JP3405620B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置(以下C
CDともいう)に関するものである。
CDともいう)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、固体撮像装置をカラー化する方法
として、ガラス板上にカラーフィルタ層を形成したもの
を固体撮像素子に接着するフィルタ接着方式に代わって
固体撮像素子が形成された半導体基板の上に直接カラー
フィルタ層を形成するオンチップカラーフィルタ方式が
主流となってきた。さらに小型固体撮像装置にあって
は、カラーフィルタ層の上にマイクロレンズを形成し、
入射光を受光部に集光して受光感度を向上させている。
として、ガラス板上にカラーフィルタ層を形成したもの
を固体撮像素子に接着するフィルタ接着方式に代わって
固体撮像素子が形成された半導体基板の上に直接カラー
フィルタ層を形成するオンチップカラーフィルタ方式が
主流となってきた。さらに小型固体撮像装置にあって
は、カラーフィルタ層の上にマイクロレンズを形成し、
入射光を受光部に集光して受光感度を向上させている。
【0003】以下従来の固体撮像装置について説明す
る。図5は従来の固体撮像装置の撮像部断面図であり、
13は固体撮像素子が形成されたn型半導体基板、12
はpウェル層、11は受光部、10は電荷転送部、9は
シリコン酸化膜、もしくは窒化膜、8はポリシリコン電
極、14は遮光用メタル層、5は半導体素子表面保護
膜、19は素子を平坦にするための平坦膜、4はカラー
フィルター層、3は中間透明膜であり1はマイクロレン
ズである。また、他の従来例として14の遮光膜にシリ
コン酸化膜を介しさらにもう1層金属膜を、設けて遮光
を強化し、5の表面保護膜で半導体素子形成する場合も
ある。このようにしてマイクロレンズ1を各受光部に対
応させ、配置しレンズにより集光された光を受光部11
に導き感度を増加させ、受光部で光エネルギーで発生し
た電子とホールのうち、電子をポリシリコンゲート8に
電圧印加し、電荷転送部10へ電子を移動させる。移動
した電子は電荷転送部10をポリシリコン電極に電圧が
印加され、形成されるポテンシャルエネルギーにより出
力部へ転送される。
る。図5は従来の固体撮像装置の撮像部断面図であり、
13は固体撮像素子が形成されたn型半導体基板、12
はpウェル層、11は受光部、10は電荷転送部、9は
シリコン酸化膜、もしくは窒化膜、8はポリシリコン電
極、14は遮光用メタル層、5は半導体素子表面保護
膜、19は素子を平坦にするための平坦膜、4はカラー
フィルター層、3は中間透明膜であり1はマイクロレン
ズである。また、他の従来例として14の遮光膜にシリ
コン酸化膜を介しさらにもう1層金属膜を、設けて遮光
を強化し、5の表面保護膜で半導体素子形成する場合も
ある。このようにしてマイクロレンズ1を各受光部に対
応させ、配置しレンズにより集光された光を受光部11
に導き感度を増加させ、受光部で光エネルギーで発生し
た電子とホールのうち、電子をポリシリコンゲート8に
電圧印加し、電荷転送部10へ電子を移動させる。移動
した電子は電荷転送部10をポリシリコン電極に電圧が
印加され、形成されるポテンシャルエネルギーにより出
力部へ転送される。
【0004】また他の例としてマイクロレンズ1下の中
間膜3の屈折率をマイクロレンズの屈折率より大きいポ
リイミド等の物質で形成し光路を制御する発明(特開平
5−134111号公報)が提案されている。
間膜3の屈折率をマイクロレンズの屈折率より大きいポ
リイミド等の物質で形成し光路を制御する発明(特開平
5−134111号公報)が提案されている。
【0005】なお、カラーフィルター4は3板式撮像装
置やCCD白黒の場合には使用しない。
置やCCD白黒の場合には使用しない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、以下のような課題を有しており充分な感
度向上が困難であった。
来の構成では、以下のような課題を有しており充分な感
度向上が困難であった。
【0007】一般に固体撮像装置は光学系レンズで光を
集め結像される場所に置かれる。この場合、絞りの開口
部の大きさにより入射角度が相違する。特に絞りを開い
た状態では図4に示すように斜め入射する光18により
その光路は受光部11に到達せず、遮光膜7の方向にな
る。この結果、光学系レンズの絞り開放時には、思うよ
うに感度が増加しないことが発生する。
集め結像される場所に置かれる。この場合、絞りの開口
部の大きさにより入射角度が相違する。特に絞りを開い
た状態では図4に示すように斜め入射する光18により
その光路は受光部11に到達せず、遮光膜7の方向にな
る。この結果、光学系レンズの絞り開放時には、思うよ
うに感度が増加しないことが発生する。
【0008】またできるだけ、斜め光成分を受光部に導
くためには、マイクロレンズ1から受光部11までの距
離(レンズ・受光部距離と称す)を短くすることが、知
られている。しかし従来の技術において、遮光膜14に
アルミを使い、周囲の配線にも共用しているため1μm
近い膜厚が必要となり、さらに開口部段差が大きくなる
ためカラーフィルタやマイクロレンズ形成がばらつきな
くできるよう十分な平坦化膜19を形成する必要があ
る。また他の例で遮光膜を2段にする方法を採用する固
体撮像装置も上記と同様の理由で、レンズ・受光部距離
を短くできない。
くためには、マイクロレンズ1から受光部11までの距
離(レンズ・受光部距離と称す)を短くすることが、知
られている。しかし従来の技術において、遮光膜14に
アルミを使い、周囲の配線にも共用しているため1μm
近い膜厚が必要となり、さらに開口部段差が大きくなる
ためカラーフィルタやマイクロレンズ形成がばらつきな
くできるよう十分な平坦化膜19を形成する必要があ
る。また他の例で遮光膜を2段にする方法を採用する固
体撮像装置も上記と同様の理由で、レンズ・受光部距離
を短くできない。
【0009】また他の例である特開平5−134111
号公報の提案は、マイクロレンズの屈折率1.56を超
えるレンズ効果を与えようとするものであるが、屈折率
が高い程、その材料は光透過率が低下し、着色して感度
低下を伴うという問題がある。
号公報の提案は、マイクロレンズの屈折率1.56を超
えるレンズ効果を与えようとするものであるが、屈折率
が高い程、その材料は光透過率が低下し、着色して感度
低下を伴うという問題がある。
【0010】本発明は上記の従来の課題を解決するもの
で、斜め入射光において、集光率の減少を抑制し、感度
の高い、画像特性に優れた固体撮像装置を提供すること
を目的とする。
で、斜め入射光において、集光率の減少を抑制し、感度
の高い、画像特性に優れた固体撮像装置を提供すること
を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子が形成された
半導体基板上に、前記固体撮像素子の受光部に対応して
表面保護膜、下のマイクロレンズ、中間膜、上のマイク
ロレンズが順に形成された固体撮像装置であって、前記
上下のマイクロレンズの光屈折率が実質的に同じで、か
つ光の透過率がほぼ等価であり、前記中間膜よりも前記
上下のマイクロレンズの光屈折率が大きいとともに、前
記表面保護膜から前記受光部までの膜の平均屈折率より
も前記上下のマイクロレンズの光屈折率か大きく、 前記
下のマイクロレンズは中央部が上下両方に膨らんだ凸型
であることを特徴とする。
に本発明の固体撮像装置は、固体撮像素子が形成された
半導体基板上に、前記固体撮像素子の受光部に対応して
表面保護膜、下のマイクロレンズ、中間膜、上のマイク
ロレンズが順に形成された固体撮像装置であって、前記
上下のマイクロレンズの光屈折率が実質的に同じで、か
つ光の透過率がほぼ等価であり、前記中間膜よりも前記
上下のマイクロレンズの光屈折率が大きいとともに、前
記表面保護膜から前記受光部までの膜の平均屈折率より
も前記上下のマイクロレンズの光屈折率か大きく、 前記
下のマイクロレンズは中央部が上下両方に膨らんだ凸型
であることを特徴とする。
【0012】本発明の別の固体撮像装置は、固体撮像素
子が形成された半導体基板上に、前記固体撮像素子の受
光部に対応して表面保護膜、下のマイクロレンズ、中間
膜、上のマイクロレンズが順に形成された固体撮像装置
であって、前記上下のマイクロレンズの光屈折率が実質
的に同じで、かつ光の透過率がほぼ等価であり、前記中
間膜よりも前記上下のマイクロレンズの屈折率が大きい
とともに、前記表面保護膜から前記受光部までの膜の平
均屈折率よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率が
大きく、前記下のマクロレンズは上面が平坦であり、下
面の中央部が下方向に膨らんだ凸型であることを特徴と
する。
子が形成された半導体基板上に、前記固体撮像素子の受
光部に対応して表面保護膜、下のマイクロレンズ、中間
膜、上のマイクロレンズが順に形成された固体撮像装置
であって、前記上下のマイクロレンズの光屈折率が実質
的に同じで、かつ光の透過率がほぼ等価であり、前記中
間膜よりも前記上下のマイクロレンズの屈折率が大きい
とともに、前記表面保護膜から前記受光部までの膜の平
均屈折率よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率が
大きく、前記下のマクロレンズは上面が平坦であり、下
面の中央部が下方向に膨らんだ凸型であることを特徴と
する。
【0013】また前記構成においては、受光部以外の遮
光領域に、遮光膜として金属シリサイド膜、及び高融点
金属膜から選ばれる少なくとも一つの膜を形成したこと
が好ましい。
光領域に、遮光膜として金属シリサイド膜、及び高融点
金属膜から選ばれる少なくとも一つの膜を形成したこと
が好ましい。
【0014】また前記構成においては、金属シリサイド
膜が、タングステンシリサイド(WSi),モリブデン
シリサイド(MoSi)及びチタンシリサイド(TiS
i)から選ばれる少なくとも一つの膜であることが好ま
しい。
膜が、タングステンシリサイド(WSi),モリブデン
シリサイド(MoSi)及びチタンシリサイド(TiS
i)から選ばれる少なくとも一つの膜であることが好ま
しい。
【0015】また前記構成においては、高融点金属膜
が、タングステン(W),モリブデン(Mo)及びチタ
ン(Ti)から選ばれる少なくとも一つの金属膜である
ことが好ましい。
が、タングステン(W),モリブデン(Mo)及びチタ
ン(Ti)から選ばれる少なくとも一つの金属膜である
ことが好ましい。
【0016】また前記構成においては、遮光膜と受光部
の表層にボロン−リン−シリサイドガラス(BPSG)
膜を形成したことが好ましい。また前記構成において
は、受光部領域のボロン−リン−シリサイドガラス(B
PSG)膜断面を凹形状に形成したことが好ましい。
の表層にボロン−リン−シリサイドガラス(BPSG)
膜を形成したことが好ましい。また前記構成において
は、受光部領域のボロン−リン−シリサイドガラス(B
PSG)膜断面を凹形状に形成したことが好ましい。
【0017】また前記構成においては、BPSG膜の厚
さが0.5μm〜1.2μmの範囲であることが好まし
い。また前記構成においては、半導体素子表面保護膜
が、SiO2 ,SiON及びSiNから選ばれる少なく
とも一つの膜を形成したことが好ましい。また前記構成
においては、前記下のマイクロレンズの上側に接してカ
ラーフィルター層が形成されていることが好ましい。
さが0.5μm〜1.2μmの範囲であることが好まし
い。また前記構成においては、半導体素子表面保護膜
が、SiO2 ,SiON及びSiNから選ばれる少なく
とも一つの膜を形成したことが好ましい。また前記構成
においては、前記下のマイクロレンズの上側に接してカ
ラーフィルター層が形成されていることが好ましい。
【0018】次に本発明の固体撮像装置の製造方法は、
固体撮像素子が形成された半導体基板上に、前記固体撮
像素子の受光部に対応してマイクロレンズが上下2層に
形成された固体撮像装置の製造方法であって、 A.前記受光部の上方にSiO2 ,SiON及びSiN
から選ばれる少なくとも一つの表面保護膜を分子堆積法
により形成し、 B.その表層に第2マイクロレンズ材料樹脂を塗布し、
加熱軟化し、硬化して第2マイクロレンズを形成し、 C.前記第2マイクロレンズ材料樹脂よりも屈折率の低
い樹脂材料を塗布し、平坦化して中間膜を形成し、 D.前記第2マイクロレンズ材料樹脂と同等の屈折率を
有するとともに光の透過率がほぼ等価の第1マイクロレ
ンズ材料樹脂を塗布し、加熱軟化し、硬化して第1マイ
クロレンズを形成し、 E.前記表面保護膜から前記受光部までの膜の平均屈折
率よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率を大きく
することを特徴とする。
固体撮像素子が形成された半導体基板上に、前記固体撮
像素子の受光部に対応してマイクロレンズが上下2層に
形成された固体撮像装置の製造方法であって、 A.前記受光部の上方にSiO2 ,SiON及びSiN
から選ばれる少なくとも一つの表面保護膜を分子堆積法
により形成し、 B.その表層に第2マイクロレンズ材料樹脂を塗布し、
加熱軟化し、硬化して第2マイクロレンズを形成し、 C.前記第2マイクロレンズ材料樹脂よりも屈折率の低
い樹脂材料を塗布し、平坦化して中間膜を形成し、 D.前記第2マイクロレンズ材料樹脂と同等の屈折率を
有するとともに光の透過率がほぼ等価の第1マイクロレ
ンズ材料樹脂を塗布し、加熱軟化し、硬化して第1マイ
クロレンズを形成し、 E.前記表面保護膜から前記受光部までの膜の平均屈折
率よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率を大きく
することを特徴とする。
【0019】前記構成においては、下段のマイクロレン
ズの断面形状を、中央部が上下方向の少なくとも一方向
に膨らんだ凸型に形成することが好ましい。また前記構
成においては、上段のマイクロレンズの断面形状を、中
央部が上下方向の少なくとも一方向に膨らんだ凸型に形
成することが好ましい。
ズの断面形状を、中央部が上下方向の少なくとも一方向
に膨らんだ凸型に形成することが好ましい。また前記構
成においては、上段のマイクロレンズの断面形状を、中
央部が上下方向の少なくとも一方向に膨らんだ凸型に形
成することが好ましい。
【0020】また前記構成においては、受光部以外の遮
光領域に、さらに遮光膜として金属シリサイド膜、及び
高融点金属膜から選ばれる少なくとも一つの膜をスパッ
タリングまたはCVD(chemical vapor deposite) 法に
より形成すると、薄くて均一な膜厚の遮光膜が得られる
ために好ましい。
光領域に、さらに遮光膜として金属シリサイド膜、及び
高融点金属膜から選ばれる少なくとも一つの膜をスパッ
タリングまたはCVD(chemical vapor deposite) 法に
より形成すると、薄くて均一な膜厚の遮光膜が得られる
ために好ましい。
【0021】また前記構成においては、金属シリサイド
膜が、タングステンシリサイド(WSi),モリブデン
シリサイド(MoSi)及びチタンシリサイド(TiS
i)から選ばれる少なくとも一つの膜であることが好ま
しい。
膜が、タングステンシリサイド(WSi),モリブデン
シリサイド(MoSi)及びチタンシリサイド(TiS
i)から選ばれる少なくとも一つの膜であることが好ま
しい。
【0022】また前記構成においては、高融点金属膜
が、タングステン(W),モリブデン(Mo)及びチタ
ン(Ti)から選ばれる少なくとも一つの金属膜である
ことが好ましい。
が、タングステン(W),モリブデン(Mo)及びチタ
ン(Ti)から選ばれる少なくとも一つの金属膜である
ことが好ましい。
【0023】また前記構成においては、遮光膜と受光部
の表層に、さらにボロン−リン−シリサイドガラス(B
PSG)膜をCVD法により形成することが好ましい。
また前記構成においては、受光部領域のボロン−リン−
シリサイドガラス(BPSG)膜断面を凹形状に形成す
ることが好ましい。
の表層に、さらにボロン−リン−シリサイドガラス(B
PSG)膜をCVD法により形成することが好ましい。
また前記構成においては、受光部領域のボロン−リン−
シリサイドガラス(BPSG)膜断面を凹形状に形成す
ることが好ましい。
【0024】また前記構成においては、ボロン−リン−
シリサイドガラス(BPSG)膜の厚さが0.5μm〜
1.2μmの範囲であることが好ましい。また前記構成
においては、上下のマイクロレンズの間であって、下段
のマイクロレンズの上側に接してさらにカラーフィルタ
ー層を形成することが好ましい。
シリサイドガラス(BPSG)膜の厚さが0.5μm〜
1.2μmの範囲であることが好ましい。また前記構成
においては、上下のマイクロレンズの間であって、下段
のマイクロレンズの上側に接してさらにカラーフィルタ
ー層を形成することが好ましい。
【0025】
【作用】前記した本発明の構成によれば、固体撮像素子
が形成された半導体基板上に、前記固体撮像素子の受光
部に対応して表面保護膜、下のマイクロレンズ、中間
膜、上のマイクロレンズが順に形成された固体撮像装置
であって、前記上下のマイクロレンズの光屈折率が実質
的に同じで、かつ光の透過率がほぼ等価であり、前記中
間膜よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率が大き
いとともに、前記表面保護膜から前記受光部までの膜の
平均屈折率よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率
が大きいことことにより、斜め入射光の集光率の減少を
抑制し、感度の高い、画像特性に優れた固体撮像装置を
実現できる。すなわち、固体撮像装置に光が斜め入射す
る場合に受光部からはずれる光路をとる光を、下段の第
2マイクロレンズにより、より垂直に近い形に集光し、
感度低下を抑制できる。また、マイクロレンズ材料と同
じで、それと等価な透過率の材料を使用するため、光吸
収による感度低下も発生しない。
が形成された半導体基板上に、前記固体撮像素子の受光
部に対応して表面保護膜、下のマイクロレンズ、中間
膜、上のマイクロレンズが順に形成された固体撮像装置
であって、前記上下のマイクロレンズの光屈折率が実質
的に同じで、かつ光の透過率がほぼ等価であり、前記中
間膜よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率が大き
いとともに、前記表面保護膜から前記受光部までの膜の
平均屈折率よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率
が大きいことことにより、斜め入射光の集光率の減少を
抑制し、感度の高い、画像特性に優れた固体撮像装置を
実現できる。すなわち、固体撮像装置に光が斜め入射す
る場合に受光部からはずれる光路をとる光を、下段の第
2マイクロレンズにより、より垂直に近い形に集光し、
感度低下を抑制できる。また、マイクロレンズ材料と同
じで、それと等価な透過率の材料を使用するため、光吸
収による感度低下も発生しない。
【0026】前記において、下段のマイクロレンズの断
面形状が、中央部が上下方向の少なくとも一方向に膨ら
んだ凸型であると、いわゆる凸面レンズの原理により、
上部からの光を有効に集光し、受光部の中心位置に光を
集めることができるので、感度を高く保持できる。
面形状が、中央部が上下方向の少なくとも一方向に膨ら
んだ凸型であると、いわゆる凸面レンズの原理により、
上部からの光を有効に集光し、受光部の中心位置に光を
集めることができるので、感度を高く保持できる。
【0027】また前記において、上段のマイクロレンズ
の断面形状が、中央部が上下方向の少なくとも一方向に
膨らんだ凸型であると、前記と同様にいわゆる凸面レン
ズの原理により、上部からの光を有効に集光し、受光部
の中心位置に光を集めることができるので、感度を高く
保持できる。
の断面形状が、中央部が上下方向の少なくとも一方向に
膨らんだ凸型であると、前記と同様にいわゆる凸面レン
ズの原理により、上部からの光を有効に集光し、受光部
の中心位置に光を集めることができるので、感度を高く
保持できる。
【0028】また前記において、受光部以外の遮光領域
に、遮光膜として金属シリサイド膜、及び高融点金属膜
から選ばれる少なくとも一つの膜を形成すると、従来の
金属アルミ膜を遮光膜に使用した場合に比べてポリシリ
コン電極を薄く遮光できるとともに、遮光膜とポリシリ
コン電極によって凸形状となるので、ポリシリコン電極
と隣接する電極との間の受光部が凹形状になり、その上
にBPSG膜が形成され、これにより第2マイクロレン
ズの形状を決めることができる。すなわち、最終のBP
SG膜の膜厚でレンズの形状が決まるが、その土台とな
る形状は、ポリシリコン電極と遮光膜の厚さと幅と間隔
によって定まる。たとえばポリシリコン電極の厚さが約
0.8〜1μm、ポリシリコン電極と隣のポリシリコン
電極の間隔(受光部)が約5μm、ポリシリコン電極表
面の遮光膜の厚さが約0.4μm、BPSG膜の膜厚が
約0.8μmの場合、第2マイクロレンズの形状は中央
が凸形状の凸レンズとなる。
に、遮光膜として金属シリサイド膜、及び高融点金属膜
から選ばれる少なくとも一つの膜を形成すると、従来の
金属アルミ膜を遮光膜に使用した場合に比べてポリシリ
コン電極を薄く遮光できるとともに、遮光膜とポリシリ
コン電極によって凸形状となるので、ポリシリコン電極
と隣接する電極との間の受光部が凹形状になり、その上
にBPSG膜が形成され、これにより第2マイクロレン
ズの形状を決めることができる。すなわち、最終のBP
SG膜の膜厚でレンズの形状が決まるが、その土台とな
る形状は、ポリシリコン電極と遮光膜の厚さと幅と間隔
によって定まる。たとえばポリシリコン電極の厚さが約
0.8〜1μm、ポリシリコン電極と隣のポリシリコン
電極の間隔(受光部)が約5μm、ポリシリコン電極表
面の遮光膜の厚さが約0.4μm、BPSG膜の膜厚が
約0.8μmの場合、第2マイクロレンズの形状は中央
が凸形状の凸レンズとなる。
【0029】前記において、金属シリサイド膜が、タン
グステンシリサイド(WSi),モリブデンシリサイド
(MoSi)及びチタンシリサイド(TiSi)から選
ばれる少なくとも一つの膜であると更に効果的である。
前記において、高融点金属膜が、タングステン(W),
モリブデン(Mo)及びチタン(Ti)から選ばれる少
なくとも一つの金属膜であってもよい。
グステンシリサイド(WSi),モリブデンシリサイド
(MoSi)及びチタンシリサイド(TiSi)から選
ばれる少なくとも一つの膜であると更に効果的である。
前記において、高融点金属膜が、タングステン(W),
モリブデン(Mo)及びチタン(Ti)から選ばれる少
なくとも一つの金属膜であってもよい。
【0030】また前記において、遮光膜と受光部の表層
にボロン−リン−シリサイドガラス(BPSG)膜を形
成すると、一般のリンガラス(PSG)や窒化ガラス
(NSG)に比べ、加熱により滑らかな表面形状が実現
する。
にボロン−リン−シリサイドガラス(BPSG)膜を形
成すると、一般のリンガラス(PSG)や窒化ガラス
(NSG)に比べ、加熱により滑らかな表面形状が実現
する。
【0031】また前記構成においては、受光部領域のボ
ロン−リン−シリサイドガラス(BPSG)膜断面は、
前記のポリシリコン電極と遮光膜で形成され、隣接する
凸形状全体を覆うため、表面が滑らかな凹形状が達成さ
れる。すなわち、受光部の上の部分が窪んだ滑らかな断
面形状となり、この形状で第2マイクロレンズの形状が
決定できる。また、深い形状にする場合は、BPSG膜
の膜厚を薄く、浅い窪みの場合は厚い膜を堆積させるこ
とが好ましい。前記においては、BPSG膜の厚さが
0.5μm〜1.2μmの範囲であることが好ましい。
ロン−リン−シリサイドガラス(BPSG)膜断面は、
前記のポリシリコン電極と遮光膜で形成され、隣接する
凸形状全体を覆うため、表面が滑らかな凹形状が達成さ
れる。すなわち、受光部の上の部分が窪んだ滑らかな断
面形状となり、この形状で第2マイクロレンズの形状が
決定できる。また、深い形状にする場合は、BPSG膜
の膜厚を薄く、浅い窪みの場合は厚い膜を堆積させるこ
とが好ましい。前記においては、BPSG膜の厚さが
0.5μm〜1.2μmの範囲であることが好ましい。
【0032】また前記において、半導体素子表面保護膜
が、SiO2 ,SiON及びSiNから選ばれる少なく
とも一つの膜を形成する。これらは半導体のパッシベー
ション(表面保護)に一般的に使われる材料で、表面ダ
ストによる素子内汚染や水分浸透を防止することができ
る。
が、SiO2 ,SiON及びSiNから選ばれる少なく
とも一つの膜を形成する。これらは半導体のパッシベー
ション(表面保護)に一般的に使われる材料で、表面ダ
ストによる素子内汚染や水分浸透を防止することができ
る。
【0033】また前記において、上下のマイクロレンズ
の間であって、下段のマイクロレンズの上側に接してカ
ラーフィルター層を形成すると、良好なカラーCCDを
実現できる。
の間であって、下段のマイクロレンズの上側に接してカ
ラーフィルター層を形成すると、良好なカラーCCDを
実現できる。
【0034】次に本発明の固体撮像装置の製造方法の構
成によれば、固体撮像素子が形成された半導体基板上
に、前記固体撮像素子の受光部に対応してマイクロレン
ズが上下2層に形成された固体撮像装置の製造方法であ
って、 A.前記受光部の上方にSiO2 ,SiON及びSiN
から選ばれる少なくとも一つの表面保護膜を分子堆積法
により形成し、 B.その表層に第2マイクロレンズ材料樹脂を塗布し、
加熱軟化し、硬化して第2マイクロレンズを形成し、 C.前記第2マイクロレンズ材料樹脂よりも屈折率の低
い樹脂材料を塗布し、平坦化して中間膜を形成し、 D.前記第2マイクロレンズ材料樹脂と同等の屈折率を
有するとともに光の透過率がほぼ等価の第1マイクロレ
ンズ材料樹脂を塗布し、加熱軟化し、硬化して第1マイ
クロレンズを形成し、 E.前記表面保護膜から前記受光部までの膜の平均屈折
率よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率を大きく
することにより、効率良く合理的に本発明の固体撮像装
置を製造できる。
成によれば、固体撮像素子が形成された半導体基板上
に、前記固体撮像素子の受光部に対応してマイクロレン
ズが上下2層に形成された固体撮像装置の製造方法であ
って、 A.前記受光部の上方にSiO2 ,SiON及びSiN
から選ばれる少なくとも一つの表面保護膜を分子堆積法
により形成し、 B.その表層に第2マイクロレンズ材料樹脂を塗布し、
加熱軟化し、硬化して第2マイクロレンズを形成し、 C.前記第2マイクロレンズ材料樹脂よりも屈折率の低
い樹脂材料を塗布し、平坦化して中間膜を形成し、 D.前記第2マイクロレンズ材料樹脂と同等の屈折率を
有するとともに光の透過率がほぼ等価の第1マイクロレ
ンズ材料樹脂を塗布し、加熱軟化し、硬化して第1マイ
クロレンズを形成し、 E.前記表面保護膜から前記受光部までの膜の平均屈折
率よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率を大きく
することにより、効率良く合理的に本発明の固体撮像装
置を製造できる。
【0035】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図1は本発明の第1の実施例におけ
る固体撮像装置の撮像部断面図で、上下2層のマイクロ
レンズをもつオンチップフィルタとその下の半導体素子
構造の例を示している。図2は本発明の第2の実施例に
おける固体撮像装置の撮像部断面図で塗布し、加熱溶融
して2層マイクロレンズを形成した例を示している。こ
れらの図において、図1〜図3及び図6に示す数字は同
一箇所には同一符号を付して説明を省略する。
しながら説明する。図1は本発明の第1の実施例におけ
る固体撮像装置の撮像部断面図で、上下2層のマイクロ
レンズをもつオンチップフィルタとその下の半導体素子
構造の例を示している。図2は本発明の第2の実施例に
おける固体撮像装置の撮像部断面図で塗布し、加熱溶融
して2層マイクロレンズを形成した例を示している。こ
れらの図において、図1〜図3及び図6に示す数字は同
一箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【0036】(実施例1)第1の実施例は、図1に示す
ようにn型半導体基板13の上に不純物注入法または不
純物注入後のドライブイン炉を用いて、厚さ約3μmの
pウェル層12を形成し、その表層部に不純物注入法を
用いて、1辺約1μm、厚さ約0.3μmの電極転送部
10及び1辺約1.5μm、厚さ約1μmの受光部11
を形成した。次にパイロ酸化低圧CVD(chemical vapo
r deposite) による窒化膜形成法を用いて、厚さ約0.
1μmのシリコン酸化膜と窒化ケイ素膜(SiN)の合
体したONO膜9を形成した。次に低圧CVD法を用い
て、1辺約1μm、厚さ約0.4μmのポリシリコン電
極8を形成した。
ようにn型半導体基板13の上に不純物注入法または不
純物注入後のドライブイン炉を用いて、厚さ約3μmの
pウェル層12を形成し、その表層部に不純物注入法を
用いて、1辺約1μm、厚さ約0.3μmの電極転送部
10及び1辺約1.5μm、厚さ約1μmの受光部11
を形成した。次にパイロ酸化低圧CVD(chemical vapo
r deposite) による窒化膜形成法を用いて、厚さ約0.
1μmのシリコン酸化膜と窒化ケイ素膜(SiN)の合
体したONO膜9を形成した。次に低圧CVD法を用い
て、1辺約1μm、厚さ約0.4μmのポリシリコン電
極8を形成した。
【0037】前記ポリシリコン電極8の上に遮光膜7と
してタングステン(W)またはタングステンシリサイド
(WSi)を100nm〜500nmの範囲で堆積さ
せ、受光部11の上の部分のみをエッチングで除去し
た。本実施例では、スパッタ法またはCVD法を用いて
WSiを厚さ0.4μmに形成した。
してタングステン(W)またはタングステンシリサイド
(WSi)を100nm〜500nmの範囲で堆積さ
せ、受光部11の上の部分のみをエッチングで除去し
た。本実施例では、スパッタ法またはCVD法を用いて
WSiを厚さ0.4μmに形成した。
【0038】その上にBPSG膜6を堆積させた。BP
SGのボロン濃度は3重量%、リンの濃度は6重量%で
あり、堆積膜厚は0.4〜1.2μmの範囲でおこな
う。本実施例では、常圧CVD法を用いて、厚さ0.8
μmに形成した。BPSGの屈折率は約1.47であ
る。この場合、受光部11の上の部分が窪んだ断面形状
となった。深い形状にする場合は、BPSG膜の膜厚は
薄く、浅い窪みの場合は厚い膜を堆積させる。この形状
で第2マイクロレンズ2の形状が決定される。さらに素
子表面保護膜5として、SiO2 、SiONまたはSi
N膜(本実施例ではSiO2 を使用した)をプラズマC
VDで堆積させた。膜厚は約400nmで、屈折率はほ
ぼ1.50〜1.55である。前記n型半導体基板13
から素子表面保護膜5までを半導体撮像素子部22と総
称する。
SGのボロン濃度は3重量%、リンの濃度は6重量%で
あり、堆積膜厚は0.4〜1.2μmの範囲でおこな
う。本実施例では、常圧CVD法を用いて、厚さ0.8
μmに形成した。BPSGの屈折率は約1.47であ
る。この場合、受光部11の上の部分が窪んだ断面形状
となった。深い形状にする場合は、BPSG膜の膜厚は
薄く、浅い窪みの場合は厚い膜を堆積させる。この形状
で第2マイクロレンズ2の形状が決定される。さらに素
子表面保護膜5として、SiO2 、SiONまたはSi
N膜(本実施例ではSiO2 を使用した)をプラズマC
VDで堆積させた。膜厚は約400nmで、屈折率はほ
ぼ1.50〜1.55である。前記n型半導体基板13
から素子表面保護膜5までを半導体撮像素子部22と総
称する。
【0039】前記素子表面保護膜5の表面に第2マイク
ロレンズ2の材料2’を回転塗布(スピンコート)方法
で塗布した。材料はポリパラビニルフェノール系樹脂
で、加熱すると溶融し更に加熱すると硬化する性質があ
る。
ロレンズ2の材料2’を回転塗布(スピンコート)方法
で塗布した。材料はポリパラビニルフェノール系樹脂
で、加熱すると溶融し更に加熱すると硬化する性質があ
る。
【0040】前記ポリパラビニルフェノール系樹脂に
は、ナフトキノンジアジド感光剤が添加されており、紫
外線によりパターンニングできる。図6(a)に塗布状
態の断面図を示す。第2マイクロレンズを形成するサイ
ズに設計されたレチクル(別名マスク、透明な合成石英
にクロムの金属パターンで形成された1/5縮小用投影
レチクル、窓部の大きさは縦25μm、横20μm、ク
ロムのパターンの厚さ0.1μm)16を通して紫外線
15を照射し、マイクロレンズ材料の除去する部分を感
光させた。次に有機アルカリ液(当業界で一般的に使用
されている非メタル系有機アンモニウム現像液)で洗浄
すると、露光部分の現像パターンニング17が形成され
た。その状態の断面を図6(b)に示す。更に紫外線を
照射し、レンズ材料を透過率90〜98%程度に高め、
約150〜180℃で5分間熱処理した後、溶融硬化を
確実に行わせるため、さらに200℃で5分間硬化処理
した。その結果、第2のマイクロレンズ2を形成でき
た。その断面は図6(c)で示す。第2のマイクロレン
ズ2の直径は9μm、最大厚さの部分は2.2μmであ
った。この第2のマイクロレンズ2の屈折率n2 は1.
560であった。
は、ナフトキノンジアジド感光剤が添加されており、紫
外線によりパターンニングできる。図6(a)に塗布状
態の断面図を示す。第2マイクロレンズを形成するサイ
ズに設計されたレチクル(別名マスク、透明な合成石英
にクロムの金属パターンで形成された1/5縮小用投影
レチクル、窓部の大きさは縦25μm、横20μm、ク
ロムのパターンの厚さ0.1μm)16を通して紫外線
15を照射し、マイクロレンズ材料の除去する部分を感
光させた。次に有機アルカリ液(当業界で一般的に使用
されている非メタル系有機アンモニウム現像液)で洗浄
すると、露光部分の現像パターンニング17が形成され
た。その状態の断面を図6(b)に示す。更に紫外線を
照射し、レンズ材料を透過率90〜98%程度に高め、
約150〜180℃で5分間熱処理した後、溶融硬化を
確実に行わせるため、さらに200℃で5分間硬化処理
した。その結果、第2のマイクロレンズ2を形成でき
た。その断面は図6(c)で示す。第2のマイクロレン
ズ2の直径は9μm、最大厚さの部分は2.2μmであ
った。この第2のマイクロレンズ2の屈折率n2 は1.
560であった。
【0041】同じ系の材料で感光性のない透明樹脂を1
50℃で軟化後、硬化をおこす樹脂の場合、その樹脂の
上にノボラック系感光性レジスト(TSMR−890
0:TDK社製)で塗布パターンニングの後、ドライま
たはウェットエッチングで最終レンズ形状以外の部分を
除去した。下地は無機系のSiO系のため有機樹脂との
エッチングレート差を大きくとれて、確実にパターン形
成ができた。
50℃で軟化後、硬化をおこす樹脂の場合、その樹脂の
上にノボラック系感光性レジスト(TSMR−890
0:TDK社製)で塗布パターンニングの後、ドライま
たはウェットエッチングで最終レンズ形状以外の部分を
除去した。下地は無機系のSiO系のため有機樹脂との
エッチングレート差を大きくとれて、確実にパターン形
成ができた。
【0042】ノボラック系レジストを選択的に剥離液で
洗浄して除去し、純水洗浄し、乾燥後、第2マイクロレ
ンズ材料を150℃で溶融後、更に200℃に加熱して
硬化した。その結果、図6(c)の断面をもつ構造とな
った。第2のマイクロレンズの直径は9μm、最大厚さ
の部分は2μmであった。
洗浄して除去し、純水洗浄し、乾燥後、第2マイクロレ
ンズ材料を150℃で溶融後、更に200℃に加熱して
硬化した。その結果、図6(c)の断面をもつ構造とな
った。第2のマイクロレンズの直径は9μm、最大厚さ
の部分は2μmであった。
【0043】第2マイクロレンズ形成後、カラーフィル
ター材料を塗布形成した。カラーフィルターは、ネガ型
感光性アクリル系被染色材料4(図1)を回転塗布して
0.3〜0.9μmの膜厚に形成し、同じ色で染色する
画素部を残すため、紫外線露光により架橋し、130℃
で5分間硬化させた。その後、所定の染色液に浸漬させ
て染色した。この染色は当業界で良く知られている公知
の方法を用いた。カラーフィルターの屈折率n4 は1.
55でほぼ第2マイクロレンズの屈折率と等しく、光路
はマイクロレンズと等しかった。その後、透明なアクリ
ル樹脂からなる中間膜3を回転塗布により0.9μmの
膜厚に形成し平坦化した。
ター材料を塗布形成した。カラーフィルターは、ネガ型
感光性アクリル系被染色材料4(図1)を回転塗布して
0.3〜0.9μmの膜厚に形成し、同じ色で染色する
画素部を残すため、紫外線露光により架橋し、130℃
で5分間硬化させた。その後、所定の染色液に浸漬させ
て染色した。この染色は当業界で良く知られている公知
の方法を用いた。カラーフィルターの屈折率n4 は1.
55でほぼ第2マイクロレンズの屈折率と等しく、光路
はマイクロレンズと等しかった。その後、透明なアクリ
ル樹脂からなる中間膜3を回転塗布により0.9μmの
膜厚に形成し平坦化した。
【0044】中間膜の屈折率n3は約1.495で第2
マイクロレンズの屈折率n2より小さく、上方向に凸形
状の第2マイクロレンズが集光できるようになった。ま
た白黒撮像や3板式撮像装置の場合は、カラーフィルタ
ーは不要で、直接中間膜3を回転塗布した。その後、第
1マイクロレンズの材料を塗布し、マイクロレンズの形
状に従ったレチクル(マスク)をとおして紫外線露光し
た。マイクロレンズは感光性材料であるため、有機アル
カリ液(非メタル系有機アンモニウム現像液)で現像し
不要部分を除去し、さらに紫外線照射で材料を透明化
し、130〜160℃の温度で5分間加熱し溶融、硬化
し、その後信頼性を上げるため200℃で5分間再加熱
した。この結果、図1に示す第1マイクロレンズ1が形
成された。この第1のマイクロレンズ1の屈折率n1 は
1.560であった。また前記マイクロレンズ1〜2間
に挟まれた中間膜3の屈折率は1.495であった。さ
らに、BPSG膜6から受光部11までの膜の平均屈折
率は、BPSG膜6とほぼ同様の1.470であった。
前記第1マイクロレンズ1から第2マイクロレンズ2ま
でをオンチップマイクロレンズ部21と総称する。
マイクロレンズの屈折率n2より小さく、上方向に凸形
状の第2マイクロレンズが集光できるようになった。ま
た白黒撮像や3板式撮像装置の場合は、カラーフィルタ
ーは不要で、直接中間膜3を回転塗布した。その後、第
1マイクロレンズの材料を塗布し、マイクロレンズの形
状に従ったレチクル(マスク)をとおして紫外線露光し
た。マイクロレンズは感光性材料であるため、有機アル
カリ液(非メタル系有機アンモニウム現像液)で現像し
不要部分を除去し、さらに紫外線照射で材料を透明化
し、130〜160℃の温度で5分間加熱し溶融、硬化
し、その後信頼性を上げるため200℃で5分間再加熱
した。この結果、図1に示す第1マイクロレンズ1が形
成された。この第1のマイクロレンズ1の屈折率n1 は
1.560であった。また前記マイクロレンズ1〜2間
に挟まれた中間膜3の屈折率は1.495であった。さ
らに、BPSG膜6から受光部11までの膜の平均屈折
率は、BPSG膜6とほぼ同様の1.470であった。
前記第1マイクロレンズ1から第2マイクロレンズ2ま
でをオンチップマイクロレンズ部21と総称する。
【0045】この結果、下段の第2マイクロレンズのあ
る場合の固体撮像装置(CCD)の感度出力は、光学レ
ンズの絞りをF1.4と開放にし、斜め入射光成分を含
ませた条件下では、従来法(第1レンズのみ存在)に比
べて、+10〜+15%の感度増加が認められた。ま
た、画像上好ましくない迷光成分(スミア)も約30%
減少されることが認められた。これを図3に示すと、絞
りを開いた状態では斜め入射する光18によりその光路
は受光部11に漏れなく到達する。この結果、光学系レ
ンズの絞り開放時には、感度が増加する。
る場合の固体撮像装置(CCD)の感度出力は、光学レ
ンズの絞りをF1.4と開放にし、斜め入射光成分を含
ませた条件下では、従来法(第1レンズのみ存在)に比
べて、+10〜+15%の感度増加が認められた。ま
た、画像上好ましくない迷光成分(スミア)も約30%
減少されることが認められた。これを図3に示すと、絞
りを開いた状態では斜め入射する光18によりその光路
は受光部11に漏れなく到達する。この結果、光学系レ
ンズの絞り開放時には、感度が増加する。
【0046】以上の実施例から明らかな通り、固体撮像
装置に光が斜め入射する場合に受光部からはずれる光路
をとる光を、下段の第2マイクロレンズにより、より垂
直に近い形に集光し、感度の高い固体撮像装置であるこ
とが確認できた。また、マイクロレンズ材料と同じで、
それと等価な透過率の材料を使用するため、光吸収によ
る感度低下も発生しないことも確認できた。
装置に光が斜め入射する場合に受光部からはずれる光路
をとる光を、下段の第2マイクロレンズにより、より垂
直に近い形に集光し、感度の高い固体撮像装置であるこ
とが確認できた。また、マイクロレンズ材料と同じで、
それと等価な透過率の材料を使用するため、光吸収によ
る感度低下も発生しないことも確認できた。
【0047】(実施例2)第2の実施例では、表面保護
膜5の上第2マイクロレンズ材料2´を塗布までは第1
の実施例と同じであるが(図6(a))、パターニング
せず直接溶融し硬化する方法を採用した。図2にその断
面構造を示す。塗布後、紫外線で透明化した後、溶融温
度である190〜200℃で5分間熱処理を行うと、い
ったん液状化し平坦化された。さらに加熱を継続する
と、硬化した。第1の例では第2マイクロレンズは個々
に分離し上下方向に凸形状を示し、第2の例では下方向
にのみ凸型となった。第2のマイクロレンズの直径は約
10μmで、中央部の最大厚さは約1.7〜1.8μm
であった。
膜5の上第2マイクロレンズ材料2´を塗布までは第1
の実施例と同じであるが(図6(a))、パターニング
せず直接溶融し硬化する方法を採用した。図2にその断
面構造を示す。塗布後、紫外線で透明化した後、溶融温
度である190〜200℃で5分間熱処理を行うと、い
ったん液状化し平坦化された。さらに加熱を継続する
と、硬化した。第1の例では第2マイクロレンズは個々
に分離し上下方向に凸形状を示し、第2の例では下方向
にのみ凸型となった。第2のマイクロレンズの直径は約
10μmで、中央部の最大厚さは約1.7〜1.8μm
であった。
【0048】いずれの例も第2マイクロレンズの屈折率
n2はBPSGの屈折率n6=1.47に対し大きく(n
2>n6)、素子表面保護膜5の屈折率n5に対してはn2
はほぼ同様で1.560であった。この第2のマイクロ
レンズ2の屈折率n2 は1.560であった。
n2はBPSGの屈折率n6=1.47に対し大きく(n
2>n6)、素子表面保護膜5の屈折率n5に対してはn2
はほぼ同様で1.560であった。この第2のマイクロ
レンズ2の屈折率n2 は1.560であった。
【0049】次に、第2マイクロレンズ形成後、実施例
1と同様にカラーフィルター材料を塗布形成した。カラ
ーフィルターの屈折率n4は1.55でほぼ第2マイク
ロレンズの屈折率と等しく光路はマイクロレンズと等し
かった。その後中間膜3を回転塗布し平坦化した材料を
塗布形成した。中間膜も実施例1と同様に形成した。
1と同様にカラーフィルター材料を塗布形成した。カラ
ーフィルターの屈折率n4は1.55でほぼ第2マイク
ロレンズの屈折率と等しく光路はマイクロレンズと等し
かった。その後中間膜3を回転塗布し平坦化した材料を
塗布形成した。中間膜も実施例1と同様に形成した。
【0050】中間膜の屈折率n3は約1.49で第2マ
イクロレンズの屈折率n2より小さく、上方向に凸形状
の第2マイクロレンズが集光できるようになった。また
白黒撮像や3板式撮像装置の場合は、カラーフィルター
は不要で、直接中間膜3を回転塗布した。その後、第1
マイクロレンズの材料を塗布し、マイクロレンズの形状
に従ったレチクル(マスク)をとおして紫外線露光し
た。マイクロレンズは感光性材料であるため、有機アル
カリ液(非メタル系有機アンモニウム現像液)で現像し
不要部分を除去し、さらに紫外線照射で材料を透明化
し、130〜160℃で5分間加熱し溶融、硬化し、そ
の後信頼性を上げるため200℃で5分間再加熱した。
この結果、図2に示す第1マイクロレンズ1が形成され
た。この第1のマイクロレンズ1の屈折率n1 は1.5
60であった。また前記マイクロレンズ1〜2間に挟ま
れた中間膜3の屈折率は1.495であった。さらに、
BPSG膜6から受光部11までの膜の平均屈折率は、
BPSG膜6とほぼ同様の1.470であった。
イクロレンズの屈折率n2より小さく、上方向に凸形状
の第2マイクロレンズが集光できるようになった。また
白黒撮像や3板式撮像装置の場合は、カラーフィルター
は不要で、直接中間膜3を回転塗布した。その後、第1
マイクロレンズの材料を塗布し、マイクロレンズの形状
に従ったレチクル(マスク)をとおして紫外線露光し
た。マイクロレンズは感光性材料であるため、有機アル
カリ液(非メタル系有機アンモニウム現像液)で現像し
不要部分を除去し、さらに紫外線照射で材料を透明化
し、130〜160℃で5分間加熱し溶融、硬化し、そ
の後信頼性を上げるため200℃で5分間再加熱した。
この結果、図2に示す第1マイクロレンズ1が形成され
た。この第1のマイクロレンズ1の屈折率n1 は1.5
60であった。また前記マイクロレンズ1〜2間に挟ま
れた中間膜3の屈折率は1.495であった。さらに、
BPSG膜6から受光部11までの膜の平均屈折率は、
BPSG膜6とほぼ同様の1.470であった。
【0051】この結果、下段の第2マイクロレンズのあ
る場合の固体撮像装置(CCD)の感度出力は、光学レ
ンズの絞りをF1.4と開放にし、斜め入射光成分を含
ませた条件下では、従来法(第1レンズのみ存在)に比
べて、+5〜+10%の感度増加が認められた。また、
画像上好ましくない迷光成分(スミア)も約20%減少
されることが認められた。これを図3に示すと、絞りを
開いた状態では斜め入射する光18によりその光路は受
光部11に漏れなく到達する。この結果、光学系レンズ
の絞り開放時には、感度が増加する。
る場合の固体撮像装置(CCD)の感度出力は、光学レ
ンズの絞りをF1.4と開放にし、斜め入射光成分を含
ませた条件下では、従来法(第1レンズのみ存在)に比
べて、+5〜+10%の感度増加が認められた。また、
画像上好ましくない迷光成分(スミア)も約20%減少
されることが認められた。これを図3に示すと、絞りを
開いた状態では斜め入射する光18によりその光路は受
光部11に漏れなく到達する。この結果、光学系レンズ
の絞り開放時には、感度が増加する。
【0052】以上の実施例から明らかな通り、固体撮像
装置に光が斜め入射する場合に受光部からはずれる光路
をとる光を、下段の第2マイクロレンズにより、より垂
直に近い形に集光し、感度の高い固体撮像装置であるこ
とが確認できた。また、マイクロレンズ材料と同じで、
それと等価な透過率の材料を使用するため、光吸収によ
る感度低下も発生しないことも確認できた。
装置に光が斜め入射する場合に受光部からはずれる光路
をとる光を、下段の第2マイクロレンズにより、より垂
直に近い形に集光し、感度の高い固体撮像装置であるこ
とが確認できた。また、マイクロレンズ材料と同じで、
それと等価な透過率の材料を使用するため、光吸収によ
る感度低下も発生しないことも確認できた。
【0053】(実施例3)次に本発明の実施例における
固体撮像装置の製造方法について、図面を参照しながら
説明する。
固体撮像装置の製造方法について、図面を参照しながら
説明する。
【0054】図6(a)は同製造方法の半導体撮像素子
完成後、前記式(化1)に示したポリパラビニルフェノ
ールを2μm厚さに塗布した工程を説明する断面図、図
6(b)は同製造方法の第2マイクロレンズの材料2´
がポジ型感光材料で、レチクル(マスク)16をとおし
て紫外線15を照射した後、有機アンモニアで現像した
中間の工程を説明する断面図、図6(c)は紫外線照射
し透明化した後、150〜180℃で加熱し溶融、硬化
する同製造方法の中間の工程を説明する断面図である。
完成後、前記式(化1)に示したポリパラビニルフェノ
ールを2μm厚さに塗布した工程を説明する断面図、図
6(b)は同製造方法の第2マイクロレンズの材料2´
がポジ型感光材料で、レチクル(マスク)16をとおし
て紫外線15を照射した後、有機アンモニアで現像した
中間の工程を説明する断面図、図6(c)は紫外線照射
し透明化した後、150〜180℃で加熱し溶融、硬化
する同製造方法の中間の工程を説明する断面図である。
【0055】その後、ネガ型感光性アクリル系被染色材
料4(図1)を回転塗布により0.3〜0.9μmの膜
厚に形成し、同じ色で染色する画素部を残すため、紫外
線露光により架橋し、130℃で5分間硬化させた。そ
の後、所定の染色液に浸漬させて染色した。この染色は
当業界で良く知られている公知の方法を用いた。カラー
フィルターの屈折率n4 は1.55でほぼ第2マイクロ
レンズの屈折率と等しく、光路はマイクロレンズと等し
かった。その後、中間膜3を回転塗布により0.9μm
の膜厚に形成し平坦化した。その後、第1マイクロレン
ズ1を約2μmの厚さに塗布し、レチクル(マスク)を
とおして紫外線露光した。露光部分を有機アルカリ液
(非メタル系有機アンモニウム現像液)で洗浄後、さら
に紫外線照射で材料を透明化し、130〜160℃の温
度で5分間加熱し溶融、硬化し、その後信頼性を上げる
ため200℃で5分間再加熱して第2マイクロレンズを
形成した。この第2マイクロレンズの屈折率n2 は1.
560であった。また第1のマイクロレンズ1の屈折率
n1 も1.560であった。中間膜3の屈折率n3は約
1.495で第2マイクロレンズの屈折率n2より小さ
く、上方向に凸形状の第2マイクロレンズが集光できる
ようになった。さらに、BPSG膜6から受光部11ま
での膜の平均屈折率は、BPSG膜6とほぼ同様の1.
470であった。
料4(図1)を回転塗布により0.3〜0.9μmの膜
厚に形成し、同じ色で染色する画素部を残すため、紫外
線露光により架橋し、130℃で5分間硬化させた。そ
の後、所定の染色液に浸漬させて染色した。この染色は
当業界で良く知られている公知の方法を用いた。カラー
フィルターの屈折率n4 は1.55でほぼ第2マイクロ
レンズの屈折率と等しく、光路はマイクロレンズと等し
かった。その後、中間膜3を回転塗布により0.9μm
の膜厚に形成し平坦化した。その後、第1マイクロレン
ズ1を約2μmの厚さに塗布し、レチクル(マスク)を
とおして紫外線露光した。露光部分を有機アルカリ液
(非メタル系有機アンモニウム現像液)で洗浄後、さら
に紫外線照射で材料を透明化し、130〜160℃の温
度で5分間加熱し溶融、硬化し、その後信頼性を上げる
ため200℃で5分間再加熱して第2マイクロレンズを
形成した。この第2マイクロレンズの屈折率n2 は1.
560であった。また第1のマイクロレンズ1の屈折率
n1 も1.560であった。中間膜3の屈折率n3は約
1.495で第2マイクロレンズの屈折率n2より小さ
く、上方向に凸形状の第2マイクロレンズが集光できる
ようになった。さらに、BPSG膜6から受光部11ま
での膜の平均屈折率は、BPSG膜6とほぼ同様の1.
470であった。
【0056】この結果、下段の第2マイクロレンズのあ
る場合の固体撮像装置(CCD)の感度出力は、光学レ
ンズの絞りをF1.4と開放にし、斜め入射光成分を含
ませた条件下では、従来法(第1レンズのみ存在)に比
べて、+10〜+15%の感度増加が認められた。ま
た、画像上好ましくない迷光成分(スミア)も約30%
減少されることが認められた。これを図3に示すと、絞
りを開いた状態では斜め入射する光18によりその光路
は受光部11に漏れなく到達する。この結果、光学系レ
ンズの絞り開放時には、感度が増加する。
る場合の固体撮像装置(CCD)の感度出力は、光学レ
ンズの絞りをF1.4と開放にし、斜め入射光成分を含
ませた条件下では、従来法(第1レンズのみ存在)に比
べて、+10〜+15%の感度増加が認められた。ま
た、画像上好ましくない迷光成分(スミア)も約30%
減少されることが認められた。これを図3に示すと、絞
りを開いた状態では斜め入射する光18によりその光路
は受光部11に漏れなく到達する。この結果、光学系レ
ンズの絞り開放時には、感度が増加する。
【0057】以上の実施例から明らかな通り、固体撮像
装置に光が斜め入射する場合に受光部からはずれる光路
をとる光を、下段の第2マイクロレンズにより、より垂
直に近い形に集光し、感度の高い固体撮像装置であるこ
とが確認できた。また、マイクロレンズ材料と同じで、
それと等価な透過率の材料を使用するため、光吸収によ
る感度低下も発生しないことも確認できた。また、画像
上好ましくない迷光成分(スミア)も同時に減少できる
ことが確認できた。
装置に光が斜め入射する場合に受光部からはずれる光路
をとる光を、下段の第2マイクロレンズにより、より垂
直に近い形に集光し、感度の高い固体撮像装置であるこ
とが確認できた。また、マイクロレンズ材料と同じで、
それと等価な透過率の材料を使用するため、光吸収によ
る感度低下も発生しないことも確認できた。また、画像
上好ましくない迷光成分(スミア)も同時に減少できる
ことが確認できた。
【0058】以上説明したように本実施例の固体撮像装
置は、遮光膜に高融点金属、または、その金属シリサイ
ド膜を使用し遮光膜を薄膜化した上でBPSG膜を全体
に覆いSiO2 、またはSiON、またはSiNである
表面保護膜を形成した素子に直接マイクロレンズを形成
しカラーフィルターと中間膜を塗布し平坦化したのちさ
らにマイクロレンズを形成し上下2段のレンズを形成
し、少なくとも下段のマイクロレンズの屈折率が、中間
膜やBPSGの屈折率より大きいことにより、固体撮像
装置に光が斜め入射する場合に受光部からはずれる光路
をとる光を、下段の第2マイクロレンズにより、より垂
直に近い形に集光し、感度低下を抑制する固体撮像装置
が実現できる。
置は、遮光膜に高融点金属、または、その金属シリサイ
ド膜を使用し遮光膜を薄膜化した上でBPSG膜を全体
に覆いSiO2 、またはSiON、またはSiNである
表面保護膜を形成した素子に直接マイクロレンズを形成
しカラーフィルターと中間膜を塗布し平坦化したのちさ
らにマイクロレンズを形成し上下2段のレンズを形成
し、少なくとも下段のマイクロレンズの屈折率が、中間
膜やBPSGの屈折率より大きいことにより、固体撮像
装置に光が斜め入射する場合に受光部からはずれる光路
をとる光を、下段の第2マイクロレンズにより、より垂
直に近い形に集光し、感度低下を抑制する固体撮像装置
が実現できる。
【0059】また本発明は、マイクロレンズ材料と同じ
で、それと等価な透過率の材料を使用するため、光吸収
による感度低下も発生しない固体撮像装置を実現でき
る。
で、それと等価な透過率の材料を使用するため、光吸収
による感度低下も発生しない固体撮像装置を実現でき
る。
【0060】
【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像装
置は、斜め入射光の集光率の減少を抑制し、感度の高
い、画像特性に優れた固体撮像装置を実現できる。すな
わち、固体撮像装置に光が斜め入射する場合に受光部か
らはずれる光路をとる光を、下段の第2マイクロレンズ
により、より垂直に近い形に集光し、感度低下を抑制で
きる。また、マイクロレンズ材料と同じで、それと等価
な透過率の材料を使用するため、光吸収による感度低下
も発生しない。
置は、斜め入射光の集光率の減少を抑制し、感度の高
い、画像特性に優れた固体撮像装置を実現できる。すな
わち、固体撮像装置に光が斜め入射する場合に受光部か
らはずれる光路をとる光を、下段の第2マイクロレンズ
により、より垂直に近い形に集光し、感度低下を抑制で
きる。また、マイクロレンズ材料と同じで、それと等価
な透過率の材料を使用するため、光吸収による感度低下
も発生しない。
【0061】次に本発明の固体撮像装置の製造方法によ
れば、固体撮像素子が形成された半導体基板上に、前記
固体撮像素子の受光部に対応してマイクロレンズが上下
2層に形成された固体撮像装置の製造方法であって、 A.前記受光部の上方にSiO2 ,SiON及びSiN
から選ばれる少なくとも一つの表面保護膜を分子堆積法
により形成し、 B.その表層に第2マイクロレンズ材料樹脂を塗布し、
加熱軟化し、硬化して第2マイクロレンズを形成し、 C.前記第2マイクロレンズ材料樹脂よりも屈折率の低
い樹脂材料を塗布し、平坦化して中間膜を形成し、 D.前記第2マイクロレンズ材料樹脂と同等の屈折率を
有するとともに光の透過率がほぼ等価の第1マイクロレ
ンズ材料樹脂を塗布し、加熱軟化し、硬化して第1マイ
クロレンズを形成し、 E.前記表面保護膜から前記受光部までの膜の平均屈折
率よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率を大きく
することにより、効率良く合理的に本発明の固体撮像装
置を製造できる。
れば、固体撮像素子が形成された半導体基板上に、前記
固体撮像素子の受光部に対応してマイクロレンズが上下
2層に形成された固体撮像装置の製造方法であって、 A.前記受光部の上方にSiO2 ,SiON及びSiN
から選ばれる少なくとも一つの表面保護膜を分子堆積法
により形成し、 B.その表層に第2マイクロレンズ材料樹脂を塗布し、
加熱軟化し、硬化して第2マイクロレンズを形成し、 C.前記第2マイクロレンズ材料樹脂よりも屈折率の低
い樹脂材料を塗布し、平坦化して中間膜を形成し、 D.前記第2マイクロレンズ材料樹脂と同等の屈折率を
有するとともに光の透過率がほぼ等価の第1マイクロレ
ンズ材料樹脂を塗布し、加熱軟化し、硬化して第1マイ
クロレンズを形成し、 E.前記表面保護膜から前記受光部までの膜の平均屈折
率よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率を大きく
することにより、効率良く合理的に本発明の固体撮像装
置を製造できる。
【図1】本発明の一実施例における固体撮像装置の撮像
部断面図
部断面図
【図2】本発明の第2の実施例における固体撮像装置の
撮像部断面図
撮像部断面図
【図3】本発明の一実施例の斜め光を第2マイクロレン
ズが集光し受光部へ光を導く説明図。
ズが集光し受光部へ光を導く説明図。
【図4】従来例で斜め光が受光部からはずれた光路の説
明図。
明図。
【図5】従来の固体撮像装置の撮像部断面図
【図6】本発明の一実施例の第2マイクロレンズを形成
する製造方法を示す図。
する製造方法を示す図。
1 第1マイクロレンズ(屈折率n1)
2 第2マイクロレンズ(屈折率n2)
2´ 第2マイクロレンズの材料
3 中間膜 (屈折率n3)
4 カラーフィルター層(屈折率n4)
5 素子表面保護膜 (屈折率n5)
6 BPSG膜 (屈折率n6)
7 遮光膜
8 ポリシリコン電極
9 シリコン酸化膜と窒化ケイ素膜の合体したONO膜
10 電荷転送部
11 受光部
12 pウェル層
13 n型半導体基板
14 アルミ遮光膜
15 紫外線
16 レチクル(マスク)
17 露光部分の現像パターンニング
18 斜め光
19 平坦膜
21 オンチップマイクロレンズ部
22 半導体撮像素子部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平6−104414(JP,A)
特開 平6−209100(JP,A)
特開 平6−244392(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 27/14
Claims (3)
- 【請求項1】 固体撮像素子が形成された半導体基板上
に、前記固体撮像素子の受光部に対応して表面保護膜、
下のマイクロレンズ、中間膜、上のマイクロレンズが順
に形成された固体撮像装置であって、 前記上下のマイクロレンズの光屈折率が実質的に同じ
で、かつ光の透過率がほぼ等価であり、 前記中間膜よりも前記上下のマイクロレンズの光屈折率
が大きいとともに、前記表面保護膜から前記受光部まで
の膜の平均屈折率よりも前記上下のマイクロレンズの光
屈折率か大きく、 前記下のマイクロレンズは中央部が上下両方に膨らんだ
凸型であることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項2】 固体撮像素子が形成された半導体基板上
に、前記固体撮像素子の受光部に対応して表面保護膜、
下のマイクロレンズ、中間膜、上のマイクロレンズが順
に形成された固体撮像装置であって、 前記上下のマイクロレンズの光屈折率が実質的に同じ
で、かつ光の透過率がほぼ等価であり、 前記中間膜よりも前記上下のマイクロレンズの屈折率が
大きいとともに、前記表面保護膜から前記受光部までの
膜の平均屈折率よりも前記上下のマイクロレンズの光屈
折率が大きく、 前記下のマクロレンズは上面が平坦であり、下面の中央
部が下方向に膨らんだ凸型であることを特徴とする固体
撮像装置。 - 【請求項3】 前記下のマイクロレンズの上側に接して
カラーフィルタ一層が形成されていることを特徴とする
請求項1または請求項2に記載の固体撮像装置。
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DE69503473T DE69503473T2 (de) | 1995-05-22 | 1995-09-08 | Festkörper-Bildaufnahme-Vorrichtung und Herstellungsmethode |
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