JP2001320034A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 反射防止パターンによる集光光の「けられ」
を防止して感度の向上と安定化を図ることができる固体
撮像素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１０表面のフォトセンサ１１上を開
口する遮光膜１６と、受光部１１に光を集光するための
マイクロレンズ１８との間に、フォトセンサ１１上に開
口部３１ａを有する反射防止パターン３１を備えた固体
撮像素子において、反射防止パターン３１の開口部３１
ａは、その内壁上部がＲ状のテーパ形状に成形されたこ
とを特徴としており、これによってフォトセンサ１１側
における開口部３１ａの開口径を広げることなく、マイ
クロレンズ１８で集光された集光光ｈが反射防止パター
ン３１の開口上部で「けられ」ることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子及び
その製造方法に関し、特にはフレアの発生を防止するた
めの反射防止パターンを備えた固体撮像素子及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７には、インターライン転送型の固体
撮像素子の構成図を示す。この図に示す固体撮像素子
は、基板の表面側に行列状にフォトセンサ１１（すなわ
ち受光部）を設けてなり、このフォトセンサ１１の脇に
は列方向に沿って垂直転送ＣＣＤ１２が設けられてい
る。また各垂直転送ＣＣＤ１２の端部には、列方向に沿
って設けられた水平転送ＣＣＤ１３が接続されており、
その最終段には出力部１４が接続されている。

【０００３】また、図８には、インターライン転送型の
固体撮像素子の要部断面図（図７におけるＡ−Ａ’矢視
断面図）を示す。この図に示すように、基板１０の表面
側に設けられた各フォトセンサ１１脇の垂直転送ＣＣＤ
１２は、基板１０の表面側に設けられた拡散層１２ａと
その上部の転送電極１２ｂとで構成されている。そし
て、基板１０上には、フォトセンサ１１上に開口部１６
ａを有する遮光膜１６が、転送電極１２ｂを覆う状態で
設けられている。この遮光膜１６は、例えばＡｌ（アル
ミニウム）で構成されている。そして、さらにこれらを
埋め込む状態で、基板１０上に平坦化絶縁膜１７が形成
され、この平坦化絶縁膜１７上に各フォトセンサ１１に
光を集光させるためのマイクロレンズ１８が設けられて
いる。

【０００４】ところが、このような構成の固体撮像素子
では、マイクロレンズ側から入射した光の全てがマイク
ロレンズ１８によってフォトセンサ１１に集光されるわ
けではなく、その一部は遮光膜１６に照射される。ここ
で、遮光膜１６を構成するＡｌは、波長６００ｎｍの光
の反射率が９０％程度であり、可視光の反射率が高い。
このため、固体撮像素子に強い光が入射すると、遮光膜
１６に照射された光がその表面で反射し、さらにここで
の図示は省略したマイクロレンズ１８上方のシールガラ
スで反射して再び固体撮像素子内に入射してフレアを発
生させる。したがって、画像の品質が著しく損なわれる
ことになる。

【０００５】そこで、図９に示す固体撮像素子では、遮
光膜１６とマイクロレンズ１８との間の例えば平坦化絶
縁膜１７上に、反射防止パターン２１を設けることによ
ってフレアの発生を防止するようにしている。この反射
防止パターン１７は、透明な樹脂をパターン加工して黒
色素にて染色したり、黒色素を含有するフォトレジスト
をフォトリソグラフィー技術によってパターンニングす
ることによって形成されたもので、遮光膜１６とほぼ同
様の形状に成形され、フォトセンサ１１上に開口部２１
ａを有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図９に示し
た固体撮像素子では、マイクロレンズ１８で集光された
集光光ｈが、反射防止パターン２１の角部で遮られる、
いわゆる「けられ」が発生し易く、感度が低くなると言
う問題がある。また、反射防止パターン２１やマイクロ
レンズ１８等の加工バラツキにより、「けられ」量にば
らつきが生じるため、感度が不均一になる。

【０００７】特に、固体撮像素子の画素サイズの微細化
に伴い、カメラレンズＦ値の変化に対するＣＣＤ感度の
依存性を少なくするために、フォトセンサ１１とマイク
ロレンズ１８との距離ｄを狭くする必要が生じている。
これに伴い、反射防止パターン２１とマイクロレンズ１
８との距離ｄ1 も狭くなるため、さらに「けられ」が発
生し易くなる。

【０００８】また、このような「けられ」の発生を防止
するために、ただ単に反射防止パターン２１の幅を狭く
してその開口部２１ａの開口径を広げた場合には、反射
防止パターン２１による反射防止効果が低下するため、
フレアの発生を防止する効果が低くなる。しかも、下地
（ここでは平坦化絶縁膜１７）に対する反射防止パター
ン２１の接着面積が狭くなるため、反射防止パターン２
１が剥離し易くなると言った問題も生じる。

【０００９】そこで本発明は、反射防止パターンによる
集光光の「けられ」を防止して感度の向上と安定化を図
ることができる固体撮像素子及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明の固体撮像素子は、基板表面の受光部上
を開口する遮光膜と、受光部に光を集光するためのマイ
クロレンズとの間に、受光部上に開口部を有する反射防
止パターンを備えた固体撮像素子において、反射防止パ
ターンの開口部の内壁上部がテーパ形状に成形されてい
ることを特徴としている。

【００１１】このような構成の固体撮像素子では、反射
防止パターンの開口部はマイクロレンズ側ほど開口径が
広くなる。このため受光部側における開口部の開口径を
広げることなく、マイクロレンズで集光された集光光が
反射防止パターンの開口上部で「けられ」ることが防止
される。したがって、反射防止パターンにおける反射防
止効果を確保しつつも、マイクロレンズによる集光光を
受光部に入射させ易くすることができる。

【００１２】また、本発明の固体撮像素子の製造方法
は、基板表面の受光部上を開口する遮光膜の上方に当該
受光部上に開口部を有する反射防止パターンを形成し、
受光部に光を集光するためのマイクロレンズを反射防止
パターンの上方に形成する固体撮像素子の製造方法にお
いて、第１の方法は、形成された反射防止パターンに対
してリフロー処理を施した後、マイクロレンズを形成す
ることを特徴としている。

【００１３】このような第１の方法では、開口部を有す
る反射防止パターンに対してリフロー処理を施すため、
反射防止パターンが軟化してその角部分が丸みを帯び
る。したがって、反射防止パターンの開口部の内壁上部
がテーパ形状に成形される。

【００１４】また、第２の方法は、反射防止パターンを
形成する工程において、先ず遮光膜の上方に反射防止膜
を形成し、受光部上に開口部を有するレジストパターン
を反射防止膜上に形成した後、当該レジストパターンに
対してリフロー処理を施し、次いでレジストパターン上
から当該レジストパターン及び反射防止膜をエッチング
することによって当該レジストパターンの形状を当該反
射防止膜に転写してなる反射防止パターンを形成するこ
とを特徴としている。

【００１５】このような第２の方法では、開口部を有す
るレジストパターンに対してリフロー処理を施すため、
レジストパターンが軟化してその角部分が丸みを帯び、
開口部の内壁上部がテーパ形状に成形される。したがっ
て、このレジストパターンの形状を反射防止膜に転写し
てなる反射防止パターンには、内壁上部がテーパ形状に
成形された開口部が設けられることになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。まず、本発明の固体撮像素
子の製造方法を説明するに先立ち、本発明の固体撮像素
子について説明する。尚、図９を用いて説明した従来の
固体撮像素子と同様の構成部品には同一の符号を付し、
重複する説明は省略する。

【００１７】図１は、本発明の固体撮像素子の一実施形
態例を示す図である。この図に示す固体撮像素子は、従
来の技術で図９を用いて説明した固体撮像素子と同様
に、基板１０の表面側に配列形成されたフォトセンサ
（すなわち受光部）１１、このフォトセンサ１１の脇に
設けられた垂直転送ＣＣＤ１２、垂直ＣＣＤ１２を構成
する転送電極１２ａ上を覆いフォトセンサ１１上に開口
部１６ａを有する遮光膜１６、これらを埋め込む状態で
基板１０上に形成された平坦化絶縁膜１７、遮光膜１６
と同様にパターニングされた開口部３１ａを有する反射
防止パターン３１、及び各フォトセンサ１１に光を集光
させるためのマイクロレンズ１８が設けられている。

【００１８】そして、この図１に示す固体撮像素子が、
図９に示した固体撮像素子と異なるところは、反射防止
パターン３１の形状にある。すなわち、この反射防止パ
ターン３１は、開口部３１ａの内壁上部がテーパ形状に
成形され、上部に向かって開口部３１ａの開口径が徐々
に広げられている。ここでは、反射防止パターン３１
は、従来の図９に示した固体撮像素子の反射防止パター
ン（２１）における開口部（２１ａ）の内壁上部の角を
Ｒ状に削った形状に成形されていることとする。ただ
し、開口部３１ａにおける開口底部の開口径は、従来と
同様であることとする。

【００１９】この開口部３１ａの内壁上部のテーパ形状
は、反射防止パターン３１とマイクロレンズ１８との距
離ｄ1 によって決定され、その距離が近くなるほどＲを
大きく、すなわち上部に向かって広く開口されることと
する。ただし、反射防止パターン３１の開口端縁部分
は、ある程度の厚みを確保することで、反射防止パター
ン３１の反射防止効果が維持されるようにする。

【００２０】このように成形された反射防止パターン３
１を備えた固体撮像素子では、反射防止パターン３１の
開口部３１ａの開口径が、マイクロレンズ１８側ほど広
くなっている。このため、フォトセンサ１１側における
開口部３１ａの開口径を広げることなく、マイクロレン
ズ１８で集光された集光光ｈが反射防止パターン３１の
開口上部で「けられ」ることが防止される。したがっ
て、開口部３１ａの実質的な開口径を確保して反射防止
パターン３１における反射防止効果を確保しつつも、マ
イクロレンズ１８による集光光ｈをフォトセンサ１１に
入射させ易くすることができる。この結果、固体撮像素
子の感度の向上および安定化を図ることが可能になる。

【００２１】上記実施の形態においては、反射防止パタ
ーン３１の開口部３１ａの内壁上部をＲ状のテーパ形状
にした場合を説明した。しかし、本発明の固体撮像素子
は、次の図２または図３に示すような反射防止パターン
を備えたものであっても良い。

【００２２】すなわち、図２に示す固体撮像素子の反射
防止パターン３２は、レンズ状に成形されており、開口
部３２ａの内壁全体がＲ状のテーパ形状に成形されてい
る。

【００２３】また、図３に示すような反射防止パターン
３３は、開口部３３ａの内壁全体が一定角度のテーパ形
状に成形されている。つめり、開口部３３ａの内壁が平
面で構成されている。

【００２４】こような形状に成形された反射防止パター
ン３２，３３は、図１で示した反射防止パターン３１と
比較して、開口部３２ａ，３３ａの端縁部分の膜厚が薄
くなるため反射防止効果がやや小さくなるものの、フォ
トセンサ１１側からマイクロレンズ１８側に向かう開口
径の広がりが大きくなるため開口部３２ａ，３３ａの肩
部での集光光ｈの「けられ」を防止する効果が大きくな
る。

【００２５】また上記実施の形態においては、平坦化絶
縁膜１７上に反射防止パターン３１（３２，３３）を設
けた場合を説明した。しかし、本発明の固体撮像素子
は、図４に示すように、遮光膜１６の直上に反射防止パ
ターン３４を設けた構成であっても良い。この反射防止
パターン３４の形状は、図１乃至図３を用いて説明した
各反射防止パターン３１，３２，３３の形状を適用でき
る。

【００２６】こような構成の固体撮像素子においては、
図１乃至図３を用いて説明した固体撮像素子と比較し
て、マイクロレンズ１８と反射防止パターン３４との距
離ｄ1を大きくできるため、さらに「けられ」を防止し
易くなる。

【００２７】次に、本発明の固体撮像素子の製造方法に
関する各実施形態を説明する。尚、各実施形態において
は、図１を用いて説明した固体撮像素子の製造を例に採
って製造方法を説明する。また、平坦化絶縁膜１７の形
成以前の工程については従来と同一であるので、ここで
は特に、その後の反射防止パターン３１の形成方法を詳
細に説明する。

【００２８】図５は、固体撮像素子の製造方法の第１実
施形態を示す断面工程図である。この図に示す第１実施
形態の製造方法では、先ず、図５（ａ）に示すように、
フォトセンサ１１、転送電極１２ｂ、遮光膜１６等の各
構成要素を覆う状態で、ＰＳＧ（phospho silicate gla
ss）やＢＰＳＧ（boro phospho silicate glass）から
なる平坦化絶縁膜１７を基板１０上に形成した後、この
平坦化絶縁膜１７上に、フォトセンサ１１上に開口部３
１ａを有し、黒色に着色された反射防止パターン３１を
形成する。

【００２９】この反射防止パターン３１は、例えばフォ
トレジストのようなリフロー処理によって軟化する樹脂
材料からなり、リソグラフィー技術によって形成したレ
ジストパターンを黒色素によって染色するか、または黒
色素を含有するフォトレジストをリソグラフィー技術に
よってパターニングすることによって得られる。この他
にも、レジストパターンをマスクにして樹脂膜をパター
ンエッチングした後、この樹脂膜を黒色素によって染色
するか、黒色素を含有する樹脂膜をレジストパターンを
マスクにしてパターンエッチングすることによって形成
しても良い。

【００３０】次に、図５（ｂ）に示すように、反射防止
パターン３１に対してリフロー処理を施すことによっ
て、反射防止パターン３１を軟化させ、その表面張力に
よって開口部３１ａの内壁上部を所定の曲率のテーパ形
状にする。この際、リフロー温度は、反射防止パターン
３１を構成する材料及によって設定され、一例としてノ
ボラック系樹脂などを主成分とするポジ型のフォトレジ
ストの場合、１１０℃から１８０℃の範囲内で設定され
る。そして、この温度範囲内におけるリフロー温度の設
定によって、開口部３１の内壁上部を所定の曲率のテー
パ形状にする。

【００３１】以上の後、図５（ｃ）に示すように、公知
の技術によって、反射防止パターン３１の上方にマイク
ロレンズ１８を形成し、これによって固体撮像素子を完
成させる。

【００３２】以上のような製造方法によれば、図５
（ｂ）を用いて説明したように、開口部３１ａを有する
反射防止パターン３１に対してリフロー処理を施すた
め、反射防止パターン３１が軟化して、表面張力によっ
てその角部分が丸みを帯びる。このため、反射防止パタ
ーン３１の開口部３１ａの内壁上部をテーパ形状に成形
することが可能になる。したがって、反射防止パターン
による反射防止効果が十分で、かつ感度の向上と安定化
を図ることが可能な固体撮像素子を得ることができる。

【００３３】尚、上記製造方法の第１実施形態におい
は、図５（ｂ）を用いて説明した反射防止パターン３１
のリフロー工程におけるリフロー温度の設定によって、
反射防止パターン３１の開口部３１ａの内壁上部のみが
丸みを帯びる程度の形状から、反射防止パターン３１全
体が表面張力によって丸みを帯びる程度にまで、開口部
３１ａの形状を制御することができる。このため、リフ
ロー工程の温度を高めに設定して反射防止パターン３１
を十分に軟化させることで、図２を用いて説明したよう
なレンズ状の反射防止パターン３２を形成することが可
能になり、開口部の内壁全体をテーパ形状とすることが
できる。

【００３４】図６は、固体撮像素子の製造方法の第２実
施形態を示す断面工程図である。この図に示す第２実施
形態の製造方法では、先ず、図６（ａ）に示すように、
フォトセンサ１１、転送電極１２ｂ、遮光膜１６等の各
構成要素を覆う状態で、ＰＳＧやＢＰＳＧからなる平坦
化絶縁膜１７を基板１０上に形成した後、この平坦化絶
縁膜１７上に、着色された樹脂材料からなる反射防止膜
３０を形成する。この際、透明な樹脂を塗布した後に黒
色素にて染色したり、黒色素を含有する樹脂を塗布する
ことによって、この反射防止膜３０を形成する。尚、こ
の反射防止膜３０は、感光性材料である必要はない。

【００３５】次に、反射防止膜３０上に、リソグラフィ
ー技術によってレジストパターン４１を形成する。この
レジストパターン４１は、例えばポジ型レジストからな
り、フォトセンサ１１上に開口部４１ａを有する形状に
形成されることとする。

【００３６】その後、このレジストパターン４１に対し
てリフロー処理を施すことによって、レジストパターン
４１を軟化させ、その表面張力によって開口部４１ａの
内壁上部を所定の曲率のテーパ形状にする。この際、リ
フロー温度は、レジストパターン４１を構成する材料及
によって設定され、一例としてノボラック系樹脂などを
主成分とするポジ型のフォトレジストの場合、１１０℃
から１８０℃の範囲内で設定される。そして、この温度
範囲内におけるリフロー温度の設定によって、開口部４
１ａの内壁上部を所定の曲率のテーパ形状にする。

【００３７】次いで、図６（ｂ）に示すように、リフロ
ー処理後のレジストパターン（４１）をマスクとして反
射防止膜３０をエッチングする。この際のエッチング条
件は、レジストパターン（４１）に対するエッチングレ
ートと反射防止膜３０に対するエッチングレートとがほ
ぼ等しくなるように設定される。また、このエッチング
は、フォトセンサ１１上の平坦化絶縁膜１７が所定の面
積で露出すまで行う。尚、エッチング終了後に、反射防
止膜３０上にレジストパターン（４１）が残らないよう
に、反射防止膜３０の膜厚はレジストパターン（４１）
の膜厚よりも厚く設定されていることとする。

【００３８】このようにしてエッチングを行うことによ
って、反射防止膜３０をレジストパターン（４１）の形
状に合わせて削り、反射防止膜３０にレジストパターン
（４１）の形状を転写してなる反射防止パターン３１を
形成する。

【００３９】以上の後、図６（ｃ）に示すように、公知
の技術によって、反射防止パターン３１の上方にマイク
ロレンズ１８を形成し、これによって固体撮像素子を完
成させる。

【００４０】以上のような製造方法によれば、開口部４
１ａを有するレジストパターン４１に対してリフロー処
理を施すため、レジストパターン４１が軟化してその角
部分が丸みを帯び、開口部４１ａの内壁上部がテーパ形
状に成形される。このため、このレジストパターン４１
の形状を反射防止膜３０に転写してなる反射防止パター
ン３１には、内壁上部がテーパ形状に成形された開口部
３１ａが設けられることになる。したがって、反射防止
パターン３１による反射防止効果が十分で、かつ感度の
向上と安定化を図ることが可能な固体撮像素子を得るこ
とができる。

【００４１】尚、上記製造方法の第２実施形態におい
は、図６（ｂ）を用いて説明したレジストパターン４１
のリフロー工程におけるリフロー温度の設定によって、
レジストパターン４１の開口部４１ａの内壁上部のみが
丸みを帯びる程度の形状から、レジストパターン４１全
体が表面張力によって丸みを帯びる程度にまで、開口部
４１ａの形状を制御することができる。このため、リフ
ロー工程の温度を高めに設定してレジストパターン４１
を十分に軟化させてレンズ状のレジストパターン４１を
形成することで、図２を用いて説明したようなレンズ状
の反射防止パターン３２を形成することが可能になる。

【００４２】また、上記製造方法の第１実施形態及び第
２実施形態では、平坦化絶縁膜１７上に反射防止パター
ン３１（３２）を形成する方法を説明した。しかし、本
発明の固体撮像素子の製造方法は、図４を用いて説明し
たような遮光膜１６の直上に反射防止パターン３４を設
けてなる固体撮像素子の製造にも適用可能である。この
場合、遮光膜１６を形成した後、平坦化絶縁膜１７を形
成する前に、図５（ａ），図５（ｂ）を用いて説明した
工程や図６（ａ），図６（ｂ）を用いて説明した工程を
行い、その後平坦化絶縁膜１７及びマイクロレンズ１８
の形成を行うこととする。

【００４３】

【発明の効果】以上説明した本発明の固体撮像素子によ
れば、反射防止パターンの開口部の内壁上部をテーパ形
状としたことで、受光部側における開口部の開口径を広
げることなく、マイクロレンズで集光された集光光が反
射防止パターンの開口上部で「けられ」ることを防止で
きる。したがって、反射防止パターンにおける反射防止
効果を低下させることなく、固体撮像素子の感度の向上
と安定化を図ることが可能になる。

【００４４】また、本発明請求項２の固体撮像素子の製
造方法によれば、開口部を有する反射防止パターンに対
してリフロー処理を施すことによって、反射防止パター
ンを軟化させて開口部の内壁上部をテーパ形状に成形す
ることができる。したがって、反射防止パターンによる
反射防止効果が十分で、かつ感度の向上と安定化を図る
ことが可能な固体撮像素子を得ることができる。

【００４５】さらに、本発明請求項３の固体撮像素子の
製造方法によれば、開口部を有するレジストパターンに
対してリフロー処理して開口部の内壁上部をテーパ形状
に成形し、これをマスクにして反射防止膜をエッチング
することで、内壁上部がテーパ形状に成形された開口部
を有する反射防止パターンを形成することができる。し
たがって、反射防止パターンによる反射防止効果が十分
で、かつ感度の向上と安定化を図ることが可能な固体撮
像素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像素子の実施形態を示す断面図
である。

【図２】本発明の固体撮像素子における反射防止パター
ンの変形例（その１）を示す断面図である。

【図３】本発明の固体撮像素子における反射防止パター
ンの変形例（その２）を示す断面図である。

【図４】本発明の固体撮像素子の変形例を示す断面図で
ある。

【図５】本発明の固体撮像素子の製造方法の第１実施形
態を示す断面工程図である。

【図６】本発明の固体撮像素子の製造方法の第２実施形
態を示す断面工程図である。

【図７】インターライン転送型の固体撮像素子の構成図
である。

【図８】従来の固体撮像素子の断面図である。

【図９】従来の反射防止パターンを備えた構体撮像素子
の断面図である。

【符号の説明】

１０…基板、１１…受光部、１６…遮光膜、１７…マイ
クロレンズ、３１，３２，３３，３４…反射防止パター
ン、３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ…開口部、３０…
反射防止膜、４１…レジストパターン、４１ａ…開口部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板表面の受光部上を開口する遮光膜
   と、前記受光部に光を集光するためのマイクロレンズと
   の間に、前記受光部上に開口部を有する反射防止パター
   ンを備えた固体撮像素子において、 前記反射防止パターンの開口部は、その内壁上部がテー
   パ形状に成形されたことを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 基板表面の受光部上を開口する遮光膜の
   上方に当該受光部上に開口部を有する反射防止パターン
   を形成し、前記受光部に光を集光するためのマイクロレ
   ンズを前記反射防止パターンの上方に形成する固体撮像
   素子の製造方法において、 前記反射防止パターンに対してリフロー処理を施した
   後、前記マイクロレンズを形成することを特徴とする固
   体撮像素子の製造方法。
3. 【請求項３】 基板表面の受光部上を開口する遮光膜の
   上方に当該受光部上に開口部を有する反射防止パターン
   を形成し、前記受光部に光を集光するためのマイクロレ
   ンズを前記反射防止パターンの上方に形成する固体撮像
   素子の製造方法において、 前記反射防止パターンを形成する工程では、前記遮光膜
   の上方に反射防止膜を形成し、前記受光部上に開口部を
   有するレジストパターンを前記反射防止膜上に形成した
   後、当該レジストパターンに対してリフロー処理を施
   し、次いで当該レジストパターン上から当該レジストパ
   ターン及び前記反射防止膜をエッチングすることによっ
   て当該レジストパターンの形状を当該反射防止膜に転写
   してなる反射防止パターンを形成することを特徴とする
   固体撮像素子の製造方法。