JPH08288481A

JPH08288481A - 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子

Info

Publication number: JPH08288481A
Application number: JP7088054A
Authority: JP
Inventors: Hidehiro Ueno; 英浩上野; Tamaike Ikezawa; 玉池池沢; Takahiro Wada; 隆宏和田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1995-04-13
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】集光率を高めてその感度を向上した固体撮像
素子と、その製造方法を提供する。【構成】矩形の画素１１を縦横に配設し、画素１１の
中央部に受光面１２を形成し、受光面１２上に凸レンズ
１３を形成した固体撮像素子１０である。凸レンズ１３
は、その凸部分の基底部が画素１１…間にて縦横に連続
して形成されている。また、画素面上に凸レンズの形成
材料からなるレンズ形成層を形成し、レンズ形成層上に
レジスト層を形成し、このレジスト層を、画素のうちの
縦横に隣り合う四つの画素の接点部に開口部を形成する
ようにパターンニングする。そして、パターニングした
レジスト層を熱処理し、その表面張力により前記画素の
中央部が上に凸となるようにレジスト層を軟化・溶融さ
せる。その後、熱処理後のレジスト層をマスクとしてレ
ンズ形成層をエッチングして固体撮像素子を得る製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オンチップレンズを有
する固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に固体撮像素子においては、その感
度向上のため、画素面全体に占める受光センサ部の受光
面の割合を高くすることが求められている。しかし、受
光面の割合を高くすることは構造的に限界があることか
ら、近年では、受光面の上に凸レンズを設け、入射した
光を受光面に集中させて効率的な集光をなすようにし
た、いわゆるオンチップレンズを有した固体撮像素子が
提供されている。

【０００３】このような固体撮像素子としては、従来、
例えば図５（ａ）〜（ｃ）に示す構造のものが知られて
いる。この固体撮像素子１は、図５（ａ）の要部平面図
に示すように長方形の画素２…を縦横に配設し、これら
画素２…の中央部にそれぞれ受光センサ部の受光面３を
形成したものである。また、この固体撮像素子１には、
その各画素２毎にレンズ部４が形成されている。レンズ
部４は、その基底部の平面視形状が画素２の形状に略相
似な長方形で、かつ図５（ｂ）、（ｃ）の要部側面図に
示すようにその側面視形状が上側を凸とする凸レンズ形
状のものである。また、各レンズ部４は他のレンズ部４
に連続することなく、すなわち図５（ｂ）、（ｃ）に示
すようにレンズ部４、４間に平坦なギャップ部５を形成
したもので、これによりそれぞれが、レンズ部４の凸部
分の基底部を連続することなく独立して形成されたもの
となっている。そして、このような構成により固体撮像
素子１は、各画素２毎にレンズ部４をその画素２面上に
形成していることから、画素２面上に入射する光がレン
ズ部４によって集光され、これによりその感度が向上し
たものとなっている。

【０００４】なお、このような固体撮像素子１を製造す
るにあたり、特にレンズ部４…を形成するには、レンズ
部４を形成するための透明樹脂からなるレンズ形成層
（図示略）を画素２…面上に形成し、次にこのレンズ形
成層上にレジスト層（図示略）を形成する。次いで、レ
ジスト層をパターニングし、画素２…の縦横の境界線上
を除去してギャップ部５に対応する断面コ字状の溝部を
縦横に形成する。次いで、パターニング後のレジスト層
を熱処理し、該レジスト層を軟化・溶融させる。する
と、レジスト層は溝部が形成されて各画素に対応する要
素毎に独立し、隣り合う要素とは縁が切れていることか
ら、その表面張力によって溝部側が低くかつその中央部
側が高い、上に凸形状のものとなる。その後、この凸形
状のレジスト層をマスクとし、エッチング剤としてレジ
スト層とレンズ形成層とに対するエッチングレートがほ
ぼ等しいものを用いて前記レンズ形成層をエッチングす
る。すると、レンズ形成層がレジスト層の形状に対応し
てエッチングされ、削られることから、レンズ形成層が
レジスト層と同様の凸形状のものとなり、これによって
レンズ部４…が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示した固体撮像素子１では、レンズ部４…が水平方向
（Ｈ方向）にも垂直方向（Ｖ方向）にも集光に寄与しな
いギャップ部５が形成されていることから、図５
（ｂ）、（ｃ）に示すように入射する光の一部、すなわ
ちギャップ部５を透過した光についてはこれを受光面３
で受光することができず、したがってその感度について
も十分であるとは言えないのが実状である。例えば、イ
メージャーの光学系が１／２、１／３、１／４ｉｎｃｈ
と小さくなるにつれ、一画素の面積に対してギャップ部
５の面積の占める割合が大きくなってしまい、これによ
り十分な感度向上が達成されていないのである。

【０００６】このような背景からさらなる感度向上を図
るべく、本出願人は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように
垂直方向（Ｖ方向）のギャップ部をなくした固体撮像素
子を先に提案した。（特願平５−２８１７２１号）この固体撮像素子は、画素６の列上に形成されたレンズ
素子（レンズ部）７の列が、特に垂直方向（Ｖ方向）に
てその凸部分の基底部が連続して形成され、これにより
垂直方向には図６（ｂ）に示すようにギャップ部を形成
していないものである。したがって、このように垂直方
向にギャップ部を形成していないことから、図６（ｂ）
に示すように画素６の垂直方向においては入射する光の
ほぼ全てを受光面５に集めることができるようになって
いるのである。

【０００７】ところが、この固体撮像素子にあっても、
水平方向（Ｈ方向）には図５に示した固体撮像素子１と
同様に集光に寄与しないギャップ部８を有していること
から、図６（ｃ）に示すように水平方向では入射する光
の一部についてやはりこれを受光面３で受光することが
できず、したがってその感度についてもやはり十分であ
るとは言えないのである。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、垂直方向、水平方向のい
ずれについてもギャップ部を無くした固体撮像素子の製
造方法と、これによって得られる、すなわちギャップ部
を無くしたことによって集光率をさらに高めてその感度
を向上した固体撮像素子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子の
製造方法では、正方形または長方形の画素を縦横に配設
し、該画素の中央部に受光面を形成し、該受光面上に凸
レンズを形成した固体撮像素子の製造方法において、前
記画素面上に前記凸レンズの形成材料からなるレンズ形
成層を形成する工程と、前記レンズ形成層上にレジスト
層を形成する工程と、前記レジスト層を、前記画素のう
ちの縦横に隣り合う四つの画素の接点部に開口部を形成
するようにパターンニングする工程と、前記パターニン
グしたレジスト層を熱処理し、その表面張力により前記
画素の中央部が上に凸となるように該レジスト層を軟化
・溶融させる工程と、前記熱処理後のレジスト層をマス
クとして前記レンズ形成層をエッチングする工程と、を
備えてなることを前記課題の解決手段とした。本発明の
固体撮像素子では、正方形または長方形の画素を縦横に
配設し、該画素の中央部に受光面を形成し、該受光面上
に凸レンズを形成してなり、前記凸レンズは、その凸部
分の基底部が前記画素間にて縦横に連続して形成されて
なることを前記課題の解決手段とした。

【００１０】

【作用】本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、レ
ンズ形成層上に形成したレジスト層を、画素のうちの縦
横に隣り合う四つの画素の接点部に開口部を形成するよ
うにパターンニングし、その後、このレジスト層を熱処
理して軟化・溶融させるので、熱処理後のレジスト層は
その表面張力により、開口部側が低く、画素の中央部が
高くなって全体が上に凸となる。そして、このように各
画素毎に凸形状となったレジスト層をマスクとしてレン
ズ形成層をエッチングするので、エッチング剤として適
宜なもの、例えばレジスト層およびレンズ形成層に対す
るエッチングレートがほぼ等しいものを用いることによ
り、レンズ形成層をレジスト層と同様の凸形状のものに
形成することが可能になる。また、従来のごとくレジス
ト層を各画素に対応する毎に溝部を形成し、各個毎に縁
を切ることなく軟化・溶融させるので、得られる凸形状
のレジスト層は全体がその凸部分の基底部で連続するも
のとなり、したがってエッチング後に得られる凸形状の
レンズ形成層についても、全体がその凸部分の基底部で
連続したものとなる。

【００１１】本発明の固体撮像素子によれば、受光面上
に形成配置された凸レンズが、画素間にてその凸部分の
基底部が縦横に連続して形成されてなるので、凸レンズ
間にギャップ部がなく、したがってロスのない効率的な
集光が可能になる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳しく説明す
る。まず、本発明の固体撮像素子の製造方法を説明する
に先立ち、これによって得られる本発明の固体撮像素子
について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の固体
撮像素子の一実施例を示す図であり、これらの図におい
て符号１０は固体撮像素子である。この固体撮像素子１
０が図５や図６に示した固体撮像素子と異なるところ
は、そのレンズ部の構成にある。すなわち、図１に示し
た固体撮像素子１０は、従来と同様に長方形の画素１１
を縦横に配設し、該画素１１…の中央部にそれぞれ受光
面１２を形成し、該受光面１２上にそれぞれ凸レンズ形
状のレンズ部１３を形成したものである。

【００１３】レンズ部１３は、従来のものと同様にその
中央部が上に凸となるもので、図１（ｂ）、（ｃ）に示
すように受光面１２に焦点が合うようにその曲率が設定
されたものである。また、これらレンズ部１３…は、そ
の凸部分の基底部、すなわち画素１１面側の部分が従来
のごとくギャップ部で縁が切れることなく、縦横に連続
して形成されたものである。したがって、これらレンズ
部１３…は、従来のごとく集光に寄与しないギャップ部
を有していないことから、図１（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うに垂直方向（Ｖ方向）においても水平方向（Ｈ方向）
においても、入射する光を効率良く受光面１２に集める
ことができるものとなっている。

【００１４】なお、レンズ部１３…には、図１（ａ）に
示すように縦横に隣り合う四つ画素１１…の接点Ｐを囲
む部分に、レンズ部１３を形成するレンズ形成材料層が
凹み、または開口してなる開口部１４が形成されてい
る。この開口部１４は、後述するようにレンズ部１３形
成の際に機能するもので、平面視略ひし形のものであ
り、かつその対角線が、前記画素１１、１１間の境界線
に略一致して形成されたものである。

【００１５】次に、このような構成の固体撮像素子１０
の製造方法について説明する。なお、ここでの説明は、
レンズ部１３…形成以前については従来と同一であるの
で、特にそのレンズ部１３…の形成方法についてのみ説
明する。まず、図１（ａ）中のＡ−Ａ線矢視断面部分の
模式図である図２（ａ）に示すように、受光面１２…
（受光部）、画素１１…等の構成要素をそれぞれ形成し
た基体１５上に、レンズ部１３（凸レンズ）の形成材
料、具体的にはポリスチレン系樹脂等の透明樹脂を塗布
し硬化させ、レンズ形成層１６を形成する。次に、図２
（ｂ）に示すように、このレンズ形成層１６上にレジス
ト層１７を形成する。レジスト層１７を形成するレジス
トとしては、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭ
Ａ）等が用いられる。

【００１６】次いで、公知のリソグラフィー技術および
エッチング技術によって形成したレジスト層１７をパタ
ーニングする。形成するパターンとしては、図１（ａ）
に示した開口部１４と同位置でかつ図２（ｂ）中破線で
示す位置に、開口部１４と略同形状の開口部１８を形成
する。すなわち、この開口部１８については、縦横に隣
り合う四つ画素１１…の接点Ｐを囲む部分に、平面視ひ
し形に形成し、かつ、該ひし形の対角線が前記画素１
１、１１間の境界線に略一致するようにしてパターニン
グし、形成する。

【００１７】ここで、図１（ａ）中に示すように開口部
１８の、前記接点Ｐから水平方向（Ｈ方向）に位置する
ひし形の頂点までの距離ｘ、接点Ｐから垂直方向（Ｖ方
向）に位置するひし形の頂点までの距離ｙは、後述する
ように得られるレンズ部１３（凸レンズ）の曲率を決定
するものとなる。したがって、予め実験等によってこれ
ら距離ｘ、ｙと、レンズ部１３の水平方向（Ｈ方向）の
曲率、垂直方向（Ｖ方向）の曲率との関係を調べてお
き、所望する曲率が得られるように距離ｘ、ｙを決定し
ておき、これに合わせて前記開口部１８を形成する。

【００１８】次いで、パターニング後のレジスト層１７
を、例えば１５０℃で数分間程度熱処理し、これを軟化
・溶融させる。すると、レジスト層１７は軟化・溶融
し、図２（ｃ）に示すようにその表面張力によって平面
視した場合に各画素１１における中央部、すなわち受光
面１２の直上部が膨出し、上に向かって凸となる。ま
た、これと同時に、レジスト層１７の開口部１８側は、
該開口部１８によってレジスト層１７が部分的に不連続
になっていることから、該開口部１８により部分的に縁
が切られたレジスト層１７がその表面張力によって一定
の曲率、すなわち開口部１８の図１（ａ）に示した距離
ｘ、ｙに規定された曲率で沈む。そして、このように開
口部１８側でレジスト層１７が沈むことから、隣合う開
口部１８、１８間を結ぶ直線部、すなわち画素１１、１
１間の境界線部分もこれに伴われて沈み、これによりレ
ジスト層１７は、各画素１１毎に一定の曲率からなる凸
形状を形成し、かつ、各画素１１、１１間の境界線部に
おいて側面視略Ｖ字状の溝部１９を形成するものとな
る。

【００１９】その後、熱処理後のレジスト層１７をマス
クとして前記レンズ形成層１６をエッチングする。ここ
で、用いるエッチング剤としては、レジスト層１７に対
するエッチングレートとレンズ形成層１６に対するエッ
チングレートとがほぼ等しいもの、例えばＯ₂プラズマ
エッチング等が用いられる。このようにしてエッチング
を行うと、図２（ｄ）に示すようにレンズ形成層１６を
レジスト層１７の形状に合わせて削ることができること
から、レンズ形成層１６をレジスト層１７と同様の凸形
状のものに形成することができ、したがって各画素１１
上にそれぞれ凸形状のレンズ部１３を形成することがで
きる。また、レジスト層１７の、各画素１１、１１間の
境界線に対応する位置に略Ｖ字状の溝部１９を形成し、
これにより十分な幅を有する溝部を形成することなくレ
ジスト層１７全体を形成しているので、エッチング後に
得られるレンズ形成層１６も、従来のごとく幅広のギャ
ップ部を有することなく、各レンズ部１３…がその凸部
分の基底部で連続するものとなる。

【００２０】したがって、このようにして得られた固体
撮像素子１０にあっては、受光面１２上に形成配置した
レンズ部１３（凸レンズ）が、従来のごとくレンズ部間
にギャップ部を形成することなくその凸部分の基底部で
連続して形成されているので、ロスのない効率的な集光
を可能にし、これによりその感度が一層向上したものと
なる。

【００２１】なお、レジスト層１７の開口部１８の縦横
の比、すなわち図１（ａ）においてｘ、ｙで示した距離
の比と得られるレンズ部１３（凸レンズ）の表面の曲率
との関係については、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）
〜（ｂ）に示すようになる。ここで、図４（ａ）は図３
のＡ−Ａ線矢視した部分側面図、図４（ｂ）はＢ−Ｂ線
矢視した部分側面図である。また、図３（ａ）〜（ｃ）
中のｘ、ｙの値については、ｘ₂＞ｘ₁＞ｘ₃、ｙ₂＞
ｙ₁＞ｙ₃であり、図３（ａ）のｘ₁、ｙ₁の場合を基
準として、得られるレンズ部１３の表面の曲率および集
光状態を、図４（ａ）、（ｂ）に示している。

【００２２】図４（ａ）に示すように、ｘ₁、ｘ₂、ｘ
₃の距離に対応してレンズ部１３の表面の曲率がＸ₁、
Ｘ₂、Ｘ₃となり、また、図４（ｂ）に示すように、ｙ
₁、ｙ₂、ｙ₃の距離に対応してレンズ部１３の表面の
曲率がＹ₁、Ｙ₂、Ｙ₃となる。すなわち、距離ｘある
いは距離ｙを小さくすれば、レンズ部１３の表面の曲率
Ｘあるいは曲率Ｙを大きくすることができ、逆に距離ｘ
（ｙ）を大きくすれば曲率Ｘ（Ｙ）を小さくすることが
できる。したがって、受光面１２の平面視の形状に対し
て、レジスト層１７の開口部１８の距離ｘ、ｙにより、
レンズ部１３の平面視の形状で集光を設定することがで
きる。

【００２３】また、前記実施例では、レジスト層１７を
パターニングした際の開口部１４として平面視ひし形の
ものを形成したが、本発明の製造方法はこれに限定され
ることなく、例えばひし形の各辺が内側に凸となるよう
に湾曲する、四つの円弧辺に囲まれた形状のものとして
もよく、その場合にも、その対角線の半分の長さ（前記
実施例における距離ｘ、ｙ）によって得られるレンズ部
の曲率を設定することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像素
子の製造方法は、レンズ形成層上に形成したレジスト層
をパターンニングして該レジスト層に開口部を形成し、
得られたレジスト層を熱処理して軟化・溶融させること
により、その表面張力によって開口部側を低く、画素の
中央部を高くして全体を上に凸とし、さらに、このよう
に各画素毎に凸形状となったレジスト層をマスクとして
レンズ形成層をエッチングする方法である。したがっ
て、レンズ形成層をレジスト層と同様の凸形状に形成す
ることができるとともに、全体をその凸部分の基底部で
連続させることができる。

【００２５】また、本発明の固体撮像素子は、前記製造
方法によって製造されたものであり、受光面上に形成配
置した凸レンズ（レンズ部）が、垂直方向、水平方向の
いずれの凸レンズ間にもギャップ部を形成することな
く、その凸部分の基底部で連続して形成されているもの
であるから、ロスのない効率的な集光を可能にし、これ
によりその感度が一層向上したものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の固体撮像素子の一実施例の要
部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、
（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の固体撮像素子の製造
方法を工程順に説明するための図であり、図１（ａ）の
Ａ−Ａ線矢視断面部分の模式図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）はレジスト層の開口部形状を説
明するための図であり、本発明の固体撮像素子の要部平
面図である

【図４】レンズ部表面の曲率形状を説明するための図で
あり、（ａ）は図３のＡ−Ａ線矢視した部分側面図、
（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線矢視した部分側面図である。

【図５】（ａ）は従来の固体撮像素子の一例の要部平面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視した部分側面図、
（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視した部分側面図である。

【図６】（ａ）は従来の固体撮像素子の他の例の要部平
面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｃ）は
（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【符号の説明】

１０固体撮像素子１１画素１２受光面１３レンズ部１４開口部１６レンズ形成層１７レジスト層１８開口部Ｐ接点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正方形または長方形の画素を縦横に配設
し、該画素の中央部に受光面を形成し、該受光面上に凸
レンズを形成した固体撮像素子の製造方法において、前記画素面上に前記凸レンズの形成材料からなるレンズ
形成層を形成する工程と、前記レンズ形成層上にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層を、前記画素のうちの縦横に隣り合う四
つの画素の接点部に開口部を形成するようにパターンニ
ングする工程と、前記パターニングしたレジスト層を熱処理し、その表面
張力により前記画素の中央部が上に凸となるように該レ
ジスト層を軟化・溶融させる工程と、前記熱処理後のレジスト層をマスクとして前記レンズ形
成層をエッチングする工程と、を備えてなることを特徴とする固体撮像素子の製造方
法。
【請求項２】前記開口部を、平面視略ひし形であり、
かつその対角線が、前記画素間の境界線に略一致するよ
うに形成することを特徴とする請求項１記載の固体撮像
素子の製造方法。
【請求項３】正方形または長方形の画素を縦横に配設
し、該画素の中央部に受光面を形成し、該受光面上に凸
レンズを形成した固体撮像素子において、前記凸レンズは、その凸部分の基底部が前記画素間にて
縦横に連続して形成されてなることを特徴とする固体撮
像素子。