JP2007189021A - Solid-state image sensing device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device.
近年、固体撮像素子では、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。
従来の固体撮像素子の構造の一例を図5に示す。図5に示すように、従来の固体撮像素子1は、基板2上に光電変換部を構成するフォトダイオード部3が形成され、該フォトダイオード部3の上方に平坦化層が形成され、また、フォトダイオード部3上にパッシベーション膜を兼ねた層内レンズ4が形成された構造が知られている。さらに、固体撮像素子1は、層内レンズ4の上層に平坦化膜、カラーフィルタ7、平坦化膜8、オンチップのマイクロレンズ6とを順次形成されている。固体撮像素子1は、マイクロレンズ6に入射した光Lがカラーフィルタ7を透過し、層内レンズ4のレンズ凸部5に集光されるとともにフォトダイオード部3に受光されることで、フォトダイオード部3において電荷信号に変換される構造である。
In recent years, in the solid-state imaging device, the demand for higher resolution and higher sensitivity is increasing, and the number of imaging pixels is increasing to more than gigapixels.
An example of the structure of a conventional solid-state image sensor is shown in FIG. As shown in FIG. 5, in the conventional solid-
ところで、固体撮像素子1は、画像領域の中央部とその周辺部とでは入射する光の入射角が異なる。すると、画像領域の周辺部では、マイクロレンズ6に入射する光の入射角度が垂直方向に対して傾斜する角度が大きくなるため、マイクロレンズ6から入射した光が層内レンズ4のレンズ凸部5に適正に導くことができなくなり、フォトダイオード部3に入り込む光量が異なることによって、画像領域の中央部と周辺部とでは感度にばらつきが生じて不均一となり、画質の低下を引き起こす要因となっていた。
Incidentally, in the solid-
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、画素領域の部位によって光の感度にばらつきが生じることを防止することができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供することにある。 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 imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device that can prevent variations in light sensitivity depending on the region of the pixel region. There is.
本発明の上記目的は、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、画素領域の表面において、前記複数の光電変換部上に形成されたマイクロレンズと、前記マイクロレンズに入射した光を集光して前記光電変換部に導く層内レンズとを備えた固体撮像素子であって、
前記層内レンズが、前記光電変換部の上部に形成されたレンズ凸部を有し、前記レンズ凸部が前記画素領域の中央部から周辺部に近いほど、大きいレンズ径となるように形成されていることを特徴とする固体撮像素子によって達成される。
The object of the present invention is to form a photoelectric transfer unit, a charge transfer unit including a charge transfer electrode for transferring charges generated in the photoelectric conversion unit, and a surface of a pixel region on the plurality of photoelectric conversion units. A solid-state imaging device comprising: the microlens and an in-layer lens that collects light incident on the microlens and guides the light to the photoelectric conversion unit,
The in-layer lens has a lens convex portion formed on the photoelectric conversion portion, and the lens convex portion is formed to have a larger lens diameter as the distance from the central portion to the peripheral portion of the pixel region is increased. This is achieved by a solid-state imaging device characterized by
また、本発明の上記目的は、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、画素領域の表面において、前記光電変換部上に形成されたマイクロレンズと、前記マイクロレンズに入射した光を集光して前記光電変換部に導く層内レンズとを備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記層内レンズに、前記光電変換部の上部にレンズ凸部を形成し、前記レンズ凸部が前記画素領域の中央部から周辺部に近いほど、大きいレンズ径となるように形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法によって達成される。 In addition, the object of the present invention is to form a photoelectric conversion unit, a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit, and a surface of a pixel region on the photoelectric conversion unit. A solid-state imaging device comprising: a microlens that is formed; and an in-layer lens that collects light incident on the microlens and guides the light to the photoelectric conversion unit, wherein the photoelectric conversion is performed on the in-layer lens. According to the method for manufacturing a solid-state imaging device, a lens convex portion is formed on an upper portion of the pixel area, and the lens convex portion is formed so as to have a larger lens diameter as the distance from the central portion to the peripheral portion of the pixel region is increased. Achieved.
本発明は、層内レンズのレンズ凸部が、固体撮像素子の画素領域の中央部から周辺部に近いほど大きいレンズ径となるように形成されている。すると、画素領域の周辺部において、マイクロレンズに入射した光が、レンズ径を大きくしたことにより、より確実に層内レンズのレンズ凸部に集光されるようになる。このため、画素領域の周辺部における光の入射角度が中央部における入射角度に比べて撮像領域の面の垂直方向に対して大きく傾斜する角度となっても、画素領域の周辺部における光電変換部に入射する光と、画素領域の中央部における光電変換部に入射する光との光量に差が生じることを防止できる。 In the present invention, the lens convex portion of the in-layer lens is formed so as to have a larger lens diameter as it is closer to the peripheral portion from the central portion of the pixel region of the solid-state imaging device. Then, in the peripheral portion of the pixel region, the light incident on the microlens is more reliably condensed on the lens convex portion of the in-layer lens by increasing the lens diameter. For this reason, even if the incident angle of light in the peripheral part of the pixel region is an angle that is largely inclined with respect to the vertical direction of the surface of the imaging region compared to the incident angle in the central part, the photoelectric conversion unit in the peripheral part of the pixel region It is possible to prevent a difference in light quantity between the light incident on the light and the light incident on the photoelectric conversion unit in the center of the pixel region.
本発明によれば、画素領域の部位によって光の感度にばらつきが生じることを防止することができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of a solid-state image sensor and the solid-state image sensor which can prevent that a sensitivity variation of light arises with the site | part of a pixel area can be provided.
以下、本発明にかかるレンズ及びそのレンズの製造方法の実施形態について、図面を参照し、説明する。
図1は、本発明に係る固体撮像素子の断面図である。図2は、図1の固体撮像素子の平面図である。なお、図1は、図2のA−A線を矢印方向の状態を示す断面図である。
Embodiments of a lens and a method for manufacturing the lens according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device according to the present invention. FIG. 2 is a plan view of the solid-state imaging device of FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the state of the AA line in FIG. 2 in the direction of the arrow.
本実施形態の固体撮像素子10は、図1に示すように、シリコン基板11の表面にはpウェル層12が形成されている。pウェル層12内に、p領域30aとn領域30bとが形成され、これらがpn接合を形成している。p領域30aとn領域30bとが、光電変換部として機能するフォトダイオード30を構成している。このフォトダイオード30で発生した信号電荷は、n領域30bに蓄積される。
As shown in FIG. 1, the solid-
フォトダイオード30の右方には、少し離間してn領域からなる電荷転送チャネル33が形成される。n領域30bと電荷転送チャネル33の間のpウェル層12に電荷読み出し領域34が形成され、電荷転送部40を構成している。
On the right side of the
電荷転送部40は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板11表面部の列方向に並べて形成された複数本の電荷転送チャネル33と、電荷転送チャネル33の上層に形成された電荷転送電極14と、フォトダイオード30で発生した電荷を電荷転送チャネル33に読み出すための電荷読み出し領域34とを含む。
The
シリコン基板11表面にはゲート酸化膜13が形成されている。ゲート酸化膜13は、図示しないが、ボトム酸化膜13aと、窒化シリコン膜13bと、電荷転送電極14の下層のみに形成された酸化シリコン膜13cとの3層からなる多層構造膜(いわゆる、ONO膜)である。
A
電荷読み出し領域34と電荷転送チャネル33の上には、ゲート酸化膜13を介して電荷転送電極14が形成される。なお、電荷転送電極14は、第1の電極14aと第2の電極14bとからなる単層電極構造を有している。第1の電極14aと第2の電極14bとの間には酸化シリコン膜などからなる電極間絶縁膜16が形成されている。
A
垂直転送チャネル33の右側にはp+領域からなるチャネルストップ32が設けられ、隣接するフォトダイオード30との分離がなされている。
A
電荷転送電極13の上層には酸化シリコン膜などで構成された絶縁膜15が形成されている。なお、絶縁膜15の上層には、窒化シリコン膜などからなる反射防止膜が形成されている。
An
反射防止膜の上層に、フォトダイオード30上に開口を有し、タングステン膜からなる遮光膜17が形成される。
On the antireflection film, a
遮光膜17の上層には、中間層として、BPSG(borophospho silicate glass)からなる平坦化膜72と、P−SiNからなる絶縁膜であって、いわゆるパッシベーション膜を兼ねた層内レンズ20と、透明樹脂等からなる下側平坦化膜74とが形成されている。また、中間層は、下側平坦化膜74の上層に形成されたカラーフィルタ50と、カラーフィルタ50上に形成された、絶縁性の透明樹脂等からなる上側平坦化膜61とを有している。カラーフィルタ50は緑色フィルタ領域と、青色フィルタ領域と、赤色フィルタ領域とを備えている。また、カラーフィルタには、図示しないフィルタ分離領域が形成されていてもよい。
On the upper side of the
中間層の上側表面には、マイクロレンズ60が設けられる。
A
固体撮像素子10は、フォトダイオード30で発生した信号電荷がn領域30bに蓄積され、ここに蓄積された信号電荷が、電荷転送チャネル33によって列方向(図2のX方向)に転送され、転送された信号電荷が図示しない水平電荷転送路(HCCD)によって行方向(図2のY方向)に転送され、転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力されるように構成されている。すなわち、固体撮像素子10は、画素領域である固体撮像素子部と、周辺回路(PAD部等)が形成される領域である周辺回路部とが形成された構成である。
In the solid-
層内レンズ20は、フォトダイオード30のそれぞれの上部に、上方に向って突出する湾曲面が形成されたレンズ凸部21を有している。
The
図3は、本実施形態の固体撮像素子の全体を平面視した状態を示している。固体撮像素子10は、概略的には、周囲に周辺回路部が形成され、該周辺回路部の内側に画素領域Tが形成されている。なお、図3において、撮像領域Tの縦方向寸法の中心線と、横方向寸法の中心線とをそれぞれ破線で示し、これら中心線同士が交わる位置を画素領域Tの中央部Oとしている。
FIG. 3 shows a state in which the entire solid-state imaging device of the present embodiment is viewed in plan. In general, the solid-
固体撮像素子10は、層内レンズ20のレンズ凸部21が、画素領域Tの中央部Oから周辺部(画素領域Tの周縁部分)に近くなるほど大きいレンズ径となるように形成されている。
The solid-
図4は、画素領域において位置の異なる層内レンズの凸部同士の寸法を示す図である。図4(a)に示すように、層内レンズ20には、画素領域Tの中央部Oに近い順に、レンズ凸部21a,レンズ凸部21b,レンズ凸部21cが形成されている。層内レンズ20において、レンズ凸部21bは、そのレンズ径D2が、中央部Oに最も近い位置に形成されたレンズ凸部21aのレンズ径D1に比べ大きくなるように形成されている。また、凸部21cは、そのレンズ径D3が、中央部Oのレンズ凸部21aと、レンズ凸部21bとのそれぞれのレンズ径D1,D2よりも大きくなるように形成されている。
FIG. 4 is a diagram illustrating the dimensions of the convex portions of the intralayer lenses having different positions in the pixel region. As shown in FIG. 4A, in the
固体撮像素子10は、層内レンズ20のレンズ凸部が中央部Oから放射方向の外側に向って徐々に大きくなる構成としてもよく、中央部Oから所定の距離ごとに段階的に大きくなるように構成されていてもよい。
The solid-
固体撮像素子10は、層内レンズ20のレンズ凸部21が、固体撮像素子10の画素領域Tの中央部Oから周辺部に近いほど大きいレンズ径となるように形成されている。すると、画素領域Tの周辺部において、マイクロレンズ60に入射した光が、レンズ径を大きくしたことにより、より確実に層内レンズ20のレンズ凸部21に集光されるようになる。このため、画素領域Tの周辺部における光の入射角度が中央部における入射角度に比べて撮像領域の面の垂直方向に対して大きく傾斜する角度となっても、画素領域Tの周辺部における光電変換部(フォトダイオード)30に入射する光と、画素領域Tの中央部における光電変換部30に入射する光との光量に差が生じることを防止できる。したがって、本発明の固体撮像素子10によれば、画素領域Tの部位によって光の感度にばらつきが生じることを防止することができる。
The solid-
10 固体撮像素子
14 電荷転送電極
20 層内レンズ
21 レンズ凸部
30 光電変換部
40 電荷転送部
60 マイクロレンズ
T 画素領域
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、
画素領域の表面において、前記複数の光電変換部上に形成されたマイクロレンズと、
前記マイクロレンズに入射した光を集光して前記光電変換部に導く層内レンズとを備えた固体撮像素子であって、
前記層内レンズが、前記光電変換部の上部に形成されたレンズ凸部を有し、前記レンズ凸部が前記画素領域の中央部から周辺部に近いほど、大きいレンズ径となるように形成されていることを特徴とする固体撮像素子。 A photoelectric conversion unit;
A charge transfer unit including a charge transfer electrode for transferring charges generated in the photoelectric conversion unit;
On the surface of the pixel region, a microlens formed on the plurality of photoelectric conversion units,
A solid-state imaging device including an in-layer lens that collects light incident on the microlens and guides the light to the photoelectric conversion unit;
The in-layer lens has a lens convex portion formed on the photoelectric conversion portion, and the lens convex portion is formed to have a larger lens diameter as the distance from the central portion to the peripheral portion of the pixel region is increased. A solid-state imaging device.
前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、
画素領域の表面において、前記光電変換部上に形成されたマイクロレンズと、
前記マイクロレンズに入射した光を集光して前記光電変換部に導く層内レンズとを備えた固体撮像素子の製造方法であって、
前記層内レンズに、前記光電変換部の上部にレンズ凸部を形成し、前記レンズ凸部が前記画素領域の中央部から周辺部に近いほど、大きいレンズ径となるように形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 A photoelectric conversion unit;
A charge transfer unit including a charge transfer electrode for transferring charges generated in the photoelectric conversion unit;
On the surface of the pixel region, a microlens formed on the photoelectric conversion unit,
A method of manufacturing a solid-state imaging device including an in-layer lens that collects light incident on the microlens and guides the light to the photoelectric conversion unit;
A lens convex part is formed in the upper part of the photoelectric conversion part in the inner layer lens, and the lens convex part is formed so as to have a larger lens diameter as it is closer to the peripheral part from the central part of the pixel region. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
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