JPH10200083A

JPH10200083A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPH10200083A
Application number: JP9017530A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Asai; 淳浅井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】センサが形成されている基板の表面からオン
チップレンズまでの高さを低くして、感度を高め且つ光
の入射角度に対する感度の依存性を低くする。【解決手段】オンチップレンズ４５が色素を含有して
いる。このため、オンチップレンズ４５がカラーフィル
タ効果を有しており、この色素についてはオンチップカ
ラーフィルタが不要であるかまたは薄くてよい。従っ
て、オンチップカラーフィルタを全体的に薄くすること
が可能で、センサ１５が形成されているＳｉ基板１１の
表面からオンチップレンズ４１、４５までの高さを低く
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、オンチップカ
ラーフィルタ及びオンチップレンズを有する固体撮像素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６、７は、補色系のオンチップカラー
フィルタが設けられているＣＣＤ型固体撮像素子の一従
来例を示している。この一従来例を製造するためには、
図８（ａ）に示す様に、Ｓｉ基板１１中にｐウェル１２
を形成し、ｐウェル１２よりもＳｉ基板１１の表面に部
分に近い正孔蓄積領域としてのｐ領域１３とｎ領域１４
とを形成してセンサ１５を構成する。

【０００３】センサ１５の側方に読出部としてのｐ領域
１６を形成し、ｐ領域１６の側方に垂直転送部としての
ｎ領域１７を形成する。また、ｎ領域１７の下部にｐウ
ェル２１を形成し、ｎ領域１７の側方に画素分離部とし
てのｐ領域２２を形成する。そして、Ｓｉ基板１１の表
面にゲート絶縁膜としてのＳｉＯ₂膜２３を形成し、Ｓ
ｉ基板１１上の多結晶Ｓｉ膜２４で転送電極を形成す
る。

【０００４】その後、絶縁膜としてのＳｉＯ₂膜２５等
で多結晶Ｓｉ膜２４を覆い、パッシベーション膜である
ＳｉＯ₂膜２６でＳｉ基板１１及びＳｉＯ₂膜２５を覆
う。そして、Ａｌ膜やＷ膜等である遮光膜２７をＳｉＯ
₂膜２６上に形成し、センサ１５に対応する開口２７ａ
を遮光膜２７に設ける。

【０００５】その後、パッシベーション膜であるＳｉＮ
膜３１で遮光膜２７等を覆い、ＳｉＮ膜３１上に平坦化
膜３２を形成する。そして、図７（ａ）〜（ｃ）にも示
す様に、赤フィルタ３３ａ、青フィルタ３３ｂ及び黄フ
ィルタ３３ｃを平坦化膜３２上で順次にパターニングし
て、図７（ｄ）にも示す様に、各画素に対応する市松模
様のオンチップカラーフィルタ３３を形成する。

【０００６】この一従来例のオンチップカラーフィルタ
３３は補色系であるので、青フィルタ３３ｂと黄フィル
タ３３ｃとが積層されて緑フィルタが構成されている。
その後、オンチップカラーフィルタ３３上に平坦化膜３
４を形成し、リフロー形状の制御が可能なオンチップレ
ンズ材としてのフォトレジスト３５を平坦化膜３４上に
塗布する。

【０００７】そして、形成すべきオンチップレンズのパ
ターンのマスク３６を用いて、フォトレジスト３５を光
３７に曝す。図８（ａ）では、ポジ型のフォトレジスト
３５を用いているが、ネガ型のフォトレジストと形成す
べきオンチップレンズのパターンを反転させたマスクと
を用いる場合もある。その後、図８（ｂ）に示す様に、
フォトレジスト３５を現像する。

【０００８】次に、フォトレジスト３５に適したリフロ
ー条件としての温度・時間・雰囲気等を選択し、フォト
レジスト３５の粘性を利用してこのフォトレジスト３５
をリフローさせる。リフロー条件としては、１４０〜２
００℃、１〜１５０秒、大気中という条件が一般的であ
る。

【０００９】そして、フォトレジスト３５に適したベー
ク条件としての温度・時間・雰囲気等を選択し、フォト
レジスト３５をベークしてこのフォトレジスト３５の形
状を固定させる。ベーク条件としては、１００〜１５０
℃、３０〜２００秒、大気中またはＮ₂中という条件が
一般的である。この結果、図６に示した様に、オンチッ
プレンズ４１が完成する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６、７に
示した一従来例では、感度を高めるために、集光レンズ
としてのオンチップレンズ４１が各画素に設けられてい
るが、Ｓｉ基板１１の表面からオンチップレンズ４１ま
での高さが高いと、オンチップレンズ４１の焦点をセン
サ１５の近傍に制御すること等が容易でない。

【００１１】このため、図６に示した様に、各画素に入
射した光４２をセンサ１５に十分に集めることが困難
で、固体撮像素子の小型化・高集積化に伴って感度が低
下してきている。また、Ｓｉ基板１１の表面からオンチ
ップレンズ４１までの高さが高いと、カメラレンズの絞
り即ち光４２の入射角度に対する感度の依存性も高い。

【００１２】そこで、Ｓｉ基板１１の表面からオンチッ
プレンズ４１までの高さを低くするために、平坦化膜３
２、３４や遮光膜２７や多結晶Ｓｉ膜２４やオンチップ
カラーフィルタ３３等を薄くすることが検討されてい
る。しかし、夫々に限界があって、図６、７に示した一
従来例では、Ｓｉ基板１１の表面からオンチップレンズ
４１までの高さを十分に低くすることができなかった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願の発明による固体撮
像素子は、色素を含有しているオンチップレンズを有す
ることを特徴としている。

【００１４】本願の発明による固体撮像素子は、前記オ
ンチップレンズが保護膜で覆われていることが好まし
い。

【００１５】本願の発明による固体撮像素子では、色素
を含有しているオンチップレンズがカラーフィルタ効果
を有しているので、この色素についてはオンチップカラ
ーフィルタが不要であるかまたは薄くてよい。このた
め、オンチップカラーフィルタを全体的に薄くすること
が可能で、センサが形成されている基板の表面からオン
チップレンズまでの高さを低くすることができる。

【００１６】また、色素を含有しているオンチップレン
ズが保護膜で覆われていれば、色素を含有していること
によってオンチップレンズの耐湿性等が不足していて
も、保護膜によってオンチップレンズの耐湿性等を確保
することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、補色系のオンチップカラー
フィルタが設けられているＣＣＤ型固体撮像素子に適用
した本願の発明の第１〜第３実施形態を、図１〜５を参
照しながら説明する。図１が、第１実施形態を示してい
る。この第１実施形態の製造に際しても、図２に示す様
に、赤フィルタ３３ａ及び青フィルタ３３ｂを平坦化膜
３２上でパターニングするまでは、図６、７に示した一
従来例を製造する場合と実質的に同様の工程を実行す
る。

【００１８】しかし、本実施形態の製造に際しては、そ
の後、黄フィルタ３３ｃをパターニングせずに、赤フィ
ルタ３３ａ及び青フィルタ３３ｂ上に直ちに平坦化膜３
４を形成し、オンチップレンズ材としてのフォトレジス
ト４３を平坦化膜３４上に塗布する。

【００１９】フォトレジスト４３としては、ノボラック
系のベース樹脂にアクリル樹脂を３０〜５０％混入して
無機基体樹脂を作製し、更に、黄フィルタとして機能さ
せるためにアミド系色素を体積比で２０〜５０％混入し
たものを用いる。なお、このフォトレジスト４３は黄フ
ィルタ３３ｃを形成する材料と同一の材料である。

【００２０】そして、図６、７に示した一従来例で黄フ
ィルタ３３ｃを形成した画素のオンチップレンズにのみ
対応するパターンのマスク４４を用いて、フォトレジス
ト４３を光３７に曝した後、このフォトレジスト４３を
現像する。

【００２１】次に、図３（ａ）に示す様に、フォトレジ
スト４３をリフローさせる。そして、９０〜１３０℃、
３０〜１５０秒、大気中またはＮ₂中で紫外線を照射し
ながらフォトレジスト４３をベークすることによって、
このフォトレジスト４３の形状を固定させ且つこのフォ
トレジスト４３に色素を固着させて、黄フィルタ効果を
有するオンチップレンズ４５を形成する。

【００２２】次に、図３（ｂ）に示す様に、色素を混入
していないフォトレジスト３５を平坦化膜３４及びオン
チップレンズ４５上に塗布し、オンチップレンズ４５を
形成した画素以外の画素のオンチップレンズに対応する
パターンのマスク４６を用いて、フォトレジスト３５を
光３７に曝した後、このフォトレジスト３５を現像す
る。

【００２３】次に、図１に示した様に、図６、７に示し
た一従来例でオンチップレンズ４１を形成したときと同
様の条件でフォトレジスト３５をリフロー及びベークし
て、オンチップレンズ４５を形成した画素以外の画素に
オンチップレンズ４１を形成する。

【００２４】黄フィルタ効果を有しているオンチップレ
ンズ４５の屈折率は、受感波長である６００ｎｍの光に
対して１．６０〜１．６５であり、オンチップレンズ４
１、赤フィルタ３３ａ、青フィルタ３３ｂ及び平坦化膜
３２、３４等の屈折率と略同じ値である。

【００２５】以上の様にして製造した第１実施形態を示
している図１と一従来例を示している図６との比較から
も明らかな様に、この第１実施形態では、黄フィルタ３
３ｃが設けられていない分だけＳｉ基板１１の表面から
オンチップレンズ４１、４５までの高さが一従来例より
も低い。

【００２６】このため、オンチップレンズ４１、４５の
焦点をセンサ１５の近傍に制御すること等が容易で、各
画素に入射した光４２をセンサ１５に十分に集めること
ができ、また、カメラレンズの絞り即ち光４２の入射角
度に対する感度の依存性も低い。

【００２７】なお、第１実施形態の製造工程では、オン
チップレンズ材としてフォトレジスト３５、４３を用
い、パターニングしたフォトレジスト３５、４３のリフ
ローのみによってオンチップレンズ４１、４５を形成し
ている。しかし、フォトレジスト以外のオンチップレン
ズ材上でオンチップレンズのパターンのフォトレジスト
をリフローさせ、フォトレジストが残らなくなるまでフ
ォトレジスト及びオンチップレンズ材の全面をエッチバ
ックしてオンチップレンズを形成してもよい。

【００２８】図４が、第２実施形態を示している。この
第２実施形態は、２００℃以下のＥＣＲ−ＣＶＤ法で薄
く堆積させたＳｉＮ膜や薄く塗布したアクリル系樹脂膜
等である保護膜４７がオンチップレンズ４１、４５等を
覆っていることを除いて、図１に示した第１実施形態と
実質的に同様の構成を有している。

【００２９】この様な第２実施形態では、色素を含有し
ていることによってオンチップレンズ４５の耐湿性等が
不足していても、保護膜４７によってオンチップレンズ
４５の耐湿性等を確保することができる。しかも、上述
の様な方法で保護膜４７を形成すると、オンチップレン
ズ４５の色素等の組成や形状の変化を防止することがで
きる。なお、保護膜４７の屈折率によっては、オンチッ
プレンズ４１、４５の曲率を変更する必要のある場合も
ある。

【００３０】図５が、第３実施形態を示している。この
第３実施形態は、オンチップレンズ４５が設けられてい
る画素に、図６、７に示した一従来例よりは薄い黄フィ
ルタ３３ｃが設けられていることを除いて、図４に示し
た第２実施形態と実質的に同様の構成を有している。

【００３１】この様な第３実施形態では、オンチップレ
ンズ４５の黄フィルタ効果が十分ではないために可視光
の全波長域に対する総合的な分光特性として所望の特性
を得ることができない場合でも、黄フィルタ３３ｃによ
って分光特性を調整することができる。しかし、その場
合でも、センサ１５が形成されているＳｉ基板１１の表
面からオンチップレンズ４１、４５までの高さが、第１
及び第２実施形態よりは高いが一従来例よりは低い。

【００３２】なお、以上の第１〜第３実施形態では、カ
ラーフィルタ効果を有するオンチップレンズとして、黄
フィルタ効果を有するオンチップレンズ４５のみを形成
しているが、所望の分光特性を得ることができるのであ
れば、全色についてフィルタ効果を有するオンチップレ
ンズを形成してもよい。

【００３３】また、上述の第１〜第３実施形態ではオン
チップカラーフィルタ３３が補色系であるが、原色系で
単層構造のオンチップカラーフィルタでも一般に色毎に
厚さが異なっているので、最も厚い色のフィルタ効果を
オンチップレンズに持たせれば、Ｓｉ基板１１の表面か
らオンチップレンズまでの高さを低くすることができ
る。従って、この様なオンチップカラーフィルタを有す
る固体撮像素子にも本願の発明を適用することができ
る。

【００３４】

【発明の効果】本願の発明による固体撮像素子では、セ
ンサが形成されている基板の表面からオンチップレンズ
までの高さを低くすることができる。このため、オンチ
ップレンズの焦点の制御が容易であること等によって集
光度を高めることができて、感度を高めることができ
る。また、カメラレンズの絞り即ち光の入射角度に対す
る感度の依存性も低くすることができる。

【００３５】また、色素を含有しているオンチップレン
ズが保護膜で覆われていれば、保護膜によってオンチッ
プレンズの耐湿性等を確保することができるので、感度
等の経年低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の発明の第１実施形態の側断面図である。

【図２】第１実施形態の前半の製造工程を示す側断面図
である。

【図３】第１実施形態の後半の製造工程を順次に示す側
断面図である。

【図４】本願の発明の第２実施形態の側断面図である。

【図５】本願の発明の第３実施形態の側断面図である。

【図６】本願の発明の一従来例の側断面図である。

【図７】一従来例におけるオンチップカラーフィルタを
示しており、（ａ）〜（ｃ）は製造工程を順次に示す平
面図、（ｄ）は完成状態の平面図である。

【図８】一従来例の製造工程を順次に示す側断面図であ
る。

【符号の説明】

４５色素を含有しているオンチップレンズ４
７保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】色素を含有しているオンチップレンズを
有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】前記オンチップレンズが保護膜で覆われ
ていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。