JPWO2016052220A1 - 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器 - Google Patents
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Abstract
本開示は、マイクロレンズと反射防止膜の界面の成分を拡散させることができるようにする固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器に関する。透湿口は、隣接する画素のマイクロレンズの間に形成される。透湿口は、反射防止膜で覆われる。反射防止膜は、拡散口以外のマイクロレンズの表面に形成される。反射防止膜の屈折率は、マイクロレンズより屈折率の高い。本開示は、例えば、裏面照射型固体撮像素子であるCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等に適用することができる。
Description
本開示は、固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器に関し、特に、マイクロレンズと反射防止膜の界面の成分を拡散させることができるようにした固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器に関する。
コンパクトデジタルカメラやモバイルカメラの固体撮像素子として、微細画素の感度やシェーディング特性を改善するために、裏面照射型固体撮像素子(BSI)が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
BSIは、APSサイズ、35mmサイズ、または1型サイズの画像を撮影するデジタルスチルカメラの固体撮像素子として採用することも可能であるが、このようなデジタルスチルカメラでは、画素サイズが充分大きい（例えば、1.980um以上である）ため、費用対効果が少なく、BSIの導入が遅れていた。しかしながら、近年、このようなデジタルスチルカメラであっても、より高感度で高精細な画像の撮像が求められており、BSIの導入が検討されている。
BSIは、表面照射型固体撮像素子(FSI)に比べて、フォトダイオードの面積を広くすることが可能であり、また、光の入射側に多層メタル配線が無いため、入射光を効率良くフォトダイオードに取り込むことができる。その結果、感度特性が向上する。
一方、フォトダイオードの面積が広く、光の入射側に多層メタル配線が無いため、フォトダイオードは、マイクロレンズの光の照射側に設けられた、シールガラス面や赤外線カットフィルタ(IRCF)、光学系などからの反射光を多く取り込んでしまう。その結果、フレアやゴースト、混色などが発生しやすく、撮像画像の画質が劣化する。
そこで、マイクロレンズの表面に２つの無機膜を反射防止膜として設け、フレアやゴースト、混色などの発生を防止することが考えられている（例えば、特許文献２）。
しかしながら、マイクロレンズの表面に反射防止膜が設けられる場合、BSIが高温高湿の状態に長時間置かれると、マイクロレンズと反射防止膜の界面の一部の領域で発生した水分が、反射防止膜に浸透せずに残り、水滴が発生することがある。この場合、撮像画像には、水滴によるシミが発生し、撮像画像の画質は劣化する。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、マイクロレンズと反射防止膜の界面の成分を拡散させることができるようにするものである。
本開示の第１の側面の固体撮像素子は、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜とを備える固体撮像素子である。
本開示の第１の側面においては、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜とが備えられる。
本開示の第２の側面の製造方法は、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜とを備える固体撮像素子の製造方法である。
本開示の第２の側面においては、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜とを備える固体撮像素子が製造される。
本開示の第３の側面の電子機器は、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜とを備える電子機器である。
本開示の第３の側面においては、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜とが備えられる。
本開示の第４の側面の固体撮像素子は、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜とを備える固体撮像素子である。
本開示の第４の側面においては、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜とが備えられる。
本開示の第５の側面の製造方法は、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜とを備える固体撮像素子の製造方法である。
本開示の第５の側面においては、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜とを備える固体撮像素子が製造される。
本開示の第６の側面の電子機器は、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜とを備える電子機器である。
本開示の第６の側面においては、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜とが備えられる。
本開示の第４の側面の固体撮像素子は、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜とを備える固体撮像素子である。
本開示の第４の側面においては、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜とが備えられる。
本開示の第５の側面の製造方法は、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜とを備える固体撮像素子の製造方法である。
本開示の第５の側面においては、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜とを備える固体撮像素子が製造される。
本開示の第６の側面の電子機器は、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜とを備える電子機器である。
本開示の第６の側面においては、各画素のマイクロレンズと、隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜とが備えられる。
本開示の第１、第３、第４、および第６の側面によれば、撮像することができる。また、本開示の第１、第３、第４、および第６の側面によれば、マイクロレンズと反射防止膜の界面の成分を拡散させることができる。
また、本開示の第２および第５の側面によれば、固体撮像素子を製造することができる。本開示の第２および第５の側面によれば、マイクロレンズと反射防止膜の界面の成分を拡散させることができる固体撮像素子を製造することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
以下、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施の形態：CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ（図１乃至図１０）
２．第２実施の形態：CMOSイメージセンサ（図１１）
３．第３実施の形態：撮像装置（図１２）
１．第１実施の形態：CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ（図１乃至図１０）
２．第２実施の形態：CMOSイメージセンサ（図１１）
３．第３実施の形態：撮像装置（図１２）
＜第１実施の形態＞
（CMOSイメージセンサの第１実施の形態の構成例）
図１は、本開示を適用した固体撮像素子としてのCMOSイメージセンサの第１実施の形態の構成例を示す図である。
（CMOSイメージセンサの第１実施の形態の構成例）
図１は、本開示を適用した固体撮像素子としてのCMOSイメージセンサの第１実施の形態の構成例を示す図である。
CMOSイメージセンサ５０は、BSIである。CMOSイメージセンサ５０は、画素領域５１、画素駆動線５２、垂直信号線５３、垂直駆動部５４、カラム処理部５５、水平駆動部５６、システム制御部５７、信号処理部５８、およびメモリ部５９が、図示せぬシリコン基板等の半導体基板(チップ)に形成されたものである。
CMOSイメージセンサ５０の画素領域５１には、複数の画素が行列状に２次元配置される。各画素は、入射光の光量に応じた電荷量の電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子を有し、撮像を行う。画素領域５１にはまた、行列状の画素に対して行ごとに画素駆動線５２が形成され、列ごとに垂直信号線５３が形成される。
垂直駆動部５４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素領域５１の各画素を行単位等で駆動する。垂直駆動部５４の各行に対応した図示せぬ出力端には、画素駆動線５２の一端が接続されている。垂直駆動部５４の具体的な構成について図示は省略するが、垂直駆動部５４は、読み出し走査系および掃き出し走査系の２つの走査系を有する構成となっている。
読み出し走査系は、各画素からの画素信号を行単位で順に読み出すように、各行を順に選択し、選択行の画素駆動線５２と接続する出力端から選択信号等を出力する。これにより、読み出し走査系により選択された行の画素は、光電変換素子に蓄積された電荷の電気信号を画素信号として読み出し、垂直信号線５３に供給する。
掃き出し走査系は、光電変換素子から不要な電荷を掃き出す(リセットする)ために、読み出し系の走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して、各行の画素駆動線５２と接続する出力端からリセット信号を出力する。この掃き出し走査系による走査により、いわゆる電子シャッタ動作が行ごとに順に行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の電荷を捨てて、新たに露光を開始する（電荷の蓄積を開始する）動作のことをいう。
カラム処理部５５は、画素領域５１の列ごとに信号処理回路を有する。カラム処理部５５の各信号処理回路は、選択行の各画素から垂直信号線５３を通して出力される画素信号に対して、CDS(Correlated Double Sampling)（相関二重サンプリング）処理等のノイズ除去処理、A/D変換処理等の信号処理を行う。カラム処理部５５は、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
水平駆動部５６は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部５５の信号処理回路を順番に選択する。この水平駆動部５６による選択走査により、カラム処理部５５の各信号処理回路で信号処理された画素信号が順番に信号処理部５８に出力される。
システム制御部５７は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等によって構成され、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に垂直駆動部５４、カラム処理部５５、および水平駆動部５６を制御する。
信号処理部５８は、少なくとも加算処理機能を有する。信号処理部５８は、カラム処理部５５から出力される画素信号に対して加算処理等の種々の信号処理を行う。このとき、信号処理部５８は、必要に応じて、信号処理の途中結果などをメモリ部５９に格納し、必要なタイミングで参照する。信号処理部５８は、信号処理後の画素信号を出力する。
メモリ部５９は、DRAM（Dynamic Random Access Memory）やSRAM（Static Random Access Memory）などにより構成される。
なお、以下では、特に断りのない限り、CMOSイメージセンサ５０の半導体基板の光の照射側を上側とし、その反対側を下側として説明する。また、以下では、本開示の内容に関わりがないため、マイクロレンズの上側に設けられる透明保護膜、シールガラス、IRCFなどについては説明しない。
（画素領域の構成）
図２は、図１の画素領域５１の上面図であり、図３は、図２のｂ−ｃ断面図であり、図４は、図２のｄ−ｅ断面図である。
図２は、図１の画素領域５１の上面図であり、図３は、図２のｂ−ｃ断面図であり、図４は、図２のｄ−ｅ断面図である。
なお、図２では、説明の便宜上、画素領域５１を構成する画素のうちの９個の画素７１−１乃至７１−９のみ図示している。また、画素領域５１の画素配列はベイヤ配列であり、画素７１−１，７１−３，７１−５，７１−７、および７１−９は、緑色の画素である。さらに、以下では、画素７１−１乃至７１−９を特に区別する必要がない場合、それらをまとめて画素７１という。
図３および図４に示すように、画素７１は、半導体基板９１に設けられ、半導体基板９１の内部には、光電変換素子であるフォトダイオード９２等が形成される。また、半導体基板９１の上部には、ゲート絶縁膜９３が形成される。ゲート絶縁膜９３上の水平方向に隣接する画素７１の間には、図３に示すように遮光部９４が形成され、斜め方向に隣接する画素７１の間には、図４に示すように遮光部９５が形成される。
ゲート絶縁膜９３、遮光部９４、遮光部９５等が形成された半導体基板９１の上部には、絶縁膜９６が形成され、これにより、半導体基板９１の上部が平坦化される。
図３および図４に示すように、絶縁膜９６の上部には、カラーフィルタ９７が形成される。なお、図４に示すように、斜め方向に隣接する緑色の画素７１のカラーフィルタ９７は連結しており、その連結部分には、他の領域に比べて薄い凹部９７Ａが形成されている。即ち、緑色の画素７１の四隅には、凹部９７Ａが形成されている。
カラーフィルタ９７の上部には、マイクロレンズ９８が形成される。マイクロレンズ９８は、金属微粒子を含有させたアクリル系、スチレン系、ノボラック系などの有機系樹脂、または、それらの共重合系樹脂からなる。
マイクロレンズ９８の屈折率は、例えば、1.48〜1.62程度であり、この場合、入射光側の媒体が空気であるときのマイクロレンズ９８の表面反射率は、3.8〜5.6%程度となる。例えば、マイクロレンズ９８が、屈折率が約1.60程度であるポリスチレン系の樹脂からなる場合、マイクロレンズ９８の可視光(400〜700nmの波長の光)の平均表面反射率は約5.2%になる。
図２および図４に示すように、各画素７１のマイクロレンズ９８の四隅、即ち、斜め方向に隣接する画素７１のマイクロレンズ９８の間には、可視光の波長以下（例えば、400nm以下）の開口幅ｗの透湿口（拡散口）１０１が形成される。即ち、透湿口１０１は、凹部９７Ａの上部に設けられる。
透湿口１０１の幅ｗは、可視光の波長以下であるので、マイクロレンズ９８の集光特性は劣化せず、実質的にマイクロレンズ９８の無効領域は発生しない。従って、感度は劣化しない。
透湿口１０１以外のマイクロレンズ９８の上部には、反射防止膜９９が形成され、反射防止膜９９の上部には、反射防止膜１００（第２の反射防止膜）が形成される。反射防止膜９９は、シリコン窒化膜(SiN)またはシリコン酸化窒化膜(SiON)などの無機膜であり、反射防止膜９９（第１の反射防止膜）の屈折率は、マイクロレンズ９８の屈折率より高い。
反射防止膜１００は、シリコン酸化膜(SiO２)やシリコン酸化炭化膜(SiOC)などの無機膜からなり、反射防止膜１００の屈折率は、反射防止膜９９とマイクロレンズ９８の屈折率より低い。
以上のような反射防止膜９９および反射防止膜１００がマイクロレンズ９８の上面に形成されることにより、マイクロレンズ９８の表面反射率が低減する。
例えば、画素７１の１辺のサイズが2.4umであり、マイクロレンズ９８が、屈折率約1.60程度のポリスチレン系の樹脂であり、反射防止膜９９が、屈折率約1.86程度で膜厚120nmのSiN膜であり、反射防止膜１００が、屈折率約1.46程度で膜厚80nmのSiO２膜である場合（以下では、２層例という）、マイクロレンズ９８の可視光の平均表面反射率は約1.3%になる。
これに対して、同一のマイクロレンズの表面に、屈折率約1.46程度で膜厚100nmのSiO２膜のみが形成される場合（以下、１層例という）、マイクロレンズの可視光の平均表面反射率は、２層例の２倍の約2.6%になる。また、同一のマイクロレンズの表面に何らの層も形成されない場合、マイクロレンズの可視光の平均表面反射率は、２層例の４倍の約5.2%になる。
また、マイクロレンズ９８の表面反射率が低減することにより、画素７１の感度が向上する。例えば、２層例の感度は、1.00a.u.であるが、１層例の感度特性は、1.02a.u.である。
反射防止膜１００はまた、透湿口１０１の表面にも設けられる。即ち、透湿口１０１は、反射防止膜１００で覆われている。これにより、透湿口１０１のギャップが縮小するため、マイクロレンズ９８の無効領域の発生を確実に防止することができる。また、エキシマレーザーリソグラフィのような高価な製造プロセスを用いることなく、透湿口１０１を形成することが可能になる。
また、反射防止膜１００は、親水性の高い膜であるため、反射防止膜１００が透湿口１０１を含む画素領域５１の上部全体に形成されることにより、画素領域５１の製造後のウェハダイシング時に用いる洗浄水が、画素領域５１の上部全体に十分に行き渡る。従って、透湿口１０１の幅ｗが、可視光の波長以下という小さい値であっても、画素領域５１の上部のダストの除去を十分に行うことができる。
半導体基板９１の下側には、多層のメタル配線層１０２が形成される。
なお、第１実施の形態では、透湿口１０１は、反射防止膜１００で覆われるようにするが、反射防止膜９９で覆われるようにしてもよい。
（透湿口による効果の説明）
図５乃至図７は、透湿口１０１による効果を説明する図である。
図５乃至図７は、透湿口１０１による効果を説明する図である。
図５は、透湿口１０１が形成される場合と、透湿口１０１が形成されない場合において、高温高湿状態（例えば、85℃、湿度85%）で長時間（例えば1000時間）放置された反射防止膜１００、反射防止膜９９、およびマイクロマイクロレンズ９８の一部の領域を、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)を用いて分析した結果を表すグラフである。
図５の横軸は、反射防止膜１００、反射防止膜９９、およびマイクロマイクロレンズ９８の厚さ方向の位置を表し、縦軸は、その位置の水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、および炭素（Ｃ）の成分量を表す。また、図５において、実線は、透湿口１０１が形成された場合の水素と酸素の成分量を表し、点線は、透湿口１０１が形成されない場合の水素と酸素の成分量を表す。また、一点鎖線は、透湿口１０１が形成された場合と形成されない場合で同一である炭素の成分量を表す。
反射防止膜９９は、透湿性の低い膜であるため、透湿口１０１が形成されない場合、高温高湿状態によって反射防止膜９９とマイクロレンズ９８の界面一部の領域で発生した水分が、反射防止膜９９に浸透せずに残る。従って、図５に示すように、反射防止膜９９とマイクロレンズ９８の界面の一部の領域で水素と酸素が増加する。即ち、反射防止膜９９とマイクロレンズ９８の界面において水滴が発生する。その結果、撮像画像には、水滴によるシミが発生し、撮像画像の画質は劣化する。
これに対して、透湿口１０１が形成される場合、透湿口１０１により、反射防止膜９９とマイクロレンズ９８の界面の一部の領域で発生した水分が拡散されるため、反射防止膜９９に局所的に水分が残留するのを抑制できる。即ち、透湿口１０１は、反射防止膜９９の透湿性を向上させることができる。従って、図５に示すように、反射防止膜９９とマイクロレンズ９８の界面において水素と酸素が増加しない。即ち、反射防止膜９９とマイクロレンズ９８の界面において水分の残留を抑制することができる。その結果、透湿口１０１が無い構造で見える残留する水分の影響によるシミといった、撮像画像の画質の劣化を防止することができる。
以上のように、CMOSイメージセンサ５０は、透湿口１０１を形成することにより、高温高湿状態における耐性を向上させることができる。
また、図６は、透湿口１０１が形成される画素領域５１のｄ−ｅ断面図であり、図７は、透湿口１０１が形成されない画素領域のｄ−ｅ断面である。なお、図７の画素領域は、マイクロレンズ９８に透湿口１０１が形成されない点を除いて、画素領域５１と同一であり、図６と同一のものには同一の符号を付してある。
図６に示すように、透湿口１０１が形成される画素領域５１では、例えば、画素７１−７の絶縁膜９６の上面で反射され、画素７１−５に向かう光は、透湿口１０１で反射されて上側に向かう。
これに対して、図７に示すように、透湿口１０１が形成されない画素領域では、例えば、画素１２１−７の絶縁膜９６の上面で反射され、画素１２１−７に隣接する画素１２１−５に向かう光は、画素１２１−５のマイクロレンズ９８で反射されて、画素１２１−５のフォトダイオード９２に向かう。これにより、画素１２１−７で受光すべき光が、画素１２１−５で受光される。即ち、混色が発生する。
従って、CMOSイメージセンサ５０は、透湿口１０１を形成することにより、混色を防止することができる。
（CMOSイメージセンサの製造方法）
本技術は、CMOSイメージセンサ５０のカラーフィルタ９７より上側に関する発明であるため、以下では、カラーフィルタ９７より上側の製造方法についてのみ説明する。
本技術は、CMOSイメージセンサ５０のカラーフィルタ９７より上側に関する発明であるため、以下では、カラーフィルタ９７より上側の製造方法についてのみ説明する。
図８は、緑色のカラーフィルタ９７の製造方法を説明する図である。
緑色のカラーフィルタ９７を製造する際、まず、半導体基板９１の絶縁膜９６にフォトレジストが塗布される。次に、マスクパターンを用いて所定の領域のみが露光され、現像される。
具体的には、図８のＡに示すように、マスクパターン１４０は、カラーフィルタ９７を生成する緑色の画素７１の領域に対応するガラス面１４１と、カラーフィルタ９７を生成しない緑色以外の色の画素７１の領域に対応するクロム面１４２により構成される。なお、斜め方向に隣接する緑色の画素７１のガラス面１４１どうしは、幅Ｗの連結部１４１Ａにより連結されている。
マスクパターン１４０は、フォトレジストが塗布された絶縁膜９６の上面に配置され、露光が行われる。これにより、ガラス面１４１に対応する領域のフォトレジストには光が照射され、クロム面１４２に対応する領域のフォトレジストには光が照射されない。その結果、ガラス面１４１に対応する領域のフォトレジストは硬化し、クロム面１４２に対応する領域のフォトレジストは硬化しない。
この後、現像が行われ、硬化していないフォトレジストが除去され、その結果、図８のＢに示すカラーフィルタ９７が形成される。このとき、連結部１４１Ａの幅Ｗが小さいため、連結部１４１Ａに対応する緑色のカラーフィルタ９７の四隅には、他の領域に比べて薄い凹部９７Ａが形成される。
図８の例では、緑色のカラーフィルタ９７の製造方法について説明したが、赤色および青色のカラーフィルタ９７の製造方法も同様である。
図９は、全色のカラーフィルタ９７の製造後に行われる、マイクロレンズ９８、反射防止膜９９、および反射防止膜１００の製造方法を説明する図である。
なお、図９のＡは、図２のｂ−ｃ断面図であり、図９のＢは、図２のｄ−ｅ断面図である。
まず、全色のカラーフィルタ９７が製造されると、ｂ−ｃ断面図とｄ−ｅ断面図は、それぞれ、図９のＡの（１）、図９のＢの（１）に示すようになる。
その後、（２）に示すように、カラーフィルタ９７の上面に、マイクロレンズ材料層１６０が、スピンコート法により塗布され、ホットプレート上で熱硬化される。マイクロレンズ材料層１６０は、金属微粒子を含有させたアクリル系、スチレン系、ノボラック系などの有機系樹脂、または、それらの共重合系樹脂からなる。
次に、（３）に示すように、フォトリソグラフィ法でのパターニングにより、マイクロレンズ材料層１６０の上面の各画素７１に対応する領域に、感光性樹脂膜などにより構成されるレジスト層１６１が形成される。
そして、（４）に示すように、レジスト層１６１が、レジスト層１６１の熱軟化点より高い温度で加熱処理され、これにより、レジスト層１６１の形状が、上に凸部を有する曲面となる。
次に、（５）に示すように、エッチバック処理が施され、レジスト層１６１の形状がマイクロレンズ材料層１６０に転写される。これにより、各画素７１のマイクロレンズ材料層１６０の底面の水平方向の長さが、各画素７１の水平方向の長さとなる。しかしながら、各画素７１のマイクロレンズ材料層１６０の底面の斜め方向の長さは、各画素７１の斜め方向の長さより短い。
従って、この後、（６）に示すように、マイクロレンズ材料層１６０の斜め方向に隣接する画素７１の境界がエッチングされ、これにより、各画素７１のマイクロレンズ材料層１６０の底面の斜め方向および水平方向の長さが、各画素７１の斜め方向および水平方向の長さであるマイクロレンズ９８が形成される。
次に、（７）に示すように、プラズマCDV法などを用いて、マイクロレンズ９８の上面に反射防止膜９９が形成される。そして、（８）に示すように、フォトリソグラフィ法でのパターニングにより、反射防止膜９９の上面の斜め方向に隣接する画素７１の境界の領域以外に反射防止膜材料層１６２が塗布される。反射防止膜材料層１６２は、シリコン酸化膜やシリコン酸化炭化膜などの無機膜である。
次に、（９）に示すように、ドライエッチングにより、反射防止膜材料層１６２が形成されていない、斜め方向に隣接する画素７１の境界、即ち画素７１の四隅の、反射防止膜９９とマイクロレンズ９８が除去され、透湿口１０１が形成される。
このとき、反射防止膜９９とマイクロレンズ９８が除去される画素７１の四隅には、カラーフィルタ９７の凹部９７Ａが形成されているので、オーバーエッチングにより、カラーフィルタ９７が露出することを防止することができる。その結果、CMOSイメージセンサ５０の暗電流の増加を防止することができる。
即ち、緑色のカラーフィルタ９７には、通常、銅や亜鉛をなど含む色素が用いられるため、ドライエッチング中に露出すると、エッチング装置のチェンバが金属により汚染されてしまう。そして、金属により汚染されたエッチング装置でCMOSイメージセンサ５０を製造すると、暗電流などが増加する。従って、ドライエッチングによりカラーフィルタ９７が露出することを防止することにより、暗電流の増加を防止することができる。
画素７１の四隅の反射防止膜９９とマイクロレンズ９８が除去された後、反射防止膜材料層１６２が除去される。そして、（１０）に示すように、反射防止膜９９および透湿口１０１の上部に反射防止膜１００が形成される。
以上のように、CMOSイメージセンサ５０は、透湿口１０１を有するので、マイクロレンズ９８と反射防止膜９９の界面の水分などの成分を拡散させることができる。その結果、高温高湿状態における耐性が向上する。
また、CMOSイメージセンサ５０は、マイクロレンズ９８の上面に反射防止膜９９と反射防止膜１００を形成するので、マイクロレンズ９８の表面反射によるフレアやゴースト、混色などの発生を抑制することができる。
なお、透湿口１０１に反射防止膜１００が形成されないようにしてもよい。この場合、全色のカラーフィルタ９７の製造後に、図１０に示すように、マイクロレンズ９８、反射防止膜９９、および反射防止膜１００が製造される。
即ち、図１０のＡは、図２のｂ−ｃ断面図であり、図１０のＢは、図２のｄ−ｅ断面図である。また、図１０の（１）乃至（７）は、図９の（１）乃至（７）と同様であるので、説明は省略する。
図１０では、（７）に示すように、レジスト層１６１の上面に反射防止膜９９が形成された後、（８）に示すように、反射防止膜９９の上面に反射防止膜１００が形成される。
そして、（９）に示すように、エッチングが行われる。これにより、画素７１の四隅の反射防止膜１００、反射防止膜９９、およびマイクロレンズ９８が除去され、透湿口１０１が形成される。
即ち、画素７１の四隅の反射防止膜１００、反射防止膜９９、およびマイクロレンズ９８の膜厚は、他の領域に比べて薄い。そのため、エッチングにより、画素７１の四隅の反射防止膜１００、反射防止膜９９、およびマイクロレンズ９８が、他の領域に比べて早くエッチングされ、透湿口１０１が形成される。
なお、透湿口１０１に反射防止膜１００が形成される場合であっても、図１０に示すように、マイクロレンズ９８の上面に反射防止膜９９と反射防止膜１００が成膜され、その後、エッチングが行われるようにしてもよい。この場合、エッチング後に、透湿口１０１に反射防止膜１００が形成される。
＜第２実施の形態＞
（CMOSイメージセンサの第２実施の形態の画素領域の構成）
本開示を適用した固体撮像素子としてのCMOSイメージセンサの第２実施の形態の構成は、画素領域の構成を除いて、図１のCMOSイメージセンサ５０の構成と同一であるため、以下では、画素領域の構成についてのみ説明する。
（CMOSイメージセンサの第２実施の形態の画素領域の構成）
本開示を適用した固体撮像素子としてのCMOSイメージセンサの第２実施の形態の構成は、画素領域の構成を除いて、図１のCMOSイメージセンサ５０の構成と同一であるため、以下では、画素領域の構成についてのみ説明する。
図１１は、CMOSイメージセンサの第２実施の形態の画素領域の構成を示す、図２のｄ−ｅ断面図である。
図１１に示す構成のうち、図４の構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。
図１１の画素１８１−３，１８１−５，１８１−７の構成は、反射防止膜９９と反射防止膜１００の代わりに反射防止膜１８０が設けられる点、および、透湿口１０１の上部に反射防止膜１００が設けられない点が、図４の画素７１−３，７１−５，７１−７の構成と異なる。
即ち、図１１のマイクロレンズ９８には、屈折率の低いSiO２などの無機膜からなる１つの反射防止膜１８０のみが形成され、透湿口１０１の上部には反射防止膜１００が形成されない。
この場合、透湿口１０１が形成されない場合に比べて、反射防止膜１８０とマイクロレンズ９８の界面の成分をより拡散することができる。従って、反射防止膜１８０とマイクロレンズ９８の界面の一部の領域に熱処理等で発生した反応性の物質が、カラーフィルタ９７を還元させたり、変質させたりする状況にあっても、その物質が透湿口１０１より抜けていくことで、カラーフィルタ９７の還元や変質の度合を抑制することができる。その結果、局所的に光の透過率が変動することによる画質劣化を防止することができる。
＜第３実施の形態＞
（撮像装置の一実施の形態の構成例）
図１２は、本開示を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。
（撮像装置の一実施の形態の構成例）
図１２は、本開示を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図１２の撮像装置１０００は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等である。撮像装置１０００は、レンズ群１００１、固体撮像素子１００２、ＤＳＰ回路１００３、フレームメモリ１００４、表示部１００５、記録部１００６、操作部１００７、および電源部１００８からなる。ＤＳＰ回路１００３、フレームメモリ１００４、表示部１００５、記録部１００６、操作部１００７、および電源部１００８は、バスライン１００９を介して相互に接続されている。
レンズ群１００１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子１００２の撮像面上に結像する。固体撮像素子１００２は、上述したCMOSイメージセンサからなる。固体撮像素子１００２は、レンズ群１００１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号としてＤＳＰ回路１００３に供給する。
ＤＳＰ回路１００３は、固体撮像素子１００２から供給される画素信号に対して所定の画像処理を行い、画像処理後の画像信号をフレーム単位でフレームメモリ１００４に供給し、一時的に記憶させる。
表示部１００５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、フレームメモリ１００４に一時的に記憶されたフレーム単位の画素信号に基づいて、画像を表示する。
記録部１００６は、ＤＶＤ(Digital Versatile Disk)、フラッシュメモリ等からなり、フレームメモリ１００４に一時的に記憶されたフレーム単位の画素信号を読み出し、記録する。
操作部１００７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置１０００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部１００８は、電源を、ＤＳＰ回路１００３、フレームメモリ１００４、表示部１００５、記録部１００６、および操作部１００７に対して適宜供給する。
本技術を適用する電子機器は、画像取込部（光電変換部）にCMOSイメージセンサを用いる装置であればよく、撮像装置１０００のほか、撮像機能を有する携帯端末装置、画像読取部にCMOSイメージセンサを用いる複写機などがある。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
また、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、透湿口１０１の位置は、画素７１のマイクロレンズ９８の四隅に限らず、画素７１の任意の位置に形成することができる。
本開示は、以下のような構成もとることができる。
（１）
各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜と
を備える固体撮像素子。
（２）
前記マイクロレンズの下部に設けられるカラーフィルタ
をさらに備え、
前記拡散口は、前記カラーフィルタの凹部に設けられる
ように構成された
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
隣接する前記画素の前記カラーフィルタの間の下部に設けられる遮光部
をさらに備える
ように構成された
前記（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記第１の反射防止膜の上部に設けられる第２の反射防止膜
をさらに備え、
前記無機膜は、前記第２の反射防止膜と同一の膜である
ように構成された
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜と
を備える固体撮像素子の製造方法。
（６）
各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜と
を備える電子機器。
（７）
各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜と
を備える固体撮像素子。
（８）
各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜と
を備える固体撮像素子の製造方法。
（９）
各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜と
を備える電子機器。
各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜と
を備える固体撮像素子。
（２）
前記マイクロレンズの下部に設けられるカラーフィルタ
をさらに備え、
前記拡散口は、前記カラーフィルタの凹部に設けられる
ように構成された
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
隣接する前記画素の前記カラーフィルタの間の下部に設けられる遮光部
をさらに備える
ように構成された
前記（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記第１の反射防止膜の上部に設けられる第２の反射防止膜
をさらに備え、
前記無機膜は、前記第２の反射防止膜と同一の膜である
ように構成された
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜と
を備える固体撮像素子の製造方法。
（６）
各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜と
を備える電子機器。
（７）
各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜と
を備える固体撮像素子。
（８）
各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜と
を備える固体撮像素子の製造方法。
（９）
各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜と
を備える電子機器。
５０ CMOSイメージセンサ， ７１ 画素， ９５ 遮光部， ９７ カラーフィルタ， ９７Ａ 凹部， ９８ マイクロレンズ， ９９ 反射防止膜， １００ 反射防止膜， １０１ 透湿口
Claims (9)
- 各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜と
を備える固体撮像素子。 - 前記マイクロレンズの下部に設けられるカラーフィルタ
をさらに備え、
前記拡散口は、前記カラーフィルタの凹部に設けられる
ように構成された
請求項１に記載の固体撮像素子。 - 隣接する前記画素の前記カラーフィルタの間の下部に設けられる遮光部
をさらに備える
ように構成された
請求項２に記載の固体撮像素子。 - 前記第１の反射防止膜の上部に設けられる第２の反射防止膜
をさらに備え、
前記無機膜は、前記第２の反射防止膜と同一の膜である
ように構成された
請求項１に記載の固体撮像素子。 - 各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜と
を備える固体撮像素子の製造方法。 - 各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成され、無機膜で覆われる拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された、前記マイクロレンズより屈折率の高い第１の反射防止膜と
を備える電子機器。 - 各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜と
を備える固体撮像素子。 - 各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜と
を備える固体撮像素子の製造方法。 - 各画素のマイクロレンズと、
隣接する前記画素の前記マイクロレンズの間に形成される拡散口と、
前記拡散口以外の前記マイクロレンズの表面に形成された反射防止膜と
を備える電子機器。
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