JP2008258203A - Solid-state image sensor and its fabrication process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は固体撮像素子及びその製造方法にかかり、特に、マイクロレンズ上にオーバーコート層が形成された固体撮像素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid-state imaging device in which an overcoat layer is formed on a microlens and a manufacturing method thereof.
現在、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の光学装置に、固体撮像素子が使用されている。一般的に、固体撮像素子は、半導体基板と、半導体基板に形成された受光部と、半導体基板に形成され、受光部で発生した電荷を転送する電荷転送部とを備えている。さらに、受光部の上方の開口部にはカラーフィルター及びマイクロレンズが形成されている。固体撮像素子への入射光はマクロレンズ及びカラーフィルターを介して受光部に照射され、受光部で光電変換される。光電変換により受光部で発生した電荷が電荷転送部を経由して外部に転送される。 Currently, solid-state imaging devices are used in optical devices such as digital still cameras and video cameras. In general, a solid-state imaging device includes a semiconductor substrate, a light receiving unit formed on the semiconductor substrate, and a charge transfer unit that is formed on the semiconductor substrate and transfers charges generated in the light receiving unit. Further, a color filter and a microlens are formed in the opening above the light receiving unit. Incident light to the solid-state imaging device is irradiated to the light receiving unit through the macro lens and the color filter, and is photoelectrically converted by the light receiving unit. Charges generated in the light receiving unit by photoelectric conversion are transferred to the outside via the charge transfer unit.
特に、固体撮像素子の小型化及び高画素化に伴う、受光部の面積の減少及び感度の低下を防止するのに、受光部の上方に形成されたマイクロレンズが有効とされている。マイクロレンズが入射光をより効率的に受光部に導くことができるからである。 In particular, a microlens formed above the light receiving portion is effective in preventing a decrease in the area of the light receiving portion and a decrease in sensitivity due to the downsizing of the solid-state imaging device and the increase in the number of pixels. This is because the microlens can more efficiently guide incident light to the light receiving unit.
しかし、マイクロレンズの表面で入射光の一部が反射し、一部の入射光が受光部に導かれないという問題があった。 However, there is a problem that a part of the incident light is reflected by the surface of the microlens and a part of the incident light is not guided to the light receiving unit.
そこで、この問題を解決するために、特許文献1では、反射防止機能を有するオーバーコート層がマイクロレンズの表面に形成されている。
オーバーコート層とマイクロレンズは一般的に樹脂で形成される。オーバーコート層とマイクロレンズに使用される樹脂の違いによっては、オーバーコート層がマイクロレンズ間のギャップに流れ込んでしまう。そのためマイクロレンズ上のオーバーコート層の厚さが薄くなり、オーバーコート層が期待される機能を達成できないおそれがあった。 The overcoat layer and the microlens are generally formed of a resin. Depending on the difference in the resin used for the overcoat layer and the microlens, the overcoat layer flows into the gap between the microlenses. For this reason, the thickness of the overcoat layer on the microlens becomes thin, and there is a possibility that the function expected of the overcoat layer cannot be achieved.
本発明は、上述の問題を解決すべく、オーバーコート層のマイクロレンズ間のギャップへの流れ込みを抑制できる固体撮像素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of suppressing the flow of an overcoat layer into a gap between microlenses and a manufacturing method thereof.
本発明は前記目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された受光部と、前記半導体基板に形成され前記受光部で発生した電荷を転送する電荷転送部と、前記受光部の上方に形成された樹脂製のマイクロレンズと、前記マイクロレンズ上に形成された樹脂製のオーバーコート層を備え、前記マイクロレンズと前記オーバーコート層が同種の樹脂であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the solid-state imaging device of the present invention transfers a semiconductor substrate, a light receiving portion formed on the semiconductor substrate, and charges generated on the light receiving portion formed on the semiconductor substrate. A charge transfer unit; a resin microlens formed above the light receiving unit; and a resin overcoat layer formed on the microlens, wherein the microlens and the overcoat layer are of the same type of resin. It is characterized by being.
本発明においては、マイクロレンズとオーバーコート層を同種の樹脂とすることで、オーバーコート層がマイクロレンズ間のギャップや溝に流れ込こむのを抑制することができる。その結果、マイクロレンズ上に所定の機能を有するオーバーコート層を形成することができる。同種の樹脂とは、その主成分を共通とすることを意味する。従って、主成分と他の添加物が完全に一致すもの、主成分が共通し添加物が異なるものが同種の樹脂に含まれる。 In the present invention, by using the same type of resin for the microlens and the overcoat layer, the overcoat layer can be prevented from flowing into gaps or grooves between the microlenses. As a result, an overcoat layer having a predetermined function can be formed on the microlens. The same kind of resin means that the main components are common. Accordingly, the same kind of resin includes those in which the main component is completely coincident with other additives, and those having the same main component but different additives.
本発明の固体撮像素子においては、マイクロレンズとオーバーコート層の屈折率が異なることが好ましい。マイクロレンズとオーバーコート層の屈折率差を利用してオーバーコート層に光学的機能を持たせるためである。 In the solid-state imaging device of the present invention, it is preferable that the refractive indexes of the microlens and the overcoat layer are different. This is because an optical function is imparted to the overcoat layer by utilizing the refractive index difference between the microlens and the overcoat layer.
本発明の固体撮像素子においては、オーバーコート層の屈折率がマイクロレンズの屈折率より小さいことが好ましい。オーバーコート層の屈折率が小さいことで、オーバーコート層に光学的機能として反射防止機能を付与することができるからである。 In the solid-state imaging device of the present invention, it is preferable that the refractive index of the overcoat layer is smaller than the refractive index of the microlens. This is because when the refractive index of the overcoat layer is small, an antireflection function can be imparted to the overcoat layer as an optical function.
本発明の固体撮像素子においては、マイクロレンズとオーバーコート層の樹脂が、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、スチレン樹脂及びシリコーン樹脂から成る群から選ばれた一つの材料を含むものであることが好ましい。 In the solid-state imaging device of the present invention, the resin of the microlens and the overcoat layer is selected from the group consisting of acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyester resin, urethane resin, melamine resin, urea resin, styrene resin, and silicone resin. It is preferable that the single material is included.
これらの樹脂が、特に固体撮像素子のマイクロレンズとオーバーコート層の形成に適しているからである。 This is because these resins are particularly suitable for forming microlenses and overcoat layers of solid-state imaging devices.
本発明の固体撮像素子においては、マイクロレンズが複数形成されており、該マイクロレンズ間にギャップを有するものである。また、マイクロレンズが複数形成されており、該マイクロレンズ間に溝を有するものである。固体撮像素子におけるマイクロレンズの形状を特定したものである。 In the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of microlenses are formed, and there is a gap between the microlenses. Also, a plurality of microlenses are formed, and a groove is provided between the microlenses. The shape of the microlens in the solid-state imaging device is specified.
ギャップとはマイクロレンズ同士が離れているためにできる隙間をいう。また、溝とはマイクロレンズ同士が接している状態で、各マイクロレンズを分離するための隙間をいう。 The gap is a gap that is formed because the microlenses are separated from each other. The groove refers to a gap for separating each microlens in a state where the microlenses are in contact with each other.
本発明の固体撮像素子においては、オーバーコート層が、下記の式を満たす膜厚の領域を有し、該領域が前記マイクロレンズの投影面積の30%以上を覆うことが好ましい。
膜厚=(λ)/(4・(n0・n1)1/2)±25%
〔λ:入射光の波長,n0:空気の屈折率,n1:オーバーコート層の屈折率〕
本発明においては、オーバーコート層とマイクロレンズを同種の樹脂とすることで、オーバーコート層のマイクロレンズの形状に対する追従性を改善した。その結果、オーバーコート層の実際の使用時において、オーバーコート層の膜厚と、マイクロレンズを覆う面積を適正値とし、透過率を理想値とほぼ同等とすることが可能となる。
In the solid-state imaging device of the present invention, it is preferable that the overcoat layer has a region having a film thickness satisfying the following formula, and the region covers 30% or more of the projected area of the microlens.
Film thickness = (λ) / (4 · (n 0 · n 1 ) 1/2) ± 25%
[Λ: wavelength of incident light, n 0 : refractive index of air, n 1 : refractive index of overcoat layer]
In the present invention, the overcoat layer and the microlens are made of the same resin, thereby improving the followability of the overcoat layer to the shape of the microlens. As a result, when the overcoat layer is actually used, the film thickness of the overcoat layer and the area covering the microlens can be set to appropriate values, and the transmittance can be made substantially equal to the ideal value.
本発明の固体撮像素子においては、さらに層内レンズを受光部とマイクロレンズの間に備えたものであることが好ましい。層内レンズを設けることで入射光を効率的に受光部に照射することができるからである。 In the solid-state imaging device of the present invention, it is preferable that an in-layer lens is further provided between the light receiving unit and the microlens. This is because by providing the in-layer lens, incident light can be efficiently irradiated onto the light receiving portion.
本発明の固体撮像素子においては、さらにカラーフィルターを層内レンズとマイクロレンズの間に備えたものであることが好ましい。 In the solid-state imaging device of the present invention, it is preferable that a color filter is further provided between the inner lens and the microlens.
本発明は前記目的を達成するために、本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に受光部と該受光部で発生した電荷を転送する電荷転送部を形成する工程と、前記半導体基板の少なくとも前記受光部上に樹脂製のマイクロレンズを形成する工程と、前記マイクロレンズ上に樹脂製のオーバーコート層を形成する工程と、を備え、前記マイクロレンズと前記オーバーコート層が同種の樹脂であることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, comprising: forming a light receiving portion on a semiconductor substrate and a charge transfer portion for transferring charges generated in the light receiving portion; A step of forming a resin microlens on at least the light receiving portion, and a step of forming a resin overcoat layer on the microlens, wherein the microlens and the overcoat layer are the same type of resin. It is characterized by being.
本発明においては、マイクロレンズとオーバーコート層を同種の樹脂とすることで、オーバーコート層がマイクロレンズ間のギャップや溝に流れ込こむのを抑制できるからである。 In the present invention, the microlens and the overcoat layer are made of the same kind of resin, so that the overcoat layer can be prevented from flowing into gaps or grooves between the microlenses.
本発明の固体撮像素子の製造方法においては、マイクロレンズを形成する工程が、受光部の上方にレンズ樹脂層を塗布する工程と、レンズ樹脂層を受光部に対応する部分に所定形状で残すようパターニングする工程と、所定形状にパターニングされたレンズ樹脂層を加熱により凸状レンズに変形させる工程を含むものであることが好ましい。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the step of forming the microlens includes the step of applying a lens resin layer above the light receiving portion, and leaving the lens resin layer in a predetermined shape in a portion corresponding to the light receiving portion. It is preferable to include a step of patterning and a step of deforming the lens resin layer patterned into a predetermined shape into a convex lens by heating.
本発明の固体撮像素子の製造方法においては、マイクロレンズを形成する工程が、受光部の上方にレンズ樹脂層を塗布する工程と、レンズ樹脂層上にレジスト層を形成し、そのレジスト層を受光部に対応させてパターニングし、パターニング後のレジストを加熱することで半球状のレジストを形成する工程と、半球状のレジストをマスクにエッチバックすることによりレンズ樹脂層を凸状レンズに変形させる工程を含むものであることが好ましい。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the step of forming the microlens includes a step of applying a lens resin layer above the light receiving portion, a resist layer formed on the lens resin layer, and receiving the resist layer. Forming a hemispherical resist by patterning corresponding to the portion and heating the patterned resist, and transforming the lens resin layer into a convex lens by etching back using the hemispherical resist as a mask It is preferable that it contains.
マイクロレンズの形成方法を特定したものである。リフロー法及びエッチバック法のいずれにも本発明を適用することができる。 A method for forming a microlens is specified. The present invention can be applied to both the reflow method and the etch back method.
本発明の固体撮像素子の製造方法においては、樹脂製のオーバーコート層を形成する工程が、オーバーコート材をマイクロレンズに塗布する工程と、オーバーコート材を硬化させる工程を含むものであることが好ましい。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the step of forming the resin overcoat layer preferably includes a step of applying the overcoat material to the microlens and a step of curing the overcoat material.
本発明の固体撮像素子の製造方法においては、前記樹脂製のオーバーコート層を形成する工程が、下記の式を満たす膜厚の前記オーバーコート層を前記マイクロレンズの投影面積の30%以上を形成する工程を含むことが好ましい。
膜厚=(λ)/(4・(n0・n1)1/2)±25%
〔λ:入射光の波長,n0:空気の屈折率,n1:オーバーコート層の屈折率〕
本発明においては、オーバーコート層とマイクロレンズを同種の樹脂とすることで、オーバーコート層のマイクロレンズの形状に対する追従性を改善した。その結果、オーバーコート層の実際の使用時において、オーバーコート層の膜厚と、マイクロレンズを覆う面積を適正値とし、透過率を理想値とほぼ同等とすることが可能となる。
In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the step of forming the resin overcoat layer forms the overcoat layer having a thickness satisfying the following formula to form 30% or more of the projected area of the microlens. It is preferable that the process to include is included.
Film thickness = (λ) / (4 · (n0 · n1) 1/2) ± 25%
[Λ: wavelength of incident light, n0: refractive index of air, n1: refractive index of overcoat layer]
In the present invention, the overcoat layer and the microlens are made of the same resin, thereby improving the followability of the overcoat layer to the shape of the microlens. As a result, when the overcoat layer is actually used, the film thickness of the overcoat layer and the area covering the microlens can be set to appropriate values, and the transmittance can be made substantially equal to the ideal value.
本発明によれば、オーバーコート層がマイクロレンズ間のギャップへの流れ込むのを抑制できるので、オーバーコート層が所定の光学的機能を発揮することができる。 According to the present invention, since the overcoat layer can be prevented from flowing into the gap between the microlenses, the overcoat layer can exhibit a predetermined optical function.
以下添付図面に従って本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法の好ましい実施の形態を説明する。但し、本発明はこれらの例に限定されるものではない。 Preferred embodiments of a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these examples.
図1は、本発明を適用した固体撮像素子1の断面構造を示している。まず、n型の半導体基板2の表層にP−ウェル3が形成される。P−ウェル3にn型不純物をイオン注入することで、受光部4及び電荷転送部5がP−ウェル3内に形成される。次いで、P−ウェル3上に、例えば酸化膜からなる絶縁膜6が形成される。絶縁膜6は、必要に応じて酸化膜−窒化膜の2層又は酸化膜−窒化膜−酸化膜の3層で構成される。
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a solid-state imaging device 1 to which the present invention is applied. First, the P-well 3 is formed on the surface layer of the n-
次いで、CVD法等によりポリシリコン層が絶縁膜6上に堆積される。ポリシリコン層はエッチングされ、電荷転送部5上のポリシリコン層以外が除去される。残されたポリシリコン層が転送電極7となる。次いで、熱酸化により転送電極7を覆うように絶縁膜8が形成される。図示しないが、受光部4上方を除き遮光膜が形成される。
Next, a polysilicon layer is deposited on the insulating film 6 by CVD or the like. The polysilicon layer is etched, and parts other than the polysilicon layer on the
受光部4及び転送電極7を覆うように層間絶縁膜9がBPSGにより形成される。層間絶縁膜9は下地の形状が反映されるため、受光部4上には凹部が形成される。次いで、層間絶縁膜9上にプラズマCVD法により窒化膜が堆積され、エッチバックされ層内レンズ10が受光部4上に形成される。図示しないが、層内レンズ10と層間絶縁膜9の屈折率差を緩和するため、層内レンズ10と層間絶縁膜9の間に必要に応じて反射防止膜が形成される。
An interlayer insulating film 9 is formed of BPSG so as to cover the
層内レンズ10上に平坦化層11が形成され、次いで、レッド、グリーン、ブルーの分光特性を有するアクリル樹脂製のカラーフィルター12が形成される。レッド、グリーン及びブルーのフィルター間の段差を緩和するため、カラーフィルター12上に平坦化層13が形成される。
A
平坦化層13上に樹脂製のマイクロレンズ14が形成される。マイクロレンズ14は、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、スチレン樹脂及びシリコーン樹脂から成る群から選ばれた一つの材料を含むもので形成される。
A
マイクロレンズ14上にオーバーコート層15が形成される。オーバーコート層15は、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、スチレン樹脂及びシリコーン樹脂から成る群から選ばれた一つの材料を含むもので形成される。本発明おいて、オーバーコート層15としてマイクロレンズ14と同種の樹脂が選択される。
An
オーバーコート層15とマイクロレンズ14とを同種の樹脂で形成することで、オーバーコート層15がマイクロレンズ14間のギャップに流れ込むのを抑制することができる。
By forming the
本発明者はオーバーコート層15がマイクロレンズ14間のギャップに流れ込むのを防止するため鋭意検討し、使用される樹脂材料に着目した。
The inventor has intensively studied to prevent the
従来、受光部の上方のマイクロレンズは感光性を有するフェノール樹脂で形成され、マイクロレンズ上のオーバーコート層はアクリル樹脂で形成される。オーバーコート層31とマイクロレンズ30を異種材料で形成した場合、図2(a)に示すように、多くのオーバーコート層31がマイクロレンズ30間のギャップ32に流れ込んでしまう。その結果、オーバーコート層31が必要とされる膜厚を有さず、オーバーコート層31としての機能が発揮されなかった。
Conventionally, the microlens above the light receiving portion is made of photosensitive phenol resin, and the overcoat layer on the microlens is made of acrylic resin. When the
一方で、オーバーコート層31が必要とする膜厚を得るため、塗布するオーバーコート材の量を多くすることも考えられる。しかし、図2(b)オーバーコート層31の膜厚が大きくなるだけで、実質的には必要な膜厚のオーバーコート層31はマイクロレンズ30上に形成することは困難であった。
On the other hand, in order to obtain the film thickness required for the
そこで、マイクロレンズとオーバーコート層を同種のフッ素系アクリル樹脂材料とし、オーバーコート層をマイクロレンズ上に形成した。その結果、オーバーコート層がマイクロレンズ間のギャップに流れ込むもののマイクロレンズ上にオーバーコート層が、従来に比較してより多く残ることを見出した。理由は明確ではないが、オーバーコート層とマイクレンズを同種の樹脂とすることで、オーバーコート層のマイクレンズの形状に対する追従性が改善されと考える。 Therefore, the microlens and the overcoat layer were made of the same type of fluorine-based acrylic resin material, and the overcoat layer was formed on the microlens. As a result, it was found that although the overcoat layer flows into the gap between the microlenses, more overcoat layer remains on the microlens than in the conventional case. Although the reason is not clear, it is considered that the followability of the overcoat layer to the shape of the microphone lens is improved by using the same resin for the overcoat layer and the microphone lens.
発明者は、オーバーコート層のマイクレンズの形状に対する追従性を考慮し、オーバーコート層の膜厚の最適化について検討した。オーバーコート層の膜厚はマイクロレンズ上において均一であることが理想である。現実にはマイクロレンズとオーバーコート層を同種の材料としても、オーバーコート層がマイクロレンズ間のギャップに流れ込むのを完全に防止することはできない。しかし、従来に比してオーバーコート層が追従性を有するので、オーバーコート層の膜厚を最適化することによって所定の機能が発揮されることを見出した。 The inventor studied the optimization of the film thickness of the overcoat layer in consideration of the followability of the overcoat layer to the shape of the microphone lens. The film thickness of the overcoat layer is ideally uniform on the microlens. Actually, even if the microlens and the overcoat layer are made of the same material, it is not possible to completely prevent the overcoat layer from flowing into the gap between the microlenses. However, since the overcoat layer has a follow-up property as compared with the conventional one, it has been found that a predetermined function is exhibited by optimizing the film thickness of the overcoat layer.
発明者は、オーバーコート層の光学的機能の一つである反射防止機能に着目し、膜厚の最適化を検討した。オーバーコート層が反射防止機能の発揮をするにはいくつかの条件がある。第一に、オーバーコート層の屈折率はマイクロレンズの屈折率より低くなければならない。第二に、オーバーコート層の膜厚dが所定の波長に対し以下の関係式を満足する必要がある。 The inventors focused on the antireflection function, which is one of the optical functions of the overcoat layer, and studied the optimization of the film thickness. There are several conditions for the overcoat layer to exhibit its antireflection function. First, the refractive index of the overcoat layer must be lower than the refractive index of the microlens. Secondly, the film thickness d of the overcoat layer needs to satisfy the following relational expression for a predetermined wavelength.
d=(λ)/(4・(n0・n1)1/2)
〔λ:入射光の波長,n0:空気の屈折率,n1:オーバーコート層の屈折率〕
オーバーコート層を膜厚dで均一にマイクロレンズの表面を覆うように形成するのが理想である。上述の通り現実的には均一な膜厚dでオーバーコート層を形成するのは困難である。
d = (λ) / (4 · (n 0 · n 1 ) 1/2)
[Λ: wavelength of incident light, n 0 : refractive index of air, n 1 : refractive index of overcoat layer]
Ideally, the overcoat layer is formed with a film thickness d so as to uniformly cover the surface of the microlens. As described above, it is practically difficult to form an overcoat layer with a uniform film thickness d.
そこで、図3(a)に示すように、オーバーコート層15をマイクロレンズ14上に形成し、反射防止膜として機能する理想的な膜厚d対する最大膜厚dMAXと最小膜厚dMINを満たす領域の面積を測定した。つまり、オーバーコート層の実膜厚=(λ)/(4・(n0・n1)1/2)±25%を満たす領域の面積を測定した。
Therefore, as shown in FIG. 3A, the
この領域20が、図3(b)に示すように、マイクロレンズ14の投影面積の30%以上を覆えば、所定の反射防止機能を発揮することを見いだした。
As shown in FIG. 3B, it has been found that if the
λ=550nmとしたとき、マイクロレンズ上にオーバーコート層を形成しないときの透過率は約95%である。膜厚100nmのオーバーコート層を均一にマイクロレンズ上に形成したときの透過率は約98.6%である。しかし、現実にオーバーコート層を均一に形成することは困難であるので、透過率約98.6%は理想値となる。 When λ = 550 nm, the transmittance when the overcoat layer is not formed on the microlens is about 95%. The transmittance when an overcoat layer having a thickness of 100 nm is uniformly formed on the microlens is about 98.6%. However, since it is difficult to form an overcoat layer uniformly in reality, the transmittance of about 98.6% is an ideal value.
本発明において、膜厚100nm±25nmの範囲内にあるオーバーコート層の領域がマイクロレンズの投影面積の44%を覆うとき、透過率は約98.3%であった。理想値に対する比率は99.7%であり、実質的には理想値と同等と言える。 In the present invention, when the region of the overcoat layer having a thickness of 100 nm ± 25 nm covers 44% of the projected area of the microlens, the transmittance was about 98.3%. The ratio to the ideal value is 99.7%, which can be said to be substantially equivalent to the ideal value.
オーバーコート層のマイクロレンズ対する追従性を改善することで、理想値と同等の透過率を得ることができる。 By improving the followability of the overcoat layer to the microlens, it is possible to obtain a transmittance equivalent to the ideal value.
上述の内容を確認すべき発明者はシミュレーションを行った。表1はレンズ高さ600nmを想定した場合で、表2はレンズ高さ700nmを想定した場合の結果である。図6に示すように、マイクロレンズの頂点のオーバーコート層の厚みを50nmと固定し、マイクロレンズ間のギャップに溜まるオーバーコート層の厚さ(ボトム厚さ)を変化させた。レンズ高さ600nmの場合、ボトム厚さを50nm〜250nmで変化させ、レンズ高さ700nmの場合、ボトム厚さを50nm〜400nmで変化させた。面積率と防止効果の関係を調査した。面積率とは、膜厚100nm±25%のオーバーコート層がマイクロレンズの投影面積を覆う被覆率を表したものである。また、防止効果は、実験結果の透過率とオーバーコートなし透過率(95%)の差を、理想値の透過率(98.6%)とオーバーコートなし透過率(95%)の差で割った数値である。数値が大きいほど透過率が高いこと示す。〔防止効果=(T1-T0)/(Ti−T0)*100[%](T1:実験結果、T0:オーバーコートなし(実施例で95%)Ti:理想値(実施例で98.6%)〕
表1及び2からも明らかなように、面積率が30%を超えると防止効果が80%を超えて理想値に近くなる。
The inventor who should confirm the above-mentioned contents performed simulation. Table 1 shows the results when the lens height is 600 nm, and Table 2 shows the results when the lens height is 700 nm. As shown in FIG. 6, the thickness of the overcoat layer at the apex of the microlens was fixed to 50 nm, and the thickness of the overcoat layer (bottom thickness) accumulated in the gap between the microlenses was changed. When the lens height was 600 nm, the bottom thickness was changed from 50 nm to 250 nm, and when the lens height was 700 nm, the bottom thickness was changed from 50 nm to 400 nm. The relationship between the area ratio and the prevention effect was investigated. The area ratio represents a coverage ratio in which an overcoat layer having a film thickness of 100 nm ± 25% covers the projected area of the microlens. In addition, the prevention effect is obtained by dividing the difference between the experimental transmittance and the non-overcoated transmittance (95%) by the difference between the ideal transmittance (98.6%) and the non-overcoated transmittance (95%). It is a numerical value. It shows that the transmittance | permeability is so high that a numerical value is large. [Prevention effect = (T1-T0) / (Ti-T0) * 100 [%] (T1: experimental result, T0: no overcoat (95% in the example) Ti: ideal value (98.6% in the example) )]
As is clear from Tables 1 and 2, when the area ratio exceeds 30%, the prevention effect exceeds 80% and approaches the ideal value.
本発明は、オーバーコート層のマイクロレンズへの追従性を改善することで、理想膜厚から±25%の範囲の膜厚を有する領域をマイクロレンズの投影面積の30%形成するだけで反射防止効果を理想値に近づけることを見出した。現実の製造工程においてその意義は非常に大きいものである。 By improving the followability of the overcoat layer to the microlens, the present invention prevents reflection by simply forming a region having a film thickness in the range of ± 25% from the ideal film thickness by 30% of the projected area of the microlens. We found that the effect is close to the ideal value. In the actual manufacturing process, its significance is very large.
マイクロレンズ及びオーバーコート層の製造方法について説明する。図4(a)に示すように、カラーフィルター12上の平坦化層13の表面上に感光性を有するアクリル樹脂を主成分とするレンズ樹脂層14aがスピンコート法により塗布される。次に、図4(b)に示すように、レンズ樹脂層14aを露光・現像処理することにより、受光部に対応する位置にパターニングされたレンズ樹脂層14bが平坦化層13上に形成される。なおレンズ樹脂層14bを透明にするため、レンズ樹脂層14bにUV光が照射される。
A method for manufacturing the microlens and the overcoat layer will be described. As shown in FIG. 4A, a
次に、図4(c)に示すように、レンズ樹脂層14bを熱処理することで熱流動が生じる。レンズ樹脂層14bは底面の幅の変化を伴わず上面は円弧状パターンとなり、レンズ樹脂層14bは凸状レンズ形状のマイクロレンズ14に形をかえる。マイクロレンズ14間にはギャップ17が存在する。
Next, as shown in FIG. 4C, heat flow is generated by heat-treating the
次いで、図4(d)に示すように、アクリル樹脂を主成分とするオーバーコート材がマイクロレンズ14上にスピンコート法等で塗布される。オーバーコート材の有機成分を蒸発させることによりオーバーコート材が硬化し、オーバーコート層15が形成される。
Next, as shown in FIG. 4D, an overcoat material mainly composed of an acrylic resin is applied on the
オーバーコート層15はマイクロレンズ間のギャップ17にも形成されるが、所望の膜厚のオーバーコート層15がマイクロレンズ14の投影面積の40%を覆うように形成される。
Although the
さらに別のマイクロレンズ及びオーバーコート層の製造方法について説明する。図5(a)に示すように、カラーフィルター12上の平坦化層13の表面上に感光性を有するアクリル樹脂を主成分とするレンズ樹脂層14aがスピンコート法により塗布される。レンズ樹脂層14a上に感光性のフェノール樹脂を主成分とするレジスト層が塗布され、レジスト層に対し露光現像処理が施される。その結果、受光部に対応する位置にパターニングされたレジスト16が形成される。
Further, another microlens and overcoat layer manufacturing method will be described. As shown in FIG. 5A, a
次いで、図5(b)に示すように、熱処理することで熱流動が生じ、半球状のレジスト16がレンズ樹脂層14a上に形成される。次いで、図5(c)に示すように、半球状のレジスト16をマスクに、全面エッチバックが行われる。エッチバックが実施されると、レジスト16が除去されるとともに、レンズ樹脂層14aの一部が除去される。その結果、レンズ樹脂層14aがレジスト16の半球状の形状とほぼ同形状の凸状のマイクロレンズ14となる。マイクロレンズ14間には溝18が存在する。
Next, as shown in FIG. 5B, heat flow is generated by heat treatment, and a hemispherical resist 16 is formed on the
次いで、図5(d)に示すように、アクリル樹脂を主成分とするオーバーコート材がマイクロレンズ14上にスピンコート法等で塗布される。オーバーコート材の有機成分を蒸発させることによりオーバーコート材が硬化し、オーバーコート層15が形成される。オーバーコート層15はマイクロレンズ間の溝18にも形成されるが、所望の膜厚のオーバーコート層15がマイクロレンズ14の投影面積の40%を覆うように形成される。
Next, as shown in FIG. 5D, an overcoat material mainly composed of an acrylic resin is applied onto the
上述の実施形態ではマイクロレンズ及びオーバーコート層がアクリル樹脂を例として説明した。しかしアクリル樹脂以外にも他の樹脂を使用することができる。本発明の技術的範囲内で多様に変更実施することが可能である。 In the above-described embodiment, the microlens and the overcoat layer have been described using the acrylic resin as an example. However, other resins can be used besides the acrylic resin. Various modifications can be made within the technical scope of the present invention.
1・・・固体撮像素子、2・・・n型半導体基板、3・・・P―ウェル、4・・・受光部
5・・・電荷転送部、6・・・絶縁膜、7・・・転送電極、8・・・絶縁膜、9・・・層間絶縁膜、10・・・層内レンズ、11・・・平坦化層、12・・・カラーフィルター
13・・・平坦化層、14・・・マイクロレンズ、15・・・オーバーコート層、16・・・レジスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state image sensor, 2 ... N-type semiconductor substrate, 3 ... P-well, 4 ... Light-receiving
Claims (14)
半導体基板と、前記半導体基板に形成された受光部と、前記半導体基板に形成され前記受光部で発生した電荷を転送する電荷転送部と、前記受光部の上方に形成された樹脂製のマイクロレンズと、前記マイクロレンズ上に形成された樹脂製のオーバーコート層を備え、前記マイクロレンズと前記オーバーコート層が同種の樹脂であることを特徴とする固体撮像素子。 In solid-state image sensor,
A semiconductor substrate; a light receiving portion formed on the semiconductor substrate; a charge transfer portion formed on the semiconductor substrate for transferring charges generated at the light receiving portion; and a resin microlens formed above the light receiving portion. And a resin overcoat layer formed on the microlens, wherein the microlens and the overcoat layer are the same type of resin.
膜厚=(λ)/(4・(n0・n1)1/2)±25%
〔λ:入射光の波長,n0:空気の屈折率,n1:オーバーコート層の屈折率〕 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the overcoat layer has a region having a film thickness satisfying the following formula, and the region covers 30% or more of the projected area of the microlens.
Film thickness = (λ) / (4 · (n 0 · n 1 ) 1/2) ± 25%
[Λ: wavelength of incident light, n 0 : refractive index of air, n 1 : refractive index of overcoat layer]
半導体基板に受光部と該受光部で発生した電荷を転送する電荷転送部を形成する工程と、前記半導体基板の少なくとも前記受光部上に樹脂製のマイクロレンズを形成する工程と、前記マイクロレンズ上に樹脂製のオーバーコート層を形成する工程とを備え、
前記マイクロレンズと前記オーバーコート層が同種の樹脂であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device,
Forming a light receiving portion on the semiconductor substrate and a charge transfer portion for transferring charges generated in the light receiving portion, forming a resin microlens on at least the light receiving portion of the semiconductor substrate, and on the microlens And a step of forming a resin overcoat layer,
The method for producing a solid-state imaging device, wherein the microlens and the overcoat layer are the same type of resin.
膜厚=(λ)/(4・(n0・n1)1/2)±25%
〔λ:入射光の波長,n0:空気の屈折率,n1:オーバーコート層の屈折率〕 14. The solid according to claim 11, wherein the step of forming the resin overcoat layer includes a step of forming the overcoat layer having a film thickness satisfying the following formula to form 30% or more of the projected area of the microlens. Manufacturing method of imaging device.
Film thickness = (λ) / (4 · (n 0 · n 1 ) 1/2) ± 25%
[Λ: wavelength of incident light, n 0 : refractive index of air, n 1 : refractive index of overcoat layer]
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