JP4909538B2 - Microlens, manufacturing method thereof, solid-state imaging device using microlens, and manufacturing method thereof - Google Patents
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本発明は、マイクロレンズ、その製造方法、マイクロレンズを用いた固体撮像素子およびその製造方法に係り、特に、マイクロレンズの形状に関する。 The present invention relates to a microlens, a manufacturing method thereof, a solid-state imaging device using the microlens, and a manufacturing method thereof, and particularly relates to a shape of the microlens.
エリアセンサ等に用いられるCCDを用いた固体撮像素子は、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個隣接して配置され、順次駆動される。 A solid-state imaging device using a CCD used for an area sensor or the like includes a photoelectric conversion unit such as a photodiode and a charge transfer unit including a charge transfer electrode for transferring a signal charge from the photoelectric conversion unit. A plurality of charge transfer electrodes are arranged adjacent to each other on a charge transfer path formed on the semiconductor substrate, and are sequentially driven.
近年、固体撮像素子においては、固体撮像素子の小型化および撮像画素数の増加により、画素の微細化が進んでいる。それに伴い、光電変換部の微細化も進み高感度を維持することが困難になっている。そこで、感度を向上させるために、図8に示すように、画素の上層に層内レンズ20およびマイクロレンズ60を設け、フォトダイオードへの集光効率を高める構造が種々提案されている(なお、固体撮像素子の詳細については後述する)。
In recent years, in a solid-state imaging device, pixel miniaturization has progressed due to downsizing of the solid-state imaging device and an increase in the number of imaging pixels. Along with this, miniaturization of the photoelectric conversion unit has progressed and it has become difficult to maintain high sensitivity. In order to improve the sensitivity, as shown in FIG. 8, various structures have been proposed in which the
このような従来の固体撮像素子において、層内レンズおよびマイクロレンズ(オンチップレンズ)の2つの集光レンズはいずれもレジストパターンで構成されるか或いはレジストパターンを形成しておきこれを転写することによって形成されるが、例えばオンチップレンズの場合、次のように製造する。 In such a conventional solid-state imaging device, the two condensing lenses of the in-layer lens and the microlens (on-chip lens) are both configured by a resist pattern or a resist pattern is formed and transferred. For example, an on-chip lens is manufactured as follows.
まず、半導体基板表面にフォトダイオード部および電荷転送部、(第3の)平坦化層61を形成した後、図9(a)に模式図を示すように平坦化層61上にレジストパターンR1を形成し、このレジストパターンR1をリフローさせて硬化し、所望の曲率を得る(図9(b))という方法がとられている。
First, a photodiode portion, a charge transfer portion, and a (third)
あるいは、このようにして形成したレジストパターンを用いて転写する方法もある。この方法では、まず、半導体基板表面にフォトダイオード部および電荷転送部、平坦化層61を形成した後、図10(a)に模式図を示すようにレンズ基体となる窒化シリコン膜を形成し、この上層にレジストパターンR1を形成し、このレジストパターンR1をリフローさせて硬化し、所望の曲率を得(図10(b))、このレジストパターンR1をマスクとして異方性エッチングを行い、レジストパターンR1の表面形状を窒化シリコンからなるレンズ基体に転写することにより、レジストパターンR1と同じ曲率をもつオンチップレンズ60を形成する(図10(c))という方法がとられている。
Alternatively, there is a method of transferring using a resist pattern formed in this way. In this method, first, a photodiode portion, a charge transfer portion, and a
しかしながら、光の入射角によりチップ内で感度が不均一となる(シェーディング効果)という問題があった。そこでこのシェーディング効果を抑制すべく、受光部の開口面積を、撮像領域の中心から周辺にむかって大きくする方法が提案されている(特許文献1)。
また、マイクロレンズの中心軸を受光部開口の中心よりもずらして形成する方法も提案されている(特許文献2)。
However, there is a problem that the sensitivity becomes non-uniform in the chip due to the incident angle of light (shading effect). In order to suppress this shading effect, a method of increasing the opening area of the light receiving portion from the center of the imaging region to the periphery has been proposed (Patent Document 1).
In addition, a method has been proposed in which the center axis of the microlens is shifted from the center of the light receiving portion opening (Patent Document 2).
このように、シェーディング効果を抑制するために、種々の方法が提案されているが、上述したような、特許文献2に示した従来の方法では、レジストパターンR1をリフローすることによって得られる形状がそのまま集光レンズの外形となるわけであるが、光軸をずらすのは極めて困難であった。
また、特許文献1に示した方法においても、微調整は難しく、レジストパターンの形状を変更することによってマスクの調整を行うことは極めて困難であった。
As described above, various methods have been proposed in order to suppress the shading effect. However, in the conventional method shown in
In the method disclosed in
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、製造が容易で、所望の集光を行うことのできるマイクロレンズを提供することを目的とする。
また、本発明は、シェーディング効果を抑制し、高感度で均一な撮像特性を有する固体撮像素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a microlens that is easy to manufacture and can perform desired light collection.
It is another object of the present invention to provide a solid-state imaging device that suppresses shading effects and has high sensitivity and uniform imaging characteristics.
そこで本発明のマイクロレンズは、所望の曲率を持つように形成されたレンズ本体と、前記レンズ本体に局所的に設けられた凹部または凸部からなる補助レンズ部とで構成される。
この構成によれば、補助レンズ部の数、配置、大きさなどを調整することにより、極めて容易に画素サイズ或いはチップサイズに合わせた微細構造のマイクロレンズを提供することが可能となる。
Therefore, the microlens of the present invention includes a lens body formed to have a desired curvature, and an auxiliary lens unit including a concave portion or a convex portion locally provided on the lens body.
According to this configuration, by adjusting the number, arrangement, size, and the like of the auxiliary lens portions, it is possible to provide a micro lens having a fine structure that can be easily adjusted to the pixel size or the chip size.
また、本発明は、上記マイクロレンズにおいて、前記補助レンズ部が前記レンズ本体に設けられた複数の凸部または複数の凹部で構成される。
この構成によれば、調整が容易であり、凸部または凹部を追加したり削除したりして微調整を行うことも可能である。また、凹部で構成した場合、局所的な凸部を設ける場合に比べて、脱落の恐れは低減される。
Further, in the above micro-lens, the auxiliary lens unit is composed of a plurality of protrusions or a plurality of recesses provided in the lens body.
According to this configuration, adjustment is easy, and it is also possible to perform fine adjustment by adding or deleting convex portions or concave portions . Moreover, when comprised by a recessed part, the possibility of drop-off is reduced compared with the case where a local convex part is provided.
また、本発明は、上記マイクロレンズにおいて、前記補助レンズ部が前記レンズ本体とは異なる屈折率を有する材料で構成されたものを含む。
この構成によれば、補助レンズ部の数、配置、大きさに加え、屈折率の調整によっても微調整が可能となる。
Further, the present invention includes the above microlens in which the auxiliary lens portion is made of a material having a refractive index different from that of the lens body.
According to this configuration, fine adjustment is possible by adjusting the refractive index in addition to the number, arrangement, and size of the auxiliary lens portions.
また、本発明は、上記マイクロレンズにおいて、前記補助レンズ部が前記レンズ本体と同一工程で成膜されたものを含む。
この構成によれば、製造が容易でかつ剥離による凸部の脱落などのおそれもない。
The present invention includes the microlens in which the auxiliary lens portion is formed in the same process as the lens body.
According to this structure, manufacture is easy and there is no fear of the convex part falling off by peeling.
また、本発明は、上記マイクロレンズにおいて、前記補助レンズ部が同一のレンズ本体上で異なる大きさをもつものを含む。
この構成によれば、より微調整が容易となる。
The present invention also includes the above microlens in which the auxiliary lens portion has a different size on the same lens body.
According to this configuration, fine adjustment becomes easier.
また、本発明は、上記マイクロレンズにおいて、前記補助レンズ部が前記レンズ本体に設けられた複数の凹部で構成されたものを含む。
この構成によれば、微調整が可能であり、局所的な凸部を設ける場合に比べて、脱落の恐れは低減される。
Further, the present invention includes the above microlens in which the auxiliary lens portion is constituted by a plurality of concave portions provided in the lens body.
According to this configuration, fine adjustment is possible, and the risk of dropout is reduced as compared with the case where a local convex portion is provided.
また、本発明の方法は、レンズ本体となる基材を形成する工程と、前記基材表面にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンに局所的に複数の凹部または複数の凸部を形成するレジストパターン修正工程と、前記レジストパターンをマスクとして、前記基材をエッチングし、前記レジストパターンを前記基材上に転写することにより、前記レンズ本体に局所的に複数の凹部または複数の凸部からなる補助レンズ部とをもつマイクロレンズを形成する工程とを含むものである。
この構成によれば、レジストパターンの調整により局所的に複数の凹部または複数の凸部をもつマイクロレンズをより容易に形成することが可能となる。
In addition, the method of the present invention includes a step of forming a base material to be a lens body, a step of forming a resist pattern on the surface of the base material, and forming a plurality of concave portions or a plurality of convex portions locally on the resist pattern. A resist pattern correcting step, and etching the base material using the resist pattern as a mask, and transferring the resist pattern onto the base material, so that a plurality of concave portions or a plurality of convex portions are locally formed on the lens body. And a step of forming a microlens having an auxiliary lens portion.
According to this configuration, it is possible to more easily form a microlens having a plurality of concave portions or a plurality of convex portions locally by adjusting the resist pattern.
また、本発明の方法は、上記マイクロレンズの製造方法において、前記レジストパターン修正工程は、前記レジストパターン上にフォトリソグラフィにより微小レジストパターンを形成する工程を含む。
この構成によれば、フォトリソグラフィにより微小レジストパターンを形成することにより高精度の調整が可能となる。
In the method of the present invention, the resist pattern correcting step includes a step of forming a minute resist pattern on the resist pattern by photolithography.
According to this configuration, it is possible to adjust with high accuracy by forming a minute resist pattern by photolithography.
また、本発明は、上記マイクロレンズの製造方法において、前記レジストパターン修正工程が、前記レジストパターン上にポッティングにより微小レジストパターンを形成する工程を含む。
この構成によれば、レジストパターン上にレジスト材料を滴下して微小レジストパターンを形成することにより、極めて容易に微小な凸部の大きさや位置を調整可能である。
In the method of manufacturing a microlens, the resist pattern correcting step includes a step of forming a fine resist pattern by potting on the resist pattern.
According to this configuration, it is possible to adjust the size and position of the minute protrusions very easily by dropping the resist material onto the resist pattern to form the minute resist pattern.
また、本発明は、上記マイクロレンズの製造方法において、前記レジストパターン修正工程が、前記レジストパターン表面から局所的にレジストパターンを除去する工程を含む。
この構成によれば、局所的にレジストパターンを除去することにより凹部を形成するだけでよく、容易に調整可能である。なお除去に際しては、電子ビーム照射、スパッタリング、ケミカルエッチングなど種々の方法を適用することができる。また、単に粗面化処理により凹凸を形成することにより集光性を調整することも可能である。
In the method of manufacturing a microlens, the resist pattern correcting step includes a step of locally removing the resist pattern from the resist pattern surface.
According to this configuration, it is only necessary to form the recesses by locally removing the resist pattern, and adjustment can be easily performed. For removal, various methods such as electron beam irradiation, sputtering, and chemical etching can be applied. It is also possible to adjust the light condensing property by simply forming irregularities by roughening treatment.
また、本発明は、上記マイクロレンズの製造方法において、前記レジストパターン修正工程後に、前記レジストパターンを加熱して流動化させるリフロー工程を含む。
この構成によれば、なだらかな集光特性を実現でき、強度的にも良好な強度を得ることが可能となる。
Furthermore, the present invention includes a reflow process in which the resist pattern is heated and fluidized after the resist pattern correction process in the method for manufacturing a microlens.
According to this configuration, it is possible to realize a gentle condensing characteristic and to obtain a good strength.
また、本発明の固体撮像素子は、上記マイクロレンズの製造方法において、レンズ基体を形状加工しレンズ本体を形成する工程と、前記レンズ本体の集光特性をシミュレーションする工程と、前記集光特性に応じて、前記レンズ本体表面に複数の凹部または複数の凸部からなる補助レンズ部を形成する工程とを含むものを含む。
この構成によれば、シミュレーションにより調整すべき点が算出され、高精度で再現性の良好な調整が可能となる。
The solid-state imaging device according to the present invention includes a step of processing a shape of a lens base to form a lens body, a step of simulating the light collection characteristics of the lens body, and the light collection characteristics in the microlens manufacturing method. And a step of forming an auxiliary lens portion including a plurality of concave portions or a plurality of convex portions on the surface of the lens body.
According to this configuration, points to be adjusted are calculated by simulation, and adjustment with high accuracy and good reproducibility is possible.
また、本発明は、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、前記光電変換部に対応して、マイクロレンズを形成した固体撮像素子であって、前記マイクロレンズは、所望の曲率を持つように形成されたレンズ本体と、前記レンズ本体に局所的に設けられた複数の凹部または複数の凸部からなる補助レンズ部とで構成される。
この構成によれば、上記効果に加え、固体撮像素子の特性にあわせた集光特性の調整が容易となる。また、固体撮像素子の特性ばらつきを補償するように、補助レンズ部を設けることも可能である。
Further, the present invention includes a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers a charge generated in the photoelectric conversion unit, and a microlens is provided corresponding to the photoelectric conversion unit. The formed solid-state imaging device, wherein the microlens includes a lens body formed to have a desired curvature, and an auxiliary lens including a plurality of concave portions or a plurality of convex portions locally provided on the lens body. It consists of parts.
According to this configuration, in addition to the above effects, it is easy to adjust the light collection characteristics in accordance with the characteristics of the solid-state imaging device. In addition, an auxiliary lens unit can be provided so as to compensate for characteristic variations of the solid-state imaging device.
また、本発明は、上記固体撮像素子において、前記補助レンズ部が前記レンズ本体に設けられた複数の凸部で構成されたものを含む。 Further, the present invention includes the above-described solid-state imaging device in which the auxiliary lens unit is configured by a plurality of convex portions provided on the lens body.
また、本発明は、上記固体撮像素子において、前記補助レンズ部が前記レンズ本体とは異なる屈折率を有する材料で構成されたものを含む。
この構成によれば、補助レンズ部の屈折率の選択によっても集光特性を調整することができ、特性の調整範囲を大きくすることができる。
The present invention includes the solid-state imaging device in which the auxiliary lens unit is made of a material having a refractive index different from that of the lens body.
According to this configuration, the light collection characteristic can be adjusted also by selecting the refractive index of the auxiliary lens unit, and the characteristic adjustment range can be increased.
また、本発明は、上記固体撮像素子において、前記補助レンズ部が前記レンズ本体と同一工程で成膜されたものを含む。 The present invention also includes the solid-state imaging device in which the auxiliary lens portion is formed in the same process as the lens body.
また、本発明は、上記固体撮像素子において、前記補助レンズ部が同一のレンズ本体上で異なる大きさをもつものを含む。
この構成によれば、固体撮像素子表面での集光特性の調整が容易である。
The present invention includes the solid-state imaging device in which the auxiliary lens unit has a different size on the same lens body.
According to this configuration, it is easy to adjust the condensing characteristic on the surface of the solid-state imaging device.
また、本発明は、上記固体撮像素子において、前記補助レンズ部が前記レンズ本体に設けられた複数の凹部で構成されたものを含む。 The present invention includes the solid-state imaging device in which the auxiliary lens unit is configured by a plurality of concave portions provided in the lens body.
また、本発明の方法は、基板上に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成する工程と、この上層に、所望の曲率を持つように形成されたレンズ本体と、前記レンズ本体に局所的に設けられた複数の凹部または複数の凸部からなる補助レンズ部とで構成されたマイクロレンズを形成する工程とを含む。
この構成によれば、極めて容易に集光特性の優れたマイクロレンズを備えた固体撮像素子を提供することが可能となる。
Further, the method of the present invention includes a step of forming a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit including a charge transfer electrode for transferring charges generated in the photoelectric conversion unit on a substrate, and an upper layer thereof. Forming a microlens composed of a lens body formed to have a desired curvature and a plurality of concave portions or a plurality of convex portions locally provided on the lens body. Including.
According to this configuration, it is possible to provide a solid-state imaging device including a microlens having excellent light collecting characteristics very easily.
また、本発明の方法は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記マイクロレンズを形成する工程が、前記光電変換部および電荷転送部の形成された基板表面に、レンズ基体を形成しこれを形状加工しレンズ本体を形成する工程と、前記光電変換部での前記レンズ本体の集光特性をシミュレーションする工程と、前記集光特性に応じて、前記レンズ本体表面に複数の凹部または複数の凸部からなる補助レンズ部を形成する工程とを含む。 Further, according to the method of the present invention, in the method of manufacturing a solid-state imaging device, the step of forming the microlens forms a lens base on the substrate surface on which the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit are formed. A step of forming a lens body by processing, a step of simulating the light condensing characteristic of the lens main body at the photoelectric conversion unit, and a plurality of concave portions or a plurality of convex portions on the surface of the lens main body according to the light condensing characteristic Forming an auxiliary lens portion comprising:
この構成により、一旦形成したレンズ本体の集光特性をシミュレーションしこの集光特性に応じて補助レンズ部を形成しているため、微調整が可能となり、レンズ本体の形状に依存することなく、集光特性を制御することができるため、制御性に優れたレンズ形状を得ることが可能となる。 With this configuration, the condensing characteristic of the lens body once formed is simulated, and the auxiliary lens portion is formed according to the condensing characteristic, so that fine adjustment is possible and the light collecting characteristic does not depend on the shape of the lens body. Since the optical characteristics can be controlled, a lens shape with excellent controllability can be obtained.
以上説明したように、本発明では、層内レンズあるいはオンチップレンズをレンズ本体の曲率や材質の制御だけでなく、レンズ本体と補助レンズ部とで構成することにより、制御性よく集光特性を調整することができ、優れたマイクロレンズを形成することができる。またこのマイクロレンズを用いて、極めて容易に作業性よく高感度の固体撮像素子を得ることができる。 As described above, in the present invention, the in-layer lens or the on-chip lens is not only controlled by the curvature and material of the lens body, but also by the lens body and the auxiliary lens part, so that the condensing characteristic is controlled with good controllability. It can be adjusted and an excellent microlens can be formed. Also, using this microlens, a highly sensitive solid-state imaging device can be obtained very easily with good workability.
次に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は固体撮像素子の要部を示す断面図、図2はこの固体撮像素子に形成されたマイクロレンズの上面を示す説明図である。この固体撮像素子は、光電変換部としてのフォトダイオード部30上に、形成されるマイクロレンズ60が、所望の曲率を持つように形成されたレンズ本体60Sと、前記レンズ本体に局所的に設けられた凸部からなる補助レンズ部62とで構成され、集光特性を高めるようにしたことを特徴とするものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main part of a solid-state image sensor, and FIG. 2 is an explanatory view showing the top surface of a microlens formed on the solid-state image sensor. This solid-state imaging device is locally provided on a
この構成によれば、補助レンズ部の数、配置、大きさなどを調整することにより、極めて容易に画素サイズ或いはチップサイズに合わせた微細構造のマイクロレンズを提供することが可能となる。 According to this configuration, by adjusting the number, arrangement, size, and the like of the auxiliary lens portions, it is possible to provide a micro lens having a fine structure that can be easily adjusted to the pixel size or the chip size.
固体撮像素子の撮像部の上方には、酸化シリコン膜を介して形成されたBPSG膜からなる第1の平坦化層10を介して、パッシベーション膜を兼ねるように窒化シリコン膜で形成された層内レンズ20が形成されており、さらにこの上層に第2の平坦化層22、カラーフィルタ50、第3の平坦化層61、マイクロレンズ60が順次積層して設けられる。
Above the image pickup unit of the solid-state image pickup device, a layer formed of a silicon nitride film so as to serve also as a passivation film via a
そしてこの固体撮像素子は、図1に示すように、シリコン基板1に形成され、pn接合を有するフォトダイオード部30と、ゲート酸化膜2上に形成された電荷転送電極3を備え、フォトダイオード部30で生起された電荷を転送する電荷転送部40とを具備している。
As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device includes a
電荷転送部40は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板1表面部の列方向に形成された複数本の垂直電荷転送チャネル33と、垂直電荷転送チャネル33の上層に形成された電荷転送電極3と、フォトダイオード30で発生した電荷を垂直電荷転送チャネル33に読み出すための電荷読み出し領域34とを含む。電荷転送電極3は、行方向に配設された複数のフォトダイオード30からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向に延在する蛇行形状となっている。
The
図1に示すように、シリコン基板1の表面にはpウェル層1Pが形成され、pウェル層1P内に、pn接合を形成するn領域30bが形成されると共に表面にp領域30aが形成され、フォトダイオード30を構成しており、このフォトダイオード30で発生した信号電荷は、n領域30bに蓄積される。
As shown in FIG. 1, a p well layer 1P is formed on the surface of the
そしてこのフォトダイオード30の右方には、少し離間してn領域からなる電荷転送チャネル33が形成される。n領域30bと電荷転送チャネル33の間のpウェル層1Pに電荷読み出し領域34が形成される。
On the right side of the
電荷読み出し領域34と電荷転送チャネル33の上には、ゲート酸化膜2を介して、電荷転送電極3が形成される。そして電極間には電極間絶縁膜4が形成されている。垂直転送チャネル33の右側にはp+領域からなるチャネルストップ32が設けられ、隣接するフォトダイオード30との分離がなされている。
A
そして電荷転送電極3の上層には、酸化シリコン膜5(パッシベーション膜)、BPSG(borophospho silicate glass)からなる第1の平坦化層10、P−SiNからなる層内レンズ20、透明樹脂等からなるフィルタ下平坦化層としての第2の平坦化層22が形成される。さらにこれらの上方には、カラーフィルタ50(赤色フィルタ50R、緑色フィルタ50G、青色フィルタ50B)とマイクロレンズ60が設けられる。
The upper layer of the
また、電荷転送電極によって転送される信号電荷が移動する垂直電荷転送チャネル33が、電荷転送部40が延在する方向と交差する方向に、形成されている。
なお、本実施の形態は、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子に限定されることなく、正方格子型の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。
Further, the vertical charge transfer channel 33 through which the signal charge transferred by the charge transfer electrode moves is formed in a direction crossing the direction in which the
Needless to say, the present embodiment is not limited to a so-called honeycomb-structured solid-state imaging device, but can also be applied to a square lattice type solid-state imaging device.
次にこの固体撮像素子の製造工程について簡単に説明する。
フォトダイオードと電荷転送部については説明を省略するが通例の方法で形成される。
そして、フォトダイオードおよび電荷転送電極の形成された基板1の表面にプラズマCVD法により酸化シリコン膜(図示せず)を形成し、常圧熱CVD法により、膜厚300nmのBPSG膜(10)を形成する。この後、炉アニールにより700〜850℃に加熱し、BPSG膜をリフローすることにより、平坦化し、第1の平坦化層10を得る(図1参照)。
Next, the manufacturing process of this solid-state imaging device will be briefly described.
The photodiode and the charge transfer unit are formed by a usual method although the explanation is omitted.
Then, a silicon oxide film (not shown) is formed on the surface of the
そしてこの上層に、プラズマCVD法によりパッシベーション膜を兼ねた層内レンズ20としての窒化シリコン膜を形成し、形状加工を行った後、第2の平坦化層22を形成し、フィルタ層50を形成した後フィルタ上平坦層としての第3の平坦化層61を形成する。
Then, a silicon nitride film as an
この後マイクロレンズを形成する工程に入る。まず、プラズマCVD法により膜厚0.3μm程度の窒化シリコン膜からなるレンズ基体60を形成する。(ここでは第3の平坦化層61より上層のみを図示するが、この下層には図1に示したフィルタ層50が形成されているものとする。)
Thereafter, the process of forming a microlens is started. First, a
さらにこの上層に、レジストを塗布しフォトリソグラフィによりパターニングし、図3(a)に示すように、レジストパターンR1を形成する。この後再度レジストを塗布し、図3(b)に示すように、フォトリソグラフィによりパターニングし、微小レジストパターンR2を形成する。そして例えば120〜140℃の熱処理を施してリフローさせ、表面張力によってレジストパターンR1、微小レジストパターンR2の角部を丸めて、冷却して硬化する(図3(c))。 Further, a resist is applied to the upper layer and patterned by photolithography to form a resist pattern R1 as shown in FIG. Thereafter, a resist is applied again, and patterning is performed by photolithography as shown in FIG. 3B to form a minute resist pattern R2. Then, for example, heat treatment at 120 to 140 ° C. is performed to reflow, the corner portions of the resist pattern R1 and the minute resist pattern R2 are rounded by surface tension, and cooled and cured (FIG. 3C).
この後、レジストパターンと、レンズ基体である窒化シリコン膜とのエッチング選択比が1対1となるようにエッチングを行い、図3(d)に示すように、レンズ本体60S上に凸部からなる補助レンズ部62を備えたマイクロレンズを形成し、図1に示した固体撮像素子が形成される。
Thereafter, etching is performed so that the etching selectivity ratio between the resist pattern and the silicon nitride film as the lens base is 1: 1, and as shown in FIG. A microlens provided with the
この方法によれば、極めて容易に制御性よく補助レンズ部を備えたマイクロレンズが形成される。 According to this method, a microlens having an auxiliary lens portion can be formed very easily and with good controllability.
この方法によれば、さらに制御性よく、集光性を高めることが可能となる。なおこのとき、補助レンズ部としての凸部は、レンズ基体と同一材料を成膜条件を変えて成膜してもよいし、あるいは他の材料を用いるようにしてもよい。 According to this method, it is possible to improve the light condensing performance with better controllability. At this time, the convex portion as the auxiliary lens portion may be formed by using the same material as the lens base while changing the film formation conditions, or another material may be used.
加えて、基板の中心部と周縁部とでは、プロファイルが異なり、周縁部ではレンズの中心軸の高さが低くなり、曲率もばらつく傾向があるが、最後に塗布膜を形成することにより、面内ばらつきを低減することも可能である。 In addition, the profile differs between the center and the peripheral part of the substrate, and the height of the central axis of the lens tends to be low and the curvature tends to vary in the peripheral part. It is also possible to reduce the internal variation.
これにより、さらに集光効率を高めることができるため、固体撮像素子の高感度化をはかることができる。 Thereby, since the light collection efficiency can be further increased, the sensitivity of the solid-state imaging device can be increased.
前記実施の形態では、レジストパターンR1と同一の組成の微小レジストパターンR2をフォトリソグラフィによって形成したが、組成の異なるレジストを用いてもよい。
またフォトリソグラフィに限定されることなく、ポッティングによって微小レジストパターンを形成してもよい。
さらにまた、パターン転写によりレンズ本体を成形後、レジストをポッティングしてもよい。
In the embodiment described above, the fine resist pattern R2 having the same composition as the resist pattern R1 is formed by photolithography, but a resist having a different composition may be used.
Further, the present invention is not limited to photolithography, and a fine resist pattern may be formed by potting.
Furthermore, the resist may be potted after the lens body is formed by pattern transfer.
さらには図4に示すように、補助レンズ部の形成位置や形状についても相互に異なるものを複数個形成してもよい。 Furthermore, as shown in FIG. 4, a plurality of different positions and shapes of the auxiliary lens portions may be formed.
加えて、本実施の形態のマイクロレンズを層内レンズに用いてもよいことはいうまでもない。 In addition, it goes without saying that the microlens of the present embodiment may be used as an in-layer lens.
(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2について説明する。
前記実施の形態では、補助レンズ部が凸部である場合について説明したが、図5に示すように、凹部で構成された補助レンズ部63となるように形成してもよい。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the above embodiment, the case where the auxiliary lens portion is a convex portion has been described. However, as shown in FIG. 5, the
製造に際しては、前記実施の形態1で説明したのと同様、第3の平坦化層61上に、レンズ基体となる窒化シリコン膜(60)を形成した後、レジストを塗布しフォトリソグラフィによりパターニングし、図6(a)に示すように、レジストパターンR1を形成した後、例えば120〜140℃の熱処理を施してリフローさせ、表面張力によってレジストパターンR1の角部を丸めて、冷却して硬化する(図6(b))。
In manufacturing, as described in the first embodiment, a silicon nitride film (60) serving as a lens base is formed on the
この後、電子ビームエッチングにより、レジストパターンR1に微小な凹部Cを形成する(図6(c))。 Thereafter, minute concave portions C are formed in the resist pattern R1 by electron beam etching (FIG. 6C).
この後、そしてレジストパターンと、レンズ基体である窒化シリコン膜とのエッチング選択比が1対1となるようにエッチングを行い、図6(d)に示すように、レンズ本体60S上に凹部からなる補助レンズ部63を備えたマイクロレンズを形成し、固体撮像素子が完成する。
Thereafter, etching is performed so that the etching selection ratio between the resist pattern and the silicon nitride film as the lens substrate is 1: 1, and a concave portion is formed on the
この方法によれば、補助レンズ部が凹部で構成されているため、光学的制御が容易であり、凸部に比べて脱落のおそれは低減される。 According to this method, since the auxiliary lens portion is formed of a concave portion, optical control is easy, and the risk of dropping is reduced compared to the convex portion.
前記実施の形態では、電子ビームエッチングによりレジストパターンに凹部を形成し、これをマスクとしてレンズ基体に転写することにより、レンズ本体部と補助レンズ部とを形成したが、レンズ本体部を成形後、スパッタリングあるいはプラズマ処理により表面を粗面化処理することによっても有効となる。 In the above embodiment, the concave portion is formed in the resist pattern by electron beam etching, and the lens main body portion and the auxiliary lens portion are formed by transferring the concave portion to the lens base using this as a mask. It is also effective to roughen the surface by sputtering or plasma treatment.
(実施の形態3)
次に本発明の実施の形態3について説明する。
本実施の形態では、図7にフローチャートを示すように、光電変換部でのレンズ本体の集光特性をシミュレーションし、シミュレーションによって得られた集光特性に応じて、レンズ本体表面に凹部または凸部からなる補助レンズ部を形成するものである。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, as shown in the flowchart in FIG. 7, the condensing characteristic of the lens body in the photoelectric conversion unit is simulated, and a concave or convex portion is formed on the lens body surface according to the condensing characteristic obtained by the simulation. The auxiliary lens part which consists of is formed.
まず、レイアウト情報から、固体撮像素子のフォトダイオード部の受光部上での集光特性をシミュレーションする(ステップ101)。
このシミュレーション結果から、ウェハ上でのばらつきを調整するように、補助レンズ部の形状情報を算出する(ステップ102)。
この算出結果に基づいた補助レンズ部を考慮し、本体部のパターンを形成するためのレジストパターンR1と補助レンズ部を形成するための微小レジストパターン情報を算出する(ステップ103)。
得られた情報に基づいて、固体撮像素子を製造する(ステップ104)。
First, from the layout information, the light collection characteristic on the light receiving part of the photodiode part of the solid-state imaging device is simulated (step 101).
From this simulation result, the shape information of the auxiliary lens unit is calculated so as to adjust the variation on the wafer (step 102).
Considering the auxiliary lens portion based on the calculation result, the resist pattern R1 for forming the pattern of the main body portion and the minute resist pattern information for forming the auxiliary lens portion are calculated (step 103).
Based on the obtained information, a solid-state image sensor is manufactured (step 104).
そして固体撮像素子の集光特性を測定する(ステップ105)。
測定結果から集光効率の誤差が基準値の範囲にあるか否かを判断し(ステップ106)、基準値を超えているときは、トリミングを行う(ステップ107)。このトリミングはレーザ照射による凹部の形成あるいはポッティング(例えばレジストの滴下)による凸部の形成などによって行う。
そして、集光効率の誤差が基準値の範囲にある場合は終了である(ステップ108)。
And the condensing characteristic of a solid-state image sensor is measured (step 105).
From the measurement result, it is determined whether or not the error in the light collection efficiency is within the range of the reference value (step 106). If it exceeds the reference value, trimming is performed (step 107). This trimming is performed by forming a concave portion by laser irradiation or forming a convex portion by potting (for example, dropping a resist).
When the light collection efficiency error is within the range of the reference value, the process is completed (step 108).
上記方法によれば、一旦形成したレンズ本体の集光特性をシミュレーションしこの集光特性に応じて補助レンズ部を形成しているため、微調整が可能となり、レンズ本体の形状に依存することなく、集光特性を制御することができるため、制御性に優れたレンズ形状を得ることが可能となる。このようにして、効率よく均一な集光特性を持つ固体撮像素子を形成することが可能となる。 According to the above method, since the condensing characteristic of the lens body once formed is simulated and the auxiliary lens portion is formed according to the condensing characteristic, fine adjustment is possible, and it does not depend on the shape of the lens body. Since the condensing characteristic can be controlled, it is possible to obtain a lens shape with excellent controllability. In this way, it is possible to form a solid-state imaging device having a uniform light collection characteristic efficiently.
なお、本発明は、前記実施の形態に限定されることなく、本発明の技術思想の範囲内において、適宜調整可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately adjusted within the scope of the technical idea of the present invention.
以上、説明したように本発明のマイクロレンズは、集光効率を高めるとともに集光特性の均一化をはかることができることから、デジタルカメラ、携帯電話などに用いられる小型の撮像素子、あるいはファクシミリなどの読み取り素子など、種々のデバイスの集光レンズとして極めて有効である。 As described above, since the microlens of the present invention can improve the light collection efficiency and make the light collection characteristics uniform, it can be used for a small image pickup device used for a digital camera, a mobile phone, or a facsimile. It is extremely effective as a condensing lens for various devices such as a reading element.
1 シリコン基板
2 ゲート酸化膜
3 電荷転送電極
4 電極間絶縁膜
5 パッシベーション膜
10 第1の平坦化層
20 層内レンズ
R1 レジストパターン
R2 微小レジストパターン
20 パッシベーション膜
30 フォトダイオード部
40 電荷転送部
50 カラーフィルタ
60 マイクロレンズ
60S レンズ本体
61 第3の平坦化層
62 補助レンズ部
63 補助レンズ部
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記補助レンズ部が前記レンズ本体とは異なる屈折率を有する材料で構成されたマイクロレンズ。 A microlens in which the auxiliary lens portion is made of a material having a refractive index different from that of the lens body.
前記補助レンズ部が前記レンズ本体と同一工程で成膜されたマイクロレンズ。 A microlens in which the auxiliary lens portion is formed in the same process as the lens body.
前記補助レンズ部が同一のレンズ本体上で異なる大きさをもつマイクロレンズ。 A microlens in which the auxiliary lens part has different sizes on the same lens body.
前記基材表面にレジストパターンを形成する工程と、 Forming a resist pattern on the substrate surface;
前記レジストパターンに、局所的に複数の凹部または複数の凸部を形成するレジストパターン修正工程と、 A resist pattern correction step for locally forming a plurality of concave portions or a plurality of convex portions in the resist pattern,
前記レジストパターンをマスクとして、前記基材をエッチングし、前記レジストパターンを前記基材上に転写することにより、前記レンズ本体に局所的に複数の凹部または複数の凸部からなる補助レンズ部とをもつマイクロレンズを形成する工程とを含むマイクロレンズの製造方法。 Using the resist pattern as a mask, the base material is etched, and the resist pattern is transferred onto the base material, whereby an auxiliary lens portion consisting of a plurality of concave portions or a plurality of convex portions locally on the lens body. Forming a microlens having a microlens.
前記レジストパターン修正工程は、前記レジストパターン上にフォトリソグラフィにより微小レジストパターンを形成する工程を含むマイクロレンズの製造方法。 The said resist pattern correction process is a manufacturing method of the microlens including the process of forming a micro resist pattern on the said resist pattern by photolithography.
前記レジストパターン修正工程は、前記レジストパターン上にポッティングにより微小レジストパターンを形成する工程を含むマイクロレンズの製造方法。 The method of manufacturing a microlens, wherein the resist pattern correcting step includes a step of forming a minute resist pattern on the resist pattern by potting.
前記レジストパターン修正工程は、前記レジストパターン表面から局所的にレジストパターンを除去する工程を含むマイクロレンズの製造方法。 The method of manufacturing a microlens, wherein the resist pattern correcting step includes a step of locally removing the resist pattern from the resist pattern surface.
前記レジストパターン修正工程後に、前記レジストパターンを加熱して流動化させるリフロー工程を含むマイクロレンズの製造方法。 A microlens manufacturing method including a reflow process in which the resist pattern is heated and fluidized after the resist pattern correction process.
前記レンズ本体の集光特性をシミュレーションする工程と、 Simulating the condensing characteristics of the lens body;
前記集光特性に応じて、前記レンズ本体表面に複数の凹部または複数の凸部からなる補助レンズ部を形成する工程とを含むマイクロレンズの製造方法。 Forming an auxiliary lens portion including a plurality of concave portions or a plurality of convex portions on the surface of the lens body in accordance with the light condensing characteristics.
前記マイクロレンズは、所望の曲率を持つように形成されたレンズ本体と、前記レンズ本体に局所的に設けられた複数の凹部または複数の凸部からなる補助レンズ部とで構成された固体撮像素子。 The microlens is a solid-state imaging device including a lens body formed to have a desired curvature, and an auxiliary lens unit including a plurality of concave portions or a plurality of convex portions locally provided on the lens body. .
前記補助レンズ部が前記レンズ本体とは異なる屈折率を有する材料で構成された固体撮像素子。 A solid-state imaging device in which the auxiliary lens unit is made of a material having a refractive index different from that of the lens body.
前記補助レンズ部が前記レンズ本体と同一工程で成膜された固体撮像素子。 A solid-state imaging device in which the auxiliary lens unit is formed in the same process as the lens body.
前記補助レンズ部が同一のレンズ本体上で異なる大きさをもつ固体撮像素子。 A solid-state imaging device in which the auxiliary lens unit has different sizes on the same lens body.
前記光電変換部及び前記電荷転送部の上層に、所望の曲率を持つように形成されたレンズ本体と、前記レンズ本体に局所的に設けられた複数の凹部または複数の凸部からなる補助レンズ部とで構成されたマイクロレンズを形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 A lens body formed to have a desired curvature above the photoelectric conversion section and the charge transfer section, and an auxiliary lens section comprising a plurality of concave portions or a plurality of convex portions locally provided on the lens body. And a step of forming a microlens composed of the solid-state imaging device.
前記マイクロレンズを形成する工程は、 The step of forming the microlens includes
前記光電変換部および電荷転送部の形成された基板表面に、レンズ基体を形成しこれを形状加工しレンズ本体を形成する工程と、 Forming a lens body on the surface of the substrate on which the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit are formed, and processing the shape thereof to form a lens body;
前記光電変換部での前記レンズ本体の集光特性をシミュレーションする工程と、 Simulating the condensing characteristic of the lens body in the photoelectric conversion unit;
前記集光特性に応じて、前記レンズ本体表面に複数の凹部または複数の凸部からなる補助レンズ部を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 Forming an auxiliary lens portion including a plurality of concave portions or a plurality of convex portions on the surface of the lens main body in accordance with the light condensing characteristics.
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