JP4957564B2 - Solid-state imaging device and imaging apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像素子と撮像装置に係り、特にクロストーク発生や感度低下を防止した固体撮像素子と、この固体撮像素子を使用した撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device that prevents occurrence of crosstalk and sensitivity reduction, and an imaging device that uses the solid-state imaging device.
近年、静止画像、動画像を撮像するデジタルカメラ、ビデオカメラが様々な分野で普及してきている。これらのカメラには、CCD、CMOS等の固体撮像素子が用いられているが、半導体技術の進歩とともに、固体撮像素子の画素の微細化が一段と進み、カメラ自体の小型化も進んできている。このような固体撮像素子には、カラーフィルタと、受光部に入射する光量を増し感度を向上させるためのマイクロレンズとが各画素の受光部に対応して設けられている。図10は、このような固体撮像素子のカラーフィルタを構成する各色フィルタの配置を示す図であり、図11は図10のI−I線でのカラーフィルタとマイクロレンズを示す断面図であり、図12は図10のII−II線でのカラーフィルタとマイクロレンズを示す断面図である。図示のように、カラーフィルタ51は、平坦化層52上に形成されており、矩形の赤色フィルタ51R、緑色フィルタ51G、青色フィルタ51Bが配列されたものである。このカラーフィルタ51上に平坦化層53を介してマイクロレンズ55が配設されている。カラーフィルタ51を構成する矩形の赤色フィルタ51R、緑色フィルタ51G、青色フィルタ51Bは、隣接する辺と辺は接しているものの、角部は丸みを帯びているため、空隙部Vが存在している。このような空隙部Vには、いずれの色のフィルタも存在しないか、もしくは、部分的にしか存在しないため、この部位に入射する光線は、適切な色分離が行われず、また、空隙部Vの界面で屈折して迷光となり、その結果、クロストーク等を引き起こすという問題があった。さらに、空隙部V上の平坦化層53の表面にも凹凸を生じ、平坦化層53上に形成されるマイクロレンズの変形等を引き起こすという問題もあった。このようなマイクロレンズの変形は、固体撮像素子の有効撮像領域周辺での感度低下(シェーディング)を防止するために、カラーフィルタの配置ピッチとマイクロレンズの配置ピッチを変える(シェーディング補正)を行う場合に、更に顕著なものとなる。
In recent years, digital cameras and video cameras that capture still images and moving images have become widespread in various fields. These cameras use solid-state image sensors such as CCDs and CMOSs. However, with the advancement of semiconductor technology, the pixels of the solid-state image sensors have been further miniaturized, and the cameras themselves have been downsized. In such a solid-state imaging device, a color filter and a microlens for increasing the amount of light incident on the light receiving unit and improving the sensitivity are provided corresponding to the light receiving unit of each pixel. FIG. 10 is a diagram showing the arrangement of each color filter constituting the color filter of such a solid-state imaging device, and FIG. 11 is a cross-sectional view showing the color filter and the microlens taken along line II in FIG. 12 is a cross-sectional view showing the color filter and the microlens taken along line II-II in FIG. As shown in the figure, the
このような空隙部の発生を防止するために、例えば、ポジ型のカラーレジストの対応するマスクパターン遮光部の寸法調整と、オーバー露光を行うことにより空隙部を生じないように色フィルタを形成したり、各角部に接する各色フィルタのうち、いずれか1色のフィルタで角部を埋めることが提案されている(特許文献1)。
しかし、上述の方法では、適切なオーバー露光とするための紫外線照射エネルギーの制御が必要であり、また、色フィルタのエッジ部をテーパー形状とするために紫外線照射に照度分布をもたせる必要があり、工程管理が煩雑であるという問題があった。
また、上述の方法では、ポジ型のカラーレジストの露光に使用するマスクとして、角部に微小な遮光パターンを設けたマスクを使用することにより、いずれか1色のフィルタで角部が埋められる。しかし、市松状に存在する緑色フィルタと、他の2色のフィルタとでは、角部における露光時のコントラストの減少程度が異なる。このため、角部に微小な遮光パターンを設けたマスクを使用するだけでは、空隙部の発生を防止できない場合があり、また、逆に角部に盛り上がりが発生し、カラーフィルタ上に形成される平坦化層の表面に凹凸を生じ、マイクロレンズの変形等を引き起こすという問題もあった。
However, in the above-described method, it is necessary to control the ultraviolet irradiation energy for appropriate overexposure, and it is necessary to have an illuminance distribution in the ultraviolet irradiation in order to make the edge portion of the color filter into a tapered shape. There was a problem that process management was complicated.
In the above-described method, the corner portion is filled with a filter of any one color by using a mask having a minute light-shielding pattern at the corner portion as a mask used for exposure of the positive color resist. However, the degree of reduction in contrast at the time of exposure at the corners differs between the green filter present in a checkered pattern and the other two color filters. For this reason, the use of a mask having a minute light-shielding pattern at the corners may not prevent the generation of voids, and conversely, the corners are raised and formed on the color filter. There is also a problem that irregularities are generated on the surface of the flattening layer, causing deformation of the microlens and the like.
一方、カラーフィルタとマイクロレンズとの間に介在させる平坦化層を厚くすることによりカラーフィルタに発生している空隙部を埋めることも可能である。しかし、平坦化層を厚くすると、マイクロレンズアレイの下面から受光部までの距離を大きくなり、固体撮像素子の1画素の寸法が1〜2μmのような微細化が求められている現状では、カメラレンズからの斜めの入射光線のクロストーク発生(例えば、カラーフィルタの赤色フィルタに入射した光線が青色フィルタや緑色フィルタに対応した受光部に入り込む)や、感度低下(本来、受光部に入射すべき光線が金属電極等でけられ入射光量が低下する)が問題となってくる。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、クロストーク発生や感度低下を防止した固体撮像素子とこれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
On the other hand, it is also possible to fill the voids generated in the color filter by increasing the thickness of the flattening layer interposed between the color filter and the microlens. However, when the flattening layer is thickened, the distance from the lower surface of the microlens array to the light receiving portion is increased, and in the present situation where miniaturization is required such that the size of one pixel of the solid-state imaging device is 1 to 2 μm, Generation of crosstalk of oblique incident light from the lens (for example, light incident on the red filter of the color filter enters the light receiving unit corresponding to the blue filter or green filter) or sensitivity reduction (originally should be incident on the light receiving unit) The problem arises that the light beam is scattered by a metal electrode or the like and the amount of incident light is reduced).
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that prevents occurrence of crosstalk and sensitivity reduction and an imaging apparatus using the same.
このような目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は、一定のピッチで2次元配置された複数の受光部と、個々の前記受光部に対応させて矩形の赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタが配列されてなるカラーフィルタと、個々の前記受光部に対応させて複数のマイクロレンズが2次元配置されてなるマイクロレンズアレイとを少なくとも備え、該マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズは、有効撮像領域の中心から周辺に向って、対応する受光部に対してずれ量が大きくなるように配置されており、かつ、マイクロレンズの平面形状は、対応する受光部に対するずれ量が大きくなるにしたがって矩形の四隅を大きく除去した形状であるとともに、前記カラーフィルタを構成する各色フィルタの角部に重畳せず、前記カラーフィルタを構成する各色フィルタは、有効撮像領域の中心から周辺に向って、対応する受光部に対してずれ量が大きくなるように配置されており、かつ、該ずれ量は対応するマイクロレンズと受光部とのずれ量以下であるような構成とした。 In order to achieve such an object, a solid-state imaging device of the present invention includes a plurality of light receiving units arranged two-dimensionally at a constant pitch, and a rectangular red filter, a green filter corresponding to each of the light receiving units, The microlens comprising at least a color filter in which blue filters are arranged and a microlens array in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged corresponding to each of the light receiving units, From the center to the periphery of the effective imaging area, the displacement is increased with respect to the corresponding light receiving unit, and the planar shape of the microlens increases the displacement with respect to the corresponding light receiving unit. Thus with a shape that largely removed rectangular corners, not overlapped on the corner portions of the color filters constituting the color filter, the color Each color filter constituting the filter is arranged so that a deviation amount increases from the center to the periphery of the effective imaging region with respect to the corresponding light receiving unit, and the deviation amount is received by the corresponding microlens and the light receiving portion. It was set as the structure which is below the deviation | shift amount from a part.
本発明の他の態様として、前記マイクロレンズアレイは、前記カラーフィルタ上に直接配設されているような構成とした。
本発明の他の態様として、前記マイクロレンズアレイは、平坦化層を介して前記カラーフィルタ上に配設されており、前記平坦化層の厚みは0.3μm以下であるような構成とした。
本発明の撮像装置は、上述の本発明の固体撮像素子を備えるような構成とした。
As another aspect of the present invention, the microlens array is arranged directly on the color filter.
As another aspect of the present invention, the microlens array is disposed on the color filter via a flattening layer, and the thickness of the flattening layer is 0.3 μm or less.
The imaging device of the present invention is configured to include the above-described solid-state imaging device of the present invention.
このような本発明の固体撮像素子は、マイクロレンズが、カラーフィルタを構成する各色フィルタの角部に重畳しないので、カラーフィルタの各色フィルタの角部に空隙部や盛り上がり部が存在していても、マイクロレンズは変形のない良好な形状である。また、マイクロレンズの平面形状が矩形の四隅を除去した形状であるため、平面形状が矩形の場合に比べて、マイクロレンズのレンズ面曲率のバラツキが小さくなり、集光効率が向上したものとなる。また、カラーフィルタとマイクロレンズアレイとの間に存在する平坦化層を薄膜化でき、あるいは、平坦化層を省略することができる。これにより、マイクロレンズアレイの下面から受光部までの厚さが小さいものとなり、クロストークが防止され、良好な感度を具備したものとなる。
本発明の撮像装置は、斜め入射に起因するケラレ等のロスが少なく、入射光量に対しての効率分布の少ない高品位のものであり、小型化、薄型化が可能である。
In such a solid-state imaging device of the present invention, since the microlens does not overlap the corners of the color filters constituting the color filter, even if there are voids or raised portions at the corners of the color filters of the color filter. The microlens has a good shape without deformation. In addition, since the planar shape of the microlens is a shape obtained by removing the four corners of the rectangle, the variation in the lens surface curvature of the microlens is smaller than that in the case where the planar shape is a rectangle, and the light collection efficiency is improved. . In addition, the planarization layer existing between the color filter and the microlens array can be thinned, or the planarization layer can be omitted. As a result, the thickness from the lower surface of the microlens array to the light receiving portion is small, crosstalk is prevented, and good sensitivity is achieved.
The image pickup apparatus of the present invention has a high quality with little loss of vignetting caused by oblique incidence and a low efficiency distribution with respect to the amount of incident light, and can be reduced in size and thickness.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[固体撮像素子]
図1は本発明の固体撮像素子の一実施形態を示す概略構成図である。図1において、固体撮像素子1は、一定の配置ピッチで設けられた複数の受光部3と電極4を備える基板2と、基板2上に絶縁層5を介して順次設けられた遮光層6、パッシベーション層7、平坦化層8、カラーフィルタ9、および、マイクロレンズアレイ10を有している。
基板2はシリコン基板であり、受光部3はpn接合が形成された公知のフォトダイオードであってよく、通常、正方格子状に配置される。電極4はフォトダイオードである受光部3で発生した信号電荷を転送するものであり、電極4の上面(マイクロレンズアレイ10側)に遮光膜を備えるものであってもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Solid-state imaging device]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a solid-state imaging device of the present invention. In FIG. 1, a solid-state imaging device 1 includes a
The
絶縁層5は、例えば、CVD法で成膜した酸化珪素等の透明膜からなり、受光部3と電極4を被覆するように形成されている。遮光層6は、個々の受光部3に対応して配置された複数の開口部を有するものであり、遮光性の金属層(例えば、Al、Al/Si/Cu合金等)で形成することができる。また、パッシベーション層7は窒化珪素、二酸化珪素等からなり、平坦化層8は樹脂材料で形成することができる。
カラーフィルタ9は、図2に示されるように、矩形の赤色フィルタ9R、緑色フィルタ9G、青色フィルタ9Bが配列されたものであり、これらの各色のフィルタは各受光部3に対応している。カラーフィルタ9を構成する緑色フィルタ9Gは、角部が接し市松状に配列された非孤立的フィルタである。また、赤色フィルタ9Rと青色フィルタ9Bは、緑色フィルタ9Gの非形成部位に配列された孤立的フィルタである。図示例では、カラーフィルタ9は、各色フィルタの角部が接する部位に空隙部Vが存在している。
The
As shown in FIG. 2, the
マイクロレンズアレイ10は、各受光部3、カラーフィルタ9の各色フィルタに対応して形成された複数のマイクロレンズ11からなっている。図3はマイクロレンズアレイ10を説明するための部分平面図であり、受光部3を二点鎖線、カラーフィルタ9の各色フィルタを鎖線、マイクロレンズ11を実線で示し、他の構成部材は省略している。図3に示されるように、マイクロレンズアレイ10を構成するマイクロレンズ11は、対応する受光部3に対してずれを設けて配置されている。そして、本発明では、マイクロレンズ11の平面形状は、矩形の四隅を除去された形状であるとともに、カラーフィルタ9を構成する各色フィルタの角部9aに重畳しないものである。受光部3に対してマイクロレンズ11の配置にずれを設けるのは、シェーディング補正を行うことを目的としたものであり、有効撮像領域の中心から周辺に向って、対応する受光部3に対してずれ量が大きくなるように配置されている。ただし、有効撮像領域の中心では、受光部3とマイクロレンズ11にずれを設けないものとする。また、有効撮像領域の中心から周辺に向っての対応する受光部3に対するマイクロレンズ11のずれ量の変化は、漸増するものであってもよく、段階的に大きくなるものであってもよく、さらに、段階的に大きくなる境界領域にずれ量が漸増するような領域をもうけてもよい。尚、図3では、矢印aで示す方向が有効撮像領域の中心である。
The
図1〜図3に示す例では、カラーフィルタ9を構成する各色フィルタは、受光部3と同じピッチで配設されているが、シェーディング補正を目的として、カラーフィルタを構成する各色フィルタも、有効撮像領域の中心から周辺に向って、対応する受光部3に対してずれ量が大きくなるように配置されたものであってもよい。図4は、このような例を示す図3に相当する部分平面図である。この例においても、マイクロレンズ11の平面形状は、矩形の四隅を除去された形状であるとともに、カラーフィルタ9を構成する各色フィルタの角部9aに重畳しないものである。そして、各画素における受光部3の中心C1に対して、カラーフィルタの中心C2とマイクロレンズ11の中心C3にはずれが設けられている。この場合、受光部3の中心C1に対するカラーフィルタの中心C2のずれ量は、受光部3の中心C1に対するマイクロレンズ11の中心C3のずれ量以下とする。尚、有効撮像領域の中心では、対応する受光部3に対するカラーフィルタ9、マイクロレンズ11のずれは設けないものとする。また、有効撮像領域の中心から周辺に向っての対応する受光部3に対するカラーフィルタ9、マイクロレンズ11のずれ量の変化は、漸増するものであってもよく、段階的に大きくなるものであってもよく、さらに、段階的に大きくなる境界領域にずれ量が漸増するような領域をもうけてもよい。
In the example shown in FIGS. 1 to 3, each color filter constituting the
マイクロレンズ11の平面形状は、上述のように、矩形の四隅を除去された形状であり、カラーフィルタ9を構成する各色フィルタの角部9aに重畳しないものであれば特に制限はない。図5は、本発明の固体撮像素子を構成するマイクロレンズの平面形状の例を示す図であり、上述の例のような八角形状(図5(A))、八角形状よりも矩形の四隅の除去が小さい形状(図5(B))、八角形状よりも矩形の四隅の除去が大きい形状(図5(C))であってもよい。また、六角形状(図5(D))、矩形の四隅に丸みをもたせて除去した形状(図5(E))、円形状(図5(F))であってもよい。また、マイクロレンズアレイ10を構成するマイクロレンズ11は、平面形状が2種以上であってもよい。例えば、対応する受光部3に対するずれ量が大きくなるにしたがって、矩形の四隅を大きく除去した平面形状としてもよい。
The planar shape of the
このように、マイクロレンズ11の平面形状を、矩形の四隅を除去された形状とすることにより、マイクロレンズ11のレンズ面曲率のバラツキが小さくなり、集光効率が向上したものとなる。すなわち、図6(A)に示されるように平面形状が矩形のマイクロレンズでは、L1での断面形状とL2での断面形状が図6(B)に示すものとなり、両者のレンズ面曲率に大きな差が存在する。一方、図6(C)に示されるように矩形の四隅を除去された平面形状のマイクロレンズでは、L1での断面形状とL2での断面形状は、図6(D)に示すものとなり、両者のレンズ面曲率の差が小さいものとなる。
ここで、マイクロレンズ11からなるマイクロレンズアレイ10の形成方法としては特に制限はないが、例えば、マイクロレンズ材料としてポジ型フォトレジストを用い、塗布、露光、現像のフォトリソグラフィー工程の後、フォトレジストをポストベークして溶融し凸レンズ状に成形する方法を挙げることができる。この成形方法で使用するマイクロレンズ用フォトマスクの一画素分を例示すると、図7のようになる。図7において、一画素21は、遮光部22と、その周囲の光透過部23からなっている。遮光部22は、矩形の四隅を除去した形状であり、図示例では正八角形状となっているが、例えば、上述の図5(B)〜図5(F)のような平面形状のマイクロレンズを形成する場合には、遮光部22を対応した形状とする。
Thus, by making the planar shape of the
Here, the method of forming the
上述のような本発明の固体撮像素子1は、マイクロレンズ11がカラーフィルタ9を構成する各色フィルタの角部9aに重畳しないので、カラーフィルタの各色フィルタの角部に空隙部や盛り上がり部が発生していても、マイクロレンズ11は変形のない良好な形状である。また、マイクロレンズ11の平面形状が、矩形の四隅を除去した形状であるため、平面形状が矩形の場合に比べて、マイクロレンズ11におけるレンズ面曲率のバラツキが小さくなり、集光効率が向上したものとなる。また、カラーフィルタ9にマイクロレンズアレイ10を直接設けることができる。これにより、マイクロレンズアレイ10の下面から受光部3までの厚さが小さいものとなり、クロストークが防止され、良好な感度を具備したものとなる。
上述の固体撮像素子の実施形態は例示であり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、平坦化層を介してマイクロレンズアレイ10をカラーフィルタ9上に配設してもよい。上述のように、カラーフィルタの各色フィルタの角部に空隙部や盛り上がり部が発生していても、マイクロレンズ11はこれらの影響を受けないので、カラーフィルタ9とマイクロレンズアレイ10との間に介在させる平坦化層の薄膜化が可能である。例えば、平坦化層の厚みは0.3μm以下とすることが好ましい。
In the solid-state imaging device 1 of the present invention as described above, since the
The above-described embodiment of the solid-state imaging device is an exemplification, and the present invention is not limited to this embodiment. For example, the
[撮像装置]
図7は、本発明の撮像装置の一実施形態を示す概略断面図である。図7において、本発明の撮像装置31は、本発明の固体撮像素子32を備えた基板33と、固体撮像素子32の外側に配した封止用部材34と、この封止用部材34を介して固体撮像素子32と所望の間隙を設けて対向するように配設された保護材35とを備えている。また、固体撮像素子32は配線36、表裏導通ビア37を介して外部端子38に接続されている。このようなセラミックパッケージ型の撮像装置31は、種々のデジタルカメラ、ビデオカメラ等に使用することができ、カメラの高感度化、小型化、薄型化が可能である。
[Imaging device]
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the imaging apparatus of the present invention. In FIG. 7, an
また、図8は、本発明の撮像装置の他の実施形態を示す概略断面図である。図8に示される本発明の撮像装置41は、携帯電話用カメラモジュールの例であり、本発明の固体撮像素子42を備えた基板43と、固体撮像素子42の外側に配した封止用部材44と、固体撮像素子42と所望の間隙を設けて対向するように配設された赤外カットフィルタ45と、赤外カットフィルタ45上に配設された鏡筒46と、この鏡筒46内に装着されたレンズユニット47を備えている。このような撮像装置41は、本発明の固体撮像素子42がシェーディング補正されていて高感度のものであるため、小型化、薄型化が可能である。
本発明の撮像装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、固体撮像素子として本発明の固体撮像素子を備えるものであればよく、従来の種々の撮像装置の構成をそのまま採用することができる。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing another embodiment of the imaging apparatus of the present invention. An
The image pickup apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and any structure that includes the solid-state image pickup element of the present invention as the solid-state image pickup element may be used. it can.
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
[実施例1]
まず、画素受光部ピッチ2.0μm、画素数2592個×1944個のフォトダイオードからなるCMOSセンサーを形成したウェハを用意した。
次に、上記のウェハ上に、以下のようにして、平坦化層、カラーフィルタ、および、マイクロレンズアレイを形成した。
(平坦化層の形成)
パッシベーション層上に、光硬化型アクリル系透明樹脂材料(富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 CT−2020L)をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って平坦化層(厚み0.3μm)を形成した。
Next, an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail.
[Example 1]
First, a wafer on which a CMOS sensor composed of photodiodes having a pixel light receiving portion pitch of 2.0 μm and a pixel number of 2592 × 1944 was prepared.
Next, a planarization layer, a color filter, and a microlens array were formed on the wafer as described below.
(Formation of planarization layer)
A photo-curing acrylic transparent resin material (CT-2020L manufactured by Fuji Microelectronics Materials Co., Ltd.) is spin-coated on the passivation layer, followed by pre-baking, ultraviolet exposure, and post-baking to obtain a planarization layer (thickness). 0.3 μm) was formed.
(カラーフィルタの形成)
ネガ型感光性の赤色材料(R用材料)、緑色材料(G用材料)、青色材料(B用材料)として以下の材料を用意した。
R用材料:富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 SR−4000L
G用材料:富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 SG−4000L
B用材料:富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 SB−4000L
G、R、Bの形成順序で、上記材料をスピン塗布し、プリベーク、1/5縮小型のi線ステッパーによる露光、現像、ポストベークを行って、RGBカラーフィルタ(厚み0.8μm)を形成した。尚、現像液として、富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 CD−2000の50%希釈液を使用した。また、カラーフィルタの配置ピッチは、画素受光部と同様に、2.0μmとした。
尚、形成したカラーフィルタを原子間力顕微鏡を用いて観察した結果、角部に空隙部(深さ0.5μm程度)が存在することが確認された。
(Formation of color filter)
The following materials were prepared as negative photosensitive red materials (R materials), green materials (G materials), and blue materials (B materials).
Material for R: SR-4000L manufactured by Fuji Microelectronic Materials Co., Ltd.
Material for G: SG-4000L manufactured by Fuji Microelectronic Materials Co., Ltd.
Material for B: SB-4000L manufactured by Fuji Microelectronic Materials Co., Ltd.
In the order of formation of G, R, and B, the above materials are spin-coated, and an RGB color filter (thickness 0.8 μm) is formed by performing pre-baking, exposure with a 1/5 reduction type i-line stepper, development, and post-baking. did. As a developing solution, a 50% diluted solution of CD-2000 manufactured by Fuji Microelectronic Materials Co., Ltd. was used. Further, the arrangement pitch of the color filters was set to 2.0 μm similarly to the pixel light receiving unit.
In addition, as a result of observing the formed color filter using an atomic force microscope, it was confirmed that a space | gap part (depth of about 0.5 micrometer) exists in a corner | angular part.
(マイクロレンズの形成)
カラーフィルタ上に、マイクロレンズ材料としてJSR(株)製 MFR401Lをスピン塗布し、プリベーク、1/5縮小型のi線ステッパーによる露光、現像、後露光、ポストベークによるメルトフローを行って、マイクロレンズを形成した。尚、現像液として、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)の1.19%液を使用した。
上記の露光において使用したフォトマスクは、図7にて遮光部22を1辺が0.704μmの正八角形状とし、正八角形遮光部のX,Y方向の配列ピッチを、画素受光部ピッチ(2.0μm)に対し99.993%の微小スケーリングを掛けて、画素受光部ピッチ(2.0μm)に対してずれ量を設けたフォトマスクとした。
このようにカラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを原子間力顕微鏡を用いて観察した結果、マイクロレンズはカラーフィルタを構成する各色フィルタの角部に重畳しておらず、変形等が見られず良好なレンズであることが確認された。
(Formation of microlenses)
On the color filter, spin coating MFR401L made by JSR Co., Ltd. as a microlens material, pre-baking, exposure with a 1/5 reduction type i-line stepper, development, post-exposure, post-baking melt flow, microlens Formed. A 1.19% solution of TMAH (tetramethylammonium hydroxide) was used as the developer.
In the photomask used in the above exposure, the
As a result of observing the microlens thus formed on the color filter using an atomic force microscope, the microlens is not superimposed on the corner of each color filter constituting the color filter, and no deformation or the like is observed. It was confirmed to be a good lens.
次に、ボンディングパッド部の窓開けを行った。すなわち、ポジレジスト(住友化学(株)製 i線用ポジレジスト PFI−27)をスピン塗布し、次いで、プリベーク後、ボンディングパッド部およびスクライブ部に対応するパターンを有するフォトマスク用いて露光、現像を行った。これにより、ボンディングパッド部およびスクライブ部に開口を有するレジストパターンが形成され、このレジストパターンをマスクとして酸素アッシングを行って、当該箇所上の平坦化層をエッチング除去した。次いで、レジスト剥離液を用いてポジレジストを除去した。
次いで、ウェハのダイシングを行い、パッケージ組立を行って、本発明の固体撮像素子を作製した。この固体撮像素子におけるマイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード(受光部)までの厚さは4.3μmであった。
Next, the bonding pad portion was opened. That is, a positive resist (i-line positive resist PFI-27 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) is spin-coated, and after pre-baking, exposure and development are performed using a photomask having a pattern corresponding to the bonding pad portion and the scribe portion. went. As a result, a resist pattern having openings in the bonding pad portion and the scribe portion was formed, and oxygen ashing was performed using this resist pattern as a mask, and the planarizing layer on the portion was removed by etching. Next, the positive resist was removed using a resist stripping solution.
Next, the wafer was diced and package assembled to produce the solid-state imaging device of the present invention. The thickness from the lower surface of the microlens array to the photodiode (light receiving portion) in this solid-state imaging device was 4.3 μm.
[実施例2]
カラーフィルタを形成した後、下記のように平坦化層を形成し、この平坦化層上にマイクロレンズを形成した他は、実施例1と同様に、固体撮像素子を作製した。
(平坦化層の形成)
カラーフィルタ上に、光硬化型アクリル系透明樹脂材料(富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 CT−2020L)をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って上平坦化層(厚み0.1μm)を形成した。
平坦化層上に形成されたマイクロレンズを実施例1と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。
また、この固体撮像素子におけるマイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード(受光部)までの厚さは、実施例1に比べて、新たに設けた平坦化層の厚み分(0.1μm)だけ厚いものであった。
[Example 2]
After forming the color filter, a solid-state imaging device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that a planarization layer was formed as described below and a microlens was formed on the planarization layer.
(Formation of planarization layer)
A photo-curing acrylic transparent resin material (CT-2020L manufactured by Fuji Microelectronics Materials Co., Ltd.) is applied onto the color filter by spin coating, followed by pre-baking, ultraviolet exposure, and post-baking to form an upper planarizing layer ( A thickness of 0.1 μm) was formed.
As a result of observing the microlens formed on the planarizing layer in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the microlens was a good lens without deformation.
In addition, the thickness from the lower surface of the microlens array to the photodiode (light receiving portion) in this solid-state imaging device is thicker than the first embodiment by the thickness of the newly provided flattening layer (0.1 μm). Met.
[比較例1]
マイクロレンズ形成時の露光において使用したフォトマスクを、図7にて遮光部22が1辺1.7μmの正方形であるフォトマスクとした他は、実施例1と同様に、固体撮像素子を作製した。
カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを確認した結果、有効撮像領域の中心から600画素目より外側では、マイクロレンズが、カラーフィルタを構成する各色フィルタの角部に重畳し、この角部に存在する空隙部の影響を受けた変形が見られた。
[Comparative Example 1]
A solid-state imaging device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the photomask used in the exposure for forming the microlens was a photomask in which the
As a result of confirming the microlens formed on the color filter, the microlens is superimposed on the corner of each color filter constituting the color filter and exists at this corner outside the 600th pixel from the center of the effective imaging region. Deformation affected by the gaps was observed.
[比較例2]
比較例1と同様にして、カラーフィルタの形成までを行った。
次に、このカラーフィルタを被覆するように、光硬化型アクリル系透明樹脂材料(富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 CT−2020L)をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って平坦化層(0.4μm)を形成した。この平坦化層の厚みは、形成した平坦化層の表面に、カラーフィルタの各色フィルタの角部の空隙部の影響を受けた変形が発生しないものとなる最小厚みとした。
次いで、平坦化層上に、比較例1と同様に、マイクロレンズを形成して、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子において、マイクロレンズを実施例1と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。しかし、マイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード(受光部)までの厚さは4.7μmであり、実施例1、2に比べ厚いものであった。
[Comparative Example 2]
The color filter was formed in the same manner as in Comparative Example 1.
Next, a photo-curing acrylic transparent resin material (CT-2020L manufactured by Fuji Microelectronics Materials Co., Ltd.) is spin-coated so as to cover this color filter, and then pre-baking, UV exposure, and post-baking are performed. And a planarization layer (0.4 μm) was formed. The thickness of the flattening layer was set to the minimum thickness that would not cause deformation on the surface of the formed flattening layer under the influence of the voids at the corners of the color filters of the color filter.
Next, a microlens was formed on the planarizing layer in the same manner as in Comparative Example 1 to produce a solid-state imaging device.
In this solid-state imaging device, the microlens was observed in the same manner as in Example 1. As a result, it was confirmed that the microlens was a good lens without deformation. However, the thickness from the lower surface of the microlens array to the photodiode (light receiving portion) was 4.7 μm, which was thicker than those in Examples 1 and 2.
小型で高信頼性の固体撮像素子、撮像装置が要求される種々の分野において適用できる。 The present invention can be applied to various fields in which a small and highly reliable solid-state imaging device and imaging device are required.
1…固体撮像素子
2…基板
3…受光部
4…電極
5…絶縁層
6…遮光層
7…パッシベーション層
8…平坦化層
9…カラーフィルタ
9G…緑色フィルタ
9R…赤色フィルタ
9B…青色フィルタ
10…マイクロレンズアレイ
11…マイクロレンズ
31,41…撮像装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-
Claims (4)
該マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズは、有効撮像領域の中心から周辺に向って、対応する受光部に対してずれ量が大きくなるように配置されており、かつ、マイクロレンズの平面形状は、対応する受光部に対するずれ量が大きくなるにしたがって矩形の四隅を大きく除去した形状であるとともに、前記カラーフィルタを構成する各色フィルタの角部に重畳せず、
前記カラーフィルタを構成する各色フィルタは、有効撮像領域の中心から周辺に向って、対応する受光部に対してずれ量が大きくなるように配置されており、かつ、該ずれ量は対応するマイクロレンズと受光部とのずれ量以下であることを特徴とする固体撮像素子。 Corresponding to a plurality of light receiving portions arranged two-dimensionally at a constant pitch, a color filter in which rectangular red filters, green filters and blue filters are arranged in correspondence with the respective light receiving portions, and the individual light receiving portions. And at least a microlens array in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged,
Microlenses constituting the microlens array, toward the periphery from the center of the effective image pickup area is disposed so as deviation amount with respect to the corresponding light receiving portion is increased, and the planar shape of the microlens, The shape is such that the four corners of the rectangle are largely removed as the amount of deviation with respect to the corresponding light receiving portion increases, and it is not superimposed on the corner of each color filter constituting the color filter ,
Each color filter constituting the color filter is arranged so that a shift amount increases with respect to a corresponding light receiving unit from the center to the periphery of the effective imaging region, and the shift amount corresponds to the corresponding microlens. A solid-state imaging device characterized in that the amount is less than or equal to a deviation between the light receiving portion and the light receiving portion .
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