JP2006078766A - Color solid-state imaging element and its color filter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element having a color filter which has spectroscopic characteristics having good color separation even under high luminosity photo-irradiation. <P>SOLUTION: In a color solid-state imaging element (14), at least green and red color filters (12 and 11) are formed on a plurality of photoelectric conversion elements. The green and the red color filters (12 and 11) respectively have a two layer constitution. Among the two layers, one layer is a common color filter layer (21 or 23) including yellow pigments or yellow dyes. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明はカラーフィルターを具備するカラ−固体撮像素子に関するものであり、特にそこで使用されるカラーフィルターの構造に関するものである。   The present invention relates to a color solid-state imaging device having a color filter, and more particularly to the structure of a color filter used therein.

デジタルカメラやカラースキャナー、カラーコピーなどに搭載される固体撮像素子は、通常半導体基板の表層または絶縁基板上に形成された半導体薄膜に形成された複数の光電変換素子を有する。光電変換素子としては例えばCCD等が用いられ、これら光電変換素子の前面にそれぞれ複数のカラ−フィルター、一般に赤、青、緑のフィルター、を配列してカラー化を図っている。   A solid-state imaging device mounted on a digital camera, a color scanner, a color copy, or the like usually has a plurality of photoelectric conversion elements formed on a semiconductor thin film formed on a surface layer or an insulating substrate of a semiconductor substrate. For example, a CCD or the like is used as the photoelectric conversion element, and a plurality of color filters, generally red, blue, and green filters, are arranged on the front surface of each photoelectric conversion element to achieve colorization.

カラーフィルターを形成する方法には、顔料分散法、染色法、または染料分散法などがある(例えば特許文献1〜5参照)。これらの方法においてはいずれも原色(赤、青、緑)あるいは補色(シアン、マゼンタ、イエロー)のカラーレジストをリソグラフィによりパターン形成する方式が採用されている。   Examples of a method for forming a color filter include a pigment dispersion method, a dyeing method, and a dye dispersion method (see, for example, Patent Documents 1 to 5). Each of these methods employs a method of patterning a primary color (red, blue, green) or complementary color (cyan, magenta, yellow) color resist by lithography.

なお、染料を用いる染色法や染料分散法によって得られたカラーフィルターは、耐熱性や耐光性に問題がある。このため、特に耐熱性や耐光性が要求される例えばカラーコピー等に搭載されるラインイメージセンサには適さない。また、染料は耐熱性や耐光性が要求される撮像素子用のカラーフィルターにおける要求仕様に合う色素が少ないため、色特性におけるバリエーションが少ない。また高濃度の着色材をバインダー樹脂に加えても色が濃くならず着色力が弱い。このため、カラーフィルターの膜厚が厚くなる傾向がある。そのために、数ミクロンサイズを解像する必要のある固体撮像素子用のカラーフィルターには染色法や染料分散法は適さない。   A color filter obtained by a dyeing method using a dye or a dye dispersion method has a problem in heat resistance and light resistance. For this reason, it is not suitable for a line image sensor mounted on, for example, a color copy, which requires heat resistance and light resistance. In addition, since there are few dyes that meet the required specifications of color filters for image sensors that require heat resistance and light resistance, there are few variations in color characteristics. Moreover, even if a high concentration coloring material is added to the binder resin, the color does not become dark and the coloring power is weak. For this reason, there exists a tendency for the film thickness of a color filter to become thick. Therefore, a dyeing method or a dye dispersion method is not suitable for a color filter for a solid-state imaging device that needs to resolve a size of several microns.

このため、ラインイメージセンサ等に使用される撮像素子のカラーフィルターにおいては、耐熱性や耐光性など信頼性、着色力、色分離に優れる顔料分散法で得られたカラーフィルターを採用するのが一般的である。   For this reason, color filters obtained by a pigment dispersion method that excels in reliability, coloring power, and color separation, such as heat resistance and light resistance, are generally used for color filters of image sensors used in line image sensors and the like. Is.

カラースキャナーやカラーコピー機においては、固体撮像素子としてのラインイメージセンサーと光源との距離が近い。このために非常に強い光強度が得られるという特徴があるからである。またこれらの装置の特性として固体撮像素子に対する色再現性の要求が強い。図1および図4に示すように、カラーフィルターの分光特性は赤色、青色、緑色の3原色が主流である。例えば図4に示すような例えば携帯電話に搭載されている撮像素子用カラーフィルターの分光特性と比較し、図1に示すカラースキャナーに搭載されている撮像素子用カラーフィルターの分光特性としては色の濃い特性が要求される。   In color scanners and color copiers, the distance between a line image sensor as a solid-state image sensor and a light source is short. This is because very strong light intensity can be obtained. In addition, as a characteristic of these devices, there is a strong demand for color reproducibility for a solid-state imaging device. As shown in FIGS. 1 and 4, the spectral characteristics of the color filter are mainly three primary colors of red, blue and green. For example, the spectral characteristics of the color filter for the image sensor mounted on the color scanner shown in FIG. 1 are compared with the spectral characteristics of the color filter for the image sensor mounted on, for example, a mobile phone as shown in FIG. Strong characteristics are required.

また、ラインイメージセンサーや二次元メージセンサの高密度化および微細化に伴い、これらに使用されるカラーフィルターも微細化が要求されている。このため、カラーフィルターの製造工程において使用されるリソグラフィの露光波長もより短波長化している。現在の露光工程においては例えばi線(365nm)の使用が一般的となってきている。
特開平11−14825 特開平11−209631 特開2000−95805 特開2000−44822 特開平6−67012
In addition, with the increase in density and miniaturization of line image sensors and two-dimensional image sensors, miniaturization of color filters used for these is also required. For this reason, the exposure wavelength of lithography used in the color filter manufacturing process is also shortened. In the current exposure process, for example, the use of i-line (365 nm) has become common.
JP-A-11-14825 JP 11-209631 A JP 2000-95805 A JP 2000-44822 JP-A-6-67012

図1にカラースキャナーやカラーコピー機等に望ましいカラーフィルターの光透過率特性を示す。本発明により達成可能となったものである。緑色用のフィルターにおいては400〜450nmおよび610〜700nmの透過率が低く、赤色用のフィルターにおいては400〜530nmの透過率が低く、青色用のフィルターにおいては550〜700nmの透過率が低い。   FIG. 1 shows light transmittance characteristics of a color filter desirable for a color scanner, a color copier, and the like. This can be achieved by the present invention. The green filter has low transmittance of 400 to 450 nm and 610 to 700 nm, the red filter has low transmittance of 400 to 530 nm, and the blue filter has low transmittance of 550 to 700 nm.

つまり、各々の色の主感度(例えば青色は450nm、緑色は530nm、赤色は620nm)で混色しないような分光特性である。このために、青色と緑色、緑色と赤色の分光特性が交差する波長における透過率を特に低く抑えていることが特徴である。なお、上記のように色分離に優れる分光特性は、カラースキャナーやカラーコピー機等に使用されるラインイメージセンサーだけでなく、例えば一眼レフデジタルカメラのような色特性を重視する媒体、即ち二次元メージセンサにおいても必要とされる特性である。   In other words, the spectral characteristics are such that the main sensitivities of each color (for example, 450 nm for blue, 530 nm for green, and 620 nm for red) do not mix colors. For this reason, the transmittance at a wavelength where the spectral characteristics of blue and green and green and red cross each other is particularly low. Note that the spectral characteristics excellent in color separation as described above are not only line image sensors used in color scanners, color copiers, etc., but also media that emphasize color characteristics such as single-lens reflex digital cameras, that is, two-dimensional. This characteristic is also required for image sensors.

ところで、前述したようなカラーフィルターを形成する方法としては、特に下記の方法に限定されるわけではないが、顔料などの着色料を透明樹脂中に分散させこれらと、i線などの紫外線に吸収を持つ開始剤やモノマー等から構成されたカラーレジストをリソグラフィによりパターン化させる方法が一般的であると考えられる。   By the way, the method for forming the color filter as described above is not particularly limited to the following method, but a colorant such as a pigment is dispersed in a transparent resin and absorbed by ultraviolet rays such as i-line. It is considered that a method of patterning a color resist composed of an initiator, a monomer and the like having a pattern by lithography is common.

しかしながら、カラーフィルターを図1に示すような色の濃い分光特性にとした場合には、露光に使用される短波長、例えばi線(365nm)、における透過率がゼロに近くなるためパターン化が極めて困難となる。あるいは、パターン化できたとしても、カラーレジストへの光照射量が不足して必要な硬化が行われない部分が生ずる。このため、パターン化後のカラーレジスト部すなわちカラーフィルターに汚点を形成するシミの発生や、例えば色の濃淡や膜厚の不揃いなムラが生じ、またレジスト下部の硬化が十分でない場合には後の工程における現像液の浸み込みにより先の工程でパターン化した部分の端部の剥がれが生じるという不具合が生ずる。   However, when the color filter has a deep spectral characteristic as shown in FIG. 1, the transmittance at a short wavelength used for exposure, for example, i-line (365 nm), is close to zero, so that patterning is possible. It becomes extremely difficult. Alternatively, even if the patterning can be performed, a portion in which the color resist is not sufficiently cured due to insufficient light irradiation amount occurs. For this reason, the color resist portion after patterning, that is, the occurrence of a stain that forms a spot on the color filter, uneven color unevenness or uneven film thickness occurs, for example, and if the lower part of the resist is not sufficiently cured, There is a problem in that the edge of the portion patterned in the previous process is peeled off due to the infiltration of the developer in the process.

特に、緑色用の着色料においては、微細化されたリソグラフィに使用されるような短波長における透過率が著しく低い。このため緑色については、色分離の良いカラーフィルターを提供するのが極めて困難であるという問題があった。   In particular, the green colorant has a remarkably low transmittance at a short wavelength as used in miniaturized lithography. For this reason, green has a problem that it is extremely difficult to provide a color filter with good color separation.

例えば着色料として顔料使用のカラーフィルターは、透明樹脂中に平均粒径がサブミクロンオーダーの顔料を分散させた感光性樹脂組成物を半導体基板の表面の平坦化層上に、1〜2μmの厚さで塗布形成し、プレベーク、露光、現像、熱硬化からなる工程を順次処理することにより形成さる。この場合、図1に示すような色分離に優れるカラーフィルターを形成するためには顔料濃度を高くする必要がある。すなわち十分な顔料濃度が得られない場合には膜厚を厚くする必要がある。例えば一事例では3μm程度まで膜厚を厚くする必要があることがわかった。   For example, a color filter using a pigment as a colorant has a thickness of 1 to 2 μm on a flattened layer on the surface of a semiconductor substrate obtained by dispersing a photosensitive resin composition in which a pigment having an average particle size of submicron order is dispersed in a transparent resin. The coating is formed and formed by sequentially processing the steps consisting of pre-baking, exposure, development, and thermosetting. In this case, it is necessary to increase the pigment concentration in order to form a color filter excellent in color separation as shown in FIG. That is, when a sufficient pigment concentration cannot be obtained, it is necessary to increase the film thickness. For example, in one case, it has been found that it is necessary to increase the film thickness to about 3 μm.

また顔料濃度を高くした場合には、現像後に顔料粒子が残さとして残り易い。この残さがノイズの原因となるという問題がある。このため、例えば顔料分散型カラーフィルターの顔料濃度は重量%で50%以下が望ましく、さらに好ましくは40%以下が望ましい。   When the pigment concentration is increased, the pigment particles are likely to remain as a residue after development. There is a problem that this residue causes noise. For this reason, for example, the pigment concentration of the pigment dispersion type color filter is desirably 50% or less by weight%, and more desirably 40% or less.

一方、膜厚を厚くした場合には、例えば露光を通常のステッパーを使用して実施する場合に、デフォーカスとなりやすく、解像性が悪くなるという問題が生ずる。例えば、数ミクロン幅のカラーフィルターを製造するような場合に、そのエッジ形状が悪くなるという不具合が生じる。従って、通常の製造工程においては、カラーフィルターの膜厚は2.5μm以下、より好ましくは2μmを超えないことが望ましい。   On the other hand, when the film thickness is increased, for example, when exposure is performed using a normal stepper, there is a problem that defocusing is likely to occur and resolution is deteriorated. For example, when a color filter having a width of several microns is manufactured, there is a problem that the edge shape is deteriorated. Therefore, in a normal manufacturing process, it is desirable that the film thickness of the color filter not exceed 2.5 μm, more preferably not exceed 2 μm.

なお、赤色の着色料については一般に色着色力が弱い。このため、例えば400〜550nm波長領域の透過率を3%以下とするためには、着色料として顔料を用いた場合、約50%の顔料濃度が必要であり、その時の膜厚が約2μmと厚く、現像時における残さの発生と解像性能の低下という2つの問題が生じていた。   In general, red coloring agents have weak color coloring power. For this reason, for example, in order to set the transmittance in the wavelength region of 400 to 550 nm to 3% or less, when a pigment is used as the colorant, a pigment concentration of about 50% is necessary, and the film thickness at that time is about 2 μm. Thick, there were two problems, that is, generation of a residue during development and a decrease in resolution performance.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものである。その課題は、高濃度であっても露光に使用できる短波長でパターニング可能な、色分離の良い分光特性を有するカラーフィルターを具備する固体撮像素子を提供することにある。そして、解像性に優れ、現像時における着色料の残さが極めて少ない、且つ量産性に優れたカラー固体撮像素子及び撮像素子用のカラーフィルターを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems. The object is to provide a solid-state imaging device including a color filter having spectral characteristics with good color separation that can be patterned at a short wavelength that can be used for exposure even at high density. Another object of the present invention is to provide a color solid-state imaging device and a color filter for the imaging device that are excellent in resolution, have very little residual colorant during development, and are excellent in mass productivity.

本発明における具体的手段について以下説明する。さらに、かかる手段を採用した理由について説明する。   Specific means in the present invention will be described below. Further, the reason for adopting such means will be described.

本発明の実施例に記載されているカラー固体撮像素子は、複数の光電変換素子上に少なくとも緑色および赤色用のカラーフィルターを形成したカラー固体撮像素子において、緑色および赤色用のカラーフィルターはそれぞれ2層構成であり、各2層うちの1層は、黄色の着色料を含む共通のカラーフィルター層であるカラー固体撮像素子である。   The color solid-state image pickup device described in the embodiment of the present invention is a color solid-state image pickup device in which at least green and red color filters are formed on a plurality of photoelectric conversion elements. The layer structure is such that one of the two layers is a color solid-state imaging device which is a common color filter layer containing a yellow colorant.

かかる構成を採用することにより、解像性および量産性に優れるとともに、色分離の良い分光特性を有するカラーフィルターを提供することができる。   By adopting such a configuration, it is possible to provide a color filter that has excellent resolution and mass productivity and has spectral characteristics with good color separation.

また本発明の実施例に記載されているカラー固体撮像素子は、複数の光電変換素子上にそれぞれ対応する赤色、緑色、および青色用の複数のカラーフィルターを形成したカラー固体撮像素子において、赤色用のカラーフィルターが2層構成であるカラー固体撮像素子である。   The color solid-state imaging device described in the embodiments of the present invention is a color solid-state imaging device in which a plurality of color filters for red, green, and blue respectively corresponding to a plurality of photoelectric conversion devices are formed. The color filter is a color solid-state imaging device having a two-layer structure.

さらに、上記固体撮像素子において、2層のうち少なくとも1層に黄色の着色料が含まれているカラー固体撮像素子である。   Furthermore, in the solid-state imaging device, a color solid-state imaging device in which a yellow colorant is included in at least one of the two layers.

また本発明の実施例に記載されているカラー固体撮像素子は、複数の光電変換素子上にそれぞれ対応する赤色、緑色、および青色用の複数のカラーフィルターを形成したカラー固体撮像素子において、緑色用のカラーフィルターが2層構成であるカラー固体撮像素子である。   The color solid-state imaging device described in the embodiments of the present invention is a color solid-state imaging device in which a plurality of color filters for red, green, and blue are respectively formed on a plurality of photoelectric conversion devices. The color filter is a color solid-state imaging device having a two-layer structure.

さらに、上記固体撮像素子において、2層のうち少なくとも1層に黄色の着色料が含まれているカラー固体撮像素子である。   Furthermore, in the solid-state imaging device, a color solid-state imaging device in which a yellow colorant is included in at least one of the two layers.

また上記各カラー固体撮像素子において、上記黄色の着色料における主成分がC.I.ピグメントイエロー139、150、または185のいずれかであるカラー固体撮像素子である。   In each of the color solid-state image sensors, the main component of the yellow colorant is C.I. Pigment Yellow 139, 150, or 185.

本発明の実施例に記載されているカラーフィルターは、2層構成からなる緑色用のカラーフィルターであって、そのトータル分光特性が、波長400〜450nmの光に対する透過率が5%以下であり、波長620〜670nmの光に対する透過率が5%以下であり、30%透過率の波長が短波長側で490nm〜520nm、長波長側で570〜600nmの範囲にあり、そしてピーク波長が500〜550nmの範囲にあり、その透過率が60〜80%であるカラーフィルターである。   The color filter described in the examples of the present invention is a green color filter having a two-layer structure, and the total spectral characteristic thereof is a transmittance of 5% or less for light having a wavelength of 400 to 450 nm, The transmittance for light with a wavelength of 620 to 670 nm is 5% or less, the wavelength of 30% transmittance is in the range of 490 nm to 520 nm on the short wavelength side, 570 to 600 nm on the long wavelength side, and the peak wavelength is 500 to 550 nm. The color filter has a transmittance of 60 to 80%.

また本発明の実施例に記載されているカラーフィルターは、2層構成からなる赤色用のカラーフィルターであって、そのトータル分光特性が、波長400〜550nmの光に対し透過率が5%以下であり、50%透過率の波長が570nm〜605nmの範囲にあり、そして波長600〜650nmの光に対する透過率が80%以上であるカラーフィルターである。   The color filter described in the examples of the present invention is a red color filter having a two-layer structure, and its total spectral characteristic is a transmittance of 5% or less with respect to light having a wavelength of 400 to 550 nm. The color filter has a wavelength of 50% transmittance in the range of 570 nm to 605 nm and a transmittance of 80% or more for light having a wavelength of 600 to 650 nm.

また本発明の実施例に記載されている他のカラー固体撮像素子は、複数の光電変換素子を有し、この複数の光電変換素子に対応してこれら複数の光電変換素子上に少なくともその一部が2層構成からなるカラーフィルターが形成されたカラー固体撮像素子であって、上記カラーフィルターは、互いに直交する複数の帯状領域からなる第1のカラーフィルター層と、ここで第1のカラーフィルター層は、直交する帯状領域が交差する部分である交差領域と交差しない部分である非交差領域とを有し、そして帯状領域の間には直行する帯状領域によって区画された窓部が形成されており、交差領域上に形成された第2のカラーフィルター層と、非交差領域上に形成された第3のカラーフィルター層と、窓部において光電変換素子のうちの所定の光電変換素子上に形成された第4のカラーフィルター層とを有する。   Another color solid-state imaging device described in the embodiment of the present invention has a plurality of photoelectric conversion elements, and at least a part of the plurality of photoelectric conversion elements corresponds to the plurality of photoelectric conversion elements. Is a color solid-state imaging device in which a color filter having a two-layer structure is formed, and the color filter includes a first color filter layer composed of a plurality of band-like regions orthogonal to each other, and a first color filter layer here Has a crossing region, which is a portion where the orthogonal belt-shaped regions intersect, and a non-crossing region, which is a portion where the belt-shaped regions do not intersect, and a window section defined by the perpendicular belt-shaped regions is formed between the belt-shaped regions. A second color filter layer formed on the intersecting region, a third color filter layer formed on the non-intersecting region, and a predetermined photoelectric of the photoelectric conversion elements in the window portion. And a fourth color filter layer formed on the conversion element.

さらに、上記カラー固体撮像素子の上記第1のカラーフィルター層は黄色の着色料を含むカラー固体撮像素子である。   Furthermore, the first color filter layer of the color solid-state imaging device is a color solid-state imaging device containing a yellow colorant.

緑色用のカラーフィルター(以下、緑色フィルターと書く場合がある)を形成する場合、少なくとも波長400〜450nmの光の透過率を5%以下とすると、露光波長(365nm)における光の透過率は400nmにおける透過率以下となる。このため、カラーレジスト層に対する露光不足が生じ、特にレジスト層下部の硬化が不十分となる。このため、パターン化されたレジストの剥がれが生じやすくなる。   When forming a green color filter (hereinafter sometimes referred to as a green filter), if at least the transmittance of light having a wavelength of 400 to 450 nm is 5% or less, the transmittance of light at the exposure wavelength (365 nm) is 400 nm. It becomes below the transmittance | permeability in. For this reason, insufficient exposure to the color resist layer occurs, and in particular, the curing of the lower portion of the resist layer becomes insufficient. For this reason, peeling of the patterned resist is likely to occur.

例えば、緑色フィルターにおいて、400nmにおける透過率が5%の場合には、露光波長(365nm)における透過率は約3%と低下する。   For example, in a green filter, when the transmittance at 400 nm is 5%, the transmittance at the exposure wavelength (365 nm) decreases to about 3%.

一方、緑色フィルターは、数種の緑色の着色料と黄色の着色料で構成されており、特に400〜480nm波長透過率は、黄色の着色料で調整している。同様に赤色用のカラーフィルター(以下、赤色フィルターと書く場合がある。)は、数種の赤色の着色料と黄色の着色料で構成されており、特に400〜450nm波長領域は黄色の着色料で調整している。   On the other hand, the green filter is composed of several kinds of green colorants and yellow colorants, and in particular, the wavelength transmittance of 400 to 480 nm is adjusted with yellow colorants. Similarly, a red color filter (hereinafter sometimes referred to as a red filter) is composed of several red colorants and a yellow colorant, and in particular, in the 400 to 450 nm wavelength region, a yellow colorant. It is adjusted with.

赤色フィルターについては、400〜450nmの透過率を5%以下にしても、黄色および赤色の着色料(顔料)の特性上、露光波長(365nm)での透過率はむしろ上がる。このため、レジスト下部においても硬化に十分な光量が得られるので密着性の問題は生じない。むしろ、特に赤色の着色料(顔料)については、400〜420nmにおいて透過率が上がるという特性がある。このため単独では十分な色分離が行えない。   For the red filter, even if the transmittance at 400 to 450 nm is 5% or less, the transmittance at the exposure wavelength (365 nm) is rather increased due to the characteristics of the yellow and red colorants (pigments). For this reason, a sufficient amount of light for curing can be obtained even in the lower part of the resist, so that the problem of adhesion does not occur. Rather, the red colorant (pigment) has a characteristic that the transmittance increases at 400 to 420 nm. For this reason, sufficient color separation cannot be performed by itself.

もし、単層で形成した場合、着色料(顔料)濃度との関係で厚膜が厚くなる。この場合、残さが生ずる問題、および解像度が低下し、形状が悪化するという問題がある。このため、波長400〜480nmにおける透過率の低い黄色の着色料(顔料)のカラーフィルターとの2層構成とすることでこの問題を解決できる。即ち、色分離に優れた赤色フィルターとすることができる。   If it is formed as a single layer, the thick film becomes thick in relation to the colorant (pigment) concentration. In this case, there is a problem that a residue occurs and a problem that the resolution is lowered and the shape is deteriorated. For this reason, this problem can be solved by adopting a two-layer structure with a yellow colorant (pigment) color filter having a low transmittance at a wavelength of 400 to 480 nm. That is, a red filter excellent in color separation can be obtained.

例えば、着色料として黄色顔料C.I.ピグメントイエロー139を用いたカラーフィルターにおいて、例えば400nmにおける透過率が2%の時、露光波長領域(i線使用の場合は365nm)における透過率は15%である。このため、黄色カラーフィルター層においては、透過光量不足による密着性の問題は生じない。   For example, yellow pigment C.I. I. In a color filter using Pigment Yellow 139, for example, when the transmittance at 400 nm is 2%, the transmittance in the exposure wavelength region (365 nm when using i-line) is 15%. For this reason, in the yellow color filter layer, the problem of adhesion due to insufficient transmitted light amount does not occur.

従って、上記発明に係るカラー固体撮像素においては、緑色および赤色着色料を主成分とするカラーフィルターに共通する黄色の着色料を主成分とするフィルター層を、緑色または赤色のカラーフィルター層とは別に形成する。2層のカラーフィルター層を形成することにより、各層における露光波長の透過率を高めることができる。このため、色分離に優れる分光特性を有する色素濃度の高いカラーフィルターであっても、解像度が優れパターン剥がれのない、緑色および赤色用のカラーフィルターを備えたカラー固体撮像素子を得ることができる。なお、本明細書中では共通する着色料として黄色顔料で説明するが、共通する着色料であれば黄色以外の着色料(顔料/染料)を含ませることができ、また他方の緑色または赤色カラーフィルター層には共通するカラーフィルター層には足りない(共通しない)あるいは共通しても一方に過分に含まれる着色料(顔料/染料)を加えて分光特性を調節することができる。   Therefore, in the color solid-state imaging element according to the invention, a filter layer mainly composed of a yellow colorant common to a color filter mainly composed of green and red colorants is referred to as a green or red color filter layer. Separately formed. By forming two color filter layers, the transmittance of the exposure wavelength in each layer can be increased. For this reason, even if it is a color filter with a high pigment density | concentration which has the spectral characteristic which is excellent in color separation, the resolution is excellent and the color solid-state image sensor provided with the color filter for green and red without a pattern peeling can be obtained. In this specification, a yellow pigment will be described as a common colorant. However, a colorant other than yellow (pigment / dye) may be included as long as it is a common colorant, and the other green or red color may be included. Spectral characteristics can be adjusted by adding a colorant (pigment / dye) excessively contained in one of the filter layers which is not common (not common) or common to the common color filter layer.

ところで、3原色からなるカラーフィルターを配設したカラー固体撮像素子の主感度は、青色が450nm、緑色が530nm、赤色が620nm付近にある。各カラーフィルターにおいて色分離が悪いと、所望の波長領域以外の不要な光が透過することによる色ノイズが発生し、相対的に固体撮像素子の光感度は劣化してしまうことになる。例えば相対感度に関しては、緑色のカラーフィルターにおいて、緑色の透過率が80%の場合に、青色である波長450nmの透過率が10%とすると、緑色の青色に対する相対感度は70%となる。   By the way, the main sensitivities of a color solid-state imaging device provided with color filters composed of three primary colors are around 450 nm for blue, 530 nm for green, and 620 nm for red. If color separation is poor in each color filter, color noise is generated due to transmission of unnecessary light outside the desired wavelength region, and the light sensitivity of the solid-state imaging device is relatively deteriorated. For example, regarding the relative sensitivity, in the green color filter, when the transmittance of green is 80%, if the transmittance of a blue wavelength of 450 nm is 10%, the relative sensitivity to green blue is 70%.

本発明における緑色用のカラーフィルターは、解像性を向上させると共に残さが低減するように2層構成とした緑色用のカラーフィルターである。そのためには、2層構成のトータル分光特性は、例えば400〜450nmの透過率が5%以下、620〜670nmの透過率が5%以下、30%透過率の波長が短波長側で490nm〜520nm、長波長側で570〜600nmの範囲にあり、ピーク波長が500〜550nmの範囲でその透過率が60〜80%とするのが特に望ましいことがわかった。   The green color filter in the present invention is a green color filter having a two-layer structure so that the resolution is improved and the residue is reduced. For this purpose, the total spectral characteristics of the two-layer structure are, for example, that the transmittance at 400 to 450 nm is 5% or less, the transmittance at 620 to 670 nm is 5% or less, and the wavelength of 30% transmittance is 490 nm to 520 nm on the short wavelength side. It has been found that it is particularly desirable that the transmittance is 60 to 80% in the range of 570 to 600 nm on the long wavelength side and the peak wavelength is in the range of 500 to 550 nm.

そして、500〜550nmの範囲における透過率が60〜80%であるのに対して、青色の主感度である450nmおよび赤色の主感度である620nmにおける透過率は5%以下と低くするのが良いことがわかった。このように構成することにより、緑色用のカラーフィルターの青色および赤色の色ノイズを低く抑えることができる。   The transmittance in the range of 500 to 550 nm is 60 to 80%, whereas the transmittance at 450 nm which is the main sensitivity of blue and 620 nm which is the main sensitivity of red is preferably as low as 5% or less. I understood it. With this configuration, the blue and red color noises of the green color filter can be kept low.

また、本発明における赤色用のカラーフィルターは、上記緑色用のカラーフィルターと同様に、解像性を向上させると共に残さが低減するように2層構成とした赤色用のカラーフィルターである。そのためには、2層構成のトータル分光特性は、波長400〜550nmの光の透過率が5%以下、50%透過率の波長が570nm〜605nmの範囲にあり、600〜650nmの透過率が80%以上とするのが特に望ましいことがわかった。   In addition, the red color filter in the present invention is a red color filter having a two-layer structure so as to improve the resolution and reduce the residual, like the green color filter. For this purpose, the total spectral characteristics of the two-layer structure are such that the transmittance of light having a wavelength of 400 to 550 nm is 5% or less, the wavelength of 50% transmittance is in the range of 570 nm to 605 nm, and the transmittance of 600 to 650 nm is 80. % Or more was found to be particularly desirable.

そして、赤色の主感度である波長600〜650nmの光に対する透過率が80%以上であるのに対し、緑色の主感度である530nmと青色の主感度である450nmの光に対しては透過率が5%以下とするのが良いことがわかった。このように構成することにより、赤色用のカラーフィルターの緑色および青色の色ノイズを低く抑えることができる。   The transmittance for light having a wavelength of 600 to 650 nm, which is the main sensitivity of red, is 80% or more, whereas the transmittance is for light of 530 nm, which is the main sensitivity of green, and 450 nm, which is the main sensitivity of blue. Was found to be 5% or less. With this configuration, the green and blue color noises of the red color filter can be kept low.

本発明によれば、色分離に優れる分光特性を有するように十分な着色料濃度を有するカラーフィルターであって、露光工程におけるカラーレジストパターンの解像度が優れ、色ノイズを低く抑え、且つレジストの硬化に必要な十分な光量を供給可能にするようにしてカラーレジストパターンの剥がれやシミやムラの生成を防いだカラーフィルターを具備するカラー固体撮像素子を得ることができる。   According to the present invention, a color filter having a sufficient colorant concentration so as to have spectral characteristics excellent in color separation, the color resist pattern in the exposure process has excellent resolution, color noise is suppressed, and the resist is cured. In addition, it is possible to obtain a color solid-state imaging device including a color filter which can supply a sufficient amount of light necessary for preventing the color resist pattern from being peeled off and generating stains and unevenness.

以下、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明において同一の要素については同一の符号を付する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same symbols are assigned to the same elements.

図2および図3に本発明の第1の実施例によるカラー固体撮像素子を示す。図1は本発明によるカラーフィルターの分光特性を示す図である。図4は、本発によるカラーフィルターの分光特性との比較のために示すもので、特に感度が優れるように形成された従来のカラーフィルターの分光特性の一例を示すものである。   2 and 3 show a color solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram showing the spectral characteristics of a color filter according to the present invention. FIG. 4 is shown for comparison with the spectral characteristics of the color filter according to the present invention, and shows an example of the spectral characteristics of a conventional color filter formed so as to be particularly excellent in sensitivity.

図1は特に色分離が優れるように構成された本発明によるカラーフィルターの分光特性を示す図である。1、2、および3はそれぞれ赤色、緑色、および青色用のカラーフィルターの分光特性を示す。横軸は波長(nm)、縦軸は各カラー波長に対する透過率を示す。   FIG. 1 is a diagram showing the spectral characteristics of a color filter according to the present invention which is particularly configured to have excellent color separation. 1, 2 and 3 represent the spectral characteristics of the color filters for red, green and blue, respectively. The horizontal axis indicates the wavelength (nm), and the vertical axis indicates the transmittance for each color wavelength.

図2は本発明の第1の実施例によるカラー固体撮像素子14のカラーフィルター10の平面図である。カラーフィルター10は、所謂リニア配列によって、赤色(R)、緑色(G)、および青色(B)の3色用のカラーフィルター11、12、13がストライプ状に配列されている。なお、本発明のカラーフィルターの配列はかかるリニア配列に限定されるものではない。   FIG. 2 is a plan view of the color filter 10 of the color solid-state imaging device 14 according to the first embodiment of the present invention. In the color filter 10, the color filters 11, 12, and 13 for three colors of red (R), green (G), and blue (B) are arranged in a stripe pattern by a so-called linear arrangement. The arrangement of the color filter of the present invention is not limited to such a linear arrangement.

図3は本発明の第1の実施例によるカラー固体撮像素子14の断面図であり、図2のA−A’部分に対応するものである。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the color solid-state imaging device 14 according to the first embodiment of the present invention, and corresponds to the A-A 'portion of FIG.

図4に示すように、光感度を重視する従来のカラーフィルターは、図1の本発明による場合と比較し、赤色用のカラーフィルターの分光特性4、緑色用のカラーフィルターの分光特性5、青色用のカラーフィルターの分光特性6とも、各色における主感度の波長(450nm、530nm、620nm)における透過率は高い。しかし、各分光特性が交差する波長(500nm、580nm)における透過率が高く、例えばカラースキャナーや、カラーコピー機に使用するには色分離が十分でない。   As shown in FIG. 4, the conventional color filter in which light sensitivity is important is compared with the case of the present invention in FIG. 1, the spectral characteristic 4 of the red color filter, the spectral characteristic 5 of the green color filter, and the blue color filter. Both of the spectral characteristics 6 of the color filter for use have high transmittance at wavelengths of main sensitivity (450 nm, 530 nm, and 620 nm) in each color. However, the transmittance at wavelengths (500 nm and 580 nm) where the spectral characteristics cross each other is high, and color separation is not sufficient for use in, for example, a color scanner or a color copier.

本発明第1の実施例によるカラー固体撮像素子14は、図3にその断面を示すように、受光部である複数の光電変換素子15を形成した基板16上に、受光部の凹凸を埋めるように形成された第1の平坦化層17、入射光を色分解するカラーフィルター10、そして第2の平坦化層18を順次形成することより構成されている。そしてカラーフィルター10はその一部が2層構成となっている。   The color solid-state imaging device 14 according to the first embodiment of the present invention is configured so that the unevenness of the light receiving portion is buried on the substrate 16 on which the plurality of photoelectric conversion elements 15 as the light receiving portions are formed, as shown in a cross section in FIG. The first flattening layer 17, the color filter 10 for color-separating incident light, and the second flattening layer 18 are sequentially formed. A part of the color filter 10 has a two-layer structure.

なお、光電変換素子15の受光面の寸法が数μmと非常に小さく、十分な光感度が得られにくい場合には、第2の平坦化層18上にマイクロレンズ(図示せず。図10(d)ご参照)を形成することもできる。   In the case where the dimension of the light receiving surface of the photoelectric conversion element 15 is as small as several μm and sufficient photosensitivity is difficult to obtain, a microlens (not shown in FIG. 10) is formed on the second planarization layer 18. d) can also be formed.

図2に示す緑色フィルター12は、図3の断面図に示すように、第1層として形成される黄色カラーフィルター層21と第2層として形成される緑色カラーフィルター層22との重ね合わせによって形成される。黄色カラーフィルター層21は少なくとも黄色の着色料を含む層である。着色料としては顔料または染料あるいはそれらの中間体が使用可能である。   The green filter 12 shown in FIG. 2 is formed by overlapping a yellow color filter layer 21 formed as a first layer and a green color filter layer 22 formed as a second layer, as shown in the cross-sectional view of FIG. Is done. The yellow color filter layer 21 is a layer containing at least a yellow colorant. As the colorant, pigments or dyes or intermediates thereof can be used.

緑色カラーフィルター層22は少なくとも緑色の着色料を含む層である。緑色の顔料としては、これらに限定されるわけではないが、例えばC.I.ピグメントグリーン7、36、37を使用することができる。緑色の染料としては、これらに限定されるわけではないが、例えばC.I.Acidグリーン25、41を使用することができる。この緑色フィルター12の分光特性が図1において2として示されているものである。   The green color filter layer 22 is a layer containing at least a green colorant. Examples of the green pigment include, but are not limited to, C.I. I. Pigment Green 7, 36, and 37 can be used. Examples of the green dye include, but are not limited to, C.I. I. Acid green 25, 41 can be used. The spectral characteristic of the green filter 12 is shown as 2 in FIG.

図5に黄色カラーフィルター層21の分光特性31、緑色カラーフィルター層22の分光特性32、および黄色カラーフィルター層21と緑色カラーフィルター層22との重ね合わせによって形成される緑色フィルター12の分光特性33を示す。   FIG. 5 shows a spectral characteristic 31 of the yellow color filter layer 21, a spectral characteristic 32 of the green color filter layer 22, and a spectral characteristic 33 of the green filter 12 formed by superimposing the yellow color filter layer 21 and the green color filter layer 22. Indicates.

同様に図2に示す赤色フィルター11は、図3の断面図に示すように、第1層として形成される黄色カラーフィルター層23と第2層として形成される赤色カラーフィルター層24の重ね合わせによって形成される。黄色カラーフィルター層23は少なくとも黄色の着色料を含む層である。赤色カラーフィルター層24は少なくとも赤色の着色料を含む層である。赤色の顔料としては、これらに限定されるわけではないが、例えばC.I.ピグメントレッド123、155、168、177、180、217、220のいずれかを使用することができる。赤色の染料としては、これらに限定されるわけではないが、例えばC.I.Acidレッド37、50、111、114、257、266のいずれかを使用することができる。この赤色フィルター11の分光特性が図1において1として示されているものである。   Similarly, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3, the red filter 11 shown in FIG. 2 is formed by superposing the yellow color filter layer 23 formed as the first layer and the red color filter layer 24 formed as the second layer. It is formed. The yellow color filter layer 23 is a layer containing at least a yellow colorant. The red color filter layer 24 is a layer containing at least a red colorant. Examples of red pigments include, but are not limited to, C.I. I. Any of CI Pigment Red 123, 155, 168, 177, 180, 217, 220 can be used. Examples of red dyes include, but are not limited to, C.I. I. Any of Acid Red 37, 50, 111, 114, 257, and 266 can be used. The spectral characteristic of the red filter 11 is shown as 1 in FIG.

図5に赤色カラーフィルター層24の分光特性34、および黄色カラーフィルター層23と赤色カラーフィルター層24との重ね合わせによって形成される赤色フィルター11の分光特性35を示す。   FIG. 5 shows the spectral characteristics 34 of the red color filter layer 24 and the spectral characteristics 35 of the red filter 11 formed by superimposing the yellow color filter layer 23 and the red color filter layer 24.

第1の実施例においては、黄色カラーフィルター層21および23は、同一工程によって形成される。このため、同じ種類および濃度の着色料を含むことができる。図5の分光特性は黄色カラーフィルター層21および23が同一工程によって形成された場合である。同一工程による製造が望ましいが、着色料の濃度が異なるような場合には黄色カラーフィルター層21および23は別工程で順次形成することも可能である。   In the first embodiment, the yellow color filter layers 21 and 23 are formed by the same process. For this reason, colorants of the same type and concentration can be included. The spectral characteristics of FIG. 5 are obtained when the yellow color filter layers 21 and 23 are formed by the same process. Although it is desirable to manufacture by the same process, the yellow color filter layers 21 and 23 can be sequentially formed in separate processes when the concentration of the colorant is different.

図2に示す青色フィルター13は、図3の断面図に示すように、青色カラーフィルター層25の1層のみによって形成される。青色カラーフィルター層25は少なくとも青色の着色料を含む層である。青色の顔料としては、これらに限定されるわけではないが、例えばC.I.ピグメントブルー15、15:3、15:4、15:6、6、22、60のいずれかを使用することができる。青色の染料としては、これらに限定されるわけではないが、例えばC.I.Acidブルー41、83、90、113、129のいずれかを使用することができる。この青色フィルター13の分光特性は図1において3として示されているものである。   The blue filter 13 shown in FIG. 2 is formed by only one blue color filter layer 25 as shown in the cross-sectional view of FIG. The blue color filter layer 25 is a layer containing at least a blue colorant. Examples of the blue pigment include, but are not limited to, C.I. I. Any of CI Pigment Blue 15, 15: 3, 15: 4, 15: 6, 6, 22, and 60 can be used. Examples of the blue dye include, but are not limited to, C.I. I. Any of Acid Blue 41, 83, 90, 113, and 129 can be used. The spectral characteristic of the blue filter 13 is shown as 3 in FIG.

各カラーフィルター層21、22、23、24、25は、透明樹脂中に平均粒径がサブミクロンオーダーの顔料を分散させた感光性樹脂組成物を光電変換素子15が形成された基板16の表面の第1の平坦化層17上に、塗布、プレベーク、露光、現像、熱硬化からなる各工程を処理することにより形成される。例えば黄色カラーフィルター層21(および23)、緑色カラーフィルター層22、赤色カラーフィルター層24、青色カラーフィルター層25のように、色の数に対応して、一連の工程を同数回繰り返すことにより図3に示す構造が得られる。   Each color filter layer 21, 22, 23, 24, 25 is a surface of a substrate 16 on which a photoelectric conversion element 15 is formed from a photosensitive resin composition in which a pigment having an average particle size of submicron order is dispersed in a transparent resin. The first planarizing layer 17 is formed by processing each process including coating, pre-baking, exposure, development, and thermosetting. For example, the yellow color filter layer 21 (and 23), the green color filter layer 22, the red color filter layer 24, and the blue color filter layer 25 are repeated in the same number of times corresponding to the number of colors. The structure shown in 3 is obtained.

なお、カラー固体撮像素子14を例えばカラーコピー機等に用いる場合に、本発明におけるカラーフィルター層21〜25の着色方法としては特に耐熱性や耐光性に優れる顔料分散法を用いるのが望ましい。しかし、本発明は顔料分散法に限定されるわけではない。用途によっては、例えば、PVAやカゼインなどの透明樹脂をパターン化し、その透明パターンに染料を固着させてカラーフィルターとする所謂染色法を使用することもできる。また、分子内に少なくとも1つ以上の重合可能な官能基を有する染料をそのままモノマーとして、あるいは重合して染色重合物として用い、感光剤(光開始剤等)を混ぜてカラーレジスト化し、そのカラーレジストをリソグラフィでパターン化させてカラーフィルターとする所謂染料分散法を使用することもできる。   When the color solid-state imaging device 14 is used in, for example, a color copying machine, it is desirable to use a pigment dispersion method that is particularly excellent in heat resistance and light resistance as a coloring method of the color filter layers 21 to 25 in the present invention. However, the present invention is not limited to the pigment dispersion method. Depending on the application, for example, a so-called dyeing method in which a transparent resin such as PVA or casein is patterned and a dye is fixed to the transparent pattern to form a color filter may be used. In addition, a dye having at least one polymerizable functional group in the molecule is used as a monomer as it is or as a dyed polymer by polymerization, and a photosensitive agent (photoinitiator, etc.) is mixed to form a color resist. It is also possible to use a so-called dye dispersion method in which a resist is patterned by lithography to form a color filter.

分子内に少なくとも1つ以上の重合可能な官能基を有する染料として、例えばアントラキノン系染料、ニトロソ系染料、ニトロ系染料、アゾ系染料(即ち、モノアゾ系染料、ジアゾ系染料、トリアゾ系染料、ポリアゾ系染料等)、アゾイック系染料、スチルベン系染料、カロテノイド系染料、ジフェニルメタン系染料、トリアリルメタン系染料、キサンテン系染料、アクリジン系染料、キノリン系染料、メチン系染料、ポリメチン系染料、チアゾール系染料、インダミン系染料、インドフェノール系染料、アジン系染料、オキサジン系染料、チアジン系染料、サルファー系染料、ラクトン系染料、アミノケトン系染料、ヒドロキシケトン系染料、インジゴイド系染料、フタロシアニン系染料、天然有機色素物、酸化物系、無機色素物系等から適宜選択して使用することができる。また重合可能な官能基を持たない染料には官能基を導入して使用することができる。   Examples of the dye having at least one polymerizable functional group in the molecule include anthraquinone dyes, nitroso dyes, nitro dyes, azo dyes (that is, monoazo dyes, diazo dyes, triazo dyes, polyazo dyes). Dyes, azoic dyes, stilbene dyes, carotenoid dyes, diphenylmethane dyes, triallylmethane dyes, xanthene dyes, acridine dyes, quinoline dyes, methine dyes, polymethine dyes, thiazole dyes , Indamine dyes, indophenol dyes, azine dyes, oxazine dyes, thiazine dyes, sulfur dyes, lactone dyes, amino ketone dyes, hydroxy ketone dyes, indigoid dyes, phthalocyanine dyes, natural organic dyes Products, oxides, inorganic pigments, etc. Yibin selected and can be used. A dye having no polymerizable functional group can be used after introducing a functional group.

本発明のカラー固体撮像素子14では、例えば図3に示す断面図のように、緑色フィルター12は、第1層として形成される黄色カラーフィルター層21と第2層として形成される緑色カラーフィルター層22の重ね合わせによって形成される。このため、図1に示すように緑色用のカラーフィルターの透過率曲線2が、赤色用のカラーフィルターの透過率曲線1および青色用のカラーフィルター層の透過率曲線3と低い透過率で交差するように色分離に優れる分光特性を有するように形成した場合であっても、カラーフィルター層の剥がれや、現像液がカラーレジストパターンの底部に染み込むことにより生ずるシミや、パターン変形が部分的に生じ、画素形状が部分的に変化して観察される外観不良であるムラ等が生じることがない。   In the color solid-state imaging device 14 of the present invention, for example, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3, the green filter 12 includes a yellow color filter layer 21 formed as a first layer and a green color filter layer formed as a second layer. It is formed by superposition of 22 pieces. Therefore, as shown in FIG. 1, the transmittance curve 2 of the green color filter intersects the transmittance curve 1 of the red color filter and the transmittance curve 3 of the blue color filter layer with low transmittance. Even when it is formed so as to have spectral characteristics excellent in color separation, the color filter layer is peeled off, the stain caused by the developer soaking into the bottom of the color resist pattern, and pattern deformation partially occur In addition, unevenness, which is an appearance defect observed when the pixel shape changes partially, does not occur.

また、緑色カラーフィルター層22の620〜670nmの透過率を低く抑えることにより、620nmに主感度を持つ赤色との色分離が増し、色ノイズを低減できる。   Further, by suppressing the transmittance of the green color filter layer 22 from 620 to 670 nm to be low, color separation from red having a main sensitivity at 620 nm increases, and color noise can be reduced.

また、400〜450nmに吸収を持つC.I.ピグメントイエロー139を主顔料とした黄色カラーフィルター23を第1層として形成し、その上に赤色カラーフィルター層24を形成して赤色フィルター11とするので、赤色フィルター11の400〜450nmにおける透過率を、従来の赤色カラーフィルター以上に抑えることができる(図4参照)ので色分離に優れたカラーフィルターとすることができる。   Also, C.I. having absorption at 400 to 450 nm. I. The yellow color filter 23 having Pigment Yellow 139 as the main pigment is formed as the first layer, and the red color filter layer 24 is formed thereon to form the red filter 11, so that the transmittance of the red filter 11 at 400 to 450 nm is increased. Since it can be suppressed more than the conventional red color filter (see FIG. 4), a color filter excellent in color separation can be obtained.

第1の実施例に係る本発明のカラー固体撮像素子14の製造方法を以下に示す。図3に示すような複数の光電変換素子15を形成した基板16上に、基盤表面の凹凸を埋め平坦化するため第1の平坦化層17を形成する。   A method for manufacturing the color solid-state imaging device 14 according to the first embodiment will be described below. A first planarization layer 17 is formed on a substrate 16 on which a plurality of photoelectric conversion elements 15 as shown in FIG.

第1の平坦化層17としては例えば熱硬化性のアクリル樹脂を用いることができる。アクリル樹脂をスピンコート法により約1μmの厚さにて基板16の表面に塗布形成し、180℃のホットプレート上にて約10分間過熱し、熱硬化させる。   As the first planarizing layer 17, for example, a thermosetting acrylic resin can be used. An acrylic resin is applied and formed on the surface of the substrate 16 with a thickness of about 1 μm by spin coating, and is heated on a hot plate at 180 ° C. for about 10 minutes to be thermally cured.

次いで、第1の平坦化層17上に黄色カラーフィルター層21、23を形成する。黄色カラーフィルター層21、23を形成するためには、着色材料として例えばC.I.ピグメントイエロー139を用いることができる。本実施例においては、C.I.ピグメントイエロー139を主顔料とする黄色の顔料を含むカラーレジスト層をスピンコート法により約0.7μmの厚さで塗布形成する。続いて、例えば80℃のホットプレートにて約1分の仮乾燥を行う。   Next, yellow color filter layers 21 and 23 are formed on the first planarization layer 17. In order to form the yellow color filter layers 21 and 23, for example, C.I. I. Pigment Yellow 139 can be used. In this embodiment, C.I. I. A color resist layer containing a yellow pigment whose main pigment is Pigment Yellow 139 is applied and formed in a thickness of about 0.7 μm by spin coating. Subsequently, for example, temporary drying is performed for about 1 minute on a hot plate at 80 ° C.

なお、黄色の顔料としては、これらに限定されるわけではないが、例えばC.I.ピグメントイエロー139の他、C.I.ピグメントイエロー150やC.I.ピグメントイエロー185などを単独でまたは混合して使用することができる。図6にC.I.ピグメントイエロー139、150、および185を使用した黄色フィルター層の波長に対する透過率を示す。37がC.I.ピグメントイエロー139、38がC.I.ピグメントイエロー150、39がC.I.ピグメントイエロー185をそれぞれ単独で使用した場合の分光特性である。黄色の染料としては、これらに限定されるわけではないが、例えばC.I.Acidイエロー17、49、67、72、127、110等を使用することができる。   The yellow pigment is not limited to these examples. I. Pigment Yellow 139, C.I. I. Pigment yellow 150 and C.I. I. Pigment Yellow 185 or the like can be used alone or in combination. FIG. 6 shows the transmittance of the yellow filter layer using C.I. Pigment Yellow 139, 150, and 185 with respect to wavelength. 37 is C.I. I. Pigment Yellow 139 and 38 are C.I. I. Pigment Yellow 150 and 39 are C.I. I. This is a spectral characteristic when Pigment Yellow 185 is used alone. Examples of yellow dyes include, but are not limited to, C.I. I. Acid yellow 17, 49, 67, 72, 127, 110, etc. can be used.

仮乾燥の後、フォトリソグラフ法により黄色カラーフィルター層21、23のパターン形成を行う。パターン形成には、例えばニコン社製i線ステッパーを用いることができる。例えば、レジストパターンの形状に対応する光透過領域を有するマスクを介して、i線を300mJ/cm2の露光量で照射する。 After temporary drying, the yellow color filter layers 21 and 23 are patterned by a photolithographic method. For pattern formation, for example, an i-line stepper manufactured by Nikon Corporation can be used. For example, i-line is irradiated at an exposure amount of 300 mJ / cm 2 through a mask having a light transmission region corresponding to the shape of the resist pattern.

なお露光機としてはi線ステッパーの使用が一般的であるが、遠紫外線を含む光を照射するアライナーの使用が可能であり、例えばg線(405nm)ステッパーを使用することもできる。   An i-line stepper is generally used as an exposure machine, but an aligner that irradiates light including far ultraviolet rays can be used. For example, a g-line (405 nm) stepper can also be used.

次いで、例えばTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)を主成分とする有機アルカリ水溶液の現像液によって1分スプレー現像した後、純水リンス、スピン乾燥させる。   Next, for example, spray development is performed for 1 minute with a developer of an organic alkaline aqueous solution mainly containing TMAH (tetramethylammonium hydroxide), and then rinse with pure water and spin drying are performed.

次いで、180℃のホットプレート上にて約10分間加熱し、パターン化したカラーレジスト層を熱硬化することにより、黄色カラーフィルター層21、23を形成することができる。   Next, the yellow color filter layers 21 and 23 can be formed by heating for about 10 minutes on a hot plate at 180 ° C. and thermosetting the patterned color resist layer.

本実施例において、黄色カラーフィルター層21、23は、最終的には緑色と赤色を主感度とする光電変換素子15(G)、15(R)上に選択的に形成する。本実施例における黄色カラーフィルター層21、23の膜厚は例えば0.7μmとすることができる。   In this embodiment, the yellow color filter layers 21 and 23 are finally selectively formed on the photoelectric conversion elements 15 (G) and 15 (R) whose main sensitivities are green and red. The film thickness of the yellow color filter layers 21 and 23 in the present embodiment can be set to 0.7 μm, for example.

次に、黄色カラーフィルター層21、23と同様の工程により、緑色の着色料を主着色材料として含む、緑色カラーフィルター層22のためのレジスト層を形成する。黄色カラーフィルター層と同様にフォトリソグラフ法によりパターン化される。   Next, a resist layer for the green color filter layer 22 containing a green colorant as a main coloring material is formed by the same process as the yellow color filter layers 21 and 23. Similar to the yellow color filter layer, it is patterned by photolithography.

緑色カラーフィルター層22は、最終的に緑色を主感度とする光電変換素子15(G)上に先に形成された黄色カラーフィルター層21の上に選択的に形成される。この時の露光量は1000mJ/cm2であり、緑色カラーフィルター層22の膜厚は1.8μmとすることができる。 The green color filter layer 22 is selectively formed on the yellow color filter layer 21 previously formed on the photoelectric conversion element 15 (G) whose main sensitivity is finally green. The exposure amount at this time is 1000 mJ / cm 2 , and the film thickness of the green color filter layer 22 can be 1.8 μm.

次に、黄色及び緑色カラーフィルター層21、23、22と同様の方法により、赤色の着色料を主着色材料として含む、赤色カラーレジストにより赤色カラーフィルター層24のためのレジスト層をフォトリソグラフ法により形成する。赤色カラーフィルター層24は、最終的に赤色を主感度とする光電変換素子15(R)上に先に形成された黄色カラーフィルター層23上に選択的に形成する。この時の露光量は400mJ/cm2であり、赤色カラーフィルター層24の膜厚は1.5μmとすることができる。 Next, a resist layer for the red color filter layer 24 is formed by a photolithographic method using a red color resist containing a red colorant as a main coloring material in the same manner as the yellow and green color filter layers 21, 23, and 22. Form. The red color filter layer 24 is selectively formed on the yellow color filter layer 23 previously formed on the photoelectric conversion element 15 (R) having red as the main sensitivity. The exposure amount at this time is 400 mJ / cm 2 , and the film thickness of the red color filter layer 24 can be 1.5 μm.

次に、黄色、緑色、および赤色カラーフィルター層21、23、22、24と同様の方法により、青色の着色料を主着色材料として含む、青色カラーフィルター層25をフォトリソグラフ法により形成する。青色カラーフィルター層25は、最終的に青色を主感度とする光電変換素子15(B)上の第1の平坦化層上に選択的に形成する。この時の露光量は900mJ/cm2であり、青色カラーフィルター層25の膜厚は2μmとすることができる。 Next, a blue color filter layer 25 containing a blue colorant as a main coloring material is formed by a photolithographic method in the same manner as the yellow, green, and red color filter layers 21, 23, 22, and 24. The blue color filter layer 25 is selectively formed on the first flattening layer on the photoelectric conversion element 15 (B) finally having blue as the main sensitivity. The exposure amount at this time is 900 mJ / cm 2 , and the film thickness of the blue color filter layer 25 can be 2 μm.

最後に、カラーフィルター10の表面平坦化のため、第1の平坦化層17と同様に、第2の平坦化層18を形成する。熱硬化性のアクリル樹脂を緑色、青色および赤色カラーフィルター層22、25、24の表面に1μmの膜厚で塗布形成する。続いて、180℃のホットプレート上にて約10分間加熱し、熱硬化させる。   Finally, a second planarization layer 18 is formed in the same manner as the first planarization layer 17 for planarizing the surface of the color filter 10. A thermosetting acrylic resin is applied and formed on the surfaces of the green, blue and red color filter layers 22, 25 and 24 with a film thickness of 1 μm. Then, it heats for about 10 minutes on a 180 degreeC hotplate, and is hardened.

このようにして形成された図2に示すカラーフィルターの線幅は、緑色、赤色、青色ともに例えば10μmとすることができる。   The line width of the color filter shown in FIG. 2 formed in this way can be set to 10 μm, for example, for all of green, red, and blue.

以上の工程により、フィルター層の底部の剥がれを防止でき、またフィルター層におけるシミやムラの発生を防止することができる。また、フォトリソグラフ法による現像後に残さが生じないようにすることができる。このため、シャープで良形状のカラーフィルターが得られた。   Through the above steps, peeling of the bottom of the filter layer can be prevented, and occurrence of spots and unevenness in the filter layer can be prevented. Further, it is possible to prevent a residue from being generated after development by the photolithographic method. For this reason, a sharp and well-shaped color filter was obtained.

黄色カラーフィルター層21と緑色カラーフィルター層22とからなる緑色フィルター12の分光特性は、図1の透過率曲線2に示すように、波長400〜450nm及び620〜680nmにおいて透過率2%以下、波長530nm付近のピーク透過率が68%と、色分離に優れた分光特性が得られた。   The spectral characteristics of the green filter 12 composed of the yellow color filter layer 21 and the green color filter layer 22 are as shown in the transmittance curve 2 of FIG. 1, and the transmittance is 2% or less at wavelengths of 400 to 450 nm and 620 to 680 nm. The peak transmittance near 530 nm was 68%, and the spectral characteristics excellent in color separation were obtained.

また、緑色フィルター12においては、黄色および緑色カラーフィルタ層21、22の膜厚および上記各層の着色剤の調整により、トータル分光特性が、波長400〜450nmの光に対する透過率が5%以下であり、波長620〜670nmの光に対する透過率が5%以下であり、30%透過率の波長が短波長側で490nm〜520nm、長波長側で570〜600nmの範囲にあり、そして、ピーク波長が500〜550nmの範囲にあり、その透過率が60〜80%であるように調整することができることがわかった。かかる分光特性は、カラースキャナーやカラーコピー機に使用される固体撮像素子用の緑色用のカラーフィルターとして好適である。   Further, in the green filter 12, the total spectral characteristic is a transmittance of 5% or less with respect to light having a wavelength of 400 to 450 nm by adjusting the film thicknesses of the yellow and green color filter layers 21 and 22 and the colorants of the respective layers. The transmittance for light having a wavelength of 620 to 670 nm is 5% or less, the wavelength of 30% transmittance is in the range of 490 nm to 520 nm on the short wavelength side, 570 to 600 nm on the long wavelength side, and the peak wavelength is 500 It was found that the transmittance was in the range of ˜550 nm and the transmittance could be adjusted to be 60 to 80%. Such spectral characteristics are suitable as a green color filter for a solid-state imaging device used in a color scanner or a color copier.

また、黄色カラーフィルター層23と赤色カラーフィルター層23とからなる赤色フィルター11の分光特性は、図1の透過率曲線1に示すように、波長400〜550nmの領域で透過率が1%以下、波長620nmの透過率が90%と、色分離に優れた分光特性が得られた。   Further, the spectral characteristics of the red filter 11 composed of the yellow color filter layer 23 and the red color filter layer 23 are as follows. As shown in the transmittance curve 1 of FIG. 1, the transmittance is 1% or less in a wavelength range of 400 to 550 nm. The transmittance at a wavelength of 620 nm was 90%, and a spectral characteristic excellent in color separation was obtained.

また、赤色フィルター11に関しては、黄色および赤色カラーフィルター層23、24の膜厚および上記各層の着色剤の種類および濃度の調整により、トータル分光特性が、波長400〜550nmの光に対し透過率が5%以下であり、50%透過率の波長が570nm〜605nmの範囲にあり、そして波長600〜650nmの光に対する透過率が80%以上であるように調整することができることがわかった。かかる分光特性を有するカラーフィルターは、例えばカラースキャナーやカラーコピー機に使用される固体撮像素子に使用される赤色用のカラーフィルターとして好適である。   Further, with respect to the red filter 11, by adjusting the film thickness of the yellow and red color filter layers 23 and 24 and the kind and concentration of the colorant of each of the above layers, the total spectral characteristic has a transmittance with respect to light having a wavelength of 400 to 550 nm. It was found that the wavelength of 5% or less, the wavelength of 50% transmittance is in the range of 570 nm to 605 nm, and the transmittance for light having a wavelength of 600 to 650 nm can be adjusted to 80% or more. A color filter having such spectral characteristics is suitable as a color filter for red used in, for example, a solid-state imaging device used in a color scanner or a color copier.

上記本発明による第1の実施例と、他の類似のカラーフィルター形成方法とを比較した例を以下に示す。   An example in which the first embodiment according to the present invention is compared with other similar color filter forming methods will be described below.

<比較例1>
比較例1においては、本発明のように2層構成のカラーフィルターを採用せず、1層のカラーフィルターのみを用いて、本発明の上記第1の実施例と同様の分光特性を得ようとした場合である。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, an attempt was made to obtain the same spectral characteristics as in the first embodiment of the present invention using only a single color filter instead of employing a two-layer color filter as in the present invention. This is the case.

第1の平坦化層を形成する工程までは、上記第1の実施例と同様である。第1の平坦化層上に、緑色フィルターを形成するために、本発明の第1の実施例の黄色カラーフィルター層に含まれる黄色顔料と緑色カラーフィルター層に含まれる緑色顔料を混合した緑色のカラーレジストをスピンコート法により約2.5μmの厚さで塗布形成した。続いて、80℃のホットプレート上で1分間仮乾燥をした後、ニコン社製i線ステッパーを使用して、上記第1の実施例と同様のマスクを介し2000mJ/cm2の露光量を照射した。 The steps up to the step of forming the first planarizing layer are the same as in the first embodiment. In order to form a green color filter on the first planarizing layer, a green color obtained by mixing the yellow pigment contained in the yellow color filter layer of the first embodiment of the present invention and the green pigment contained in the green color filter layer is mixed. A color resist was applied and formed in a thickness of about 2.5 μm by spin coating. Subsequently, after temporary drying on a hot plate at 80 ° C. for 1 minute, an exposure dose of 2000 mJ / cm 2 was irradiated through the same mask as in the first embodiment using a Nikon i-line stepper. did.

次いで、TMAHを主成分とする有機アルカリ水溶液の現像液によって1分スプレー現像した後、純水リンス、スピン乾燥させた。   Subsequently, spray development was performed for 1 minute with a developer of an organic alkali aqueous solution containing TMAH as a main component, followed by rinsing with pure water and spin drying.

この比較例の場合、現像後の緑色フィルターのほとんどは、現像により第1の平坦化層から剥離した。カラーレジスト層の厚さが2.5μmと厚くなると、2000mJ/cm2の露光量の照射によっても、硬化が不十分なためと考えられる。 In the case of this comparative example, most of the green filter after development was peeled off from the first planarization layer by development. When the thickness of the color resist layer is as thick as 2.5 μm, it is considered that curing is insufficient even by irradiation with an exposure amount of 2000 mJ / cm 2 .

<比較例2>
比較例1の露光量を2000mJ/cm2以上の通常のステッパ装置の限界まで上げて照射し、現像後の緑色フィルターを観察したが、緑色フィルターは部分的に形成されているだけで、そのほとんどは剥離していた。2000mJ/cm2を超える露光量の照射によっても硬化が不十分な部分が発生するためと考えられる。
<Comparative example 2>
The exposure amount of Comparative Example 1 was increased to the limit of a normal stepper device of 2000 mJ / cm 2 or more and irradiated, and the green filter after development was observed. The green filter was only partially formed, most of which Was peeling. It is considered that a portion that is not sufficiently cured is generated even by irradiation with an exposure amount exceeding 2000 mJ / cm 2 .

<比較例3>
比較例1の現像時間を比較例1における1分から30秒に短縮し、現像後の緑色フィルターを観察した。緑色フィルターはパターニングできているものの、目視で平坦化層が着色しているのが観察できる程残さが多く、また、緑色フィルターのエッジ底部にシミが発生していた。現像時間が短いため緑色のカラーレジストの除去が十分に行われないためと考えられる。
<Comparative Example 3>
The development time of Comparative Example 1 was shortened from 1 minute to 30 seconds in Comparative Example 1, and the green filter after development was observed. Although the green filter was patterned, the residue was so large that the flattened layer was visually observable, and a stain was generated on the bottom of the edge of the green filter. This is probably because the green color resist is not sufficiently removed because the development time is short.

図7に光電変換素子を含む基板40の表面に形成された本発明の第2の実施例に係るカラーフィルター41の各層のパターンおよび製造手順、そしてカラー固体撮像素子14の断面を示す。   FIG. 7 shows a pattern of each layer and a manufacturing procedure of the color filter 41 according to the second embodiment of the present invention formed on the surface of the substrate 40 including the photoelectric conversion element, and a cross section of the color solid-state image sensor 14.

図7(a)に示すように基板40に先ず互いに直交する複数の帯状領域42からなる黄色カラーフィルター層43を形成する。レジスト層の形成およびパターン化は第1の実施例と同様の方法により行うことができる。複数の帯状領域42は互いに直交するため、各帯状領域42は、複数の四角形の交差部44および複数の四角形の非交差部45により形成される。また帯状領域の間には帯状領域によって区画された黄色カラーフィルター層43に対する貫通孔である四角形の窓部46が形成される。   As shown in FIG. 7A, a yellow color filter layer 43 including a plurality of band-like regions 42 orthogonal to each other is first formed on a substrate 40. The formation and patterning of the resist layer can be performed by the same method as in the first embodiment. Since the plurality of belt-like regions 42 are orthogonal to each other, each belt-like region 42 is formed by a plurality of quadrangular intersections 44 and a plurality of quadrangular non-intersections 45. In addition, a rectangular window 46 that is a through hole for the yellow color filter layer 43 partitioned by the band-like region is formed between the band-like regions.

この実施例においては、交差部44は赤色の光電変換素子(図示せず)上に位置し、非交差部45は緑色の光電変換素子(図示せず)上に位置し、窓部46は青色の光電変換素子(図示せず)の位置に対応する。なお本発明はかかる組み合わせに限定されるわけではない。   In this embodiment, the intersection 44 is located on a red photoelectric conversion element (not shown), the non-intersection 45 is located on a green photoelectric conversion element (not shown), and the window 46 is blue. Corresponds to the position of the photoelectric conversion element (not shown). The present invention is not limited to such a combination.

次に図7(b)に示すように、非交差部45上に非交差部と同一形状の四角形の緑色カラーフィルター層47を形成する。レジスト層の形成およびパターン化は第1の実施例と同様の方法により行うことができる。   Next, as shown in FIG. 7B, a rectangular green color filter layer 47 having the same shape as the non-intersecting portion is formed on the non-intersecting portion 45. The formation and patterning of the resist layer can be performed by the same method as in the first embodiment.

次に図7(c)に示すように、交差部44上に交差部と同一形状の四角形の赤色のカラーフィルター層48を形成する。レジスト層の形成およびパターン化は第1の実施例と同様の方法により行うことができる。   Next, as shown in FIG. 7C, a square red color filter layer 48 having the same shape as the intersection is formed on the intersection 44. The formation and patterning of the resist layer can be performed by the same method as in the first embodiment.

次に図7(d)に示すように、窓部46により露出した基板40上に窓部と同一形状の四角形の青色カラーフィルター層49を形成する。フィルター膜の形成およびパターン化は第1の実施例と同様の方法により行うことができる。   Next, as shown in FIG. 7D, a rectangular blue color filter layer 49 having the same shape as the window is formed on the substrate 40 exposed by the window 46. Formation and patterning of the filter film can be performed by the same method as in the first embodiment.

このようにして、黄色カラーフィルター層43と緑色カラーフィルター層47の2層構成からなる緑色のカラーフィルター、黄色カラーフィルター層43と赤色カラーフィルター層48の2層構成からなる赤色のカラーフィルター、および単層の青色カラーフィルター層49からなる青色のカラーフィルターを有するカラーフィルター41を有するカラー固体撮像素子14を形成することができる。第2の実施例においては緑色のカラーフィルター、赤色のカラーフィルター、および青色のカラーフィルターの各領域の比率は2:1:1である。   In this way, a green color filter having a two-layer configuration of a yellow color filter layer 43 and a green color filter layer 47, a red color filter having a two-layer configuration of a yellow color filter layer 43 and a red color filter layer 48, and The color solid-state imaging device 14 having the color filter 41 having the blue color filter composed of the single blue color filter layer 49 can be formed. In the second embodiment, the ratio of the green color filter, red color filter, and blue color filter is 2: 1: 1.

図7(e)に上記第2の実施例によるカラー固体撮像素子の断面図を示す。図7(d)のA−A’部に対応する。   FIG. 7E is a cross-sectional view of the color solid-state imaging device according to the second embodiment. This corresponds to the A-A ′ portion of FIG.

図8に光電変換素子を含む基板40の表面に形成された本発明の第3の実施例に係るカラーフィルター41の各層のパターンおよび製造手順、そしてカラー固体撮像素子の断面図を示す。   FIG. 8 shows a pattern of each layer of the color filter 41 formed on the surface of the substrate 40 including the photoelectric conversion element, a manufacturing procedure, and a cross-sectional view of the color solid-state imaging element.

図8(a)に示すように基板40に先ず互いに直交する複数のほぼ帯状の領域50からなる黄色カラーフィルター層43を形成する。フィルター膜の形成およびパターン化は第1の実施例と同様の方法により行うことができる。ほぼ帯状の領域50は図8においては縦方向および横方向に互いに直交するように形成される。このため、ほぼ帯状の領域50は複数のほぼ四角形の交差部51および複数のほぼ四角形の非交差部52により形成される。またほぼ帯状の部分の間には帯状領域によって区画された四隅が丸い四角形の貫通孔である第1の窓部53が形成される。   As shown in FIG. 8A, first, a yellow color filter layer 43 composed of a plurality of substantially band-like regions 50 orthogonal to each other is formed on the substrate 40. Formation and patterning of the filter film can be performed by the same method as in the first embodiment. In FIG. 8, the substantially band-like region 50 is formed so as to be orthogonal to each other in the vertical direction and the horizontal direction. For this reason, the substantially band-like region 50 is formed by a plurality of substantially square intersections 51 and a plurality of substantially square non-intersections 52. In addition, a first window portion 53 that is a rectangular through hole with rounded four corners defined by the belt-like region is formed between the substantially belt-like portions.

交差部51は赤色の光電変換素子(図示せず)上に位置し、非交差部52は緑色の光電変換素子(図示せず)上に位置し、第1の窓部53は青色の光電変換素子(図示せず)の位置に対応する。   The intersection 51 is located on a red photoelectric conversion element (not shown), the non-intersection 52 is located on a green photoelectric conversion element (not shown), and the first window 53 is blue photoelectric conversion. This corresponds to the position of an element (not shown).

次に図8(b)に示すように、ほぼ帯状の領域50の形状に対応する緑色カラーフィルター層54を形成する。この場合、交差部51には四隅を丸くした四角形の貫通孔である第2の窓部55が形成されるようにする。フィルター膜の形成およびパターン化は第1の実施例と同様の方法により行うことができる。   Next, as shown in FIG. 8B, a green color filter layer 54 corresponding to the shape of the substantially band-like region 50 is formed. In this case, the intersecting portion 51 is formed with a second window portion 55 that is a rectangular through hole with rounded corners. Formation and patterning of the filter film can be performed by the same method as in the first embodiment.

次に図8(c)に示すように、第2の窓部55を埋める形状の四隅を丸くした四角形の赤色カラーフィルター層56を形成する。レジスト層の形成およびパターン化は第1の実施例と同様の方法により行うことができる。   Next, as shown in FIG. 8C, a quadrilateral red color filter layer 56 is formed by rounding the four corners of the shape filling the second window portion 55. The formation and patterning of the resist layer can be performed by the same method as in the first embodiment.

次に図8(d)に示すように、第1の窓部53により露出した基板40上に第1の窓部と同一形状の四角形の青色カラーフィルター層57を形成する。レジスト層の形成およびパターン化は第1の実施例と同様の方法により行うことができる。   Next, as shown in FIG. 8D, a rectangular blue color filter layer 57 having the same shape as the first window portion is formed on the substrate 40 exposed by the first window portion 53. The formation and patterning of the resist layer can be performed by the same method as in the first embodiment.

このようにして、黄色カラーフィルター層43と緑色カラーフィルター層54の2層構成からなる緑色フィルター、黄色カラーフィルター層43と赤色カラーフィルター層56の2層構成からなる赤色フィルター、および単層の青色カラーフィルター層57からなる青色フィルターを有するカラーフィルター41を有するカラー固体撮像素子14を形成することができる。   In this way, a green filter having a two-layer structure of a yellow color filter layer 43 and a green color filter layer 54, a red filter having a two-layer structure of a yellow color filter layer 43 and a red color filter layer 56, and a single blue layer The color solid-state imaging device 14 having the color filter 41 having the blue filter made of the color filter layer 57 can be formed.

図8(e)に上記第3の実施例によるカラー固体撮像素子の断面図を示す。図8(d)のA−A’部に対応する。   FIG. 8E shows a cross-sectional view of the color solid-state imaging device according to the third embodiment. This corresponds to the A-A ′ portion of FIG.

第1および第2の窓部53、55は四隅が丸くなっている。このため、後から形成される赤色カラーフィルター層56および青色カラーフィルター層57の形状は適正に形成される。且つ、四隅において盛り上がることがなくなり、しかも剥がれ難くなる。   The four corners of the first and second window portions 53 and 55 are rounded. For this reason, the shapes of the red color filter layer 56 and the blue color filter layer 57 to be formed later are appropriately formed. In addition, it does not swell at the four corners and is difficult to peel off.

図9に光電変換素子(図示せず)を含む基板40の表面に形成された本発明の第4の実施例に係るカラーフィルター41の各層のパターンおよび製造手順、そしてカラー固体撮像素子の断面図を示す。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the pattern and manufacturing procedure of each layer of the color filter 41 according to the fourth embodiment of the present invention formed on the surface of the substrate 40 including the photoelectric conversion element (not shown), and the color solid-state imaging device. Indicates.

図9(a)に示すように基板40に先ず互いに直交する複数のほぼ帯状の領域50からなる黄色カラーフィルター層43を形成する。第3の実施例と同様に、ほぼ帯状の領域50は図9において縦方向および横方向に互いに直交するように形成される。このため、ほぼ帯状の領域50は複数のほぼ四角形の交差部51および複数のほぼ四角形の非交差部52により形成される。またほぼ帯状の部分の間には帯状領域によって区画された四隅が丸い四角形の貫通孔である第1の窓部53が形成される。   As shown in FIG. 9A, first, a yellow color filter layer 43 including a plurality of substantially band-like regions 50 orthogonal to each other is formed on the substrate 40. Similar to the third embodiment, the substantially band-like region 50 is formed so as to be orthogonal to each other in the vertical and horizontal directions in FIG. For this reason, the substantially band-like region 50 is formed by a plurality of substantially square intersections 51 and a plurality of substantially square non-intersections 52. In addition, a first window portion 53 that is a rectangular through hole with rounded four corners defined by the belt-like region is formed between the substantially belt-like portions.

交差部51は赤色の光電変換素子(図示せず)上に位置し、非交差部52は緑色の光電変換素子(図示せず)上に位置し、第1の窓部53は青色の光電変換素子(図示せず)の位置に対応する。   The intersection 51 is located on a red photoelectric conversion element (not shown), the non-intersection 52 is located on a green photoelectric conversion element (not shown), and the first window 53 is blue photoelectric conversion. This corresponds to the position of an element (not shown).

次に図9(b)に示すように、非交差部52上に四隅を丸くした四角形の緑色カラーフィルター層60を形成する。このため、交差部51には四隅に放射状の小さい拡張部62を有する貫通孔である第2の窓部61が形成される。   Next, as shown in FIG. 9B, a rectangular green color filter layer 60 having four rounded corners is formed on the non-intersecting portion 52. For this reason, the second window 61, which is a through hole having small radially extending portions 62 at the four corners, is formed in the intersecting portion 51.

次に図9(c)に示すように、第2の窓部61内に四隅を丸くした四角形の赤色カラーフィルター層63を形成する。   Next, as shown in FIG. 9C, a square red color filter layer 63 having four rounded corners is formed in the second window portion 61.

次に図9(d)に示すように、第1の窓部53により露出した基板40上に第1の窓部と同一形状の四角形の青色カラーフィルター層64を形成する。   Next, as shown in FIG. 9D, a rectangular blue color filter layer 64 having the same shape as the first window is formed on the substrate 40 exposed by the first window 53.

このようにして、黄色カラーフィルター層43と緑色カラーフィルター層60の2層構成からなる緑色フィルター、黄色カラーフィルター層43と赤色カラーフィルター層63の2層構成からなる赤色フィルター、および単層の青色カラーフィルター層64からなる青色フィルターを有するカラーフィルター41を有するカラー固体撮像素子14を形成することができる。   In this way, a green filter having a two-layer structure of a yellow color filter layer 43 and a green color filter layer 60, a red filter having a two-layer structure of a yellow color filter layer 43 and a red color filter layer 63, and a single blue layer The color solid-state imaging device 14 having the color filter 41 having the blue filter made of the color filter layer 64 can be formed.

図9(e)〜(g)に上記第4の実施例によるカラー固体撮像素子14の断面図を示す。図9(e)は図9(d)のA−A’部に対応し、(f)はB−B’部に対応し、(g)はC−C’部に対応する。   9E to 9G are sectional views of the color solid-state imaging device 14 according to the fourth embodiment. FIG. 9E corresponds to the A-A ′ portion in FIG. 9D, FIG. 9F corresponds to the B-B ′ portion, and FIG. 9G corresponds to the C-C ′ portion.

後から形成される緑色カラーフィルター層60、赤色カラーフィルター層63、および青色カラーフィルター層64は四隅が丸くなるように形成されている。このため、これらの形状は適正に形成される。且つ、四隅において盛り上がることがなくなり、しかも剥がれ難くなる。   The green color filter layer 60, the red color filter layer 63, and the blue color filter layer 64 to be formed later are formed so that the four corners are rounded. For this reason, these shapes are formed appropriately. In addition, it does not swell at the four corners and is difficult to peel off.

図10に、カラーフィルター73上に、各光電変換素子79への入射光を集光する複数のマイクロレンズ78を設けた第5の実施例を示す。第5の実施例においても、例えば上記第2〜第4の実施例で説明したように、複数の光電変換素子のそれぞれに対応して2層および1層からなるカラーフィルターが形成されている。   FIG. 10 shows a fifth embodiment in which a plurality of microlenses 78 for condensing incident light on each photoelectric conversion element 79 are provided on the color filter 73. Also in the fifth embodiment, for example, as described in the second to fourth embodiments, a color filter including two layers and one layer is formed corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion elements.

第5の実施例に係るカラー固体撮像素子は、例えば図10(d)に示すように、その表面に光電変換素子79の形成された基板40上に、1層からなるカラーフィルター層70、および下層71および上層72の2層を有するカラーフィルター73が形成された構造を有することができる。そして、各光電変換素子79に対応する位置に複数のマイクロレンズ78が配置される。この方法に限定されるものではないが、以下図10(d)に示すようなマイクロレンズ78の形成方法を説明する。   As shown in FIG. 10D, for example, the color solid-state imaging device according to the fifth embodiment has a color filter layer 70 composed of a single layer on a substrate 40 on which a photoelectric conversion device 79 is formed, and A color filter 73 having two layers of a lower layer 71 and an upper layer 72 can be formed. A plurality of microlenses 78 are arranged at positions corresponding to the respective photoelectric conversion elements 79. Although not limited to this method, a method for forming a microlens 78 as shown in FIG.

図10(a)に示すように、先ず、カラーフィルター73上に例えばアクリル樹脂の塗布液を用いて、約1.1μm膜厚の透明樹脂層75を塗布形成する。次に図10(b)に示すように、例えばアルカリ可溶性・感光性・熱フロー性をもつ例えばフェノール樹脂からなるレンズ母型材料76を、上記透明樹脂層75上に0.6μmの厚さで塗布する。   As shown in FIG. 10A, first, a transparent resin layer 75 having a film thickness of about 1.1 μm is formed on the color filter 73 by using, for example, an acrylic resin coating solution. Next, as shown in FIG. 10B, for example, a lens matrix material 76 made of, for example, a phenol resin having alkali solubility, photosensitivity, and heat flow property is formed on the transparent resin layer 75 to a thickness of 0.6 μm. Apply.

次に公知のフォトリソグラフィーブロセスを使用し、レンズ母型77となる領域を残して、レンズ母型材料76をパターニングする。図10(c)に示すようなレンズ母型77は、上記領域のフェノール樹脂からなり、パターニング後残されたレンズ母型材料76を200℃の熱処理にてフローさせて丸く半球状に形成したものである。このレンズ母型77は、片側0.1μmのほぼ適正なフロー量により、レンズ母型間のギャップが例えば0.24μmのスムースな半球状のレンズ母型として形成できる。   Next, using a known photolithography process, the lens matrix material 76 is patterned, leaving a region that becomes the lens matrix 77. A lens matrix 77 as shown in FIG. 10C is made of a phenol resin in the above-described region, and is formed into a round and hemispherical shape by flowing the lens matrix material 76 remaining after patterning by heat treatment at 200 ° C. It is. The lens matrix 77 can be formed as a smooth hemispherical lens matrix having a gap between the lens matrices of, for example, 0.24 μm, with a substantially appropriate flow amount of 0.1 μm on one side.

次に、ドライエッチング装置にて、フロン系ガスCF4、C4F8の混合ガスを用い、上記レンズ母型77をマスクとして使用し、先に形成した透明樹脂層75に対して転写処理を行い、転写レンズ即ちマイクロレンズ78を形成する。レンズ母型77および透明樹脂層75を上方から均一にエッチングすると、レンズ母型77の形状を保ったまま下方にエッチングが進むため、透明樹脂層75の形状をレンズ母型77の形状と同じ形状にエッチングすることができる。マイクロレンズ78の高さは.例えば1μmである。マイクロレンズ78間のギャッブは例えば0.04μmと狭いギャッブに加工できる。   Next, using a mixed gas of chlorofluorocarbon gases CF4 and C4F8 in a dry etching apparatus, the lens matrix 77 is used as a mask, the previously formed transparent resin layer 75 is subjected to a transfer process, and a transfer lens. That is, the microlens 78 is formed. When the lens matrix 77 and the transparent resin layer 75 are uniformly etched from above, the etching proceeds downward while maintaining the shape of the lens matrix 77, so that the shape of the transparent resin layer 75 is the same as that of the lens matrix 77. Can be etched. The height of the micro lens 78 is. For example, 1 μm. The gap between the microlenses 78 can be processed into a narrow gap of 0.04 μm, for example.

なお、レンズ母型77を用いた転写の際に、エッチング部分が下層のカラーフィルター73の表面に到達しても透明樹脂層75のドライエッチングを進め、カラーフィルター73の一部をマイクロレンズの一部として利用できるようにすると、マイクロレンズ78と光電変換素子79の間の距離がより短くなるため、開口率が上がり、広範囲の光を取り込むことができる。   In the transfer using the lens matrix 77, even if the etched portion reaches the surface of the lower color filter 73, the transparent resin layer 75 is dry-etched, and a part of the color filter 73 is part of the microlens. If it can be used as a part, the distance between the microlens 78 and the photoelectric conversion element 79 becomes shorter, so that the aperture ratio increases and a wide range of light can be taken in.

図10に示すように、上層のカラーフィルター層72を形成する際に下層のカラーフィルター層71よりも小さめに形成すると、カラーフィルター層の上層表面の延長線(図10(d)のL)を超えてエッチングを進めても、マイクロレンズ78の下部端部80がカラーフィルター層ではなく透明樹脂層75を掘り進むことになる。   As shown in FIG. 10, when the upper color filter layer 72 is formed to be smaller than the lower color filter layer 71, an extension line (L in FIG. 10D) of the upper surface of the color filter layer is formed. Even if etching is advanced beyond this, the lower end portion 80 of the microlens 78 digs through the transparent resin layer 75 instead of the color filter layer.

カラーフィルター層はドライエッチングによって荒れやすく、またエッチングレートが小さくてエッチングが進みにくいが、アクリル樹脂層75についてはそのような問題がない。このため、マイクロレンズ78の下部端部80がカラーフィルター層の間に入り込むようになってもマイクロレンズ78の表面は滑らかに形成され、かつ深くエッチングができるので、大きなマイクロレンズを形成することができる。   The color filter layer is easily roughened by dry etching, and the etching rate is low and etching is difficult to proceed. However, the acrylic resin layer 75 does not have such a problem. Therefore, even when the lower end portion 80 of the microlens 78 enters between the color filter layers, the surface of the microlens 78 is formed smoothly and can be etched deeply, so that a large microlens can be formed. it can.

以上のように本発明によれば、色分離及び解像に優れ、またパターン剥がれや残さがない量産性に優れた緑色と赤色用のカラーフィルターを備えたカラー固体撮像素子及びそのカラーフィルターを提供できる。   As described above, according to the present invention, a color solid-state imaging device having a color filter for green and red, which is excellent in mass separation and excellent in color separation and resolution, and has no pattern peeling or residue, and its color filter are provided. it can.

以上、本発明の原理を特定の実施の形態により説明したが、上記説明は単なる例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を制限するものではないことが明らである。当業者は、本発明の要旨の範囲内において、上記実施の形態に記載の内容を自由に変更して実施することが可能である。   Although the principle of the present invention has been described above by specific embodiments, it is obvious that the above description is merely an example and does not limit the technical scope of the present invention. A person skilled in the art can freely change the contents described in the above embodiments within the scope of the present invention.

本発明におけるカラーフィルターの分光特性を示す図である。It is a figure which shows the spectral characteristic of the color filter in this invention. 本発明の第1の実施例によるカラー固体撮像素子14に含まれるカラーフィルター10の平面図である。1 is a plan view of a color filter 10 included in a color solid-state imaging device 14 according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例によるカラー固体撮像素子14の断面図である。It is sectional drawing of the color solid-state image sensor 14 by the 1st Example of this invention. 特に感度が優れるように形成された、従来のカラーフィルターの分光特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spectral characteristic of the conventional color filter formed so that a sensitivity might be especially excellent. 黄色カラーフィルター層21、緑色カラーフィルター層22、赤色カラーフィルター層24、これらを重ね合わせた2層構成の赤および緑色用のカラーフィルターの各分光特性31(黄色)、32(緑色)、34(赤色)、33(緑色と黄色の2層)、35(赤色と黄色の2層)を示す図である。Spectral characteristics 31 (yellow), 32 (green), 34 (red) of a yellow color filter layer 21, a green color filter layer 22, a red color filter layer 24, and a red and green color filter having a two-layer structure in which these layers are superposed. It is a figure which shows 33 (two layers of green and yellow) and 35 (two layers of red and yellow). 黄色の顔料であるC.I.ピグメントイエロー139、150および185を使用した黄色フィルター層の波長に対する透過率を示す図である。It is a figure which shows the transmittance | permeability with respect to the wavelength of the yellow filter layer using C.I. pigment yellow 139, 150 and 185 which is a yellow pigment. 本発明の第2の実施例に係るカラーフィルターの各層のパターン製造手順そしてカラー固体撮像素子の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the pattern manufacturing procedure and color solid-state image sensor of each layer of the color filter which concerns on 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例に係るカラーフィルターの各層のパターン製造手順そしてカラー固体撮像素子の断面図を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional view of the pattern manufacture procedure of each layer of the color filter which concerns on the 3rd Example of this invention, and a color solid-state image sensor. 本発明の第4の実施例に係るカラーフィルターの各層のパターン製造手順そしてカラー固体撮像素子の断面図を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional view of the pattern manufacturing procedure and color solid-state image sensor of each layer of the color filter which concerns on the 4th Example of this invention. カラーフィルターの上にマイクロレンズを設けた第5の実施例に係るカラー固体撮像素子の構造および製造工程について示す図である。It is a figure shown about the structure and manufacturing process of the color solid-state image sensor which concerns on the 5th Example which provided the micro lens on the color filter.

符号の説明Explanation of symbols

1…赤色用カラーフィルターの透過率曲線、 2…緑色用カラーフィルターの透過率曲線、 3…青色用カラーフィルターの透過率曲線、 4…赤色用カラーフィルターの透過率曲線、 5…緑色用カラーフィルターの透過率曲線、 6…青色用カラーフィルターの透過率曲線、 10…カラーフィルター、 11…赤色フィルター、 12…緑色フィルター、 13…青色フィルター、 14…カラー固体撮像素子、 15…光電変換素子、 16…基板、 17…第1の平坦化層、 18…第2の平坦化層、 21…黄色カラーフィルター層、 22…緑色カラーフィルター層、 23…黄色カラーフィルター層、 24…赤色カラーフィルター層、 25…青色カラーフィルター層、 31…分光特性、 32…分光特性、 33…分光特性、 34…分光特性、 35…分光特性、 40…基板、 41…カラーフィルター、 42…帯状領域、 43…黄色カラーフィルター層、 44…交差部、 45…非交差部、 46…窓部、 47…緑色カラーフィルター層、 48…赤色カラーフィルター層、 49…青色カラーフィルター層、 51…交差部、 52…非交差部、 53…第1の窓部、 54…緑色カラーフィルター層、 55…第2の窓部、 56…赤色カラーフィルター層、 57…カラーフィルター層、 60…緑色カラーフィルター層、 61…第2の窓部、 62…拡張部、 63…赤色カラーフィルター層、 64…青色カラーフィルター層、 70…1層からなるカラーフィルター、 71…下層のカラーフィルター層、 72…上層のカラーフィルター層、 73…カラーフィルター、 75…透明アクリル樹脂層、 76…レンズ母型材料、 78…マイクロレンズ、 79…光電変換素子 80…マイクロレンズの下部端部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transmittance curve of color filter for red, 2 ... Transmittance curve of color filter for green, 3 ... Transmittance curve of color filter for blue, 4 ... Transmittance curve of color filter for red, 5 ... Color filter for green 6. Transmission curve of blue color filter, 10. Color filter, 10 ... Color filter, 11 ... Red filter, 12 ... Green filter, 13 ... Blue filter, 14 ... Color solid-state imaging device, 15 ... Photoelectric conversion device, 16 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Substrate, 17 ... First flattening layer, 18 ... Second flattening layer, 21 ... Yellow color filter layer, 22 ... Green color filter layer, 23 ... Yellow color filter layer, 24 ... Red color filter layer, 25 ... Blue color filter layer, 31 ... Spectral characteristic, 32 ... Spectral characteristic, 33 ... Spectral characteristic, 34 ... Spectral characteristics, 35 ... Spectral characteristics, 40 ... Substrate, 41 ... Color filter, 42 ... Striped region, 43 ... Yellow color filter layer, 44 ... Crossing part, 45 ... Non-crossing part, 46 ... Window part, 47 ... Green color filter 48, a red color filter layer, 49 ... a blue color filter layer, 51 ... an intersection, 52 ... a non-intersection, 53 ... a first window, 54 ... a green color filter layer, 55 ... a second window, 56 ... red color filter layer, 57 ... color filter layer, 60 ... green color filter layer, 61 ... second window part, 62 ... expansion part, 63 ... red color filter layer, 64 ... blue color filter layer, 70 ... 1 Color filter composed of layers, 71 ... lower color filter layer, 72 ... upper color filter layer, 73 ... color fill 75 ... Transparent acrylic resin layer, 76 ... Lens matrix material, 78 ... Microlens, 79 ... Photoelectric conversion element 80 ... Lower end of microlens

Claims (10)

複数の光電変換素子上に少なくとも緑色および赤色用のカラーフィルターを形成したカラー固体撮像素子において、
前記緑色および赤色用のカラーフィルターはそれぞれ2層構成であり、
前記各2層うちの1層は、黄色の着色料を含む共通のカラーフィルター層であるカラー固体撮像素子。
In a color solid-state imaging device in which color filters for at least green and red are formed on a plurality of photoelectric conversion devices,
Each of the color filters for green and red has a two-layer structure,
One of the two layers is a color solid-state imaging device in which one layer is a common color filter layer containing a yellow colorant.
複数の光電変換素子上にそれぞれ対応する赤色、緑色、および青色用の複数のカラーフィルターをそれぞれ形成したカラー固体撮像素子において、
前記赤色用のカラーフィルターが2層構成であるカラー固体撮像素子。
In a color solid-state imaging device in which a plurality of corresponding color filters for red, green, and blue are respectively formed on a plurality of photoelectric conversion devices,
A color solid-state imaging device, wherein the red color filter has a two-layer structure.
前記2層のうち少なくとも1層に黄色の着色料が含まれている請求項2記載のカラー固体撮像素子。   The color solid-state imaging device according to claim 2, wherein a yellow colorant is contained in at least one of the two layers. 複数の光電変換素子上にそれぞれ対応する赤色、緑色、および青色用の複数のカラーフィルターを形成したカラー固体撮像素子において、
前記緑色用のカラーフィルターが2層構成であるカラー固体撮像素子。
In a color solid-state imaging device in which a plurality of corresponding color filters for red, green, and blue are formed on a plurality of photoelectric conversion devices,
A color solid-state imaging device in which the green color filter has a two-layer structure.
前記2層のうち少なくとも1層に黄色の着色料が含まれている請求項4記載のカラー固体撮像素子。   The color solid-state imaging device according to claim 4, wherein a yellow colorant is contained in at least one of the two layers. 前記黄色の着色料における主成分がC.I.ピグメントイエロー139、150、または185のいずれかであることを特徴とする請求項1、3および5のいずれか1項に記載のカラー固体撮像素子。   The main component in the yellow colorant is C.I. I. The color solid-state imaging device according to claim 1, wherein the color solid-state imaging device is any one of CI Pigment Yellow 139, 150, and 185. 2層構成からなる緑色用のカラーフィルターであって、トータル分光特性が、
波長400〜450nmの光に対する透過率が5%以下であり、波長620〜670nmの光に対する透過率が5%以下であり、
30%透過率の波長が短波長側で490nm〜520nm、長波長側で570〜600nmの範囲にあり、そして
ピーク波長が500〜550nmの範囲にあり、その透過率が60〜80%であるカラーフィルター。
It is a color filter for green consisting of two layers, and the total spectral characteristics are
The transmittance for light having a wavelength of 400 to 450 nm is 5% or less, the transmittance for light having a wavelength of 620 to 670 nm is 5% or less,
Color with a 30% transmittance wavelength in the range of 490 nm to 520 nm on the short wavelength side, 570 to 600 nm on the long wavelength side, and a peak wavelength in the range of 500 to 550 nm, with a transmittance of 60 to 80% filter.
2層構成からなる赤色用のカラーフィルターであって、トータル分光特性が、
波長400〜550nmの光に対し透過率が5%以下であり、
50%透過率の波長が570nm〜605nmの範囲にあり、そして
波長600〜650nmの光に対する透過率が80%以上であるカラーフィルター。
It is a red color filter consisting of two layers, and the total spectral characteristics are
The transmittance is 5% or less for light having a wavelength of 400 to 550 nm,
A color filter having a wavelength of 50% transmittance in the range of 570 nm to 605 nm and a transmittance of 80% or more for light having a wavelength of 600 to 650 nm.
複数の光電変換素子を有し、前記複数の光電変換素子に対応して前記複数の光電変換素子上に少なくともその一部が2層構成からなるカラーフィルターが形成されたカラー固体撮像素子であって、
前記カラーフィルターは、
互いに直交する複数の帯状領域からなる第1のカラーフィルター層と、ここで前記第1のカラーフィルター層は、直交する帯状領域が交差する部分である交差領域と交差しない部分である非交差領域とを有し、そして前記帯状領域の間には直交する帯状領域によって区画された窓部が形成されており、
前記交差領域上に形成された第2のカラーフィルター層と、
前記非交差領域上に形成された第3のカラーフィルター層と、
前記窓部において前記光電変換素子のうちの所定の光電変換素子上に形成された第4のカラーフィルター層と
を有するカラー固体撮像素子。
A color solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion elements, and corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements, wherein a color filter having at least a part of a two-layer structure is formed on the plurality of photoelectric conversion elements. ,
The color filter is
A first color filter layer composed of a plurality of belt-shaped regions orthogonal to each other, and wherein the first color filter layer includes a non-intersecting region that is a portion that does not intersect with a crossing region that is a portion where the orthogonal belt-shaped regions intersect And a window section defined by orthogonal belt-like regions is formed between the belt-like regions,
A second color filter layer formed on the intersection region;
A third color filter layer formed on the non-intersecting region;
A color solid-state imaging device having a fourth color filter layer formed on a predetermined photoelectric conversion device among the photoelectric conversion devices in the window portion.
前記第1のカラーフィルター層は黄色の着色料を含む請求項9記載のカラー固体撮像素子。   10. The color solid-state imaging device according to claim 9, wherein the first color filter layer includes a yellow colorant.
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