JP2829066B2 - SOLID-STATE IMAGING ELEMENT WITH MICRO LENS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
SOLID-STATE IMAGING ELEMENT WITH MICRO LENS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAMEInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関するも
のであり、特に、フォトレジストパターンによりマイク
ロレンズを形成することを特徴とする固体撮像素子及び
その製造方法に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a solid-state imaging device characterized in that a microlens is formed by using a photoresist pattern. The present invention relates to the manufacturing method.
〔従来の技術〕 固体撮像素子は、通常、CCDあるいはMOSイメージング
デバイスと言われており、シリコン半導体デバイスの一
種である。固体撮像素子は、受光エリアと受光エリアを
駆動し画像信号を取り出すための垂直並びに水平の走査
回路から成り立っている。また、受光エリアには微細な
多数の画素なる構成要素からなっており、この画素は更
に受光部分と、この画素から電気信号を取り出したりす
る配線などの信号部分から成り立っている。全体に対す
る受光部分の割合を開口率といっているが、これらのデ
バイスは一般に開口率が低く、信号処理部分に入射する
光は利用されず、光の利用率が低いという欠点があっ
た。このため、光の利用率を改善することがこれまでに
検討されてきた。[Prior Art] A solid-state imaging device is usually called a CCD or MOS imaging device, and is a kind of silicon semiconductor device. The solid-state imaging device includes a light receiving area and vertical and horizontal scanning circuits for driving the light receiving area and extracting image signals. The light receiving area is made up of a large number of fine pixel components. The pixel further includes a light receiving portion and a signal portion such as a wiring for extracting an electric signal from the pixel. Although the ratio of the light receiving portion to the whole is referred to as the aperture ratio, these devices generally have a low aperture ratio, do not use light incident on the signal processing portion, and have a drawback that the light utilization ratio is low. For this reason, improvement of the light utilization rate has been considered so far.
固体撮像素子の画素毎に集光のためのマイクロレンズ
を設ける提案は種々なされており、古くは特開昭55−12
4366,特開昭57−9180,特開昭57−124485などに見られ、
その後も特開昭60−60756などに見られる。受光素子や
発光素子にレンズ状のキャップを設ける方法は従来から
周知のことであり、光デバイス等に多く見られ、前記マ
イクロレンズの応用はこの線にそった提案といえる。し
かし、これまでに提案されている方法は、具体的実施の
面で困難なものが多く、歩留りの観点からも問題の多い
ものが多かった。There have been various proposals for providing a microlens for condensing light for each pixel of a solid-state imaging device.
4366, JP 57-9180, JP 57-124485, etc.
Thereafter, it can be seen in JP-A-60-60756. A method of providing a lens-shaped cap on a light-receiving element or a light-emitting element has been known in the past, and is often seen in optical devices and the like, and the application of the microlens can be said to be a proposal along this line. However, many of the methods proposed so far are difficult in terms of concrete implementation, and many have many problems from the viewpoint of yield.
例えば、金型に加熱しながら押しつけて固体撮像素子
状の有機樹脂層にレンズ状の凹凸を設ける方法では、有
機樹脂層に気泡を巻き込むことなく均質なレンズを形成
することが極めて困難であり、また、金型にスティッキ
ングのような現象を起こさないようにすることも困難で
ある。For example, in a method in which lens-shaped irregularities are formed in a solid-state imaging device-like organic resin layer by pressing while being heated against a mold, it is extremely difficult to form a uniform lens without involving air bubbles in the organic resin layer, It is also difficult to prevent a phenomenon such as sticking from occurring in the mold.
また、ガラス板の表面にイオンエッチングでV字形の
溝を形成し、プリズム状の屈折回折素子とし、これを固
体撮像素子上に配置することなども検討されている。し
かし、この方法では、素子上に精度良く貼りあわせるこ
とが極めて困難であり実用性や量産性の点で問題があっ
た。Also, studies have been made on forming a V-shaped groove on the surface of a glass plate by ion etching to form a prismatic refraction diffraction element, and disposing it on a solid-state imaging device. However, in this method, it is extremely difficult to accurately bond the element onto the element, and there is a problem in practicality and mass productivity.
本発明は、従来技術の欠点をなくし、半導体素子の製
造に広く使用されているフォトリソグラフィー技術を用
いて、マイクロレンズアレイ(微小レンズアレイ)を直
接に固体撮像素子上に形成しようとするものであり、特
に、生産性,歩留り、コスト等の面で優れた方法を提供
することにある。The present invention aims to eliminate the disadvantages of the prior art and to form a microlens array (microlens array) directly on a solid-state imaging device by using photolithography technology widely used in the manufacture of semiconductor devices. In particular, it is an object of the present invention to provide an excellent method in terms of productivity, yield, cost, and the like.
上記目的を達成するために、材料並びにプロセスを種
々検討した結果、フォトリソグラフィー技術を用いて矩
形状に形成したフォトレジストパターンを後露光し、熱
処理により流動させ、マイクロレンズを形成することが
良いことを見い出した。すなわち、本発明は、特定のフ
ォトレジスタ材料を後露光(全面露光)すると効率良く
ブリーチングし、400nm以上の波長においてほとんど透
明となること(透過率:95%以上)、並びに、矩形状レ
ジストパターンを所定の温度で加熱処理すると、パター
ンの底の幅がほとんど変化せずにほぼ完全な円弧状パタ
ーンとなること、並びに、このようにして形成されたフ
ォトレジストの円弧状パターンがレンズとしての集光能
力を持っていることの発見に基づいている。In order to achieve the above object, as a result of examining various materials and processes, it is good to form a microlens by post-exposing a photoresist pattern formed in a rectangular shape using photolithography technology and flowing it by heat treatment. I found That is, the present invention provides a method for efficiently bleaching a specific photoresist material upon post-exposure (overall exposure), becoming almost transparent at a wavelength of 400 nm or more (transmittance: 95% or more), and a rectangular resist pattern. Is subjected to a heat treatment at a predetermined temperature, the width of the bottom of the pattern hardly changes, resulting in an almost perfect arc-shaped pattern. In addition, the arc-shaped pattern of the photoresist thus formed is collected as a lens. It is based on the discovery of having light capabilities.
以下、本発明のマイクロレンズの形成方法について具
体的に説明する。Hereinafter, the method for forming a microlens of the present invention will be specifically described.
現在、半導体フォトリソグラフィーにおいてはアルカ
リ可溶性樹脂(例えば、フェノールノボラック樹脂な
ど)と感光剤(例えば、ナフトキノンジアジド化合物な
ど)とからなるアルカリ現像形のポジ形フォトレジスト
が使用されている。これらは、露光部がアルカリ現像液
に可溶化し、ポジ形のパターンが得られる。通常、これ
らのレジストはi線(365nm)からg線(436nm)の波長
領域で感光し、光照射前は強い光吸収を有している。し
かしながら、これらのレジストにある程度以上の光照射
を行うと、効率良くブリーチング(漂白作用の意味で、
光吸収がなくなり、透過率が向上すること)し、400nm
以上の波長領域においてほとんど透明となる(透過率:9
5%以上)となることを見い出した。この場合、レジス
トのマトリックスポリマーとなるアルカリ可溶性樹脂40
0nm以上の波長領域において光吸収を有するものもあ
り、材料として限定する必要がある。At present, in semiconductor photolithography, an alkali-developable positive photoresist comprising an alkali-soluble resin (eg, phenol novolak resin) and a photosensitizer (eg, naphthoquinonediazide compound) is used. In these, the exposed portions are solubilized in an alkali developing solution, and a positive pattern is obtained. Usually, these resists are sensitive in a wavelength range from i-line (365 nm) to g-line (436 nm) and have strong light absorption before light irradiation. However, when these resists are irradiated with light of a certain degree or more, bleaching is efficiently performed (in the sense of bleaching action,
Eliminate light absorption and improve transmittance) and 400nm
Almost transparent in the above wavelength region (transmittance: 9
5% or more). In this case, an alkali-soluble resin 40 serving as a resist matrix polymer
Some materials have light absorption in a wavelength region of 0 nm or more, and thus need to be limited as a material.
また、KrFエキシマレーザー(248nm)などの短波長の
光に感光するDeepUVレジストは、光照射前においても40
0nm以上の波長領域においてほとんど透明であるものが
ほとんどであり、本発明のレンズ形成用材料に適してい
る。In addition, DeepUV resists that are sensitive to short wavelength light such as KrF excimer laser (248 nm)
Most are almost transparent in the wavelength region of 0 nm or more, and are suitable for the lens-forming material of the present invention.
これらのポジ形フォトレジストは、いずれも百数十℃
に熱変形温度を有しており、矩形状にパターニングした
後、加熱処理を行うと、水玉状のレンズパターンが得ら
れる。固体の矩形パターンを液化して、レンズを形成し
たことによる光利用率の改善効果については特開昭60−
60756に詳しく記載されているので、ここでは省略する
が、光利用率の改善効果が約1.55になることが示されて
いる。Each of these positive photoresists has a temperature of a few hundred degrees Celsius.
When heat treatment is performed after patterning into a rectangular shape, a polka dot lens pattern is obtained. The effect of improving the light utilization rate by forming a lens by liquefying a solid rectangular pattern is disclosed in
Since it is described in detail in 60756, although omitted here, it is shown that the effect of improving the light utilization is about 1.55.
以下、本発明を具体的な材料及びプロセスを用いて説
明する。Hereinafter, the present invention will be described using specific materials and processes.
光電変換を行う受光部2、その受光部で発生した電気
信号を取り出す走査部3、これら受光部と走査部を保護
するためのパッシベーション膜4及びカラーフィルター
層5からなる固体撮像素子シリコン基板1(第1図に示
す。尚、この図は機能を説明するための模式的な断面図
である。)上にレンズ固定層6を設ける。レンズ固定層
の材料としては、特に限定されるものではないが、ポリ
グリシジルメタクリレート,ポリメチルメタクリレート
などの有機高分子材料が望ましい。尚、レンズ固定層は
上記有機高分子材料の溶液(例えば溶媒としてエチルセ
ロソルブアセテートなどを使用)をスピン塗布すること
により形成される。A solid-state image sensor silicon substrate 1 comprising a light receiving unit 2 for performing photoelectric conversion, a scanning unit 3 for extracting an electric signal generated by the light receiving unit, a passivation film 4 for protecting the light receiving unit and the scanning unit, and a color filter layer 5 ( This is shown in Fig. 1. This figure is a schematic cross-sectional view for explaining the function.) The lens fixing layer 6 is provided thereon. The material of the lens fixing layer is not particularly limited, but is preferably an organic polymer material such as polyglycidyl methacrylate and polymethyl methacrylate. The lens fixing layer is formed by spin-coating a solution of the organic polymer material (for example, using ethyl cellosolve acetate or the like as a solvent).
この上に、マイクロレンズ形成層7をスピン塗布する
ことにより形成する。マイクロレンズ形成層の材料とし
ては、ポジ形フォトレジスト材料が望ましく、特に、ア
ルカリ現像形で高解像性のポジ形フォトレジスト材料が
望ましい。特に注意すべきことは、ポジ形フォトレジス
ト材料のマトリックスポリマーであるアルカリ可溶性ポ
リマーが400nmに95%以上の透過率を有すること、ま
た、上記ポリマーと感光剤とからなるレジストが光照射
により効率良くブリーチングすること(光照射後、400n
mに95%以上の透過率を有すること)が必要である。こ
のような材料としてラダーシリコーンをマトリックスポ
リマーとする有機シリコン系ポジ形フォトレジスト(日
立化成製RU−1600P)、高解像性i線(365nm)〜g線
(436nm)ポジ形フォトレジスト(東京応化製TSMR−V3
など)、KrF(248nm)エキシマレーザーなどに感光する
DeepUVレジストなどが挙げられる。The microlens forming layer 7 is formed thereon by spin coating. As the material of the microlens forming layer, a positive photoresist material is desirable, and in particular, a high resolution positive photoresist material which is an alkali development type is desirable. It should be particularly noted that the alkali-soluble polymer, which is the matrix polymer of the positive photoresist material, has a transmittance of 95% or more at 400 nm, and that the resist comprising the polymer and the photosensitizer can be efficiently irradiated with light. Bleaching (400n after light irradiation)
m must have a transmittance of 95% or more). As such materials, an organic silicon-based positive photoresist using ladder silicone as a matrix polymer (RU-1600P manufactured by Hitachi Chemical), a high-resolution i-line (365 nm) to g-line (436 nm) positive photoresist (Tokyo Ohka) TSMR-V3
), KrF (248nm) excimer laser, etc.
Deep UV resist and the like can be mentioned.
マイクロレンズ形成層のパターニングは、通常のフォ
トリソグラフィー技術によって行われる。すなわち、Kr
F(248nm)エキシマレーザー,i線(365nm)、あるい
は、g線(436nm)などの光を照射し、アルカリ現像液
を用いて現像し、流水でリンスすることによりマイクロ
レンズ形成層パターンが得られる。((第2図(b))
続いて、上記マイクロレンズ形成層パターンに大過剰の
光を全面照射し、400nm以上においてほとんど光吸収が
なくなるように、後露光により効率良くブリーチングさ
せる。次にこのマイクロレンズ形成層パターンを所定の
温度(例えば、100℃〜150℃/数十分)熱処理し、熱流
動させることにより第2図(c)に示すようなマイクロ
レンズを形成する。このようにして形成したマイクロレ
ンズの熱変形を防止するために、この後、酸素プラズマ
で軽くアッシングすることなども効果的である。Patterning of the microlens forming layer is performed by ordinary photolithography technology. That is, Kr
Irradiation with F (248 nm) excimer laser, i-line (365 nm), or g-line (436 nm), development using an alkaline developer, and rinsing with running water can obtain a microlens forming layer pattern. . ((Fig. 2 (b))
Subsequently, a large excess of light is irradiated on the entire surface of the microlens forming layer pattern, and bleaching is efficiently performed by post-exposure so that light absorption is almost eliminated at 400 nm or more. Next, the microlens forming layer pattern is subjected to a heat treatment at a predetermined temperature (for example, 100 ° C. to 150 ° C./several tens of minutes), and is subjected to thermal fluidization to form a microlens as shown in FIG. 2 (c). In order to prevent thermal deformation of the microlenses formed in this manner, it is also effective to lightly ashing with oxygen plasma thereafter.
以上、本発明の製造方法を実際の材料及びプロセスを
用いて説明したが、これに限定されるものではない。Although the manufacturing method of the present invention has been described using actual materials and processes, the present invention is not limited to this.
本発明のマイクロレンズ付き固体撮像素子の製造方法
においては、半導体製造に利用されるフォトリソグラフ
ィー技術を用いているために、量産性が高く、かつ、高
歩留りで固体撮像素子を製造することが可能である。ま
た、高解像度化の観点からも優れた方法である。In the manufacturing method of the solid-state imaging device with microlenses of the present invention, since the photolithography technology used in semiconductor manufacturing is used, the solid-state imaging device can be manufactured with high productivity and high yield. It is. It is also an excellent method from the viewpoint of high resolution.
以下、本発明を具体的実施例をもって説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples.
実施例1 固体撮像素子基板(第1図に示す。尚、この図は機能
を説明するための模式的な断面図である。)上にレンズ
固定層6をPGMA(ポリグリシジルメタクリレート)など
を主成分とする無色透明な有機樹脂で比較的厚く形成す
る。本実施例では、PGMAに架橋剤として2,2′,4,4′−
テトラヒドロキシベンゾフェノンを1wt.%添加したもの
を使用した。尚、PGMA膜の形成はスピン塗布により行
い、200℃/30分でベーキングし、熱架橋させた。この上
に、マイクロレンズ形成層7を、アルカリ可溶性ラダー
シリコーンをマトリックスポリマーとする有機シリコン
系ポジ形フオトレジスト(日立化成製RU−1600P)を用
い、スピン塗布により形成した。尚、マイクロレンズ形
成層の膜は、1.2μmとし、90℃/30分でプリベークし
た。また、固体撮像素子の画素ピッチが23μmの2/3イ
ンチ固体撮像素子基板を用い、レンズ固定層の膜厚を数
〜10μmに設定した。尚、この状態を示したのが第2図
(a)である。Example 1 A lens fixing layer 6 is mainly formed of a PGMA (polyglycidyl methacrylate) or the like on a solid-state imaging device substrate (shown in FIG. 1, which is a schematic cross-sectional view for explaining the function). Formed relatively thick with colorless and transparent organic resin as a component. In this example, 2,2 ', 4,4'-
The one to which 1% by weight of tetrahydroxybenzophenone was added was used. The PGMA film was formed by spin coating, baked at 200 ° C. for 30 minutes, and thermally crosslinked. On this, the microlens forming layer 7 was formed by spin coating using an organic silicon-based positive photoresist (RU-1600P manufactured by Hitachi Chemical) using alkali-soluble ladder silicone as a matrix polymer. The film of the microlens forming layer was 1.2 μm, and was prebaked at 90 ° C. for 30 minutes. In addition, a 2/3 inch solid-state imaging device substrate having a pixel pitch of 23 μm was used for the solid-state imaging device, and the thickness of the lens fixing layer was set to several to 10 μm. FIG. 2A shows this state.
次に、マイクロレンズ形成層として用いた上記有機シ
リコン系ポジ形フォトレジスト、RU−1600Pを通常のフ
ォトリソグラフィー技術によってパターニングした。す
なわち、g線(436nm)ステッパを用いて約200mJ/cm2照
射し、アルカリ現像液(0.66wt.%−NMD−3)を用いて
現像し、流水でリンスすることによりマイクロレンズ形
成層パターンを得た。(第2図(b))この状態でのマ
イクロレンズ形成層の光透過率は第3図(a)であり、
400nm以上での光吸収が大きく、マイクロレンズとして
は不適である。Next, the above-mentioned organosilicon-based positive photoresist, RU-1600P, used as a microlens forming layer was patterned by ordinary photolithography technology. That is, about 200 mJ / cm 2 was irradiated using a g-line (436 nm) stepper, developed using an alkali developing solution (0.66 wt.% -NMD-3), and rinsed with running water to form a microlens forming layer pattern. Obtained. (FIG. 2 (b)) FIG. 3 (a) shows the light transmittance of the microlens forming layer in this state.
Light absorption at 400 nm or more is large, making it unsuitable as a microlens.
続いて、上記マイクロレンズ形成層パターンに大過剰
の光を全面照射(後露光、例えば、約2000mJ/cm2を照
射)した。この状態でのマイクロレンズ形成層の光透過
率は第3図(b)であり、400nm以上においてほとんど
光吸収がなく、後露光により効率良くブリーチングし、
マイクロレンズとして適した状態になっていることが分
かる。次に、このマイクロレンズ形成層パターンを130
℃/20分で熱処理し、熱流動させることにより第2図
(c)に示すようなマイクロレンズを形成した。このよ
うにしてマイクロレンズを形成した場合、光利用率は約
50%改善されることが確認され、極めて特性の優れた固
体撮像素子が得られることが確認された。Subsequently, the microlens forming layer pattern was irradiated with a large excess of light over the entire surface (post-exposure, for example, irradiation of about 2000 mJ / cm 2 ). The light transmittance of the microlens forming layer in this state is shown in FIG. 3 (b). There is almost no light absorption at 400 nm or more, and bleaching is efficiently performed by post-exposure.
It can be seen that the lens is in a state suitable for a micro lens. Next, this microlens forming layer pattern was
A heat treatment was carried out at a temperature of 20 ° C./20 minutes, and a microlens as shown in FIG. When a microlens is formed in this way, the light utilization factor is about
It was confirmed that it was improved by 50%, and it was confirmed that a solid-state imaging device having extremely excellent characteristics was obtained.
実施例2 実施例1と同様にして、PGMAからなるレンズ固定層が
形成された固体撮像素子基板上に、高解像度ポジ形フォ
トレジスト(東京応化製TSMR−V3)を用い、スピン塗布
によりマイクロレンズ形成層を形成した。尚、マイクロ
レンズ形成層の膜厚は1.3μmとし、90℃/30分でプリベ
ークし、実施例1と同様な固体撮像素子基板を使用し
た。次に、上記ポジ形フォトレジスト,TSMR−V3を水銀
ランプを用いてコンタクト露光し、約30mJ/cm2(UV強度
は365nmで測定)の光を照射した。続いて、アルカリ現
像液(2.38wt.%−NMD−3)を用いて現像し、流水でリ
ンスすることによりマイクロレンズ形成層パターンを得
た。この状態でのマイクロレンズ形成層の光透過率は第
4図(a)であり、400nm以上での光吸収が大きく、マ
イクロレンズとしては不適である。Example 2 A high-resolution positive photoresist (TSMR-V3 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) was used on a solid-state image sensor substrate on which a lens fixing layer made of PGMA was formed in the same manner as in Example 1, and the microlens was formed by spin coating. A formation layer was formed. The thickness of the microlens forming layer was 1.3 μm, prebaked at 90 ° C. for 30 minutes, and the same solid-state imaging device substrate as in Example 1 was used. Next, the above positive photoresist, TSMR-V3, was contact-exposed using a mercury lamp and irradiated with light of about 30 mJ / cm 2 (UV intensity measured at 365 nm). Subsequently, development was performed using an alkali developing solution (2.38 wt.% -NMD-3), and rinsing was performed with running water to obtain a microlens forming layer pattern. The light transmittance of the microlens forming layer in this state is shown in FIG. 4 (a). The light absorption at 400 nm or more is large, and is not suitable as a microlens.
続いて、上記マイクロレンズ形成層パターンに水銀ラ
ンプを用いて全面露光し、約200mJ/cm2(UV強度は365nm
で測定)の光を照射した。この状態でのマイクロレンズ
形成層の光透過率は第4図(b)であり、400nm以上に
おいてほとんど光吸収がなく、後露光により効率良くブ
リーチングし、マイクロレンズとして適した状態になっ
ていることが分かる。次に、このマイクロレンズ形成層
パターンを150℃/20分で熱処理し、熱流動させることに
よりマイクロレンズを形成した。このようにしてマイク
ロレンズを形成した場合、光利用率は約50%改善される
ことが確認され、極めて特性の優れた固体撮像素子が得
られることが確認された。Subsequently, the entire surface of the microlens forming layer pattern was exposed using a mercury lamp, and was exposed to about 200 mJ / cm 2 (UV intensity was 365 nm
). The light transmittance of the microlens forming layer in this state is shown in FIG. 4 (b). There is almost no light absorption at 400 nm or more, the bleaching is efficiently performed by post-exposure, and the state is suitable for a microlens. You can see that. Next, the microlens forming layer pattern was heat-treated at 150 ° C. for 20 minutes, and was subjected to thermal fluidization to form a microlens. When the microlens was formed in this manner, it was confirmed that the light utilization factor was improved by about 50%, and it was confirmed that a solid-state imaging device having extremely excellent characteristics was obtained.
実施例3 実施例1と同様にして、PGMAからなるレンズ固定層が
形成された固体撮像素子基板状に、ポジ形フォトレジス
ト(シプレイ製AZ−2400を用い、スピン塗布によりマイ
クロレンズ形成層を形成した。尚、マイクロレンズ形成
層の膜厚は1.2μmとし、90℃/30分でプリベークし実施
例1と同様な固体撮像素子基板を使用した。Example 3 In the same manner as in Example 1, a microlens forming layer was formed by spin coating using a positive photoresist (AZ-2400 manufactured by Shipley Co., Ltd.) on a solid-state imaging device substrate on which a lens fixing layer made of PGMA was formed. The thickness of the microlens forming layer was set to 1.2 μm, and a pre-baked at 90 ° C./30 minutes, and the same solid-state imaging device substrate as in Example 1 was used.
次に、上記ポジ形フォトレジスト、AZ−2400を水銀ラ
ンプを用いてコンタクト露光し、約20mJ/cm2(UV強度は
365nmで測定)の光を照射した。続いて、アルカリ現像
液(2.38wt.%−NMD−3)を用いて現像し、流水でリン
スすることによりマイクロレンズ形成層パターンを得
た。この状態でのマイクロレンズ形成層の光透過率は第
5図(a)であり、400nm以上での光吸収が大きく、マ
イクロレンズとしては不適である。Next, the above positive photoresist, AZ-2400, was contact-exposed using a mercury lamp, and was exposed to about 20 mJ / cm 2 (UV intensity
(Measured at 365 nm). Subsequently, development was performed using an alkali developing solution (2.38 wt.% -NMD-3), and rinsing was performed with running water to obtain a microlens forming layer pattern. The light transmittance of the microlens forming layer in this state is shown in FIG. 5 (a). The light absorption at 400 nm or more is large, and is not suitable as a microlens.
続いて、上記マイクロレンズ形成層パターンに水銀ラ
ンプを用いて全面露光し、約200mJ/cm2(UV強度は365nm
で測定)の光を照射した。この状態でのマイクロレンズ
形成層の光透過率は第5図(b)であり、400nm以上に
おいてほとんど光吸収がなく、後露光により効率良くブ
リーチングし、マイクロレンズとして適した状態になっ
ていることが分かる。次に、このマイクロレンズ形成層
パターンを140℃/30分で熱処理し、熱流動させることに
よりマイクロレンズを形成した。このようにしてマイク
ロレンズを形成した場合、光利用率は約50%改善される
ことが確認され、極めて特性の優れた固体撮像素子が得
られることが確認された。Subsequently, the entire surface of the microlens forming layer pattern was exposed using a mercury lamp, and was exposed to about 200 mJ / cm 2 (UV intensity was 365 nm
). The light transmittance of the microlens forming layer in this state is shown in FIG. 5 (b). There is almost no light absorption at 400 nm or more, the bleaching is efficiently performed by post-exposure, and the state is suitable for a microlens. You can see that. Next, the microlens forming layer pattern was heat-treated at 140 ° C./30 minutes, and was subjected to thermal fluidization to form a microlens. When the microlens was formed in this manner, it was confirmed that the light utilization factor was improved by about 50%, and it was confirmed that a solid-state imaging device having extremely excellent characteristics was obtained.
実施例4〜6 実施例1と同様にして、PGMAからなるレンズ固定層が
形成された固体撮像素子基板上に、高解像度ポジ形フォ
トレジスト,日本合成ゴム製JSR−7750(実施例4),
日本合成ゴム製JSR−7950(実施例5)並びに、日立化
成製RI−7179(実施例6)を用いてマイクロレンズ形成
層を形成した。尚、マイクロレンズ形成層の膜厚は1.2
μmとし、90℃/30分でプリベークした。Examples 4 to 6 In the same manner as in Example 1, a high-resolution positive photoresist, JSR-7750 made by Nippon Synthetic Rubber (Example 4) was formed on a solid-state image sensor substrate on which a lens fixing layer made of PGMA was formed.
A microlens forming layer was formed using JSR-7950 made by Nippon Synthetic Rubber (Example 5) and RI-7179 made by Hitachi Chemical (Example 6). The thickness of the microlens forming layer is 1.2
μm, and prebaked at 90 ° C. for 30 minutes.
次に、上記ポジ形フォトレジストに、g線(436nm)
ステッパを用いてそれぞれ約300mJ/cm2照射し、アルカ
リ現像液(0.66wt.%−NMD−3)を用いて現像し、流水
でリンスすることによりマイクロレンズ形成層パターン
を得た。続いて、上記マイクロレンズ形成層パターンを
全面照射(後露光、例えば、約1000mJ/cm2)を照射し、
150℃/10分で熱処理し、熱流動させることによりマイク
ロレンズが形成改善されることが確認された。Next, a g-line (436 nm) is added to the positive photoresist.
Each was irradiated with about 300 mJ / cm 2 using a stepper, developed using an alkali developing solution (0.66 wt.% -NMD-3), and rinsed with running water to obtain a microlens forming layer pattern. Subsequently, the entire surface of the microlens forming layer pattern is irradiated (post-exposure, for example, about 1000 mJ / cm 2 ),
It was confirmed that the microlens formation was improved by heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes and thermal fluidization.
実施例7 実施例1と同様にして、PGMAからなるレンズ固定層が
形成された固体撮像素子基板上に、アルカリ可溶性ラダ
ーシリコーンをマトリックスポリマーとする有機シリコ
ン系ポジ形DeepUVレジストを用い、スピン塗布によりマ
イクロレンズ形成層を形成した。尚、マイクロレンズ形
成層の膜厚は1.2μmとし、90℃/30分でプリベークし、
実施例1と同様な固体撮像素子基板を使用した。Example 7 In the same manner as in Example 1, an organic silicon-based positive Deep UV resist using alkali-soluble ladder silicone as a matrix polymer was spin-coated on a solid-state imaging device substrate on which a lens fixing layer made of PGMA was formed. A microlens forming layer was formed. The thickness of the microlens forming layer was 1.2 μm, and prebaked at 90 ° C. for 30 minutes.
The same solid-state imaging device substrate as in Example 1 was used.
次に、上記ポジ形DeepUVレジストをKrFエキシマレー
ザーを用いてコンタクト露光し、約300mJ/cm2の光を照
射した。続いて、アルカリ現像液(0.66wt.%−NMD−
3)を用いて現像し、流水でリンスすることによりマイ
クロレンズ形成層パターンを得た。この状態でのマイク
ロレンズ形成層は、400nm以上ではほとんど光吸収を持
たず、マイクロレンズとして適していた。Next, the above positive DeepUV resist was contact-exposed using a KrF excimer laser, and irradiated with light of about 300 mJ / cm 2 . Subsequently, an alkaline developer (0.66 wt.%-NMD-
Developing using 3) and rinsing with running water to obtain a microlens forming layer pattern. The microlens forming layer in this state hardly absorbed light above 400 nm, and was suitable as a microlens.
この場合、特に、後露光をする必要はない。次に、こ
のマイクロレンズ形成層パターンを140℃/30分で熱処理
し、熱流動させることによりマイクロレンズを形成し
た。このようにしてマイクロレンズを形成した場合、光
利用率は約50%改善されることが確認され、極めて特性
の優れた固体撮像素子が得られることが確認された。In this case, it is not necessary to perform post-exposure. Next, the microlens forming layer pattern was heat-treated at 140 ° C./30 minutes, and was subjected to thermal fluidization to form a microlens. When the microlens was formed in this manner, it was confirmed that the light utilization factor was improved by about 50%, and it was confirmed that a solid-state imaging device having extremely excellent characteristics was obtained.
比較例1 PGMAからなるレンズ固定層が形成された固体撮像素子
基板上に、汎用ポジ形フォトレジスト,OFPR−800(東京
応化製)をスピン塗布しマイクロレンズ形成層を成膜し
た。尚、マイクロレンズ形成層の膜厚は1.2μmとし、9
0℃/30分でプリベークした。Comparative Example 1 A general-purpose positive photoresist, OFPR-800 (manufactured by Tokyo Ohka) was spin-coated on a solid-state imaging device substrate on which a lens fixing layer made of PGMA was formed to form a microlens forming layer. The thickness of the microlens forming layer was 1.2 μm,
Prebaked at 0 ° C / 30 minutes.
次に、上記OFPR−800膜にg線(436nm)ステッパを用
いて約200mJ/cm2照射し、アルカリ現像液(0.66wt.%−
NMD−3)を用いて現像し、流水でリンスすることによ
りマイクロレンズ形成層パターンを得た。この状態での
マイクロレンズ形成層の光透過率は第6図(a)であ
り、400nm以上での光吸収が大きい。Next, the OFPR-800 film was irradiated with about 200 mJ / cm 2 using a g-line (436 nm) stepper to obtain an alkaline developer (0.66 wt.%-
It was developed using NMD-3) and rinsed with running water to obtain a microlens forming layer pattern. The light transmittance of the microlens forming layer in this state is shown in FIG. 6 (a), and light absorption at 400 nm or more is large.
続いて、上記マイクロレンズ形成層パターンを全面照
射し、約2000mJ/cm2の光を照射した。この状態でのマイ
クロレンズ形成層の光透過率は第3図(b)であり、40
0nm以上においても光吸収があり、後露光によりブリー
チングしても、実施例のようには透明にはならず、マイ
クロレンズとしては不適であることが確認された。Subsequently, the entire surface of the microlens forming layer pattern was irradiated with light of about 2000 mJ / cm 2 . The light transmittance of the microlens forming layer in this state is shown in FIG.
Even at 0 nm or more, light absorption was observed, and even when bleaching was performed by post-exposure, it did not become transparent as in the example, and it was confirmed that the film was unsuitable as a microlens.
本発明によると、通常のフォトリソグラフィーによっ
て固体撮像素子基板上にマイクロレンズを容易に形成で
きる。すなわち、本発明で使用される技術はシリコン半
導体の製造に使用される技術であり、量産性とともに低
コスト化並びに歩留り向上が期待できる。According to the present invention, a microlens can be easily formed on a solid-state imaging device substrate by ordinary photolithography. That is, the technology used in the present invention is a technology used for manufacturing a silicon semiconductor, and it is expected that cost reduction and improvement in yield can be achieved with mass productivity.
また、本発明は高解像度化に対して有用なものであ
り、将来の高解像度固体撮像素子の製造に極めて有用な
ものである。Further, the present invention is useful for increasing the resolution, and is extremely useful for manufacturing future high-resolution solid-state imaging devices.
第1図は固体撮像素子基板の模式的な断面図を示す。 1…シリコン基板 2…受光部分 3…遮光部分 4…パッシベーション層 5…カラーフィルター層 第2図は本発明のマイクロレンズ形成プロセスを示すも
のである。 6…レンズ固定層 7…マイクロレンズ層 第3図はマイクロレンズ層の光照射前後における光透過
率を示す。 マイクロレンズ材料:RU−1600P 第4図はマイクロレンズ層の光照射前後における光透過
率を示す。 マイクロレンズ材料:TSMR−V3 第5図はマイクロレンズ層の光照射前後における光透過
率を示す。 マイクロレンズ材料:AZ−2400 第6図はマイクロレンズ層の光照射前後における光透過
率を示す。 マイクロレンズ材料:OFPR−800FIG. 1 is a schematic sectional view of a solid-state imaging device substrate. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate 2 ... Light receiving part 3 ... Light shielding part 4 ... Passivation layer 5 ... Color filter layer FIG. 2 shows the micro lens formation process of this invention. 6 Lens fixing layer 7 Microlens layer FIG. 3 shows the light transmittance of the microlens layer before and after light irradiation. Microlens material: RU-1600P FIG. 4 shows the light transmittance of the microlens layer before and after light irradiation. Microlens material: TSMR-V3 FIG. 5 shows the light transmittance of the microlens layer before and after light irradiation. Microlens material: AZ-2400 FIG. 6 shows the light transmittance of the microlens layer before and after light irradiation. Micro lens material: OFPR-800
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 順 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 中野 寿夫 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所茂原工場内 (72)発明者 泉 章也 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所茂原工場内 (72)発明者 磯田 ▲高▼志 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイ スエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−38989(JP,A) 特開 昭60−53073(JP,A) 特開 昭61−208276(JP,A) 特開 昭62−293239(JP,A) 特表 平3−505655(JP,A) 原徹、柏木正弘編,「半導体プロセス 材料実務便覧」,サイエンスフォーラ ム,昭和58年4月25日,P.274−275 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/14──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Jun Tanaka 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Production Technology Laboratory (72) Inventor Toshio Nakano 3300 Hayano, Mobara-shi, Chiba Pref. Within the Mobara Factory (72) Inventor Akiya Izumi 3300 Hayano, Mobara City, Chiba Prefecture Inside the Mobara Factory, Hitachi Co., Ltd. (72) Inventor ▲ Taka ▼ Shi 3681 Hayano, Mobara City, Chiba Prefecture Hitachi Device Engineering Co., Ltd. (56) References JP-A-60-38989 (JP, A) JP-A-60-53073 (JP, A) JP-A-61-208276 (JP, A) JP-A-62-293239 (JP, A) Tokuhyo Hei 3-505655 (JP, A) Toru Hara and Masahiro Kashiwagi, Ed., “Handbook of Materials for Semiconductor Process Materials”, Science Forum, April 25, 1983, P. . 274-275 (58) Fields surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 27/14
Claims (2)
受光部、その受光部で発生した電気信号を取り出す走査
部、これら受光部と走査部を保護するためのパッシベー
ション膜、及びカラーフィルター層からなる固体撮像素
子の上に、レンズ固定層を設け、このレンズ固定層の上
にフォトレジストパターンからなる凸レンズを設けたマ
イクロレンズ付き固体撮像素子であって、上記フォトレ
ジスト材料が、光照射により効率良くブリーチングし、
膜厚1μmにおいて、波長400nm以上における光透過率
が光照射後95%以上である有機ケイ素系ポジ形レジスト
からなることを特徴とするマイクロレンズ付き固体撮像
素子。1. A light receiving unit formed on a semiconductor substrate for performing photoelectric conversion, a scanning unit for extracting an electric signal generated by the light receiving unit, a passivation film for protecting the light receiving unit and the scanning unit, and a color filter layer. A solid-state imaging device having a microlens provided with a lens fixing layer on the solid-state imaging device made of, and provided with a convex lens made of a photoresist pattern on the lens fixing layer, wherein the photoresist material is irradiated with light. Bleach efficiently,
A solid-state imaging device with a microlens, comprising a 1 μm-thick organic silicon-based positive resist having a light transmittance at a wavelength of 400 nm or more after light irradiation of 95% or more at a wavelength of 1 μm.
及びその受光部で発生した電気信号を取り出す走査部を
形成し、その上にこれら受光部と走査部を保護するため
のパッシベーション膜、及びカラーフィルター層を形成
した固体撮像素子の上に、レンズ固定層を設け、このレ
ンズ固定層の上にフォトレジストパターンを形成し、こ
のフォトレジストパターンを全面露光し、加熱処理し、
更に酸素プラズマによるライトエッチングをすることに
より、凸レンズを形成することを特徴とするマイクロレ
ンズ付き固体撮像素子の製造方法。2. A light receiving unit for performing photoelectric conversion on a semiconductor substrate,
And a scanning unit for extracting an electric signal generated by the light receiving unit, and a lens fixed on a solid-state imaging device on which a passivation film for protecting the light receiving unit and the scanning unit and a color filter layer are formed. Providing a layer, forming a photoresist pattern on the lens fixing layer, exposing the entire photoresist pattern, heat treatment,
A method of manufacturing a solid-state imaging device with microlenses, further comprising forming convex lenses by light etching using oxygen plasma.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1307722A JP2829066B2 (en) | 1989-11-29 | 1989-11-29 | SOLID-STATE IMAGING ELEMENT WITH MICRO LENS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME |
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| JPH03169076A JPH03169076A (en) | 1991-07-22 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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1989
- 1989-11-29 JP JP1307722A patent/JP2829066B2/en not_active Expired - Fee Related
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| 原徹、柏木正弘編,「半導体プロセス材料実務便覧」,サイエンスフォーラム,昭和58年4月25日,P.274−275 |
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| JPH03169076A (en) | 1991-07-22 |
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