JP4281132B2 - Solid-state image sensor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば内部に凹レンズ構造を形成した固体撮像素子に係わる。
【0002】
【従来の技術】
近年、カラー用固体撮像素子においては、素子の小型化に伴い、素子内にカラーフィルターを形成し、このカラーフィルターの上にさらにマイクロレンズを形成した、いわゆるオンチップレンズ構造を採って、入射光をこのマイクロレンズで集光することによりセンサ(受光部)における感度の向上を図っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そして、上述のオンチップレンズ構造を有する固体撮像素子において、さらに表面のマイクロレンズと受光部との間に、集光する特性を持つ第2のレンズ構造を設けているものがある。
この第2のレンズ構造としては、例えば屈折率が異なる2層の境界面を凹面として、ここに凹レンズを形成する凹レンズ構造等が挙げられる。
【0004】
図7に上述の表面層と受光部との間に凹レンズ構造を形成した固体撮像素子の一例の概略図を示す。
この固体撮像素子50は、半導体基体51内にセンサ(受光部)52が形成され、この受光部52以外の半導体基体51上には絶縁膜53を介して転送電極54が形成されている。転送電極54上には層間絶縁膜55を介して遮光膜56が形成され、この遮光膜56は転送電極54への光の入射を防止する。また、遮光膜56には受光部52上に開口が設けられて、受光部52に光が入射するようにしている。
そして、遮光膜56を覆って例えばBPSG(ボロンリンシリケートガラス)膜57が形成され、このBPSG膜57は遮光膜56による段差に対応して表面に凹凸を有し、ちょうど受光部52上の部分が凹部になっている。
【0005】
BPSG膜57上には例えばSiN膜(屈折率n=1.9〜2.0)等による高屈折率層58が形成されて、ここに凹レンズ構造(いわゆる層内レンズ)が形成される。
【0006】
高屈折率層58の上面は平坦化され、パッシベーション膜59を介してカラーフィルター60が形成されている。さらにカラーフィルター60上にはマイクロレンズ61が形成されている。
【0007】
この場合、凹レンズ表面即ちBPSG膜57と高屈折率層58の2層の境界面に入射した光が、受光部52上に集光するよう、BPSG膜57と高屈折率層58との屈折率の関係を調整する必要がある。
一般的に、凹レンズであることを考慮すると、受光部52上に集光させるためには、レンズ表面を境界として、下地のBPSG膜57の屈折率よりも、上層の高屈折率層58の屈折率の方が、大きくなるように調整される。
【0008】
しかしながら、斜め方向から凹レンズ表面に光が入射した場合、その入射角度によっては、凹レンズ構造を形成しない構造の場合にはないような、大きな角度で凹レンズ表面に入射することがある。
このため、入射角度によっては、凹レンズ表面で光が全反射を起こすことが予測でき、これによって、感度の向上が不十分になってしまうおそれがある。
【0009】
上述の問題の解決のために、本発明においては、入射光を受光部に広く入射するように導くことにより、高い感度を有する固体撮像素子を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子は、センサ開口から最表面層の間に凹レンズ構造を有する層が設けられ、凹レンズ構造の底部に溝が掘られた構造が設けられ、この溝が掘られた構造内を含んで、凹レンズ構造を構成する高屈折率材料層が形成されて成る構成である。
【0011】
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、凹レンズ構造の底部に溝が掘られた構造が設けられたことにより、凹レンズ構造の底部に大きい入射角度で入る光が全反射せず溝が掘られた構造によってセンサ開口へ導かれるので、センサにおける受光量の増加を図ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明は、センサ開口から最表面層の間に凹レンズ構造を有する層が設けられ、凹レンズ構造の底部に溝が掘られた構造が設けられ、溝が掘られた構造内を含んで、凹レンズ構造を構成する高屈折率材料層が形成されて成る固体撮像素子である。
【0018】
また本発明は、上記固体撮像素子において、溝が掘られた構造内を含んで、凹レンズ構造下に形成された層間絶縁層の表面にパッシベーション膜が形成され、パッシベーション膜上に凹レンズ構造を構成する高屈折率材料層が形成された構成とする。
【0019】
また本発明は、上記固体撮像素子において、さらに高屈折率材料層が樹脂から成る構成とする。
また本発明は、上記固体撮像素子において、さらにパッシベーション膜がSiN膜である構成とする。
また本発明は、上記固体撮像素子において、溝が掘られた構造の底部に臨んでエッチングストッパ膜が形成されて成る構成とする。
【0021】
図1に示す固体撮像素子20は、本発明の固体撮像素子の一実施の形態の1画素に対応する素子の断面図である。
【0022】
この固体撮像素子20は、半導体基体1内にセンサ(受光部)2が形成され、この受光部2以外の半導体基体1上には絶縁膜3を介して転送電極4が形成されている。転送電極4上には層間絶縁膜5を介して遮光膜6が形成され、この遮光膜6は転送電極4への光の入射を防止する。また、遮光膜6には受光部2上に開口が設けられて、受光部2に光が入射するようにしている。
また、前述の図7に示した例と同様に、遮光膜6を覆って、遮光膜6による段差に対応した凹凸を表面に有する例えばBPSG(屈折率n=1.4〜1.5)等からなる層間絶縁層7が形成されている。
【0023】
そして、本実施の形態においては、さらにこのBPSG等からなる層間絶縁層7の受光部5上の部分に井戸状の掘り込み構造21が形成されて成る。
井戸状の掘り込み構造21の周囲の部分は、前述の図7に示した例と同様に、凹レンズ構造(いわゆる層内レンズ)となっている。即ち、層内レンズ中央の底部に井戸状の掘り込み構造21が形成される。
層間絶縁層7上には、例えばSiN膜(屈折率n=1.9〜2.0)等による高屈折率層8が形成されて、これらの2層7,8の界面において光が屈折もしくは全反射する。
この場合も、受光部2上に集光させるために、層間絶縁層膜7の屈折率よりも、上層の高屈折率層8の屈折率の方が大きくなるように調整されている。
【0024】
さらに、本実施の形態においては、センサ2上の井戸状の掘り込み構造21の底部に臨む位置にエッチングストッパ膜12が形成されている。
【0025】
このエッチングストッパ膜12は、層間絶縁層7とのエッチングの選択比が採れる材料によって形成し、層間絶縁層7に井戸状の掘り込み構造21を形成するエッチングの際にエッチングを停止させる深さを一定にする。
これにより、井戸状の掘り込み構造(以下井戸構造と称する)21の深さh(図2参照)が一定の深さに規制される。
【0026】
層間絶縁層7を例えば上述のようにBPSGにより形成する場合には、エッチングストッパ膜12を例えばSiNによって形成することにより、充分なエッチング選択比を有し、ここでエッチングを停止させることができる。
さらに、エッチングの際にセンサ2表面にダメージを与えることがない。
【0027】
また、SiN等入射光に対する反射率が低い材料によりエッチングストッパ膜12を形成したときには、エッチングストッパ膜12に低反射膜としての機能を兼ね備えることができる。
【0028】
後は前述の例と同様に、高屈折率層8の上面は平坦化され、パッシベーション膜9を介してカラーフィルター10が形成されている。さらにカラーフィルター10上にはマイクロレンズ11が形成されている。
【0029】
尚、井戸状の掘り込み構造21の深さhは、井戸構造21の下方の絶縁膜3との間の距離が数100nm程度以下になるまで深く掘り込んで形成することが望ましい。従って、エッチングストッパ膜12の膜厚は、好ましくは数100nm程度以下に形成する。
【0030】
また、井戸構造21内に入射する光の入射角を、井戸構造21の側壁21aに対して極力大きい角度とするために、図2に示すように、井戸構造21のアスペクト比即ち井戸構造21の深さhと基板面方向の幅dの比h/dをできるだけ大きくする必要がある。
従って、このとき井戸構造21の基板面方向の幅dは、受光部2上の遮光膜6の開口幅wよりも小さく形成するのが望ましい。
【0031】
上述のような高いアスペクト比h/dで井戸構造21を形成した場合、井戸構造21内に入射した光は、アスペクト比h/dが高いために、入射角度が井戸構造21の側壁21aに対して小さくなり、全反射を起こしやすくなる。
【0032】
また、一度、井戸構造21の側壁21aで全反射を起こした場合、井戸構造21を構成する2層7,8の材料の屈折率と井戸構造21のアスペクト比h/dとを考慮に入れると、図2に示すように、側壁21aで全反射を起こした入射光Lが井戸構造21の底部21bに到達するまで全反射を繰り返すと考えられる。即ち、井戸構造21により一種の導波管を形成できることになる。
そして、井戸構造21を受光部2近傍まで掘り下げて形成することにより、井戸構造21内に入射した光を極力漏らすことなく受光部2に誘導することができる。
【0033】
また、上述の全反射成分の増加により、層間絶縁層7を透過して遮光膜6に入射する率が減少する。
従って、遮光膜6に入射した光の反射に起因する感度低下を抑制することができる。
【0034】
また、通常、層内レンズは、図8に図7の構成における入射光の伝搬経路を示すように、本来は遮光膜56に入射するような入射光L2 を受光部52上に導く働きがある。
【0035】
そして、図3に示すように、上述の実施の形態における井戸構造21は、遮光膜6に入射する入射光L2 を受光部2に導くこともでき、上述の層内レンズの効果を損なわない。
【0036】
一方、図8において、層内レンズではレンズの凹面における全反射のために、センサに入射しない光L3 があるが、上述の実施の形態によれば、そこの部分に井戸構造21の入口があるために、このような入射光L3 が全反射せず井戸構造21に入り込むことから、層内レンズ構造と比較して受光部に入射する光量が増加して、固体撮像素子の感度の向上が図られる。
【0037】
尚、さらに感度を上げる場合には、井戸構造21の側壁に例えばAl,W等の反射膜を形成すれば、側壁を透過する成分をなくして感度を上げることができる。このような反射膜は、例えば全面に薄膜として反射膜を形成した後、異方性エッチングを行うことにより、井戸構造の側壁のみに残して形成することができる。
【0038】
上述の井戸構造21は、次のようにして形成することができる。
まず、従来公知の方法により、半導体基板1の内部に受光部2や電荷転送部、チャネルストップ領域等の各領域(図示せず)を形成するとともに、半導体基板1の表面にゲート絶縁膜3、その上に転送電極4、層間絶縁膜5、遮光膜6を順次形成した後、受光部2上に対応する部分の遮光膜6に開口を形成する。
【0039】
次に、この受光部2上の遮光膜6の開口の部分に、例えばSiN膜等のエッチングストッパ膜12を形成する。
【0040】
続いて、遮光膜6及びエッチングストッパ膜12を覆って、全面的に例えばBPSG膜(屈折率n=1.4〜1.5)等の層間絶縁層7を堆積する。
その後、例えば熱処理により層間絶縁層7をリフローさせることにより、遮光膜6による段差に対応した凹凸を表面に有し、受光部2上に凹部が形成された層内レンズ形状を作成する。
【0041】
図7の構造においては、この直後に、レンズ特性を得るために、層間絶縁層7よりも屈折率の大きい材料、例えばシリコン窒化膜等を形成していた。
これに対して、本実施の形態では、ここで層間絶縁層7に対してパターニングを行い、リフローさせた層間絶縁層7の凹凸の内、凹部の最も高さが低い部分に、異方性エッチングによって先に形成したエッチングストッパ膜12に達するまで垂直に掘り込み、エッチングストッパ膜12に底部が臨む井戸構造21を形成する。
【0042】
次に、井戸構造21を埋めて層間絶縁層7上に高屈折率層8を形成し、層内レンズの凹レンズ構造を形成する。
その後は、高屈折率層8の表面を平坦化して、パッシベーション膜9を介してカラーフィルタ10を形成する。
さらに、カラーフィルタ10の上に、マイクロレンズ11の材料からなる層を形成し、リフローを行ってマイクロレンズ11のレンズ形状に整える。
このようにして図1に示す固体撮像素子20の構造を形成することができる。
【0043】
次に、本発明の固体撮像素子の他の実施の形態の1画素に対応する素子の断面図を図4に示す。
この固体撮像素子30では特に、井戸構造21の内部を含んで、層間絶縁層7の表面にパッシベーション膜9が形成され、このパッシベーション膜9上に高屈折率層8が形成されて成る。
高屈折率層8の上には、直接カラーフィルタ10が形成されている。
【0044】
層内凸レンズ構造を構成する高屈折率層8には、例えば先の実施の形態で挙げたSiNの他に、例えばポリイミド系樹脂等の熱溶融性透明樹脂を用いることができる。
【0045】
このような熱溶融性透明樹脂によって高屈折率層8を構成する場合には、例えばスピンコート等の塗布法により高屈折率層8を形成することができる。
また、スピンコートにより形成することにより、同時に高屈折率層8表面の平坦化を容易に行うことができる。従って高屈折率層8上に直接カラーフィルター10を形成することが可能になる。
【0046】
そして、このような樹脂は、層間絶縁層7を前述のように例えばBPSG等により形成しているときには、層間絶縁層7上に直接形成すると良好な成膜が難しくなる。
そこで、例えばプラズマにより形成したSiN膜から成るパッシベーション膜9を、井戸構造21内を含んで層間絶縁層7上に形成しておいて、その上に樹脂から成る高屈折率層8を形成する。
このようにパッシベーション膜9を介して樹脂から成る高屈折率層8を形成することにより、高屈折率層8を容易に良好な成膜状態で形成することが可能となる。
【0047】
その他の構成は、先の図1に示した実施の形態の固体撮像素子20と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
【0048】
上述の各実施の形態の固体撮像素子20,30においては、井戸構造21の底部に臨むエッチングストッパ膜12が形成された構成を採ることにより、層間絶縁層の異方性エッチングの均一性を向上させることができ、井戸構造21の深さの再現性を向上させることができる。
従って、井戸構造21の深さhを各画素や半導体ウエハ内の各位置においてばらつきをなくして均一にすることができ、その結果良好な特性の固体撮像素子20,30を得ることができる。
【0049】
一方、各画素毎において或いは半導体ウエハ内の位置において、井戸構造21の深さに少々ばらつきがあっても、このばらつきによって生じる固体撮像素子の諸特性への影響が、固体撮像素子全体に要求される条件を充分満たす程度にとどまる場合には、必ずしも井戸構造21の深さを均一にしなくてもよい。
この場合には、エッチングストッパ膜12を省略することが可能となる。
【0050】
この場合の固体撮像素子の構成を図5に示す。
図5に示すように、この固体撮像素子41では、井戸構造21の底部と絶縁膜3との間に層間絶縁層7が残っている。
【0051】
そして、この層間絶縁層7の厚さにより、固体撮像素子の各画素における特性が影響される。
好ましくは、井戸構造21の底部と絶縁膜3との間に残る層間絶縁層7の厚さが100nm程度以下になるように異方性エッチングを行って井戸構造21を形成する。
【0052】
また、このエッチングストッパ膜12を省略した図5の構成に対して、図4に示した実施の形態と同様に層間絶縁層7表面にパッシベーション膜9を形成した構成の固体撮像素子42を図6に示す。
この場合も先の図4に示した固体撮像素子30と同様に、パッシベーション膜9を介することにより、樹脂から成る高屈折率層8を良好な成膜状態で形成することができる。
【0053】
尚、この図6の構成では、井戸構造21をセンサ2上の絶縁膜3にほぼ達する程度に形成している。このような構成でパッシベーション膜9に前述のプラズマによるSiN膜を用いることにより、パッシベーション膜9を低反射膜として機能させることも可能になる。
【0054】
本発明の固体撮像素子及びその製造方法は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【0055】
【発明の効果】
上述の本発明による固体撮像素子によれば、センサ開口上に凹レンズ構造を設けた固体撮像素子において、凹レンズ底部に井戸状の掘り込み構造を設けることにより、凹レンズ底部での全反射を防ぎ、凹レンズ底部に入射した光を受光部に導くことができるため、受光量を増加させることができ、感度を向上させることができる。
【0057】
また、上述の本発明によれば、井戸状の掘り込み構造内を含んで、層間絶縁層の表面にパッシベーション膜を形成してその上に高屈折率材料層を形成することにより、層間絶縁層上に良好な成膜状態で高屈折率材料層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による固体撮像素子の一実施の形態の概略構成図(一画素の断面図)である。
【図2】図1における井戸構造を説明する図である。
【図3】図1の固体撮像素子における入射光の伝搬経路を示す図である。
【図4】本発明による固体撮像素子の他の実施の形態の概略構成図(一画素の断面図)である。
【図5】エッチングストッパ膜を省略した構成の固体撮像素子の概略構成図(一画素の断面図)である。
【図6】エッチングストッパ膜を省略した構成の他の固体撮像素子の概略構成図(一画素の断面図)である。
【図7】層内レンズを形成した固体撮像素子の一例の概略構成図(一画素の断面図)である。
【図8】図7の固体撮像素子における入射光の伝搬経路を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体基体、2 受光部(センサ)、3 絶縁膜、4 転送電極、5 層間絶縁膜、6 遮光膜、7 層間絶縁層、8 高屈折率層、9 パッシベーション膜、10 カラーフィルター、11 マイクロレンズ、12 エッチングストッパ膜、20,30,41,42 固体撮像素子、21 井戸構造、50 固体撮像素子、51 半導体基体、52 受光部(センサ)、53 絶縁膜、54 転送電極、55 層間絶縁膜、56 遮光膜、57 BPSG膜、58 高屈折率層、59 パッシベーション膜、60 カラーフィルター、61 マイクロレンズ、L,L1 ,L2 ,L3 入射光、d 井戸構造の幅、h 井戸構造の高さ、w 遮光膜の開口の幅
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device having a concave lens structure formed therein, for example.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in color solid-state imaging devices, with the miniaturization of the device, a color filter is formed in the device, and a so-called on-chip lens structure in which a microlens is further formed on the color filter is employed. The sensitivity of the sensor (light receiving unit) is improved by condensing the light with the microlens.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In some solid-state imaging devices having the above-described on-chip lens structure, a second lens structure having a condensing characteristic is further provided between the surface microlens and the light receiving unit.
Examples of the second lens structure include a concave lens structure in which a boundary surface between two layers having different refractive indexes is a concave surface and a concave lens is formed here.
[0004]
FIG. 7 shows a schematic diagram of an example of a solid-state imaging device in which a concave lens structure is formed between the surface layer and the light receiving unit.
In the solid-state imaging device 50, a sensor (light receiving unit) 52 is formed in a semiconductor substrate 51, and a transfer electrode 54 is formed on the semiconductor substrate 51 other than the light receiving unit 52 via an insulating film 53. A light shielding film 56 is formed on the transfer electrode 54 via an interlayer insulating film 55, and the light shielding film 56 prevents light from entering the transfer electrode 54. The light shielding film 56 is provided with an opening on the light receiving portion 52 so that light enters the light receiving portion 52.
Then, for example, a BPSG (boron phosphorus silicate glass) film 57 is formed so as to cover the light shielding film 56, and the BPSG film 57 has irregularities on the surface corresponding to the level difference due to the light shielding film 56, and is a part on the light receiving portion 52. Is a recess.
[0005]
On the BPSG film 57, a high refractive index layer 58 made of, for example, a SiN film (refractive index n = 1.9 to 2.0) is formed, and a concave lens structure (so-called intralayer lens) is formed here.
[0006]
The upper surface of the high refractive index layer 58 is flattened, and a color filter 60 is formed via a passivation film 59. Further, a microlens 61 is formed on the color filter 60.
[0007]
In this case, the refractive index of the BPSG film 57 and the high refractive index layer 58 so that the light incident on the concave lens surface, that is, the boundary surface between the two layers of the BPSG film 57 and the high refractive index layer 58 is collected on the light receiving unit 52. It is necessary to adjust the relationship.
In general, considering a concave lens, in order to collect light on the light receiving portion 52, the refractive index of the upper high refractive index layer 58 is higher than the refractive index of the underlying BPSG film 57 with the lens surface as a boundary. The rate is adjusted to be larger.
[0008]
However, when light is incident on the concave lens surface from an oblique direction, depending on the incident angle, the light may be incident on the concave lens surface at a large angle, which is not the case with a structure that does not form a concave lens structure.
For this reason, depending on the incident angle, it can be predicted that light is totally reflected on the surface of the concave lens, which may result in insufficient improvement in sensitivity.
[0009]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a solid-state imaging device having high sensitivity by guiding incident light to be widely incident on a light receiving unit.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Solid-state imaging device of the invention, the layer having a concave structure between the outermost surface layer is formed from the sensor opening, grooves are dug structure in the bottom portion is provided in the concave structure, within this groove dug structure In addition, a high refractive index material layer constituting the concave lens structure is formed.
[0011]
According to the above-described configuration of the solid-state imaging device of the present invention, the structure in which the groove is dug in the bottom of the concave lens structure is provided, so that light entering the bottom of the concave lens structure at a large incident angle is not totally reflected and the groove is formed. Since it is guided to the sensor opening by the excavated structure , the amount of light received by the sensor can be increased .
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, a layer having a concave lens structure is provided between the sensor opening and the outermost surface layer, and a grooved structure is provided at the bottom of the concave lens structure. Is a solid-state image sensor formed by forming a high refractive index material layer .
[0018]
The present invention, in a solid-state imaging device, including a groove is dug structure, passivated film on the surface of the interlayer insulating layer formed under the concave lens structure is formed, constitutes a concave structure on the passivation film The high refractive index material layer is formed .
[0019]
The present invention, in a solid-state imaging device, a higher refractive index material layer is a structure made of a resin.
According to the present invention, in the solid-state imaging device, the passivation film is a SiN film.
According to the present invention, in the solid-state imaging device, an etching stopper film is formed so as to face the bottom of the grooved structure.
[0021]
A solid-state imaging device 20 shown in FIG. 1 is a cross-sectional view of an element corresponding to one pixel of an embodiment of the solid-state imaging device of the present invention.
[0022]
In this solid-state imaging device 20, a sensor (light receiving unit) 2 is formed in a semiconductor substrate 1, and a transfer electrode 4 is formed on the semiconductor substrate 1 other than the light receiving unit 2 through an insulating film 3. A light shielding film 6 is formed on the transfer electrode 4 via an interlayer insulating film 5, and this light shielding film 6 prevents light from entering the transfer electrode 4. The light shielding film 6 is provided with an opening on the light receiving portion 2 so that light enters the light receiving portion 2.
Further, similarly to the example shown in FIG. 7 described above, for example, BPSG (refractive index n = 1.4 to 1.5) or the like that covers the light shielding film 6 and has irregularities on the surface corresponding to the steps due to the light shielding film 6. An interlayer insulating layer 7 made of is formed.
[0023]
In the present embodiment, a well-like digging structure 21 is formed on the light receiving portion 5 of the interlayer insulating layer 7 made of BPSG or the like.
The peripheral portion of the well-shaped digging structure 21 has a concave lens structure (so-called intra-layer lens) as in the example shown in FIG. That is, a well-shaped digging structure 21 is formed at the bottom of the center of the inner lens.
On the interlayer insulating layer 7, a high refractive index layer 8 made of, for example, a SiN film (refractive index n = 1.9 to 2.0) or the like is formed, and light is refracted at the interface between these two layers 7 or 8. Total reflection.
Also in this case, in order to collect light on the light receiving portion 2, the refractive index of the upper high refractive index layer 8 is adjusted to be larger than the refractive index of the interlayer insulating layer film 7.
[0024]
Furthermore, in the present embodiment, the etching stopper film 12 is formed at a position facing the bottom of the well-shaped digging structure 21 on the sensor 2.
[0025]
The etching stopper film 12 is formed of a material that can have an etching selectivity with respect to the interlayer insulating layer 7, and has a depth at which the etching is stopped when the well-shaped digging structure 21 is formed in the interlayer insulating layer 7. Keep it constant.
As a result, the depth h (see FIG. 2) of the well-shaped digging structure (hereinafter referred to as well structure) 21 is regulated to a certain depth.
[0026]
When the interlayer insulating layer 7 is formed by, for example, BPSG as described above, the etching stopper film 12 is formed by, for example, SiN, so that the etching selectivity is sufficient, and the etching can be stopped here.
Furthermore, the surface of the sensor 2 is not damaged during etching.
[0027]
Further, when the etching stopper film 12 is formed of a material having a low reflectance with respect to incident light such as SiN, the etching stopper film 12 can have a function as a low reflection film.
[0028]
Thereafter, similarly to the above-described example, the upper surface of the high refractive index layer 8 is flattened, and the color filter 10 is formed via the passivation film 9. Further, a microlens 11 is formed on the color filter 10.
[0029]
The depth h of the well-like digging structure 21 is desirably dug deeply until the distance from the insulating film 3 below the well structure 21 is about several hundred nm or less. Accordingly, the film thickness of the etching stopper film 12 is preferably about several hundred nm or less.
[0030]
Further, in order to make the incident angle of light entering the well structure 21 as large as possible with respect to the side wall 21a of the well structure 21, as shown in FIG. 2, the aspect ratio of the well structure 21, that is, the well structure 21 It is necessary to increase the ratio h / d between the depth h and the width d in the substrate surface direction as much as possible.
Accordingly, at this time, the width d in the substrate surface direction of the well structure 21 is desirably smaller than the opening width w of the light shielding film 6 on the light receiving portion 2.
[0031]
When the well structure 21 is formed with a high aspect ratio h / d as described above, the incident angle of light incident on the well structure 21 is higher than the side wall 21a of the well structure 21 because the aspect ratio h / d is high. It becomes easy to cause total reflection.
[0032]
Further, once total reflection occurs at the side wall 21a of the well structure 21, the refractive index of the material of the two layers 7 and 8 constituting the well structure 21 and the aspect ratio h / d of the well structure 21 are taken into consideration. 2, it is considered that the total reflection is repeated until the incident light L that has undergone total reflection at the side wall 21 a reaches the bottom 21 b of the well structure 21. That is, a kind of waveguide can be formed by the well structure 21.
Then, by forming the well structure 21 by digging it up to the vicinity of the light receiving portion 2, it is possible to guide the light incident into the well structure 21 to the light receiving portion 2 without leaking as much as possible.
[0033]
Further, the increase in the total reflection component described above reduces the rate of transmission through the interlayer insulating layer 7 and incident on the light shielding film 6.
Therefore, it is possible to suppress a decrease in sensitivity due to reflection of light incident on the light shielding film 6.
[0034]
In general, the intralayer lens has a function of guiding incident light L 2 that is originally incident on the light shielding film 56 onto the light receiving portion 52, as shown in FIG. is there.
[0035]
As shown in FIG. 3, the well structure 21 in the above-described embodiment can also guide the incident light L 2 incident on the light shielding film 6 to the light receiving unit 2, and does not impair the effect of the above-described intralayer lens. .
[0036]
On the other hand, in FIG. 8, in the intralayer lens, there is the light L 3 that is not incident on the sensor due to total reflection on the concave surface of the lens, but according to the above-described embodiment, the entrance of the well structure 21 is present there. For this reason, the incident light L 3 is not totally reflected and enters the well structure 21. Therefore, the amount of light incident on the light receiving portion is increased as compared with the in-layer lens structure, and the sensitivity of the solid-state imaging device is improved. Is planned.
[0037]
In order to further increase the sensitivity, if a reflective film such as Al or W is formed on the side wall of the well structure 21, the sensitivity can be increased by eliminating a component that transmits the side wall. Such a reflective film can be formed, for example, by leaving the reflective film as a thin film on the entire surface and then performing anisotropic etching to leave only the sidewall of the well structure.
[0038]
The well structure 21 described above can be formed as follows.
First, each region (not shown) such as the light receiving portion 2, the charge transfer portion, and the channel stop region is formed inside the semiconductor substrate 1 by a conventionally known method, and the gate insulating film 3 on the surface of the semiconductor substrate 1, A transfer electrode 4, an interlayer insulating film 5, and a light shielding film 6 are sequentially formed thereon, and then an opening is formed in a corresponding portion of the light shielding film 6 on the light receiving portion 2.
[0039]
Next, an etching stopper film 12 such as a SiN film is formed in the opening portion of the light shielding film 6 on the light receiving portion 2.
[0040]
Subsequently, an interlayer insulating layer 7 such as a BPSG film (refractive index n = 1.4 to 1.5) is deposited on the entire surface so as to cover the light shielding film 6 and the etching stopper film 12.
Thereafter, the interlayer insulating layer 7 is reflowed, for example, by heat treatment, thereby forming an in-layer lens shape having irregularities corresponding to the steps due to the light shielding film 6 and having concave portions formed on the light receiving portion 2.
[0041]
In the structure shown in FIG. 7, immediately after this, a material having a refractive index higher than that of the interlayer insulating layer 7, such as a silicon nitride film, is formed in order to obtain lens characteristics.
On the other hand, in this embodiment, the interlayer insulating layer 7 is patterned here, and the anisotropic etching is performed on the portion of the concave and convex portions of the interlayer insulating layer 7 that has been reflowed, where the concave portion has the lowest height. Thus, a well structure 21 having a bottom facing the etching stopper film 12 is formed by digging vertically until reaching the etching stopper film 12 previously formed.
[0042]
Next, the well structure 21 is filled, and the high refractive index layer 8 is formed on the interlayer insulating layer 7 to form a concave lens structure of an in-layer lens.
Thereafter, the surface of the high refractive index layer 8 is flattened, and the color filter 10 is formed via the passivation film 9.
Further, a layer made of the material of the microlens 11 is formed on the color filter 10 and reflowed to adjust the lens shape of the microlens 11.
In this way, the structure of the solid-state imaging device 20 shown in FIG. 1 can be formed.
[0043]
Next, FIG. 4 shows a cross-sectional view of an element corresponding to one pixel of another embodiment of the solid-state imaging element of the present invention.
In this solid-state imaging device 30, in particular, the passivation film 9 is formed on the surface of the interlayer insulating layer 7 including the inside of the well structure 21, and the high refractive index layer 8 is formed on the passivation film 9.
A color filter 10 is formed directly on the high refractive index layer 8.
[0044]
For the high refractive index layer 8 constituting the in-layer convex lens structure, for example, a heat-melting transparent resin such as a polyimide resin can be used in addition to the SiN mentioned in the previous embodiment.
[0045]
When the high refractive index layer 8 is formed of such a heat-meltable transparent resin, the high refractive index layer 8 can be formed by a coating method such as spin coating.
Further, by forming by spin coating, the surface of the high refractive index layer 8 can be easily flattened simultaneously. Therefore, the color filter 10 can be formed directly on the high refractive index layer 8.
[0046]
Further, when the interlayer insulating layer 7 is formed of, for example, BPSG as described above, it is difficult to form such a resin directly on the interlayer insulating layer 7.
Therefore, for example, a passivation film 9 made of SiN made of plasma is formed on the interlayer insulating layer 7 including the inside of the well structure 21, and a high refractive index layer 8 made of resin is formed thereon.
By forming the high refractive index layer 8 made of resin through the passivation film 9 in this manner, the high refractive index layer 8 can be easily formed in a good film formation state.
[0047]
The other configuration is the same as that of the solid-state imaging device 20 of the embodiment shown in FIG.
[0048]
In the solid-state imaging devices 20 and 30 of the above-described embodiments, the uniformity of anisotropic etching of the interlayer insulating layer is improved by adopting a configuration in which the etching stopper film 12 facing the bottom of the well structure 21 is formed. The reproducibility of the depth of the well structure 21 can be improved.
Therefore, the depth h of the well structure 21 can be made uniform with no variation at each pixel or each position in the semiconductor wafer, and as a result, the solid-state imaging devices 20 and 30 having good characteristics can be obtained.
[0049]
On the other hand, even if there is a slight variation in the depth of the well structure 21 at each pixel or at a position in the semiconductor wafer, the entire solid-state imaging device is required to have an effect on various characteristics of the solid-state imaging device caused by this variation. However, the depth of the well structure 21 does not necessarily have to be uniform.
In this case, the etching stopper film 12 can be omitted.
[0050]
The configuration of the solid-state imaging device in this case is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, in this solid-state imaging device 41, the interlayer insulating layer 7 remains between the bottom of the well structure 21 and the insulating film 3.
[0051]
The characteristics of each pixel of the solid-state image sensor are affected by the thickness of the interlayer insulating layer 7.
Preferably, the well structure 21 is formed by performing anisotropic etching so that the thickness of the interlayer insulating layer 7 remaining between the bottom of the well structure 21 and the insulating film 3 is about 100 nm or less.
[0052]
Further, in contrast to the configuration of FIG. 5 in which the etching stopper film 12 is omitted, a solid-state imaging device 42 having a configuration in which a passivation film 9 is formed on the surface of the interlayer insulating layer 7 as in the embodiment shown in FIG. Shown in
Also in this case, like the solid-state imaging device 30 shown in FIG. 4, the high refractive index layer 8 made of resin can be formed in a favorable film formation state through the passivation film 9.
[0053]
In the configuration of FIG. 6, the well structure 21 is formed so as to reach the insulating film 3 on the sensor 2 substantially. By using the above-described plasma SiN film as the passivation film 9 with such a configuration, the passivation film 9 can also function as a low reflection film.
[0054]
The solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
[0055]
【The invention's effect】
According to the above-described solid-state imaging device according to the present invention, in the solid-state imaging device provided with the concave lens structure on the sensor opening, the well-shaped digging structure is provided at the bottom of the concave lens, thereby preventing total reflection at the bottom of the concave lens, Since the light incident on the bottom can be guided to the light receiving unit, the amount of received light can be increased, and the sensitivity can be improved.
[0057]
Further, according to the present invention described above, an interlayer insulating layer is formed by forming a passivation film on the surface of the interlayer insulating layer and forming a high refractive index material layer thereon including the inside of the well-like digging structure. A high refractive index material layer can be formed on the film in a favorable film formation state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram (a cross-sectional view of one pixel) of an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a well structure in FIG. 1;
3 is a diagram illustrating a propagation path of incident light in the solid-state imaging device of FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view of one pixel) of another embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view of one pixel) of a solid-state imaging device having a configuration in which an etching stopper film is omitted.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram (cross-sectional view of one pixel) of another solid-state imaging device having a configuration in which an etching stopper film is omitted.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram (a cross-sectional view of one pixel) of an example of a solid-state imaging device in which an in-layer lens is formed.
8 is a diagram illustrating a propagation path of incident light in the solid-state imaging device of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate, 2 Light-receiving part (sensor), 3 Insulating film, 4 Transfer electrode, 5 Interlayer insulating film, 6 Light shielding film, 7 Interlayer insulating layer, 8 High refractive index layer, 9 Passivation film, 10 Color filter, 11 Micro lens , 12 Etching stopper film, 20, 30, 41, 42 Solid-state imaging device, 21 Well structure, 50 Solid-state imaging device, 51 Semiconductor substrate, 52 Light receiving portion (sensor), 53 Insulating film, 54 Transfer electrode, 55 Interlayer insulating film, 56 light shielding film, 57 BPSG film, 58 high refractive index layer, 59 passivation film, 60 color filter, 61 microlens, L, L 1 , L 2 , L 3 incident light, d well structure width, h well structure high , W Width of the light shielding film opening

Claims (5)

センサ開口から最表面層の間に凹レンズ構造を有する層が設けられた固体撮像素子において、
上記凹レンズ構造の底部に溝が掘られた構造が設けられ、
上記溝が掘られた構造内を含んで、上記凹レンズ構造を構成する高屈折率材料層が形成されて成る
固体撮像素子。
In a solid-state imaging device provided with a layer having a concave lens structure between the sensor opening and the outermost surface layer,
A structure in which a groove is dug in the bottom of the concave lens structure is provided,
A solid-state imaging device comprising a high refractive index material layer that forms the concave lens structure including the inside of the structure in which the groove is dug .
上記溝が掘られた構造内を含んで、上記凹レンズ構造下に形成された層間絶縁層の表面にパッシベーション膜が形成され、上記パッシベーション膜上に上記凹レンズ構造を構成する高屈折率材料層が形成されて成る請求項1に記載の固体撮像素子。A passivation film is formed on the surface of the interlayer insulating layer formed under the concave lens structure including the structure in which the groove is dug, and a high refractive index material layer constituting the concave lens structure is formed on the passivation film. The solid-state imaging device according to claim 1. 上記高屈折率材料層は樹脂から成る請求項2に記載の固体撮像素子。The solid-state imaging device according to claim 2 , wherein the high refractive index material layer is made of a resin. 上記パッシベーション膜がSiN膜である請求項2に記載の固体撮像素子。The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the passivation film is a SiN film. 上記溝が掘られた構造の底部に臨んでエッチングストッパ膜が形成されて成る請求項1に記載の固体撮像素子。The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an etching stopper film is formed facing the bottom of the structure in which the groove is dug.
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100754742B1 (en) * 2000-12-28 2007-09-03 매그나칩 반도체 유한회사 Image sensor having wave guide and method for fabricating the same
JP4165077B2 (en) * 2002-01-28 2008-10-15 ソニー株式会社 Semiconductor imaging device
TWI236767B (en) 2002-12-13 2005-07-21 Sony Corp Solid-state image pickup device and its manufacturing method
JP4556475B2 (en) * 2004-04-05 2010-10-06 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
JP4984377B2 (en) * 2004-05-11 2012-07-25 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
JP4784054B2 (en) * 2004-07-28 2011-09-28 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
US7592645B2 (en) 2004-12-08 2009-09-22 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device and method for producing photoelectric conversion device
JP2009153167A (en) * 2005-02-04 2009-07-09 Canon Inc Imaging apparatus
JP4997703B2 (en) * 2005-02-21 2012-08-08 ソニー株式会社 Solid-state image sensor
US7791158B2 (en) 2005-04-13 2010-09-07 Samsung Electronics Co., Ltd. CMOS image sensor including an interlayer insulating layer and method of manufacturing the same
WO2007037294A1 (en) 2005-09-27 2007-04-05 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device and fabrication method therefor
JP2007180157A (en) 2005-12-27 2007-07-12 Fujifilm Corp Solid-state imaging element
JP2007201091A (en) * 2006-01-25 2007-08-09 Fujifilm Corp Process for fabricating solid state image sensor
JP2008042024A (en) * 2006-08-08 2008-02-21 Fujifilm Corp Solid-state imaging device
JP2008270457A (en) * 2007-04-19 2008-11-06 Sharp Corp Solid-state image sensor and its manufacturing method
WO2008149706A1 (en) * 2007-06-07 2008-12-11 Sharp Kabushiki Kaisha Display device, touch panel, and detection method
JP4900228B2 (en) * 2007-12-18 2012-03-21 ソニー株式会社 Manufacturing method of solid-state imaging device
JP2008235938A (en) * 2008-06-02 2008-10-02 Sony Corp Semiconductor image pick-up device and its manufacturing method
JP5521302B2 (en) 2008-09-29 2014-06-11 ソニー株式会社 SOLID-STATE IMAGING DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE
JP5402083B2 (en) 2008-09-29 2014-01-29 ソニー株式会社 SOLID-STATE IMAGING DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE
JP4873001B2 (en) 2008-12-10 2012-02-08 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and manufacturing method thereof, electronic apparatus, and semiconductor device
JP5359323B2 (en) 2009-01-30 2013-12-04 ソニー株式会社 Solid-state imaging device and electronic device
JP2013004635A (en) * 2011-06-14 2013-01-07 Canon Inc Image sensor, imaging device, and formation method
JP6274567B2 (en) 2014-03-14 2018-02-07 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device and imaging system
JP6393293B2 (en) * 2016-06-15 2018-09-19 キヤノン株式会社 Imaging device and imaging apparatus
JP2018061060A (en) * 2017-12-28 2018-04-12 キヤノン株式会社 Solid-state imaging apparatus and imaging system

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