JP2833941B2 - 固体撮像装置とその製造方法 - Google Patents

固体撮像装置とその製造方法

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JP2833941B2 JP4298135A JP29813592A JP2833941B2 JP 2833941 B2 JP2833941 B2 JP 2833941B2 JP 4298135 A JP4298135 A JP 4298135A JP 29813592 A JP29813592 A JP 29813592A JP 2833941 B2 JP2833941 B2 JP 2833941B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は固体撮像装置及びその
製造方法に関し、特に受光部に入射する集光光束を分散
することによりスミアの低減を図るための光束分散層の
構造及びその形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１３及び図１４は例えばＩＥＤＭ１９
８３でIshihara等が発表した従来の固体撮像装置を説明
するための図であり、図１３(a) はその半導体基板上で
の拡散領域の配置を示す平面図、図１３(b) は転送電極
及び遮光膜の配置を示す平面図であり、図１４(a) 及び
図１４(b) はそのＸＩＶａ−ＸＩＶａ線断面及びＸＩＶ
ｂ−ＸＩＶｂ線断面の構造を示す断面図である。なお、
図１３では半導体基板上の平坦化膜及びレンズ層は省略
している。
【０００３】図において、２００は固体撮像装置であ
り、二次元アレイ状に配列された平面略正方形形状の受
光部と、各受光部列の間に配置され、各受光部で発生し
た光電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤ（電荷転送素
子）と、上記各受光部と垂直ＣＣＤとの間に設けられた
トランスファーゲート部とを有する素子部２０１、該素
子部２０１上に配置され、入射光の上記受光部への集光
が各受光部に対応する領域毎に行われるよう形成したレ
ンズ層２０３、及び上記素子部２０１とレンズ層２０３
との間に介在し、レンズ層２０３で集光された集光光束
の光路長を調整する光路長調整層２０２から構成されて
いる。
【０００４】すなわち上記素子部２０１では、上記Ｎ型
シリコン基板１上にＰ型ウェル領域２が形成され、該Ｐ
型ウェル領域２の表面部分には、上記受光部としての第
１Ｎ型半導体層３、上記垂直ＣＣＤのチャネル領域とし
ての第２Ｎ型半導体層（以下Ｎ型ＣＣＤチャネル領域と
いう。）４及び上記トランスファーゲート部のチャネル
領域としての低濃度Ｎ型半導体領域（以下Ｎ- 型ＴＧチ
ャネル領域という。）４ａが形成されており、上記受光
部である第１Ｎ型半導体層３の周囲には、Ｐ型半導体層
５からなるチャネル分離領域が形成されている。
【０００５】また上記ＣＣＤチャネル領域４上にはシリ
コン酸化膜６からなるゲート絶縁膜を介して、第１ポリ
シリコン膜７ａよりなるＣＣＤゲート電極及び第２ポリ
シリコン膜７ｂよりなるＣＣＤゲート電極が垂直ＣＣＤ
の転送方向に沿って交互に配置されている。ここで上記
第１ポリシリコン膜７ａの、上記Ｎ- 型ＴＧチャネル領
域４ａ上の部分はトランスファーゲート電極となってい
る。
【０００６】さらにＣＣＤゲート電極及びトランスファ
ーゲート電極、つまり上記第１及び第２ポリシリコン膜
７ａ，７ｂの、Ｎ型ＣＣＤチャネル領域４上及びＮ- 型
ＴＧチャネル領域４ａ上の部分の上方にはこれに覆い被
さるようアルミ膜８が形成されており、該アルミ膜８は
上記各チャネル領域４，４ａへ入射する光を遮る遮光膜
（以下アルミ遮光膜という。）となっている。
【０００７】また光路長調整層２０２は、上記アルミ遮
光膜８上全面に形成され、透明樹脂からなる平坦化膜９
であり、上記レンズ層２０３は、この平坦化膜９上の、
上記複数の受光部３に対応する各領域に配設され、入射
光Ａを各受光部に集める凸形マイクロレンズ１０から構
成されている。またここでは上記マイクロレンズ１０
は、その中心が受光部の中心に位置するように配置され
ており、またその形状は、図１３(a) の二点鎖線Ｂで示
すようにＣＣＤチャネル領域４側に張り出した平面楕円
形状となっている。従って、受光部３の周辺領域，つま
りＮ型ＣＣＤチャネル領域４，Ｎ型ＴＧチャネル領域４
ａ及びＰ型チャネル分離領域５上に降り注ぐ入射光も上
記受光部３に導入できるようになっている。
【０００８】次に動作について説明する。上記固体撮像
装置２００の受光面に入射した光Ａは、上記マイクロレ
ンズ１０によって受光部３に集光される。この際上記レ
ンズ１０によって、各受光部周辺のアルミ遮光膜８上に
入射した光も受光部３に集められる。これにより各受光
部３はその面積が小さくても実質的には大きな感度を持
つこととなる。
【０００９】そして上記集光した光によって受光部３で
発生した光電子は受光部３に蓄積され、所定のタイミン
グでもってＴＧチャネル領域４ａを通してＣＣＤチャネ
ル領域４へ移され、ＣＣＤの転送動作により後段の信号
処理装置に出力される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の固体
撮像装置２００では、入射光による光電子は上記Ｐ型ウ
ェル領域２の、ＣＣＤチャネル領域４に近い領域でも発
生し、これがＣＣＤチャネル領域４に入り込んで転送中
の信号電荷と混ざり、スミアとよばれるノイズになると
いう問題があった。
【００１１】すなわち、上記レンズ１０の焦点ｆ10は通
常、上記受光部を構成する第１Ｎ型半導体層３の内部に
位置するよう設定されており、その焦点位置より下側で
は入射光Ａは逆に広がってしまうため、ウェル領域２の
深い部分では、上記受光部３の直下部分を中心とする広
範な領域で光電子Ｅ0 ，Ｅ1 が発生する。例えば、入射
光Ａの一部が図１４に示すように、チャネル分離層５の
直下部分にまで到達し、上記入射光による光電子の一部
Ｅ1 がＣＣＤチャネル領域４に入り込むこととなる。
【００１２】なお、このように素子部上に透明絶縁層を
介してレンズ層を形成してなる固体撮像装置は、特開昭
61-64158号公報，特開平２−103962号公報，特開平２−
280376号公報，特開昭60−145776号公報，特開平２-651
71号公報等にも示されており、特に特開昭61-64158号公
報，特開平２−280376号公報，特開平２-65171号公報記
載の固体撮像装置は、上記従来の固体撮像装置２００と
同様、受光部や電荷転送部を形成した半導体基板上に透
明膜を介して集光レンズを形成してなるもので、これら
の装置では、基板の受光部下側部分での入射光の広がり
により、スミアが発生するという上記と同様な問題があ
る。
【００１３】また上記特開昭60−145776号公報記載の固
体撮像装置は、受光部上の部分が凹状に湾曲したパッシ
ベーション膜や層間絶縁膜のレンズ作用により入射光が
散乱されるのを防止するため、上記凹状湾曲部上に集光
レンズを配置したものであるが、この場合も、集光レン
ズにより集光された入射光が基板の受光部下側部分で広
がることとなり、上記と同様スミアの発生を招くことと
なる。
【００１４】また上記特開平２−103962号公報記載の固
体撮像装置は、集光レンズ部での集光能力を高めるた
め、集光レンズ部を、屈折率の大きい材料からなる凸レ
ンズと、その下側に配置され、屈折率の小さい材料から
なる凹レンズとから構成し、各レンズでそれぞれ集光を
行うようにしたものであるが、この場合基板の受光部下
側部分での入射光の広がりは一層大きくなり、上記のよ
うなスミアの発生が助長されてしまう。
【００１５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、受光部の感度を低下させること
なく、光電子のＣＣＤチャネル領域への漏れ込みによる
スミアを低減できる固体撮像装置及びその製造方法を得
ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る固体撮像
装置は、入射光を受け光電荷を発生する複数の受光部、
及び各受光部で発生した光電荷を転送する転送部を半導
体基板上に作り込んでなる素子部と、上記素子部上に設
けられ、入射光の上記受光部への集光が各受光部に対応
する領域毎に行われるよう構成したレンズ層とを備えた
固体撮像装置において、上記レンズ層と素子部との間に
光束分散層が配置され、該光束分散層は、光入射側に光
入射側光透過層を、光出射側に該光入射側の光透過層よ
り屈折率の大きい光出射側光透過層を有し、上記光入射
側光透過層と光出射側光透過層とが形成する接触界面
は、上記受光部上に位置する部分が凹状に湾曲した凹レ
ンズ形状を有し、上記レンズ層により集光された集光光
束を平行光束に近い光束となるように分散する構成とな
っているものである。
【００１７】この発明は上記固体撮像装置において、上
記光出射側光透過層はシリコン窒化膜からなるものであ
る。
【００１８】
【００１９】この発明にかかる固体撮像装置は、入射光
を受け光電荷を発生する複数の受光部、及び各受光部で
発生した光電荷を転送する転送部を半導体基板上に作り
込んでなる素子部と、上記素子部上に設けられ、入射光
の上記受光部への集光が各受光部に対応する領域毎に行
われるように構成したレンズ層とを備えた固体撮像装置
において、上記レンズ層と素子部との間に光束分散層が
配置され、該光束分散層は、屈折率の小さい光入射側光
透過層と、屈折率の小さい光出射側光透過層と、該両光
透過層間にこれらの層と接触して介在する屈折率の大き
い中間光透過層とを有し、上記光入射側光透過層と中間
光透過層との接触界面は全面に渡ってフラットな形状と
なっており、上記中間光透過層と光出射側光透過層との
接触界面はその受光部上の部分が凸状に湾曲した凸レン
ズ形状としたものである。
【００２０】
【００２１】
【００２２】この発明に係る固体撮像装置の製造方法
は、複数の受光部及び電荷転送部を作り込んだ半導体基
板上全面に第１の透明絶縁膜を堆積した後、該第１の透
明絶縁膜を異方性エッチングして、上記半導体基板上
の、受光部の周縁部分にサイドウォールを形成し、次に
上記半導体基板全面に、上記第１の透明絶縁膜と同一の
屈折率を持つ第２の透明絶縁膜を下地表面の凸凹形状が
その表面形状に反映されるよう形成し、上記第２の透明
絶縁膜上に、該絶縁膜より屈折率の小さい第３の透明絶
縁膜をその表面が平坦となるよう形成し、上記第３の透
明絶縁膜上の、上記複数の受光部に対応する各領域にそ
れぞれ、この絶縁膜と屈折率が同一の材料からなる凸レ
ンズを形成するものである。
【００２３】この発明に係る固体撮像装置の製造方法
は、複数の受光部及び電荷転送部を作り込んだ半導体基
板上全面に第１の透明絶縁膜をその表面が平坦となるよ
う堆積した後、該第１の透明絶縁膜上に、上記受光部に
対応する部位に開口を有する耐エッチング性膜を形成
し、これをマスクとして第１の透明絶縁膜に等方性エッ
チングを施して、該透明絶縁膜の、各受光部上の部分に
凹状湾曲面を形成し、続いてこの耐エッチング性膜を除
去した後、上記第１の透明絶縁膜上に、該絶縁膜より屈
折率が小さい第２の透明絶縁膜を堆積し、上記第２の透
明絶縁膜上の、上記複数の受光部に対応する各領域にそ
れぞれ、この絶縁膜と屈折率が同一の材料からなる凸レ
ンズを形成するものである。
【００２４】この発明に係る固体撮像装置の製造方法
は、複数の受光部及び電荷転送部を作り込んだ半導体基
板上全面に第１の熱可塑性透明樹脂膜を下地表面の凸凹
形状がその表面形状に反映されるよう堆積した後、該第
１の熱可塑性透明樹脂膜をリフローしてその受光部上の
部分に凹状湾曲面を形成し、次に上記第１の熱可塑性透
明樹脂膜上に該樹脂膜より屈折率の小さい第２の透明樹
脂膜をその表面が平坦となるよう形成し、上記第２の透
明樹脂膜上の、上記複数の受光部に対応する各領域にそ
れぞれ、この樹脂膜と屈折率が同一の材料からなる凸レ
ンズを形成するものである。
【００２５】この発明に係る固体撮像装置の製造方法
は、複数の受光部及び電荷転送部を作り込んだ半導体基
板上全面に第１の透明絶縁膜をその表面が平坦となるよ
う堆積した後、上記第１の透明絶縁膜上に、屈折率がこ
れと同一の熱可塑性透明樹脂膜を形成し、該熱可塑性透
明樹脂膜のパターニング及び熱リフローを行って、上記
第１の透明絶縁膜上の、上記複数の受光部に対応する各
領域にそれぞれ凸レンズを形成し、その後全面に上記熱
可塑性樹脂膜より屈折率が大きい透明な材料を上記熱リ
フロー温度よりも低温で、その表面が平坦となるよう堆
積して第２の透明絶縁膜を形成し、その後該第２の透明
絶縁膜上にこれより屈折率の小さい第３の透明絶縁膜を
形成し、最後に上記第３の透明絶縁膜上の、上記複数の
受光部に対応する各領域にそれぞれ、この絶縁膜と屈折
率が同一の材料からなる凸レンズを形成するものであ
る。
【００２６】この発明は上記固体撮像装置の製造方法に
おいて、上記第１の透明絶縁膜上の、上記複数の受光部
に対応する各領域にそれぞれ凸レンズを形成した後、上
記熱可塑性樹脂膜より屈折率が大きい透明材料を、熱リ
フロー温度よりも低温で下地表面の凹凸形状がその表面
形状に反映されるよう堆積するものである。
【００２７】
【作用】この発明においては、固体撮像装置のレンズ層
と素子部との間に光束分散層が配置され、該光束分散層
は、光入射側に光入射側光透過層を、光出射側に該光入
射側の光透過層より屈折率の大きい光出射側光透過層を
有し、上記光入射側光透過層と光出射側光透過層とが形
成する接触界面は、上記受光部上に位置する部分が凹状
に湾曲した凹レンズ形状を有しているため、上記レンズ
層により集光された集光光束を平行光束に近い光束とな
って受光部に入射する。これにより半導体基板の受光部
下側部分での入射光の広がりはほとんどなくなり、光電
荷のＣＣＤチャネル領域への漏れ込みによるスミアの発
生をほぼ完全に防止することができる。
【００２８】またこの発明においては、上記光出射側光
透過層はシリコン窒化膜からなるため、屈折率が光入射
側光透過層より大きくなる。これにより上記光束分散層
のレンズ効果が一層効果的になり、上記と同様スミアの
発生をほとんど防止することができる。
【００２９】この発明においては、固体撮像装置のレン
ズ層と素子部との間に光束分散層が配置され、該光束分
散層は、屈折率の小さい光入射側光透過層と、屈折率の
小さい光出射側光透過層と、該両光透過層間にこれらの
層と接触して介在する屈折率の大きい中間光透過層とを
有し、上記光入射側光透過層と中間光透過層との接触界
面は全面に渡ってフラットな形状となっており、上記中
間光透過層と光出射側光透過層との接触界面はその受光
部上の部分が凸状に湾曲した凸レンズ形状としたため、
レンズ層により集光された入射光は上記フラットな接触
界面と、凸状に湾曲した接触界面とでそれぞれ屈折して
分散されることとなる。これにより半導体基板の受光部
下側部分での入射光の広がりはほとんどなくなり、光電
荷のＣＣＤチャネル領域への漏れ込みによるスミアの発
生をほぼ完全に防止することができる。
【００３０】
【００３１】
【００３２】この発明においては、複数の受光部及び電
荷転送部を作り込んだ半導体基板上の、受光部の周縁部
分に第１の透明絶縁膜の塗布及び異方性エッチングによ
りサイドウォールを形成し、該サイドウォールを利用し
て、その受光部上の部分が凹状に湾曲した第２の透明絶
縁膜を形成し、該透明絶縁膜上にこれより屈折率の小さ
い第３の透明絶縁膜を形成することにより、光束分散層
を形成するようにしたので、凹状に湾曲した屈折界面を
各受光部に対応して有する光束分散層をエッチングマス
ク等を用いることなく比較的に簡単な工程により形成す
ることができる。
【００３３】この発明においては、複数の受光部及び電
荷転送部を作り込んだ半導体基板上全面に第１の透明絶
縁膜をその表面が平坦となるよう堆積した後、該第１の
透明絶縁膜に、耐エッチングマスクを用いた等方性エッ
チングを施して、該透明絶縁膜の、受光部上の部分に凹
状湾曲面を形成し、上記耐エッチングマスクの除去後、
上記第１の透明絶縁膜上に、これより屈折率の小さい第
２の透明絶縁膜を堆積することにより光束分散層を形成
するようにしたので、上記光束分散層の凹状に湾曲した
屈折界面の曲率や大きさを上記耐エッチングマスクの開
口パターンやエッチング条件等の変更により簡単に調整
することができる。
【００３４】この発明においては、複数の受光部及び電
荷転送部を作り込んだ半導体基板上全面に第１の熱可塑
性透明樹脂膜を下地表面の凹凸形状がその表面形状に反
映されるよう堆積した後、該透明樹脂膜をリフローして
その受光部上の部分を所定の凹状湾曲形状とし、その上
に第１の透明樹脂膜より屈折率の小さい第２の透明樹脂
膜を形成することにより、光束分散層を形成するように
したので、凹状に湾曲した屈折界面を各受光部に対応し
て有する光束分散層をサイドウォールやエッチングマス
ク層を用いることなく、比較的に簡単な工程により形成
することができる。
【００３５】この発明においては、複数の受光部及び電
荷転送部を作り込んだ半導体基板上の平坦な第１の透明
絶縁膜上で、熱可塑性透明樹脂のパターニング及び熱リ
フローを行って、上記第１の透明絶縁膜上の、上記複数
の受光部に対応する各領域にそれぞれ凸レンズを形成
し、その後全面に上記熱可塑性樹脂より屈折率が大きい
透明な材料を上記熱リフロー温度よりも低温でその表面
が平坦となるよう堆積して第２の透明絶縁膜を形成し、
その後第２の透明絶縁膜上にこれより屈折率の小さい第
３の透明絶縁膜を形成することにより、光束分散層を形
成するようにしたので、上記第１の透明絶縁膜上の凸レ
ンズはプロセス上最も形成し易い形状とし、集光光束の
集束角度や光路長の微調整を第２，第３の透明絶縁膜の
膜厚の調整により簡単に行うことができる。
【００３６】この発明においては、複数の受光部及び電
荷転送部を作り込んだ半導体基板上の平坦な第１の透明
絶縁膜上で、熱可塑性透明樹脂のパターニング及び熱リ
フローを行って、上記第１の透明絶縁膜上の、上記複数
の受光部に対応する各領域にそれぞれ凸レンズを形成
し、その後上記熱可塑性樹脂より屈折率が大きい透明材
料を、下地表面の凹凸形状がその表面形状に反映される
よう、かつ熱リフロー温度よりも低温で堆積することに
より、光束分散層及びレンズ層を形成するようにしたの
で、上記凸レンズ上の平坦化膜の形成とレンズ層の形成
とを１つの工程で行うことができ、製造プロセスを簡略
化できる。
【００３７】
【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。参考 例１． 図１は本発明の参考例１による固体撮像装置を説明する
ための断面図で、図１３(a) に示す従来装置のＸＩＶａ
−ＸＩＶａ線断面に相当する部分の断面構造を示してい
る。なお以下の各実施例では、図１３(b) のＸＩＶｂ−
ＸＩＶｂ線断面における素子部上の透明膜やレンズ層等
の構造はＸＩＶａ−ＸＩＶａ線断面のものと同一である
ため、図示していない。
【００３８】図において１０１は本参考例の固体撮像装
置で、この装置１０１では、素子部２０１とレンズ層２
０３との間に、屈折率の異なる２つの光透過層１９ａ，
１９ｂの接触界面Ｆ1 を有し、上記レンズ層２０３によ
り集光された入射光Ａの光束を、上記接触界面Ｆ1 での
屈折によりこれが平行光束により近い光束となるよう分
散する光束分散層１１０が配設されている。ここで上記
光入射側光透過層１９ｂはシリコン系樹脂から、上記光
出射側光透過層１９ａはシリコン窒化膜から構成されて
おり、光入射側光透過層１９ｂの屈折率ｎ19b は１．４
〜１．５程度、光出射側光透過層１９ａの屈折率ｎ19a
はシリコン窒化膜の組成比にもよるが約２．０となって
いる。その他の構成は従来の固体撮像装置２００と同一
であるが、ここでは説明の都合上第２ポリシリコン膜７
ｂの、ＣＣＤチャネル領域上の部分をＣＣＤゲート電極
７としている。
【００３９】次に上記固体撮像素子の製造方法について
簡単に説明する。まずＮ型シリコン基板１にボロン等の
Ｐ型不純物やリン等のＮ型不純物を適宜選択的に導入
し、これによりＮ型シリコン基板１上にＰ型ウェル領域
２を、その表面に受光部としてのＮ型半導体層３，Ｎ型
ＣＣＤチャネル領域４及びＰ型チャネル分離領域５を形
成する（図２(a) ）。
【００４０】次に上記Ｐ型ウエル領域２の表面上にシリ
コン酸化膜６を介して第１及び第２のポリシリコン膜７
ａ，７ｂ（図１３(b) ，図１４(b) 参照）を形成し、こ
れをパターニングして上記Ｎ型ＣＣＤチャネル領域４上
にＣＣＤゲート電極７を、またＮ- 型ＴＧチャネル領域
４ａ上にＴＧゲート電極を形成する（図１３(b) 参
照）。その後アルミ膜の形成とパターニングにより、上
記各ゲート電極上にこれに覆い被さるようアルミ遮光膜
８を形成し、これにより上記素子部２０１を完成する
（図２(b) ）。
【００４１】そして上記素子部２０１上全面にシリコン
窒化膜をその表面ができるだけ平坦になるよう、例えば
バイアス印加ＥＣＲ(Electron Cyclotron Resonance)型
プラズマＣＶＤ法等により堆積して、厚さ０．１〜１μ
ｍの光出射側光透過層１９ａを形成し（図２(c) ）、続
いてその上にシリコン系樹脂を堆積して光入射側光透過
層１９ｂを形成する。これにより上記光束分散層１１０
が形成される（図２(d) ）。
【００４２】その後上記光束分散層１１０上に熱可塑性
樹脂、例えば東京応化株式会社製ＯＦＰＲ−８００，Ｏ
ＤＵＲ−１０１０，ＯＥＢＲ−１００，１０００等をス
ピン塗布法等により塗布し、フォトリソグラフィー技術
等を用いてパターニングして受光部３上の周辺端部を除
去する。これにより各受光部３上に、垂直ＣＣＤの転送
方向にはＣＣＤチャネル領域側の中央付近まで、また該
転送方向と直角方向にはＰ型チャネル分離領域５の中央
付近まで広がった、平面長方形形状の熱可塑性樹脂層１
０ａが形成される（図２(e) ）。最後に所定の温度、例
えば上記熱可塑性樹脂としてＯＦＰＲ−８００を用いた
場合は、１５０°Ｃ前後の温度で上記熱可塑性樹脂層１
０ａを熱リフローすることにより該樹脂層１０ａを平面
長楕円形状の凸レンズ状に加工してマイクロレンズ１０
を形成し、固体撮像装置１０１を完成する（図２(f)
）。
【００４３】次に作用効果について説明する。一般に、
２つの異なる物質の界面では、それらの屈折率に差があ
ると光路Ｌが屈折する。以下図１２(a) を用いて詳しく
説明する。光が屈折率の小さい物質Ｉ（屈折率ｎ1 ）か
ら界面上の点Ｐ1 に入射して、屈折率の大きい物質II
（屈折率ｎ2 ）へ進むとき、点Ｐ1 に立てた法線Ｍ1 と
入射光線Ｌ1 がなす角を入射角θ1 、法線Ｍ1 と出射光
線Ｌ2 のなす角を出射角θ2、入射光線Ｌ1 と出射光線
Ｌ2 とがなす角度を屈折角δa とすると、屈折の原理を
示す式 ｎ1 sin θ1 ＝ｎ2 sin θ2 よりこの場合ｎ1
＜ｎ2 であるので、θ1 ＞θ2 となり、屈折角δa はθ
1 −θ2となる。
【００４４】従って本参考例の固体撮像装置１０１で
は、レンズ層２０３と素子部２０１との間に、屈折率
１．４〜１．５の光入射側光透過層１９ｂと屈折率約
２．０の光出射側光透過層１９ａとからなる光束分散層
１１０を設けているため、マイクロレンズ１０により集
光された入射光Ａは上記光束分散層１１０中の両光透過
層１９ａ，１９ｂの接触界面Ｆ1 での屈折により分散し
て平行光束に近い光束となる。つまり入射光Ａは受光部
３にその表面に対して垂直に近い角度で入射することと
なり、Ｐ型ウェル領域２の、受光部３下側の深部での入
射光の広がりが抑えられることとなる。これにより受光
部３に隣接するＣＣＤチャネル部への光電子の漏れ込み
が少なくなり、スミアによる雑音を低減することができ
る。
【００４５】ところでこの参考例では、光束分散層１１
０中の、２つの光透過層１９ａ，１９ｂの接触界面Ｆ1
が全面に渡って平坦な構造となっているため、上記レン
ズ層２０３のマイクロレンズ１０の屈折率が大きいもの
では、上記ウエル２の深部での入射光の広がり抑制が不
十分である場合がある。この場合上記光透過層１９ａ，
１９ｂとして屈折率の差がより大きな透明材料を用いる
必要があるが、製造プロセスや光透過性等からの制約も
あってそのような透明材料の選択は必ずしも容易ではな
い。また、上記のように２つの光透過層の接触界面を平
坦にするためには、屈折率の大きい光出射側光透過層１
９ａを構成する、光透過性の悪いシリコン窒化膜を厚く
しなければならず、この結果光束分散層での入射光の減
衰が大きくなり、受光部３の感度が低下したのと同様の
弊害が生じてしまう。
【００４６】実施例１． 次にこのような問題点を解決したものとして本発明の第
１の実施例による固体撮像装置について説明する。図３
は上記第１実施例による固体撮像装置の断面構造を示す
図、図４及び図５はそれぞれ該固体撮像装置の第１及び
第２の製造方法を説明するための断面図である。図にお
いて、１０２は本実施例の固体撮像装置で、この装置１
０２では上記光束分散層として、屈折率の異なる２つの
光透過層の接触界面Ｆ2 の、受光部上に位置する部分を
凹状に湾曲した光束分散層１２０を備えている。
【００４７】ここで上記光束分散層１２０は、素子部２
０１上に形成され、上記受光部３上に凹状球面部１２０
ａを有する光出射側光透過層２９と、該光透過層上に形
成された光入射側光透過層１９ｂとから構成されてお
り、上記光出射側光透過層２９は屈折率が２．０程度の
シリコン窒化膜から、また上記光入射側光透過層１９ｂ
は上記参考例と同様屈折率１．４〜１．５程度のシリコ
ン系樹脂から構成されている。その他の構成は上記参考
例と同一である。
【００４８】このような構成の第１の実施例では、素子
部２０１とレンズ層２０３との間に、屈折率が小さい光
入射側光透過層１９ｂと屈折率が大きい光出射側光透過
層２９とからなり、これらの層の接触界面Ｆ2 の、受光
部上の部分が凹状に湾曲した構造の光束分散層１２０を
配設したので、上記湾曲した接触界面Ｆ2 では入射光の
分散はフラットな接触界面に比べて大きく、上記レンズ
層２０３により集光された入射光Ａは、光束分散層１２
０の通過によりほぼ平行光束となって受光部３に入射す
ることとなる。
【００４９】すなわち図１２(b) に示すように、光が屈
折率の小さい物質Ｉ（屈折率ｎ1 ）から、凹状に湾曲し
た界面上の点Ｐ2 に入射して、屈折率の大きい物質II
（屈折率ｎ2 ）へ進むとき、入射角θ3 ，つまり入射点
Ｐ2 に立てた法線Ｍ2 と入射光線Ｌ1 とのなす角度は、
接触界面の平坦部での入射角θ1 （図１２(a) 参照）に
比べて大きくなり、屈折の一般式ｎ1 sin θ3 ＝ｎ2 si
n θ4 から、屈折角δb，つまり入射光線Ｌ1 と出射光
線Ｌ2 とのなす角度（θ3 −θ4 ）も、フラットな接触
界面での屈折角δa （＝θ1 −θ2 ）に比べて大きくな
る。言い換えると上記凹状に湾曲した接触界面での屈折
では、平坦な接触界面での屈折に比べて集光光束が発散
される度合いが大きく、受光部に入射する入射光はほぼ
平行光束となっている。このため半導体基板１の受光部
下側部分での入射光の広がりはほとんどなくなり、光電
荷のＣＣＤチャネル領域への漏れ込みによるスミアの発
生をほぼ完全に防止することができる効果がある。
【００５０】またこの実施例では、光出射側光透過層２
９を構成する光透過率の低いシリコン窒化膜は、上記受
光部３上の部分の膜厚が上記実施例のものに比べて薄く
なっているため、入射光の減衰量が小さくなり、受光部
３での感度が低下した場合に生ずるような弊害を回避す
ることができる。なおこのような観点からは上記シリコ
ン窒化膜の、受光部３上部分の膜厚は零にするのが望ま
しい。
【００５１】次に製造方法について説明する。この実施
例の固体撮像装置の製造方法については２つの方法があ
り、まず上記凹球面部１２０ａを有する光束分散層１２
０の形成に、サイドウォールを用いる第１の方法につい
て図４を用いて説明する。なお、上記素子部２０１の形
成工程は、上記参考例の図２(a) 及び図２(b) と同一で
あるため、ここでは省略する。
【００５２】図２(a) ，(b) に示すように素子部２０１
を形成した後、第１シリコン窒化膜２９ａをプラズマＣ
ＶＤ法等によって全面に堆積する（図４(a) ）。この時
シリコン窒化膜２９ａは、そのエッチバックによるサイ
ドウォールの形成が可能な程度の厚みに形成する必要が
あり、ここではその厚みは0.5 〜1.0 μｍ程度としてい
る。
【００５３】次に、このシリコン窒化膜２９ａに異方性
エッチングを施してエッチバックし、受光部３の周囲に
サイドウォール２９ａ1 を形成する（図４(b) ）。その
後全面に第２シリコン窒化膜２９ｂを、上記サイドウォ
ール２９ａ1 による下地表面の段差がその表面形状に反
映されるようプラズマＣＶＤ法等によって全面に堆積し
て、その受光部上の部分１２０ａが凹状に湾曲した厚さ
０．１〜１．０μｍ程度の光出射側光透過層２９を形成
する（図４(c) ）。その後は上記参考例と同様シリコン
系透明樹脂をその表面が平坦となるよう堆積して光入射
側光透過層１９ｂを形成し（図４(d) ）、続いて上記参
考例装置の製造方法と同様、上記光分散層１２０上に熱
可塑性樹脂をスピン塗布法等により塗布し、フォトリソ
グラフィー技術等を用いてパターニングしてその受光部
３上の周辺端部を除去する（図４(e) ）。
【００５４】そして最後に上記パターニングされた熱可
塑性樹脂層１０ａを所定の温度で熱リフローしてこれを
凸レンズ状に加工し、平面楕円形状のマイクロレンズ１
０を形成する。これにより上記第１実施例の固体撮像装
置１０２を完成する（図４(f) ）。
【００５５】ここで、上記受光部３の周縁部分上のサイ
ドウォール２９ａ1 をその一部が受光部３の中央部分を
被覆する程度に大きくすることにより、第２のシリコン
窒化膜２９ｂを不要とできる。
【００５６】このようにこの第１の方法では、素子部２
０１の、受光部３の周縁部分に第１シリコン窒化膜２９
ａの堆積，及びその異方性エッチングによりサイドウォ
ール２９ａ１を形成し、その上に第２シリコン窒化膜２
９ｂを下地表面の凹凸がその表面形状に反映されるよう
堆積し、その後該シリコン窒化膜２９ｂより屈折率の小
さいシリコン系透明樹脂を形成することにより、光束分
散層１２０を形成するようにしたので、凹状に湾曲した
屈折界面を各受光部に対応して有する光束分散層１２０
をエッチングマスク等を用いることなく比較的に簡単な
工程により形成することができる効果がある。
【００５７】次に、上記第１の実施例装置を製造するた
めの第２の方法として、上記凹球面部１２０ａを有する
光束分散層１２０の形成に、等方性エッチングを用いる
方法について図５を用いて説明する。なおこの方法にお
いても素子部２０１の形成工程は、上記第１実施例の図
２(a) 及び図２(b) と同一であるため、ここでは省略す
る。
【００５８】図２(a) ，(b) に示すように素子部２０１
を形成した後、上記素子部２０１上にシリコン窒化膜２
９ｃをこれができるだけ平坦となるようバイアス印加Ｅ
ＣＲプラズマＣＶＤ法等により堆積する（図５(a) ）。
【００５９】次に上記シリコン窒化膜２９ｃ上にフォト
レジスト３１を形成し、これをその開口部３１ａが上記
受光部３上に形成されるようパターニングする（図５
(b) ）。そして該フォトレジスト３１をマスクとして上
記シリコン窒化膜２９ｃに等方性エッチングを施して、
上記シリコン窒化膜２９ｃの、上記受光部３上の部分に
凹状湾曲部１２０ａを形成し、光出射側光透過層２９を
形成する（図５(c) ）。
【００６０】そして、上記フォトレジスト３１を除去し
た後、上記参考例と同様にして光入射側光透過層１９ｂ
を形成し（図５(d) ）、続いて熱可塑性樹脂１０ａのス
ピン塗布，パターニングを行い（図５(e) ）、最後に上
記パターニングされた熱可塑性樹脂層１０ａを所定の温
度で熱リフローしてこれを凸レンズ状に加工し、平面楕
円形状のマイクロレンズ１０を形成する。これにより上
記第１実施例の固体撮像装置１０２を完成する（図５
(f) ）。
【００６１】この方法では、上記サイドウォールを用い
る第１の方法に比べて、凹レンズ部の曲率を開口部の大
きさやエッチングの制御によりある程度調整することが
できる効果がある。
【００６２】このようにこの第２の方法では、素子部２
０１上にシリコン窒化膜２９ｃをその表面が平坦となる
よう堆積した後、該窒化膜２９ｃに、耐エッチングマス
クを用いた等方性エッチングを施して、該窒化膜２９ｃ
の、受光部上の部分に凹状湾曲部１２０ａを形成し、上
記耐エッチングマスクの除去後、上記シリコン窒化膜上
に、これより屈折率の小さいシリコン系透明樹脂１９ｂ
を堆積することにより、光束分散層１２０を形成するよ
うにしたので、上記光束分散層１２０の凹状に湾曲した
接触界面の曲率や大きさを、上記耐エッチングマスクの
開口パターンやエッチング条件等の変更により簡単に調
整することができる効果がある。
【００６３】なお、この第１の実施例では、上記光出射
側光透過層１９ａとして屈折率が約２．０のシリコン窒
化膜を、また光入射側光透過層１９ｂとして屈折率が
１．４〜１．５程度の透明樹脂を用いているが、上記両
光透過層の構成材料はこれに限るものではない。
【００６４】実施例１の変形例． 図６は上記第１の実施例の変形例に係る固体撮像装置の
製造方法を説明するための図であり、図において１０２
ａはこの変形例に係る固体撮像装置で、この装置１０２
ａでは、光束分散層１２０を、屈折率が１．５前後の透
明絶縁膜からなる光出射側光透過層２９ｄと、屈折率が
１．３前後のフッソ系樹脂からなる光入射側光透過層１
９ｃとから構成している。ここでは上記透明絶縁膜２９
ｄには、例えばＳＯＧ（Spin On Glass)用材料，ＢＰＳ
Ｇ(Boron-doped Phospho-Silicate Glass)等のＳｉＯ2
系材料やＰＭＭＡ(Poly-Methyl-Meta-Acrylate) ，ＰＧ
ＭＡ(Poly-Glicydyl-Meta-Acrylate) 等のポリマーであ
って屈折率が１．５前後のものを用いている。その他の
点は上記第１の実施例装置と全く同一である。
【００６５】次に製造方法について説明する。図２(a)
，(b) に示すように素子部２０１を形成した後、受光
部３とその周辺のアルミ遮光膜８及び第２ポリシリコン
７ｂ（図１４(b) 参照）との間に段差が形成されている
状態で、透明樹脂膜２９ｄ1 を下地表面の段差形状がそ
の表面形状に反映されるようにプラズマＣＶＤ，スピン
塗布法等により積層し（図６(a)）、熱リフローにより
その受光部上の平面略正方形形状の凹状部分１２０ａを
所望の凹状球面形状として、光出射側光透過層２９ｄを
形成する（図６(b) ）。
【００６６】次に上記光出射側光透過層２９ｄ上に屈折
率が１．３前後のフッ素系樹脂をスピン塗布法等によ
り、その表面が充分平坦となるよう厚く塗布して、光入
射側光透過層１９ｃを形成する（図６(c) ）。
【００６７】その後は上記第１実施例の各方法と同様、
熱可塑性樹脂のスピン塗布，パターニングを行い（図６
(d) ）、上記パターニングされた熱可塑性樹脂層１０ａ
を所定の温度で熱リフローしてこれを凸レンズ状に加工
し、マイクロレンズ１０を形成する。これにより上記第
１実施例の固体撮像装置１０２ａを完成する（図６(e)
）。
【００６８】このように第１実施例の変形例では、素子
部２０１上に透明絶縁膜２９ｄ1 を下地表面の凹凸形状
がその表面形状に反映されるよう堆積した後、該透明絶
縁膜２９ｄ1 の熱リフローによりその受光部上の凹状部
分１２０ａを所定の凹状湾曲形状として光出射側光透過
層２９ｄを形成し、その上に上記透明絶縁膜２９ｄ1よ
り屈折率の小さいフッソ系透明樹脂（光入射側光透過
層）１９ｃを形成することにより、光束分散層１２０を
形成するようにしたので、凹状に湾曲した凹レンズ部１
２０ａを各受光部に対応して有する光束分散層１２０を
サイドウォールやエッチングマスク層を用いることな
く、比較的に簡単な工程により形成することができる効
果がある。
【００６９】実施例２． 図７は本発明の第２の実施例による固体撮像装置を示す
断面図であり、図において、１０３は本実施例の固体撮
像装置で、その光束分散層１３０は、光出射側光透過層
３９ａと、上記光透過層３９ａ上全面に形成された、そ
の表面が平坦な中間光透過層３９ｂと、その上に形成さ
れたその表面が平坦な光入射側光透過層３９ｃとから構
成されており、ここでは光出射側光透過層３９ａは素子
部２０１上に形成された、その表面が平坦な光透過層３
９ａ１と、該膜３９ａ１上の、受光部３上に位置する部
分に配設された、ＣＣＤ転送方向をその短軸方向とする
平面楕円形状の補助凸レンズ１１から構成されている。
【００７０】ここで上記各光透過層３９ａ１，３９ｃ及
び補助凸レンズ１１は屈折率が１．５程度のポリマーか
ら構成されており、また中間光透過層３９ｂは屈折率が
１．９程度のシリコン窒化膜から構成されている。また
レンズ層２０３を構成するマイクロレンズ１０も屈折率
１．５程度のポリマーで構成されている。その他の構成
は上記参考例の固体撮像装置１０１と同一である。
【００７１】なお図中、Ｆ3aは上記補助凸レンズ１１と
中間光透過層３９ｂとの凸状に湾曲した接触界面を、Ｆ
3bは上記中間光透過層３９ｂと光入射側光透過層３９ｃ
とのフラットな接触界面を示しており、またｎ39a1，ｎ
39b ，ｎ39c は上記各光透過層３９ａ1 ，３９ｂ，３９
ｃの屈折率、ｎ11は補助凸レンズ１１の屈折率を示して
いる。
【００７２】次に製造方法について説明する。上記素子
部２０１の形成を上記参考例と同様図２(a) ，図２(b)
に示すように行った後、上記素子部２０１上に、例えば
ＳＯＧ等の酸化膜あるいはＰＭＭＡ，ＰＧＭＡ等のポリ
マーを、その表面が平坦になるようスピン塗布して、屈
折率１．５前後の平坦な光透過層３９ａ１を形成する
（図８(a) ）。
【００７３】次に上記光透過層３９ａ1 上に、例えば東
京応化株式会社製ＯＦＰＲ−８００，ＯＤＵＲ−１０１
０，ＯＥＢＲ−１００，１０００等の熱可塑性樹脂をス
ピン塗布法等により塗布し、フォトリソグラフィ技術等
を用いて受光部３上の周辺端部を除去する（図８(b)
）。
【００７４】続いて所定の温度で熱リフロー処理を行っ
て上記パターニングされた熱可塑性樹脂層１１ａを変形
させて上記補助凸レンズ１１をして光出射側光透過層３
９ａを形成する（図８(c) ）。ここで処理温度は例え
ば、上記熱可塑性樹脂としてＯＦＰＲ−８００を用いた
場合なら、１５０℃前後とする。
【００７５】次にバイアス印加ＥＣＲ型プラズマＣＶＤ
法により、上記熱リフロー温度以下でシリコン窒化膜を
上記光出射側光透過層３９ａ上全面に堆積して、その表
面が平坦な中間光透過層３９ｂを形成し、続いてこの中
間光透過層３９ｂ上に、上記光透過層３９ａ1 と同様、
酸化膜あるいはポリマーをスピン塗布して、屈折率１．
５前後の光入射側光透過層３９ｃを形成する（図８(d)
）。
【００７６】その後熱可塑性樹脂の塗布及びパターニン
グを上記補助凸レンズ１１の形成工程と同様に行い（図
８(e) ）、所定の温度で熱リフロー処理を施して平面楕
円形状のマイクロレンズ１０を形成し、固体撮像装置１
０３を完成する（図８(f) ）。
【００７７】次に作用効果について説明する。このよう
な構成の第２の実施例装置では、上記光束分散層１３０
を、屈折率の小さい光入射側と光透過層３９ｃと、平坦
な光透過層３９ａ１，及び補助レンズ１１からなる光出
射側光透過層３９ａと、これらの間に介在する屈折率の
大きい中間光透過層３９ｂとから構成し、光入射側光透
過層３９ｃと中間光透過層３９ｂとの接触界面を全面フ
ラットな形状とし、また中間光透過層３９ｂと光出射側
光透過層３９ａとの接触界面の、各受光部上の部分を凸
状に湾曲した凸レンズ形状としたので、レンズ層２０３
により集光された入射光は上記フラットな接触界面Ｆ3b
と、凸状に湾曲した接触界面Ｆ3aとでそれぞれ屈折して
分散されることとなる。
【００７８】すなわち、上記フラットな接触界面Ｆ3bで
は、図１２(a) に示すように入射光は屈折率の小さい物
質Ｉから入射して、屈折率の大きい物質II中に進むこと
となり、集光光束はその界面通過後、より平行光束に近
い光束となる。また湾曲した接触界面Ｆ3aでは、図１２
(c) に示すように入射光は屈折率の大きい物質III （屈
折率ｎ3 ）から入射して、屈折率の小さい物質IV（屈折
率ｎ4）中に進むこととなる。この時、入射点Ｐ3 に立
てた法線Ｍ3 と入射光線Ｌ1 とのなす角度を入射角θ5
、法線Ｍ3 と出射光線Ｌ2 とのなす角度を出射角θ6
、入射光線Ｌ1 と出射光線Ｌ2 とがなす角度を屈折角
δc とすると、屈折の一般式ｎ3 sin θ5 ＝ｎ4 sin θ
6 から、この場合ｎ3 ＞ｎ4 であるので、θ5 ＜θ6 と
なり、屈折角δc はθ6 −θ5となる。言い換えると、
上記凸状に湾曲した接触界面での屈折では、入射光Ａは
その界面通過後やはり、より平行光束に近い光束とな
る。このため受光部下側の基板部分での入射光の広がり
はほとんどなく、上記と同様スミアの発生をほとんど防
止することができる効果がある。
【００７９】また上記表面が平坦な光入射側及び光出射
側の光透過層３９ｃ，３９ａ1 は、光路長をかせいで屈
折光がより多く受光部に到達するためのもので、これら
の光路長の調整可能な光透過層を用いることにより、マ
イクロレンズ１０や補助凸レンズ１１を、曲率等につい
て固体撮像装置の仕様上からの制約を受けることなく、
製造プロセス上最も高精度に形成可能な形状にすること
ができる。但しこれらの層がなくても本発明の、スミア
低減という基本的な効果は変わらない。
【００８０】実施例２の変形例． 図９は、上記第２実施例の変形例による固体撮像装置を
示す断面図であり、図において、１０３ａは本変形例の
固体撮像装置で、その光束分散層１３０ａは、光出射側
光透過層３９ａと、上記光透過層３９ａ上全面に、下地
表面の凹凸形状がその表面形状に反映されるよう形成さ
れた光入射側光透過層３９ｄとから構成されている。従
ってここではレンズ層２０３は上記光入射側光透過層３
９ｄの表面の凸状部分から構成されており、また光出射
側光透過層３９ａは、素子部２０１上に形成された、そ
の表面が平坦な光透過層３９ａ１と、該膜３９ａ１上
の、受光部３上に位置する部分に配設された補助凸レン
ズ１１とから構成されている。
【００８１】ここで上記光透過層３９ａ１及び補助凸レ
ンズ１１は屈折率が１．５程度のポリマーから構成され
ており、また光入射側光透過層３９ｄは屈折率が１．９
程度のシリコン窒化膜から構成されている。その他の点
は上記第２実施例と同一である。なお図中、Ｆ3aは上記
補助凸レンズ１１と光入射側光透過層３９ｄとの湾曲し
た接触界面であり、ｎ39d は上記光透過層３９ｄの屈折
率を示している。
【００８２】次に製造方法について説明する。上記第２
の実施例装置の製造方法で説明したように、上記素子部
２０１を形成した後、その表面が平坦な光透過層３９ａ
１の形成（図１０(a) ）及び補助凸レンズ１１の形成
（図１０(b) ，(c) ）を順次行い、ＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄによりシリコン窒化膜を、下地表面の凹凸形状がその
表面形状に反映されるよう上記熱リフロー温度以下で堆
積して、光束分散層１３０ａ及びレンズ層２０３を形成
する。これにより第２実施例の変形例に係る固体撮像装
置１０３ａを形成する（図１０(d) ）。
【００８３】このような構成の第２実施例の変形例で
は、光束分散層１３０ａを、屈折率の大きい光入射側光
透過層３９ｄと、屈折率の小さい平坦な光透過層３９ａ
１及び補助レンズ１１からなる光出射側光透過層３９ａ
とから構成し、上記両光透過層の接触界面の、上記受光
部上の部分Ｆ3aを凸状に湾曲した凸レンズ形状としたの
で、レンズ層２０３により集光された入射光は、図１２
(c) を用いて説明したように、上記凸状に湾曲した接触
界面Ｆ3aでの屈折により分散されることとなる。これに
より受光部下側の基板部分での入射光の広がりを抑え
て、スミアの発生を低減することができる効果がある。
【００８４】また熱可塑性樹脂からなる光出射側光透過
層３９ａ上の、上記複数の受光部３に対応する各領域に
それぞれ補助凸レンズ１１を形成した後、上記熱可塑性
樹脂より屈折率が大きいシリコン窒化膜を、下地表面の
凹凸形状がその表面形状に反映されるよう、かつ熱フロ
ー温度よりも低温で堆積して、光束分散層１３０ａ及び
レンズ層２０３を形成するようにしたので、上記補助凸
レンズ１１上の平坦化膜の形成とレンズ層２０３との形
成を１つの工程で行うことができ、製造プロセスを簡略
化できる効果がある。
【００８５】参考例２． 図１１は本発明の第２の参考例による固体撮像装置を説
明するための断面図であり、図１１(a) は素子部に光束
分散層及びレンズ層を取り付ける様子を、また図１１
(b) は固体撮像装置の完成状態を示している。
【００８６】図において、１０４は本参考例の固体撮像
装置で、ここでは光束分散層として、素子部２０１上に
貼り付けられた凹レンズアレイ膜１４０を用い、レンズ
層として、該凹レンズアレイ膜上に貼り付けられた凸レ
ンズアレイ膜１５０を用いている。
【００８７】ここで上記凹レンズアレイ膜１４０は、上
記受光部３の２次元アレイと同一ピッチで配列された複
数の凹レンズ部１４１からなり、上記凸レンズアレイ膜
１５０は、受光部の２次元アレイと同一ピッチで配列さ
れた複数の凸レンズ部１５１からなっており、上記各レ
ンズ部の平面形状はＣＣＤの転送方向を短軸方向とする
平面楕円形状となっている。また各レンズアレイ膜は素
子部２０１とは全く別に製造されたもので、固体撮像装
置の用途等に合わせてそのレンズ部の曲率を異ならせた
いくつかの種類のものが用意されている。
【００８８】その製造方法は、上記半導体基板上に素子
部２０１を形成した後、全面に平坦化膜９を形成し（図
１１(a) ）、その後凹レンズ部１４１が所定の曲率を持
つ凹レンズアレイ膜１４０を接着材により貼り付け、さ
らにその上に凸レンズ部１５１が所定の曲率を持つ凸レ
ンズアレイ膜１５０を貼り付けて、上記固体撮像装置１
０４を完成する（図１１(b) ）。
【００８９】このような構成の本参考例では、レンズ層
としての凸レンズアレイ膜１５０で集光された入射光
が、光束分散層としての凹レンズアレイ膜１４０での屈
折により分散されることとなる。これにより受光部下側
の基板部分での入射光の広がりを抑えて、スミアの発生
を低減することができる効果がある。
【００９０】また素子部２０１を形成し、その表面を平
坦化した後は、既成のレンズアレイ膜を貼り付けるだけ
で固体撮像装置を完成することができ、レンズ層の曲率
を製造プロセス上の制約を受けることなく自由に選択す
ることができる。またこのため素子部の機能が異なる固
体撮像装置を何種類も製造する場合には、各素子部につ
いての、レンズ層や光束分散層を形成するプロセスを大
幅に時間短縮することができる。
【００９１】
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る固体撮像装
置によれば、固体撮像装置のレンズ層と素子部との間に
光束分散層が配置され、該光束分散層は、光入射側に光
入射側光透過層を、光出射側に該光入射側の光透過層よ
り屈折率の大きい光出射側光透過層を有し、上記光入射
側光透過層と光出射側光透過層とが形成する接触界面
は、上記受光部上に位置する部分が凹状に湾曲した凹レ
ンズ形状を有しているため、上記レンズ層により集光さ
れた集光光束を平行光束に近い光束となって受光部に入
射することとなり、これにより半導体基板の受光部下側
部分での入射光の広がりはほとんどなくなり、光電荷の
ＣＣＤチャネル領域への漏れ込みによるスミアの発生を
ほぼ完全に防止することができる効果がある。
【００９２】またこの発明によれば上記固体撮像装置に
おいて、上記光出射側光透過層はシリコン窒化膜からな
るため、屈折率が光入射側光透過層より大きくなること
となり、これにより上記光束分散層のレンズ効果が一層
効果的になり、上記と同様スミアの発生をほとんど防止
することができる効果がある。
【００９３】またこの発明に係る固体撮像装置によれ
ば、固体撮像装置のレンズ層と素子部との間に光束分散
層が配置され、該光束分散層は、屈折率の小さい光入射
側光透過層と、屈折率の小さい光出射側光透過層と、該
両光透過層間にこれらの層と接触して介在する屈折率の
大きい中間光透過層とを有し、上記光入射側光透過層と
中間光透過層との接触界面は全面に渡ってフラットな形
状となっており、上記中間光透過層と光出射側光透過層
との接触界面はその受光部上の部分が凸状に湾曲した凸
レンズ形状としたため、レンズ層により集光された入射
光は上記フラットな接触界面と、凸状に湾曲した接触界
面とでそれぞれ屈折して分散されることとなり、これに
より半導体基板の受光部下側部分での入射光の広がりは
ほとんどなくなり、光電荷のＣＣＤチャネル領域への漏
れ込みによるスミアの発生をほぼ完全に防止することが
できる効果がある。
【００９４】
【００９５】
【００９６】この発明に係る固体撮像装置の製造方法に
よれば、複数の受光部及び電荷転送部を作り込んだ半導
体基板上の、受光部の周縁部分に第１の透明絶縁膜の塗
布及び異方性エッチングによりサイドウォールを形成
し、該サイドウォールを利用して、その受光部上の部分
が凹状に湾曲した第２の透明絶縁膜を形成し、該透明絶
縁膜上にこれより屈折率の小さい第３の透明絶縁膜を形
成することにより、光束分散層を形成するようにしたの
で、凹状に湾曲した屈折界面を各受光部に対応して有す
る光束分散層をエッチングマスク等を用いることなく比
較的に簡単な工程により形成することができる効果があ
る。
【００９７】この発明に係る固体撮像装置の製造方法に
よれば、複数の受光部及び電荷転送部を作り込んだ半導
体基板上全面に第１の透明絶縁膜をその表面が平坦とな
るよう堆積した後、該第１の透明絶縁膜に、耐エッチン
グマスクを用いた等方性エッチングを施して、該透明絶
縁膜の、受光部上の部分に凹状湾曲面を形成し、上記耐
エッチングマスクの除去後、上記第１の透明絶縁膜上
に、これより屈折率の小さい第２の透明絶縁膜を堆積す
ることにより光束分散層を形成するようにしたので、上
記光束分散層の凹状に湾曲した屈折界面の曲率や大きさ
を耐エッチングマスクの開口パターンやエッチング条件
等の変更により簡単に調整することができる効果があ
る。
【００９８】この発明に係る固体撮像装置の製造方法に
よれば、複数の受光部及び電荷転送部を作り込んだ半導
体基板上全面に第１の熱可塑性透明樹脂膜を下地表面の
凹凸形状がその表面形状に反映されるよう堆積した後、
該第１の透明樹脂膜をリフローしてその受光部上の部分
を所定の凹状湾曲形状とし、その上に上記透明樹脂膜よ
り屈折率の小さい第２の透明樹脂膜を形成することによ
り、光束分散層を形成するようにしたので、凹状に湾曲
した屈折界面を各受光部に対応して有する光束分散層を
サイドウォールやエッチングマスク層を用いることな
く、比較的に簡単な工程により形成することができる効
果がある。
【００９９】この発明に係る固体撮像装置の製造方法に
よれば、複数の受光部及び電荷転送部を作り込んだ半導
体基板上の平坦な第１の透明絶縁膜上に、熱可塑性透明
樹脂のパターニング及び熱リフローを行って、上記第１
の透明絶縁膜上の、上記複数の受光部に対応する各領域
にそれぞれ凸レンズを形成し、その後全面に上記熱可塑
性樹脂より屈折率が大きい透明な材料を上記熱リフロー
温度よりも低温でその表面が平坦となるよう堆積して第
２の透明絶縁膜を形成し、その後第２の透明絶縁膜上に
これより屈折率の小さい第３の透明絶縁膜を形成するこ
とにより、光束分散層を形成するようにしたので、上記
第１の透明絶縁膜上の凸レンズはプロセス上最も形成し
易い形状とし、集光光束の集束角度や光路長の微調整を
第２，第３の透明絶縁膜の膜厚の調整により簡単に行う
ことができる効果がある。
【０１００】この発明によれば上記固体撮像装置の製造
方法において、第１の透明絶縁膜上の、上記複数の受光
部に対応する各領域にそれぞれ補助凸レンズを形成した
後、上記熱可塑性樹脂より屈折率が大きい透明材料を、
下地表面の凹凸形状がその表面形状に反映されるよう、
かつ熱リフロー温度よりも低温で堆積することにより、
光束分散層及びレンズ層を形成するようにしたので、上
記補助凸レンズ上の平坦化膜の形成とレンズ層の形成と
を１つの工程で行うことができ、製造プロセスを簡略化
できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の参考例による固体撮像装置の
構造を示す断面図である。
【図２】上記固体撮像装置の製造方法を主要工程別に説
明するための断面図である。
【図３】この発明の第１の実施例による固体撮像装置の
構造を示す断面図である。
【図４】上記第１実施例装置の製造方法として光束分散
層の形成にサイドウォールを用いる方法を説明するため
の図である。
【図５】上記第１実施例装置の製造方法として光束分散
層の形成に等方性エッチングを用いる方法を説明するた
めの図である。
【図６】上記第１実施例の変形例による固体撮像装置の
製造方法を主要工程別に説明するための断面図である。
【図７】この発明の第２の実施例による固体撮像装置の
構造を示す断面図である。
【図８】この第２実施例の固体撮像装置を製造する方法
を主要工程別に説明する断面図である。
【図９】上記第２実施例の変形例による固体撮像装置の
構造を示す断面図である。
【図１０】上記第２実施例の変形例の固体撮像装置を製
造する方法を主要工程別に説明する断面図である。
【図１１】本発明の第２の参考例による固体撮像装置の
構造を示す断面図である。
【図１２】屈折率の異なる物質の界面で光路が屈折する
様子を示す図である。
【図１３】従来の固体撮像装置における基板上での拡散
領域等のレイアウトを示す平面図である。
【図１４】従来の固体撮像装置の断面構造を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ Ｎ型シリコン基板 ２ Ｐ型ウェル領域 ３ 受光部 ４ Ｎ型ＣＣＤチャネル領域 ５ Ｐ型チャネル分離領域 ６ ゲート絶縁膜 ７ａ 第１ポリシリコン膜 ７ｂ 第２ポリシリコン膜 ８ アルミ遮光膜 １０ マイクロレンズ １１ 補助凸レンズ １９ａ，２９，２９ｄ，３９ａ 光出射側光透過層 １９ｂ，１９ｃ，３９ｃ，３９ｄ 光入射側光透過層 ３９ｂ 中間光透過層 １０１，１０２，１０２ａ，１０３，１０３ａ，１０４
固体撮像装置 １１０，１２０，１３０，１３０ａ 光束分散層 １４０ 凹レンズアレイ膜 １５０ 凸レンズアレイ膜 ２０１ 素子部 ２０３ レンズ層 Ａ 入射光 Ｅ0 受光部の直下で発生する光電子 Ｅ1 受光部端で発生する光電子 Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3a，Ｆ3b 接触界面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−283572（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−199874（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−75384（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−257261（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 27/14

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入射光を受け光電荷を発生する複数の受
    光部、及び各受光部で発生した光電荷を転送する転送部
    を半導体基板上に作り込んでなる素子部と、上記素子部
    上に設けられ、入射光の上記受光部への集光が各受光部
    に対応する領域毎に行われるよう構成したレンズ層とを
    備えた固体撮像装置において、 上記レンズ層と素子部との間に光束分散層が配置され、
    該光束分散層は、光入射側に光入射側光透過層を、光出
    射側に該光入射側光透過層より屈折率の大きい光出射側
    光透過層を有し、上記光入射側光透過層と光出射側光透
    過層とが形成する接触界面は、上記受光部上に位置する
    部分が凹状に湾曲した凹レンズ形状を有し、上記レンズ
    層により集光された集光光束を平行光束に近い光束とな
    るように分散する構成となっていることを特徴とする固
    体撮像装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の固体撮像装置において、上記光出射側光透過層はシリコン窒化膜からなる ことを
    特徴とする固体撮像装置。
  3. 【請求項３】 入射光を受け光電荷を発生する複数の受
    光部、及び各受光部で発生した光電荷を転送する転送部
    を半導体基板上に作り込んでなる素子部と、上記素子部
    上に設けられ、入射光の上記受光部への集光が各受光部
    に対応する領域毎に行われるように構成したレンズ層と
    を備えた固体撮像装置において、 上記レンズ層と素子部との間に光束分散層が配置され、
    該光束分散層は、屈折率の小さい光入射側光透過層と、
    屈折率の小さい光出射側光透過層と、該両光透過層間に
    これらの層と接触して介在する屈折率の大きい中間光透
    過層とを有し、上記光入射側光透過層と中間光透過層と
    の接触界面は全面に渡ってフラットな形状となってお
    り、上記中間光透過層と光出射側光透過層との接触界面
    はその受光部上の部分が凸状に湾曲した凸レンズ形状と
    なっている ことを特徴とする固体撮像装置。
  4. 【請求項４】 複数の受光部、及び各受光部で発生した
    光電荷を転送する転送部を作り込んだ半導体基板上全面
    に第１の透明絶縁膜を堆積する第１の工程と、 該第１の透明絶縁膜を異方性エッチングして、上記半導
    体基板上の、受光部の 周縁部分にサイドウォールを形成
    する第２の工程と、 上記半導体基板全面に、上記第１の透明絶縁膜と同一の
    屈折率を持つ第２の透明絶縁膜を下地表面の凸凹形状が
    その表面形状に反映されるよう形成する第３の工程と、 上記第２の透明絶縁膜上に、該絶縁膜より屈折率の小さ
    い第３の透明絶縁膜をその表面が平坦となるよう形成す
    る第４の工程と、 上記第３の透明絶縁膜上の、上記複数の受光部に対応す
    る各領域にそれぞれ、この絶縁膜と屈折率が同一の材料
    からなる凸レンズを形成する第５の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。
  5. 【請求項５】 複数の受光部、及び各受光部で発生した
    光電荷を転送する転送部を作り込んだ半導体基板上全面
    に第１の透明絶縁膜をその表面が平坦になるよう堆積す
    る第１の工程と、 上記第１の透明絶縁膜上に、上記受光部に対応する部位
    に開口を有する耐エッチング性膜を形成する第２の工程
    と、 上記耐エッチング性膜をマスクとして第１の透明絶縁膜
    に等方性エッチングを施して、該透明絶縁膜の、各受光
    部上の部分に凹状湾曲面を形成する第３の工程と、 上記耐エッチング性膜を除去した後、上記第１の透明絶
    縁膜上に、該絶縁膜より屈折率が小さい第２の透明絶縁
    膜をその表面が平坦となるよう堆積する第４の工程と、 上記第２の透明絶縁膜上の、上記複数の受光部に対応す
    る各領域にそれぞれ、この絶縁膜と屈折率が同一の材料
    からなる凸レンズを形成する第５の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。
  6. 【請求項６】 複数の受光部、及び各受光部で発生した
    光電荷を転送する転送部を作り込んだ半導体基板上全面
    に第１の熱可塑性透明樹脂膜を、下地表面の凸凹形状が
    その表面形状に反映されるよう堆積する第１の工程と、 上記第１の熱可塑性透明樹脂膜をリフローしてその受光
    部上の部分に凹状湾曲面を形成する第２の工程と、 上記第１の熱可塑性透明樹脂膜上に該樹脂膜より屈折率
    の小さい第２の透明樹 脂膜をその表面が平坦になるよう
    形成する第３の工程と、 上記第２の透明樹脂膜上の、上記複数の受光部に対応す
    る各領域にそれぞれ、この樹脂膜と屈折率が同一の材料
    からなる凸レンズを形成する第４の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。
  7. 【請求項７】 複数の受光部、及び各受光部で発生した
    光電荷を転送する転送部を作り込んだ半導体基板上全面
    に第１の透明絶縁膜をその表面が平坦になるよう堆積す
    る第１の工程と、 上記第１の透明絶縁膜上に、屈折率がこれと同一の熱可
    塑性透明樹脂を形成し、該熱可塑性透明樹脂のパターニ
    ング及び熱リフローを行って、上記第１の透明絶縁膜上
    の、上記複数の受光部に対応する各領域にそれぞれ凸レ
    ンズを形成する第２の工程と、 その後全面に上記熱可塑性樹脂より屈折率が大きい透明
    な材料を上記熱リフロー温度よりも低温で、その表面が
    平坦になるよう堆積して第２の透明絶縁膜を形成する第
    ３の工程と、 上記第２の透明絶縁膜上にこの絶縁膜より屈折率の小さ
    い第３の透明絶縁膜を形成し、その後第３の透明絶縁膜
    上の、上記複数の受光部に対応する各領域にそれぞれ、
    この絶縁膜と屈折率が同一の材料からなる凸レンズを形
    成する第４の工程とを含む ことを特徴とする固体撮像装
    置の製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の固体撮像装置の製造方法
    において、 上記第３及び第４の工程に代えて、 上記熱可塑性透明樹脂より屈折率が大きい光透過膜を、
    熱リフロー温度よりも低温で下地表面の凹凸形状がその
    表面形状に反映されるよう、堆積する第５の工程を含む
    ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
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