JP2009295739A - Semiconductor image sensor - Google Patents

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Makoto Motoyoshi
真 元吉
Hirobumi Nakamura
博文 中村
Kazutoshi Kamibayashi
和利 上林
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ZYCUBE KK
ZyCube Co Ltd
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ZYCUBE KK
ZyCube Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor structure of a semiconductor image sensor, which avoids poor connection and the reduction in reliability of connection, which are caused because a rear surface of a thinned semiconductor substrate is not flat, and furthermore avoids risks of destruction of the semiconductor substrate due to a sudden force apt to occur after a thinning step, and to provide a method for manufacturing the semiconductor image sensor. <P>SOLUTION: The semiconductor image sensor is most principally characterized in that a surface of a microlens group for condensation is brought into contact with a lower surface of a cover glass 31 in the thinning step of a semiconductor substrate 2 in order to prevent a phenomenon that a principal region of the image sensor where the microlens group 30 etc. are arranged, is pushed toward the cover glass. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、低背かつ小型の半導体イメージセンサに関するものである。   The present invention relates to a low profile and small semiconductor image sensor.

半導体技術を活用したイメージセンサは半導体技術の進歩を背景として多画素化・小型化が進み、多くの画像入力装置に広範に搭載されるようになった。中でも、デジタルカメラや携帯電話では、画像記録やスキャナとしての応用が広がり、イメージセンサの更なる多画素化・低背化を含む小型化、ひいては低価格化が強く要求されるに至っている。
現在実用化されている半導体イメージセンサは、CMOS型、CCD型が主流であり、チップ分離、ワイヤボンディング、パッケージ封入といった周知の半導体技術で組立てられている。当該センサでは、Si半導体の一主面に光感光性領域と信号読出し領域、信号処理/駆動領域などが集積化され、当該主面側から外部回路へ電気接続するワイヤボンディングが設けられている。
据置き型の画像入力装置では、装置が要求する解像度特性を満足する画素数を有する当該構造の半導体イメージセンサを搭載すれば実用的な装置を実現することが可能であった。
Image sensors that utilize semiconductor technology have become increasingly widespread in many image input devices due to advances in the number of pixels and miniaturization that have led to advances in semiconductor technology. In particular, digital cameras and mobile phones are increasingly used as image recording and scanners, and there is a strong demand for downsizing and further lowering the price of image sensors, including further increasing the number of pixels and reducing the height.
The semiconductor image sensors currently in practical use are mainly CMOS type and CCD type, and are assembled by well-known semiconductor technologies such as chip separation, wire bonding, and package encapsulation. In the sensor, a photosensitive region, a signal readout region, a signal processing / driving region, and the like are integrated on one main surface of the Si semiconductor, and wire bonding is provided for electrical connection from the main surface side to an external circuit.
In a stationary image input apparatus, if a semiconductor image sensor having the structure having the number of pixels satisfying the resolution characteristics required by the apparatus is mounted, a practical apparatus can be realized.

しかし、携帯電話に代表される可搬型機器では、半導体イメージセンサへの小型化要求が強く、従来の前記構造では対処しきれなかった。特に、センサの厚みを小さくすること、すなわち、低背化や、パッケージの大きさをチップサイズに可能な限り近づけることなどが課題となっていた。図24は、かかる要求を満足させるため、カラーイメージセンサとして構成された半導体イメージセンサの構造例であり、1は周知の半導体工程で製造されたセンサ部分で、Siなどからなる半導体基板2、当該表面近傍に設けられた感光素子である複数のフォトダイオード3、色分離のためのフィルタ4や集光効果を高めるマイクロレンズ群5などから構成されている。6は表面保護機能であるカバーガラスであり、接着層7により1と結合されている。フォトダイオードからの信号読出しのための配線層には外部回路への接続用としてのパッド領域8が含まれており、当該領域への電気的接続は基板2の裏面側から貫通穴が形成され、充填された導電材料9と、ボールグリッドアレイ状の接続端子群10により半導体基板2の裏面側で実現されている。かかる構造においては、従来多用されてきたボンディングワイヤによる半導体基板2の表面側からの接続手段と比較して、イメージセンサ面積と大略等しい面積で実装可能であり、高さも低くできる利点がある。かかる利点はイメージセンサの応用機器である携帯電話やカメラなどの小型化、薄型化に大きく寄与できる。   However, in portable devices typified by mobile phones, there is a strong demand for miniaturization of semiconductor image sensors, and the conventional structure cannot cope with them. In particular, it has been a challenge to reduce the thickness of the sensor, that is, to reduce the height and to make the package size as close as possible to the chip size. FIG. 24 is a structural example of a semiconductor image sensor configured as a color image sensor in order to satisfy such a requirement. Reference numeral 1 denotes a sensor portion manufactured by a well-known semiconductor process, a semiconductor substrate 2 made of Si or the like, It is composed of a plurality of photodiodes 3 which are photosensitive elements provided in the vicinity of the surface, a filter 4 for color separation, a microlens group 5 for enhancing the light collection effect, and the like. 6 is a cover glass which is a surface protection function, and is bonded to 1 by an adhesive layer 7. The wiring layer for reading signals from the photodiode includes a pad region 8 for connection to an external circuit, and electrical connection to the region is formed with a through hole from the back side of the substrate 2, This is realized on the back side of the semiconductor substrate 2 by the filled conductive material 9 and the connection terminal group 10 in the form of a ball grid array. Such a structure is advantageous in that it can be mounted in an area substantially equal to the area of the image sensor and can be reduced in height as compared with the connection means from the surface side of the semiconductor substrate 2 using a bonding wire that has been widely used conventionally. Such advantages can greatly contribute to miniaturization and thinning of mobile phones and cameras that are application devices of image sensors.

図24において、当該基板2の厚さは、貫通穴加工の容易性と、さらなる低背化のために、薄くすることが望ましい。この薄膜化工程は半導体プロセスが終了した時点、あるいは、当該カバーガラスが設けられた時点で実施される。かかる薄膜化工程が終了してから、貫通穴の加工と当該9の充填などが実施される。   In FIG. 24, it is desirable to reduce the thickness of the substrate 2 in order to facilitate the through hole processing and further reduce the height. This thinning process is performed when the semiconductor process is completed or when the cover glass is provided. After such a thinning process is completed, processing of the through hole and filling of the 9 are performed.

図25は半導体基板の薄膜化工程を詳細に例示する図である。同図は図24の構造体が一列に4個並んだ状態が示されており、一点鎖線20がそれぞれの構造体の境界である。なお、同図において、図24と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)において、当該基板2の厚さは半導体プロセスで使用するウェーハ直径に依存するが、大略数100μmである。同図(b)において、当該基板は薄膜化され、厚さが薄い基板21へと加工される。当該薄膜化工程は、当該2の裏面から力を印加すると同時に機械的、化学的に当該裏面の表面を除去する裏面研磨(Back Grinding)とも称される周知の技術で実施される。当該技術においては、カバーガラス表面を樹脂などからなる平板で当該表面を保護すると同時にウェーハ全体の強度を保持することが行われるが、同図では省略されている。当該薄膜化工程で、大略100μm程度あるいはそれ以下の厚さまで基板2が加工される。しかしながら、当該厚さが薄くなるにつれ、マイクロレンズ群やカラーフィルタなどが配列されているイメージセンサの主要領域が、当該カバーガラス側へ押し込まれる現象が発生する。当該現象は、カバーガラス6とセンサ部分1との間に空間が存在することに起因している。かかる現象は同図(c)に示されており、21の厚さが数10μm程度になると顕著になる。当該薄膜化工程が終了すると、21へ印加されていた力が除去されるので、イメージセンサの主要領域と当該カバーガラス間の距離は裏面研磨工程以前の距離まで復帰する。この結果、同図(d)に示すように、21の裏面側は平坦ではなく、当該主要領域が凸状態になる。すなわち、21の裏面側には凹凸が発生し、本来平坦であるべき状態が維持されなくなり、以後の組立工程で不都合が多々発生する。かかる不都合の一例としては、前記した貫通穴および充填された導電材料の表面が平面でないため、外部回路との接続手段であるボールグリッドアレイ状の接続端子群の表面が平面とならず、接続不良の発生や接続信頼性の低下などが挙げられる。さらに、これらの不都合がない場合においても、組立工程で21の裏面側から突発的に印加された力により21が破壊される危険性も増大する。当該危険性を低減するために、21の裏面側にガラスなどからなる補強平板を貼り付けることも考えられるが、低背化を阻害するとともに、貫通穴形成の加工などが複雑となりコスト面からも不利となる。   FIG. 25 is a diagram illustrating the semiconductor substrate thinning process in detail. This figure shows a state in which the four structures shown in FIG. 24 are arranged in a line, and the alternate long and short dash line 20 is the boundary between the structures. In the figure, the same numbers as those in FIG. 24 indicate the same components. In FIG. 2A, the thickness of the substrate 2 is approximately several hundred μm although it depends on the diameter of the wafer used in the semiconductor process. In FIG. 5B, the substrate is thinned and processed into a thin substrate 21. The thinning step is performed by a well-known technique called back grinding, in which a force is applied from the two back surfaces and mechanically and chemically removes the back surface. In this technique, the cover glass surface is protected by a flat plate made of resin or the like, and at the same time the strength of the entire wafer is maintained, but this is not shown in the figure. In the thinning process, the substrate 2 is processed to a thickness of about 100 μm or less. However, as the thickness decreases, a phenomenon occurs in which the main region of the image sensor in which the microlens group, the color filter, and the like are arranged is pushed into the cover glass side. This phenomenon is caused by the existence of a space between the cover glass 6 and the sensor portion 1. Such a phenomenon is shown in FIG. 2C, and becomes prominent when the thickness of 21 is about several tens of μm. When the thinning process is completed, the force applied to 21 is removed, so that the distance between the main area of the image sensor and the cover glass returns to the distance before the back surface polishing process. As a result, as shown in FIG. 4D, the rear surface side of 21 is not flat, and the main region is in a convex state. That is, unevenness occurs on the back surface side of 21, and the state that should originally be flat is not maintained, and many inconveniences occur in the subsequent assembly process. As an example of such inconvenience, since the surface of the through hole and the filled conductive material is not flat, the surface of the ball grid array-like connection terminal group that is a connection means with an external circuit is not flat, and the connection is poor. Generation of the network and a decrease in connection reliability. Furthermore, even when these inconveniences are not present, there is an increased risk that the 21 will be destroyed by the force suddenly applied from the back side of the 21 in the assembly process. In order to reduce this risk, it is conceivable to attach a reinforcing flat plate made of glass or the like on the back side of 21. Disadvantageous.

このような問題は、半導体イメージセンサの主要領域とカバーガラス間に空間が存在することに起因している。半導体分野での裏面薄膜化工程は、例えば、下記の特許文献1および特許文献2に提案されているように、半導体基板の表面にポリイミドやエポキシなどの樹脂を用いた樹脂膜を形成して熱硬化させ、この硬化された樹脂膜を保護強化膜として用い、さらに、表面を柔軟性のある保護フィルム(BGテープ)を貼付けてから基板の裏面研削が行われる。下記特許文献1および特許文献2では、半導体イメージセンサへの適用について必ずしも言及されていないが、半導体基板表面を平坦化してから裏面の薄膜化が実施されている。   Such a problem is caused by the existence of a space between the main region of the semiconductor image sensor and the cover glass. The backside thinning process in the semiconductor field is performed by forming a resin film using a resin such as polyimide or epoxy on the surface of a semiconductor substrate, as proposed in Patent Document 1 and Patent Document 2 below. After curing, the cured resin film is used as a protective reinforcement film, and a substrate is ground after the surface is affixed with a flexible protective film (BG tape). In Patent Document 1 and Patent Document 2 described below, application to a semiconductor image sensor is not necessarily mentioned, but the back surface is thinned after the surface of the semiconductor substrate is planarized.

これらの方法をマイクロレンズが搭載された半導体イメージセンサに適用すると、表面の平坦形状ゆえに前記主要領域とカバーガラス間の空間を消滅させることができ、基板薄膜化終了時の裏面凹凸の発生はなくなる。
特開平11−150090号公報 特開2005−191508号公報
When these methods are applied to a semiconductor image sensor equipped with a microlens, the space between the main region and the cover glass can be eliminated due to the flat shape of the surface, and there is no back surface unevenness at the end of substrate thinning. .
Japanese Patent Laid-Open No. 11-150090 JP 2005-191508 A

しかしながら、前述した特許文献の裏面研磨法を採用した場合には、マイクロレンズの上面には熱硬化された樹脂膜が残存するため、マイクロレンズ本来の光学的機能を発揮させることが困難になってしまうという重要な課題が新たに発生する。また、マイクロレンズの形状を欠損させることなくこの熱硬化樹脂膜を完全に除去してマイクロレンズ表面を露出させることは困難であり、また、可能だとしても製造工程の複雑化をもたらす。   However, when the backside polishing method of the above-mentioned patent document is adopted, a thermoset resin film remains on the upper surface of the microlens, making it difficult to exhibit the original optical function of the microlens. An important issue arises. Further, it is difficult to completely remove the thermosetting resin film without exposing the microlens shape to expose the surface of the microlens, and even if possible, the manufacturing process is complicated.

本発明が解決する課題は、マイクロレンズが搭載された半導体イメージセンサを薄膜化する際に、表面に熱硬化性樹脂膜などの堆積と除去が不要で、マイクロレンズの光学的機能を阻害する要因を排除することである。また、薄膜化された半導体基板の裏面が平坦でないため発生する接続不良や接続信頼性低下であり、さらには、薄膜化工程以後に発生しがちな突発的な力による半導体基板の破壊危険性でもある。   The problem to be solved by the present invention is that when thinning a semiconductor image sensor on which a microlens is mounted, there is no need to deposit and remove a thermosetting resin film on the surface, which is a factor that hinders the optical function of the microlens Is to eliminate. In addition, the backside of the thinned semiconductor substrate is not flat, resulting in poor connection and reduced connection reliability. Furthermore, there is a risk of destruction of the semiconductor substrate due to sudden forces that tend to occur after the thinning process. is there.

本発明は半導体基板の薄膜化工程で、マイクロレンズ群などが配列されている半導体イメージセンサの主要領域が、特定の光波長領域で透明であるような特性を少なくとも備えた平板側へ押し込まれる現象を阻止するため、集光のためのマイクロレンズ群の表面を当該平板に接触させて平坦化する。   The present invention is a phenomenon in which the main region of a semiconductor image sensor in which microlens groups and the like are arranged is pushed into a flat plate side having at least the characteristic that it is transparent in a specific light wavelength region in a thinning process of a semiconductor substrate In order to prevent this, the surface of the microlens group for condensing is brought into contact with the flat plate and flattened.

画素が配列された感光領域以外に当該マイクロレンズと同一工程で形成され、かつ類似形状を有する複数の構造体あるいは平面的な広がりを有する構造体を配置する。   In addition to the photosensitive region where the pixels are arranged, a plurality of structures having the same shape as the microlens and having a similar shape or a structure having a planar extension are disposed.

当該構造体を平面的寸法が異なる複数種類から構成する。   The said structure is comprised from multiple types from which a planar dimension differs.

本発明によれば、半導体基板の薄膜化工程でマイクロレンズ群がカバーガラスに接触しているため、半導体イメージセンサの主要領域がカバーガラス側へ押し込まれることが防止でき、薄膜化工程終了時点で半導体基板の裏面が平坦となり、さらに、裏面側からの突発的な力が印加されても半導体基板が破壊されることがなくなる。   According to the present invention, since the microlens group is in contact with the cover glass in the thinning process of the semiconductor substrate, the main region of the semiconductor image sensor can be prevented from being pushed into the cover glass side, and at the end of the thinning process. The back surface of the semiconductor substrate becomes flat, and further, the semiconductor substrate is not destroyed even if a sudden force is applied from the back surface side.

当該接触は当該カバーガラスを装着した段階、あるいは、当該半導体基板の薄膜化工程中に達成されるため、容易に当該半導体基板裏面の平坦性の維持と破壊危険性の回避ができる。   Since the contact is achieved at the stage of mounting the cover glass or during the thinning process of the semiconductor substrate, the flatness of the back surface of the semiconductor substrate can be easily maintained and the risk of destruction can be avoided.

当該接触の状態と当該マイクロレンズの形状は、画素が配列された感光領域以外に配置された構造体により制御されるので、当該形状の一様性や再現性が容易に確保できる。   Since the contact state and the shape of the microlens are controlled by a structure disposed outside the photosensitive region in which the pixels are arranged, the uniformity and reproducibility of the shape can be easily ensured.

当該接触の状態と当該マイクロレンズの形状は、当該構造体の形状、種類、個数などにより制御できる。   The state of contact and the shape of the microlens can be controlled by the shape, type, number, and the like of the structure.

半導体イメージセンサの低背化、小型化を実現するという目的を、接続不良の発生や接続信頼性の低下なしに、さらには、半導体基板裏面に補強のための平板を設けるという工程の複雑化なしに実現した。以下、本発明を具体的なイメージセンサ形態を説明することにより、本発明を明らかにする。   The purpose of reducing the height and downsizing of semiconductor image sensors is without the occurrence of poor connection or lowering of connection reliability, and without the complexity of the process of providing a reinforcing plate on the back of the semiconductor substrate. Realized. Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the image sensor.

<第1のイメージセンサ形態>
図1は、本発明をカラーイメージセンサに適用した図であり、図24と同一番号は同一構成要素を示している。同図において、30は集光用のマイクロレンズ群、31はカバーガラス、32は当該1と31とを結合する接着層である。同図と前記した図24との最も大きな差異点は、マイクロレンズ30の表面がカバーガラスの下面と接触していることにある。かかる構造では、マイクロレンズの最頂部が当該ガラスにより押し潰され平坦になるが、当該最頂部以外の大略円弧状の形状は維持されている。カメラ撮影などに用いられる結像用のレンズとは異なり、マイクロレンズの本来の機能は画素を構成するフォトダイオードへ入射光を効率的に集中させることである。イメージセンサの画素は感光領域であるフォトダイオードと信号読み出しのための電子回路とから構成されているため、フォトダイオードの面積は画素面積よりも小さいことになる。一方、入射光は画素全面へ照射されるが、当該電子回路領域への入射光は光電変換には寄与されず、フォトダイオード領域へ入射した光のみが光電変換に寄与される。かかる結果、結像用レンズを通過した光の一部のみが利用されることになり、光感度の低下をもたらす。マイクロレンズは画素全面へ入射した光をフォトダイオード領域へ集中させ、光感度の劣化を阻止する目的を保有している。かかる目的のためには、マイクロレンズの表面形状は円弧状である必要はなく、一般のレンズ系での性能指標となる各種の収差、光学歪みなどは重要でなくなる。図2はマイクロレンズの各種の断面形状を概念的に示している。同図(a)は当該レンズの全表面が円弧状の曲線40で構成されている例である。かかる形状は、レンズを構成する樹脂を塗布、パターニングしてから、高温雰囲気中に置くことにより、当該樹脂を軟化させ、表面張力により円弧状を形成できる。また、マイクロレンズがSi窒化物などの無機質材料である場合には、当該材料の表面にパターニングされたフォトレジストを軟化させレンズ形状を形成した後、水平、垂直方向に同程度の加工速度を有するイオン反応性エッチングなどの手法により、フォトレジスト表面形状を当該無機質材料へ転写できることが知られている。従来のイメージセンサでは同図(a)に示す形状のマイクロレンズが多用されてきた。同図(b)はマイクロレンズの中心部分41の表面が平坦で、周辺部分42が円弧状曲線を形成している例である。かかる構造においては、画素中心に位置するフォトダイオードの上方部分が当該平坦部に位置し、画素周辺の本来光感度を有しない電子回路領域の上方部分に当該曲線部が位置するようにされれば、マイクロレンズの集光機能は維持されることになる。同図(b)に示した形状は、前記した樹脂の軟化による手法を用いて、軟化時間や雰囲気温度などの加工条件を制御することにより、実現することは可能である。しかしながら、図1に示したイメージセンサ形態では、図2(b)に示した形状をカバーガラスを押し付けることにより実現しており、当該加工条件制御により形状を実現することとは本質的に異なっている。
<First image sensor configuration>
FIG. 1 is a diagram in which the present invention is applied to a color image sensor, and the same reference numerals as those in FIG. 24 denote the same components. In the figure, 30 is a condensing microlens group, 31 is a cover glass, and 32 is an adhesive layer for bonding the 1 and 31 together. The biggest difference between FIG. 24 and FIG. 24 described above is that the surface of the microlens 30 is in contact with the lower surface of the cover glass. In such a structure, the topmost part of the microlens is flattened by the glass, but a generally arcuate shape other than the topmost part is maintained. Unlike an imaging lens used for camera photography or the like, the original function of a microlens is to efficiently concentrate incident light on a photodiode constituting a pixel. Since the pixel of the image sensor is composed of a photodiode which is a photosensitive region and an electronic circuit for signal readout, the area of the photodiode is smaller than the pixel area. On the other hand, incident light is irradiated to the entire pixel surface, but incident light on the electronic circuit region does not contribute to photoelectric conversion, and only light incident on the photodiode region contributes to photoelectric conversion. As a result, only a part of the light that has passed through the imaging lens is used, resulting in a decrease in photosensitivity. The microlens has the purpose of concentrating light incident on the entire surface of the pixel in the photodiode region and preventing deterioration of photosensitivity. For this purpose, the surface shape of the microlens does not need to be an arc shape, and various aberrations and optical distortions that become performance indexes in a general lens system are not important. FIG. 2 conceptually shows various cross-sectional shapes of the microlens. FIG. 2A shows an example in which the entire surface of the lens is formed by an arcuate curve 40. FIG. Such a shape can be formed into an arc shape by surface tension by applying and patterning a resin constituting the lens and then placing it in a high temperature atmosphere to soften the resin. When the microlens is an inorganic material such as Si nitride, the patterned photoresist is softened on the surface of the material to form a lens shape, and then has the same processing speed in the horizontal and vertical directions. It is known that the photoresist surface shape can be transferred to the inorganic material by a technique such as ion reactive etching. In conventional image sensors, microlenses having the shape shown in FIG. FIG. 2B shows an example in which the surface of the central portion 41 of the microlens is flat and the peripheral portion 42 forms an arcuate curve. In such a structure, if the upper part of the photodiode located at the center of the pixel is located in the flat part, and the curved part is located in the upper part of the electronic circuit area around the pixel that does not inherently have photosensitivity. The light collecting function of the microlens is maintained. The shape shown in FIG. 5B can be realized by controlling the processing conditions such as the softening time and the atmospheric temperature using the above-described method of softening the resin. However, in the image sensor configuration shown in FIG. 1, the shape shown in FIG. 2 (b) is realized by pressing the cover glass, which is essentially different from realizing the shape by controlling the processing conditions. Yes.

図1において、カバーガラス31は接着層32で当該センサ部分1へ接着されている。当該接着層の厚さは適宜選択されうるが、当該接着層の固化に伴う収縮によりマイクロレンズ30の最頂部がカバーガラス31の下面に接触することが条件となる。一例としては、変形する以前の当該マイクロレンズの厚さ(レンズ底面から最頂部までの距離)に大略等しい厚さの接着層を設け、当該接着層の固化に伴う厚さの低減により、当該カバーガラス下面がマイクロレンズ最頂部を押し潰して変形させることが挙げられる。   In FIG. 1, a cover glass 31 is bonded to the sensor portion 1 with an adhesive layer 32. The thickness of the adhesive layer can be selected as appropriate, provided that the topmost part of the microlens 30 comes into contact with the lower surface of the cover glass 31 due to shrinkage accompanying solidification of the adhesive layer. As an example, an adhesive layer having a thickness approximately equal to the thickness of the microlens before the deformation (the distance from the lens bottom surface to the topmost portion) is provided, and the cover is reduced by reducing the thickness accompanying solidification of the adhesive layer. For example, the lower surface of the glass crushes and deforms the topmost part of the microlens.

図1において、カバーガラス31の厚さは適宜設定できるが、数100μm以上であることが好ましい。かかる数値範囲は、接着層32を介してマイクロレンズ群30の最頂部を変形させたときの、当該30の反作用力、反発力により当該31の中央部分が上方へ変形することを阻止するために設定される。当該31の中央部分の上方への変形が発生すると、個々のマイクロレンズの断面形状が一様にならず、センサ部分の中央付近ではマイクロレンズ最頂部の平坦部が小さくなり、センサ部分の周辺付近では該平坦部が大きくなる。かかる断面形状のばらつきは、個々のフォトダイオードへの光の入射状態のばらつきを発生せしめ、光感度の一様性が確保されないという課題を誘起することになる。   In FIG. 1, the thickness of the cover glass 31 can be appropriately set, but is preferably several hundred μm or more. This numerical range is to prevent the central portion of the 31 from being deformed upward by the reaction force and repulsive force of the 30 when the topmost part of the microlens group 30 is deformed via the adhesive layer 32. Is set. When the upper center portion of the 31 is deformed, the cross-sectional shape of each microlens is not uniform, and the flat portion at the top of the microlens becomes smaller near the center of the sensor portion, and near the periphery of the sensor portion. Then, the flat portion becomes large. Such a variation in cross-sectional shape causes a variation in the incident state of light on each photodiode, and induces a problem that uniformity of photosensitivity is not ensured.

図1では、マイクロレンズは樹脂製で一枚の凸レンズから構成される場合が示されている。しかしながら、本発明ではマイクロレンズの構成について何ら制限はない。例えば、フォトダイオードとカラーフィルタ間に無機物からなる第1のレンズ、当該レンズ上にカラーフィルタ、当該カラーフィルタ上に樹脂で構成された第2の凸レンズとから構成されていても良い。かかる2群2枚構成のマイクロレンズ系では、第1のレンズ材質として窒化シリコンなどが周知である。また、第1のレンズ形状としては必ずしも凸レンズ形状である必要はない。例えば、当該レンズの材質と当該レンズを取巻く周囲の物質の屈折率を選択することにより、凹レンズ形状であっても所望の集光効果を得ることができる。なお、図1ではカラー撮像用にカラーフィルタを搭載したイメージセンサ形態が示されている。しかしながら、白黒撮像用イメージセンサでは色分解が不必要になり、当該カラーフィルタの搭載は不要となる。このイメージセンサ形態には、かかるカラーフィルタが搭載されていない構成も含まれている。   FIG. 1 shows a case where the microlens is made of resin and is composed of a single convex lens. However, in the present invention, there is no limitation on the configuration of the microlens. For example, it may be composed of a first lens made of an inorganic substance between a photodiode and a color filter, a color filter on the lens, and a second convex lens made of resin on the color filter. In such a two-group two-lens microlens system, silicon nitride or the like is well known as the first lens material. Further, the first lens shape is not necessarily a convex lens shape. For example, by selecting the material of the lens and the refractive index of the surrounding material surrounding the lens, a desired light condensing effect can be obtained even with a concave lens shape. FIG. 1 shows an image sensor configuration in which a color filter is mounted for color imaging. However, color separation is unnecessary in the black-and-white image sensor, and it is not necessary to mount the color filter. This image sensor form includes a configuration in which such a color filter is not mounted.

図3は、図1の構造で半導体基板を薄膜化する工程を示している。同図において、図25および図1と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)において、50はセンサ部分1を構成する半導体基板であり、カバーガラス31が接着層32で接着された後、周知の技術により薄膜化される。同図(b)は当該薄膜化工程が終了した状態を示しており、51は薄膜化された半導体基板である。このイメージセンサ形態においては、半導体基板50の厚さを薄くする工程で、当該50の下側から機械的な力が印加されても、マイクロレンズ群30がストッパとして機能するため、従来例で課題となっていた、イメージセンサの主要領域が当該カバーガラス側へ押し込まれる現象が阻止できる。この結果、薄膜化工程が終了した状態においても、同図(b)に示すように51の裏面側の平坦性が維持されており、前記したような以後の組立工程での不都合が発生しない。さらに、組立工程などで51の裏面側から突発的に印加された力により51が破壊される危険性も回避できる。かかる利点により、厚さが100μm以下の当該半導体基板51も容易に実現可能となり、イメージセンサの低背化、小型化に大きく寄与できる。なお、同図において当該31は一様な厚さを有する平板として示されているが、この限りではない。すなわち、当該31のマイクロレンズ群に対応する領域のみが透明なガラス素材で形成され、残りの領域が金属であって、当該ガラス素材は当該金属にハーメチックシールされている構成もあり得る。当該構成は特に高信頼性を要求される用途にはより適している。また、マイクロレンズ群と当該カバーガラスとの間の空間が真空で封止されていても良い。かかる構成では、当該接着材の固化後において、当該31側からの大気圧の圧力で当該31と当該マイクロレンズがより密着することになる。なお、かかる構成においては、当該ガラスの厚さは当該圧力に対応して必要十分なる変形が発生するよう適宜当該厚さが調整されている必要がある。   FIG. 3 shows a process of thinning the semiconductor substrate with the structure of FIG. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 25 and 1 denote the same components. In FIG. 5A, reference numeral 50 denotes a semiconductor substrate constituting the sensor portion 1, and after the cover glass 31 is bonded by the adhesive layer 32, the film is thinned by a known technique. FIG. 2B shows a state in which the thinning process is completed, and reference numeral 51 denotes a thinned semiconductor substrate. In this image sensor form, in the process of reducing the thickness of the semiconductor substrate 50, the microlens group 30 functions as a stopper even when a mechanical force is applied from the lower side of the 50. The phenomenon that the main area of the image sensor is pushed into the cover glass side can be prevented. As a result, even when the thinning process is completed, the flatness of the back surface 51 is maintained as shown in FIG. 5B, and there is no inconvenience in the subsequent assembly process. Furthermore, it is possible to avoid the risk of the 51 being destroyed by a force applied suddenly from the back side of the 51 in the assembly process or the like. With this advantage, the semiconductor substrate 51 having a thickness of 100 μm or less can be easily realized, which can greatly contribute to the reduction in the height and size of the image sensor. In the figure, the reference numeral 31 is shown as a flat plate having a uniform thickness, but this is not restrictive. That is, only the region corresponding to the 31 microlens groups may be formed of a transparent glass material, the remaining region is a metal, and the glass material is hermetically sealed to the metal. This configuration is more suitable for applications that require high reliability. The space between the microlens group and the cover glass may be sealed with a vacuum. In such a configuration, after the adhesive is solidified, the microlens 31 and the microlens are more closely adhered to each other by the atmospheric pressure from the 31 side. In such a configuration, the thickness of the glass needs to be adjusted as appropriate so that necessary and sufficient deformation occurs corresponding to the pressure.

図4はマイクロレンズの変形状況を示す図であり、画素領域が拡大表示されている。同図(a)において、60は半導体基板、61はフォトダイオード、62はフォトダイオード以外の領域へ光が照射されることを防止する機能を併せ有する配線層、63はカラーフィルタ、64はマイクロレンズ、65はカバーガラスである。同図(a)は当該カバーガラスが当該マイクロレンズの最頂部に接触している状態を示している。同図(b)は当該カバーガラスが当該最頂部を押し潰し、マイクロレンズに平坦部66を形成している状態であり、当該平坦部の大きさが当該フォトダイオードの面積と等しい状態を示している。かかる状態においては、フォトダイオード領域以外の領域上部に、マイクロレンズの曲線形状部67が存在している。かかる構成により、当該曲線形状で入射光は屈折し、フォトダイオードへ光が導かれる。同図(c)は同図(b)よりもさらに大きくマイクロレンズが変形された状態を示している。同図(c)では、マイクロレンズの平坦部68は当該フォトダイオードよりも大きくなっており、曲線形状69はより小さくなっている。当該構成においては、当該平坦部の端部に入射した光は配線層で遮断されフォトダイオードへ到達できず、光感度の低下をもたらす。一方、曲線形状69は入射光を屈折させフォトダイオードへ光を導く。この結果、同図(b)の構成と比較して光感度は低下するものの、60の薄膜化工程におけるイメージセンサの主要領域が当該カバーガラス側へ押し込まれる現象は阻止できるので、このイメージセンサ形態の有効性は維持されていることになる。   FIG. 4 is a diagram showing a deformation state of the microlens, and the pixel region is enlarged and displayed. In FIG. 6A, 60 is a semiconductor substrate, 61 is a photodiode, 62 is a wiring layer that has a function of preventing light from being irradiated to a region other than the photodiode, 63 is a color filter, and 64 is a microlens. , 65 is a cover glass. FIG. 4A shows a state where the cover glass is in contact with the topmost part of the microlens. FIG. 5B shows a state where the cover glass crushes the topmost portion and forms a flat portion 66 on the microlens, and shows a state where the size of the flat portion is equal to the area of the photodiode. Yes. In such a state, the microlens curve shape portion 67 exists above the region other than the photodiode region. With this configuration, incident light is refracted in the curved shape, and the light is guided to the photodiode. FIG. 4C shows a state in which the microlens is deformed larger than FIG. In FIG. 5C, the flat portion 68 of the microlens is larger than the photodiode, and the curved shape 69 is smaller. In this configuration, light incident on the end of the flat portion is blocked by the wiring layer and cannot reach the photodiode, resulting in a decrease in photosensitivity. On the other hand, the curved shape 69 refracts incident light and guides the light to the photodiode. As a result, although the photosensitivity is reduced as compared with the configuration of FIG. 5B, the phenomenon that the main area of the image sensor is pushed into the cover glass in the thinning process of 60 can be prevented. The effectiveness of is maintained.

図5は図1によるイメージセンサを製造する工程を示している。同図(a)において、70は周知の半導体工程で製造されたセンサ部分で、表面にマイクロレンズ群71が設けられている。同図(b)は接着層72が設けられたカバーガラス73が当該70の上部に配置されている状況を示している。当該72が一点鎖線で示された個々のイメージセンサの境界領域74の上部に位置するよう機械的位置が制御されてから、同図(c)に示されるように、73が70上に密着され積層構造を構成する。かかる積層構造は、73と70の相互位置関係が保持されるような治工具類(表示せず)を用いて、高温雰囲気中に置かれ、当該接着層72の固化が実施される。当該接着層の初期厚さは、当該固化工程により73の下面がマイクロレンズ最頂部に接触し、さらに、当該最頂部を押圧して変形させるように設定されている。一例としては、当該初期厚さは大略マイクロレンズの厚さ(最頂部からマイクロレンズ底面までの距離)と同一であるが、これに限らない。   FIG. 5 shows a process of manufacturing the image sensor according to FIG. In FIG. 2A, reference numeral 70 denotes a sensor portion manufactured by a known semiconductor process, and a microlens group 71 is provided on the surface. FIG. 2B shows a situation where a cover glass 73 provided with an adhesive layer 72 is arranged on the upper part of the 70. The mechanical position is controlled so that the 72 is positioned above the boundary region 74 of each image sensor indicated by the alternate long and short dash line, and then, as shown in FIG. Constructs a laminated structure. Such a laminated structure is placed in a high-temperature atmosphere using jigs and tools (not shown) that maintain the mutual positional relationship between 73 and 70, and the adhesive layer 72 is solidified. The initial thickness of the adhesive layer is set so that the lower surface of 73 comes into contact with the topmost part of the microlens by the solidification step, and further, the topmost part is pressed and deformed. As an example, the initial thickness is approximately the same as the thickness of the microlens (the distance from the top to the bottom of the microlens), but is not limited thereto.

図6は図1のイメージセンサを製造する他の工程例を示している。同図において、図5と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)は周知の半導体工程で製造され、表面にマイクロレンズ群71が配置されたセンサ部分70を示している。同図(b)において、境界領域74の部分に接着層82が設けられている。当該接着層はスクリーンと印刷技術によりパターニングされた状態で設けられても良い。あるいは、70の表面全体をスピンコートなどの技術で一様に接着層を付着させ、マスクと露光技術と選択的除去技術などにより、所望のパターンを有する当該82を形成しても良い。同図(c)の83はカバーガラスであり、前記した図5の場合と異なり、当該83には接着層は設けられていない。当該83は70の上部に配置された後、同図(d)に示すように、当該70に密着され積層構造を構成する。かかる積層構造は、高温雰囲気中に置かれ、当該接着層82の固化が実施される。当該接着層の初期厚さは、当該固化工程により83の下面がマイクロレンズ最頂部に接触し、さらに、当該最頂部を押圧して変形させるように設定されている。一例としては、当該初期厚さは大略マイクロレンズの厚さ(最頂部からマイクロレンズ底面までの距離)と同一であるが、これに限らない。図6に示した工程例では、カバーガラス83とセンサ部分70との相対的位置関係を厳密に制御する必要がない利点が存在する。   FIG. 6 shows another process example for manufacturing the image sensor of FIG. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 5 denote the same components. FIG. 2A shows a sensor portion 70 manufactured by a known semiconductor process and having a microlens group 71 disposed on the surface thereof. In FIG. 5B, an adhesive layer 82 is provided in the boundary region 74. The adhesive layer may be provided in a state of being patterned by a screen and a printing technique. Alternatively, the entire surface of 70 may be uniformly adhered by a technique such as spin coating, and the 82 having a desired pattern may be formed by a mask, an exposure technique, a selective removal technique, or the like. 83 in FIG. 8C is a cover glass, and unlike the case of FIG. 5 described above, the adhesive layer is not provided on the 83. After the 83 is arranged on the upper part of the 70, it is in close contact with the 70 to form a laminated structure as shown in FIG. Such a laminated structure is placed in a high-temperature atmosphere, and the adhesive layer 82 is solidified. The initial thickness of the adhesive layer is set so that the lower surface of 83 comes into contact with the topmost part of the microlens by the solidification step, and further, the topmost part is pressed and deformed. As an example, the initial thickness is approximately the same as the thickness of the microlens (the distance from the top to the bottom of the microlens), but is not limited thereto. The process example shown in FIG. 6 has an advantage that the relative positional relationship between the cover glass 83 and the sensor portion 70 does not need to be strictly controlled.

<第2のイメージセンサ形態>
図7は本発明による第2のイメージセンサ形態を示す図である。同図において、図1と同一番号は同一構成要素を示している。同図において、91はカバーガラスであり、接着層92によりセンサ部分1と結合されている。当該91のセンサ部分側の面には窪み93が設けられている。かかる構造においても、当該92の固化により、当該窪み93がマイクロレンズ群30の最頂部を押し付け平坦部を形成する。このイメージセンサ形態は、接着層92の固化後の厚さが小さく、マイクロレンズの変形が過大になるような場合には、特に有効である。当該窪みの加工については、選択的なエッチングなどの周知の手法が利用できる。また、当該窪みの深さは当該92の固化後においてマイクロレンズ群の最頂部が当該93の表面に接触できることが条件となる。
<Second image sensor configuration>
FIG. 7 is a diagram showing a second image sensor configuration according to the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. In the figure, reference numeral 91 denotes a cover glass, which is coupled to the sensor portion 1 by an adhesive layer 92. A depression 93 is provided on the surface of the 91 on the sensor portion side. Even in such a structure, due to the solidification of the 92, the depression 93 presses the top of the microlens group 30 to form a flat portion. This image sensor configuration is particularly effective when the thickness of the adhesive layer 92 after solidification is small and the deformation of the microlens is excessive. For the processing of the recess, a known method such as selective etching can be used. In addition, the depth of the depression is a condition that the topmost part of the microlens group can contact the surface of the 93 after the 92 is solidified.

<第3のイメージセンサ形態>
図8は本発明の第3のイメージセンサ形態を示す図であり、図7と同一番号は同一構成要素を示している。同図において、カバーガラス101は接着層102を介してセンサ部分1と結合されている。また、103はマイクロレンズ群30と同一材料、同一工程で作成されたダミーレンズである。このイメージセンサ形態においては、接着層102は当該ダミーレンズ103の頂上部分で当該103に埋没している。当該ダミーレンズ103の平面形状はマイクロレンズ30と同一である必要はなく、30よりも大きな底面積を有していても構わない。
<Third image sensor configuration>
FIG. 8 is a view showing a third image sensor form of the present invention, and the same reference numerals as those in FIG. 7 denote the same components. In the figure, a cover glass 101 is coupled to the sensor portion 1 via an adhesive layer 102. Reference numeral 103 denotes a dummy lens made of the same material and in the same process as the microlens group 30. In this image sensor configuration, the adhesive layer 102 is buried in the top 103 of the dummy lens 103. The planar shape of the dummy lens 103 is not necessarily the same as that of the microlens 30, and may have a base area larger than 30.

<第4のイメージセンサ形態>
図9は本発明の第4のイメージセンサ形態を示す図であり、図8と同一番号は同一構成要素を示している。同図において、カバーガラス101のセンサ部分1側の面は凸部111を有しており、さらに、接着層102はダミーレンズ103の形状を変形させることなく配置され固化されている。かかる構成では、当該凸部111の存在によりマイクロレンズ群30の最頂部は部分的に平坦化される。
<Fourth image sensor configuration>
FIG. 9 is a view showing a fourth image sensor form of the present invention, and the same reference numerals as those in FIG. 8 denote the same components. In the figure, the surface of the cover glass 101 on the sensor portion 1 side has a convex portion 111, and the adhesive layer 102 is disposed and solidified without changing the shape of the dummy lens 103. In such a configuration, the topmost portion of the microlens group 30 is partially flattened by the presence of the convex portion 111.

<第5のイメージセンサ形態>
図10は本発明の第5のイメージセンサ形態を示す図であり、図1と同一番号は同一構成要素を示している。このイメージセンサ形態では、半導体基板121の薄膜化工程で、大略100μm以下の厚さまで加工する場合において、当該121の中央部分がガバーガラス側に撓み、当該工程終了後に121の裏面側表面が平坦にならず、凸部122が発生する場合が例示されている。当該撓みが発生した場合には、マイクロレンズ群30の最頂部はカバーガラス31に強く押し付けられ変形量が大きくなり、より広い面積を有する平坦部123が発生する。しかしながら、当該薄膜化工程が終了して当該撓みが消滅すると、当該平坦部123はカバーガラス31の下側表面から離れ、微小なギャップ124が発生する。当該撓みの大きさは、マイクロレンズ群30がストッパの役割りを果たすため、図24および図25で概説した従来例と比較してはるかに小さい値となる。この結果、半導体基板裏面の凸部122の高さも小さく、当該裏面の平坦性は維持されなくなるものの、その影響を小さくすることができる。さらに、組立工程での突発的な力の印加に対しても、変形されたマイクロレンズ群30が上方へ移動しカバーガラス31の裏側表面で当該移動が停止するため、121の破壊を防ぐことができる。かかる構成では、イメージセンサが動作している期間はマイクロレンズ表面がカバーガラスに必ずしも接触していないことになるが、接続不良の低減、接続信頼性の確保、半導体基板の機械的保護といった本発明の趣旨が活かされ、イメージセンサの低背化、小型化に寄与できることは言うまでもない。なお、このイメージセンサ形態においては、当該基板の薄膜化工程以前には当該マイクロレンズ群が当該カバーガラスに接触しておらず、当該薄膜化工程中で当該接触とこれに伴う当該マイクロレンズの最頂部の平坦化が発生し、当該薄膜化工程終了後には当該マイクロレンズ群と当該カバーガラスとの接触状態が解消する場合も含まれる。
<Fifth image sensor configuration>
FIG. 10 is a diagram showing a fifth image sensor form of the present invention, and the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. In this image sensor form, when processing to a thickness of approximately 100 μm or less in the thinning process of the semiconductor substrate 121, the central portion of the 121 is bent toward the governor glass, and the back surface of the 121 is flattened after the process is finished. Instead, the case where the convex part 122 occurs is illustrated. When the bending occurs, the topmost part of the microlens group 30 is strongly pressed against the cover glass 31 to increase the deformation amount, and the flat part 123 having a wider area is generated. However, when the thinning step is completed and the bending disappears, the flat portion 123 is separated from the lower surface of the cover glass 31, and a minute gap 124 is generated. Since the microlens group 30 serves as a stopper, the magnitude of the deflection is a much smaller value than the conventional example outlined in FIG. 24 and FIG. As a result, the height of the convex portion 122 on the back surface of the semiconductor substrate is small, and the flatness of the back surface is not maintained, but the influence can be reduced. Furthermore, even when sudden force is applied in the assembly process, the deformed microlens group 30 moves upward, and the movement stops on the back side surface of the cover glass 31, thereby preventing the 121 from being destroyed. it can. In such a configuration, the surface of the microlens is not necessarily in contact with the cover glass during the period in which the image sensor is operating, but the present invention such as reduction of connection failure, securing of connection reliability, and mechanical protection of the semiconductor substrate. Needless to say, this can contribute to the reduction in the height and size of the image sensor. In this image sensor configuration, the microlens group is not in contact with the cover glass before the thinning process of the substrate, and the contact and the microlens associated therewith during the thinning process. The case where the top portion is flattened and the contact state between the microlens group and the cover glass is eliminated after the thinning step is completed is also included.

図10において、マイクロレンズを構成する素材が十分な弾性特性を有しており、当該121の薄膜化工程で前記撓みが発生しても、当該撓み量を吸収できる場合、すなわち、当該薄膜化工程終了後の撓み解消時点でマイクロレンズ表面の平坦部123がカバーガラス31の裏側表面に接触し続けるように当該素材を選定することは可能である。かかる選定下では、マイクロレンズ群30があたかもクッション材であるかのように機能し、図10に示した微小ギャップ124は存在しえないことになる。   In FIG. 10, the material constituting the microlens has sufficient elastic characteristics, and even if the bending occurs in the thinning process 121, the bending amount can be absorbed, that is, the thinning process. It is possible to select the material so that the flat portion 123 on the surface of the microlens continues to come into contact with the back surface of the cover glass 31 when the deflection is eliminated after the end. Under such selection, the microlens group 30 functions as if it is a cushioning material, and the micro gap 124 shown in FIG. 10 cannot exist.

<第6のイメージセンサ形態>
図11は本発明の第6のイメージセンサ形態を示している。同図はイメージセンサが複数個(横方向に2個、縦方向に2個の配列が例示)配列されたウェーハ状態を上から見た概念図として示されている。同図において、130は画素、131は当該画素上に配置されたマイクロレンズ、132の一点鎖線は縦横方向のイメージセンサの境界、133は図示されていないカバーガラスをイメージセンサ上部に接着するための接着層であり、当該境界に沿って縦横方向に配置されている。同図ではセンサ部分に6×6画素が集積化され、さらに、イメージセンサ領域の全面が画素で覆われている場合が示されている。同図は断面図として例示した図1の平面図に対応しており、前記した製造方法などで製造される。しかしながら、かかる構成では、カバーガラスと最頂部が平坦に変形されたマイクロレンズ群との間に密閉された空間が生じることになる。かかる密閉空間には通常大気圧の空気を充填しているので、イメージセンサの動作温度により当該空気の熱膨張が起こる。当該熱膨張が起こると、当該カバーガラスを下から上方へ押し上げる力が発生し、該ガラスの変形が誘起される。この結果、個々の画素でのマイクロレンズとカバーガラスとの接触状態が変化し、画素への集光作用に差異が生じ、画像信号への悪影響が発生する。一例として挙げるならば、センサ部分の周辺部では当該マイクロレンズと当該カバーガラスの間に空隙が発生し、センサ部分の中央部ではより大きな空隙が発生する。
<Sixth image sensor configuration>
FIG. 11 shows a sixth image sensor form of the present invention. This figure is a conceptual view of a wafer state from above, in which a plurality of image sensors (two in the horizontal direction and two in the vertical direction are illustrated) are arranged. In the figure, 130 is a pixel, 131 is a microlens disposed on the pixel, 132 is a dot-and-dash line is the border of the image sensor in the vertical and horizontal directions, and 133 is for attaching a cover glass (not shown) to the top of the image sensor. It is an adhesive layer and is arranged in the vertical and horizontal directions along the boundary. In the drawing, 6 × 6 pixels are integrated in the sensor portion, and further, the entire surface of the image sensor region is covered with pixels. This figure corresponds to the plan view of FIG. 1 illustrated as a cross-sectional view, and is manufactured by the manufacturing method described above. However, in such a configuration, a sealed space is formed between the cover glass and the microlens group whose top is deformed flat. Since such a sealed space is normally filled with air at atmospheric pressure, the air expands due to the operating temperature of the image sensor. When the thermal expansion occurs, a force for pushing the cover glass upward from the bottom is generated, and deformation of the glass is induced. As a result, the contact state between the microlens and the cover glass in each pixel changes, a difference occurs in the light condensing action on the pixel, and an adverse effect on the image signal occurs. As an example, a gap is generated between the microlens and the cover glass at the periphery of the sensor portion, and a larger gap is generated at the center of the sensor portion.

<第7のイメージセンサ形態>
図12はかかる熱膨張の効果を排除するための本発明の第7のイメージセンサ形態である。同図において、図11と同一番号は同一構成要素を示している。同図において、140は133と類似の接着層であるが、その一部に接着層がない領域141、142が存在する。当該領域141、142では、該カバーガラスとイメージセンサとが結合しておらず、前記した密閉空間が構成されず、当該空間は開放された状態となる。この結果、当該領域141、142を通して前記空気が自由に出入りできるので、例えイメージセンサの動作温度が変化しても当該空気の熱膨張の影響は避けられる。当該領域141、142の大きさ(長さ)は適宜選択できるが、当該領域を通してゴミなどの異物や汚染物質がイメージセンサとカバーガラスの間の空間に入り込まないよう小さい方が望ましい。
<Seventh image sensor configuration>
FIG. 12 shows a seventh image sensor form of the present invention for eliminating the effect of such thermal expansion. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 11 denote the same components. In the figure, reference numeral 140 denotes an adhesive layer similar to 133, but there are regions 141 and 142 in which no adhesive layer is present. In the regions 141 and 142, the cover glass and the image sensor are not coupled to each other, the above-described sealed space is not configured, and the space is opened. As a result, since the air can freely enter and exit through the regions 141 and 142, the influence of the thermal expansion of the air can be avoided even if the operating temperature of the image sensor changes. The size (length) of the regions 141 and 142 can be selected as appropriate, but it is desirable that the regions 141 and 142 be small so that foreign matters such as dust and contaminants do not enter the space between the image sensor and the cover glass through the regions.

<第8のイメージセンサ形態>
図13は本発明の第8のイメージセンサ形態を示す図であり、イメージセンサの概念的な断面構造図である。同図において、図1と同一番号は同一構成要素を示している。このイメージセンサ形態では、当該接着層32には図12で例示したような接着層がない領域141、142が存在していない。同図において、151はセンサ部分1とカバーガラス31との間の空間155を開放状態とするための第2の貫通穴である。当該貫通穴は、導電材が充填される第1の貫通穴150と同一工程で作成される。当該141の穴の位置はイメージセンサの周辺部で適宜選択され、イメージセンサの動作に影響がないことが望ましい。貫通穴150、151が形成されてから、導電材料を充填するが、当該151の穴の大きさを当該150よりも大きく設定しておくことにより、151の内部が完全に充填されず、側壁部分にのみ導電材が被覆されるようになる。かかる充填工程が終了してから開口152がセンサ部分の表面側から形成される。当該形成工程はフォトレジストと露光技術と選択的エッチングなどの組合せにより容易に実現される。152と151の形成には他の手順も利用できる。例えば、開口152を設けてから当該1の上部にカバーガラス31を接着し、半導体基板2を薄膜化してから、当該貫通穴150、151を形成し、次に導電材を充填するような手順が挙げられる。図13の構成では、センサ部分1とカバーガラス31との間の空間155は当該152と151により外部空間に開放されているので、図11で例示したイメージセンサ形態で発生する密閉空間に起因する効果を排除できる。さらに、図13のイメージセンサ形態では、図12のイメージセンサ形態と比較して、ゴミなどの異物や汚染物質がイメージセンサとカバーガラスの間の空間155に入り込みにくい利点がある。当該利点は、イメージセンサが実装された後では、当該155は当該10の設けられた面に開放されているので、当該151の下側開口部分に異物や汚染物質が到達しにくいことに起因している。
<Eighth image sensor configuration>
FIG. 13 is a diagram showing an eighth image sensor form of the present invention, and is a conceptual sectional view of the image sensor. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. In this image sensor configuration, the adhesive layer 32 does not have the regions 141 and 142 having no adhesive layer as illustrated in FIG. In the figure, reference numeral 151 denotes a second through hole for opening a space 155 between the sensor portion 1 and the cover glass 31. The through hole is created in the same process as the first through hole 150 filled with the conductive material. It is desirable that the positions of the 141 holes are appropriately selected in the periphery of the image sensor and do not affect the operation of the image sensor. After the through holes 150 and 151 are formed, the conductive material is filled, but by setting the size of the hole 151 larger than 150, the inside of 151 is not completely filled, and the side wall portion Only the conductive material is covered. After the filling process is completed, the opening 152 is formed from the surface side of the sensor portion. The formation process is easily realized by a combination of a photoresist, an exposure technique, selective etching, and the like. Other procedures can be used to form 152 and 151. For example, the procedure is such that after the opening 152 is provided, the cover glass 31 is bonded to the top of the 1, the semiconductor substrate 2 is thinned, the through holes 150 and 151 are formed, and then the conductive material is filled. Can be mentioned. In the configuration of FIG. 13, since the space 155 between the sensor portion 1 and the cover glass 31 is opened to the external space by the 152 and 151, it results from the sealed space generated in the form of the image sensor illustrated in FIG. The effect can be eliminated. Further, the image sensor configuration of FIG. 13 has an advantage that foreign matters such as dust and contaminants are less likely to enter the space 155 between the image sensor and the cover glass as compared to the image sensor configuration of FIG. The advantage is that, after the image sensor is mounted, the 155 is open to the surface on which the 10 is provided, so that foreign matter and contaminants are unlikely to reach the lower opening of the 151. ing.

<第9のイメージセンサ形態>
図14は本発明の第9のイメージセンサ形態を示している。同図において図11と同一番号は同一構成要素を示している。同図のイメージセンサ形態は、前記した図8および図9のイメージセンサ形態と類似しており、接着層を第1のダミーレンズ上に設けたことを特徴としている。図14において、161は当該境界132領域に配置された第1のダミーレンズ群であり、画素領域に配列されたマイクロレンズと同一工程で作成され、当該マイクロレンズと類似形状を有する構造体である。同図において162は当該ダミーレンズ上の接着層である。このイメージセンサ形態では当該ダミーレンズ群の配列ピッチは画素配列ピッチと大略同じであり、かつ、大きさも画素面積と大略等しい場合が示されている。かかる構成においては、個々のダミーレンズ間には空隙が存在するため、図11を用いて記載した密閉空間に起因する効果を排除できる利点がある。
<Ninth image sensor configuration>
FIG. 14 shows a ninth image sensor form of the present invention. In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIG. 11 denote the same components. The image sensor form of the figure is similar to the image sensor form of FIGS. 8 and 9 described above, and is characterized in that an adhesive layer is provided on the first dummy lens. In FIG. 14, reference numeral 161 denotes a first dummy lens group arranged in the boundary 132 region, which is a structure that is created in the same process as the microlens arranged in the pixel region and has a similar shape to the microlens. . In the figure, reference numeral 162 denotes an adhesive layer on the dummy lens. In this image sensor form, the arrangement pitch of the dummy lens group is substantially the same as the pixel arrangement pitch, and the size is also substantially the same as the pixel area. In such a configuration, since there is a gap between the individual dummy lenses, there is an advantage that the effect due to the sealed space described with reference to FIG. 11 can be eliminated.

このイメージセンサ形態における当該第1のダミーレンズと称される構造体は、画素のフォトダイオードとは無関係な位置に配置されているので集光などの光学的な機能は保有しておらず、専ら当該形状を利用するに過ぎない。前記したように、当該マイクロレンズと同一工程で作成され、当該ダミーレンズの幾何学的形状が当該マイクロレンズと殆ど同一であるため、本明細書においては便宜上ダミーレンズなる呼称を与えてある。   The structure referred to as the first dummy lens in this image sensor form is disposed at a position unrelated to the photodiode of the pixel, and therefore does not have an optical function such as condensing, and is exclusively used. Only the shape is used. As described above, it is created in the same process as the microlens, and the geometric shape of the dummy lens is almost the same as that of the microlens. Therefore, in this specification, the name of the dummy lens is given for convenience.

<第10のイメージセンサ形態>
図15は本発明の第10のイメージセンサ形態であり、図11と同一番号は同一構成要素を示している。同図において、171は当該130と131とが配列された画素領域であり、172は光電変換機能を有しない周辺回路領域である。イメージセンサでは、フォトダイオードからの信号を例えば増幅したり時系列信号に変換する信号処理回路、フォトダイオードを順次選択する駆動回路、電源供給回路、デジタルカメラなどの外部から供給された各種の制御信号を処理する論理回路などが同一半導体基板に集積化されている。当該周辺回路は172の領域に配置され、入射光で誤動作することを避けるため通常は光遮蔽層で覆われている。かかる構成のイメージセンサに本発明を適用させる場合、カバーガラスとマイクロレンズ群との機械的接触は、当該132で区切られた全領域(通常はチップあるいはダイと称されている)の一部のみ、すなわち、171で示された画素領域でのみ達成されることになる。この結果、133で示した接着層が固化する際に発生する収縮力は、チップ全面にわたってカバーガラスをチップ側へ押し付けることになるが、当該領域172にはマイクロレンズが存在しないため、当該領域ではより大きくチップ側へ変形することが想定される。図15のイメージセンサ形態では、かかる変形の偏りを阻止するため、周辺回路領域172にも第2のダミーレンズ群173が配列されている。当該173は感光領域での当該マイクロレンズと同一工程で作成される。当該第2のダミーレンズは前記した第1のダミーレンズと同様、光学的機能は保有せず、当該形状を活用するに過ぎない。また、当該第2のダミーレンズ173の配列ピッチは大略画素ピッチと等しいように示されているがこの限りではない。さらに、当該ダミーレンズの平面的大きさも画素の大きさとは無関係に任意に設定されて良い。
<Tenth image sensor configuration>
FIG. 15 shows a tenth image sensor configuration according to the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 11 denote the same components. In the figure, reference numeral 171 denotes a pixel region in which the 130 and 131 are arranged, and reference numeral 172 denotes a peripheral circuit region having no photoelectric conversion function. In an image sensor, for example, a signal processing circuit that amplifies a signal from a photodiode or converts it into a time-series signal, a drive circuit that sequentially selects photodiodes, a power supply circuit, various control signals supplied from the outside such as a digital camera A logic circuit for processing is integrated on the same semiconductor substrate. The peripheral circuit is disposed in the region 172 and is usually covered with a light shielding layer in order to avoid malfunctioning with incident light. When the present invention is applied to an image sensor having such a configuration, the mechanical contact between the cover glass and the microlens group is only a part of the entire region (usually referred to as a chip or a die) divided by 132. That is, it is achieved only in the pixel region indicated by 171. As a result, the contraction force generated when the adhesive layer indicated by 133 is solidified presses the cover glass to the chip side over the entire surface of the chip, but since there is no microlens in the area 172, It is assumed that the chip is deformed more greatly toward the chip side. In the image sensor configuration shown in FIG. 15, the second dummy lens group 173 is also arranged in the peripheral circuit region 172 in order to prevent such deformation bias. The 173 is created in the same process as the microlens in the photosensitive area. Like the first dummy lens, the second dummy lens does not have an optical function and only uses the shape. In addition, the arrangement pitch of the second dummy lenses 173 is shown to be approximately equal to the pixel pitch, but is not limited thereto. Furthermore, the planar size of the dummy lens may be arbitrarily set regardless of the size of the pixel.

<第11のイメージセンサ形態>
図16は本発明の第11のイメージセンサ形態を示しており、図15と同一番号は同一構成要素を示している。同図では図14と同様に、個々のイメージセンサの境界領域に第1のダミーレンズ群181を配置し、当該レンズ上に接着層182を設けている。このイメージセンサ形態では、図14で概説した密閉空間に起因する効果を排除できる利点と、図15で概説したカバーガラス変形の偏りを排除できる利点とをあわせ有している。
<11th image sensor configuration>
FIG. 16 shows an eleventh image sensor form of the present invention, and the same reference numerals as those in FIG. 15 denote the same components. In FIG. 14, similarly to FIG. 14, the first dummy lens group 181 is arranged in the boundary region of each image sensor, and the adhesive layer 182 is provided on the lens. This image sensor configuration has both the advantage of eliminating the effect due to the sealed space outlined in FIG. 14 and the advantage of eliminating the bias of cover glass deformation outlined in FIG.

<第12のイメージセンサ形態>
図17は本発明の第12のイメージセンサ形態を示す図であり、図16と同一番号は同一構成要素を示している。このイメージセンサ形態においては、当該周辺回路領域172に配列された第2のダミーレンズの配列ピッチが画素ピッチと異なり、さらに、当該第2のダミーレンズの大きさが画素でのマイクロレンズの大きさと異なる当該ダミーレンズが含まれている例が示されている。前記したように、当該第2のダミーレンズはカバーガラスの偏った変形を阻止することが目的であるので、配列ピッチや大きさに対して当該効果が敏感に変化することはない。当該ピッチや当該大きさの選定は、当該周辺回路領域でのトランジスタなどの電子要素の配列状況から適宜決定されるべきである。
<Twelfth image sensor configuration>
FIG. 17 is a diagram showing a twelfth image sensor form according to the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 16 denote the same components. In this image sensor form, the arrangement pitch of the second dummy lenses arranged in the peripheral circuit region 172 is different from the pixel pitch, and further, the size of the second dummy lens is the size of the micro lens in the pixel. An example in which different dummy lenses are included is shown. As described above, since the purpose of the second dummy lens is to prevent the deformation of the cover glass, the effect does not change sensitively with respect to the arrangement pitch and size. The selection of the pitch and the size should be appropriately determined from the arrangement state of electronic elements such as transistors in the peripheral circuit region.

<第13のイメージセンサ形態>
図18は本発明の第13のイメージセンサ形態を示す図であり、図11と同一番号は同一構成要素を示している。同図において、201は画素群の周囲に配置された第3のダミーレンズ群であり、画素とイメージセンサの境界領域との間に配置されている。当該201は感光領域での当該マイクロレンズと同一工程で作成された平面的な広がりを有する構造体である。当該第3のダミーレンズは前記した第1のダミーレンズおよび第2のダミーレンズと同様、光学的機能は保有せず、当該形状を活用するに過ぎない。かかる構成は一例であり、他の配置方法、例えば、横方向あるいは縦方向にのみ当該第3のダミーレンズ群が配列された構成、当該第3のダミーレンズの配列ピッチが画素ピッチと異なる構成、当該第3のダミーレンズの大きさが画素でのマイクロレンズの大きさと異なるもの含む構成などもこのイメージセンサ形態に含まれる。このイメージセンサ形態では、第3のダミーレンズを画素の周囲に配置することにより、カバーガラスとマイクロレンズとの接触の一様性を確保することを目的としている。かかる目的のためには、第3のダミーレンズの配列や大きさが制限されることがなく、各種の配列や各種の大きさが適宜選択可能である。
<13th image sensor configuration>
FIG. 18 is a view showing a thirteenth image sensor form according to the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 11 denote the same components. In the figure, reference numeral 201 denotes a third dummy lens group disposed around the pixel group, which is disposed between the pixel and the boundary region of the image sensor. The reference numeral 201 is a structure having a planar spread created in the same process as the microlens in the photosensitive region. The third dummy lens, like the first dummy lens and the second dummy lens described above, does not have an optical function and only uses the shape. Such a configuration is an example, and other arrangement methods, for example, a configuration in which the third dummy lens group is arranged only in the horizontal direction or the vertical direction, a configuration in which the arrangement pitch of the third dummy lenses is different from the pixel pitch, A configuration including a configuration in which the size of the third dummy lens is different from the size of the microlens in the pixel is also included in this image sensor configuration. This image sensor form is intended to ensure the uniformity of contact between the cover glass and the microlens by disposing a third dummy lens around the pixel. For this purpose, the arrangement and size of the third dummy lens are not limited, and various arrangements and sizes can be selected as appropriate.

図19は図18に示したイメージセンサ形態の構造を製造するための工程を示す図であり、図18と同一番号は同一構成要素を示している。同図(a)において、マイクロレンズ131と第3のダミーレンズ201が設けられたセンサ部分211が準備され、一方、接着層133が選択的に設けられたカバーガラス212も準備される。当該211と当該212とは同図(b)に示すように、境界213が一致するように機械的位置が調整されてから積層される。同図(b)の状態で、当該構成要素の位置関係を保持したまま高温雰囲気中で接着層133の固化が実施される。当該固化の過程で、当該接着層は軟化して第3のダミーレンズ周辺まで流れるが、接着材がマイクロレンズ131が存在する画素領域まで拡散しないように接着層の面積あるいは厚さは調整されなければならない。かかる状況は同図(c)に例示されている。当該工程により、当該ダミーレンズ201とマイクロレンズ131の最頂部が当該カバーガラスと接触し、さらに、当該接着層の収縮固化に伴い発生する機械的な力で押し付けられ、当該最頂部が平坦化される。   FIG. 19 is a view showing a process for manufacturing the structure of the image sensor form shown in FIG. 18, and the same reference numerals as those in FIG. 18 denote the same components. In FIG. 5A, a sensor portion 211 provided with a microlens 131 and a third dummy lens 201 is prepared, while a cover glass 212 provided with an adhesive layer 133 is also prepared. The 211 and 212 are stacked after the mechanical position is adjusted so that the boundary 213 coincides, as shown in FIG. In the state shown in FIG. 5B, the adhesive layer 133 is solidified in a high temperature atmosphere while maintaining the positional relationship of the components. In the solidification process, the adhesive layer softens and flows to the periphery of the third dummy lens, but the area or thickness of the adhesive layer must be adjusted so that the adhesive does not diffuse to the pixel region where the microlens 131 is present. I must. Such a situation is illustrated in FIG. Through this process, the topmost parts of the dummy lens 201 and the microlens 131 are brought into contact with the cover glass, and further, the topmost part is flattened by being pressed by a mechanical force generated with the shrinkage and solidification of the adhesive layer. The

<第14のイメージセンサ形態>
図20は本発明の第14のイメージセンサ形態を示す図である。同図(a)では便宜上、4個のイメージセンサのコーナ部分のみが示されており、図18と同一番号は同一構成要素を示している。同図において、画素領域の周辺で、境界132との間には第3のダミーレンズ221および222が配置されている。同図に示したようにイメージセンサ形態では、当該221の平面的な大きさが当該222の平面的な大きさよりも大きくなるように設定されている。かかる大きさの差異については、同図(b)と(c)を用いて以下に詳述する。同図(b)と(c)はマイクロレンズと第3のダミーレンズの製造工程を示す構造断面図である。当該マイクロレンズと当該ダミーレンズとは同一種類の樹脂などを用いて製造される。より詳細には、半導体プロセスが終了してからスピンコートなどの技術を用いて、当該レンズの素材となる樹脂が半導体基板全面に一様な厚さで形成される。引き続いて、露光技術により当該レンズの形状に類似したパターン223、224および225が形成される〔同図(b)〕。同図において、223は面積が大きい第3のダミーレンズ〔同図(a)の221〕、224は面積が小さい第3のダミーレンズ〔同図(a)の222〕、そして、225はマイクロレンズ〔同図(a)の131〕にそれぞれ対応している。当該223と224のそれぞれの厚さは226、227で示されているが、塗布、パターニングされた直後であるため、両者は等しい。次に、かかる構造を高温雰囲気で固化する。当該固化は使用する樹脂より固化過程が異なるが、一般には、当初の樹脂に含まれる溶剤の蒸発と化学的反応により固化される。当該固化の初期には粘度が減少し流動性が増大するため、表面張力の作用により表面が大略円弧形状となる。当該固化が完了した段階での構造断面図が同図(c)である。同図において、面積が小さい当該ダミーレンズと当該マイクロレンズとはそれぞれ229と230に示すように全体に円弧形状を有する形状となる一方、面積が大きい当該ダミーレンズでは228に示すように当該レンズの周辺部のみが円弧状となり中央部分には平坦部分が残される。かかる形状の差異は、それぞれの当該ダミーレンズの厚さ(高さ)を232と231で示すように、232の方が大きくなる結果をもたらす。かかる製造工程を経た半導体基板すなわちセンサ部分は、同図(d)と(e)で示される工程で積層化される。同図(d)に示すように、第3のダミーレンズ228と229とが設けられたセンサ部分233の上方に、接着層234が選択的に配置されたカバーガラス235が対向させられ、境界236を基準に相対的な位置関係が調整される。当該233と当該235とは積層化され、高温雰囲気で接着層234の固化が実施される。かかる固化工程では、当該233と当該235とに上下方向から圧力を印加するが、当該圧力を適宜設定することにより、当該235の下側表面が当該228の上側表面と接触した状態を保持させることが可能である。同図(b)と(c)で概説したように、当該229の高さは当該228の高さよりも僅かではあるが大きいので、かかる228と235の接触状態では当該229の最頂部は押し潰され平坦部が生じることになる。同図(e)はかかる状態を示す構造断面図である。このイメージセンサ形態では、マイクロレンズと第3のダミーレンズとの面積に差異を設けることにより、当該レンズ群の固化後に微小な高さの差を発生せしめ、当該高さの差を利用してカバーガラスの積層接着を実施することに特徴がある。特にマイクロレンズの最頂部を平坦化する手法では、当該カバーガラスと当該センサ部分との間隔設定が重要となり、当該間隔が過小であると当該マイクロレンズの大略円弧形状が消滅し、一方、当該間隔が過大であると当該マイクロレンズの平坦部が発生しないことになる。このイメージセンサ形態では前記したように、当該レンズ群の面積を設定することにより容易に当該間隔の適正な設定を可能とする大きな利点がある。
<14th image sensor configuration>
FIG. 20 is a diagram showing a fourteenth image sensor form of the present invention. For convenience, only the corner portions of the four image sensors are shown in FIG. 18A, and the same numbers as those in FIG. 18 indicate the same components. In the figure, third dummy lenses 221 and 222 are arranged around the pixel region and between the boundary 132. As shown in the figure, in the image sensor form, the planar size of the 221 is set to be larger than the planar size of the 222. Such a difference in size will be described in detail below with reference to FIGS. FIGS. 7B and 7C are structural cross-sectional views showing manufacturing steps of the microlens and the third dummy lens. The micro lens and the dummy lens are manufactured using the same type of resin. More specifically, after the semiconductor process is completed, a resin serving as a material for the lens is formed on the entire surface of the semiconductor substrate with a uniform thickness using a technique such as spin coating. Subsequently, patterns 223, 224 and 225 similar to the shape of the lens are formed by the exposure technique [(b) of FIG. In the figure, 223 is a third dummy lens having a large area (221 in FIG. 11A), 224 is a third dummy lens having a small area (222 in FIG. 22A), and 225 is a microlens. [131] corresponds to [131 in FIG. The thicknesses of 223 and 224 are indicated by 226 and 227, respectively, but they are equal because they are immediately after coating and patterning. Next, such a structure is solidified in a high temperature atmosphere. Although the solidification process is different from that of the resin to be used, it is generally solidified by evaporation of a solvent contained in the original resin and a chemical reaction. Since the viscosity decreases and the fluidity increases at the initial stage of the solidification, the surface has a generally arc shape due to the action of surface tension. FIG. 2C is a structural cross-sectional view at the stage where the solidification is completed. In the figure, the dummy lens and the microlens having a small area have a circular arc shape as shown by 229 and 230, respectively, while the dummy lens having a large area has a shape of the lens as shown by 228. Only the periphery is arcuate, leaving a flat portion in the center. This difference in shape results in 232 becoming larger, as indicated by 232 and 231 as the thickness (height) of each dummy lens. The semiconductor substrate, that is, the sensor portion that has undergone such a manufacturing process is laminated in the processes shown in FIGS. As shown in FIG. 4D, a cover glass 235 on which an adhesive layer 234 is selectively disposed is opposed to a sensor portion 233 provided with third dummy lenses 228 and 229, and a boundary 236 is formed. The relative positional relationship is adjusted with reference to. The 233 and the 235 are laminated, and the adhesive layer 234 is solidified in a high temperature atmosphere. In this solidification step, pressure is applied to the 233 and the 235 from above and below, but by appropriately setting the pressure, the lower surface of the 235 is kept in contact with the upper surface of the 228. Is possible. As outlined in (b) and (c) of the figure, the height of the 229 is slightly larger than the height of the 228, so that the top of the 229 is crushed in the contact state of the 228 and 235. As a result, a flat portion is generated. FIG. 4E is a structural sectional view showing such a state. In this image sensor form, by providing a difference in the area between the microlens and the third dummy lens, a minute height difference is generated after the lens group is solidified, and the height difference is used to cover the lens group. It is characterized by carrying out laminated lamination of glass. In particular, in the method of flattening the topmost part of the microlens, it is important to set the distance between the cover glass and the sensor part. If the distance is too small, the generally circular arc shape of the microlens disappears, while the distance If is excessively large, the flat portion of the microlens is not generated. As described above, this image sensor configuration has a great advantage that the appropriate interval can be easily set by setting the area of the lens group.

<第15のイメージセンサ形態>
図21は本発明の第15のイメージセンサ形態を示す図であり、図20と同一番号は同一構成要素を示している。このイメージセンサ形態の図21(a)では、図20の第3のダミーレンズの代わりに、画素領域の周辺で境界132との間に堰240が設けられている。当該堰の幅は当該マイクロレンズの大きさよりも大きく設定されている。当該堰はマイクロレンズ131の製造工程と同一工程で作成される。かかる製造工程は同図(b)、(c)に示されている。同図(b)において、243と244は当該マイクロレンズを構成する材料をスピンコート、露光、選択的エッチングなどによって当該センサ部分上に形成されたパターンである。当該243は当該堰240に、また、当該244は当該マイクロレンズ131にそれぞれ対応している。当該243と244とは同一工程で作成されるため、245と246で示すそれぞれの厚さ(高さ)は等しい。当該構造を高温雰囲気中で処理し、当該材料を乾燥、固化させた図が同図(c)に示されている。同図(c)において、247と248は、それぞれ当該243と244とに対応する固化後の形状である。当該248の大きさは当該247の幅よりも小さいので、当該248の表面は大略円弧状の曲面となる。一方、当該247の表面は中央部分に平坦部を有し、肩部が大略円弧状の曲面となる。当該248と当該247の幾何学的平面に差異があるため、250と249で示すそれぞれの厚さ(高さ)は等しくならず、当該250の方が大きくなる。かかる厚さの差異を利用することにより、図20(d)、(e)で概説したと同様にマイクロレンズ131の最頂部は当該カバーガラスの下面に接触するとともに平坦部が形成される。当該堰240の幅については、当該マイクロレンズよりも大きいことが条件であり、その位置については特に制限はない。また、図21(a)で示唆するように、当該堰の縦方向と横方向の幅は必ずしも一致している必要もなく、当該両者の幅がマイクロレンズの大きさよりも大きければよい。さらには、当該240の縦方向あるいは横方向の一方のみが形成されるような形態もあり得る。
<15th image sensor configuration>
FIG. 21 is a diagram showing a fifteenth image sensor configuration according to the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 20 denote the same components. In FIG. 21A of this image sensor form, a weir 240 is provided around the pixel region and the boundary 132 instead of the third dummy lens of FIG. The width of the weir is set larger than the size of the microlens. The weir is created in the same process as the microlens 131 manufacturing process. This manufacturing process is shown in FIGS. (B) and (c). In FIG. 4B, reference numerals 243 and 244 denote patterns formed on the sensor portion by spin coating, exposure, selective etching, or the like, using the material constituting the microlens. The 243 corresponds to the weir 240, and the 244 corresponds to the microlens 131. Since 243 and 244 are created in the same process, the thicknesses (heights) indicated by 245 and 246 are equal. The figure which processed the said structure in high temperature atmosphere, and dried and solidified the said material is shown by the figure (c). In FIG. 8C, 247 and 248 are shapes after solidification corresponding to the 243 and 244, respectively. Since the size of the 248 is smaller than the width of the 247, the surface of the 248 is a generally arcuate curved surface. On the other hand, the surface of the 247 has a flat portion at the center portion, and the shoulder portion is a curved surface having a substantially arc shape. Since the geometric planes of the 248 and the 247 are different, the thicknesses (heights) indicated by 250 and 249 are not equal, and the 250 is larger. By utilizing such a difference in thickness, the top portion of the microlens 131 is in contact with the lower surface of the cover glass and a flat portion is formed, as outlined in FIGS. 20 (d) and 20 (e). The width of the weir 240 is required to be larger than the microlens, and the position is not particularly limited. In addition, as suggested in FIG. 21 (a), the vertical and horizontal widths of the weirs do not necessarily have to coincide with each other as long as the width of both is larger than the size of the microlens. Furthermore, there may be a configuration in which only one of the 240 vertical and horizontal directions is formed.

<第16のイメージセンサ形態>
図22は本発明の第16のイメージセンサ形態を示す図である。同図(a)において、260はセンサ部分、261は画素領域でのマイクロレンズ、262は前記した第3のダミーレンズ、あるいは堰である。264は境界263に設けられた開口である。当該開口は当該260の表面を形成する酸化膜や樹脂膜を選択的に除去して形成されている。参考までに記すと、当該開口264は一般の集積回路の製造工程でウェーハからチップを切り出す時に、スクライブが容易になるために設けられている。このイメージセンサ形態では必ずしもかかる容易性の確保は必要ではない。当該260と対向して、接着層265が部分的に設けられたカバーガラス267が配置され、当該265が当該開口264と平面的位置が一致するように調整される。かかる調整後に当該260と当該267とは積層化され、当該265の固化工程が実施される。同図(b)は固化工程終了後での構造断面図である。当該固化工程により、カバーガラス267の下側表面は当該262と接触することになり、同時に当該261の最頂部が押し潰され平面部が形成される。このイメージセンサ形態では開口264が当該接着層265の収納溜めとして機能するため、過剰な接着材が画素領域まで流出する可能性が低くなる利点がある。接着層265の厚さと幅については適宜選択されるが、同図(b)の状態で過剰な接着材が画素領域まで流れださない程度にされる必要がある。
<16th image sensor configuration>
FIG. 22 is a diagram showing a sixteenth image sensor form of the present invention. In FIG. 4A, 260 is a sensor portion, 261 is a microlens in the pixel region, and 262 is the above-described third dummy lens or weir. Reference numeral 264 denotes an opening provided at the boundary 263. The opening is formed by selectively removing an oxide film or a resin film that forms the surface of the 260. For reference, the opening 264 is provided to facilitate scribing when a chip is cut from a wafer in a general integrated circuit manufacturing process. In this image sensor form, it is not always necessary to ensure such ease. A cover glass 267 partially provided with an adhesive layer 265 is disposed facing the 260, and the 265 is adjusted so that the planar position of the 265 coincides with the opening 264. After the adjustment, the 260 and the 267 are laminated, and the solidifying process of the 265 is performed. FIG. 2B is a sectional view of the structure after the solidification process is completed. By the solidification step, the lower surface of the cover glass 267 comes into contact with the 262, and at the same time, the topmost portion of the 261 is crushed to form a flat portion. In this image sensor configuration, since the opening 264 functions as a storage reservoir for the adhesive layer 265, there is an advantage that the possibility that excessive adhesive flows out to the pixel region is reduced. Although the thickness and width of the adhesive layer 265 are appropriately selected, it is necessary to prevent the excessive adhesive from flowing to the pixel region in the state shown in FIG.

以上記載した本発明の複数のイメージセンサ形態における接着層とダミーレンズ群などとの関連について以下に記載する。当該複数のイメージセンサ形態においては、第1のダミーレンズ、第2のダミーレンズ、第3のダミーレンズ、堰の存在が極めて重要である。しかるに、当該第1のダミーレンズ上には接着層が存在するが、第2のダミーレンズ、第3のダミーレンズ、および、堰上には接着層が存在しないという差異がある。接着層が存在しない当該構成要素では、当該構成要素の周辺に接着層が存在し、当該接着層の固化過程で、当該構成要素が直接的に当該ガバーガラスの下側表面と接触している。すなわち、当該構成要素は、当該固化過程でのカバーガラスの上下方向の位置を規定するストッパとして機能している。この結果、画素領域に存在する集光用のマイクロレンズ最頂部の平坦化にはバラつきが発生しにくい利点が存在する。なお、当該バラつきを許容して画素間での特性差を許容するならば、当該構成要素の上に接着層が配置されるような構成も採用することができる。   The relationship between the adhesive layer and the dummy lens group in the above-described plural image sensor embodiments of the present invention will be described below. In the plurality of image sensor configurations, the presence of the first dummy lens, the second dummy lens, the third dummy lens, and the weir is extremely important. However, there is a difference that an adhesive layer exists on the first dummy lens, but no adhesive layer exists on the second dummy lens, the third dummy lens, and the weir. In the component in which the adhesive layer is not present, the adhesive layer is present around the component, and the component is in direct contact with the lower surface of the governor glass in the solidifying process of the adhesive layer. That is, the component functions as a stopper that defines the vertical position of the cover glass during the solidification process. As a result, there is an advantage that variation does not easily occur in flattening the topmost portion of the condensing microlens existing in the pixel region. Note that a configuration in which an adhesive layer is disposed on the component can also be adopted if the variation is allowed and a characteristic difference between pixels is allowed.

本明細書ではイメージセンサがカバーガラスで覆われる構成が記載されている。本明細書での「カバーガラス」なる用語をより厳密に記述するならば、「特定の光波長域で透明であるような特性を少なくとも備えた平板」となる。すなわち、当該カバーガラスは、単に当該イメージセンサを保護するために覆う機能だけではなく、各種の機能を合わせ有する構成もありうる。例えば、デジタルカメラへ当該イメージセンサを応用する場合において、撮像効果に影響を与える近赤外光を光学的に除去する赤外遮断フィルタ機能が挙げられる。なお、白黒撮像用イメージセンサの場合は、見かけ上の光感度を増大させるため、入射光に含まれる近赤外光エネルギも積極的に利用する場合がある。かかる場合においては、当該カバーガラスは可視光から近赤外光までの波長域に対して透明である必要がある。また、当該イメージセンサを熱画像検出が目的の赤外撮像装置へ応用する場合において、撮像効果に影響を与える可視光を除去する赤外フィルタが挙げられる。これらの応用事例では、当該カバーガラスの表面あるいは裏面に当該フィルタが作成される。当該フィルタの構成には、金属や誘電体薄膜を多層積層した干渉フィルタを直接当該ガラス面に形成する手法や、多段に積層したプラスチック膜を引き伸ばしてから当該ガラス面に張る手法などがある。また、当該カバーガラスに付加した機能例としてマイクロレンズの搭載がある。当該事例には、当該カバーガラスの表面あるいは裏面に画素ピッチと等しくマイクロレンズを形成することが挙げられる。かかる構成では、前記したセンサ部分のマイクロレンズが不要になる場合もあり得るし、さらには、当該センサ部分のマイクロレンズと当該カバーガラスのマイクロレンズとが複群複枚(簡単な構成では2群2枚)のレンズ系を形成する場合もあり得る。また、当該カバーガラスに付加した別の機能例としてカラーフィルタの搭載がある。当該事例には、当該カバーガラスの表面あるいは裏面に画素ピッチと等しくカラーフィルタアレイを形成することが挙げられる。かかる構成では、当該ガラス面に周知の手法でカラーフィルタアレイを直接作成しても良いし、あるいは、当該ガラスとは異なるガラス薄板にカラーフィルタアレイを形成してから当該カバーガラスに貼り付けても良い。本明細書における「カバーガラス」という用語には本項で例記したこれらの機能例が含まれており、いずれも本発明に含まれている。   In this specification, a configuration in which an image sensor is covered with a cover glass is described. If the term “cover glass” in the present specification is described more strictly, it will be “a flat plate having at least the property of being transparent in a specific light wavelength region”. That is, the cover glass may have not only a function of covering the image sensor to protect the image sensor but also various functions. For example, when the image sensor is applied to a digital camera, an infrared cutoff filter function that optically removes near-infrared light that affects the imaging effect can be given. In the case of an image sensor for black-and-white imaging, the near-infrared light energy contained in the incident light may be actively used to increase the apparent light sensitivity. In such a case, the cover glass needs to be transparent to a wavelength range from visible light to near infrared light. In addition, in the case where the image sensor is applied to an infrared imaging device intended for thermal image detection, an infrared filter that removes visible light that affects the imaging effect can be used. In these application examples, the filter is formed on the front surface or the back surface of the cover glass. As the structure of the filter, there are a method of directly forming an interference filter in which multiple layers of metal and dielectric thin films are laminated on the glass surface, and a method of stretching a plastic film laminated in multiple stages and stretching it on the glass surface. Further, as an example of a function added to the cover glass, there is a mounting of a microlens. In this case, a microlens is formed on the front or back surface of the cover glass so as to be equal to the pixel pitch. In such a configuration, there may be a case where the above-described microlens of the sensor portion is not necessary. In some cases, two lens systems may be formed. Another example of the function added to the cover glass is a color filter. In this case, forming a color filter array equal to the pixel pitch on the front or back surface of the cover glass. In such a configuration, the color filter array may be directly formed on the glass surface by a well-known method, or the color filter array may be formed on a glass thin plate different from the glass and then attached to the cover glass. good. The term “cover glass” in this specification includes these functional examples exemplified in this section, and both are included in the present invention.

本明細書では図1で示したように、標準的な構成と考えられるイメージセンサの構成が記載されている。しかしながら、イメージセンサの構成には多種あり、画素領域に集光用のマイクロレンズを搭載する限り、本発明はこれらの全てに適用できる。一例として挙げるならば、画素領域のマイクロレンズが透明でなくカラーフィルタ機能を併せ有する構成、カラーフィルタが搭載されていない白黒撮像用イメージセンサの構成、マイクロレンズとカバーガラスとの間の空間が真空状態になっている構成、感度増大のためのいわゆる裏面照射型イメージセンサの構成、感度増大のために画素毎に増幅機能を持たせたりフォトダイオード自身が増幅機能を有すると言ったいわゆる増幅型イメージセンサの構成、水平垂直レジスタを介して画素からの信号読み出しを実行するCCD型イメージセンサ、さらには、イメージセンサ自体が積層構造をなしていて各層毎に撮像機能、信号処理機能、メモリ機能、入出力制御機能などが割り当てられているような3次元の構成などがある。かかる複数の構成例は全て本発明に含まれている。   In this specification, as shown in FIG. 1, a configuration of an image sensor considered as a standard configuration is described. However, there are various configurations of the image sensor, and the present invention can be applied to all of them as long as a condensing microlens is mounted in the pixel region. For example, the micro lens in the pixel area is not transparent and has a color filter function, the configuration of a black and white image sensor without a color filter, and the space between the micro lens and the cover glass is vacuum. So-called back-illuminated image sensor configuration for increasing sensitivity, so-called amplifying image in which each pixel has an amplifying function or the photodiode itself has an amplifying function for increasing sensitivity The structure of the sensor, a CCD image sensor that reads signals from the pixels via horizontal and vertical registers, and the image sensor itself has a stacked structure, and each layer has an imaging function, signal processing function, memory function, There are three-dimensional configurations where output control functions are assigned. A plurality of such configuration examples are all included in the present invention.

<第17のイメージセンサ形態>
図23は本発明の第17のイメージセンサ形態を示す図である。同図は組立工程が完了したイメージセンサをカメラとして組み立てた状態を示している。同図において、270はイメージセンサ、271は結像用レンズ、272は当該271の焦点位置調整機構、273は当該レンズのハウジング、274はカメラ関連の電子部材が搭載される基板である。また、275と276は当該カメラハウジング273を当該基板274へ固定する接着層である。当該接着層は柔軟性を有しており、当該イメージセンサ270を当該基板274へ押し付ける機能を有している。他の構成例としては、275と276のいずれか一方が接着層で、残りは柔軟性を有する層であっても良い。このイメージセンサ形態では、当該275と276により、当該270を構成するカバーガラスをマイクロレンズ最頂部に押し付ける機能も併せ有することが特徴である。かかる構成により、カバーガラスとマイクロレンズとの接触状況が安定化され、画素領域全域にわたって各画素での入射光の集光状態を一様にできる。
<17th image sensor configuration>
FIG. 23 is a diagram showing a seventeenth image sensor form of the present invention. This figure shows a state where the image sensor after the assembly process is assembled as a camera. In the figure, 270 is an image sensor, 271 is an imaging lens, 272 is a focal position adjusting mechanism of the 271, 273 is a housing of the lens, and 274 is a substrate on which a camera-related electronic member is mounted. Reference numerals 275 and 276 denote adhesive layers for fixing the camera housing 273 to the substrate 274. The adhesive layer is flexible and has a function of pressing the image sensor 270 against the substrate 274. As another configuration example, one of 275 and 276 may be an adhesive layer, and the remaining may be a flexible layer. This image sensor form is characterized in that the 275 and 276 also have a function of pressing the cover glass constituting the 270 against the top of the microlens. With this configuration, the contact state between the cover glass and the microlens is stabilized, and the condensing state of incident light in each pixel can be made uniform over the entire pixel region.

本発明はイメージセンサに限らず、ディスプレイなどの光学デバイスで、基台となる基板を薄膜化する工程を必要とする用途にも適用できる。   The present invention is not limited to an image sensor, and can be applied to an optical device such as a display that requires a process for thinning a base substrate.

半導体イメージセンサの断面構造を示す図である。(第1のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the cross-section of a semiconductor image sensor. (First image sensor configuration) マイクロレンズの断面形状を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional shape of a micro lens. 図1のイメージセンサの薄膜化工程を示す図である。It is a figure which shows the thin film formation process of the image sensor of FIG. マイクロレンズの変形状況を示す図である。It is a figure which shows the deformation | transformation condition of a micro lens. 図1のイメージセンサの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the image sensor of FIG. 図1のイメージセンサの他の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the other manufacturing process of the image sensor of FIG. カバーガラスに凹部があるイメージセンサの断面構造を示す図である。(第2のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the cross-section of an image sensor which has a recessed part in a cover glass. (Second image sensor configuration) ダミーレンズがあるイメージセンサの断面構造を示す図である。(第3のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the cross-section of an image sensor with a dummy lens. (Third image sensor configuration) カバーガラスに凸部があるイメージセンサの断面構造を示す図である。(第4のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the cross-section of the image sensor which has a convex part in a cover glass. (Fourth image sensor configuration) カバーガラスとの間に微小なギャップが存在するイメージセンサの断面構造を示す図である。(第5のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the cross-section of an image sensor in which a micro gap exists between cover glasses. (Fifth image sensor configuration) イメージセンサの平面構造を示す図である。(第6のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the planar structure of an image sensor. (Sixth image sensor configuration) 境界の一部に接着層が無いイメージセンサの平面構造を示す図である。(第7のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the planar structure of the image sensor without an adhesive layer in a part of boundary. (Seventh image sensor configuration) 空気抜きの貫通穴があるイメージセンサの断面構造を示す図である。(第8のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the cross-sectional structure of an image sensor with the through-hole of an air vent. (Eighth image sensor configuration) 境界にダミーレンズがあるイメージセンサの平面構造を示す図である。(第9のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the planar structure of the image sensor which has a dummy lens in a boundary. (9th image sensor form) 周辺回路領域にダミーレンズがあるイメージセンサの平面構造を示す図である。(第10のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the planar structure of the image sensor which has a dummy lens in a peripheral circuit area | region. (10th image sensor form) 境界と周辺回路領域にダミーレンズがあるイメージセンサの平面構造を示す図である。(第11のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the planar structure of the image sensor which has a dummy lens in a boundary and a peripheral circuit area | region. (Eleventh image sensor form) 周辺回路領域に複数種類のダミーレンズがあるイメージセンサの平面構造を示す図である。(第12のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the planar structure of the image sensor which has multiple types of dummy lenses in a peripheral circuit area | region. (Twelfth image sensor configuration) チップ周辺にダミーレンズがあるイメージセンサの平面構造を示す図である。(第13のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the planar structure of the image sensor which has a dummy lens around a chip | tip. (13th image sensor form) 図18のイメージセンサの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the image sensor of FIG. 大きさの異なるダミーレンズがあるイメージセンサの平面構造とその製造工程の一部を示す構造断面図である。(第14のイメージセンサ形態)It is structural sectional drawing which shows a planar structure of an image sensor with a dummy lens from which a magnitude | size differs, and a part of manufacturing process. (14th image sensor form) チップ周辺に堰があるイメージセンサの平面構造とその製造工程の一部を示す構造断面図である。(第15のイメージセンサ形態)It is structural sectional drawing which shows the planar structure of the image sensor which has a dam around a chip | tip, and a part of its manufacturing process. (15th image sensor form) イメージセンサの製造工程の一部を示す断面構造図である。(第16のイメージセンサ形態)It is a sectional view showing a part of the manufacturing process of the image sensor. (16th image sensor form) イメージセンサをカメラとして組立てた時の断面構造を示す図である。(第17のイメージセンサ形態)It is a figure which shows the cross-section when an image sensor is assembled as a camera. (17th image sensor form) 従来の半導体イメージセンサの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the conventional semiconductor image sensor. 従来の半導体イメージセンサの薄膜化工程を示す図である。It is a figure which shows the thin film formation process of the conventional semiconductor image sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1、70、211、233、260 センサ部分
2、50、60、121 半導体基板
3、61 フォトダイオード
4、63 カラーフィルタ
5、30、64、71、131、230、261 マイクロレンズ
6、31、65、73、83、91、101、212、235、267 カバーガラス
7、32、72、82、92、102、133、140、162、182、234、
265、275、276 接着層
8 パッド領域
9 導電材料
10 接続端子群
20、74、132、213、236、263 境界
21、51 厚さが薄い半導体基板
40 円弧状の曲線
41、66、68、123 マイクロレンズ中心部分の平坦部分
42、67、69 マイクロレンズ周辺部分の円弧状部分
62 配線層
93 窪み
103 ダミーレンズ
111、122 凸部
124 ギャップ
130 画素
141、142 接着層のない領域
150、151 貫通穴
152、264 開口
155 空間
161、181 第1のダミーレンズ
171 画素領域
172 周辺回路領域
173 第2のダミーレンズ
201、221、222、228、229 第3のダミーレンズ
223、224、225、243、244 パターン
226、227、231、232、245、246、249、250 厚さ
240 堰
247、248 固化後の形状
262 第3のダミーレンズあるいは堰
270 イメージセンサ
271 結像用レンズ
272 焦点位置調整機構
273 レンズハウジング
274 基板
1, 70, 211, 233, 260 Sensor portion 2, 50, 60, 121 Semiconductor substrate 3, 61 Photodiode 4, 63 Color filter 5, 30, 64, 71, 131, 230, 261 Microlens 6, 31, 65 73, 83, 91, 101, 212, 235, 267 Cover glass 7, 32, 72, 82, 92, 102, 133, 140, 162, 182, 234,
265, 275, 276 Adhesive layer 8 Pad region 9 Conductive material 10 Connection terminal group 20, 74, 132, 213, 236, 263 Boundary 21, 51 Semiconductor substrate with small thickness 40 Arc-shaped curves 41, 66, 68, 123 Flat part of the center part of the micro lens 42, 67, 69 Arc-shaped part of the peripheral part of the micro lens 62 Wiring layer 93 Depression 103 Dummy lens 111, 122 Convex part 124 Gap 130 Pixel 141, 142 Area without adhesive layer 150, 151 Through hole 152, 264 Aperture 155 Space 161, 181 First dummy lens 171 Pixel area 172 Peripheral circuit area 173 Second dummy lens 201, 221, 222, 228, 229 Third dummy lens 223, 224, 225, 243, 244 Pattern 226, 227, 231, 23 Shape 262 after the thickness 240 weir 247 and 248 solidifies 245,246,249,250 third dummy lens or weir 270 image sensor 271 imaging lens 272 focus position adjusting mechanism 273 lens housing 274 substrate

Claims (3)

特定の光波長域で透明であるような特性を少なくとも備えた平板が表面に設けられ、かつ、各画素にはマイクロレンズが搭載された半導体イメージセンサにおいて、当該マイクロレンズと当該平板の下側表面との接触により一部が平坦化されたマイクロレンズを有していることを特徴とする半導体イメージセンサ。   In a semiconductor image sensor in which a flat plate having at least a characteristic that is transparent in a specific light wavelength region is provided on the surface, and each pixel is equipped with a microlens, the microlens and the lower surface of the flat plate A semiconductor image sensor comprising a microlens partly flattened by contact with the surface. 請求項1の半導体イメージセンサであって、画素が配列された感光領域以外の領域に、当該マイクロレンズと類似形状を有する複数の構造体、あるいは、平面的な広がりを有する構造体が配列され、かつ当該構造体が当該平板の下側表面に接触することを特徴とする半導体イメージセンサ。   The semiconductor image sensor according to claim 1, wherein a plurality of structures having a shape similar to the microlens or a structure having a planar extension is arranged in a region other than the photosensitive region where the pixels are arranged, A semiconductor image sensor, wherein the structure is in contact with a lower surface of the flat plate. 請求項1または請求項2の半導体イメージセンサであって、当該構造体の平面的寸法が異なる複数種類の当該構造体が配列されていることを特徴とする半導体イメージセンサ。
3. The semiconductor image sensor according to claim 1, wherein a plurality of types of the structures having different planar dimensions are arranged.
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