(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された複数の受光部と、
上記受光部上に形成され、ピッチの細かい方向における上記受光部間上に凸部を有し、かつ少なくとも上記受光部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層と、
上記凹部上で、かつ、上記凸部に少なくとも一部が重なるように上記受光部に対応して設けられた複数のレンズとを有し、
上記下地層が、上記ピッチの粗い方向に関して上記各受光部に対応して分割形成される
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
上記下地層が、上記ピッチの粗い方向での両端の幅が中央の幅と異なる幅に設定されて成る
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された複数の受光部上にレンズを形成する固体撮像装置の製造方法において、
上記受光部上に、ピッチの細かい方向における上記受光部間上に凸部を有し、かつ少なくとも上記受光部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層を、上記ピッチの粗い方向に関して上記各受光部に対応して分割形成する第１の工程と、
上記凹部上に、すくなくとも一部が上記凸部に重なるように上記受光部に対応してレンズを形成する第２の工程とを有する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
上記第１の工程において、
上記下地層を上記ピッチの粗い方向での両端の幅が、中央の幅と異なる幅になるように形成する
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された複数の受光部上にレンズを形成する固体撮像装置の製造方法において、
レンズ材層を形成する第１の工程と、
上記レンズ材層上に、ピッチの細かい方向における上記受光部間上に対応して凸部を有し、かつ少なくとも上記受光部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層を、上記ピッチの粗い方向に関して上記各受光部に対応して分割形成する第２の工程と、
上記凹部上に少なくとも一部が上記凸部に重なるように上記受光部に対応してレンズ面を有する上層を形成する第３の工程と、
エッチバックして上記上層のレンズ面を上記レンズ材層に転写して上記受光部に対応したレンズを形成する第４の工程を有する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
上記第２の工程において、
上記下地層を上記ピッチの粗い方向での両端の幅が、中央の幅と異なる幅になるように形成する
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オンチップマイクロレンズを有してなる固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２７及び図２８Ａ，Ｂは、従来のオンチップマイクロレンズを有するＣＣＤ固体撮像装置の例を示す。このＣＣＤ固体撮像素子１は、図２７に示すように、その撮像領域において、複数の受光部２がマトリックス状に配列され、各受光部列の一側に読み出しゲート部３を介してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ４が形成されて成り、各単位画素５に対応してその受光部２上にオンチップマイクロレンズ６が形成されて構成される。
【０００３】
この例では、単位画素６即ちその受光部２が水平方向と垂直方向でピッチが異なっており、例えば水平方向が粗いピッチとなり、垂直方向が細かいピッチとなっている。即ち、単位画素６についてみると、水平方向の長さＬH と垂直方向の長さＬV がＬH ＞ＬV となり、横長形状となっている。
【０００４】
図２８Ａ及びＢは、図２７の水平方向の断面及び垂直方向の断面を示す。このＣＣＤ固体撮像装置１は、第１導電型例えばｎ型のシリコン基板１２上の第１の第２導電型即ちｐ型のウエル領域１３内にｎ型の不純物拡散領域１４と、垂直転送レジスタ４を構成するｎ型転送チャネル領域１６が形成され、また図示せざるも必要に応じて画素分離部１７にｐ型のチャネルストップ領域が形成され、上記ｎ型の不純物拡散領域１４上にｐ型の正電荷蓄積領域１８が、ｎ型の転送チャネル領域１６の直下に第２のｐ型ウエル領域１９が夫々形成されている。
【０００５】
ここで、ｐ型ウエル領域１３とｎ型不純物拡散領域１４とｐ型の正電荷蓄積領域１８とによって、いわゆるＨＡＤ（ホール・アキュミュレイテッド・ダイオード）センサが形成され、このＨＡＤセンサによって受光部２が構成される。
【０００６】
そして、垂直転送レジスタ４を構成する転送チャネル領域１６、読み出しゲート部３および画素分離部１７上にわたってゲート絶縁膜２１を介して第１層及び第２層の多結晶シリコンからなる転送電極２２が形成され、転送チャネル領域１６、ゲート絶縁膜２１及び転送電極２２によりＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ４が構成される。
【０００７】
転送電極２２を含む全面に層間絶縁膜２４が積層され、更に層間絶縁膜２４の転送電極２２に対応する部分を被覆するように例えばＡｌによる遮光膜２５が選択的に形成される。
【０００８】
遮光膜２５には、受光部２から直接垂直転送レジスタ４に入射される光（斜め入射される光）を阻止するため、受光部２側に一部延長するはり出し部２５ａが設けられる。即ち、遮光膜２５には、受光部２が望む開口部２６が形成されている。
【０００９】
遮光膜２５を含む全面上にパッシベーション膜２８が形成され、さらに平坦化膜２９が形成される。平坦化膜２９上にカラーフィルタ層３０が形成され、このカラーフィルタ層３０上の受光部２と対応する位置に、オンチップマイクロレンズ３２が形成される。
【００１０】
尚、カラーフィルタ層３０は、例えばマゼンタ色３１Ｍｇ、シアン色３１Ｃｙ、イエロー色３１Ｙｅ及びグリーン色３１Ｇが田の字型に配列したパターンで繰り返し形成され、グリーン色３１Ｇはシアン色３１Ｃｙとイエロー色３１Ｙｅの２層によって形成される。
【００１１】
図２７〜図３０は、従来のＣＣＤ固体撮像装置、特にそのオンチップマイクロレンズの製造方法を示す。
【００１２】
各図２９Ａ，Ｂ及び図３１Ａ，Ｂは、各対応する平面図３０及び図３２におけるＡ−Ａ線上の断面、Ｂ−Ｂ線上の断面を示す。先ず、図２９Ａ，Ｂ及び図３０に示すように、受光部２、垂直転送レジスタ４、遮光膜２５、カラーフィルタ層３０を形成した後、カラーフィルタ層３０上に平坦化膜３４を介して全面にオンチップレンズ材となる例えばネガ型のフォトレジスト層３５を塗布形成し、このフォトレジスト層３４上に各画素に対応するように、長方形か又は図示の水平方向の両端が円弧となる横長形状に分離された光透過部３５ａ及び隣り合う光透過部３５ａ間の遮光部３５ｂからなるマスク３５を配する。このマスク３５を介して光を照射してフォトレジスト層３４を露光する。
【００１３】
次に、図３１Ａ，Ｂ及び図３２に示すように、未露光の領域が除去されるように現像した後、例えば１３０℃〜２００℃程度、３０秒〜６０００秒の熱処理を施しフォトレジストの粘性を利用してリフローさせ、球面を有するドーム型のオンチップマイクロレンズ３２を形成する。このようにして、各画素の受光部２上に対応して夫々オンチップマイクロレンズ３２を有するＣＣＤ固体撮像装置１が得られる。
【００１４】
この例では、水平方向及び垂直方向のいずれに対してもシリコン基板からオンチップマイクロレンズ３２までの高さはｈ1 である。そしてこの例では、水平方向に集光を合わせるようにシリコン基板からオンチップマイクロレンズ３２までの高さｈ1 とオンチップマイクロレンズ３２の厚みを決めた場合である。従って、垂直方向では集光が合わない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のＣＣＤ固体撮像装置１において、単位画素５が図示のように水平方向（ＴＶ画面における走査方向）と垂直方向とで大きさ、即ち画素ピッチが異なる場合、単一オンチップマイクロレンズ３２では球面の一部の形状になるも、水平方向の断面と垂直方向の断面での曲率が異なることから、水平方向と垂直方向間で集光効率に極端な差が生じる。即ち、図２８Ａ，Ｂに示すように、入射光Ｌに関して図２８Ａの水平方向に集光を合わせると、図２８Ｂの垂直方向では集光が合わず、集光効率が低くなる。従って、水平方向と垂直方向を両立させる集光状態を得ることが困難であった。
【００１６】
そこで、単位画素毎のオンチップマイクロレンズ３２間の間隙を狭くしたり、遮光膜開口上で、且つ、オンチップカラーフィルタ下に、屈折率が高い物質を下に凸となる形状に形成し、従来のオンチップマイクロレンズと組み合わせて集光を改善する試みが行われてきた。
【００１７】
しかし、そのような場合でも、オンチップマイクロレンズの集光効率以上に集光・伝搬することは不可能であり、結局、最も上に配置されたオンチップマイクロレンズの集光効率が撮像装置の感度などの特性を支配するものであった。
【００１８】
上述したような、数々の試みでも、例えばＣＣＤ固体撮像装置の画素が小さくなるにつれて、感度の一層の向上が大きな課題となっている。
【００１９】
本発明は、上述の点に鑑み、複合オンチップマイクロレンズの非球面形状により特に、水平・垂直方向共に集光効率を高め、以って、感度、スミア等の撮像特性の向上、及び感度光量に拘らず出力均一性の向上を図ることができる固体撮像装置及びその製造方法を提供するものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像装置は、水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された複数の受光部と、上記受光部上に形成され、ピッチの細かい方向における上記受光部間上に凸部を有し、かつ少なくとも上記受光部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層と、上記凹部上で、かつ、上記凸部に少なくとも一部が重なるように上記受光部に対応して設けられた複数のレンズとを有し、上記下地層が、上記ピッチの粗い方向に関して上記各受光部に対応して分割形成される構成とする。
【００２１】
この構成によれば、ピッチの粗い方向及びピッチの細かい方向共に集光が最適なオンチップマイクロレンズ形状が得られる。
【００２２】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された複数の受光部上にレンズを形成する固体撮像装置の製造方法において、上記受光部上に、ピッチの細かい方向における上記受光部間上に凸部を有し、かつ少なくとも上記受光部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層を、上記ピッチの粗い方向に関して上記各受光部に対応して分割形成する第１の工程と、上記凹部上に、少なくとも一部が上記凸部に重なるように上記受光部に対応してレンズを形成する第２の工程とを有する。
【００２３】
この製法においては、ピッチの細かい方向における受光部間に凸部を有し、受光部中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層を各受光部に対応して分割形成し、その上に凹部を埋めるように凹部に対応してレンズを形成することにより、ピッチの粗い方向及びピッチの細かい方向の双方共に最適な集光効率が得られるオンチップマイクロレンズを作製することができる。
【００２４】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された複数の受光部上にレンズを形成する固体撮像装置の製造方法において、レンズ材層を形成する第１の工程と、上記レンズ材層上に、ピッチの細かい方向における上記受光部間上に対応して凸部を有し、かつ少なくとも上記受光部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層を、上記ピッチの粗い方向に関して上記各受光部に対応して分割形成する第２の工程と、上記凹部上に少なくとも一部が上記凸部に重なるように上記受光部に対応してレンズ面を有する上層を形成する第３の工程と、エッチバックして上記上層のレンズ面を上記レンズ材層に転写して上記受光部に対応したレンズを形成する第４の工程を有する。
【００２５】
この製法においては、各受光部に対応して分割形成された下地層の凹部上を埋めるようにしてレンズ面を有する上層を形成し、エッチバックしてこの上層のレンズ面をレンズ材層に転写してレンズを形成することにより、ピッチの粗い方向及びピッチの細かい方向の双方共に、最適な集光効率が得られるオンチップマイクロレンズを作製することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る固体撮像装置は、水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された複数の受光部と、上記受光部上に形成され、ピッチの細かい方向における上記受光部間上に凸部を有し、かつ少なくとも上記受光部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層と、上記凹部上で、かつ、上記凸部に少なくとも一部が重なるように上記受光部に対応して設けられた複数のレンズとを有し、上記下地層が、上記ピッチの粗い方向に関して上記各受光部に対応して分割形成される構成とする。
【００２７】
本発明に係る固体撮像装置は、上記下地層が、上記ピッチの粗い方向での両端の幅が中央の幅と異なる幅に設定されて成る構成とする。
【００２８】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された複数の受光部上にレンズを形成する固体撮像装置の製造方法において、上記受光部上に、ピッチの細かい方向における上記受光部間上に凸部を有し、かつ少なくとも上記受光部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層を、上記ピッチの粗い方向に関して上記各受光部に対応して分割形成する第１の工程と、上記凹部上に、少なくとも一部が上記凸部に重なるように上記受光部に対応してレンズを形成する第２の工程とを有する。
【００２９】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、上記第１の工程において、上記下地層を上記ピッチの粗い方向での両端の幅が、中央の幅と異なる幅になるように形成することを特徴とする。
【００３０】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された複数の受光部上にレンズを形成する固体撮像装置の製造方法において、レンズ材層を形成する第１の工程と、上記レンズ材層上に、ピッチの細かい方向における上記受光部間上に対応して凸部を有し、かつ少なくとも上記受光部の中心をピッチの粗い方向に結んだ直線に沿って凹部を有する下地層を、上記ピッチの粗い方向に関して上記各受光部に対応して分割形成する第２の工程と、上記凹部上に少なくとも一部が上記凸部に重なるように上記受光部に対応してレンズ面を有する上層を形成する第３の工程と、エッチバックして上記上層のレンズ面を上記レンズ材層に転写して上記受光部に対応したレンズを形成する第４の工程を有する。
【００３１】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、上記第２の工程において、上記下地層を上記ピッチの粗い方向での両端の幅が、中央の幅と異なる幅になるように形成することを特徴とする。
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００３３】
図１及び図２は、本発明に係るＣＣＤ固体撮像装置の一例を示す。本例のＣＣＤ固体撮像装置４１は、図１に示すように、その撮像領域において、複数の受光部４２がマトリックス状に配列され、各受光部列の一側に読み出しゲート部４３を介してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ４４が形成されて成り、各単位画素４５に対応してその受光部４２上に本発明による複合構造で非球面形状のオンチップマイクロレンズ４６が形成されて構成される。
【００３４】
本例では、単位画素４５の受光部４２が水平方向と垂直方向で配列ピッチが異なっており、水平方向が粗いピッチとなり、垂直方向が細かいピッチとなっている。単位画素４５についてみると、水平方向の長さＬH と垂直方向の長さＬV がＬH ＞ＬV の関係となっており、横長形状とされている。例えばＬH が５μｍ、ＬV が３μｍとされる。
【００３５】
オンチップマイクロレンズ４６は、垂直方向における受光部４２間に凸部４７ａを有し、かつ受光部４２の中心を水平方向に結んだ直線に沿って凹部４７ｂを有するドーム形状の下地層４７と、この下地層４７上にあってその凹部４７ｂ上で、かつ凸部４７ａに一部重なるように非球面形状の実質的なオンチップマイクロレンズとなる上層のレンズ４８とによって構成される。下地層４７は、この例では水平方向に関して各受光部４２、換言すれば各画素４５に対応して夫々分割して形成される。
【００３６】
図２Ａ，Ｂは、図１の水平方向のＸ−Ｘ線上の断面及び垂直方向のＹ−Ｙ線上の断面を示す。このＣＣＤ固体撮像装置４１では、前述と同様に、第１導電型例えばｎ型のシリコン基板５２上の第１の第２導電型即ちｐ型のウエル領域５３内にｎ型の不純物拡散領域５４と、垂直転送レジスタ４４を構成するｎ型の転送チャネル領域５６が形成され、また図示せざるも必要に応じて画素分離部５７にｐ型のチャネルストップ領域が形成され、上記ｎ型の不純物拡散領域５４上にｐ型の正電荷蓄積領域５８が、ｎ型の転送チャネル領域５６の直下に第２のｐ型ウエル領域５９が夫々形成されている。
【００３７】
ここで、ｐ型ウエル領域５３とｎ型の不純物拡散領域５４とｐ型の正電荷蓄積領域５８とによって、いわゆるＨＡＤ（ホール・アキュミュレイテッド・ダイオード）センサが形成され、このＨＡＤセンサによって受光部４２が構成される。
【００３８】
そして、垂直転送レジスタ４４を構成する転送チャネル領域５６、読み出しゲート部４３及び画素分離部５７上にわたってゲート絶縁膜６１を介して第１層及び第２層の多結晶シリコンからなる転送電極６２が形成され、転送チャネル領域５６、ゲート絶縁膜６１及び転送電極６２によりＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ４４が構成される。
【００３９】
転送電極６２を含む全面に層間絶縁膜６４が積層され、更に層間絶縁膜６４の転送電極６２に対応する部分を被覆するように例えばＡｌによる遮光膜６５が選択的に形成される。
【００４０】
遮光膜６５には、受光部４２から直接垂直転送レジスタ４４に入射される光（斜め入射される光）を阻止するため、受光部４２側に一部延長するはり出し部６５ａが設けられる。即ち、遮光膜６５には、受光部４２が臨む開口部６６が形成されている。
【００４１】
遮光膜６５を含む全面上にパッシベーション膜６８が形成され、さらに、平坦化膜６９が形成される。平坦化膜６９上にカラーフィルタ層７０が形成され、このカラーフィルタ層７０上の受光部４２に対応する位置に、上述の複合構造で非球面形状のオンチップマイクロレンズ４６が形成される。
【００４２】
尚、カラーフィルタ層７０は、例えばマゼンタ色７１Ｍｇ、シアン色７１Ｃｙ、イエロー色Ｙｅ及びグリーン色７１Ｇが田の字型に配列したパターンで繰り返し形成され、グリーン色７１Ｇはシアン色７１Ｃｙとイエロー色７１Ｙｅの２層によって形成される。
【００４３】
本例では、水平方向に関してはシリコン基板からオンチップマイクロレンズ４６までの高さがｈ1 、垂直方向に関してはシリコン基板からオンチップマイクロレンズ４６までの高さがｈ2 となる。
【００４４】
図３〜図１０は上述のＣＣＤ固体撮像装置４１、特にそのオンチップマイクロレンズ４６の製造方法の一例を示す。図３Ａ，Ｂ、図５Ａ，Ｂ、図７Ａ，Ｂ、図９Ａ，Ｂは、各対応する平面図の図４，図６，図８，図１０における水平方向の断面及び垂直方向の断面を夫々示す。
【００４５】
先ず、図３Ａ，Ｂ及び図４に示すように、基板５２上に受光部４２、垂直転送レジスタ４４、遮光膜６５、カラーフィルタ層７０を形成した後、カラーフィルタ層７０上に平坦化膜７３を介して全面にレンズ材となる例えばネガ型の第１のフォトレジスト層７４を塗布形成し、この第１のフォトレジスト層７４上に各長方形に分離された光透過部７５ａと、隣り合う光透過部７５ａ間の遮光部７５ｂからなる第１のマスク７５を配する。
【００４６】
この第１のマスク７５の長方形の光透過部７５ａは、垂直方向に関してその光透過部パターンの中心が受光部４２の直上でなく、受光部４２間の画素分離部５７上にあり、且つ垂直方向の上下端が夫々垂直方向に隣り合う受光部４２の一部上に重なるようになり、水平方向に関しては画素に対応するようになされ、夫々水平方向の長さｄ5 及び垂直方向の長さｄ6 （ｄ5 ＞ｄ6 ）となるように形成される。
【００４７】
この第１のマスク７５を介して光を照射して第１のフォトレジスト層７４を露光する。
【００４８】
次に、図５Ａ，Ｂ及び図６に示すように、未露光領域が除去されるように現像した後、熱処理によってリフローさせ、ドーム型の下地層即ち第１層目のレンズ層４７を、ピッチの粗い方向に関して各受光部に対応して分割形成する。この後、例えば１００℃〜１５０℃、３０秒〜３００秒程度の熱処理を大気雰囲気、常圧下で熱処理を施して形状を固める。
【００４９】
ここで、第１層目のレンズ層７６の厚さｔ1 は薄く形成される。例えば従来のオンチップマイクロレンズの厚さｔ2 が１．０μｍとすると、この第１層目のレンズ層４７の厚さｔ1 は例えば０．６μｍとする。
【００５０】
この第１層目のレンズ層４７は、全体としてみたときには、垂直方向における受光部４２間、即ち画素分離部５７上に凸部４７ａを有し、かつ、受光部４２の中心を水平方向に結んだ直線に沿って凹部４７ｂを有する層となる。第１層目のレンズ層４７の水平方向の長さはｄ7 、垂直方向の長さはｄ8 （ｄ8 ＜ｄ7 ）で表わす。
【００５１】
次に、図７Ａ，Ｂ及び図８に示すように、第１層目のレンズ層４７上にその凹部４７ｂを埋めるように全面に所定の厚さのレンズ材となる例えばネガ型の第２のフォトレジスト層７６を形成し、この第２のフォトレジスト層７６上に横長形状に分離された光透過部７８ａと、隣り合う光透過部７８ａ間の遮光部７８ｂからなる第２のマスク７８を配する。
【００５２】
この第２のマスク７８の光透過部７８ａは、垂直方向に関してその光透過部パターンの中心が受光部４２の中心に対応し、全体として受光部４２を中心とする画素に対応した位置に形成される。光透過部７８ａとしては、図示の例では水平方向の両端が円弧となる横長形状とされる。
【００５３】
第２のマスク７８の光透過部７８ａの水平方向の長さはｄ9 、垂直方向の長さはｄ10（ｄ10＜ｄ9 ）で表わす。
【００５４】
この第２のマスク７８を介して光を照射して第２のフォトレジスト層７６を露光する。
【００５５】
次に、図９Ａ，Ｂ及び図１０に示すように、未露光領域が除去されるように現像した後、熱処理によってリフローさせ、第２層目のレンズ層４８を形成する。この第２層目のレンズ層４８は、第１層目のレンズ層４７の低い場所、即ち凹部４７ｂを埋めつつその凹部４７ｂで凸部となってそのレンズ材料の高い粘性により平坦性が低いという微妙なバランスの結果、図９Ａ，Ｂに示すような非球面状のレンズ層となる。第１層目及び第２層目のレンズ層４７及び４８の合計の厚さｔ3 は例えば１．０μｍとすることができる。
【００５６】
この下地層である第１層目のレンズ層４７と、実質的なレンズとなる第２層目のレンズ層４８とによって、目的のオンチップマイクロレンズ４６が形成されて成るＣＣＤ固体撮像装置４１が得られる。
【００５７】
上述の実施例によれば、垂直方向における受光部４２間の画素分離部５７において凸部４７ａとなり、受光部４２の中心を水平方向に結んだ直線に沿って凹部４７ｂを形成するような各画素に対応して分離された下地層となる第１のレンズ層４７と、凹部４７ｂを埋めるようにして且つ一部凸部４７ａに重なるように凹部４７ｂ上の受光部中心で凸部となるように形成した第２のレンズ層４８によってオンチップマイクロレンズ４６が形成されることにより、実質的なオンチップマイクロレンズとなる第２のレンズ層４８は非球面状レンズとなり、水平方向及び垂直方向で単位画素の大きさが異なる場合に、図２Ａ及びＢに示すように、光Ｌが受光部に入射したとき、その水平方向及び垂直方向ともに集光効率を最適にすることができる。
【００５８】
この結果、ＣＣＤ固体撮像装置における感度、スミア等の撮像特性を向上することができる。また、感度光量に拘らず、小光量時乃至大光量時での出力の均一性が向上する。
【００５９】
図１１〜図１４は、本発明のＣＣＤ固体撮像装置の他の実施例を示す。各図１１Ａ，Ｂ、図１３Ａ，Ｂは、各対応する平面図の図１２，図１４における水平方向の断面及び垂直方向の断面を夫々示す。本例では、図１１Ａ，Ｂ及び図１２に示すように、光透過部７９ａ及び遮光部７９ｂからなる第１のマスク７９を介してレンズ材である例えばネガ型の第１のフォトレジスト層７４を露光する際に、露光パターンは前述の図４の長方形ではなく、水平方向に関する両端の幅即ち垂直方向の幅ｄ11が中央の受光部間の幅ｄ12より小になるように露光される。これ以後は、前述の図５〜図１０と同じ工程となる。最終的に図１３Ａ，Ｂ及び図１４に示すように、下地層となる第１層目のレンズ層４７と実質的なレンズとなる第２層目のレンズ層４８によるオンチップマイクロレンズ４６が形成されたＣＣＤ固体撮像装置８１が得られる。尚、図１１〜図１４において、図３〜図１０と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６０】
このＣＣＤ固体撮像装置８１によれば、第１層目のレンズ層４７としては、ピッチの粗い方向に関して各受光部に対応して分割形成されることに加えて、その水平方向の両端の幅ｄ11が中央の幅ｄ12より狭いことによって、受光部開口の対角線方向のオンチップマイクロレンズ４６の曲率が大きくなるため、水平方向及び垂直方向だけでなく、対角線方向も併せた総合的な集光効率を向上することができる。
【００６１】
尚、図示せざるも上例とは逆に、下地層４７として、水平方向における両端の幅を中央の幅より大に設定したパターンとすることもできる。
【００６２】
尚、本発明においては、オンチップカラーフィルター層やオンチップマイクロレンズの材料等は問わない。
【００６３】
また、上例ではオンチップマイクロレンズ材料として用いるフォトレジストとしてネガ型を用いたが、ポジ型を用いることもできる。
【００６４】
さらに、上例ではフォトレジスト層をパターニングしリフロー法でレンズ形状を完成させたが、その他、リフロー形状から全面エッチングで下部のレンズ材層にレンズ形状を転写させる方法でも構わない。
【００６５】
即ち、例えば、図１５Ａ，Ｂに示すように、カラーフィルタ層７０上に平坦化膜７３を介してレンズ材層１０１を形成し、このレンズ材層１０１に前述の図９Ａ，Ｂに示す夫々フォトレジスト層による下地層（第１層目のレンズ層）４７とレンズ面を有する上層（第２層目のレンズ層）４８を形成した後、全面エッチバックして、図１６Ａ，Ｂに示すように、レンズ材層１０１に上層４８のレンズ面を転写して、ここに目的のオンチップマイクロレンズ１０２を形成することができる。
【００６６】
図１７，図１８は、本発明に係るＣＣＤ固体撮像装置に対する比較例を示す。本例のＣＣＤ固体撮像装置８３は、図１７に示すように、前述と同様に、その撮像領域において、複数の受光部４２がマトリックス状に配列され、各受光部列の一側に読み出しゲート部４３を介してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ４４が形成されて成り、各単位画素４５に対応してその受光部上４２上に複合構造で非球面形状のオンチップマイクロレンズ８５が形成されて構成される。
【００６７】
オンチップマイクロレンズ８５は、図１７、図１８Ａ，Ｂで明らかなように垂直方向における受光部４２間の画素分離部に凸部８６ａを形成するように水平方向に連続したストライプ状の下地層８６と、各画素毎に対応するように各ストライプ状の下地層８６の間、即ち受光部４２の中心を水平方向に結んだ直線に沿う凹部８６ｂ上で、かつ、下地層８６の凸部８６ａに一部重なるようにして形成した非球面形状の実質的なレンズ８７とによって構成される。
【００６８】
図１８Ａ及びＢは、図１７の水平方向の断面及び垂直方向の断面を示す。この図１８Ａ及びＢにおいて、前述の図２Ａ及びＢと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６９】
図１９〜図２６は、上述のＣＣＤ固体撮像装置８３、特にそのオンチップマイクロレンズ８５の製法例を示す。各図１９Ａ，Ｂ、図２１Ａ，Ｂ、図２３Ａ，Ｂ、図２５Ａ，Ｂは、各対応する平面図の図２０，図２２，図２４，図２６における水平方向の断面及び垂直方向の断面を示す。
【００７０】
先ず、図１９Ａ，Ｂ及び図２０に示すように、受光部４２、垂直転送レジスタ４４、遮光膜６５、カラーフィルタ層７０を形成した後、カラーフィルタ層７０上に平坦化膜７３を介して全面に例えばネガ型のレンズ材となる第１のフォトレジスト９１を塗布形成し、この第１のフォトレジスト層９１上に水平方向にストライプ状に延びる光透過部９２ａと、このストライプ状の光透過部９２ａ間のストライプ状の遮光部９２ｂとからなる第１のマスク９２を配する。
【００７１】
第１のマスク９２の光透過部９２ａは、垂直方向に関してその光透過部９２ａのパターンの中心が受光部４２上になく、受光部４２間の画素分離部５７上にあって垂直方向の幅が垂直方向に隣り合う受光部の一部上に跨がるようなストライプ状パターンとなる。
【００７２】
図２０ではマスク９２の光透過部９２ａを水平方向のストライプ状パターンとして示したが、水平方向には連続しているものの幅が変化するような、即ち平面的な凹凸が有っても構わない。例えば、ストライプ状パターンにおいて水平方向で受光部４２に対応する部分の幅が画素分離部５７に対応する部分の幅よりも狭くしたようなパターンとすることもできる。
【００７３】
この第１のマスク９２を介して光を照射して第１のフォトレジスト層９１を露光する。
【００７４】
次に、図２１Ａ，Ｂ及び図２２に示すように、未露光領域が除去されるように現象した後、熱処理を施し、フォトレジスト層９１の粘性を利用してリフローし、ドーム型の水平方向にストライプ状をなす下地層となる第１層目のレンズ層９４を形成する。
【００７５】
このとき、第１層目のレンズ層９４の厚さは薄い。この後、例えば１００℃〜１５０℃、３０秒〜３００秒程度の熱処理を大気雰囲気、常圧下で熱処理を施すことにより、形状を固める。
【００７６】
この第１層目のレンズ層９４は、全体としてみたとき、複数のレンズ層９４が平行に形成され、各レンズ層９４は垂直方向における受光部４２間の画素分離部５７で凸状９４Ａとなるようなカマボコ型をなし、従って受光部４２中心を水平方向に結んだ線上ではレンズ層４２間の谷間、即ち凹部９４ｂが形成されることになる。
【００７７】
次に、図２３Ａ，Ｂ及び図２４に示すように、第１層目のレンズ層９４間の凹部９４ｂを埋めるように第１層目のレンズ層９４上を含む全面に、レンズ材となる例えば同じネガ型の第２のフォトレジスト層９５を形成し、この第２のフォトレジスト層９５上に各画素に対応するように、横長形状に分離した光透過部９６ａと、隣り合う光透過部９６ａ間の遮光部９６ｂとからなる第２のマスク９６を配する。
【００７８】
この第２のマスク９６は、前述と同様に、光透過部９６ａは垂直方向に関してその光透過部パターンの中心が受光部４２の中心に対応し、全体として受光部４２を中心とする画素に対応した位置に形成される。光透過部９６ａとしては、図示の例では水平方向の両端が円弧となる横長形状とされる。
【００７９】
この第２のマスク９６を介して光を照射して第２のフォトレジスト層９５を露光する。
【００８０】
次に、図２５Ａ，Ｂ及び図２６に示すように、未露光部分の領域が除去されるように現像した後、熱処理によってリフローさせ、第２層目のレンズ層９７を形成する。この第２層目のレンズ層９７は、第１層目のレンズ層９４の低い場所、即ち凹部９４ｂを埋めつつ、そのレンズ材料の高い粘性により平坦性が低いという微妙なバランスの結果、図２３Ａ，Ｂに示すような非球面状のレンズ層となる。
【００８１】
この下地層となるの第１層目のレンズ層９４と実質的なレンズとなる第２層目のレンズ層９７によって、目的のオンチップマイクロレンズ８５が形成されて成るＣＣＤ固体撮像装置８３が得られる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明に係る固体撮像装置によれば、受光部が水平及び垂直方向に互いに異なるピッチで配された場合において、下地層を、ピッチの粗い方向に関して各受光部に対応して分割形成される構成としたことから、水平方向及び垂直方向共に、集光効率が最適化されたオンチップマイクロレンズを形成することができる。従って、感度、スミア等の撮像特性を向上することができる。また、感度光量に拘らず、小光量時乃至大光量時での出力均一性を向上することができる。
【００８３】
特に、上記下地層が、上記ピッチの粗い方向での両端の幅が中央の幅と異なる幅に設定された構成とする場合には、水平・垂直方向のみならず、対角線方向の集光率も最適化することができる。
【００８４】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、そのオンチップマイクロレンズをピッチの細かい方向の受光部間に対応してドーム型の下地層を各受光部ごとに分割形成し、この上に下地層の凹部を埋めるようにその凹部上に一部が凸部に重なるように受光部に対応してレンズを形成して作製することにより、水平、垂直方向のいずれに対しても集光効率が最適化されたオンチップマイクロレンズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る固体撮像装置の第１実施例を示す平面図である。
【図２】  Ａ  図１のＸ−Ｘ線上の断面図である。
Ｂ  図１のＹ−Ｙ線上の断面図である。
【図３】  Ａ  図１の固体撮像装置の製造工程図（図４の水平方向断面図）である。
Ｂ  図１の固体撮像装置の製造工程図（図４の垂直方向断面図）である。
【図４】  図３の平面図である。
【図５】  Ａ  図１の固体撮像装置の製造工程図（図６の水平方向断面）である。
Ｂ  図１の固体撮像装置の製造工程図（図６の垂直方向断面）である。
【図６】  図５の平面図である。
【図７】  Ａ  図１の固体撮像装置の製造工程図（図８の水平方向断面）である。
Ｂ  図１の固体撮像装置の製造工程図（図８の垂直方向断面）である。
【図８】  図７の平面図である。
【図９】  Ａ  図１の固体撮像装置の製造工程図（図１０の水平方向断面）である。
Ｂ  図１の固体撮像装置の製造工程図（図１０の垂直方向断面）である。
【図１０】  図９の平面図である。
【図１１】  Ａ  本発明に係る固体撮像装置の第２実施例の製造工程図（図１２の水平方向断面図）である。
Ｂ  本発明に係る固体撮像装置の第２実施例の製造工程図（図１２の垂直方向断面図）である。
【図１２】  図１１の平面図である。
【図１３】  Ａ  本発明に係る固体撮像装置の第２実施例の製造工程図（図１４の水平方向断面）である。
Ｂ  本発明に係る固体撮像装置の第２実施例の製造工程図（図１４の垂直方向断面）である。
【図１４】  図１３の平面図である。
【図１５】 Ａ 本発明に係る固体撮像素子の第３実施例の製造工程図（水平方向断面）である。
Ｂ 本発明に係る固体撮像素子の第３実施例の製造工程図（垂直方向断面）である。
【図１６】 Ａ 本発明に係る固体撮像素子の第３実施例の製造工程図（水平方向断面）である。
Ｂ 本発明に係る固体撮像素子の第３実施例の製造工程図（垂直方向断面）である。
【図１７】 本発明に対する比較例としての固体撮像装置の平面図である。
【図１８】 Ａ
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７のＸ−Ｘ線上の断面図である。
Ｂ 図１７のＹ−Ｙ線上の断面図である。
【図１９】 Ａ 図１７の固体撮像装置の製造工程図（図２０の水平方向断面）である。
Ｂ 図１７の固体撮像装置の製造工程図（図２０の垂直方向断面）である。
【図２０】 図１９の平面図である。
【図２１】 Ａ 図１７の固体撮像装置の製造工程図（図２２の水平方向断面）である。
Ｂ 図１７の固体撮像装置の製造工程図（図２２の垂直方向断面）である。
【図２２】 図２１の平面図である。
【図２３】 Ａ 図１７の固体撮像装置の製造工程図（図２４の水平方向断面）である。
Ｂ 図１７の固体撮像装置の製造工程図（図２４の垂直方向断面）である。
【図２４】 図２３の平面図である。
【図２５】 Ａ 図１７の固体撮像装置の製造工程図（図２６の水平方向断面）である。
Ｂ 図１７の固体撮像装置の製造工程図（図２６の垂直方向断面）である。
【図２６】 図２５の平面図である。
【図２７】  従来例に係る固体撮像装置の平面図である。
【図２８】  Ａ  図２７のＡ−Ａ線上の断面図である。
Ｂ  図２７のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図２９】  Ａ  図２７の固体撮像装置の製造工程図（図３０の水平方向断面）である。
Ｂ 図２７の固体撮像装置の製造工程図（図３０の垂直方向断面）である。
【図３０】  図２９の平面図である。
【図３１】  Ａ  図２７の固体撮像装置の製造工程図（図３２の水平方向断面）である。
Ｂ  図２７の固体撮像装置の製造工程図（図３２の垂直方向断面）である。
【図３２】  図３１の平面図である。
【符号の説明】
４１  固体撮像装置、４２  受光部、４３  読み出しゲート部、４４  垂直転送レジスタ、４５  単位画素、４６  オンチップマイクロレンズ、４７，９４  下地層（第１層目のレンズ層）、４８  レンズ（第２層目のレンズ層）、１０１  レンズ材層、１０２  オンチップマイクロレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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