JP2826317B2 - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、各感光画素部上にマイクロレンズ層を設け
て感度の向上を図るとともに、特に白黒用として使用し
て最適な固体撮像装置及びその製造方法に関する。

（従来の技術） 固体撮像装置は、小型軽量、高信頼性及び高寿命等の
半導体装置としての利点の他に、撮像管の欠点である焼
き付けや図形ひずみ等がなく、加えて低残像である特徴
を有している。このため、カラーコンパクトビデオカメ
ラ、スチルカメラは勿論のこと、計測器、生産機械や画
像情報処理装置等に広く利用されている。

従来の上記画像処理装置の一例を、CCD（電荷結合素
子）を例として、第３図に基づいて説明する。

半導体基板１の表面の感光画素領域101（第５図）に
は、光電変換素子として機能するフォトダイオード２が
所定のピッチで形成されているとともに、このフォトダ
イオード２の間の絶縁層の電荷転送部103には、これを
司どる転送電極がポリシリコン等により形成され（図示
せず）、更にこの上面には、酸化膜からなる絶縁膜３が
形成されている。そして、この絶縁膜３の上には、PSG
（リンケイ酸ガラス）膜４が形成され、更にこの上に
は、アルミニウム遮光膜５及びバッシベーション膜とし
て機能するシリコン窒化膜６が夫々設けられたものであ
る。

上記半導体基板１上のフォトダイオード２が形成され
た部分は、感光画素部となる部分であり、アルミニウム
遮光膜５には、この感光画素部に対応する領域に開口部
5aが設けられて、この開口部5aの内部が第６図に示す感
光画素部102となるようなされている。

このように作成された、いわゆるインターライン・ト
ランスファ型CCDにおいては、第５図に示すように、そ
の中央部の感光画素領域101に上記構成が備えられ、こ
の感光画素領域101は、第６図に示すように、半導体基
板１に表面に入射光による信号電荷を生成し蓄積する上
記感光画素部102と、この感光画素部102に蓄積された信
号電荷を転送する電荷転送部103とから主に構成されて
いる。

上記固体撮像装置においては、解像度を増やすため
に、画素数を増加させる必要があるが、そのために有効
画素面積に対する感光画素部面積が小さくなり、結局感
度低下を招くことになる。感度は、固体撮像装置の重要
な要素であり、この感度低下は、致命的な欠点となって
性能が低下してしまうことに繋がる。

このため、第４図に示すように、上記第３図に示す半
導体装置の上面に平滑層７を形成し、この平滑層７の上
面で、かつ各感光画素部102、即ちフォトダイオード２
の上方位置（第６図Ｙ方向）に沿ってマイクロレンズ層
８を設け、更にこの上面を保護層９で覆い、上記マイク
ロレンズ層８により、より多くの光を感光画素部102に
集めるようにしたものが提案されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記マイクロレンズ層８は、平滑層７
の上面に形成されているとはいえ、この平滑層７の表面
は必ずしも平坦ではなく、特にこの下層の形状に沿って
波形のうねりがあるのが通常で、しかも感光画素部102
としてのフォトダイオード２の上方はこのうねりの凹部
に位置しているため、ここにマイクロレンズ層８を形成
しても、この凹部の形状に沿ったレンズ、即ち凸レンズ
にはならずに凹レンズが形成されることになってしまう
ため、光がかえって拡散してしまい感度が上がらないば
かりでなく、凸レンズとなるように形成することはかな
り困難であるといった問題点があった。

本発明は上記に鑑み、感度低下防止のためのマイクロ
レンズが、多画素化により精細化された感光画素部上で
有効にその機能を発揮できるようにした固体撮像装置及
びその製造方法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明における固体撮像装
置は、半導体基板の表面に入射光による信号電荷を生成
し蓄積する感光画素部と、この感光画素部に蓄積された
信号電荷を転送する電荷転送部とを備えた固体撮像素子
の湾曲面状に形成された上面に、前記入射光が入る側の
表面を平坦化した水溶性透明感光樹脂からなる平坦層を
積層し、この平坦層の上に上記感光画素部の列毎にスト
ライプ状にマイクロレンズ層を形成したものであり、そ
の製造方法は、半導体基板の表面に入射光による信号電
荷を生成し蓄積する感光画素部と、この感光画素部に蓄
積された信号電荷を転送する電荷転送部を形成して固体
撮像素子を構成する工程と、この固体撮像素子の湾曲面
状に形成された上面に水溶性透明感光樹脂を積層して前
記入射光が入る側の表面を平坦化した平坦層を形成する
工程と、この平坦層の上に上記感光画素部に沿って前記
感光画素部の列毎にストライプ状にマイクロレンズ層を
形成する工程を経るようにしたものである。

（作 用） 上記のように構成された固体撮像装置においては、表
面を平坦化した平坦層の上にマイクロレンズ層が形成さ
れているので、このマイクロレンズ層によって形成され
るマイクロレンズを容易に凸レンズとなすことができ、
これによって感度防止低下のためのマイクロレンズの機
能を有効に発揮させることができる。

（実施例） 以下、実施例を第１図及び第２図を参照して説明す
る。

第１図は固体撮像装置の断面図を示すもので、半導体
基板１の表面には、光電変換素子として機能するフォト
ダイオード２が所定のピッチで形成され、このフォトダ
イオード２の間の絶縁層の電荷転送部103には、これを
司どる転送電極がポリシリコン等により形成され、更に
この上面には、酸化膜からなる絶縁膜３が形成されてい
る。

この絶縁膜３の上には、PSG（リンケイ酸ガラス）膜
４が形成され、更にこの上には、アルミニウム遮光膜５
及びバッシベーション膜として機能するシリコン窒化膜
６が夫々設けられている。このシリコン窒化膜６の上面
には、例えばアクリル系透明樹脂により、２μｍ程度の
膜厚の平滑層７が積層されている。

この平滑層７の上面には、表面10aを平坦化し水溶性
透明感光樹脂からなる平坦層10が、例えば1.5μｍ程度
の膜厚で形成されている。この平坦層10は、上記のよう
にこの表面10aを平坦とするため、水溶性透明感光樹
脂、例えばカゼインに感光剤の重クロム酸アンモニウム
を１％程度添加したもので構成することが望ましい。

上記平坦層10の上面には、アクリル系透明樹脂からな
る中間層11が、例えば0.5μｍ程度の膜厚で形成されて
いる。この中間層11は、水溶性樹脂を形成した後この上
に水溶性樹脂を積層する場合には必ずしも必要ない。ま
た、上記平坦層10をアクリル系透明樹脂で構成した場合
には、必要ではない。

この中間層11の上面には、水溶性カゼイン樹脂からな
るマイクロレンズ層８が上記フォトダイオード２の上方
に沿って、即ち第６図のＹ方向に形成されている。

このマイクロレンズ層８は、上記表面10aを平坦化し
た平坦層10の該表面10aの上に形成されているので、こ
の下面が平坦となって容易に凸レンズとなるようにする
ことができ、これによってマイクロレンズとしての機能
を十分に発させるようにすることができる。

このマイクロレンズ層８の表面は、アクリル系樹脂か
らなる保護層９により覆われて、第５図に示す中央を上
記構成を備えた感光画素領域101とした固体撮像装置が
構成されている。

次に、上記固体撮像装置の製造例を第２図を用いて説
明する。

先ず、同図（イ）で示すように、半導体基板１の上面
にフォトダイオード２及びこの間の電荷転送部103に転
送電極を夫々形成した後、この上に酸化膜からなる絶縁
膜３を形成し、この上にPSG膜４を設け、更に上記フォ
トダイオード２に対応する部分を開口させたアルミニウ
ム遮光膜５を形成し、この上にシリコン酸化膜６及びア
クリル系透明樹脂よりなり膜厚が２μｍ程度の平滑層７
を順次形成する。

次に、同図（ロ）で示すように、上記平滑層７の全表
面に、例えばカゼインに感光剤としての重クロム酸アン
モニウムを１％程度添加した水溶性透明感光性樹脂を、
例えば1.5μｍ程度の膜厚で塗布し、続いてこれをプリ
ベークした後、高圧水銀ランプを用いて所定のマスクを
介して露光し、第５図に示す感光画素領域101の全面
に、表面10aを平坦化した平坦層10を形成する。

次に、同図（ハ）で示すように、アクリル系透明樹脂
を用いて、上記平坦層10の上に、例えば0.5μｍ程度の
膜厚で塗布して中間層11を形成した後、水溶性カゼイン
樹脂を用いて、これを例えば1.0μｍ程度の膜厚で塗布
し、所定のマスクを介して露光し、次いで基板ごと純水
に浸漬させた後、ポストベークを行って第６図に示すよ
うに、フォトダイオード２上に沿ってＹ方向にストライ
プ状のマイクロレンズ層８を形成する。

なお、上記中間層11は、平滑層７にアクリル系樹脂を
用いた場合に省略できることは上記の通りである。

そして、上記マイクロレンズ層８を形成した基板上に
アクリル系樹脂を、例えば1.0μｍ程度の膜厚で塗布
し、所定のマスクを介して露光し、専用現像液で一括し
て、保護層９を形成するとともに第５図に示す画像領域
101にのみ残るパターンを形成し、パット部を露出させ
て固体撮像装置を完成させるのである。

〔発明の効果〕

本発明は上記のような構成であるので、マイクロレン
ズ層は表面を平坦化した平坦層の上に形成され、従って
このマイクロレンズ層によって形成されるマイクロレン
ズを容易に凸レンズとすることができる。

従って、このマイクロレンズによって多くの光を集め
て感光画素部に集光する光量を増大させることによって
感度を確実に向上させ、感度低下防止のためのマイクロ
レンズが、有効にその機能を発揮することができる効果
がある。

平坦層を水溶性透明感光樹脂で構成するようにしたの
で、平坦層をアクリル樹脂で形成する場合に比べて表面
の平坦性を高く形成することができるとともに、平坦層
をアクリル樹脂で形成する場合に比べて下にある層の起
伏を残存させずに形成することができる。また、SiO₂等
で平坦層を形成する場合に比べて、エッチング工程を不
要とし単に露光等のみにより簡単に平坦層を形成するこ
とができる。

また、第６図に示すようにマイクロレンズ層を感光画
素部の列毎にストライプ状に積層したので、単一の感光
画素毎にアイアンド状にマイクロレンズ層を形成した場
合に比べて平坦層を感光画素部から剥離しにくいように
強固に形成することができ、この結果、固体撮像装置の
製造の歩どまりを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の固体撮像装置の断面図、第
２図はその製造工程を順に示す断面図、第３図は従来の
固体撮像装置の断面図、第４図は他の従来固体撮像装置
を製造工程順に示す断面図、第５図は固体撮像装置の全
体平面図、第６図はその要部拡大図である。 １……半導体基板、２……フォトダイオード、４……PS
G膜、５……アルミニウム遮光膜、６……シリコン窒化
膜、７……平滑層、８……マイクロレンズ層、10……平
坦層、10a……同表面、11……中間層、101……感光画素
領域、102……感光画素部、103……電荷転送部。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板の表面に入射光による信号電荷
   を生成し蓄積する感光画素部と、この感光画素部に蓄積
   された信号電荷を転送する電荷転送部とを備えた固体撮
   像素子の湾曲面状に形成された上面に、前記入射光が入
   る側の表面を平坦化した水溶性透明感光樹脂からなる平
   坦層を積層し、この平坦層の上に上記感光画素部の列毎
   にストライプ状にマイクロレンズ層を形成したことを特
   徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】半導体基板の表面に入射光による信号電荷
   を生成し蓄積する感光画素部と、この感光画素部に蓄積
   された信号電荷を転送する電荷転送部を形成して固体撮
   像素子を構成する工程と、この固体撮像素子の湾曲面状
   に形成された上面に水溶性透明感光樹脂を積層して前記
   入射光が入る側の表面を平坦化した平坦層を形成する工
   程と、この平坦層の上に上記感光画素部に沿って前記感
   光画素部の列毎にストライプ状にマイクロレンズ層を形
   成する工程を経ることを特徴とする固体撮像内の製造方
   法。