(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に複数の受光部を備え、前記受光部上に少なくとも上部平坦化層及びマイクロレンズが形成された固体撮像素子において、前記複数の受光部の中から市松状に選択された受光部上の上部平坦化層に段差が形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
更に、受光部と上部平坦化層の間にカラーフィルタを有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
カラーフィルタが原色フィルタであり、その色配列がベイヤー配列又はインタライン配列を有することを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載の固体撮像素子。
【請求項４】
カラーフィルタが補色フィルタであり、その色配列がフィールド色差順次配列又はフレームインタリーブ配列を有することを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
半導体基板上に複数の受光部を備え、前記受光部上に少なくとも段差が形成された上部平坦化層及びマイクロレンズを形成する固体撮像素子の製造方法であって、前記複数の受光部の中から市松状に選択された受光部上の上部平坦化層に段差を上部平坦化層の部分的除去により形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
半導体基板上に複数の受光部を備え、前記受光部上に少なくとも段差が形成された上部平坦化層及びマイクロレンズを形成する固体撮像素子の製造方法であって、前記複数の受光部の中から市松状に選択された受光部上の上部平坦化層に段差をパターンの付加により形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロレンズ付き固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体撮像素子では、電荷転送部など光電変換に寄与しない領域が各画素に存在しているため、画素面全体に占める受光部の受光面に対する開口率が15〜30％程度であり入射光の利用率が十分でないと言う問題がある。このような問題を解消し感度向上を達成するために、半導体プロセスによる受光部以外の領域の微細化する技術や、高エネルギーイオン注入技術を導入して転送レジスタ部の飽和電荷量を高めることにより転送レジスタ部の面積を小さくし受光部面積及び開口面積を大きくする試みがなされているが、これらは固体撮像素子の構造的に限界がある。そこで近年では図３に示すように受光部上部に凸型のマイクロレンズを設け、入射した光を受光部に効率的に集光させ実効開口率を高めたオンチップマイクロレンズを有した固体撮像素子が提供されている。
【０００３】
さらにカラー固体撮像素子においては、マイクロレンズに加えてカラーフィルタが備えられている。基板表層部に光電変換を行う受光部が複数箇所形成されている固体撮像素子に、カラーフィルタ及びマイクロレンズを形成する一般的な製造方法は下記の通りである。
【０００４】
▲１▼受光部の透明樹脂による受光部の穴埋め
▲２▼受光部の平坦化
▲３▼カラーフィルタの形成
▲４▼透明樹脂によるカラーフィルタの平坦化
▲５▼マイクロレンズの形成
【０００５】
特に▲５▼マイクロレンズの形成を図面を参照して説明する。図３は従来のマイクロレンズの形成方法の説明図である。１は半導体基板、２は受光部、３は電荷転送部、４は下部平坦化層、５はカラーフィルタ、６は遮光膜、７は上部平坦化層である（図３（ａ）参照）。上部平坦化層上にマイクロレンズ材料であるマイクロレンズ用レジストを塗布し、従来のフォトリソグラフィー法によりパターン１４を形成した後（図３（ｂ）参照）、加熱処理を施し、パターンを変形させて受光部上に凸状のマイクロレンズ１５（図３（ｃ）参照）を形成する。
【０００６】
近年、固体撮像素子の高解像度化や小型化に伴い、マイクロレンズを高精細化する必要がある。併せて受光部の受光面積が小さくなる為、マイクロレンズの集光位置を保ちながらマイクロレンズの幅を広げ、マイクロレンズ間の距離をできるだけ小さくすることが望ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の各受光部に対向する位置に入射光を集光させるマイクロレンズを設けた固体撮像素子では、光電変換有効領域の入射光を効率よく集光するために、図３のように従来の上部平坦化層を用い、マイクロレンズの幅を単位画素ピッチにできるだけ近づけようとすると、レンズ形成加熱時にレンズの広がる距離が大きいため、隣接するレンズ間でレンズパターンが接触してくずれ、実効開口率が小さくなるという問題点があった。また、これらが光電変換有効領域で部分的に発生している場合は、感度が低下した部分が生じ、感度が不均一になるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、固体撮像素子の製造方法において、マイクロレンズ形成時のレンズ間スペースの制御性に優れ、またレンズ融着によるレンズ未形成部分ができることが無く、マイクロレンズ形成安定性を高めることにより、実効感度の高いマイクロレンズを得ることのできる固体撮像素子及びその製造方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体基板上に複数の受光部を備え、前記受光部上に少なくとも上部平坦化層及びマイクロレンズが形成された固体撮像素子において、前記複数の受光部の中から市松状に選択された受光部上の上部平坦化層に段差が形成されていることを特徴とする固体撮像素子である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、更に、受光部と上部平坦化層の間にカラーフィルタを有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、カラーフィルタが原色フィルタであり、その色配列がベイヤー配列又はインタライン配列を有することを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載の固体撮像素子である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、カラーフィルタが補色フィルタであり、その色配列がフィールド色差順次配列又はフレームインタリーブ配列を有することを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載の固体撮像素子である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、半導体基板上に複数の受光部を備え、前記受光部上に少なくとも段差が形成された上部平坦化層及びマイクロレンズを形成する固体撮像素子の製造方法であって、前記複数の受光部の中から市松状に選択された受光部上の上部平坦化層に段差を上部平坦化層の部分的除去により形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、半導体基板上に複数の受光部を備え、前記受光部上に少なくとも段差が形成された上部平坦化層及びマイクロレンズを形成する固体撮像素子の製造方法であって、前記複数の受光部の中から市松状に選択された受光部上の上部平坦化層に段差をパターンの付加により形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［実施例１]
次に本発明について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例１である固体撮像素子の製造工程を示した断面構造及び平面構造の説明図である。図１（ａ）左は固体撮像素子にカラーフィルタを形成し、その後上部平坦化層を形成した時の固体撮像素子の断面説明図である。１は半導体基板、２は受光部、３は電荷転送部、４は下部平坦化層、５はカラーフィルタ、６は遮光膜、７は上部平坦化層であり従来の構成と同じであるため、同一の符号を付けて説明を省略する。なお、本実施例のカラーフィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色からなる原色フィルタであり、その色配列は１の色（Ｇ）が市松状に並ぶベイヤー配列を採っている（図１（ａ）右参照）。この他の好ましい配列としては、原色フィルタの場合のインタライン配列、補色フィルタの場合のフィールド色差順次配列又はフレームインターリーブ配列が挙げられる。また、後記するマイクロレンズ形成時に加わる熱による変形を考慮して、上部平坦化層の形成に用いる樹脂の軟化点がマイクロレンズ用レジストの軟化点より高いか、熱硬化性の樹脂を用いることが好ましい。
【００１７】
次に、図１（ｂ）に示すように、上部平坦化層上にｉ線用ポジ型レジストを用い、複数の受光部の中から市松状に選択された受光部上にレジストのパターン８をフォトリソグラフィー法により形成する。この時用いるレジストは、後記するドライエッチング耐性を考慮すると、ノボラック樹脂−ナフトキノンジアジド系のポジ型レジストが好ましい。その後、酸素プラズマエッチングにより０．２μｍ〜０．５μｍの範囲でドライエッチングを施し、上部平坦化層の部分的な除去により段差９を形成する（図１（ｃ）参照）。その後、上部平坦化層１０のレジストを剥膜する（図１（ｄ）参照）。得られた上部平坦化層上にマイクロレンズ用レジストのパターン１１を形成し（図１（ｅ）参照）、加熱処理にてマイクロレンズ１２を形成する（図１（ｆ）参照）。
【００１８】
そして、上部平坦化層の段差により、マイクロレンズ形成加熱時のレンズ融着が起こりにくく、レンズパターンを崩すこと無く、マイクロレンズの幅を単位画素ピッチ近づけ、開口率を向上させることができる。
【００１９】
なお、段差の形成時に、その幅を単位画素ピッチより大きくしたり小さくしたりすることで、容易に色ごとにマイクロレンズの幅を変えることができる。これにより、感度の低い色に対して感度向上することができ、固体撮像素子の色再現領域を広げることができる。
【００２０】
［実施例２］
次に本発明について図面を参照にして説明する。図２は本発明の実施例２である固体撮像素子の製造工程を示した断面構造及び平面構造の説明図である。図２（ａ）は固体撮像素子にカラーフィルタを形成し、その後上部平坦化層を形成した時の固体撮像素子の断面説明図である。１は半導体基板、２は受光部、３は電荷転送部、４は下部平坦化層、５はカラーフィルタ、６は遮光膜、７は上部平坦化層であり従来の構成と同じであるため、同一の符号を付けて説明を省略する。
【００２１】
次に、図２（ｂ）に示すように、上部平坦化層上にネガ型レジストを用い、フォトリソグラフィー法により、複数の受光部から市松状に選択された受光部上にパターンを付加し、段差１３を形成する。この時用いるレジストは、上部平坦化層の透明性を考慮すると、アクリル系ネガ型レジストが好ましい。また、後記するマイクロレンズ形成時に加わる熱による変形を考慮して、レジストの軟化点は、マイクロレンズ用レジストの軟化点より高いことが好ましい。得られた段差を有する上部平坦化層上にマイクロレンズ用レジストによりパターン１１を形成し（図２（ｃ）参照）、加熱処理にてマイクロレンズ１２を形成する（図２（ｄ）参照）。
【００２２】
この時、平坦化層の段差によりレンズ形成加熱時のレンズ融着が起こりにくく、レンズパターンを崩すこと無くマイクロレンズの幅を単位画素ピッチ近づけ、開口率を向上させることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上より明らかなように本発明に係る固体撮像素子は、上部平坦化層に段差が形成されているので、マイクロレンズ用レジストが段差を超え、隣接したマイクロレンズと融着することはなく、マイクロレンズ未形成部分ができるといったことを防ぐことができ、入射光を単位画素ピッチ近傍の幅で有効的に集光でき実効感度を向上させることができる。
【００２４】
また、段差の形成時に、そのパターン寸法を単位画素ピッチより大きくしたり小さくしたりすることで、容易に色ごとにマイクロレンズの幅を変えることができる。これにより、感度の低い色に対して感度向上することができ、固体撮像素子の色再現領域を広げることができる。
【００２５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の固体撮像素子の製造工程を示した説明図である。
【図２】本発明の実施例２の固体撮像素子の製造工程を示した説明図である。
【図３】従来の固体撮像素子の製造工程を示した説明図である。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  受光部
３  電荷転送部
４  下部平坦化層
５  カラーフィルタ
６  遮光層
７  上部平坦化層
８  パターン
９  段差
１０  上部平坦化層
１１  パターン
１２  マイクロレンズ
１３  段差
１４  パターン
１５  マイクロレンズ
【図１】
0003719036.tif 000002
【図２】
0003719036.tif 000003
【図３】
0003719036.tif 000004