JPH0567762A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 受光感度を向上させる。
【構成】 固体撮像装置基板１上の受光部２上の目的と
する位置にカラーフィルター層３が形成されている。そ
のカラーフィルター層３上は、耐エッチング性材料層９
と透明材料層４とにより薄膜で平坦化されている。そし
て平坦化後の透明材料層４上に断面形状が半円状もしく
は半円状に近い形状のマイクロレンズ層５が形成されて
いる。これによってカラーフィルター表面が薄膜で平坦
化され、受光部２とマイクロレンズ層５との距離が大き
くならない。そのため焦点距離を適切にすることができ
て、かつマイクロレンズ形状が半円状であるため、固体
撮像装置の受光感度の向上した固体撮像装置が実現す
る。
する位置にカラーフィルター層３が形成されている。そ
のカラーフィルター層３上は、耐エッチング性材料層９
と透明材料層４とにより薄膜で平坦化されている。そし
て平坦化後の透明材料層４上に断面形状が半円状もしく
は半円状に近い形状のマイクロレンズ層５が形成されて
いる。これによってカラーフィルター表面が薄膜で平坦
化され、受光部２とマイクロレンズ層５との距離が大き
くならない。そのため焦点距離を適切にすることができ
て、かつマイクロレンズ形状が半円状であるため、固体
撮像装置の受光感度の向上した固体撮像装置が実現す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロレンズを有する
カラーフィルターを備えた固体撮像装置およびその製造
方法に関するものである。
カラーフィルターを備えた固体撮像装置およびその製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体撮像装置をカラー化する方法
として、固体撮像装置の形成された基板上に直接カラー
フィルターを形成する方法が主流となっている。さらに
固体撮像装置自体の感度を向上させる目的で各受光部に
対して光を集光させるために、各受光部に対応した位置
のカラーフィルター層上にマイクロレンズなるものを形
成している。その形成はゼラチンやカゼインなどのタン
パク質材料に感光性を持たせたネガ型材料や最近では熱
によってメルト・フローしレンズ形状を形成する性質を
有する合成材料などによって形成している。
として、固体撮像装置の形成された基板上に直接カラー
フィルターを形成する方法が主流となっている。さらに
固体撮像装置自体の感度を向上させる目的で各受光部に
対して光を集光させるために、各受光部に対応した位置
のカラーフィルター層上にマイクロレンズなるものを形
成している。その形成はゼラチンやカゼインなどのタン
パク質材料に感光性を持たせたネガ型材料や最近では熱
によってメルト・フローしレンズ形状を形成する性質を
有する合成材料などによって形成している。
【０００３】従来の固体撮像装置およびその製造方法を
図面を参照しながら説明する。図１９は従来の固体撮像
装置の構造を示す部分拡大断面図である。図２０〜図２
４は従来の固体撮像装置の製造方法を工程順に示した部
分拡大断面図である。これらの図において、１は固体撮
像装置基板である。２は受光部である。３はカラーフィ
ルター層である。４は透明材料層である。５はマイクロ
レンズ層である。６は感光性材料層である。７は感光性
材料層パターンである。
図面を参照しながら説明する。図１９は従来の固体撮像
装置の構造を示す部分拡大断面図である。図２０〜図２
４は従来の固体撮像装置の製造方法を工程順に示した部
分拡大断面図である。これらの図において、１は固体撮
像装置基板である。２は受光部である。３はカラーフィ
ルター層である。４は透明材料層である。５はマイクロ
レンズ層である。６は感光性材料層である。７は感光性
材料層パターンである。
【０００４】まず図１９において、従来のマイクロレン
ズを有するカラーフィルターを備えた固体撮像装置の構
造について説明する。
ズを有するカラーフィルターを備えた固体撮像装置の構
造について説明する。
【０００５】固体撮像装置基板１上に入射光を受けるた
めの各々の受光部２に対応したカラーフィルター層３が
形成されている。そしてそのカラーフィルター層３上の
表面凹凸は透明材料層４により平坦化されている。平坦
化後のカラーフィルター層３上に各受光部２に対応して
マイクロレンズ層５が形成され、入射光が各受光部２へ
集光するような構造を有している。
めの各々の受光部２に対応したカラーフィルター層３が
形成されている。そしてそのカラーフィルター層３上の
表面凹凸は透明材料層４により平坦化されている。平坦
化後のカラーフィルター層３上に各受光部２に対応して
マイクロレンズ層５が形成され、入射光が各受光部２へ
集光するような構造を有している。
【０００６】次にその動作を説明する。まず最上層であ
るマイクロレンズ層５に入射した光は、マイクロレンズ
層５のレンズ効果によって集束される。その集束された
光はカラーフィルター層３を通り、色分解され各々目的
とする受光部２へ入射し、カラー画像を得る固体撮像装
置として動作する。以上のような構造、動作によりマイ
クロレンズを有するカラーフィルターを備えた固体撮像
装置を実現していた。
るマイクロレンズ層５に入射した光は、マイクロレンズ
層５のレンズ効果によって集束される。その集束された
光はカラーフィルター層３を通り、色分解され各々目的
とする受光部２へ入射し、カラー画像を得る固体撮像装
置として動作する。以上のような構造、動作によりマイ
クロレンズを有するカラーフィルターを備えた固体撮像
装置を実現していた。
【０００７】次に図２０〜図２４において従来の固体撮
像装置の製造方法について説明する。
像装置の製造方法について説明する。
【０００８】まず図２０は、固体撮像装置基板１上の各
受光部２上に対応してカラーフィルター層３が形成され
た状態である。
受光部２上に対応してカラーフィルター層３が形成され
た状態である。
【０００９】そして図２１において透明材料層４を複数
回塗布形成し（３回形成した状態を図示する。）、カラ
ーフィルター層３の表面の凹凸を緩和している。
回塗布形成し（３回形成した状態を図示する。）、カラ
ーフィルター層３の表面の凹凸を緩和している。
【００１０】続いて図２２において透明材料層４により
表面の凹凸が緩和されたカラーフィルター層３上に感光
性材料層６を塗布形成する。
表面の凹凸が緩和されたカラーフィルター層３上に感光
性材料層６を塗布形成する。
【００１１】そして図２３において前記感光性材料層６
に対してマスクによる選択露光と現像処理などを行なう
ことにより、感光性材料層パターン７が形成される。
に対してマスクによる選択露光と現像処理などを行なう
ことにより、感光性材料層パターン７が形成される。
【００１２】最後に図２４において前記感光性材料層パ
ターン７に対して加熱処理を加えることによりマイクロ
レンズ層５が形成される。このような方法をもって従来
はマイクロレンズを有するカラーフィルターを備えた固
体撮像装置を実現していた。
ターン７に対して加熱処理を加えることによりマイクロ
レンズ層５が形成される。このような方法をもって従来
はマイクロレンズを有するカラーフィルターを備えた固
体撮像装置を実現していた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の構成では、カラーフィルター表面凹凸を透明材料層を
複数回形成して緩和し、その上にマイクロレンズ層を形
成している。前記構成ではマイクロレンズ層と受光部と
の距離が遠くなり、固体撮像装置自体の感度が低下して
しまうという課題がある。以下図面を参照しながらその
メカニズムを説明する。
の構成では、カラーフィルター表面凹凸を透明材料層を
複数回形成して緩和し、その上にマイクロレンズ層を形
成している。前記構成ではマイクロレンズ層と受光部と
の距離が遠くなり、固体撮像装置自体の感度が低下して
しまうという課題がある。以下図面を参照しながらその
メカニズムを説明する。
【００１４】図２５は従来例に係る固体撮像装置の焦点
ズレのメカニズムを示した部分拡大断面図である。図２
５において、１は固体撮像装置基板である。２は受光部
である。３はカラーフィルター層である。４は透明材料
層である。５はマイクロレンズ層である。８は電荷転送
部である。
ズレのメカニズムを示した部分拡大断面図である。図２
５において、１は固体撮像装置基板である。２は受光部
である。３はカラーフィルター層である。４は透明材料
層である。５はマイクロレンズ層である。８は電荷転送
部である。
【００１５】固体撮像装置基板１の受光部２、電荷転送
部８上には目的とするカラーフィルター層３が形成され
ている。そのカラーフィルター層３の表面凹凸は透明材
料層４が複数回形成されることによって緩和されてい
る。そしてその上にマイクロレンズ層５が各受光部２に
対応して形成されている。この場合、カラーフィルター
層３表面凹凸の緩和のための透明材料層４の厚みによっ
てマイクロレンズ層４から受光部２までの距離が遠くな
り、焦点距離がズレてしまう結果になる。焦点距離がズ
レてしまうと、マイクロレンズ層５によって集束された
光が集束性を失い散乱してしまい、受光部２への光の入
射量が低減してしまう。その結果、固体撮像装置自体の
感度が低下し、画像特性上の受光感度不良となる。
部８上には目的とするカラーフィルター層３が形成され
ている。そのカラーフィルター層３の表面凹凸は透明材
料層４が複数回形成されることによって緩和されてい
る。そしてその上にマイクロレンズ層５が各受光部２に
対応して形成されている。この場合、カラーフィルター
層３表面凹凸の緩和のための透明材料層４の厚みによっ
てマイクロレンズ層４から受光部２までの距離が遠くな
り、焦点距離がズレてしまう結果になる。焦点距離がズ
レてしまうと、マイクロレンズ層５によって集束された
光が集束性を失い散乱してしまい、受光部２への光の入
射量が低減してしまう。その結果、固体撮像装置自体の
感度が低下し、画像特性上の受光感度不良となる。
【００１６】もし焦点距離に合わせたマイクロレンズを
形成しようとした場合、焦点距離が大きくなるにつれて
マイクロレンズの曲率半径も大きくなり、集光密度の低
いマイクロレンズを形成する以外手段はない。しかし今
後ますます固体撮像装置自体が小型化し、必然的に受光
感度低下が予測されるので、マイクロレンズのレンズ効
果によって受光部２へ入射光を効率よく集束させ、集光
密度を上げることは不可欠である。また図示するよう
に、入射光の焦点が大きくズレて受光部２へ入射した場
合などは、入射光は集束性を失って散乱し、その光の一
部が各受光部２間に存在する電荷転送部８に当り、反射
して目的とする以外の隣の受光部２に入射してしまう。
隣の受光部２では別の色信号が入射しているので、もし
隣接受光部間でこのような電荷転送部８からの反射が大
きいと、カラー画像特性上では混色という大きな不良に
なってしまう。
形成しようとした場合、焦点距離が大きくなるにつれて
マイクロレンズの曲率半径も大きくなり、集光密度の低
いマイクロレンズを形成する以外手段はない。しかし今
後ますます固体撮像装置自体が小型化し、必然的に受光
感度低下が予測されるので、マイクロレンズのレンズ効
果によって受光部２へ入射光を効率よく集束させ、集光
密度を上げることは不可欠である。また図示するよう
に、入射光の焦点が大きくズレて受光部２へ入射した場
合などは、入射光は集束性を失って散乱し、その光の一
部が各受光部２間に存在する電荷転送部８に当り、反射
して目的とする以外の隣の受光部２に入射してしまう。
隣の受光部２では別の色信号が入射しているので、もし
隣接受光部間でこのような電荷転送部８からの反射が大
きいと、カラー画像特性上では混色という大きな不良に
なってしまう。
【００１７】また製造方法においては、カラーフィルタ
ー層３の表面凹凸は透明材料層４を複数回塗布形成する
ことにより緩和しているが、透明材料層４の形成は透明
樹脂等を塗布して形成しているのにすぎず、塗布だけで
は平坦化することはできないという課題がある。塗布膜
厚を厚くしたり、塗布回数を４回もしくは５回と形成す
れば平坦化は可能であるが、そのようなことをしたので
はさらに受光部２とマイクロレンズ層５との距離が遠く
なってしまい、結果として図２５に示すような焦点のズ
レによる受光感度の低下という問題がおこることは言う
までもない。
ー層３の表面凹凸は透明材料層４を複数回塗布形成する
ことにより緩和しているが、透明材料層４の形成は透明
樹脂等を塗布して形成しているのにすぎず、塗布だけで
は平坦化することはできないという課題がある。塗布膜
厚を厚くしたり、塗布回数を４回もしくは５回と形成す
れば平坦化は可能であるが、そのようなことをしたので
はさらに受光部２とマイクロレンズ層５との距離が遠く
なってしまい、結果として図２５に示すような焦点のズ
レによる受光感度の低下という問題がおこることは言う
までもない。
【００１８】またマイクロレンズ形成前のカラーフィル
ター層表面の平坦化という工程は必要不可欠である。な
ぜならカラーフィルター層表面を平坦化せずにマイクロ
レンズ層を形成した場合、均一なマイクロレンズ層を形
成することはできない。不均一な形状のマイクロレンズ
層では受光感度ばらつきが発生して、これも画像特性上
で感度ムラ不良となってしまう。
ター層表面の平坦化という工程は必要不可欠である。な
ぜならカラーフィルター層表面を平坦化せずにマイクロ
レンズ層を形成した場合、均一なマイクロレンズ層を形
成することはできない。不均一な形状のマイクロレンズ
層では受光感度ばらつきが発生して、これも画像特性上
で感度ムラ不良となってしまう。
【００１９】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
であり、固体撮像装置に入射する光を効率よく受光部に
集光させるためのマイクロレンズを備え、受光感度の高
い固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目
的とする。
であり、固体撮像装置に入射する光を効率よく受光部に
集光させるためのマイクロレンズを備え、受光感度の高
い固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目
的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明の一つは前記従来
の課題を解決するために、固体撮像装置基板上のフィル
ター層上に形成された耐エッチング性材料層と、前記耐
エッチング性材料層上に形成された表面が平坦でかつ薄
膜状の透明材料層と、前記透明材料層上に断面形状で半
円状もしくは半円状にきわめて近い形状のマイクロレン
ズとを有する構成よりなる。
の課題を解決するために、固体撮像装置基板上のフィル
ター層上に形成された耐エッチング性材料層と、前記耐
エッチング性材料層上に形成された表面が平坦でかつ薄
膜状の透明材料層と、前記透明材料層上に断面形状で半
円状もしくは半円状にきわめて近い形状のマイクロレン
ズとを有する構成よりなる。
【００２１】製造方法においては、固体撮像装置基板上
に形成されたフィルター層上に耐エッチング性材料層を
形成する工程と、前記耐エッチング性材料層上に透明材
料を塗布して透明材料層を形成する工程と、前記透明材
料層に対してエッチング処理する工程と、前記エッチン
グ処理後の透明材料層上に断面形状で半円状もしくは半
円状にきわめて近い形状のマイクロレンズ層を形成する
工程とを有する構成よりなる。
に形成されたフィルター層上に耐エッチング性材料層を
形成する工程と、前記耐エッチング性材料層上に透明材
料を塗布して透明材料層を形成する工程と、前記透明材
料層に対してエッチング処理する工程と、前記エッチン
グ処理後の透明材料層上に断面形状で半円状もしくは半
円状にきわめて近い形状のマイクロレンズ層を形成する
工程とを有する構成よりなる。
【００２２】また固体撮像装置基板上のフィルター層上
に透明材料層と感光性材料層とにより断面形状が半円状
または半円状にきわめて近い形状でかつその半円状の下
端直径部相互に隣接し、連続して形成されたマイクロレ
ンズ層とを有する構成よりなる。
に透明材料層と感光性材料層とにより断面形状が半円状
または半円状にきわめて近い形状でかつその半円状の下
端直径部相互に隣接し、連続して形成されたマイクロレ
ンズ層とを有する構成よりなる。
【００２３】その製造方法においては、固体撮像装置基
板上に形成されたフィルター上に透明材料層を形成して
第１層を形成する工程と、前記第１層上に感光性材料層
を形成して第２層を形成し乾燥させ、選択露光によって
パターン化する工程と、前記パターン化した感光性材料
層を全面露光する工程と、前記全面露光後のパターン化
した感光性材料層を加熱処理してマイクロレンズ層を形
成する工程と、前記形成したマイクロレンズ層間にのみ
存在する前記透明材料層により形成された第１層を除去
して断面方向でＶ型の溝を形成する工程とを有する構成
よりなる。
板上に形成されたフィルター上に透明材料層を形成して
第１層を形成する工程と、前記第１層上に感光性材料層
を形成して第２層を形成し乾燥させ、選択露光によって
パターン化する工程と、前記パターン化した感光性材料
層を全面露光する工程と、前記全面露光後のパターン化
した感光性材料層を加熱処理してマイクロレンズ層を形
成する工程と、前記形成したマイクロレンズ層間にのみ
存在する前記透明材料層により形成された第１層を除去
して断面方向でＶ型の溝を形成する工程とを有する構成
よりなる。
【００２４】
【作用】本発明の第１の発明における固体撮像装置の構
造によって、カラーフィルター層表面の凹凸が薄膜の透
明樹脂で平坦化され、その状態のまま均一なマイクロレ
ンズ層が形成されているため、受光部とマイクロレンズ
層との距離が遠くならず焦点のズレも抑制される。その
結果、入射光の受光部への集光の効率がよくなり受光感
度の低下を解消することができる。
造によって、カラーフィルター層表面の凹凸が薄膜の透
明樹脂で平坦化され、その状態のまま均一なマイクロレ
ンズ層が形成されているため、受光部とマイクロレンズ
層との距離が遠くならず焦点のズレも抑制される。その
結果、入射光の受光部への集光の効率がよくなり受光感
度の低下を解消することができる。
【００２５】また第２の発明における固体撮像装置の製
造方法によって、カラーフィルター層上に耐エッチング
性材料層を介在させ、その後で透明材料層により、きわ
めて平坦な状態まで平坦化している。そしてそのまま平
坦な状態を維持しながら透明樹脂層の厚さをエッチング
により薄くするという方法であるので、結果として、カ
ラーフィルター表面を薄膜で平坦化することができて、
従来のように受光部とマイクロレンズ層との距離を遠く
せずに均一なマイクロレンズ層の形成が可能である。ま
た耐エッチング性材料層の存在により、もし透明材料層
をオーバーエッチングした場合でもカラーフィルター層
への損傷は防止できる。
造方法によって、カラーフィルター層上に耐エッチング
性材料層を介在させ、その後で透明材料層により、きわ
めて平坦な状態まで平坦化している。そしてそのまま平
坦な状態を維持しながら透明樹脂層の厚さをエッチング
により薄くするという方法であるので、結果として、カ
ラーフィルター表面を薄膜で平坦化することができて、
従来のように受光部とマイクロレンズ層との距離を遠く
せずに均一なマイクロレンズ層の形成が可能である。ま
た耐エッチング性材料層の存在により、もし透明材料層
をオーバーエッチングした場合でもカラーフィルター層
への損傷は防止できる。
【００２６】本発明の第３の発明における固体撮像装置
の構造によって、マイクロレンズ層が各々分離独立せず
連続して存在しているため、入射する光はマイクロレン
ズ層によって集光され、無効な光は低減される。したが
って従来のように集光性の悪いことによる受光感度低下
等の画像特性劣化は解消される。
の構造によって、マイクロレンズ層が各々分離独立せず
連続して存在しているため、入射する光はマイクロレン
ズ層によって集光され、無効な光は低減される。したが
って従来のように集光性の悪いことによる受光感度低下
等の画像特性劣化は解消される。
【００２７】本発明の第４の発明における固体撮像装置
の製造方法において、カラーフィルター層上へのマイク
ロレンズの形成は、透明材料層を形成し、その上に感光
性材料層を形成し、選択露光によって感光性材料層をパ
ターンニングした後、前記感光性材料層を全面露光し加
熱処理することにより、容易に断面形状が半円状もしく
は半円状にきわめて近いマイクロレンズを形成すること
ができる。そしてマイクロレンズ層間にのみ存在する透
明材料層を断面方向でＶ型にエッチング等により除去す
ることにより、下端直径部が相互に隣接し、分離独立せ
ずに連続して形成されたマイクロレンズ層を得ることが
できる。
の製造方法において、カラーフィルター層上へのマイク
ロレンズの形成は、透明材料層を形成し、その上に感光
性材料層を形成し、選択露光によって感光性材料層をパ
ターンニングした後、前記感光性材料層を全面露光し加
熱処理することにより、容易に断面形状が半円状もしく
は半円状にきわめて近いマイクロレンズを形成すること
ができる。そしてマイクロレンズ層間にのみ存在する透
明材料層を断面方向でＶ型にエッチング等により除去す
ることにより、下端直径部が相互に隣接し、分離独立せ
ずに連続して形成されたマイクロレンズ層を得ることが
できる。
【００２８】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
【００２９】図１は本発明の第１の実施例における固体
撮像装置の構造を示す部分拡大断面図である。図２〜図
１０は第１の実施例における固体撮像装置の製造方法を
工程順に示した部分拡大断面図である。図１１は本発明
の第２の実施例における固体撮像装置の構造を示す部分
拡大断面図である。図１２〜図１８は第２の実施例にお
ける固体撮像装置の製造方法を工程順に示した部分拡大
断面図である。これらの図において、１は固体撮像装置
基板である。２は受光部である。３はカラーフィルター
層である。４は透明材料層である。５はマイクロレンズ
層である。６は感光性材料層である。７は感光性材料層
パターンである。９は耐エッチング性材料層である。１
０はマイクロレンズ層である。１１は透過率の上がった
感光性材料層パターンである。１２は断面形状が半円状
もしくは半円状にきわめて近い形状の感光性材料層パタ
ーンである。
撮像装置の構造を示す部分拡大断面図である。図２〜図
１０は第１の実施例における固体撮像装置の製造方法を
工程順に示した部分拡大断面図である。図１１は本発明
の第２の実施例における固体撮像装置の構造を示す部分
拡大断面図である。図１２〜図１８は第２の実施例にお
ける固体撮像装置の製造方法を工程順に示した部分拡大
断面図である。これらの図において、１は固体撮像装置
基板である。２は受光部である。３はカラーフィルター
層である。４は透明材料層である。５はマイクロレンズ
層である。６は感光性材料層である。７は感光性材料層
パターンである。９は耐エッチング性材料層である。１
０はマイクロレンズ層である。１１は透過率の上がった
感光性材料層パターンである。１２は断面形状が半円状
もしくは半円状にきわめて近い形状の感光性材料層パタ
ーンである。
【００３０】まず図１において、本発明の第１の実施例
における固体撮像装置の構造について説明する。
における固体撮像装置の構造について説明する。
【００３１】固体撮像装置基板１上の各々の受光部２に
対応したカラーフィルター層３が形成されている。その
カラーフィルター層３の表面凹凸は耐エッチング性材料
層９と薄膜の透明材料層４により平坦化されている。そ
して透明材料層４上には入射光を集光するためのマイク
ロレンズ層５が形成されている。マイクロレンズ層５の
形状は、断面方向で半円状もしくは半円状にきわめて近
い形状であり、集光性に優れ、高いレンズ効果が期待で
きる形状を有している。また透明材料層４を薄膜として
いるので、受光部２とマイクロレンズ層５との距離は焦
点距離以内の距離を有しており、焦点がズレて集束した
光が再度散乱するような大きな焦点距離は有していな
い。
対応したカラーフィルター層３が形成されている。その
カラーフィルター層３の表面凹凸は耐エッチング性材料
層９と薄膜の透明材料層４により平坦化されている。そ
して透明材料層４上には入射光を集光するためのマイク
ロレンズ層５が形成されている。マイクロレンズ層５の
形状は、断面方向で半円状もしくは半円状にきわめて近
い形状であり、集光性に優れ、高いレンズ効果が期待で
きる形状を有している。また透明材料層４を薄膜として
いるので、受光部２とマイクロレンズ層５との距離は焦
点距離以内の距離を有しており、焦点がズレて集束した
光が再度散乱するような大きな焦点距離は有していな
い。
【００３２】次にその動作について説明する。上記構造
により、受光部２とマイクロレンズ層５との距離は焦点
距離以内の距離を有しているので、断面方向で半円状も
しくは半円状にきわめて近い形状のマイクロレンズ層５
によって、固体撮像装置基板１に入射した光は集束さ
れ、カラーフィルター層３を通り、色分解され、目的と
する受光部２に集光密度が高い状態で入射する。集光密
度が高い状態で入射した光によって、受光感度の高いカ
ラー画像が得られる固体撮像装置が実現する。
により、受光部２とマイクロレンズ層５との距離は焦点
距離以内の距離を有しているので、断面方向で半円状も
しくは半円状にきわめて近い形状のマイクロレンズ層５
によって、固体撮像装置基板１に入射した光は集束さ
れ、カラーフィルター層３を通り、色分解され、目的と
する受光部２に集光密度が高い状態で入射する。集光密
度が高い状態で入射した光によって、受光感度の高いカ
ラー画像が得られる固体撮像装置が実現する。
【００３３】次に図２〜図１０において本発明の第１の
実施例における固体撮像装置の製造方法を工程順に説明
する。
実施例における固体撮像装置の製造方法を工程順に説明
する。
【００３４】まず図２において、固体撮像装置基板１上
の各受光部２上に対応してカラーフィルター層３が形成
された状態を示す。
の各受光部２上に対応してカラーフィルター層３が形成
された状態を示す。
【００３５】そして図３において、カラーフィルター層
３上に耐エッチング性材料層９を形成し、保護層を形成
する。この場合の厚みとしてはエッチング耐性を損なわ
ない程度まで薄膜にする必要がある。
３上に耐エッチング性材料層９を形成し、保護層を形成
する。この場合の厚みとしてはエッチング耐性を損なわ
ない程度まで薄膜にする必要がある。
【００３６】次に図４〜図６は、平坦化工程を示してお
り、本実施例では透明材料層４を３回塗布して平坦化し
ている。１μｍ程度の段差を３回塗布で平坦化するので
あれば、１回の塗布厚としては１μｍ程度で十分平坦化
される。
り、本実施例では透明材料層４を３回塗布して平坦化し
ている。１μｍ程度の段差を３回塗布で平坦化するので
あれば、１回の塗布厚としては１μｍ程度で十分平坦化
される。
【００３７】図６は透明材料層４によりカラーフィルタ
ー層３表面の凹凸が平坦化された状態を示している。
ー層３表面の凹凸が平坦化された状態を示している。
【００３８】次に図７においてＯ2アッシングなどのド
ライエッチング処理または薬液によるウェットエッチン
グなどにより透明材料４を全面均一にエッチングする。
この場合のエッチング量としては、下地の耐エッチング
性材料層９まで達するほど透明材料４をエッチングする
必要はなく、形成するマイクロレンズの膜厚、適正曲率
と焦点距離より受光部へ焦点が合うような厚さになるよ
うにエッチングする。そのためエッチングコントロール
が可能で均一にエッチングできるＯ2アッシングなどが
適している。
ライエッチング処理または薬液によるウェットエッチン
グなどにより透明材料４を全面均一にエッチングする。
この場合のエッチング量としては、下地の耐エッチング
性材料層９まで達するほど透明材料４をエッチングする
必要はなく、形成するマイクロレンズの膜厚、適正曲率
と焦点距離より受光部へ焦点が合うような厚さになるよ
うにエッチングする。そのためエッチングコントロール
が可能で均一にエッチングできるＯ2アッシングなどが
適している。
【００３９】次に図８において感光性材料層６を目的と
する膜厚分形成し、１１０℃程度の温度でベークを行な
い乾燥させる。
する膜厚分形成し、１１０℃程度の温度でベークを行な
い乾燥させる。
【００４０】続いて図９において、前記感光性材料層６
に対してマスクを用いて選択露光、現像、紫外線照射に
よる材料透明化などを行ない、感光性材料層パターン７
を得る。
に対してマスクを用いて選択露光、現像、紫外線照射に
よる材料透明化などを行ない、感光性材料層パターン７
を得る。
【００４１】そして図１０において前記感光性材料層パ
ターン７に対して１５０℃程度で加熱処理を行なうこと
により、感光性材料層パターン７は溶融・流動してマイ
クロレンズ層５が形成される。
ターン７に対して１５０℃程度で加熱処理を行なうこと
により、感光性材料層パターン７は溶融・流動してマイ
クロレンズ層５が形成される。
【００４２】続いて図１１において、本発明の第２の実
施例における固体撮像装置の構造について説明する。
施例における固体撮像装置の構造について説明する。
【００４３】固体撮像装置基板１上に各々の受光部２に
対応したカラーフィルター層３が形成されており、前記
カラーフィルター層３上の受光部２に対応して透明材料
層４と感光性材料層６によって、断面形状が半円状もし
くは半円状にきわめて近いマイクロレンズ層１０が互い
に分離独立せずに連続して形成されている。すなわち半
円状の下端直径部が隣接して形成されている。
対応したカラーフィルター層３が形成されており、前記
カラーフィルター層３上の受光部２に対応して透明材料
層４と感光性材料層６によって、断面形状が半円状もし
くは半円状にきわめて近いマイクロレンズ層１０が互い
に分離独立せずに連続して形成されている。すなわち半
円状の下端直径部が隣接して形成されている。
【００４４】上記構造により、断面形状が半円状もしく
は半円状にきわめて近いマイクロレンズ層１０により集
束された光がカラーフィルター層３を通り、色分解され
て受光部２へ入射する。集光密度が高い状態で入射した
光によって、受光感度の高いカラー画像が得られる。こ
れはマイクロレンズ層１０が分離独立せずに半円状の下
端直径部が隣接して形成されているので、固体撮像装置
に入射する光を無駄なく集光することができるため、受
光感度の高い固体撮像装置が実現する。
は半円状にきわめて近いマイクロレンズ層１０により集
束された光がカラーフィルター層３を通り、色分解され
て受光部２へ入射する。集光密度が高い状態で入射した
光によって、受光感度の高いカラー画像が得られる。こ
れはマイクロレンズ層１０が分離独立せずに半円状の下
端直径部が隣接して形成されているので、固体撮像装置
に入射する光を無駄なく集光することができるため、受
光感度の高い固体撮像装置が実現する。
【００４５】次に図１２〜図１８において本発明の第２
の実施例における固体撮像装置の製造方法を工程順に説
明する。
の実施例における固体撮像装置の製造方法を工程順に説
明する。
【００４６】図１２において、固体撮像装置基板１上に
は各受光部２に対応してカラーフィルター層３が形成さ
れており、その表面は第１の実施例と同様な方法により
平坦化されている。
は各受光部２に対応してカラーフィルター層３が形成さ
れており、その表面は第１の実施例と同様な方法により
平坦化されている。
【００４７】次に図１３において、透明材料層４を形
成、ベークし第１層を形成する。続いて図１４において
前記図１３で形成した透明材料層４による第１層上に感
光性材料層６を目的とする厚さで塗布し、感光性材料層
６の感光性に支障のないように１１０℃程度で乾燥さ
せ、第２層を形成する。
成、ベークし第１層を形成する。続いて図１４において
前記図１３で形成した透明材料層４による第１層上に感
光性材料層６を目的とする厚さで塗布し、感光性材料層
６の感光性に支障のないように１１０℃程度で乾燥さ
せ、第２層を形成する。
【００４８】続いて図１５において、前記感光性材料層
６による第２層に対してマスクを用いて選択露光を行な
い、現像・リンス処理を施し感光性材料層６をパターン
化し、感光性材料層パターン７を得る。
６による第２層に対してマスクを用いて選択露光を行な
い、現像・リンス処理を施し感光性材料層６をパターン
化し、感光性材料層パターン７を得る。
【００４９】次に図１６において前記形成した感光性材
料層パターン７に対して紫外線域の波長の光で全面露光
を施し、可視光領域の透過率を９０％以上に上げる。透
過率の低下によって感度が低下しては不都合であるた
め、極力透過率は上げる必要がある。
料層パターン７に対して紫外線域の波長の光で全面露光
を施し、可視光領域の透過率を９０％以上に上げる。透
過率の低下によって感度が低下しては不都合であるた
め、極力透過率は上げる必要がある。
【００５０】続いて前記全面露光によって透過率の上が
った感光性材料層パターン１１に対して１５０℃以上で
加熱処理を行ない、透過率の上がった感光性材料層パタ
ーン１１を溶融・流動させた状態が図１７であり、この
時点で断面形状が半円状もしくは半円状にきわめて近い
マイクロレンズ形状ができあがる。しかしながら図１６
のままでは断面形状が半円状もしくは半円状にきわめて
近い形状の感光性材料層パターン１２どうしは分離・独
立しているので、連続的に存在させる必要がある。
った感光性材料層パターン１１に対して１５０℃以上で
加熱処理を行ない、透過率の上がった感光性材料層パタ
ーン１１を溶融・流動させた状態が図１７であり、この
時点で断面形状が半円状もしくは半円状にきわめて近い
マイクロレンズ形状ができあがる。しかしながら図１６
のままでは断面形状が半円状もしくは半円状にきわめて
近い形状の感光性材料層パターン１２どうしは分離・独
立しているので、連続的に存在させる必要がある。
【００５１】図１８において、前記図１７にて形成した
断面形状が半円状もしくは半円状にきわめて近い形状の
感光性材料層１２間にのみ存在する透明材料層４による
第１層をマスクを用いて選択露光、現像・リンスし、断
面方向でＶ型のような溝型に除去する。透明材料の解像
度、露光焦点などを調節することにより容易に断面方向
でＶ型の溝は形成可能である。また除去の方法として
は、前記マスクによる選択露光のほか、Ｏ2アッシング
等のドライエッチングや薬液によるウェットエッチング
によっても除去可能なことは言うまでもない。その結
果、透明材料層４と感光性材料層６とにより完全分離せ
ずに連続して存在するマイクロレンズ層１０を形成する
ことができる。
断面形状が半円状もしくは半円状にきわめて近い形状の
感光性材料層１２間にのみ存在する透明材料層４による
第１層をマスクを用いて選択露光、現像・リンスし、断
面方向でＶ型のような溝型に除去する。透明材料の解像
度、露光焦点などを調節することにより容易に断面方向
でＶ型の溝は形成可能である。また除去の方法として
は、前記マスクによる選択露光のほか、Ｏ2アッシング
等のドライエッチングや薬液によるウェットエッチング
によっても除去可能なことは言うまでもない。その結
果、透明材料層４と感光性材料層６とにより完全分離せ
ずに連続して存在するマイクロレンズ層１０を形成する
ことができる。
【００５２】なお透明材料層４の厚みとしては、目的と
するマイクロレンズ層１０厚以内であればかまわない
が、極端に厚く塗布することは、受光部２から形成した
マイクロレンズ層１０までの距離が遠くなり、受光感度
低下などの特性劣化につながるので避けなければならな
い。
するマイクロレンズ層１０厚以内であればかまわない
が、極端に厚く塗布することは、受光部２から形成した
マイクロレンズ層１０までの距離が遠くなり、受光感度
低下などの特性劣化につながるので避けなければならな
い。
【００５３】また透明材料層４の材料としては、遠紫外
線感光型のポジ型レジストであるＰＧＭＡ（ポリグリシ
ジルメタクリレート）とＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリ
レート）との共重合体のような透明材料でよく、Ｏ2ア
ッシングなどによりエッチングが可能であり、可視光線
波長域で透過率が９０％以上あればよい。また感光性材
料層６の材料としてはナフトキノンジアジドを感光基と
するフェノール系のポジ型レジストなどが挙げられる
が、マスクによる選択露光によって微細パターンの形成
が可能であり、可視光線波長域で透過率が９０％以上有
し、または紫外線照射による材料透明化処理によって前
記透過率を得ることができるものであればよい。そして
熱処理によって熱可塑性による形状変化と熱硬化による
形状固定とがほぼ同時に進行して両者の進行差によって
形状が決定され、耐ガス性、耐薬品性などの信頼性が優
れた性質の材料であれば何でもよい。耐エッチング性材
料層９の材料としては、透明材料層４との相性がよく、
可視光線波長域で透過率が９０％以上であり、なおかつ
Ｏ2アッシングなどのドライエッチングまたはウェット
エッチングに耐性がある材料であれば何でもよく、例え
ば前記マイクロレンズ層５形成用の感光性材料層６を形
成するような材料は熱硬化後はＯ2アッシングに耐性が
あり、他の条件も満たしているため使用可能である。
線感光型のポジ型レジストであるＰＧＭＡ（ポリグリシ
ジルメタクリレート）とＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリ
レート）との共重合体のような透明材料でよく、Ｏ2ア
ッシングなどによりエッチングが可能であり、可視光線
波長域で透過率が９０％以上あればよい。また感光性材
料層６の材料としてはナフトキノンジアジドを感光基と
するフェノール系のポジ型レジストなどが挙げられる
が、マスクによる選択露光によって微細パターンの形成
が可能であり、可視光線波長域で透過率が９０％以上有
し、または紫外線照射による材料透明化処理によって前
記透過率を得ることができるものであればよい。そして
熱処理によって熱可塑性による形状変化と熱硬化による
形状固定とがほぼ同時に進行して両者の進行差によって
形状が決定され、耐ガス性、耐薬品性などの信頼性が優
れた性質の材料であれば何でもよい。耐エッチング性材
料層９の材料としては、透明材料層４との相性がよく、
可視光線波長域で透過率が９０％以上であり、なおかつ
Ｏ2アッシングなどのドライエッチングまたはウェット
エッチングに耐性がある材料であれば何でもよく、例え
ば前記マイクロレンズ層５形成用の感光性材料層６を形
成するような材料は熱硬化後はＯ2アッシングに耐性が
あり、他の条件も満たしているため使用可能である。
【００５４】本実施例はカラーフィルターを介する場合
についての例であるが、カラーフィルターではなく遮光
用等に利用する黒フィルターのみを介する場合について
も本発明に係る固体撮像装置の製造方法が適用可能であ
ることは言うまでもない。
についての例であるが、カラーフィルターではなく遮光
用等に利用する黒フィルターのみを介する場合について
も本発明に係る固体撮像装置の製造方法が適用可能であ
ることは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】以上のように本発明の第１の実施例に係
る固体撮像装置およびその製造方法は固体撮像装置上に
形成されたフィルター層上に耐エッチング性材料層を形
成し、その上に透明材料層を形成後その透明材料層をエ
ッチングで薄くし、薄膜で平坦化した後に各受光部上に
対応してマイクロレンズを形成しているため、従来より
もマイクロレンズから受光部までの距離が短くなる。そ
の結果、従来のマイクロレンズよりも曲率半径の小さな
マイクロレンズを形成しても集束された光の焦点を受光
部に合わせることができ、集光密度の高い光が受光部へ
入射するため、受光感度を向上させることができる。
る固体撮像装置およびその製造方法は固体撮像装置上に
形成されたフィルター層上に耐エッチング性材料層を形
成し、その上に透明材料層を形成後その透明材料層をエ
ッチングで薄くし、薄膜で平坦化した後に各受光部上に
対応してマイクロレンズを形成しているため、従来より
もマイクロレンズから受光部までの距離が短くなる。そ
の結果、従来のマイクロレンズよりも曲率半径の小さな
マイクロレンズを形成しても集束された光の焦点を受光
部に合わせることができ、集光密度の高い光が受光部へ
入射するため、受光感度を向上させることができる。
【００５６】また第２の実施例に係る固体撮像装置およ
びその製造方法においては、カラーフィルター層上の受
光部に対応した位置に透明材料層と感光性材料層を積層
し、断面形状が半円状または半円状に近く、その半円状
の下端直径部が隣接し、連続して形成されたマイクロレ
ンズとを有する構成によるので、固体撮像装置基板上の
受光部に対してきわめて効率よく集光することができ、
さらに下層の透明材料層をマイクロレンズの一部として
利用することにより、マイクロレンズ間のスペースをな
くし連続して存在しているため、無効な光は低減され
て、受光感度が向上する。また集光させているため、隣
接受光部間での光の散乱、混入のない固体撮像装置を実
現できる。
びその製造方法においては、カラーフィルター層上の受
光部に対応した位置に透明材料層と感光性材料層を積層
し、断面形状が半円状または半円状に近く、その半円状
の下端直径部が隣接し、連続して形成されたマイクロレ
ンズとを有する構成によるので、固体撮像装置基板上の
受光部に対してきわめて効率よく集光することができ、
さらに下層の透明材料層をマイクロレンズの一部として
利用することにより、マイクロレンズ間のスペースをな
くし連続して存在しているため、無効な光は低減され
て、受光感度が向上する。また集光させているため、隣
接受光部間での光の散乱、混入のない固体撮像装置を実
現できる。
【図１】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
構造を示した部分拡大断面図
構造を示した部分拡大断面図
【図２】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
製造方法の第１工程を示した部分拡大断面図
製造方法の第１工程を示した部分拡大断面図
【図３】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
製造方法の第２工程を示した部分拡大断面図
製造方法の第２工程を示した部分拡大断面図
【図４】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
製造方法の第３工程を示した部分拡大断面図
製造方法の第３工程を示した部分拡大断面図
【図５】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
製造方法の第４工程を示した部分拡大断面図
製造方法の第４工程を示した部分拡大断面図
【図６】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
製造方法の第５工程を示した部分拡大断面図
製造方法の第５工程を示した部分拡大断面図
【図７】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
製造方法の第６工程を示した部分拡大断面図
製造方法の第６工程を示した部分拡大断面図
【図８】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
製造方法の第７工程を示した部分拡大断面図
製造方法の第７工程を示した部分拡大断面図
【図９】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
製造方法の第８工程を示した部分拡大断面図
製造方法の第８工程を示した部分拡大断面図
【図１０】本発明の第１の実施例における固体撮像装置
の製造方法の第９工程を示した部分拡大断面図
の製造方法の第９工程を示した部分拡大断面図
【図１１】本発明の第２の実施例における固体撮像装置
の構造を示した部分拡大断面図
の構造を示した部分拡大断面図
【図１２】本発明の第２の実施例における固体撮像装置
の製造方法の第１工程を示した部分拡大断面図
の製造方法の第１工程を示した部分拡大断面図
【図１３】本発明の第２の実施例における固体撮像装置
の製造方法の第２工程を示した部分拡大断面図
の製造方法の第２工程を示した部分拡大断面図
【図１４】本発明の第２の実施例における固体撮像装置
の製造方法の第３工程を示した部分拡大断面図
の製造方法の第３工程を示した部分拡大断面図
【図１５】本発明の第２の実施例における固体撮像装置
の製造方法の第４工程を示した部分拡大断面図
の製造方法の第４工程を示した部分拡大断面図
【図１６】本発明の第２の実施例における固体撮像装置
の製造方法の第５工程を示した部分拡大断面図
の製造方法の第５工程を示した部分拡大断面図
【図１７】本発明の第２の実施例における固体撮像装置
の製造方法の第６工程を示した部分拡大断面図
の製造方法の第６工程を示した部分拡大断面図
【図１８】本発明の第２の実施例における固体撮像装置
の製造方法の第７工程を示した部分拡大断面図
の製造方法の第７工程を示した部分拡大断面図
【図１９】従来例における固体撮像装置の構造を示した
部分拡大断面図
部分拡大断面図
【図２０】従来例における固体撮像装置の製造方法の第
１工程を示した部分拡大断面図
１工程を示した部分拡大断面図
【図２１】従来例における固体撮像装置の製造方法の第
２工程を示した部分拡大断面図
２工程を示した部分拡大断面図
【図２２】従来例における固体撮像装置の製造方法の第
３工程を示した部分拡大断面図
３工程を示した部分拡大断面図
【図２３】従来例における固体撮像装置の製造方法の第
４工程を示した部分拡大断面図
４工程を示した部分拡大断面図
【図２４】従来例における固体撮像装置の製造方法の第
５工程を示した部分拡大断面図
５工程を示した部分拡大断面図
【図２５】従来例に係る固体撮像装置の焦点ズレのメカ
ニズムを示した部分拡大断面図
ニズムを示した部分拡大断面図
１ 固体撮像装置基板 ２ 受光部 ３ カラーフィルター層 ４ 透明材料層 ５ マイクロレンズ層 ６ 感光性材料層 ７ 感光性材料層パターン ８ 電荷転送部 ９ 耐エッチング材料層 １０ マイクロレンズ層 １１ 透過率の上がった感光性材料層パターン １２ 断面形状が半円状もしくは半円状にきわめて近い
形状の感光性材料層パターン
形状の感光性材料層パターン
Claims (4)
- 【請求項１】固体撮像装置基板上のフィルター層上に形
成された耐エッチング性材料層と、前記耐エッチング性
材料層上に形成された表面が平坦でかつ薄膜状の透明材
料層と、前記透明材料層上に断面形状で半円状もしくは
半円状にきわめて近い形状のマイクロレンズとを有する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】固体撮像装置基板上に形成されたフィルタ
ー層上に耐エッチング性材料層を形成する工程と、前記
耐エッチング性材料層上に透明材料を塗布して透明材料
層を形成する工程と、前記透明材料層に対してエッチン
グ処理する工程と、前記エッチング処理後の透明材料層
上に断面形状で半円状もしくは半円状にきわめて近い形
状のマイクロレンズ層を形成する工程とを有することを
特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項３】固体撮像装置基板上のフィルター層上に透
明材料層と感光性材料層とにより断面形状が半円状また
は半円状にきわめて近い形状でかつその半円状の下端直
径部が相互に隣接し、連続して形成されたマイクロレン
ズ層とを有することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項４】固体撮像装置基板上に形成されたフィルタ
ー上に透明材料層を形成して第１層を形成する工程と、
前記第１層上に感光性材料層を形成して第２層を形成し
乾燥させ、選択露光によってパターン化する工程と、前
記パターン化した感光性材料層を全面露光する工程と、
前記全面露光後のパターン化した感光性材料層を加熱処
理してマイクロレンズ層を形成する工程と、前記形成し
たマイクロレンズ層間にのみ存在する前記透明材料層に
より形成された第１層を除去して断面方向でＶ型の溝を
形成する工程とを有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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-
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