JP2008060464A - Material for microlens, microlens and manufacturing method therefor - Google Patents

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JP2008060464A JP2006237742A JP2006237742A JP2008060464A JP 2008060464 A JP2008060464 A JP 2008060464A JP 2006237742 A JP2006237742 A JP 2006237742A JP 2006237742 A JP2006237742 A JP 2006237742A JP 2008060464 A JP2008060464 A JP 2008060464A
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Yasuo Aozuka
康生 青塚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the light collection efficiency by enhancing the refractive index of a microlens and decreasing the surface reflectance, at the same time. <P>SOLUTION: As the material for the microlens, a material containing ultrafine particles whose refractive index is 1.6 or higher for binder resin is used. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロレンズ用材料、マイクロレンズおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a microlens material, a microlens, and a manufacturing method thereof.

近年、固体撮像素子の高精細化は進む一方であり、この高精細化に伴う感度の低下を防ぐ為に、各画素の光電変換領域に入射光を導く光学層の集光効率の向上が求められている。例えば、樹脂レンズと樹脂表面に光学的なボイドを有するポーラス層とでマイクロレンズを形成して表面反射率を低減した固体撮像素子が提案されている(特許文献1)。
またさらにマイクロレンズと相対する面側の透明基板に反射防止膜を形成したもの(特許文献2)、さらには、ウェットエッチングなどによりカラーフィルタ表面を粗面化することにより反射防止機能を持たせたものも提案されている(特許文献3)。
In recent years, the resolution of solid-state image sensors has been increasing, and in order to prevent the reduction in sensitivity associated with this increase in resolution, it is necessary to improve the light collection efficiency of the optical layer that guides incident light to the photoelectric conversion region of each pixel. It has been. For example, a solid-state imaging device has been proposed in which a microlens is formed by a resin lens and a porous layer having an optical void on the resin surface to reduce the surface reflectance (Patent Document 1).
Further, an antireflection film is formed on a transparent substrate facing the microlens (Patent Document 2), and the color filter surface is roughened by wet etching or the like to provide an antireflection function. The thing is also proposed (patent document 3).

特開2002−261261号公報JP 2002-261261 A 特開2003−37257号公報JP 2003-37257 A 特開2005−216897号公報JP 2005-216897 A

しかしながら、上記構成では、いずれもマイクロレンズの屈折率が小さく、集光パワーが不足し、そのために集光点がぼやけてしまい、集光効率が十分でなかった。また、マイクロレンズ表面では、入射光の反射を免れ得ないという問題もあった。
また、別途反射防止膜を形成した場合、その分工程数も材料種も増えてコストアップにつながるという問題もあった。
However, in any of the above-described configurations, the refractive index of the microlens is small, the condensing power is insufficient, and therefore the condensing point is blurred, and the condensing efficiency is not sufficient. In addition, the microlens surface has a problem that it cannot avoid reflection of incident light.
In addition, when an antireflection film is separately formed, the number of processes and material types increase accordingly, leading to a cost increase.

本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、簡単な工程で、表面反射率の低減を図ると同時に、マイクロレンズの屈折率を高めることにより、集光効率の向上を図ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to improve the light collection efficiency by increasing the refractive index of the microlens while simultaneously reducing the surface reflectance in a simple process. And

本発明は、バインダー樹脂中に屈折率が1.6以上の超微粒子を含有したマイクロレンズ用材料である。
この構成によれば、マイクロレンズを屈折率の大きい超微粒子を含有する材料で構成しているため、超微粒子の含有率調節によって、屈折率の向上と制御が容易である。従ってマイクロレンズとしての集光特性は容易に調整可能であり、さらに表面状態を調整することによって反射特性を調整することも可能であることから、コストアップを招くことなく、集光効率の高いマイクロレンズを提供することが可能となる。
The present invention is a microlens material containing ultrafine particles having a refractive index of 1.6 or more in a binder resin.
According to this configuration, since the microlens is made of a material containing ultrafine particles having a high refractive index, the refractive index can be easily improved and controlled by adjusting the content of the ultrafine particles. Therefore, the light condensing characteristics as a microlens can be easily adjusted, and the reflection characteristics can be adjusted by adjusting the surface state. A lens can be provided.

また、本発明は、上記マイクロレンズ用材料において、前記超微粒子はバインダー樹脂よりも屈折率が0.2以上高いものを含む。
この構成により、バインダー樹脂単独の場合よりも屈折率を高くすることができ、集光特性の向上を図ることが可能となる。すなわち、超微粒子の屈折率を1.6以上とすることにより、高々1.6程度の屈折率しかもたない通常の樹脂の屈折率をそれ以上の屈折率にすることを企図している。より厳密には使用するバインダー樹脂の屈折率よりも高い屈折率を有する超微粒子を用いるのが望ましい。マイクロレンズ用材料の屈折率を0.1以上高くすることでレンズパワーの明確な向上をはかることができる。例えば、バインダー樹脂と超微粒子の混合比を1:1としたとき、マイクロレンズ用材料の屈折率を0.1以上高くするためには超微粒子の屈折率をバインダー樹脂の屈折率よりも0.2以上高くする必要がある。このようにマイクロレンズとしての最適な屈折率への調節はバインダー樹脂と超微粒子の混合比の調整によって容易に実現可能である。
Further, the present invention includes the above microlens material, wherein the ultrafine particles have a refractive index higher than that of the binder resin by 0.2 or more.
With this configuration, it is possible to make the refractive index higher than in the case of the binder resin alone, and it is possible to improve the light collecting characteristics. That is, by setting the refractive index of ultrafine particles to 1.6 or more, it is intended to make the refractive index of ordinary resins having a refractive index of about 1.6 at most higher than that. More strictly, it is desirable to use ultrafine particles having a refractive index higher than that of the binder resin used. The lens power can be clearly improved by increasing the refractive index of the microlens material by 0.1 or more. For example, when the mixing ratio of the binder resin and the ultrafine particles is 1: 1, in order to increase the refractive index of the microlens material by 0.1 or more, the refractive index of the ultrafine particles is set to be less than the refractive index of the binder resin. Need to be 2 or higher. Thus, the adjustment to the optimum refractive index as a microlens can be easily realized by adjusting the mixing ratio of the binder resin and the ultrafine particles.

また、本発明は、上記マイクロレンズ用材料において、前記超微粒子は実質的に無色透明な無機化合物からなる超微粒子である。
ここで超微粒子はマイクロレンズを形成する素材であるため無色透明であることが望ましく、かつ屈折率が1.6以上のものであればよい。
In the microlens material according to the present invention, the ultrafine particles are ultrafine particles made of a substantially colorless and transparent inorganic compound.
Here, since the ultrafine particles are a material for forming the microlens, it is preferably colorless and transparent, and may have a refractive index of 1.6 or more.

また、本発明は、上記マイクロレンズ用材料において、前記超微粒子は酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタンのいずれかを含む超微粒子である。
無機化合物からなる超微粒子としては、後述するような各種材料があるが、屈折率が高いという観点では酸化チタン(ルチル型やアナターゼ型)や酸化ジルコニウムが好適である。また表面の粗面化を溶解法によって行うことができるという観点では、酸化亜鉛や水酸化亜鉛が酸やアルカリに容易に溶解するので、好都合である。超微粒子を溶解除去する工程としてはスピンコータを用いて溶媒を供給しても良いしあるいは、溶媒中にウェハを浸漬してもよい。もちろん、超微粒子の除去法としてドライエッチングを実施する場合にはどのような無機化合物でも適用可能である。
また、無機化合物からなる超微粒子が光触媒機能を有している場合には、その機能によってマクロレンズを構成するバインダー樹脂が劣化しないように超微粒子に各種表面処理を施しておくこともできる。
In the microlens material according to the present invention, the ultrafine particles are ultrafine particles containing any of zinc oxide, zinc hydroxide, zirconium oxide, and titanium oxide.
As the ultrafine particles made of an inorganic compound, there are various materials as described later. From the viewpoint of high refractive index, titanium oxide (rutile type or anatase type) or zirconium oxide is preferable. Further, from the viewpoint that the surface can be roughened by a dissolution method, zinc oxide and zinc hydroxide are easily dissolved in acid and alkali, which is advantageous. In the step of dissolving and removing ultrafine particles, a solvent may be supplied using a spin coater, or the wafer may be immersed in the solvent. Of course, any inorganic compound can be used when dry etching is performed as a method for removing ultrafine particles.
Moreover, when the ultrafine particles made of an inorganic compound have a photocatalytic function, various surface treatments can be applied to the ultrafine particles so that the binder resin constituting the macro lens is not deteriorated by the function.

また、本発明は、上記マイクロレンズ用材料において、前記超微粒子は有機化合物からなる超微粒子である。
ここでは、超微粒子は、無色透明な有機化合物であれば良く、表面の粗面化処理の際にはその有機化合物を溶解するための溶媒を用いればよい。あるいはドライエッチングによって超微粒子有機化合物を選択的にエッチング除去しても良い。屈折率が1.6以上の有機化合物としては、例えばポリイミド系ポリマー(屈折率:約1.75)を用いることができる。その他、例えば、ポリペンタクロロフェニルメタクリレート(屈折率:約1.608)、ポリ−o−クロロスチレン(屈折率:約1.6098)、ポリ−α−ナフチルメタクリレート(屈折率:約1.6410)、ポリビニルナフタレン(屈折率:約1.6818)、ポリビニルカルバゾール(屈折率:約1.683)、ポリペンタブロモフェニルメタクリレート(屈折率:約1.71)なども適用可能である。
In the microlens material according to the present invention, the ultrafine particles are ultrafine particles made of an organic compound.
Here, the ultrafine particles only need to be a colorless and transparent organic compound, and a solvent for dissolving the organic compound may be used in the surface roughening treatment. Alternatively, the ultrafine organic compound may be selectively removed by dry etching. As the organic compound having a refractive index of 1.6 or more, for example, a polyimide polymer (refractive index: about 1.75) can be used. Other examples include polypentachlorophenyl methacrylate (refractive index: about 1.608), poly-o-chlorostyrene (refractive index: about 1.6098), poly-α-naphthyl methacrylate (refractive index: about 1.6410), Polyvinyl naphthalene (refractive index: about 1.6818), polyvinyl carbazole (refractive index: about 1.683), polypentabromophenyl methacrylate (refractive index: about 1.71), and the like are also applicable.

また溶解法によって有機化合物の超微粒子を除去する場合には、有機化合物が溶解しやすいと好都合であるため、ポリマーの場合は重合度を適度に小さくすることが望ましい。あるいは溶解しやすいように有機化合物の分子を修飾しておくことや非硬化性の有機化合物であることが望ましい。さらにまた有機化合物の溶解除去処理はバインダー樹脂を硬化させた後に行うのが望ましい。   Further, when removing ultrafine particles of an organic compound by a dissolution method, it is convenient that the organic compound is easily dissolved. Therefore, in the case of a polymer, it is desirable to appropriately reduce the degree of polymerization. Alternatively, it is desirable that the molecule of the organic compound is modified so that it is easily dissolved, or that it is a non-curable organic compound. Furthermore, it is desirable to carry out the dissolution removal treatment of the organic compound after the binder resin is cured.

このような有機化合物からなる超微粒子を形成する方法としては、バインダー樹脂と相溶解しない物質を選択する必要がある,バインダー樹脂も有機化合物もいずれも溶解する溶媒で溶解し塗布膜を形成するとその乾燥工程中に、有機化合物がミクロ相分離して超微粒子となる。あるいはバインダー樹脂化合物と相溶しない有機化合の微粉末を分散剤とともにバインダー溶液(有機化合物が溶解しない溶媒を使用する)中に分散させるようにしてもよい。   As a method for forming such ultrafine particles composed of an organic compound, it is necessary to select a substance that does not dissolve in the binder resin. When the binder resin and the organic compound are both dissolved in a solvent that dissolves, a coating film is formed. During the drying process, the organic compound is microphase separated into ultrafine particles. Or you may make it disperse | distribute the fine powder of the organic compound which is not compatible with a binder resin compound in a binder solution (The solvent which does not melt | dissolve an organic compound is used) with a dispersing agent.

また、本発明は、上記マイクロレンズ用材料において、前記超微粒子の平均粒径は10から30nmである。   In the microlens material according to the present invention, the ultrafine particles have an average particle size of 10 to 30 nm.

また、本発明は、上記マイクロレンズ用材料において、前記バインダー樹脂と前記超微粒子の体積比率は、0.9:0.1〜0.2:0.8である。
屈折率が異なる2つの物質を分散混合した場合の総合屈折率は、2つの物質の体積混合比から計算される加重平均値となる。したがってわずかでも高屈折率粒子が混合されていれば、その分屈折率は向上する。仮に超微粒子の屈折率がバインダー樹脂のそれよりも1.0以上高いとすると(ルチル型酸化チタン相当)、超微粒子の混合比率(体積比)が0.1あれば屈折率は1.0×0.1=0.1以上向上することになり有効である。これが下限である。一方、超微粒子をバインダー樹脂に安定に分散させることができないといけないため超微粒子の比率を0.8以上にすることは実質上不可能である。
In the microlens material according to the present invention, a volume ratio of the binder resin to the ultrafine particles is 0.9: 0.1 to 0.2: 0.8.
The total refractive index when two materials having different refractive indexes are dispersed and mixed is a weighted average value calculated from the volume mixing ratio of the two materials. Therefore, if even a small amount of high refractive index particles are mixed, the refractive index is improved accordingly. If the refractive index of the ultrafine particles is 1.0 or more higher than that of the binder resin (equivalent to rutile titanium oxide), the refractive index is 1.0 × if the mixing ratio (volume ratio) of the ultrafine particles is 0.1. It is effective that 0.1 = 0.1 or more. This is the lower limit. On the other hand, since it is necessary to stably disperse the ultrafine particles in the binder resin, it is practically impossible to set the ratio of the ultrafine particles to 0.8 or more.

また、本発明のマイクロレンズは、上記マイクロレンズ用材料において、画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、前記光電変換領域に入射する光を画素毎に集光するための集光機能を備えたマイクロレンズであって、前記マイクロレンズは、バインダー樹脂中に、屈折率が1.6以上の超微粒子を含有している。   The microlens of the present invention is arranged so as to face each of a plurality of photoelectric conversion regions constituting the pixel in the microlens material, and collects light incident on the photoelectric conversion region for each pixel. A microlens having a light condensing function is provided, and the microlens contains ultrafine particles having a refractive index of 1.6 or more in a binder resin.

また、本発明は、上記マイクロレンズにおいて、前記超微粒子はバインダー樹脂よりも屈折率が0.2以上高いものを含む。   Further, according to the present invention, in the above microlens, the ultrafine particles include those having a refractive index higher than that of the binder resin by 0.2 or more.

また、本発明は、上記マイクロレンズにおいて、前記超微粒子は実質的に無色で透明な無機化合物からなる超微粒子である。   In the microlens according to the present invention, the ultrafine particles are ultrafine particles made of a substantially colorless and transparent inorganic compound.

また、本発明は、上記マイクロレンズにおいて、前記超微粒子は酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタンのいずれかを含む超微粒子である。   In the microlens according to the present invention, the ultrafine particles are ultrafine particles containing any one of zinc oxide, zinc hydroxide, zirconium oxide, and titanium oxide.

また、本発明は、上記マイクロレンズにおいて、前記超微粒子は有機化合物からなる超微粒子であるものを含む。   Further, the present invention includes the above microlens, wherein the ultrafine particles are ultrafine particles made of an organic compound.

また、本発明は、上記マイクロレンズにおいて、前記超微粒子は平均粒径10から30nmであるものを含む。   Further, the present invention includes the above microlens, wherein the ultrafine particles have an average particle diameter of 10 to 30 nm.

また、本発明は、上記マイクロレンズにおいて、前記バインダー樹脂と超微粒子の体積比率は、0.9:0.1〜0.2:0.8の範囲内であるものを含む。   The present invention includes the above microlens, wherein the volume ratio of the binder resin to the ultrafine particles is in the range of 0.9: 0.1 to 0.2: 0.8.

また、本発明は、上記マイクロレンズにおいて、表面が、ナノオーダーの凹凸を有するように粗面化処理のなされたものを含む。   In addition, the present invention includes the above-described microlens that has been subjected to a roughening treatment so that the surface has nano-order irregularities.

また、本発明は、画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、前記光電変換領域に入射する光を画素毎に集光するための集光機能を備えたマイクロレンズの製造方法であって、前記バインダー樹脂中に、屈折率が1.6以上の超微粒子を含有したマイクロレンズ用材料を光電変換領域上に供給し、塗布膜を形成する工程と、前記塗布膜を所望の形状に加工する形状加工工程とを含む。
この構成によれば、集光特性に優れたマイクロレンズを提供することが可能となる。
Further, the present invention provides a microlens that is disposed so as to face each of a plurality of photoelectric conversion regions constituting a pixel, and has a condensing function for condensing light incident on the photoelectric conversion region for each pixel. A method of supplying a microlens material containing ultrafine particles having a refractive index of 1.6 or more in the binder resin onto a photoelectric conversion region to form a coating film, and the coating film And a shape processing step of processing into a desired shape.
According to this configuration, it is possible to provide a microlens having excellent light collection characteristics.

また、本発明は、上記マイクロレンズの製造方法において、前記形状加工工程は、前記塗布膜をパターニングする工程と、前記マイクロレンズの表面を粗面化する粗面化工程とを含む。   In the microlens manufacturing method according to the present invention, the shape processing step includes a step of patterning the coating film and a roughening step of roughening the surface of the microlens.

また、本発明は、上記マイクロレンズの製造方法において、前記粗面化工程は、マイクロレンズの表面および表面近傍の前記超微粒子を除去する工程を含む。   In the microlens manufacturing method according to the present invention, the roughening step includes a step of removing the surface of the microlens and the ultrafine particles in the vicinity of the surface.

また、本発明は、上記マイクロレンズの製造方法において、前記形状加工工程が、エッチバック法により前記マイクロレンズを所望の形状に加工する形状加工工程を含む。
超微粒子がアルカリ性水溶液に溶解する物質の場合は、マイクロレンズ材のパターニングとしてエッチバック法が好ましい。マイクロレンズ材自身をフォトリソ法にてパターニングし、メルトさせてレンズ形状にする工程では、現像中に超微粒子が溶解してしまい、所望の表面粗面化が安定にできないことがあるためである。超微粒子の現像液中への溶解速度が適切である場合は、現像と同時に表面の超微粒子が溶解除去されその後のメルト工程にて表面の超微粒子の抜けた跡(凹部)が潰れてバインダー樹脂だけで構成された表面層ができる。この場合も表面反射率の低減をはかることができ本発明の効果が発揮されるが、バインダー樹脂だけで構成されたマイクロレンズと同レベルの反射率にとどまる。「このようなマイクロレンズにおいて、表面反射率をさらに下げたい場合には、微粒子の表面をバインダー樹脂から露出させるために必要な程度に軽くエッチングしてから超微粒子除去処理を行なうことが出来る。
In the method for manufacturing a microlens, the shape processing step includes a shape processing step of processing the microlens into a desired shape by an etch back method.
In the case of a substance in which ultrafine particles are dissolved in an alkaline aqueous solution, an etch-back method is preferable for patterning the microlens material. This is because, in the process of patterning the microlens material itself by a photolithography method and melting it into a lens shape, the ultrafine particles are dissolved during development, and the desired surface roughening may not be stabilized. When the dissolution rate of the ultrafine particles in the developer is appropriate, the ultrafine particles on the surface are dissolved and removed at the same time as the development, and the traces (recesses) from which the ultrafine particles are removed in the subsequent melt process are crushed and the binder resin A surface layer composed only of is made. In this case as well, the surface reflectance can be reduced and the effect of the present invention can be achieved. However, the reflectance remains at the same level as that of the microlens composed only of the binder resin. “In such a microlens, when it is desired to further reduce the surface reflectance, the ultrafine particle removal treatment can be performed after lightly etching to the extent necessary to expose the surface of the fine particles from the binder resin.

また、本発明は、上記マイクロレンズの製造方法において、前記粗面化工程が、前記超微粒子を選択的に溶解する溶媒で処理する工程を含む。   In the method of manufacturing a microlens, the roughening step includes a step of treating with a solvent that selectively dissolves the ultrafine particles.

また、本発明は、上記マイクロレンズの製造方法において、前記粗面化工程が、前記マイクロレンズを酸性もしくはアルカリ性水溶液で処理する工程を含む。例えば超微粒子が酸化亜鉛の場合は、希硫酸で処理すればよい。   In the method for producing a microlens, the roughening step includes a step of treating the microlens with an acidic or alkaline aqueous solution. For example, when the ultrafine particles are zinc oxide, they may be treated with dilute sulfuric acid.

また、本発明は、上記マイクロレンズの製造方法において、前記粗面化工程は、マイクロレンズを構成するバインダー樹脂と超微粒子を異なる速度でドライエッチングする工程を含む。
なお本発明において、超微粒子とは平均粒径100μm以下の微粒子をさすものとする。
In the method of manufacturing a microlens, the roughening step includes a step of dry etching the binder resin and the ultrafine particles constituting the microlens at different rates.
In the present invention, the ultrafine particles refer to fine particles having an average particle size of 100 μm or less.

本発明のマイクロレンズによれば、集光効率の向上をはかることができる。
すなわち、マイクロレンズを屈折率の大きい超微粒子を含有する材料で構成することにより、集光効率の高いマイクロレンズを提供することが可能となる。また、超微粒子とバインダー樹脂との体積比を調整することにより、屈折率の制御は容易にできる。
さらにまた、本発明のマイクロレンズによれば、成膜後、後処理により、表面に屈折率勾配を形成することができ、更なる集光効率の向上を図ることができる。例えば表面処理により、最表面(表面層)と、表面近傍(中間層)と、内部(核)との3層において、屈折率が変化するように構成することができ、表面反射が少なく集光効率の高いマイクロレンズを得ることができる。
According to the microlens of the present invention, the light collection efficiency can be improved.
That is, it is possible to provide a microlens with high light collection efficiency by configuring the microlens with a material containing ultrafine particles having a large refractive index. Further, the refractive index can be easily controlled by adjusting the volume ratio between the ultrafine particles and the binder resin.
Furthermore, according to the microlens of the present invention, a refractive index gradient can be formed on the surface by post-processing after film formation, and further improvement in light collection efficiency can be achieved. For example, by surface treatment, the outermost surface (surface layer), the vicinity of the surface (intermediate layer), and the inside (core) can be configured so that the refractive index changes, and the light is collected with less surface reflection. A highly efficient microlens can be obtained.

3層構造にするためには、表面よりも内部(中間層)の超微粒子までも除去することが必要である。具体的にはバインダー樹脂を通して超微粒子を溶解(中間層)できればよく、例えば希硫酸で処理する際に希硫酸がバインダー樹脂にある程度浸透するようなバインダー樹脂であればよい。この浸透性はバインダー樹脂の硬化反応を調節することによっても得ることができる。
このようにして表面よりもある程度内部まで超微粒子を除去することができると、深部は超微粒子入り、中間部が主としてバインダー樹脂層、表面はバインダー樹脂と空気との混合層というように3層構造が実現される。メルト法、エッチバック法のいずれもマイクロレンズを形状加工する際に要求されるバインダー樹脂の硬化度と超微粒子除去工程で要求される硬化度の両方を満たすように硬化のための熱工程およびまたはUV照射工程を設定することが重要である。
In order to obtain a three-layer structure, it is necessary to remove even the ultrafine particles inside (intermediate layer) rather than the surface. Specifically, it is only necessary that ultrafine particles can be dissolved (intermediate layer) through the binder resin. For example, the binder resin may be such that the dilute sulfuric acid penetrates the binder resin to some extent when it is treated with dilute sulfuric acid. This permeability can also be obtained by adjusting the curing reaction of the binder resin.
If ultrafine particles can be removed to a certain extent from the surface in this way, the deep portion contains ultrafine particles, the middle portion is mainly a binder resin layer, and the surface is a mixed layer of binder resin and air. Is realized. In both the melt method and the etch back method, a thermal process for curing and / or a curing process so as to satisfy both the degree of curing of the binder resin and the degree of curing required in the ultrafine particle removing process required when processing the microlens. It is important to set the UV irradiation process.

また3層構造、2層構造のいずれの場合でも表面反射率を最小にするためには、各層の屈折率の関係を適切に設定することが好ましい。例えば2層構造の場合、空気の屈折率n0、表面層の屈折率n1、深部の屈折率n2とするとn1=(n0×n2)0.5(式1)とすれば表面反射率を最小にすることができる。n0は既知であり、n2はレンズパワー設計から決まる値である。一方、空気混合率=f(vol%)、バインダー樹脂の屈折率=nbとすると、n1=nb×(1−f)+「n0×f(式2)である。
ここでn0=1、nb=1.49(アクリル樹脂)、f=0.5とすると式2より
n1=1.245となるため、式1を満たすようにn2=1.245×1.245=1.55であるとき、最適の組み合わせとなる。
n2=1.55ということは超微粒子混合率(空気混合率と同じであるとして)=0.5であるから、超微粒子の屈折率は,n=1.61であればよいことになる。すなわち本発明において超微粒子の屈折率の範囲を1.6以上としたが、表面反射率を最小にするうえでも好ましい範囲であることがわかる。
In order to minimize the surface reflectance in either the three-layer structure or the two-layer structure, it is preferable to appropriately set the relationship between the refractive indexes of the layers. For example, in the case of a two-layer structure, assuming that the refractive index n0 of air, the refractive index n1 of the surface layer, and the refractive index n2 of the deep part are n1 = (n0 × n2) 0.5 (Equation 1), the surface reflectance is minimized. can do. n0 is known and n2 is a value determined from the lens power design. On the other hand, assuming that the air mixing ratio = f (vol%) and the refractive index of the binder resin = nb, n1 = nb × (1−f) + “n0 × f (formula 2).
Here, when n0 = 1, nb = 1.49 (acrylic resin), and f = 0.5, n1 = 1.245 is obtained from Equation 2, so that n2 = 1.245 × 1.245 to satisfy Equation 1. = 1.55 is the optimal combination.
Since n2 = 1.55 is the ultrafine particle mixing ratio (assuming the same as the air mixing ratio) = 0.5, the refractive index of the ultrafine particles may be n = 1.61. That is, in the present invention, the range of the refractive index of the ultrafine particles is set to 1.6 or more, but it is understood that this is a preferable range for minimizing the surface reflectance.

また、本発明のマイクロレンズによれば、別途反射防止膜を設けるのではなく、マイクロレンズは、一体的に形成されているため、別途反射防止膜を形成した場合に比べて工程が簡単であり材料も1種ですむ。   Also, according to the microlens of the present invention, the antireflection film is not separately provided, but the microlens is integrally formed, and thus the process is simpler than the case where the antireflection film is separately formed. Only one type of material is required.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施の形態で説明するマイクロレンズは、例えば固体撮像素子に用いられるものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The microlens described in the present embodiment is used for a solid-state image sensor, for example.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1のマイクロレンズの拡大断面模式図、図2は固体撮像素子の断面概略説明図、図3は平面模式図である(図2は、図3のA−A線断面模式図)。図4はこの固体撮像素子のマイクロレンズの製造工程を示す工程断面図である。
(Embodiment 1)
1 is an enlarged schematic cross-sectional view of a microlens according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional explanatory view of a solid-state imaging device, and FIG. 3 is a schematic plan view (FIG. 2 is an A- (A line cross-sectional schematic diagram). FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the microlens of the solid-state imaging device.

この固体撮像素子は、マイクロレンズ用材料を、粒子サイズ10から30nm、屈折率1.9、真比重5.78の酸化亜鉛超微粒子を、エポキシ系樹脂(屈折率1.55.比重1.4)に分散し、その他添加剤を加えて、酸化亜鉛が40vol%となるように調整し、これをカラーフィルタ上に平坦化膜を介して塗布形成し、乾燥後、マイクロレンズ形状にした後、希硫酸処理をして、表面の酸化亜鉛超微粒子を溶解除去することで粗面化して、マイクロレンズを構成したことを特徴とするものである。   This solid-state imaging device is composed of a microlens material, zinc oxide ultrafine particles having a particle size of 10 to 30 nm, a refractive index of 1.9 and a true specific gravity of 5.78, an epoxy resin (refractive index of 1.55. Specific gravity of 1.4. ), And other additives are added to adjust the zinc oxide to 40 vol%, and this is applied and formed on a color filter through a flattened film, dried, and made into a microlens shape. The microlens is constructed by roughening the surface by diluting sulfuric acid treatment and dissolving and removing ultrafine zinc oxide particles on the surface.

すなわち、このマイクロレンズ60は、図1に要部拡大図を示すように、酸化亜鉛超微粒子を、エポキシ系樹脂に分散した材料を用いて形成した塗布膜を形状加工後、希硫酸処理をして、表面の酸化亜鉛超微粒子を溶解除去し、粗面化したことにより、屈折率1.69程度のマイクロレンズ核60aと、空気とエポキシ系樹脂からなる表面層60b(屈折率1.33)との2層構造で構成され、表面反射率が3.4%程度の低反射高屈折率レンズとなっている。
前記実施の形態のマイクロレンズを構成するマイクロレンズ核の場合、表面反射率を最小にする表面層の屈折率はn=(1.69×1.0)0.5=1.3
であり、表面層の屈折率を1.33にすることができた実施の形態1は、ほぼ最適の構造である。
That is, as shown in the enlarged view of the main part in FIG. 1, the microlens 60 is formed by processing a coating film formed by using a material in which zinc oxide ultrafine particles are dispersed in an epoxy resin, and then performing dilute sulfuric acid treatment. Then, by dissolving and removing the ultrafine zinc oxide particles on the surface and roughening the surface, a microlens core 60a having a refractive index of about 1.69 and a surface layer 60b made of air and an epoxy resin (refractive index 1.33) This is a low-reflective, high-refractive index lens with a surface reflectance of about 3.4%.
In the case of the microlens core constituting the microlens of the above embodiment, the refractive index of the surface layer that minimizes the surface reflectance is n = (1.69 × 1.0) 0.5 = 1.3.
Since the refractive index of the surface layer can be 1.33, the first embodiment has a substantially optimal structure.

他は通例の構造をなすものであるが、この固体撮像素子は、図1に示すように、フォトダイオード30の上方には、中間層70を介して、各フォトダイオード30それぞれに対応するように赤色のカラーフィルタ50Rと、緑色のカラーフィルタ50Gと、青色のカラーフィルタ50Bとが、形成され、この上層に平坦化膜61を介して、酸化亜鉛超微粒子を含有すると共に表面を粗面化加工したマイクロレンズ60が形成される。   Although the others have a usual structure, as shown in FIG. 1, this solid-state imaging device corresponds to each photodiode 30 via an intermediate layer 70 above the photodiode 30. A red color filter 50R, a green color filter 50G, and a blue color filter 50B are formed. The upper layer contains a zinc oxide ultrafine particle and a surface roughening process through a planarizing film 61. Thus, the micro lens 60 is formed.

そしてn型のシリコン基板1表面部に光電変換部であるフォトダイオード30が配列形成され、各フォトダイオード30で発生した信号電荷を列方向(図3中のY方向)に転送するための電荷転送部40が、列方向に配設された複数のフォトダイオード30からなる複数のフォトダイオード列の間を蛇行して形成される。そして、奇数列のフォトダイオード列が、偶数列のフォトダイオード列に対して、列方向に配列されるフォトダイオード30の配列ピッチの略1/2列方向にずれるように形成されている。   Then, photodiodes 30 that are photoelectric conversion units are arrayed on the surface of the n-type silicon substrate 1, and charge transfer for transferring signal charges generated in the photodiodes 30 in the column direction (Y direction in FIG. 3). The portion 40 is formed by meandering between a plurality of photodiode columns composed of a plurality of photodiodes 30 arranged in the column direction. Then, the odd-numbered photodiode rows are formed so as to be shifted in the direction of approximately half the array pitch of the photodiodes 30 arranged in the column direction with respect to the even-numbered photodiode rows.

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1表面部の列方向に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3(第1層電極3a、第2層電極3b)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。電荷転送電極3は、行方向に配設された複数のフォトダイオード30からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向(図3中のX方向)に延在する蛇行形状となっている。   The charge transfer unit 40 includes a plurality of charge transfer channels 33 formed in the column direction of the surface portion of the silicon substrate 1 corresponding to each of the plurality of photodiode columns, and a charge transfer formed in the upper layer of the charge transfer channel 33. It includes an electrode 3 (first layer electrode 3a, second layer electrode 3b) and a charge readout region 34 for reading out charges generated in the photodiode 30 to the charge transfer channel 33. The charge transfer electrode 3 has a meandering shape extending in the row direction (X direction in FIG. 3) as a whole between a plurality of photodiode rows composed of a plurality of photodiodes 30 arranged in the row direction. .

図2に示すように、シリコン基板1の表面にはpウェル層1Pが形成され、pウェル層1P内に、pn接合を形成するn領域30bが形成されると共に表面にp領域30aが形成され、フォトダイオード30を構成しており、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。33は、電荷転送チャネル、34は読み出し領域34である。   As shown in FIG. 2, a p-well layer 1P is formed on the surface of the silicon substrate 1, an n-region 30b forming a pn junction is formed in the p-well layer 1P, and a p-region 30a is formed on the surface. The photodiode 30 is configured, and the signal charge generated in the photodiode 30 is accumulated in the n region 30b. Reference numeral 33 denotes a charge transfer channel, and 34 denotes a readout region 34.

シリコン基板1表面にはゲート酸化膜2が形成され、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2を介して、第1の電極3aと第2の電極3bが形成される。第1の電極3aと第2の電極3bの間は電極間絶縁膜5が形成されている。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 gate oxide film 2 is formed on the surface of the silicon substrate 1, and a first electrode 3 a and a second electrode 3 b are formed on the charge readout region 34 and the charge transfer channel 33 via the gate oxide film 2. The An interelectrode insulating film 5 is formed between the first electrode 3a and the second electrode 3b. A channel stop 32 made of a p + region is provided on the right side of the vertical transfer channel 33, and is separated from the adjacent photodiode 30.

電荷転送電極3の上層には酸化シリコン膜などの絶縁膜6、反射防止層7が形成され、更にその上に中間層70が形成される。中間層70のうち、71は遮光膜、72はBPSG(borophospho silicate glass)からなる絶縁膜、73はP−SiNからなる絶縁膜(パッシベーション膜)、74は透明樹脂等からなるフィルタ下平坦化膜である。遮光膜71は、フォトダイオード30の開口部分を除いて設けられる。中間層70上方には、カラーフィルタ50R,50G,50B、平坦化膜61を介してマイクロレンズ60が設けられる。   An insulating film 6 such as a silicon oxide film and an antireflection layer 7 are formed on the charge transfer electrode 3, and an intermediate layer 70 is further formed thereon. Of the intermediate layer 70, 71 is a light shielding film, 72 is an insulating film made of BPSG (borophosphosilicate glass), 73 is an insulating film (passivation film) made of P-SiN, and 74 is a flattening film under a filter made of transparent resin or the like. It is. The light shielding film 71 is provided except for the opening of the photodiode 30. Above the intermediate layer 70, the microlens 60 is provided via the color filters 50R, 50G, and 50B and the planarizing film 61.

本実施の形態の固体撮像素子は、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。すなわちシリコン基板1上に、光電変換部、電荷転送部、HCCD、及びアンプを含む領域である固体撮像素子部と、固体撮像素子の周辺回路(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て固体撮像素子を構成している。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, signal charges generated in the photodiode 30 are accumulated in the n region 30b, and the accumulated signal charges are transferred in the column direction by the charge transfer channel 33, and the transferred signals are transferred. The charge is transferred in the row direction by a horizontal charge transfer path (HCCD) (not shown), and a color signal corresponding to the transferred signal charge is output from an amplifier (not shown). In other words, on the silicon substrate 1, a solid-state imaging device unit that is a region including a photoelectric conversion unit, a charge transfer unit, an HCCD, and an amplifier, and a peripheral circuit that is a region where peripheral circuits (PAD unit and the like) of the solid-state imaging device are formed. Are formed to constitute a solid-state imaging device.

次に上述した固体撮像素子の製造工程を説明する。
シリコン基板1上に固体撮像素子を形成し、この上層にカラーフィルタを形成するが、ここでは、カラーフィルタ形成前までの製造工程については省略する。
フィルタ下平坦化膜74までを形成した後、カラーフィルタを形成する。このフィルタ下平坦化膜74としては、前記透光性領域と同様、可視光に対して透明なレジスト材料(例えば、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製Cシリーズなど)を用いる。
Next, the manufacturing process of the above-described solid-state imaging device will be described.
A solid-state imaging device is formed on the silicon substrate 1 and a color filter is formed on the upper layer, but here, the manufacturing steps up to the formation of the color filter are omitted.
After forming the planarizing film 74 under the filter, a color filter is formed. As the planarizing film 74 under the filter, a resist material that is transparent to visible light (for example, C series manufactured by FUJIFILM Electronics Materials Co., Ltd.) is used as in the light-transmitting region.

そして順次各色のカラーフィルタを形成する。赤色のカラーフィルタには“50R”、緑色のカラーフィルタには“50G”、青色のカラーフィルタには“50B”の文字を付した。   Then, color filters for each color are sequentially formed. The red color filter is indicated by “50R”, the green color filter is indicated by “50G”, and the blue color filter is indicated by “50B”.

この実施例においては、平坦化膜61として有機樹脂膜を塗布した後、マイクロレンズが形成される。以下このマイクロレンズの形成方法について説明する。マイクロレンズ塗布前の状態を図4(a)に示す。
まず、平坦化膜61上に、マイクロレンズ用材料を塗布するにあたり、この塗布液として、バインダー樹脂中に、屈折率が1.6以上の超微粒子を含有したマイクロレンズ用材料を用いることを特徴とするもので、さらにこのマイクロレンズ用材料を光電変換領域上に供給し、塗布膜を形成し、形状加工を行い、表面および表面近傍の前記超微粒子を除去し、表面を粗面化することによって、上述したような2層構造のマイクロレンズを形成するものである。
In this embodiment, after applying an organic resin film as the planarizing film 61, a microlens is formed. A method for forming the microlens will be described below. FIG. 4A shows a state before application of the microlens.
First, when the microlens material is applied on the planarizing film 61, a microlens material containing ultrafine particles having a refractive index of 1.6 or more in a binder resin is used as the coating solution. Furthermore, supplying the microlens material onto the photoelectric conversion region, forming a coating film, performing shape processing, removing the ultrafine particles on the surface and in the vicinity of the surface, and roughening the surface Thus, a microlens having a two-layer structure as described above is formed.

まず、マイクロレンズ用材料を調整する。このマイクロレンズ用材料は、熱硬化性となるように調整される。この塗布液としては、粒子サイズ10〜30nmの酸化亜鉛超微粒子(屈折率:1.9、比重:5.78:住友大阪セメント株式会社製:ZnO−350)をバインダー樹脂としてのエポキシ系樹脂(屈折率1.55、比重:1.4)に分散し、硬化剤などを添加し、マイクロレンズ用材料とした。ここでは酸化亜鉛を40vol%となるように調整した。   First, the microlens material is adjusted. This microlens material is adjusted to be thermosetting. As this coating liquid, an epoxy resin (ZnO-350, zinc oxide ultrafine particles having a particle size of 10 to 30 nm (refractive index: 1.9, specific gravity: 5.78: manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd.) as a binder resin ( The material was dispersed at a refractive index of 1.55 and a specific gravity of 1.4), and a curing agent was added to obtain a microlens material. Here, zinc oxide was adjusted to 40 vol%.

このようにして形成されたマイクロレンズ用材料を、平坦化膜61の形成されたウェハ上に塗布し、乾燥膜厚が2μmとなるように塗布・乾燥する(図4(b))。
そして、さらにレジストを塗布し、露光・現像によってパターニングの後(図4(c))、加熱によってレジストをメルトし、硬化させてレンズ形状を得た後、エッチバックすることでレンズ形状をレンズ用材料に転写した。その際、バインダー樹脂と超微粒子のエッチング速度はほぼ同一になるようにした(図4(d))。
The microlens material thus formed is applied on the wafer on which the planarizing film 61 is formed, and applied and dried so that the dry film thickness becomes 2 μm (FIG. 4B).
Further, after applying a resist and patterning by exposure and development (FIG. 4C), the resist is melted by heating and cured to obtain a lens shape, and then etched back to change the lens shape to the lens. Transferred to material. At that time, the etching rates of the binder resin and the ultrafine particles were made substantially the same (FIG. 4D).

これを希硫酸に浸漬し、さらにリンスした後、100℃、5分で乾燥した。このとき表面の酸化亜鉛超微粒子が除去され、その抜け跡がナノサイズの凹部となる(図4(e))。このようにして表面層60cが形成される。   This was immersed in dilute sulfuric acid, rinsed, and dried at 100 ° C. for 5 minutes. At this time, the ultrafine zinc oxide particles on the surface are removed, and the traces thereof become nano-sized recesses (FIG. 4 (e)). In this way, the surface layer 60c is formed.

このようにして、核部の屈折率1.69、表面層の屈折率1.33のマイクロレンズを得ることができた。このようにして得られたマイクロレンズの表面反射率は3.4%で、表面層がなかった場合の反射率6.6%の約半分であり、表面での光の反射を低減することが可能となることがわかる。   In this way, a microlens having a refractive index of 1.69 for the core and a refractive index of 1.33 for the surface layer could be obtained. The surface reflectance of the microlens thus obtained is 3.4%, which is about half of the reflectance of 6.6% when there is no surface layer, and can reduce the reflection of light on the surface. It turns out that it is possible.

なお、この希硫酸処理後、熱処理を行うようにしてもよい。   Note that heat treatment may be performed after the dilute sulfuric acid treatment.

なお前記実施の形態1では、超微粒子として酸化亜鉛を用いたが、このほか、水酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、窒化珪素、炭化珪素、二硫化モリブデン、酸化チタン(ルチル型)、酸化チタン(アナターゼ型)、硫酸バリウム、炭酸バリウム、チタン酸バリウムなども適用可能である。   In the first embodiment, zinc oxide is used as the ultrafine particles. However, zinc hydroxide, zirconium oxide, silicon nitride, silicon carbide, molybdenum disulfide, titanium oxide (rutile type), titanium oxide (anatase type) are also used. ), Barium sulfate, barium carbonate, barium titanate, and the like are also applicable.

(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2について説明する。
本実施の形態では、酸化亜鉛に代えて、ルチル型酸化チタン(屈折率2.7%、比重4.2、平均粒子サイズ20nmを用い、エポキシ樹脂と酸化チタンの体積比率を0.7:0.3としたこと以外は実施の形態1と同様にしてマイクロレンズ用材料を作成した)。
前記実施の形態1では、マイクロレンズの製造工程において、マイクロレンズ形状を作成した後、希硫酸処理によって表面を粗面化したが、本実施の形態では、表面の粗面化のための超微粒子の除去を、エッチングによって行うようにしたことを特徴とするものである。図5にこの製造工程を説明する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In this embodiment, rutile titanium oxide (refractive index of 2.7%, specific gravity of 4.2, average particle size of 20 nm is used instead of zinc oxide, and the volume ratio of epoxy resin to titanium oxide is 0.7: 0. A microlens material was prepared in the same manner as in the first embodiment except that it was set to .3).
In the first embodiment, the microlens shape is created in the microlens manufacturing process, and then the surface is roughened by dilute sulfuric acid treatment. However, in this embodiment, the ultrafine particles for surface roughening are used. Is removed by etching. FIG. 5 illustrates this manufacturing process.

表面を粗面化する工程として、バインダー樹脂よりも超微粒子を早くドライエッチングする工程であることを特徴とするものである。
本実施の形態では、粗面化エッチング時間は、粗面化のために表面および表面近傍の酸化チタンを除去するだけでよいため、0.03μm厚の酸化チタンをエッチングする程度の時間とした。
The step of roughening the surface is a step of dry etching ultrafine particles earlier than the binder resin.
In this embodiment, the roughening etching time is set to a time for etching 0.03 μm thick titanium oxide because it is only necessary to remove the surface and the titanium oxide in the vicinity of the surface for roughening.

マイクロレンズ用材料を、平坦化膜61が形成されたウェハ上に、乾燥膜厚が2.0μmとなるように塗布・乾燥した(図5(a))。
そして、この上層にレジストを塗布し、露光・現像によってパターニングしレジストパターンRを形成した後(図5(b))、加熱によってメルトし、硬化させてレンズ形状を得た(図5(c))。
The microlens material was applied and dried on the wafer on which the planarizing film 61 was formed so that the dry film thickness was 2.0 μm (FIG. 5A).
Then, a resist was applied to this upper layer, and patterned by exposure / development to form a resist pattern R (FIG. 5 (b)), then melted and cured by heating to obtain a lens shape (FIG. 5 (c)). ).

この後、レジストパターンRとマイクロレンズ用材料のエッチング速度がほぼ等しく、かつマイクロレンズの樹脂と超微粒子のエッチング速度がほぼ等しくなるようなドライエッチングにより、2.0μm程度エッチバックした(図5(d))。
この後、酸化チタンのエッチング速度が樹脂のエッチング速度よりも早い条件で、ドライエッチングをわずかに行うことで、表面を粗面化した(図5(e))。
Thereafter, the resist pattern R and the microlens material were etched back by about 2.0 μm by dry etching such that the etching rates of the microlens material and the microlens material were substantially equal (FIG. 5 ( d)).
Thereafter, the surface was roughened by slightly performing dry etching under conditions where the etching rate of titanium oxide was faster than the etching rate of resin (FIG. 5E).

このようにして、内部の屈折率が1.91、表面の反射率が1.39のマイクロレンズが形成できた。所望の屈折率を得ることができるとともに、表面からの光の反射を低減することが可能となる。
このようにして得られたマイクロレンズの表面反射率は5.1%であった。これは表面層を形成しなかった場合の反射率9.8%に比べて約半分の反射率である。
In this way, a microlens having an internal refractive index of 1.91 and a surface reflectance of 1.39 could be formed. A desired refractive index can be obtained, and reflection of light from the surface can be reduced.
The surface reflectance of the microlens thus obtained was 5.1%. This is about a half of the reflectance compared to the reflectance of 9.8% when the surface layer is not formed.

なお、本実施の形態では、フォトダイオードがハニカム状に配設された構成の固体撮像素子について説明したが、これに限定されることなく、複数のフォトダイオードが正方格子状に配設された構成の固体撮像素子にも本発明を適用可能である。
また、本発明は、ラインセンサにおいても有効である。また層内レンズや導波管などの有無に関わらず適用可能である。さらにカラーフィルタも原色であろうと補色であろうと、またそれらカラーフィルタが導波管、層内レンズもしくはマイクロレンズを兼ねていてもよい。
In the present embodiment, a solid-state imaging device having a configuration in which photodiodes are arranged in a honeycomb shape has been described. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which a plurality of photodiodes are arranged in a square lattice shape is described. The present invention can also be applied to other solid-state imaging devices.
The present invention is also effective for line sensors. Further, the present invention can be applied regardless of the presence or absence of an in-layer lens or a waveguide. Furthermore, the color filter may be a primary color or a complementary color, and the color filter may also serve as a waveguide, an in-layer lens, or a microlens.

この構成によれば、集光性に優れ高感度のマイクロレンズを形成することができることから、より高感度化が可能であり、携帯端末などの電子機器における固体撮像素子として有用である。   According to this configuration, since it is possible to form a highly sensitive microlens having excellent light condensing properties, higher sensitivity can be achieved, and it is useful as a solid-state imaging device in an electronic device such as a portable terminal.

本発明の実施の形態1のマイクロレンズの断面概略図1 is a schematic cross-sectional view of a microlens according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1の固体撮像素子の断面概要図1 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. 図2の平面模式図2 is a schematic plan view of FIG. 本実施の形態1のマイクロレンズの製造工程を示す図The figure which shows the manufacturing process of the micro lens of this Embodiment 1. 本実施の形態2のマイクロレンズの製造工程を示す図The figure which shows the manufacturing process of the micro lens of this Embodiment 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 n型シリコン基板
2 ゲート酸化膜
3a 第1層電極
3b 第2層電極
5 電極間絶縁膜
6 絶縁膜
7 反射防止層
60 マイクロレンズ
60a 核
60b 粗面化された表面層
61 平坦化膜
71 遮光膜
72 絶縁(BPSG)膜
73 パッシベーション膜
74 平坦化膜
50B,50R,50G カラーフィルタ
1 n-type silicon substrate 2 gate oxide film 3a first layer electrode 3b second layer electrode 5 interelectrode insulating film 6 insulating film 7 antireflection layer 60 microlens 60a nucleus 60b roughened surface layer 61 flattening film 71 light shielding Film 72 Insulating (BPSG) film 73 Passivation film 74 Flattening film 50B, 50R, 50G Color filter

Claims (22)

バインダー樹脂中に屈折率が1.6以上の超微粒子を含有したマイクロレンズ用材料。   A microlens material containing ultrafine particles having a refractive index of 1.6 or more in a binder resin. 請求項1に記載のマイクロレンズ用材料であって、
前記超微粒子はバインダー樹脂よりも屈折率が0.2以上高いマイクロレンズ用材料。
The microlens material according to claim 1,
The ultrafine particles are a material for microlenses having a refractive index higher than that of the binder resin by 0.2 or more.
請求項1に記載のマイクロレンズ用材料であって、
前記超微粒子は実質的に無色透明な無機化合物からなる超微粒子であるマイクロレンズ用材料。
The microlens material according to claim 1,
The microlens material is an ultrafine particle made of a substantially colorless and transparent inorganic compound.
請求項3に記載のマイクロレンズ用材料であって、
前記超微粒子は酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタンのいずれかを含む超微粒子であるマイクロレンズ用材料。
The microlens material according to claim 3,
The microlens material, wherein the ultrafine particles are ultrafine particles containing any of zinc oxide, zinc hydroxide, zirconium oxide, and titanium oxide.
請求項1に記載のマイクロレンズ用材料であって、
前記超微粒子は有機化合物からなる超微粒子であるマイクロレンズ用材料。
The microlens material according to claim 1,
The microlens material is an ultrafine particle made of an organic compound.
請求項1に記載のマイクロレンズ用材料であって、
前記超微粒子は平均粒径が10から30nmであるマイクロレンズ用材料。
The microlens material according to claim 1,
The ultrafine particles are microlens materials having an average particle diameter of 10 to 30 nm.
請求項1に記載のマイクロレンズ用材料であって、
前記バインダー樹脂と前記超微粒子の体積比率が0.9:0.1から0.2:0.8の範囲であるマイクロレンズ用材料。
The microlens material according to claim 1,
A microlens material in which the volume ratio of the binder resin to the ultrafine particles is in the range of 0.9: 0.1 to 0.2: 0.8.
画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、前記光電変換領域に入射する光を画素毎に集光するための集光機能を備えたマイクロレンズであって、
前記マイクロレンズは、バインダー樹脂中に、屈折率が1.6以上の超微粒子を含有したマイクロレンズ。
A microlens that is disposed so as to face each of a plurality of photoelectric conversion regions constituting a pixel and has a condensing function for condensing light incident on the photoelectric conversion region for each pixel,
The microlens is a microlens containing a fine particle having a refractive index of 1.6 or more in a binder resin.
請求項8に記載のマイクロレンズであって、
前記超微粒子はバインダー樹脂よりも屈折率が0.2以上高いマイクロレンズ。
The microlens according to claim 8, wherein
The ultrafine particles are microlenses having a refractive index higher than that of the binder resin by 0.2 or more.
請求項8に記載のマイクロレンズであって、
前記超微粒子は実質的に無色透明な無機化合物からなる超微粒子であるマイクロレンズ。
The microlens according to claim 8, wherein
The microlens is an ultrafine particle made of a substantially colorless and transparent inorganic compound.
請求項10に記載のマイクロレンズあって、
前記超微粒子は酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタンのいずれかを含む超微粒子であるマイクロレンズ。
The microlens according to claim 10,
The microlens is a microlens that is an ultrafine particle containing any one of zinc oxide, zinc hydroxide, zirconium oxide, and titanium oxide.
請求項8に記載のマイクロレンズであって、
前記超微粒子は有機化合物からなる超微粒子であるマイクロレンズ。
The microlens according to claim 8, wherein
The microlens is an ultrafine particle made of an organic compound.
請求項8に記載のマイクロレンズであって、
前記超微粒子の平均粒径が10から30nmであるマイクロレンズ。
The microlens according to claim 8, wherein
A microlens having an average particle diameter of the ultrafine particles of 10 to 30 nm.
請求項8に記載のマイクロレンズであって、
前記バインダー樹脂と超微粒子の体積比率が0.9:0.1から0.2:0.8の範囲であるマイクロレンズ。
The microlens according to claim 8, wherein
A microlens in which the volume ratio of the binder resin to the ultrafine particles is in the range of 0.9: 0.1 to 0.2: 0.8.
請求項8に記載のマイクロレンズであって、
表面がナノオーダーの凹凸を有するように粗面化されたマイクロレンズ。
The microlens according to claim 8, wherein
A microlens that has been roughened so that its surface has nano-order irregularities.
画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、前記光電変換領域に入射する光を画素毎に集光するための集光機能を備えたマイクロレンズの製造方法であって、
バインダー樹脂中に、屈折率が1.6以上の超微粒子を含有したマイクロレンズ用材料を用いて、
前記マイクロレンズ用材料を光電変換領域上に供給し、塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜を所望の形状に加工しマイクロレンズを形成する形状加工工程と、
を含むマイクロレンズの製造方法。
A method of manufacturing a microlens that is disposed so as to face each of a plurality of photoelectric conversion regions constituting a pixel and has a condensing function for condensing light incident on the photoelectric conversion region for each pixel. ,
In the binder resin, using a microlens material containing ultrafine particles having a refractive index of 1.6 or more,
Supplying the microlens material onto a photoelectric conversion region, and forming a coating film;
A shape processing step of processing the coating film into a desired shape to form a microlens;
A method for producing a microlens comprising:
請求項16に記載のマイクロレンズの製造方法であって、
前記形状加工工程は、前記塗布膜をパターニングする工程と、
前記パターニングする工程の後に、前記マイクロレンズの表面を粗面化する粗面化工程とを含むマイクロレンズの製造方法。
A method of manufacturing a microlens according to claim 16,
The shape processing step includes a step of patterning the coating film,
A method of manufacturing a microlens including a roughening step of roughening a surface of the microlens after the patterning step.
請求項17に記載のマイクロレンズの製造方法であって、
前記粗面化工程は、マイクロレンズの表面および表面近傍の前記超微粒子を除去する工程を含むマイクロレンズの製造方法。
The method of manufacturing a microlens according to claim 17,
The roughening step is a method of manufacturing a microlens including a step of removing the ultrafine particles in the vicinity of the surface of the microlens and the surface.
請求項17に記載のマイクロレンズの製造方法であって、
前記形状加工工程が、エッチバック法により前記マイクロレンズを所望の形状に加工する形状加工工程であるマイクロレンズの製造方法。
The method of manufacturing a microlens according to claim 17,
The method of manufacturing a microlens, wherein the shape processing step is a shape processing step of processing the microlens into a desired shape by an etch back method.
請求項18に記載のマイクロレンズの製造方法であって、
前記粗面化工程が、前記超微粒子を選択的に溶解する溶媒で処理する工程を含むマイクロレンズの製造方法。
The method of manufacturing a microlens according to claim 18,
The method of manufacturing a microlens, wherein the roughening step includes a step of treating with a solvent that selectively dissolves the ultrafine particles.
請求項20に記載のマイクロレンズの製造方法であって、
前記粗面化工程が、前記マイクロレンズを酸性もしくはアルカリ性水溶液で処理する工程を含むマイクロレンズの製造方法。
The method of manufacturing a microlens according to claim 20,
The method of manufacturing a microlens, wherein the roughening step includes a step of treating the microlens with an acidic or alkaline aqueous solution.
請求項18に記載のマイクロレンズの製造方法であって、
前記粗面化工程は、マイクロレンズを構成するバインダー樹脂と超微粒子を異なる速度でドライエッチングする工程を含むマイクロレンズの製造方法。
The method of manufacturing a microlens according to claim 18,
The roughening step is a method of manufacturing a microlens including a step of dry etching the binder resin and the ultrafine particles constituting the microlens at different rates.
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