(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板に設けられたフォトダイオードからなる光電変換素子と前記光電変換素子の各々の領域上に設けられたマイクロレンズを有するセンサＩＣにおいて、前記マイクロレンズは平坦化された絶縁膜に覆われており、さらに前記絶縁膜上に前記光電変換素子を囲むように斜め入射光を前記マイクロレンズへと反射させる金属層を設けたことを特徴とするセンサＩＣ。
【請求項２】
前記金属層の上に凹型レンズの特徴をもつ絶縁膜をさらに設けたことを特徴とする請求項１に記載のセンサＩＣ。
【請求項３】
前記金属層はアルミあるいは高融点合金である請求項１あるいは２に記載のセンサＩＣ。
【請求項４】
前記光電変換素子は２次元に配列されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサＩＣ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像情報を読み取り電送する装置、ファクシミリ、イメージスキャナ、電子カメラに用いられるＣＭＯＳイメージセンサ、ラインセンサなどのセンサＩＣに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は従来のイメージセンサの入射光を集光するマイクロレンズの形状を示す断面摸式図である。センサでは、ＰＮ接合を用いたフォトダイオード４０１をセンサ受光部（または、光電変換素子などと称する）として用いるのは周知の技術であり、フォトダイオードの形成過程の説明は割愛する。（図９（Ａ））
入射された光を、前記フォトダイオード４０１にて集光するために、埋め込み絶縁膜４０２を堆積し、リフローなどの熱処理により平坦化を行なう。前記フォトダイオード４０１の領域をオーバーラップして覆うようにフォトレジスト４０３を選択的に形成する工程と前記フォトレジストをマスクにして異方性エッチングする工程により選択的に前記埋め込み絶縁膜４０２を形成する。（図９（Ｂ））
次ぎに、前記埋め込み絶縁膜４０２を十分に覆うことが出来うる膜厚の埋め込み絶縁膜４０４を堆積したあとに、埋め込み絶縁膜４０４の膜厚に相当分の異方性のエッチングをする工程により、前記埋め込み絶縁膜４０２の脇に前記埋め込み絶縁膜４０４のサイドウォールが自己整合的に形成される。
【０００３】
次ぎに、絶縁膜４０５を堆積することで、前記フォトダイオード４０１の領域上に絶縁膜による集光を目的とした凸型のマイクロレンズが形成される。（図９（Ｃ））
また、マイクロレンズの形状を向上するために、絶縁膜４０５を堆積したあとにリフローなどの熱処理により絶縁膜の凹凸を滑らかにフローさせる例もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この様なマイクロレンズにおいては、入射光を十分にフォトダイオードに集光することが出来ない場合がある。特に斜め入射光をフォトダイオードに入射させることが出来ず、感度を向上することが出来ないという問題があった。
【０００５】
また、従来の改善策であるリフローを行なったマイクロレンズにおいても、斜め入射光をフォトダイオードに集光することが出来ずに、十分な感度を得られることが出来ないといった問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、本発明はマイクロレンズを以下のように形成した。
【０００７】
マイクロレンズを形成したあとにマイクロレンズの伏地部分にマイクロレンズを囲むように選択的に光を反射する金属層を形成する構造とした。
【０００８】
また、マイクロレンズを形成したあとに絶縁膜を埋め込んで平坦化技術により平坦化された絶縁膜上にフォトダイオード領域を囲むように金属層を形成する構造とした。
【０００９】
また、マイクロレンズを形成したあとに絶縁膜を埋め込んで平坦化技術により平坦化された絶縁膜上にフォトダイオード領域を囲むように金属層を形成して設け、絶縁膜を堆積させた構造とした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、マイクロレンズを形成したあとにフォトダイオードを囲むようにして形成した金属層に反射した入射光がフォトダイードへ集光できることで、集光率が上がり、感度の高いイメージセンサを供給することができる。さらに、金属配線上に堆積させた絶縁膜の凹レンズが斜め入射光をフォトダイオードへ集光できることで、さらに集光率を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明のセンサＩＣのフォトダイオード上にマイクロレンズとマイクロレンズを囲む高融点合金層を設けたマイクロレンズの実施例を示す断面摸式図である。
【００１３】
センサでは、ＰＮ接合を用いたフォトダイオード１０１をセンサ受光部（または、光電変換素子などと称する）として用いるのは周知の技術であり、フォトダイオードの形成過程の説明は割愛する。（図１（Ａ））
フォトダイオードに埋め込み絶縁膜１０２を堆積し、リフローなどの熱処理により平坦化を行なう。
【００１４】
次に前記フォトダイオードの領域をオーバーラップして覆うようにフォトレジスト１０３を選択的に形成する工程と前記フォトレジストをマスクにして異方性のエッチングをする工程により、選択的に前記埋め込み絶縁膜１０２を形成する。（図１（Ｂ））
次ぎに前記埋め込み絶縁膜１０２を十分に覆うことが出来うる膜厚の埋め込み絶縁膜１０４を堆積したあとに、埋め込み絶縁膜１０４の膜厚に相当分の異方性のエッチングをする工程により、前記埋め込み絶縁膜１０２の脇に前記埋め込み絶縁膜１０４のサイドウォールが自己整合的に形成される。
【００１５】
次ぎに絶縁膜１０５を堆積したあとにリフローなどの熱処理により絶縁膜をフローさせて、前記フォトダイオードの領域上に絶縁膜による集光を目的とした凸型のマイクロレンズが形成される。（図１（Ｃ））
ここで、アルミやタングステンなどからなる高融点合金層などの金属層１０６を堆積し、凸型マイクロレンズの伏地領域にフォトダイオードを囲うようにフォトレジスト１０７を選択的に形成する工程と前記フォトレジストをマスクにして異方性のエッチングをする工程により、アルミや高融点合金による金属層１０６を形成する構造を取る。（図１（Ｄ）と図１（Ｅ））
図２は図１（Ｅ）を上から見た時の平面模式図である。この例では4つのフォトダイオードが２個づつ２列に並んでいる。
【００１６】
このとき、アルミや高融点合金などの金属層１０６の高さやフォトダイオードからの距離は、反射された光が効率よくフォトダイオードに入射できることを考慮することが望ましい。また、アルミや高融点合金などの金属層１０６は、フォトダイオードとフォトダイオードを動かすスイッチング素子との結線と一緒に作成することが出来る。
【００１７】
これによって、アルミや高融点合金などの金属層１０６に反射された光線がフォトダイオードに入射することでフォトダイオードの集光率が上がり、感度を向上させることができる。
【実施例２】
【００１８】
図３は、本発明のセンサＩＣのフォトダイオード上にマイクロレンズを形成したあとに、絶縁膜を堆積して平坦化し、フォトダイオードを囲うように選択的に形成されたアルミや高融点合金層などを設けたマイクロレンズの実施例を示す断面模式図である。
【００１９】
マイクロレンズを形成するまでの構造については第一の実施例と同じ構造をとる為、図１と同一の符号を記載することで説明を割愛する。（図３（Ａ）〜図３（Ｃ））
マイクロレンズの形成後に埋め込み絶縁膜１０２を堆積してリフローなどの熱処理により平坦化を行なう。平坦化が不足する場合には、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法や犠牲膜を用いた異方性エッチング（エッチバック）法により所望の平坦度を得ることが出来る。（図３（Ｄ））
ここで、アルミや高融点合金層などの金属２０２を堆積し、フォトダイオードを囲うようにフォトレジスト２０３を選択的に形成する工程と前記フォトレジストをマスクにして異方性のエッチングをする工程により、アルミや高融点合金層２０２を形成する構造を取る。（図３（Ｅ）と図４（Ａ））
図５は図４（Ａ）を上から見た時の平面模式図である。この例では4つのフォトダイオードが２個づつ２列に並んでいる。
【００２０】
このとき、アルミや高融点合金層２０２のフォトダイオードからの距離は、反射された光が効率よくフォトダイオードに入射できることを考慮することが望ましい。また、アルミや高融点合金層２０２は、フォトダイオードとフォトダイオードを動かすスイッチング素子との結線と一緒に作成することが出来る。
【００２１】
これによって、平坦化された絶縁膜上でアルミや高融点合金層２０２を安定した形状で形成することができ、また、アルミや高融点合金層を異方性エッチングで形成する際のエッチングダメージを平坦化された絶縁膜が受けるので、マイクロレンズが直接ダメージを受けることが無くなるという効果もある。
【００２２】
アルミや高融点合金層２０２に反射された光線がフォトダイオードに入射することでフォトダイオードの集光率が上がり、感度を向上させることができる。
【実施例３】
【００２３】
図６は本発明のセンサＩＣのフォトダイオード上にマイクロレンズを形成したあとに、絶縁膜を堆積して平坦化し、フォトダイオードを囲うように選択的に形成されたアルミや高融点合金層などを設け、これらを利用して凹型の絶縁膜を形成してマイクロレンズとした実施例を示す断面模式図である。
【００２４】
第２の実施例と異なる点は、アルミや高融点合金層を形成したあとに埋め込み絶縁膜を堆積させる構造を取ることである。その他の構造、特徴については図３および図４と同一の符号を記載することで説明にあてる。（図６（Ａ）〜図７（Ｂ））。
【００２５】
アルミや高融点合金層２０２を設けたあとに、埋め込み絶縁膜３０１を堆積してリフローなどの熱処理により絶縁膜のフローを行なう。このときアルミや高融点合金層２０２に囲まれたフォトダイオード上の埋め込み絶縁膜は凹型のレンズになり、斜め入射光をフォトダイオードへ集光させる役割を担うことが出来る。（図７（Ｂ））
図８は図７（Ｂ）を上から見た時の平面模式図である。この例では4つのフォトダイオードが２個づつ２列に並んでいる。
【００２６】
これにより、実施例２の特徴に加えて、凹型絶縁膜レンズにより斜め入射光を効率良くフォトダイオードへ入射することでフォトダイオードの集光率が上がり、感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のセンサＩＣのフォトダイオード上にマイクロレンズとマイクロレンズを囲む高融点合金層を設けた第１の実施例を示す断面摸式図である。
【図２】第１の実施例を上から見たときの平面模式図である。
【図３】本発明のセンサＩＣのフォトダイオード上にマイクロレンズを形成したあとに、絶縁膜を堆積して平坦化し、フォトダイオードを囲うように選択的に形成されたアルミや高融点合金層などを設けた第２の実施例を示す断面模式図である。
【図４】第２の実施例における出来上がりの構成と原理を示す断面模式図である。
【図５】第２の実施例を上から見たときの平面模式図である。
【図６】本発明のセンサＩＣのフォトダイオード上にマイクロレンズを形成したあとに、絶縁膜を堆積して平坦化し、フォトダイオードを囲うように選択的に形成されたアルミや高融点合金層などを設けて、凹型の絶縁膜を形成した第３の実施例を示す断面模式図である。
【図７】図６に引き続く工程と出来上がりの構成を示す断面模式図である。
【図８】第３の実施例を上から見たときの平面模式図である。
【図９】従来のセンサＩＣのフォトダイオード上に形成したマイクロレンズの一例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０１ フォトダイオード
１０２ 埋め込み絶縁膜
１０３ フォトレジスト
１０４ 埋め込み絶縁膜
１０５ 絶縁膜
１０６ アルミや高融点合金層などの金属
１０７ フォトレジスト
２０１ 埋め込み絶縁膜
２０２ アルミや高融点合金層などの金属
２０３ フォトレジスト
３０１ 埋め込み絶縁膜
４０１ フォトダイオード
４０２ 埋め込み絶縁膜
４０３ フォトレジスト
４０４ 埋め込み絶縁膜
４０５ 絶縁膜
【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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