JP2002064193A - 固体撮像装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】凸状レンズの曲率を小さくし感度の不均一化を
防止しながら、スミア特性および斜め光に関する感度低
下を防止する。 【解決手段】基板１内の表面領域に画素の受光部２を形
成した後、受光部２の上方の表面部分に窪み７ａを有す
る層間絶縁膜７を形成し、窪み７ａの形状を反映した凹
部８ｂを表面に有する光透過膜８ａを層間絶縁膜７上に
形成し、表面が凸状曲面のマスク層ＲＰを光透過膜８ａ
上の凹部８ｂを覆う位置に形成し、マスク層ＲＰおよび
光透過膜８ａを一括してエッチングし、上面に凸状のレ
ンズ曲面を有する凸状レンズの形状に光透過膜８ａを加
工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受光部とオンチッ
プレンズとの間の層間絶縁膜内に埋め込まれ、上面に凸
状のレンズ曲面を有する凸状レンズを有する固体撮像装
置と、その製造方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＣＣＤ固体撮像素子は、チップサ
イズの小型化および多画素化が非常に強く望まれてい
る。

【０００３】しかし、現状の画素サイズのままチップを
小型化したのでは、画素数が減少し、その結果として解
像度が低下する。また、現状の画素サイズのまま多画素
化したのでは、チップサイズが大きくなり、生産コスト
の増大あるいはチップ歩留りの低下を招く。したがっ
て、チップサイズの小型化または多画素化を実現するに
は、画素サイズを現状より縮小することが必須となる。
これが出来れば、解像度を維持したまま小型のＣＣＤ撮
像素子が提供でき、あるいは、逆に素子サイズを維持し
たまま解像度を上げることができる。

【０００４】ところが、画素サイズを縮小した場合、単
位画素に入射する光量は減少し、各画素の受光部の感度
特性が低下するという不具合が生じてしまう。光電変換
の効率を向上させることにより感度特性を維持すること
も可能であるが、その場合、ノイズ成分も増幅してしま
うため、ＣＣＤ撮像素子から出力される映像信号のＳ／
Ｎ比が低下する。つまり、画素サイズを縮小したときの
感度特性の維持を光電変換の効率向上のみで達成するべ
きではなく、Ｓ／Ｎ比の低下を防ぐために各画素の集光
効率を出来るだけ向上させることが必要となってくる。

【０００５】この観点から、受光部上方に設けたカラー
フィルタ上にオンチップレンズ（ＯＣＬ；On Chip Len
s）を設け受光部への集光効率を高める工夫がされてい
る。しかし、たとえば４μｍ×４μｍ以下の画素サイズ
を有するＣＣＤ撮像素子では、オンチップレンズ単独で
集光効率を高めることは、ほぼ限界に近づいている。そ
こで、この限界を打開する新たな技術として、オンチッ
プレンズと受光部との間の層内に光透過材料の膜からな
る、もう一つの凸レンズを形成することで集光効率をさ
らに向上させることが提案された（たとえば、特開平１
１−４０７８７号公報）。

【０００６】この公報に開示された凸レンズの形成方法
（従来技術１）を、図６（Ａ）〜図７（Ｆ）を用いて説
明する。まず、図６（Ａ）に示すように、シリコン基板
１に、従来と同様な方法によって、受光部２、電荷転送
部３_-1，３_-2、受光部２と電荷転送部３_-1との間に図示
を省略した読み出しゲート部、および、受光部２と電荷
転送部３_-2との間に図示を省略したチャネルストッパを
形成する。また、電荷転送部３_-1，３_-2上の絶縁膜４に
埋め込んで転送電極５を形成し、絶縁膜４上に、高融点
金属の膜からなり受光部２の上方で開口する遮光膜６を
形成する。

【０００７】遮光膜６およびその開口部上にＢＰＳＧ膜
２０を形成し、ＢＰＳＧ膜２０をリフロー処理して、図
６（Ｂ）に示すように平坦化する。図６（Ｃ）に示すよ
うに、平坦化したＢＰＳＧ膜２０上に、プラズマＣＶＤ
法により生成する窒化シリコン（Ｐ−ＳｉＮ）または酸
化シリコン（Ｐ−ＳｉＯ₂）などからなる光透過膜２１
ａを形成する。

【０００８】この光透過膜２１ａ上にレジストを塗布
し、レジストを受光部２を中心とした領域が残るように
パターンニングした後、リフロー処理する。これによ
り、図７（Ｄ）に示すように、レジストが熱軟化するこ
とにより表面が所定の曲率の曲面となった凸状レンズ形
状のレジストパターンＲＰが形成される。続いて、レジ
ストと光透過膜の材料との選択比がほぼ１となる条件で
エッチングを行う。これにより、レジストがエッチオフ
されたときの光透過膜、すなわち凸状レンズ２１の形状
は、図７（Ｅ）に示すように、レジストパターンＲＰの
形状をよく反映したものとなる。

【０００９】その後、この所定の曲率の表面を有する凸
状レンズ２１を埋め込むように、平坦化膜９を形成して
表面を平坦化した後、既知の方法を用いて、オンチップ
カラーフィルタ（ＯＣＣＦ）１０と、オンチップレンズ
（ＯＣＬ）１１とを形成する。

【００１０】この従来技術１における凸状レンズ形成工
程の変更例として、以下のような方法（従来技術２）が
ある。図８（Ａ）〜図９（Ｆ）は、この従来技術２を示
す断面図である。図８（Ａ）に示すように、前記した従
来技術１と同様な方法によって、受光部２、電荷転送部
３_-1，３_-2等を形成し、その上に絶縁膜４，転送電極５
および遮光膜６を形成する。遮光膜６およびその開口部
上にＰＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜２２を形成し、ＰＳＧ膜
またはＢＰＳＧ膜２２をリフロー処理する。ただし、こ
の従来技術２では、完全に平坦化しないで、受光部２の
上方に凹部２２ａを形成させる。

【００１１】図８（Ｂ）に示すように、ＰＳＧ膜または
ＢＰＳＧ膜２２上に、Ｐ−ＳｉＮまたはＰ−ＳｉＯ₂ な
どからなる光透過膜２３ａを形成する。光透過膜２３ａ
上にレジストＲを塗布し平坦化する。

【００１２】レジストＲと光透過膜２３ａの材料との選
択比がほぼ１となる条件でエッチングを行う。これによ
り、図８（Ｃ）に示すように、表面が平坦化された光透
過膜２３ｂが形成される。

【００１３】図９（Ｄ）に示すように、平坦化面上にさ
らに光透過膜２３ｃを形成する。続いて、光透過膜２３
ｃ上にレジストを塗布し、レジストを受光部２を中心と
した領域が残るようにパターンニングした後、リフロー
処理する。これにより、表面が所定の曲率の曲面となっ
た凸状レンズ形状のレジストパターンＲＰが形成され
る。再度、レジストと光透過膜の材料との選択比がほぼ
１となる条件でエッチングを行う。これにより、レジス
トがエッチオフされたときの光透過膜、すなわち凸状レ
ンズ２３の表面形状は、図９（Ｅ）に示すように、レジ
ストパターンＲＰの形状をよく反映したものとなる。

【００１４】その後、図９（Ｆ）に示すように、従来技
術１と同様な方法によって、平坦化膜９を形成した後、
ＯＣＣＦ１０とＯＣＬ１１を形成する。

【００１５】これらの従来技術１および従来技術２に示
す方法により製造されたＣＣＤ撮像素子においては、図
１０に示すように、ＯＣＬ１１によりある程度集光され
た入射光（受光面に対し垂直な入射光Ｌ０および斜めの
入射光Ｌ１）は、ＯＣＬ１１の下方のもう一つの凸状レ
ンズ２１（または２３）により更に集光され、受光部２
に達する。したがって、凸状レンズ２１（または２３）
がない場合に比べ、入射光の集光効率が向上する。とく
に、図１０において破線で示す斜めの入射光Ｌ１は、凸
状レンズ２１（または２３）がない場合に集光率が低か
ったが、凸状レンズ２１（または２３）を設けることに
より集光率が格段に向上するため、各画素の感度が向上
する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】このＯＣＬ１１の下方
に凸状レンズ２１，２３を形成する従来技術１および従
来技術２の方法では、凸状レンズ２１，２３表面（レン
ズ面）の曲率が、その加工時のマスクとして用いるレジ
ストの表面の曲率に依存する。つまり、レンズ面の曲率
を大きくしたい場合はレジスト表面の曲率も大きくし、
レンズ面の曲率を小さくしたい場合はレジスト表面の曲
率も小さくする。したがって、所望の曲率のレンズ面と
するためには、レジスト厚を最適化する必要がある。

【００１７】ところが、従来技術１および従来技術２の
凸状レンズ形成方法では、画素サイズの縮小に合わせて
レジスト厚を薄していくと、レジストの塗布ムラが発生
しやすいという課題がある。レジストの塗布ムラが生じ
ると、凸状レンズの厚みおよびレンズ面の曲率が同一チ
ップ内、あるいは、同一ウエハ内で異なることになる。
このため、感度の不均一、すなわち画素ごとの出力信号
のレベルが異なる現象が起こる。

【００１８】この現象の発生を回避するために、従来、
凸状レンズを加工する際のレジスト厚を塗布ムラが生じ
ない程度に厚くして対処しなければならない。しかし、
これは画素サイズが小さい場合に凸状レンズの形状が最
適値からずれることを意味する。すなわち、図１１に示
すように、画素サイズに対して凸状レンズ２１のレンズ
面の曲率が大きすぎてしまう。レンズ面の曲率が大きす
ぎると、図１１に示すように光の焦点が受光面より上方
に位置し、受光面での光が拡がってしまう。それでも、
図１１中に実線で示す垂直光Ｌ０の場合は受光量の低下
は割合少なくて済む。

【００１９】ところが、当該ＣＣＤ撮像素子を搭載した
カメラの撮像レンズの絞りを開いた絞り開放側（Ｆ値が
小さい側）でＯＣＬ１１に対し斜めに入射する光Ｌ１の
割合が増大すると、図１１中に破線で示すように、凸状
レンズを通過した光のうち受光面から外れて遮光膜６に
遮蔽される光の割合が急激に増大し、このため画素感度
が大きく低下するようになる。また、遮光膜６の開口部
６ａから斜めに入った光が、遮光膜６の下側における各
種膜の界面間で乱反射し、垂直転送部３_-1に入って電荷
を発生させる。この電荷は、垂直転送部３_-1を転送され
る信号電荷にとってノイズ成分となり、しかも転送の度
に累積されることから、画面に白い縦線（スミア）とな
って現れる。すなわち、従来の凸状レンズの形成方法で
は、画素サイズを縮小した場合に感度が低下し、スミア
が発生しやすいという問題があった。

【００２０】かといって、画素サイズが小さいにもかか
わらず凸状レンズの曲率を小さくすると、レジスト厚の
ばらつきに起因した凸状レンズ形状のバラツキにより画
素感度が素子内であるいは素子間でばらつき、画面内で
の感度均一性が悪化するという問題が生じてしまう。

【００２１】このため、従来のＣＣＤ撮像素子では、凸
状レンズの形成に用いるレジスト厚をある程度厚くし、
スミア特性と斜め光に対する感度低下をある程度犠牲に
することで、感度不均一性を防止しているのが現状であ
る。そこで、このような現状が抱える問題点を解決する
技術、すなわち、ＯＣＬ下方の凸状レンズの曲率を小さ
くし感度の不均一化を防止しながら、スミア特性および
斜め光に関する感度低下を防止できる技術が強く望まれ
ていた。

【００２２】本発明の目的は、凸状レンズの曲率を小さ
くし感度の不均一化を防止しながら、スミア特性および
斜め光に関する感度低下を防止した固体撮像装置および
その製造方法を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像装
置の製造方法は、基板内の表面領域に画素の受光部を形
成し、上記受光部の上方で層間絶縁膜内に埋め込まれ上
面に凸状のレンズ曲面を有する凸状レンズを形成し、上
記凸状レンズの上方にオンチップレンズを形成する固体
撮像装置の製造方法であって、上記受光部の形成後、上
記受光部の上方の表面部分に窪みを有する層間絶縁膜を
形成し、上記窪みの形状を反映した凹部を表面に有する
光透過膜を、上記層間絶縁膜上に形成し、表面が凸状曲
面のマスク層を、上記光透過膜上の上記凹部を覆う位置
に形成し、上記マスク層および上記光透過膜を一括して
エッチングし、上記光透過膜を上記凸状レンズの形状に
加工する。

【００２４】好適に、上記受光部の形成後、上記受光部
の一方向両側の上方位置に、上記受光部で生成した電荷
の転送電極を上記基板と絶縁した状態で形成し、上記転
送電極の段差を覆い上記受光部上方で開口する遮光膜
を、上記転送電極と絶縁した状態で形成し、つぎに上記
遮光膜およびその開口部を覆って上記層間絶縁膜を形成
したときに、上記転送電極の段差および上記遮光膜の段
差の形状を反映して上記窪みが上記層間絶縁膜の表面に
形成される。上記層間絶縁膜の形成後、熱処理により上
記層間絶縁膜を軟化して、上記窪みの深さを調整しても
よい。好適に、上記マスク層としてレジストパターンを
上記光透過膜上に形成し、上記レジストパターンを熱処
理により軟化して、上記レジストパターンの表面の曲率
を調整する。上記エッチングでは、好適に、上記マスク
層と上記光透過膜とのエッチング選択比がほぼ１の条件
を用いる。

【００２５】このような本発明に係る固体撮像装置の製
造方法では、層間絶縁膜の窪み、および、その窪み形状
が反映して出来た光透過膜の凹部の存在により、光透過
膜上にレジストパターンを形成する際に塗布するレジス
トの厚さを、平坦な下地にレジストを塗布していた従来
技術１および従来技術２の場合より厚くできる。このた
め、本発明では、レジスト厚を厚くしても、レジストの
軟化処理の際に余分なレジストが凹部を埋めるのに用い
られるためレジストパターンの表面の曲率が従来技術の
場合より小さくなる。したがって、レジストの塗布ムラ
が出ない限界の厚さで比較すると、本発明に係る製造方
法により製造した固体撮像装置の凸状レンズの曲率が、
従来技術に係る製造方法により製造した場合より小さく
なる。また、従来技術２に係る製造方法では２回に分け
て凸状レンズを形成していたが、本発明では単一の光透
過膜の一回の加工で凸状レンズが形成される。

【００２６】本発明に係る固体撮像装置は、基板内の表
面領域に形成された画素の受光部と、上記受光部の上方
で層間絶縁膜内に埋め込まれ上面に凸状のレンズ曲面を
有する凸状レンズと、上記凸状レンズの上方に形成され
たオンチップレンズとを有した固体撮像装置であって、
上記凸状レンズは、下層の層間絶縁膜の表面に形成され
た窪み上に、上記窪みを埋める光透過材料からなるレン
ズ下部と、上記凸状のレンズ曲面を有し上記レンズ下部
と同一の光透過材料からなるレンズ上部とが一体となっ
て形成されている。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係るＣＣＤ固
体撮像装置（ＣＣＤイメージャ）の撮像部は、特に図示
しないが、一方向（垂直転送方向）に沿って長い垂直転
送部が、多数平行ストライプ状に形成され、その各離間
スペース内に１列分の画素の受光部が、垂直転送部と平
行に列をなして配置されている。受光部列と、その一方
側の垂直転送部との間には、各画素ごとに読み出しゲー
ト部が設けられている。また、受光部列と、その他方側
の他の垂直転送部との間には、各受光部で発生した信号
電荷の当該他の垂直転送部への漏洩を防止するチャネル
ストッパが設けられている。

【００２８】図３（Ｇ）は、本発明の実施形態に係るＣ
ＣＤイメージャにおいて、その信号電荷の垂直転送方向
と直交する方向に沿った撮像部のほぼ一画素分の断面図
である。

【００２９】図３（Ｇ）において符号１は、シリコン基
板またはシリコン基板に形成されたｐ型ウエルなど（以
下、基板という）を示す。基板１内の表面領域に、たと
えばｎ型不純物領域などからなり基板１との間のｐｎ接
合を中心とした領域で光電変換を行って信号電荷を発生
させ、信号電荷を一定時間蓄積する受光部２が形成され
ている。受光部２の一方側と他方側に、それぞれ所定距
離をおいて、主にｎ型不純物領域からなる垂直転送部３
_-1，３_-2が形成されている。なお、図示を省略したが、
受光部２と一方の垂直転送部３_-1との間に、読み出しゲ
ート部の可変ポテンシャル障壁を形成するｐ型不純物領
域が形成され、受光部２と他方の垂直転送部３_-2との間
に、チャネルストッパとしての高濃度ｐ型不純物領域が
基板深部にまで形成されている。なお、垂直転送部３_-2
の図３（Ｇ）の更に右側には、読み出しゲート部，受光
部およびチャネルストッパがこの順で設けられ、これが
繰り返されて画素ラインが構成されている。

【００３０】基板１上には、酸化シリコンなどの絶縁膜
４ａが形成され、垂直転送部３_-1，３_-2の上方の絶縁膜
４ａ上位置に、ポリシリコンなどからなる転送電極５が
形成されている。受光部２での光電変換により得られた
信号電荷は、読み出しゲート部を介して垂直転送部３_-1
に読み出され、転送電極５を４相等の垂直転送クロック
信号により駆動することにより垂直転送部３_-1内を一方
に順次転送される。その後、ラインごとの信号電荷とし
て図示しない水平転送部に掃き出された信号電荷が、水
平転送部内を、たとえば２相の水平クロック信号により
転送された後、撮像信号として外部に出力される。

【００３１】垂直転送部３_-1，３_-2および受光部２上に
は、２層の第１層間絶縁膜４ｂ，４ｃが形成されてい
る。また、第１層間絶縁膜４ｃ上に、たとえばタングス
テン（Ｗ）などの高融点金属からなる遮光膜６が形成さ
れている。遮光膜６は、受光部２の上方で開口した開口
部６ａを有する。開口部６ａの周縁は、垂直転送部
３_-1，３_-2の端部により形成された第１層間絶縁膜４
ｂ，４ｃの段差より若干内側に位置する。これは、遮光
膜６の垂直転送部３_-1，３_-2に対する遮光性を高め、ス
ミアを抑えるためである。

【００３２】遮光膜６上および開口部６ａ内の第１層間
絶縁膜４ｃ上を覆って、たとえばＰＳＧ(Phosphosilica
te glass) またはＢＰＳＧ(Borophosphosilicate glas
s) などからなる第２層間絶縁膜７が形成されている。
第２層間絶縁膜７の表面に、上記第１層間絶縁膜の段差
の形状を反映して窪み７ａが形成されている。第２層間
絶縁膜７上には、その窪み７ａを中心とした受光部２の
上方領域に所定の曲率のレンズ面を有する凸状レンズ８
が形成さている。凸状レンズ８は、少なくとも１〜２μ
ｍ程度では光透過率が十分高い材料、たとえばＰ−Ｓｉ
ＮまたはＰ−ＳｉＯ₂ などからなる。

【００３３】表面を平坦化された第３層間絶縁膜（以
下、平坦化膜という）９が、凸状レンズ８上を覆って形
成されている。平坦化膜９の表面上に、オンチップカラ
ーフィルタ（ＯＣＣＦ）１０が配置されている。ＯＣＣ
Ｆ１０は、原色系のカラーコーディング方式では赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の何れかに着色され、補色
系では、たとえばイエロー（Ｙｅ），シアン（Ｃｙ），
マゼンダ（Ｍｇ），緑（Ｇ）などの何れかに着色されて
いる。ＯＣＣＦ１０上に、ネガ型感光樹脂などの光透過
材料からなるオンチップレンズ（ＯＣＬ）１１が配置さ
れている。ＯＣＬ１１のレンズ面（凸状曲面）で受けた
光が集光され、前記した凸状レンズ８で更に集光され
て、受光部２に入射される。ＯＣＬ１１は無効領域とな
る隙間を出来るだけ少なくするようにＣＣＤイメージャ
表面に形成され、遮光膜上方の光も有効利用して受光部
２に入射させるため、画素の感度が向上する。

【００３４】つぎに、図１（Ａ）〜図３（Ｇ）の断面図
に沿って、このＣＣＤイメージャの製造方法を説明す
る。図１（Ａ）では、既知の方法にしたがって、シリコ
ン基板内の各種不純物領域の形成を行う。すなわち、ま
ず、用意したシリコン基板内の表面領域に、必要に応じ
てｐ型不純物領域をイオン注入してｐウエル等を形成し
た後、ｐ型不純物領域を高濃度にイオン注入して、チャ
ネルストッパを形成する。また、チャネルストッパの一
方側にｎ型不純物を所定条件でイオン注入して受光部２
を形成し、チャネルストッパの他方にｎ型不純物を所定
条件でイオン注入して垂直転送部３_-1，３_-2を形成し、
垂直転送部３_-1または３_-2と受光部２との間にｎ型不純
物を所定条件でイオン注入して読み出しゲート部を形成
する。続いて、各種不純物領域を形成した基板１の表面
に、酸化シリコン膜などを熱酸化またはＣＶＤして絶縁
膜４ａを形成する。絶縁膜４ａ上に不純物が添加されて
導電率を高めたポリシリコンをＣＶＤし、ポリシリコン
をパターンニングして転送電極５を形成する。形成した
伝送電極５および受光部２の上方を覆って、たとえば酸
化シリコン，窒化シリコンなどの２層の第１層間絶縁膜
４ｂ，４ｃを形成する。また、第１層間絶縁膜４ｃ上に
Ｗなどの高融点金属膜をＣＶＤし、高融点金属膜を受光
部２の上方で開口するようにパターンニングして遮光膜
６を形成する。

【００３５】遮光膜６およびその開口部６ａ上にＰＳＧ
膜またはＢＰＳＧ膜７を形成する。ＰＳＧ膜またはＢＰ
ＳＧ膜７は元々段差被膜性が強いので、第１層間絶縁膜
４ｃおよび遮光膜６の段差による受光部２上方の凹部を
成膜時に多少埋め込むように形成され、その結果、図１
（Ｂ）に示すように、受光部２の上方でＰＳＧ膜または
ＢＰＳＧ膜７自身の表面に窪み７ａが形成される。な
お、窪み７ａが大きすぎる場合には、ＰＳＧ膜またはＢ
ＰＳＧ膜７の成膜後にリフロー処理を行い窪み７ａを所
定の大きさまで小さくしてもよい。

【００３６】図１（Ｃ）に示すように、形成したＰＳＧ
膜またはＢＰＳＧ膜７上に、プラズマＣＶＤ法により窒
化シリコン（Ｐ−ＳｉＮ）または酸化シリコン（Ｐ−Ｓ
ｉＯ ₂ ）などからなる光透過膜８ａを１〜２μｍほど形
成する。このとき光透過膜８ａの表面に、ＰＳＧ膜また
はＢＰＳＧ膜７の窪み７ａの形状を反映して、所定の大
きさの凹部８ｂが形成される。

【００３７】つぎに、この光透過膜８ａ上にレジストＲ
を約１μｍほど塗布し（図２（Ｄ））、レジストＲを受
光部を中心とした領域が残るようにパターンニングした
後、たとえば１４０〜１８０℃の条件でリフロー処理す
る。これにより、図２（Ｅ）に示すように、レジストが
熱軟化し、その表面が所定の曲率の曲面となった凸状レ
ンズ形状のレジストパターンＲＰが形成される。

【００３８】続いて、レジストパターンＲＰと光透過膜
８ａの材料との選択比がほぼ１となる条件でエッチング
を行う。このエッチング時にレジストパターンＲＰが周
囲から後退するが、その後退速度はレジストが厚い中央
部に近づくほど徐々に低下する。したがって、その下地
の光透過膜８ａのエッチング終了時の形状は、図３
（Ｆ）に示すように、元のレジストパターンＲＰの表面
形状を良く反映したものとなる。このエッチングにより
光透過膜８ａが加工され、レジストパターンＲＰとほぼ
同じ程度の曲率を有する表面形状の凸状レンズ８が、受
光部２の上方とその周囲の遮光膜６の一部を覆うように
形成される。

【００３９】図３（Ｇ）に示すように、凸状レンズ８を
含む光透過膜８ａの全面を覆って平坦化膜９を形成する
ことにより、表面を平坦化する。平坦化膜９上に、たと
えば染色法によりＯＣＣＦ１０を形成する。染色法で
は、カゼインなどの高分子に感光剤を添加して塗布し、
露光、現像、染色および定着を色ごとに繰り返す。その
他、いわゆる分散法、印刷法または電着法などを用いて
ＯＣＣＦ１０を形成してもよい。最後に、たとえば前記
した凸状レンズ８と同様にラウンディングしたレジスト
パターンをマスクとしたエッチングにより、ネガ型感光
性樹脂などの光透過性樹脂を加工してＯＣＬ１１を形成
する。

【００４０】このようなＣＣＤイメージャの形成方法で
は、レジストＲの厚さが１μｍ程度と余り薄くなくても
曲率が小さい凸状レンズ８が形成できる。以下、この効
果を図４を用いて説明する。図４（Ａ−１）は、曲率の
大きなレジストパターンＲＰ１の形成時、図４（Ａ−
２）はレジストパターンＲＰ１を用いたエッチングによ
り出来た凸状レンズ８_-1を示す。また、図４（Ｂ−１）
は、曲率の小さなレジストパターンＲＰ２の形成時、図
４（Ｂ−２）はレジストパターンＲＰ２を用いたエッチ
ングにより出来た凸状レンズ８_-2を示す。これらの図４
（Ａ−１）〜図４（Ｂ−２）に示す従来技術では、凸状
レンズを形成する下地が平坦面であることから、曲率の
大きな凸状レンズ８_-1を形成する場合は膜厚がｔ１と比
較的厚いレジストＲ１を用いることができるが、曲率が
小さな凸状レンズ８_-2を形成しようとすると、レジスト
Ｒ２の厚さがｔ２と極端に薄くする必要があった。

【００４１】これに対し、図４（Ｃ−１）および図４
（Ｃ−２）には、本実施形態のようにレジスト形成時の
下地に凹部を有する場合を示す。図４（Ｂ−２）の凸状
レンズ８_-2と同じ大きさと曲率を有する曲面の凸状レン
ズ８_-3を形成する場合、下地に凹部８ｂを有すると、レ
ジスト厚はｔ３と図４（Ｂ−１）のレジスト厚ｔ２より
かなり厚くすることができる。レジストをラウンディン
グさせる加熱処理時に余分なレジストが中央部に集まっ
ても下地が窪んでいるため表面の曲率は余り大きくなら
ないためである。したがって、本実施形態では、レジス
トの塗布ムラを防止できる程度にレジストの塗布条件を
選択しても、出来た凸状レンズの表面の曲率は比較的小
さく抑えることができる。つまり、下地の第２層間絶縁
膜７の窪み７ａ（図１（Ｂ））の大きさ、およびこれが
反映した光透過膜８ａの凹部８ｂ（図１（Ｃ））の大き
さを最適化することで、凸状レンズ８の曲率を最適化す
る際にレジストの塗布ムラが小さくできる。このため、
凸状レンズ形状が同一素子内、あるいは同一ウエハ内で
ばらつくことがなく、ＣＣＤ受光特性のバラツキを低減
できる。

【００４２】言い換えると、凸状レンズ形状のバラツキ
を許容範囲に抑えた条件下、感度特性を向上させたり、
凸状レンズ形状の不適合によるスミア特性の向上を達成
できる。図５（Ａ）〜（Ｃ）に、感度特性、スミア特性
および感度低下画素数それぞれについて、従来技術の場
合を１としたときの本実施形態による改善効果を数値化
して示す。この特性比較では、画素サイズが約３．５μ
ｍ×３．５μｍのＣＣＤイメージャを用いた。また、比
較対象は、図９（Ｆ）に示した従来技術２のＣＣＤイメ
ージャを用いた。なお、従来技術２では、出来上がりの
凸状レンズが窪み上に形成されることは本実施形態と同
じであるが、２回の光透過膜の加工を経て形成され、レ
ジストの形成面は図４（Ｂ−１）と同様な平坦面とな
る。したがって、レジスト厚を比較的大きくしなければ
ならず、結果として、凸状レンズの曲率も本実施形態の
場合と比べると大きくならざるを得ない。

【００４３】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）より、本実施形態
では、従来に比べ、感度が平均して５％程度向上し、ス
ミアが１０％低減し、感度低下画素数においては約半分
に減少していることが分かる。これらの特性改善は、光
透過膜からなる凸状レンズ８の曲率を従来より小さくす
ることで、入射光の集光状態が改善されたことを示す。
なお、本実施形態に係るＣＣＤイメージャの形成方法で
は、従来技術２のようにＰＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜７上
の光透過膜８ａを一旦平坦化する必要がないため、この
平坦化工程が不要で、光透過膜の成膜が１回少なくて済
む。このため、従来技術２よりも製造コストを低く抑制
できる利点もある。

【００４４】

【発明の効果】本発明に係る固体撮像装置および製造方
法によれば、凸状レンズの曲率を小さくし感度の不均一
化を防止しながら、スミア特性および斜め光に関する感
度低下を防止できる。また、従来技術２に係る固体撮像
装置の製造方法に比べ、工程が簡略化でき、製造コスト
を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は実施形態に係る固体撮像装置
の製造において、光透過膜の成膜までを示す断面図であ
る。

【図２】（Ｄ）および（Ｅ）は実施形態に係る固体撮像
装置の製造において、レジストパターンの形成までを示
す断面図である。

【図３】（Ｆ）および（Ｇ）は実施形態に係る固体撮像
装置の製造において、ＯＣＬを形成する最終工程までを
示す断面図である。

【図４】（Ａ−１）は従来技術における曲率の大きなレ
ジストパターンＲＰ１の形成時を示す図であり、（Ａ−
２）は従来技術におけるレジストパターンＲＰ１を用い
たエッチング後を示す図である。（Ｂ−１）は従来技術
における曲率の小さなレジストパターンＲＰ２の形成時
を示す図であり、（Ｂ−２）は従来技術におけるレジス
トパターンＲＰ２を用いたエッチング後を示す図であ
る。（Ｃ−１）は実施形態における曲率の小さなレジス
トパターンＲＰ３の形成時を示す図であり、（Ｃ−２）
は実施形態におけるレジストパターンＲＰ３を用いたエ
ッチング後を示す図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、感度特性、スミア特性およ
び感度低下画素数それぞれについて、従来技術を用いた
場合を１としたときの実施形態による改善効果を数値化
して示す図である。

【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は従来技術１に係る固体撮像装
置の製造において、光透過膜の形成までを示す断面図で
ある。

【図７】（Ｄ）〜（Ｆ）は従来技術１に係る固体撮像装
置の製造において、ＯＣＬを形成する最終工程まで示す
断面図である。

【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は従来技術２に係る固体撮像装
置の製造において、凸状レンズの下部の形成までを示す
断面図である。

【図９】（Ｄ）〜（Ｆ）は従来技術２に係る固体撮像装
置の製造において、ＯＣＬを形成する最終工程まで示す
断面図である。

【図１０】従来技術１により形成した固体撮像装置で画
素サイズが比較的大きい場合の集光の様子を示す図であ
る。

【図１１】従来技術１により形成した固体撮像装置で画
素サイズが比較的小さい場合の集光の様子を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…基板（シリコン基板またはｐウエル）、２…受光
部、３_-1，３_-2…垂直転送部、４ａ…絶縁膜、４ｂ，４
ｃ…第１層間絶縁膜、５…転送電極、６ａ…開口部、６
…遮光膜、７…第２層間絶縁膜、７ａ…窪み、８，
８_-1，８_-2，８_-3…凸状レンズ、８ａ…光透過膜、８ｂ
…凹部、９…平坦化膜（第３層間絶縁膜）、１０…ＯＣ
ＣＦ（オンチップカラーフィルタ）、１１…ＯＣＬ（オ
ンチップレンズ）、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…レジスト、
ＲＰ，ＲＰ１，ＲＰ２．ＲＰ３…レジストパターン。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板内の表面領域に画素の受光部を形成
   し、上記受光部の上方で層間絶縁膜内に埋め込まれ上面
   に凸状のレンズ曲面を有する凸状レンズを形成し、上記
   凸状レンズの上方にオンチップレンズを形成する固体撮
   像装置の製造方法であって、 上記受光部の形成後、上記受光部の上方の表面部分に窪
   みを有する層間絶縁膜を形成し、 上記窪みの形状を反映した凹部を表面に有する光透過膜
   を、上記層間絶縁膜上に形成し、 表面が凸状曲面のマスク層を、上記光透過膜上の上記凹
   部を覆う位置に形成し、 上記マスク層および上記光透過膜を一括してエッチング
   し、上記光透過膜を上記凸状レンズの形状に加工する固
   体撮像装置の製造方法。
2. 【請求項２】上記受光部の形成後、上記受光部の一方向
   両側の上方位置に、上記受光部で生成した電荷の転送電
   極を上記基板と絶縁した状態で形成し、 上記転送電極の段差を覆い上記受光部上方で開口する遮
   光膜を、上記転送電極と絶縁した状態で形成し、 つぎに上記遮光膜およびその開口部を覆って上記層間絶
   縁膜を形成したときに、上記転送電極の段差および上記
   遮光膜の段差の形状を反映して上記窪みが上記層間絶縁
   膜の表面に形成される請求項１記載の固体撮像装置の製
   造方法。
3. 【請求項３】上記層間絶縁膜の形成後、熱処理により上
   記層間絶縁膜を軟化して、上記窪みの深さを調整する請
   求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 【請求項４】上記マスク層としてレジストパターンを上
   記光透過膜上に形成し、 上記レジストパターンを熱処理により軟化して、上記レ
   ジストパターンの表面の曲率を調整する請求項１記載の
   固体撮像装置の製造方法。
5. 【請求項５】上記エッチングでは、上記マスク層と上記
   光透過膜とのエッチング選択比がほぼ１の条件を用いる
   請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
6. 【請求項６】基板内の表面領域に形成された画素の受光
   部と、上記受光部の上方で層間絶縁膜内に埋め込まれ上
   面に凸状のレンズ曲面を有する凸状レンズと、上記凸状
   レンズの上方に形成されたオンチップレンズとを有した
   固体撮像装置であって、 上記凸状レンズは、下層の層間絶縁膜の表面に形成され
   た窪み上に、上記窪みを埋める光透過材料からなるレン
   ズ下部と、上記凸状のレンズ曲面を有し上記レンズ下部
   と同一の光透過材料からなるレンズ上部とが一体となっ
   て形成されている固体撮像装置。