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JP2000260968A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

固体撮像素子及びその製造方法

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Publication number
JP2000260968A
JP2000260968A JP11057199A JP5719999A JP2000260968A JP 2000260968 A JP2000260968 A JP 2000260968A JP 11057199 A JP11057199 A JP 11057199A JP 5719999 A JP5719999 A JP 5719999A JP 2000260968 A JP2000260968 A JP 2000260968A
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JP
Japan
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color
solid
microlens
color filter
imaging device
Prior art date
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Pending
Application number
JP11057199A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroki Omori
宏紀 大森
Tatsuhiko Furuta
達彦 古田
Takao Taguchi
貴雄 田口
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.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
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 Toppan Printing Co Ltd filed Critical Toppan Printing Co Ltd
Priority to JP11057199A priority Critical patent/JP2000260968A/ja
Publication of JP2000260968A publication Critical patent/JP2000260968A/ja
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】全ての色の感度を向上させ、色再現領域を向上
することが可能な固体撮像素子の提供する。 【解決手段】１の色のカラーフィルタ５上に形成された
マイクロレンズの大きさが、他の色のカラーフィルタ上
に形成されたマイクロレンズの大きさと異なる構造を採
るので、感度の低い色（例えば、青、赤）のマイクロレ
ンズ１０の大きさを感度の高い色（例えば、緑）のマイ
クロレンズ１１より大きなものとして分光感度を高める
ことにより、感度の低い色に関してノイズを低減するこ
とができ、固体撮像素子の色再現領域を向上することが
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロレンズ付き
の固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体撮像素子では、電荷転送部な
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に対する開口率
が15〜30％程度であり入射光の利用率が十分でないと言
う問題がある。このような問題を解消し感度向上を達成
するために、半導体プロセスによる受光部以外の領域の
微細化する技術や、高エネルギーイオン注入技術を導入
して転送レジスタ部の飽和電荷量を高めることにより転
送レジスタ部の面積を小さくし受光部面積及び開口面積
を大きくする試みがなされているが、これらは固体撮像
素子の構造的に限界がある。そこで近年では図３（ｃ）
に示すように受光部上部に凸型のマイクロレンズを設
け、入射した光を受光部に効率的に集光させ実効開口率
を高めたオンチップマイクロレンズを有した撮像素子が
提供されている。
【０００３】さらにカラー固体撮像素子においては、マ
イクロレンズに加えてカラーフィルタが備えられてい
る。基板表層部に光電変換を行う受光部が複数箇所形成
されている撮像素子に、カラーフィルタ及びマイクロレ
ンズを形成する一般的な製造方法は下記の通りである。 受光部の透明樹脂による受光部の穴埋め 受光部の平坦化 カラーフィルタの形成 透明樹脂によるカラーフィルタの平坦化 マイクロレンズの形成
【０００４】特にマイクロレンズの形成を図面を参照
して説明する。図３は従来のマイクロレンズの製造方法
の説明図である。１は半導体基板、２は受光部、３は電
荷転送部、４は下部平坦化層、５はカラーフィルタ、６
は遮光膜、７は上部平坦化層である（図３（ａ）参
照）。上部平坦化層上にマイクロレンズ材料であるマイ
クロレンズ用レジストを塗布し、従来のフォトリソグラ
フィー技術によりパターン１２を形成した後（図３
（ｂ）参照）、加熱処理を施し、パターンを変形させて
受光部上に凸状のマイクロレンズ１３を形成する（図３
（ｃ）参照）。
【０００５】近年、固体撮像素子の高解像度化や小型化
に伴い、マイクロレンズを高精細化する必要がある。併
せて受光部の受光面積が小さくなる為、マイクロレンズ
の集光位置を保ちながらレンズの幅を広げ、レンズ間の
距離をできるだけ小さくすることが望ましい。すなわち
図３（ｃ）のマイクロレンズ間スペースをできるだけ小
さくすることが望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カラー
フィルタの分光透過率の限界すなわちカラーフィルタの
色分解能と、光電変換素子の光電変換波長依存性の為、
単にマイクロレンズ間スペースを小さくしても、感度を
十分に満足しない色が存在し、固体撮像素子の色再現領
域を狭めるという問題点があった。
【０００７】そこで、本発明は、全ての色の感度を向上
させ、色再現領域を向上することが可能な固体撮像素子
の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
てなされたものであって、請求項１記載の発明は、半導
体基板上に複数の受光部を備え、前記受光部上にカラー
フィルタ及びマイクロレンズを形成した固体撮像素子に
おいて、１の色のカラーフィルタ上に形成されたマイク
ロレンズの大きさが、他の色のカラーフィルタ上に形成
されたマイクロレンズの大きさと異なることを特徴とす
る固体撮像素子である。
【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明を前提とし、カラーフィルタが原色フィルタで構成さ
れ、フィルタ配列がベイヤー方式及びインタライン方式
を有することを特徴とする固体撮像素子である。
【００１０】請求項３記載の発明は、１の色のカラーフ
ィルタ上に形成されたマイクロレンズの大きさが、他の
色のカラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズの大
きさと異なる固体撮像素子の製造方法であって、１の色
のカラーフィルタ上にマイクロレンズを形成した後、他
の色のカラーフィルタ上に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である。
【００１１】
【発明の実施の形態】［実施例１］次に本発明の第１実
施例について図面を参照して説明する。図１は実施例１
に係る固体撮像素子の製造工程を示した断面構造及び平
面構造の説明図である。図１（ａ）は固体撮像素子にカ
ラーフィルタを形成し、その後上部平坦化層を形成した
時の固体撮像素子の断面図である。１は半導体基板、２
は受光部、３は電荷転送部、４は下部平坦化層、５はカ
ラーフィルタ、６は遮光膜、７は上部平坦化層であり従
来の構成と同じであるため、同一の符号を付けて説明を
省略する。
【００１２】次に、図１（ｂ）に示すように上部平坦化
層７上に市松状に異なる大きさ（幅）のマイクロレンズ
用レジストからなるパターン８、９を形成し、加熱処理
にてマイクロレンズ１０、１１を形成する。すなわちＧ
（緑／１の色）のカラーフィルタ上にはレンズ幅の小さ
いマイクロレンズを、Ｒ（赤／他の色）、Ｂ（青／他の
色）のカラーフィルタ上にはレンズ幅の大きなマイクロ
レンズを形成する（すなわちＧとＲ、Ｂのマイクロレン
ズの大きさは異なる）。なお、大きなマイクロレンズと
小さなマイクロレンズの高さは略同一である。これによ
り感度の低いＲ（赤）、Ｂ（青）の分光感度を向上する
ことができ、Ｒ、Ｇ、Ｂの分光感度を揃えることで、固
体撮像素子の色再現領域を広げることができる。
【００１３】［実施例２］本発明の第２実施例について
図面を参照にして説明する。図２は実施例２である固体
撮像素子の製造工程を示した断面構造及び平面構造の説
明図である。図２（ａ）は固体撮像素子にカラーフィル
タを形成し、その後上部平坦化層を形成した時の固体撮
像素子の断面図である。１は半導体基板、２は受光部、
３電荷転送部は、４は下部平坦化層、５はカラーフィル
タ、６は遮光膜、７は上部平坦化層であり従来の構成と
同じであるため、同一の符号を付けて説明を省略する。
【００１４】なお、カラーフィルタのフィルタ配列は、
マイクロレンズの融着を防止する観点から、同色が市松
状に並ぶベイヤー方式又はインタライン方式を有するこ
とが望ましい。
【００１５】次に図２（ｂ）に示すように上部平坦化層
７上に市松状、すなわちＲ（赤）、Ｂ（青）のカラーフ
ィルタ上に従来のフォトリソグラフィー技術によりパタ
ーン８を形成し、加熱処理にてレンズ幅の大きいマイク
ロレンズ１０を形成する（図２（ｃ）参照）。その後、
図２（ｄ）に示すようにＧ（緑）のカラーフィルタ上に
同様の方法でパターン９及びレンズ幅の小さいマイクロ
レンズ１１を形成する（図２（ｅ）参照）。なお、この
製造方法によれば、パターンの厚さを変更することによ
り、大きなマイクロレンズと小さなマイクロレンズの高
さを変化させることも可能である。また、屈折率の異な
るマイクロレンズ形成レジストを用いることにより、集
光率を変えることも可能である。これにより感度の低い
Ｒ（赤）、Ｂ（青）の分光感度を更に向上することがで
き、固体撮像素子の色再現領域を広げることができる。
【００１６】
【発明の効果】以上より明らかなように請求項１に係る
固体撮像素子によれば、１の色のカラーフィルタ上に形
成されたマイクロレンズの大きさが、他の色のカラーフ
ィルタ上に形成されたマイクロレンズの大きさと異なる
構造を採るので、感度の低い色（例えば、青、赤）のマ
イクロレンズの大きさを感度の高い色（例えば、緑）の
マイクロレンズより大きなものとして分光感度を高める
ことにより、感度の低い色に関してノイズを低減するこ
とができ、固体撮像素子の色再現領域を向上することが
可能となる。
【００１７】また、請求項３に係る固体撮像素子の製造
方法によれば、請求項１に係る固体撮像素子を容易に作
ることが可能であると共に、カラーフィルタの色毎にマ
イクロレンズの高さの変更やマイクロレンズ用レジスト
の変更が可能である。これにより感度の低いＲ（赤）、
Ｂ（青）の分光感度を更に向上することができ、固体撮
像素子の色再現領域を広げることができる。
【００１８】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る固体撮像素子の製造工程を示し
た断面構造の断面図である。
【図２】実施例２に係る固体撮像素子の製造工程を示し
た断面構造の断面図である。
【図３】従来の固体撮像素子の製造工程を示した断面構
造の断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ 受光部 ３ 電荷転送部 ４ 下部平坦化層 ５ カラーフィルタ ６ 遮光層 ７ 上部平坦化層 ８ パターン ９ パターン １０ 大きいマイクロレンズ １１ 小さいマイクロレンズ １２ パターン １３ マイクロレンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 9/07 Ｈ０４Ｎ 9/07 Ａ Ｆターム(参考） 2H048 BB02 BB10 BB13 BB46 4M118 AA06 AA10 AB01 BA13 CA27 FA06 GC08 GC14 GD04 GD07 5C024 AA01 CA31 EA04 EA08 FA01 FA11 5C065 AA01 BB42 DD01 EE03 EE11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板上に複数の受光部を備え、前記
    受光部上にカラーフィルタ及びマイクロレンズを形成し
    た固体撮像素子において、１の色のカラーフィルタ上に
    形成されたマイクロレンズの大きさが、他の色のカラー
    フィルタ上に形成されたマイクロレンズの大きさと異な
    ることを特徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項２】カラーフィルタのフィルタ配列がベイヤー
    方式又はインタライン方式を有する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】１の色のカラーフィルタ上に形成されたマ
    イクロレンズの大きさが、他の色のカラーフィルタ上に
    形成されたマイクロレンズの大きさと異なる固体撮像素
    子の製造方法であって、１の色のカラーフィルタ上にマ
    イクロレンズを形成した後、他の色のカラーフィルタ上
    に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。
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