JPS59195861A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 置等の固体撮像装置の製造方法に関し、特に、カラー化
に対応した固体撮像装置の製造方法に関する。

〔背景技術とその問題点〕

固体撮像装置は、一般に、画像情報となる外部からの入
射光を受けて電荷を発生する受光部と、この受光部に発
生した電荷を転送するための転送部とを多数配列してな
るものであるが、その受光エリア内に光電変換機能を有
していない上記転送部が含まれているために、画像情報
の一部が電気信号に変換されず、したがって光感度が低
いという欠点を有している。

そこで、このような固体撮像装置の光感度の向上を図る
ために、固体撮像装置の各受光部に対してマイクロ集光
レンズの如き屈折光学素子を設は実効的に開口率を上げ
たシ、さらに上記固体撮像装置がカラー撮像装置である
場合には、上記屈折光学素子と受光部の間に色フィルタ
を形成して光ところで、このような固体撮像装置に上記
屈折光学素子や色フィルタを形成する場合には、種々の
困難が伴う。たとえば、上記屈折光学素子は混色を避け
るため上記受光部との距離を十分に小さくする必要があ
シ、このため色フィルタ上に密着して形成することが好
ましい。そして、従来は、上記屈折光学素子として所謂
レノチキーラーレンズ等をレンズシートとしてガラス等
によシ極めて薄く成形し、このレンズシートを貼層する
という方法が用いられている。

しかしながら、上記レンズシートは非常に薄いのでその
取シ扱いが著しく煩雑で、特に、貼９合わせは技術的に
非常に難しい。また、従来は、上記屈折光学素子や色フ
ィルタを別々に形成して上記撮像装置に貼着しているた
めに、これら屈折光学素子や色フィルタから入射した光
が混色を起こすことなく撮像装置の受光部に導かれるよ
うに受光部に対してそれぞれ高精度に位置合わせする必
要があシ、作業性が極めて悪く生産効率を著しく低下し
ている。

〔発明の目的〕

そこで、本発明は上述の従来の方法の有する欠点を解消
するために提案されたものであム位置合わせ作業を軽減
するとともに製造工程の簡略化を図シ、生産効率を向上
、することが可能な固体撮像装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、上述の如き目的を達成するために、撮像素子
を形成してなる半導体基板上に屈折光学素子の外形に相
当する形状の凹部を有する透明基板を配置する工程と、
上記透明基板上に上記撮像素子の第１の受光部に対向し
て開口部を有する遮光層を形成するとともに上記各基板
間の間隙に着色を施した感光性樹脂を充填し、露光を施
して硬化し第１の屈折光学素子を形成する工程と、上記
撮像装置の第２の受光部に対向して透明基板の遮光層の
開口部を配置するとともに上記第１の屈折光学素子が形
成される部分以外の上記間隙に上記感光性樹脂と異なる
着色を施した感光性樹脂を充填し、露光を施し第２の屈
折光学素子を形成する工程とを少なくとも有し、最後に
上記透明基板を除去してなるものである。

〔実施例〕

以下、本発明を単板式のカラー固体撮像装置の製造］工
程に適用した具体的な一実施例について、図面を参照し
なから説明する。

先ず、この実姉例においては、型板となる透明基板に後
述の屈折光学素子の外形形状に相当する形状の凹部をあ
らかじめ形成しておく必要かある。

そこで、この透明基板に対して上記凹部を形成する手段
の一例から説明する。この例においては、５１０２　に
対してりんＰをドープした場合、これがドープされない
ものに比して例えば弗化水素系エツチング液に対するエ
ツチング速度が速くなることに着目し、更にとのりんの
８１０２に対するドーピングはイオン注入法を適用する
ことによってその制御が自由に行い得ることを利用して
Ｓ　ｉｏ２　にその膜厚方向に関してエツチングが上層
側はど速くなるようなシんＰの濃度分布を、このシんＰ
のイオン注入によって形成してその後のエツチングによ
って錐体状凹部を形成するものである。以下、この方法
によって透明基板を作成する手順を第１図ないし第４図
を参照して説明する。

先ず第１図に示すように、シリコン或いはガラス等よＶ
）Ｊ’ｙ３６る基材１を設け、これの上に５ｉ０２％の
被エツチング膜２を熱酸化法等によって被着形成する。

そしてこの５ｉｎ２膜２に対してりんＰを５×１０１８
ｃｍ　　のドーズ量で５　Ｑ　ｋｅＶをもってイオン注
入する。その後窒素Ｎ２ガス中で１０００℃２０分間の
熱処理を行う。このようにすると５Ｉ０２１１２にその
表面におけるほどシんＰの濃度が高められたドービー７
グがなされる。次に第３図に示すようにこの膜２上にエ
ツチングレジスト膜３例えばフォトレジストを塗布しこ
れに露光現像処理を施して所要の形状例えば正方形のパ
ターンを有する窓４を所要の幅及びピッチをもってたて
、よこに配列穿設する。そしてこの窓４を通じてＳ　ｉ
ｏ２膜２に対して例えば弗化水素系エツチング液、例え
ば弗化アンモニウムと弗酸とが１００：１２に選定され
たエツチング液によってＳ　ｉＯ，膜２の表面側からエ
ツチノグを行う。このようにするとそのエツチノグによ
ってＳｒ　０２膜２に凹部５が形成されるが、この場合
Ｓｉｎ、膜２がその表面側においてエツチノグ速度が速
いためにその表面側におけるほど横方向（面方向）への
エツチノグが犬となって断面錐形例えば四角錐体状の凹
部５′７り形成される。この場合、そのピッチを適当に
選定すればこれらが連続して所要のピンチに形成された
錐体状凹凸がＳｉｎ、、膜２に形成される。その後第４
図に示すようにエツチノグレジスト膜３を除去すれば表
面に錐体状凹部５の配列による凹凸が形成された透明基
板６が形成される。このようにして形成された透明基板
６の錐体状凹凸は、５ｉｎ２に対するシんＰのドーピン
グの厚さ方向に関する濃度分布を適当に選定することに
よってその四部５の傾斜角θは任意に選ぶことができ、
例えば７°前後以下の６°程度にも正確に選定すること
ができる。

本発明においては、このようにして得られる透明基板６
を型板として用いて屈折光学素子を半導体基板上に形成
する。

以下、この透明基板６を用いてＲＧ　Ｂ方式の単板式カ
ラー固体撮像装置を製造する場合の製造工程について第
５図ないし第１３図を参照して説明する。

先ず、第５図に示すように屈折光学素子全被着形成すべ
き半導体基板７を用意し、この上に例えばスペー→ノー
８を介して上記透明基板６をその凹部５が上記半導体基
板７の後述する受光部と対向するように配置する。

上記半導体基板７は、画像情報となる入射光を受けて電
荷全発生蓄積する受光部９と、その受光部９に発生蓄積
した電荷を転送するための転送部１０（光電変換機能を
有さす）とを多数配列形成し撮像集子を構成して成シ、
表面ケ平坦化するためにポリイミド樹脂等の透明樹脂に
よシ形成される樹脂層１１があらかじめ被着形成されて
いる。

まプζ、上記透明基板６の上面には、上記受光部９のう
ち例えば赤色に対応する第１の受光部９ａに対向して開
口部１３全有する遮光層１２がクロム等によシ被着形成
されている。

次に、上記半導体基板７と透明基板６の間隙に第６図に
示すように、赤色染料で着色される感光性樹脂材料１４
を充填し、パターン露光を施して上記遮光層１２の開口
部１３に臨む部分、すなわち上記第１の受光部９ａ上に
位置する部分を選択的に硬化する。上記、感光性樹脂材
料１４としては、カゼイ／やゼラチン、ポリビニルアル
コール等の水溶性有機樹脂に数係の重クロム酸塩を加え
て感光性を伺与したもの等、紫外線の如き光の照射によ
って硬化する所謂ネガ型感光性樹脂が用いられ、あらか
じめスミノール・ファーストレッド的の赤色の有機性染
料によって着色して用いられる。

そして、上記透明基板６を取り外し、さらに現像液によ
って上記感光性樹脂材料１４の未硬化部分を溶解除去し
て、第７図に示すように第１の受光部９ａ上に配置し上
記透明基板６の四部５に対応して錐体状のマイクロレン
ズとして形成される第１の屈折光学素子１５を得る。こ
の第１の屈折光学素子１５は、入射光を集束して第１の
受光部９ａに導くレンズとして作用するのみならず、赤
色染料で着色されているため赤色フィルタとしても作用
する所謂集光型色フィルタを構成する。

次に、第８図に示すように上記受光部９のうち例えば緑
色に対応する第２の受光部９ｂに対向して開口部１７を
有する遮光層１６を被着形成した透明基板６′ｆｆニス
ペーサ８を介して半導体基板７上に配置する。なお、こ
のとき、先の遮光層１２を被着した透明基板６をずらし
て配置し、上記開口’ａｌｓ１３か第２の受光部９ｂ上
に対向して配置するようになしてもよい。

そして、第９図に示すように上記半導体基板７と透明基
板６の間隙にスミノール・ミーリング・ブリリアント・
グリーン等の緑色染料によシ着色される感光性樹脂材料
１８を充填し、パターン露光を施して上記遮光層１６の
開口部１７に臨む部分を選択的に硬化する。なお、この
とき上記第１の受光部９ａ上には第１の屈折光学素子１
５が形成されているので、この部分に上記緑色の感光性
樹脂材料１８が入シ込むことはない。

このように上記感光性樹脂材料１８を硬化した後に、上
記透明基板６を取シ外して現像を施し、第１０図に示す
ように第２の受光部９ｂ上に配置し緑色に染色される第
２の屈折光学素子１９を得る。

次に、第１１図に示すように、上記第１の屈折光学素子
１５及び第２の屈折光学素子１９が形成される半導体基
板γ上に再び透明基板６を配置する。このとき、上記透
明基板６には、青色に対応する第３の受光部９Ｃに対向
して開口部２１が配置するように遮光層２０が被着形成
されている。

そして、第１２図に示すように透明基板６と半導体基板
７の間隙にスミノール・レベリング・スカイブルー等の
青色染料で着色した感光性樹脂材料２２を充填し、先の
各屈折光学素子１５．１９と同様にパターン露光や現像
を施して、第１３図に示すように第３の受光部９Ｃ上に
配置され、青色に染色される第３の屈折光学素子２３を
得る。

このように、上記各工程を経て、半導体基板γ５の第１
の受光＠ｌ′Ｓ９ａ、第２の受光部９ｉ）及び第３の受
光部９Ｃにそれぞれ対応して、赤色フィルタとして作用
する第１の屈折光学素子１５、緑色フィルタとして作用
する第２の屈折光学素子１９及び青色フィルタとして作
用する第３の屈折光学素子２３が形成され、高感度のＲ
，ＧＢ方式のカラー固体撮像装置が製造される。

上述の実施例においては、光学レンズと色フィルタを一
体化した屈折光学素子１５，１９．２３を半導体基板γ
上に面接形成しているため、製造工程を著しく簡略化す
ることができ、−！だ、極めて薄いレノズ／−トを取り
扱う必要もなくなるため作業性を極めて向上することが
できるので生産効率の大幅な向上を図ることが可能とな
る。

さらに、光学し／ズと色フィルタとの高精夏な位置合わ
せが不要となるため、位置ずれによる不良品の発生率を
低減化することか可能である。

ところで、本発明は上述の実施例に限定されるものでは
なく、例□えば透明基板６の凹部５は撮像素子の構成に
応じてストライプ状等に加工してもよい。

さらに、上記Ｒ，Ｇ　Ｂ方式ばかりでなく、より多色の
フィルタを必要とする固体撮像装置に適用することがで
きることは言う丑でもない。

〔発明の効果〕

上述の実施例の説明からも明らかなように、本発明によ
れば製造工程の簡略化を図るとともに高精度な位置合わ
せ作業を省略して作業性を向上することが可能となって
いるので一生産効率の大幅な向上を図ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

狽′４１図ないし第４図は本発明に用いられる透明基板
の製造方法の一例の各工程における拡大断面図である。 第５図ないし第１３図は本発明による固体撮像装置の製
造工程の工程順序を示す拡大断面図であシ、第５図、第
８図及び第１１図は透明基板配置及び遮光層形成工程、
第６図、第９図及び第１２図はパター７露光工程、第７
図、第１０図及び第１３図は屈折光学素子形成工程をそ
れぞれ示すものである。 ５・・・凹部 ６・・透明基板 γ・・半導体基板 ９・・受光部 １２．１６−・、２０・・遮光層 １３．１７．２１・・・開口部 １５・・第１の屈折光学素子 １９　・・第２−の　　　〃 ２３・・第３の　　〃 特　許　出　願　人　　　ソニー株式会社代理人　　弁
理士　　小　池　　見

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像素子を形成してなる半導体基板上に屈折光学素子の
   外形に相当する形状の凹部を有する透明基板を配置する
   工程と、上記透明基板上に上記撮像素子の第」の受光部
   に対向して開口部を有する遮光層を形成するとともに上
   記各基板間の間隙に着色を施した感光性樹脂を充填し、
   露光を施して硬化し第１の屈折光学素子を形成する工程
   と、上記撮像装置の第２の受光部に対向して透明基板の
   遮光層の開口部を配置するとともに上記第１の屈折光学
   素子が形成される部分以外の上記間隙に上記感光性樹脂
   と異なる着色を施した感光性樹脂を充填し、露光を施し
   第２の屈折光学素子を形成する工程とを少なくとも有し
   、最後に上記透明基板を除去してなる固体撮像装置の製
   造方法。