WO2016052220A1 - 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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solid
film
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崇 中敷領
北野　良昭
雄二 西村
浩一 板橋
亮 千葉
陽介 滝田
充 石川
豊美 神脇
勇一 関
誠也 下地
大塚　洋一
孝文 西
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    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements

Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device, a manufacturing method, and an electronic device, and more particularly, to a solid-state imaging device, a manufacturing method, and an electronic device capable of diffusing components at an interface between a microlens and an antireflection film.
  • BBI Back-illuminated solid-state imaging devices
  • BSI can also be used as a solid-state image sensor of a digital still camera that captures images of APS size, 35 mm size, or 1 type size, but such a digital still camera has a sufficiently large pixel size (for example, Therefore, it was not cost-effective and the introduction of BSI was delayed.
  • a digital still camera it has been demanded to take a higher-sensitivity and higher-definition image, and the introduction of BSI is being studied.
  • BSI can increase the area of the photodiode compared to the front-illuminated solid-state imaging device (FSI), and since there is no multilayer metal wiring on the light incident side, the incident light can be efficiently emitted. Can be imported. As a result, sensitivity characteristics are improved.
  • FSI front-illuminated solid-state imaging device
  • the photodiode is equipped with a seal glass surface, infrared cut filter (IRCF), optical system provided on the light irradiation side of the microlens It captures a lot of reflected light. As a result, flare, ghost, color mixing, etc. are likely to occur, and the image quality of the captured image deteriorates.
  • IRCF infrared cut filter
  • Patent Document 2 two inorganic films are provided as antireflection films on the surface of the microlens to prevent the occurrence of flare, ghost, color mixing, etc.
  • the present disclosure has been made in view of such a situation, and allows a component at the interface between a microlens and an antireflection film to be diffused.
  • the solid-state imaging device includes a microlens of each pixel, a diffusion port formed between the microlens of the adjacent pixel and covered with an inorganic film, and the micro other than the diffusion port
  • a microlens of each pixel a diffusion port formed between the microlenses of the adjacent pixels and covered with an inorganic film, and a surface of the microlens other than the diffusion port And a first antireflection film having a higher refractive index than that of the microlens.
  • the manufacturing method includes a microlens of each pixel, a diffusion port formed between the microlens of the adjacent pixel and covered with an inorganic film, and the microlens other than the diffusion port And a first antireflection film having a refractive index higher than that of the microlens formed on the surface of the solid-state imaging device.
  • a microlens of each pixel, a diffusion port formed between the microlens of the adjacent pixel and covered with an inorganic film, and a surface of the microlens other than the diffusion port A solid-state imaging device including the first antireflection film having a higher refractive index than that of the microlens is manufactured.
  • An electronic apparatus includes a microlens of each pixel, a diffusion port formed between the microlens of the adjacent pixel and covered with an inorganic film, and the microlens other than the diffusion port And a first antireflection film having a refractive index higher than that of the microlens formed on the surface of the electronic device.
  • a microlens of each pixel a diffusion port formed between the microlens of the adjacent pixel and covered with an inorganic film, and a surface of the microlens other than the diffusion port And a first antireflection film having a higher refractive index than that of the microlens.
  • the solid-state imaging device according to the fourth aspect of the present disclosure is formed on the surface of the microlens other than the diffusion port, a microlens of each pixel, a diffusion port formed between the microlenses of the adjacent pixels.
  • a solid-state imaging device comprising the antireflection film formed.
  • the manufacturing method according to the fifth aspect of the present disclosure is formed on the surface of the microlens other than the diffusion port, the microlens of each pixel, the diffusion port formed between the microlenses of the adjacent pixels. And a method of manufacturing a solid-state imaging device including the antireflection film.
  • the microlens of each pixel, the diffusion port formed between the microlenses of the adjacent pixels, and the reflection formed on the surface of the microlens other than the diffusion port A solid-state imaging device including a prevention film is manufactured.
  • the electronic device according to the sixth aspect of the present disclosure is formed on the surface of the microlens other than the diffusion port, a microlens of each pixel, a diffusion port formed between the microlenses of the adjacent pixels. And an anti-reflection film.
  • the microlens of each pixel, the diffusion port formed between the microlenses of the adjacent pixels, and the reflection formed on the surface of the microlens other than the diffusion port And a protective film.
  • imaging can be performed.
  • components at the interface between the microlens and the antireflection film can be diffused.
  • a solid-state imaging device can be manufactured.
  • a solid-state imaging device capable of diffusing components at the interface between the microlens and the antireflection film can be manufactured.
  • FIG. 2 is a top view of a pixel region in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line bc of FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line d-e in FIG. 2. It is a graph showing the result analyzed using SIMS.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line de of a pixel region where a moisture permeable opening is formed.
  • 4 is a de cross section of a pixel region where a moisture permeable port is not formed. It is a figure explaining the manufacturing method of a green color filter.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line deg in FIG. 2 showing the configuration of the pixel region of the second embodiment of the CMOS image sensor. It is a block diagram showing an example of composition of an imaging device as electronic equipment to which this indication is applied.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • CMOS image sensor FIG. 11
  • Third Embodiment Imaging Device (FIG. 12)
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a first embodiment of a CMOS image sensor as a solid-state imaging device to which the present disclosure is applied.
  • the CMOS image sensor 50 is a BSI.
  • the CMOS image sensor 50 includes a pixel area 51, a pixel drive line 52, a vertical signal line 53, a vertical drive unit 54, a column processing unit 55, a horizontal drive unit 56, a system control unit 57, a signal processing unit 58, and a memory unit 59. These are formed on a semiconductor substrate (chip) such as a silicon substrate (not shown).
  • a plurality of pixels are two-dimensionally arranged in a matrix.
  • Each pixel has a photoelectric conversion element that generates a charge amount corresponding to the amount of incident light and accumulates it inside, and performs imaging.
  • pixel drive lines 52 are formed for each row of the matrix-like pixels, and vertical signal lines 53 are formed for each column.
  • the vertical drive unit 54 includes a shift register, an address decoder, and the like, and drives each pixel in the pixel area 51 in units of rows. One end of the pixel drive line 52 is connected to an output end (not shown) corresponding to each row of the vertical drive unit 54. Although a specific configuration of the vertical drive unit 54 is not illustrated, the vertical drive unit 54 has a configuration having two scanning systems, a reading scanning system and a sweeping scanning system.
  • the readout scanning system sequentially selects each row so as to sequentially read out pixel signals from each pixel in units of rows, and outputs a selection signal or the like from an output terminal connected to the pixel drive line 52 in the selected row.
  • the pixels in the row selected by the readout scanning system read out the electric signal of the charge accumulated in the photoelectric conversion element as a pixel signal and supply it to the vertical signal line 53.
  • the sweep-out scanning system is reset from the output terminal connected to the pixel drive line 52 of each row prior to the scanning of the readout system by the time of the shutter speed. Output a signal.
  • so-called electronic shutter operation is sequentially performed for each row.
  • the electronic shutter operation refers to an operation in which the charge of the photoelectric conversion element is discarded and exposure is newly started (charge accumulation is started).
  • the column processing unit 55 has a signal processing circuit for each column of the pixel region 51.
  • Each signal processing circuit of the column processing unit 55 performs noise removal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) processing on the pixel signal output from each pixel of the selected row through the vertical signal line 53, Performs signal processing such as A / D conversion.
  • the column processing unit 55 temporarily holds the pixel signal after the signal processing.
  • the horizontal driving unit 56 is configured by a shift register, an address decoder, and the like, and selects the signal processing circuit of the column processing unit 55 in order. By the selective scanning by the horizontal driving unit 56, the pixel signals subjected to signal processing by each signal processing circuit of the column processing unit 55 are sequentially output to the signal processing unit 58.
  • the system control unit 57 includes a timing generator that generates various timing signals, and controls the vertical driving unit 54, the column processing unit 55, and the horizontal driving unit 56 based on the various timing signals generated by the timing generator. To do.
  • the signal processing unit 58 has at least an addition processing function.
  • the signal processing unit 58 performs various signal processing such as addition processing on the pixel signal output from the column processing unit 55. At this time, the signal processing unit 58 stores an intermediate result of the signal processing in the memory unit 59 as necessary, and refers to it at a necessary timing.
  • the signal processing unit 58 outputs the pixel signal after the signal processing.
  • the memory unit 59 includes DRAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory), and the like.
  • the light irradiation side of the semiconductor substrate of the CMOS image sensor 50 is defined as the upper side, and the opposite side is defined as the lower side.
  • the transparent protective film, seal glass, IRCF, and the like provided on the upper side of the microlens are not described below because they are not related to the contents of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a top view of the pixel region 51 of FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line bc of FIG. 2
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line de of FIG.
  • the pixel array of the pixel region 51 is a Bayer array, and the pixels 71-1, 71-3, 71-5, 71-7, and 71-9 are green pixels. Further, in the following, when it is not necessary to distinguish the pixels 71-1 to 71-9, they are collectively referred to as the pixel 71.
  • the pixel 71 is provided on the semiconductor substrate 91, and a photodiode 92, which is a photoelectric conversion element, is formed inside the semiconductor substrate 91.
  • a gate insulating film 93 is formed on the semiconductor substrate 91.
  • a light shielding portion 94 is formed between the pixels 71 adjacent to each other in the horizontal direction on the gate insulating film 93 as shown in FIG. 3, and light shielding is performed between the pixels 71 adjacent in the oblique direction as shown in FIG.
  • a portion 95 is formed.
  • An insulating film 96 is formed on the upper portion of the semiconductor substrate 91 on which the gate insulating film 93, the light shielding portion 94, the light shielding portion 95, etc. are formed, whereby the upper portion of the semiconductor substrate 91 is planarized.
  • a color filter 97 is formed on the insulating film 96.
  • the color filters 97 of the green pixels 71 that are adjacent in the oblique direction are connected to each other, and a thin concave portion 97 ⁇ / b> A is formed in the connection portion as compared with other regions. That is, recesses 97 ⁇ / b> A are formed at the four corners of the green pixel 71.
  • a micro lens 98 is formed on the color filter 97.
  • the microlens 98 is made of an acrylic, styrene, novolac, or other organic resin containing metal fine particles, or a copolymer resin thereof.
  • the refractive index of the microlens 98 is, for example, about 1.48 to 1.62, and in this case, the surface reflectance of the microlens 98 when the medium on the incident light side is air is about 3.8 to 5.6%.
  • the microlens 98 is made of a polystyrene resin having a refractive index of about 1.60, the average surface reflectance of visible light (light having a wavelength of 400 to 700 nm) of the microlens 98 is about 5.2%.
  • a moisture permeable port (diffusion port) 101 having an opening width w is formed. That is, the moisture permeable port 101 is provided in the upper part of the recess 97A.
  • the width w of the moisture permeable port 101 is equal to or less than the wavelength of visible light, the condensing characteristic of the microlens 98 is not deteriorated, and the ineffective region of the microlens 98 is not substantially generated. Therefore, the sensitivity does not deteriorate.
  • An antireflection film 99 is formed on the microlens 98 other than the moisture permeable port 101, and an antireflection film 100 (second antireflection film) is formed on the antireflection film 99.
  • the antireflection film 99 is an inorganic film such as a silicon nitride film (SiN) or a silicon oxynitride film (SiON).
  • the refractive index of the antireflection film 99 (first antireflection film) is the refractive index of the microlens 98. taller than.
  • the antireflection film 100 is made of an inorganic film such as a silicon oxide film (SiO 2 ) or a silicon oxycarbide film (SiOC), and the refractive index of the antireflection film 100 is lower than the refractive indexes of the antireflection film 99 and the microlens 98. .
  • the surface reflectance of the microlens 98 is reduced.
  • the size of one side of the pixel 71 is 2.4 ⁇ m
  • the microlens 98 is a polystyrene resin having a refractive index of about 1.60
  • the antireflection film 99 is SiN having a refractive index of about 1.86 and a film thickness of 120 nm.
  • the antireflection film 100 is a SiO 2 film having a refractive index of about 1.46 and a film thickness of 80 nm (hereinafter referred to as a two-layer example)
  • the average surface reflectance of visible light of the microlens 98 is about 1.3. %become.
  • the average surface reflection of the visible light of the microlens The rate is about 2.6%, twice that of the two-layer example.
  • the average surface reflectance of visible light of the microlens is about 5.2%, which is four times that of the two-layer example.
  • the sensitivity of the pixel 71 is improved by reducing the surface reflectance of the microlens 98.
  • the sensitivity of the two-layer example is 1.00 a.u., but the sensitivity characteristic of the one-layer example is 1.02 a.u.
  • the antireflection film 100 is also provided on the surface of the moisture permeable mouth 101. That is, the moisture permeable port 101 is covered with the antireflection film 100. Thereby, since the gap of the moisture permeable port 101 is reduced, it is possible to reliably prevent the generation of the invalid region of the microlens 98. Further, the moisture permeable port 101 can be formed without using an expensive manufacturing process such as excimer laser lithography.
  • the antireflection film 100 is a highly hydrophilic film, the antireflection film 100 is formed on the entire upper portion of the pixel region 51 including the moisture permeable port 101, whereby wafer dicing after the pixel region 51 is manufactured.
  • the washing water used sometimes spreads over the entire upper portion of the pixel region 51. Therefore, even if the width w of the moisture permeable port 101 is a small value equal to or smaller than the wavelength of visible light, dust on the upper portion of the pixel region 51 can be sufficiently removed.
  • a multilayer metal wiring layer 102 is formed on the lower side of the semiconductor substrate 91.
  • the moisture permeable port 101 is covered with the antireflection film 100, but may be covered with the antireflection film 99.
  • FIG. 5 shows a case where the moisture permeable port 101 is formed and the case where the moisture permeable port 101 is not formed and left in a high temperature and high humidity state (for example, 85 ° C., humidity 85%) for a long time (for example, 1000 hours).
  • a high temperature and high humidity state for example, 85 ° C., humidity 85%
  • a long time for example, 1000 hours.
  • SIMS Secondary
  • the horizontal axis in FIG. 5 represents the positions in the thickness direction of the antireflection film 100, the antireflection film 99, and the micro-microlens 98, and the vertical axis represents hydrogen (H), oxygen (O), and carbon at the positions. This represents the component amount of (C).
  • the solid line represents the hydrogen and oxygen component amounts when the moisture permeable port 101 is formed
  • the dotted line represents the hydrogen and oxygen component amounts when the moisture permeable port 101 is not formed.
  • the alternate long and short dash line represents the amount of carbon components that is the same when the moisture permeable mouth 101 is formed and when it is not formed.
  • the antireflection film 99 is a film having low moisture permeability, when the moisture permeable mouth 101 is not formed, moisture generated in a part of the interface between the antireflection film 99 and the microlens 98 due to a high temperature and high humidity state is reflected. It remains without penetrating the prevention film 99. Therefore, as shown in FIG. 5, hydrogen and oxygen increase in a part of the interface between the antireflection film 99 and the microlens 98. That is, water droplets are generated at the interface between the antireflection film 99 and the microlens 98. As a result, a spot due to water droplets is generated in the captured image, and the image quality of the captured image is deteriorated.
  • the moisture permeable port 101 when the moisture permeable port 101 is formed, moisture generated in a part of the interface between the antireflection film 99 and the microlens 98 is diffused by the moisture permeable port 101. It is possible to suppress moisture remaining locally. That is, the moisture permeable port 101 can improve the moisture permeability of the antireflection film 99. Therefore, as shown in FIG. 5, hydrogen and oxygen do not increase at the interface between the antireflection film 99 and the microlens 98. That is, moisture remaining at the interface between the antireflection film 99 and the microlens 98 can be suppressed. As a result, it is possible to prevent deterioration of the image quality of the captured image, such as a stain due to the influence of residual moisture that can be seen in the structure without the moisture permeable port 101.
  • the CMOS image sensor 50 can improve resistance in a high-temperature and high-humidity state by forming the moisture permeable port 101.
  • FIG. 6 is a de cross-sectional view of the pixel region 51 where the moisture permeable port 101 is formed
  • FIG. 7 is a de cross-section of the pixel region where the moisture permeable port 101 is not formed.
  • the pixel region in FIG. 7 is the same as the pixel region 51 except that the moisture permeable mouth 101 is not formed in the microlens 98, and the same reference numerals are given to the same components as those in FIG.
  • the light that is reflected by the upper surface of the insulating film 96 of the pixel 71-7 and goes toward the pixel 71-5 is transmitted through the moisture permeable mouth 101. Reflected and heads up.
  • the pixel 121-5 reflected by the upper surface of the insulating film 96 of the pixel 121-7 and adjacent to the pixel 121-7.
  • the light traveling toward is reflected by the microlens 98 of the pixel 121-5 and travels toward the photodiode 92 of the pixel 121-5.
  • the light to be received by the pixel 121-7 is received by the pixel 121-5. That is, color mixing occurs.
  • the CMOS image sensor 50 can prevent color mixing by forming the moisture permeable port 101.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a method for manufacturing the green color filter 97.
  • the green color filter 97 When manufacturing the green color filter 97, first, a photoresist is applied to the insulating film 96 of the semiconductor substrate 91. Next, only a predetermined area is exposed and developed using the mask pattern.
  • the mask pattern 140 has a glass surface 141 corresponding to the area of the green pixel 71 that generates the color filter 97 and a color other than green that does not generate the color filter 97.
  • a chrome surface 142 corresponding to the region of the pixel 71 is formed. Note that the glass surfaces 141 of the green pixels 71 adjacent in the oblique direction are connected by a connecting portion 141A having a width W.
  • the mask pattern 140 is disposed on the upper surface of the insulating film 96 coated with a photoresist, and exposure is performed. Thereby, light is irradiated to the photoresist in the region corresponding to the glass surface 141, and light is not irradiated to the photoresist in the region corresponding to the chrome surface 142. As a result, the photoresist in the region corresponding to the glass surface 141 is cured, and the photoresist in the region corresponding to the chrome surface 142 is not cured.
  • the manufacturing method of the green color filter 97 has been described, but the manufacturing method of the red and blue color filters 97 is the same.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a method for manufacturing the microlens 98, the antireflection film 99, and the antireflection film 100, which is performed after the production of the color filters 97 for all colors.
  • FIG. 9A is a sectional view taken along the line bc in FIG. 2, and FIG. 9B is a sectional view taken along the line de in FIG.
  • the microlens material layer 160 is applied to the upper surface of the color filter 97 by a spin coating method and thermally cured on a hot plate.
  • the microlens material layer 160 is made of an acrylic resin, a styrene resin, a novolac resin, or a copolymer resin containing metal fine particles.
  • a resist layer 161 made of a photosensitive resin film or the like is formed in a region corresponding to each pixel 71 on the upper surface of the microlens material layer 160 by patterning using a photolithography method. Is done.
  • the resist layer 161 is heat-treated at a temperature higher than the thermal softening point of the resist layer 161, whereby the shape of the resist layer 161 becomes a curved surface having a convex portion on the top.
  • the horizontal length of the bottom surface of the microlens material layer 160 of each pixel 71 becomes the horizontal length of each pixel 71.
  • the diagonal length of the bottom surface of the microlens material layer 160 of each pixel 71 is shorter than the diagonal length of each pixel 71.
  • the boundary between the pixels 71 adjacent to each other in the oblique direction of the microlens material layer 160 is etched, and thereby the oblique direction of the bottom surface of the microlens material layer 160 of each pixel 71 and A microlens 98 is formed in which the horizontal length is the length of each pixel 71 in the oblique direction and the horizontal direction.
  • an antireflection film 99 is formed on the upper surface of the microlens 98 using a plasma CDV method or the like.
  • the antireflection film material layer 162 is applied to a region other than the boundary region between the pixels 71 adjacent in the oblique direction on the upper surface of the antireflection film 99 by patterning using a photolithography method.
  • the antireflection film material layer 162 is an inorganic film such as a silicon oxide film or a silicon oxycarbide film.
  • the antireflection film material layer 162 is not formed by dry etching, and the antireflection film 99 and the micro layer at the boundary of the pixels 71 adjacent to each other in the oblique direction, that is, at the four corners of the pixel 71 are formed.
  • the lens 98 is removed, and the moisture permeable port 101 is formed.
  • the green color filter 97 usually uses a pigment containing copper, zinc, etc., if exposed during dry etching, the chamber of the etching apparatus is contaminated with metal.
  • the CMOS image sensor 50 is manufactured using an etching apparatus contaminated with metal, dark current and the like increase. Therefore, it is possible to prevent an increase in dark current by preventing the color filter 97 from being exposed by dry etching.
  • the antireflection film material layer 162 is removed. Then, as shown in (10), the antireflection film 100 is formed on the antireflection film 99 and the moisture permeable mouth 101.
  • CMOS image sensor 50 has the moisture permeable port 101, components such as moisture at the interface between the microlens 98 and the antireflection film 99 can be diffused. As a result, resistance in a high temperature and high humidity state is improved.
  • the CMOS image sensor 50 has the antireflection film 99 and the antireflection film 100 formed on the upper surface of the microlens 98, the occurrence of flare, ghost, color mixing, etc. due to the surface reflection of the microlens 98 can be suppressed.
  • the antireflection film 100 may not be formed in the moisture permeable port 101.
  • the microlens 98, the antireflection film 99, and the antireflection film 100 are produced as shown in FIG.
  • a in FIG. 10 is a bc cross-sectional view in FIG. 2
  • B in FIG. 10 is a de cross-sectional view in FIG.
  • (1) to (7) in FIG. 10 are the same as (1) to (7) in FIG.
  • the antireflection film 100 is formed on the upper surface of the antireflection film 99 as shown in (8).
  • Etching is performed as shown in (9). Thereby, the antireflection film 100, the antireflection film 99, and the microlens 98 at the four corners of the pixel 71 are removed, and the moisture permeable port 101 is formed.
  • the film thicknesses of the antireflection film 100, the antireflection film 99, and the microlens 98 at the four corners of the pixel 71 are thinner than those in other regions. Therefore, the antireflection film 100, the antireflection film 99, and the microlens 98 at the four corners of the pixel 71 are etched faster than other regions by etching, and the moisture permeable mouth 101 is formed.
  • the antireflection film 100 is formed in the moisture permeable mouth 101, as shown in FIG. 10, the antireflection film 99 and the antireflection film 100 are formed on the upper surface of the microlens 98, and then Etching may be performed. In this case, the antireflection film 100 is formed in the moisture permeable port 101 after the etching.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line d-e in FIG. 2 showing the configuration of the pixel area of the second embodiment of the CMOS image sensor.
  • the configuration of the pixels 181-3, 181-5, and 181-7 in FIG. 11 is that an anti-reflection film 180 is provided instead of the anti-reflection film 99 and the anti-reflection film 100, 4 is different from the configuration of the pixels 71-3, 71-5, and 71-7 in FIG.
  • the component at the interface between the antireflection film 180 and the microlens 98 can be diffused more. Accordingly, even if a reactive substance generated by heat treatment or the like in a part of the interface between the antireflection film 180 and the microlens 98 reduces or alters the color filter 97, the substance is The degree of reduction or alteration of the color filter 97 can be suppressed by exiting from the moisture permeable port 101. As a result, it is possible to prevent deterioration in image quality due to local fluctuation of light transmittance.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus as an electronic apparatus to which the present disclosure is applied.
  • the imaging apparatus 1000 includes a lens group 1001, a solid-state imaging device 1002, a DSP circuit 1003, a frame memory 1004, a display unit 1005, a recording unit 1006, an operation unit 1007, and a power supply unit 1008.
  • the DSP circuit 1003, the frame memory 1004, the display unit 1005, the recording unit 1006, the operation unit 1007, and the power supply unit 1008 are connected to each other via a bus line 1009.
  • the lens group 1001 takes in incident light (image light) from a subject and forms an image on the imaging surface of the solid-state imaging device 1002.
  • the solid-state image sensor 1002 is composed of the above-described CMOS image sensor.
  • the solid-state imaging device 1002 converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the lens group 1001 into an electrical signal in units of pixels and supplies the electrical signal to the DSP circuit 1003 as a pixel signal.
  • the DSP circuit 1003 performs predetermined image processing on the pixel signal supplied from the solid-state imaging device 1002, supplies the image signal after the image processing to the frame memory 1004 in units of frames, and temporarily stores them.
  • the display unit 1005 includes, for example, a panel type display device such as a liquid crystal panel or an organic EL (Electro Luminescence) panel, and displays an image based on a pixel signal in a frame unit temporarily stored in the frame memory 1004.
  • a panel type display device such as a liquid crystal panel or an organic EL (Electro Luminescence) panel, and displays an image based on a pixel signal in a frame unit temporarily stored in the frame memory 1004.
  • the recording unit 1006 includes a DVD (Digital Versatile Disk), a flash memory, and the like, and reads and records pixel signals in units of frames temporarily stored in the frame memory 1004.
  • DVD Digital Versatile Disk
  • flash memory and the like, and reads and records pixel signals in units of frames temporarily stored in the frame memory 1004.
  • the operation unit 1007 issues operation commands for various functions of the imaging apparatus 1000 under operation by the user.
  • the power supply unit 1008 appropriately supplies power to the DSP circuit 1003, the frame memory 1004, the display unit 1005, the recording unit 1006, and the operation unit 1007.
  • An electronic device to which the present technology is applied may be a device that uses a CMOS image sensor for an image capturing unit (photoelectric conversion unit).
  • CMOS image sensor for an image capturing unit (photoelectric conversion unit).
  • a portable terminal device having an imaging function, and a CMOS image for an image reading unit.
  • copiers that use sensors.
  • the position of the moisture permeable port 101 is not limited to the four corners of the micro lens 98 of the pixel 71, and can be formed at an arbitrary position of the pixel 71.
  • This disclosure can have the following configurations.
  • a microlens for each pixel A diffusion port formed between the microlenses of the adjacent pixels and covered with an inorganic film; A solid-state imaging device comprising: a first antireflection film having a refractive index higher than that of the microlens formed on the surface of the microlens other than the diffusion port.
  • a color filter provided under the microlens, The solid-state imaging device according to (1), wherein the diffusion port is configured to be provided in a concave portion of the color filter.
  • the solid-state imaging device according to (2) further including: a light-shielding portion provided at a lower portion between the color filters of the adjacent pixels.
  • a second antireflection film provided on top of the first antireflection film,
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (3), wherein the inorganic film is configured to be the same film as the second antireflection film.
  • a method of manufacturing a solid-state imaging device comprising: a first antireflection film having a refractive index higher than that of the microlens formed on the surface of the microlens other than the diffusion port.
  • a microlens for each pixel A diffusion port formed between the microlenses of the adjacent pixels and covered with an inorganic film;
  • An electronic device comprising: a first antireflection film having a refractive index higher than that of the microlens formed on the surface of the microlens other than the diffusion port.
  • a microlens for each pixel A diffusion port formed between the microlenses of the adjacent pixels;
  • a solid-state imaging device comprising: an antireflection film formed on a surface of the microlens other than the diffusion port.
  • CMOS image sensor 71 pixels, 95 shading part, 97 color filter, 97A recess, 98 microlens, 99 antireflection film, 100 antireflection film, 101 moisture vent

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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

固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
　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）。
特開2010-186818号公報 特開2012-84608号公報
　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。
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。 図１の画素領域の上面図である。 図２のｂ－ｃ断面図である。 図２のｄ－ｅ断面図である。 SIMSを用いて分析した結果を表すグラフである。 透湿口が形成される画素領域のｄ－ｅ断面図である。 透湿口が形成されない画素領域のｄ－ｅ断面である。 緑色のカラーフィルタの製造方法を説明する図である。 マイクロレンズ、反射防止膜、および反射防止膜の製造方法を説明する図である。 マイクロレンズ、反射防止膜、および反射防止膜の他の製造方法を説明する図である。 CMOSイメージセンサの第２実施の形態の画素領域の構成を示す、図２のｄ－ｅ断面図である。 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。
　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）
　＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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)

  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
    　請求項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
    　請求項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
    　請求項１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。
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