JP2010245129A - Solid-state image pickup element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は固体撮像素子に関し、特に、オンチップマイクロレンズを備える固体撮像素子に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device including an on-chip microlens.
現在、固体撮像素子は、デジタルスチルカメラ又は携帯電話機などの画像入力部として広く用いられている。この固体撮像素子の多画素化の進展に伴い、画素サイズの微細化が進んでいる。また、この画素サイズの微細化に伴って、受光部が微細化されている。これにより、感度低下などの固体撮像素子の特性の劣化が発生するという課題が生じている。 Currently, solid-state imaging devices are widely used as image input units for digital still cameras or mobile phones. With the progress of the increase in the number of pixels of the solid-state imaging device, the pixel size has been miniaturized. In addition, with the miniaturization of the pixel size, the light receiving portion is miniaturized. As a result, there is a problem that deterioration of characteristics of the solid-state imaging device such as sensitivity reduction occurs.
上記課題に対して、固体撮像素子の受光部での集光効率を高めるために、オンチップマイクロレンズと層内レンズとの様々な形状の組合せが提案されている。例えば、特許文献１に記載の固体撮像素子は、受光部の集光効率を高めるために、オンチップマイクロレンズの形状を最適化している。
In order to increase the light collection efficiency at the light receiving unit of the solid-state imaging device, various combinations of shapes of on-chip microlenses and in-layer lenses have been proposed. For example, in the solid-state imaging device described in
以下、図９及び図１０を用いて従来の固体撮像素子１００の構造を説明する。図９及び図１０は、従来の固体撮像素子１００の構造を示す断面図である。また、図９は、光束が受光部に垂直に入射した場合の光束の伝搬方向を示している。また、図１０は、光束が受光部に斜めから入射した場合の光束の伝搬方向を示している。
Hereinafter, the structure of the conventional solid-
図９及び図１０に示す固体撮像素子１００は、半導体基板１０１と、受光部１０２と、絶縁膜１０３と、パターン１０４と、カラーフィルタ１０５と、平坦化膜１０６と、オンチップマイクロレンズ１０７とを備える。
9 and 10 includes a
以下、固体撮像素子１００の製造方法を説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing the solid-
まず、受光部１０２を有する半導体基板１０１上に酸化絶縁膜１０３を堆積する。次に、カラーフィルタ１０５の周辺部に所定の高さを有するパターン１０４を形成する。次に、フィルタ材料を所定の厚さにコーティングした後に、パターンニングすることによりカラーフィルタ１０５を形成する。ここで、形成された各カラーフィルタ１０５は、受光部１０２の周辺部に上記パターン１０４が形成されている結果、上面が凹面状となる。次に、カラーフィルタ１０５の上に平坦化膜１０６を形成し、その上にオンチップマイクロレンズ１０７を形成する。
First, the
以上の構成により、オンチップマイクロレンズ１０７、及び下面が下凸となっている平坦化膜１０６を通じて入射する光束は、画素の中心方向に屈折される。これにより、従来の固体撮像素子１００は、オンチップマイクロレンズ１０７の周辺部に入射した光束を、効率良く受光部１０２に導くことができる。
With the above configuration, the light beam incident through the on-
しかしながら、従来の固体撮像素子１００は、以下に示す課題を有する。従来の固体撮像素子１００では、平坦化膜１０６とカラーフィルタ１０５との境界面の下凸形状の直径（図９及び図１０の横方向又は奥行き方向の長さ）を大きくすると、隣接画素へ入射光が洩れこむことにより、混色が発生する。これにより、色再現性が劣化する。このため、従来の固体撮像素子１００では、大きな曲率をもつ下凸形状を形成できない。
However, the conventional solid-
また、従来の固体撮像素子１００では、平坦化膜１０６とのカラーフィルタ１０５との境界面の下凸形状の直径が小さいために、その上に形成するオンチップマイクロレンズ１０７のフロー性を抑制できない。これにより、曲率が低いオンチップマイクロレンズ１０７が形成される。このため、従来の固体撮像素子１００は、高い集光作用を望めない。
Moreover, in the conventional solid-
上記の課題を鑑みて、本発明は、色再現性を劣化させずに、集光効率を向上できる固体撮像素子を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can improve light collection efficiency without deteriorating color reproducibility.
上記課題を解決するために、本発明に係る固体撮像素子は、行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像素子であって、半導体基板と、前記各画素に含まれるとともに、前記半導体基板に形成され、入射光を電気信号に変換する光電変換部と、前記複数の光電変換部の上方に形成されたカラーフィルタと、前記複数の光電変換部の上方にそれぞれ開口部を有するとともに、前記カラーフィルタの上に、前記画素の境界を覆うように形成された格子状パターンと、前記カラーフィルタ及び前記格子状パターンの上に形成された透明膜と、前記各画素に含まれ、前記透明膜上に形成されたオンチップマイクロレンズとを備え、前記各オンチップマイクロレンズと接する前記透明膜の上面は下凸形状であり、前記複数のオンチップマイクロレンズの上面は上凸形状であり、下面は下凸形状である。 In order to solve the above-described problems, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device having a plurality of pixels arranged in a matrix, and is included in each of the pixels and the semiconductor substrate. A photoelectric conversion unit that converts incident light into an electrical signal, a color filter formed above the plurality of photoelectric conversion units, and an opening above each of the plurality of photoelectric conversion units, and A grid pattern formed on the color filter so as to cover the boundary of the pixels, a transparent film formed on the color filter and the grid pattern, and the transparent film included in each pixel An on-chip microlens formed thereon, and an upper surface of the transparent film in contact with each on-chip microlens has a downwardly convex shape, and the plurality of on-chip microlenses The upper surface is upward convex shape, the lower surface is a downwardly convex shape.
この構成によれば、本発明に係る固体撮像素子では、格子状パターンの高さと幅とを任意に選択することにより、オンチップマイクロレンズの下凸形状の曲率を所望の大きさに形成することが可能となる。さらに、格子状パターンが隣接する画素のオンチップマイクロレンズ間を分離する壁の働きをする。これにより、隣接する画素のオンチップマイクロレンズが接触しないことにより、オンチップマイクロレンズの熱フロー性を抑制することが可能となる。これにより、オンチップマイクロレンズの上凸形状の曲率を高くできる。 According to this configuration, in the solid-state imaging device according to the present invention, the downward convex curvature of the on-chip microlens is formed in a desired size by arbitrarily selecting the height and width of the lattice pattern. Is possible. Furthermore, the lattice pattern acts as a wall that separates the on-chip microlenses of adjacent pixels. Thereby, since the on-chip microlens of an adjacent pixel does not contact, it becomes possible to suppress the heat flow property of the on-chip microlens. Thereby, the curvature of the upward convex shape of the on-chip microlens can be increased.
これらにより、本発明に係る固体撮像素子は、オンチップマイクロレンズの直径を大きくすることなく、両凸オンチップマイクロレンズの曲率を高くすることができる。つまり、本発明に係る固体撮像素子は、隣接画素へ入射光が洩れこむことにより、混色が発生することを防止できるので、色再現性の劣化を防止できる。さらに、大きな曲率をもつ両凸オンチップマイクロレンズを形成することにより、本発明に係る固体撮像素子は、高い集光効率を実現できる。 Thus, the solid-state imaging device according to the present invention can increase the curvature of the biconvex on-chip microlens without increasing the diameter of the on-chip microlens. In other words, the solid-state imaging device according to the present invention can prevent color mixing due to incident light leaking into adjacent pixels, thereby preventing deterioration in color reproducibility. Furthermore, by forming a biconvex on-chip microlens having a large curvature, the solid-state imaging device according to the present invention can realize high light collection efficiency.
また、前記格子状パターンの屈折率は、前記透明膜の屈折率より小さくてもよい。 Moreover, the refractive index of the lattice pattern may be smaller than the refractive index of the transparent film.
この構成によれば、格子パターンにより斜め入射光が反射されるので、本発明に係る固体撮像素子は、当該入射光が隣接する画素に入射されることを防止できる。よって、本発明に係る固体撮像素子は、混色が発生することを防止できるので、色再現性の劣化を防止できる。 According to this configuration, since the oblique incident light is reflected by the lattice pattern, the solid-state imaging device according to the present invention can prevent the incident light from entering the adjacent pixels. Therefore, since the solid-state imaging device according to the present invention can prevent color mixture from occurring, it can prevent deterioration of color reproducibility.
また、前記格子状パターンは、光を吸収してもよい。 The lattice pattern may absorb light.
この構成によれば、格子パターンにより斜め入射光が吸収されるので、本発明に係る固体撮像素子は、当該入射光が隣接する画素に入射されることを防止できる。よって、本発明に係る固体撮像素子は、混色が発生することを防止できるので、色再現性の劣化を防止できる。 According to this configuration, since the oblique incident light is absorbed by the lattice pattern, the solid-state imaging device according to the present invention can prevent the incident light from entering the adjacent pixels. Therefore, since the solid-state imaging device according to the present invention can prevent color mixture from occurring, it can prevent deterioration of color reproducibility.
また、前記格子状パターンの断面形状は、正方形又は長方形でもよい。 The cross-sectional shape of the lattice pattern may be square or rectangular.
また、前記格子状パターンの断面形状は、三角形でもよい。 The cross-sectional shape of the lattice pattern may be a triangle.
また、前記格子状パターンの断面形状は、台形でもよい。 The cross-sectional shape of the lattice pattern may be a trapezoid.
また、前記カラーフィルタの上面は平坦でもよい。 The upper surface of the color filter may be flat.
また、前記固体撮像素子は、さらに、前記カラーフィルタと前記透明膜との間に形成された第１透明平坦化膜を備えてもよい。 The solid-state imaging device may further include a first transparent flattening film formed between the color filter and the transparent film.
この構成によれば、格子パターンを形成する面を平坦化できるので、格子パターンを精度良く生成できる。 According to this configuration, since the surface on which the lattice pattern is formed can be flattened, the lattice pattern can be generated with high accuracy.
また、前記複数のオンチップマイクロレンズは、それぞれが独立して形成されてもよい。 Further, each of the plurality of on-chip microlenses may be formed independently.
この構成によれば、オンチップマイクロレンズの熱フロー性を抑制することが可能となるので、オンチップマイクロレンズの上凸形状の曲率を高くできる。 According to this configuration, since it is possible to suppress the heat flow property of the on-chip microlens, it is possible to increase the curvature of the upward convex shape of the on-chip microlens.
また、前記オンチップマイクロレンズの屈折率は、前記透明膜の屈折率よりも高くてもよい。 The refractive index of the on-chip microlens may be higher than the refractive index of the transparent film.
また、前記オンチップマイクロレンズ上に形成された第２透明平坦化膜と、前記第２透明平坦化膜上に形成された透明板とを備え、前記第２透明平坦化膜は、有機接着材料により形成され、前記透明板と前記オンチップマイクロレンズとを接着してもよい。 A second transparent planarizing film formed on the on-chip microlens; and a transparent plate formed on the second transparent planarizing film, the second transparent planarizing film comprising an organic adhesive material The transparent plate and the on-chip microlens may be bonded together.
この構成によれば、有機接着材料を用いて、オンチップマイクロレンズと透明板とを容易に接続できる。 According to this configuration, the on-chip microlens and the transparent plate can be easily connected using the organic adhesive material.
なお、本発明は、このような固体撮像素子を製造する固体撮像素子の製造方法として実現できる。 In addition, this invention is realizable as a manufacturing method of the solid-state image sensor which manufactures such a solid-state image sensor.
さらに、本発明は、このような固体撮像素子の機能の一部又は全てを含む半導体集積回路（ＬＳＩ）として実現したり、このような固体撮像素子を備えるカメラとして実現したりできる。 Furthermore, the present invention can be realized as a semiconductor integrated circuit (LSI) including part or all of the functions of such a solid-state image sensor, or can be realized as a camera including such a solid-state image sensor.
以上より、色再現性を劣化させずに、集光効率を向上できる固体撮像素子を提供できる。 As described above, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of improving the light collection efficiency without deteriorating the color reproducibility.
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる各実施の形態の図面は、本発明に係る固体撮像素子の構成と、その作用及び効果とを分かりやすく説明するために、一例として示すものであり、本発明は、その要旨とする部分以外についてこれらに限定を受けるものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. The drawings of each embodiment used in the following description are shown as an example in order to easily understand the configuration of the solid-state imaging device according to the present invention, and the operation and effect thereof. The portions other than the gist are not limited to these.
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子は、カラーフィルタ上に、画素境界を覆う格子状パターンを備える。さらに、本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子は、この格子状パターンを利用して、当該格子状パターン上に上面が下凸形状のアクリル膜を形成し、当該アクリル膜上に両凸オンチップマイクロレンズを形成する。これにより、本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子は、色再現性を劣化させずに、大きな曲率をもつ両凸オンチップマイクロレンズを形成できる。
(Embodiment 1)
The solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention includes a lattice pattern that covers pixel boundaries on a color filter. Furthermore, the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention uses this lattice pattern to form an acrylic film having an upwardly convex upper surface on the lattice pattern, and biconvex on the acrylic film. On-chip microlenses are formed. Thereby, the solid-state imaging device according to
まず、本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子５０の構造を説明する。
First, the structure of the solid-
本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子１００は、例えば、ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳイメージセンサ、又はＣＭＯＳイメージセンサである。この固体撮像素子１００は、２次元平面に行列状に配置された複数の画素を有する。
The solid-
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子５０の１画素の構造を示す断面図である。図１に示す固体撮像素子５０は、半導体基板１と、受光部２と、絶縁膜３と、カラーフィルタ４と、アクリル平坦化膜５と、格子状パターン６と、アクリル膜７、両凸オンチップマイクロレンズ８とを備える。また、受光部２と、カラーフィルタ４と、両凸オンチップマイクロレンズ８とは、各画素に含まれる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of one pixel of a solid-
受光部２は、半導体基板１に形成され、入射光を電気信号に変換する光電変換部である。
The
絶縁膜３は、半導体基板１上に形成される。例えば、絶縁膜３は、酸化絶縁膜である。
The insulating
カラーフィルタ４は、受光部２の上方の絶縁膜３上に形成され、予め定められた波長帯域の光を透過する。また、カラーフィルタ４の上面は平坦である。
The
アクリル平坦化膜５は、カラーフィルタ４上に形成され、可視光を透過する。
The
格子状パターン６は、アクリル平坦化膜５上に形成される。また、格子状パターン６は、上面（図１の上方向）から見て、各画素の受光部２の上方にそれぞれ開口部を有し、画素の境界を覆うような格子状の形状を有する。また、格子状パターン６は、正方形、又は長方形の断面形状を有する。
The
アクリル膜７は、アクリル平坦化膜５及び格子状パターン６を覆うように、当該アクリル平坦化膜５及び格子状パターン６上に形成される。また、アクリル膜７の上面は、画素の中心が中心となる下凸形状を有する。また、アクリル膜７は可視光を透過する。
The
オンチップマイクロレンズ８は、アクリル膜７上に、当該アクリル膜７の下凸形状内に形成される。このオンチップマイクロレンズ８の上面は上凸形状であり、下面はアクリル膜７の下凸形状に沿った下凸形状である。また、各画素のオンチップマイクロレンズ８は、それぞれ独立して形成されている。
The on-
以上の構成により、オンチップマイクロレンズ８下のアクリル膜７を形成する際に、格子状パターン６の高さと幅とを任意に選択することにより、下凸形状となるアクリル膜７の上面の曲率を決定できる。
With the above configuration, when the
また、格子状パターン６の屈折率は、アクリル膜７の屈折率より小さい。これにより、格子パターン６により斜め入射光が反射されるので、当該入射光が隣接する画素に入射されることを防止できる。よって、固体撮像素子５０は、混色が発生することを防止できるので、色再現性の劣化を防止できる。
The refractive index of the
または、格子状パターン６は、光を吸収する光吸収材料で形成されてもよい。これにより、格子パターン６により斜め入射光が吸収されるので、当該入射光が隣接する画素に入射されることを防止できる。よって、固体撮像素子５０は、混色が発生することを防止できるので、色再現性の劣化を防止できる。
Alternatively, the
また、両凸オンチップマイクロレンズ８の屈折率は、アクリル膜７より高い。
In addition, the refractive index of the biconvex on-
次に、本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子５０の製造方法を、図２Ａ〜図２Ｅを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｅは、固体撮像素子５０の製造過程における構造を示す断面図である。
Next, a method for manufacturing the solid-
まず、半導体基板１に、イオン注入等を行うことにより、受光部２を形成する。次に、受光部２が形成された半導体基板１上に絶縁膜３を積層する（図２Ａ）。
First, the
次に、絶縁膜３上に、回転塗布とフォトマスクを用いたパターンニングとを行うことにより、カラーフィルタ４を形成する（図２Ｂ）。
Next, the
次に、カラーフィルタ４上にアクリル平坦化膜５を、回転塗布を用いて形成することにより、カラーフィルタ４上の平坦化を行う（図２Ｃ）。
Next, planarization on the
次に、アクリル平坦化膜５上に合成樹脂膜を回転塗布したうえで、フォトマスクを用いたパターンニングを行うことにより、各画素の周辺部に格子状パターン６を形成する（図２Ｄ）。ここで格子状パターン６の高さは０．１μｍ〜５．０μｍ、幅は０．１μｍ〜５．０μｍを有する。また、格子状パターン６の断面の形状は、正方形又は長方形であり、所望の曲率をもつオンチップマイクロレンズ８を形成するように当該格子状パターン６の高さと幅とを選択する。
Next, after a synthetic resin film is spin-coated on the
次に、格子状パターン６の上にアクリル膜７を回転塗布する。この際、格子状パターン６の高さと幅とで決定される凹凸を利用して、画素の中心に下凸となるアクリル膜７を形成する（図２Ｅ）。
Next, an
次に、アクリル膜７の上に合成樹脂膜を回転塗布した後に、フォトマスクを用いて各画素上に分離独立したレジストパターンを形成する。次に、その形成したレジストパターンを熱フローさせることにより、上下に曲面を持つ両凸オンチップマイクロレンズ８を形成する（図１）。この時、隣接する画素のオンチップマイクロレンズ８が互いに接触しないように、複数のオンチップマイクロレンズ８が形成される。
Next, after a synthetic resin film is spin-coated on the
以上より、本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子５０では、格子状パターン６の高さと幅とを任意に選択することにより、オンチップマイクロレンズ８の下凸形状の曲率を所望の大きさに形成できる。
As described above, in the solid-
さらに、格子状パターン６が隣接する画素のオンチップマイクロレンズ８間を分離する壁の働きをする。これにより、隣接する画素のオンチップマイクロレンズ８が接触しないことにより、オンチップマイクロレンズ８の熱フロー性を抑制することが可能となる。よって、オンチップマイクロレンズ８の上凸形状の曲率を高く形成できる。
Further, the
これらにより、固体撮像素子５０は、オンチップマイクロレンズ８の直径（図１の横方向又は奥行き方向の長さ）を大きくすることなく、両凸オンチップマイクロレンズ８の曲率を高くすることができる。つまり、固体撮像素子５０は、隣接画素へ入射光が洩れこむことにより、混色が発生することを防止できるので、色再現性の劣化を防止できる。
As a result, the solid-
図３及び図４は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子５０の構造を示す断面図である。また、図３は、光束が受光部２に垂直に入射した場合の光束の伝搬方向を示している。図４は、光束が受光部２に斜めから入射した場合の光束の伝搬方向を示している。
3 and 4 are cross-sectional views showing the structure of the solid-
図３及び図４に示すように、大きな曲率をもつ両凸オンチップマイクロレンズ８を形成することにより、固体撮像素子５０は、オンチップマイクロレンズ８の周辺部に入射した光束を、効率良く受光部２に導くことができる。よって、固体撮像素子５０は、高い集光効率を実現できる。
As shown in FIGS. 3 and 4, by forming the biconvex on-
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る固体撮像素子５１は、実施の形態１に係る固体撮像素子５０の変形例であり、断面が三角形状の格子状パターン１６を備える。
(Embodiment 2)
A solid-
まず、本発明の実施の形態２に係る固体撮像素子５１の構造を説明する。
First, the structure of the solid-
図５は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像素子５１の構造を示す断面図である。ここでは、説明を容易にするため、実施の形態１に係る固体撮像素子５０と同一の構成要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-
図５に示す固体撮像素子５１は、図１に示す固体撮像素子５０に対して、格子状パターン６の代わりに、格子状パターン１６を備える。
A solid-
格子状パターン１６は、上面（図５の上方向）から見て、各画素の受光部２の上方にそれぞれ開口部を有し、画素の境界を覆うような格子状の形状を有する。また、格子状パターン１６は、一辺がアクリル平坦化膜５の上面と接する三角形の断面形状を有する。そして、オンチップマイクロレンズ８下のアクリル膜７を形成する際に、その高さと幅とを任意に選択することにより下凸となるアクリル膜７の上面の曲率を決定できる。
The
次に、本発明の実施の形態２に係る固体撮像素子５１の製造方法を簡単に説明する。
Next, a method for manufacturing the solid-
まず、半導体基板１に、イオン注入等を行うことにより、受光部２を形成する。次に、受光部２が形成された半導体基板１上に絶縁膜３を積層する。
First, the
次に、絶縁膜３上に回転塗布とフォトマスクを用いたパターンニングとを行うことにより、カラーフィルタ４を形成する。次に、カラーフィルタ４上にアクリル平坦化膜５を、回転塗布を用いて形成することにより、カラーフィルタ４上の平坦化を行う。次に、アクリル平坦化膜５上に合成樹脂膜を回転塗布したうえで、フォトマスクを用いたパターンニングを行うことにより、各画素の周辺部に格子状パターン１６を形成する。ここで格子状パターン１６の高さは０．１μｍ〜５．０μｍであり、断面の三角形の底辺の幅は０．１μｍ〜５．０μｍであり、所望の曲率をもつオンチップマイクロレンズ８を形成するように当該格子状パターン１６の高さと幅とを選択する。
Next, the
次に、格子状パターン１６の上にアクリル膜７を回転塗布する。この際、格子状パターン１６の高さと幅とで決定される凹凸を利用して、画素の中心に下凸となるアクリル膜７を形成する。次に、アクリル膜７の上に合成樹脂膜を回転塗布した後に、フォトマスクを用いて各画素上に分離独立したレジストパターンを形成する。次に、その形成したレジストパターンを熱フローさせて、上下に曲面を持つ両凸オンチップマイクロレンズ８を形成する。この時、隣接する画素のオンチップマイクロレンズ８が互いに接触しないように、複数のオンチップマイクロレンズ８が形成される。
Next, the
以上より、本発明の実施の形態２に係る固体撮像素子５１は、実施の形態１に係る固体撮像素子５０と同様に、色再現性を劣化させることなく、大きな曲率をもつ両凸オンチップマイクロレンズ８を形成できる。これにより、固体撮像素子５１は、高い集光効率を実現できる。
As described above, the solid-
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る固体撮像素子５２は、実施の形態１に係る固体撮像素子５０の変形例であり、台形の断面形状を有する格子状パターン２６を備える。
(Embodiment 3)
A solid-
まず、本発明の実施の形態３に係る固体撮像素子５２の構造を説明する。
First, the structure of the solid-
図６は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像素子５２の構造を示す断面図である。ここでは、説明を容易にするため、実施の形態１に係る固体撮像素子５０と同一の構成要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-
図６に示す固体撮像素子５２は、図１に示す固体撮像素子５０に対して、格子状パターン６の代わりに、格子状パターン２６を備える。
A solid-
格子状パターン２６は、上面（図６の上方向）から見て、各画素の受光部２の上方にそれぞれ開口部を有し、画素の境界を覆うような格子状の形状を有する。また、格子状パターン２６は、長辺（平行な２辺のうち長い辺）がアクリル平坦化膜５の上面と接する台形の断面形状を有する。そして、オンチップマイクロレンズ８下のアクリル膜７を形成する際に、その高さと幅とを任意に選択することにより下凸となるアクリル膜７の上面の曲率を決定できる。
The
次に、本発明の実施の形態３に係る固体撮像素子５２の製造方法を簡単に説明する。
Next, a method for manufacturing the solid-
まず、半導体基板１に、イオン注入等を行うことにより、受光部２を形成する。次に、受光部２が形成された半導体基板１上に絶縁膜３を積層する。
First, the
次に、絶縁膜３上に回転塗布とフォトマスクを用いたパターンニングとを行うことにより、カラーフィルタ４を形成する。次に、カラーフィルタ４上にアクリル平坦化膜５を、回転塗布を用いて形成することにより、カラーフィルタ４上の平坦化を行う。次に、アクリル平坦化膜５上に合成樹脂膜を回転塗布したうえで、フォトマスクを用いたパターンニングを行うことにより、各画素の周辺部に格子状パターン２６を形成する。この際、格子状パターン２６の高さは０．１μｍ〜５．０μｍであり、断面の台形の長辺の幅は０．１μｍ〜５．０μであり、所望の曲率をもつオンチップマイクロレンズ８を形成するように、当該格子状パターン２６の高さと幅とを選択する。
Next, the
次に、格子状パターン２６の上にアクリル膜７を回転塗布する。この際、格子状パターン２６の高さと幅とで決定される凹凸を利用して、画素の中心に下凸となるアクリル膜７を形成する。次に、アクリル膜７の上に合成樹脂膜を回転塗布した後に、フォトマスクを用いて各画素上に分離独立したレジストパターンを形成する。次に、その形成したレジストパターンを熱フローさせて、上下に曲面を持つ両凸オンチップマイクロレンズ８を形成する。この時、隣接する画素のオンチップマイクロレンズ８が互いに接触しないように、複数のオンチップマイクロレンズ８が形成される。
Next, the
以上より、本発明の実施の形態３に係る固体撮像素子５２は、実施の形態１に係る固体撮像素子５０と同様に、色再現性を劣化させることなく、大きな曲率をもつ両凸オンチップマイクロレンズ８を形成できる。これにより、固体撮像素子５２は、高い集光効率を実現できる。
As described above, the solid-
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る固体撮像素子５３は、実施の形態１に係る固体撮像素子５０の変形例であり、逆台形の断面形状を有する格子状パターン３６を備える。
(Embodiment 4)
A solid-
まず、本発明の実施の形態４に係る固体撮像素子５３の構造を説明する。
First, the structure of the solid-
図７は、本発明の実施の形態４に係る固体撮像素子５３の構造を示す断面図である。ここでは、説明を容易にするため、実施の形態１に係る固体撮像素子５０と同一の構成要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-
図７に示す固体撮像素子５３は、図１に示す固体撮像素子５０に対して、格子状パターン６の代わりに、格子状パターン３６を備える。
A solid-
格子状パターン３６は、上面（図７の上方向）から見て、各画素の受光部２の上方にそれぞれ開口部を有し、画素の境界を覆うような格子状の形状を有する。また、格子状パターン３６は、下側が短辺（平行な２辺のうち短い辺）となる逆台形の断面形状を有する。そして、オンチップマイクロレンズ８下のアクリル膜７を形成する際に、その高さと幅とを任意に選択することにより下凸となるアクリル膜７の上面の曲率を決定できる。
The
次に、本発明の実施の形態４に係る固体撮像素子５３の製造方法を簡単に説明する。
Next, a method for manufacturing the solid-
まず、半導体基板１に、イオン注入等を行うことにより、受光部２を形成する。次に、受光部２が形成された半導体基板１上に絶縁膜３を積層する。
First, the
次に、絶縁膜３上に回転塗布とフォトマスクを用いたパターンニングとを行うことにより、カラーフィルタ４を形成する。次に、カラーフィルタ４上にアクリル平坦化膜５を、回転塗布を用いて形成することにより、カラーフィルタ４上の平坦化を行う。次に、アクリル平坦化膜５上に合成樹脂膜を回転塗布したうえで、フォトマスクを用いたパターンニングを行うことにより、各画素の周辺部に格子状パターン３６を形成する。ここで、格子状パターン３６の高さは０．１μｍ〜５．０μｍであり、断面の台形の長辺が幅は０．１μｍ〜５．０μｍであり、所望の曲率をもつオンチップマイクロレンズ８を形成するように、当該格子状パターン３６の高さと幅とを選択する。
Next, the
次に、格子状パターン３６の上にアクリル膜７を回転塗布する。この際、格子状パターン３６の高さと幅とで決定される凹凸を利用して、画素の中心に下凸となるアクリル膜７を形成する。次に、アクリル膜７の上に合成樹脂膜を回転塗布した後に、フォトマスクを用いて各画素上に分離独立したレジストパターンを形成する。次に、その形成したレジストパターンを熱フローさせて、上下に曲面を持つ両凸オンチップマイクロレンズ８を形成する。この時、隣接するオンチップマイクロレンズ８が互いに接触しないように、複数のオンチップマイクロレンズ８が形成される。
Next, the
以上より、本発明の実施の形態４に係る固体撮像素子５３は、実施の形態１に係る固体撮像素子５０と同様に、色再現性を劣化させることなく、大きな曲率をもつ両凸オンチップマイクロレンズ８を形成できる。これにより、固体撮像素子５３は、高い集光効率を実現できる。
As described above, the solid-
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る固体撮像素子５４は、実施の形態１に係る固体撮像素子５０の変形例であり、さらに、平坦化膜９と、可視光領域を透過する透明板１０とを備える。
(Embodiment 5)
A solid-
まず、本発明の実施の形態５に係る固体撮像素子５４の構造を説明する。
First, the structure of the solid-
図８は、本発明の実施の形態５に係る固体撮像素子５４の構造を示す断面図である。ここでは、説明を容易にするため、実施の形態１に係る固体撮像素子５０と同一の構成要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-
図８に示す固体撮像素子５４は、図１に示す固体撮像素子５０に対して、さらに、平坦化膜９と、透明板１０とを備える。
The solid-
透明板１０は、可視光領域に高い透過率を有する板状の材料で形成される。この透明板１０は、例えば、ガラスを含む透明無機酸化膜材料、又は、透明アクリル樹脂等で形成される。
The
平坦化膜９は、オンチップマイクロレンズ８及びアクリル膜７の上に形成され、可視光を透過する。また平坦化膜９は、有機接着材料で形成され、透明板１０とオンチップマイクロレンズ８及びアクリル膜７とを接着する。
The
なお、ここでは、固体撮像素子５４は、実施の形態１に係る固体撮像素子５０が備える格子状パターン６と同様の形状の格子状パターン６を備えるとするが、固体撮像素子５４は、実施の形態２〜４で説明した格子状パターン１６、２６及び３６のいずれかを備えてもよい。
Here, it is assumed that the solid-
そして、オンチップマイクロレンズ８下のアクリル膜７を形成する際に、その高さと幅とを任意に選択することにより下凸となるアクリル膜７の上面の曲率を決定できる。
Then, when the
次に、本発明の実施の形態５に係る固体撮像素子５４の製造方法を簡単に説明する。
Next, a method for manufacturing the solid-
まず、半導体基板１に、イオン注入等を行うことにより、受光部２を形成する。次に、受光部２が形成された半導体基板１上に絶縁膜３を積層する。
First, the
次に、絶縁膜３上に回転塗布とフォトマスクを用いたパターンニングとを行うことにより、カラーフィルタ４を形成する。次に、カラーフィルタ４上にアクリル平坦化膜５を、回転塗布を用いて形成することにより、カラーフィルタ４上の平坦化を行う。次に、アクリル平坦化膜５上に合成樹脂膜を回転塗布したうえで、フォトマスクを用いたパターンニングを行うことにより、各画素の周辺部に格子状パターン６を形成する。ここで格子状パターン６の高さは０．１μｍ〜５．０μｍ、幅は０．１μｍ〜５．０μｍを有する。この格子状パターン６の高さと幅とを、所望の曲率をもつオンチップマイクロレンズ８を形成するように選択する。
Next, the
次に、格子状パターン６の上にアクリル膜７を回転塗布する。この際、格子状パターン６の高さと幅とで決定される凹凸を利用して、画素の中心に下凸となるアクリル膜７を形成する。次に、アクリル膜７の上に合成樹脂膜を回転塗布した後に、フォトマスクを用いて各画素上に分離独立したレジストパターンを形成する。次に、その形成したレジストパターンを熱フローさせて、上下に曲面を持つ両凸オンチップマイクロレンズ８を形成する。この時、隣接するオンチップマイクロレンズ８が互いに接触しないように、複数のオンチップマイクロレンズ８が形成される。
Next, an
次に、両凸オンチップマイクロレンズ８の上に平坦化膜９を塗布する。次に、平坦化膜９の上部に、可視光領域に高い透過率を有する透明な透明板１０を貼り付ける。
Next, a
以上の工程により、図８に示す固体撮像素子５４の構成が生成される。
Through the above steps, the configuration of the solid-
以上より、本発明の実施の形態５に係る固体撮像素子５４は、実施の形態１に係る固体撮像素子５０と同様に、色再現性を劣化させることなく、大きな曲率をもつ両凸オンチップマイクロレンズ８を形成できる。これにより、固体撮像素子５４は、高い集光効率を実現できる。
As described above, the solid-
また、上記実施の形態１〜５に係る固体撮像素子５０〜５４は典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。
The solid-
ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。 The name used here is LSI, but it may also be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.
また、上記図１〜図８は、本発明に係る固体撮像素子５０〜５４の構成を模式的に示す図であり、製造上の理由等により各構成が変形された構成も本発明に含まれる。例えば、垂直及び水平に記載している各構成要素の辺が、垂直及び水平から所定の角度傾いてもよい。また、各構成要素の角部及び辺を直線的に記載しているが、当該角部及び辺のうち少なくとも一部が丸みをおびてもよい。
1 to 8 are diagrams schematically showing the configurations of the solid-
また、上記実施の形態１〜５に係る固体撮像素子５０〜５４の構成のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。 Moreover, you may combine at least one part among the structures of the solid-state image sensors 50-54 which concern on the said Embodiments 1-5.
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に利用でき、特にオンチップマイクロレンズ構造を有する固体撮像素子及びその製造方法に有効である。よって、本発明は、固体撮像素子を備えるデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、及び携帯電話機等に適用できる。 The present invention can be used for a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and is particularly effective for a solid-state imaging device having an on-chip microlens structure and a manufacturing method thereof. Therefore, the present invention can be applied to a digital still camera, a digital video camera, a mobile phone, and the like that include a solid-state imaging device.
１、１０１ 半導体基板
２、１０２ 受光部
３、１０３ 絶縁膜
４、１０５ カラーフィルタ
５、９、１０６ 平坦化膜
６、１６、２６、３６ 格子状パターン
７ アクリル膜
８、１０７ オンチップマイクロレンズ
１０ 透明板
５０、５１、５２、５３、５４、１００ 固体撮像素子
１０４ パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Semiconductor substrate 2,102 Light-receiving part 3,103 Insulating film 4,105
Claims (11)
半導体基板と、
前記各画素に含まれるとともに、前記半導体基板に形成され、入射光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記複数の光電変換部の上方に形成されたカラーフィルタと、
前記複数の光電変換部の上方にそれぞれ開口部を有するとともに、前記カラーフィルタの上に、前記画素の境界を覆うように形成された格子状パターンと、
前記カラーフィルタ及び前記格子状パターンの上に形成された透明膜と、
前記各画素に含まれ、前記透明膜上に形成されたオンチップマイクロレンズとを備え、
前記各オンチップマイクロレンズと接する前記透明膜の上面は下凸形状であり、
前記複数のオンチップマイクロレンズの上面は上凸形状であり、下面は下凸形状である
固体撮像素子。 A solid-state imaging device having a plurality of pixels arranged in a matrix,
A semiconductor substrate;
A photoelectric conversion unit included in each of the pixels and formed on the semiconductor substrate for converting incident light into an electrical signal;
A color filter formed above the plurality of photoelectric conversion units;
A lattice pattern formed on the color filter so as to cover the boundary of the pixels, each having an opening above the plurality of photoelectric conversion units,
A transparent film formed on the color filter and the lattice pattern;
An on-chip microlens included in each pixel and formed on the transparent film;
The upper surface of the transparent film in contact with each on-chip microlens is a downwardly convex shape,
The upper surface of the plurality of on-chip microlenses has an upward convex shape, and the lower surface has a downward convex shape.
請求項１記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a refractive index of the lattice pattern is smaller than a refractive index of the transparent film.
請求項１記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the lattice pattern absorbs light.
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the lattice pattern is a square or a rectangle.
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the lattice pattern is a triangle.
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the lattice pattern is a trapezoid.
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to claim 1, wherein an upper surface of the color filter is flat.
前記カラーフィルタと前記透明膜との間に形成された第１透明平坦化膜を備える
請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device further includes:
The solid-state image sensor of any one of Claims 1-7 provided with the 1st transparent planarization film | membrane formed between the said color filter and the said transparent film.
請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to claim 1, wherein each of the plurality of on-chip microlenses is formed independently.
請求項１〜９のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a refractive index of the on-chip microlens is higher than a refractive index of the transparent film.
前記第２透明平坦化膜上に形成された透明板とを備え、
前記第２透明平坦化膜は、有機接着材料により形成され、前記透明板と前記オンチップマイクロレンズとを接着する
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子。 A second transparent planarization film formed on the on-chip microlens;
A transparent plate formed on the second transparent planarization film,
11. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second transparent planarization film is formed of an organic adhesive material, and bonds the transparent plate and the on-chip microlens.
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-
2009
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