JP2597037B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

固体撮像装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、マイクロレンズ付きの固体撮像装置の製造
方法に関する。
【従来の技術】
一般に固体撮像装置は、半導体基板上に受光部とこの
受光部の電荷を転送する電荷転送部の両方を有するた
め、100%の領域を受光部として使用することができな
い。このため、従来では、電荷転送部に向かって入射す
る光を光学的に屈折させて受光部に入射させる複数の凸
型マイクロレンズを受光面側に形成して、集光効果を高
める工夫をしている。 凸型マイクロレンズを形成する方法としては、たとえ
ば次の2つの方法が知られている。 第1の方法 フォトレジストを受光部及び電荷転送部を含む半導体
基板上に一様に塗布した後、フォトエッチング工程によ
り、マイクロレンズの端部となるべきフォトレジストの
一部を取り除く。その後、フォトレジストに熱を加える
ことにより、フォトレジストの角部分を軟化させてなだ
らかな曲面を有する凸型マイクロレンズを形成する(特
公昭60−59752号公報)。 第2の方法 光学的に透過率の高いマイクロレンズ材料層の上に熱
変形性樹脂層を形成し、この熱変形性樹脂層を受光部に
対応させて選択的に除去する。次に、除去されずに残っ
た熱変形性樹脂層を加熱して熱変形させ、これをマスク
にして上記マイクロレンズ材料層を選択的に除去するこ
とにより、凸型マイクロレンズを形成する(特開昭60−
53073号公報)。この第2の方法は、マイクロレンズ材
料に感光性がない場合に適用できる方法である。
【発明が解決しようとする課題】
上記第1の方法を用いた場合、凸型マイクロレンズと
なるフォトレジスト材料の選択が問題となる。つまり、
このフォトレジストには、光学的に高い透過率ばかりで
はなく、高い感光性および熱軟化性、更にこの凸形状を
維持していく信頼性が要求される。したがって、マイク
ロレンズ材料が大きく制限され、マイクロレンズ材料の
選択が困難であるという問題がある。 一方、上記第2の方法を用いた場合には、感光性が要
求されない分だけ、マイクロレンズ材料の選択幅は第1
の方法に比べて広がるけれども、工程数が多く、そのた
製造コストが割高になるという問題がある。 また、いずれの方法で形成されたにせよ、凸型マイク
ロレンズ付きの固体撮像素子を固体撮像装置としてアセ
ンブリする場合には、位置合わせ精度を考慮したセラミ
ック・パッケージへのアセンブリを行い、ワイヤーボン
ディングをした後に、外部からの光を受光部に取り込め
るようにセラミック・パッケージ上部にリッドガラスを
張り付けて、固体撮像素子をセラミック・パッケージ内
に封じ込めるようにしている。これらの工程は固体撮像
装置特有の工程であり、他のDRAMやSRAMなどと比べて工
程が長く複雑となる欠点がある。工程が長く複雑となる
分だけ、不良の発生率が増加する。さらに、リッドガラ
スおよびこのリッドガラスを張り付ける台座となるセラ
ミック・パッケージは固体撮像装置特有の材料であり、
他の半導体装置に比べて使用材料が多く、コストが高い
という欠点がある。 そこで、本発明の目的は、種々の材料をマイクロレン
ズ材料として使用することができる固体撮像装置の製造
方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の製
造方法は、基板に受光部と電荷転送部を形成すると共
に、上記基板上に上記受光部に対向するマイクロレンズ
を設けた固体撮像素子を有する固体撮像装置の製造方法
において、上記基板上に第1の樹脂膜を形成し、次に上
記第1の樹脂膜の上にフォトレジストを塗布し、このフ
ォトレジストの上記受光部に対応する部分を選択的に除
去し、次に、除去されずに残った上記フォトレジストを
マスクにして上記第1の樹脂膜を等方性のプラズマでエ
ッチングすることによって、上記第1の樹脂膜の表面に
断面が略半円形状の凹部を複数個形成し、次に、上記第
1の樹脂膜よりも高い屈折率を有する第2の樹脂膜を上
記第1の樹脂膜上に表面が略平らになるように塗布する
ことを特徴としている。
【作用】
この発明の方法によって製造される固体撮像素子は、
略半円形状の凹部を有する第1の樹脂膜と、この第1の
樹脂膜より高い屈折率を有する第2の樹脂膜とからなる
マイクロレンズにより、電荷転送部に向かって入射する
光は効率よく受光部に集束される。 また、固体撮像素子の最上面となる第2の樹脂膜の表
面が平坦なため、セラミックパッケージやリッドガラス
を用いての製造方法に替えて、マイクロレンズの集光効
果を失うことなく固体撮像素子をモールドすることによ
り固体撮像装置を製造することができる。
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。 第1図は本実施例による固体撮像素子の製造方法を示
した工程図、第2図は第1図の製造工程を経て製造され
た固体撮像素子を用いて固体撮像装置を製造する方法を
示した図である。なお、第1図(e)に示した図が、本
実施例の製造法によって製造された固体撮像素子の断面
図である。 第1図(a)において、1は半導体基板Sに形成され
た受光部、2は受光部1で発生した電荷を転送する電荷
転送部2で、受光部1と電荷転送部2とは交互に配置さ
れている。この受光部1と電荷転送部2との段差を一定
の値以下に抑えるために、平坦化膜3を塗布する。この
平坦化膜3は光学的に透過率の高い合成樹脂をもって形
成する。このような合成樹脂としては、例えば、アクリ
ル樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、ア
ルキッド樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ガラ
スレジン、尿素樹脂、ポリエステル等を用いることがで
きる。 次に、第1図(b)に示すように、平板状のカラーフ
ィルターを形成する第1染色層(例えばレッド層)4を
平坦化膜3上に被着させる。この第1染色層4の形成
は、ゼラチン、ガゼイン、グリュー、あるいはポリビニ
ルアルコール等と重クロム酸塩からなる被染色感光液を
塗布し、選択露光、現像を行ってパターン形成し、次に
上記パターンを基板ごと例えばレッドの染色液に浸漬し
て形成するものである。そして、パターンの染色後、タ
ンニン酸水溶液、酒石酸アンモニルカリウム水溶液、あ
るいはホルムアルデヒド水溶液等により、染色の定着や
染色層の硬化を行う。こうすることにより、以降の染色
層の混色を回避する。 上記方法により第1染色層4を被着形成後、同様の工
程を染色液の種類を変えて繰り返すことにより、第2染
色層(例えばグリーン層)5と第3染色層(例えばブル
ー層)6を順次形成する。以上の工程により、3原色の
カラーフィルターが形成される。 次に、第1図(c)に示すように、上記カラーフィル
ター(4,5,6)の上に、マイクロレンズを形成する第1
の樹脂膜として、光学的に透過率の高い第1合成樹脂膜
7を塗布する。この第1合成樹脂膜7の材料としては、
上述した平坦化膜3の材料と同じものを使用してもよい
が、マイクロレンズとしての機能を持たすために、屈折
率の比較的低い(1.4〜1.5)樹脂を用いるのが望まし
い。このような合成樹脂としては、例えば、ポリブチル
アクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリビニル
エチルエーテル等を用いることができる。カラーフィル
ター上に塗布された第1合成樹脂膜7は、平坦化膜3の
場合と同様に、加熱処理を施して硬化させる。 次に、上記第1合成樹脂膜7の上にフォトレジスト8
を塗布し、このフォトレジスト8の受光部1に対応する
部分9を選択的に除去してフォトレジストパターン8
(便宜上、フォトレジストと同じ参照番号を用いる。)
を形成する。 次に、第1図(d)に示すように、上記フォトレジス
トパターン8をマスクにして、たとえば酸素を用いた等
方性のプラズマで上記第1合成樹脂膜7をエッチングす
る。この結果、上記第1合成樹脂膜7には、断面が略半
円形状の凹部10が形成される。 次に、第1図(e)に示すように、マスクとして使用
したフォトレジストパターン8を除去した後、マイクロ
レンズを形成する第2の樹脂膜としての第2合成樹脂膜
11を、第1合成樹脂膜7の上に表面が略平坦になるよう
に塗布する。この第2合成樹脂膜11は第1合成樹脂膜7
の保護膜としても作用する。第2合成樹脂膜11の材料と
しては、上記第1合成樹脂膜7よりも屈折率の高い(1.
6〜1.8)樹脂であるポリイミド、ポリスチレン、ポリエ
ーテルアミド等が望ましい。 このように、本実施例によれば、マイクロレンズ材料
として高い透過率を有することは要求されるが、従来の
凸型マイクロレンズのように感光性、熱軟化性、凸型を
維持していく信頼性は要求されないのでマイクロレンズ
材料の選択幅が大きく広がる。 以上の工程により、凹型のマイクロレンズ付きの固体
撮像素子が完成する。この固体撮像素子はマイクロレン
ズの第2合成樹脂膜11の表面が平坦なことにより、この
固体撮像素子を有する固体撮像装置を製造する際に、こ
れまでのセラミックパッケージに代えて、透明な樹脂で
モールドするクリアモールドを使うことができる。以
下、その方法を説明する。 まず、第2図(a)に示すように、連続的に処理可能
なリードフレーム20を用意する。これまでのセラミック
パッケージが個々に存在していたことを考慮すると、オ
ートメーション化された工場での取り扱いは、容易とな
る。 第2図(b)に示すように、リードフレーム20に、ダ
イシングによって半導体基板から分離された固体撮像素
子のチップ21をダイボンドする。この後、ワイヤーボン
ドを行う。 次に、第2図(c)に示すように、図示しない金型を
用いて光学的に透過率の高い透明樹脂22、例えば、エポ
キシ樹脂でモールド、すなわちクリアモールドする。受
光部に入射する光をより効果的に取り込むために、チッ
プ21上のクリアモールド樹脂22は必要に応じて研摩して
もよい。 最後に、第2図(d)に示すように、リードフレーム
20を切断することによって複数の固体撮像装置を互いに
分離して、アセンブリを終了する。 このように、本実施例によれば、固体撮像素子の表面
が平坦なため、この固体撮像素子を有する固体撮像装置
を作製する際に、外的力によるマイクロレンズの変形の
おそれがなく、かつマイクロレンズの集光効果を失なう
ことがないので、クリアモールドを使うことができ、し
たがって、セラミックパッケージやガラスリッドを用い
ないので、簡単、安価に製造できる。
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の固体撮像装
置の製造方法によれば、マイクロレンズの材料自体に熱
変形性が要求されず、また、マイクロレンズの形状は凸
ではないので、凸形状を維持していく信頼性も要求され
ず、また、フォトレジスト自体をマイクロレンズにする
わけではないので、感光性も要求されない。つまり、マ
イクロレンズの材料の選択幅を大きく広げることができ
る。また、マイクロレンズ材料に熱変形性を必要としな
いので、カラーフィルターを備えた場合には、加熱によ
るカラーフィルターの退色を防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の固体撮像装置を構成する固体撮像素子
の製造方法の一例を示す工程図、第2図は第1図の工程
に従って製造された固体撮像素子から固体撮像装置を製
造する方法の一例を示す工程図である。 1……受光部、2……電荷転送部、3……平坦化膜、 4,5,6……第1,2,3染色層、 7……第1合成樹脂膜、8……レジストパターン、 10……凹部、11……第2合成樹脂膜、 21……チップ、22……クリアモールド樹脂。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 徹郎 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シヤープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−65171(JP,A) 特開 昭58−220106(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板に受光部と電荷転送部を形成すると共
    に、上記基板上に上記受光部に対向するマイクロレンズ
    を設けた固体撮像素子を有する固体撮像装置の製造方法
    において、 上記基板上に第1の樹脂膜を形成し、次に上記第1の樹
    脂膜の上にフォトレジストを塗布し、このフォトレジス
    トの上記受光部に対応する部分を選択的に除去し、次
    に、除去されずに残った上記フォトレジストをマスクに
    して上記第1の樹脂膜を等方性のプラズマでエッチング
    することによって、上記第1の樹脂膜の表面に断面が略
    半円形状の凹部を複数個形成し、次に、上記第1の樹脂
    膜よりも高い屈折率を有する第2の樹脂膜を上記第1の
    樹脂膜上に表面が略平らになるように塗布することを特
    徴とする固体撮像装置の製造方法。
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