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JP2022032676A - Solid-state imaging device and manufacturing method of solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device and manufacturing method of solid-state imaging device Download PDF

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JP2022032676A
JP2022032676A JP2020136706A JP2020136706A JP2022032676A JP 2022032676 A JP2022032676 A JP 2022032676A JP 2020136706 A JP2020136706 A JP 2020136706A JP 2020136706 A JP2020136706 A JP 2020136706A JP 2022032676 A JP2022032676 A JP 2022032676A
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Japan
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layer
microlens
solid
color filter
state image
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JP2020136706A
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Japanese (ja)
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知宏 井本
Tomohiro Imoto
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Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

To provide a solid-state imaging device which can improve condensing efficiency even in a fine pixel, and having an excellent sensibility, and provide a manufacturing method of the solid-state imaging device.SOLUTION: A solid-state imaging device 1 according to an embodiment, comprises: a semiconductor substrate 10; a photoelectric conversion element 11; a color filter 100; a reflection reduction layer 40; and a microlens 200. The microlens 200 includes: a first microlens layer 20 arranged so as to be closest to the photoelectric conversion element 11 side; and a second microlens layer 21 formed so as to be laminated onto a lens surface of the first microlens layer 20. A refraction index of the first microlens layer 20 is within a range of 1.75 or larger and 2.2 or less, and each refraction index of the reflection reduction layer 40 and the second microlens layer 21 is lower than the refraction index of the first microlens layer 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state image sensor and a method for manufacturing a solid-state image sensor.

近年、デジタルカメラ等に搭載されるCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像素子は、高画素化、微細化が進んでおり、特に微細なものでは1.1μm×1.1μmを下回る画素サイズとなっている。 In recent years, solid-state image sensors such as CCD (Charge Coupled Device) image sensors and CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) image sensors mounted on digital cameras and the like have been increasing in pixel count and miniaturization, and are particularly fine. The pixel size is smaller than 1.1 μm × 1.1 μm.

固体撮像素子は、複数の光電変換素子と対になる色フィルターをそれぞれ設けることでカラー化を図っている。また、固体撮像素子に設けられた光電変換素子が光電変換に寄与する領域(開口部)は、固体撮像素子のサイズや画素数に依存する。その開口部は、固体撮像素子の全面積に対し、20%以上50%以下程度に限られている。開口部が小さいことは、そのまま光電変換素子の感度低下につながることから、固体撮像素子では感度低下を補うために光電変換素子上に集光用のマイクロレンズを形成することが一般的である。マイクロレンズで光を集光して光電変換素子の受光部に導くことで、固体撮像素子の感度が向上できる。 The solid-state image sensor is colorized by providing a color filter paired with a plurality of photoelectric conversion elements. Further, the region (opening) in which the photoelectric conversion element provided in the solid-state image sensor contributes to photoelectric conversion depends on the size of the solid-state image sensor and the number of pixels. The opening is limited to about 20% or more and 50% or less with respect to the total area of the solid-state image sensor. Since a small opening directly leads to a decrease in sensitivity of the photoelectric conversion element, it is common to form a light-collecting microlens on the photoelectric conversion element in order to compensate for the decrease in sensitivity in a solid-state image pickup device. By condensing light with a microlens and guiding it to the light receiving portion of the photoelectric conversion element, the sensitivity of the solid-state image sensor can be improved.

また、近年、微細画素の感度やシェーディング特性を改善するために、裏面照射型固体撮像素子(BSI:Back Side Illumination)が開発されている。裏面照射型固体撮像素子では、光の入射側に多層メタル配線を設けないことで、開口部を固体撮像素子の全面積の50%以上にすることができ、入射光を効率良く光電変換素子に取り込むことができる。しかしながら、裏面照射技術を用いることで、光電変換素子が固体撮像素子の光が入射する表面側に存在する。このため、色フィルターに隣接する別の色フィルターの漏れ光が光電変換素子に入ることや、光電変換素子の内部で吸収される光が隣接する光電変換素子に入ることや、光電変換されて発生した電子が隣接する光電変換素子の回路部に流れるなどの要因で混色が発生しやすくなる。その対策として、色フィルター間に隔壁を形成し、隔壁により光を遮る、または隔壁が導波路として光を誘導するようにしている、また、光電変換素子間にも深い素子分離構造を形成し、電子の流れや光電変換素子内部で吸収される光を分離するようにしている(特許文献1、2)。 Further, in recent years, a back-illuminated solid-state image sensor (BSI: Back Side Illumination) has been developed in order to improve the sensitivity and shading characteristics of fine pixels. In the back-illuminated solid-state image sensor, the opening can be 50% or more of the total area of the solid-state image sensor by not providing the multilayer metal wiring on the incident side of the light, and the incident light can be efficiently converted into a photoelectric conversion element. Can be captured. However, by using the backside illumination technique, the photoelectric conversion element exists on the front surface side where the light of the solid-state image sensor is incident. Therefore, the leaked light of another color filter adjacent to the color filter enters the photoelectric conversion element, the light absorbed inside the photoelectric conversion element enters the adjacent photoelectric conversion element, or the light is photoelectrically converted. Color mixing is likely to occur due to factors such as the flow of generated electrons to the circuit section of an adjacent photoelectric conversion element. As a countermeasure, a partition wall is formed between the color filters to block light by the partition wall, or the partition wall guides light as a waveguide, and a deep element separation structure is also formed between the photoelectric conversion elements. The flow of electrons and the light absorbed inside the photoelectric conversion element are separated (Patent Documents 1 and 2).

固体撮像素子の高画素化や微細化に伴い、光電変換素子と一対でマイクロレンズを形成する必要がある。このため、マイクロレンズの形成領域のサイズは小さくなり、マイクロレンズの微細化が求められている。また、マイクロレンズをそのまま微細化した場合、マイクロレンズによる集光点がずれることや、マイクロレンズの端で光の集光能力が劣ることがある。このため、各色フィルター間の隔壁部分に光が当たるなど、光を効率的に光電変換素子に集められないという問題がある。これを解決するために、マイクロレンズを微細化した上で、マイクロレンズのアスペクト比を上げる必要があるが、微細化しつつアスペクト比が高い形状に制御することは、製造プロセス上困難である。更に、アスペクト比を高くすると、隣接するマイクロレンズ同士が干渉するため、レンズ形状を維持しつつ微細化することができないという問題がある。 With the increase in the number of pixels and the miniaturization of solid-state image pickup devices, it is necessary to form a microlens in pairs with a photoelectric conversion element. Therefore, the size of the formed region of the microlens becomes small, and miniaturization of the microlens is required. Further, when the microlens is miniaturized as it is, the light condensing point by the microlens may shift or the light condensing ability may be inferior at the edge of the microlens. Therefore, there is a problem that the light cannot be efficiently collected in the photoelectric conversion element, such as the light hitting the partition wall portion between the color filters. In order to solve this, it is necessary to miniaturize the microlens and then increase the aspect ratio of the microlens, but it is difficult in the manufacturing process to control the shape to have a high aspect ratio while miniaturizing. Further, when the aspect ratio is increased, adjacent microlenses interfere with each other, so that there is a problem that miniaturization cannot be performed while maintaining the lens shape.

このような問題を解決する技術として、特許文献3には、マイクロレンズの材料に屈折率の高い材料を用いて、マイクロレンズ間の平らになるスペース(即ち、レンズが形成されていないスペース)を設けずにマイクロレンズを形成することで、高画素化や微細化した固体撮像素子でも光の取り込み効率を向上させる技術が開示されている。
また、特許文献4には、マイクロレンズを複数層構造で形成し、各層の膜厚を調整することで、感度むらを抑制したマイクロレンズが開示されている。さらに、特許文献5には、無機材料からなるマイクロレンズの屈折率と、マイクロレンズと色フィルターとの間に形成した非平坦化層の膜厚との関係を示して、感度特性の低減を抑制する技術が開示されている。
As a technique for solving such a problem, Patent Document 3 uses a material having a high refractive index as a material for a microlens to provide a flat space between microlenses (that is, a space in which a lens is not formed). A technique for improving the light capture efficiency even in a solid-state image sensor with a high pixel count or miniaturization by forming a microlens without providing the lens is disclosed.
Further, Patent Document 4 discloses a microlens in which a microlens is formed with a plurality of layers and the film thickness of each layer is adjusted to suppress uneven sensitivity. Further, Patent Document 5 shows the relationship between the refractive index of a microlens made of an inorganic material and the film thickness of the non-flattening layer formed between the microlens and the color filter, and suppresses the reduction of sensitivity characteristics. The technology to be used is disclosed.

特許第6052353号公報Japanese Patent No. 6052353 国際公開第2017/073321号International Publication No. 2017/073321 特開2005-019573号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-019573 特開2015-230896号公報JP-A-2015-230896A 特許第6366101号公報Japanese Patent No. 6366101

しかしながら、マイクロレンズに相対的に屈折率の高い無機材料を用いると、マイクロレンズと色フィルターとの界面やマイクロレンズの内部で入射光が反射して受光効率が低下する場合がある。 However, if an inorganic material having a relatively high refractive index is used for the microlens, the incident light may be reflected at the interface between the microlens and the color filter or inside the microlens to reduce the light receiving efficiency.

本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであって、微細画素でも集光効率を向上させることが可能であり、優れた感度を備えた固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to improve the light collection efficiency even with fine pixels, and a method for manufacturing a solid-state image sensor and a solid-state image sensor having excellent sensitivity. The purpose is to provide.

本発明の一態様に係る固体撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板に設けられ、平面視でマトリクス状に配置された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子のそれぞれに対応させて配置された複数色の色フィルターが、予め設定した規則パターンで二次元的に配置された色フィルター層と、前記色フィルター層上に設けられた反射低減層と、前記反射低減層上に設けられ、前記複数色の色フィルター及び前記複数の光電変換素子にそれぞれ対応させて配置された複数のレンズを有するマイクロレンズ層と、備え、前記マイクロレンズ層は、前記光電変換素子側に最も近接して配置された第1のマイクロレンズ層と、前記第1のマイクロレンズ層のレンズ面上に積層するように形成された第2のマイクロレンズ層とを有し、前記第1のマイクロレンズ層の屈折率は、1.75以上2.2以下の範囲内であり、前記反射低減層及び前記第2のマイクロレンズ層の各屈折率は、前記第1のマイクロレンズ層の屈折率よりも低いことを特徴とする。 The solid-state imaging device according to one aspect of the present invention corresponds to each of a semiconductor substrate, a plurality of photoelectric conversion elements provided on the semiconductor substrate and arranged in a matrix in a plan view, and the plurality of photoelectric conversion elements. The multi-color filters arranged in the lens are provided on the color filter layer two-dimensionally arranged in a preset regular pattern, the reflection reduction layer provided on the color filter layer, and the reflection reduction layer. A microlens layer having a plurality of lenses arranged corresponding to the plurality of color filters and the plurality of photoelectric conversion elements is provided, and the microlens layer is closest to the photoelectric conversion element side. The first microlens layer has a first microlens layer arranged therein and a second microlens layer formed so as to be laminated on the lens surface of the first microlens layer. The refractive index is in the range of 1.75 or more and 2.2 or less, and each refractive index of the reflection reducing layer and the second microlens layer is lower than the refractive index of the first microlens layer. It is characterized by.

本発明の一態様に係る固体撮像素子の製造方法は、複数の光電変換素子が平面視でマトリクス状に配置され、複数の前記光電変換素子の間に素子分離構造が設けられた半導体基板上の前記光電変換素子を取り囲む位置に、隔壁を形成する工程と、前記隔壁で囲まれた前記光電変換素子に対応する位置に、複数色の色フィルターをそれぞれ形成する工程と、前記色フィルター及び前記隔壁の上部に、屈折率が1.55以上1.8以下の範囲内である樹脂層または無機材料層で構成された反射低減層を形成する工程と、前記反射低減層の上部に、屈折率が1.75以上2.2以下の範囲内である窒化シリコン膜またはシリコン酸窒化膜から形成され、前記複数の光電変換素子にそれぞれ対応する位置に複数のレンズを備え、膜厚が100nm以上400nm以下の範囲内である第1のマイクロレンズ層を形成する工程と、前記第1のマイクロレンズ層のレンズ面上に、前記第1のマイクロレンズ層よりも低い屈折率を有するシリコン酸窒化膜または酸化シリコン膜から形成された第2のマイクロレンズ層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする。
In the method for manufacturing a solid-state image pickup lens according to one aspect of the present invention, a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a matrix in a plan view, and an element separation structure is provided between the plurality of photoelectric conversion elements on a semiconductor substrate. A step of forming a partition wall at a position surrounding the photoelectric conversion element, a step of forming a plurality of color filters at positions corresponding to the photoelectric conversion element surrounded by the partition wall, and the color filter and the partition wall. A step of forming a reflection-reducing layer composed of a resin layer or an inorganic material layer having a refractive index in the range of 1.55 or more and 1.8 or less on the upper part of the lens, and a refractive index on the upper part of the reflection-reducing layer. It is formed of a silicon nitride film or a silicon oxynitride film within the range of 1.75 or more and 2.2 or less, and is provided with a plurality of lenses at positions corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements, and the film thickness is 100 nm or more and 400 nm or less. The step of forming the first microlens layer within the range of the above, and the silicon oxynitride film or oxidation having a refractive index lower than that of the first microlens layer on the lens surface of the first microlens layer. The process of forming the second microlens layer formed from the silicon film and
It is characterized by having.

本発明によれば、微細画素でも集光効率を向上させることが可能であり、優れた感度を備えた固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to improve the light collection efficiency even with fine pixels, and it is possible to provide a solid-state image sensor and a method for manufacturing a solid-state image sensor having excellent sensitivity.

本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の構造を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the structure of the solid-state image pickup device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の色フィルター配列を示す部分平面図である。It is a partial plan view which shows the color filter arrangement of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の変形例の構造を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the structure of the modification of the solid-state image pickup device which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子の構造を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the structure of the solid-state image pickup device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子のマイクロレンズ層の一構成例を示す部分平面図である。It is a partial plan view which shows one structural example of the microlens layer of the solid-state image pickup device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子の一構成例を示す部分平面図である。It is a partial plan view which shows one structural example of the solid-state image pickup device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 他の方法により形成した固体撮像素子のマイクロレンズ層の一構成例を示す部分平面図である。It is a partial plan view which shows one structural example of the microlens layer of the solid-state image sensor formed by another method. 本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、隔壁構造形成工程までを示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention, and is the figure which shows up to the partition wall structure formation process. 本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、第1の色フィルター形成工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention, and is the figure which shows the 1st color filter forming process. 本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、第2の色フィルター形成工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention, and is the figure which shows the 2nd color filter forming process. 本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、第3の色フィルター形成工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention, and is the figure which shows the 3rd color filter forming process. 本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、反射低減層形成工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention, and is the figure which shows the reflection reduction layer formation process. 本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、マイクロレンズ形成工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention, and is the figure which shows the microlens formation process. 本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、マイクロレンズ形成工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention, and is the figure which shows the microlens formation process. 本発明の実施例1に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、マイクロレンズ平坦化層形成工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on Example 1 of this invention, and is the figure which shows the microlens flattening layer forming process. 本発明の実施例2に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、マイクロレンズ形成工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on Example 2 of this invention, and is the figure which shows the microlens formation process. 本発明の実施例3に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、マイクロレンズ形成工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on Example 3 of this invention, and is the figure which shows the microlens formation process. 本発明の実施例3に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、マイクロレンズ形成工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on Example 3 of this invention, and is the figure which shows the microlens formation process. 本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、色フィルターに感光性を持たせずに、ドライエッチングで色フィルターを形成する工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on other embodiment of this invention, and is the figure which shows the process of forming a color filter by dry etching without making a color filter photosensitive. 本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、色フィルターに感光性を持たせずに、ドライエッチングで色フィルターを形成する工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on other embodiment of this invention, and is the figure which shows the process of forming a color filter by dry etching without making a color filter photosensitive. 本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図であって、色フィルターに感光性を持たせずに、ドライエッチングで色フィルターを形成する工程を示す図である。It is a process sectional view which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor which concerns on other embodiment of this invention, and is the figure which shows the process of forming a color filter by dry etching without making a color filter photosensitive.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ここで、図面は模式的なものであり、色フィルター等の各層の厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。また、固体撮像素子の色フィルターの構成を示す断面図では、後述する公知のベイヤー配列を元に記載するが、実際のベイヤー配列では、3色以上の色フィルターが後述する図面のように横に並ぶ構造とはならないことがある。また、以下に示す各実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定されるものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness of each layer such as a color filter and the plane dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Further, in the cross-sectional view showing the configuration of the color filter of the solid-state image sensor, the description is based on the known Bayer arrangement described later, but in the actual Bayer arrangement, the color filters of three or more colors are horizontally arranged as shown in the drawing described later. It may not be a line-up structure. Further, each embodiment shown below exemplifies a configuration for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention describes the material, shape, structure, etc. of the constituent parts as follows. It is not specified by the thing. The technical idea of the present invention may be modified in various ways within the technical scope specified by the claims described in the claims.

また、本実施形態では、固体撮像素子の光電変換素子同士の間に素子分離構造があり、各色フィルターの間に隔壁構造がある構造について記載するが、本発明は、これらの構造を備えない公知の構造に対して、マイクロレンズを形成する際にも用いることができる。 Further, in the present embodiment, a structure having an element separation structure between the photoelectric conversion elements of the solid-state image sensor and a partition structure between the color filters will be described, but the present invention does not include these structures. It can also be used when forming a microlens for the structure of.

1.第1実施形態
(固体撮像素子の構成)
本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の構成について、図1及び図2を用いて説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子1は、半導体基板10と、半導体基板10の上方に配置された複数のマイクロレンズ200と、半導体基板10とマイクロレンズ200との間に設けられた色フィルター100及び隔壁50とを備えており、色フィルター100とマイクロレンズ200との間には反射低減層40を備えている。また、マイクロレンズ200の上には、マイクロレンズ平坦化層300が形成されている。
1. 1. First Embodiment (Structure of solid-state image sensor)
The configuration of the solid-state image sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, the solid-state image sensor 1 according to the present embodiment is located between the semiconductor substrate 10, a plurality of microlenses 200 arranged above the semiconductor substrate 10, and the semiconductor substrate 10 and the microlens 200. A provided color filter 100 and a partition wall 50 are provided, and a reflection reducing layer 40 is provided between the color filter 100 and the microlens 200. Further, a microlens flattening layer 300 is formed on the microlens 200.

半導体基板10は、二次元的、すなわち平面視でマトリクス状に配置された複数の光電変換素子11と、各光電変換素子11間で変換した電子が混在しないように光電変換素子11間に素子分離構造12とを有している。
なお、図1に示す断面図は、図2に示すI-II線での部分断面図に相当する。また、図2は、図1に示すIII-IV線での断面図(部分平面図)に相当する。
The semiconductor substrate 10 is divided between a plurality of photoelectric conversion elements 11 arranged two-dimensionally, that is, in a matrix in a plan view, and the photoelectric conversion elements 11 so that electrons converted between the photoelectric conversion elements 11 do not coexist. It has a structure 12.
The cross-sectional view shown in FIG. 1 corresponds to the partial cross-sectional view taken along line I-II shown in FIG. Further, FIG. 2 corresponds to a cross-sectional view (partial plan view) taken along line III-IV shown in FIG.

マイクロレンズ200は、複数のマイクロレンズ層で形成されている。具体的には、マイクロレンズ200は、光電変換素子11に最も近接して設けられた(すなわち、最も下部に設けられた第1のマイクロレンズ層20、その上部に形成された第2のマイクロレンズ層21で構成されている。
色フィルター100は、複数色の色フィルターで構成されている。具体的には、色フィルター100は、第1の色フィルター14、第2の色フィルター15及び第3の色フィルター16が所定の規則パターンで配置されて構成される。つまり、色フィルター100は、複数の光電変換素子11のそれぞれに対応させて配置された第1の色フィルター14、第2の色フィルター15及び第3の色フィルター16が、予め設定した規則パターンで二次元的に配置されている。
The microlens 200 is formed of a plurality of microlens layers. Specifically, the microlens 200 is provided closest to the photoelectric conversion element 11 (that is, the first microlens layer 20 provided at the lowermost portion, and the second microlens formed above the first microlens layer 20). It is composed of layer 21.
The color filter 100 is composed of a plurality of color filters. Specifically, the color filter 100 is configured by arranging a first color filter 14, a second color filter 15, and a third color filter 16 in a predetermined regular pattern. That is, the color filter 100 has a rule pattern set in advance by the first color filter 14, the second color filter 15, and the third color filter 16 arranged corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion elements 11. It is arranged two-dimensionally.

隔壁50は、第1の色フィルター14、第2の色フィルター15及び第3の色フィルター16のそれぞれの間に形成されている。つまり、隔壁50は、隣り合う色フィルター間にそれぞれ形成されている。隔壁50は、内側の隔壁30と、隔壁30を保護して覆っている隔壁31の二層で形成されている。
反射低減層40は、色フィルター100とマイクロレンズ200との間に形成されている。
The partition wall 50 is formed between the first color filter 14, the second color filter 15, and the third color filter 16, respectively. That is, the partition walls 50 are formed between adjacent color filters. The partition wall 50 is formed of two layers, an inner partition wall 30 and a partition wall 31 that protects and covers the partition wall 30.
The reflection reduction layer 40 is formed between the color filter 100 and the microlens 200.

図1は、マイクロレンズ200の上部にマイクロレンズ平坦化層300が存在する構成を図示しているが、固体撮像素子1の構成によっては、マイクロレンズ平坦化層300は無くてもよい。
また、隔壁50は、隔壁30及び隔壁31の二層の構成を示しているが、固体撮像素子1の構成によっては、1層の構成でも、2層以上の構成でもよい。また、隔壁50は、高さが色フィルター100より低くても、高くてもよく、フラットでもよい。また、固体撮像素子1の画素サイズが大きい場合は、隔壁50は無くてもよい。
FIG. 1 illustrates a configuration in which the microlens flattening layer 300 is present on the upper part of the microlens 200, but the microlens flattening layer 300 may not be present depending on the configuration of the solid-state image sensor 1.
Further, although the partition wall 50 shows a two-layer structure of the partition wall 30 and the partition wall 31, it may be a one-layer structure or a two-layer or more structure depending on the structure of the solid-state image pickup device 1. Further, the partition wall 50 may have a height lower than or higher than that of the color filter 100, or may be flat. Further, when the pixel size of the solid-state image sensor 1 is large, the partition wall 50 may be omitted.

以下、本実施形態に係る固体撮像素子1を説明するにあたり、色フィルター100の製造工程上最初に形成し、且つ色フィルター100における占有面積が最も広い色フィルターを第1の色フィルター14と定義する。また、色フィルター100の製造工程上二番目に形成する色フィルターを第2の色フィルター15、色フィルター100の製造工程上三番目に形成する色フィルターを第3の色フィルター16とそれぞれ定義する。他の実施形態であっても同様である。また、以下の説明では、第1の色フィルター14がグリーンである場合を想定して説明するが、第1の色フィルター14がブルーまたはレッドであってもよい。
以下、固体撮像素子1の各構成要素について詳細に説明する。
Hereinafter, in explaining the solid-state image sensor 1 according to the present embodiment, the color filter that is first formed in the manufacturing process of the color filter 100 and has the largest occupied area in the color filter 100 is defined as the first color filter 14. .. Further, the color filter formed second in the manufacturing process of the color filter 100 is defined as the second color filter 15, and the color filter formed third in the manufacturing process of the color filter 100 is defined as the third color filter 16. The same applies to other embodiments. Further, in the following description, it is assumed that the first color filter 14 is green, but the first color filter 14 may be blue or red.
Hereinafter, each component of the solid-state image sensor 1 will be described in detail.

(光電変換素子及び半導体基板)
図1に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子1における半導体基板10には、画素位置に対応する複数の光電変換素子11が二次元的に配置されている。光電変換素子11のそれぞれは、光を電気信号に変換する機能を有している。また、複数の光電変換素子11が配置された半導体基板10には、固体撮像素子1に入射した光が光電変換素子11で吸収される前に隣接する光電変換素子11にその入射した光が入ることや、光電変換した電子が隣接する他の光電変換素子11の回路に流れないように、素子分離構造12が形成されている。素子分離の方法としては、例えば、素子分離領域の半導体基板10をドーピングする方法や、空隙を空ける方法、あるいは金属や酸化物、窒化物、誘電体などを埋め込む方法などさまざまな手法を用いることができるが、光や電子が隣接する他の光電変換素子11の回路に流れにくい構造が望ましい。素子分離の方法としては、一般的には、光電変換素子11間の半導体基板10をエッチングで掘り込んだ後で、金属や酸化物、誘電体などを堆積して形成する方法が用いられる。光電変換素子11が形成されている半導体基板10は、通常、表面(光入射面)の保護及び平坦化を目的として、最表面に保護膜が形成されている。半導体基板10は、可視光を透過して、少なくとも300℃程度の温度に耐えられる材料で形成されている。ここで、半導体基板10に用いられる耐熱材料としては、例えば、Si、SiO等の酸化物及びSiN等の窒化物、並びにこれらの混合物等のSiを含む材料等が挙げられる。このとき、光電変換素子11は、後述するマイクロレンズ200の材料やその高さ等に合わせて、入射した光を受光可能な位置に配置される。
(Photoelectric conversion element and semiconductor substrate)
As shown in FIG. 1, a plurality of photoelectric conversion elements 11 corresponding to pixel positions are two-dimensionally arranged on the semiconductor substrate 10 in the solid-state image pickup device 1 according to the present embodiment. Each of the photoelectric conversion elements 11 has a function of converting light into an electric signal. Further, on the semiconductor substrate 10 in which the plurality of photoelectric conversion elements 11 are arranged, the incident light enters the adjacent photoelectric conversion element 11 before the light incident on the solid-state image pickup element 1 is absorbed by the photoelectric conversion element 11. In addition, the element separation structure 12 is formed so that the photoelectrically converted electrons do not flow to the circuit of another photoelectric conversion element 11 adjacent to the photoelectric conversion element 11. As a method of element separation, for example, various methods such as a method of doping the semiconductor substrate 10 in the element separation region, a method of opening a gap, and a method of embedding a metal, an oxide, a nitride, a dielectric, or the like can be used. However, it is desirable to have a structure in which light and electrons do not easily flow into the circuit of another photoelectric conversion element 11 adjacent to the circuit. As a method of element separation, generally, a method of digging a semiconductor substrate 10 between the photoelectric conversion elements 11 by etching and then depositing a metal, an oxide, a dielectric, or the like is used. The semiconductor substrate 10 on which the photoelectric conversion element 11 is formed usually has a protective film formed on the outermost surface for the purpose of protecting and flattening the surface (light incident surface). The semiconductor substrate 10 is made of a material that allows visible light to pass through and can withstand a temperature of at least about 300 ° C. Here, examples of the heat-resistant material used for the semiconductor substrate 10 include oxides such as Si and SiO 2 , nitrides such as SiN, and materials containing Si such as a mixture thereof. At this time, the photoelectric conversion element 11 is arranged at a position where the incident light can be received, according to the material of the microlens 200 described later, the height thereof, and the like.

(色フィルター及び隔壁)
所定の配置パターンにより色フィルター100を構成する第1の色フィルター14、第2の色フィルター15及び第3の色フィルター16(第1、第2及び第3の色フィルターの一例)は、入射光を色分解する各色(グリーン、ブルー及びレッド)に対応するフィルターである。図1に示すように、第1の色フィルター14、第2の色フィルター15及び第3の色フィルター16は、半導体基板10と反射低減層40との間に設けている。第1の色フィルター14、第2の色フィルター15及び第3の色フィルター16は、複数の光電変換素子11のそれぞれに対応するように、画素位置に応じて予め設定された規則パターンで配置されている。
(Color filter and bulkhead)
The first color filter 14, the second color filter 15, and the third color filter 16 (an example of the first, second, and third color filters) constituting the color filter 100 according to a predetermined arrangement pattern are incident light. It is a filter corresponding to each color (green, blue and red) that separates colors. As shown in FIG. 1, the first color filter 14, the second color filter 15, and the third color filter 16 are provided between the semiconductor substrate 10 and the reflection reduction layer 40. The first color filter 14, the second color filter 15, and the third color filter 16 are arranged in a predetermined regular pattern according to the pixel position so as to correspond to each of the plurality of photoelectric conversion elements 11. ing.

図2は、第1の色フィルター14、第2の色フィルター15、及び第3の色フィルター16、並びに色フィルター100を構成する各色フィルターの間に形成された隔壁50の配列を平面的に示す図である。図2に示す配列は、いわゆるベイヤー配列であり、第1の色フィルター14、第2の色フィルター15及び第3の色フィルター16を敷き詰めた配列である。
なお、本実施形態では、固体撮像素子1の各色フィルター(第1の色フィルター14、第2の色フィルター15及び第3の色フィルター16)は、必ずしもベイヤー配列に限定されず、また、各色フィルターの色もレッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)の3色に限定されない。また、色フィルター100の配列の一部に、屈折率を調整した透明の層や、可視光は遮光し赤外線は透過する層(すなわち赤外線用などのフィルター)を配置してもよい。また、隣接する4つの画素を同じ色として、16個の画素でベイヤー配列を構成するように複数画素を用いて配置してもよい。
FIG. 2 shows a planar arrangement of a first color filter 14, a second color filter 15, a third color filter 16, and a partition wall 50 formed between each color filter constituting the color filter 100. It is a figure. The arrangement shown in FIG. 2 is a so-called Bayer arrangement, which is an arrangement in which a first color filter 14, a second color filter 15, and a third color filter 16 are spread.
In the present embodiment, each color filter (first color filter 14, second color filter 15, and third color filter 16) of the solid-state image sensor 1 is not necessarily limited to the Bayer arrangement, and each color filter. The color of is not limited to the three colors of red (R), green (G), and blue (B). Further, a transparent layer having an adjusted refractive index or a layer that shields visible light and transmits infrared rays (that is, a filter for infrared rays or the like) may be arranged as a part of the arrangement of the color filters 100. Further, four adjacent pixels may be arranged in the same color, and a plurality of pixels may be used so as to form a Bayer array with 16 pixels.

色フィルター100を構成する各色フィルターは、所定の色の顔料(着色剤)と、熱硬化成分または光硬化成分とを含んでいる。例えば、第1の色フィルター14は着色剤としてグリーン顔料を含み、第2の色フィルター15はブルー顔料を含み、第3の色フィルター16はレッド顔料を含んでいる。 Each color filter constituting the color filter 100 contains a pigment (coloring agent) of a predetermined color and a thermosetting component or a photocuring component. For example, the first color filter 14 contains a green pigment as a colorant, the second color filter 15 contains a blue pigment, and the third color filter 16 contains a red pigment.

隔壁50は、色フィルター100を構成する複数色の色フィルター(第1の色フィルター14、第2の色フィルター15及び第3の色フィルター16)のそれぞれの間に形成される。本実施形態では、第1の色フィルター14の側壁部(外周囲)に設けられた隔壁50により、第1の色フィルター14と、第2の色フィルター15及び第3の色フィルター16のそれぞれとを分け隔てることができる。隔壁50は、図1に示すように、隔壁50の内側(内部)に位置する隔壁30と、隔壁30の外側を覆うように位置する隔壁31とで形成された2層構成であってもよい。 The partition wall 50 is formed between each of the plurality of color filters (first color filter 14, second color filter 15, and third color filter 16) constituting the color filter 100. In the present embodiment, the partition wall 50 provided on the side wall portion (outer periphery) of the first color filter 14 allows the first color filter 14, the second color filter 15, and the third color filter 16, respectively. Can be separated. As shown in FIG. 1, the partition wall 50 may have a two-layer structure composed of a partition wall 30 located inside (inside) the partition wall 50 and a partition wall 31 located so as to cover the outside of the partition wall 30. ..

隔壁30は、遮光性が高く、エッチングなどで精度良く微細加工できる金属材料、例えばタングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)の膜で形成することが好ましい。また、隔壁30は、更に、隔壁30の下層をタングステンで形成し、隔壁30の上層をチタンで形成するなど、複数の金属膜による積層構造であってもよい。また、上述した金属の単体ではなく、上述した金属の化合物を用いて隔壁30を形成してもよい。 The partition wall 30 is preferably formed of a metal material having high light-shielding property and which can be finely processed with high accuracy by etching or the like, for example, a film of tungsten (W), aluminum (Al), or copper (Cu). Further, the partition wall 30 may have a laminated structure made of a plurality of metal films, such as the lower layer of the partition wall 30 being formed of tungsten and the upper layer of the partition wall 30 being formed of titanium. Further, the partition wall 30 may be formed by using the above-mentioned metal compound instead of the above-mentioned metal simple substance.

隔壁31は、隔壁30の外側を覆うように、例えば、SiOやSiN、あるいはSiONなどの酸化物、窒化物、酸窒化物などを用いて形成されている。また、隔壁31を、色フィルター100を構成する材料よりも低屈折率材料を用いて形成することで光導波路のように光を誘導できる構成で形成してもよい。また、この隔壁31が隔壁30の保護膜となり、隔壁30に金属を用いた場合に、その金属が反応(化学反応)して劣化することを抑制することができる。なお、隔壁30は、金属と酸化物、金属と窒化物、あるいは金属と酸窒化物のように、複数の材料を用いて形成したものであってもよい。
また、隔壁31は、隣接する色フィルター100に入る光を遮光可能な材料、反射可能な材料、または光導波路を構成可能な材料で形成することが好ましい。
The partition wall 31 is formed by using, for example, an oxide such as SiO 2 or SiN, or an oxide such as SiON, a nitride, or an oxynitride so as to cover the outside of the partition wall 30. Further, the partition wall 31 may be formed with a structure capable of inducing light like an optical waveguide by forming the partition wall 31 using a material having a lower refractive index than the material constituting the color filter 100. Further, the partition wall 31 serves as a protective film for the partition wall 30, and when a metal is used for the partition wall 30, it is possible to prevent the metal from reacting (chemical reaction) and deteriorating. The partition wall 30 may be formed by using a plurality of materials such as metal and oxide, metal and nitride, or metal and oxynitride.
Further, the partition wall 31 is preferably formed of a material capable of blocking light entering the adjacent color filter 100, a material capable of reflecting light, or a material capable of forming an optical waveguide.

隔壁30同士は、図2に示すように、切れ目なく連続して形成されていてもよいし、隔壁31同士も切れ目なく連続して形成されていてもよい。
また、図2に示すように、平面視で、隔壁50の幅は、隣接する色フィルター100の組み合わせに応じて、狭くしてもよいし、広くしてもよい。例えば、第1の色フィルター14と第2の色フィルター15との間に位置する隔壁50の幅は、第1の色フィルター14と第3の色フィルター16との間に位置する隔壁50の幅よりも広くてもよいし、狭くてもよい。このように、隔壁50の幅を、隣接する色フィルター100の組み合わせに応じて狭くすることで、各画素における受光面積を必要に応じて増加させることができるため、固体撮像素子1の感度を調整することができる。また、隔壁50の幅を、隣接する色フィルター100の組み合わせに応じて広くすることで、各画素間における機械的強度を必要に応じて高めることができるため、固体撮像素子1の強度を部分的に調整することができる。
As shown in FIG. 2, the partition walls 30 may be formed continuously without a break, or the partition walls 31 may also be formed continuously without a break.
Further, as shown in FIG. 2, in a plan view, the width of the partition wall 50 may be narrowed or widened depending on the combination of adjacent color filters 100. For example, the width of the partition wall 50 located between the first color filter 14 and the second color filter 15 is the width of the partition wall 50 located between the first color filter 14 and the third color filter 16. It may be wider or narrower than. In this way, by narrowing the width of the partition wall 50 according to the combination of the adjacent color filters 100, the light receiving area in each pixel can be increased as needed, so that the sensitivity of the solid-state image sensor 1 can be adjusted. can do. Further, by widening the width of the partition wall 50 according to the combination of the adjacent color filters 100, the mechanical strength between each pixel can be increased as necessary, so that the strength of the solid-state image sensor 1 can be partially increased. Can be adjusted to.

また、隔壁30の高さは、色フィルター100全体の高さ、あるいは隔壁50全体の高さに対して30%以上100%以下の範囲内であれば好ましく、45%以上55%以下の範囲内であれば、より好ましい。隔壁30の高さが上記数値範囲内であれば、隣接する色フィルターに入る光を効果的に遮光、または反射することができる。
また、図2に示すように、平面視で、隔壁30の幅は、隔壁50全体の幅に対して10%以上50%以下の範囲内であれば好ましく、20%以上30%以下の範囲内であれば、より好ましい。隔壁30の幅が上記数値範囲内であれば、隣接する色フィルターに入る光を効果的に遮光、または反射することができる。
The height of the partition wall 30 is preferably in the range of 30% or more and 100% or less with respect to the height of the entire color filter 100 or the height of the entire partition wall 50, and is within the range of 45% or more and 55% or less. If so, it is more preferable. When the height of the partition wall 30 is within the above numerical range, the light entering the adjacent color filter can be effectively shielded or reflected.
Further, as shown in FIG. 2, in a plan view, the width of the partition wall 30 is preferably within a range of 10% or more and 50% or less with respect to the width of the entire partition wall 50, and is within a range of 20% or more and 30% or less. If so, it is more preferable. When the width of the partition wall 30 is within the above numerical range, the light entering the adjacent color filter can be effectively shielded or reflected.

(マイクロレンズ)
固体撮像素子1におけるマイクロレンズ200は、半導体基板10の上方において、画素位置に対応する位置に配置されている。すなわち、マイクロレンズ200は、複数の光電変換素子11のそれぞれに対応する位置に複数のレンズがそれぞれ設けられる。マイクロレンズ200は、マイクロレンズ200に入射した入射光を光電変換素子11のそれぞれに集光させることにより、光電変換素子11の感度低下を補うことができる。本実施形態のマイクロレンズ200は、図1に示すように、複数のマイクロレンズ層が積層するように形成されていてもよい。また、マイクロレンズ200は、光電変換素子11に最も近い下層に設けられた第1のマイクロレンズ層20がマイクロレンズ形状をしており、第2のマイクロレンズ層21及び第2のマイクロレンズ層21よりも上層に位置する複数のマイクロレンズ層が第1のマイクロレンズ層20のレンズ面上を覆うように形成されている構成が好ましい。なお、図1は、マイクロレンズ200が第1のマイクロレンズ層20と第2のマイクロレンズ層21の2層で形成されている形態を示している。
(Micro lens)
The microlens 200 in the solid-state image sensor 1 is arranged at a position corresponding to the pixel position above the semiconductor substrate 10. That is, in the microlens 200, a plurality of lenses are provided at positions corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion elements 11. The microlens 200 can compensate for the decrease in sensitivity of the photoelectric conversion element 11 by condensing the incident light incident on the microlens 200 on each of the photoelectric conversion elements 11. As shown in FIG. 1, the microlens 200 of the present embodiment may be formed so that a plurality of microlens layers are laminated. Further, in the microlens 200, the first microlens layer 20 provided in the lower layer closest to the photoelectric conversion element 11 has a microlens shape, and the second microlens layer 21 and the second microlens layer 21 It is preferable that a plurality of microlens layers located on the upper layer are formed so as to cover the lens surface of the first microlens layer 20. Note that FIG. 1 shows a form in which the microlens 200 is formed of two layers, a first microlens layer 20 and a second microlens layer 21.

マイクロレンズ200で集光効率を向上させるためには、第1のマイクロレンズ層20は高屈折率材料で構成されていることが好ましい。具体的には、第1のマイクロレンズ層20を構成する材料の屈折率は、1.75以上2.2以下の範囲内であれば好ましく、1.85以上2.0以下の範囲内であればより好ましく、1.90以上1、95以下の範囲内であればさらに好ましい。屈折率が2.2を超える材料の場合、マイクロレンズ200の集光能力は向上するが、反射低減層40との屈折率差が大きくなることでマイクロレンズ200と反射低減層40との界面で反射光量が増えて、集光効率が低下する場合がある。また、屈折率が1.75未満の材料の場合、マイクロレンズ200に十分な集光能力を付与することが困難となり、使用する上で必要な集光効率が得られない場合がある。以下、本実施形態において「高屈折率」とは、屈折率が1.75以上であることを意味し、「高屈折率材料」とは、屈折率が1.75以上である材料を意味する。
なお、マイクロレンズの従来構造では、一般的にマイクロレンズ200の材料として有機系樹脂の材料が用いられており、有機系樹脂では、比較的高い屈折率を有する材料であってもその値は1.8以下程度である。また、比較的屈折率が高い有機系材料を用いると、透過率が低下しやすい傾向がある。
In order to improve the light collection efficiency of the microlens 200, it is preferable that the first microlens layer 20 is made of a high refractive index material. Specifically, the refractive index of the material constituting the first microlens layer 20 is preferably in the range of 1.75 or more and 2.2 or less, and preferably in the range of 1.85 or more and 2.0 or less. It is more preferable, and it is more preferable if it is in the range of 1.90 or more and 1.95 or less. In the case of a material having a refractive index of more than 2.2, the light-collecting ability of the microlens 200 is improved, but the difference in refractive index from the reflection-reducing layer 40 becomes large, so that the interface between the microlens 200 and the reflection-reducing layer 40 becomes large. The amount of reflected light may increase and the light collection efficiency may decrease. Further, when the material has a refractive index of less than 1.75, it becomes difficult to impart sufficient light-collecting ability to the microlens 200, and the light-collecting efficiency required for use may not be obtained. Hereinafter, in the present embodiment, "high refractive index" means that the refractive index is 1.75 or more, and "high refractive index material" means a material having a refractive index of 1.75 or more. ..
In the conventional structure of the microlens, an organic resin material is generally used as the material of the microlens 200, and the organic resin has a value of 1 even if the material has a relatively high refractive index. It is about 0.8 or less. Further, when an organic material having a relatively high refractive index is used, the transmittance tends to decrease.

微細な固体撮像素子1が使用される一般的なカメラモジュールの場合、マイクロレンズ200は光が入射してくる外側は屈折率が1に近い空気(空気層)と接している。マイクロレンズ200の屈折率が1.75以上の場合、マイクロレンズ200による集光能力は向上するが、マイクロレンズ200と空気(空気層)との間で屈折率差が大きいため、光の反射が起こり易くなる。この場合、マイクロレンズ200の内部を透過(通過)する光量が減少して、受光感度の低下を招く可能性がある。その場合には、後述するマイクロレンズ平坦化層300を設ければよい。 In the case of a general camera module in which a fine solid-state image sensor 1 is used, the microlens 200 is in contact with air (air layer) having a refractive index close to 1 on the outside where light is incident. When the refractive index of the microlens 200 is 1.75 or more, the light collecting ability of the microlens 200 is improved, but the difference in the refractive index between the microlens 200 and the air (air layer) is large, so that light is reflected. It is easy to happen. In this case, the amount of light transmitted (passed) inside the microlens 200 may decrease, resulting in a decrease in light receiving sensitivity. In that case, the microlens flattening layer 300, which will be described later, may be provided.

屈折率が高く、380nmから700nmの可視光の透過率が高い無機材料は、例えば、窒化シリコン(屈折率約、2.0)、酸化ジルコニウム(屈折率約、2.2)、酸化チタン(屈折率約2.49)、硫化亜鉛(屈折率:約2.35)、酸化亜鉛(屈折率:約2.01)、酸化ハフニウム(屈折率:約1.91)、窒化アルミニウム(屈折率約、2.16)、酸化タンタル(屈折率約、2.16)などが考えられる。マイクロレンズ200を形成する場合は、マイクロレンズ200の下層に設けられた反射低減層40及び色フィルター100の耐熱温度が一般的に300℃以下であるため、この温度以下で形成できる材料を用いることが好ましい。つまり、マイクロレンズ200を形成する材料は、300℃以下の温度で形成でき、且つドライエッチングなどの公知の方法で形状加工が容易であり、さらに後述する消衰係数が低い材料ならどの材料でも問題ないが、形成温度や前述した屈折率差による反射を考慮すると、無機材料としては窒化シリコンを用いることが好ましい。無機材料として透明で高屈折率を示す窒化シリコンを用いることにより、第1のマイクロレンズ層20は、高い屈折率のマイクロレンズとなる。第1のマイクロレンズ層20が高い屈折率を示すことにより、第1のマイクロレンズ層20の高さを従来よりも低く形成しても、入射光を各レンズに対応して設けられた画素(光電変換素子11)にそれぞれ入射させることができる。また、第1のマイクロレンズ層20の高さを従来よりも低く形成することができるため、隣接する画素(光電変換素子11)に入射されるべき入射光が第1のマイクロレンズ層20によって遮断され、固体撮像素子1全体の受光効率が低下することを抑制できる。このため、各色での感度特性を損なうことなく、高い集光特性を示す固体撮像素子1を提供することができる。 Inorganic materials with a high refractive index and high transmission of visible light from 380 nm to 700 nm include, for example, silicon nitride (refractive index about 2.0), zirconium oxide (refractive index about 2.2), and titanium oxide (refraction). Rate about 2.49), zinc sulfide (refractive index: about 2.35), zinc oxide (refractive index: about 2.01), hafnium oxide (refractive index: about 1.91), aluminum nitride (refractive index about, 2.16), tantalum oxide (refractive index about 2.16) and the like can be considered. When forming the microlens 200, since the heat resistant temperature of the reflection reducing layer 40 and the color filter 100 provided under the microlens 200 is generally 300 ° C. or lower, a material that can be formed at this temperature or lower should be used. Is preferable. That is, the material for forming the microlens 200 can be formed at a temperature of 300 ° C. or lower, shape processing is easy by a known method such as dry etching, and any material having a low extinction coefficient, which will be described later, has a problem. However, considering the formation temperature and the reflection due to the above-mentioned difference in refractive index, it is preferable to use silicon nitride as the inorganic material. By using silicon nitride, which is transparent and exhibits a high refractive index, as an inorganic material, the first microlens layer 20 becomes a microlens having a high refractive index. Since the first microlens layer 20 exhibits a high refractive index, even if the height of the first microlens layer 20 is formed lower than the conventional one, the incident light is provided corresponding to each lens. It can be incident on each of the photoelectric conversion elements 11). Further, since the height of the first microlens layer 20 can be formed lower than the conventional one, the incident light to be incident on the adjacent pixel (photoelectric conversion element 11) is blocked by the first microlens layer 20. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the light receiving efficiency of the solid-state image sensor 1 as a whole. Therefore, it is possible to provide the solid-state image pickup device 1 that exhibits high light-collecting characteristics without impairing the sensitivity characteristics of each color.

窒化シリコン(Si)の屈折率は一般的に2.0程度であるが、成膜条件によってシリコンと窒素との割合が変わり、屈折率は1.7から2.2程度まで変化する。また、窒化シリコンをマイクロレンズ200の材料として用いる場合は、透過率が高い必要がある。透過率は、材質の膜厚によって変化するため、指標としては光学定数の消衰係数で示すことができる。発明者らはマイクロレンズ200に用いる材料として、消衰係数が重要と知見した。屈折率と消衰係数とは成膜条件で違いが現れる。固体撮像素子1で使用される窒化シリコンは、CVD(Chemical Vapor Deposition)を用いて形成されることが多い。CVDを用いて形成する際の成膜条件は、温度、圧力、ガス種及びガス流量などの制御により、品質が異なる。マイクロレンズ200の下層に設けられた色フィルター100の耐熱温度が300℃以下である場合には、上記の条件でプラズマ源を用いて低圧環境下で低温プロセスを用いることができるプラズマCVD(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)を使用することで、窒化シリコンを品質良く形成することができる。窒化シリコンの屈折率が高い成膜条件では消衰係数が悪くなりやすく、屈折率と消衰係数とが両方優れている成膜条件の場合は、条件の範囲が狭く、膜が内包する応力が高くなりやすい傾向がある。応力が高い場合は、色フィルター100上にマイクロレンズ200を形成する際には適していない傾向がある。そのため、マイクロレンズ200(例えば、第1のマイクロレンズ層20)に用いられる窒化シリコン膜としては、屈折率が1.75以上2.0以下の範囲内であり、波長380nm以上700nm以下の可視光の範囲での消衰係数が1.0×10-3以下であればより好ましく、屈折率が1.85以上2.0以下の範囲内であり、波長400nm以上700nm以下の範囲での消衰係数が1.0×10-3以下であれば最も好ましい。 The refractive index of silicon nitride (Si 3 N 4 ) is generally about 2.0, but the ratio of silicon and nitrogen changes depending on the film forming conditions, and the refractive index changes from 1.7 to 2.2. .. Further, when silicon nitride is used as the material of the microlens 200, the transmittance needs to be high. Since the transmittance changes depending on the film thickness of the material, it can be indicated by the extinction coefficient of the optical constant as an index. The inventors have found that the extinction coefficient is important as a material used for the microlens 200. There is a difference between the refractive index and the extinction coefficient depending on the film formation conditions. Silicon nitride used in the solid-state image sensor 1 is often formed by using CVD (Chemical Vapor Deposition). The quality of the film forming conditions when forming using CVD differs depending on the control of temperature, pressure, gas type, gas flow rate, and the like. When the heat resistant temperature of the color filter 100 provided in the lower layer of the microlens 200 is 300 ° C. or lower, plasma CVD (Plasma-Plasma-) can be used in a low temperature environment using a plasma source under the above conditions. By using enhanced Chemical Vapor Deposition), silicon nitride can be formed with good quality. Under film formation conditions where the refractive index of silicon nitride is high, the extinction coefficient tends to deteriorate, and under film formation conditions where both the refractive index and extinction coefficient are excellent, the range of conditions is narrow and the stress contained in the film is high. It tends to be expensive. When the stress is high, it tends to be unsuitable for forming the microlens 200 on the color filter 100. Therefore, the silicon nitride film used for the microlens 200 (for example, the first microlens layer 20) has a refractive index in the range of 1.75 or more and 2.0 or less, and visible light having a wavelength of 380 nm or more and 700 nm or less. It is more preferable that the extinction coefficient in the range of 1.0 × 10 -3 or less, the refractive index is in the range of 1.85 or more and 2.0 or less, and the extinction in the wavelength range of 400 nm or more and 700 nm or less. Most preferably, the coefficient is 1.0 × 10 -3 or less.

前述した条件は、窒化シリコン膜を形成した場合であるが、プラズマCVDで形成する際に酸素が含まれるNOガスなどを併用することで、酸窒化シリコン(組成式SiON)膜を形成することができる。酸窒化シリコンは酸素の含有量により、窒化シリコン(屈折率:2.0)から酸化シリコン(屈折率:1.45)までの屈折率を得ることができ、消衰係数も制御し易い。そのため、酸窒化シリコンを第1のマイクロレンズ層20の材料として用いてもよい。 The above-mentioned condition is the case where the silicon nitride film is formed, but the silicon nitride (composition formula SiON) film is formed by using N 2 O gas containing oxygen when forming by plasma CVD. be able to. Silicon oxynitride can obtain a refractive index from silicon nitride (refractive index: 2.0) to silicon oxide (refractive index: 1.45) depending on the oxygen content, and the extinction coefficient can be easily controlled. Therefore, silicon oxynitride may be used as the material of the first microlens layer 20.

第1のマイクロレンズ層20の形成方法としては、色フィルター100上に、各種の成膜条件で、高屈折率の第1の層を形成する。第1の層の形成方法としては、前述した窒化シリコン膜をプラズマCVDで形成する方法が好ましい。次に、後述するレンズ母型を形成するための第2の層である中間犠牲層を形成する。中間犠牲層は、樹脂材料により形成され、例えば熱フロー性を有さない感光性樹脂(即ち、熱フローしない感光性樹脂)が用いられる。これにより、熱フローにより感光性樹脂パターンが溶融し、体積が膨張して隣接するレンズ同士が接触することを回避できる。その結果、隣り合うレンズ同士の境界部分で形状崩れの発生を防ぐことが可能となる。 As a method for forming the first microlens layer 20, a first layer having a high refractive index is formed on the color filter 100 under various film forming conditions. As a method for forming the first layer, a method for forming the above-mentioned silicon nitride film by plasma CVD is preferable. Next, an intermediate sacrificial layer, which is a second layer for forming the lens matrix described later, is formed. The intermediate sacrificial layer is formed of a resin material, and for example, a photosensitive resin having no heat flow property (that is, a photosensitive resin having no heat flow property) is used. As a result, it is possible to prevent the photosensitive resin pattern from melting due to the heat flow, expanding the volume, and causing the adjacent lenses to come into contact with each other. As a result, it is possible to prevent the occurrence of shape collapse at the boundary portion between adjacent lenses.

ここで、レンズ母型の形成に採用可能な熱フローしない感光性樹脂としては、ガラス転移温度が高く、100℃~220℃の条件の熱処理によって硬化前に形状が崩れることがない熱可塑性の樹脂材料が好適である。このような熱フローしない感光性樹脂としては、質量平均分子量(Mw:ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)のスチレン換算による測定値)が10,000以上30,000以下の範囲内のベース樹脂を含有していることが好ましい。より好ましくは、ベース樹脂の質量平均分子量が20,000以上30,000以下の範囲内である。ベース樹脂の質量平均分子量が10,000以上であることにより耐熱性及び熱フロー耐性の両方が向上する。また、ベース樹脂の質量平均分子量を30,000以下にすることにより、現像時の溶解性が低下しないため、残渣の発生を抑えることができる。 Here, as the heat-flow-free photosensitive resin that can be used for forming the lens matrix, a thermoplastic resin that has a high glass transition temperature and does not lose its shape before curing by heat treatment under the conditions of 100 ° C to 220 ° C. The material is suitable. Such a photosensitive resin that does not flow heat contains a base resin having a mass average molecular weight (Mw: a value measured by gel permeation chromatography (GPC) in terms of styrene) in the range of 10,000 or more and 30,000 or less. Is preferable. More preferably, the mass average molecular weight of the base resin is in the range of 20,000 or more and 30,000 or less. When the mass average molecular weight of the base resin is 10,000 or more, both heat resistance and heat flow resistance are improved. Further, by setting the mass average molecular weight of the base resin to 30,000 or less, the solubility at the time of development does not decrease, so that the generation of residue can be suppressed.

続いて、レンズ母型を形成するために感光性のあるフォトレジストを中間犠牲層上に形成する。このフォトレジストを選択的に露光現像することで、マイクロレンズ200を形成する場所にフォトレジストを形成する。そして、このフォトレジストを加熱することにより、レジストパターンを熱フローしてレンズ形状に形成する。
次に、レンズ形状のレジストパターンをマスクとして中間犠牲層全面にドライエッチングを行い、ポジ型のレジストパターンが全量削れる時間設定でエッチングをすることで、中間犠牲層にレンズ形状を転写したレンズ母型を形成する。
続いて、レンズ母型をマスクとして第1の層全面にドライエッチングを行い、第1の層にレンズ母型の形状を転写して第1のマイクロレンズ層20を形成する。
マイクロレンズ200のレンズ形成方法は、前述したレジストパターンの熱フロー法を用いる方法以外にも公知の方法を用いることができる。例えば、階調パターンのフォトマスクを用いて、露光量を調整することで、第1の層が現像後に直接レンズ形状になるように形成してもよい。
Subsequently, a photosensitive photoresist is formed on the intermediate sacrificial layer in order to form a lens matrix. By selectively exposing and developing this photoresist, a photoresist is formed at a place where the microlens 200 is formed. Then, by heating this photoresist, the resist pattern is thermally flowed to form a lens shape.
Next, using the lens-shaped resist pattern as a mask, dry etching is performed on the entire surface of the intermediate sacrificial layer, and etching is performed at a time setting that allows the entire amount of the positive resist pattern to be scraped. To form.
Subsequently, dry etching is performed on the entire surface of the first layer using the lens matrix as a mask, and the shape of the lens matrix is transferred to the first layer to form the first microlens layer 20.
As a lens forming method for the microlens 200, a known method can be used in addition to the method using the heat flow method of the resist pattern described above. For example, by adjusting the exposure amount using a photomask having a gradation pattern, the first layer may be formed so as to have a lens shape directly after development.

この際、第1のマイクロレンズ層20の高さ方向の膜厚は、100nm以上400nm以下の範囲内であれば好ましい。なお、「第1のマイクロレンズ層20の高さ方向の膜厚」とは、半円形状レンズの底面(第1実施形態においては、反射低減層40の上面)から第1のマイクロレンズ層20のレンズの頂点までの高さをいう。各光電変換素子11のピッチ(すなわち第1のマイクロレンズ層20が有する複数のレンズのピッチ)が1.0μm以下の微細構造の場合、第1のマイクロレンズ層20の高さ方向の膜厚は、100nm以上400nm以下の範囲内であれば好ましく、150nm以上300nm以下の範囲内であればより好ましく、180nm以上220nm以下の範囲内であればさらに好ましい。 At this time, the film thickness of the first microlens layer 20 in the height direction is preferably in the range of 100 nm or more and 400 nm or less. The "thickness in the height direction of the first microlens layer 20" means the first microlens layer 20 from the bottom surface of the semicircular lens (the upper surface of the reflection reduction layer 40 in the first embodiment). The height to the top of the lens. When the pitch of each photoelectric conversion element 11 (that is, the pitch of a plurality of lenses included in the first microlens layer 20) has a fine structure of 1.0 μm or less, the film thickness of the first microlens layer 20 in the height direction is , 100 nm or more and 400 nm or less is preferable, 150 nm or more and 300 nm or less is more preferable, and 180 nm or more and 220 nm or less is more preferable.

微細な画素パターンにおいて、第1のマイクロレンズ層20の高さが高くなると、隣接する画素(光電変換素子11)に入射されるべき入射光が第1のマイクロレンズ層20によって遮断され、固体撮像素子1の受光効率(受光感度)が低下するという問題がある。また、マイクロレンズ200の形成箇所の面積が狭い条件で第1のマイクロレンズ層20の膜厚(レンズ高さ)を高くすると、レンズの谷部に相当する部分の膜厚が厚くなり、レンズ形状が崩れて光が混色してしまう領域が形成されるという問題もある。しかしながら、第1のマイクロレンズ層20の高さ方向の膜厚範囲を上記数値範囲内とすることにより、これらの問題を抑制することができ、高い集光特性を示す固体撮像素子1を提供することができる。
また、第1のマイクロレンズ層20の高さをより低くすることで、光電変換素子11に集光される光が増加して、受光効率が向上する。特に、第1のマイクロレンズ層20の高さを100nm以上400nm以下の範囲内とすることで、グリーン(G)、ブルー(B)、レッド(R)の全ての色において良好な感度特性を得ることができる。
When the height of the first microlens layer 20 becomes high in a fine pixel pattern, the incident light to be incident on the adjacent pixel (photoelectric conversion element 11) is blocked by the first microlens layer 20 for solid-state imaging. There is a problem that the light receiving efficiency (light receiving sensitivity) of the element 1 is lowered. Further, if the film thickness (lens height) of the first microlens layer 20 is increased under the condition that the area of the formed portion of the microlens 200 is narrow, the film thickness of the portion corresponding to the valley portion of the lens becomes thick, and the lens shape. There is also a problem that a region is formed in which the lens collapses and the light is mixed. However, by setting the film thickness range of the first microlens layer 20 in the height direction within the above numerical range, these problems can be suppressed, and the solid-state image pickup device 1 exhibiting high light-collecting characteristics is provided. be able to.
Further, by lowering the height of the first microlens layer 20, the light collected by the photoelectric conversion element 11 increases, and the light receiving efficiency is improved. In particular, by setting the height of the first microlens layer 20 within the range of 100 nm or more and 400 nm or less, good sensitivity characteristics are obtained for all colors of green (G), blue (B), and red (R). be able to.

マイクロレンズ200の第2のマイクロレンズ層21は、第1のマイクロレンズ層20による反射を低減する層である。前述したように、第1のマイクロレンズ層20の屈折率が1.75以上2.2以下の範囲内である場合、屈折率の低い空気(空気層)もしくはマイクロレンズ平坦化層300がマイクロレンズ200の外側にあるため、第1のマイクロレンズ層20の表面での光の反射量が多くなり、感度低下が起こり易い。そのため、複数の層で構成されたマイクロレンズ200の第2のマイクロレンズ層21及び第2のマイクロレンズ層21よりも上層のマイクロレンズ層は、屈折率を制御して反射防止層を形成する。すなわち、第1のマイクロレンズ層20のレンズ面上に第1のマイクロレンズ層20よりも屈折率が低い第2のマイクロレンズ層21を設けることにより、固体撮像素子1の感度特性を損なうことを防止することができる。第2のマイクロレンズ層21の屈折率は、1.4以上1.75以下の範囲内であれば好ましく、1.4以上1.60以下の範囲内であればより好ましく、1.45以上1.55以下の範囲内であればさらに好ましい。第2のマイクロレンズ層21の屈折率が上記数値範囲内であれば、空気(空気層)もしくはマイクロレンズ平坦化層300と、空気(空気層)もしくはマイクロレンズ平坦化層300と接触するマイクロレンズ200との屈折率差が小さくなるため、入射光の反射量が低減して集光効率が向上する。 The second microlens layer 21 of the microlens 200 is a layer that reduces reflection by the first microlens layer 20. As described above, when the refractive index of the first microlens layer 20 is in the range of 1.75 or more and 2.2 or less, the air (air layer) having a low refractive index or the microlens flattening layer 300 is a microlens. Since it is located outside the 200, the amount of light reflected on the surface of the first microlens layer 20 increases, and the sensitivity tends to decrease. Therefore, the second microlens layer 21 of the microlens 200 composed of a plurality of layers and the microlens layer above the second microlens layer 21 control the refractive index to form an antireflection layer. That is, by providing the second microlens layer 21 having a refractive index lower than that of the first microlens layer 20 on the lens surface of the first microlens layer 20, the sensitivity characteristics of the solid-state image sensor 1 are impaired. Can be prevented. The refractive index of the second microlens layer 21 is preferably in the range of 1.4 or more and 1.75 or less, more preferably in the range of 1.4 or more and 1.60 or less, and 1.45 or more and 1 It is more preferable if it is within the range of .55 or less. If the refractive index of the second microlens layer 21 is within the above numerical range, the microlens is in contact with the air (air layer) or the microlens flattening layer 300 and the air (air layer) or the microlens flattening layer 300. Since the difference in refractive index from 200 is small, the amount of reflected incident light is reduced and the light collection efficiency is improved.

本実施形態では、図1に示すように、マイクロレンズ200が2層構成の場合には、第2のマイクロレンズ層21の材料としては、酸化シリコン(SiO)、または、酸素量の多い酸窒化シリコン(SiON)が適している。すなわち、第2のマイクロレンズ層21の材料は、第1のマイクロレンズ層20の材料よりも酸素含有量が高いことが好ましい。第2のマイクロレンズ層21の材料における酸素含有量は、第1のマイクロレンズ層20の材料における酸素含有量に比べて、1.1倍以上10倍以下の範囲内であれば好ましく、1.5倍以上5倍以下の範囲内であればより好ましく、2倍以上4倍以下の範囲内であればさらに好ましい。第2のマイクロレンズ層21の材料における酸素含有量が上記数値範囲内であれば、第2のマイクロレンズ層21に反射防止層としての機能を確実に付与することができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, when the microlens 200 has a two-layer structure, the material of the second microlens layer 21 is silicon oxide (SiO 2 ) or an acid having a large amount of oxygen. Silicon dioxide (SiON) is suitable. That is, the material of the second microlens layer 21 preferably has a higher oxygen content than the material of the first microlens layer 20. The oxygen content in the material of the second microlens layer 21 is preferably in the range of 1.1 times or more and 10 times or less the oxygen content in the material of the first microlens layer 20. It is more preferable if it is in the range of 5 times or more and 5 times or less, and further preferable if it is in the range of 2 times or more and 4 times or less. When the oxygen content in the material of the second microlens layer 21 is within the above numerical range, the function as an antireflection layer can be reliably imparted to the second microlens layer 21.

第2のマイクロレンズ層21の材料として酸化シリコンを用いる場合は、プラズマCVDなどの気相成膜方法以外にも、SOG(Spin On Glass)やシロキサンなどの塗布型の材料を用いて酸化シリコンを形成してもよい。
また、前述したマイクロレンズ200の下層にある色フィルター100の耐熱温度である300℃以下の温度で第2のマイクロレンズ層21を形成できる方法であれば、公知のどの方法を用いてもよい。
When silicon oxide is used as the material of the second microlens layer 21, silicon oxide is used by using a coating type material such as SOG (Spin On Glass) or siloxane in addition to the vapor phase deposition method such as plasma CVD. It may be formed.
Further, any known method may be used as long as the second microlens layer 21 can be formed at a temperature of 300 ° C. or lower, which is the heat resistant temperature of the color filter 100 under the microlens 200 described above.

また、第2のマイクロレンズ層21の膜厚は、第1のマイクロレンズ層20の膜厚よりも薄い5nm以上200nm以下の範囲内であれば好ましく、50nm以上150nm以下の範囲内であればより好ましく、80nm以上100nm以下の範囲内であればさらに好ましい。微細な画素パターンにおいて、第2のマイクロレンズ層21の高さが高くなると、隣接する画素(光電変換素子11)に入射されるべき入射光が第2のマイクロレンズ層21によって遮断され、固体撮像素子1の受光効率(受光感度)が低下するという問題がある。また、マイクロレンズ200の形成箇所の面積が狭い条件で第2のマイクロレンズ層21の膜厚(レンズ高さ)を高くすると、レンズの谷部に相当する部分の膜厚が厚くなり、レンズ形状が崩れて光が混色してしまう領域が形成されるという問題もある。しかしながら、第2のマイクロレンズ層21の高さ方向の膜厚範囲を上記数値範囲内とすることにより、これらの問題を抑制することができ、高い集光特性を示す固体撮像素子1を提供することができる。 The film thickness of the second microlens layer 21 is preferably in the range of 5 nm or more and 200 nm or less, which is thinner than the film thickness of the first microlens layer 20, and more preferably in the range of 50 nm or more and 150 nm or less. It is preferable, and it is more preferable if it is in the range of 80 nm or more and 100 nm or less. When the height of the second microlens layer 21 becomes high in a fine pixel pattern, the incident light to be incident on the adjacent pixel (photoelectric conversion element 11) is blocked by the second microlens layer 21, and solid-state imaging is performed. There is a problem that the light receiving efficiency (light receiving sensitivity) of the element 1 is lowered. Further, if the film thickness (lens height) of the second microlens layer 21 is increased under the condition that the area of the formed portion of the microlens 200 is narrow, the film thickness of the portion corresponding to the valley portion of the lens becomes thick, and the lens shape. There is also a problem that a region is formed in which the lens collapses and the light is mixed. However, by setting the film thickness range of the second microlens layer 21 in the height direction within the above numerical range, these problems can be suppressed, and the solid-state image pickup device 1 exhibiting high light-collecting characteristics is provided. be able to.

また、第1のマイクロレンズ層20の膜厚T1に対する第2のマイクロレンズ層21の膜厚T2の比率(T2/T1)は、0.125以上1.0以下の範囲内であることが好ましい。第1のマイクロレンズ層20の膜厚T1に対する第2のマイクロレンズ層21の膜厚T2の比率が上記数値範囲内であれば、上述した問題を抑制することができ、高い集光特性を示す固体撮像素子1を提供することができる。 Further, the ratio (T2 / T1) of the film thickness T2 of the second microlens layer 21 to the film thickness T1 of the first microlens layer 20 is preferably in the range of 0.125 or more and 1.0 or less. .. When the ratio of the film thickness T2 of the second microlens layer 21 to the film thickness T1 of the first microlens layer 20 is within the above numerical range, the above-mentioned problem can be suppressed and high light collection characteristics are exhibited. A solid-state image sensor 1 can be provided.

(マイクロレンズ平坦化層)
本実施形態では、マイクロレンズ200の上部(光が入射方向)に、マイクロレンズ200のレンズ面上に設けられ、上面が平坦に形成されたマイクロレンズ平坦化層300が形成されている。一般的な固体撮像素子の場合は、マイクロレンズ200の外側は空気層であり、カメラモジュール構造として、その上部に集光レンズや、赤外線カット板などのモジュール構造が形成されている。
(Microlens flattening layer)
In the present embodiment, a microlens flattening layer 300 provided on the lens surface of the microlens 200 and having a flat upper surface is formed on the upper portion of the microlens 200 (in the incident direction of light). In the case of a general solid-state image sensor, the outside of the microlens 200 is an air layer, and as a camera module structure, a module structure such as a condenser lens and an infrared cut plate is formed on the upper portion thereof.

本実施形態に示すような、一つの画素サイズが1μm以下になるような微細化した固体撮像素子1の場合、マイクロレンズ200の構造も同様に微細化しており、マイクロレンズ200を構成する各レンズの間隔が光の波長に近づく構成となる。そして、そのような構成においては、マイクロレンズの構造自体がフレネルレンズや回折レンズのように入射する光に対して影響をおよぼす構造になる可能性が高くなる。そのため、通常時は空気層が外側にあるような一般的な固体撮像素子の場合でも、マイクロレンズ200の上部にはマイクロレンズ平坦化層300を形成することが適している。 In the case of the solid-state image sensor 1 which is miniaturized so that one pixel size is 1 μm or less as shown in the present embodiment, the structure of the microlens 200 is also miniaturized, and each lens constituting the microlens 200 is also miniaturized. The distance between the lenses is close to the wavelength of light. In such a configuration, the structure of the microlens itself is likely to have an effect on incident light, such as a Fresnel lens or a diffractive lens. Therefore, it is suitable to form the microlens flattening layer 300 on the upper part of the microlens 200 even in the case of a general solid-state image sensor whose air layer is normally on the outside.

マイクロレンズ平坦化層300の材料としては、有機材料や無機材料が考えられるが、屈折率を考慮した材料が望ましい。マイクロレンズ200の上方が空気(空気層)になるような一般的なモジュールの場合、マイクロレンズ平坦化層300を形成する材料は、空気の屈折率と、マイクロレンズ200の表面に位置している第2のマイクロレンズ層21の屈折率との間の屈折率を有した材料であることが望ましい。具体的には、マイクロレンズ平坦化層300の屈折率は、1.1以上1.6以下の範囲内の屈折率であれば好ましく、1.20以上1.45以下の範囲内であればより好ましく、1.30以上1.40以下の範囲内であればさらに好ましい。また、マイクロレンズ平坦化層300を形成する材料は、上記数値範囲内の屈折率であって、可視光に対して透過率が高い材料であれば、さらに望ましい。これにより、マイクロレンズ平坦化層300を介して入射した光がマイクロレンズ200の表面で反射することを抑制し、集光特性、感度特性を向上させつつ微細な固体撮像素子を得ることができる。ここで、上記「可視光に対して透過率が高い材料」とは、具体的には、波長380nm以上700nm以下の可視光領域での透過率が90%以上である材料をいう。 As the material of the microlens flattening layer 300, an organic material or an inorganic material can be considered, but a material in consideration of the refractive index is desirable. In the case of a general module in which the upper part of the microlens 200 is air (air layer), the material forming the microlens flattening layer 300 is located on the refractive index of air and the surface of the microlens 200. It is desirable that the material has a refractive index between that of the second microlens layer 21 and that of the second microlens layer 21. Specifically, the refractive index of the microlens flattening layer 300 is preferably in the range of 1.1 or more and 1.6 or less, and more preferably in the range of 1.20 or more and 1.45 or less. It is preferable, and it is more preferable if it is in the range of 1.30 or more and 1.40 or less. Further, the material forming the microlens flattening layer 300 is more preferably a material having a refractive index within the above numerical range and a high transmittance with respect to visible light. As a result, it is possible to suppress the light incident through the microlens flattening layer 300 from being reflected on the surface of the microlens 200, and to obtain a fine solid-state image sensor while improving the light collection characteristics and the sensitivity characteristics. Here, the above-mentioned "material having a high transmittance with respect to visible light" specifically refers to a material having a transmittance of 90% or more in a visible light region having a wavelength of 380 nm or more and 700 nm or less.

また、マイクロレンズ平坦化層300の膜厚は、100μm以下の範囲内であれば、特に制限はないが、マイクロレンズ200を平坦化できる膜厚が望ましい。つまり、マイクロレンズ平坦化層300は、マイクロレンズ200の凹凸形状を平坦化できるのであれば、その膜厚は問わない。
マイクロレンズ平坦化層300を構成する材料は、相対的に屈折率が低い材料であればよく、例えば、有機系樹脂に無機ポリマーとしてシロキサン系ポリマーやシリカ、あるいはフッ素ポリマーを含有させることで屈折率を1.6以下にした材料、または、有機系樹脂に中空フィラーを含有させることで屈折率を1.6以下にした材料であってもよい。上記の方法に限らず、透明性が高く平坦にできる材料の組み合わせであれば、マイクロレンズ平坦化層300の材料としては問題ない。
The film thickness of the microlens flattening layer 300 is not particularly limited as long as it is within the range of 100 μm or less, but a film thickness capable of flattening the microlens 200 is desirable. That is, the film thickness of the microlens flattening layer 300 does not matter as long as it can flatten the uneven shape of the microlens 200.
The material constituting the microlens flattening layer 300 may be a material having a relatively low refractive index. For example, an organic resin containing a siloxane polymer, silica, or a fluoropolymer as an inorganic polymer has a refractive index. May be a material having a refractive index of 1.6 or less, or a material having a refractive index of 1.6 or less by containing a hollow filler in an organic resin. Not limited to the above method, there is no problem as a material for the microlens flattening layer 300 as long as it is a combination of materials having high transparency and can be flattened.

(反射低減層)
反射低減層40は、第1のマイクロレンズ層20と色フィルター100の間に設けられ、第1のマイクロレンズ層20と色フィルター100との屈折率差による入射光の反射を低減する層である。本実施形態では、第1のマイクロレンズ層20の屈折率は1.75以上2.2以下の範囲内であり、各色フィルターの屈折率は、各色で異なり、各色を透過する波長で1.4以上1.75以下の範囲内である。色フィルター100と第1のマイクロレンズ層20との間に大きな屈折率差があると、色フィルター100と第1のマイクロレンズ層20との界面で入射光の反射等が発生し易くなり、入射光が損失して感度が低下することがある。このため、反射低減層40の屈折率は、第1のマイクロレンズ層20と色フィルターの各屈折率に近い値である1.55以上1.8以下の範囲内であれば好ましく、1.65以上1.75以下の範囲内であればより好ましく、1.65以上1.70以下の範囲内であればさらに好ましい。反射低減層40の屈折率が1.55以上1.8以下の範囲内である場合、反射低減層40と第1のマイクロレンズ層20との屈折率の差が小さくなり、且つ反射低減層40と色フィルター100との屈折率の差が小さくなるので、入射光の損失を低減して集光性能を向上させることができる。
(Reflection reduction layer)
The reflection reduction layer 40 is provided between the first microlens layer 20 and the color filter 100, and is a layer that reduces the reflection of incident light due to the difference in refractive index between the first microlens layer 20 and the color filter 100. .. In the present embodiment, the refractive index of the first microlens layer 20 is in the range of 1.75 or more and 2.2 or less, and the refractive index of each color filter is different for each color and is 1.4 at the wavelength transmitted through each color. It is within the range of 1.75 or less. If there is a large difference in refractive index between the color filter 100 and the first microlens layer 20, reflection of incident light is likely to occur at the interface between the color filter 100 and the first microlens layer 20, and the incident light is incident. Light may be lost and sensitivity may decrease. Therefore, the refractive index of the reflection reduction layer 40 is preferably in the range of 1.55 or more and 1.8 or less, which is a value close to the refractive indexes of the first microlens layer 20 and the color filter, and 1.65. It is more preferable if it is within the range of 1.75 or less, and further preferable if it is within the range of 1.65 or more and 1.70 or less. When the refractive index of the reflection reduction layer 40 is in the range of 1.55 or more and 1.8 or less, the difference in the refractive index between the reflection reduction layer 40 and the first microlens layer 20 becomes small, and the reflection reduction layer 40 Since the difference in refractive index between the light and the color filter 100 is small, the loss of incident light can be reduced and the light collection performance can be improved.

また、反射低減層40の屈折率は、第2のマイクロレンズ層21の屈折率よりも高いことが好ましく、具体的には、第2のマイクロレンズ層21の屈折率の1.1倍以上1.3倍以下の範囲内であればより好ましい。反射低減層40の屈折率が、第1のマイクロレンズ層20と色フィルターの各屈折率に近い値である1.55以上1.8以下の範囲内であり、且つ第2のマイクロレンズ層21の屈折率よりも高い場合には、各層間における屈折率の差が最も小さくなるので、入射光の損失を低減して集光性能を向上させることができる。つまり、反射低減層40の屈折率は、第2のマイクロレンズ層21の屈折率よりも高く、且つ第1のマイクロレンズ層20の屈折率よりも低くてもよい。 Further, the refractive index of the reflection reduction layer 40 is preferably higher than that of the second microlens layer 21, and specifically, 1.1 times or more the refractive index of the second microlens layer 21. It is more preferable if it is within the range of 3 times or less. The refractive index of the reflection reduction layer 40 is within the range of 1.55 or more and 1.8 or less, which is a value close to the refractive index of each of the first microlens layer 20 and the color filter, and the second microlens layer 21. When it is higher than the refractive index of, the difference in the refractive index between the layers is the smallest, so that the loss of incident light can be reduced and the light collection performance can be improved. That is, the refractive index of the reflection reduction layer 40 may be higher than the refractive index of the second microlens layer 21 and lower than the refractive index of the first microlens layer 20.

また、反射低減層40の膜厚は、色フィルター100を形成している各色フィルター(第1の色フィルター14、第2の色フィルター15、第3の色フィルター16)と隔壁50とによって形成される段差を平坦化可能な膜厚であればよい。段差の平坦化により、第1のマイクロレンズ層20を成膜する際に、段差なくマイクロレンズ層を成膜可能となり、バラつきが少ないマイクロレンズ200を形成することができる。
反射低減層40の材料としては、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノールノボラック系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、スチレン系樹脂及びケイ素系樹脂等のうち少なくとも一種類を含有する樹脂により形成される。
Further, the film thickness of the reflection reduction layer 40 is formed by each color filter (first color filter 14, second color filter 15, third color filter 16) forming the color filter 100 and the partition wall 50. The film thickness may be such that the steps can be flattened. By flattening the step, when the first microlens layer 20 is formed, the microlens layer can be formed without a step, and the microlens 200 with less variation can be formed.
Examples of the material of the reflection reduction layer 40 include acrylic resin, epoxy resin, polyimide resin, phenol novolac resin, polyester resin, urethane resin, melamine resin, urea resin, styrene resin and silicon resin. It is formed of a resin containing at least one of the resins and the like.

また、反射低減層40は、上述の有機化合物以外でも、例えば、珪素、炭素、酸素、水素、錫、亜鉛、インジウム、アルミニウム、ガリウム、チタン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル、ハフニウム、銀及びフッ素のうち少なくとも1種類を含有する化合物、酸化化合物、窒化化合物、または酸窒化化合物により形成されてもよい。これらの材料の化合物としては、例えば、ITOやZnO、TiO、あるいはHfO等を用いることができる。また、反射低減層40は、これらの材料により単層または多層に形成されていてもよい。 In addition to the above-mentioned organic compounds, the reflection reducing layer 40 may be composed of, for example, silicon, carbon, oxygen, hydrogen, tin, zinc, indium, aluminum, gallium, titanium, molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, hafnium, silver and fluorine. It may be formed of a compound containing at least one of these, an oxidation compound, a nitride compound, or an acid nitride compound. As the compound of these materials, for example, ITO, ZnO, TiO 2 , HfO 2 , or the like can be used. Further, the reflection reduction layer 40 may be formed of a single layer or multiple layers by these materials.

本実施形態では、上述のように、反射低減層40の材料として有機系樹脂を用いることで、反射低減層40を形成してもよい。また、反射低減層40の材料として酸窒化シリコンを用いた場合には、酸窒化シリコンにおける酸素の割合を調整することで、反射低減層40の屈折率及び透過率を調整してもよい。酸窒化シリコンにおける酸素の割合を増やせば屈折率が低下して透過率が向上する。反射低減層40の透過率は、波長380nm以上700nm以下の可視光領域で90%以上が好ましい。 In the present embodiment, as described above, the reflection reduction layer 40 may be formed by using an organic resin as the material of the reflection reduction layer 40. When silicon oxynitride is used as the material of the reflection reduction layer 40, the refractive index and the transmittance of the reflection reduction layer 40 may be adjusted by adjusting the ratio of oxygen in the silicon oxynitride. Increasing the proportion of oxygen in silicon oxynitride lowers the refractive index and improves the transmittance. The transmittance of the reflection reduction layer 40 is preferably 90% or more in the visible light region having a wavelength of 380 nm or more and 700 nm or less.

反射低減層40の膜厚は、10nm以上300nm以下の範囲内の膜厚が好ましい。また、固体撮像素子1の微細化、及び混色を抑制する観点から反射低減層40は薄い方が好ましいため、反射低減層40の膜厚は10nm以上200nm以下の範囲内であればより好ましく、50nm以上200nm以下の範囲内であればさらに好ましく、80nm以上150nm以下の範囲内であれば最も好ましい。反射低減層40の膜厚が上記数値範囲内であれば、微細化された固体撮像素子1における混色を確実に抑制することができ、且つ色フィルター100と隔壁50との間に生じる段差を確実に平坦化することができる。 The film thickness of the reflection reduction layer 40 is preferably in the range of 10 nm or more and 300 nm or less. Further, since the reflection reduction layer 40 is preferably thin from the viewpoint of miniaturization of the solid-state image sensor 1 and suppression of color mixing, the film thickness of the reflection reduction layer 40 is more preferably within the range of 10 nm or more and 200 nm or less, more preferably 50 nm. It is more preferably in the range of 200 nm or more, and most preferably in the range of 80 nm or more and 150 nm or less. When the film thickness of the reflection reduction layer 40 is within the above numerical range, color mixing in the miniaturized solid-state image sensor 1 can be reliably suppressed, and a step generated between the color filter 100 and the partition wall 50 can be reliably suppressed. Can be flattened to.

また、本実施形態の反射低減層40は、色フィルター100と第1のマイクロレンズ層20との応力や熱膨張係数の差を緩和する目的もあり、この目的が果たせる範囲で薄い膜であることが好ましい。なお、色フィルター100と隔壁50との間に生じる段差を平坦化する必要がなく、色フィルター100と第1のマイクロレンズ層20との応力や熱膨張係数の差を緩和することだけを目的にするのであれば、反射低減層40の膜厚は、10nm以上20nm以下の範囲内であってもよい。
また、反射低減層40の膜厚は、色フィルター100の膜厚よりも薄くてもよい。反射低減層40の膜厚を、色フィルター100の膜厚よりも薄くする場合には、反射低減層40の膜厚は、色フィルター100の膜厚の0.05倍以上0.5倍以下の範囲内であることが好ましい。反射低減層40の膜厚を上記数値範囲内とすることで、固体撮像素子1を容易に低背化することができる。
Further, the reflection reduction layer 40 of the present embodiment also has the purpose of alleviating the difference in stress and the coefficient of thermal expansion between the color filter 100 and the first microlens layer 20, and is a thin film within a range in which this purpose can be achieved. Is preferable. It is not necessary to flatten the step generated between the color filter 100 and the partition wall 50, and only for the purpose of alleviating the difference in stress and thermal expansion coefficient between the color filter 100 and the first microlens layer 20. If so, the film thickness of the reflection reduction layer 40 may be in the range of 10 nm or more and 20 nm or less.
Further, the film thickness of the reflection reduction layer 40 may be thinner than the film thickness of the color filter 100. When the film thickness of the reflection reduction layer 40 is thinner than the film thickness of the color filter 100, the film thickness of the reflection reduction layer 40 is 0.05 times or more and 0.5 times or less the film thickness of the color filter 100. It is preferably within the range. By setting the film thickness of the reflection reduction layer 40 within the above numerical range, the solid-state image sensor 1 can be easily reduced in height.

<変形例>
以下、本発明の第1実施形態の変形例について、図3を用いて説明する。図3に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子1は、マイクロレンズ平坦化層300を有していたが、本発明はこのような構成に限られない。
例えば、図3に示すように、第1実施形態の変形例に係る固体撮像素子1Aは、半導体基板10と、色フィルター100と、反射低減層40と、マイクロレンズ200と、隔壁50とを備えている。すなわち、マイクロレンズ平坦化層300を有していない点で第1実施形態に係る固体撮像素子1と相違する。
なお、半導体基板10、色フィルター100、反射低減層40、マイクロレンズ200及び隔壁50は、第1実施形態で説明した各部と同一の構成であるため説明を省略する。
<Modification example>
Hereinafter, a modified example of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the solid-state image sensor 1 according to the present embodiment has the microlens flattening layer 300, but the present invention is not limited to such a configuration.
For example, as shown in FIG. 3, the solid-state image sensor 1A according to the modified example of the first embodiment includes a semiconductor substrate 10, a color filter 100, a reflection reduction layer 40, a microlens 200, and a partition wall 50. ing. That is, it differs from the solid-state image sensor 1 according to the first embodiment in that it does not have the microlens flattening layer 300.
Since the semiconductor substrate 10, the color filter 100, the reflection reduction layer 40, the microlens 200, and the partition wall 50 have the same configuration as each part described in the first embodiment, the description thereof will be omitted.

<第1実施形態の効果>
本実施形態の固体撮像素子1では、色フィルター100とマイクロレンズ200との間に、反射低減層40が設けられている。このため、第1のマイクロレンズ層20と色フィルター100との屈折率差による内部反射を低減することができる。また、第1のマイクロレンズ層20の屈折率は、1.75以上2.2以下と相対的に高いため、レンズ高さ(レンズ底面からレンズ頂点までの高さ)が100nm以上400nm以下と相対的に低くてもレンズの集光能力が高い。さらに、第2のマイクロレンズ層21により第1のマイクロレンズ層20の表面反射を低減することができる。
<Effect of the first embodiment>
In the solid-state image sensor 1 of the present embodiment, the reflection reduction layer 40 is provided between the color filter 100 and the microlens 200. Therefore, it is possible to reduce internal reflection due to the difference in refractive index between the first microlens layer 20 and the color filter 100. Further, since the refractive index of the first microlens layer 20 is relatively high, 1.75 or more and 2.2 or less, the lens height (height from the bottom surface of the lens to the apex of the lens) is relative to 100 nm or more and 400 nm or less. Even if it is low, the lens has a high light-collecting ability. Further, the second microlens layer 21 can reduce the surface reflection of the first microlens layer 20.

また、反射低減層40は、他の層(例えば、色フィルター100や第1のマイクロレンズ層20)からの応力を緩和するとともに、第1のマイクロレンズ層20の形成条件の範囲を広くする利点がある。具体的には、プラズマCVDなどの成膜装置を使用する際に、成膜温度を高くすることが可能となる利点がある。第1のマイクロレンズ層20の形成に用いられる無機材料などは、成膜温度により内包する応力などが変化する傾向にあるため、上述したように反射低減層40を設けることで応力などを緩和する効果が得られる。そのため、成膜温度が設定温度よりも多少変動しても、品質上問題が発生しなくなる効果が得られる。 Further, the reflection reduction layer 40 has the advantage of relaxing stress from other layers (for example, the color filter 100 and the first microlens layer 20) and widening the range of formation conditions of the first microlens layer 20. There is. Specifically, when using a film forming apparatus such as plasma CVD, there is an advantage that the film forming temperature can be raised. Since the stress contained in the inorganic material or the like used for forming the first microlens layer 20 tends to change depending on the film formation temperature, the stress or the like is relaxed by providing the reflection reducing layer 40 as described above. The effect is obtained. Therefore, even if the film formation temperature fluctuates slightly from the set temperature, there is an effect that a quality problem does not occur.

また、反射低減層40は、色フィルター100及び隔壁50の間に段差が発生した場合に平坦にすることができ、マイクロレンズ200を好適に形成することができる。
また、反射低減層40は、マイクロレンズ200をドライエッチングで形成する際のストッパー層としても機能する。
これらによって、マイクロレンズ200の集光効率が向上して高感度な固体撮像素子1を形成できる。
Further, the reflection reduction layer 40 can be flattened when a step is generated between the color filter 100 and the partition wall 50, and the microlens 200 can be suitably formed.
The reflection reduction layer 40 also functions as a stopper layer when the microlens 200 is formed by dry etching.
As a result, the light collection efficiency of the microlens 200 is improved, and a highly sensitive solid-state image sensor 1 can be formed.

本実施形態では、通常の光電変換素子のみの構成を元に記述したが、本発明はこれに限定されるものではない。固体撮像素子には、近年、焦点検出用に光電変換素子部の一部の構造を変えて像面位相差オートフォーカス(Phase Detection AF)が形成されている素子もある。像面位相差オートフォーカスは、撮像素子内の複数の焦点検出画素を用いて信号からずれ量を求め、焦点の補正量を算出する。そのような構造の場合、撮像素子内で一部配列が変わることや、複数の画素を一つの画素として形成されることがある。像面位相差オートフォーカスの画素は、1画素分、2画素分、4画素分などの様々な構成があるが、その場合は光電変換素子に対応する色フィルターやマイクロレンズは必ずしも光電変換素子とは一対とはならない。例えば、光電変換素子が複数に対して、色フィルター及びマイクロレンズが1個の構成や、光電変換素子と色フィルターが複数に対して、マイクロレンズが1個の構成がある。また、これらの構成に合わせて、隔壁50が形成されている。このよう像面位相差オートフォーカスが形成された固体撮像素子の場合でも、本実施形態は適用でき、その部分のマイクロレンズが、光電変換素子と必ずしも一対にはならず、形状が若干異なるだけで、それ以外の部分は実施形態と同様とすることができる。 In the present embodiment, the description is based on the configuration of only a normal photoelectric conversion element, but the present invention is not limited thereto. In recent years, some solid-state image pickup devices have an image plane phase difference autofocus (Phase Detection AF) formed by changing the structure of a part of the photoelectric conversion element portion for focus detection. In the image plane phase difference autofocus, the amount of deviation from the signal is obtained by using a plurality of focus detection pixels in the image sensor, and the amount of focus correction is calculated. In the case of such a structure, the arrangement may be partially changed in the image pickup device, or a plurality of pixels may be formed as one pixel. The image plane phase difference autofocus pixels have various configurations such as one pixel, two pixels, and four pixels. In that case, the color filter or microlens corresponding to the photoelectric conversion element is not necessarily the photoelectric conversion element. Is not a pair. For example, there is a configuration in which a color filter and a microlens are used for a plurality of photoelectric conversion elements, and a configuration in which a microlens is provided for a plurality of photoelectric conversion elements and a color filter. Further, the partition wall 50 is formed according to these configurations. This embodiment can be applied even in the case of a solid-state image sensor in which image plane phase difference autofocus is formed, and the microlens in that portion is not necessarily paired with the photoelectric conversion element, only the shape is slightly different. , Other parts can be the same as in the embodiment.

2.第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態について、図4を用いて説明する。図4に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子2は、マイクロレンズ200が、第2のマイクロレンズ層21の上面に設けられた第3のマイクロレンズ層22を有している点で、第1実施形態に係る固体撮像素子1と相違する。
以下、固体撮像素子2の構成について、第1実施形態に係る固体撮像素子1と異なる部分を記載する。
2. 2. Second Embodiment Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, in the solid-state image sensor 2 according to the present embodiment, the microlens 200 has a third microlens layer 22 provided on the upper surface of the second microlens layer 21. , It is different from the solid-state image sensor 1 according to the first embodiment.
Hereinafter, the configuration of the solid-state image sensor 2 will be described differently from that of the solid-state image sensor 1 according to the first embodiment.

(マイクロレンズ)
マイクロレンズ200は、第1のマイクロレンズ層20、第2のマイクロレンズ層21、及び第3のマイクロレンズ層22を有している。第1のマイクロレンズ層20及び第2のマイクロレンズ層21は、第1実施形態に係る固体撮像素子1の第1のマイクロレンズ層20及び第2のマイクロレンズ層21と同様である。
第3のマイクロレンズ層22は、第2のマイクロレンズ層21による反射を低減する層であり、第2のマイクロレンズ層21よりも低い屈折率を有している。第3のマイクロレンズ層22は、第2のマイクロレンズ層21よりも酸素含有量が高いことが好ましい。例えば、第3のマイクロレンズ層22の屈折率は、1.2以上1.5以下の範囲内であってもよく、1.3以上1.5以下の範囲内であればより好ましい。上記数値範囲内であれば、第3のマイクロレンズ層22は、第2のマイクロレンズ層21による反射を確実に低減することができる。また、例えば、第3のマイクロレンズ層22の酸素含有量は、第2のマイクロレンズ層21の酸素含有量の1.1倍以上10倍以下の範囲内であってもよく、2倍以上5倍以下の範囲内であればより好ましい。上記数値範囲内であれば、第3のマイクロレンズ層22は、第2のマイクロレンズ層21による反射を確実に低減することができる。
(Micro lens)
The microlens 200 has a first microlens layer 20, a second microlens layer 21, and a third microlens layer 22. The first microlens layer 20 and the second microlens layer 21 are the same as the first microlens layer 20 and the second microlens layer 21 of the solid-state image pickup device 1 according to the first embodiment.
The third microlens layer 22 is a layer that reduces reflection by the second microlens layer 21, and has a lower refractive index than the second microlens layer 21. The third microlens layer 22 preferably has a higher oxygen content than the second microlens layer 21. For example, the refractive index of the third microlens layer 22 may be in the range of 1.2 or more and 1.5 or less, and more preferably in the range of 1.3 or more and 1.5 or less. Within the above numerical range, the third microlens layer 22 can surely reduce the reflection by the second microlens layer 21. Further, for example, the oxygen content of the third microlens layer 22 may be in the range of 1.1 times or more and 10 times or less of the oxygen content of the second microlens layer 21. It is more preferable if it is within the range of double or less. Within the above numerical range, the third microlens layer 22 can surely reduce the reflection by the second microlens layer 21.

本実施形態では、マイクロレンズ200は3層で形成されている構成を示すが、光電変換素子11に近い下層から上層に進むにつれて、屈折率が低くなる傾向であれば何層備えていても問題ない。
第3のマイクロレンズ層22の厚さは、第2のマイクロレンズ層21の厚さの0.5倍以上2倍以下の範囲内であってもよく、0.5倍以上1倍以下の範囲内であればより好ましい。上記数値範囲内であれば、マイクロレンズ200全体の低背化を維持しつつ、第2のマイクロレンズ層21による入射光の反射を確実に低減することができる。
In the present embodiment, the microlens 200 has a configuration of three layers, but it does not matter how many layers are provided as long as the refractive index tends to decrease from the lower layer close to the photoelectric conversion element 11 to the upper layer. do not have.
The thickness of the third microlens layer 22 may be in the range of 0.5 times or more and 2 times or less of the thickness of the second microlens layer 21, and may be in the range of 0.5 times or more and 1 times or less. It is more preferable if it is inside. Within the above numerical range, it is possible to surely reduce the reflection of the incident light by the second microlens layer 21 while maintaining the low profile of the entire microlens 200.

(マイクロレンズの形成方法)
第1のマイクロレンズ層20の形成工程までは、第1実施形態と同様である。
次に、第2のマイクロレンズ層21を形成する。第2のマイクロレンズ層は、その屈折率が1.5以上1.75以下の範囲内となるように形成する。
次に、第3のマイクロレンズ層22を形成する。第3のマイクロレンズ層22は、その屈折率が1.3以上1.5以下の範囲内となるように形成する。こうして、マイクロレンズ200の内側から外側に進むにつれて段階的に屈折率を下げて、空気との屈折率差を小さくすることで、マイクロレンズ200の表面での反射を低減する。
(How to form a microlens)
The process up to the step of forming the first microlens layer 20 is the same as that of the first embodiment.
Next, the second microlens layer 21 is formed. The second microlens layer is formed so that its refractive index is in the range of 1.5 or more and 1.75 or less.
Next, the third microlens layer 22 is formed. The third microlens layer 22 is formed so that its refractive index is in the range of 1.3 or more and 1.5 or less. In this way, the refractive index is gradually lowered from the inside to the outside of the microlens 200 to reduce the difference in the refractive index from the air, thereby reducing the reflection on the surface of the microlens 200.

第2のマイクロレンズ層21及び第2のマイクロレンズ層21よりも上層のマイクロレンズ層は、一層ごとに形成してもよいし、連続的に形成してもよい。例えば、プラズマCVDを用いて形成する酸窒化シリコンを用いて第2のマイクロレンズ層21及び第2のマイクロレンズ層21よりも上層のマイクロレンズ層を形成してもよい。具体的には、上述の酸窒化シリコンは、初期は窒素の割合が多い条件で形成して、途中で酸素の割合が多い条件に徐々に変更して形成することで、酸窒化シリコンの屈折率を制御してもよい。途中で酸素の割合が多い条件に変更する方法としては、例えば、窒素ガスや酸素ガスの流量を変化させる方法が挙げられる。 The second microlens layer 21 and the microlens layer above the second microlens layer 21 may be formed layer by layer or may be formed continuously. For example, silicon oxynitride formed by plasma CVD may be used to form a microlens layer above the second microlens layer 21 and the second microlens layer 21. Specifically, the above-mentioned silicon oxynitride is formed under the condition that the ratio of nitrogen is high at the initial stage, and is gradually changed to the condition where the ratio of oxygen is high in the middle, thereby forming the refractive index of silicon oxynitride. May be controlled. As a method of changing to a condition having a large proportion of oxygen on the way, for example, a method of changing the flow rate of nitrogen gas or oxygen gas can be mentioned.

また、第3のマイクロレンズ層22の膜厚を厚くすることで、その屈折率と、その形状とを変化させることができる。第3のマイクロレンズ層22の上面を平坦化することで、後工程であるマイクロレンズ平坦化層300の形成を省略化することができ、固体撮像素子の製造工程を容易にすることも可能となる。
第2のマイクロレンズ層21及び第2のマイクロレンズ層21よりも上層のマイクロレンズ層にマイクロレンズ平坦化層300の効果を付与する場合は、例えば屈折率が1.2以上1.5以下の範囲内の低屈折率材料を用いて第2のマイクロレンズ層21及び第2のマイクロレンズ層21よりも上層のマイクロレンズ層を形成してもよい。
Further, by increasing the film thickness of the third microlens layer 22, its refractive index and its shape can be changed. By flattening the upper surface of the third microlens layer 22, the formation of the microlens flattening layer 300, which is a subsequent step, can be omitted, and the manufacturing process of the solid-state image sensor can be facilitated. Become.
When the effect of the microlens flattening layer 300 is imparted to the microlens layer above the second microlens layer 21 and the second microlens layer 21, for example, the refractive index is 1.2 or more and 1.5 or less. A low refractive index material within the range may be used to form a microlens layer above the second microlens layer 21 and the second microlens layer 21.

<第2実施形態の効果>
第2実施形態を用いることで、高屈折率マイクロレンズ表面の入射光の反射を低減して、集光能力を向上することが可能となる。
<Effect of the second embodiment>
By using the second embodiment, it is possible to reduce the reflection of the incident light on the surface of the high refractive index microlens and improve the light collecting ability.

3.第3実施形態
次に、本発明の第3実施形態について、図5から図7を用いて説明する。図5は、本実施形態に係る固体撮像素子3の一構成例を示す平面図である。固体撮像素子3は、半導体基板10と、色フィルター100と、マイクロレンズ200Aと、隔壁50と、反射低減層40とを少なくとも備えている。固体撮像素子3は、マイクロレンズ200に代えて、マイクロレンズ200Aを備えている点で、第1実施形態の固体撮像素子1及び第2実施形態の固体撮像素子2と相違する。
以下、マイクロレンズ200Aについて詳細に説明する。なお、半導体基板10、色フィルター100、隔壁50及び反射低減層40は、第1実施形態及び第2実施形態で説明した各部と同一の構成であるため説明を省略する。
3. 3. Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7. FIG. 5 is a plan view showing a configuration example of the solid-state image sensor 3 according to the present embodiment. The solid-state image sensor 3 includes at least a semiconductor substrate 10, a color filter 100, a microlens 200A, a partition wall 50, and a reflection reduction layer 40. The solid-state image sensor 3 is different from the solid-state image sensor 1 of the first embodiment and the solid-state image sensor 2 of the second embodiment in that the microlens 200A is provided instead of the microlens 200.
Hereinafter, the microlens 200A will be described in detail. Since the semiconductor substrate 10, the color filter 100, the partition wall 50, and the reflection reduction layer 40 have the same configuration as each part described in the first embodiment and the second embodiment, the description thereof will be omitted.

(マイクロレンズ)
マイクロレンズ200Aは、マイクロレンズ200と同様に、複数(例えば2層)のマイクロレンズ層で形成されている。本実施形態では、マイクロレンズ200Aが、光電変換素子11に最も近い下層に設けられた第1のマイクロレンズ層20Aと、第1のマイクロレンズ層20Aのレンズ面上に設けられた第2のマイクロレンズ層21Aとを備える場合について説明する。なお、第1のマイクロレンズ層20A及び第2のマイクロレンズ層21Aの断面構成は、マイクロレンズ200の第1のマイクロレンズ層20及び第2のマイクロレンズ層21と同様であり、後述する図5において第1のマイクロレンズ層20A及び第2のマイクロレンズ層21Aは図示しない。
(Micro lens)
Like the microlens 200, the microlens 200A is formed of a plurality of (for example, two layers) microlens layers. In the present embodiment, the microlens 200A is provided on the lens surface of the first microlens layer 20A provided on the lower layer closest to the photoelectric conversion element 11 and the second micro lens layer 20A. A case where the lens layer 21A is provided will be described. The cross-sectional structure of the first microlens layer 20A and the second microlens layer 21A is the same as that of the first microlens layer 20 and the second microlens layer 21 of the microlens 200, and FIG. 5 described later. The first microlens layer 20A and the second microlens layer 21A are not shown.

マイクロレンズ200Aは、複数の光電変換素子11にそれぞれ対応する複数のレンズを有している。図5に示すように、マイクロレンズ200Aは、隣接する複数のレンズが平面視で接触している。マイクロレンズ200Aでは、隣接する複数のレンズが平面視で線状に接触しているが、必ずしも線状に接触している必要はない。また、マイクロレンズ200Aは、色フィルター100を構成する第1の色フィルター14、第2の色フィルター15及び第3の色フィルター16それぞれの角部上(四隅)に隙間(ギャップ)を有し、各レンズが当該角部上を覆わない形状となっていてもよい。また、マイクロレンズ200Aは、光電変換素子11を有する一つの画素上をレンズが覆う割合を示す「Fill Factor」が85%以上100%以下の範囲内であれば好ましく、90%以上100%以下の範囲内であればより好ましい。Fill Factorが85%以上100%以下の範囲内である場合、隣接するレンズ間の隙間による集光特性の低下を抑制し、グリーン(G)、ブルー(B)またはレッド(R)のいずれの色も受光感度が向上するため好ましい。 The microlens 200A has a plurality of lenses corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements 11. As shown in FIG. 5, in the microlens 200A, a plurality of adjacent lenses are in contact with each other in a plan view. In the microlens 200A, a plurality of adjacent lenses are in linear contact with each other in a plan view, but the lenses do not necessarily have to be in linear contact with each other. Further, the microlens 200A has gaps on the corners (four corners) of the first color filter 14, the second color filter 15, and the third color filter 16 constituting the color filter 100. Each lens may have a shape that does not cover the corner portion. Further, the microlens 200A is preferably 90% or more and 100% or less if the "Fill Factor" indicating the ratio of the lens covering one pixel having the photoelectric conversion element 11 is within the range of 85% or more and 100% or less. It is more preferable if it is within the range. When the Fill Factor is in the range of 85% or more and 100% or less, the deterioration of the light collection characteristics due to the gap between adjacent lenses is suppressed, and any of the colors of green (G), blue (B) or red (R) is suppressed. Is also preferable because the light receiving sensitivity is improved.

以下、図6を参照して、Fill Factorについて説明する。図6は、4つの画素及び各画素P上に設けられた4つのレンズの平面構成を模式的に示した平面図である。Fill Factorは、以下の式(1)で規定される。
Fill Factor[%]={1-(a×a)/(A×A)}×100 ・・・(1)
ここで、Aは画素サイズ、aはレンズに生じたギャップGの対角線上の距離を示しており、a<Aである。また、Fill Factorは、一つの画素上をレンズが覆う割合を示し、最大で100%となる。
Hereinafter, the Fill Factor will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a plan view schematically showing the planar configuration of the four pixels and the four lenses provided on each pixel P. The Fill Factor is defined by the following equation (1).
Fill Factor [%] = {1- (a × a) / (A × A)} × 100 ・ ・ ・ (1)
Here, A indicates the pixel size, and a indicates the diagonal distance of the gap G generated in the lens, and a <A. Further, the Fill Factor indicates the ratio of the lens covering one pixel, which is 100% at the maximum.

以上のようなマイクロレンズ200Aは、後述するレンズ母型20b、20eを介したマイクロレンズの形成方法を用いることにより形成することができる。
なお、図7に示すように、後述するレンズ母型20b、20eを用いずにマイクロレンズ(200’)を形成した場合、各画素P上において当該マイクロレンズ20’のレンズ間のギャップGが大きくなる。ただし、高屈折率のマイクロレンズは、従来のマイクロレンズと比較して、高屈折率なレンズにより入射光を集光するため、レンズ間のギャップGが大きくても集光能力の低下が小さい。
The microlens 200A as described above can be formed by using a method for forming a microlens via lens masters 20b and 20e, which will be described later.
As shown in FIG. 7, when the microlens (200') is formed without using the lens masters 20b and 20e described later, the gap G between the lenses of the microlens 20'is large on each pixel P. Become. However, since the microlens having a high refraction coefficient collects the incident light by the lens having a high refraction coefficient as compared with the conventional microlens, the decrease in the light collecting ability is small even if the gap G between the lenses is large.

<第3実施形態の効果>
本実施形態では、Fill Factorが85%以上100%以下の範囲内であるマイクロレンズ200Aを備えることにより、集光特性を向上させることができる。マイクロレンズ200Aが有するギャップGによる感度特性の影響は、マイクロレンズ200A(第1のマイクロレンズ層20)のレンズ高さを低くした時により影響を受ける。このため、第1のマイクロレンズ層20の膜厚が100nm以上400nm以下の範囲内、より好ましくは100nm以上200nm以下の範囲内である場合において、レンズ間のギャップGを小さくすることで、微細、且つより高感度の固体撮像素子3を提供することができる。
<Effect of the third embodiment>
In the present embodiment, the light collection characteristics can be improved by providing the microlens 200A in which the Fill Factor is in the range of 85% or more and 100% or less. The influence of the sensitivity characteristic due to the gap G of the microlens 200A is more affected when the lens height of the microlens 200A (first microlens layer 20) is lowered. Therefore, when the film thickness of the first microlens layer 20 is in the range of 100 nm or more and 400 nm or less, more preferably in the range of 100 nm or more and 200 nm or less, the gap G between the lenses is reduced to make it finer. Moreover, it is possible to provide a solid-state image sensor 3 with higher sensitivity.

[実施例]
以下、本発明に係る固体撮像素子及び従来の固体撮像素子の各構成について、具体的に説明する。
<実施例1>
実施例1では、上述の第1実施形態に係る固体撮像素子1(図1参照)と同様の製造方法を説明する。
まず、図8(a)から図8(c)に示すように、二次元的に配置された光電変換素子11を備え、各光電変換素子11の間が素子分離構造12で素子分離されている半導体基板10を用意した(図8(a))。半導体基板10としては、光電変換素子11のパターンサイズが1μm以下の微細なものを使用した。
[Example]
Hereinafter, each configuration of the solid-state image pickup device and the conventional solid-state image pickup device according to the present invention will be specifically described.
<Example 1>
In the first embodiment, the same manufacturing method as the solid-state image sensor 1 (see FIG. 1) according to the first embodiment described above will be described.
First, as shown in FIGS. 8A to 8C, the photoelectric conversion elements 11 arranged two-dimensionally are provided, and the photoelectric conversion elements 11 are separated by the element separation structure 12. A semiconductor substrate 10 was prepared (FIG. 8A). As the semiconductor substrate 10, a fine semiconductor device 11 having a pattern size of 1 μm or less was used.

(隔壁の形成)
次に、この半導体基板10上に、隔壁50を形成した(図8(b)、図8(c))。まず、この半導体基板10上に、プラズマCVDによりタングステン膜を350nmの膜厚で成膜した。次に、そのタングステン膜上に、ポジ型レジスト(TDMR-AR:東京応化工業株式会社製)を、スピンコーターを用いて1000rpmの回転数でスピンコートした後、90℃で1分間プリベークを行った。これにより、感光性樹脂マスク材料層(エッチングマスク)であるフォトレジストを膜厚1.5μmで塗布したサンプルを作製した。この感光性樹脂マスク材料層であるポジ型レジストは、紫外線照射により、紫外線照射部分が化学反応を起こして現像液に溶解するようになった。
このサンプルに対して、フォトマスクを介して露光するフォトリソグラフィを行った。露光装置は光源にi線の波長を用いた露光装置を使用した。フォトリソグラフィでは、感光性樹脂マスク材料層のうち、色フィルターを形成する部分に対して紫外線を照射した。
(Formation of partition wall)
Next, a partition wall 50 was formed on the semiconductor substrate 10 (FIGS. 8 (b) and 8 (c)). First, a tungsten film was formed on the semiconductor substrate 10 by plasma CVD to a film thickness of 350 nm. Next, a positive resist (TDMR-AR: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was spin-coated on the tungsten film at a rotation speed of 1000 rpm using a spin coater, and then prebaked at 90 ° C. for 1 minute. .. As a result, a sample coated with a photoresist, which is a photosensitive resin mask material layer (etching mask), with a film thickness of 1.5 μm was prepared. In the positive resist, which is the photosensitive resin mask material layer, the ultraviolet-irradiated portion causes a chemical reaction and dissolves in the developing solution when irradiated with ultraviolet rays.
Photolithography was performed on this sample to expose it through a photomask. As the exposure apparatus, an exposure apparatus using an i-line wavelength as a light source was used. In photolithography, the portion of the photosensitive resin mask material layer that forms the color filter was irradiated with ultraviolet light.

次に、2.38質量%のTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドライド)を現像液として用いて現像工程を行い、色フィルターを形成する場所に開口部を有する感光性樹脂マスク材料層を形成した。感光性樹脂マスク材料層としてポジ型レジストを用いた場合には、現像後脱水ベークを行い、感光性樹脂マスク材料層であるフォトレジストの硬化を行うことが多い。今回は、120℃の温度で脱水ベークを実施した。感光性樹脂マスク材料層は、膜厚を1.5μmで形成した。
次に、感光性樹脂マスク材料層をマスクとして、タングステン膜のドライエッチングを行った。この際、平行平板方式のドライエッチング装置を用いた。また、下地の半導体基板10に影響を与えないように、途中でエッチング条件の変更を行い、タングステン膜のドライエッチングを多段階で実施した。
Next, a developing step was carried out using 2.38% by mass of TMAH (tetramethylammonium hydride) as a developing solution to form a photosensitive resin mask material layer having an opening at a place where a color filter was formed. When a positive resist is used as the photosensitive resin mask material layer, dehydration baking is often performed after development to cure the photoresist which is the photosensitive resin mask material layer. This time, a dehydration bake was carried out at a temperature of 120 ° C. The photosensitive resin mask material layer was formed with a film thickness of 1.5 μm.
Next, the tungsten film was dry-etched using the photosensitive resin mask material layer as a mask. At this time, a parallel plate type dry etching apparatus was used. Further, the etching conditions were changed in the middle so as not to affect the underlying semiconductor substrate 10, and the tungsten film was dry-etched in multiple stages.

以下、本実施例で実施したドライエッチングについて説明する。
始めに、ドライエッチングに用いたガス種について説明する。本実施例では、SF、Arの二種を混合したエッチングガスを用いてエッチングを実施した。SFのガス流量を50ml/min、Arのガス流量を100ml/minとした。また、この際のチャンバー内の圧力を2Paの圧力とし、RFパワーを1000Wとして実施した。この条件を用いて、感光性樹脂マスク材料層から露出するタングステン膜の総膜厚200nmのうちの90%に相当する180nm程度をエッチングした。この段階で、次のエッチング条件に変更した。
Hereinafter, the dry etching performed in this example will be described.
First, the gas type used for dry etching will be described. In this example, etching was performed using an etching gas in which two types of SF 6 and Ar were mixed. The gas flow rate of SF 6 was 50 ml / min, and the gas flow rate of Ar was 100 ml / min. Further, the pressure in the chamber at this time was set to a pressure of 2 Pa, and the RF power was set to 1000 W. Using this condition, about 180 nm, which corresponds to 90% of the total film thickness of 200 nm of the tungsten film exposed from the photosensitive resin mask material layer, was etched. At this stage, the etching conditions were changed to the following.

次に、SF、O、Arの三種を混合したエッチングガスを用いてエッチングを実施した。SFのガス流量を5ml/min、Oのガス流量を50ml/min、Arのガス流量を100ml/minとし、感光性樹脂マスク材料層から露出するタングステン膜の全てをエッチングで除去した。
次に、エッチングマスクとして用いた感光性樹脂マスク材料層の除去を行った。この際用いた方法は溶剤を用いた方法であり、剥離液104(東京応化工業株式会社製)を用いてスプレー洗浄装置で感光性樹脂マスク材料層の除去を行った。その後、酸素プラズマによるアッシングを行い、残留している感光性樹脂マスク材料層の除去を行った。これらの工程により、半導体基板10上に格子形状にタングステン隔壁構造を有する内側の隔壁30を膜厚(高さ)350nm、幅60nmで形成した(図8(b))。
Next, etching was performed using an etching gas in which three types of SF 6 , O 2 , and Ar were mixed. The gas flow rate of SF 6 was 5 ml / min, the gas flow rate of O 2 was 50 ml / min, the gas flow rate of Ar was 100 ml / min, and all of the tungsten film exposed from the photosensitive resin mask material layer was removed by etching.
Next, the photosensitive resin mask material layer used as the etching mask was removed. The method used at this time was a method using a solvent, and the photosensitive resin mask material layer was removed by a spray cleaning device using a stripping solution 104 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). Then, ashing with oxygen plasma was performed to remove the residual photosensitive resin mask material layer. By these steps, an inner partition wall 30 having a lattice-shaped tungsten partition wall structure was formed on the semiconductor substrate 10 with a film thickness (height) of 350 nm and a width of 60 nm (FIG. 8 (b)).

次に、プラズマCVDを用いて、隔壁31となるSiO膜を形成した。この際用いたSiOの成膜条件は、タングステンパターン(隔壁30)に対して、高さ方向に厚膜で形成される条件を用いている。隔壁30と隔壁31とにより形成した隔壁50の高さは600nmであった(図8(c))。なお、隔壁31となるSiO膜を形成した際、半導体基板10の露出した表面を、隔壁31を構成するSiO膜で覆った(図8(c))。 Next, plasma CVD was used to form a SiO 2 film to be the partition wall 31. As the film forming condition of SiO 2 used at this time, the condition that a thick film is formed in the height direction with respect to the tungsten pattern (partition wall 30) is used. The height of the partition wall 50 formed by the partition wall 30 and the partition wall 31 was 600 nm (FIG. 8 (c)). When the SiO 2 film to be the partition wall 31 was formed, the exposed surface of the semiconductor substrate 10 was covered with the SiO 2 film constituting the partition wall 31 (FIG. 8 (c)).

(第1の色フィルターの形成)
次に、第1の色フィルター14を形成する第1の色フィルター形成工程を行った(図9(a)、図9(b))。
まず、第1の色フィルター14を設けるべく、グリーン(G)の顔料を含有し感光性を有するレジスト(以下、グリーンレジスト14aと言う)を、隔壁50を形成した半導体基板10の全面に塗布した(図9(a))。なお、グリーンレジスト14aの塗布前に、半導体基板10の全面に対して、密着性を向上させるため疎水化表面処理(HMDS処理)を施してもよい。
(Formation of first color filter)
Next, a first color filter forming step of forming the first color filter 14 was performed (FIGS. 9 (a) and 9 (b)).
First, in order to provide the first color filter 14, a resist containing a green (G) pigment and having photosensitivity (hereinafter referred to as green resist 14a) was applied to the entire surface of the semiconductor substrate 10 on which the partition wall 50 was formed. (FIG. 9 (a)). Before applying the green resist 14a, a hydrophobic surface treatment (HMDS treatment) may be applied to the entire surface of the semiconductor substrate 10 in order to improve the adhesion.

次に、フォトリソグラフィによりグリーンレジスト14aを選択的に露光した後、現像を行い、第1の色フィルター14の形成位置に対応するグリーンフィルターパターンを形成した。このとき、グリーンレジスト14aの主成分である樹脂としては、感光性を持たせたアクリル系の樹脂を用いた。また、グリーンレジスト14aに用いた顔料は、それぞれカラーインデックスにてC.I.PG58、C.I.PY150であり、顔料濃度は60質量%であった。また、グリーンフィルターパターンの膜厚は600nmであった。
次に、グリーンフィルターパターンを強固に硬化させるため、ホットプレートを用いて230℃で6分間ベークを行い硬化して、第1の色フィルター14を形成した(図9(b))。この加熱工程を経た後は、第3の色フィルター形成工程等の工程を経ても、第1の色フィルター14の剥がれや、パターンの崩れ等は確認されなかった。
Next, the green resist 14a was selectively exposed by photolithography and then developed to form a green filter pattern corresponding to the formation position of the first color filter 14. At this time, as the resin which is the main component of the green resist 14a, an acrylic resin having photosensitivity was used. In addition, the pigments used in the green resist 14a are each according to the color index of C.I. I. PG58, C.I. I. It was PY150 and the pigment concentration was 60% by mass. The film thickness of the green filter pattern was 600 nm.
Next, in order to firmly cure the green filter pattern, a hot plate was used to bake at 230 ° C. for 6 minutes and then cured to form the first color filter 14 (FIG. 9 (b)). After going through this heating step, even after going through steps such as the third color filter forming step, peeling of the first color filter 14 and collapse of the pattern were not confirmed.

(第2の色フィルターの形成)
次に、第2の色フィルター15を形成する第2の色フィルター形成工程を行った(図10(a)、図10(b))。
まず、第2の色フィルター15を設けるべく、ブルー(B)の顔料を含有し感光性を有するレジスト(以下、ブルーレジスト15aと言う)を、第1の色フィルター14形成領域を除く半導体基板10の全面に塗布した(図10(a))。なお、ブルーレジスト15aの塗布前に、半導体基板10の全面に対して、密着性を向上させるため疎水化表面処理(HMDS処理)を施してもよい。
(Formation of second color filter)
Next, a second color filter forming step of forming the second color filter 15 was performed (FIGS. 10 (a) and 10 (b)).
First, in order to provide the second color filter 15, a resist containing a blue (B) pigment and having photosensitivity (hereinafter referred to as blue resist 15a) is applied to the semiconductor substrate 10 excluding the region where the first color filter 14 is formed. It was applied to the entire surface of the above (FIG. 10 (a)). Before applying the blue resist 15a, a hydrophobic surface treatment (HMDS treatment) may be applied to the entire surface of the semiconductor substrate 10 in order to improve the adhesion.

次に、フォトリソグラフィによりブルーレジスト15aを選択的に露光した後、現像を行い、第2の色フィルター15の形成位置に対応するブルーフィルターパターンを形成した。このとき、ブルーレジスト15aの主成分である樹脂としては、感光性を持たせたアクリル系の樹脂を用いた。また、ブルーレジスト15aに用いた顔料は、それぞれカラーインデックスにてC.I.PB156、C.I.PV23であり、顔料濃度は50質量%であった。また、ブルーフィルターパターンの膜厚は590nmであった。
次に、ブルーフィルターパターンを強固に硬化させるため、ホットプレートを用いて230℃で6分間ベークを行い硬化して、第2の色フィルター15を形成した(図10(b))。この加熱工程を経た後は、第3の色フィルター形成工程等の工程を経ても、第2の色フィルター15の剥がれや、パターンの崩れ等は確認されなかった。
Next, the blue resist 15a was selectively exposed by photolithography and then developed to form a blue filter pattern corresponding to the formation position of the second color filter 15. At this time, as the resin which is the main component of the blue resist 15a, an acrylic resin having photosensitivity was used. In addition, the pigments used in the blue resist 15a are each according to the color index of C.I. I. PB156, C.I. I. It was PV23, and the pigment concentration was 50% by mass. The film thickness of the blue filter pattern was 590 nm.
Next, in order to firmly cure the blue filter pattern, a second color filter 15 was formed by baking at 230 ° C. for 6 minutes using a hot plate and curing (FIG. 10 (b)). After going through this heating step, even after going through steps such as the third color filter forming step, peeling of the second color filter 15 and collapse of the pattern were not confirmed.

(第3の色フィルターの形成)
次に、第3の色フィルター16を形成する第3の色フィルター形成工程を行った(図11(a)、図11(b))。
まず、第3の色フィルター16を設けるべく、レッド(R)の顔料を含有し感光性を有するレジスト(以下、レッドレジスト16aと言う)を、第1の色フィルター14形成領域及び第2の色フィルター15形成領域を除く半導体基板10の全面に塗布した(図11(a))。なお、レッドレジスト16aの塗布前に、半導体基板10の全面に対して、密着性を向上させるため疎水化表面処理(HMDS処理)を施してもよい。
(Formation of a third color filter)
Next, a third color filter forming step of forming the third color filter 16 was performed (FIGS. 11 (a) and 11 (b)).
First, in order to provide the third color filter 16, a resist containing a red (R) pigment and having photosensitivity (hereinafter referred to as red resist 16a) is subjected to a first color filter 14 forming region and a second color. It was applied to the entire surface of the semiconductor substrate 10 excluding the filter 15 forming region (FIG. 11A). Before applying the red resist 16a, a hydrophobic surface treatment (HMDS treatment) may be applied to the entire surface of the semiconductor substrate 10 in order to improve the adhesion.

次に、フォトリソグラフィによりレッドレジスト16aを選択的に露光した後、現像を行い、第3の色フィルター16の形成位置に対応するレッドフィルターパターンを形成した。このとき、レッドレジスト16aの主成分である樹脂としては、感光性を持たせたアクリル系の樹脂を用いた。また、レッドレジスト16aに用いた顔料は、それぞれカラーインデックスにてC.I.PR254、C.I.PY139であり、顔料濃度は60質量%であった。また、レッドフィルターパターンの膜厚は610nmであった。 Next, the red resist 16a was selectively exposed by photolithography and then developed to form a red filter pattern corresponding to the formation position of the third color filter 16. At this time, as the resin which is the main component of the red resist 16a, an acrylic resin having photosensitivity was used. In addition, the pigments used in the red resist 16a are each according to the color index of C.I. I. PR254, C.I. I. It was PY139, and the pigment concentration was 60% by mass. The film thickness of the red filter pattern was 610 nm.

次に、レッドフィルターパターンを強固に硬化させるため、ホットプレートを用いて230℃で6分間ベークを行い硬化して、第3の色フィルター16を形成した(図11(b))。この際、レッドフィルターパターンは、その周囲を矩形性の良いグリーンフィルター(第1の色フィルター14)及び隔壁50に囲まれており、矩形性良く形成される。そのため、レッドフィルターパターンは、開口の底面及び周囲との間で、密着性良く硬化することが確認された。
以上の工程により、第1の色フィルター14、第2の色フィルター15、第3の色フィルター16を備える色フィルター100を形成した。
Next, in order to firmly cure the red filter pattern, a third color filter 16 was formed by baking at 230 ° C. for 6 minutes using a hot plate and curing (FIG. 11 (b)). At this time, the red filter pattern is surrounded by a green filter (first color filter 14) having good rectangularity and a partition wall 50, and is formed with good rectangularity. Therefore, it was confirmed that the red filter pattern was cured with good adhesion between the bottom surface of the opening and the surrounding area.
Through the above steps, a color filter 100 including a first color filter 14, a second color filter 15, and a third color filter 16 was formed.

次に、色フィルター100の上面に、反射低減層40を形成した(図12)。反射低減層40は、第1のマイクロレンズ層20と色フィルター100との屈折率差による入射光の反射を低減するために形成される。また、反射低減層40を形成することにより、レッド、ブルー、グリーンの三色で形成した色フィルター100と隔壁50との段差が低減されて、色フィルター100とマイクロレンズ200との応力が緩和される。また、マイクロレンズ200を窒化シリコンで形成する場合には、マイクロレンズ200の熱膨張係数が色フィルター100の熱膨張係数と異なるが、反射低減層40を設けることでそれらの熱膨張係数の差を緩和する効果もある。また、反射低減層40は、マイクロレンズ200をドライエッチングで形成する際のストッパー層としての効果もある。 Next, the reflection reduction layer 40 was formed on the upper surface of the color filter 100 (FIG. 12). The reflection reduction layer 40 is formed to reduce the reflection of incident light due to the difference in refractive index between the first microlens layer 20 and the color filter 100. Further, by forming the reflection reduction layer 40, the step between the color filter 100 formed of the three colors of red, blue, and green and the partition wall 50 is reduced, and the stress between the color filter 100 and the microlens 200 is relaxed. To. Further, when the microlens 200 is formed of silicon nitride, the coefficient of thermal expansion of the microlens 200 is different from the coefficient of thermal expansion of the color filter 100, but the difference in the coefficient of thermal expansion is increased by providing the reflection reduction layer 40. It also has the effect of mitigating. The reflection reduction layer 40 also has an effect as a stopper layer when the microlens 200 is formed by dry etching.

本実施例では、アクリル樹脂を含む塗布液の粘度を調整して回転数1000rpmでスピンコートし、ホットプレートにて温度230℃で10分間の加熱処理を施して樹脂を硬化し、反射低減層40を形成した。この際の反射低減層40の膜厚は100nmであり、反射低減層40の可視光の透過率は99%であった。また、反射低減層40の屈折率は1.7であった。 In this embodiment, the viscosity of the coating liquid containing the acrylic resin is adjusted, spin-coated at a rotation speed of 1000 rpm, and heat-treated at a temperature of 230 ° C. for 10 minutes on a hot plate to cure the resin, and the reflection reducing layer 40 is used. Formed. At this time, the film thickness of the reflection reducing layer 40 was 100 nm, and the transmittance of visible light of the reflection reducing layer 40 was 99%. The refractive index of the reflection reduction layer 40 was 1.7.

(マイクロレンズ形成工程)
次に、マイクロレンズ200を形成するマイクロレンズ形成工程を行った(図13A(a)~図13B(d))。
反射低減層40を形成した色フィルター100の上層に、プラズマCVDを用いて窒化シリコン(SiN)膜20aを600nmの膜厚で形成した(図13A(a))。この際、プラズマCVDでの成膜温度は200℃とした。形成した窒化シリコン膜20aの屈折率は1.90であり、波長300nmよりも長波長領域における消衰係数は1.0×10-4以下であった。
(Micro lens forming process)
Next, a microlens forming step of forming the microlens 200 was performed (FIGS. 13A (a) to 13B (d)).
A silicon nitride (SiN) film 20a was formed with a film thickness of 600 nm on the upper layer of the color filter 100 on which the reflection reduction layer 40 was formed by using plasma CVD (FIG. 13A (a)). At this time, the film formation temperature in plasma CVD was set to 200 ° C. The refractive index of the formed silicon nitride film 20a was 1.90, and the extinction coefficient in the wavelength region longer than the wavelength of 300 nm was 1.0 × 10 -4 or less.

次に、形成した窒化シリコン膜20aの上に、アルカリ可溶性・感光性・熱リフロー性を全て有する樹脂を塗布して感光性犠牲層を形成した。その後、その感光性犠牲層を、フォトマスクを使用してフォトリソグラフィのプロセスによりパターン化した後、200℃で熱処理して犠牲層であるレンズ母型20bを形成した。レンズ母型20bは、厚さ約300nmのスムースな半円形状が複数設けられて形成された(図13A(b))。 Next, a resin having all of alkali solubility, photosensitivity, and thermal reflow property was applied onto the formed silicon nitride film 20a to form a photosensitive sacrificial layer. Then, the photosensitive sacrificial layer was patterned by a photolithography process using a photomask, and then heat-treated at 200 ° C. to form a lens matrix 20b which is a sacrificial layer. The lens matrix 20b was formed by providing a plurality of smooth semicircular shapes having a thickness of about 300 nm (FIG. 13A (b)).

次に、フロン系ガスであるCF及びCの混合系ガスを用いてドライエッチングを施し、レンズ母型20bのパターンを窒化シリコン膜20aに転写し、第1のマイクロレンズ層20を形成した(図13B(c))。この際のエッチングは、レンズ母型20bと窒化シリコン膜20aとのエッチングレートが同等であり、選択比が1となる条件で実施した。ドライエッチング時間は5分とした。これにより、第1のマイクロレンズ層20の半円形状レンズの頂点から半円形状レンズの底面(反射低減層40の上面)までの高さが300nmとなるように、第1のマイクロレンズ層20を形成した。 Next, dry etching is performed using a mixed gas of CF 4 and C 3 F 8 which are fluorocarbon gases, the pattern of the lens matrix 20b is transferred to the silicon nitride film 20a, and the first microlens layer 20 is formed. It was formed (FIG. 13B (c)). The etching at this time was carried out under the condition that the etching rates of the lens matrix 20b and the silicon nitride film 20a were the same and the selection ratio was 1. The dry etching time was 5 minutes. As a result, the first microlens layer 20 has a height of 300 nm from the apex of the semicircular lens of the first microlens layer 20 to the bottom surface of the semicircular lens (upper surface of the reflection reduction layer 40). Formed.

次に、第1のマイクロレンズ層20の上層に、成膜装置としてプラズマCVDを用いて第2のマイクロレンズ層21となる酸化シリコン(SiO)膜を50nmの膜厚で形成した(図13B(d))。酸化シリコン膜の屈折率は1.46であった。これにより、マイクロレンズ200を形成した。ここで、上記「50nmの膜厚」とは、第2のマイクロレンズ層21の頂点における膜厚が50nmであることをいう。 Next, on the upper layer of the first microlens layer 20, a silicon oxide (SiO 2 ) film to be the second microlens layer 21 was formed with a film thickness of 50 nm by using plasma CVD as a film forming apparatus (FIG. 13B). (D)). The refractive index of the silicon oxide film was 1.46. As a result, the microlens 200 was formed. Here, the above-mentioned "film thickness of 50 nm" means that the film thickness at the apex of the second microlens layer 21 is 50 nm.

次に、マイクロレンズ平坦化層300を形成するマイクロレンズ平坦化層形成工程を行った(図14)。
マイクロレンズ平坦化層300は、例えば、屈折率1.21の有機系樹脂を用いて形成した。マイクロレンズ200が形成された半導体基板10上に、この有機系樹脂を500nmの膜厚で回転塗布して、マイクロレンズ200が形成された半導体基板10の表面を平坦化した。なお、マイクロレンズ平坦化層300は、この厚みに限られたものではなく、マイクロレンズ200の凹凸の高さよりも厚く、当該凹凸を平坦化可能な厚みであればよい。
Next, a microlens flattening layer forming step for forming the microlens flattening layer 300 was performed (FIG. 14).
The microlens flattening layer 300 was formed using, for example, an organic resin having a refractive index of 1.21. This organic resin was rotationally coated on the semiconductor substrate 10 on which the microlens 200 was formed with a film thickness of 500 nm to flatten the surface of the semiconductor substrate 10 on which the microlens 200 was formed. The microlens flattening layer 300 is not limited to this thickness, and may be thicker than the height of the unevenness of the microlens 200 and may be thick enough to flatten the unevenness.

以上の各工程により、実施例の固体撮像素子1を形成した。
以上のようにして得た固体撮像素子1は、マイクロレンズ200が高屈折率の材料で形成されていることで集光能力が向上しており、さらにマイクロレンズ200と色フィルターとの反射率差による反射も低減できており、良好な感度を有するものとなった。
The solid-state image sensor 1 of the embodiment was formed by each of the above steps.
In the solid-state image sensor 1 obtained as described above, the microlens 200 is made of a material having a high refractive index, so that the light-collecting ability is improved, and the reflectance difference between the microlens 200 and the color filter is further improved. The reflection due to the light was also reduced, and the lens had good sensitivity.

<実施例2>
実施例2は、マイクロレンズ200を形成する際に、積層するマイクロレンズの層数が3層である点で実施例1と異なる。実施例2において、第1のマイクロレンズ層20を形成するまでの各工程は、実施例1における第1のマイクロレンズ層20を形成するまでの各工程(図8(a)~図13B(c))と同様である。このため、以下、第1のマイクロレンズ層20形成後の構成について説明する。
<Example 2>
The second embodiment is different from the first embodiment in that the number of layers of the microlenses to be laminated is three when the microlens 200 is formed. In Example 2, each step until the first microlens layer 20 is formed is each step until the first microlens layer 20 in Example 1 is formed (FIGS. 8A to 13B (c). )). Therefore, the configuration after the formation of the first microlens layer 20 will be described below.

第1のマイクロレンズ層20を形成した後で、成膜装置としてプラズマCVDを用いて第2のマイクロレンズ層21となる酸窒化シリコン(SiON)膜を形成した。第1のマイクロレンズ層20を形成する際に用いる窒化シリコン(SiN)膜を成膜する際には、ガス種としてSiH、NH、Nを用いるが、第2のマイクロレンズ層21を形成する際に用いる窒化酸化シリコン(SiON)膜を成膜する場合は、上述したSiH、NH、NにNOガスを加えて、且つ主にNOガスと他のガスとの流量比を変えることで、窒化酸化シリコン(SiON)膜の屈折率を制御する。本実施例では、第2のマイクロレンズ層21として、屈折率1.68の窒化酸化シリコン(SiON)膜を膜厚が50nmとなるように形成した。ここで、上記「50nmの膜厚」とは、第2のマイクロレンズ層21の頂点における膜厚が50nmであることをいう。 After forming the first microlens layer 20, plasma CVD was used as a film forming apparatus to form a silicon oxynitride (SiON) film to be the second microlens layer 21. When forming the silicon nitride (SiN) film used for forming the first microlens layer 20, SiH 4 , NH 3 , and N 2 are used as the gas species, but the second micro lens layer 21 is used. When forming a silicon nitride (SiON) film used for formation, N 2 O gas is added to the above-mentioned SiH 4 , NH 3 , N 2 and mainly with N 2 O gas and other gases. By changing the flow rate ratio of, the refractive index of the silicon nitride (SiON) film is controlled. In this embodiment, as the second microlens layer 21, a silicon nitride (SiON) film having a refractive index of 1.68 is formed so that the film thickness is 50 nm. Here, the above-mentioned "film thickness of 50 nm" means that the film thickness at the apex of the second microlens layer 21 is 50 nm.

次に、第2のマイクロレンズ層21の上に、第3のマイクロレンズ層22として、プラズマCVDを用いて酸化シリコン(SiO)膜を成膜した(図15(a))。酸化シリコン(SiO)膜の屈折率は1.46であり、その膜厚は50nmで形成した。ここで、上記「50nmの膜厚」とは、第3のマイクロレンズ層22の頂点における膜厚が50nmであることをいう。
次に、マイクロレンズ平坦化層300を形成するが、そのマイクロレンズ平坦化層300は、実施例1のマイクロレンズ平坦化層300と同様(図14)にして形成した(図15(b))。これにより、マイクロレンズ200を形成した。
Next, a silicon oxide (SiO 2 ) film was formed on the second microlens layer 21 as the third microlens layer 22 by using plasma CVD (FIG. 15A). The refractive index of the silicon oxide (SiO 2 ) film was 1.46, and the film thickness was 50 nm. Here, the above-mentioned "film thickness of 50 nm" means that the film thickness at the apex of the third microlens layer 22 is 50 nm.
Next, the microlens flattening layer 300 is formed, and the microlens flattening layer 300 is formed in the same manner as the microlens flattening layer 300 of Example 1 (FIG. 15 (b)). .. As a result, the microlens 200 was formed.

以上の各工程により、実施例2の固体撮像素子を形成した。
本実施例では、マイクロレンズ200を多層で形成することで、高屈折率材料で形成したマイクロレンズ200自体の入射光に対する反射をさらに低減し、受光感度をさらに向上する利点がある。
The solid-state image sensor of Example 2 was formed by each of the above steps.
In this embodiment, by forming the microlens 200 in multiple layers, there is an advantage that the reflection of the microlens 200 itself formed of the high refractive index material with respect to the incident light is further reduced and the light receiving sensitivity is further improved.

<実施例3>
実施例3は、マイクロレンズ200に代えて、マイクロレンズ200Aを備えている点で、実施例1や実施例2と異なる。実施例3において、反射低減層40を形成するまでの各工程は、実施例1(図8(a)~図12)と同様である。このため、以下、第1のマイクロレンズ層20となる窒化シリコン膜20aの形成工程以降の工程について説明する。
<Example 3>
Example 3 is different from Example 1 and Example 2 in that the microlens 200A is provided instead of the microlens 200. In Example 3, each step until the reflection reduction layer 40 is formed is the same as in Example 1 (FIGS. 8A to 12). Therefore, the steps after the forming step of the silicon nitride film 20a to be the first microlens layer 20 will be described below.

図16A(a)に示すように、第1のマイクロレンズ層20となる窒化シリコン膜20aを形成した後、窒化シリコン膜20aの上に樹脂材料により中間犠牲層20cを形成した。
次に、図16A(b)に示すように、中間犠牲層20cの上にレジストによりレンズ形状を有するマスク20dを形成した。
続いて、図16B(c)に示すように、マスク20dをマスクとしてドライエッチングにより中間犠牲層20cをマイクロレンズ形状に加工し、レンズ母型20eを形成した。このとき、レンズ間の間隔が狭まるように、中間犠牲層20cに対してマイクロレンズ形状を転写した。
続いて、図16B(d)に示すように、レンズ母型20eをマスクとして、窒化シリコン膜20aをドライエッチングによりマイクロレンズ形状に加工した。これにより、第1のマイクロレンズ層20を形成した。
As shown in FIG. 16A (a), after the silicon nitride film 20a to be the first microlens layer 20 was formed, the intermediate sacrificial layer 20c was formed on the silicon nitride film 20a with a resin material.
Next, as shown in FIG. 16A (b), a mask 20d having a lens shape was formed on the intermediate sacrificial layer 20c by resist.
Subsequently, as shown in FIG. 16B (c), the intermediate sacrificial layer 20c was processed into a microlens shape by dry etching using the mask 20d as a mask to form a lens matrix 20e. At this time, the microlens shape was transferred to the intermediate sacrificial layer 20c so that the distance between the lenses was narrowed.
Subsequently, as shown in FIG. 16B (d), the silicon nitride film 20a was processed into a microlens shape by dry etching using the lens matrix 20e as a mask. As a result, the first microlens layer 20 was formed.

最後に、実施例1と同様に、第2のマイクロレンズ層21を形成し、その後、マイクロレンズ平坦化層300を形成した。このとき、Fill Factorが85%以上99%以下の範囲内となるようにマイクロレンズ200を形成した。Fill Factorの調整は、マスク20dの形状、中間犠牲層20c及び窒化シリコン膜20aのエッチング条件を調整することで行った。マスク20dの形状はフォトマスクパターンを変更することで調整し、エッチング条件の調整は圧力、RFパワー、ガス流量比を変更することで行った。
以上により、隣接する複数のレンズが平面視でそれぞれ線上に接触しており、第1の色フィルター14、第2の色フィルター15及び第3の色フィルター16それぞれの角部上(四隅)にギャップGを有するマイクロレンズ200を備えた固体撮像素子を形成した。
Finally, as in Example 1, a second microlens layer 21 was formed, and then a microlens flattening layer 300 was formed. At this time, the microlens 200 was formed so that the Fill Factor was in the range of 85% or more and 99% or less. The Fill Factor was adjusted by adjusting the shape of the mask 20d, the etching conditions of the intermediate sacrificial layer 20c and the silicon nitride film 20a. The shape of the mask 20d was adjusted by changing the photomask pattern, and the etching conditions were adjusted by changing the pressure, RF power, and gas flow rate ratio.
As described above, a plurality of adjacent lenses are in contact with each other on a line in a plan view, and gaps are formed on the corners (four corners) of the first color filter 14, the second color filter 15, and the third color filter 16. A solid-state image sensor equipped with a microlens 200 having a G was formed.

<固体撮像素子の評価>
上述した各実施例の固体撮像素子を形成する際に、ドライエッチングのレンズ母型20b、20eの高さを変更することで、マイクロレンズ200の高さを可変とすることができる。また、レンズ母型20b、20eの形状を変更することによりマイクロレンズ200のFill Factorを可変とすることができる。そのため、表1に示す数値にマイクロレンズ200の高さ及びFill Factorを調整・変更して、受光感度評価を実施した。また、比較として、高屈折率材料をマイクロレンズの材料に適用せずに、従来材料である有機系樹脂を用いてマイクロレンズを形成した。なお、従来構造の固体撮像素子については後述する。
固体撮像素子の評価は、表1に示すように、サンプルNo.1~サンプルNo.15の各固体撮像素子に対して行った。ここで、サンプルNo.1~サンプルNo.4は従来構造の固体撮像素子、サンプルNo.5~サンプルNo.10は実施例1に係る構造の固体撮像素子、サンプルNo.11は実施例2に係る構造の固体撮像素子、サンプルNo.12~サンプルNo.15は実施例3に係る構造の固体撮像素子である。
<Evaluation of solid-state image sensor>
When forming the solid-state image pickup device of each of the above-described embodiments, the height of the microlens 200 can be made variable by changing the heights of the dry-etched lens masters 20b and 20e. Further, the Fill Factor of the microlens 200 can be made variable by changing the shapes of the lens mother molds 20b and 20e. Therefore, the height of the microlens 200 and the Fill Factor were adjusted and changed to the values shown in Table 1, and the light receiving sensitivity was evaluated. Further, as a comparison, the microlens was formed by using the organic resin which is a conventional material, without applying the high refractive index material to the material of the microlens. The solid-state image sensor having the conventional structure will be described later.
As shown in Table 1, the evaluation of the solid-state image sensor was performed by using the sample No. 1-Sample No. This was performed for each of the 15 solid-state image sensors. Here, the sample No. 1-Sample No. Reference numeral 4 is a solid-state image sensor having a conventional structure, sample No. 4. 5 to sample No. Reference numeral 10 is a solid-state image sensor having the structure according to the first embodiment, sample No. Reference numeral 11 is a solid-state image sensor having the structure according to the second embodiment, sample No. 11. 12 to Sample No. 15 are solid-state image pickup devices having the structure according to the third embodiment.

<従来構造>
従来構造の固体撮像素子は、マイクロレンズがアクリル樹脂を含む有機系樹脂材料にて形成されている点で各実施例の固体撮像素子と異なる。
従来構造の固体撮像素子におけるマイクロレンズは、以下のようにして形成した。従来構造の固体撮像素子におけるマイクロレンズは、色フィルター形成工程までは実施例1と同一工程(図8(a)~図11(b))により形成した。
<Conventional structure>
The solid-state image sensor having a conventional structure is different from the solid-state image sensor of each embodiment in that the microlens is made of an organic resin material containing an acrylic resin.
The microlens in the solid-state image sensor of the conventional structure was formed as follows. The microlens in the solid-state image pickup device having the conventional structure was formed by the same steps as in Example 1 (FIGS. 8A to 11B) up to the color filter forming step.

次に、アクリル樹脂を含む有機系樹脂材料を膜厚1.0μmの厚みになるように回転塗布して、230℃で加熱硬化し、有機系樹脂膜を色フィルター100及び隔壁50の上面に形成した。
次に、形成した有機系樹脂膜上に、アルカリ可溶性・感光性・熱リフロー性を全て有する樹脂を塗布して感光性犠牲層を形成した。その後、その感光性犠牲層を、フォトマスクを使用して、フォトリソグラフィのプロセスによりパターン化した後、200℃で熱処理して、レンズ母型を形成した。サンプルNo.1~サンプルNo.4において、厚さがそれぞれ約200nmから約500nmのスムースな半円形状が複数設けられたレンズ母型を形成した。
Next, an organic resin material containing an acrylic resin is rotationally applied to a thickness of 1.0 μm and heat-cured at 230 ° C. to form an organic resin film on the upper surfaces of the color filter 100 and the partition wall 50. did.
Next, a resin having all of alkali solubility, photosensitivity, and thermal reflow property was applied onto the formed organic resin film to form a photosensitive sacrificial layer. Then, the photosensitive sacrificial layer was patterned by a photolithography process using a photomask, and then heat-treated at 200 ° C. to form a lens matrix. Sample No. 1-Sample No. In No. 4, a lens matrix having a plurality of smooth semicircular shapes having a thickness of about 200 nm to about 500 nm was formed.

次に、フロン系ガスであるCFとCとの混合系ガスを用いてドライエッチングを施し、そのレンズ母型のパターン形状を有機系樹脂膜に転写し、樹脂系マイクロレンズ層を形成した。この際のエッチングは、レンズ母型と有機系樹脂膜とのエッチングレートが同等であり、選択比が1に近い条件で実施した。このようにして、サンプルNo.1~サンプルNo.4において、樹脂系マイクロレンズ層の半円形状レンズの頂点から半円形状レンズの底面(赤色の第3の色フィルター16の上面)までの高さがそれぞれ200nmから500nm(表1参照)となるように、エッチング時間を調整して樹脂系マイクロレンズ層を形成した。
さらに、形成した樹脂系マイクロレンズ層上にプラズマCVDを用いて酸化シリコン(SiO)膜(第2のマイクロレンズ層)を成膜した。
Next, dry etching is performed using a mixed gas of CF 4 and C 3 F 8 which are fluorocarbon gases, and the pattern shape of the lens matrix is transferred to an organic resin film to form a resin microlens layer. Formed. The etching at this time was carried out under the conditions that the etching rates of the lens matrix and the organic resin film were the same and the selection ratio was close to 1. In this way, the sample No. 1-Sample No. In No. 4, the height from the apex of the semicircular lens of the resin-based microlens layer to the bottom surface of the semicircular lens (the upper surface of the red third color filter 16) is 200 nm to 500 nm (see Table 1), respectively. As described above, the etching time was adjusted to form a resin-based microlens layer.
Further, a silicon oxide (SiO 2 ) film (second microlens layer) was formed on the formed resin-based microlens layer by plasma CVD.

表1に、サンプルNo.1~サンプルNo.15の各固体撮像素子のマイクロレンズの材料及び構造を示す。表1に示すレンズ高さは、サンプルNo.1~No.4は樹脂系マイクロレンズ層のレンズ高さを示し、サンプルNo.5~サンプルNo.15は第1のマイクロレンズ層のレンズ高さを示す。 Table 1 shows the sample Nos. 1-Sample No. The material and structure of the microlens of each solid-state image sensor of 15 are shown. The lens heights shown in Table 1 are the sample numbers. 1 to No. Reference numeral 4 indicates the lens height of the resin-based microlens layer, and the sample No. 4 is shown. 5 to sample No. Reference numeral 15 indicates the lens height of the first microlens layer.

Figure 2022032676000002
Figure 2022032676000002

表2に、サンプルNo.1~サンプルNo.15の各固体撮像素子の受光感度評価結果を比較した結果を示す。受光感度評価は、従来構造の固体撮像素子で感度が良好であったサンプルNo.2を受光感度の基準として、各サンプルの受光感度の増減量に基づいて行った。 Table 2 shows the sample Nos. 1-Sample No. The result of comparing the light-receiving sensitivity evaluation result of each solid-state image sensor of 15 is shown. The light-receiving sensitivity evaluation was performed on the sample No., which had good sensitivity with a solid-state image sensor having a conventional structure. 2 was used as a reference for the light receiving sensitivity, and the measurement was performed based on the amount of increase / decrease in the light receiving sensitivity of each sample.

Figure 2022032676000003
Figure 2022032676000003

サンプルNo.1~サンプルNo.4の結果より、従来構造ではマイクロレンズ高さが300nmで受光感度のピーク(最高値)が得られた。 Sample No. 1-Sample No. From the result of No. 4, in the conventional structure, the peak (maximum value) of the light receiving sensitivity was obtained at a microlens height of 300 nm.

実施例1に係る構成の固体撮像素子は、第1のマイクロレンズ層20が窒化シリコンであり、マイクロレンズ200と色フィルター100との間に反射低減層40を備えた構造であるが、サンプルNo.5~サンプルNo.10の結果より、従来構造のマイクロレンズ高さと比較して、第1のマイクロレンズ層20の膜厚が100nm以上400nm以下の範囲内である場合には、従来構造よりも良好な受光感度が得られることが示された。これは、高屈折率のレンズによって集光性能が向上して、色フィルター100と高屈折率のマイクロレンズ(マイクロレンズ200)との界面での反射を反射低減層40で抑制したためである。ただ、高屈折率のマイクロレンズ200においても、レンズ高さが100nm未満ではレンズとしての集光性能が十分でなく、レンズ高さが450nm以上では隣接画素に入射するべき入射光がマイクロレンズによって遮られて、受光感度が僅かに悪化することが示された。なお、受光感度が従来構造の固体撮像素子の受光感度に対して、3%減(-3%)の範囲内であれば、本願発明の課題を解決し得るものである。 The solid-state image sensor having the configuration according to the first embodiment has a structure in which the first microlens layer 20 is silicon nitride and the reflection reduction layer 40 is provided between the microlens 200 and the color filter 100. .. 5 to sample No. From the result of 10, when the film thickness of the first microlens layer 20 is within the range of 100 nm or more and 400 nm or less as compared with the microlens height of the conventional structure, better light receiving sensitivity than the conventional structure is obtained. It was shown to be. This is because the high refractive index lens improves the light collection performance, and the reflection reduction layer 40 suppresses the reflection at the interface between the color filter 100 and the high refractive index microlens (microlens 200). However, even in the microlens 200 with a high refractive index, if the lens height is less than 100 nm, the focusing performance as a lens is not sufficient, and if the lens height is 450 nm or more, the incident light that should be incident on the adjacent pixel is blocked by the microlens. It was shown that the light receiving sensitivity was slightly deteriorated. If the light receiving sensitivity is within the range of 3% reduction (-3%) with respect to the light receiving sensitivity of the solid-state image sensor having the conventional structure, the problem of the present invention can be solved.

次に、マイクロレンズ高さが同一のサンプルNo.7とサンプルNo.11とを比較した結果、実施例1に係る構成のサンプルNo.7と、実施例2に係る構成のサンプルNo.11は、共に高い受光感度が得られたが、サンプルNo.11の受光感度がサンプルNo.7の受光感度に比べて僅かに高かった。
サンプルNo.11(実施例2)は、マイクロレンズ200を3層構造で形成したことで、マイクロレンズ200を2層構造で形成したサンプルNo.7よりも高屈折率マイクロレンズ表面での光の反射を低減する効果が得られ、サンプルNo.7(実施例1)よりも受光感度が向上している。このように、サンプルNo.11では、プロセスの工程数が増えるものの、受光感度を向上させる構造として用いることができる。
Next, the sample No. having the same microlens height. 7 and sample No. As a result of comparison with No. 11, the sample No. of the configuration according to Example 1 was found. No. 7 and the sample No. of the configuration according to the second embodiment. In No. 11, high light-receiving sensitivity was obtained in both cases, but the sample No. 11 was obtained. The light receiving sensitivity of No. 11 is the sample No. It was slightly higher than the light receiving sensitivity of 7.
Sample No. In No. 11 (Example 2), the microlens 200 was formed in a three-layer structure, so that the sample No. 11 in which the microlens 200 was formed in a two-layer structure. The effect of reducing the reflection of light on the surface of the microlens having a higher refractive index than that of No. 7 was obtained. The light receiving sensitivity is improved as compared with 7 (Example 1). In this way, the sample No. In No. 11, although the number of process steps increases, it can be used as a structure for improving the light receiving sensitivity.

サンプルNo.12~サンプルNo.15は、マイクロレンズ200を実施例3の方法で形成したことで、マイクロレンズ200のFill Factorが85%以上99%以下と高く、実施例1及び実施例2の方法で形成した場合と比較してより高い受光感度を得ることができた。したがって、隣接する複数のレンズがそれぞれ接触しており、Fill Factorが85%以上100%以下のマイクロレンズ200を有する固体撮像素子を用いることが好ましい。 Sample No. 12-Sample No. In No. 15, since the microlens 200 was formed by the method of Example 3, the Fill Factor of the microlens 200 was as high as 85% or more and 99% or less, as compared with the case where the microlens 200 was formed by the methods of Examples 1 and 2. It was possible to obtain higher light receiving sensitivity. Therefore, it is preferable to use a solid-state image sensor having a microlens 200 in which a plurality of adjacent lenses are in contact with each other and the Fill Factor is 85% or more and 100% or less.

実施例1~3ではマイクロレンズ平坦化層300を形成した例で説明したが、コスト削減のためマイクロレンズ平坦化層300を形成しない場合においても、反射低減層40を有した高屈折率マイクロレンズ(マイクロレンズ200)と同様に、良好な感度特性は確認された。 In Examples 1 to 3, the example in which the microlens flattening layer 300 is formed has been described, but even when the microlens flattening layer 300 is not formed for cost reduction, a high refractive index microlens having the reflection reducing layer 40 is provided. Similar to (Microlens 200), good sensitivity characteristics were confirmed.

以上、各実施形態及び各実施例により本発明を説明したが、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により記される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって形成されうる。 Although the present invention has been described above with reference to each embodiment and each embodiment, the scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, and is equivalent to that of the present invention. Also includes all embodiments that bring about a positive effect. Furthermore, the scope of the present invention is not limited to the combination of the features of the invention described in the claims, but may be formed by any desired combination of the specific features of all the disclosed features.

また、第1から第3の各実施形態では、色フィルター100は感光性を持たせた色フィルター100の材料を半導体基板10の全面に塗布し、選択的に色フィルター100を形成する箇所を露光することで硬化させて、色フィルターパターンを形成した。しかしながら、色フィルター100の材料は、このような構成に限られない。例えば、図17A~Cに示すように、色フィルター(例えば、第1の色フィルター14)の材料に感光性を持たせずに、熱硬化性樹脂などを用いて加熱ベークで硬化した後で(図17A(a))、フォトレジスト60を塗膜してフォトマスクによりパターンを露光して(図17A(b))、フォトレジスト60でマスクパターン60aを形成して(図17B(c))、開口したい位置の色フィルターだけをエッチングで除去して(図17B(d))、剥膜洗浄によりフォトレジスト(マスクパターン)60aを除去(図17C(e))するプロセスを用いてもよい。 Further, in each of the first to third embodiments, the color filter 100 applies the material of the color filter 100 having photosensitivity to the entire surface of the semiconductor substrate 10 to selectively expose the portion where the color filter 100 is formed. The color filter pattern was formed by curing. However, the material of the color filter 100 is not limited to such a configuration. For example, as shown in FIGS. 17A to 17C, the material of the color filter (for example, the first color filter 14) is not photosensitive and is cured by heating bake using a heat-curable resin or the like (for example). 17A (a)), the photoresist 60 was coated and the pattern was exposed with a photomask (FIG. 17A (b)) to form the mask pattern 60a with the photoresist 60 (FIG. 17B (c)). A process may be used in which only the color filter at the position to be opened is removed by etching (FIG. 17B (d)) and the photoresist (mask pattern) 60a is removed by cleaning the film (FIG. 17C (e)).

また、このドライエッチングプロセスと感光性色フィルターを用いたリソグラフィプロセスとを併用してもよい。
また、各実施形態には、色フィルター100の形成工程として公知の形成工程を用いてもよい。
また、本実施形態では、隔壁50を色フィルター100と同様の高さとなるように形成した場合について説明したが、隔壁50の高さは、例えば、色フィルター100の半分程度の高さであってもよい。
Further, this dry etching process and a lithography process using a photosensitive color filter may be used in combination.
Further, in each embodiment, a known forming step may be used as the forming step of the color filter 100.
Further, in the present embodiment, the case where the partition wall 50 is formed so as to have the same height as the color filter 100 has been described, but the height of the partition wall 50 is, for example, about half the height of the color filter 100. May be good.

10・・・半導体基板
11・・・光電変換素子
12・・・素子分離構造
14・・・第1の色フィルター
15・・・第2の色フィルター
16・・・第3の色フィルター
20・・・第1のマイクロレンズ層
21・・・第2のマイクロレンズ層
22・・・第3のマイクロレンズ層
30、31、50・・・隔壁
40・・・反射低減層
100・・・色フィルター
200・・・マイクロレンズ
300・・・マイクロレンズ平坦化層
10 ... Semiconductor substrate 11 ... Photoelectric conversion element 12 ... Element separation structure 14 ... First color filter 15 ... Second color filter 16 ... Third color filter 20 ... 1st microlens layer 21 ... 2nd microlens layer 22 ... 3rd microlens layer 30, 31, 50 ... partition wall 40 ... reflection reduction layer 100 ... color filter 200・ ・ ・ Microlens 300 ・ ・ ・ Microlens flattening layer

Claims (17)

半導体基板と、
前記半導体基板に設けられ、平面視でマトリクス状に配置された複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子のそれぞれに対応させて配置された複数色の色フィルターが、予め設定した規則パターンで二次元的に配置された色フィルター層と、
前記色フィルター層上に設けられた反射低減層と、
前記反射低減層上に設けられ、前記複数色の色フィルター及び前記複数の光電変換素子にそれぞれ対応させて配置された複数のレンズを有するマイクロレンズ層と、
を備え、
前記マイクロレンズ層は、前記光電変換素子側に最も近接して配置された第1のマイクロレンズ層と、前記第1のマイクロレンズ層のレンズ面上に積層するように形成された第2のマイクロレンズ層とを有し、
前記第1のマイクロレンズ層の屈折率は、1.75以上2.2以下の範囲内であり、
前記反射低減層及び前記第2のマイクロレンズ層の各屈折率は、前記第1のマイクロレンズ層の屈折率よりも低い固体撮像素子。
With a semiconductor substrate,
A plurality of photoelectric conversion elements provided on the semiconductor substrate and arranged in a matrix in a plan view, and
A plurality of color filters arranged corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged with a preset regular pattern, and a color filter layer.
The reflection reduction layer provided on the color filter layer and
A microlens layer provided on the reflection reduction layer and having a plurality of lenses arranged corresponding to the color filters of the plurality of colors and the plurality of photoelectric conversion elements, respectively.
Equipped with
The microlens layer is formed so as to be laminated on the lens surface of the first microlens layer and the first microlens layer arranged closest to the photoelectric conversion element side. Has a lens layer and
The refractive index of the first microlens layer is in the range of 1.75 or more and 2.2 or less.
A solid-state image sensor in which the refractive index of each of the reflection reducing layer and the second microlens layer is lower than the refractive index of the first microlens layer.
前記反射低減層の屈折率は、前記第2のマイクロレンズ層の屈折率よりも高く、且つ前記第1のマイクロレンズ層の屈折率よりも低い請求項1に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the refractive index of the reflection reduction layer is higher than the refractive index of the second microlens layer and lower than the refractive index of the first microlens layer. 前記反射低減層の屈折率は、1.55以上1.8以下の範囲内である請求項1または請求項2に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to claim 1 or 2, wherein the refractive index of the reflection reduction layer is in the range of 1.55 or more and 1.8 or less. 前記反射低減層の膜厚は、10nm以上200nm以下の範囲内である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the film thickness of the reflection reduction layer is in the range of 10 nm or more and 200 nm or less. 前記第1のマイクロレンズ層の膜厚は、100nm以上400nm以下の範囲内である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the film thickness of the first microlens layer is in the range of 100 nm or more and 400 nm or less. 前記第2のマイクロレンズ層の屈折率は、1.4以上1.75以下の範囲内である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the refractive index of the second microlens layer is in the range of 1.4 or more and 1.75 or less. 前記マイクロレンズ層のFill Factorは、85%以上100%以下の範囲内である請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the Fill Factor of the microlens layer is in the range of 85% or more and 100% or less. 前記マイクロレンズ層は、隣接する前記複数のレンズがそれぞれ接触しており、前記色フィルターの角部上にギャップを有する請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 7, wherein the plurality of adjacent lenses are in contact with each other in the microlens layer and have a gap on a corner portion of the color filter. 前記第1のマイクロレンズ層は、波長380nm以上700nm以下の可視光の範囲での消衰係数が1.0×10-3以下である請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The first microlens layer has an extinction coefficient of 1.0 × 10 -3 or less in the range of visible light having a wavelength of 380 nm or more and 700 nm or less, according to any one of claims 1 to 8. Solid-state image sensor. 前記第1のマイクロレンズ層は、無機材料で形成されている請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein the first microlens layer is made of an inorganic material. 前記マイクロレンズ層は、シリコンの窒化物またはシリコンの酸窒化物で形成されており、前記光電変換素子から離れるほど酸素含有量が高くなる請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The one according to any one of claims 1 to 10, wherein the microlens layer is formed of a nitride of silicon or an oxynitride of silicon, and the oxygen content increases as the distance from the photoelectric conversion element increases. Solid-state image sensor. 前記マイクロレンズ層のレンズ面上に設けられ、上面が平坦になるように形成されたレンズ平坦化層を備える請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The solid-state image pickup device according to any one of claims 1 to 11, further comprising a lens flattening layer provided on the lens surface of the microlens layer and formed so that the upper surface is flat. 前記レンズ平坦化層は、屈折率が1.1以上1.6以下の範囲内の樹脂によって形成されている請求項12に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to claim 12, wherein the lens flattening layer is formed of a resin having a refractive index in the range of 1.1 or more and 1.6 or less. 前記第2のマイクロレンズ層の膜厚は、50nm以上150nm以下の範囲内である請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to any one of claims 1 to 13, wherein the film thickness of the second microlens layer is in the range of 50 nm or more and 150 nm or less. 前記第2のマイクロレンズ層の膜厚は、前記第1のマイクロレンズ層の膜厚よりも薄い膜厚である請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The solid-state image sensor according to any one of claims 1 to 14, wherein the film thickness of the second microlens layer is thinner than the film thickness of the first microlens layer. 複数の光電変換素子が平面視でマトリクス状に配置され、複数の前記光電変換素子の間に素子分離構造が設けられた半導体基板上の前記光電変換素子を取り囲む位置に、隔壁を形成する工程と、
前記隔壁で囲まれた前記光電変換素子に対応する位置に、複数色の色フィルターをそれぞれ形成する工程と、
前記色フィルター及び前記隔壁の上部に、屈折率が1.55以上1.8以下の範囲内である樹脂層または無機材料層で構成された反射低減層を形成する工程と、
前記反射低減層の上部に、屈折率が1.75以上2.2以下の範囲内である窒化シリコン膜またはシリコン酸窒化膜から形成され、前記複数の光電変換素子にそれぞれ対応する位置に複数のレンズを備え、膜厚が100nm以上400nm以下の範囲内である第1のマイクロレンズ層を形成する工程と、
前記第1のマイクロレンズ層のレンズ面上に、前記第1のマイクロレンズ層よりも低い屈折率を有するシリコン酸窒化膜または酸化シリコン膜から形成された第2のマイクロレンズ層を形成する工程と、
を備える固体撮像素子の製造方法。
A step of forming a partition wall at a position surrounding the photoelectric conversion element on a semiconductor substrate in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a matrix in a plan view and an element separation structure is provided between the plurality of photoelectric conversion elements. ,
A step of forming color filters of a plurality of colors at positions corresponding to the photoelectric conversion element surrounded by the partition wall, and
A step of forming a reflection reducing layer composed of a resin layer or an inorganic material layer having a refractive index in the range of 1.55 or more and 1.8 or less on the upper part of the color filter and the partition wall.
A plurality of silicon nitride films or silicon oxynitride films having a refractive index in the range of 1.75 or more and 2.2 or less are formed on the upper part of the reflection reduction layer at positions corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements. A step of forming a first microlens layer having a lens and having a film thickness in the range of 100 nm or more and 400 nm or less.
A step of forming a second microlens layer formed of a silicon oxynitride film or a silicon oxide film having a refractive index lower than that of the first microlens layer on the lens surface of the first microlens layer. ,
A method for manufacturing a solid-state image sensor.
前記第1のマイクロレンズ層を形成する工程は、
前記色フィルター、前記反射低減層、前記窒化シリコン膜またはシリコン酸窒化膜、樹脂層、及びレジスト層がこの順に積層された積層体の前記レジスト層に対するフォトリソグラフィにより、前記レジスト層にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを熱フローによって溶融させて、レンズ形状に成形する工程と、
前記レンズ形状に成形された前記レジストパターンをマスクとして前記樹脂層に対するドライエッチングを行い、前記樹脂層をレンズ母型に成形する工程と、
前記レンズ母型をマスクとして前記窒化シリコン膜またはシリコン酸窒化膜に対するドライエッチングを行い、前記窒化シリコン膜またはシリコン酸窒化膜をマイクロレンズに成形する工程と、
を有する請求項16に記載の固体撮像素子の製造方法。
The step of forming the first microlens layer is
A resist pattern is formed on the resist layer by photolithography on the resist layer of a laminate in which the color filter, the reflection reduction layer, the silicon nitride film or the silicon oxynitride film, the resin layer, and the resist layer are laminated in this order. And the process to do
The process of melting the resist pattern by heat flow and forming it into a lens shape,
A step of performing dry etching on the resin layer using the resist pattern molded into the lens shape as a mask and molding the resin layer into a lens master mold.
A step of performing dry etching on the silicon nitride film or the silicon oxynitride film using the lens matrix as a mask to form the silicon nitride film or the silicon oxynitride film into a microlens.
The method for manufacturing a solid-state image sensor according to claim 16.
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