JPH0722599A - 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

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JPH0722599A
JPH0722599A JP5164877A JP16487793A JPH0722599A JP H0722599 A JPH0722599 A JP H0722599A JP 5164877 A JP5164877 A JP 5164877A JP 16487793 A JP16487793 A JP 16487793A JP H0722599 A JPH0722599 A JP H0722599A
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JP
Japan
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microlens
solid
light receiving
softening
layer
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JP5164877A
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Junichi Nakai
淳一 仲井
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Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロレンズを集光効果に優れたものにす
る。更に、マイクロレンズ表面における入射光の反射を
抑えたものとする。 【構成】 熱軟化性樹脂層15を低圧下で加熱して軟化
させるため、熱軟化性樹脂の熱流動性を容易にコントロ
ールすることができ、マイクロレンズ16を均一な形状
に再現性よく、しかも無効領域の割合が少ない状態に形
成することができる。また、熱軟化性樹脂層15をプラ
ズマ雰囲気中で加熱する場合には、マイクロレンズ16
の表面を熱非軟化性薄膜層、望ましくはフッ素原子を含
んだ低屈折率の薄膜層18で覆うようにすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集光用のマイクロレン
ズを備えた固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】固体撮像装置においては、一般に、半導
体基板上に受光部と電荷転送部とが設けられ、受光部で
光電変換された電荷を電荷転送部により転送する構成と
なっている。このため、半導体基板上の100%の領域
を受光部とすることはできず、電荷転送部に向かって入
射する光が存在し、固体撮像装置の感度が低くなる。そ
こで、最近では、受光部上にマイクロレンズを形成し、
電荷転送部に向かって進行する光を光学的に屈折させて
受光部に入射させ、これにより集光効果を高めることで
感度の向上が図られている。
【0003】上記マイクロレンズを形成する方法として
は、例えば特公昭60−59752号公報に示されてい
るような方法が知られている。この方法について、以下
に説明する。
【0004】まず、図4(A)に示すように、受光部2
1などが形成されたウェハー表面を平滑にするために、
平坦化層を形成する。次に、その上に感光性を有する熱
軟化性樹脂層を塗布などにより形成し、フォトエッチン
グ工程により熱軟化性樹脂層を一部除去して受光部21
上の部分に熱軟化性樹脂層25を残す。その後、熱軟化
性樹脂25に熱を加えることにより、上縁部や四隅部の
角ばった部分を軟化させて熱変形させ、図4(B)に示
すような、なだらかな曲面を有するマイクロレンズ26
を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法による場合には、マイクロレンズ26の底面の隅部
が円みを帯びた状態になるため、マイクロレンズにより
集光できない無効領域(斜線部b)は、図4(C)に示
す理想状態にあるマイクロレンズの無効領域(斜線部
c)よりも広くなって、集光効果が低下するという問題
があった。かかる集光効果の低下現象は、マイクロレン
ズの微細化が進むにつれてマイクロレンズの底面がほぼ
円形に近付くために顕著に現れる。
【0006】また、マイクロレンズの集光効果を向上さ
せるためには、隣合うマイクロレンズ相互間の間隔を可
能な限り狭めることが必要であるものの、従来の技術で
は、熱軟化性樹脂の熱流動性のコントロールが困難であ
った。このため、エッチング後の線幅や加熱温度等の制
御性にも限界があり、均一な形状のマイクロレンズを形
成することが困難であり、マイクロレンズ間の間隔は
1.0μm程度に狭めるのが限度であり、充分な集光効
果を得ることができなかった。
【0007】更に、マイクロレンズの表面で入射光の一
部が反射して集光効果が低下したり、或はその反射光が
他の受光部に入射して固体撮像装置の感度や画質の低下
を起こしたりするという問題があった。
【0008】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、集光効果に優れたマイクロレンズを
備える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。更に、マイクロレンズ表面における入射
光の反射を抑えることができる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。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
製造方法は、受光部および電荷転送部が形成された半導
体基板上に平坦化層を形成する工程と、該平坦化層の上
に熱軟化性樹脂層を形成する工程と、該熱軟化性樹脂層
の受光部に対向する部分を残した状態に熱軟化性樹脂層
をパターン形成する工程と、パターン化された熱軟化性
樹脂層を、大気圧よりも低い圧力状態の下で加熱して軟
化させ、マイクロレンズを形成する工程と、を含むの
で、そのことにより上記目的が達成される。
【0010】この固体撮像装置の製造方法において、前
記状態をプラズマ雰囲気となし、マイクロレンズと該マ
イクロレンズの曲率を有する表面上を覆う熱非軟化性薄
膜層とを形成するようにしてもよい。その熱非軟化性薄
膜層としては、フッ素原子を含む低屈折率の薄膜層から
なるようにするのが好ましい。
【0011】本発明の固体撮像装置は、受光部および電
荷転送部が形成された半導体基板と、該半導体基板の受
光部の上に形成され、受光部に集光するマイクロレンズ
と、該マイクロレンズの曲率を有する表面上を覆って存
在する熱非軟化性薄膜層とを備えるので、そのことによ
り上記目的が達成される。
【0012】
【作用】本発明にあっては、熱軟化性樹脂を低圧下で加
熱して軟化させるため、熱軟化性樹脂の熱流動性を容易
にコントロールすることができ、マイクロレンズを均一
な形状に再現性よく、しかも無効領域の割合が少ない状
態に形成することができる。
【0013】また、熱軟化性樹脂をプラズマ雰囲気中で
加熱する場合には、マイクロレンズの表面を熱非軟化性
薄膜層、望ましくはフッ素原子を含んだ低屈折率の薄膜
層で覆うようにすることができる。かかる熱非軟化性薄
膜層で覆うようにすると、熱軟化性樹脂をマイクロレン
ズ形状に成形加工する際に、熱軟化性樹脂の熱流動性等
に僅かなばらつきがあっても、それに左右されることな
く、均一な形状のマイクロレンズが得られる。また、フ
ッ素原子を含んだ低屈折率層とすると、マイクロレンズ
表面における入射光の表面反射を抑えることができる。
【0014】
【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。
【0015】(実施例1)図1(D)に、本実施例の固
体撮像装置の正面断面図を示す。この固体撮像装置は、
複数の受光部11と、受光部11で光電変換された電荷
を転送する複数の電荷転送部12が形成された半導体基
板13を備え、この半導体基板13の上には、半導体基
板13の上表面を平坦化するための平坦化層14が形成
されている。さらに、平坦化層14の上には、受光部1
1と対向するように、受光部11に光を集光するマイク
ロレンズ16が形成されている。
【0016】このような構造の固体撮像装置は、以下に
示すようにして製造される。
【0017】まず、図1(A)に示すように、複数の受
光部11と複数の電荷転送部12とが形成された半導体
基板13上に、透明なアクリル樹脂FVR−10(富士
薬品工業製)をスピンコート法により厚み2μmに塗布
する。これを150℃で熱硬化させて表面を平坦にし、
平坦化層14を形成する。
【0018】次に、図1(B)に示すように、平坦化層
14の上に熱軟化性を有する樹脂、例えばRU/110
0N(日立化成製)をスピンコート法により厚み3μm
に塗布する。これをフォトマスク17を用いて露光、現
像し、図1(C)に示すような受光部11に対応する部
分に熱軟化性樹脂層15をパターン形成する。
【0019】このパターン化された熱軟化性樹脂層15
を、例えば30Paの低圧下かつ150℃のプレート上
で3分間加熱して、図1(D)に示すようなマイクロレ
ンズ16を形成する。
【0020】上記製造工程においては、熱軟化性樹脂層
15を低圧下で加熱しているので、熱軟化性樹脂の熱流
動性を容易にコントロールすることができる。よって、
図4(B)に示す無効領域bを小さくしてマイクロレン
ズの集光効果を向上させることができ、さらに、均一な
形状のマイクロレンズを形成することができる。
【0021】この実施例の固体撮像装置は、従来の方法
によりマイクロレンズを形成したものと比べて、マイク
ロレンズの無効領域が約15%減少し、これに対応して
固体撮像装置の感度を約10%向上させることができ
た。さらに、マイクロレンズの形状の均一性が良好にな
ったので、固体撮像装置の画質を向上させることができ
た。
【0022】本発明において、大気圧よりも低い圧力下
で熱軟化性樹脂層15を加熱するのは以下の理由に寄
る。図2は、加熱時の圧力を変化させて無効領域が占め
る割合を測定した結果である。この図より理解されるよ
うに、熱軟化性樹脂層15を低圧下で加熱する際、用い
る圧力によりマイクロレンズの無効領域の占める割合が
変化し、圧力が20〜50Paの時に無効領域の占める
割合を最小にできるからである。よって、本発明は、大
気圧よりも低い圧力下、好ましくは20〜50Paで加
熱するのがよい。
【0023】(実施例2)本実施例は、熱軟化性樹脂層
の加熱をプラズマ雰囲気中で行う場合である。
【0024】図3は、本発明の他の実施例に係る固体撮
像装置の断面図を示す。図1と同一部分には同一の番号
を附している。この固体撮像装置は、マイクロレンズ1
6の表面を覆って熱非軟化性薄膜層18が形成されてい
る。その他の構成は、実施例1と同様である。
【0025】かかる構成の固体撮像装置は、以下に示す
ようにして製造される。
【0026】まず、複数の受光部11と複数の電荷転送
部12とが形成された半導体基板13上に、透明なアク
リル樹脂オプトマーSS−1211(日本合成ゴム製)
をスピンコート法により厚み2μmに塗布する。これを
160℃で30分間熱硬化させて表面を平坦にし、平坦
化層14を形成する。
【0027】次に、平坦化層14の上に、熱軟化性を有
する樹脂RD−2000N(日立化成製)をスピンコー
ト法により厚み3μmに塗布する。これをフォトマスク
を用いて露光、現像し、受光部11に対応する部分に熱
軟化性樹脂層15をパターン形成する。
【0028】このパターン化された熱軟化性樹脂層15
を、例えばフッ素原子を含む混合ガス(CF4:CH
3:O2:Cl2=10:6:2:1)を用いた25P
a、120Wのプラズマ雰囲気中において120℃で4
分間加熱する。これにより、マイクロレンズ16が形成
されると共に、マイクロレンズ16の曲率を有する上表
面を覆った熱非軟化性薄膜層18とが形成される。
【0029】上記製造工程においては、熱軟化性樹脂層
15をプラズマ雰囲気中で加熱しているので、低圧力下
で加熱しているのと等価であると共に熱軟化性樹脂15
の表面に熱非軟化性薄膜層18が形成される。このた
め、熱軟化性樹脂の熱流動性等にばらつきがあっても、
それに左右されることなく均一な形状のマイクロレンズ
16が得られる。よって、図4(B)に示す無効領域b
を小さくして、マイクロレンズの集光効果を向上させる
ことができる。また、フッ素原子を含む混合ガスを用い
たプラズマ雰囲気中で加熱しているので、熱非軟化性薄
膜層18は、フッ素原子を含む低屈折率層となる。よっ
て、マイクロレンズ16の表面での入射光の反射を抑え
ることができ、マイクロレンズ16の集光効果の低下を
防ぐことができる。また、この入射光の反射による反射
光が、他の受光部11に入射するのを防ぐことができ、
固体撮像装置の感度や画質を向上することができる。
【0030】この実施例の固体撮像装置は、従来の方法
によりマイクロレンズを形成したものと比べて、マイク
ロレンズの無効領域が約15%減少した。さらに、マイ
クロレンズ16の表面に、厚み約300nmのフッ素原
子を含む低屈折率な熱非軟化性薄膜層18が形成されて
いるので、マイクロレンズ16表面での反射率が、従来
の6%から1%以下に減少した。これらに対応して固体
撮像装置の感度を約15%向上させることができ、画質
も向上させることができた。
【0031】尚、本発明は、モノクロ固体撮像装置に限
られず、カラーフィルタを備えたカラー固体撮像装置に
適用することもできる。
【0032】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、均一な形状のマイクロレンズを形成すること
ができ、さらに、マイクロレンズの無効領域の割合を減
少させて集光効果を高めることができる。よって、高感
度、高画質の固体撮像装置を安定性および再現性良く得
ることができる。また、マイクロレンズ表面を覆う薄膜
層として、フッ素原子を含んだ低屈折率層を形成するこ
とにより、マイクロレンズ表面での入射光の反射を抑え
て、さらに、高感度で高画質の固体撮像装置を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(D)の各々は、実施例1の固体撮像
装置の製造方法を説明するための工程図(断面図)であ
る。
【図2】マイクロレンズの無効領域と加熱時圧力との相
関関係を示すグラフである。
【図3】(A)〜(D)の各々は、実施例2の固体撮像
装置の製造方法を説明するための工程図(断面図)であ
る。
【図4】(A)〜(C)の各々は、従来の固体撮像装置
の製造方法を説明するための工程図(平面図)である。
【符号の説明】
11 受光部 12 電荷転送部 13 半導体基板 14 平坦化層 15 熱軟化性樹脂層 16 マイクロレンズ 17 マスク 18 熱非軟化性薄膜層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受光部および電荷転送部が形成された半
    導体基板上に平坦化層を形成する工程と、 該平坦化層の上に熱軟化性樹脂層を形成する工程と、 該熱軟化性樹脂層の受光部に対向する部分を残した状態
    に熱軟化性樹脂層をパターン形成する工程と、 パターン化された熱軟化性樹脂層を、大気圧よりも低い
    圧力状態の下で加熱して軟化させ、マイクロレンズを形
    成する工程と、 を含む固体撮像装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記状態をプラズマ雰囲気となし、マイ
    クロレンズと該マイクロレンズの曲率を有する表面上を
    覆う熱非軟化性薄膜層とを形成する請求項1に記載の固
    体撮像装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記熱非軟化性薄膜層が、フッ素原子を
    含む低屈折率の薄膜層からなる請求項2に記載の固体撮
    像装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 受光部および電荷転送部が形成された半
    導体基板と、 該半導体基板の受光部の上に形成され、受光部に集光す
    るマイクロレンズと、 該マイクロレンズの曲率を有する表面上を覆って存在す
    る熱非軟化性薄膜層とを備えた固体撮像装置。
JP5164877A 1993-07-02 1993-07-02 固体撮像装置およびその製造方法 Withdrawn JPH0722599A (ja)

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