JPS5994456A - 固体撮像素子用マイクロ集光レンズの形成方法 - 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〕 本発明は、固体撮像素子の受光面にその受光部と対応し
てマイクロ集光レンズを形成することによシ、固体撮像
素子の光入力レベルを高めて性能を向上することができ
るマイクロ集光レンズの形成方法に関するものである。

〔従来技術〕

従来、固体撮像素子としては、Ｍ　ＯＳ　（Ｍｅｔａｌ
Ｏｘｉｄｅ　５ｉｌｉｃｏｎ　）型やＣＣＤ　（Ｃｈａ
ｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）型およびＣＰ
Ｄ　（Ｃｈａｒｇｅ　ＰｒｉｍｉｎｇＤｅｖｉｃｅ）型
のものなどが提案され、実用化されてきているが、各々
の方式によシー長−短がある。

例えば、ＭＯ８型素子は構造的に開口率が大きい反面、
雑音が多い。またＣＣＤ型素子では雑音に対しては有利
な構造をもっているが、開口率が小さく電荷転送量にも
制限があるなどの欠点がある。

このようなことから、固体撮像素子の性能を向上させる
には、素子の開口率（撮像素子全体の中で占める受光面
積の割合）を上げたシ、また低雑音化をはかるなどの方
法が考えられている。例えば開口率を大きくして光入力
の信号レベルを高めるためには、Ａ７などによる信号転
送用の配線幅を細く（現在の３μｍから２μｍ、さらに
１μｍへ）シ、光電変換部のホトダイオードの面積占有
率を大きくする方法がある。しかし、今後９画素が高集
積化（画素数が現在の４００Ｘ５００程度から１０００
Ｘ１００Ｏ程度へ、そしてさらにそれ以上へ）する傾向
にあること、また撮像素子自体が小型化（現在　３イン
チ型から謁インチ型、さらにそれ以下へ）する傾向にあ
ることなどから、このように配線幅を狭くすることによ
シ受光面積を増大させる手法は一層困難となシ、実用上
、好ましい方法とは言えないものである。

〔発明の概要〕

本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、上記のよ
うな困難なプロセスを用いずに固体撮像素子の受光面に
マイクロ集光レンズを形成することによシ、実質的に大
幅な開口率の向上をもたらし、感度などの撮像素子の性
能を向上させることができる固体撮像素子用マイクロ集
光レンズの形成方法を提供することを目的としている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図乃至第３図は本発明に係るマイクロ集光レンズの
形成方法の一実施例を示す概略工程の要部断面図であシ
、ＭＯ８型固体撮像素子に適用した場合を示す。第１図
において、（１）は−導電型としてＰ型シリコンからな
る撮像素子基板であシ、との撮像素子基板（１）上には
ｎ型不純物が拡散された高濃度のｎ　型拡散領域（２）
が配列され、これらＰ型撮像素子基板（１）とｎ　型拡
散領域（２）との間のｐｎ接合によシ光電変換部として
のホトダイオードが画素数に対応して構成される。また
、前記撮像素子基板（１）表面上の各々のｎ　型拡散領
域（２）間には信号転送用のＡｌ配線（３）が形成され
るとともに、そのＡｌ配線（３）を含む全面にパッシベ
ーション膜（４）が形成され、これによって光入力をパ
ッシベーション膜（４）よシ受光する表面照射ＭＯ８型
固体撮像素子を構成している。しかして、かかる固体撮
像素子の受光面にマイクロ集光レンズを形成する際は、
まずその受光部全面に、第２図に示すように光学的に無
色で光透過率が高くかつ電子線。

Ｘ線などの放射線によシ化学的変化を起す機能を有する
材料（レンズ材料ともいう）として例えばＰＭＭＡ　（
ポリメチルメタクリレート）を用いてスピンコードなど
の方法により塗布された厚さ１〜３μｍ程度のｐＨｉｉ
ＭＡ薄膜（５）をレンズ形成用薄膜として形成する。次
いで、このＰＭＭＡ薄膜（５）の各受光部つまシホトダ
イオードに対応してマイクロ集光レンズを形成すべき平
面形状のパターンに応じて該ＰＭＭＡ薄膜（５）を電子
ビームあるいはＸ線などによシ選択的に露光する。しか
る後、とのＰＭＭＡ薄膜（５）を現像液で現像すること
によシ、第３図に示す如く、その露光部分が除去されて
各ホトダイオ−下に対応したＰＭＭＡ薄膜からなるマイ
クロ集光レンズ（６）を形成することができる。この場
合、集光レンズとしての機能を持たせるため、レンズ周
辺部もしくは全体の断面形状にある曲率を持たせる必要
があシ、そのためには露光、現像条件を通常の平面パタ
ーン形成時よルはいずれもオーバー気録に設定すること
が重要である。

なお、本発明は上記実施例の他に幾多の変形が可能であ
シ、レンズ材料としては光学的に無色で光透過率が高く
かつ電子線、Ｘ線などの放射線によシ化学的変化を起こ
す機能を有する薄膜形成の容易な性質の安定した材料で
あればよく、上記実施例のＰＭＭＡの他にＰＧＭＡ　（
ポリグリシジルメタクリレート）やＰＭＩＰＫ　（ポリ
メチルイソプロペニルケトン）などでもよい。また上記
薄膜の形成にあたってはスピンコード法に限定されるも
のではなく、気相あるいは液相中での薄膜成長を利用す
る方法などによってもよい。さらに集光機能をレンズに
もたせるには該レンズをある曲率をもった断面形状に形
成しなければならないが、第３図に示すように各レンズ
全体が曲率をもつ必要はなく、レンズ中央部が７ラツト
であっても周辺部が所定の曲率をもち集光作用があれば
、十分開口率の向上に寄与する。さらには、各レンズの
断面形状はこれらに限定されるものではなく、下地膜の
凹凸に応じて第３図に示すような凸形でも、あるいは下
地膜がフラットならば半月形、下地膜が凸形ならば三ケ
月形てらってもよい。即ちマイクロ集光レンズとして十
分機能すれば、その断面形状は下地に応じて適宜な形状
をとることが可能である。

また、各々のレンズの平面形状は固体撮像素子のホトダ
イオードや信号転送線などの位置、形状に応じて露光す
るパターンを変化させれば、任意の平面形状をもつマイ
クロ集光レンズを容易に形成可能である。

さらにまた、パターニングされメζレンズ形成部分の断
面形状に所定の曲率を有して集光機能をもたせるには、
上記実施例のようにオーバー露光。

オーバー現像による工程に限らず、例えば適正な露光、
現像により形成されたレンズパターンをそのレンズ材料
のガラス転移温度以上に加熱してやればそのパターン周
辺部にブレを生じ、このような熱処理によっても集光機
能を有する断面形状を形成することができ、容易に所望
のマイクロ集光レンズの形成が可能である。

さらには、本発明は、表面照射ＭＯ８型固体撮像素子に
限定されるものではなく、裏面照射のものやＭＯ８型以
外にもＣＣＤ型、ＣＰＤ型のものなどにも同様に適用で
きる。また、固体撮像素子を構成するガラス基板上ある
いはカラー撮像素子用色フイルタ表面または裏面にレン
ズ形成用薄膜を形成し、この薄膜をマイクロ集光レンズ
を形成すべきパターンに応じて露光した後このパターニ
ングされた薄膜を現像して所望のマイクロ集光レンズを
形成したシ、前記パターニングされた薄膜の現像後さら
に熱処理してマイクロ集光レンズを形成することもでき
る。さらにまた、前記ガラス基板上もしくはカラー撮像
素子用色フイルタ表面または裏面に、マイクロ集光レン
ズを縦横に配列して貼付用マイクロ集光レンズ基板を形
成することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の方法によれば、固体撮像
素子の受光面に対応してそれぞれマイクロ集光レンズを
容易に形成することが可能となシ、したがって、各マイ
クロ集光レンズの作用によシ実質的な開口率を大幅に向
上でき、固体撮像素子の感度２色再現性などの諸性能を
大きく改善することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明に係るマイクロ集光レンズの
形成方法の一実施例を示す概略工程の要部断面図である
。 （１）・・・・撮像素子基板（Ｐ型シリコン）　、’（
２）・・・・ｎ＋型拡散領域、（３）・・・・信号転送
用Ａ　ｌ　配線、（４）・・・・パッシベーションＬ　
（ｓ）・・・・ＰＭＭＡ薄膜（レンズ形成用薄膜）、（
６）・・・・マイクロ集光レンズ。 代理人　葛　野　信　−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体撮像素子の受光部全面に、光学的に無色で光
   透過率が高くかつ電子線などの放射線によシ化学的変化
   を起す機能を有する材料からなるレンズ形成用薄膜を形
   成する工程と、この薄膜の前記受光部に対応してマイク
   ロ集光レンズを形成すべきパターンに応じて該薄膜を選
   択的に露光し、しかる後この薄膜を現像することによシ
   前記固体撮像素子の受光部に対応してそれぞれマイクロ
   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
   体撮像素子用マイクロ集光レンズの形成方法。
2. （２）固体撮像素子の受光部はホトダイオードを配列し
   てなシ、このホトダイオード配列上に対応してそれぞれ
   マイクロ集光レンズを形成することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の固体撮像素子用マイクロ集光レン
   ズの形成方法。