JP2000269474A - 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】マイクロレンズ形成時のレンズ間スペースの制
御性に優れ、またレンズ融着によるレンズ未形成部分の
発生を抑え、マイクロレンズ形成安定性を高めることに
より実効感度の高く、かつ、良好な色再現性が得られる
固体撮像素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】固体撮像素子上のマイクロレンズを、複数
の受光部の中から市松状に選択された受光部上にマイク
ロレンズを形成する第一工程、前記第一工程において選
択されなかった受光部上にマイクロレンズを形成する第
二工程により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロレンズ付き
の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。そこで近年では図２に示す
ように受光部上部に凸状のマイクロレンズを設け、入射
した光を受光部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が複数箇所形成
されている撮像素子に、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。 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
【０００４】特にマイクロレンズの形成を図面を参照
して説明する。図２は従来のマイクロレンズの製造方法
である。１は半導体基板、２は受光部、３は電荷転送
部、４は下部平坦化層、５はカラーフィルタ、６は遮光
膜、７は上部平坦化層である（図２（ａ）参照）。上部
平坦化層上にマイクロレンズ形成用レジストを塗布し、
従来のフォトリソグラフィー技術によりパターン１２を
形成した後（図２（ｂ）参照）、加熱処理を施し、パタ
ーンを変形させて受光部上に凸状のマイクロレンズ１３
を形成する（図２（ｃ）参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】近年、固体撮像素子の
高解像度化や小型化に伴い、マイクロレンズを高精細化
する必要がある。併せて受光素子の受光面積が小さくな
る為、マイクロレンズの集光位置を保ちながらレンズの
幅を広げレンズ間の距離をできるだけ小さくすることが
望ましい。すなわち図２（ｃ）のマイクロレンズ間スペ
ースをできるだけ小さくすることが望ましい。
【０００６】しかしながら、このような従来の各受光部
に対向する位置に入射光を集光させるマイクロレンズを
設けた固体撮像素子では、光電変換有効領域の入射光を
効率よく集光するために、マイクロレンズの幅を単位画
素ピッチにできるだけ近づけようとすると、加熱時にレ
ンズの膨張（距離の広がり）し、収縮するため、隣接す
るレンズ１４が融着してくずれ、実効開口率が小さくな
り、高い実効感度が得られないという問題点があった
（図３参照）。
【０００７】他方、カラーフィルタに用いられる、Ｒ、
Ｇ、Ｂ（原色フィルタ）、または、Ｃ、Ｍ、Ｙ（補色フ
ィルタ）の各色の透過率にはばらつきがあり、それが原
因となり良好な色再現性が得られないという問題点があ
った。
【０００８】本発明は、マイクロレンズ形成時のレンズ
間スペースの制御性に優れ、またレンズ融着によるレン
ズ未形成部分の発生を抑え、マイクロレンズ形成安定性
を高めることにより実効感度の高く、かつ、良好な色再
現性が得られる固体撮像素子及びその製造方法の提供を
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、半導体基板上に複数の受光部を備え、その上に少な
くともマイクロレンズを形成する固体撮像素子の製造方
法において、複数の受光部の中から市松状に選択された
受光部上にマイクロレンズを形成する第一工程、前記第
一工程において選択されなかった受光部上にマイクロレ
ンズを形成する第二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、半導体基板上に
複数の受光部を備え、その上に少なくともマイクロレン
ズを形成する固体撮像素子において、複数の受光部の中
から市松状に選択された受光部上のマイクロレンズを形
成するレジストと、他のマイクロレンズを形成するレジ
ストが異なることを特徴とする固体撮像素子である。
【００１１】
【発明の実施の形態】従来技術のように全てのマイクロ
レンズを同時に作成した場合、各マイクロレンズはそれ
ぞれ膨張するため、隣接するレンズの融着が起こり易い
が、請求項１に係わる固体撮像素子の製造方法によれ
ば、第一工程により作成されたマイクロレンズは溶融・
硬化等により素性が変化し、第二工程においてはほとん
ど膨張しないため、例え、第一工程と第二工程の加熱条
件が同じであってもレンズの融着が起こり難い。
【００１２】また、請求項２に係る固体撮像素子によれ
ば、例えば、複数の受光部の中から市松状に選択された
受光部上のマイクロレンズを形成するレジストの軟化点
と、他のマイクロレンズを形成するレジストの軟化点を
異なることすれば、他のマイクロレンズを形成する工程
（第二工程）の加熱条件が複数の受光部の中から市松状
に選択された受光部上のマイクロレンズを形成する工程
（第一工程）より高いものとなってもレンズの融着が起
こり難い。また、カラーフィルタの色配列が特定の色が
市松状に並ぶベイヤー配列、インターライン配列、フィ
ールド色差順次配列、フレームインターリーブ配列を採
用し、第一工程で用いるレジストと第二工程で用いるレ
ジストの屈折率（すなわち、集光効率）を異ならせれ
ば、各色の感度のばらつきを調整することもできる。
【００１３】［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。本実施例では単位画素ピッチが５．０μｍの
固体撮像素子を用いた。図１（ａ）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の断面図で
ある。１は半導体基板、２は受光素子、３は電荷転送
部、４は下部平坦化層、５はカラーフィルタ、６は遮光
膜、７は上部平坦化層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。
【００１４】次に、第一工程として、マイクロレンズ用
レジストを用い、公知のフォトリソグラフィー法により
マイクロレンズとなるパターン８を形成する（図１
（ｂ）参照）。この際、パターンは複数の受光部の中か
ら市松状に選択された受光部のカラーフィルタ上に形成
する。本実施例の場合、カラーフィルタの色配列がベイ
ヤー配列を採用するため、Ｒ（赤）、Ｂ（青）の領域が
市松状に並ぶので、そのカラーフィルタ上に形成する。
次に、１６０℃の加熱処理にてマイクロレンズ１０を形
成する（図１（ｃ）参照）。この時のマイクロレンズ用
レジストのパターン寸法は４．５μｍ（パターン間スペ
ースは１．０μｍ）で、加熱処理後のレンズ径は４．９
μｍである。その後、第二工程として、第一工程におい
て選択されなかった受光部のカラーフィルタ上に前記と
同様にパターン９を形成する（図１（ｄ）参照）。本実
施例の場合、Ｇ（緑) のカラーフィルタ上に形成するこ
ととなる。この時のマイクロレンズ用レジストのパター
ン寸法は４．５μｍで、加熱処理後のレンズ径は４．９
μｍである。これによりレンズ間スペースが０．２μｍ
のマイクロレンズが高い生産安定性で形成でき、従来法
に比べ実効感度が約１０％向上した。
【００１５】［実施例２］実施例１と同一の固体撮像素
子上に、第一工程として、軟化点が１４０℃のマイクロ
レンズ用レジストを用い、公知のフォトリソグラフィー
法によりマイクロレンズとなるパターン８を形成する。
この際、パターンは複数の受光部の中から市松状に選択
された受光部のカラーフィルタ上に形成する。本実施例
の場合、Ｒ（赤）、Ｂ（青）の領域が市松状に並ぶの
で、そのカラーフィルタ上に形成する。次に、１５０℃
の加熱処理にてマイクロレンズ１０を形成する。この時
のマイクロレンズ用レジストのパターン寸法は４．５μ
ｍで、加熱処理後のレンズ径は４．９μｍである。その
後、第二工程として、第一工程において選択されなかっ
た受光部のカラーフィルタ上に軟化点が１５０℃のマイ
クロレンズ用レジストを用い、１６０℃の加熱処理にて
パターン９を形成する。本実施例の場合、Ｇ（緑) のカ
ラーフィルタ上に形成することとなる。この時のマイク
ロレンズ用レジストのパターン寸法は４．５μｍで、加
熱処理後のレンズ径は４．９μｍである。これによりレ
ンズ間スペースが０．２μｍのマイクロレンズが高い生
産安定性で形成でき、従来法に比べ実効感度が約１０％
向上した。
【００１６】［実施例３］実施例１と同一の固体撮像素
子上に、第一工程として、屈折率が１．５５のマイクロ
レンズ用レジストを用い、公知のフォトリソグラフィー
法によりマイクロレンズとなるパターン８を形成する。
この際、パターンは複数の受光部の中から市松状に選択
された受光部のカラーフィルタ上に形成する。本実施例
の場合、Ｒ（赤）、Ｂ（青）の領域が市松状に並ぶの
で、そのカラーフィルタ上に形成する。次に、１６０℃
の加熱処理にてマイクロレンズ１０を形成する。この時
のマイクロレンズ用レジストのパターン寸法は４．５μ
ｍで、加熱処理後のレンズ径は４．９μｍである。その
後、第二工程として、第一工程において選択されなかっ
た受光部のカラーフィルタ上に屈折率が１．５７のマイ
クロレンズ用レジストを用い、１６０℃の加熱処理にて
パターン９を形成する。本実施例の場合、Ｇ（緑) のカ
ラーフィルタ上に形成することとなる。この時のマイク
ロレンズ用レジストのパターン寸法は４．５μｍで、加
熱処理後のレンズ径は４．９μｍである。これによりレ
ンズ間スペースが０．２μｍのマイクロレンズが高い生
産安定性で形成でき、従来法に比べ色再現性が約１０％
向上した。
【００１７】［比較例］実施例１と同一の固体撮像素子
上に実施例１と同一のマイクロレンズ用レジストを塗布
し、公知のフォトリソグラフィー法により全てのパター
ンを形成する。この時のパターンニング寸法は４．５μ
ｍ（パターン間スペースは１．０μｍ）である。その後
加熱処理により、マイクロレンズを形成したところ、図
３のようにレンズの融着が多く、生産安定性が低かっ
た。
【００１８】
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る固体撮像素子の製造方法によれば、第一工程により作
成されたマイクロレンズは溶融・硬化等により素性が変
化し、第二工程においてはほとんど膨張しないため、例
え、第一工程と第二工程の加熱条件が同じであってもレ
ンズの融着が起こり難い。
【００１９】よって、隣接したマイクロレンズ同士が接
触し、マイクロレンズ未形成部分の発生を防ぐことがで
きるので、入射光を単位画素ピッチ近傍の幅で有効的に
集光し、実効感度を向上させることができる。
【００２０】請求項２に係る固体撮像素子によれば、例
えば、複数の受光部の中から市松状に選択された受光部
上のマイクロレンズを形成するレジストの軟化点と、他
のマイクロレンズを形成するレジストの軟化点を異なら
せた場合は、他のマイクロレンズを形成する工程（第二
工程）の加熱条件が複数の受光部の中から市松状に選択
された受光部上のマイクロレンズを形成する工程（第一
工程）より高いものとなって、更に、レンズの融着が起
こり難い。
【００２１】また、カラーフィルタの色配列が特定の色
が市松状に並ぶベイヤー配列、インターライン配列、フ
ィールド色差順次配列、フレームインターリーブ配列を
採用し、第一工程で用いるレジストと第二工程で用いる
レジストの屈折率（すなわち、集光効率）を異ならせた
場合は、各色の感度のばらつきを調整することもでき
る。
【００２２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の固体撮像素子の製造工程を示
した断面構造の説明図である。
【図２】従来の固体撮像素子の製造工程を示した断面構
造の説明図である。
【図３】融着したマイクロレンズの説明図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ 受光部 ３ 電荷転送部 ４ 下部平坦化層 ５ カラーフィルタ ６ 遮光層 ７ 上部平坦化層 ８ 第一工程で形成されたパターン ９ 第二工程で形成されたパターン １０ 第一工程で形成されたマイクロレンズ １１ 第二工程で形成されたマイクロレンズ １２ パターン １３ マイクロレンズ １４ 融着したマイクロレンズ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA06 AA10 AB01 BA10 EA14 FA06 GB03 GB07 GC08 GD04 GD06 GD07 5C024 AA01 CA31 EA04 FA01 FA18 GA01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板上に複数の受光部を備え、その
    上に少なくともマイクロレンズを形成する固体撮像素子
    の製造方法において、複数の受光部の中から市松状に選
    択された受光部上にマイクロレンズを形成する第一工
    程、前記第一工程において選択されなかった受光部上に
    マイクロレンズを形成する第二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】半導体基板上に複数の受光部を備え、その
    上に少なくともマイクロレンズを形成する固体撮像素子
    において、複数の受光部の中から市松状に選択された受
    光部上のマイクロレンズを形成するレジストと、他のマ
    イクロレンズを形成するレジストが異なることを特徴と
    する固体撮像素子。
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