JP2000174246A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

固体撮像素子及びその製造方法

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JP2000174246A
JP2000174246A JP10349677A JP34967798A JP2000174246A JP 2000174246 A JP2000174246 A JP 2000174246A JP 10349677 A JP10349677 A JP 10349677A JP 34967798 A JP34967798 A JP 34967798A JP 2000174246 A JP2000174246 A JP 2000174246A
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color filter
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resin
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Hiroki Omori
宏紀 大森
Tatsuhiko Furuta
達彦 古田
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Toppan Inc
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Toppan Printing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】平坦化層の平坦性が十分に得られ、薄膜化が可
能で、マイクロレンズを安定して形成することができる
固体撮像素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】カラーフィルタ画素の間隙に熱フロー性を
有する樹脂のパターンを形成する工程、前記パターンを
加熱溶融する工程により平坦化層を設ける。更に、熱硬
化性樹脂層を形成する工程を具備することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロレンズ付き
固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、固体撮像素子では、電荷転送部な
ど光電変換に寄与しない領域が各画素に存在しているた
め、画素面全体に占める受光部分の受光面に対する開口
率が15〜30%程度であり入射光の利用率が十分でないと
言う問題がある。このような問題を解消し感度向上を達
成するために、半導体プロセスによる受光部分以外の領
域の微細化する技術や、高エネルギーイオン注入技術を
導入して転送レジスタ部の飽和電荷量を高めることによ
り転送レジスタ部の面積を小さくし受光部分面積及び開
口面積を大きくする試みがなされているが、これらは固
体撮像素子の構造的に限界がある。そこで近年では受光
部分上部に凸型のマイクロレンズを設け、入射した光を
受光部分に効率的に集光させ実効開口率を高めたオンチ
ップマイクロレンズを有した撮像素子が提供されてい
る。
【0003】さらにカラー固体撮像素子においては、マ
イクロレンズに加えてカラーフィルタが備えられてい
る。基板表層部に光電変換を行う受光部分が複数箇所形
成されている固体撮像素子に、カラーフィルタ及びマイ
クロレンズを形成する一般的な製造方法は下記の通りで
ある。
【0004】受光部の透明樹脂による受光部の穴埋め
受光部の平坦化カラーフィルタの形成透明樹脂に
よるカラーフィルタの平坦化マイクロレンズの形成
【0005】特に、透明樹脂によるカラーフィルタの平
坦化及びマイクロレンズの形成を図面を参照して説明す
る。図2中、1はシリコン基板、2は受光素子、3は電
荷転送部、4は下部平坦化層、5は遮光膜であり、受光
部や電荷転送部が形成された固体撮像素子上に、図2
(a) に示すようにフォトリソグラフィーで6のカラーフ
ィルタを形成し、図2(b) に示すようにカラーフィルタ
上に平坦化の目的で平坦化層7を形成する。この平坦化
層は固体撮像素子の凹凸、カラーフィルタの凹凸の平坦
化及びマイクロレンズによる集光位置の調整の為に形成
されていて、通常、透明な熱硬化性樹脂が用いられる。
次に、図2(c) 、(d) のように平坦化層上にマイクロレ
ンズ用レジスト8を塗布し、フォトリソグラフィー技術
によりパターンニングした後、加熱処理を施し、パター
ンニングされたマイクロレンズ用レジストを変形させて
受光部上に凸状のマイクロレンズ9を形成する。
【0006】近年、固体撮像素子の高解像度化や小型化
に伴い、カラーフィルタやマイクロレンズを高精細化し
たり、薄膜化する必要がある。例えば、カラーフィルタ
の製造方法も染色法から顔料分散法へと薄膜化の試みが
なされている。また、薄膜化はカラーフィルタだけでな
く、平坦化層にも必要である。これは平坦化層が厚い場
合、光が固体撮像素子に対して斜めから入射した場合、
すなわちカメラの絞りを開放にした場合、マイクロレン
ズのすそに入射してきた光は受光部に集光されず、固体
撮像素子の実効開口率は下がり、感度は効果的に向上し
ないためである。また、斜めから入射した光が層間反射
を起こし、垂直レジスタ部に漏れ込みを起こした場合、
スミアが発生する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の製造方法では、平坦化層が熱硬化性樹脂1層で構
成されている為、図3(b) のようにある程度な膜厚(例
えば1μm以上)を塗布しなければ平坦化が不十分な平
坦化層11(例えば段差0.2 μm以上)となってしま
う。さらに図3(c) のようにその上にマイクロレンズを
形成する場合、カラーフィルタ上に形成する平坦化層の
平坦性が十分でないと、図3(d) のようにフォトリソグ
ラフィーによるパターンニングとその後の加熱処理工程
においてマイクロレンズ12が融着するため、安定した
マイクロレンズ形成は困難であった。特にカラーフィル
タが顔料分散方式及び染料分散方式により形成された場
合、カラーフィルタによる凹凸、すなわちカラーフィル
タ画素間の隙間が存在し、熱硬化性樹脂の塗布で十分な
平坦性を得ることが難しく、さらに平坦化層の薄膜化は
大変困難であった。
【0008】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であって、平坦化層の平坦性が十分に得られ、薄膜化が
可能で、マイクロレンズを安定して形成することができ
る固体撮像素子及びその製造方法を提供することを目的
とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、カラーフィルタ上にオンチップマイクロレンズを形
成した固体撮像素子の製造方法において、少なくともカ
ラーフィルタ画素の間隙に熱フロー性を有する樹脂のパ
ターンを形成する工程、前記パターンを加熱溶融する工
程を少なくとも具備することを特徴とする固体撮像素子
の製造方法である。
【0010】請求項2に記載の発明は、請求項1記載の
発明を前提とし、パターンを加熱溶融する工程の後に、
熱硬化性樹脂層を形成する工程を具備することを特徴と
する固体撮像素子の製造方法である。
【0011】請求項3に記載の発明は、請求項1記載の
発明を前提とし、前記カラーフィルタ画素の形状が四角
形以上の多角形、もしくは円であることを特徴とする固
体撮像素子の製造方法である。
【0012】請求項4に記載の発明は、請求項1記載の
発明を前提とし、前記熱フロー性を有する樹脂が熱硬化
性樹脂であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法
である。
【0013】請求項5に記載の発明は、請求項1記載の
発明を前提とし、前記パターンがカラーフィルタ画素の
一部を覆うことを特徴とする固体撮像素子の製造方法で
ある。
【0014】請求項6に記載の発明は、請求項1記載の
発明を前提とし、前記パターンが着色されていることを
特徴とする固体撮像素子の製造方法である。
【0015】請求項7に記載の発明は、請求項1〜6に
記載の何れかの製造方法により製造されたことを特徴と
する固体撮像素子である。
【0016】
【発明の実施の形態】[実施例1]次に本発明について
図面を参照にして説明する。図1は本発明の第1の実施
例である固体撮像素子の製造工程を示した断面構造及び
平面構造の模式図である。図1(a) 、(b) は固体撮像素
子にカラーフィルタを形成した時の固体撮像素子断面図
及び平面図である。1はシリコン基板、2は受光素子、
3は下部平坦化層、4は遮光膜、5はカラーフィルタで
あり従来の構成と同じであるため、同一の符号を付けて
説明を省略する。カラーフィルタとしては着色剤を含有
するインキを画素パターンに印刷する印刷法によるカラ
ーフィルタ、透明樹脂を画素パターンに染色して形成し
た染色法によるカラーフィルタ、着色剤を含有する電着
塗料を電着することで画素パターンを形成する電着法に
よるカラーフィルタ、着色剤を含有する感光性樹脂を塗
布した後、露光・現像して画素パターンを形成する顔料
分散法によるカラーフィルタなど周知のカラーフィルタ
を利用できる。
【0017】カラーフィルタを形成するにあたって、画
素形状を四角形以上の多角形、八角形にて形成するのが
好ましい。これにより意識的にカラーフィルタ画素間に
大きな隙間を形成することができる。この隙間の面積は
0.25μm2 以上あることが好ましい。
【0018】次に、図1(c) 、(d) に示すように、カラ
ーフィルタ画素の隙間に熱フロー性(加熱軟化、流動)
を有する樹脂のパターン13を形成する。従って、熱フ
ロー性を有する樹脂は、感光性樹脂であることが好まし
い。また、後述する加熱工程のあるマイクロレンズの形
成を考慮すると、熱硬化性樹脂であることが好ましい。
このような特性を満たす樹脂としては、ポジレジスト等
で用いられるフェノール・ノボラック樹脂−ジアゾナフ
トキノン系感光剤もしくはポリヒドロキシスチレン・ジ
アゾナフトキノン系感光材が挙げられる。さらに耐溶剤
性や耐アルカリ性を向上させる目的で、この感光材中に
水酸基を架橋する成分(例えばヘキサトリメトキシメラ
ミン等のメラミン誘導体)が含まれていることが好まし
い。
【0019】その後、上記パターン(熱フロー性を有す
る樹脂)の軟化点以上の温度で加熱溶融させる。加熱溶
融させる温度は、ポリヒドロキシスチレン・ジアゾナフ
トキノン系感光材を用いた場合、150 ℃以上であること
が好ましい。加熱溶融により、図1(e) の断面図及び図
1(f) の平面図に示すようにカラーフィルタ画素の間隙
を埋め、カラーフィルタの段差を小さくする。下部平坦
化層表面からカラーフィルタ表面の距離、すなわちカラ
ーフィルタによる段差は1.2 μmであったが、この処理
により段差が0.3 μmまで低減できる。
【0020】次に、図1(g) に示すように、熱硬化性樹
脂を0.5 μmスピンコートし、熱硬化性樹脂層14を形
成することで、表面段差がさらに低減し0.15μとなっ
た。すなわち0.5 μmの膜厚で平坦化効果の高い平坦化
層(本実施例の場合、加熱溶融したパターン及び熱硬化
性樹脂層)を得ることができる。
【0021】さらに、図1(h) 、図(i) のようにマイク
ロレンズ用レジスト8をパターンニングし、加熱処理を
施すことによりマイクロレンズ9を形成したところ、平
坦化度の向上により安定してマイクロレンズの形成が可
能で、平坦化層の薄膜化により実効開口率が向上するこ
とで実効感度が向上し、スミアが低減する。
【0022】[実施例2]図4は本発明の第2の実施例
である固体撮像素子の製造工程を示した断面構造及び平
面構造の模式図である。この場合、カラーフィルタ画素
の隙間を埋める熱フロー性を有する樹脂が顔料により黒
色に呈していることを除けば実施例1と同様になる。こ
のようにカラーフィルタ画素の間隙を黒色に着色するこ
とで、隣接する受光部への不要な光の混入を防止でき、
スミアを低減しさらに高画質な固体撮像素子を実現する
ことができる。
【0023】[実施例3]図5は本発明の第3の実施例
である固体撮像素子の製造工程を示した断面構造及び平
面構造の模式図である。この場合、カラーフィルタの隙
間を埋める熱フロー性を有する樹脂をカラーフィルタ画
素の隙間より大きなパターン、すなわち、カラーフィル
タ画素の一部を覆うパターン13に形成する点、平坦化
のための熱硬化性樹脂層を設けない点を除けば実施例1
と同様になる。実施例1と異なり熱フロー性を有する樹
脂が平坦化層を兼ねるため、熱溶融する前に光消色する
目的で紫外線を照射するのが好ましい。このように熱フ
ロー性を有する樹脂がカラーフィルタ画素の隙間より大
きなパターンニングを行うことで、熱硬化性樹脂層を形
成すること無く表面段差0.15μ以下の平坦化を実現する
ことができる。この結果、平坦化層(本実施例の場合、
パターン、すなわち、熱フロー性を有する樹脂)の薄膜
化により実効開口率が向上することで実効感度が向上
し、スミアの低減が実現できる。
【0024】
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項1また
は2に記載の発明によれば、カラーフィルタ画素の間隙
に熱可塑性樹脂によるパターンを形成し、加熱溶融する
ことで、カラーフィルタ画素の隙間を埋め、その後、必
要に応じて熱硬化性樹脂を塗布するので、平坦化効果が
高く、薄膜の平坦化層を得ることができ、安定したマイ
クロレンズ形成が可能となる。
【0025】また、請求項3に記載の発明によれば、カ
ラーフィルタ画素の隙間を大きなものとすることができ
る。
【0026】また、請求項4に記載の発明によれば、マ
イクロレンズ形成時の熱による変形が少なくなる。
【0027】また、請求項5に記載の発明によれば、熱
硬化性樹脂層を形成すること無く、良好な平坦化を実現
することができる。
【0028】また、請求項6記載の発明によれば、パタ
ーンを黒色に着色することでもスミアの低減することが
できる。
【0029】また、請求項7に記載の発明によれば、レ
ンズ絞り値による実効開口率の低下による感度低下を防
止及びスミアの低減することができるものとなる。
【0030】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の固体撮像素子の製造工
程を示した断面構造及び平面構造の模式図。
【図2】従来の固体撮像素子の製造工程を示した断面構
造の模式図。
【図3】従来の固体撮像素子の製造工程の問題点を示し
た断面構造の模式図。
【図4】本発明の第2の実施例の固体撮像素子の製造工
程を示した断面構造及び平面構造の模式図。
【図5】本発明の第3の実施例の固体撮像素子の製造工
程を示した断面構造及び平面構造の模式図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 受光素子 3 電荷転送部 4 下部平坦化層 5 遮光膜 6 カラーフィルタ画素 7 平坦化層 8 マイクロレンズ用レジスト 9 マイクロレンズ 11 平坦化が不十分な平坦化層 12 融着したマイクロレンズ 13 パターン 14 熱硬化性樹脂層
フロントページの続き Fターム(参考) 2H048 BA11 BB02 BB07 BB10 BB13 BB28 BB46 4M118 AA05 AA10 AB01 BA10 EA20 FA06 GC07 GC13 GD07 5C024 AA01 CA31 EA04 EA08 FA01 FA11

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カラーフィルタ上にオンチップマイクロレ
    ンズを形成した固体撮像素子の製造方法において、少な
    くともカラーフィルタ画素の間隙に熱フロー性を有する
    樹脂のパターンを形成する工程、前記パターンを加熱溶
    融する工程を少なくとも具備することを特徴とする固体
    撮像素子の製造方法。
  2. 【請求項2】パターンを加熱溶融する工程の後に、熱硬
    化性樹脂層を形成する工程を具備することを特徴とする
    請求項1記載の固体撮像素子の製造方法。
  3. 【請求項3】前記カラーフィルタ画素の形状が四角形以
    上の多角形、もしくは円であることを特徴とする請求項
    1記載の固体撮像素子の製造方法。
  4. 【請求項4】前記熱フロー性を有する樹脂が熱硬化性樹
    脂であることを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子
    の製造方法。
  5. 【請求項5】前記パターンがカラーフィルタ画素の一部
    を覆うことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子の
    製造方法。
  6. 【請求項6】前記パターンが着色されていることを特徴
    とする請求項1記載の固体撮像素子の製造方法。
  7. 【請求項7】請求項1〜6に記載の何れかの製造方法に
    より製造されたことを特徴とする固体撮像素子。
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