JP2001237405A

JP2001237405A - 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法

Info

Publication number: JP2001237405A
Application number: JP2000047313A
Authority: JP
Inventors: Masazumi Setoda; 正純瀬戸田
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】低い製造コストで、高集光率、高感度の固体
撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置は、基板と、基板上に所定
の間隔でマトリクス状態に配置された複数の感光領域
と、これらの感光領域を区画する非感光領域の上部に格
子状に配置された、断面やま型の低屈折率の区画壁を有
する。区画壁で決定される空間には、高屈折率の光学的
カラーフィルタ材が直接充填されている。区画壁とカラ
ーフィルタ材との境界面で入射光を全反射させることに
よって、高い集光率で感光領域上に光を集めることがで
きる。また、シリコン結晶の配向面に応じたエッチング
速度の相違を利用して、集光体の反射面を所定の角度に
高精度、かつ安定して形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高感度で鮮明な色彩
を達成することのできる固体撮像装置と、高い精度で所
望の反射角度を有する集光体を安定して製造することの
できる固体撮像装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】イメージセンサ等の固体撮像装置では、
感度向上のために、微細な集光レンズ配列からなるマイ
クロレンズが用いられている。とくにインタライン転送
型ＣＣＤイメージセンサでは、ピクセルマトリクスの受
光（感光）領域の間に垂直ＣＣＤが配されるため、ピク
セル開口率が３０％程度ときわめて低く、集光効率を高
めるためにマイクロレンズは不可欠である。また、ＣＭ
ＯＳアクティブピクセルイメージセンサにおては、ピク
セルごとに増幅器や機能回路（ＡＤ変換回路、ＤＳＰあ
るいは画像圧縮機能など）を内臓させ、並列処理による
高速化、高機能化を図っているため、ピクセル内でフォ
トダイオードの占める割合（フィルファクタ：fill fac
tor）が制限され、実効的感度が低減する。

【０００３】このような問題は、解像度を上げるために
ピクセルサイズを小さくするほど顕著になる。しかし、
良好な光感度を確保するためにピクセルサイズを大きく
すると、高集積化が図れない。そこで、集光度を高めて
感度を上げるために、ピクセルマトリクス上にマイクロ
レンズが配置されることになる。

【０００４】図８は、従来のマイクロレンズ付きイメー
ジセンサの断面図である。図８（ａ）は、インタライン
方式のＣＣＤイメージセンサを、図８（ｂ）は、ＣＭＯ
Ｓアクティブピクセルイメージセンサを示す。

【０００５】図８（ａ）の例では、各ピクセルは、フォ
トダイオード７７からなる感光領域と、感光領域７７で
発生した信号電荷を運ぶ転送領域７５と、感光領域７７
と転送領域７５とを分離する分離領域７２を有し、マイ
クロレンズ８０の曲面で屈折された入射光は、感光領域
７７に導かれる。図８（ｂ）の例では、感光領域７７の
他に、ゲート電極７６、ソース７８ａ、およびドレイン
７８ｂで構成されるトランジスタ領域を複数有するが、
図８（ａ）の例と同様に、マイクロレンズ８０の曲面で
屈折された入射光は、トランジスタ領域によって制限さ
れる感光領域７７に集光される。

【０００６】図９は、図８に示す従来のマイクロレンズ
８０の形成方法を示す、まず、ピクセルマトリクス上の
カラー領域８１、８２、８３上に、透明樹脂層８０を塗
布する。塗布した透明樹脂層８０を、透明樹脂がフォト
ダイオード７７と分離領域７２を中心として、ＣＣＤ型
センサでは転送領域７５、ＣＭＯＳ型センサではトラン
ジスタ領域をもカバーするように、パタニングする。分
離領域７２や、転送領域７５、トランジスタ領域には入
射光に対する感度はないが、この部分への入射光をもフ
ォトダイオード７７上に集光させて感度を向上させるた
めに、非感光領域をもカバーするようにパタニングを行
うのである。その後、図９（ｂ）に示すように、熱処理
により透明樹脂層８０を軟化させて、各ピクセルの境界
領域（エッジ部）に丸みをつけ、レンズ部８０Ｒを形成
する。レンズ部８０Ｒの働きにより、感光領域７７以外
の非感光領域に入射した光も、感光領域へと集光され、
感度が向上する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の製法で
作製されたマイクロレンズ８０は、エッジ部分８０Ｒだ
けがレンズ効果を有するので、ピクセルのサイズや形状
によって集光効率が異なってしまう。その結果、感度に
ばらつきが生じ、画質が不均一になる。また、最表面に
マイクロレンズを形成した場合、表面が凹凸になるた
め、入射した光が乱反射し、画質の劣化をまねく。

【０００８】このような課題を解決するために、特開昭
６０−１６６９０４号、特開平５−９０５５１号、特開
平５−２３５３１３号、特開平６−１１８２０８号等の
公報において、低屈折率の素材と高屈折率の素材とを組
み合わせて、受光装置の感光領域（たとえばフォトダイ
オード）上に入射光を効率よく集める集光体が提案され
ている。

【０００９】図１０は、このような屈折率の違いを利用
したタイプの集光体の模式図である。図１０（ａ）の例
では、図８および９に示すイメージセンサと同様に、集
光体の下部、フォトダイオードの上部にカラーフィルタ
が配置され、集光体自体は低屈折率材と高屈折率材を組
み合わせて、全反射により光をフォトダイオードに集光
させる構成と成っている。図１０（ｂ）の例では、カラ
ーフィルタは集光体の上部に配置され、集光体自体は、
高屈折率材料とエアギャップとで構成される。カラーフ
ィルタによってまず色分離された光成分は、エアギャッ
プとの境界面で全反射され、フォトダイオードに集光さ
れる。

【００１０】図１０に示すタイプの集光体は、いずれも
レンズとは独立したカラーフィルタを別途有し、集光体
自体は２つの異なる屈折率の材料、またはエアギャップ
と高屈折率の材料で構成される。

【００１１】ところで、集光体の具体的な形状、すなわ
ち反射面の角度は、感光領域の配置、サイズ、用いるレ
ンズ材料の屈折率等に基づいて設計される。最近の高解
像、高集積化にともなって、入射光を最大の利用効率で
フォトダイオードに導くには、集光体の反射面の形状お
よび角度を、非常に精度よく加工することが要求され
る。しかし、上述した公報のいずれも集光体レンズを高
精度に所望の角度に加工することのできる技術を示して
いない。

【００１２】上記の公報のうち、特開昭６０−１６６９
０４、特開平５−２３５３１３には、製造方法自体がま
ったく開示されていない。特開平５−９０５５１は、フ
ォトダイオードが形成された基板上に、低屈折率の誘電
材料を全面に堆積し、等方エッチングにより、フォトダ
イオード以外の領域に柱状の低屈折率部分を形成する方
法を開示している。柱状の低屈折率部分の隙間を、誘電
体よりも屈折率の高い物質で充填する。しかしこの方法
には、低屈折率材と高屈折率材の境界面の角度制御につ
いては、なんの言及もない。また、特開平６−１１８２
０８では、所定の形に形成されたＸ線マスクを用いて金
型を形成し、この金型から集光体をモールド加工するＬ
ＩＧＡ法により集光体を形成している。この方法も、集
光面の角度制御についてはまったく触れていない。

【００１３】そこで、本発明の第１の目的は、低屈折率
材とカラーフィルタとが直接接する境界面で入射光を全
反射させ、低い製造コストで効率よく色分離および集光
を行うことのできる固体撮像装置を提供することにあ
る。

【００１４】本発明の第２の目的は、結晶の面方位によ
るエッチング速度の差を利用して、集光体の傾斜面を高
い精度で所定の角度に設定し、画素のサイズや配置形状
に関係なく、入射光を安定して感光領域に導くことので
きる固体撮像装置の製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の目的を達
成するために、本発明の固体撮像装置は、基板と、この
基板上に所定の間隔でマトリクス状態に配置された複数
の感光領域と、前記感光領域を区画する非感光領域の上
部に格子状に配置された、断面やま型の低屈折率の区画
壁と、前記区画壁で決定される空間に直接充填された高
屈折率の光学的カラーフィルタ材とを備える。この固体
撮像装置は、カラーフィルタと低屈折率材の区画壁とが
直接接する境界面で入射光を全反射させ、マトリクス状
に配置された各感光領域上に、効率よく入射光を集光さ
せることができる。

【００１６】本発明の第２の目的を達成するために、本
発明の固体撮像装置の製造方法では、まず、第１の結晶
面を有するシリコン基板を、結晶方位の違いによるエッ
チング速度の相違を利用して、第１の結晶面に対して所
定の傾斜角を有する第２の結晶面に沿ってエッチングす
ることによって、前記シリコン基板に断面形状が逆台形
型の複数のくぼみをマトリクス状に形成する。次に、前
記マトリクス状のくぼみを形成したシリコン基板を型と
して用い、マトリクス状のくぼみパターンを透明樹脂に
転写することによって、断面形状が逆台形型の複数の突
起部を有する集光体を形成する。この集光体を、その突
起部の底面が、あらかじめ別の基板上に形成されている
感光領域上に重なるように、前記別の基板に取り付け
る。

【００１７】この方法によると、結晶面ごとのエッチン
グ速度の違いを利用して、簡単な方法で精度よく、かつ
安定して所望の角度を有する反射面を形成することが可
能である。結晶のもつ性質を利用しているので、従来の
ウエットエッチングやフォトリソグラフィ法のように、
反射面が曲面になることを防止することができる。ま
た、どの結晶面を選択するかによって、所望の角度の反
射面を、高い精度で安定して形成することが可能にな
る。

【００１８】本発明のその他の効果、特徴は、図面を参
照した以下の詳細な説明により、より明確になるもので
ある。

【００１９】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞図１は、本発明
の第１実施形態にかかる固体撮像装置１０を示す。図１
（ａ）は、本発明をインタライン型ＣＣＤイメージセン
サに適用した図、図１（ｂ）は、本発明をＣＭＯＳアク
ティブピクセルイメージセンサに適用した図である。

【００２０】本発明の固体撮像装置１０は、基板２１
と、この基板２１上に所定の間隔でマトリクス状に配置
された複数のフォトダイオード領域１７と、フォトダイ
オード領域１７を区画する非感光領域（分離領域２２、
転送ゲート電極２３、電荷転送チャネル２５等を含む）
の上部に格子状に配置された、断面やま型の低屈折率の
区画壁１５と、区画壁１５で決定される空間に直接充填
された高屈折率の光学的カラーフィルタ材１１、１２、
１３とを備える。

【００２１】入射光のうち、垂直光線１４ｄは、所定の
配置で充填されたＲ、Ｇ、Ｂ（あるいはイエロー、シア
ン、マゼンダ）の各カラーフィルタで色分離され、直接
対応するフォトダイオード１７に入射する。また、分離
領域２２、転送チャネル２５等の非感光領域上に入射し
た光線１４ｒは、カラーフィルタ１１、１２、１３と、
断面やま型の区画壁１５とが直接接する境界面１５Ｒで
全反射され、マトリクス状に配置された各フォトダイオ
ード上に入射する。

【００２２】断面やま型の区画壁１５の屈折率ｎ１と、
カラーフィルタ材の屈折率ｎ２は、ｎ２＞ｎ１となるよ
うに材料が選択される。このとき、境界面１５Ｒの傾斜
角度θは、境界面１５Ｒへの入射光が全反射を起こす角
度以上に設定される。すなわち、ｓｉｎθ＝ｎ１／ｎ２を満たすように、各定数が設定される。第１実施形態で
は、低屈折率区画壁１５とカラーフィルタ１１、１２、
１３に、屈折率がｎ１＝１．４、ｎ２＝１．６となる材
料を使用する。この場合、θは６１°になる。このよう
な設定で、フォトダイオード１７以外の非感光領域上に
入射した光も、すべて境界面１５Ｒで反射されて、フォ
トダイオード１７上に集められる。特に、図１（ｂ）の
ように、各ピクセル内に、リセット用および増幅用な
ど、最低でも３個のＭＯＳトランジスタ（図１（ｂ）に
は２個のＭＯＳトランジスタのみが示されている）を必
要とするセンサでは、フォトダイオード１７の占める割
合が制限されるが、本発明のカラーフィルタおよび集光
体構成を採用することにより、感度を向上することがで
きる。入射光が効率よくフォトダイオード上に集められ
るので、ピクセルの高集積化が図られ、高速、高機能の
イメージセンサが実現される。また、最表面の入光面が
平坦に形成されるので、図８に示す従来の集光体で発生
したような乱反射を防止することができる。

【００２３】図２および３は、図１に示すイメージセン
サの製造工程を示す図である。

【００２４】まず、図２（ａ）に示すように、マトリク
ス状に配置されたフォトダイオード１７を有するシリコ
ン基板２１上に、酸化膜３０を介して、低屈折率材層１
５を形成する。図２においては、図１に示した遮光層１
８、分離領域２２、転送チャネル２５など、非感光領域
に形成される要素を省略するものとする。低屈折率材と
して、たとえばＳｉ０２、あるいは樹脂を用いることが
できる。樹脂を用いる場合は、フッ素含有アクリル樹
脂、エポキシ樹脂などを用い、フッ素含有量を調整する
ことによって、屈折率を制御することができる。

【００２５】次に、図２（ｂ）に示すように、低屈折率
材層１５上にフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグ
ラフィ法により、フォトレジストを所定のパターンにパ
タニングする。

【００２６】次に、図２（ｃ）に示すように、エッチン
グにより断面やま型の区画壁１５を形成する。低屈折率
材としてＳｉＯ２を用いた場合、基板全体をフッ化水素
溶液に浸漬して等方エッチングする方法、あるいはフッ
素プラズマ中での等方エッチングする方法がある。ま
た、低屈折率材として樹脂を用いる場合は、酸素プラズ
マ中で等方エッチングする。

【００２７】第１実施形態に係るイメージセンサの特徴
として、図１に示したように、区画壁１５で区切られた
空間３３が、直接高屈折率のカラーフィルタ材で充填さ
れている。カラーフィルタ材を直接充填するには、それ
ぞれの色のフィルタ材を塗布、露光、現像する工程を３
回繰り返すことによって、容易に行うことができる。

【００２８】具体的には、図３（ａ）に示すように、フ
ォトレジストのマスクパタンを除去してから、区画壁１
５で区切られる空間３３を、たとえばまずレッドのポジ
型カラーフィルタ材１２で充填し、レッドのカラーフィ
ルタ領域に対応する開口を有するマスク３４Ｒを介し
て、カラーフィルタ材１２を露光する。

【００２９】次に図３（ｂ）に示すように、露光後のレ
ッドフィルタ材１２を現像することによって、露光され
た部分だけを残して、不必要なフィルタ材を除去する。

【００３０】図３（ｃ）に示すように、レッドフィルタ
１２上、および不必要なフィルタ材が除去された空間３
３内に、今度はブルーのポジ型カラーフィルタ材１１を
塗布し、ブルーフィルタ領域に対応する開口を有するマ
スク３４Ｂを介して、ブルーフィルタ材１１を露光す
る。

【００３１】図３（ｄ）に示すように、露光済みのブル
ーフィルタ１１を現像して、不必要な領域のブルーフィ
ルタを除去する。

【００３２】さらに、図３（ｅ）に示すように、レッド
フィルタ１２、ブルーフィルタ１１上、および不必要な
フィルタが除去された空間３３内に、グリーンのポジ型
カラーフィルタ材１３を塗布し、グリーンフィルタ領域
に対応する開口を有するマスク３４Ｇを介して露光す
る。

【００３３】最後に、図３（ｆ）に示すように、露光さ
れていない部分のグリーンフィルタ材１３を現像、除去
し、表面を平坦に研摩する。

【００３４】第１実施形態では、カラーフィルタ材とし
て、たとえば富士フィルムオーリン社製のＭＣ８０００
シリーズを用いた。このカラーフィルタ材の屈折率は、
ほぼ１．６である。

【００３５】このようにして、低屈折率の区画壁１５で
区切られる空間に、所定の色配置でカラーフィルタ材を
直接充填して、集光体を形成する。カラーフィルタ材と
低屈折率材との境界面が反射面１５Ｒ（図１）となり、
入射光を全反射して、フォトダイオード１７へと集光さ
せる。第１実施形態の固体撮像装置によれば、従来の集
光体と異なり、集光体以外にカラーフィルタを別途設け
る必要がない。透明樹脂を別途塗布する必要がないの
で、製造コストが低減できるとともに、製造工程が簡略
化される。一方で、色分離と入射光の全反射を同時に行
い、高い集光率で感度を向上させることができる。

【００３６】＜第２実施形態＞図４および５は、本発明
の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図
である。この実施形態では、結晶面によるエッチング速
度の違いを利用して、集光体の反射面の角度を、簡単な
方法で、高精度かつ安定して制御することのできる製造
方法を提供する。

【００３７】一般に、結晶はその面方位によってエッチ
ング速度が異なる。たとえば、３４ｗｔ％のKOH（水酸
化カリウム）を用いて７０℃でシリコン結晶をエッチン
グした場合、（１１０）面や（２１０）面のエッチング
速度は１．２３μｍ／min以上、（１００）面では、
０．６２８μｍ／min程度であるが、（１１１）面で
は、０．００９μｍ／minと、非常に遅くなる。本発明
の発明者は、この原理を、固体撮像装置の集光体に適用
することによって、集光体の反射面を高い精度で所望の
形状に加工することに想達した。

【００３８】図４および図５は、本発明の第２実施形態
に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。第２実
施形態では、シリコンの（１００）単結晶基板４１を用
いて、マイクロ集光体を形成する。

【００３９】（イ）まず、図４（ａ）に示すように、シ
リコン（１００）単結晶基板４１上に、耐アルカリ性膜
４２を厚さ０．２μｍ以上に形成する。耐アルカリ性膜
４２としては、たとえばＳｉＯ２（二酸化ケイ素）膜や
ＳｉＮ（シリコンナイトライド）膜などを用いる。Ｓｉ
Ｏ２膜を形成する場合は、酸化により形成することがで
き、ＳｉＮ膜を形成する場合は、たとえば酸化やＣＶＤ
法により形成する。堆積した耐アルカリ性膜４２を、フ
ォトリソグラフィ技術を用いて、図４（ａ）に示すよう
な所定のパタンにパタニングする。パターンの形状は、
固体撮像装置の各画素の感光領域のサイズによって決定
される。第２実施形態では、ピクセルサイズを１０μｍ
×１０μｍ、耐性アルカリ性マスクの開口サイズを、約
７μ×７μｍに設定する。

【００４０】（ロ）次に、上述したマスクパタンを有す
るシリコン基板４１を、ＫＯＨ（水酸化カリウム）また
はNH４OH（水酸化アンモニウム）等のアルカリ溶液に浸
漬する。上述したように、シリコン結晶をアルカリ溶液
でエッチングする場合、（１００）結晶面に比べて、
（１１１）結晶面がエッチングされる速度が非常に遅い
ので、シリコン基板４１の（１００）面と（１１１）面
とがなす角度θ（cosθ＝１／√３）に沿って、エッチ
ングは進行する。この場合の（１００）面の（１１１）
面に対するエッチング速度比は、約７４である。シリコ
ン基板４１は、耐アルカリ性膜４２の開口部から、傾斜
角θ＝５４．７４°の逆台形テーパ状にエッチングさ
れ、テーパ状のくぼみ４３がマトリクス状に形成される
ことになる。

【００４１】（ハ）次に、図１（ｃ）に示すように、エ
ッチングマスクを除去する。マスク除去は、たとえば、
フッ化水素溶液に浸漬するか、フッ素系ガス中でプラズ
マエッチングすることにより行う。

【００４２】（ニ）次に、図４（ｄ）に示すように、シ
リコン基板表面に形成したテーパ状のくぼみパタンを、
透明樹脂に転写する。シリコン基板４１を型として、た
とえばエポキシ系あるいはアクリル系の透明樹脂層４４
を厚さ約１０μｍ〜１ｍｍに形成する。透明樹脂層４４
が厚くなりすぎると、後工程での研摩、除去時間が長く
なり、薄すぎると、集光体の取り扱いが困難になるの
で、上述した範囲の膜厚が好ましい。

【００４３】（ホ）次に、図５（ａ）に示すように、透
明樹脂４４をシリコン基板４１から取り外して、マイク
ロ集光体５０を得る。マイクロ集光体５０にはシリコン
基板４１のくぼみパタンが転写されており、断面が逆台
形であるテーパ状の突起がマトリクス状に形成されてい
る。逆台形の突起部は、底面４４ｂと、テーパ面４４ｂ
とを有する。このとき、集光体５０を形成する透明樹脂
の屈折率ｎ１を１．６、空気の屈折率ｎ２を１．０とす
ると、マイクロ集光体５０への垂直入射光は、透明樹脂
と空気との境界面４４ｂにおいて全反射され、ほとんど
すべてが、底面４４ａを通過することになる。

【００４４】（へ）次に、図５（ｂ）に示すように、集
光体５０の突起部の底面４４ａおよび傾斜面４４ｂの表
面に、低屈折率の材料からなる薄膜４５を形成する。こ
れは、後続する工程で、集光体５０をイメージセンサの
感光部に取り付ける際に、接着剤が断面やま型のエアギ
ャップ４６内に入り込む可能性を考慮したものである。
すなわち、接着剤の屈折率が透明樹脂４４の屈折率と近
い場合、テーパ面４４ｂでの全反射が起こらなくなり、
集光効率が極端に悪化する。これを防止するために、あ
らかじめ、透明樹脂４４よりも低い屈折率の薄膜４５を
テーパ面４４ｂに形成しておく。低屈折率の薄膜に代え
て、たとえばアルミニウムなどの反射膜を形成してもよ
い。薄膜４５はたとえば、蒸着あるいはスパッタリング
により形成する。

【００４５】（ト）次に、図５（ｃ）に示すように、テ
ーパ面４４ｂ（すなわちエアギャップ内面）に形成され
た薄膜４５を残して、底面４４ａの薄膜４５を除去す
る。集光体５０の底面は、イメージセンサ感光部への接
着部分であり、入射光の反射には寄与しないので、テー
パ面にのみ薄膜を残せばよいからである。

【００４６】（チ）最後に、図５（ｄ）に示すように、
集光体５０の突起部底面４４ａが、イメージセンサの感
光部（たとえばフォトダイオード）４７上に重なるよう
にして、集光体５０をイメージセンサに接着する。

【００４７】図６に、このようにして製造した集光体５
０と、集光体５０が接着されるイメージセンサのピクセ
ル基板との位置関係を示す。図６（ａ）は、各ピクセル
のフォトダイオード領域と非感光領域を示し、図６
（ｂ）は、図５（ｃ）に示す集光体５０の底面図であ
る。図６に示す例では、各ピクセルは１０μｍ×１０μ
ｍのサイズを有し、それぞれ、７μｍ×７μｍのフォト
ダイオード領域６１と、それを取り巻く幅３μｍの非感
光領域６３が設けられている。非感光領域６３には、図
示はしないが、増幅用トランジスタなどの機能回路が形
成される。各ピクセルのフォトダイオード領域６１に、
集光体５０のテーパ状の突起部の底面４４ａが重なるよ
うに、集光体５０を接着する。

【００４８】上述したように、集光体５０のテーパ面４
４ｂの角度は、結晶の配向面ごとのエッチング速度の違
いを利用しており、傾斜角が一律かつ正確に形成されて
いる。フォトダイオード領域６１を取りまく非感光領域
６３の上方に入射した光は、テーパ面４４ｂで全反射さ
れ、そのほとんどが集光体底面４４ａを透過して、フォ
トダイオード６１に入射する。したがって、ピクセルサ
イズをさらに小さくしても（たとえば、５μｍ×５μｍ
のサイズにしても）、高い光利用効率により、充分な感
度を達成することができる。

【００４９】図７は、上述のようにして形成した固体撮
像装置を、インタライン型ＣＣＤイメージセンサ（図７
（ａ））と、ＣＭＯＳアクティブピクセルイメージセン
サ（図７（ｂ））に適用した例を示す。図５（ｄ）の状
態から、透明樹脂層４４を、たとえばある程度の薄さま
で機械研摩した後にエッチングチンするなどして、表面
を平坦化する。その後、平坦化した表面に、第１実施形
態で説明した方法で、所定の配置でカラーフィルタ７
１、７２、７３を形成する。イメージセンサのフォトダ
イオード領域７７への直接の垂直入射光７４ｄはもちろ
んのこと、非感光領域上への入射光７４ｒは、透明樹脂
４４とエアギャップ４６との境界面で全反射され、すべ
てフォトダイオード上へ集光される。

【００５０】第２実施形態では、結晶面の配向に応じた
エッチング速度の違いを利用して反射面を形成している
ので、フォトダイオード領域のサイズや配列に関係な
く、所望の角度の反射面を高精度、かつ安定して形成す
ることが可能になる。この方法で製造された固体撮像装
置は、どのピクセルにおいても均一な光量の入射光を高
い集光率で集めることができ、画質の向上を図ることが
できる。

【００５１】第２実施形態では、シリコン基板の（１０
０）面と（１１１）面との利用して、５４．７４°の傾
斜角の反射面を形成したが、（１１０）面と（１１１）
面とを利用することも可能である。この場合、エッチン
グ速度比は１８１倍になり、４５°の傾斜角の反射面を
形成することができる。この組み合わせは、各ピクセル
に形成する機能トランジスタの数が多くなり、非感光領
域が広くなる場合に有効である。集光体を構成する透明
樹脂の屈折率を１．６、エアギャップの屈折率を１．０
とした場合、４５°の反射面であっても、入射光を全反
射することができ、フォトダイオードへの集光率を高く
保つことができる。これ以外にも、固体撮像装置の感光
領域のサイズ、配置に応じて、所望の結晶面の組み合わ
せを選択することによって、適切な反射角度を達成する
ことができる。

【００５２】

【発明の効果】本発明の固体撮像装置によれば、製造コ
ストを低減する一方で、入射光の集光率を高め、撮像素
子の感度を向上させた固体撮像装置が実現される。

【００５３】また、本発明の固体撮像装置の製造方法に
よれば、結晶の配向面ごとのエッチング速度の違いを利
用して集光体の反射面を形成するので、反射面の傾斜角
を、高い精度で安定して制御することが可能になる。結
果として、各ピクセルへの入射光量が均一化し、画質の
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置を示
す図であり、図１（ａ）は、インタライン型ＣＣＤイメ
ージセンサへの適用例を、図１（ｂ）は、ＣＭＯＳアク
ティブピクセルイメージセンサへの適用例を示す。

【図２】図１に示す固体撮像装置の製造工程を示す図で
ある。

【図３】図１に示す固体撮像装置の製造工程を示す図で
あり、図２に引き続く工程を示す図である。

【図４】本発明の第２実施形態にかかる固体撮像装置の
製造工程を示す図である。

【図５】本発明の第２実施形態にかかる固体撮像装置の
製造工程を示す図であり、図４の工程に引き続く工程を
示す図である。

【図６】図５で形成された集光体が接着されるピクセル
基板と、形成された集光体の底面とを示す図である。

【図７】図５の工程にしたがって形成される固体撮像装
置を、インタライン型ＣＣＤイメージセンサとＣＭＯＳ
アクティブピクセルイメージセンサへ適用した例を示す
図である。

【図８】従来の集光体を用いたインタライン型ＣＣＤイ
メージセンサとＣＭＯＳアクティブピクセルイメージセ
ンサの構成例を示す図である。

【図９】図８に示す従来の集光体の作製方法を示す図で
ある。

【図１０】屈折率の違いを利用したタイプの従来の集光
体の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１０Ａ、１０Ｂ固体撮像装置１１、１２、１３、５１、５２、５３、７１、７２、７
３カラーフィルタ１５低屈折率材１６、３０、４９、７６酸化膜１７、４７、６１、７７フォトダイオード１８、７８遮光膜２１、５１、７１シリコン基板２２、７２分離領域２３、７３転送ゲート電極２４、７４ゲート酸化膜２５、７５電荷転送チャネル２６ＭＯＳトランジスタゲート電極２７、７７ソース／ドレイン領域３２、４２フォトレジスト３３テーパ状くぼみ３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ露光マスク４４透明樹脂４４ａ集光体底面４４ｂ集光体テーパ面４５低屈折率膜（反射膜）４６エアギャップ５０集光体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4M118 AA01 AB01 BA13 BA14 CA03 CA34 DA01 DA18 DA21 DA31 FA06 FA11 FA25 FA31 FA43 GB03 GB06 GB10 GB14 GC08 GC13 GC17 GD15 5C024 AA01 CA12 CA31 DA01 EA08 FA01 FA11 5C065 BB42 CC01 DD01 EE10 5F049 MA01 RA02 SS02 SZ06 SZ07 SZ08 SZ20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に所定の間隔でマトリクス状態に配置された
複数の感光領域と、前記感光領域を区画する非感光領域の上部に格子状に配
置された、断面やま型の低屈折率の区画壁と、前記区画壁で決定される空間に直接充填された高屈折率
の光学的カラーフィルタ材とを備え、前記区画壁とカラ
ーフィルタ材との境界面で入射光を全反射させることに
よって、前記感光領域上に光を集光させることを特徴と
する固体撮像装置。
【請求項２】第１の結晶面を有するシリコン基板を、
結晶方位の違いによるエッチング速度の相違を利用し
て、前記第１の結晶面に対して所定の傾斜角を有する第
２の結晶面に沿ってエッチングすることによって、前記
シリコン基板に断面形状が逆台形型の複数のくぼみをマ
トリクス状に形成するステップと、前記マトリクス状のくぼみを形成したシリコン基板を型
として用い、マトリクス状のくぼみパターンを透明樹脂
に転写することによって、断面形状が逆台形型の複数の
突起部を有する集光体を形成するステップと、前記集光体を、その突起部の底面が、あらかじめ別の基
板上に形成されている感光領域上に重なるように、前記
別の基板に取り付けるステップとを含むことを特徴とす
る固体撮像装置の製造方法。