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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