JP2015138918A

JP2015138918A - 固体撮像装置、その製造方法及びカメラ

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Publication number: JP2015138918A
Application number: JP2014010738A
Authority: JP
Inventors: 光裕世森; Mitsuhiro Semori; 政樹栗原; Masaki Kurihara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-07-30

Abstract

【課題】画像の品質を維持しつつ遮光部を形成するのに有利な技術を提供する。
【解決手段】固体撮像装置の製造方法であって、複数の光電変換部が配列された基板を準備する工程と、前記基板の上に、前記複数の光電変換部に対応する複数の第１の光学素子を形成する工程と、互いに隣接する第１の光学素子の間に遮光部を形成する工程と、前記複数の第１の光学素子および前記遮光部の上に、前記複数の光電変換部に対応する複数の第２の光学素子を形成する工程と、を有し、前記遮光部を形成する工程は、前記複数の第１の光学素子の上に前記複数の第１の光学素子を覆うように感光性樹脂の部材を形成する第１工程と、前記部材に対して露光処理および現像処理を行って、前記互いに隣接する第１の光学素子の間に前記感光性樹脂の前記遮光部を形成する第２工程と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置、その製造方法及びカメラに関する。

固体撮像装置は、複数の画素を有しており、各画素に対応して、基板に設けられた光電変換部と、該基板の上に配されたインナーレンズ（第１の光学素子）と、該インナーレンズの上に配されたマイクロレンズ（第２の光学素子）と、を備えうる。固体撮像装置は、隣接インナーレンズ間に配された、隣接画素からの光を遮光するための遮光部をさらに備えうる。

特許文献１には、上記遮光部を形成する方法が開示されている。具体的には、インナーレンズ上に金属部材（タングステンやアルミニウム等）を形成した後、インナーレンズの周囲（凹部）に該金属部材の一部が残るように該金属部材をエッチングして、該インナーレンズを取り囲む遮光部を形成する。

特開２０１３−１２５０６号公報

特許文献１の方法によると、遮光部を形成するためのエッチングの際に、インナーレンズの上面（表面）が該エッチングにより損傷してしまう。このことは、固体撮像装置により得られる画像の品質の低下をもたらしうる。

本発明は、画像の品質を維持しつつ遮光部を形成するのに有利な技術を提供することを例示的目的とする。

本発明の一つの側面は固体撮像装置の製造方法にかかり、前記固体撮像装置の製造方法は、複数の光電変換部が配列された基板を準備する工程と、前記基板の上に、前記複数の光電変換部に対応する複数の第１の光学素子を形成する工程と、互いに隣接する第１の光学素子の間に遮光部を形成する工程と、前記複数の第１の光学素子および前記遮光部の上に、前記複数の光電変換部に対応する複数の第２の光学素子を形成する工程と、を有し、前記遮光部を形成する工程は、前記複数の第１の光学素子の上に感光性樹脂の部材を形成する第１工程と、前記部材に対して露光処理および現像処理を行って、前記互いに隣接する第１の光学素子の間に前記感光性樹脂の前記遮光部を形成する第２工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、画像の品質を維持しつつ遮光部を形成するのに有利である。

固体撮像装置の製造方法の例を説明する図。固体撮像装置の製造方法の例を説明する図。光学素子２０６の外形の例を説明する図。固体撮像装置の製造方法の例を説明する図。

（第１実施形態）
図１を参照しながら第１実施形態の固体撮像装置（以下、「固体撮像装置Ｉ１」とする）の製造方法を説明する。固体撮像装置Ｉ１は、公知の半導体製造方法により製造することが可能である。

まず、図１（ａ）に例示されるように、光電変換部１０１が形成された基板１００の上に、絶縁部材１０３と、該絶縁部材１０３の中に設けられた配線部１０２（配線パターン）とを含む構造ＳＴを形成し、該構造ＳＴの上にレンズ材料１０４を形成する。

具体的には、まず、シリコン等の半導体で構成された基板１００を準備し、該基板１００に複数の光電変換部１０１を形成する。このことは、例えば、第１導電型（例えばＰ型）の基板における所定の領域に、第２導電型（例えばＮ型）の不純物を注入し、熱処理することによって為される。

その後、基板１００の上に、配線部１０２と絶縁部材１０３とを含む構造ＳＴを形成する。構造ＳＴは、例えば、ＣＶＤ法により層間絶縁膜を形成する工程と、該層間絶縁膜の上にスパッタリング法により配線層を形成し、フォトリソグラフィ技術により配線層の一部を選択的に除去して配線部１０２を形成する工程と、を交互に行うことで形成される。配線部１０２には、例えば、アルミニウム、銅、金、タングステン、チタン、タンタル等の金属材料が用いられる。絶縁部材１０３には、例えば、酸化シリコン等の絶縁材料が用いられる。

さらに、配線部１０２を覆うように層間絶縁膜が形成された後、構造ＳＴの上面は、ＣＭＰ法により平坦化されうる。その後、構造ＳＴの上に、レンズ材料１０４が成膜されうる。レンズ材料１０４には、例えば窒化シリコン等の透光性の材料が用いられうる。

次に、図１（ｂ）に例示されるように、レンズ材料１０４の上に感光性樹脂を形成した後、パターニングおよびリフローを行い、レンズ材料１０４の上にレンズ形状の樹脂パターン１０５を形成する。本実施形態の樹脂パターン１０５は、上面が球面形状を有している。

その後、図１（ｃ）に例示されるように、樹脂パターン１０５と、レンズ部材１０４の一部とをエッチングすることにより、樹脂パターン１０５のレンズ形状を、レンズ部材１０４に転写する。このようにして、インナーレンズ１０６（第１の光学素子）が形成される。

本実施形態において、インナーレンズ１０６の高さ、即ち、凸部（頂）と凹部（底部）との高低差は、例えば０．２〜０．４μｍ程度である。互いに隣接するインナーレンズ１０６（隣接インナーレンズ１０６）の間は、略平坦（例えば、上記高低差の±５％程度の範囲内）であり、隣接インナーレンズ１０６間の距離は、例えば０．１〜０．３μｍ程度である。

さらにその後、図１（ｄ）に例示されるように、必要に応じて、インナーレンズ１０６の上に、インナーレンズ１０６を覆うように反射防止膜１０７を形成する。反射防止膜１０７には、例えば酸窒化シリコン等が用いられ、この場合、膜厚７０〜９０ｎｍ程度の反射防止膜１０７を形成すればよい。

次に、図１（ｅ）に例示されるように、例えば塗布法により、インナーレンズ１０６（及び反射防止膜１０７）の上に感光性樹脂の層１０８を形成する。このことは、例えば、スピンコーティングおよびプリベーク（１００℃、１２０秒）によって為されうる。感光性樹脂の層１０８には、例えば、緑色のカラーフィルタ材料が用いられうる。

その後、図１（ｆ）に例示されるように、感光性樹脂の層１０８の露光処理および現像処理を行って、隣接インナーレンズ１０６間に、感光性樹脂の遮光部１０９を形成する。

具体的には、感光性樹脂の層１０８のうち、例えば、隣接インナーレンズ１０６間の部分を露光した後に現像することにより、該部分以外の感光性樹脂が除去され、遮光部１０９となる該部分が残る。上記露光処理は、例えば３０００〜５０００Ｊ／ｍ^２程度の露光量で為されうる。なお、上記露光処理および現像処理による遮光部１０９の形成は、ネガ型およびポジ型のいずれの場合でも可能である。

本実施形態において、遮光部１０９の高さ（下面と上面との高低差）は、例えば０．４５〜０．５５μｍ程度であり、遮光部１０９は、その上面がインナーレンズ１０６の頂よりも高くなるように形成されている。また、遮光部１０９の幅（対向する２つの側面間の距離）は、例えば０．５〜０．６μｍ程度であり、遮光部１０９は、インナーレンズ１０６の上面の一部を（反射防止膜１０７を介して）覆うように形成されている。

さらにその後、図１（ｇ）に例示されるように、インナーレンズ１０６の上に第１の平坦化層１１０を形成し、該平坦化層１１０の上にカラーフィルタ１１１を形成する。カラーフィルタ１１１は、例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の３色のカラーフィルタがベイヤ配列を形成するように設けられうる。

最後に、図１（ｈ）に例示されるように、カラーフィルタ１１１の上に第２の平坦化層１１２を形成し、該平坦化層１１２の上にマイクロレンズ１１３（第２の光学素子）を形成する。

固体撮像装置Ｉ１において、インナーレンズ１０６およびマイクロレンズ１１３は、光電変換部１０１に対応して、光電変換部１０１の略直上に位置しており、このような構成により単位画素が形成される。前述の配線部１０２は、隣接画素からの光を遮光するように、画素の境界領域に配置されている。固体撮像装置Ｉ１は各画素に入射した光（マイクロレンズ１１３およびインナーレンズ１０６を介して光電変換部１０１に入射した光）に基づいて画素信号を出力する。そして、例えば固体撮像装置Ｉ１に接続された処理部（信号処理部）は、該画素信号を受けて画像を形成する。

本実施形態によると、遮光部１０９を形成する工程でのインナーレンズ１０６の損傷を防ぐことができ、画像の品質を維持しつつ遮光部を形成するのに有利である。

また、隣接インナーレンズ１０６間に配された遮光部１０９は、感光性樹脂で構成されており、光を吸収する。この遮光部１０９は、所定の色（波長）の光を吸収するように構成されてもよく、この場合、遮光部１０９を構成する感光性樹脂は、例えば該所定の色の顔料を含んでいてもよい。この構造によると、遮光部１０９を金属等の光反射性の材料で構成した場合に生じうる光の反射に起因する迷光が低減される。よって、この構造によると、固体撮像装置Ｉ１から得られる画像の色むらやゴーストが低減しつつ、隣接画素間の混色を防止することができる。

また、前述のとおり、遮光部１０９は、その上面がインナーレンズ１０６の頂よりも高くなるように形成されうる。前述の特許文献１の方法によると、遮光部を形成するためのエッチングは、インナーレンズの上に形成された金属部材を該インナーレンズが露出するように除去することによって為される。そのため、特許文献１の方法によると、該エッチングで形成される遮光部は、その上面がインナーレンズの頂よりも低くなってしまい、該遮光部の光遮光性が低下してしまう。これに対して、本実施形態によると、遮光部１０９の光遮光性を向上するのに有利である。

また、前述のとおり、遮光部１０９は、インナーレンズ１０６の上面の一部を（反射防止膜１０７を介して）覆うように形成されうる。この構造によると、固体撮像装置Ｉ１の製造中に、インナーレンズ１０６又は反射防止膜１０７から遮光部１０９が剥離することを防ぐのに有利である。

なお、本実施形態では、遮光部１０９（感光性樹脂の層１０８）に、緑色のカラーフィルタ材料が用いられた構成を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の色のカラーフィルタ材料が用いられてもよい。また、カラーフィルタ１１１が前述のベイヤ配列を形成するように配される場合には、遮光部１０９には、その位置に応じた色のカラーフィルタ材料が用いられてもよい。例えば、或る画素において、その画素のカラーフィルタ１１１とは異なる色のカラーフィルタ材料を、その画素のインナーレンズ１０６の周囲の遮光部１０９として用いることができる。

（第２実施形態）
図２及び図３を参照しながら第２実施形態の固体撮像装置（以下、「固体撮像装置Ｉ２」とする）の製造方法を説明する。本実施形態は、主に、インナーレンズ１０６に代わって、断面が矩形形状の光学素子２０６を用いる、という点で、前述の第１実施形態と異なる。図２は、固体撮像装置Ｉ２の製造方法の各工程における態様を、前述の第１実施形態（図１）と同様に示している。

まず、図２（ａ）に例示されるように、光電変換部２０１が形成された基板２００の上に、配線部２０２（配線パターン）と絶縁部材２０３とを含む構造ＳＴ_２を形成し、該構造ＳＴ_２の上に、光学素子２０６を形成するための透光性部材２０４を形成する。

次に、図２（ｂ）に例示されるように、透光性部材２０４の上に感光性樹脂を形成した後、パターニングを行い、透光性部材２０４の上に樹脂パターン２０５を形成する。本実施形態の樹脂パターン２０５は、基板２００の表面に対して垂直な方向における断面の形状が矩形形状である。

その後、図２（ｃ）に例示されるように、樹脂パターン２０５と、透光性部材２０４の一部とをエッチングすることにより、樹脂パターン２０５の矩形形状を、透光性部材２０４に転写する。このようにして、光学素子２０６が形成される。

本実施形態において、光学素子２０６の高さは、例えば０．２〜０．４μｍ程度である。互いに隣接する光学素子２０６（隣接光学素子２０６）の間は略平坦であり、隣接光学素子２０６間の距離は、例えば０．５〜０．６μｍ程度である。光学素子２０６は、基板２００に対する平面視において、図３に例示されるような八角形の形状もしくはその他の多角形形状の外形を有しうる。

次に、図２（ｄ）に例示されるように、必要に応じて、光学素子２０６の上に、光学素子２０６を覆うように反射防止膜２０７を形成する。その後、図２（ｅ）に例示されるように、光学素子２０６の上に感光性樹脂の層２０８を形成する。さらにその後、図２（ｆ）に例示されるように、感光性樹脂の層２０８の露光処理および現像処理を行って、隣接光学素子２０６間に、感光性樹脂の遮光部２０９を形成する。

本実施形態において、遮光部２０９の高さは、例えば０．４５〜０．５５μｍ程度であり、遮光部２０９は、その上面が光学素子２０６の頂よりも高くなるように形成されている。

ここで、光学素子２０６は、図２（ｃ）に示されるように断面の形状が矩形形状で、レンズパワーを有していなくてもよく、マイクロレンズ２１３で集光された入射光を単に屈折させる部材でもよい。そして、遮光部２０９の幅は、例えば０．５〜０．６μｍ程度（隣接光学素子２０６間の距離と同じ）であり、遮光部２０９は、隣接光学素子２０６により該隣接光学素子２０６間で挟持されるように配されている。

その後、図２（ｇ）に例示されるように、光学素子２０６の上に第１の平坦化層２１０を形成し、該平坦化層２１０の上にカラーフィルタ２１１を形成する。最後に、図２（ｈ）に例示されるように、カラーフィルタ２１１の上に第２の平坦化層２１２を形成し、該平坦化層２１２の上にマイクロレンズ２１３を形成する。

本実施形態によっても、前述の第１実施形態と同様の効果が得られうる。本実施形態では、光学素子２０６の断面の形状が矩形形状であり、遮光部２０９は、隣接光学素子２０６により該隣接光学素子２０６間で挟持されるように配されている。よって、本実施形態によると、固体撮像装置Ｉ２の製造中に遮光部２０９が剥離することを防ぐのに第１実施形態よりも更に有利である。

図４は、本実施形態の変形例として、固体撮像装置Ｉ２’の製造方法を図２と同様に示している。この変形例では、図４（ｆ）に例示されるように、遮光部２０９’が光学素子２０６’の上面の一部を（反射防止膜２０７を介して）覆うように形成されうる。この変形例は、例えば、隣接光学素子２０６’間の距離を０．１〜０．３μｍ程度とし、遮光部２０９’の幅を０．５〜０．６μｍ程度として為されればよい。

上記変形例によると、遮光部２０９’が、隣接光学素子２０６’により該隣接光学素子２０６’間で挟持されるように配されていると共に、遮光部２０９’は、光学素子２０６’の上面の一部を覆うように形成されている。よって、この変形例によると、固体撮像装置Ｉ２’の製造中に遮光部２０９’が剥離することを防ぐのに更に有利である。

以上では、２つの好適な実施形態及び変形例を示したが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途及び機能その他の仕様に応じて、適宜、変更が可能であり、他の実施形態によっても為されうる。例えば、本発明は、配線部１０２（配線パターン）を含む構造ＳＴが、基板１００に対してインナーレンズ１０６とは反対側に配置された、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置にも適用されうる。

（撮像システム）
また、以上の実施形態は、カメラ等に代表される撮像システムに含まれる固体撮像装置について述べた。撮像システムの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。撮像システムは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含みうる。この処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、このＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。

Claims

固体撮像装置の製造方法であって、
複数の光電変換部が配列された基板を準備する工程と、
前記基板の上に、前記複数の光電変換部に対応する複数の第１の光学素子を形成する工程と、
互いに隣接する第１の光学素子の間に遮光部を形成する工程と、
前記複数の第１の光学素子の上に、前記複数の光電変換部に対応する複数の第２の光学素子を形成する工程と、を有し、
前記遮光部を形成する工程は、
前記複数の第１の光学素子の上に前記複数の第１の光学素子を覆うように感光性樹脂の部材を形成する第１工程と、
前記部材に対して露光処理および現像処理を行って、前記互いに隣接する第１の光学素子の間に前記感光性樹脂の前記遮光部を形成する第２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。
前記複数の第１の光学素子の各々は、前記基板の表面に対して垂直な方向における断面の形状が矩形形状の透光性部材を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記断面の形状が矩形形状の前記透光性部材は、前記基板に対する平面視における外形が多角形形状である
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第２工程では、前記遮光部は、その上面が前記複数の第１の光学素子の上面よりも高くなるように形成される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第２工程では、前記遮光部は、前記第１の光学素子の上面の一部を覆うように形成される
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記遮光部を形成する工程の後、かつ、前記第２の光学素子を形成する工程の前に、前記複数の第１の光学素子および前記遮光部の上に、カラーフィルタを形成する工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記第１工程で形成される前記感光性樹脂の部材は、顔料を含んでおり、
前記第２工程で形成された前記感光性樹脂の前記遮光部は、所定の色の光を吸収する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
基板に配列された複数の光電変換部と、
前記基板の上に、前記複数の光電変換部に対応して配された複数の第１の光学素子と、
互いに隣接する第１の光学素子の間に配された遮光部と、
前記複数の第１の光学素子および前記遮光部の上に、前記複数の光電変換部に対応して配された複数の第２の光学素子と、を備え、
前記遮光部は、感光性樹脂で構成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
前記複数の第１の光学素子の各々は、前記基板に対して垂直な方向における断面の形状が矩形形状の透光性部材を含む
ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
前記断面の形状が矩形形状の透光性部材は、前記基板に対する平面視における外形が多角形形状である
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
前記遮光部の上面は前記複数の第１の光学素子の上面よりも高い
ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記遮光部は、前記第１の光学素子の上面の一部を覆うように形成されている
ことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記複数の第１の光学素子と、前記複数の第２の光学素子との間に配されたカラーフィルタをさらに備える
ことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記遮光部を構成する前記感光性樹脂は、顔料を含んでおり、所定の色の光を吸収する
ことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置からの信号を処理する処理部と、
を備えることを特徴とするカメラ。