JP2003209230A - Solid-state imaging device and method of manufacturing the same - Google Patents

Solid-state imaging device and method of manufacturing the same

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JP2003209230A
JP2003209230A JP2002004239A JP2002004239A JP2003209230A JP 2003209230 A JP2003209230 A JP 2003209230A JP 2002004239 A JP2002004239 A JP 2002004239A JP 2002004239 A JP2002004239 A JP 2002004239A JP 2003209230 A JP2003209230 A JP 2003209230A
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light
microlens
solid
imaging device
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Taichi Natori
太知 名取
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device with which sensitivity can be improved by increasing the condensing rate, and a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: When a second microlens 52 of which refractive index is higher than that of a first microlens 51 is formed on the first microlens 51, it is sufficient that the second microlens 52 in the top layer has only a function of condensing to the first microlens 51. Accordingly, a microlens with a short focal distance and a small radius of curvature can be obtained. Since oblique incident light L2 can also be guided to a photosensor 2 efficiently, variation in light focus corresponding to changes in F values of a camera lens can be minimized. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、例えば、集光効率
の向上のためのオンチップマイクロレンズを有する固体
撮像装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to, for example, a solid-state image pickup device having an on-chip microlens for improving light collection efficiency and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の携帯型のパーソナルコンピュータ
や小型ビデオカメラの進展に伴い、ますます低消費電力
の固体撮像素子が必須となってきている。特に、画像処
理を扱う装置は、CCD固体撮像素子が主流で用いられ
ているが、その動作特性上から低消費電力化は非常に困
難である。CCD固体撮像素子を駆動させるためには、
少なくとも5V以上の電圧が必要である。携帯装置のデ
ジタルLSIは、近年、1.5V化の研究開発が主流で
あるが、これら携帯装置の低消費電力化において、CC
D固体撮像素子を用いると、電力消費が甚だしく、大き
な問題を有している。
2. Description of the Related Art With the recent development of portable personal computers and small video cameras, solid-state image pickup devices with lower power consumption have become indispensable. In particular, a CCD solid-state image pickup device is mainly used for a device handling image processing, but it is very difficult to reduce power consumption because of its operation characteristics. To drive the CCD solid-state image sensor,
A voltage of at least 5V or higher is required. In recent years, the research and development of 1.5V for digital LSIs for mobile devices has become the mainstream. However, in order to reduce the power consumption of these mobile devices, CC
The use of the D solid-state image sensor causes a serious problem in that it consumes a lot of power.

【0003】そこで、近年、画像入力素子としてCMO
S型の固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)が注目
されている。この固体撮像素子はCMOS技術を用いる
ため、低電圧の駆動が可能となり、特に近年の携帯端末
との組み合わせには低消費電力化の観点で非常に有効な
固体撮像素子と考えられる。
Therefore, in recent years, CMOs have been used as image input devices.
An S-type solid-state image sensor (CMOS image sensor) has been receiving attention. Since this solid-state image sensor uses CMOS technology, it can be driven at a low voltage, and it is considered to be a very effective solid-state image sensor particularly in combination with a recent mobile terminal from the viewpoint of low power consumption.

【0004】図13は、CMOSイメージセンサの断面
の一例を示す図である。図13に示すCMOSイメージ
センサでは、基板10にフォトセンサ20を形成し、絶
縁膜に埋め込むようにして配線131,132,133
を形成し、最終配線工程後にPSG膜や窒化シリコン膜
を形成して、CMPなどにより平坦化することにより平
坦化膜140を形成している。その平坦化膜140の上
層には、CCDイメージセンサの製造方法において良く
知られた方法によりカラーフィルタ150、オンチップ
マイクロレンズ151が形成されている。
FIG. 13 is a diagram showing an example of a cross section of a CMOS image sensor. In the CMOS image sensor shown in FIG. 13, the photo sensor 20 is formed on the substrate 10, and the wirings 131, 132, 133 are embedded in the insulating film.
Is formed, a PSG film or a silicon nitride film is formed after the final wiring step, and the flattening film 140 is formed by flattening by CMP or the like. On the upper layer of the flattening film 140, a color filter 150 and an on-chip microlens 151 are formed by a method well known in the method of manufacturing a CCD image sensor.

【0005】図14を参照して、従来技術における平坦
化膜形成後の製造工程について説明する。ここでは、平
坦化膜140の下に形成されている配線等は図示しな
い。初めに、図14(a)に示すように、平坦化膜14
0上に、例えば感光性を有する着色樹脂をリソグラフィ
ーの手法によりカラーフィルタパターンにすることで、
カラーフィルタ150を形成する。具体的には、感光性
を有し顔料を分散させた着色樹脂を塗布し、90℃から
100℃の温度のホットプレートにて90秒から120
秒の間でベーク後、i線ステッパーを用いて露光を行
い、TMAH(テトラメチルジシラザン)水溶液などの
アルカリ現像液にて現像後、100℃から120℃の温
度のホットプレートにて90秒から120秒の間で硬化
を行うことを必要回数繰り返して形成される。例えば原
色タイプのイメージセンサであれば、赤、青、緑の3回
繰り返し、補色タイプのイメージセンサであれば、シア
ン、マゼンタ、イエロー、緑の4回繰り返す。
With reference to FIG. 14, a manufacturing process after forming a planarizing film in the conventional technique will be described. Here, the wiring and the like formed under the planarization film 140 are not shown. First, as shown in FIG.
0, for example, a colored resin having photosensitivity is formed into a color filter pattern by a lithographic method.
The color filter 150 is formed. Specifically, a coloring resin having photosensitivity and dispersed with a pigment is applied, and a hot plate at a temperature of 90 ° C. to 100 ° C. is applied for 90 seconds to 120 seconds.
After baking for 2 seconds, exposure is performed using an i-line stepper, development is performed with an alkali developing solution such as TMAH (tetramethyldisilazane) aqueous solution, and after 90 seconds on a hot plate at a temperature of 100 ° C to 120 ° C. It is formed by repeating curing for 120 seconds as many times as necessary. For example, a primary color type image sensor repeats red, blue and green three times, and a complementary color type image sensor repeats cyan, magenta, yellow and green four times.

【0006】次に、図14(b)に示すように、例えば
ポリスチレン系樹脂を用いた透明な感光性樹脂を塗布し
透明有機系膜151’を形成する。この透明有機系膜1
51’はレンズ材となる。
Next, as shown in FIG. 14B, a transparent photosensitive resin such as polystyrene resin is applied to form a transparent organic film 151 '. This transparent organic film 1
51 'is a lens material.

【0007】次に、図14(c)に示すように、感光性
樹脂を塗布後、フォトリソグラフィーの手法及び熱リフ
ローによりマイクロレンズ形状の感光性樹脂Rを形成す
る。熱リフローは、最適なレンズ形状を得るために、例
えば150℃から180℃の温度により120秒から2
40秒の間で行われる。
Next, as shown in FIG. 14 (c), after coating the photosensitive resin, a microlens-shaped photosensitive resin R is formed by a photolithography technique and thermal reflow. Thermal reflow is performed for 120 seconds to 2 seconds at a temperature of, for example, 150 ° C to 180 ° C to obtain an optimum lens shape.
It takes place in 40 seconds.

【0008】最後に、酸素プラズマを用いた異方性プラ
ズマドライエッチングにより、図14(c)で形成した
感光性樹脂Rのマイクロレンズ形状をレンズ材である透
明有機系膜151’に転写をすることで、オンチップマ
イクロレンズ151を形成し、図14(d)の構造を得
る。
Finally, by anisotropic plasma dry etching using oxygen plasma, the microlens shape of the photosensitive resin R formed in FIG. 14C is transferred to the transparent organic film 151 'which is a lens material. As a result, the on-chip microlens 151 is formed, and the structure of FIG. 14D is obtained.

【0009】図13に示した従来例においては、カラー
フィルタ150の下端、平坦化膜140の上面からオン
チップマイクロレンズ151下端までの距離L1は2.
5μmから3μmある。この距離L1は、CMOSイメ
ージセンサとCCDイメージセンサとでほとんど差がな
い。
In the conventional example shown in FIG. 13, the distance L1 from the lower end of the color filter 150 and the upper surface of the flattening film 140 to the lower end of the on-chip microlens 151 is 2.
It is from 5 μm to 3 μm. This distance L1 has almost no difference between the CMOS image sensor and the CCD image sensor.

【0010】しかしながら、CMOSイメージセンサは
一つのフォトセンサに対し数個のトランジスタを有して
おり、そのために多層の配線131,132,133を
フォトセンサ20上に形成する必要があり、フォトセン
サ20からカラーフィルタ150の下端、平坦化膜14
0上面までの距離L2が長くなってしまう。
However, since the CMOS image sensor has several transistors for one photosensor, it is necessary to form the multi-layered wirings 131, 132, 133 on the photosensor 20. From the lower end of the color filter 150, the flattening film 14
0 The distance L2 to the upper surface becomes long.

【0011】CCDイメージセンサでは、その距離L2
は2.3μmであるが、CMOSイメージセンサでは5
μm以上になる。結果として、フォトセンサ20からオ
ンチップマイクロレンズ151までの距離、いわゆる層
厚L3が厚くなってしまう。CMOSイメージセンサも
CCDイメージセンサと同様に、今後画素サイズの縮小
が進むことは容易に予想されるが、MOSメモリプロセ
スを流用して製造されるCMOSイメージセンサは、プ
ロセスが進むほど配線構造が複雑になることもあり、こ
の層厚L3を薄くすることは容易でない。
In the CCD image sensor, the distance L2
Is 2.3 μm, but 5 for CMOS image sensors
More than μm. As a result, the distance from the photosensor 20 to the on-chip microlens 151, that is, the so-called layer thickness L3 becomes large. Similar to the CCD image sensor, it is easily expected that the pixel size of the CMOS image sensor will decrease in the future, but the CMOS image sensor manufactured by utilizing the MOS memory process has a complicated wiring structure as the process progresses. Therefore, it is not easy to reduce the layer thickness L3.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】従って、画素サイズと
層厚とのアスペクト比は大きくなるばかりである。その
結果、カメラレンズのF値が小さいときのようにイメー
ジセンサへの斜め入射光L2が増加した場合に、図15
に示すようにフォトセンサ20に光が集光しない状況が
発生してくる。
Therefore, the aspect ratio between the pixel size and the layer thickness is only increasing. As a result, when the oblique incident light L2 to the image sensor is increased as in the case where the F-number of the camera lens is small, FIG.
As shown in, a situation occurs in which light is not condensed on the photo sensor 20.

【0013】また、CMOSイメージセンサはユニット
セル面積に対するフォトセンサ20の開口率も低い上
に、図13に示されるように最上層まで配線が開口Cの
ぎりぎりに迫っている場合が多く、オンチップマイクロ
レンズ151により集光された入射光L1が配線133
により遮られてしまう。
In addition, the CMOS image sensor has a low aperture ratio of the photosensor 20 to the unit cell area, and in many cases, the wiring is close to the opening C to the uppermost layer as shown in FIG. The incident light L1 collected by the microlens 151 is the wiring 133.
Will be blocked by.

【0014】このとき集光された光が配線により遮られ
なくするために、図16のようにフォトセンサ20から
更に離れた位置にオンチップマイクロレンズ151aを
形成することも考えられるが、この場合、先ほど述べた
場合と同様に画素サイズと層厚とのアスペクト比が更に
大きくなり、カメラレンズのF値が小さいときのように
イメージセンサへの斜め入射光L2が増加した場合にフ
ォトセンサ20に光が集光しない状況が発生する。
In order to prevent the light condensed at this time from being blocked by the wiring, it is conceivable to form an on-chip microlens 151a at a position further away from the photosensor 20 as shown in FIG. As in the case described above, when the aspect ratio between the pixel size and the layer thickness is further increased and the oblique incident light L2 to the image sensor is increased, as in the case where the F value of the camera lens is small, the photo sensor 20 has A situation occurs where light is not collected.

【0015】カメラレンズのF値によらず入射光をフォ
トセンサ20へ集光させるためには、オンチップマイク
ロレンズ151の曲率半径は小さいほうが良く、そのた
めには、フォトセンサ20からオンチップマイクロレン
ズ151までの距離は短くする必要がある。しかしなが
ら、CMOSイメージセンサにおいては、フォトセンサ
20の周辺の上層に形成される多層配線の存在により、
入射光が配線により遮られることなくフォトセンサ20
に集光する状態を保ちながらオンチップマイクロレンズ
151の位置を下げることには限界がある。
In order to focus incident light on the photosensor 20 regardless of the F value of the camera lens, it is preferable that the radius of curvature of the on-chip microlens 151 is small. The distance to 151 needs to be short. However, in the CMOS image sensor, due to the presence of the multilayer wiring formed in the upper layer around the photo sensor 20,
The photo sensor 20 without the incident light being blocked by the wiring
There is a limit to lowering the position of the on-chip microlens 151 while maintaining the state of condensing light on the.

【0016】このように、CMOSイメージセンサにお
いては、全ての入射光をフォトセンサに集光させること
が困難であり、結果的にデバイス感度の低下を招いてい
る。そこで、入射光を効率良くフォトセンサに導くよう
なデバイス構造とその製造方法が望まれている。
As described above, in the CMOS image sensor, it is difficult to collect all the incident light on the photo sensor, and as a result, the device sensitivity is lowered. Therefore, a device structure and a manufacturing method thereof that efficiently guide the incident light to the photosensor are desired.

【0017】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、集光率を向上させて感度の向上を
図ることができる固体撮像装置およびその製造方法を提
供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state image pickup device capable of improving the light collection rate and the sensitivity, and a manufacturing method thereof. .

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の固体撮像装置は、基板に形成され、入射光
量に応じた電荷を生成する受光部と、前記受光部の上層
に形成され、第1の屈折率をもち入射した光を前記受光
部へ集光し得るように光の入射側に曲面をもつ第1のレ
ンズと、前記第1のレンズ上に形成され、前記第1の屈
折率より大きい第2の屈折率をもち、入射した光を前記
第1のレンズへ集光する第2のレンズとを有する。
In order to achieve the above-mentioned object, a solid-state image pickup device of the present invention is formed on a substrate and formed on a light receiving portion for generating electric charges according to the amount of incident light and on an upper layer of the light receiving portion. A first lens having a curved surface on the light incident side so that incident light having a first refractive index can be condensed on the light receiving portion; and the first lens formed on the first lens. A second lens having a second refractive index larger than the refractive index of 1 to collect incident light to the first lens.

【0019】前記第2のレンズは、入射した光を前記第
1のレンズへ集光する曲率に形成されている。
The second lens is formed to have a curvature for condensing incident light on the first lens.

【0020】前記第2のレンズは、所定の波長領域の光
を透過するフィルタ機能を有する。あるいは、前記第1
のレンズは、所定の波長領域の光を透過するフィルタ機
能を有する。あるいは、前記第1のレンズの下層に形成
され、所定の波長領域の光を透過するカラーフィルタを
有する。
The second lens has a filter function of transmitting light in a predetermined wavelength range. Alternatively, the first
The lens has a filter function of transmitting light in a predetermined wavelength range. Alternatively, it has a color filter formed under the first lens and transmitting light in a predetermined wavelength range.

【0021】上記の本発明の固体撮像装置では、第2の
レンズに入射光が入射すると、当該入射光は第1のレン
ズに集光される。第1のレンズは、第2のレンズに比し
て屈折率が小さいことから、第1のレンズの曲面、すな
わち、第2のレンズとの界面において、第2のレンズに
より集光された入射光は、その焦点距離が長くなる方へ
屈折して受光部へ集光するように入射光路が変えられる
ことで、入射光が受光部へ集光される。このように、第
2のレンズにより第1のレンズへ入射光を集光し、第1
のレンズにより受光部へ入射光を集光するようにするこ
とで、第2のレンズは、第1のレンズへの集光の機能を
持たせるだけで良いため、焦点距離の短いレンズ、すな
わち、曲率半径の小さいレンズで形成される。
In the above solid-state image pickup device of the present invention, when incident light is incident on the second lens, the incident light is condensed on the first lens. Since the refractive index of the first lens is smaller than that of the second lens, the incident light condensed by the second lens at the curved surface of the first lens, that is, the interface with the second lens. The incident light path is changed so that the light is refracted toward the longer focal length and is condensed on the light receiving portion, so that the incident light is condensed on the light receiving portion. In this way, the second lens collects the incident light on the first lens,
Since the second lens only needs to have the function of condensing the first lens by condensing the incident light to the light receiving section by the lens of, the lens having a short focal length, that is, It is formed of a lens having a small radius of curvature.

【0022】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の固体撮像装置の製造方法は、基板に受光部を形成す
る工程と、前記受光部の上層に、第1の屈折率をもち入
射した光を前記受光部へ集光し得るように光の入射側に
曲面をもつ第1のレンズを形成する工程と、前記第1の
レンズ上に、前記第1の屈折率より大きい第2の屈折率
をもち、入射した光を前記第1のレンズへ集光し得る第
2のレンズを形成する工程とを有する。
Further, in order to achieve the above object, in the method for manufacturing a solid-state image pickup device of the present invention, a step of forming a light receiving portion on a substrate, and an incident light having a first refractive index on the upper layer of the light receiving portion. Forming a first lens having a curved surface on the incident side of the light so that the light can be condensed on the light receiving section; and a second refraction having a refractive index larger than the first refractive index on the first lens. Forming a second lens having a refractive index and capable of condensing incident light to the first lens.

【0023】前記第2のレンズを形成する工程におい
て、顔料を分散させた着色樹脂をレンズ形状にパターニ
ングして形成する。あるいは、前記第1のレンズを形成
する工程において、顔料を分散させた着色樹脂をレンズ
形状にパターニングして形成する。あるいは、前記受光
部を形成する工程の後、前記第1のレンズを形成する工
程の前に、所定の波長領域の光を透過するカラーフィル
タを形成する工程をさらに有する。
In the step of forming the second lens, a colored resin in which a pigment is dispersed is patterned into a lens shape to be formed. Alternatively, in the step of forming the first lens, a colored resin in which a pigment is dispersed is patterned into a lens shape to be formed. Alternatively, after the step of forming the light receiving portion and before the step of forming the first lens, the method further includes the step of forming a color filter that transmits light in a predetermined wavelength region.

【0024】上記の本発明の固体撮像装置の製造方法で
は、受光部の上層に、第1の屈折率をもち入射した光を
受光部へ集光し得るように光の入射側に曲面をもつ第1
のレンズを形成し、第1のレンズ上に、第1の屈折率よ
り大きい第2の屈折率をもち、入射した光を前記第1の
レンズへ集光し得る第2のレンズを形成することで、上
述した作用を有する固体撮像装置が製造され、焦点距離
の短い、すなわち、曲率半径の小さい第2のレンズが形
成される。
In the above-described method for manufacturing a solid-state image pickup device of the present invention, a curved surface is provided on the light-incident side of the light-receiving portion so that the light having the first refractive index and incident on the light-receiving portion can be condensed. First
And forming a second lens on the first lens, the second lens having a second refractive index higher than the first refractive index and capable of condensing incident light to the first lens. Then, the solid-state imaging device having the above-described operation is manufactured, and the second lens having a short focal length, that is, a small radius of curvature is formed.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の固体撮像装置お
よびその製造方法の実施の形態について、図面を参照し
て説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a solid-state image pickup device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】第1実施形態 図1に、本実施形態に係るCMOS型の固体撮像装置の
構成の一例を示す。図1に示す固体撮像装置1は、光電
変換を行うフォトダイオード(即ち、pn接合型のフォ
トセンサ)2と、画素を選択する例えばMOSトランジ
スタからなる垂直選択用スイッチ素子4と、例えばMO
Sトランジスタからなる読み出し用スイッチ素子3とに
よって構成された単位画素5が、マトリックス状に複数
配列されてなる撮像領域と、各行毎に垂直選択用スイッ
チ素子4の制御電極(ゲート電極)が共通に接続された
垂直選択線SVLに垂直走査パルスφV(φV1,・・
・φVm,・・・φVm+k,・・・)を出力する垂直
走査回路6と、各列毎に読み出し用スイッチ素子3の主
電極が共通に接続された垂直信号線VLと、各列毎に垂
直選択用スイッチ素子4の主電極に接続された読み出し
パルス線RLと、垂直信号線VLと水平信号線HLに主
電極が接続された例えばMOSトランジスタからなる水
平スイッチ素子7と、水平スイッチ素子7の制御電極と
読み出しパルス線RLに接続された水平走査回路8と、
水平信号線HLに接続されたアンプ9により構成されて
いる。
First Embodiment FIG. 1 shows an example of the configuration of a CMOS type solid-state imaging device according to this embodiment. A solid-state image pickup device 1 shown in FIG. 1 includes a photodiode (that is, a pn junction type photosensor) 2 that performs photoelectric conversion, a vertical selection switch element 4 that includes, for example, a MOS transistor that selects a pixel, and an MO transistor, for example.
A unit pixel 5 composed of an S-transistor read-out switching element 3 is arranged in a matrix, and an imaging region and a control electrode (gate electrode) of the vertical selection switching element 4 are commonly provided for each row. A vertical scanning pulse φV (φV1, ...
.Phi.Vm, ... .phi.Vm + k, ...), A vertical signal line VL to which the main electrode of the read switch element 3 is commonly connected for each column, and a vertical signal line for each column The read pulse line RL connected to the main electrode of the selection switch element 4, the horizontal switch element 7 formed of, for example, a MOS transistor having main electrodes connected to the vertical signal line VL and the horizontal signal line HL, and the horizontal switch element 7 A horizontal scanning circuit 8 connected to the control electrode and the read pulse line RL;
The amplifier 9 is connected to the horizontal signal line HL.

【0027】各単位画素5では、読み出し用スイッチ素
子3の一方の主電極が、フォトセンサ2に接続され、他
方の主電極が垂直信号線VLに接続されている。また、
垂直選択用スイッチ素子4の一方の主電極が、読み出し
用スイッチ素子3の制御電極に接続され、その他方の主
電極が読み出しパルス線RLに接続され、その制御電極
が垂直選択線SVLに接続されている。
In each unit pixel 5, one main electrode of the read switch element 3 is connected to the photo sensor 2, and the other main electrode is connected to the vertical signal line VL. Also,
One main electrode of the vertical selection switch element 4 is connected to the control electrode of the read switch element 3, the other main electrode is connected to the read pulse line RL, and the control electrode thereof is connected to the vertical select line SVL. ing.

【0028】水平走査回路8から各水平スイッチ素子7
の制御電極に水平走査パルスφH(φH1,・・・φH
n,・・・φHn+1,・・・)が供給されるととも
に、各読み出しパルス線RLに水平読み出しパルスφH
R (φHR 1,・・・φHR n,・・・φHR n+1,
・・・)が供給される。
From the horizontal scanning circuit 8 to each horizontal switching element 7
Horizontal scanning pulse φH (φH1, ... φH
n, ... φHn + 1, ...) is supplied, and a horizontal read pulse φH is supplied to each read pulse line RL.
R (φH R 1, ... φH R n, ... φH R n + 1,
...) is supplied.

【0029】この固体撮像装置1の基本動作は、次のよ
うになる。垂直走査回路6からの垂直走査パルスφVm
と、水平走査回路8からの読み出しパルスφHR nを受
けた垂直選択用スイッチ素子4が、それらのパルスφV
m,φHR nの積のパルスを作り、この積のパルスで読
み出し用スイッチ素子3の制御電極を制御して、フォト
センサ2で光電変換された信号電荷を垂直信号線VLに
読み出す。この信号電荷は、水平映像期間中に、水平走
査回路8からの水平走査パルスφHにより制御された水
平スイッチ素子7を通して水平信号線HLに出力され、
これに接続されたアンプ9により信号電圧に変換されて
出力される。
The basic operation of the solid-state image pickup device 1 is as follows. Vertical scanning pulse φVm from vertical scanning circuit 6
And the vertical selection switch element 4 which has received the read pulse φH R n from the horizontal scanning circuit 8 receives those pulses φV.
A pulse of the product of m and φH R n is generated, and the control electrode of the read switch element 3 is controlled by this pulse of the product to read the signal charge photoelectrically converted by the photosensor 2 to the vertical signal line VL. This signal charge is output to the horizontal signal line HL through the horizontal switch element 7 controlled by the horizontal scanning pulse φH from the horizontal scanning circuit 8 during the horizontal video period,
The signal is converted into a signal voltage by the amplifier 9 connected to this and output.

【0030】尚、上記の例では、単位画素内に2つのト
ランジスタを有する例について説明したが、これに限ら
れず、単位画素内に5つのトランジスタを有するもの
等、様々なタイプのものが存在する。
In the above example, an example in which two transistors are included in the unit pixel has been described. However, the present invention is not limited to this, and there are various types such as one having five transistors in the unit pixel. .

【0031】図2に、上記のフォトセンサ2およびその
上層構成を示す断面図を示す。図2に示すように、例え
ば、酸化シリコン等からなる素子分離絶縁膜11により
画素分離されたp型の半導体基板10の活性領域に、n
型不純物を含有するn型半導体領域12が形成され、当
該n型半導体領域12とp型の半導体基板10との間で
pn接合を形成してなるフォトセンサ2が構成されてい
る。
FIG. 2 is a sectional view showing the photosensor 2 and its upper layer structure. As shown in FIG. 2, n is formed in the active region of the p-type semiconductor substrate 10 which is pixel-separated by the element isolation insulating film 11 made of, for example, silicon oxide.
An n-type semiconductor region 12 containing a type impurity is formed, and a photosensor 2 is formed by forming a pn junction between the n-type semiconductor region 12 and the p-type semiconductor substrate 10.

【0032】画素分離された半導体基板10の他の部分
において、フォトセンサ2のn型半導体領域12と同時
に形成されたn型半導体領域12’が形成されており、
当該n型半導体領域12,12’間における半導体基板
10上には、酸化シリコン等からなるゲート絶縁膜とポ
リシリコン等からなるゲート電極が積層形成されて構成
されるnMOSトランジスタからなる読み出し用スイッ
チ素子3が形成されている。なお、図示しない領域にお
いて、他のトランジスタ等が形成されている。
An n-type semiconductor region 12 'formed at the same time as the n-type semiconductor region 12 of the photosensor 2 is formed in another portion of the semiconductor substrate 10 in which pixels are separated,
On the semiconductor substrate 10 between the n-type semiconductor regions 12 and 12 ', a read switch element composed of an nMOS transistor configured by laminating and forming a gate insulating film made of silicon oxide or the like and a gate electrode made of polysilicon or the like. 3 is formed. Note that other transistors and the like are formed in a region (not shown).

【0033】フォトセンサ2および読み出し用スイッチ
素子3を被覆して、酸化シリコン等からなる絶縁膜13
が形成され、当該絶縁膜13上には、フォトセンサ2上
方に開口を有するチタン等からなる遮光膜14が形成さ
れている。遮光膜14および絶縁膜13を被覆して、酸
化シリコン等からなる第1の層間絶縁膜21が形成さ
れ、さらに同様にして、酸化シリコン等からなる第2の
層間絶縁膜22が形成されている。
An insulating film 13 made of silicon oxide or the like is formed to cover the photosensor 2 and the read switch element 3.
And a light shielding film 14 made of titanium or the like having an opening above the photosensor 2 is formed on the insulating film 13. A first interlayer insulating film 21 made of silicon oxide or the like is formed so as to cover the light shielding film 14 and the insulating film 13, and in the same manner, a second interlayer insulating film 22 made of silicon oxide or the like is formed. .

【0034】第2の層間絶縁膜22上には、チタンある
いは窒化チタン等からなるバリアメタル31bに挟まれ
た銅やシリコンを含有するアルミニウム配線31a等か
らなる第1の配線31が形成されている。
On the second interlayer insulating film 22, a first wiring 31 composed of an aluminum wiring 31a containing copper or silicon sandwiched between barrier metals 31b composed of titanium or titanium nitride is formed. .

【0035】第2の層間絶縁膜22および第1の配線3
1を被覆して全面に、酸化シリコン等からなる第3の層
間絶縁膜23および第4の層間絶縁膜24が形成されて
おり、当該第4の層間絶縁膜24上には、チタンあるい
は窒化チタン等からなるバリアメタル32bに挟まれた
銅やシリコンを含有するアルミニウム配線32a等から
なる第2の配線32が形成されている。
Second interlayer insulating film 22 and first wiring 3
A third interlayer insulating film 23 and a fourth interlayer insulating film 24, which are made of silicon oxide or the like, are formed on the entire surface of the first interlayer insulating film 24 by covering the first interlayer insulating film 24 with titanium or titanium nitride. A second wiring 32 made of an aluminum wiring 32a containing copper or silicon and sandwiched between barrier metals 32b made of, for example, is formed.

【0036】第4の層間絶縁膜24および第2の配線3
2を被覆して全面に、酸化シリコン等からなる第5の層
間絶縁膜25および第6の層間絶縁膜26が形成されて
おり、当該第6の層間絶縁膜26上には、チタンあるい
は窒化チタン等からなるバリアメタル33bに挟まれた
銅やシリコンを含有するアルミニウム配線33a等から
なる第3の配線33が形成されている。
Fourth interlayer insulating film 24 and second wiring 3
A fifth interlayer insulating film 25 and a sixth interlayer insulating film 26 made of silicon oxide or the like are formed on the entire surface by covering the second interlayer insulating film 26, and titanium or titanium nitride is formed on the sixth interlayer insulating film 26. A third wiring 33 made of an aluminum wiring 33a containing copper or silicon and sandwiched between barrier metals 33b made of, for example, is formed.

【0037】このようにして、半導体基板10に形成さ
れたフォトセンサ2や読み出し用スイッチ素子3および
その他のトランジスタの上層には、多層配線が形成され
ている。なお、必要に応じて、層間絶縁膜に形成された
コンタクトホールを通じて、各配線31,32,33間
は、電気的に接続されている。本実施形態では、一例と
して、第1の配線31、第2の配線32、第3の配線3
3の3層配線の例を示してあるが、これに限定されるも
のではない。
In this way, multilayer wiring is formed on the photosensor 2, the read switch element 3, and the other transistors formed on the semiconductor substrate 10. The wirings 31, 32, and 33 are electrically connected to each other through a contact hole formed in the interlayer insulating film, if necessary. In the present embodiment, as an example, the first wiring 31, the second wiring 32, and the third wiring 3
Although the example of the three-layer wiring of No. 3 is shown, the present invention is not limited to this.

【0038】第3の配線33および第6の層間絶縁膜2
6を被覆して全面に、酸化シリコン等からなる第7の層
間絶縁膜27が形成されており、当該第7の層間絶縁膜
27を被覆して、表面が平坦化されたPSG(Phosphosi
licate glass) 膜や窒化シリコン膜等からなる平坦化膜
40が形成されている。
Third wiring 33 and sixth interlayer insulating film 2
6, a seventh interlayer insulating film 27 made of silicon oxide or the like is formed on the entire surface, and the PSG (Phosphosi) having the surface flattened by covering the seventh interlayer insulating film 27 is formed.
A flattening film 40 made of a duplicate glass) film or a silicon nitride film is formed.

【0039】平坦化膜40上には、第1マイクロレンズ
51が形成され、当該第1マイクロレンズ51上には、
第2マイクロレンズ52が形成されている。第1マイク
ロレンズ51は、第2マイクロレンズ52より低い屈折
率を有する材料により構成され、例えば屈折率が1.5
程度のBPSG(Borophosphosilicate glass)膜で形成
されている。第2マイクロレンズ52は、比較的屈折率
の高い有機材料、例えばポリイミド樹脂で形成され、こ
のポリイミド樹脂の光に対する屈折率データは図3に示
すようなものであり、当該屈折率は通常のレンズ材とし
て用いられる有機材料の約1.6よりも高く1.8程度
ある。また、第2マイクロレンズ52は、顔料が分散さ
れて着色されており、カラーフィルタの機能も持つ。
A first microlens 51 is formed on the flattening film 40, and on the first microlens 51,
The second microlens 52 is formed. The first microlens 51 is made of a material having a lower refractive index than the second microlens 52, and has a refractive index of 1.5, for example.
It is formed of a BPSG (Borophosphosilicate glass) film. The second microlens 52 is formed of an organic material having a relatively high refractive index, for example, a polyimide resin. The refractive index data of the polyimide resin for light is as shown in FIG. 3, and the refractive index is a normal lens. It is about 1.8, which is higher than about 1.6 of organic materials used as materials. Further, the second microlens 52 is colored by dispersing a pigment, and also has a function of a color filter.

【0040】次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装
置の製造方法について、図4から図7を用いて説明す
る。ここで説明する例は、原色タイプのCMOSイメー
ジセンサで赤、緑、青の3色のカラーフィルタを必要と
する場合である。
Next, a method of manufacturing the solid-state image pickup device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. The example described here is a case where a primary color type CMOS image sensor requires three color filters of red, green and blue.

【0041】まず、一般的なCMOSイメージセンサの
形成と同様に、CMOS技術を用いて、半導体基板10
にフォトセンサ2を構成するn型半導体領域12や他の
トランジスタのソース・ドレイン領域等の各種半導体領
域を形成し、半導体基板10上にゲート絶縁膜およびゲ
ート電極を形成することで、半導体基板に複数のトラン
ジスタを形成した後、層間絶縁膜の堆積工程および配線
形成工程を繰り返すことにより、層間絶縁膜21〜27
内に配線31,32,33を形成する。
First, similar to the formation of a general CMOS image sensor, the semiconductor substrate 10 is formed by using CMOS technology.
Various semiconductor regions such as the n-type semiconductor region 12 constituting the photosensor 2 and the source / drain regions of other transistors are formed on the semiconductor substrate 10, and a gate insulating film and a gate electrode are formed on the semiconductor substrate 10 to form a semiconductor substrate. After forming the plurality of transistors, the interlayer insulating film deposition step and the wiring forming step are repeated, whereby the interlayer insulating films 21 to 27 are formed.
Wirings 31, 32 and 33 are formed therein.

【0042】そして、図4(a)に示すように、最上層
の第7の層間絶縁膜27を形成後、窒化シリコン等を堆
積させてCMPなどにより平坦化することで平坦化膜4
0を形成する。但し、ここでは平坦化膜40の下に形成
されている配線等は図示していない。その平坦化膜40
上に屈折率が1.5程度の例えばBPSG膜等をCVD
法により1から2μm程度堆積させて、第1マイクロレ
ンズ用層510を形成する。
Then, as shown in FIG. 4A, after forming the uppermost seventh interlayer insulating film 27, silicon nitride or the like is deposited and flattened by CMP or the like to form the flattening film 4.
Form 0. However, the wiring and the like formed under the flattening film 40 are not shown here. The flattening film 40
For example, a BPSG film having a refractive index of about 1.5 is formed by CVD.
The first microlens layer 510 is formed by depositing about 1 to 2 μm by the method.

【0043】次に、図4(b)に示すように、第1マイ
クロレンズ用層510上に感光性樹脂を塗布後、フォト
リソグラフィーの手法及び熱リフローによりマイクロレ
ンズ形状の感光性樹脂R1を形成する。熱リフローは、
最適なレンズ形状を得るために、例えば150℃から1
80℃の温度により120秒から240秒の間で行われ
る。
Next, as shown in FIG. 4B, after the photosensitive resin is applied on the first microlens layer 510, the microlens-shaped photosensitive resin R1 is formed by a photolithography technique and thermal reflow. To do. Thermal reflow,
To obtain the optimum lens shape, for example, from 150 ℃ to 1
It is carried out at a temperature of 80 ° C. for 120 to 240 seconds.

【0044】次に、図4(c)に示すように、異方性プ
ラズマドライエッチングにより図4(b)で形成した感
光性樹脂R1のマイクロレンズ形状を第1マイクロレン
ズレンズ用層510に転写し、第1マイクロレンズ51
を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, the microlens shape of the photosensitive resin R1 formed in FIG. 4B by anisotropic plasma dry etching is transferred to the first microlens lens layer 510. Then, the first microlens 51
To form.

【0045】次に、図5(d)に示すように、例えば緑
の顔料を分散させたポリイミド樹脂を塗布して第1カラ
ーフィルタ兼レンズ層521を形成する。ポリイミド樹
脂は、例えば1.8程度の比較的高い屈折率を有する。
図3にポリイミド樹脂の波長に対する屈折率データの一
例を示したが、屈折率は材料の組成を変更することによ
り調整が可能である。
Next, as shown in FIG. 5D, for example, a polyimide resin in which a green pigment is dispersed is applied to form a first color filter / lens layer 521. The polyimide resin has a relatively high refractive index of, for example, about 1.8.
FIG. 3 shows an example of the refractive index data with respect to the wavelength of the polyimide resin, but the refractive index can be adjusted by changing the composition of the material.

【0046】次に、図5(e)に示すように、緑のカラ
ーフィルタを必要とする画素の第1カラーフィルタ兼レ
ンズ層521上にプラズマドライエッチング耐性の高い
ポジ型フォトレジストR2をフォトリソグラフィーの手
法を用いてパターニングした後に、当該フォトレジスト
R2をマスクとして異方性プラズマドライエッチングを
行うことにより、第1カラーフィルタ兼レンズ層521
をパターニング形成する。
Next, as shown in FIG. 5E, a positive photoresist R2 having a high plasma dry etching resistance is photolithographically formed on the first color filter / lens layer 521 of the pixel requiring the green color filter. After patterning by using the method described above, anisotropic plasma dry etching is performed using the photoresist R2 as a mask, whereby the first color filter / lens layer 521 is formed.
Is patterned.

【0047】次に、図5(f)に示すように、エッチン
グマスクとして用いたポジ型フォトレジストR2をMM
P(メチルメトキシプロピオネート)などの溶剤により
除去する。
Next, as shown in FIG. 5F, the positive photoresist R2 used as the etching mask is replaced with MM.
Remove with a solvent such as P (methyl methoxypropionate).

【0048】次に、図6(g)に示すように、図5
(d)から5(f)と同様の手法で、例えば赤の顔料を
分散させたポリイミド樹脂を塗布して第2カラーフィル
タ兼レンズ層522を形成し、1色目の緑と2色目の赤
のカラーフィルタ以外のカラーフィルタを必要とする画
素の第2カラーフィルタ兼レンズ層522を除去する。
Next, as shown in FIG.
In the same manner as in (d) to 5 (f), for example, a polyimide resin in which a red pigment is dispersed is applied to form a second color filter / lens layer 522, and the first color of green and the second color of red are formed. The second color filter / lens layer 522 of the pixel that requires a color filter other than the color filter is removed.

【0049】次に、図6(h)に示すように、3色目の
青の顔料を分散させたポリイミド樹脂を塗布して第3カ
ラーフィルタ兼レンズ層523を形成する。ここで、4
色のカラーフィルタが必要な場合は、図5(d)から
(f)と同様の手法で1、2、3色目以外のカラーフィ
ルタを必要とする画素のポリイミド樹脂を除去をした後
に4色目のポリイミド樹脂を塗布する。
Next, as shown in FIG. 6H, a third color filter / lens layer 523 is formed by applying a polyimide resin in which a third color blue pigment is dispersed. Where 4
When a color filter for each color is required, the polyimide resin of the pixel requiring a color filter other than the first, second, and third colors is removed by the same method as in FIGS. Apply polyimide resin.

【0050】次に、図7(i)に示すように、感光性樹
脂を塗布後、フォトリソグラフィーの手法及び熱リフロ
ーによりマイクロレンズ形状の感光性樹脂R3を形成す
る。熱リフローは、最適なレンズ形状を得るために、例
えば150℃から180℃の温度により120秒から2
40秒の間で行われる。
Next, as shown in FIG. 7I, after the photosensitive resin is applied, a microlens-shaped photosensitive resin R3 is formed by a photolithography technique and thermal reflow. Thermal reflow is performed for 120 seconds to 2 seconds at a temperature of, for example, 150 ° C to 180 ° C to obtain an optimum lens shape.
It takes place in 40 seconds.

【0051】次に、図7(j)に示すように、異方性プ
ラズマドライエッチングにより図7(i)で形成した感
光性樹脂R3のマイクロレンズ形状をカラーフィルタ兼
レンズ層521,522,523に転写し、第2マイク
ロレンズ52を形成する。このときの異方性プラズマド
ライエッチングは、感光性樹脂R3とカラーフィルタ兼
レンズ層521,522,523のエッチング速度が等
しくなるようにガス流量などの条件を調整する。以上に
より、図2に示すような本実施形態に係る固体撮像装置
が製造される。
Next, as shown in FIG. 7 (j), the microlens shape of the photosensitive resin R3 formed in FIG. 7 (i) by anisotropic plasma dry etching is applied to color filter / lens layers 521, 522, 523. And the second microlens 52 is formed. In the anisotropic plasma dry etching at this time, conditions such as a gas flow rate are adjusted so that the photosensitive resin R3 and the color filter / lens layers 521, 522, and 523 have the same etching rate. As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment as shown in FIG. 2 is manufactured.

【0052】上記の本実施形態に係る固体撮像装置で
は、カラーフィルタの機能を持つ第2マイクロレンズ5
2に入射光L1が入射すると、当該入射光L1は第1マ
イクロレンズ51に集光される。このとき、当該第2マ
イクロレンズ52のカラーフィルタ機能により、入射光
L1の所望の波長領域のみが透過することとなる。第1
マイクロレンズ51は、第2マイクロレンズ52に比し
て屈折率が小さいことから、第2マイクロレンズ52に
より集光されてきた入射光L1は、その焦点距離が長く
なる方へ屈折し、フォトセンサ2へ集光するように入射
光路が変えられることで、入射光L1がフォトセンサ2
へ集光されることとなる。
In the solid-state imaging device according to this embodiment described above, the second microlens 5 having the function of a color filter is used.
When the incident light L1 is incident on 2, the incident light L1 is condensed on the first microlens 51. At this time, due to the color filter function of the second microlens 52, only the desired wavelength region of the incident light L1 is transmitted. First
Since the microlens 51 has a smaller refractive index than the second microlens 52, the incident light L1 collected by the second microlens 52 is refracted toward the longer focal length, and the photosensor The incident light path is changed so that the incident light L1 is condensed on the photosensor 2
Will be focused on.

【0053】ここで、第1マイクロレンズ51の大きさ
について言及しておくと、本実施形態の構造では、第1
マイクロレンズ51には第2マイクロレンズ52からの
入射光が十分に集光されてきているので、第1マイクロ
レンズ51は、図2に示されるように画素の大きさとほ
ぼ同等に形成する必要は無い。最上層配線により決定さ
れるフォトセンサ2上層の開口Cとほぼ同等、またはそ
れ以上の大きさがあれば十分である。
Here, referring to the size of the first microlens 51, in the structure of this embodiment,
Since the incident light from the second microlens 52 has been sufficiently condensed on the microlens 51, it is necessary to form the first microlens 51 to have almost the same size as the pixel as shown in FIG. There is no. It suffices if the size is approximately equal to or larger than the opening C in the upper layer of the photosensor 2 determined by the uppermost layer wiring.

【0054】以上のような集光作用を有する本実施形態
に係る固体撮像装置によれば、最上層の第2マイクロレ
ンズ52は、第1マイクロレンズ51への集光の機能を
持たせるだけで良いため、焦点距離の短いレンズ、すな
わち、曲率半径の小さいマイクロレンズとすることがで
き、斜め入射光L2についても効率良くフォトセンサ2
に導くことが可能であることから、カメラレンズのF値
の変化に対する集光の変化を小さく出来る。また、第2
マイクロレンズ52は屈折率が比較的高いため、入射光
L1はより大きく屈折されて、第1マイクロレンズ51
へと集光され、レンズの曲率半径を更に小さくすること
と同等の効果が得られる。
According to the solid-state image pickup device according to the present embodiment having the above-described light condensing action, the second microlens 52 in the uppermost layer has only the function of condensing the first microlens 51. Since it is good, a lens having a short focal length, that is, a microlens having a small radius of curvature can be used, and the photosensor 2 can efficiently perform the oblique incident light L2.
It is possible to reduce the change of the light condensing with respect to the change of the F value of the camera lens. Also, the second
Since the microlens 52 has a relatively high refractive index, the incident light L1 is refracted to a greater extent, and the first microlens 51
The effect is equivalent to that when the radius of curvature of the lens is further reduced.

【0055】更に、第2マイクロレンズ52に顔料を分
散させた着色樹脂を用いることで、以下の効果を有す
る。すなわち、従来において、オンチップマイクロレン
ズ材として使用されたポリスチレン系樹脂は屈折率が約
1.6であるが、一般的に使用されているカラーフィル
タ材料は、屈折率1.6から1.7と必ずしもオンチッ
プマイクロレンズとカラーフィルタの屈折率は同じには
ならず、少なからずその界面での反射、屈折が起こる。
また、オンチップマイクロレンズとカラーフィルタの界
面は必ずしも平面とはならない。このことは、入射光を
効率良く集光させるためのオンチップマイクロレンズの
設計において制御を困難にする要因として働き、入射光
の光路に対してバラツキを与えることとなる。結果とし
て、入射光がフォトセンサに完全に集光しない状態が発
生する。それに比して、本実施形態では、第2マイクロ
レンズ52がカラーフィルタ機能を備えることで、上記
のようなマイクロレンズからの入射光が屈折率の異なる
カラーフィルタにて光路が変化することによる集光効率
の低下を防止できる。
Further, the use of the colored resin in which the pigment is dispersed in the second microlens 52 has the following effects. That is, the polystyrene-based resin used as the on-chip microlens material has a refractive index of about 1.6 in the related art, but the color filter material generally used has a refractive index of 1.6 to 1.7. Therefore, the refractive indexes of the on-chip microlens and the color filter are not always the same, and reflection and refraction occur at the interface to some extent.
Moreover, the interface between the on-chip microlens and the color filter is not necessarily a plane. This acts as a factor that makes control difficult in the design of the on-chip microlens for efficiently collecting the incident light, and causes variations in the optical path of the incident light. As a result, a state occurs in which the incident light is not completely focused on the photo sensor. On the other hand, in the present embodiment, the second microlens 52 has a color filter function, so that the incident light from the microlens as described above changes its optical path by the color filters having different refractive indexes. It is possible to prevent a decrease in light efficiency.

【0056】以上のように、CMOS型の固体撮像装置
において、入射光L1を効率良くフォトセンサ2に導く
ことが可能となり、また、カメラレンズのF値による集
光の変化が少ないため、斜め入射光L2についても効率
良くフォトセンサ2に集光することが可能である。
As described above, in the CMOS type solid-state image pickup device, it is possible to efficiently guide the incident light L1 to the photosensor 2, and since there is little change in the light condensing due to the F value of the camera lens, it is obliquely incident. The light L2 can also be efficiently condensed on the photo sensor 2.

【0057】第2実施形態 第1実施形態では、最上層の第2マイクロレンズ52に
色素を含有するポリイミド樹脂を採用して、カラーフィ
ルタの機能を兼用する例について説明したが、本実施形
態では、第1マイクロレンズ51に顔料を分散させた着
色樹脂を用いてカラーフィルタの機能を兼用する。
Second Embodiment In the first embodiment, an example in which a polyimide resin containing a dye is used for the second microlens 52 in the uppermost layer and also has the function of a color filter has been described. The colored resin in which the pigment is dispersed is also used for the first microlenses 51, and also has the function of the color filter.

【0058】そのため、本実施形態においては、第1マ
イクロレンズは、例えば屈折率が1.6程度のノボラッ
ク系樹脂やアクリル系樹脂に顔料を分散させた着色樹脂
を使用する。なお、平坦化膜40より下層の構成につい
ては第1実施形態と同様である。
Therefore, in this embodiment, the first microlens uses a colored resin in which a pigment is dispersed in a novolac resin or an acrylic resin having a refractive index of about 1.6, for example. The structure of the layer below the flattening film 40 is similar to that of the first embodiment.

【0059】上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製
造方法について、図8から図11を用いて説明する。こ
こでも説明する例は、第1実施形態と同様、原色タイプ
のCMOSイメージセンサで、赤、緑、青の3色のカラ
ーフィルタを必要とする場合である。
A method of manufacturing the solid-state image pickup device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 11. The example described here is a case where a CMOS image sensor of a primary color type requires three color filters of red, green, and blue, as in the first embodiment.

【0060】まず、第1実施形態と同様、一般的なCM
OSイメージセンサの形成と同様に、CMOS技術を用
いて、半導体基板10にフォトセンサ2を構成するn型
半導体領域12や他のトランジスタのソース・ドレイン
領域等の各種半導体領域を形成し、半導体基板10上に
ゲート絶縁膜およびゲート電極を形成することで、半導
体基板に複数のトランジスタを形成した後、層間絶縁膜
の堆積工程および配線形成工程を繰り返すことにより、
層間絶縁膜21〜27内に配線31,32,33を形成
する。
First, as in the first embodiment, a general CM
Similar to the formation of the OS image sensor, the CMOS technology is used to form various semiconductor regions such as the n-type semiconductor region 12 forming the photosensor 2 and the source / drain regions of other transistors on the semiconductor substrate 10 to form a semiconductor substrate. By forming a gate insulating film and a gate electrode on 10 to form a plurality of transistors on the semiconductor substrate, by repeating the step of depositing an interlayer insulating film and the step of forming a wiring,
Wirings 31, 32 and 33 are formed in the interlayer insulating films 21 to 27.

【0061】そして、図8(a)に示すように、最上層
の層間絶縁膜27を形成後、窒化シリコン等を堆積させ
てCMPなどにより平坦化することで平坦化膜40を形
成する。但し、第1実施形態と同様、平坦化膜40の下
に形成されている配線等は図示していない。続いて、平
坦化膜40上に、例えば緑の顔料を分散させたノボラッ
ク系樹脂を塗布して第1カラーフィルタ兼レンズ層51
1を形成する。
Then, as shown in FIG. 8A, after forming the uppermost interlayer insulating film 27, silicon nitride or the like is deposited and flattened by CMP or the like to form a flattening film 40. However, similar to the first embodiment, the wirings and the like formed under the flattening film 40 are not shown. Then, a novolac resin in which, for example, a green pigment is dispersed is applied on the flattening film 40 to form a first color filter / lens layer 51.
1 is formed.

【0062】次に、図8(b)に示すように、緑のカラ
ーフィルタを必要とする画素の第1カラーフィルタ兼レ
ンズ層511上にプラズマドライエッチング耐性の高い
ポジ型フォトレジストR11をフォトリソグラフィーの
手法を用いてパターニングした後に、当該フォトレジス
トR11をマスクとして異方性プラズマドライエッチン
グを行うことにより、第1カラーフィルタ兼レンズ層5
11をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 8B, a positive photoresist R11 having a high plasma dry etching resistance is photolithographically formed on the first color filter / lens layer 511 of the pixel requiring the green color filter. After patterning using the method described above, anisotropic plasma dry etching is performed using the photoresist R11 as a mask, whereby the first color filter / lens layer 5 is formed.
11 is patterned.

【0063】次に、図8(c)に示すように、エッチン
グマスクとして用いたポジ型フォトレジストR11をM
MP(メチルメトキシプロピオネート)などの溶剤によ
り除去する。
Next, as shown in FIG. 8C, the positive photoresist R11 used as the etching mask is replaced with M
It is removed with a solvent such as MP (methyl methoxypropionate).

【0064】次に、図9(d)に示すように、図8
(a)から8(c)と同様の手法で、例えば赤の顔料を
分散させたノボラック系樹脂を塗布して第2カラーフィ
ルタ兼レンズ層512を形成し、1色目の緑と2色目の
赤のカラーフィルタ以外のカラーフィルタを必要とする
画素の第2カラーフィルタ兼レンズ層512を除去す
る。
Next, as shown in FIG.
In the same manner as in (a) to 8 (c), for example, a novolac resin in which a red pigment is dispersed is applied to form the second color filter / lens layer 512, and the first color green and the second color red are formed. The second color filter / lens layer 512 of the pixel requiring a color filter other than the color filter of No. 1 is removed.

【0065】次に、図9(e)に示すように、3色目の
青の顔料を分散させたノボラック系樹脂を塗布して第3
カラーフィルタ兼レンズ層513を形成する。ここで、
4色のカラーフィルタが必要な場合は、図8(a)から
(c)と同様の手法で1、2、3色目以外のカラーフィ
ルタを必要とする画素のカラーフィルタ兼レンズ層を除
去をした後に4色目のカラーフィルタ兼レンズ層を形成
する。
Next, as shown in FIG. 9E, a novolac resin in which a third color blue pigment is dispersed is applied to form a third layer.
A color filter / lens layer 513 is formed. here,
When color filters of four colors are required, the color filter / lens layer of the pixels requiring color filters other than the first, second, and third colors is removed by the same method as in FIGS. 8A to 8C. Later, a color filter / lens layer for the fourth color is formed.

【0066】次に、図10(f)に示すように、感光性
樹脂を塗布後、フォトリソグラフィーの手法及び熱リフ
ローによりマイクロレンズ形状の感光性樹脂R12を形
成する。熱リフローは、最適なレンズ形状を得るため
に、例えば150℃から180℃の温度により120秒
から240秒の間で行われる。
Next, as shown in FIG. 10F, after the photosensitive resin is applied, a microlens-shaped photosensitive resin R12 is formed by a photolithography technique and thermal reflow. The thermal reflow is performed for 120 seconds to 240 seconds at a temperature of, for example, 150 ° C. to 180 ° C. in order to obtain the optimum lens shape.

【0067】次に、図10(g)に示すように、異方性
プラズマドライエッチングにより図10(f)で形成し
た感光性樹脂R12のマイクロレンズ形状をカラーフィ
ルタ兼レンズ層511,512,513に転写し、第1
マイクロレンズ51aを形成する。このときの異方性プ
ラズマドライエッチングは、感光性樹脂R12とカラー
フィルタ兼レンズ層511,512,513のエッチン
グ速度が等しくなるようにガス流量などの条件を調整す
る。
Next, as shown in FIG. 10G, the microlens shape of the photosensitive resin R12 formed in FIG. 10F by anisotropic plasma dry etching is changed to the color filter / lens layers 511, 512, 513. Transferred to the first
The micro lens 51a is formed. In this anisotropic plasma dry etching, conditions such as a gas flow rate are adjusted so that the photosensitive resin R12 and the color filter / lens layers 511, 512, and 513 have the same etching rate.

【0068】次に、図10(h)に示すように、第1マ
イクロレンズ51a上に、屈折率が1.8程度の無色透
明なポリイミド樹脂を1から2μm程度塗布して、第2
マイクロレンズ用層520を形成する。
Next, as shown in FIG. 10 (h), a colorless and transparent polyimide resin having a refractive index of about 1.8 is applied to the first microlenses 51a by about 1 to 2 μm, and then the second microlenses 51a are formed.
A microlens layer 520 is formed.

【0069】次に、図11(i)に示すように、第2マ
イクロレンズ用層520上に感光性樹脂を塗布後、フォ
トリソグラフィーの手法及び熱リフローによりマイクロ
レンズ形状の感光性樹脂R13を形成する。熱リフロー
は、最適なレンズ形状を得るために、例えば150℃か
ら180℃の温度により120秒から240秒の間で行
われる。
Next, as shown in FIG. 11I, after the photosensitive resin is applied on the second microlens layer 520, the microlens-shaped photosensitive resin R13 is formed by the photolithography technique and thermal reflow. To do. The thermal reflow is performed for 120 seconds to 240 seconds at a temperature of, for example, 150 ° C. to 180 ° C. in order to obtain the optimum lens shape.

【0070】次に、図12(j)に示すように、異方性
プラズマドライエッチングにより図12(i)で形成し
た感光性樹脂R13のマイクロレンズ形状を第2マイク
ロレンズ用層520に転写し、第2マイクロレンズ52
aを形成する。以上により、本実施形態に係る固体撮像
装置が製造される。
Next, as shown in FIG. 12 (j), the microlens shape of the photosensitive resin R13 formed in FIG. 12 (i) is transferred to the second microlens layer 520 by anisotropic plasma dry etching. , The second microlens 52
a is formed. As described above, the solid-state imaging device according to this embodiment is manufactured.

【0071】上記の本実施形態に係る固体撮像装置で
は、第1マイクロレンズ51aがカラーフィルタ機能を
有する点以外においては、第1実施形態と同様の作用を
有し、第2マイクロレンズ52aに入射した入射光は、
第1マイクロレンズ51aに集光され、第1マイクロレ
ンズ51aは、第2マイクロレンズ52aに比して屈折
率が小さいことから、第2マイクロレンズ52aにより
集光されてきた入射光L1は、その焦点距離が長くなる
方へ屈折し、フォトセンサ2へ集光するように入射光路
が変えられることで、入射光L1がフォトセンサ2へ集
光されることとなる。
The solid-state image pickup device according to this embodiment described above has the same operation as that of the first embodiment except that the first microlens 51a has a color filter function, and is incident on the second microlens 52a. The incident light is
Since the first microlens 51a has a smaller refractive index than the second microlens 52a, the incident light L1 collected by the second microlens 52a is condensed by the first microlens 51a. The incident light L1 is condensed on the photosensor 2 by changing the incident light path so that the light is refracted toward the longer focal length and is condensed on the photosensor 2.

【0072】従って、本実施形態に係る固体撮像装置に
おいても、第1実施形態と同様の理由から、最上層の第
2マイクロレンズ52aは、第1マイクロレンズ51a
への集光の機能を持たせるだけで良いため、焦点距離の
短い、すなわち、曲率半径の小さいマイクロレンズとす
ることができ、斜め入射光L2についても効率良くフォ
トセンサ2に導くことが可能であることから、カメラレ
ンズのF値の変化に対する集光の変化を小さく出来る。
また、第2マイクロレンズ52aは屈折率が比較的高い
ため、入射光はより大きく屈折されて、第1マイクロレ
ンズ51aへと集光され、レンズの曲率半径を更に小さ
くすることと同等の効果が得られる。
Therefore, also in the solid-state image pickup device according to the present embodiment, for the same reason as in the first embodiment, the uppermost second microlens 52a is the first microlens 51a.
Since a microlens having a short focal length, that is, a small radius of curvature can be provided by only providing a function of condensing light to the photosensor 2, the oblique incident light L2 can be efficiently guided to the photosensor 2. Therefore, it is possible to reduce the change in the light collection with respect to the change in the F value of the camera lens.
Further, since the second microlens 52a has a relatively high refractive index, the incident light is refracted to a greater extent and is condensed on the first microlens 51a, which has the same effect as further reducing the radius of curvature of the lens. can get.

【0073】更に、第1実施形態と同様に、第1マイク
ロレンズ51aに着色樹脂を用いることで、マイクロレ
ンズからの入射光が屈折率の違うカラーフィルターにて
光路が変化することによる集光効率の低下を防止でき
る。
Further, similarly to the first embodiment, by using the colored resin for the first microlenses 51a, the light collection efficiency due to the change of the optical path of the incident light from the microlenses by the color filters having different refractive indexes. Can be prevented.

【0074】以上のようにして、本実施形態において
も、第1実施形態と同様にして、CMOS型の固体撮像
装置において、入射光を効率良くフォトセンサ2に導く
ことが可能となり、また、カメラレンズのF値による集
光の変化が少ないため、斜め入射光についても効率良く
フォトセンサ2に集光することが可能である。
As described above, also in this embodiment, similarly to the first embodiment, in the CMOS type solid-state image pickup device, it becomes possible to efficiently guide the incident light to the photosensor 2, and the camera can be used. Since there is little change in light collection due to the F value of the lens, it is possible to efficiently collect even obliquely incident light on the photosensor 2.

【0075】第3実施形態 図12に、本実施形態に係るフォトセンサ2およびその
上層構成を示す断面図を示す。第1実施形態および第2
実施形態においては、第1マイクロレンズあるいは第2
マイクロレンズのいずれかが、カラーフィルタ機能を兼
用する構造の例について説明したが、本実施形態では、
マイクロレンズの下層に従来と同様のカラーフィルタ5
0を有する。
Third Embodiment FIG. 12 is a sectional view showing the photosensor 2 according to the present embodiment and its upper layer structure. First embodiment and second
In the embodiment, the first microlens or the second microlens
An example of the structure in which one of the microlenses also has a color filter function has been described, but in the present embodiment,
A color filter 5 similar to the conventional one is provided under the micro lens.
Has 0.

【0076】すなわち、本実施形態では、平坦化膜40
上に、例えば感光性を有する着色樹脂をリソグラフィー
の手法によりカラーフィルタパターンに形成されたカラ
ーフィルタ50を有する。
That is, in the present embodiment, the flattening film 40
On top of this, there is provided a color filter 50 in which a colored resin having photosensitivity is formed into a color filter pattern by a lithographic method.

【0077】また、カラーフィルタ50上には、第1マ
イクロレンズ51bが形成され、当該第1マイクロレン
ズ51b上には、第2マイクロレンズ52bが形成され
ている。第1マイクロレンズ51bは、第2マイクロレ
ンズ52bより低い屈折率を有する材料により構成さ
れ、例えば屈折率が1.6程度のノボラック系樹脂で形
成されている。第2マイクロレンズ52bは、比較的屈
折率の高い有機材料、例えば屈折率が1.8程度のポリ
イミド樹脂で形成される。なお、平坦化膜40より下層
の構成については第1実施形態と同様である。
A first microlens 51b is formed on the color filter 50, and a second microlens 52b is formed on the first microlens 51b. The first microlens 51b is made of a material having a lower refractive index than the second microlens 52b, and is made of, for example, a novolac resin having a refractive index of about 1.6. The second microlenses 52b are formed of an organic material having a relatively high refractive index, for example, a polyimide resin having a refractive index of about 1.8. The structure of the layer below the flattening film 40 is similar to that of the first embodiment.

【0078】上記構成の固体撮像装置の製造において
は、平坦化膜40を形成後に、従来と同様にして、感光
性を有し顔料を分散させた着色樹脂を塗布し、90℃か
ら100℃の温度のホットプレートにて90秒から12
0秒の間でベーク後、i線ステッパーを用いて露光を行
い、TMAH(テトラメチルジシラザン)水溶液などの
アルカリ現像液にて現像後、100℃から120℃の温
度のホットプレートにて90秒から120秒の間で硬化
を行うことを必要回数繰り返すことで、カラーフィルタ
50が形成される。例えば原色タイプのイメージセンサ
であれば、赤、青、緑の3回繰り返し、補色タイプのイ
メージセンサであればシアン、マゼンタ、イエロー、緑
の4回繰り返す。
In the manufacture of the solid-state image pickup device having the above-mentioned structure, after the flattening film 40 is formed, a coloring resin having photosensitivity and having a pigment dispersed therein is applied in the same manner as in the conventional method, and the temperature of 90 to 100 ° C. 90 seconds to 12 on the temperature hot plate
After baking for 0 seconds, exposure is performed using an i-line stepper, development is performed with an alkali developing solution such as TMAH (tetramethyldisilazane) aqueous solution, and then 90 seconds on a hot plate at a temperature of 100 ° C to 120 ° C. The color filter 50 is formed by repeating the curing for a necessary number of times from 1 to 120 seconds. For example, a primary color type image sensor repeats red, blue and green three times, and a complementary color type image sensor repeats cyan, magenta, yellow and green four times.

【0079】続いて、第2実施形態と同様にして、カラ
ーフィルタ50上に屈折率が1.6程度の例えばノボラ
ック系樹脂からなる第1マイクロレンズ51bを形成
し、第1マイクロレンズ51bを形成後に、例えばポリ
イミド樹脂からなる第2マイクロレンズ52bを形成す
ることで、図12に示す本実施形態に係る固体撮像装置
が製造される。
Then, similarly to the second embodiment, the first microlenses 51b made of, for example, novolac resin having a refractive index of about 1.6 are formed on the color filter 50 to form the first microlenses 51b. After that, by forming the second microlenses 52b made of, for example, a polyimide resin, the solid-state imaging device according to the present embodiment shown in FIG. 12 is manufactured.

【0080】上記の本実施形態に係る固体撮像装置で
は、第1および第2実施形態と同様の作用を有し、第2
マイクロレンズ52bに入射した入射光L1は、第1マ
イクロレンズ51bに集光され、第1マイクロレンズ5
1bは、第2マイクロレンズ52bに比して屈折率が小
さいことから、第2マイクロレンズ52bにより集光さ
れてきた入射光L1は、その焦点距離が長くなる方へ屈
折し、フォトセンサ2へ集光するように入射光路が変え
られる。そして、カラーフィルタ50を通過すること
で、入射光L1の所望の波長領域のみがフォトセンサ2
へ集光されることとなる。
The solid-state imaging device according to the present embodiment described above has the same operation as the first and second embodiments, and
The incident light L1 that has entered the microlens 52b is condensed by the first microlens 51b, and the first microlens 5
Since 1b has a smaller refractive index than the second microlens 52b, the incident light L1 collected by the second microlens 52b is refracted toward the longer focal length thereof to the photosensor 2. The incident light path is changed so as to collect light. Then, by passing through the color filter 50, only the desired wavelength region of the incident light L1 is detected by the photo sensor 2.
Will be focused on.

【0081】従って、本実施形態に係る固体撮像装置に
おいても、第1実施形態と同様の理由から、最上層の第
2マイクロレンズ52bは、第1マイクロレンズ51b
への集光の機能を持たせるだけで良いため、焦点距離の
短い、すなわち、曲率半径の小さいマイクロレンズとす
ることができ、斜め入射光L2についても効率良くフォ
トセンサ2に導くことが可能であることから、カメラレ
ンズのF値の変化に対する集光の変化を小さく出来る。
また、第2マイクロレンズ52bは屈折率が比較的高い
ため、入射光L1はより大きく屈折され、第1マイクロ
レンズ51bへと集光されて、レンズの曲率半径を更に
小さくすることと同等の効果が得られる。
Therefore, also in the solid-state image pickup device according to the present embodiment, for the same reason as in the first embodiment, the second microlens 52b in the uppermost layer is the first microlens 51b.
Since a microlens having a short focal length, that is, a small radius of curvature can be provided by only providing a function of condensing light to the photosensor 2, the oblique incident light L2 can be efficiently guided to the photosensor 2. Therefore, it is possible to reduce the change in the light collection with respect to the change in the F value of the camera lens.
Further, since the second microlens 52b has a relatively high refractive index, the incident light L1 is refracted to a greater extent and is condensed on the first microlens 51b, which is equivalent to reducing the radius of curvature of the lens. Is obtained.

【0082】以上のようにして、本実施形態において
も、CMOS型の固体撮像装置において、入射光を効率
良くフォトセンサ2に導くことが可能となり、また、カ
メラレンズのF値による集光の変化が少ないため、斜め
入射光についても効率良くフォトセンサ2に集光するこ
とが可能である。
As described above, also in the present embodiment, in the CMOS type solid-state image pickup device, it is possible to efficiently guide the incident light to the photosensor 2, and the change of the light collection depending on the F value of the camera lens. Therefore, the obliquely incident light can be efficiently condensed on the photosensor 2.

【0083】本発明は、上記の実施形態の説明に限定さ
れない。本実施形態では、カラーフィルタを必要とする
単板カラー用のCMOSイメージセンサについて説明し
たが、本発明は、カラーフィルタを必要としない白黒C
MOSイメージセンサにおいても適用可能である。例え
ば、第1実施形態について説明すると、第2マイクロレ
ンズ52の形成において、着色されていない無色透明な
ポリイミド樹脂を用いることで可能であり、製造方法に
おいては、ポリイミド樹脂のパターニングをすることな
く、無色透明なポリイミド樹脂を塗布した後に図7
(i)から(j)の工程を行えば良い。同様にして、第
2実施形態について適用することも可能である。
The present invention is not limited to the above description of the embodiments. In the present embodiment, the CMOS image sensor for a single plate color that requires a color filter has been described, but the present invention does not require a color filter.
It is also applicable to a MOS image sensor. For example, to describe the first embodiment, it is possible to use an uncolored colorless transparent polyimide resin in the formation of the second microlens 52, and in the manufacturing method, without patterning the polyimide resin, Figure 7 after applying colorless transparent polyimide resin
The steps (i) to (j) may be performed. Similarly, the present invention can be applied to the second embodiment.

【0084】また、実施例ではCMOSイメージセンサ
への適用について述べてきたが、本発明は、もちろんC
CDイメージセンサやその他のイメージセンサへも同様
の適用が可能であり、その用途を制限するものではな
い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の
変更が可能である。
Further, although the embodiments have been described with respect to the application to the CMOS image sensor, the present invention is of course C.
The same application can be applied to a CD image sensor and other image sensors, and the use thereof is not limited. Besides, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0085】[0085]

【発明の効果】本発明によれば、集光率を向上させて感
度の向上を図ることができる。
According to the present invention, it is possible to improve the light collection rate and the sensitivity.

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

【図1】第1から第3実施形態に係るCMOS型の固体
撮像装置の構成の一例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a CMOS type solid-state imaging device according to first to third embodiments.

【図2】第1実施形態に係る固体撮像装置のフォトセン
サおよびその上層構成を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a photosensor of the solid-state imaging device according to the first embodiment and an upper layer structure thereof.

【図3】ポリイミド樹脂の波長に対する屈折率データの
一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of refractive index data with respect to a wavelength of a polyimide resin.

【図4】第1実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、第1マイクロレンズ形成後の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view after the formation of the first microlenses in the manufacturing of the solid-state imaging device according to the first embodiment.

【図5】第1実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、第1カラーフィルタ兼レンズ層のパターニング後の
断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view after the patterning of the first color filter / lens layer in the manufacture of the solid-state imaging device according to the first embodiment.

【図6】第1実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、第3カラーフィルタ兼レンズ層の形成後の断面図で
ある。
FIG. 6 is a cross-sectional view after forming a third color filter / lens layer in the manufacture of the solid-state imaging device according to the first embodiment.

【図7】第1実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、第2マイクロレンズ形成後の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view after forming the second microlens in the manufacturing of the solid-state imaging device according to the first embodiment.

【図8】第2実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、第1カラーフィルタ兼レンズ層のパターニング後の
断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view after patterning of the first color filter / lens layer in the manufacture of the solid-state imaging device according to the second embodiment.

【図9】第2実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、第3カラーフィルタ兼レンズ層の形成後の断面図で
ある。
FIG. 9 is a cross-sectional view after formation of a third color filter / lens layer in the manufacture of the solid-state imaging device according to the second embodiment.

【図10】第2実施形態に係る固体撮像装置の製造にお
いて、第1マイクロレンズ形成後の断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view after the formation of the first microlenses in the manufacturing of the solid-state imaging device according to the second embodiment.

【図11】第2実施形態に係る固体撮像装置の製造にお
いて、第2マイクロレンズ形成後の断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view after forming a second microlens in the manufacturing of the solid-state imaging device according to the second embodiment.

【図12】第3実施形態に係る固体撮像装置のフォトセ
ンサおよびその上層構成を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a photosensor of a solid-state imaging device according to a third embodiment and an upper layer structure thereof.

【図13】従来例の固体撮像装置のフォトセンサおよび
その上層構成を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a photosensor of a conventional solid-state imaging device and an upper layer structure thereof.

【図14】従来例の固体撮像装置のカラーフィルタおよ
びオンチップマイクロレンズの形成工程を示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram showing a process of forming a color filter and an on-chip microlens of a conventional solid-state imaging device.

【図15】従来例の固体撮像装置による問題点を説明す
るための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining a problem caused by the conventional solid-state imaging device.

【図16】従来例の固体撮像装置による他の問題点を説
明するための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining another problem of the conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…固体撮像装置、2,20…フォトセンサ、3…読み
出し用スイッチ素子、4…垂直選択用スイッチ素子、5
…単位画素、6…垂直走査回路、7…水平スイッチ素
子、8…水平走査回路、9…アンプ、10…半導体基
板、11…素子分離絶縁膜、12,12’…n型半導体
領域、13…絶縁膜、14…遮光膜、21…第1の層間
絶縁膜、22…第2の層間絶縁膜、23…第3の層間絶
縁膜、24…第4の層間絶縁膜、25…第5の層間絶縁
膜、26…第6の層間絶縁膜、27…第7の層間絶縁
膜、31…第1の配線、31a…アルミニウム配線、3
1b…バリアメタル、32…第2の配線、32a…アル
ミニウム配線、32b…バリアメタル、33…第3の配
線、33a…アルミニウム配線、33b…バリアメタ
ル、40…平坦化膜、50…カラーフィルタ、51,5
1a,51b…第1マイクロレンズ、52,52a,5
2b…第2マイクロレンズ、131,132,133…
配線、140…平坦化膜、150…カラーフィルタ、1
51…オンチップマイクロレンズ、510…第1マイク
ロレンズ用層、511…第1カラーフィルタ兼レンズ
層、512…第2カラーフィルタ兼レンズ層、513…
第3カラーフィルタ兼レンズ層、520…第2マイクロ
レンズ用層、521…第1カラーフィルタ兼レンズ層、
522…第2カラーフィルタ兼レンズ層、523…第3
カラーフィルタ兼レンズ層、SVL…垂直選択線、VL
…垂直信号線、RL…読み出しパルス線、HL…水平信
号線。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state imaging device, 2, 20 ... Photosensor, 3 ... Readout switch element, 4 ... Vertical selection switch element, 5
Unit pixel, 6 vertical scanning circuit, 7 horizontal switching element, 8 horizontal scanning circuit, 9 amplifier, 10 semiconductor substrate, 11 element isolation insulating film, 12, 12 '... n type semiconductor region, 13 ... Insulating film, 14 ... Shading film, 21 ... First interlayer insulating film, 22 ... Second interlayer insulating film, 23 ... Third interlayer insulating film, 24 ... Fourth interlayer insulating film, 25 ... Fifth interlayer Insulating film, 26 ... Sixth interlayer insulating film, 27 ... Seventh interlayer insulating film, 31 ... First wiring, 31a ... Aluminum wiring, 3
1b ... Barrier metal, 32 ... Second wiring, 32a ... Aluminum wiring, 32b ... Barrier metal, 33 ... Third wiring, 33a ... Aluminum wiring, 33b ... Barrier metal, 40 ... Flattening film, 50 ... Color filter, 51,5
1a, 51b ... 1st micro lens, 52, 52a, 5
2b ... 2nd micro lens, 131, 132, 133 ...
Wiring, 140 ... Planarization film, 150 ... Color filter, 1
51 ... On-chip micro lens, 510 ... First micro lens layer, 511 ... First color filter / lens layer, 512 ... Second color filter / lens layer, 513 ...
Third color filter / lens layer, 520 ... Second microlens layer, 521 ... First color filter / lens layer,
522 ... second color filter / lens layer, 523 ... third
Color filter / lens layer, SVL ... Vertical selection line, VL
... vertical signal line, RL ... read-out pulse line, HL ... horizontal signal line.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 5/335 H01L 31/10 A Fターム(参考) 4M118 AA04 AA10 AB01 BA10 BA14 CA01 CA03 CA40 CB14 FA06 GB11 GC08 GC09 GD04 5C022 AC42 AC54 AC55 5C024 AX01 CX41 CY47 EX24 EX43 EX52 GZ34 5F049 MA02 NA20 NB03 NB05 RA08 TA12 Front page continued (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H04N 5/335 H01L 31/10 AF term (reference) 4M118 AA04 AA10 AB01 BA10 BA14 CA01 CA03 CA40 CB14 FA06 GB11 GC08 GC09 GD04 5C022 AC42 AC54 AC55 5C024 AX01 CX41 CY47 EX24 EX43 EX52 GZ34 5F049 MA02 NA20 NB03 NB05 RA08 TA12

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板に形成され、入射光量に応じた電荷を
生成する受光部と、 前記受光部の上層に形成され、第1の屈折率をもち入射
した光を前記受光部へ集光し得るように光の入射側に曲
面をもつ第1のレンズと、 前記第1のレンズ上に形成され、前記第1の屈折率より
大きい第2の屈折率をもち、入射した光を前記第1のレ
ンズへ集光する第2のレンズとを有する固体撮像装置。
1. A light-receiving portion formed on a substrate for generating electric charges according to the amount of incident light, and light incident on the light-receiving portion, which has a first refractive index and is condensed on the light-receiving portion. A first lens having a curved surface on the incident side of light so as to obtain, a second refractive index formed on the first lens and higher than the first refractive index, and Solid-state imaging device having a second lens that focuses light onto the lens.
【請求項2】前記第2のレンズは、入射した光を前記第
1のレンズへ集光する曲率に形成されている請求項1記
載の固体撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second lens is formed to have a curvature for condensing incident light to the first lens.
【請求項3】前記第2のレンズは、所定の波長領域の光
を透過するフィルタ機能を有する請求項1記載の固体撮
像装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second lens has a filter function of transmitting light in a predetermined wavelength range.
【請求項4】前記第1のレンズは、所定の波長領域の光
を透過するフィルタ機能を有する請求項1記載の固体撮
像装置。
4. The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the first lens has a filter function of transmitting light in a predetermined wavelength range.
【請求項5】前記第1のレンズの下層に形成され、所定
の波長領域の光を透過するカラーフィルタを有する請求
項1記載の固体撮像装置。
5. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a color filter formed under the first lens, the color filter transmitting light in a predetermined wavelength range.
【請求項6】基板に受光部を形成する工程と、 前記受光部の上層に、第1の屈折率をもち入射した光を
前記受光部へ集光し得るように光の入射側に曲面をもつ
第1のレンズを形成する工程と、 前記第1のレンズ上に、前記第1の屈折率より大きい第
2の屈折率をもち、入射した光を前記第1のレンズへ集
光し得る第2のレンズを形成する工程とを有する固体撮
像装置の製造方法。
6. A step of forming a light-receiving portion on a substrate, and a curved surface on the light-incident side so that light incident with a first refractive index can be condensed on the light-receiving portion above the light-receiving portion. Forming a first lens having a second lens having a second refractive index higher than the first refractive index on the first lens, and capable of condensing incident light to the first lens. 2. A method for manufacturing a solid-state imaging device, the method including the step of forming a second lens.
【請求項7】前記第2のレンズを形成する工程におい
て、顔料を分散させた着色樹脂をレンズ形状にパターニ
ングして形成する請求項6記載の固体撮像装置の製造方
法。
7. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 6, wherein in the step of forming the second lens, a colored resin in which a pigment is dispersed is patterned into a lens shape.
【請求項8】前記第1のレンズを形成する工程におい
て、顔料を分散させた着色樹脂をレンズ形状にパターニ
ングして形成する請求項6記載の固体撮像装置の製造方
法。
8. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 6, wherein in the step of forming the first lens, a colored resin in which a pigment is dispersed is patterned into a lens shape.
【請求項9】前記受光部を形成する工程の後、前記第1
のレンズを形成する工程の前に、 所定の波長領域の光を透過するカラーフィルタを形成す
る工程をさらに有する請求項6記載の固体撮像装置の製
造方法。
9. After the step of forming the light receiving portion, the first
7. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 6, further comprising the step of forming a color filter that transmits light in a predetermined wavelength region before the step of forming the lens.
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