JPH03190167A

JPH03190167A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPH03190167A
Application number: JP1329061A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Naka; 仲　俊一; Junichi Nakai; 淳一仲井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1991-08-20

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】［産業上の利用分野］この発明は、受光部の上面に集光用のマイクロレンズが
形成されたＣＣＤなとの固体撮像素子に関する。

（従来の技術］ＣＣＤなとの固体撮像素子では、チップサイズの小型化
及び多画素化に伴い、これに形成きれる画素としての受
光部の面積も縮小化されるようになってきた。そのため
、各受光部での受光量が減少し、感度（出力／入射光量
）が低下する問題が派生している。

これを解決するため、画素となる各受光部の上面に、ポ
ジレジストでマイクロレンズを形成した固体撮像素子が
提案されている。マイクロレンズで入射光量が集光きれ
るので、受光部における実効的な受光面積が増え、感度
の低下を補うことができる。

このマイクロレンズは、マイクロレンズの基となるポジ
レジスト層がエツチング処理されたのち、熱処理による
ポジレジスト層の熱ダレを利用して形成される。

マイクロレンズは個々の受光部ごとに形成することもで
きれば、列単位若しくは行単位の受光部ごとにマイクロ
レンズを形成することもできる。

マイクロレンズとしては、通常ポリスチレン、アクリル
樹脂などの透明な感光性樹脂が使用されている。

［発明が解決しようとする課題〕マイクロレンズとしては、上述したようにポリスチレン
、アクリル樹脂などの透明感光性樹脂が使用されている
が、このような感光性樹脂は、周知のようにフォトエツ
チングにて加工する際の微細加工が難しい。

そのため、高密度な固体撮像素子にはこのマイクロレン
ズを形成することができなかった。

そこで、この発明ではこのような従来の課題を構成簡単
に解決したものであって、マイクロレンズの微細加工を
可能にした固体撮像素子を提案するものである。

［課題を解決するための手段］上述した課題を解決するため、この発明においては、受
光部ごとに若しくは受光部群ごとにマイクロレンズを形
成して、外光を受光部に集光させるようにした固体撮像
素子において、上記マイクロレンズとしてノボラック樹脂が使用されて
なることを特徴とするものである。

［作　用］マイクロレンズ２８用のレジスト層５２としてノボラッ
ク樹脂が使用される。ノボラック樹脂は微細加工が可能
である。ただし、このノボラック樹脂は不透明である。

しかし、紫外線若しくは遠紫外線を照射すると、透明体
に変質する。

そのため、レジスト層５２を加熱処理して熱変形させて
レジスト層５２を球状若しくはカマボコ状に変形きせた
のち、紫外線若しくは遠紫外線を照射して透明体に変質
きせる。紫外線若しくは遠紫外線を照射すると、その樹
脂が硬化するので、熱的にも安定する。

［実　施　例］続いて、この発明に係る固体撮像素子の一例を、上述し
たカラー固体撮像素子に適用した場合につき、第１図以
下を参照して詳細に説明する。

固体撮像素子としてはＣＣＤを例示する。撮像素子は一
次元構成でも、二次元構成でも共に適用できる。

第１図はカラー固体撮像素子の一例である。

このカラー固体撮像素子６０において、半導体基板１２
はＰ形、受光部１４はＮ形である。受光部１４．１４間
に挾まれた電荷転送部１６の半導体基板１２上には、図
のように２層の転送電極１８．２０が５ｉ０２などの絶
縁層２２を介して形成されている。

そして、この転送電極２０の上面には遮光メタル２４が
被着形成きれ、電荷転送部１６に外光が入射しないよう
になされている。

遮光メタル２４の上面及び受光部１４の上面は夫々アク
リル樹脂などを使用した平坦化層２６が塗布されて、そ
の表面が平坦化される。そして、カラー化するために、
この平坦化層２６の上面に、図のようなカラーフィルタ
４０　（４０Ｒ，４０Ｇ。

４０Ｂ）が形成されている。カラーフィルタ４０Ｒ，４
０Ｇ、４０Ｂは夫々受光部１４と対峙するように形成さ
れ、したがフて夫々の受光部１４にはＲ，Ｇ、Ｂ　（赤
、緑、青）の単色光が入射する。

カラーフィルタ４０Ｒ，４０Ｇ、４０Ｂはゼラチン、カ
ゼインなどを染料で染めて形成することができる。

ざらに、カラーフィルタ４０Ｒ，４０Ｇ、４０Ｂを保護
し、且つマイクロレンズ層を固定するために、保護層３
ｏが形成される。この保護層３０の上面で、受光部１４
と対向する位置にマイクロレンズ２８が形成きれる。

保護層３０は、マイクロレンズ２８を形成する前に、硬
化処理を施しておく。すなわち、保護層３０として紫外
線あるいは遠紫外線用レジストを使用する場合は、紫外
線あるいは遠紫外線を照射し、また熱硬化型樹脂を使用
する場合は、加熱、硬化処理を施しておく。

この硬化処理によって、マイクロレンズ２８を形成する
処理工程で加熱処理が加わっても、保護層３０は熱変形
しないから、良好な形状のマイクロレンズ２８を形成す
ることができる。

マイクロレンズ２８は個々の受光１１４ごとに形成する
こともできれば、列単位若しくは行単位の受光部ごとに
マイクロレンズ２８を形成することもで伊る。

マイクロレンズ２８の夫々は、夫々の周縁部２８ａが互
いに連続するようにマイクロレンズ２８が形成きれる。

夫々の周縁部２８ａが互いに連続することによって、第
１図に示したように周縁部２８ａに入射した外光も受光
部１４に導くことができる。

そうすれば、マイクロレンズ２８に入射した外光の殆ど
を受光部１４に取り込むことができるから入射光量が増
え、その分感度が向上する。

マイクロレンズ２８は、紫外線あるいは遠紫外線用の感
光性樹脂特に、ノボラック樹脂が使用される。このノボ
ラック樹脂がレジスト層５２（後述する）として使用さ
れる。

ノボラック樹脂は周知のように微細加工が可能で、しか
も以下のような性質を持つ。

すなわち、ノボラック樹脂は、常態では不透明である。

しかし、これに紫外線あるいは遠紫外線を照射すると透
明体に変質する。

また、紫外線若しくは遠紫外線を照射する前は、加熱処
理によって熱変形を受けるので、当初の形状が層状でも
、これが球状ないしはカマボコ状に変形する。そして、
熱変形後に紫外線あるいは遠紫外線を照射すれば熱変形
を受けたノボラック樹脂は硬化するので、熱的に安定す
る。

続いて、この発明に係るカラー固体損保素子の製法の一
例を第２図に示す。マイクロレンズ２８は受光部１４ご
とに形成するようにした場合を例示する。

まず、シリコンなどのＰ型半導体基板１２の所定位置か
らＮ型不純物をドープして受光部１４が形成される。そ
して、半導体基板１２の上面には第１図で示した転送層
ｔｉ１８．２０、遮光メタル２４、平坦化層２６などが
、周知の手法で順次形成される。

平坦化層２６は、アクリル樹脂の他に、ポリイミド樹脂
、イソシアネート樹脂、ウレタン樹脂などを使用するこ
とができる。本例では、アクリル樹脂’ＦＶＲ−１０Ｊ
　　（富士薬品（株）製）を使用している。この平坦化
層２６は、その厚みが例えば５．０ａｍとなるようにス
ピンコード法などによって塗布される。その上面に、カ
ラーフィルタ４０Ｒ，４０Ｇ、４０Ｂを形成した後、保
護層３０を塗布し、硬化処理を施す。これらの層をまと
めて固定層５０として示す（第２図Ａ）。

この固定層５０の上面に、紫外線あるいは遠紫外線用の
レジスト層（ノボラック樹脂）、本例ではポジ型レジス
ト層５２がスピンコード法などによって、その厚ざが一
例として３．０μｍ程度となるように塗布される（同図
Ａ）。

ポジ型レジスト層５２として使用きれるノボラック樹脂
としては、ｒＡＺ、０ＦＰＲ，マイクロポジット」　（
何れも商品名）などの市販品を使用することができる。

ノボラック樹脂は微細加工が可能であるから、受光部１
４も高密度に形成することができる。

ポジ型レジスト層５２を塗布後、これを乾燥させたのも
、所定のパターンとなるように受光部１４以外が紫外線
で露光、現像されてパターニングされる（同図Ｂ）。

その後、１６０℃以下の温度、好ましくは１３０〜１５
０℃の温度条件下で加熱処理が行なわれてポジ型レジス
ト層５２が半球状に熱変形される（同図Ｃ）。

ポジ型レジスト層５２の熱変形により図では半球状で、
かつ夫々の周辺部２８ａが互いに連結されたマイクロレ
ンズ２８が得られる。

加熱温度を１６０℃以下にしたのは、固定層５０中に介
挿きれたカラーフィルタ４０Ｒ，４０Ｇ。

４０Ｂの耐熱性を考慮したもので、このカラーフィルタ
４０Ｒ，４０Ｇ、４０Ｂが熱変質しないようにするため
である。

ポジ型レジスト層５２を熱変形させてマイクロレンズ２
８を形成した後は、２００〜３００ｎｍの遠紫外線を照
射して露光処理を施す。そうすると、今まで不透明であ
ったポジ型レジスト層５２は透明体に変質する。紫外線
を照射しても同様に透明体に変質する。

また、この遠紫外線の照射によってレジスト層が硬化す
る。ポジ型レジスト層５２を熱変形後硬化きせることに
よって、マイクロレンズ２８は熱的に安定する。

ポジ型レジスト層５ｚを熱変形後に硬化処理したのは、
透明体への変質と、遠紫外線で露光する前は、ポジ型レ
ジスト１１５２は１２０〜１６０℃で容易に軟化するが
、−旦遠紫外線で露光すると、その後は熱的に非常に安
定するという２つの性質を利用したものである。

ただし、この加熱処理と遠紫外線若しくは紫外線処理と
は同時に行フてもよい。

なお、本発明における固体撮像素子はカラー用に限らず
、白黒用にも適用され、またＣＣＤに限らず、他の方式
の固体撮像素子にも利用できる。

［発明の効果］以上説明したように、この発明は受光部の上面に形成さ
れるマイクロレンズとして、紫外線若しくは遠紫外線の
照射によって透明体に変質するノボラック樹脂を使用し
たものである。

これによって、透明体のマイクロレンズを形成できると
共に、マイクロレンズの微細加工が可能になるため、受
光部の高密度化、受光部単位でのマイクロレンズの形成
が可能になるなどの特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る固体撮像素子の断面図、第２図
はその製法の一例を示す工程図である。１２　・　・　・１４　・　・　・１６　・　・　・２６　・　・　・２８　・　・　・４０Ｒ〜４０Ｂ５０　・　・　・５２　・　・　・６０　・　１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）受光部ごとに若しくは受光部群ごとにマイクロレ
ンズを形成して、外光を受光部に集光させるようにした
固体撮像素子において、上記マイクロレンズとしてノボラック樹脂が使用されて
なることを特徴とする固体撮像素子。