JP2012191136A5

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Publication number: JP2012191136A5
Application number: JP2011055630A
Authority: JP
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2014-03-27

Description

垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタで構成され、画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査する。垂直駆動回路４は、画素２の光電変換素子での受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線９を通してカラム信号処理回路５に供給する。

本実施形態では、図２の一点鎖線から一点鎖線で囲まれた部分であって、画素２、カラーフィルタ１５の色フィルタ成分、マイクロレンズ１６を含む領域を画素領域と称する。各画素領域の境界である図２の破線を画素境界と称する。本実施形態に係る固体撮像装置１の画素領域の平面は四角形状をしており、該四角形状の対向する辺の中点を通る線分を画素領域の辺方向、四角形状の対角を結ぶ線分を画素領域の対角方向と称する。

もうひとつの方法として、カラーフィルタ１５上にマイクロレンズ材を形成し、このマイクロレンズ材の上に凸形状を持ったレンズ形状のマスク層を形成し、該マスク層を下地のマイクロレンズ材にエッチング転写する方法がある。
この方法では、カラーフィルタ１５にマイクロレンズ材を形成した後に、マイクロレンズ材の上に感光性樹脂を塗布、プリベーク、露光、現像処理を順次行った後に感光性樹脂の熱軟化点以上の温度で熱処理を行い、凸形状を持ったレンズ状のマスク層を形成する。次に、マスク層を下地のマイクロレンズ材にエッチング転写することでマイクロレンズ１６を形成する。この方法によれば、エッチング条件を適宜調整することで、マスク層の寸法よりも平面的に大きく形成することが可能となり、マイクロレンズ１６の有効面積が広がり、より集光性の高いレンズが形成可能となる。

図３（ａ）に、上述した方法を用いて、隣接するマイクロレンズ１６の各辺が接触するまでエッチング処理を行ったマイクロレンズ１６の平面図を示す。図３（ｃ）は、図３（ａ）に示すマイクロレンズ１６のａ−ａ’、ｂ−ｂ’、ｃ−ｃ’における断面図である。ａ−ａ’、ｂ−ｂ’が画素領域における辺方向にあたり、ｃ−ｃ’が画素領域における対角方向にあたる。

図３（ｂ）に、対角方向の角部が実質的に接触するまでエッチング処理を行ったマイクロレンズ１６の平面図を示す。隣接するマイクロレンズ１６に隙間があっても、この隙間が２００ｎｍ以下であれば、光の波長より十分小さく固体撮像装置の感度特性に影響を与えないため、隣接するマイクロレンズ１６は、実質的に接触しているとする。図３（ｄ）は、図３（ｂ）に示すマイクロレンズ１６のｄ−ｄ’、ｅ−ｅ’、ｆ−ｆ’における断面図である。
図３（ｄ）に示すように、ｄ−ｄ’、ｅ−ｅにおけるマイクロレンズ１６の厚さｈ２は同一となり、ｆ−ｆ’におけるマイクロレンズ１６の厚さｈ３は、ｈ２より厚く（ｈ３＞ｈ２）となる。このように、隣接するマイクロレンズ１６の角部が接触するまでエッチング処理を行った場合、マイクロレンズ１６の断面方向につき、マイクロレンズ１６の辺に接触するボトム位置に対して、角部に接触するボトム位置の膜厚が厚いマイクロレンズ１６が形成される。

図４（ａ）に示すように、カラーフィルタ１５は、レッドフィルタ成分Ｒと、グリーンフィルタ成分Ｇと、ブルーフィルタ成分Ｂが、いわゆるベイヤー配列されている。つまり、カラーフィルタ１５は、グリーンフィルタ成分Ｇが市松状に配列され、レッドフィルタ成分Ｒ及びブルーフィルタ成分Ｂが線順次に配列されたパターンを有する。

第２遮光部１８は、格子状の遮光膜の交差部に形成される。第２遮光部１８は、所定の膜厚ｄ２を有し、平面視で十字形状を有する。画素領域はマイクロレンズ１６側からみて四角形状をしている。該四角形状の角を含み一定の幅を持った領域を画素領域の角部と称する。第２遮光部１８は、カラーフィルタ１５と同一平面上であって画素領域の角部に形成される。第２遮光部１８は、マイクロレンズ１６と接する端面（第１の端面）と、第１の端面と対向し素子分離領域２４と接する端面（第２の端面）とを有する。

次に、図５を用いて第２遮光部１８の膜厚ｄ２を第１遮光部１７の膜厚ｄ１より薄く（ｄ２＜ｄ１）としたことによる効果を説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る固体撮像装置１のマイクロレンズ１６、カラーフィルタ１５及び遮光膜の断面を示す図である。図５（ａ）は、図３（ｄ）のｄ−ｄ’（またはｅ−ｅ’）及び図４（ａ）のａ−ａ’における固体撮像装置１の断面図である。図５（ｂ）は、図３（ｄ）のｆ−ｆ’及び図４（ａ）のｂ−ｂ’における固体撮像装置１の断面図である。

次に、図７Ａ〜Ｆを用いて本実施形態に係る固体撮像装置１の製造方法を説明する。なお、画素部３は従来技術と同様に形成できるため、説明を省略する。
まず図７Ａ〜Ｆを用いて固体撮像装置１の第１、第２遮光部１７，１８を製造する第１の方法について説明する。図７Ａ〜Ｆの（ａ）は画素領域の辺方向における断面図を、（ｂ）は画素領域の対角方向における断面図を示す。図７中の破線は、画素領域の境界を示す。

図７Ｂに示すように、遮光膜３１上に第１のフォトレジスト３２を形成する。第１のフォトレジスト３２は、第２遮光部１８と同様に十字形状を有し、該十字形状の幅が第２遮光部１８よりも大きい開口部を画素領域の角部に有する（図７Ｂ（ｂ）のＡ）。

第１のフォトレジスト３２をマスクとして、その下地の遮光膜３１をドライエッチングする（図７Ｃ参照）。ここでは、図７Ｃ（ｂ）のＢに示すように、遮光膜３１の厚さ以下でエッチングが終了するようにドライエッチングが行われる。これにより、遮光膜３１には凹状の穴が形成される。

ドライエッチングが終了すると、第１のフォトレジスト３２が除去され、遮光膜３１上に第２のフォトレジスト３３が形成される。第２のフォトレジスト３３は、画素領域の辺部に第１遮光部１７と、画素領域の角部に第２遮光部１８と同様の形状になるように形成される。従って、第２のフォトレジスト３３のうち画素領域の角部に形成される部分は、遮光膜３１の凹状の穴の内側に形成される（図７Ｄ（ｂ）のＣ参照）。

次に図８Ａ〜Ｆを用いて、本実施形態に係る固体撮像装置１の第１、第２遮光部１７，１８の別の製造方法（第２の製造方法）について説明する。図８Ａ〜Ｆの（ａ）は画素領域の辺方向における断面図を、（ｂ）は画素領域の対角方向における断面図を示す。図８中の破線は、画素領域の境界を示す。図８Ａは、図７Ｂと同じであるため説明を省略する。

図１０Ａ〜Ｃの（ａ）は、画素領域をマイクロレンズが形成される方向から見た平面図、（ｂ）は画素領域の辺方向（図１０（ａ）のａ−ａ’方向）の断面図、（ｃ）は画素領域の対角方向（図１０（ａ）のｂ−ｂ’方向）の断面図である。図１０中の破線は画素領域の境界を示す。

これにより、画素領域の辺部には突起部４０及び遮光膜３１の厚さと同じ膜厚を有する第１遮光部１７が、画素領域の角部には遮光膜３１の厚さと同じ膜厚を有する第２遮光部１８が形成される。

また、図１２（ｂ）に示すように、図１１ＣでＢｌｕｅフォトレジスト４２をパターニングする際に、Ｂｌｕｅフォトレジスト４２は、Ｇｒｅｅｎフォトレジスト４１とオーバーラップするようにパターニングしてもよい（特に図１２（ｂ）のＢ参照。）。これは、図１１Ｅに示すように平滑化処理を行うため、第１遮光部１７のマイクロレンズ１６側の端面より高い位置のカラーフィルタ１５が消失するためである。

図１３Ａに示すように、カラーフィルタ１５を形成した後、カラーフィルタ１５上にマイクロレンズ母材４３を形成する。マイクロレンズ母材４３には、ポリスチレン系樹脂、ノボラック系樹脂、これら樹脂とアクリル系樹脂の共重合系樹脂、或いはアクリル系樹脂の側鎖に芳香環を付与した樹脂などが用いられる。

上述したようにマイクロレンズ１６を形成することで、マイクロレンズ１６は、画素境界の辺部の厚さｈ４が、角部の厚さｈ５より薄くなる。つまり、マイクロレンズ１６は、上面の高さが同一で、画素領域の辺部に形成されたマイクロレンズ１６の底面（隣接するマイクロレンズ１６が接する箇所）より、角部に形成されたマイクロレンズ１６の底面が低い位置（カラーフィルタ１５により近い位置）に形成される。

そこで、本変形例では、カラーフィルタ１５の平滑化処理を行わず、カラーフィルタ１５の膜厚を第１遮光部１７より厚くする場合の例を説明する。
カラーフィルタ１５の形成方法は、図１１Ａ〜Ｅと同じである。ただし、Ｇｒｅｅｎフォトレジスト４１、Ｂｌｕｅフォトレジスト４２、及びＲｅｄフォトレジストをオーバーラップして形成している場合は、各フォトレジストがオーバーラップしない程度まで平滑化処理を行ってもよい。

（第２実施形態）
図１８〜図２０を用いて本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置１００を説明する。本実施形態に係る固体撮像装置１００はカラーフィルタが異なる点を除き、第１実施形態に係る固体撮像装置１と同じ構成を有し、同様の製造方法で製造できるため、同一符号を付し重ねての説明を省略する。
本実施形態に係る固体撮像装置１００のカラーフィルタ５０は、第２及び第３色目フィルタ成分が第１色目フィルタ成分で囲まれており、第１色目フィルタ成分には画素領域の角部にホールが形成されている。

図１８は、カラーフィルタ５０の平面図である。図１８の破線は、画素領域の境界を示す。カラーフィルタ５０は、ホール５１が形成されたグリーンフィルタ成分２Ｇと、ブルーフィルタ成分２Ｂと、レッドフィルタ成分２Ｒとを有する。

遮光膜３１の上に図２３に示すフォトレジスト６４を形成する（図２２Ｅ）。図２３の破線は、画素領域の境界を示す。図２３に示すようにフォトレジスト６４は、第１遮光部１７と同様に四角形状を有し、画素領域の辺部に形成される。

画素２の素子分離領域２４に遮光膜を埋め込む場合、第１，２遮光部１７、６１の画素２からマイクロレンズ１６に最も近い面（第１の端面）までの距離は図２４のＢの部分の厚さとなり、第１遮光部１７の方が第２遮光部６１よりも長くなっている。

Claims

前記カラーフィルタは、第１乃至第３色目フィルタ成分を有し、
前記第２及び第３色目フィルタ成分は前記第１色目フィルタ成分で囲まれており、前記第１色目フィルタ成分には角部にホールが形成されている請求項１乃至請求項６記載の固体撮像装置。
前記画素、前記カラーフィルタ、前記マイクロレンズは基板上に形成され、
前記基板の周辺部に設けられる前記マイクロレンズの中心は、対応する前記カラーフィルタ及び前記画素の中心に対し、前記基板の中心方向にずらして配置される請求項１乃至請求項９記載の固体撮像装置。