JPH02103962A - 固体撮像装置及びその製造方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は固体撮像装置及びその製造方法、特に改良した
マイクロレンズを用いることによって素子感度を向上さ
せるとともに、スミャ及びフレアの発生を極力低減させ
た固体撮像装置及びその製造方法に関する。

（従来の技術） 一般に、固体撮像装置は、固体撮像素子からなる複数の
画素を配列することによって構成され、１つの固体撮像
素子では、入射した光をフォトダイオードなどからなる
感光部で電気信号に変換して信号の出力を行うようなさ
れている。このような固体撮像素子において、感光部た
るフォトダイオードの受光部の寸法を大きくすることな
く受光感度を高めるために、感光部の上方にマイクロレ
ンズを設け、このマイクロレンズで外光を感光部に集光
することが通常行われている。

これを、第７図及び第８図を参照して説明する。

第７図において、半導体基板１の内部には、感光部とし
て複数のフォトダイオード２が上方に開口して形成され
ており、この上面はパッシベーション膜３で覆われ、こ
のパッシベーション膜３の上面にカラーフィルタ層４が
形成されている。そして、このカラーフィルタ層４の上
面は、表面を平坦とした、例えばアクリル系のレジスト
からなる透明層５で覆われ、更にこの透明層５の上面の
上記各フォトダイオード２に対応した位置に凸レンズに
よりマイクロレンズ６′が、例えばアクリル系のレジス
トによって形成されている。これによって各マイクロレ
ンズ６′によって各フォトダイオード２に外光を集光す
るようにした画素を複数配列した固体撮像装置が構成さ
れていた。

第８図においては、半導体基板１の内部に、感光部とし
ての複数のフォトダイオード２が形成され、半導体基板
１の上面の各フォトダイオード２゜２間には、光反射防
止膜７が設けられ、この上面はアクリル系レジスト等の
透明層５で覆われているとともに、上記各フォトダイオ
ード２に対応した位置に凸レンズによりマイクロレンズ
６′が、例えばアクリル系のレジストによって形成され
ている。これによって各マイクロレンズ６′によって各
フォトダイオード２に外光を集光するようにした画素を
複数配列した固体撮像装置が構成されていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来例においては、凸レンズのみか
らなるマイクロレンズで外光の集光を行っていたため、
この集光が不十分となって、第７図及び第８図に示すよ
うに、十分な集光を行うことができないばかりでなく、
一般にフォトダイオード（感光部）の中央に集光されず
に斜めに光りが入るために、スミアが大きくなってしま
ったり、表面の反射によりフレアが発生してしまうとい
った問題点があった。

なお、一般にマイクロレンズを形成した際、効果的な集
光を行うためには、膜厚を厚くして大きなテーバを付け
る必要があるが、レジストは一般に膜厚を厚くするとな
だらかなテーパとなってしまい、効果的な集光を行うこ
とができない。

本発明は上記に鑑み、高感度化を実現することができ、
しかもスミャやフレアの小さな固体撮像装置及びその製
造方法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明における固体撮像装置
は、半導体基板上に形成した感光部と、この感光部の上
方に位置して該感光部に外光を集光するマイクロレンズ
とを備えた感光画素を複数配列してなる固体撮像装置に
おいて、上記マイクロレンズを大きい屈折率のレジスト
からなる凸レンズと、この凸レンズより小さい屈折率の
レジストからなる凹レンズとを上下に積層し該２つのレ
ンズを組合わせて構成したものである。

また、上記固体撮像装置は、半導体基板内に複数の感光
部を形成する工程と、この各感光部に対応する上方位置
に、透明なレジスト層で凹レンズを形成する工程と、こ
の凹レンズの上面に該凹レンズ形成用レジスト層より屈
折率の大きな透明なレジスト層で凸レンズを形成する工
程とを経ることにより製造することができる。

（作　用） 上記のように構成した本発明によれば、外光は先ず凸レ
ンズで集光され、更にこの凸レンズよりも小さい屈曲率
を有する凹レンズで更に集光される。これにより、上記
凸レンズと凹レンズを組合わせたマイクロレンズでの集
光度を凸レンズのみのものに比べて、例えば約２倍と遥
かに高くすることができ、これによって感度を十分大き
くして、外光をフォトダイオードの中央に集光させるこ
とができる。

しかも、凸レンズと凹レンズを形成するレジストを任意
に選択することにより、容易に製造することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、第１の実施例を示すもので、半導体基板１の
内部には、上方に開口した感光部としての複数のフォト
ダイオード２が形成されているとともに、この半導体基
板１の各フォトダイオード２．２の間には、光反射防止
膜７が設けられている。なお、図示していないが、上記
基板の上面にパッシベーション膜を設けても良いことは
勿論である。

この構成は、上記第７図に示すものとほぼ同じであるが
、以下の点で異なっている。

即ち、上記半導体基板１の上面には、上記各フォトダイ
オード２の上方に位置して下記の凸レンズ６ｂよりも屈
折率の小さなレジスト、例えば屈折率が１．４程度のア
クリル系のレジスト６ａ’で形成した凹レンズ６ａと、
この凹レンズ６ａの上面に、例えば屈折率が１．７程度
のスチレン系のレジスト６ｂ’で構成した凸レンズ６ｂ
とからなるマイクロレンズ６が形成されている。

これにより、先ず屈折率の大きな凸レンズ６ｂで集光効
果を持たせ、更にこの凸レンズ６ｂより屈折率の小さな
凹レンズ６ａでこの凸レンズ６ｂで集光した光を更に集
光させる２段の集光を行うように構成されている。

このように、２段の集光を行うことにより、従来の凸レ
ンズのみでマイクロレンズを構成したちにも比べて遥か
に集光効果を高め、これによって、集光感度を高めると
ともに、集光した光が各フすトダイオード２の中央にく
るようにしてスミャ及びフレアを減少させることができ
る。

第２図は第２の実施例を示すもので、半導体基板１の内
部には、感光部として複数のフォトダイオード２が形成
され、この半導体基板１の上面は、パッシベーション膜
３で覆われているとともに、このパッシベーション膜３
の上面には、カラーフィルタ層４が形成されている。

更に、このカラーフィルタ層４の上面には、上記と同様
に上記各フォトダイオード２の上方に位置して下記の凸
レンズ６ｂよりも屈折率の小さなレジスト、例えば屈折
率が１．４程度のアクリル系のレジスト６ａ’で形成し
た凹レンズ６ａと、この凹レンズ６ａの上面に、例えば
屈折率が１．７程度のスチレン系のレジスト６ｂ’で構
成した凸レンズ６ｂとからなるマイクロレンズ６が形成
されている。

これにより、上記第１の実施例を同様に、集光感度を高
めるとともに、集光した光が各フォトダイオード２の中
央にくるようにしてスミャ及びフレアを減少させること
ができるよう構成されている。

第３図は、第３の実施例を示すもので、上記第１の実施
例を異なる点は、光反射防止膜７の膜厚を厚くすること
により、凹レンズ６ａの形状を最適化するようにした点
にある。

この形状は、光反射防止膜６ａ以外に、半導体基板１の
形状を加味することにより、この光反射防止膜７の膜厚
をそれ程厚くする必要がなく、例えば半導体基板１の段
差厚を２μｍで、この基板１の上の光反射防止膜７の膜
厚を１．２μｍにすることにより、十分な凹レンズ６ａ
を形成することができる。

第４図は、第４の実施例を示すもので、上記第２の実施
例と異なる点は、各フォトダイオード２゜２間の上方位
置で、カラーフィルタ層４の上面に積層したトップ層８
の上面に光反射防止ＪＩＩ７を形成し、この各光反射防
止膜７を囲むようにして、凹レンズ６ａを形成した点に
ある。

この実施例の場合、上記第３の実施例を同様に光反射防
止膜７の膜厚は１．２μｍ程度で十分な凹レンズ６ａを
形成することができる。

これは、凹レンズ６ａがカラーフィルタ層４の上方にあ
り、この凹レンズ６ａとフォトダイオード２との距離が
十分であるため、この膜厚をそれ程厚くする必要がない
からである。

ここで、上記各光反射防止膜７の色は、レンズ効果が十
分大きければ、黒である必要はなく、透明でもフレアは
あまり大きくならない。

第５図は、上記第２図に示す第２の実施例の製遣方法を
示すものである。

即ち、半導体基板１の内部に感光部としてフォトダイオ
ード２を形成し、この上面にパッシベーション膜３を塗
布した後、このパッシベーション膜３の上面にカラーフ
ィルタ層４をパターンニングする（同図（ａ））。

そして、このカラーフィルタ層４の上面に、凹レンズ形
成用のレジストである屈折率が１．４程度のアクリル系
透明レジスト６ａ’を、例えば１．５μｍ程度塗布し、
更にその上にポジレジスト９を０．５μｍ程度塗布し、
所定の位置をパターンニングする（同じ＜（ｂ））。し
かる後に、このポジレジスト９をマスクにして、例えば
０２によるプラズマエツチングを行うことにより、上記
レジスト５　ａ／　によって凹レンズ６ａを形成する（
同図（ｃ）。

次に、上記凹レンズの屈折率１．４程度より大きい１．
７程度の屈折率の凸レンズ形成用のスチレン系レジスト
６ｂ’を塗布し、上記と同様にこの上面の所望の位置に
ポジレジスト１０をパターンニングしく同図（ｄ））　
、このポジレジスト１０をマスクとして、上記レジスト
６ｂ’　によって凸レンズ６ｂを形成することによって
、屈折率の小さな凹レンズ６ａとこの凹レンズ６ａより
屈折率の大きな凸レンズ６ｂとからなるマイクロレンズ
６を備えた固体撮像装置を構成するのである。

なお、上記凸レンズ６ｂは、ドライエツチングにより形
成したが、他の方法にを用いて形成しても良いことは勿
論である。

第６図は、上記第４図に示す第４の実施例の製造方法を
示すものである。

即ち、半導体基板１の内部に感光部としてフォトダイオ
ード２を形成し、この上面にパッシベーション膜３を塗
布した後、このパッシベーション膜３の上面にカラーフ
ィルタ層４をパターンニングするとともに、この上面に
トップ層８を積層し、更にこのトップ層８の上面の所望
の位置に光反射防止ＪＩＩ７を、例えば１，２μｍ程度
の膜厚で形成する（同図（ａ））。

そして、このトップ層８の上面に、凹レンズ形成用のレ
ジストである屈折率が１．４程度のアクリル系透明レジ
スト６ａ’を、例えば１．５μｍ程度塗布することによ
り、このレジスト６ａ’　によって凹レンズ６ａを形成
する（同図（ｂ）。

次に、上記凹レンズ６ａの屈折率１．４程度より大きい
１．７程度の屈折率の凸レンズ形成用のスチレン系レジ
スト６ｂ’を塗布し、この上面の所望の位置にポジレジ
スト１０をパターンニングしく同図（Ｃ））　、このポ
ジレジスト１０をマスクとして、上記レジスト６ｂ’に
よって凸レンズ６ｂを形成することによって、屈折率の
小さな凹レンズ６ａとこの凹レンズ６ａより屈折率の大
きな凸レンズ６ｂとからなるマイクロレンズ６を備えた
固体撮像装置を構成するのである。

なお、ポンディングパッドのレジストを除去する場合に
は、凸レンズ６ｂを形成する際に、これと同時に除去す
るようにすることができる。

〔発明の効果〕

本発明は上記のような構成であるので、マイクロレンズ
は、大きい屈折率の凸レンズと、この凸レンズより屈折
率の小さな凹レンズを上下に積層して構成されているた
め、従来の凸レンズだけに比べて遥かに外光の集光を効
率良（行うことができるとともに、この集光した光をフ
ォトダイオードの中央に集光することができるので、ス
ミャ及びフレアを極力低減させて感度を著しく向上させ
ることができる。

更に、レンズ効果を、従来の２倍近く向上させることが
できるため、集積度を上げることができるばかりでな（
、凸レンズにスチレン系レジストを用いることにより、
耐熱性及び耐光性を向上させるようにすることができる
。

また、マイクロレンズをドライエツチングにより製造す
ることにより、アルミニウム部の腐蝕をなくして良質な
固体撮像装置を得るようにすることができるばかりでな
く、ポジレジストを用いることによって、微細パターン
のマイクロレンズを形成するようにすることもできると
いった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の夫々異なる実施例を示す断
面図、第５図は第２図に示す固体撮像装置の製造方法を
工程順に示す断面図、第６図は第４図に示す固体撮像装
置の製造方法を工程順に示す断面図、第７図及び第８図
は夫々異なる従来例を示す断面図である。 １・・・半導体基板、２・・・フォトダイオード（感光
部）、３・・・パッシベーション膜、４・・・カラーフ
ィルタ層、６・・・マイクロレンズ、６ａ・・・同凹レ
ンズ、６ｂ・・・同凸レンズ、７・・・光反射防止膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に形成した感光部と、この感光部の上
   方に位置して該感光部に外光を集光するマイクロレンズ
   とを備えた感光画素を複数配列してなる固体撮像装置に
   おいて、上記マイクロレンズを大きい屈折率のレジスト
   からなる凸レンズと、この凸レンズより小さい屈折率の
   レジストからなる凹レンズとを上下に積層し該２つのレ
   ンズを組合わせて構成したことを特徴とする固体撮像装
   置。 ２、半導体基板内に複数の感光部を形成する工程と、こ
   の各感光部に対応する上方位置に、透明なレジスト層で
   凹レンズを形成する工程と、この凹レンズの上面に該凹
   レンズ形成用レジスト層より屈折率の大きな透明なレジ
   スト層で凸レンズを形成する工程とを経ることを特徴と
   する固体撮像装置の製造方法。