JP2011243749A

JP2011243749A - Solid state image pickup device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP2011243749A
Application number: JP2010114753A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Nishi; 嘉昭西
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-12-01

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state image pickup device capable of obtaining a sufficient reflection reduction effect with an easy manufacturing process.SOLUTION: A solid state image pickup device 100 with a plurality of pixels comprises a semiconductor substrate 101, a plurality of light receiving parts 102 formed on the semiconductor substrate 101 for each pixel, a plurality of micro-lenses 107 arranged above the light receiving parts 102 to focusing incident lights to each of the light receiving parts 102, a surface planarization layer 108 formed on the micro-lenses 107, and a low refraction index surface layer 109 formed on the surface planarization layer 108 and having a refraction index lower than that of the surface planarization layer 108.

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、受光部上に形成されたマイクロレンズとその表面膜とを有する固体撮像装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a solid-state imaging device having a microlens formed on a light receiving portion and a surface film thereof and a manufacturing method thereof.

近年、固体撮像装置のチップサイズの小型化や画素数の増大とあいまって、デジタルカメラ、デジタルムービーカメラ、カメラ付き携帯電話機等の小型化、高性能化が進んでいる。 In recent years, along with the reduction in the chip size of the solid-state imaging device and the increase in the number of pixels, downsizing and higher performance of digital cameras, digital movie cameras, camera-equipped mobile phones, and the like are progressing.

従来の固体撮像装置では、カメラの解像度を高めるべく高画素化が図られ、またカメラ光学系の小型化に伴い、チップサイズの小型化もますます加速されてきている。そのため、画素サイズがますます小さくなってきている。これらの要望は強く、今後も更なる縮小化が予想される。 In the conventional solid-state imaging device, the number of pixels is increased in order to increase the resolution of the camera, and with the miniaturization of the camera optical system, the miniaturization of the chip size is further accelerated. Therefore, the pixel size is becoming smaller and smaller. These demands are strong and further reduction is expected in the future.

一方、画素サイズはますます小さくなってきているにも関わらず、低照度時であっても高感度で撮像したいという市場の要望も強く、そのために受光部への集光効果を上げるべく各種のマイクロレンズ構造が提案されている。 On the other hand, even though the pixel size is getting smaller and smaller, there is a strong demand from the market to capture images with high sensitivity even at low illumination. A microlens structure has been proposed.

さらに、集光効果を上げるため、反射低減効果の役割を担うべく、マイクロレンズ上に、所定の厚さのフッ素含有樹脂膜から成る反射防止膜を形成し、さらなる感度向上を図る構造も提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Furthermore, in order to increase the light collection effect, in order to play the role of the reflection reduction effect, a structure is proposed in which an antireflection film made of a fluorine-containing resin film having a predetermined thickness is formed on the microlens to further improve sensitivity. (For example, refer to Patent Document 1).

図１０は、特許文献１に記載の従来の固体撮像装置１０の構造断面図である。図１０に示す従来の固体撮像装置１０は、シリコン基板１１と、フォトダイオード１２と、ポリシリコン電極１３と、シリコン酸化膜１４と、平坦化膜１５と、マイクロレンズ１６と、反射防止膜１７と、空気又は不活性ガス層１８とを備える。 FIG. 10 is a structural cross-sectional view of a conventional solid-state imaging device 10 described in Patent Document 1. A conventional solid-state imaging device 10 shown in FIG. 10 includes a silicon substrate 11, a photodiode 12, a polysilicon electrode 13, a silicon oxide film 14, a planarization film 15, a microlens 16, and an antireflection film 17. , Air or an inert gas layer 18.

図１０に示すように、反射低減効果の役割を担うべくマイクロレンズ１６上に、所定の厚さのフッ素含有樹脂膜から成る反射防止膜１７が形成されている。反射防止膜１７は、マイクロレンズ１６の曲面に沿って膜厚が均一になるように、マイクロレンズ１６上に形成されている。 As shown in FIG. 10, an antireflection film 17 made of a fluorine-containing resin film having a predetermined thickness is formed on the microlens 16 to play a role of a reflection reduction effect. The antireflection film 17 is formed on the microlens 16 so that the film thickness becomes uniform along the curved surface of the microlens 16.

この構成により、表面の反射防止効果があり、感度向上を図ることができる。 With this configuration, there is an antireflection effect on the surface, and sensitivity can be improved.

特開平４−２７５４５９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-275259

しかしながら、上記従来技術には、容易な製造プロセスでは、十分な反射低減効果を得られないという課題がある。 However, the prior art has a problem that a sufficient reflection reduction effect cannot be obtained by an easy manufacturing process.

反射防止膜を備えない従来の固体撮像装置では、表面での反射が４％程度あり、集光ロスを生じさせ、感度が低下するという課題がある。 In a conventional solid-state imaging device that does not include an antireflection film, there is a problem that reflection on the surface is approximately 4%, causing a condensing loss, and sensitivity is lowered.

また、図１０に示す特許文献１に記載の固体撮像装置では、表面の反射を防止する反射防止膜が形成されており、確かに、反射低減効果は認められる。しかしながら、マイクロレンズの曲面上に所定の厚さを保って均一に膜を形成することは、従来のオンチップフィルタ形成プロセス、例えば、スピンコート法では困難である。また、特許文献１に記載されている方法では、大口径ウェハを用いた場合に均一な膜厚の形成が難しいという問題もある。 Further, in the solid-state imaging device described in Patent Document 1 shown in FIG. 10, an antireflection film for preventing reflection on the surface is formed, and the reflection reduction effect is certainly recognized. However, it is difficult to form a film uniformly on a curved surface of a microlens while maintaining a predetermined thickness by a conventional on-chip filter forming process, for example, a spin coating method. Further, the method described in Patent Document 1 has a problem that it is difficult to form a uniform film thickness when a large-diameter wafer is used.

そこで、本発明は、容易な製造プロセスで、十分な反射低減効果を得ることができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of obtaining a sufficient reflection reduction effect with an easy manufacturing process, and a manufacturing method thereof.

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、複数の画素を備える固体撮像装置であって、半導体基板と、前記半導体基板に前記画素毎に形成された複数の受光部と、前記複数の受光部の上方に、前記複数の受光部のそれぞれに入射光を集光するように配置された複数のマイクロレンズと、前記複数のマイクロレンズ上に形成された平坦化層と、前記平坦化層上に形成された、前記平坦化層より屈折率が低い低屈折率層とを備える。 In order to solve the above-described problem, a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention is a solid-state imaging device including a plurality of pixels, and includes a semiconductor substrate and a plurality of light receiving elements formed on the semiconductor substrate for each pixel. And a plurality of microlenses disposed above the plurality of light receiving portions so as to collect incident light on each of the plurality of light receiving portions, and a planarization layer formed on the plurality of microlenses. And a low refractive index layer having a refractive index lower than that of the planarization layer, formed on the planarization layer.

これにより、平坦化層上に低屈折率層が形成されているので、均一な膜厚の低屈折率層を容易に形成することができるとともに、十分な反射低減効果を得ることができる。 Thereby, since the low refractive index layer is formed on the planarizing layer, a low refractive index layer having a uniform thickness can be easily formed, and a sufficient reflection reduction effect can be obtained.

また、前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、可視光の波長の１／４倍の範囲であってもよい。 Further, the product of the film thickness and the refractive index of the low refractive index layer may be in a range of 1/4 times the wavelength of visible light.

これにより、可視光の波長に応じて膜厚及び屈折率が決定されているので、反射を十分に低減することができる。 Thereby, since a film thickness and a refractive index are determined according to the wavelength of visible light, reflection can be sufficiently reduced.

また、前記低屈折率層は、無機物から構成されてもよい。 The low refractive index layer may be made of an inorganic material.

これにより、低屈折率層が無機物で構成されるので、熱が加わっても黄変や変形が少なく、耐候性向上も図ることができる。 Thereby, since the low refractive index layer is composed of an inorganic material, even when heat is applied, there is little yellowing or deformation, and weather resistance can be improved.

また、前記平坦化層の屈折率と前記低屈折率層の屈折率との差は、０．０４以上であってもよい。 Further, the difference between the refractive index of the planarizing layer and the refractive index of the low refractive index layer may be 0.04 or more.

これにより、従来よりも十分に反射を低減することができる。 Thereby, reflection can be reduced more than before.

また、前記複数の画素は、複数の種類のいずれかに属し、前記低屈折率層の膜厚は、前記画素の種類毎に異なってもよい。 The plurality of pixels may belong to any of a plurality of types, and the film thickness of the low refractive index layer may be different for each type of pixel.

これにより、画素毎に入射光の波長を選択して低屈折率層での反射を低減させることができるので、画素毎に高感度を実現できるとともに、色再現性も向上させることができる。 Thereby, the wavelength of incident light can be selected for each pixel to reduce reflection at the low refractive index layer, so that high sensitivity can be realized for each pixel and color reproducibility can be improved.

また、前記複数の画素は、赤色用画素、緑色用画素、及び、青色用画素のいずれかの種類に属し、前記低屈折率層の膜厚は、前記青色用画素、前記緑色用画素、前記赤色用画素の順で厚くなってもよい。 The plurality of pixels may belong to any one of a red pixel, a green pixel, and a blue pixel, and the film thickness of the low refractive index layer may be the blue pixel, the green pixel, The thickness may be increased in the order of red pixels.

これにより、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれを透過させるカラーフィルタを備える場合に、カラーフィルタが透過させる光に応じて、膜厚を異ならせることで、反射を十分に低減することができる。 Accordingly, when a color filter that transmits each of red light, green light, and blue light is provided, reflection can be sufficiently reduced by changing the film thickness according to the light that the color filter transmits. .

また、前記複数の画素は、複数の種類のいずれかに属し、前記低屈折率層の材質は、前記画素の種類毎に異なってもよい。 The plurality of pixels may belong to any of a plurality of types, and a material of the low refractive index layer may be different for each type of the pixels.

これにより、画素毎に低屈折率層の材質が異なっているので、反射を低減させることができる。 Thereby, since the material of the low refractive index layer differs for each pixel, reflection can be reduced.

また、前記複数の画素は、赤色用画素、緑色用画素、及び、青色用画素のいずれかの種類に属し、前記赤色用画素における前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、６５０／４ｎｍであり、前記緑色用画素における前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、５５０／４ｎｍであり、前記青色用画素における前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、４４０／４ｎｍであってもよい。 Further, the plurality of pixels belong to any one of a red pixel, a green pixel, and a blue pixel, and the product of the film thickness and the refractive index of the low refractive index layer in the red pixel is: The product of the film thickness and the refractive index of the low refractive index layer in the green pixel is 550/4 nm, and the film thickness and the refractive index of the low refractive index layer in the blue pixel are The product of may be 440/4 nm.

これにより、画素毎に、透過させる光に応じて膜厚及び材質を変えることができるので、画素毎に高感度を実現できるとともに、色再現性も向上させることができる。 Thereby, since a film thickness and a material can be changed for every pixel according to the light to permeate | transmit, high sensitivity can be implement | achieved for every pixel and color reproducibility can also be improved.

また、前記複数の画素は、所定の領域に二次元状に配列され、前記所定の領域は、中心を含む中央領域と、当該中央領域の周囲の領域である周辺領域とを含み、前記低屈折率層の膜厚は、前記中央領域と前記周辺領域とで異なっていてもよい。 The plurality of pixels are two-dimensionally arranged in a predetermined region, and the predetermined region includes a central region including a center and a peripheral region that is a region around the central region, and the low refraction The film thickness of the rate layer may be different between the central region and the peripheral region.

これにより、中央領域と周辺領域とにおける反射を低減させることができ、感度ムラを抑制することができる。 Thereby, reflection in the central region and the peripheral region can be reduced, and sensitivity unevenness can be suppressed.

また、前記周辺領域における前記低屈折率層の膜厚は、前記中央領域における前記低屈折率層の膜厚より小さくてもよい。 The film thickness of the low refractive index layer in the peripheral region may be smaller than the film thickness of the low refractive index layer in the central region.

また、前記平坦化層は、さらに、前記マイクロレンズに沿った曲率の凸部を上面に有してもよい。 The planarization layer may further include a convex portion having a curvature along the microlens on the upper surface.

これにより、マイクロレンズだけでなく、平坦化層においても集光効果を得ることができるので、集光効果を高めることができる。 Thereby, since the condensing effect can be obtained not only in the microlens but also in the flattening layer, the condensing effect can be enhanced.

また、前記低屈折率層は、可視光の波長以下のピッチで凸凹状の微細構造を有してもよい。 The low refractive index layer may have an uneven microstructure with a pitch equal to or less than the wavelength of visible light.

これにより、反射率を大幅に低減することができる。 Thereby, a reflectance can be reduced significantly.

また、本発明の一態様に係る固体撮像装置の製造方法は、複数の画素を備える固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板に前記画素毎に複数の受光部を形成する工程と、前記複数の受光部の上方に、前記複数の受光部のそれぞれに入射光を集光するように複数のマイクロレンズを形成する工程と、前記複数のマイクロレンズ上に、平坦化層を形成する工程と、前記平坦化層上に、当該平坦化層より屈折率が低い低屈折率層を形成する工程とを含む。 Further, a method for manufacturing a solid-state imaging device according to one aspect of the present invention is a method for manufacturing a solid-state imaging device including a plurality of pixels, the step of forming a plurality of light receiving portions for each of the pixels on a semiconductor substrate, Forming a plurality of microlenses so as to collect incident light on each of the plurality of light receiving sections above the plurality of light receiving sections; and forming a planarizing layer on the plurality of microlenses. Forming a low refractive index layer having a refractive index lower than that of the planarizing layer on the planarizing layer.

これにより、平坦化層上に低屈折率層を形成するので、均一な膜厚の低屈折率層を容易に形成することができるとともに、十分な反射低減効果を得ることができる固体撮像装置を製造することができる。 Thereby, since the low refractive index layer is formed on the planarizing layer, a solid imaging device capable of easily forming a low refractive index layer having a uniform film thickness and obtaining a sufficient reflection reduction effect is provided. Can be manufactured.

また、前記低屈折率層を形成する工程では、前記平坦化層より屈折率が低い材料を塗布することで、前記低屈折率層を形成してもよい。 In the step of forming the low refractive index layer, the low refractive index layer may be formed by applying a material having a refractive index lower than that of the planarizing layer.

これにより、均一な膜厚の低屈折率層を形成することができる。 Thereby, a low refractive index layer having a uniform film thickness can be formed.

また、前記低屈折率層を形成する工程では、前記平坦化層より屈折率が低い材料をＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により堆積させることで、前記低屈折率層を形成してもよい。 In the step of forming the low refractive index layer, the low refractive index layer may be formed by depositing a material having a refractive index lower than that of the planarizing layer by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

また、前記低屈折率層を形成する工程は、前記平坦化層より屈折率が低く、かつ、感光基を含む材料を、前記平坦化層上に形成する工程と、グレー階調を有するマスクを介して、堆積された前記材料を形成する工程と、露光された前記材料を現像することで、前記画素毎に膜厚が異なる前記低屈折率層を形成する工程とを含んでもよい。 The step of forming the low refractive index layer includes a step of forming a material having a refractive index lower than that of the planarization layer and containing a photosensitive group on the planarization layer, and a mask having a gray gradation. A step of forming the deposited material and a step of forming the low refractive index layer having a different thickness for each pixel by developing the exposed material.

これにより、グレー階調を有するマスクにより、露光量を画素毎に調整することができるので、画素毎に異なる膜厚の低屈折率層を容易に形成することができる。 As a result, the exposure amount can be adjusted for each pixel with a mask having a gray gradation, so that a low refractive index layer having a different thickness for each pixel can be easily formed.

本発明の固体撮像装置は、容易な製造プロセスで製造され、十分な反射低減効果を得ることができる。 The solid-state imaging device of the present invention is manufactured by an easy manufacturing process, and a sufficient reflection reduction effect can be obtained.

本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the solid-state imaging device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の画素配列の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the pixel arrangement | sequence of the solid-state imaging device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置を備えるカメラの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a camera provided with the solid-state imaging device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the solid-state imaging device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の製造方法の一例を示す断面工程図である。It is sectional process drawing which shows an example of the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the solid-state imaging device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置を備えるカメラの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a camera provided with the solid-state imaging device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態の変形例における固体撮像装置の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the solid-state imaging device in the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例における固体撮像装置の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the solid-state imaging device in the modification of embodiment of this invention. 従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional solid-state imaging device.

以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、マイクロレンズ上に形成された平坦化層と、平坦化層上に形成された、当該平坦化層より屈折率が低い低屈折率層とを備えることを特徴とする。 (Embodiment 1)
The solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention includes a planarization layer formed on a microlens and a low refractive index layer formed on the planarization layer and having a refractive index lower than that of the planarization layer. It is characterized by providing.

まず、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成について説明する。ここでは、カラーフィルタが原色フィルタのグリーン市松模様のベイヤ配列である固体撮像装置について説明する。 First, the configuration of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention will be described. Here, a solid-state imaging device in which the color filter is a green checkered Bayer array of primary color filters will be described.

図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の断面図である。また、図２は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の画素配列の一例を示す平面図である。なお、図１は、図２に示すＡ−Ａ断面の一部を示している。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing an example of a pixel array of the solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a part of the AA cross section shown in FIG.

実施の形態１に係る固体撮像装置１００は、半導体基板１０１と、複数の受光部１０２と、複数の転送電極１０３と、平坦化膜１０４と、複数のカラーフィルタ（レッドフィルタ１０５Ｒ、グリーンフィルタ１０５Ｇ及びブルーフィルタ１０５Ｂ）と、マイクロレンズ下平坦化膜１０６と、複数のマイクロレンズ１０７と、表面平坦化層１０８と、低屈表面層１０９とを備える。 The solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 includes a semiconductor substrate 101, a plurality of light receiving units 102, a plurality of transfer electrodes 103, a planarization film 104, and a plurality of color filters (a red filter 105R, a green filter 105G, and the like). A blue filter 105 </ b> B), a microlens flattening film 106, a plurality of microlenses 107, a surface flattening layer 108, and a low-bending surface layer 109.

半導体基板１０１は、例えば、シリコン基板である。半導体基板１０１には、複数の受光部１０２が画素毎に形成されている。 The semiconductor substrate 101 is, for example, a silicon substrate. In the semiconductor substrate 101, a plurality of light receiving portions 102 are formed for each pixel.

複数の受光部１０２は、例えば、フォトダイオードで構成される。複数の受光部１０２はそれぞれ、入射光を光電変換することで、信号電荷を生成する。 The plurality of light receiving units 102 are configured by, for example, photodiodes. Each of the plurality of light receiving units 102 generates signal charges by photoelectrically converting incident light.

半導体基板１０１上において、複数の受光部１０２の間には、転送電極１０３が形成されている。転送電極１０３は、受光部１０２によって生成された信号電荷を外部に転送するための電極である。 On the semiconductor substrate 101, a transfer electrode 103 is formed between the plurality of light receiving portions 102. The transfer electrode 103 is an electrode for transferring the signal charge generated by the light receiving unit 102 to the outside.

平坦化膜１０４は、転送電極１０３により生じた凹部を埋めるように、半導体基板１０１上に形成される。平坦化膜１０４は、透光性を有する。 The planarization film 104 is formed on the semiconductor substrate 101 so as to fill the concave portion generated by the transfer electrode 103. The planarization film 104 has a light-transmitting property.

平坦化膜１０４上に、各画素に対応してグリーンフィルタ１０５Ｇ、レッドフィルタ１０５Ｒ及びブルーフィルタ１０５Ｂが形成されている。なお、ブルーフィルタ１０５Ｂは、図示した断面には表れていない。 On the planarization film 104, a green filter 105G, a red filter 105R, and a blue filter 105B are formed corresponding to each pixel. Note that the blue filter 105B does not appear in the illustrated cross section.

グリーンフィルタ１０５Ｇ、レッドフィルタ１０５Ｒ及びブルーフィルタ１０５Ｂは、受光部１０２に対応して配列される。グリーンフィルタ１０５Ｇは、緑の光を透過するカラーフィルタである。レッドフィルタ１０５Ｒは、赤の光を透過するカラーフィルタである。ブルーフィルタ１０５Ｂは、青の光を透過するカラーフィルタである。 The green filter 105G, the red filter 105R, and the blue filter 105B are arranged corresponding to the light receiving unit 102. The green filter 105G is a color filter that transmits green light. The red filter 105R is a color filter that transmits red light. The blue filter 105B is a color filter that transmits blue light.

グリーンフィルタ１０５Ｇ、レッドフィルタ１０５Ｒ及びブルーフィルタ１０５Ｂは、図２に示すようなグリーン市松模様のベイヤ配列で配置されている。 The green filter 105G, the red filter 105R, and the blue filter 105B are arranged in a green checkered Bayer array as shown in FIG.

カラーフィルタ（レッドフィルタ１０５Ｒ、グリーンフィルタ１０５Ｇ及びブルーフィルタ１０５Ｂ）上に、マイクロレンズ下平坦化膜１０６が形成される。マイクロレンズ下平坦化膜１０６は、複数のマイクロレンズ１０７の下面を面一にするための平坦化膜である。 A microlens flattening film 106 is formed on the color filters (red filter 105R, green filter 105G, and blue filter 105B). The microlens lower planarization film 106 is a planarization film for making the lower surfaces of the plurality of microlenses 107 flush with each other.

マイクロレンズ下平坦化膜１０６の上に、光を集光させる目的で受光部１０２に対応してマイクロレンズ１０７が配列されている。つまり、マイクロレンズ１０７は、複数の受光部１０２の上方に、複数の受光部１０２のそれぞれに入射光を集光するように、画素毎に配置されている。 Microlenses 107 are arranged on the planarizing film 106 under the microlenses corresponding to the light receiving unit 102 for the purpose of condensing light. That is, the microlens 107 is disposed for each pixel so as to collect incident light on each of the plurality of light receiving units 102 above the plurality of light receiving units 102.

複数のマイクロレンズ１０７の上には、表面平坦化層１０８が形成されている。表面平坦化層１０８は、上面が平坦であり、マイクロレンズ１０７の上方の面を平坦化する平坦化層の一例である。 A surface planarization layer 108 is formed on the plurality of microlenses 107. The surface planarization layer 108 is an example of a planarization layer that has a flat upper surface and planarizes the upper surface of the microlens 107.

表面平坦化層１０８の上には、低屈表面層１０９が形成されている。低屈表面層１０９の屈折率は、低屈折率層の一例であり、表面平坦化層１０８の屈折率より低い。例えば、低屈表面層１０９の屈折率と表面平坦化層１０８の屈折率との差は、０．０４以上である。 On the surface flattening layer 108, a low bending surface layer 109 is formed. The refractive index of the low bending surface layer 109 is an example of a low refractive index layer and is lower than the refractive index of the surface flattening layer 108. For example, the difference between the refractive index of the low bending surface layer 109 and the refractive index of the surface flattening layer 108 is 0.04 or more.

なお、表面平坦化層１０８は、マイクロレンズ１０７の上方の平坦度を高める層であり、表面平坦化層１０８の上面は平坦である。 The surface flattening layer 108 is a layer that increases the flatness above the microlens 107, and the upper surface of the surface flattening layer 108 is flat.

具体的には、低屈表面層１０９の材質は、無機物であり、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ₂）である。この場合、低屈表面層１０９の屈折率は、約１．４６である。また、表面平坦化層１０８の材質は、例えば、熱硬化性透明アクリル膜である。この場合、表面平坦化層１０８の屈折率は、約１．５である。 Specifically, the material of the low bending surface layer 109 is an inorganic material, for example, silicon oxide (SiO ₂ ). In this case, the refractive index of the low bending surface layer 109 is about 1.46. The material of the surface flattening layer 108 is, for example, a thermosetting transparent acrylic film. In this case, the refractive index of the surface planarizing layer 108 is about 1.5.

以下、このような構造による固体撮像装置１００の機能について、説明する。 Hereinafter, functions of the solid-state imaging device 100 having such a structure will be described.

図１に示すように、表面平坦化層１０８の上に低屈表面層１０９を形成することにより、低屈表面層１０９上の反射率を低減させることができる。なぜなら、表面の強度反射率Ｒは、以下の式（１）で表される。 As shown in FIG. 1, the reflectance on the low-bending surface layer 109 can be reduced by forming the low-bending surface layer 109 on the surface flattening layer 108. This is because the intensity reflectance R of the surface is expressed by the following formula (1).

Ｒ＝（ｎ_f ²−ｎ₀ｎ_s）²／（ｎ_f ²＋ｎ₀ｎ_s）² …（１） R = (n _f ² −n ₀ n _s ) ² / (n _f ² + n ₀ n _s ) ² (1)

ここで、ｎ₀は、外部媒質の屈折率（一般的に空気であり、ｎ₀≒１）、ｎ_fは、低屈表面層１０９の屈折率、ｎ_sは、表面平坦化層１０８の屈折率を表わす。 Here, n ₀ is the refractive index of the external medium (generally air, n ₀ ≈1), n _f is the refractive index of the low bending surface layer 109, and n _s is the refractive index of the surface flattening layer 108. Represents a rate.

式（１）より、表面平坦化層１０８より屈折率の低い材料を用いて低屈表面層１０９を構成することで、反射率を低減させることができる。具体的には、表面平坦化層１０８の屈折率が１．５０、低屈表面層１０９の屈折率が１．４６である場合、反射率は、低屈表面層１０９を設けない場合には４％であったが、低屈表面層１０９を設けることにより、約３％に低減する。この結果から、表面平坦化層１０８と低屈表面層１０９との屈折率差は、概ね０．０４以上設けることが好ましい。 From the formula (1), the reflectance can be reduced by forming the low bending surface layer 109 using a material having a lower refractive index than the surface planarization layer 108. Specifically, when the refractive index of the surface flattening layer 108 is 1.50 and the refractive index of the low bending surface layer 109 is 1.46, the reflectance is 4 when the low bending surface layer 109 is not provided. However, it is reduced to about 3% by providing the low bending surface layer 109. From this result, it is preferable that the difference in refractive index between the surface flattening layer 108 and the low-bending surface layer 109 is approximately 0.04 or more.

さらに、以下の式（２）を満たすように、低屈表面層１０９を構成することで、低屈表面層１０９における表面と裏面との反射光の位相を半波長ずらして干渉効果により打ち消すことができる。 Furthermore, by configuring the low bending surface layer 109 so as to satisfy the following formula (2), the phase of the reflected light from the front surface and the back surface of the low bending surface layer 109 can be offset by half a wavelength by the interference effect. it can.

ｎ_fｄ＝λ／４ …（２） n _f d = λ / 4 (2)

ここで、ｄは、低屈表面層１０９の厚さ、λは、入射光の波長を表わす。つまり、低屈表面層１０９の膜厚と屈折率との積は、入射光の波長の１／４倍となる。入射光は、例えば、可視光（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）である。言い換えると、低屈表面層１０９の膜厚と屈折率との積が、可視光の波長である４５０〜６５０ｎｍの１／４倍の範囲となるように、低屈表面層１０９の膜厚及び屈折率（材料）が決定される。 Here, d represents the thickness of the low bending surface layer 109, and λ represents the wavelength of incident light. That is, the product of the film thickness and the refractive index of the low bending surface layer 109 is 1/4 times the wavelength of the incident light. Incident light is, for example, visible light (450 nm to 650 nm). In other words, the film thickness and refraction of the low bending surface layer 109 are such that the product of the film thickness and the refractive index of the low bending surface layer 109 is in the range of 1/4 times the wavelength of visible light of 450 to 650 nm. The rate (material) is determined.

式（２）より、低屈表面層１０９の屈折率が１．４６の場合、波長５５０ｎｍの時には、低屈表面層１０９の膜厚は、概ね９４ｎｍであることが好ましい。同様にして、可視光（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）での感度向上という点からは、約７７ｎｍ〜約１１１ｎｍであれば、効果を発揮することができる。 From the formula (2), when the refractive index of the low bending surface layer 109 is 1.46, the film thickness of the low bending surface layer 109 is preferably about 94 nm when the wavelength is 550 nm. Similarly, from the viewpoint of improving sensitivity in visible light (450 nm to 650 nm), the effect can be exhibited if the thickness is about 77 nm to about 111 nm.

なお、低屈表面層１０９の膜厚が概ね９４ｎｍであるとは、実質的に９４ｎｍに等しいことであり、例えば、９０〜１１０％程度の範囲にあることである。同様の記載は、同じことを意味する。 In addition, that the film thickness of the low bending surface layer 109 is approximately 94 nm is substantially equal to 94 nm, for example, in a range of about 90 to 110%. Similar descriptions mean the same thing.

以上のように、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００は、マイクロレンズ１０７上に形成された表面平坦化層１０８と、表面平坦化層１０８上に形成された、当該表面平坦化層１０８より屈折率が低い低屈表面層１０９とを備えることを特徴とする。 As described above, the solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 of the present invention includes the surface flattening layer 108 formed on the microlens 107 and the surface flattening formed on the surface flattening layer 108. And a low-bending surface layer 109 having a refractive index lower than that of the layer 108.

この構成によれば、低屈表面層１０９は平坦化された表面平坦化層１０８上に形成できるので、特別な装置やプロセスを必要とせず、通常の塗布工程で膜厚の均一に形成でき、品質の安定化を図ることが容易である。また、低温ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成することも可能である。その際、低屈表面層１０９を、ＳｉＯ₂などの無機材料で形成すれば熱が加わっても黄変や変形が少なく、耐候性向上も図ることができる。ＳｉＯ₂であれば、屈折率はほぼ１．４６であり、膜厚を９４ｎｍに制御することにより反射率を低減させることが可能である。 According to this configuration, since the low-bending surface layer 109 can be formed on the flattened surface flattening layer 108, a special apparatus or process is not required, and the film thickness can be uniformly formed by a normal coating process. It is easy to stabilize the quality. Further, it can be formed by a low temperature CVD (Chemical Vapor Deposition) method. At this time, if the low-bending surface layer 109 is formed of an inorganic material such as SiO ₂ , yellowing and deformation are hardly caused even when heat is applied, and weather resistance can be improved. In the case of SiO ₂ , the refractive index is approximately 1.46, and the reflectance can be reduced by controlling the film thickness to 94 nm.

また、図３は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００を備えるカメラ１２０の一例を示す模式図である。図３に示すように、カメラ１２０は、赤外カットフィルタ１２１と、絞り１２２と、レンズ１２３とを備える。 FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a camera 120 including the solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 3, the camera 120 includes an infrared cut filter 121, a diaphragm 122, and a lens 123.

カメラの小型化に対する要望により、最近のカメラに搭載されている赤外カットフィルタ１２１は、薄膜化が可能な蒸着型が主流である。このため、赤外カットフィルタ１２１は、斜め光に対しては反射しやすくなっている。したがって、フレアやゴーストの発生を抑えるためには、固体撮像装置１００側での反射低減が必須となっている。 Due to the demand for camera miniaturization, the infrared cut filter 121 mounted on recent cameras is mainly a vapor deposition type capable of thinning. For this reason, the infrared cut filter 121 tends to reflect oblique light. Therefore, in order to suppress the occurrence of flare and ghost, it is essential to reduce reflection on the solid-state imaging device 100 side.

本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００によれば、上述のように、反射率を低減することができるので、図３に示すようなカメラ１２０は、フレア及びゴーストの発生を抑制することができる。したがって、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００は、画質の優れた画像信号を生成することができる。 According to the solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 of the present invention, the reflectance can be reduced as described above, so the camera 120 as shown in FIG. 3 suppresses the occurrence of flare and ghost. be able to. Therefore, the solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 of the present invention can generate an image signal with excellent image quality.

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置では、複数の画素は、複数の種類のいずれかに属し、画素の種類毎に低屈表面層の膜厚が異なることを特徴とする。具体的には、受光部に入射される入射光の波長に応じて、低屈表面層の膜厚が異なっている。 (Embodiment 2)
The solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention is characterized in that the plurality of pixels belong to one of a plurality of types, and the thickness of the low bending surface layer is different for each type of pixel. Specifically, the film thickness of the low bending surface layer varies depending on the wavelength of incident light incident on the light receiving portion.

図４は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２００の構成の一例を示す断面図である。なお、画素の配列は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００と同じであり、図４は、図２に示すＡ−Ａ断面の一部を示している。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the solid-state imaging device 200 according to Embodiment 2 of the present invention. Note that the arrangement of the pixels is the same as that of the solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1, and FIG. 4 shows a part of the AA cross section shown in FIG.

図４に示すように、固体撮像装置２００は、図１に示す実施の形態１の固体撮像装置１００と比較して、低屈表面層１０９の代わりに、低屈表面層２０９を備える点が異なっている。以下では、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。 As shown in FIG. 4, the solid-state imaging device 200 is different from the solid-state imaging device 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that a low-flexing surface layer 209 is provided instead of the low-flexing surface layer 109. ing. In the following, description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and different points will be mainly described.

固体撮像装置２００が備える複数の画素は、複数の種類のいずれかに属する。複数の画素は、例えば、画素に入射される光の波長、具体的には、カラーフィルタが透過する光の波長によって、複数の種類に分類される。例えば、複数の種類は、青色用画素、緑色用画素及び赤色用画素の３種類である。 The plurality of pixels included in the solid-state imaging device 200 belong to one of a plurality of types. The plurality of pixels are classified into a plurality of types depending on, for example, the wavelength of light incident on the pixel, specifically, the wavelength of light transmitted through the color filter. For example, there are three types: a blue pixel, a green pixel, and a red pixel.

低屈表面層２０９は、低屈折率層の一例であり、低屈表面層２０９の膜厚は、画素の種類毎に異なっている。つまり、各々のカラーフィルタ上で、カラーフィルタが透過する光の波長に応じて、低屈表面層２０９の厚みが異なっている。具体的には、カラーフィルタが透過する光の波長が大きい程、低屈表面層２０９の膜厚は、大きくなる。可視光において、波長は、青色光、緑色光、赤色光の順で大きくなるので、低屈表面層２０９の膜厚は、青色用画素、緑色用画素、赤色用画素の順で大きくなる。 The low bending surface layer 209 is an example of a low refractive index layer, and the thickness of the low bending surface layer 209 is different for each type of pixel. That is, on each color filter, the thickness of the low bending surface layer 209 differs depending on the wavelength of light transmitted through the color filter. Specifically, the film thickness of the low bending surface layer 209 increases as the wavelength of light transmitted through the color filter increases. In visible light, the wavelength increases in the order of blue light, green light, and red light, and thus the thickness of the low-refractive-surface layer 209 increases in the order of blue pixels, green pixels, and red pixels.

この構造にすれば、各カラーフィルタを透過する波長を選択して低屈表面層２０９での反射を低減させることにより、各画素で高感度を実現でき、それにより色再現性も良い固体撮像装置２００を実現させることができる。 According to this structure, by selecting the wavelength that passes through each color filter and reducing the reflection at the low-bending surface layer 209, it is possible to realize high sensitivity in each pixel, thereby improving the color reproducibility. 200 can be realized.

具体的には、式（２）より、ブルーフィルタ１０５Ｂ上には、４５０ｎｍでの反射を抑えるため膜厚が概ね７７ｎｍの低屈表面層２０９Ｂが形成されることが好ましい。同様に、グリーンフィルタ１０５Ｇ上には、５５０ｎｍでの反射を抑えるため、膜厚が概ね９４ｎｍの低屈表面層２０９Ｇが形成されることが好ましい。レッドフィルタ１０５Ｒ上には、６５０ｎｍでの反射を抑えるため、膜厚が概ね１１１ｍの低屈表面層２０９Ｒが形成されることが好ましい。 Specifically, from the formula (2), it is preferable that a low-bending surface layer 209B having a thickness of approximately 77 nm is formed on the blue filter 105B in order to suppress reflection at 450 nm. Similarly, in order to suppress reflection at 550 nm, it is preferable to form a low-bending surface layer 209G having a thickness of approximately 94 nm on the green filter 105G. On the red filter 105R, in order to suppress reflection at 650 nm, it is preferable to form a low-bending surface layer 209R having a thickness of approximately 111 m.

ここで、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２００の製造方法について、図５を用いて説明する。表面平坦化層１０８までは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００と同じ構成であり、製造方法については割愛する。 Here, a method of manufacturing the solid-state imaging device 200 according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. The structure up to the surface planarization layer 108 is the same as that of the solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 of the present invention, and the manufacturing method is omitted.

まず、図５の（ａ）に示すように、表面平坦化層１０８上に、低屈表面層２０９となる感光基を含むポジ型材料２１１をスピンコート法で形成する。その後、図５の（ｂ）に示すように、グレー階調を有するマスク２１０を介して、形成した材料を露光する。その際、レッドフィルタ１０５Ｒ上は露光しないように完全遮光し、グリーンフィルタ１０５Ｇ上及びブルーフィルタ１０５Ｂ上は、目的の厚みに応じて照射量を調整するために、グレー階調を設けておく。なお、グレー階調を持ったマスク２１０は、材料に照射される光の量、すなわち、露光量を画素毎に調整することができるマスクである。 First, as shown in FIG. 5A, a positive type material 211 containing a photosensitive group to be the low-bending surface layer 209 is formed on the surface planarizing layer 108 by a spin coating method. Thereafter, as shown in FIG. 5B, the formed material is exposed through a mask 210 having a gray gradation. At this time, the red filter 105R is completely shielded from light so as not to be exposed, and a gray gradation is provided on the green filter 105G and the blue filter 105B in order to adjust the irradiation amount according to the target thickness. Note that the mask 210 having a gray gradation is a mask capable of adjusting the amount of light applied to the material, that is, the exposure amount for each pixel.

その後、図５の（ｃ）に示すように、露光された材料の現像及びポストベークを行うことにより、各画素上に対応する厚みを形成することができる。このように、スピンコート法などいわゆる暗室工程プロセスで形成できるため、工程で広く使用されている設備を流用することができる。また、大口径ウェハにも均一な厚さの膜を形成することができる。 Thereafter, as shown in FIG. 5C, the exposed material can be developed and post-baked to form a corresponding thickness on each pixel. Thus, since it can form by what is called darkroom process processes, such as a spin coat method, the equipment widely used by the process can be diverted. In addition, a film having a uniform thickness can be formed on a large-diameter wafer.

以上のように、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２００は、表面平坦化層１０８上に形成された、当該表面平坦化層１０８より屈折率が低い低屈表面層２０９を備え、当該低屈表面層２０９の膜厚は、画素毎に異なっていることを特徴とする。 As described above, the solid-state imaging device 200 according to Embodiment 2 of the present invention includes the low-bending surface layer 209 having a refractive index lower than that of the surface flattening layer 108 formed on the surface flattening layer 108. The thickness of the low-bending surface layer 209 is different for each pixel.

これにより、画素毎に入射する光の波長を選択して低屈表面層２０９での反射を低減させることにより、各画素で高感度を実現でき、それにより色再現性も良い固体撮像装置２００を実現させることができる。 Accordingly, by selecting the wavelength of light incident on each pixel and reducing the reflection on the low-bending surface layer 209, high sensitivity can be realized in each pixel, and thereby the solid-state imaging device 200 having good color reproducibility. Can be realized.

なお、式（２）を満足すれば、屈折率を同一にする必要はない。例えば、ブルーフィルタ１０５Ｂ上には、膜厚と屈折率との積が４５０／４ｎｍとなるように、低屈表面層２０９Ｂを形成すればよい。同様に、グリーンフィルタ１０５Ｇ上には、膜厚と屈折率との積が５５０／４ｎｍとなるように、低屈表面層２０９Ｇを形成し、レッドフィルタ１０５Ｒ上には、膜厚みと屈折率との積が６５０／４ｎｍとなるように、低屈表面層２０９Ｒを形成すれば、同様の効果を期待できる。 Note that the refractive indexes do not have to be the same as long as the expression (2) is satisfied. For example, the low-bending surface layer 209B may be formed on the blue filter 105B so that the product of the film thickness and the refractive index is 450/4 nm. Similarly, a low bending surface layer 209G is formed on the green filter 105G so that the product of the film thickness and the refractive index is 550/4 nm, and the film thickness and the refractive index are formed on the red filter 105R. The same effect can be expected by forming the low bending surface layer 209R so that the product is 650/4 nm.

また、本実施の形態において、すべてのカラーフィルタ上において適用したが、必ずしもすべてのカラーフィルタ上に適用する必要はなく、特性に懸念のあるカラーフィルタ層上のみに適用してもよい。これにより、色バランスを調整でき、色再現性の良い固体撮像装置を実現させることも可能である。つまり、すべてのカラーフィルタ上において適用することを限定するものではない。 In this embodiment, the present invention is applied to all the color filters. However, the present invention is not necessarily applied to all the color filters, and may be applied only to the color filter layer having a concern about characteristics. Thereby, the color balance can be adjusted, and a solid-state imaging device with good color reproducibility can be realized. In other words, application to all color filters is not limited.

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置では、複数の画素は、所定の領域に二次元状に配列され、当該所定の領域は、中心を含む中央領域と当該中央領域の周囲の領域である周辺領域とを含み、低屈表面層の膜厚は、中央領域と周辺領域とで異なっていることを特徴とする。 (Embodiment 3)
In the solid-state imaging device according to Embodiment 3 of the present invention, the plurality of pixels are two-dimensionally arranged in a predetermined area, and the predetermined area includes a central area including the center and an area around the central area. Including a certain peripheral region, the thickness of the low bending surface layer is different between the central region and the peripheral region.

図６は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置３００の構成の一例を示す断面図である。なお、画素の配列は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００と同じであり、図６は、図２に示すＡ−Ａ断面の一部を示している。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the solid-state imaging device 300 according to Embodiment 3 of the present invention. The arrangement of the pixels is the same as that of the solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1, and FIG. 6 shows a part of the AA cross section shown in FIG.

図６に示すように、固体撮像装置３００は、図１に示す実施の形態１の固体撮像装置１００と比較して、低屈表面層１０９の代わりに、低屈表面層３０９を備える点が異なっている。以下では、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。 As shown in FIG. 6, the solid-state imaging device 300 is different from the solid-state imaging device 100 of Embodiment 1 shown in FIG. 1 in that a low-flexion surface layer 309 is provided instead of the low-flexion surface layer 109. ing. In the following, description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and different points will be mainly described.

なお、固体撮像装置３００が備える複数の画素は、所定の領域に二次元状に配列されている。所定の領域とは、例えば、撮像領域に相当する。 Note that the plurality of pixels included in the solid-state imaging device 300 are two-dimensionally arranged in a predetermined region. The predetermined area corresponds to, for example, an imaging area.

低屈表面層３０９は、低屈折率層の一例であり、図６に示すように、低屈表面層３０９の膜厚は、中央領域と周辺領域とで異なっている。中央領域は、複数の画素が二次元状に配列された撮像領域の中心を含む領域であり、チップの中央部分に相当する。周辺領域は、中央領域の周囲の領域であり、チップの周辺部分に相当する。 The low bending surface layer 309 is an example of a low refractive index layer, and as shown in FIG. 6, the thickness of the low bending surface layer 309 is different between the central region and the peripheral region. The central region is a region including the center of the imaging region in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally, and corresponds to the central portion of the chip. The peripheral area is an area around the central area and corresponds to the peripheral portion of the chip.

チップの中央部分と周辺部分とで低屈表面層３０９の厚みが異なる構造を示している。この構造にすれば、図７に示すような射出瞳距離の短いカメラ３２０に本実施の形態の固体撮像装置３００を適用する場合、チップの中央部と周辺部分との最表面の反射を共に低減させることができ、感度ムラを抑えた高画質なカメラ３２０を実現できる。 This shows a structure in which the thickness of the low bending surface layer 309 is different between the center portion and the peripheral portion of the chip. With this structure, when the solid-state imaging device 300 according to the present embodiment is applied to the camera 320 having a short exit pupil distance as shown in FIG. 7, both the reflection of the outermost surface of the center portion and the peripheral portion of the chip is reduced. Therefore, it is possible to realize a high-quality camera 320 with reduced sensitivity unevenness.

具体的に説明すると、図７に示すように、チップの周辺部分では、レンズ３２３及び絞り３２２を介して入射した光は斜めになるため、チップの中央部分に入射する光に比べて低屈表面層３０９における光路が長くなる。反射における位相の変化を揃えるためには、チップの周辺部分は、チップの中央部分よりも薄くする必要がある。なお、固体撮像装置３００と絞り３２２の間に赤外カットフィルタ（図示せず）を備えていると、赤外線を減らすことができ、ノイズの低減が可能となる。 More specifically, as shown in FIG. 7, in the peripheral portion of the chip, the light incident through the lens 323 and the diaphragm 322 is slanted, so that the surface is less bent than the light incident on the central portion of the chip. The optical path in the layer 309 is lengthened. In order to make the phase change in reflection uniform, it is necessary to make the peripheral part of the chip thinner than the central part of the chip. Note that if an infrared cut filter (not shown) is provided between the solid-state imaging device 300 and the diaphragm 322, infrared rays can be reduced, and noise can be reduced.

理想的には、入射角θとした場合、光路は、光路長をｃｏｓθで割った分だけ長くなる。チップの中央部分では、入射角θは０で、ｃｏｓθは１である。これに対して、チップの周辺部分で入射角θが例えば３０度だとすると、ｃｏｓθは約０．８６６となるため、光路を揃えるためには、周辺領域の低屈表面層３０９の膜厚を、中央領域の膜厚の約０．８６６倍にすることが好ましい。 Ideally, when the incident angle is θ, the optical path becomes longer by the optical path length divided by cos θ. In the central portion of the chip, the incident angle θ is 0 and cos θ is 1. On the other hand, if the incident angle θ is, for example, 30 degrees in the peripheral portion of the chip, cos θ is about 0.866. Therefore, in order to align the optical path, the film thickness of the low-bending surface layer 309 in the peripheral region is set to The thickness is preferably about 0.866 times the film thickness of the region.

本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置３００は、前述したように、グレー階調を設けたマスクを使用することにより形成することが可能である。 As described above, the solid-state imaging device 300 according to Embodiment 3 of the present invention can be formed by using a mask provided with a gray gradation.

以上のように、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置３００では、複数の画素は、中央領域と当該中央領域の周囲の領域である周辺領域とに二次元状に配列され、低屈表面層３０９の膜厚は、中央領域と周辺領域とで異なっていることを特徴とする。具体的には、周辺領域の低屈表面層３０９の膜厚は、中央領域の低屈表面層３０９の膜厚より小さい。より具体的には、中央から端に向かうにつれて、低屈表面層３０９の膜厚が、段階的に又は滑らかに小さくなることが好ましい。このとき、画素毎に、入射角θに応じた膜厚の低屈表面層３０９を備えていてもよい。 As described above, in the solid-state imaging device 300 according to Embodiment 3 of the present invention, the plurality of pixels are two-dimensionally arranged in the central region and the peripheral region that is the peripheral region of the central region, so that low bending is achieved. The thickness of the surface layer 309 is different between the central region and the peripheral region. Specifically, the film thickness of the low bending surface layer 309 in the peripheral region is smaller than the film thickness of the low bending surface layer 309 in the central region. More specifically, it is preferable that the thickness of the low bending surface layer 309 decreases stepwise or smoothly from the center toward the end. At this time, the low bending surface layer 309 having a film thickness corresponding to the incident angle θ may be provided for each pixel.

これにより、中央領域と周辺領域とにおける反射を低減させることができ、感度ムラを抑えることができる。 Thereby, reflection in the central region and the peripheral region can be reduced, and sensitivity unevenness can be suppressed.

以上、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。 As described above, the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which carried out the various deformation | transformation which those skilled in the art can think to the said embodiment, and the form constructed | assembled combining the component in a different embodiment is also contained in the scope of the present invention. .

例えば、図８に示す固体撮像装置４００のように、低屈折率層の一例として、可視光の波長以下のピッチで凸凹状の微細構造の低屈表面層４０９を備えていてもよい。また、その形状を最表面から表面平坦化層１０８に向かって占有率を増やす構造にすることにより、例えば、ＳｉＯ₂膜の場合、有効屈折率も１．０から１．４６に連続的に大きくなり、反射率を大幅に低減することが可能となる。この場合も、表面平坦化層１０８上に形成できるので、膜均一性を良く形成することが可能である。なお、微細構造の高さについては、２００ｎｍ以上であることが好ましい。 For example, like the solid-state imaging device 400 illustrated in FIG. 8, as an example of the low refractive index layer, a low-bending surface layer 409 having an uneven microstructure with a pitch equal to or less than the wavelength of visible light may be provided. Further, by increasing the occupation ratio of the shape from the outermost surface toward the surface planarization layer 108, for example, in the case of a SiO ₂ film, the effective refractive index also increases continuously from 1.0 to 1.46. Thus, the reflectance can be greatly reduced. Also in this case, since it can be formed on the surface flattening layer 108, it is possible to form the film with good uniformity. The height of the fine structure is preferably 200 nm or more.

また、図９に示す固体撮像装置５００のように、マイクロレンズ１０７に沿った曲率の凸部を上面に有する表面平坦化層５０８を備えていてもよい。これにより、表面平坦化層５０８で、集光効果を持たせることができる。なお、表面平坦化層５０８は、本発明に係る平坦化層の一例であって、マイクロレンズ１０７の上方の平坦度を高めるための層である。表面平坦化層５０８が備える凸部は、マイクロレンズ１０７の曲率よりも小さい曲率を有する。すなわち、平坦化層は、平坦度を向上させるものであれば良く、必ずしも表面が完全に平坦なっている必要はない。 Further, like the solid-state imaging device 500 illustrated in FIG. 9, a surface planarization layer 508 having a convex portion with a curvature along the microlens 107 on the upper surface may be provided. Thereby, the surface planarization layer 508 can have a light condensing effect. The surface flattening layer 508 is an example of a flattening layer according to the present invention, and is a layer for increasing the flatness above the microlens 107. The convex portion included in the surface planarization layer 508 has a curvature smaller than the curvature of the microlens 107. That is, the planarization layer may be any layer that improves the flatness, and the surface does not necessarily have to be completely flat.

さらに、表面平坦化層５０８の上に低屈表面層５０９を備えることにより、表面の反射低減も可能となる。このときの低屈表面層５０９は、図９に示す例では、実施の形態１のように、全画素で同じ厚みで形成している。 Furthermore, by providing the low bending surface layer 509 on the surface flattening layer 508, the surface reflection can be reduced. In this example, the low-bending surface layer 509 is formed with the same thickness in all pixels as in the first embodiment.

これに対して、実施の形態２のように色毎で厚みを変えるものでもよく、実施の形態３のようにチップの中央部分と周辺部分とで厚みを変えるものでもよい。さらには、実施の形態の変形例（図８）のように表面の凸凹を備えたものでも構わない。 On the other hand, the thickness may be changed for each color as in the second embodiment, or the thickness may be changed between the central portion and the peripheral portion of the chip as in the third embodiment. Furthermore, it may have a surface irregularity as in the modification of the embodiment (FIG. 8).

これまで述べた実施の形態１〜３及びその変形例において、カラーフィルタは、原色フィルタ（赤、緑、青の３色）を用いたが、補色フィルタ（イエロ、シアン、マゼンタ、緑の４色）を用いてもよい。その他、様々なフィルタでも有効である。 In the first to third embodiments described above and the modifications thereof, the primary color filter (red, green, and blue) is used as the color filter, but the complementary color filter (yellow, cyan, magenta, and green) is used. ) May be used. In addition, various filters are also effective.

また、白黒用や三板式などで使用するカラーフィルタが無い固体撮像装置にも有効である。 It is also effective for a solid-state imaging device without a color filter used for black and white or three-plate type.

また、本実施の形態において、固体撮像装置がＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）イメージセンサに構成される場合を示しているが、ＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサに構成される場合に用いることも可能である。さらに、裏面照射型のイメージセンサに構成される場合に用いることも可能である。 In the present embodiment, the solid-state imaging device is configured as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor. However, the solid-state imaging device may be used as a MOS (Metal Oxide Semiconductor) image sensor. is there. Further, it can also be used in the case of a back-illuminated image sensor.

また、本実施の形態に係る固体撮像装置をデジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラに用いることにより、高感度、高Ｓ／Ｎ比、高色再現性、かつフレアやゴーストの発生を抑えたカメラを実現することができる。 In addition, by using the solid-state imaging device according to this embodiment for digital still cameras and digital movie cameras, a camera with high sensitivity, high S / N ratio, high color reproducibility, and reduced flare and ghosting is realized. can do.

なお、上記の実施の形態はあくまで一例を示したものであり、本発明に係る固体撮像装置は、上記の実施の形態で示した構成に限定されるものではない。 The above-described embodiment is merely an example, and the solid-state imaging device according to the present invention is not limited to the configuration shown in the above-described embodiment.

本発明は、容易な製造プロセスで、十分な反射低減効果を得ることができるという効果を奏し、例えば、ＣＣＤセンサ、ＭＯＳセンサ、デジタルスチルカメラなどの分野において利用可能である。 The present invention has an effect that a sufficient reflection reduction effect can be obtained with an easy manufacturing process, and can be used in the fields of CCD sensors, MOS sensors, digital still cameras, and the like.

１０、１００、２００、３００、４００、５００固体撮像装置
１１シリコン基板
１２フォトダイオード
１３ポリシリコン電極
１４シリコン酸化膜
１５、１０４平坦化膜
１６マイクロレンズ
１７反射防止膜
１８空気又は不活性ガス層
１０１半導体基板
１０２受光部
１０３転送電極
１０５Ｇグリーンフィルタ
１０５Ｒレッドフィルタ
１０５Ｂブルーフィルタ
１０６マイクロレンズ下平坦化膜
１０７マイクロレンズ
１０８、５０８表面平坦化層
１０９、２０９、２０９Ｇ、２０９Ｒ、２０９Ｂ、３０９、４０９、５０９低屈表面層
１２０、３２０カメラ
１２１赤外カットフィルタ
１２２、３２２絞り
１２３、３２３レンズ
２１０マスク
２１１ポジ型材料 10, 100, 200, 300, 400, 500 Solid-state imaging device 11 Silicon substrate 12 Photo diode 13 Polysilicon electrode 14 Silicon oxide film 15, 104 Planarizing film 16 Micro lens 17 Antireflection film 18 Air or inert gas layer 101 Semiconductor Substrate 102 Light receiving portion 103 Transfer electrode 105G Green filter 105R Red filter 105B Blue filter 106 Microlens lower planarization film 107 Microlens 108, 508 Surface planarization layer 109, 209, 209G, 209R, 209B, 309, 409, 509 Low bending Surface layer 120, 320 Camera 121 Infrared cut filter 122, 322 Aperture 123, 323 Lens 210 Mask 211 Positive material

Claims

複数の画素を備える固体撮像装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板に前記画素毎に形成された複数の受光部と、
前記複数の受光部の上方に、前記複数の受光部のそれぞれに入射光を集光するように配置された複数のマイクロレンズと、
前記複数のマイクロレンズ上に形成された平坦化層と、
前記平坦化層上に形成された、前記平坦化層より屈折率が低い低屈折率層とを備える
固体撮像装置。 A solid-state imaging device including a plurality of pixels,
A semiconductor substrate;
A plurality of light receiving portions formed for each of the pixels on the semiconductor substrate;
A plurality of microlenses arranged above each of the plurality of light receiving units to collect incident light on each of the plurality of light receiving units;
A planarization layer formed on the plurality of microlenses;
A solid-state imaging device comprising: a low refractive index layer formed on the planarization layer and having a refractive index lower than that of the planarization layer.

前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、可視光の波長の１／４倍の範囲である
請求項１記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a product of the film thickness and the refractive index of the low refractive index layer is in a range of ¼ times the wavelength of visible light.

前記低屈折率層は、無機物から構成される
請求項１又は２記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the low refractive index layer is made of an inorganic material.

前記平坦化層の屈折率と前記低屈折率層の屈折率との差は、０．０４以上である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a difference between a refractive index of the planarization layer and a refractive index of the low refractive index layer is 0.04 or more.

前記複数の画素は、複数の種類のいずれかに属し、
前記低屈折率層の膜厚は、前記画素の種類毎に異なる
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 The plurality of pixels belong to any of a plurality of types,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a film thickness of the low refractive index layer is different for each type of the pixel.

前記複数の画素は、赤色用画素、緑色用画素、及び、青色用画素のいずれかの種類に属し、
前記低屈折率層の膜厚は、前記青色用画素、前記緑色用画素、前記赤色用画素の順で厚くなる
請求項５記載の固体撮像装置。 The plurality of pixels belong to any one of a red pixel, a green pixel, and a blue pixel,
The solid-state imaging device according to claim 5, wherein a film thickness of the low refractive index layer increases in the order of the blue pixel, the green pixel, and the red pixel.

前記複数の画素は、複数の種類のいずれかに属し、
前記低屈折率層の材質は、前記画素の種類毎に異なる
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 The plurality of pixels belong to any of a plurality of types,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a material of the low refractive index layer is different for each type of the pixel.

前記複数の画素は、赤色用画素、緑色用画素、及び、青色用画素のいずれかの種類に属し、
前記赤色用画素における前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、６５０／４ｎｍであり、
前記緑色用画素における前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、５５０／４ｎｍであり、
前記青色用画素における前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、４４０／４ｎｍである
請求項７記載の固体撮像装置。 The plurality of pixels belong to any one of a red pixel, a green pixel, and a blue pixel,
The product of the film thickness and the refractive index of the low refractive index layer in the red pixel is 650/4 nm,
The product of the film thickness and refractive index of the low refractive index layer in the green pixel is 550/4 nm,
The solid-state imaging device according to claim 7, wherein a product of a film thickness and a refractive index of the low refractive index layer in the blue pixel is 440/4 nm.

前記複数の画素は、所定の領域に二次元状に配列され、
前記所定の領域は、中心を含む中央領域と、当該中央領域の周囲の領域である周辺領域とを含み、
前記低屈折率層の膜厚は、前記中央領域と前記周辺領域とで異なっている
請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 The plurality of pixels are two-dimensionally arranged in a predetermined region,
The predetermined region includes a central region including a center, and a peripheral region that is a region around the central region,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a film thickness of the low refractive index layer is different between the central region and the peripheral region.

前記周辺領域における前記低屈折率層の膜厚は、前記中央領域における前記低屈折率層の膜厚より小さい
請求項９記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 9, wherein a film thickness of the low refractive index layer in the peripheral region is smaller than a film thickness of the low refractive index layer in the central region.

前記平坦化層は、さらに、前記マイクロレンズに沿った曲率の凸部を上面に有する
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the planarization layer further includes a convex portion having a curvature along the microlens on an upper surface.

前記低屈折率層は、可視光の波長以下のピッチで凸凹状の微細構造を有する
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 11, wherein the low refractive index layer has an uneven microstructure with a pitch equal to or less than a wavelength of visible light.

複数の画素を備える固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板に前記画素毎に複数の受光部を形成する工程と、
前記複数の受光部の上方に、前記複数の受光部のそれぞれに入射光を集光するように複数のマイクロレンズを形成する工程と、
前記複数のマイクロレンズ上に、平坦化層を形成する工程と、
前記平坦化層上に、当該平坦化層より屈折率が低い低屈折率層を形成する工程とを含む
固体撮像装置の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device including a plurality of pixels,
Forming a plurality of light receiving portions for each pixel on a semiconductor substrate;
Forming a plurality of microlenses above the plurality of light receiving units so as to collect incident light on each of the plurality of light receiving units;
Forming a planarization layer on the plurality of microlenses;
Forming a low refractive index layer having a refractive index lower than that of the planarization layer on the planarization layer.

前記低屈折率層を形成する工程では、前記平坦化層より屈折率が低い材料を塗布することで、前記低屈折率層を形成する
請求項１３記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 13, wherein in the step of forming the low refractive index layer, the low refractive index layer is formed by applying a material having a refractive index lower than that of the planarizing layer.

前記低屈折率層を形成する工程では、前記平坦化層より屈折率が低い材料をＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により堆積させることで、前記低屈折率層を形成する
請求項１３記載の固体撮像装置の製造方法。 The solid-state imaging according to claim 13, wherein in the step of forming the low refractive index layer, the low refractive index layer is formed by depositing a material having a refractive index lower than that of the planarizing layer by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Device manufacturing method.

前記低屈折率層を形成する工程は、
前記平坦化層より屈折率が低く、かつ、感光基を含む材料を、前記平坦化層上に形成する工程と、
グレー階調を有するマスクを介して、堆積された前記材料を形成する工程と、
露光された前記材料を現像することで、前記画素毎に膜厚が異なる前記低屈折率層を形成する工程とを含む
請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。 The step of forming the low refractive index layer includes:
Forming a material having a refractive index lower than that of the planarization layer and containing a photosensitive group on the planarization layer;
Forming the deposited material through a mask having a gray gradation;
The manufacturing method of the solid-state imaging device of any one of Claims 13-15 including developing the said exposed material, and forming the said low refractive index layer from which a film thickness differs for every said pixel. .