JP2022103081A - Manufacturing method of solid-state image sensor and solid-state image sensor - Google Patents

Abstract

Translated fromJapanese

【課題】固体撮像画素においてノイズとなる光を低減することができ、高精度の固体撮像素子を実現することができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】固体撮像素子は、二次元的に配置された複数の光電変換素子を有する半導体基板と、第一の光路層と、第二の光路層と、第一の光路層と第二の光路層の間に設けられた遮光層と、第二の光路層の遮光層とは反対側の面上に二次元的に配置された複数のマイクロレンズとを備える。開口部の厚さ方向における高さ寸法をｂとし、開口部の厚さ方向と直交する方向における開口寸法の最小値をａとし、開口寸法に対する高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである場合、α≧１、かつａ≧３μｍであり、開口部において、光が透過可能なピラー構造が開口部と同じ形状で形成されており、ピラー構造を構成する感光性レジストがネガ型レジストである。【選択図】図１A solid-state imaging device and a method for manufacturing a solid-state imaging device are provided, which can reduce light that becomes noise in solid-state imaging pixels and realize a high-precision solid-state imaging device. A solid-state imaging device includes: a semiconductor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally; a first optical path layer; a second optical path layer; A light shielding layer provided between the light path layers, and a plurality of microlenses two-dimensionally arranged on the surface of the second light path layer opposite to the light shielding layer. Let b be the height dimension in the thickness direction of the opening, let a be the minimum value of the opening dimension in the direction perpendicular to the thickness direction of the opening, and let b/a be the ratio of the height dimension to the opening dimension. In the case of α, α≧1 and a≧3 μm, a pillar structure capable of transmitting light is formed in the opening in the same shape as the opening, and the photosensitive resist constituting the pillar structure is a negative type. is a resist. [Selection drawing] Fig. 1

Description

Translated fromJapanese

本発明は、固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state image sensor and a method for manufacturing a solid-state image sensor.

光学式指紋検出センサ等の認証装置において、固体撮像素子を用いて指紋画像を撮影して認証に用いる。固体撮像素子は、二次元的に配置された複数の光電変換素子を有する半導体基板と、複数の光電変換素子にそれぞれ対応して設けられており、外部からの光を集光した後、光電変換素子に入射する複数のマイクロレンズと、マイクロレンズから出射された光を光電変換素子に転送する光路層と、光電変換素子に入射する光を通過させる開口部が形成される遮光層とを備える（例えば、特許文献１参照）。 In an authentication device such as an optical fingerprint detection sensor, a fingerprint image is taken using a solid-state image sensor and used for authentication. The solid-state image sensor is provided corresponding to a semiconductor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally and a plurality of photoelectric conversion elements, respectively, and after condensing light from the outside, photoelectric conversion is performed. It includes a plurality of microlenses incident on the element, an optical path layer for transferring the light emitted from the microlenses to the photoelectric conversion element, and a light-shielding layer having an opening through which the light incident on the photoelectric conversion element is passed. For example, see Patent Document 1).

このような固体撮像素子の適合な箇所にはアライメントマークが形成されており、このアライメントマークは、例えば、遮光層の開口部を形成する際に用いられるフォトマスクの位置合わせに使用される。光源を用いて照射すると、アライメントマークが形成された箇所が透過または反射した光と、アライメントマークが形成されていない箇所が透過または反射した光との間に差異があり、この差異を光センサで検出することでアライメントマークの位置を識別する。 An alignment mark is formed at a suitable portion of such a solid-state image sensor, and this alignment mark is used, for example, for aligning a photomask used when forming an opening of a light-shielding layer. When illuminated with a light source, there is a difference between the light transmitted or reflected at the location where the alignment mark is formed and the light transmitted or reflected at the location where the alignment mark is not formed, and this difference is detected by the optical sensor. The position of the alignment mark is identified by detecting.

特開２００８－１６８１１８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-168118

指紋検出センサは、光電変換素子における受光量の増加を実現するために大型化する必要があるが、それと同時に、所望の光路（指紋検出に有用な光の光路）以外からの光もノイズとして増加し、検出精度が低下してしまう。ノイズとなる光を低減するためには、遮光層の厚みを厚くしアライメント精度を向上することが求められている。しかしながら、遮光層に用いられる材料は遮光性能を求めており、アライメントに用いられる光源の光を遮る場合があり、アライメント精度が低下してしまう可能性がある。また、遮光性能を向上させるために遮光層を厚膜化した場合にも同様の問題がある。 The fingerprint detection sensor needs to be enlarged in order to increase the amount of light received by the photoelectric conversion element, but at the same time, light from other than the desired optical path (light path of light useful for fingerprint detection) also increases as noise. However, the detection accuracy is reduced. In order to reduce the light that becomes noise, it is required to increase the thickness of the light-shielding layer to improve the alignment accuracy. However, the material used for the light-shielding layer requires light-shielding performance, and may block the light of the light source used for alignment, which may reduce the alignment accuracy. Further, there is a similar problem when the light-shielding layer is thickened in order to improve the light-shielding performance.

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、固体撮像画素においてノイズとなる光を低減することができ、高精度の固体撮像素子を実現することができる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and is a solid-state image pickup device and a solid-state image pickup that can reduce light that becomes noise in a solid-state image pickup pixel and can realize a high-precision solid-state image pickup element. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an element.

本発明の第一の態様に係る固体撮像素子は、二次元的に配置された複数の光電変換素子を有する半導体基板と、前記半導体基板の第一面側に設けられた第一の光路層と、前記第一の光路層の前記半導体基板とは反対側の面上に設けられた第二の光路層と、前記第一の光路層と前記第二の光路層の間に設けられた遮光層と、前記第二の光路層の前記遮光層とは反対側の面上に二次元的に配置された複数のマイクロレンズとを備える。前記遮光層は、前記光電変換素子に入射する光の光路を確保する開口部が前記光電変換素子と対応する位置に形成され、前記遮光層の厚さ方向に沿い、且つ前記開口部を通る断面において、前記開口部の前記厚さ方向における高さ寸法をｂとし、前記開口部の前記厚さ方向と直交する方向における開口寸法の最小値をａとし、前記開口寸法に対する前記高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである場合、α≧１、かつa≧３μｍであり、前記開口部において、光が透過可能なピラー構造が前記開口部と同じ形状で形成されており、前記ピラー構造を構成する感光性レジストがネガ型レジストである。 The solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention includes a semiconductor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally, and a first optical path layer provided on the first surface side of the semiconductor substrate. , A second optical path layer provided on the surface of the first optical path layer opposite to the semiconductor substrate, and a light-shielding layer provided between the first optical path layer and the second optical path layer. And a plurality of microlenses arranged two-dimensionally on the surface of the second optical path layer opposite to the light-shielding layer. The light-shielding layer has an opening for securing an optical path for light incident on the photoelectric conversion element at a position corresponding to the photoelectric conversion element, and has a cross section along the thickness direction of the light-shielding layer and passing through the opening. The height dimension of the opening in the thickness direction is b, the minimum value of the opening dimension in the direction orthogonal to the thickness direction of the opening is a, and the ratio of the height dimension to the opening dimension. When the aspect ratio of b / a is α, α ≧ 1 and a ≧ 3 μm, and the pillar structure through which light can be transmitted is formed in the opening in the same shape as the opening. The photosensitive resist constituting the pillar structure is a negative type resist.

上述の固体撮像素子によれば、遮光層の開口部は、遮光層の厚さ方向に直交する方向に沿った開口寸法ａ≧３μｍ、すなわち最小寸法が３μｍで、かつアスペクト比αが１以上に形成されるように構成されており、それにより、所定の開口寸法を有する開口部に対して、遮光板を厚膜化する。遮光層を厚膜化することで光を確実に遮光することができ、それにより、遮光層の非開口部の箇所からの光の透過を抑制することができ、固体撮像素子においてノイズとなる光を低減することができる。 According to the above-mentioned solid-state image sensor, the opening of the light-shielding layer has an opening dimension a ≧ 3 μm along the direction orthogonal to the thickness direction of the light-shielding layer, that is, the minimum dimension is 3 μm and the aspect ratio α is 1 or more. It is configured to be formed, thereby thickening the light-shielding plate for an opening having a predetermined opening size. By thickening the light-shielding layer, light can be reliably blocked, thereby suppressing the transmission of light from the non-opening portion of the light-shielding layer, which causes noise in the solid-state image sensor. Can be reduced.

また、上述の固体撮像素子によれば、遮光層の開口部において、光が透過可能なピラー構造が前記開口部と同じ形状で形成されており、前記ピラー構造は、マイクロレンズから光電変換素子への光の光路を確保する開口部として機能する。ピラー構造は極めて微小又は細長く形成し易くすることができので、遮光層の厚みを厚くして開口部を細長いサイズにしても、開口部を容易に形成することができる。そして、本発明に係る固体撮像素子は、開口部においてピラー構造が形成されており、ピラー構造により開口部の寸法が規定されていることにより、遮光層の顔料レジストの解像性に依存することなく、開口部を形成することができる。 Further, according to the above-mentioned solid-state image sensor, a pillar structure capable of transmitting light is formed in the opening of the light-shielding layer in the same shape as the opening, and the pillar structure is changed from a microlens to a photoelectric conversion element. It functions as an opening that secures the optical path of the light. Since the pillar structure can be easily formed to be extremely minute or elongated, the opening can be easily formed even if the thickness of the light-shielding layer is increased and the opening is elongated in size. The solid-state image sensor according to the present invention has a pillar structure formed at the opening, and the size of the opening is defined by the pillar structure, so that the solid-state image sensor depends on the resolution of the pigment resist of the light-shielding layer. It is possible to form an opening without.

前記ピラー構造は、前記第一の光路層、前記第二の光路層および前記遮光層の膜厚を合計した高さを有してもよい。
このように構成された複数のピラー構造を形成した後に、前記ピラー構造が形成された基板に、第一の光路層、遮光層及び第二の光路層をスプレーコートや印刷等により順に積層して形成することができ、各層を容易に形成することができる。また、各層を形成する際には、ピラー構造を位置決め基準として用いることができる。The pillar structure may have a height that is the sum of the film thicknesses of the first optical path layer, the second optical path layer, and the light-shielding layer.
After forming the plurality of pillar structures configured in this way, the first optical path layer, the light-shielding layer, and the second optical path layer are sequentially laminated on the substrate on which the pillar structure is formed by spray coating, printing, or the like. It can be formed and each layer can be easily formed. Further, when forming each layer, the pillar structure can be used as a positioning reference.

前記ピラー構造は、前記遮光層の膜厚と同じ高さを有してもよい。 The pillar structure may have the same height as the film thickness of the light-shielding layer.

前記固体撮像素子は、感光イメージングを行う複数の画素が配列された有効画素領域を含み、前記有効画素領域の外周にアライメントマークが設けられ、前記アライメントマークの高さは前記遮光層の上面より低くならないように形成されていてもよい。
固体撮像素子はアライメントマークを備えることにより、各層を形成する際に正確なアライメントを行うことができ、特に開口を形成する際に用いられるフォトマスクをアライメントすることで、開口部の形成精度を向上させ、結像に有用な有効光のみを開口部に通過させることができ、ノイズとなる光を低減することができる。The solid-state image sensor includes an effective pixel region in which a plurality of pixels for photosensitive imaging are arranged, and an alignment mark is provided on the outer periphery of the effective pixel region, and the height of the alignment mark is lower than the upper surface of the light-shielding layer. It may be formed so as not to become.
By providing the alignment mark, the solid-state image sensor can perform accurate alignment when forming each layer, and in particular, by aligning the photomask used when forming the opening, the accuracy of forming the opening is improved. Therefore, only effective light useful for image formation can be passed through the opening, and light that becomes noise can be reduced.

前記アライメントマークは前記ピラー構造と同じ材料で形成されていてもよい。
この構成により、ピラー構造を形成する工程においてアライメントマークを一括して形成することができ、工程を簡素化することができる。The alignment mark may be formed of the same material as the pillar structure.
With this configuration, alignment marks can be collectively formed in the process of forming the pillar structure, and the process can be simplified.

本発明の第二の態様に係る固体撮像素子の製造方法は、上述の固体撮像素子を製造する方法であって、前記ピラー構造の幅寸法に対する高さ寸法の比であるアスペクト比が１以上、かつ前記幅寸法が３μｍ以上となるように、ネガ型の感光性レジストにより、光が透過可能な前記ピラー構造が形成されるピラー構造形成工程と、前記ピラー構造形成工程の後、前記ピラー構造を充填物として含むように前記遮光層を形成する遮光層形成工程と、を含む。 The method for manufacturing a solid-state image pickup element according to a second aspect of the present invention is the method for manufacturing the above-mentioned solid-state image pickup element, wherein the aspect ratio, which is the ratio of the height dimension to the width dimension of the pillar structure, is 1 or more. Moreover, the pillar structure forming step in which the pillar structure through which light can be transmitted is formed by the negative type photosensitive resist so that the width dimension is 3 μm or more, and after the pillar structure forming step, the pillar structure is formed. A light-shielding layer forming step of forming the light-shielding layer so as to be included as a filler is included.

本発明の第二の態様に係る固体撮像素子の製造方法は、前記遮光層を形成した後、前記ピラー構造を前記遮光層から露出させるように、前記遮光層の所定の厚さを除去し、前記ピラー構造を前記遮光層の膜厚と同じ高さに形成してもよい。 In the method for manufacturing a solid-state image sensor according to a second aspect of the present invention, after forming the light-shielding layer, a predetermined thickness of the light-shielding layer is removed so as to expose the pillar structure from the light-shielding layer. The pillar structure may be formed at the same height as the film thickness of the light-shielding layer.

本発明の別の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法は、前記ピラー構造の少なくとも一部を充填物として含むように前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成する第一の光路層及び第二の光路層の形成工程をさらに含み、前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成した後、前記ピラー構造を前記第二の光路層から露出させるように前記第二の光路層の所定の厚さを除去し、前記ピラー構造を前記第一の光路層、前記第二の光路層及び前記遮光層の膜厚を合計した高さに形成してもよい。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention, the first optical path layer, the light-shielding layer, and the second optical path layer are sequentially included so as to include at least a part of the pillar structure as a filler. The step of forming the first optical path layer and the second optical path layer to be formed by laminating is further included, and the first optical path layer, the light-shielding layer, and the second optical path layer are sequentially laminated and formed, and then the above. The predetermined thickness of the second optical path layer is removed so as to expose the pillar structure from the second optical path layer, and the pillar structure is removed from the first optical path layer, the second optical path layer, and the light-shielding layer. It may be formed to the total height of the film thicknesses of.

前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成する際に、前記ピラー構造を前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層の位置決め基準として用いてもよい。 When the first optical path layer, the light-shielding layer, and the second optical path layer are sequentially laminated and formed, the pillar structure is positioned by positioning the first optical path layer, the light-shielding layer, and the second optical path layer. It may be used as a reference.

固体撮像素子の有効画素領域の外周にアライメントマークを設けるアライメントマーク形成工程をさらに含み、前記アライメントマークの高さを前記遮光層の上面より低くならないように形成してもよい。 An alignment mark forming step of providing an alignment mark on the outer periphery of the effective pixel region of the solid-state image sensor may be further included, and the height of the alignment mark may be formed so as not to be lower than the upper surface of the light-shielding layer.

本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法によれば、固体撮像素子においてノイズとなる光を低減することができ、高精度の固体撮像素子を実現することができる。 According to the solid-state image sensor and the method for manufacturing a solid-state image sensor of the present invention, it is possible to reduce light that becomes noise in the solid-state image sensor, and it is possible to realize a high-precision solid-state image sensor.

本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the solid-state image sensor which concerns on one Embodiment of this invention.本発明の一実施形態に係る固体撮像素子における遮光層の開口部の断面形状を示す例の図である。It is a figure of the example which shows the cross-sectional shape of the opening of the light-shielding layer in the solid-state image pickup device which concerns on one Embodiment of this invention.本発明の一実施形態に係る固体撮像素子における遮光層の開口部の断面形状を示す例の図である。It is a figure of the example which shows the cross-sectional shape of the opening of the light-shielding layer in the solid-state image pickup device which concerns on one Embodiment of this invention.本発明の一実施形態に係る固体撮像素子における遮光層の開口部の断面形状を示す例の図である。It is a figure of the example which shows the cross-sectional shape of the opening of the light-shielding layer in the solid-state image pickup device which concerns on one Embodiment of this invention.本発明の一実施形態に係る固体撮像素子における遮光層の開口部の断面形状を示す例の図である。It is a figure of the example which shows the cross-sectional shape of the opening of the light-shielding layer in the solid-state image pickup device which concerns on one Embodiment of this invention.本発明の上述の実施形態に係る固体撮像素子におけるアライメントマークの形成位置を示す平面図である。It is a top view which shows the formation position of the alignment mark in the solid-state image pickup device which concerns on the said embodiment of this invention.本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the solid-state image sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention.本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を製造する製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method which manufactures the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention.本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the process of manufacturing the solid-state image pickup device which concerns on 1st Embodiment of this invention.本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the process of manufacturing the solid-state image pickup device which concerns on 1st Embodiment of this invention.本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the process of manufacturing the solid-state image pickup device which concerns on 1st Embodiment of this invention.本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the process of manufacturing the solid-state image pickup device which concerns on 1st Embodiment of this invention.本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method which manufactures the solid-state image sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention.本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the process of manufacturing the solid-state image pickup device which concerns on 2nd Embodiment of this invention.本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the process of manufacturing the solid-state image pickup device which concerns on 2nd Embodiment of this invention.本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the process of manufacturing the solid-state image pickup device which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。ここで説明する実施形態は、発明を実施するための最適な形態であり、本発明はこれらの実施形態で限定されない。
ここで、図面は模式的に示しており、各層の厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる可能性がある。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示しており、本発明の技術的思想はこれに限定されない。Hereinafter, the solid-state image pickup device and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiments described herein are optimal embodiments for carrying out the invention, and the present invention is not limited to these embodiments.
Here, the drawings are schematically shown, and the relationship between the thickness of each layer and the plane dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like may differ from the actual ones. Further, the embodiments shown below exemplify a configuration for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.

＜固体撮像素子全体の構成＞
本発明の固体撮像素子は、二次元的に配置された複数の光電変換素子を有する半導体基板と、半導体基板の一方の面側に形成された第一の光路層と、第一の光路層の半導体基板とは反対側の面上に形成された第二の光路層と、第一の光路層と第二の光路層の間に形成された遮光層と、第二の光路層の遮光層とは反対側の面上に二次元的に配置された複数のマイクロレンズとを備える。また、遮光層は、光電変換素子に入射する光の光路を確保するための開口部が光電変換素子と対応する位置に形成される。また、遮光層の厚さ方向に沿い、且つ開口部を通る断面において、開口部の厚さ方向における高さ寸法をｂとし、開口部の厚さ方向と直交する方向における開口寸法の最小値をａとし、開口寸法に対する高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである場合、α≧１、かつa≧３μｍである。また、開口部において、光が透過可能なピラー構造が前記開口部と同じ形状で形成されており、ピラー構造を構成する感光性レジストがネガ型レジストである。<Structure of the entire solid-state image sensor>
The solid-state image sensor of the present invention comprises a semiconductor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally, a first optical path layer formed on one surface side of the semiconductor substrate, and a first optical path layer. A second optical path layer formed on the surface opposite to the semiconductor substrate, a light-shielding layer formed between the first optical path layer and the second optical path layer, and a light-shielding layer of the second optical path layer. Equipped with a plurality of microlenses arranged two-dimensionally on the opposite surface. Further, in the light-shielding layer, an opening for securing an optical path for light incident on the photoelectric conversion element is formed at a position corresponding to the photoelectric conversion element. Further, in the cross section along the thickness direction of the light-shielding layer and passing through the opening, the height dimension in the thickness direction of the opening is b, and the minimum value of the opening dimension in the direction orthogonal to the thickness direction of the opening is set. When a and the aspect ratio, which is the ratio b / a of the height dimension to the opening dimension, is α, α ≧ 1 and a ≧ 3 μm. Further, in the opening, a pillar structure through which light can be transmitted is formed in the same shape as the opening, and the photosensitive resist constituting the pillar structure is a negative resist.

本発明の固体撮像素子は、感光イメージングを行う複数の画素が配列された有効画素領域を含み、有効画素領域の外周にはアライメントマークが設けられ、アライメントマークの高さは遮光層の上面より低くならないように形成される。 The solid-state image sensor of the present invention includes an effective pixel region in which a plurality of pixels for photosensitive imaging are arranged, an alignment mark is provided on the outer periphery of the effective pixel region, and the height of the alignment mark is lower than the upper surface of the light-shielding layer. It is formed so that it does not become.

以下、本発明に係る固体撮像素子の具体的な形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
＜第１実施形態の固体撮像素子＞
本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子について図１～図３を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す概略図である。まず、本実施形態に係る固体撮像素子１の各構成要素について、概略的に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子１において、被写体Ｓに対して遠い側（図中の下側）から、半導体基板２と、第一の光路層３と、遮光層４と、第二の光路層５と、マイクロレンズ６とをこの順に備える。Hereinafter, a specific form of the solid-state image sensor according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
<Solid image sensor of the first embodiment>
The solid-state image sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a solid-state image sensor according to the first embodiment of the present invention. First, each component of the solid-stateimage pickup device 1 according to the present embodiment will be schematically described.
As shown in FIG. 1, in the solid-state image sensor 1 according to the present embodiment, thesemiconductor substrate 2, the firstoptical path layer 3, and the light-shielding layer 4 are viewed from the side farther from the subject S (lower side in the figure). A secondoptical path layer 5 and amicrolens 6 are provided in this order.

具体的には、本実施形態に係る固体撮像素子１において、半導体基板２の第一面２ａ（上面）側に第一の光路層３が設けられている。第一の光路層３の半導体基板２とは反対側の第一面３ａ（上面）上に遮光層４が設けられている。遮光層４の半導体基板２とは反対側の第一面４ａ（上面）上に第二の光路層５が設けられている。第二の光路層５の半導体基板２とは反対側の第一面５ａ（上面）上にマイクロレンズ６が設けられている。 Specifically, in the solid-state image sensor 1 according to the present embodiment, the firstoptical path layer 3 is provided on thefirst surface 2a (upper surface) side of thesemiconductor substrate 2. The light-shielding layer 4 is provided on thefirst surface 3a (upper surface) of the firstoptical path layer 3 opposite to thesemiconductor substrate 2. The secondoptical path layer 5 is provided on thefirst surface 4a (upper surface) of the light-shielding layer 4 opposite to thesemiconductor substrate 2. Themicrolens 6 is provided on thefirst surface 5a (upper surface) of the secondoptical path layer 5 opposite to thesemiconductor substrate 2.

また、本実施形態に係る固体撮像素子１は、半導体基板２には複数の光電変換素子２１が二次元的に配置されており、遮光層４において、複数の光電変換素子２１それぞれに対応するように、微小な開口部４１が形成されている。複数の開口部４１は、図２に示すように、遮光層４の厚さ方向において、第一面４ａから第一面４ａと反対の第二面４ｂまで、貫通して形成されている。
マイクロレンズ６は、上述の複数の光電変換素子２１及び複数の開口部４１それぞれに対応するように、二次元的に複数配置されている。開口部４１には、光が透過可能かつネガ型の感光性レジストからなるピラー構造が形成されている。Further, in the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, a plurality ofphotoelectric conversion elements 21 are two-dimensionally arranged on thesemiconductor substrate 2, and the light-shielding layer 4 corresponds to each of the plurality ofphotoelectric conversion elements 21. Aminute opening 41 is formed therein. As shown in FIG. 2, the plurality ofopenings 41 are formed so as to penetrate from thefirst surface 4a to thesecond surface 4b opposite to thefirst surface 4a in the thickness direction of the light-shielding layer 4.
A plurality ofmicrolenses 6 are two-dimensionally arranged so as to correspond to each of the plurality ofphotoelectric conversion elements 21 and the plurality ofopenings 41 described above. Theopening 41 is formed with a pillar structure capable of transmitting light and made of a negative photosensitive resist.

以下、固体撮像素子１の各構成要素について、具体的に説明する。
＜半導体基板＞
図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子１の半導体基板２には、複数の光電変換素子２１が二次元的に配置されている。複数の光電変換素子２１は、入射した光を電気信号に変換する機能を有している。
光電変換素子２１が形成されている半導体基板２は、可視光を透過して、少なくとも３００°Ｃ程度の温度に耐えられる材料で形成されている。ここで、半導体基板２に用いられる材料としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２等の酸化物及びＳｉＮ等の窒化物、並びにこれらの混合物等のＳｉを含む材料等が挙げられる。Hereinafter, each component of the solid-state image sensor 1 will be specifically described.
<Semiconductor substrate>
As shown in FIG. 1, a plurality ofphotoelectric conversion elements 21 are two-dimensionally arranged on thesemiconductor substrate 2 of the solid-stateimage pickup device 1 according to the present embodiment. The plurality ofphotoelectric conversion elements 21 have a function of converting incident light into an electric signal.
Thesemiconductor substrate 2 on which thephotoelectric conversion element 21 is formed is made of a material that allows visible light to pass through and can withstand a temperature of at least about 300 ° C. Here, examples of the material used for thesemiconductor substrate 2 include oxides such as Si and SiO2, nitrides such as SiN, and materials containing Si such as a mixture thereof.

＜第一の光路層及び第二の光路層＞
第一の光路層３は、半導体基板２の第一面２ａ上に形成されている。第二の光路層５は、半導体基板２の上方に形成されている。第一の光路層３及び第二の光路層５は、マイクロレンズ６から入射した光を透過させることができる。第一の光路層３及び第二の光路層５の透過率は、好ましくは波長が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視光に対して９０％以上であり、より好ましくは９５％以上となるように、第一の光路層３及び第二の光路層５が形成されている。<First optical path layer and second optical path layer>
The firstoptical path layer 3 is formed on thefirst surface 2a of thesemiconductor substrate 2. The secondoptical path layer 5 is formed above thesemiconductor substrate 2. The firstoptical path layer 3 and the secondoptical path layer 5 can transmit the light incident from themicrolens 6. The transmittance of the firstoptical path layer 3 and the secondoptical path layer 5 is preferably 90% or more, more preferably 95% or more with respect to visible light having a wavelength of 400 nm or more and 700 nm or less. Oneoptical path layer 3 and a secondoptical path layer 5 are formed.

＜マイクロレンズ＞
複数のマイクロレンズ６は、半導体基板２の上方において、複数の光電変換素子２１にそれぞれ対応するように二次元的に配置されている。すなわち、マイクロレンズ６は、光電変換素子２１のそれぞれに対応する位置に設けられている。マイクロレンズ６は、マイクロレンズ６に入射した入射光を光電変換素子２１のそれぞれに集光させることにより、光電変換素子２１の感度低下を補うことができる。
マイクロレンズ６は、例えばアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノールノボラック系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、スチレン系樹脂及びケイ素系樹脂等のうち一又は複数を含んだ樹脂材料により形成される。またマイクロレンズ６は、有機化合物以外の物質で形成されてもよい。具体的には、マイクロレンズ６は、例えば珪素、炭素、酸素、水素、錫、亜鉛、インジウム、アルミニウム、ガリウム、チタン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル、ハフニウム、銀及びフッ素のうち少なくとも１種類を含有する化合物、酸化物又は窒化物により形成されてもよい。これらの材料の化合物としては、例えばＩＴＯやＺｎＯ、ＴｉＯ２及びＨｆＯ２等を用いることができる。<Micro lens>
The plurality ofmicrolenses 6 are two-dimensionally arranged above thesemiconductor substrate 2 so as to correspond to the plurality ofphotoelectric conversion elements 21 respectively. That is, themicrolens 6 is provided at a position corresponding to each of thephotoelectric conversion elements 21. Themicrolens 6 can compensate for the decrease in sensitivity of thephotoelectric conversion element 21 by condensing the incident light incident on themicrolens 6 on each of thephotoelectric conversion elements 21.
Themicrolens 6 is, for example, one of acrylic resin, epoxy resin, polyimide resin, phenol novolac resin, polyester resin, urethane resin, melamine resin, urea resin, styrene resin, silicon resin and the like. Or it is formed of a resin material containing a plurality. Further, themicrolens 6 may be formed of a substance other than the organic compound. Specifically, themicrolens 6 contains at least one of silicon, carbon, oxygen, hydrogen, tin, zinc, indium, aluminum, gallium, titanium, molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, hafnium, silver and fluorine. It may be formed of a compound, oxide or nitride contained therein. As the compound of these materials, for example, ITO, ZnO, TiO2, HfO2 and the like can be used.

＜遮光層＞
遮光層４は顔料レジストにより構成されている。遮光層４に含まれる遮光性の色材は、可視光波長領域及び赤外線領域に吸収性を持ち、遮光機能を備える。また、本実施形態において、レジストとは、炭素又は顔料を含む着色組成物であり、遮光層は感光性を有する材料であってもよく、感光性を有しない材料であってもよい。<Shading layer>
The light-shielding layer 4 is made of a pigment resist. The light-shielding coloring material contained in the light-shielding layer 4 has absorbency in the visible light wavelength region and the infrared region, and has a light-shielding function. Further, in the present embodiment, the resist is a coloring composition containing carbon or a pigment, and the light-shielding layer may be a material having photosensitivity or a material having no photosensitivity.

遮光層４の色材として、例えば、カーボンブラック、酸化チタンなどを用いることができる。遮光層４に含めることが可能な染料としては、例えば、アゾ系染料、アントラキノン系染料、フタロシアニン系染料、キノンイミン系染料、キノリン系染料、ニトロ系染料、カルボニル系染料、メチン系染料などを用いることができる。これら遮光性の色材は、１種を用いてもよく、適切な比率で２種以上を組み合わせてもよい。 As the color material of the light-shielding layer 4, for example, carbon black, titanium oxide, or the like can be used. As the dyes that can be included in the light-shielding layer 4, for example, azo dyes, anthraquinone dyes, phthalocyanine dyes, quinone imine dyes, quinoline dyes, nitro dyes, carbonyl dyes, methine dyes and the like are used. Can be done. One kind of these light-shielding coloring materials may be used, or two or more kinds may be combined at an appropriate ratio.

図１に示すように、遮光層４は第一の光路層３と第二の光路層５との間に配置されている。さらに、遮光層４には、複数のマイクロレンズ６及び複数の光電変換素子２１に対応する位置にそれぞれ微小な開口部４１が形成されている。 As shown in FIG. 1, the light-shielding layer 4 is arranged between the firstoptical path layer 3 and the secondoptical path layer 5. Further, the light-shielding layer 4 is formed withminute openings 41 at positions corresponding to the plurality ofmicrolenses 6 and the plurality ofphotoelectric conversion elements 21.

遮光層４には、開口部４１が形成されることにより、光電変換素子２１へ入射した光の光路を確保する。具体的には、図１に示すように、被写体Ｓ側から入射した入射光Ｌはマイクロレンズ６に入射し、マイクロレンズ６により集光された後、第二の光路層５を通過し、遮光層４に形成される開口部４１を経由した後に第一の光路層３に入射する。最終的に、入射光Ｌは、半導体基板２に形成された光電変換素子２１に到達する。これにより、被写体Ｓの光学像は光電変換した後、電気信号となり、例えば指紋等の個人情報の認証として用いられている。一方、被写体Ｓ側から入射した入射光において、一部は不要な光であり、マイクロレンズ６に入射して集光され、第二の光路層５を通過した後、遮光層４の開口部４１以外の領域（遮光領域）に到達する。遮光層４が遮光機能を有する顔料レジストで構成されるため、前記一部の光は、遮光層４で遮光され、光電変換素子２１に入射しない。 Anopening 41 is formed in the light-shielding layer 4 to secure an optical path for light incident on thephotoelectric conversion element 21. Specifically, as shown in FIG. 1, the incident light L incident from the subject S side is incident on themicrolens 6, condensed by themicrolens 6, and then passed through the secondoptical path layer 5 to block light. After passing through theopening 41 formed in thelayer 4, it is incident on the firstoptical path layer 3. Finally, the incident light L reaches thephotoelectric conversion element 21 formed on thesemiconductor substrate 2. As a result, the optical image of the subject S becomes an electric signal after photoelectric conversion, and is used for authentication of personal information such as a fingerprint. On the other hand, in the incident light incident from the subject S side, a part of the incident light is unnecessary light, is incident on themicrolens 6 and is condensed, passes through the secondoptical path layer 5, and then passes through theopening 41 of thelight shielding layer 4. It reaches an area other than (light-shielding area). Since the light-shielding layer 4 is composed of a pigment resist having a light-shielding function, a part of the light is shielded by the light-shielding layer 4 and does not enter thephotoelectric conversion element 21.

本実施形態に係る固体撮像素子１では、遮光層４の厚みが１．０μｍ以上である。
遮光層４の厚さ方向（図中の上下方向）に沿い、且つ開口部４１を通る断面において、開口部４１の前記厚さ方向における高さ寸法をｂとし、開口部４１の前記厚さ方向と直交する方向（幅方向、図中の左右方向）における開口寸法の最小値をａとし、開口寸法に対する高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである。この場合、ａ≧３μｍかつα≧１を満たしている。In the solid-state image sensor 1 according to the present embodiment, the thickness of the light-shielding layer 4 is 1.0 μm or more.
In the cross section along the thickness direction of the light-shielding layer 4 (vertical direction in the drawing) and passing through theopening 41, the height dimension of theopening 41 in the thickness direction is b, and the height direction of theopening 41 is the thickness direction. The minimum value of the opening dimension in the direction orthogonal to the opening dimension (width direction, left-right direction in the figure) is a, and the aspect ratio, which is the ratio b / a of the height dimension to the opening dimension, is α. In this case, a ≧ 3 μm and α ≧ 1 are satisfied.

本実施形態に係る固体撮像素子１において、開口部４１の断面形状であるピラー構造４２の断面形状は、実際の要求に応じて任意に設定することができる。
以下、開口部４１の断面形状のいくつかの形態を具体的に示す。In the solid-state image sensor 1 according to the present embodiment, the cross-sectional shape of thepillar structure 42, which is the cross-sectional shape of theopening 41, can be arbitrarily set according to an actual requirement.
Hereinafter, some forms of the cross-sectional shape of theopening 41 will be specifically shown.

図２Ａから図２Ｄは、固体撮像素子における遮光層の開口部の断面形状を示す一例である。図２Ａに示すように、開口部４１は、幅方向の開口寸法が厚さ方向に亘って一定である筒形状に形成される。また、遮光層４の厚さ方向の高さ寸法は、ピラー構造４２の厚さ方向の高さ寸法と同じである。 2A to 2D are examples showing the cross-sectional shape of the opening of the light-shielding layer in the solid-state image sensor. As shown in FIG. 2A, theopening 41 is formed in a tubular shape in which the opening dimension in the width direction is constant over the thickness direction. Further, the height dimension of the light-shielding layer 4 in the thickness direction is the same as the height dimension of thepillar structure 42 in the thickness direction.

なお、開口部４１の形状は、図２Ａ示すように筒形状に限らない。例えば、図２Ｂに示すように、開口部４１ａは錐台形状に形成されていてもよい。具体的には、開口部４１ａの幅方向の開口寸法（開口面積）が、厚さ方向において半導体基板２側の第二面４ｂから第一面４ａに向かうにつれて大きくなるように形成されている。
図２Ｂに示すように、開口部４１ａは、開口部４１ａの開口寸法が厚さ方向において半導体基板２から離れるについて大きくなるように形成されてもよい。すなわち、図２Ｂに示すように、開口部４１ａは逆さ錐台形状に形成されることが可能である。The shape of theopening 41 is not limited to the tubular shape as shown in FIG. 2A. For example, as shown in FIG. 2B, theopening 41a may be formed in a frustum shape. Specifically, the opening dimension (opening area) in the width direction of theopening 41a is formed so as to increase from thesecond surface 4b on thesemiconductor substrate 2 side toward thefirst surface 4a in the thickness direction.
As shown in FIG. 2B, theopening 41a may be formed so that the opening size of theopening 41a increases with respect to the distance from thesemiconductor substrate 2 in the thickness direction. That is, as shown in FIG. 2B, theopening 41a can be formed in an inverted frustum shape.

また、図２Ｃに示すように、開口部４１ｃは、第二面４ｂから第一面４ａに向かって、逆さ錐台形状の開口部４１ｃ１と、筒形状の開口部４１ｃ２とをこの順に積層された構造であってもよい。開口部４１ｃ１の幅方向の開口寸法（開口面積）は、半導体基板２の第二面４ｂから第一面４ａに向かうにつれて、厚さ方向の略中央まで大きくなるように形成されている。開口部４１ｃ２の開口寸法は、遮光層４の略中央から第一面４ａに向かって、厚さ方向に亘って一定である。
図２Ｃに示すように、開口部４１ｃを半導体基板２側から順に逆さ錐台形状の開口部４１ｃ１と、筒形状の開口部４１ｃ２とを積層した構造とし、光の入射側（被写体Ｓ側）に筒形状の開口部４１ｃ２に設けることにより、散乱光の入射を抑制することができる。Further, as shown in FIG. 2C, in theopening 41c, an inverted frustum-shaped opening 41c1 and a tubular opening 41c2 are laminated in this order from thesecond surface 4b toward thefirst surface 4a. It may be a structure. The opening dimension (opening area) in the width direction of the opening 41c1 is formed so as to increase from thesecond surface 4b of thesemiconductor substrate 2 toward thefirst surface 4a to substantially the center in the thickness direction. The opening size of the opening 41c2 is constant in the thickness direction from substantially the center of the light-shielding layer 4 toward thefirst surface 4a.
As shown in FIG. 2C, theopening 41c has a structure in which an inverted frustum-shaped opening 41c1 and a tubular opening 41c2 are laminated in order from thesemiconductor substrate 2 side, and is located on the light incident side (subject S side). By providing it in the tubular opening 41c2, it is possible to suppress the incident light.

また、図２Ｄに示すように、開口部４１ｄは、第二面４ｂから第一面４ａに向かって、錐台形状の開口部４１ｄ１と、筒形状の開口部４１ｄ２とをこの順に積層された構造であってもよい。開口部４１ｄ１の幅方向の開口寸法は、半導体基板２の第二面４ｂから第一面４ａに向かうにつれて、厚さ方向の略中央まで小さくなるように形成されている。開口部４１ｄ２の開口寸法は、遮光層４の略中央から第一面４ａに向かって、厚さ方向に亘って一定である。
図２Ｄに示すように、開口部４１ｄを半導体基板２側から順に錐台形状の開口部４１ｄ１と、筒形状の開口部４１ｄ２とを積層した構造とし、光の入射側（被写体Ｓ側）に筒形状の開口部４１ｄ２に設けることにより、散乱光の入射を抑制することができる。さらに、半導体基板２側に錐台形状の開口部４１ｄ１を設けることにより、入射光を増幅し、光の利用效率を高めることができる。Further, as shown in FIG. 2D, theopening 41d has a structure in which a frustum-shaped opening 41d1 and a tubular opening 41d2 are laminated in this order from thesecond surface 4b toward thefirst surface 4a. It may be. The opening dimension of the opening 41d1 in the width direction is formed so as to decrease from thesecond surface 4b of thesemiconductor substrate 2 toward thefirst surface 4a to substantially the center in the thickness direction. The opening size of the opening 41d2 is constant in the thickness direction from substantially the center of the light-shielding layer 4 toward thefirst surface 4a.
As shown in FIG. 2D, theopening 41d has a structure in which a cone-shaped opening 41d1 and a tubular opening 41d2 are laminated in order from thesemiconductor substrate 2 side, and a cylinder is formed on the light incident side (subject S side). By providing it in the opening 41d2 of the shape, it is possible to suppress the incident light. Further, by providing the frustum-shaped opening 41d1 on thesemiconductor substrate 2 side, the incident light can be amplified and the light utilization efficiency can be enhanced.

＜ピラー構造＞
開口部４１において、該開口部４１と同じ形状で該開口部４１とは別部材としてピラー構造４２が形成されている。このピラー構造４２は、光が透過可能な材料で形成され、ネガ型の感光性レジストからなる。ピラー構造４２は、例えば、リニアフェノール樹脂やポリメチルメタクリレート等を用いることができる。図１に示すように、本実施形態のピラー構造４２は、遮光層４の膜厚と同じ高さを有している。<Pillar structure>
In theopening 41, apillar structure 42 is formed as a member different from theopening 41 in the same shape as theopening 41. Thepillar structure 42 is made of a material that allows light to pass through, and is made of a negative photosensitive resist. For thepillar structure 42, for example, a linear phenol resin, polymethylmethacrylate, or the like can be used. As shown in FIG. 1, thepillar structure 42 of the present embodiment has the same height as the film thickness of the light-shielding layer 4.

＜アライメントマーク＞
図３は、本実施形態に係る固体撮像素子におけるアライメントマークの形成位置を示す平面図である。固体撮像素子を製造する際には、一枚の基板上に大量の固体撮像素子を並べて形成した後、その中から各固体撮像素子を分割する。図３は、固体撮像素子１が製造された後に分割されていない状態を示しており、図中に２×２のマトリックスで合計四つの固体撮像素子１が配列されている。<Alignment mark>
FIG. 3 is a plan view showing the formation position of the alignment mark in the solid-state image sensor according to the present embodiment. When manufacturing a solid-state image sensor, a large number of solid-state image pickup elements are arranged side by side on a single substrate, and then each solid-state image pickup element is divided from the array. FIG. 3 shows a state in which the solid-stateimage pickup device 1 is not divided after being manufactured, and a total of four solid-stateimage pickup devices 1 are arranged in a 2 × 2 matrix in the figure.

本実施形態において、図３に示すように、固体撮像素子は、感光イメージングを行う複数の画素が配列された有効画素領域１１と、この有効画素領域を囲む額縁領域１２とを備え、この額縁領域１２にアライメントマーク７が設けられている。
また、アライメントマーク７は、固体撮像素子の間の領域に設けられてもよい。いずれの場合も、アライメントマーク７は、有効画素領域１１の外周に設けられており、アライメントの役割を果たすことができればよい。In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the solid-state imaging device includes aneffective pixel region 11 in which a plurality of pixels for photosensitive imaging are arranged, and aframe region 12 surrounding the effective pixel region. Analignment mark 7 is provided on the 12th.
Further, thealignment mark 7 may be provided in the region between the solid-state image pickup devices. In either case, thealignment mark 7 may be provided on the outer periphery of theeffective pixel region 11 and may play a role of alignment.

図３には、アライメントマーク７が額縁領域１２に設けられることが示されている。図１では、アライメントマーク７の高さは遮光層の上面とほぼ同一面にあることを示している。アライメントマーク７は、アライメントマーク７の高さが遮光層４の上面４ａより低くしなければよく、遮光層４の上面４ａよりも高くしても良い。これにより、製造過程で遮光層が形成されたとしても、アライメントマーク７が遮光層４から露出することを保証することができるので、アライメントマークが遮光層にマスクされることがなく、確実に識別されてアライメントの役割を果たすことができる。 FIG. 3 shows that thealignment mark 7 is provided in theframe area 12. FIG. 1 shows that the height of thealignment mark 7 is substantially flush with the upper surface of the light-shielding layer. The height of thealignment mark 7 may not be lower than theupper surface 4a of the light-shielding layer 4, and may be higher than theupper surface 4a of the light-shielding layer 4. As a result, even if the light-shielding layer is formed in the manufacturing process, it can be guaranteed that thealignment mark 7 is exposed from the light-shielding layer 4, so that the alignment mark is not masked by the light-shielding layer and can be reliably identified. Can play the role of alignment.

アライメントマーク７は、ピラー構造４２と同じ材料を用いて形成されてもよいし、ピラー構造４２とは異なる材料を用いて形成しされてもよい。ピラー構造４２と同じ材料を用いる場合には、ピラー構造を形成する工程により一括して形成することができるため、工程を簡素化することができるので好ましい。 Thealignment mark 7 may be formed by using the same material as thepillar structure 42, or may be formed by using a material different from thepillar structure 42. When the same material as thepillar structure 42 is used, it can be collectively formed by the step of forming the pillar structure, which is preferable because the step can be simplified.

＜第２実施形態の固体撮像素子＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子１Ａの構成を示す概略図である。本実施形態は、上述の第１実施形態に比べてピラー構造の高さが異なり、アライメントマーク７Ａ上に第二の光路層５が設けられている点で第１実施形態と異なり、その他の構成は同様であるため、重複する説明は省略する。
図４において、ピラー構造４２は、第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５の膜厚を合計した高さを有している。すなわち、ピラー構造４２は、半導体基板２の上面２ａから第二の光路層５の上面５ａまで形成された構成である。
アライメントマーク７Ａは、第一の光路層３と遮光層４とを合計した高さを有している。
以上は、第１実施形態及び第２実施形態を例として本発明の固体撮像素子１，１Ａの構成を説明した。次に、このように構成された固体撮像素子１，１Ａに基づいて得られる効果について説明する。<Solid image sensor of the second embodiment>
FIG. 4 is a schematic view showing the configuration of the solid-state image sensor 1A according to the second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the height of the pillar structure is different from that of the first embodiment and the secondoptical path layer 5 is provided on thealignment mark 7A, and the other configurations are different from the first embodiment. Are similar, so duplicate explanations will be omitted.
In FIG. 4, thepillar structure 42 has a total height of the film thicknesses of the firstoptical path layer 3, the light-shielding layer 4, and the secondoptical path layer 5. That is, thepillar structure 42 is formed from theupper surface 2a of thesemiconductor substrate 2 to theupper surface 5a of the secondoptical path layer 5.
Thealignment mark 7A has a total height of the firstoptical path layer 3 and the light-shielding layer 4.
The configuration of the solid-stateimage pickup devices 1 and 1A of the present invention has been described above by taking the first embodiment and the second embodiment as examples. Next, the effects obtained based on the solid-stateimage pickup devices 1 and 1A configured in this way will be described.

＜効果＞
第１実施形態に係る固体撮像素子１は、上述のような構成要素を有することにより、以下の効果を得ることができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、遮光層の開口部は、遮光層の厚さ方向と直交する方向における開口寸法ａ≧３μｍであり、即ち最小寸法が３μｍであり、かつアスペクト比αが１以上に形成されるように構成されていることにより、所定の開口寸法を有する開口部に対して、遮光層の厚みを厚くする。遮光層の厚みを厚くすることで光を確実に遮光することができ、それにより、遮光層の非開口部の箇所からの光の透過を抑制することができ、固体撮像素子においてノイズとなる光を低減することができる。<Effect>
The solid-state image sensor 1 according to the first embodiment can obtain the following effects by having the above-mentioned components.
In the solid-state image sensor 1 according to the present invention, the opening of the light-shielding layer has an opening dimension a ≧ 3 μm in a direction orthogonal to the thickness direction of the light-shielding layer, that is, the minimum dimension is 3 μm and the aspect ratio α is 1. By being configured as described above, the thickness of the light-shielding layer is increased with respect to the opening having a predetermined opening size. By increasing the thickness of the light-shielding layer, light can be reliably blocked, thereby suppressing the transmission of light from the non-opening portion of the light-shielding layer, which causes noise in the solid-state image sensor. Can be reduced.

本発明に係る固体撮像素子１において、遮光層４の開口部４１において、開口部４１と同じ形状であり、光が透過可能であるピラー構造が形成されており、ピラー構造４２は、マイクロレンズ６から光電変換素子２１への光の光路を確保する開口部４１として機能する。ピラー構造４２は極めて微小又は細長く形成し易くすることができので、遮光層４の厚みを厚くして開口部４１を細長いサイズにしても、開口部４１を容易に形成することができる。そして、本発明に係る固体撮像素子１は、開口部４１においてピラー構造４２が形成されており、ピラー構造４２により開口部４１の寸法が規定されていることにより、遮光層４の顔料レジストの解像性に依存することなく、開口部４１を形成することができる。 In the solid-state image sensor 1 according to the present invention, theopening 41 of the light-shielding layer 4 has a pillar structure having the same shape as theopening 41 and capable of transmitting light, and thepillar structure 42 is themicrolens 6. It functions as anopening 41 for securing an optical path of light from the light to thephotoelectric conversion element 21. Since thepillar structure 42 can be easily formed to be extremely minute or elongated, theopening 41 can be easily formed even if the thickness of the light-shielding layer 4 is increased and theopening 41 is elongated in size. In the solid-state image sensor 1 according to the present invention, thepillar structure 42 is formed in theopening 41, and the size of theopening 41 is defined by thepillar structure 42, so that the pigment resist of the light-shielding layer 4 is solved. Theopening 41 can be formed without depending on the image quality.

本発明に係る固体撮像素子１において、ピラー構造はネガ型の感光性レジストで形成されているため、付着力が強く、感度が高く、現像条件に対する要求が厳しくない利点を有している。
本発明に係る固体撮像素子１において、アライメントマーク７を備えることにより、各層を形成する際に正確なアライメントを行うことができる。特に開口を形成する際に用いられるフォトマスクをアライメントすることで、開口部の形成精度を向上させ、結像に有用な有効光のみを開口部に通過させることができ、ノイズとなる光を低減することができる。In the solid-state image sensor 1 according to the present invention, since the pillar structure is formed of a negative photosensitive resist, it has the advantages of strong adhesive force, high sensitivity, and less stringent requirements for development conditions.
By providing thealignment mark 7 in the solid-stateimage pickup device 1 according to the present invention, accurate alignment can be performed when forming each layer. In particular, by aligning the photomask used when forming the aperture, the accuracy of forming the aperture can be improved, and only the effective light useful for imaging can pass through the aperture, reducing the light that becomes noise. can do.

本発明に係る固体撮像素子１において、ピラー構造４２と同じ材料でアライメントマーク７を形成するため、ピラー構造４２を構成する工程においてアライメントマーク７を一括して形成することができ、工程を簡素化することができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、開口部４１の開口寸法を、厚さ方向に亘って一定であるように設けると、開口部４１の形成を容易に行うことができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、開口部４１ａの開口寸法を、厚さ方向において半導体基板から離れるにつれて大きくなるように設けると、光の入射側で散乱光の入射を抑制することができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、開口部４１ａを錐台形状に形成すると、入射光を増幅し、光の利用效率を高めることができる。
本発明に係る固体撮像素子１において、開口部４１ｃを半導体基板２側から順に逆さの錐台形状、筒形状を積層した構造に設けると、光の入射側に開口部を筒形状に設ける場合、散乱光の入射を抑制することができ、そして、半導体層側に開口部を錐台形状に設ける場合、入射光を増幅し、光の利用效率を高めることができる。In the solid-state image sensor 1 according to the present invention, since thealignment mark 7 is formed of the same material as thepillar structure 42, thealignment mark 7 can be collectively formed in the process of forming thepillar structure 42, which simplifies the process. can do.
In the solid-stateimage pickup device 1 according to the present invention, if the opening size of theopening 41 is set to be constant over the thickness direction, theopening 41 can be easily formed.
In the solid-stateimage pickup device 1 according to the present invention, if the opening dimension of theopening 41a is provided so as to increase as the distance from the semiconductor substrate increases in the thickness direction, the incident of scattered light can be suppressed on the incident side of the light.
In the solid-state image sensor 1 according to the present invention, if theopening 41a is formed in a frustum shape, the incident light can be amplified and the light utilization efficiency can be enhanced.
In the solid-state image sensor 1 according to the present invention, when theopening 41c is provided in a structure in which an inverted cone shape and a tubular shape are laminated in order from thesemiconductor substrate 2 side, when the opening is provided in a tubular shape on the incident side of light. The incident light can be suppressed, and when the opening is provided in a cone shape on the semiconductor layer side, the incident light can be amplified and the light utilization efficiency can be enhanced.

第２実施形態に係る固体撮像素子１Ａは、上述の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
複数のピラー構造４２Ａを形成した後、ピラー構造４２Ａが形成された基板に、第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５をスプレーコートや印刷等により順に積層して形成する場合、ピラー構造を位置決め基準として用いることができる。The solid-state image sensor 1A according to the second embodiment can obtain the following effects in addition to the above-mentioned effects.
After forming the plurality ofpillar structures 42A, the firstoptical path layer 3, the light-shielding layer 4, and the secondoptical path layer 5 are sequentially laminated on the substrate on which thepillar structure 42A is formed by spray coating, printing, or the like. In this case, the pillar structure can be used as a positioning reference.

＜固体撮像素子の製造方法＞
図５は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１を製造する製造方法を示すフローチャートであり、図６は本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１を製造する過程を示す概略図である。
以下、第１実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。<Manufacturing method of solid-state image sensor>
FIG. 5 is a flowchart showing a manufacturing method for manufacturing the solid-state image sensor 1 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows a process of manufacturing the solid-state image sensor 1 according to the first embodiment of the present invention. It is a schematic diagram.
Hereinafter, the method for manufacturing the solid-state image sensor 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

第１実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法において、半導体基板２、第一の光路層３、第二の光路層５及びマイクロレンズ６の製造方法について、公知の方法を用いることができるため、以下、その詳細な説明を省略し、製造方法における従来技術に対して特徴点を有する部分のみについて説明する。 In the method for manufacturing the solid-state image sensor 1 according to the first embodiment, known methods can be used for manufacturing thesemiconductor substrate 2, the firstoptical path layer 3, the secondoptical path layer 5, and themicrolens 6. , Hereinafter, the detailed description thereof will be omitted, and only the part having the characteristic point with respect to the prior art in the manufacturing method will be described.

図５に示すように、第１実施形態に係る固体撮像素子の製造方法は、ネガ型の感光性レジスト、例えばリニアフェノール樹脂やポリメチルメタクリレート等を用い、幅寸法に対する高さ寸法の比であるアスペクト比αが１以上、開口寸法ａが３μｍ以上となるように、光が透過可能なピラー構造を形成するピラー構造形成工程と、ピラー構造形成工程の後、前記ピラー構造を充填物として含むように遮光層を形成する遮光層形成工程Ｓ２とを主に含んでいる。また、ピラー構造形成工程Ｓ１と同時にアライメントマーク形成工程Ｓ３を実行し、ピラー構造と同様の材料及び方法でアライメントマークを形成する。 As shown in FIG. 5, the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment uses a negative photosensitive resist such as linear phenol resin or polymethylmethacrylate, and is a ratio of the height dimension to the width dimension. After the pillar structure forming step of forming a pillar structure through which light can be transmitted and the pillar structure forming step so that the aspect ratio α is 1 or more and the opening dimension a is 3 μm or more, the pillar structure is included as a filler. Mainly includes a light-shielding layer forming step S2 for forming a light-shielding layer. Further, the alignment mark forming step S3 is executed at the same time as the pillar structure forming step S1 to form the alignment mark by the same material and method as the pillar structure.

次に、ピラー構造形成工程Ｓ１について、具体的に説明する。
図６は、ピラー構造形成工程Ｓ１及び遮光層形成工程Ｓ２を示す概略図である。
ピラー構造形成工程Ｓ１において、ネガ型の感光性レジスト層を形成する工程Ｓ１１（図６Ａ）と、感光性レジスト層の所定の箇所を除去してピラー構造のみを残す工程Ｓ１２（図６Ｂ）とを主に含む。Next, the pillar structure forming step S1 will be specifically described.
FIG. 6 is a schematic view showing a pillar structure forming step S1 and a light shielding layer forming step S2.
In the pillar structure forming step S1, a step S11 (FIG. 6A) for forming a negative type photosensitive resist layer and a step S12 (FIG. 6B) for removing a predetermined portion of the photosensitive resist layer to leave only the pillar structure are performed. Mainly included.

次に、ピラー構造形成工程Ｓ１の一例について、具体的に説明する。本発明の固体撮像素子１の製造方法では、感光性レジストとしてネガ型レズストを用いる。
ピラー構造形成工程Ｓ１は、例えば工程Ｓ１１において、基板４５にネガ型の感光性レジストを塗布する塗布工程と、基板４５を回転させることにより、塗布された感光性レジストを乾燥させ、感光性レジスト膜４６を形成する乾燥工程と、感光性レジスト膜４６をプレベークするプレベーク工程と、を含み、工程Ｓ１２において、プレベークを行った感光性レジスト膜４６を、所定のパターンを有するマスクで露光する露光工程と、感光性レジスト膜４６を現像液で現像し、所定の箇所のみをピラー構造として残させる（ここで、塗布されたのはネガ型の感光性レジストであるため、マスクを介して光に照射される箇所は、ピラー構造として残される）現像工程と、ピラー構造が残留される基板４５を洗浄する洗浄工程と、基板４５を回転させて乾燥を行う乾燥工程と、ピラー構造をハードベークするようにポストベークを行うハードベーク工程と、を含む。
本発明の固体撮像素子１の製造方法では、マスクを用いて感光性レジスト膜４６の露光を行い、筒形状の感光性レジスト膜４６ａが、ピラー構造として、筒形状の感光性レジスト膜４６ｂが、アライメントマーク７として残されている。Next, an example of the pillar structure forming step S1 will be specifically described. In the method for manufacturing the solid-state image sensor 1 of the present invention, a negative type lesbian is used as the photosensitive resist.
In the pillar structure forming step S1, for example, in step S11, a coating step of applying a negative-type photosensitive resist to thesubstrate 45 and a coating step of rotating thesubstrate 45 to dry the applied photosensitive resist to form a photosensitive resist film. A drying step of forming the 46 and a prebaking step of prebaking the photosensitive resistfilm 46 are included, and in step S12, an exposure step of exposing the prebaked photosensitive resistfilm 46 with a mask having a predetermined pattern. , The photosensitive resistfilm 46 is developed with a developing solution, and only a predetermined portion is left as a pillar structure (here, since the applied is a negative type photosensitive resist, it is irradiated with light through a mask. The development step (which is left as a pillar structure), the cleaning step of cleaning thesubstrate 45 where the pillar structure remains, the drying step of rotating thesubstrate 45 to dry it, and hard baking the pillar structure. Includes a hard bake process for post-baking.
In the method for manufacturing the solid-state image sensor 1 of the present invention, the photosensitive resistfilm 46 is exposed using a mask, and the tubular photosensitive resistfilm 46a has a cylindrical photosensitive resistfilm 46a as a pillar structure. It is left as analignment mark 7.

工程Ｓ１２における前記露光工程では、マスクを介して感光性レジスト膜の外周の所定位置にも光を照射し、上述の現像工程を経た後、光が照射された感光性レジスト膜４６ｂがアライメントマークとして残されることにより、ピラー構造形成工程Ｓ１と同様の工程で、ピラー構造４２と同じ材料を利用してピラー構造４２よりも外側にアライメントマーク（感光性レジスト膜４６ｂ）も形成された（アライメントマーク形成工程Ｓ３）。ここで、アライメントマークの形成位置は、形成しようとする固体撮像素子の仕様に応じて設定され、固体撮像素子の有効画素領域の外周に位置するように設定されている。 In the exposure step in step S12, light is also irradiated to a predetermined position on the outer periphery of the photosensitive resist film via a mask, and after the above-mentioned development step, the photosensitive resistfilm 46b irradiated with light is used as an alignment mark. By being left behind, an alignment mark (photosensitive resistfilm 46b) was also formed outside thepillar structure 42 by using the same material as thepillar structure 42 in the same process as the pillar structure forming step S1 (alignment mark formation). Step S3). Here, the formation position of the alignment mark is set according to the specifications of the solid-state image pickup device to be formed, and is set so as to be located on the outer periphery of the effective pixel region of the solid-state image pickup device.

ピラー構造形成工程Ｓ１において、グレースケールマスクを用いて感光性レジストの露光を行う。このようにして、ピラー構造を、遮光層４の高さ方向において半導体基板２から離れるにつれて幅寸法が大きくなる逆さ錐台形状に形成する。これにより、図２Ｂに示すように、断面形状が錐台形状であるピラー構造４２を形成することができる。 In the pillar structure forming step S1, the photosensitive resist is exposed using a gray scale mask. In this way, the pillar structure is formed in an inverted frustum shape in which the width dimension increases as the distance from thesemiconductor substrate 2 increases in the height direction of the light-shielding layer 4. As a result, as shown in FIG. 2B, thepillar structure 42 having a frustum-shaped cross section can be formed.

ピラー構造形成工程Ｓ１において、第一の層を形成する第一ピラー構造形成工程と、第一の層硬化後に、第二の層を前記第一の層に重なるように形成する第二ピラー構造形成工程を含む、ように構成されてもよい。このように形成されたピラー構造は第一の層、第二の層を少なくとも含む積層構成である。この場合、例えば、第一の層がグレースケールマスクを用いて形成した図２Ｂに示した構成であり、第二の層が図２Ａに示した構成であり、図２Ｃに示す断面形状を有するピラー構造を形成することができる。また、第一の層が図２Ｂに示した構成の逆さ錐台形状（即ち、開口寸法（開口面積）が、第二面４ｂから第一面４ａに向かって小さくなる錐台形状）であり、第二の層が図２Ｂに示した構成であり、図２Ｄに示す断面形状を有するピラー構造を形成することもできる。 In the pillar structure forming step S1, the first pillar structure forming step for forming the first layer and the second pillar structure forming for forming the second layer so as to overlap the first layer after the first layer is cured. It may be configured to include steps. The pillar structure thus formed is a laminated structure including at least a first layer and a second layer. In this case, for example, the first layer has the configuration shown in FIG. 2B formed by using a gray scale mask, the second layer has the configuration shown in FIG. 2A, and the pillar has the cross-sectional shape shown in FIG. 2C. The structure can be formed. Further, the first layer has an inverted frustum shape having the configuration shown in FIG. 2B (that is, a frustum shape in which the opening dimension (opening area) decreases from thesecond surface 4b toward thefirst surface 4a). The second layer has the configuration shown in FIG. 2B, and a pillar structure having a cross-sectional shape shown in FIG. 2D can also be formed.

次に、遮光層形成工程Ｓ２の一例について、具体的に説明する。
遮光層形成工程Ｓ２において、ピラー構造４２を埋め込むように遮光材料膜４７を形成する遮光材料膜形成工程Ｓ２１（図６Ｃ）と、ピラー構造４２及びアライメントマーク７を遮光材料膜４７から露出させるように遮光材料膜４７の所定の厚さを除去する遮光材料膜除去工程Ｓ２２（図６Ｄ）と、を主に含む。
遮光層形成工程Ｓ２は、具体的に、ピラー構造４２を埋め込むように遮光材料を塗布する塗布工程と、塗布された遮光材料を乾燥し、遮光材料膜４７を形成する乾燥工程と、遮光材料膜４７をプレベークするプレベーク工程と、ピラー構造４２及びアライメントマーク７を遮光材料膜４７から露出させるように遮光材料膜４７の所定の厚さを除去して遮光層４を形成する遮光材料膜除去工程とを含む。また、ピラー構造を遮光層の膜厚と同じ高さに形成し、アライメントマーク７の高さを遮光層４の上面４ａより低くならないように形成させる。Next, an example of the light-shielding layer forming step S2 will be specifically described.
In the light-shielding layer forming step S2, the light-shielding material film forming step S21 (FIG. 6C) for forming the light-shieldingmaterial film 47 so as to embed thepillar structure 42, and thepillar structure 42 and thealignment mark 7 are exposed from the light-shieldingmaterial film 47. Mainly includes a light-shielding material film removing step S22 (FIG. 6D) for removing a predetermined thickness of the light-shieldingmaterial film 47.
Specifically, the light-shielding layer forming step S2 includes a coating step of applying a light-shielding material so as to embed thepillar structure 42, a drying step of drying the applied light-shielding material to form a light-shieldingmaterial film 47, and a light-shielding material film. A pre-baking step of prebaking 47 and a light-shielding material film removing step of removing a predetermined thickness of the light-shieldingmaterial film 47 so as to expose thepillar structure 42 and thealignment mark 7 from the light-shieldingmaterial film 47 to form the light-shieldingmaterial film 4. including. Further, the pillar structure is formed at the same height as the film thickness of the light-shielding layer, and the height of thealignment mark 7 is formed so as not to be lower than theupper surface 4a of the light-shielding layer 4.

遮光材料膜４７が感光性を有する材料である場合、遮光材料膜除去工程は、所定のパターンを有するマスクを用いて遮光材料膜４７を露光する露光工程と、現像液を用いて遮光材料膜４７を現像し、ピラー構造４２を遮光材料膜４７から露出させるように遮光材料膜４７の所定の厚さを除去する現像工程とを含む。
遮光材料膜４７が感光性を有しない材料である場合、遮光材料膜除去工程において、ドライエッチングにより遮光材料膜４７の所定の厚さを除去するドライエッチング工程を含む。
工程Ｓ２２の後、固体撮像素子１を形成するためには、第一の光路層３、第二の光路層５、マイクロレンズ６等をさらに配置する必要があり、この時にはアライメントマーク７を用いてアライメントを行うことができる。When the light-shieldingmaterial film 47 is a photosensitive material, the light-shielding material film removing step includes an exposure step of exposing the light-shieldingmaterial film 47 using a mask having a predetermined pattern and a light-shieldingmaterial film 47 using a developing solution. The present invention includes a development step of removing a predetermined thickness of the light-shieldingmaterial film 47 so as to expose thepillar structure 42 from the light-shieldingmaterial film 47.
When the light-shieldingmaterial film 47 is a non-photosensitive material, the light-shielding material film removing step includes a dry etching step of removing a predetermined thickness of the light-shieldingmaterial film 47 by dry etching.
After the step S22, in order to form the solid-state image sensor 1, it is necessary to further arrange the firstoptical path layer 3, the secondoptical path layer 5, themicrolens 6, and the like, and at this time, thealignment mark 7 is used. Alignment can be done.

以上、固体撮像素子１の製造方法として、ピラー構造形成工程Ｓ１及び遮光層形成工程Ｓ２の一例をそれぞれ説明した。これらの工程は、一例であり、ピラー構造４２を、幅寸法に対する高さ寸法の比であるアスペクト比が１以上かつ幅寸法が３μｍ以上となるように形成し、固体撮像素子１の有効画素領域の外周にアライメントマーク７を形成すればよく、具体的な工程は、これに限定されない。 As described above, as a method for manufacturing the solid-state image sensor 1, an example of the pillar structure forming step S1 and the light-shielding layer forming step S2 has been described. These steps are an example, in which thepillar structure 42 is formed so that the aspect ratio, which is the ratio of the height dimension to the width dimension, is 1 or more and the width dimension is 3 μm or more, and the effective pixel region of the solid-state image sensor 1 is formed. Thealignment mark 7 may be formed on the outer periphery of the above, and the specific process is not limited to this.

以下、第２実施形態に係る固体撮像素子の製造方法について図７及び図８Ａから図８Ｃを参照しながら説明する。
図７は本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する製造方法を示すフローチャートであり、図８は本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を製造する過程を示す概略図である。Hereinafter, the method for manufacturing the solid-state image sensor according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8A to 8C.
FIG. 7 is a flowchart showing a manufacturing method for manufacturing the solid-state image sensor according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a schematic view showing a process of manufacturing the solid-state image sensor according to the second embodiment of the present invention. be.

第２実施形態に係る固体撮像素子の製造方法におけるピラー構造形成工程Ｓ１Ａ、アライメントマーク形成工程Ｓ３Ａは第１実施形態に係るピラー構造形成工程Ｓ１、アライメントマーク形成工程Ｓ３とそれぞれ同じであるため、重複する説明は省略する。また、第１実施形態と比較して、ピラー構造がより高く形成される。
図７に示すように、積層工程Ｓ２Ａにおいて、ピラー構造の少なくとも一部を充填物として含むように第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５積層工程（工程Ｓ２１Ａ）を順に積層して形成し、この時、遮光層４を、アライメントマーク７Ａの高さが遮光層４の上面４ａより低くならないように、即ちアライメントマークが遮光層から露出して識別可能であるように形成する。その後、第二の光路層の所定の厚さを除去し、ピラー構造を第一の光路層、遮光層及び第二の光路層の膜厚を合計した厚さに形成する（Ｓ２２Ａ）。Since the pillar structure forming step S1A and the alignment mark forming step S3A in the method for manufacturing the solid-state image sensor according to the second embodiment are the same as the pillar structure forming step S1 and the alignment mark forming step S3 according to the first embodiment, they overlap. The explanation to be done is omitted. Also, the pillar structure is formed higher than in the first embodiment.
As shown in FIG. 7, in the laminating step S2A, the firstoptical path layer 3, thelight shielding layer 4, and the secondoptical path layer 5 laminating step (step S21A) are sequentially performed so as to include at least a part of the pillar structure as a filler. It is formed by laminating, and at this time, the light-shielding layer 4 is formed so that the height of thealignment mark 7A is not lower than theupper surface 4a of the light-shielding layer 4, that is, the alignment mark is exposed from the light-shielding layer and can be identified. do. After that, the predetermined thickness of the second optical path layer is removed, and the pillar structure is formed to the total thickness of the film thicknesses of the first optical path layer, the light-shielding layer, and the second optical path layer (S22A).

図８Ａから図８Ｃに示すように、工程Ｓ２１Ａにおいて、ピラー構造５１ａ（４２Ａ）及びアライメントマーク５１ｂ（７Ａ）を形成する。その後、図８Ｃにおいて、アライメントマーク７に基づいてマスクを位置決めし、マスクを介して、ピラー構造が形成された基板５０に第一の光路層３及び遮光層４を順に塗布し、この時、好ましくは遮光層４を、アライメントマーク７を露出可能な厚さに塗布する。次に、アライメントマーク７及びピラー構造４２Ａをアライメント基准として、第二の光路層５をさらに塗布し、最終的に第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５の３つの層の積層構造が形成された。 As shown in FIGS. 8A to 8C, thepillar structure 51a (42A) and thealignment mark 51b (7A) are formed in the step S21A. Then, in FIG. 8C, the mask is positioned based on thealignment mark 7, and the firstoptical path layer 3 and the light-shielding layer 4 are sequentially applied to thesubstrate 50 on which the pillar structure is formed via the mask. Apply the light-shielding layer 4 to a thickness that allows thealignment mark 7 to be exposed. Next, using thealignment mark 7 and thepillar structure 42A as the alignment reference, the secondoptical path layer 5 is further applied, and finally three layers of the firstoptical path layer 3, thelight shielding layer 4, and the secondoptical path layer 5 are applied. Laminated structure was formed.

次に、工程Ｓ２２Ａにおいて、図示していないが、第二の光路層５の所定の厚さを除去し、ピラー構造４２Ａを、第一の光路層３、遮光層４及び第二の光路層５の膜厚を合計した厚さに形成する。ここで、ピラー構造４２Ａを、第二の光路層５の上面５ａから露出するように形成する。あるいは、ピラー構造４２Ａ及び第二の光路層５を視覚的に区別可能な異なる材料で形成する。 Next, in step S22A, although not shown, the predetermined thickness of the secondoptical path layer 5 is removed, and thepillar structure 42A is provided with the firstoptical path layer 3, thelight shielding layer 4, and the secondoptical path layer 5. It is formed to the total thickness of the film thicknesses of. Here, thepillar structure 42A is formed so as to be exposed from theupper surface 5a of the secondoptical path layer 5. Alternatively, thepillar structure 42A and the secondoptical path layer 5 are formed of different materials that are visually distinguishable.

工程Ｓ２２Ａの後に、固体撮像素子１を形成するために、第二の光路層５の上にマイクロレンズ６をさらに配置したり、エッチングにより電極開口を実施したりする必要がある。この時、アライメントマーク７を用いてアライメントを行うことができる以外に、ピラー構造４２Ａをマイクロレンズ６と遮光層４との位置合わせ基準とすることもでき、ピラー構造４２Ａを、電極開口を実施する際の位置合わせ基準とすることができる。
また、上述の第１及び第２実施形態に係る固体撮像素子１，１Ａの製造方法において、ピラー構造形成工程と同じ工程にピラー構造と同じ材料でアライメントマークを形成することを説明したが、アライメントマークは、ピラー構造とは異なる材料を用い、別の工程に形成されてもよい。After the step S22A, in order to form the solid-state image sensor 1, it is necessary to further arrange themicrolens 6 on the secondoptical path layer 5 or to perform the electrode opening by etching. At this time, in addition to being able to perform alignment using thealignment mark 7, thepillar structure 42A can also be used as an alignment reference between themicrolens 6 and the light-shielding layer 4, and thepillar structure 42A is provided with an electrode opening. It can be used as a reference for alignment.
Further, in the method for manufacturing the solid-state imaging devices 1 and 1A according to the first and second embodiments described above, it has been described that the alignment mark is formed in the same process as the pillar structure forming step with the same material as the pillar structure. The mark may be formed in a different process using a material different from the pillar structure.

上述の説明した第２実施形態に係る固体撮像素子の製造方法において、ピラー構造はアライメントの役割を果たすことができるため、アライメントマークの形成を省略することもできる。 In the method for manufacturing a solid-state image sensor according to the second embodiment described above, since the pillar structure can play a role of alignment, the formation of an alignment mark can be omitted.

上述の第１実施形態及び第２実施形態に係る固体撮像素子１，１Ａの製造方法は、上述の固体撮像素子１，１Ａの効果に加え、以下の効果を得ることもできる。
ピラー構造形成工程と同じ工程において、ピラー構造４２，４２Ａと同じ材料でアライメントマーク７，７Ａを形成し、工程の簡素化を実現することができる。
ピラー構造４２Ａを第二の光路層５の上面５ａから露出するように形成する、又はピラー構造４２Ａ及び第二の光路層５を視覚的に区別可能な異なる材料で形成するように形成することにより、ピラー構造４２Ａはアライメントの役割を果たすことができ、この時、アライメントマーク７の形成は省略できる。The method for manufacturing the solid-stateimage pickup devices 1 and 1A according to the first embodiment and the second embodiment described above can obtain the following effects in addition to the effects of the solid-stateimage pickup devices 1 and 1A described above.
In the same process as the pillar structure forming step, the alignment marks 7 and 7A can be formed from the same material as thepillar structures 42 and 42A, and the process can be simplified.
By forming thepillar structure 42A so as to be exposed from theupper surface 5a of the secondoptical path layer 5, or by forming thepillar structure 42A and the secondoptical path layer 5 so as to be formed of different materials that are visually distinguishable. , Thepillar structure 42A can play a role of alignment, and at this time, the formation of thealignment mark 7 can be omitted.

以上、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法の具体的な実施形態について説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。その新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲内に含まれる。 Although the specific embodiments of the solid-state image sensor and the method for manufacturing the solid-state image sensor according to the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other embodiments, and various omissions, substitutions and changes of components can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

１，１Ａ…固体撮像素子
２…半導体基板
３…第一の光路層
４…遮光層
５…第二の光路層
６…マイクロレンズ
７，７Ａ…アライメントマーク
１１…有効画素領域
２１…光電変換素子
４１…開口部
４２，４２Ａ…ピラー構造1,1A ... Solid-state image sensor 2 ...Semiconductor substrate 3 ... Firstoptical path layer 4 ... Light-shielding layer 5 ... Secondoptical path layer 6 ...Microlens 7,7A ...Alignment mark 11 ...Effective pixel area 21 ...Photoelectric conversion element 41 …Opening 42, 42A… Pillar structure

Claims (10)

Translated fromJapanese

二次元的に配置された複数の光電変換素子を有する半導体基板と、
前記半導体基板の第一面側に設けられた第一の光路層と、
前記第一の光路層の前記半導体基板とは反対側の面上に設けられた第二の光路層と、
前記第一の光路層と前記第二の光路層の間に設けられた遮光層と、
前記第二の光路層の前記遮光層とは反対側の面上に二次元的に配置された複数のマイクロレンズとを備え、
前記遮光層は、前記光電変換素子に入射する光の光路を確保する開口部が前記光電変換素子と対応する位置に形成され、
前記遮光層の厚さ方向に沿い、且つ前記開口部を通る断面において、前記開口部の前記厚さ方向における高さ寸法をｂとし、前記開口部の前記厚さ方向と直交する方向における開口寸法の最小値をａとし、前記開口寸法に対する前記高さ寸法の比ｂ／ａであるアスペクト比がαである場合、α≧１、かつａ≧３μｍであり、
前記開口部において、光が透過可能なピラー構造が前記開口部と同じ形状で形成されており、
前記ピラー構造を構成する感光性レジストがネガ型レジストである、固体撮像素子。A semiconductor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally,
The first optical path layer provided on the first surface side of the semiconductor substrate and
A second optical path layer provided on a surface of the first optical path layer opposite to the semiconductor substrate, and
A light-shielding layer provided between the first optical path layer and the second optical path layer,
A plurality of microlenses two-dimensionally arranged on a surface of the second optical path layer opposite to the light-shielding layer are provided.
In the light-shielding layer, an opening for securing an optical path for light incident on the photoelectric conversion element is formed at a position corresponding to the photoelectric conversion element.
In the cross section along the thickness direction of the light-shielding layer and passing through the opening, the height dimension of the opening in the thickness direction is b, and the opening dimension in the direction orthogonal to the thickness direction of the opening. When the aspect ratio, which is the ratio b / a of the height dimension to the opening dimension, is α, α ≧ 1 and a ≧ 3 μm.
In the opening, a pillar structure through which light can be transmitted is formed in the same shape as the opening.
A solid-state imaging device in which the photosensitive resist constituting the pillar structure is a negative resist. 前記ピラー構造は、前記第一の光路層、前記第二の光路層および前記遮光層の膜厚を合計した高さを有する、
請求項１に記載の固体撮像素子。The pillar structure has a height obtained by adding the film thicknesses of the first optical path layer, the second optical path layer, and the light-shielding layer.
The solid-state image sensor according to claim 1. 前記ピラー構造は、前記遮光層の膜厚と同じ高さを有する、
請求項１に記載の固体撮像素子。The pillar structure has the same height as the film thickness of the light-shielding layer.
The solid-state image sensor according to claim 1. 前記固体撮像素子は、感光イメージングを行う複数の画素が配列された有効画素領域を含み、
前記有効画素領域の外周にアライメントマークが設けられ、
前記アライメントマークの高さは前記遮光層の上面より低くならないように形成される、
請求項１に記載の固体撮像素子。The solid-state image sensor includes an effective pixel region in which a plurality of pixels for photosensitive imaging are arranged.
An alignment mark is provided on the outer periphery of the effective pixel area, and an alignment mark is provided.
The height of the alignment mark is formed so as not to be lower than the upper surface of the light shielding layer.
The solid-state image sensor according to claim 1. 前記アライメントマークは前記ピラー構造と同じ材料で形成される、
請求項４に記載の固体撮像素子。The alignment mark is made of the same material as the pillar structure.
The solid-state image sensor according to claim 4. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ピラー構造の幅寸法に対する高さ寸法の比であるアスペクト比が１以上、かつ前記幅寸法が３μｍ以上となるように、ネガ型の感光性レジストにより、光が透過可能な前記ピラー構造が形成されるピラー構造形成工程と、
前記ピラー構造形成工程の後、前記ピラー構造を充填物として含むように前記遮光層を形成する遮光層形成工程と、を含む、
固体撮像素子の製造方法。The method for manufacturing a solid-state image sensor according to any one of claims 1 to 5.
The pillar structure capable of transmitting light is formed by a negative photosensitive resist so that the aspect ratio, which is the ratio of the height dimension to the width dimension of the pillar structure, is 1 or more and the width dimension is 3 μm or more. Pillar structure formation process and
After the pillar structure forming step, the light-shielding layer forming step of forming the light-shielding layer so as to include the pillar structure as a filler is included.
A method for manufacturing a solid-state image sensor. 前記遮光層を形成した後、前記ピラー構造を前記遮光層から露出させるように、前記遮光層の所定の厚さを除去し、前記ピラー構造を前記遮光層の膜厚と同じ高さに形成する、
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。After forming the light-shielding layer, a predetermined thickness of the light-shielding layer is removed so that the pillar structure is exposed from the light-shielding layer, and the pillar structure is formed at the same height as the film thickness of the light-shielding layer. ,
The method for manufacturing a solid-state image sensor according to claim 6. 前記ピラー構造を充填物として含むように前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成する第一の光路層及び第二の光路層の形成工程をさらに含み、
前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成した後、前記ピラー構造を前記第二の光路層から露出させるように前記第二の光路層の所定の厚さを除去し、前記ピラー構造を前記第一の光路層、前記第二の光路層及び前記遮光層の膜厚を合計した高さに形成する、
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。Further, a step of forming the first optical path layer and the second optical path layer formed by sequentially laminating the first optical path layer, the light shielding layer, and the second optical path layer so as to include the pillar structure as a filler. Including,
After forming the first optical path layer, the light-shielding layer, and the second optical path layer by laminating them in this order, a predetermined position of the second optical path layer so as to expose the pillar structure from the second optical path layer. The thickness is removed to form the pillar structure at the total height of the thicknesses of the first optical path layer, the second optical path layer, and the light-shielding layer.
The method for manufacturing a solid-state image sensor according to claim 6. 前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層を順に積層して形成する際に、前記ピラー構造を前記第一の光路層、前記遮光層及び前記第二の光路層の位置決め基準として用いる、
請求項８に記載の固体撮像素子の製造方法。When the first optical path layer, the light-shielding layer, and the second optical path layer are sequentially laminated and formed, the pillar structure is positioned by positioning the first optical path layer, the light-shielding layer, and the second optical path layer. Used as a reference,
The method for manufacturing a solid-state image sensor according to claim 8. 前記固体撮像素子の有効画素領域の外周にアライメントマークを設けるアライメントマーク形成工程をさらに含み、
前記アライメントマークの高さを前記遮光層の上面より低くならないように形成する、請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。Further, an alignment mark forming step of providing an alignment mark on the outer periphery of the effective pixel region of the solid-state image sensor is included.
The method for manufacturing a solid-state image sensor according to claim 6, wherein the height of the alignment mark is formed so as not to be lower than the upper surface of the light-shielding layer.

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