JP4618765B2 - Image sensor and digital camera equipped with the image sensor - Google Patents

Image sensor and digital camera equipped with the image sensor Download PDF

Info

Publication number
JP4618765B2
JP4618765B2 JP2003295419A JP2003295419A JP4618765B2 JP 4618765 B2 JP4618765 B2 JP 4618765B2 JP 2003295419 A JP2003295419 A JP 2003295419A JP 2003295419 A JP2003295419 A JP 2003295419A JP 4618765 B2 JP4618765 B2 JP 4618765B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
refractive index
light
photoresist
photoelectric conversion
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003295419A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005064385A5 (en
JP2005064385A (en
Inventor
明彦 長野
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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 Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2003295419A priority Critical patent/JP4618765B2/en
Publication of JP2005064385A publication Critical patent/JP2005064385A/en
Publication of JP2005064385A5 publication Critical patent/JP2005064385A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4618765B2 publication Critical patent/JP4618765B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Blocking Light For Cameras (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Description

本発明は、撮像素子、および撮像素子を備えたデジタルカメラに関するものである。   The present invention relates to an image sensor and a digital camera including the image sensor.

近年、デジタルスチルカメラ等に用いられる撮像素子(以下、「イメージセンサ」ともいう。)は、画素数を増やして画質の向上が図られている一方で、そのチップサイズを小さくすることにより低価格化が図られている。   In recent years, image pickup devices (hereinafter also referred to as “image sensors”) used in digital still cameras and the like have been improved in image quality by increasing the number of pixels, but at a lower price by reducing the chip size. It is planned.

図13は、デジタルスチルカメラに用いられる従来のCMOSイメージセンサ1030の概略断面図である。   FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a conventional CMOS image sensor 1030 used in a digital still camera.

図13に示すように構成されたCMOSイメージセンサ1030では、不図示の撮影レンズからイメージセンサ1030に到達した光は、樹脂で形成されたマイクロレンズ1038によって、Si基板1031に形成された光電変換部1032上に集光される。イメージセンサ1030の各画素には緑のカラーフィルタ1036と赤のカラーフィルタ1037とが交互に形成されており、これらの緑と赤のカラーフィルタ1036,1037が形成された画素の光電変換部1032の出力と、不図示の青のカラーフィルタが形成された画素の光電変換部の出力とにより、画像が生成される。   In the CMOS image sensor 1030 configured as shown in FIG. 13, light reaching the image sensor 1030 from a photographing lens (not shown) is converted into a photoelectric conversion unit formed on the Si substrate 1031 by a microlens 1038 formed of resin. Focused on 1032. A green color filter 1036 and a red color filter 1037 are alternately formed in each pixel of the image sensor 1030, and the photoelectric conversion unit 1032 of the pixel in which the green and red color filters 1036 and 1037 are formed. An image is generated by the output and the output of the photoelectric conversion unit of the pixel on which a blue color filter (not shown) is formed.

図中、符号1033,1034はAl(アルミニウム)の配線層であり、SiO2等で構成された層間膜1035を介して形成されている。Al配線層1033,1034は、光電変換部1032にて発生した光電荷を不図示のフローティングディフュージョン部(FD部)に転送するための転送スイッチを制御したり、FD部の電位を出力したりするためのものである。 In the figure, reference numerals 1033 and 1034 denote Al (aluminum) wiring layers, which are formed via an interlayer film 1035 made of SiO 2 or the like. The Al wiring layers 1033 and 1034 control a transfer switch for transferring photoelectric charges generated in the photoelectric conversion unit 1032 to a floating diffusion unit (FD unit) (not shown), and output the potential of the FD unit. Is for.

また、特許文献1には、ガラス基板にカラーフィルタ層とマイクロレンズを形成し、そのカラーフィルタ層とマイクロレンズを形成した基板と、光電変換部を有する基板とを貼り合わせて撮像素子を製造する方法が開示されている。
特開平3−107101号公報
In Patent Document 1, an image pickup device is manufactured by forming a color filter layer and a microlens on a glass substrate, and bonding the substrate on which the color filter layer and the microlens are formed and a substrate having a photoelectric conversion unit. A method is disclosed.
JP-A-3-107101

しかしながら、従来の撮像素子は、光の色分離のために染料あるいは顔料タイプのカラーフィルタを使用しているため、カラーフィルタ層を透過する光の一部がそのカラーフィルタに吸収されて、撮像素子の感度が低下してしまうという欠点があった。   However, since the conventional image sensor uses a dye or pigment type color filter for color separation of light, a part of the light transmitted through the color filter layer is absorbed by the color filter, and the image sensor There was a drawback in that the sensitivity of the was reduced.

また、特許文献1に開示されている撮像素子のように、マイクロレンズとカラーフィルタ層とを有する光学基板と、光電変換部を有するセンサ基板との貼り合わせ面が平坦であると、2つの基板の互いの位置決めを行うのが難しく、貼り合わせ時に生じる位置ずれによってマイクロレンズと光電変換部との相対位置がずれてしまうおそれがある。マイクロレンズと光電変換部との相対位置がずれていると、光が光電変換部に良好に導かれないため、撮像素子の感度が低下してしまう。   Further, as in the imaging device disclosed in Patent Document 1, when the bonding surface of the optical substrate having the microlens and the color filter layer and the sensor substrate having the photoelectric conversion unit is flat, two substrates are provided. It is difficult to position each other, and there is a possibility that the relative position between the microlens and the photoelectric conversion unit is shifted due to the positional shift that occurs at the time of bonding. If the relative positions of the microlens and the photoelectric conversion unit are deviated, the light is not guided well to the photoelectric conversion unit, so that the sensitivity of the image sensor is reduced.

本発明は上述した従来技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より高い感度を有する撮像素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of the problems of the above-described conventional technology, and an object thereof is to provide an imaging device having higher sensitivity.

上記目的を達成するため、本発明の撮像素子は、半導体基板に設けられた複数の光電変換部と、前記各光電変換部上に配された導波路となるカラーフィルタと、前記各カラーフィルタを囲うように配された空気層と、隣接する前記空気層の間に配され、複数の配線層をそれぞれ覆っている複数の層間膜と、前記各カラーフィルタに対応して、該カラーフィルタ、前記空気層、および前記層間膜上に直接配された複数のマイクロレンズと、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an imaging device of the present invention includes a plurality of photoelectric conversion units provided on a semiconductor substrate, a color filter serving as a waveguide disposed on each photoelectric conversion unit, and each color filter. and air layers arranged a so as to surround is provided between the adjacent pre Kisora air layer, and a plurality of interlayer film covering the plurality of wiring layers, respectively, before SL corresponding to each color filter, the It has a color filter, the air layer, and a plurality of microlenses arranged directly on the interlayer film.

上記本発明によれば、より高い感度を有する撮像素子提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an imaging device having a higher sensitivity.

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

参考形態
図1〜図5は本発明の参考形態を示す図であり、図1は本発明の参考形態の撮像素子の概略断面図、図2Aおよび図2Bは図1に示した撮像素子のセンサ基板の製造プロセスを示す図、図3Aおよび図3Bは図1に示した撮像素子の光学基板の製造プロセスを示す図、図4は図1に示した撮像素子のダイクロイックフィルタの分光特性図、図5は図1に示した撮像素子における光線追跡図である。
( Reference form )
1 to 5 are views showing a reference embodiment of the present invention, FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the imaging device reference embodiment of the present invention, FIGS. 2A and 2B of the sensor substrate of the imaging device shown in FIG. 1 FIG. 3A and FIG. 3B are diagrams showing a manufacturing process of the optical substrate of the image sensor shown in FIG. 1, FIG. 4 is a spectral characteristic diagram of the dichroic filter of the image sensor shown in FIG. 1, and FIG. It is a ray tracing diagram in the image sensor shown in FIG.

図1に示すように、本参考形態の撮像素子は、センサ基板10と光学基板12とで構成されている。 As shown in FIG. 1, the image pickup device of this reference embodiment includes a sensor substrate 10 and an optical substrate 12.

センサ基板10は、上面に複数の光電変換部104が設けられたSi基板100を有している。Si基板100上には、2層のAl配線層107,113が、SiO2等で形成された層間膜110,114を介して形成されている。Al配線層107,113は、光電変換部104にて発生した光電荷を不図示のフローティングディフュージョン部(FD部)に転送するための転送スイッチを制御したり、FD部の電位を出力したりするための配線層である。 The sensor substrate 10 has a Si substrate 100 provided with a plurality of photoelectric conversion units 104 on the upper surface. On the Si substrate 100, two Al wiring layers 107 and 113 are formed via interlayer films 110 and 114 formed of SiO 2 or the like. The Al wiring layers 107 and 113 control a transfer switch for transferring photocharge generated in the photoelectric conversion unit 104 to a floating diffusion unit (FD unit) (not shown), and output the potential of the FD unit. This is a wiring layer.

また、Si基板100上の各光電変換部104の上方であって、Al配線層107,113に囲まれる部分には、屈折率が比較的高い材料であるTiO2で形成された導波路117が構成されている。導波路117の光入射側(図示上側)は、より多くの光が導波路117に入射することが可能なように開口が大きくなっている。 In addition, above each photoelectric conversion unit 104 on the Si substrate 100 and in a portion surrounded by the Al wiring layers 107 and 113, a waveguide 117 formed of TiO 2 which is a material having a relatively high refractive index is provided. It is configured. The opening on the light incident side (the upper side in the drawing) of the waveguide 117 is large so that more light can enter the waveguide 117.

このように、センサ基板10は、Si基板100上に設けられた光電変換部104と、その上に形成されたAl配線層107,113と、導波路117とを有している。   As described above, the sensor substrate 10 includes the photoelectric conversion unit 104 provided on the Si substrate 100, the Al wiring layers 107 and 113 formed thereon, and the waveguide 117.

また、光学基板12は透明基板であるガラス基板120を有しており、そのガラス基板120の下面には、比較的低い屈折率を有するSiO2からなる低屈折率層121を介してマイクロレンズ124が設けられている。マイクロレンズ124は屈折率が比較的高いTiO2で形成されており、不図示の撮影レンズから入射する光束を光電変換部104に集光するようにそのレンズ形状が決められている。 The optical substrate 12 has a glass substrate 120 which is a transparent substrate, and a microlens 124 is provided on the lower surface of the glass substrate 120 via a low refractive index layer 121 made of SiO 2 having a relatively low refractive index. Is provided. The microlens 124 is made of TiO 2 having a relatively high refractive index, and its lens shape is determined so that a light beam incident from a photographing lens (not shown) is condensed on the photoelectric conversion unit 104.

ガラス基板120に設けられているマイクロレンズ124の下面には、屈折率が比較的低いSiO2等からなる第1の屈折率層125と、屈折率が比較的高いTiO2等からなる第2の屈折率層129とがさらに設けられている。第1の屈折率層125と第2の屈折率層129との屈折率界面はプリズム状に形成されている。 On the lower surface of the microlens 124 provided on the glass substrate 120, a first refractive index layer 125 made of SiO 2 or the like having a relatively low refractive index, and a second refractive index layer made of TiO 2 or the like having a relatively high refractive index. A refractive index layer 129 is further provided. The refractive index interface between the first refractive index layer 125 and the second refractive index layer 129 is formed in a prism shape.

さらに、第2の屈折率層129の下面には、所定の波長の光を透過し、その他の波長の光を反射するようになっている、ベイヤー配列されたダイクロイックフィルタ層132,135が設けられている。ダイクロイックフィルタ層132,135は、屈折率が比較的低いSiO2と屈折率が比較的高いTiO2との交互多層膜で構成されている。 Further, on the lower surface of the second refractive index layer 129, Bayer-arrayed dichroic filter layers 132 and 135 that transmit light of a predetermined wavelength and reflect light of other wavelengths are provided. ing. The dichroic filter layers 132 and 135 are composed of alternating multilayer films of SiO 2 having a relatively low refractive index and TiO 2 having a relatively high refractive index.

このように、光学基板12は、ガラス基板120と、その上に構成された低屈折率層121、マイクロレンズ124、第1の屈折率層125、第2の屈折率層129、およびダイクロイックフィルタ層132,135を含む光学部材とで構成されており、この光学部材は屈折率が互いに異なるSiO2とTiO2との2種類の透明材料で構成されている。 As described above, the optical substrate 12 includes the glass substrate 120, the low refractive index layer 121, the microlens 124, the first refractive index layer 125, the second refractive index layer 129, and the dichroic filter layer formed thereon. The optical member is composed of two kinds of transparent materials of SiO 2 and TiO 2 having different refractive indexes.

参考形態の撮像素子は、上記に説明したセンサ基板10の上面と光学基板12の下面とを互いに貼り合わせた構造になっている。 The imaging device of this reference embodiment has a structure in which the upper surface of the sensor substrate 10 and the lower surface of the optical substrate 12 described above are bonded together.

次に、図2Aおよび図2Bを参照して、図1に示したセンサ基板10の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the sensor substrate 10 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.

まず、図2A(a)に示すように、Si基板100の上面を酸化させてSi基板100の上面にSiO2からなる酸化シリコン膜101を形成する。さらに、Si基板100の上面に光電変換領域を形成するために、酸化シリコン膜101の上にフォトレジスト102を塗布し、これをフォトマスク103で覆って露光する(図2A(b))。フォトマスク103は、光電変換領域に対応する領域は光を透過し、その他の領域は光を遮光するように構成されている。また、フォトレジスト102はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち光電変換領域に対応する領域が溶解し、酸化シリコン膜101の一部が露出する。さらに、プラズマによるドライエッチング処理を行うことによって、フォトレジスト102に覆われていない領域の酸化シリコン膜101が除去される(図2A(c))。 First, as shown in FIG. 2A (a), the upper surface of the Si substrate 100 is oxidized to form a silicon oxide film 101 made of SiO 2 on the upper surface of the Si substrate 100. Further, in order to form a photoelectric conversion region on the upper surface of the Si substrate 100, a photoresist 102 is applied on the silicon oxide film 101, and this is covered with a photomask 103 and exposed (FIG. 2A (b)). The photomask 103 is configured such that the region corresponding to the photoelectric conversion region transmits light and the other regions block light. Further, since the photoresist 102 is a positive type photoresist, a region irradiated with light, that is, a region corresponding to the photoelectric conversion region is dissolved by the development process, and a part of the silicon oxide film 101 is exposed. Further, by performing a dry etching process using plasma, the silicon oxide film 101 in a region not covered with the photoresist 102 is removed (FIG. 2A (c)).

さらに、Si基板100の上面に対してイオンを打ち込むことにより、Si基板100の上面の酸化シリコン膜101で覆われていない領域に光電変換部104を形成する(図2A(d))。なお、このとき酸化シリコン膜101で覆われた領域ではイオンが吸収されるので、その領域に光電変換部104は形成されない。   Further, by implanting ions into the upper surface of the Si substrate 100, the photoelectric conversion unit 104 is formed in a region not covered with the silicon oxide film 101 on the upper surface of the Si substrate 100 (FIG. 2A (d)). At this time, since ions are absorbed in the region covered with the silicon oxide film 101, the photoelectric conversion portion 104 is not formed in the region.

Si基板100の上面に光電変換部104を形成した後、光電変換部104に貯まる電荷を転送するための電極をSi基板100の上面に形成する。   After the photoelectric conversion unit 104 is formed on the upper surface of the Si substrate 100, an electrode for transferring charges stored in the photoelectric conversion unit 104 is formed on the upper surface of the Si substrate 100.

まず、光電変換部104と酸化シリコン膜101が形成されたSi基板100の上面にフォトレジスト105を塗布し、これをフォトマスク106で覆って露光する(図2A(e))。フォトマスク106は、第1の配線層107に対応する領域が光を透過し、その他の領域は光を遮光するように構成されている。また、フォトレジスト105はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち第1の配線層に対応する領域が溶解し、酸化シリコン膜101の一部が露出する。さらに、ドライエッチング処理を行うことによって、フォトレジスト105に覆われていない領域の酸化シリコン膜101が除去される(図2A(f))。   First, a photoresist 105 is applied to the upper surface of the Si substrate 100 on which the photoelectric conversion portion 104 and the silicon oxide film 101 are formed, and this is covered with a photomask 106 and exposed (FIG. 2A (e)). The photomask 106 is configured such that a region corresponding to the first wiring layer 107 transmits light, and the other regions block light. In addition, since the photoresist 105 is a positive type photoresist, a region irradiated with light by development processing, that is, a region corresponding to the first wiring layer is dissolved, and a part of the silicon oxide film 101 is exposed. To do. Further, by performing a dry etching process, the silicon oxide film 101 in a region not covered with the photoresist 105 is removed (FIG. 2A (f)).

さらに、例えばAl(アルミニウム)をCVD装置等によってSi基板100上に蒸着させることにより、Si基板100上に第1の配線層107を形成する(図2A(g))。   Further, for example, Al (aluminum) is deposited on the Si substrate 100 by a CVD apparatus or the like, thereby forming the first wiring layer 107 on the Si substrate 100 (FIG. 2A (g)).

第1の配線層107を形成した後に、光電変換部104の上にエッチングストッパ膜109を形成する。まず、Si基板100の上面にフォトレジスト108を塗布し、フォトマスク103でこれを覆って露光する(図2A(h))。フォトマスク103は、光電変換部104に対応する領域が光を透過し、その他の領域は光を遮光するように構成されている。また、フォトレジスト108はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち光電変換部104に対応する領域が溶解する。さらに、CVD装置等によって光電変換部104の上にSiNを蒸着させて、光電変換部104上にエッチングストッパ膜109を形成する(図2A(i))。さらに、エッチング処理を行ってフォトレジスト108を除去する(図2A(j))。   After forming the first wiring layer 107, an etching stopper film 109 is formed on the photoelectric conversion unit 104. First, a photoresist 108 is applied to the upper surface of the Si substrate 100, and this is covered with a photomask 103 and exposed (FIG. 2A (h)). The photomask 103 is configured such that a region corresponding to the photoelectric conversion unit 104 transmits light and the other regions block light. Further, since the photoresist 108 is a positive type photoresist, the region irradiated with light by the development process, that is, the region corresponding to the photoelectric conversion unit 104 is dissolved. Further, SiN is vapor-deposited on the photoelectric conversion unit 104 by a CVD apparatus or the like, thereby forming an etching stopper film 109 on the photoelectric conversion unit 104 (FIG. 2A (i)). Further, an etching process is performed to remove the photoresist 108 (FIG. 2A (j)).

次に、センサ基板10に第2の配線層113を形成するために、図2B(k)に示すように、まず、SiO2からなる層間膜110を、Si基板100上の酸化シリコン膜101、第1の配線層107、およびエッチングストッパ膜109の上にCVD装置によって形成する。そして、その層間膜110を表面処理して平坦化した後、層間膜110の上にフォトレジスト111を塗布し、フォトマスク112でこれを覆って露光する。フォトマスク112は、第2の配線層113に対応する領域が光を透過し、その他の領域は光を遮光するように構成されている。また、フォトレジスト111はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち第2の配線層113に対応する領域が溶解する。 Next, in order to form the second wiring layer 113 on the sensor substrate 10, as shown in FIG. 2B (k), first, the interlayer film 110 made of SiO 2 is formed on the silicon oxide film 101 on the Si substrate 100, It is formed on the first wiring layer 107 and the etching stopper film 109 by a CVD apparatus. Then, after the interlayer film 110 is subjected to surface treatment and planarized, a photoresist 111 is applied on the interlayer film 110, and is covered with a photomask 112 and exposed. The photomask 112 is configured such that a region corresponding to the second wiring layer 113 transmits light and the other regions block light. In addition, since the photoresist 111 is a positive type photoresist, a region irradiated with light, that is, a region corresponding to the second wiring layer 113 is dissolved by the development process.

さらに、CVD装置等によって層間膜110の上にAlを蒸着することにより、層間膜110の上に第2の配線層113を形成する(図2B(l))。さらに、エッチング処理を行ってフォトレジスト111を除去する(図2B(m))。   Further, the second wiring layer 113 is formed on the interlayer film 110 by depositing Al on the interlayer film 110 by a CVD apparatus or the like (FIG. 2B (l)). Further, an etching process is performed to remove the photoresist 111 (FIG. 2B (m)).

さらに、CVD装置によってSiO2からなる層間膜114を層間膜110および第2の配線層113の上に形成し、その層間膜114を表面処理して平坦化を行う(図2B(n))。 Further, an interlayer film 114 made of SiO 2 is formed on the interlayer film 110 and the second wiring layer 113 by a CVD apparatus, and the interlayer film 114 is subjected to surface treatment for planarization (FIG. 2B (n)).

次に、導波路117を形成するための井戸構造を形成する。まず、平坦化処理を行った層間膜114の上にフォトレジスト115を塗布し、これをフォトマスク116で覆って露光する(図2B(o))。フォトマスク116は、導波路に対応する領域が光を透過し、その他の領域は光を遮光するように構成されている。また、フォトレジスト115はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち導波路に対応する領域が溶解する(図2B(p))。   Next, a well structure for forming the waveguide 117 is formed. First, a photoresist 115 is applied on the interlayer film 114 that has been subjected to planarization, and this is covered with a photomask 116 and exposed (FIG. 2B (o)). The photomask 116 is configured such that a region corresponding to the waveguide transmits light and the other regions block light. Further, since the photoresist 115 is a positive type photoresist, the region irradiated with light, that is, the region corresponding to the waveguide, is dissolved by the development process (FIG. 2B (p)).

さらに層間膜114のエッチング処理を行うことによって、層間膜114に導波路117を形成するための井戸構造を形成する(図2B(q))。なお、層間膜114と光電変換部104との間にはエッチングストッパ膜109が形成されているため、光電変換部104がエッチングされてしまうことはない。   Further, by performing an etching process on the interlayer film 114, a well structure for forming the waveguide 117 in the interlayer film 114 is formed (FIG. 2B (q)). Since the etching stopper film 109 is formed between the interlayer film 114 and the photoelectric conversion unit 104, the photoelectric conversion unit 104 is not etched.

最後に、CVD装置によって光電変換部104の上にTiO2を蒸着して導波路117を形成することにより、センサ基板10が完成する(図2B(r))。 Finally, TiO 2 is deposited on the photoelectric conversion unit 104 by the CVD apparatus to form the waveguide 117, thereby completing the sensor substrate 10 (FIG. 2B (r)).

続いて、図3Aおよび図3Bを参照して、図1に示した光学基板12の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the optical substrate 12 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.

最初に、透明基板であるガラス基板120の下面となる面(図3A(a)に示す上側の面)上にマイクロレンズ124を形成する。マイクロレンズ124は、公知のレジストリフロー法にて形成する。   First, the microlens 124 is formed on the surface (upper surface shown in FIG. 3A) of the glass substrate 120 that is a transparent substrate. The microlens 124 is formed by a known registry flow method.

そのために、まず、ガラス基板120上に屈折率が比較的低い材料であるSiO2からなる低屈折率層121をCVD装置によって蒸着し(図3A(b))、さらにその上にフォトレジスト122を塗布し(図3A(c))、フォトマスク123でこれを覆って露光する(図3A(d))。フォトマスク123の透過率分布は、マイクロレンズ124の形状を形成するために、画素中央部は透過率が低く、画素周辺部は透過率が高くなるように設定されている。また、フォトレジスト122はネガ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射されない領域、すなわちマイクロレンズ124に対応する領域が溶解する(図3A(e))。 For this purpose, first, a low refractive index layer 121 made of SiO 2 which is a material having a relatively low refractive index is deposited on a glass substrate 120 by a CVD apparatus (FIG. 3A (b)), and a photoresist 122 is further formed thereon. It is applied (FIG. 3A (c)), covered with a photomask 123 and exposed (FIG. 3A (d)). In order to form the shape of the microlens 124, the transmittance distribution of the photomask 123 is set so that the transmittance at the center of the pixel is low and the transmittance at the periphery of the pixel is high. Further, since the photoresist 122 is a negative type photoresist, the region not irradiated with light, that is, the region corresponding to the microlens 124 is dissolved by the development process (FIG. 3A (e)).

さらに、低屈折率層121にエッチング処理を行うことによって、マイクロレンズ124を形成するための凹部を低屈折率層121に形成する(図3A(f))。このとき、フォトレジスト122と低屈折率層121のエッチング処理における選択比が1:1であれば、フォトレジスト122の形状がそのまま低屈折率層121に転写される。さらに、屈折率が比較的高い材料であるTiO2を、低屈折率層121の上にCVD装置によって蒸着することにより、低屈折率層121上にマイクロレンズ124を形成する(図3A(g))。 Further, by performing an etching process on the low refractive index layer 121, a recess for forming the microlens 124 is formed in the low refractive index layer 121 (FIG. 3A (f)). At this time, if the selection ratio in the etching process between the photoresist 122 and the low refractive index layer 121 is 1: 1, the shape of the photoresist 122 is transferred to the low refractive index layer 121 as it is. Further, TiO 2 , which is a material having a relatively high refractive index, is deposited on the low refractive index layer 121 by a CVD apparatus, thereby forming the microlens 124 on the low refractive index layer 121 (FIG. 3A (g)). ).

マイクロレンズ124を形成した後に、第1および第2の屈折率層125,129からなるプリズム形状層を作成する。このプリズム形状層は、公知のレジストリフロー法にて形成する。   After forming the microlens 124, a prism-shaped layer composed of the first and second refractive index layers 125 and 129 is formed. This prism shape layer is formed by a known registry flow method.

まず、屈折率が比較的低い材料であるSiO2をCVD装置によってマイクロレンズ124の上に蒸着し、第1の屈折率層125を構成する(図3A(h))。さらに、第1の屈折率層125の上にフォトレジスト126を塗布し、これをフォトマスク127で覆って露光する(図3A(i))。フォトマスク127の透過率分布は、第1の屈折率層125にプリズム形状を形成するために、画素中央部から画素周辺部にかけて透過率が線形的に高くなるように設定されている。また、フォトレジスト126はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわちプリズムの底辺に対応する領域が溶解する(図3A(j))。 First, SiO 2 , which is a material having a relatively low refractive index, is vapor-deposited on the microlens 124 by a CVD apparatus to form the first refractive index layer 125 (FIG. 3A (h)). Further, a photoresist 126 is applied on the first refractive index layer 125, and this is covered with a photomask 127 and exposed (FIG. 3A (i)). The transmittance distribution of the photomask 127 is set so that the transmittance increases linearly from the pixel central portion to the pixel peripheral portion in order to form a prism shape in the first refractive index layer 125. Further, since the photoresist 126 is a positive type photoresist, the region irradiated with light, that is, the region corresponding to the bottom of the prism is dissolved by the development process (FIG. 3A (j)).

第1の屈折率層125のエッチング処理をさらに行うことによって、第1の屈折率層125にプリズム形状を形成する(図3B(k))。さらに、屈折率が比較的高い材料であるTiO2をCVD装置によって第1の屈折率層125の上に蒸着して第2の屈折率層129を形成し、平坦化処理を行って第2の屈折率層129の表面を平滑にする(図3B(l))。 By further etching the first refractive index layer 125, a prism shape is formed in the first refractive index layer 125 (FIG. 3B (k)). Further, TiO 2 , which is a material having a relatively high refractive index, is deposited on the first refractive index layer 125 by a CVD apparatus to form the second refractive index layer 129, and planarization is performed to perform the second refractive index layer 129. The surface of the refractive index layer 129 is smoothed (FIG. 3B (l)).

最後に、ダイクロックフィルタ層132,135を形成する。ダイクロイックフィルタ層132,135は、屈折率が比較的低いSiO2と屈折率が比較的高いTiO2との交互多層膜で構成されており、各膜厚を調節することによって分光透過率を調節することができる。ダイクロイックフィルタ層132,135の分光透過特性は後述する。 Finally, dichroic filter layers 132 and 135 are formed. The dichroic filter layers 132 and 135 are composed of alternating multilayer films of SiO 2 having a relatively low refractive index and TiO 2 having a relatively high refractive index, and the spectral transmittance is adjusted by adjusting each film thickness. be able to. The spectral transmission characteristics of the dichroic filter layers 132 and 135 will be described later.

はじめに、赤色の光を透過するダイクロイックフィルタ層132を成膜する工程について説明する。   First, the process of forming the dichroic filter layer 132 that transmits red light will be described.

まず、第2の屈折率層129の上にフォトレジスト130を塗布し、これをフォトマスク131で覆ってマスキングして露光する(図3B(m))。フォトマスク131は、赤色光用のダイクロイックフィルタ層132を形成する領域の透過率が高くなるように構成されている。また、フォトレジスト130はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち赤色光用のダイクロイックフィルタ層132が形成される領域が溶解し、その他の色相の画素領域は溶解しない。そのため、その他の色相の画素領域はフォトレジスト130に保護されたままの状態となる。   First, a photoresist 130 is applied on the second refractive index layer 129, covered with a photomask 131, masked, and exposed (FIG. 3B (m)). The photomask 131 is configured so that the transmittance of the region where the dichroic filter layer 132 for red light is formed becomes high. In addition, since the photoresist 130 is a positive type photoresist, a region irradiated with light by development processing, that is, a region where the dichroic filter layer 132 for red light is formed is dissolved, and pixels having other hues are dissolved. The area does not dissolve. Therefore, the pixel areas of other hues are still protected by the photoresist 130.

次に、SiO2とTiO2との交互多層膜をスパッタ装置によって第2の屈折率層129の上に成膜する。このとき、SiO2とTiO2とをそれぞれ所定の膜厚になるように成膜する。ダイクロイックフィルタ層132は、通常は10層程度のSiO2とTiO2との交互多層膜で構成される(図3B(n))。さらにエッチング処理を行って、フォトレジスト130を除去する(図3B(o))。 Next, alternating multilayer films of SiO 2 and TiO 2 are formed on the second refractive index layer 129 by a sputtering apparatus. At this time, SiO 2 and TiO 2 are formed to have predetermined film thicknesses, respectively. The dichroic filter layer 132 is usually composed of about 10 alternating multilayer films of SiO 2 and TiO 2 (FIG. 3B (n)). Further, an etching process is performed to remove the photoresist 130 (FIG. 3B (o)).

次に、緑色の光を透過するダイクロイックフィルタ層135を成膜する工程について説明する。   Next, a process of forming a dichroic filter layer 135 that transmits green light will be described.

まず、第2の屈折率層129およびダイクロイックフィルタ層132の上にフォトレジスト133を塗布し、フォトマスク134でこれをマスキングして露光する(図3B(p))。フォトマスク133は、緑色光用のダイクロイックフィルタ層を形成する領域の透過率が高くなるように構成されている。また、フォトレジスト133はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち緑色光用のダイクロイックフィルタ層135が形成される領域が溶解し、その他の色相の画素領域は溶解しない。そのため、その他の色相の画素領域はフォトレジスト133にて保護される。   First, a photoresist 133 is applied on the second refractive index layer 129 and the dichroic filter layer 132, and this is masked with a photomask 134 and exposed (FIG. 3B (p)). The photomask 133 is configured so that the transmittance of the region where the dichroic filter layer for green light is formed becomes high. In addition, since the photoresist 133 is a positive type photoresist, a region irradiated with light by development processing, that is, a region where the dichroic filter layer 135 for green light is formed is dissolved, and pixels having other hues are dissolved. The area does not dissolve. Therefore, the pixel regions of other hues are protected by the photoresist 133.

最後に、SiO2とTiO2との交互多層膜をスパッタ装置によって第2の屈折率層129の上に成膜する。このとき、SiO2とTiO2とをそれぞれ所定の膜厚になるように成膜する。ダイクロイックフィルタ層135は、通常は10層程度のSiO2とTiO2との交互多層膜で構成される(図3B(q))。さらにエッチング処理を行ってフォトレジスト133を除去すると、光学基板12が完成する(図3B(r))。 Finally, an alternating multilayer film of SiO 2 and TiO 2 is formed on the second refractive index layer 129 by a sputtering apparatus. At this time, SiO 2 and TiO 2 are formed to have predetermined film thicknesses, respectively. The dichroic filter layer 135 is usually composed of about 10 alternating multilayer films of SiO 2 and TiO 2 (FIG. 3B (q)). Further, when the photoresist 133 is removed by performing an etching process, the optical substrate 12 is completed (FIG. 3B (r)).

そして、センサ基板10の上面と光学基板12の下面とを不図示の位置決め指標に基づいて互いに貼り合わせることにより、本参考形態の撮像素子が完成する。 Then, the upper surface of the sensor substrate 10 and the lower surface of the optical substrate 12 are bonded to each other based on a positioning index (not shown), thereby completing the imaging device of this reference embodiment.

このように、本参考形態では、ダイクロイックフィルタ層132,135等の複雑な構成を有する光学基板12をセンサ基板10と異なる工程で製造することによって、撮像素子の歩留まりを向上させている。また、光学基板12を構成する各光学部材をできるだけ少ない種類の材料で形成するために、光学基板12の透明基板であるガラス基板120に形成される光学部材を、屈折率が互いに異なる2種類の透明材料で構成することによって、撮像素子を製造する製造装置の小型化と、使用する材料の種類が少ないことによる歩留まりの向上とを図っている。 Thus, in this reference embodiment, by manufacturing in a different process sensor substrate 10 of the optical substrate 12 having a complex configuration, such as a dichroic filter layer 132 and 135, thereby improving the yield of the image sensor. Further, in order to form each optical member constituting the optical substrate 12 with as few kinds of materials as possible, the optical member formed on the glass substrate 120 which is the transparent substrate of the optical substrate 12 is divided into two types having different refractive indexes. By using a transparent material, the manufacturing apparatus for manufacturing the image sensor is reduced in size, and the yield is improved due to the small number of materials used.

次に撮像素子に入射する光の状態を、図4および図5を参照して説明する。 Next , the state of light incident on the image sensor will be described with reference to FIGS.

図5(a)は、本参考形態の撮像素子の所定の画素にF1.4の画角の光束が入射した場合の光線追跡図である。図5(a)に示すように、ガラス基板120を透過し、低屈折率層121を通ってマイクロレンズ124を透過した光は、マイクロレンズ124とダイクロイックフィルタ層135との間に設けられた第1の屈折率層124と第2の屈折率層129との界面で屈折した後、ダイクロイックフィルタ層135に入射する。 5 (a) is, the light flux of the field angle of F1.4 to predetermined pixels of the imaging device of this preferred embodiment is a ray tracing diagram in the case of incident. As shown in FIG. 5A, the light that has passed through the glass substrate 120, passed through the low-refractive index layer 121, and passed through the microlens 124 is provided between the microlens 124 and the dichroic filter layer 135. After being refracted at the interface between the first refractive index layer 124 and the second refractive index layer 129, the light enters the dichroic filter layer 135.

ここで、図4を参照して、各ダイクロイックフィルタ層の分光特性を説明する。ダイクロイックフィルタ層は透明材料であるSiO2とTiO2との交互多層膜で構成されており、光の吸収がほとんどない。ダイクロイックフィルタ層132は赤色の光を透過する分光透過特性を示す一方で、青色と緑色の光を反射するような特性を示す。同様に、ダイクロイックフィルタ層135は緑色の光を透過する分光透過特性を示す一方で、青色と赤色の光を反射するような特性を示す。また、図1や図5では不図示のダイクロイックフィルタ層138は、青色の光を透過する分光透過特性を示す一方で、緑色と赤色の光を反射するような特性を示す。 Here, with reference to FIG. 4, the spectral characteristics of each dichroic filter layer will be described. The dichroic filter layer is composed of alternating multilayer films of SiO 2 and TiO 2 which are transparent materials, and hardly absorbs light. The dichroic filter layer 132 exhibits a spectral transmission characteristic that transmits red light, and a characteristic that reflects blue and green light. Similarly, the dichroic filter layer 135 exhibits a spectral transmission characteristic that transmits green light, and a characteristic that reflects blue and red light. In addition, the dichroic filter layer 138 (not shown in FIGS. 1 and 5) exhibits a spectral transmission characteristic that transmits blue light, and exhibits a characteristic that reflects green and red light.

再び図5(a)を参照すると、ダイクロイックフィルタ層135に入射した光のうち、緑色の成分はダイクロイックフィルタ層135を透過して導波路117に入射する。導波路117と層間膜110との界面に入射した光は全反射を生じて光電変換部104に導かれる。導波路117は屈折率が比較的高い透明材料TiO2で構成されており、導波路117に導かれた光線は相対的に屈折率の低いSiO2で構成された層間膜110との界面で全反射をしながら光電変換部104に導かれる。 Referring to FIG. 5A again, the green component of the light incident on the dichroic filter layer 135 passes through the dichroic filter layer 135 and enters the waveguide 117. Light incident on the interface between the waveguide 117 and the interlayer film 110 undergoes total reflection and is guided to the photoelectric conversion unit 104. The waveguide 117 is made of a transparent material TiO 2 having a relatively high refractive index, and the light beam guided to the waveguide 117 is entirely at the interface with the interlayer film 110 made of SiO 2 having a relatively low refractive index. The light is guided to the photoelectric conversion unit 104 while being reflected.

また、ダイクロイックフィルタ層135の隣接画素との境界部には不図示の金属反射層が設けられており、導波路117に入射しないような光を隣接画素に導くようになっている。そのような光は、隣接画素における感度の向上に寄与する。   In addition, a metal reflection layer (not shown) is provided at a boundary portion between the dichroic filter layer 135 and an adjacent pixel so that light that does not enter the waveguide 117 is guided to the adjacent pixel. Such light contributes to an improvement in sensitivity in adjacent pixels.

このように、本参考形態の撮像素子は、画角の広い光束が入射した場合であっても光線を効果的に光電変換部104へ導くことが可能であるので、感度が向上している。 Thus, the imaging device of this preferred embodiment, since even when the wide light beam angle of view is incident can be derived to effectively photoelectric conversion unit 104 to light, sensitivity is improved.

一方、図5(b)に示すように、ダイクロイックフィルタ層135に入射した光のうち、緑色以外の青色と赤色の光は、ダイクロイックフィルタ層135で反射する。ダイクロイックフィルタ層135で反射した青色と赤色の光は、第1の屈折率層125と第2の屈折率層129との屈折率界面で全反射する。これは、第2の屈折率層129の屈折率が第1の屈折率層125の屈折率に対して高いためである。また、第1の屈折率層125と第2の屈折率層129との屈折率界面はプリズム状の形状に形成されているので、屈折率界面で全反射した光は隣接画素の第1の屈折率層125と第2の屈折率層129との屈折率界面で再度全反射して、隣接画素のダイクロイックフィルタ層132に入射する。   On the other hand, as shown in FIG. 5B, among the light incident on the dichroic filter layer 135, blue and red lights other than green light are reflected by the dichroic filter layer 135. The blue and red light reflected by the dichroic filter layer 135 is totally reflected at the refractive index interface between the first refractive index layer 125 and the second refractive index layer 129. This is because the refractive index of the second refractive index layer 129 is higher than the refractive index of the first refractive index layer 125. In addition, since the refractive index interface between the first refractive index layer 125 and the second refractive index layer 129 is formed in a prism shape, the light totally reflected at the refractive index interface is the first refracted light of the adjacent pixel. The light is again totally reflected at the refractive index interface between the refractive index layer 125 and the second refractive index layer 129 and enters the dichroic filter layer 132 of the adjacent pixel.

ダイクロイックフィルタ層132の分光透過特性は、図4に示したように、赤色の光を透過する特性を有している。そのため、ダイクロイックフィルタ層135で反射した青色と赤色の光のうち、赤色の光はダイクロイックフィルタ層132を透過し、導波路117を通って光電変換部104に導かれる。   The spectral transmission characteristic of the dichroic filter layer 132 has a characteristic of transmitting red light as shown in FIG. Therefore, of the blue and red light reflected by the dichroic filter layer 135, the red light passes through the dichroic filter layer 132 and is guided to the photoelectric conversion unit 104 through the waveguide 117.

従来の顔料タイプのカラーフィルタでは、フィルタを透過しない色の光はフィルタに吸収されてしまい、これが撮像素子の感度を低下させる要因になっていた。しかし、本参考形態によれば、従来の顔料タイプのカラーフィルタでは吸収されていた光も光電変換部104に取り込むことができ、これにより撮像素子の感度を向上させることが可能になっている。 In conventional pigment-type color filters, light of a color that does not pass through the filter is absorbed by the filter, which is a factor that decreases the sensitivity of the image sensor. However, according to this preferred embodiment, the light which has been absorbed in the color filter of the conventional pigment type can also be incorporated into the photoelectric conversion unit 104, thereby it becomes possible to improve the sensitivity of the imaging element.

さらに、本参考形態の撮像素子は、緑色の光が透過するダイクロイックフィルタ層135を有する画素に入射した赤色の光を、これに隣接する、赤色を透過するダイクロイックフィルタ層132を有する画素に導くことにより、いわゆる偽色が発生することを防止することが可能になっている。すなわち、従来の顔料タイプのカラーフィルタ層を有する撮像素子においては、緑色の光を透過するカラーフィルタ層を有する画素に赤色の光が入射しても赤の画像は再現されなかったが、本参考形態の撮像素子では緑色の光が透過するダイクロイックフィルタ層135を有する画素に入射した赤色の光は、これに隣接する赤色を透過するダイクロイックフィルタ層132を有する画素にて赤の画像を再現することを可能としている。 Furthermore, the imaging device of the present reference embodiment, to guide the red light incident on the pixels having a dichroic filter layer 135 the green light is transmitted, adjacent thereto, the pixel having a dichroic filter layer 132 which transmits red Thus, it is possible to prevent so-called false color from occurring. That is, the imaging device having a color filter layer of a conventional pigment type, although green red image be incident red light to a pixel having a color filter layer which transmits light has not been reproduced, the reference In the image pickup device of the embodiment, red light incident on a pixel having a dichroic filter layer 135 that transmits green light reproduces a red image at a pixel having a dichroic filter layer 132 that transmits red adjacent thereto. Is possible.

なお、他の色相のダイクロイックフィルタ層を有する画素に入射した光も同様に作用するため、他の色相に関する説明は省略する。   Note that light incident on a pixel having a dichroic filter layer of another hue also acts in the same manner, and thus description of the other hue is omitted.

参考形態では、光学基板12を構成する光学部材に、屈折率が比較的高い透明材料としてTiO2、屈折率が比較的低い透明材料としてSiO2の2種類の透明材料を使用する例を示したが、屈折率が比較的高い透明材料で構成されたマイクロレンズ124と屈折率が比較的低い透明材料で構成された第1の屈折率層125との屈折率界面での反射による損失を小さくするために、図6に示す本参考形態の撮像素子の変形例のように、マイクロレンズ124と第1の屈折率層125との間に、例えばSiN等の透明材料からなる中間の屈折率を持つ反射防止層136を設け、光学部材を3種類の透明材料で構成するのも有効である。さらに、光学基板12の光入射面に屈折率が比較的低い透明材料であるMgF2を反射防止膜としてコーティングすることで、4種類の透明材料で光学部材を構成するのも有効である。 In this reference embodiment, an example in which two types of transparent materials of TiO 2 as a transparent material having a relatively high refractive index and SiO 2 as a transparent material having a relatively low refractive index is used for the optical member constituting the optical substrate 12 is shown. However, the loss due to reflection at the refractive index interface between the microlens 124 made of a transparent material having a relatively high refractive index and the first refractive index layer 125 made of a transparent material having a relatively low refractive index is reduced. to, as in the modified example of the imaging device of this reference embodiment shown in FIG. 6, between the microlens 124 and the first refractive index layer 125, for example, an intermediate refractive index made of a transparent material such as SiN It is also effective to provide the antireflection layer 136 having the optical member and to form the optical member with three kinds of transparent materials. Furthermore, it is also effective to form an optical member with four types of transparent materials by coating the light incident surface of the optical substrate 12 with MgF 2 , which is a transparent material having a relatively low refractive index, as an antireflection film.

(第の実施形態)
図7〜図11は本発明の第の実施形態を示す図であり、図7は本発明の第の実施形態の撮像素子の概略断面図、図8Aおよび図8Bは図7に示した撮像素子のセンサ基板の製造プロセスを示す図、図9Aおよび図9Bは図7に示した撮像素子の光学基板の製造プロセスを示す図である。
(First Embodiment)
7-11 are views showing a first embodiment of the present invention, FIG. 7 is a schematic sectional view of the imaging device of the first embodiment of the present invention, FIGS. 8A and 8B shown in FIG. 7 FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a manufacturing process of the sensor substrate of the image sensor, and FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a manufacturing process of the optical substrate of the image sensor shown in FIG.

図7に示すように、本実施形態の撮像素子も、センサ基板20と光学基板22とで構成されている。   As shown in FIG. 7, the image pickup device of the present embodiment also includes a sensor substrate 20 and an optical substrate 22.

センサ基板20は、上面に複数の光電変換部204が設けられたSi基板200を有している。Si基板200上には、2層のAl配線層207,213が、SiO2等で形成された層間膜210,216を介して形成されている。Al配線層207,213は、光電変換部204にて発生した光電荷を不図示のフローティングディフュージョン部(FD部)に転送するための転送スイッチを制御したり、FD部の電位を出力したりするための配線層である。 The sensor substrate 20 has a Si substrate 200 provided with a plurality of photoelectric conversion units 204 on the upper surface. On the Si substrate 200, two Al wiring layers 207 and 213 are formed via interlayer films 210 and 216 formed of SiO 2 or the like. The Al wiring layers 207 and 213 control a transfer switch for transferring photoelectric charges generated in the photoelectric conversion unit 204 to a floating diffusion unit (FD unit) (not shown), and output the potential of the FD unit. This is a wiring layer.

このように、センサ基板20は、Si基板200、光電変換部204、Al配線層207,213、および層間膜210,216を有している。また、センサ基板20の上面には、Al配線層207,213と層間膜210,216で構成された井戸構造からなる凹凸部が形成されている。   As described above, the sensor substrate 20 includes the Si substrate 200, the photoelectric conversion unit 204, the Al wiring layers 207 and 213, and the interlayer films 210 and 216. Further, on the upper surface of the sensor substrate 20, an uneven portion having a well structure composed of Al wiring layers 207 and 213 and interlayer films 210 and 216 is formed.

また、光学基板22は透明基板であるガラス基板220を有しており、そのガラス基板220の下面には、比較的低い屈折率を有するSiO2からなる低屈折率層221を介してマイクロレンズ224が設けられている。マイクロレンズ224は屈折率が比較的高いTiO2で形成されており、不図示の撮影レンズから入射する光束を光電変換部204に集光するようにそのレンズ形状が決められている。 The optical substrate 22 has a glass substrate 220 which is a transparent substrate, and a microlens 224 is provided on the lower surface of the glass substrate 220 via a low refractive index layer 221 made of SiO 2 having a relatively low refractive index. Is provided. The microlens 224 is made of TiO 2 having a relatively high refractive index, and its lens shape is determined so that a light beam incident from a photographing lens (not shown) is condensed on the photoelectric conversion unit 204.

マイクロレンズ224の下面には、マイクロレンズ224を透過した光を光電変換部204に導く導波路としての機能も有する、例えば顔料タイプのカラーフィルタ227,230が設けられている。導波路でもあるカラーフィルタ227,230の光入射側は、より多くの光が入射可能なように開口が大きくなっている。   On the lower surface of the microlens 224, for example, pigment type color filters 227 and 230 having a function as a waveguide for guiding light transmitted through the microlens 224 to the photoelectric conversion unit 204 are provided. On the light incident side of the color filters 227 and 230 that are also waveguides, the opening is large so that more light can enter.

このように、光学基板22は、ガラス基板220、低屈折率層221、マイクロレンズ224、およびカラーフィルタ227,230を有している。また、光学基板22の下面には、カラーフィルタ227,230からなる凹凸部が形成されている。   As described above, the optical substrate 22 includes the glass substrate 220, the low refractive index layer 221, the microlens 224, and the color filters 227 and 230. In addition, an uneven portion made of color filters 227 and 230 is formed on the lower surface of the optical substrate 22.

本実施形態の撮像素子は、センサ基板20と光学基板22とを、互いの凹凸部を噛み合わせるように貼り合わせた構造になっており、センサ基板20と光学基板22とは、封止材234によって封止された状態で接着されている。センサ基板20と光学基板22とを貼り合わせた後には、導波路を兼ねるカラーフィルタ227,230は、センサ基板20と光学基板22とを貼り合わせたときに両者の凹凸部の間に形成される隙間の空気層233に囲まれる。そのため、カラーフィルタ227,230の屈折率が多少小さくても、その空気層との屈折率差によって全反射条件を満足し、カラーフィルタ227,230は導波路として機能する。その結果、本実施形態でも、撮影光束は図5(a)に示した光線追跡図と略同様となり、撮影画角の広い光束もカラーフィルタ(導波路)227,230を通って光電変換部204に導かれるので、撮像素子の感度を向上させることが可能になっている。   The imaging device of the present embodiment has a structure in which the sensor substrate 20 and the optical substrate 22 are bonded to each other so as to engage each other with the concave and convex portions. The sensor substrate 20 and the optical substrate 22 include the sealing material 234. It is bonded in a sealed state. After the sensor substrate 20 and the optical substrate 22 are bonded together, the color filters 227 and 230 that also serve as waveguides are formed between the concave and convex portions of the sensor substrate 20 and the optical substrate 22 when bonded together. Surrounded by the air layer 233 in the gap. Therefore, even if the refractive indexes of the color filters 227 and 230 are somewhat small, the total reflection condition is satisfied by the difference in refractive index with the air layer, and the color filters 227 and 230 function as waveguides. As a result, also in this embodiment, the photographing light flux is substantially the same as the ray tracing diagram shown in FIG. 5A, and the light flux with a wide photographing angle of view also passes through the color filters (waveguides) 227 and 230 and the photoelectric conversion unit 204. Therefore, the sensitivity of the image sensor can be improved.

また、本実施形態では、光学基板22のマイクロレンズ224上に設けられたカラーフィルタ227,230が導波路としての役割も有しているので、図1等に示した参考形態の構成に比べてマイクロレンズ224から光電変換部204までの光路長が構造上短くなっている。そのため、マイクロレンズ224から出射して光電変換部204に到達する間に生じる光の損失が少なくなるので、この構成によっても、撮像素子の感度を向上させることが可能になっている。 In this embodiment, since the color filters 227 and 230 provided on the microlens 224 of the optical substrate 22 also have a role as a waveguide, compared with the configuration of the reference embodiment shown in FIG. The optical path length from the microlens 224 to the photoelectric conversion unit 204 is structurally short. Therefore, the loss of light that occurs while exiting from the microlens 224 and reaching the photoelectric conversion unit 204 is reduced, so that the sensitivity of the image sensor can also be improved with this configuration.

次に、図8Aおよび図8Bを参照して、図7に示したセンサ基板20の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the sensor substrate 20 shown in FIG. 7 will be described with reference to FIGS. 8A and 8B.

まず、図8A(a)に示すように、Si基板200の上面を酸化させてSi基板200の上面にSiO2からなる酸化シリコン膜201を形成する。さらに、Si基板200の上面に光電変換領域を形成するために、酸化シリコン膜201の上にフォトレジスト202を塗布し、これをフォトマスク203で覆って露光する(図8A(b))。フォトマスク203は、光電変換領域に対応する領域は光を透過し、その他の領域は光を遮光するように構成されている。また、フォトレジスト202はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち光電変換領域に対応する領域が溶解し、酸化シリコン膜201の一部が露出する。さらに、プラズマによるドライエッチング処理を行うことによって、フォトレジスト202に覆われていない領域の酸化シリコン膜201が除去される(図8A(c))。 First, as shown in FIG. 8A (a), the upper surface of the Si substrate 200 is oxidized to form a silicon oxide film 201 made of SiO 2 on the upper surface of the Si substrate 200. Further, in order to form a photoelectric conversion region on the upper surface of the Si substrate 200, a photoresist 202 is applied on the silicon oxide film 201, which is covered with a photomask 203 and exposed (FIG. 8A (b)). The photomask 203 is configured such that a region corresponding to the photoelectric conversion region transmits light, and the other regions block light. Further, since the photoresist 202 is a positive type photoresist, the region irradiated with light by the development process, that is, the region corresponding to the photoelectric conversion region is dissolved, and a part of the silicon oxide film 201 is exposed. Further, by performing a dry etching process using plasma, the silicon oxide film 201 in a region not covered with the photoresist 202 is removed (FIG. 8A (c)).

さらに、Si基板200の上面に対してイオンを打ち込むことにより、Si基板200の上面の酸化シリコン膜201で覆われていない領域に光電変換部204を形成する(図8A(d))。なお、このとき酸化シリコン膜201で覆われた領域ではイオンが吸収されるので、その領域に光電変換部204は形成されない。   Further, by implanting ions into the upper surface of the Si substrate 200, the photoelectric conversion unit 204 is formed in a region not covered with the silicon oxide film 201 on the upper surface of the Si substrate 200 (FIG. 8A (d)). At this time, ions are absorbed in the region covered with the silicon oxide film 201, and thus the photoelectric conversion portion 204 is not formed in the region.

Si基板200の上面に光電変換部204を形成した後、光電変換部204に貯まる電荷を転送するための電極をSi基板200の上面に形成する。   After the photoelectric conversion unit 204 is formed on the upper surface of the Si substrate 200, an electrode for transferring charges stored in the photoelectric conversion unit 204 is formed on the upper surface of the Si substrate 200.

まず、光電変換部204と酸化シリコン膜201が形成されたSi基板200の上面にフォトレジスト205を塗布し、これをフォトマスク206で覆って露光する(図8A(e))。フォトマスク206は、第1の配線層207に対応する領域が光を透過し、その他の領域は光を遮光するように構成されている。また、フォトレジスト205はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち第1の配線層に対応する領域が溶解し、酸化シリコン膜201の一部が露出する。さらに、ドライエッチング処理を行うことによって、フォトレジスト205に覆われていない領域の酸化シリコン膜201が除去される(図2A(f))。   First, a photoresist 205 is applied to the upper surface of the Si substrate 200 on which the photoelectric conversion portion 204 and the silicon oxide film 201 are formed, and this is covered with a photomask 206 and exposed (FIG. 8A (e)). The photomask 206 is configured such that a region corresponding to the first wiring layer 207 transmits light and the other regions block light. Further, since the photoresist 205 is a positive type photoresist, a region irradiated with light by the development process, that is, a region corresponding to the first wiring layer is dissolved, and a part of the silicon oxide film 201 is exposed. To do. Furthermore, by performing a dry etching process, the silicon oxide film 201 in a region not covered with the photoresist 205 is removed (FIG. 2A (f)).

さらに、例えばAl(アルミニウム)をCVD装置等によってSi基板200上に蒸着させることにより、Si基板200上に第1の配線層207を形成する(図8A(g))。   Further, for example, Al (aluminum) is deposited on the Si substrate 200 by a CVD apparatus or the like, thereby forming the first wiring layer 207 on the Si substrate 200 (FIG. 8A (g)).

このように第1の配線層207が形成した後に、エッチング処理を行ってフォトレジスト205を除去する(図8A(h))。   After the first wiring layer 207 is formed in this way, an etching process is performed to remove the photoresist 205 (FIG. 8A (h)).

次に、第2の配線層213を形成するために層間膜210を形成する。まず、Si基板200の上面にフォトレジスト208を塗布し、これをフォトマスク209で覆って露光する(図8A(i))。フォトマスク208は、光電変換部204に対応する領域が光を遮光し、その他の領域は光を透過するように構成されている。また、フォトレジスト208はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち光電変換部204に対応していない領域が溶解する。   Next, an interlayer film 210 is formed in order to form the second wiring layer 213. First, a photoresist 208 is applied to the upper surface of the Si substrate 200, and this is covered with a photomask 209 and exposed (FIG. 8A (i)). The photomask 208 is configured such that a region corresponding to the photoelectric conversion unit 204 blocks light and other regions transmit light. Further, since the photoresist 208 is a positive type photoresist, a region irradiated with light by the development process, that is, a region not corresponding to the photoelectric conversion unit 204 is dissolved.

そして、CVD装置によって、SiO2からなる層間膜210を形成する(図8B(j))。層間膜210を形成した後に、エッチング処理を行ってフォトレジスト208を除去する(図8B(k))。 Then, an interlayer film 210 made of SiO 2 is formed by a CVD apparatus (FIG. 8B (j)). After the interlayer film 210 is formed, an etching process is performed to remove the photoresist 208 (FIG. 8B (k)).

次に、フォトレジスト211を塗布し、これをフォトマスク212で覆って露光する(図8B(l))。フォトマスク212は、第2の配線層213に対応する領域が光を透過し、その他の領域は光を遮光するように構成されている。また、フォトレジスト211はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち第2の配線層213に対応する領域が溶解する。そして、CVD装置等によってAlを蒸着することにより、第2の配線層213を形成する(図8B(m))。その後、エッチング処理を行ってフォトレジスト211を除去する(図8B(n))。   Next, a photoresist 211 is applied, covered with a photomask 212 and exposed (FIG. 8B (l)). The photomask 212 is configured such that a region corresponding to the second wiring layer 213 transmits light, and the other regions block light. Further, since the photoresist 211 is a positive type photoresist, the region irradiated with light by the development process, that is, the region corresponding to the second wiring layer 213 is dissolved. Then, the second wiring layer 213 is formed by depositing Al by a CVD apparatus or the like (FIG. 8B (m)). Thereafter, an etching process is performed to remove the photoresist 211 (FIG. 8B (n)).

さらに、第2の配線層213の上に層間膜216を形成する。まず、第2の配線層213が形成されたSi基板200上にフォトレジスト214を塗布し、これをフォトマスク215で覆って露光する(図8B(o))。フォトマスク215は、導波路としても機能するカラーフィルタ227,230を収容する井戸構造に対応する領域が光を遮光し、その他の領域は光を透過するように構成されている。また、フォトレジスト215はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち上記の井戸構造に対応していない領域が溶解する。さらに、CVD装置によって、SiO2からなる層間膜216を形成する(図8B(p))。 Further, an interlayer film 216 is formed on the second wiring layer 213. First, a photoresist 214 is applied on the Si substrate 200 on which the second wiring layer 213 is formed, and this is covered with a photomask 215 and exposed (FIG. 8B (o)). The photomask 215 is configured such that a region corresponding to the well structure that houses the color filters 227 and 230 that also function as waveguides blocks light, and the other regions transmit light. Further, since the photoresist 215 is a positive type photoresist, the region irradiated with light by the development process, that is, the region not corresponding to the well structure is dissolved. Further, an interlayer film 216 made of SiO 2 is formed by a CVD apparatus (FIG. 8B (p)).

さらに、上記の井戸構造を形成するために、エッチング処理を行ってフォトレジスト214を除去すると、センサ基板20が完成する(図8B(q))。   Further, when the photoresist 214 is removed by performing an etching process in order to form the well structure, the sensor substrate 20 is completed (FIG. 8B (q)).

続いて、図9Aおよび図9Bを参照して、図7に示した光学基板22の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the optical substrate 22 shown in FIG. 7 will be described with reference to FIGS. 9A and 9B.

最初に、透明基板であるガラス基板220の下面となる面(図9A(a)に示す上側の面)上にマイクロレンズ224を形成する。マイクロレンズ224は、公知のレジストリフロー法にて形成する。   First, the microlens 224 is formed on the surface (upper surface shown in FIG. 9A) of the glass substrate 220 that is a transparent substrate. The microlens 224 is formed by a known registry flow method.

そのために、まず、ガラス基板220上に屈折率が比較的低い材料であるSiO2からなる低屈折率層221をCVD装置によって蒸着し(図9A(b))、さらにその上にフォトレジスト222を塗布し(図9A(c))、フォトマスク223でこれを覆って露光する(図9A(d))。フォトマスク223の透過率分布は、マイクロレンズ224の形状を形成するために、画素中央部は透過率が低く、画素周辺部は透過率が高くなるように設定されている。また、フォトレジスト222はネガ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射されない領域、すなわちマイクロレンズ224に対応する領域が溶解する(図9A(e))。 For this purpose, first, a low refractive index layer 221 made of SiO 2 which is a material having a relatively low refractive index is deposited on a glass substrate 220 by a CVD apparatus (FIG. 9A (b)), and a photoresist 222 is further formed thereon. It is applied (FIG. 9A (c)), covered with a photomask 223 and exposed (FIG. 9A (d)). In order to form the shape of the microlens 224, the transmittance distribution of the photomask 223 is set so that the transmittance is low in the central portion of the pixel and high in the peripheral portion of the pixel. Further, since the photoresist 222 is a negative type photoresist, the region not irradiated with light, that is, the region corresponding to the microlens 224 is dissolved by the development process (FIG. 9A (e)).

さらに、低屈折率層221にエッチング処理を行うことによって、マイクロレンズ224を形成するための凹部を低屈折率層221に形成する(図9A(f))。このとき、フォトレジスト222と低屈折率層221のエッチング処理における選択比が1:1であれば、フォトレジスト222の形状がそのまま低屈折率層221に転写される。さらに、比較的屈折率が高い材料であるTiO2を、低屈折率層221の上にCVD装置によって蒸着することにより、低屈折率層221上にマイクロレンズ224を形成する(図9A(g))。 Further, by performing an etching process on the low refractive index layer 221, a recess for forming the microlens 224 is formed in the low refractive index layer 221 (FIG. 9A (f)). At this time, if the selection ratio in the etching process between the photoresist 222 and the low refractive index layer 221 is 1: 1, the shape of the photoresist 222 is transferred to the low refractive index layer 221 as it is. Furthermore, TiO 2 , which is a material having a relatively high refractive index, is deposited on the low refractive index layer 221 by a CVD apparatus, thereby forming the microlens 224 on the low refractive index layer 221 (FIG. 9A (g)). ).

マイクロレンズ224を形成した後に、導波路を兼ねるカラーフィルタ227,230を作成する。   After the microlens 224 is formed, color filters 227 and 230 that also serve as waveguides are created.

まず、緑色の光を透過するカラーフィルタ227を形成する。最初に、マイクロレンズ224の上にフォトレジスト225を塗布し、これをフォトマスク226でマスキングして露光する(図9A(h))。フォトマスク226は緑色のカラーフィルタ227を形成する領域の透過率が高くなるように構成されている。また、フォトレジスト226はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち緑色のカラーフィルタ227が形成される領域が溶解し、その他の色相の画素領域は溶解しない。したがって、その他の色相の画素領域はフォトレジスト225によって保護される。   First, a color filter 227 that transmits green light is formed. First, a photoresist 225 is applied on the microlens 224, and this is masked with a photomask 226 and exposed (FIG. 9A (h)). The photomask 226 is configured so that the transmittance of the region where the green color filter 227 is formed becomes high. Further, since the photoresist 226 is a positive type photoresist, the region irradiated with light by the development process, that is, the region where the green color filter 227 is formed is dissolved, and the pixel region of the other hue is dissolved. do not do. Accordingly, the pixel regions of other hues are protected by the photoresist 225.

次に、顔料タイプの緑色のカラーフィルタ227を形成し(図9A(i))、エッチング処理を行ってフォトレジスト225を除去する。   Next, a pigment type green color filter 227 is formed (FIG. 9A (i)), and an etching process is performed to remove the photoresist 225.

次に、赤色の光を透過するカラーフィルタ230を形成する。まず、フォトレジスト228を塗布し、これをフォトマスク229でマスキングして露光する(図9B(j))。フォトマスク233は赤色のカラーフィルタ230を形成する領域の透過率が高くなるように構成されている。また、フォトレジスト228はポジ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射された領域、すなわち赤色のカラーフィルタ230が形成される領域が溶解し、その他の色相の画素領域は溶解しない。したがって、その他の色相の画素領域はフォトレジスト228によって保護される。   Next, a color filter 230 that transmits red light is formed. First, a photoresist 228 is applied, masked with a photomask 229, and exposed (FIG. 9B (j)). The photomask 233 is configured so that the transmittance of the region where the red color filter 230 is formed is high. Further, since the photoresist 228 is a positive type photoresist, the region irradiated with light by the development process, that is, the region where the red color filter 230 is formed is dissolved, and the other pixel regions of the hue are dissolved. do not do. Accordingly, the pixel regions of other hues are protected by the photoresist 228.

次に、顔料タイプの赤色のカラーフィルタ230を形成し(図9B(k))、エッチング処理を行ってフォトレジスト228を除去する(図9B(l))。   Next, a pigment-type red color filter 230 is formed (FIG. 9B (k)), and an etching process is performed to remove the photoresist 228 (FIG. 9B (l)).

最後に、カラーフィルタ227,230が導波路として機能するように、これらをテーパ形状に形成する。カラーフィルタ227,230は、公知のレジストリフロー法によって導波路形状に形成する。   Finally, these are formed in a tapered shape so that the color filters 227 and 230 function as waveguides. The color filters 227 and 230 are formed in a waveguide shape by a known registry flow method.

まず、ガラス基板220上に形成されたカラーフィルタ227,230上にフォトレジスト231を塗布し、フォトマスク232を通してフォトレジスト231を露光する(図9B(m))。フォトマスク232は、カラーフィルタ227,230を導波路形状に形成するために、画素中央部の透過率が低く画素周辺部の透過率は高くなるように透過率分布が設定されている。また、フォトレジスト231はネガ型のフォトレジストであるので、現像処理することにより光が照射されない領域、すなわち導波路に対応してない領域が溶解する(図9B(n))。   First, a photoresist 231 is applied on the color filters 227 and 230 formed on the glass substrate 220, and the photoresist 231 is exposed through the photomask 232 (FIG. 9B (m)). In order to form the color filters 227 and 230 in the waveguide shape, the photomask 232 has a transmittance distribution so that the transmittance at the center of the pixel is low and the transmittance at the periphery of the pixel is high. In addition, since the photoresist 231 is a negative type photoresist, a region that is not irradiated with light, that is, a region that does not correspond to the waveguide is dissolved by the development process (FIG. 9B (n)).

ここで、フォトレジスト231とカラーフィルタ227,230とのエッチング処理における選択比が1:1であれば、フォトレジスト231の形状がそのままカラーフィルタ227,230に転写される。そして、エッチング処理を行うことによってカラーフィルタ227,230が導波路形状に形成され、光学基板22が完成する(図9B(o))。   Here, if the selection ratio in the etching process between the photoresist 231 and the color filters 227 and 230 is 1: 1, the shape of the photoresist 231 is transferred to the color filters 227 and 230 as they are. Then, by performing an etching process, the color filters 227 and 230 are formed in a waveguide shape, and the optical substrate 22 is completed (FIG. 9B (o)).

そして、センサ基板20の井戸構造部からなる凹凸部と光学基板22の導波路部227,230からなる凹凸部とをかみ合わせるようにセンサ基板20と光学基板22とを貼り合わせることにより、本実施形態の撮像素子が完成する。本実施形態の構成によれば、センサ基板20の凹凸部と光学基板22の凹凸部とをかみ合わせる際にセンサ基板20と光学基板22との互いの位置決めが行われるので、センサ基板20と光学基板22の位置精度が向上し、両者の貼り合わせ時に生じる位置ずれに起因する撮像素子の感度の低下を防止することができる。   Then, the sensor substrate 20 and the optical substrate 22 are bonded to each other so that the uneven portion formed of the well structure portion of the sensor substrate 20 and the uneven portion formed of the waveguide portions 227 and 230 of the optical substrate 22 are engaged with each other. The image sensor of the form is completed. According to the configuration of the present embodiment, the sensor substrate 20 and the optical substrate 22 are positioned relative to each other when the concave and convex portions of the sensor substrate 20 and the concave and convex portions of the optical substrate 22 are engaged. The positional accuracy of the substrate 22 is improved, and it is possible to prevent a decrease in sensitivity of the image sensor due to a positional shift that occurs when the two are bonded together.

図10は、図7等に示した撮像素子のセンサ基板の一変形例を示す概略断面図である。   FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the sensor substrate of the image sensor shown in FIG.

図7等に示した本実施形態のセンサ基板20は、第1の配線層207及び第2の配線層213がそれぞれ層間膜210及び216によって覆われた構成になっているが、図10に示すセンサ基板の変形例のように、第1の配線層207と層間膜210を同じパターンにし、また、第2の配線層213と層間膜216とを同じパターンにすることにより、それらを形成するためのフォトマスクの種類を減らすことが可能になる。   The sensor substrate 20 of the present embodiment shown in FIG. 7 and the like has a configuration in which the first wiring layer 207 and the second wiring layer 213 are covered with the interlayer films 210 and 216, respectively. In order to form the first wiring layer 207 and the interlayer film 210 in the same pattern and the second wiring layer 213 and the interlayer film 216 in the same pattern as in the modified example of the sensor substrate It is possible to reduce the types of photomasks.

図11は、図7等に示した撮像素子の一変形例を示す概略断面図である。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the image sensor shown in FIG.

本実施形態では、図7等に示すように、光学基板22にカラーフィルタ227,230からなる導波路を設け、光学基板22の導波路部227,230より広い井戸構造部を有するセンサ基板20に光学基板22を貼り合わせた構造の撮像素子を示した。   In the present embodiment, as shown in FIG. 7 and the like, the optical substrate 22 is provided with a waveguide made of color filters 227 and 230, and the sensor substrate 20 having a well structure wider than the waveguide portions 227 and 230 of the optical substrate 22 is provided. An image sensor having a structure in which the optical substrate 22 is bonded is shown.

この構造に代えて、図11に示すように、センサ基板20は図7のものと同様の構成とし、光学基板22はマイクロレンズ224の下に通常の顔料タイプのカラーフィルタ227,230を形成し、屈折率が比較的高い透明材料(例えばTiO2)によってカラーフィルタ227,230の下面に導波路235を形成した構成とし、センサ基板20と光学基板22とを貼り合わせて撮像素子を構成してもよい。 Instead of this structure, as shown in FIG. 11, the sensor substrate 20 has the same configuration as that of FIG. 7, and the optical substrate 22 is formed with ordinary pigment type color filters 227 and 230 under the microlens 224. The waveguide 235 is formed on the lower surface of the color filters 227 and 230 with a transparent material having a relatively high refractive index (for example, TiO 2 ), and the image pickup device is configured by bonding the sensor substrate 20 and the optical substrate 22 together. Also good.

(その他の実施形態)
次に、図12を参照して、本発明の撮像素子をデジタルカメラに適用した場合の一実施形態について詳述する。図12は、本発明の撮像素子を適用したデジタルカメラを示すブロック図である。
(Other embodiments)
Next, with reference to FIG. 12, an embodiment when the image sensor of the present invention is applied to a digital camera will be described in detail. FIG. 12 is a block diagram showing a digital camera to which the image sensor of the present invention is applied.

図12において、符号301はレンズ302のプロテクトとメインスイッチとを兼ねるバリア、符号302は被写体の光学像を固体撮像素子304に結像させるレンズ、符号303はレンズ302を通る光量を可変するための絞り、符号304はレンズ302で結像された被写体を画像信号として取り込むための固体撮像素子、符号305は撮像信号処理回路、符号306は固体撮像素子304より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行うA/D変換器、符号307はA/D変換器306より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮したりする信号処理部、符号308は固体撮像素子304、撮像信号処理回路305、A/D変換器306、および信号処理部307に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、符号309は各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部、符号310は画像データを一時的に記憶するメモリ部、符号311は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、符号312は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、符号313は外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部である。   In FIG. 12, reference numeral 301 denotes a barrier that serves as a protection and a main switch for the lens 302, reference numeral 302 denotes a lens that forms an optical image of a subject on the solid-state imaging device 304, and reference numeral 303 denotes a light amount that passes through the lens 302. Aperture, reference numeral 304 is a solid-state imaging device for capturing an object imaged by the lens 302 as an image signal, reference numeral 305 is an imaging signal processing circuit, and reference numeral 306 is an analog-digital conversion of an image signal output from the solid-state imaging element 304 A reference numeral 307 denotes a signal processing unit that performs various corrections on the image data output from the A / D converter 306 and compresses the data. A reference numeral 308 denotes a solid-state imaging device 304, and an imaging signal. Timing for outputting various timing signals to the processing circuit 305, the A / D converter 306, and the signal processing unit 307 309 is a general control / arithmetic unit for controlling various operations and the entire digital still camera, 310 is a memory unit for temporarily storing image data, and 311 is for recording or reading on a recording medium. An interface unit, 312 is a detachable recording medium such as a semiconductor memory for recording or reading image data, and 313 is an external interface unit for communicating with an external computer or the like.

次に、本実施形態のデジタルカメラの撮影時の動作について説明する。   Next, the operation at the time of shooting of the digital camera of this embodiment will be described.

バリア301がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更にA/D変換器306などの撮像系回路の電源がオンされる。   When the barrier 301 is opened, the main power supply is turned on, then the control system power supply is turned on, and the power supply of the imaging system circuit such as the A / D converter 306 is turned on.

それから、露光量を制御する為に、全体制御・演算部309は絞り303を開放にし、固体撮像素子304から出力された信号がA/D変換器306で変換された後、信号処理部307に入力される。全体制御・演算部309は、そのデータを基に露出の演算を行う。全体制御・演算部309は、この測光を行った結果によって明るさを判断し、その結果に応じて絞り303を制御する。   Then, in order to control the exposure amount, the overall control / arithmetic unit 309 opens the aperture 303, and after the signal output from the solid-state image sensor 304 is converted by the A / D converter 306, the signal processing unit 307 receives the signal. Entered. The overall control / calculation unit 309 calculates exposure based on the data. The overall control / calculation unit 309 determines the brightness based on the result of the photometry, and controls the diaphragm 303 according to the result.

次に、全体制御・演算部309は、固体撮像素子304から出力された信号をもとに、撮像信号処理回路305で高周波成分を取り出し、被写体までの距離の演算を行う。その後、全体制御・演算部309は、レンズ302を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズ302を駆動して測距を行う。そして、全体制御・演算部309は、合焦を確認した後に本露光を始める。   Next, the overall control / arithmetic unit 309 extracts a high-frequency component by the imaging signal processing circuit 305 based on the signal output from the solid-state imaging device 304 and calculates the distance to the subject. Thereafter, the overall control / arithmetic unit 309 determines whether or not the lens 302 is in focus and determines whether it is in focus, and when it determines that the lens is not in focus, it drives the lens 302 again to perform distance measurement. Then, the overall control / calculation unit 309 starts the main exposure after confirming the in-focus state.

露光が終了すると、固体撮像素子304から出力された画像信号は撮像信号処理回路305を経てA/D変換器306でA/D変換され、信号処理部307を通り全体制御・演算部309によってメモリ部310に書き込まれる。   When the exposure is completed, the image signal output from the solid-state imaging device 304 is A / D converted by the A / D converter 306 through the imaging signal processing circuit 305, passes through the signal processing unit 307, and is stored in the memory by the overall control / calculation unit 309. Written in the unit 310.

その後、メモリ部310に蓄積されたデータは、全体制御・演算部309の制御によって、記録媒体制御I/F部311を介して半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体312に記録される。また、このデータを外部I/F部313を介してコンピュータ等に直接入力すれば、そのコンピュータ等によって画像の加工を行うことができる。   Thereafter, the data stored in the memory unit 310 is recorded on a removable recording medium 312 such as a semiconductor memory via the recording medium control I / F unit 311 under the control of the overall control / arithmetic unit 309. If this data is directly input to a computer or the like via the external I / F unit 313, the image can be processed by the computer or the like.

このように、本実施形態のデジタルカメラは、レンズ302で結像した被写体像を撮像素子304で光電変換することによって画像信号を得るように構成されている。その撮像素子304としては、図1や図7等に示して説明した撮像素子を用いることができる。   As described above, the digital camera according to the present embodiment is configured to obtain an image signal by photoelectrically converting the subject image formed by the lens 302 by the image sensor 304. As the imaging device 304, the imaging device described with reference to FIGS. 1 and 7 can be used.

本発明の参考形態の撮像素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the image pick-up element of the reference form of this invention. 図1に示した撮像素子のセンサ基板の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the sensor board | substrate of the image pick-up element shown in FIG. 図1に示した撮像素子のセンサ基板の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the sensor board | substrate of the image pick-up element shown in FIG. 図1に示した撮像素子の光学基板の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the optical board | substrate of the image pick-up element shown in FIG. 図1に示した撮像素子の光学基板の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the optical board | substrate of the image pick-up element shown in FIG. 図1に示した撮像素子のダイクロイックフィルタの分光特性図である。It is a spectral characteristic figure of the dichroic filter of the image sensor shown in FIG. 図1に示した撮像素子における光線追跡図である。It is a ray tracing diagram in the image sensor shown in FIG. 図1に示した撮像素子の変形例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the modification of the image pick-up element shown in FIG. 本発明の第の実施形態の撮像素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the image sensor of the 1st Embodiment of this invention. 図7に示した撮像素子のセンサ基板の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the sensor board | substrate of the image pick-up element shown in FIG. 図7に示した撮像素子のセンサ基板の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the sensor board | substrate of the image pick-up element shown in FIG. 図7に示した撮像素子の光学基板の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the optical board | substrate of the image pick-up element shown in FIG. 図7に示した撮像素子の光学基板の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the optical board | substrate of the image pick-up element shown in FIG. 図7等に示した撮像素子のセンサ基板の一変形例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the modification of the sensor board | substrate of the image pick-up element shown in FIG. 図7等に示した撮像素子の一変形例を示す概略断面図であり、同図(a)はその光学基板、同図(b)はそのセンサ基板、同図(c)は光学基板とセンサ基板との組立体を示している。8A and 8B are schematic cross-sectional views showing a modification of the image pickup device shown in FIG. 7 and the like, in which FIG. 7A is the optical substrate, FIG. 7B is the sensor substrate, and FIG. Fig. 4 shows an assembly with a substrate. 本発明の撮像素子を適用したデジタルカメラを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the digital camera to which the image pick-up element of this invention is applied. 従来のCMOSイメージセンサを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the conventional CMOS image sensor.

符号の説明Explanation of symbols

10,20 センサ基板
12,22 光学基板
100,200 Si基板
101,201 酸化シリコン膜
102,105,108,111,115,122,126,130,133,202,205,208,211,214,222,225,228,231 フォトレジスト
103,106,112,116,123,127,131,134,230,206,209,212,215,223,226,229,232 フォトマスク
104,204 光電変換部
107,207 第1の配線層(Al配線層)
109 エッチングストッパ膜
110,114,210,216 層間膜
113,213 第2の配線層(Al配線層)
117 導波路
120,220 ガラス基板
121,221 低屈折率層
124,224 マイクロレンズ
125 第1の屈折率層
129 第2の屈折率層
132,135,138 ダイクロイックフィルタ層
136 反射防止層
227,230 カラーフィルタ
235 導波路
301 バリア
302 レンズ
303 絞り
304 固体撮像素子
305 撮像信号処理回路
306 A/D変換器
307 信号処理部
308 タイミング発生部
309 全体制御・演算部
310 メモリ部
311 記録媒体制御インターフェース部
312 記録媒体
313 外部インターフェース部
10, 20 Sensor substrate 12, 22 Optical substrate 100, 200 Si substrate 101, 201 Silicon oxide film 102, 105, 108, 111, 115, 122, 126, 130, 133, 202, 205, 208, 211, 214, 222 , 225, 228, 231 Photoresist 103, 106, 112, 116, 123, 127, 131, 134, 230, 206, 209, 212, 215, 223, 226, 229, 232 Photomask 104, 204 Photoelectric converter 107 , 207 First wiring layer (Al wiring layer)
109 Etching stopper film 110, 114, 210, 216 Interlayer film 113, 213 Second wiring layer (Al wiring layer)
117 Waveguide 120, 220 Glass substrate 121, 221 Low refractive index layer 124, 224 Micro lens 125 First refractive index layer 129 Second refractive index layer 132, 135, 138 Dichroic filter layer 136 Antireflection layer 227, 230 Color Filter 235 Waveguide 301 Barrier 302 Lens 303 Diaphragm 304 Solid-state imaging device 305 Imaging signal processing circuit 306 A / D converter 307 Signal processing unit 308 Timing generation unit 309 Overall control / calculation unit 310 Memory unit 311 Recording medium control interface unit 312 Recording Medium 313 External interface section

Claims (5)

半導体基板に設けられた複数の光電変換部と、
前記各光電変換部上に配された導波路となるカラーフィルタと、
前記各カラーフィルタを囲うように配された空気層と、
隣接する前記空気層の間に配され、複数の配線層をそれぞれ覆っている複数の層間膜
と、
記各カラーフィルタに対応して、該カラーフィルタ、前記空気層、および前記層間膜上に直接配された複数のマイクロレンズと、
を有することを特徴とする撮像素子。
A plurality of photoelectric conversion units provided on a semiconductor substrate;
A color filter serving as a waveguide disposed on each of the photoelectric conversion units;
And the air layer in which the disposed so as to surround each of the color filter,
Disposed between adjacent pre Kisora air layer, and a plurality of interlayer film covering the plurality of wiring layers, respectively,
Before SL corresponding to each color filter, and the color filter, the air layer, and a plurality of microlenses arranged directly on the interlayer film,
An image pickup device comprising:
前記導波路となる前記カラーフィルタの開口は、前記光電変換部から前記マイクロレンズへ向かって大きくなっていることを特徴とする、請求項1に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 1, wherein an opening of the color filter serving as the waveguide increases from the photoelectric conversion unit toward the microlens. 前記マイクロレンズ上に配されたガラス基板と、該ガラス基板と前記マイクロレンズとの間にある、前記マイクロレンズよりも低屈折率であり酸化シリコンを含む低屈折率層と、を有することを特徴とする請求項1または2に記載の撮像素子。 A glass substrate disposed on the microlens, and a low-refractive index layer having a lower refractive index than the microlens and containing silicon oxide, between the glass substrate and the microlens. The imaging device according to claim 1 or 2. 厚さ方向に直交する方向の端部を封止材によって封止されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 1, wherein an end portion in a direction orthogonal to the thickness direction is sealed with a sealing material. 撮像レンズで結像した被写体像を撮像素子で光電変換することによって画像信号を得るデジタルカメラであって、
前記撮像素子として請求項1から4のいずれか1項に記載の撮像素子を備えていることを特徴とするデジタルカメラ。
A digital camera that obtains an image signal by photoelectrically converting a subject image formed by an imaging lens with an imaging device,
A digital camera comprising the image pickup device according to any one of claims 1 to 4 as the image pickup device.
JP2003295419A 2003-08-19 2003-08-19 Image sensor and digital camera equipped with the image sensor Expired - Fee Related JP4618765B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003295419A JP4618765B2 (en) 2003-08-19 2003-08-19 Image sensor and digital camera equipped with the image sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003295419A JP4618765B2 (en) 2003-08-19 2003-08-19 Image sensor and digital camera equipped with the image sensor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2005064385A JP2005064385A (en) 2005-03-10
JP2005064385A5 JP2005064385A5 (en) 2006-09-28
JP4618765B2 true JP4618765B2 (en) 2011-01-26

Family

ID=34371680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003295419A Expired - Fee Related JP4618765B2 (en) 2003-08-19 2003-08-19 Image sensor and digital camera equipped with the image sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4618765B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5188011B2 (en) * 2005-03-15 2013-04-24 キヤノン株式会社 Image sensor
JP2007201266A (en) * 2006-01-27 2007-08-09 Fujifilm Corp Micro-lens, its process for fabrication, solid imaging element using the micro-lens, and its process for fabrication
JP2008010544A (en) * 2006-06-28 2008-01-17 Renesas Technology Corp Solid-state image pickup element
JP2009300268A (en) * 2008-06-13 2009-12-24 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Three-dimensional information detection device
US9532033B2 (en) 2010-11-29 2016-12-27 Nikon Corporation Image sensor and imaging device

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06224398A (en) * 1993-01-27 1994-08-12 Sharp Corp Slid-state image sensor and manufacture thereof
JPH0745805A (en) * 1993-07-29 1995-02-14 Olympus Optical Co Ltd Solid-stage image pickup device
JPH08321914A (en) * 1995-05-24 1996-12-03 Sharp Corp Image senser
JPH10335618A (en) * 1997-05-20 1998-12-18 Hewlett Packard Co <Hp> Photo sensor array
JPH11284159A (en) * 1998-03-30 1999-10-15 Sharp Corp Waveguide type image sensor
JPH11354766A (en) * 1998-06-10 1999-12-24 Matsushita Electron Corp Solid state image sensor
JP2001017389A (en) * 1999-07-07 2001-01-23 Olympus Optical Co Ltd Solid-state imaging device
JP2002118245A (en) * 2000-10-11 2002-04-19 Sharp Corp Solid-state image pick up element and its manufacturing method
JP2003060179A (en) * 2001-08-15 2003-02-28 Sony Corp Solid state imaging device and its manufacturing method
JP2003209241A (en) * 2002-01-15 2003-07-25 Fuji Film Microdevices Co Ltd Solid-state imaging device

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06224398A (en) * 1993-01-27 1994-08-12 Sharp Corp Slid-state image sensor and manufacture thereof
JPH0745805A (en) * 1993-07-29 1995-02-14 Olympus Optical Co Ltd Solid-stage image pickup device
JPH08321914A (en) * 1995-05-24 1996-12-03 Sharp Corp Image senser
JPH10335618A (en) * 1997-05-20 1998-12-18 Hewlett Packard Co <Hp> Photo sensor array
JPH11284159A (en) * 1998-03-30 1999-10-15 Sharp Corp Waveguide type image sensor
JPH11354766A (en) * 1998-06-10 1999-12-24 Matsushita Electron Corp Solid state image sensor
JP2001017389A (en) * 1999-07-07 2001-01-23 Olympus Optical Co Ltd Solid-state imaging device
JP2002118245A (en) * 2000-10-11 2002-04-19 Sharp Corp Solid-state image pick up element and its manufacturing method
JP2003060179A (en) * 2001-08-15 2003-02-28 Sony Corp Solid state imaging device and its manufacturing method
JP2003209241A (en) * 2002-01-15 2003-07-25 Fuji Film Microdevices Co Ltd Solid-state imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005064385A (en) 2005-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111508984B (en) Solid-state image sensor, solid-state image sensor manufacturing method, and electronic device
US7768088B2 (en) Solid-state imaging device that efficiently guides light to a light-receiving part
KR100654143B1 (en) Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, camera
JP5421207B2 (en) Solid-state imaging device
US7973378B2 (en) Solid-state imaging device having improved sensitivity and reduced flare
JP2000151933A (en) Image pickup element and its manufacture
JP4743842B2 (en) Solid-state image sensor
US7579209B2 (en) Image sensor and fabricating method thereof
TW200403842A (en) Solid image-pickup device and method of manufacturing the same
CN104428896A (en) Image pickup element, image pickup device, and manufacturing device and method
JP4761505B2 (en) Imaging apparatus and imaging system
JP2008091800A (en) Imaging device, its manufacturing method, and imaging system
JP2003092392A (en) Image pickup unit
JP2002170944A (en) Solid state imaging device
JP3571982B2 (en) Solid-state imaging device and solid-state imaging system having the same
JP2006121065A (en) Solid-state imaging device
US7579625B2 (en) CMOS image sensor and method for manufacturing the same
US6518639B2 (en) Solid state imaging device
JP2003258220A (en) Imaging element and imaging device
JP4618765B2 (en) Image sensor and digital camera equipped with the image sensor
JP6895724B2 (en) Image sensor and image sensor
WO2019039177A1 (en) Image capture element and image capture device
US7294819B2 (en) Solid state image sensor including transparent film layers each having a convex lens-shaped portion with increased light intake efficiency and manufacturing method therefor
JP2008016559A (en) Solid-state imaging apparatus
JP5188011B2 (en) Image sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060814

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060814

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090929

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090930

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100203

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100405

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100728

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100924

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20101020

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20101025

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131105

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4618765

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees