JP2002314057A

JP2002314057A - 固体撮像装置の製造方法及び固体撮像システム

Info

Publication number: JP2002314057A
Application number: JP2001117120A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sekine; 康弘関根
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】製造工程が煩雑になったり、コストアップす
ることを防止する。【解決手段】光電変換素子１０９及び電極１１１上に
絶縁層１０３，１０５を介して塗布した樹脂１０２のう
ち電極１１１側の樹脂１０１を除去するとともに光電変
換素子側の樹脂をレンズ形状に加工してマイクロレンズ
を形成する工程（図２（ｂ），（ｃ））と、電極１１１
上の絶縁層１０３，１０５を除去し露出した電極１１１
の表面をレジスト１１２で覆った状態でレジスト１１２
及びマイクロレンズ１０２’の表面に反射防止膜１０１
を形成してからレジスト１１２を除去する工程（図２
（ｄ）〜（ｇ））とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタルカメラ
などの固体撮像装置の製造方法及び固体撮像システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、固体撮像装置には、高解像度の画
像を得られるようにすること、及び撮影システムを小型
化することの要求がある。これらの要求から、高画素化
とチップの小型化との開発が進められている。

【０００３】高画素化とチップの小型化とを達成するた
めには、画素サイズを縮小することが必須であり、受光
面積の縮小に伴う電気的な出力信号の低下を補うために
光電変換素子の高感度化、Ｓ／Ｎ比改善、マイクロレン
ズなどを用いた各画素の実質的な開口率の増加等の対策
が採られている。

【０００４】ここで、マイクロレンズは、高屈折率の有
機樹脂からなり、入射する光線を効率良くフォトダイオ
ードなどの光電変換素子の受光領域に集めることによ
り、実質的に開口率を上げている。マイクロレンズは、
通常、各画素の上部にフォトリソグラフィー法などを用
いて形成されている。

【０００５】具体的には、光電変換素子上に開口部を設
けた絶縁層を形成し、絶縁層上に透明樹脂などからなる
平坦化膜を塗布し、透明樹脂の表面を平坦化する。それ
から、フォトリソグラフィー法によって感光性樹脂を開
口部と位置合わせして島状に形成し、ついで、島状の感
光性樹脂を加熱により軟化させ、その表面張力によって
表面を球面化することでマイクロレンズを形成してい
る。

【０００６】また、マイクロレンズの表面には、画像形
成のための光利用効率の低下や迷光成分の増加によるコ
ントラスト低下などで撮像画質が劣らないようにするた
めに、マイクロレンズ表面に反射防止膜を形成すること
で、入射光の反射損失が大きくならないようにした技術
が提案されている。

【０００７】ここで、マイクロレンズの表面反射率と反
射防止膜の屈折率との間には相関関係があり、この屈折
率を低下させると表面反射率を下げることができる。反
射防止膜に、フッ素などを含有する有機材料を用いる
と、上記屈折率を低下させることができる。具体的に
は、この反射防止膜の反射率は１．３程度となり、また
下地層の屈折率が１．５〜１．６程度のものが多いので
十分な値となる。

【０００８】ちなみに、反射防止膜にフッ化含有樹脂
膜、フッ化アルミニウム膜を用いた技術が、それぞれ特
開平４−２７５４５号公報、特開平１０−１５０１７９
号公報に開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術
は、高屈折率の有機樹脂からなるマイクロレンズ表面に
反射防止膜を形成しているので、ボンディングパッドの
ような、外部と電気的接続をとるための電極を露出させ
なければならない。

【００１０】そのためには、フォトグラフィー法により
電極上に形成されている膜のパターンエッチング工程が
必要となる。この工程では、電極上の反射防止膜及び平
坦化膜を連続して除去しなければならいので、複雑なエ
ッチング条件とすることを要し、製造工程が煩雑になっ
たり、コストが上がったりする。

【００１１】そこで、本発明は、反射防止膜を形成する
際の工程を工夫して製造工程が煩雑になったり、コスト
アップすることを防止することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、表面に反射防止膜が形成されたマイクロ
レンズによって集められた光を電荷に変換する光電変換
素子と、外部と電気的接続をとるための電極とを備えた
固体撮像装置の製造方法において、前記光電変換素子上
にマイクロレンズを形成する工程と、露出した前記電極
の表面をレジストで覆った状態で該レジスト及び前記マ
イクロレンズの表面に前記反射防止膜となる膜を形成す
る工程、前記レジストを除去して、前記電極を露出する
工程とを含むことを特徴とする。

【００１３】また、本発明の固体撮像システムは、上記
固体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置
と、該固体撮像装置により撮像された情報を記憶する記
憶手段とを備えることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１５】（実施形態１）「構成の説明」図１は、本発明の実施形態１の固体撮像
装置の一部の摸式的な断面図である。図１には、シリコ
ンなどからなる基板１１３と、基板１１３上に設けられ
た光電変換素子１０９と、光電変換素子１０９で変換さ
れた電荷を伝送したり、或いはそれを駆動するための、
ポリシリコンやタングステンなどの金属やタングステン
シリサイドなどの金属珪化物の少なくとも一種などから
なる配線１０８と、配線１０８などを遮光するアルミニ
ウム，チタン，タングステンなどからなる遮光膜１０６
と、遮光膜１０６下に形成されたＳｉＯ₂などの無機材
料からなる層間絶縁膜１０７と、遮光膜１０６上に形成
されたアクリル系樹脂やスチレン樹脂などの有機材料か
らなる平坦化膜１０５と、平坦化膜１０５上に形成され
た内部に顔料を分散させたアクリル樹脂などの有機材料
からなるＲ，Ｇ，Ｂなどのカラーフィルタ１０４と、カ
ラーフィルタ１０４上に形成されたアクリル系樹脂やス
チレン樹脂などの有機材料からなる平坦化膜１０３と、
光電変換素子１０９に被写体からの光を集めるポジ型ｉ
線フォトレジスト１０２（図２）などからなるマイクロ
レンズ１０２’と、マイクロレンズ１０２’の表面に形
成されたフッ素樹脂などからなる反射防止膜１０１’と
を示している。

【００１６】図示していないが、このような固体撮像装
置は、チップの周辺部などに、固体撮像装置を駆動する
ための信号を印加したり、電源電圧を印加したり、或い
は固体撮像装置から信号を取り出したりするために、つ
まり外部と電気的接続をとるために、複数の電極を有し
ている。

【００１７】「製造方法の説明」図２（ａ）〜図２
（ｄ），図３（ｅ）〜図３（ｉ）は、図１の固体撮像装
置の光電変換素子１０９を備える画素領域及び外部と電
気的接続をとるためのアルミニウム（Ａｌ）などからな
る電極（パッド領域）の製造工程図である。

【００１８】まず、画素領域側では、光電変換素子１０
９を形成した基板１１３上の光電変換素子１０９間の上
部に配線１０８を形成する。つぎに、層間絶縁膜１０７
を形成し、その上に遮光膜１０６を形成する。それか
ら、パッシベーション膜１１０及び平坦化膜１０５を形
成する。つづいて、その上に、必要に応じて、たとえば
Ｒ，Ｇ，Ｂなどのカラーフィルタ１０４などを設ける。
その上には、平坦化膜１０３を介して、マイクロレンズ
１０２’となるポジ型ｉ線フォトレジスト１０２を塗布
する。

【００１９】このとき、Ａｌパッド領域側では、一旦層
間絶縁膜１０７、Ａｌパッド１１１上にパシベーション
膜１１０が形成され、Ａｌパッド１１１を露出するよう
にパシベーション膜１１０が部分的に除去され、その上
に平坦化膜１０３，１０５及びポジ型ｉ線フォトレジス
ト１０２が形成されている（図２（ａ））。

【００２０】つぎに、画素領域側のポジ型ｉ線フォトレ
ジスト１０２を、フォトリソグラフィー法によって各画
素に対応した矩形状のパターンにする。この際、Ａｌパ
ッド領域側では、ポジ型ｉ線フォトレジスト１０２が除
去される（図２（ｂ））。

【００２１】その後、画素領域側では、加熱処理を行う
ことによりレジストパターンを加熱熔融させる。このと
きレジストはそれ自身の表面張力により丸みをおびレン
ズ形状に成形される。こうしてレジストパターンがマイ
クロレンズ１０２’となる。（図２（ｃ））。

【００２２】ついで、マイクロレンズ１０２’に含まれ
る揮発性成分の除去を行ったり、マイクロレンズ１０
２’本体の物理的強度及び耐熱性を上げるために、たと
えば１６０℃で１時間程度、加熱処理を行う。それか
ら、マイクロレンズ１０２’の表面を含むウエハ全面に
フォトレジスト１１２を形成する（図２（ｄ））。

【００２３】その後、フォトリソグラフィー法によっ
て、Ａｌパッド１１１の上部付近のフォトレジスト１１
２を選択的に除去したレジストマスクを形成する。そし
て、たとえば１５０℃〜２００℃位の温度で９０秒程度
のベーキングを行う。さらに、反応ガスとして酸素など
を用いたドライエッチング法により、Ａｌパッド１１１
上に積層された平坦化膜１０３，１０５をエッチング除
去して、Ａｌパッド１１１を露出する（図３（ｅ））。

【００２４】ついで、再び、マイクロレンズ１０２’及
びＡｌパッド１１１の表面を含むウエハ全面にフォトレ
ジスト１１２を形成する（図３（ｆ））。

【００２５】その後、フォトリソグラフィー法によっ
て、Ａｌパッド１１１上部フォトレジスト１１２が選択
的に残り、マイクロレンズ１０２’上にはフォトレジス
ト１１２が残らないように、レジストパターンを形成す
る（図３（ｇ））。

【００２６】この後に、たとえば１２０℃位の低温で９
０秒程度のベーキングを行う。

【００２７】ついで、マイクロレンズ１０２’の表面に
屈折率が１．３以下の反射防止膜１０１’を形成するた
めに、以下説明する前駆体の膜１０１を形成する（図３
（ｈ））。

【００２８】好適な反射防止膜１０１’の形成方法とし
ては、低屈折率有機材料を溶媒に溶かしたり、分散媒に
分散させた前駆体の膜１０１を、マイクロレンズ１０
２’を含む表面に形成し、その後、たとえば１５０℃で
３０分程度の熱処理を行い膜１０１中の溶媒や分散媒を
除去して反射防止膜にする方法が挙げられる。

【００２９】前駆体の膜１０１を形成する方法として
は、前駆体に浸すディッピング法を用いればよい。低屈
折率有機材料の前駆体の膜１０１を形成するこの有機膜
１０１としては、フッ素ポリマー、例えば、サイトップ
(旭硝子製)などを用いるとよい。

【００３０】「サイトップ」は既存のフッ素樹脂と全く
異なるアモルファス特性から、可視光線透過率９５％以
上と透明性が極めて高い材料である、又特殊なパーフル
オロ溶媒に溶解することからサブミクロンの薄膜コーテ
ィングが出来る材料である。しかも本来のフッ素樹脂の
特性（耐熱性、耐薬品性、電気的特性、撥水撥油性及
び溶融成形性）を併せ持つ。

【００３１】つぎに、フォトレジスト１１２を除去する
と、その直上に形成されていた反射防止膜１０１’も共
に除去できる（図２（ｉ））。

【００３２】具体的には、フォトレジスト１１２の剥離
液(例えば、製品名：１０４、東京応化工業製)中に反射
防止膜１０１’が形成されたウエハ全体を浸漬して揺動
させながら、たとえば４０℃に加温し、３８ｋＨｚ、１
００Ｗの超音波を１０分間ほど印加する。その後、イソ
プロピルアルコールなどによるリンスを経た後、純水洗
浄を行い、それから、ウエハ全体をスピンドライ法によ
り乾燥する。

【００３３】このように、本実施形態では、所謂リフト
オフ法を用いて、マイクロレンズ１０２’上に有機材料
からなる反射防止膜１０１’を形成し、Ａｌパッド１１
１上の反射防止膜を除去した。

【００３４】特に、反射防止膜１０１’に無機材料を用
いると、マイクロレンズ１０２’の表面に微細な凹凸が
ある場合に、マイクロレンズ１０２’の有機成分と反射
防止膜１０１’の無機成分との熱的性質の相違により、
反射防止膜１０１’に微細なクラックが入ることがあ
る。

【００３５】本実施形態によれば、このような心配はな
い。又、反射防止膜１０１’に、フッ素などを含有する
有機材料を用いた場合には、フッ素系有機材料の表面エ
ネルギーが極めて大きいため、Ａｌパッド１１１のよう
な電極を取り出すために、有機反射防止膜の表面に、そ
れをパターニングするためのフォトレジストを塗布しよ
うとしても、フォトレジストが有機材料に弾かれて固着
させることが困難である。本実施形態によれば、リフト
オフ法を用いたので、有機反射防止膜の表面にフォトレ
ジストを塗布する必要がない。

【００３６】上記工程により得られた固体撮像装置が形
成されたウエハを顕微鏡観察したところ、Ａｌパッド領
域ではＡｌパッド１１１上に形成された低屈折有機膜は
きれいに除去されており、画素領域ではマイクロレンズ
１０２’上を含むその他の部分にはほぼ均一に反射防止
膜１０１’が形成されていた。

【００３７】ちなみに、上記製造工程と同程度の条件
で、同様の工程によって、ガラス基板上に反射防止膜１
０１’とマイクロレンズ１０２’とを形成して、これら
の気相界面における反射率を測定したところ、波長が５
５０ｎｍの光に対する表面反射率は０．８％であり、波
長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの光に対する表面反射率は
２％以下であった。なお、表面反射率の測定は、低屈折
率有機膜側の界面以外による反射光成分は別途測定して
測定値から差し引くことで行った。

【００３８】上記製造工程を経て得られる固体撮像装置
においても、同様の表面反射率が得られることが見込ま
れるため、被写体からの光の反射を、反射防止膜１０
１’によって防止することができると考えられる。

【００３９】（実施形態２）図４は、図１の固体撮像装
置を用いた固体撮像システムの構成的な構成を示すブロ
ック図である。図４において、５１はレンズのプロテク
トとメインスイッチを兼ねるバリア、５２は被写体の光
学像を固体撮像装置５４に結像させるレンズ、５３はレ
ンズ５２を通った光量を可変するための絞り、５４はレ
ンズ５２で結像された被写体を画像信号として取り込む
ための固体撮像素子、５５は固体撮像素子５４から出力
される画像信号に各種の補正、クランプ等の処理を行う
撮像信号処理回路、５６は固体撮像素子５４より出力さ
れる画像信号のアナログ−ディジタル変換を行うＡ／Ｄ
変換器、５７はＡ／Ｄ変換器５６より出力された画像デ
ータに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理
部、５８は固体撮像装置５４，撮像信号処理回路５５，
Ａ／Ｄ変換器５６，信号処理部５７に各種タイミング信
号を出力するタイミング発生部、５９は各種演算とスチ
ルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、６０
は画像データを一時的に記憶するためのメモリ部、６１
は記録媒体に記録又は読み出しを行うための記録媒体制
御インターフェース部、６２は画像データの記録又は読
み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒
体、６３は外部コンピュータ等と通信するための外部イ
ンターフェース（Ｉ／Ｆ）部である。

【００４０】つぎに、前述の構成における撮影時のスチ
ルビデオカメラの動作について、説明する。バリア５１
がオープンされるとメイン電源がオンされ、つぎにコン
トロール系の電源がオンし、さらに、Ａ／Ｄ変換器５６
などの撮像系回路の電源がオンされる。

【００４１】それから、露光量を制御するために、全体
制御・演算部５９は絞り５３を開放にし、固体撮像装置
５４から出力された信号は、撮像信号処理回路５５をス
ルーしてＡ／Ｄ変換器５６へ出力される。Ａ／Ｄ変換器
５６は、その信号をＡ／Ｄ変換して、信号処理部５７に
出力する。信号処理部５７は、そのデータを基に露出の
演算を全体制御・演算部５９で行う。

【００４２】この測光を行った結果により明るさを判断
し、その結果に応じて全体制御・演算部５９は絞りを制
御する。

【００４３】つぎに、固体撮像素子５４から出力された
信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離
の演算を全体制御・演算部５９で行う。その後、レンズ
５２を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと
判断したときは、再びレンズ５２を駆動し測距を行う。

【００４４】そして、合焦が確認された後に本露光が始
まる。露光が終了すると、固体撮像装置５４から出力さ
れた画像信号は、撮像信号処理回路５５において補正等
がされ、さらにＡ／Ｄ変換器５６でＡ／Ｄ変換され、信
号処理部５７を通り全体制御・演算５９によりメモリ部
６０に蓄積される。その後、メモリ部６０に蓄積された
データは、全体制御・演算部５９の制御により記録媒体
制御Ｉ／Ｆ部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒
体６２に記録される。また外部Ｉ／Ｆ部６３を通り直接
コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
マイクロレンズに反射防止膜を形成しても、複雑なエッ
チング条件とすることなく、ボンディングパッドのよう
な電極を露出することができる。このため、製造工程が
煩雑になったり、コストアップすることを防止すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の固体撮像装置の一部の摸
式的な断面図である。

【図２】図１の固体撮像装置の製造工程図である。

【図３】図１の固体撮像装置の製造工程図である。

【図４】図１の固体撮像装置を備える固体撮像システム
の模式的な構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０１’ 反射防止膜１０２' マイクロレンズ１０３平坦化膜１０４カラーフィルタ１０５平坦化膜１０６遮光膜１０７層間絶縁膜１０８配線１０９光電変換素子１１０パッシベーション膜１１１Ａｌパッド１１２フォトレジスト１１３基板

フロントページの続きＦターム(参考） 4M118 AA05 AB01 BA06 EA18 GD04 GD07 GD10 5C024 BX01 CY47 EX24 EX25 EX43 GX02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に反射防止膜が形成されたマイクロ
レンズによって集められた光を電荷に変換する光電変換
素子と、外部と電気的接続をとるための電極とを備えた
固体撮像装置の製造方法において、前記光電変換素子上にマイクロレンズを形成する工程
と、露出した前記電極の表面をレジストで覆った状態で該レ
ジスト及び前記マイクロレンズの表面に前記反射防止膜
となる膜を形成する工程、前記レジストを除去して、前記電極を露出する工程とを
含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】前記反射防止膜は、有機材料であること
を特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】前記反射防止膜は、フッ素を含有するこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置の製
造方法。
【請求項４】前記反射防止膜となる膜は、前記マイク
ロレンズ上に塗布法によって形成することを特徴とする
請求項１から３のいずれか１項記載の固体撮像装置の製
造方法。
【請求項５】請求項１から４のいずれか１項記載の固
体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置
と、該固体撮像装置により撮像された情報を記憶する記
憶手段とを備えることを特徴とする固体撮像システム。