JP2009157397A - Method for manufacturing solid image pickup device and solid image pickup device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサ上に層内レンズを形成して成る固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子に係わる。 The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device formed by forming an in-layer lens on a sensor, and a solid-state imaging device.
固体撮像素子の微細化に伴い、感度の向上が求められており、従来技術であるカラーフィルターの上の最上層のオンチップレンズのみでは感度向上が図れず、オンチップレンズとセンサ部との間にさらにレンズ(層内レンズ)を形成することが考えられている。
この層内レンズの一例として、転送電極等による段差を埋めて平坦化した面上に、表面側が凸面とされたレンズを形成する、層内凸レンズがある。
With the miniaturization of solid-state image sensors, improvement in sensitivity is demanded, and the sensitivity cannot be improved only with the uppermost on-chip lens on the color filter, which is a conventional technology, and between the on-chip lens and the sensor unit. Further, it is considered to form a lens (in-layer lens).
As an example of the in-layer lens, there is an in-layer convex lens in which a lens having a convex surface on the surface side is formed on a surface flattened by filling a step due to a transfer electrode or the like.
この層内凸レンズを製造方法の一つとして、層内凸レンズのレンズ材の膜とレジストとの積層膜をドライエッチングする方法がある。
これはレンズ材の膜を堆積し、その上にレジストをレンズの形状にパターニングし、その後ドライエッチングによりレジストによるレンズ形状をレンズ材の膜に転写する方法である。
One method of manufacturing this intra-layer convex lens is a method of dry etching a laminated film of a lens material film and a resist of the intra-layer convex lens.
In this method, a lens material film is deposited, a resist is patterned on the lens shape thereon, and then the lens shape of the resist is transferred to the lens material film by dry etching.
しかしながら、上述のレンズ形状をレンズ材に転写する工程の際に、ドライエッチングのサイドエッチにより層内凸レンズ間のギャップが広がってしまう。
層内凸レンズ間のギャップに入射した光は、層内凸レンズによる集束がなされないためセンサ部に入射することができない。
However, in the process of transferring the lens shape to the lens material, the gap between the in-layer convex lenses is widened by the side etching of the dry etching.
Light that has entered the gap between the in-layer convex lenses cannot be incident on the sensor unit because it is not focused by the in-layer convex lens.
従って、レンズ間のギャップ部が入射光にとって無効領域となってしまっていた。
このように無効領域が形成されることにより、その分固体撮像素子の感度が低くなってしまう。
Therefore, the gap portion between the lenses is an invalid area for the incident light.
As the invalid area is formed in this way, the sensitivity of the solid-state imaging device is lowered accordingly.
上述した問題の解決のために、本発明においては、無効領域を低減することにより、高い感度を有する固体撮像素子を製造することができる固体撮像素子の製造方法、並びに高感度を有する固体撮像素子を提供するものである。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, a solid-state imaging device manufacturing method capable of manufacturing a solid-state imaging device having high sensitivity by reducing the ineffective region, and a solid-state imaging device having high sensitivity are provided. Is to provide.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、各センサ部上に表面側が凸面とされたレンズを有する固体撮像素子を製造するに当たり、平坦化膜上にプラズマCVD膜によりレンズ材の膜を形成する工程と、このレンズ材の膜上に表面側が凸面とされたレンズ形状のレジストを形成する工程と、このレジストの表面側が凸面とされたレンズ形状をレンズ材の膜に凸レンズ間のギャップが広がるように転写する工程と、レンズ形状が転写されたレンズ材の膜上に、さらにプラズマCVD膜により同一のレンズ材の膜を成膜してレンズを形成する工程とを有するものである。
本発明の固体撮像素子は、各センサ部上に表面側が凸面とされたレンズを有し、このレンズは、プラズマCVD膜による、表面側が凸面とされたレンズ形状のレンズ材の膜上に、さらにプラズマCVD膜による同一のレンズ材の膜が成膜されて成るものである。
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step of forming a lens material film on a planarizing film by a plasma CVD film when manufacturing a solid-state imaging device having a lens having a convex surface on each sensor portion. And a step of forming a lens-shaped resist having a convex surface on the lens material film, and a lens shape having a convex surface on the surface side of the resist so that the gap between the convex lenses is widened in the lens material film. The method includes a step of transferring, and a step of forming a lens by forming a film of the same lens material on the lens material film onto which the lens shape has been transferred by a plasma CVD film.
The solid-state imaging device of the present invention has a lens having a convex surface on each sensor part, and the lens is further formed on a lens-shaped lens material film having a convex surface on the surface side by a plasma CVD film. The same lens material film is formed by a plasma CVD film.
上述の本発明製法によれば、レンズ形状が転写されたレンズ材の膜上にさらに同一のレンズ材の膜を成膜してレンズを形成することにより、レンズ形状を転写する際に例えばサイドエッチングにより離れたレンズの間を埋めて、レンズの間隔を縮めることができ、レンズの間の無効領域を低減することができる。
上述の本発明の固体撮像素子によれば、レンズが、レンズ材の膜上に、さらに同一のレンズ材の膜が成膜されて成ることにより、レンズの間隔を縮めてレンズの間の無効領域を低減することができる。
According to the above-mentioned manufacturing method of the present invention, when the lens shape is transferred by forming the lens by forming the same lens material film on the lens material film to which the lens shape has been transferred, for example, side etching is performed. The distance between the lenses can be shortened by filling the space between the more distant lenses, and the ineffective area between the lenses can be reduced.
According to the above-described solid-state imaging device of the present invention, the lens is formed by further forming the same lens material film on the lens material film, thereby reducing the distance between the lenses and invalid regions between the lenses. Can be reduced.
上述の本発明によれば、入射光にとって無効領域となっていた凸レンズ間のギャップを狭めることができるので、有効領域を拡げて感度を向上させることができる。
従って、本発明により、感度の高い固体撮像素子を製造することができる。
According to the above-described present invention, since the gap between the convex lenses that has been an ineffective area for incident light can be narrowed, the effective area can be expanded and the sensitivity can be improved.
Therefore, according to the present invention, a highly sensitive solid-state imaging device can be manufactured.
また、本発明により、成膜するレンズ材の膜厚を任意に変更することにより、レンズの間のギャップ長を任意に調節することが可能である。
従って、様々な寸法のユニットセルを有する固体撮像素子に対して感度向上を図ることができる。
Further, according to the present invention, it is possible to arbitrarily adjust the gap length between the lenses by arbitrarily changing the film thickness of the lens material to be formed.
Therefore, it is possible to improve the sensitivity with respect to the solid-state imaging device having unit cells of various dimensions.
本発明は、各センサ部上に表面側が凸面とされたレンズを有する固体撮像素子を製造する方法であって、平坦化膜上にプラズマCVD膜によりレンズ材の膜を形成する工程と、レンズ材の膜上に表面側が凸面とされたレンズ形状のレジストを形成する工程と、レジストの表面側が凸面とされたレンズ形状をレンズ材の膜に凸レンズ間のギャップが広がるように転写する工程と、レンズ形状が転写されたレンズ材の膜上に、さらにプラズマCVD膜により、同一のレンズ材の膜を成膜してレンズを形成する工程とを有する固体撮像素子の製造方法である。 The present invention relates to a method of manufacturing a solid-state imaging device having a lens having a convex surface on each sensor portion, the step of forming a lens material film on a planarizing film by a plasma CVD film, and the lens material Forming a lens-shaped resist having a convex surface on the surface , transferring the lens shape having a convex surface on the resist surface to the lens material film so that a gap between the convex lenses is widened, and a lens. And a step of forming a lens by forming a film of the same lens material on the film of the lens material to which the shape has been transferred by a plasma CVD film.
本発明は、各センサ部上に表面側が凸面とされたレンズを有し、このレンズは、プラズマCVD膜による、表面側が凸面とされたレンズ形状のレンズ材の膜上に、さらにプラズマCVD膜による同一のレンズ材の膜が成膜されて成る固体撮像素子である。 The present invention has a lens having a convex surface on each sensor part. This lens is formed by a plasma CVD film, on a lens-shaped lens material film having a convex surface, and further by a plasma CVD film. It is a solid-state imaging device formed by forming a film of the same lens material.
図3は本発明製法を適用する固体撮像素子として、CCD固体撮像素子の概略構成図(断面図)を示す。
このCCD固体撮像素子1は、例えばシリコンから成る半導体基板4の表面に、フォトダイオードから成るセンサ部2が配され、半導体基板4上の酸化膜5を介して多結晶シリコンから成る転送電極11が形成されている。
この転送電極11上には酸化膜5が形成され、これの上に層間絶縁膜6として例えば酸化膜が形成されている。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a CCD solid-state imaging device as a solid-state imaging device to which the manufacturing method of the present invention is applied.
In the CCD solid-
An
層間絶縁膜6上には、Al膜或いは高融点金属膜(例えばタングステン、モリブデン、タンタル)から成る遮光膜3が形成されている。この遮光膜3には、センサ部2上に開口3aが形成されて、センサ部2に光が入射するようになっている。
A
遮光膜3を覆って全面的に平坦化膜7が形成され、平坦化膜7上に例えばプラズマCVDにより形成された絶縁膜(SiN膜またはSiON膜)8から成る層内レンズ9が形成されている。この層内レンズ9は表面側の上面9aが凸面、下面9bが平坦面となっており、前述した層内凸レンズを構成している。
A
層内レンズ9上には平坦化膜16を介して、カラーフィルタ17が形成されている。さらにその上には平坦化膜18を介してオンチップレンズ19が形成されている。
また、半導体基板4内には、垂直転送レジスタ10を構成するCCD転送チャネル15が形成され、また図示しないがセンサ部2とCCD転送チャネル15との間にチャネルストップ領域が形成される。
A
A
また、このCCD固体撮像素子1は、平面構造は図示しないが、画素に対応してセンサ部2が多数マトリクス状に配され、各センサ部2列の一側にそれぞれCCD転送チャネル15を有して成るCCD構造の垂直転送レジスタ10が配設される。
The CCD solid-
そして、このCCD固体撮像素子1の構成によれば、センサ部2上に層内レンズ9が形成されていることにより、オンチップレンズ19で集光した光をさらに層内レンズ9により集光させて、効率よくセンサ部2に入射させることができる。
即ちオンチップレンズ19と層内レンズ9とを設けたことにより、入射光を効率よくセンサ部2に入射させることができ、高い感度を有する。
According to the configuration of the CCD solid-
That is, by providing the on-
続いて、本発明の固体撮像素子の製造方法の一実施の形態として、図3に示したCCD固体撮像素子1を本発明製法により製造する場合の製造工程を、図1及び図2を参照して説明する。
Subsequently, as one embodiment of the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention, a manufacturing process when the CCD solid-
まず、図1Aに示すように、半導体基板4内に転送チャネル15やセンサ部2のフォトダイオードを形成し、転送電極11等遮光膜3までの各層を形成する。遮光膜3にはセンサ部2上に開口3aを形成する。
First, as shown in FIG. 1A, the
次に、図1Bに示すように、遮光膜3上を覆って平坦化膜7を形成する。
平坦化膜7としては、リフロー膜やHDP(高密度プラズマ)−CVD膜を用いることができ、これにより表面の平坦化を行うことができる。
Next, as shown in FIG. 1B, a
As the
尚、平坦化の方法に応じて、遮光膜3となる材料を選択する。
例えばリフロー膜を用いる場合には、平坦化のために高温リフローが必要となるため、遮光膜3に高融点金属を使用する。
一方、CVD膜で平坦化する場合には、遮光膜3をアルミ等で形成しても構わない。
Note that a material for the
For example, when a reflow film is used, a high melting point metal is used for the
On the other hand, when flattening with a CVD film, the
続いて、図示しないCCD固体撮像素子の周辺回路部の配線を形成する。
その後、図1Cに示すように、平坦化膜7上にレンズ材となるプラズマCVD膜8を成膜する。
層内レンズ9の屈折率を1.9〜2.0とする場合にはプラズマCVD膜8としてプラズマSiN膜を成膜し、層内レンズ9の屈折率を1.5〜1.9とする場合にはプラズマCVD膜8としてプラズマSiON膜を成膜する。
そして、必要な層内レンズ9の高さに応じて、プラズマCVD膜8を0.5〜2.0μmの膜厚に成膜する。
Subsequently, wiring for a peripheral circuit portion of a CCD solid-state imaging device (not shown) is formed.
Thereafter, as shown in FIG. 1C, a
When the refractive index of the in-
Then, the
次に、プラズマCVD膜8上にレジスト21を塗布し、所望のパターニングを行う。そして、レンズの形を得るためにレジスト21のリフローを140〜180℃で行う。
これにより、図2Dに示すレンズ形状のレジスト21が形成される。
Next, a resist 21 is applied on the
Thereby, the lens-shaped resist 21 shown in FIG. 2D is formed.
次に、ドライエッチングを行うことにより、レジスト21のレンズ形状をプラズマCVD膜8に転写して、図2Eに示すように層内レンズ9を形成する。このとき、ドライエッチングのサイドエッチにより、凸レンズ間のギャップが広がる。
Next, by performing dry etching, the lens shape of the resist 21 is transferred to the
そこで、図2Fに示すように、層内レンズ9のレンズ材の膜(プラズマCVD膜8)と同種の膜即ちプラズマCVD膜22をプラズマCVD法により堆積させる。
これにより、凸レンズ間のギャップを狭めることができる。
このとき、プラズマCVD膜22の膜厚を任意に設定することが可能であり、ギャップ長を調節することができる。
Therefore, as shown in FIG. 2F, a film of the same type as the lens material film (plasma CVD film 8) of the in-
Thereby, the gap between convex lenses can be narrowed.
At this time, the film thickness of the
この後は、層内レンズ9を覆って平坦化膜16を形成し、さらにカラーフィルタ17、平坦化膜18、オンチップレンズ19を順次形成して、図3に示したCCD固体撮像素子を製造することができる。
Thereafter, the
上述の本実施の形態によれば、ドライエッチングによりレジスト21のレンズ形状をプラズマCVD膜8に転写した後に、プラズマCVD膜8と同種のプラズマCVD膜22を成膜して層内レンズ9を形成することにより、層内レンズ9の間のギャップを狭めることができる。
そして、入射光にとって無効領域となっていた層内レンズ間のギャップを狭めることができるため、無効領域を低減して、入射光の集光効率を高めることができる。
従って、感度の高い固体撮像素子1を製造することができる。
According to the above-described embodiment, after the lens shape of the resist 21 is transferred to the
In addition, since the gap between the inner lenses that have been ineffective areas for incident light can be reduced, the ineffective area can be reduced and the light collection efficiency of incident light can be increased.
Therefore, the solid-
さらに、プラズマCVD膜22の膜厚を任意に変更することにより、層内レンズ9の間のギャップ長を任意に調節することが可能である。
従って、様々な寸法のユニットセルを有する固体撮像素子1に対して、感度向上を図ることができる。
Furthermore, the gap length between the
Therefore, the sensitivity can be improved with respect to the solid-
ところで、図3のオンチップレンズ19のようなオンチップレンズの材料には、通常レジストが用いられ、レジストを塗布してパターニングした後にリフローしてレンズ形状としている。
従って、本発明製法を通常のレジストから成るオンチップレンズに適用しようとすると、レジストをより薄く塗布することが難しく、任意にオンチップレンズのギャップを制御することは困難である。
Incidentally, a resist is usually used as an on-chip lens material such as the on-
Therefore, if the manufacturing method of the present invention is applied to an on-chip lens made of a normal resist, it is difficult to apply the resist thinner, and it is difficult to arbitrarily control the gap of the on-chip lens.
これに対して、例えばオンチップレンズを無機膜により形成する構成とすれば、レンズ形状とした無機膜上に、容易に同種の無機膜を成膜することができる。
即ち無機膜例えばプラズマCVD膜にレジストからレンズ形状を転写した後に、その上に同種の無機膜例えばプラズマCVD膜を成膜して、オンチップレンズのギャップを狭めることができる。
これにより、無機膜を任意の膜厚で成膜して、オンチップレンズのギャップを任意に制御することが可能になる。
On the other hand, for example, if the on-chip lens is formed of an inorganic film, the same kind of inorganic film can be easily formed on the lens-shaped inorganic film.
That is, after transferring the lens shape from a resist to an inorganic film such as a plasma CVD film, the same kind of inorganic film such as a plasma CVD film can be formed thereon to narrow the gap of the on-chip lens.
As a result, the inorganic film can be formed with an arbitrary film thickness, and the gap of the on-chip lens can be controlled arbitrarily.
図3のCCD固体撮像素子1においては、オンチップレンズ19をプラズマCVD膜等の無機膜により形成することも可能であり、その場合本発明製法による層内レンズの形成方法を、層内レンズ9及びオンチップレンズ19に適用して、2つのレンズのそれぞれのギャップを狭めて感度を高くすることができる。
In the CCD solid-
上述の実施の形態では、CCD固体撮像素子に本発明を適用したが、その他の構成の固体撮像素子、例えばMOS型の固体撮像素子においても、同様に本発明を適用することができる。
そして、本発明を適用して層内レンズのギャップを狭めて形成することができ、感度の高い固体撮像素子を製造することができる。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the CCD solid-state imaging device. However, the present invention can be similarly applied to solid-state imaging devices having other configurations, for example, MOS type solid-state imaging devices.
Then, by applying the present invention, the gap of the intralayer lens can be narrowed and a solid-state imaging device with high sensitivity can be manufactured.
また、本発明製法による層内レンズは、固体撮像素子の他に、液晶表示素子にも適用することができる。
そして、例えば反射型液晶表示素子では外光の入射側に、透過型液晶表示素子ではバックライト等光源側に本発明製法による層内レンズを形成する。
これにより、液晶表示素子の例えばカラーフィルタの画素間のブラックマトリックス(遮光膜)により遮られていた光を液晶部を通過させて有効に利用することが可能になる。
In addition, the in-layer lens according to the manufacturing method of the present invention can be applied to a liquid crystal display element in addition to a solid-state imaging element.
Then, for example, an intra-layer lens according to the manufacturing method of the present invention is formed on the incident side of external light in a reflective liquid crystal display element and on a light source side such as a backlight in a transmissive liquid crystal display element.
As a result, the light blocked by the black matrix (light-shielding film) between the pixels of the color filter of the liquid crystal display element can be effectively used by passing through the liquid crystal part.
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
1 CCD固体撮像素子、2 センサ部、3 遮光膜、4 半導体基板、5 酸化膜、6 層間絶縁膜、7,16,18 平坦化膜、8,22 プラズマCVD膜、9 層内レンズ、10 垂直転送レジスタ、11 転送電極、15 CCD転送チャネル、17 カラーフィルタ、19 オンチップレンズ、21 レジスト
DESCRIPTION OF
Claims (8)
平坦化膜上に、プラズマCVD膜により、レンズ材の膜を形成する工程と、
上記レンズ材の膜上に表面側が凸面とされたレンズ形状のレジストを形成する工程と、
上記レジストの表面側が凸面とされたレンズ形状を上記レンズ材の膜に凸レンズ間のギャップが広がるように転写する工程と、
レンズ形状が転写された上記レンズ材の膜上に、さらにプラズマCVD膜により、同一のレンズ材の膜を成膜して上記レンズを形成する工程とを有する
固体撮像素子の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device having a lens having a convex surface on each sensor part,
Forming a lens material film on the planarizing film by a plasma CVD film;
Forming a lens-shaped resist having a convex surface on the surface of the lens material;
Transferring the lens shape having a convex surface on the resist side to the film of the lens material so that a gap between the convex lenses is widened ;
And a step of forming the same lens material film on the film of the lens material to which the lens shape has been transferred by a plasma CVD film to form the lens .
上記レンズは、プラズマCVD膜による、表面側が凸面とされたレンズ形状のレンズ材の膜上に、さらにプラズマCVD膜による同一のレンズ材の膜が成膜されて成る
固体撮像素子。 Each sensor unit has a lens whose front side is convex,
The above-mentioned lens is a solid-state imaging device in which a film of the same lens material is formed by a plasma CVD film on a lens-shaped lens material film having a convex surface on the surface side by a plasma CVD film.
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