JP2002299594A - 赤外線反射膜を有する固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

赤外線反射膜を有する固体撮像素子及びその製造方法

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JP2002299594A JP2001104422A JP2001104422A JP2002299594A JP 2002299594 A JP2002299594 A JP 2002299594A JP 2001104422 A JP2001104422 A JP 2001104422A JP 2001104422 A JP2001104422 A JP 2001104422A JP 2002299594 A JP2002299594 A JP 2002299594A
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健蔵 福吉
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Abstract

(57)【要約】 【課題】赤外線を反射する固体撮像素子で、且つ高精細
な固体撮像素子であっても感度低下させず、マイクロレ
ンズ表面の反射率を低減させフレアを防止した赤外線反
射膜を有っする固体撮像素子、その製造方法を提供する
こと。 【解決手段】光電変換素子１１上に、下地樹脂層１３、
樹脂レンズ１４、透明無機膜／導電性薄膜／透明無機膜
構成の光学機能薄膜１８を備えること。下地樹脂層上に
樹脂レンズを形成した後に、光学機能薄膜、パッド部形
状が除去されたフォトレジストパターンを形成し、パッ
ド部上方の下地樹脂層を露出させ、パッド部を露出させ
る工程を具備すること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｃ−ＭＯＳやＣＣ
Ｄによる受光素子に代表される固体撮像素子に関もので
あり、特に、赤外線を反射する特性を有し、且つ撮像素
子上に形成されるマイクロレンズの実効的な開口率を上
げて感度を向上させた、また、外部光入射に係わるノイ
ズを低減させた赤外線反射膜を有する固体撮像素子、及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤなどの固体撮像素子上の受光素子
は、人間の視感波長領域（可視光領域）に感度を持つと
同時に、近赤外領域（７００ｎｍから１２００ｎｍ）に
も感度を有している。近赤外領域の受光素子の感度は、
受光した画像の処理を行う上で、明るさ調整や色バラン
スの調整に大きな支障をもたらすことになる。図１１
は、人間の視感度（１）と受光素子の感度（２）を説明
する図であるが、斜線で示す部分がカットしたい近赤外
領域である。こうした画像の処理に支障をもたらす近赤
外線をカットするため、受光素子のカバーガラスの外側
の面に無機多層膜による赤外線カットフィルタを形成す
ることが一般的である。この無機多層膜による近赤外線
カットフィルタは、例えば、ＴｉＯ２ とＳｉＯ２ の
５層、７層以上の多層にて真空成膜で形成されている。
【０００３】また、ＣＣＤなどの固体撮像素子上の受光
素子が光電変換に寄与する領域（開口部）は、固体撮像
素子の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ので、これを補
うために受光素子（光電変換素子）上に集光用のマイク
ロレンズを形成することが一般的である。しかしなが
ら、近時、２００万画素を超える高精細な固体撮像素子
への画質要求がつよくなり、これら高精細な固体撮像素
子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）、及びスミアなどのノイズ増加が大きな問題と
なってきている。
【０００４】一般に、マイクロレンズは感光性樹脂を用
いてのフォトリソグラフィー技術と熱フロー技術を併用
し形成しているので、これらの技術からくる制約で、マ
イクロレンズの隣接する辺方向のレンズ間ギャップは、
１μｍからせいぜい０．４μｍである。ところが、高精
細な固体撮像素子においては、５μｍ以下のマイクロレ
ンズの配列ピッチ、及び０．３μｍ以下のレンズ間ギャ
ップ（以下、狭ギャップ）となる。
【０００５】上記技術を用いてレンズ間ギャップを０．
３μｍ以下に形成すると、隣接するマイクロレンズは各
々の辺部でくっつき、ムラ不良となることが多く量産性
のある技術とはならない。こうした従来技術からくる制
約は、高精細な固体撮像素子の開口率低下、換言すると
固体撮像素子の感度低下、及びスミアなどのノイズ増加
につながる問題となっている。また、マイクロレンズ表
面の反射率は５％〜６％程度であり、マイクロレンズ表
面で発生した反射光がカバーガラス内面で再反射する。
その再反射光や散乱光が、フレア、ゴーストなどのノイ
ズとして画質を低下させる大きな問題となっている。
【０００６】マイクロレンズ表面の反射率を低下させる
反射防止膜（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｒｅｃｔｉｏｎ膜、以下
ＡＲ膜と記す）としては、樹脂レンズ上に樹脂レンズの
材料と屈折率差のある薄膜を積層する技術が、例えば、
特開平４−２２３３７１号に既に示されている。特開平
４−２２３３７１号では、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ＡＲ膜として示されてい
るが、使用する材料名は開示されていない。
【０００７】使用する材料としては、低屈折率弗化物
（もしくは低屈折率酸化物）と高屈折率酸化物があげら
れ、こうした酸化物や弗化物は屈折率差を大きくとれる
ので、これらを積層することにより高性能なＡＲ膜を作
製することができる。しかし、樹脂レンズ上にＡＲ膜を
形成する技術は、製造上いくつかの問題を抱えており実
用するのは非常に困難なものである。
【０００８】具体的には、以下に説明するＰＰ工程と称
される工程への対応が困難である。樹脂を材料としたマ
イクロレンズや、下地樹脂層、カラーフィルタなど有機
樹脂を構成要素に含む固体撮像素子では、受光素子（光
電変換素子）と外部との電気的接続をとるために、パッ
ド部上からこれら有機樹脂をとり除いて端子部であるパ
ッド部を露出させることが不可欠である。この露出させ
る工程をＰＰ工程と呼ぶが、このＰＰ工程は、パッド部
上方のパッド部パターン以外の有機樹脂上をフォトレジ
ストで覆い、酸素プラズマを用いたドライエッチングに
てパッド部上の有機樹脂膜を除去し、あとに残ったフォ
トレジストを高濃度のアルカリ溶液で剥膜、洗浄し除去
するといった工程である。
【０００９】しかし、例えば、特開平４−２５９２５６
号に示されている技術は、マイクロレンズ表面上に、フ
ッ化マグネシウムを形成する技術であり、また、特許第
２７１９２３８号に示されている技術は、ＬＢ法（ラン
グミュア・ブロジェット法）によってフッ素含有樹脂膜
を形成する技術であるが、これらのＡＲ膜は、フォトレ
ジストをはじくために、ＡＲ膜上にフォトレジストを形
成することができず、仮にフォトレジストを形成するこ
とができても、これらの膜はアルカリ溶液で下地のマイ
クロレンズ表面から剥がれてしまうといった基本的な欠
点があり実用化に至っていない。
【００１０】加えて、これらのＡＲ膜は、ＰＰ工程中の
酸素プラズマで消失したり、フッ化マグネシウムは酸化
マグネシウムに変質し（酸素プラズマでたたかれること
により、フッ素がとれて酸素に置き換わる）、屈折率が
変化して反射防止機能を失うといった重欠陥もある。
【００１１】また、樹脂レンズ上に有機樹脂を用いてス
ピンコートなどでＡＲ膜を形成することはコスト的に有
利であるが、良好なＡＲ膜を得るには、低屈折率層と高
屈折率層を交互に２層、あるいは３層以上積層する必要
があり、有機樹脂を材料として用いた組み合わせでは屈
折率差が十分にとれず、良好な特性のＡＲ膜を得ること
は困難である。また、フッ素樹脂などの低屈折率樹脂は
上記のように、塗膜形成時のはじきや塗膜の密着力の低
い事が問題で実用化になっていない。
【００１２】一方、高屈折率層を無機の高屈折率酸化物
で形成すると高屈折率の確保ができるため、積層する低
屈折率層の選択範囲が広くなると同時に、良好な特性の
ＡＲ膜を得ることができるが、樹脂レンズ上への高屈折
率酸化物の成膜には厳しい条件が伴う。すなわち、酸化
チタンのような高屈折率酸化物は、樹脂を用いたレンズ
上に形成するためには２００℃以下の低温で成膜する必
要があるが、酸化チタンは成膜する対象の基板を２００
℃以上に加熱しないと高透過率とならず光吸収の多い膜
となり、同時にその膜の安定した光学定数が得られない
問題がある。また、高屈折率酸化物は成膜するときのレ
ート（成膜スピード）が著しく遅く、生産効率が低下す
るなど製造上大きな問題を抱えている。
【００１３】また、Ｃ−ＭＯＳやＣＣＤなどの固体撮像
素子は、その画素の大きさが１５μｍ〜２μｍと極めて
小さくゴミ、異物の付着がそのまま画素欠陥となりやす
い問題を抱えている。これら固体撮像素子の表面はマイ
クロレンズやカラーフィルタなどの導電性のない有機樹
脂であることから、静電気を帯電しやすくゴミ、異物の
付着による画像欠陥を生じやすいものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、カバーガラ
スの外側の面に赤外線カットフィルタを設けることな
く、赤外線を反射することのできる固体撮像素子であっ
て、且つ、高精細な固体撮像素子であっても固体撮像素
子に感度低下をもたらさず、また、マイクロレンズ表面
の反射率を低減させフレア、ゴーストなどを防止した固
体撮像素子であって、その製造においては、低温で成膜
することができ、反射防止膜を変質させず、静電気の帯
電を防止して収率よく製造することのできる赤外線反射
膜を有する固体撮像素子を提供することを課題とするも
のである。また、その赤外線反射膜を有する固体撮像素
子の製造方法を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の光電変
換素子上に、少なくとも下地樹脂層、複数の樹脂レン
ズ、該複数の樹脂レンズ上に光学機能薄膜をこの順で備
える固体撮像素子において、該光学機能薄膜が〔透明無
機膜／導電性薄膜／透明無機膜〕の構成であることを特
徴とする赤外線反射膜を有する固体撮像素子である。
【００１６】また、本発明は、上記発明による赤外線反
射膜を有する固体撮像素子において、前記透明無機膜が
高屈折率酸化物であり、且つ、前記導電性薄膜が銀合金
であることを特徴とする赤外線反射膜を有する固体撮像
素子である。
【００１７】また、本発明は、上記発明による赤外線反
射膜を有する固体撮像素子において、前記透明無機膜が
酸化インジウム混合酸化物であることを特徴とする赤外
線反射膜を有する固体撮像素子である。
【００１８】また、本発明は、上記発明による赤外線反
射膜を有する固体撮像素子において、前記透明無機膜が
酸化インジウム混合酸化物に酸化セリウム又は／及び酸
化チタンを加えた酸化インジウム混合酸化物であること
を特徴とする赤外線反射膜を有する固体撮像素子であ
る。
【００１９】また、本発明は、上記発明による赤外線反
射膜を有する固体撮像素子において、前記透明無機膜が
酸溶解性無機膜であることを特徴とする赤外線反射膜を
有する固体撮像素子である。
【００２０】また、本発明は、上記発明による赤外線反
射膜を有する固体撮像素子において、前記下地樹脂層
が、その複数の樹脂レンズ側の面の、複数の樹脂レンズ
間に凹部を有する下地樹脂層であることを特徴とする赤
外線反射膜を有する固体撮像素子である。
【００２１】また、本発明は、上記発明による赤外線反
射膜を有する固体撮像素子において、前記複数の光電変
換素子と前記複数の樹脂レンズの間に、カラーフィルタ
を備えることを特徴とする赤外線反射膜を有する固体撮
像素子である。
【００２２】また、本発明は、複数の光電変換素子上
に、少なくとも下地樹脂層、複数の樹脂レンズ、該複数
の樹脂レンズ上に〔透明無機膜／導電性薄膜／透明無機
膜〕で構成される光学機能薄膜をこの順で備える赤外線
反射膜を有する固体撮像素子の製造において、該下地樹
脂層上に複数の樹脂レンズを形成した後に、 １）該下地樹脂層、及び該複数の樹脂レンズを覆うよう
に、該〔透明無機膜／導電性薄膜／透明無機膜〕で構成
される光学機能薄膜をこの順で形成する工程、 ２）該光学機能薄膜上にフォトレジストを塗布し、光電
変換素子との電気的接続を確保するためのパッド部上方
のフォトレジストのみを除去し、該パッド部と同一平面
形状の、フォトレジストが除去されたフォトレジストパ
ターンを形成し、パッド部上方の光学機能薄膜をパッド
部と同一平面形状に露出させる工程、 ３）該光学機能薄膜のパッド部と同一平面形状に露出し
た部分を酸で溶解除去し、パッド部上方の下地樹脂層を
パッド部と同一平面形状に露出させる工程、 ４）該下地樹脂層のパッド部と同一平面形状に露出した
部分を除去し、パッド部を露出させる工程、 を具備することを特徴とする赤外線反射膜を有する固体
撮像素子の製造方法である。
【００２３】また、本発明は、複数の光電変換素子上
に、少なくとも下地樹脂層、複数の樹脂レンズ、該複数
の樹脂レンズ上に〔透明無機膜／導電性薄膜／透明無機
膜〕で構成される光学機能薄膜をこの順で備える赤外線
反射膜を有する固体撮像素子の製造において、該下地樹
脂層上に複数の樹脂レンズを形成した後に、 １）光電変換素子との電気的接続を確保するためのパッ
ド部上方の下地樹脂層上に、該パッド部と同一平面形状
のフォトレジストパターンを形成する工程、 ２）該下地樹脂層、該フォトレジストパターン、及び該
複数の樹脂レンズを覆うように、上記〔透明無機膜／導
電性薄膜／透明無機膜〕で構成される光学機能薄膜をこ
の順で形成する工程、 ３）該フォトレジストパターンと、フォトレジストパタ
ーン上に形成された〔透明無機膜／導電性薄膜／透明無
機膜〕で構成される光学機能薄膜とをリフトオフによっ
て除去し、パッド部上方の下地樹脂層をパッド部の形状
と同一平面形状に露出させる工程、 ４）該下地樹脂層の、パッド部と同一平面形状に露出し
た部分を除去し、パッド部を露出させる工程、 を具備することを特徴とする赤外線反射膜を有する固体
撮像素子の製造方法である。
【００２４】また、本発明は、請求項９記載の赤外線反
射膜を有する固体撮像素子の製造方法において、前記
１）光電変換素子との電気的接続を確保するためのパッ
ド部上方の下地樹脂層上に、該パッド部と同一平面形状
のフォトレジストパターンを形成する工程、の前に、複
数の樹脂レンズ間の下地樹脂層が露出する部分に凹部を
形成する工程を具備することを特徴とする赤外線反射膜
を有する固体撮像素子の製造方法である。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下に本発明による赤外線反射膜
を有する固体撮像素子、及びその製造方法を、その実施
形態に基づいて説明する。図１は、本発明による赤外線
反射膜を有する固体撮像素子の一実施例の部分断面図で
ある。図１に示すように、本発明による赤外線反射膜を
有する固体撮像素子は、光電変換素子（１１）が形成さ
れた半導体基板（１０）上に平坦化層（１９）、カラー
フィルタ（１２）、下地樹脂層（１３）、樹脂レンズ
（１４）、〔透明無機膜（１５）／導電性薄膜（１６）
／透明無機膜（１７）〕で構成される光学機能薄膜（１
８）が、この順で積層し形成されたものである。
【００２６】本発明は、光学機能薄膜（１８）が、〔透
明無機膜／導電性薄膜／透明無機膜〕で構成された、赤
外線反射膜であることを特徴とするものである。導電性
薄膜（１６）は、ＩＴＯとよばれる導電性酸化物、Ｔｉ
Ｎに代表される窒化物でも良いが、フリーエレクトロン
の濃度が高く赤外線反射の効果の高い銀、ないし、銀合
金が好ましい。銅、金の薄膜でも使用できるが、光透過
率の観点で銀、ないし、銀合金が好ましい。
【００２７】また、本発明は、透明無機膜（１５）、
（１７）が高屈折率酸化物であり、且つ、導電性薄膜
（１６）が銀合金であることを特徴とするものである。
導電性薄膜（１６）は光学特性（消衰係数や屈折率に代
表される光学定数）の面ではピュアな銀が好ましいが、
耐湿性や耐熱性などの信頼性の点で金や銅をそれぞれ
０．２％〜２％の範囲で銀に添加した銀合金がより適し
ている。このほか、パラジウム、ロジウム、白金、ニッ
ケル、その他の金属を２％以下の少量添加してもよい。
【００２８】また、本発明は、透明無機膜（１５）、
（１７）が酸化インジウム混合酸化物であることを特徴
とするが、酸化インジウムは、その成膜条件により、お
よそ屈折率１．８〜２．０の範囲内で形成できるが、よ
り高屈折率の酸化セリウムや酸化チタンを酸化インジウ
ムに混合した酸化インジウム混合酸化物膜とすることに
より、さらに屈折率２．４までの範囲で混合酸化物膜の
屈折率を選択できるものとなる。高屈折率酸化物とし
て、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、他
の遷移金属の酸化物を加えても良い。
【００２９】また、本発明は、透明無機膜（１５）、
（１７）が酸溶解性無機膜であることを特徴とするもの
であり、赤外線反射膜である光学機能薄膜をフォトレジ
スト、酸を用いた通常のフォトエッチング加工すること
により、所望のパターン形成が可能となる。ハロゲン系
のガス処理や、設備が高価であるとの問題はあるが、透
明無機膜や導電性薄膜をドライエッチングで加工しても
よい。透明無機膜（１５）、（１７）を構成する酸化物
として、酸化錫、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、他の酸
化物を加えることによって、導電性やエッチング加工性
を調整することができるものとなる。
【００３０】また、本発明は、複数の樹脂レンズ間の下
地樹脂層が露出する部分に凹部を具備するので、高精細
な固体撮像素子であっても固体撮像素子に感度低下をも
たらさない赤外線反射膜を有する固体撮像素子となる。
さらに、本発明による赤外線反射膜を有する固体撮像素
子は、光電変換素子と樹脂レンズとの間にカラーフィル
タを配設することにより、赤外線反射膜を有するカラー
固体撮像素子とすることができる。カラーフィルタの好
ましい位置は、平坦化した光電変換素子と下地樹脂との
間である。
【００３１】図２は、図１に示す赤外線反射膜を有する
固体撮像素子の凹部周辺（Ａ）の拡大図である。図２に
示すように、この下地樹脂層（１３）は、その樹脂レン
ズ側の面の、樹脂レンズ（１４）間に深さＤ、幅Ｗで示
す凹部（２０）を有するものであり、この凹部（２０）
は、樹脂レンズの裾部が延長されるように形成されたも
のである。この凹部へも〔透明無機膜（１５）／導電性
薄膜（１６）／透明無機膜（１７）〕で構成される光学
機能薄膜（１８）が形成されており、これによってマイ
クロレンズとしては、その裾部においてｄで示す領域が
延長されたものとなっている。
【００３２】すなわち、樹脂レンズの裾部を下地樹脂層
の凹部にまで延長することによって、マイクロレンズと
しての開口率が向上したものとなり、また、マイクロレ
ンズ間に入射する光の散乱を減少させたものとなる。
【００３３】酸化インジウム混合酸化物は、若干の電
気導電性を持たせることにより帯電防止膜として、ある
いは、高電子濃度化（低抵抗化）させることにより熱
線反射膜として、また、透明無機膜と光学的に最適化
することにより可視光領域での反射防止膜として、固体
撮像素子の目的に応じて用いることができる。また、こ
れら機能を併用する形で用いることができる。
【００３４】酸化インジウム混合酸化物は、酸化インジ
ウムを基材として酸化セリウムや酸化チタンを加えるこ
とにより、高屈折率の混合酸化物膜として形成できる。
逆に、屈折率の低い酸化物を加えることにより、１．８
以下の屈折率を有する膜にも調整可能である。酸化セリ
ウムを添加することにより、スパッタリングでの成膜安
定性が向上する。すなわち、酸化インジウム単体や酸化
インジウム・酸化錫の混合酸化物では、異常放電が生じ
やすく、成膜不良品をつくりやすいものであるが、酸化
セリウムを加えることにより、このようなことを避ける
ことができる。
【００３５】また、酸化インジウムと酸化セリウムの混
合酸化物は消衰係数が低く、反射防止膜用途の光学薄膜
には好適である。酸化インジウムへの酸化セリウムの添
加は、混合酸化物１００重量％に対し３０重量％を超え
るとその混合酸化物膜は、ほぼ絶縁体となるが、反射防
止膜としての光学特性に重きを置く場合は、３０重量％
を超えて酸化セリウムを添加してもよい。酸化インジウ
ムと酸化セリウムによる混合酸化物膜は、屈折率を１．
８〜２．４の広い範囲で調整が可能である。
【００３６】また、酸化インジウムに酸化セリウムなど
の高屈折率酸化物を１０％以上添加すると、その透明無
機膜は非晶質様（アモルファスライク）となる。銀ない
し銀合金の導電性薄膜を酸化物膜で挟持する構成膜は、
水分やアルカリ金属の存在下で銀が酸化物膜の粒界を移
動してマイグレーションを起こし信頼性低下（赤外線反
射膜の破壊につながる）につながることがあるが、非晶
質様の酸化インジウム膜は、粒界がないため大きな信頼
性向上につながる。
【００３７】また、酸化チタンは、この添加量が多いと
混合酸化物膜のアルカリ耐性が低下するので制限があ
る。また、酸化インジウムと酸化セリウムによる混合酸
化物ターゲット（スパッタリングでの出発材料）は、酸
化セリウム４０重量％以下ではターゲットとして導電性
があるため、ＤＣ（直流スパッタリング）で成膜できる
メリットがある。
【００３８】また、酸化インジウム混合酸化物は導電性
を高めるために、酸化錫、酸化亜鉛を加えても良く、屈
折率を低下させるために酸化マグネシウム、酸化珪素な
ど原子量の小さい金属、非金属の酸化物を加えても良
い。また、これらの膜の成膜時、例えば、簡便なスパッ
タリングの際に微量の酸素ガスを導入すると安定した光
学特性を得る上では好ましい。上記のように、酸化イン
ジウム混合酸化物による混合酸化物膜は、広い範囲で屈
折率を選択できるので、反射防止膜の一構成として形成
する透明無機膜も、屈折率１．３〜２．０の広い範囲か
ら選択できる。
【００３９】本発明に用いる樹脂材料は、樹脂レンズ材
料、下地樹脂層材料、平坦化層材料を含め可視域の透明
性（可視域透過率）が高く、実用的な信頼性（耐熱性、
耐光性、耐熱サイクルなど）があれば良く限定されるも
のでない。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、ユリア樹
脂、フェノール樹脂、あるいはこれらの共重合物などが
使用可能である。
【００４０】樹脂レンズ材料には、フェノール系やフェ
ノールノボラック系感光性樹脂やアクリル系の感光性樹
脂、アルカリ可溶性のポリスチレン樹脂などが代表的に
用いられる。あるいは、低分子量のメラミン−エポキシ
共重合物が、あるいはこれらを前記樹脂の硬化剤として
用いることがある。透明無機膜の形成は、スパッタリン
グ方式がもっとも簡便で好ましいが、蒸着やＣＶＤなど
の堆積方法、あるいはアルコキシドを用いて熱焼成して
も良い。
【００４１】本発明による赤外線反射膜を有する固体撮
像素子の製造方法は、光電変換素子との電気的接続を確
保するためのパッド部を下地樹脂層から露出させる際
に、フォトレジストパターンとフォトレジストパターン
上に形成された混合酸化物膜及び透明無機膜とを、例え
ば、アルカリ溶液を用いてリフトオフによって除去し、
引き続くパッド部上の下地樹脂層を、例えば、ドライエ
ッチングによって除去する方法であるが、ＡＲ膜として
酸化インジウム混合酸化物及び透明無機膜を用いている
ので、例えば、アルカリ溶液を用いても下地の樹脂レン
ズから剥離してしまうことはない。また、ドライエッチ
ングによってＡＲ膜が変質することはない。
【００４２】また、本発明による赤外線反射膜を有する
固体撮像素子の製造方法は、下地樹脂層上に、光電変換
素子との電気的接続を確保するためのパッド部と整合す
る位置にフォトレジストパターンを形成する工程に先だ
って、樹脂レンズ間の下地樹脂層が露出する部分に凹部
を形成する工程が加えられたことを特徴とする赤外線反
射膜を有する固体撮像素子の製造方法である。このよう
に、あらかじめ、凹部を形成することで、混合酸化物膜
及び透明無機膜を形成した後のマイクロレンズは、その
裾部の形状を良くすることができる。
【００４３】この凹部を形成するにあたっては、樹脂レ
ンズ形成後にドライエッチング装置にて、酸素プラズマ
などで加工することが簡便で好ましい。また、ドライエ
ッチング装置で凹部を加工するにあたって、下地樹脂層
の材料のエッチングレートが樹脂レンズの樹脂のエッチ
ングレートより高い場合、樹脂レンズが選択的にエッチ
ングされるため、樹脂レンズの形状が劣化、維持されな
い。樹脂レンズの形状を確保するためには、下地樹脂層
のエッチングレートが樹脂レンズの樹脂のエッチングレ
ートより大きい必要がある。
【００４４】
【実施例】以下に、本発明による赤外線反射膜を有する
固体撮像素子の製造方法を実施例により詳細に説明す
る。 ＜実施例１＞図７〜図１０は、図１に示す本発明による
赤外線反射膜を有する固体撮像素子の製造工程を示す説
明図である。図７〜図１０においては、いずれも、カラ
ーフィルタ、平坦化層、光電変換素子などを省略してあ
る。
【００４５】図７は、あらかじめ半導体基板（１０）上
に下地樹脂層（１３）、樹脂レンズ（１４）、及び光学
機能薄膜（１８）が形成された状態を示している。下地
樹脂層（１３）はスピンコートにて形成し、樹脂レンズ
（１４）は、公知のフォトリソグラフィ技術と熱フロー
技術にて、ピッチ４μｍ、樹脂レンズ間スペース（７
７）０．２８μｍ、レンズ高さ（３６）１．０６μｍに
て形成したものである。尚、ピッチ４μｍでの画素サイ
ズは１６μｍ２ の面積、樹脂レンズ間スペース０．２
８μｍを勘案すると、平面視ほぼ矩形状の樹脂レンズの
面積からして開口率は約８６％となる。（７１）はパッ
ド部を示している。
【００４６】樹脂レンズ（１４）を含めた下地樹脂層
（１３）上には、酸化インジウム混合酸化物による厚み
３６０ｎｍの透明無機膜（１５）と、銀合金による厚み
１２０ｎｍの導電性薄膜（１６）、さらに厚み３６０ｎ
ｍの透明無機膜（１７）からなる光学機能薄膜（１８）
を形成した。酸化インジウム混合酸化物の出発材料であ
るスパッタリングターゲットの組成は、酸化インジウム
８４．５％、酸化セリウム１５％、酸化チタン０．５％
とした。透明無機膜（１５）の屈折率は、およそ２．１
５であった。導電性薄膜の成膜に用いた銀合金スパッタ
リングターゲットの組成は、銀９８．５％、金１％、銅
０．５％とした。尚、成膜温度は共に室温とした。
【００４７】この結果、樹脂レンズ（１４）、透明無機
膜（１５）、導電性薄膜（１６）、透明無機膜（１７）
をあわせた、本発明におけるマイクロレンズ間のスペー
ス（７９）は、約０．１１μｍと狭ギャップになり、マ
イクロレンズとしての開口率（面積比率）を向上させる
ことがで、開口率は、約９５％となった。また、反射率
測定用のダミーガラス基板上にも、同様に同じ膜厚で、
透明無機膜、導電性薄膜、透明無機膜を形成し、このダ
ミーガラス基板の表面反射率を測定したところ、５５０
ｎｍの光の波長で０．６％と良好な反射防止効果を示し
た。透過率は約９３％であった。
【００４８】また、分光エリプソメータにて、４００ｎ
ｍ〜１５００ｎｍの光学定数（吸収係数κ、屈折率ｎ）
を測定し、これら値から反射率を求めたところ、近赤外
域波長での高い反射率があることが示された。９００ｎ
ｍでの反射率は７０％の高い反射率であった。尚、この
近赤外域の反射率は、銀合金である導電性薄膜の膜厚で
容易に調整可能である。すなわち、導電性薄膜の膜厚を
厚くすることで反射率をあげることができる。また、同
じダミーガラス基板上の酸化物層の抵抗値を測定したと
ころ約５Ω／□であった。静電気帯電防止として、約１
０７ Ω／□あればよいため、十分な帯電防止機能のあ
ることが確認された。尚、本発明に係わる光学機能薄膜
は、２００℃前後のアニール（熱処理）により、さらな
る光学特性の向上を得ることができる。
【００４９】次に、図８に示すように、パッド部（７
１）上方のパターン以外のところを覆うようにして、フ
ォトレジストパターン（Ｒ）を形成した。次に６０％濃
度の硫酸に１％の硝酸を加えた酸にてエッチングし、さ
らに十分な洗浄を行って図９に示すように、パッド部
（７１）上の３層構成の光学機能薄膜（１８）を取り除
いた。このあと、パッド部のアルミニウム電極を露出さ
せるため、ドライエッチング装置を用い酸素プラズマに
て、図９に示すフォトレジストパターン（Ｒ）と、パッ
ド部（７１）上の下地樹脂（１３）を共に除去し、洗浄
して 図１０に示す固体撮像素子とした。当、実施例１
により、画質向上につながる反射防止効果と、帯電防止
効果を併せ持つ赤外線反射膜を有する固体撮像素子を提
供できた。
【００５０】＜実施例２＞図３〜図６は、図１に示す本
発明による赤外線反射膜を有する固体撮像素子の別な製
造工程を示す説明図である。図３〜図６においては、い
ずれも、カラーフィルタ、平坦化層、光電変換素子など
を省略してある。図３は、あらかじめ半導体基板（１
０）上に下地樹脂層（１３）、樹脂レンズ（１４）、及
びフォトレジスト（３２）が形成された状態を示してい
る。
【００５１】下地樹脂層（１３）はスピンコートにて形
成し、樹脂レンズ（１４）は、公知のフォトリソグラフ
ィ技術と熱フロー技術にて、ピッチ４μｍ、樹脂レンズ
間スペース（３７）０．２８μｍ、レンズ高さ（３６）
１．０６μｍにて形成したものである。尚、ピッチ４μ
ｍでの画素サイズは１６μｍ２ の面積、樹脂レンズ間
スペース０．２８μｍを勘案すると、平面視ほぼ矩形状
の樹脂レンズの面積からして開口率は約８６％となる。
（３１）はパッド部を示し、フォトレジスト（３２）は
パッド部（３１）上方に形成している。
【００５２】図４は、凹部（２０）の形成を示す説明図
である。ドライエッチング装置にて、酸素を導入して圧
力２０Ｐａ、ＲＦパワー１ｋＷ、処理時間３０秒にて、
深さ（４８）０．２μｍの凹部（２０）を形成した。凹
部の幅（４７）は、樹脂レンズ（１４）の片側が０．０
６μｍドライエッチングにて削れて０．４μｍであり、
もとの樹脂レンズ間スペース（３７）０．２８μｍより
０．１２μｍひろがった形状とした。レンズ高さ（３
６）は、同様に０．０６μｍ低くなり約１．０μｍとし
た。
【００５３】実施例２で用いた樹脂のエッチングレート
を表１に示した。いずれも硬膜後の酸素プラズマでのエ
ッチングレートを、樹脂レンズの材料である感光性フェ
ノール樹脂との比較／選択比で示した。選択比の大きい
方が、エッチング（あるいはアッシング）が速いことに
なる。表１に示すように、樹脂レンズの材料である感光
性フェノール樹脂のエッチングレートを遅い関係に保つ
ことによって、エッチングが進んでもレンズ形状を保持
し、レンズ曲率の変化を少なくする効果がある。
【００５４】
【表１】
【００５５】次に、図５に示すように、酸化インジウム
混合酸化物によるスパッタリングターゲットを用いて、
厚み３６０ｎｍの透明無機膜（１５）を、また、この透
明無機膜（１５）上に銀合金のスパッタリングターゲッ
トを用いて、厚み１４０ｎｍの導電性薄膜（１６）を、
さらに厚み３６０ｎｍの透明無機膜（１７）を順次積層
した。酸化インジウム混合酸化物の出発材料であるスパ
ッタリングターゲットの組成は、酸化インジウム８９．
５％、酸化セリウム１０％、酸化チタン０．５％とし
た。透明無機膜（１５）の屈折率は、およそ２．１であ
った。導電性薄膜の成膜に用いた銀合金スパッタリング
ターゲットの組成は、銀９８．５％、金１％、銅０．５
％とした。尚、成膜温度は、共に室温とした。
【００５６】この結果、樹脂レンズ（１４）、透明無機
膜（１５）、導電性薄膜（１６）、透明無機膜（１７）
をあわせた、本発明におけるマイクロレンズ間のスペー
ス（６７）は、約０．２３μｍと狭ギャップになり、マ
イクロレンズとしての開口率（面積比率）を向上させる
ことができ、開口率は約８９％となった。
【００５７】また、反射率測定用のダミーガラス基板上
にも、同様に同じ膜厚で、酸化物層、アクリル樹脂を形
成し、このダミーガラス基板の表面反射率を５５０ｎｍ
の光の波長で測定したところ、０．６％と良好な反射防
止効果を示した。尚、５５０ｎｍでの透過率は、９２％
であった。また、分光エリプソメータにて、４００ｎｍ
〜１５００ｎｍの光学定数（吸収係数κ、屈折率ｎ）を
測定し、これら値から反射率を求めたところ、図１２に
示すように、近赤外域波長で高い反射率があることが示
された。
【００５８】また、同じダミーガラス基板上の酸化物層
の抵抗値を測定したところ約４Ω／□であった。静電気
帯電防止として、１０７ Ω／□あればよいため、十分
な帯電防止機能のあることが確認された。次に、パッド
部（３１）上のフォトレジスト（３２）を除去するた
め、強アルカリに浸漬しフォトレジスト（３２）をフォ
トレジスト上の光学機能薄膜（１８）と共に取り除い
た。このあと、パッド部（３１）のアルミニウム電極を
露出させるため、ドライエッチング装置を用い酸素プラ
ズマにてパッド部（３１）上の下地樹脂層（１３）を除
去し、洗浄して図６に示す赤外線反射膜を有する固体撮
像素子とした。当、実施例２により、画質向上につなが
る反射防止効果と、光電変換素子（受光素子）の近赤外
域での反応を抑制し、また帯電防止効果を併せ持つ固体
撮像素子を、高信頼性にて提供できた。
【００５９】
【発明の効果】本発明は、光電変換素子上に、下地樹脂
層、樹脂レンズ、樹脂レンズ上に透明無機膜／導電性薄
膜／透明無機膜で構成される光学機能薄膜を備える固体
撮像素子であるので、カバーガラスの外側の面に赤外線
カットフィルタを設けることなく、赤外線を反射するこ
とのできる赤外線反射膜を有する固体撮像素子であっ
て、且つ、高精細な固体撮像素子であっても固体撮像素
子に感度低下をもたらさず、また、マイクロレンズ表面
の反射率を低減させフレア、ゴーストなどを防止した赤
外線反射膜を有する固体撮像素子となる。そして、その
製造においては、低温で成膜することができ、反射防止
膜を変質させず、静電気の帯電を防止して収率よく製造
することができものとなる。
【００６０】また、本発明は、透明無機膜が高屈折率酸
化物であり、且つ、導電性薄膜が銀合金であるので、耐
湿性や耐熱性などの信頼性の点で優れた赤外線反射膜を
有する固体撮像素子となる。また、透明無機膜が酸化イ
ンジウム混合酸化物であるので、屈折率１．８〜２．０
の範囲内で形成できるものとなる。また、透明無機膜が
酸化インジウム混合酸化物に酸化セリウム又は／及び酸
化チタンを加えた酸化インジウム混合酸化物であるの
で、さらに屈折率２．４までの範囲で混合酸化物膜の屈
折率を選択できるものとなる。また、透明無機膜が酸溶
解性無機膜であるので、赤外線反射膜である光学機能薄
膜をフォトレジスト、酸を用いた通常のフォトエッチン
グ加工することにより、所望のパターン形成が可能とな
る。
【００６１】また、本発明は、下地樹脂層が、その複数
の樹脂レンズ側の面の、複数の樹脂レンズ間に凹部を有
する下地樹脂層であるので、光学機能薄膜を形成した後
のマイクロレンズは、その裾部の形状を良くすることが
できる。また、複数の光電変換素子と複数の樹脂レンズ
の間に、カラーフィルタを備えるので、赤外線反射膜を
有するカラー固体撮像素子となる。
【００６２】また、本発明は、下地樹脂層上に複数の樹
脂レンズを形成した後に、光学機能薄膜を形成し、光学
機能薄膜上にパッド部と同一平面形状フォトレジストが
除去されたフォトレジストパターンを形成し、光学機能
薄膜、下地樹脂層を除去し、パッド部を露出させて固体
撮像素子を製造する方法であるので、低温で光学機能薄
膜を成膜することができ、反射防止膜を変質させず、静
電気の帯電を防止して収率よく製造することができ、そ
して、カバーガラスの外側の面に赤外線カットフィルタ
を設けることなく、赤外線を反射することのできる赤外
線反射膜を有する固体撮像素子であって、且つ、高精細
な固体撮像素子であっても固体撮像素子に感度低下をも
たらさず、また、マイクロレンズ表面の反射率を低減さ
せフレア、ゴーストなどを防止した赤外線反射膜を有す
る固体撮像素子の製造方法となる。
【００６３】また、本発明は、下地樹脂層上に複数の樹
脂レンズを形成した後に、パッド部と同一平面形状のフ
ォトレジストパターンを形成し、光学機能薄膜を形成
し、フォトレジストパターンと光学機能薄膜とを除去
し、下地樹脂層、パッド部を順次露出させて固体撮像素
子を製造する方法であるので、低温で光学機能薄膜を成
膜することができ、反射防止膜を変質させず、静電気の
帯電を防止して収率よく製造することができ、そして、
カバーガラスの外側の面に赤外線カットフィルタを設け
ることなく、赤外線を反射することのできる赤外線反射
膜を有する固体撮像素子であって、且つ、高精細な固体
撮像素子であっても固体撮像素子に感度低下をもたらさ
ず、また、マイクロレンズ表面の反射率を低減させフレ
ア、ゴーストなどを防止した赤外線反射膜を有する固体
撮像素子の製造方法となる。
【００６４】また、本発明は、樹脂レンズ間の下地樹脂
層が露出する部分に凹部を形成する工程を具備するの
で、高精細な固体撮像素子であっても固体撮像素子に感
度低下をもたらさない赤外線反射膜を有する固体撮像素
子の製造方法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による赤外線反射膜を有する固体撮像素
子の一実施例の部分断面図である。
【図２】図１に示す赤外線反射膜を有する固体撮像素子
の凹部周辺の拡大図である。
【図３】本発明の赤外線反射膜を有する固体撮像素子の
製造工程の説明図である。
【図４】本発明の赤外線反射膜を有する固体撮像素子の
製造工程の説明図である。
【図５】本発明の赤外線反射膜を有する固体撮像素子の
製造工程の説明図である。
【図６】本発明の赤外線反射膜を有する固体撮像素子の
製造工程の説明図である。
【図７】本発明の赤外線反射膜を有する固体撮像素子の
製造工程の説明図である。
【図８】本発明の赤外線反射膜を有する固体撮像素子の
製造工程の説明図である。
【図９】本発明の赤外線反射膜を有する固体撮像素子の
製造工程の説明図である。
【図１０】本発明の赤外線反射膜を有する固体撮像素子
の製造工程の説明図である。
【図１１】人間の視感度と受光素子感度の説明図であ
る。
【図１２】実施例２の近赤外域波長での高い反射率の説
明図である。
【符号の説明】
１・・・人間の視感度 ２・・・受光素子の感度 １０・・・半導体基板 １１・・・光電変換素子 １２・・・カラーフィルタ １３・・・下地樹脂層 １４・・・樹脂レンズ １５、１７・・・透明無機膜 １６・・・導電性薄膜 １８・・・光学機能薄膜 １９・・・平坦化層 ２０・・・凹部 ３１、７１・・・パッド部 ３２・・・フォトレジスト ３６、７６・・・レンズ高さ ３７、７７・・・樹脂レンズ間スペース ４７・・・凹部の幅 ４８・・・凹部の深さ ６７、７９・・・マイクロレンズ間のスペース Ａ・・・凹部周辺 Ｄ・・・凹部の深さ Ｗ・・・凹部の幅
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） Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｄ ５Ｆ０４９ Ｈ０４Ｎ 5/335 31/10 Ａ // Ｇ０３Ｆ 7/11 ５０３ Ｇ０２Ｂ 1/10 Ｚ Ｆターム(参考） 2H025 AA01 AB14 DA34 DA38 2H048 BA02 BB02 BB47 FA05 FA07 FA09 FA13 FA24 2K009 BB13 BB14 BB23 BB25 CC03 CC14 DD03 DD04 DD06 EE00 EE03 4M118 AA05 AA10 AB01 BA10 BA14 CA34 GC08 GC11 GD04 HA30 5C024 AX01 AX06 CX01 CY47 EX43 GX02 GX07 5F049 MA01 NA04 NB05 PA14 SZ04 WA03

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の光電変換素子上に、少なくとも下地
    樹脂層、複数の樹脂レンズ、該複数の樹脂レンズ上に光
    学機能薄膜をこの順で備える固体撮像素子において、該
    光学機能薄膜が〔透明無機膜／導電性薄膜／透明無機
    膜〕の構成であることを特徴とする赤外線反射膜を有す
    る固体撮像素子。
  2. 【請求項２】前記透明無機膜が高屈折率酸化物であり、
    且つ、前記導電性薄膜が銀合金であることを特徴とする
    請求項１記載の赤外線反射膜を有する固体撮像素子。
  3. 【請求項３】前記透明無機膜が酸化インジウム混合酸化
    物であることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載
    の赤外線反射膜を有する固体撮像素子。
  4. 【請求項４】前記透明無機膜が酸化インジウム混合酸化
    物に酸化セリウム又は／及び酸化チタンを加えた酸化イ
    ンジウム混合酸化物であることを特徴とする請求項１、
    請求項２、又は請求項３記載の赤外線反射膜を有する固
    体撮像素子。
  5. 【請求項５】前記透明無機膜が酸溶解性無機膜であるこ
    とを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、又は請
    求項４記載の赤外線反射膜を有する固体撮像素子。
  6. 【請求項６】前記下地樹脂層が、その複数の樹脂レンズ
    側の面の、複数の樹脂レンズ間に凹部を有する下地樹脂
    層であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
    ３、請求項４、又は請求項５記載の赤外線反射膜を有す
    る固体撮像素子。
  7. 【請求項７】前記複数の光電変換素子と前記複数の樹脂
    レンズの間に、カラーフィルタを備えることを特徴とす
    る請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項
    ５、又は請求項６記載の赤外線反射膜を有する固体撮像
    素子。
  8. 【請求項８】複数の光電変換素子上に、少なくとも下地
    樹脂層、複数の樹脂レンズ、該複数の樹脂レンズ上に
    〔透明無機膜／導電性薄膜／透明無機膜〕で構成される
    光学機能薄膜をこの順で備える赤外線反射膜を有する固
    体撮像素子の製造において、該下地樹脂層上に複数の樹
    脂レンズを形成した後に、 １）該下地樹脂層、及び該複数の樹脂レンズを覆うよう
    に、該〔透明無機膜／導電性薄膜／透明無機膜〕で構成
    される光学機能薄膜をこの順で形成する工程、 ２）該光学機能薄膜上にフォトレジストを塗布し、光電
    変換素子との電気的接続を確保するためのパッド部上方
    のフォトレジストのみを除去し、該パッド部と同一平面
    形状の、フォトレジストが除去されたフォトレジストパ
    ターンを形成し、パッド部上方の光学機能薄膜をパッド
    部と同一平面形状に露出させる工程、 ３）該光学機能薄膜のパッド部と同一平面形状に露出し
    た部分を酸で溶解除去し、パッド部上方の下地樹脂層を
    パッド部と同一平面形状に露出させる工程、 ４）該下地樹脂層のパッド部と同一平面形状に露出した
    部分を除去し、パッド部を露出させる工程、 を具備することを特徴とする赤外線反射膜を有する固体
    撮像素子の製造方法。
  9. 【請求項９】複数の光電変換素子上に、少なくとも下地
    樹脂層、複数の樹脂レンズ、該複数の樹脂レンズ上に
    〔透明無機膜／導電性薄膜／透明無機膜〕で構成される
    光学機能薄膜をこの順で備える赤外線反射膜を有する固
    体撮像素子の製造において、該下地樹脂層上に複数の樹
    脂レンズを形成した後に、 １）光電変換素子との電気的接続を確保するためのパッ
    ド部上方の下地樹脂層上に、該パッド部と同一平面形状
    のフォトレジストパターンを形成する工程、 ２）該下地樹脂層、該フォトレジストパターン、及び該
    複数の樹脂レンズを覆うように、上記〔透明無機膜／導
    電性薄膜／透明無機膜〕で構成される光学機能薄膜をこ
    の順で形成する工程、 ３）該フォトレジストパターンと、フォトレジストパタ
    ーン上に形成された〔透明無機膜／導電性薄膜／透明無
    機膜〕で構成される光学機能薄膜とをリフトオフによっ
    て除去し、パッド部上方の下地樹脂層をパッド部の形状
    と同一平面形状に露出させる工程、 ４）該下地樹脂層の、パッド部と同一平面形状に露出し
    た部分を除去し、パッド部を露出させる工程、 を具備することを特徴とする赤外線反射膜を有する固体
    撮像素子の製造方法。
  10. 【請求項１０】前記１）光電変換素子との電気的接続を
    確保するためのパッド部上方の下地樹脂層上に、該パッ
    ド部と同一平面形状のフォトレジストパターンを形成す
    る工程、の前に、複数の樹脂レンズ間の下地樹脂層が露
    出する部分に凹部を形成する工程を具備することを特徴
    とする請求項９記載の赤外線反射膜を有する固体撮像素
    子の製造方法。
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