JP2000307090A - 固体撮像素子用マイクロレンズアレイ及びそれを用いた固体撮像素子並びにそれらの製造方法 - Google Patents

固体撮像素子用マイクロレンズアレイ及びそれを用いた固体撮像素子並びにそれらの製造方法

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JP2000307090A
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Osamu Koga
修 古賀
Tadashi Ishimatsu
忠 石松
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光電変換素子の受光部の受光効率を上げ、固体
撮像装置の感度や画質を向上できる固体撮像素子用マイ
クロレンズアレイ及び固体撮像素子を提供することを目
的とする。 【解決手段】半導体基板11に受光部12、遮光部1
3、平坦化層14、カラーフイルター層15及びオーバ
ーコート層16を形成した固体光電変換素子10を作製
し、オーバーコート層16上に感光層からなる下地層2
1を形成し、パターニング処理した後、350nm以下
の紫外線を露光して、下地パターン層21aを形成す
る。さらに、感光層からなるレンズ形成層22を形成
し、パターニング処理を行って、波長350nm〜40
0nmの紫外線を露光してレンズ形成パターン層22a
を形成し、加熱フローさせてマイクロレンズ22b及び
マイクロレンズアレイアレイ23が形成された固体撮像
素子100を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロレンズアレ
イを設けた固体撮像素子に関し、特に光の利用効率を向
上させるマイクロレンズアレイに関する。
【0002】
【従来の技術】固体光電変換素子は、一般に半導体基板
上に受光部と電荷転送部とが設けられ、受光部で光電交
換された電荷を電荷転送部に転送する構成となってい
る。このため、半導体基板上の100%の領域を受光部
とすることができない。受光部の受光効率を向上させる
方法として、水平方向、垂直方向に二次元的に配置され
たフォトダイオードからなる受光部上にマイクロレンズ
アレイを形成し、受光部に集光させることで、固体撮像
素子の感度を向上させている。
【0003】図3に光電変換素子上にマイクロレンズア
レイを形成した従来の固体撮像素子の一例を模式的に示
す部分断面図を、図4(a)〜(e)に従来の固体撮像
素子の製造工程を模式的に示す部分断面図を示す。21
はシリコンからなる半導体基板、22はフォトダイオー
ドからなる受光部、23は遮光部、24は平坦化層、2
5は色分解用のカラーフィルター層、26はオーバーコ
ート層、27は溝、32bはマイクロレンズ、33はマ
イクロレンズアレイ、200はマイクロレンズアレイが
形成された固体撮像素子である。
【0004】入射光はマイクロレンズ32bで集光さ
れ、オーバーコート層26、カラーフイルター層25及
び平坦化層24を通り受光部22に入射し、入射光量に
応じて電荷に変換され電荷転送される。このとき、入射
光の全部が受光部22上に入射しないで遮光部23上に
も入射し、この遮光部23上に入射した光量は電荷に変
換されないで、固体撮像素子の感度低下を招く一要因に
なっている。
【0005】従来の固体撮像素子の製造方法は、図4
(a)〜(e)に示すように、半導体基板21に受光部
22、遮光部23、平坦化層24、色分解用のカラーフ
ィルター層25及びオーバーコート層26を順次形成し
た光電変換素子20のオーバーコート層26上にレジス
トパターン31を形成し、オーバーコート層26をドラ
イエッチングして溝27を形成する。さらに、レジスト
パターン31を剥離した後溝27が形成されたオーバー
コート層26上にレンズ形成層32を形成し、パターニ
ング処理して溝27間にレンズ形成パターン層32aを
形成する。さらに、レンズ形成パターン層32aを加熱
処理して熱フローさせてマイクロレンズ32bを形成
し、マイクロレンズアレイ33が形成された固体撮像素
子200を得る。ここで、この溝27はマイクロレンズ
32bがくっつかない様にする堰の役目をしていると同
時にマイクロレンズ32bの裾野形状を所望の形状にす
る役目も併せもっている。しかし、この溝27はプロセ
ス上最低限の幅が必要で、且つ溝形状がエッチング工程
でバラツキを示すため、光学的にみた場合マイクロレン
ズアレイの光学充填率(画素に対するマイクロレンズの
占める割合)を下げることになり受光部22上の受光効
率を下げ、固体撮像素子の感度低下を招く一要因になっ
ている。
【0006】さらに、従来の製造方法では、光電変換素
子20のオーバーコート層26に溝27を形成するため
のレジストパターン形成工程及びエッチング工程が必要
であり、マイクロレンズアレイ及び固体撮像素子のコス
トアップの一要因になっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑み考案されたもので、光電変換素子の受光部の受光効
率を上げ、固体撮像装置の感度や画質を向上できるマイ
クロレンズアレイ及び固体撮像素子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】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、水平方向
と垂直方向に二次元的に配置された受光部を固体撮像素
子上に形成されたマイクロレンズアレイにおいて、熱フ
ロー性の低い下地パターン層と熱フロー性の高いマイク
ロレンズの2層で構成されていることを特徴とする固体
撮像素子用マイクロレンズアレイとしたものである。
【0009】また、請求項2においては、請求項1に記
載の固体撮像素子用マイクロレンズアレイを設けたこと
を特徴とする固体撮像素子としたものである。
【0010】さらにまた、請求項3においては、以下の
工程を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に
記載の固体撮像素子用マイクロレンズアレイ及び固体撮
像素子の製造方法としたものである。 (a)シリコンからなる半導体基板に受光部、遮光部、
平坦化層、カラーフイルター層及びオーバーコート層を
形成してなる固体光電変換素子の前記オーバーコート層
上に感光性樹脂を塗布して感光層からなる下地層を形成
する工程。 (b)前記下地層をパターン露光、現像等のパターニン
グ処理した後波長350nm以下の紫外線を照射して下
地パターン層を形成する工程。 (c)前記下地パターン層上に感光性樹脂を塗布して感
光層からなるレンズ形成層を形成し、パターン露光、現
像等のパターニング処理した後波長350nm〜400
nmの紫外線を照射してレンズ形成パターン層を形成す
る工程。 (d)前記レンズ形成パターン層を加熱フローしてマイ
クロレンズを形成し、マイクロレンズアレイが形成され
た固体撮像素子を作製する工程。
【0011】
【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は本発明の固体撮像素子用マイクロレンズ
アレイ及びそれを用いた固体撮像素子の一実施例を模式
的に示した部分断面図、図2(a)〜(e)は本発明の
固体撮像素子用マイクロレンズアレイ及びそれを用いた
固体撮像素子の製造工程の一実施例を模式的に示した部
分断面図である。
【0012】本発明は、図1に示すように、固体光電変
換素子10上のオーバーコート層16上に下地パターン
層21aを形成し、この下地パターン層21a上にマイ
クロレンズ22bを熱フローにて形成するので、下地パ
ターン層21aを精度良く形成してやれば均一な形状の
マイクロレンズ22bが得られるようにしたものであ
る。
【0013】以下本発明の固体撮像素子用マイクロレン
ズアレイ及び固体撮像素子の形成方法について図2
(a)〜(e)を用いて説明する。まず、フォトダイオ
ードからなる受光部12及びアルミニウムからなる遮光
部13が形成された半導体基板11上にアクリル系樹脂
溶液をスピンナーで塗布し、所定厚の平坦化層14を形
成する。
【0014】次に、平坦化層14上に、感光性顔料溶液
をスピンナーで塗布し、所定厚の感光性顔料層を形成
し、パターニング処理して、受光部上に一色目のカラー
フィルターを形成する。順次この工程を繰り返し、二色
目、三色目のカラーフィルターを形成し、Red、Gr
een、Blueからなる3色のカラーフィルター層1
5を形成する
【0015】次に、カラーフィルター層15上にアクリ
ル系樹脂溶液をスピンナーで回転塗布し、所定厚のオー
バーコート層16を形成し、固体光電変換素子10を得
る。
【0016】次に、オーバーコート層16上に感光性樹
脂を塗布し、感光層からなる下地層21を形成し、所定
のパターン露光を行ってパターニング処理した後波長3
50nm以下の紫外線を全面露光して、下地パターン層
21aを形成する。この露光工程は下地パターン層21
aを硬化させると同時に、感光基を分解させ、透明度を
向上させることができ、且つ熱フロー性を低くできる。
【0017】次に、オーバーコート層16及び下地パタ
ーン層21a上に感光性樹脂を塗布し、感光層からなる
レンズ形成層22を形成し、所定のパターン露光、現像
等のパターニング処理を行って、波長350nm〜40
0nmの紫外線を露光して下地パターン層21a上にレ
ンズ形成パターン層22aを形成する。さらに、レンズ
形成パターン層22aを加熱フローさせて、下地パター
ン層21aとほぼ同じ大きさのマイクロレンズ22bを
形成し、固体撮像素子用マイクロレンズアレイ23が形
成された固体撮像素子100を得ることができる。
【0018】このように下地パターン層21a上に熱フ
ロー性の異なるレンズ形成パターン層22aを形成し
て、レンズ形成パターン層22aを加熱フローしてマイ
クロレンズ22bを形成すると、形状再現性の良いマイ
クロレンズ及びマイクロレンズ間のギャップを精度良く
制御したマイクロレンズアレイ23が得られる。
【0019】
【実施例】以下実施例により本発明を詳細に説明する。
まず、フォトダイオードからなる受光部12及びアルミ
ニウムからなる遮光部13が形成された半導体基板11
上にアクリル系樹脂溶液をスピンナーで塗布し、所定厚
の平坦化層14を形成した。
【0020】次に、平坦化層14上に感光性顔料溶液を
スピンナーで塗布し、所定厚の感光性顔料層を形成し、
パターニング処理して、受光部に対応する位置に一色目
のカラーフィルターを形成した。順次この工程を繰り返
し、二色目、三色目のカラーフィルターを形成し、Re
d、Green、Blueからなる3色のカラーフィル
ター層15を形成した
【0021】次に、カラーフィルター層15上にアクリ
ル系樹脂溶液をスピンナーで回転塗布し、所定厚のオー
バーコート層16を形成し、固体光電変換素子10を得
た。
【0022】次に、ポジ型レジスト(MFR−354:
JSR(株)製)をスピンナーで回転塗布し、0.40
μm厚の感光層からなる下地層21を形成した。所定の
パターンを有するフォトマスクを使ってパターン露光、
現像等のパターニング処理して、波長350nm以下の
紫外線を照射して5μm角で下地パターン層間ギャップ
が0.35μmの下地パターン層21aを形成した。
【0023】次に、ポジ型レジスト(MFR−354:
JSR(株)製)をスピンナーで回転塗布し、1.0μ
m厚の感光層からなるレンズ形成層22を形成した。さ
らに、所定のパターンを有するフォトマスクを使ってパ
ターン露光、現像等のパターニング処理して、波長35
0nm〜400nmの紫外線を照射して下地パターン層
21a上に4.5μm角のレンズ形成パターン層22a
を形成した。
【0024】さらに、レンズ形成パターン層22aを1
30℃で加熱処理し、熱フローを起こさせて下地パター
ン層21aとほぼ同じ大きさの5.0μm角のマイクロ
レンズ22bを形成し、固体撮像素子用マイクロレンズ
アレイ23が形成された固体撮像素子100を得た。
【0025】
【発明の効果】上記したように、本発明の固体撮像素子
用マイクロレンズアレイの構成及び製造方法によると均
一で形状再現性の良いマイクロレンズアレイが得られ、
固体光電変換素子の受光部の受光効率を上げることがで
き、固体撮像素子の感度向上に寄与できる。さらに、固
体光電変換素子上のオーバーコート層に溝を形成するエ
ッチング工程が省けるため、製造コストの低減を計るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像素子用マイクロレンズアレイ
及び固体撮像素子の一実施例を模式的に示した部分断面
図である。
【図2】(a)〜(e)は、本発明の固体撮像素子用マ
イクロレンズアレイ及び固体撮像素子の一実施例の製造
工程を模式的に示した部分断面図である。
【図3】従来の固体撮像素子用マイクロレンズアレイ及
び固体撮像素子の一例を模式的に示した部分断面図であ
る。
【図4】(a)〜(e)は、従来の固体撮像素子用マイ
クロレンズアレイ及び固体撮像素子の製造工程を模式的
に示した部分断面図である。
【符号の説明】
10、20……固体光電変換素子 11……半導体基板 12……受光部 13……遮光部 14……平坦化層 15……カラーフィルター層 16……オーバーコート層 21……下地層 21a……下地パターン層 22、32……レンズ形成層 22a、32a……レンズ形成パターン層 22b、32b……マイクロレンズ 23、33……マイクロレンズアレイ 26……オーバーコート層 27……溝 31……レジストパターン 100、200……マイクロレンズアレイが形成された
固体撮像素子
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/30 573 Fターム(参考) 4M118 AA10 AB01 BA09 CA02 FA06 GB03 GB07 GB11 GC08 GD04 GD07 5C024 AA01 CA12 CA31 DA01 EA04 FA01 FA12 GA01 5F046 NA05 NA14 NA19 PA12

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水平方向と垂直方向に二次元的に配置され
    た受光部を有する固体撮像素子上に形成されたマイクロ
    レンズアレイにおいて、熱フロー性の低い下地パターン
    層と熱フロー性の高いマイクロレンズの2層で構成され
    ていることを特徴とする固体撮像素子用マイクロレンズ
    アレイ。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の固体撮像素子用マイクロ
    レンズアレイを設けたことを特徴とする固体撮像素子。
  3. 【請求項3】以下の工程を有することを特徴とする請求
    項1又は請求項2に記載の固体撮像素子用マイクロレン
    ズアレイ及び固体撮像素子の製造方法。 (a)シリコンからなる半導体基板に受光部、遮光部、
    平坦化層、カラーフイルター層及びオーバーコート層を
    形成してなる固体光電変換素子の前記オーバーコート層
    上に感光性樹脂を塗布して感光層からなる下地層を形成
    する工程。 (b)前記下地層をパターン露光、現像等のパターニン
    グ処理した後波長350nm以下の紫外線を照射して下
    地パターン層を形成する工程。 (c)前記下地パターン層上に感光性樹脂を塗布して感
    光層からなるレンズ形成層を形成し、パターン露光、現
    像等のパターニング処理した後波長350nm〜400
    nmの紫外線を照射してレンズ形成パターン層を形成す
    る工程。 (d)前記レンズ形成パターン層を加熱フローしてマイ
    クロレンズを形成し、マイクロレンズアレイが形成され
    た固体撮像素子を作製する工程。
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