JP2003229550A - Solid-state imaging device and its manufacturing method - Google Patents
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びその製造方法ならびにマイクロレンズアレイの製造方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image sensor, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a microlens array.
【0002】[0002]
【従来の技術】今日では、ビデオカメラ、デジタルスチ
ルカメラ等の多くの撮像装置において、CCD(電荷結
合素子)型の固体撮像素子やMOS(金属−酸化物−半
導体)型の固体撮像素子がエリア・イメージセンサとし
て利用されている。2. Description of the Related Art Today, in many image pickup devices such as video cameras and digital still cameras, CCD (charge coupled device) type solid-state image pickup devices and MOS (metal-oxide-semiconductor) type solid-state image pickup devices are used in areas. -Used as an image sensor.
【0003】CCD型およびMOS型のいずれの固体撮
像素子においても、半導体基板の一表面に多数個の光電
変換素子が複数行、複数列に亘って行列状に配置され
る。これらの光電変換素子に光が入射すると、当該光電
変換素子に電荷が蓄積される。In both CCD-type and MOS-type solid-state image pickup devices, a large number of photoelectric conversion elements are arranged in rows and columns in a matrix on one surface of a semiconductor substrate. When light enters these photoelectric conversion elements, charges are accumulated in the photoelectric conversion elements.
【0004】固体撮像素子は、個々の光電変換素子に蓄
積された電荷に基づいて出力信号(画素信号)を生成す
る。多くの固体撮像素子では、各光電変換素子に蓄積さ
れた電荷に基づいて出力信号を生成することができる出
力信号生成部が、光電変換素子と一緒に1つの半導体基
板に集積される。The solid-state image pickup element generates an output signal (pixel signal) based on the charges accumulated in each photoelectric conversion element. In many solid-state imaging devices, an output signal generation unit capable of generating an output signal based on the charges accumulated in each photoelectric conversion element is integrated on one semiconductor substrate together with the photoelectric conversion element.
【0005】出力信号生成部は、その構成によって2つ
のタイプに大別することができる。1つは、CCD型の
固体撮像素子での出力信号生成部のように、CCDによ
って構成された1種または2種の電荷転送素子を用い
て、光電変換素子に蓄積された電荷を電荷検出回路まで
転送し、ここで出力信号を生成するタイプの出力信号生
成部である。The output signal generator can be roughly classified into two types depending on its configuration. One is a charge detection circuit that uses one or two types of charge transfer elements, which are CCDs, such as an output signal generator in a CCD solid-state image sensor, to detect the charge accumulated in a photoelectric conversion element. It is an output signal generation unit of a type that transfers to an output signal and generates an output signal here.
【0006】CCDは、半導体基板の一表面にチャネル
を設け、このチャネル上に電気的絶縁膜を介して複数の
電極(転送電極)を配置することによって構成すること
ができる。The CCD can be constructed by providing a channel on one surface of a semiconductor substrate and disposing a plurality of electrodes (transfer electrodes) on the channel via an electrically insulating film.
【0007】エリア・イメージとして利用されるCCD
型の固体撮像素子は、通常、1つの光電変換素子列に1
つずつ対応して配置される第1電荷転送素子(以下、
「垂直電荷転送素子」という。)と、これらの垂直電荷
転送素子に電気的に接続される1つの第2電荷転送素子
(以下、「水平電荷転送素子」という。)とを有する。CCD used as an area image
Type solid-state image sensor usually has one photoelectric conversion element array
The first charge transfer elements (hereinafter,
It is called "vertical charge transfer device". ) And one second charge transfer element (hereinafter referred to as “horizontal charge transfer element”) electrically connected to these vertical charge transfer elements.
【0008】他の1つは、MOS型の固体撮像素子での
出力信号生成部のように、トランジスタを介して光電変
換素子と出力信号線とを接続し、光電変換素子に蓄積さ
れた電荷に応じて前記の出力信号線に発生する電圧信号
または電流信号を検出して出力信号を生成するタイプの
出力信号生成部である。前記のトランジスタは、光電変
換素子と信号線とを所望の時期に電気的に接続するため
のスイッチング素子として利用される。The other one is to connect a photoelectric conversion element and an output signal line via a transistor like an output signal generation section in a MOS type solid-state image pickup element, and to charge an electric charge accumulated in the photoelectric conversion element. It is an output signal generation unit of a type that detects a voltage signal or a current signal generated on the output signal line in response to generate an output signal. The transistor is used as a switching element for electrically connecting the photoelectric conversion element and the signal line at a desired time.
【0009】エリア・イメージとして利用される固体撮
像素子では、多くの場合、各光電変換素子への入射光量
を増加させるために、マイクロレンズアレイが利用され
る。このマイクロレンズアレイは、個々の光電変換素子
の上方に1つずつ配置された多数個のマイクロレンズに
よって構成される。In a solid-state image pickup device used as an area image, in many cases, a microlens array is used to increase the amount of light incident on each photoelectric conversion device. This microlens array is composed of a large number of microlenses arranged one above each photoelectric conversion element.
【0010】マイクロレンズアレイは、例えば、フォト
レジスト等で形成した透明樹脂層をフォトリソグラフィ
法等によって所定形状に区画した後に各区画の透明樹脂
層をリフローさせ、表面張力によって各区画の角部を丸
め込ませた後に冷却することによって得られる(以下、
この方法を「第1の方法」という。)。第1の方法で
は、1つの区画が1つのマイクロレンズに成形される。In the microlens array, for example, a transparent resin layer formed of photoresist or the like is partitioned into a predetermined shape by a photolithography method or the like, and then the transparent resin layer of each partition is reflowed, and the corners of each partition are subjected to surface tension. It is obtained by rolling after rolling (hereinafter,
This method is called "first method". ). In the first method, one section is molded into one microlens.
【0011】あるいは、所望のマイクロレンズ材料によ
って形成した層の上に上記第1の方法で第1のマイクロ
レンズアレイを形成した後、エッチングによって第1の
マイクロレンズアレイの立体形状をその下のマイクロレ
ンズ材料層に転写することによっても製造することがで
きる(以下、この方法を「第2の方法」という。)。Alternatively, after the first microlens array is formed on the layer formed of the desired microlens material by the above-mentioned first method, the three-dimensional shape of the first microlens array is etched to form the three-dimensional shape thereunder. It can also be manufactured by transferring to a lens material layer (hereinafter, this method is referred to as a "second method").
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】個々の光電変換素子へ
の入射光量を増加させるうえからは、光電変換素子に対
応するマイクロレンズによってできるだけ多くの光を集
光することが望まれ、そのためには、個々のマイクロレ
ンズの平面視上の大きさをできるだけ大きくすることが
望まれる。In order to increase the amount of light incident on each photoelectric conversion element, it is desirable to collect as much light as possible with a microlens corresponding to the photoelectric conversion element. It is desirable to increase the size of each microlens in plan view as much as possible.
【0013】しかしながら、上述した第1の方法では、
マイクロレンズになり得ない無効領域が各区画間に必ず
生じる。上記の無効領域を少なくするうえからは、個々
の区画の形状を円形にするよりも四角形にした方が有利
であるが、四角形の区画をリフローさせることによって
得られるマイクロレンズは非球面レンズとなる。マイク
ロレンズが非球面レンズであると、収差が大きいことか
ら、対応する光電変換素子への集光効率が低下する。However, in the first method described above,
An ineffective area that cannot be a micro lens always occurs between the sections. In order to reduce the above-mentioned ineffective area, it is more advantageous to make each section into a square shape than to make it into a circular shape, but the microlens obtained by reflowing the square section becomes an aspherical lens. . If the microlens is an aspherical lens, since the aberration is large, the light-collecting efficiency of the corresponding photoelectric conversion element decreases.
【0014】上述した第2の方法によれば、第1のマイ
クロレンズアレイの立体形状をマイクロレンズ材料層に
転写する際のエッチング条件を選定することによって、
無効領域の少ないマイクロレンズアレイを得ることが可
能である。しかしながら、第1のマイクロレンズアレイ
を構成する個々のマイクロレンズが非球面レンズであれ
ば、その立体形状を転写することによって得られるマイ
クロレンズも非球面レンズとなる。According to the above-mentioned second method, by selecting the etching conditions for transferring the three-dimensional shape of the first microlens array to the microlens material layer,
It is possible to obtain a microlens array with a small ineffective area. However, if the individual microlenses forming the first microlens array are aspherical lenses, the microlenses obtained by transferring the three-dimensional shape will also be aspherical lenses.
【0015】本発明の目的は、光電変換素子への集光効
率を向上させやすい固体撮像素子を提供することであ
る。本発明の他の目的は、光電変換素子への集光効率を
向上させやすい固体撮像素子の製造方法を提供すること
である。An object of the present invention is to provide a solid-state image pickup device which can easily improve the light collection efficiency on the photoelectric conversion element. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state image pickup device, in which the efficiency of collecting light on a photoelectric conversion element is easily improved.
【0016】本発明の更に他の目的は、個々のマイクロ
レンズが球面レンズ、またはほぼ球面レンズとみなすこ
とができる形状を有すると共に、これらのマイクロレン
ズ間に無効領域が少ないマイクロレンズアレイを得るこ
とが容易なマイクロレンズアレイの製造方法を提供する
ことである。Still another object of the present invention is to obtain a microlens array in which each microlens has a shape that can be regarded as a spherical lens or a substantially spherical lens and has a small ineffective area between these microlenses. To provide a method of manufacturing a microlens array that is easy to manufacture.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、(i) 半導体基板と、(ii)前記半導体基板の一表面に
複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個の光
電変換素子と、(iii) 前記光電変換素子の各々に蓄積さ
れた電荷に基づいて出力信号を生成することができる出
力信号生成部と、(iv)前記光電変換素子の1個に1個ず
つ対応して前記多数個の光電変換素子の上方に行列状に
配置され、行方向から斜行する方向に隣り合うもの同士
の間に空隙を形成しつつ、行方向に隣り合うもの同士で
平面視上線接触すると共に列方向に隣り合うもの同士で
平面視上線接触し、前記線接触する箇所中央部での厚さ
が前記空隙に面した箇所での厚さよりも厚い多数個のマ
イクロレンズを有するマイクロレンズアレイとを有する
固体撮像素子が提供される。According to one aspect of the present invention, there are provided (i) a semiconductor substrate, and (ii) a plurality of rows arranged in a matrix over a plurality of rows and a plurality of columns on one surface of the semiconductor substrate. Photoelectric conversion elements, (iii) an output signal generation unit capable of generating an output signal based on the charges accumulated in each of the photoelectric conversion elements, and (iv) one for each photoelectric conversion element The photoelectric conversion elements are arranged in a matrix above each of the plurality of photoelectric conversion elements corresponding to each other, and a space is formed between adjacent ones in a direction oblique to the row direction, while adjacent ones in the row direction are formed. A number of microlenses that are in line contact with each other in the column direction and are in line contact with each other in the column direction when viewed in plan view are thicker than the thickness at the location where the central portion of the line contact faces the void. A solid-state imaging device having a microlens array having the same is provided.
【0018】本発明の他の観点によれば、(A)一表面
に多数個の光電変換素子が複数行、複数列に亘って行列
状に配置されると共に、該多数個の光電変換素子の各々
に蓄積された電荷に基づいて出力信号を生成することが
できる出力信号生成部が形成され、さらに、前記出力信
号生成部を覆う光遮蔽膜と、該光遮蔽膜を平面視上覆っ
て前記多数個の光電変換素子の上方にマイクロレンズア
レイが形成される平坦面を提供する平坦化膜とが少なく
とも設けられた半導体基板を準備する工程と、(B)前
記多数個の光電変換素子の中から市松状に選択した各光
電変換素子に1個ずつ対応し、各々の平面形状が円形ま
たは近似円である複数個の第1マイクロレンズを、前記
平坦化膜上に互いに離隔させて形成する工程と、(C)
前記工程(B)で選択しなかった各光電変換素子に1個
ずつ対応し、各々が近傍の各第1マイクロレンズと部分
的に重なる複数個のマイクロレンズ用パターンを前記平
坦化膜上に形成する工程と、(D)前記マイクロレンズ
用パターンの各々をリフローさせた後に冷却して複数の
第2マイクロレンズを形成する工程とを含む固体撮像素
子の製造方法が提供される。According to another aspect of the present invention, (A) a large number of photoelectric conversion elements are arranged in a matrix over a plurality of rows and a plurality of columns on one surface, and the plurality of photoelectric conversion elements are An output signal generation unit capable of generating an output signal based on the charges accumulated in each is formed, and further, a light shielding film that covers the output signal generation unit, and the light shielding film that covers the light shielding film in a plan view. A step of preparing a semiconductor substrate having at least a flattening film for providing a flat surface on which a microlens array is formed above a large number of photoelectric conversion elements; Forming a plurality of first microlenses corresponding to the photoelectric conversion elements selected in a checkerboard pattern from 1 to 1, each having a planar shape of a circle or an approximate circle, on the flattening film. And (C)
A plurality of microlens patterns are formed on the flattening film, one for each photoelectric conversion element not selected in the step (B) and partially overlapping with each neighboring first microlens. And a step (D) of reflowing each of the microlens patterns and then cooling the microlens patterns to form a plurality of second microlenses.
【0019】本発明の更に他の観点によれば、(A)一
表面に多数個の光電変換素子が複数行、複数列に亘って
行列状に配置されると共に、該多数個の光電変換素子の
各々に蓄積された電荷に基づいて出力信号を生成するこ
とができる出力信号生成部が形成され、さらに、前記出
力信号生成部を覆う光遮蔽膜と、該光遮蔽膜を平面視上
覆って前記多数個の光電変換素子の上方にマイクロレン
ズアレイが形成される平坦面を提供する平坦化膜とが少
なくとも設けられた半導体基板を準備する工程と、
(B)前記平坦化膜上にマイクロレンズ材料層を形成す
る工程と、(C)前記多数個の光電変換素子の中から市
松状に選択した各光電変換素子に1個ずつ対応し、各々
の平面形状が円形または近似円である複数個の第1マイ
クロレンズを、前記マイクロレンズ材料層上に互いに離
隔させて形成する工程と、(D)前記工程(C)で選択
しなかった各光電変換素子に1個ずつ対応し、各々が近
傍の各第1マイクロレンズと部分的に重なる複数個のマ
イクロレンズ用パターンを前記マイクロレンズ材料層上
に形成する工程と、(E)前記マイクロレンズ用パター
ンの各々をリフローさせた後に冷却して複数の第2マイ
クロレンズを形成する工程と、(F)前記第1マイクロ
レンズの各々、前記第2マイクロレンズの各々、および
前記マイクロレンズ材料層をエッチングすることによっ
て、前記第1マイクロレンズおよび前記第2マイクロレ
ンズそれぞれの立体形状を前記マイクロレンズ材料層に
転写する工程とを含む固体撮像素子の製造方法が提供さ
れる。According to still another aspect of the present invention, (A) a large number of photoelectric conversion elements are arranged in a matrix over a plurality of rows and a plurality of columns on one surface, and the plurality of photoelectric conversion elements are provided. An output signal generation unit capable of generating an output signal based on the electric charge accumulated in each of the above, and a light shielding film that covers the output signal generation unit and a light shielding film that covers the light shielding film in plan view. A step of preparing a semiconductor substrate provided with at least a flattening film providing a flat surface on which a microlens array is formed above the plurality of photoelectric conversion elements;
(B) a step of forming a microlens material layer on the flattening film, and (C) one photoelectric conversion element selected from the large number of photoelectric conversion elements in a checkered pattern. A step of forming a plurality of first microlenses having a plane shape of a circle or an approximate circle on the microlens material layer so as to be separated from each other; and (D) each photoelectric conversion not selected in the step (C). Forming a plurality of microlens patterns on the microlens material layer, which correspond to the elements one by one, and partially overlap each neighboring first microlens; and (E) the microlens pattern. (F) each of the first microlenses, each of the second microlenses, and each of the microlenses; By etching the material layer, the manufacturing method of the solid-state imaging device including a step of transferring the first microlens and the second microlens each three-dimensional shape to the microlens material layer.
【0020】本発明の更に他の観点によれば、一平面上
に複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個の
マイクロレンズによって構成されるマイクロレンズアレ
イの製造方法であって、(A)前記一平面上に、各々の
平面形状が円形または近似円である複数個の第1マイク
ロレンズを互いに離隔させて市松状に形成する工程と、
(B)各々が、行方向に隣り合う第1マイクロレンズ間
に露出する前記一平面、または列方向に隣り合う第1マ
イクロレンズ間に露出する前記一平面を覆うと共に、近
傍の各第1マイクロレンズと部分的に重なる複数個のマ
イクロレンズ用パターンを形成する工程と、(C)前記
マイクロレンズ用パターンの各々をリフローさせた後に
冷却して複数個の第2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アレイの製造方法が提供される。According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a microlens array comprising a plurality of microlenses arranged in a matrix in a plurality of rows and a plurality of columns on one plane. (A) a step of forming a plurality of first microlenses, each of which has a circular shape or an approximate circle, in a checkered pattern on the one plane,
(B) Each covers the one plane exposed between the first microlenses adjacent in the row direction or the one plane exposed between the first microlenses adjacent in the column direction, and each of the neighboring first microlenses Forming a plurality of microlens patterns that partially overlap the lenses; and (C) forming a plurality of second microlenses by reflowing each of the microlens patterns and then cooling. A method of manufacturing a microlens array including the same is provided.
【0021】本発明の更に他の観点によれば、一平面上
に複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個の
マイクロレンズによって構成されるマイクロレンズアレ
イの製造方法であって、(A)平坦な上面を有するマイ
クロレンズ材料層を形成する工程と、(B)前記マイク
ロレンズ材料層上に、各々の平面形状が円形または近似
円である複数個の第1マイクロレンズを互いに離隔させ
て市松状に形成する工程と、(C)各々が、行方向に隣
り合う第1マイクロレンズ間に露出する前記マイクロレ
ンズ材料層の上面、または列方向に隣り合う第1マイク
ロレンズ間に露出するマイクロレンズ材料層の上面を覆
うと共に、近傍の各第1マイクロレンズと部分的に重な
る複数個のマイクロレンズ用パターンを形成する工程
と、(D)前記マイクロレンズ用パターンの各々をリフ
ローさせた後に冷却して複数個の第2マイクロレンズを
形成する工程と、(E)前記第1マイクロレンズの各
々、前記第2マイクロレンズの各々、および前記マイク
ロレンズ材料層をエッチングすることによって、前記第
1マイクロレンズおよび前記第2マイクロレンズそれぞ
れの立体形状を前記マイクロレンズ材料層に転写する工
程とを含むマイクロレンズアレイの製造方法が提供され
る。According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a microlens array composed of a large number of microlenses arranged in a matrix in a plurality of rows and a plurality of columns on one plane. , (A) a step of forming a microlens material layer having a flat upper surface, and (B) a plurality of first microlenses each having a planar shape of a circle or an approximate circle are mutually formed on the microlens material layer. A step of forming a checkered pattern with a space therebetween, and (C) each of which includes the upper surface of the microlens material layer exposed between the first microlenses adjacent in the row direction or the first microlenses adjacent in the column direction. Forming a plurality of microlens patterns that cover the exposed upper surface of the microlens material layer and partially overlap with the respective first microlenses in the vicinity; (B) Reflowing each of the lens patterns and then cooling to form a plurality of second microlenses; and (E) each of the first microlenses, each of the second microlenses, and the microlens material. Etching the layer to transfer the three-dimensional shape of each of the first microlens and the second microlens to the microlens material layer.
【0022】マイクロレンズアレイを作製するにあたっ
て、上述のように第1マイクロレンズと第2マイクロレ
ンズとを別々に形成すると、上記多数個の矩形状マイク
ロレンズを含んだマイクロレンズアレイが得られる。When the microlens array is manufactured, if the first microlens and the second microlens are separately formed as described above, a microlens array including a large number of rectangular microlenses can be obtained.
【0023】このマイクロレンズアレイでは、矩形状マ
イクロレンズを含むいずれのマイクロレンズについて
も、球面レンズにすることが、あるいは球面レンズに近
づけることが容易である。また、マイクロレンズとして
機能しない無効領域を狭くすることも容易である。In this microlens array, it is easy to make any of the microlenses, including the rectangular microlenses, spherical lenses or close to spherical lenses. It is also easy to narrow the ineffective area that does not function as a microlens.
【0024】固体撮像素子のマイクロレンズアレイを上
述の方法で形成することにより、光電変換素子への集光
効率を向上させることが容易になる。By forming the microlens array of the solid-state image pickup device by the above-mentioned method, it becomes easy to improve the light collection efficiency on the photoelectric conversion device.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】図1は、第1の実施例によるマイ
クロレンズアレイの製造方法での工程を概略的に示す。
図1中の分図(A1)、(B1)、(C1)、および
(D1)は、各工程で形成されるパターンまたはマイク
ロレンズの平面配置を概略的に示し、分図(A2)、
(B2)、(C2)、および(D2)は、各工程で形成
されるパターンまたはマイクロレンズの断面形状を概略
的に示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 schematically shows steps in a method of manufacturing a microlens array according to a first embodiment.
Drawings (A1), (B1), (C1), and (D1) in FIG. 1 schematically show a pattern or a planar arrangement of microlenses formed in each step, and a drawing (A2),
(B2), (C2), and (D2) schematically show the cross-sectional shape of the pattern or microlens formed in each step.
【0026】図1(A1)および図1(A2)に示すよ
うに、マイクロレンズアレイを形成するにあたっては、
まず、マイクロレンズアレイを配置しようとする下地層
1上に、各々の平面形状が円形または八角形以上の多角
形である複数個の第1マイクロレンズ用パターン5Aを
互いに離隔させて市松状に形成する。図示の各第1マイ
クロレンズ用パターン5Aは、円板状を呈する。As shown in FIGS. 1A1 and 1A2, when forming a microlens array,
First, a plurality of first microlens patterns 5A each having a planar shape of a circle or a polygon of an octagon or more are formed in a checkered pattern on a base layer 1 on which a microlens array is to be arranged. To do. Each illustrated first microlens pattern 5A has a disc shape.
【0027】これらの第1マイクロレンズ用パターン5
Aは、例えば、これらの基となる透明樹脂層を下地層1
上に形成した後、この透明樹脂層をフォトリソグラフィ
法等によって所定形状にパターニングすることによって
作製することができる。このとき、下地層1の上面は平
坦面であることが好ましい。These first microlens patterns 5
A is, for example, a transparent resin layer which is the base of these, and the underlayer 1
It can be manufactured by forming the transparent resin layer on the upper surface and then patterning the transparent resin layer into a predetermined shape by a photolithography method or the like. At this time, the upper surface of the underlayer 1 is preferably a flat surface.
【0028】上記の透明樹脂層は、リフローさせること
が可能で、リフロー後に硬化させると再度加熱してもリ
フローしない透明樹脂によって形成することが好まし
い。このような透明樹脂の具体例としては、JSR社製
のMFR−345、MFR−344等のアクリル系フォ
トレジストや、ノボラック系フォトレジストが挙げられ
る。The above-mentioned transparent resin layer can be reflowed, and is preferably formed of a transparent resin which, when cured after reflow, does not reflow even if heated again. Specific examples of such a transparent resin include acrylic photoresists such as MFR-345 and MFR-344 manufactured by JSR, and novolac photoresists.
【0029】無効領域の少ないマイクロレンズアレイを
作製するうえからは、各第1マイクロレンズ用パターン
5Aの平面視上の面積を、これらの第1マイクロレンズ
用パターン5Aを互いに離隔させて形成することができ
る範囲内で、できるだけ広くすることが好ましい。In order to manufacture a microlens array having a small number of invalid regions, the first microlens patterns 5A are formed so that the first microlens patterns 5A are separated from each other in plan view. It is preferable to make the width as wide as possible within the range.
【0030】図1(B1)および図1(B2)に示すよ
うに、各第1マイクロレンズ用パターン5Aをリフロー
させ、表面張力によって丸め込ませた後に冷却する。個
々の第1マイクロレンズ用パターン5Aからマイクロレ
ンズ(以下、「第1マイクロレンズ」という。)5が1
つずつ得られる。As shown in FIGS. 1 (B1) and 1 (B2), each first microlens pattern 5A is reflowed, rolled up by surface tension, and then cooled. From each individual first microlens pattern 5A, one microlens (hereinafter referred to as “first microlens”) 5 is formed.
You get one by one.
【0031】第1マイクロレンズ用パターン5Aの平面
形状を円形にした場合には、平面形状が円形の第1マイ
クロレンズ5が得られる。第1マイクロレンズ用パター
ン5Aの平面形状を八角形以上の多角形にした場合に
は、平面形状が近似円の第1マイクロレンズ5が得られ
る。ここで、本明細書でいう「近似円」とは、八角形以
上の多角形の角部を丸め込ませた形状を意味する。When the planar shape of the first microlens pattern 5A is circular, the first microlens 5 having a circular planar shape is obtained. When the plane shape of the first microlens pattern 5A is a polygon of octagon or more, the first microlens 5 having a plane shape of an approximate circle is obtained. Here, the “approximate circle” in the present specification means a shape in which the corners of an octagon or more polygon are rounded.
【0032】いずれにしても、個々の第1マイクロレン
ズ5は、球面レンズ形状、または、ほぼ球面レンズとみ
なすことができる表面形状を有する。図1(C1)およ
び図1(C2)に示すように、行方向Drに隣り合う第
1マイクロレンズ5間、および列方向Dcに隣り合う第
1マイクロレンズ5間に、第2マイクロレンズ用パター
ン10Aを形成する。図1(C1)においては、各第2
マイクロレンズ用パターン10Aを判りやすくするため
に、個々の第2マイクロレンズ用パターン10Aにハッ
チングを付してある。In any case, each first microlens 5 has a spherical lens shape or a surface shape that can be regarded as a substantially spherical lens. As shown in FIGS. 1C1 and 1C2, the second microlens pattern is provided between the first microlenses 5 adjacent in the row direction Dr and between the first microlenses 5 adjacent in the column direction Dc. Form 10A. In FIG. 1 (C1), each second
In order to make the microlens pattern 10A easy to see, each second microlens pattern 10A is hatched.
【0033】図示のように、個々の第2マイクロレンズ
用パターン10Aは、行方向Drまたは列方向Dcに隣
り合う第1マイクロレンズ5間に露出する下地層1表面
を覆うと共に、近傍の各第1マイクロレンズ5と部分的
に重なるように形成する。As shown in the figure, each of the second microlens patterns 10A covers the surface of the underlying layer 1 exposed between the first microlenses 5 adjacent to each other in the row direction Dr or the column direction Dc, and each of the adjacent first microlenses 5A. It is formed so as to partially overlap with one microlens 5.
【0034】これらの第2マイクロレンズ用パターン1
0Aは、その基となる透明樹脂層をスピンコート法等に
よって形成した後、この透明樹脂層を例えばフォトリソ
グラフィによって所定形状にパターニングすることによ
って形成することができる。These second microlens patterns 1
The 0A can be formed by forming a transparent resin layer as a base thereof by a spin coating method or the like and then patterning the transparent resin layer into a predetermined shape by, for example, photolithography.
【0035】第2マイクロレンズ用パターン10Aの基
となる透明樹脂層は、後述するリフロー後の屈折率が第
1マイクロレンズ5の屈折率と同じになる光透過性材料
によって形成することが好ましい。第1マイクロレンズ
5の材料として用いた透明樹脂と同質の透明樹脂を用い
て第2マイクロレンズ用パターン10Aを形成すること
により、隣り合うマイクロレンズ間に光学的な界面のな
いマイクロレンズアレイを得ることが容易になる。The transparent resin layer serving as the base of the second microlens pattern 10A is preferably formed of a light transmissive material whose refractive index after reflow, which will be described later, becomes the same as that of the first microlens 5. By forming the second microlens pattern 10A using a transparent resin of the same quality as the transparent resin used as the material of the first microlenses 5, a microlens array having no optical interface between adjacent microlenses is obtained. It will be easier.
【0036】図1(C1)においては、個々の第2マイ
クロレンズ用パターン10Aが近傍の第2マイクロレン
ズ用パターン10Aと平面視上点接触しているが、これ
らの第2マイクロレンズ用パターン10Aは互いに離隔
させることが好ましい。In FIG. 1 (C1), each second microlens pattern 10A is in point contact with a neighboring second microlens pattern 10A in plan view, but these second microlens patterns 10A are in contact with each other. Are preferably separated from each other.
【0037】無効領域の少ないマイクロレンズアレイを
作製するうえからは、各第2マイクロレンズ用パターン
10Aの平面形状を長方形または正方形にすると共に、
各第2マイクロレンズ用パターン10Aの平面視上の大
きさを、各々が近傍の第2マイクロレンズ用パターン1
0aと接触しない範囲内で、できるだけ大きくすること
が好ましい。In order to manufacture a microlens array having a small number of ineffective areas, the plane shape of each second microlens pattern 10A is rectangular or square, and
The size of each of the second microlens patterns 10A in plan view is set to be the size of each of the neighboring second microlens patterns 1
It is preferable to make it as large as possible within a range where it does not come into contact with 0a.
【0038】このとき、第2マイクロレンズ用パターン
10Aを球面レンズ形状、または、ほぼ球面レンズとみ
なすことができる表面形状のマイクロレンズに成形する
うえからは、個々の第2マイクロレンズ用パターン10
Aとその近傍の各第1マイクロレンズ5とが次のように
重なるように、第2マイクロレンズ用パターン10Aお
よび第1マイクロレンズ5それぞれの大きさを選定する
ことが好ましい。すなわち、個々の第2マイクロレンズ
用パターン10Aとその近傍の第1マイクロレンズ5と
が重なっている領域を平面視したときに、第2マイクロ
レンズ用パターン10Aの一辺の概ね50%以上、好ま
しくは60%以上の領域が第1マイクロレンズ5上に位
置するように、第2マイクロレンズ用パターン10Aお
よび第1マイクロレンズ5それぞれの大きさを選定する
ことが好ましい。At this time, in order to form the second microlens pattern 10A into a microlens having a spherical lens shape or a surface shape that can be regarded as a substantially spherical lens, the individual second microlens patterns 10 are formed.
It is preferable to select the sizes of the second microlens pattern 10A and the first microlenses 5 so that A and the respective first microlenses 5 in the vicinity thereof are overlapped as follows. That is, when an area where each of the second microlens patterns 10A and the first microlenses 5 in the vicinity thereof overlap is viewed in a plan view, approximately 50% or more of one side of the second microlens pattern 10A, preferably It is preferable to select the size of each of the second microlens pattern 10A and the first microlens 5 so that 60% or more of the area is located on the first microlens 5.
【0039】この後、図1(D1)および図1(D2)
に示すように、各第2マイクロレンズ用パターン10A
をリフローさせ、表面張力によって丸め込ませた後に冷
却する。個々の第2マイクロレンズ用パターン10Aか
らマイクロレンズ(以下、「第2マイクロレンズ」とい
う。)10が1つずつ得られると共に、マイクロレンズ
アレイ20が得られる。After this, FIG. 1 (D1) and FIG. 1 (D2)
As shown in, each second microlens pattern 10A
Are reflowed, rolled up by surface tension and then cooled. One microlens (hereinafter referred to as “second microlens”) 10 is obtained from each second microlens pattern 10A, and a microlens array 20 is obtained.
【0040】図1(D2)に示すように、第1マイクロ
レンズ5の屈折率と第2マイクロレンズ10の屈折率と
が同じ場合には、これらのマイクロレンズ間に光学的な
界面が形成されない。個々の第2マイクロレンズ10
は、第2マイクロレンズ用パターン10Aと、その下に
位置していた第1マイクロレンズ5の一領域とから形成
されることになる。したがって、各マイクロレンズ5、
10において隣のマイクロレンズと接する箇所中央部で
の厚さは、マイクロレンズとして機能しない無効領域に
面している箇所での厚さよりも厚くなる。As shown in FIG. 1D2, when the refractive index of the first microlens 5 and the refractive index of the second microlens 10 are the same, no optical interface is formed between these microlenses. . Individual second microlens 10
Will be formed from the second microlens pattern 10A and one region of the first microlens 5 located thereunder. Therefore, each microlens 5,
The thickness of the central portion of the contact portion 10 with the adjacent microlens is larger than the thickness of the portion facing the ineffective region that does not function as the microlens.
【0041】ここで、上述した方法で第2マイクロレン
ズ用パターン10Aから球面レンズ形状、または、ほぼ
球面レンズとみなすことができる表面形状を有する第2
マイクロレンズ10が得られる理由を、図2を用いて説
明する。Here, the second microlens pattern 10A formed by the above-described method has a spherical lens shape, or a second surface having a surface shape that can be regarded as a substantially spherical lens.
The reason why the microlens 10 is obtained will be described with reference to FIG.
【0042】図2は、4個の第1マイクロレンズ5の各
々と部分的に重なるようにして形成された第2マイクロ
レンズ用パターン10Aをリフローさせたときの様子を
示す。同図においては、リフローした第2マイクロレン
ズ用パターンを参照符号10Bで示す。FIG. 2 shows a state where the second microlens pattern 10A formed so as to partially overlap with each of the four first microlenses 5 is reflowed. In the figure, the reflowed second microlens pattern is indicated by reference numeral 10B.
【0043】リフローさせる前の第2マイクロレンズ用
パターン10Aの平面形状は、前述のように、長方形ま
たは正方形である。平面形状が長方形または正方形のパ
ターンを平坦面上に形成してリフローさせると、その平
面形状は、長方形または正方形の四隅を丸めた形状とな
り、表面の曲率は平面視上の中央部に向かうに従って小
さくなる。非球面レンズ形状になる。この理由は、リフ
ローさせたときに表面張力によって半球形になろうとす
る力が働くものの、平坦面とパターンとの接触面の形状
(長方形または正方形)に倣おうとする力も働くためで
あると推察される。The planar shape of the second microlens pattern 10A before reflow is a rectangle or a square, as described above. When a pattern with a rectangular shape or a square shape is formed on a flat surface and then reflowed, the shape becomes a shape with the four corners of the rectangle or square rounded, and the curvature of the surface becomes smaller toward the center in plan view. Become. It becomes an aspherical lens shape. The reason for this is presumed that when reflowing, the force that tends to become a hemisphere due to surface tension acts, but also the force that attempts to follow the shape (rectangular or square) of the contact surface between the flat surface and the pattern. It
【0044】しかしながら、第2マイクロレンズ用パタ
ーン10Aは各第1マイクロレンズ5Aと部分的に重な
るようにして形成される。リフローした第2マイクロレ
ンズ用パターン10Bの表面形状は、球面レンズ形状、
または、ほぼ球面レンズとみなすことができる形状で安
定する。この理由は、表面張力の他に、その下に位置し
ている各第1マイクロレンズ5Aの表面形状(球面レン
ズ形状、または、ほぼ球面レンズとみなすことができる
形状)に倣おうとする力が働くためであると推察され
る。However, the second microlens pattern 10A is formed so as to partially overlap the first microlenses 5A. The surface shape of the reflowed second microlens pattern 10B is a spherical lens shape,
Alternatively, it is stable in a shape that can be regarded as a substantially spherical lens. The reason for this is that, in addition to the surface tension, a force that attempts to follow the surface shape (spherical lens shape, or a shape that can be regarded as a substantially spherical lens) of each first microlens 5A located thereunder acts. It is presumed to be because of this.
【0045】したがって、リフローした第2マイクロレ
ンズ用パターン10Aを冷却すれば、球面レンズ形状、
または、ほぼ球面レンズとみなすことができる表面形状
を有する第2マイクロレンズ10が得られる。Therefore, if the reflowed second microlens pattern 10A is cooled, the spherical lens shape,
Alternatively, the second microlens 10 having a surface shape that can be regarded as a substantially spherical lens is obtained.
【0046】図3および図4は、上述の方法に従って製
造されたマイクロレンズアレイをそれぞれ異なる方向か
ら斜視したときの形状を示す走査型電子顕微鏡写真であ
り、図5は、図3〜図4に示したマイクロレンズアレイ
の平面形状を示す走査型電子顕微鏡写真である。いずれ
の写真の撮影倍率も7500倍である。FIGS. 3 and 4 are scanning electron micrographs showing the shapes of the microlens arrays manufactured according to the above-described method when they are perspectively viewed from different directions, and FIG. 5 is shown in FIGS. It is a scanning electron micrograph which shows the planar shape of the shown micro lens array. The photographing magnification of each photograph is 7500 times.
【0047】図3および図4からも明らかなように、上
述の方法によれば、個々のマイクロレンズが球面レンズ
形状、または、ほぼ球面レンズとみなせる表面形状を有
するマイクロレンズアレイを製造することができる。As is clear from FIGS. 3 and 4, according to the above method, it is possible to manufacture a microlens array in which each microlens has a spherical lens shape or a surface shape that can be regarded as a substantially spherical lens. it can.
【0048】図5に示すように、また、図1(D1)に
示したように、上述の方法に従って製造されたマイクロ
レンズアレイでは、最も外側に位置する各行および各列
のマイクロレンズを除いて、個々のマイクロレンズの平
面形状が四角形の四隅を丸めた形状になる。これらのマ
イクロレンズを、以下、「矩形状マイクロレンズ」とい
う。As shown in FIG. 5 and as shown in FIG. 1 (D1), in the microlens array manufactured according to the above-described method, the microlenses in the outermost rows and columns are excluded. The planar shape of each microlens is a shape in which the four corners of a quadrangle are rounded. Hereinafter, these microlenses are referred to as “rectangular microlenses”.
【0049】これらの矩形状マイクロレンズは、行方向
に隣り合うもの同士、および列方向に隣り合うもの同士
が、平面視上、上記四隅を丸めた四角形の一辺で互いに
線接触する。最も外側に位置する各行および各列のマイ
クロレンズも、行方向に隣り合うもの同士、および列方
向に隣り合うもの同士で、平面視上、互いに線接触す
る。In these rectangular microlenses, those adjacent to each other in the row direction and those adjacent to each other in the column direction are in line contact with each other on one side of a quadrangle with the four corners rounded in plan view. The outermost microlenses in each row and each column are also in line contact with each other in a row direction and in a row direction, and are adjacent to each other in a column direction.
【0050】行方向から斜行する方向に隣り合うマイク
ロレンズ同士の間には、空隙(無効領域)が形成され
る。隣り合うマイクロレンズ同士を上述のように互いに
接触させて形成することにより、個々のマイクロレンズ
の平面視上の面積が広く、マイクロレンズとして機能し
ない無効領域が狭いマイクロレンズアレイを容易に得る
ことができる。このようなマイクロレンズアレイは、前
述した第1の方法および第2の方法では得ることができ
ない。A void (ineffective region) is formed between the microlenses adjacent to each other in the direction oblique to the row direction. By forming adjacent microlenses in contact with each other as described above, it is possible to easily obtain a microlens array in which each microlens has a large area in plan view and a narrow invalid region that does not function as a microlens. it can. Such a microlens array cannot be obtained by the first method and the second method described above.
【0051】次に、第2の実施例によるマイクロレンズ
アレイの製造方法について、図6および図7を参照しつ
つ説明する。図6に示すように、本実施例の方法によっ
てマイクロレンズアレイを製造するにあたっては、ま
ず、マイクロレンズアレイを配置しようとする下地層1
上にマイクロレンズ材料層25Aを形成し、その上に、
上述した第1の実施例による製造方法に従ってマイクロ
レンズアレイ20を形成する。Next, a method of manufacturing the microlens array according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. As shown in FIG. 6, in manufacturing the microlens array by the method of the present embodiment, first, the underlayer 1 on which the microlens array is to be arranged.
A microlens material layer 25A is formed on top of it,
The microlens array 20 is formed according to the manufacturing method according to the first embodiment described above.
【0052】マイクロレンズ材料層25Aは、所望の屈
折率を有すると共に可視光域で透明な有機または無機材
料、例えば透明樹脂、シリコン酸化物、シリコン窒化物
等、種々の材料を用いて形成可能である。このマクロレ
ンズ材料層25Aは、マイクロレンズアレイ20の立体
形状を転写し得る厚さと平坦な上面とを有する。The microlens material layer 25A can be formed using various materials such as an organic or inorganic material which has a desired refractive index and is transparent in the visible light region, for example, transparent resin, silicon oxide, silicon nitride and the like. is there. The macrolens material layer 25A has a thickness capable of transferring the three-dimensional shape of the microlens array 20 and a flat upper surface.
【0053】この後、反応性イオンエッチング等の方法
によって、マイクレンズアレイ20およびマイクロレン
ズ材料層25Aをマイクロレンズアレイ20が消失する
まで、すなわち、第1マイクロレンズ5の各々および第
2マイクロレンズ10の各々が消失するまで、異方的に
エッチングする。このときのエッチング条件は、マイク
ロレンズアレイ20の材質およびマイクロレンズ材料層
25Aの材質に応じて適宜選定される。Thereafter, the microphone lens array 20 and the microlens material layer 25A are removed by a method such as reactive ion etching until the microlens array 20 disappears, that is, each of the first microlenses 5 and the second microlenses 10. Etch anisotropically until each disappears. The etching conditions at this time are appropriately selected according to the material of the microlens array 20 and the material of the microlens material layer 25A.
【0054】図7に示すように、上記のエッチングによ
ってマイクロレンズアレイ20の立体形状がマイクロレ
ンズ材料層25Aに転写されて、マイクロレンズアレイ
25が得られる。同図においては、第1マイクロレンズ
5の立体形状が転写されたマイクロレンズを参照符号2
1で示し、第2マイクロレンズ10の立体形状が転写さ
れたマイクロレンズを参照符号23で示す。As shown in FIG. 7, the three-dimensional shape of the microlens array 20 is transferred to the microlens material layer 25A by the above etching, and the microlens array 25 is obtained. In the figure, reference numeral 2 denotes a microlens to which the three-dimensional shape of the first microlens 5 is transferred.
The reference numeral 23 denotes the microlens shown by 1 and having the three-dimensional shape of the second microlens 10 transferred thereto.
【0055】この方法によれば、第1の実施例による製
造方法に比べて、マイクロレンズ材料の選択の幅、換言
すれば、マイクロレンズの屈折率の選択の幅が広がる。
上記の方法では、マイクロレンズアレイ20に代えて、
立体形状はマイクロレンズアレイ20と同様であるが光
透過性がない、もしくは低い材料によって形成された部
材を用いることも可能である。According to this method, the range of selection of the microlens material, in other words, the range of selection of the refractive index of the microlens is widened as compared with the manufacturing method according to the first embodiment.
In the above method, instead of the microlens array 20,
A three-dimensional shape is the same as that of the microlens array 20, but it is also possible to use a member formed of a material having no or low light transmittance.
【0056】次に、実施例による固体撮像素子につい
て、図8〜図10を参照しつつ説明する。図8は、実施
例による固体撮像素子100での光電変換素子110、
第1電荷転送素子(垂直電荷転送素子)120、第2電
荷転送素子(水平電荷転送素子)140、および電荷検
出回路150の平面配置を概略的に示す。Next, the solid-state image sensor according to the embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 shows a photoelectric conversion element 110 in the solid-state image sensor 100 according to the embodiment.
The planar arrangement of the first charge transfer element (vertical charge transfer element) 120, the second charge transfer element (horizontal charge transfer element) 140, and the charge detection circuit 150 is schematically shown.
【0057】図示の固体撮像素子100は、エリア・イ
メージセンサとして利用される固体撮像素子であり、半
導体基板1の一表面に多数個の光電変換素子110が複
数行、複数列に亘って正方行列状(行数と列数とが異な
る場合を含む。)に配置されている。エリア・イメージ
センサとして利用される実際の固体撮像素子での光電変
換素子110の総数は、例えば数10万個〜数100万
個である。The solid-state image sensor 100 shown in the figure is a solid-state image sensor used as an area image sensor, and a large number of photoelectric conversion elements 110 are arranged in a square matrix in a plurality of rows and a plurality of columns on one surface of the semiconductor substrate 1. (Including the case where the number of rows and the number of columns are different). The total number of photoelectric conversion elements 110 in an actual solid-state image sensor used as an area image sensor is, for example, several hundred thousand to several million.
【0058】光電変換素子110の各々は例えば埋込み
型のpnフォトダイオードによって構成され、平面視
上、例えば矩形を呈す。光電変換素子110に光が入射
すると、この光電変換素子110に電荷が蓄積される。Each of the photoelectric conversion elements 110 is formed of, for example, an embedded pn photodiode, and has, for example, a rectangular shape in plan view. When light enters the photoelectric conversion element 110, charges are accumulated in the photoelectric conversion element 110.
【0059】個々の光電変換素子110に蓄積された電
荷を電荷検出回路150へ転送するために、1つの光電
変換素子列に1つずつ、この光電変換素子列に沿って垂
直電荷転送素子120が配置される。個々の垂直電荷転
送素子120は、例えば4相駆動型のCCDによって構
成される。In order to transfer the charges accumulated in each photoelectric conversion element 110 to the charge detection circuit 150, one vertical photoelectric transfer element array is provided for each photoelectric conversion element array, and vertical charge transfer elements 120 are provided along the photoelectric conversion element array. Will be placed. Each vertical charge transfer element 120 is composed of, for example, a four-phase drive type CCD.
【0060】光電変換素子110からの電荷の読み出し
を制御するために、各垂直電荷転送素子120は、対応
する光電変換素子110それぞれに1つずつ、読出しゲ
ート130を有する。図8においては、読出しゲート1
30の位置を判りやすくするために、各読出しゲート1
30にハッチングを付してある。In order to control the reading of charges from the photoelectric conversion element 110, each vertical charge transfer element 120 has a read gate 130, one for each corresponding photoelectric conversion element 110. In FIG. 8, the read gate 1
In order to make the position of 30 easy to see, each read gate 1
30 is hatched.
【0061】読出しゲート130に読出しパルス(電位
は例えば15V程度)を供給すると、この読出しゲート
130に対応する光電変換素子110から垂直電荷転送
素子120へ電荷が読み出される。光電変換素子110
から垂直電荷転送素子120への電荷の読出しは、光電
変換素子行単位で行われる。When a read pulse (potential is, for example, about 15 V) is supplied to the read gate 130, charges are read from the photoelectric conversion element 110 corresponding to the read gate 130 to the vertical charge transfer element 120. Photoelectric conversion element 110
The charges are read from the vertical charge transfer element 120 to the photoelectric conversion element row unit.
【0062】各垂直電荷転送素子120は、所定の駆動
信号によって駆動されて、対応する光電変換素子110
から読み出した電荷を水平電荷転送素子140へ転送す
る。水平電荷転送素子140は、例えば2相駆動型のC
CDによって構成される。この水平電荷転送素子140
は、所定の駆動信号によって駆動されて、各垂直電荷転
送素子120から受け取った電荷を電荷検出回路150
へ転送する。Each vertical charge transfer element 120 is driven by a predetermined drive signal to generate a corresponding photoelectric conversion element 110.
The charges read from are transferred to the horizontal charge transfer element 140. The horizontal charge transfer element 140 is, for example, a two-phase drive type C
It is composed of a CD. This horizontal charge transfer device 140
Driven by a predetermined drive signal, the charges received from each vertical charge transfer element 120 are transferred to the charge detection circuit 150.
Transfer to.
【0063】電荷検出回路150は、水平電荷転送素子
140から転送されてくる電荷を順次検出して信号電圧
を生成すると共に増幅して、画素信号を順次生成する。
この電荷検出回路150は、例えば、水平電荷転送素子
140の出力端に電気的に接続された出力ゲートと、出
力ゲートに隣接して半導体基板1に形成されたフローテ
ィングディフュージョン領域(以下、「FD領域」と略
記する。)と、このFD領域に電気的に接続されたフロ
ーティングディフュージョンアンプ(以下、「FDA」
と略記する。)とを用いて構成することができる。The charge detection circuit 150 sequentially detects charges transferred from the horizontal charge transfer element 140 to generate and amplify a signal voltage, and sequentially generates pixel signals.
The charge detection circuit 150 includes, for example, an output gate electrically connected to an output end of the horizontal charge transfer element 140, and a floating diffusion region (hereinafter, referred to as “FD region” formed in the semiconductor substrate 1 adjacent to the output gate. And a floating diffusion amplifier (hereinafter, “FDA”) electrically connected to the FD region.
Is abbreviated. ) And.
【0064】出力ゲートは、水平電荷転送素子140か
らFD領域への電荷転送を制御する。FD領域の電位
は、電荷量に応じて変化する。FDAは、FD領域の電
位変動を増幅して画素信号を生成する。この画素信号
が、固体撮像素子100からの出力信号となる。The output gate controls charge transfer from the horizontal charge transfer element 140 to the FD region. The potential of the FD region changes according to the charge amount. The FDA amplifies the potential fluctuation in the FD area and generates a pixel signal. This pixel signal becomes an output signal from the solid-state image sensor 100.
【0065】FD領域に隣接してリセットゲートが配置
され、このリセットゲートに隣接して、リセットドレイ
ン領域が半導体基板1に形成される。FD領域と、リセ
ットゲートと、リセットドレイン領域とは、リセットト
ランジスタを構成する。A reset gate is arranged adjacent to the FD region, and a reset drain region is formed in the semiconductor substrate 1 adjacent to the reset gate. The FD region, the reset gate, and the reset drain region form a reset transistor.
【0066】FDAによって検出された後の電荷、ある
いは、FDAによって検出する必要のない電荷は、FD
領域からリセットゲートを介してリセットドレイン領域
へ掃き出され、例えば電源電圧に吸収される。The charge after being detected by the FDA, or the charge that does not need to be detected by the FDA is FD.
It is swept from the region to the reset drain region through the reset gate, and is absorbed by the power supply voltage, for example.
【0067】上述した構成を有する固体撮像素子100
では、各垂直電荷転送素子120、水平電荷転送素子1
40、および電荷検出回路150によって出力信号生成
部が構成される。Solid-state image pickup device 100 having the above-mentioned structure
Then, each vertical charge transfer element 120, horizontal charge transfer element 1
An output signal generation unit is configured by 40 and the charge detection circuit 150.
【0068】上述した固体撮像素子100は、前述した
第1の実施例による方法によって製造されたマイクロレ
ンズアレイを有する。このマイクロレンズアレイは、前
述した第1または第2の実施例による方法によって製造
される。The solid-state image pickup device 100 described above has the microlens array manufactured by the method according to the first embodiment described above. This microlens array is manufactured by the method according to the first or second embodiment described above.
【0069】以下、前述した第1の実施例による方法に
従って製造されたマイクロレンズアレイ20を有する場
合を例により、図1または図8で用いた参照符号を引用
しつつ、固体撮像素子100の構成をその製造方法も交
えて更に詳述する。The structure of the solid-state image pickup device 100 will be described below with reference to the reference numerals used in FIG. 1 or FIG. 8 as an example in the case of having the microlens array 20 manufactured according to the method according to the first embodiment. Will be described in more detail together with its manufacturing method.
【0070】図9は、固体撮像素子100の上面を概略
的に示す。同図に示すように、マイクロレンズアレイ2
0は固体撮像素子100での最上層である。第1マイク
ロレンズ5は、前述した多数個の光電変換素子110の
中から市松状に選択された各光電変換素子110に1個
ずつ対応して配置される。第2マイクロレンズ10は、
第1マイクロレンズ5を形成する際に選択しなかった各
光電変換素子110に1つずつ対応して市松状に配置さ
れる。各マイクロレンズ5、10は、対応する光電変換
素子110を平面視上包含する。FIG. 9 schematically shows the upper surface of the solid-state image sensor 100. As shown in the figure, the microlens array 2
0 is the uppermost layer in the solid-state image sensor 100. One first microlens 5 is arranged corresponding to each photoelectric conversion element 110 selected in a checkered pattern from the large number of photoelectric conversion elements 110 described above. The second microlens 10 is
The photoelectric conversion elements 110 which are not selected when forming the first microlenses 5 are arranged in a checkered pattern one by one. Each microlens 5 and 10 includes the corresponding photoelectric conversion element 110 in plan view.
【0071】図10は、図9に示したX−X線に沿った
固体撮像素子100の断面構造を概略的に示す。同図に
示すように、半導体基板101は、例えばn型シリコン
基板101aと、その一表面に形成されたp- 型不純物
添加領域101bとを有する。p- 型不純物添加領域1
01bは、n型シリコン基板101aの一表面にp型不
純物をイオン注入した後に熱処理を施すことによって、
あるいは、p型不純物を含有したシリコンをn型シリコ
ン基板101aの一表面上にエピタキシャル成長させる
ことによって形成される。FIG. 10 schematically shows a sectional structure of the solid-state image pickup device 100 taken along line XX shown in FIG. As shown in the figure, the semiconductor substrate 101 has, for example, an n-type silicon substrate 101a and a p − type impurity-added region 101b formed on one surface thereof. p − type impurity doped region 1
01b is obtained by ion-implanting p-type impurities into one surface of the n-type silicon substrate 101a and then performing heat treatment.
Alternatively, it is formed by epitaxially growing silicon containing p-type impurities on one surface of the n-type silicon substrate 101a.
【0072】以下の説明においては、同じ導電型を有す
る不純物添加領域間での不純物濃度の大小を区別するた
めに、不純物濃度が相対的に低いものから順番に、p-
型不純物添加領域、p型不純物添加領域、p+ 型不純物
添加領域、あるいはn- 型不純物添加領域、n型不純物
添加領域、n+ 型不純物添加領域と表記する。p- 型不
純物添加領域101bをエピタキシャル成長法によって
形成する場合以外、全ての不純物添加領域は、イオン注
入とその後の熱処理とによって形成することが好まし
い。[0072] In the following description, to distinguish the size of the impurity concentration between the impurity doped region having the same conductivity type, in order from those impurity concentration is relatively low, p -
A type impurity doped region, a p type impurity doped region, ap + type impurity doped region, or an n − type impurity doped region, an n type impurity doped region, and an n + type impurity doped region. Except when the p − type impurity added region 101b is formed by the epitaxial growth method, it is preferable to form all the impurity added regions by ion implantation and subsequent heat treatment.
【0073】光電変換素子110は、例えば、p- 型不
純物添加領域101bの所定箇所をn型不純物添加領域
110aに転換し、更に、このn型不純物添加領域11
0aの表層部をp+ 型不純物添加領域110bに転換す
ることによって形成された埋込み型のフォトダイオード
によって構成される。n型不純物添加領域110aは、
電荷蓄積領域として機能する。In the photoelectric conversion element 110, for example, a predetermined portion of the p − type impurity added region 101b is converted into the n type impurity added region 110a, and the n type impurity added region 11 is further converted.
It is composed of a buried type photodiode formed by converting the surface layer portion of 0a into the p + type impurity added region 110b. The n-type impurity added region 110a is
It functions as a charge storage region.
【0074】1列の光電変換素子列に1本ずつ対応し
て、p- 型不純物添加領域101bにn型チャネル12
3が形成される。個々のn型チャネル123は、その全
長に亘ってほぼ均一な不純物濃度を有し、対応する光電
変換素子列に沿って延在する。これらのn型チャネル1
23は、それぞれ、垂直電荷転送素子120での電荷転
送チャネル(以下、「垂直電荷転送チャネル」とい
う。)として機能する。[0074] one by one to the photoelectric conversion element array of one row correspondingly, p - n-type channel 12 to -type impurity doped region 101b
3 is formed. Each n-type channel 123 has a substantially uniform impurity concentration over its entire length and extends along the corresponding photoelectric conversion element array. These n-type channels 1
Each of 23 functions as a charge transfer channel in the vertical charge transfer element 120 (hereinafter, referred to as “vertical charge transfer channel”).
【0075】各光電変換素子110(n型不純物添加領
域110a)における図8または図10での右側縁部に
沿って、p型不純物添加領域130aが1つずつ配置さ
れる。p型不純物添加領域130aの列方向の長さは、
対応する光電変換素子110の列方向の長さの例えば半
分程度である。各p型不純物添加領域130aは、読出
しゲート130用チャネル領域130aとして利用され
る。One p-type impurity doped region 130a is arranged along each right edge of each photoelectric conversion element 110 (n-type impurity doped region 110a) in FIG. 8 or FIG. The length of the p-type impurity added region 130a in the column direction is
It is, for example, about half the length of the corresponding photoelectric conversion element 110 in the column direction. Each p-type impurity added region 130a is used as the channel region 130a for the read gate 130.
【0076】必要に応じて、個々の垂直電荷転送チャネ
ル123の下方にも、p型不純物添加領域が配置され
る。チャネルストップ領域CSが、読出しゲート用チャ
ネル領域130aの形成箇所を除いた光電変換素子11
0および垂直電荷転送チャネル123の平面視上の周
囲、および水平電荷転送素子140を構成する電荷転送
チャネル(以下、「水平電荷転送チャネル」という。)
の平面視上の周囲に形成される。チャネルストップ領域
CSは、例えばp+ 型不純物添加領域によって構成され
る。If necessary, a p-type impurity doped region is also arranged below each vertical charge transfer channel 123. The channel stop region CS is the photoelectric conversion element 11 excluding the formation portion of the read gate channel region 130a.
0 and the periphery of the vertical charge transfer channel 123 in plan view, and the charge transfer channels forming the horizontal charge transfer element 140 (hereinafter, referred to as “horizontal charge transfer channel”).
Is formed on the periphery in plan view. The channel stop region CS is composed of, for example, a p + -type impurity added region.
【0077】なお、水平電荷転送素子140を2相駆動
型のCCDによって構成する場合、その水平電荷転送チ
ャネルは、例えば、n型不純物添加領域とn- 型不純物
添加領域とが下流側から上流側に向かってこの順番で繰
り返し配置することによって構成することができる。本
明細書では、光電変換素子110から電荷検出回路15
0へ転送される電荷の移動を1つの流れとみなして、個
々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上
流」、「何々の下流」等と称して特定する。When the horizontal charge transfer element 140 is composed of a two-phase drive type CCD, the horizontal charge transfer channel has, for example, an n-type impurity added region and an n − -type impurity added region from the downstream side to the upstream side. It can be configured by repeatedly arranging in this order toward. In this specification, from the photoelectric conversion element 110 to the charge detection circuit 15
The movement of the charges transferred to 0 is regarded as one flow, and the relative positions of the individual members and the like are specified by calling them "what upstream", "what downstream", etc., as necessary.
【0078】第1の電気的絶縁層105が、半導体基板
101上に配置される。各光電変換素子110上には、
第1の電気的絶縁層105として例えば熱酸化膜が配置
され、光電変換素子110上の領域を除いた他の領域上
には、第1の電気的絶縁層105として例えばONO膜
が配置される。The first electrically insulating layer 105 is arranged on the semiconductor substrate 101. On each photoelectric conversion element 110,
A thermal oxide film, for example, is arranged as the first electrically insulating layer 105, and an ONO film, for example, is arranged as the first electrically insulating layer 105 on a region other than the region on the photoelectric conversion element 110. .
【0079】上記のONO膜は、例えば、膜厚が20〜
70nm程度のシリコン酸化膜(熱酸化膜)と、膜厚が
30〜80nm程度のシリコン窒化膜と、膜厚が10〜
50nm程度のシリコン酸化膜とを、半導体基板101
上にこの順番で堆積させた積層膜によって構成される。
図10においては、便宜上、1つの層で第1の電気的絶
縁層105を表している。The ONO film has a film thickness of, for example, 20 to 20.
A silicon oxide film (thermal oxide film) having a thickness of about 70 nm, a silicon nitride film having a thickness of about 30 to 80 nm, and a thickness of 10 to 10
A silicon oxide film having a thickness of about 50 nm is formed on the semiconductor substrate 101.
It is composed of a laminated film deposited in this order on top.
In FIG. 10, for convenience, one layer represents the first electrically insulating layer 105.
【0080】第1の電気的絶縁層105上に、垂直電荷
転送素子120を構成する転送電極(以下、「垂直転送
電極」という。)、水平電荷転送素子140を構成する
転送電極(以下、「水平転送電極」という。)、および
電荷検出回路150を構成する各種の電極が配置され
る。図10においては、1本の垂直転送電極125中の
2つの領域が見えている。On the first electrically insulating layer 105, transfer electrodes (hereinafter, referred to as "vertical transfer electrodes") that constitute the vertical charge transfer element 120 and transfer electrodes (hereinafter, referred to as "vertical transfer electrode") that configure the horizontal charge transfer element 140. Horizontal transfer electrodes "), and various electrodes forming the charge detection circuit 150 are arranged. In FIG. 10, two regions in one vertical transfer electrode 125 are visible.
【0081】これらの電極は、例えば第1ポリシリコン
層と、第1ポリシリコン層を所定の電極にパターニング
した後に形成されて、その後に所定の電極にパターニン
グされる第2ポリシリコン層とを用いて形成される。個
々の電極は、例えば熱酸化膜等の電気的絶縁膜IFによ
って覆われる。These electrodes use, for example, a first polysilicon layer and a second polysilicon layer which is formed after patterning the first polysilicon layer into a predetermined electrode and is then patterned into a predetermined electrode. Formed. Each electrode is covered with an electrically insulating film IF such as a thermal oxide film.
【0082】第2の電気的絶縁層160が、各光電変換
素子110、各垂直転送電極、水平電荷転送素子14
0、および電荷検出回路150を覆って、後述する光遮
蔽膜165とその下の各種の電極との電気的な分離を十
分なものとする。第2の電気的絶縁層160は、物理的
気相蒸着法(以下、「PVD」と略記する。)または化
学的気相蒸着法(以下、「CVD」と略記する。)によ
って例えばシリコン酸化物を堆積させることで形成され
る。The second electrically insulating layer 160 includes photoelectric conversion elements 110, vertical transfer electrodes, and horizontal charge transfer element 14.
0 and the charge detection circuit 150 are covered so that the light shielding film 165, which will be described later, and the various electrodes thereunder are sufficiently electrically separated. The second electrically insulating layer 160 is, for example, silicon oxide by a physical vapor deposition method (hereinafter abbreviated as “PVD”) or a chemical vapor deposition method (hereinafter abbreviated as “CVD”). Is formed by depositing.
【0083】光遮蔽膜165が、各垂直転送電極、水平
電荷転送素子140、および電荷検出回路150を平面
視上覆って、光電変換素子110以外の領域で無用の光
電変換が行われるのを防止する。この光遮蔽膜165
は、タングステン、アルミニウム、クロム、チタン、モ
リブデン等の金属や、これらの金属の2種以上からなる
合金等をPVDまたはCVDによって堆積させることで
形成される。The light shielding film 165 covers each vertical transfer electrode, the horizontal charge transfer element 140, and the charge detection circuit 150 in plan view to prevent unnecessary photoelectric conversion from being performed in a region other than the photoelectric conversion element 110. To do. This light shielding film 165
Is formed by depositing a metal such as tungsten, aluminum, chromium, titanium, molybdenum, or an alloy of two or more of these metals by PVD or CVD.
【0084】各光電変換素子110へ光が入射すること
ができるように、光遮蔽膜165は、個々の光電変換素
子10の上方に開口部165aを1つずつ有する。個々
の開口部165aの平面視上の面積は、この開口部16
5aが対応している光電変換素子110の平面視上の面
積の例えば20%程度ないしはそれより小さい。光電変
換素子110表面において上記の開口部165a内に平
面視上位置する領域が、この光電変換素子110におけ
る光入射面となる。The light shielding film 165 has one opening 165 a above each photoelectric conversion element 10 so that light can be incident on each photoelectric conversion element 110. The area of the individual openings 165a in plan view is equal to the area of the openings 16a.
5a corresponds to, for example, about 20% of the area of the photoelectric conversion element 110 in plan view or smaller. A region of the surface of the photoelectric conversion element 110, which is located in the opening 165a in plan view, is a light incident surface of the photoelectric conversion element 110.
【0085】垂直電荷転送素子120用の駆動信号が供
給される配線(図示せず。)や水平電荷転送素子140
用の駆動信号が供給される配線(図示せず。)を、光遮
蔽膜165の材料とは異なる材料によって形成する場合
には、図10に示すように、光遮蔽膜165上に層間絶
縁膜170を形成することが好ましい。A wiring (not shown) to which a drive signal for the vertical charge transfer element 120 is supplied and the horizontal charge transfer element 140.
When a wiring (not shown) to which a drive signal for driving is supplied is formed of a material different from the material of the light shielding film 165, as shown in FIG. 10, an interlayer insulating film is formed on the light shielding film 165. It is preferable to form 170.
【0086】この層間絶縁膜170は、例えばPVDま
たはCVDによってシリコン酸化物等を堆積させること
によって形成され、各垂直転送電極と配線との短絡、お
よび水平転送電極と前記の配線との短絡を防止する。前
記の配線を光遮蔽膜165の材料と同じ材料によって形
成する場合には、層間絶縁膜170を省略する代わりに
第2の電気的絶縁層160を厚膜化して、この第2の電
気的絶縁層を層間絶縁膜として利用することも可能であ
る。The interlayer insulating film 170 is formed by depositing silicon oxide or the like by PVD or CVD, for example, to prevent short circuit between each vertical transfer electrode and wiring and short circuit between the horizontal transfer electrode and the wiring. To do. When the wiring is formed of the same material as the material of the light shielding film 165, instead of omitting the interlayer insulating film 170, the second electrically insulating layer 160 is made thicker and the second electrically insulating film is formed. It is also possible to use the layer as an interlayer insulating film.
【0087】パッシベーション膜175が層間絶縁膜1
70上に形成されて、その下の部材を保護する。このパ
ッシベーション膜175は、例えばPVDまたはCVD
によってシリコン窒化物等を堆積させることによって形
成される。The passivation film 175 is the interlayer insulating film 1.
It is formed on 70 and protects the members below it. This passivation film 175 is formed by PVD or CVD, for example.
Is formed by depositing silicon nitride or the like.
【0088】第1の平坦化膜180が、例えばフォトレ
ジスト等の有機材料によってパッシベーション膜175
上に形成されて、色フィルタアレイ185を形成するた
めの平坦面を提供する。第1の平坦化膜180は、例え
ばスピンコート法によって形成される。The first planarization film 180 is formed of a passivation film 175 made of an organic material such as photoresist.
Formed on top to provide a flat surface for forming the color filter array 185. The first flattening film 180 is formed by, for example, a spin coat method.
【0089】色フィルタアレイ185は、主に、カラー
撮影用の単板式撮像装置に使用する固体撮像素子に配置
される。白黒撮影用の固体撮像素子や、3板式の撮像機
器に使用する固体撮像素子では、色フィルタアレイを省
略することができる。The color filter array 185 is mainly arranged in a solid-state image pickup element used in a single-plate type image pickup device for color image pickup. The color filter array can be omitted in a solid-state image pickup device for monochrome photography and a solid-state image pickup device used in a three-plate image pickup device.
【0090】この色フィルタアレイ185は、例えば、
互いに異なる色に着色された3種または4種類の樹脂
(カラーレジン)の層を、フォトリソグラフィ法等の方
法によって所定箇所に順次形成することによって作製す
ることができる。カラー撮影用の単板式撮像装置に使用
する固体撮像素子では、原色系または補色系の色フィル
タアレイが配置される。図10には2個の赤色フィルタ
185Rと1個の緑色フィルタ185Gとが示されてい
る。This color filter array 185 is, for example,
It can be produced by sequentially forming layers of three or four types of resins (color resins) colored in mutually different colors at predetermined locations by a method such as photolithography. In a solid-state image pickup device used in a single-plate type image pickup device for color photography, a primary color system or a complementary color system color filter array is arranged. FIG. 10 shows two red filters 185R and one green filter 185G.
【0091】第2の平坦化膜190が色フィルタアレイ
185上に形成されて、マイクロレンズアレイ20を形
成するための平坦面190aを提供する。第2の平坦化
膜190は、第1の平坦化膜180と同様に、例えばフ
ォトレジスト等の有機材料によって形成される。A second planarization film 190 is formed on the color filter array 185 to provide a flat surface 190a for forming the microlens array 20. The second flattening film 190 is formed of an organic material such as photoresist, similar to the first flattening film 180.
【0092】マイクロレンズアレイ20については既に
説明したので、ここではその説明を省略する。マイクロ
レンズアレイ20に代えて、前述した第2の実施例によ
る方法に従ってマイクロレンズアレイを形成することも
できる。Since the microlens array 20 has already been described, its description is omitted here. Instead of the microlens array 20, the microlens array can be formed according to the method according to the second embodiment described above.
【0093】上述した断面構造を有する固体撮像素子1
00は、既に説明したマイクロレンズアレイ20を有し
ているので、個々の光電変換素子110への集光効率を
向上させやすい。Solid-state image sensor 1 having the above-mentioned cross-sectional structure
Since 00 has the microlens array 20 already described, it is easy to improve the light collection efficiency to each photoelectric conversion element 110.
【0094】第1マイクロレンズ5および第2マイクロ
レンズ10それぞれの集光効率は、これらのマイクロレ
ンズの材料が同一であれば、表面の曲率に大きく左右さ
れ、表面の曲率は各マイクロレンズ5、10の厚さ(高
さ)および平面視上の大きさに大きく左右される。各マ
イクロレンズ5、10の厚さ(高さ)を制御する、換言
すれば、マイクロレンズの材料として用いる透明樹脂の
材質(粘土)や、リフローとその後の冷却とによってマ
イクロレンズに成形される透明樹脂パターンの膜厚およ
び平面視上の大きさ、リフロー条件等を適宜選定するこ
とにより、第1マイクロレンズ5の集光効率と第2マイ
クロレンズ10の集光効率とを相対的に変化させること
ができる。The light-collecting efficiencies of the first microlens 5 and the second microlens 10 are greatly influenced by the curvature of the surface if the materials of these microlenses are the same, and the curvature of the surface is different from that of the microlenses 5. It greatly depends on the thickness (height) of 10 and the size in plan view. The thickness (height) of each of the microlenses 5 and 10 is controlled, in other words, the material of the transparent resin (clay) used as the material of the microlenses, and the transparency formed into the microlenses by reflow and subsequent cooling. A light-collecting efficiency of the first microlens 5 and a light-collecting efficiency of the second microlens 10 are relatively changed by appropriately selecting the film thickness of the resin pattern, the size in plan view, the reflow condition, and the like. You can
【0095】例えば原色系の色フィルタアレイ185で
の各色フィルタの配列をベイヤー配列にした場合、緑色
フィルタ185Gは市松状に分布する。緑色フィルタ1
85Gに対応するマイクロレンズ(図10に示した固体
撮像素子100では第1マイクロレンズ5)の集光効率
と、赤色フィルタ185Rおよび青色フィルタ(図10
においては見えていない。)に対応するマイクロレンズ
(図10に示した固体撮像素子100では第2マイクロ
レンズ10)の集光効率とを互いに異ならせることによ
り、固体撮像素子100の感度特性を制御することが可
能である。For example, when the array of each color filter in the primary color filter array 185 is Bayer array, the green filters 185G are distributed in a checkered pattern. Green filter 1
The light collection efficiency of the microlens corresponding to 85G (the first microlens 5 in the solid-state imaging device 100 shown in FIG. 10), the red filter 185R, and the blue filter (FIG. 10).
Is not visible in. It is possible to control the sensitivity characteristic of the solid-state imaging device 100 by making the light collection efficiency of the microlens (the second microlens 10 in the solid-state imaging device 100 shown in FIG. 10) corresponding to (4) different from each other. .
【0096】以上、実施例によるマイクロレンズアレイ
の製造方法、固体撮像素子およびその製造方法について
説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではない。Although the method of manufacturing the microlens array, the solid-state image pickup device and the method of manufacturing the same according to the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments.
【0097】特に、固体撮像素子におけるマイクロレン
ズアレイ以外の構成は、目的とする固体撮像素子の用途
や性能等に応じて種々変更可能である。例えば、多数個
の光電変換素子を正方行列状に配置した場合、垂直電荷
転送素子の構成は、1行の光電変換素子行あたり例えば
2〜3本の垂直転送電極を備えた構成にすることができ
る。In particular, the configuration of the solid-state image sensor other than the microlens array can be variously changed according to the intended use and performance of the solid-state image sensor. For example, when a large number of photoelectric conversion elements are arranged in a square matrix, the configuration of the vertical charge transfer elements may be a configuration including, for example, two to three vertical transfer electrodes per photoelectric conversion element row. it can.
【0098】図11は、多数個の光電変換素子110が
正方行列状に配置され、各垂直電荷転送素子120が1
行の光電変換素子行あたり2本の垂直転送電極125
a、125bを備えた固体撮像素子100Aを概略的に
示す。In FIG. 11, a large number of photoelectric conversion elements 110 are arranged in a square matrix, and each vertical charge transfer element 120 is one.
Two vertical transfer electrodes 125 per row photoelectric conversion element row
1 schematically shows a solid-state image sensor 100A including a and 125b.
【0099】同図に示す垂直電荷転送素子120の各々
は、配線WLV1〜WLV4を介して供給される4相の駆動
信号φV1〜φV4によって駆動される4相駆動型のC
CDによって構成され、それぞれの垂直電荷転送チャネ
ル123は、対応する光電変換素子列に沿って直線的に
延在する。Each of the vertical charge transfer devices 120 shown in the figure is a four-phase drive type C driven by four-phase drive signals φV1 to φV4 supplied via wirings WL V1 to WL V4.
Each of the vertical charge transfer channels 123 is formed of a CD and linearly extends along the corresponding photoelectric conversion element array.
【0100】これらの垂直電荷転送チャネル123を平
面視上横切るようにして、各光電変換素子行の上流側に
第1垂直転送電極125aが1本ずつ配置され、各光電
変換素子行の下流側に第2垂直転送電極125bが1本
ずつ配置されている。これら第1〜第2垂直転送電極1
25a〜125bは対応する光電変換素子行に沿って延
在し、各垂直電荷転送チャネル123上において、第2
垂直転送電極125bの一端が第1垂直転送電極125
aの一端に平面視上重なっている。The first vertical transfer electrodes 125a are arranged one by one on the upstream side of each photoelectric conversion element row so as to cross these vertical charge transfer channels 123 in plan view, and on the downstream side of each photoelectric conversion element row. The second vertical transfer electrodes 125b are arranged one by one. These first and second vertical transfer electrodes 1
25a to 125b extend along the corresponding photoelectric conversion element row, and on each vertical charge transfer channel 123,
One end of the vertical transfer electrode 125b is the first vertical transfer electrode 125.
It overlaps with one end of a in plan view.
【0101】必要に応じて、最も下流の第2垂直転送電
極125bの下流側に、更に複数本の垂直転送電極、例
えば3本の垂直転送電極が配置される。垂直転送電極の
各々は、全ての垂直電荷転送素子120について、その
一部を構成する。If necessary, a plurality of vertical transfer electrodes, for example, three vertical transfer electrodes are further arranged on the downstream side of the most downstream second vertical transfer electrode 125b. Each of the vertical transfer electrodes constitutes a part of all the vertical charge transfer elements 120.
【0102】図11においては図示を省略しているが、
この固体撮像素子100Aは、前述した固体撮像素子1
00と同様に、図10に示した第2の電気的絶縁層16
0、光遮蔽膜165、層間絶縁膜170、パッシベーシ
ョン膜175、第1の平坦化膜180、色フィルタアレ
イ185、第2の平坦化膜190を有し、更に、第2の
平坦化膜190上にマイクロレンズアレイを有する。マ
イクロレンズアレイは、前述した第1または第2の実施
例による方法に従って製造される。Although not shown in FIG. 11,
The solid-state image sensor 100A is the solid-state image sensor 1 described above.
00, the second electrically insulating layer 16 shown in FIG.
0, a light shielding film 165, an interlayer insulating film 170, a passivation film 175, a first flattening film 180, a color filter array 185, a second flattening film 190, and further on the second flattening film 190. Has a microlens array. The microlens array is manufactured according to the method according to the first or second embodiment described above.
【0103】固体撮像素子を構成する多数個の光電変換
素子は、画素ずらし配置にすることもできる。この場
合、垂直電荷転送素子の構成は、1行の光電変換素子行
あたり例えば1〜2本の垂直転送電極を備えた構成にす
ることができる。A large number of photoelectric conversion elements forming the solid-state image pickup element can be arranged in a pixel shift manner. In this case, the configuration of the vertical charge transfer element can be configured to include, for example, one to two vertical transfer electrodes for each photoelectric conversion element row.
【0104】ここで、本明細書でいう「画素ずらし配
置」とは、奇数番目に当たる光電変換素子列中の各光電
変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子列中の
光電変換素子の各々が、光電変換素子列内での光電変換
素子のピッチの約1/2、列方向にずれ、奇数番目に当
たる光電変換素子行中の各光電変換素子に対し、偶数番
目に当たる光電変換素子行中の光電変換素子の各々が、
光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約1/
2、行方向にずれ、光電変換素子列の各々が奇数行また
は偶数行の光電変換素子のみを含むような、多数個の光
電変換素子の配置を意味する。「画素ずらし配置」は、
多数個の光電変換素子を複数行、複数列に亘って行列状
に配置する際の一形態である。Here, the "pixel shift arrangement" in the present specification means that each photoelectric conversion element in an even-numbered photoelectric conversion element row is different from each photoelectric conversion element in an odd-numbered photoelectric conversion element row. , About 1/2 of the pitch of the photoelectric conversion elements in the photoelectric conversion element row, and the photoelectric conversion elements in the photoelectric conversion element rows that are even numbered are shifted from the photoelectric conversion element rows that are odd-numbered and shift in the column direction. Each of the conversion elements
About 1 / pitch of the pitch of photoelectric conversion elements in the photoelectric conversion element row
2. Displacement in the row direction means arrangement of a large number of photoelectric conversion elements such that each photoelectric conversion element column includes only photoelectric conversion elements in odd rows or even rows. "Pixel shift arrangement" is
This is a form in which a large number of photoelectric conversion elements are arranged in a matrix over a plurality of rows and a plurality of columns.
【0105】上記の「光電変換素子列内での光電変換素
子のピッチの約1/2」とは、1/2を含む他に、製造
誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸
め誤差等の要因によって1/2から外れてはいるもの
の、得られる固体撮像素子の性能およびその画像の画質
からみて実質的に1/2と同等とみなすことができる値
をも含むものとする。上記の「光電変換素子行内での光
電変換素子のピッチの約1/2」についても同様であ
る。The above-mentioned "about 1/2 of the pitch of the photoelectric conversion elements in the photoelectric conversion element array" includes, in addition to 1/2, manufacturing error, rounding error of pixel position caused by design or mask manufacturing, etc. Although it deviates from 1/2 due to the factor, the value includes a value that can be regarded as substantially equal to 1/2 in view of the performance of the obtained solid-state imaging device and the image quality of the image. The same applies to the above-mentioned "about 1/2 of the pitch of the photoelectric conversion elements in the photoelectric conversion element row".
【0106】図12は、多数個の光電変換素子が画素ず
らし配置された固体撮像素子の一例を概略的に示す。図
示の固体撮像素子200は、(i) 多数個の光電変換素子
110が画素ずらし配置されている点、および(ii)個々
の垂直電荷転送素子120が蛇行形状を有する点を除
き、図11に示した固体撮像素子100Aと同様の構成
を有する。図12に示した構成要素と機能上共通する構
成要素が全て図11に示されている。図11に示した構
成要素と機能上共通する構成要素には図11で用いた参
照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。FIG. 12 schematically shows an example of a solid-state image pickup device in which a large number of photoelectric conversion elements are arranged in a pixel shift manner. The solid-state image sensor 200 shown in FIG. 11 is different from that shown in FIG. 11 except that (i) a large number of photoelectric conversion elements 110 are arranged in a pixel shift manner and (ii) each vertical charge transfer element 120 has a meandering shape. It has the same configuration as the illustrated solid-state imaging device 100A. FIG. 11 shows all the constituents that are functionally common to the constituents shown in FIG. The constituent elements that are functionally common to the constituent elements shown in FIG. 11 are designated by the same reference numerals as those used in FIG. 11, and the description thereof will be omitted.
【0107】多数個の光電変換素子110を画素ずらし
配置した場合には、垂直電荷転送素子120の各々を図
11に示すような蛇行形状にすることによって、光電変
換素子110の集積度を高めやすくなる。垂直電荷転送
チャネル123の各々は、対応する光電変換素子列に沿
って蛇行し、第1垂直転送電極125aおよび第2垂直
転送電極125bの各々は、対応する光電変換素子行に
沿って蛇行する。When a large number of photoelectric conversion elements 110 are arranged so as to be pixel-shifted, it is easy to increase the integration degree of the photoelectric conversion elements 110 by forming each of the vertical charge transfer elements 120 in a meandering shape as shown in FIG. Become. Each of the vertical charge transfer channels 123 meanders along the corresponding photoelectric conversion element row, and each of the first vertical transfer electrodes 125a and the second vertical transfer electrodes 125b meanders along the corresponding photoelectric conversion element row.
【0108】多数個の光電変換素子110を画素ずらし
配置した場合でも、半導体基板101の上方には、図1
0に示した第2の電気的絶縁層160、光遮蔽膜16
5、層間絶縁膜170、パッシベーション膜175、第
1の平坦化膜180、色フィルタアレイ185、および
第2の平坦化膜190が順次形成され、その上に、前述
した第1または第2の実施例による方法に従ってマイク
ロレンズアレイが配置される。Even when a large number of photoelectric conversion elements 110 are arranged with the pixels shifted, the photoelectric conversion elements 110 are arranged above the semiconductor substrate 101 as shown in FIG.
The second electrically insulating layer 160 and the light shielding film 16 shown in FIG.
5, the interlayer insulating film 170, the passivation film 175, the first flattening film 180, the color filter array 185, and the second flattening film 190 are sequentially formed, and the first or second embodiment described above is formed thereon. The microlens array is arranged according to the method according to the example.
【0109】固体撮像素子200を構成するマイクロレ
ンズアレイを前述した第1の実施例による方法に従って
製造した場合、1列おきに選択された各光電変換素子列
中の全ての光電変換素子110に第1マイクロレンズ5
(図1(D1)参照)が対応し、他の1列おきに選択さ
れた各光電変換素子列中の全ての光電変換素子110に
第2マイクロレンズ10(図1(D1)参照)が対応す
る。When the microlens array constituting the solid-state image pickup device 200 is manufactured according to the method according to the first embodiment described above, all the photoelectric conversion elements 110 in each photoelectric conversion element row selected every other row are first arranged. 1 micro lens 5
(See FIG. 1 (D1)) corresponds to, and the second microlenses 10 (see FIG. 1 (D1)) correspond to all photoelectric conversion elements 110 in each photoelectric conversion element row selected every other row. To do.
【0110】ただし、光電変換素子列に平面視上斜行す
る方向での第1マイクロレンズ5および第2マイクロレ
ンズ10の分布を見ると、これら第1マイクロレンズ5
および第2マイクロレンズ10は、それぞれ、市松状に
分布する。However, looking at the distribution of the first microlenses 5 and the second microlenses 10 in the direction oblique to the photoelectric conversion element array in plan view, these first microlenses 5 are shown.
The second microlenses 10 are distributed in a checkered pattern.
【0111】多数個の光電変換素子を正方行列状に配置
する場合および画素ずらし配置する場合のいずれにおい
ても、垂直電荷転送素子や水平電荷転送素子を何相の駆
動信号で駆動するかは、1行の光電変換素子行に対応す
る垂直転送電極の数、または1つの垂直電荷転送素子に
対応する水平転送電極の数、あるいは、垂直電荷転送素
子または水平電荷転送素子の駆動方法等に応じて、適宜
選定可能である。水平電荷転送素子は、1つの垂直電荷
転送素子あたり2本以上の水平転送電極を配置すること
によって構成可能である。Whether the vertical charge transfer element or the horizontal charge transfer element is driven by which phase of the drive signal is determined whether the plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a square matrix or the pixels are arranged in a staggered manner. Depending on the number of vertical transfer electrodes corresponding to the photoelectric conversion element row of the row, or the number of horizontal transfer electrodes corresponding to one vertical charge transfer element, or the driving method of the vertical charge transfer element or the horizontal charge transfer element, It can be selected as appropriate. The horizontal charge transfer element can be configured by disposing two or more horizontal transfer electrodes for each vertical charge transfer element.
【0112】図1〜図5を用いて説明したマイクロレン
ズアレイ20や、図6〜図7を用いて説明したマイクロ
レンズアレイ25は、MOS型の固体撮像素子に適用す
ることもできる。The microlens array 20 described with reference to FIGS. 1 to 5 and the microlens array 25 described with reference to FIGS. 6 to 7 can also be applied to a MOS type solid-state image pickup device.
【0113】図13(A)は、エリア・イメージセンサ
として利用されるMOS型の固体撮像素子での光電変換
素子および出力信号生成部の配置を概略的に示す。図示
の固体撮像素子300では、半導体基板201の一表面
に複数行、複数列に亘って多数個の光電変換素子210
が正方行列状に配置される。1個の光電変換素子210
に1つずつ、図示を省略したスイッチング回路が接続さ
れる。FIG. 13A schematically shows the arrangement of a photoelectric conversion element and an output signal generator in a MOS type solid-state image sensor used as an area image sensor. In the illustrated solid-state imaging device 300, a large number of photoelectric conversion elements 210 are arranged on one surface of the semiconductor substrate 201 in a plurality of rows and a plurality of columns.
Are arranged in a square matrix. One photoelectric conversion element 210
Switching circuits (not shown) are connected to each one.
【0114】1つの光電変換素子列に1本ずつ、この光
電変換素子列に沿って出力信号線230が配置され、こ
れらの出力信号線230に1つずつ、負荷トランジスタ
240が接続される。各出力信号線230は、信号生成
部250に接続される。One output signal line 230 is arranged in each photoelectric conversion element array along the photoelectric conversion element array, and a load transistor 240 is connected to each of these output signal lines 230. Each output signal line 230 is connected to the signal generator 250.
【0115】光電変換素子210に光が入射すると、こ
の光電変換素子210に電荷が蓄積される。図示を省略
したスイッチング回路の動作を適宜制御することによ
り、光電変換素子210に蓄積された電荷に応じた大き
さの電気信号を、対応する出力信号線230に発生させ
ることができる。この電気信号は信号生成部250によ
って検出されると共に、所定の出力信号(画素信号)に
変換されて出力される。この出力が、固体撮像素子30
0の出力となる。When light enters the photoelectric conversion element 210, charges are accumulated in the photoelectric conversion element 210. By appropriately controlling the operation of a switching circuit (not shown), an electric signal having a magnitude corresponding to the charges accumulated in the photoelectric conversion element 210 can be generated on the corresponding output signal line 230. This electric signal is detected by the signal generation unit 250, converted into a predetermined output signal (pixel signal), and output. This output is the solid-state image sensor 30.
The output is 0.
【0116】個々の光電変換素子210に接続されたス
イッチング回路の動作を光電変換素子行単位で制御する
ために、行読出し走査部260と行リセット走査部26
5とが半導体基板201に配置される。In order to control the operation of the switching circuits connected to the individual photoelectric conversion elements 210 in units of photoelectric conversion element rows, the row read scanning section 260 and the row reset scanning section 26.
And 5 are arranged on the semiconductor substrate 201.
【0117】行読出し走査部260は、各スイッチング
回路の動作を制御して、光電変換素子210とこれに対
応する出力信号線230との電気的な接続を制御する。
行リセット走査部265は、各スイッチング回路の動作
を制御して、光電変換素子210に蓄積された電荷の掃
き出し動作を制御する。The row read scanning unit 260 controls the operation of each switching circuit to control the electrical connection between the photoelectric conversion element 210 and the corresponding output signal line 230.
The row reset scanning unit 265 controls the operation of each switching circuit to control the sweeping operation of the charges accumulated in the photoelectric conversion element 210.
【0118】これらの制御に必要な信号を伝達するため
に、行選択信号線224およびリセット信号線227
が、それぞれ、1行の光電変換素子行に1本ずつ対応し
て配置される。また、1行の光電変換素子行もしくは1
列の光電変換素子列に1本ずつ対応して、電源電圧供給
線225が配置される。各スイッチング回路は、これら
の信号線および供給線にも電気的に接続可能である。In order to transmit the signals necessary for these controls, row selection signal line 224 and reset signal line 227.
However, each one is arranged corresponding to one photoelectric conversion element row. Also, one photoelectric conversion element row or one
A power supply voltage supply line 225 is arranged corresponding to each of the photoelectric conversion element columns of the column. Each switching circuit can also be electrically connected to these signal lines and supply lines.
【0119】制御部270が半導体基板201上に配置
されて、信号生成部250、行読出し走査部260、お
よび行リセット走査部265の動作を制御する。図13
(B)は、スイッチング回路の一例を示す。同図に示す
スイッチング回路220は、出力用トランジスタ22
1、行選択用トランジスタ222、およびリセット用ト
ランジスタ223を含む。これらのトランジスタは、例
えばMOS型トランジスタである。The control unit 270 is disposed on the semiconductor substrate 201 and controls the operations of the signal generation unit 250, the row read scanning unit 260, and the row reset scanning unit 265. FIG.
(B) shows an example of a switching circuit. The switching circuit 220 shown in FIG.
1, a row selection transistor 222, and a reset transistor 223. These transistors are, for example, MOS type transistors.
【0120】出力用トランジスタ221と行選択用トラ
ンジスタ222とが直列に接続され、出力用トランジス
タ222のゲートに光電変換素子210が、行選択用ト
ランジスタ222のゲートに行選択信号線224が接続
される。出力用トランジスタの残りの一端が電源電圧供
給線225に接続され、行選択用トランジスタ222の
残りの一端が出力信号線230に接続される。The output transistor 221 and the row selection transistor 222 are connected in series, the photoelectric conversion element 210 is connected to the gate of the output transistor 222, and the row selection signal line 224 is connected to the gate of the row selection transistor 222. . The remaining one end of the output transistor is connected to the power supply voltage supply line 225, and the remaining one end of the row selection transistor 222 is connected to the output signal line 230.
【0121】リセット用トランジスタ223は、出力用
トランジスタ222と光電変換素子210とを接続する
配線226に接続されると共に、電源電圧供給線225
にも接続され、そのゲートにはリセット信号線227が
接続される。The reset transistor 223 is connected to the wiring 226 connecting the output transistor 222 and the photoelectric conversion element 210, and at the same time, the power supply voltage supply line 225.
The reset signal line 227 is connected to its gate.
【0122】各スイッチング回路220、各出力信号線
230、各負荷トランジスタ240、信号生成部25
0、行読出し走査部260、および行リセット走査部2
65は、出力信号生成部を構成する。Each switching circuit 220, each output signal line 230, each load transistor 240, the signal generator 25.
0, row read scanning section 260, and row reset scanning section 2
65 constitutes an output signal generation unit.
【0123】行読出し走査部260から行選択信号線2
24に読出し信号が供給されると、この行選択信号線2
24に接続されている行選択用トランジスタ222がオ
ンになる。出力用トランジスタ221と、これに対応す
る出力信号線230とが電気的に接続される。From the row read scanning unit 260 to the row selection signal line 2
When a read signal is supplied to 24, the row select signal line 2
The row selection transistor 222 connected to 24 is turned on. The output transistor 221 and the output signal line 230 corresponding thereto are electrically connected.
【0124】出力用トランジスタ221のゲートに印加
される電圧の値は、この出力用トランジスタ221に接
続されている光電変換素子110に蓄積された電荷に応
じて変化する。したがって、出力用トランジスタ221
に流れるドレイン電流の大きさも、光電変換素子210
に蓄積された電荷に応じて変化する。結果的に、行選択
用トランジスタ222がオンになると、光電変換素子2
10に蓄積された電荷に応じた電気信号が出力用信号線
230に発生する。The value of the voltage applied to the gate of the output transistor 221 changes according to the charge accumulated in the photoelectric conversion element 110 connected to the output transistor 221. Therefore, the output transistor 221
The magnitude of the drain current flowing in the photoelectric conversion element 210
It changes according to the electric charge accumulated in. As a result, when the row selection transistor 222 is turned on, the photoelectric conversion element 2
An electric signal corresponding to the charges accumulated in 10 is generated on the output signal line 230.
【0125】行リセット走査部265からリセット信号
線227にリセット信号が供給されると、このリセット
信号線227に接続されているリセット用トランジスタ
223がオンになる。このリセット用トランジスタ22
3に対応する光電変換素子210が電源電圧供給線22
5に接続され、光電変換素子210に蓄積されていた電
荷が電源電圧供給線225に排出される。When the reset signal is supplied from the row reset scanning section 265 to the reset signal line 227, the reset transistor 223 connected to this reset signal line 227 is turned on. This reset transistor 22
3 corresponds to the photoelectric conversion element 210 of the power supply voltage supply line 22.
5, the electric charge accumulated in the photoelectric conversion element 210 is discharged to the power supply voltage supply line 225.
【0126】MOS型の固体撮像素子300において
も、半導体基板201の上方には、図10に示した第2
の電気的絶縁層160、光遮蔽膜165、層間絶縁膜1
70、パッシベーション膜175、第1の平坦化膜18
0、色フィルタアレイ185、および第2の平坦化膜1
90が順次形成され、その上に、前述した第1または第
2の実施例による方法に従ってマイクロレンズアレイが
配置される。Also in the MOS type solid state image pickup device 300, the second substrate shown in FIG. 10 is provided above the semiconductor substrate 201.
Electrical insulating layer 160, light shielding film 165, interlayer insulating film 1
70, passivation film 175, first planarization film 18
0, the color filter array 185, and the second planarization film 1
90 are sequentially formed, and the microlens array is arranged thereon according to the method according to the first or second embodiment described above.
【0127】ただし、CCD型およびMOS型のいずれ
の固体撮像素子においても、色フィルタアレイは、前述
のように省略することが可能である。色フィルタアレイ
を省略した場合には、第2の平坦化膜も一緒に省略し
て、第1の平坦化膜上にマイクロレンズアレイを配置す
ることが可能である。However, the color filter array can be omitted in both the CCD type and the MOS type solid-state image pickup devices as described above. When the color filter array is omitted, it is possible to omit the second planarizing film together and arrange the microlens array on the first planarizing film.
【0128】上面が平坦な層間絶縁膜を形成することに
より、第1の平坦化膜を省略することも可能である。こ
のような層間絶縁膜は、例えば、シリコン酸化物(スピ
ンオンガラスを含む。)、ボロホスホシリケートガラス
(BPSG)、ホスホシリケートガラス(PSG)、ボ
ロシリケートガラス(BSG)等からなる比較的厚肉の
層をリフローすることによって、あるいは、前記の層に
エッチバックあるいはケミカルメカニカルドリリング等
を施すことによって、形成可能である。The first planarizing film can be omitted by forming the interlayer insulating film having a flat upper surface. Such an interlayer insulating film is made of, for example, silicon oxide (including spin-on glass), borophosphosilicate glass (BPSG), phosphosilicate glass (PSG), borosilicate glass (BSG), etc. and has a relatively thick wall. It can be formed by reflowing the layer or by subjecting the layer to etch back or chemical mechanical drilling.
【0129】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能であることは、当業者に自明であろう。It will be apparent to those skilled in the art that various other modifications, improvements, combinations and the like are possible.
【0130】[0130]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光電変換素子への集光効率を向上させやすい固体撮像素
子が提供される。感度の高い固体撮像素子を提供するこ
とが容易になる。As described above, according to the present invention,
Provided is a solid-state imaging device that easily improves the efficiency of collecting light on a photoelectric conversion element. It becomes easy to provide a solid-state image sensor with high sensitivity.
【図1】第1の実施例によるマイクロレンズアレイの製
造方法を示す工程図である。FIG. 1 is a process drawing showing a method of manufacturing a microlens array according to a first embodiment.
【図2】第1の実施例によるマイクロレンズアレイの製
造方法によって第2マイクロレンズが球面レンズ形状、
または、ほぼ球面レンズと見なすことができる表面形状
のマイクロレンズになる原理を説明するための斜視図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing a method of manufacturing a microlens array according to the first embodiment, in which the second microlenses have a spherical lens shape;
Alternatively, it is a perspective view for explaining the principle of a microlens having a surface shape that can be regarded as a substantially spherical lens.
【図3】第1の実施例による方法に従って製造されたマ
イクロレンズアレイを斜視したときの形状を示す走査型
電子顕微鏡写真である。FIG. 3 is a scanning electron micrograph showing a shape of a microlens array manufactured by the method according to the first embodiment when viewed in perspective.
【図4】図3に示したマイクロレンズアレイを図3とは
異なる方向から斜視したときの形状を示す走査型電子顕
微鏡写真である。FIG. 4 is a scanning electron micrograph showing the shape of the microlens array shown in FIG. 3 when viewed from a direction different from that in FIG.
【図5】図3に示したマイクロレンズアレイの平面形状
を示す走査型電子顕微鏡写真である。5 is a scanning electron micrograph showing a planar shape of the microlens array shown in FIG.
【図6】第2の実施例によるマイクロレンズアレイの製
造方法での一工程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a step in the method of manufacturing a microlens array according to the second embodiment.
【図7】第2の実施例によるマイクロレンズアレイの製
造方法によって製造されたマイクロレンズアレイを概略
的に示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a microlens array manufactured by the method of manufacturing a microlens array according to the second embodiment.
【図8】実施例による固体撮像素子での光電変換素子、
第1電荷転送素子(垂直電荷転送素子)、第2電荷転送
素子(水平電荷転送素子)、および電荷検出回路の平面
配置を示す概略図である。FIG. 8 is a photoelectric conversion element in a solid-state image sensor according to an embodiment,
FIG. 3 is a schematic diagram showing a planar arrangement of a first charge transfer element (vertical charge transfer element), a second charge transfer element (horizontal charge transfer element), and a charge detection circuit.
【図9】実施例による固体撮像素子を概略的に示す平面
図である。FIG. 9 is a plan view schematically showing a solid-state image sensor according to an example.
【図10】図10に示したX−X線に沿った固体撮像素
子の断面を示す概略図である。10 is a schematic view showing a cross section of the solid-state imaging device taken along line XX shown in FIG.
【図11】多数個の光電変換素子が正方行列状に配置さ
れ、各垂直電荷転送素子が1行の光電変換素子行あたり
2本の垂直転送電極を備えた固体撮像素子を示す概略図
である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a solid-state imaging device in which a large number of photoelectric conversion elements are arranged in a square matrix, and each vertical charge transfer element includes two vertical transfer electrodes per photoelectric conversion element row. .
【図12】多数個の光電変換素子が画素ずらし配置され
た固体撮像素子の一例を概略的に示す平面図である。FIG. 12 is a plan view schematically showing an example of a solid-state image sensor in which a large number of photoelectric conversion elements are arranged in a pixel shift manner.
【図13】図13(A)は、エリア・イメージセンサと
して利用されるMOS型固体撮像素子での光電変換素子
および出力信号生成部の配置を示す概略図であり、図1
3(B)は、図13(A)に示した光電変換素子に接続
されるスイッチング回路の一例を示す回路図である。13A is a schematic diagram showing the arrangement of a photoelectric conversion element and an output signal generator in a MOS solid-state image sensor used as an area image sensor, and FIG.
3B is a circuit diagram illustrating an example of a switching circuit connected to the photoelectric conversion element illustrated in FIG.
5A…第1マイクロレンズ用パターン、 5…第1マイ
クロレンズ、 10A…第2マイクロレンズ用パター
ン、 10…第2マイクロレンズ、 20、25…マイ
クロレンズアレイ、 25A…マイクロレンズ材料層、
100、100A、200、300…固体撮像素子、
101、201…半導体基板、 110、210…光
電変換素子、 120…第1電荷転送素子(垂直電荷転
送素子)、123…垂直電荷転送チャネル、 125…
垂直転送電極、125a…第1垂直転送電極、 125
b…第2垂直転送電極、 130…読出しゲート、 1
40…第2電荷転送素子(水平電荷転送素子)、 15
0…電荷検出回路、 160…第2の電気的絶縁層、
165…光遮蔽膜、 170…層間絶縁膜、 175…
パッシベーション膜、 180…第1の平坦化膜、 1
85…色フィルタアレイ、 190…第2の平坦化膜。5A ... 1st microlens pattern, 5 ... 1st microlens, 10A ... 2nd microlens pattern, 10 ... 2nd microlens, 20, 25 ... Microlens array, 25A ... Microlens material layer,
100, 100A, 200, 300 ... Solid-state image sensor,
101, 201 ... Semiconductor substrate, 110, 210 ... Photoelectric conversion element, 120 ... First charge transfer element (vertical charge transfer element), 123 ... Vertical charge transfer channel, 125 ...
Vertical transfer electrode, 125a ... First vertical transfer electrode, 125
b ... 2nd vertical transfer electrode, 130 ... read-out gate, 1
40 ... Second charge transfer element (horizontal charge transfer element), 15
0 ... Charge detection circuit, 160 ... Second electrical insulating layer,
165 ... Light shielding film, 170 ... Interlayer insulating film, 175 ...
Passivation film, 180 ... First planarization film, 1
85 ... Color filter array, 190 ... Second flattening film.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 AB01 BA13 BA14 CA02 CA32 FA06 FA07 GC07 GD02 GD04 GD07 5C024 AX01 CY33 CY47 EX43 GY01 GY31 5F088 AA02 AB03 BA18 BB03 CB18 EA04 EA08 HA05 JA12 JA13 KA03 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 4M118 AB01 BA13 BA14 CA02 CA32 FA06 FA07 GC07 GD02 GD04 GD07 5C024 AX01 CY33 CY47 EX43 GY01 GY31 5F088 AA02 AB03 BA18 BB03 CB18 EA04 EA08 HA05 JA12 JA13 KA03
Claims (11)
状に配置された多数個の光電変換素子と、 前記光電変換素子の各々に蓄積された電荷に基づいて出
力信号を生成することができる出力信号生成部と、 前記光電変換素子の1個に1個ずつ対応して前記多数個
の光電変換素子の上方に行列状に配置され、行方向から
斜行する方向に隣り合うもの同士の間に空隙を形成しつ
つ、行方向に隣り合うもの同士で平面視上線接触すると
共に列方向に隣り合うもの同士で平面視上線接触し、前
記線接触する箇所中央部での厚さが前記空隙に面した箇
所での厚さよりも厚い多数個のマイクロレンズを有する
マイクロレンズアレイとを有する固体撮像素子。1. A semiconductor substrate, a large number of photoelectric conversion elements arranged in a matrix in a plurality of rows and a plurality of columns on one surface of the semiconductor substrate, and a charge accumulated in each of the photoelectric conversion elements. An output signal generation unit capable of generating an output signal based on the photoelectric conversion elements; and a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a matrix above the plurality of photoelectric conversion elements, one corresponding to each photoelectric conversion element. While forming a gap between the adjacent ones in the row direction, the adjacent ones in the row direction are in line contact with each other in the plan view, and the adjacent ones in the column direction are in line contact with each other in the plan view, and the line contact is made. A microlens array having a large number of microlenses, the thickness of which is greater in the central portion than in the portion facing the void.
系フォトレジストによって形成される請求項1に記載の
固体撮像素子。2. The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the microlens array is formed of an acrylic photoresist.
配置されている請求項1または請求項2に記載の固体撮
像素子。3. The solid-state image sensor according to claim 1, wherein the plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a pixel shift manner.
〜請求項3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。4. A CCD type solid-state image pickup device.
~ The solid-state image sensor according to claim 3.
〜請求項3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。5. A MOS type solid-state image pickup device.
~ The solid-state image sensor according to claim 3.
複数行、複数列に亘って行列状に配置されると共に、該
多数個の光電変換素子の各々に蓄積された電荷に基づい
て出力信号を生成することができる出力信号生成部が形
成され、さらに、前記出力信号生成部を覆う光遮蔽膜
と、該光遮蔽膜を平面視上覆って前記多数個の光電変換
素子の上方にマイクロレンズアレイが形成される平坦面
を提供する平坦化膜とが少なくとも設けられた半導体基
板を準備する工程と、(B)前記多数個の光電変換素子
の中から市松状に選択した各光電変換素子に1個ずつ対
応し、各々の平面形状が円形または近似円である複数個
の第1マイクロレンズを、前記平坦化膜上に互いに離隔
させて形成する工程と、(C)前記工程(B)で選択し
なかった各光電変換素子に1個ずつ対応し、各々が近傍
の各第1マイクロレンズと部分的に重なる複数個のマイ
クロレンズ用パターンを前記平坦化膜上に形成する工程
と、(D)前記マイクロレンズ用パターンの各々をリフ
ローさせた後に冷却して複数の第2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。6. (A) A large number of photoelectric conversion elements are arranged in a matrix over a plurality of rows and a plurality of columns on one surface, and based on the charges accumulated in each of the plurality of photoelectric conversion elements. An output signal generation unit capable of generating an output signal is formed, and further, a light shielding film covering the output signal generation unit and an upper part of the plurality of photoelectric conversion elements by covering the light shielding film in plan view. A step of preparing a semiconductor substrate provided with at least a flattening film for providing a flat surface on which a microlens array is formed, and (B) each photoelectric conversion element selected from the plurality of photoelectric conversion elements in a checkered pattern. A step of forming a plurality of first microlenses corresponding to the conversion elements one by one and each having a planar shape of a circle or an approximate circle on the flattening film so as to be separated from each other; and (C) the step (C). Each photoelectric conversion element not selected in B) Forming a plurality of microlens patterns on the flattening film, each of which corresponds to one child, and partially overlaps each neighboring first microlens; and (D) forming the microlens pattern. And a step of forming a plurality of second microlenses by reflowing each of them and then cooling the solid-state image pickup element.
視上の大きさが、該第1マイクロレンズの各々を互いに
離隔させて形成し得る最大の大きさである請求項6に記
載の固体撮像素子の製造方法。7. The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the size of each of the first microlenses in plan view is the maximum size that can be formed by separating the first microlenses from each other. Manufacturing method.
記第2マイクロレンズの各々が、同一のアクリル系フォ
トレジストによって形成される請求項6または請求項7
に記載の固体撮像素子の製造方法。8. The method according to claim 6, wherein each of the first microlenses and each of the second microlenses are formed of the same acrylic photoresist.
A method for manufacturing the solid-state imaging device according to item 1.
複数行、複数列に亘って行列状に配置されると共に、該
多数個の光電変換素子の各々に蓄積された電荷に基づい
て出力信号を生成することができる出力信号生成部が形
成され、さらに、前記出力信号生成部を覆う光遮蔽膜
と、該光遮蔽膜を平面視上覆って前記多数個の光電変換
素子の上方にマイクロレンズアレイが形成される平坦面
を提供する平坦化膜とが少なくとも設けられた半導体基
板を準備する工程と、(B)前記平坦化膜上にマイクロ
レンズ材料層を形成する工程と、(C)前記多数個の光
電変換素子の中から市松状に選択した各光電変換素子に
1個ずつ対応し、各々の平面形状が円形または近似円で
ある複数個の第1マイクロレンズを、前記マイクロレン
ズ材料層上に互いに離隔させて形成する工程と、(D)
前記工程(C)で選択しなかった各光電変換素子に1個
ずつ対応し、各々が近傍の各第1マイクロレンズと部分
的に重なる複数個のマイクロレンズ用パターンを前記マ
イクロレンズ材料層上に形成する工程と、(E)前記マ
イクロレンズ用パターンの各々をリフローさせた後に冷
却して複数の第2マイクロレンズを形成する工程と、
(F)前記第1マイクロレンズの各々、前記第2マイク
ロレンズの各々、および前記マイクロレンズ材料層をエ
ッチングすることによって、前記第1マイクロレンズお
よび前記第2マイクロレンズそれぞれの立体形状を前記
マイクロレンズ材料層に転写する工程とを含む固体撮像
素子の製造方法。9. (A) A large number of photoelectric conversion elements are arranged on one surface in a matrix form over a plurality of rows and a plurality of columns, and based on charges accumulated in each of the plurality of photoelectric conversion elements. An output signal generation unit capable of generating an output signal is formed, and further, a light shielding film covering the output signal generation unit and an upper part of the plurality of photoelectric conversion elements by covering the light shielding film in plan view. And (B) forming a microlens material layer on the flattening film, and (B) forming a microlens material layer on the flattening film. C) A plurality of first microlenses each corresponding to one photoelectric conversion element selected in a checkered pattern from the plurality of photoelectric conversion elements, each having a planar shape of a circle or an approximate circle, Separated from each other on the lens material layer A step of forming them separately, and (D)
On the microlens material layer, a plurality of microlens patterns are provided on the microlens material layer, which correspond to the photoelectric conversion elements not selected in the step (C) one by one and partially overlap with the neighboring first microlenses. And (E) reflowing each of the microlens patterns and then cooling to form a plurality of second microlenses,
(F) By etching the first microlenses, the second microlenses, and the microlens material layer, the three-dimensional shape of each of the first microlenses and the second microlenses is changed to the microlenses. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising the step of transferring to a material layer.
列状に配置された多数個のマイクロレンズによって構成
されるマイクロレンズアレイの製造方法であって、
(A)前記一平面上に、各々の平面形状が円形または近
似円である複数個の第1マイクロレンズを互いに離隔さ
せて市松状に形成する工程と、(B)各々が、行方向に
隣り合う第1マイクロレンズ間に露出する前記一平面、
または列方向に隣り合う第1マイクロレンズ間に露出す
る前記一平面を覆うと共に、近傍の各第1マイクロレン
ズと部分的に重なる複数個のマイクロレンズ用パターン
を形成する工程と、(C)前記マイクロレンズ用パター
ンの各々をリフローさせた後に冷却して複数個の第2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ア
レイの製造方法。10. A method of manufacturing a microlens array comprising a plurality of microlenses arranged in a matrix in a plurality of rows and a plurality of columns on one plane, comprising:
(A) a step of forming a plurality of first microlenses each having a circular or approximate circle shape in a checkered pattern on one plane in a checkered pattern, and (B) each adjoining in the row direction The one plane exposed between the matching first microlenses,
Or a step of forming a plurality of microlens patterns that cover the one plane exposed between the first microlenses adjacent to each other in the column direction and partially overlap with the respective first microlenses in the vicinity; Reflowing each of the microlens patterns and then cooling the microlens patterns to form a plurality of second microlenses.
列状に配置された多数個のマイクロレンズによって構成
されるマイクロレンズアレイの製造方法であって、
(A)平坦な上面を有するマイクロレンズ材料層を形成
する工程と、(B)前記マイクロレンズ材料層上に、各
々の平面形状が円形または近似円である複数個の第1マ
イクロレンズを互いに離隔させて市松状に形成する工程
と、(C)各々が、行方向に隣り合う第1マイクロレン
ズ間に露出する前記マイクロレンズ材料層の上面、また
は列方向に隣り合う第1マイクロレンズ間に露出するマ
イクロレンズ材料層の上面を覆うと共に、近傍の各第1
マイクロレンズと部分的に重なる複数個のマイクロレン
ズ用パターンを形成する工程と、(D)前記マイクロレ
ンズ用パターンの各々をリフローさせた後に冷却して複
数個の第2マイクロレンズを形成する工程と、(E)前
記第1マイクロレンズの各々、前記第2マイクロレンズ
の各々、および前記マイクロレンズ材料層をエッチング
することによって、前記第1マイクロレンズおよび前記
第2マイクロレンズそれぞれの立体形状を前記マイクロ
レンズ材料層に転写する工程とを含むマイクロレンズア
レイの製造方法。11. A method of manufacturing a microlens array comprising a plurality of microlenses arranged in a matrix in a plurality of rows and a plurality of columns on one plane, the method comprising:
(A) forming a microlens material layer having a flat upper surface, and (B) separating a plurality of first microlenses each having a planar shape of a circle or an approximate circle on the microlens material layer. And (C) exposing on the upper surface of the microlens material layer exposed between the first microlenses adjacent in the row direction or between the first microlenses adjacent in the column direction. To cover the upper surface of the microlens material layer and
Forming a plurality of microlens patterns that partially overlap the microlenses; and (D) forming a plurality of second microlenses by reflowing each of the microlens patterns and then cooling. And (E) etching each of the first microlenses, each of the second microlenses, and the microlens material layer to form a three-dimensional shape of each of the first microlenses and the second microlenses. And a step of transferring to a lens material layer.
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