JP2001196568A - Solid-state image pickup device and method of manufacturing the same, and camera - Google Patents

Solid-state image pickup device and method of manufacturing the same, and camera

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JP2001196568A
JP2001196568A JP2000006741A JP2000006741A JP2001196568A JP 2001196568 A JP2001196568 A JP 2001196568A JP 2000006741 A JP2000006741 A JP 2000006741A JP 2000006741 A JP2000006741 A JP 2000006741A JP 2001196568 A JP2001196568 A JP 2001196568A
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JP
Japan
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solid
film
lens
image pickup
light
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Application number
JP2000006741A
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Japanese (ja)
Inventor
Masanori Ohashi
正典 大橋
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pickup device and a method of manufacturing the same, which can provide a good quality of image over the entire screen by improving the shading characteristic and reducing smear and also provide a camera having this solid-state image pickup device. SOLUTION: The solid-state image pickup device 1 consists of an asymmetrical in-layer lens 9 on a sensor section 2. First, dummy patterns 14 are formed between pixels, and then a reflow film 7 is formed to cover the dummy patterns 14. After reflowing the reflow film 7 by heat treatment, the in-layer lens 9 is formed on the reflow processed film 7 to manufacture the solid-state image pickup device 1. Then, the camera provided with the solid-state image pickup device 1 having the asymmetrical in-layer lens 9 is constituted.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、センサ部上に層内
レンズを有して成る固体撮像素子及びその製造方法、並
びにこの固体撮像素子を備えたカメラに係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device having an inner lens on a sensor unit, a method of manufacturing the same, and a camera having the solid-state imaging device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、カラー用固体撮像素子において
は、素子の小型化に伴い、素子内にカラーフィルターを
形成し、このカラーフィルターの上にさらにマイクロレ
ンズを形成した、いわゆるオンチップレンズ構造を採っ
て、入射光をこのマイクロレンズで集光することにより
センサ(受光部)における感度の向上を図っている。
2. Description of the Related Art In recent years, a solid-state color image pickup device has a so-called on-chip lens structure in which a color filter is formed in the device and a microlens is further formed on the color filter as the size of the device is reduced. The sensitivity of the sensor (light receiving unit) is improved by collecting incident light with the microlens.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】近年、固体撮像素子の
画素の微細化に伴って、感度を向上させる必要が生じて
おり、従来の最上部に形成されたオンチップマイクロレ
ンズだけでは集光効率が充分ではなく、特に撮像領域の
端縁付近の画素で感度が低下して画像が暗くなる、いわ
ゆる感度シェーディングの発生が顕著になってきてい
た。
In recent years, with the miniaturization of the pixels of the solid-state imaging device, it has become necessary to improve the sensitivity. However, in particular, the occurrence of so-called sensitivity shading, in which the sensitivity is reduced and the image is darkened at pixels near the edge of the imaging region, has become remarkable.

【0004】この対策として、センサ部の直上において
積層構造の内部にもレンズを形成する、いわゆる層内レ
ンズという技術が提案されている。この層内レンズは、
例えば転送電極の段差を利用してリフロー形成された凹
面上に高屈折率層を形成することにより構成されてい
る。
As a countermeasure, there has been proposed a technique called a so-called intra-layer lens in which a lens is formed directly inside a laminated structure just above a sensor section. This lens in the layer
For example, it is configured by forming a high refractive index layer on a concave surface formed by reflow using a step of a transfer electrode.

【0005】この層内レンズを備えたCCD固体撮像素
子の概略構成図(センサ部付近の断面図)を図5に示
す。図5Aは撮像領域の中央部の画素の断面図を示し、
図5Bは撮像領域の周辺部即ち端縁付近の画素の断面図
を示す。
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram (a cross-sectional view in the vicinity of a sensor section) of a CCD solid-state image pickup device having this inner lens. FIG. 5A shows a cross-sectional view of a pixel at the center of the imaging region,
FIG. 5B is a cross-sectional view of a pixel in the periphery of the imaging region, that is, in the vicinity of the edge.

【0006】このCCD固体撮像素子50は、半導体基
板51の表面にフォトダイオードから成るセンサ部(受
光部)52及びCCD転送チャネル53が形成される。
半導体基板51上には酸化膜54を介して多結晶シリコ
ンから成る転送電極55が形成されている。転送電極5
5上には酸化膜54を介して層間絶縁膜56が形成され
ている。層間絶縁膜56上には遮光膜57が形成されて
いる。この遮光膜57には、センサ部52上に開口57
aが形成されて、センサ部52に光が入射するようにな
っている。
In the CCD solid-state imaging device 50, a sensor section (light receiving section) 52 composed of a photodiode and a CCD transfer channel 53 are formed on the surface of a semiconductor substrate 51.
A transfer electrode 55 made of polycrystalline silicon is formed on a semiconductor substrate 51 via an oxide film 54. Transfer electrode 5
An interlayer insulating film 56 is formed on 5 via an oxide film 54. A light-shielding film 57 is formed on the interlayer insulating film 56. The light shielding film 57 has an opening 57 on the sensor section 52.
a is formed so that light enters the sensor unit 52.

【0007】また、遮光膜57を覆って全面的に例えば
BPSG(ホウ素・リン・珪酸ガラス)から成るリフロ
ー膜58が形成され、このリフロー膜58のセンサ部5
2上の部分に、リフローにより凹面58Aが形成されて
いる。このリフロー膜58上には、例えばプラズマCV
Dにより形成されたSiN膜から成る高屈折率層59が
形成されて、センサ部52上にリフロー膜58の凹面5
8Aをレンズ面とする層内レンズ60が形成されてい
る。高屈折率層59上には、パッシベーション膜61、
カラーフィルタ層62、平坦化膜63、オンチップマイ
クロレンズ64が形成されている。
A reflow film 58 made of, for example, BPSG (boron / phosphorus / silicate glass) is formed entirely over the light-shielding film 57, and the sensor portion 5 of the reflow film 58 is formed.
The upper surface 2 has a concave surface 58A formed by reflow. On this reflow film 58, for example, plasma CV
D, a high refractive index layer 59 made of a SiN film is formed, and the concave surface 5 of the reflow film 58 is formed on the sensor section 52.
An inner lens 60 having a lens surface of 8A is formed. On the high refractive index layer 59, a passivation film 61,
A color filter layer 62, a flattening film 63, and an on-chip micro lens 64 are formed.

【0008】オンチップマイクロレンズ64は、撮像領
域の周辺部即ち端縁付近の画素、例えば撮像領域の左端
付近の画素では、図5Bに示すように画素の中心から右
にずらして形成されている。これにより、斜めに入射す
る光をセンサ部52に導くことができる。
[0008] The on-chip microlens 64 is formed at the periphery of the imaging area, that is, at the pixel near the edge, for example, at the pixel near the left end of the imaging area, shifted from the center of the pixel to the right as shown in FIG. 5B. . Thus, light obliquely incident can be guided to the sensor unit 52.

【0009】そして、センサ部52上に高屈折率層59
による層内レンズ60が形成されていることにより、オ
ンチップマイクロレンズ64で集光した光をさらに層内
レンズ60により集光させて、効率よくセンサ部52に
入射させることができる。従って、CCD固体撮像素子
50の感度を向上させることができる。
Then, a high refractive index layer 59 is provided on the sensor section 52.
Is formed, the light condensed by the on-chip micro lens 64 can be further condensed by the intra-layer lens 60 and efficiently incident on the sensor unit 52. Therefore, the sensitivity of the CCD solid-state imaging device 50 can be improved.

【0010】これにより、使用する対物レンズのF値に
よる感度の変動(F値依存)が抑制され、画質の維持向
上が図られてきた。
As a result, the variation in sensitivity (F value dependence) due to the F value of the objective lens used is suppressed, and the image quality is maintained and improved.

【0011】しかしながら、近年さらに画素の微小化が
進み、しかも内視鏡や携帯用パーソナルコンピュータ等
において射出瞳距離の非常に短い対物レンズが使用され
るようになり、この射出瞳距離の短小化に伴い、撮像領
域の周辺部において、より傾斜して光が入射するように
なってきている。
However, in recent years, the size of pixels has been further reduced, and an objective lens having a very short exit pupil distance has been used in an endoscope, a portable personal computer, or the like. Accordingly, light is incident on the periphery of the imaging region at an angle.

【0012】例えば、図5Bに示した撮像領域の端縁付
近の画素における斜め入射光の光路を図6に示す。尚、
図6中鎖線は、オンチップマイクロレンズ64の中心付
近に入射する光の光路を示す。図6に示すように、オン
チップマイクロレンズ64内の比較的外側を通る斜め入
射光Lは、層内レンズ60のレンズ面58Aで屈折され
て、遮光膜57のセンサ部52上への張り出し部に当た
ってしまい、センサ部52に入射しなくなる。
For example, FIG. 6 shows an optical path of obliquely incident light in a pixel near the edge of the image pickup area shown in FIG. 5B. still,
6 indicates an optical path of light incident near the center of the on-chip micro lens 64. As shown in FIG. 6, the obliquely incident light L that relatively passes through the inside of the on-chip micro lens 64 is refracted by the lens surface 58A of the in-layer lens 60, and the projecting portion of the light shielding film 57 on the sensor unit 52 is formed. And does not enter the sensor unit 52.

【0013】これにより、撮像領域の端縁付近の画素で
は感度が低下するので、感度シェーディングを生じて得
られる画像の端縁付近が影のようになってしまう。
As a result, the sensitivity is reduced at the pixels near the edges of the image pickup area, so that the vicinity of the edges of the image obtained by performing the sensitivity shading becomes like a shadow.

【0014】このため、上述したオンチップマイクロレ
ンズ64をずらし、かつセンサ部52上に層内レンズ6
0を形成する方法のみでは、感度シェーディング対策が
不十分となってきている。
For this reason, the above-described on-chip micro lens 64 is shifted and the inner lens 6
With only the method of forming 0, measures against sensitivity shading are becoming insufficient.

【0015】また、斜めに入射する光が多いと、遮光膜
57と半導体基板51の表面との間に漏れ込みCCD転
送チャネル53に入り込む光が増えて、いわゆるスミア
が増大する。
If a large amount of light is incident obliquely, more light leaks into the CCD transfer channel 53 between the light-shielding film 57 and the surface of the semiconductor substrate 51, and so-called smear increases.

【0016】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、シェーディング特性を改善し、かつスミアを低
減することにより、画面全体で良好な画質を得ることが
できる固体撮像素子及びその製造方法、並びにこの固体
撮像素子を備えたカメラを提供するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a solid-state image sensor capable of obtaining good image quality over the entire screen by improving shading characteristics and reducing smear, and a method of manufacturing the same. And a camera provided with the solid-state imaging device.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、センサ部上に非対称の層内レンズを有して成るもの
である。
According to the present invention, there is provided a solid-state image pickup device having an asymmetric inner lens on a sensor portion.

【0018】本発明の固体撮像素子の製造方法は、画素
間にダミーパターンを形成する工程と、このダミーパタ
ーンを覆ってリフロー膜を形成する工程と、熱処理を行
ってこのリフロー膜をリフローする工程と、リフロー膜
上に層内レンズを形成する工程とを有するものである。
According to the method of manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a step of forming a dummy pattern between pixels, a step of forming a reflow film covering the dummy pattern, and a step of performing heat treatment to reflow the reflow film And a step of forming an inner lens on the reflow film.

【0019】本発明のカメラは、非対称の層内レンズを
有する固体撮像素子を備えたものである。
A camera according to the present invention includes a solid-state imaging device having an asymmetric inner lens.

【0020】上述の本発明の固体撮像素子の構成によれ
ば、非対称の層内レンズを有することにより、斜めに入
射する光をセンサ部に導くことが可能になる。
According to the configuration of the solid-state image pickup device of the present invention described above, by having an asymmetric inner lens, it is possible to guide obliquely incident light to the sensor section.

【0021】上述の本発明製法によれば、画素間にダミ
ーパターンを形成して、その上にリフロー膜を形成して
リフローすることにより、ダミーパターンが形成された
位置に応じて、層内レンズを形成するためのリフロー膜
の曲面の形状や位置を変更することができ、非対称な形
状にすることが可能になる。
According to the above-described method of the present invention, a dummy pattern is formed between pixels, a reflow film is formed thereon, and reflow is performed. Can be changed in the shape and position of the curved surface of the reflow film for forming the shape, and it is possible to make the shape asymmetric.

【0022】上述の本発明のカメラの構成によれば、斜
めに入射する光(斜め光)もセンサ部に導くことが可能
となるため、射出瞳距離を短くして斜め光が増えても、
充分な感度を有する状態で撮影を行うことができる。
According to the configuration of the camera of the present invention described above, light obliquely incident (oblique light) can also be guided to the sensor section. Therefore, even if the exit pupil distance is reduced and oblique light increases,
Photographing can be performed with sufficient sensitivity.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明は、センサ部上に非対称の
層内レンズを有して成る固体撮像素子である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention is a solid-state imaging device having an asymmetric inner lens on a sensor unit.

【0024】また本発明は、上記固体撮像素子におい
て、撮像領域の周辺に行くに従い非対称性が増大してい
くように、層内レンズが配置形成された構成とする。
Further, in the solid-state image pickup device according to the present invention, an inner lens is arranged and formed such that the asymmetry increases toward the periphery of the image pickup region.

【0025】また本発明は、上記固体撮像素子におい
て、オンチップマイクロレンズを有する構成とする。
According to the present invention, the solid-state imaging device has an on-chip micro lens.

【0026】本発明は、画素間にダミーパターンを形成
する工程と、ダミーパターンを覆ってリフロー膜を形成
する工程と、熱処理を行ってリフロー膜をリフローする
工程と、リフロー膜上に層内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。
According to the present invention, a step of forming a dummy pattern between pixels, a step of forming a reflow film covering the dummy pattern, a step of performing heat treatment to reflow the reflow film, and a method of forming an inner lens on the reflow film Forming a solid-state imaging device.

【0027】また本発明は、上記固体撮像素子の製造方
法において、オンチップマイクロレンズを形成する工程
を有する。
Further, the present invention provides the above-described method for manufacturing a solid-state imaging device, further comprising a step of forming an on-chip microlens.

【0028】本発明は、センサ部上に非対称の層内レン
ズを有する固体撮像素子を備えたカメラである。
The present invention is a camera provided with a solid-state imaging device having an asymmetric inner lens on a sensor unit.

【0029】図1は本発明の一実施の形態としてCCD
固体撮像素子の概略構成図(センサ部付近の断面図)を
示す。図1Aは撮像領域の中央部の画素の断面図を示
し、図1Bは撮像領域の周辺部即ち端縁付近の画素の断
面図を示す。また、このCCD固体撮像素子の平面図を
図2A及び図2Bに示す。図2Aは撮像領域の中央部の
画素の平面図を示し、図1Bは撮像領域の周辺部即ち端
縁付近の画素の平面図を示す。
FIG. 1 shows a CCD as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram (a cross-sectional view around a sensor unit) of a solid-state imaging device. FIG. 1A is a cross-sectional view of a pixel in a central portion of the imaging region, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a pixel in a peripheral portion of the imaging region, that is, near an edge. 2A and 2B are plan views of the CCD solid-state imaging device. FIG. 2A is a plan view of a pixel at the center of the imaging region, and FIG. 1B is a plan view of a pixel at the periphery of the imaging region, that is, near an edge.

【0030】このCCD固体撮像素子1は、図1A及び
図1Bに示すように、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(受
光部)2が配され、半導体基板4上に熱酸化により形成
された酸化膜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例えばCVD
(化学的気相成長)法による酸化膜が形成されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the CCD solid-state imaging device 1 has a sensor section (light receiving section) 2 made of a photodiode on a surface of a semiconductor substrate 4 made of, for example, silicon. A transfer electrode 11 made of polycrystalline silicon is formed thereon via an oxide film 5 formed by thermal oxidation. An oxide film 5 is formed on the transfer electrode 11, and an interlayer insulating film 6 such as CVD
An oxide film is formed by a (chemical vapor deposition) method.

【0031】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W、モリブデンMo、タン
タルTa)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。
On the interlayer insulating film 6, a light-shielding film 3 made of an Al film or a refractory metal film (for example, tungsten W, molybdenum Mo, tantalum Ta) is formed. An opening 3 a is formed in the light shielding film 3 above the sensor unit 2 so that light enters the sensor unit 2.

【0032】遮光膜3を覆って全面的に例えばBPSG
(ホウ素・リン・珪酸ガラス)から成るリフロー膜7が
形成され、このリフロー膜7のセンサ部2上の部分に、
リフローにより凹面7Aが形成されている。さらに、リ
フロー膜7上に、例えばプラズマCVDにより形成され
たSiN膜から成る高屈折率層8が形成されて、センサ
部2上にリフロー膜7の凹面7Aをレンズ面とする層内
レンズ9を形成している。
The light shielding film 3 is entirely covered with, for example, BPSG
A reflow film 7 made of (boron / phosphorus / silicate glass) is formed.
A concave surface 7A is formed by reflow. Further, a high refractive index layer 8 made of, for example, a SiN film formed by plasma CVD is formed on the reflow film 7, and an in-layer lens 9 having the concave surface 7 </ b> A of the reflow film 7 as a lens surface is formed on the sensor unit 2. Has formed.

【0033】高屈折率層8上にはパッシベーション膜1
6が形成されて、その上にカラーフィルタ層17が形成
されている。さらにその上は平坦化膜18を介してオン
チップマイクロレンズ19が形成されている。また、半
導体基板4内には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
の間にチャネルストップ領域が形成される。
The passivation film 1 is formed on the high refractive index layer 8.
6, and a color filter layer 17 is formed thereon. Further, an on-chip microlens 19 is formed thereon via a flattening film 18. Further, a CCD transfer channel 15 is formed in the semiconductor substrate 4,
Although not shown, the sensor unit 2 and the CCD transfer channel 15 are not shown.
A channel stop region is formed between them.

【0034】オンチップマイクロレンズ19は、撮像領
域の周辺部の画素では、図1Bに示すように画素の中心
からずらして形成され、先に示した図5Bの場合と同様
に、斜めの入射光を集光してセンサ部2に入射させるよ
うにしている。
The on-chip microlenses 19 are formed at the pixels in the peripheral portion of the image pickup area so as to be shifted from the center of the pixels as shown in FIG. 1B, and similarly to the case of FIG. Is condensed and made incident on the sensor unit 2.

【0035】そして、センサ部2上に高屈折率層8によ
る層内レンズ9が形成されていることにより、オンチッ
プマイクロレンズ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。従って、CCD固体撮像素子1の感度を
向上させることができる。
Since the in-layer lens 9 made of the high refractive index layer 8 is formed on the sensor section 2, the light condensed by the on-chip micro lens 19 is further condensed by the in-layer lens 9, and The light can be efficiently incident on the sensor unit 2. Therefore, the sensitivity of the CCD solid-state imaging device 1 can be improved.

【0036】また、このCCD固体撮像素子1は、図2
A及び図2Bの平面図に示すように、画素に対応してセ
ンサ部(受光部)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構造の垂直転送レジ
スタ10が配設され、この垂直転送レジスタ10に2層
の多結晶シリコンから成る転送電極11(11A,11
B)が配置されて構成されている。
The CCD solid-state image pickup device 1 is similar to that shown in FIG.
2A and 2B, a large number of sensor units (light receiving units) 2 are arranged in a matrix corresponding to pixels, and a vertical transfer register 10 having a CCD structure is provided on one side of each sensor unit 2 column. The vertical transfer register 10 is provided with transfer electrodes 11 (11A, 11A) made of two layers of polycrystalline silicon.
B) is arranged.

【0037】転送方向は図2中縦方向であり、垂直転送
レジスタ10はこの方向に設けられている。図中鎖線で
示すように、遮光膜3は全体を覆って形成され、センサ
部上2には開口3aが形成されている。
The transfer direction is the vertical direction in FIG. 2, and the vertical transfer register 10 is provided in this direction. As shown by a dashed line in the figure, the light-shielding film 3 is formed so as to cover the entirety, and an opening 3a is formed in the upper part 2 of the sensor.

【0038】第1層の多結晶シリコンから成る転送電極
11Aは、垂直方向のセンサ部2間において水平方向に
延びる導線部と、垂直転送レジスタ10に沿って図中下
側に突出する電極部とから構成される。第2層の多結晶
シリコンから成る転送電極11Bは、垂直方向のセンサ
部2間において水平方向に延びる導線部と、垂直転送レ
ジスタ10に沿って図中上側に突出する電極部とから構
成されている。
The first-layer transfer electrode 11A made of polycrystalline silicon includes a conductor portion extending in the horizontal direction between the vertical sensor portions 2 and an electrode portion projecting downward along the vertical transfer register 10 in the figure. Consists of The transfer electrode 11B made of polycrystalline silicon of the second layer is composed of a conductor portion extending in the horizontal direction between the sensor portions 2 in the vertical direction, and an electrode portion projecting upward along the vertical transfer register 10 in the figure. I have.

【0039】本実施の形態のCCD固体撮像素子1にお
いては、図1及び図2に示すように、特にセンサ部2の
間の画素間の部分の遮光膜3上に、転送電極11(11
A,11B)より幅が狭いパターンとされたダミーパタ
ーン14が形成されている。
In the CCD solid-state imaging device 1 of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the transfer electrodes 11 (11
A, 11B), a dummy pattern 14 having a smaller width than that of the dummy pattern 14 is formed.

【0040】図1A及び図2Aに示すように、撮像領域
の中央部の画素では、転送電極11及び遮光膜3のほぼ
中央にダミーパターン14が形成されている。一方、図
1B及び図2Bに示すように、撮像領域の周辺部即ち端
縁付近の画素、例えば撮像領域の左端付近の画素では、
転送電極11及び遮光膜3の右側にずれてダミーパター
ン14が形成されている。これにより、周辺部即ち端縁
付近の画素では、センサ部2上の層内レンズ9が非対称
に形成されている。
As shown in FIGS. 1A and 2A, a dummy pattern 14 is formed substantially at the center of the transfer electrode 11 and the light shielding film 3 in the pixel at the center of the imaging area. On the other hand, as shown in FIG. 1B and FIG. 2B, in a peripheral portion of the imaging region, that is, a pixel near an edge, for example, a pixel near a left end of the imaging region,
A dummy pattern 14 is formed shifted to the right of the transfer electrode 11 and the light shielding film 3. As a result, the inner lens 9 on the sensor unit 2 is formed asymmetrically in the peripheral portion, that is, in the pixel near the edge.

【0041】尚、図1B及び図2Bに示した画素と反対
側の端縁付近の画素、例えば撮像領域の右端付近の画素
では、逆に転送電極11及び遮光膜3の左側にずらして
ダミーパターン14を形成する。
Incidentally, in the pixels near the edge opposite to the pixels shown in FIGS. 1B and 2B, for example, in the pixels near the right end of the imaging area, the dummy pattern is shifted to the left of the transfer electrode 11 and the light shielding film 3. 14 is formed.

【0042】さらに好ましくは、撮像領域の中央部から
端縁に向かうに従って、ダミーパターン14の形成位置
を、転送電極11及び遮光膜3の中央から徐々にずらし
ていく。即ちダミーパターン14の転送電極11及び遮
光膜3の中央からのずれ量を、中央部から端縁に向かっ
て、漸次増大するように構成する。
More preferably, the formation position of the dummy pattern 14 is gradually shifted from the center of the transfer electrode 11 and the light shielding film 3 from the center of the imaging area toward the edge. That is, the shift amount of the dummy pattern 14 from the center of the transfer electrode 11 and the light shielding film 3 is configured to gradually increase from the center to the edge.

【0043】このようにダミーパターン14が撮像領域
の端縁に向かって徐々にずらして形成されていることに
より、その上のリフロー膜7の凹凸形状が徐々にずれて
形成され、層内レンズ9を形成するための凹面7Aが非
対称になると共に撮像領域の端縁に向かって徐々に非対
称性が増大していく。これにより、撮像領域の端縁に行
くに従い、非対称性が増大していくように層内レンズ9
が形成される。
As described above, since the dummy pattern 14 is formed so as to be gradually shifted toward the edge of the imaging region, the unevenness of the reflow film 7 thereon is formed so as to be gradually shifted, and the inner lens 9 is formed. Becomes asymmetric, and the asymmetry gradually increases toward the edge of the imaging region. Thereby, the in-layer lens 9 is designed so that the asymmetry increases toward the edge of the imaging region.
Is formed.

【0044】従って、斜め光の割合及び入射角度に応じ
て層内レンズ9の非対称性が増大していくこととなり、
端縁付近だけでなく撮像領域全体にわたって充分な感度
が得られるように最適化することができる。
Accordingly, the asymmetry of the inner lens 9 increases in accordance with the ratio of the oblique light and the incident angle.
Optimization can be performed so that sufficient sensitivity is obtained not only near the edge but also over the entire imaging region.

【0045】例えば、図1Bに示した撮像領域の端縁付
近の画素における斜め入射光の光路を図3に示す。尚、
図3中鎖線は、オンチップマイクロレンズ19の中心付
近に入射する光の光路を示す。図3に示すように、ダミ
ーパターン14を右にずらして形成したことにより、非
対称にされた層内レンズ9の左側の曲面は傾斜が急にな
っている。これにより、オンチップマイクロレンズ19
内の比較的外側を通る斜め入射光Lは、層内レンズ9の
左側の曲面で屈折される際に、遮光膜3のセンサ部2上
への張り出し部には当たらずセンサ部2に向かい、セン
サ部2において有効に取り込まれるようになっている。
For example, FIG. 3 shows an optical path of obliquely incident light in a pixel near an edge of the image pickup area shown in FIG. 1B. still,
3 indicates an optical path of light incident near the center of the on-chip micro lens 19. As shown in FIG. 3, the left curved surface of the asymmetric inner lens 9 has a steep slope due to the formation of the dummy pattern 14 shifted to the right. Thereby, the on-chip micro lens 19
When obliquely incident light L passing relatively outside of the inside is refracted by the curved surface on the left side of the inner lens 9, the oblique incident light L does not hit the overhanging portion of the light shielding film 3 on the sensor unit 2 and goes to the sensor unit 2. The sensor section 2 is configured to effectively capture the data.

【0046】このように、センサ部2上の層内レンズ9
が非対称に形成されていることにより、大きく傾斜した
斜め入射光を層内レンズ9で集光してセンサ部2に入射
させることが可能になる。
As described above, the inner lens 9 on the sensor section 2
Is formed asymmetrically, it becomes possible to condense the obliquely incident light that is greatly inclined by the inner lens 9 and make it incident on the sensor unit 2.

【0047】尚、本実施の形態において、遮光膜3及び
ダミーパターン14を共に高融点金属膜により形成する
と、リフロー膜7によりリフロー温度の高い材料を使用
することが可能になり、材料選択の自由度が高まる。ま
た、特に遮光膜3においては、高融点金属膜を用いるこ
とにより、遮光性が高まると共にカバレージも向上する
ため、薄くしても充分な遮光性を有し、かつ段切れ等を
生じにくくなる。即ち遮光膜3の薄型化を図ることが可
能になる。
In this embodiment, if both the light-shielding film 3 and the dummy pattern 14 are formed of a high-melting-point metal film, a material having a high reflow temperature can be used by the reflow film 7, and the material can be freely selected. The degree increases. Particularly, in the light-shielding film 3, the use of a high-melting point metal film enhances the light-shielding property and improves the coverage. That is, it is possible to reduce the thickness of the light shielding film 3.

【0048】ダミーパターン14をずらして形成する方
法としては、垂直レジスタ上に形成されたフォトレジス
トを感光させてダミーパターン14を形成するためのマ
スクを形成する際に、フォトレジストを露光する倍率を
変更する方法がある。
As a method of forming the dummy pattern 14 by shifting it, when forming a mask for forming the dummy pattern 14 by exposing the photoresist formed on the vertical register, the magnification for exposing the photoresist is changed. There is a way to change it.

【0049】図1及び図2に示した本実施の形態のCC
D固体撮像素子1は、次のようにして製造することがで
きる。
The CC of this embodiment shown in FIGS. 1 and 2
The D solid-state imaging device 1 can be manufactured as follows.

【0050】それぞれ一般的な手法を用いて、半導体基
板上に多結晶シリコンから成る転送電極11からタング
ステンから成る遮光膜3までの各層を順次形成する。ま
た、半導体基板内にフォトダイオードから成るセンサ部
2とCCD転送チャネルを形成する。
The respective layers from the transfer electrode 11 made of polycrystalline silicon to the light-shielding film 3 made of tungsten are sequentially formed on the semiconductor substrate by using general techniques. Further, a sensor section 2 composed of a photodiode and a CCD transfer channel are formed in a semiconductor substrate.

【0051】その後、ダミーパターン14を形成するた
めのAl膜を、スパッタ法により例えば撮像領域全体に
0.1〜1μm程度の厚さで形成する。
Thereafter, an Al film for forming the dummy pattern 14 is formed with a thickness of, for example, about 0.1 to 1 μm over the entire imaging region by a sputtering method.

【0052】そして、転送電極11上に図2に示したス
トライプ状のパターンとなって残るように、Al膜に対
してレジストパターニングの後にドライエッチングを行
って、ダミーパターン14を形成する。
Then, dry etching is performed after resist patterning of the Al film to form a dummy pattern 14 so that the stripe pattern shown in FIG. 2 remains on the transfer electrode 11.

【0053】このとき、対物レンズの射出瞳距離が小さ
く、撮像領域の周辺部即ち端縁付近の画素において中央
寄りの斜め光が入射する場合には、マスク描画時にマイ
ナスハードウエアサイジングをかけることにより、即ち
露光パターンの倍率を下げることにより、ダミーパター
ン14用のマスクのパターン間隔を縮めて、画素領域端
に向かうに従ってダミーパターン14が撮像領域の中心
方向にずれるようにする。
At this time, if the exit pupil distance of the objective lens is small and oblique light near the center is incident on the peripheral portion of the image pickup area, that is, on the pixel near the edge, minus hardware sizing is performed at the time of mask drawing. That is, by reducing the magnification of the exposure pattern, the pattern interval of the mask for the dummy pattern 14 is reduced, and the dummy pattern 14 is shifted toward the center of the imaging region toward the edge of the pixel region.

【0054】一方、対物レンズの射出瞳距離が大きく、
撮像領域の周辺部即ち端縁付近の画素において外側寄り
の斜め光が入射する場合(ズームレンズ等の場合)に
は、マスク描画時にプラスのハードウエアサイジングを
かけることにより、即ち露光パターンの倍率を上げるこ
とにより、ダミーパターン14用のマスクのパターン間
隔を拡げて、画素領域端に向かうに従ってダミーパター
ンが撮像領域の端縁方向にずれるようにする。
On the other hand, the exit pupil distance of the objective lens is large,
When oblique light on the outer side is incident on a peripheral portion of the imaging region, that is, a pixel near the edge (in the case of a zoom lens or the like), plus hardware sizing is performed at the time of mask drawing, that is, the magnification of the exposure pattern is increased. This raises the pattern interval of the mask for the dummy pattern 14 so that the dummy pattern is shifted toward the edge of the imaging region toward the edge of the pixel region.

【0055】いずれの場合も、対物レンズ等の光学系に
より射出瞳距離が決まり、CCD固体撮像素子1への光
の入射の方向が決まるため、この入射の方向に対応して
マスク描画時のハードウエアサイジングを調整して、適
切なダミーパターン14が形成されるようにする。
In any case, the exit pupil distance is determined by the optical system such as the objective lens, and the direction of incidence of light on the CCD solid-state image pickup device 1 is determined. The wear sizing is adjusted so that an appropriate dummy pattern 14 is formed.

【0056】そして、例えばユニットセル(単位画素)
が1辺4μmであり、水平方向の画素数が760ビット
の場合には、ハードウエアスケーリング倍率を0.99
993倍とすることにより、撮像領域端ではダミーパタ
ーン14を転送電極11の中心から1μmずらすことに
なる。
Then, for example, a unit cell (unit pixel)
Is 4 μm on a side and the number of pixels in the horizontal direction is 760 bits, the hardware scaling magnification is 0.99.
By setting the magnification to 993 times, the dummy pattern 14 is shifted by 1 μm from the center of the transfer electrode 11 at the end of the imaging region.

【0057】ダミーパターン14を形成した後は、従来
の手法により層内レンズ形状を決定するリフロー膜7と
してBPSGを形成し、熱処理によりリフローを施して
センサ部2上にレンズ面となる凹部7Aを形成する。
After the dummy pattern 14 is formed, BPSG is formed as a reflow film 7 for determining the lens shape in the layer by a conventional method, and reflow is performed by heat treatment to form a concave portion 7A serving as a lens surface on the sensor section 2. Form.

【0058】その後、リフロー膜7の上に、層内レンズ
9の材料となる高屈折率層8として例えばプラズマSi
N膜を形成した後、レジストのエッチバックにより平坦
化を行う。次に、パッシベーション膜16としてプラズ
マSiN膜を形成し、その上にカラーフィルタ17、平
坦化層18、オンチップマイクロレンズ19を順次形成
する。尚、オンチップマイクロレンズ19は、撮像領域
内の画素の位置により、周辺部に行くに従って画素中心
からオンチップマイクロレンズ19がずれて形成される
ようにする。このようにして、図1及び図2に示したC
CD固体撮像素子1を形成することができる。
After that, on the reflow film 7, for example, plasma Si
After forming the N film, planarization is performed by etching back the resist. Next, a plasma SiN film is formed as a passivation film 16, and a color filter 17, a planarizing layer 18, and an on-chip microlens 19 are sequentially formed thereon. The on-chip micro lens 19 is formed so that the on-chip micro lens 19 is shifted from the center of the pixel toward the periphery depending on the position of the pixel in the imaging area. In this way, the C shown in FIGS.
The CD solid-state imaging device 1 can be formed.

【0059】上述の本実施の形態によれば、ダミーパタ
ーン14をずらして形成してセンサ部2上の層内レンズ
9を非対称としたことにより、斜め入射光Lを層内レン
ズ9で集光させて有効にセンサ部2に導くことができ
る。
According to the above-described embodiment, since the dummy lens 14 is formed to be shifted and the inner lens 9 on the sensor unit 2 is asymmetric, the oblique incident light L is condensed by the inner lens 9. Thus, it can be effectively guided to the sensor unit 2.

【0060】そして、撮像領域の中央部から周辺部即ち
端縁に向かうに従い、層内レンズ9の非対称性を増大さ
せることにより、各画素の入射光の状態に応じて効果的
にセンサ部2に入射させることができる。これにより、
固体撮像素子のセルサイズの微小化に伴う感度シェーデ
ィングを抑制することができる。
The asymmetry of the in-layer lens 9 is increased from the center of the image pickup area toward the periphery, that is, the edge, so that the sensor section 2 is effectively provided to the sensor section 2 according to the state of incident light of each pixel. Can be incident. This allows
Sensitivity shading accompanying miniaturization of the cell size of the solid-state imaging device can be suppressed.

【0061】また、非対称の層内レンズ9により、斜め
入射光Lが光路変更されてセンサ部2に導かれることに
より、遮光膜3と半導体基板4との間に漏れ込む光が低
減され、スミアの悪化を抑制することができる。
Further, the light path of the obliquely incident light L is changed by the asymmetric inner lens 9 and guided to the sensor section 2, so that the light leaking between the light shielding film 3 and the semiconductor substrate 4 is reduced, and the smear is reduced. Can be suppressed.

【0062】従って、本実施の形態によれば、感度シェ
ーディング及びスミアの悪化を抑制して、画質の改善を
図ることができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress deterioration of sensitivity shading and smear and improve image quality.

【0063】続いて、図4A〜図4Cに、ダミーパター
ンの配置の他の形態を示す。尚、図4A〜図4Cにおい
て、遮光膜3より下方の各層の構成は図2Aと同じであ
る。
Subsequently, FIGS. 4A to 4C show another form of the arrangement of the dummy patterns. 4A to 4C, the configuration of each layer below the light shielding film 3 is the same as that in FIG. 2A.

【0064】図4Aは、図2Aのダミーパターン14と
同様の垂直転送レジスタ10に沿った図中縦方向のダミ
ーパターン14Aと、センサ部2間の転送電極11A,
11B上に形成された図中横方向のダミーパターン14
Bとを、格子状に組み合わせて形成した構成である。
FIG. 4A shows a vertical dummy pattern 14A along a vertical transfer register 10 similar to the dummy pattern 14 of FIG. 2A, and transfer electrodes 11A,
11B is formed on the dummy pattern 14 in the horizontal direction in FIG.
B in a lattice shape.

【0065】この場合も、撮像領域の周辺即ち端縁付近
の画素においては、ダミーパターン14(14A,14
B)をセンサ部2間の中央からずらして形成し、外側に
行くほどずらす量を大きくしていくことにより、センサ
部2上に非対称の層内レンズ9を形成して、図2Aに示
したダミーパターン14の場合と同様に感度シェーディ
ングを抑制する効果を有する。
Also in this case, the dummy pattern 14 (14A, 14A)
B) is formed so as to be shifted from the center between the sensor units 2, and the amount of shift is increased toward the outside, thereby forming an asymmetric inner lens 9 on the sensor unit 2, as shown in FIG. 2A. This has the effect of suppressing sensitivity shading as in the case of the dummy pattern 14.

【0066】図4Bは、図4Aと同様に縦横のダミーパ
ターン14A,14Bを形成しているが、格子状のパタ
ーンではなく、センサ部2の周囲のみにダミーパターン
14A,14Bを形成した場合である。図4Cは、図中
縦方向のみダミーパターン14を形成し、かつ図4Bと
同様にセンサ部2の周囲のみに形成した場合である。こ
れらのパターンを採用しても、同様にセンサ部2上に非
対称の層内レンズ9を形成することができる。
FIG. 4B shows the case where the vertical and horizontal dummy patterns 14A and 14B are formed as in FIG. 4A, but the dummy patterns 14A and 14B are formed only around the sensor section 2 instead of the grid pattern. is there. FIG. 4C shows a case where the dummy pattern 14 is formed only in the vertical direction in the figure, and is formed only around the sensor unit 2 as in FIG. 4B. Even if these patterns are adopted, the asymmetric inner lens 9 can be similarly formed on the sensor section 2.

【0067】尚、図4A及び図4Bのように、横方向の
ダミーパターン14Bを有する場合には、この横方向の
ダミーパターン14Bが形成されているセンサ部2間の
転送電極11A,11Bの幅が狭く、横方向のダミーパ
ターン14Bを大幅にずらすことが難しい。このため、
センサ部2間の中央からずらすのは縦方向のダミーパタ
ーン14Aだけとして、横方向のダミーパターン14B
については周辺部においてもずらさずセンサ部2間の中
央に配置するように構成してもよい。
When a horizontal dummy pattern 14B is provided as shown in FIGS. 4A and 4B, the width of the transfer electrodes 11A and 11B between the sensor units 2 where the horizontal dummy pattern 14B is formed. And it is difficult to significantly shift the dummy pattern 14B in the horizontal direction. For this reason,
Only the vertical dummy pattern 14A is shifted from the center between the sensor units 2, and the horizontal dummy pattern 14B is shifted.
May be arranged at the center between the sensor units 2 without shifting even in the peripheral part.

【0068】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、本発明はその他の構成の固体
撮像素子に適用することもできる。MOS型の固体撮像
素子、例えばMOSトランジスタ等のスイッチング素子
を用いて単位画素を構成した固体撮像素子においても、
本発明を適用してセンサ部上に非対称の層内レンズを形
成することにより、同様に感度シェーディングを抑制す
る効果を得ることができる。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the CCD solid-state imaging device. However, the present invention can be applied to solid-state imaging devices having other configurations. MOS-type solid-state imaging devices, for example, in a solid-state imaging device in which a unit pixel is configured using a switching element such as a MOS transistor,
By forming an asymmetric inner lens on the sensor unit by applying the present invention, an effect of similarly suppressing sensitivity shading can be obtained.

【0069】この場合においても、層内レンズの対称性
を崩すためのダミーパターンをセンサ部の周辺の例えば
素子分離層上やスイッチング素子上に形成することによ
り、センサ部上に非対称の層内レンズを形成することが
できる。
Also in this case, by forming a dummy pattern for breaking the symmetry of the inner lens on the sensor section, for example, on the element isolation layer or the switching element, the asymmetric inner lens on the sensor section is formed. Can be formed.

【0070】さらに、非対称の層内レンズが形成されて
成る本発明の固体撮像素子を備えてカメラを構成するこ
とにより、射出瞳距離を短くして斜め光が増えても、感
度シェーディングの発生を抑制するとができる。従っ
て、対物レンズ等の光学系の射出瞳距離が短くF値の小
さいカメラを構成することが可能になる。しかも、充分
な感度を有して撮影を行うことができるので、良質の画
像を得ることができる。そして、例えば前述した内視鏡
や携帯パーソナルコンピューター等に用いて好適なカメ
ラを構成することができる。
Further, by configuring the camera with the solid-state image pickup device of the present invention in which an asymmetric inner lens is formed, even if the exit pupil distance is shortened and oblique light increases, sensitivity shading is not generated. Can be suppressed. Therefore, it is possible to configure a camera having a small exit pupil distance of an optical system such as an objective lens and a small F value. In addition, since images can be taken with sufficient sensitivity, a high-quality image can be obtained. Then, for example, a suitable camera can be configured using the endoscope or the portable personal computer described above.

【0071】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, but may take various other configurations without departing from the gist of the present invention.

【0072】[0072]

【発明の効果】上述の本発明によれば、ダミーパターン
により非対称の層内レンズを形成することにより、斜め
入射光を有効にセンサ部に導くことができる。従って、
固体撮像素子のセルサイズの微小化に伴う感度シェーデ
ィング及びスミアの悪化を抑制することができる。
According to the present invention described above, obliquely incident light can be effectively guided to the sensor section by forming an asymmetric inner lens with a dummy pattern. Therefore,
It is possible to suppress deterioration of sensitivity shading and smear due to miniaturization of the cell size of the solid-state imaging device.

【0073】また、非対称の層内レンズが形成されて成
る固体撮像素子を備えてカメラを構成することにより、
射出瞳距離が短くF値が小さい光学系を用いることがで
き、しかも良好な画質が得られるカメラを構成すること
ができる。
Further, by constructing a camera with a solid-state imaging device having an asymmetric inner lens formed therein,
An optical system with a short exit pupil distance and a small F value can be used, and a camera that can obtain good image quality can be configured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態のCCD固体撮像素子の
概略構成図(受光部付近の断面図)である。 A 撮像領域の中央部の画素の断面図である。 B 撮像領域の周辺部(端縁付近)の画素の断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram (a cross-sectional view near a light receiving unit) of a CCD solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a cross-sectional view of a pixel at the center of the imaging region. B is a cross-sectional view of a pixel in a peripheral portion (near an edge) of an imaging region.

【図2】図1のCCD固体撮像素子の要部の平面図であ
る。 A 撮像領域の中央部の画素の平面図である。 B 撮像領域の周辺部(端縁付近)の画素の平面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view of a main part of the CCD solid-state imaging device of FIG. FIG. 2A is a plan view of a pixel at the center of an imaging region. B is a plan view of pixels in a peripheral portion (near an edge) of the imaging region.

【図3】図1Bの断面図における斜め入射光の光路を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an optical path of obliquely incident light in the cross-sectional view of FIG. 1B.

【図4】A、B、C ダミーパターンの配置を換えた他
の形態を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing another embodiment in which the arrangement of dummy patterns A, B, and C is changed.

【図5】層内レンズを備えたCCD固体撮像素子の概略
構成図(受光部付近の断面図)である。 A 撮像領域の中央部の画素の断面図である。 B 撮像領域の周辺部(端縁付近)の画素の断面図であ
る。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram (a cross-sectional view near a light receiving unit) of a CCD solid-state imaging device including an inner lens. FIG. 2A is a cross-sectional view of a pixel at the center of the imaging region. B is a cross-sectional view of a pixel in a peripheral portion (near an edge) of an imaging region.

【図6】図5Bの断面図における斜め入射光の光路を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an optical path of obliquely incident light in the cross-sectional view of FIG. 5B.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 リ
フロー膜、8 高屈折率層、9 層内レンズ、10 垂
直転送レジスタ、11,11A,11B 転送電極、1
4,14A,14B ダミーパターン、15 CCD転
送チャネル、16 パッシベーション膜、17 カラー
フィルタ層、18 平坦化膜、19 オンチップマイク
ロレンズ、L 入射光
1 CCD solid-state imaging device, 2 sensor unit, 3 light shielding film,
Reference Signs List 4 semiconductor substrate, 5 oxide film, 6 interlayer insulating film, 7 reflow film, 8 high refractive index layer, 9 intra-layer lens, 10 vertical transfer register, 11, 11A, 11B transfer electrode, 1
4, 14A, 14B dummy pattern, 15 CCD transfer channel, 16 passivation film, 17 color filter layer, 18 flattening film, 19 on-chip micro lens, L incident light

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 センサ部上に、非対称の層内レンズを有
して成ることを特徴とする固体撮像素子。
1. A solid-state imaging device comprising an asymmetric inner lens on a sensor unit.
【請求項2】 撮像領域の周辺に行くに従い、非対称性
が増大していくように、上記層内レンズが配置形成され
たことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the inner-layer lenses are arranged and formed such that the asymmetry increases toward the periphery of the imaging region.
【請求項3】 オンチップマイクロレンズを有すること
を特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising an on-chip micro lens.
【請求項4】 画素間にダミーパターンを形成する工程
と、 上記ダミーパターンを覆ってリフロー膜を形成する工程
と、 熱処理を行って上記リフロー膜をリフローする工程と、 上記リフロー膜上に層内レンズを形成する工程とを有す
ることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
4. A step of forming a dummy pattern between pixels; a step of forming a reflow film covering the dummy pattern; a step of performing a heat treatment to reflow the reflow film; Forming a lens.
【請求項5】 オンチップマイクロレンズを形成する工
程を有することを特徴とする請求項4に記載の固体撮像
素子の製造方法。
5. The method according to claim 4, further comprising a step of forming an on-chip micro lens.
【請求項6】 センサ部上に非対称の層内レンズを有す
る固体撮像素子を備えたことを特徴とするカメラ。
6. A camera comprising a solid-state image sensor having an asymmetric inner lens on a sensor unit.
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