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JP2009168872A - Lens manufacturing method and solid-state imaging device manufacturing method - Google Patents

Lens manufacturing method and solid-state imaging device manufacturing method Download PDF

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JP2009168872A
JP2009168872A JP2008003909A JP2008003909A JP2009168872A JP 2009168872 A JP2009168872 A JP 2009168872A JP 2008003909 A JP2008003909 A JP 2008003909A JP 2008003909 A JP2008003909 A JP 2008003909A JP 2009168872 A JP2009168872 A JP 2009168872A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
metal particles
organic film
etching
manufacturing
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008003909A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Kuwabara
義明 桑原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Abstract

【課題】製造工程数が少ない方法により、レンズ表面に所望の大きさの凹凸を形成することを可能とする。
【解決手段】基体11上にレンズ形成層12を形成する工程と、前記レンズ形成層12表面に金属粒子14を含む有機膜13を形成する工程と、前記金属粒子14を含む有機膜13上に第1レンズ型15を形成する工程と、前記第1レンズ型15と前記有機膜13とをエッチングして、前記金属粒子14を含む有機膜13で前記第1レンズ型15の表面形状が転写された表面に凹凸を有する第2レンズ型16を形成する工程と、前記第2レンズ型16および前記レンズ形成層12をエッチングして、前記レンズ形成層12で前記第2レンズ型15の表面形状が転写された表面に凹凸を有するレンズ17を形成する工程とを有することを特徴とする。
【選択図】図1
It is possible to form irregularities of a desired size on a lens surface by a method having a small number of manufacturing steps.
A step of forming a lens forming layer on a substrate, a step of forming an organic film including metal particles on the surface of the lens forming layer, and an organic film including the metal particles are formed on the organic film. The step of forming the first lens mold 15, the first lens mold 15 and the organic film 13 are etched, and the surface shape of the first lens mold 15 is transferred by the organic film 13 including the metal particles 14. Forming the second lens mold 16 having irregularities on the surface, and etching the second lens mold 16 and the lens forming layer 12 so that the surface shape of the second lens mold 15 is formed by the lens forming layer 12. And a step of forming a lens 17 having irregularities on the transferred surface.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、レンズ表面にナノ構造の凹凸を有するレンズの製造方法および固体撮像装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a lens having nanostructure irregularities on a lens surface and a method for manufacturing a solid-state imaging device.

半導体デバイスの高集積化に伴い、固体撮像装置のレンズの小型化が要求されている。
しかしながら、単純なレンズの小型化、すなわち、集光面積の縮小は、固体撮像装置の感度を低下させることになるため、小型化および感度向上の双方を実現できるようなレンズ加工技術が強く求められている。
Along with the high integration of semiconductor devices, there is a demand for miniaturization of lenses of solid-state imaging devices.
However, a simple downsizing of the lens, that is, a reduction in the condensing area reduces the sensitivity of the solid-state imaging device. Therefore, there is a strong demand for a lens processing technique that can realize both downsizing and an improvement in sensitivity. ing.

固体撮像装置においてマイクロレンズは画素ごとに形成された受光部の上方に凸型のドーム型に形成され、光を屈折させて受光部に集光する役割を担う。   In the solid-state imaging device, the microlens is formed in a convex dome shape above the light receiving portion formed for each pixel, and plays a role of refracting light and condensing it on the light receiving portion.

現状のマイクロレンズ部の形成は、図6(1)に示すように、基体111上にレンズ形成膜112を形成し、さらにこのレンズ形成層112上にレジストパターン113を形成、リフロー処理によってレジストパターン113を凸型に変形する。
次に、ドライエッチング法により、上記レジストパターン113とともにレンズ形成膜112をエッチバックする。
As shown in FIG. 6A, the current microlens portion is formed by forming a lens forming film 112 on a substrate 111, further forming a resist pattern 113 on the lens forming layer 112, and performing a reflow process to form a resist pattern. 113 is transformed into a convex shape.
Next, the lens forming film 112 is etched back together with the resist pattern 113 by dry etching.

その結果、図6(2)に示すように、上記レジストパターン113(前記図6(1)参照)はエッチングにより除去され、そのレジストパターン113の表面形状が上記レンズ形成層112に転写され、凸レンズ形状のマイクロレンズ114が形成される。
上記レンズ形成方法が一般的によく用いられる。
As a result, as shown in FIG. 6 (2), the resist pattern 113 (see FIG. 6 (1)) is removed by etching, the surface shape of the resist pattern 113 is transferred to the lens forming layer 112, and a convex lens. A shaped microlens 114 is formed.
The above lens forming method is generally used frequently.

ただし、上記レンズ形状では入射光が数%反射するため、これを低減するためにマイクロレンズの表面に凹凸をつけるような構造が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
このマイクロレンズの表面の凹凸は、プラズマ処理またはウェットエッチング処理を施すことにより形成している。
However, in the above lens shape, incident light is reflected by several percent. In order to reduce this, a structure in which irregularities are formed on the surface of the microlens has been proposed (for example, see Patent Document 1).
The irregularities on the surface of the microlens are formed by performing plasma treatment or wet etching treatment.

しかしながら、プラズマ処理またはウェットエッチング処理を施す方法では所望の大きな凹凸を得ることが難しい。
また高イオンエネルギーのドライエッチング条件であれば凹凸を大きく形成することができるが、この場合、レンズ表面のプラズマダメージが顕著になり、表面の濁り等による劣化、表面の硬化などの副作用を発生させることになる。
However, it is difficult to obtain desired large irregularities by the method of performing plasma treatment or wet etching treatment.
In addition, high ion energy dry etching conditions can form large irregularities, but in this case, plasma damage on the lens surface becomes significant, causing side effects such as surface turbidity and surface hardening. It will be.

そこで、レンズ表面を荒す加工を避けて、レンズの集光効率を向上させる方法が提案されている。
例えば、レンズと屈折率の異なるフッ素系アクリル樹脂層(反射防止膜)をレンズ上に積むことで集光効率を向上させる方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
また、レンズギャップ間に光吸収樹脂(反射防止膜)を埋め込むことで、レンズ間に入射する光の散乱光や集光効率の良くないレンズの裾部に入射する斜め光を低減させ、この結果、集光効率を向上させる技術が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。
Therefore, a method for improving the light collection efficiency of the lens while avoiding the process of roughening the lens surface has been proposed.
For example, a method has been proposed in which the light collection efficiency is improved by stacking a fluorine-based acrylic resin layer (antireflection film) having a refractive index different from that of the lens on the lens (see, for example, Patent Document 2).
Moreover, by embedding a light-absorbing resin (antireflection film) between the lens gaps, the scattered light of the light incident between the lenses and the oblique light incident on the bottom of the lens with poor light collection efficiency are reduced. A technique for improving the light collection efficiency is disclosed (for example, see Patent Document 3).

しかしながら、これらの反射防止膜を利用した集光効率を向上させる技術では限界がある。
空気とレンズ間の屈折率の勾配をより滑らかにすることが反射光を抑制し、集光効率の更なる向上につながる。反射防止膜を用いる場合、より集光効率を向上させようとすれば、屈折率の異なる反射防止膜をレンズ上に多層に積む必要がある。
この方法ではデバイスの微細化に対して限界がある。
また、製造工程数も集光効率の向上に従って増えるといった製造面においても問題が生じる。
However, there is a limit in the technology for improving the light collection efficiency using these antireflection films.
Smoothing the gradient of the refractive index between the air and the lens suppresses the reflected light and further improves the light collection efficiency. In the case of using an antireflection film, it is necessary to stack antireflection films having different refractive indexes in multiple layers on the lens in order to further improve the light collection efficiency.
This method has a limit to device miniaturization.
In addition, there is a problem in the manufacturing aspect that the number of manufacturing steps increases as the light collection efficiency increases.

特開2006−100764号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-1000076 特開2007-53153号公報JP 2007-53153 A 特開2002-33466号公報JP 2002-33466 A

解決しようとする問題点は、反射防止効果を得るためにレンズ表面にプラズマ処理またはウェットエッチング処理を施して凹凸を形成する方法では、所望の大きな凹凸を得ることが難しいため、反射率を十分に低減することが困難な点であり、それを回避するために、レンズ表面に反射防止膜を形成する方法では、屈折率の異なる反射防止膜を多層に形成する必要があり、製造工程数が増加する点である。   The problem to be solved is that, in order to obtain an antireflection effect, it is difficult to obtain the desired large unevenness by the method of forming the unevenness by performing plasma treatment or wet etching treatment on the lens surface. In order to avoid this problem, the method of forming an antireflection film on the lens surface requires the formation of antireflection films with different refractive indexes in multiple layers, which increases the number of manufacturing processes. It is a point to do.

本発明は、製造工程数が少ない方法により、レンズ表面に所望の大きさの凹凸を形成することを可能にする。   The present invention makes it possible to form irregularities of a desired size on the lens surface by a method with a small number of manufacturing steps.

本発明のレンズの製造方法は、基体上にレンズ形成層を形成する工程と、前記レンズ形成層表面に金属粒子を含む有機膜を形成する工程と、前記金属粒子を含む有機膜上にレンズ型を形成する工程と、前記レンズ型と前記金属粒子を含む有機膜と前記レンズ形成層をエッチングして、前記レンズ形成層で前記レンズ型の表面形状が転写された表面に凹凸を有するレンズを形成する工程とを有することを特徴とする。   The method for manufacturing a lens of the present invention includes a step of forming a lens forming layer on a substrate, a step of forming an organic film containing metal particles on the surface of the lens forming layer, and a lens mold on the organic film containing the metal particles. Etching the lens mold, the organic film containing the metal particles, and the lens forming layer to form a lens having irregularities on the surface onto which the surface shape of the lens mold is transferred by the lens forming layer. And a step of performing.

本発明のレンズの製造方法では、基体上に形成したレンズ形成層の表面に金属粒子を含む有機膜を形成し、その金属粒子を含む有機膜上にレンズ型を形成してから、レンズ型と金属粒子を含む有機膜とレンズ形成層をエッチングする。このエッチング過程では、まず、レンズ型とともに金属粒子を含む有機膜がエッチングされていく。そして、レンズ型の表面形状が金属粒子を含む有機膜に転写されていくとともに、金属粒子を含む有機膜中の金属粒子がエッチングマスクになるので、金属粒子が残される状態もしくは金属粒子のエッチングが遅れる状態で、金属粒子を含む有機膜中の有機部分がエッチングされる。この結果、金属粒子を含む有機膜にレンズ型の表面形状が転写されていき、金属粒子がエッチングマスクになることで表面に凹凸が形成される。この凹凸形状は、例えば金属粒子の分布密度、大きさ等によって制御することができる。
そして、エッチングを進行させ、レンズ形成層をエッチングし、レンズ形成層によってレンズ型の表面形状が転写されていて、表面に凹凸を有するレンズが形成される。
したがって、上記レンズ表面に形成される凹凸の大きさ、分布密度は、金属粒子の大きさ、材質、分布密度を適宜変更することで、意図的に制御することが可能になる。
なお、エッチングの進行とともに金属粒子もエッチングされる。例えば、金属粒子を含む有機膜のエッチングの進行中に金属粒子がエッチングされて消滅したとしても、そのときには、金属粒子を含む有機膜のエッチング表面に金属粒子による凹凸形状が残されているため、その形状がレンズ形成層に転写されていく。
またレンズが形成されたときにレンズ表面の金属粒子が残っている場合には、残った金属粒子を選択的に除去すればよいので、レンズが形成されたときに金属粒子が残っていても問題にはならない。
In the method for producing a lens of the present invention, an organic film containing metal particles is formed on the surface of a lens forming layer formed on a substrate, and a lens mold is formed on the organic film containing the metal particles. The organic film containing metal particles and the lens forming layer are etched. In this etching process, first, the organic film containing metal particles is etched together with the lens mold. Then, the surface shape of the lens mold is transferred to the organic film containing the metal particles, and the metal particles in the organic film containing the metal particles serve as an etching mask. In the delayed state, the organic part in the organic film containing the metal particles is etched. As a result, the lens-shaped surface shape is transferred to the organic film containing the metal particles, and the metal particles serve as an etching mask, whereby irregularities are formed on the surface. This uneven shape can be controlled by, for example, the distribution density and size of the metal particles.
Then, the etching is advanced to etch the lens forming layer, and the surface shape of the lens mold is transferred by the lens forming layer, so that a lens having irregularities on the surface is formed.
Therefore, the size and distribution density of the irregularities formed on the lens surface can be intentionally controlled by appropriately changing the size, material, and distribution density of the metal particles.
As the etching proceeds, the metal particles are also etched. For example, even if the metal particles are etched and disappeared during the progress of the etching of the organic film containing the metal particles, at that time, the uneven shape due to the metal particles remains on the etching surface of the organic film containing the metal particles, The shape is transferred to the lens forming layer.
Also, if metal particles on the lens surface remain when the lens is formed, the remaining metal particles can be selectively removed, so there is a problem even if metal particles remain when the lens is formed. It will not be.

本発明の固体撮像装置の製造方法は、入射光を光電変換する受光部を有し、前記受光部の前記入射光側に入射光を前記受光部に集光するレンズを形成する固体撮像装置の製造方法において、前記レンズの形成工程は、前記受光部が形成された基体上にレンズ形成層を形成する工程と、前記レンズ形成層表面に金属粒子を含む有機膜を形成する工程と、前記金属粒子を含む有機膜上にレンズ型を形成する工程と、前記レンズ型と前記金属粒子を含む有機膜と前記レンズ形成層をエッチングして、前記レンズ形成層で前記レンズ型の表面形状が転写された表面に凹凸を有するレンズを形成する工程とを有することを特徴とする。   The method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a light-receiving unit that photoelectrically converts incident light, and a solid-state imaging device that forms a lens that collects incident light on the light-receiving unit on the incident light side of the light-receiving unit. In the manufacturing method, the lens forming step includes a step of forming a lens forming layer on a substrate on which the light receiving portion is formed, a step of forming an organic film containing metal particles on the surface of the lens forming layer, and the metal Forming a lens mold on the organic film containing particles, etching the lens mold, the organic film containing the metal particles, and the lens forming layer, and transferring the surface shape of the lens mold to the lens forming layer. Forming a lens having irregularities on the surface.

本発明の固体撮像装置の製造方法では、本発明のレンズの製造方法を適用しているので、上記説明したように、簡便な方法で、レンズ表面に凹凸が形成される。
その凹凸の大きさ、分布密度は、金属粒子の大きさ、材質、分布密度を適宜変更することで、意図的に制御することが可能になる。
In the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, since the method for manufacturing a lens of the present invention is applied, as described above, irregularities are formed on the lens surface by a simple method.
The size and distribution density of the irregularities can be intentionally controlled by appropriately changing the size, material, and distribution density of the metal particles.

本発明のレンズの製造方法は、レンズ表面に所望の凹凸を制御性よく簡便な方法で形成することができるので、レンズの集光効率を高めることができる。また、簡便な方法でレンズ表面に凹凸を形成することができるので、製造コストが低減できる。したがって、高い集光効率の要求に対して製造工程数の増加を抑えることができ、世代の異なるデバイスに対しても適用することが可能となる。   Since the lens manufacturing method of the present invention can form desired irregularities on the lens surface with a simple method with good controllability, the light collection efficiency of the lens can be increased. Moreover, since unevenness | corrugation can be formed in the lens surface by a simple method, manufacturing cost can be reduced. Therefore, an increase in the number of manufacturing processes can be suppressed in response to a request for high light collection efficiency, and it can be applied to devices of different generations.

本発明の固体撮像装置の製造方法は、レンズ表面に所望の凹凸を制御性よく簡便な方法で形成することができるので、レンズの集光効率を高めることができ、受光感度の向上を図ることができる。また、簡便な方法でレンズ表面に凹凸を形成することができるので、製造コストが低減できる。したがって、高い集光効率の要求に対して製造工程数の増加を抑えることができ、世代の異なる固体撮像装置に対しても適用することが可能となる。   The manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention can form desired irregularities on the lens surface by a simple method with good controllability, so that the condensing efficiency of the lens can be increased and the light receiving sensitivity can be improved. Can do. Moreover, since unevenness | corrugation can be formed in the lens surface by a simple method, manufacturing cost can be reduced. Therefore, an increase in the number of manufacturing steps can be suppressed in response to a request for high light collection efficiency, and it can be applied to solid-state imaging devices of different generations.

本発明のレンズの製造方法に係る一実施の形態(実施例)を、図1の模式的に示した製造工程断面図および図2の模式的に示した拡大断面図によって説明する。   An embodiment (example) according to the method for manufacturing a lens of the present invention will be described with reference to the manufacturing process sectional view schematically shown in FIG. 1 and the enlarged sectional view schematically shown in FIG.

図1(1)に示すように、基体11上にレンズを形成するためのレンズ形成層12を形成する。このレンズ形成層12は、例えばレンズ用有機膜で形成される。このレンズ用有機膜には、例えばポリスチレン、アクリル系透明樹脂、ノボラック系透明樹脂等を用いることができる。
次に、上記レンズ形成層12上に金属粒子を含む有機膜13を形成する。
As shown in FIG. 1A, a lens forming layer 12 for forming a lens is formed on a substrate 11. The lens forming layer 12 is formed of, for example, a lens organic film. For example, polystyrene, an acrylic transparent resin, a novolac transparent resin, or the like can be used for the lens organic film.
Next, an organic film 13 containing metal particles is formed on the lens forming layer 12.

この金属粒子を含む有機膜13の有機部分14は上記レンズ形成層12よりもエッチング時のプラズマ耐性が高い材料で形成される。例えば、上記有機部分14は、例えば天然樹脂もしくは合成樹脂を用いることができ、また変性天然物質、塩素化ゴム、ビスコースなどを用いてもよい。   The organic portion 14 of the organic film 13 containing the metal particles is formed of a material having higher plasma resistance during etching than the lens forming layer 12. For example, the organic portion 14 may be a natural resin or a synthetic resin, for example, or may be a modified natural substance, chlorinated rubber, viscose, or the like.

上記金属粒子を含む有機膜13の金属粒子15には、例えば、銅(Cu)粒子を用いる。
上記銅粒子の含有量は、例えば1%以上10%以下であり、例えば3%とした。
上記金属粒子15の材料には、他に、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、金(Au)などの粒子を用いることができ、その含有量は1%以上10%以下とする。上記金属粒子15の含有量は、1%未満であると、後に形成するレンズ表面に形成される凹凸が少なすぎて、表面反射を防止するという効果が十分に得られなくなる。一方、金属粒子15の含有量が10%を超えると、金属粒子15が多すぎて、後に形成するレンズの表面形状の転写が十分に行えなくなる。
また、上記金属粒子15の平均粒径0.05μm以上0.12μm以下とした。金属粒子15の平均粒径が0.05μmよりも小さいと、後に形成するレンズの表面に形成される凹凸が小さくなりすぎる、もしくは凹凸が十分に形成されなくなる。一方、金属粒子15の平均粒径が0.12μmよりも大きくなると、後に形成するレンズ表面の凹凸が大きくなり過ぎて、十分な反射防止効果が得られなくなる。
また、上記金属粒子の基礎材料として、イソインドリン、アゾ、キノフタノン系の有機顔料を用いてもよい。
For example, copper (Cu) particles are used as the metal particles 15 of the organic film 13 containing the metal particles.
The content of the copper particles is, for example, 1% to 10%, for example, 3%.
The material of the metal particles 15 may be other particles such as nickel (Ni), molybdenum (Mo), aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), gold (Au), Its content is 1% or more and 10% or less. When the content of the metal particles 15 is less than 1%, there are too few irregularities formed on the surface of a lens to be formed later, and the effect of preventing surface reflection cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the content of the metal particles 15 exceeds 10%, the amount of the metal particles 15 is so large that the surface shape of a lens to be formed later cannot be transferred sufficiently.
Further, the average particle size of the metal particles 15 is set to 0.05 μm or more and 0.12 μm or less. When the average particle diameter of the metal particles 15 is smaller than 0.05 μm, the unevenness formed on the surface of the lens to be formed later becomes too small or the unevenness is not sufficiently formed. On the other hand, when the average particle diameter of the metal particles 15 is larger than 0.12 μm, the unevenness of the lens surface to be formed later becomes too large, and a sufficient antireflection effect cannot be obtained.
Further, as a basic material of the metal particles, an isoindoline, azo, or quinophthalone organic pigment may be used.

次に、上記金属粒子を含む有機膜13上にレンズ型16を形成する。例えば、上記レンズ型16は、フォトレジストで形成される。このレンズ型16は、上記金属粒子を含む有機膜13の有機部分14をエッチングするときに、同時にエッチングされる材質で形成されることが好ましい。
上記レンズ型16の大きさ(径)は、例えば2μmである。この大きさは、形成しようとするレンズの大きさと同等な大きさであり、例えば数百nm以上数十μm以下とする。もちろん、数百nmより小さいものも、数十μmより大きいものも作製することは可能である。このレンズ型16の具体的な形成方法については、後に詳述する。
Next, the lens mold 16 is formed on the organic film 13 containing the metal particles. For example, the lens mold 16 is formed of a photoresist. The lens mold 16 is preferably formed of a material that is etched at the same time when the organic portion 14 of the organic film 13 containing the metal particles is etched.
The size (diameter) of the lens mold 16 is, for example, 2 μm. This size is equivalent to the size of the lens to be formed, and is, for example, several hundred nm to several tens μm. Of course, it is possible to fabricate a film having a size smaller than several hundreds nm or larger than several tens of μm. A specific method for forming the lens mold 16 will be described in detail later.

次に、図1(2)に示すように、まず、上記レンズ型16(前記図1(1)参照)と上記金属粒子を含む有機膜13をエッチングする。このエッチングでは、上記レンズ型16と上記金属粒子を含む有機膜13の有機部分14とが同時にエッチングされていき、上記レンズ型16の表面形状が上記金属粒子を含む有機膜13に転写されていく。そして、上記金属粒子を含む有機膜13が凸レンズ形状に形成されていく。このとき、上記金属粒子15がエッチングマスクになるので、上記金属粒子を含む有機膜13の表面には凹凸が形成される。やがて、上記レンズ型16はエッチングにより消滅する。またレンズ形成層12の一部がエッチングされ始める。   Next, as shown in FIG. 1B, first, the lens mold 16 (see FIG. 1A) and the organic film 13 containing the metal particles are etched. In this etching, the lens mold 16 and the organic portion 14 of the organic film 13 containing the metal particles are simultaneously etched, and the surface shape of the lens mold 16 is transferred to the organic film 13 containing the metal particles. . Then, the organic film 13 containing the metal particles is formed in a convex lens shape. At this time, since the metal particles 15 serve as an etching mask, irregularities are formed on the surface of the organic film 13 containing the metal particles. Eventually, the lens mold 16 disappears by etching. Moreover, a part of the lens forming layer 12 starts to be etched.

上記金属粒子を含む有機膜13の有機成分14のエッチングレートと金属粒子15のエッチングレートが同等の場合には、図2(1)に示すように、有機成分14と金属粒子15とが同時にエッチングされてしまうので、エッチング表面には凹凸が形成されない。このような条件では、表面に凹凸を有するレンズを形成することができない。   When the etching rate of the organic component 14 of the organic film 13 containing the metal particles is equal to the etching rate of the metal particles 15, the organic component 14 and the metal particles 15 are simultaneously etched as shown in FIG. As a result, irregularities are not formed on the etched surface. Under such conditions, a lens having irregularities on the surface cannot be formed.

そこで、本発明のレンズの製造方法では、図2(2)に示すように、有機成分14のエッチングレートを金属粒子15のエッチングレートより早くなる条件にエッチング条件を設定する。この場合には有機成分14がエッチングされ、金属粒子15がエッチングされにくくなるので、金属粒子15がエッチングマスクの機能を果たして、エッチング表面には凹凸が形成される。   Therefore, in the lens manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 2 (2), the etching conditions are set so that the etching rate of the organic component 14 is faster than the etching rate of the metal particles 15. In this case, since the organic component 14 is etched and the metal particles 15 are difficult to be etched, the metal particles 15 serve as an etching mask, and irregularities are formed on the etched surface.

さらに、上記エッチングを進める。その結果、図1(3)に示すように、上記レンズ形成層12で、上記レンズ型16(前記図1(1)参照)の表面形状が転写された、表面に凹凸を有するレンズ17が形成される。   Further, the etching is advanced. As a result, as shown in FIG. 1 (3), the lens forming layer 12 is formed with a lens 17 having irregularities on the surface, onto which the surface shape of the lens mold 16 (see FIG. 1 (1)) is transferred. Is done.

上記エッチングは、例えばドライエッチングにより行う。
そのドライエッチングの加工条件は、一例として、ICP(Inductively Coupled Plasma)型RIE(Reactive Ion Etching)装置を用い、エッチング雰囲気の圧力を6.7Pa、ソースパワーを600W、バイアスパワーを100Wに設定し、エッチングガスに、酸素(O2)(供給流量=20cm3/min)と塩素(Cl2)(供給流量=50cm3/min)とを用いる。
また、塩素(Cl2)のかわりに四フッ化炭素(CF4)などのハロゲン元素を有するガスを用いてもよい。
The etching is performed by dry etching, for example.
As an example of the dry etching processing conditions, an ICP (Inductively Coupled Plasma) RIE (Reactive Ion Etching) apparatus is used, the pressure of the etching atmosphere is set to 6.7 Pa, the source power is set to 600 W, and the bias power is set to 100 W. As an etching gas, oxygen (O 2 ) (supply flow rate = 20 cm 3 / min) and chlorine (Cl 2 ) (supply flow rate = 50 cm 3 / min) are used.
A gas containing a halogen element such as carbon tetrafluoride (CF 4 ) may be used instead of chlorine (Cl 2 ).

その結果、表面に、径が3nm〜10nm、深さが5nm〜30nm程度の微小な凹凸が形成された上記レンズ17を得ることができる。
この微小な凹凸は、上記ドライエッチング時において、金属粒子を含む有機膜13中の金属粒子15と、金属粒子を含む有機膜13中の有機部分15およびレンズ形成層12とのドライエッチングでの反応性(例えば蒸気圧)が異なるため、金属粒子15のある部分とない部分でのエッチングレートの差が生じることから形成される。
As a result, it is possible to obtain the lens 17 having fine irregularities with a diameter of about 3 nm to 10 nm and a depth of about 5 nm to 30 nm formed on the surface.
This minute unevenness is caused by a reaction in dry etching between the metal particles 15 in the organic film 13 containing metal particles and the organic portion 15 in the organic film 13 containing metal particles and the lens forming layer 12 during the dry etching. Since the property (for example, vapor pressure) is different, the etching rate is different between a portion where the metal particles 15 are present and a portion where the metal particles 15 are absent.

上記レンズ17の表面に形成される凹凸のアスペクト比は、上記金属粒子15の種類によって制御することができる。
例えばチタン(Ti)などのより大きな原子を用いることで、凸部の横方向の径を大きくするができる。一方、アルミニウム(Al)などのドライエッチングの反応性の高いものを用いれば凸部の浅くすることができる。
The aspect ratio of the irregularities formed on the surface of the lens 17 can be controlled by the type of the metal particles 15.
For example, by using larger atoms such as titanium (Ti), the diameter of the convex portion in the horizontal direction can be increased. On the other hand, if a dry etching reactive material such as aluminum (Al) is used, the convex portion can be made shallow.

また、これらを制御するために金属粒子15の含有量を変えてもよい。
金属粒子15の含有量を大きくすることで、よりアスペクトの低い凸形状を作ることができる。また反応性の違いを利用するためエッチングのガスや条件などを変更しても、凹凸のアスペクト比を制御することができる。
In order to control these, the content of the metal particles 15 may be changed.
By increasing the content of the metal particles 15, a convex shape with a lower aspect can be formed. In addition, since the difference in reactivity is used, the aspect ratio of the unevenness can be controlled even if the etching gas or conditions are changed.

例えば、樹脂等からなるレンズ形成膜12の上に金属粒子15としてアルミニウム(Al)粒子を5%含有させた高分子量の有機物質を塗布して金属粒子を含む有機膜13を形成する。さらに、金属粒子を含む有機膜13上にレジストを塗布する。このレジスト材料には、例えばKrF露光用ポジ型レジストを用いる。そして、KrF露光機により紫外領域の光を照射してレンズ型16のパターン形成を行う。
その後、ドライエッチングを、例えば、ICP型RIE装置を用い、エッチングminの圧力を6.7Pa、ソースパワーを600W、バイアスパワーを100Wに設定し、エッチングガスに、酸素(O2)(供給流量=20cm3/min)と塩素(Cl2)(供給流量=50cm3/min)とを用いて、エッチング加工を行う。
For example, a high molecular weight organic material containing 5% of aluminum (Al) particles as the metal particles 15 is applied on the lens forming film 12 made of resin or the like to form the organic film 13 containing metal particles. Further, a resist is applied on the organic film 13 containing metal particles. As this resist material, for example, a positive resist for KrF exposure is used. The pattern of the lens mold 16 is formed by irradiating light in the ultraviolet region with a KrF exposure machine.
Thereafter, dry etching is performed using, for example, an ICP type RIE apparatus, the etching min pressure is set to 6.7 Pa, the source power is set to 600 W, the bias power is set to 100 W, and the etching gas is oxygen (O 2 ) (supply flow rate = Etching is performed using 20 cm 3 / min) and chlorine (Cl 2 ) (supply flow rate = 50 cm 3 / min).

ここで最終的なレンズ17の表面の凹凸を深く形成するためには、エッチング条件として、金属粒子を含む有機膜13の金属粒子15と有機部分14とのエッチングレート差を大きくすることが有効である。そのためには、例えば、エッチングガス中の酸素(O2)流量を増やす。
酸素ラジカルは有機膜との化学反応性が強く、また酸素ラジカルの量が酸素(O2)流量と比例することから、レンズ17表面に形成される凹凸を容易に制御することができる。
酸素(O2)流量を増やすことにより、感度良く有機部分14のエッチングレートが増加する一方で、金属粒子15であるアルミニウム(Al)のエッチングレートは変わらないため、アルミニウム(Al)と有機部分14とのエッチングレート差が大きくなる。この結果、レンズ17表面の凹凸を深くすることができる。
Here, in order to deeply form the irregularities on the surface of the final lens 17, it is effective to increase the etching rate difference between the metal particles 15 of the organic film 13 containing metal particles and the organic portion 14 as etching conditions. is there. For this purpose, for example, the flow rate of oxygen (O 2 ) in the etching gas is increased.
Oxygen radicals have strong chemical reactivity with the organic film, and the amount of oxygen radicals is proportional to the oxygen (O 2 ) flow rate, so that the irregularities formed on the surface of the lens 17 can be easily controlled.
By increasing the flow rate of oxygen (O 2 ), the etching rate of the organic portion 14 increases with high sensitivity, while the etching rate of aluminum (Al) that is the metal particles 15 does not change. And the etching rate difference becomes large. As a result, the unevenness on the surface of the lens 17 can be deepened.

または、イオンエネルギーを低くすることにより凹凸を深くすることができる。
これは一般的に金属の結合エネルギーの方が有機物に比べて大きく、また金属は有機物より硬いため、イオンエネルギーを低くすれば金属に対するエッチング選択比が向上する。すなわち、有機部分14のエッチングレート差が大きくなるため、凹凸を深くすることができる。
ちなみに、結合エネルギーは、Al−Al結合が72eV、C−C結合が3.6eV、C−H結合が4.3eVである。
Alternatively, the unevenness can be deepened by lowering the ion energy.
In general, the binding energy of metal is larger than that of organic material, and metal is harder than organic material. Therefore, if ion energy is lowered, the etching selectivity to metal is improved. That is, since the etching rate difference of the organic portion 14 becomes large, the unevenness can be deepened.
Incidentally, the bond energy is 72 eV for Al—Al bond, 3.6 eV for C—C bond, and 4.3 eV for C—H bond.

上記イオンエネルギーを低くする具体策としては、バイアスパワーを低下させる、またはエッチング雰囲気の圧力を下げることにより達成できる。
また含有させる金属粒子15の成分をアルミニウム(Al)からチタン(Ti)に変更した場合には、チタンはアルミニウムに比べて蒸気圧が低い(例えば、蒸気圧が1mmHgとなる三塩化アルミニウム(AlCl3)の温度は100℃であり、三塩化チタン(TiCl3)の温度は−25℃である。)ので、エッチングレートを速くすることができる。これによって、金属粒子15と有機部分14のエッチレート差を制御するこができる。このように金属粒子15の種類とエッチング条件次第で、レンズ17表面における凹凸深さを制御することができる。
Specific measures for lowering the ion energy can be achieved by lowering the bias power or lowering the pressure in the etching atmosphere.
When the component of the metal particles 15 to be contained is changed from aluminum (Al) to titanium (Ti), titanium has a lower vapor pressure than aluminum (for example, aluminum trichloride (AlCl 3 having a vapor pressure of 1 mmHg). ) Is 100 ° C., and the temperature of titanium trichloride (TiCl 3 ) is −25 ° C.), the etching rate can be increased. Thereby, the difference in etch rate between the metal particles 15 and the organic portion 14 can be controlled. As described above, the unevenness depth on the surface of the lens 17 can be controlled depending on the type of the metal particles 15 and the etching conditions.

また、上記説明したように、レンズ型16のエッチングから上記レンズ17を形成するエッチングは、レンズ型16、金属粒子を含む有機膜13、レンズ形成層12のエッチングを連続して行うこともでき、もしくは、上記金属粒子を含む有機膜13に上記レンズ型16の表面形状を転写した後、一旦エッチングを停止し、別のエッチング条件で、上記レンズ型16の表面形状が転写された金属粒子を含む有機膜13とレンズ形成膜12をエッチングして、上記レンズ17を形成することもできる。   Further, as described above, the etching for forming the lens 17 from the etching of the lens mold 16 can be performed by continuously etching the lens mold 16, the organic film 13 containing metal particles, and the lens forming layer 12. Alternatively, after the surface shape of the lens mold 16 is transferred to the organic film 13 containing the metal particles, the etching is temporarily stopped, and the metal particles including the surface shape of the lens mold 16 are transferred under different etching conditions. The lens 17 can also be formed by etching the organic film 13 and the lens forming film 12.

上記レンズの製造方法では、基体11上に形成したレンズ形成層12の表面に金属粒子を含む有機膜13を形成し、その金属粒子を含む有機膜13上にレンズ型16を形成してから、レンズ型16と金属粒子を含む有機膜13とレンズ形成層12をエッチングする。このエッチング過程では、まず、レンズ型16とともに金属粒子を含む有機膜13がエッチングされていく。そして、レンズ型の表面形状が金属粒子を含む有機膜13に転写されていくとともに、金属粒子を含む有機膜13中の金属粒子15がエッチングマスクになるので、金属粒子15が残される状態もしくは金属粒子のエッチングが遅れる状態で、その金属粒子を含む有機膜13の有機部分15がエッチングされる。この結果、金属粒子を含む有機膜13にレンズ型16の表面形状が転写されていき、金属粒子15がエッチングマスクになることで表面に凹凸が形成される。この凹凸形状は、例えば金属粒子15の分布密度、大きさ等によって制御することができる。   In the lens manufacturing method, the organic film 13 containing metal particles is formed on the surface of the lens forming layer 12 formed on the substrate 11, and the lens mold 16 is formed on the organic film 13 containing the metal particles. The lens mold 16, the organic film 13 containing metal particles, and the lens forming layer 12 are etched. In this etching process, first, the organic film 13 containing metal particles is etched together with the lens mold 16. Then, the surface shape of the lens mold is transferred to the organic film 13 containing metal particles, and the metal particles 15 in the organic film 13 containing metal particles serve as an etching mask. In a state where the etching of the particles is delayed, the organic portion 15 of the organic film 13 including the metal particles is etched. As a result, the surface shape of the lens mold 16 is transferred to the organic film 13 containing metal particles, and the metal particles 15 become etching masks, thereby forming irregularities on the surface. This uneven shape can be controlled by, for example, the distribution density and size of the metal particles 15.

そして、エッチングを進行させ、レンズ形成層12をエッチングし、レンズ形成層12によってレンズ型16の表面形状が転写されていて、表面に凹凸を有するレンズ17が形成される。
したがって、上記レンズ17表面に形成される凹凸の大きさ、分布密度は、金属粒子15の大きさ、材質、分布密度を適宜変更することで、意図的に制御することが可能になる。
Then, the etching is advanced to etch the lens forming layer 12, and the surface shape of the lens mold 16 is transferred by the lens forming layer 12, and the lens 17 having irregularities on the surface is formed.
Therefore, the size and distribution density of the irregularities formed on the surface of the lens 17 can be intentionally controlled by appropriately changing the size, material, and distribution density of the metal particles 15.

なお、エッチングの進行とともに金属粒子15もエッチングされる。例えば、金属粒子を含む有機膜13のエッチングの進行中に金属粒子15がエッチングされて消滅したとしても、そのときには、金属粒子を含む有機膜13のエッチング表面に金属粒子15による凹凸形状が残されているため、その形状がレンズ形成層12に転写されていく。
またレンズ17が形成されたときにレンズ17表面の金属粒子15が残っている場合には、残った金属粒子15を選択的に除去すればよいので、レンズ17が形成されたときに金属粒子15が残っていても問題にはならない。
The metal particles 15 are also etched with the progress of etching. For example, even if the metal particles 15 are etched and disappeared during the etching of the organic film 13 containing metal particles, the uneven shape of the metal particles 15 is left on the etched surface of the organic film 13 containing metal particles. Therefore, the shape is transferred to the lens forming layer 12.
Further, when the metal particles 15 on the surface of the lens 17 remain when the lens 17 is formed, the remaining metal particles 15 may be selectively removed, so that the metal particles 15 are formed when the lens 17 is formed. It doesn't matter if it remains.

上記説明したように、本発明のレンズの製造方法によれば、レンズ17表面に所望の凹凸を制御性よく簡便な方法で形成することができるので、レンズ17の集光効率を高めることができる。また、簡便な方法でレンズ17表面に凹凸を形成することができるので、製造コストが低減できる。したがって、高い集光効率の要求に対して製造工程数の増加を抑えることができ、世代の異なるデバイスに対しても適用することが可能となる。   As described above, according to the lens manufacturing method of the present invention, desired concavities and convexities can be formed on the surface of the lens 17 by a simple method with good controllability, so that the light collection efficiency of the lens 17 can be increased. . Moreover, since the unevenness | corrugation can be formed in the lens 17 surface by a simple method, manufacturing cost can be reduced. Therefore, an increase in the number of manufacturing processes can be suppressed in response to a request for high light collection efficiency, and it can be applied to devices of different generations.

上記実施例において、金属粒子を含む有機膜をレンズ形成層として用い、上記実施例で説明したレンズ形成層は形成しない。この製造方法を、図3の製造工程図によって、以下に説明する。   In the said Example, the organic film containing a metal particle is used as a lens formation layer, and the lens formation layer demonstrated in the said Example is not formed. This manufacturing method will be described below with reference to the manufacturing process diagram of FIG.

図3(1)に示すように、基体31上にレンズを形成するためのレンズ形成層となる金属粒子を含む有機膜33を形成する。   As shown in FIG. 3 (1), an organic film 33 containing metal particles to be a lens forming layer for forming a lens is formed on a substrate 31.

この金属粒子を含む有機膜33の有機部分34は、例えば、天然樹脂もしくは合成樹脂を用いることができ、また変性天然物質、塩素化ゴム、ビスコースなどを用いてもよい。   For the organic portion 34 of the organic film 33 containing the metal particles, for example, a natural resin or a synthetic resin can be used, and a modified natural substance, chlorinated rubber, viscose, or the like may be used.

上記金属粒子を含む有機膜33の金属粒子35は、例えば、銅(Cu)粒子を用いる。
上記銅粒子の含有量は、例えば1%以上10%以下であり、例えば3%とした。
上記金属粒子35の材料には、他に、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、金(Au)などの粒子を用いることができ、その含有量は1%以上10%以下とする。上記金属粒子35の含有量は、1%未満であると、後に形成されるレンズ表面の凹凸が少なすぎて、表面反射を防止するという効果が十分に得られなくなる。一方、金属粒子35の含有量が10%を超えると、金属粒子35が多すぎて、光透過率が悪化し、レンズとして用いることができなくなる。
また、上記金属粒子35の平均粒径0.05μm以上0.12μm以下とした。金属粒子35の平均粒径が0.05μmよりも小さいと、後に形成されるレンズの表面の凹凸が小さくなりすぎて、レンズ表面の反射を防止するという効果が十分に得られなくなる。一方、金属粒子35の平均粒径が0.12μmよりも大きくなると、後に形成するレンズ表面の凹凸が大きくなり過ぎて、十分な反射防止効果が得られなくなる。
For example, copper (Cu) particles are used as the metal particles 35 of the organic film 33 containing the metal particles.
The content of the copper particles is, for example, 1% to 10%, for example, 3%.
The material of the metal particles 35 may be other particles such as nickel (Ni), molybdenum (Mo), aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), gold (Au), Its content is 1% or more and 10% or less. If the content of the metal particles 35 is less than 1%, the unevenness of the lens surface to be formed later is too small, and the effect of preventing surface reflection cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the content of the metal particles 35 exceeds 10%, there are too many metal particles 35, the light transmittance is deteriorated, and the lens cannot be used.
The average particle size of the metal particles 35 is set to 0.05 μm or more and 0.12 μm or less. When the average particle diameter of the metal particles 35 is smaller than 0.05 μm, the unevenness of the surface of the lens to be formed later becomes too small, and the effect of preventing the reflection on the lens surface cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the average particle size of the metal particles 35 is larger than 0.12 μm, the unevenness of the lens surface to be formed later becomes too large, and a sufficient antireflection effect cannot be obtained.

次に、上記金属粒子を含む有機膜33上にレンズ型36を形成する。例えば、上記レンズ型35はフォトレジストで形成される。このレンズ型の大きさ(径)は、例えば2μmである。この大きさは、形成しようとするレンズの大きさと同等な大きさであり、例えば数百nm以上数十μm以下とする。もちろん、数百nmより小さいものも、数十μmより大きいものも作製することは可能である。   Next, a lens mold 36 is formed on the organic film 33 containing the metal particles. For example, the lens mold 35 is formed of a photoresist. The size (diameter) of this lens mold is, for example, 2 μm. This size is equivalent to the size of the lens to be formed, and is, for example, several hundred nm to several tens μm. Of course, it is possible to fabricate a film having a size smaller than several hundreds nm or larger than several tens of μm.

次に、図3(2)に示すように、上記レンズ型36(前記図3(1)参照)と上記金属粒子を含む有機膜33の有機部分34とをエッチングして、上記金属粒子を含む有機膜33で上記レンズ型36の表面形状が転写された、表面に凹凸を有するレンズ37を形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, the lens mold 36 (see FIG. 3A) and the organic portion 34 of the organic film 33 containing the metal particles are etched to contain the metal particles. A lens 37 having irregularities on the surface is formed by transferring the surface shape of the lens mold 36 with the organic film 33.

上記エッチングは、例えばドライエッチングにより行う。そのドライエッチングの加工条件は、ICP(Inductively Coupled Plasma)型RIE(Reactive Ion Etching)装置を用い、エッチングminの圧力を6.7Pa、ソースパワーを600W、バイアスパワーを100Wに設定し、エッチングガスに、酸素(O2)(供給流量=20cm3/min)と塩素(Cl2)(供給流量=50cm3/min)とを用いる。
また、塩素(Cl2)のかわりに四フッ化炭素(CF4)などのハロゲン元素を有するガスを用いてもよい。
The etching is performed by dry etching, for example. The dry etching is performed using an ICP (Inductively Coupled Plasma) type RIE (Reactive Ion Etching) apparatus, an etching min pressure of 6.7 Pa, a source power of 600 W, a bias power of 100 W, and an etching gas. Oxygen (O 2 ) (supply flow rate = 20 cm 3 / min) and chlorine (Cl 2 ) (supply flow rate = 50 cm 3 / min) are used.
A gas containing a halogen element such as carbon tetrafluoride (CF 4 ) may be used instead of chlorine (Cl 2 ).

その結果、上記レンズ37の表面に、径が3nm〜10nm、深さが5nm〜30nm程度の微小な凹凸が形成される。   As a result, minute irregularities having a diameter of 3 nm to 10 nm and a depth of about 5 nm to 30 nm are formed on the surface of the lens 37.

上記レンズ37の表面に形成される凹凸のアスペクト比は、上記説明したのと同様に、上記金属粒子35の種類によって制御することができる。
例えばチタン(Ti)などのより大きな原子を用いることで、凸部の横方向の径を大きくするができる。一方、アルミニウム(Al)などのドライエッチングの反応性の高いものを用いれば凸部の浅くすることができる。
また、これらを制御するために金属粒子35の含有量を変えてもよい。金属粒子35の含有量を大きくすることで、よりアスペクトの低い凸形状を作ることができる。また反応性の違いを利用するためエッチングのガスや条件などを変更しても、凹凸のアスペクト比を制御することができる。
The aspect ratio of the irregularities formed on the surface of the lens 37 can be controlled by the type of the metal particles 35 as described above.
For example, by using larger atoms such as titanium (Ti), the diameter of the convex portion in the horizontal direction can be increased. On the other hand, if a dry etching reactive material such as aluminum (Al) is used, the convex portion can be made shallow.
Moreover, in order to control these, you may change content of the metal particle 35. FIG. By increasing the content of the metal particles 35, a convex shape with a lower aspect can be formed. In addition, since the difference in reactivity is used, the aspect ratio of the unevenness can be controlled even if the etching gas or conditions are changed.

また、上記説明したのと同様に、イオンエネルギーを低くすることにより、レンズ37の表面に形成される凹凸を深くすることができる。   Further, as described above, the unevenness formed on the surface of the lens 37 can be deepened by lowering the ion energy.

上記図3によって説明したレンズの製造方法では、レンズ37の内部に金属粒子35が残るので、光透過性は低下するが、レンズ表面での反射を防止することができる。
また、上記レンズ37表面の凹凸の大きさ、分布密度は、金属粒子35の大きさ、材質、分布密度を適宜変更することで、意図的に制御することが可能になる。
In the lens manufacturing method described with reference to FIG. 3, since the metal particles 35 remain inside the lens 37, the light transmittance is reduced, but reflection on the lens surface can be prevented.
Further, the size and distribution density of the irregularities on the surface of the lens 37 can be intentionally controlled by appropriately changing the size, material, and distribution density of the metal particles 35.

次に、本発明の固体撮像装置の製造方法を以下に説明する。本発明の固体撮像装置の製造方法は、固体撮像装置の受光部に入射光を集光させる集光レンズの製造方法に、上記本発明の各レンズの製造方法を適用することを特徴としている。   Next, the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention will be described below. The manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention is characterized in that the manufacturing method of each lens of the present invention is applied to a manufacturing method of a condensing lens that collects incident light on a light receiving portion of the solid-state imaging device.

その一例を、図4および図5の概略構成断面図によって説明する。   One example of this will be described with reference to the schematic sectional views of FIGS.

図4に示した固体撮像装置はCCD型固体撮像装置の一例であり、また図4に示した固体撮像装置はCMOS型固体撮像装置の一例である。
すなわち、本発明の固体撮像装置の製造方法は、固体撮像装置の受光部に入射光を集光させるレンズの製造方法であれば、いかなる固体撮像装置に対しても適用することができる。
The solid-state imaging device shown in FIG. 4 is an example of a CCD solid-state imaging device, and the solid-state imaging device shown in FIG. 4 is an example of a CMOS-type solid-state imaging device.
That is, the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present invention can be applied to any solid-state imaging device as long as it is a manufacturing method of a lens that collects incident light on the light receiving portion of the solid-state imaging device.

図4に示すように、固体撮像装置5は以下のように構成されている。   As shown in FIG. 4, the solid-state imaging device 5 is configured as follows.

半導体基板51(例えばN型シリコン基板)にp型ウエル領域61が形成され、そのp型ウエル領域61に、受光部52が形成されている。この受光部52の一方側には、読み出しゲート部53、垂直電荷転送部55、チャネルストップ領域54が形成され、さらに隣接する受光部52が形成されている。他方側にもチャネルストップ領域54が形成されている。   A p-type well region 61 is formed in a semiconductor substrate 51 (for example, an N-type silicon substrate), and a light receiving portion 52 is formed in the p-type well region 61. On one side of the light receiving portion 52, a read gate portion 53, a vertical charge transfer portion 55, a channel stop region 54 are formed, and an adjacent light receiving portion 52 is further formed. A channel stop region 54 is also formed on the other side.

上記受光部52は、n型不純物領域71と、その上部に形成されたp型正孔蓄積領域73とから構成されている。   The light receiving portion 52 is composed of an n-type impurity region 71 and a p-type hole accumulation region 73 formed thereon.

また、上記垂直電荷転送部55は、上記p型ウエル領域61よりも高濃度のp型ウエル領域81とその上部に形成されたn型チャネル領域82で構成されている。また、n型チャネル領域82上にはゲート絶縁膜83を介して転送電極84が形成されている。この電極84は、垂直転送電極とともに読み出しゲート電極も兼ねる。   The vertical charge transfer section 55 includes a p-type well region 81 having a higher concentration than the p-type well region 61 and an n-type channel region 82 formed thereon. A transfer electrode 84 is formed on the n-type channel region 82 via a gate insulating film 83. The electrode 84 also serves as a read gate electrode together with the vertical transfer electrode.

また、上記電極84を被覆するように、層間絶縁膜91が形成され、さらに遮光膜92が形成されている。上記遮光膜92は、例えばタングステン、アルミニウム等の金属膜で形成されている。この遮光膜92には受光部52上に開口部93が形成されている。さらにパッシベーション膜94、平坦化膜95で被覆され、上記平坦化膜95上にカラーフィルター層96が形成されている。そして、入射光が効率よく受光部52に集光されるように、上記カラーフィルター層96上に集光レンズ97が設けられている。   Further, an interlayer insulating film 91 is formed so as to cover the electrode 84, and a light shielding film 92 is further formed. The light shielding film 92 is formed of a metal film such as tungsten or aluminum. An opening 93 is formed on the light receiving portion 52 in the light shielding film 92. Further, it is covered with a passivation film 94 and a planarizing film 95, and a color filter layer 96 is formed on the planarizing film 95. A condensing lens 97 is provided on the color filter layer 96 so that incident light is efficiently collected on the light receiving unit 52.

上記集光レンズ97を形成するときに、本発明の各レンズの製造方法を適用することができる。   When forming the condensing lens 97, the manufacturing method of each lens of the present invention can be applied.

次に、図5によって、本発明の固体撮像装置の適用する一例として全面開口型CMOSイメージセンサを示した。   Next, FIG. 5 shows a full aperture CMOS image sensor as an example to which the solid-state imaging device of the present invention is applied.

図5に示すように、半導体基板111で形成される活性層112には、入射光を電気信号に変換する光電変換部(例えばフォトダイオード)122、転送トランジスタ、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ等のトランジスタ群123(図面ではその一部を図示)等を有する複数の画素部121が形成されている。上記半導体基板111には、例えばシリコン基板を用いる。さらに、各光電変換部122から読み出した信号電荷を処理する信号処理部(図示せず)が形成されている。   As shown in FIG. 5, an active layer 112 formed of a semiconductor substrate 111 includes a photoelectric conversion unit (for example, a photodiode) 122 that converts incident light into an electric signal, a transistor group such as a transfer transistor, an amplification transistor, and a reset transistor. A plurality of pixel portions 121 having 123 (a part of which is shown in the drawing) and the like are formed. For example, a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 111. Further, a signal processing unit (not shown) for processing the signal charge read from each photoelectric conversion unit 122 is formed.

上記画素部121の周囲の一部、例えば行方向もしくは列方向の画素部121間には、素子分離領域124が形成されている。   An element isolation region 124 is formed between part of the periphery of the pixel portion 121, for example, between the pixel portions 121 in the row direction or the column direction.

また、上記光電変換部122が形成された半導体基板111の表面側(図面では半導体基板111の下側)には配線層131が形成されている。この配線層131は、配線132とこの配線132を被覆する絶縁膜133からなる。上記配線層131には、支持基板135が形成されている。この支持基板135は、例えばシリコン基板からなる。   A wiring layer 131 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 111 on which the photoelectric conversion unit 122 is formed (the lower side of the semiconductor substrate 111 in the drawing). The wiring layer 131 includes a wiring 132 and an insulating film 133 that covers the wiring 132. A support substrate 135 is formed on the wiring layer 131. The support substrate 135 is made of, for example, a silicon substrate.

さらに、上記固体撮像装置6には、半導体基板111裏面側に光透過性を有する平坦化膜141が形成されている。さらにこの平坦化膜141(図面で上面側)には、有機カラーフィルター層142が形成されている。また、上記有機カラーフィルター層142上には、各光電変換部122に入射光を集光させる集光レンズ151が形成されている。   Further, in the solid-state imaging device 6, a planarizing film 141 having optical transparency is formed on the back side of the semiconductor substrate 111. Further, an organic color filter layer 142 is formed on the planarizing film 141 (on the upper surface side in the drawing). A condensing lens 151 that condenses incident light on each photoelectric conversion unit 122 is formed on the organic color filter layer 142.

上記集光レンズ151を形成するときに、本発明の各レンズの製造方法を適用することができる。   When forming the condensing lens 151, the manufacturing method of each lens of the present invention can be applied.

なお、図5では、いわゆる、裏面照射型のCMOS型固体撮像装置を示したが、本発明の固体撮像装置の製造方法では、配線層側から入射光を光電変換部に取り込む、いわゆる、表面照射型のCMOS型固体撮像装置の製造方法にも適用することができる。   FIG. 5 shows a so-called back-illuminated CMOS solid-state imaging device. However, in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, so-called front-illumination in which incident light is taken into the photoelectric conversion unit from the wiring layer side. The present invention can also be applied to a method for manufacturing a CMOS type solid-state imaging device.

よって、上記説明したように、簡便な方法で、表面に凹凸が形成された集光レンズ97(前記図4参照)、集光レンズ151(前記図5参照)を形成することができる。
その凹凸の大きさ、分布密度は、ナノ構造体の大きさ、材質、分布密度を適宜変更することで、意図的に制御することが可能になる。
このように、レンズ表面に所望の凹凸を制御性よく形成することができるので、レンズの集光効率を高めることができ、固体撮像装置の受光感度の向上を図ることができる。また、簡便な方法でレンズ表面に凹凸を形成することができるので、製造コストが低減できる。
したがって、高い集光効率の要求に対して製造工程数の増加を抑えることができ、世代の異なる固体撮像装置に対しても適用することが可能となる。
Therefore, as described above, the condensing lens 97 (see FIG. 4) and the condensing lens 151 (see FIG. 5) having irregularities formed on the surface can be formed by a simple method.
The size and distribution density of the irregularities can be intentionally controlled by appropriately changing the size, material, and distribution density of the nanostructure.
As described above, since desired irregularities can be formed on the lens surface with good controllability, the light collection efficiency of the lens can be increased, and the light receiving sensitivity of the solid-state imaging device can be improved. Moreover, since unevenness | corrugation can be formed in the lens surface by a simple method, manufacturing cost can be reduced.
Therefore, an increase in the number of manufacturing steps can be suppressed in response to a request for high light collection efficiency, and it can be applied to solid-state imaging devices of different generations.

また、本発明のレンズの製造方法は、固体撮像装置のレンズの製造方法に限らず、光学センサのような入射光を受光部に集光するデバイスに設けられた集光レンズの製造方法にも、適用することができる。   Further, the manufacturing method of the lens of the present invention is not limited to the manufacturing method of the lens of the solid-state imaging device, but also a manufacturing method of a condensing lens provided in a device that collects incident light on a light receiving unit such as an optical sensor. Can be applied.

本発明のレンズの製造方法に係る一実施の形態(実施例)を模式的に示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed typically one Embodiment (Example) which concerns on the manufacturing method of the lens of this invention. 実施例のレンズの製造方法の一部工程を模式的に示した拡大断面図である。It is the expanded sectional view which showed typically the one part process of the manufacturing method of the lens of an Example. 実施例のレンズの製造方法の変形例を模式的に示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed typically the modification of the manufacturing method of the lens of an Example. 本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態(第1実施例)を模式的に示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed typically one Embodiment (1st Example) which concerns on the manufacturing method of the solid-state imaging device of this invention. 本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態(第2実施例)を模式的に示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed typically one Embodiment (2nd Example) which concerns on the manufacturing method of the solid-state imaging device of this invention. 従来のレンズの製造方法を模式的に示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed the manufacturing method of the conventional lens typically.

符号の説明Explanation of symbols

11…基体、12…レンズ形成層、13…金属粒子を有する有機膜、14…金属粒子、15…第1レンズ型、16…第2レンズ型、17…レンズ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Base | substrate, 12 ... Lens formation layer, 13 ... Organic film | membrane which has metal particle, 14 ... Metal particle, 15 ... 1st lens type | mold, 16 ... 2nd lens type | mold, 17 ... Lens

Claims (5)

基体上にレンズ形成層を形成する工程と、
前記レンズ形成層表面に金属粒子を含む有機膜を形成する工程と、
前記金属粒子を含む有機膜上にレンズ型を形成する工程と、
前記レンズ型と前記金属粒子を含む有機膜と前記レンズ形成層をエッチングして、前記レンズ形成層で前記レンズ型の表面形状が転写された表面に凹凸を有するレンズを形成する工程と
を有することを特徴とするレンズの製造方法。
Forming a lens forming layer on the substrate;
Forming an organic film containing metal particles on the surface of the lens forming layer;
Forming a lens mold on the organic film containing the metal particles;
Etching the lens mold, the organic film containing the metal particles, and the lens forming layer to form a lens having irregularities on the surface onto which the surface shape of the lens mold is transferred by the lens forming layer. A method for producing a lens characterized by the above.
前記金属粒子は前記レンズを形成するときのエッチングマスクとなる
ことを特徴とする請求項1記載のレンズの製造方法。
The method for manufacturing a lens according to claim 1, wherein the metal particles serve as an etching mask when forming the lens.
前記エッチングはプラズマエッチングであり、
前記金属粒子は前記有機膜よりエッチング時のプラズマ耐性が高い
ことを特徴とする請求項1記載のレンズの製造方法。
The etching is plasma etching;
The lens manufacturing method according to claim 1, wherein the metal particles have higher plasma resistance during etching than the organic film.
入射光を光電変換する受光部を有し、前記受光部の前記入射光側に入射光を前記受光部に集光するレンズを形成する固体撮像装置の製造方法において、
前記レンズの形成工程は、
前記受光部が形成された基体上にレンズ形成層を形成する工程と、
前記レンズ形成層表面に金属粒子を含む有機膜を形成する工程と、
前記金属粒子を含む有機膜上にレンズ型を形成する工程と、
前記レンズ型と前記金属粒子を含む有機膜と前記レンズ形成層をエッチングして、前記レンズ形成層で前記レンズ型の表面形状が転写された表面に凹凸を有するレンズを形成する工程と
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
In a method for manufacturing a solid-state imaging device, which includes a light receiving unit that photoelectrically converts incident light, and a lens that collects incident light on the light receiving unit on the incident light side of the light receiving unit.
The lens forming step includes:
Forming a lens forming layer on the substrate on which the light receiving portion is formed;
Forming an organic film containing metal particles on the surface of the lens forming layer;
Forming a lens mold on the organic film containing the metal particles;
Etching the lens mold, the organic film containing the metal particles, and the lens forming layer to form a lens having irregularities on the surface onto which the surface shape of the lens mold is transferred by the lens forming layer. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
前記基体の最上層にカラーフィルター層が形成され、
前記カラーフィルター層上に前記レンズ形成層を形成する
ことを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置の製造方法。
A color filter layer is formed on the uppermost layer of the substrate;
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein the lens forming layer is formed on the color filter layer.
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