JPH03230567A - 固体撮像装置 - 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］ 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を使用した固体撮
像装置に関する。

［従来の技術〕 ＣＣＤなとの固体撮像素子では、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、第５図に示すように、半導体基板
】２内に形成された受光部（画素であって、図では省略
しである）の夫々の上面に、透光性高分子樹脂（透明高
分子樹脂）でマイクロレンズ２８を形成した固体撮像素
子６０が提案されている。

このマイクロレンズ２８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。

この固体撮像素子６０は、通常第６図に示すようなセラ
ミックのパッケージ７６内に収納されている。同図にお
いて、７０は固体撮像素子６０を載置するセラミック基
板、７４はリードビン、７８はガラスリッドである。

最近では、セラミックパッケージ７６を使用する代りに
、第７図に示すように透明樹脂を使用したモールドパッ
ケージ７２が使用きれている。これは、セラミックパッ
ケージよりもコストを安くすることができるからである
。

〔発明が解決しようとする課題］ マイクロレンズ２８としては、ポリスチレン、アクリル
４ｉ１脂、ノボラック樹脂などの透明高分子樹脂が使用
されるのに対して、モールド用樹脂はエポキシ樹脂など
が使用される。

ところで、透明高分子樹脂の屈折率は１．５〜１．６で
あり、モールド用エポキシ樹脂もまた１゜５〜１，６で
ある。そのために、このモールド用樹脂によって、マイ
クロレンズ２８のレンズ効果が相殺されてしまう。

つまり、折角マイクロレンズ２８を形成しても、固体撮
像素子６０をモールドするとその効果がなくなくなって
しまう。

そこで、この発明ではこのような課題を構成簡単に解決
したものであって、樹脂によるモールドを施してもマイ
クロレンズのレンズ効果がそのまま発揮できるような固
体撮像装置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
光部の形成された半導体基板の上面に、第１の屈折率を
持つ材料によって形成されたマイクロレンズと、 このマイクロレンズの上面に、上記第１の屈折率よりも
小きな第２の屈折率を持つ材料で形成された中間（剥脂
層からなる固体撮像素子が透明樹脂によってモールドさ
れてなることを特徴とするものである。

［作　用］ マイクロレンズ２８としては、第１の屈折率をもつ透明
な高分子樹脂が使用され、中間樹脂層４４としては、第
１の屈折率よりも小きな第２の屈折率を持った透明樹脂
が使用される。

具体的には、透明高分子樹脂として、ポリイミド樹脂、
ポリエーテルアミド樹脂、ポリスチレン樹脂などのよう
に、屈折率が１．６〜１．８の樹脂が使用される。

これに対して、中間樹脂層４４としては、上述したよう
に屈折率が１．４５〜１．５のエポキシ樹脂やアクリル
樹脂などが使用される。

このように屈折率が相違し、しかも第２の屈折率よりも
第１の屈折率が大きなものを使用すれば、中間樹脂層４
４の上面を透明樹脂でモールドしても、これによってマ
イクロレンズ２８のレンズ効果が相殺されることはない
。

［実　施　例］ 続いて、この発明に係る固体撮像装置の一例を、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ＣＣＤ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２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Ｐ形、受光部１４はＮ形である。受光部１４．１４間
に挾まれた電荷転送部１６の半導体基板１２上には、図
のように２層の転送電極１８．２０がＳ　ｉ　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２ｏの上面には遮光メタル２４が
被着形成され、電荷転送部１６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、図のようナカラーフィルタ
４０　（４０Ｒ，４０Ｇ。

４０Ｂ）が形成されている。

カラーフィルタ４０Ｒ，４０Ｇ、４０Ｂは夫々受光部１
４と対峙するように形成きれ、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、４０８Ｌｔ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。

さらに、カラーフィルタ４０Ｒ，４０Ｇ、４０Ｂを保護
し、且つマイクロレンズ層を固定するために、保護層３
０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か加わっても、保護層３０Ｌｔ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。保護層３０は平坦化層としても働く
。

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を形成することもできる。

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が互いに連続することによって、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。

そうすれば、マイクロレンズ２８に入射した外光の殆ど
を受光８ＩＩｌ　４に取り込むことができるから入射光
量が増え、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感
光性樹脂あるいは透光性の高分子樹脂が使用されると共
に、特に、その屈折率（第１の屈折率）が１，６〜１．
８程度の樹脂が使用される。

このような樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリエーテ
ルアミド樹脂、ポリスチレン樹脂などがある。もし、マ
イクロレンズ材として感光性樹脂を採用するならばレジ
スト層５２（後述する）が使用される。そうでない場合
はホトエツチングでパターンを形成する。

感光性樹脂の性質としては、紫外線名しくは遠紫外線を
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。そして、熱変形後に紫外線あるいは遠紫外
線を照射すれば硬化するので、熱的に安定する。

マイクロレンズ２８の上面には、これを覆うように所定
の厚みの中間樹脂層４４が形成きれる。

中間樹脂層４４は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂のよう
に、その屈折″４（第２の屈折″４）が１゜４５〜１．
５の樹脂が使用される。

塗布された中間樹脂層４４は、紫外線若しくは遠紫外線
による加熱処理してその透明度や耐熱性を向上きせるこ
とができる。

このように、マイクロレンズ２８の上面に中間１剥脂層
４４が形成されたカラー固体撮像素子６０が樹脂モール
ドされる。

第１図はこのようなカラー固体撮像装置６０をパッケー
ジしたこの発明に係る固体撮像装置１０の一例を示す。

同図において、７０はカラー固体撮像装置６０をに１置
するための樹脂基板で、その両端からはり一ドビン７４
が導出されている。

そして、載置されたカラー固体撮像素子６０の全面を覆
うように、若しくは樹脂基板７０までも覆うように透明
樹脂によってモールドされてモールド体７２が形成され
る。

モールド樹脂としては、上述したようにエポキシ樹脂な
どが使用される。

続いて、樹脂モールドによるパッケージ法の一例をマイ
クロレンズ２８の製法と共に、第３図を使用して説明す
る。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２図で示した転送電
極１８．２０１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５．０層ｍとなるようにス
ピンコード法などによって塗布される。その上面に、カ
ラーフィルタ４ＯＲ，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３図Ａ）。

この固定層５０の上面に、紫外線あるいは還紫外線用の
レジスト層、本例ではポジ型レジスト層５２がスピンコ
ード法などによって、その厚ざが一例として３．ＯＬｉ
ｍ程度となるように塗布される（同図Ａ）。

ポジ型レジスト層５２としてノボラック（１（脂を使用
した場合には、ｒＡＺ、０ＦＰＲ，マイクロポジット」
　（何れも商品名）などの市販品を使用することができ
る。層５２かポジ型レジストでない場合はホトエツチン
グでパターンを形成する。

ノボラック樹脂は微細加工が可能であるから、受光部１
４も高密度に形成することができる。

ポジ型レジスト１１５２を塗布後、これを乾燥させたの
も、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Ｂ）。

その後、１６０℃以下の温度、好ましくは１３Ｏ〜１５
０℃の温度条件下で加熱処理が行なわれてポジ型しジス
ｉ・層５２が半球状に熱変形される（同図Ｃ）。

ポジ型レジスト層５２の熱変形により図では半球状で、
かつ夫々の周縁部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５０中に介
挿されたカラーフィルタ４０Ｒ，４０Ｇ。

４０Ｂの４熱性を考慮したもので、このカラーフィルタ
４０Ｒ，４０Ｇ、４０Ｂ’が熱変質しないようにするた
めである。

ポジ型レジストＮ５２を熱変形させてマイクロレンズ２
８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。そうすると、今まで不透明であ
ったポジ型レジスト層５２は透明体に変質する。紫外線
を照射しても同様に透明体に変質する。

また、この遠紫外線の照射によってレジスト層が硬化す
る。ポジ型レジスト層５２を熱変形後硬化させることに
よって、マイクロレンズ２８は熱的に安定する。

ポジ型レジスト層５２を熱変形後に硬化処理したのは、
透明体への変質と、遠紫外線で露光する前は、ポジ型レ
ジスト層５２は１２０〜１６０℃で容易に軟化するが、
−見違紫外線で露光すると、その後は熱的に非常に安定
するという２つの性質を利用したものである。

ただし、この加熱処理と遠紫外線若しくは紫外線処理と
は同時に行ってもよい。

次に、中間樹脂層４４が所定の厚みとなるようにマイク
ロレンズ２８の上面に塗布される（同図Ｄ）。塗布機上
述したように加熱処理を施してもよい。

その後、透明樹脂層４６によってカラー固体撮像素子６
０がモールドされて、モールド体７２が形成される。

第４図はこの発明の他の例であって、マイクロレンズ２
８と中間樹脂層４４とを２層構造にした例である。

このとき下層のマイクロレンズ２８に対して上層のマイ
クロレンズ２８の形状が大きく選定される。

そうすると、１層のマイクロレンズ構成の場合よりも集
光効果が大きくなる。

なお、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、この発明ではマイクロレンズとこ
れの上面に形成される中間樹脂層の屈折率として、前者
より後者の方が小ざくなるようにしたものである。

これによれば、固体撮像素子を樹脂モールドしても、マ
イクロレンズのレンズ効果か失われることがない。その
ため、マイクロレンズの集光効果と、樹脂モールドによ
るコスト低廉化の効果をもった固体撮像装置を提供でき
る実益を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る固体撮像装置の断面図、第２図
はカラー固体撮像素子の断面図、第３図はこの発明の製
法の一例を示す工程図、第４１はこの発明の他の例を示
す断面図、第５図はマイクロレンズ付き固体撮像素子の
断面図、第６図及び第７図は従来の固体操作装置の断面
図である。 １２　・ １４　・ １６　・ ２６　・ ２８　・ ４０Ｒ〜４０Ｂ　　・ ４４　・ ６０　・ ７２　・

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光部の形成された半導体基板の上面に、第１の
   屈折率を持つ材料によって形成されたマイクロレンズと
   、 このマイクロレンズの上面に、上記第１の屈折率よりも
   小さな第２の屈折率を持つ材料で形成された中間樹脂層
   からなる固体撮像素子が透明樹脂によってモールドされ
   てなることを特徴とする固体撮像装置。