JPH05335533A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

固体撮像装置の製造方法

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JPH05335533A
JPH05335533A JP4158964A JP15896492A JPH05335533A JP H05335533 A JPH05335533 A JP H05335533A JP 4158964 A JP4158964 A JP 4158964A JP 15896492 A JP15896492 A JP 15896492A JP H05335533 A JPH05335533 A JP H05335533A
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JP
Japan
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microlens
transparent film
film
solid
imaging device
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JP4158964A
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Kazuya Matsumoto
一哉 松本
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 クリアモールド実装等の場合においても、レ
ンズ効果が消失せず、耐光性,耐褪色性に優れたマイク
ロレンズを容易に形成することが可能な固体撮像装置の
製造方法を提供する。 【構成】 CMDデバイスに表面保護膜8と平坦化層9
を形成したのち、SiO2よりなる透明膜10を形成する。
次にRIE法により、CMDのゲート電極に対応する部
分に平坦な分割透明膜10aを形成したのち、該分割透明
膜10aより高屈折率のSi3 4 からなる高屈折率膜12を
全面に形成する。次いでRIE法により分割透明膜10a
の両側面に曲面状サイドウォール13を形成し、平坦分割
透明膜10aと曲面状サイドウォール13とでマイクロレン
ズを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、固体撮像装置の製造
方法に関し、特に感度を向上させるためマイクロレンズ
を備えた固体撮像装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、CCDやCMD(Charge Modul
ation Device)等を用いた固体撮像装置においては、半
導体主面に光電変換部及び信号読み出し部を備えている
ので、実際に光電変換に寄与する領域は、20〜40%程度
の開口率に制限されている。この欠点を解決するための
手段として、集光のためのマイクロレンズを画素毎に設
け、入射光を光電変換部に集光する方法が特公昭60−
59752号公報などに提案されている。
【0003】図9は、上記公報記載のマイクロレンズ付
の固体撮像装置の画素部の構造を示す断面図であり、図
において、101 はシリコン基板、102 はチャネルストッ
プ、103 は拡散層、104 はフォトダイオード、105 は絶
縁膜、106 はポリシリコンゲート、107 は例えばホトレ
ジスト等の有機材料よりなるマイクロレンズ集束体であ
り、この構成により、Dで示す範囲の入射光がフォトダ
イオード104 に照射されるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで固体撮像装置
の用途によっては、図10に示すように、図9に示したマ
イクロレンズ付の固体撮像装置上に、カバーガラス109
及びカバーガラス接着層108 を形成することが要求され
る場合がある。更にはまた、クリアモールド実装の場合
にも、マイクロレンズ上に接してクリアモールド材が形
成されることとなる。このような構成とした場合には、
通常の有機材料で形成されたマイクロレンズの屈折率は
約1.6であり、一方カバーガラス接着層あるいはクリア
モールド材の屈折率も、ほぼマイクロレンズの屈折率値
に近いため、マイクロレンズ効果が大幅に低下する。ま
た有機材料で形成されたマイクロレンズは耐光性が劣り
褪色しやすいという問題点がある。
【0005】この点を改善するため、特開昭58−22
0106号公報には、クリアモールド等の実装に適する
マイクロレンズの構造が開示されている。図11は、その
公報開示中の一実施例であり、111 は半導体基板、112
は該半導体基板111 中に形成されたフォトダイオード、
113 は酸化膜、114 は凹形状を有するガラス, 樹脂等よ
りなる薄膜、115 は薄膜114 の凹部に充填された、透光
性を有し薄膜114 よりも高屈折率を有する材料である。
この図11のような構成とすることにより、入射光16は、
充填材料115 及び薄膜114 のマイクロレンズ効果により
効果的にフォトダイオード112 に集光されることとな
る。しかしながら、この公報には薄膜114は樹脂よりな
り、一方、薄膜114 の凹部の充填材料115 は透光性材料
としか記載されておらず、具体的な材料は開示されてい
ない。
【0006】また特開昭62−23161号公報には、
図11に示したものと同様に、クリアモールド実装に適し
たマイクロレンズの製法が開示されており、図12を用い
て、その構成を説明する。図12において、121 はシリコ
ン中に形成されたフォトダイオード部、122 はシリコン
酸化膜からなる凹形状を有する薄膜、123 は窒化シリコ
ンよりなるレンズである。窒化シリコンからなるレンズ
123 の形成方法は、まずCVD法等により厚く窒化シリ
コンを堆積し、その後エッチバック法により、その表面
を平坦化するという工程がとられており、そのプロセス
工程が煩雑である欠点を有していた。
【0007】本発明は、従来のマイクロレンズを備えた
固体撮像装置における上記問題点を解消するためになさ
れたもので、クリアモールド実装等の場合においても、
レンズ効果が消失せず、耐光性,耐褪色性に優れたマイ
クロレンズを容易に形成することが可能な固体撮像装置
の製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、半導体基板の表面領域にマトリ
クス状に配設された複数の光電変換素子と、前記半導体
基板上の前記各光電変換素子に対応する部分に入射光を
集束するマイクロレンズをそれぞれ備えた固体撮像装置
の製造方法において、前記各光電変換素子の受光部に対
応する部分に平坦な透明膜を形成したのち、該平坦透明
膜の側面に、2前後の高屈折率をもつ透明材料からなる
曲面状サイドウォールを形成して、マイクロレンズを構
成するものである。
【0009】このように平坦透明膜とその側面に形成す
る曲面状サイドウォールとでマイクロレンズを構成する
ようにしたので、無機材料のみでマイクロレンズを形成
することができ、耐光性,耐褪色性に優れた高信頼性を
有するマイクロレンズが得られる。またサイドウォール
は、MOSデバイスの短チャネル効果を防止するのに有
効なLDD(Lightly Doped Drain )形成工程で一般的
に用いられるサイドウォール形成法で形成できるので、
マイクロレンズを容易に製造することができる。また製
造された固体撮像装置は、クリアモールド実装等により
表面に空気とは異なる有機材料等が隣接形成された場合
でも、レンズ効果消失による感度低下を回避することが
できる。
【0010】
【実施例】次に本発明に係る固体撮像装置の製造方法の
第1実施例を、図1〜図5に示す製造工程図を用いて説
明する。この実施例は、光電変換素子としてCMDを用
いた固体撮像装置に本発明を適用したもので、図1は、
二酸化シリコンあるいは可視光に透明な有機樹脂材料よ
りなる表面平坦化層9が形成された段階でのCMDのデ
バイス断面図を示している。図1において、1はN-
ピタキシャル層、2はN+ ソース拡散層、3はN+ ドレ
イン拡散層、4は二酸化シリコン(SiO2 )からなるゲ
ート酸化膜、5は受光部となるゲート電極、6はアルミ
ニウム等の金属よりなるソース配線部、7は同じく金属
よりなるドレイン配線部、8は表面保護膜であり、CM
Dの1画素部分を矢印で示している。そして前記表面平
坦化層9の屈折率は、1.45〜1.60となっている。
【0011】次に図2に示すように、平坦化層9の上部
に、透明な有機樹脂材料あるいはSiO2 等よりなる透明
膜10を形成し、続いてゲート電極5に対応する透明膜10
の表面上に、ホトリソグラフィー法によりレジスト11を
形成する。そしてレジスト11を形成後、リアクティブイ
オンエッチング法(RIE法)により、不要な部分の透
明膜10をレジスト11をマスクとして除去する。その後レ
ジスト11を除去することにより、図3に示すように、ゲ
ート電極5に対応した平坦な分割透明膜10aが形成され
る。
【0012】図3において、各分割透明膜10aの間隔
は、ドレイン上における間隔t1 及びソース上における
間隔t2 と2種類あるが、両間隔t1 とt2 はほぼ等し
いことが望ましい。またCMDの画素サイズにもよる
が、この間隔t1 (=t2 )は約1〜2μmの寸法とな
っている。また分割透明膜10aの厚さt3 は、約t1
2の寸法となるように形成する。
【0013】次いで図4に示すように、分割透明膜10a
の形成材料より高い屈折率を有する材料からなる高屈折
率膜12を、CVD(Chemical Vapor Deposition )法を
用いて形成する。高屈折率膜12の材料は、例えば屈折率
が2.0である窒化シリコン(Si3 4 )等が代表として
挙げられる。また高屈折率膜12の膜厚t4 は、t4 ≒t
3 とする。
【0014】次に、RIE法により、異方性エッチング
を行い、図5に示すように、分割透明膜10aの両側面に
曲面状のサイドウォール13を形成する。このサイドウォ
ール13は屈折率の高いSi3 4 膜等からなる高屈折率膜
12よりなる。このサイドウォール13によりマイクロレン
ズの曲面部を形成し、サイドウォール13と平坦な分割透
明膜10aとでマイクロレンズを構成している。
【0015】次に、このようにして製造された固体撮像
装置の集光動作について説明する。図6に示すように、
光がCMD上に入射すると、分割透明膜10aの上部への
入射光14aは、屈折を受けずにゲート電極5に入射す
る。一方、サイドウォール13への入射光14bは、高屈折
率を有するサイドウォール13により屈折され、効率的に
ゲート電極5の上部に集光される。なお、平坦な分割透
明膜10aとサイドウォール13とで構成されるマイクロレ
ンズの焦点調節は、従来のマイクロレンズ形成方法と同
じく、平坦化層9の厚さで調整される。
【0016】本発明により形成されるマイクロレンズ
は、光の屈折を行うサイドウォール13を形成する材料
が、平坦化層9、あるいはプラスチックモールドを行う
場合の材料、あるいは保護膜用絶縁膜材料に比べ、高屈
折率を有するため、図7に示すように、マイクロレンズ
を構成する分割透明膜10a及びサイドウォール13上に、
第2平坦化層14及びカラーフィルタ群15を形成するよう
にした、埋め込みレンズ構成とすることが可能となる。
【0017】上記第1実施例においては、マイクロレン
ズを構成する各サイドウォール13間には、微小なギャッ
プが存在する場合も生じる。ギャップが生じると開口率
の低下を招く。第2実施例では、サイドウォール13間の
ギャップを消失させ、ギャップ存在による開口率の低下
を防ぐようにした構成の製造方法を提案する。
【0018】第2実施例においては、第1実施例の図5
に示す製造工程終了後に、図8に示すように、表面に薄
膜16をCVD法等により形成する。ここで薄膜16の形成
材料は、サイドウォール13の形成材料と同じ高屈折率を
有する材料よりなり、また薄膜16の厚さは、サイドウォ
ール13間のギャップ長t5 の半分を少し超える程度の厚
さとする。この薄膜16の形成によりサイドウォール13間
のギャップは消失し、高開口率のマイクロレンズ群が形
成可能となる。
【0019】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、平坦透明膜とその側面に形成する曲面
状サイドウォールとでマイクロレンズを構成するように
したので、無機材料のみでマイクロレンズを形成するこ
とができ、耐光性,耐褪色性に優れた高信頼性を有する
マイクロレンズをサイドウォール形成法で容易に製造す
ることができる。また製造された固体撮像装置は、クリ
アモールド実装等により表面に空気とは異なる有機材料
等が隣接形成された場合でも、レンズ効果消失による感
度低下を回避することが可能となる。したがってマイク
ロレンズを埋め込み構造化できるので、レンズ部から半
導体表面までの距離が小さくなる微細受光部寸法を有す
る高解像度固体撮像素子用のマイクロレンズの製造方法
にも好適となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第1実
施例を説明するための製造工程を示す断面図である。
【図2】図1に示した製造工程に続く製造工程を示す断
面図である。
【図3】図2に示した製造工程に続く製造工程を示す断
面図である。
【図4】図3に示した製造工程に続く製造工程を示す断
面図である。
【図5】図4に示した製造工程に続く製造工程を示す断
面図である。
【図6】第1実施例により製造された固体撮像装置の集
光動作を説明するための説明図である。
【図7】第1実施例の応用例を説明するための断面図で
ある。
【図8】第2実施例を説明するための断面図である。
【図9】従来のマイクロレンズを備えた固体撮像装置の
構成例を示す断面図である。
【図10】カバーガラスを備えた従来の固体撮像装置の構
成例を示す断面図である。
【図11】クリアモールド実装に適するマイクロレンズを
備えた従来の固体撮像装置の構成例を示す断面図であ
る。
【図12】クリアモールド実装に適するマイクロレンズを
備えた従来の固体撮像装置の他の構成例を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
1 N- エピタキシャル層 2 N+ ソース拡散層 3 N+ ドレイン拡散層 4 ゲート酸化膜 5 ゲート電極 6 ソース配線部 7 ドレイン配線部 8 表面保護膜 9 表面平坦化層 10 透明膜 10a 分割透明膜 11 レジスト11 12 高屈折率膜 13 サイドウォール 14 第2平坦化層 15 カラーフィルター群 16 薄膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面領域にマトリクス状に
    配設された複数の光電変換素子と、前記半導体基板上の
    前記各光電変換素子に対応する部分に入射光を集束する
    マイクロレンズをそれぞれ備えた固体撮像装置の製造方
    法において、前記各光電変換素子の受光部に対応する部
    分に平坦な透明膜を形成したのち、該平坦透明膜の側面
    に、2前後の高屈折率をもつ透明材料からなる曲面状サ
    イドウォールを形成して、マイクロレンズを構成するこ
    とを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記曲面状サイドウォールを形成する透
    明材料を、窒化シリコンとしたことを特徴とする請求項
    1記載の固体撮像装置の製造方法。
JP4158964A 1992-05-27 1992-05-27 固体撮像装置の製造方法 Withdrawn JPH05335533A (ja)

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