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JP2008016760A - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2008016760A
JP2008016760A JP2006189015A JP2006189015A JP2008016760A JP 2008016760 A JP2008016760 A JP 2008016760A JP 2006189015 A JP2006189015 A JP 2006189015A JP 2006189015 A JP2006189015 A JP 2006189015A JP 2008016760 A JP2008016760 A JP 2008016760A
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JP
Japan
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microlens
lens
adjacent
microlenses
auxiliary lens
Prior art date
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Pending
Application number
JP2006189015A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Matsushita
佳弘 松下
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】高感度で且つライン濃淡が発生しにくい固体撮像素子を実現できるようにする。
【解決手段】固体撮像素子は、行列状に配置された複数の光電変換素子12と、それぞれが、各光電変換素子12と対応して形成された複数のカラーフィルタ8と、それぞれが、各光電変換素子12と対応して形成された複数のマイクロレンズ19とを備えている。複数のマイクロレンズ19のうち、行方向及び列方向に一つおきに配置された各マイクロレンズ19は、複数の補助レンズ20をそれぞれ有し、各補助レンズ20は、各補助レンズ20に入射した光が補助レンズ20を有するマイクロレンズ19と対応する光電変換素子12に入射するように集光する。
【選択図】図2
A solid-state imaging device that is highly sensitive and hardly generates line shading is realized.
A solid-state imaging device includes a plurality of photoelectric conversion elements 12 arranged in a matrix, and a plurality of color filters 8 each formed corresponding to each photoelectric conversion element 12. A plurality of microlenses 19 formed corresponding to the conversion element 12 are provided. Among the plurality of microlenses 19, each microlens 19 arranged alternately in the row direction and the column direction has a plurality of auxiliary lenses 20, and each auxiliary lens 20 is incident on each auxiliary lens 20. Light is condensed so as to enter the photoelectric conversion element 12 corresponding to the microlens 19 having the auxiliary lens 20.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は固体撮像素子及びその製造方法に関し、特にマイクロレンズを有する固体撮像素子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 and a manufacturing method thereof.

デジタルカメラ及びビデオカメラ等に用いる固体撮像素子は、カメラの解像度を高めるために、高画素化及び微細化が進められている。カメラの解像度は、さらに高くすることが求められており、固体撮像素子の高画素化及び微細化はさらに加速されることが予想される。   Solid-state imaging devices used for digital cameras, video cameras, and the like have been increased in pixel size and miniaturization in order to increase the resolution of the camera. The resolution of the camera is required to be further increased, and it is expected that the increase in the number of pixels and the miniaturization of the solid-state imaging device will be further accelerated.

固体撮像素子の受光素子が光電変換に寄与する領域である開口部は、固体撮像素子のサイズや画素数に依存する。このため、固体撮像素子の高画素化及び微細化により、開口部の面積は固体撮像素子の全面積の20%〜40%程度に限られてしまう。開口部面積の低下は、固体撮像素子の感度低下にそのままつながるため、受光素子上に集光用のマイクロレンズを形成することにより集光効率を向上させ、開口部面積の低下を補うことが一般的に行われている。しかし、解像度が高い固体撮像素子が要求されるようになり、これに伴ってマイクロレンズによる集光効率が低下し、感度が低下する問題及びスミア等が発生してノイズが増加する問題がクローズアップされてきている。   The opening, which is a region where the light receiving element of the solid-state image sensor contributes to photoelectric conversion, depends on the size of the solid-state image sensor and the number of pixels. For this reason, the area of the opening is limited to about 20% to 40% of the total area of the solid-state imaging device due to the increase in the number of pixels and the miniaturization of the solid-state imaging device. Since the decrease in the aperture area directly leads to a decrease in the sensitivity of the solid-state image sensor, it is common to improve the condensing efficiency by forming a condensing microlens on the light receiving element to compensate for the decrease in the aperture area. Has been done. However, a solid-state image sensor with high resolution is required, and with this, the condensing efficiency by the microlens is lowered, and the problem that sensitivity is lowered and smear is generated and noise is increased is highlighted. Has been.

また、画素の微細化により、縞状の画像不良であるライン濃淡が発生しやすくなる。ライン濃淡が発生する原因は、赤色の光を受光する光電変換素子(R画素)の上に形成されたマイクロレンズから緑色の光を受光する光電変換素子(G画素)に入射する迷光と、青色の光を受光する光電変換素子(B画素)の上に形成されたマイクロレンズから緑色の光を受光する光電変換素子(G画素)に入射する迷光との大きさが異なることが原因であると考えられる。画素の微細化によりマイクロレンズの集光効率が低下し、本来の光電変換素子に入射する光の量が低下すると、迷光成分の影響が大きくなり、ライン濃淡が発生しやすくなる。   Further, line shading, which is a striped image defect, is likely to occur due to pixel miniaturization. The cause of the occurrence of line shading is stray light incident on a photoelectric conversion element (G pixel) that receives green light from a microlens formed on the photoelectric conversion element (R pixel) that receives red light, and blue light. This is because the size of the stray light incident on the photoelectric conversion element (G pixel) that receives green light from the microlens formed on the photoelectric conversion element (B pixel) that receives the green light is different. Conceivable. If the microlens condensing efficiency decreases due to pixel miniaturization and the amount of light incident on the original photoelectric conversion element decreases, the influence of the stray light component increases and line shading is likely to occur.

ライン濃淡の発生を防止するためには、マイクロレンズの集光効率を向上させてやる必要がある。マイクロレンズの集光効率を向上させるために、マイクロレンズ同士の間に発生する無効領域に入射する光を光電変換素子に集光する方法が知られている。一般に、マイクロレンズは、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィ技術と熱フロー技術とを併用し形成しているので、これらの技術からくる制約から、行列状に配置されたマイクロレンズの対角線方向には0.5μm程度の無効領域が発生する(例えば、特許文献1を参照。)。無効領域に入射した光は光電変換素子に集光されないため、感度低下の原因となる。また、無効領域に入射した光は遮光部に入射するため、スミアの原因となる。無効領域の発生を防止する方法として、無効領域に透明樹脂層を設ける技術(例えば、特許文献2を参照。)及びマイクロレンズ同士の間の部分に凹レンズとなる溝を形成する技術が開示されている(例えば、特許文献3を参照。)。   In order to prevent the occurrence of line shading, it is necessary to improve the light collection efficiency of the microlens. In order to improve the condensing efficiency of microlenses, a method of condensing light incident on an ineffective area generated between microlenses on a photoelectric conversion element is known. In general, microlenses are formed using a combination of photolithographic technology using heat-sensitive resin and heat flow technology. Due to the limitations of these technologies, the microlenses arranged in a matrix form in the diagonal direction. An invalid area of about 0.5 μm is generated (see, for example, Patent Document 1). Since the light incident on the invalid region is not condensed on the photoelectric conversion element, it causes a decrease in sensitivity. Moreover, since the light incident on the invalid region enters the light shielding portion, it causes smear. As a method for preventing the generation of an ineffective area, a technique for providing a transparent resin layer in the ineffective area (see, for example, Patent Document 2) and a technique for forming a groove serving as a concave lens in a portion between microlenses are disclosed. (For example, refer to Patent Document 3).

また、入射光の混色によるライン濃淡の発生を抑えるには、特に緑色の光を受光する光電変換素子に入射する光の量を増やしてやることが有効である。このため、各色の画素ごとにマイクロレンズの大きさ及び高さを変えて入射光量を調整する技術が開示されている(例えば、特許文献4を参照。)。
特許2776810号明細書 特開2001−274369号公報 特開平5−27196号公報 特開平9−116127号公報
In order to suppress the occurrence of line shading due to color mixing of incident light, it is particularly effective to increase the amount of light incident on the photoelectric conversion element that receives green light. For this reason, a technique for adjusting the amount of incident light by changing the size and height of the microlens for each color pixel has been disclosed (see, for example, Patent Document 4).
Japanese Patent No. 2776810 JP 2001-274369 A JP-A-5-27196 JP-A-9-116127

しかしながら、特許文献2の技術は、透明樹脂層の粘度にたよった方法であるため、目的とする形状を得ることが困難であるという問題がある。また、特許文献3の技術は、エッチングにより溝を形成するため、凹レンズの選択的な曲率制御が困難であり、凹レンズ中央部分に入射する光が集光できず、入射光を有効利用できないという問題がある。   However, since the technique of Patent Document 2 is a method based on the viscosity of the transparent resin layer, there is a problem that it is difficult to obtain a target shape. Moreover, since the technique of patent document 3 forms a groove | channel by an etching, the selective curvature control of a concave lens is difficult, the light which injects into the center part of a concave lens cannot be condensed, and the problem that incident light cannot be used effectively There is.

また、ライン濃淡の発生を抑えるためにマイクロレンズの大きさ及び高さを変えると、マイクロレンズの焦点距離が変化するため、入射光を効率的に集光することができず、全体として感度が低下するという問題がある。   Also, if the size and height of the microlens is changed to suppress the occurrence of line shading, the focal length of the microlens changes, so that incident light cannot be collected efficiently, and overall sensitivity is improved. There is a problem of lowering.

本発明は、前記従来の問題を解決し、高感度で且つライン濃淡が発生しにくい固体撮像素子を実現できるようにすることを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to realize a solid-state imaging device that is highly sensitive and hardly generates line shading.

前記の目的を達成するため、本発明は固体撮像素子を、補助レンズを有するマイクロレンズを備えた構成とする。   In order to achieve the above object, according to the present invention, the solid-state imaging device includes a microlens having an auxiliary lens.

具体的に、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光電変換素子と、それぞれが、各光電変換素子と対応して形成され、原色ベイヤ配列を構成するように配置された複数のカラーフィルタと、それぞれが、各光電変換素子と対応して形成され、対応する光電変換素子に光を集光する複数のマイクロレンズとを備え、複数のマイクロレンズのうち、行方向及び列方向に一つおきに配置された各マイクロレンズは、それぞれ補助レンズを有し、補助レンズはそれぞれ、補助レンズに入射した光が、補助レンズを有するマイクロレンズと対応する光電変換素子に入射するように集光することを特徴とする
本発明の固体撮像素子によれば、行方向及び列方向に一つおきに配置された各マイクロレンズは、それぞれ補助レンズを有しているため、マイクロレンズ同士の間の隙間部分に入射した光を光電変換素子に集光することができる。従って、マイクロレンズ同士の間の隙間部分に入射した光を有効利用することができ、感度を向上させることができると共に、スミア等のノイズの発生を低減することができる。また、補助レンズと対応する光電変換素子への集光効率が向上するため、特定の色の画素の感度を向上させることができる。従って、迷光成分の影響を低減できるので、ライン濃淡の発生を抑えることができる。
Specifically, the solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a matrix, each formed corresponding to each photoelectric conversion element, and arranged so as to constitute a primary color Bayer array. A plurality of color filters, each of which is formed corresponding to each photoelectric conversion element, and a plurality of microlenses for condensing light on the corresponding photoelectric conversion element. Each microlens arranged in the column direction has an auxiliary lens, and each auxiliary lens has light incident on the auxiliary lens incident on a photoelectric conversion element corresponding to the microlens having the auxiliary lens. According to the solid-state imaging device of the present invention, each microlens arranged in the row direction and the column direction has an auxiliary lens, respectively. Therefore, the light incident on the gap portion between the microlenses can be condensed on the photoelectric conversion element. Therefore, it is possible to effectively use the light incident on the gap portion between the microlenses, improve the sensitivity, and reduce the occurrence of noise such as smear. Further, since the light collection efficiency to the photoelectric conversion element corresponding to the auxiliary lens is improved, the sensitivity of the pixel of a specific color can be improved. Therefore, since the influence of the stray light component can be reduced, the occurrence of line shading can be suppressed.

本発明の固体撮像素子において、複数のカラーフィルタは、赤色のフィルタ、緑色のフィルタ及び青色のフィルタであり、補助レンズを有するマイクロレンズは、緑色のフィルタと対応するマイクロレンズであり、補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とのうちの少なくとも一方に形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、緑色の光を受光するG画素の感度を他の画素よりも高くすることができるため、ライン濃淡の発生を確実に抑えることができる。   In the solid-state imaging device of the present invention, the plurality of color filters are a red filter, a green filter, and a blue filter, a microlens having an auxiliary lens is a microlens corresponding to the green filter, and the auxiliary lens is In the microlens having the auxiliary lens, at least one of a portion between the microlenses adjacent in the diagonal direction and a portion between the microlens adjacent in the row direction and the microlens adjacent in the column direction It is preferable to be formed. With such a configuration, the sensitivity of the G pixel that receives green light can be made higher than that of the other pixels, so that the occurrence of line shading can be reliably suppressed.

本発明の固体撮像素子において、複数のカラーフィルタは、赤色のフィルタ、緑色のフィルタ及び青色のフィルタであり、補助レンズを有するマイクロレンズは、赤色のフィルタと対応するマイクロレンズ及び青色のフィルタと対応するマイクロレンズであり、補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とのうちの少なくとも一方に形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、赤色の光を受光するR画素及び青色の光を受光するB画素から、G画素に入射する迷光成分を低減することができるので、ライン濃淡の発生を確実に抑えることができる。   In the solid-state imaging device of the present invention, the plurality of color filters are a red filter, a green filter and a blue filter, and a microlens having an auxiliary lens corresponds to a microlens and a blue filter corresponding to the red filter. The auxiliary lens is a portion of the microlens having the auxiliary lens between the microlens adjacent in the diagonal direction, the microlens adjacent in the row direction, and the microlens adjacent in the column direction. It is preferable that it is formed in at least one of the intermediate portions. By adopting such a configuration, stray light components incident on the G pixel can be reduced from the R pixel that receives red light and the B pixel that receives blue light. Can be suppressed.

本発明の固体撮像素子において、各マイクロレンズは、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間に隙間を有し且つ行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズと互いにレンズ曲面を対向させて接するように配置され、補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とに形成され、補助レンズを有する複数のマイクロレンズのうちの一のマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、一のマイクロレンズと対角線方向に隣接するマイクロレンズにおける一のマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズと互いにレンズ曲面を対向して接し、一のマイクロレンズにおける、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、一のマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズのレンズ曲面の一部を覆うように形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、補助レンズに入射した光を補助レンズと対応する光電変換素子に確実に入射することができる。   In the solid-state imaging device of the present invention, each microlens has a gap between the microlenses adjacent to each other in the diagonal direction, and the microlenses adjacent to each other in the row direction and the microlenses adjacent to each other in the column direction face each other. The auxiliary lens is a part of the microlens having the auxiliary lens between the diagonally adjacent microlens, the microlens adjacent in the row direction, and the microlens adjacent in the column direction. The auxiliary lens formed in the portion between the microlenses adjacent to each other in the diagonal direction in one microlens of the plurality of microlenses having the auxiliary lens It is formed in the part between the lens and one microlens in the diagonally adjacent microlens. The auxiliary lens formed on the portion between the micro lens adjacent in the row direction and the micro lens adjacent in the column direction in one micro lens is in contact with the lens surface opposite to each other. It is preferable that the lens is formed so as to cover a part of the lens curved surface of the micro lens adjacent to the lens in the row direction and the micro lens adjacent to the column direction. With such a configuration, light incident on the auxiliary lens can be reliably incident on the photoelectric conversion element corresponding to the auxiliary lens.

本発明の固体撮像素子において、各マイクロレンズは、対角線方向に隣接するマイクロレンズと互いにレンズ曲面を対向させて接し且つ行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズと互いにレンズ曲面を対向させて接するように配置され、補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成され、補助レンズを有する複数のマイクロレンズのうちの一のマイクロレンズに形成された補助レンズは、一のマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズのレンズ曲面の一部を覆うように形成されていることが好ましい。   In the solid-state imaging device of the present invention, each microlens is in contact with the microlenses adjacent in the diagonal direction so that the lens curved surfaces face each other and is adjacent to the microlenses adjacent in the row direction and the microlenses adjacent in the column direction. The auxiliary lenses are arranged so as to face each other, and the auxiliary lens is formed in a portion between the micro lens having the auxiliary lens, the micro lens adjacent in the row direction, and the micro lens adjacent in the column direction, and has a plurality of auxiliary lenses The auxiliary lens formed on one of the microlenses is formed so as to cover a part of the lens curved surface of the microlens adjacent to the one microlens in the row direction and the microlens adjacent to the column direction. It is preferable.

本発明の固体撮像素子において、各マイクロレンズは、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間に隙間を有し且つ行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間に隙間を有するように配置され、各補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とに形成され、補助レンズを有する複数のマイクロレンズのうちの一のマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、一のマイクロレンズと対角線方向に隣接するマイクロレンズにおける一のマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズと互いにレンズ曲面を対向して接し、一のマイクロレンズにおける、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、一のマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズと、互いにレンズ曲面を対向させて形成されていることが好ましい。   In the solid-state imaging device of the present invention, each microlens has a gap between the microlenses adjacent in the diagonal direction and a gap between the microlens adjacent in the row direction and the microlens adjacent in the column direction. And each auxiliary lens includes a portion between the microlenses adjacent to each other in the diagonal direction, a microlens adjacent to each other in the row direction, and a microlens adjacent to each other in the column direction. The auxiliary lens formed in the portion between the microlenses adjacent to each other in the diagonal direction in one microlens of the plurality of microlenses having the auxiliary lens is formed as one microlens. Lens formed in a portion between the microlens and one microlens in the diagonally adjacent microlens Auxiliary lenses that are in contact with each other with their lens curved surfaces facing each other and between the microlens adjacent in the row direction and the microlens adjacent in the column direction in one microlens are aligned with the one microlens in the row direction. It is preferable that the microlenses adjacent to each other and the microlenses adjacent to each other in the column direction are formed with their lens curved surfaces facing each other.

本発明の固体撮像素子において補助レンズは、下に凸でないレンズ曲面を有することが好ましい。また、補助レンズは、レンズ面が平面状であってもよい。   In the solid-state imaging device of the present invention, the auxiliary lens preferably has a lens curved surface that is not convex downward. The auxiliary lens may have a planar lens surface.

本発明の固体撮像素子において補助レンズは、マイクロレンズと一体に形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、補助レンズとマイクロレンズとの界面における反射を低減できる。   In the solid-state imaging device of the present invention, the auxiliary lens is preferably formed integrally with the microlens. With such a configuration, reflection at the interface between the auxiliary lens and the microlens can be reduced.

本発明に係る第1の固体撮像素子の製造方法は、基板の上に形成された平坦化層の上に行列状に配置された複数のマイクロレンズを形成する工程と、マイクロレンズが形成された平坦化層の上にレンズ材料を塗布した後、塗布したレンズ材料をパターニングすることにより、複数のマイクロレンズのうち、行方向及び列方向に一つおきに形成されたマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とのうちの少なくとも一方に補助レンズ形成膜を形成する工程と、補助レンズ形成膜を熱フローにより曲面とすることにより補助レンズを形成する工程とを備えていることを特徴とする。   In the first method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, a step of forming a plurality of microlenses arranged in a matrix on a planarization layer formed on a substrate, and the microlens are formed. After applying the lens material on the planarizing layer, the applied lens material is patterned, so that among the plurality of microlenses, the microlenses formed in the row direction and the column direction are alternately arranged in the diagonal direction. Forming an auxiliary lens forming film on at least one of a portion between adjacent microlenses and a portion between microlenses adjacent in the row direction and microlenses adjacent in the column direction; and the auxiliary lens And a step of forming an auxiliary lens by forming the curved surface by a heat flow.

第1の固体撮像装置の製造方法によれば、補助レンズ形成膜を形成する工程と、補助レンズ形成膜を熱フローにより曲面とすることにより補助レンズを形成する工程とを備えているため、所定の場所に所定の曲率を有する補助レンズを確実に形成することができる。従って、高感度で且つライン濃淡が発生しにくい固体撮像素子を容易に実現することができる。   According to the first method for manufacturing a solid-state imaging device, the method includes a step of forming an auxiliary lens forming film and a step of forming the auxiliary lens by forming the auxiliary lens forming film into a curved surface by heat flow. It is possible to reliably form an auxiliary lens having a predetermined curvature at the location. Therefore, it is possible to easily realize a solid-state imaging device that is highly sensitive and hardly generates line shading.

本発明に係る第2の固体撮像素子の製造方法は、基板の上に形成された平坦化層の上にレンズ材料を塗布する工程と、マスクのクロム層に濃淡をつけたグレースケールマスクを用いてレンズ材料を露光することにより、補助レンズと一体となったマイクロレンズを形成する工程とを備えていることを特徴とする。   The second method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention uses a step of applying a lens material on a planarizing layer formed on a substrate, and a gray scale mask in which the chrome layer of the mask is shaded. And a step of forming a microlens integrated with the auxiliary lens by exposing the lens material.

第2の固体撮像装置の製造方法によれば、補助レンズと一体となったマイクロレンズを形成する工程を備えているため、補助レンズとマイクロレンズとの界面において、入射光が反射することを防止することができる。従って、高感度で且つライン濃淡が発生しにくい固体撮像素子を容易に実現することができる。   According to the second method for manufacturing a solid-state imaging device, since the microlens integrated with the auxiliary lens is provided, incident light is prevented from being reflected at the interface between the auxiliary lens and the microlens. can do. Therefore, it is possible to easily realize a solid-state imaging device that is highly sensitive and hardly generates line shading.

本発明に係る固体撮像素子によれば、高感度で且つライン濃淡が発生しにくい固体撮像素子を実現できる。   According to the solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to realize a solid-state imaging device that is highly sensitive and hardly generates line shading.

(一実施形態)
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図1は一実施形態に係る固体撮像素子の平面構成を示している。図2(a)〜(c)は本実施形態に係る半導体装置の断面構成であり、(a)は図1のIIa−IIa線における断面構成を示し、(b)は図1のIIb−IIb線における断面構成を示し、(c)は図1のIIc−IIc線における断面構成を示している。図1及び図2に示すように本実施形態の固体撮像素子は、複数の光電変換素子12が行列状に配置されている。また、赤色(R)フィルタ、緑色(G)フィルタ及び青色(B)フィルタが原色ベイヤ配列を構成するように配置されている。これにより、緑色の光を受光するG画素が市松模様を形成するように配置され、G画素の間に赤色の光を受光するR画素又は青色の光を受光するB画素が配置されている。
(One embodiment)
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a planar configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment. 2A to 2C are cross-sectional configurations of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 2A illustrates a cross-sectional configuration along line IIa-IIa in FIG. 1, and FIG. 2B illustrates IIb-IIb in FIG. The cross-sectional structure in a line is shown, (c) has shown the cross-sectional structure in the IIc-IIc line | wire of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, in the solid-state imaging device of this embodiment, a plurality of photoelectric conversion elements 12 are arranged in a matrix. Further, the red (R) filter, the green (G) filter, and the blue (B) filter are arranged so as to constitute a primary color Bayer array. Thereby, G pixels that receive green light are arranged so as to form a checkered pattern, and R pixels that receive red light or B pixels that receive blue light are arranged between the G pixels.

本実施形態の固体撮像素子は、シリコン等からなる半導体基板11と、半導体基板11に形成された光電変換素子12及び転送チャネル13とを備えている。半導体基板11の上には酸化シリコン等からなる絶縁膜31が形成されている。転送チャネル13の上には、絶縁膜31を介して転送電極15が形成されており、転送電極15は絶縁膜32に覆われている。絶縁膜32の上には、転送電極15を覆い且つ光電変換素子12を露出する開口部を有する遮光膜16が形成されている。   The solid-state imaging device of this embodiment includes a semiconductor substrate 11 made of silicon or the like, a photoelectric conversion element 12 and a transfer channel 13 formed on the semiconductor substrate 11. An insulating film 31 made of silicon oxide or the like is formed on the semiconductor substrate 11. A transfer electrode 15 is formed on the transfer channel 13 via an insulating film 31, and the transfer electrode 15 is covered with an insulating film 32. On the insulating film 32, a light shielding film 16 that covers the transfer electrode 15 and has an opening that exposes the photoelectric conversion element 12 is formed.

遮光膜16の上には平坦化層33が形成されており、平坦化層33の上にはカラーフィルタ8が形成されている、カラーフィルタ8は、Rフィルタ8A、Gフィルタ8B及びBフィルタ8Cを含んでいる。   A planarizing layer 33 is formed on the light shielding film 16, and a color filter 8 is formed on the planarizing layer 33. The color filter 8 includes an R filter 8A, a G filter 8B, and a B filter 8C. Is included.

カラーフィルタ8の上には、平坦化層34が形成されており、平坦化層34の上にはマイクロレンズ19が形成されている。本実施形態の固体撮像素子は、G画素と対応して形成されたマイクロレンズ19は、行方向、列方向及び対角線方向のそれぞれに形成された補助レンズ20を有している。   A planarizing layer 34 is formed on the color filter 8, and a microlens 19 is formed on the planarizing layer 34. In the solid-state imaging device of the present embodiment, the microlens 19 formed corresponding to the G pixel has auxiliary lenses 20 formed in the row direction, the column direction, and the diagonal direction, respectively.

対称な平面形状を有するマイクロレンズ19は、行方向及び列方向にほぼ隙間なく形成したとしても、対角線方向には大きな隙間が生じてしまう。対角線方向に生じたレンズの隙間部分に入射した光は、光電変換素子12に入射することがないため、固体撮像素子の感度低下につながる。また、隙間部分に入射した光は、遮光膜16に入射することになるため、スミアの発生原因となる。   Even if the microlens 19 having a symmetrical planar shape is formed with almost no gap in the row direction and the column direction, a large gap is generated in the diagonal direction. Light incident on the gap between the lenses generated in the diagonal direction does not enter the photoelectric conversion element 12, leading to a decrease in sensitivity of the solid-state imaging element. Further, since the light incident on the gap portion enters the light shielding film 16, it causes smear.

本実施形態の固体撮像素子は対角線方向に生じるマイクロレンズ19同士の隙間部分に、それぞれ二つの補助レンズ20が形成されている。図2(a)に示すように隙間部分に形成された二つの補助レンズ20は、対角線方向に形成された二つのG画素同士の中間の位置において互いにレンズ曲面を対向させて接するように形成されている。これにより、二つの補助レンズ20が接する部分の対角線方向の断面は、下に凸なV字形状となる。このため、隙間部分に入射した光の大部分は、二つのG画素に均等に配分されて入射する。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, two auxiliary lenses 20 are formed in the gap portions between the microlenses 19 generated in the diagonal direction. As shown in FIG. 2A, the two auxiliary lenses 20 formed in the gap portion are formed so as to contact each other with their lens curved surfaces facing each other at an intermediate position between the two G pixels formed in the diagonal direction. ing. Thereby, the cross section of the diagonal direction of the part which the two auxiliary lenses 20 contact becomes a V-shape convex downward. For this reason, most of the light incident on the gap portion is equally distributed to the two G pixels.

また、図2(b)に示すように行方向に形成された補助レンズ20は、G画素と行方向に隣接するR画素の上に形成されたマイクロレンズ19のレンズ曲面の一部を覆うように形成されている。行方向においては、二つのマイクロレンズ19がレンズ曲面を対向させて互いに接しており、二つのマイクロレンズ19が接する部分の行方向の断面は、下に凸なV字形状となる。このため、行方向に形成された補助レンズ20は、二つのマイクロレンズ19のレンズ曲面が形成するV字状の谷の一部を埋めるように形成され、R画素に入射するはずの光の一部がG画素に集光される。   Further, as shown in FIG. 2B, the auxiliary lens 20 formed in the row direction covers a part of the lens curved surface of the microlens 19 formed on the R pixel adjacent to the G pixel in the row direction. Is formed. In the row direction, the two microlenses 19 are in contact with each other with their lens curved surfaces facing each other, and the section in the row direction of the portion where the two microlenses 19 are in contact has a downwardly convex V shape. For this reason, the auxiliary lens 20 formed in the row direction is formed so as to fill a part of the V-shaped valley formed by the lens curved surfaces of the two microlenses 19, and is one of the light that should be incident on the R pixel. The part is focused on the G pixel.

なお、図2(b)においてはG画素とR画素とが形成された行について示しているが、G画素とB画素とが形成された行についても、マイクロレンズ19及び補助レンズ20の配置は同一である。また、列方向の断面についても行方向の断面と同一である。   In FIG. 2B, the row where the G pixel and the R pixel are formed is shown, but the arrangement of the microlens 19 and the auxiliary lens 20 is also arranged for the row where the G pixel and the B pixel are formed. Are the same. Further, the cross section in the column direction is the same as the cross section in the row direction.

これにより、隣接するR画素及びB画素に入射するはずの光の一部がG画素に入射するため、G画素の感度がR画素及びB画素よりも高くなる。   As a result, part of the light that should be incident on the adjacent R and B pixels is incident on the G pixel, so that the sensitivity of the G pixel is higher than that of the R and B pixels.

行方向にR画素と隣接するG画素であるGr画素の感度と行方向にB画素と隣接するG画素であるGb画素の感度との比(Gr/Gb)の値が1からはずれると縞状の画像不良であるライン濃淡が発生する。Gr/Gbの値が1からはずれる原因は、R画素及びB画素の上に形成されたマイクロレンズ19からのGr画素及びGb画素に入射する迷光であると考えられる。従って、Gr画素及びGb画素に集光される光の量を増やしてやることにより、Gr画素及びGb画素に与える迷光の影響が相対的に小さくなり、Gr/Gbの値を1に近づけることができる。   If the ratio (Gr / Gb) between the sensitivity of the Gr pixel that is the G pixel adjacent to the R pixel in the row direction and the sensitivity of the Gb pixel that is the G pixel adjacent to the B pixel in the row direction deviates from 1, the stripe shape Line shading, which is an image defect, occurs. The reason why the value of Gr / Gb deviates from 1 is considered to be stray light incident on the Gr pixel and the Gb pixel from the microlens 19 formed on the R pixel and the B pixel. Therefore, by increasing the amount of light condensed on the Gr pixel and the Gb pixel, the influence of stray light on the Gr pixel and the Gb pixel becomes relatively small, and the value of Gr / Gb can be made close to 1. it can.

本実施形態の固体撮像素子は、マイクロレンズ19同士の隙間部分に入射した光をG画素に集光すると共に、R画素及びB画素に入射するはずの光の一部もG画素に集光している。これにより、G画素(Gr画素及びGb画素)の感度を上昇させることができるため、相対的にG画素の入射する迷光の割合が低下する。その結果Gr/Gbの値を1に近づけることができるのでライン濃淡の発生を低減することができる。   The solid-state imaging device of the present embodiment condenses the light incident on the gap between the microlenses 19 on the G pixel, and also condenses a part of the light that should be incident on the R pixel and the B pixel on the G pixel. ing. Thereby, since the sensitivity of G pixel (Gr pixel and Gb pixel) can be raised, the ratio of the stray light which G pixel injects relatively falls. As a result, the value of Gr / Gb can be made close to 1, so that the occurrence of line shading can be reduced.

なお、本実施形態においてはG画素に入射光を集める構造について説明したが、B画素及びR画素に対応するマイクロレンズ19に補助レンズ20を形成すれば、B画素及びR画素に入射光を集めることができる。B画素及びR画素に入射光を集めると、B画素及びR画素からG画素への迷光を低減できるため、G画素に入射光を集めた場合と同様にライン濃淡の低減効果が得られる。   In the present embodiment, the structure for collecting incident light on the G pixel has been described. However, if the auxiliary lens 20 is formed on the microlens 19 corresponding to the B pixel and R pixel, the incident light is collected on the B pixel and R pixel. be able to. When incident light is collected on the B pixel and R pixel, stray light from the B pixel and R pixel to the G pixel can be reduced. Therefore, the effect of reducing line shading can be obtained in the same manner as when incident light is collected on the G pixel.

本実施形態においては、G画素と対応するマイクロレンズ19を囲むように8方向に補助レンズ20を形成しているが、行方向と列方向には補助レンズ20を形成せず、対角線方向のみに補助レンズ20を形成してもよい。この場合にも、マイクロレンズ19同士の隙間部分に入射する光をG画素に入射することができるため、G画素の感度を向上させることができる。一方、マイクロレンズ19の対角線方向の隙間部分に補助レンズ20を形成せず、R画素及びB画素と対応するマイクロレンズ19と重なる部分のみに補助レンズ20を形成してもよい。この場合にも、G画素の感度を向上させライン濃淡の発生を低減する効果が得られる。   In the present embodiment, the auxiliary lens 20 is formed in eight directions so as to surround the microlens 19 corresponding to the G pixel, but the auxiliary lens 20 is not formed in the row direction and the column direction, but only in the diagonal direction. The auxiliary lens 20 may be formed. Also in this case, since the light incident on the gap portion between the microlenses 19 can be incident on the G pixel, the sensitivity of the G pixel can be improved. On the other hand, the auxiliary lens 20 may be formed only in a portion overlapping the microlens 19 corresponding to the R pixel and the B pixel without forming the auxiliary lens 20 in the diagonal gap portion of the microlens 19. Also in this case, the effect of improving the sensitivity of the G pixel and reducing the occurrence of line shading can be obtained.

また、補助レンズ20は、マイクロレンズ19同士の隙間部分に入射する光と、G画素に隣接するR画素及びB画素と対応するマイクロレンズに入射するはずの光の一部との少なくとも一方をG画素に集光できればよい。従って、マイクロレンズ19同士の間隔及び形状等に応じて、補助レンズ20の大きさ及び形状及び数量等を適宜変更してかまわない。   Further, the auxiliary lens 20 transmits at least one of the light that enters the gap portion between the microlenses 19 and a part of the light that should enter the microlens corresponding to the R pixel and the B pixel adjacent to the G pixel to G. What is necessary is just to be able to focus on a pixel. Therefore, the size, shape, quantity, and the like of the auxiliary lens 20 may be appropriately changed according to the interval and shape of the microlenses 19.

G画素の対角方向に設けられた補助レンズに関しては、二つのG画素を結ぶ対角方向の断面において、補助レンズの表面が上に凸な曲率を持つ形状であっても、平面となる形状であってもよい。また、二つのG画素を結ぶ対角線に対して垂直な断面においても、補助レンズの表面が曲率を持つ形状であっても、平面となる形状であってもよい。   Regarding the auxiliary lens provided in the diagonal direction of the G pixel, even if the surface of the auxiliary lens has a convex curvature upward in the diagonal section connecting the two G pixels, the shape becomes a flat surface. It may be. Further, even in a cross section perpendicular to the diagonal line connecting the two G pixels, the surface of the auxiliary lens may have a shape with a curvature or a shape with a flat surface.

G画素の行方向、列方向に設けられた補助レンズに関しては、G画素の行方向の断面及び列方向の断面において、補助レンズの表面が曲率を持つ形状であっても、平面となる形状であってもよい。また、G画素の行方向に対して垂直な断面及び列方向に対して垂直な断面においても、補助レンズの表面が曲率を持つ形状であっても、平面となる形状であってもよい。   Regarding the auxiliary lens provided in the row direction and the column direction of the G pixel, even if the surface of the auxiliary lens has a curvature in the cross section in the row direction and the column direction of the G pixel, the shape is a plane. There may be. Further, even in a cross section perpendicular to the row direction and the cross section perpendicular to the column direction of the G pixel, the surface of the auxiliary lens may have a curved shape or a flat shape.

以下に、本実施形態に係る固体撮像素子の製造方法について図面を参照して説明する。図3及び図4は本実施形態の固体撮像装置の製造工程であり、図3は図1のIIa−IIa線における断面を工程順に示しており、図4は図1のIIb−IIb線における断面を工程順に示している。   Below, the manufacturing method of the solid-state image sensor concerning this embodiment is explained with reference to drawings. 3 and 4 show the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the present embodiment. FIG. 3 shows the sections taken along the line IIa-IIa in FIG. 1 in the order of steps, and FIG. 4 shows the section taken along the line IIb-IIb in FIG. Are shown in the order of steps.

まず、図3(a)及び図4(a)に示すように、半導体基板11に常法に従い光電変換素子12、転送チャネル13、転送電極15等を形成した後、半導体基板11の上に平坦化層33を形成する。続いて、平坦化層33の上にカラーフィルタ8と平坦化層34とを順次形成する。その後、平坦化層34の上に、レンズ材料をスピンコートし、フォトリソグラフィによりパターニングして矩形形状のマイクロレンズ形成膜19Aを形成する。   First, as shown in FIGS. 3A and 4A, a photoelectric conversion element 12, a transfer channel 13, a transfer electrode 15 and the like are formed on a semiconductor substrate 11 according to a conventional method, and then flattened on the semiconductor substrate 11. The formation layer 33 is formed. Subsequently, the color filter 8 and the planarizing layer 34 are sequentially formed on the planarizing layer 33. Thereafter, a lens material is spin-coated on the planarizing layer 34 and patterned by photolithography to form a rectangular microlens forming film 19A.

次に、図3(b)及び図4(b)に示すようにマイクロレンズ形成膜19Aを軟化温度以上に加熱して流動化させる方法等を利用して直径が2μm〜3μmのアクリル系樹脂からなるマイクロレンズ19を形成する。この際に、図3(b)に示すように対角線方向では、マイクロレンズ19同士の間に隙間部分が生じる。   Next, as shown in FIGS. 3 (b) and 4 (b), from a acrylic resin having a diameter of 2 μm to 3 μm using a method of fluidizing the microlens forming film 19A by heating it to a softening temperature or higher. A microlens 19 is formed. At this time, as shown in FIG. 3B, a gap portion is generated between the microlenses 19 in the diagonal direction.

次に、図3(c)及び図4(c)に示すようにマイクロレンズ19を形成した後、マイクロレンズ19を覆うように、マイクロレンズ材料と同じアクリル系樹脂をスピンコートすることにより、膜厚が0.4〜1μmの樹脂膜を成膜する。続いて、フォトリソグラフィによりパターニングすることにより矩形状の補助レンズ形成膜20Aをそれぞれ形成する。   Next, after forming the microlens 19 as shown in FIG. 3C and FIG. 4C, the same acrylic resin as the microlens material is spin-coated so as to cover the microlens 19 to form a film. A resin film having a thickness of 0.4 to 1 μm is formed. Subsequently, a rectangular auxiliary lens forming film 20A is formed by patterning by photolithography.

補助レンズ形成膜20Aのサイズは、形成する補助レンズ20のサイズ及び曲率等によって適宜選択すればよいが、例えば、マイクロレンズの直径に対して6分の1程度の寸法とすればよい。また、G画素に集光する場合には補助レンズ寸法の3分の2程度の部分がG画素の上に形成されてマイクロレンズと重なるように形成する。   The size of the auxiliary lens forming film 20A may be appropriately selected depending on the size and curvature of the auxiliary lens 20 to be formed. For example, the size may be about 1/6 of the diameter of the microlens. Further, when the light is condensed on the G pixel, a portion of about two-thirds of the auxiliary lens size is formed on the G pixel so as to overlap the micro lens.

次に、図3(d)及び図4(d)に示すように140℃〜180℃で5〜10分間熱処理を行い、補助レンズ形成膜20Aを熱フローによりレンズ形状とする。その後、150℃〜240℃で5分〜10分間熱処理を行い、熱硬化させる。   Next, as shown in FIGS. 3D and 4D, heat treatment is performed at 140 ° C. to 180 ° C. for 5 to 10 minutes, and the auxiliary lens forming film 20A is formed into a lens shape by heat flow. Thereafter, heat treatment is performed at 150 ° C. to 240 ° C. for 5 minutes to 10 minutes, and thermosetting is performed.

(一実施形態の第1変形例)
以下に、一実施形態の第1変形例について図面を参照して説明する。図5(a)及び(b)は一実施形態の第1変形例に係る固体撮像素子であり、(a)は図1のIIa−IIa線に対応する断面構成を示し、(b)は図1のIIb−IIb線に対応する断面構成を示している。図5において図2と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(First Modification of One Embodiment)
Below, the 1st modification of one Embodiment is demonstrated with reference to drawings. 5A and 5B show a solid-state imaging device according to a first modification of one embodiment. FIG. 5A shows a cross-sectional configuration corresponding to the line IIa-IIa in FIG. 1, and FIG. 1 shows a cross-sectional configuration corresponding to line IIb-IIb. In FIG. 5, the same components as those of FIG.

図5に示すように本変形例の固体撮像素子は、マイクロレンズ19を形成する際の熱軟化温度等を調整することによりマイクロレンズ19の平面形状に異方性を持たせており、対角線方向において二つのマイクロレンズ19同士の間に隙間部分が生じていない。この場合にも、G画素と対応するマイクロレンズ19の行方向及び列方向に補助レンズ20を形成することにより、G画素の感度をR画素及びB画素よりも高くすれば、ライン濃淡の発生を抑えることができる。   As shown in FIG. 5, the solid-state imaging device of this modification example has an anisotropy in the planar shape of the microlens 19 by adjusting the thermal softening temperature or the like when the microlens 19 is formed, and the diagonal direction In FIG. 5, no gap portion is formed between the two microlenses 19. Also in this case, if the auxiliary lens 20 is formed in the row direction and the column direction of the microlens 19 corresponding to the G pixel, if the sensitivity of the G pixel is made higher than that of the R pixel and the B pixel, the occurrence of line shading is generated. Can be suppressed.

(一実施形態の第2変形例)
以下に、一実施形態の第2変形例について図面を参照して説明する。図6(a)及び(b)は一実施形態の第2変形例に係る固体撮像素子であり、(a)は図1のIIa−IIa線に対応する断面構成を示し、(b)は図1のIIb−IIb線に対応する断面構成を示している。図6において図2と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(Second Modification of One Embodiment)
Below, the 2nd modification of one Embodiment is demonstrated with reference to drawings. 6A and 6B are solid-state imaging devices according to a second modification of the embodiment, FIG. 6A shows a cross-sectional configuration corresponding to the IIa-IIa line in FIG. 1, and FIG. 1 shows a cross-sectional configuration corresponding to line IIb-IIb. In FIG. 6, the same components as those of FIG.

図6に示すように本変形例の固体撮像素子は、マイクロレンズ19の曲率が大きく、対角線方向だけでなく行方向及び列方向にも隙間部分が生じている。この場合には、G画素に対応するマイクロレンズ19の行方向及び列方向に形成する補助レンズ20を、隣接するR画素及びB画素に対応するマイクロレンズ19と重ならないように形成することができる。このようにしても、G画素の感度を向上させることができライン濃淡の発生を抑えることができる。   As shown in FIG. 6, in the solid-state imaging device of this modification, the curvature of the microlens 19 is large, and gap portions are generated not only in the diagonal direction but also in the row direction and the column direction. In this case, the auxiliary lens 20 formed in the row direction and the column direction of the micro lens 19 corresponding to the G pixel can be formed so as not to overlap with the micro lens 19 corresponding to the adjacent R pixel and B pixel. . Even in this case, the sensitivity of the G pixel can be improved and the occurrence of line shading can be suppressed.

また、この場合においても、第1の実施形態と同様にR画素及びB画素と対応するマイクロレンズ19と一部が重なるように補助レンズ20を形成してもよい。   Also in this case, the auxiliary lens 20 may be formed so as to partially overlap the microlens 19 corresponding to the R pixel and the B pixel, as in the first embodiment.

(一実施形態の第3変形例)
以下に、一実施形態の第3変形例について図面を参照して説明する。図7(a)及び(b)は一実施形態の第3変形例に係る固体撮像素子あり、(a)は図1のIIa−IIa線に対応する断面構成を示し、(b)は図1のIIb−IIb線に対応する断面構成を示している。図7において図2と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(Third Modification of One Embodiment)
Below, the 3rd modification of one Embodiment is demonstrated with reference to drawings. 7A and 7B are solid-state imaging devices according to a third modification of the embodiment, FIG. 7A shows a cross-sectional configuration corresponding to the IIa-IIa line in FIG. 1, and FIG. The cross-sectional structure corresponding to the IIb-IIb line | wire is shown. In FIG. 7, the same components as those in FIG.

図7に示すように本変形例の固体撮像素子は、マイクロレンズと補助レンズとが一括して形成されている。このため、マイクロレンズと補助レンズ界面を完全になくすことができるので、界面における反射を低減できる。   As shown in FIG. 7, in the solid-state imaging device of this modification, a microlens and an auxiliary lens are collectively formed. For this reason, since the interface between the microlens and the auxiliary lens can be completely eliminated, reflection at the interface can be reduced.

以下に、本変形例の固体撮像素子の製造方法について説明する。図8及び図9は本変形例に係る固体撮像素子の製造方法であり、図8(a)及び(b)は図1のIIa−IIa線における断面構成を工程順に示しており、図9(a)及び(b)は図1のIIb−IIb線における断面構成を工程順に示している。   Below, the manufacturing method of the solid-state image sensor of this modification is demonstrated. 8 and 9 show a method for manufacturing a solid-state imaging device according to this modification. FIGS. 8A and 8B show the cross-sectional structure taken along the line IIa-IIa in FIG. a) and (b) show the cross-sectional structure taken along line IIb-IIb in FIG.

まず、図8(a)及び図9(a)に示すように、平坦膜34の上にアクリル系のマイクロレンズ材料をスピンコートして、マイクロレンズ形成膜19Bを形成する。続いて、マスクのクロム層に濃淡をつけたグレースケールマスク35を用いて露光を行う。   First, as shown in FIGS. 8A and 9A, an acrylic microlens material is spin-coated on the flat film 34 to form a microlens formation film 19B. Subsequently, exposure is performed using a gray scale mask 35 in which the chrome layer of the mask is shaded.

グレースケールマスク35は、図8(c)及び図9(c)に示すような光透過分布を有するものを用いる。   As the gray scale mask 35, a mask having a light transmission distribution as shown in FIGS. 8C and 9C is used.

これにより、図8(b)及び図9(b)に示すように、グレースケールマスクの光透過率の分布に応じたパターンを有するマイクロレンズ19と補助レンズ20を一体に形成できる。この例においては、マイクロレンズと補助レンズとを一実施例と同じ形状としたが、一実施形態の第1変形例又は一実施形態の第2変形例と同一形状のマイクロレンズと補助レンズとを形成してもよい。本変形例の製造方法により、マイクロレンズと補助レンズ界面を完全になくすことができるため、界面による反射を低減できる。また、この製造方法により、工程を削減できる。なお、マイクロレンズ材料は、アクリル系としたが、熱フロー性を有する必要はない。   Accordingly, as shown in FIGS. 8B and 9B, the microlens 19 and the auxiliary lens 20 having a pattern corresponding to the light transmittance distribution of the gray scale mask can be integrally formed. In this example, the microlens and the auxiliary lens have the same shape as the one example, but the microlens and the auxiliary lens having the same shape as the first modification of the embodiment or the second modification of the embodiment are used. It may be formed. By the manufacturing method of this modification, the interface between the microlens and the auxiliary lens can be completely eliminated, so that reflection due to the interface can be reduced. In addition, this manufacturing method can reduce the number of steps. Although the microlens material is acrylic, it need not have heat flow properties.

本発明に係る固体撮像素子は、高感度で且つライン濃淡が発生しにくい固体撮像素子を実現でき、特に固体撮像素子を構成するマイクロレンズ及びその方法等として有用である。   The solid-state imaging device according to the present invention can realize a solid-state imaging device that is highly sensitive and hardly generates line shading, and is particularly useful as a microlens constituting the solid-state imaging device and a method thereof.

本発明の一実施形態に係る固体撮像素子を示す平面図である。It is a top view which shows the solid-state image sensor which concerns on one Embodiment of this invention. (a)〜(c)は、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子を示し、(a)は図1のIIa−IIa線における断面図であり、(b)は図1のIIb−IIb線における断面図であり、(c)は図1のIIc−IIc線における断面図である。(A)-(c) shows the solid-state image sensor which concerns on one Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing in the IIa-IIa line | wire of FIG. 1, (b) is IIb-IIb of FIG. It is sectional drawing in a line, (c) is sectional drawing in the IIc-IIc line | wire of FIG. 本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the solid-state image sensor which concerns on one Embodiment of this invention in process order. 本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the solid-state image sensor which concerns on one Embodiment of this invention in process order. (a)及び(b)は、本発明の一実施形態の第1変形例に係る固体撮像素子を示し、(a)は図1のIIa−IIa線における断面図であり、(b)は図1のIIb−IIb線における断面図である。(A) And (b) shows the solid-state image sensor which concerns on the 1st modification of one Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing in the IIa-IIa line | wire of FIG. 1, (b) is a figure. It is sectional drawing in the IIb-IIb line | wire of 1. FIG. (a)及び(b)は、本発明の一実施形態の第2変形例に係る固体撮像素子を示し、(a)は図1のIIa−IIa線における断面図であり、(b)は図1のIIb−IIb線における断面図である。(A) And (b) shows the solid-state image sensor concerning the 2nd modification of one Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing in the IIa-IIa line | wire of FIG. 1, (b) is a figure. It is sectional drawing in the IIb-IIb line | wire of 1. FIG. (a)及び(b)は、本発明の一実施形態の第3変形例に係る固体撮像素子を示し、(a)は図1のIIa−IIa線における断面図であり、(b)は図1のIIb−IIb線における断面図である。(A) And (b) shows the solid-state image sensor which concerns on the 3rd modification of one Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing in the IIa-IIa line | wire of FIG. 1, (b) is a figure. It is sectional drawing in the IIb-IIb line | wire of 1. FIG. (a)及び(b)は本発明の一実施形態の第3変形例に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に示す断面図であり、(c)はグレースケールマスクの光透過特性を示すグラフである。(A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the solid-state image sensor concerning the 3rd modification of one Embodiment of this invention in order of a process, (c) is a graph which shows the light transmission characteristic of a gray scale mask It is. (a)及び(b)は本発明の一実施形態の第3変形例に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に示す断面図であり、(c)はグレースケールマスクの光透過特性を示すグラフである。(A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the solid-state image sensor concerning the 3rd modification of one Embodiment of this invention in order of a process, (c) is a graph which shows the light transmission characteristic of a gray scale mask It is.

符号の説明Explanation of symbols

8 カラーフィルタ
8A 赤色フィルタ
8B 緑色フィルタ
8C 青色フィルタ
11 半導体基板
12 光電変換素子
13 転送チャネル
15 転送電極
16 遮光膜
19 マイクロレンズ
19A マイクロレンズ形成膜
19B マイクロレンズ形成膜
20 補助レンズ
20A 補助レンズ形成膜
31 絶縁膜
32 絶縁膜
33 平坦化層
34 平坦化層
35 グレースケールマスク
8 Color filter 8A Red filter 8B Green filter 8C Blue filter 11 Semiconductor substrate 12 Photoelectric conversion element 13 Transfer channel 15 Transfer electrode 16 Light shielding film 19 Microlens 19A Microlens formation film 19B Microlens formation film 20 Auxiliary lens 20A Auxiliary lens formation film 31 Insulating film 32 Insulating film 33 Flattening layer 34 Flattening layer 35 Gray scale mask

Claims (11)

行列状に配置された複数の光電変換素子と、
それぞれが、前記各光電変換素子と対応して形成され、原色ベイヤ配列を構成するように配置された複数のカラーフィルタと、
それぞれが、前記各光電変換素子と対応して形成され、対応する光電変換素子に光を集光する複数のマイクロレンズとを備え、
前記複数のマイクロレンズのうち、行方向及び列方向に一つおきに配置された各マイクロレンズは、それぞれ補助レンズを有し、
前記補助レンズはそれぞれ、前記補助レンズに入射した光が、前記補助レンズを有するマイクロレンズと対応する前記光電変換素子に入射するように集光することを特徴とする固体撮像素子。
A plurality of photoelectric conversion elements arranged in a matrix;
A plurality of color filters, each of which is formed corresponding to each of the photoelectric conversion elements, and arranged to constitute a primary color Bayer array;
Each includes a plurality of microlenses formed corresponding to each of the photoelectric conversion elements, and condensing light on the corresponding photoelectric conversion elements,
Among the plurality of microlenses, each microlens arranged every other row direction and column direction has an auxiliary lens, respectively.
Each of the auxiliary lenses collects light incident on the auxiliary lens so as to be incident on the photoelectric conversion element corresponding to the microlens having the auxiliary lens.
前記複数のカラーフィルタは、赤色のフィルタ、緑色のフィルタ及び青色のフィルタであり、
前記補助レンズを有するマイクロレンズは、前記緑色のフィルタと対応するマイクロレンズであり、
前記補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とのうちの少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
The plurality of color filters are a red filter, a green filter, and a blue filter,
The microlens having the auxiliary lens is a microlens corresponding to the green filter,
In the microlens having the auxiliary lens, the auxiliary lens includes a portion between the microlenses adjacent in the diagonal direction, and a portion between the microlens adjacent in the row direction and the microlens adjacent in the column direction. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is formed on at least one of them.
前記複数のカラーフィルタは、赤色のフィルタ、緑色のフィルタ及び青色のフィルタであり、
前記補助レンズを有するマイクロレンズは、前記赤色のフィルタと対応するマイクロレンズ及び青色のフィルタと対応するマイクロレンズであり、
前記補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とのうちの少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
The plurality of color filters are a red filter, a green filter, and a blue filter,
The micro lens having the auxiliary lens is a micro lens corresponding to the red filter and a micro lens corresponding to the blue filter,
In the microlens having the auxiliary lens, the auxiliary lens includes a portion between the microlenses adjacent in the diagonal direction, and a portion between the microlens adjacent in the row direction and the microlens adjacent in the column direction. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is formed on at least one of them.
前記各マイクロレンズは、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間に隙間を有し且つ行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズと互いにレンズ曲面を対向させて接するように配置され、
前記補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とに形成され、
前記補助レンズを有する複数のマイクロレンズのうちの一のマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、前記一のマイクロレンズと対角線方向に隣接するマイクロレンズにおける前記一のマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズと互いにレンズ曲面を対向して接し、
前記一のマイクロレンズにおける、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、前記一のマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズのレンズ曲面の一部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
Each of the microlenses has a gap between the microlenses adjacent in the diagonal direction and is arranged so that the curved surfaces of the microlenses adjacent in the row direction and the microlenses adjacent in the column direction are opposed to each other. ,
The auxiliary lens is a portion between the microlenses adjacent in the diagonal direction and the portion between the microlenses adjacent in the row direction and the microlenses adjacent in the column direction in the microlens having the auxiliary lens. Formed,
The auxiliary lens formed in a portion between the microlenses adjacent in the diagonal direction in one microlens among the plurality of microlenses having the auxiliary lens is a microlens adjacent in the diagonal direction to the one microlens. An auxiliary lens formed in a portion of the lens between the one microlens and the lens curved surface facing each other;
The auxiliary lens formed in the portion between the micro lens adjacent in the row direction and the micro lens adjacent in the column direction in the one micro lens is the micro lens and column adjacent in the row direction of the one micro lens. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging element is formed so as to cover a part of a lens curved surface of a microlens adjacent in a direction.
前記各マイクロレンズは、対角線方向に隣接するマイクロレンズと互いにレンズ曲面を対向させて接し且つ行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズと互いにレンズ曲面を対向させて接するように配置され、
前記補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成され、
前記補助レンズを有する複数のマイクロレンズのうちの一のマイクロレンズに形成された補助レンズは、前記一のマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズのレンズ曲面の一部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
Each of the microlenses is arranged so as to be in contact with the diagonally adjacent microlens with the lens curved surface facing each other and with the microlens adjacent in the row direction and the microlens adjacent in the column direction facing the lens curved surface. And
The auxiliary lens is formed in a portion between the micro lens having the auxiliary lens, the micro lens adjacent in the row direction, and the micro lens adjacent in the column direction,
The auxiliary lens formed on one microlens of the plurality of microlenses having the auxiliary lens is one of lens curved surfaces of the microlens adjacent to the one microlens in the row direction and the microlens adjacent to the column direction. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is formed so as to cover a portion.
前記各マイクロレンズは、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間に隙間を有し且つ行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間に隙間を有するように配置され、
前記各補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とに形成され、
前記補助レンズを有する複数のマイクロレンズのうちの一のマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接する前記マイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、前記一のマイクロレンズと対角線方向に隣接するマイクロレンズにおける前記一のマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズと互いにレンズ曲面を対向して接し、
前記一のマイクロレンズにおける、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、前記一のマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズと、互いにレンズ曲面を対向させて形成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
Each of the microlenses is arranged so as to have a gap between the microlenses adjacent in the diagonal direction and a gap between the microlens adjacent in the row direction and the microlens adjacent in the column direction,
Each of the auxiliary lenses includes a portion between the microlenses adjacent in the diagonal direction and a portion between the microlenses adjacent in the row direction and the microlenses adjacent in the column direction in the microlens having the auxiliary lens. Formed into
The auxiliary lens formed in a portion between the microlenses adjacent to each other in the diagonal direction in one microlens among the plurality of microlenses having the auxiliary lens is adjacent to the one microlens in the diagonal direction. Auxiliary lens formed in a portion between the one micro lens in the micro lens and the lens curved surface facing each other,
The auxiliary lens formed in the portion between the micro lens adjacent in the row direction and the micro lens adjacent in the column direction in the one micro lens is the micro lens and column adjacent in the row direction of the one micro lens. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the microlenses adjacent to each other are formed so that their lens curved surfaces face each other.
前記補助レンズは、下に凸でないレンズ曲面を有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the auxiliary lens has a lens curved surface that is not convex downward. 前記補助レンズは、レンズ面が平面状であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the auxiliary lens has a planar lens surface. 前記補助レンズは、前記マイクロレンズと一体に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the auxiliary lens is formed integrally with the microlens. 基板の上に形成された平坦化層の上に行列状に配置された複数のマイクロレンズを形成する工程と、
前記マイクロレンズが形成された平坦化層の上にレンズ材料を塗布した後、塗布したレンズ材料をパターニングすることにより、前記複数のマイクロレンズのうち、行方向及び列方向に一つおきに形成されたマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とのうちの少なくとも一方に補助レンズ形成膜を形成する工程と、
前記補助レンズ形成膜を熱フローにより曲面とすることにより補助レンズを形成する工程とを備えていることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
Forming a plurality of microlenses arranged in a matrix on a planarization layer formed on a substrate;
After applying the lens material on the planarizing layer on which the microlenses are formed, the applied lens material is patterned to form every other microlens in the row direction and the column direction. An auxiliary lens forming film on at least one of a portion between the microlenses adjacent in the diagonal direction and a portion between the microlens adjacent in the row direction and the microlens adjacent in the column direction in the microlens Forming a step;
Forming the auxiliary lens by forming the auxiliary lens forming film into a curved surface by heat flow.
基板の上に形成された平坦化層の上にレンズ材料を塗布する工程と、
マスクのクロム層に濃淡をつけたグレースケールマスクを用いて前記レンズ材料を露光することにより、補助レンズと一体となったマイクロレンズを形成する工程とを備えていることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
Applying a lens material on the planarization layer formed on the substrate;
And a step of forming a microlens integrated with the auxiliary lens by exposing the lens material using a grayscale mask in which the chrome layer of the mask is shaded. Manufacturing method.
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