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JP2011109033A - In-layer lens and method for manufacturing the same, color filter and method for manufacturing the same, solid-state image pickup element and method for manufacturing the same and electronic information equipment - Google Patents

In-layer lens and method for manufacturing the same, color filter and method for manufacturing the same, solid-state image pickup element and method for manufacturing the same and electronic information equipment Download PDF

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JP2011109033A
JP2011109033A JP2009265414A JP2009265414A JP2011109033A JP 2011109033 A JP2011109033 A JP 2011109033A JP 2009265414 A JP2009265414 A JP 2009265414A JP 2009265414 A JP2009265414 A JP 2009265414A JP 2011109033 A JP2011109033 A JP 2011109033A
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JP
Japan
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lens
layer
color filter
intra
solid
Prior art date
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Pending
Application number
JP2009265414A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Teruhisa Yamashita
輝久 山下
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Abstract

【課題】膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制する。
【解決手段】階調マスクを用いて下地段差上に透明絶縁膜材料(現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率材料)を用いて層内レンズ7を形成し、別の階調マスクを用いてその上に直にカラーフィルタ(現像溶解性を有した感光性のネガ型材料)を形成するため、従来のように受光部2〜カラーフィルタ8の間に2層の平坦化膜がない分だけ、異種膜界面の数が減り、界面で起こる光反射を抑制でき、さらにマイクロレンズ10〜受光部2までの距離が短くなる。
【選択図】図1
Light reflection at a film interface is minimized and the distance from a microlens to a light receiving part is shortened to suppress a decrease in the amount of incident light to the light receiving part.
An intra-layer lens is formed on a base step using a transparent insulating film material (photosensitive positive high refractive index material having development solubility) using a gradation mask, and another gradation is formed. In order to form a color filter (photosensitive negative material having development solubility) directly on the mask, a two-layer flattening film is formed between the light receiving portion 2 and the color filter 8 as in the prior art. Therefore, the number of different film interfaces decreases, light reflection occurring at the interface can be suppressed, and the distance from the microlens 10 to the light receiving unit 2 is shortened.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、画素毎に離散的に所定の色配列で配列された層内レンズおよびその製造方法、この層内レンズ上または上方に設けられるカラーフィルタおよびその製造方法、この層内レンズおよび/またはカラーフィルタを通して被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。   The present invention relates to an intra-layer lens discretely arranged in a predetermined color arrangement for each pixel and a manufacturing method thereof, a color filter provided on or above the intra-lens and a manufacturing method thereof, the intra-layer lens and / or Solid-state imaging device comprising a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject through a color filter and imaging the same, and manufacturing method thereof, for example, a digital video camera and a digital still using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit The present invention relates to an electronic information device such as a digital camera such as a camera, an image input camera such as a surveillance camera, a scanner device, a facsimile device, a television telephone device, and a mobile phone device with a camera.

この種の従来の固体撮像素子においては、カメラレンズと固体撮像素子間の短射出瞳距離化や高画素化による画素サイズの縮小に伴い、斜め光による光を受光部に取り込むための技術の一つとして凸型の層内レンズがマイクロレンズとは別にマイクロレンズ下方の層内に受光部に対応して設けられている。従来の固体撮像素子について、以下に図面を参照しながら詳細に説明する。   In this type of conventional solid-state imaging device, a technique for taking light from an oblique light into a light-receiving portion as the pixel size is reduced by shortening the exit pupil distance between the camera lens and the solid-state imaging device or by increasing the number of pixels. In addition, a convex intra-layer lens is provided in a layer below the micro lens corresponding to the light receiving unit, separately from the micro lens. A conventional solid-state imaging device will be described in detail below with reference to the drawings.

図13は、従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。   FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing an example of the configuration of the main part of a conventional solid-state imaging device.

図13に示すように、従来の固体撮像素子100は、半導体基板101上にマトリクス状に形成された、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部102が配設されている。半導体基板101上の隣接する受光部102間に、一方の受光部102からの信号電荷を転送する電荷転送領域103が配設され、その上に電荷転送電極104が、図示しない絶縁膜を介して配設されている。半導体基板101上および電荷転送電極104上の基板全面に絶縁膜105が形成されている。この電荷転送電極104上の絶縁膜105上には遮光膜106が形成されている。この遮光膜106は受光部102上が光入射のために開口されている。   As shown in FIG. 13, the conventional solid-state imaging device 100 is provided with a plurality of light receiving units 102 that are formed in a matrix on a semiconductor substrate 101 and photoelectrically convert image light from a subject to image it. . Between adjacent light receiving portions 102 on the semiconductor substrate 101, a charge transfer region 103 for transferring a signal charge from one light receiving portion 102 is disposed, and a charge transfer electrode 104 is disposed thereon via an insulating film (not shown). It is arranged. An insulating film 105 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101 and the charge transfer electrode 104. A light shielding film 106 is formed on the insulating film 105 on the charge transfer electrode 104. The light shielding film 106 is opened on the light receiving portion 102 for light incidence.

これらの電荷転送電極104および遮光膜106の形成領域と、受光部102の形成領域との間に下地段差が形成されている。この下地段差を平坦化するために透明の平坦化膜107が形成され、その上に、受光部102への集光用の層内レンズ108が形成されている。   A base step is formed between the formation region of the charge transfer electrode 104 and the light shielding film 106 and the formation region of the light receiving portion 102. A transparent flattening film 107 is formed in order to flatten the base step, and an in-layer lens 108 for condensing light to the light receiving unit 102 is formed thereon.

層内レンズ108上に透明の平坦化膜109が形成され、この平坦化膜109上に、受光部102および層内レンズ108の位置に対応させて各色のカラーフィルタ110が形成されている。各色のカラーフィルタ110は、第1層目のカラーフィルタ110aと、第2層目または第3層目のカラーフィルタ110bとを有している。   A transparent flattening film 109 is formed on the in-layer lens 108, and color filters 110 of the respective colors are formed on the flattening film 109 so as to correspond to the positions of the light receiving unit 102 and the in-layer lens 108. Each color filter 110 has a first-layer color filter 110a and a second-layer or third-layer color filter 110b.

各色のカラーフィルタ110上に透明の平坦化膜111を介してマイクロレンズ112が、受光部102および層内レンズ108の位置に対応させると共に、各色のカラーフィルタ110のそれぞれに対応させてマトリクス状に形成されている。   A microlens 112 corresponds to the position of the light receiving unit 102 and the intralayer lens 108 via a transparent flattening film 111 on the color filter 110 of each color, and in a matrix form corresponding to each of the color filters 110 of each color. Is formed.

このように、層内レンズ108の形成のために、下地段差を透明膜の平坦化膜107で平坦化し、さらに、カラーフィルタ112の形成のために層内レンズ108の段差をも透明膜の平坦化膜109で平坦化している。   As described above, in order to form the in-layer lens 108, the base step is flattened by the flattening film 107 of the transparent film, and further, the step of the in-layer lens 108 is flattened to form the color filter 112. The surface is flattened by the chemical film 109.

これらの平坦化膜107および109の形成は、例えば、非感光性の塗布材を塗布し、必要に応じて枚葉式マイクロ波プラズマエッチャーを用いて塗布材をエッチバックし、その膜厚を調整する。   The flattening films 107 and 109 are formed by, for example, applying a non-photosensitive coating material, and etching back the coating material using a single wafer microwave plasma etcher as necessary, and adjusting the film thickness. To do.

凸型の層内レンズ108の形成は、例えば、現像溶解性を有した感光性の高屈折率材料(ポジ型)を塗布し、透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調マスク、あるいは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光し、あるいは露光時の露光量やフォーカスを調整して露光し、現像して形成する。   The convex intra-layer lens 108 is formed by, for example, applying a photosensitive high refractive index material (positive type) having development solubility, and a gradation mask having a transmittance between maximum and minimum transmittance. Alternatively, exposure is performed using a maximum or minimum normal photomask, or exposure is performed by adjusting an exposure amount and focus during exposure, and development is performed.

カラーフィルタ112の形成は、例えば感光性の塗布材(ネガ型)を塗布し、通常のフォトマスクを用いて露光し、現像して形成する。   The color filter 112 is formed by, for example, applying a photosensitive coating material (negative type), exposing using a normal photomask, and developing.

図14は、特許文献1に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。   FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing an example of the configuration of the main part of a conventional solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1.

図14に示すように、従来の固体撮像素子200の層内レンズ201の形成方法は、まず、半導体部202内に所要の不純物のイオン注入などを行って、受光部203、読み出しゲート部204およびCCD転送チャネル(電荷転送部)205をそれぞれ形成した後に、表面に絶縁膜206を介して所定のパターンに電荷転送電極207を形成し、層間絶縁膜208を介してこの電荷転送電極207を覆って遮光膜209を形成する。この遮光膜209が受光部203上に開口部を有するようにパターニングする。   As shown in FIG. 14, in the conventional method of forming the intralayer lens 201 of the solid-state imaging device 200, first, necessary impurity ions are implanted into the semiconductor portion 202, and the light receiving portion 203, the readout gate portion 204, and the like. After each CCD transfer channel (charge transfer unit) 205 is formed, a charge transfer electrode 207 is formed in a predetermined pattern on the surface via an insulating film 206, and this charge transfer electrode 207 is covered via an interlayer insulating film 208. A light shielding film 209 is formed. The light shielding film 209 is patterned so as to have an opening on the light receiving portion 203.

次に、遮光膜209上に、リフローにより形成した膜、例えばBPSG膜や、HDP(高密度プラズマ)CVD法によって形成した膜により、第1平坦化層210を形成し、表面の平坦化を行う。   Next, a first planarization layer 210 is formed on the light shielding film 209 by using a film formed by reflow, such as a BPSG film or a film formed by HDP (high density plasma) CVD method, and the surface is planarized. .

さらに、BPSG膜は、BPSGの組成やリフロー温度を規定することにより、リフロー後に平坦な表面を有するようにすることができる。   Furthermore, the BPSG film can have a flat surface after reflow by defining the composition of BPSG and the reflow temperature.

このとき、第1平坦化層210の材料に用いられる平坦化の方法に対応して、遮光膜209となる材料を選択して、遮光膜209を形成しておくようにする。例えば、平坦化のために高温でのリフローが必要な場合には、遮光膜209に高融点金属例えばタングステン、タングステンシリサイド、モリブデン、チタンなどを形成する。   At this time, the light shielding film 209 is formed by selecting a material to be the light shielding film 209 in accordance with the planarization method used for the material of the first planarization layer 210. For example, when reflow at a high temperature is necessary for planarization, a high melting point metal such as tungsten, tungsten silicide, molybdenum, titanium, or the like is formed on the light shielding film 209.

一方、第1平坦化層210にHDPCVD膜を使用する場合には、低温で第1平坦化層210を形成することができるので、遮光膜209はアルミニウム膜などでも構わない。   On the other hand, when an HDPCVD film is used for the first planarizing layer 210, the first planarizing layer 210 can be formed at a low temperature, and the light shielding film 209 may be an aluminum film or the like.

さらに、図示しないが周辺部の配線を形成した後、配線上を覆って全体に、層内レンズ201となる高屈折率の層内レンズ材料の層、例えばプラズマCVDによるSiN膜を0.5〜2.0μmの厚さに形成する。   Further, although not shown in the figure, after forming the peripheral wiring, a layer of a high refractive index intra-layer lens material that becomes the intra-layer lens 201, for example, a SiN film by plasma CVD, is formed on the entire surface by 0.5 to It is formed to a thickness of 2.0 μm.

ここで、層内レンズ201の屈折率を1.9〜2.0とする場合には、層内レンズ材料の層としてプラズマCVDによるSiN膜を形成する。また、層内レンズ201の屈折率を1.5〜1.9とする場合には、層内レンズ材料の層としてプラズマCVDによるSiON膜を形成する。   Here, when the refractive index of the inner lens 201 is set to 1.9 to 2.0, a SiN film by plasma CVD is formed as a layer of the inner lens material. When the refractive index of the inner lens 201 is 1.5 to 1.9, a SiON film by plasma CVD is formed as a layer of the inner lens material.

さらに、層内レンズ201となるレンズ材料層上にレジストを塗布し、このレジストに対して所望の層内レンズ201を得るためのレンズ形状のパターニングを行う。さらに、そのレンズ形状をレンズ材料層にて得るために、パターニングしたレジストに対して例えば摂氏140〜180度の温度でリフローを行う。   Further, a resist is applied on the lens material layer to be the in-layer lens 201, and a lens shape patterning for obtaining a desired in-layer lens 201 is performed on the resist. Further, in order to obtain the lens shape with the lens material layer, the patterned resist is reflowed at a temperature of 140 to 180 degrees Celsius, for example.

このレジストには、酸素によりドライエッチングが可能である樹脂、例えばノボラック系樹脂などを用いることができる。   For this resist, a resin that can be dry-etched by oxygen, such as a novolac resin, can be used.

さらに、ドライエッチングにより、レジストのレンズ形状をレンズ材料層に転写して層内レンズ201を形成する。   Further, the lens shape of the resist is transferred to the lens material layer by dry etching to form the in-layer lens 201.

その後は、層内レンズ201上を覆って第2平坦化層211を形成して表面を平坦化した後、カラーフィルタ212およびマイクロレンズ213を順次形成してCCD型の固体撮像素子200を形成することができる。   Thereafter, a second flattening layer 211 is formed so as to cover the inner lens 201 and the surface thereof is flattened, and then a color filter 212 and a microlens 213 are sequentially formed to form a CCD type solid-state imaging device 200. be able to.

図15は、特許文献2に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。   FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing an example of the configuration of the main part of a conventional solid-state imaging device disclosed in Patent Document 2. As shown in FIG.

図15に示すように、従来の固体撮像素子300において、各センサ部301上に表面側が凸面とされた層内レンズ302を有する従来の固体撮像素子300を製造するに当たり、電荷転送電極303およびその上の遮光膜304とセンサ部301との下地段差を埋め込むように形成された平坦化膜305上に層内レンズ302のレンズ材料を形成する工程と、このレンズ材料上に所定のレンズ形状のレジストを形成する工程と、このレジストのレンズ形状をレンズ材料膜に転写する工程と、レンズ形状が転写されたレンズ材料膜302a上にさらに同一のレンズ材料膜302bを成膜して層内レンズ302を形成する工程とを有して製造を行う。   As shown in FIG. 15, in manufacturing a conventional solid-state imaging device 300 having an inner lens 302 having a convex surface on each sensor portion 301 in the conventional solid-state imaging device 300, the charge transfer electrode 303 and its A step of forming a lens material of the inner lens 302 on the planarizing film 305 formed so as to embed a base step between the light shielding film 304 and the sensor unit 301, and a resist having a predetermined lens shape on the lens material A step of transferring the lens shape of the resist to the lens material film, and forming the same lens material film 302b on the lens material film 302a to which the lens shape has been transferred to form the inner lens 302. And a manufacturing process.

図16は、特許文献3に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。   FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing an example of the configuration of the main part of a conventional solid-state imaging device disclosed in Patent Document 3. As shown in FIG.

図16に示すように、シリコン基板またはシリコン基板に形成されたp型ウェル401(ここでは基板という)に、例えば、n型不純物領域などからなり基板401との間のpn接合を中心とした領域で光電変換を行って信号電荷を発生させ、信号電荷を一定期間蓄積する複数の受光部402が形成されている。受光部402の一方側と他方側に、それぞれ所定距離をおいて、主にn型不純物領域からなる電荷転送部403が形成されている。   As shown in FIG. 16, a silicon substrate or a p-type well 401 (herein referred to as a substrate) formed on the silicon substrate, for example, an n-type impurity region or the like and a region centering on a pn junction with the substrate 401. A plurality of light receiving portions 402 are formed that perform photoelectric conversion to generate signal charges and accumulate the signal charges for a certain period. On one side and the other side of the light receiving portion 402, a charge transfer portion 403 mainly composed of an n-type impurity region is formed at a predetermined distance.

基板401上には、酸化シリコンなどの絶縁膜404aが形成され、電荷転送部403上には絶縁膜404aを介して、ポリシリコンなどからなる電荷転送電極405が形成されている。なお、これらの電荷転送部403と電荷転送電極405が、信号電荷を垂直方向に電荷転送する垂直転送部に相当する。   An insulating film 404a such as silicon oxide is formed on the substrate 401, and a charge transfer electrode 405 made of polysilicon or the like is formed on the charge transfer portion 403 via the insulating film 404a. The charge transfer unit 403 and the charge transfer electrode 405 correspond to a vertical transfer unit that transfers signal charges in the vertical direction.

電荷転送部403および受光部402上には、2層の絶縁膜404bおよび絶縁膜404cが形成されている。この絶縁膜404c上には、電荷転送電極405上を被覆するように、例えば、タングステン(W)などの高融点金属からなる遮光膜406が形成されている。この遮光膜406には、受光部402の上方に開口部406aが形成されている。遮光膜406が電荷転送電極405上を被覆するように形成されているのは、遮光膜406の電荷転送部403に対する遮光性を高めてスミアを抑えるためである。   On the charge transfer portion 403 and the light receiving portion 402, a two-layer insulating film 404b and an insulating film 404c are formed. A light shielding film 406 made of a refractory metal such as tungsten (W) is formed on the insulating film 404c so as to cover the charge transfer electrode 405. An opening 406 a is formed in the light shielding film 406 above the light receiving portion 402. The reason why the light shielding film 406 is formed so as to cover the charge transfer electrode 405 is to improve the light shielding property of the light shielding film 406 with respect to the charge transfer portion 403 and suppress smear.

遮光膜406上および、開口部406a内の絶縁膜404c上を被覆して、例えば、酸化シリコンからなるエッチングストッパ膜407が形成されている。また、遮光膜406上には、エッチングストッパ膜407を介して、例えば、タングステンなどからなる段差調整膜408が形成されている。   An etching stopper film 407 made of, for example, silicon oxide is formed so as to cover the light shielding film 406 and the insulating film 404c in the opening 406a. Further, a step adjustment film 408 made of tungsten or the like is formed on the light shielding film 406 with an etching stopper film 407 interposed therebetween.

段差調整膜408およびエッチングストッパ膜407上を被覆して、例えば、PSG(Phosphosilicate glass) またはBPSG(Borophosphosilicate glass) などからなる層間絶縁膜409が形成されている。この層間絶縁膜409の表面には、上記の段差調整膜408およびエッチングストッパ膜407により形成された下地段差の形状を反映して窪み409aが形成されている。   An interlayer insulating film 409 made of, for example, PSG (Phosphosilicate glass) or BPSG (Borophosphosilicate glass) is formed so as to cover the step adjusting film 408 and the etching stopper film 407. A recess 409a is formed on the surface of the interlayer insulating film 409, reflecting the shape of the underlying step formed by the step adjusting film 408 and the etching stopper film 407.

層間絶縁膜409上には、受光部402の上方領域にその窪み409aの形状を反映して所定の曲率のレンズ面を下面に有する層内レンズ410が形成されている。この層内レンズ410の上面は平坦化されている。層内レンズ410は、光透過率が十分高い材料、例えば、窒化シリコン膜(SiN)または酸化シリコン膜(SiO2 )などから形成されている。 On the interlayer insulating film 409, an inner lens 410 having a lens surface with a predetermined curvature on the lower surface is formed in the upper region of the light receiving portion 402, reflecting the shape of the recess 409a. The upper surface of the intralayer lens 410 is flattened. The intralayer lens 410 is made of a material having a sufficiently high light transmittance, such as a silicon nitride film (SiN) or a silicon oxide film (SiO 2 ).

上面が平坦化された層内レンズ410上を被覆して、酸化シリコンなどからなるパッシベーション膜411が形成されている。このパッシベーション膜411上に、オンチップカラーフィルタ412が形成されている。このオンチップカラーフィルタ412は、原色系のカラーコーディング方式では赤(R)、緑(G)、青(B)のいずれかに着色され、補色系では、例えば、シアン(Cy)、マゼンタ(Mg)、イエロー(Ye)、緑(G)などのいずれかに着色されている。   A passivation film 411 made of silicon oxide or the like is formed so as to cover the inner lens 410 whose upper surface is flattened. On the passivation film 411, an on-chip color filter 412 is formed. The on-chip color filter 412 is colored in one of red (R), green (G), and blue (B) in the primary color system, and in the complementary color system, for example, cyan (Cy), magenta (Mg) ), Yellow (Ye), green (G) or the like.

このオンチップカラーフィルタ412上に、ネガ型感光樹脂などの光透過材料からなるオンチップレンズ(OCL)413が形成されている。このオンチップレンズ413は遮光膜上方の光も有効利用して受光部402に入射させるため、無効領域となる隙間をできるだけ少なくするように形成されている。オンチップレンズ413のレンズ曲面(凸状曲面)で受けた光が集光され、層内レンズ410で更に光が集光されて受光部402に入射されることとなる。   An on-chip lens (OCL) 413 made of a light transmitting material such as a negative photosensitive resin is formed on the on-chip color filter 412. The on-chip lens 413 is formed so as to minimize the gap serving as an ineffective region because the light above the light-shielding film is also effectively used to enter the light receiving unit 402. The light received by the lens curved surface (convex curved surface) of the on-chip lens 413 is condensed, and the light is further collected by the intralayer lens 410 and is incident on the light receiving unit 402.

特開2000−164837号公報JP 2000-164837 A 特開2002−76316号公報JP 2002-76316 A 特開2002−353428号公報JP 2002-353428 A

上記図13〜15の従来の固体撮像素子では、半導体基板に形成された複数の受光部(複数の光電変換素子としての複数のフォトダイオード)と、その下地段差を平坦化膜(透明膜)で平坦化し、その上に受光部毎に上に凸型の層内レンズを形成し、この層内レンズによる下地段差を別の平坦化膜(透明膜)で平坦化し、更にその上にカラーフィルタを形成し、このカラーフィルタの段差を平坦化膜(透明膜)で平坦化した後に、その上に各受光部に対応して集光用のマイクロレンズを形成している。   In the conventional solid-state imaging device of FIGS. 13 to 15 described above, a plurality of light receiving portions (a plurality of photodiodes as a plurality of photoelectric conversion elements) formed on a semiconductor substrate and a base step are made of a planarizing film (transparent film). Flatten and form a convex in-layer lens on top of each light-receiving unit on it, flatten the ground level difference by this in-layer lens with another flattening film (transparent film), and then apply a color filter on it After forming and leveling the step of the color filter with a flattening film (transparent film), a condensing microlens is formed on the color filter corresponding to each light receiving portion.

このように、層内レンズの上下位置に各平坦化膜がそれぞれ存在し、異種の膜界面で起こる光反射や、マイクロレンズ〜受光部までの距離が長くなることにより、受光部に到達する入射光の光量が低下して受光感度が低下するという問題を有していた。    In this way, each flattening film exists at the upper and lower positions of the lens in the layer, and the light reaching the light receiving part by light reflection occurring at the interface between different kinds of films and the distance from the microlens to the light receiving part becomes long. There has been a problem that the light sensitivity is lowered due to a decrease in the amount of light.

上記図16の従来の固体撮像素子の下に凸の層内レンズ410では、下地段差の窪み形状を反映した層間絶縁膜409の窪み409a上に形成されているため、層内レンズ410の上下位置に各平坦化膜が存在しないものの、下に凸の層内レンズ410自体によって層間絶縁膜409の窪み409aを平坦化しており、マイクロレンズ413〜受光部402までの距離が多少は長くなることにより、その分だけ受光部402に到達する入射光の光量が低下して受光感度が低下するという問題を有していた。   The in-layer lens 410 convex below the conventional solid-state imaging device in FIG. 16 is formed on the depression 409a of the interlayer insulating film 409 reflecting the depression shape of the base step, so Although the respective flattening films do not exist, the depression 409a of the interlayer insulating film 409 is flattened by the lower convex inner lens 410 itself, and the distance from the microlens 413 to the light receiving portion 402 is somewhat increased. Therefore, there is a problem that the amount of incident light reaching the light receiving unit 402 is reduced by that amount and the light receiving sensitivity is lowered.

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制することができる層内レンズおよびその製造方法、この層内レンズ上または上方に設けられるカラーフィルタおよびその製造方法、この層内レンズおよび/またはカラーフィルタを通して被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and minimizes light reflection at the film interface and shortens the distance from the microlens to the light receiving unit to suppress a decrease in the amount of light incident on the light receiving unit. Intra-layer lens and method for manufacturing the same, color filter provided on or above the intra-layer lens and method for manufacturing the same, and image light from a subject is photoelectrically converted and imaged through the intra-layer lens and / or color filter It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device constituted by a semiconductor element, a manufacturing method thereof, and an electronic information device such as a mobile phone device with a camera using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit.

本発明の層内レンズは、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的にレンズ形状を形成したものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The intra-layer lens of the present invention is such that the lens shape is discretely formed for each pixel on the surface side of the intra-layer lens material for embedding the base step for each pixel, thereby achieving the above object.

また、好ましくは、本発明の層内レンズにおける上または下に凸、または上下に凸の集光レンズである。   Further, it is preferably a condensing lens that is convex upward or downward in the intralayer lens of the present invention or convex upward and downward.

本発明の層内レンズの製造方法は、画素毎の下地段差を埋め込んだ層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に該層内レンズのレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The method for manufacturing an intra-layer lens according to the present invention is the formation of an intra-layer lens in which the lens surface shape of the intra-layer lens is discretely formed for each pixel on the surface side of the intra-layer lens material in which a base step for each pixel is embedded. It has a process, and the said objective is achieved by it.

また、好ましくは、本発明の層内レンズの製造方法における層内レンズ形成工程は、光透過率が最大と最小の間の光透過率を持つ階調フォトマスクを用いて露光するかまたは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光するかまたは、露光時の露光量やフォーカスを調整して露光することにより前記層内レンズのレンズ表面形状を形成する。   Preferably, the intra-layer lens forming step in the method of manufacturing an intra-layer lens of the present invention is performed by using a gradation photomask having a light transmittance between the maximum and minimum light transmittance, or maximum Alternatively, exposure is performed using a minimum ordinary photomask, or exposure is performed by adjusting the exposure amount and focus during exposure to form the lens surface shape of the in-layer lens.

本発明のカラーフィルタは、本発明の上記層内レンズ上、または、層内レンズ上、被写体からの入射光を光電変換して受光する受光部に入射光を集光させるための層内レンズ上に直に、該画素毎に離散的に所定の色配列で形成したものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The color filter of the present invention is on the above-mentioned intra-layer lens of the present invention, or on the intra-layer lens, on the intra-layer lens for condensing the incident light on the light receiving unit that photoelectrically converts the incident light from the subject and receives it. Immediately, each pixel is discretely formed with a predetermined color arrangement, and the above object is achieved.

本発明のカラーフィルタの製造方法は、本発明の上記層内レンズ上、または、層内レンズ上、被写体からの入射光を光電変換して受光する受光部に入射光を集光させるための層内レンズ上に直に、該画素毎に離散的に所定の色配列で各色のカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The method for producing a color filter of the present invention includes a layer for condensing incident light on the inner lens or the inner lens of the present invention on a light receiving unit that photoelectrically converts incident light from a subject and receives the light. A color filter forming step of forming a color filter of each color in a predetermined color arrangement discretely for each pixel directly on the inner lens, thereby achieving the above object.

また、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法におけるカラーフィルタ形成工程は、光透過率が最大と最小の間の光透過率を持つ階調フォトマスクを用いて露光するかまたは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光するかまたは、UV露光時の露光量やフォーカスを調整して露光することにより前記各色のカラーフィルタを形成する。   Preferably, the color filter forming step in the color filter manufacturing method of the present invention is performed by using a gradation photomask having a light transmittance between the maximum and minimum light transmittance, or maximum or The color filters of the respective colors are formed by performing exposure using a minimum normal photomask or adjusting the exposure amount and focus during UV exposure.

本発明の固体撮像素子は、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に層内レンズのレンズ表面形状が形成されており、該層内レンズ上に直に、該画素毎に所定の色配列のカラーフィルタが形成されて、該カラーフィルタおよび該層内レンズを通して集光された被写体からの各色の画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が形成されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。   In the solid-state imaging device of the present invention, the lens surface shape of the in-layer lens is discretely formed for each pixel on the surface side of the in-layer lens material for embedding the background step for each pixel, and the lens surface shape is formed on the in-layer lens. A plurality of light-receiving units that form a color filter of a predetermined color array for each pixel and photoelectrically convert image light of each color from a subject condensed through the color filter and the lens in the layer and image it Thus, the above object is achieved.

本発明の固体撮像素子は、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に層内レンズが形成され、該層内レンズを通して集光された被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が形成されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。   In the solid-state imaging device of the present invention, an inner lens is discretely formed for each pixel on the surface side of the inner lens material that embeds the base step for each pixel, and the object from the subject condensed through the inner lens is formed. A plurality of light receiving sections for photoelectrically converting image light to form an image are formed, thereby achieving the above object.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における画素毎の下地段差は、前記受光部からの信号電荷を読み出して転送するための電荷転送電極およびその上の遮光膜の形成領域と、該受光部の形成領域との間に形成されている。   Further preferably, the base level difference for each pixel in the solid-state imaging device of the present invention is such that the charge transfer electrode for reading and transferring the signal charge from the light receiving portion, the formation region of the light shielding film thereon, and the light receiving portion It is formed between the formation region.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における遮光膜は、タングステン膜またはアルミニウム膜である。   Further preferably, the light shielding film in the solid-state imaging device of the present invention is a tungsten film or an aluminum film.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層内レンズとして、前記層内レンズ材料の所定厚を介した前記遮光膜の上方から立ち上がって上に凸状のレンズ表面形状が形成されている。   Further preferably, as the inner lens in the solid-state imaging device of the present invention, a convex lens surface shape is formed rising from above the light shielding film through a predetermined thickness of the inner lens material.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層内レンズとして、前記層内レンズ材料を介在せず、前記遮光膜上から直に立ち上がって上に凸状のレンズ表面形状が形成されている。   Further, preferably, as an intralayer lens in the solid-state imaging device of the present invention, a convex lens surface shape is formed which rises directly from the light shielding film without intervening the intralayer lens material.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層内レンズは隣同士で互いに当接しているかまたは隣同士で互いに分離している。   Further, preferably, the intralayer lenses in the solid-state imaging device of the present invention are in contact with each other or separated from each other.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層内レンズ材料は、感光性および高屈折率の塗布材料である。   Further preferably, the intralayer lens material in the solid-state imaging device of the present invention is a photosensitive and high refractive index coating material.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層内レンズ材料は、前記層内レンズの屈折率を1.7〜2.0とする場合はチタンおよび/またはジルコニウムなどの金属を含有する感光性塗布材料である。また、1.9〜2.0とする場合はSiN膜であり、該層内レンズの屈折率を1.5〜1.9とする場合はSiON膜である。   Further preferably, the inner lens material in the solid-state imaging device of the present invention is a photosensitive material containing a metal such as titanium and / or zirconium when the refractive index of the inner lens is 1.7 to 2.0. It is a coating material. Moreover, when it is set to 1.9 to 2.0, it is a SiN film, and when the refractive index of the inner lens is set to 1.5 to 1.9, it is a SiON film.

本発明の固体撮像素子の製造方法は、画素毎の下地段差を表面が平坦化するように埋め込んだ層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に該層内レンズのレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程と、該層内レンズ上に直に、所定の色配列で前記画素毎に各色のカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention has a lens surface shape of the in-layer lens discretely for each pixel on the surface side of the in-layer lens material in which the base step for each pixel is embedded so that the surface is flattened. And forming a color filter of each color for each pixel in a predetermined color arrangement directly on the intra-layer lens. The objective is achieved.

また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における画素毎の下地段差を表面が平坦化するように埋め込んだ層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に該層内レンズのレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程を有する。   Preferably, in the method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the intra-layer lens is discretely provided for each pixel on the surface side of the intra-layer lens material in which the base step for each pixel is embedded so that the surface is flattened. An in-layer lens forming step of forming the lens surface shape of

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記層内レンズ形成工程および前記カラーフィルタ形成工程の少なくともいずれかは、光透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスクを用いて露光するかまたは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光するかまたは、露光時の露光量やフォーカスを調整して露光することにより前記層内レンズのレンズ表面形状を形成する。   Further preferably, in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, at least one of the intra-layer lens forming step and the color filter forming step is a gradation having a light transmittance between a maximum and a minimum. Exposure using a photomask, exposure using a maximum or minimum normal photomask, or exposure by adjusting the exposure amount and focus at the time of exposure, thereby adjusting the lens surface shape of the in-layer lens Form.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ形成工程は、 入射光を光電変換する受光部からの信号電荷を読み出して転送するための電荷転送電極およびその上の遮光膜の形成領域と、該受光部の形成領域との間に形成された下地段差上に層内レンズ材料を塗布する層内レンズ塗布工程と、塗布された層内レンズ材料を、レンズ表面形状になるようにマスクを用いて露光する層内レンズ露光工程と、露光された層内レンズ材料を所定の現像液を用いて現像して所定のレンズ表面形状を得る層内レンズ現像工程とを有する。   Further preferably, the intra-layer lens forming step in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention includes a charge transfer electrode for reading and transferring a signal charge from a light receiving unit that photoelectrically converts incident light, and a light shielding film thereon An intra-layer lens coating step of applying an intra-layer lens material on a base step formed between the formation area of the light receiving portion and the formation area of the light receiving portion, and the applied intra-layer lens material becomes a lens surface shape In this way, there are an intra-layer lens exposure step of exposing using a mask and an intra-layer lens development step of developing the exposed intra-layer lens material using a predetermined developer to obtain a predetermined lens surface shape.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるカラーフィルタ形成工程は、前記レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、カラーフィルタレジスト材料を塗布するカラーフィルタ塗布工程と、該塗布されたカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光するカラーフィルタ露光工程と、該露光されたカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像してカラーフィルタを形成するカラーフィルタ現像工程とを有する。   Further preferably, the color filter forming step in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention includes a color filter coating step of directly applying a color filter resist material onto the lens surface-shaped inner lens, A color filter exposure step of exposing the color filter resist material so that the film thickness of the color filter film is uniform along the lens surface shape of the in-layer lens using a mask, and the exposed color filter resist A color filter developing step of developing a color filter by developing the material using a predetermined developer.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるカラーフィルタ形成工程は、前記レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、第1色目のカラーフィルタレジスト材料をその表面が平坦化するように塗布する第1層目のカラーフィルタ塗布工程と、塗布されたカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、当該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第1層目のカラーフィルタ露光工程と、露光された第1層目のカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像して第1層目のカラーフィルタを形成する第1層目のカラーフィルタ現像工程と、該レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、第2色目のカラーフィルタレジスト材料をその表面が平坦化するように塗布する第2層目のカラーフィルタ塗布工程と、当該塗布された第2層目のカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、当該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第2層目のカラーフィルタ露光工程と、当該露光された第2層目のカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像して第2層目のカラーフィルタを形成する第2層目のカラーフィルタ現像工程と、該レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、第3色目のカラーフィルタレジスト材料をその表面が平坦化するように塗布する第3層目のカラーフィルタ塗布工程と、当該塗布された第3層目のカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、当該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第3層目のカラーフィルタ露光工程と、当該露光された第3層目のカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像して第3層目のカラーフィルタを形成する第3層目のカラーフィルタ現像工程とを有する。   Further preferably, in the color filter forming step in the method of manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the surface of the color filter resist material for the first color is directly planarized on the lens surface-shaped inner lens. Using the mask for the applied color filter resist material and the applied color filter resist material, the film thickness of the color filter film is made uniform along the lens surface shape of the lens in the layer. A first-layer color filter exposing step, and a first-layer color filter formed by developing the exposed first-layer color filter resist material using a predetermined developer. Color filter development process of the eye and the color filter resist material of the second color is applied directly on the inner lens of the lens surface shape so that the surface is flattened. The film thickness of the color filter film along the lens surface shape of the lens in the layer using a mask for the applied color filter resist material of the second layer and the applied color filter resist material of the second layer A second-layer color filter exposure step for exposing so as to be uniform, and a second-layer color filter by developing the exposed second-layer color filter resist material using a predetermined developer. A second-layer color filter developing step for forming a third layer, and a third-layer color filter resist material is applied directly on the inner lens having the lens surface shape so that the surface thereof is flattened. Color filter coating process and the thickness of the color filter film along the lens surface shape of the lens in the layer using a mask for the applied color filter resist material of the third layer A third-layer color filter exposure step for uniformly exposing, and developing the exposed third-layer color filter resist material with a predetermined developer to form a third-layer color filter And a third layer color filter developing step to be formed.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における層内レンズの屈折率を1.7〜2.0とする場合はチタンおよび/またはジルコニウムなどの金属を含有する感光性塗布材料である。また、1.9〜2.0とする場合は、前記層内レンズ材料としてプラズマCVD法によるSiN膜を形成し、該層内レンズの屈折率を1.5〜1.9とする場合は、該層内レンズ材料としてプラズマCVD法によるSiON膜を形成する。   Further preferably, when the refractive index of the inner lens in the method for producing a solid-state imaging device of the present invention is 1.7 to 2.0, the photosensitive coating material contains a metal such as titanium and / or zirconium. . Moreover, when setting it as 1.9-2.0, when forming the SiN film | membrane by a plasma CVD method as said inner lens material, and making the refractive index of this inner lens into 1.5-1.9, A SiON film is formed by plasma CVD as the inner lens material.

本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子から出力された撮像信号に所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The electronic information device of the present invention uses a solid-state imaging device that obtains a color image signal by performing predetermined signal processing on the imaging signal output from the solid-state imaging device of the present invention as an image input device for an imaging unit. This achieves the above object.

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。   With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.

本発明においては、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、画素毎に離散的にレンズ形状を形成した層内レンズおよびその製造方法によって、層内レンズ材料が従来の平坦化膜の代わりに用いられて、従来の平坦化膜が不要な分、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制することが可能となる。   In the present invention, the intra-layer lens material is flattened according to the conventional method by the intra-layer lens in which the lens shape is discretely formed for each pixel on the surface side of the intra-layer lens material for embedding the background step for each pixel and the manufacturing method thereof. Used instead of a film, the amount of light incident on the light receiving unit is reduced by minimizing light reflection at the film interface and reducing the distance from the microlens to the light receiving unit as much as the conventional planarization film is unnecessary. It is possible to suppress the decrease.

また、本発明においては、層内レンズ上または、被写体からの入射光を光電変換して受光する受光部に入射光を集光させるための層内レンズ上に直に、画素毎に離散的に所定の色配列で形成したカラーフィルタおよびその製造方法によっても、層内レンズ上の従来の平坦化膜が不要な分、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制することが可能となる。   Further, in the present invention, discretely for each pixel, directly on the intra-layer lens or on the intra-layer lens for condensing the incident light on the light receiving unit that photoelectrically converts the incident light from the subject and receives the light. The color filter formed with a predetermined color array and its manufacturing method eliminates the need for the conventional flattening film on the inner lens and minimizes light reflection at the film interface, and the distance from the microlens to the light receiving part. It is possible to suppress the decrease in the amount of light incident on the light receiving portion by shortening the length of the light receiving portion.

さらに、本発明においては、固体撮像素子として、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、画素毎に離散的に層内レンズのレンズ表面形状が形成されており、層内レンズ上に直に、画素毎に所定の色配列のカラーフィルタが形成されて、カラーフィルタおよび層内レンズを通して集光された被写体からの各色の画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が形成されている。   Furthermore, in the present invention, as the solid-state imaging device, the lens surface shape of the intra-layer lens is discretely formed for each pixel on the surface side of the intra-layer lens material for embedding the base step for each pixel. A plurality of light-receiving sections that directly form a color filter of a predetermined color arrangement for each pixel and photoelectrically convert the image light of each color from the subject condensed through the color filter and the intralayer lens, Is formed.

これによって、階調マスクなどを用いて下地段差上に透明絶縁膜材料を用いてその表面に直に層内レンズを形成し、階調マスクなどを用いてその上に直にカラーフィルタを形成するため、従来のように受光部〜カラーフィルタの間に2層の平坦化膜がない分だけ、異種膜界面の数が減り、界面で起こる光反射を抑制でき、さらにマイクロレンズ〜受光部までの集光距離を短くすることにより、光を効率良く受光部に取り込むことが可能となって受光感度を向上させることが可能となる。このように、層内レンズ上下の平坦化膜を削除し、層内レンズ上に直接カラーフィルタを形成して、入射光を効率良く受光部に取り込むことが可能となる。   As a result, an intralayer lens is formed directly on the surface using a transparent insulating film material on the base step using a gradation mask or the like, and a color filter is formed directly thereon using a gradation mask or the like. Therefore, unlike the conventional case, the number of different types of film interfaces is reduced by the amount of the two-layer flattening film between the light receiving part and the color filter, and light reflection occurring at the interface can be suppressed. By shortening the condensing distance, light can be efficiently taken into the light receiving unit, and the light receiving sensitivity can be improved. As described above, it is possible to remove the planarizing films above and below the inner lens and form a color filter directly on the inner lens, and efficiently take incident light into the light receiving unit.

以上により、本発明によれば、層内レンズの上下の従来の平坦化膜は削除し、受光部と電荷転送電極および遮光膜と受光部との下地段差を層内レンズ材料で埋め込み、かつ、その層内レンズ材料の表面に凸型の層内レンズを形成し、さらに層内レンズ上に(従来の平坦化膜を介することなく)、直接、カラーフィルタを形成することによって、異種膜界面の数が減った分だけ、膜界面での光反射が低減し、また、マイクロレンズ〜受光部までの集光距離の短縮により、より効率よく受光部に入射光を到達させることができて受光効率を向上させることができる。   As described above, according to the present invention, the conventional planarization film above and below the inner lens is deleted, and the base step between the light receiving portion and the charge transfer electrode and the light shielding film and the light receiving portion is embedded with the inner lens material, and By forming a convex in-layer lens on the surface of the in-layer lens material, and forming a color filter directly on the in-layer lens (without a conventional flattening film), As the number decreases, light reflection at the film interface is reduced, and by shortening the focusing distance from the microlens to the light receiving part, incident light can reach the light receiving part more efficiently. Can be improved.

本発明の実施形態1における固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the principal part structural example of the solid-state image sensor in Embodiment 1 of this invention. 図1の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ塗布工程までの要部縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a main part up to an intra-layer lens application step in the method for manufacturing the solid-state imaging device in FIG. 1. 図1の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ露光工程までの要部縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a main part up to an intra-layer lens exposure step in the method for manufacturing the solid-state imaging device in FIG. 1. 図1の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ現像工程までの要部縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a main part up to an intra-layer lens developing step in the method for manufacturing the solid-state imaging device in FIG. 1. 図1の固体撮像素子の製造方法における第1層目のカラーフィルタ塗布工程までの要部縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of main parts up to a first layer color filter coating step in the method of manufacturing the solid-state imaging device of FIG. 1. 図1の固体撮像素子の製造方法における第1層目のカラーフィルタ露光工程までの要部縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a main part up to a first-layer color filter exposure step in the method for manufacturing the solid-state imaging device in FIG. 1. 図1の固体撮像素子の製造方法における第1層目のカラーフィルタ現像工程までの要部縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an essential part up to a color filter developing step for a first layer in the method for manufacturing the solid-state imaging device of FIG. 1. 図1の固体撮像素子20の製造方法における第2層目および第3層目のカラーフィルタ塗布工程からカラーフィルタ現像工程を行った後の要部縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a main part after performing a color filter developing step from a second layer and a third layer color filter applying step in the method of manufacturing the solid-state imaging device 20 of FIG. 1. 図1の固体撮像素子の変形例を示す要部縦断面図である。It is a principal part longitudinal cross-sectional view which shows the modification of the solid-state image sensor of FIG. 図1の固体撮像素子の更なる変形例を示す要部縦断面図である。It is a principal part longitudinal cross-sectional view which shows the further modification of the solid-state image sensor of FIG. 図1の固体撮像素子の更なる別の変形例を示す要部縦断面図である。It is a principal part longitudinal cross-sectional view which shows another modification of the solid-state image sensor of FIG. 本発明の実施形態2として、本発明の実施形態1の固体撮像素子からの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。As a second embodiment of the present invention, a schematic configuration of an electronic information device using a solid-state imaging device that obtains a color image signal by performing predetermined signal processing on an imaging signal from the solid-state imaging device of the first embodiment of the present invention as an imaging unit. It is a block diagram which shows an example. 従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the example of a principal part structure of the conventional solid-state image sensor. 特許文献1に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the example of a principal part structure of the conventional solid-state image sensor currently disclosed by patent document 1. FIG. 特許文献2に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the example of a principal part structure of the conventional solid-state image sensor currently disclosed by patent document 2. FIG. 特許文献3に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the example of a principal part structure of the conventional solid-state image sensor currently disclosed by patent document 3. FIG.

以下に、本発明の 層内レンズおよびその製造方法、並びにカラーフィルタおよびその製造方法を含む本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態1および、この固体撮像素子の実施形態1を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態2について図面を参照しながら詳細に説明する。   Embodiment 1 of the solid-state imaging device of the present invention and the manufacturing method thereof including the intra-layer lens of the present invention and the manufacturing method thereof, and the color filter and the manufacturing method thereof, and Embodiment 1 of the solid-state imaging device are input as an image. Embodiment 2 of an electronic information device such as a camera-equipped mobile phone device used as an image pickup unit as a device will be described in detail with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1における固体撮像素子20の要部構成例を示す縦断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view illustrating an exemplary configuration of a main part of a solid-state imaging device 20 according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、本実施形態1の固体撮像素子20は、半導体基板1上にマトリクス状に形成され、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の光電変換部としての複数の受光部2が配設されている。一方の受光部2から所定方向に読み出された信号電荷を垂直方向に電荷転送する電荷転送領域3が半導体基板1の隣接する受光部2間に配設されている。この電荷転送領域3上に不図示の絶縁膜を介して電荷転送電極4が配設されている。半導体基板1上および電荷転送電極4上の基板全面に絶縁膜5が形成されている。この電荷転送電極4上の絶縁膜5上には遮光膜6が形成されている。この遮光膜6は受光部2上方が光入射のために開口している。   In FIG. 1, a solid-state imaging device 20 according to the first embodiment is formed in a matrix on a semiconductor substrate 1, and a plurality of light-receiving units 2 as a plurality of photoelectric conversion units that photoelectrically convert image light from a subject and image it. Is arranged. A charge transfer region 3 for transferring a signal charge read from one light receiving portion 2 in a predetermined direction in the vertical direction is disposed between adjacent light receiving portions 2 of the semiconductor substrate 1. A charge transfer electrode 4 is disposed on the charge transfer region 3 via an insulating film (not shown). An insulating film 5 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 and the charge transfer electrode 4. A light shielding film 6 is formed on the insulating film 5 on the charge transfer electrode 4. The light-shielding film 6 is opened above the light-receiving portion 2 for light incidence.

これらの電荷転送電極4および遮光膜6の形成領域と、受光部2の形成領域との間に下地段差が形成されている。この下地段差上に、透明絶縁膜材料が表面が平坦化されて形成され、その透明絶縁膜材料の平坦化表面が、各受光部2にそれぞれ対応するように上に凸状のレンズ表面に形成されて集光用の層内レンズ7が設けられている。要するに、下地段差上の透明絶縁膜材料(層内レンズ材料)自体の表面が層内レンズ7のレンズ形状になっている。   A base step is formed between the region where the charge transfer electrode 4 and the light shielding film 6 are formed and the region where the light receiving unit 2 is formed. A transparent insulating film material is formed on the base step so that the surface is flattened, and the flat surface of the transparent insulating film material is formed on the surface of the convex lens so as to correspond to each light receiving portion 2. Thus, a condensing inner lens 7 is provided. In short, the surface of the transparent insulating film material (intra-layer lens material) itself on the base step is the lens shape of the in-layer lens 7.

層内レンズ7上に直に(平坦化膜を介することなく直に)、受光部2および層内レンズ7の各位置にそれぞれ対応させて各色のカラーフィルタ8が形成されている。各色のカラーフィルタ8は、第1層目のカラーフィルタ8aを形成した後に、空いた位置に第2層目さらに第3層目のカラーフィルタ8bをそれぞれ形成する。   The color filters 8 of the respective colors are formed on the inner lens 7 directly (without passing through the flattening film) in correspondence with the respective positions of the light receiving unit 2 and the inner lens 7. After the color filter 8a of the first layer is formed, the color filters 8b of the second layer and the third layer are formed in the vacant positions.

各色のカラーフィルタ8上に透明の平坦化膜9を介してマイクロレンズ10が、受光部2および層内レンズ7の各位置にそれぞれ対応させると共に、各色のカラーフィルタ8のそれぞれに対応させてマトリクス状に形成されている。   A microlens 10 corresponds to each position of the light receiving unit 2 and the in-layer lens 7 via a transparent flattening film 9 on the color filter 8 of each color, and a matrix corresponding to each of the color filters 8 of each color. It is formed in a shape.

以上により、下地段差上を埋め込んだ透明絶縁膜材料自体の表面が層内レンズ7のレンズ形状になっているため、層内レンズの上下位置に従来のように平坦化膜を設ける必要がなくなり、異種の膜界面で起こる光反射もなくなると共に、マイクロレンズ〜受光部までの距離も短くなって、受光部に到達する入射光の光量低下を抑えて受光感度を向上させることができる。   As described above, since the surface of the transparent insulating film material itself embedded on the base step is the lens shape of the in-layer lens 7, it is not necessary to provide a planarizing film at the upper and lower positions of the in-layer lens as in the prior art. Light reflection that occurs at the interface between different types of films is eliminated, and the distance from the microlens to the light receiving portion is shortened, and the light receiving sensitivity can be improved by suppressing the decrease in the amount of incident light that reaches the light receiving portion.

ここで、本実施形態1の固体撮像素子20の製造方法について図2〜図8を参照して詳細に説明する。   Here, the manufacturing method of the solid-state imaging device 20 of Embodiment 1 will be described in detail with reference to FIGS.

図2は、図1の固体撮像素子20の製造方法における層内レンズ塗布工程までの要部縦断面図である。   FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an essential part up to the intra-layer lens coating step in the method for manufacturing the solid-state imaging device 20 of FIG.

図2に示すように、まず、層内レンズ塗布工程の前工程として、半導体基板1または半導体基板に形成された半導体ウェル1内に所要の不純物のイオン注入などを行って、受光部2、読み出しゲート部および電荷転送領域3がそれぞれ形成された後に、その表面に図示しない絶縁膜を介して所定のパターンに電荷転送電極4を形成し、層間絶縁膜5を介してこの電荷転送電極4上を覆って遮光膜6を形成する。このとき、遮光膜6は光入射のために受光部2上が開口するように形成される。ここでは、下地段差を平坦化するときに行う熱処理工程をしないので、遮光膜6はタングステン膜に限らずアルミニウム膜などであっても構わない。   As shown in FIG. 2, first, as a pre-process of the intra-layer lens coating process, ion implantation or the like of necessary impurities is performed in the semiconductor substrate 1 or the semiconductor well 1 formed in the semiconductor substrate, and the light receiving unit 2 and readout After the gate portion and the charge transfer region 3 are formed, a charge transfer electrode 4 is formed on the surface of the charge transfer electrode 4 in a predetermined pattern via an insulating film (not shown), and the charge transfer electrode 4 is formed on the charge transfer electrode 4 via the interlayer insulating film 5. A light shielding film 6 is formed so as to cover it. At this time, the light-shielding film 6 is formed so that the top of the light-receiving portion 2 is opened for light incidence. Here, since the heat treatment process performed when the base step is flattened is not performed, the light shielding film 6 is not limited to the tungsten film but may be an aluminum film or the like.

次に、層内レンズ塗布工程において、電荷転送電極4および遮光膜6と受光部2との下地段差上に層内レンズ材料71(例えば、現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率透明材料)をその表面が平坦化するように塗布する。   Next, in the intra-layer lens coating step, the intra-layer lens material 71 (for example, a photosensitive positive high refractive index having development solubility) is formed on the underlying step of the charge transfer electrode 4 and the light-shielding film 6 and the light-receiving portion 2. A transparent material is applied so that the surface thereof is flattened.

ここで、層内レンズ7の屈折率を1.7〜2.0とする場合はチタンおよび/またはジルコニウムなどの金属を含有する感光性塗布材料である。また、1.9〜2.0とする場合には、層内レンズ材料71としてプラズマCVD法によるSiN膜を形成する。また、層内レンズ7の屈折率を1.5〜1.9とする場合には、層内レンズ材料71としてプラズマCVD法によるSiON膜を形成する。   Here, when the refractive index of the inner lens 7 is 1.7 to 2.0, it is a photosensitive coating material containing a metal such as titanium and / or zirconium. In the case of 1.9 to 2.0, an SiN film is formed by plasma CVD as the inner lens material 71. Further, when the refractive index of the in-layer lens 7 is set to 1.5 to 1.9, a SiON film is formed as the in-layer lens material 71 by a plasma CVD method.

図3は、図1の固体撮像素子20の製造方法における層内レンズ露光工程までの要部縦断面図である。   FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an essential part up to the intra-layer lens exposure step in the method for manufacturing the solid-state imaging device 20 of FIG.

図3に示すように、層内レンズ露光工程において、表面が平坦化されて塗布された層内レンズ材料71(例えば現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率材料)を、透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスク11を用いてUV露光する。   As shown in FIG. 3, in the in-layer lens exposure step, an in-layer lens material 71 (for example, a photosensitive positive high refractive index material having development solubility) coated with a flattened surface is used as a transmittance. UV exposure is performed using a gradation photomask 11 having a transmittance between the maximum and minimum.

図4は、図1の固体撮像素子20の製造方法における層内レンズ現像工程までの要部縦断面図である。   FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the main part up to the intra-layer lens developing step in the method for manufacturing the solid-state imaging device 20 of FIG.

図4に示すように、層内レンズ露光工程後の層内レンズ現像工程において、UV露光された層内レンズ材料71(例えば現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率材料)を所定の現像液を用いて現像して洗い流して凸型の層内レンズ7を形成する。この層内レンズ7は、受光部2に対応し、層内レンズ材料71の所定厚みを介した遮光膜6の上方から凸型をしたレンズ表面形状である。   As shown in FIG. 4, in the in-layer lens development step after the in-layer lens exposure step, the UV-exposed in-layer lens material 71 (for example, a photosensitive positive high refractive index material having development solubility) is predetermined. A convex inner lens 7 is formed by developing and washing away with the developer. The inner lens 7 corresponds to the light receiving portion 2 and has a lens surface shape that is convex from above the light shielding film 6 with a predetermined thickness of the inner lens material 71.

図5は、図1の固体撮像素子20の製造方法における第1層目のカラーフィルタ塗布工程までの要部縦断面図である。   FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an essential part up to the first color filter coating step in the method for manufacturing the solid-state imaging device 20 of FIG.

図5に示すように、凸型のレンズ表面形状の層内レンズ7上に直接、カラーフィルタレジスト材料81(例えばネガ型)をその表面が平坦化するように塗布する。   As shown in FIG. 5, a color filter resist material 81 (for example, a negative type) is applied directly on the in-layer lens 7 having a convex lens surface shape so that the surface thereof is flattened.

図6は、図1の固体撮像素子20の製造方法における第1層目のカラーフィルタ露光工程までの要部縦断面図である。   FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the main part up to the first-layer color filter exposure step in the method for manufacturing the solid-state imaging device 20 of FIG.

図6に示すように、塗布されたカラーフィルタレジスト材料81に対して、透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスク12を用いて、層内レンズ7上のカラーフィルタ膜がほぼ均一となるようにUV露光する。このときのUV露光は、第1層目の色のカラーフィルタのみ行う。例えばベイヤー配列の場合のG(緑色)では、市松模様状に第1層目のカラーフィルタの位置にUV露光する。   As shown in FIG. 6, the color filter film on the inner lens 7 is applied to the applied color filter resist material 81 using a gradation photomask 12 having a transmittance between the maximum and minimum transmittance. Is UV-exposed so as to be almost uniform. At this time, the UV exposure is performed only for the color filter of the color of the first layer. For example, in the case of G (green) in the case of the Bayer array, UV exposure is performed at the position of the first color filter in a checkered pattern.

図7は、図1の固体撮像素子20の製造方法における第1層目のカラーフィルタ現像工程までの要部縦断面図である。   FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the main part up to the first color filter developing step in the method of manufacturing the solid-state imaging device 20 of FIG.

図7に示すように、第1層目のカラーフィルタ露光工程後の第1層目のカラーフィルタ現像工程において、露光された第1層目のカラーフィルタレジスト材料81を所定の現像液を用いて現像して洗い流して表面が凸型レンズ表面に形成される。このようにして、層内レンズ7上に直接、第1層目の色のカラーフィルタに対応した位置に第1層目のカラーフィルタ8aを形成する。   As shown in FIG. 7, in the first layer color filter developing step after the first layer color filter exposure step, the exposed first layer color filter resist material 81 is used with a predetermined developer. The surface is formed on the surface of the convex lens by developing and washing away. In this way, the first-layer color filter 8a is formed directly on the inner lens 7 at a position corresponding to the color filter of the first-layer color.

図8は、図1の固体撮像素子20の製造方法における第2層目および第3層目のカラーフィルタ塗布工程からカラーフィルタ現像工程を行った後の要部縦断面図である。   FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a main part after performing the color filter developing process from the second and third color filter coating processes in the method of manufacturing the solid-state imaging device 20 of FIG.

前述したように、第1層目のカラーフィルタの形成と同様に、第2層目のカラーフィルタ塗布工程からカラーフィルタ現像工程を順次行い、さらに、前述したように、第3層目のカラーフィルタ塗布工程からカラーフィルタ現像工程を行って、図8に示すように、第2層目および第3層目の各色のカラーフィルタ8bを、第1層目の色のカラーフィルタ8aの空いた位置に順次形成する。   As described above, in the same manner as the formation of the first layer color filter, the second layer color filter coating step is sequentially performed and the color filter developing step is sequentially performed. Further, as described above, the third layer color filter is formed. The color filter development process is performed from the coating process, and as shown in FIG. 8, the color filters 8b of the second layer and the third layer are placed at positions where the color filters 8a of the first layer color are vacant. Sequentially formed.

以上により、本実施形態1の固体撮像素子20の製造方法は、入射光を光電変換する受光部からの信号電荷を読み出して転送するための電荷転送電極4およびその上の遮光膜6の形成領域と、受光部2の形成領域との間に形成された下地段差上に層内レンズ材料71をその表面が平坦化するように塗布する層内レンズ塗布工程と、塗布された層内レンズ材料71を、レンズ表面形状になるようにマスクを用いて露光する層内レンズ露光工程と、露光された層内レンズ材料71を所定の現像液を用いて現像して所定のレンズ表面形状を得る層内レンズ現像工程と、そのレンズ表面形状の層内レンズ7上に直接、第1色目のカラーフィルタレジスト材料81をその表面が平坦化するように塗布する第1層目のカラーフィルタ塗布工程と、塗布されたカラーフィルタレジスト材料81に対して、マスクを用いて層内レンズ7のレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第1層目のカラーフィルタ露光工程と、露光された第1層目のカラーフィルタレジスト材料81を所定の現像液を用いて現像して第1層目のカラーフィルタ8aを形成する第1層目のカラーフィルタ現像工程と、レンズ表面形状の層内レンズ7上に直接、第2色目のカラーフィルタレジスト材料81をその表面が平坦化するように塗布する第2層目のカラーフィルタ塗布工程と、塗布された第2層目のカラーフィルタレジスト材料81に対して、マスクを用いて層内レンズ7のレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第2層目のカラーフィルタ露光工程と、露光された第2層目のカラーフィルタレジスト材料81を所定の現像液を用いて現像して第2層目のカラーフィルタ8bを形成する第2層目のカラーフィルタ現像工程と、レンズ表面形状の層内レンズ7上に直接、第3色目のカラーフィルタレジスト材料81をその表面が平坦化するように塗布する第3層目のカラーフィルタ塗布工程と、塗布された第3層目のカラーフィルタレジスト材料81に対して、マスクを用いて層内レンズ7のレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第3層目のカラーフィルタ露光工程と、露光された第3層目のカラーフィルタレジスト材料81を所定の現像液を用いて現像して第3層目のカラーフィルタ8bを形成する第3層目のカラーフィルタ現像工程とを有している。   As described above, in the manufacturing method of the solid-state imaging device 20 according to the first embodiment, the charge transfer electrode 4 for reading and transferring the signal charge from the light receiving unit that photoelectrically converts incident light and the formation region of the light shielding film 6 thereon And an intra-layer lens application step for applying the intra-layer lens material 71 on the base step formed between the light receiving unit 2 and the formation region of the light receiving portion 2 so that the surface thereof is flattened, and the applied intra-layer lens material 71 An intra-layer lens exposure step in which a mask is used to expose the lens surface shape, and the exposed intra-layer lens material 71 is developed using a predetermined developer to obtain a predetermined lens surface shape. A lens development step, a first color filter application step for applying a first color filter resist material 81 directly on the inner lens 7 having the lens surface shape so that the surface thereof is flattened, and application Is A first color filter exposure step for exposing the color filter resist material 81 so that the film thickness of the color filter film becomes uniform along the lens surface shape of the in-layer lens 7 using a mask; A first color filter developing step of developing the first color filter resist material 81 using a predetermined developer to form a first color filter 8a, and a lens surface shape layer A second color filter coating material is applied directly on the inner lens 7 so as to flatten the surface of the second color filter resist material 81, and the applied second color filter resist material. 81, the second layer color filter exposure is performed using a mask so that the film thickness of the color filter film is uniform along the lens surface shape of the in-layer lens 7. A second color filter developing process for developing the second color filter 8b by developing the exposed second color filter resist material 81 with a predetermined developer; and a lens. A third color filter application step of applying a third color filter resist material 81 directly on the surface-shaped inner lens 7 so that the surface thereof is flattened, and a third layer applied A third-layer color filter exposure process for exposing the color filter resist material 81 so that the film thickness of the color filter film becomes uniform along the lens surface shape of the in-layer lens 7 using a mask; A third-layer color filter developing step of developing the third-layer color filter resist material 81 using a predetermined developer to form a third-layer color filter 8b. The

このようにして、階調マスク11を用いて下地段差上に透明絶縁膜材料(現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率材料)を用いて層内レンズ7を形成し、階調マスク12を用いてその上に直にカラーフィルタ(現像溶解性を有した感光性のネガ型材料)を形成するため、従来のように受光部2〜カラーフィルタ8の間に2層の平坦化膜がない分だけ、異種膜界面の数が減り、界面で起こる光反射を抑制でき、さらにマイクロレンズ10〜受光部2までの距離を短くすることにより、光を効率良く受光部2に取り込むことができて受光感度を向上させることができる。   In this way, the intralayer lens 7 is formed on the base step using the gradation mask 11 using the transparent insulating film material (photosensitive positive high refractive index material having development solubility), and the gradation. In order to form a color filter (photosensitive negative material having development solubility) directly on the mask 12 using the mask 12, two layers are flattened between the light receiving portion 2 and the color filter 8 as in the prior art. Since there are no films, the number of different film interfaces decreases, light reflection occurring at the interfaces can be suppressed, and the distance from the microlens 10 to the light receiving unit 2 is shortened, so that light can be efficiently taken into the light receiving unit 2. And the light receiving sensitivity can be improved.

即ち、層内レンズ7の上下の従来の平坦化膜は削除し、受光部2と電荷転送電極4および遮光膜6との下地段差を層内レンズ材料71で埋め込み、かつ、その層内レンズ材料71の表面に凸型の層内レンズ7を形成し、さらに層内レンズ7上に(従来の平坦化膜を介することなく)、直接、カラーフィルタ8を形成することによって、異種膜界面の数が減った分だけ、膜界面での光反射が低減し、また、マイクロレンズ10〜受光部2までの距離の短縮により、より効率よく受光部2に入射光を到達させることができて受光効率を向上させることができる。   That is, the conventional flattening films above and below the inner lens 7 are deleted, the underlying step between the light receiving portion 2, the charge transfer electrode 4, and the light shielding film 6 is embedded with the inner lens material 71, and the inner lens material The convex inner lens 7 is formed on the surface 71, and the color filter 8 is directly formed on the inner lens 7 (without a conventional flattening film). Accordingly, light reflection at the film interface is reduced by the amount of decrease, and by shortening the distance from the microlens 10 to the light receiving unit 2, incident light can be made to reach the light receiving unit 2 more efficiently. Can be improved.

なお、上記実施形態1では、電荷転送電極4および遮光膜6と受光部2との下地段差上に透明絶縁膜材料である層内レンズ材料71(例えば、現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率透明材料)自体の表面が層内レンズ7のレンズ形状になっているが、そのレンズ表面形状は、層内レンズ材料71の所定厚みを介してその遮光膜6の上方から凸型をしたレンズ表面形状になっている。その層内レンズ7上に直にカラーフィルタ8がレンズ表面形状に沿って略均等な膜厚で形成されている。これに限らず、図9に示すような層内レンズ7aおよびカラーフィルタ82であってもよい。図1では、層内レンズ7の層内レンズ材料の所定厚を介した遮光膜6の上方から立ち上がって上に凸状のレンズ表面形状が形成されているのに対して、図9では、層内レンズ7aの層内レンズ材料を介在せず、遮光膜6上から直に立ち上がって上に凸状のレンズ表面形状が形成されている。受光部2に正確に集光できるように、層内レンズ材料の所定厚により層内レンズ7の高さ位置を調整することができる。   In the first embodiment, the inner lens material 71 (for example, a photosensitive positive electrode having development solubility) is formed on the underlying step of the charge transfer electrode 4 and the light shielding film 6 and the light receiving portion 2. The high-refractive-index transparent material) itself has a lens shape of the in-layer lens 7, and the lens surface shape is convex from above the light-shielding film 6 through a predetermined thickness of the in-layer lens material 71. It has a lens surface shape. A color filter 8 is formed directly on the inner lens 7 with a substantially uniform film thickness along the lens surface shape. The present invention is not limited to this, and an intralayer lens 7a and a color filter 82 as shown in FIG. In FIG. 1, a convex lens surface shape is formed by rising from above the light shielding film 6 through a predetermined thickness of the inner lens material of the inner lens 7, whereas in FIG. The lens surface shape of the inner lens 7a rises directly from the light-shielding film 6 without the inter-layer lens material, and a convex lens surface shape is formed on the upper surface. The height position of the in-layer lens 7 can be adjusted by a predetermined thickness of the in-layer lens material so that the light can be accurately condensed on the light receiving unit 2.

図9は、図1の固体撮像素子20の変形例を示す要部縦断面図である。   FIG. 9 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a modification of the solid-state imaging device 20 of FIG.

図9に示すように、固体撮像素子30において、電荷転送電極4および遮光膜6と受光部2との下地段差上に透明絶縁膜材料である層内レンズ材料71(例えば、現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率透明材料)自体の表面が層内レンズ7aのレンズ形状になっているが、その層内レンズ7aのレンズ表面形状は、層内レンズ材料71の所定厚みを介在せずに、遮光膜6上から直に立ち上がった凸型をしたレンズ表面形状になっている。隣接する層内レンズ7a間は分離しており、層内レンズ7a上に直に形成されるカラーフィルタ82は、隣接するカラーフィルタ82同士が左右で当接している。カラーフィルタ82は、レンズ外周部を除いて層内レンズ7aのレンズ表面形状に沿って略均等な膜厚で形成されている。   As shown in FIG. 9, in the solid-state imaging device 30, an intra-layer lens material 71 (for example, having development solubility) is formed on a base step between the charge transfer electrode 4, the light shielding film 6, and the light receiving portion 2. The photosensitive positive type high refractive index transparent material) itself has a lens shape of the in-layer lens 7a, but the lens surface shape of the in-layer lens 7a intervenes a predetermined thickness of the in-layer lens material 71. Instead, it has a convex lens surface shape rising directly from the light shielding film 6. The adjacent in-layer lenses 7a are separated, and the color filters 82 formed directly on the in-layer lenses 7a are in contact with each other on the left and right. The color filter 82 is formed with a substantially uniform film thickness along the lens surface shape of the in-layer lens 7a except for the outer periphery of the lens.

以下、更なる変形例について図10および図11を用いて詳細に説明する
図10は、図1の固体撮像素子20の更なる変形例を示す要部縦断面図である。
Hereinafter, a further modification will be described in detail with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a further modification of the solid-state imaging device 20 of FIG.

図10に示すように、固体撮像素子40において、電荷転送電極4および遮光膜6と受光部2との下地段差上に透明絶縁膜材料である層内レンズ材料71(例えば、現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率透明材料)自体の表面が層内レンズ7bのレンズ形状になっているが、その層内レンズ7bのレンズ表面形状は、層内レンズ材料71の所定厚みを介在して、遮光膜6の上方から立ち上がった凸型をしたレンズ表面形状になっている。隣接する層内レンズ7b間は当接しており、層内レンズ7b上に直に形成されるカラーフィルタ83は、隣接するカラーフィルタ83同士でも左右で当接している。カラーフィルタ83は、層内レンズ7aのレンズ表面形状に沿って全面に渡って均等な膜厚で形成されている。   As shown in FIG. 10, in the solid-state imaging device 40, an intra-layer lens material 71 (for example, having development solubility) is formed on a base step between the charge transfer electrode 4 and the light shielding film 6 and the light receiving portion 2. The photosensitive positive type high-refractive-index transparent material) itself has the lens shape of the in-layer lens 7b, but the lens surface shape of the in-layer lens 7b intervenes the predetermined thickness of the in-layer lens material 71. Thus, a convex lens surface shape rising from above the light shielding film 6 is formed. The adjacent inner lenses 7b are in contact with each other, and the color filters 83 formed directly on the inner lenses 7b are in contact with each other between the adjacent color filters 83. The color filter 83 is formed with a uniform film thickness over the entire surface along the lens surface shape of the in-layer lens 7a.

図11は、図1の固体撮像素子20の更なる別の変形例を示す要部縦断面図である。   FIG. 11 is a vertical cross-sectional view of a main part showing still another modification of the solid-state imaging device 20 of FIG.

図11に示すように、固体撮像素子50において、電荷転送電極4および遮光膜6と受光部2との下地段差上に透明絶縁膜材料である層内レンズ材料71(例えば、現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率透明材料)自体の表面が層内レンズ7cのレンズ形状になっているが、その層内レンズ7cのレンズ表面形状は、層内レンズ材料71の所定厚みを介在せずに、遮光膜6上から直に立ち上がった凸型をしたレンズ表面形状になっている。隣接する層内レンズ7c間は当接しており、層内レンズ7c上に直に形成されるカラーフィルタ83は、隣接するカラーフィルタ83同士が左右で当接している。カラーフィルタ83は、層内レンズ7cのレンズ表面形状に沿って全面に渡って均等な膜厚で形成されている。   As shown in FIG. 11, in the solid-state imaging device 50, an intralayer lens material 71 (for example, having development solubility) is formed on a base step between the charge transfer electrode 4 and the light shielding film 6 and the light receiving unit 2. The photosensitive positive type high refractive index transparent material) itself has a lens shape of the in-layer lens 7c, but the lens surface shape of the in-layer lens 7c intervenes a predetermined thickness of the in-layer lens material 71. Instead, it has a convex lens surface shape rising directly from the light shielding film 6. The adjacent in-layer lenses 7c are in contact with each other, and the color filters 83 formed directly on the in-layer lens 7c are in contact with each other on the left and right. The color filter 83 is formed with a uniform film thickness over the entire surface along the lens surface shape of the in-layer lens 7c.

図10の層内レンズ7bおよび図11の層内レンズ7cは、図1の層内レンズ7および図9の層内レンズ7aに比べてレンズ曲率が小さく集光率が小さい場合を示している。また、前述したが、図1の層内レンズ7および図10の層内レンズ7bは、図9の層内レンズ7aおよび図11の層内レンズ7cに比べて層内レンズ高さを高く設定している。これらのレンズ曲率(集光率)や層内レンズ高さを調整して、受光部2により正確に入射光を集光させることができるように設定する。   The intra-layer lens 7b in FIG. 10 and the intra-layer lens 7c in FIG. 11 show a case where the lens curvature is small and the condensing rate is small compared to the intra-layer lens 7 in FIG. As described above, the inner lens 7 in FIG. 1 and the inner lens 7b in FIG. 10 have a higher inner lens height than the inner lens 7a in FIG. 9 and the inner lens 7c in FIG. ing. These lens curvatures (condensation rates) and in-layer lens heights are adjusted so that incident light can be accurately collected by the light receiving unit 2.

以上の固体撮像素子30、40および50の場合にも、上記固体撮像素子20の場合と同様に、層内レンズ7a〜7cの上下の従来の平坦化膜は削除し、受光部2と電荷転送電極4および遮光膜6との下地段差を層内レンズ材料71で埋め込み、かつ、その層内レンズ材料71の表面に凸型の層内レンズ7a、7bまたは7cを形成し、さらに層内レンズ7a、7bまたは7c上に(従来の平坦化膜を介することなく)、直接的に、カラーフィルタ82または83を形成することによって、異種膜界面の数が減った分だけ、膜界面での光反射が低減し、また、マイクロレンズ10〜受光部2までの距離(高さ)の短縮により、より効率よく受光部2に入射光を到達させることができて受光効率を向上させることができる。   In the case of the solid-state imaging devices 30, 40, and 50 described above, as in the case of the solid-state imaging device 20, the conventional planarization films above and below the inner lenses 7 a to 7 c are deleted, and the light receiving unit 2 and charge transfer are performed. A base step between the electrode 4 and the light shielding film 6 is embedded with an in-layer lens material 71, and a convex in-layer lens 7a, 7b or 7c is formed on the surface of the in-layer lens material 71. , 7b or 7c (without using a conventional flattening film), by directly forming the color filter 82 or 83, the light reflection at the film interface is reduced by the number of the different film interfaces reduced. In addition, since the distance (height) from the microlens 10 to the light receiving unit 2 is shortened, incident light can reach the light receiving unit 2 more efficiently, and the light receiving efficiency can be improved.

なお、上記実施形態1では、層内レンズ7、7a、7bおよび7cが上に凸状の集光レンズの場合について説明したが、これに限らず、その層内レンズが下に凸状の集光レンズであってもよく、さらには、その層内レンズが上下に凸の集光レンズであってもよい。いずれにしても、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料71に層内レンズを形成すれば、平坦化膜が不要となり、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制することができる本発明の目的を達成することができる。   In the first embodiment, the case where the inner lenses 7, 7 a, 7 b and 7 c are convex convex lenses has been described. However, the present invention is not limited to this, and the inner lenses are convex convex collectors. An optical lens may be used, and furthermore, the in-layer lens may be a condensing lens that is convex upward and downward. In any case, if an intra-layer lens is formed in the intra-layer lens material 71 for embedding the base step for each pixel, a planarizing film becomes unnecessary, light reflection at the film interface is minimized, and from the microlens to the light receiving section. Thus, the object of the present invention can be achieved in which the distance can be shortened to suppress a decrease in the amount of light incident on the light receiving unit.

なお、上記実施形態1では、画素毎の下地段差を埋め込んだ層内レンズ材料71の表面側に、光透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスク11を用いて露光して現像することにより画素毎に離散的に層内レンズ7のレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程と、この層内レンズ上に直に、光透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスク12を用いて露光して現像することにより所定の色配列(例えばベイヤー配列など)で画素毎に各色のカラーフィルタ8を形成するカラーフィルタ形成工程とを有する場合について説明したが、これに限らず、画素毎の下地段差を埋め込んだ層内レンズ材料71の表面側に、光透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスク11を用いて露光して現像することにより画素毎に離散的に層内レンズ7のレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程と、層内レンズ7上に平坦化膜を介して所定の色配列で画素毎に各色のカラーフィルタ8を形成するカラーフィルタ形成工程とを有していてもよい。   In the first embodiment, the surface side of the in-layer lens material 71 in which the base step for each pixel is embedded is exposed using the gradation photomask 11 having a light transmittance between the maximum and minimum. The intra-layer lens forming step for discretely forming the lens surface shape of the intra-layer lens 7 for each pixel by developing, and the transmittance between the maximum and minimum light transmittance directly on the intra-layer lens A case of having a color filter forming step of forming a color filter 8 of each color for each pixel with a predetermined color arrangement (for example, a Bayer arrangement) by exposing and developing using a gradation photomask 12 having However, the present invention is not limited thereto, and the surface side of the in-layer lens material 71 in which the base level difference for each pixel is embedded is exposed using the gradation photomask 11 having a transmittance between the maximum and minimum light transmittance. By developing An intra-layer lens forming step for discretely forming the lens surface shape of the intra-layer lens 7 for each pixel, and a color filter 8 of each color for each pixel with a predetermined color arrangement on the intra-layer lens 7 via a planarizing film. And a color filter forming step to be formed.

この場合のカラーフィルタ形成工程は、カラーフィルタ材料81を、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いてUV露光するかまたは、UV露光時の露光量やフォーカスを調整してUV露光することができる。これによって、第1層目〜第3層目のカラーフィルタ8aおよび8bを順次形成することができる。   In this case, the color filter forming process can be performed by UV exposure of the color filter material 81 using the maximum or minimum normal photomask, or by adjusting the exposure amount and focus during UV exposure. . Thus, the first to third color filters 8a and 8b can be sequentially formed.

さらに、別の事例として、層内レンズ露光工程において、表面が平坦化されて塗布された層内レンズ材料71(例えば現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率材料)を、透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスク11を用いてUV露光する他に、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いてUV露光するかまたは、UV露光時の露光量やフォーカスを調整してUV露光してもよい。この場合にも、下地段差を埋め込んでいる層内レンズ材料71の表面側に直に凸型の層内レンズ7を形成することができる。   Furthermore, as another example, in the in-layer lens exposure step, an in-layer lens material 71 (for example, a photosensitive positive high refractive index material having development solubility) coated with a flattened surface is used. In addition to the UV exposure using the gradation photomask 11 having a transmittance between the maximum and minimum, the UV exposure is performed using the maximum or minimum normal photomask, or the exposure amount and focus during the UV exposure. May be adjusted and UV exposure may be performed. Also in this case, the convex in-layer lens 7 can be formed directly on the surface side of the in-layer lens material 71 in which the base step is embedded.

さらに、別の事例として、層内レンズ露光工程において、表面が平坦化されて塗布された層内レンズ材料71(例えば現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率材料)を、この層内レンズ7となる層内レンズ材料71上にレジストを塗布し、このレジストに対して所望の層内レンズ7を得るためのレンズ表面形状のパターニングを行う。さらに、そのレンズ表面形状を層内レンズ材料71から得るために、パターニングしたレジストに対して例えば摂氏140〜180度の温度でリフローを行う。このレジストには、酸素によりドライエッチングが可能である樹脂、例えばノボラック系樹脂などを用いることができる。   Furthermore, as another example, in the intra-layer lens exposure step, an intra-layer lens material 71 (for example, a photosensitive positive high refractive index material having development solubility) coated with a flattened surface is applied to this layer. A resist is applied on the in-layer lens material 71 to be the inner lens 7, and patterning of the lens surface shape for obtaining a desired in-layer lens 7 is performed on the resist. Further, in order to obtain the lens surface shape from the in-layer lens material 71, the patterned resist is reflowed at a temperature of 140 to 180 degrees Celsius, for example. For this resist, a resin that can be dry-etched by oxygen, such as a novolac resin, can be used.

さらに、ドライエッチングにより、レジストのレンズ表面形状を層内レンズ材料71に転写して層内レンズ7を形成するようにしてもよい。   Further, the inner lens 7 may be formed by transferring the lens surface shape of the resist to the inner lens material 71 by dry etching.

いずれにしても、層内レンズの形成方法によらず、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料71に直に層内レンズを形成すれば、平坦化膜が不要となり、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制することができる本発明の目的を達成することができる。   In any case, if the inner lens is formed directly on the inner lens material 71 for embedding the base step for each pixel, regardless of the method of forming the inner lens, a planarizing film becomes unnecessary, and light at the film interface is eliminated. It is possible to achieve the object of the present invention that can reduce reflection as much as possible and suppress a decrease in the amount of incident light to the light receiving unit by shortening the distance from the microlens to the light receiving unit.

(実施形態2)
図12は、本発明の実施形態2として、本発明の実施形態1の固体撮像素子20(または30または40または50)からの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 12 shows, as Embodiment 2 of the present invention, solid-state imaging that obtains a color image signal by performing predetermined signal processing on the imaging signal from the solid-state imaging device 20 (or 30 or 40 or 50) of Embodiment 1 of the present invention. It is a block diagram which shows the schematic structural example of the electronic information equipment which used the apparatus for the imaging part.

図12において、本実施形態2の電子情報機器90は、上記実施形態1の固体撮像素子20(または30または40または50)からの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置91と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部92と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段93と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段94と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力手段95とを有している。なお、この電子情報機器90として、これに限らず、固体撮像装置91の他に、メモリ部92と、表示手段93と、通信手段94と、プリンタなどの画像出力手段95とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。   In FIG. 12, the electronic information device 90 according to the second embodiment is a solid that obtains a color image signal by performing predetermined signal processing on the imaging signal from the solid-state imaging device 20 (or 30 or 40 or 50) according to the first embodiment. An imaging device 91, a memory unit 92 such as a recording medium that can record data after processing the color image signal from the solid-state imaging device 91 for predetermined recording, and the color image signal from the solid-state imaging device 91. Display means 93 such as a liquid crystal display device that can display on a display screen such as a liquid crystal display screen after performing predetermined signal processing for display, and predetermined signal processing for color image signals from the solid-state imaging device 91 for communication The communication means 94 such as a transmission / reception device that enables communication processing after the image processing is performed, and the color image signal from the solid-state imaging device 91 is subjected to predetermined print signal processing for printing. And an image output means 95 such as a printing process can to a printer to. The electronic information device 90 is not limited to this, but in addition to the solid-state imaging device 91, at least one of a memory unit 92, a display unit 93, a communication unit 94, and an image output unit 95 such as a printer. You may have.

この電子情報機器90としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置(PDA)などの画像入力デバイスを有した電子機器などが考えられる。   As described above, the electronic information device 90 includes, for example, a digital camera such as a digital video camera and a digital still camera, an in-vehicle camera such as a surveillance camera, a door phone camera, and an in-vehicle rear surveillance camera, and a video phone camera. An electronic device having an image input device such as an image input camera, a scanner device, a facsimile device, a mobile phone device with a camera, and a personal digital assistant (PDA) can be considered.

したがって、本実施形態2によれば、この固体撮像装置91からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力手段95により良好にプリントアウト(印刷)したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部92に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。   Therefore, according to the second embodiment, on the basis of the color image signal from the solid-state imaging device 91, it is displayed on the display screen, or is printed out on the paper by the image output means 95. (Printing), communicating this as communication data in a wired or wireless manner, performing a predetermined data compression process in the memory unit 92 and storing it in a good manner, or performing various data processings satisfactorily Can do.

なお、上記実施形態1では、特に説明しなかったが、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、画素毎に離散的にレンズ形状を形成した層内レンズおよびその製造方法によっても、層内レンズ材料が従来の平坦化膜の代わりに用いられて、従来の平坦化膜が不要な分、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制する本発明の目的を達成することができる。   Although not particularly described in the first embodiment, the inner lens in which the lens shape is discretely formed for each pixel on the surface side of the inner lens material for embedding the background step for each pixel and the manufacturing method thereof. However, the intra-layer lens material is used instead of the conventional flattening film, so that the conventional flattening film is unnecessary, and light reflection at the film interface is minimized, and the distance from the microlens to the light receiving part is further increased. The object of the present invention can be achieved by shortening the length and suppressing the decrease in the amount of light incident on the light receiving portion.

また同様に、上記実施形態1では、特に説明しなかったが、層内レンズ7上または、被写体からの入射光を光電変換して受光する受光部に入射光を集光させるための層内レンズ上に直に、画素毎に離散的に所定の色配列で形成したカラーフィルタおよびその製造方法によっても、層内レンズ上の従来の平坦化膜が不要な分、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制する本発明の目的を達成することができる。   Similarly, although not specifically described in the first embodiment, the inner lens for condensing the incident light on the inner lens 7 or the light receiving unit that photoelectrically converts the incident light from the subject and receives the light. Directly above, the color filter formed discretely for each pixel in a predetermined color arrangement and its manufacturing method also minimizes the light reflection at the film interface as much as the conventional flattening film on the inner lens is unnecessary. In addition, the object of the present invention can be achieved in which the distance from the microlens to the light receiving unit is further shortened to suppress a decrease in the amount of light incident on the light receiving unit.

以上のように、本発明の好ましい実施形態1、2を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1、2に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1、2の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。   As mentioned above, although this invention was illustrated using preferable Embodiment 1, 2 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1,2. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge, from the description of specific preferred embodiments 1 and 2 of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.

本発明は、画素毎に離散的に所定の色配列で配列された層内レンズおよびその製造方法、この層内レンズ上または上方に設けられるカラーフィルタおよびその製造方法、この層内レンズおよび/またはカラーフィルタを通して被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、層内レンズの上下の従来の平坦化膜は削除し、受光部と電荷転送電極および遮光膜との下地段差を層内レンズ材料で埋め込み、かつ、その層内レンズ材料の表面に凸型の層内レンズを形成し、さらに層内レンズ上に(従来の平坦化膜を介することなく)、直接、カラーフィルタを形成することによって、異種膜界面の数が減った分だけ、膜界面での光反射が低減し、また、マイクロレンズ〜受光部までの集光距離の短縮により、より効率よく受光部に入射光を到達させることができて受光効率を向上させることができる。   The present invention relates to an intra-layer lens discretely arranged in a predetermined color arrangement for each pixel and a manufacturing method thereof, a color filter provided on or above the intra-lens and a manufacturing method thereof, the intra-layer lens and / or Solid-state imaging device comprising a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject through a color filter and imaging the same, and manufacturing method thereof, for example, a digital video camera and a digital still using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit Conventional flattening of upper and lower inner lenses in the field of electronic information equipment such as digital cameras such as cameras, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, and mobile phone devices with cameras. The film is removed, and the underlying step between the light receiving part, the charge transfer electrode, and the light shielding film is the inner lens. A convex inner lens is formed on the surface of the inner lens material, and a color filter is directly formed on the inner lens (without a conventional flattening film). As a result, the light reflection at the film interface is reduced as much as the number of different film interfaces decreases, and the incident light reaches the light receiving part more efficiently by shortening the condensing distance from the microlens to the light receiving part. This can improve the light receiving efficiency.

1 半導体基板(半導体ウェル)
2 受光部
3 電荷転送領域
4 電荷転送電極
5 絶縁膜
6 遮光膜
7、7a,7b,7c 層内レンズ
71 層内レンズ材料
8,82,83 カラーフィルタ
8a,82a,83a 第1層目のカラーフィルタ
8b,82b,83b 第2層目または第3層目のカラーフィルタ
81 カラーフィルタ材料
9 平坦化膜
10 マイクロレンズ
11,12 階調フォトマスク
20、30、40、50 固体撮像素子
90 電子情報機器
91 固体撮像装置
92 メモリ部
93 表示手段
94 通信手段
95 画像出力手段
1 Semiconductor substrate (semiconductor well)
2 light receiving portion 3 charge transfer region 4 charge transfer electrode 5 insulating film 6 light shielding film 7, 7a, 7b, 7c inner lens 71 inner lens material 8, 82, 83 color filter 8a, 82a, 83a first layer color Filter 8b, 82b, 83b Color filter of the second layer or the third layer 81 Color filter material 9 Flattening film 10 Microlens 11,12 Gradation photomask 20, 30, 40, 50 Solid-state imaging device 90 Electronic information device 91 Solid-state imaging device 92 Memory unit 93 Display means 94 Communication means 95 Image output means

Claims (24)

画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的にレンズ形状を形成した層内レンズ。   An intra-layer lens in which a lens shape is discretely formed for each pixel on the surface side of the intra-layer lens material for embedding a base step for each pixel. 上または下に凸状、または上下に凸状の集光レンズである請求項1に記載の層内レンズ。   The in-layer lens according to claim 1, which is a condensing lens convex upward or downward, or convex upward and downward. 画素毎の下地段差を埋め込んだ層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に該層内レンズのレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程を有する層内レンズの製造方法。   An intra-layer lens manufacturing method including an intra-layer lens forming step of discretely forming a lens surface shape of the intra-layer lens for each pixel on the surface side of the intra-layer lens material in which a base step for each pixel is embedded. 前記層内レンズ形成工程は、光透過率が最大と最小の間の光透過率を持つ階調フォトマスクを用いて露光するかまたは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光するかまたは、露光時の露光量やフォーカスを調整して露光することにより前記層内レンズのレンズ表面形状を形成する請求項3に記載の層内レンズの製造方法。   The intra-layer lens forming step may be performed by using a gradation photomask having a light transmittance between a maximum and a minimum, or by using a normal photomask having a maximum or minimum, or The method for producing an in-layer lens according to claim 3, wherein the lens surface shape of the in-layer lens is formed by adjusting the exposure amount and focus during exposure. 請求項1に記載の層内レンズ上または、層内レンズ上に直に、該画素毎に離散的に所定の色配列で形成したカラーフィルタ。   2. A color filter formed in a predetermined color arrangement discretely for each pixel on the in-layer lens according to claim 1 or directly on the in-layer lens. 請求項1に記載の層内レンズ上または、層内レンズ上に直に、該画素毎に離散的に所定の色配列で各色のカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程を有するカラーフィルタの製造方法。   A color filter manufacturing method comprising a color filter forming step of forming a color filter of each color in a predetermined color arrangement discretely for each pixel on the in-layer lens according to claim 1 or directly on the in-layer lens. . 前記カラーフィルタ形成工程は、光透過率が最大と最小の間の光透過率を持つ階調フォトマスクを用いて露光するかまたは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光するかまたは、露光時の露光量やフォーカスを調整して露光することにより前記各色のカラーフィルタを形成する請求項6に記載のカラーフィルタの製造方法。   The color filter forming step may be performed by using a gradation photomask having a light transmittance between the maximum and minimum light transmittance, or by using a normal photomask having a maximum or minimum light transmittance, or The color filter manufacturing method according to claim 6, wherein the color filter of each color is formed by adjusting an exposure amount and a focus at the time of exposure to perform exposure. 画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に層内レンズのレンズ表面形状が形成されており、該層内レンズ上に直に、該画素毎に所定の色配列のカラーフィルタが形成されて、該カラーフィルタおよび該層内レンズを通して集光された被写体からの各色の画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が形成された固体撮像素子。   The lens surface shape of the intra-layer lens is discretely formed for each pixel on the surface side of the intra-layer lens material for embedding the background step for each pixel, and the predetermined shape is determined for each pixel directly on the intra-layer lens. A solid-state imaging device in which a plurality of light-receiving sections are formed, in which color filters having the color arrangement are formed, and image light of each color from an object condensed through the color filters and the inner lens is photoelectrically converted and imaged. 画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に層内レンズが形成され、該層内レンズを通して集光された被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が形成された固体撮像素子。   An intra-layer lens is discretely formed for each pixel on the surface side of the intra-layer lens material that embeds the ground level difference for each pixel, and image light from the subject collected through the intra-layer lens is photoelectrically converted and imaged A solid-state imaging device in which a plurality of light receiving portions are formed. 画素毎の下地段差は、前記受光部からの信号電荷を読み出して転送するための電荷転送電極およびその上の遮光膜の形成領域と、該受光部の形成領域との間に形成されている請求項8または9に記載の固体撮像素子。   A base level difference for each pixel is formed between a charge transfer electrode for reading and transferring a signal charge from the light receiving portion and a light shielding film formation region thereon, and the light receiving portion formation region. Item 10. The solid-state imaging device according to Item 8 or 9. 前記遮光膜は、タングステン膜またはアルミニウム膜である請求項10に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 10, wherein the light shielding film is a tungsten film or an aluminum film. 前記層内レンズとして、前記層内レンズ材料の所定厚を介した前記遮光膜の上方から立ち上がって上に凸状のレンズ表面形状が形成されている請求項8または9に記載の固体撮像素子。   10. The solid-state imaging device according to claim 8, wherein a convex lens surface shape is formed as the inner lens rising from above the light shielding film through a predetermined thickness of the inner lens material. 前記層内レンズとして、前記層内レンズ材料を介在せず、前記遮光膜上から直に立ち上がって上に凸状のレンズ表面形状が形成されている請求項8または9に記載の固体撮像素子。   10. The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the inner lens has a convex lens surface shape that rises directly from the light-shielding film and does not include the inner lens material. 前記層内レンズは隣同士で互いに当接しているかまたは隣同士で互いに分離している請求項12または13に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 12, wherein the inner lenses are in contact with each other adjacent to each other or separated from each other adjacent to each other. 前記層内レンズ材料は、感光性および高屈折率の塗布材料である請求項8または9に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 8 or 9, wherein the intra-layer lens material is a photosensitive and high refractive index coating material. 前記層内レンズ材料は、前記層内レンズの屈折率を1.7〜2.0とする場合は金属を含有する感光性塗布材料であり、1.9〜2.0とする場合はSiN膜であり、該層内レンズの屈折率を1.5〜1.9とする場合はSiON膜である請求項15に記載の固体撮像素子。   The intra-layer lens material is a photosensitive coating material containing a metal when the refractive index of the intra-layer lens is 1.7 to 2.0, and an SiN film when the refractive index is 1.9 to 2.0. The solid-state imaging device according to claim 15, which is a SiON film when the refractive index of the in-layer lens is 1.5 to 1.9. 画素毎の下地段差を表面が平坦化するように埋め込んだ層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に該層内レンズのレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程と、
該層内レンズ上に直に、所定の色配列で前記画素毎に各色のカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
An intra-layer lens forming step of discretely forming the lens surface shape of the intra-layer lens on the surface side of the intra-layer lens material embedded so that the surface is flattened so that the surface is flattened for each pixel;
And a color filter forming step of forming a color filter of each color for each of the pixels in a predetermined color arrangement directly on the intra-layer lens.
画素毎の下地段差を表面が平坦化するように埋め込んだ層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に該層内レンズのレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程を有する固体撮像素子の製造方法。   A solid having an intra-layer lens forming step for discretely forming the lens surface shape of the intra-layer lens for each pixel on the surface side of the intra-layer lens material in which the base level difference for each pixel is embedded so that the surface is flattened Manufacturing method of imaging device. 前記層内レンズ形成工程および前記カラーフィルタ形成工程の少なくともいずれかは、光透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスクを用いて露光するかまたは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光するかまたは、露光時の露光量やフォーカスを調整して露光することにより前記層内レンズのレンズ表面形状を形成する請求項17または18に記載の層内レンズの製造方法。   At least one of the intra-layer lens forming step and the color filter forming step is performed by using a gradation photomask having a light transmittance between a maximum and a minimum, or a maximum or minimum normal The method for producing an intralayer lens according to claim 17 or 18, wherein the lens surface shape of the intralayer lens is formed by performing exposure using a photomask or by adjusting an exposure amount and focus at the time of exposure. . 前記層内レンズ形成工程は、
入射光を光電変換する受光部からの信号電荷を読み出して転送するための電荷転送電極およびその上の遮光膜の形成領域と、該受光部の形成領域との間に形成された下地段差上に層内レンズ材料を塗布する層内レンズ塗布工程と、
塗布された層内レンズ材料を、レンズ表面形状になるようにマスクを用いて露光する層内レンズ露光工程と、
露光された層内レンズ材料を所定の現像液を用いて現像して所定のレンズ表面形状を得る層内レンズ現像工程とを有する請求項17または18に記載の固体撮像素子の製造方法。
The intra-layer lens forming step includes:
On the base step formed between the charge transfer electrode for reading and transferring the signal charge from the light receiving unit that photoelectrically converts the incident light and the light shielding film forming region thereon, and the light receiving unit forming region An intra-layer lens application step of applying an intra-layer lens material;
An intra-layer lens exposure step of exposing the applied intra-layer lens material using a mask so as to form a lens surface shape;
The method for producing a solid-state imaging device according to claim 17, further comprising an in-layer lens developing step of developing the exposed in-layer lens material using a predetermined developer to obtain a predetermined lens surface shape.
前記カラーフィルタ形成工程は、
前記レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、カラーフィルタレジスト材料を塗布するカラーフィルタ塗布工程と、
該塗布されたカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光するカラーフィルタ露光工程と、
該露光されたカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像してカラーフィルタを形成するカラーフィルタ現像工程とを有する請求項17に記載の固体撮像素子の製造方法。
The color filter forming step includes
A color filter application step of applying a color filter resist material directly on the lens surface-shaped in-layer lens;
A color filter exposure step of exposing the applied color filter resist material to a uniform thickness of the color filter film along the lens surface shape of the in-layer lens using a mask;
The method for producing a solid-state imaging device according to claim 17, further comprising: a color filter developing step of developing the exposed color filter resist material using a predetermined developer to form a color filter.
前記カラーフィルタ形成工程は、
前記レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、第1色目のカラーフィルタレジスト材料をその表面が平坦化するように塗布する第1層目のカラーフィルタ塗布工程と、
塗布されたカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、当該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第1層目のカラーフィルタ露光工程と、
露光された第1層目のカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像して第1層目のカラーフィルタを形成する第1層目のカラーフィルタ現像工程と、
該レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、第2色目のカラーフィルタレジスト材料をその表面が平坦化するように塗布する第2層目のカラーフィルタ塗布工程と、
当該塗布された第2層目のカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、当該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第2層目のカラーフィルタ露光工程と、
当該露光された第2層目のカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像して第2層目のカラーフィルタを形成する第2層目のカラーフィルタ現像工程と、
該レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、第3色目のカラーフィルタレジスト材料をその表面が平坦化するように塗布する第3層目のカラーフィルタ塗布工程と、
当該塗布された第3層目のカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、当該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第3層目のカラーフィルタ露光工程と、
当該露光された第3層目のカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像して第3層目のカラーフィルタを形成する第3層目のカラーフィルタ現像工程とを有する請求項17に記載の固体撮像素子の製造方法。
The color filter forming step includes
A first color filter application step for applying a first color filter resist material so that the surface thereof is flattened directly on the lens surface-shaped in-layer lens;
A first layer color filter exposure step of exposing the applied color filter resist material to a uniform thickness of the color filter film along the lens surface shape of the in-layer lens using a mask; ,
A first layer color filter developing step of developing the exposed first layer color filter resist material using a predetermined developer to form a first layer color filter;
A second color filter application step for applying a second color filter resist material directly on the lens surface-shaped in-layer lens so that the surface thereof is flattened;
A second layer that is exposed using a mask to the applied color filter resist material of the second layer so that the film thickness of the color filter film is uniform along the lens surface shape of the lens in the layer. The color filter exposure process of
A second-layer color filter developing step of developing the exposed second-layer color filter resist material using a predetermined developer to form a second-layer color filter;
A third-layer color filter coating step of directly applying a third-color color filter resist material on the lens surface-shaped in-layer lens so that the surface thereof is flattened;
The third layer is exposed using a mask to the applied color filter resist material of the third layer so that the film thickness of the color filter film becomes uniform along the lens surface shape of the lens in the layer. The color filter exposure process of
And a third-layer color filter developing step of developing the exposed third-layer color filter resist material using a predetermined developer to form a third-layer color filter. The manufacturing method of the solid-state image sensor of description.
前記層内レンズの屈折率を1.9〜2.0とする場合は、前記層内レンズ材料としてプラズマCVD法によるSiN膜を形成し、該層内レンズの屈折率を1.5〜1.9とする場合は、該層内レンズ材料としてプラズマCVD法によるSiON膜を形成する請求項17〜19のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。   When the refractive index of the inner lens is 1.9 to 2.0, a SiN film is formed by plasma CVD as the inner lens material, and the refractive index of the inner lens is 1.5 to 1. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 17, wherein an SiON film is formed by plasma CVD as the in-layer lens material. 請求項8〜16のいずれかに記載の固体撮像素子から出力された撮像信号に所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。   An electronic information device using, as an image input device, a solid-state imaging device that obtains a color image signal by performing predetermined signal processing on an imaging signal output from the solid-state imaging device according to claim 8.
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