JPH04243161A - Manufacture of microlens for solid image pickup element - Google Patents
Manufacture of microlens for solid image pickup elementInfo
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- JPH04243161A JPH04243161A JP3015710A JP1571091A JPH04243161A JP H04243161 A JPH04243161 A JP H04243161A JP 3015710 A JP3015710 A JP 3015710A JP 1571091 A JP1571091 A JP 1571091A JP H04243161 A JPH04243161 A JP H04243161A
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】この発明は、固体撮像素子の製造
方法に関し、特に開口率を向上させ素子の感度を向上さ
せるため受光部アレイ上部に形成するマイクロレンズの
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a solid-state image sensing device, and more particularly to a method of manufacturing a microlens formed above a light receiving array in order to improve the aperture ratio and the sensitivity of the device.
【0002】0002
【従来の技術】従来、固体撮像素子において、開口率を
向上させ素子の感度を向上させるため受光部アレイ上部
にマイクロレンズを形成している。かかるマイクロレン
ズの形成方法については、例えば特開昭59−9445
6号には図6〜図8に示すような方法が開示されている
。すなわち、図6において、101 はP型シリコンか
らなる撮像素子基板であり、この撮像素子基板101
上にはn型不純物が拡散された高濃度のn+ 型拡散領
域102 が配列され、これらP型撮像素子基板101
とn+ 型拡散領域102 との間のpn接合により
、光電変換部としてのホトダイオードが画素数に対応し
て構成されている。また、前記撮像素子基板101 表
面上の各々のn+ 型拡散領域102 間には信号検出
用のAl配線103 が形成されると共に、そのAl配
線103 を含む全面にパッシベーション膜104 が
形成され、これによって光入力をパッシベーション膜1
04 より受光する表面照射型固体撮像素子を構成して
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, in solid-state imaging devices, microlenses have been formed above the light receiving array in order to improve the aperture ratio and the sensitivity of the device. A method for forming such a microlens is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-9445.
No. 6 discloses a method as shown in FIGS. 6 to 8. That is, in FIG. 6, 101 is an image sensor substrate made of P-type silicon;
High concentration n+ type diffusion regions 102 in which n type impurities are diffused are arranged above, and these P type image sensor substrate 101
By the pn junction between the pn junction and the n+ type diffusion region 102, photodiodes as photoelectric conversion sections are configured corresponding to the number of pixels. Further, an Al wiring 103 for signal detection is formed between each n+ type diffusion region 102 on the surface of the image sensor substrate 101, and a passivation film 104 is formed on the entire surface including the Al wiring 103. Passivation film 1 for optical input
04 constitutes a front-illuminated solid-state image pickup device that receives light from the light source.
【0003】そしてこの固体撮像素子の受光面にマイク
ロ集光レンズを形成する際は、まずその受光部全面に、
図7に示すように光学的に無色で光透過率が高く且つ電
子線,X線などの放射線により化学的変化を起こす機能
を有する材料として、例えばPMMA(ポリメチルメタ
クリレート)を用いて、スピンコートなどの方法により
塗布された厚さ1〜3μm程度のPMMA薄膜105
をレンズ形成用薄膜として形成する。次に、このPMM
A薄膜105 の各受光部つまりホトダイオードに対応
して、マイクロ集光レンズを形成すべき平面形状のパタ
ーンに応じて、該PMMA薄膜105 を電子ビームあ
るいはX線などにより選択的に露光する。次いで、この
PMMA薄膜105 を現像液で現像することにより、
図8に示すように、その露光部分が除去されて各ホトダ
イオードに対応したPMMA薄膜からなるマイクロ集光
レンズ106 が形成される。[0003] When forming a micro condenser lens on the light receiving surface of this solid-state image sensor, first, the entire surface of the light receiving surface is
As shown in Figure 7, PMMA (polymethyl methacrylate), for example, is used as a material that is optically colorless, has high light transmittance, and has the function of causing chemical changes when exposed to radiation such as electron beams and X-rays, and is spin-coated. PMMA thin film 105 with a thickness of about 1 to 3 μm applied by a method such as
is formed as a thin film for forming a lens. Next, this PMM
The PMMA thin film 105 is selectively exposed to electron beams or X-rays in accordance with the planar pattern in which the micro condensing lens is to be formed, corresponding to each light-receiving portion of the A thin film 105, that is, a photodiode. Next, by developing this PMMA thin film 105 with a developer,
As shown in FIG. 8, the exposed portion is removed to form a micro condenser lens 106 made of a PMMA thin film corresponding to each photodiode.
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】上記従来例で説明した
ように、マイクロレンズを形成するためには、その材料
として光学的に無色で光透過率が高く、且つ電子線,X
線などの放射線により化学的変化を起こす材料が必要と
なり、従来例においてはPMMA等の材料を用いている
。このため露光装置としては、固体撮像素子等の半導体
デバイスの製造において通常用いているI線あるいはG
線ラインステッパーは使用できず、電子線,X線あるい
はDeep UV 露光装置が必要であった。[Problems to be Solved by the Invention] As explained in the above conventional example, in order to form a microlens, the material must be optically colorless, have high light transmittance, and be resistant to electron beams and X-rays.
A material that undergoes chemical changes due to radiation such as radiation is required, and in conventional examples, materials such as PMMA are used. For this reason, as exposure equipment, I-line or G-line, which is normally used in the manufacture of semiconductor devices such as solid-state image sensors,
A line stepper could not be used, and electron beam, X-ray, or deep UV exposure equipment was required.
【0005】しかしマイクロレンズより下部の固体撮像
素子の形成に使用した露光装置と同一の露光装置により
、マイクロレンズも形成されることが望ましい。その理
由としては、各露光装置毎に露光される像の寸法,ゆが
み等の誤差が実際には存在し、更には近年固体撮像素子
の画素サイズが10μm以下に縮小され、それと共にマ
イクロレンズ形成時のマスク合わせ誤差もきびしくなり
、この点からも高精度合わせ誤差を有するステッパーの
使用が望ましい等の点が挙げられる。However, it is desirable that the microlenses also be formed by the same exposure apparatus as that used to form the solid-state image sensor below the microlenses. The reason for this is that errors in the size and distortion of images exposed by each exposure device actually exist, and furthermore, in recent years, the pixel size of solid-state image sensors has been reduced to 10 μm or less, and with this, when forming microlenses, The mask alignment error becomes severe, and from this point of view, it is desirable to use a stepper with a high precision alignment error.
【0006】また、従来のマイクロレンズの形成方法に
おいて、レンズ材料を塗布後に、薄膜酸化膜をSpin
On Grass 法(S.O.G)等で塗布し、そ
の上に通常のレジストを塗布してレジスト膜を形成し、
その後最上部のレジストをホトリソグラフィー法により
パターニングを行い、次にレジストをマスクとして薄膜
酸化膜を除去し、その後更に残存する薄膜酸化膜をマス
クとしてレンズ材料をエッチング除去する工程、いわゆ
る多層レジストプロセスによりマイクロレンズの形成を
行う方法等も考えられるが、この工程及び構造は非常に
複雑となるという欠点がある。[0006] In the conventional microlens forming method, after coating the lens material, a thin oxide film is spin-coated.
Coat using the On Grass method (S.O.G), etc., and then apply a regular resist on top of it to form a resist film.
After that, the uppermost resist is patterned by photolithography, then the thin oxide film is removed using the resist as a mask, and then the lens material is etched away using the remaining thin oxide film as a mask, using the so-called multilayer resist process. A method of forming microlenses is also considered, but this method has the disadvantage that the process and structure are extremely complicated.
【0007】本発明は、従来のマイクロレンズの形成方
法における上記問題点を解消するためになされたもので
、固体撮像素子の形成において使用するステッパー等の
露光装置を用いて容易に形成することの可能な固体撮像
素子用マイクロレンズの形成方法を提供することを目的
とする。The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems in the conventional method of forming microlenses, and it is possible to easily form microlenses using an exposure device such as a stepper used in forming solid-state image sensors. The present invention aims to provide a possible method for forming a microlens for a solid-state image sensor.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、固体撮像素子上に下地平坦化層
を形成する工程と、前記下地平坦化層上にマイクロレン
ズ形成部以外の部分に薄膜を形成する工程と、次いで全
面に前記薄膜より厚くレンズ層を形成し更にその上に上
部平坦化層を形成する工程と、次いで前記薄膜の表面が
現れるまで前記上部平坦化層及びレンズ層をエッチバッ
クする工程と、次いで前記薄膜を除去したのちレンズ層
をレンズ形状に成形加工する工程とで固体撮像素子用マ
イクロレンズを形成するものである。[Means and Effects for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a step of forming a base flattening layer on a solid-state image sensor, and a step of forming a base flattening layer on the base flattening layer. a step of forming a thin film on the entire surface, a step of forming a lens layer thicker than the thin film on the entire surface, and further forming an upper flattening layer thereon; A microlens for a solid-state imaging device is formed by a step of etching back the lens layer, and then a step of molding the lens layer into a lens shape after removing the thin film.
【0009】上記工程を用いることにより、通常、固体
撮像素子等の半導体デバイスの製造において用いる露光
装置をそのまま用いることができ、エッチバックを利用
した簡単な工程で高精度のマイクロレンズを容易に形成
することができる。[0009] By using the above process, the exposure equipment normally used in the manufacture of semiconductor devices such as solid-state image sensors can be used as is, and high-precision microlenses can be easily formed with a simple process using etchback. can do.
【0010】0010
【実施例】次に実施例について説明する。図1〜図5は
、本発明に係る固体撮像素子用マイクロレンズの製造方
法の実施例を説明するための製造工程図である。なおマ
イクロレンズの下部の固体撮像素子の構成は、従来と同
様なので図示説明を省略し、その上部に形成される下地
平坦化層から図示説明することとする。図1において、
1は下地平坦化層であり、例えばPMMA等を、固体撮
像素子を形成したウェハー上に数回に分けてスピンコー
トを行い、次いで熱軟化点以上の温度で熱処理を行って
、表面を平坦化するように形成する。この下地平坦化層
1の厚さは、レンズ光学設計の結果最適値となるように
、コーティング処理時に調整する。[Example] Next, an example will be explained. 1 to 5 are manufacturing process diagrams for explaining an embodiment of a method for manufacturing a microlens for a solid-state image sensor according to the present invention. Note that the configuration of the solid-state imaging device below the microlens is the same as the conventional one, so illustration and explanation will be omitted, and illustration and explanation will be given starting from the base flattening layer formed above. In Figure 1,
1 is a base flattening layer, for example, PMMA or the like is spin-coated several times on the wafer on which the solid-state imaging device is formed, and then heat treatment is performed at a temperature higher than the thermal softening point to flatten the surface. Form it so that it does. The thickness of the base flattening layer 1 is adjusted during the coating process so that it becomes the optimum value as a result of lens optical design.
【0011】次いで、S.O.G等からなる薄膜2を下
地平坦化層1の全面に形成したのち、レジストを薄膜2
上の表面に塗布し、固体撮像素子形成に使用した露光装
置を用いて、所望のレジストパターン3を形成し、この
レジストパターン3をマスクとして、リアクティブイオ
ンエッチング法等を用いて、薄膜2のみをエッチングす
る条件、すなわち下地平坦化層1及びレジストパターン
3はエッチングしない条件で、異方的に薄膜2の除去の
みを行う。この工程が終了すると、図1に示す断面構造
となる。なお薄膜2の厚さは、後述のレンズ層の最終的
な厚さにほぼ等しくなる厚さとする。Next, S. O. After forming a thin film 2 made of G or the like on the entire surface of the underlying flattening layer 1, a resist is applied to the thin film 2.
A desired resist pattern 3 is formed using the exposure equipment used to form the solid-state image sensor, and using this resist pattern 3 as a mask, only the thin film 2 is etched using a reactive ion etching method or the like. Only the thin film 2 is anisotropically removed under the conditions that the underlying planarizing layer 1 and the resist pattern 3 are not etched. When this step is completed, the cross-sectional structure shown in FIG. 1 is obtained. Note that the thickness of the thin film 2 is set to be approximately equal to the final thickness of the lens layer, which will be described later.
【0012】次にレジストパターン3を除去して、図2
に示すように、PMMAなどのレンズ用材料を少なくと
も薄膜2の厚さよりも厚くウェハー全表面に塗布してレ
ンズ層4を形成する。その後更にその上に、上記レンズ
用材料、あるいは後にドライエッチング処理を行う際に
、レンズ用材料と同等のエッチングレートをもつ材料を
用いて上部平坦化層5を形成し、ウェハー最上部の平坦
化を行う。この工程は、以降のエッチバック工程に必要
な処理である。Next, the resist pattern 3 is removed, and as shown in FIG.
As shown in FIG. 2, a lens material such as PMMA is applied to the entire surface of the wafer to a thickness that is at least thicker than the thin film 2 to form a lens layer 4. Thereafter, an upper flattening layer 5 is formed on top of the above lens material, or a material having an etching rate equivalent to the lens material when dry etching is performed later, to flatten the uppermost part of the wafer. I do. This step is necessary for the subsequent etch-back step.
【0013】次に、上部平坦化層5及びレンズ層4を、
リアクティブイオンエッチング法等を用いてエッチバッ
クを行う。この際、先に述べたように、上部平坦化層5
とレンズ層4のエッチングレートが同じになるように、
それらの構成材料あるいはエッチング条件を調整するこ
とが必要である。このエッチング処理が終了した状態は
、図3に示すようになり、薄膜2の表面がレンズ層4で
覆われておらず、また薄膜2の厚さに等しくレンズ層4
の厚さを形成した状態となっている。Next, the upper flattening layer 5 and the lens layer 4 are
Etch back is performed using a reactive ion etching method or the like. At this time, as mentioned earlier, the upper planarization layer 5
So that the etching rate of lens layer 4 and lens layer 4 are the same,
It is necessary to adjust their constituent materials or etching conditions. When this etching process is completed, the state shown in FIG. 3 is that the surface of the thin film 2 is not covered with the lens layer 4, and the lens layer 4 is equal to the thickness of the thin film 2.
It is in a state where the thickness is formed.
【0014】次に図4に示すように、薄膜2のみを除去
する。この工程は、ウェット処理、あるいはドライエッ
チング処理等、種々の方法が考えられるが、要は下地平
坦化層1及びレンズ層4はエッチングせずに薄膜2のみ
が除去される条件を満たせばよい。Next, as shown in FIG. 4, only the thin film 2 is removed. Various methods can be considered for this step, such as wet processing or dry etching, but the point is that only the thin film 2 needs to be removed without etching the base planarizing layer 1 and the lens layer 4.
【0015】次いで、レンズ層4を構成している材料の
熱軟化点以上の温度で、所望の期間処理を行うことによ
り、図5に示すようにレンズ層4がレンズ形状に成形さ
れ、マイクロレンズ6を形成した固体撮像素子が得られ
る。Next, by performing treatment for a desired period of time at a temperature higher than the thermal softening point of the material constituting the lens layer 4, the lens layer 4 is formed into a lens shape as shown in FIG. 5, and a microlens is formed. 6 is obtained.
【0016】以上実施例について説明を行ったが、本発
明は下地平坦化層の下にカラーフィルターを有する場合
、又はレンズ上にカラーフィルターを形成する場合にも
、同様に適用可能である。Although the embodiments have been described above, the present invention is equally applicable to cases in which a color filter is provided below a base flattening layer, or to cases in which a color filter is formed on a lens.
【0017】また上記実施例においては、下地平坦化層
1及びレンズ層4の材料として、PMMA等の材料を用
いたものを示したが、これらの構成材料は固体撮像素子
の受光波長領域において透明なものであればよく、従来
例のように放射線に感度を有する特性は必要ではない。
したがって、レンズ材料の選択の幅が広がり、光に対す
る透過性,レンズ特性のよいものが選択でき、信頼性の
高い安定したレンズを簡単な工程で形成できる。また本
実施例では、薄膜2の構成材料としてS.O.Gを用い
たものを示したが、薄膜2の構成材料としてはレンズ層
4をエッチバックする時にはエッチング選択比がよく、
殆どエッチングされず、またこの薄膜2を除去する工程
では、下地平坦化層1及びレンズ層4の構成材料は除去
されない特性を有するものならば、種々の材料を用いる
ことが可能であり、S.O.Gに限定されるものではな
い。Furthermore, in the above embodiments, materials such as PMMA are used as the materials for the underlying flattening layer 1 and the lens layer 4, but these constituent materials are transparent in the light reception wavelength region of the solid-state image sensor. It is not necessary to have the characteristic of being sensitive to radiation as in the conventional example. Therefore, the range of selection of lens materials is widened, and materials with good light transmittance and lens properties can be selected, and highly reliable and stable lenses can be formed in a simple process. Further, in this embodiment, the constituent material of the thin film 2 is S. O. Although G is shown as a constituent material of the thin film 2, it has a good etching selectivity when etching back the lens layer 4, and
Various materials can be used as long as they are hardly etched and the constituent materials of the underlying flattening layer 1 and lens layer 4 are not removed in the step of removing the thin film 2. O. It is not limited to G.
【0018】[0018]
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、固体撮像素子の形成工程で用いる露光
装置を用いることの可能な種々のレンズ材料を用いて、
信頼性の高い特性のよいマイクロレンズを簡単な工程で
形成することができる。[Effect of the invention] As explained above based on the embodiments,
According to the present invention, using various lens materials that can be used with an exposure apparatus used in the process of forming a solid-state image sensor,
Microlenses with high reliability and good characteristics can be formed in a simple process.
【図1】本発明に係る固体撮像素子用マイクロレンズの
製造方法の実施例を説明するための製造工程図である。FIG. 1 is a manufacturing process diagram for explaining an embodiment of a method for manufacturing a microlens for a solid-state image sensor according to the present invention.
【図2】図1に続く製造工程を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process following FIG. 1.
【図3】図2に続く製造工程を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process following FIG. 2;
【図4】図3に続く製造工程を示す図である。4 is a diagram showing a manufacturing process following FIG. 3. FIG.
【図5】図4に続く製造工程を示す図である。5 is a diagram showing a manufacturing process following FIG. 4. FIG.
【図6】従来の固体撮像素子用マイクロレンズの製造方
法を示す製造工程図である。FIG. 6 is a manufacturing process diagram showing a conventional method for manufacturing a microlens for a solid-state image sensor.
【図7】図6に続く製造工程を示す図である。7 is a diagram showing a manufacturing process following FIG. 6. FIG.
【図8】図7に続く製造工程を示す図である。8 is a diagram showing a manufacturing process following FIG. 7. FIG.
1 下地平坦化層 2 薄膜 3 レジストパターン 4 レンズ層 5 上部平坦化層 6 マイクロレンズ 1 Base planarization layer 2 Thin film 3 Resist pattern 4 Lens layer 5 Upper planarization layer 6 Micro lens
Claims (1)
する工程と、前記下地平坦化層上にマイクロレンズ形成
部以外の部分に薄膜を形成する工程と、次いで全面に前
記薄膜より厚くレンズ層を形成し更にその上に上部平坦
化層を形成する工程と、次いで前記薄膜の表面が現れる
まで前記上部平坦化層及びレンズ層をエッチバックする
工程と、次いで前記薄膜を除去したのちレンズ層をレン
ズ形状に成形加工する工程とからなることを特徴とする
固体撮像素子用マイクロレンズの製造方法。1. A step of forming a base flattening layer on a solid-state image sensor, a step of forming a thin film on the base flattening layer in a portion other than the microlens forming portion, and then forming a lens layer thicker than the thin film on the entire surface. forming a layer and further forming an upper planarizing layer thereon, etching back the upper planarizing layer and the lens layer until the surface of the thin film is exposed, and then removing the thin film and then forming the lens layer. 1. A method for manufacturing a microlens for a solid-state image sensor, comprising the steps of: molding the microlens into a lens shape.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3015710A JPH04243161A (en) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | Manufacture of microlens for solid image pickup element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3015710A JPH04243161A (en) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | Manufacture of microlens for solid image pickup element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04243161A true JPH04243161A (en) | 1992-08-31 |
Family
ID=11896328
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3015710A Withdrawn JPH04243161A (en) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | Manufacture of microlens for solid image pickup element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04243161A (en) |
-
1991
- 1991-01-17 JP JP3015710A patent/JPH04243161A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980514 |