(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写界からの入射光を光電変換する複数の撮像素子が２次元平面を形成し、個々の撮像素子の入射側に該入射光を集光する集光レンズが配設された撮像手段を有する固体撮像装置において、該装置は、
前記集光レンズの間隙に、該入射光を散乱させる拡散材または散乱材を含む拡散層が形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記拡散層は、溶剤として前記集光レンズの素材よりも低い粘度、かつ低屈折率の光学材料と、
無機物の微粒子を用いた散乱材とを混合して、形成されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記散乱材は、粒径を0.01から0.1 μm にすることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
被写界からの入射光を光電変換する複数の撮像素子が２次元平面を形成するとともに、個々の撮像素子の入射側に該入射光を集光する集光レンズを形成した固体撮像装置の製造方法において、該方法は、
あらかじめ前記集光レンズの素材よりも低い粘度、かつ低屈折率の光学材料と無機物の微粒子を用いた散乱材とを混合した拡散材を用意し、
前記集光レンズの形成後に、前記拡散材を前記集光レンズの間隙に、かつ、前記集光レンズの頂上の高さ以下に塗布する工程と、
該塗布する工程の後に、前記集光レンズ形成時の熱処理温度よりも低い温度で熱処理する工程とを含むことを特徴とする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、固体撮像装置およびその装置の製造方法に関し、たとえば、被写界からの入射光を撮像する撮像手段の入射側にオンチップレンズとともに配し、光学的ローパス効果をもたらすフィルタ等として適用して好適な固体撮像装置であり、その装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に画素として固体撮像素子を離散的な構造に配し、２次元平面を形成するように配設した撮像部を有するカメラでは、光学系を介して入射する被写体の画像情報をこの撮像部で光学的に空間サンプリングすることによって得ている。撮像部は、得た画像情報を出力画像として出力する。この出力画像には、サンプリング周波数以上の高い空間周波数成分が含まれていることがある。この場合、得られた画像には、この成分が本来、被写体が有していない偽色信号として現れる。このような偽色信号の発生を抑えるため、従来から光学的なローパスフィルタを撮像系の一部に配置している。実際、この配置により被写体の高空間周波成分を制限している。
【０００３】
光学的なローパスフィルタには、光物性の特徴である複屈折の特性を有する水晶板等の材質が用いられている。しかしながら、この特性を有する部材は第１に高価である。そして、撮像系の光路への部品配置は、カメラの小型化にとって不適切であることが思料される。このような観点により、たとえば、特開平7-209610号公報に記載の樹脂封止型固体撮像素子は、 CCD(Charge Coupled Device :電荷結合素子）エリアセンサの受光面側を覆う透明樹脂の表面に光学的ローパス効果を有する位相型の回折格子を形成している。これにより一体的な構成に封止して環境条件の影響を除いて性能の安定化と長寿命化を図りながら、量産性に優れたものを提供する。
【０００４】
また、特開平5-283663号公報に記載の固体撮像装置は、集光レンズを設けたオンチップレンズ構造の固体撮像装置にさらに、集光レンズの配列のうち、垂直走査方向に配されている集光レンズ間に入射光線を広げるレンズを設けて、シャント配線間の受光部間に入射する単位面積あたりの光強度を低下させてスミアを低減させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、樹脂封止型固体撮像素子で用いる回折格子は、CCD エリアセンサの構成およびローパス特性の設定の仕方によって異なるが、たとえば正弦波、台形波、矩形波等の各種の波形のいずれの波形でもよく格子方向、方向数、ピッチ、振幅等も可能な範囲であれば自由に設定でき、安価な部品として提供できると記載されている。しかしながら、回折格子の製造には、条件に応じて上述した複雑なパラメータを考慮して加工しばければならない。また、オンチップレンズをチップ上に搭載した場合、回折格子の搭載は難しい。
【０００６】
特開平5-283663号公報に記載の固体撮像装置では、集光レンズ間に入射光を拡散させる凸状レンズを配設する。この装置の製造工程で集光レンズ（すなわち、オンチップレンズ）とともに、新たな凸状レンズを含む従来と異なるマスクパターンをつくる必要性の問題が生じる。そして、この場合も上述したように回折格子の同時搭載の困難性が問題になる。
【０００７】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、容易な加工処理で偽信号の発生を抑制して高品位な撮像が行える固体撮像装置およびその装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、被写界からの入射光を光電変換する複数の撮像素子が２次元平面を形成し、個々の撮像素子の入射側にこの入射光を集光する集光レンズが配設された撮像手段を有する固体撮像装置において、集光レンズの間隙に、この入射光を散乱させる散乱材料による層が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、散乱材料には、集光レンズよりも低い粘度、かつ低屈折率の光学材料と、無機物の微粒子または有機顔料を用いた散乱材とを混合することが好ましい。
【００１０】
さらに、散乱材は、粒径を0.01から0.1 μm 程度にすることが望ましい。
【００１１】
本発明の固体撮像装置は、集光レンズの間隙に散乱材料による層が形成されていることにより、散乱材料で入射光が平均的に散乱されて撮像素子に入射する。この結果、一つの撮像素子に着目すると受光領域が拡大し、各撮像素子がオーバーラップしたと同じ状態が作られる。この状態が光学的ローパスフィルタと同じ効果をもたらす。また、形成した散乱材料による層が素子間の入射光を平均化により入射光の強度も低下させて、スミアの発生も抑えることができる。
【００１２】
また、本発明は上述の課題を解決するために、被写界からの入射光を光電変換する複数の撮像素子が２次元平面を形成するとともに、個々の撮像素子の入射側にこの入射光を集光する集光レンズを形成した固体撮像装置に用いるフィルタの製造方法において、あらかじめ集光レンズよりも低い粘度、かつ低屈折率の光学材料と無機物の微粒子または有機顔料を用いた散乱材とを混合した散乱材料を用意し、集光レンズの形成後に、入射光を散乱させる散乱材料を塗布する工程と、この塗布する工程の後に、集光レンズ形成時の熱処理温度よりも低い温度で熱処理する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の固体撮像装置に用いるフィルタの製造方法は、集光レンズの形成後に、散乱材料を塗布し、集光レンズ形成時の熱処理温度よりも低い温度で熱処理することにより、複雑なマスクの作成を行うことなく、光学的ローパスフィルタと同じ効果をもたらす光学部材の層を形成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の実施例を詳細に説明する。
【００１５】
本実施例は、本発明の固体撮像装置の撮像部10について図１を用いて説明する。撮像部10は、図１の要部断面が示すように、受光部12の上に順次各層が形成され、形成された層の最上層の面上にオンチップレンズ14が形成されている。撮像部10の小型化を図るためオンチップレンズ14のような光学部品は、撮像面に対して入射光側に一体的に形成する。オンチップレンズ14は画素数の増加に伴って感光領域が減少しても感度の低下を招かないように入射光を集光し、入射光の有効利用のため形成する。また、別な光学部材として光学的ローパスフィルタは、被写界からの入射光が含む所定の空間周波より高い成分を除いて所望の MTF特性が得られるように光学パラメータを考慮するとともに、このためにフィルタの外形形状を正弦波、台形波、矩形波、三角波等にしている。撮像部10において、しかしながら、一体的にオンチップレンズ14と光学的ローパスフィルタの両方をともに設けることは難しい。本実施例の撮像部10は、オンチップレンズ14上に光学的ローパスフィルタの機能を発揮する白色拡散層16を容易に形成し、上述した困難性を解決する。そして、白色拡散層16の形成は撮像部10の撮像時に生じるスミアの抑制も行うことを示す。
【００１６】
図１の断面図に基づいて撮像部10の構造とともに、形成過程も簡単に説明する。受光部12には、図１において詳細に示していないが、たとえば、 n- 基板上にp-ウェル( 井戸) が形成されて、この上にpn接合により光電変換する受光素子が基板に形成される。この受光素子の感光領域が入射光の開口部12a になるように基板にレジストを塗布し、マスクパターンを介して露光し、このレジストにマスクパターンを形成する（すなわち、ホトリソグラフィ処理を行う）。この後、マスクしなかった部分に化学的または物理的に食刻加工を施す。この加工処理をエッチングという。
【００１７】
また、図示しないが、フィールドシフトパルスが印加された際に受光素子の信号電荷を垂直転送電極18に転送するトランスファゲートを形成する。垂直転送電極18もホトリソグラフィ処理およびエッチングにより形成される。垂直転送電極18は、たとえば、SiO2の絶縁膜20を介してAlの遮光膜22で覆われる。これらの各膜の形成もホトリソグラフィ処理およびエッチングにより行われる。さらに、遮光膜22は、受光素子の開口部12a を覆わないように保護膜24で覆われる。保護膜24は、上述した絶縁膜20と同じ材質でもよい。形成した保護膜24上の垂直転送電極18の直上には、黒色の染色材を混入した黒染色層26を垂直転送電極18の幅に応じて形成する。
【００１８】
このように各層を形成することにより、画素間には凹部28ができる。この凹部28を透明材料28a で充填して黒染色層26の上面と同一平面を形成する。この透明材料28a の充填により、黒染色層26を含む平坦化が行われる。この平坦化した平面28b 上に色フィルタ層30を形成する。色フィルタ層30は、オンウェーハ色フィルタ形成法を用いて各感光領域の開口部12a を覆うように形成される。オンウェーハ色フィルタ形成法は、たとえば、原色フィルタの場合、色R,G,B に各色に対応する顔料膜を形成する。図１の色フィルタ層30には、２つの顔料膜30a, 30bが示されている。
【００１９】
次に色フィルタ層30の上に、オンチップレンズ14を形成する。この形成には、レンズ形成膜を成膜する。この成膜に通常のホトリソグラフィとエッチングを施して所定の領域、すなわち感光領域を完全に含む領域の成膜を残すように除く。この処理により、オンチップレンズ14のパターンが形成される。この形成したパターンに対して、熱変形処理、いわゆるリフロー処理を施す。この加熱処理によって、集光レンズ機能をもたらすオンチップレンズ14が形成される。このとき、成膜の一部は隣接するオンチップレンズ14と結びついてもよい（図１を参照）。しかしながら、完全にレンズの曲面同士が接合するわけではない。
【００２０】
オンチップレンズ14の形成後、オンチップレンズ14同士の間隙に白色拡散層16を形成する。白色拡散層16は、光の拡散材または散乱材の溶剤としてオンチップレンズ14の素材よりも低粘度、かつ低屈折率の樹脂を用いる。この樹脂には、たとえば、ノボラーク系やアクリル系の樹脂を用いる。また、拡散材、または散乱材としては、TiO2, Al2O3, SiO2, MnO2, Fe2O3, Cr2O3 等の無機物や有機顔料のいずれかを用いる。この場合、特に、この無機物は、粒度（particle size ）を0.01〜 0.1μｍ程度にするとよい。これら拡散材、または散乱材を樹脂に混ぜると、白色の塗布材ができる。オンチップレンズ14の間隙に塗布する量は、この白色の塗布材がオンチップレンズ14の頂上を超えない適量にする。
【００２１】
塗布した後、この部分には熱変形処理を施す。このとき、リフロー温度は、オンチップレンズ14の加工におけるリフロー温度よりも低温度にする。この温度は、たとえば、120 〜 180℃程度にする。また、処理時間は、30〜 300秒の範囲とする。このリフロー処理によって白色拡散層16が安定化する。
【００２２】
白色拡散層16を形成することにより、入射光は包含した拡散材、または散乱材で散乱する。一つの受光素子に着目すると、散乱は、光の強さを平均化するとともに、感光領域が拡大した状態を作る。この領域での入射光の強さの平均化は、入射光の強度を低下させることから、白色拡散層16の形成はスミアの発生を著しく低下させる。また、白色拡散層16は、この層を介した散乱光を感光領域に若干導く。これは、オンチップレンズ14を介して供給されるときよりも入射光の入射範囲が広くなるので、感光領域が拡大したと同じ状態をつくる。換言すると、各受光素子がオーバーラップした場合と同じ状態にして、空間的な周波数を低くする。したがって、この状態は、光学的ローパスフィルタがもたらす効果と同じ状態にある。白色拡散層16は、フィルタ機能をも有する。このように白色拡散層16を形成すると、スミアの発生だけでなく、空間的な周波数に起因する偽信号の発生も抑制されることになる。容易な白色拡散層16の形成により両方の問題点を一挙に解決することができる。
【００２３】
なお、図２に示すように色フィルタ層30の形成範囲が異なっても白色拡散層16は同じ形成過程で形成すればよいことが容易に理解できる。
【００２４】
【発明の効果】
このように本発明の固体撮像装置およびその装置に用いるフィルタの製造方法によれば、集光レンズの間隙に散乱材料による層が形成されていることにより、散乱材料で入射光が平均的に散乱されて撮像素子に入射する。この結果、一つの撮像素子に着目すると受光領域が拡大することになる。この状態は、各撮像素子がオーバーラップしたと同じ状態、すなわち、光学的ローパスフィルタと同じ効果をもたらす状態が作られることになる。また、撮像素子間の入射光を平均化することにより間隙での入射光の強度も低下させられるので、この間隙によって生じていたスミアの発生も抑える。これにより、高品位な撮像信号を得ることができる。
【００２５】
このフィルタは、改めてマスクを製造する必要がなく、散乱材料を塗布し、熱処理により形成するので、製造コストを上げることなく新たな機能層を追加できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置の撮像部の構造を示す要部断面図である。
【図２】図１の撮像部の変形例の構造を示す要部断面図である。
【符号の説明】
10  撮像部
12  受光部
14  オンチップレンズ
16  白色拡散層
18  垂直転送電極
【図１】
0004279403.tif 000002
【図２】
0004279403.tif 000003