JP2002261261A - 撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
撮像素子及びその製造方法Info
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- JP2002261261A JP2002261261A JP2001054901A JP2001054901A JP2002261261A JP 2002261261 A JP2002261261 A JP 2002261261A JP 2001054901 A JP2001054901 A JP 2001054901A JP 2001054901 A JP2001054901 A JP 2001054901A JP 2002261261 A JP2002261261 A JP 2002261261A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡便な構成で、且つ有機樹脂の構成で反射防止
効果有するマイクロレンズを形成して、フレア、ゴース
ト及びノイズ防止に著しい効果のある撮像素子及びその
製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】半導体基板１１に光電変換素子２１、遮光
部３１、平坦化層４１、カラーフィルタ５１、平坦化層
４２及びアンダーコート層６１を形成し、さらに、樹脂
レンズ７１ａ及び樹脂表面に光学的なボイド（空隙）が
形成されたポーラス層８１からなるマイクロレンズ９０
を形成し、ポーラス層８１は、ボイド（空隙）及び厚み
を光の波長のおよそλ／４にする。また、マイクロレン
ズ間の凹部に光吸収層を形成している。さらにまた、ア
ンダーコート層６１のドライエッチングのエッチングレ
ートを樹脂レンズ７１ａを構成する樹脂材料より高い値
に設定する。
効果有するマイクロレンズを形成して、フレア、ゴース
ト及びノイズ防止に著しい効果のある撮像素子及びその
製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】半導体基板１１に光電変換素子２１、遮光
部３１、平坦化層４１、カラーフィルタ５１、平坦化層
４２及びアンダーコート層６１を形成し、さらに、樹脂
レンズ７１ａ及び樹脂表面に光学的なボイド（空隙）が
形成されたポーラス層８１からなるマイクロレンズ９０
を形成し、ポーラス層８１は、ボイド（空隙）及び厚み
を光の波長のおよそλ／４にする。また、マイクロレン
ズ間の凹部に光吸収層を形成している。さらにまた、ア
ンダーコート層６１のドライエッチングのエッチングレ
ートを樹脂レンズ７１ａを構成する樹脂材料より高い値
に設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｃ−ＭＯＳやＣＣ
Ｄ等の受光素子に代表される撮像素子及び撮像素子上に
形成されるマイクロレンズに関し、特に、マイクロレン
ズの実効的な開口率を上げることによる感度向上及びス
ミアを低減した撮像素子及びその製造方法に関する。
Ｄ等の受光素子に代表される撮像素子及び撮像素子上に
形成されるマイクロレンズに関し、特に、マイクロレン
ズの実効的な開口率を上げることによる感度向上及びス
ミアを低減した撮像素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤ等の受光素子の光電変換に寄与す
る領域（開口部）は、素子サイズや画素数にも依存する
が、その全面積に対し２０〜４０％程度に限られてしま
う。開口部が小さいことは、そのまま感度低下につなが
るため、これを補うために受光素子上に集光のためのマ
イクロレンズを形成することが一般的である。しかしな
がら、近年、２００万画素を超える高精細ＣＣＤ撮像素
子への要求が強くなり、これら高精細ＣＣＤに付随する
マイクロレンズの開口率低下（すなわち感度低下）、フ
レア、ゴーストなどのノイズ増加が大きな問題となって
きている。さらに、撮像素子デバイス表面（マイクロレ
ンズ表面など）とカバーガラス内面からの再反射光や散
乱光が、撮像素子へのノイズの一因となっており問題と
なっている。
る領域（開口部）は、素子サイズや画素数にも依存する
が、その全面積に対し２０〜４０％程度に限られてしま
う。開口部が小さいことは、そのまま感度低下につなが
るため、これを補うために受光素子上に集光のためのマ
イクロレンズを形成することが一般的である。しかしな
がら、近年、２００万画素を超える高精細ＣＣＤ撮像素
子への要求が強くなり、これら高精細ＣＣＤに付随する
マイクロレンズの開口率低下（すなわち感度低下）、フ
レア、ゴーストなどのノイズ増加が大きな問題となって
きている。さらに、撮像素子デバイス表面（マイクロレ
ンズ表面など）とカバーガラス内面からの再反射光や散
乱光が、撮像素子へのノイズの一因となっており問題と
なっている。
【０００３】かかるノイズを防止する技術として、マイ
クロレンズ表面に反射防止膜を形成する技術が提案され
ている。例えば、樹脂レンズ上にレンズ材との屈折率差
のある薄膜を積層する技術が、特開平４−２２３３７１
号公報に開示されている。ここでは、使用する材料名は
開示されていないものの、マイクロレンズ表面に形成す
る高屈折率と低屈折率の２層の反射防止膜として示され
ている。
クロレンズ表面に反射防止膜を形成する技術が提案され
ている。例えば、樹脂レンズ上にレンズ材との屈折率差
のある薄膜を積層する技術が、特開平４−２２３３７１
号公報に開示されている。ここでは、使用する材料名は
開示されていないものの、マイクロレンズ表面に形成す
る高屈折率と低屈折率の２層の反射防止膜として示され
ている。
【０００４】また、凸レンズ状のマイクロレンズを形成
する手段として、熱フロー法と呼称される技術が開示さ
れている。熱フロー法を用いた際に生じる隣接するマイ
クロレンズ同士のくっつきを避けるための安定生産技
術、あるいは高開口率技術として、特開平６−１１２４
５９号公報、特開平９−４５８８４号公報等に、エッチ
ングを利用した“溝方式”と呼ばれる技術が開示されて
いる。高精細ＣＣＤに形成するマイクロレンズ間は、狭
ギャップとすることが必要である。しかし、これらの技
術はレンズ間にくっつき防止のための凹部の形成は可能
であるものの、凹部を小さくする狭ギャップ化手段には
なり難い。すなわち、マイクロレンズを母型としてドラ
イエッチなどによりエッチングして凹部を形成するた
め、基本的にレンズ形状がなだらかに同時に凹部も丸く
広がる傾向に加工されてしまう。等方性エッチング、異
方性エッチングのいずれの場合も母型パターンより基本
的には、より狭ギャップに加工するものでない。“溝方
式”は、特開平６−１１２４５９号公報に開示されてい
るように１μｍレベルの広いギャップにて効果が出るも
ので、０．３μｍ以下の狭ギャップを再現できるもので
ない。上記公開されている技術は、基本的にレンズ間の
形状を滑らかに加工する技術である。
する手段として、熱フロー法と呼称される技術が開示さ
れている。熱フロー法を用いた際に生じる隣接するマイ
クロレンズ同士のくっつきを避けるための安定生産技
術、あるいは高開口率技術として、特開平６−１１２４
５９号公報、特開平９−４５８８４号公報等に、エッチ
ングを利用した“溝方式”と呼ばれる技術が開示されて
いる。高精細ＣＣＤに形成するマイクロレンズ間は、狭
ギャップとすることが必要である。しかし、これらの技
術はレンズ間にくっつき防止のための凹部の形成は可能
であるものの、凹部を小さくする狭ギャップ化手段には
なり難い。すなわち、マイクロレンズを母型としてドラ
イエッチなどによりエッチングして凹部を形成するた
め、基本的にレンズ形状がなだらかに同時に凹部も丸く
広がる傾向に加工されてしまう。等方性エッチング、異
方性エッチングのいずれの場合も母型パターンより基本
的には、より狭ギャップに加工するものでない。“溝方
式”は、特開平６−１１２４５９号公報に開示されてい
るように１μｍレベルの広いギャップにて効果が出るも
ので、０．３μｍ以下の狭ギャップを再現できるもので
ない。上記公開されている技術は、基本的にレンズ間の
形状を滑らかに加工する技術である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】カバーガラス内面とマ
イクロレンズ表面との間での再反射光や散乱光を軽減す
るために、効果のある手法として、低屈折率弗化物（も
しくは低屈折率酸化物）と高屈折率酸化物とを積層した
無機多層膜を反射防止膜としてマイクロレンズ表面に形
成することが有効である。こうした酸化物や弗化物は屈
折率差を大きくとれるために高性能の反射防止膜を作製
できる。しかしながら、この類の反射防止膜は、蒸着機
などの真空機器を用いて成膜する必要があり、きわめて
コストのかかる手法である。
イクロレンズ表面との間での再反射光や散乱光を軽減す
るために、効果のある手法として、低屈折率弗化物（も
しくは低屈折率酸化物）と高屈折率酸化物とを積層した
無機多層膜を反射防止膜としてマイクロレンズ表面に形
成することが有効である。こうした酸化物や弗化物は屈
折率差を大きくとれるために高性能の反射防止膜を作製
できる。しかしながら、この類の反射防止膜は、蒸着機
などの真空機器を用いて成膜する必要があり、きわめて
コストのかかる手法である。
【０００６】しかも、蒸着機などを用いると、真空槽内
部に付着した蒸着物の剥離に起因する異物付着が避けが
たく、半導体デバイス形成プロセスとしては収率低下の
大きいプロセスといえる。加えて、有機樹脂からなるマ
イクロレンズ表面に無機多層膜を形成することは、それ
ぞれの熱膨張率差や水分含有の程度の差などから信頼性
の点で劣るものである。また、従来構成ではマイクロレ
ンズ間の凹部へ斜め方向から入射してくる光が光電変換
素子へ入射するのを避け難く、フレア、ゴースト及びノ
イズの原因となり、画質低下につながっている。
部に付着した蒸着物の剥離に起因する異物付着が避けが
たく、半導体デバイス形成プロセスとしては収率低下の
大きいプロセスといえる。加えて、有機樹脂からなるマ
イクロレンズ表面に無機多層膜を形成することは、それ
ぞれの熱膨張率差や水分含有の程度の差などから信頼性
の点で劣るものである。また、従来構成ではマイクロレ
ンズ間の凹部へ斜め方向から入射してくる光が光電変換
素子へ入射するのを避け難く、フレア、ゴースト及びノ
イズの原因となり、画質低下につながっている。
【０００７】撮像素子の高精細化は、５μｍピッチ以下
のマイクロレンズの配列及び０．３μｍ以下のレンズパ
ターン間ギャップ（以下、狭ギャップと略称する）を要
求してきている。しかし、一般にマイクロレンズは、感
光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法と熱フロー技
術を併用して形成しており、これら技術からくる制約
で、そのマイクロレンズの辺方向のギャップ寸法（レン
ズ間寸法）は１μｍからせいぜい０．４μｍである。レ
ンズ間寸法を０．３μｍ以下とすると、隣り合うマイク
ロレンズがそれぞれのパターンエッジでくっつき、ムラ
不良となることが多く、量産レベルの技術とはならな
い。こうした従来技術からくる制約は、高精細化に伴う
マイクロレンズの開口率低下、換言すると撮像素子の感
度低下につながるという問題を有する。
のマイクロレンズの配列及び０．３μｍ以下のレンズパ
ターン間ギャップ（以下、狭ギャップと略称する）を要
求してきている。しかし、一般にマイクロレンズは、感
光性樹脂を用いたフォトリソグラフィー法と熱フロー技
術を併用して形成しており、これら技術からくる制約
で、そのマイクロレンズの辺方向のギャップ寸法（レン
ズ間寸法）は１μｍからせいぜい０．４μｍである。レ
ンズ間寸法を０．３μｍ以下とすると、隣り合うマイク
ロレンズがそれぞれのパターンエッジでくっつき、ムラ
不良となることが多く、量産レベルの技術とはならな
い。こうした従来技術からくる制約は、高精細化に伴う
マイクロレンズの開口率低下、換言すると撮像素子の感
度低下につながるという問題を有する。
【０００８】樹脂レンズ上に、等方的に無機膜や樹脂膜
を堆積形成して狭ギャップを達成しようとする技術は、
たとえば尿素樹脂を蒸着機を用いて合成蒸着する方法や
特開平５−４８０５７号公報に開示されているように、
ＥＣＲプラズマ等のＣＶＤを用いて堆積する方法などが
ある。しかし、これら技術は、高価な真空装置やＣＶＤ
装置を使用する必要があり、簡便な方式といえず大幅な
コストアップとなる方法である。
を堆積形成して狭ギャップを達成しようとする技術は、
たとえば尿素樹脂を蒸着機を用いて合成蒸着する方法や
特開平５−４８０５７号公報に開示されているように、
ＥＣＲプラズマ等のＣＶＤを用いて堆積する方法などが
ある。しかし、これら技術は、高価な真空装置やＣＶＤ
装置を使用する必要があり、簡便な方式といえず大幅な
コストアップとなる方法である。
【０００９】本発明は、上記問題点に鑑み考案されたも
ので、簡便な構成で、且つ有機樹脂の構成で反射防止効
果を有するマイクロレンズを有し、フレア、ゴースト及
びノイズ防止に著しい効果のある撮像素子及びその製造
方法を提供することを目的とする。
ので、簡便な構成で、且つ有機樹脂の構成で反射防止効
果を有するマイクロレンズを有し、フレア、ゴースト及
びノイズ防止に著しい効果のある撮像素子及びその製造
方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に於いて上記課題
を達成するために、まず、請求項１においては、少なく
とも複数の光電変換素子と、平坦化層と、カラーフィル
ターと、アンダーコート層と、マイクロレンズとを備え
た撮像素子において、前記マイクロレンズが樹脂レンズ
と樹脂表面に光学的なボイド（空隙）を有するポーラス
層とからなることを特徴とする撮像素子としたものであ
る。
を達成するために、まず、請求項１においては、少なく
とも複数の光電変換素子と、平坦化層と、カラーフィル
ターと、アンダーコート層と、マイクロレンズとを備え
た撮像素子において、前記マイクロレンズが樹脂レンズ
と樹脂表面に光学的なボイド（空隙）を有するポーラス
層とからなることを特徴とする撮像素子としたものであ
る。
【００１１】また、請求項２においては、前記ポーラス
層のボイド（空隙）及び厚みが、可視光領域の光波長の
およそλ／４になっていることを特徴とする請求項１記
載の撮像素子としたものである。
層のボイド（空隙）及び厚みが、可視光領域の光波長の
およそλ／４になっていることを特徴とする請求項１記
載の撮像素子としたものである。
【００１２】また、請求項３においては、前記マイクロ
レンズ間に凹部を形成し、且つ、前記凹部に光吸収層を
設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の撮
像素子としたものである。
レンズ間に凹部を形成し、且つ、前記凹部に光吸収層を
設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の撮
像素子としたものである。
【００１３】また、請求項４においては、前記アンダー
コート層の材料が、前記樹脂レンズを構成する樹脂より
エッチングレートの高い樹脂からなることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の撮像素子
としたものである。
コート層の材料が、前記樹脂レンズを構成する樹脂より
エッチングレートの高い樹脂からなることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の撮像素子
としたものである。
【００１４】また、請求項５においては、以下の工程を
少なくとも備えることを特徴とする撮像素子の製造方法
としたものである。 （ａ）半導体基板に光電変換素子、遮光部、平坦化層、
カラーフィルタ、平坦化層及びアンダーコート層を形成
した中間工程の撮像素子を作製する工程。 （ｂ）前記アンダーコート層上に感光性材料を塗布し、
感光性樹脂層を形成し、露光、現像処理して樹脂パター
ンを形成する工程。 （ｃ）前記樹脂パターンを熱フローさせて樹脂レンズを
形成する工程。 （ｄ）前記樹脂レンズ間の露出した前記アンダーコート
層に凹部を形成する工程 （ｅ）前記樹脂レンズ上に透明樹脂を塗布して、透明樹
脂層を形成し、前記透明樹脂層ドライエッチングするこ
とにより、樹脂表面のボイド（空隙）及び厚みが、光の
波長のおよそλ／４になるようなポーラス層を形成し、
撮像素子を作製する工程。
少なくとも備えることを特徴とする撮像素子の製造方法
としたものである。 （ａ）半導体基板に光電変換素子、遮光部、平坦化層、
カラーフィルタ、平坦化層及びアンダーコート層を形成
した中間工程の撮像素子を作製する工程。 （ｂ）前記アンダーコート層上に感光性材料を塗布し、
感光性樹脂層を形成し、露光、現像処理して樹脂パター
ンを形成する工程。 （ｃ）前記樹脂パターンを熱フローさせて樹脂レンズを
形成する工程。 （ｄ）前記樹脂レンズ間の露出した前記アンダーコート
層に凹部を形成する工程 （ｅ）前記樹脂レンズ上に透明樹脂を塗布して、透明樹
脂層を形成し、前記透明樹脂層ドライエッチングするこ
とにより、樹脂表面のボイド（空隙）及び厚みが、光の
波長のおよそλ／４になるようなポーラス層を形成し、
撮像素子を作製する工程。
【００１５】さらにまた、請求項６においては、以下の
工程を少なくとも備えることを特徴とする撮像素子の製
造方法としたものである。 （ａ）半導体基板に光電変換素子、遮光部、平坦化層、
カラーフィルタ、平坦化層及びアンダーコート層を形成
した中間工程の撮像素子を作製する工程。 （ｂ）前記アンダーコート層上に感光性材料を塗布し、
感光性樹脂層を形成し、露光、現像処理して樹脂パター
ンを形成する工程。 （ｃ）前記樹脂パターンを熱フローさせて樹脂レンズを
形成する工程。 （ｄ）前記樹脂レンズ間の露出した前記アンダーコート
層に凹部を形成する工程 （ｅ）前記樹脂レンズ及び前記樹脂レンズ間の凹部に光
吸収剤を含有する黒色樹脂を塗布し黒色樹脂層を形成し
た後、前記樹脂レンズ上の前記黒色樹脂層を除去し、前
記樹脂レンズ間の凹部に光吸収層を形成する工程。 （ｆ）前記樹脂レンズ上に透明樹脂を塗布して、透明樹
脂層を形成し、前記透明樹脂層をドライエッチングする
ことにより、樹脂表面のボイド（空隙）及び厚みが、光
の波長のおよそλ／４になるようなポーラス層を形成
し、撮像素子を作製する工程。
工程を少なくとも備えることを特徴とする撮像素子の製
造方法としたものである。 （ａ）半導体基板に光電変換素子、遮光部、平坦化層、
カラーフィルタ、平坦化層及びアンダーコート層を形成
した中間工程の撮像素子を作製する工程。 （ｂ）前記アンダーコート層上に感光性材料を塗布し、
感光性樹脂層を形成し、露光、現像処理して樹脂パター
ンを形成する工程。 （ｃ）前記樹脂パターンを熱フローさせて樹脂レンズを
形成する工程。 （ｄ）前記樹脂レンズ間の露出した前記アンダーコート
層に凹部を形成する工程 （ｅ）前記樹脂レンズ及び前記樹脂レンズ間の凹部に光
吸収剤を含有する黒色樹脂を塗布し黒色樹脂層を形成し
た後、前記樹脂レンズ上の前記黒色樹脂層を除去し、前
記樹脂レンズ間の凹部に光吸収層を形成する工程。 （ｆ）前記樹脂レンズ上に透明樹脂を塗布して、透明樹
脂層を形成し、前記透明樹脂層をドライエッチングする
ことにより、樹脂表面のボイド（空隙）及び厚みが、光
の波長のおよそλ／４になるようなポーラス層を形成
し、撮像素子を作製する工程。
【００１６】なお、本発明で用いるマイクロレンズ関連
の用語について説明する。マイクロレンズ１４０は図６
（ａ）〜（ｃ）に示すように、樹脂レンズ１２１と樹脂
レンズ１２１上に形成された透明樹脂層１３１とで構成
されたもので、樹脂レンズ１２１は、透明樹脂層１３１
が形成される前の樹脂レンズを意味する。レンズ間寸法
は、樹脂レンズ１２１の辺方向のパターンエッジ間寸法
を指す。ギャップ寸法は、マイクロレンズ１４０を構成
する透明樹脂層１３１表面の曲面から凹部１４１にかか
る変曲点の位置を目安として、その変曲点間の狭い方
（広い方はレンズ開口寸法）の寸法を指す。本発明での
ギャップ寸法（凹部寸法）は、光の波長以下となるので
光学的に凹レンズ効果を持つものではない。また、本発
明で用いる「凹部の深さ」は、大まかにはレンズ断面の
曲面の変曲点から凹部１４１の底までの深さを示すもの
である。凹部１４１は、マイクロレンズ１４０間の凹ん
だ部分を指す。
の用語について説明する。マイクロレンズ１４０は図６
（ａ）〜（ｃ）に示すように、樹脂レンズ１２１と樹脂
レンズ１２１上に形成された透明樹脂層１３１とで構成
されたもので、樹脂レンズ１２１は、透明樹脂層１３１
が形成される前の樹脂レンズを意味する。レンズ間寸法
は、樹脂レンズ１２１の辺方向のパターンエッジ間寸法
を指す。ギャップ寸法は、マイクロレンズ１４０を構成
する透明樹脂層１３１表面の曲面から凹部１４１にかか
る変曲点の位置を目安として、その変曲点間の狭い方
（広い方はレンズ開口寸法）の寸法を指す。本発明での
ギャップ寸法（凹部寸法）は、光の波長以下となるので
光学的に凹レンズ効果を持つものではない。また、本発
明で用いる「凹部の深さ」は、大まかにはレンズ断面の
曲面の変曲点から凹部１４１の底までの深さを示すもの
である。凹部１４１は、マイクロレンズ１４０間の凹ん
だ部分を指す。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき説
明する。図１（ａ）に、本発明の撮像素子の一実施例を
示す部分模式平面図を、図１（ｂ）に、図１（ａ）の部
分模式平面図をＡ−Ａ’線で切断した撮像素子の部分模
式構成断面図を、図２（ａ）〜（ｅ）に、本発明の撮像
素子の請求項５に係わる撮像素子の製造法の一実施例を
工程順に示す撮像素子の部分模式構成断面図を、図３
（ａ）〜（ｆ）に、本発明の撮像素子の請求項６に係わ
る製造法の一実施例を工程順に示す撮像素子の部分模式
構成断面図を、図４に、樹脂レンズ上に形成されたポー
ラス層の模式構成断面図を、それぞれ示す。
明する。図１（ａ）に、本発明の撮像素子の一実施例を
示す部分模式平面図を、図１（ｂ）に、図１（ａ）の部
分模式平面図をＡ−Ａ’線で切断した撮像素子の部分模
式構成断面図を、図２（ａ）〜（ｅ）に、本発明の撮像
素子の請求項５に係わる撮像素子の製造法の一実施例を
工程順に示す撮像素子の部分模式構成断面図を、図３
（ａ）〜（ｆ）に、本発明の撮像素子の請求項６に係わ
る製造法の一実施例を工程順に示す撮像素子の部分模式
構成断面図を、図４に、樹脂レンズ上に形成されたポー
ラス層の模式構成断面図を、それぞれ示す。
【００１８】本発明の撮像素子の請求項１に係わる発明
は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように半導体基板１１
に光電変換素子２１、遮光部３１、平坦化層４１、カラ
ーフィルタ５１、平坦化層４２及びアンダーコート層６
１を形成した中間工程の撮像素子を作製する。さらに、
樹脂レンズ７１ａ及び樹脂表面に光学的なボイド（空
隙）が形成されたポーラス層８１からなるマイクロレン
ズ９０を形成した撮像素子を作製するものである。本発
明の撮像素子の請求項２に係わる発明は、樹脂レンズ上
に形成された光学的なボイド（空隙）を有するポーラス
層８１において、ボイド（空隙）のピッチ及び厚みを可
視光領域の光波長のおよそλ／４にして、ポーラス層８
１での見かけ上の屈折率を下げることにより、樹脂レン
ズの反射防止効果を持たせたものである。本発明の請求
項３に係わる発明は、マイクロレンズ間の凹部に光吸収
層を形成して、マイクロレンズ間に入射する光を吸収
し、迷光による撮像素子のＳ／Ｎ比低下を防ぐものであ
る。本発明の撮像素子の請求項４に係わる発明は、ドラ
イエッチング等でエッチングする際のアンダーコート層
６１のエッチングレートを樹脂レンズ７１ａを構成する
樹脂材料より高い値に設定してある。これは、後記する
アンダーコート層上に樹脂レンズ７１ａを形成した後樹
脂レンズ７１ａ間に凹部６２をドライエッチング等で形
成する際樹脂レンズの表面形状を保持するためである。
は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように半導体基板１１
に光電変換素子２１、遮光部３１、平坦化層４１、カラ
ーフィルタ５１、平坦化層４２及びアンダーコート層６
１を形成した中間工程の撮像素子を作製する。さらに、
樹脂レンズ７１ａ及び樹脂表面に光学的なボイド（空
隙）が形成されたポーラス層８１からなるマイクロレン
ズ９０を形成した撮像素子を作製するものである。本発
明の撮像素子の請求項２に係わる発明は、樹脂レンズ上
に形成された光学的なボイド（空隙）を有するポーラス
層８１において、ボイド（空隙）のピッチ及び厚みを可
視光領域の光波長のおよそλ／４にして、ポーラス層８
１での見かけ上の屈折率を下げることにより、樹脂レン
ズの反射防止効果を持たせたものである。本発明の請求
項３に係わる発明は、マイクロレンズ間の凹部に光吸収
層を形成して、マイクロレンズ間に入射する光を吸収
し、迷光による撮像素子のＳ／Ｎ比低下を防ぐものであ
る。本発明の撮像素子の請求項４に係わる発明は、ドラ
イエッチング等でエッチングする際のアンダーコート層
６１のエッチングレートを樹脂レンズ７１ａを構成する
樹脂材料より高い値に設定してある。これは、後記する
アンダーコート層上に樹脂レンズ７１ａを形成した後樹
脂レンズ７１ａ間に凹部６２をドライエッチング等で形
成する際樹脂レンズの表面形状を保持するためである。
【００１９】本発明の請求項５に係わる撮像素子の製造
法について説明する。まず、半導体基板１１に光電変換
素子２１、遮光部３１、平坦化層４１、カラーフィルタ
５１、平坦化層４２及びアンダーコート層６１を形成し
た中間工程の撮像素子を作製する（図２（ａ）参照）。
次に、アンダーコート層６１上に感光性樹脂溶液をスピ
ンコーター等により塗布し、感光性樹脂層を形成し、露
光、現像処理して樹脂パターン７１を形成する（図２
（ｂ）参照）。なお、図２（ｂ）〜図２（ｄ）において
は、半導体基板１１から平坦化層４２までの部位は図示
を省略している。感光性樹脂層の膜厚は０．３μｍ以下
の薄い膜厚で、樹脂パターン７１形成後の樹脂レンズ形
状を保持し易く、レンズ間の狭ギャップを達成しやす
い。また、塗布性や分散性を向上させるために、感光性
樹脂溶液に界面活性剤を添加したり、複数の溶剤種を混
ぜたり、あるいは、樹脂の分子量や他樹脂の添加を行っ
ても良い。また、塗布の前処理としてアンダーコート層
を軽くエッチング処理、プラズマ処理、紫外線洗浄等を
実施しても良い。
法について説明する。まず、半導体基板１１に光電変換
素子２１、遮光部３１、平坦化層４１、カラーフィルタ
５１、平坦化層４２及びアンダーコート層６１を形成し
た中間工程の撮像素子を作製する（図２（ａ）参照）。
次に、アンダーコート層６１上に感光性樹脂溶液をスピ
ンコーター等により塗布し、感光性樹脂層を形成し、露
光、現像処理して樹脂パターン７１を形成する（図２
（ｂ）参照）。なお、図２（ｂ）〜図２（ｄ）において
は、半導体基板１１から平坦化層４２までの部位は図示
を省略している。感光性樹脂層の膜厚は０．３μｍ以下
の薄い膜厚で、樹脂パターン７１形成後の樹脂レンズ形
状を保持し易く、レンズ間の狭ギャップを達成しやす
い。また、塗布性や分散性を向上させるために、感光性
樹脂溶液に界面活性剤を添加したり、複数の溶剤種を混
ぜたり、あるいは、樹脂の分子量や他樹脂の添加を行っ
ても良い。また、塗布の前処理としてアンダーコート層
を軽くエッチング処理、プラズマ処理、紫外線洗浄等を
実施しても良い。
【００２０】次に、樹脂パターン７１を熱フローさせ
て、樹脂レンズ７１ａを形成する（図２（ｃ）参照）。
樹脂レンズ７１ａの形成に用いる樹脂材料は、後述する
ポーラス層を形成する透明樹脂、アンダーコート層を形
成する材料を含め、可視域での透明性（可視域透過率）
が高く、実用的な信頼性（耐熱性、耐光性、耐熱サイク
ル等）があれば良い。例えば、アクリル樹脂、エポキシ
樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹
脂、エリア樹脂などの尿素樹脂、フェノール樹脂あるい
はこれらの共重合物などが樹脂レンズの素材として使用
可能であり、一般には、フェノール系の感光性樹脂ある
いは低分子量のメラミンーエポキシ共重合物が用いられ
る。
て、樹脂レンズ７１ａを形成する（図２（ｃ）参照）。
樹脂レンズ７１ａの形成に用いる樹脂材料は、後述する
ポーラス層を形成する透明樹脂、アンダーコート層を形
成する材料を含め、可視域での透明性（可視域透過率）
が高く、実用的な信頼性（耐熱性、耐光性、耐熱サイク
ル等）があれば良い。例えば、アクリル樹脂、エポキシ
樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹
脂、エリア樹脂などの尿素樹脂、フェノール樹脂あるい
はこれらの共重合物などが樹脂レンズの素材として使用
可能であり、一般には、フェノール系の感光性樹脂ある
いは低分子量のメラミンーエポキシ共重合物が用いられ
る。
【００２１】次に、樹脂レンズ７１ａ間の露出したアン
ダーコート層６１をプラズマアッシング、ドライエッチ
ング処理を行って、凹部６２を形成する（図２（ｄ）参
照）。ここで、アンダーコート層６１と樹脂レンズ７１
ａとの間でエッチングレートに差を付け、樹脂レンズ７
１ａに対しアンダーコート層６１のエッチングレートを
高く設定してあるので、樹脂レンズ７１ａの表面形状が
維持された状態で、凹部６２を形成することができる。
凹部６２の深さは６μｍから０．０５μｍの範囲に設定
すればよいが、凹部６２の深さが１．５μｍを越えると
樹脂レンズ７１ａ上に透明樹脂層形成する際塗布ムラが
発生するので、好ましくは、１．５〜０．０５μｍの範
囲である。。
ダーコート層６１をプラズマアッシング、ドライエッチ
ング処理を行って、凹部６２を形成する（図２（ｄ）参
照）。ここで、アンダーコート層６１と樹脂レンズ７１
ａとの間でエッチングレートに差を付け、樹脂レンズ７
１ａに対しアンダーコート層６１のエッチングレートを
高く設定してあるので、樹脂レンズ７１ａの表面形状が
維持された状態で、凹部６２を形成することができる。
凹部６２の深さは６μｍから０．０５μｍの範囲に設定
すればよいが、凹部６２の深さが１．５μｍを越えると
樹脂レンズ７１ａ上に透明樹脂層形成する際塗布ムラが
発生するので、好ましくは、１．５〜０．０５μｍの範
囲である。。
【００２２】次に、凹部６２が形成された樹脂レンズ７
１ａ上に透明樹脂溶液をスピンコート等により塗布し、
透明樹脂層を形成する。透明樹脂溶液としてはエポキシ
樹脂あるいはアクリル樹脂に硬化剤を適量混入したもの
を使用する。さらに、透明樹脂層の樹脂表面を酸素プラ
ズマ雰囲気でドライエッチングすることにより、樹脂レ
ンズ７１ａ上に柱状樹脂８１ａが並んだ光学的なボイド
（空隙）８１ｂを有するポーラス層８１を形成し、本発
明の撮像素子１００を得る（図２（ｅ）、図４参照）。
なお、柱状樹脂８１ａピッチあるいは大きさは０．０３
〜０．３μｍとすることが望ましい。
１ａ上に透明樹脂溶液をスピンコート等により塗布し、
透明樹脂層を形成する。透明樹脂溶液としてはエポキシ
樹脂あるいはアクリル樹脂に硬化剤を適量混入したもの
を使用する。さらに、透明樹脂層の樹脂表面を酸素プラ
ズマ雰囲気でドライエッチングすることにより、樹脂レ
ンズ７１ａ上に柱状樹脂８１ａが並んだ光学的なボイド
（空隙）８１ｂを有するポーラス層８１を形成し、本発
明の撮像素子１００を得る（図２（ｅ）、図４参照）。
なお、柱状樹脂８１ａピッチあるいは大きさは０．０３
〜０．３μｍとすることが望ましい。
【００２３】図４にポーラス層８１の模式構成断面図を
示す。ポーラス層８１は、図４に示すように、樹脂レン
ズ７１ａ上に柱状樹脂８１ａとボイド（空隙）８１ｂが
形成されている。一般的な樹脂膜では、膜中に微細な気
泡が多数存在し、密度が下がると、樹脂膜の屈折率は下
がる。ポーラス層８１ではボイド（空隙）８１ｂが上記
気泡の役目を有し、屈折率が下がり反射膜としての機能
を有することになる。すなはち、ポーラス層とすること
で、フッ素系樹脂等の低屈折率であっても、高価な樹脂
を用いることなく、低価な樹脂で反射防止膜を形成する
ことが可能となる。
示す。ポーラス層８１は、図４に示すように、樹脂レン
ズ７１ａ上に柱状樹脂８１ａとボイド（空隙）８１ｂが
形成されている。一般的な樹脂膜では、膜中に微細な気
泡が多数存在し、密度が下がると、樹脂膜の屈折率は下
がる。ポーラス層８１ではボイド（空隙）８１ｂが上記
気泡の役目を有し、屈折率が下がり反射膜としての機能
を有することになる。すなはち、ポーラス層とすること
で、フッ素系樹脂等の低屈折率であっても、高価な樹脂
を用いることなく、低価な樹脂で反射防止膜を形成する
ことが可能となる。
【００２４】ボイド（空隙）８１ｂは柱状樹脂８１ａ間
のピッチＶPで表すことができ、可視光域の光波長のお
よそλ／４となるようにＶP＝０．１〜０．２μｍにな
っている。ポーラス層８１の厚みＶｔも可視光領域の光
波長のλ／４（０．１〜０．２μｍ）になるように設定
されている。このような構成にすることにより、ポーラ
ス層８１に入射後ポーラス層８１より反射する光は位相
がズレ、入射する光と反射する光がうち消し合うことに
なり、ポーラス層８１は反射防止効果を有することにな
る。また、ポーラス層８１と樹脂レンズ７１ａとの屈折
率差を小さくすれば、ポーラス層８１と樹脂レンズ７１
ａとの界面における反射を防止できる。このように、マ
イクロレンズ表面の光の反射を抑制することにより、撮
像素子のカバーガラスから再反射 、再入射によるスミ
ア等の原因になるノイズ光を減少させ、撮像素子の特性
を劣化させることを防止している。
のピッチＶPで表すことができ、可視光域の光波長のお
よそλ／４となるようにＶP＝０．１〜０．２μｍにな
っている。ポーラス層８１の厚みＶｔも可視光領域の光
波長のλ／４（０．１〜０．２μｍ）になるように設定
されている。このような構成にすることにより、ポーラ
ス層８１に入射後ポーラス層８１より反射する光は位相
がズレ、入射する光と反射する光がうち消し合うことに
なり、ポーラス層８１は反射防止効果を有することにな
る。また、ポーラス層８１と樹脂レンズ７１ａとの屈折
率差を小さくすれば、ポーラス層８１と樹脂レンズ７１
ａとの界面における反射を防止できる。このように、マ
イクロレンズ表面の光の反射を抑制することにより、撮
像素子のカバーガラスから再反射 、再入射によるスミ
ア等の原因になるノイズ光を減少させ、撮像素子の特性
を劣化させることを防止している。
【００２５】本発明の請求項６に係わる撮像素子の製造
法について説明する。まず、半導体基板１１に光電変換
素子２１、遮光部３１、平坦化層４１、カラーフィルタ
５１、平坦化層４２及びアンダーコート層６１を形成し
た中間工程の撮像素子を作製する（図３（ａ）参照）。
次に、アンダーコート層６１上に感光性樹脂溶液をスピ
ンコーター等により塗布し、感光性樹脂層を形成し、露
光、現像処理して樹脂パターン７１を形成する（図３
（ｂ）参照）。なお、図３（ｂ）〜図３（ｅ）において
は、半導体基板１１から平坦化層４２までの部位は図示
を省略している。感光性樹脂層の膜厚は０．３μｍ以下
の薄い膜厚とすれば、樹脂パターン７１形成後の樹脂レ
ンズ形状を保持し易く、レンズ間の狭ギャップを達成し
やすい。また、塗布性や分散性を向上させるために、感
光性樹脂溶液に界面活性剤を添加したり、複数の溶剤種
を混ぜたり、あるいは、樹脂の分子量や他樹脂の添加を
行っても良い。また、塗布の前処理としてアンダーコー
ト層を軽くエッチング処理、プラズマ処理、紫外線洗浄
等を実施しても良い。
法について説明する。まず、半導体基板１１に光電変換
素子２１、遮光部３１、平坦化層４１、カラーフィルタ
５１、平坦化層４２及びアンダーコート層６１を形成し
た中間工程の撮像素子を作製する（図３（ａ）参照）。
次に、アンダーコート層６１上に感光性樹脂溶液をスピ
ンコーター等により塗布し、感光性樹脂層を形成し、露
光、現像処理して樹脂パターン７１を形成する（図３
（ｂ）参照）。なお、図３（ｂ）〜図３（ｅ）において
は、半導体基板１１から平坦化層４２までの部位は図示
を省略している。感光性樹脂層の膜厚は０．３μｍ以下
の薄い膜厚とすれば、樹脂パターン７１形成後の樹脂レ
ンズ形状を保持し易く、レンズ間の狭ギャップを達成し
やすい。また、塗布性や分散性を向上させるために、感
光性樹脂溶液に界面活性剤を添加したり、複数の溶剤種
を混ぜたり、あるいは、樹脂の分子量や他樹脂の添加を
行っても良い。また、塗布の前処理としてアンダーコー
ト層を軽くエッチング処理、プラズマ処理、紫外線洗浄
等を実施しても良い。
【００２６】次に、樹脂パターン７１を熱フローさせ
て、樹脂レンズ７１ａを形成する（図３（ｃ）参照）。
樹脂レンズ７１ａの形成に用いる樹脂材料は、ポーラス
層を形成する透明樹脂、アンダーコート層を形成する材
料含め、可視域の透明性（可視域透過率）が高く、実用
的な信頼性（耐熱性、耐光性、耐熱サイクル等）があれ
ば良い。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエ
ステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、エリア樹脂
などの尿素樹脂、フェノール樹脂あるいはこれらの共重
合物などが樹脂レンズ素材として使用可能であり、一般
には、フェノール系の感光性樹脂あるいは低分子量のメ
ラミンーエポキシ共重合物が用いられる。
て、樹脂レンズ７１ａを形成する（図３（ｃ）参照）。
樹脂レンズ７１ａの形成に用いる樹脂材料は、ポーラス
層を形成する透明樹脂、アンダーコート層を形成する材
料含め、可視域の透明性（可視域透過率）が高く、実用
的な信頼性（耐熱性、耐光性、耐熱サイクル等）があれ
ば良い。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエ
ステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、エリア樹脂
などの尿素樹脂、フェノール樹脂あるいはこれらの共重
合物などが樹脂レンズ素材として使用可能であり、一般
には、フェノール系の感光性樹脂あるいは低分子量のメ
ラミンーエポキシ共重合物が用いられる。
【００２７】次に、樹脂レンズ７１ａ間の露出したアン
ダーコート層６１にプラズマアッシング、ドライエッチ
ング等を行って、凹部６２を形成する（図３（ｄ）参
照）。ここで、アンダーコート層６１と樹脂レンズ７１
ａとの間でエッチングレートに差を付け、樹脂レンズ７
１ａに対しアンダーコート層６１のエッチングレートを
高く設定してあるので、樹脂レンズ７１ａの表面形状が
維持された状態で、凹部６２を形成することができる。
凹部６２の深さは６μｍから０．０５μｍの範囲に設定
すればよいが、凹部６２の深さが１．５μｍを越えると
透明樹脂層形成時に塗布ムラが発生するので、好ましく
は、１．５〜０．０５μｍの範囲である。
ダーコート層６１にプラズマアッシング、ドライエッチ
ング等を行って、凹部６２を形成する（図３（ｄ）参
照）。ここで、アンダーコート層６１と樹脂レンズ７１
ａとの間でエッチングレートに差を付け、樹脂レンズ７
１ａに対しアンダーコート層６１のエッチングレートを
高く設定してあるので、樹脂レンズ７１ａの表面形状が
維持された状態で、凹部６２を形成することができる。
凹部６２の深さは６μｍから０．０５μｍの範囲に設定
すればよいが、凹部６２の深さが１．５μｍを越えると
透明樹脂層形成時に塗布ムラが発生するので、好ましく
は、１．５〜０．０５μｍの範囲である。
【００２８】次に、カーボン或いは着色剤等の光吸収剤
を含む着色樹脂溶液をスピンコーターにて塗布し、乾燥
後熱リフローさせて光吸収樹脂層を形成し、樹脂レンズ
７１ａ上の薄膜光吸収樹脂層をプラズマアッシング等に
て除去し、凹部６２に光吸収層６３を形成する（図３
（ｅ）参照）。この光吸収層６３は、マイクロレンズ間
に入射する光を吸収し、迷光による撮像素子のＳ／Ｎ比
低下を防ぐものである。
を含む着色樹脂溶液をスピンコーターにて塗布し、乾燥
後熱リフローさせて光吸収樹脂層を形成し、樹脂レンズ
７１ａ上の薄膜光吸収樹脂層をプラズマアッシング等に
て除去し、凹部６２に光吸収層６３を形成する（図３
（ｅ）参照）。この光吸収層６３は、マイクロレンズ間
に入射する光を吸収し、迷光による撮像素子のＳ／Ｎ比
低下を防ぐものである。
【００２９】次に、樹脂レンズ７１ａ上に透明樹脂溶液
をスピンコート等により塗布し、透明樹脂層を形成す
る。透明樹脂溶液としてはエポキシ樹脂あるいはアクリ
ル樹脂に硬化剤を適量混入したものを使用する。さら
に、透明樹脂層の樹脂表面を酸素プラズマ雰囲気でドラ
イエッチングすることにより、樹脂レンズ７１ａ上にピ
ッチ或いは大きさが０．０３〜０．３μｍの柱状樹脂８
１ａが並んだ光学的なボイド（空隙）８１ｂを有するポ
ーラス層８１を形成し、本発明の撮像素子２００を得る
（図３（ｆ）、図４参照）。光吸収層及びポーラス層を
設けることにより、マイクロレンズ表面やマイクロレン
ズ間の凹部からの光の反射を抑制することにより、これ
ら非有効部からの反射が撮像素子のカバーガラスから再
反射 、再入射してスミア等の原因となるノイズ光を減
少させ、撮像素子の特性を劣化させることを防止し、迷
光による撮像素子のＳ／Ｎ比低下を防いでいる。
をスピンコート等により塗布し、透明樹脂層を形成す
る。透明樹脂溶液としてはエポキシ樹脂あるいはアクリ
ル樹脂に硬化剤を適量混入したものを使用する。さら
に、透明樹脂層の樹脂表面を酸素プラズマ雰囲気でドラ
イエッチングすることにより、樹脂レンズ７１ａ上にピ
ッチ或いは大きさが０．０３〜０．３μｍの柱状樹脂８
１ａが並んだ光学的なボイド（空隙）８１ｂを有するポ
ーラス層８１を形成し、本発明の撮像素子２００を得る
（図３（ｆ）、図４参照）。光吸収層及びポーラス層を
設けることにより、マイクロレンズ表面やマイクロレン
ズ間の凹部からの光の反射を抑制することにより、これ
ら非有効部からの反射が撮像素子のカバーガラスから再
反射 、再入射してスミア等の原因となるノイズ光を減
少させ、撮像素子の特性を劣化させることを防止し、迷
光による撮像素子のＳ／Ｎ比低下を防いでいる。
【００３０】
【実施例】以下実施例により本発明を詳細に説明する。 ＜実施例１＞まず、公知の技術、方法にて、光電変換素
子２１が形成された半導体基板１１上に、遮光部３１、
平坦化膜４１、カラーフィルター５１及び平坦化膜４２
を順次形成し、平坦化層４２上にエポキシ系の樹脂溶液
をスピンコートしてアンダーコート層６１を形成し、中
間工程の撮像素子を作製した（図２（ａ）参照）。
子２１が形成された半導体基板１１上に、遮光部３１、
平坦化膜４１、カラーフィルター５１及び平坦化膜４２
を順次形成し、平坦化層４２上にエポキシ系の樹脂溶液
をスピンコートしてアンダーコート層６１を形成し、中
間工程の撮像素子を作製した（図２（ａ）参照）。
【００３１】次に、中間工程の撮像素子のアンダーコー
ト層６１上にフェノール系の感光性樹脂溶液（商品名
「３８０Ｈ」：ＪＳＲ社製）をスピンナーで塗布、乾燥
して、１．２μｍ厚の感光性樹脂層を形成し、感光性樹
脂層を所定のパターンを有するフォトマスクを用いて、
露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、アン
ダーコート層６１上に光電変換素子３１の配列に対応し
た５μｍピッチ、０．６μｍギャップの樹脂パターン７
１を形成した（図２（ｂ）参照）。
ト層６１上にフェノール系の感光性樹脂溶液（商品名
「３８０Ｈ」：ＪＳＲ社製）をスピンナーで塗布、乾燥
して、１．２μｍ厚の感光性樹脂層を形成し、感光性樹
脂層を所定のパターンを有するフォトマスクを用いて、
露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、アン
ダーコート層６１上に光電変換素子３１の配列に対応し
た５μｍピッチ、０．６μｍギャップの樹脂パターン７
１を形成した（図２（ｂ）参照）。
【００３２】次に、樹脂パターン７１が形成された中間
工程の撮像素子をホットプレートで１８０℃３分間加熱
し、熱フロー処理を行い、アンダーコート層６１上に辺
方向のギャップが０．４μｍ、レンズの高さ１．４μｍ
の樹脂レンズ７１ａを形成した（図２（ｃ）参照）。
工程の撮像素子をホットプレートで１８０℃３分間加熱
し、熱フロー処理を行い、アンダーコート層６１上に辺
方向のギャップが０．４μｍ、レンズの高さ１．４μｍ
の樹脂レンズ７１ａを形成した（図２（ｃ）参照）。
【００３３】次に、ドライエッチング装置を用いて、Ｏ
2ガスを導入し、圧力：２０Ｐａ、ＲＦパワー：１ｋ
ｗ、基板温度：常温（ＲＴ）、処理時間：２５秒にて、
エッチング処理を行い、樹脂レンズ７１ａ間のアンダー
コート層６１に深さ０．３μｍの凹部６２を形成した
（図２（ｄ）参照）。ここで、上記エッチング条件にお
いて、樹脂レンズ７１ａの形成に使用した感光性フェノ
ール系樹脂のエッチングレートはアンダーコート層６１
の形成に使用したエポキシ樹脂のエッチングレートの１
／３であった。樹脂レンズの材料である感光性フェノー
ル系樹脂のエッチングレートが小さいため、深さ０．３
μｍの凹部６２が形成された後でも樹脂レンズのレンズ
形状が保持され、レンズ曲率の変化を少なくする効果と
マイクロレンズ間の対角方向の凹部を深く加工すること
が可能で、このことにより、樹脂レンズの狭ギャップを
実現することができる。
2ガスを導入し、圧力：２０Ｐａ、ＲＦパワー：１ｋ
ｗ、基板温度：常温（ＲＴ）、処理時間：２５秒にて、
エッチング処理を行い、樹脂レンズ７１ａ間のアンダー
コート層６１に深さ０．３μｍの凹部６２を形成した
（図２（ｄ）参照）。ここで、上記エッチング条件にお
いて、樹脂レンズ７１ａの形成に使用した感光性フェノ
ール系樹脂のエッチングレートはアンダーコート層６１
の形成に使用したエポキシ樹脂のエッチングレートの１
／３であった。樹脂レンズの材料である感光性フェノー
ル系樹脂のエッチングレートが小さいため、深さ０．３
μｍの凹部６２が形成された後でも樹脂レンズのレンズ
形状が保持され、レンズ曲率の変化を少なくする効果と
マイクロレンズ間の対角方向の凹部を深く加工すること
が可能で、このことにより、樹脂レンズの狭ギャップを
実現することができる。
【００３４】次に、透明なアクリル樹脂（商品名「ＴＯ
Ｃ」：富士薬品（株）社製）５部に酸系硬化剤（商品名
「ＴＯＨＣ−ＨＡ」）２部を混合したアクリル樹脂溶液
をスピンコートにて塗布し、樹脂レンズ７１ａ及び凹部
６２を覆うように、膜厚０．２μｍ弱の透明樹脂層を形
成した。結果、マイクロレンズ（樹脂レンズ＋透明樹脂
層）間のギャップ寸法は、０．１μｍと狭ギャップであ
った。さらに、ドライエッチング装置に酸素を５０ｓｃ
ｃｍ導入して、圧力：２０Ｐａ、ＲＦパワー：１ｋｗ、
基板温度：常温（ＲＴ）、処理時間：２０秒にて、透明
樹脂層表面をエッチング処理し、ポーラス層８１を形成
した。ポーラス層８１は、およそ０．１μｍの柱状樹脂
８１ａが、０．０５〜０．１５μｍピッチで配置されて
いた。以上の工程により、樹脂レンズ７１ａ上にポーラ
ス層８１が形成されたマイクロレンズ９０を有する撮像
素子１００を得ることができた（図２（ｅ）参照）。
Ｃ」：富士薬品（株）社製）５部に酸系硬化剤（商品名
「ＴＯＨＣ−ＨＡ」）２部を混合したアクリル樹脂溶液
をスピンコートにて塗布し、樹脂レンズ７１ａ及び凹部
６２を覆うように、膜厚０．２μｍ弱の透明樹脂層を形
成した。結果、マイクロレンズ（樹脂レンズ＋透明樹脂
層）間のギャップ寸法は、０．１μｍと狭ギャップであ
った。さらに、ドライエッチング装置に酸素を５０ｓｃ
ｃｍ導入して、圧力：２０Ｐａ、ＲＦパワー：１ｋｗ、
基板温度：常温（ＲＴ）、処理時間：２０秒にて、透明
樹脂層表面をエッチング処理し、ポーラス層８１を形成
した。ポーラス層８１は、およそ０．１μｍの柱状樹脂
８１ａが、０．０５〜０．１５μｍピッチで配置されて
いた。以上の工程により、樹脂レンズ７１ａ上にポーラ
ス層８１が形成されたマイクロレンズ９０を有する撮像
素子１００を得ることができた（図２（ｅ）参照）。
【００３５】本実施例１で得られた撮像素子１００の樹
脂レンズ７１ａ上にポーラス層８１が形成されたマイク
ロレンズ９０の反射率は、ポーラス層８１を形成しない
ものと比較して１／４の低反射率を示した。図５に、実
施例１で得られたポーラス層８１の表面のテクスチャー
を示す電子顕微鏡写真（６万倍）を示す。およそ０．１
μｍの樹脂柱が形成されていることが確認できた。
脂レンズ７１ａ上にポーラス層８１が形成されたマイク
ロレンズ９０の反射率は、ポーラス層８１を形成しない
ものと比較して１／４の低反射率を示した。図５に、実
施例１で得られたポーラス層８１の表面のテクスチャー
を示す電子顕微鏡写真（６万倍）を示す。およそ０．１
μｍの樹脂柱が形成されていることが確認できた。
【００３６】＜実施例２＞まず、公知の技術、方法に
て、光電変換素子２１が形成された半導体基板１１上
に、遮光部３１、平坦化膜４１、カラーフィルター５１
及び平坦化膜４２を順次形成し、平坦化層４２上にエポ
キシ系の樹脂溶液をスピンコートしてアンダーコート層
６１を形成し、中間工程の撮像素子を作製した（図３
（ａ）参照）。
て、光電変換素子２１が形成された半導体基板１１上
に、遮光部３１、平坦化膜４１、カラーフィルター５１
及び平坦化膜４２を順次形成し、平坦化層４２上にエポ
キシ系の樹脂溶液をスピンコートしてアンダーコート層
６１を形成し、中間工程の撮像素子を作製した（図３
（ａ）参照）。
【００３７】次に、中間工程の撮像素子のアンダーコー
ト層６１上にフェノール系の感光性樹脂溶液（商品名
「３８０Ｈ」：ＪＳＲ社製）をスピンナーで塗布、乾燥
して、１．２μｍ厚の感光性樹脂層を形成し、感光性樹
脂層を所定のパターンを有するフォトマスクを用いて、
露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、アン
ダーコート層６１上に光電変換素子３１の配列に対応し
た５μｍピッチ、０．６μｍギャップの樹脂パターン７
１を形成した（図３（ｂ）参照）。
ト層６１上にフェノール系の感光性樹脂溶液（商品名
「３８０Ｈ」：ＪＳＲ社製）をスピンナーで塗布、乾燥
して、１．２μｍ厚の感光性樹脂層を形成し、感光性樹
脂層を所定のパターンを有するフォトマスクを用いて、
露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、アン
ダーコート層６１上に光電変換素子３１の配列に対応し
た５μｍピッチ、０．６μｍギャップの樹脂パターン７
１を形成した（図３（ｂ）参照）。
【００３８】次に、樹脂パターン７１が形成された中間
工程の撮像素子をホットプレートで１８０℃３分間加熱
し、熱フロー処理を行い、アンダーコート層６１上に辺
方向のギャップが０．４μｍ、レンズの高さ１．５μｍ
の樹脂レンズ７１ａを形成した（図３（ｃ）参照）。
工程の撮像素子をホットプレートで１８０℃３分間加熱
し、熱フロー処理を行い、アンダーコート層６１上に辺
方向のギャップが０．４μｍ、レンズの高さ１．５μｍ
の樹脂レンズ７１ａを形成した（図３（ｃ）参照）。
【００３９】次に、ドライエッチング装置を用いて、Ｏ
2ガスを導入し、圧力：２０Ｐａ、ＲＦパワー：１ｋ
ｗ、基板温度：常温（ＲＴ）、処理時間：２５秒にて、
エッチング処理を行い、樹脂レンズ７１ａ間のアンダー
コート層６１に深さ０．４μｍの凹部６２を形成した
（図３（ｄ）参照）。
2ガスを導入し、圧力：２０Ｐａ、ＲＦパワー：１ｋ
ｗ、基板温度：常温（ＲＴ）、処理時間：２５秒にて、
エッチング処理を行い、樹脂レンズ７１ａ間のアンダー
コート層６１に深さ０．４μｍの凹部６２を形成した
（図３（ｄ）参照）。
【００４０】次に、樹脂レンズ７１ａ及び凹部６２を覆
うように、熱硬化フェノール樹脂に０．１μｍ以下の粒
径のカーボンを固形比にて８％含有させた光吸収樹脂溶
液をスピンナーにて塗布し、このあと、２００℃のホッ
トプレート上で２００℃迄一気に昇温し、樹脂を硬化さ
せ、光吸収樹脂層を形成し、樹脂レンズ７１ａ上の薄膜
光吸収樹脂層をプラズマ処理にて除去し、凹部６２に光
吸収層６３を形成した（図３（ｅ）参照）。光吸収樹脂
には熱フロー性を持たせているため、昇温時に樹脂がメ
ルトし、凹部６２に流れ込み、約０．７μｍ厚の光吸収
層６３が形成され、樹脂レンズ７１ａ上にも約０．１μ
ｍの薄膜光吸収樹脂層が残存し、プラズマ処理にて除去
した。
うように、熱硬化フェノール樹脂に０．１μｍ以下の粒
径のカーボンを固形比にて８％含有させた光吸収樹脂溶
液をスピンナーにて塗布し、このあと、２００℃のホッ
トプレート上で２００℃迄一気に昇温し、樹脂を硬化さ
せ、光吸収樹脂層を形成し、樹脂レンズ７１ａ上の薄膜
光吸収樹脂層をプラズマ処理にて除去し、凹部６２に光
吸収層６３を形成した（図３（ｅ）参照）。光吸収樹脂
には熱フロー性を持たせているため、昇温時に樹脂がメ
ルトし、凹部６２に流れ込み、約０．７μｍ厚の光吸収
層６３が形成され、樹脂レンズ７１ａ上にも約０．１μ
ｍの薄膜光吸収樹脂層が残存し、プラズマ処理にて除去
した。
【００４１】次に、透明なアクリル樹脂（商品名「ＴＯ
Ｃ」：富士薬品（株）社製）５部に酸系硬化剤（商品名
「ＴＯＨＣ−ＨＡ」）２部を混合したアクリル樹脂溶液
をスピンコートにて塗布し、樹脂レンズ７１ａを覆うよ
うに、膜厚０．２μｍ弱の透明樹脂層を形成した。さら
に、ドライエッチング装置に酸素を５０ｓｃｃｍ導入し
て、圧力：２０Ｐａ、ＲＦパワー：１ｋｗ、基板温度：
常温（ＲＴ）、処理時間：２０秒にて、透明樹脂層表面
をエッチング処理して、ポーラス層８１を形成した。ポ
ーラス層８１は、およそ０．１μｍの柱状樹脂８１ａ
が、０．０５〜０．１５μｍピッチで配置されていた。
以上の工程により、樹脂レンズ７１ａ上にポーラス層８
１が形成されたマイクロレンズ９０間に光吸収層６３を
有する撮像素子２００を得ることができた（図３（ｆ）
参照）。
Ｃ」：富士薬品（株）社製）５部に酸系硬化剤（商品名
「ＴＯＨＣ−ＨＡ」）２部を混合したアクリル樹脂溶液
をスピンコートにて塗布し、樹脂レンズ７１ａを覆うよ
うに、膜厚０．２μｍ弱の透明樹脂層を形成した。さら
に、ドライエッチング装置に酸素を５０ｓｃｃｍ導入し
て、圧力：２０Ｐａ、ＲＦパワー：１ｋｗ、基板温度：
常温（ＲＴ）、処理時間：２０秒にて、透明樹脂層表面
をエッチング処理して、ポーラス層８１を形成した。ポ
ーラス層８１は、およそ０．１μｍの柱状樹脂８１ａ
が、０．０５〜０．１５μｍピッチで配置されていた。
以上の工程により、樹脂レンズ７１ａ上にポーラス層８
１が形成されたマイクロレンズ９０間に光吸収層６３を
有する撮像素子２００を得ることができた（図３（ｆ）
参照）。
【００４２】本実施例２で得られた撮像素子２００の樹
脂レンズ７１ａ上にポーラス層８１が形成されたマイク
ロレンズ９０の反射率は、ポーラス層８１を形成しない
ものと比較して１／４の低反射率を示した。図５に、実
施例２で得られたポーラス層８１の表面のテクスチャー
を示す電子顕微鏡写真（６万倍）を示す。およそ０．１
μｍの樹脂柱が形成されていることが確認できた。
脂レンズ７１ａ上にポーラス層８１が形成されたマイク
ロレンズ９０の反射率は、ポーラス層８１を形成しない
ものと比較して１／４の低反射率を示した。図５に、実
施例２で得られたポーラス層８１の表面のテクスチャー
を示す電子顕微鏡写真（６万倍）を示す。およそ０．１
μｍの樹脂柱が形成されていることが確認できた。
【００４３】
【発明の効果】本発明は、樹脂レンズ上にポーラス層が
形成されたマイクロレンズを撮像素子エレメント上に設
けているため、マイクロレンズ上での光の反射・散乱が
抑制され、実質的な開口率を向上でき、Ｓ／Ｎ比の大幅
な改善を得ることができる撮像素子を低コストで提供で
きる。さらに、光吸収層をマイクロレンズ間に選択的
（セルフアライン）に形成しているため、光吸収層を位
置合わせ精度良く形成でき、斜め入射光や散乱光をカッ
トして、撮像素子のＳ／Ｎ比の大幅な改善を得ることが
できる。
形成されたマイクロレンズを撮像素子エレメント上に設
けているため、マイクロレンズ上での光の反射・散乱が
抑制され、実質的な開口率を向上でき、Ｓ／Ｎ比の大幅
な改善を得ることができる撮像素子を低コストで提供で
きる。さらに、光吸収層をマイクロレンズ間に選択的
（セルフアライン）に形成しているため、光吸収層を位
置合わせ精度良く形成でき、斜め入射光や散乱光をカッ
トして、撮像素子のＳ／Ｎ比の大幅な改善を得ることが
できる。
【図１】（ａ）は、本発明の撮像素子の一実施例を示す
模式部分平面図である。（ｂ）は、（ａ）の模式平面図
をＡ−Ａ’線で切断した模式部分構成断面図である。
模式部分平面図である。（ｂ）は、（ａ）の模式平面図
をＡ−Ａ’線で切断した模式部分構成断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の撮像素子の請求項
５に係わる撮像素子の製造方法の一実施例を工程順に示
す部分模式構成断面図である。
５に係わる撮像素子の製造方法の一実施例を工程順に示
す部分模式構成断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の撮像素子の請求項
６に係わる撮像素子の製造方法の一実施例を工程順に示
す部分模式構成断面図である。
６に係わる撮像素子の製造方法の一実施例を工程順に示
す部分模式構成断面図である。
【図４】本発明の撮像素子の樹脂レンズ上に形成された
ポーラス層を模式的に示す説明図である。
ポーラス層を模式的に示す説明図である。
【図５】本発明の撮像素子の樹脂レンズ上に形成された
ポーラス層の表面のテクスチャーの電子顕微鏡写真を示
す説明図である。
ポーラス層の表面のテクスチャーの電子顕微鏡写真を示
す説明図である。
【図６】（ａ）は、マイクロレンズの模式部分平面図を
示す平面図である。（ｂ）は、アンダーコート層上に形
成された樹脂レンズの構成を示す説明図である。（ｃ）
は、アンダーコート層上に形成されたマイクロレンズの
構成を示す説明図である。
示す平面図である。（ｂ）は、アンダーコート層上に形
成された樹脂レンズの構成を示す説明図である。（ｃ）
は、アンダーコート層上に形成されたマイクロレンズの
構成を示す説明図である。
１１……半導体基板 ２１……光電変換素子 ３１……遮光部 ４１、４２……平坦化層 ５１……カラーフィルタ ６１、１１１……アンダーコート層 ６２……凹部 ６３……光吸収層 ７１……樹脂パターン ７１ａ、１２１……樹脂レンズ ８１……ポーラス層 ８１ａ……柱状樹脂 ８１ｂ……光学的なボイド（空隙） ９０、１４０……マイクロレンズ １００、２００……撮像素子 １３１……透明樹脂層 １４１……凹部 ＶP……ボイド（空隙）のピッチ Ｖｔ……ポーラス層の膜厚
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｇ０２Ｂ 1/10 Ａ Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｂ Ｆターム(参考） 2H042 AA09 AA15 AA21 2K009 AA04 BB11 CC21 DD02 DD12 4M118 AA01 AA05 AB01 BA10 BA14 CA03 GC07 GD04 5C024 CX03 CX41 EX24 EX43 EX52 GX03 GY01 GY31 5F088 BA01 BB03 EA04 HA05 HA20
Claims (6)
- 【請求項１】少なくとも複数の光電変換素子と、平坦化
層と、カラーフィルターと、アンダーコート層と、マイ
クロレンズとを備えた撮像素子において、前記マイクロ
レンズが樹脂レンズと樹脂表面に光学的なボイド（空
隙）を有するポーラス層とからなることを特徴とする撮
像素子。 - 【請求項２】前記ポーラス層のボイド（空隙）及び厚み
が、可視光領域の光波長のおよそλ／４になっているこ
とを特徴とする請求項１記載の撮像素子。 - 【請求項３】前記マイクロレンズ間に凹部を形成し、且
つ、前記凹部に光吸収層を設けたことを特徴とする請求
項１又は請求項２記載の撮像素子。 - 【請求項４】前記アンダーコート層の材料が、前記樹脂
レンズを構成する樹脂よりエッチングレートの高い樹脂
からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
れか一項に記載の撮像素子。 - 【請求項５】以下の工程を少なくとも備えることを特徴
とする撮像素子の製造方法。 （ａ）半導体基板に光電変換素子、遮光部、平坦化層、
カラーフィルタ、平坦化層及びアンダーコート層を形成
した中間工程の撮像素子を作製する工程。 （ｂ）前記アンダーコート層上に感光性材料を塗布し、
感光性樹脂層を形成し、露光、現像処理して樹脂パター
ンを形成する工程。 （ｃ）前記樹脂パターンを熱フローさせて樹脂レンズを
形成する工程。 （ｄ）前記樹脂レンズ間の露出した前記アンダーコート
層に凹部を形成する工程 （ｅ）前記樹脂レンズ上に透明樹脂を塗布して、透明樹
脂層を形成し、前記透明樹脂層をドライエッチングする
ことにより、樹脂表面のボイド（空隙）及び厚みが、光
の波長のおよそλ／４になるようなポーラス層を形成
し、撮像素子を作製する工程。 - 【請求項６】以下の工程を少なくとも備えることを特徴
とする撮像素子の製造方法。 （ａ）半導体基板に光電変換素子、遮光部、平坦化層、
カラーフィルタ、平坦化層及びアンダーコート層を形成
した中間工程の撮像素子を作製する工程。 （ｂ）前記アンダーコート層上に感光性材料を塗布し、
感光性樹脂層を形成し、露光、現像処理して樹脂パター
ンを形成する工程。 （ｃ）前記樹脂パターンを熱フローさせて樹脂レンズを
形成する工程。 （ｄ）前記樹脂レンズ間の露出した前記アンダーコート
層に凹部を形成する工程 （ｅ）前記樹脂レンズ及び前記樹脂レンズ間の凹部に光
吸収剤を含有する黒色樹脂を塗布し黒色樹脂層を形成し
た後、前記樹脂レンズ上の前記黒色樹脂層を除去し、前
記樹脂レンズ間の凹部に光吸収層を形成する工程。 （ｆ）前記樹脂レンズ上に透明樹脂を塗布して、透明樹
脂層を形成し、前記透明樹脂層をドライエッチングする
ことにより、樹脂表面のボイド（空隙）及び厚みが、光
の波長のおよそλ／４になるようなポーラス層を形成
し、撮像素子を作製する工程。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001054901A JP3921952B2 (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 撮像素子及びその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002261261A true JP2002261261A (ja) | 2002-09-13 |
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ID=18915165
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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-
2001
- 2001-02-28 JP JP2001054901A patent/JP3921952B2/ja not_active Expired - Lifetime
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