JPH07105481B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

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、マイクロレンズを用いて素子感度を向上させ
た固体撮像装置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ている。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等からな
る感光部で電気信号に変換して出力信号を行う。このよ
うな固体撮像素子において、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、受光部の上方にマイクロレンズを設け、このマイク
ロレンズによって外光を感光部に集光することが一般に
行われている。

これを第３図に基づいて説明すると、半導体基板１の上
には、入射した光を電気信号に変換して信号を出力する
感光部としてのフォトダイオード２と、このフォトダイ
オード２の各列の両端部に位置してボンディングパッド
部３が夫々形成され、この上面には、上記ボンディング
パッド部３の上方を除きパッシベーション膜４及びフィ
ルタ層５が順次積層されている。そして、このフィルタ
層５の上面には、上記フォトダイオード２の上方に位置
して凸レンズの形状をしたマイクロレンズ６′が設けら
れ、このマイクロレンズ６′によって光を集め、この集
めた光をフォトダイオード２に入射することによりこの
感度を高めるよう構成されている。

そして、このマイクロレンズ６′は、下記の製造上の制
約により、一般にゼラチン、カゼイン又はアクリル系の
レジストによって構成されていた。

上記固体撮像装置においては、上述のようにボンデイン
グパッド３の上方のレジストを除去する必要があるた
め、この製造は、一般に次のように行われていた。

即ち、パッシベーション膜４、フィルタ層５内のカラー
染色層間に介在させた混色にじみを防止するための中間
膜、及びフィルタ層５の上面に配置した保護膜等として
感光性のあるレジストを使用し、これらの膜を塗布した
後、毎回現像して上記ボンディングパッド部３の上方に
位置するレジストをそのたび毎に除去することにより、
上記第３図に示すもののうちマイクロレンズ６′を除く
基板部を形成し、しかる後、フォトダイオード部２の上
方の所定の位置に、マイクロレンズ６′をパターニング
し、更にこのマイクロレンズ６′としてゼラチン系やカ
ゼイン系のレジストを使用した場合にはこの上面に保護
膜を被せたり、またアクリル系のレジストを使用した場
合には表面を溶融させたりして、第３図に示す固体撮像
装置を製造するものであった。

なお、ドライエッチングにより、マイクロレンズを形成
しようとすると、マスキングするレジストを厚膜化する
必要があるため、マイクロレンズとしてのレンズ効果を
損なう欠点があり、このレジストの材料の選定及び廉価
なマイクロレンズを作ることが一般に困難であった。

即ち、マイクロレンズはフィルタ層の上面に作られるた
め、これを作る工程は、このフィルタ層の表面の状態と
大きな係わりがある。このため、ドライエッチングによ
りボンディングパッド部の上方のレジストを除去する際
に所望のの形状のマイクロレンズを形成することは非常
に困難で、またポジレジスト等を用い、これをマスクと
してドライエッチングによりボンディングパッド部のレ
ジストを除去した時には、この除去後にポジレジストを
剥離することが困難で、更にレジストとして無機の透明
な膜を使用し、これマスクとしてドライエッチングによ
りボンディングパッド部のレジストを除去した場合に
は、この膜は平坦性がかなり良いため、この膜によって
マイクロレンズの効果が著しく損なわれてしまうからで
ある。

このため、上記マイクロレンズをドライエッチングによ
って形成することは、一般には行われておらず、このマ
イクロレンズは、上記のようにゼラチン系、カゼイン系
又はアクリル系のレジストに限定されているのが現状で
あった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来例においては、マイクロレンズはゼ
ラチン系、カゼイン系又はアクリル系のレジストで形成
されているため、これらの屈折率は一般に小さく、マイ
クロレンズを用いない場合に比べ、せいぜい1.5倍程度
の感度の向上が限界であるばかりでなく、明るい被写体
を撮影した時に上下に白っぽく尾を引くスミア現象を低
減するこたはできなかった。

また、上記製造方法においては、パッシュベーション
膜、混色にじみを防ぐ膜及び保護膜等を毎回現像する必
要があって、材料が限定されるばかりでなく工程数も多
くなり、しかも染色に使用する酸によって、パッシベー
ション膜に上面に設けたアルミニウム遮光膜が腐蝕して
しまうことがあるといった問題点があった。

本発明は上記に鑑み、ドライエッチングによりマイクロ
レンズを形成することにより、より屈折率の大きなレジ
ストを使用して素子感度の向上を図るとともに、工程数
を多くすることなく、所望の形状のマイクロレンズを廉
価に製造することができるもの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
の製造方法は、上部に感光部とボンディングパッド部を
形成した半導体基板の上面にフィルタ層を積層し、ボン
ディングパッド部の上方を除くこの上面に透明なレジス
トの層を形成し、このレジストの上に上記感光部の上方
に位置してポジレジストをパターニングし、ドライエッ
チングを行うことによって上記透明なレジストでマイク
ロレンズを形成するとともに、この透明なレジストをマ
スクとしてフィルタ層のボンディングパッド部上方のレ
ジストを除去することを特徴とする。

（作 用） 上記のように構成した本発明によれば、マイクロレンズ
は、フィルタ層の上面に塗布した透明なレジスト材料と
し、ドライエッチングによって作ることができ、このた
め高い屈曲率のレジストをマイクロレンズの材料とし用
い、マイクロレンズとしての屈曲率を増大させ、しかも
ボンディングパッド部上方のレジストは、上記マイクロ
レンズを構成するレジストをマスクとして除去すること
ができるので、工程数を減少させることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、第１図及び第２図を参
照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る製造方法により製造
した固体撮像素子を示すもので、半導体基板１の上に
は、入射した光を電気信号に変換して信号を出力する感
光部としてのフォトダイオード２と、このフォトダイオ
ード２の各列の両端部に位置してボンディングパッド部
３が夫々形成され、この上面には、上記ボンディングパ
ッド部３の上方を除きパッシベーション膜４及びフィル
タ層５が順次積層されている。そして、このフィルタ層
５の上面には、上記フォトダイオード２の上方に位置し
て凸レンズの形状をしたマイクロレンズ６が設けられ、
このマイクロレンズ６によって光を集め、この集めた光
をフォトダイオード２に入射することによりこの感度を
高めるよう構成されている。

そして、このマイクロレンズ６は、シリコン系やポリス
チレン系のレジストにドライエッチングを施すことによ
って構成され、これによって感度の向上及び上記スミア
現象の低減が図られている。

即ち、例えばシリコン系のレジストを材料としてこのマ
イクロレンズ６を形成した場合には、マイクロレンズを
設けない場合に比べて、約２倍の素子感度の向上を図る
ことができる。

上記撮像装置の製造方法を第２図に基づいて説明する。

先ず、同図（ａ）で示すように、半導体基板１の上に、
入射した光を電気信号に変換して信号を出力する感光部
としてのフォトダイオード２と、このフォトダイオード
２の各列の両端部に位置してボンディングパッド部３を
夫々形成し、この上面に、ボンディングパッド部３を露
出させてパッシベーション膜４を、更にこの全上面にフ
ィルタ層５を順次積層するとともに、このフィルタ層５
の表面5aを、ここに形成するマイクロレンズ６の形状に
合わせて凹凸を設けておく。

この時、カラーフィルク層５の保護膜は、ボンディング
パッド部３を覆っており、このためこのボンディングパ
ッド部３は、他の酸等にはさらされていない。

この状態で、同図（ｂ）に示すように、このフィルタ層
５の上面に、感光性を有する。例えばポリスチレン系の
透明なマイクロレンズ形成用レジスト6aを２μｍ程度の
厚さに塗布し、ボンディングパッド部３の上方を現像に
より除去する。

そして、同図（ｃ）に示すように、ポジレジスト７を1.
7μｍ程度の厚さに塗布し、マイクロレンズ６を形成す
る所定の位置、即ちフォトダイオード２の上方にこのポ
ジレジスト７が残るように所望の形状にパターニング
し、この状態で、O²プラズマの中に置いてドライエッチ
ングを施す。

而して、このドライエッチングにより、ポジレジスト７
を上方から徐々に除去するとともに、マイクロレンズ形
成用レジスト6aの露出部分から、ポジレジスト７の中心
方向に徐々にこのレジスト6aを除去することにより、こ
のレジスト6aで凸レンズ状のマイクロレンズ６を形成す
るとともに、上記マイクロレンズ形成用レジスト6aをマ
スクとして、フィルタ層５のボンディングパッド部３の
上方のレジストを除去して、第１図に示す固体撮像装置
を製造するものである。

なお、別な方法として、上記第２図（ｂ）で、透明なマ
イクロレンズ成形用レジスト6aとしてシリコン系のレジ
ストを使用するとともに、同図（ｃ）でこの図の他にボ
ンディングパッド部３の上方にもポジレジスト７のパタ
ーニングを行い、この状態でフレオン系ガスによるプラ
ズマの中でエッチングを行ってマイクロレンズ６の上面
の形状を形成し、この半形成のマイクロレンズ６をマス
クとして、O₂プラズマの中に置いてドライエッチングを
施すことにより、マイクロレンズ６を全形成するととも
に、フィルタ層５のボンディングパッド部３の上方のレ
ジストを除去して、第１図に示す固体撮像装置を製造す
るようにすることもできる。

〔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
の材料として、ポリスチレン系やシリコン系のレジスト
を使用するようにすることができ、この場合、屈曲率は
大きくなるので、受光感度を従来のマイクロレンズより
更に向上させることができるばかりでなく、明るい被写
体を撮影した時に上下に白っぽく尾を引くスミア現象を
低減させることができる。

更に、後の工程における組立工程での樹脂滴下による固
定の際の平坦化による受光感度の低下もなく、フィルタ
層の耐熱及び耐光性も向上する。

また、ドライエッチングによりボンディングパッド部の
上方のレジストを除去することができ、従ってアルミニ
ウム遮光膜の腐蝕を防止するとともに、毎回現像するこ
とを防止して、工程数の削減及び現像液の使用量の削減
を図ることができる。

しかも、マイクロレンズの形成とボンディングパッド部
上方のレジストの除去を同時に行うようにしたので、よ
り工程の短縮化を図ることができるといった効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る製造方法により製造し
た固体撮像素子を示す断面図、第２図は一実施例に係る
製造方法における工程順を示す断面図、第３図は従来の
固体撮像装置を示す断面図である。 １……半導体基板、２……フォトダイオード、３……ボ
ンディングパッド部、４……パッシベーション膜、５…
…フィルタ層、６……マイクロレンズ、6a……マイクロ
レンズ形成用レジスト、７……ポジレジスト、６′……
従来のマイクロレンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部に感光部とボンディングパッド部を形
   成した半導体基板の上面にフィルタ層を積層し、ボンデ
   ィングパッド部の上方を除くこの上面に透明なレジスト
   の層を形成し、このレジストの上に上記感光部の上方に
   位置してポジレジストをパターニングし、ドライエッチ
   ングを行うことによって上記透明なレジストでマイクロ
   レンズを形成するとともに、この透明なレジストをマス
   クとしてフィルタ層のボンディングパッド部上方のレジ
   ストを除去することを特徴とする固体撮像装置の製造方
   法。