JPS5992568A - 固体撮像素子などの受光装置とその製造方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は固体撮像素子などの受光装置とその製造方法
に関するものである。

〔従来技術〕

固体撮像素子は従来からカラー、モノクロを問わず種々
の方式、例えばＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　０ｘｉｄｅＳｉｌ
ｉｃｏｎ）型、　ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）型、　ＣＰＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｐｒ
ｉｍｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ）型、　ＢＢＤ（Ｂｕｃｋｅ
ｔ　Ｂｒｉｇａｄｅ　Ｄｅｖｉｃｅ）型、およびＣＩＤ
（Ｃｈａｒｇｅ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ）
型などが開発されており、それぞれに性能向上のだめの
努力が続けられている°。

一般にこの種の固体撮像素子にあって、光入力信号は量
子効率Ｘ開口率×被写体照度によって決定されるが、種
々の検討、改良の結果、現在では既に量子効率（光電変
換効率）がはソ希望値に達しており、残るものとして開
口率を大きくすること、および雑音を減らすことにテー
マが絞られている。

そしてこれらのうち、開口率を大きくすることについて
は、例えば構造的に開口率、すなわち素子全面に占める
受光面積の割合を大きくとり得るＭＯＳ型にあって既に
５０〜６０％に達しており、この開口率をさらに大きく
するためには、転送用のＭ配線巾を現在での３μｍルー
ルから２μｍ、あるいは１μｍに細くしなければならな
い。しかしこのように配線巾を細くすることは製造プロ
セス上非常に困難であり、また近い将来に実現可能な固
体撮像素子そのもの＼小型化（現在の窮インチ型から７
２インチ型へ）とか、高品質画像テレビ、スチールカメ
ラなどに対応させるための絵素自体の小型化、高密度化
（絵素数４００Ｘ５００程度から１０００Ｘ１００Ｏな
いしはそれ以上）などを考慮すると、これ以上の開口率
の拡大は不可能であり、むしろこの開口率は絵素数の増
加と共に減少するものと考えられる。

〔発明の概要〕

この発明は従来のこのような実情に鑑み、固体撮像素子
などの受光部にあって、各絵素対応に集光レンズを形成
して、各絵素に入射する光信号を増加させ、見掛は上、
開口率を向上させたのと同様な効果を得られるようにし
たものである。

（３） 〔発明の実施例〕 以下、この発明の実施例につき、添付図面を参照して詳
細に説明する。

第１図（ａ）　、　（ｂ）および第２図（ａ）　、　（
ｂ）はこの発明の各別の実施例による集光レンズを示し
ている。すなわち、これらの各図において、符号（１）
はシリコン半導体基板、（２）はこの基板（１）上に拡
散層として形成された個々の絵素となるホトダイオード
であり、この発明では各絵素（２）上にあって対応する
ように、第１図（ａ）実施例の場合は横断面紡錘状をな
す凸型集光レンズ（３ａ）、同図（ｂ）実施例の場合は
横断面三日月状をなす凸型集光レンズ（３ｂ）を形成し
、かつ第２図（ＩＬ）　、　（ｂ）実施例の場合謁− は第１図（ａ）　、　（ｂ）実施例での横断面頂点付近
を平坦した集光レンズ（３ａ’）　、　（３ｂ’）を形
成したものである。　　　　゛ こ＼で各実施例での集光レンズ形成のためには次のよう
な手段がある。すなわち、集光レンズを形成する下地の
各部分を、例えばホトレジスト。

ＤｅｅｐＵＶレジスト、　ＥＢレジスト、あるいはＸ線
（４） レジストなどのレジストパターンをマスクにして、例え
ばプラズマエッチ、リアクティブイオンエッチ、イオン
ビームエッチなどのいわゆるドライエツチングとか、あ
るいは化学薬品を用いたウェットエツチングなどの微細
加工技術により所定形状に加工した上で、下地とは異っ
た屈折率の有機、もしくは無機レンズ材料に、より各集
光レンズ形状を形成するのである。

しかして前記下地加工に使用するレジストとしては、い
わゆるポジ型、ネガ型があシ、共に加工プロセスに充分
耐え得ることが必要である。すなわち、ホトレジストと
しては、ポジ型のＡＺ−１３５０（商品名、以下同様）
　、　ＡＺ−２４００，０ＦＰＲ−２などが、ネガ型の
ＯＭＲ−８３，ＣＩＲ−７０７，ＣＢＲ−Ｍ２Ｏ３など
があり、これらはドライエッチ耐性、基板への密着性が
良好である。またｄｅｅｐＵＶレジストとしては、ＲＤ
−２００ＯＮ、０ＤＵＲ−１００３シリーズなどがあり
、さらにＥＢおよびＸ線レジストとしては、ポジ型のＲ
Ｅ−５０００Ｐ、０ＥＢＲ−１０００，０ＥＢＲ−１０
３０など、ネガ型のＣＭＳ、ｂ侶Ｓ、ＣＯＰ、ＲＥ−４
００ＯＮ、０ＥＢＲ−１００などがある。

また下地加工のためのドライエツチング法によるエッチ
ャントとしては、有機物の場合に、酸素。

窒素、ヘリウムもしくはこれらの混合ガスを、酸化シリ
コンやＰＳＧ（Ｐｈｏａｐｈｏ　５ｉｌｉｃｏｎ　Ｇｌ
ａｓｓ）などの場合に、フッソ系ガスとか四塩化炭素、
ヘリウム、アルゴン、酸素などの混合ガスを使用でき、
またシェツトエツチング法によるときは、有機物の場合
に、これを溶解可能な溶剤、例えばアセトン、メチルエ
チルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系と
か、ブチルアルコール、イソプロピルアルコールなどの
アルコール系とか、メチルセロソルブ、エチルセロソル
ブなどのセロソルブ系とか、酢酸エチル、酢酸イソアミ
ルなどのエステル系、その他これらの混合液を、酸化シ
リコンやＰＥＧなどの場合に４、フッ酸系エツチング液
などを使用できる。

さらにレンズ材料としては、光学的に無色透明で、可視
光に対する吸収がなくて安定な物質であって、厚さ０．
５〜５μｍ程度の薄膜形成、ならびに種々の微細加工が
容易、かつこれらのプロセス条件に耐えられるものであ
れば有機、無機の各材料を適用できる。すなわち、有機
材料には、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタ
クリレート。

ポリイソプロピルメタクリレート、ポリフェニルメタク
リレート、ポリグリシジルメタクリレートなどの光透過
性のよいメタクリレート系のポリマーおよびコポリマー
とか、ポリスチレン、ポリケイ皮酸ビニル、ポリイソプ
ロペニルケトンなどのポリマーおよびコポリマー、なら
びにこれらのポリマーを主成分とするコポリマーとか、
側鎖もしくは主鎖の一部を塩素、フッ素、ヨウ素などや
、これらの化合物などで置換したポリマーおよびコポリ
マーを、無機材料には透明な薄膜形成の可能な酸化シリ
コン、酸化亜鉛、酸化アルミニクム。

酸化ジルコニウム、酸化インジウム、　ＰＳＧ　、およ
び窒化シリコン、あるいはこれらを組み合わせたものを
使用できる。

次に製造プロセスの実施例を挙げる。

第１実施例の製造プロセスを第３図（、）ないしくｄ）
（７） に示す。

絵素数３８４Ｘ４８５をもつモノリシックＭＯ８型カラ
ー固体撮像素子にあって、基板（１）、ホトダイオ−）
”　（２）　、パシベーション膜（４）　、およびカラ
ーフィルタ（５）を順次に形成したのち、その上部の保
護膜（６）を従来よりも２〜３μｍ程度厚目に形成し、
この膜（６）上にポジ型ホトレジスト（７）。

例えばＡＺ−１３５０を塗布し、ついでクロムマスク（
８）を用い紫外線（９）により露光し、かつ現像して各
絵素、勿論こ＼ではホトダイオード（２）以外の各部に
レジストパターン（７′）を形成する（同図（ａ））。

そしてこのレジストパターン（γ）をマスクに湿潤空気
をエッチャントガスとして、ＩＴｏｒｒ。

２００Ｗの条件で保護膜（６）をドライエツチングし、
各絵素上に所定の曲率をもった凹部（６′）を形成させ
る（同図（ｂ））。

続いて前記凹部（６′）をもつ保護膜（６）上に、例え
ばポリメチルメタクリレートを用いた有機レンズ材料に
よる厚さ２〜３μｍ程度のレンズ層（１０）を形成し、
この層（１０）上に前記と同様にして、（８） ホトダイオード（２）に対応する部分に、ホトダイオー
ド（２）よりも周囲４〜６μｍ程度大きいレジストパタ
ーン（γ）を形成する（同図（Ｃ））。そしてこのレジ
ストパターン（γ）をマスクにして、ドライまたはウェ
ットエツチングによりレンズ層（１０）をエツチングし
、前記第１図（、）に示す横断面紡錘状をなす凸型集光
レンズ（３ａ）を形成した（同図（ｄ））。

このようにして構成されたカラー固体撮像素子にあって
は、凸型集光レンズ（３ａ）を通して″ホトダイオード
（２）に入射される光入力信号が、この凸型集光レンズ
（３ａ）を設けないときよりも２５〜３０チ程度まで増
加し、その集光作用に優れるものであることを確認でき
た。そしてこれから得た画質は色の再現性もよく、格段
に性能向上を図り得た。

第２実施例の製造プロセスを第４図（、）ないしくｄ）
に示す。

カラー固体撮像素子、もしくは単管式カラー撮像管のた
めのカラーフィルタにあって、ガラス基板（１１）の受
光面側にホトレジス）　（７）　、例えばポジ型ではＡ
Ｚ−１３５０Ｊ　、あるいはＡＺ−２４００など、ネガ
型ではＯＭＲ−８３、あるいはＣＩＲ−７０７などを塗
布し、前例と同様に各絵素対応以外の各部にレジストパ
ターン（τ）を形成する（同図＜１−）　’）。ついで
この例の場合、対象がガラス基板（１１）であるので、
塩素系あるいはフッ素系ガス、もしくはこれらと酸素、
ヘリウム、アルゴンなどの混合ガスをエッチャントとし
てドライエツチング、ないしはフッ酸系°のエツチング
液などによりウェットエツチングをなして、前例の凹部
（６′）に相当する凹部（１１’）を形成する（同図（
ｂ））。そしてこのように下地加工をなした上で、この
凹部（１１’）をもつガラス基板（１１）上に、前例と
同様にレンズ層（１０）を形成し、かつレジストパター
ン（γ）を形成しく同図（ｅ）　）　、さらにこのレジ
ストパターン（γ）をマスクにしてレンズ層（１０）を
エツチングするが、このエツチング時の条件をしかるべ
く選択することにより、第２図（、）に示す横断面が頂
点部を平坦とした紡錘状の凸型集光レンズ（３ｍ’）を
形成しく同図（ｄ））、このカラーフィルタを固体撮像
素子、管に使用する。

この例においても前例と同様の効果が得られた。

第３実施例の製造プロセスを第５図（、）ないしくｄ）
に示す。

絵素数３８４Ｘ４８５をもつＭＯ８型固体撮像素子にあ
って、前記パシベーション膜（４）上にＰＳＧ　膜（１
２）を２〜３μｍ程度の厚さに形成し、かつこのＰＳＧ
膜（１２）上に前例と同様にホトレジストパターン（τ
）を形成する（同図（ａ））。ついでこのレジストパタ
ーン（γ）をマスクにして、５チの０！ガスを含むＣＦ
４ガスによシ、０．ＩＴｏｒｒ　、　５００Ｗの条件で
ＰＳＧ膜（１２）をドライエツチングし、各絵素上にこ
の例では所定の曲率をもった凸部（１２’）を形成させ
る（同図（ｂ））。

続いて前記凸部（１ｚ）のあるＰＳＧ膜（１２）上に、
前例と同様にレンズ層（１０）を形成し、ついで例えば
ＥＢレジス）　（ＣＭＳ）（１３）を塗布し、図では省
略したが適宜マスクを介しＥＢ（１４）により露光して
、各絵素対応にこれよシも周囲２〜３μｍ程度大きいレ
ジストパターン（１３’）を形成する（同図（ｃ））。

そしてこのレジストパターン（１３’）ヲマスクにして
、ドライまたはウェットエツチングによりレンズ層（１
０）をエツチングし、前記第１図６）に示す横断面三日
月状をなす凸型集光レンズ（３ｂ）を形成した（同図（
ｄ））。

この例においても前例と同様の効果が得られた。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれば、固体撮像素子な
どにあって受光部側を下地とし、この下地の各絵素対応
部に所定曲率の凹または凸部を形成して、この凹または
凸部上にそれぞれ凸型集光レンズを形成したから、個々
の絵素に対する受光部にそれぞれ集光レンズが配される
ことになり、しかも各集光レンズは表面が凸型、下地に
接した裏面が凸または凹型に形成されているために、各
受光部における集光性能を単なる集光レンズ以上に良好
にでき、結果的に見掛は上の受光部開口率を格段に向上
し得る特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）および第２図（ａ）、伽）は
この発明の各別の実施例による装置構成を示すそれぞれ
部分断面図、第３図（、）〜（ｄ）ないし第５図（ａ）
〜（ｄ）は各実施例での製造プロセスをそれぞれに示す
断面説明図である。 （１）・・・・シリコン半導体基板、（２）・・・・ホ
トダイオード（絵素）、（３ｍ）、（３ｍ’）および（
３ｂ）ｌ（３ｂ’）・・・・凸形集光レンズ、（５）・
・・・カラーフィルタ、（６）および（６′）・・・・
保護膜および凹部、（γ）、（１３’）　　・・・・レ
ジストパターン、（１０）・・・・レンズ層、（１１）
および（１１’）・・・・ガラス基板および凹部、（１
２）・・・・ＰＳＧ膜。 代理人　葛野信− 第１図 （ａ）　　　　（ｂ） 第２図 （ａ）　　　　（ｂ） １６よ− ８ ７７・ ）５ 自；吻≠龜・ 第４図 □１ （Ｃ） （ｄ） 手続補正書（自発） ５８３１６ 昭和　　年　　月　　日 ２、発明の名称 固体撮像素子などの受光装置とそ（ＤＪＩ造方法３、補
正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称（６０１）　　　三菱電機株式会社代表者片山仁
八部 ４、代理人 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１１明細書第５頁第１７行のｒ　０ＤＵＲ−１００３
シリーズ」をｒ　０ＤＵＲ−１０１３シリーズ」と補正
する。 （２）同書第６頁第５行のｒｓｌｌｌｅｏｎＪをｒ　５
ｉｌＩｃａｔｅ」と補正する。 （３）同書第９頁第２行の「４〜６μｍ」を「２〜４μ
ｍ」と補正する。 （４）同書第１１頁第１８〜１９行の「図では省略した
が適宜マスクを介し」を削除する。 以　　上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光部側を下地として、この下地の各絵素対応部
   に所定曲率の凹または凸部を形成すると共に、この凹ま
   たは凸部上にそれぞれ凸型集光レンズを形成したことを
   特徴とする固体撮像素子などの受光装置。
2. （２）受光部側表面層の各絵素対応部に所定曲率の凹ま
   たは凸部を形成する工程と、この凹または凸部をもつ表
   面層上にレンズ層を形成する工程と、レジストパターン
   などをマスクとしてこのレンズ層をエツチングし、前記
   臼または凸部上にレンズ層による凸型集光レンズを形成
   する工程とを含むことを特徴とする固体撮像素子などの
   受光装置の製造方法。