JP2007279380A - Manufacturing method of lens array, lens array, and solid imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、多数の集光レンズを配列したレンズアレイの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a lens array in which a large number of condenser lenses are arranged.
近年、固体撮像素子においては、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでおり、素子の微細化も高まる一方である。このような状況の中で、感度の向上が求められており、カラーフィルタ上に形成される最上層のオンチップレンズのみでは感度向上が図れず、オンチップレンズとセンサ部との間にさらにレンズ(層内レンズ)を形成して集光機能を高める技術が提案されている。この層内レンズの一例として、転送電極等による段差を埋めて平坦化した面上に、光入射側が凸面とされたレンズを形成する、層内上凸レンズがある。 In recent years, in solid-state imaging devices, the number of imaging pixels has been increasing to more than gigapixels, and miniaturization of the devices is also increasing. Under such circumstances, improvement in sensitivity is required, and the sensitivity cannot be improved only by the uppermost on-chip lens formed on the color filter, and a lens is further provided between the on-chip lens and the sensor unit. There has been proposed a technique for forming a (intralayer lens) to enhance a light collecting function. As an example of the intra-layer lens, there is an intra-layer upward convex lens that forms a lens having a convex surface on the light incident side on a surface flattened by filling a step due to a transfer electrode or the like.
この層内上凸レンズの製造方法の一例として、層内上凸レンズのレンズ材の膜とレジストとの積層膜をドライエッチングする方法がある。これは、レンズ材の膜を堆積し、その上にレジストをレンズの形状にパターニングし、その後ドライエッチングによりレジストによるレンズ形状をレンズ材の膜に転写する方法である。 As an example of the manufacturing method of the in-layer upward convex lens, there is a method of dry etching the laminated film of the lens material film and the resist of the in-layer upward convex lens. This is a method of depositing a lens material film, patterning a resist on the lens material thereon, and then transferring the lens shape of the resist to the lens material film by dry etching.
また、レンズの焦点距離を所望の距離に広範囲で調節することによって高感度化をはかる方法も提案されている(特許文献1参照)。この方法では、層内上凸レンズ材料の層上にレンズ形状のレジストマスクを形成し、エッチバック法によりこのレジストマスクのレンズ形状を層内上凸レンズ材料の層に転写して層内上凸レンズを形成し、エッチバック量で焦点距離を調整するものである。 There has also been proposed a method for increasing the sensitivity by adjusting the focal length of the lens to a desired distance over a wide range (see Patent Document 1). In this method, a lens-shaped resist mask is formed on the layer of the upper convex lens material in the layer, and the lens shape of the resist mask is transferred to the layer of the upper convex lens material in the layer by an etch back method to form the upper convex lens in the layer. The focal length is adjusted by the etch back amount.
このように、マイクロレンズによるオンチップレンズの下に層内上凸レンズを設けることにより、入射光を2段階で集光して、より多くの光を受光部に入射させることができ、オンチップレンズのみを形成した場合と比較して、固体撮像素子の感度を向上させることができる。 Thus, by providing the upper convex lens in the layer under the on-chip lens by the microlens, the incident light can be condensed in two stages, and more light can be incident on the light receiving unit. The sensitivity of the solid-state imaging device can be improved as compared with the case where only the film is formed.
本発明は、層内凸レンズに代表される集光レンズを多数配列したレンズアレイを容易に製造することが可能なレンズアレイの製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the lens array which can manufacture easily the lens array which arranged many condensing lenses represented by the in-layer convex lens.
本発明のレンズアレイの製造方法は、平坦面上に多数の集光レンズを配列したレンズアレイの製造方法であって、前記平坦面上に無機のレンズ材料膜のパターンを形成するレンズパターン形成工程と、不活性ガスにCxHyFz系の反応性ガス(x>0,y≧0,z>0)を添加したガスを用いたスパッタエッチングにより、前記無機のレンズ材料膜のパターンを変形させると共に、前記反応性ガスと前記無機のレンズ材料との反応生成物を前記パターン間に堆積させて前記多数の集光レンズを形成するレンズ形成工程とを含む。 The method of manufacturing a lens array according to the present invention is a method of manufacturing a lens array in which a large number of condensing lenses are arranged on a flat surface, and a lens pattern forming step of forming an inorganic lens material film pattern on the flat surface And the sputter etching using a gas obtained by adding a CxHyFz-based reactive gas (x> 0, y ≧ 0, z> 0) to an inert gas, the pattern of the inorganic lens material film is deformed, and A lens forming step of depositing a reaction product of a reactive gas and the inorganic lens material between the patterns to form the multiple condenser lenses.
本発明のレンズアレイの製造方法は、前記無機のレンズ材料が酸化シリコンと窒化シリコンを含む。 In the method for manufacturing a lens array of the present invention, the inorganic lens material includes silicon oxide and silicon nitride.
本発明のレンズアレイの製造方法は、前記不活性ガスがアルゴンガスを含む。 In the method of manufacturing a lens array according to the present invention, the inert gas contains argon gas.
本発明のレンズアレイは、前記製造方法によって製造されたものである。 The lens array of the present invention is manufactured by the above manufacturing method.
本発明の固体撮像素子は、前記レンズアレイを備える。 The solid-state imaging device of the present invention includes the lens array.
本発明によれば、層内凸レンズに代表される集光レンズを多数配列したレンズアレイを容易に製造することが可能なレンズアレイの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the lens array which can manufacture easily the lens array which arranged many condensing lenses represented by the in-layer convex lens can be provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態であるCCD型固体撮像素子の層内レンズである上凸レンズの形成方法を説明するための固体撮像素子の部分断面模式図である。
上凸レンズは、例えば、シリコン基板上に形成した電荷転送電極や遮光膜による段差を絶縁膜によって埋めて平坦化した後、この平坦化された絶縁膜上に形成される。図1の符号15で示される膜が、上凸レンズの形成面を構成する平坦化された絶縁膜(以下、平坦化膜15という)である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional schematic view of a solid-state image sensor for explaining a method of forming an upward convex lens that is an intra-layer lens of a CCD type solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention.
For example, the upward convex lens is formed on the planarized insulating film after the step formed by the charge transfer electrode and the light shielding film formed on the silicon substrate is filled with the insulating film and planarized. A film indicated by
まず、平坦化膜15上に、酸化シリコンや窒化シリコン等の上凸レンズの材料となる無機のレンズ材料膜16を形成し、これをフォトリソ及びエッチングによってパターニングして、レンズ材料膜16のパターンを形成する(図1(a))。図1(a)において、レンズ材料膜16を、平坦化膜15の表面と、レンズ材料膜16の平坦化膜15の表面から最も遠い面との間の距離を厚みとする平坦な膜として見ると、レンズ材料膜16は、パターン間に孔部kを有する構成となっている。レンズ材料膜16のパターンは、その下方のフォトダイオードに対応したパターンとなっている。
First, an inorganic
次に、アルゴン等の不活性ガスにCxHyFz系の反応性ガス(x>0,y≧0,z>0)を添加したガスを用いたスパッタエッチングにより、レンズ材料膜16のパターンを変形させると共に、添加した反応性ガスとレンズ材料膜16との反応生成物を、レンズ材料膜16のパターン間に堆積させる(図1(b))。例えば、レンズ材料膜16が窒化シリコン膜である場合、アルゴンガスにCHF3をトータル流量の5%以上添加したガスを用いると共に、RF周波数を低周波(1MHz以下)に設定してスパッタエッチングを行うことで、レンズ材料膜16のパターンの変形と、反応生成物の堆積との両方を実現することができる。これは、スパッタ装置においてRF周波数を低周波にすると、不活性ガスに添加するCxHyFz系の反応性ガスの種類によっては、スパッタエッチング時に、その反応性ガスとレンズ材料膜16との反応生成物を孔部kに堆積させることが可能となるためである。
Next, the pattern of the
スパッタエッチングが終わると、絶縁膜17を形成して、上凸レンズを保護する(図1(c))。このような方法により、エッチングされたレンズ材料膜16のパターンが、光入射側に向かって凸となった上凸レンズとなる。この上凸レンズは、光をその下方のフォトダイオードに集光する機能を有する集光レンズとなる。
When the sputter etching is finished, an
図1(a)の状態から、反応性ガスを添加しない条件でスパッタエッチングを行うと、レンズ材料膜16のパターンの上端部同士が堆積物によって接触してしまい、上凸レンズ間にVoidが発生して、集光効率が低下し感度低下に繋がってしまう。又、綺麗なレンズ形状を得ることが困難である。これに対し、本実施形態の方法によれば、このVoidの発生を抑制することができるため、集光効率をアップさせることができ、固体撮像素子の感度向上を図ることができる。又、RF周波数を調整して反応生成物を孔部kに堆積させることができるため、上凸レンズの形状制御も容易となる。又、孔部kに反応生成物を堆積させることができるため、完成した多数の上凸レンズをギャップレスにすることができ、集光効率をより高めることができる。
If sputter etching is performed from the state of FIG. 1A without adding a reactive gas, the upper end portions of the pattern of the
又、本実施形態の方法によれば、レンズ材料膜16のパターンを形成した後、スパッタエッチングを行うだけで上凸レンズを形成することができるため、従来の上凸レンズの形成方法に比べ、工程数を削減することができる。
Further, according to the method of the present embodiment, after forming the pattern of the
(実施例1)
図1(a)において、平坦化膜15の材料を窒化シリコンとし、レンズ材料膜16の材料を窒化シリコンとし、レンズ材料膜16の膜厚を0.4μmとし、パターン間の距離を0.3μmとし、次のような条件でスパッタエッチングを行って上凸レンズを作製した。この結果、レンズ材料膜16のパターン間にVoidが発生するのを抑制することができた。又、孔部kの底部に反応性生物を堆積させることができ、ギャップレスの上凸レンズを形成することができた。
<スパッタエッチング条件>
ガス組成:Ar(750sccm)、CF4(25sccm)、CHF3(50sccm)
圧力:500mTorr
RFパワー:900W
RF周波数:0.38MHz
サセプタ温度:0℃
Example 1
In FIG. 1A, the material of the
<Sputter etching conditions>
Gas composition: Ar (750 sccm), CF 4 (25 sccm), CHF 3 (50 sccm)
Pressure: 500mTorr
RF power: 900W
RF frequency: 0.38 MHz
Susceptor temperature: 0 ° C
(実施例2)
図1(a)において、平坦化膜15の材料を酸化シリコンとし、レンズ材料膜16の材料を酸化シリコンとし、レンズ材料膜16の膜厚を0.6μmとし、パターン間の距離を0.3μmとし、次のような条件でスパッタエッチングを行って上凸レンズを作製した。この結果、レンズ材料膜16のパターン間にVoidが発生するのを抑制することができた。又、孔部kの底部に反応性生物を堆積させることができ、ギャップレスの上凸レンズを形成することができた。
<スパッタエッチング条件>
ガス組成:Ar(300sccm)、CHF3(40sccm)、CF4(20sccm)
圧力:500mTorr
RFパワー:900W
RF周波数:0.38MHz
サセプタ温度:−10℃
(Example 2)
In FIG. 1A, the material of the
<Sputter etching conditions>
Gas composition: Ar (300 sccm), CHF 3 (40 sccm), CF 4 (20 sccm)
Pressure: 500mTorr
RF power: 900W
RF frequency: 0.38 MHz
Susceptor temperature: -10 ° C
15 平坦化膜
16 レンズ材料膜
17 絶縁膜
k 孔部
15
Claims (5)
前記平坦面上に無機のレンズ材料膜のパターンを形成するレンズパターン形成工程と、
不活性ガスにCxHyFz系の反応性ガス(x>0,y≧0,z>0)を添加したガスを用いたスパッタエッチングにより、前記無機のレンズ材料膜のパターンを変形させると共に、前記反応性ガスと前記無機のレンズ材料との反応生成物を前記パターン間に堆積させて前記多数の集光レンズを形成するレンズ形成工程とを含むレンズアレイの製造方法。 A method of manufacturing a lens array in which a large number of condenser lenses are arranged on a flat surface,
A lens pattern forming step of forming a pattern of an inorganic lens material film on the flat surface;
The pattern of the inorganic lens material film is deformed by sputter etching using a gas obtained by adding a CxHyFz-based reactive gas (x> 0, y ≧ 0, z> 0) to an inert gas, and the reactivity And a lens forming step of forming a plurality of condensing lenses by depositing a reaction product of a gas and the inorganic lens material between the patterns.
前記無機のレンズ材料が酸化シリコンと窒化シリコンを含むレンズアレイの製造方法。 A method of manufacturing a lens array according to claim 1,
A method of manufacturing a lens array, wherein the inorganic lens material includes silicon oxide and silicon nitride.
前記不活性ガスがアルゴンガスを含むレンズアレイの製造方法。 A method of manufacturing a lens array according to claim 1 or 2,
A method of manufacturing a lens array, wherein the inert gas includes argon gas.
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