JP2005033074A - Solid state imaging device and its manufacturing method - Google Patents

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Kenji Yokozawa
賢二 横沢
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state imaging device and its manufacturing method, capable of improving the condensing efficiency on a photodiode and hence the sensitivity of the photodiode. <P>SOLUTION: The photodiode 13 is formed between charge transfer electrodes 8 formed on a silicon substrate 14 being an N type semiconductor. A BPSG film 7 is deposited on the photodiode. There are provided in order from lower layers an intralayer downward convex lens (color filter layer 5), a second flattened film 4, an intralayer upward convex second microlens 3, a first flattened film 2, and an upward convex first microlens 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体基板上に形成された複数の光電変換素子と、その周囲に光電変換素子の表面よりも高く形成された転送電極とを有する固体撮像装置に関し、特に集光率の改善に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion elements formed on a semiconductor substrate and transfer electrodes formed around the plurality of photoelectric conversion elements higher than the surface of the photoelectric conversion elements, and more particularly to improvement of light collection rate.

近年、固体撮像装置のセルの微細化が進み、それにつれて、高感度化技術が必須となっている。固体撮像装置では各光電変換素子の上にマイクロレンズを形成し、入射光を光電変換素子に集光して感度の向上を図っている。   In recent years, with the progress of miniaturization of cells of solid-state imaging devices, high-sensitivity technology has become essential. In a solid-state imaging device, a microlens is formed on each photoelectric conversion element, and incident light is condensed on the photoelectric conversion element to improve sensitivity.

図4は、特許文献1等に開示された固体撮像装置の断面を示す図である。同図は、固体撮像装置中の3つの光電変換素子を含む断面を示している。N型シリコン基板100上には、電荷転送部(垂直CCD)113が形成されている。この例における電荷転送部113は、2層の導電性ポリシリコン層からなる転送電極を有する。   FIG. 4 is a diagram illustrating a cross-section of the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 and the like. This figure shows a cross section including three photoelectric conversion elements in the solid-state imaging device. A charge transfer unit (vertical CCD) 113 is formed on the N-type silicon substrate 100. The charge transfer unit 113 in this example has a transfer electrode made of two conductive polysilicon layers.

また、N型シリコン基板100上には、フォトダイオードPDが形成されている。このフォトダイオードPD上には透明層111を介してカラーフィルタ112が形成されている。カラーフィルタ112の色(R、G、B)は、特定の色配列(例えばベイヤー配列)となるようフォトダイオード13の配置によって定められている。さらに、カラーフィルタ112を平坦化する透明層115の上にマイクロレンズ116が形成されている。   A photodiode PD is formed on the N-type silicon substrate 100. A color filter 112 is formed on the photodiode PD via a transparent layer 111. The colors (R, G, B) of the color filter 112 are determined by the arrangement of the photodiodes 13 so as to have a specific color arrangement (for example, a Bayer arrangement). Further, a microlens 116 is formed on the transparent layer 115 for flattening the color filter 112.

カラーフィルタ112はフォトダイオードPDにより近い箇所に形成されるので、カラーフィルタ112を通して入ってきた光が、隣接する他のフォトダイオードPDに入射される可能性を低下させている。これにより、光の混色を抑制している。   Since the color filter 112 is formed at a location closer to the photodiode PD, the possibility that light entering through the color filter 112 is incident on another adjacent photodiode PD is reduced. Thereby, the color mixture of light is suppressed.

また、カラーフィルタ112からフォトダイオードPDまでの距離が短くなるため、カラーフィルタ112を通して入ってきた光が、フォトダイオードPDに達するまでに減衰、あるいは散乱する可能性が低下する。これにより、色シェーディング(色による感度むら)の低減及び集光性の向上と感度の向上とを図っている。
特開2001−77340号公報
Further, since the distance from the color filter 112 to the photodiode PD is shortened, the possibility that light entering through the color filter 112 is attenuated or scattered before reaching the photodiode PD is reduced. Thus, color shading (unevenness of sensitivity due to color) is reduced, light condensing performance is improved, and sensitivity is improved.
JP 2001-77340 A

しかしながら、従来の固体撮像装置は混色と感度の向上を図っているが、近年の固体撮像装置は微細化が進み、さらなる微細化を可能にするためには集光率の向上ひいては感度を向上させることが必要とされている。   However, the conventional solid-state imaging device has improved color mixing and sensitivity. However, in recent years, solid-state imaging devices have been miniaturized, and in order to enable further miniaturization, the light collection rate is improved and thus the sensitivity is improved. It is needed.

上記課題に鑑み本発明は、集光率を向上し、もって感度を向上させ、微細化を可能にする固体撮像装置及びその製造方法を提供する。   SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same that improve the light collection rate, thereby improving sensitivity and enabling miniaturization.

上記課題を解決するため本発明の固体撮像装置は、半導体基板と、その上に形成された複数の光電変換素子と、その周囲に光電変換素子の表面よりも高く形成された転送電極とを有する固体撮像装置であって、前記転送電極間の窪みに下に凸のレンズ状の表面形状を有するカラーフィルタ層を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a solid-state imaging device of the present invention has a semiconductor substrate, a plurality of photoelectric conversion elements formed thereon, and a transfer electrode formed around the semiconductor substrate higher than the surface of the photoelectric conversion element. In the solid-state imaging device, a color filter layer having a convex lens-like surface shape is provided in a depression between the transfer electrodes.

ここで、前記固体撮像装置は、前記光電変換素子と前記カラーフィルタ層の間に形成された透明膜を有し、前記カラーフィルタ層は前記透明膜よりも大きい屈折率を有する。   Here, the solid-state imaging device has a transparent film formed between the photoelectric conversion element and the color filter layer, and the color filter layer has a refractive index larger than that of the transparent film.

この構成によれば、転送電極の間に存在する窪みにおいて、光電変換素子の上に下に凸のレンズ状のカラーフィルタ層を形成しているので、カラーフィルタ層5からより多くの光を光電変換素子の受光面に集めることができ、もって感度を向上させることができる。例えば、転送電極に向かって入射する光を受光面に集める等、カラーフィルタ層5の入射光が、フォトダイオード13に達するまでに減衰、散乱、反射する可能性が低下し、その結果、感度を向上させることができる。   According to this configuration, since the convex lens-shaped color filter layer is formed on the photoelectric conversion element in the depression existing between the transfer electrodes, more light is photoelectrically transmitted from the color filter layer 5. The light can be collected on the light receiving surface of the conversion element, thereby improving the sensitivity. For example, the possibility that the incident light of the color filter layer 5 is attenuated, scattered, or reflected before reaching the photodiode 13 is reduced, such as collecting light incident on the transfer electrode on the light receiving surface. Can be improved.

ここで、前記固体撮像装置は、前記カラーフィルタ層の上に、上に凸状のマイクロレンズを2層備える構成としてもよい。   Here, the solid-state imaging device may be configured to include two layers of convex microlenses on the color filter layer.

この構成によれば、カラーフィルタ層のレンズ効果に加えてその上に2層のマイクロレンズを備えるので、より集光率を向上させ、感度を向上させることができる。   According to this configuration, in addition to the lens effect of the color filter layer, the two-layer microlens is provided thereon, so that the light collection rate can be further improved and the sensitivity can be improved.

ここで、前記2層のマイクロレンズ屈折率について下の層が上の層よりも大きい構成としてもよい。   Here, it is good also as a structure where the lower layer is larger than the upper layer with respect to the refractive index of the two microlenses.

この構成によれば、2層のマイクロレンズによって段階的に効率よく集光することができる。   According to this configuration, the two-layer microlens can efficiently collect light in steps.

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板と、その上に形成された複数の光電変換素子と、その周囲に光電変換素子の表面よりも高く形成された転送電極とを有する固体撮像装置の製造方法であって、前記転送電極間の窪みに凹状の曲面を有する透明膜を形成するステップと、前記透明膜上に下に凸レンズ状の表面を有するカラーフィルタを形成するステップとを有することを特徴とする。   The solid-state imaging device manufacturing method of the present invention is a solid having a semiconductor substrate, a plurality of photoelectric conversion elements formed thereon, and a transfer electrode formed higher around the surface of the photoelectric conversion element. A method for manufacturing an imaging device, comprising: forming a transparent film having a concave curved surface in a recess between the transfer electrodes; and forming a color filter having a convex lens-like surface below the transparent film. It is characterized by having.

ここで、前記透明膜形成ステップにおいて、熱フロー処理により前記透明膜を形成する構成としてもよい。
ここで、前記カラーフィルタは前記透明膜よりも屈折率が高い構成としてもよい。
ここで、前記製造方法は、さらに、前記カラーフィルタの上に、上に凸状のマイクロレンズを2層形成するステップを有する構成としてもよい。
Here, in the transparent film forming step, the transparent film may be formed by heat flow processing.
Here, the color filter may have a refractive index higher than that of the transparent film.
Here, the manufacturing method may further include a step of forming two layers of convex microlenses on the color filter.

このような製造方法によれば、上記の構成、作用及び効果を有する固体撮像装置を製造することができる。   According to such a manufacturing method, a solid-state imaging device having the above-described configuration, operation, and effect can be manufactured.

以上説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、下に凸のカラーフィルタ層のレンズ効果として、フォトダイオードへの集光率を向上させ、もって感度を向上させることができる。   As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, the condensing rate to the photodiode can be improved and the sensitivity can be improved as the lens effect of the downwardly convex color filter layer.

さらに、隣接するカラーフィルタ層からの入射光を低減することにより混色を抑制できるとともに、高い感度を持ち、かつ色シェーディングをも低減させることができる。   Furthermore, by reducing the incident light from the adjacent color filter layers, color mixing can be suppressed, high sensitivity can be achieved, and color shading can also be reduced.

<固体撮像装置の構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の断面の構成を示す図である。同図では光電変換素子1つ分の断面を示している。
<Configuration of solid-state imaging device>
FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. The figure shows a cross section for one photoelectric conversion element.

この固体撮像装置は、N型半導体基板14の上に、光電変換素子であるフォトダイオード13が形成されたPウエル層12を有し、その上にSiONなどのゲート絶縁膜11を有している。さらに、絶縁膜9で絶縁された2層の電荷転送電極8と、それらを覆うアルミ等からなる遮光膜10とが、フォトダイオード13の受光面よりも高く形成されている。フォトダイオード13の受光面の周囲には、電荷転送電極8による窪みができている。   This solid-state imaging device has a P-well layer 12 in which a photodiode 13 as a photoelectric conversion element is formed on an N-type semiconductor substrate 14, and a gate insulating film 11 such as SiON on the P-well layer 12. . Furthermore, the two layers of charge transfer electrodes 8 insulated by the insulating film 9 and the light shielding film 10 made of aluminum or the like covering them are formed higher than the light receiving surface of the photodiode 13. A depression due to the charge transfer electrode 8 is formed around the light receiving surface of the photodiode 13.

この窪みには、同図のようにBPSG(ホウ素−リンケイ酸ガラス)等により凹状の曲面を有する透明膜(BPSG膜)7(屈折率n=約1.45)が形成され、表面保護膜6を挟んで、下に凸レンズ状のカラーフィルタ層5(n=約1.5)が形成されている。さらに、カラーフィルタ層5の上には、第2平坦化膜(透明膜)4を挟んで第2マイクロレンズ3(n=1.5〜1.7)、第1平坦化膜(透明膜)2、第1マイクロレンズ(又はトップレンズ)1(n=1.5)が形成される。   In this recess, a transparent film (BPSG film) 7 (refractive index n = 1.45) having a concave curved surface is formed by BPSG (boron-phosphosilicate glass) or the like as shown in FIG. A convex lens-like color filter layer 5 (n = about 1.5) is formed on the lower side. Further, on the color filter layer 5, the second microlens 3 (n = 1.5 to 1.7) and the first planarization film (transparent film) are sandwiched by the second planarization film (transparent film) 4. 2. The first microlens (or top lens) 1 (n = 1.5) is formed.

上記カラーフィルタ層5は下に凸レンズ状の表面形状を有するのでレンズ効果を有し、例えば、遮光膜10に向かう斜め入射光を受光面を集めるなどにより、フォトダイオード13の受光面への集光率を向上させ、ひいては感度を向上させることができる。   Since the color filter layer 5 has a convex lens-like surface shape on the bottom, it has a lens effect. For example, light incident on the light shielding film 10 is collected on the light receiving surface of the photodiode 13 by collecting the light incident surface. The rate can be improved and the sensitivity can be improved.

<固体撮像装置の製造工程>
図1に示した固体撮像装置の製造方法について、図2、図3及び図1を用いて説明する。図2、図3、図1は固体撮像装置の断面を、主要な製造工程の順に示す図である。
<Manufacturing process of solid-state imaging device>
A method for manufacturing the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2, 3, and 1 are views showing cross sections of the solid-state imaging device in the order of main manufacturing steps.

図2は、N型半導体基板14上に表面保護膜6までが形成された断面図である。同図に示す断面に至る工程を次の(1)〜(4)に説明する。   FIG. 2 is a cross-sectional view in which the surface protective film 6 is formed on the N-type semiconductor substrate 14. The steps (1) to (4) will be described in the following (1) to (4).

(1)N型半導体基板14上のPウエル層12及びフォトダイオード13は、一般に拡散工程と呼ばれる工程によって形成される。 (1) The P well layer 12 and the photodiode 13 on the N-type semiconductor substrate 14 are formed by a process generally called a diffusion process.

(2)その後、導電性ポリシリコンからなる電荷転送電極8、アルミ等からなる遮光膜10が形成される。この電荷転送電極8は、フォトダイオード13の表面(受光面)の周囲に、その表面よりも高く形成される。 (2) Thereafter, the charge transfer electrode 8 made of conductive polysilicon and the light shielding film 10 made of aluminum or the like are formed. The charge transfer electrode 8 is formed higher around the surface (light receiving surface) of the photodiode 13 than the surface thereof.

(3)さらに、例えば熱フロー処理によりBPSG膜(ホウ素−リンケイ酸ガラス)からなる透明膜7が形成される。この透明膜7は、電荷転送電極8間の直角に近い窪みに対して、フォトダイオード13の受光面の上で滑らかな凹状の表面を形成する。 (3) Furthermore, the transparent film 7 made of a BPSG film (boron-phosphosilicate glass) is formed by, for example, heat flow treatment. The transparent film 7 forms a smooth concave surface on the light-receiving surface of the photodiode 13 with respect to the depression at a right angle between the charge transfer electrodes 8.

(4)さらに、例えばSiON膜などの表面保護膜6及び電極取り出し用のボンディングパット(図外)が形成される。 (4) Furthermore, a surface protective film 6 such as a SiON film and a bonding pad (not shown) for taking out the electrode are formed.

図3は、さらに表面保護膜6から第2平坦化膜4までが形成された断面図を示す。同図に示す断面に至る工程を次の(5)〜(8)に説明する。   FIG. 3 is a sectional view in which the surface protective film 6 to the second planarizing film 4 are further formed. The steps (5) to (8) will be described below to reach the cross section shown in FIG.

(5)表面保護膜6の上に、緑色光用カラーフィルタ層を形成するためのレジストを塗布する。このレジストには、染料あるいは顔料が、例えば緑色系波長の光を選択的に透過するように調合されている。 (5) A resist for forming a color filter layer for green light is applied on the surface protective film 6. In this resist, a dye or a pigment is prepared so as to selectively transmit, for example, light having a green wavelength.

(6)次いで、塗布されたカラーレジストを、フォトダイオード上の、緑色光用カラーフィルタ層を形成する部分だけに残るように、露光、現像を行う。これにより、固体撮像装置における色配列のうち緑色に対応するフォトダイオード上に、緑色用カラーフィルタ層5Gが形成される。なお、前記表面保護膜6とカラーレジストとの密着性を向上させるために、HMDS(ヘキサメチルジシラザン(Hexamethyldisilazane))膜の蒸気塗布、または、アクリル系透明樹脂による塗布膜を用いることも可能である。また、カラーフルタ層は表面保護膜の最高部よりも若干厚く仕上げることにより、再現性に優れたカラーフィルタ層5を形成できる。 (6) Next, exposure and development are performed so that the applied color resist remains only on the portion of the photodiode where the green light color filter layer is formed. Thereby, the green color filter layer 5G is formed on the photodiode corresponding to green in the color arrangement in the solid-state imaging device. In order to improve the adhesion between the surface protective film 6 and the color resist, it is also possible to use a vapor coating of a HMDS (Hexamethyldisilazane) film or a coating film made of an acrylic transparent resin. is there. Further, the color filter layer 5 having excellent reproducibility can be formed by finishing the color filter layer slightly thicker than the highest portion of the surface protective film.

(7)上記(6)と同様にして、青色用カラーフィルタ層5B、赤色用カラーフィルタ層5Rをそれぞれの定められた位置に形成する。(6)(7)により形成されたカラーフィルタ層5は、BPSG(ホウ素−リンケイ酸ガラス)膜7に比べ、屈折率が同等か高いため、下凸レンズとしての効果がある。例えば、遮光膜10に向かう斜め入射光を受光面に導く等、集光率を高めることができる。 (7) In the same manner as in (6) above, the blue color filter layer 5B and the red color filter layer 5R are formed at the predetermined positions. (6) Since the color filter layer 5 formed by (7) has the same or higher refractive index than the BPSG (boron-phosphosilicate glass) film 7, it has an effect as a downward convex lens. For example, the light collection rate can be increased by guiding obliquely incident light directed to the light shielding film 10 to the light receiving surface.

(8)カラーフィルタ層5の上に、例えばアクリル系透明樹脂により平坦化層4を形成し、カラーフィルタ層5、電荷転送電極8上の凹凸を平坦化する。この平坦化は、次工程において層内上凸レンズ3を制御よく形成するためになされる。なお、アクリル系透明樹脂層4の形成は、アクリル系透明樹脂を複数回塗布後、エッチバックにより平坦化、または、感光剤を含有させたフェノール系樹脂による周知のフォトリソグラフィ技術による平坦化等の方法がある。 (8) The planarizing layer 4 is formed on the color filter layer 5 using, for example, an acrylic transparent resin, and the unevenness on the color filter layer 5 and the charge transfer electrode 8 is planarized. This flattening is performed in order to form the in-layer upper convex lens 3 with good control in the next step. The acrylic transparent resin layer 4 is formed by applying an acrylic transparent resin a plurality of times and then flattening it by etch back, or flattening by a well-known photolithography technique using a phenolic resin containing a photosensitive agent. There is a way.

さらに、図1のように、第2平坦化膜4から第1マイクロレンズ1までの製造工程を(9)〜(11)に説明する。   Furthermore, as shown in FIG. 1, the manufacturing process from the second planarization film 4 to the first microlens 1 will be described in (9) to (11).

(9)第2平坦化膜4の上に層内上凸レンズ3を形成する。なお、層内上凸レンズはフェノール系透明樹脂に感光剤を調合し、周知のフォトリソグラフィ技術により形成し、さらに、紫外線照射により透過率を高めている。 (9) The in-layer upper convex lens 3 is formed on the second planarizing film 4. The in-layer upward convex lens is formed by blending a photosensitive agent with a phenolic transparent resin, formed by a well-known photolithography technique, and further increasing the transmittance by ultraviolet irradiation.

(10)次に、例えばアクリル系透明樹脂を用いて第1平坦化膜2を形成し、層内上凸レンズ上の凹凸を平坦化する。この平坦化は、次工程において第1マイクロレンズ1を制御良く形成するためになされる。なお、アクリル系透明樹脂による第1平坦化膜2の形成は、アクリル系透明樹脂を複数回塗布後、エッチバックにより平坦化、または、感光剤を含有させたフェノール系樹脂による周知のフォトリソグラフィ技術による平坦化等の方法がある。 (10) Next, the first planarizing film 2 is formed using, for example, an acrylic transparent resin, and the unevenness on the in-layer upper convex lens is planarized. This flattening is performed in order to form the first microlens 1 with good control in the next step. The first flattening film 2 made of an acrylic transparent resin is formed by applying an acrylic transparent resin a plurality of times and then flattening it by etchback, or a well-known photolithography technique using a phenolic resin containing a photosensitive agent. There are methods such as flattening.

(11)フォトダイオード13上に第1マイクロレンズ1を形成する。なお、層内上凸レンズ3はフェノール系透明樹脂に感光剤を調合し、周知のフォトリソグラフィ技術により形成し、さらに、紫外線照射により透過率を高めている。 (11) The first microlens 1 is formed on the photodiode 13. The in-layer upper convex lens 3 is formed by blending a photosensitive agent with a phenolic transparent resin, formed by a well-known photolithography technique, and further increasing the transmittance by ultraviolet irradiation.

前記、層内上凸レンズ3、第1マイクロレンズ1のポストベーク温度はカラーフィルタ層5の分光特性の劣化を防ぐため、処理温度は200度以下にする必要がある。また、層内上凸レンズ3の屈折率は、フォトダイオード上への集光率を上げるため、第1マイクロレンズ1の屈折率よりも高く設定する必要がある。
このような工程により、図1に示した固体撮像装置を製造することができる。
The post-baking temperature of the in-layer upper convex lens 3 and the first microlens 1 needs to be set to 200 ° C. or lower in order to prevent the spectral characteristics of the color filter layer 5 from deteriorating. In addition, the refractive index of the in-layer upper convex lens 3 needs to be set higher than the refractive index of the first microlens 1 in order to increase the light collection rate onto the photodiode.
Through such a process, the solid-state imaging device shown in FIG. 1 can be manufactured.

以上説明してきたように、本発明の実施の形態における固体撮像装置によれば、電荷転送電極8の間に存在する窪みにおいて、フォトダイオード13の受光面の上に凹上の曲面を有する(熱フロー型)透明膜7を有し、その上にカラーフィルタ層5を形成しているので、カラーフィルタ層5が下に凸のレンズ効果がある。すなわち、カラーフィルタ層5により多くの光をフォトダイオード13の受光面に集めることができ、感度を向上させることができる。例えば、カラーフィルタ層5からの入射光が、フォトダイオード13に達するまでに減衰、散乱、反射する可能性が低下し、その結果、感度を向上させることができる。   As described above, according to the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention, the depression existing between the charge transfer electrodes 8 has a concave curved surface on the light receiving surface of the photodiode 13 (thermal Since the flow filter) transparent film 7 is provided and the color filter layer 5 is formed thereon, the color filter layer 5 has a downwardly convex lens effect. That is, more light can be collected on the light receiving surface of the photodiode 13 by the color filter layer 5, and the sensitivity can be improved. For example, the possibility that the incident light from the color filter layer 5 is attenuated, scattered, or reflected before reaching the photodiode 13 is lowered, and as a result, the sensitivity can be improved.

また、カラーフィルタ層5の上の、2層のマイクロレンズ3、1によっても、フォトダイオード13により多くの光を集光させ、感度が向上する。   In addition, the two layers of microlenses 3 and 1 on the color filter layer 5 also collect more light by the photodiode 13 and improve the sensitivity.

さらに、この固体撮像装置によれば、カラーフィルタ層5を電荷転送電極8に囲まれた窪みにあるフォトダイオード13上に形成する。このため、従来の固体撮像装置に比べ、カラーフィルタ層5を、フォトダイオード13により近い位置に形成できる。これにより、カラーフィルタ層5を介して入射した光が、隣接する他のフォトダイオードに入射する可能性が少なくなる。よって、光の混色を防止でき、精彩な画像を得ることができる。   Furthermore, according to this solid-state imaging device, the color filter layer 5 is formed on the photodiode 13 in the recess surrounded by the charge transfer electrode 8. For this reason, the color filter layer 5 can be formed at a position closer to the photodiode 13 as compared with the conventional solid-state imaging device. As a result, the light incident through the color filter layer 5 is less likely to enter another adjacent photodiode. Therefore, color mixing of light can be prevented and a clear image can be obtained.

また、第1マイクロレンズ1からフォトダイオード13までの距離が、従来の固体撮像装置に比べ短くなる。このため、第1マイクロレンズ1からの入射光が、フォトダイオードに達するまでに減衰、あるいは散乱する可能性が低下する。これによっても、集光率が向上し、感度も向上する。   In addition, the distance from the first microlens 1 to the photodiode 13 is shorter than that of the conventional solid-state imaging device. For this reason, the possibility that the incident light from the first microlens 1 is attenuated or scattered before reaching the photodiode is reduced. This also improves the light collection rate and the sensitivity.

また、カラーフィルタ層と光電変換素子との距離が短くなれば、カラーフィルタ層への光の入射角度が浅い場合でも、従来の固体撮像装置に比べ、より多くの光を光電変換素子に集光することができる。よって、色シェーディングも改善される。   In addition, if the distance between the color filter layer and the photoelectric conversion element is shortened, more light is condensed on the photoelectric conversion element than in a conventional solid-state imaging device even when the incident angle of light on the color filter layer is shallow. can do. Therefore, color shading is also improved.

以上、本発明の実施形態における固体撮像装置及び製造方法について説明したが、この発明は、本実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。   The solid-state imaging device and the manufacturing method according to the embodiment of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、カラーフィルタ層5の例として、色調が優先される固体撮像装置に用いられる原色方式について説明したが、解像度、感度が優先される固体撮像装置に用いられる補色方式としても良い。補色方式の場合には、カラーフィルタ層として、マゼンタ光用カラーフィルタ層、緑色光用カラーフィルタ層、黄色光用カラーフィルタ層、シアン光用カラーフィルタ層が周知の色配列におけるそれぞれの定められた位置に形成される。   For example, as an example of the color filter layer 5, the primary color method used for a solid-state imaging device in which color tone is given priority has been described, but a complementary color method may be used for a solid-state imaging device in which resolution and sensitivity are given priority. In the case of the complementary color method, as the color filter layer, a magenta light color filter layer, a green light color filter layer, a yellow light color filter layer, and a cyan light color filter layer are respectively defined in known color arrangements. Formed in position.

また、カラーフィルタ層5を形成する材料としては、染料を含有したカラーレジスト、顔料を含有したカラーレジスト等あるが、いずれの選択も可能である。   The material for forming the color filter layer 5 includes a color resist containing a dye, a color resist containing a pigment, and the like, and any of them can be selected.

また、層内上凸レンズ、第1マイクロレンズの形成には、感光性透明樹脂による、周知のフォトリソグラフィ技術について説明したが、更に薄膜化を目指すには、ドライエッチを用いる方法もある。この場合、第1平坦化膜2及び透明膜4における薄膜化が可能性となる。   In addition, a well-known photolithography technique using a photosensitive transparent resin has been described for the formation of the in-layer upward convex lens and the first microlens. However, in order to further reduce the thickness, there is a method using dry etching. In this case, the first planarization film 2 and the transparent film 4 can be thinned.

また、平坦化を目的とした、第1平坦化膜2、透明膜4の形成には、透明樹脂を複数回塗布後、エッチバック法により形成する方法について説明したが、感光剤を含有させた透明樹脂を用い、周知のフォトリソグラフィ技術による形成方法もある。   In addition, the formation of the first planarizing film 2 and the transparent film 4 for the purpose of planarization has been described with respect to the method of forming the transparent resin a plurality of times and then forming it by the etch back method. There is also a formation method using a known resin lithography technique using a transparent resin.

本発明は、半導体基板上に形成された複数の光電変換素子と、その周囲に光電変換素子の表面よりも高く形成された転送電極と、カラーフィルタ層を有する固体撮像装置に適している。   The present invention is suitable for a solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion elements formed on a semiconductor substrate, transfer electrodes formed around the photoelectric conversion elements higher than the surface of the photoelectric conversion elements, and a color filter layer.

本発明の実施例に係る固体撮像装置の画素部の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the pixel part of the solid-state imaging device which concerns on the Example of this invention. 図1に続く、本発明の実施例に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device which concerns on the Example of this invention following FIG. 図2に続く、本発明の実施例に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device which concerns on the Example of this invention following FIG. 従来技術における固体撮像装置の断面図。Sectional drawing of the solid-state imaging device in a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1マイクロレンズ
2 第1平坦化膜
3 第2マイクロレンズ
4 第2平坦化膜
5 カラーフィルタ層
6 表面保護膜
7 BPSG膜
8 絶縁膜で覆われたポリシリコン膜
9 絶縁膜
10 遮光膜
11 ゲート絶縁膜
12 Pウエル層
13 フォトダイオード
14 N型半導体基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st micro lens 2 1st planarizing film 3 2nd micro lens 4 2nd planarizing film 5 Color filter layer 6 Surface protective film 7 BPSG film 8 Polysilicon film covered with insulating film 9 Insulating film 10 Light-shielding film 11 Gate insulating film 12 P well layer 13 Photo diode 14 N-type semiconductor substrate

Claims (8)

半導体基板と、その上に形成された複数の光電変換素子と、その周囲に光電変換素子の表面よりも高く形成された転送電極とを有する固体撮像装置であって、
前記転送電極間の窪みに下に凸のレンズ状の表面形状を有するカラーフィルタ層を備えることを特徴とする固体撮像装置。
A solid-state imaging device having a semiconductor substrate, a plurality of photoelectric conversion elements formed thereon, and a transfer electrode formed higher than the surface of the photoelectric conversion element around the semiconductor substrate,
A solid-state imaging device comprising: a color filter layer having a convex lens-like surface shape in a depression between the transfer electrodes.
前記固体撮像装置は、
前記光電変換素子と前記カラーフィルタ層の間に形成された透明膜を有し、
前記カラーフィルタ層は前記透明膜よりも大きい屈折率を有する
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device
Having a transparent film formed between the photoelectric conversion element and the color filter layer;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the color filter layer has a refractive index larger than that of the transparent film.
前記固体撮像装置は、
前記カラーフィルタ層の上に、上に凸状のマイクロレンズを2層備える
ことを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein two layers of convex microlenses are provided on the color filter layer.
前記2層のマイクロレンズ屈折率について下の層が上の層よりも大きい
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。
4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the lower layer has a larger refractive index than the upper layer with respect to the refractive index of the two layers. 5.
半導体基板と、その上に形成された複数の光電変換素子と、その周囲に光電変換素子の表面よりも高く形成された転送電極とを有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記転送電極間の窪みに凹状の曲面を有する透明膜を形成するステップと、
前記透明膜上に下に凸レンズ状の表面を有するカラーフィルタを形成するステップと
を有することを特徴とする製造方法。
A method of manufacturing a solid-state imaging device having a semiconductor substrate, a plurality of photoelectric conversion elements formed thereon, and a transfer electrode formed higher than the surface of the photoelectric conversion element around the semiconductor substrate,
Forming a transparent film having a concave curved surface in a recess between the transfer electrodes;
Forming a color filter having a convex lens-like surface below the transparent film.
前記透明膜形成ステップにおいて、熱フロー処理により前記透明膜を形成する
ことを特徴とする請求項5記載の製造方法。
The manufacturing method according to claim 5, wherein in the transparent film forming step, the transparent film is formed by heat flow treatment.
前記カラーフィルタは前記透明膜よりも屈折率が高い
ことを特徴とする請求項5又は6記載の製造方法。
The manufacturing method according to claim 5, wherein the color filter has a refractive index higher than that of the transparent film.
前記製造方法は、さらに、
前記カラーフィルタの上に、上に凸状のマイクロレンズを2層形成するステップを有する
ことを特徴とする請求項5、6又は7記載の製造方法。
本発明は、半導体基板上に形成された複数の光電変換素子と、その周囲に光電変換素子の表面よりも高く形成された転送電極と、カラーフィルタ層を有する固体撮像装置に適している。
The manufacturing method further includes:
The manufacturing method according to claim 5, further comprising a step of forming two layers of convex microlenses on the color filter.
The present invention is suitable for a solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion elements formed on a semiconductor substrate, transfer electrodes formed around the photoelectric conversion elements higher than the surface of the photoelectric conversion elements, and a color filter layer.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007047569A (en) * 2005-08-11 2007-02-22 Sharp Corp Microlens device, solid state image pickup element, display device, and electronic information equipment
US7683388B2 (en) 2005-03-01 2010-03-23 Canon Kabushiki Kaisha Image pickup device with color filter arranged for each color on interlayer lenses
US7732884B2 (en) 2008-02-18 2010-06-08 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device and method of manufacturing the same
JP2012124377A (en) * 2010-12-09 2012-06-28 Sony Corp Solid state imaging device and method of manufacturing the same, and electronic apparatus
JP2012209542A (en) * 2011-03-14 2012-10-25 Sony Corp Solid state imaging device, manufacturing method therefor and electronic apparatus
JP2012227478A (en) * 2011-04-22 2012-11-15 Panasonic Corp Solid state image pickup device
JP2013117595A (en) * 2011-12-02 2013-06-13 Toppan Printing Co Ltd Spectroscopy control method for solid image sensor
JP2015225210A (en) * 2014-05-28 2015-12-14 セイコーエプソン株式会社 Microlens array substrate, electro-optic device, and electronic equipment
US9253456B2 (en) 2011-03-14 2016-02-02 Sony Corporation Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7683388B2 (en) 2005-03-01 2010-03-23 Canon Kabushiki Kaisha Image pickup device with color filter arranged for each color on interlayer lenses
JP2007047569A (en) * 2005-08-11 2007-02-22 Sharp Corp Microlens device, solid state image pickup element, display device, and electronic information equipment
US7732884B2 (en) 2008-02-18 2010-06-08 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device and method of manufacturing the same
US8390088B2 (en) 2008-02-18 2013-03-05 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device
JP2012124377A (en) * 2010-12-09 2012-06-28 Sony Corp Solid state imaging device and method of manufacturing the same, and electronic apparatus
CN102569315A (en) * 2010-12-09 2012-07-11 索尼公司 Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus
US9253456B2 (en) 2011-03-14 2016-02-02 Sony Corporation Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
JP2012209542A (en) * 2011-03-14 2012-10-25 Sony Corp Solid state imaging device, manufacturing method therefor and electronic apparatus
CN106129077B (en) * 2011-03-14 2019-05-10 索尼公司 Imaging device and electronic equipment
CN106129077A (en) * 2011-03-14 2016-11-16 索尼公司 Imaging device and electronic equipment
US9461081B2 (en) 2011-03-14 2016-10-04 Sony Corporation Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
JP2012227478A (en) * 2011-04-22 2012-11-15 Panasonic Corp Solid state image pickup device
US8766386B2 (en) 2011-04-22 2014-07-01 Panasonic Corporation Solid-state imaging device
JP2013117595A (en) * 2011-12-02 2013-06-13 Toppan Printing Co Ltd Spectroscopy control method for solid image sensor
JP2015225210A (en) * 2014-05-28 2015-12-14 セイコーエプソン株式会社 Microlens array substrate, electro-optic device, and electronic equipment

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