JPH09260623A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容易に安価に工業的製造を行うことができる
固体撮像素子を提供する。 【解決手段】 スチレンとクロロメチルスチレンの共重
合物からなるマイクロレンズ１２を固体撮像素子１上に
形成して固体撮像素子１を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロレンズを
形成してなる固体撮像素子に係わる。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子においては、その撮像領域
上に各受光部に光を集光するためのマイクロレンズ（い
わゆるオンチップマイクロレンズ）を形成した構成が採
られている。

【０００３】固体撮像素子上にマイクロレンズを形成す
る方法として、固体撮像素子上に形成した透明樹脂層の
上にポジ型レジストを熱変形させたレンズ上のパターン
を形成し、これをエッチバックして透明樹脂層に転写す
る方法が知られている（特開昭６４−１０６６６号公報
等参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述の方法に
用いる透明樹脂層は、以下に示す３つの特性を有するこ
とが望ましい。

【０００５】１）透明であること、即ち可視光線の吸収
がないこと 透明樹脂層は後にマイクロレンズとなる材料であるた
め、製造時だけでなく、長期保存後においても着色が生
じてはいけない。

【０００６】２）感光性を有すること 非感光性樹脂によってもマイクロレンズを形成すること
はできるが、感光性樹脂を用いた場合には、透明樹脂層
の形成時にボンディングパッド上の透明樹脂層を除去す
ることにより、エッチバックでレンズ形状を転写する際
にボンディングパッド上のパッシベーション膜や平坦化
膜を同時にエッチオフすることができる利点を有する。
従って、工程削減の効果が大きく、実用的である。非感
光性樹脂を使用した場合には、ボンディングパッドを露
出させるために、さらに別のレジストを用いて露光・現
像・エッチング・レジスト剥離の一連の工程を必要とす
る。

【０００７】３）エッチングレートがノボラック樹脂系
のポジ型レジストと同等であること レンズ形状を形成するための材料としては、半導体製造
で広く使用されているノボラック樹脂系のポジ型レジス
トが、簡便な工程で容易にレンズ形状を形成できるので
好適である。エッチバックによりレンズ形状を転写する
際には、透明樹脂層のエッチレートがノボラック樹脂と
大きく異なっていると、転写されたレンズ形状がもとの
レジストにより作製した形状と大きく異なってしまうた
めに、マイクロレンズ形状の制御が困難となる。また前
述のように、透明樹脂層はボンディングパッド上のパッ
シベーション膜や平坦化膜を除去するためのレジストと
しても作用するため、ある程度のエッチング耐性が必要
であり、この観点からもノボラック樹脂と同等のエッチ
ングレートを有していれば充分である。

【０００８】上述の条件を満たす材料として、例えば構
造式を次の化１に示すような一部をクロロメチル化した
ポリスチレンがある。

【０００９】

【化１】

【００１０】この材料は、可視光線に対して吸収が全く
なく、遠紫外線に対して感光性があり、エッチングレー
トはノボラック樹脂とほぼ同等である。

【００１１】しかしながら、この材料は製造が困難であ
り製造コストが高くつくために、材料自体も高価であ
り、その結果固体撮像素子の製造コストの上昇を招くた
め、工業的に使用することが困難である。

【００１２】すなわち、この材料は単分散ポリスチレン
をクロロメチル化することにより製造されるが、単分散
ポリスチレンを得るためには特殊な重合方法が必要であ
り、またクロロメチル化時に発生する大量の塩素系廃液
を処理するための施設を必要とする。

【００１３】本発明においては、上述の点に鑑み、マイ
クロレンズの材料を選定することにより、材料自体に前
述の諸特性をもたせつつ容易に安価に工業的製造を行う
ことができる固体撮像素子を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、スチレンとク
ロロメチルスチレンの共重合物からなるマイクロレンズ
を固体撮像素子上に形成してなる固体撮像素子である。

【００１５】上述の本発明の構成によれば、マイクロレ
ンズをスチレンとクロロメチルスチレンとの共重合物に
より形成することにより、材料として前述の３つの特性
を有したマイクロレンズを安価に容易に形成することが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の固体撮像素子は、スチレ
ンとクロロメチルスチレンとの共重合物によりマイクロ
レンズを形成する構成である。まず、本発明の固体撮像
素子の概要を説明する。

【００１７】本発明の固体撮像素子のマイクロレンズに
用いるスチレンとクロロメチルスチレンの共重合物は、
それぞれのモノマーを所望の割合で用意して、溶媒中に
重合開始剤と共に混合して重合反応させる等公知の方法
により、容易に目的の共重合物を得ることができる。ス
チレンのモノマーの構造式を化２に、クロロメチルスチ
レンの構造式を化３に示す。

【００１８】

【化２】

【００１９】

【化３】

【００２０】クロロメチルスチレンのモノマーの製造方
法は、各種の方法が既に提案されている。

【００２１】この共重合させた材料をマイクロレンズ材
料として使用することにより、可視光に対して吸収がな
く、遠紫外線に対して感光性があり、エッチングレート
がノボラック樹脂と同等である等の利点を有し、さらに
工業的にはより容易に製造ができ、材料のコストも大き
く下げることができる。

【００２２】また前述の一部をクロロメチル化したポリ
スチレンの材料は単分散ポリマーであるために、感光性
樹脂としては高解像度であり、パターンのコントラスト
も高く、エッジが垂直に近くなる利点を有するが、一方
本発明に用いる共重合材料は、適度の分子量分布を持た
せることにより、裾を引いたいわゆるテーパ形状のエッ
ジとなる。このことは、解像度的には不利になるが、本
発明の目的である固体撮像素子のボンディングパッド部
（８０〜１５０μｍ□）を開口するには充分で、しかも
この共重合物からなる透明樹脂層上にポジ型レジストを
塗布する際の塗布ムラが起こりにくいという利点があ
る。

【００２３】すなわち、マイクロレンズ形状を完全に転
写するためには、透明樹脂層を３〜５μｍ程度とかなり
厚く形成する必要があり、この段差上にポジ型レジスト
をスピンコートする際に段差部から筋状のムラが発生し
やすく、固体撮像素子の感度ムラ不良の原因となるが、
本発明の固体撮像装置の共重合させた材料を用いた場合
においては、パターンのエッジは順テーパ形状になるた
め、上述の塗布ムラが発生しにくい特長を有する。

【００２４】本発明の共重合体の重量平均分子量（Ｍ
ｗ）は、好ましくは２万〜２０万とする。２万未満では
実用的な感度が得られず、一方２０万を超えると現像性
が著しく悪化する。

【００２５】また、本発明に用いる共重合体の分散度
（Ｍｗ／Ｍｎ）は、２以上５以下が好ましい。分散度を
２未満にするには、過度の精製を必要とし、工業的に不
利である。またパターンのエッジの裾引きが小さくな
り、エッジが立ってくることにより、後に形成するポジ
型レジストの塗布ムラの原因となる。一方、分散度が５
を超えると、露光不足による現像時のしわの発生と、露
光温度によるパターン残りとによって、適正な露光範囲
のマージンがなくなってしまう。

【００２６】さらに、本発明に用いる共重合体におい
て、クロロメチレンの割合（モル比）は、５〜３５％が
好ましい。５％未満では感光基不足のため、また３５％
を超えると露光波長の透過率が低下し、共に実用的な感
度が得られない。

【００２７】また、本発明に用いる共重合体は、適当な
溶媒によって溶解させ、スピンコート等の方法により塗
布した後、溶媒を加熱除去することにより成膜できる。
スピンコート法における溶媒としては、ＥＣＡ（エチル
セロソルブアセテート）、ＭＭＰ（メチル−３−メトキ
シプロピオネート）、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコー
ルモノメチルエーテルアセテート）及びキシレン等が適
している。

【００２８】また成膜の後に遠紫外光を照射し、未露光
部を現像除去することにより、パターン化することがで
きる。このときの現像液には、上述の各溶媒も使用でき
るが、一般的には塗布溶媒よりも溶解性の弱い溶媒を使
用する。具体的には、上述の各塗布溶媒をイソプロピル
アルコールのような貧溶媒で希釈すればよく、また酢酸
イソアミルも好ましい現像液である。

【００２９】次に、図面を参照して、本発明の固体撮像
素子の実施例を説明する。図１に本発明をＣＣＤ固体撮
像素子に適用した場合の一実施例の断面構成図を示す。

【００３０】このＣＣＤ固体撮像素子１は、図示しない
が受光部２１を構成する電荷蓄積領域、ＣＣＤ垂直転送
レジスタ２２を構成する転送チャネル領域、読み出しゲ
ート部２３を構成する半導体領域、チャネルストップ領
域２４を構成する半導体領域等を形成した半導体基板２
上に、その転送チャネル領域、読み出しゲート領域及び
チャネルストップ領域に亘ってゲート絶縁膜４を介して
転送電極５が形成され、転送電極５を覆って層間絶縁膜
６、受光部２１を除く遮光膜７が順次形成され、遮光膜
７を覆って全面的にパッシベーション膜８が形成されて
なる。

【００３１】パッシベーション膜８の上には、平坦化層
９を介して、カラーフィルタ１０が形成される。この例
のカラーフィルタ１０は、４色、即ち、シアン色、イエ
ロー色、マゼンタ色、グリーン色の２色からなり、グリ
ーン色がシアン色とイエロー色の２色で形成される。図
１の断面では、マゼンタフィルタ１０Ｍと、シアンフィ
ルタ１０Ｃ及びイエローフィルタ１０Ｙを重ねて得られ
るグリーンフィルタ１０Ｇとの繰り返しが表れている。
さらに、これらカラーフィルタ１０を覆って、その上に
透明樹脂層１１が形成され、透明樹脂層１１の表面に、
マイクロレンズ１２を構成する球面が形成されている。

【００３２】一方、図中左端には、固体撮像素子１の周
辺上に電気的接続を行うためのボンディングパッド１３
が形成される。このボンディングパッド１３は、パッシ
ベーション膜８、平坦化層９、及び透明樹脂層１１に形
成した開口１４を通して露出されている。

【００３３】そして、この固体撮像素子１において、マ
イクロレンズ１２を構成する透明樹脂層１１がスチレン
とクロロメチルスチレンの共重合体により形成され、前
述の本発明の固体撮像素子の特長を有するものである。

【００３４】このＣＣＤ固体撮像素子１の製造は、例え
ば次のようにして行う。図２Ａに示すように、各半導体
領域が形成された半導体基板２上にゲート絶縁膜４を介
して転送電極５を形成した後に、層間絶縁膜６を介し
て、遮光膜７及びボンディングパッド１３を例えばアル
ミ膜により形成し、それらの上面を覆ってパッシベーシ
ョン膜８、例えばプラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＮ膜
を形成する。さらに、これの上に、カラーフィルタを形
成するためのアクリル系の熱硬化性樹脂からなる平坦化
膜９を形成し、次にゼラチンのパターンを染色したシア
ン、マゼンタ、イエロー、グリーンの４色のカラーフィ
ルタ１０を形成する。

【００３５】次に、図２Ｂに示すように、カラーフィル
タ１０上を覆って、スチレンとクロロメチルスチレンの
共重合体からなる透明樹脂層１１を形成する。このと
き、ボンディングパッド１３上の透明樹脂層１１には、
フォトリソグラフィーにより開口１４を形成する。

【００３６】ここで、本実施例においては、以下に示す
共重合体の樹脂溶液を用いて、これをスピンコート法に
より塗布した後、フォトマスクを介して遠紫外光を照射
して露光し、酢酸イソアミルで現像した。 樹脂：スチレン／ｐ−クロロメチルスチレンの８０：２
０（モル比）の共重合体 分子量：Ｍｗ＝１５８，０００ 分散度：Ｍｗ／Ｍｎ＝２．５ 溶媒：ＰＧＭＥＡ（プロピレン・グリコール・モノメチ
ル・エーテル・アセテート）

【００３７】次に、図３Ｃに示すように、ノボラック系
のポジ型のレジスト１５でパターンを形成した後、この
パターンを加熱溶融させて、球面形状のレンズ形状１５
ａを形成する。

【００３８】次に、図３Ｄに示すように、レジスト１５
及び透明樹脂層１１をエッチバックして、レンズ形状１
５ａを透明樹脂層１１に転写する。このとき、同時にボ
ンディングパッド１３上の平坦化層９及びパッシベーシ
ョン膜８も除去される。このエッチバックは、例えばＯ
₂ とＣＦ₄ によるＲＩＥ法で行うことができる。このよ
うにして、図１に示すような固体撮像素子１を製造する
ことができる。

【００３９】本発明の固体撮像素子は、上述の例に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
その他様々な構成が取り得る。

【００４０】

【発明の効果】上述の本発明による固体撮像素子によれ
ば、マイクロレンズにスチレンとクロロメチルスチレン
の共重合物を用いてマイクロレンズを構成することによ
り、可視光に対して吸収がなく、遠紫外線に対して感光
性があり、エッチングレートがノボラック樹脂と同等で
ある等の利点を有し、工業的に安価に入手可能な材料を
用いて容易に固体撮像素子の製造を行うことができる。

【００４１】また、本発明により、レジストの塗布ムラ
に起因する感度ムラの発生を抑制することができる。従
って、レンズ形状をより正確に転写することができ、固
体撮像素子の特性のバラツキを小さくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像素子の一例の概略構成図であ
る。

【図２】Ａ、Ｂ 本発明の固体撮像素子の製造工程の工
程図である。

【図３】Ｃ、Ｄ 本発明の固体撮像素子の製造工程の工
程図である。

【符号の説明】

１ 固体撮像素子、２ 基板、４ ゲート絶縁膜、５
転送電極、６ 層間絶縁膜、７ 遮光膜、８ パッシベ
ーション膜、９ 平坦化層、１０ カラーフィルタ、１
１ 透明樹脂層、１２ マイクロレンズ、１３ ボンデ
ィングパッド、１４ 開口、１５ レジスト、２１ 受
光部、２２ ＣＣＤ垂直転送レジスタ、２３ 読み出し
ゲート部、２４ チャネルストップ領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スチレンとクロロメチルスチレンの共重
   合物からなるマイクロレンズを受光部上に形成してなる
   ことを特徴とする固体撮像素子。