(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズを有する固体撮像素子の製造方法において、
マイクロレンズの材料となる感光性樹脂を塗布、露光、現像する工程と、
現像後の感光性樹脂に２００〜３００ｎｍの波長を含む紫外光を照射することで、マイクロレンズとなる前記感光性樹脂の中央部を除く外周のエッジ部分を仮硬化する工程と、
仮硬化後の感光性樹脂を加熱して溶解・変形・硬化させて前記感光性樹脂を半球状のマイクロレンズに形成する工程を有することを特徴とする、固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
マイクロレンズの形成時に用いる前記紫外光の照射量が、レンズ材料の膜厚１μｍ当たり、波長２５４ｎｍにおいて５０〜１００ｍＪ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１記載の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、集光用マイクロレンズを有する固体撮像素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ(Charge Coupled Device) 等の固体撮像素子は、例えば図４に示すように、シリコン等の基体１内に埋設された複数の矩形の受光素子２よりなる光電変換部と、受光素子２から接続される電極層３などの信号の読み出し回路部の２つの領域から成り、これらの上層に、透明材料で構成された下部平滑化層４、受光素子２の間隙部に対応する部位に設けられる遮光層５、およびカラー画像対応の素子にあっては赤、緑、青のカラーフィルタ層６が形成された構成となっている。
【０００３】
ここで、信号の読み出し回路部は、入射光成分に対する不感領域である。そこで従来、この不感領域上に入射する光成分を光電変換部に集光し、撮像素子の高感度化を達成するとともに、他の素子を劣化させない有効な手段の一つとして、固体撮像素子上に透明な凸レンズ状のマイクロレンズアレイを配置し、不感領域である信号読み出し回路上に到達する入射光成分を、光電変換部に集光させるようにした撮像素子一体型のマイクロレンズアレイが提案されている。
【０００４】
マイクロレンズを形成する方法としては、熱軟化性の材料でパターンを形成し、加熱溶解して変形加工し硬化させて形成する熱フロー法が一般的である。
熱フロー法によるマイクロレンズの形成方法は、レンズ材料となる感光性樹脂を０．５〜５μｍの厚さに塗布し、露光、現像後、超高圧水銀灯等の、波長３６５ｎｍを中心としたｉ線と呼ばれる紫外光の照射を行い、その後、加熱溶解により変形させ、半球状の凸レンズ形状にして硬化させるものである。
ここで用いる紫外光は、レンズ材料の感光性樹脂中の感光剤を分解し、光透過率を向上させるのに適した波長である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＣＣＤはデジタルカメラ用途などに代表されるように、高解像度化、小型化の開発傾向にある。高解像度化により、画素サイズは縮小され、撮像素子の受光面積は減少し、必然的に光感度の低下という問題が生じる。
【０００６】
この問題を解決するための方法の一つとして、各画素上に形成するマイクロレンズの開口率を高くし、光感度の向上を図ればよい。言い換えると、隣接するマイクロレンズ同士の間隔を狭くすればよい。
【０００７】
現状、デジタルカメラなどに採用される２００万画素ＣＣＤのマイクロレンズのピッチは５μｍ前後であり、形成するマイクロレンズ同士の間隔は、上述した光感度の低下を避けるために必要な０．２〜０．３μｍで形成されている。
【０００８】
しかしながら、上述した従来の熱フロー法で形成されるマイクロレンズでは、図３に示すように、加熱溶解時にパターン片側で０．２μｍの熱フロー量（変形拡大量）がある。このフロー量は大きいため、マイクロレンズの間隔を０．２〜０．３μｍで形成しようとしても、熱フロー量のバラツキにより、隣接するマイクロレンズ同士が癒着してしまうことがあり、安定して所望間隔に独立したマイクロレンズを形成することが困難である。
【０００９】
従って、本発明の課題は、固体撮像素子上のマイクロレンズ同士の間隔が０．２〜０．３μｍである高開口率のマイクロレンズを、マイクロレンズ同士の癒着が無く、安定して製造することができる方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、マイクロレンズ同士の間隔が０．２〜０．３μｍである高開口率のマイクロレンズを、マイクロレンズ同士の癒着が無く安定して形成できる熱フロー法によるマイクロレンズの形成方法を見出すことができた。
【００１１】
すなわち、請求項１に関する発明は、マイクロレンズを有する固体撮像素子の製造方法において、マイクロレンズの材料となる感光性樹脂を塗布、露光、現像する工程と、現像後の感光性樹脂に２００〜３００ｎｍの波長を含む紫外光を照射することで、マイクロレンズとなる前記感光性樹脂の中央部を除く外周のエッジ部分を仮硬化する工程と、仮硬化後の感光性樹脂を加熱して溶解・変形・硬化させて前記感光性樹脂を半球状のマイクロレンズに形成する工程を有することを特徴とする、固体撮像素子の製造方法である。
【００１２】
すなわち、本発明者らは、マイクロレンズ外周のエッジ部分を仮硬化させる遠紫外光の波長としては、２００〜３００ｎｍが適していることを見出した。さらに、レンズ材料の感光性樹脂中の赤色に着色した感光剤を分解し、感光性樹脂の光透過率を向上させる紫外光の波長としては、３６５ｎｍである。
【００１４】
また、遠紫外域を含む紫外光の照射量が、レンズ材となる感光性樹脂の膜厚１μｍ当たり、波長２５４ｎｍにおいて５０ｍＪ／ｃｍ2未満では、マイクロレンズ外周のエッジ部分を仮硬化できず、さらに同波長において１００ｍＪ／ｃｍ2以上の照射量では、マイクロレンズ外周のエッジ部分だけでなくマイクロレンズ中央部も仮硬化してしまい、その後の加熱において半球状のマイクロレンズを得ることができず、台形状になってしまうことを見出した。
【００１５】
すなわち、請求項２に関わる発明は、マイクロレンズの形成時に用いる上記紫外光の照射量が、レンズ材料の膜厚１μｍ当たり、波長２５４ｎｍにおいて５０〜１００ｍＪ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１記載の固体撮像素子の製造方法である。
【００１６】
以上の方法によれば、固体撮像素子上に設けられたマイクロレンズ同士の間隔が０．２〜０．３μｍである高開口率のマイクロレンズを、マイクロレンズ同士の癒着無く、安定して形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下の実施例により、また比較例との比較により説明する。
【００１８】
＜実施例＞
図１は、半導体基板上に形成される固体撮像素子の製造工程の概略を示したものである。半導体基板Ａは、シリコン基体１上に、図中にある受光素子２を含むフォトダイオード部、電荷の転送部、そのほか転送電極、垂直レジスタ部からなる垂直レジスタ部などの半導体素子を従来と同様の方法で形成し、その上に下部平滑化層４、遮光層５、カラーフィルタ６、および表面平滑化のためのオーバーコート層７を従来法にて積層して作成した。
【００１９】
以上のような半導体素子やカラーフィルタ等を形成した半導体基板Ａ上に、ジェイエスアール（株）製感光性レジスト「ＭＦＲ３８０Ｈ」をスピンコートにて、回転数１８００ｍｉｎ-1で塗布し、１００℃のホットプレートで３分間ベークを行い、膜厚１．２５μｍに形成した（図１（ａ）参照）。
【００２０】
その半導体基板Ａに対し、ニコン（株）製ｉ線ステッパーにて露光を行った後、アルカリ現像液ＮＭＤ−Ｗ（東京応化工業（株）製）を用いてスピン現像を３０〜４０秒間行い、純水によりリンスを行った後、スピン乾燥を行った。このときのマイクロレンズのパターン同士の間隔は、０．４５μｍであり、膜厚は１．２μｍであった（図１（ｂ）参照）。
【００２１】
さらに、遠紫外域を含む紫外光、例えばウシオ電機（株）製遠紫外ランプＵＸＭ−５０１ＭＡ等を用いて、波長２５４ｎｍの紫外線照射量が６０ｍＪ／ｃｍ2になるまで紫外線照射を行った。
【００２２】
その後、この半導体基板Ａを１００℃のホットプレートを用いて３分間加熱し、続いて１８０℃のホットプレートで６分間加熱して溶解、変形、硬化を実施して、図２に示すようなピッチ５μｍ、マイクロレンズ同士の間隔０．２５μｍ、膜厚１．５μｍのマイクロレンズ８が完成した（図１（ｃ）参照）。この時の熱フロー量は、図２に示すように、パターン片側で０．１μｍであった。
【００２３】
本実施例の半導体基板は、図５に示すようにマイクロレンズ同士の癒着による外観ムラの発生が半導体基板内で全く無く、良好な外観特性が得られた。
【００２４】
＜比較例＞
まず、上記の実施例と同様に、半導体基板Ａを従来法にて作成した。
その半導体基板Ａ上に、上記実施例と同様に、ジェイエスアール（株）製感光性レジスト「ＭＦＲ３８０Ｈ」をスピンコートにて、回転数１８００ｍｉｎ-1で塗布し、１００℃のホットプレートで３分間ベークを行い、膜厚１．２５μｍに形成した。
【００２５】
その半導体基板Ａに対し、ニコン（株）製ｉ線ステッパーにて露光を行った後、アルカリ現像液ＮＭＤ−Ｗ（東京応化工業（株）製）を用いてスピン現像を３０〜４０秒間行い、純水によりリンスを行った後、スピン乾燥を行った。このときのマイクロレンズのパターン同士の間隔は、０．６５μｍであり、膜厚は１．２μｍであった。
【００２６】
さらに、遠紫外域をほとんど含まない紫外光を発する、超高圧水銀灯で紫外線照射を行った。この時の紫外線照射量は波長３６５ｎｍにて３００ｍＪ／ｃｍ2であった。
【００２７】
その後、この半導体基板Ａを１００℃のホットプレートを用いて３分間加熱し、続いて１８０℃のホットプレートで６分間加熱して溶解、変形、硬化を実施して、図３に示すようなピッチ５μｍ、マイクロレンズ同士の間隔０．２５μｍ、膜厚１．５μｍのマイクロレンズ８が完成した。この時の熱フロー量は、図３に示すように、パターン片側で０．２μｍであった。
【００２８】
本比較例の半導体基板は、図６に示すように、マイクロレンズ同士の癒着による外観ムラが半導体基板内で部分的に発生しており、良好な外観特性を満足するものではなかった。
【００２９】
また、本比較例において、マイクロレンズ同士の癒着を防止するため、熱フロー量を減ずる方法として、熱フロー時の温度を低温化する方法が挙げられる。しかしながら、本比較例において熱フロー温度を低温にして熱フローを行うと、マイクロレンズ形成時の熱フロー量は減じてマイクロレンズ同士の癒着は防止できたが、出来上がったマイクロレンズ形状は、断面から見たとき半球状ではなく台形に近い形状となり、良好な形状のマイクロレンズを得ることはできなかった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、固体撮像素子の高解像度化に伴う画素サイズ・受光面積の減少による光感度の低下を補うためのマイクロレンズ同士の間隔の縮小に際しても、マイクロレンズ形成時の加熱による感光性樹脂のレンズ形状加工の前の、感光性樹脂外周のエッジ部分の仮硬化において使用する紫外光の波長が２００〜３００ｎｍを含むことにより、マイクロレンズ同士の癒着を生ずることなく、安定した形状に形成することが可能となる。
【００３１】
【図面の簡単な説明】
【図１】熱フロー法によるマイクロレンズを有する固体撮像素子の製造工程を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例のマイクロレンズの概略を示す説明図である。
【図３】比較例のマイクロレンズの概略を示す説明図である。
【図４】固体撮像素子の構成の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例のマイクロレンズの断面を表した電子顕微鏡写真である。
【図６】比較例のマイクロレンズの断面を表した電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１      シリコン基体
２      受光素子
３      電極層
４      下部平滑化層
５      遮光層
６      カラーフィルタ
７      オーバーコート層
８      マイクロレンズ
【図１】
0004465750.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004465750.tif 000004
【図４】
0004465750.tif 000005
【図５】
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【図６】
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