JP2013076859A - Manufacturing method for color filter, manufacturing method for solid state imager, and solid state imager - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子に備えられているカラーフィルタの製造方法およびそのカラフィルタの製造方法を用いた固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a color filter provided in a solid-state imaging device, a method for manufacturing a solid-state imaging device using the method for manufacturing a color filter, and a solid-state imaging device.
固体撮像素子として現在広く用いられている通常の表面照射型CMOSイメージセンサでは、画素の開口効率を向上させ、結像光束を可能な限り画素ごとの光電変換部に導くべく、被写体光の入射面にマイクロレンズが敷設されている。これによって、マイクロレンズが敷設されていない場合に比べて開口効率が向上し光電変換効率も向上する。 In a normal front-illuminated CMOS image sensor that is currently widely used as a solid-state image sensor, the incident surface of the subject light is improved in order to improve the aperture efficiency of the pixel and guide the imaging light flux to the photoelectric conversion unit for each pixel as much as possible. Microlenses are laid on the top. Thereby, the aperture efficiency is improved and the photoelectric conversion efficiency is improved as compared with the case where no microlens is laid.
しかし近年では画素サイズの縮小に伴い、マイクロレンズだけでなくカラーフィルタにもレンズ機能を付与した設計が注目されている。
特許文献1ではカラーフィルタの各画素間にカラーフィルタよりも低屈折率な材料、もしくは各画素間を空隙として集光機能を持たせることが提案されている。また特許文献2〜6でも同様の提案がなされている。なお、カラーフィルタ間に分離壁を設ける構造は特許文献7でも提案されているように古くから提案されている。
However, in recent years, with the reduction in pixel size, attention has been paid to a design in which a lens function is provided not only to a microlens but also to a color filter.
In
特許文献1〜7において提案されている分離壁付きカラーフィルタの作製方法はいくつかの手法があり、それぞれ問題点がある。
There are several methods for producing a color filter with a separation wall proposed in
特許文献7では、最初に分離壁を作製後カラーフィルタになる層を塗布により形成し、選択的に露光した後で分離壁上に載っている余分なカラーフィルタ材料を分離壁表面が露出するまでエッチングした後、現像することでフィルタを形成している。ところが本製造方法ではカラーフィルタを塗布、露光、エッチバック、現像、と通常の露光現像工程の途中にドライエッチング工程が入ることになるために、製造方法が複雑で長くなること、エッチング制御が困難であること、工程が長く複雑になるために歩留悪化の原因になっている。 In Patent Document 7, after a separation wall is first formed, a layer that becomes a color filter is formed by coating, and after the selective exposure, excess color filter material placed on the separation wall is exposed until the surface of the separation wall is exposed. The filter is formed by developing after etching. However, in this manufacturing method, since a dry etching process is included in the middle of normal exposure and development processes such as coating, exposure, etch back, development, and color filter, the manufacturing process is complicated and long, and etching control is difficult. In other words, the process is long and complicated, which causes a deterioration in yield.
特許文献1、2では最初にカラーフィルタアレイを作製しておき、フォトレジストで分離壁となる領域を開口、ドライエッチングにてカラーフィルタ間に溝を形成し、低屈折率材料を塗布・硬化させて作製している。ところが本製造方法では低屈折率材料を塗布したときに溝の中に上手く入っていかずに気泡が残ってしまい、それが硬化の際に膨張して、表面に突沸した跡が形成されてしまい、これが散乱ロスや混色の原因になっている。
In
特許文献5では最初に分離壁を作製後、非感光性材料によるカラーフィルタを順に作製し、最後にCMP(化学的研磨)によりカラーフィルタアレイを作製している。ところが本製造方法はCMPによる残膜厚制御が困難で、歩留悪化の原因になっている。 In Patent Document 5, a separation wall is first produced, then a color filter made of a non-photosensitive material is produced in order, and finally a color filter array is produced by CMP (chemical polishing). However, in this manufacturing method, it is difficult to control the remaining film thickness by CMP, which causes a deterioration in yield.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、分離壁を備えた集光機能を有するカラーフィルタを効率的に作製することができるカラーフィルタ層の製造方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、分離壁を備えた集光機能を有するカラーフィルタを備えた画素ピッチが小さくなっても混色が小さな固体撮像素子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。 This invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: It aims at providing the manufacturing method of the color filter layer which can produce efficiently the color filter which has a condensing function provided with the separation wall. Is. It is another object of the present invention to provide a solid-state imaging device having a small color mixture even when the pixel pitch is reduced, which includes a color filter having a condensing function including a separation wall, and a method for manufacturing the same.
本発明のカラーフィルタの製造方法は、回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板上に、2色以上のカラーフィルタと、該各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁とからなるカラーフィルタ層を製造する方法であって、
前記撮像素子基板上に、前記光電変換素子毎に対応する開口を有する格子状の分離壁を形成する工程と、
前記格子状の分離壁の開口にカラーレジストを塗布する塗布工程と、
該カラーレジストを露光する露光工程と
前記露光されたカラーレジストを現像する現像工程とを含み、
前記露光工程において、所定のマスク開口を有するフォトマスクを用い、該マスク開口を前記分離壁の開口位置に対応させて縮小投影させることにより前記カラーレジストの露光を行うものとし、
前記フォトマスクとして、前記マスク開口の開口面積Smが、前記分離壁の開口の面積をS、前記縮小投影の縮小倍率をrとしたとき、Sm<S/rであるものを用い、
前記分離壁の表面位置における前記カラーレジストの露光面積が前記分離壁の開口の面積以下となるように、露光光を前記分離壁の表面位置よりも上方位置で集光させることを特徴とする。
The method for producing a color filter according to the present invention includes a transparent separation that separates a color filter of two or more colors and a color filter of each color on an imaging element substrate having a plurality of photoelectric conversion elements on a circuit board. A method for producing a color filter layer comprising a wall,
Forming a grid-like separation wall having an opening corresponding to each photoelectric conversion element on the imaging element substrate;
An application step of applying a color resist to the openings of the grid-like separation walls;
An exposure step of exposing the color resist; and a development step of developing the exposed color resist;
In the exposure step, the color resist is exposed by using a photomask having a predetermined mask opening and reducing and projecting the mask opening corresponding to the opening position of the separation wall,
As the photomask, an opening area Sm of the mask opening is such that Sm <S / r, where S is the opening area of the separation wall and r is the reduction magnification of the reduction projection,
The exposure light is condensed at a position above the surface position of the separation wall so that the exposure area of the color resist at the surface position of the separation wall is equal to or less than the area of the opening of the separation wall.
なお、前記カラーレジストの塗布、露光および現像工程は、各色毎に繰り返して行うことにより、複数色を備えたカラーフィルタ層を得ることができる。 The color resist coating, exposure, and development steps are repeated for each color, whereby a color filter layer having a plurality of colors can be obtained.
前記分離壁の表面位置における前記カラーレジストの露光面積が、前記分離壁の開口の面積とほぼ一致するように、前記露光光を集光させることが好ましい。 The exposure light is preferably condensed so that an exposure area of the color resist at a surface position of the separation wall substantially coincides with an area of the opening of the separation wall.
前記塗布工程において、前記カラーレジストにより前記分離壁の開口が満たされ、前記分離壁の表面が覆われるまで該カラーレジストを塗布することが好ましい。 In the coating step, it is preferable to apply the color resist until the opening of the separation wall is filled with the color resist and the surface of the separation wall is covered.
本発明の固体撮像素子は、回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板上にカラーフィルタ層を備えてなる固体撮像素子の製造方法であって、
前記回路基板上に前記複数の光電変換素子を形成して撮像素子基板を作製し、
前記複数の光電変換素子上に前記カラーフィルタ層を、本発明のカラーフィルタの製造方法により製造することを特徴とする。
The solid-state imaging device of the present invention is a method for manufacturing a solid-state imaging device comprising a color filter layer on an imaging device substrate comprising a plurality of photoelectric conversion elements on a circuit board,
Forming the plurality of photoelectric conversion elements on the circuit board to produce an image sensor board;
The color filter layer is manufactured on the plurality of photoelectric conversion elements by the method for manufacturing a color filter of the present invention.
本発明の固体撮像素子は、回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板と、
前記複数の光電変換素子の上方に配された、2色以上のカラーフィルタおよび該各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁からなるカラーフィルタ層とを備え、
前記カラーフィルタが平凸レンズ形状を有していることを特徴とするものである。
The solid-state imaging device of the present invention includes an imaging device substrate comprising a plurality of photoelectric conversion elements on a circuit board,
A color filter layer comprising two or more color filters disposed above the plurality of photoelectric conversion elements and a transparent separation wall separating the color filters of each color;
The color filter has a plano-convex lens shape.
前記光電変換素子の光電変換層は、有機材料から構成されるものであることが好ましい。 The photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element is preferably composed of an organic material.
本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、カラーレジストの露光工程において、所定のマスク開口を有するフォトマスクを用い、マスク開口を分離壁の開口位置に対応させて縮小投影させることによりカラーレジストの露光を行うものとし、フォトマスクとして、マスク開口の開口面積Smが、分離壁の開口の面積をS、前記縮小投影の縮小倍率をrとしたとき、Sm<S/rであるものを用い、分離壁の表面位置におけるカラーレジストの露光面積が分離壁の開口の面積以下となるように、露光光を分離壁の表面位置よりも上方位置で集光させることにより、その後現像により得られるフィルタの形状を上に凸の形状(平凸レンズ形状)とすることができる。現像後にエッチングの処理が不要であり、効率的にカラーフィルタを製造することができる。 According to the color filter manufacturing method of the present invention, in the color resist exposure step, a photomask having a predetermined mask opening is used, and the mask opening is reduced and projected in correspondence with the opening position of the separation wall. As the photomask, an opening area Sm of the mask opening is such that Sm <S / r, where S is the opening area of the separation wall and r is the reduction magnification of the reduction projection, By condensing the exposure light at a position above the surface position of the separation wall so that the exposure area of the color resist at the surface position of the separation wall is less than the area of the opening of the separation wall, The shape can be a convex shape (plano-convex lens shape). Etching is not required after development, and a color filter can be produced efficiently.
本発明の固体撮像素子によれば、撮像素子基板上に各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁を備えたカラーフィルタ層を備えており、さらには、各カラーフィルタの形状が平凸レンズ状であることにより、集光性が格段に向上し、隣接画素間のクロストークを大幅に抑制することができる。 According to the solid-state imaging device of the present invention, the color filter layer including the transparent separation wall that separates the color filters of each color is provided on the imaging device substrate, and the shape of each color filter is a plano-convex lens. Due to the shape, the light condensing property is remarkably improved, and crosstalk between adjacent pixels can be significantly suppressed.
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明のカラーフィルタの製造方法を用いて製造される固体撮像素子の一実施形態の概略構成を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an embodiment of a solid-state imaging device manufactured using the method for manufacturing a color filter of the present invention.
図1に示すように、固体撮像素子10は、半導体回路基板11と、半導体回路基板11上に二次元アレイ状に形成された複数の画素電極(下部電極)12と、複数の画素電極12上に連続し形成された有機材料からなる光電変換層14と、光電変換層14上に形成された、複数の画素電極に対向する対向電極であり、単一層として設けられた共通電極(上部電極)16とを備えている。なお、また、上部電極16の上には透明な絶縁層18が積層されており、ここでは、半導体回路基板11から絶縁層18までを含めて撮像素子基板20と称する。撮像素子基板20の絶縁層18上に、2色以上(本実施形態においては3色)のカラーフィルタ21r、21g、21bと各色のカラーフィルタ21r、21g、21bを隔てて分離する透明な分離壁22とからなるカラーフィルタ層CFが設けられ、さらにカラーフィルタ層CF上には低反射層25が設けられている。
As shown in FIG. 1, the solid-
以下、各構成要素についての詳細を説明する。 Details of each component will be described below.
(半導体回路基板)
半導体回路基板11は、n型シリコン基板1(以下、単に基板1とする。)の表面にp型のウェル領域2を備え、ウェル領域2にはn型の不純物拡散領域3が複数形成されている。不純物拡散領域3は、回路基板11上に形成される画素電極12と対応して二次元アレイ状に形成されている。また、ウェル領域2の表面において、不純物拡散領域3の近傍には、該不純物拡散領域3に蓄積した電荷に応じた信号を出力する信号読出し部4が設けられている。
(Semiconductor circuit board)
The
信号読出し部4は、不純物拡散領域3に蓄積された電荷を電圧信号に変換して出力する回路であって、例えば公知のCCDやCMOS回路によって構成することができる。 The signal reading unit 4 is a circuit that converts the charge accumulated in the impurity diffusion region 3 into a voltage signal and outputs the voltage signal, and can be configured by, for example, a known CCD or CMOS circuit.
さらに、基板1のウェル領域2が形成された表面上に絶縁層5が積層されている。絶縁層5の上には、平面視略矩形状の画素電極12が複数、所定の間隔で配列形成されている。各画素電極12は、絶縁層5を貫通するように形成された導電性材料からなる接続部6を介して、基板1の不純物拡散領域3に電気的に接続されている。
Further, an insulating layer 5 is laminated on the surface of the
撮像素子10は、光電変換層14に光が入射されると、光電変換層14で発生した電荷(正孔及び電子)のうち、例えば、正孔を上部電極16に移動させ、電子を下部電極12に移動させるように、下部電極12及び上部電極16間には、図示しない電圧供給部によってバイアス電圧が印加される。この場合、上部電極16を正孔捕集電極とし、下部電極12を電子捕集電極としている。
When light enters the photoelectric conversion layer 14, the
(電極)
上部電極16及び下部電極12は、光電変換層14との密着性や、電子親和力や、イオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれる。
上部電極16及び下部電極12の作製には、その材料によって種々の方法が用いられるが、例えばITOの場合、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法(ゾルーゲル法など)、酸化インジウムスズの分散物の塗布などの方法で膜形成される。ITOの場合、UV−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。
上部電極16は、光電変換層14に光を入射させる必要があるため、透明な導電性材料で構成されている。ここで、透明電極材料は、例えば波長が約420nm〜約660nmの範囲の可視光域で約80%以上の透過率であるものが好ましい。
(electrode)
The
Various methods are used to manufacture the
The
上部電極16の具体的な材料としては、例えば、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、シリコン化合物およびこれらとITOとの積層物などが挙げられ、好ましくは、導電性の金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からITO、ZnO、InO、が好ましい。
Specific examples of the material for the
下部電極12は、導電性材料であればよく、透明である必要はない。しかし、下部電極12の下方の基板1側にも光を透過させることが必要である場合には、下部電極12も透明電極材料で構成することが必要となる。このとき、下部電極12の透明電極材料としては、上部電極16と同様に、ITOを用いることが好ましい。
The
(光電変換層)
有機材料による光電変換層14は、厚みが0.1μmから1.0μmの範囲となるように成膜されている。光電変換層14の層厚は薄いほどイメージセンサの混色には有効となるが、光吸収とのトレードオフがあり、実質的には0.5μm程度が最適な層厚となる。
(Photoelectric conversion layer)
The photoelectric conversion layer 14 made of an organic material is formed to have a thickness in the range of 0.1 μm to 1.0 μm. The thinner the photoelectric conversion layer 14 is, the more effective the color mixing of the image sensor is. However, there is a trade-off with light absorption, and the optimum layer thickness is substantially about 0.5 μm.
光電変換層14を構成する機材料としては、例えば電子写真の感光材料に用いられているような、様々な有機半導体材料を用いることができる。その中でも、高い光電変換性能を有すること、分光する際の色分離に優れていること、長時間の光照射に対する耐久性が高いこと、真空蒸着を行いやすいこと、等の観点から、キナクリドン骨格を含む材料やフタロシアニン骨格を含む有機材料が特に好ましい。 As a machine material constituting the photoelectric conversion layer 14, various organic semiconductor materials such as those used in electrophotographic photosensitive materials can be used. Among them, the quinacridone skeleton is selected from the viewpoints of having high photoelectric conversion performance, excellent color separation at the time of spectroscopy, high durability against long-time light irradiation, and easy vacuum deposition. Particularly preferred are materials containing and organic materials containing a phthalocyanine skeleton.
光電変換層14を構成する有機材料は、p型有機半導体及びn型有機半導体の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。例えば、p型有機型半導体及びn型有機半導体として、それぞれキナクリドン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、及びフルオランテン誘導体のいずれかを特に好ましく用いることができる。 The organic material constituting the photoelectric conversion layer 14 preferably includes at least one of a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor. For example, as the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor, any of quinacridone derivatives, naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, and fluoranthene derivatives can be particularly preferably used.
光電変換層14を有機材料で構成すれば、シリコン基板などに形成したフォトダイオードを光電変換部として用いる構成に比べて、可視光に対する光吸収係数が大きい。このため、光電変換層14に入射した光が吸収されやすくなる。この性質によれば、光電変換層14に斜めに入射した光も隣接する画素部へ漏れにくくなり、画素部で光電変換されることになり、透過効率の向上とクロストークの抑制を図ることができる。 If the photoelectric conversion layer 14 is made of an organic material, the light absorption coefficient with respect to visible light is larger than a structure using a photodiode formed on a silicon substrate or the like as a photoelectric conversion portion. For this reason, the light incident on the photoelectric conversion layer 14 is easily absorbed. According to this property, light obliquely incident on the photoelectric conversion layer 14 is less likely to leak to the adjacent pixel portion, and is photoelectrically converted at the pixel portion, thereby improving transmission efficiency and suppressing crosstalk. it can.
なお、1つの画素電極、および該画素電極上の光電変換層および上部電極により1つの光電変換素子が構成る。 One pixel electrode, and the photoelectric conversion layer and the upper electrode on the pixel electrode constitute one photoelectric conversion element.
(絶縁層)
絶縁層18は、Al2O3、SiO2、SiN、またはこれらの混合膜などから構成することができる。
(Insulating layer)
The insulating
(カラーフィルタ層)
図1に示すように、カラーフィルタ層CFは、それぞれ異なる波長の光を透過する複数のカラーフィルタを有する。ここでは、カラーフィルタCFは赤/青/緑色の顔料、もしくは染料の入った有機材料によるカラーフィルタ21r、21g、21bが画素毎に配置され、各カラーフィルタ21r、21g、21b間にはカラーフィルタ材料よりも屈折率が小さな透明材料で構成される分離壁22が設けられている。
(Color filter layer)
As shown in FIG. 1, the color filter layer CF includes a plurality of color filters that transmit light of different wavelengths. Here, the color filter CF includes
カラーフィルタ21r、21g、21bは、それぞれ異なる波長の光を透過するものであり、カラーフィルタ21rは、入射光のうち赤色光を透過する構成を有するR光カラーフィルタとして機能する。同様にカラーフィルタ21gは、入射光のうち緑色光を透過する構成を有するG光カラーフィルタとして、カラーフィルタ21bは、入射光のうち青色光を透過する構成を有するB光カラーフィルタとして機能する。
The
複数のカラーフィルタ21r,21g,21bは、各画素部にいずれか1つが含まれ、画素部の配列に応じてベイヤー配列などのカラーパターンで配列されている。
Any one of the plurality of
カラーフィルタの屈折率は赤青緑の各色で異なり、また入射光の波長によっても異なるものであるが、カラーフィルタ21r、21g、21bのいずれも入射光波長(少なくともその可視光域の波長(400nm〜700nm)に対し1.5〜1.8の範囲内の屈折率を有する。
また、それぞれのカラーフィルタ21r、21g、21bの厚みは0.3μm〜1.0μmの範囲内としている。
The refractive index of the color filter is different for each color of red, blue, and green, and also varies depending on the wavelength of incident light. However, any of the
The thickness of each
カラーフィルタ21r,21g,21bは、その断面構造が上に凸な形状をしており、平凸レンズの機能を有している。
The
本発明のカラーフィルタの製造方法の実施形態を説明する。
図2は本発明の実施形態のカラーフィルタの製造方法を示す工程図である。
まず、撮像素子基板20上に低屈折率材料40を塗布し、硬化させる。低屈折率材料40としては、フッ素系材料を用いたものや中空シリカ、多孔質シリカを配合したものなどが市販されているのでこれらを用いればよい。続いてフォトレジスト41を用いて分離壁を形成するための格子状パターンを形成し(図2の工程a)、本パターンをマスクとしてドライエッチングにより低屈折率材料40による格子状の分離壁22を形成する(図2の工程b)。
An embodiment of a method for producing a color filter of the present invention will be described.
FIG. 2 is a process diagram showing a method for manufacturing a color filter according to an embodiment of the present invention.
First, the low
分離壁22が形成された基板20上に分離壁22の開口22aを埋め込むようにカラーレジスト42を塗布する(図2の工程c)。
カラーレジスト42の際には、図2に示すように、分離壁22の開口22aが満たされ、分離壁22の表面を覆う程度にカラーレジスト42を塗布することが好ましい。
本実施形態においては、最初にG光カラーフィルタ用のカラーレジスト42を塗布している。
A color resist 42 is applied on the
In the case of the color resist 42, it is preferable to apply the color resist 42 so that the
In the present embodiment, a color resist 42 for the G light color filter is first applied.
さらにカラーレジストの選択的露光および現像を行う。G光フィルタを形成する部分のみを選択的に露光する。図2の工程dはカラーレジストの露光工程を示すものである。 Further, selective exposure and development of the color resist are performed. Only the portion for forming the G light filter is selectively exposed. Step d in FIG. 2 shows a color resist exposure step.
カラーレジスト42の露光は、ステッパもしくはスキャナにてフォトマスクのパターンを所定の縮小倍率r(r<1)で縮小投影させて行う。図3Aは縮小投影露光を説明するための模式図である。
図3Aに示すように、ガラス等の透明な基板51にCrなどによる遮光膜53が開口52を有するパターン状に形成されてなるフォトマスク50を用い、UV光などの露光光Lをフォトマスク50上から照射して、フォトマスク50を透過した露光光を、縮小投影レンズ系55を介して、所定の縮小倍率でカラーレジスト42に投影する。
The color resist 42 is exposed by reducing and projecting a photomask pattern at a predetermined reduction ratio r (r <1) by a stepper or a scanner. FIG. 3A is a schematic diagram for explaining reduction projection exposure.
As shown in FIG. 3A, a
図3Bはカラーレジストの露光に用いられるフォトマスク50と格子状の分離壁22を模式的に示す平面図である。フォトマスク50は、一度に露光したい画素だけに光が当たるように開口52が形成されている。このようなフォトマスクを用いて露光位置をずらしながら、全域に亘って選択的露光を行う。ここでは、一例としてベイヤ配列の場合のG光カラーフィルタ形成用の開口パターンを示している。R光カラーフィルタ、B光カラーフィルタの形成の場合には、それぞれに応じた開口パターンのフォトマスクを用いる。
FIG. 3B is a plan view schematically showing a
フォトマスク50の開口52の面積Smは、格子状の分離壁22の開口22aの面積Sに応じて設計されている。
本発明のカラーフィルタの製造方法においては、マスク開口面積Smが縮小投影レンズ系55による縮小倍率をrとしたとき、分離壁22の開口22aの面積Sに対し、Sm<S/rを満たすフォトマスク50を用いることを特徴としている。図3Bのフォトマスク50に示す破線54で囲まれた領域が分離壁22の開口22aの面積S/rである。
The area Sm of the
In the method for manufacturing a color filter of the present invention, when the mask opening area Sm is r as the reduction magnification by the reduction
また、図2の工程dに示すように、露光光Lを集光位置(フォーカス位置)56が分離壁22の表面位置57よりも上方となるように集光する。露光光Lはフォーカス位置56から徐々に広がるが、このとき、分離壁22の表面位置57における投影像の大きさ(露光面積)が開口22aの面積Sと同等以下となるようにフォーカス位置を制御する。なお、分離壁22の表面位置57における投影像の大きさは開口22aの面積と同一であることが望ましい。
2, the exposure light L is condensed such that the condensing position (focus position) 56 is higher than the
図2の工程dにおいて、カラーレジスト42の露光光Lによる露光領域は破線で示す領域となる。分離壁表面上のレジストには露光光が当たらないように制御されており、このように露光されたカラーレジスト42を現像することにより、カラーフィルタ表面の分離壁に隣接する端部が丸くなり、図2の工程eに示すように、上に凸形状のG光カラーフィルタ21gを形成することができる。
In step d of FIG. 2, the exposure area of the color resist 42 by the exposure light L is an area indicated by a broken line. The resist on the surface of the separation wall is controlled so as not to be exposed to exposure light. By developing the color resist 42 thus exposed, the end of the color filter surface adjacent to the separation wall becomes round, As shown in step e of FIG. 2, a convex G
このカラーレジスト塗布、露光、現像の工程を、引き続き、R光カラーフィルタ、B光カラーフィルタと、色毎に繰返し行い、図2の工程fに示すような3色のカラーフィルタを備えたカラーフィルタ層CFを形成することができる。
各フィルタの形状を断面において上に凸形状となるものとすることにより、フィルタ自身に凸レンズの集光機能を持たせることができ、撮像素子における集光効率を向上させることができる。
The color resist coating, exposure, and development steps are continuously repeated for each color, the R light color filter and the B light color filter, and a color filter having three color filters as shown in step f of FIG. The layer CF can be formed.
By making the shape of each filter convex upward in the cross section, the filter itself can have a condensing function of a convex lens, and the condensing efficiency in the image sensor can be improved.
従来の露光方法では、カラーレジストを露光する際には作製したい画素サイズ(ここでは、格子状分離壁22の開口面積S)とフォトマスクの開口の面積Smとの関係が、Sm=S/rであるフォトマスクを用いて、カラーレジスト表面もしくは内部でフォーカス位置が合うようにして露光していた。
例えば、図4の工程d’に示すように、分離壁の高さ位置57にフォーカス位置が一致するように露光光Lが集光され、この集光位置における投影像がの大きさが、格子状分離壁22の開口22aの面積Sに等しくなるように露光される。
In the conventional exposure method, when the color resist is exposed, the relationship between the pixel size to be produced (here, the opening area S of the grid-like separation wall 22) and the area Sm of the opening of the photomask is Sm = S / r. Using a photomask, the exposure was performed so that the focus position was in alignment with or on the color resist surface.
For example, as shown in step d ′ of FIG. 4, the exposure light L is condensed so that the focus position coincides with the
しかしこの従来の方法で露光・現像を行うと図4の工程e’に示すように、フィルタ21g’は分離壁に隣接する表面に鋭角な部分28が形成されたものとなり、断面形状が平凹レンズ形状になってしまう。
各色フィルタをこの手順で繰返し作製すると、図4の工程f’に示すように、いずれのフィルタ21r’、21g’、21b’についても平凹レンズ形状となり、各フィルタの端部近傍に入射した光が隣の画素に進入し混色の原因となる。
However, when exposure / development is performed by this conventional method, as shown in step e ′ of FIG. 4, the
When each color filter is repeatedly manufactured in this procedure, as shown in step f ′ of FIG. 4, all the
このような平凹レンズ形状に形成されるフィルタの混色の問題を解決するために、前述の特許文献7では現像前に表面をエッチングすることで分離壁及び画素上にある余剰分を現像前に除去しているが、このエッチングは残膜厚の制御が困難であり、再現性が乏しいという問題があった。 In order to solve the problem of color mixing of the filter formed in such a plano-concave lens shape, the above-mentioned Patent Document 7 removes the surplus on the separation wall and the pixel before development by etching the surface before development. However, this etching has a problem that it is difficult to control the remaining film thickness and the reproducibility is poor.
上述の通り、本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、現像後にエッチングを行うことなく、図2の工程fに示すように、各色カラーフィルタの形状を平凸レンズ状とすることができ、再現性もよく、製造効率よくカラーフィルタ層CFを製造することができる。 As described above, according to the color filter manufacturing method of the present invention, the shape of each color filter can be made into a plano-convex lens shape as shown in step f of FIG. Therefore, the color filter layer CF can be manufactured with good manufacturing efficiency.
(低反射層)
低反射層25は空気中からカラーフィルタCFに光がダイレクトに入射する場合の反射損失を低減するために備えられる。カラーフィルタCFに用いる材料の屈折率(例えば、3色のフィルタの屈折率の平均値)をncとした場合、低反射層25としては√ncとなる屈折率を有する材料を選択し、層厚は可視光のほぼ中心波長となる550nmの1/4膜厚となるようにすればよい。
例えば、本素子の場合ではカラーフィルタCFの屈折率が1.5〜1.8であることから1.28前後の屈折率を有する材料を用い、厚さは550/4/1.28=107nmとなることから、約0.1μmとすればよい。
(Low reflective layer)
The
For example, in the case of this element, since the refractive index of the color filter CF is 1.5 to 1.8, a material having a refractive index of about 1.28 is used, and the thickness is 550/4 / 1.28 = 107 nm. Therefore, the thickness may be about 0.1 μm.
以上の構成の固体撮像素子の製造方法は、回路基板11上への下部電極層、光電変換層および上部電極層等の形成方法は特に限定されず、撮像素子基板20上へのカラーフィルタ層の作製は、上述のカラーフィルタの項において説明した製造方法を用いて行えばよい。
In the method for manufacturing the solid-state imaging device having the above-described configuration, the method for forming the lower electrode layer, the photoelectric conversion layer, the upper electrode layer, and the like on the
固体撮像素子10のカラーフィルタ層CFは、各カラーフィルタ21r、21g、21bがそれぞれ凸レンズ形状を有し、集光機能を有するものであるため、従来の分離壁を備えたカラーフィルタ層を備えた固体撮像素子と比較して、集光効率を向上させることができると共に、隣接画素間のクロストークを大幅に抑制することができる。
The color filter layer CF of the solid-
上記実施形態においては、光電変換膜が有機材料による例を示したが、これに限定するものではなく、シリコン材料でもよい。特に近年開発された裏面照射型の固体撮像素子でも本発明は有効である。 In the said embodiment, although the photoelectric conversion film showed the example by an organic material, it is not limited to this, A silicon material may be sufficient. In particular, the present invention is also effective for a back-illuminated solid-state imaging device developed in recent years.
また、固体撮像素子としては、さらなる集光率の向上を図るために、マイクロレンズを併用してもよい。 Moreover, as a solid-state image sensor, in order to improve the condensing rate further, you may use a micro lens together.
10 固体撮像素子
11 半導体回路基板
12 下部電極(画素電極)
14 有機光電変換層
16 上部電極(共通電極)
18 絶縁層
20 撮像素子基板
21r、21g、21b カラーフィルタ
22 格子状分離壁
22a 格子状分離壁の開口
CF 分離壁付きカラーフィルタ層
40 低屈折率材料
41 フォトレジスト
42 カラーレジスト
50 フォトマスク
52 フォトマスクの開口
DESCRIPTION OF
14 Organic
18 Insulating
Claims (5)
前記撮像素子基板上に、前記光電変換素子毎に対応する開口を有する格子状の分離壁を形成する工程と、
前記格子の分離壁の開口にカラーレジストを塗布する塗布工程と、
該カラーレジストを露光する露光工程と
前記露光されたカラーレジストを現像する現像工程とを含み、
前記露光工程において、所定のマスク開口を有するフォトマスクを用い、該マスク開口を前記分離壁の開口位置に対応させて縮小投影させることにより前記カラーレジストの露光を行うものとし、
前記フォトマスクとして、前記マスク開口の開口面積Smが、前記分離壁の開口の面積をS、前記縮小投影の縮小倍率をrとしたとき、Sm<S/rであるものを用い、
前記分離壁の表面位置における前記カラーレジストの露光面積が前記分離壁の開口の面積以下となるように、露光光を前記分離壁の表面位置よりも上方位置で集光させることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。 A color filter layer including a color filter of two or more colors and a transparent separation wall that separates the color filters of each color is manufactured on an image sensor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements on a circuit board. A color filter manufacturing method comprising:
Forming a grid-like separation wall having an opening corresponding to each photoelectric conversion element on the imaging element substrate;
An application step of applying a color resist to the openings of the separation walls of the lattice;
An exposure step of exposing the color resist; and a development step of developing the exposed color resist;
In the exposure step, the color resist is exposed by using a photomask having a predetermined mask opening and reducing and projecting the mask opening corresponding to the opening position of the separation wall,
As the photomask, an opening area Sm of the mask opening is such that Sm <S / r, where S is the opening area of the separation wall and r is the reduction magnification of the reduction projection,
A color characterized in that the exposure light is condensed at a position above the surface position of the separation wall so that the exposure area of the color resist at the surface position of the separation wall is equal to or less than the area of the opening of the separation wall. A method for manufacturing a filter.
前記回路基板上に前記複数の光電変換素子を形成して撮像素子基板を作製し、
前記複数の光電変換素子上に前記カラーフィルタ層を、請求項1から3いずれか1項記載のカラーフィルタの製造方法により製造することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 A method for producing a solid-state imaging device comprising a color filter layer on an imaging device substrate comprising a plurality of photoelectric conversion elements on a circuit board,
Forming the plurality of photoelectric conversion elements on the circuit board to produce an image sensor board;
The method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the color filter layer is manufactured on the plurality of photoelectric conversion elements by the method for manufacturing a color filter according to any one of claims 1 to 3.
前記複数の光電変換素子の上方に配された、2色以上のカラーフィルタおよび該各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁からなるカラーフィルタ層とを備え、
前記カラーフィルタが平凸レンズ形状を有していることを特徴とする固体撮像装置。 An image sensor substrate comprising a plurality of photoelectric conversion elements on a circuit board;
A color filter layer comprising two or more color filters disposed above the plurality of photoelectric conversion elements and a transparent separation wall separating the color filters of each color;
A solid-state imaging device, wherein the color filter has a plano-convex lens shape.
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