JPH03183165A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、受光部の上面に集光用のマイクロレンズが
形成されたＣＣＤなとの固体撮像素子に関する。

【従来の技術］ ＣＣＤなとの固体Ｉ検素子では、チップサイズの小型化
及び多画素化に伴い、これに形成される画素としての受
光部の面積も縮小化されるようになってきた。そのため
、各受光部での受光量が減少し、感度（出力／入射光量
）が低下する問題が派生している。

これを解決するため、画素となる各受光部の上面に、ア
クリル等の樹脂でマイクロレンズを形成した固体撮像素
子が提案されている。マイクロレンズで入射光量が集光
されるので、受光部における実効的な受光面積が増え、
感度の低下を補うことができる。

第３図はこのようなマイクロレンズによって感度の向上
を図ったカラー固体撮像素子６０の一例を示す要部断面
図であって、半導体基板１２はＰ形、受光部１４はＮ形
である。

１６は電荷の転送部、１８．２０は転送電極、２２は絶
縁層である。２４は遮光メタルである。

２６は平坦化層、４０　（４０Ｒ，４０Ｇ、４０Ｂ）は
カラーフィルタである。３０はカラーフィルタ４０の保
護層である。

この保護層３０の上面で、かつ受光部１４と対峙する位
置にマイクロレンズ２８が形成される。

このマイクロレンズ２８は、マイクロレンズの基となる
アクリル等の樹脂層がエツチング処理されたのち、熱処
理によるアクリル等の樹脂層のダレを利用して形成され
る。

マイクロレンズ２８は鯛々の受光部１４ごとに形成する
こともできれば、列単位若しくは行単位の受光部ごとに
マイクロレンズ２８を形成してもよい。

［発明が解決しようとする課題］ このように受光部の上面にマイクロレンズを形成すれば
、その針入射光量を集光させることができるので、感度
を改善できる。

ところが、この構成においても固体撮像素子に入射する
外光の全てを有効に利用しているとは言い難い。

それは、第３図に示すように受光部１４に対峙するよう
にして形成されたマイクロレンズ２８の相互間は互いに
独立しており、ｄという間隙を隔てて形成されている。

したがって、この間隙ｄに入射した外光は全く利用する
ことができず、半導体基板１２内に吸収されてしまう。

間隙ｄが生ずるのは、マイクロレンズ２８の基となるア
クリル等の樹脂層をエツチング処理し、その後熱処理に
よるアクリル等の樹脂層の熱ダレを利用してマイクロレ
ンズが形成される関係で、アクリル等の樹脂層を互いに
独立したランド状に形成する必要があるからである。

そこで、この発明ではこのような従来の課題を構成簡単
に解決したものであって、閏Ｆ！ｄのないマイクロレン
ズを有した固体撮像素子を提案するものである。

［課題を解決するための手段］ 上述した課題を解決するため、この発明においては、受
光部ごとに若しくは受光部群ごとにマイクロレンズを形
成して、外光を受光部に集光させるようにした固体撮像
素子において、 上記受光部台しくは受光部群の上面に形成される上記マ
イクロレンズの周縁部が、隣接するマイクロレンズの周
縁部と互いに連続するように上記マイクロレンズが形成
されてなることを特徴とするものである。

［作　用］ 受光部に対峙して形成されるマイクロレンズ２８は、夫
々のマイクロレンズ２８の周縁部２８ａがこれと隣接す
るマイクロレンズ２８の周縁部２８ａと互いに連続する
ようにマイクロレンズ２８が形成される。

したがって、間隙ｄはなくなる。

そうすると、マイクロレンズ２８の周縁部２８ａに入射
した外光までも受光部１４に取り込むことができる。

［実　施　例］ 続いて、この発明に係る固体撮像素子の一例を、上述し
たカラー固体撮像素子に適用した場合につき、第１図以
下を参照して詳細に説明する。固体撮像素子としてはＣ
ＣＤを例示する。撮像素子は一次元構成でも、二次元構
成でも共に適用できる。

第１図はカラー固体撮像素子の一例である。

このカラー固体撮像素子６０において、半導体基板１２
は上述したと同じくＰ形、受光部１４はＮ形である。受
光部１４．１４間に挟まれた電荷転送部１６の半導体基
板１２上には、図のように２Ｎの転送電極１８．２０が
Ｓ　＋　０２などの絶縁層２２を介して形成されている
。

そして、この転送電極２０の上面には遮光メタル２４が
被着形成され、電荷転送１７ｆ１１６に外光が入射しな
いようになされている。

遮光メタル２４の上面及び受光部１４の上面は夫々アク
リル樹脂などを使用した平坦化層２６が塗布されて、そ
の表面が平坦化される。そして、カラー化するために、
この平坦化層２６の上面に、図のようなカラーフィルタ
４０　（４０Ｒ，４０Ｇ。

４０Ｂ）が形成されている。カラーフィルタ４０Ｒ，４
０Ｇ、４０Ｂは夫々受光部１４と対峙するように形成さ
れ、したがって夫々の受光部１４にはＲ，Ｇ、Ｂ　（赤
、緑、青）の単色光が入射する。

カラーフィルタ４０Ｒ，４０Ｇ、４０Ｂはゼラチン、カ
ゼインなどを染料で染めて形成することができる。

ざらに、カラーフィルタ４０Ｒ，４０Ｇ、４０Ｂを保護
し、且つレンズ層を固定するために、保護層３０が形成
される。この保護層３０の上面で、受光部１４と対向す
る位置にマイクロレンズ２８が形成される。

保護層３０は、マイクロレンズ２８を形成する前に、硬
化処理を施しておく。すなわち、保護層３０として紫外
線あるいは遠紫外線用レジストを使用する場合は、紫外
線あるいは遠紫外線を照射し、また熱硬化型樹脂を使用
する場合は、加熱、硬化処理を施しておく。

この硬化処理によって、マイクロレンズ２８を形成する
処理工程で加熱処理が加わっても、保護層３０は熱変形
しないから、良好な形状のマイクロレンズ２８を形成す
ることができる。

マイクロレンズ２８は個々の受光部１４ごとに形成する
こともできれば、列単位若しくは行単位の受光部ごとに
マイクロレンズ２８を形成してもよい。

マイクロレンズ２８の夫々は、夫々の周縁部２８ａが互
いに連続するようにマイクロレンズ２８が形成される。

夫々の周縁部２８ａが互いに連続するごとによって、第
１図に示したように周縁部２８ａに入射した外光も受光
部１４に導くことができるから、第３図構成の場合より
も入射光量が増える。したがって、その分感度が向上す
る。

マイクロレンズ２８は、紫外線あるいは遠紫外線用の透
明なネガ型感光性樹脂が使用される。この感光性樹脂を
透明樹脂層５２（後述する）として使用する。この透明
樹脂層５２は、紫外線あるいは遠紫外線を照射する前は
、加熱処理によって熱変形を受けるので、当初の形状が
層状でも、これが球状ないしはカマボコ状に変形する。

熱変形後紫外線あるいは遠紫外線を照射してマイクロレ
ンズ２８を硬化させる。

続いて、この発明に係るカラー固体撮像素子の製法の一
例を第２図に示す。マイクロレンズ２８は受光部１４ご
とに形成するようにした場合を例示する。

まず、シリコンなどのＰ型半導体基板１２の所定位置、
からＮ型不純物をドープして受光部１４が形成される。

そして、半導体基板１２の上面には第１図で示した転送
電極１８．２０、遮光メタル２４、平坦化層２６などが
、周知の手法で順次形成される。

平坦化層２６は、アクリル樹脂の他に、ポリイミド樹脂
、イソシアネート樹脂、ウレタン樹脂などを使用するこ
とができる。本例では、アクリル樹脂’ＦＶＲ−１０Ｊ
　　（富士薬品（株）製）を使用している。この平坦化
層２６は、その厚みが例えば５．０ｕｍとなるようにス
ピンコード法などによって塗布される。その上に、カラ
ーフィルタ４０Ｒ，４０Ｇ、４０Ｂを形成した後、保護
層３０を塗布し、硬化処理を施す。これらの層をまとめ
て固定層５０として示す（第２図Ａ）。

この固定層５０の上面に、アクリル等の透明樹脂、また
は、紫外線あるいは遠紫外線用のレジスト層（感光性４
Ｍｌｌ１）、、本例では遠紫外線用ネガ型レジスト層５
２がスピンコード法などによって、その厚さが一例とし
て２．０μｍ程度となるように塗布される（同図Ａ）。

ネガ型レジスト層５２としては、「ＭＥＳ−ｕ」（日本
合成ゴム（株）製）などの感光性樹脂を使用できる。

ネガ型レジスト層５２を塗布後、これを乾燥させたのち
、その上面に感光性樹脂’ＡＺ４３５０Ｊ（ヘキストジ
ャバン（株）製）などの紫外線用ポジレジスト層５４が
、３．０μｍ程度の厚みとなるように塗布される（同図
８）。そして、このポジレジスト層５４が所定のパター
ンとなるように受光部１４以外が紫外線で露光、現像さ
れてバターニングされる（同図Ｃ）。

次に、このパターン化されたポジレジスト層５４をマス
クとして遠紫外線用ネガ型レジスト層５２が、酸素ガス
０２とフッ化炭素ガスＣＦ４の混合ガスによってドライ
エツチングされる（同図Ｄ）。

その場合、エツチングによって形成される溝５６は、同
図りのようにＶ字状者しくは浅い０字状の形状となるよ
うに処理される。そのため、溝５６の底部が固定層５０
の最上層部（これは第１図に示すように保護層３０に当
たる）に当たる直前、例えばｏ、ＩＬ１ｍ程度までとな
るように、エツチング処理される。

こうするごとによって、Ｖ字状者しくは浅い０字状のＩ
Ｋ５６を有した状態で、遠紫外線用ネガ型レジスト層５
２がバターニングされるごとになる。

その後、ポジレジスト層５４を剥離してから（同図Ｅ）
　、１６０℃以下の温度、好ましくは１３０−１５０℃
の温度条件下で加熱処理が行なわれて遠紫外線用ネガ型
レジスト層５２が熱変形される（同図Ｆ）。

遠紫外線用ネガ型レジスト層５２の熱変形により図では
カマボコ状で、かつ夫々の周辺部２８ａが互いに連結さ
れたマイクロレンズ２８が得られる。

加熱温度を１６０℃以下にしたのは、固定層５Ｏ中に介
挿されたカラーフィルタ４０Ｒ，４０Ｇ。

４０Ｂの耐熱性を考慮したもので、このカラーフィルタ
４ＯＲ，４０Ｇ、４０Ｂが熱変質しないようにするため
である。若し、レジスト１１５２が遠紫外用ネガレジス
トの場合、この遠紫外線用ネガ型レジスト層５２を熱変
形させてマイクロレンズ２８を形成した後は、２００〜
３００ｎｍの遠紫外線を照射して露光処理を施すごとに
より、マイクロレンズ２８の構成樹脂層を硬化させるこ
とができる。

ネガ型レジスト層５２を熱変形後硬化させると、マイク
ロレンズ２８は熱的に安定する。

このように、遠紫外線用ネガ型レジスト層５２を熱変形
後に硬化処理したのは、遠紫外線で露光する前は、ネガ
型レジスト層５２は１２０〜１６０℃で容易に軟化する
が、−互違紫外線で露光すると、その後は熱的に非常に
安定する性質を利用したものである。

上述した加熱処理と遠紫外線処理若しくは紫外線処理は
同時に行ってもよい。

なお、本発明における固体撮像素子はカラー用に限らず
、白黒用にも適用され、またＣＣＤに限らず、他の方式
の固体撮像素子にも利用できる。

【発明の効果］ 以上説明したように、この発明は受光部の上面に形成さ
れるマイクロレンズの周縁部が隣接するマイクロレンズ
の周辺部と互いに連続するようにマイクロレンズを構成
したものである。

これによれば、マイクロレンズの周縁部に入射した外光
までも受光部に取り込むことができるので、従来よりも
感度を改善できる特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る固体撮像素子の断面図、第２図
はその製法の一例を示す工程図、第３図はこの従来の固
体撮像素子の断面図である。 １２　・ １４　・ １６　・ ２６　・ ・半導体基板 ・受光部 ・転送部 ・平坦化層 ２８・・・マイクロレンズ ２８ａ・・・周縁部 ４０Ｒ〜４０Ｂ ・・・カラーフィルタ ５０・・・固定層 ５２・・・遠紫外線用レジスト層 ５４・・・ポジレジスト層 ５６・・・溝 ６０・・・カラー固体撮像素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光部ごとに若しくは受光部群ごとにマイクロレ
   ンズを形成して、外光を受光部に集光させるようにした
   固体撮像素子において、 上記受光部若しくは受光部群の上面に形成される上記マ
   イクロレンズの周縁部が、隣接するマイクロレンズの周
   縁部と互いに連続するように上記マイクロレンズが形成
   されてなることを特徴とする固体撮像素子。