JPH05502783A - 光電変換素子上における静電荷制御用被覆層 - 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】 光電変換素子上における静電荷制御用被覆層技術分野 本発明は、イメージセンサ等の光電変換素子上に蓄積される静電荷を最小限に抑 制する技術に関する。

背景技術 横方向に所定間隔を隔てて配置されたセンサのアレイ等から成るイメージセンサ 素子か周知であり、種々の形態で構成可能である。このアレイは、通常ビクセル またはセンサ素子と呼ばれる多数の側方向オフセット領域から構成されていると 見なすことができる。各ビクセルに対して、凸形レンズ面を持つレンズアレイを 形成することにより感度を向上できることが研究により確認されている。

装ｒＩＩＩこ対応して配置されたレンズアレイは、フォトダイオードへの入射光 を集束させる作用を果たす。これによって、フォトダイオードの光収集領域が増 大され、信号特性を向上できる。

装置は、光を内部の半導体光センサへ指向させるためのレンズ支持層を有する。

レンズアレイの製造には、通常のポジ性フォトレジストが使用される。フォトレ ジストのコーティングが露光及び現像されて「島々」状になったレジストアレイ を生成する。レジストパターンは、その後浸水されて残存している光化学物質が 漂白され、次いでレンズを形成するに十分であるがそれに近接するレンズが一緒 に溶融しない程度に加熱される。しかし、このような従来のポジ性フォトレジス トを使用した場合には、次のような問題が生じていた。即ち、最終レジストはス ペクトルの青色部を若干吸収するが、レンズが空気中で加熱されるとその吸収量 が増大し、この結果、得られる信号レベルがそれよりも光透過性の高いレンズを 用いた時よりも低くなる。この脱色化を最小限に抑制するため、レンズは窒素等 の非酸化雰囲気中で形成される。レンズ形成は、１８０度未満の温度で１０−６ ０秒間行われる。しかし、最終工程における装置の所望パッケージング処理には 、通常１５０度で９０分間にわたりそして２１５度で約６０秒間という熱処理ス テツブが必要となる。この熱処理期間中に前記自己吸着はいっそう助長されて、 黄色化または褐色化が引き起こされてしまう。従って、これらのレジストを使用 するには、複雑で且つまた種々の不都合が伴う根本的に異なるバッケーシング処 理を行わなければならなかった。更に、これらのアレイが写真フィルム等地の媒 体に近接して使用される時に静電荷が発生するが、アレイ上に堆積した静電荷は その下層に位置する装置を損傷させる可能性がある。

発明の開示 本発明は、ＣＣＤイメージセッサ等の光電変換装置上に堆積した静電荷を除去す るための簡単且つ効果的な方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、上述した問題を解決できる感光装置のレンズアレイを生成 することにある。

本発明の他の態様は、可視スペクトル中で光透過性を持つ各センサ素子に対して 個別のレンズを持つ一体レンズアレイである複数のセンサ素子を特定する感光装 置を構成するための方法であって、 ａ）装置の各センサ素子上にスペーサ／平滑化層を設けるステップと、ｂ）フォ トレジスト物質層を供給するステップと、Ｃ）スペーサ及び平滑化層上の所望レ ンズアレイの形状にフォトレジスト物質をパターン化及び溶融するステップと、 ｄ）静電荷による損傷発生を防止するため、形成されたレンズアレイ全体を光透 過性の導電性物質で被覆するステップと、を含むことを特徴とする。

図面の簡単な説明 本発明は、次にその内容を簡単に記す添付の各図面と対応して後述する本発明の 好適な実施例を参照することにより、理解が一層容易となろう。

図１は、マルチビクセル半導体アレイの平面図。

図２は、フォトレノスト層が図３のレンズアレイ形成処理中にパターン化された 直後の単一のセンサ素子の断面図１ 図３は、レンズアレイが形成され導電性被覆によりコーティングされた後におけ る図２のセンナ素子の断面を示す図である。

本発明の実施形態 光電子イメージセンサのマルチピクセル半導体アレイ１０は、基板上において側 方向に間隔を介して配置された複数のフォトダイオード１４により形成されてい る。「充電変換装置」とは、光を受けて電気信号を発生する装置、または電気信 号に応答して光を発生する装置を意味する。

半導体アレイは、複数のセンサ素子またはビクセル１２から成るものとみなすこ とかできる。各ビクセルは、中央部に配置されたフォトダイオードセンサ１４を 有する。センサ１４の上面及び周面は、破線１８て示される線形多角境界によっ て定められている。

図２には、本発明のレンズアレイ形成過程における図１のアレイのセンサ素子ま たはビクセル１２が断面で示されている。通常は単結晶シリコン基板から成る半 導体基板２１は、上部主表面２３及び下部主表面２５を持つ。導電肴２７が下部 主表面を覆っている。半導体基板は、上部主表面２３から拡散形成されたＮ型導 電性領域２９及びＰ型導電性ウェル３１を有する。フォトダイオードがビクセル の中央に上部主表面からのＮ型拡散層３３により形成されている。フォトダイオ ードは、露光時に受けた光量に比例して電子を生成する作用を果たす。

発生した電子は、近接の電荷結合素子へ供給される。この電子転送用の埋設チャ ンネルを形成するため、浅い導電性領域３５が上部主表面近傍に配置されている 。こうして形成された埋設チャンネルは、フォトダイオードから近接ＣＣＤへ向 けて伸長する。横方向への不必要な電荷伝導を阻止するため、チャンネルストッ プと呼ばれるＰ十型導電性領域３７がフォトダイオード及び近接ＣＣＤを他の近 接表面構造から絶縁するように形成されている。

通常多結晶シリコンから形成されるゲート電極３９は、ゲート絶縁体３６上に形 成され、ゲート絶縁体３６は半導体基板の上面を被覆している。多結晶シリコノ は光透過性であり、一般にアルミニウムから成る光シールド４１によりゲート電 極が被覆されている。光透過性絶縁体４３は、半導体基板の上部主表面全体を覆 っており、且つ光シールドからゲート電極を隔離している。通常、絶縁体には表 面を不働聾化した二酸化シリコン、例えばホウケイ酸ガラス等が用いられるのが 一般的である。図示例ではユニットとして示されているが、絶縁体は複数の連続 した製造工程を経て形成されることが多い。一般的に平滑化物質と呼ばれる光透 過性物質４５は、平滑面４７を与えるように位置されている。その表面上には素 子５１を有するフィルタ４９が配置されている。素子５１は、付加主要色フィル タ素子などから成り、ビクセルまたはセンサ素子境界と共に伸長している。スペ ーサ／平滑化層５３がフィルタ４９上に形成されている。

層５３を形成する目的は、レンズをフォトダイオードからオフセットすることで 、フォトダイオード中の光集束を最大化し、或いはより小さいフォトダイオード によって同等の集束効率を挙げることにある。もちろん、層５３は光透過性を持 つものでなければならない。

レンズアレイは、米国特許第４，６９４．１８５号に詳述されているような方法 でフォトレジスト層５５内に形成される。フォトレジストは、次の式で表される 構造を持つ物質を含有する。

共願による米国特許第４．６８４．５９９号（発明者：　ＤｏＭｉｎｈ　ｅｔａ ！、）には、ポリマー結合体としてポリスルフオアミドを持つポジ型フォトレジ スト化合物、及び活性光線に露光された時に化合物に対してアルカリ溶解性を与 えるキノン増感剤が開示されている。

感光性ポリマー層５５は、適切な溶媒から、前もって形成されている層５３上へ スピンコードされる。層５５は、スペクトルレンジが３５０−４５０ｎｍの光で パターン状に露光される。その後、水性塩基溶液中で現像され、露光領域が除去 されることとなる。現像後、残存レジストに対して「フラッド」または非パター ン化露光を施す。これらの処理は、残存光化学物質を破壊することを目的とし、 これによってパターンが４００−１０００ｎｍの範囲の波長の光に対して光透過 性が与えられる。そして、パターン化されたレジスト層５５を１６０度Ｃ未満の 温度で加熱することによって丸みをつける。こうして、凸状レンズの形成が完了 する。この処理は、環境雰囲気（空気）下または不活性ガス（窒素またはアルゴ ン）雰囲気下で行われる。

各レンズの上面５６は凸状である。レンズアレイ形成のだめの溶融フォトレジス トに関するより詳細な記述に関しては、共願による米国特許第４，６９４，１８ ５号を参照されたい。図３において、１０００−３０００Ａの厚さを持つ酸化イ ンジウム−スズ５９がスパッタリング等のドライ処理によって各レンズ上へ堆積 される。このコーティングは、その後従来の手段を用いて研磨される。コーティ ングには、例えば酸化スズ、酸化アンチモン−スズまたは酸化カドミウム−スズ 等、光透過性を持つ他の導電物質を使用可能である。コーティング頂面６１は凸 状を呈し、レンズ面５６に合致している。生な必要条件は、光透過性を持つこと である。堆積は、レンズを変形させる温度以下に基板温度を保持し、合致コーテ ィングが得られるように行われる。

Ｅビーム蒸発工程は、層５９を形成するために使用され得る他の処理の一例であ る。

垂直矢印６２にて示した面６１に入射する光は、層５３内の集束矢印６３により 示されるように内側に層面する。光はフォトダイオードの表面上の収束点Ｆへ向 かう。

レンズからの光がフォトダイオードの方向へ内側に指向するので、光はフィルタ ５１の中央部のみて受光されることとなる。このようなレンズアレイ構造によっ てビクセル境界のエツジ揃えが可能となり、光ペナルティを受けることなくフィ ルタ素子をリラックスさせることができる。

図３には典型的な半導体装置における−のセンサ素子のみを示したが、現在の装 置は通常極めて多数のほぼ同様な素子を内蔵しており、その数は適用される装置 にもよるが、１０−１０程度にのぼる。本発明は、フォトダイオードへの光指向 に関して説明してきたが、多くのＣＣＤは光を直接感知できるよう構成されてお り、本発明の構成を適用できる。更にまた、他の光感知マルチビクセル半導体ア レイに対しても、もちろん本発明を応用可能である。

本発明の重要な特徴の一つとして、レンズを導電性酸化膜に合致させて被覆形成 し、酸化膜を接地させることによって装置作動中に表面に発生した静電荷は確実 に地面へ流されて、その下方に位置する装置が損傷を受けることが防止できる。

産業上の利用可能性及び利点 本発明の利点は、被覆層が導電性をもつので導電層を接地させることができ、発 生する静電荷を除去できることである。

本発明の他の利点は、レンズアレイを含む装置の好適なパッケージング処理を環 境雰囲気上条件下で行えることである。

所定のレンズ物質を用いるので、レンズが原熱形成温度以上に温度上昇した場合 にも、この合致被覆保護層がレンズの再溶融を防止する作用を果たす。

本出願人は、合致透過性導電酸化被覆層によってレンズ温度安定性を向上できる がことを見いだした。更に、酸化膜は比較的硬く且つ引っかき傷のできにくい物 質であり、これが有機性フォトレジスト物質を被覆する。この被覆作用によって 、レンズをフォトレジスト物質の再溶融に対して安定させることができ、且つ有 機性レンズに耐摩耗性を与えることができる。そして、酸化膜の導電性により静 電荷の除去通路が形成されることとなる。この結果、多くの他の装置では応答性 に欠ける可視スペクトルの青色部における信号レベルを改善保持することが可能 なレンズアレイが実現される。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、３ 絶対量子効率　（％） 絶対量子効率（％） 要約書 ４００−１．０００　ｎ　ｍの範囲内の波長光に対して実質的な光透過性を持つ レンズを有する感光装置のためのレンズアレイを形成する方法であって、以下の 各スｂ）フォト１７ジスト物質層を形成するステップ。

Ｃ）加熱することによってフォトレジスト物質をパターン化及び溶融し、スペー サ及び平滑化層上に所望のし／ズアレイを形成するステップ、　及びｄ）形成さ れたレンズを光透過性を持つ導電物質層と面一に被覆するステップ。

１１１１１．０２１．１．１．７１．７．、Ｎ自ＰＣＴ／ＵＳ９１１０７１０１ １

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．電荷結合イメージセンサ等の光電変換装置の表面上に静電荷が蓄積するのを 防止するための構造において、 ａ）静電荷の発生及び静電荷により生起される損傷を防止するための接地された 光透過性導電物質層、 を備えたことを特徴とする。
2. ２．請求項１に記載の構造において、光透過性導電物質は、酸化インジウムスズ 、酸化アンチモンスズ、または酸化スズであることを特徴とする。
3. ３．複数の各イメージセンサ素子に対応して、４００−１０００ｎｍの範囲に亘 る波長に対して実質的な光透過性をもつ個別レンズを備えた一体レンズアレイを 感光装置上に形成するために、 ａ）前記装置の各センサ素子上にスペーサ及び平滑化層を形成するステップと、 ｂ）フォトレジスト物質層を形成するステップと、ｃ）加熱によりフォトレジス ト物質をパターン化及び溶融させてスペーサ／平滑化層上に所望のレンズアレイ を形成するステップと、を含む方法において、更に、 前記形成された各レンズを接地された光透過性の導電酸化物質の層と合致するよ うに被覆し、これによって静電荷の発生及び静電荷により引き起こされる損傷を 阻止するステップを含むことを特徴とする。
4. ４．請求項３に記載の方法において、前記光透過性の導電物質は、酸化インジウ ムースズ、酸化アンチモン−スズ、または酸化スズであることを特徴とする。