JPH08116041A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

固体撮像装置の製造方法

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JPH08116041A
JPH08116041A JP6273068A JP27306894A JPH08116041A JP H08116041 A JPH08116041 A JP H08116041A JP 6273068 A JP6273068 A JP 6273068A JP 27306894 A JP27306894 A JP 27306894A JP H08116041 A JPH08116041 A JP H08116041A
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JP
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photoelectric conversion
conversion element
microlens
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solid
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Toshihiko Isokawa
俊彦 磯川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロレンズマスク形成のための露光装置
の光学系の調整を必要とせずに、各光電変換素子の感度
を均一な状態で向上できる固体撮像装置の製造方法を提
供する。 【構成】 半導体基板の表面に多数の光電変換素子1を
マトリクス状に形成し、該光電変換素子1に対応してマ
イクロレンズ4を配設した固体撮像装置の製造方法にお
いて、光電変換素子群を光電変換素子群の外縁形状に対
して相似形状となるようにブロック2a,2b,2cに
分割し、各光電変換素子1に対応する各マイクロレンズ
4を、各分割ブロック単位毎に光電変換素子群の中央部
から周辺部になるにつれて光電変換素子群の中央部側に
偏倚させて形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、固体撮像装置の製造
方法に関し、特に半導体基板の主表面に形成された複数
の光電変換素子を備え、且つ各光電変換素子を覆うよう
にマイクロレンズを形成してなる固体撮像装置の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電子カメラ、ホームビデオ等に利
用される半導体光電変換素子からなる固体撮像装置に
は、電荷結合素子が広く用いられているが、近年、画素
の縮小化に伴って生じる感度低下を補う手段として、オ
ンチップマイクロレンズが種々検討されている。
【0003】この固体撮像装置の感度低下を補うマイク
ロレンズに関する従来技術として、例えば特公平4−5
5028号公報には、図5に示すような構成のものが開
示されている。すなわち、各マイクロレンズ101 を、そ
の中心軸102 が各マイクロレンズ101 の直下に位置付け
られる、光電変換素子103 の開口中心(図示せず)に位
置するように覆って形成し、各画素において不感領域に
入射した光を、光電変換素子103 の開口部分に入射させ
ることにより、感度を向上させるようにしたものが示さ
れている。なお図5において、104 は平坦化層、105 は
主光線を示している。
【0004】また、特開平5−328233号公報に
は、図6に示すように、光電変換素子群の中央部から周
辺部になるにしたがって、各光電変換素子201 に対応す
る各マイクロレンズ202 の中心を、光電変換素子201 の
中心位置203 より光電変換素子群の中央部側に位置する
ように偏倚させるように構成したものが開示されてい
る。そして、この固体撮像装置におけるマイクロレンズ
の偏倚は、マイクロレンズ部パターンのフォトリソによ
る形成時に、露光装置の縮小率を縮小することにより、
所望の偏倚量を得るようにしている。このように構成し
た固体撮像装置においては、前記図5に示した従来例の
構成においては生じることが予想される、光電変換素子
群の中心部と周辺部での感度の不均一性を、中心部と開
口部に入射する光量を一様にすることによって、回避す
ることが可能となる。なお図6において、204 は平坦化
層、205 は主光軸を示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図5に示し
た従来の固体撮像装置においては、各マイクロレンズ10
1 がその光軸を各マイクロレンズ101 の直下に位置付け
られている光電変換素子103 の開口中心に位置するよう
に構成されているため、使用するレンズ光学系にもよる
が、傾向としては先に述べたように、光電変換素子群の
中心部における感度と周辺部における感度が均一でない
という問題点がある。すなわち光電変換素子群に対する
光像投影が、固体撮像装置の主表面に放射状に広がる主
光線の束によってなされるものと考えると、光電変換素
子群のエリアの中心部付近では該主光線105 が、マイク
ロレンズ101 の中心軸102 に沿ってほぼ垂直に近い状態
で入射されるが、周辺部では該主光線105 がマイクロレ
ンズ101 の中心軸102 に対して、光学系と光電変換素子
のエリアの画角によって決まる特定の角度成分をもった
状態で入射されることになる。その結果、上記エリア内
における感度不均一という問題が生じる。
【0006】これに対し、図6に示した従来例において
は、マイクロレンズとなるパターンを露光時の縮小率を
変化させることによって、マイクロレンズパターンを周
辺になるにしたがって、本来の位置より素子の中央部に
偏倚させることができ、いずれの光電変換素子に対して
も一定の入射光が与えられ、感度を均一にすることがで
きる。しかしながら、図6に示した従来例の手法によれ
ば、縮小露光するために装置光学系の調整が複雑とな
り、また図7に示すように、マスクの中央部、すなわち
縮小する場合の原点210 と光電変換素子群のエリアの中
央部211 とが対応せず、必ずしもマスクの縮小率を単純
に変更しただけでは、上記問題の回避策とはならない場
合も十分考えられる。
【0007】本発明は、従来の固体撮像装置の製造方法
における上記問題点を解消するためになされたもので、
マイクロレンズマスク作製のための露光装置の光学系の
調整を必要とすることなく、更にマスクの中央部と光電
変換素子群のエリアの中央部とが必ずしも対応しなくと
も、各光電変換素子の感度を均一な状態で向上させるこ
とが可能なマイクロレンズを備えた固体撮像装置の製造
方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、請求項1記載の発明は、半導体基板の表面
に形成された複数の光電変換素子からなる光電変換素子
群と、該光電変換素子群が形成された半導体基板の主表
面上に前記各光電変換素子に対応して形成されたマイク
ロレンズからなるマイクロレンズ群とを備えた固体撮像
装置の製造方法において、前記光電変換素子群を任意の
ブロックに分割し、各光電変換素子に対応する各マイク
ロレンズを、各分割ブロック単位毎に光電変換素子群の
中央部から周辺部になるにつれて中央部側に偏倚させて
形成するものである。
【0009】このように、光電変換素子群を任意のブロ
ックに分割し、各光電変換素子に対応する各マイクロレ
ンズを、各分割ブロック単位毎に光電変換素子群の中央
部側に偏倚させて形成することにより、光電変換素子群
のいずれの位置においても、マイクロレンズによる屈折
光は光電変換素子の開口中心に入射させることができ、
感度を均一な状態で向上させることができる。
【0010】また請求項2記載の発明は、前記各マイク
ロレンズの各分割ブロック単位毎の前記光電変換素子群
中央部側への偏倚を、前記マイクロレンズ群を形成する
マスクパターン上において行うものである。これにより
露光時に縮小率を変えるなどの煩雑な手段を必要とせ
ず、また光電変換素子群の中央部とマスクパターンの中
央部とが必ずしも対応しなくても、各マイクロレンズに
よる屈折光を光電変換素子の開口中心に入射させること
ができる。
【0011】
【実施例】次に、実施例について説明する。図1は本発
明に係る固体撮像装置の製造方法の第1実施例を示す説
明図である。図1において、1は固体撮像装置を構成す
る光電変換素子で、該光電変換素子1は、図2に示すイ
メージエリア2上において、各画素毎に形成されてお
り、マトリクス状に配列されている。そして、マトリク
ス状の光電変換素子群の上方に形成された酸化膜及び平
坦化層3上には、多数のマイクロレンズ4からなるマイ
クロレンズ群が配置形成されている。各マイクロレンズ
4の各光電変換素子1に対する配置は、各光電変換素子
1に一定の入射光が入り、感度を均一にするため、光電
変換素子群の中央部から周辺部になるにつれて、ブロッ
ク単位で光電変換素子群の中心部側への偏倚を行ってい
る。
【0012】各マイクロレンズ4の偏倚量αは、射出瞳
Sから各主光線5の各光電変換素子1への入射角度θに
応じて、光軸6から遠退くほど大きく設定されるが、図
3の拡大図に示すように、光電変換素子1からマイクロ
レンズ4までの素子内に作り込まれた酸化膜及び平坦化
層3を含むトータル膜厚をdとし、射出瞳Sから主光線
5が中心軸7に対して角度θで光電変換素子1に入射し
た場合、次式(1)で表される。 α=d・Tan θ ・・・・・(1)
【0013】ここで、角度θは当然ながらイメージエリ
アの周辺になるにしたがって大きくなり、結果的に偏倚
量αも大きくなる。第1実施例においては、マイクロレ
ンズ群を形成するためのマスク上において、光電変換素
子群(イメージエリア)の外縁形状に相似形となる条件
下で分割ブロックを形成し、各分割ブロック毎に上記偏
倚量αを設定している。この際、隣接分割ブロックにお
いて、偏倚量の変更により出力感度の不均一性を生じさ
せないレベルでブロックの分割を行って、分割ブロック
を形成する。
【0014】具体的には、図2において、マスク設計可
能な最小単位の偏位量αを、ブロック単位でイメージエ
リア2に相似形で盛り込み、イメージエリア2の画角に
対して周辺に向かうにつれて、素子の中央部に偏倚させ
るように偏倚量αを設定する。すなわち、図2の中央部
のブロック2aにおける偏倚量αは零、中央部のブロッ
ク2aに隣接するブロック2bにおける偏倚量α=
αA 、ブロック2bに隣接するブロック2cにおける偏
倚量α=αB (>αA )なる偏倚量を設定して、マイク
ロレンズ群のマスクの設計を行う。
【0015】このように、分割ブロックは、偏倚量の変
更点の近傍で出力感度の不均一を生じさせないレベルで
形成されておればよく、射出瞳Sからの主光線5が中心
軸7に対してなす角度θが小さければ、分割ブロックは
少なくてよい。
【0016】このように形成したマスクによりマイクロ
レンズのフォトリソによるパターニングを行い、マイク
ロレンズを形成することによって、光電変換素子群のい
ずれの光電変換素子内へも均一な光が入射され、感度が
均一になる。なお、マイクロレンズは上記のようにフォ
トリソを行って形成したのち、熱処理を施すことにより
半球状のレンズ形状が得られる。
【0017】次に第2実施例について説明する。この実
施例も第1実施例と同様に、各マイクロレンズの光電変
換素子に対する配置が、光電変換素子群の中央部から周
辺部になるについて光電変換素子群の中央部側に偏倚す
るように、マスク上のマイクロレンズパターンにおいて
偏倚量を加えるものであるが、本実施例では、図4に示
すように、分割ブロックをイメージエリア2の平面形状
に対して格子状に形成するものである。この場合、中心
領域の分割ブロック11においては偏倚量は零、中心領域
の分割ブロック11の上下に隣接する分割ブロック12a,
12bには垂直方向のみの偏倚、中心領域の分割ブロック
11の左右に隣接する分割ブロック13a,13bには水平方
向のみの偏倚、中心領域の分割ブロック11の斜め方向に
隣接する分割ブロック14a,14b,14c,14dには斜め
方向の偏倚を与える。
【0018】そして、第1実施例と同様に、分割ブロッ
クは偏倚量の変更点の近傍で出力感度の不均一を生じさ
せないレベルで分割し形成すればよく、射出瞳Sからの
主光線が中心軸7に対してなす角度θが小さければ、分
割ブロック数は少なくてよいことになる。
【0019】このようにして形成したマスクによりマイ
クロレンズのフォトリソによるパターニングを行うこと
によって、光電変換素子群のいずれの素子内にも均一な
光が入射され、感度を均一にすることができる。
【0020】なお、上記各実施例では、フォトリソ及び
熱処理によりマイクロレンズを形成する工程を含む固体
撮像装置の製造方法に、本発明を適用したものを示した
が、これに限らず、フォトリソでパターニングした形状
をエッチングにより下地マイクロレンズを形成する層に
転写する、いわゆるエッチング転写型のマイクロレンズ
を形成する工程をもつ製造方法にも適用できるものであ
ることは、言うまでもない。
【0021】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、マイクロレンズ作製のためのマス
ク作成時に縮小率を変更するなどの煩雑な手法をとらず
に、更にはマスクの中央部と光電変換素子群の中央部と
が対応しなくても、各光電変換素子の感度を均一な状態
に向上させることが可能となる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第1実
施例を示す説明図である。
【図2】第1実施例における分割ブロックの形成態様を
示す図である。
【図3】図1の一部を拡大して示す拡大図である。
【図4】本発明の第2実施例の分割ブロックの形成態様
を示す図である。
【図5】従来のマイクロレンズを備えた固体撮像装置の
構成例を示す図である。
【図6】従来のマイクロレンズを備えた固体撮像装置の
他の構成例を示す図である。
【図7】図6に示した構成例を製造する際の問題点を示
す説明図である。
【符号の説明】
1 光電変換素子 2 イメージエリア 2a,2b,2c 相似形分割ブロック 3 平坦化層 4 マイクロレンズ 5 主光線 6 光軸 7 中心軸 11,12a,12b 格子状分割ブロック 13a,13b,14a〜14d 格子状分割ブロック

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面に形成された複数の光
    電変換素子からなる光電変換素子群と、該光電変換素子
    群が形成された半導体基板の主表面上に前記各光電変換
    素子に対応して形成されたマイクロレンズからなるマイ
    クロレンズ群とを備えた固体撮像装置の製造方法におい
    て、前記光電変換素子群を任意のブロックに分割し、各
    光電変換素子に対応する各マイクロレンズを、各分割ブ
    ロック単位毎に光電変換素子群の中央部から周辺部にな
    るにつれて中央部側に偏倚させて形成することを特徴と
    する固体撮像装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記各マイクロレンズの各分割ブロック
    単位毎の前記光電変換素子群中央部側への偏倚を、前記
    マイクロレンズ群を形成するマスクパターン上において
    行うことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 前記光電変換素子群を、該光電変換素子
    群の外縁形状に対して相似形状に分割して分割ブロック
    を形成することを特徴とする請求項1又は2記載の固体
    撮像装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記光電変換素子群を、該光電変換素子
    群のエリアを格子状に分割して分割ブロックを形成する
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置の
    製造方法。
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