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JPH0964325A - 固体撮像素子とその製造方法 - Google Patents

固体撮像素子とその製造方法

Info

Publication number
JPH0964325A
JPH0964325A JP7214347A JP21434795A JPH0964325A JP H0964325 A JPH0964325 A JP H0964325A JP 7214347 A JP7214347 A JP 7214347A JP 21434795 A JP21434795 A JP 21434795A JP H0964325 A JPH0964325 A JP H0964325A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
lens
solid
receiving surface
transparent material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7214347A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Fukusho
孝 福所
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP7214347A priority Critical patent/JPH0964325A/ja
Priority to US08/701,223 priority patent/US6066511A/en
Priority to KR1019960035026A priority patent/KR970013438A/ko
Publication of JPH0964325A publication Critical patent/JPH0964325A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/331—Coatings for devices having potential barriers for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
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    • H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
    • H10F39/156—CCD or CID colour image sensors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のマイクロオンチップレンズ作製に伴う
不都合を解消し、かつ集光効率を高めた固体撮像素子の
提供が望まれている。 【解決手段】 光電変換を行う受光部３と、その受光面
３ａを覆うことなく設けられた遮光膜１０とを備えた固
体撮像素子２０である。受光部３の受光面３ａを覆って
第一の透明材料からなるオーバーコート層２１を設け、
オーバーコート層２１における受光面３ａの直上部に、
受光面３ａ側に向かって凸となる底面を有した凹部２２
を設けた。凹部２２内に、第一の透明材料より高い屈折
率を有する第二の透明材料からなるレンズ部２３を埋設
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ（Charge-C
oupled Device ）等の固体撮像素子とその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の固体撮像素子では、転送
レジスタなど光電変換に寄与しない領域が各画素に存在
しているため、画素面全体に占める受光部の受光面の開
口率が通常５０％以下となり、入射光の利用率が十分で
ないといった不満がある。このような不満を解消し、そ
の感度向上を達成するため、例えば画素面全体に占める
受光面の割合を高くするといったことも考えられるが、
受光面の割合を高くすることは構造的に限界があること
から、近年では、受光面の上に凸型のマイクロレンズを
設け、入射した光を受光面に集中させて効率的な集光を
なし、実効的な開口率を高めるようにした、いわゆるマ
イクロオンチップレンズを有した固体撮像素子が提供さ
れている。
【０００３】図３はこのような凸型のマイクロオンチッ
プレンズを用いた従来の固体撮像素子の一例を示す要部
側断面図である。図３において符号１は固体撮像素子、
２はシリコンウエハ等からなる半導体基板である。半導
体基板２には、その表層部に光電変換を行う受光部３が
形成され、さらに該受光部３の一方の側には読み出し部
４および転送レジスタ５が、他方の側にはチャネルスト
ップ６がそれぞれ形成されている。
【０００４】また、半導体基板２の表面には絶縁膜７が
形成され、この絶縁膜７の上には、前記転送レジスタ５
を駆動させるための転送電極８が前記転送レジスタ５の
直上部に形成されている。転送電極７の上には層間絶縁
膜９が形成され、さらにその上には、転送レジスタ５へ
の光の入射を防ぐため該転送電極８を覆った状態で遮光
膜１０が形成されている。ここで、層間絶縁膜９上に形
成された遮光膜１０は、前記受光部３の受光面３ａを覆
うことなく形成されたものとなっている。そして、半導
体基板２上には、受光部３の受光面３ａを覆い、さらに
遮光膜１０を覆った状態で透明材料からなる層間膜（平
坦膜）１１が形成されている。
【０００５】これら各構成要素からなる単位画素の上に
はカラーフィルタ１２が形成され、さらにカラーフィル
タ１２の上には透明樹脂等からなる凸型のマイクロオン
チップレンズ１３が、受光面３ａと反対の側に向かって
凸に形成されている。このマイクロオンチップレンズ１
３は、前記受光部３の受光面３ａをその焦点とするよう
に形成配置されたものであり、このような構成によって
固体撮像素子１は、図３中矢印で示すように光が入射す
ると、マイクロオンチップレンズ１３の集光効果によっ
て入射光を受光面３ａに集め、これによりそのその実効
開口率を高めたものとなっている。
【０００６】ところで、前記固体撮像素子１を製造する
にあたり、特にマイクロオンチップレンズ１３を形成す
るには、通常、カラーフィルタ１２の上にスチレン系の
透明樹脂層を形成し、その後これをドライエッチングで
加工してマイクロオンチップレンズ１３を得たり、透明
樹脂層を直接熱リフロー処理し、あるいはこれの上にレ
ジスト層を形成してこれを熱リフロー処理し、その表面
張力を利用して直接あるいは間接的にマイクロオンチッ
プレンズ１３を得ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記固
体撮像素子１においては以下に述べる不都合がある。こ
の固体撮像素子１を製造するに際し、特にマイクロオン
チップレンズ１３を形成するにあたっては、カラーフィ
ルタ１２を形成した後にマイクロオンチップレンズ１３
を形成することから、カラーフィルタ１２の平坦性等の
影響を受けてしまい、マイクロオンチップレンズ１３の
加工精度や形状均一性の制御が困難になっている。カラ
ーフィルタ１２形成後にマイクロオンチップレンズ１３
を形成するため、２００℃以上での高温成膜を行うこと
ができず、したがってマイクロオンチップレンズ１３の
形成材料を選択するうえでその範囲が狭く、現状では屈
折率が１．５前後の材料しか選択できない。通常、マイ
クロオンチップレンズ１３をスチレン系の熱硬化性樹脂
によって形成するが、この材料は耐熱性、耐湿性が低い
ことから、形成後、長期的にみてレンズ材の変質が懸念
される。
【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、従来のマイクロオンチッ
プレンズ作製に伴う不都合を解消すべく、マイクロオン
チップレンズとは異なるレンズを設け、これにより集光
効率を高めた固体撮像素子とその製造方法を提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子で
は、光電変換を行う受光部と、該受光部の受光面を覆う
ことなく設けられた遮光膜とを備えてなり、前記受光部
の受光面を覆って第一の透明材料からなるオーバーコー
ト層を設け、該オーバーコート層における前記受光部の
受光面の直上部に、該受光面側に向かって凸となる底面
を有した凹部を設け、該凹部内に、前記第一の透明材料
より高い屈折率を有する第二の透明材料からなるレンズ
部を埋設したことを前記課題の解決手段とした。
【００１０】この固体撮像素子によれば、受光部の直上
部に位置するオーバーコート層中に、受光面側に向かっ
て凸となる底面を有した凹部を設け、該凹部内に、オー
バーコート層を形成する第一の透明材料より高い屈折率
を有する第二の透明材料からなるレンズ部を埋設したこ
とから、該レンズ部の材料である第二の透明材料とオー
バーコート層の材料である第一の透明材料との屈折率の
差により、該レンズ部に入射した光が該レンズ部の底面
側にて前記オーバーコート層との間で屈折し、結果とし
て該レンズ部底面の中心側に集光がなされる。
【００１１】また、本発明の固体撮像素子の製造方法で
は、光電変換を行う受光部と、該受光部の受光面を覆う
ことなく設けられた遮光膜とを備えた固体撮像素子を製
造するに際し、まず前記受光部の受光面および遮光膜を
覆い、かつ該遮光膜の表面形状に沿って前記受光面上に
凹部を形成した状態に、第一の透明材料からなるオーバ
ーコート層を形成し、次に前記凹部を埋め込んだ状態で
前記オーバーコート層上に、前記第一の透明材料より高
い屈折率を有する第二の透明材料からなるレンズ層を形
成し、その後前記レンズ層の表面を平坦化処理すること
を前記課題の解決手段とした。
【００１２】この固体撮像素子の製造方法によれば、受
光部の受光面および遮光膜を覆い、かつ該遮光膜の表面
形状に沿って前記受光面上に凹部を形成した状態にオー
バーコート層を形成し、次に該凹部を埋め込んだ状態で
レンズ層を形成し、その後レンズ層の表面を平坦化処理
するので、オーバーコート層に形成された凹部内にレン
ズ層からなるレンズを形成することができ、これにより
前記の固体撮像素子が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態例
により詳しく説明する。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り、図１中符号２０は固体撮
像素子である。なお、図１に示した固体撮像素子２０に
おいて図３に示した固体撮像素子１と同一の構成要素に
は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１４】この固体撮像素子２０が図３に示した固体
撮像素子１と異なるところは、層間膜１１に代えてオー
バーコート層２１を形成するとともに、このオーバーコ
ート層２１中に凹部２２を形成し、この凹部２２内にレ
ンズ部２３を埋設した点である。凹部２２は、受光面３
ａの直上部に配設されたもので、その底面が受光面３ａ
側に向かって凸となるように形成されたものである。な
お、この凹部２２は、後述するように遮光膜１０の表面
形状に沿った状態で自己整合的に形成されるものであ
る。また、この凹部２２を形成するオーバーコート層２
１は、第一の透明材料から形成されたものであり、具体
的にはＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を原料として
プラズマＣＶＤ法により形成したＳｉＯ2 膜や、その他
の原料からＣＶＤ法によって形成したＳｉＯ2 膜など、
屈折率が１．４５程度のＳｉＯ2 によって形成されたも
のである。
【００１５】レンズ部２３は、後述するように第二の透
明材料が凹部２２内に埋め込まれることによって形成さ
れたものである。第二の透明材料としては、前記第一の
透明材料より高い屈折率を有するものが用いられ、例え
ば屈折率が２．０程度のプラズマＣＶＤ法によるＳｉＮ
など、ＣＶＤ法による窒化膜が用いられている。なお、
このレンズ部２３は、後述する平坦化処理によってその
表面がオーバーコート層２１表面とともに平坦化されて
おり、これによってオーバーコート層２１とレンズ部２
３とはその表面が面一になっている。
【００１６】このような構成の固体撮像素子２０にあっ
ては、受光面３ａ側に向かって凸となる底面を有した凹
部２２内にレンズ部２３を埋設したことから、レンズ部
２３の材料である第二の透明材料とオーバーコート層２
１の材料である第一の透明材料との屈折率の差により、
該レンズ部２３に入射した光を該レンズ部２３の底面側
にて前記オーバーコート層２１との間で屈折させ、受光
面３ａに効率良く入射させることができる。すなわち、
図１中矢印で示すようにマイクロオンチップレンズ１３
に光が入射すると、マイクロオンチップレンズ１３によ
って一旦集光されその後レンズ部２３に入射した光が、
レンズ部２３を出射する際、該レンズ部２３の底面とオ
ーバーコート層２１との界面で再度屈折し、より効率良
く受光面３ａに入射するのである。
【００１７】また、レンズ部２３をプラズマＣＶＤ法に
よるＳｉＮ（Ｐ−ＳｉＮ）で形成すれば、該Ｐ−ＳｉＮ
には製造過程において水素が含有されるため、該水素が
固体撮像素子２０のダーク成分の界面準位をより低減さ
せる方向に働き、これにより得られるＳ／Ｎ比を改善す
ることができる。さらに、層間絶縁膜９をＣＶＤ法によ
るＳｉＯ2 膜によって形成すれば、オーバーコート層２
１と層間絶縁膜９との屈折率が同じになるので、入射光
がオーバーコート層２１における受光部３の端部側で屈
折し、転送レジスタ漏れ込み光が発生してスミアが悪く
なるといった不都合を回避することができる。また、カ
ラーフィルタ１２を再生する場合、該カラーフィルタ１
２を剥離した際レンズ部２３で剥離が止まることから、
カラーフィルタ１２の再生プロセスが安定する。
【００１８】次に、このような構成の固体撮像素子２０
の製造方法に基づき、本発明の製造方法の一実施形態例
を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、半導体基
板２に受光部３、読み出し部４、転送レジスタ５、チャ
ネルストップ６等の各構成要素を、フォトレジスト、イ
オン打ち込み等の技術によって従来と同様に形成し、さ
らにその上に絶縁膜７、転送電極８、遮光膜９を、フォ
トレジスト、イオン打ち込み、熱酸化、デポジション、
リソグラフィ、エッチングといった技術によってやはり
従来と同様に形成しておく。
【００１９】次に、絶縁膜７および遮光膜９を覆い、か
つ該絶縁膜７および遮光膜９の表面形状に沿ってオーバ
ーコート層２１を形成する。このオーバーコート層２１
については、その形成材料である第一の透明材料をＳｉ
Ｏ2 とし、具体的な製造法については、ＴＥＯＳ（テト
ラエトキシシラン）を原料としたプラズマＣＶＤ法によ
る堆積法によって行う。このようにしてＳｉＯ2 膜を堆
積すると、得られるオーバーコート層２１は絶縁膜７お
よび遮光膜９の表面形状に沿って形成されることによ
り、受光部３の直上部における遮光膜９、９間に凹部２
２が形成したものとなる。
【００２０】次いで、オーバーコート層２１の上に、プ
ラズマＣＶＤ法によってＳｉＮ膜（第二の透明材料）を
堆積し、図２（ｂ）に示すように凹部２２内を確実に埋
め込んだ状態で該ＳｉＮ膜からなるレンズ層２４を形成
する。その後、このレンズ層２４の表面をＣＭＰ法（化
学機械研磨法）によって平坦化処理し、図２（ｃ）に示
すようにレンズ層２４を凹部２２内にのみ残して該凹部
２２以外の箇所でオーバーコート層２１を露出させる。
そして、このようにして凹部２２内に残したレンズ層２
４により、レンズ部２３を得る。さらに、レンズ部２３
の表面、およびオーバーコート層２１の露出面の上に、
従来と同様にしてカラーフィルタ１２、マイクロオンチ
ップレンズ１３を順次形成し、図１に示した固体撮像素
子２０を得る。
【００２１】このような製造方法にあっては、従来の製
造工程にレンズ層２４の形成工程とレンズ層２４の平坦
化処理工程とを加えるだけで、前述した作用効果を奏す
る固体撮像素子２０を形成することができることから、
従来に比べ製造コストの大幅な上昇等を招くことなく、
より集光効率の高い固体撮像素子２０を容易に形成する
ことができる。
【００２２】なお、前記実施形態例ではカラーフィルタ
１２の上にマイクロオンチップレンズ１３を形成した例
について説明したが、本発明はこれに限定されることな
く、マイクロオンチップレンズ１３を形成せず単に本発
明のレンズ２３のみを形成して集光効率を高めてもよ
く、その場合には、本発明のレンズ２３の形成に伴って
カラーフィルタ１２の形状等の精度が損なわれることを
回避することができる。また、レンズ部２３が埋め込ま
れて形成されていることから、その経年変化による変質
を防止し、耐熱性、耐湿性、耐光性を向上させることが
できる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像素
子は、受光部の直上部に位置するオーバーコート層中
に、受光面側に向かって凸となる底面を有した凹部を設
け、該凹部内に、オーバーコート層を形成する第一の透
明材料より高い屈折率を有する第二の透明材料からなる
レンズ部を埋設したものであるから、該レンズ部の材料
である第二の透明材料とオーバーコート層の材料である
第一の透明材料との屈折率の差により、該レンズ部に入
射した光を該レンズ部の底面側にて前記オーバーコート
層との間で屈折させ、これにより入射光を効率よく受光
面上に集光させることができる。また、従来のごとくカ
ラーフィルタ上にマイクロオンチップレンズを設けるこ
となく、集光効率を高めることができることから、マイ
クロオンチップレンズの作製に伴う不都合を解消するこ
とができる。
【００２４】本発明の固体撮像素子の製造方法は、受光
部の受光面および遮光膜を覆い、かつ該遮光膜の表面形
状に沿って前記受光面上に凹部を形成した状態にオーバ
ーコート層を形成し、次に該凹部を埋め込んだ状態でレ
ンズ層を形成し、その後レンズ層の表面を平坦化処理す
る方法であるから、前記の固体撮像素子を容易に作製す
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一実施形態例の概略構
成を示す側断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の固体撮像素子の製造
方法を工程順に説明するための要部側断面図である。
【図３】従来の固体撮像素子の概略構成を示す側断面図
である。
【符号の説明】
３ 受光部 ３ａ 受光面 １０ 遮光膜 ２０ 固体撮像素子 ２１ オーバーコート層 ２２ 凹部 ２３ レンズ部 ２４ レンズ層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光電変換を行う受光部と、該受光部の受
    光面を覆うことなく設けられた遮光膜とを備えた固体撮
    像素子において、 前記受光部の受光面を覆って第一の透明材料からなるオ
    ーバーコート層を設け、 該オーバーコート層における前記受光部の受光面の直上
    部に、該受光面側に向かって凸となる底面を有した凹部
    を設け、 該凹部内に、前記第一の透明材料より高い屈折率を有す
    る第二の透明材料からなるレンズ部を埋設したことを特
    徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項２】 前記レンズ部の直上部に、該レンズ部と
    反対の側に向かって凸となるマイクロオンチップ凸レン
    ズを設けたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素
    子。
  3. 【請求項３】 光電変換を行う受光部と、該受光部の受
    光面を覆うことなく設けられた遮光膜とを備えた固体撮
    像素子の製造方法であって、 前記受光部の受光面および遮光膜を覆い、かつ該遮光膜
    の表面形状に沿って前記受光面上に凹部を形成した状態
    に、第一の透明材料からなるオーバーコート層を形成す
    る工程と、 前記凹部を埋め込んだ状態で前記オーバーコート層上
    に、前記第一の透明材料より高い屈折率を有する第二の
    透明材料からなるレンズ層を形成する工程と、 前記レンズ層の表面を平坦化処理する工程と、 を備えたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
JP7214347A 1995-08-23 1995-08-23 固体撮像素子とその製造方法 Pending JPH0964325A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7214347A JPH0964325A (ja) 1995-08-23 1995-08-23 固体撮像素子とその製造方法
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Country Status (3)

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JP (1) JPH0964325A (ja)
KR (1) KR970013438A (ja)

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