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JP3672663B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP3672663B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置の小型化が進んでいるが、小型化に伴って各固体撮像素子の受光部の面積が縮小するために、固体撮像装置における光感度の低下が問題となっている。この問題を解決するために、受光部に光を集めるマイクロレンズを備えた固体撮像装置がすでに実現されている。マイクロレンズ形成技術は、現在、固体撮像装置の製造には欠くことのできない技術となっている。
【0003】
以下、従来の固体撮像装置について説明する。
【0004】
図8は、従来の固体撮像装置の一例の構造を示すための断面図である。図8において、11は半導体基板、12は半導体基板11の表面部に形成され、入射された光を電荷に変換するフォトダイオード部、13は半導体基板11の表面を平坦にするための第1の平坦化層、14は第1の平坦化層13上に形成されたカラーフィルタ、15はカラーフィルタ14の段差を平坦にするための第2の平坦化層、50は第2の平坦化層15上に形成され、フォトダイオード部12に光を集めるマイクロレンズである。
【0005】
第1の平坦化層13は、半導体基板11の上に透明膜材料を必要な厚さだけ塗
布することにより形成される。カラーフィルタ14は、各フォトダイオード部12に対応するように例えばフォトリソグラフィー技術により形成される。第2の平坦化層15は、カラーフィルタ14の上に透明膜材料を必要な膜厚だけ塗布することにより形成される。
【0006】
マイクロレンズ50は、フェノール樹脂等からなり、各フォトダイオード部12の上方に当る位置に半球状に形成されている。また、マイクロレンズ50の表面に当たった光がフォトダイオード部12に効率良く集められるような高さを持っている。
【0007】
マイクロレンズ50の半球状の形状は、以下のような工程により形成される。まず、第2の平坦化層15の上にレンズレジストを塗布する。次に、レンズマスクを用いて露光処理を行い、さらに現像処理を行うことにより、各フォトダイオード部12の上方に当る位置にレンズレジストをパターン化する。さらに、加熱処理を行い、パターン化されたレンズレジストを溶解することにより、表面張力を利用してマイクロレンズ50の半球状の形状を形成することができる。
【0008】
また、図9は従来の固体撮像装置を上方から見た図である。図9において、50はマイクロレンズである。また、xはマイクロレンズ50の中央部におけるスペース、yは端部におけるスペースである。
【0009】
図10は、従来の固体撮像装置の他の例の構造を示すための断面図である。図10において、11は半導体基板、12はフォトダイオード部、13は第1の平坦化層、14はカラーフィルタ、15は第2の平坦化層であり、図8に示されているものと同じである。半導体基板11と第1の平坦化層13の間に層間絶縁膜16が形成されている点が、図8に示した固体撮像装置と異なる。層間絶縁膜16の表面は滑らかであるが、半導体基板11の凹凸に沿って凹凸を有している。第1の平坦化層13は、層間絶縁膜16の表面の凹凸を平坦にするために形成されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の固体撮像装置及びその製造方法には、以下のような問題があった。
【0011】
図8に示した固体撮像装置において、さらに光感度を向上させるためには、隣り合うマイクロレンズ50のスペースSをできるだけ小さくして、マイクロレンズ50の受光面積を拡大することが望ましい。
【0012】
しかし、従来は、パターン化されたレンズレジスト(以下、レンズパターンと称する)を加熱してマイクロレンズ50を形成する際に、加熱温度をレンズパターンが完全に溶解する温度としていた。このため、溶解されたレンズパターンがパターン化されたときの底面からはみ出してしまうという現象が生じていた。
【0013】
したがって、図9に示すように、隣り合うマイクロレンズ50の中央部におけるスペースxは、端部におけるスペースyよりも小さくなる。このため、中央部におけるスペースxを限りなく小さくしたとしても端部におけるスペースyは限りなく小さくはならない。したがって、マイクロレンズ50の受光面積を拡大するのに限界があることになる。
【0014】
また、隣り合うレンズパターンのスペースを小さくし過ぎた場合、加熱溶解によりはみ出したレンズパターンが互いに接触してしまい流れ出すことになる。このため、マイクロレンズ50の形状が崩れてしまい、半球状の部分の表面積が小さくなると共に高さも低くなる。したがって、フォトダイオード部12に集められる光量が少なくなり光感度が低下してしまう。
【0015】
また、我々の検討によると、受光部の表面積が小さい場合、マイクロレンズの高さが高く且つマイクロレンズと受光部との距離が小さい方が光感度が良いことが分かっている。
【0016】
ところが従来技術によると、レンズパターンが完全に溶解するため、表面張力により、マイクロレンズ50の高さHを底面の受光部配列方向の幅の半分Rよりも大きくすることができない。このため、マイクロレンズ50とフォトダイオード部12との距離が小さい場合、光を集めるのに最適なマイクロレンズ50の形状を形成できない可能性がある。
【0017】
また、図10に示した固体撮像装置のように、半導体基板11の上に層間絶縁膜16が形成されている場合、マイクロレンズ50からフォトダイオード部12までの距離は層間絶縁膜16の膜厚の分だけ長くなる。このため、マイクロレンズ50の形状を最適化しても、入射した光が散乱等の影響を受けてフォトダイオード部12に集まらない可能性がある。特に、層間絶縁膜16の屈折率が第1の平坦化層13やカラーフィルタ14の屈折率よりも高い場合、このような現象が顕著に現れ、光感度が低下してしまう。
【0018】
以上のような問題に鑑み、本発明は、半導体基板上に層間絶縁膜が形成された固体撮像装置でも光感度の低下を抑制して高い光感度を得ることができるようにすることを課題とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明は、層間絶縁膜の上に形成する平坦化層の材料を層間絶縁膜よりも屈折率の高いものにすることにより、受光部に光を集める擬似凸レンズを形成するものである。さらに、平坦化層の材料を加熱により液状に溶解するものにし、製造工程において加熱処理を行うことにより平坦化層を極めて薄く形成して、マイクロレンズから受光部までの距離を小さくするものである。
【0020】
具体的に請求項1の発明が講じた解決手段は、入射された光を電荷に変換する受光部を有し受光部領域が凹状に形成された半導体基板と、前記半導体基板上に形成され受光部領域が凹状に窪んでいる絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され該絶縁膜の表面を平坦にする平坦化層とを備えた固体撮像装置として、前記平坦化層は、前記絶縁膜よりも屈折率の高い材料により形成されており、前記絶縁膜の凹状に窪んでいる部分において、前記絶縁膜および平坦化層によって、擬似凸レンズが形成されているものである。
【0021】
請求項1の発明により、平坦化層は絶縁膜よりも屈折率の高い材料により形成されるので、凹状に窪んだ受光部領域において擬似凸レンズが形成される。この擬似凸レンズによって、従来の固体撮像装置では装置内部で散乱して受光部に達しなかった光を受光部に集中させることができる。
【0022】
請求項2の発明では、前記請求項1の固体撮像装置において、前記絶縁膜と前記平坦化層とは、シリコン酸化膜とフェノール系樹脂膜、フッ素系樹脂膜とシリコン酸化膜、フッ素系樹脂膜とアクリル系樹脂膜、フッ素系樹脂膜とフェノール系樹脂膜、フッ素系樹脂膜とポリイミド系樹脂膜、シリコン酸化膜とアクリル系樹脂膜、シリコン酸化膜とポリイミド系樹脂膜、および、アクリル系樹脂膜とフェノール系樹脂膜のうちいずれか1つの組み合わせによって、形成されているものとする。
【0023】
請求項3の発明では、前記請求項1の固体撮像装置において、前記平坦化層を形成する材料は、加熱により液状に溶解する材料であるものとする。
【0024】
請求項3の発明により、平坦化層は加熱により溶解する材料により形成されるため、製造工程において加熱することにより平坦化層を極めて薄く形成できるので、マイクロレンズから受光部までの距離が小さくなり、マイクロレンズに入射した光を受光部に集めやすくなる。
【0025】
請求項4の発明では、前記請求項3の固体撮像装置において、前記絶縁膜は、フッ素系樹脂膜、シリコン酸化膜またはアクリル系樹脂膜であり、前記平坦化層は、フェノール系の熱可塑性樹脂からなるものとする。
【0026】
請求項5の発明が講じた解決手段は、受光部を有し受光部領域が凹状に形成された半導体基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜上に該絶縁膜の表面を平坦にする平坦化層を形成する平坦化層形成工程とを備えた固体撮像装置の製造方法として、前記平坦化層形成工程は、前記平坦化層を前記絶縁膜よりも屈折率の高い材料により形成する工程を含むものである。さらに、前記絶縁膜形成工程および平坦化層形成工程において、前記絶縁膜と前記平坦化層とを、シリコン酸化膜とフェノール系樹脂膜、フッ素系樹脂膜とシリコン酸化膜、フッ素系樹脂膜とアクリル系樹脂膜、フッ素系樹脂膜とフェノール系樹脂膜、フッ素系樹脂膜とポリイミド系樹脂膜、シリコン酸化膜とアクリル系樹脂膜、シリコン酸化膜とポリイミド系樹脂膜、および、アクリル系樹脂膜とフェノール系樹脂膜のうちいずれか1つの組み合わせによって、形成するものとする。
【0027】
請求項5の発明により、平坦化層は絶縁膜よりも屈折率の高い材料により形成されるので、凹状に窪んだ受光部領域において擬似凸レンズが形成される。この擬似凸レンズは、従来の固体撮像装置では装置内部で散乱して受光部に達しなかった光を、受光部に集中させることができる。
【0028】
請求項6の発明が講じた解決手段は、受光部を有し受光部領域が凹状に形成された半導体基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜上に該絶縁膜の表面を平坦にする平坦化層を形成する平坦化層形成工程とを備えた固体撮像装置の製造方法として、前記平坦化層形成工程は、前記平坦化層を前記絶縁膜よりも屈折率が高く且つ加熱により液状に溶解する材料により形成し、加熱により該材料を溶解して前記平坦化層表面を平坦にする工程を含むものである。さらに、前記絶縁膜形成工程において、前記絶縁膜として、フッ素系樹脂膜、シリコン酸化膜またはアクリル系樹脂膜を形成し、前記平坦化層形成工 程において、前記平坦化層をフェノール系の熱可塑性樹脂によって形成するものとする。
【0029】
請求項6の発明により、平坦化層は絶縁膜よりも屈折率が高く且つ加熱により液状に溶解する材料により形成される。そのため凹状に窪んだ受光部領域において擬似凸レンズが形成され、またマイクロレンズから受光部までの距離が小さくなるので、従来の固体撮像装置では受光部に達しなかった光を受光部に集中させることができる
【0030】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法におけるマイクロレンズの製造工程を示す図であり、各工程における固体撮像装置の断面図である。
【0031】
図1(a)において、11は半導体基板、12は半導体基板11の表面部に形成され、入射された光を電荷に変換する受光部としてのフォトダイオード部、13は半導体基板11の表面を平坦にするための第1の平坦化層、14は第1の平坦化層13上に例えばフォトリソグラフィー技術により形成されたカラーフィルタ、15はカラーフィルタ14上の段差を平坦にするための第2の平坦化層である。なお、図1(b)〜(d)では、半導体基板11、フォトダイオード部12、第1の平坦化層13、及びカラーフィルタ14は省略されている。
【0032】
まず、図1(a)に示すように、第2の平坦化層15の表面に、フェノール系等の熱可塑性樹脂からなるレンズレジスト10aを塗布する。レンズレジスト10aは加熱により変形するものであり、また、屈折率は1.3以上である。
【0033】
次に、図1(b)に示すように、レンズレジスト10aの上方にレンズマスク18を配置する。このレンズマスク18は、フォトダイオード部12の位置に応じたピッチで配置される。
【0034】
このレンズマスク18を用いて露光処理を行い、さらに現像処理を行うことにより、図1(c)に示すように、レンズパターン10bを形成する。さらに、光の透過率を向上させるために、レンズパターン10bに対してUV光を照射する。これにより、レンズパターン10bは、含有していた感光剤が分解されて無色透明になる。
【0035】
続いて加熱処理を行い、図1(d)に示すように、マイクロレンズ10cを形
成する。このときの加熱温度は130〜140℃とする。レンズパターン10bは、加熱温度が120〜130℃に達すると溶解し始め、150〜160℃に達すると完全に溶解する。加熱温度を、完全に溶解する温度より10〜20℃低い130〜140℃にすることにより、レンズパターン10bはパターン化されたときの底面からはみ出すことはない。このため、隣り合うレンズパターンが接触して流れ出すことはなく、形成されるマイクロレンズ10cの形状が崩れることはない。すなわち、半球状の形状を備え且つ十分高さのあるマイクロレンズ10cを確実に形成することができる。
【0036】
また、隣り合うマイクロレンズ10cのスペースS2 は、隣り合うレンズパターン10bのスペースS1 と同じ大きさになる。このため、レンズパターン10bのスペースS1 を0に近づけることにより、マイクロレンズ10cのスペースS2 も0に近づけることができる。すなわち、マイクロレンズ10cの表面積を拡大することができる。
【0037】
このように、マイクロレンズ10c形成時の加熱温度を、レンズパターン10bが完全に溶解しない温度に設定することにより、フォトダイオード部12に効率良く集光できるマイクロレンズ10cを形成することができる。また、加熱温度を130〜140℃の範囲で制御することにより、マイクロレンズ10cの形状も制御することが可能となる。
【0038】
図2は、図1に示した製造方法により製造された固体撮像装置を上方から見た図である。図2において、10はマイクロレンズである。また、xはマイクロレンズ10の中央部におけるスペースの寸法、yは端部におけるスペースの寸法である。
【0039】
加熱温度を130〜140℃にした場合、レンズパターン10bは完全には溶解しないので、中央部におけるスペースxと端部におけるスペースyとは等しくなる。したがって、中央部におけるスペースxと端部におけるスペースyとを共に小さくすることができるので、従来よりも、マイクロレンズ10の受光面積を拡大することができる。
【0040】
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法におけるマイ
クロレンズの製造工程を示す図であり、各工程における固体撮像装置の断面図である。
【0041】
図3(a)において、11は半導体基板、12はフォトダイオード部、13は第1の平坦化層、14はカラーフィルタ、15は第2の平坦化層であり、図1(a)に示されたものと同じである。また、図3(b)〜(d)では、半導体基板11、フォトダイオード部12、第1の平坦化層13、及びカラーフィルタ14は省略されている。
【0042】
第2の実施形態と第1の実施形態とが異なるのは、レンズレジスト20aを厚く塗布する点である。
【0043】
まず、図3(a)に示すように、第2の平坦化層15の表面上に、熱可塑性樹脂からなるレンズレジスト20aを、2〜4μmの厚さで塗布する。
【0044】
次に、図3(b)に示すように、レンズレジスト20aの上方にレンズマスク18を配置する。このレンズマスク18は、フォトダイオード部12の位置に応じたピッチで配置される。
【0045】
このレンズマスク18を用いて露光処理を行い、さらに現像処理を行うことにより、図3(c)に示すように、レンズパターン20bを形成する。さらに、光の透過率を向上させるために、レンズパターン20bに対してUV光を照射する。これにより、レンズパターン20bは、含有していた感光剤が分解されて無色透明になる。
【0046】
続いて加熱処理を行い、図3(d)に示すように、マイクロレンズ20cを形成する。このときの加熱温度を、レンズパターン20bが完全に溶解する温度より10〜20℃低い130〜140℃にすることにより、レンズパターン20bはパターン化されたときの底面からはみでて流れ出すことはなく、半球状の形状を備え且つ十分高さのあるマイクロレンズ20cが形成される。
【0047】
図3に示した製造方法によると、セルサイズが小さい場合は、マイクロレンズ20cの高さHはマイクロレンズ20cの底面の受光部配列方向の幅の半分Rよりも大きくなる。また、表面張力により、マイクロレンズ20cの形状が崩れることはない。このため、縦長のマイクロレンズが形成されることになる。
【0048】
図4は、第2の実施形態に係る製造方法により製造された固体撮像装置の構造を示すための断面図である。
【0049】
図4において、11は半導体基板、12はフォトダイオード部、13は第1の平坦化層、14はカラーフィルタ、15は第2の平坦化層であり、図3(a)に示されたものと同じである。20は第2の平坦化層上に形成されたマイクロレンズである。また、R1 はマイクロレンズ20の底面の受光部配列方向の幅の半分、R2 はセルサイズの受光部配列方向の幅の半分、Hはマイクロレンズ20の高さである。隣り合うマイクロレンズ20は、実際には、互いに接しない程度の0.1〜1.5μmのスペースがあけられている。
【0050】
マイクロレンズ20の形状は、サイクロイド曲線または放物線で表現できるような縦長の半楕円となっており、高さHは、底面の受光部配列方向の幅の半分R1 よりも大きくなっている。また、本実施形態により、マイクロレンズ20の高さHを、セルサイズの受光部配列方向の幅の半分R2 よりも大きくすることもできる。縦長のマイクロレンズを形成することにより、マイクロレンズ20からフォトダイオード部12までの距離が小さい固体撮像装置でも、入射した光をフォトダイオード部12に集中させることができる。
【0051】
(第3の実施形態)
図5は、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。図5において、11は半導体基板、12は半導体基板11の表面部に形成された受光部としてのフォトダイオード部、16は半導体基板11上に形成された絶縁膜としての層間絶縁膜、30は層間絶縁膜16の表面の凹凸を平坦化する平坦化層としての第1の平坦化層、14は第1の平坦化層30上に形成されたカラーフィルタ、15はカラーフィルタ14の表面の段差を平坦化する第2の平坦化層、50は第2の平坦化層15上に形成されたマイクロレンズである。
【0052】
第1の平坦化層30は層間絶縁膜16に比べて屈折率の高い材料を用いる。例えば層間絶縁膜16と第1の平坦化層30とはそれぞれ、シリコン酸化膜とフェノール系樹脂膜、又はフッ素系樹脂膜とシリコン酸化膜、又はフッ素系樹脂膜とアクリル系樹脂膜、又はフッ素系樹脂膜とフェノール系樹脂膜、又はフッ素系樹脂膜とポリイミド系樹脂膜、又はシリコン酸化膜とアクリル系樹脂膜、又はシリコン酸化膜とポリイミド系樹脂膜、アクリル系樹脂膜とフェノール系樹脂膜等の組み合わせで形成する。
【0053】
層間絶縁膜16は0.1〜1.5μm程度の厚さを持っている。層間絶縁膜16の上に形成されている第1の平坦化層30は、層間絶縁膜16やカラーフィルタ14や第2の平坦化層15よりも大きい屈折率をもつ。
【0054】
第1の平坦化層30が層間絶縁膜16よりも屈折率の高い材料により形成されていることにより、層間絶縁膜16の凹状の部分において、下向きの擬似凸レンズ31が形成される。擬似凸レンズ31の中心は、フォトダイオード部12の中心と一致している。この擬似凸レンズ31により、従来の固体撮像装置ではフォトダイオード部12に集まらなかった光も、フォトダイオード部12に集光することができる。また、擬似凸レンズ31が形成されても、マイクロレンズ50からフォトダイオード部12までの距離は変化しないので、マイクロレンズ50による集光効果は従来どおり得られる。
【0055】
また、擬似凸レンズ31の曲率や深さは、層間絶縁膜16の厚さを変えることにより変化させることができる。マイクロレンズ50及び擬似凸レンズ31の形状や、マイクロレンズ50及び擬似凸レンズ31からフォトダイオード部12までの距離を最適化することにより、フォトダイオード部12の形状に関わらず、光感度の高い固体撮像装置を得ることができる。
【0056】
また、本実施形態を第1または第2の実施形態と組み合わせることによって、固体撮像装置の光感度をさらに向上させることができる。
【0057】
なお、本発明は、カラーフィルタをもつカラー固体撮像装置だけでなく、カラーフィルタをもたない白黒固体撮像装置に適用することも可能である。
【0058】
(第4の実施形態)
図6は、本発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。図6において、11は半導体基板、12は半導体基板11の表面部に形成された受光部としてのフォトダイオード部、16は半導体基板11上に形成された絶縁膜としての層間絶縁膜、32は層間絶縁膜16の表面の凹凸を平坦化する平坦化層としての第1の平坦化層、14は第1の平坦化層32上に形成されたカラーフィルタ、15はカラーフィルタ14の表面の段差を平坦化する第2の平坦化層、50は第2の平坦化層15上に形成されたマイクロレンズである。
【0059】
層間絶縁膜16は、フッ素系樹脂膜又はシリコン酸化膜又はアクリル系樹脂膜からなり、0.1〜1.5μm程度の厚さを持っている。層間絶縁膜16の上に形成されている第1の平坦化層32はフェノール系等の熱可塑性樹脂からなり、層間絶縁膜16やカラーフィルタ14や第2の平坦化層15よりも大きい屈折率をもつ。
【0060】
第1の平坦化層32が層間絶縁膜16よりも屈折率の高い材料により形成されていることにより、層間絶縁膜16の凹状の部分において下向きの擬似凸レンズ33が形成される。擬似凸レンズ33の中心は、フォトダイオード部12の中心と一致している。この擬似凸レンズ33により、従来の固体撮像装置ではフォトダイオード部12に集まらなかった光もフォトダイオード部12に集光することができる。また、第1の平坦化層32は熱可塑性をもつため、加熱すると液状に溶解してごく薄膜で完全な平坦性を得ることができる。このことにより、マイクロレンズ50からフォトダイオード部12までの距離を小さくすることができるので、マイクロレンズ50からフォトダイオード部12までの距離を最適化でき、さらに光を集中できる。
【0061】
また、擬似凸レンズ33の曲率や深さは、層間絶縁膜16の厚さを変えることにより変化させることができる。マイクロレンズ50及び擬似凸レンズ33の形状や、マイクロレンズ50及び擬似凸レンズ33からフォトダイオード部12までの距離を最適化することにより、フォトダイオード部12の形状に関わらず、光感度の高い固体撮像装置を得ることができる。
【0062】
図7は本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における第1の平坦化層の製造工程を示す図であり、各工程における固体撮像装置の断面図である。図7(a)に示すように、フォトダイオード部12が表面部に形成された半導体基板11上に層間絶縁膜16がすでに形成されているものとする。
【0063】
次に、図7(b)に示すように、層間絶縁膜16の上にフェノール系等の熱可塑性樹脂からなる第1の平坦化レジスト32aを塗布する。このとき、塗布しただけでは第1の平坦化レジスト32a表面の平坦性は良くない。次に、図7(c)に示すように、第1の平坦化レジスト32aを加熱により液状に溶解して第1の平坦化層32bを形成する。このような工程により、表面が平坦であり且つ薄膜の第1の平坦化層32bを形成することができる。
【0064】
また、本実施形態を第1または第2の実施形態と組み合わせることによって、固体撮像装置の光感度をさらに向上させることができる。
【0065】
なお、本発明は、カラーフィルタをもつカラー固体撮像装置だけでなく、カラーフィルタをもたない白黒固体撮像装置に適用することも可能である。
【0066】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、平坦化層により擬似凸レンズを形成でき、さらに平坦化層を薄く且つ表面をより平坦に形成できるので、半導体基板上に絶縁膜が形成されている場合でも高い光感度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における、マイクロレンズの製造工程を示す図であり、各工程における固体撮像装置の断面図である。
【図2】 本発明の第1の実施形態に係る製造方法により製造された固体撮像装置を上方から見た図である。
【図3】 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における、マイクロレンズの製造工程を示す図であり、各工程における固体撮像装置の断面図である。
【図4】 本発明の第2の実施形態に係る製造方法により製造された固体撮像装置の構造を示すための断面図である。
【図5】 本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図6】 本発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図7】 本発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における、平坦化層の製造工程を示す図であり、各工程における固体撮像装置の断面図である。
【図8】 従来の固体撮像装置の一例の構造を示すための断面図である。
【図9】 従来の固体撮像装置を上方から見た図である。
【図10】 従来の固体撮像装置の他の例の構造を示すための断面図である。
【符号の説明】
10 マイクロレンズ
10a レンズレジスト
10b レンズパターン
10c マイクロレンズ
11 半導体基板
12 フォトダイオード部
13 第1の平坦化層
14 カラーフィルタ
15 第2の平坦化層
16 層間絶縁膜
18 レンズマスク
20 マイクロレンズ
20a レンズレジスト
20b レンズパターン
20c マイクロレンズ
30 第1の平坦化層
31 擬似凸レンズ
32 第1の平坦化層
33 擬似凸レンズ
50 マイクロレンズ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
  In recent years, the solid-state imaging device has been miniaturized. However, since the area of the light receiving portion of each solid-state imaging element is reduced as the size of the solid-state imaging device is reduced, a decrease in light sensitivity in the solid-state imaging device is a problem. In order to solve this problem, a solid-state imaging device including a microlens that collects light in a light receiving unit has already been realized. Currently, the microlens formation technique is an indispensable technique for manufacturing a solid-state imaging device.
[0003]
  Hereinafter, a conventional solid-state imaging device will be described.
[0004]
  FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the structure of an example of a conventional solid-state imaging device. In FIG. 8, 11 is a semiconductor substrate, 12 is a photodiode portion formed on the surface portion of the semiconductor substrate 11 and converts incident light into electric charges, and 13 is a first for flattening the surface of the semiconductor substrate 11. The flattening layer, 14 is a color filter formed on the first flattening layer 13, 15 is a second flattening layer for flattening the steps of the color filter 14, and 50 is the second flattening layer 15. It is a microlens that is formed on top and collects light on the photodiode portion 12.
[0005]
  The first planarizing layer 13 is formed by applying a transparent film material on the semiconductor substrate 11 to a required thickness.
It is formed by cloth. The color filter 14 is formed by, for example, a photolithography technique so as to correspond to each photodiode portion 12. The second planarization layer 15 is formed by applying a transparent film material to the color filter 14 by a required film thickness.
[0006]
  The microlens 50 is made of a phenol resin or the like, and is formed in a hemispherical shape at a position where it hits above each photodiode portion 12. Further, the height is such that the light hitting the surface of the microlens 50 is efficiently collected in the photodiode portion 12.
[0007]
  The hemispherical shape of the microlens 50 is formed by the following process. First, a lens resist is applied on the second planarizing layer 15. Next, an exposure process is performed using a lens mask, and further a development process is performed, thereby patterning the lens resist at a position above each photodiode portion 12. Further, by performing a heat treatment and dissolving the patterned lens resist, the hemispherical shape of the microlens 50 can be formed using the surface tension.
[0008]
  FIG. 9 is a view of a conventional solid-state imaging device as viewed from above. In FIG. 9, reference numeral 50 denotes a microlens. Further, x is a space at the center of the microlens 50, and y is a space at the end.
[0009]
  FIG. 10 is a cross-sectional view for illustrating the structure of another example of a conventional solid-state imaging device. In FIG. 10, 11 is a semiconductor substrate, 12 is a photodiode portion, 13 is a first planarizing layer, 14 is a color filter, and 15 is a second planarizing layer, which is the same as that shown in FIG. It is. 8 is different from the solid-state imaging device shown in FIG. 8 in that an interlayer insulating film 16 is formed between the semiconductor substrate 11 and the first planarization layer 13. The surface of the interlayer insulating film 16 is smooth, but has unevenness along the unevenness of the semiconductor substrate 11. The first planarization layer 13 is formed to flatten the irregularities on the surface of the interlayer insulating film 16.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the conventional solid-state imaging device and the manufacturing method thereof have the following problems.
[0011]
  In the solid-state imaging device shown in FIG. 8, in order to further improve the photosensitivity, it is desirable to enlarge the light receiving area of the microlens 50 by reducing the space S between the adjacent microlenses 50 as much as possible.
[0012]
  However, conventionally, when the microlens 50 is formed by heating a patterned lens resist (hereinafter referred to as a lens pattern), the heating temperature is set to a temperature at which the lens pattern is completely dissolved. For this reason, the phenomenon that the melt | dissolved lens pattern protrudes from the bottom face when patterning has arisen.
[0013]
  Therefore, as shown in FIG. 9, the space x at the center of the adjacent microlenses 50 is smaller than the space y at the end. For this reason, even if the space x in the central portion is reduced as much as possible, the space y in the end portion is not reduced as much as possible. Therefore, there is a limit in enlarging the light receiving area of the microlens 50.
[0014]
  In addition, when the space between adjacent lens patterns is too small, the lens patterns protruding by heating and melting come into contact with each other and flow out. For this reason, the shape of the microlens 50 collapses, and the surface area of the hemispherical portion is reduced and the height is also reduced. Therefore, the amount of light collected in the photodiode portion 12 is reduced, and the photosensitivity is lowered.
[0015]
  Further, according to our study, it is known that when the surface area of the light receiving portion is small, the photosensitivity is better when the height of the microlens is higher and the distance between the microlens and the light receiving portion is smaller.
[0016]
  However, according to the prior art, since the lens pattern is completely dissolved, the height H of the microlens 50 cannot be made larger than half the width R of the bottom surface in the light receiving portion arrangement direction due to surface tension. For this reason, when the distance between the microlens 50 and the photodiode portion 12 is small, there is a possibility that the optimal shape of the microlens 50 for collecting light cannot be formed.
[0017]
  When the interlayer insulating film 16 is formed on the semiconductor substrate 11 as in the solid-state imaging device shown in FIG. 10, the distance from the microlens 50 to the photodiode portion 12 is the film thickness of the interlayer insulating film 16. It will be longer by For this reason, even if the shape of the microlens 50 is optimized, the incident light may not be collected in the photodiode portion 12 due to the influence of scattering or the like. In particular, when the refractive index of the interlayer insulating film 16 is higher than the refractive indexes of the first planarizing layer 13 and the color filter 14, such a phenomenon appears remarkably and the photosensitivity is lowered.
[0018]
  In view of the above problems, the present inventionHalfIt is an object of the present invention to suppress a decrease in photosensitivity and obtain high photosensitivity even in a solid-state imaging device in which an interlayer insulating film is formed on a conductor substrate.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present invention,layerThe material of the flattening layer formed on the interlayer insulating film is made to have a higher refractive index than that of the interlayer insulating film, thereby forming a pseudo convex lens that collects light at the light receiving portion. Furthermore, the material of the flattening layer is dissolved in a liquid state by heating, and the flattening layer is formed extremely thin by performing heat treatment in the manufacturing process, thereby reducing the distance from the microlens to the light receiving portion. .
[0020]
  Specifically, Claim 1The solution provided by the present invention is a semiconductor substrate having a light receiving portion for converting incident light into electric charges and having a light receiving portion region formed in a concave shape, and a light receiving portion region formed on the semiconductor substrate and recessed in a concave shape. As a solid-state imaging device comprising a flat insulating layer and a flattening layer formed on the insulating film and flattening the surface of the insulating film, the flattening layer is made of a material having a refractive index higher than that of the insulating film. Formed byIn the concave portion of the insulating film, a pseudo convex lens is formed by the insulating film and the planarizing layer.
[0021]
  Claim 1According to the invention, since the planarizing layer is formed of a material having a higher refractive index than that of the insulating film, a pseudo-convex lens is formed in the light receiving portion region that is recessed in a concave shape. With this pseudo-convex lens, in the conventional solid-state imaging device, the light scattered inside the device and not reaching the light receiving portion can be concentrated on the light receiving portion.
[0022]
  According to a second aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect, the insulating film and the planarizing layer include a silicon oxide film and a phenol-based resin film, a fluorine-based resin film and a silicon oxide film, and a fluorine-based resin film. And acrylic resin film, fluorine resin film and phenol resin film, fluorine resin film and polyimide resin film, silicon oxide film and acrylic resin film, silicon oxide film and polyimide resin film, and acrylic resin film And a phenolic resin film.
[0023]
  According to a third aspect of the present invention, in the solid-state imaging device of the first aspect, the material for forming the planarization layer is a material that dissolves in a liquid state by heating.
[0024]
  Claim 3According to the invention,flatSince the carrier layer is formed of a material that dissolves by heating, the planarization layer can be formed extremely thin by heating in the manufacturing process, so the distance from the microlens to the light receiving portion is reduced, and the light incident on the microlens Can be easily collected in the light receiving part.
[0025]
  According to a fourth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the third aspect, the insulating film is a fluorine-based resin film, a silicon oxide film, or an acrylic resin film, and the planarizing layer is a phenol-based thermoplastic resin. It shall consist of
[0026]
  Claim 5The solution provided by the invention is that an insulating film is formed on a semiconductor substrate having a light receiving portion and the light receiving portion region is formed in a concave shape, and the surface of the insulating film is flattened on the insulating film. As a method for manufacturing a solid-state imaging device including a planarizing layer forming step for forming a planarizing layer, the planarizing layer forming step includes forming the planarizing layer from a material having a higher refractive index than the insulating film. The process to perform is included.Further, in the insulating film forming step and the flattening layer forming step, the insulating film and the flattening layer are divided into a silicon oxide film and a phenol resin film, a fluorine resin film and a silicon oxide film, a fluorine resin film and an acrylic film. Resin film, fluorine resin film and phenol resin film, fluorine resin film and polyimide resin film, silicon oxide film and acrylic resin film, silicon oxide film and polyimide resin film, and acrylic resin film and phenol It shall be formed by a combination of any one of the system resin films.
[0027]
  Claim 5According to the invention, since the planarizing layer is formed of a material having a higher refractive index than that of the insulating film, a pseudo-convex lens is formed in the light receiving portion region that is recessed in a concave shape. The pseudo-convex lens can concentrate light that has been scattered inside the device and has not reached the light receiving unit in the conventional solid-state imaging device, on the light receiving unit.
[0028]
  Claim 6The solution provided by the invention is that an insulating film is formed on a semiconductor substrate having a light receiving portion and the light receiving portion region is formed in a concave shape, and the surface of the insulating film is flattened on the insulating film. As a method for manufacturing a solid-state imaging device including a planarizing layer forming step for forming a planarizing layer, the planarizing layer forming step has a refractive index higher than that of the insulating film and is heated by heating. It includes a step of forming the surface of the flattening layer by melting the material by heating and dissolving the material by heating.Further, in the insulating film forming step, a fluorine-based resin film, a silicon oxide film, or an acrylic resin film is formed as the insulating film, and the planarizing layer forming process is performed. In the meantime, the planarizing layer is formed of a phenolic thermoplastic resin.
[0029]
  Claim 6According to the invention, the planarizing layer is formed of a material having a refractive index higher than that of the insulating film and dissolved in a liquid state by heating. Therefore, a pseudo-convex lens is formed in the light-receiving part region that is recessed in a concave shape, and the distance from the microlens to the light-receiving part is reduced. it can.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  (First embodiment)
  FIG. 1 is a diagram illustrating a manufacturing process of a microlens in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of the solid-state imaging device in each step.
[0031]
  In FIG. 1A, 11 is a semiconductor substrate, 12 is formed on the surface portion of the semiconductor substrate 11, and is a photodiode portion as a light receiving portion that converts incident light into electric charge, and 13 is a flat surface on the semiconductor substrate 11. 14 is a color filter formed on the first planarization layer 13 by, for example, photolithography, and 15 is a second flattening step on the color filter 14. It is a planarization layer. 1B to 1D, the semiconductor substrate 11, the photodiode portion 12, the first planarizing layer 13, and the color filter 14 are omitted.
[0032]
  First, as shown in FIG. 1A, a lens resist 10 a made of a phenolic thermoplastic resin is applied to the surface of the second planarizing layer 15. The lens resist 10a is deformed by heating, and the refractive index is 1.3 or more.
[0033]
  Next, as shown in FIG. 1B, a lens mask 18 is disposed above the lens resist 10a. The lens masks 18 are arranged at a pitch corresponding to the position of the photodiode portion 12.
[0034]
  By performing an exposure process using this lens mask 18 and further performing a development process, a lens pattern 10b is formed as shown in FIG. Further, in order to improve the light transmittance, the lens pattern 10b is irradiated with UV light. As a result, the lens pattern 10b becomes colorless and transparent as the contained photosensitive agent is decomposed.
[0035]
  Subsequently, heat treatment is performed to form a microlens 10c as shown in FIG.
To do. The heating temperature at this time shall be 130-140 degreeC. The lens pattern 10b starts to melt when the heating temperature reaches 120 to 130 ° C, and completely dissolves when the heating temperature reaches 150 to 160 ° C. By setting the heating temperature to 130 to 140 ° C., which is 10 to 20 ° C. lower than the temperature at which it is completely dissolved, the lens pattern 10b does not protrude from the bottom surface when it is patterned. For this reason, adjacent lens patterns do not flow out in contact with each other, and the shape of the formed microlens 10c does not collapse. That is, the microlens 10c having a hemispherical shape and sufficiently high can be reliably formed.
[0036]
  The space S2 between the adjacent microlenses 10c has the same size as the space S1 between the adjacent lens patterns 10b. For this reason, the space S2 of the microlens 10c can be brought close to 0 by making the space S1 of the lens pattern 10b close to 0. That is, the surface area of the microlens 10c can be enlarged.
[0037]
  Thus, by setting the heating temperature at the time of forming the microlens 10c to a temperature at which the lens pattern 10b is not completely dissolved, it is possible to form the microlens 10c that can efficiently collect light on the photodiode portion 12. In addition, by controlling the heating temperature in the range of 130 to 140 ° C., the shape of the microlens 10 c can be controlled.
[0038]
  2 is a top view of the solid-state imaging device manufactured by the manufacturing method shown in FIG. In FIG. 2, 10 is a microlens. X is the size of the space at the center of the microlens 10, and y is the size of the space at the end.
[0039]
  When the heating temperature is set to 130 to 140 ° C., the lens pattern 10b is not completely dissolved, so that the space x at the center and the space y at the end are equal. Therefore, both the space x at the center and the space y at the end can be reduced, so that the light receiving area of the microlens 10 can be increased as compared with the conventional case.
[0040]
  (Second Embodiment)
  FIG. 3 is a schematic diagram of a solid-state imaging device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the manufacturing process of a kuro lens, and is sectional drawing of the solid-state imaging device in each process.
[0041]
  In FIG. 3A, 11 is a semiconductor substrate, 12 is a photodiode portion, 13 is a first planarizing layer, 14 is a color filter, and 15 is a second planarizing layer, which are shown in FIG. Is the same as 3B to 3D, the semiconductor substrate 11, the photodiode portion 12, the first planarization layer 13, and the color filter 14 are omitted.
[0042]
  The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the lens resist 20a is applied thickly.
[0043]
  First, as shown in FIG. 3A, a lens resist 20a made of a thermoplastic resin is applied on the surface of the second planarizing layer 15 to a thickness of 2 to 4 μm.
[0044]
  Next, as shown in FIG. 3B, a lens mask 18 is disposed above the lens resist 20a. The lens masks 18 are arranged at a pitch corresponding to the position of the photodiode portion 12.
[0045]
  By performing an exposure process using this lens mask 18 and further performing a development process, a lens pattern 20b is formed as shown in FIG. Furthermore, in order to improve the light transmittance, the lens pattern 20b is irradiated with UV light. As a result, the lens pattern 20b becomes colorless and transparent as the contained photosensitive agent is decomposed.
[0046]
  Subsequently, heat treatment is performed to form a microlens 20c as shown in FIG. By setting the heating temperature at this time to 130 to 140 ° C. which is 10 to 20 ° C. lower than the temperature at which the lens pattern 20 b is completely dissolved, the lens pattern 20 b does not flow out of the bottom surface when patterned, A microlens 20c having a hemispherical shape and a sufficiently high height is formed.
[0047]
  According to the manufacturing method shown in FIG. 3, when the cell size is small, the height H of the microlens 20c is larger than half R of the width of the bottom surface of the microlens 20c in the light receiving portion arrangement direction. In addition, the shape of the microlens 20c does not collapse due to surface tension. For this reason, a vertically long microlens is formed.
[0048]
  FIG. 4 is a cross-sectional view for illustrating the structure of the solid-state imaging device manufactured by the manufacturing method according to the second embodiment.
[0049]
  In FIG. 4, 11 is a semiconductor substrate, 12 is a photodiode portion, 13 is a first planarization layer, 14 is a color filter, and 15 is a second planarization layer, as shown in FIG. Is the same. Reference numeral 20 denotes a microlens formed on the second planarizing layer. R1 is half the width of the bottom surface of the microlens 20 in the light receiving portion arrangement direction, R2 is half the width of the cell size in the light receiving portion arrangement direction, and H is the height of the microlens 20. The adjacent microlenses 20 are actually provided with a space of 0.1 to 1.5 μm so as not to contact each other.
[0050]
  The shape of the microlens 20 is a vertically long semi-ellipse that can be expressed by a cycloid curve or a parabola, and the height H is larger than half the width R1 of the bottom surface in the light receiving portion arrangement direction. Further, according to the present embodiment, the height H of the microlens 20 can be made larger than half the width R2 of the cell size in the light receiving portion arrangement direction. By forming a vertically long microlens, incident light can be concentrated on the photodiode portion 12 even in a solid-state imaging device having a small distance from the microlens 20 to the photodiode portion 12.
[0051]
  (Third embodiment)
  FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 5, 11 is a semiconductor substrate, 12 is a photodiode portion as a light receiving portion formed on the surface portion of the semiconductor substrate 11, 16 is an interlayer insulating film as an insulating film formed on the semiconductor substrate 11, and 30 is an interlayer. A first flattening layer as a flattening layer for flattening irregularities on the surface of the insulating film 16, 14 is a color filter formed on the first flattening layer 30, and 15 is a step on the surface of the color filter 14. A second flattening layer 50 to be flattened is a microlens formed on the second flattening layer 15.
[0052]
  The first planarizing layer 30 is made of a material having a higher refractive index than that of the interlayer insulating film 16. For example, the interlayer insulating film 16 and the first planarizing layer 30 are respectively a silicon oxide film and a phenol resin film, a fluorine resin film and a silicon oxide film, a fluorine resin film and an acrylic resin film, or a fluorine resin. Resin film and phenol resin film, fluorine resin film and polyimide resin film, silicon oxide film and acrylic resin film, silicon oxide film and polyimide resin film, acrylic resin film and phenol resin film, etc. Form in combination.
[0053]
  The interlayer insulating film 16 has a thickness of about 0.1 to 1.5 μm. The first planarization layer 30 formed on the interlayer insulating film 16 has a higher refractive index than the interlayer insulating film 16, the color filter 14, and the second planarization layer 15.
[0054]
  Since the first planarization layer 30 is formed of a material having a refractive index higher than that of the interlayer insulating film 16, a downward pseudo convex lens 31 is formed in the concave portion of the interlayer insulating film 16. The center of the pseudo convex lens 31 coincides with the center of the photodiode portion 12. The pseudo-convex lens 31 allows light that was not collected in the photodiode unit 12 in the conventional solid-state imaging device to be collected in the photodiode unit 12. Even if the pseudo convex lens 31 is formed, the distance from the microlens 50 to the photodiode portion 12 does not change, so that the light condensing effect by the microlens 50 can be obtained as usual.
[0055]
  Further, the curvature and depth of the pseudo convex lens 31 can be changed by changing the thickness of the interlayer insulating film 16. By optimizing the shape of the microlens 50 and the pseudo-convex lens 31 and the distance from the microlens 50 and the pseudo-convex lens 31 to the photodiode unit 12, the solid-state imaging device having high photosensitivity regardless of the shape of the photodiode unit 12. Can be obtained.
[0056]
  Further, by combining this embodiment with the first or second embodiment, the light sensitivity of the solid-state imaging device can be further improved.
[0057]
  The present invention can be applied not only to a color solid-state imaging device having a color filter but also to a monochrome solid-state imaging device having no color filter.
[0058]
  (Fourth embodiment)
  FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 6, 11 is a semiconductor substrate, 12 is a photodiode portion as a light receiving portion formed on the surface portion of the semiconductor substrate 11, 16 is an interlayer insulating film as an insulating film formed on the semiconductor substrate 11, and 32 is an interlayer. A first flattening layer as a flattening layer for flattening irregularities on the surface of the insulating film 16, 14 is a color filter formed on the first flattening layer 32, and 15 is a step on the surface of the color filter 14. A second flattening layer 50 to be flattened is a microlens formed on the second flattening layer 15.
[0059]
  The interlayer insulating film 16 is made of a fluorine resin film, a silicon oxide film, or an acrylic resin film, and has a thickness of about 0.1 to 1.5 μm. The first planarization layer 32 formed on the interlayer insulation film 16 is made of a thermoplastic resin such as phenol, and has a higher refractive index than the interlayer insulation film 16, the color filter 14, and the second planarization layer 15. It has.
[0060]
  Since the first planarizing layer 32 is formed of a material having a higher refractive index than the interlayer insulating film 16, the downward pseudo convex lens 33 is formed in the concave portion of the interlayer insulating film 16. The center of the pseudo convex lens 33 coincides with the center of the photodiode portion 12. The pseudo-convex lens 33 can collect light that has not been collected in the photodiode unit 12 in the conventional solid-state imaging device. In addition, since the first planarization layer 32 has thermoplasticity, when heated, it dissolves in a liquid and can be completely planarized with a very thin film. As a result, the distance from the microlens 50 to the photodiode portion 12 can be reduced, so that the distance from the microlens 50 to the photodiode portion 12 can be optimized and light can be concentrated.
[0061]
  Further, the curvature and depth of the pseudo convex lens 33 can be changed by changing the thickness of the interlayer insulating film 16. By optimizing the shape of the microlens 50 and the pseudo-convex lens 33 and the distance from the microlens 50 and the pseudo-convex lens 33 to the photodiode unit 12, the solid-state imaging device having high photosensitivity regardless of the shape of the photodiode unit 12. Can be obtained.
[0062]
  FIG. 7 is a diagram illustrating a manufacturing process of the first planarization layer in the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present embodiment, and is a cross-sectional view of the solid-state imaging device in each process. As shown in FIG. 7A, it is assumed that the interlayer insulating film 16 has already been formed on the semiconductor substrate 11 on which the photodiode portion 12 is formed on the surface portion.
[0063]
  Next, as shown in FIG. 7B, a first planarizing resist 32 a made of a thermoplastic resin such as phenol is applied on the interlayer insulating film 16. At this time, the flatness of the surface of the first planarizing resist 32a is not good just by coating. Next, as shown in FIG. 7C, the first planarization resist 32a is dissolved in a liquid state by heating to form a first planarization layer 32b. Through such a process, the first planarization layer 32b having a flat surface and a thin film can be formed.
[0064]
  Further, by combining this embodiment with the first or second embodiment, the light sensitivity of the solid-state imaging device can be further improved.
[0065]
  The present invention can be applied not only to a color solid-state imaging device having a color filter but also to a monochrome solid-state imaging device having no color filter.
[0066]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention,,flatSince the pseudo-convex lens can be formed by the carrier layer, and the planarization layer can be made thinner and the surface can be formed more flat, high photosensitivity can be obtained even when an insulating film is formed on the semiconductor substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a manufacturing process of a microlens in a method for manufacturing a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of the solid-state imaging device in each step.
FIG. 2 is a top view of the solid-state imaging device manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of a microlens in a method for manufacturing a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of the solid-state imaging device in each step.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a solid-state imaging device manufactured by a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a structure of a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure of a solid-state imaging device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a planarization layer manufacturing process in a method for manufacturing a solid-state imaging device according to a fourth embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of the solid-state imaging device in each step.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an exemplary structure of a conventional solid-state imaging device.
FIG. 9 is a view of a conventional solid-state imaging device as viewed from above.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the structure of another example of a conventional solid-state imaging device.
[Explanation of symbols]
  10 Micro lens
  10a Lens resist
  10b Lens pattern
  10c micro lens
  11 Semiconductor substrate
  12 Photodiode section
  13 First planarization layer
  14 Color filter
  15 Second planarization layer
  16 Interlayer insulation film
  18 Lens mask
  20 Microlens
  20a Lens resist
  20b Lens pattern
  20c micro lens
  30 First planarization layer
  31 Pseudo-convex lens
  32 First planarization layer
  33 Pseudo-convex lens
  50 micro lens

Claims (6)

入射された光を電荷に変換する受光部を有し受光部領域が凹状に形成された半導体基板と、前記半導体基板上に形成され受光部領域が凹状に窪んでいる絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され該絶縁膜の表面を平坦にする平坦化層とを備えた固体撮像装置において、
前記平坦化層は、前記絶縁膜よりも屈折率の高い材料により形成されており、
前記絶縁膜の凹状に窪んでいる部分において、前記絶縁膜および平坦化層によって、擬似凸レンズが形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
A semiconductor substrate having a light receiving portion for converting incident light into electric charge and having a light receiving portion region formed in a concave shape; an insulating film formed on the semiconductor substrate and having the light receiving portion region recessed in a concave shape; and the insulating film In a solid-state imaging device provided with a planarizing layer formed on the insulating film and planarizing the surface of the insulating film,
The planarizing layer is made of a material having a higher refractive index than the insulating film ,
A solid-state imaging device , wherein a pseudo convex lens is formed by the insulating film and the planarizing layer in a concave portion of the insulating film .
前記絶縁膜と前記平坦化層とは、シリコン酸化膜とフェノール系樹脂膜、フッ素系樹脂膜とシリコン酸化膜、フッ素系樹脂膜とアクリル系樹脂膜、フッ素系樹脂膜とフェノール系樹脂膜、フッ素系樹脂膜とポリイミド系樹脂膜、シリコン酸化膜とアクリル系樹脂膜、シリコン酸化膜とポリイミド系樹脂膜、および、アクリル系樹脂膜とフェノール系樹脂膜のうちいずれか1つの組み合わせによって、形成されているThe insulating film and the planarizing layer include a silicon oxide film and a phenol resin film, a fluorine resin film and a silicon oxide film, a fluorine resin film and an acrylic resin film, a fluorine resin film and a phenol resin film, and fluorine. A resin film and a polyimide resin film, a silicon oxide film and an acrylic resin film, a silicon oxide film and a polyimide resin film, and an acrylic resin film and a phenolic resin film. Have
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 1.
前記平坦化層を形成する材料は、加熱により液状に溶解する材料であるThe material for forming the planarizing layer is a material that dissolves in a liquid state by heating.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 1.
前記絶縁膜は、フッ素系樹脂膜、シリコン酸化膜またはアクリル系樹脂膜であり、The insulating film is a fluorine resin film, a silicon oxide film or an acrylic resin film,
前記平坦化層は、フェノール系の熱可塑性樹脂からなるThe planarizing layer is made of a phenol-based thermoplastic resin.
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device according to claim 3.
受光部を有し受光部領域が凹状に形成された半導体基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜上に該絶縁膜の表面を平坦にする平坦化層を形成する平坦化層形成工程とを備えた固体撮像装置の製造方法において、
前記平坦化層形成工程は、前記平坦化層を前記絶縁膜よりも屈折率の高い材料により形成する工程を含み、
前記絶縁膜形成工程および平坦化層形成工程において、前記絶縁膜と前記平坦化層とを、シリコン酸化膜とフェノール系樹脂膜、フッ素系樹脂膜とシリコン酸化膜、フッ素系樹脂膜とアクリル系樹脂膜、フッ素系樹脂膜とフェノール系樹脂膜、フッ素系樹脂膜とポリイミド系樹脂膜、シリコン酸化膜とアクリル系樹脂膜、シリコン酸化膜とポリイミド系樹脂膜、および、アクリル系樹脂膜とフェノール系樹脂膜のうちいずれか1つの組み合わせによって、形成する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
An insulating film forming step of forming an insulating film on a semiconductor substrate having a light receiving portion and having a light receiving portion region formed in a concave shape, and a flattening layer for forming a flattening layer for flattening the surface of the insulating film on the insulating film In a method for manufacturing a solid-state imaging device comprising a formation layer forming step,
The planarization layer formation step, viewed contains a step of forming the planarizing layer of a material having a refractive index higher than that of the insulating film,
In the insulating film forming step and the flattening layer forming step, the insulating film and the flattening layer are divided into a silicon oxide film and a phenol resin film, a fluorine resin film and a silicon oxide film, a fluorine resin film and an acrylic resin. Film, fluorine resin film and phenol resin film, fluorine resin film and polyimide resin film, silicon oxide film and acrylic resin film, silicon oxide film and polyimide resin film, and acrylic resin film and phenol resin A method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the solid-state imaging device is formed by a combination of any one of the films .
受光部を有し受光部領域が凹状に形成された半導体基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜上に該絶縁膜の表面を平坦にする平坦化層を形成する平坦化層形成工程とを備えた固体撮像装置の製造方法において、
前記平坦化層形成工程は、前記平坦化層を前記絶縁膜よりも屈折率が高く且つ加熱により液状に溶解する材料により形成し、加熱により該材料を溶解して前記平坦化層表面を平坦にする工程を含み、
前記絶縁膜形成工程において、前記絶縁膜として、フッ素系樹脂膜、シリコン酸化膜またはアクリル系樹脂膜を形成し、
前記平坦化層形成工程において、前記平坦化層を、フェノール系の熱可塑性樹脂によって形成する
むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
An insulating film forming step of forming an insulating film on a semiconductor substrate having a light receiving portion and having a light receiving portion region formed in a concave shape, and a flattening layer for forming a flattening layer for flattening the surface of the insulating film on the insulating film In a method for manufacturing a solid-state imaging device comprising a formation layer forming step,
In the planarizing layer forming step, the planarizing layer is formed of a material having a refractive index higher than that of the insulating film and dissolved in a liquid state by heating, and the material is dissolved by heating to flatten the surface of the planarizing layer. the step of viewing including,
In the insulating film forming step, a fluorine resin film, a silicon oxide film or an acrylic resin film is formed as the insulating film,
The method for manufacturing a solid-state imaging device , wherein in the planarization layer forming step, the planarization layer is formed of a phenol-based thermoplastic resin .
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