JP2010199299A - Solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画素構造の導波管内に色フィルタ及び高屈折率層を形成した固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device in which a color filter and a high refractive index layer are formed in a waveguide having a pixel structure.
昨今の固体撮像装置では、高解像度やチップサイズ縮小の要求から画素ピッチの狭化が進み、開口、受光面面積の縮小のため感度や混色の維持が難しくなってきている。また、チップサイズ縮小のため、画素部において配線積層数が増え、マイクロレンズから受光部までの距離が長くなる事で起こる感度低下や混色劣化も問題となっている。そのため、画素ピッチの狭化に伴う画素部の低背化が求められており、下地構造のみならず、色フィルタ層においても低背化が必要になってきている。 In recent solid-state imaging devices, pixel pitches have been narrowed due to demands for high resolution and chip size reduction, and it has become difficult to maintain sensitivity and color mixing due to the reduction in aperture and light receiving surface area. Further, since the chip size is reduced, the number of wiring layers is increased in the pixel portion, and sensitivity reduction and color mixing deterioration caused by an increase in the distance from the microlens to the light receiving portion are also problematic. For this reason, there is a demand for a reduction in the height of the pixel portion as the pixel pitch is reduced, and it is necessary to reduce the height not only in the base structure but also in the color filter layer.
下地構造においては、多層配線を受光部の外側に形成する事で、受光部の低背化を実現している。また、受光部上に導波管を形成する事で、感度維持や混色低減が図られている。しかし、色フィルタ層では、顔料、染料及びフォトニックフィルタにおいて所望の分光特性を維持するために、一定の膜厚が必須である。一方、色フィルタ層は、高屈折率層のみで埋め込まれた導波管の上方に形成されている。このような構造の色フィルタ層では、色再現性の観点から分光を維持する必要があるため、膜厚を薄くする事ができない現状がある。従って、画素構造の低背化に限界がある。 In the ground structure, the height of the light receiving portion is reduced by forming the multilayer wiring outside the light receiving portion. In addition, sensitivity is maintained and color mixing is reduced by forming a waveguide on the light receiving portion. However, in the color filter layer, in order to maintain desired spectral characteristics in the pigment, dye and photonic filter, a certain film thickness is essential. On the other hand, the color filter layer is formed above the waveguide embedded with only the high refractive index layer. In the color filter layer having such a structure, since it is necessary to maintain the spectrum from the viewpoint of color reproducibility, there is a present situation in which the film thickness cannot be reduced. Accordingly, there is a limit to reducing the height of the pixel structure.
特許文献1では、導波管内に色フィルタのみを形成することで、導波管の深さを利用して色フィルタの膜厚を確保するとともに、受光部のさらなる低背化を実現している。しかしながら、色フィルタを通過した光は拡散してしまうため、光を受光部に取り込むことが困難である。
In
本発明は、低背化を実現しつつ、集光性の向上を図ることが可能な固体撮像装置を提供する。 The present invention provides a solid-state imaging device capable of improving light collecting performance while realizing a low profile.
本発明の一視点による固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成された受光部と、前記半導体基板上に形成された膜と、前記受光部の上方における前記膜の表面から内部に形成された導波管と、前記導波管内の底部に形成された第1高屈折率層と、前記第1高屈折率層上の前記導波管内に形成され、前記第1高屈折率層よりも小さい屈折率を有する色フィルタと、を具備する。 A solid-state imaging device according to an aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a light receiving portion formed on the surface of the semiconductor substrate, a film formed on the semiconductor substrate, and a surface of the film above the light receiving portion. A waveguide formed inside, a first high refractive index layer formed at the bottom of the waveguide, and the first high refractive index formed in the waveguide on the first high refractive index layer. And a color filter having a refractive index smaller than that of the refractive index layer.
本発明によれば、低背化を実現しつつ、集光性の向上を図ることが可能な固体撮像装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid-state imaging device which can aim at the improvement of condensing property can be provided, implement | achieving low profile.
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings.
[第1の実施形態]
第1の実施形態は、画素構造内に形成された導波管内に高屈折率層/色フィルタが形成される例である。
[First Embodiment]
The first embodiment is an example in which a high refractive index layer / color filter is formed in a waveguide formed in a pixel structure.
[構造]
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造について説明する。図1は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の断面図を示す。
[Construction]
First, the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a pixel structure of a solid-state imaging device according to this embodiment.
図1に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造は、シリコン基板(半導体基板)20、受光部(例えばフォトダイオード)30、絶縁膜(膜)10、配線11、導波管12、高屈折率層13、色フィルタ14、平坦化層15及びマイクロレンズ16で構成されている。
As shown in FIG. 1, the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment includes a silicon substrate (semiconductor substrate) 20, a light receiving unit (for example, a photodiode) 30, an insulating film (film) 10, wiring 11, and a waveguide. 12, a high
シリコン基板20の表面に、複数の受光部30が形成されている。この受光部30上及びシリコン基板20上に、絶縁膜10が形成されている。受光部30の上方における絶縁膜10の表面から内部に、導波管12が設けられている。この導波管12の周辺の絶縁膜10内に、複数の配線11が形成されている。また、導波管12内の底部に、高屈折率層13が形成されている。この高屈折率層13上に、色フィルタ14が形成され、これら高屈折率層13及び色フィルタ14で導波管12が埋め込まれている。色フィルタ14上及び絶縁膜10上の全面に、平坦化層15が形成されている。この平坦化層15上に導波管12に対応して、マイクロレンズ16が形成されている。
A plurality of light receiving
ここで、膜は、絶縁膜10に限らず、メタル層、半導体層、誘電体層及びこれらの積層膜であってもよい。また、高屈折率層13の屈折率は、例えば、1.5以上であることが望ましい。さらに、色フィルタ14の屈折率は、高屈折率層13の屈折率よりも小さいことが望ましい。
Here, the film is not limited to the insulating
尚、図2に示すように、導波管12内において、高屈折率層13及び色フィルタ14と絶縁膜10との間に、低屈折率層40と高屈折率層50とからなる二重構造の反射膜60が形成されていてもよい。つまり、導波管12内の側面及び底面上に低屈折率層40が形成され、この低屈折率層40の内側に高屈折率層50が形成されてもよい。この高屈折率層50は、高屈折率層13と同様の材料でもよい。また、低屈折率層40の屈折率は、高屈折率層50の屈折率よりも小さいことが望ましい。これら低屈折率層40と高屈折率層50との屈折率の違いにより、反射膜60は光を反射させる。すなわち、導波管12に入射してきた光は、導波管12の側面において絶縁膜10に入射することなく反射し、導波管12の底部まで進行する。この反射膜60は、以下の全ての実施形態に適用することができる。
As shown in FIG. 2, in the
[製造方法]
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造方法について説明する。図3(a)乃至(f)は、図1の画素構造の製造工程の断面図を示す。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. 3A to 3F are cross-sectional views showing a manufacturing process of the pixel structure of FIG.
まず、図3(a)に示すように、複数の受光部30が形成されたシリコン基板20上に、複数の配線11と絶縁膜10とが交互に順次形成される。これにより、この配線11は、受光部30の外側の絶縁膜10の内部に形成される。また、配線11は、受光部30の上方以外の領域に形成される。尚、絶縁膜10の材料としては、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などがあげられる。また、配線11の材料としては、例えば、アルミニウムや銅などがあげられる。
First, as shown in FIG. 3A, a plurality of
次に、図3(b)に示すように、受光部30上の絶縁膜10内に、エッチングにより導波管12となる溝が形成される。この導波管12は、配線11の間に形成される。その後、導波管12の表面上に、低屈折率層40と高屈折率層50との二重構造の層(図示せず)が形成されてもよい。
Next, as shown in FIG. 3B, a groove to be the
次に、図3(c)に示すように、導波管12内に、高屈折率層13が形成される。これにより、導波管12は高屈折率層13で埋め込まれ、かつ、絶縁膜10上に高屈折率層13が連続して形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, a high
次に、図3(d)に示すように、エッチバックにより絶縁膜10上及び導波管12内の上部の高屈折率層13が除去される。これにより、導波管12底部のみに高屈折率層13が残存する。つまり、高屈折率層13の上面が絶縁膜10の上面より下に位置される。
Next, as shown in FIG. 3D, the high
次に、図3(e)に示すように、導波管12内の高屈折率層13上に、色フィルタ14が形成される。この色フィルタ14は、導波管12内の上部及び絶縁膜10上に形成されるが、リソグラフィ及びエッチバックにより絶縁膜10と同じ高さになる。これら高屈折率層13及び色フィルタ14で、導波管12が埋め込まれる。尚、色フィルタ14の膜厚は、例えば0.4μm以上である。この膜厚を確保することで、色フィルタ14は、顔料、染料及びフォトニックフィルタにおいて所望の分光特性を維持することができる。
Next, as shown in FIG. 3E, the
次に、図3(f)に示すように、色フィルタ14及び絶縁膜10上の全面に平坦化層15が形成される。これにより、色フィルタ14及び絶縁膜10の全面が平坦化される。
Next, as shown in FIG. 3F, a
次に、図1に示すように、平坦化層15上に導波管12に対応して、マイクロレンズ16が形成される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造が完成する。
Next, as shown in FIG. 1, a
[効果]
上記第1の実施形態によれば、画素構造内に形成された導波管12内の底部に高屈折率層13が形成され、この高屈折率層13上の導波管12内の上部に色フィルタ14が形成されることで、導波管12が埋め込まれている。すなわち、導波管12内において、色フィルタ14の下に色フィルタ14よりも屈折率が大きい高屈折率層13が形成されている。これにより、マイクロレンズ16から入射された光が色フィルタ14を通過することで光拡散が生じても、高屈折率層13で光拡散を低減することができる。従って、画素構造における集光性の向上を図ることができる。
[effect]
According to the first embodiment, the high
また、導波管12内に色フィルタ14が形成されることで、導波管12上に色フィルタ14が形成された従来よりも、マイクロレンズ16から受光部30までの距離が短くなり、画素構造の低背化を図ることができる。これにより、画素構造における感度低下や混色劣化を低減することができる。
Further, since the
さらに、上述したように、色再現性の観点から分光を維持する必要性があるため、色フィルタ14の膜厚は薄くすることができない。しかし、本実施形態においては、色フィルタ14が導波管12内に形成されることにより、導波管12の深さを利用して色フィルタ14の膜厚を確保することができ、色フィルタ14における分光特性の維持を図ることができる。
Furthermore, as described above, since it is necessary to maintain the spectrum from the viewpoint of color reproducibility, the thickness of the
[変形例]
以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例及びその製造方法について説明する。
[Modification]
Hereinafter, a modification of the pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment and a manufacturing method thereof will be described.
図4は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す。図4に示すように、本実施形態において、導波管12内の側面における色フィルタ14と絶縁膜10との間及び配線11の上方における平坦化層15と絶縁膜10との間に高屈折率層13が形成されてもよい。すなわち、高屈折率層13は、導波管12内の底部から導波管12内の上部の側面及び絶縁膜10上まで連続して形成されてもよい。
FIG. 4 shows a modification of the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment. As shown in FIG. 4, in this embodiment, high refraction occurs between the
図5(a)乃至(c)は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程を示す。 5A to 5C show a manufacturing process of a modification example of the pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
まず、本実施形態における図3(a)乃至(c)の工程が行われる。 First, the steps of FIGS. 3A to 3C in the present embodiment are performed.
次に、図5(a)に示すように、エッチバックにより絶縁膜10上及び導波管12内の上部の高屈折率層13が除去される。このとき、絶縁膜10上及び導波管12内の上部の側面の高屈折率材13は、完全には除去されず、残存する。
Next, as shown in FIG. 5A, the high
次に、図5(b)に示すように、導波管12内の高屈折率層13上に、色フィルタ14が形成される。この色フィルタ14は、導波管12内部及び絶縁膜10上の高屈折率層13上に形成されるが、リソグラフィ及びエッチバックにより高屈折率層13と同じ高さになり、導波管12が埋め込まれる。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次に、図5(c)に示すように、色フィルタ14及び高屈折率層13上の全面に平坦化層15が形成される。
Next, as shown in FIG. 5C, the
次に、図4に示すように、平坦化層15上に導波管12に対応して、マイクロレンズ16が形成される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例が完成する。
Next, as shown in FIG. 4, a
この変形例においても、上記本実施形態と同様の効果を得ることができる。 Also in this modification, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、画素構造内に形成された導波管内に高屈折率層/反射防止層/色フィルタが形成される例である。尚、ここでは、上記第1の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
[Second Embodiment]
The second embodiment is an example in which a high refractive index layer / antireflection layer / color filter is formed in a waveguide formed in a pixel structure. Here, the description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and different points will be described in detail.
[構造]
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造について説明する。図6は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の断面図を示す。
[Construction]
First, the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view of the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment.
図6に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造において、第1の実施形態と異なる点は、高屈折率層13と色フィルタ14との間に反射防止層17が形成されている点である。すなわち、導波管12内の底部に高屈折率層13が形成され、この高屈折率層13上に反射防止層17が形成されている。そして、この反射防止層17上に色フィルタ14が形成されている。従って、高屈折率層13/反射防止層17/色フィルタ14で、導波管12内が埋め込まれている。
As shown in FIG. 6, the pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment is different from the first embodiment in that an
ここで、反射防止層17の屈折率は、高屈折率層13の屈折率よりも小さく、色フィルタ14の屈折率よりも大きいことが望ましい。
Here, the refractive index of the
[製造方法]
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造方法について説明する。図7(a)乃至(e)は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程の断面図を示す。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. 7A to 7E are cross-sectional views showing a manufacturing process of the pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
まず、第1の実施形態における図3の(a)乃至(c)の工程が行われる。 First, steps (a) to (c) of FIG. 3 in the first embodiment are performed.
次に、図7(a)に示すように、絶縁膜10上及び導波管12内の上部の高屈折率層13が除去される。これにより、導波管12内の底部のみに高屈折率層13が残存する。
Next, as shown in FIG. 7A, the high
次に、図7(b)に示すように、導波管12内の高屈折率層13上及び絶縁膜10上に、反射防止層17が形成される。これにより、導波管12は反射防止層17で埋め込まれ、かつ、絶縁膜10上に反射防止層17が形成される。
Next, as shown in FIG. 7B, the
次に、図7(c)に示すように、エッチバックにより絶縁膜10上及び導波管12内の上部の反射防止層17が除去される。
Next, as shown in FIG. 7C, the
次に、図7(d)に示すように、導波管12内の反射防止層17上に、色フィルタ14が形成される。この色フィルタ14は、導波管12内部及び絶縁膜10上の高屈折率層13上に形成されるが、リソグラフィ及びエッチバックにより絶縁膜10と同じ高さになり、導波管12が埋め込まれる。
Next, as shown in FIG. 7D, the
次に、図7(e)に示すように、色フィルタ14及び絶縁膜10上の全面に平坦化層15が形成される。
Next, as shown in FIG. 7E, a
次に、図6に示すように、平坦化層15上に導波管12に対応して、マイクロレンズ16が形成される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造が完成する。
Next, as shown in FIG. 6, a
[効果]
上記第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
[effect]
According to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
さらに、第2の実施形態では、導波管12内において、高屈折率層13と色フィルタ14との間に反射防止層17が形成されている。この反射防止層17の屈折率は、高屈折率層13の屈折率よりも小さく、色フィルタ14の屈折率よりも大きい。これにより、高屈折率層13と色フィルタ14との界面において、屈折率の違いによる光の反射を防止することができる。
Furthermore, in the second embodiment, an
[変形例]
以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例及びその製造方法について説明する。
[Modification]
Hereinafter, a modification of the pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment and a manufacturing method thereof will be described.
図8は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す。図8に示すように、本実施形態において、導波管12内の側面における反射防止層17と絶縁膜10との間及び色フィルタ14と絶縁膜10との間、配線11の上方における平坦化層15と絶縁膜10との間に高屈折率層13が形成されてもよい。
FIG. 8 shows a modification of the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment. As shown in FIG. 8, in this embodiment, planarization between the
本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程は、第1の実施形態の変形例と同様に行われる。すなわち、図5(a)に示すように、絶縁膜10上及び導波管12内の上部の高屈折率層13が除去される際、高屈折率層13は完全には除去されず、残存する。その後、残存した高屈折率層13上に、反射防止層17、色フィルタ14、平坦化層15及びマイクロレンズ16が形成され、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例が完成する。
The manufacturing process of the modified example of the pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment is performed in the same manner as the modified example of the first embodiment. That is, as shown in FIG. 5A, when the high
[第3の実施形態]
第3の実施形態は、画素構造内に形成された導波管内に高屈折率層/色フィルタ/高屈折率層が形成される例である。尚、ここでは、上記第1の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
[Third Embodiment]
The third embodiment is an example in which a high refractive index layer / color filter / high refractive index layer is formed in a waveguide formed in a pixel structure. Here, the description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and different points will be described in detail.
[構造]
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造について説明する。図9は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の断面図を示す。
[Construction]
First, the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. FIG. 9 is a cross-sectional view of the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment.
図9に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造において、第1の実施形態と異なる点は、導波管12内に形成された色フィルタ14上に高屈折率層13’が形成されている点である。すなわち、導波管12内の底部に高屈折率層13が形成され、この高屈折率層13上に色フィルタ14が形成されている。さらに、この色フィルタ14上に高屈折率層13’が形成されている。従って、高屈折率層13/色フィルタ14/高屈折率層13’で、導波管12内が埋め込まれている。
As shown in FIG. 9, the pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the high
ここで、高屈折率層13’は高屈折率層13と同様の材料でもよいが、これに限らず、屈折率がマイクロレンズ16より大きければよい。
Here, the high
[製造方法]
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造方法について説明する。図10(a)乃至(d)は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程の断面図を示す。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. 10A to 10D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
まず、第1の実施形態における図3(a)乃至(c)の工程が行われる。 First, the steps of FIGS. 3A to 3C in the first embodiment are performed.
次に、図10(a)に示すように、絶縁膜10上及び導波管12内の上部の高屈折率層13が除去される。これにより、導波管12内の底部のみに高屈折率層13が残存する。
Next, as shown in FIG. 10A, the high
次に、図10(b)に示すように、導波管12内の高屈折率層13上に、色フィルタ14が形成される。
Next, as shown in FIG. 10B, the
次に、図10(c)に示すように、導波管12内の色フィルタ14上に、高屈折率層13’が形成される。この高屈折率層13’は、エッチバックにより絶縁膜10と同じ高さまで形成され、導波管12が埋め込まれる。
Next, as shown in FIG. 10C, a high
次に、図10(d)に示すように、高屈折率層13’及び絶縁膜10上の全面に平坦化層15が形成される。
Next, as shown in FIG. 10D, the
次に、図9に示すように、平坦化層15上に導波管12に対応して、マイクロレンズ16が形成される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造が完成する。
Next, as shown in FIG. 9, a
[効果]
上記第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
[effect]
According to the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
さらに、第3の実施形態では、色フィルタ14下に高屈折率層13が形成され、色フィルタ14上に高屈折率層13’が形成されている。これにより、マイクロレンズ16による光拡散を高屈折率層13’で低減し、色フィルタ14による光拡散を高屈折率層13で低減することができる。従って、第1の実施形態よりも画素構造における集光性の向上を図ることができる。
Furthermore, in the third embodiment, the high
尚、本実施形態の導波管12内において、高屈折率層13と色フィルタ14との間及び高屈折率層13’と色フィルタ14との間の少なくとも一方に反射防止層17が形成されてもよい。この場合、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the
[変形例]
以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造及びその製造方法の変形例について説明する。
[Modification]
Hereinafter, a pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment and a modification of the manufacturing method thereof will be described.
図11は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す。図11に示すように、本実施形態において、導波管12内の側面における色フィルタ14と絶縁膜10との間及び高屈折率層13’と絶縁膜10との間、配線11の上方における平坦化層15と絶縁膜10との間に高屈折率層13が形成されてもよい。
FIG. 11 shows a modification of the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment. As shown in FIG. 11, in the present embodiment, between the
本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程は、第1の実施形態と同様に行われる。すなわち、完全には除去されず、残存した高屈折率層13上に、色フィルタ14、高屈折率層13’、平坦化層15及びマイクロレンズ16が形成される。
The manufacturing process of the modified example of the pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment is performed in the same manner as in the first embodiment. That is, the
[第4の実施形態]
第4の実施形態は、導波管内に形成された色フィルタが絶縁膜上にも形成される例である。尚、ここでは、上記第1の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
[Fourth Embodiment]
The fourth embodiment is an example in which the color filter formed in the waveguide is also formed on the insulating film. Here, the description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and different points will be described in detail.
[構造]
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造について説明する。図12は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の断面図を示す。
[Construction]
First, the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. FIG. 12 is a cross-sectional view of the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment.
図12に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造において、第1の実施形態と異なる点は、導波管12内に形成された色フィルタ14が絶縁膜10上にも形成されている点である。すなわち、導波管12内の底部に高屈折率層13が形成され、この高屈折率層13上に色フィルタ14が形成されている。従って、高屈折率層13/色フィルタ14で導波管12内が埋め込まれ、さらに色フィルタ14は導波管12の周辺部の絶縁膜10上にも形成されている。ここで、色フィルタ14は、絶縁膜10上で隣接する画素の別の色フィルタ14’と接してもよい。
As shown in FIG. 12, the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment is different from the first embodiment in that the
[製造方法]
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造方法について説明する。図13(a)乃至(c)は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程の断面図を示す。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. 13A to 13C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
まず、第1の実施形態における図3(a)乃至(c)の工程が行われる。 First, the steps of FIGS. 3A to 3C in the first embodiment are performed.
次に、図13(a)に示すように、絶縁膜10上及び導波管12内の上部の高屈折率層13が除去される。これにより、導波管12の底部のみに高屈折率層13が残存する。
Next, as shown in FIG. 13A, the high
次に、図13(b)に示すように、導波管12内の高屈折率層13上に、色フィルタ14が形成される。この色フィルタ14は、絶縁膜10上にも形成されるが、リソグラフィにより絶縁膜10上の導波管12の周辺部にのみ残存する。すなわち、色フィルタ14は、導波管12内の高屈折率層13上及び導波管12の周辺部の絶縁膜10上に形成される。ここで、色フィルタ14は、絶縁膜10上で隣接する画素の別の色フィルタ14’と接するように形成されてもよい。
Next, as shown in FIG. 13B, the
次に、図13(c)に示すように、色フィルタ14及び14’、絶縁膜10上の全面に平坦化層15が形成される。
Next, as shown in FIG. 13C, the
次に、図12に示すように、平坦化層15上に導波管12に対応して、マイクロレンズ16が形成される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造が完成する。
Next, as shown in FIG. 12, a
[効果]
上記第4の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
[effect]
According to the fourth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
さらに、第4の実施形態では、色フィルタ14を形成する際、エッチバックを行わない。これにより、固体撮像装置の製造工程を削減することができる。
Furthermore, in the fourth embodiment, when the
尚、本実施形態の導波管12内において、高屈折率層13と色フィルタ14との間に反射防止層17が形成されてもよい。この場合、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
Note that an
[変形例]
以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造及びその製造方法の変形例について説明する。
[Modification]
Hereinafter, a pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment and a modification of the manufacturing method thereof will be described.
図14は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す。図14に示すように、本実施形態において、導波管12内の側面における色フィルタ14と絶縁膜10との間及び配線11の上方における色フィルタ14及び14’と絶縁膜10との間に高屈折率層13が形成されてもよい。
FIG. 14 shows a modification of the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment. As shown in FIG. 14, in this embodiment, between the
本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程は、第1の実施形態と同様に行われる。すなわち、完全には除去されず、残存した高屈折率層13上に、色フィルタ14、平坦化層15及びマイクロレンズ16が形成される。
The manufacturing process of the modified example of the pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment is performed in the same manner as in the first embodiment. That is, the
[第5の実施形態]
第5の実施形態は、第4の実施形態の変形例であり、第4の実施形態における平坦化層が形成されず、色フィルタがマイクロレンズで直接覆われる例である。尚、ここでは、上記第4の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
[Fifth Embodiment]
The fifth embodiment is a modification of the fourth embodiment, in which the planarizing layer in the fourth embodiment is not formed and the color filter is directly covered with a microlens. Here, the description of the same points as in the fourth embodiment will be omitted, and different points will be described in detail.
[構造]
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造について説明する。図15は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の断面図を示す。
[Construction]
First, the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. FIG. 15 is a cross-sectional view of the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment.
図15に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造において、第4の実施形態と異なる点は、色フィルタ14上及び絶縁膜10上に、平坦化層15が形成されていない点である。すなわち、高屈折率層13/色フィルタ14で、導波管12内が埋め込まれ、色フィルタ14上にマイクロレンズ16が色フィルタ14を覆うように直接形成されている。ここで、色フィルタ14の上面は、図示するように絶縁膜10の上面よりも上方に突出してもよいし、絶縁膜10の上面と同じ高さでもよい。
As shown in FIG. 15, the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment is different from the fourth embodiment in that the
[製造方法]
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造方法について説明する。図16(a)及び(b)は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程の断面図を示す。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. FIGS. 16A and 16B are cross-sectional views showing the manufacturing process of the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment.
まず、第1の実施形態における図3(a)乃至(c)の工程が行われる。 First, the steps of FIGS. 3A to 3C in the first embodiment are performed.
次に、図16(a)に示すように、絶縁膜10上及び導波管12内の上部の高屈折率層13が除去される。これにより、導波管12の底部のみに高屈折率層13が残存する。
Next, as shown in FIG. 16A, the high
次に、図16(b)に示すように、導波管12内の高屈折率層13上に、色フィルタ14が形成される。この色フィルタ14は、絶縁膜10上にも形成されるが、色フィルタ14が後に形成されるマイクロレンズ16で覆われるように、リソグラフィにより除去される。
Next, as shown in FIG. 16B, the
次に、図15に示すように、色フィルタ14上及び絶縁膜10上に導波管12に対応して、直接マイクロレンズ16が形成される。これにより、色フィルタ14は、マイクロレンズ16で覆われる。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造が完成する。
Next, as shown in FIG. 15,
[効果]
上記第5の実施形態によれば、第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。
[effect]
According to the fifth embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained.
さらに、第5の実施形態では、色フィルタ14上に平坦化層15が形成されない。これにより、第4の実施形態よりも固体撮像装置の製造工程を削減することができる。
Furthermore, in the fifth embodiment, the
尚、本実施形態の導波管12内において、高屈折率層13と色フィルタ14との間に反射防止層17が形成されてもよい。この場合、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
Note that an
また、導波管12内の側面における色フィルタ14と絶縁膜10との間及び配線11の上方におけるマイクロレンズ16と絶縁膜10との間に高屈折率層13が形成されてもよい。
Further, the high
[第6の実施形態]
第6の実施形態は、高屈折率層上に形成された色フィルタがマイクロレンズの機能を有する例である。尚、ここでは、上記第1の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
[Sixth Embodiment]
The sixth embodiment is an example in which a color filter formed on a high refractive index layer has a microlens function. Here, the description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and different points will be described in detail.
[構造]
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造について説明する。図17は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の断面図を示す。
[Construction]
First, the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. FIG. 17 is a cross-sectional view of the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment.
図17に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造において、第1の実施形態と異なる点は、マイクロレンズ16が形成されず、色フィルタ14がマイクロレンズ16の機能を有する点である。すなわち、本実施形態では、導波管12内の底部に形成された高屈折率層13上及び絶縁膜10上に、色フィルタ14が形成されている。そして、この色フィルタ14は、導波管12内から絶縁膜10上まで連続し、絶縁膜10上で導波管12に対応して凸型レンズ形状に形成されている。これにより、色フィルタ14は、第1の実施形態におけるマイクロレンズ16と同様の機能を有する。ここで、色フィルタ14は、絶縁膜10上で隣接する画素の別の色フィルタ14’と接してもよい。
As shown in FIG. 17, the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment is different from the first embodiment in that the
[製造方法]
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造方法について説明する。図18は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程の断面図を示す。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. FIG. 18 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment.
まず、第1の実施形態における図3(a)乃至(c)の工程が行われる。 First, the steps of FIGS. 3A to 3C in the first embodiment are performed.
次に、図18に示すように、絶縁膜10上及び導波管12内の上部の高屈折率層13が除去される。これにより、導波管12内の底部のみに高屈折率層13が残存する。
Next, as shown in FIG. 18, the high-
次に、図17に示すように、導波管12内の高屈折率層13上及び絶縁膜10上に、色フィルタ14が形成される。この色フィルタ14は、リソグラフィにより絶縁膜10上において、導波管12に対応して凸型レンズ形状に形成される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造が完成する。
Next, as shown in FIG. 17, the
[効果]
上記第6の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
[effect]
According to the sixth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
さらに、本実施形態では、導波管12内の底部に高屈折率層13が形成された後、この高屈折率層13上及び絶縁膜10上に色フィルタ14が形成される。この色フィルタ14は絶縁膜10表面上において導波管12に対応して凸型レンズ形状に形成されるため、マイクロレンズ16と同様の機能を有する。これにより、後にマイクロレンズ16を形成する必要がなくなり、固体撮像装置の製造工程を削減することができる。
Further, in the present embodiment, after the high
尚、図19に示すように、本実施形態においては、色フィルタ14が形成された後に、色フィルタ14上に保護層18が形成される場合がある。この保護層18の屈折率は、色フィルタ14の屈折率よりも小さく、空気中の屈折率よりも大きい。これにより、色フィルタ14と空気との界面において、屈折率の違いによる光の反射を防止することができる。さらに、この保護層18が形成されることで、色フィルタ14の表面を保護することもできる。
As shown in FIG. 19, in this embodiment, the
また、本実施形態の導波管12内において、高屈折率層13と色フィルタ14との間に反射防止層17が形成されてもよい。この場合、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
Further, an
[変形例]
以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造及びその製造方法の変形例について説明する。
[Modification]
Hereinafter, a pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment and a modification of the manufacturing method thereof will be described.
図20は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す。図20に示すように、本実施形態において、導波管12内の側面における色フィルタ14と絶縁膜10との間及び配線11の上方における色フィルタ14及び14’と絶縁膜10との間に高屈折率層13が形成されてもよい。
FIG. 20 shows a modification of the pixel structure of the solid-state imaging device according to this embodiment. As shown in FIG. 20, in this embodiment, between the
本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程は、第1の実施形態と同様に行われる。すなわち、完全には除去されず、残存した高屈折率層13上に、色フィルタ14が形成され、この色フィルタ14は絶縁膜10上で凸型レンズ形状に形成される。尚、上述したように、色フィルタ14上に保護層18が形成されてもよい。
The manufacturing process of the modified example of the pixel structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment is performed in the same manner as in the first embodiment. That is, the
その他、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention when it is practiced. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be obtained as an invention.
10…絶縁膜、11…配線、12…導波管、13,13’,50…高屈折率層、14,14’…色フィルタ、15…平坦化層、16…マイクロレンズ、17…反射防止層、18…保護層、20…シリコン基板、30…受光部、40…低屈折率層、60…反射膜。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体基板の表面に形成された受光部と、
前記半導体基板上に形成された膜と、
前記受光部の上方における前記膜の表面から内部に形成された導波管と、
前記導波管内の底部に形成された第1高屈折率層と、
前記第1高屈折率層上の前記導波管内に形成され、前記第1高屈折率層よりも小さい屈折率を有する色フィルタと、
を具備することを特徴とする固体撮像装置。 A semiconductor substrate;
A light receiving portion formed on the surface of the semiconductor substrate;
A film formed on the semiconductor substrate;
A waveguide formed inside from the surface of the film above the light receiving portion;
A first high refractive index layer formed at the bottom of the waveguide;
A color filter formed in the waveguide on the first high refractive index layer and having a refractive index smaller than that of the first high refractive index layer;
A solid-state imaging device comprising:
前記色フィルタと前記マイクロレンズとの間の前記導波管内に形成され、前記マイクロレンズよりも大きい屈折率を有する第2高屈折率層と、
をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 A microlens formed above the insulating film and the color filter so as to correspond to the waveguide;
A second high refractive index layer formed in the waveguide between the color filter and the microlens and having a refractive index larger than that of the microlens;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
をさらに具備することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の固体撮像装置。 An antireflection layer formed in the waveguide between the first high refractive index layer and the color filter, and having a refractive index smaller than the first high refractive index layer and larger than the color filter;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至請求項4記載の固体撮像装置。 A reflective film formed between the first high refractive index layer and the color filter and the film in the waveguide;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009042546A JP2010199299A (en) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | Solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
WO2016002575A1 (en) * | 2014-07-03 | 2016-01-07 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device and electronic device |
-
2009
- 2009-02-25 JP JP2009042546A patent/JP2010199299A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
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WO2016002575A1 (en) * | 2014-07-03 | 2016-01-07 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device and electronic device |
US9571721B2 (en) | 2014-07-03 | 2017-02-14 | Sony Corporation | Solid-state imaging device and electronic apparatus |
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