JP2003229550A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロレンズアレイを備えた固体撮像素子
では、個々のマイクロレンズの平面視上の大きさを大き
くして集光効率の向上を図ろうとしても、各マイクロレ
ンズが非球面レンズとなることから、集光効率の向上が
小さい。 【解決手段】 多数個の光電変換素子の中から市松状に
選択した各光電変換素子に１つずつ対応させて、平面形
状が円形または近似円である第１マイクロレンズを互い
に離隔させて形成した後、これらの第１マイクロレンズ
が対応していない光電変換素子に１つずつ対応させて、
各々が近傍の各第１マイクロレンズと部分的に重なるマ
イクロレンズ用パターンを形成し、該マイクロレンズ用
パターンの各々をリフローさせた後に冷却して複数の第
２マイクロレンズを形成することによって、マイクロレ
ンズアレイを作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びその製造方法ならびにマイクロレンズアレイの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日では、ビデオカメラ、デジタルスチ
ルカメラ等の多くの撮像装置において、ＣＣＤ（電荷結
合素子）型の固体撮像素子やＭＯＳ（金属−酸化物−半
導体）型の固体撮像素子がエリア・イメージセンサとし
て利用されている。

【０００３】ＣＣＤ型およびＭＯＳ型のいずれの固体撮
像素子においても、半導体基板の一表面に多数個の光電
変換素子が複数行、複数列に亘って行列状に配置され
る。これらの光電変換素子に光が入射すると、当該光電
変換素子に電荷が蓄積される。

【０００４】固体撮像素子は、個々の光電変換素子に蓄
積された電荷に基づいて出力信号（画素信号）を生成す
る。多くの固体撮像素子では、各光電変換素子に蓄積さ
れた電荷に基づいて出力信号を生成することができる出
力信号生成部が、光電変換素子と一緒に１つの半導体基
板に集積される。

【０００５】出力信号生成部は、その構成によって２つ
のタイプに大別することができる。１つは、ＣＣＤ型の
固体撮像素子での出力信号生成部のように、ＣＣＤによ
って構成された１種または２種の電荷転送素子を用い
て、光電変換素子に蓄積された電荷を電荷検出回路まで
転送し、ここで出力信号を生成するタイプの出力信号生
成部である。

【０００６】ＣＣＤは、半導体基板の一表面にチャネル
を設け、このチャネル上に電気的絶縁膜を介して複数の
電極（転送電極）を配置することによって構成すること
ができる。

【０００７】エリア・イメージとして利用されるＣＣＤ
型の固体撮像素子は、通常、１つの光電変換素子列に１
つずつ対応して配置される第１電荷転送素子（以下、
「垂直電荷転送素子」という。）と、これらの垂直電荷
転送素子に電気的に接続される１つの第２電荷転送素子
（以下、「水平電荷転送素子」という。）とを有する。

【０００８】他の１つは、ＭＯＳ型の固体撮像素子での
出力信号生成部のように、トランジスタを介して光電変
換素子と出力信号線とを接続し、光電変換素子に蓄積さ
れた電荷に応じて前記の出力信号線に発生する電圧信号
または電流信号を検出して出力信号を生成するタイプの
出力信号生成部である。前記のトランジスタは、光電変
換素子と信号線とを所望の時期に電気的に接続するため
のスイッチング素子として利用される。

【０００９】エリア・イメージとして利用される固体撮
像素子では、多くの場合、各光電変換素子への入射光量
を増加させるために、マイクロレンズアレイが利用され
る。このマイクロレンズアレイは、個々の光電変換素子
の上方に１つずつ配置された多数個のマイクロレンズに
よって構成される。

【００１０】マイクロレンズアレイは、例えば、フォト
レジスト等で形成した透明樹脂層をフォトリソグラフィ
法等によって所定形状に区画した後に各区画の透明樹脂
層をリフローさせ、表面張力によって各区画の角部を丸
め込ませた後に冷却することによって得られる（以下、
この方法を「第１の方法」という。）。第１の方法で
は、１つの区画が１つのマイクロレンズに成形される。

【００１１】あるいは、所望のマイクロレンズ材料によ
って形成した層の上に上記第１の方法で第１のマイクロ
レンズアレイを形成した後、エッチングによって第１の
マイクロレンズアレイの立体形状をその下のマイクロレ
ンズ材料層に転写することによっても製造することがで
きる（以下、この方法を「第２の方法」という。）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】個々の光電変換素子へ
の入射光量を増加させるうえからは、光電変換素子に対
応するマイクロレンズによってできるだけ多くの光を集
光することが望まれ、そのためには、個々のマイクロレ
ンズの平面視上の大きさをできるだけ大きくすることが
望まれる。

【００１３】しかしながら、上述した第１の方法では、
マイクロレンズになり得ない無効領域が各区画間に必ず
生じる。上記の無効領域を少なくするうえからは、個々
の区画の形状を円形にするよりも四角形にした方が有利
であるが、四角形の区画をリフローさせることによって
得られるマイクロレンズは非球面レンズとなる。マイク
ロレンズが非球面レンズであると、収差が大きいことか
ら、対応する光電変換素子への集光効率が低下する。

【００１４】上述した第２の方法によれば、第１のマイ
クロレンズアレイの立体形状をマイクロレンズ材料層に
転写する際のエッチング条件を選定することによって、
無効領域の少ないマイクロレンズアレイを得ることが可
能である。しかしながら、第１のマイクロレンズアレイ
を構成する個々のマイクロレンズが非球面レンズであれ
ば、その立体形状を転写することによって得られるマイ
クロレンズも非球面レンズとなる。

【００１５】本発明の目的は、光電変換素子への集光効
率を向上させやすい固体撮像素子を提供することであ
る。本発明の他の目的は、光電変換素子への集光効率を
向上させやすい固体撮像素子の製造方法を提供すること
である。

【００１６】本発明の更に他の目的は、個々のマイクロ
レンズが球面レンズ、またはほぼ球面レンズとみなすこ
とができる形状を有すると共に、これらのマイクロレン
ズ間に無効領域が少ないマイクロレンズアレイを得るこ
とが容易なマイクロレンズアレイの製造方法を提供する
ことである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、(i) 半導体基板と、(ii)前記半導体基板の一表面に
複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個の光
電変換素子と、(iii) 前記光電変換素子の各々に蓄積さ
れた電荷に基づいて出力信号を生成することができる出
力信号生成部と、(iv)前記光電変換素子の１個に１個ず
つ対応して前記多数個の光電変換素子の上方に行列状に
配置され、行方向から斜行する方向に隣り合うもの同士
の間に空隙を形成しつつ、行方向に隣り合うもの同士で
平面視上線接触すると共に列方向に隣り合うもの同士で
平面視上線接触し、前記線接触する箇所中央部での厚さ
が前記空隙に面した箇所での厚さよりも厚い多数個のマ
イクロレンズを有するマイクロレンズアレイとを有する
固体撮像素子が提供される。

【００１８】本発明の他の観点によれば、（Ａ）一表面
に多数個の光電変換素子が複数行、複数列に亘って行列
状に配置されると共に、該多数個の光電変換素子の各々
に蓄積された電荷に基づいて出力信号を生成することが
できる出力信号生成部が形成され、さらに、前記出力信
号生成部を覆う光遮蔽膜と、該光遮蔽膜を平面視上覆っ
て前記多数個の光電変換素子の上方にマイクロレンズア
レイが形成される平坦面を提供する平坦化膜とが少なく
とも設けられた半導体基板を準備する工程と、（Ｂ）前
記多数個の光電変換素子の中から市松状に選択した各光
電変換素子に１個ずつ対応し、各々の平面形状が円形ま
たは近似円である複数個の第１マイクロレンズを、前記
平坦化膜上に互いに離隔させて形成する工程と、（Ｃ）
前記工程（Ｂ）で選択しなかった各光電変換素子に１個
ずつ対応し、各々が近傍の各第１マイクロレンズと部分
的に重なる複数個のマイクロレンズ用パターンを前記平
坦化膜上に形成する工程と、（Ｄ）前記マイクロレンズ
用パターンの各々をリフローさせた後に冷却して複数の
第２マイクロレンズを形成する工程とを含む固体撮像素
子の製造方法が提供される。

【００１９】本発明の更に他の観点によれば、（Ａ）一
表面に多数個の光電変換素子が複数行、複数列に亘って
行列状に配置されると共に、該多数個の光電変換素子の
各々に蓄積された電荷に基づいて出力信号を生成するこ
とができる出力信号生成部が形成され、さらに、前記出
力信号生成部を覆う光遮蔽膜と、該光遮蔽膜を平面視上
覆って前記多数個の光電変換素子の上方にマイクロレン
ズアレイが形成される平坦面を提供する平坦化膜とが少
なくとも設けられた半導体基板を準備する工程と、
（Ｂ）前記平坦化膜上にマイクロレンズ材料層を形成す
る工程と、（Ｃ）前記多数個の光電変換素子の中から市
松状に選択した各光電変換素子に１個ずつ対応し、各々
の平面形状が円形または近似円である複数個の第１マイ
クロレンズを、前記マイクロレンズ材料層上に互いに離
隔させて形成する工程と、（Ｄ）前記工程（Ｃ）で選択
しなかった各光電変換素子に１個ずつ対応し、各々が近
傍の各第１マイクロレンズと部分的に重なる複数個のマ
イクロレンズ用パターンを前記マイクロレンズ材料層上
に形成する工程と、（Ｅ）前記マイクロレンズ用パター
ンの各々をリフローさせた後に冷却して複数の第２マイ
クロレンズを形成する工程と、（Ｆ）前記第１マイクロ
レンズの各々、前記第２マイクロレンズの各々、および
前記マイクロレンズ材料層をエッチングすることによっ
て、前記第１マイクロレンズおよび前記第２マイクロレ
ンズそれぞれの立体形状を前記マイクロレンズ材料層に
転写する工程とを含む固体撮像素子の製造方法が提供さ
れる。

【００２０】本発明の更に他の観点によれば、一平面上
に複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個の
マイクロレンズによって構成されるマイクロレンズアレ
イの製造方法であって、（Ａ）前記一平面上に、各々の
平面形状が円形または近似円である複数個の第１マイク
ロレンズを互いに離隔させて市松状に形成する工程と、
（Ｂ）各々が、行方向に隣り合う第１マイクロレンズ間
に露出する前記一平面、または列方向に隣り合う第１マ
イクロレンズ間に露出する前記一平面を覆うと共に、近
傍の各第１マイクロレンズと部分的に重なる複数個のマ
イクロレンズ用パターンを形成する工程と、（Ｃ）前記
マイクロレンズ用パターンの各々をリフローさせた後に
冷却して複数個の第２マイクロレンズを形成する工程と
を含むマイクロレンズアレイの製造方法が提供される。

【００２１】本発明の更に他の観点によれば、一平面上
に複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個の
マイクロレンズによって構成されるマイクロレンズアレ
イの製造方法であって、（Ａ）平坦な上面を有するマイ
クロレンズ材料層を形成する工程と、（Ｂ）前記マイク
ロレンズ材料層上に、各々の平面形状が円形または近似
円である複数個の第１マイクロレンズを互いに離隔させ
て市松状に形成する工程と、（Ｃ）各々が、行方向に隣
り合う第１マイクロレンズ間に露出する前記マイクロレ
ンズ材料層の上面、または列方向に隣り合う第１マイク
ロレンズ間に露出するマイクロレンズ材料層の上面を覆
うと共に、近傍の各第１マイクロレンズと部分的に重な
る複数個のマイクロレンズ用パターンを形成する工程
と、（Ｄ）前記マイクロレンズ用パターンの各々をリフ
ローさせた後に冷却して複数個の第２マイクロレンズを
形成する工程と、（Ｅ）前記第１マイクロレンズの各
々、前記第２マイクロレンズの各々、および前記マイク
ロレンズ材料層をエッチングすることによって、前記第
１マイクロレンズおよび前記第２マイクロレンズそれぞ
れの立体形状を前記マイクロレンズ材料層に転写する工
程とを含むマイクロレンズアレイの製造方法が提供され
る。

【００２２】マイクロレンズアレイを作製するにあたっ
て、上述のように第１マイクロレンズと第２マイクロレ
ンズとを別々に形成すると、上記多数個の矩形状マイク
ロレンズを含んだマイクロレンズアレイが得られる。

【００２３】このマイクロレンズアレイでは、矩形状マ
イクロレンズを含むいずれのマイクロレンズについて
も、球面レンズにすることが、あるいは球面レンズに近
づけることが容易である。また、マイクロレンズとして
機能しない無効領域を狭くすることも容易である。

【００２４】固体撮像素子のマイクロレンズアレイを上
述の方法で形成することにより、光電変換素子への集光
効率を向上させることが容易になる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は、第１の実施例によるマイ
クロレンズアレイの製造方法での工程を概略的に示す。
図１中の分図（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）、および
（Ｄ１）は、各工程で形成されるパターンまたはマイク
ロレンズの平面配置を概略的に示し、分図（Ａ２）、
（Ｂ２）、（Ｃ２）、および（Ｄ２）は、各工程で形成
されるパターンまたはマイクロレンズの断面形状を概略
的に示す。

【００２６】図１（Ａ１）および図１（Ａ２）に示すよ
うに、マイクロレンズアレイを形成するにあたっては、
まず、マイクロレンズアレイを配置しようとする下地層
１上に、各々の平面形状が円形または八角形以上の多角
形である複数個の第１マイクロレンズ用パターン５Ａを
互いに離隔させて市松状に形成する。図示の各第１マイ
クロレンズ用パターン５Ａは、円板状を呈する。

【００２７】これらの第１マイクロレンズ用パターン５
Ａは、例えば、これらの基となる透明樹脂層を下地層１
上に形成した後、この透明樹脂層をフォトリソグラフィ
法等によって所定形状にパターニングすることによって
作製することができる。このとき、下地層１の上面は平
坦面であることが好ましい。

【００２８】上記の透明樹脂層は、リフローさせること
が可能で、リフロー後に硬化させると再度加熱してもリ
フローしない透明樹脂によって形成することが好まし
い。このような透明樹脂の具体例としては、ＪＳＲ社製
のＭＦＲ−３４５、ＭＦＲ−３４４等のアクリル系フォ
トレジストや、ノボラック系フォトレジストが挙げられ
る。

【００２９】無効領域の少ないマイクロレンズアレイを
作製するうえからは、各第１マイクロレンズ用パターン
５Ａの平面視上の面積を、これらの第１マイクロレンズ
用パターン５Ａを互いに離隔させて形成することができ
る範囲内で、できるだけ広くすることが好ましい。

【００３０】図１（Ｂ１）および図１（Ｂ２）に示すよ
うに、各第１マイクロレンズ用パターン５Ａをリフロー
させ、表面張力によって丸め込ませた後に冷却する。個
々の第１マイクロレンズ用パターン５Ａからマイクロレ
ンズ（以下、「第１マイクロレンズ」という。）５が１
つずつ得られる。

【００３１】第１マイクロレンズ用パターン５Ａの平面
形状を円形にした場合には、平面形状が円形の第１マイ
クロレンズ５が得られる。第１マイクロレンズ用パター
ン５Ａの平面形状を八角形以上の多角形にした場合に
は、平面形状が近似円の第１マイクロレンズ５が得られ
る。ここで、本明細書でいう「近似円」とは、八角形以
上の多角形の角部を丸め込ませた形状を意味する。

【００３２】いずれにしても、個々の第１マイクロレン
ズ５は、球面レンズ形状、または、ほぼ球面レンズとみ
なすことができる表面形状を有する。図１（Ｃ１）およ
び図１（Ｃ２）に示すように、行方向Ｄｒに隣り合う第
１マイクロレンズ５間、および列方向Ｄｃに隣り合う第
１マイクロレンズ５間に、第２マイクロレンズ用パター
ン１０Ａを形成する。図１（Ｃ１）においては、各第２
マイクロレンズ用パターン１０Ａを判りやすくするため
に、個々の第２マイクロレンズ用パターン１０Ａにハッ
チングを付してある。

【００３３】図示のように、個々の第２マイクロレンズ
用パターン１０Ａは、行方向Ｄｒまたは列方向Ｄｃに隣
り合う第１マイクロレンズ５間に露出する下地層１表面
を覆うと共に、近傍の各第１マイクロレンズ５と部分的
に重なるように形成する。

【００３４】これらの第２マイクロレンズ用パターン１
０Ａは、その基となる透明樹脂層をスピンコート法等に
よって形成した後、この透明樹脂層を例えばフォトリソ
グラフィによって所定形状にパターニングすることによ
って形成することができる。

【００３５】第２マイクロレンズ用パターン１０Ａの基
となる透明樹脂層は、後述するリフロー後の屈折率が第
１マイクロレンズ５の屈折率と同じになる光透過性材料
によって形成することが好ましい。第１マイクロレンズ
５の材料として用いた透明樹脂と同質の透明樹脂を用い
て第２マイクロレンズ用パターン１０Ａを形成すること
により、隣り合うマイクロレンズ間に光学的な界面のな
いマイクロレンズアレイを得ることが容易になる。

【００３６】図１（Ｃ１）においては、個々の第２マイ
クロレンズ用パターン１０Ａが近傍の第２マイクロレン
ズ用パターン１０Ａと平面視上点接触しているが、これ
らの第２マイクロレンズ用パターン１０Ａは互いに離隔
させることが好ましい。

【００３７】無効領域の少ないマイクロレンズアレイを
作製するうえからは、各第２マイクロレンズ用パターン
１０Ａの平面形状を長方形または正方形にすると共に、
各第２マイクロレンズ用パターン１０Ａの平面視上の大
きさを、各々が近傍の第２マイクロレンズ用パターン１
０ａと接触しない範囲内で、できるだけ大きくすること
が好ましい。

【００３８】このとき、第２マイクロレンズ用パターン
１０Ａを球面レンズ形状、または、ほぼ球面レンズとみ
なすことができる表面形状のマイクロレンズに成形する
うえからは、個々の第２マイクロレンズ用パターン１０
Ａとその近傍の各第１マイクロレンズ５とが次のように
重なるように、第２マイクロレンズ用パターン１０Ａお
よび第１マイクロレンズ５それぞれの大きさを選定する
ことが好ましい。すなわち、個々の第２マイクロレンズ
用パターン１０Ａとその近傍の第１マイクロレンズ５と
が重なっている領域を平面視したときに、第２マイクロ
レンズ用パターン１０Ａの一辺の概ね５０％以上、好ま
しくは６０％以上の領域が第１マイクロレンズ５上に位
置するように、第２マイクロレンズ用パターン１０Ａお
よび第１マイクロレンズ５それぞれの大きさを選定する
ことが好ましい。

【００３９】この後、図１（Ｄ１）および図１（Ｄ２）
に示すように、各第２マイクロレンズ用パターン１０Ａ
をリフローさせ、表面張力によって丸め込ませた後に冷
却する。個々の第２マイクロレンズ用パターン１０Ａか
らマイクロレンズ（以下、「第２マイクロレンズ」とい
う。）１０が１つずつ得られると共に、マイクロレンズ
アレイ２０が得られる。

【００４０】図１（Ｄ２）に示すように、第１マイクロ
レンズ５の屈折率と第２マイクロレンズ１０の屈折率と
が同じ場合には、これらのマイクロレンズ間に光学的な
界面が形成されない。個々の第２マイクロレンズ１０
は、第２マイクロレンズ用パターン１０Ａと、その下に
位置していた第１マイクロレンズ５の一領域とから形成
されることになる。したがって、各マイクロレンズ５、
１０において隣のマイクロレンズと接する箇所中央部で
の厚さは、マイクロレンズとして機能しない無効領域に
面している箇所での厚さよりも厚くなる。

【００４１】ここで、上述した方法で第２マイクロレン
ズ用パターン１０Ａから球面レンズ形状、または、ほぼ
球面レンズとみなすことができる表面形状を有する第２
マイクロレンズ１０が得られる理由を、図２を用いて説
明する。

【００４２】図２は、４個の第１マイクロレンズ５の各
々と部分的に重なるようにして形成された第２マイクロ
レンズ用パターン１０Ａをリフローさせたときの様子を
示す。同図においては、リフローした第２マイクロレン
ズ用パターンを参照符号１０Ｂで示す。

【００４３】リフローさせる前の第２マイクロレンズ用
パターン１０Ａの平面形状は、前述のように、長方形ま
たは正方形である。平面形状が長方形または正方形のパ
ターンを平坦面上に形成してリフローさせると、その平
面形状は、長方形または正方形の四隅を丸めた形状とな
り、表面の曲率は平面視上の中央部に向かうに従って小
さくなる。非球面レンズ形状になる。この理由は、リフ
ローさせたときに表面張力によって半球形になろうとす
る力が働くものの、平坦面とパターンとの接触面の形状
（長方形または正方形）に倣おうとする力も働くためで
あると推察される。

【００４４】しかしながら、第２マイクロレンズ用パタ
ーン１０Ａは各第１マイクロレンズ５Ａと部分的に重な
るようにして形成される。リフローした第２マイクロレ
ンズ用パターン１０Ｂの表面形状は、球面レンズ形状、
または、ほぼ球面レンズとみなすことができる形状で安
定する。この理由は、表面張力の他に、その下に位置し
ている各第１マイクロレンズ５Ａの表面形状（球面レン
ズ形状、または、ほぼ球面レンズとみなすことができる
形状）に倣おうとする力が働くためであると推察され
る。

【００４５】したがって、リフローした第２マイクロレ
ンズ用パターン１０Ａを冷却すれば、球面レンズ形状、
または、ほぼ球面レンズとみなすことができる表面形状
を有する第２マイクロレンズ１０が得られる。

【００４６】図３および図４は、上述の方法に従って製
造されたマイクロレンズアレイをそれぞれ異なる方向か
ら斜視したときの形状を示す走査型電子顕微鏡写真であ
り、図５は、図３〜図４に示したマイクロレンズアレイ
の平面形状を示す走査型電子顕微鏡写真である。いずれ
の写真の撮影倍率も７５００倍である。

【００４７】図３および図４からも明らかなように、上
述の方法によれば、個々のマイクロレンズが球面レンズ
形状、または、ほぼ球面レンズとみなせる表面形状を有
するマイクロレンズアレイを製造することができる。

【００４８】図５に示すように、また、図１（Ｄ１）に
示したように、上述の方法に従って製造されたマイクロ
レンズアレイでは、最も外側に位置する各行および各列
のマイクロレンズを除いて、個々のマイクロレンズの平
面形状が四角形の四隅を丸めた形状になる。これらのマ
イクロレンズを、以下、「矩形状マイクロレンズ」とい
う。

【００４９】これらの矩形状マイクロレンズは、行方向
に隣り合うもの同士、および列方向に隣り合うもの同士
が、平面視上、上記四隅を丸めた四角形の一辺で互いに
線接触する。最も外側に位置する各行および各列のマイ
クロレンズも、行方向に隣り合うもの同士、および列方
向に隣り合うもの同士で、平面視上、互いに線接触す
る。

【００５０】行方向から斜行する方向に隣り合うマイク
ロレンズ同士の間には、空隙（無効領域）が形成され
る。隣り合うマイクロレンズ同士を上述のように互いに
接触させて形成することにより、個々のマイクロレンズ
の平面視上の面積が広く、マイクロレンズとして機能し
ない無効領域が狭いマイクロレンズアレイを容易に得る
ことができる。このようなマイクロレンズアレイは、前
述した第１の方法および第２の方法では得ることができ
ない。

【００５１】次に、第２の実施例によるマイクロレンズ
アレイの製造方法について、図６および図７を参照しつ
つ説明する。図６に示すように、本実施例の方法によっ
てマイクロレンズアレイを製造するにあたっては、ま
ず、マイクロレンズアレイを配置しようとする下地層１
上にマイクロレンズ材料層２５Ａを形成し、その上に、
上述した第１の実施例による製造方法に従ってマイクロ
レンズアレイ２０を形成する。

【００５２】マイクロレンズ材料層２５Ａは、所望の屈
折率を有すると共に可視光域で透明な有機または無機材
料、例えば透明樹脂、シリコン酸化物、シリコン窒化物
等、種々の材料を用いて形成可能である。このマクロレ
ンズ材料層２５Ａは、マイクロレンズアレイ２０の立体
形状を転写し得る厚さと平坦な上面とを有する。

【００５３】この後、反応性イオンエッチング等の方法
によって、マイクレンズアレイ２０およびマイクロレン
ズ材料層２５Ａをマイクロレンズアレイ２０が消失する
まで、すなわち、第１マイクロレンズ５の各々および第
２マイクロレンズ１０の各々が消失するまで、異方的に
エッチングする。このときのエッチング条件は、マイク
ロレンズアレイ２０の材質およびマイクロレンズ材料層
２５Ａの材質に応じて適宜選定される。

【００５４】図７に示すように、上記のエッチングによ
ってマイクロレンズアレイ２０の立体形状がマイクロレ
ンズ材料層２５Ａに転写されて、マイクロレンズアレイ
２５が得られる。同図においては、第１マイクロレンズ
５の立体形状が転写されたマイクロレンズを参照符号２
１で示し、第２マイクロレンズ１０の立体形状が転写さ
れたマイクロレンズを参照符号２３で示す。

【００５５】この方法によれば、第１の実施例による製
造方法に比べて、マイクロレンズ材料の選択の幅、換言
すれば、マイクロレンズの屈折率の選択の幅が広がる。
上記の方法では、マイクロレンズアレイ２０に代えて、
立体形状はマイクロレンズアレイ２０と同様であるが光
透過性がない、もしくは低い材料によって形成された部
材を用いることも可能である。

【００５６】次に、実施例による固体撮像素子につい
て、図８〜図１０を参照しつつ説明する。図８は、実施
例による固体撮像素子１００での光電変換素子１１０、
第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）１２０、第２電
荷転送素子（水平電荷転送素子）１４０、および電荷検
出回路１５０の平面配置を概略的に示す。

【００５７】図示の固体撮像素子１００は、エリア・イ
メージセンサとして利用される固体撮像素子であり、半
導体基板１の一表面に多数個の光電変換素子１１０が複
数行、複数列に亘って正方行列状（行数と列数とが異な
る場合を含む。）に配置されている。エリア・イメージ
センサとして利用される実際の固体撮像素子での光電変
換素子１１０の総数は、例えば数１０万個〜数１００万
個である。

【００５８】光電変換素子１１０の各々は例えば埋込み
型のｐｎフォトダイオードによって構成され、平面視
上、例えば矩形を呈す。光電変換素子１１０に光が入射
すると、この光電変換素子１１０に電荷が蓄積される。

【００５９】個々の光電変換素子１１０に蓄積された電
荷を電荷検出回路１５０へ転送するために、１つの光電
変換素子列に１つずつ、この光電変換素子列に沿って垂
直電荷転送素子１２０が配置される。個々の垂直電荷転
送素子１２０は、例えば４相駆動型のＣＣＤによって構
成される。

【００６０】光電変換素子１１０からの電荷の読み出し
を制御するために、各垂直電荷転送素子１２０は、対応
する光電変換素子１１０それぞれに１つずつ、読出しゲ
ート１３０を有する。図８においては、読出しゲート１
３０の位置を判りやすくするために、各読出しゲート１
３０にハッチングを付してある。

【００６１】読出しゲート１３０に読出しパルス（電位
は例えば１５Ｖ程度）を供給すると、この読出しゲート
１３０に対応する光電変換素子１１０から垂直電荷転送
素子１２０へ電荷が読み出される。光電変換素子１１０
から垂直電荷転送素子１２０への電荷の読出しは、光電
変換素子行単位で行われる。

【００６２】各垂直電荷転送素子１２０は、所定の駆動
信号によって駆動されて、対応する光電変換素子１１０
から読み出した電荷を水平電荷転送素子１４０へ転送す
る。水平電荷転送素子１４０は、例えば２相駆動型のＣ
ＣＤによって構成される。この水平電荷転送素子１４０
は、所定の駆動信号によって駆動されて、各垂直電荷転
送素子１２０から受け取った電荷を電荷検出回路１５０
へ転送する。

【００６３】電荷検出回路１５０は、水平電荷転送素子
１４０から転送されてくる電荷を順次検出して信号電圧
を生成すると共に増幅して、画素信号を順次生成する。
この電荷検出回路１５０は、例えば、水平電荷転送素子
１４０の出力端に電気的に接続された出力ゲートと、出
力ゲートに隣接して半導体基板１に形成されたフローテ
ィングディフュージョン領域（以下、「ＦＤ領域」と略
記する。）と、このＦＤ領域に電気的に接続されたフロ
ーティングディフュージョンアンプ（以下、「ＦＤＡ」
と略記する。）とを用いて構成することができる。

【００６４】出力ゲートは、水平電荷転送素子１４０か
らＦＤ領域への電荷転送を制御する。ＦＤ領域の電位
は、電荷量に応じて変化する。ＦＤＡは、ＦＤ領域の電
位変動を増幅して画素信号を生成する。この画素信号
が、固体撮像素子１００からの出力信号となる。

【００６５】ＦＤ領域に隣接してリセットゲートが配置
され、このリセットゲートに隣接して、リセットドレイ
ン領域が半導体基板１に形成される。ＦＤ領域と、リセ
ットゲートと、リセットドレイン領域とは、リセットト
ランジスタを構成する。

【００６６】ＦＤＡによって検出された後の電荷、ある
いは、ＦＤＡによって検出する必要のない電荷は、ＦＤ
領域からリセットゲートを介してリセットドレイン領域
へ掃き出され、例えば電源電圧に吸収される。

【００６７】上述した構成を有する固体撮像素子１００
では、各垂直電荷転送素子１２０、水平電荷転送素子１
４０、および電荷検出回路１５０によって出力信号生成
部が構成される。

【００６８】上述した固体撮像素子１００は、前述した
第１の実施例による方法によって製造されたマイクロレ
ンズアレイを有する。このマイクロレンズアレイは、前
述した第１または第２の実施例による方法によって製造
される。

【００６９】以下、前述した第１の実施例による方法に
従って製造されたマイクロレンズアレイ２０を有する場
合を例により、図１または図８で用いた参照符号を引用
しつつ、固体撮像素子１００の構成をその製造方法も交
えて更に詳述する。

【００７０】図９は、固体撮像素子１００の上面を概略
的に示す。同図に示すように、マイクロレンズアレイ２
０は固体撮像素子１００での最上層である。第１マイク
ロレンズ５は、前述した多数個の光電変換素子１１０の
中から市松状に選択された各光電変換素子１１０に１個
ずつ対応して配置される。第２マイクロレンズ１０は、
第１マイクロレンズ５を形成する際に選択しなかった各
光電変換素子１１０に１つずつ対応して市松状に配置さ
れる。各マイクロレンズ５、１０は、対応する光電変換
素子１１０を平面視上包含する。

【００７１】図１０は、図９に示したＸ−Ｘ線に沿った
固体撮像素子１００の断面構造を概略的に示す。同図に
示すように、半導体基板１０１は、例えばｎ型シリコン
基板１０１ａと、その一表面に形成されたｐ^- 型不純物
添加領域１０１ｂとを有する。ｐ^- 型不純物添加領域１
０１ｂは、ｎ型シリコン基板１０１ａの一表面にｐ型不
純物をイオン注入した後に熱処理を施すことによって、
あるいは、ｐ型不純物を含有したシリコンをｎ型シリコ
ン基板１０１ａの一表面上にエピタキシャル成長させる
ことによって形成される。

【００７２】以下の説明においては、同じ導電型を有す
る不純物添加領域間での不純物濃度の大小を区別するた
めに、不純物濃度が相対的に低いものから順番に、ｐ^-
型不純物添加領域、ｐ型不純物添加領域、ｐ⁺ 型不純物
添加領域、あるいはｎ^- 型不純物添加領域、ｎ型不純物
添加領域、ｎ⁺ 型不純物添加領域と表記する。ｐ^- 型不
純物添加領域１０１ｂをエピタキシャル成長法によって
形成する場合以外、全ての不純物添加領域は、イオン注
入とその後の熱処理とによって形成することが好まし
い。

【００７３】光電変換素子１１０は、例えば、ｐ^- 型不
純物添加領域１０１ｂの所定箇所をｎ型不純物添加領域
１１０ａに転換し、更に、このｎ型不純物添加領域１１
０ａの表層部をｐ⁺ 型不純物添加領域１１０ｂに転換す
ることによって形成された埋込み型のフォトダイオード
によって構成される。ｎ型不純物添加領域１１０ａは、
電荷蓄積領域として機能する。

【００７４】１列の光電変換素子列に１本ずつ対応し
て、ｐ^- 型不純物添加領域１０１ｂにｎ型チャネル１２
３が形成される。個々のｎ型チャネル１２３は、その全
長に亘ってほぼ均一な不純物濃度を有し、対応する光電
変換素子列に沿って延在する。これらのｎ型チャネル１
２３は、それぞれ、垂直電荷転送素子１２０での電荷転
送チャネル（以下、「垂直電荷転送チャネル」とい
う。）として機能する。

【００７５】各光電変換素子１１０（ｎ型不純物添加領
域１１０ａ）における図８または図１０での右側縁部に
沿って、ｐ型不純物添加領域１３０ａが１つずつ配置さ
れる。ｐ型不純物添加領域１３０ａの列方向の長さは、
対応する光電変換素子１１０の列方向の長さの例えば半
分程度である。各ｐ型不純物添加領域１３０ａは、読出
しゲート１３０用チャネル領域１３０ａとして利用され
る。

【００７６】必要に応じて、個々の垂直電荷転送チャネ
ル１２３の下方にも、ｐ型不純物添加領域が配置され
る。チャネルストップ領域ＣＳが、読出しゲート用チャ
ネル領域１３０ａの形成箇所を除いた光電変換素子１１
０および垂直電荷転送チャネル１２３の平面視上の周
囲、および水平電荷転送素子１４０を構成する電荷転送
チャネル（以下、「水平電荷転送チャネル」という。）
の平面視上の周囲に形成される。チャネルストップ領域
ＣＳは、例えばｐ⁺ 型不純物添加領域によって構成され
る。

【００７７】なお、水平電荷転送素子１４０を２相駆動
型のＣＣＤによって構成する場合、その水平電荷転送チ
ャネルは、例えば、ｎ型不純物添加領域とｎ^- 型不純物
添加領域とが下流側から上流側に向かってこの順番で繰
り返し配置することによって構成することができる。本
明細書では、光電変換素子１１０から電荷検出回路１５
０へ転送される電荷の移動を１つの流れとみなして、個
々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上
流」、「何々の下流」等と称して特定する。

【００７８】第１の電気的絶縁層１０５が、半導体基板
１０１上に配置される。各光電変換素子１１０上には、
第１の電気的絶縁層１０５として例えば熱酸化膜が配置
され、光電変換素子１１０上の領域を除いた他の領域上
には、第１の電気的絶縁層１０５として例えばＯＮＯ膜
が配置される。

【００７９】上記のＯＮＯ膜は、例えば、膜厚が２０〜
７０ｎｍ程度のシリコン酸化膜（熱酸化膜）と、膜厚が
３０〜８０ｎｍ程度のシリコン窒化膜と、膜厚が１０〜
５０ｎｍ程度のシリコン酸化膜とを、半導体基板１０１
上にこの順番で堆積させた積層膜によって構成される。
図１０においては、便宜上、１つの層で第１の電気的絶
縁層１０５を表している。

【００８０】第１の電気的絶縁層１０５上に、垂直電荷
転送素子１２０を構成する転送電極（以下、「垂直転送
電極」という。）、水平電荷転送素子１４０を構成する
転送電極（以下、「水平転送電極」という。）、および
電荷検出回路１５０を構成する各種の電極が配置され
る。図１０においては、１本の垂直転送電極１２５中の
２つの領域が見えている。

【００８１】これらの電極は、例えば第１ポリシリコン
層と、第１ポリシリコン層を所定の電極にパターニング
した後に形成されて、その後に所定の電極にパターニン
グされる第２ポリシリコン層とを用いて形成される。個
々の電極は、例えば熱酸化膜等の電気的絶縁膜ＩＦによ
って覆われる。

【００８２】第２の電気的絶縁層１６０が、各光電変換
素子１１０、各垂直転送電極、水平電荷転送素子１４
０、および電荷検出回路１５０を覆って、後述する光遮
蔽膜１６５とその下の各種の電極との電気的な分離を十
分なものとする。第２の電気的絶縁層１６０は、物理的
気相蒸着法（以下、「ＰＶＤ」と略記する。）または化
学的気相蒸着法（以下、「ＣＶＤ」と略記する。）によ
って例えばシリコン酸化物を堆積させることで形成され
る。

【００８３】光遮蔽膜１６５が、各垂直転送電極、水平
電荷転送素子１４０、および電荷検出回路１５０を平面
視上覆って、光電変換素子１１０以外の領域で無用の光
電変換が行われるのを防止する。この光遮蔽膜１６５
は、タングステン、アルミニウム、クロム、チタン、モ
リブデン等の金属や、これらの金属の２種以上からなる
合金等をＰＶＤまたはＣＶＤによって堆積させることで
形成される。

【００８４】各光電変換素子１１０へ光が入射すること
ができるように、光遮蔽膜１６５は、個々の光電変換素
子１０の上方に開口部１６５ａを１つずつ有する。個々
の開口部１６５ａの平面視上の面積は、この開口部１６
５ａが対応している光電変換素子１１０の平面視上の面
積の例えば２０％程度ないしはそれより小さい。光電変
換素子１１０表面において上記の開口部１６５ａ内に平
面視上位置する領域が、この光電変換素子１１０におけ
る光入射面となる。

【００８５】垂直電荷転送素子１２０用の駆動信号が供
給される配線（図示せず。）や水平電荷転送素子１４０
用の駆動信号が供給される配線（図示せず。）を、光遮
蔽膜１６５の材料とは異なる材料によって形成する場合
には、図１０に示すように、光遮蔽膜１６５上に層間絶
縁膜１７０を形成することが好ましい。

【００８６】この層間絶縁膜１７０は、例えばＰＶＤま
たはＣＶＤによってシリコン酸化物等を堆積させること
によって形成され、各垂直転送電極と配線との短絡、お
よび水平転送電極と前記の配線との短絡を防止する。前
記の配線を光遮蔽膜１６５の材料と同じ材料によって形
成する場合には、層間絶縁膜１７０を省略する代わりに
第２の電気的絶縁層１６０を厚膜化して、この第２の電
気的絶縁層を層間絶縁膜として利用することも可能であ
る。

【００８７】パッシベーション膜１７５が層間絶縁膜１
７０上に形成されて、その下の部材を保護する。このパ
ッシベーション膜１７５は、例えばＰＶＤまたはＣＶＤ
によってシリコン窒化物等を堆積させることによって形
成される。

【００８８】第１の平坦化膜１８０が、例えばフォトレ
ジスト等の有機材料によってパッシベーション膜１７５
上に形成されて、色フィルタアレイ１８５を形成するた
めの平坦面を提供する。第１の平坦化膜１８０は、例え
ばスピンコート法によって形成される。

【００８９】色フィルタアレイ１８５は、主に、カラー
撮影用の単板式撮像装置に使用する固体撮像素子に配置
される。白黒撮影用の固体撮像素子や、３板式の撮像機
器に使用する固体撮像素子では、色フィルタアレイを省
略することができる。

【００９０】この色フィルタアレイ１８５は、例えば、
互いに異なる色に着色された３種または４種類の樹脂
（カラーレジン）の層を、フォトリソグラフィ法等の方
法によって所定箇所に順次形成することによって作製す
ることができる。カラー撮影用の単板式撮像装置に使用
する固体撮像素子では、原色系または補色系の色フィル
タアレイが配置される。図１０には２個の赤色フィルタ
１８５Ｒと１個の緑色フィルタ１８５Ｇとが示されてい
る。

【００９１】第２の平坦化膜１９０が色フィルタアレイ
１８５上に形成されて、マイクロレンズアレイ２０を形
成するための平坦面１９０ａを提供する。第２の平坦化
膜１９０は、第１の平坦化膜１８０と同様に、例えばフ
ォトレジスト等の有機材料によって形成される。

【００９２】マイクロレンズアレイ２０については既に
説明したので、ここではその説明を省略する。マイクロ
レンズアレイ２０に代えて、前述した第２の実施例によ
る方法に従ってマイクロレンズアレイを形成することも
できる。

【００９３】上述した断面構造を有する固体撮像素子１
００は、既に説明したマイクロレンズアレイ２０を有し
ているので、個々の光電変換素子１１０への集光効率を
向上させやすい。

【００９４】第１マイクロレンズ５および第２マイクロ
レンズ１０それぞれの集光効率は、これらのマイクロレ
ンズの材料が同一であれば、表面の曲率に大きく左右さ
れ、表面の曲率は各マイクロレンズ５、１０の厚さ（高
さ）および平面視上の大きさに大きく左右される。各マ
イクロレンズ５、１０の厚さ（高さ）を制御する、換言
すれば、マイクロレンズの材料として用いる透明樹脂の
材質（粘土）や、リフローとその後の冷却とによってマ
イクロレンズに成形される透明樹脂パターンの膜厚およ
び平面視上の大きさ、リフロー条件等を適宜選定するこ
とにより、第１マイクロレンズ５の集光効率と第２マイ
クロレンズ１０の集光効率とを相対的に変化させること
ができる。

【００９５】例えば原色系の色フィルタアレイ１８５で
の各色フィルタの配列をベイヤー配列にした場合、緑色
フィルタ１８５Ｇは市松状に分布する。緑色フィルタ１
８５Ｇに対応するマイクロレンズ（図１０に示した固体
撮像素子１００では第１マイクロレンズ５）の集光効率
と、赤色フィルタ１８５Ｒおよび青色フィルタ（図１０
においては見えていない。）に対応するマイクロレンズ
（図１０に示した固体撮像素子１００では第２マイクロ
レンズ１０）の集光効率とを互いに異ならせることによ
り、固体撮像素子１００の感度特性を制御することが可
能である。

【００９６】以上、実施例によるマイクロレンズアレイ
の製造方法、固体撮像素子およびその製造方法について
説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではない。

【００９７】特に、固体撮像素子におけるマイクロレン
ズアレイ以外の構成は、目的とする固体撮像素子の用途
や性能等に応じて種々変更可能である。例えば、多数個
の光電変換素子を正方行列状に配置した場合、垂直電荷
転送素子の構成は、１行の光電変換素子行あたり例えば
２〜３本の垂直転送電極を備えた構成にすることができ
る。

【００９８】図１１は、多数個の光電変換素子１１０が
正方行列状に配置され、各垂直電荷転送素子１２０が１
行の光電変換素子行あたり２本の垂直転送電極１２５
ａ、１２５ｂを備えた固体撮像素子１００Ａを概略的に
示す。

【００９９】同図に示す垂直電荷転送素子１２０の各々
は、配線ＷＬ_V1〜ＷＬ_V4を介して供給される４相の駆動
信号φＶ１〜φＶ４によって駆動される４相駆動型のＣ
ＣＤによって構成され、それぞれの垂直電荷転送チャネ
ル１２３は、対応する光電変換素子列に沿って直線的に
延在する。

【０１００】これらの垂直電荷転送チャネル１２３を平
面視上横切るようにして、各光電変換素子行の上流側に
第１垂直転送電極１２５ａが１本ずつ配置され、各光電
変換素子行の下流側に第２垂直転送電極１２５ｂが１本
ずつ配置されている。これら第１〜第２垂直転送電極１
２５ａ〜１２５ｂは対応する光電変換素子行に沿って延
在し、各垂直電荷転送チャネル１２３上において、第２
垂直転送電極１２５ｂの一端が第１垂直転送電極１２５
ａの一端に平面視上重なっている。

【０１０１】必要に応じて、最も下流の第２垂直転送電
極１２５ｂの下流側に、更に複数本の垂直転送電極、例
えば３本の垂直転送電極が配置される。垂直転送電極の
各々は、全ての垂直電荷転送素子１２０について、その
一部を構成する。

【０１０２】図１１においては図示を省略しているが、
この固体撮像素子１００Ａは、前述した固体撮像素子１
００と同様に、図１０に示した第２の電気的絶縁層１６
０、光遮蔽膜１６５、層間絶縁膜１７０、パッシベーシ
ョン膜１７５、第１の平坦化膜１８０、色フィルタアレ
イ１８５、第２の平坦化膜１９０を有し、更に、第２の
平坦化膜１９０上にマイクロレンズアレイを有する。マ
イクロレンズアレイは、前述した第１または第２の実施
例による方法に従って製造される。

【０１０３】固体撮像素子を構成する多数個の光電変換
素子は、画素ずらし配置にすることもできる。この場
合、垂直電荷転送素子の構成は、１行の光電変換素子行
あたり例えば１〜２本の垂直転送電極を備えた構成にす
ることができる。

【０１０４】ここで、本明細書でいう「画素ずらし配
置」とは、奇数番目に当たる光電変換素子列中の各光電
変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子列中の
光電変換素子の各々が、光電変換素子列内での光電変換
素子のピッチの約１／２、列方向にずれ、奇数番目に当
たる光電変換素子行中の各光電変換素子に対し、偶数番
目に当たる光電変換素子行中の光電変換素子の各々が、
光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約１／
２、行方向にずれ、光電変換素子列の各々が奇数行また
は偶数行の光電変換素子のみを含むような、多数個の光
電変換素子の配置を意味する。「画素ずらし配置」は、
多数個の光電変換素子を複数行、複数列に亘って行列状
に配置する際の一形態である。

【０１０５】上記の「光電変換素子列内での光電変換素
子のピッチの約１／２」とは、１／２を含む他に、製造
誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸
め誤差等の要因によって１／２から外れてはいるもの
の、得られる固体撮像素子の性能およびその画像の画質
からみて実質的に１／２と同等とみなすことができる値
をも含むものとする。上記の「光電変換素子行内での光
電変換素子のピッチの約１／２」についても同様であ
る。

【０１０６】図１２は、多数個の光電変換素子が画素ず
らし配置された固体撮像素子の一例を概略的に示す。図
示の固体撮像素子２００は、(i) 多数個の光電変換素子
１１０が画素ずらし配置されている点、および(ii)個々
の垂直電荷転送素子１２０が蛇行形状を有する点を除
き、図１１に示した固体撮像素子１００Ａと同様の構成
を有する。図１２に示した構成要素と機能上共通する構
成要素が全て図１１に示されている。図１１に示した構
成要素と機能上共通する構成要素には図１１で用いた参
照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。

【０１０７】多数個の光電変換素子１１０を画素ずらし
配置した場合には、垂直電荷転送素子１２０の各々を図
１１に示すような蛇行形状にすることによって、光電変
換素子１１０の集積度を高めやすくなる。垂直電荷転送
チャネル１２３の各々は、対応する光電変換素子列に沿
って蛇行し、第１垂直転送電極１２５ａおよび第２垂直
転送電極１２５ｂの各々は、対応する光電変換素子行に
沿って蛇行する。

【０１０８】多数個の光電変換素子１１０を画素ずらし
配置した場合でも、半導体基板１０１の上方には、図１
０に示した第２の電気的絶縁層１６０、光遮蔽膜１６
５、層間絶縁膜１７０、パッシベーション膜１７５、第
１の平坦化膜１８０、色フィルタアレイ１８５、および
第２の平坦化膜１９０が順次形成され、その上に、前述
した第１または第２の実施例による方法に従ってマイク
ロレンズアレイが配置される。

【０１０９】固体撮像素子２００を構成するマイクロレ
ンズアレイを前述した第１の実施例による方法に従って
製造した場合、１列おきに選択された各光電変換素子列
中の全ての光電変換素子１１０に第１マイクロレンズ５
（図１（Ｄ１）参照）が対応し、他の１列おきに選択さ
れた各光電変換素子列中の全ての光電変換素子１１０に
第２マイクロレンズ１０（図１（Ｄ１）参照）が対応す
る。

【０１１０】ただし、光電変換素子列に平面視上斜行す
る方向での第１マイクロレンズ５および第２マイクロレ
ンズ１０の分布を見ると、これら第１マイクロレンズ５
および第２マイクロレンズ１０は、それぞれ、市松状に
分布する。

【０１１１】多数個の光電変換素子を正方行列状に配置
する場合および画素ずらし配置する場合のいずれにおい
ても、垂直電荷転送素子や水平電荷転送素子を何相の駆
動信号で駆動するかは、１行の光電変換素子行に対応す
る垂直転送電極の数、または１つの垂直電荷転送素子に
対応する水平転送電極の数、あるいは、垂直電荷転送素
子または水平電荷転送素子の駆動方法等に応じて、適宜
選定可能である。水平電荷転送素子は、１つの垂直電荷
転送素子あたり２本以上の水平転送電極を配置すること
によって構成可能である。

【０１１２】図１〜図５を用いて説明したマイクロレン
ズアレイ２０や、図６〜図７を用いて説明したマイクロ
レンズアレイ２５は、ＭＯＳ型の固体撮像素子に適用す
ることもできる。

【０１１３】図１３（Ａ）は、エリア・イメージセンサ
として利用されるＭＯＳ型の固体撮像素子での光電変換
素子および出力信号生成部の配置を概略的に示す。図示
の固体撮像素子３００では、半導体基板２０１の一表面
に複数行、複数列に亘って多数個の光電変換素子２１０
が正方行列状に配置される。１個の光電変換素子２１０
に１つずつ、図示を省略したスイッチング回路が接続さ
れる。

【０１１４】１つの光電変換素子列に１本ずつ、この光
電変換素子列に沿って出力信号線２３０が配置され、こ
れらの出力信号線２３０に１つずつ、負荷トランジスタ
２４０が接続される。各出力信号線２３０は、信号生成
部２５０に接続される。

【０１１５】光電変換素子２１０に光が入射すると、こ
の光電変換素子２１０に電荷が蓄積される。図示を省略
したスイッチング回路の動作を適宜制御することによ
り、光電変換素子２１０に蓄積された電荷に応じた大き
さの電気信号を、対応する出力信号線２３０に発生させ
ることができる。この電気信号は信号生成部２５０によ
って検出されると共に、所定の出力信号（画素信号）に
変換されて出力される。この出力が、固体撮像素子３０
０の出力となる。

【０１１６】個々の光電変換素子２１０に接続されたス
イッチング回路の動作を光電変換素子行単位で制御する
ために、行読出し走査部２６０と行リセット走査部２６
５とが半導体基板２０１に配置される。

【０１１７】行読出し走査部２６０は、各スイッチング
回路の動作を制御して、光電変換素子２１０とこれに対
応する出力信号線２３０との電気的な接続を制御する。
行リセット走査部２６５は、各スイッチング回路の動作
を制御して、光電変換素子２１０に蓄積された電荷の掃
き出し動作を制御する。

【０１１８】これらの制御に必要な信号を伝達するため
に、行選択信号線２２４およびリセット信号線２２７
が、それぞれ、１行の光電変換素子行に１本ずつ対応し
て配置される。また、１行の光電変換素子行もしくは１
列の光電変換素子列に１本ずつ対応して、電源電圧供給
線２２５が配置される。各スイッチング回路は、これら
の信号線および供給線にも電気的に接続可能である。

【０１１９】制御部２７０が半導体基板２０１上に配置
されて、信号生成部２５０、行読出し走査部２６０、お
よび行リセット走査部２６５の動作を制御する。図１３
（Ｂ）は、スイッチング回路の一例を示す。同図に示す
スイッチング回路２２０は、出力用トランジスタ２２
１、行選択用トランジスタ２２２、およびリセット用ト
ランジスタ２２３を含む。これらのトランジスタは、例
えばＭＯＳ型トランジスタである。

【０１２０】出力用トランジスタ２２１と行選択用トラ
ンジスタ２２２とが直列に接続され、出力用トランジス
タ２２２のゲートに光電変換素子２１０が、行選択用ト
ランジスタ２２２のゲートに行選択信号線２２４が接続
される。出力用トランジスタの残りの一端が電源電圧供
給線２２５に接続され、行選択用トランジスタ２２２の
残りの一端が出力信号線２３０に接続される。

【０１２１】リセット用トランジスタ２２３は、出力用
トランジスタ２２２と光電変換素子２１０とを接続する
配線２２６に接続されると共に、電源電圧供給線２２５
にも接続され、そのゲートにはリセット信号線２２７が
接続される。

【０１２２】各スイッチング回路２２０、各出力信号線
２３０、各負荷トランジスタ２４０、信号生成部２５
０、行読出し走査部２６０、および行リセット走査部２
６５は、出力信号生成部を構成する。

【０１２３】行読出し走査部２６０から行選択信号線２
２４に読出し信号が供給されると、この行選択信号線２
２４に接続されている行選択用トランジスタ２２２がオ
ンになる。出力用トランジスタ２２１と、これに対応す
る出力信号線２３０とが電気的に接続される。

【０１２４】出力用トランジスタ２２１のゲートに印加
される電圧の値は、この出力用トランジスタ２２１に接
続されている光電変換素子１１０に蓄積された電荷に応
じて変化する。したがって、出力用トランジスタ２２１
に流れるドレイン電流の大きさも、光電変換素子２１０
に蓄積された電荷に応じて変化する。結果的に、行選択
用トランジスタ２２２がオンになると、光電変換素子２
１０に蓄積された電荷に応じた電気信号が出力用信号線
２３０に発生する。

【０１２５】行リセット走査部２６５からリセット信号
線２２７にリセット信号が供給されると、このリセット
信号線２２７に接続されているリセット用トランジスタ
２２３がオンになる。このリセット用トランジスタ２２
３に対応する光電変換素子２１０が電源電圧供給線２２
５に接続され、光電変換素子２１０に蓄積されていた電
荷が電源電圧供給線２２５に排出される。

【０１２６】ＭＯＳ型の固体撮像素子３００において
も、半導体基板２０１の上方には、図１０に示した第２
の電気的絶縁層１６０、光遮蔽膜１６５、層間絶縁膜１
７０、パッシベーション膜１７５、第１の平坦化膜１８
０、色フィルタアレイ１８５、および第２の平坦化膜１
９０が順次形成され、その上に、前述した第１または第
２の実施例による方法に従ってマイクロレンズアレイが
配置される。

【０１２７】ただし、ＣＣＤ型およびＭＯＳ型のいずれ
の固体撮像素子においても、色フィルタアレイは、前述
のように省略することが可能である。色フィルタアレイ
を省略した場合には、第２の平坦化膜も一緒に省略し
て、第１の平坦化膜上にマイクロレンズアレイを配置す
ることが可能である。

【０１２８】上面が平坦な層間絶縁膜を形成することに
より、第１の平坦化膜を省略することも可能である。こ
のような層間絶縁膜は、例えば、シリコン酸化物（スピ
ンオンガラスを含む。）、ボロホスホシリケートガラス
（ＢＰＳＧ）、ホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）、ボ
ロシリケートガラス（ＢＳＧ）等からなる比較的厚肉の
層をリフローすることによって、あるいは、前記の層に
エッチバックあるいはケミカルメカニカルドリリング等
を施すことによって、形成可能である。

【０１２９】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能であることは、当業者に自明であろう。

【０１３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光電変換素子への集光効率を向上させやすい固体撮像素
子が提供される。感度の高い固体撮像素子を提供するこ
とが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例によるマイクロレンズアレイの製
造方法を示す工程図である。

【図２】第１の実施例によるマイクロレンズアレイの製
造方法によって第２マイクロレンズが球面レンズ形状、
または、ほぼ球面レンズと見なすことができる表面形状
のマイクロレンズになる原理を説明するための斜視図で
ある。

【図３】第１の実施例による方法に従って製造されたマ
イクロレンズアレイを斜視したときの形状を示す走査型
電子顕微鏡写真である。

【図４】図３に示したマイクロレンズアレイを図３とは
異なる方向から斜視したときの形状を示す走査型電子顕
微鏡写真である。

【図５】図３に示したマイクロレンズアレイの平面形状
を示す走査型電子顕微鏡写真である。

【図６】第２の実施例によるマイクロレンズアレイの製
造方法での一工程を示す断面図である。

【図７】第２の実施例によるマイクロレンズアレイの製
造方法によって製造されたマイクロレンズアレイを概略
的に示す断面図である。

【図８】実施例による固体撮像素子での光電変換素子、
第１電荷転送素子（垂直電荷転送素子）、第２電荷転送
素子（水平電荷転送素子）、および電荷検出回路の平面
配置を示す概略図である。

【図９】実施例による固体撮像素子を概略的に示す平面
図である。

【図１０】図１０に示したＸ−Ｘ線に沿った固体撮像素
子の断面を示す概略図である。

【図１１】多数個の光電変換素子が正方行列状に配置さ
れ、各垂直電荷転送素子が１行の光電変換素子行あたり
２本の垂直転送電極を備えた固体撮像素子を示す概略図
である。

【図１２】多数個の光電変換素子が画素ずらし配置され
た固体撮像素子の一例を概略的に示す平面図である。

【図１３】図１３（Ａ）は、エリア・イメージセンサと
して利用されるＭＯＳ型固体撮像素子での光電変換素子
および出力信号生成部の配置を示す概略図であり、図１
３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示した光電変換素子に接続
されるスイッチング回路の一例を示す回路図である。

【符号の説明】

５Ａ…第１マイクロレンズ用パターン、 ５…第１マイ
クロレンズ、 １０Ａ…第２マイクロレンズ用パター
ン、 １０…第２マイクロレンズ、 ２０、２５…マイ
クロレンズアレイ、 ２５Ａ…マイクロレンズ材料層、
１００、１００Ａ、２００、３００…固体撮像素子、
１０１、２０１…半導体基板、 １１０、２１０…光
電変換素子、 １２０…第１電荷転送素子（垂直電荷転
送素子）、１２３…垂直電荷転送チャネル、 １２５…
垂直転送電極、１２５ａ…第１垂直転送電極、 １２５
ｂ…第２垂直転送電極、 １３０…読出しゲート、 １
４０…第２電荷転送素子（水平電荷転送素子）、 １５
０…電荷検出回路、 １６０…第２の電気的絶縁層、
１６５…光遮蔽膜、 １７０…層間絶縁膜、 １７５…
パッシベーション膜、 １８０…第１の平坦化膜、 １
８５…色フィルタアレイ、 １９０…第２の平坦化膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AB01 BA13 BA14 CA02 CA32 FA06 FA07 GC07 GD02 GD04 GD07 5C024 AX01 CY33 CY47 EX43 GY01 GY31 5F088 AA02 AB03 BA18 BB03 CB18 EA04 EA08 HA05 JA12 JA13 KA03

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘って行列
   状に配置された多数個の光電変換素子と、 前記光電変換素子の各々に蓄積された電荷に基づいて出
   力信号を生成することができる出力信号生成部と、 前記光電変換素子の１個に１個ずつ対応して前記多数個
   の光電変換素子の上方に行列状に配置され、行方向から
   斜行する方向に隣り合うもの同士の間に空隙を形成しつ
   つ、行方向に隣り合うもの同士で平面視上線接触すると
   共に列方向に隣り合うもの同士で平面視上線接触し、前
   記線接触する箇所中央部での厚さが前記空隙に面した箇
   所での厚さよりも厚い多数個のマイクロレンズを有する
   マイクロレンズアレイとを有する固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記マイクロレンズアレイが、アクリル
   系フォトレジストによって形成される請求項１に記載の
   固体撮像素子。
3. 【請求項３】 前記多数個の光電変換素子が画素ずらし
   配置されている請求項１または請求項２に記載の固体撮
   像素子。
4. 【請求項４】 ＣＣＤ型の固体撮像素子である請求項１
   〜請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
5. 【請求項５】 ＭＯＳ型の固体撮像素子である請求項１
   〜請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
6. 【請求項６】 （Ａ）一表面に多数個の光電変換素子が
   複数行、複数列に亘って行列状に配置されると共に、該
   多数個の光電変換素子の各々に蓄積された電荷に基づい
   て出力信号を生成することができる出力信号生成部が形
   成され、さらに、前記出力信号生成部を覆う光遮蔽膜
   と、該光遮蔽膜を平面視上覆って前記多数個の光電変換
   素子の上方にマイクロレンズアレイが形成される平坦面
   を提供する平坦化膜とが少なくとも設けられた半導体基
   板を準備する工程と、（Ｂ）前記多数個の光電変換素子
   の中から市松状に選択した各光電変換素子に１個ずつ対
   応し、各々の平面形状が円形または近似円である複数個
   の第１マイクロレンズを、前記平坦化膜上に互いに離隔
   させて形成する工程と、（Ｃ）前記工程（Ｂ）で選択し
   なかった各光電変換素子に１個ずつ対応し、各々が近傍
   の各第１マイクロレンズと部分的に重なる複数個のマイ
   クロレンズ用パターンを前記平坦化膜上に形成する工程
   と、（Ｄ）前記マイクロレンズ用パターンの各々をリフ
   ローさせた後に冷却して複数の第２マイクロレンズを形
   成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記第１マイクロレンズそれぞれの平面
   視上の大きさが、該第１マイクロレンズの各々を互いに
   離隔させて形成し得る最大の大きさである請求項６に記
   載の固体撮像素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記第１マイクロレンズの各々および前
   記第２マイクロレンズの各々が、同一のアクリル系フォ
   トレジストによって形成される請求項６または請求項７
   に記載の固体撮像素子の製造方法。
9. 【請求項９】 （Ａ）一表面に多数個の光電変換素子が
   複数行、複数列に亘って行列状に配置されると共に、該
   多数個の光電変換素子の各々に蓄積された電荷に基づい
   て出力信号を生成することができる出力信号生成部が形
   成され、さらに、前記出力信号生成部を覆う光遮蔽膜
   と、該光遮蔽膜を平面視上覆って前記多数個の光電変換
   素子の上方にマイクロレンズアレイが形成される平坦面
   を提供する平坦化膜とが少なくとも設けられた半導体基
   板を準備する工程と、（Ｂ）前記平坦化膜上にマイクロ
   レンズ材料層を形成する工程と、（Ｃ）前記多数個の光
   電変換素子の中から市松状に選択した各光電変換素子に
   １個ずつ対応し、各々の平面形状が円形または近似円で
   ある複数個の第１マイクロレンズを、前記マイクロレン
   ズ材料層上に互いに離隔させて形成する工程と、（Ｄ）
   前記工程（Ｃ）で選択しなかった各光電変換素子に１個
   ずつ対応し、各々が近傍の各第１マイクロレンズと部分
   的に重なる複数個のマイクロレンズ用パターンを前記マ
   イクロレンズ材料層上に形成する工程と、（Ｅ）前記マ
   イクロレンズ用パターンの各々をリフローさせた後に冷
   却して複数の第２マイクロレンズを形成する工程と、
   （Ｆ）前記第１マイクロレンズの各々、前記第２マイク
   ロレンズの各々、および前記マイクロレンズ材料層をエ
   ッチングすることによって、前記第１マイクロレンズお
   よび前記第２マイクロレンズそれぞれの立体形状を前記
   マイクロレンズ材料層に転写する工程とを含む固体撮像
   素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 一平面上に複数行、複数列に亘って行
    列状に配置された多数個のマイクロレンズによって構成
    されるマイクロレンズアレイの製造方法であって、
    （Ａ）前記一平面上に、各々の平面形状が円形または近
    似円である複数個の第１マイクロレンズを互いに離隔さ
    せて市松状に形成する工程と、（Ｂ）各々が、行方向に
    隣り合う第１マイクロレンズ間に露出する前記一平面、
    または列方向に隣り合う第１マイクロレンズ間に露出す
    る前記一平面を覆うと共に、近傍の各第１マイクロレン
    ズと部分的に重なる複数個のマイクロレンズ用パターン
    を形成する工程と、（Ｃ）前記マイクロレンズ用パター
    ンの各々をリフローさせた後に冷却して複数個の第２マ
    イクロレンズを形成する工程とを含むマイクロレンズア
    レイの製造方法。
11. 【請求項１１】 一平面上に複数行、複数列に亘って行
    列状に配置された多数個のマイクロレンズによって構成
    されるマイクロレンズアレイの製造方法であって、
    （Ａ）平坦な上面を有するマイクロレンズ材料層を形成
    する工程と、（Ｂ）前記マイクロレンズ材料層上に、各
    々の平面形状が円形または近似円である複数個の第１マ
    イクロレンズを互いに離隔させて市松状に形成する工程
    と、（Ｃ）各々が、行方向に隣り合う第１マイクロレン
    ズ間に露出する前記マイクロレンズ材料層の上面、また
    は列方向に隣り合う第１マイクロレンズ間に露出するマ
    イクロレンズ材料層の上面を覆うと共に、近傍の各第１
    マイクロレンズと部分的に重なる複数個のマイクロレン
    ズ用パターンを形成する工程と、（Ｄ）前記マイクロレ
    ンズ用パターンの各々をリフローさせた後に冷却して複
    数個の第２マイクロレンズを形成する工程と、（Ｅ）前
    記第１マイクロレンズの各々、前記第２マイクロレンズ
    の各々、および前記マイクロレンズ材料層をエッチング
    することによって、前記第１マイクロレンズおよび前記
    第２マイクロレンズそれぞれの立体形状を前記マイクロ
    レンズ材料層に転写する工程とを含むマイクロレンズア
    レイの製造方法。