JPH10209415A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

固体撮像装置及びその製造方法

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JPH10209415A
JPH10209415A JP9010432A JP1043297A JPH10209415A JP H10209415 A JPH10209415 A JP H10209415A JP 9010432 A JP9010432 A JP 9010432A JP 1043297 A JP1043297 A JP 1043297A JP H10209415 A JPH10209415 A JP H10209415A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配
された受光部を有する固体撮像装置において、水平及び
垂直方向共に集光効率が最適化されたオンチップマイク
ロレンズを形成する。 【解決手段】 水平及び垂直方向に互いに異なるピッチ
で配された複数の受光部４２と、受光部４２上に形成さ
れ、ピッチの細かい方向における受光部４２間上に凸部
を有し、かつ、少なくとも受光部の中心をピッチの粗い
方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層４７と、
凹部上で、かつ、凸部に少なくとも一部が重なるように
受光部４２に対応して設けられた複数のレンズ４８とを
有して成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、オンチップマイク
ロレンズを有してなる固体撮像装置及びその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図２７及び図２８Ａ，Ｂは、従来のオン
チップマイクロレンズを有するＣＣＤ固体撮像装置の例
を示す。このＣＣＤ固体撮像素子１は、図２７に示すよ
うに、その撮像領域において、複数の受光部２がマトリ
ックス状に配列され、各受光部列の一側に読み出しゲー
ト部３を介してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ４が形成
されて成り、各単位画素５に対応してその受光部２上に
オンチップマイクロレンズ６が形成されて構成される。
【０００３】この例では、単位画素６即ちその受光部２
が水平方向と垂直方向でピッチが異なっており、例えば
水平方向が粗いピッチとなり、垂直方向が細かいピッチ
となっている。即ち、単位画素６についてみると、水平
方向の長さＬH と垂直方向の長さＬV がＬH ＞ＬV とな
り、横長形状となっている。
【０００４】図２８Ａ及びＢは、図２７の水平方向の断
面及び垂直方向の断面を示す。このＣＣＤ固体撮像装置
１は、第１導電型例えばｎ型のシリコン基板１２上の第
１の第２導電型即ちｐ型のウエル領域１３内にｎ型の不
純物拡散領域１４と、垂直転送レジスタ４を構成するｎ
型転送チャネル領域１６が形成され、また図示せざるも
必要に応じて画素分離部１７にｐ型のチャネルストップ
領域が形成され、上記ｎ型の不純物拡散領域１４上にｐ
型の正電荷蓄積領域１８が、ｎ型の転送チャネル領域１
６の直下に第２のｐ型ウエル領域１９が夫々形成されて
いる。
【０００５】ここで、ｐ型ウエル領域１３とｎ型不純物
拡散領域１４とｐ型の正電荷蓄積領域１８とによって、
いわゆるＨＡＤ（ホール・アキュミュレイテッド・ダイ
オード）センサが形成され、このＨＡＤセンサによって
受光部２が構成される。
【０００６】そして、垂直転送レジスタ４を構成する転
送チャネル領域１６、読み出しゲート部３および画素分
離部１７上にわたってゲート絶縁膜２１を介して第１層
及び第２層の多結晶シリコンからなる転送電極２２が形
成され、転送チャネル領域１６、ゲート絶縁膜２１及び
転送電極２２によりＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ４が
構成される。
【０００７】転送電極２２を含む全面に層間絶縁膜２４
が積層され、更に層間絶縁膜２４の転送電極２２に対応
する部分を被覆するように例えばＡｌによる遮光膜２５
が選択的に形成される。
【０００８】遮光膜２５には、受光部２から直接垂直転
送レジスタ４に入射される光（斜め入射される光）を阻
止するため、受光部２側に一部延長するはり出し部２５
ａが設けられる。即ち、遮光膜２５には、受光部２が望
む開口部２６が形成されている。
【０００９】遮光膜２５を含む全面上にパッシベーショ
ン膜２８が形成され、さらに平坦化膜２９が形成され
る。平坦化膜２９上にカラーフィルタ層３０が形成さ
れ、このカラーフィルタ層３０上の受光部２と対応する
位置に、オンチップマイクロレンズ３２が形成される。
【００１０】尚、カラーフィルタ層３０は、例えばマゼ
ンタ色３１Ｍｇ、シアン色３１Ｃｙ、イエロー色３１Ｙ
ｅ及びグリーン色３１Ｇが田の字型に配列したパターン
で繰り返し形成され、グリーン色３１Ｇはシアン色３１
Ｃｙとイエロー色３１Ｙｅの２層によって形成される。
【００１１】図２７〜図３０は、従来のＣＣＤ固体撮像
装置、特にそのオンチップマイクロレンズの製造方法を
示す。
【００１２】各図２９Ａ，Ｂ及び図３１Ａ，Ｂは、各対
応する平面図３０及び図３２におけるＡ−Ａ線上の断
面、Ｂ−Ｂ線上の断面を示す。先ず、図２９Ａ，Ｂ及び
図３０に示すように、受光部２、垂直転送レジスタ４、
遮光膜２５、カラーフィルタ層３０を形成した後、カラ
ーフィルタ層３０上に平坦化膜３４を介して全面にオン
チップレンズ材となる例えばネガ型のフォトレジスト層
３５を塗布形成し、このフォトレジスト層３４上に各画
素に対応するように、長方形か又は図示の水平方向の両
端が円弧となる横長形状に分離された光透過部３５ａ及
び隣り合う光透過部３５ａ間の遮光部３５ｂからなるマ
スク３５を配する。このマスク３５を介して光を照射し
てフォトレジスト層３４を露光する。
【００１３】次に、図３１Ａ，Ｂ及び図３２に示すよう
に、未露光の領域が除去されるように現像した後、例え
ば１３０℃〜２００℃程度、３０秒〜６０００秒の熱処
理を施しフォトレジストの粘性を利用してリフローさ
せ、球面を有するドーム型のオンチップマイクロレンズ
３２を形成する。このようにして、各画素の受光部２上
に対応して夫々オンチップマイクロレンズ３２を有する
ＣＣＤ固体撮像装置１が得られる。
【００１４】この例では、水平方向及び垂直方向のいず
れに対してもシリコン基板からオンチップマイクロレン
ズ３２までの高さはｈ1 である。そしてこの例では、水
平方向に集光を合わせるようにシリコン基板からオンチ
ップマイクロレンズ３２までの高さｈ1 とオンチップマ
イクロレンズ３２の厚みを決めた場合である。従って、
垂直方向では集光が合わない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のＣＣＤ固体撮像装置１において、単位画素５が図示
のように水平方向（ＴＶ画面における走査方向）と垂直
方向とで大きさ、即ち画素ピッチが異なる場合、単一オ
ンチップマイクロレンズ３２では球面の一部の形状にな
るも、水平方向の断面と垂直方向の断面での曲率が異な
ることから、水平方向と垂直方向間で集光効率に極端な
差が生じる。即ち、図２８Ａ，Ｂに示すように、入射光
Ｌに関して図２８Ａの水平方向に集光を合わせると、図
２８Ｂの垂直方向では集光が合わず、集光効率が低くな
る。従って、水平方向と垂直方向を両立させる集光状態
を得ることが困難であった。
【００１６】そこで、単位画素毎のオンチップマイクロ
レンズ３２間の間隙を狭くしたり、遮光膜開口上で、且
つ、オンチップカラーフィルタ下に、屈折率が高い物質
を下に凸となる形状に形成し、従来のオンチップマイク
ロレンズと組み合わせて集光を改善する試みが行われて
きた。
【００１７】しかし、そのような場合でも、オンチップ
マイクロレンズの集光効率以上に集光・伝搬することは
不可能であり、結局、最も上に配置されたオンチップマ
イクロレンズの集光効率が撮像装置の感度などの特性を
支配するものであった。
【００１８】上述したような、数々の試みでも、例えば
ＣＣＤ固体撮像装置の画素が小さくなるにつれて、感度
の一層の向上が大きな課題となっている。
【００１９】本発明は、上述の点に鑑み、複合オンチッ
プマイクロレンズの非球面形状により特に、水平・垂直
方向共に集光効率を高め、以って、感度、スミア等の撮
像特性の向上、及び感度光量に拘らず出力均一性の向上
を図ることができる固体撮像装置及びその製造方法を提
供するものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像装
置は、水平及び垂直方向に互に異なるピッチで配された
受光部上において、ピッチの細かい方向における受光部
間上に凸部を有し且つ少なくとも受光部の中心をピッチ
の粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層を
介して、その凹部上でかつ凸部に少なくとも一部重なる
ようにレンズを形成した構成とする。
【００２１】この構成によれば、ピッチの粗い方向及び
ピッチの細かい方向共に集光が最適なオンチップマイク
ロレンズ形状が得られる。
【００２２】本発明に係る固体撮像装置は、水平及び垂
直方向に互いに異なるピッチで配された受光部上におい
て、ピッチの細かい方向における受光部間上に凸部を有
し且つ少なくとも受光部の中心をピッチの粗い方向に結
んだ直線に沿って凹部を有する下地層に跨って受光部に
対応して形成された上層の面が転写される面をレンズ面
とするオンチップマイクロレンズが形成された構成とす
る。
【００２３】この構成によれば、ピッチの粗い方向及び
ピッチの細かい方向共に集光が最適なオンチップマイク
ロレンズ形状が得られる。
【００２４】本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、
受光部上において、ピッチの細かい方向における受光部
間上に凸部を有し、かつ少なくとも受光部の中心をピッ
チの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層
を形成し、下地層の凹部上に少なくとも一部が凸部に重
なるように受光部に対応してレンズを形成する。
【００２５】この製法においては、ピッチの細かい方向
における受光部間に凸部を有し、受光部中心をピッチの
粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層を形
成し、その上に凹部を埋めるように凹部に対応してレン
ズを形成することにより、ピッチの粗い方向及びピッチ
の細かい方向の双方共に最適な集光効率が得られるオン
チップマイクロレンズを作製することができる。
【００２６】本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、
レンズ材層上にピッチの細かい方向における受光部間上
に凸部を有し、かつ少なくとも受光部の中心をピッチの
粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層を形
成し、下地層の凹部上の少なくとも一部凸部に重なるよ
うに受光部に対応してレンズ面を有する上層を形成し、
エッチバックして上層のレンズ面をレンズ材層に転写し
て受光部に対応したレンズを形成する。
【００２７】この製法においては、下地層の凹部上を埋
めるようにしてレンズ面を有する上層を形成し、エッチ
バックしてこの上層のレンズ面をレンズ材層に転写して
レンズを形成することにより、ピッチの粗い方向及びピ
ッチの細かい方向の双方共に、最適な集光効率が得られ
るオンチップマイクロレンズを作製することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明に係る固体撮像装置は、水
平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された複数の
受光部と、受光部上に形成され、ピッチの細かい方向に
おける受光部間上に凸部を有し、かつ、少なくとも受光
部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部
を有する下地層と、凹部上で、かつ、凸部に少なくとも
一部が重なるように受光部に対応して設けられた複数の
レンズとを有した構成とする。
【００２９】本発明は、上記固体撮像装置において、下
地層がピッチの粗い方向に連続したストライプ状に形成
された構成とする。
【００３０】本発明は、上記固体撮像装置において、下
地層がピッチの粗い方向に関して受光部に対応して分割
形成された構成とする。
【００３１】本発明は、上記固体撮像装置において、下
地層がピッチの粗い方向に関して受光部に対応して分割
形成され、かつ下地層のピッチの粗い方向での両端の幅
を中央の幅と異なる幅に設定した構成とする。
【００３２】本発明に係る固体撮像素子は、水平及び垂
直方向に互いに異なるピッチで配された複数の受光部を
有し、各受光部上にレンズが形成され、レンズが、ピッ
チの細かい方向における受光部間上に凸部を有し、かつ
少なくとも受光部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直
線に沿って凹部を有する下地層に跨って受光部に対応し
て形成された上層の面を転写した面をレンズ面として形
成された構成とする。
【００３３】本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、
水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された複数
の受光部上にレンズを形成する固体撮像装置の製造方法
において、受光部上に、ピッチの細かい方向における受
光部間上に凸部を有し、かつ、少なくとも受光部の中心
をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する
下地層を形成する第１の工程と、凹部上に、少なくとも
一部が凸部に重なるように受光部に対応してレンズを形
成する第２の工程とを有する。
【００３４】本発明は、上記固体撮像装置の製造方法に
おいて、第１の工程が受光部上の全面に膜を形成する工
程と、少なくとも受光部の中心をピッチの粗い方向に結
んだ直線に沿って膜を部分的に除去する工程とを有す
る。
【００３５】本発明は、上記固体撮像装置の製造方法に
おいて、第１の工程が膜を部分的に除去する工程の後
に、膜をリフローさせる工程を有する。
【００３６】本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、
水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された複数
の受光部上にレンズを形成する固体撮像装置の製造方法
において、レンズ材層を形成する第１の工程と、レンズ
材層上にピッチの細かい方向における受光部間上に対応
して凸部を有し、かつ少なくとも受光部の中心をピッチ
の粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層を
形成する第２の工程と、凹部上に、少なくとも一部が凸
部に重なるように受光部に対応してレンズ面を有する上
層を形成する第３の工程と、エッチバックして上層のレ
ンズ面をレンズ材層に転写して受光部に対応したレンズ
を形成する第４の工程を有する。
【００３７】以下、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。
【００３８】図１及び図２は、本発明に係るＣＣＤ固体
撮像装置の一例を示す。本例のＣＣＤ固体撮像装置４１
は、図１に示すように、その撮像領域において、複数の
受光部４２がマトリックス状に配列され、各受光部列の
一側に読み出しゲート部４３を介してＣＣＤ構造の垂直
転送レジスタ４４が形成されて成り、各単位画素４５に
対応してその受光部４２上に本発明による複合構造で非
球面形状のオンチップマイクロレンズ４６が形成されて
構成される。
【００３９】本例では、単位画素４５の受光部４２が水
平方向と垂直方向で配列ピッチが異なっており、水平方
向が粗いピッチとなり、垂直方向が細かいピッチとなっ
ている。単位画素４５についてみると、水平方向の長さ
ＬH と垂直方向の長さＬV がＬH ＞ＬV の関係となって
おり、横長形状とされている。例えばＬH が５μｍ、Ｌ
V が３μｍとされる。
【００４０】オンチップマイクロレンズ４６は、垂直方
向における受光部４２間に凸部４７ａを有し、かつ受光
部４２の中心を水平方向に結んだ直線に沿って凹部４７
ｂを有するドーム形状の下地層４７と、この下地層４７
上にあってその凹部４７ｂ上で、かつ凸部４７ａに一部
重なるように非球面形状の実質的なオンチップマイクロ
レンズとなる上層のレンズ４８とによって構成される。
下地層４７は、この例では水平方向に関して各受光部４
２、換言すれば各画素４５に対応して夫々分割して形成
される。
【００４１】図２Ａ，Ｂは、図１の水平方向のＸ−Ｘ線
上の断面及び垂直方向のＹ−Ｙ線上の断面を示す。この
ＣＣＤ固体撮像装置４１では、前述と同様に、第１導電
型例えばｎ型のシリコン基板５２上の第１の第２導電型
即ちｐ型のウエル領域５３内にｎ型の不純物拡散領域５
４と、垂直転送レジスタ４４を構成するｎ型の転送チャ
ネル領域５６が形成され、また図示せざるも必要に応じ
て画素分離部５７にｐ型のチャネルストップ領域が形成
され、上記ｎ型の不純物拡散領域５４上にｐ型の正電荷
蓄積領域５８が、ｎ型の転送チャネル領域５６の直下に
第２のｐ型ウエル領域５９が夫々形成されている。
【００４２】ここで、ｐ型ウエル領域５３とｎ型の不純
物拡散領域５４とｐ型の正電荷蓄積領域５８とによっ
て、いわゆるＨＡＤ（ホール・アキュミュレイテッド・
ダイオード）センサが形成され、このＨＡＤセンサによ
って受光部４２が構成される。
【００４３】そして、垂直転送レジスタ４４を構成する
転送チャネル領域５６、読み出しゲート部４３及び画素
分離部５７上にわたってゲート絶縁膜６１を介して第１
層及び第２層の多結晶シリコンからなる転送電極６２が
形成され、転送チャネル領域５６、ゲート絶縁膜６１及
び転送電極６２によりＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ４
４が構成される。
【００４４】転送電極６２を含む全面に層間絶縁膜６４
が積層され、更に層間絶縁膜６４の転送電極６２に対応
する部分を被覆するように例えばＡｌによる遮光膜６５
が選択的に形成される。
【００４５】遮光膜６５には、受光部４２から直接垂直
転送レジスタ４４に入射される光（斜め入射される光）
を阻止するため、受光部４２側に一部延長するはり出し
部６５ａが設けられる。即ち、遮光膜６５には、受光部
４２が臨む開口部６６が形成されている。
【００４６】遮光膜６５を含む全面上にパッシベーショ
ン膜６８が形成され、さらに、平坦化膜６９が形成され
る。平坦化膜６９上にカラーフィルタ層７０が形成さ
れ、このカラーフィルタ層７０上の受光部４２に対応す
る位置に、上述の複合構造で非球面形状のオンチップマ
イクロレンズ４６が形成される。
【００４７】尚、カラーフィルタ層７０は、例えばマゼ
ンタ色７１Ｍｇ、シアン色７１Ｃｙ、イエロー色Ｙｅ及
びグリーン色７１Ｇが田の字型に配列したパターンで繰
り返し形成され、グリーン色７１Ｇはシアン色７１Ｃｙ
とイエロー色７１Ｙｅの２層によって形成される。
【００４８】本例では、水平方向に関してはシリコン基
板からオンチップマイクロレンズ４６までの高さが
ｈ1 、垂直方向に関してはシリコン基板からオンチップ
マイクロレンズ４６までの高さがｈ2 となる。
【００４９】図３〜図１０は上述のＣＣＤ固体撮像装置
４１、特にそのオンチップマイクロレンズ４６の製造方
法の一例を示す。図３Ａ，Ｂ、図５Ａ，Ｂ、図７Ａ，
Ｂ、図９Ａ，Ｂは、各対応する平面図の図４，図６，図
８，図１０における水平方向の断面及び垂直方向の断面
を夫々示す。
【００５０】先ず、図３Ａ，Ｂ及び図４に示すように、
基板５２上に受光部４２、垂直転送レジスタ４４、遮光
膜６５、カラーフィルタ層７０を形成した後、カラーフ
ィルタ層７０上に平坦化膜７３を介して全面にレンズ材
となる例えばネガ型の第１のフォトレジスト層７４を塗
布形成し、この第１のフォトレジスト層７４上に各長方
形に分離された光透過部７５ａと、隣り合う光透過部７
５ａ間の遮光部７５ｂからなる第１のマスク７５を配す
る。
【００５１】この第１のマスク７５の長方形の光透過部
７５ａは、垂直方向に関してその光透過部パターンの中
心が受光部４２の直上でなく、受光部４２間の画素分離
部５７上にあり、且つ垂直方向の上下端が夫々垂直方向
に隣り合う受光部４２の一部上に重なるようになり、水
平方向に関しては画素に対応するようになされ、夫々水
平方向の長さｄ5 及び垂直方向の長さｄ6 （ｄ5 ＞
ｄ6 ）となるように形成される。
【００５２】この第１のマスク７５を介して光を照射し
て第１のフォトレジスト層７４を露光する。
【００５３】次に、図５Ａ，Ｂ及び図６に示すように、
未露光領域が除去されるように現像した後、熱処理によ
ってリフローさせ、ドーム型の下地層即ち第１層目のレ
ンズ層４７を形成する。この後、例えば１００℃〜１５
０℃、３０秒〜３００秒程度の熱処理を大気雰囲気、常
圧下で熱処理を施して形状を固める。
【００５４】ここで、第１層目のレンズ層７６の厚さｔ
1 は薄く形成される。例えば従来のオンチップマイクロ
レンズの厚さｔ2 が１．０μｍとすると、この第１層目
のレンズ層４７の厚さｔ1 は例えば０．６μｍとする。
【００５５】この第１層目のレンズ層４７は、全体とし
てみたときには、垂直方向における受光部４２間、即ち
画素分離部５７上に凸部４７ａを有し、かつ、受光部４
２の中心を水平方向に結んだ直線に沿って凹部４７ｂを
有する層となる。第１層目のレンズ層４７の水平方向の
長さはｄ7 、垂直方向の長さはｄ8 （ｄ8 ＜ｄ7 ）で表
わす。
【００５６】次に、図７Ａ，Ｂ及び図８に示すように、
第１層目のレンズ層４７上にその凹部４７ｂを埋めるよ
うに全面に所定の厚さのレンズ材となる例えばネガ型の
第２のフォトレジスト層７６を形成し、この第２のフォ
トレジスト層７６上に横長形状に分離された光透過部７
８ａと、隣り合う光透過部７８ａ間の遮光部７８ｂから
なる第２のマスク７８を配する。
【００５７】この第２のマスク７８の光透過部７８ａ
は、垂直方向に関してその光透過部パターンの中心が受
光部４２の中心に対応し、全体として受光部４２を中心
とする画素に対応した位置に形成される。光透過部７８
ａとしては、図示の例では水平方向の両端が円弧となる
横長形状とされる。
【００５８】第２のマスク７８の光透過部７８ａの水平
方向の長さはｄ9 、垂直方向の長さはｄ10（ｄ10＜
ｄ9 ）で表わす。
【００５９】この第２のマスク７８を介して光を照射し
て第２のフォトレジスト層７６を露光する。
【００６０】次に、図９Ａ，Ｂ及び図１０に示すよう
に、未露光領域が除去されるように現像した後、熱処理
によってリフローさせ、第２層目のレンズ層４８を形成
する。この第２層目のレンズ層４８は、第１層目のレン
ズ層４７の低い場所、即ち凹部４７ｂを埋めつつその凹
部４７ｂで凸部となってそのレンズ材料の高い粘性によ
り平坦性が低いという微妙なバランスの結果、図９Ａ，
Ｂに示すような非球面状のレンズ層となる。第１層目及
び第２層目のレンズ層４７及び４８の合計の厚さｔ3 は
例えば１．０μｍとすることができる。
【００６１】この下地層である第１層目のレンズ層４７
と、実質的なレンズとなる第２層目のレンズ層４８とに
よって、目的のオンチップマイクロレンズ４６が形成さ
れて成るＣＣＤ固体撮像装置４１が得られる。
【００６２】上述の実施例によれば、垂直方向における
受光部４２間の画素分離部５７において凸部４７ａとな
り、受光部４２の中心を水平方向に結んだ直線に沿って
凹部４７ｂを形成するような各画素に対応して分離され
た下地層となる第１のレンズ層４７と、凹部４７ｂを埋
めるようにして且つ一部凸部４７ａに重なるように凹部
４７ｂ上の受光部中心で凸部となるように形成した第２
のレンズ層４８によってオンチップマイクロレンズ４６
が形成されることにより、実質的なオンチップマイクロ
レンズとなる第２のレンズ層４８は非球面状レンズとな
り、水平方向及び垂直方向で単位画素の大きさが異なる
場合に、図２Ａ及びＢに示すように、光Ｌが受光部に入
射したとき、その水平方向及び垂直方向ともに集光効率
を最適にすることができる。
【００６３】この結果、ＣＣＤ固体撮像装置における感
度、スミア等の撮像特性を向上することができる。ま
た、感度光量に拘らず、小光量時乃至大光量時での出力
の均一性が向上する。
【００６４】図１１〜図１４は、本発明のＣＣＤ固体撮
像装置の他の実施例を示す。各図１１Ａ，Ｂ、図１３
Ａ，Ｂは、各対応する平面図の図１２，図１４における
水平方向の断面及び垂直方向の断面を夫々示す。本例で
は、図１１Ａ，Ｂ及び図１２に示すように、光透過部７
９ａ及び遮光部７９ｂからなる第１のマスク７９を介し
てレンズ材である例えばネガ型の第１のフォトレジスト
層７４を露光する際に、露光パターンは前述の図４の長
方形ではなく、水平方向に関する両端の幅即ち垂直方向
の幅ｄ11が中央の受光部間の幅ｄ12より小になるように
露光される。これ以後は、前述の図５〜図１０と同じ工
程となる。最終的に図１３Ａ，Ｂ及び図１４に示すよう
に、下地層となる第１層目のレンズ層４７と実質的なレ
ンズとなる第２層目のレンズ層４８によるオンチップマ
イクロレンズ４６が形成されたＣＣＤ固体撮像装置８１
が得られる。尚、図１１〜図１４において、図３０〜図
１０と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省
略する。
【００６５】このＣＣＤ固体撮像装置８１によれば、第
１層目のレンズ層４７としては、その水平方向の両端の
幅ｄ11が中央の幅ｄ12より狭いことによって、受光部開
口の対角線方向のオンチップマイクロレンズ４６の曲率
が大きくなるため、水平方向及び垂直方向だけでなく、
対角線方向も併せた総合的な集光効率を向上することが
できる。
【００６６】尚、図示せざるも上例とは逆に、下地層４
７として、水平方向における両端の幅を中央の幅より大
に設定したパターンとすることもできる。
【００６７】図１５，図１６は、本発明に係るＣＣＤ固
体撮像装置の他の実施例を示す。本例のＣＣＤ固体撮像
装置８３は、図１５に示すように、前述と同様に、その
撮像領域において、複数の受光部４２がマトリックス状
に配列され、各受光部列の一側に読み出しゲート部４３
を介してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ４４が形成され
て成り、各単位画素４５に対応してその受光部上４２上
に複合構造で非球面形状のオンチップマイクロレンズ８
５が形成されて構成される。
【００６８】オンチップマイクロレンズ８５は、図１
５、図１６Ａ，Ｂで明らかなように垂直方向における受
光部４２間の画素分離部に凸部８６ａを形成するように
水平方向に連続したストライプ状の下地層８６と、各画
素毎に対応するように各ストライプ状の下地層８６の
間、即ち受光部４２の中心を水平方向に結んだ直線に沿
う凹部８６ｂ上で、かつ、下地層８６の凸部８６ａに一
部重なるようにして形成した非球面形状の実質的なレン
ズ８７とによって構成される。
【００６９】図１６Ａ及びＢは、図１５の水平方向の断
面及び垂直方向の断面を示す。この図１６Ａ及びＢにお
いて、前述の図２Ａ及びＢと対応する部分には同一符号
を付して重複説明を省略する。
【００７０】図１７〜図２４は、上述のＣＣＤ固体撮像
装置８３、特にそのオンチップマイクロレンズ８５の製
法例を示す。各図１７Ａ，Ｂ、図１９Ａ，Ｂ、図２１
Ａ，Ｂ、図２３Ａ，Ｂは、各対応する平面図の図１８，
図２０，図２２，図２４における水平方向の断面及び垂
直方向の断面を示す。
【００７１】先ず、図１７Ａ，Ｂ及び図１８に示すよう
に、受光部４２、垂直転送レジスタ４４、遮光膜６５、
カラーフィルタ層７０を形成した後、カラーフィルタ層
７０上に平坦化膜７３を介して全面に例えばネガ型のレ
ンズ材となる第１のフォトレジスト９１を塗布形成し、
この第１のフォトレジスト層９１上に水平方向にストラ
イプ状に延びる光透過部９２ａと、このストライプ状の
光透過部９２ａ間のストライプ状の遮光部９２ｂとから
なる第１のマスク９２を配する。
【００７２】第１のマスク９２の光透過部９２ａは、垂
直方向に関してその光透過部９２ａのパターンの中心が
受光部４２上になく、受光部４２間の画素分離部５７上
にあって垂直方向の幅が垂直方向に隣り合う受光部の一
部上に跨がるようなストライプ状パターンとなる。
【００７３】図１８ではマスク９２の光透過部９２ａを
水平方向のストライプ状パターンとして示したが、水平
方向には連続しているものの幅が変化するような、即ち
平面的な凹凸が有っても構わない。例えば、ストライプ
状パターンにおいて水平方向で受光部４２に対応する部
分の幅が画素分離部５７に対応する部分の幅よりも狭く
したようなパターンとすることもできる。
【００７４】この第１のマスク９２を介して光を照射し
て第１のフォトレジスト層９１を露光する。
【００７５】次に、図１９Ａ，Ｂ及び図２０に示すよう
に、未露光領域が除去されるように現象した後、熱処理
を施し、フォトレジスト層９１の粘性を利用してリフロ
ーし、ドーム型の水平方向にストライプ状をなす下地層
となる第１層目のレンズ層９４を形成する。
【００７６】このとき、第１層目のレンズ層９４の厚さ
は薄い。この後、例えば１００℃〜１５０℃、３０秒〜
３００秒程度の熱処理を大気雰囲気、常圧下で熱処理を
施すことにより、形状を固める。
【００７７】この第１層目のレンズ層９４は、全体とし
てみたとき、複数のレンズ層９４が平行に形成され、各
レンズ層９４は垂直方向における受光部４２間の画素分
離部５７で凸状９４Ａとなるようなカマボコ型をなし、
従って受光部４２中心を水平方向に結んだ線上ではレン
ズ層４２間の谷間、即ち凹部９４ｂが形成されることに
なる。
【００７８】次に、図２１Ａ，Ｂ及び図２２に示すよう
に、第１層目のレンズ層９４間の凹部９４ｂを埋めるよ
うに第１層目のレンズ層９４上を含む全面に、レンズ材
となる例えば同じネガ型の第２のフォトレジスト層９５
を形成し、この第２のフォトレジスト層９５上に各画素
に対応するように、横長形状に分離した光透過部９６ａ
と、隣り合う光透過部９６ａ間の遮光部９６ｂとからな
る第２のマスク９６を配する。
【００７９】この第２のマスク９６は、前述と同様に、
光透過部９６ａは垂直方向に関してその光透過部パター
ンの中心が受光部４２の中心に対応し、全体として受光
部４２を中心とする画素に対応した位置に形成される。
光透過部９６ａとしては、図示の例では水平方向の両端
が円弧となる横長形状とされる。
【００８０】この第２のマスク９６を介して光を照射し
て第２のフォトレジスト層９５を露光する。
【００８１】次に、図２３Ａ，Ｂ及び図２４に示すよう
に、未露光部分の領域が除去されるように現像した後、
熱処理によってリフローさせ、第２層目のレンズ層９７
を形成する。この第２層目のレンズ層９７は、第１層目
のレンズ層９４の低い場所、即ち凹部９４ｂを埋めつ
つ、そのレンズ材料の高い粘性により平坦性が低いとい
う微妙なバランスの結果、図２３Ａ，Ｂに示すような非
球面状のレンズ層となる。
【００８２】この下地層となるの第１層目のレンズ層９
４と実質的なレンズとなる第２層目のレンズ層９７によ
って、目的のオンチップマイクロレンズ８５が形成され
て成るＣＣＤ固体撮像装置８３が得られる。
【００８３】上述の実施例によれば、垂直方向に関して
パターン中心が受光部４２間のいわゆる画素分離部５７
に存するように形成された水平方向に延びる複数のスト
ライプ状の第１層目のレンズ層９４と、各第１層目のレ
ンズ層９４間の凹部９４ｂを埋めるように且つ一部第１
層目レンズ層９４の凸部９４ｂに重なるように各画素の
受光部４２に対応して形成した第２層目のレンズ層９７
によって、オンチップマイクロレンズ８５を形成するこ
とにより、実質的なレンズとなる第２層目のレンズ層９
７は非球面状レンズとなり、水平方向及び垂直方向で長
さの異なる即ちアスベクト比が１でない単位画素の場
合、図１６Ａ，Ｂに示すようにその水平方向及び垂直方
向ともに入射光Ｌの集光効率を最適にすることができ
る。
【００８４】この結果、ＣＣＤ固体撮像装置における感
度、スミア等の撮像特性を向上することができる。ま
た、感度光量に拘らず、小光量時乃至大光量時での出力
均一性が向上する。
【００８５】このオンチップマイクロレンズ８５では、
第１層目のレンズ層９４が水平方向に連続したストライ
プ状パターンで形成されるので、水平方向のパターンず
れを気にすることがないので、作り易い。
【００８６】尚、本発明においては、オンチップカラー
フィルター層やオンチップマイクロレンズの材料等は問
わない。
【００８７】また、上例ではオンチップマイクロレンズ
材料として用いるフォトレジストとしてネガ型を用いた
が、ポジ型を用いることもできる。
【００８８】さらに、上例ではフォトレジスト層をパタ
ーニングしリフロー法でレンズ形状を完成させたが、そ
の他、リフロー形状から全面エッチングで下部のレンズ
材層にレンズ形状を転写させる方法でも構わない。
【００８９】即ち、例えば、図２５Ａ，Ｂに示すよう
に、カラーフィルタ層７０上に平坦化膜７３を介してレ
ンズ材層１０１を形成し、このレンズ材層１０１に前述
の図９Ａ，Ｂに示す夫々フォトレジスト層による下地層
（第１層目のレンズ層）４７とレンズ面を有する上層
（第２層目のレンズ層）４８を形成した後、全面エッチ
バックして、図２６Ａ，Ｂに示すように、レンズ材層１
０１に上層４８のレンズ面を転写して、ここに目的のオ
ンチップマイクロレンズ１０２を形成することができ
る。
【００９０】
【発明の効果】本発明に係る固体撮像装置によれば、受
光部が水平及び垂直方向に異なるピッチで配された場合
において、水平方向及び垂直方向共に、集光効率が最適
化されたオンチップマイクロレンズを形成することがで
きる。従って、感度、スミア等の撮像特性を向上するこ
とがてきる。また、感度光量に拘らず、小光量時乃至大
光量時での出力均一性を向上することができる。
【００９１】オンチップマイクロレンズを構成する下地
層をピッチの粗い方向に連続したストライプ状に形成す
るときは、ピッチの粗い方向の合わせずれを気にする必
要がないので、目的のオンチップマイクロレンズの作製
を容易にする。オンチップマイクロレンズを構成する下
地層として、各受光部に対応して分割形成し、且つピッ
チの粗い方向に関する両端での幅を中央の幅と異なる幅
に設定するときは、水平・垂直方向のみならず、対角線
方向の集光率も最適化することができる。
【００９２】本発明に係る固体撮像素子の製造方法によ
れば、そのオンチップマイクロレンズをピッチの細かい
方向の受光部間に対応してドーム型の下地層を形成し、
この上に下地層の凹部を埋めるようにその凹部上に一部
が凸部に重なるように受光部に対応してレンズを形成し
て作製することにより、水平、垂直方向のいずれに対し
ても集光効率が最適化されたオンチップマイクロレンズ
が得られる。
【００９３】本発明に係る固体撮像装置の製造方法によ
れば、レンズ材層上に、上述と同様の下地層と上層（レ
ンズ）を形成した後、エッチバックして上層のレンズ面
をレンズ材層に転写することにより、水平、垂直方向の
いずれに対しても集光効率が最適化されたオンチップマ
イクロレンズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１実施例を示す
平面図である。
【図２】Ａ 図１のＸ−Ｘ線上の断面図である。 Ｂ 図１のＹ−Ｙ線上の断面図である。
【図３】Ａ 図１の固体撮像装置の製造工程図（図４の
水平方向断面図）である。 Ｂ 図１の固体撮像装置の製造工程図（図４の垂直方向
断面図）である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】Ａ 図１の固体撮像装置の製造工程図（図６の
水平方向断面）である。 Ｂ 図１の固体撮像装置の製造工程図（図６の垂直方向
断面）である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】Ａ 図１の固体撮像装置の製造工程図（図８の
水平方向断面）である。 Ｂ 図１の固体撮像装置の製造工程図（図８の垂直方向
断面）である。
【図８】図７の平面図である。
【図９】Ａ 図１の固体撮像装置の製造工程図（図１０
の水平方向断面）である。 Ｂ 図１の固体撮像装置の製造工程図（図１０の垂直方
向断面）である。
【図１０】図９の平面図である。
【図１１】Ａ 本発明に係る固体撮像装置の第２実施例
の製造工程図（図１２の水平方向断面図）である。 Ｂ 本発明に係る固体撮像装置の第２実施例の製造工程
図（図１２の垂直方向断面図）である。
【図１２】図１１の平面図である。
【図１３】Ａ 本発明に係る固体撮像装置の第２実施例
の製造工程図（図１４の水平方向断面）である。 Ｂ 本発明に係る固体撮像装置の第２実施例の製造工程
図（図１４の垂直方向断面）である。
【図１４】図１３の平面図である。
【図１５】本発明に係る固体撮像装置の第３実施例の平
面図である。
【図１６】Ａ 図１５のＸ−Ｘ線上の断面図である。 Ｂ 図１５のＹ−Ｙ線上の断面図である。
【図１７】Ａ 図１５の固体撮像装置の製造工程図（図
１８の水平方向断面）である。 Ｂ 図１５の固体撮像装置の製造工程図（図１８の垂直
方向断面）である。
【図１８】図１７の平面図である。
【図１９】Ａ 図１５の固体撮像装置の製造工程図（図
２０の水平方向断面）である。 Ｂ 図１５の固体撮像装置の製造工程図（図２０の垂直
方向断面）である。
【図２０】図１９の平面図である。
【図２１】Ａ 図１５の固体撮像装置の製造工程図（図
２２の水平方向断面）である。 Ｂ 図１５の固体撮像装置の製造工程図（図２２の垂直
方向断面）である。
【図２２】図２１の平面図である。
【図２３】Ａ 図１５の固体撮像装置の製造工程図（図
２４の水平方向断面）である。 Ｂ 図１５の固体撮像装置の製造工程図（図２４の垂直
方向断面）である。
【図２４】図２３の平面図である。
【図２５】Ａ 本発明に係る固体撮像素子の第４実施例
の製造工程図（水平方向断面）である。 Ｂ 本発明に係る固体撮像素子の第４実施例の製造工程
図（垂直方向断面）である。
【図２６】Ａ 本発明に係る固体撮像素子の第４実施例
の製造工程図（水平方向断面）である。 Ｂ 本発明に係る固体撮像素子の第４実施例の製造工程
図（垂直方向断面）である。
【図２７】従来例に係る固体撮像装置の平面図である。
【図２８】Ａ 図２７のＡ−Ａ線上の断面図である。 Ｂ 図２７のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図２９】Ａ 図２７の固体撮像装置の製造工程図（図
３０の水平方向断面）である。 Ｂ 図２７の固体撮像装置の製造工程図（図３０の垂直
方向断面）である。
【図３０】図２９の平面図である。
【図３１】Ａ 図２７の固体撮像装置の製造工程図（図
３２の水平方向断面）である。 Ｂ 図２７の固体撮像装置の製造工程図（図３２の垂直
方向断面）である。
【図３２】図３１の平面図である。
【符号の説明】
４１ 固体撮像装置、４２ 受光部、４３ 読み出しゲ
ート部、４４ 垂直転送レジスタ、４５ 単位画素、４
６ オンチップマイクロレンズ、４７，９４下地層（第
１層目のレンズ層）、４８ レンズ（第２層目のレンズ
層）、１０１レンズ材層、１０２ オンチップマイクロ
レンズ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水平及び垂直方向に互いに異なるピッチ
    で配された複数の受光部と、 上記受光部上に形成され、ピッチの細かい方向における
    上記受光部間上に凸部を有し、かつ、少なくとも上記受
    光部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹
    部を有する下地層と、 上記凹部上で、かつ、上記凸部に少なくとも一部が重な
    るように上記受光部に対応して設けられた複数のレンズ
    とを有して成ることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項２】 上記下地層は、上記ピッチの粗い方向に
    連続したストライプ状に形成されて成ることを特徴とす
    る請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 【請求項３】 上記下地層は、上記ピッチの粗い方向に
    関して上記各受光部に対応して分割形成されて成ること
    を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 【請求項４】 上記下地層は、上記ピッチの粗い方向に
    関して上記各受光部に対応して分割形成され、 かつ、上記ピッチの粗い方向での両端の幅が中央の幅と
    異なる幅に設定されて成ることを特徴とする請求項１に
    記載の固体撮像装置。
  5. 【請求項５】 水平及び垂直方向に互いに異なるピッチ
    で配された複数の受光部を有し、 上記各受光部上にレンズが形成され、 上記レンズは、ピッチの細かい方向における受光部間上
    に凸部を有し、かつ少なくとも受光部の中心をピッチの
    粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層に跨
    って上記受光部に対応して形成された上層の面が転写さ
    れた面をレンズ面として成ることを特徴とする固体撮像
    装置。
  6. 【請求項６】 水平及び垂直方向に互いに異なるピッチ
    で配された複数の受光部上にレンズを形成する固体撮像
    装置の製造方法において、 上記受光部上に、ピッチの細かい方向における上記受光
    部間上に凸部を有し、かつ、少なくとも上記受光部の中
    心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有す
    る下地の層を形成する第１の工程と、 上記凹部上に、少なくとも一部が上記凸部に重なるよう
    に上記受光部に対応してレンズを形成する第２の工程と
    を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
  7. 【請求項７】 上記第１の工程は、受光部上の全面に膜
    を形成する工程と、少なくとも上記受光部の中心をピッ
    チの粗い方向に結んだ直線に沿って上記膜を部分的に除
    去する工程とを有することを特徴とする請求項６に記載
    の固体撮像装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 上記第１の工程は、上記膜を部分的に除
    去する工程の後に、上記膜をリフローさせる工程を有す
    ることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の製
    造方法。
  9. 【請求項９】 水平及び垂直方向に互に異なるピッチで
    配された複数の受光部上にレンズを形成する固体撮像装
    置の製造方法において、 レンズ材層を形成する第１の工程と、 上記レンズ材層上に、ピッチの細かい方向における上記
    受光部間上に対応して凸部を有し、かつ少なくとも上記
    受光部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って
    凹部を有する下地層を形成する第２の工程と、 上記凹部上に少なくとも一部が上記凸部に重なるように
    上記受光部に対応してレンズ面を有する上層を形成する
    第３の工程と、 エッチバックして上記上層のレンズ面を上記レンズ材層
    に転写して上記受光部に対応したレンズを形成する第４
    の工程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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