JP2019091853A - 固体撮像素子及び電子装置 - Google Patents

固体撮像素子及び電子装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2019091853A
JP2019091853A JP2017221080A JP2017221080A JP2019091853A JP 2019091853 A JP2019091853 A JP 2019091853A JP 2017221080 A JP2017221080 A JP 2017221080A JP 2017221080 A JP2017221080 A JP 2017221080A JP 2019091853 A JP2019091853 A JP 2019091853A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
chip lens
lens
pixel
layer
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017221080A
Other languages
English (en)
Inventor
智之 蕨野
Tomoyuki Warabino
智之 蕨野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority to JP2017221080A priority Critical patent/JP2019091853A/ja
Priority to PCT/JP2018/038588 priority patent/WO2019097936A1/ja
Publication of JP2019091853A publication Critical patent/JP2019091853A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/20Filters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0232Optical elements or arrangements associated with the device
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

【課題】画質を向上する固体撮像素子を提供する。【解決手段】固体撮像素子1−1は、1次元又は2次元に配列された複数の画素100−1−1〜4毎に、光入射側から順に、オンチップレンズ2−1−G〜Wと、層内レンズ3−1−G〜Wと、反射防止層6−1と、半導体基板とが、少なくとも配される。オンチップレンズの屈折率と層内レンズの屈折率とは異なり、オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、反射防止層から層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、alとacとが0.96〜1.04の範囲で、オンチップレンズの上部の曲率半径rl及びオンチップレンズの下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす。【選択図】図1

Description

本技術は、固体撮像素子及び電子装置に関する。
一般的に、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサやCCD(Charge Coupled Device)などの固体撮像素子は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに広く用いられている。
近年、固体撮像素子の画質の向上を図るために様々な開発が行われている。
例えば、ダブルレンズ構造を有するイメージセンサが提案されている(特許文献1を参照)。
また、例えば、アクロマートレンズ構造を有するレンズ層を備える固体撮像素子が提案されている(特許文献2を参照)。
さらに、例えば、受光する光の色に対応して異なった形状を有するマイクロレンズを備えて、隣接するマイクロレンズの端部同士が接触している固体撮像素子が提案されている(特許文献3を参照)。
特開2016−036004号公報 特開2007−158179号公報 特開2014−154662号公報
しかしながら、特許文献1〜3で提案された技術では、画質の更なる向上が図れないおそれがある。
そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、画質を向上させることができる固体撮像素子、及び固体撮像素子を搭載した電子装置を提供することを主目的とする。
本発明者らは、上述の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、画質を飛躍的に向上させることに成功し、本技術を完成するに至った。
すなわち、本技術では、まず、1次元又は2次元に配列された複数の画素毎に、光入射側から順に、オンチップレンズと、層内レンズと、反射防止層と、半導体基板とが、少なくとも配され、
該オンチップレンズの屈折率と該層内レンズの屈折率とは異なり、
該オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、該オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、該オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、該反射防止層から該層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、
alとacとが0.96〜1.04の範囲で、該オンチップレンズの該上部の曲率半径rl及び該オンチップレンズの該下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす、固体撮像素子を提供する。
Figure 2019091853
本技術に係る固体撮像素子は、画素間遮光膜を更に備えてよい。
本技術に係る固体撮像素子は、互いに隣接する画素間にハードマスク材を更に備えてよい。
本技術に係る固体撮像素子において、前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズの光入射側である上部が上凸形状であってよく、かつ、該少なくとも1つの層内レンズと接触して配される前記オンチップレンズの下部が上凸形状でよい。
本技術に係る固体撮像素子において、前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズの光入射側である上部が下凸形状であってよく、かつ、該少なくとも1つの層内レンズと接触して配される前記オンチップレンズの下部が下凸形状でよい。
本技術に係る固体撮像素子において、前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズの光入射側である上部が上凸形状であってよく、かつ、該少なくとも1つの層内レンズと接触して配される前記オンチップレンズの下部が上凸形状でよく、さらに、
前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズの光入射側である上部が下凸形状であってよく、かつ、該少なくとも1つの層内レンズと接触して配される前記オンチップレンズの下部が下凸形状でよい。
なお、オンチップレンズの下部が上凸形状であることは、オンチップレンズの下部が凹形状であることと同義であり、層内レンズ(後述するカラーフィルタも含む。)の光入射側である上部が下凸形状であることは、層内レンズ(後述するカラーフィルタも含む。)の光入射側である上部が凹形状であることと同義である。
本技術に係る固体撮像素子において、前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズが、特定の波長帯を透過させるカラーフィルタ特性を有してよい。
本技術に係る固体撮像素子は、前記オンチップレンズ上に、オンチップレンズ用反射防止膜を更に備えてよい。
また、本技術では、
半導体基板上の反射防止層の上方向に、互いに隣接する画素間に画素間遮光膜を形成する工程と、
層内レンズ材を、回転塗布して該回転塗布後に回転数を調整して乾燥させる工程と、
該層内レンズ材を該画素間遮光膜上か、又は該画素間遮光膜より内側に露光し現像して、層内レンズを形成する工程と、
オンチップレンズ材を回転塗布した後に母材レンズを塗布して、寸法を調整してパターニングする工程と、
寸法調整された母材レンズを融解させてエッチバックし、該オンチップレンズ材に曲率を転写させて、オンチップレンズを形成する工程と、を含み、
該オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、該オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、該オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、該反射防止層から該層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、
alとacとが0.96〜1.04の範囲で、該オンチップレンズの該上部の曲率半径rl及び該オンチップレンズの該下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす長さに加工される、固体撮像素子の製造方法を提供する。
Figure 2019091853
ただし、該数式(1)において、該オンチップレンズの光入射面側を上側としたとき、rl>0のときは、該オンチップレンズの上部は上凸形状であり、rl<0のときは該オンチップレンズの上部は下凸形状であり、rc>0のときは、該オンチップレンズの下部は上凸形状であり、rc<0のときは、該オンチップレンズの下部は下凸形状である。
本技術に係る固体撮像素子の製造方法は、互いに隣接する画素間にハードマスク材を形成する工程を更に含んでよい。
本技術に係る固体撮像素子の製造方法は、前記オンチップレンズ上に、オンチップレンズ用反射防止膜を形成する工程を更に含んでよい。
さらに、本技術では、
固体撮像素子が搭載されて、
該固体撮像素子が、
1次元又は2次元に配列された複数の画素毎に、光入射側から順に、オンチップレンズと、層内レンズと、反射防止層と半導体基板とが、少なくとも配され、
該オンチップレンズの屈折率と該層内レンズの屈折率とは異なり、
該オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、該オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、該オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、該反射防止層から該層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、
alとacとが0.96〜1.04の範囲で、該オンチップレンズの該上部の曲率半径rl及び該オンチップレンズの該下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす、電子装置を提供する。
Figure 2019091853
ただし、該数式(1)において、該オンチップレンズの光入射面側を上側としたとき、rl>0のときは、該オンチップレンズの上部は上凸形状であり、rl<0のときは該オンチップレンズの上部は下凸形状であり、rc>0のときは、該オンチップレンズの下部は上凸形状であり、rc<0のときは、該オンチップレンズの下部は下凸形状である。
本技術によれば、画質を向上させることができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した第1の実施形態の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第2の実施形態の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第3の実施形態の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第4の実施形態の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第5の実施形態の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第6の実施形態の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第7の実施形態の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第7の実施形態の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。 本技術を適用した第8の実施形態の固体撮像素子の製造方法の例を示す断面図である。 本技術を適用した第8の実施形態の固体撮像素子の製造方法の例を示す断面図である。 本技術を適用した第9の実施形態の固体撮像素子の製造方法の例を示す断面図である。 本技術を適用した第9の実施形態の固体撮像素子の製造方法の例を示す断面図である。 本技術を適用した第10の実施形態の固体撮像素子の製造方法の例を示す断面図である。 本技術を適用した第10の実施形態の固体撮像素子の製造方法の例を示す断面図である。 本技術を適用した第11の実施形態の固体撮像素子の製造方法の例を示す断面図である。 本技術を適用した第11の実施形態の固体撮像素子の製造方法の例を示す断面図である。 本技術を適用した第12の実施形態の固体撮像素子の製造方法の例を示す断面図である。 本技術を適用した第1〜第7の実施形態の固体撮像素子の使用例を示す図である。 本技術を適用した第13の実施形態に係る電子装置の一例の機能ブロック図である。
以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.本技術の概要
2.固体撮像素子に関する実施形態
2−1.第1の実施形態(固体撮像素子の例1)
2−2.第2の実施形態(固体撮像素子の例2)
2−3.第3の実施形態(固体撮像素子の例3)
2−4.第4の実施形態(固体撮像素子の例4)
2−5.第5の実施形態(固体撮像素子の例5)
2−6.第6の実施形態(固体撮像素子の例6)
2−7.第7の実施形態(固体撮像素子の例7)
3.固体撮像素子の製造方法に関する実施形態
3−1.第8の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例1)
3−2.第9の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例2)
3−3.第10の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例3)
3−4.第11の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例4)
3−5.第12の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例5)
4.電子装置に関する実施形態
4−1.第13の実施形態(電子装置の例)
5.本技術を適用した固体撮像素子の使用例
<1.本技術の概要>
本技術は、オンチップレンズの色収差に関して提言した固体撮像素子及びその固体撮像素子を搭載した電子装置に関する。本技術によれば、固体撮像素子の画質を向上させることができる。
アクロマート形状のオンチップレンズに関する技術がある。この技術では、凹レンズと凸レンズとに対して屈折率の大小関係が開示されて、波長帯によっては色収差を解決できないことがある。また、可視光帯においては、色収差を解決するためにアッベ数を用いた技術がある。光電変換層までの距離が大きく、凹レンズと凸レンズとの焦点距離だけでは色収差を解決できないことがある。また、アッベ数で定式化されているので可視光帯でしか有効でないことがある。さらに、画素毎に集光性を向上させる技術がある。この技術では、オンチップレンズの半径及び光電変換層までの距離が開示されておらず、追加の加工工程が必要な場合がある。
本技術は上記の事情を鑑みてなされたものである。本技術では、追加工程を必要とせずに、波長毎及び/又は画素毎にオンチップレンズの曲率を屈折率に応じて変化させることができる。
<2.固体撮像素子に関する実施形態>
[2−1.第1の実施形態(固体撮像素子の例1)]
本技術に係る第1の実施形態(固体撮像素子の例1)の固体撮像素子は、1次元又は2次元に配列された複数の画素毎に、光入射側から順に、オンチップレンズと、層内レンズと、反射防止層と、半導体基板とが、少なくとも配され、該オンチップレンズの屈折率と該層内レンズの屈折率とは異なり、該オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、該オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、該オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、該反射防止層から該層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、alとacとが0.96〜1.04の範囲で、該オンチップレンズの該上部の曲率半径rl及び該オンチップレンズの該下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす、固体撮像素子である。
Figure 2019091853
ただし、該数式(1)において、該オンチップレンズの光入射面側を上側としたとき、rl>0のときは、該オンチップレンズの上部は上凸形状であり、rl<0のときは該オンチップレンズの上部は下凸形状であり、rc>0のときは、該オンチップレンズの下部は上凸形状であり、rc<0のときは、該オンチップレンズの下部は下凸形状である。光は、性質上オンチップレンズで集光させても1点には集光せずに、波長に応じた広がりを有する。al及びacは、この広がりから認められるオンチップレンズの誤差範囲を意味する。なお、alは、オンチップレンズの上部(上面)の誤差範囲であり、acは、オンチップレンズの下部(下面)の誤差範囲である。
本技術に係る第1の実施形態の固体撮像素子によれば、画質が向上し、特には、オンチップレンズの色収差が低減されて、回避され得る。
図1に、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像素子の一例である固体撮像素子1−1を示す。図1は、固体撮像素子1−1の4画素分(画素100−1−1〜100−1−4)の断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは図1中の上方向を意味し、「下」とは、図1中の下方向を意味する。
画素100−1−1には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−1−Gと、緑色光(G光)が透過するカラーフィルタ3−1−Gと、絶縁層5−1と、反射防止層6−1と、半導体基板10−1とが配されている。半導体基板10−1には、緑色光(G光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−1のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−1−Gの上部(光入射面側であって、図1中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−1−Gの下部(図1中では下側)は下凸形状である。オンチップレンズ2−1−Gの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−1−Gの下部の曲率半径(rc)はrc<0である。カラーフィルタ3−1−Gの上部(光入射面側であって、図1中では上側)は下凸形状(凹形状)である。
オンチップレンズ2−1−Gは、下凸形状(凹形状)のカラーフィルタ3−1−Gより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−1−Gの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、カラーフィルタ3−1−Gの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−1−1において、反射防止層6−1から、カラーフィルタ3−1−Gの光入射側である上端部までの距離はhg−1である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−1−Gの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−1−Gの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−1−1(G光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−1−Gの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−1−Gの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−1−2には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−1−Rと、赤色光(R光)が透過するカラーフィルタ3−1−Rと、絶縁層5−1と、反射防止層6−1と、半導体基板10−1とが配されている。半導体基板10−1には、赤色光(R光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−1のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−1−Rの上部(光入射面側であって、図1中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−1−Rの下部(図1中では下側)は略平坦である。オンチップレンズ2−1−Gの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−1−Rの下部の曲率半径(rc)のrcは無限大である。カラーフィルタ3−1−Rの上部(光入射面側であって、図1中では上側)は略平坦である。
オンチップレンズ2−1−Rは、略平坦形状のカラーフィルタ3−1−Rより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−1−Rの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、カラーフィルタ3−1−Rの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−1−2において、反射防止層6−1から、カラーフィルタ3−1−Rの光入射側である上端部までの距離はhr−1である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−1−Rの上部の曲率半径(rl)は最適化される。上述したように、オンチップレンズ2−1−Rの下部の曲率半径(rc)は無限大である。これにより、画素100−1−2(R光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−1−Rの上部の曲率半径(rl)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−1−3には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−1−Bと、青色光(B光)が透過するカラーフィルタ3−1−Bと、絶縁層5−1と、反射防止層6−1と、半導体基板10−1とが配されている。半導体基板10−1には、青色光(B光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−1のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−1−Bの上部(光入射面側であって、図1中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−1−Bの下部(図1中では下側)は下凸形状である。オンチップレンズ2−1−Bの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−1−Bの下部の曲率半径(rc)はrc<0である。カラーフィルタ3−1−Bの上部(光入射面側であって、図1中では上側)は下凸形状(凹形状)である。
オンチップレンズ2−1−Bは、下凸形状(凹形状)のカラーフィルタ3−1−Bより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−1−Bの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、カラーフィルタ3−1−Bの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−1−3において、反射防止層6−1から、カラーフィルタ3−1−Bの光入射側である上端部までの距離はhb−1である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−1−Bの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−1−Bの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−1−3(B光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−1−Bの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−1−Bの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−1−4には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−1−Wと、緑色光、赤色光及び青色光(BGR(W)光)が透過する層内レンズ3−1−Wと、絶縁層5−1と、反射防止層6−1と、半導体基板10−1が配されている。半導体基板10−1には、白色光(BGR(W)光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−1のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−1−Wの上部(光入射面側であって、図1中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−1−Wの下部(図1中では下側)は下凸形状である。オンチップレンズ2−1−Wの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−1−Wの下部の曲率半径(rc)はrc<0である。層内レンズ3−1−Wの上部(光入射面側であって、図1中では上側)は下凸形状(凹形状)である。
オンチップレンズ2−1−Wは、下凸形状(凹形状)の層内レンズ3−1−Wより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−1−Wの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、層内レンズ3−1−Wの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−1−4において、反射防止層6−1から、層内レンズ3−1−Wの光入射側である上端部までの距離はhw−1である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−1−Wの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−1−Wの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−1−4(BGR(W)光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−1−Wの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−1−Wの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
半導体基板10−1の裏面(図1中では上面)の側において、画素分離部9−1−G、画素分離部9−1−GR、画素分離部9−1−RB、画素分離部9−1−BW及び画素分離部9−1−Wが、半導体基板10−1の内部に埋め込まれて形成されている。画素分離部9−1−G、画素分離部9−1−GR、画素分離部9−1−RB、画素分離部9−1−BW及び画素分離部9−1−Wは、4つの画素(画素100−1−1〜100−1−4)の間を区画して電気的に分離している。図1に示されるように、画素分離部9−1−Gは、シリコン酸化膜7−1−Gとシリコン窒化膜8−1−Gとから構成されてよく、画素分離部9−1−GRは、シリコン酸化膜7−1−GRとシリコン窒化膜8−1−GRとから構成されてよく、画素分離部9−1−RBは、シリコン酸化膜7−1−RBとシリコン窒化膜8−1−RBとから構成されてよく、画素分離部9−1−BWは、シリコン酸化膜7−1−BWとシリコン窒化膜8−1−BWとから構成されてよく、画素分離部9−1−Wは、シリコン酸化膜7−1−Wとシリコン窒化膜8−1−Wとから構成されてよい。
固体撮像素子1−1は、画素間遮光膜4−1−G、画素間遮光膜4−1−GR、画素間遮光膜4−1−RB、画素間遮光膜4−1−BW及び画素間遮光膜4−1−Wを備える。画素間遮光膜4−1−G、画素間遮光膜4−1−GR、画素間遮光膜4−1−RB、画素間遮光膜4−1−BW及び画素間遮光膜4−1−Wは、絶縁層5−1の直上であって、画素100−1−1〜画素100−1−4のそれぞれの画素境界に形成される。カラーフィルタ3−1−Gは、画素間遮光膜4−1−Gと画素間遮光膜4−1−GRとの間に埋め込められ、カラーフィルタ3−1−Rは、画素間遮光膜4−1−GRと画素間遮光膜4−1−RBとの間に埋め込められ、カラーフィルタ3−1−Bは、画素間遮光膜4−1−RBと画素間遮光膜4−1−BWとの間に埋め込められ、層内レンズ3−1−Wは、画素間遮光膜4−1−BWと画素間遮光膜4−1−Wとの間に埋め込められている。画素間遮光膜4−1−G、画素間遮光膜4−1−GR、画素間遮光膜4−1−RB、画素間遮光膜4−1−BW及び画素間遮光膜4−1−Wは、光を遮光する材料であればよく、遮光性が強く、かつ微細加工、例えばエッチングで精度よく加工できる材料として、金属、例えば、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、銅(Cu)等の膜で形成されてよい。
[2−2.第2の実施形態(固体撮像素子の例2)]
以下に、本技術に係る第2の実施形態(固体撮像素子の例2)の固体撮像素子について、説明をする。
本技術に係る第2の実施形態の固体撮像素子によれば、画質が向上し、特には、オンチップレンズの色収差が低減されて、回避され得る。
図2に、本技術に係る第2の実施形態の固体撮像素子の一例である固体撮像素子1−2を示す。図2は、固体撮像素子1−2の4画素分(画素100−2−1〜100−2−4)の断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは図2中の上方向を意味し、「下」とは、図2中の下方向を意味する。
画素100−2−1には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−2−Gと、緑色光(G光)が透過するカラーフィルタ3−2−Gと、絶縁層5−2と、反射防止層6−2と、半導体基板10−2とが配されている。半導体基板10−2には、緑色光(G光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−2のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−2−Gの上部(光入射面側であって、図2中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−2−Gの下部(図1中では下側)は上凸形状(凹形状)である。オンチップレンズ2−2−Gの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−2−Gの下部の曲率半径(rc)はrc>0である。カラーフィルタ3−2−Gの上部(光入射面側であって、図2中では上側)は上凸形状である。
オンチップレンズ2−2−Gは、上凸形状のカラーフィルタ3−2−Gより低屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−2−Gの屈折率としては、例えば、nl=1.35〜1.45でよい。一方、カラーフィルタ3−2−Gの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−2−1において、反射防止層6−2から、カラーフィルタ3−2−Gの光入射側である上端部までの距離はhg−2である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−2−Gの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−2−Gの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−2−1(G光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−2−Gの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−2−Gの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−2−2には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−2−Rと、赤色光(R光)が透過するカラーフィルタ3−2−Rと、絶縁層5−2と、反射防止層6−2と、半導体基板10−2とが配されている。半導体基板10−2には、赤色光(R光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−2のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−2−Rの上部(光入射面側であって、図2中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−2−Rの下部(図2中では下側)は上凸形状(凹形状)である。オンチップレンズ2−2−Rの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−2−Rの下部の曲率半径(rc)はrc>0である。カラーフィルタ3−2−Rの上部(光入射面側であって、図2中では上側)は上凸形状である。
オンチップレンズ2−2−Rは、上凸形状のカラーフィルタ3−2−Rより低屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−2−Rの屈折率としては、例えば、nl=1.35〜1.45でよい。一方、カラーフィルタ3−2−Rの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−2−2において、反射防止層6−2から、カラーフィルタ3−2−Rの光入射側である上端部までの距離はhr−2である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−2−Rの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−2−Rの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−2−2(R光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−2−Rの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−2−Rの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−2−3には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−2−Bと、青色光(B光)が透過するカラーフィルタ3−2−Bと、絶縁層5−2と、反射防止層6−2と、半導体基板10−2とが配されている。半導体基板10−2には、青色光(B光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−2のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−2−Bの上部(光入射面側であって、図2中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−2−Bの下部(図2中では下側)は上凸形状(凹形状)である。オンチップレンズ2−2−Bの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−2−Bの下部の曲率半径(rc)はrc>0である。カラーフィルタ3−2−Bの上部(光入射面側であって、図2中では上側)は上凸形状である。
オンチップレンズ2−2−Bは、上凸形状のカラーフィルタ3−2−Bより低屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−2−Bの屈折率としては、例えば、nl=1.35〜1.45でよい。一方、カラーフィルタ3−2−Bの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−2−3において、反射防止層6−2から、カラーフィルタ3−2−Bの光入射側である上端部までの距離はhb−2である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−2−Bの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−2−Bの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−2−3(B光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−2−Bの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−2−Bの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−2−4には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−2−Wと、緑色光、赤色光及び青色光(BGR(W)光)が透過する層内レンズ3−2−Wと、絶縁層5−2と、反射防止層6−2と、半導体基板10−2とが配されている。半導体基板10−2には、白色光(BGR(W)光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−2のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−2−Wの上部(光入射面側であって、図2中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−2−Wの下部(図2中では下側)は上凸形状(凹形状)である。オンチップレンズ2−2−Wの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−2−Wの下部の曲率半径(rc)はrc>0である。層内レンズ3−2−Wの上部(光入射面側であって、図2中では上側)は上凸形状である。
オンチップレンズ2−2−Wは、上凸形状の層内レンズ3−2−Wより低屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−2−Wの屈折率としては、例えば、nl=1.35〜1.45でよい。一方、層内レンズ3−2−Wの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−2−4において、反射防止層6−2から、層内レンズ3−2−Wの光入射側である上端部までの距離はhw−2である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−2−Wの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−2−Wの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−2−4(BGR(W)光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−2−Wの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−2−Wの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
半導体基板10−2の裏面(図2中では上面)の側において、画素分離部9−2−G、画素分離部9−2−GR、画素分離部9−2−RB、画素分離部9−2−BW及び画素分離部9−2−Wが、半導体基板10−2の内部に埋め込まれて形成されている。画素分離部9−2−G、画素分離部9−2−GR、画素分離部9−2−RB、画素分離部9−2−BW及び画素分離部9−2−Wは、4つの画素(画素100−2−1〜100−2−4)の間を区画して電気的に分離している。図2に示されるように、画素分離部9−2−Gは、シリコン酸化膜7−2−Gとシリコン窒化膜8−2−Gとから構成されてよく、画素分離部9−2−GRは、シリコン酸化膜7−2−GRとシリコン窒化膜8−2−GRとから構成されてよく、画素分離部9−2−RBは、シリコン酸化膜7−2−RBとシリコン窒化膜8−2−RBとから構成されてよく、画素分離部9−2−BWは、シリコン酸化膜7−2−BWとシリコン窒化膜8−2−BWとから構成されてよく、画素分離部9−2−Wは、シリコン酸化膜7−2−Wとシリコン窒化膜8−2−Wとから構成されてよい。
固体撮像素子1−2は、画素間遮光膜4−2−G、画素間遮光膜4−2−GR、画素間遮光膜4−2−RB、画素間遮光膜4−2−BW及び画素間遮光膜4−2−Wを備える。画素間遮光膜4−2−G、画素間遮光膜4−2−GR、画素間遮光膜4−2−RB、画素間遮光膜4−2−BW及び画素間遮光膜4−2−Wは、絶縁層5−2の直上であって、画素100−2−1〜画素100−2−4のそれぞれの画素境界に形成される。カラーフィルタ3−2−Gは、画素間遮光膜4−2−Gと画素間遮光膜4−2−GRとの間に埋め込められ、カラーフィルタ3−2−Rは、画素間遮光膜4−2−GRと画素間遮光膜4−2−RBとの間に埋め込められ、カラーフィルタ3−2−Bは、画素間遮光膜4−2−RBと画素間遮光膜4−2−BWとの間に埋め込められ、層内レンズ3−2−Wは、画素間遮光膜4−2−BWと画素間遮光膜4−2−Wとの間に埋め込められている。画素間遮光膜4−2−G、画素間遮光膜4−2−GR、画素間遮光膜4−2−RB、画素間遮光膜4−2−BW及び画素間遮光膜4−2−Wは、光を遮光する材料であればよく、遮光性が強く、かつ微細加工、例えばエッチングで精度よく加工できる材料として、金属、例えば、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、銅(Cu)等の膜で形成されてよい。
[2−3.第3の実施形態(固体撮像素子の例3)]
以下に、本技術に係る第3の実施形態(固体撮像素子の例3)の固体撮像素子について、説明をする。
本技術に係る第3の実施形態の固体撮像素子によれば、画質が向上し、特には、オンチップレンズの色収差が低減されて、回避され得る。
図3に、本技術に係る第3の実施形態の固体撮像素子の一例である固体撮像素子1−3を示す。図3は、固体撮像素子1−3の4画素分(画素100−3−1〜100−3−4)の断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは図3中の上方向を意味し、「下」とは、図3中の下方向を意味する。
画素100−3−1には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−3−Gと、緑色光(G光)が透過するカラーフィルタ3−3−Gと、絶縁層5−3と、反射防止層6−3と、半導体基板10−3とが配されている。半導体基板10−3には、緑色光(G光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−3のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−3−Gの上部(光入射面側であって、図3中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−3−Gの下部(図3中では下側)は下凸形状である。オンチップレンズ2−3−Gの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−3−Gの下部の曲率半径(rc)はrc<0である。カラーフィルタ3−3−Gの上部(光入射面側であって、図3中では上側)は下凸形状(凹形状)である。
オンチップレンズ2−3−Gは、下凸形状(凹形状)のカラーフィルタ3−3−Gより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−3−Gの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、カラーフィルタ3−3−Gの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−3−1において、反射防止層6−3から、カラーフィルタ3−3−Gの光入射側である上端部までの距離はhg−3である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−3−Gの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−3−Gの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−3−1(G光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−3−Gの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−3−Gの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−3−2には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−3−Rと、赤色光(R光)が透過するカラーフィルタ3−3−Rと、絶縁層5−3と、反射防止層6−3と、半導体基板10−3とが配されている。半導体基板10−3には、赤色光(R光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−3のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−3−Rの上部(光入射面側であって、図3中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−3−Rの下部(図2中では下側)は上凸形状(凹形状)である。オンチップレンズ2−3−Rの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−3−Rの下部の曲率半径(rc)はrc>0である。カラーフィルタ3−3−Rの上部(光入射面側であって、図3中では上側)は上凸形状である。
上凸形状のカラーフィルタ3−3−Rは、オンチップレンズ2−3−Rより同程度の屈折率か又は高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−3−Rの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、カラーフィルタ3−3−Rの屈折率としては、例えば、nc=1.75〜1.85でよい。画素100−3−2において、反射防止層6−2から、カラーフィルタ3−3−Rの光入射側である上端部までの距離はhr−3である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−3−Rの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−3−Rの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−3−2(R光)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−3−Rの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−3−Rの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−3−3には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−3−Bと、青色光(B光)が透過するカラーフィルタ3−3−Bと、絶縁層5−3と、反射防止層6−3と、半導体基板10−3が配されている。半導体基板10−3には、青色光(B光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−3のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−3−Bの上部(光入射面側であって、図3中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−3−Bの下部(図3中では下側)は下凸形状である。オンチップレンズ2−3−Bの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−3−Bの下部の曲率半径(rc)はrc<0である。カラーフィルタ3−3−Bの上部(光入射面側であって、図3中では上側)は下凸形状(凹形状)である。
オンチップレンズ2−3−Bは、下凸形状(凹形状)のカラーフィルタ3−3−Bより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−3−Bの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、カラーフィルタ3−3−Bの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−3−3において、反射防止層6−3から、カラーフィルタ3−3−Bの光入射側である上端部までの距離はhb−3である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−3−Bの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−3−Rの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−3−3(B光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−3−Bの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−3−Bの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−3−4には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−3−Wと、緑色光、赤色光及び青色光(BGR(W)光)が透過する層内レンズ3−3−Wと、絶縁層5−3と、反射防止層6−3と、半導体基板10−3とが配されている。半導体基板10−3には、白色光(BGR(W)光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−3のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−3−Wの上部(光入射面側であって、図3中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−3−Wの下部(図3中では下側)は下凸形状である。オンチップレンズ2−3−Wの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−3−Wの下部の曲率半径(rc)はrc<0である。層内レンズ3−3−Wの上部(光入射面側であって、図3中では上側)は下凸形状(凹形状)である。
オンチップレンズ2−3−Wは、下凸形状(凹形状)の層内レンズ3−3−Wより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−3−Wの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、層内レンズ3−3−Wの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−3−4において、反射防止層6−3から、層内レンズ3−3−Wの光入射側である上端部までの距離はhw−3である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−3−Wの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−3−Wの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−3−4(BGR(W)光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−3−Wの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−3−Wの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
半導体基板10−3の裏面(図3中では上面)の側において、画素分離部9−3−G、画素分離部9−3−GR、画素分離部9−3−RB、画素分離部9−3−BW及び画素分離部9−3−Wが、半導体基板10−3の内部に埋め込まれて形成されている。画素分離部9−3−G、画素分離部9−3−GR、画素分離部9−3−RB、画素分離部9−3−BW及び画素分離部9−3−Wは、4つの画素(画素100−3−1〜100−3−4)の間を区画して電気的に分離している。図3に示されるように、画素分離部9−3−Gは、シリコン酸化膜7−3−Gとシリコン窒化膜8−3−Gとから構成されてよく、画素分離部9−3−GRは、シリコン酸化膜7−3−GRとシリコン窒化膜8−3−GRとから構成されてよく、画素分離部9−3−RBは、シリコン酸化膜7−3−RBとシリコン窒化膜8−3−RBとから構成されてよく、画素分離部9−3−BWは、シリコン酸化膜7−3−BWとシリコン窒化膜8−3−BWとから構成されてよく、画素分離部9−3−Wは、シリコン酸化膜7−3−Wとシリコン窒化膜8−3−Wとから構成されてよい。
固体撮像素子1−3は、画素間遮光膜4−3−G、画素間遮光膜4−3−GR、画素間遮光膜4−3−RB、画素間遮光膜4−3−BW及び画素間遮光膜4−3−Wを備える。画素間遮光膜4−3−G、画素間遮光膜4−3−GR、画素間遮光膜4−3−RB、画素間遮光膜4−3−BW及び画素間遮光膜4−3−Wは、絶縁層5−3の直上であって、画素100−3−1〜画素100−3−4のそれぞれの画素境界に形成される。カラーフィルタ3−3−Gは、画素間遮光膜4−3−Gと画素間遮光膜4−3−GRとの間に埋め込められ、カラーフィルタ3−3−Rは、画素間遮光膜4−3−GRと画素間遮光膜4−3−RBとの間に埋め込められ、カラーフィルタ3−3−Bは、画素間遮光膜4−3−RBと画素間遮光膜4−3−BWとの間に埋め込められ、層内レンズ3−3−Wは、画素間遮光膜4−3−BWと画素間遮光膜4−3−Wとの間に埋め込められている。画素間遮光膜4−3−G、画素間遮光膜4−3−GR、画素間遮光膜4−3−RB、画素間遮光膜4−3−BW及び画素間遮光膜4−3−Wは、光を遮光する材料であればよく、遮光性が強く、かつ微細加工、例えばエッチングで精度よく加工できる材料として、金属、例えば、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、銅(Cu)等の膜で形成されてよい。
[2−4.第4の実施形態(固体撮像素子の例4)]
以下に、本技術に係る第4の実施形態(固体撮像素子の例4)の固体撮像素子について、説明をする。
本技術に係る第4の実施形態の固体撮像素子によれば、画質が向上し、特には、オンチップレンズの色収差が低減されて、回避され得る。
図4に、本技術に係る第4の実施形態の固体撮像素子の一例である固体撮像素子1−4を示す。図4は、固体撮像素子1−4の4画素分(画素100−4−1〜100−4−4)の断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは図4中の上方向を意味し、「下」とは、図4中の下方向を意味する。
画素100−4−1には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−4−Gと、緑色光(G光)が透過するカラーフィルタ3−4−Gと、絶縁層5−4と、反射防止層6−4と、半導体基板10−4とが配されている。半導体基板10−4には、緑色光(G光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−4のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−4−Gの上部(光入射面側であって、図4中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−4−Gの下部(図4中では下側)は下凸形状である。オンチップレンズ2−4−Gの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−4−Gの下部の曲率半径(rc)はrc<0である。カラーフィルタ3−4−Gの上部(光入射面側であって、図4中では上側)は下凸形状(凹形状)である。
オンチップレンズ2−4−Gは、下凸形状(凹形状)のカラーフィルタ3−4−Gより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−4−Gの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、カラーフィルタ3−4−Gの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−4−1において、反射防止層6−4から、カラーフィルタ3−4−Gの光入射側である上端部までの距離はhg−4である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−4−Gの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−4−Gの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−4−1(G光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−4−Gの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−4−Gの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−4−2には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−4−Rと、赤色光(R光)が透過するカラーフィルタ3−4−Rと、絶縁層5−4と、反射防止層6−4と、半導体基板10−4とが配されている。半導体基板10−4には、赤色光(R光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−4のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−4−Rの上部(光入射面側であって、図4中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−4−Rの下部(図4中では下側)は略平坦である。オンチップレンズ2−4−Gの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−4−Gの下部の曲率半径(rc)のrcは無限大である。カラーフィルタ3−4−Rの上部(光入射面側であって、図4中では上側)は略平坦である。
オンチップレンズ2−4−Rは、略平坦形状のカラーフィルタ3−4−Rより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−4−Rの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、カラーフィルタ3−4−Rの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−4−2において、反射防止層6−4から、カラーフィルタ3−4−Rの光入射側である上端部までの距離はhr−4である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−4−Rの上部の曲率半径(rl)は最適化される。上述したように、オンチップレンズ2−4−Rの下部の曲率半径(rc)は無限大である。これにより、画素100−4−2(R光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−4−Rの上部の曲率半径(rl)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−4−3には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−4−Bと、青色光(B光)が透過するカラーフィルタ3−4−Bと、絶縁層5−4と、反射防止層6−4と、半導体基板10−4とが配されている。半導体基板10−4には、青色光(B光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−4のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−4−Bの上部(光入射面側であって、図4中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−4−Bの下部(図4中では下側)は下凸形状である。オンチップレンズ2−4−Bの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−4−Bの下部の曲率半径(rc)はrc<0である。カラーフィルタ3−4−Bの上部(光入射面側であって、図4中では上側)は下凸形状(凹形状)である。
オンチップレンズ2−4−Bは、下凸形状(凹形状)のカラーフィルタ3−4−Bより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−4−Bの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、カラーフィルタ3−4−Bの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−4−3において、反射防止層6−4から、カラーフィルタ3−4−Bの光入射側である上端部までの距離はhb−4である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−4−Bの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−4−Bの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−4−3(B光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−4−Bの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−4−Bの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−4−4には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−4−Wと、緑色光、赤色光及び青色光(BGR(W)光)が透過する層内レンズ3−4−Wと、絶縁層5−4と、反射防止層6−4と、半導体基板10−4とが配されている。半導体基板10−4には、白色光(BGR(W)光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−4のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−4−Wの上部(光入射面側であって、図4中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−4−Wの下部(図4中では下側)は下凸形状である。オンチップレンズ2−4−Wの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−4−Wの下部の曲率半径(rc)はrc<0である。層内レンズ3−4−Wの上部(光入射面側であって、図4中では上側)は下凸形状(凹形状)である。
オンチップレンズ2−4−Wは、下凸形状(凹形状)のカラーフィルタ3−4−Wより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−4−Wの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、層内レンズ3−4−Wの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−1−4において、反射防止層6−1から、層内レンズ3−4−Wの光入射側である上端部までの距離はhw−4である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−4−Wの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−4−Wの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−4−4(BGR(W)光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−4−Wの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−4−Wの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
半導体基板10−4の裏面(図4中では上面)の側において、画素分離部9−4−G、画素分離部9−4−GR、画素分離部9−4−RB、画素分離部9−4−BW及び画素分離部9−4−Wが、半導体基板10−4の内部に埋め込まれて形成されている。画素分離部9−4−G、画素分離部9−4−GR、画素分離部9−4−RB、画素分離部9−4−BW及び画素分離部9−4−Wは、4つの画素(画素100−4−1〜100−4−4)の間を区画して電気的に分離している。図4に示されるように、画素分離部9−4−Gは、シリコン酸化膜7−4−Gとシリコン窒化膜8−4−Gとから構成されてよく、画素分離部9−4−GRは、シリコン酸化膜7−4−GRとシリコン窒化膜8−4−GRとから構成されてよく、画素分離部9−4−RBは、シリコン酸化膜7−4−RBとシリコン窒化膜8−4−RBとから構成されてよく、画素分離部9−4−BWは、シリコン酸化膜7−4−BWとシリコン窒化膜8−4−BWとから構成されてよく、画素分離部9−4−Wは、シリコン酸化膜7−4−Wとシリコン窒化膜8−4−Wとから構成されてよい。
固体撮像素子1−4は、画素間遮光膜4−4−G、画素間遮光膜4−4−GR、画素間遮光膜4−4−RB、画素間遮光膜4−4−BW及び画素間遮光膜4−4−Wを備える。固体撮像素子1−4は、更に、ハードマスク材40−4−G、ハードマスク材40−4−GR、ハードマスク材40−4−RB、ハードマスク材40−4−BW及びハードマスク材40−4−Wを備える。画素間遮光膜4−4−G、画素間遮光膜4−4−GR、画素間遮光膜4−4−RB、画素間遮光膜4−4−BW及び画素間遮光膜4−4−Wは、絶縁層5−4の直上であって、画素100−4−1〜画素100−4−4のそれぞれの画素境界に形成される。ハードマスク材40−4−G、ハードマスク材40−4−GR、ハードマスク材40−4−RB、ハードマスク材40−4−BW及びハードマスク材40−4−Wのそれぞれは、画素間遮光膜4−4−G、画素間遮光膜4−4−GR、画素間遮光膜4−4−RB、画素間遮光膜4−4−BW及び画素間遮光膜4−4−Wのそれぞれの直上であって、画素100−4−1〜画素100−4−4のそれぞれの画素境界に形成される。ハードマスク材40−4−Gは、シリコン酸化膜41−4−Gとシリコン窒化膜42−4−Gとから構成されてよく、ハードマスク材40−4−GRは、シリコン酸化膜41−4−GRとシリコン窒化膜42−4−GRとから構成されてよく、ハードマスク材40−4−RBは、シリコン酸化膜41−4−RBとシリコン窒化膜42−4−RBとから構成されてよく、ハードマスク材40−4−BWは、シリコン酸化膜41−4−BWとシリコン窒化膜42−4−BWとから構成されてよく、ハードマスク材40−4−Wは、シリコン酸化膜41−4−Wとシリコン窒化膜42−4−Wとから構成されてよい。そして、図4に示されるように、シリコン窒化膜42−4−G、シリコン窒化膜42−4−GR、シリコン窒化膜42−4−RB、シリコン窒化膜42−4−BW及びシリコン窒化膜42−4−Wのそれぞれが、画素間遮光膜4−4−G、画素間遮光膜4−4−GR、画素間遮光膜4−4−RB、画素間遮光膜4−4−BW及び画素間遮光膜4−4−Wのそれぞれの直上に配されている。
図4に示されるように、カラーフィルタ3−4−Gは、画素間遮光膜4−4−G及びハードマスク材40−4−Gと、画素間遮光膜4−4−GR及びハードマスク材40−4−GRとの間に埋め込められている。カラーフィルタ3−4−Rは、画素間遮光膜4−4−GR及びハードマスク材40−4−GRと、画素間遮光膜4−4−RB及びハードマスク材40−4−RBとの間に埋め込められている。カラーフィルタ3−4−Bは、画素間遮光膜4−4−RB及びハードマスク材40−4−RBと、画素間遮光膜4−4−BW及びハードマスク材40−4−BWとの間に埋め込められている。カラーフィルタ3−4−Wは、画素間遮光膜4−4−BW及びハードマスク材40−4−BWと、画素間遮光膜4−4−W及びハードマスク材40−4−Wとの間に埋め込められている。
画素間遮光膜4−4−G、画素間遮光膜4−4−GR、画素間遮光膜4−4−RB、画素間遮光膜4−4−BW及び画素間遮光膜4−4−Wは、光を遮光する材料であればよく、遮光性が強く、かつ微細加工、例えばエッチングで精度よく加工できる材料として、金属、例えば、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、銅(Cu)等の膜で形成されてよい。
固体撮像素子1−4において、画素間遮光膜4−4−G、画素間遮光膜4−4−GR、画素間遮光膜4−4−RB、画素間遮光膜4−4−BW及び画素間遮光膜4−4−Wが形成される際に、レジストマスクと選択比が取れないときや取りにくいときに、ハードマスク材40−4−G、ハードマスク材40−4−GR、ハードマスク材40−4−RB、ハードマスク材40−4−BW及びハードマスク材40−4−Wを用いて、ハードマスク加工することができる。図4に示されるように、ハードマスク材40−4−G、ハードマスク材40−4−GR、ハードマスク材40−4−RB、ハードマスク材40−4−BW及びハードマスク材40−4−Wのそれぞれは、画素間遮光膜4−4−G、画素間遮光膜4−4−GR、画素間遮光膜4−4−RB、画素間遮光膜4−4−BW及び画素間遮光膜4−4−Wのそれぞれの直上に残ったままでよい。
[2−5.第5の実施形態(固体撮像素子の例5)]
以下に、本技術に係る第5の実施形態(固体撮像素子の例5)の固体撮像素子について、説明をする。
本技術に係る第5の実施形態の固体撮像素子によれば、画質が向上し、特には、オンチップレンズの色収差が低減されて、回避され得る。
図5に、本技術に係る第5の実施形態の固体撮像素子の一例である固体撮像素子1−5を示す。図5は、固体撮像素子1−5の4画素分(画素100−5−1〜100−5−4)の断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは図5中の上方向を意味し、「下」とは、図5中の下方向を意味する。
画素100−5−1には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−5−Gと、緑色光(G光)が透過するカラーフィルタ3−5−Gと、絶縁層5−5と、反射防止層6−5と、半導体基板10−5とが配されている。半導体基板10−5には、緑色光(G光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−5のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−5−Gの上部(光入射面側であって、図5中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−5−Gの下部(図5中では下側)は上凸形状(凹形状)である。オンチップレンズ2−5−Gの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−5−Gの下部の曲率半径(rc)はrc>0である。カラーフィルタ3−5−Gの上部(光入射面側であって、図5中では上側)は上凸形状である。
オンチップレンズ2−5−Gは、上凸形状のカラーフィルタ3−5−Gより低屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−5−Gの屈折率としては、例えば、nl=1.35〜1.45でよい。一方、カラーフィルタ3−5−Gの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−5−1において、反射防止層6−5から、カラーフィルタ3−5−Gの光入射側である上端部までの距離はhg−5である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−5−Gの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−5−Gの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−5−1(G光)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−5−Gの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−5−Gの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−5−2には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−5−Rと、赤色光(R光)が透過するカラーフィルタ3−5−Rと、絶縁層5−5と、反射防止層6−5と、半導体基板10−5とが配されている。半導体基板10−5には、赤色光(R光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−5のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−5−Rの上部(光入射面側であって、図5中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−5−Rの下部(図5中では下側)は上凸形状(凹形状)である。オンチップレンズ2−5−Rの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−5−Rの下部の曲率半径(rc)はrc>0である。カラーフィルタ3−5−Rの上部(光入射面側であって、図5中では上側)は上凸形状である。
オンチップレンズ2−5−Rは、上凸形状のカラーフィルタ3−5−Rより低屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−5−Rの屈折率としては、例えば、nl=1.35〜1.45でよい。一方、カラーフィルタ3−5−Rの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−5−2において、反射防止層6−5から、カラーフィルタ3−5−Rの光入射側である上端部までの距離はhg−5である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−5−Rの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−5−Rの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−5−2(R光)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−5−Rの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−5−Rの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−5−3には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−5−Bと、青色光(B光)が透過するカラーフィルタ3−5−Bと、絶縁層5−5と、反射防止層6−5と、半導体基板10−5とが配されている。半導体基板10−5には、青色光(B光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−5のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−5−Bの上部(光入射面側であって、図5中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−5−Bの下部(図2中では下側)は上凸形状(凹形状)である。オンチップレンズ2−5−Bの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−5−Bの下部の曲率半径(rc)はrc>0である。カラーフィルタ3−5−Bの上部(光入射面側であって、図2中では上側)は上凸形状である。
オンチップレンズ2−5−Bは、上凸形状のカラーフィルタ3−5−Bより低屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−5−Bの屈折率としては、例えば、nl=1.35〜1.45でよい。一方、カラーフィルタ3−5−Bの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−5−3において、反射防止層6−5から、カラーフィルタ3−5−Bの光入射側である上端部までの距離はhb−5である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−5−Bの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−5−Bの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−5−3(B光)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−5−Bの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−5−Bの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−5−4には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−5−Wと、緑色光、赤色光及び青色光(BGR(W)光)が透過する層内レンズ3−5−Wと、絶縁層5−5と、反射防止層6−5と、半導体基板10−5とが配されている。半導体基板10−5には、白色光(BGR(W)光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−5のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−5−Wの上部(光入射面側であって、図5中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−5−Wの下部(図5中では下側)は上凸形状(凹形状)である。オンチップレンズ2−5−Wの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−5−Wの下部の曲率半径(rc)はrc>0である。層内レンズ3−5−Wの上部(光入射面側であって、図5中では上側)は上凸形状である。
オンチップレンズ2−5−Wは、上凸形状の層内レンズ3−5−Wより低屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−5−Wの屈折率としては、例えば、nl=1.35〜1.45でよい。一方、層内レンズ3−5−Wの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−5−4において、反射防止層6−5から、層内レンズ3−5−Wの光入射側である上端部までの距離はhw−5である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−5−Wの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−5−Wの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−5−4(BGR(W)光)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−5−Wの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−5−Wの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
半導体基板10−5の裏面(図5中では上面)の側において、画素分離部9−5−G、画素分離部9−5−GR、画素分離部9−5−RB、画素分離部9−5−BW及び画素分離部9−5−Wが、半導体基板10−5の内部に埋め込まれて形成されている。画素分離部9−5−G、画素分離部9−5−GR、画素分離部9−5−RB、画素分離部9−5−BW及び画素分離部9−5−Wは、4つの画素(画素100−5−1〜100−5−4)の間を区画して電気的に分離している。図5に示されるように、画素分離部9−5−Gは、シリコン酸化膜7−5−Gとシリコン窒化膜8−5−Gとから構成されてよく、画素分離部9−5−GRは、シリコン酸化膜7−5−GRとシリコン窒化膜8−5−GRとから構成されてよく、画素分離部9−5−RBは、シリコン酸化膜7−5−RBとシリコン窒化膜8−5−RBとから構成されてよく、画素分離部9−5−BWは、シリコン酸化膜7−5−BWとシリコン窒化膜8−5−BWとから構成されてよく、画素分離部9−5−Wは、シリコン酸化膜7−5−Wとシリコン窒化膜8−5−Wとから構成されてよい。
固体撮像素子1−5は、画素間遮光膜4−5−G、画素間遮光膜4−5−GR、画素間遮光膜4−5−RB、画素間遮光膜4−5−BW及び画素間遮光膜4−5−Wを備える。固体撮像素子1−5は、更に、ハードマスク材40−5−G、ハードマスク材40−5−GR、ハードマスク材40−5−RB、ハードマスク材40−5−BW及びハードマスク材40−5−Wを備える。画素間遮光膜4−5−G、画素間遮光膜4−5−GR、画素間遮光膜4−5−RB、画素間遮光膜4−5−BW及び画素間遮光膜4−5−Wは、絶縁層5−5の直上であって、画素100−5−1〜画素100−5−4のそれぞれの画素境界に形成される。ハードマスク材40−5−G、ハードマスク材40−5−GR、ハードマスク材40−5−RB、ハードマスク材40−5−BW及びハードマスク材40−5−Wのそれぞれは、画素間遮光膜4−5−G、画素間遮光膜4−5−GR、画素間遮光膜4−5−RB、画素間遮光膜4−5−BW及び画素間遮光膜4−5−Wのそれぞれの直上であって、画素100−5−1〜画素100−5−4のそれぞれの画素境界に形成される。ハードマスク材40−5−Gは、シリコン酸化膜41−5−Gとシリコン窒化膜42−5−Gとから構成されてよく、ハードマスク材40−5−GRは、シリコン酸化膜41−5−GRとシリコン窒化膜42−5−GRとから構成されてよく、ハードマスク材40−5−RBは、シリコン酸化膜41−5−RBとシリコン窒化膜42−5−RBとから構成されてよく、ハードマスク材40−5−BWは、シリコン酸化膜41−5−BWとシリコン窒化膜42−5−BWとから構成されてよく、ハードマスク材40−5−Wは、シリコン酸化膜41−5−Wとシリコン窒化膜42−5−Wとから構成されてよい。そして、図5に示されるように、シリコン窒化膜42−5−G、シリコン窒化膜42−5−GR、シリコン窒化膜42−5−RB、シリコン窒化膜42−5−BW及びシリコン窒化膜42−5−Wのそれぞれが、画素間遮光膜4−5−G、画素間遮光膜4−5−GR、画素間遮光膜4−5−RB、画素間遮光膜4−5−BW及び画素間遮光膜4−5−Wのそれぞれの直上に配されている。
図5に示されるように、カラーフィルタ3−5−Gは、画素間遮光膜4−5−G及びハードマスク材40−5−Gと、画素間遮光膜4−5−GR及びハードマスク材40−5−GRとの間に埋め込められている。カラーフィルタ3−5−Rは、画素間遮光膜4−5−GR及びハードマスク材40−5−GRと、画素間遮光膜4−5−RB及びハードマスク材40−5−RBとの間に埋め込められている。カラーフィルタ3−5−Bは、画素間遮光膜4−5−RB及びハードマスク材40−5−RBと、画素間遮光膜4−5−BW及びハードマスク材40−5−BWとの間に埋め込められている。層内レンズ3−5−Wは、画素間遮光膜4−5−BW及びハードマスク材40−5−BWと、画素間遮光膜4−5−W及びハードマスク材40−5−Wとの間に埋め込められている。
画素間遮光膜4−5−G、画素間遮光膜4−5−GR、画素間遮光膜4−5−RB、画素間遮光膜4−5−BW及び画素間遮光膜4−5−Wは、光を遮光する材料であればよく、遮光性が強く、かつ微細加工、例えばエッチングで精度よく加工できる材料として、金属、例えば、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、銅(Cu)等の膜で形成されてよい。
固体撮像素子1−5において、画素間遮光膜4−5−G、画素間遮光膜4−5−GR、画素間遮光膜4−5−RB、画素間遮光膜4−5−BW及び画素間遮光膜4−5−Wが形成される際に、レジストマスクと選択比が取れないときや取りにくいときに、ハードマスク材40−5−G、ハードマスク材40−5−GR、ハードマスク材40−5−RB、ハードマスク材40−5−BW及びハードマスク材40−5−Wを用いて、ハードマスク加工することができる。図5に示されるように、ハードマスク材40−5−G、ハードマスク材40−5−GR、ハードマスク材40−5−RB、ハードマスク材40−5−BW及びハードマスク材40−5−Wのそれぞれは、画素間遮光膜4−5−G、画素間遮光膜4−5−GR、画素間遮光膜4−5−RB、画素間遮光膜4−5−BW及び画素間遮光膜4−5−Wのそれぞれの直上に残ったままでよい。
[2−6.第6の実施形態(固体撮像素子の例6)]
以下に、本技術に係る第6の実施形態(固体撮像素子の例6)の固体撮像素子について、説明をする。
本技術に係る第6の実施形態の固体撮像素子によれば、画質が向上し、特には、オンチップレンズの色収差が低減されて、回避され得る。
図6に、本技術に係る第6の実施形態の固体撮像素子の一例である固体撮像素子1−6を示す。図6は、固体撮像素子1−6の4画素分(画素100−6−1〜100−6−4)の断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは図6中の上方向を意味し、「下」とは、図6中の下方向を意味する。
画素100−6−1には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−6−Gと、緑色光(G光)が透過するカラーフィルタ3−6−Gと、絶縁層5−6と、反射防止層6−6と、半導体基板10−6とが配されている。半導体基板10−6には、緑色光(G光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−6のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−6−Gの上部(光入射面側であって、図6中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−6−Gの下部(図6中では下側)は下凸形状である。オンチップレンズ2−6−Gの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−6−Gの下部の曲率半径(rc)はrc<0である。カラーフィルタ3−6−Gの上部(光入射面側であって、図6中では上側)は下凸形状(凹形状)である。
オンチップレンズ2−6−Gは、下凸形状(凹形状)のカラーフィルタ3−6−Gより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−6−Gの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、カラーフィルタ3−6−Gの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−6−1において、反射防止層6−6から、カラーフィルタ3−6−Gの光入射側である上端部までの距離はhg−6である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−6−Gの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−6−Gの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−6−1(G光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−6−Gの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−6−Gの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−6−2には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−6−Rと、赤色光(R光)が透過するカラーフィルタ3−6−Rと、絶縁層5−6と、反射防止層6−6と、半導体基板10−6とが配されている。半導体基板10−6には、赤色光(R光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−6のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−6−Rの上部(光入射面側であって、図6中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−6−Rの下部(図6中では下側)は上凸形状(凹形状)である。オンチップレンズ2−6−Rの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−6−Rの下部の曲率半径(rc)はrc>0である。カラーフィルタ3−6−Rの上部(光入射面側であって、図6中では上側)は上凸形状である。
上凸形状のカラーフィルタ3−6−Rは、オンチップレンズ2−6−Rより同程度の屈折率か又は高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−6−Rの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、カラーフィルタ3−6−Rの屈折率としては、例えば、nc=1.75〜1.85でよい。画素100−6−2において、反射防止層6−6から、カラーフィルタ3−6−Rの光入射側である上端部までの距離はhr−6である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−6−Rの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−6−Rの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−6−2(R光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−6−Rの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−6−Rの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−6−3には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−6−Bと、青色光(B光)が透過するカラーフィルタ3−6−Bと、絶縁層5−6と、反射防止層6−6と、半導体基板10−6とが配されている。半導体基板10−6には、青色光(B光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−6のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−6−Bの上部(光入射面側であって、図6中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−6−Bの下部(図6中では下側)は下凸形状である。オンチップレンズ2−6−Bの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−6−Bの下部の曲率半径(rc)はrc<0である。カラーフィルタ3−6−Bの上部(光入射面側であって、図6中では上側)は下凸形状(凹形状)である。
オンチップレンズ2−6−Bは、下凸形状(凹形状)のカラーフィルタ3−6−Bより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−6−Bの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、カラーフィルタ3−6−Bの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−6−3において、反射防止層6−6から、カラーフィルタ3−6−Bの光入射側である上端部までの距離はhb−6である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−6−Bの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−6−Bの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−6−3(B光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−6−Bの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−6−Bの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
画素100−6−4には、光入射側から順に、オンチップレンズ2−6−Wと、緑色光、赤色光及び青色光(BGR(W)光)が透過する層内レンズ3−5−Wと、絶縁層5−6と、反射防止層6−6と、半導体基板10−6とが配されている。半導体基板10−6には、白色光(BGR(W)光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−6のシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ2−6−Wの上部(光入射面側であって、図6中では上側)は上凸形状であって、オンチップレンズ2−6−Wの下部(図6中では下側)は下凸形状である。オンチップレンズ2−6−Wの上部の曲率半径(rl)はrl>0であり、オンチップレンズ2−6−Wの下部の曲率半径(rc)はrc<0である。カラーフィルタ3−6−Wの上部(光入射面側であって、図6中では上側)は下凸形状(凹形状)である。
オンチップレンズ2−6−Wは、下凸形状(凹形状)の層内レンズ3−6−Wより高屈折率の材料が用いられてよい。オンチップレンズ2−6−Wの屈折率としては、例えば、nl=1.75〜1.85でよい。一方、層内レンズ3−6−Wの屈折率としては、例えば、nc=1.55〜1.65でよい。画素100−3−4において、反射防止層6−6から、層内レンズ3−6−Wの光入射側である上端部までの距離はhw−6である。上記の数式(1)を満たすように、オンチップレンズ2−6−Wの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−6−Wの下部の曲率半径(rc)は最適化される。これにより、画素100−6−4(BGR(W)光の波長帯)において、集光性が確保されて、色収差が低減されて、回避され得る。なお、例えば、上記の屈折率範囲の組み合わせのとき、オンチップレンズ2−6−Wの上部の曲率半径(rl)及びオンチップレンズ2−6−Wの下部の曲率半径(rc)は±4%程の範囲が許容される。
半導体基板10−6の裏面(図6中では上面)の側において、画素分離部9−6−G、画素分離部9−6−GR、画素分離部9−6−RB、画素分離部9−6−BW及び画素分離部9−6−Wが、半導体基板10−6の内部に埋め込まれて形成されている。画素分離部9−6−G、画素分離部9−6−GR、画素分離部9−6−RB、画素分離部9−6−BW及び画素分離部9−6−Wは、4つの画素(画素100−6−1〜100−6−4)の間を区画して電気的に分離している。図6に示されるように、画素分離部9−6−Gは、シリコン酸化膜7−6−Gとシリコン窒化膜8−6−Gとから構成されてよく、画素分離部9−6−GRは、シリコン酸化膜7−6−GRとシリコン窒化膜8−6−GRとから構成されてよく、画素分離部9−6−RBは、シリコン酸化膜7−6−RBとシリコン窒化膜8−6−RBとから構成されてよく、画素分離部9−6−BWは、シリコン酸化膜7−6−BWとシリコン窒化膜8−6−BWとから構成されてよく、画素分離部9−6−Wは、シリコン酸化膜7−6−Wとシリコン窒化膜8−6−Wとから構成されてよい。
固体撮像素子1−6は、画素間遮光膜4−6−G、画素間遮光膜4−6−GR、画素間遮光膜4−6−RB、画素間遮光膜4−6−BW及び画素間遮光膜4−6−Wを備える。固体撮像素子1−6は、更に、ハードマスク材40−6−G、ハードマスク材40−6−GR、ハードマスク材40−6−RB、ハードマスク材40−6−BW及びハードマスク材40−6−Wを備える。画素間遮光膜4−6−G、画素間遮光膜4−6−GR、画素間遮光膜4−6−RB、画素間遮光膜4−6−BW及び画素間遮光膜4−6−Wは、絶縁層5−6の直上であって、画素100−6−1〜画素100−6−4のそれぞれの画素境界に形成される。ハードマスク材40−6−G、ハードマスク材40−6−GR、ハードマスク材40−6−RB、ハードマスク材40−6−BW及びハードマスク材40−6−Wのそれぞれは、画素間遮光膜4−6−G、画素間遮光膜4−6−GR、画素間遮光膜4−6−RB、画素間遮光膜4−6−BW及び画素間遮光膜4−6−Wのそれぞれの直上であって、画素100−6−1〜画素100−6−4のそれぞれの画素境界に形成される。ハードマスク材40−6−Gは、シリコン酸化膜41−6−Gとシリコン窒化膜42−6−Gとから構成されてよく、ハードマスク材40−6−GRは、シリコン酸化膜41−6−GRとシリコン窒化膜42−6−GRとから構成されてよく、ハードマスク材40−6−RBは、シリコン酸化膜41−6−RBとシリコン窒化膜42−6−RBとから構成されてよく、ハードマスク材40−6−BWは、シリコン酸化膜41−6−BWとシリコン窒化膜42−6−BWとから構成されてよく、ハードマスク材40−6−Wは、シリコン酸化膜41−6−Wとシリコン窒化膜42−6−Wとから構成されてよい。そして、図6に示されるように、シリコン窒化膜42−6−G、シリコン窒化膜42−6−GR、シリコン窒化膜42−6−RB、シリコン窒化膜42−6−BW及びシリコン窒化膜42−6−Wのそれぞれが、画素間遮光膜4−6−G、画素間遮光膜4−6−GR、画素間遮光膜4−6−RB、画素間遮光膜4−6−BW及び画素間遮光膜4−6−Wのそれぞれの直上に配されている。
図6に示されるように、カラーフィルタ3−6−Gは、画素間遮光膜4−6−G及びハードマスク材40−6−Gと、画素間遮光膜4−6−GR及びハードマスク材40−6−GRとの間に埋め込められている。カラーフィルタ3−6−Rは、画素間遮光膜4−6−GR及びハードマスク材40−6−GRと、画素間遮光膜4−6−RB及びハードマスク材40−6−RBとの間に埋め込められている。カラーフィルタ3−6−Bは、画素間遮光膜4−6−RB及びハードマスク材40−6−RBと、画素間遮光膜4−6−BW及びハードマスク材40−6−BWとの間に埋め込められている。カラーフィルタ3−6−Wは、画素間遮光膜4−6−BW及びハードマスク材40−6−BWと、画素間遮光膜4−6−W及びハードマスク材40−6−Wとの間に埋め込められている。
画素間遮光膜4−6−G、画素間遮光膜4−6−GR、画素間遮光膜4−6−RB、画素間遮光膜4−6−BW及び画素間遮光膜4−6−Wは、光を遮光する材料であればよく、遮光性が強く、かつ微細加工、例えばエッチングで精度よく加工できる材料として、金属、例えば、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、銅(Cu)等の膜で形成されてよい。
固体撮像素子1−6において、画素間遮光膜4−6−G、画素間遮光膜4−6−GR、画素間遮光膜4−6−RB、画素間遮光膜4−6−BW及び画素間遮光膜4−6−Wが形成される際に、レジストマスクと選択比が取れないときや取りにくいときに、ハードマスク材40−6−G、ハードマスク材40−6−GR、ハードマスク材40−6−RB、ハードマスク材40−6−BW及びハードマスク材40−6−Wを用いて、ハードマスク加工することができる。図6に示されるように、ハードマスク材40−6−G、ハードマスク材40−6−GR、ハードマスク材40−6−RB、ハードマスク材40−6−BW及びハードマスク材40−6−Wのそれぞれは、画素間遮光膜4−6−G、画素間遮光膜4−6−GR、画素間遮光膜4−6−RB、画素間遮光膜4−6−BW及び画素間遮光膜4−6−Wのそれぞれの直上に残ったままでよい。
[2−7.第7の実施形態(固体撮像素子の例7)]
以下に、本技術に係る第7の実施形態(固体撮像素子の例7)の固体撮像素子について、説明をする。
図7及び図8に、本技術に係る第7の実施形態の固体撮像素子の一例である固体撮像素子1−7(a)〜1−7(f)を示す。図7は、固体撮像素子1−7a〜1−7cのそれぞれの固体撮像素子の4画素分の断面図であり、図8は、固体撮像素子1−7d〜1−7fのそれぞれの固体撮像素子の4画素分の断面図である。なお、特に断りがない限り、「上」とは図7及び図8中の上方向を意味し、「下」とは、図7及び図8中の下方向を意味する。
まず、図7(a)を参照する。固体撮像素子1−7aは、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像素子に、オンチップレンズ2−7a−G上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−7a−G、オンチップレンズ2−7a−R上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−7a−R、オンチップレンズ2−7a−B上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−7a−B及びオンチップレンズ2−7a−W上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−7a−Wを備える固体撮像素子である。オンチップレンズ用反射防止膜20−7a−G、オンチップレンズ用反射防止膜20−7a−R、オンチップレンズ用反射防止膜20−7a−B及びオンチップレンズ用反射防止膜20−7a−Wのそれぞれの屈折率は、オンチップレンズ2−7a−G、オンチップレンズ2−7a−R、オンチップレンズ2−7a−B及びオンチップレンズ2−7a−Wのそれぞれの屈折率より、0.1〜0.2低くてよい。
オンチップレンズ用反射防止膜20−7a−Gが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−7a−Gと、オンチップレンズ2−7a−Gと、緑色光(G光)が透過するカラーフィルタ3−7a−Gと、絶縁層5−7aと、反射防止層6−7aと、半導体基板10−7aとが配されている。半導体基板10−7aには、緑色光(G光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−7aのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−7a−Rが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−7a−Rと、オンチップレンズ2−7a−Rと、赤色光(R光)が透過するカラーフィルタ3−7a−Rと、絶縁層5−7aと、反射防止層6−7aと、半導体基板10−7aとが配されている。半導体基板10−7aには、赤色光(R光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−7aのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−7a−Bが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−7a−Bと、オンチップレンズ2−7a−Bと、青色光(B光)が透過するカラーフィルタ3−7a−Bと、絶縁層5−7aと、反射防止層6−7aと、半導体基板10−7aとが配されている。半導体基板10−7aには、青色光(B光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−7aのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−7a−Wが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−7a−Wと、オンチップレンズ2−7a−Wと、緑色光、赤色光及び青色光(BGR(W)光)が透過する層内レンズ3−7a−Wと、絶縁層5−7aと、反射防止層6−7aと、半導体基板10−7aが配されている。半導体基板10−7aには、白色光(BGR(W)光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−7aのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
図7(a)に示されるように、固体撮像素子1−7aには、画素間遮光膜4−7aが、絶縁層5−7aの直上であって、4つの画素のそれぞれの画素の画素境界に形成されている。また、図7(a)に示されるように、固体撮像素子1−7aには、画素分離部9−7aが、半導体基板10−7aの裏面(図7(a)中では上面)の側において、半導体基板10−7aの内部に埋め込まれて形成されている。画素分離部9−7aは、4つの画素の間を区画して電気的に分離している。
図7(b)を参照する。固体撮像素子1−7bは、本技術に係る第2の実施形態の固体撮像素子に、オンチップレンズ2−7b−G上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−7b−G、オンチップレンズ2−7b−R上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−7b−R、オンチップレンズ2−7b−B上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−7b−B及びオンチップレンズ2−7b−W上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−7b−Wを備える固体撮像素子である。オンチップレンズ用反射防止膜20−7b−G、オンチップレンズ用反射防止膜20−7b−R、オンチップレンズ用反射防止膜20−7b−B及びオンチップレンズ用反射防止膜20−7b−Wのそれぞれの屈折率は、オンチップレンズ2−7b−G、オンチップレンズ2−7b−R、オンチップレンズ2−7b−B及びオンチップレンズ2−7b−Wのそれぞれの屈折率より、0.1〜0.2低くてよい。
オンチップレンズ用反射防止膜20−7b−Gが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−7b−Gと、オンチップレンズ2−7b−Gと、緑色光(G光)が透過するカラーフィルタ3−7b−Gと、絶縁層5−7bと、反射防止層6−7bと、半導体基板10−7bとが配されている。半導体基板10−7bには、緑色光(G光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−7bのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−7b−Rが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−7b−Rと、オンチップレンズ2−7b−Rと、赤色光(R光)が透過するカラーフィルタ3−7b−Rと、絶縁層5−7bと、反射防止層6−7bと、半導体基板10−7bとが配されている。半導体基板10−7bには、赤色光(R光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−7bのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−7b−Bが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−7b−Bと、オンチップレンズ2−7b−Bと、青色光(B光)が透過するカラーフィルタ3−7b−Bと、絶縁層5−7bと、反射防止層6−7bと、半導体基板10−7bとが配されている。半導体基板10−7bには、青色光(B光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−7bのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−7b−Wが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−7b−Wと、オンチップレンズ2−7b−Wと、緑色光、赤色光及び青色光(BGR(W)光)が透過する層内レンズ3−7b−Wと、絶縁層5−7bと、反射防止層6−7bと、半導体基板10−7bが配されている。半導体基板10−7bには、白色光(BGR(W)光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−7bのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
図7(b)に示されるように、固体撮像素子1−7bには、画素間遮光膜4−7bが、絶縁層5−7bの直上であって、4つの画素のそれぞれの画素の画素境界に形成されている。また、図7(b)に示されるように、固体撮像素子1−7bには、画素分離部9−7bが、半導体基板10−7bの裏面(図7(b)中では上面)の側において、半導体基板10−7bの内部に埋め込まれて形成されている。画素分離部9−7bは、4つの画素の間を区画して電気的に分離している。
図7(c)を参照する。固体撮像素子1−7cは、本技術に係る第3の実施形態の固体撮像素子に、オンチップレンズ2−7c−G上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−7c−G、オンチップレンズ2−7c−R上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−7c−R、オンチップレンズ2−7c−B上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−7c−B及びオンチップレンズ2−7c−W上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−7c−Wを備える固体撮像素子である。オンチップレンズ用反射防止膜20−7c−G、オンチップレンズ用反射防止膜20−7c−R、オンチップレンズ用反射防止膜20−7c−B及びオンチップレンズ用反射防止膜20−7c−Wのそれぞれの屈折率は、オンチップレンズ2−7c−G、オンチップレンズ2−7c−R、オンチップレンズ2−7c−B及びオンチップレンズ2−7c−Wのそれぞれの屈折率より、0.1〜0.2低くてよい。
すなわち、オンチップレンズ用反射防止膜20−7c−Gが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−7c−Gと、オンチップレンズ2−7c−Gと、緑色光(G光)が透過するカラーフィルタ3−7c−Gと、絶縁層5−7cと、反射防止層6−7cと、半導体基板10−7cとが配されている。半導体基板10−7cには、緑色光(G光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−7cのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−7c−Rが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−7c−Rと、オンチップレンズ2−7c−Rと、赤色光(R光)が透過するカラーフィルタ3−7c−Rと、絶縁層5−7cと、反射防止層6−7cと、半導体基板10−7cとが配されている。半導体基板10−7cには、赤色光(R光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−7cのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−7c−Bが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−7c−Bと、オンチップレンズ2−7c−Bと、青色光(B光)が透過するカラーフィルタ3−7c−Bと、絶縁層5−7cと、反射防止層6−7cと、半導体基板10−7cとが配されている。半導体基板10−7cには、青色光(B光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−7cのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−7c−Wが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−7c−Wと、オンチップレンズ2−7c−Wと、緑色光、赤色光及び青色光(BGR(W)光)が透過する層内レンズ3−7c−Wと、絶縁層5−7cと、反射防止層6−7cと、半導体基板10−7cとが配されている。半導体基板10−7cには、白色光(BGR(W)光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−7cのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
図7(c)に示されるように、固体撮像素子1−7cには、画素間遮光膜4−7cが、絶縁層5−7cの直上であって、4つの画素のそれぞれの画素の画素境界に形成されている。また、図7(c)に示されるように、固体撮像素子1−7cには、画素分離部9−7cが、半導体基板10−7cの裏面(図7(c)中では上面)の側において、半導体基板10−7cの内部に埋め込まれて形成されている。画素分離部9−7cは、4つの画素の間を区画して電気的に分離している。
図8(d)を参照する。固体撮像素子1−8dは、本技術に係る第4の実施形態の固体撮像素子に、オンチップレンズ2−8d−G上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−8d−G、オンチップレンズ2−8d−R上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−8d−R、オンチップレンズ2−8d−B上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−8d−B及びオンチップレンズ2−8d−W上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−8d−Wを備える固体撮像素子である。オンチップレンズ用反射防止膜20−8d−G、オンチップレンズ用反射防止膜20−8d−R、オンチップレンズ用反射防止膜20−8d−B及びオンチップレンズ用反射防止膜20−8d−Wのそれぞれの屈折率は、オンチップレンズ2−8d−G、オンチップレンズ2−8d−R、オンチップレンズ2−8d−B及びオンチップレンズ2−8d−Wのそれぞれの屈折率より、0.1〜0.2低くてよい。
オンチップレンズ用反射防止膜20−8d−Gが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−8d−Gと、オンチップレンズ2−8d−Gと、緑色光(G光)が透過するカラーフィルタ3−8d−Gと、絶縁層5−8dと、反射防止層6−8dと、半導体基板10−8dとが配されている。半導体基板10−8dには、緑色光(G光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−8dのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−8d−Rが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−8d−Rと、オンチップレンズ2−8d−Rと、赤色光(R光)が透過するカラーフィルタ3−8d−Rと、絶縁層5−8dと、反射防止層6−8dと、半導体基板10−8dとが配されている。半導体基板10−8dには、赤色光(R光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−8dのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−8d−Bが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−8d−Bと、オンチップレンズ2−8d−Bと、青色光(B光)が透過するカラーフィルタ3−8d−Bと、絶縁層5−8dと、反射防止層6−8dと、半導体基板10−8dとが配されている。半導体基板10−8dには、青色光(B光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−8dのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−8d−Wが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−8d−Wと、オンチップレンズ2−8d−Wと、緑色光、赤色光及び青色光(BGR(W)光)が透過する層内レンズ3−8d−Wと、絶縁層5−8dと、反射防止層6−8dと、半導体基板10−8dとが配されている。半導体基板10−8dには、白色光(BGR(W)光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−8dのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
図8(d)に示されるように、固体撮像素子1−8dには、画素間遮光膜4−8dが、絶縁層5−8dの直上であって、4つの画素のそれぞれの画素の画素境界に形成されている。また、図8(d)に示されるように、固体撮像素子1−8dには、ハードマスク材40−8dが、画素間遮光膜4−8dの直上であって、4つの画素のそれぞれの画素の画素境界に形成されている。さらに、図8(d)に示されるように、固体撮像素子1−8dには、画素分離部9−8dが、半導体基板10−8dの裏面(図8(d)中では上面)の側において、半導体基板10−8dの内部に埋め込まれて形成されている。画素分離部9−8dは、4つの画素の間を区画して電気的に分離している。
図8(e)を参照する。固体撮像素子1−8eは、本技術に係る第5の実施形態の固体撮像素子に、オンチップレンズ2−8e−G上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−8e−G、オンチップレンズ2−8e−R上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−8e−R、オンチップレンズ2−8e−B上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−8e−B及びオンチップレンズ2−8e−W上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−8e−Wを備える固体撮像素子である。オンチップレンズ用反射防止膜20−8e−G、オンチップレンズ用反射防止膜20−8e−R、オンチップレンズ用反射防止膜20−8e−B及びオンチップレンズ用反射防止膜20−8e−Wのそれぞれの屈折率は、オンチップレンズ2−8e−G、オンチップレンズ2−8e−R、オンチップレンズ2−8e−B及びオンチップレンズ2−8e−Wのそれぞれの屈折率より、0.1〜0.2低くてよい。
オンチップレンズ用反射防止膜20−8e−Gが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−8e−Gと、オンチップレンズ2−8e−Gと、緑色光(G光)が透過するカラーフィルタ3−8e−Gと、絶縁層5−8eと、反射防止層6−8eと、半導体基板10−8eとが配されている。半導体基板10−8eには、緑色光(G光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−8eのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−8e−Rが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−8e−Rと、オンチップレンズ2−8e−Rと、赤色光(R光)が透過するカラーフィルタ3−8e−Rと、絶縁層5−8eと、反射防止層6−8eと、半導体基板10−8eとが配されている。半導体基板10−8eには、赤色光(R光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−8eのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−8e−Bが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−8e−Bと、オンチップレンズ2−8e−Bと、青色光(B光)が透過するカラーフィルタ3−8e−Bと、絶縁層5−8eと、反射防止層6−8eと、半導体基板10−8eとが配されている。半導体基板10−8eには、青色光(B光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−8eのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−8e−Wが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−8e−Wと、オンチップレンズ2−8e−Wと、緑色光、赤色光及び青色光(BGR(W)光)が透過する層内レンズ3−8e−Wと、絶縁層5−8eと、反射防止層6−8eと、半導体基板10−8eとが配されている。半導体基板10−8eには、白色光(BGR(W)光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−8eのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
図8(e)に示されるように、固体撮像素子1−8eには、画素間遮光膜4−8eが、絶縁層5−8eの直上であって、4つの画素のそれぞれの画素の画素境界に形成されている。また、図8(e)に示されるように、固体撮像素子1−8eには、ハードマスク材40−8eが、画素間遮光膜4−8eの直上であって、4つの画素のそれぞれの画素の画素境界に形成されている。さらに、図8(e)に示されるように、固体撮像素子1−8eには、画素分離部9−8eが、半導体基板10−8eの裏面(図8(e)中では上面)の側において、半導体基板10−8eの内部に埋め込まれて形成されている。画素分離部9−8eは、4つの画素の間を区画して電気的に分離している。
図8(f)を参照する。固体撮像素子1−8fは、本技術に係る第6の実施形態の固体撮像素子に、オンチップレンズ2−8f−G上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−8f−G、オンチップレンズ2−8f−R上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−8f−R、オンチップレンズ2−8f−B上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−8f−B及びオンチップレンズ2−8f−W上に形成されたオンチップレンズ用反射防止膜20−8f−Wを備える固体撮像素子である。オンチップレンズ用反射防止膜20−8f−G、オンチップレンズ用反射防止膜20−8f−R、オンチップレンズ用反射防止膜20−8f−B及びオンチップレンズ用反射防止膜20−8f−Wのそれぞれの屈折率は、オンチップレンズ2−8f−G、オンチップレンズ2−8f−R、オンチップレンズ2−8f−B及びオンチップレンズ2−8f−Wのそれぞれの屈折率より、0.1〜0.2低くてよい。
オンチップレンズ用反射防止膜20−8f−Gが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−8f−Gと、オンチップレンズ2−8f−Gと、緑色光(G光)が透過するカラーフィルタ3−8f−Gと、絶縁層5−8fと、反射防止層6−8fと、半導体基板10−8fとが配されている。半導体基板10−8fには、緑色光(G光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−8fのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−8f−Rが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−8f−Rと、オンチップレンズ2−8f−Rと、赤色光(R光)が透過するカラーフィルタ3−8f−Rと、絶縁層5−8fと、反射防止層6−8fと、半導体基板10−8fとが配されている。半導体基板10−8fには、赤色光(R光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−8fのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−8f−Bが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−8f−Bと、オンチップレンズ2−8f−Bと、青色光(B光)が透過するカラーフィルタ3−8f−Bと、絶縁層5−8fと、反射防止層6−8fと、半導体基板10−8fとが配されている。半導体基板10−8fには、青色光(B光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−8fのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
オンチップレンズ用反射防止膜20−8f−Wが形成されている画素には、光入射側から順に、オンチップレンズ用反射防止膜20−8f−Wと、オンチップレンズ2−8f−Wと、緑色光、赤色光及び青色光(BGR(W)光)が透過する層内レンズ3−8f−Wと、絶縁層5−8fと、反射防止層6−8fと、半導体基板10−8fとが配されている。半導体基板10−8fには、白色光(BGR(W)光)用のフォトダイオード(不図示)が形成され、半導体基板10−8fのシリコン(Si)層に埋め込まれている。
図8(f)に示されるように、固体撮像素子1−8fには、画素間遮光膜4−8fが、絶縁層5−8fの直上であって、4つの画素のそれぞれの画素の画素境界に形成されている。また、図8(f)に示されるように、固体撮像素子1−8fには、ハードマスク材40−8fが、画素間遮光膜4−8fの直上であって、4つの画素のそれぞれの画素の画素境界に形成されている。さらに、図8(f)に示されるように、固体撮像素子1−8fには、画素分離部9−8fが、半導体基板10−8fの裏面(図8(f)中では上面)の側において、半導体基板10−8fの内部に埋め込まれて形成されている。画素分離部9−8fは、4つの画素の間を区画して電気的に分離している。
<3.固体撮像素子の製造方法に関する実施形態>
[3−1.第8の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例1)]
本技術に係る第8の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例1)の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板上の反射防止層の上方向に、互いに隣接する画素間に画素間遮光膜を形成する工程と、層内レンズ材(単に、層内レンズと称する場合がある。)を、回転塗布して該回転塗布後に回転数を調整して乾燥させる工程と、該層内レンズ材を該画素間遮光膜上か、又は該画素間遮光膜より内側に露光し現像して、層内レンズを形成する工程と、オンチップレンズ材(単に、オンチップレンズと称する場合がある。)を回転塗布した後に母材レンズを塗布して、寸法を調整してパターニングする工程と、寸法調整された母材レンズを融解させてエッチバックし、該オンチップレンズ材に曲率を転写させて、オンチップレンズを形成する工程と、を含み、該オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、該オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、該オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、該反射防止層から該層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、alとacとが0.96〜1.04の範囲で、該オンチップレンズの該上部の曲率半径rl及び該オンチップレンズの該下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす長さに加工される、固体撮像素子の製造方法である。
Figure 2019091853
ただし、該数式(1)において、該オンチップレンズの光入射面側を上側としたとき、rl>0のときは、該オンチップレンズの上部は上凸形状であり、rl<0のときは該オンチップレンズの上部は下凸形状であり、rc>0のときは、該オンチップレンズの下部は上凸形状であり、rc<0のときは、該オンチップレンズの下部は下凸形状である。光は、性質上オンチップレンズで集光させても1点には集光せずに、波長に応じた広がりを有する。al及びacは、この広がりから認められるオンチップレンズの誤差範囲を意味する。なお、alは、オンチップレンズの上部(上面)の誤差範囲であり、acは、オンチップレンズの下部(下面)の誤差範囲である。
図9及び図10に、本技術に係る第8の実施形態の固体撮像素子の製造方法の一例を示す。図9及び図10では、画素分離用Deep Trench Isolation(画素分離部)の形成以降の工程を例として、第8の実施形態の固体撮像素子の製造方法を示す。なお、特に断りがない限り、「上」とは図9及び図10中の上方向を意味し、「下」とは、図9及び図10中の下方向を意味する。
図9(a)には、画素分離部9−9aを有する半導体基板10−9aの断面図が示されている。画素分離部9−9aは、半導体基板10−9aの裏面(図9(a)中の上面)の側において、半導体基板10−9aの内部に埋め込められて形成されている。また、半導体基板10−9aの裏面上には、反射防止層6−9aと絶縁層5−9aとがこの順で形成されている。画素分離部9−9aは、図9(a)中では、4つの画素の間を区画して電気的に分離している。
図9(b)で、レジストマスク50−9bにて画素間遮光膜4−9bが形成されている。具体的には、半導体基板10−9bの内部に形成されている画素分離部9−9bの上方であって、半導体基板10−9aの裏面上に形成された反射防止層6−9b及び絶縁層5−9bの上部に、4つの画素を区画するようにして画素間遮光膜4−9bが形成されている。
図9(c)で、緑色カラーフィルタ3−9c−Gを回転塗布する。具体的には、半導体基板10−9cの内部に形成された画素分離部9−9cで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−9cの裏面上に形成された反射防止層6−9c及び絶縁層5−9cの上部に、画素間遮光膜4−9cに埋め込まれるように、緑色カラーフィルタ3−9c−Gは形成される。その際、塗布後の乾燥時回転数で緑色カラーフィルタ3−9c−Gの曲率が変化するので、上記数式(1)を満たす曲率になるように回転数を調整する。
図9(d)で、赤色カラーフィルタ3−9d−Rを回転塗布する。具体的には、半導体基板10−9dの内部に形成された画素分離部9−9dで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−9dの裏面上に形成された反射防止層6−9d及び絶縁層5−9dの上部に、画素間遮光膜4−9dに埋め込まれるように、赤色カラーフィルタ3−9d−Rは形成される。その際、塗布後の乾燥時回転数で赤色カラーフィルタ3−9d−Rの曲率が変化するので、上記数式(1)を満たす曲率になるように回転数を調整する。なお、図9(d)中の左から1番目の画素に形成された緑色カラーフィルタ3−9d−G上の赤色カラーフィルタ3−9d−Rは除去される。
図9(e)で、青色カラーフィルタ3−9e−Bを回転塗布する。具体的には、半導体基板10−9eの内部に形成された画素分離部9−9eで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−9eの裏面上に形成された反射防止層6−9e及び絶縁層5−9eの上部に、画素間遮光膜4−9eに埋め込まれるように、青色カラーフィルタ3−9e−Bは形成される。その際、塗布後の乾燥時回転数で青色カラーフィルタ3−9e−Bの曲率が変化するので、上記数式(1)を満たす曲率になるように回転数を調整する。なお、図9(e)中の左から1番目の画素に形成された緑色カラーフィルタ3−9e−G上の青色カラーフィルタ3−9e−B及び図9(e)中の左から2番目の画素に形成された赤色カラーフィルタ3−9e−R上の青色カラーフィルタ3−9e−Bは除去される。
図10(f)で、層内レンズ3−10f−Wを回転塗布する。具体的には、半導体基板10−10fの内部に形成された画素分離部9−10fで電気的に区画された、図10(f)中の左から4番目の画素に対して、半導体基板10−10fの裏面上に形成された反射防止層6−10f及び絶縁層5−10fの上部に、画素間遮光膜4−10fに埋め込まれるように、層内レンズ3−10f−Wは形成される。その際、塗布後の乾燥時回転数で層内レンズ3−10f−Wの曲率が変化するので、上記数式(1)を満たす曲率になるように回転数を調整する。
図10(g)には、半導体基板10−10gの内部に形成された画素分離部9−10gで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−10gの裏面上に形成された反射防止層6−10g及び絶縁層5−10gの上部に、画素間遮光膜4−10gに埋め込まれるように形成された、図10(f)中の左の画素から順に、緑色カラーフィルタ3−10g−G、赤色カラーフィルタ3−10g−R、青色カラーフィルタ3−10g−B及び層内レンズ3−10g−Wが示されている。
なお、緑色、赤色、青色等のカラーフィルタ及び/又は層内レンズが複数種あるときは、凹形状の曲率半径が大きい順、すなわち曲率半径が小さい順に塗布する方が好ましい場合がある。また、上記数式(1)を満たす曲率が乾燥時の回転数で制御できないときは、工程数が増えるがエッチングで凹形状を調整してもよい。
図10(h)〜図10(j)で、オンチップレンズを形成する。まず、図10(h)では、図10(h)中の左の画素から順に4画素分で形成された、緑色カラーフィルタ3−10h−G、赤色カラーフィルタ3−10h−R、青色カラーフィルタ3−10h−B及び層内レンズ3−10h−Wの上部に、オンチップレンズ2−10hが回転塗布して形成され、オンチップレンズ2−10hの上部に母材レンズ30−10hが回転塗布して形成されて、寸法調整されてパターニングされる。なお、画素毎にパターニング幅を変えて、上記の数式(1)を満たすようにメルト時の曲率を画素毎に変えてもよい。図10(h)中では、半導体基板10−10hの内部に形成された画素分離部9−10hで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−10hの裏面上に形成された反射防止層6−10h及び絶縁層5−10hの上部に、画素間遮光膜4−10hに埋め込まれるように、図10(h)中の左の画素から順に、緑色カラーフィルタ3−10h−G、赤色カラーフィルタ3−10h−R、青色カラーフィルタ3−10h−B及び層内レンズ3−10h−Wが形成されている。
図10(i)で、オンチップレンズ2−10i上に形成された母材レンズ30−10iを融解(メルト)する。オンチップレンズ2−10iは、図10(i)中の左の画素から順に4画素分で形成された、緑色カラーフィルタ3−10i−G、赤色カラーフィルタ3−10i−R、青色カラーフィルタ3−10i−B及び層内レンズ3−10i−Wの上部に形成されている。図10(i)中では、半導体基板10−10iの内部に形成された画素分離部9−10iで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−10iの裏面上に形成された反射防止層6−10i及び絶縁層5−10iの上部に、画素間遮光膜4−10iに埋め込まれるように、図10(i)中の左の画素から順に、緑色カラーフィルタ3−10i−G、赤色カラーフィルタ3−10i−R、青色カラーフィルタ3−10i−B及び層内レンズ3−10i−Wが形成されている。
図10(j)で、エッチバックして、曲率を転写させて、図10(j)中の左の画素から順に4画素分で形成された、緑色カラーフィルタ3−10j−G、赤色カラーフィルタ3−10j−R、青色カラーフィルタ3−10j−B及び層内レンズ3−10j−Wのそれぞれの上部にオンチップレンズ2−10j−G、オンチップレンズ2−10j−R、オンチップレンズ2−10j−B及びオンチップレンズ2−10j−Wが形成されて、固体撮像素子1−10jが得られる。固体撮像素子1−10jにおいて、半導体基板10−10jの内部に形成された画素分離部9−10jで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−10jの裏面上に形成された反射防止層6−10j及び絶縁層5−10jの上部に、画素間遮光膜4−10jに埋め込まれるように、図10(j)中の左の画素から順に、緑色カラーフィルタ3−10j−G、赤色カラーフィルタ3−10j−R、青色カラーフィルタ3−10j−B及び層内レンズ3−10j−Wが形成されている。
[3−2.第9の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例2)]
以下に、本技術に係る第9の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例2)の固体撮像素子の製造方法について、説明をする。
図11及び図12に、本技術に係る第9の実施形態の固体撮像素子の製造方法の一例を示す。図11及び図12では、レジストマスクによる画素間遮光膜の形成以降の工程を例として、第9の実施形態の固体撮像素子の製造方法を示す。それ以前の工程は、図9(a)〜図9(b)と同様である。なお、特に断りがない限り、「上」とは図11及び図12中の上方向を意味し、「下」とは、図11及び図12中の下方向を意味する。
図11(a)では、レジストマスク50−11aにて画素間遮光膜4−11aが形成されている。具体的には、半導体基板10−11aの内部に形成されている画素分離部9−11aの上方であって、半導体基板10−11aの裏面上に形成された反射防止層6−11a及び絶縁層5−11aの上部に、4つの画素を区画するようにして画素間遮光膜4−11aが形成されている。
図11(b)で、緑色カラーフィルタ3−11b−Gをパターニングする。その際、画素間遮光膜4−11bよりやや内側に露光し現像すると角の方が膜減りしやすいので凸形状になる。現像後の形状が上記の数式(1)を満たさないときは工程数が増えるがエッチングで凸形状を調整してもよい。図11(b)では、緑色カラーフィルタ3−11b−Gは、半導体基板10−11bの内部に形成された画素分離部9−11bで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−11bの裏面上に形成された反射防止層6−11b及び絶縁層5−11bの上部に、画素間遮光膜4−11bに埋め込まれるように、緑色カラーフィルタ3−11b−Gは形成されている。
図11(c)で、赤色カラーフィルタ3−11c−Rをパターニングする。その際、画素間遮光膜4−11cよりやや内側に露光し現像すると角の方が膜減りしやすいので凸形状になる。現像後の形状が上記の数式(1)を満たさないときは工程数が増えるがエッチングで凸形状を調整してもよい。図11(c)では、赤色カラーフィルタ3−11c−Rは、半導体基板10−11cの内部に形成された画素分離部9−11cで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−11cの裏面上に形成された反射防止層6−11c及び絶縁層5−11cの上部に、画素間遮光膜4−11cに埋め込まれるように、緑色カラーフィルタ3−11c−Gの右側の画素に形成されている。
図12(d)で、青色カラーフィルタ3−12d−Bをパターニングする。その際、画素間遮光膜4−12dよりやや内側に露光し現像すると角の方が膜減りしやすいので凸形状になる。現像後の形状が上記の数式(1)を満たさないときは工程数が増えるがエッチングで凸形状を調整してもよい。図12(d)では、青色カラーフィルタ3−12d−Bは、半導体基板10−12dの内部に形成された画素分離部9−12dで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−12dの裏面上に形成された反射防止層6−12d及び絶縁層5−12dの上部に、画素間遮光膜4−12dに埋め込まれるように、緑色カラーフィルタ3−12d−G及び赤色カラーフィルタ3−12d−Rの右側の画素に形成されている。
図12(e)で、層内レンズ3−12e−Wをパターニングする。その際、画素間遮光膜4−12eよりやや内側に露光し現像すると角の方が膜減りしやすいので凸形状になる。現像後の形状が上記の数式(1)を満たさないときは工程数が増えるがエッチングで凸形状を調整してもよい。図12(e)では、層内レンズ3−12e−Wは、半導体基板10−12eの内部に形成された画素分離部9−12eで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−12eの裏面上に形成された反射防止層6−12e及び絶縁層5−12eの上部に、画素間遮光膜4−12eに埋め込まれるように、緑色カラーフィルタ3−12e−G、赤色カラーフィルタ3−12e−R及び青色カラーフィルタ3−12e−Bの右側の画素に形成されている。
図12(f)中のオンチップレンズ2−12f−G、オンチップレンズ2−10f−R、オンチップレンズ2−10f−B及びオンチップレンズ2−10f−Wは、図10(h)〜図10(j)に示されるオンチップレンズの形成方法と同様な方法で形成されて、固体撮像素子1−12fが得られる。固体撮像素子1−10fにおいては、半導体基板10−10fの内部に形成された画素分離部9−10fで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−10fの裏面上に形成された反射防止層6−10f及び絶縁層5−10fの上部に、画素間遮光膜4−10fに埋め込まれるように、図10(f)中の左の画素から順に、緑色カラーフィルタ3−10f−G、赤色カラーフィルタ3−10f−R、青色カラーフィルタ3−10f−B及び層内レンズ3−10f−Wが形成されている。
[3−3.第10の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例3)]
以下に、本技術に係る第10の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例3)の固体撮像素子の製造方法について、説明をする。
図13及び図14に、本技術に係る第10の実施形態の固体撮像素子の製造方法の一例を示す。図13及び図14では、レジストマスクによる画素間遮光膜の形成以降の工程を例として、第10の実施形態の固体撮像素子の製造方法を示す。それ以前の工程は、図9(a)〜図9(b)と同様である。なお、特に断りがない限り、「上」とは図13及び図14中の上方向を意味し、「下」とは、図13及び図14中の下方向を意味する。
図13(a)では、レジストマスク50−13aにて画素間遮光膜4−13aが形成されている。具体的には、半導体基板10−13aの内部に形成されている画素分離部9−13aの上方であって、半導体基板10−13aの裏面上に形成された反射防止層6−13a及び絶縁層5−13aの上部に、4つの画素を区画するようにして画素間遮光膜4−13aが形成されている。
図13(b)で、緑色カラーフィルタ3−13b−Gを回転塗布する。具体的には、半導体基板10−13bの内部に形成された画素分離部9−13bで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−13bの裏面上に形成された反射防止層6−13b及び絶縁層5−13bの上部に、画素間遮光膜4−13bに埋め込まれるように、緑色カラーフィルタ3−13b−Gは形成される。その際、塗布後の乾燥時回転数で緑色カラーフィルタ3−13b−Gの曲率が変化するので、上記数式(1)を満たす曲率になるように回転数を調整する。
図13(c)で、赤色カラーフィルタ3−13c−Rを回転塗布する。具体的には、半導体基板10−13cの内部に形成された画素分離部9−13cで電気的に区画された、緑色カラーフィルタ3−13c−Gが形成された画素の右隣の画素に対して、半導体基板10−13cの裏面上に形成された反射防止層6−13c及び絶縁層5−13cの上部に、画素間遮光膜4−13cに埋め込まれるように、赤色カラーフィルタ3−13c−Rは形成される。その際、塗布後の乾燥時回転数で赤色カラーフィルタ3−13−Rの曲率が変化するので、上記数式(1)を満たす曲率になるように回転数を調整する。
図14(d)で、青色カラーフィルタ3−14d−Bを回転塗布する。具体的には、半導体基板10−14dの内部に形成された画素分離部9−14dで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−14dの裏面上に形成された反射防止層6−14d及び絶縁層5−14dの上部に、画素間遮光膜4−14dに埋め込まれるように、青色カラーフィルタ3−14d−Bは形成される。その際、塗布後の乾燥時回転数で青色カラーフィルタ3−14d−Bの曲率が変化するので、上記数式(1)を満たす曲率になるように回転数を調整する。なお、図14(d)中の左から1番目の画素に形成された緑色カラーフィルタ3−14d−G上の青色カラーフィルタ3−14d−B及び図14(d)中の左から2番目の画素に形成された赤色カラーフィルタ3−14d−R上の青色カラーフィルタ3−14d−Bは除去される。
図14(e)で、層内レンズ3−14e−Wを回転塗布する。具体的には、半導体基板10−10eの内部に形成された画素分離部9−10eで電気的に区画された、図14(e)中の左から4番目の画素に対して、半導体基板10−14eの裏面上に形成された反射防止層6−14e及び絶縁層5−14eの上部に、画素間遮光膜4−14eに埋め込まれるように、層内レンズ3−14e−Wは形成される。その際、塗布後の乾燥時回転数で層内レンズ3−14e−Wの曲率が変化するので、上記数式(1)を満たす曲率になるように回転数を調整する。
なお、緑色、赤色、青色等のカラーフィルタ若しくは層内レンズが複数種ある場合、凹形状の曲率半径が大きい順、すなわち曲率半径が小さい順に塗布する方が好ましい場合がある。別のカラーフィルタ又は層内レンズが凸形状の場合(図13及び図14では赤色カラーフィルタが凸形状)は前述の順番に左右されず形成してよい。
図14(f)中のオンチップレンズ2−14f−G、オンチップレンズ2−14f−R、オンチップレンズ2−14f−B及びオンチップレンズ2−14f−Wは、図10(h)〜図10(j)に示されるオンチップレンズの形成方法と同様な方法で形成されて、固体撮像素子1−14fが得られる。固体撮像素子1−14fにおいては、半導体基板10−14fの内部に形成された画素分離部9−14fで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−14fの裏面上に形成された反射防止層6−14f及び絶縁層5−14fの上部に、画素間遮光膜4−14fに埋め込まれるように、図14(f)中の左の画素から順に、緑色カラーフィルタ3−14f−G、赤色カラーフィルタ3−14f−R、青色カラーフィルタ3−14f−B及び層内レンズ3−14f−Wが形成されている。
[3−4.第11の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例4)]
以下に、本技術に係る第11の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例4)の固体撮像素子の製造方法について、説明をする。
図15及び図16に、本技術に係る第11の実施形態の固体撮像素子の製造方法の一例を示す。図15及び図16では、画素分離用Deep Trench Isolation(画素分離部)の形成以降の工程を例として、第11の実施形態の固体撮像素子の製造方法を示す。なお、特に断りがない限り、「上」とは図15及び図16中の上方向を意味し、「下」とは、図15及び図16中の下方向を意味する。
図15(a)には、画素分離部9−15aを有する半導体基板10−15aの断面図が示されている。画素分離部9−15aは、半導体基板10−15aの裏面(図15(a)中の上面)の側において、半導体基板10−15aの内部に埋め込められて形成されている。また、半導体基板10−15aの裏面上には、反射防止層6−15aと絶縁層5−15aとがこの順で形成されている。画素分離部9−15aは、図15(a)中では、4つの画素の間を区画して電気的に分離している。
図15(b)で、画素間遮光膜4−15bが塗布して形成される。具体的には、半導体基板10−15bの内部に形成されている画素分離部9−15bの上方であって、半導体基板10−15bの裏面上に形成された反射防止層6−15b及び絶縁層5−15bの上部に、画素間遮光膜4−15bが形成される。
図15(c)で、ハードマスク材40−15cが塗布して形成される。具体的には、半導体基板10−15cの内部に形成されている画素分離部9−15cの上方であって、半導体基板10−15cの裏面上に形成された反射防止層6−15c、絶縁層5−15c及び画素間遮光膜4−15cの上部に、シリコン窒化膜42−15c及びシリコン酸化膜41−15cがこの順で塗布される。
図15(d)で、ハードマスク加工用レジスト50−15dをパターニングする。具体的には、半導体基板10−15dの内部に形成されている画素分離部9−15dの上方であって、半導体基板10−15dの裏面上に形成された反射防止層6−15d、絶縁層5−15d、画素間遮光膜4−15d及びハードマスク材40−15d(シリコン窒化膜42−15d及びシリコン酸化膜41−15dで構成されている。)の上部に、ハードマスク加工用レジスト50−15dがパターニングされている。
図15(e)で、ハードマスク材40−15e(シリコン窒化膜42−15e及びシリコン酸化膜41−15eで構成されている。)をエッチングで加工する。具体的には、半導体基板10−15eの内部に形成されている画素分離部9−15eの上方であって、半導体基板10−15eの裏面上に形成された反射防止層6−15e、絶縁層5−15e、及び画素間遮光膜4−15eの上部に形成された、ハードマスク加工用レジスト50−15eを有するハードマスク材40−15eをエッチングで加工する。
図16(f)で、ハードマスク加工用レジストを除去する。具体的には、半導体基板10−16fの内部に形成されている画素分離部9−16fの上方であって、半導体基板10−16fの裏面上に形成された反射防止層6−16f、絶縁層5−16f、画素間遮光膜4−16f及びハードマスク材40−16fの上部に配されたハードマスク加工用レジストを除去する。
図16(g)で、ハードマスク材40−16gを残した状態で画素間遮光膜4−16gの保護膜を等方的に堆積する。図16(g)では、半導体基板10−16gの内部に形成されている画素分離部9−16gの上方であって、半導体基板10−16gの裏面上に形成された反射防止層6−16g及び絶縁層5−16gの上部に、ハードマスク材40−16g及び画素間遮光膜4−16gがこの順で形成されている。
図16(h)は、半導体基板10−16hの内部に形成されている画素分離部9−16hの上方であって、半導体基板10−16hの裏面上に形成された反射防止層6−16h及び絶縁層5−16hの上部に、ハードマスク材40−16h及び画素間遮光膜4−16hがこの順で配されていることを示す。
図16(i)で、緑色カラーフィルタ3−16i−Gを回転塗布する。具体的には、半導体基板10−16iの内部に形成された画素分離部9−16iで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−16iの裏面上に形成された反射防止層6−16i及び絶縁層5−16iの上部に、画素間遮光膜4−16iに埋め込まれるように、緑色カラーフィルタ3−16i−Gは形成される。その際、塗布後の乾燥時回転数で緑色カラーフィルタ3−16i−Gの曲率が変化するので、上記数式(1)を満たす曲率になるように回転数を調整する。その後の工程は、図9(d)〜図9(e)〜図10(f)〜図10(j)と同様な工程を経て、図16(j)に示される固体撮像素子1−16jが得られる。また、図11〜図12又は図13〜図14に示される工程を経て、固体撮像素子が得られてもよい。
固体撮像素子1−16jにおいては、半導体基板10−16jの内部に形成された画素分離部9−16jで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−16jの裏面上に形成された反射防止層6−16j及び絶縁層5−16jの上部に、画素間遮光膜4−16jに埋め込まれるように、図16(j)中の左の画素から順に、緑色カラーフィルタ3−16j−G、赤色カラーフィルタ3−16j−R、青色カラーフィルタ3−16j−B及び層内レンズ3−16j−Wが形成されている。そして、緑色カラーフィルタ3−16j−G、赤色カラーフィルタ3−16j−R、青色カラーフィルタ3−16j−B及び層内レンズ3−16j−Wのそれぞれの上部には、オンチップレンズ2−16j−G、オンチップレンズ2−16j−R、オンチップレンズ2−16j−B及びオンチップレンズ2−16j−Wが形成されている。
[3−5.第12の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例5)]
以下に、本技術に係る第12の実施形態(固体撮像素子の製造方法の例5)の固体撮像素子の製造方法について、説明をする。
図17に、本技術に係る第12の実施形態の固体撮像素子の製造方法の一例を示す。図17では、オンチップレンズの形成以降の工程を例として、第12の実施形態の固体撮像素子の製造方法を示す。なお、特に断りがない限り、「上」とは図17中の上方向を意味し、「下」とは、図17中の下方向を意味する。
図17(a)は、図9〜図10の工程で作製された固体撮像素子1−17aを示す。なお、固体撮像素子は、図11〜図12、図13〜図14又は図15〜図16の工程で作製されてもよい。
固体撮像素子1−17aにおいては、半導体基板10−17aの内部に形成された画素分離部9−17aで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−17aの裏面上に形成された反射防止層6−17a及び絶縁層5−17aの上部に、画素間遮光膜4−17aに埋め込まれるように、図16(j)中の左の画素から順に、緑色カラーフィルタ3−17a−G、赤色カラーフィルタ3−17a−R、青色カラーフィルタ3−17a−B及び層内レンズ3−17a−Wが形成されている。そして、緑色カラーフィルタ3−17a−G、赤色カラーフィルタ3−17a−R、青色カラーフィルタ3−17a−B及び層内レンズ3−17a−Wのそれぞれの上部には、オンチップレンズ2−17a−G、オンチップレンズ2−17a−R、オンチップレンズ2−17a−B及びオンチップレンズ2−17a−Wが形成されている。
図17(b)で、等方的に、反射防止膜20−17b−G、反射防止膜20−17b−R、反射防止膜20−17b−B及び反射防止膜20−17b−Wが、オンチップレンズ2−17b−G、オンチップレンズ2−17b−R、オンチップレンズ2−17b−B及びオンチップレンズ2−17b−W上に成膜されて、固体撮像素子1−17bが得られる。固体撮像素子1−17bにおいては、半導体基板10−17bの内部に形成された画素分離部9−17bで電気的に区画された4画素に対して、半導体基板10−17bの裏面上に形成された反射防止層6−17b及び絶縁層5−17bの上部に、画素間遮光膜4−17bに埋め込まれるように、図16(j)中の左の画素から順に、緑色カラーフィルタ3−17b−G、赤色カラーフィルタ3−17b−R、青色カラーフィルタ3−17b−B及び層内レンズ3−17b−Wが形成されている。そして、緑色カラーフィルタ3−17b−G、赤色カラーフィルタ3−17b−R、青色カラーフィルタ3−17b−B及び層内レンズ3−17b−Wのそれぞれの上部には、オンチップレンズ2−17b−G、オンチップレンズ2−17b−R、オンチップレンズ2−17b−B及びオンチップレンズ2−17b−Wが形成されている。
<4.電子装置に関する実施形態>
[4−1.第13の実施形態(電子装置の例)]
本技術に係る第13の実施形態の電子装置は、固体撮像素子が搭載されて、該固体撮像素子が、
1次元又は2次元に配列された複数の画素毎に、光入射側から順に、オンチップレンズと、層内レンズと、反射防止層と半導体基板とが、少なくとも配され、該オンチップレンズの屈折率と該層内レンズの屈折率とは異なり、該オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、該オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、該オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、該反射防止層から該層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、alとacとが0.96〜1.04の範囲で、該オンチップレンズの該上部の曲率半径rl及び該オンチップレンズの該下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす、電子装置である。
Figure 2019091853
ただし、該数式(1)において、該オンチップレンズの光入射面側を上側としたとき、rl>0のときは、該オンチップレンズの上部は上凸形状であり、rl<0のときは該オンチップレンズの上部は下凸形状であり、rc>0のときは、該オンチップレンズの下部は上凸形状であり、rc<0のときは、該オンチップレンズの下部は下凸形状である。光は、性質上オンチップレンズで集光させても1点には集光せずに、波長に応じた広がりを有する。al及びacは、この広がりから認められるオンチップレンズの誤差範囲を意味する。なお、alは、オンチップレンズの上部(上面)の誤差範囲であり、acは、オンチップレンズの下部(下面)の誤差範囲である。
また、本技術に係る第13の実施形態の電子装置は、本技術に係る第1の実施形態〜第7の実施形態の固体撮像素子が搭載された電子装置でもよい。
<5.本技術を適用した固体撮像素子の使用例>
図18は、イメージセンサとしての本技術に係る第1〜第7の実施形態の固体撮像素子の使用例を示す図である。
上述した第1〜第7の実施形態の固体撮像素子は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングするさまざまなケースに使用することができる。すなわち、図13に示すように、例えば、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野、交通の分野、家電の分野、医療・ヘルスケアの分野、セキュリティの分野、美容の分野、スポーツの分野、農業の分野等において用いられる装置(例えば、上述した第13の実施形態の電子装置)に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
具体的には、鑑賞の分野においては、例えば、デジタルカメラやスマートフォン、カメラ機能付きの携帯電話機等の、鑑賞の用に供される画像を撮影するための装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
交通の分野においては、例えば、自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
家電の分野においては、例えば、ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、テレビ受像機や冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置で、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
医療・ヘルスケアの分野においては、例えば、内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
セキュリティの分野においては、例えば、防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
美容の分野においては、例えば、肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
スポーツの分野において、例えば、スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラプルカメラ等の、スポーツの用に供される装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
農業の分野においては、例えば、畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置に、第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像素子を使用することができる。
次に、本技術に係る第1〜第7の実施形態の固体撮像素子の使用例を具体的に説明する。例えば、上述で説明をした第1〜第7の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像素子は、固体撮像素子101として、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図19に、その一例として、電子機器102(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器102は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像素子101と、光学系(光学レンズ)310と、シャッタ装置311と、固体撮像素子101およびシャッタ装置311を駆動する駆動部313と、信号処理部312とを有する。
光学系310は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像素子101の画素部101aへ導くものである。この光学系310は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置311は、固体撮像素子101への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部313は、固体撮像素子101の転送動作およびシャッタ装置311のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部312は、固体撮像素子101から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Doutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
なお、本技術に係る実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
また、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
[1]
1次元又は2次元に配列された複数の画素毎に、光入射側から順に、オンチップレンズと、層内レンズと、反射防止層と、半導体基板とが、少なくとも配され、
該オンチップレンズの屈折率と該層内レンズの屈折率とは異なり、
該オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、該オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、該オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、該反射防止層から該層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、
alとacとが0.96〜1.04の範囲で、該オンチップレンズの該上部の曲率半径rl及び該オンチップレンズの該下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす、固体撮像素子。
Figure 2019091853
(ただし、該数式(1)において、該オンチップレンズの光入射面側を上側としたとき、rl>0のときは、該オンチップレンズの上部は上凸形状であり、rl<0のときは該オンチップレンズの上部は下凸形状であり、rc>0のときは、該オンチップレンズの下部は上凸形状であり、rc<0のときは、該オンチップレンズの下部は下凸形状である。)
[2]
画素間遮光膜を更に備える、[1]に記載の固体撮像素子。
[3]
互いに隣接する画素間にハードマスク材を更に備える、[1]又は[2]に記載の固体撮像素子。
[4]
前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズの光入射側である上部が上凸形状であって、かつ、該少なくとも1つの層内レンズと接触して配される前記オンチップレンズの下部が上凸形状である、[1]から[3]のいずれか1つに記載の固体撮像素子。
[5]
前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズの光入射側である上部が下凸形状であって、かつ、該少なくとも1つの層内レンズと接触して配される前記オンチップレンズの下部が下凸形状である、[1]から[3]のいずれか1つに記載の固体撮像素子。
[6]
前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズの光入射側である上部が上凸形状であって、かつ、該少なくとも1つの層内レンズと接触して配される前記オンチップレンズの下部が上凸形状であり、さらに、
前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズの光入射側である上部が下凸形状であって、かつ、該少なくとも1つの層内レンズと接触して配される前記オンチップレンズの下部が下凸形状である、[1]から[3]のいずれか1つに記載の固体撮像素子。
[7]
前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズが、特定の波長帯を透過させるカラーフィルタ特性を有する、[1]から[6]のいずれか1つに記載の固体撮像素子。
[8]
前記オンチップレンズ上に、オンチップレンズ用反射防止膜を更に備える、[1]から[7]のいずれか1つに記載の固体撮像素子。
[9]
半導体基板上の反射防止層の上方向に、互いに隣接する画素間に画素間遮光膜を形成する工程と、
層内レンズ材を、回転塗布して該回転塗布後に回転数を調整して乾燥させる工程と、
該層内レンズ材を該画素間遮光膜上か、又は該画素間遮光膜より内側に露光し現像して、層内レンズを形成する工程と、
オンチップレンズ材を回転塗布した後に母材レンズを塗布して、寸法を調整してパターニングする工程と、
寸法調整された母材レンズを融解させてエッチバックし、該オンチップレンズ材に曲率を転写させて、オンチップレンズを形成する工程と、を含み、
該オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、該オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、該オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、該反射防止層から該層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、
alとacとが0.96〜1.04の範囲で、該オンチップレンズの該上部の曲率半径rl及び該オンチップレンズの該下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす長さに加工される、固体撮像素子の製造方法。
Figure 2019091853
(ただし、該数式(1)において、該オンチップレンズの光入射面側を上側としたとき、rl>0のときは、該オンチップレンズの上部は上凸形状であり、rl<0のときは該オンチップレンズの上部は下凸形状であり、rc>0のときは、該オンチップレンズの下部は上凸形状であり、rc<0のときは、該オンチップレンズの下部は下凸形状である。)
[10]
互いに隣接する画素間にハードマスク材を形成する工程を更に含む、[9]に記載の固体撮像素子の製造方法。
[11]
前記オンチップレンズ上に、オンチップレンズ用反射防止膜を形成する工程を更に含む、[9]又は[10]に記載の固体撮像素子の製造方法。
[12]
固体撮像素子が搭載されて、
該固体撮像素子が、
1次元又は2次元に配列された複数の画素毎に、光入射側から順に、オンチップレンズと、層内レンズと、反射防止層と半導体基板とが、少なくとも配され、
該オンチップレンズの屈折率と該層内レンズの屈折率とは異なり、
該オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、該オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、該オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、該反射防止層から該層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、
alとacとが0.96〜1.04の範囲で、該オンチップレンズの該上部の曲率半径rl及び該オンチップレンズの該下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす、電子装置。
Figure 2019091853
(ただし、該数式(1)において、該オンチップレンズの光入射面側を上側としたとき、rl>0のときは、該オンチップレンズの上部は上凸形状であり、rl<0のときは該オンチップレンズの上部は下凸形状であり、rc>0のときは、該オンチップレンズの下部は上凸形状であり、rc<0のときは、該オンチップレンズの下部は下凸形状である。)
[13]
[2]から[8]のいずれか1つに記載の固体撮像素子が搭載される、電子装置。
1…固体撮像素子、2…オンチップレンズ、3…層内レンズ(カラーフィルタ)、6…反射防止層、10…半導体基板、100…画素

Claims (12)

  1. 1次元又は2次元に配列された複数の画素毎に、光入射側から順に、オンチップレンズと、層内レンズと、反射防止層と、半導体基板とが、少なくとも配され、
    該オンチップレンズの屈折率と該層内レンズの屈折率とは異なり、
    該オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、該オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、該オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、該反射防止層から該層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、
    alとacとが0.96〜1.04の範囲で、該オンチップレンズの該上部の曲率半径rl及び該オンチップレンズの該下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす、固体撮像素子。
    Figure 2019091853
    (ただし、該数式(1)において、該オンチップレンズの光入射面側を上側としたとき、rl>0のときは、該オンチップレンズの上部は上凸形状であり、rl<0のときは該オンチップレンズの上部は下凸形状であり、rc>0のときは、該オンチップレンズの下部は上凸形状であり、rc<0のときは、該オンチップレンズの下部は下凸形状である。)
  2. 画素間遮光膜を更に備える、請求項1に記載の固体撮像素子。
  3. 互いに隣接する画素間にハードマスク材を更に備える、請求項1に記載の固体撮像素子。
  4. 前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズの光入射側である上部が上凸形状であって、かつ、該少なくとも1つの層内レンズと接触して配される前記オンチップレンズの下部が上凸形状である、請求項1に記載の固体撮像素子。
  5. 前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズの光入射側である上部が下凸形状であって、かつ、該少なくとも1つの層内レンズと接触して配される前記オンチップレンズの下部が下凸形状である、請求項1に記載の固体撮像素子。
  6. 前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズの光入射側である上部が上凸形状であって、かつ、該少なくとも1つの層内レンズと接触して配される前記オンチップレンズの下部が上凸形状であり、さらに、
    前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズの光入射側である上部が下凸形状であって、かつ、該少なくとも1つの層内レンズと接触して配される前記オンチップレンズの下部が下凸形状である、請求項1に記載の固体撮像素子。
  7. 前記層内レンズのうち、少なくとも1つの層内レンズが、特定の波長帯を透過させるカラーフィルタ特性を有する、請求項1に記載の固体撮像素子。
  8. 前記オンチップレンズ上に、オンチップレンズ用反射防止膜を更に備える、請求項1に記載の固体撮像素子。
  9. 半導体基板上の反射防止層の上方向に、互いに隣接する画素間に画素間遮光膜を形成する工程と、
    層内レンズ材を、回転塗布して該回転塗布後に回転数を調整して乾燥させる工程と、
    該層内レンズ材を該画素間遮光膜上か、又は該画素間遮光膜より内側に露光し現像して、層内レンズを形成する工程と、
    オンチップレンズ材を回転塗布した後に母材レンズを塗布して、寸法を調整してパターニングする工程と、
    寸法調整された母材レンズを融解させてエッチバックし、該オンチップレンズ材に曲率を転写させて、オンチップレンズを形成する工程と、を含み、
    該オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、該オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、該オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、該反射防止層から該層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、
    alとacとが0.96〜1.04の範囲で、該オンチップレンズの該上部の曲率半径rl及び該オンチップレンズの該下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす長さに加工される、固体撮像素子の製造方法。
    Figure 2019091853
    (ただし、該数式(1)において、該オンチップレンズの光入射面側を上側としたとき、rl>0のときは、該オンチップレンズの上部は上凸形状であり、rl<0のときは該オンチップレンズの上部は下凸形状であり、rc>0のときは、該オンチップレンズの下部は上凸形状であり、rc<0のときは、該オンチップレンズの下部は下凸形状である。)
  10. 互いに隣接する画素間にハードマスク材を形成する工程を更に含む、請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法。
  11. 前記オンチップレンズ上に、オンチップレンズ用反射防止膜を形成する工程を更に含む、請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法。
  12. 固体撮像素子が搭載されて、
    該固体撮像素子が、
    1次元又は2次元に配列された複数の画素毎に、光入射側から順に、オンチップレンズと、層内レンズと、反射防止層と半導体基板とが、少なくとも配され、
    該オンチップレンズの屈折率と該層内レンズの屈折率とは異なり、
    該オンチップレンズの光入射側である上部の曲率半径をrl、該オンチップレンズの下部の曲率半径をrc、該オンチップレンズの屈折率をnl、層内レンズの屈折率をnc、該反射防止層から該層内レンズの光入射側である上端部までの距離をhcとしたとき、
    alとacとが0.96〜1.04の範囲で、該オンチップレンズの該上部の曲率半径rl及び該オンチップレンズの該下部の曲率半径rcが、下記の数式(1)を満たす、電子装置。
    Figure 2019091853
    (ただし、該数式(1)において、該オンチップレンズの光入射面側を上側としたとき、rl>0のときは、該オンチップレンズの上部は上凸形状であり、rl<0のときは該オンチップレンズの上部は下凸形状であり、rc>0のときは、該オンチップレンズの下部は上凸形状であり、rc<0のときは、該オンチップレンズの下部は下凸形状である。)
JP2017221080A 2017-11-16 2017-11-16 固体撮像素子及び電子装置 Pending JP2019091853A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017221080A JP2019091853A (ja) 2017-11-16 2017-11-16 固体撮像素子及び電子装置
PCT/JP2018/038588 WO2019097936A1 (ja) 2017-11-16 2018-10-17 固体撮像素子及び電子装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017221080A JP2019091853A (ja) 2017-11-16 2017-11-16 固体撮像素子及び電子装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019091853A true JP2019091853A (ja) 2019-06-13

Family

ID=66538581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017221080A Pending JP2019091853A (ja) 2017-11-16 2017-11-16 固体撮像素子及び電子装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2019091853A (ja)
WO (1) WO2019097936A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023068227A1 (ja) * 2021-10-22 2023-04-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 表示装置および電子機器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022202151A1 (ja) * 2021-03-26 2022-09-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
CN117157561A (zh) * 2021-04-14 2023-12-01 凸版印刷株式会社 微透镜阵列及其制造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2601148B2 (ja) * 1993-07-23 1997-04-16 日本電気株式会社 固体撮像装置
JP4595405B2 (ja) * 2004-07-02 2010-12-08 ソニー株式会社 固体撮像装置及びその製造方法
JP5651986B2 (ja) * 2010-04-02 2015-01-14 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、並びに電子機器及びカメラモジュール
JP2012204387A (ja) * 2011-03-23 2012-10-22 Panasonic Corp 固体撮像素子およびその製造方法
JP2013229446A (ja) * 2012-04-25 2013-11-07 Sharp Corp 固体撮像素子及び固体撮像の製造方法
JP2014154662A (ja) * 2013-02-07 2014-08-25 Sony Corp 固体撮像素子、電子機器、および製造方法
US9513411B2 (en) * 2014-07-31 2016-12-06 Visera Technologies Company Limited Double-lens structures and fabrication methods thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023068227A1 (ja) * 2021-10-22 2023-04-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 表示装置および電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019097936A1 (ja) 2019-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102198446B1 (ko) 촬상 소자 및 촬상 장치
US8530814B2 (en) Solid-state imaging device with a planarized lens layer method of manufacturing the same, and electronic apparatus
JP6364667B2 (ja) 光検出装置および固体撮像装置並びにそれらの製造方法
WO2016129406A1 (ja) 撮像素子、および電子装置
WO2019097936A1 (ja) 固体撮像素子及び電子装置
WO2016136502A1 (ja) 固体撮像素子、および電子装置
JPH10270672A (ja) 固体撮像素子
JP2009021379A (ja) 固体撮像装置およびそれを備えたカメラ、固体撮像装置の製造方法
JP2012204354A (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法及び電子機器
JPWO2014061188A1 (ja) 撮像素子及び撮像装置
EP3439037B1 (en) Solid-state imaging element and electronic device
JP6243498B1 (ja) 撮像装置
JP2013012518A (ja) 固体撮像素子
JP2020178112A (ja) 固体撮像装置
JP4564794B2 (ja) 固体撮像素子
KR100848945B1 (ko) 주광선 손실을 보상하는 마이크로렌즈 어레이 및 이를포함하는 이미지센서 조립체
JP2006140413A (ja) 固体撮像素子
JP2011243749A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
US7732745B2 (en) Imaging apparatus including a solid state imaging device including a plurality of photo diodes
JPH06163863A (ja) 固体撮像装置
JP2016225392A (ja) 固体撮像素子用マイクロレンズおよび固体撮像素子用マイクロレンズの形成方法
WO2022000142A1 (zh) 图像传感器及其制作方法、成像装置和终端设备
WO2022113363A1 (ja) 光学素子、撮像素子及び撮像装置
JP2010258466A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法
JP2020167495A (ja) 固体撮像素子及び撮像装置