JP2006324675A - ピクセルのアレイを含むセンサおよびピクセル・センサ・アレイのマイクロレンズ構造を製作する方法（ピクセル・センサ用の接触するマイクロレンズ構造および製作方法） - Google Patents

Abstract

【課題】ピクセル・センサの感度を高める構造および方法を提供すること
【解決手段】ピクセル・センサ・アレイの隣接したマイクロレンズ構造の間に形成されるギャップ空間を除去する。有利なことに、本発明による露光およびフローの条件により、隣接したマイクロレンズ構造が横断面で接触し（ウェブでつながり）、全ての方向で丸いレンズ形状を有する。具体的には、露光およびフロー条件により、各接触するマイクロ構造レンズが横断面および４５度断面で一致した一様な曲率半径を有するように形成される。
【選択図】図７

Description

本発明は、一般的に、半導体ピクセル・センサ・アレイの作製に関し、より詳細には、形成されたマイクロレンズ構造を最適化することによってピクセル・センサの感度を高める新規な半導体ピクセル構造、およびそのための新規なプロセスに関する。

ＣＭＯＳイメージ・センサは、ディジタル・カメラ、携帯電話、ＰＤＡ（パーソナル・ディジタル・アシスタント）、パーソナル・コンピュータ、および同種のもののような撮像を必要とする用途で従来のＣＣＤセンサに取って代わり始めている。有利なことには、ＣＭＯＳイメージ・センサは、現在のＣＭＯＳ製作プロセスをフォトダイオードまたは同種のもののような半導体デバイスに応用することによって、低コストで製作される。さらに、ＣＭＯＳイメージ・センサは、単一電源で動作させることができるので、それの電力消費はＣＣＤセンサの電力消費よりも低く抑えることができ、さらにＣＭＯＳ論理回路および同様な論理処理デバイスがセンサ・チップの中に容易に集積化され、したがってＣＭＯＳイメージ・センサを小型化することができる。

特許文献は、マイクロレンズ構造を有するイメージ・センサ・アレイおよびそれの製造の態様を記載する参考文献で満ちている。米国公開特許公報第２００２／００３４０１４号、米国公開特許公報第２００４／００９９６３３号、米国公開特許公報第２００４／０１４６８０７号、米国公開特許公報第２００４／０１４７０５９号、および米国公開特許公報第２００４／０１５６１１２号には、イメージ・アレイ用の最先端技術のマイクロレンズ構造および製造方法が記載されている。基本的には、マイクロレンズ構造を製造する一般的な方法は、最初に、例えばスピン・コートまたは同様な塗布プロセス（例えば、浸漬コーティング、科学的相成長法、はけ塗り、蒸着、および他の同様な堆積技術）によって、ウェハ表面の上にフォトレジストの層を塗布すること含む。例えば、図１に示すように、ウェハ表面は、基板４０の上に形成された誘電体平坦化層を備えることができ、この基板４０は、それぞれピクセルの能動感光デバイス（例えば、フォトダイオード）に関連するカラー・フィルタ構造のアレイを含んでいる。理解されることであるが、適用される付随的なフォトリソグラフィ処理ステップでポジ型またはネガ型のフォトレジストを塗布することができる。しかし、議論のために、ネガ型フォトレジストが塗布されると仮定する。ソフト・ベーク・プロセスの後で、転写されるべきピクセル・マイクロレンズ構造に対応する半透明の正方形または長方形の開口の２次元アレイを備えるパターン格子を有するガラス上のクロムのようなフォトレジスト・マスクを配置する。マスクを適切な位置に位置合わせした後で、マスクの像を転写するために、マスクおよびウェハは、制御された露光量のＵＶ光にさらされる。この例では、露光された各正方形（または、長方形）領域の重合体（ポリマー）レジストは架橋されるので、これらの領域はその後の現像液で溶解しない。次に、露光後ベーク・プロセスの後で、現像ステップが行われて（使用できる現像液の種類は、当業者にはよく知られており、ポジ型フォトレジストが使用されるかネガ型フォトレジストが使用されるかに依存している）、フォトレジストの可溶性領域が除去され、細いギャップで隔てられた正方形（または、長方形）状アイランド４２の目に見えるアレイ・パターンがウェハ表面に残る。それから、図２に示すように、さらなる全面露光（ｂｌａｎｋｅｔ ｅｘｐｏｓｅ）ステップの後で、フォトレジスト・パターンは加熱され、リフロー・プロセスにかけられて、高くなった（ｒａｉｓｅｄ）フォトレジスト・アイランドが、カラー・フィルタおよび能動光電変換デバイスに対応して直線に配列した円形平面の形状を有する半球凸レンズ４５に変換される。

しかし、このようにして形成されたマイクロレンズ構造がレンズ間で光損失を示す場合がある。例えば、図３は、能動ピクセル要素、例えばシリコンまたはシリコン含有基板６４に形成された感光フォトダイオード７８の上に形成されたマイクロレンズ７５を含む単一イメージ・センサ（ピクセル・セル）５０の断面図を示す。知られているように、マイクロレンズ７５は、ピクセル・イメージ・センサで使用され、入射光８０をピクセルの能動領域に集束させる。マイクロレンズがなければ、セルに当たるであろう光の大部分は集められないし、また、さらに悪いことに、いくらかの光は、レベル間誘電体材料層７４に形成されたレベル間金属（メタライゼーション）、例えばＣｕ金属線（図示しない）で反射され、隣接したセルに当たり像をぼやけさせるかもしれない。技術がいっそう小さなピクセルに縮小するにつれて、ピクセル間のスペースを最小限にしてできるだけ多くの光を集めることがますます重要になる。例えば、図３は、４．５μｍピクセル・セル上の半径２．７５μｍのレンズ７５への垂直入射光８０を示す光線追跡（ｒａｙｔｒａｃｅ）モデルを示す。この最先端技術のイメージング・センサ・デバイス５０において、ピクセル・アレイの各隣接したマイクロレンズはギャップ７９で隔てられており、このギャップ７９は、ピクセルの能動フォトダイオード要素７８に集束される光の量を減少させるように作用し、したがって、イメージ・ピクセル・アレイの感度を落とす。

隣接したセルを接触するように形成することができても、隣接したピクセル・セルは、例えば図４に示すように、横断面（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ）で理想的な曲率半径を示すことができ、図４において、断面２５は、水平端部で曲率半径を示す形成されたレンズ５０の線Ａ−Ａに沿って描かれたものである。しかし、線Ｂ−Ｂに沿った４５度傾いた断面３０は、結果として生じたレンズ５０が（ピクセル・マイクロレンズ構造が正方形であることの影響により）正方形であるために、この断面と一致していない。特に、マイクロレンズ構造の曲率半径がマイクロレンズの焦点距離を決定するので、垂直寸法が収縮しない限り（多くの場合そうである）、マイクロレンズの曲率半径は、セルが収縮しても同じままでなければならない。セルが収縮する一方で同じ曲率半径を実現するためには、マイクロレンズの厚さを、作製するのが非常に難しい点まで減少させなければならない。例えば、２．２μｍセルは、３６０ｎｍのレンズ厚さを必要とするであろうし、この寸法を実現するために、形状を覆うスピン・コートは３００ｎｍより薄くなければならないであろう。

さらに、ピクセル・サイズが小さいほど、レンズ間で浪費される光の割合が大きくなる。
米国公開特許公報第２００２／００３４０１４号 米国公開特許公報第２００４／００９９６３３号 米国公開特許公報第２００４／０１４６８０７号 米国公開特許公報第２００４／０１４７０５９号 米国公開特許公報第２００４／０１５６１１２号

ピクセル・センサが、隣接したピクセルのマイクロレンズ構造の間に実質的にスペースのないマイクロレンズ構造を含み、光収集を最大限にするピクセル・センサおよび製造方法であって、さらに、隣接したマイクロレンズが、能動ピクセル要素に集束される光を最大限にするように、断面および斜めカットで一様な曲率半径を有する方法を用いて完全に形成される、ピクセル・センサおよび製造方法を提供することが非常に望ましい。

本発明は、ピクセル・イメージング・アレイの隣接したマイクロレンズ構造間に形成されるギャップ・スペースを無くして、ピクセル・センサ（例えば、光イメージ・センサ）の感度を高める構造および方法に対処する。これは、実質的にギャップがないことを有利点とするウェブ付き(網目状の)レンズを形成することによって達成される。しかし、さらに、形成されたマイクロレンズ構造は、レンズ横断面の曲率半径と一致した４５度断面での曲率半径を有して、より多くの光を受け取るための感度を高める。好ましくは、２つのピクセルが出会う角部はより多くの光を受けるので（交差部で）、その角部は開口している。しかし、角部はウェブ(網目)端部から下方に形成される。それによって、４５度断面での曲率半径を横断面の曲率半径と一致させることができ、光収集を最大化できる。

したがって、本発明の第１の態様に従って、接触するマイクロレンズの構造が提供され、この構造では、マイクロレンズに入射する全ての光が最適に捕獲されかつピクセル能動デバイス領域に集束されるように水平ウェブの層（ｌｅｖｅｌ）および角部の開口（ｏｐｅｎｎｅｓｓ）状態を実現するために、隣接したマイクロレンズ構造間のギャップが調整される。したがって、ピクセル・センサ用のマイクロレンズ・アレイは、接続されて完全に形成された状態であるマイクロレンズ構造を備えている。すなわち、形成されたレンズ構造の４５度断面での曲率半径は、形成されたレンズ構造の横断面と一致し、それによって、縮小されたピクセルの大きさでも光収集を最大限にする。

本発明の第２の態様に従って、ピクセル・アレイまたはピクセル・センサ用の接触するマイクロレンズ構造を作製する方法が提供され、この方法によって、マイクロレンズに入射する全ての光が最適に捕獲されかつピクセルの能動デバイス領域に集束されるように水平ウェブの層および角部の開口を実現するために、隣接したマイクロレンズ構造間のギャップが調整される。本発明のこの態様に従って提供された解決策では、副解像度（ｓｕｂ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）のリソグラフィ像が部分的な開口と接続された状態にあり、そして、この像（ｉｍａｇｅ）がレンズを形成するようにフローされたとき、複数のレンズが、接続されて完全に形成された状態になっている。副解像度とは、与えられた光学素の解像度限界以下の解像度のことを言う。その上、この像をさらに露光不足にすることによって、薄い複数のレンズを厚い材料で形成できることが分かった。このように、レジスト厚さでマイクロレンズ厚さを制御する代わりに、（これは、レンズが縮小するにつれてレンズがより薄くなるので、難しくなる）、リソグラフィ条件（サブスレッショルドの露光、現像、全面露光および露光後ベーク、または現像）によって厚さが制御される。このようにして、接続されて完全に形成された状態にあるマイクロレンズ構造が実現可能であり、そして、有利なことに、形成されたレンズ構造の４５度断面での曲率半径を形成されたレンズ構造の横断面の曲率半径と一致させることができ、それによって、光収集を最大限にする。

有利なことに、本発明の方法に従って、レンズの大きさ、高さおよび曲率半径を含むマイクロレンズ構造の寸法を、ウェブ付きマイクロレンズ設計を行うために制御することができる。さらに、非常に薄いウェブ付きレンズ構造を厚いレジストで形成して、いっそう焦点の合ったレンズが形成され得る。

本発明の目的、特徴および有利点は、添付の図面と組み合わせて行われる以下の詳細な説明を考慮して、当業者には明らかになるであろう。

本発明に従ってウェブ付きマイクロレンズ構造を形成する方法は、滑らかな平坦化層または同等な基板を設けたすぐ後で、最初に、パターン形成されたフォトレジストをフローさせることを含む。しかし、本発明に従って複数のマイクロレンズの接触を実現するために、フォトレジスト・パターンは、フロー前にウェブ付きにされている。このウェブの形成（ｗｅｂｂｉｎｇ）は、様々な方法で実現される。例えば、最初のＵＶ露光量を制御する（例えば、減少する）こと、焦点合わせを最適でない値に設定すること、現像の時間、温度または濃度を減少すること、または露光後ベークを使用してレジスト材料の重合体の架橋の割合に影響を及ぼすことにより実現できる。像にウェブ（縁のつなぎ部）を付けるようにマスク像をさらに補償することができ、またはリソグラフィ・ツールの波長または開口数（ＮＡ）／シグマの組合せを変えることができる。これらのプロセス修正の１つまたは複数を適用した後で、転写像のフォトレジストの底部は、隣接したギャップの底部につながっている。すなわち、ウェブが形成される。それから、次のリフロー・プロセスの後で、所望のレンズ形状が形成される。

このようにして、図６に示すように、本発明の方法１００は、ステップ１０５に示すように最初にウェハ表面にレジストを塗布するステップを含む。レジスト材料は、当技術分野でよく知られているポジ型またはネガ型のフォトレジストを含むことができる。しかし、好ましくは、従来のスピンコート技術および条件を使用して、半導体ウェハの１つの表面にポジ型レジスト（業界標準の透明フォトレジスト、例えばＪＳＲ社製のＭＦ４０１Ｈ）が塗布される。回転で薄化されたレジストの厚さは、スピン・コート・プロセスで使用されるウェハの回転速度および回転されるレジスト材料の種類に依存して変化する。一般的なスピン・コート条件では、レジストが約０．３ミクロンから約２．０ミクロンの範囲のレジスト膜厚さに回転薄化される。

理解されることであるが、半導体ウェハにレジストを塗布する前に、レジストに対する半導体ウェハの付着性を高めるように、ウェハを洗浄および／または表面処理することができる。この表面処理は、当業者によく知られているプロセスから成り、そして、軽石および蒸気吹付けによる機械的な粗化、エッチング液および酸化処理による化学的な粗化、およびシラン結合剤のような化学的付着促進剤を含むが、これらに限定されない。

それから、ステップ１０７に示すように、ガラス上のグロムのようなフォトレジスト・マスクが適用され、このフォトレジスト・マスクは、転写すべきピクセル・マイクロレンズ構造に対応する不透明な正方形または長方形の２次元アレイを備えたパターン形成された半透明格子（ｇｒｉｄ）を有している。マスクを適切な位置に位置合わせした後で、マスクの像を転写するために、マスクとウェハは、制御された露光量（ｄｏｓｅ）のＵＶ光にさらされる。

本発明に従って、マイクロレンズ・アレイ構造の複数のギャップを形成する領域にあるレジスト材料を薄くするのに有効であるがレジスト材料を完全に除去するには不十分である条件下で、サブスレッショルドの全面（ｂｌａｎｋｅｔ）露光ステップ１１０において、この構造は露光される。すなわち、複数のピクセル間の(複数の)ギャップの位置は部分的に現像される。「サブスレッショルド」は、ＵＶ光エネルギーの照射（ドーズ）は、通常現像条件の下でレジストのいくらかの領域を薄くするのには有効であるが、レジストを除去するのには不十分であるようなＵＶ光エネルギーに、レジスト材料を部分的にさらすことを意味する。

具体的には、レジスト材料は、約０．０１から約２ジュール／ｃｍ^２のエネルギーで、またはレジスト厚さに対応した任意の範囲の露光量で動作するＵＶ露光ツールを使用する部分的な一括（サブスレッショルド）露光ステップにさらされる。本発明のこのステップで使用されるＵＶ光エネルギーの照射は、上述のようにレジストを薄くするために満たされなければならないパラメータである。本発明の方法に従って、サブスレッショルド露光ステップで使用されるＵＶ光エネルギーの照射は、約１０ｍｓｅｃから約１３０ｍｓｅｃの間加えられる。理解されることであるが、サブスレッショルド露光ステップの好ましい条件は、フォトレジスト層の厚さに依存する。レンズ厚さの条件の例は、次の通りであり、約４５ｍｓｅｃから約１２０ｍｓｅｃの照射で約０．０６から約０．２ジュール／ｃｍ^２のＵＶ光エネルギーである。強調すべきことであるが、本発明のこのステップは、ギャップのレジスト材料を完全には除去することができない制御された条件の下で行われる。代わりに、その条件は、露光されたレジスト領域のうちのいくらかだけが現像ステップで除去されて、結果として、レンズのウェブ形成が共に生じるようなものである。

理解されることであるが、ＵＶ波長範囲内のどんな波長の光でも、例えば３６５ｎｍ（中間ＵＶ）または２４８ｎｍ（深ＵＶ）が本発明で使用することができ、また適切なドーズを実現するようにフィルタ処理することができる。３６５ｎｍＵＶ光エネルギー源が使用されるとき、本発明のこのステップは、約０．０４から約２．０ジュール／ｃｍ^２、より好ましくは約０．０６から約１．０ジュール／ｃｍ^２のエネルギーで行われる。ＵＶ光エネルギーが２４８ｎｍ光源からであるとき、サブスレッショルド露光ステップは、約０．６から約１．２ジュール／ｃｍ^２、より好ましくは約０．８から約１．０ジュール／ｃｍ^２のエネルギー照射で行われる。理解されることであるが、使用される照射量は、レンズの厚さに依存して変わる。

さらに理解されることであるが、通常現像条件の下でレジストの予め決められた領域を薄くするのには有効であるが、レジストを除去するのには不十分なＵＶエネルギーの照射が使用されるサブスレッショルド露光ステップを使用して得られた本発明の薄くなった感光レジストは、現像後に、露光に対して感度を維持している。したがって、本発明のレジストは、パターン・マスクを用いて再露光して、超薄レジスト条件での転写（ｉｍａｇｉｎｇ）を実現することができる。

それから、図６に示すように、サブスレッショルド露光された構造は、部分的に露光された領域を溶解する有機溶剤（以後「現像剤」）を使用するステップ１１５で現像される。一般に、レジストの部分的に露光された領域は従来の方法で現像され、この従来方法は、炭酸プロピレン、γ−ブチロラクトン、水酸化テトラメチルアンモニウム、ジグリメまたはそれらの混合物のような水酸化アンモニウムを使用することを含むが、これらに限定されない。本発明で使用される非常に好ましい現像剤は、International Business Machine Corporationによって供給されるＡ２３００ＭＩＦ（０．２６３Ｎ）であり、このＡ２３００ＭＩＦ（０．２６３Ｎ）は、約２％の水酸化テトラメチルアンモニウムおよび９８％の水を含む。

さらに図６に示すように、次のステップ１１８で、さらなる全面（すなわち、ブリーチング）露光が、ステップ１１０で使用された転写用照射量とほぼ同じ照射量で構造全体（ギャップおよびレンズを含んだ）に露光される。理解されることであるが、フロー条件およびブリーチング露光量は、ギャップのマイクロレンズ材料の所望の厚さおよび所望のレンズ形状（すなわち、曲率半径およびレンズ厚さ）を実現するように重合体（ポリマー）化合物の架橋の割合に効果を及ぼすように注意深く制御されなければならない。好ましくは、この追加の露光は、形成されたウェブ領域（ｗｅｂｂｅｄ ａｒｅａ）に適用されて、このウェブ領域でより速い重合体の架橋を助長する。

ステップ１２０に示したように、所望のやり方でレジストの重合体鎖（ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｈａｉｎ）の架橋を引き起こすように追加の現像後露光すなわち「ブリーチング」照射を行った後で、フォトレジストを溶融しマイクロレンズ構造を形成するようにフロー条件が適用される。これは、高くなったフォトレジスト・アイランドを円形平面の形状の半球凸レンズに変換するように熱エネルギー（温度）を加えることを必要とする。理解されることであるが、フロー（レンズの形に溶融するために必要とされる）とそのフローを止める架橋反応の間の競合条件関係のために、注意深く制御された露光量が絶対に必要である。例えば、露光量がより大きいと、二重露光されたウェブ領域の架橋を最初に架橋するフリー・ラジカルが増加するので、レンズがウェブ領域で一緒になるのが妨げられる。すなわち、フロー・ベーク条件は、例えば４５°（度）カットのレンズの角領域が、、ウェブ端部より下方になるようにし、その結果４５度断面での曲率半径がウェブ端部でレンズの横断面と一致することができ、それによって、光収集を最大限にしている。架橋対溶融速度の適切な割合を確保し、かつ完全な架橋を確実に行うために、１８０℃〜２２０℃の範囲のフロー温度、例えば２１０℃を適切な時間の間、適用することができる。

図７は、本発明のプロセスに従って形成されたウェブ付きマイクロレンズ構造２００の例を示す。図７に示すように、形成されたレンズ２００の線Ａ’−Ａ’に沿った断面２２５は、マイクロレンズ構造の所望の焦点距離に従った理想的な曲率半径Ｒ１のウェブ端部を含み、さらに、本発明に従って、線Ｂ’−Ｂ’に沿った４５度傾いた断面２３０の曲率半径Ｒ２は横断面２２５と一致している。これは、水平ウェブ形成を制御し、かつ例えば４５度カットのレンズの角部を、その曲率半径が横断面の曲率半径と一致するように例えば距離「ｄ」だけウェブ端部よりも低い距離のところに向かって垂直方向の寸法で下方の位置まで効果的に縮ませる注意深く制御された追加露光およびベーク条件による。図７に示すマイクロレンズ設計の例では、この実施形態の理想的なレンズ構造に、４５°カットで開口した角部を有するほぼ０．２μｍの水平ウェブ形成があり、結果として、図４の従来技術マイクロレンズ構造に示されたレンズ構造の受け取られた４５°カットで集束される光５５に比べて、マイクロレンズ・セル構造２００でより多くの集束光２５５が生じる。

有利なことに、本発明の方法に従って、レンズの大きさ、高さおよび曲率半径を含んだピクセルまたはセンサ・アレイの各マイクロレンズ構造の寸法は、全ての方向で丸い形状のレンズを有するウェブ付きマイクロレンズ設計を行うために制御することができる。図８は、レンズ幅「Ｗ」および高さ「Ｈ」およびギャップでのレンズの収縮を表す点と共に、本発明の方法に従って形成されたマイクロレンズの測定例の断面解析９０のグラフ３００を示し、この断面図の曲率半径「Ｒ」は、次の式（１）に従って決定されている。

Ｒ^２＝Ｈ^２＋（Ｗ／２）^２／２Ｈ （１）

図５は、本発明に従って形成されたウェブ付きマイクロレンズ構造２００を使用することができるピクセル・センサ・アレイ１０を示す。図示のように、アレイは複数のマイクロレンズ１２を備え、各マイクロレンズは、半球またはセミ半球形状であり、フィルタ・アレイ、例えばカラー・フィルタ１５の上に形成された滑らかな平坦化層１７、例えばスピン・オン・ポリマー上に配列されて、マイクロレンズ・アレイの形成を可能にしている。カラー・フィルタ・アレイ１５は、個々の赤、緑および青のフィルタ要素２５（三原色フィルタ）または代わりに、シアン、マジェンダおよびイエローのフィルタ要素（補色フィルタ）を含む。マイクロレンズ・アレイ１２の各マイクロレンズ２２は、対応するカラー・フィルタ要素２５と位置合わせされ、ピクセル２０の上部受光部分を備えている。ピクセル２０は半導体基板１４の上に形成されたセル部分を含み、その半導体基板１４は、金属（メタライゼーション）相互接続レベルＭ１、Ｍ２のアルミニウムＡｌまたはＣｕ配線層３５ａ、３５ｂを組み込んだ１つ以上のレベル間誘電体層３０ａ〜３０ｃを備えるスタックを含んでいる。レベル間誘電体材料は、例えば重合体またはＳｉＯ_２を含み得る。Ａｌ金属相互接続層３５ａ、３５ｂはパッシベーションを必要としないので、それぞれの障壁層は示されていない。さらに図５に示すように、Ａｌ金属層３５ａ、３５ｂを有する各ピクセル・セル２０は、各ピクセル２０の間のＭ１およびＭ２金属層へのワイヤ・ボンディングを可能にする最終アルミニウム金属レベル３６をさらに含み、そして、最終パッシベーション層２８がワイヤ・ボンディング・レベル３６の上に形成される。この最終パッシベーション層２８は、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、またはこれらの組合せを含み得る。

詳細に示さないが、各ピクセル２０は、光電変換を行うフォトダイオード１８のような感光要素と、電荷増幅およびスイッチングを行うＣＭＯＳトランジスタ（図示しない）とを含んだ能動光電変換デバイスを含む。各ピクセルで受け取られ、さらに半導体基板１４に形成された光電変換（フォトダイオード）要素１８によって信号電流に変換される光の強度に対応する信号電荷を、各ピクセル２０は生成する。

本発明の好ましい実施形態であると考えられるものを示し説明したが、本発明の精神から逸脱することなしに、形および細部の様々な修正および変更が容易に行われるかもしれないことは、もちろん、理解されるであろう。したがって、本発明は、説明しまた図示した形そのものに限定されず、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれる全ての修正物に及ぶように解釈されるべきであると考える。

従来の半導体製造技術に従って形成されたピクセル・センサ・アレイを示す図である。 従来の半導体製造技術に従って形成されたピクセル・センサ・アレイを示す図である。 従来技術のピクセル・センサ・セル５０を示す断面図であり、ピクセル・セル感度を損なうアレイのマイクロレンズに隣接したギャップを示している。 従来技術のピクセル・センサ・セル５０を示す断面図であり、４５度カットの断面と比較してウェブ付き（横）断面の一致しない曲率半径を示し、結果として、焦点の合っていないピロー・レンズ構造が生じている。 本発明の接触するマイクロレンズ構造を使用することができるピクセル・センサ・アレイ１０を示す図である。 本発明に従った接触するマイクロレンズ構造を形成する方法を示す図である。 本発明に従って形成されたピクセル・センサ・セル２００を示す断面図であり、４５度カットの断面と比較して、ウェブ付き（横）断面の一致した曲率半径を示している。 レンズ幅「ｗ」および高さ「ｈ」およびギャップでのレンズの縮小を示す点と共に、本発明の方法に従って形成された実施例のマイクロレンズ構造の断面解析を示すグラフであり、断面図の曲率半径「Ｒ」が示されている。

符号の説明

１０ ピクセル・センサ・アレイ
１２ マイクロレンズ・アレイ
１４ 半導体基板
１８ フォトダイオード
２０ ピクセル
２２ マイクロレンズ
３０ａ レベル間誘電体層
３０ｂ レベル間誘電体層
３５ａ ＡｌまたはＣｕ配線層
３５ｂ ＡｌまたはＣｕ配線層
６４ 半導体基板
７５ マイクロレンズ
７８ フォトダイオード
２００ ウェブ付きマイクロレンズ構造
２３０ ４５度断面
２２５ 横断面

Claims (16)

1. 複数のピクセルのアレイを含むセンサであって、各ピクセルが、
   光を受け取るための複数のマイクロレンズ構造を含む層と、
   前記ピクセルに入射しそれぞれのマイクロレンズ構造で集束された光を受け取るように形成された感光要素を含む半導体基板と、
   前記基板と最上層の間に設けられた１つ以上の誘電体材料層および埋込み金属層と、を備え、
   あるピクセルの各マイクロレンズ構造がある方向にウェブでつながり、その結果前記アレイの隣接したピクセルのマイクロレンズ構造に接触し、かつ前記マイクロレンズ構造の曲率が全ての方向で均一となり、それによって、全ての方向から前記マイクロレンズ構造に入射する光の収集が最大限にされるセンサ。
2. 前記接触するマイクロレンズ構造のそれぞれが、円形平面の形状である、請求項１に記載のセンサ。
3. 前記接触するマイクロレンズ構造のそれぞれが、横断面および４５度断面で一致した均一の曲率半径を有するように形成された円形平面の形状である、請求項２に記載のセンサ。
4. 前記４５度断面の前記接触するマイクロレンズ構造は、該マイクロレンズの曲率半径が前記横断面の前記マイクロレンズの曲率半径と一致するように、前記ウェブ端部が前記横断面で接触している水平位置より下方（垂直方向で）に形成されている、請求項３に記載のセンサ。
5. ピクセル・センサ・アレイのマイクロレンズ構造を作製する方法であって、
   ａ）それぞれのピクセル・マイクロレンズに入射する光を受け取るように構成された複数の感光要素を有する基板を設けるステップと、
   ｂ）前記基板の上にフォトレジスト層を形成するステップと、
   ｃ）マイクロレンズ構造の像を形成するように第１の副解像度(ｓｕｂ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ)の条件を使用して前記フォトレジスト層をパターン化するステップであって、前記第１の副解像度の条件が、隣接したマイクロレンズ構造の間のギャップに部分的に接続されたレンズ部分を形成するのに十分なやり方で適用されるステップと、
   ｄ）前記フォトレジスト層を現像して、部分的に接続されたレンズ部分を前記ギャップに有する前記パターン化されたマイクロレンズ構造を部分的に形成するステップと、
   ｅ）第２の副解像度の条件を前記部分的に形成されたマイクロレンズ構造に全面的に適用するステップと、
   ｆ）前記部分的に形成されたマイクロレンズ構造をフローさせるステップと、を備え、前記マイクロレンズ構造が前記アレイの隣接したピクセルのマイクロレンズ構造に接触するように、かつ前記マイクロレンズ構造の曲率が全ての方向で一様であるように、各マイクロレンズ構造がウェブでつながり、それによって、全ての方向から前記マイクロレンズ構造に入射する光の収集が最大限にされる方法。
6. 前記第１および第２の副解像度の条件が、前記フォトレジスト層の重合体の架橋を引き起こすように前記パターン化されたフォトレジスト層に適用される露光量を含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記パターン化するステップｃ）が、横断面の隣接したマイクロレンズ構造の間にあるギャップでの重合体架橋を確実に行う前記第１の副解像度の条件をマスク像に適用することを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１および第２の副解像度の条件が、約０．０１から約２ジュール／ｃｍ^２の範囲のエネルギーのＵＶ光の露光量を含む、請求項６に記載の方法。
9. 前記フローさせるステップｆ）が、約１８０℃から約２２０℃の範囲の温度で熱を前記マイクロレンズ構造に加える露光後ベーク・プロセスを含む、請求項５に記載の方法。
10. 前記接触するマイクロレンズ構造のそれぞれが、横断面および４５度断面で一致した均一な曲率半径を有するように形成された円形平面の形状である、請求項５に記載の方法。
11. 前記４５度断面の前記接触するマイクロレンズ構造は、該マイクロレンズの曲率半径が前記横断面の前記マイクロレンズの曲率半径と一致するように、前記ウェブ端部が前記横断面で接触している水平位置より下方（垂直方向で）に形成されている、請求項１０に記載の方法。
12. センサ・アレイの形成されたマイクロレンズ構造においてレンズの大きさ、高さおよび曲率半径を含む寸法を制御する方法であって、、
    接触するマイクロレンズ構造を部分的に形成するように、パターン化されたフォトレジスト層に第１の露光条件を適用し、その後で前記フォトレジスト層を現像するステップと、
    前記アレイの前記部分的に形成された接触するマイクロレンズ構造に第２の露光条件を全面に適用するステップと、
    全ての方向で丸いレンズ形状を有する隣接したマイクロレンズ構造を形成するのに十分な温度で、前記アレイの前記部分的に形成された接触するマイクロレンズ構造をフローさせるステップと、を備える方法。
13. 前記接触するマイクロレンズ構造のそれぞれが、横断面および４５度断面で一致した均一な曲率半径を有するように形成される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記フローさせるステップは、４５度断面の前記マイクロレンズの曲率半径を横断面の前記マイクロレンズの曲率半径と一致させるように、前記４５度断面の前記接触するマイクロレンズ構造のそれぞれを確実に収縮るさせるのに十分な温度で行われる、請求項１２に記載の方法。
15. 前記第２の露光条件を全面に適用するステップおよび前記フローさせるステップは、前記マイクロレンズ端部が前記横断面で接触する水平位置より下方で前記４５度断面の前記接触するマイクロレンズ構造のそれぞれを確実に収縮させるように行われる、請求項１４に記載の方法。
16. 前記接触するマイクロレンズ構造のそれぞれが、任意の断面でＲ^２＝Ｈ^２＋（Ｗ／２）^２／２Ｈに従って決定されるレンズ幅「Ｗ」および高さ「Ｈ」および曲率半径「Ｒ」を有するように形成される、請求項１２に記載の方法。

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