JP2019087977A - Solid-state imaging device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各光電変換素子に対応して微小なマイクロレンズアレイを設ける固体撮像素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device provided with a minute microlens array corresponding to each photoelectric conversion device, and a method of manufacturing the same.
近年では、ビデオカメラ、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話に搭載される撮像装置の高解像度化が進められている。撮像装置に組み込まれるCCDやCMOSセンサー等の固体撮像素子の画素微細化に伴い、1画素あたりに入射する光量減少による受光感度低下が問題となっている。
固体撮像素子には、感度低下を抑えるために、受光素子の入射側に、画素(光電変換素子)に一対一に対応させてマイクロレンズを形成する方式が広く用いられる。マイクロレンズを形成することで、入射光を効率よくフォトダイオードに集光することができ、受光感度を向上させることができる。
In recent years, the resolution of imaging devices mounted on video cameras, digital cameras, and mobile phones with cameras has been advanced. With the miniaturization of pixels of solid-state imaging devices such as CCDs and CMOS sensors incorporated in imaging devices, there is a problem in that the light receiving sensitivity decreases due to the decrease in the amount of light incident per pixel.
In the solid-state imaging device, in order to suppress a decrease in sensitivity, a method of forming a microlens in one-to-one correspondence with pixels (photoelectric conversion devices) on the incident side of the light receiving device is widely used. By forming the microlens, incident light can be efficiently collected on the photodiode, and the light reception sensitivity can be improved.
固体撮像素子は、各画素に対応して複数色のカラーフィルタを設けることで、レッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)の画素が形成されるが、色によって各画素における固体撮像素子の受光感度が異なるという問題がある。これは、色分離を行うカラーフィルタの光透過率差によって、受光感度差が発生するためである。
これら問題を解決するため、特許文献1では、各色毎の画素の感度に応じてマイクロレンズの高さを変更することが記載されている。
In the solid-state imaging device, red (R), green (G), and blue (B) pixels are formed by providing color filters of a plurality of colors corresponding to the respective pixels. There is a problem that the light receiving sensitivity of the element is different. This is because the light reception sensitivity difference is generated due to the light transmittance difference of the color filter that performs color separation.
In order to solve these problems,
しかし特許文献1では、この受光感度差に対してどのマイクロレンズをどの構造に形成すれば受光感度が改善するのか具体的な指針がない。またマイクロレンズの高さ毎に製造工程を繰り返すため、コストが上昇し、製造歩留りが低下するという課題がある。
そこで本発明は、各マイクロレンズの形状を最適化することにより受光感度を向上することを目的とする。
However, in
Therefore, an object of the present invention is to improve light receiving sensitivity by optimizing the shape of each microlens.
課題を解決するため、本発明の一態様の固体撮像素子は、複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板と、上記半導体基板上に形成され、各光電変換素子に対応させて複数色のカラーフィルタを予め設定した規則パターンで二次元的に配置したカラーフィルタ層と、上記カラーフィルタ層上に形成され、各カラーフィルタに対応して配置された複数のマイクロレンズと、を有し、上記カラーフィルタの色としてグリーン、レッド及びブルーを含み、色がグリーンのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第一マイクロレンズの頂部の曲率半径R1は、色がレッドのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第二マイクロレンズの頂部の曲率半径R2よりも小さいことを特徴とする。
また、本発明の他の態様である、上記一態様の固体撮像素子を製造する際に、複数のマイクロレンズを、グレイトーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法により一括形成することを特徴とする。
In order to solve the problems, the solid-state imaging device according to one aspect of the present invention includes a semiconductor substrate on which a plurality of photoelectric conversion devices are two-dimensionally arranged, and a plurality of photoelectric conversion devices formed on the semiconductor substrate. It has a color filter layer in which color filters of two colors are two-dimensionally arranged in a predetermined regular pattern, and a plurality of microlenses formed on the color filter layer and arranged corresponding to each color filter. The radius of curvature R1 of the top of the first microlens, which is the microlens corresponding to the green color filter, includes green, red and blue as colors of the color filter corresponds to the color filter of red color It is characterized in that it is smaller than the curvature radius R2 of the top portion of the second microlens which is the above-mentioned microlens.
In addition, when manufacturing the solid-state imaging device according to the above one aspect, which is another aspect of the present invention, the plurality of microlenses are collectively formed by photolithography using a gray tone mask.
本発明の一態様によれば、RGB画素毎にマイクロレンズのプロフィール形状(以下、単に形状とも記載する)を最適化することにより、受光感度が向上する効果がある。
また、本発明の一態様によれば、レンズ形状を最適化するだけであるので、複数のマイクロレンズを一括形成することも可能となる。
According to an aspect of the present invention, there is an effect that the light receiving sensitivity is improved by optimizing the profile shape (hereinafter also referred to simply as a shape) of the microlens for each of the RGB pixels.
Further, according to one aspect of the present invention, since only the lens shape is optimized, it is also possible to collectively form a plurality of microlenses.
以下に、本発明に基づく実施形態について図面を参照して説明する。
ここで、各図に示す構成は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに限定されるものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Here, the configurations shown in the respective drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Further, the embodiments shown below exemplify the configuration for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is that the materials, shapes, structures and the like of the components are as follows. It is not limited to things. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.
<構造>
図1に示すように、本実施形態の固体撮像素子6は、複数の光電変換素子2を二次元的に配置した半導体基板1と、半導体基板1上に形成され、各光電変換素子2に対応させて複数色のカラーフィルタを予め設定した規則パターンで二次元的に配置したカラーフィルタ層4と、カラーフィルタ層4上に形成され、各カラーフィルタに対応して配置された複数のマイクロレンズ5と、を有する。複数の光電変換素子2は、画素位置に合わせて、二次元的に配置されている。符号3は、平坦化層である。
<Structure>
As shown in FIG. 1, the solid-
本実施形態のマイクロレンズ5は、透明樹脂から構成されており、その材料は、通常、アクリル樹脂などの樹脂であり、透明が好ましい。
半導体基板1は、光電変換素子2を実装するための基板である。光電変換素子2は、画素毎に設けられ、マイクロレンズ5を経由して入射した光を電荷に変換する。平坦化層3はマイクロレンズ5の実装面を平坦化する。複数のカラーフィルタからなるカラーフィルタ層4は、平坦化層3を介して、複数の光電変換素子2上にそれぞれ形成される。カラーフィルタ層4を構成する複数色の各カラーフィルタは、光電変換素子2に入射する光の経路において、特定の波長の光を透過する役割がある。本実施形態では、カラーフィルタ層4を構成する複数のカラーフィルタは、レッド、グリーン及びブルーの3色のうちいずれか1つの色を透過させるものであり、3色のカラーフィルタR、G、Bを、図2に示すように、ベイヤー配列したものである。
The
The
複数のマイクロレンズ5として、図3に示すように、カラーフィルタ層4における、対応するカラーフィルタR、G、Bの色毎に異なるプロフィール形状のマイクロレンズを配置する。
ここで、色がグリーンのカラーフィルタGに対応するマイクロレンズ5を第一マイクロレンズ7、色がレッドのカラーフィルタRに対応するマイクロレンズ5を第二マイクロレンズ8、色がブルーのカラーフィルタBに対応するマイクロレンズ5を第三マイクロレンズと呼ぶ。また、第一マイクロレンズ7の頂部の曲率半径をR1、第二マイクロレンズ8の頂部の曲率半径をR2、第三マイクロレンズの頂部の曲率半径をR3と呼ぶ。
As the plurality of
Here, the
そして、図3に示すように、第一マイクロレンズ7の頂部の曲率半径R1が、第二マイクロレンズ8の頂部の曲率半径R2よりも小さくなるように、第一マイクロレンズ7及び第二マイクロレンズ8の形状を設計する。
また、複数のマイクロレンズ5の縁部は隣接するマイクロレンズ間で谷状の谷部9によって連結されている。
Then, as shown in FIG. 3, the
The edges of the plurality of
複数のマイクロレンズの配置の対角方向(図2のb−b′方向)且つ半導体基板1の板厚方向の断面形状を対角断面とした場合、図4に示すように、対角断面における谷部9は、曲率半径Rの曲面形状を有している。
ここで、複数のマイクロレンズ5の配列は、カラーフィルタ層4を構成する複数のカラーフィルタの配列に対応して形成されているため、複数のマイクロレンズ5の対角方向と、複数のカラーフィルタの対角方向とは同義である。対角方向は、各カラーフィルタが矩形形状であれば、対角線方向となる。又は、斜めに並ぶカラーフィルタの中央部を結ぶ方向を対角方向とする。
When the cross-sectional shape of the arrangement of the plurality of micro lenses in the diagonal direction (b-b 'direction in FIG. 2) and the thickness direction of the
Here, since the arrangement of the plurality of
本発明者は、マイクロレンズ5の受光感度について鋭意検討を行った結果、受光感度を向上するにはグリーン画素、レッド画素、ブルー画素毎に対応して配置されるマイクロレンズ5の形状が大きく影響していることを見出した。そして、画素毎にマイクロレンズ5の形状を変えることで、固体撮像素子の受光感度の向上に成功した。特にグリーン画素、レッド画素においてその効果が大きかった。
As a result of intensive studies on the light receiving sensitivity of the
具体的には第二マイクロレンズ8の頂部の曲率半径R2を、第一マイクロレンズ7の頂部の曲率半径R1よりも大きくすると良いことを突き止めた。すなわち、第一マイクロレンズ7と第二マイクロレンズ8の関係がR2>R1を満たすとき、各画素の受光感度を高めることができることを確認した。
R2>R1を満たす一例として、第二マイクロレンズ8の形状を球面形状とし、第一マイクロレンズ7の形状を球面形状よりも曲率半径の小さい放物面形状とすることが挙げられる。なお、第二マイクロレンズ8の形状を第一の放物面形状とし、第一マイクロレンズ7の形状を第一の放物面形状よりも曲率半径の小さい第二の放物面形状としてもよいことはいうまでもない。
Specifically, it was found that the curvature radius R2 of the top of the
As an example satisfying R2> R1, the shape of the
また、第三マイクロレンズ(不図示)の頂部の曲率半径R3は、谷部9の曲率半径Rの大きさに応じて設定することが好ましい。すなわち、第三マイクロレンズの頂部の曲率半径R3は、谷部9の曲率半径Rが135nm以上のときは、第一マイクロレンズ7の頂部の曲率半径R1よりも大きく、谷部9の曲率半径Rが135nm未満のときは、第二マイクロレンズ8の頂部の曲率半径R2よりも小さくすることが好ましい。
The curvature radius R3 of the top of the third microlens (not shown) is preferably set according to the size of the curvature radius R of the
各マイクロレンズ5の高さは、受光効率が向上する300nm以上600nm以下が好ましい。またRGB画素で、各マイクロレンズ5の高さは、同じであっても異なっていてもよい。
ここで、隣接するマイクロレンズ間の谷部9の曲率半径Rについて図4を用いて詳細を説明する。
The height of each of the
Here, the radius of curvature R of the
マイクロレンズ間の谷部9の最も落ち込む点、つまり、図4(b)に示す最下点11における曲率円10の半径が曲率半径Rである。また、この曲率半径Rは以下の式で表される。Rはマイクロレンズ間の谷部9の曲率半径、f(a)はマイクロレンズ間の谷部9の形状曲線、aは、マイクロレンズ間の谷部9の最下点11の値である。
The radius of curvature R is the radius of
<製造方法>
本実施形態は、光電変換素子の上部に形成されるマイクロレンズ5の製造方法に係わることであるため、図5を参照しながら、以下この点につき実施例として詳しく説明する。
<Manufacturing method>
The present embodiment relates to a method of manufacturing the
以下の各実施例及び各比較例において、曲率半径の大きいマイクロレンズの形状として球面形状を、曲率半径の小さいマイクロレンズ形状として放物面形状を採用する場合で説明する。換言すると、球面形状の頂部の曲率半径>放物面形状の頂部の曲率半径の関係をもつ。
<実施例1>
実施例1では、マイクロレンズ5を組成する感光性マイクロレンズ材12は感光性透明樹脂であり、ポジ型の感光性樹脂を用いた例である。本実施例では、マイクロレンズ5の画素毎に異なるマイクロレンズ形状を露光法で制御する。このため、グレイトーンマスク13という特殊な露光用マスクを使用する。
In each of the following examples and comparative examples, a spherical shape will be described as the shape of a microlens having a large radius of curvature, and a parabolic shape will be described as a microlens shape having a small radius of curvature. In other words, the radius of curvature of the top of the spherical shape> the radius of curvature of the top of the paraboloidal shape.
Example 1
In Example 1, the
半導体基板1として、厚さ0.75mm、直径20cmのシリコンウェハを使用した。このシリコンウェハの表面上部に光電変換素子や遮光膜、パッシベーション膜を形成し、その最上層に、熱硬化タイプのアクリル樹脂塗布液を用いてスピンコートにて平坦化層を形成した。
次いで、平坦化層3の上に、カラーフィルタ層を構成する複数色のカラーフィルタを、グリーン、ブルー、レッドの3色にて3回のフォトリソグラフィの手法で、それぞれ形成した(図5(a)を参照のこと。但し、図5では光電変換素子2と平坦化層3は図示せず)。
As the
Subsequently, on the
グリーンレジストは、色材としてC.I.ピグメントイエロー139、C.I.ピグメントグリーン36、C.I.ピグメントブルー15:6を用い、さらにシクロヘキサノン、PGMEAなどの有機溶剤、ポリマーワニス、モノマー、開始剤を添加した構成のカラーレジストを用いた。
ブルーレジストは、色材としてC.I.ピグメントブルー15:6、C.I.ピグメントバイオレット23を用い、さらにシクロヘキサノン、PGMAなどの有機溶剤、ポリマーワニス、モノマー、開始剤を添加した構成のカラーレジストを用いた。
Green resist is C.I. I. Pigment yellow 139, C.I. I. Pigment green 36, C.I. I. Pigment Blue 15: 6, and further, an organic solvent such as cyclohexanone and PGMEA, a polymer varnish, a monomer, and a color resist of a configuration to which an initiator was added were used.
Blue resist is C.I. I. Pigment blue 15: 6, C.I. I. Pigment Violet 23 was used, and further, a color resist having a configuration obtained by adding an organic solvent such as cyclohexanone and PGMA, a polymer varnish, a monomer, and an initiator was used.
レッドレジストの色材は、C.I.ピグメントレッド117、C.I.ピグメントレッド48:1、C.I.ピグメントイエロー139とした。色材以外の組成は、グリーンレジストと同様とした。
各々のカラーフィルタの膜厚は、0.5〜0.8μmになるように形成した。複数のカラーフィルタの配列は、図2のように、一画素おきにグリーンフィルタが設けられ、グリーンフィルタの間に一行おきにレッドフィルタとブルーフィルタが設けられた、いわゆるベイヤー配列とした。
The colorant of red resist is C.I. I. Pigment red 117, C.I. I. Pigment red 48: 1, C.I. I. Pigment yellow 139. The composition other than the coloring material was the same as that of the green resist.
The film thickness of each color filter was formed to be 0.5 to 0.8 μm. The arrangement of the plurality of color filters is a so-called Bayer arrangement in which green filters are provided every other pixel as shown in FIG. 2 and red filters and blue filters are provided every other row between green filters.
次に、カラーフィルタ層4上に1μmの膜厚のアルカリ可溶性・感光性・熱リフロー性を有するスチレン樹脂を塗布して感光性マイクロレンズ材12を形成した(図5(b)参照)。
その後、感光性マイクロレンズ材12を、グレイトーンマスク13を使用する紫外i線によるフォトリソグラフィのプロセスによりパターン化した後、250℃で熱処理して、マイクロレンズ5を形成した(図5(e)(d)参照)。
Next, on the
Thereafter, the
グレイトーンマスク13は、作製したいマイクロレンズ形状の最下点に対して光透過率を高くした、遮光膜に濃淡のグラデュエーション(諧調)が付いたマスクとなる。この諧調の濃淡は、露光に用いる光では解像しない小径ドットの単位面積当たりの個数(粗密)差によって達成される。
本実施例1のグレイトーンマスク13は、マイクロレンズ間の谷部9の曲率半径Rを対角断面方向で225nm、グリーン画素に対応するマイクロレンズは、放物面形状、ブルーとレッド画素に対応するマイクロレンズは、球面形状になるように設計されたフォトマスクを使用した。マイクロレンズの高さが450nmの放物面形状と、球面形状が混成された画素構成を得た。
The
In the
ここで、グレイトーンマスク13を使用したフォトリソグラフィ法において、KRFレーザーを用いると、KRFレーザーの波長限界分解能により、紫外i線に比べ、マイクロレンズの曲面形状はより狭小に制御することが可能となる。
表1に、各例の構成を示す。なお、表1では、谷部を谷間と記載した。
Here, in the photolithography method using the
Table 1 shows the configuration of each example. In addition, in Table 1, the valley part was described as the valley.
表1に示す組み合わせの通り、実施例2〜実施例6、比較例1〜比較例4では、マイクロレンズ高さを450nmとし、マイクロレンズ間の谷部の曲率半径を変えることで、マイクロレンズの頂部の曲率半径が異なる放物面1〜放物面5、球面1〜球面5のマイクロレンズをそれぞれ作製した。いずれも作製した放物面、球面のマイクロレンズの頂部の曲率半径の関係は、球面形状の頂部の曲率半径>放物面形状の頂部の曲率半径である。
As shown in Table 1, in Examples 2 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, the microlens height is 450 nm, and the curvature radius of the valleys between the microlenses is changed to obtain the microlens Micro-lenses of
<実施例2>
隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Rが、対角断面方向で180nmとした点以外は、実施例1と同様にして実施例2のマイクロレンズを形成した。
<実施例3>
隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Rが、対角断面方向で135nmとした点以外は、実施例1と同様にして実施例3のマイクロレンズを形成した。
Example 2
The micro lens of Example 2 was formed in the same manner as Example 1 except that the radius of curvature R of the valley between adjacent micro lenses was 180 nm in the diagonal sectional direction.
Example 3
The micro lens of Example 3 was formed in the same manner as Example 1 except that the radius of curvature R of the valley between adjacent micro lenses was 135 nm in the diagonal cross sectional direction.
<実施例4>
本実施例4のグレイトーンマスク13はブルー画素に対応するマイクロレンズは放物面形状とし、隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Rが、対角断面方向で135nmとした点以外は、実施例1と同様にして実施例4のマイクロレンズを形成した。
<実施例5>
本実施例5のグレイトーンマスク13はブルー画素に対応するマイクロレンズは放物面形状とし、隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Rが、対角断面方向で90nmとした点以外は、実施例1と同様にして実施例5のマイクロレンズを形成した。
Example 4
In the
Example 5
In the
<実施例6>
本実施例6のグレイトーンマスク13はブルー画素に対応するマイクロレンズは放物面形状とし、隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Rが、対角断面方向で45nmとした点以外は、実施例1と同様にして実施例6のマイクロレンズを形成した。
<比較例1>
実施例1におけるRGB画素毎に異なる形状のマイクロレンズを形成する方法として、グレイトーンマスク13はグリーン画素に対応するマイクロレンズは、球面形状、ブルーとレッド画素に対応するマイクロレンズは、放物面形状になるように設計されたフォトマスクを使用した点以外は、実施例1と同様にして比較例1のマイクロレンズを形成した。
Example 6
In the
Comparative Example 1
As a method of forming micro lenses of different shapes for each RGB pixel in Example 1, the
<比較例2>
実施例2におけるRGB画素毎に異なる形状のマイクロレンズを形成する方法として、グレイトーンマスク13はグリーン画素に対応するマイクロレンズは、球面形状、ブルーとレッド画素に対応するマイクロレンズは、放物面形状になるように設計されたフォトマスクを使用した点以外は、実施例2と同様にして比較例2のマイクロレンズを形成した。
Comparative Example 2
As a method of forming micro lenses of different shapes for each RGB pixel in Example 2, the
<比較例3>
実施例5におけるRGB画素毎に異なる形状のマイクロレンズを形成する方法として、グレイトーンマスク13はグリーンとブルー画素に対応するマイクロレンズは、球面形状、レッド画素に対応するマイクロレンズは、放物面形状になるように設計されたフォトマスクを使用した点以外は、実施例5と同様にして比較例3のマイクロレンズを形成した。
Comparative Example 3
As a method of forming micro lenses of different shapes for each RGB pixel in Example 5, the
<比較例4>
実施例6におけるRGB画素毎に異なる形状のマイクロレンズを形成する方法として、グレイトーンマスク13はグリーンとブルー画素に対応するマイクロレンズは、球面形状、レッド画素に対応するマイクロレンズは、放物面形状になるように設計されたフォトマスクを使用した点以外は、実施例6と同様にして比較例4のマイクロレンズを形成した。
Comparative Example 4
As a method of forming micro lenses of different shapes for each RGB pixel in Example 6, the
表1に、各実施例と各比較例のRGB画素毎の受光感度を測定した結果も併記する。
表1から分かるように、隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Rが225nmの実施例1と、谷部の曲率半径Rが180nmの実施例2の受光感度測定の結果は、グリーン画素に対応するマイクロレンズを放物面形状、レッド画素に対応するマイクロレンズを球面形状とし、ブルー画素に対応するマイクロレンズは球面形状とすることで、比較例1と比較例2に比べ、受光感度が向上することを確認した。
Table 1 also shows the results of measurement of the light receiving sensitivity for each of the RGB pixels in each example and each comparative example.
As can be seen from Table 1, the light receiving sensitivity measurement results of Example 1 having a radius of curvature R of a valley between adjacent microlenses of 225 nm and Example 2 of a radius of curvature R of a valley of 180 nm were green pixels. The light receiving sensitivity is higher than Comparative Example 1 and Comparative Example 2 by forming the corresponding microlenses into a paraboloidal shape and the microlenses corresponding to the red pixels into a spherical shape and the microlenses corresponding to the blue pixels into a spherical shape. It confirmed that it improved.
実施例3と実施例4の受光感度測定の結果は、ブルー画素に対応するマイクロレンズを球面形状、若しくは放物面状とした場合、受光感度は同じであることを確認した。このことから、隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径が135nmの場合は、ブルー画素に対応するマイクロレンズ形状は、放物面、球面のどちらを選んでもよいとする。
隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率半径Rが90nmの実施例5と、谷部9の曲率半径Rが45nmの実施例6の受光感度測定の結果は、グリーン画素に対応するマイクロレンズを放物面形状、レッド画素に対応するマイクロレンズを球面形状とし、ブルー画素に対応するマイクロレンズを放物面形状とすることで、比較例3と比較例4に比べ、受光感度が向上することを確認した。
The results of light receiving sensitivity measurement in Example 3 and Example 4 confirm that the light receiving sensitivities are the same when the microlens corresponding to the blue pixel is spherical or parabolic. From this, when the curvature radius of the valley between adjacent microlenses is 135 nm, it is assumed that either a paraboloid or a spherical surface may be selected as the microlens shape corresponding to the blue pixel.
The results of measurement of light receiving sensitivity of Example 5 where the radius of curvature R of the valley between adjacent microlenses is 90 nm and Example 6 where the radius of curvature R of the
また、表1において、グリーン画素と対応して配置するマイクロレンズ(すなわち第一マイクロレンズ)とレッド画素と対応して配置するマイクロレンズ(すなわち第二マイクロレンズ)を比較すると、球面形状の頂部の曲率半径>放物面形状の頂部の曲率半径の関係をもつことから、第一マイクロレンズ7と第二マイクロレンズの関係をR1<R2としたときに、谷部の曲率半径Rに影響することなく受光感度が向上していることが確認できる。
Further, in Table 1, when the micro-lenses (ie, the first micro-lenses) disposed corresponding to the green pixels and the micro-lenses (ie, the second micro-lenses) disposed corresponding to the red pixels are compared, Since the relationship of the radius of curvature> the radius of curvature of the top of the paraboloid shape is established, the radius of curvature R of the valley is affected when the relationship between the
また、第三マイクロレンズの頂部の曲率半径R3は、谷部の曲率半径Rが135nmのときを境に、谷部の曲率半径Rが135nm以上の場合は、第一マイクロレンズ7の頂部の曲率半径R1よりも大きくすることで受光感度が向上し、谷部の曲率半径Rが135nm未満のときは、第二マイクロレンズの頂部の曲率半径R2よりも小さくすることで受光感度の向上が確認できる。
尚、各実施例にてグリーンとブルー画素に対応する放物面形状マイクロレンズの頂部の曲率半径は、同じものを使用したが、異なるものであってもよい。また、レッドとブルー画素に対応する球面形状マイクロレンズの頂部の曲率半径は、同じものを使用したが、異なるものであってもよい。
Further, the curvature radius R3 of the top of the third micro lens is the curvature of the top of the first
The curvature radius of the top of the parabolic microlens corresponding to the green and blue pixels in each embodiment is the same, but may be different. In addition, while the same curvature radius of the top of the spherical shaped microlens corresponding to the red and blue pixels is used, it may be different.
1、半導体基板
2、光電変換素子
3、平坦化層
4、カラーフィルタ層
5、マイクロレンズ
6、固体撮像素子
7、第一マイクロレンズ
8、第二マイクロレンズ
9、谷部
10、隣接するマイクロレンズ間の谷部の曲率円
11、隣接するマイクロレンズ間の谷部の最下点
12、感光性マイクロレンズ材
13、グレイトーンマスク
1,
Claims (6)
上記半導体基板上に形成され、各光電変換素子に対応させて複数色のカラーフィルタを予め設定した規則パターンで二次元的に配置したカラーフィルタ層と、
上記カラーフィルタ層上に形成され、各カラーフィルタに対応して配置された複数のマイクロレンズと、を有し、
上記カラーフィルタの色としてグリーン、レッド及びブルーを含み、
色がグリーンのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第一マイクロレンズの頂部の曲率半径R1は、色がレッドのカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第二マイクロレンズの頂部の曲率半径R2よりも小さいことを特徴とする固体撮像素子。 A semiconductor substrate on which a plurality of photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged;
A color filter layer formed on the semiconductor substrate and two-dimensionally arranged in a regular pattern having a plurality of color filters set in advance corresponding to each photoelectric conversion element;
And a plurality of microlenses formed on the color filter layer and disposed corresponding to each color filter,
Green, red and blue as colors of the color filter
The radius of curvature R1 of the top of the first microlens, which is the microlens corresponding to the color filter of green, is the radius of curvature R2 of the top of the second microlens, which is the microlens corresponding to the color filter of red. A solid-state imaging device characterized by being smaller than the above.
上記複数のマイクロレンズの配置の対角方向且つ上記半導体基板の板厚方向の断面形状を対角断面と定義した場合、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が135nm以上であり、
上記ブルーの色のカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第三マイクロレンズの頂部の曲率半径R3は、上記曲率半径R1よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 The plurality of microlenses are connected at valleys between adjacent ones of the microlenses at the edges of the microlenses,
When the cross-sectional shape in the diagonal direction of the arrangement of the plurality of microlenses and the thickness direction of the semiconductor substrate is defined as a diagonal cross section, the radius of curvature of the valley in the diagonal cross section is 135 nm or more.
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a curvature radius R3 of a top portion of the third microlens which is the microlens corresponding to the blue color filter is larger than the curvature radius R1.
上記複数のマイクロレンズの配置の対角方向且つ上記半導体基板の板厚方向の断面形状を対角断面と定義した場合、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が135nm未満であり、
上記ブルーの色のカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第三マイクロレンズの頂部の曲率半径R3は、上記曲率半径R2よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。 The plurality of microlenses are connected at valleys between adjacent ones of the microlenses at the edges of the microlenses,
When the cross-sectional shape in the diagonal direction of the disposition of the plurality of microlenses and the thickness direction of the semiconductor substrate is defined as a diagonal cross section, the radius of curvature of the valley in the diagonal cross section is less than 135 nm,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a curvature radius R3 of a top portion of the third microlens, which is the microlens corresponding to the blue color filter, is smaller than the curvature radius R2.
上記第二マイクロレンズのプロフィール形状は球面形状であり、
上記複数のマイクロレンズは、マイクロレンズの縁部が隣接するマイクロレンズ間で谷状の谷部で連結され、
上記複数のマイクロレンズの配置の対角方向且つ上記半導体基板の板厚方向の断面形状を対角断面と定義した場合、
上記ブルーの色のカラーフィルタに対応する上記マイクロレンズである第三マイクロレンズのプロフィール形状は、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が135nm以上であるとき球面形状であり、上記対角断面における上記谷部の曲率半径が135nm未満であるときは放物面形状であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The profile shape of the first microlens is a paraboloid shape,
The profile shape of the second microlens is a spherical shape,
The plurality of microlenses are connected at valleys between adjacent ones of the microlenses at the edges of the microlenses,
When the cross-sectional shape in the diagonal direction of the arrangement of the plurality of microlenses and in the thickness direction of the semiconductor substrate is defined as a diagonal cross section,
The profile shape of the third microlens, which is the microlens corresponding to the blue color filter, is spherical when the radius of curvature of the valley in the diagonal cross section is 135 nm or more, and the diagonal cross section The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein when the radius of curvature of the valley portion is less than 135 nm, the valley has a parabolic shape.
上記複数のマイクロレンズは、グレイトーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法により一括形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4.
A method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the plurality of microlenses are collectively formed by photolithography using a gray tone mask.
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