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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022103081
(43)【公開日】2022-07-07
(54)【発明の名称】固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20220630BHJP
H01L 31/0232 20140101ALI20220630BHJP
G02B 5/20 20060101ALI20220630BHJP
G02B 5/00 20060101ALI20220630BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20220630BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 D
H01L31/02 D
G02B5/20
G02B5/00 B
G03F7/20 521
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021196225
(22)【出願日】2021-12-02
(31)【優先権主張番号】202011558164.8
(32)【優先日】2020-12-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】凸版印刷株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100139686
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 史朗
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100147267
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 真紀子
(72)【発明者】
【氏名】小谷 成望
(72)【発明者】
【氏名】藤田 慶
【テーマコード（参考）】
2H042
2H148
2H197
4M118
5F849
【Ｆターム（参考）】
2H042AA06
2H042AA09
2H042AA20
2H042AA22
2H042AA29
2H148AA18
2H148AA22
2H197EA25
2H197EB02
2H197EB10
2H197EB24
2H197EB25
2H197HA03
4M118AA05
4M118AB01
4M118EA01
4M118EA14
4M118FA06
4M118GA09
4M118GB03
4M118GB07
4M118GB09
4M118GB10
4M118GB13
4M118GB19
4M118GD04
4M118GD06
4M118GD11
5F849BA04
5F849BA26
5F849BB03
5F849HA10
5F849JA12
5F849XB05
(57)【要約】
【課題】固体撮像画素においてノイズとなる光を低減することができ、高精度の固体撮像素子を実現することができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供する。
【解決手段】固体撮像素子は、二次元的に配置された複数の光電変換素子を有する半導体基板と、第一の光路層と、第二の光路層と、第一の光路層と第二の光路層の間に設けられた遮光層と、第二の光路層の遮光層とは反対側の面上に二次元的に配置された複数のマイクロレンズとを備える。開口部の厚さ方向における高さ寸法をｂとし、開口部の厚さ方向と直交する方向における開口寸法の最小値をａとし、開口寸法に対する高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである場合、α≧１、かつａ≧３μｍであり、開口部において、光が透過可能なピラー構造が開口部と同じ形状で形成されており、ピラー構造を構成する感光性レジストがネガ型レジストである。
【選択図】図１
【解決手段】固体撮像素子は、二次元的に配置された複数の光電変換素子を有する半導体基板と、第一の光路層と、第二の光路層と、第一の光路層と第二の光路層の間に設けられた遮光層と、第二の光路層の遮光層とは反対側の面上に二次元的に配置された複数のマイクロレンズとを備える。開口部の厚さ方向における高さ寸法をｂとし、開口部の厚さ方向と直交する方向における開口寸法の最小値をａとし、開口寸法に対する高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである場合、α≧１、かつａ≧３μｍであり、開口部において、光が透過可能なピラー構造が開口部と同じ形状で形成されており、ピラー構造を構成する感光性レジストがネガ型レジストである。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
二次元的に配置された複数の光電変換素子を有する半導体基板と、
前記半導体基板の第一面側に設けられた第一の光路層と、
前記第一の光路層の前記半導体基板とは反対側の面上に設けられた第二の光路層と、
前記第一の光路層と前記第二の光路層の間に設けられた遮光層と、
前記第二の光路層の前記遮光層とは反対側の面上に二次元的に配置された複数のマイクロレンズとを備え、
前記遮光層は、前記光電変換素子に入射する光の光路を確保する開口部が前記光電変換素子と対応する位置に形成され、
前記遮光層の厚さ方向に沿い、且つ前記開口部を通る断面において、前記開口部の前記厚さ方向における高さ寸法をｂとし、前記開口部の前記厚さ方向と直交する方向における開口寸法の最小値をａとし、前記開口寸法に対する前記高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである場合、α≧１、かつａ≧３μｍであり、
前記開口部において、光が透過可能なピラー構造が前記開口部と同じ形状で形成されており、
前記ピラー構造を構成する感光性レジストがネガ型レジストである、固体撮像素子。
前記半導体基板の第一面側に設けられた第一の光路層と、
前記第一の光路層の前記半導体基板とは反対側の面上に設けられた第二の光路層と、
前記第一の光路層と前記第二の光路層の間に設けられた遮光層と、
前記第二の光路層の前記遮光層とは反対側の面上に二次元的に配置された複数のマイクロレンズとを備え、
前記遮光層は、前記光電変換素子に入射する光の光路を確保する開口部が前記光電変換素子と対応する位置に形成され、
前記遮光層の厚さ方向に沿い、且つ前記開口部を通る断面において、前記開口部の前記厚さ方向における高さ寸法をｂとし、前記開口部の前記厚さ方向と直交する方向における開口寸法の最小値をａとし、前記開口寸法に対する前記高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである場合、α≧１、かつａ≧３μｍであり、
前記開口部において、光が透過可能なピラー構造が前記開口部と同じ形状で形成されており、
前記ピラー構造を構成する感光性レジストがネガ型レジストである、固体撮像素子。
【請求項2】
前記ピラー構造は、前記第一の光路層、前記第二の光路層および前記遮光層の膜厚を合計した高さを有する、
請求項１に記載の固体撮像素子。
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項3】
前記ピラー構造は、前記遮光層の膜厚と同じ高さを有する、
請求項１に記載の固体撮像素子。
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項4】
前記固体撮像素子は、感光イメージングを行う複数の画素が配列された有効画素領域を含み、
前記有効画素領域の外周にアライメントマークが設けられ、
前記アライメントマークの高さは前記遮光層の上面より低くならないように形成される、
請求項１に記載の固体撮像素子。
前記有効画素領域の外周にアライメントマークが設けられ、
前記アライメントマークの高さは前記遮光層の上面より低くならないように形成される、
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項5】
前記アライメントマークは前記ピラー構造と同じ材料で形成される、
請求項４に記載の固体撮像素子。
請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項6】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ピラー構造の幅寸法に対する高さ寸法の比であるアスペクト比が１以上、かつ前記幅寸法が３μｍ以上となるように、ネガ型の感光性レジストにより、光が透過可能な前記ピラー構造が形成されるピラー構造形成工程と、
前記ピラー構造形成工程の後、前記ピラー構造を充填物として含むように前記遮光層を形成する遮光層形成工程と、を含む、
固体撮像素子の製造方法。
前記ピラー構造の幅寸法に対する高さ寸法の比であるアスペクト比が１以上、かつ前記幅寸法が３μｍ以上となるように、ネガ型の感光性レジストにより、光が透過可能な前記ピラー構造が形成されるピラー構造形成工程と、
前記ピラー構造形成工程の後、前記ピラー構造を充填物として含むように前記遮光層を形成する遮光層形成工程と、を含む、
固体撮像素子の製造方法。
【請求項7】
前記遮光層を形成した後、前記ピラー構造を前記遮光層から露出させるように、前記遮光層の所定の厚さを除去し、前記ピラー構造を前記遮光層の膜厚と同じ高さに形成する、
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項8】
前記ピラー構造を充填物として含むように前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成する第一の光路層及び第二の光路層の形成工程をさらに含み、
前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成した後、前記ピラー構造を前記第二の光路層から露出させるように前記第二の光路層の所定の厚さを除去し、前記ピラー構造を前記第一の光路層、前記第二の光路層及び前記遮光層の膜厚を合計した高さに形成する、
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成した後、前記ピラー構造を前記第二の光路層から露出させるように前記第二の光路層の所定の厚さを除去し、前記ピラー構造を前記第一の光路層、前記第二の光路層及び前記遮光層の膜厚を合計した高さに形成する、
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項9】
前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成する際に、前記ピラー構造を前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層の位置決め基準として用いる、
請求項８に記載の固体撮像素子の製造方法。
請求項８に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項10】
前記固体撮像素子の有効画素領域の外周にアライメントマークを設けるアライメントマーク形成工程をさらに含み、
前記アライメントマークの高さを前記遮光層の上面より低くならないように形成する、請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
前記アライメントマークの高さを前記遮光層の上面より低くならないように形成する、請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光学式指紋検出センサ等の認証装置において、固体撮像素子を用いて指紋画像を撮影して認証に用いる。固体撮像素子は、二次元的に配置された複数の光電変換素子を有する半導体基板と、複数の光電変換素子にそれぞれ対応して設けられており、外部からの光を集光した後、光電変換素子に入射する複数のマイクロレンズと、マイクロレンズから出射された光を光電変換素子に転送する光路層と、光電変換素子に入射する光を通過させる開口部が形成される遮光層とを備える（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
このような固体撮像素子の適合な箇所にはアライメントマークが形成されており、このアライメントマークは、例えば、遮光層の開口部を形成する際に用いられるフォトマスクの位置合わせに使用される。光源を用いて照射すると、アライメントマークが形成された箇所が透過または反射した光と、アライメントマークが形成されていない箇所が透過または反射した光との間に差異があり、この差異を光センサで検出することでアライメントマークの位置を識別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００８－１６８１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
指紋検出センサは、光電変換素子における受光量の増加を実現するために大型化する必要があるが、それと同時に、所望の光路（指紋検出に有用な光の光路）以外からの光もノイズとして増加し、検出精度が低下してしまう。ノイズとなる光を低減するためには、遮光層の厚みを厚くしアライメント精度を向上することが求められている。しかしながら、遮光層に用いられる材料は遮光性能を求めており、アライメントに用いられる光源の光を遮る場合があり、アライメント精度が低下してしまう可能性がある。また、遮光性能を向上させるために遮光層を厚膜化した場合にも同様の問題がある。
【0006】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、固体撮像画素においてノイズとなる光を低減することができ、高精度の固体撮像素子を実現することができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第一の態様に係る固体撮像素子は、二次元的に配置された複数の光電変換素子を有する半導体基板と、前記半導体基板の第一面側に設けられた第一の光路層と、前記第一の光路層の前記半導体基板とは反対側の面上に設けられた第二の光路層と、前記第一の光路層と前記第二の光路層の間に設けられた遮光層と、前記第二の光路層の前記遮光層とは反対側の面上に二次元的に配置された複数のマイクロレンズとを備える。前記遮光層は、前記光電変換素子に入射する光の光路を確保する開口部が前記光電変換素子と対応する位置に形成され、前記遮光層の厚さ方向に沿い、且つ前記開口部を通る断面において、前記開口部の前記厚さ方向における高さ寸法をｂとし、前記開口部の前記厚さ方向と直交する方向における開口寸法の最小値をａとし、前記開口寸法に対する前記高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである場合、α≧１、かつa≧３μｍであり、前記開口部において、光が透過可能なピラー構造が前記開口部と同じ形状で形成されており、前記ピラー構造を構成する感光性レジストがネガ型レジストである。
【0008】
上述の固体撮像素子によれば、遮光層の開口部は、遮光層の厚さ方向に直交する方向に沿った開口寸法ａ≧３μｍ、すなわち最小寸法が３μｍで、かつアスペクト比αが１以上に形成されるように構成されており、それにより、所定の開口寸法を有する開口部に対して、遮光板を厚膜化する。遮光層を厚膜化することで光を確実に遮光することができ、それにより、遮光層の非開口部の箇所からの光の透過を抑制することができ、固体撮像素子においてノイズとなる光を低減することができる。
【0009】
また、上述の固体撮像素子によれば、遮光層の開口部において、光が透過可能なピラー構造が前記開口部と同じ形状で形成されており、前記ピラー構造は、マイクロレンズから光電変換素子への光の光路を確保する開口部として機能する。ピラー構造は極めて微小又は細長く形成し易くすることができので、遮光層の厚みを厚くして開口部を細長いサイズにしても、開口部を容易に形成することができる。そして、本発明に係る固体撮像素子は、開口部においてピラー構造が形成されており、ピラー構造により開口部の寸法が規定されていることにより、遮光層の顔料レジストの解像性に依存することなく、開口部を形成することができる。
【0010】
前記ピラー構造は、前記第一の光路層、前記第二の光路層および前記遮光層の膜厚を合計した高さを有してもよい。
このように構成された複数のピラー構造を形成した後に、前記ピラー構造が形成された基板に、第一の光路層、遮光層及び第二の光路層をスプレーコートや印刷等により順に積層して形成することができ、各層を容易に形成することができる。また、各層を形成する際には、ピラー構造を位置決め基準として用いることができる。
このように構成された複数のピラー構造を形成した後に、前記ピラー構造が形成された基板に、第一の光路層、遮光層及び第二の光路層をスプレーコートや印刷等により順に積層して形成することができ、各層を容易に形成することができる。また、各層を形成する際には、ピラー構造を位置決め基準として用いることができる。
【0011】
前記ピラー構造は、前記遮光層の膜厚と同じ高さを有してもよい。
【0012】
前記固体撮像素子は、感光イメージングを行う複数の画素が配列された有効画素領域を含み、前記有効画素領域の外周にアライメントマークが設けられ、前記アライメントマークの高さは前記遮光層の上面より低くならないように形成されていてもよい。
固体撮像素子はアライメントマークを備えることにより、各層を形成する際に正確なアライメントを行うことができ、特に開口を形成する際に用いられるフォトマスクをアライメントすることで、開口部の形成精度を向上させ、結像に有用な有効光のみを開口部に通過させることができ、ノイズとなる光を低減することができる。
固体撮像素子はアライメントマークを備えることにより、各層を形成する際に正確なアライメントを行うことができ、特に開口を形成する際に用いられるフォトマスクをアライメントすることで、開口部の形成精度を向上させ、結像に有用な有効光のみを開口部に通過させることができ、ノイズとなる光を低減することができる。
【0013】
前記アライメントマークは前記ピラー構造と同じ材料で形成されていてもよい。
この構成により、ピラー構造を形成する工程においてアライメントマークを一括して形成することができ、工程を簡素化することができる。
この構成により、ピラー構造を形成する工程においてアライメントマークを一括して形成することができ、工程を簡素化することができる。
【0014】
本発明の第二の態様に係る固体撮像素子の製造方法は、上述の固体撮像素子を製造する方法であって、前記ピラー構造の幅寸法に対する高さ寸法の比であるアスペクト比が１以上、かつ前記幅寸法が３μｍ以上となるように、ネガ型の感光性レジストにより、光が透過可能な前記ピラー構造が形成されるピラー構造形成工程と、前記ピラー構造形成工程の後、前記ピラー構造を充填物として含むように前記遮光層を形成する遮光層形成工程と、を含む。
【0015】
本発明の第二の態様に係る固体撮像素子の製造方法は、前記遮光層を形成した後、前記ピラー構造を前記遮光層から露出させるように、前記遮光層の所定の厚さを除去し、前記ピラー構造を前記遮光層の膜厚と同じ高さに形成してもよい。
【0016】
本発明の別の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法は、前記ピラー構造の少なくとも一部を充填物として含むように前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成する第一の光路層及び第二の光路層の形成工程をさらに含み、前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成した後、前記ピラー構造を前記第二の光路層から露出させるように前記第二の光路層の所定の厚さを除去し、前記ピラー構造を前記第一の光路層、前記第二の光路層及び前記遮光層の膜厚を合計した高さに形成してもよい。
【0017】
前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成する際に、前記ピラー構造を前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層の位置決め基準として用いてもよい。
【0018】
固体撮像素子の有効画素領域の外周にアライメントマークを設けるアライメントマーク形成工程をさらに含み、前記アライメントマークの高さを前記遮光層の上面より低くならないように形成してもよい。
【発明の効果】
【0019】
本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法によれば、固体撮像素子においてノイズとなる光を低減することができ、高精度の固体撮像素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す概略図である。
【図2A】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子における遮光層の開口部の断面形状を示す例の図である。
【図2B】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子における遮光層の開口部の断面形状を示す例の図である。
【図2C】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子における遮光層の開口部の断面形状を示す例の図である。
【図2D】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子における遮光層の開口部の断面形状を示す例の図である。
【図3】本発明の上述の実施形態に係る固体撮像素子におけるアライメントマークの形成位置を示す平面図である。
【図4】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す概略図である。
【図5】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を製造する製造方法を示すフローチャートである。
【図6A】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。
【図6B】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。
【図6C】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。
【図6D】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。
【図7】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する製造方法を示すフローチャートである。
【図8A】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。
【図8B】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。
【図8C】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。ここで説明する実施形態は、発明を実施するための最適な形態であり、本発明はこれらの実施形態で限定されない。
ここで、図面は模式的に示しており、各層の厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる可能性がある。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示しており、本発明の技術的思想はこれに限定されない。
ここで、図面は模式的に示しており、各層の厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる可能性がある。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示しており、本発明の技術的思想はこれに限定されない。
【0022】
＜固体撮像素子全体の構成＞
本発明の固体撮像素子は、二次元的に配置された複数の光電変換素子を有する半導体基板と、半導体基板の一方の面側に形成された第一の光路層と、第一の光路層の半導体基板とは反対側の面上に形成された第二の光路層と、第一の光路層と第二の光路層の間に形成された遮光層と、第二の光路層の遮光層とは反対側の面上に二次元的に配置された複数のマイクロレンズとを備える。また、遮光層は、光電変換素子に入射する光の光路を確保するための開口部が光電変換素子と対応する位置に形成される。また、遮光層の厚さ方向に沿い、且つ開口部を通る断面において、開口部の厚さ方向における高さ寸法をｂとし、開口部の厚さ方向と直交する方向における開口寸法の最小値をａとし、開口寸法に対する高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである場合、α≧１、かつa≧３μｍである。また、開口部において、光が透過可能なピラー構造が前記開口部と同じ形状で形成されており、ピラー構造を構成する感光性レジストがネガ型レジストである。
本発明の固体撮像素子は、二次元的に配置された複数の光電変換素子を有する半導体基板と、半導体基板の一方の面側に形成された第一の光路層と、第一の光路層の半導体基板とは反対側の面上に形成された第二の光路層と、第一の光路層と第二の光路層の間に形成された遮光層と、第二の光路層の遮光層とは反対側の面上に二次元的に配置された複数のマイクロレンズとを備える。また、遮光層は、光電変換素子に入射する光の光路を確保するための開口部が光電変換素子と対応する位置に形成される。また、遮光層の厚さ方向に沿い、且つ開口部を通る断面において、開口部の厚さ方向における高さ寸法をｂとし、開口部の厚さ方向と直交する方向における開口寸法の最小値をａとし、開口寸法に対する高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである場合、α≧１、かつa≧３μｍである。また、開口部において、光が透過可能なピラー構造が前記開口部と同じ形状で形成されており、ピラー構造を構成する感光性レジストがネガ型レジストである。
【0023】
本発明の固体撮像素子は、感光イメージングを行う複数の画素が配列された有効画素領域を含み、有効画素領域の外周にはアライメントマークが設けられ、アライメントマークの高さは遮光層の上面より低くならないように形成される。
【0024】
以下、本発明に係る固体撮像素子の具体的な形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
＜第１実施形態の固体撮像素子＞
本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子について図１～図３を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す概略図である。まず、本実施形態に係る固体撮像素子１の各構成要素について、概略的に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子１において、被写体Ｓに対して遠い側（図中の下側）から、半導体基板２と、第一の光路層３と、遮光層４と、第二の光路層５と、マイクロレンズ６とをこの順に備える。
＜第１実施形態の固体撮像素子＞
本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子について図１～図３を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す概略図である。まず、本実施形態に係る固体撮像素子１の各構成要素について、概略的に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子１において、被写体Ｓに対して遠い側（図中の下側）から、半導体基板２と、第一の光路層３と、遮光層４と、第二の光路層５と、マイクロレンズ６とをこの順に備える。
【0025】
具体的には、本実施形態に係る固体撮像素子１において、半導体基板２の第一面２ａ（上面）側に第一の光路層３が設けられている。第一の光路層３の半導体基板２とは反対側の第一面３ａ（上面）上に遮光層４が設けられている。遮光層４の半導体基板２とは反対側の第一面４ａ（上面）上に第二の光路層５が設けられている。第二の光路層５の半導体基板２とは反対側の第一面５ａ（上面）上にマイクロレンズ６が設けられている。
【0026】
また、本実施形態に係る固体撮像素子１は、半導体基板２には複数の光電変換素子２１が二次元的に配置されており、遮光層４において、複数の光電変換素子２１それぞれに対応するように、微小な開口部４１が形成されている。複数の開口部４１は、図２に示すように、遮光層４の厚さ方向において、第一面４ａから第一面４ａと反対の第二面４ｂまで、貫通して形成されている。
マイクロレンズ６は、上述の複数の光電変換素子２１及び複数の開口部４１それぞれに対応するように、二次元的に複数配置されている。開口部４１には、光が透過可能かつネガ型の感光性レジストからなるピラー構造が形成されている。
マイクロレンズ６は、上述の複数の光電変換素子２１及び複数の開口部４１それぞれに対応するように、二次元的に複数配置されている。開口部４１には、光が透過可能かつネガ型の感光性レジストからなるピラー構造が形成されている。
【0027】
以下、固体撮像素子１の各構成要素について、具体的に説明する。
＜半導体基板＞
図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子１の半導体基板２には、複数の光電変換素子２１が二次元的に配置されている。複数の光電変換素子２１は、入射した光を電気信号に変換する機能を有している。
光電変換素子２１が形成されている半導体基板２は、可視光を透過して、少なくとも３００°Ｃ程度の温度に耐えられる材料で形成されている。ここで、半導体基板２に用いられる材料としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２等の酸化物及びＳｉＮ等の窒化物、並びにこれらの混合物等のＳｉを含む材料等が挙げられる。
＜半導体基板＞
図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子１の半導体基板２には、複数の光電変換素子２１が二次元的に配置されている。複数の光電変換素子２１は、入射した光を電気信号に変換する機能を有している。
光電変換素子２１が形成されている半導体基板２は、可視光を透過して、少なくとも３００°Ｃ程度の温度に耐えられる材料で形成されている。ここで、半導体基板２に用いられる材料としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２等の酸化物及びＳｉＮ等の窒化物、並びにこれらの混合物等のＳｉを含む材料等が挙げられる。
【0028】
＜第一の光路層及び第二の光路層＞
第一の光路層３は、半導体基板２の第一面２ａ上に形成されている。第二の光路層５は、半導体基板２の上方に形成されている。第一の光路層３及び第二の光路層５は、マイクロレンズ６から入射した光を透過させることができる。第一の光路層３及び第二の光路層５の透過率は、好ましくは波長が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視光に対して９０％以上であり、より好ましくは９５％以上となるように、第一の光路層３及び第二の光路層５が形成されている。
第一の光路層３は、半導体基板２の第一面２ａ上に形成されている。第二の光路層５は、半導体基板２の上方に形成されている。第一の光路層３及び第二の光路層５は、マイクロレンズ６から入射した光を透過させることができる。第一の光路層３及び第二の光路層５の透過率は、好ましくは波長が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視光に対して９０％以上であり、より好ましくは９５％以上となるように、第一の光路層３及び第二の光路層５が形成されている。
【0029】
＜マイクロレンズ＞
複数のマイクロレンズ６は、半導体基板２の上方において、複数の光電変換素子２１にそれぞれ対応するように二次元的に配置されている。すなわち、マイクロレンズ６は、光電変換素子２１のそれぞれに対応する位置に設けられている。マイクロレンズ６は、マイクロレンズ６に入射した入射光を光電変換素子２１のそれぞれに集光させることにより、光電変換素子２１の感度低下を補うことができる。
マイクロレンズ６は、例えばアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノールノボラック系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、スチレン系樹脂及びケイ素系樹脂等のうち一又は複数を含んだ樹脂材料により形成される。またマイクロレンズ６は、有機化合物以外の物質で形成されてもよい。具体的には、マイクロレンズ６は、例えば珪素、炭素、酸素、水素、錫、亜鉛、インジウム、アルミニウム、ガリウム、チタン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル、ハフニウム、銀及びフッ素のうち少なくとも１種類を含有する化合物、酸化物又は窒化物により形成されてもよい。これらの材料の化合物としては、例えばＩＴＯやＺｎＯ、ＴｉＯ２及びＨｆＯ２等を用いることができる。
複数のマイクロレンズ６は、半導体基板２の上方において、複数の光電変換素子２１にそれぞれ対応するように二次元的に配置されている。すなわち、マイクロレンズ６は、光電変換素子２１のそれぞれに対応する位置に設けられている。マイクロレンズ６は、マイクロレンズ６に入射した入射光を光電変換素子２１のそれぞれに集光させることにより、光電変換素子２１の感度低下を補うことができる。
マイクロレンズ６は、例えばアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノールノボラック系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、スチレン系樹脂及びケイ素系樹脂等のうち一又は複数を含んだ樹脂材料により形成される。またマイクロレンズ６は、有機化合物以外の物質で形成されてもよい。具体的には、マイクロレンズ６は、例えば珪素、炭素、酸素、水素、錫、亜鉛、インジウム、アルミニウム、ガリウム、チタン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル、ハフニウム、銀及びフッ素のうち少なくとも１種類を含有する化合物、酸化物又は窒化物により形成されてもよい。これらの材料の化合物としては、例えばＩＴＯやＺｎＯ、ＴｉＯ２及びＨｆＯ２等を用いることができる。
【0030】
＜遮光層＞
遮光層４は顔料レジストにより構成されている。遮光層４に含まれる遮光性の色材は、可視光波長領域及び赤外線領域に吸収性を持ち、遮光機能を備える。また、本実施形態において、レジストとは、炭素又は顔料を含む着色組成物であり、遮光層は感光性を有する材料であってもよく、感光性を有しない材料であってもよい。
遮光層４は顔料レジストにより構成されている。遮光層４に含まれる遮光性の色材は、可視光波長領域及び赤外線領域に吸収性を持ち、遮光機能を備える。また、本実施形態において、レジストとは、炭素又は顔料を含む着色組成物であり、遮光層は感光性を有する材料であってもよく、感光性を有しない材料であってもよい。
【0031】
遮光層４の色材として、例えば、カーボンブラック、酸化チタンなどを用いることができる。遮光層４に含めることが可能な染料としては、例えば、アゾ系染料、アントラキノン系染料、フタロシアニン系染料、キノンイミン系染料、キノリン系染料、ニトロ系染料、カルボニル系染料、メチン系染料などを用いることができる。これら遮光性の色材は、１種を用いてもよく、適切な比率で２種以上を組み合わせてもよい。
【0032】
図１に示すように、遮光層４は第一の光路層３と第二の光路層５との間に配置されている。さらに、遮光層４には、複数のマイクロレンズ６及び複数の光電変換素子２１に対応する位置にそれぞれ微小な開口部４１が形成されている。
【0033】
遮光層４には、開口部４１が形成されることにより、光電変換素子２１へ入射した光の光路を確保する。具体的には、図１に示すように、被写体Ｓ側から入射した入射光Ｌはマイクロレンズ６に入射し、マイクロレンズ６により集光された後、第二の光路層５を通過し、遮光層４に形成される開口部４１を経由した後に第一の光路層３に入射する。最終的に、入射光Ｌは、半導体基板２に形成された光電変換素子２１に到達する。これにより、被写体Ｓの光学像は光電変換した後、電気信号となり、例えば指紋等の個人情報の認証として用いられている。一方、被写体Ｓ側から入射した入射光において、一部は不要な光であり、マイクロレンズ６に入射して集光され、第二の光路層５を通過した後、遮光層４の開口部４１以外の領域（遮光領域）に到達する。遮光層４が遮光機能を有する顔料レジストで構成されるため、前記一部の光は、遮光層４で遮光され、光電変換素子２１に入射しない。
【0034】
本実施形態に係る固体撮像素子１では、遮光層４の厚みが１．０μｍ以上である。
遮光層４の厚さ方向（図中の上下方向）に沿い、且つ開口部４１を通る断面において、開口部４１の前記厚さ方向における高さ寸法をｂとし、開口部４１の前記厚さ方向と直交する方向（幅方向、図中の左右方向）における開口寸法の最小値をａとし、開口寸法に対する高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである。この場合、ａ≧３μｍかつα≧１を満たしている。
遮光層４の厚さ方向（図中の上下方向）に沿い、且つ開口部４１を通る断面において、開口部４１の前記厚さ方向における高さ寸法をｂとし、開口部４１の前記厚さ方向と直交する方向（幅方向、図中の左右方向）における開口寸法の最小値をａとし、開口寸法に対する高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである。この場合、ａ≧３μｍかつα≧１を満たしている。
【0035】
本実施形態に係る固体撮像素子１において、開口部４１の断面形状であるピラー構造４２の断面形状は、実際の要求に応じて任意に設定することができる。
以下、開口部４１の断面形状のいくつかの形態を具体的に示す。
以下、開口部４１の断面形状のいくつかの形態を具体的に示す。
【0036】
図２Ａから図２Ｄは、固体撮像素子における遮光層の開口部の断面形状を示す一例である。図２Ａに示すように、開口部４１は、幅方向の開口寸法が厚さ方向に亘って一定である筒形状に形成される。また、遮光層４の厚さ方向の高さ寸法は、ピラー構造４２の厚さ方向の高さ寸法と同じである。
【0037】
なお、開口部４１の形状は、図２Ａ示すように筒形状に限らない。例えば、図２Ｂに示すように、開口部４１ａは錐台形状に形成されていてもよい。具体的には、開口部４１ａの幅方向の開口寸法（開口面積）が、厚さ方向において半導体基板２側の第二面４ｂから第一面４ａに向かうにつれて大きくなるように形成されている。
図２Ｂに示すように、開口部４１ａは、開口部４１ａの開口寸法が厚さ方向において半導体基板２から離れるについて大きくなるように形成されてもよい。すなわち、図２Ｂに示すように、開口部４１ａは逆さ錐台形状に形成されることが可能である。
図２Ｂに示すように、開口部４１ａは、開口部４１ａの開口寸法が厚さ方向において半導体基板２から離れるについて大きくなるように形成されてもよい。すなわち、図２Ｂに示すように、開口部４１ａは逆さ錐台形状に形成されることが可能である。
【0038】
また、図２Ｃに示すように、開口部４１ｃは、第二面４ｂから第一面４ａに向かって、逆さ錐台形状の開口部４１ｃ１と、筒形状の開口部４１ｃ２とをこの順に積層された構造であってもよい。開口部４１ｃ１の幅方向の開口寸法（開口面積）は、半導体基板２の第二面４ｂから第一面４ａに向かうにつれて、厚さ方向の略中央まで大きくなるように形成されている。開口部４１ｃ２の開口寸法は、遮光層４の略中央から第一面４ａに向かって、厚さ方向に亘って一定である。
図２Ｃに示すように、開口部４１ｃを半導体基板２側から順に逆さ錐台形状の開口部４１ｃ１と、筒形状の開口部４１ｃ２とを積層した構造とし、光の入射側（被写体Ｓ側）に筒形状の開口部４１ｃ２に設けることにより、散乱光の入射を抑制することができる。
図２Ｃに示すように、開口部４１ｃを半導体基板２側から順に逆さ錐台形状の開口部４１ｃ１と、筒形状の開口部４１ｃ２とを積層した構造とし、光の入射側（被写体Ｓ側）に筒形状の開口部４１ｃ２に設けることにより、散乱光の入射を抑制することができる。
【0039】
また、図２Ｄに示すように、開口部４１ｄは、第二面４ｂから第一面４ａに向かって、錐台形状の開口部４１ｄ１と、筒形状の開口部４１ｄ２とをこの順に積層された構造であってもよい。開口部４１ｄ１の幅方向の開口寸法は、半導体基板２の第二面４ｂから第一面４ａに向かうにつれて、厚さ方向の略中央まで小さくなるように形成されている。開口部４１ｄ２の開口寸法は、遮光層４の略中央から第一面４ａに向かって、厚さ方向に亘って一定である。
図２Ｄに示すように、開口部４１ｄを半導体基板２側から順に錐台形状の開口部４１ｄ１と、筒形状の開口部４１ｄ２とを積層した構造とし、光の入射側（被写体Ｓ側）に筒形状の開口部４１ｄ２に設けることにより、散乱光の入射を抑制することができる。さらに、半導体基板２側に錐台形状の開口部４１ｄ１を設けることにより、入射光を増幅し、光の利用效率を高めることができる。
図２Ｄに示すように、開口部４１ｄを半導体基板２側から順に錐台形状の開口部４１ｄ１と、筒形状の開口部４１ｄ２とを積層した構造とし、光の入射側（被写体Ｓ側）に筒形状の開口部４１ｄ２に設けることにより、散乱光の入射を抑制することができる。さらに、半導体基板２側に錐台形状の開口部４１ｄ１を設けることにより、入射光を増幅し、光の利用效率を高めることができる。
【0040】
＜ピラー構造＞
開口部４１において、該開口部４１と同じ形状で該開口部４１とは別部材としてピラー構造４２が形成されている。このピラー構造４２は、光が透過可能な材料で形成され、ネガ型の感光性レジストからなる。ピラー構造４２は、例えば、リニアフェノール樹脂やポリメチルメタクリレート等を用いることができる。図１に示すように、本実施形態のピラー構造４２は、遮光層４の膜厚と同じ高さを有している。
開口部４１において、該開口部４１と同じ形状で該開口部４１とは別部材としてピラー構造４２が形成されている。このピラー構造４２は、光が透過可能な材料で形成され、ネガ型の感光性レジストからなる。ピラー構造４２は、例えば、リニアフェノール樹脂やポリメチルメタクリレート等を用いることができる。図１に示すように、本実施形態のピラー構造４２は、遮光層４の膜厚と同じ高さを有している。
【0041】
＜アライメントマーク＞
図３は、本実施形態に係る固体撮像素子におけるアライメントマークの形成位置を示す平面図である。固体撮像素子を製造する際には、一枚の基板上に大量の固体撮像素子を並べて形成した後、その中から各固体撮像素子を分割する。図３は、固体撮像素子１が製造された後に分割されていない状態を示しており、図中に２×２のマトリックスで合計四つの固体撮像素子１が配列されている。
図３は、本実施形態に係る固体撮像素子におけるアライメントマークの形成位置を示す平面図である。固体撮像素子を製造する際には、一枚の基板上に大量の固体撮像素子を並べて形成した後、その中から各固体撮像素子を分割する。図３は、固体撮像素子１が製造された後に分割されていない状態を示しており、図中に２×２のマトリックスで合計四つの固体撮像素子１が配列されている。
【0042】
本実施形態において、図３に示すように、固体撮像素子は、感光イメージングを行う複数の画素が配列された有効画素領域１１と、この有効画素領域を囲む額縁領域１２とを備え、この額縁領域１２にアライメントマーク７が設けられている。
また、アライメントマーク７は、固体撮像素子の間の領域に設けられてもよい。いずれの場合も、アライメントマーク７は、有効画素領域１１の外周に設けられており、アライメントの役割を果たすことができればよい。
また、アライメントマーク７は、固体撮像素子の間の領域に設けられてもよい。いずれの場合も、アライメントマーク７は、有効画素領域１１の外周に設けられており、アライメントの役割を果たすことができればよい。
【0043】
図３には、アライメントマーク７が額縁領域１２に設けられることが示されている。図１では、アライメントマーク７の高さは遮光層の上面とほぼ同一面にあることを示している。アライメントマーク７は、アライメントマーク７の高さが遮光層４の上面４ａより低くしなければよく、遮光層４の上面４ａよりも高くしても良い。これにより、製造過程で遮光層が形成されたとしても、アライメントマーク７が遮光層４から露出することを保証することができるので、アライメントマークが遮光層にマスクされることがなく、確実に識別されてアライメントの役割を果たすことができる。
【0044】
アライメントマーク７は、ピラー構造４２と同じ材料を用いて形成されてもよいし、ピラー構造４２とは異なる材料を用いて形成しされてもよい。ピラー構造４２と同じ材料を用いる場合には、ピラー構造を形成する工程により一括して形成することができるため、工程を簡素化することができるので好ましい。
【0045】
＜第２実施形態の固体撮像素子＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子１Ａの構成を示す概略図である。本実施形態は、上述の第１実施形態に比べてピラー構造の高さが異なり、アライメントマーク７Ａ上に第二の光路層５が設けられている点で第１実施形態と異なり、その他の構成は同様であるため、重複する説明は省略する。
図４において、ピラー構造４２は、第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５の膜厚を合計した高さを有している。すなわち、ピラー構造４２は、半導体基板２の上面２ａから第二の光路層５の上面５ａまで形成された構成である。
アライメントマーク７Ａは、第一の光路層３と遮光層４とを合計した高さを有している。
以上は、第１実施形態及び第２実施形態を例として本発明の固体撮像素子１，１Ａの構成を説明した。次に、このように構成された固体撮像素子１，１Ａに基づいて得られる効果について説明する。
図４は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子１Ａの構成を示す概略図である。本実施形態は、上述の第１実施形態に比べてピラー構造の高さが異なり、アライメントマーク７Ａ上に第二の光路層５が設けられている点で第１実施形態と異なり、その他の構成は同様であるため、重複する説明は省略する。
図４において、ピラー構造４２は、第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５の膜厚を合計した高さを有している。すなわち、ピラー構造４２は、半導体基板２の上面２ａから第二の光路層５の上面５ａまで形成された構成である。
アライメントマーク７Ａは、第一の光路層３と遮光層４とを合計した高さを有している。
以上は、第１実施形態及び第２実施形態を例として本発明の固体撮像素子１，１Ａの構成を説明した。次に、このように構成された固体撮像素子１，１Ａに基づいて得られる効果について説明する。
【0046】
＜効果＞
第１実施形態に係る固体撮像素子１は、上述のような構成要素を有することにより、以下の効果を得ることができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、遮光層の開口部は、遮光層の厚さ方向と直交する方向における開口寸法ａ≧３μｍであり、即ち最小寸法が３μｍであり、かつアスペクト比αが１以上に形成されるように構成されていることにより、所定の開口寸法を有する開口部に対して、遮光層の厚みを厚くする。遮光層の厚みを厚くすることで光を確実に遮光することができ、それにより、遮光層の非開口部の箇所からの光の透過を抑制することができ、固体撮像素子においてノイズとなる光を低減することができる。
第１実施形態に係る固体撮像素子１は、上述のような構成要素を有することにより、以下の効果を得ることができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、遮光層の開口部は、遮光層の厚さ方向と直交する方向における開口寸法ａ≧３μｍであり、即ち最小寸法が３μｍであり、かつアスペクト比αが１以上に形成されるように構成されていることにより、所定の開口寸法を有する開口部に対して、遮光層の厚みを厚くする。遮光層の厚みを厚くすることで光を確実に遮光することができ、それにより、遮光層の非開口部の箇所からの光の透過を抑制することができ、固体撮像素子においてノイズとなる光を低減することができる。
【0047】
本発明に係る固体撮像素子１において、遮光層４の開口部４１において、開口部４１と同じ形状であり、光が透過可能であるピラー構造が形成されており、ピラー構造４２は、マイクロレンズ６から光電変換素子２１への光の光路を確保する開口部４１として機能する。ピラー構造４２は極めて微小又は細長く形成し易くすることができので、遮光層４の厚みを厚くして開口部４１を細長いサイズにしても、開口部４１を容易に形成することができる。そして、本発明に係る固体撮像素子１は、開口部４１においてピラー構造４２が形成されており、ピラー構造４２により開口部４１の寸法が規定されていることにより、遮光層４の顔料レジストの解像性に依存することなく、開口部４１を形成することができる。
【0048】
本発明に係る固体撮像素子１において、ピラー構造はネガ型の感光性レジストで形成されているため、付着力が強く、感度が高く、現像条件に対する要求が厳しくない利点を有している。
本発明に係る固体撮像素子１において、アライメントマーク７を備えることにより、各層を形成する際に正確なアライメントを行うことができる。特に開口を形成する際に用いられるフォトマスクをアライメントすることで、開口部の形成精度を向上させ、結像に有用な有効光のみを開口部に通過させることができ、ノイズとなる光を低減することができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、アライメントマーク７を備えることにより、各層を形成する際に正確なアライメントを行うことができる。特に開口を形成する際に用いられるフォトマスクをアライメントすることで、開口部の形成精度を向上させ、結像に有用な有効光のみを開口部に通過させることができ、ノイズとなる光を低減することができる。
【0049】
本発明に係る固体撮像素子１において、ピラー構造４２と同じ材料でアライメントマーク７を形成するため、ピラー構造４２を構成する工程においてアライメントマーク７を一括して形成することができ、工程を簡素化することができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、開口部４１の開口寸法を、厚さ方向に亘って一定であるように設けると、開口部４１の形成を容易に行うことができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、開口部４１ａの開口寸法を、厚さ方向において半導体基板から離れるにつれて大きくなるように設けると、光の入射側で散乱光の入射を抑制することができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、開口部４１ａを錐台形状に形成すると、入射光を増幅し、光の利用效率を高めることができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、開口部４１ｃを半導体基板２側から順に逆さの錐台形状、筒形状を積層した構造に設けると、光の入射側に開口部を筒形状に設ける場合、散乱光の入射を抑制することができ、そして、半導体層側に開口部を錐台形状に設ける場合、入射光を増幅し、光の利用效率を高めることができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、開口部４１の開口寸法を、厚さ方向に亘って一定であるように設けると、開口部４１の形成を容易に行うことができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、開口部４１ａの開口寸法を、厚さ方向において半導体基板から離れるにつれて大きくなるように設けると、光の入射側で散乱光の入射を抑制することができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、開口部４１ａを錐台形状に形成すると、入射光を増幅し、光の利用效率を高めることができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、開口部４１ｃを半導体基板２側から順に逆さの錐台形状、筒形状を積層した構造に設けると、光の入射側に開口部を筒形状に設ける場合、散乱光の入射を抑制することができ、そして、半導体層側に開口部を錐台形状に設ける場合、入射光を増幅し、光の利用效率を高めることができる。
【0050】
第２実施形態に係る固体撮像素子１Ａは、上述の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
複数のピラー構造４２Ａを形成した後、ピラー構造４２Ａが形成された基板に、第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５をスプレーコートや印刷等により順に積層して形成する場合、ピラー構造を位置決め基準として用いることができる。
複数のピラー構造４２Ａを形成した後、ピラー構造４２Ａが形成された基板に、第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５をスプレーコートや印刷等により順に積層して形成する場合、ピラー構造を位置決め基準として用いることができる。
【0051】
＜固体撮像素子の製造方法＞
図５は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１を製造する製造方法を示すフローチャートであり、図６は本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１を製造する過程を示す概略図である。
以下、第１実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。
図５は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１を製造する製造方法を示すフローチャートであり、図６は本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１を製造する過程を示す概略図である。
以下、第１実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。
【0052】
第１実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法において、半導体基板２、第一の光路層３、第二の光路層５及びマイクロレンズ６の製造方法について、公知の方法を用いることができるため、以下、その詳細な説明を省略し、製造方法における従来技術に対して特徴点を有する部分のみについて説明する。
【0053】
図５に示すように、第１実施形態に係る固体撮像素子の製造方法は、ネガ型の感光性レジスト、例えばリニアフェノール樹脂やポリメチルメタクリレート等を用い、幅寸法に対する高さ寸法の比であるアスペクト比αが１以上、開口寸法ａが３μｍ以上となるように、光が透過可能なピラー構造を形成するピラー構造形成工程と、ピラー構造形成工程の後、前記ピラー構造を充填物として含むように遮光層を形成する遮光層形成工程Ｓ２とを主に含んでいる。また、ピラー構造形成工程Ｓ１と同時にアライメントマーク形成工程Ｓ３を実行し、ピラー構造と同様の材料及び方法でアライメントマークを形成する。
【0054】
次に、ピラー構造形成工程Ｓ１について、具体的に説明する。
図６は、ピラー構造形成工程Ｓ１及び遮光層形成工程Ｓ２を示す概略図である。
ピラー構造形成工程Ｓ１において、ネガ型の感光性レジスト層を形成する工程Ｓ１１（図６Ａ）と、感光性レジスト層の所定の箇所を除去してピラー構造のみを残す工程Ｓ１２（図６Ｂ）とを主に含む。
図６は、ピラー構造形成工程Ｓ１及び遮光層形成工程Ｓ２を示す概略図である。
ピラー構造形成工程Ｓ１において、ネガ型の感光性レジスト層を形成する工程Ｓ１１（図６Ａ）と、感光性レジスト層の所定の箇所を除去してピラー構造のみを残す工程Ｓ１２（図６Ｂ）とを主に含む。
【0055】
次に、ピラー構造形成工程Ｓ１の一例について、具体的に説明する。本発明の固体撮像素子１の製造方法では、感光性レジストとしてネガ型レズストを用いる。
ピラー構造形成工程Ｓ１は、例えば工程Ｓ１１において、基板４５にネガ型の感光性レジストを塗布する塗布工程と、基板４５を回転させることにより、塗布された感光性レジストを乾燥させ、感光性レジスト膜４６を形成する乾燥工程と、感光性レジスト膜４６をプレベークするプレベーク工程と、を含み、工程Ｓ１２において、プレベークを行った感光性レジスト膜４６を、所定のパターンを有するマスクで露光する露光工程と、感光性レジスト膜４６を現像液で現像し、所定の箇所のみをピラー構造として残させる（ここで、塗布されたのはネガ型の感光性レジストであるため、マスクを介して光に照射される箇所は、ピラー構造として残される）現像工程と、ピラー構造が残留される基板４５を洗浄する洗浄工程と、基板４５を回転させて乾燥を行う乾燥工程と、ピラー構造をハードベークするようにポストベークを行うハードベーク工程と、を含む。
本発明の固体撮像素子１の製造方法では、マスクを用いて感光性レジスト膜４６の露光を行い、筒形状の感光性レジスト膜４６ａが、ピラー構造として、筒形状の感光性レジスト膜４６ｂが、アライメントマーク７として残されている。
ピラー構造形成工程Ｓ１は、例えば工程Ｓ１１において、基板４５にネガ型の感光性レジストを塗布する塗布工程と、基板４５を回転させることにより、塗布された感光性レジストを乾燥させ、感光性レジスト膜４６を形成する乾燥工程と、感光性レジスト膜４６をプレベークするプレベーク工程と、を含み、工程Ｓ１２において、プレベークを行った感光性レジスト膜４６を、所定のパターンを有するマスクで露光する露光工程と、感光性レジスト膜４６を現像液で現像し、所定の箇所のみをピラー構造として残させる（ここで、塗布されたのはネガ型の感光性レジストであるため、マスクを介して光に照射される箇所は、ピラー構造として残される）現像工程と、ピラー構造が残留される基板４５を洗浄する洗浄工程と、基板４５を回転させて乾燥を行う乾燥工程と、ピラー構造をハードベークするようにポストベークを行うハードベーク工程と、を含む。
本発明の固体撮像素子１の製造方法では、マスクを用いて感光性レジスト膜４６の露光を行い、筒形状の感光性レジスト膜４６ａが、ピラー構造として、筒形状の感光性レジスト膜４６ｂが、アライメントマーク７として残されている。
【0056】
工程Ｓ１２における前記露光工程では、マスクを介して感光性レジスト膜の外周の所定位置にも光を照射し、上述の現像工程を経た後、光が照射された感光性レジスト膜４６ｂがアライメントマークとして残されることにより、ピラー構造形成工程Ｓ１と同様の工程で、ピラー構造４２と同じ材料を利用してピラー構造４２よりも外側にアライメントマーク（感光性レジスト膜４６ｂ）も形成された（アライメントマーク形成工程Ｓ３）。ここで、アライメントマークの形成位置は、形成しようとする固体撮像素子の仕様に応じて設定され、固体撮像素子の有効画素領域の外周に位置するように設定されている。
【0057】
ピラー構造形成工程Ｓ１において、グレースケールマスクを用いて感光性レジストの露光を行う。このようにして、ピラー構造を、遮光層４の高さ方向において半導体基板２から離れるにつれて幅寸法が大きくなる逆さ錐台形状に形成する。これにより、図２Ｂに示すように、断面形状が錐台形状であるピラー構造４２を形成することができる。
【0058】
ピラー構造形成工程Ｓ１において、第一の層を形成する第一ピラー構造形成工程と、第一の層硬化後に、第二の層を前記第一の層に重なるように形成する第二ピラー構造形成工程を含む、ように構成されてもよい。このように形成されたピラー構造は第一の層、第二の層を少なくとも含む積層構成である。この場合、例えば、第一の層がグレースケールマスクを用いて形成した図２Ｂに示した構成であり、第二の層が図２Ａに示した構成であり、図２Ｃに示す断面形状を有するピラー構造を形成することができる。また、第一の層が図２Ｂに示した構成の逆さ錐台形状（即ち、開口寸法（開口面積）が、第二面４ｂから第一面４ａに向かって小さくなる錐台形状）であり、第二の層が図２Ｂに示した構成であり、図２Ｄに示す断面形状を有するピラー構造を形成することもできる。
【0059】
次に、遮光層形成工程Ｓ２の一例について、具体的に説明する。
遮光層形成工程Ｓ２において、ピラー構造４２を埋め込むように遮光材料膜４７を形成する遮光材料膜形成工程Ｓ２１（図６Ｃ）と、ピラー構造４２及びアライメントマーク７を遮光材料膜４７から露出させるように遮光材料膜４７の所定の厚さを除去する遮光材料膜除去工程Ｓ２２（図６Ｄ）と、を主に含む。
遮光層形成工程Ｓ２は、具体的に、ピラー構造４２を埋め込むように遮光材料を塗布する塗布工程と、塗布された遮光材料を乾燥し、遮光材料膜４７を形成する乾燥工程と、遮光材料膜４７をプレベークするプレベーク工程と、ピラー構造４２及びアライメントマーク７を遮光材料膜４７から露出させるように遮光材料膜４７の所定の厚さを除去して遮光層４を形成する遮光材料膜除去工程とを含む。また、ピラー構造を遮光層の膜厚と同じ高さに形成し、アライメントマーク７の高さを遮光層４の上面４ａより低くならないように形成させる。
遮光層形成工程Ｓ２において、ピラー構造４２を埋め込むように遮光材料膜４７を形成する遮光材料膜形成工程Ｓ２１（図６Ｃ）と、ピラー構造４２及びアライメントマーク７を遮光材料膜４７から露出させるように遮光材料膜４７の所定の厚さを除去する遮光材料膜除去工程Ｓ２２（図６Ｄ）と、を主に含む。
遮光層形成工程Ｓ２は、具体的に、ピラー構造４２を埋め込むように遮光材料を塗布する塗布工程と、塗布された遮光材料を乾燥し、遮光材料膜４７を形成する乾燥工程と、遮光材料膜４７をプレベークするプレベーク工程と、ピラー構造４２及びアライメントマーク７を遮光材料膜４７から露出させるように遮光材料膜４７の所定の厚さを除去して遮光層４を形成する遮光材料膜除去工程とを含む。また、ピラー構造を遮光層の膜厚と同じ高さに形成し、アライメントマーク７の高さを遮光層４の上面４ａより低くならないように形成させる。
【0060】
遮光材料膜４７が感光性を有する材料である場合、遮光材料膜除去工程は、所定のパターンを有するマスクを用いて遮光材料膜４７を露光する露光工程と、現像液を用いて遮光材料膜４７を現像し、ピラー構造４２を遮光材料膜４７から露出させるように遮光材料膜４７の所定の厚さを除去する現像工程とを含む。
遮光材料膜４７が感光性を有しない材料である場合、遮光材料膜除去工程において、ドライエッチングにより遮光材料膜４７の所定の厚さを除去するドライエッチング工程を含む。
工程Ｓ２２の後、固体撮像素子１を形成するためには、第一の光路層３、第二の光路層５、マイクロレンズ６等をさらに配置する必要があり、この時にはアライメントマーク７を用いてアライメントを行うことができる。
遮光材料膜４７が感光性を有しない材料である場合、遮光材料膜除去工程において、ドライエッチングにより遮光材料膜４７の所定の厚さを除去するドライエッチング工程を含む。
工程Ｓ２２の後、固体撮像素子１を形成するためには、第一の光路層３、第二の光路層５、マイクロレンズ６等をさらに配置する必要があり、この時にはアライメントマーク７を用いてアライメントを行うことができる。
【0061】
以上、固体撮像素子１の製造方法として、ピラー構造形成工程Ｓ１及び遮光層形成工程Ｓ２の一例をそれぞれ説明した。これらの工程は、一例であり、ピラー構造４２を、幅寸法に対する高さ寸法の比であるアスペクト比が１以上かつ幅寸法が３μｍ以上となるように形成し、固体撮像素子１の有効画素領域の外周にアライメントマーク７を形成すればよく、具体的な工程は、これに限定されない。
【0062】
以下、第２実施形態に係る固体撮像素子の製造方法について図７及び図８Ａから図８Ｃを参照しながら説明する。
図７は本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する製造方法を示すフローチャートであり、図８は本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。
図７は本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する製造方法を示すフローチャートであり、図８は本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。
【0063】
第２実施形態に係る固体撮像素子の製造方法におけるピラー構造形成工程Ｓ１Ａ、アライメントマーク形成工程Ｓ３Ａは第１実施形態に係るピラー構造形成工程Ｓ１、アライメントマーク形成工程Ｓ３とそれぞれ同じであるため、重複する説明は省略する。また、第１実施形態と比較して、ピラー構造がより高く形成される。
図７に示すように、積層工程Ｓ２Ａにおいて、ピラー構造の少なくとも一部を充填物として含むように第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５積層工程（工程Ｓ２１Ａ）を順に積層して形成し、この時、遮光層４を、アライメントマーク７Ａの高さが遮光層４の上面４ａより低くならないように、即ちアライメントマークが遮光層から露出して識別可能であるように形成する。その後、第二の光路層の所定の厚さを除去し、ピラー構造を第一の光路層、遮光層及び第二の光路層の膜厚を合計した厚さに形成する（Ｓ２２Ａ）。
図７に示すように、積層工程Ｓ２Ａにおいて、ピラー構造の少なくとも一部を充填物として含むように第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５積層工程（工程Ｓ２１Ａ）を順に積層して形成し、この時、遮光層４を、アライメントマーク７Ａの高さが遮光層４の上面４ａより低くならないように、即ちアライメントマークが遮光層から露出して識別可能であるように形成する。その後、第二の光路層の所定の厚さを除去し、ピラー構造を第一の光路層、遮光層及び第二の光路層の膜厚を合計した厚さに形成する（Ｓ２２Ａ）。
【0064】
図８Ａから図８Ｃに示すように、工程Ｓ２１Ａにおいて、ピラー構造５１ａ（４２Ａ）及びアライメントマーク５１ｂ（７Ａ）を形成する。その後、図８Ｃにおいて、アライメントマーク７に基づいてマスクを位置決めし、マスクを介して、ピラー構造が形成された基板５０に第一の光路層３及び遮光層４を順に塗布し、この時、好ましくは遮光層４を、アライメントマーク７を露出可能な厚さに塗布する。次に、アライメントマーク７及びピラー構造４２Ａをアライメント基准として、第二の光路層５をさらに塗布し、最終的に第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５の３つの層の積層構造が形成された。
【0065】
次に、工程Ｓ２２Ａにおいて、図示していないが、第二の光路層５の所定の厚さを除去し、ピラー構造４２Ａを、第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５の膜厚を合計した厚さに形成する。ここで、ピラー構造４２Ａを、第二の光路層５の上面５ａから露出するように形成する。あるいは、ピラー構造４２Ａ及び第二の光路層５を視覚的に区別可能な異なる材料で形成する。
【0066】
工程Ｓ２２Ａの後に、固体撮像素子１を形成するために、第二の光路層５の上にマイクロレンズ６をさらに配置したり、エッチングにより電極開口を実施したりする必要がある。この時、アライメントマーク７を用いてアライメントを行うことができる以外に、ピラー構造４２Ａをマイクロレンズ６と遮光層４との位置合わせ基準とすることもでき、ピラー構造４２Ａを、電極開口を実施する際の位置合わせ基準とすることができる。
また、上述の第１及び第２実施形態に係る固体撮像素子１，１Ａの製造方法において、ピラー構造形成工程と同じ工程にピラー構造と同じ材料でアライメントマークを形成することを説明したが、アライメントマークは、ピラー構造とは異なる材料を用い、別の工程に形成されてもよい。
また、上述の第１及び第２実施形態に係る固体撮像素子１，１Ａの製造方法において、ピラー構造形成工程と同じ工程にピラー構造と同じ材料でアライメントマークを形成することを説明したが、アライメントマークは、ピラー構造とは異なる材料を用い、別の工程に形成されてもよい。
【0067】
上述の説明した第２実施形態に係る固体撮像素子の製造方法において、ピラー構造はアライメントの役割を果たすことができるため、アライメントマークの形成を省略することもできる。
【0068】
上述の第１実施形態及び第２実施形態に係る固体撮像素子１，１Ａの製造方法は、上述の固体撮像素子１，１Ａの効果に加え、以下の効果を得ることもできる。
ピラー構造形成工程と同じ工程において、ピラー構造４２，４２Ａと同じ材料でアライメントマーク７，７Ａを形成し、工程の簡素化を実現することができる。
ピラー構造４２Ａを第二の光路層５の上面５ａから露出するように形成する、又はピラー構造４２Ａ及び第二の光路層５を視覚的に区別可能な異なる材料で形成するように形成することにより、ピラー構造４２Ａはアライメントの役割を果たすことができ、この時、アライメントマーク７の形成は省略できる。
ピラー構造形成工程と同じ工程において、ピラー構造４２，４２Ａと同じ材料でアライメントマーク７，７Ａを形成し、工程の簡素化を実現することができる。
ピラー構造４２Ａを第二の光路層５の上面５ａから露出するように形成する、又はピラー構造４２Ａ及び第二の光路層５を視覚的に区別可能な異なる材料で形成するように形成することにより、ピラー構造４２Ａはアライメントの役割を果たすことができ、この時、アライメントマーク７の形成は省略できる。
【0069】
以上、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法の具体的な実施形態について説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。その新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【0070】
１，１Ａ…固体撮像素子
２…半導体基板
３…第一の光路層
４…遮光層
５…第二の光路層
６…マイクロレンズ
７，７Ａ…アライメントマーク
１１…有効画素領域
２１…光電変換素子
４１…開口部
４２，４２Ａ…ピラー構造
２…半導体基板
３…第一の光路層
４…遮光層
５…第二の光路層
６…マイクロレンズ
７，７Ａ…アライメントマーク
１１…有効画素領域
２１…光電変換素子
４１…開口部
４２，４２Ａ…ピラー構造
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】