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JP2008135551A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高感度で、良好な色特性を有する固体撮像装置を提供すること。
【解決手段】複数の光電変換素子が２次元的に配置され、表面に複数の光電変換素子に対応する矩形の受光面を有する基板と、この基板上に形成され、前記受光面に対応する位置に略矩形の凹曲面を有する平坦化層と、この平坦化層の凹曲面に埋め込まれた、前記平坦化層よりも大きい屈折率を有する、複数色のカラーフィルタとを具備し、前記カラーフィルタは凸レンズの機能を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に係り、特に、カラーフィルタとレンズ部材とを兼用した固体撮像装置及びその製造方法に関する。
近年、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラが普及しているが、この固体撮像素子をＣＳＰ（チップサイズパッケージ）方式を用いて更に小型化する技術が開発されている。このような小型固体撮像素子は、携帯電話等の小型・軽量・薄型化が望まれる電子機器に内蔵するのに好適である。
固体撮像素子の一画素ごとの受光面は、凹凸状であるため、通常、平坦化層を形成して表面の平坦化を図っている。即ち、図５に示すように、ＣＣＤ等の光電変換素子１２が複数個２次元的に配置された固体撮像素子１１上に第１の平坦化層１３を形成し、その上にカラーフィルタ１４を形成し、更にその上に第２の平坦化層１５を形成し、その上に集光のための凸レンズ１６を形成している（例えば、特許文献１参照）。
このような構造の固体撮像装置の製造においては、第１の平坦化層１３、カラーフィルタ１４、第２の平坦化層１５、及び凸レンズ１６を順次形成する必要があり、工程数が多く、歩留まりが悪く、製造コストが高いという問題がある。
また、受光面と凸レンズ１６との間に、第１の平坦化層１３、カラーフィルタ１４、及び第２の平坦化層１５と、介在物が多く、両者が離れているため、集光効率が悪く、光透過率も低いという問題がある。
特開２００６−４１４６７号公報
本発明は、以上のような事情の下になされ、高感度で、良好な色特性を有する固体撮像装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、工程数の削減が図られ、歩留まりの向上及びコスト削減を達成することが可能な固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、複数の光電変換素子が２次元的に配置され、表面に複数の光電変換素子に対応する矩形の受光面を有する基板と、この基板上に形成され、前記受光面に対応する位置に略矩形の凹曲面を有する平坦化層と、この平坦化層の凹曲面に埋め込まれた、前記平坦化層よりも大きい屈折率を有する、複数色のカラーフィルタとを具備し、前記カラーフィルタは凸レンズの機能を有することを特徴とする固体撮像装置を提供する。
このような固体撮像装置において、平坦化層を二酸化珪素またはアクリル系樹脂により構成することができる。また、カラーフィルタは、１．６〜１．８の屈折率を有するものとすることができる。
本発明の第２の態様は、複数の光電変換素子が２次元的に配置され、表面に複数の光電変換素子に対応する矩形の受光面を有する基板上に、透明膜を形成する工程、前記透明膜上に、前記受光面に対応する位置に糸巻状又はその変形形状の開口を有するレジストパターンを形成する工程、前記レジストパターンをマスクとして透明膜をエッチングし、前記受光面に対応する位置に略矩形の凹曲面を有する平坦化層を形成する工程、及び前記略矩形の凹曲面に、前記平坦化層よりも大きい屈折率を有する、複数色の、凸レンズの機能を有するカラーフィルタを形成する工程を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法を提供する。
本発明の第１の態様によると、を有する平坦化層表面の略矩形の凹曲面内に、凸レンズの機能を有する複数色のカラーフィルタが埋め込まれているため、凸レンズ（カラーフィルタ）と受光面とが接近して集光性が向上し、高感度を有し、また、間に介在する層が少ないことから良好な色特性を有する固体撮像装置が提供される。
また、本発明の第２の態様によると、糸巻状又はその変形の開口形状を有するレジストパターンを用いて透明膜をエッチングすることにより、略矩形の複数の凹曲面が直接隣接する表面形状を有する平坦化層が形成され、これら凹曲面内に顔料分散樹脂を埋め込み、レンズ機能をも合わせ有するカラーフィルタを形成することにより、工程数の削減が図られ、歩留まりの向上及びコスト削減を達成することができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置を示す断面図である。図１において、半導体基板１の表面近傍には、複数のＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の複数の光電変換素子２が２次元的に配置されている。半導体基板１の光電変換素子２に対応する面は、矩形凹部状の受光面であり、これらの受光面を覆うように平坦化層３が形成されている。平坦化層３は、透明材料からなり、例えば、二酸化珪素またはアクリル系樹脂からなる。
平坦化層３の表面には、受光面に対応する位置に略矩形の複数の凹曲面が形成されている。このような略矩形の凹曲面を有する平坦化層３は、次のようにして形成される。
まず、半導体基板１の表面に透明材料からなる膜を形成する。二酸化珪素の場合にはＣＶＤや蒸着により、アクリル系樹脂の場合には塗布法により形成することができる。次いで、この透明膜上にレジストパターンを形成する。レジストパターンは、糸巻状またはその変形の形状の開口部を有する。そのような開口部１０の形状を図２に示す。なお、開口部１０を囲む矩形は、受光面を表す。図２において、（ａ）は糸巻状の開口部１０を示し、（ｂ）〜（ｄ）は、その変形の形状を有する開口部１０を示す。
次に、このようなレジストパターンをマスクとして透明膜をドライエッチングする。なお、二酸化珪素からなる透明膜をエッチングする場合には、レジストとして例えばポジ型ノボラック樹脂フォトレジストを用い、エッチングガスとしてＣＦ4やＣ2Ｆ6を用いることができる。また、アクリル系樹脂からなる透明膜をエッチングする場合には、レジストとして同じくポジ型ノボラック樹脂フォトレジストを用い、エッチングガスとして例えばＯ2＋Ａrを用いることができる。
ドライエッチングとしては、例えば、ＥＣＲ、平行平板マグネトロン、ＤＲＭ、ＩＣＰ、あるいは２周波タイプのＲＩＥなどを用いることが出来る。
図３にそのようなドライエッチングの進行曲線を示す。図３から、当初、マスクの開口部の形状に従ってエッチングがされているが、エッチングは縦方向だけでなく、横方向にも進行していることがわかる。従って、エッチングは透明膜のレジストパターンにより覆われている部分にも進行して凹部が広がり、その結果、図４に示すような略矩形の複数の凹曲面が直接隣接する平坦化層３が形成される。
その後、平坦化層３上に顔料が分散された樹脂を塗布し、リソグラフィーによりパターニングし、これらの工程を色ごとに繰り返して、平坦化層３表面の凹曲面を埋めるように、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のカラーフィルタ４を形成する。
この場合、各画素の表面は、間に平坦化層３を介在することなく隣接しているほうが、光の利用効率が高いため、好ましい。また、カラーフィルタ４の表面は、平坦であるのが好ましい。
カラーフィルタ４を構成する材料の屈折率は、平坦化層３を構成する材料の屈折率よりも高く、例えば、平坦化層３を構成する材料がアクリル系樹脂の場合、その屈折率は１．５であるのに対し、カラーフィルタ４を構成する材料の屈折率は、顔料が分散されたアクリル系樹脂の場合、１．６〜１．８である。
以上のように、本実施形態によると、糸巻状又はその変形の開口形状を有するレジストパターンを用いて透明膜をドライエッチングすることにより、略矩形の複数の凹曲面が直接隣接する表面形状を有する平坦化層３が形成され、これら凹曲面内に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の顔料分散樹脂を表面が平坦になるように埋め込むことにより、レンズ機能をも合わせ有するカラーフィルタ４が形成された固体撮像素子を得ることができる。
このようにして得た固体撮像装置では、カラーフィルタとレンズとを間に平坦化層を介して別々に形成する必要がないため、工程数の削減が図られ、歩留まりの向上及びコスト削減を達成することができる。
また、凸レンズ（カラーフィルタ４）と受光面とが接近することにより、集光性が向上し、高感度が得られ、間に介在する層が少ないことから良好な色特性を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る固体撮像装置を示す断面図である。 図１に示す固体撮像装置の製造に用いたレジストパターンの種々の開口部の形状を示す図である。 ドライエッチングの進行曲線を示す図である。 ドライエッチングにより得た平坦化層の表面形状を示す断面図である。 従来の固体撮像装置を示す断面図である。
符号の説明
１…固体撮像素子チップ、２…マイクロレンズ、３…赤外カット透明ガラス板、４，１３…スペーサ、５，１４…接着層、６…側壁周り配線層、７…外部接続用バンプ、８…絶縁層、１１…固体撮像素子ウエハ、１２…透明基板、１５…配線電極。

Claims (4)

  1. 複数の光電変換素子が２次元的に配置され、表面に複数の光電変換素子に対応する矩形の受光面を有する基板と、この基板上に形成され、前記受光面に対応する位置に略矩形の凹曲面を有する平坦化層と、この平坦化層の凹曲面に埋め込まれた、前記平坦化層よりも大きい屈折率を有する、複数色のカラーフィルタとを具備し、前記カラーフィルタは凸レンズの機能を有することを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記平坦化層は、二酸化珪素またはアクリル系樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記カラーフィルタは、１．６〜１．８の屈折率を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
  4. 複数の光電変換素子が２次元的に配置され、表面に複数の光電変換素子に対応する矩形の受光面を有する基板上に、透明膜を形成する工程、
    前記透明膜上に、前記受光面に対応する位置に糸巻状又はその変形形状の開口を有するレジストパターンを形成する工程、
    前記レジストパターンをマスクとして前記透明膜をエッチングし、前記受光面に対応する位置に略矩形の凹曲面を有する平坦化層を形成する工程、及び
    前記略矩形の凹曲面に、前記平坦化層よりも大きい屈折率を有する、複数色の、凸レンズの機能を有するカラーフィルタを形成する工程
    を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
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