JP2006216904A - Color solid state image sensor and method of fabricating the same - Google Patents
Color solid state image sensor and method of fabricating the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006216904A JP2006216904A JP2005030761A JP2005030761A JP2006216904A JP 2006216904 A JP2006216904 A JP 2006216904A JP 2005030761 A JP2005030761 A JP 2005030761A JP 2005030761 A JP2005030761 A JP 2005030761A JP 2006216904 A JP2006216904 A JP 2006216904A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- color
- pattern
- transparent film
- photoelectric conversion
- state imaging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、カラー固体撮像素子及びその製造方法に関し、特に、カラー固体撮像素子が備えるカラーフィルタ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a color solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a color filter provided in the color solid-state imaging device and a method for manufacturing the same.
CCD(Charge Coupled Device、電子結合素子)イメージセンサー及びCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサー等の半導体を用いたカラー固体撮像素子は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ及び携帯電話等の様々な用途に利用されている。また、その普及につれて、画素数の増大、受光感度の向上等の高機能化及び高性能化に関する要求に加えて、小型化及び低価格化等の要求についてもますます強まってきている。 Color solid-state imaging devices using semiconductors such as CCD (Charge Coupled Device) image sensors and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors are used in various applications such as digital cameras, digital video cameras, and mobile phones. Has been. Further, along with the spread of such devices, in addition to the demands for higher functionality and higher performance such as an increase in the number of pixels and improvement in light receiving sensitivity, there are also increasing demands for downsizing and lower prices.
カラー固体撮像素子の小型化及び多画素化が進むと、カラー固体撮像素子に組み込まれる画素サイズはますます縮小される。このような画素サイズの縮小化に伴い、カラー固体撮像素子の基本性能の一つである受光感度は低下するため、照度が低いところでの鮮明な像の撮影は困難となる。 As the size and number of pixels of a color solid-state image sensor increase, the pixel size incorporated in the color solid-state image sensor will be further reduced. As the pixel size is reduced, the light receiving sensitivity, which is one of the basic performances of the color solid-state imaging device, is lowered, so that it is difficult to capture a clear image at low illuminance.
一方、固体撮像素子の小型化に伴ってカメラ本体の小型化も同時に進み、撮像モジュールを携帯電話に装備するというように、撮像素子が取り込まれる光学系が極端に小型化する傾向が急速に進んでいる。その結果、必然的にレンズの瞳位置が近くなり、撮像面に入射する光の斜め入射成分が増大する。これは、特に撮像面の周縁部において顕著である。 On the other hand, along with the miniaturization of the solid-state image sensor, the miniaturization of the camera body has progressed at the same time, and the tendency to extremely miniaturize the optical system into which the image sensor is taken in, such as mounting an imaging module on a mobile phone, is rapidly increasing. It is out. As a result, the pupil position of the lens is inevitably close, and the oblique incident component of the light incident on the imaging surface increases. This is particularly noticeable at the periphery of the imaging surface.
図4に、従来のカラー固体撮像装置の要部断面を模式的に示す。 FIG. 4 schematically shows a cross section of a main part of a conventional color solid-state imaging device.
図4のカラー固体撮像装置10は、シリコン基板11を用いて形成されている。シリコン基板11上には光電変換素子12が複数配列され、シリコン基板11及び光電変換素子12を覆う絶縁膜(図示省略)が形成されている。また、シリコン基板11上における光電変換素子12の間の位置に、例えば多結晶シリコンからなる電極13が形成されている。詳しくは示さないが、電極13等によって、光電変換素子12における光電変換によって発生した電荷を転送するための電荷転送部が形成されている。
The color solid-
更に、電極13を覆うように遮光膜14が形成され、光電変換素子12及び遮光膜14等の上には透明樹脂等からなる平坦化層15が形成されている。平坦化層15は、電極13等が形成されていることによって生じている凹凸を埋めて、表面を平坦にするために形成される。
Further, a
平坦化層15の上には、個々の光電変換素子12に対応して、カラーフィルタ16が形成されている。詳しくは、赤色カラーパターン(以後、Rパターンという)16R、緑色カラーパターン(以後、Gパターンという)16B及び青色カラーパターン(以後、Bパターンという)のいずれかが個々の光電変換素子12の上に位置するように形成され、カラーフィルタ16を構成している。
On the
カラーフィルタ16の上には、各カラーパターンの厚さの違いによりカラーフィルタ16上面に生じている凹凸を埋めて平坦化するための中間層17が形成され、更に、中間層17上に、個々の光電変換素子12の上に位置するマイクロレンズ18がそれぞれ形成されている。ここで、中間層17は、透明樹脂等により形成されている。
An
個々の画素について考えると、図4の固体撮像装置10の断面形状等からも判るように、光の入射角度が大きい(光電変換素子12に対する垂線からの角度が大きい)ほど、光電変換素子12に入射する光の量は減少する。これは、シェーディング現象と呼ばれる現象であり、撮像される画像に見られる輝度のひずみ等が発生しやすくなる原因である。シェーディング現象が起こると、高い画質を維持するのが困難になる。そこで、マイクロレンズ18を形成することにより、受光感度を向上させる技術が提案されているのである。
Considering each pixel, as can be seen from the cross-sectional shape of the solid-
また、カラー固体撮像素子は、少なくとも平坦化層15、カラーフィルタ16及び中間層17のように数層の積層構造を取る色フィルタアレイを形成し、更に、最上部にはマイクロレンズ18を形成して光電変換素子12に色成分を集める構造になっている。
The color solid-state imaging device has a color filter array having a multi-layered structure such as at least a
しかし、このような構造を取る場合、マイクロレンズ18と光電変換素子12との距離が長くなるため、マイクロレンズ18に対して斜めに入射する光が増加した場合には、やはり光電変換素子12に対する集光率は低下する。これは、例えば、カメラの撮像レンズの絞りを開いた場合などに顕著である。
However, when such a structure is adopted, the distance between the
また、集光された光が遮光膜の開口端に近づくと、隣接する画素が備える光電変換素子12及び電荷転送部等に信号電荷が混入しやすくなる。スミアと呼ばれるこの現象を緩和するため、色フィルタアレイ及びマイクロレンズが担う機能を一つの層に纏めたカラーマイクロレンズアレイを備えるカラー固体撮像素子も提案されている。
Further, when the collected light approaches the opening end of the light shielding film, signal charges are likely to be mixed into the
尚、図4に示すカラー固体撮像素子10において、光電変換素子12はシリコン基板11上に、行列状に配置されている。ここで、それぞれの光電変換素子12に対応して形成されるカラーフィルタ16は、行及び列の方向について、Rパターン16R、Gパターン16G及びBパターン16Bの所定の組み合わせを一つの単位として周期的に配列されている。
In the color solid-
一般に、Rパターン16R、Gパターン16G及びBパターン16Bは、所定の分光特性を得るために、それぞれ異なる膜厚を有する。このため、平坦化層15上に形成されたカラーフィルタ16上には凹凸が生じる。このため、中間層17を形成して平坦化を行なっているのである。ここで、中間層17は、例えば透明樹脂であるアクリル樹脂等を数回に分けて塗布及び硬化することにより形成される。
In general, the
このように中間層17によって平坦化された後、マイクロレンズ18が形成される。このためには、感光性樹脂を中間層17上の全面に塗布し、マスクを用いて露光し、現像した後に加熱して表面張力によってマイクロレンズ18とする。
After the planarization by the
以上に説明した従来技術において、以下のような課題があった。 The conventional techniques described above have the following problems.
固体撮像装置を製造する際のうち、マイクロレンズの形成工程においては、中間層の平坦度が極めて重要である。しかし、カラーフィルタが有するカラーパターンは色ごとに膜厚が異なるため、平坦化のために形成される中間層の表面にも僅かな凹凸が生じる場合がある。この場合、中間層の上に形成されるマイクロレンズの形状(曲率)が変化し、本来ならば個々の固体撮像素子について均一であるべき集光効率に差が発生する。 In manufacturing a solid-state imaging device, the flatness of the intermediate layer is extremely important in the microlens formation process. However, since the color pattern of the color filter has a different film thickness for each color, a slight unevenness may occur on the surface of the intermediate layer formed for planarization. In this case, the shape (curvature) of the microlens formed on the intermediate layer changes, and a difference occurs in the light collection efficiency that should be uniform for each individual solid-state imaging device.
図5(a)〜(d)は、このことを説明する模式図である。 FIGS. 5A to 5D are schematic views for explaining this.
まず、図5(a)及び(b)は、二つのBパターン16Bに挟まれたGパターン16Gを備える画素について示している。ここで、図5(a)には、中間層17の表面が正しく平坦化されており、Gパターン16Gに対応する光電変換素子12Gに対して正しく集光されている場合を示している。これに対し、図5(b)には、光電変換素子12Gに対する集光の焦点が光電変換素子12Gからずれており、集光が正しく行なわれていない場合を示している。これは、Gパターン16Gの膜厚がその両側に形成されているBパターン16Bの膜厚に比べて小さいことにより、中間層17上において僅かな窪みが生じ、対応するマイクロレンズ18Gの形状が歪んでいるためである。
First, FIGS. 5A and 5B show a pixel including a
また、図5(c)及び(d)は、二つのRパターン16Rに挟まれたGパターン16Gを備える画素について示している。ここで、図5(c)には、中間層17の表面が正確に平坦化されている場合を示す。この場合、マイクロレンズ18Gによる集光は図5(a)と同様に正しく行なわれる。これに対し、図5(d)の場合、Gパターン16Gの膜厚がその両側に形成されているRパターン16Rの膜厚に比べて大きいため、中間層17の表面についてもBパターン16Bの上に僅かな膨らみを生じている。この結果として、マイクロレンズ18Gの形状に歪みが発生し、光電変換素子12Gに対する集光が正確には行なわれていない。
FIGS. 5C and 5D show a pixel including a
以上のような集光の異常は発生しやすく、発生すると固体撮像素子としての出力感度に影響が現われる。これを防ぐためには、中間層の平坦度を向上させるために樹脂を塗り重ねる回数を増やすことが必要であった。しかし、このようにすると光電変換素子12からマイクロレンズ18までの距離が増える(光電変換素子12とマイクロレンズ108との間の層の厚さが増す)ため、感度の低下及び斜めの入射光に対する感度低下によるシェーディング現象が課題となる。
Condensation abnormalities as described above are likely to occur, and when they occur, the output sensitivity of the solid-state imaging device is affected. In order to prevent this, it has been necessary to increase the number of times the resin is applied in order to improve the flatness of the intermediate layer. However, this increases the distance from the
これについては、十分に平坦になるまで中間層17を多層塗り(多くの回数塗り重ねることによって厚く積層)した後にエッチング工程によって中間層17を削り、光電変換素子12とマイクロレンズ18との距離を短くする手法が提案されている。しかし、この場合には、工程数の増加と、エッチング工程の精度バラツキに依存する特性バラツキとが課題となっている。
For this, the
更に、中間層17を精度良く平坦に形成し、その上にマイクロレンズ18を均一に形成した場合にも、各色のカラーフィルタ16は形成後の高さが異なるため、隣接画素が備えるカラーパターンによって入射光に影響を受けて特性が劣化するという課題がある。以後、これを混色と呼び、図6(a)及び(b)を参照して説明する。
Furthermore, even when the
図6(a)には、Gパターン16Gと、その両側に隣接する二つのBパターン16Bが示されている。また、図6(b)には、Gパターン16Gと、その両側に隣接するRパターン16Rが示されている。更に、図6(a)及び(b)において、Gパターン16Gに垂直に入射する光21と、斜めに入射する光22が示されている。尚、入射する光の波長領域が赤色領域(波長600〜700nm)であるものとする。
FIG. 6A shows a
図6(a)の場合、Gパターン16Gに比べてBパターン16Bは膜厚が大きいため、斜めの入射光22はBパターン16Bを一部通過し、吸収される。これに対し、図6(b)の場合、Gパターン16Gに比べてRパターン16Rは膜厚が小さいため、図6(a)の場合と同様の斜めの入射光22についてもRパターン16Rを通過することはない。
In the case of FIG. 6A, since the
それぞれの画素において、入射する光が同様であれば、出力は同一でなければならない。しかし、上に説明したように、図6(a)の場合と図6(b)の場合とでは、Gパターン16Gを透過する光に差が生じるため、光電変換素子における出力にも差が生じる。この結果、いわゆるライン濃淡不良が発生することになる。
For each pixel, the output should be the same if the incident light is similar. However, as described above, there is a difference in the light transmitted through the
従来のカラー固体撮像素子について、以上のような課題があった。これらに鑑み、本発明のカラー固体撮像素子は、カラーフィルタの上面に凹凸が存在することに起因する特性のバラツキを防ぐことを目的とする。また、そのようなカラー固体撮像素子を製造する方法を提供することも目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明のカラー固体撮像素子は、基板上に配列され且つ入射光を電荷に変換する複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子が設けられた基板を覆う透明膜と、透明膜上に形成された互いに厚さの異なる複数のカラーパターンから構成され且つ入射光を色分解するカラーフィルタとを備え、複数のカラーパターンのそれぞれの上面が面一であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a color solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged on a substrate and converting incident light into electric charges, and a transparent substrate covering a substrate provided with the plurality of photoelectric conversion elements. A film and a color filter formed on the transparent film and having a plurality of color patterns with different thicknesses and color-separating incident light, and each upper surface of the plurality of color patterns is flush with each other Features.
本発明のカラー固体撮像素子によると、カラーフィルタは上面が平坦である。つまり、カラーフィルタは、上面の高さがそろって面一である複数のカラーパターンから構成されている。このため、複数のカラーパターンにおいて上面の高さが異なっている従来の場合には発生していた、斜めの入射光が隣接するカラーパターンを通過することから発生するライン濃淡不良等を回避することができる。このため、画質の高い画像を撮像することができる。 According to the color solid-state imaging device of the present invention, the color filter has a flat upper surface. In other words, the color filter is composed of a plurality of color patterns whose upper surfaces are flush with each other. For this reason, it is possible to avoid line shading defects and the like that occur in the conventional case where the upper surface height is different in a plurality of color patterns, which occurs due to the oblique incident light passing through the adjacent color patterns. Can do. For this reason, an image with high image quality can be taken.
尚、透明膜が、複数のカラーパターンのそれぞれ異なる厚さに応じた凹凸を有していることにより、複数のカラーパターンの上面が面一であることが好ましい。 In addition, it is preferable that the upper surfaces of the plurality of color patterns are flush with each other because the transparent film has irregularities corresponding to different thicknesses of the plurality of color patterns.
カラーフィルタは透明膜上に形成され且つそれぞれ厚さの異なるカラーパターンを有する。ここで、それぞれのカラーパターンの厚さに応じて透明膜に凹凸を設けることにより、透明膜とそれぞれのカラーパターンとを合わせた厚さを一定にすることができる。つまり、カラーパターンの厚さが大きい位置については透明膜を薄くすると共に、カラーパターンの厚さが小さい位置については透明膜を厚くする。 The color filters are formed on the transparent film and have color patterns with different thicknesses. Here, by providing unevenness on the transparent film according to the thickness of each color pattern, the combined thickness of the transparent film and each color pattern can be made constant. That is, the transparent film is thinned at the position where the thickness of the color pattern is large, and the transparent film is thickened at the position where the thickness of the color pattern is small.
このようにすると、カラーフィルタが有する複数のカラーパターンの上面を面一にすることができ、カラーパターンの上面は確実に平坦になる。 In this way, the upper surfaces of the plurality of color patterns included in the color filter can be flush with each other, and the upper surfaces of the color patterns are surely flat.
また、カラーフィルタ上に形成された他の透明膜と、該他の透明膜上に形成され且つ入射光を複数の光電変換素子にそれぞれ集光する複数のマイクロレンズとを更に備えることが好ましい。 In addition, it is preferable to further include another transparent film formed on the color filter and a plurality of microlenses formed on the other transparent film and collecting incident light on the plurality of photoelectric conversion elements, respectively.
本発明のカラー固体撮像素子が有するカラーフィルタは、各カラーパターンの上面が面一であり、上面の平坦度が高い。このようなカラーフィルタ上に、更に他の透明膜を設けると、他の透明膜の上面を非常に平坦度の高い面とすることが容易にできる。このため、他の透明膜上にマイクロレンズを精度良く形成することが容易にでき、カラー固体撮像素子の分光性能を向上することができる。 In the color filter of the color solid-state imaging device of the present invention, the upper surface of each color pattern is flush and the flatness of the upper surface is high. If another transparent film is further provided on such a color filter, the upper surface of the other transparent film can be easily made a surface with very high flatness. For this reason, it is easy to form microlenses with high accuracy on another transparent film, and the spectral performance of the color solid-state imaging device can be improved.
また、カラーパターンの上面が凹凸を有している場合に比べて、他の透明膜の厚さは小さくて良い。このため、カラー固体撮像素子の感度が向上すると共に、斜めの入射光に対する感度についても向上することからシェーディング現象を抑制することができる。 Also, the thickness of the other transparent film may be smaller than when the upper surface of the color pattern has irregularities. For this reason, the sensitivity of the color solid-state imaging device is improved and the sensitivity to oblique incident light is also improved, so that the shading phenomenon can be suppressed.
前記の目的を達成するため、本発明のカラー固体撮像素子の製造方法は、基板上に、入射光を電荷に変換する複数の光電変換素子を形成する工程(a)と、複数の光電変換素子が設けられた基板を覆う透明膜を形成する工程(b)と、透明膜上に、互いに厚さの異なる複数のカラーパターンから構成され且つ入射光を色分解するカラーフィルタを形成する工程(c)とを備え、工程(b)において、透明膜に複数のカラーパターンの互いに異なる厚さに応じた凹凸を設け、工程(c)において、凹凸上にカラーパターンをそれぞれの上面が面一になるように形成するようになっている。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a color solid-state imaging device according to the present invention includes a step (a) of forming a plurality of photoelectric conversion elements that convert incident light into charges on a substrate, and a plurality of photoelectric conversion elements. A step (b) of forming a transparent film covering the substrate provided with a color filter, and a step (c) of forming a color filter composed of a plurality of color patterns having different thicknesses and color-separating incident light on the transparent film In step (b), the transparent film is provided with irregularities corresponding to different thicknesses of the plurality of color patterns, and in step (c), the color patterns are arranged on the irregularities so that the upper surfaces thereof are flush with each other. It is designed to form as follows.
本発明のカラー固体撮像素子の製造方法によると、カラーフィルタが有する複数のカラーパターンの各々の厚さに応じた凹凸を透明膜に設けることにより、上面が平坦であるカラーフィルタを有するカラー固体撮像素子を形成することができる。このため、ライン濃淡不良を抑制する等の効果を有する本発明のカラー固体撮像素子を製造することができる。 According to the method for manufacturing a color solid-state image pickup device of the present invention, a color solid-state image pickup having a color filter with a flat upper surface is provided by providing the transparent film with irregularities corresponding to the thicknesses of the plurality of color patterns of the color filter. An element can be formed. For this reason, the color solid-state image sensor of this invention which has effects, such as suppressing a line shading defect, can be manufactured.
尚、透明膜を形成する工程(b)は、基板上に、感光性を有する材料からなる材料膜を形成する工程と、露光照射量を制御できるグレースケールマスクを用いることにより、複数のカラーパターンの厚さに応じた複数の露光量で材料膜を露光する工程と、露光された材料膜を現像することにより、凹凸を有する透明膜を形成する工程とを含む。 In the step (b) of forming the transparent film, a plurality of color patterns are formed by using a step of forming a material film made of a photosensitive material on the substrate and a gray scale mask capable of controlling the exposure dose. A step of exposing the material film with a plurality of exposure amounts according to the thickness of the film, and a step of forming the transparent film having irregularities by developing the exposed material film.
このようにすると、感光性材料からなる材料膜は、露光量の違いによって現像後の膜厚が決定されるため、グレースケールマスクのグレー階調に応じて凹凸を有する透明膜となる。ここで、露光量を決めるグレースケールマスクを調整することによって、透明膜の凹凸を複数のカラーパターンのそれぞれの膜厚に応じたものとすると、複数のカラーパターンの上面を同じ高さにそろえることができる。この結果、本発明のカラー固体撮像素子を確実に製造することができる。 In this case, the material film made of a photosensitive material is a transparent film having unevenness according to the gray gradation of the gray scale mask because the film thickness after development is determined by the difference in exposure amount. Here, by adjusting the gray scale mask that determines the exposure amount so that the unevenness of the transparent film corresponds to the thickness of each of the multiple color patterns, the top surfaces of the multiple color patterns should be aligned at the same height. Can do. As a result, the color solid-state imaging device of the present invention can be reliably manufactured.
ここで、グレースケールマスクのグレー階調については、マスク上の遮光膜を単位セルに分割し、その領域に形成されるドットパターンの形状又は濃度等を制御することによって所望の透過率を得る方法がある(例えば、特開2002−244273を参照)。また、異なる光学濃度レベルを有する領域を市松模様に配置する方法なども提案されている(例えば、特開2002−365784Aを参照)。 Here, with regard to the gray gradation of the gray scale mask, a method for obtaining a desired transmittance by dividing the light shielding film on the mask into unit cells and controlling the shape or density of the dot pattern formed in the region. (For example, refer to JP-A-2002-244273). A method of arranging regions having different optical density levels in a checkered pattern has also been proposed (see, for example, JP-A-2002-365784A).
また、カラーフィルタ上に、他の透明膜を形成する工程と、該他の透明膜上に、入射光を複数の光電変換素子にそれぞれ集光する複数のマイクロレンズを形成する工程を更に備えることが好ましい。 Further, the method further includes a step of forming another transparent film on the color filter, and a step of forming a plurality of microlenses for condensing incident light on the plurality of photoelectric conversion elements on the other transparent film, respectively. Is preferred.
本発明のカラー固体撮像素子の製造方法によると、上面の平坦度が高いカラーフィルタを形成することができる。このため、カラーフィルタ上に形成した他の透明膜の上面は、非常に精度良く平坦にすることが容易にできる。このため、他の平坦膜上にマイクロレンズを非常に精度良く形成することが容易に可能となり、分光特性の優れたカラー固体撮像素子を製造することができる。 According to the method for manufacturing a color solid-state imaging device of the present invention, a color filter having a high flatness on the upper surface can be formed. For this reason, the upper surface of another transparent film formed on the color filter can be easily flattened with very high accuracy. For this reason, it is possible to easily form the microlens on another flat film with very high accuracy, and a color solid-state imaging device having excellent spectral characteristics can be manufactured.
更に、上面に凹凸を有するカラーフィルタの上に他の透明膜を形成する場合に比べて、薄い透明膜とすることができる。この際、厚い透明膜を形成して必要な平坦度を得た後にエッチバックする方法等に比べて工程数が少ないことに加え、エッチバックの加工精度ばらつきの影響を回避することができる。これらのことから、特性バラツキの小さいカラー固体撮像素子を製造することができる。また、従来よりも工程数が少ないことから、コストダウンが実現される。 Furthermore, compared with the case where another transparent film is formed on a color filter having an uneven surface, the transparent film can be made thinner. At this time, in addition to the number of steps compared to a method of etching back after forming a thick transparent film to obtain a required flatness, the influence of variations in etching back processing accuracy can be avoided. For these reasons, a color solid-state imaging device with small characteristic variation can be manufactured. In addition, since the number of processes is smaller than in the prior art, cost reduction is realized.
本発明に係るカラー固体撮像素子によると、凹凸を設けた透明膜上にカラーパターンを形成することによって、上端が面一であるカラーフィルタが備えられている。このため、感度特性が向上していると共に、混色が軽減されている。また、本発明のカラー固体撮像素子の製造方法によると、他の透明膜を形成するために必要であった多層塗り及びその後のエッチングの工程を削除することができる。このため、工程を短縮することができると共に、エッチングのバラツキに起因する特性バラツキを回避することができる。 According to the color solid-state imaging device of the present invention, the color filter having the upper end flush with the upper surface is provided by forming the color pattern on the transparent film provided with the unevenness. For this reason, sensitivity characteristics are improved and color mixing is reduced. In addition, according to the method for manufacturing a color solid-state imaging device of the present invention, the steps of multilayer coating and subsequent etching necessary for forming another transparent film can be eliminated. For this reason, it is possible to shorten the process and to avoid variation in characteristics due to variation in etching.
以下、本発明の一実施形態に係るカラー固体撮像素子及びその製造方法について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a color solid-state imaging device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態のカラー固体撮像素子100の断面構成を模式的に示す図であり、カラーフィルタ106としてそれぞれ異なる色のカラーパターンを備えた三個の光電変換素子102を含む範囲を示している。以下に詳しく説明する。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional configuration of the color solid-
図1に示すカラー固体撮像素子100は、シリコン基板101を用いて形成されている。シリコン基板101上には入射光を電荷に変換する光電変換素子102が複数配列して形成されており、シリコン基板101及び光電変換素子102を覆う絶縁膜(図示省略)が形成されている。また、シリコン基板101上における光電変換素子102の間の位置に、例えば多結晶シリコンからなる電極103が形成されている。電極103は、光電変換素子102において生成した電荷を転送する機能を有する。
A color solid-
また、電極103を覆うように、電極103に対して光が入射するのを防ぐための遮光膜104が形成されている。更に、光電変換素子102及び遮光膜104等の上に、第1の透明膜105が形成され、第1の透明膜105上にはカラーフィルタ106が形成されている。カラーフィルタ106上には、透明樹脂からなる第2の透明膜107が形成され、更に第2の透明膜107上には、個々の光電変換素子102に対応してマイクロレンズ108がそれぞれ備えられている。
Further, a
このような構造により、カラー固体撮像素子100に対する入射光は、マイクロレンズ108によって集光され、第2の透明膜107、カラーフィルタ106、第1の透明膜105及び絶縁膜(図示していない)を順に通って光電変換素子102に入るようになっている。
With such a structure, incident light to the color solid-
ここで、カラーフィルタ106は、より詳しくは、赤色カラーパターン(Rパターン)106R、緑色カラーパターン(Gパターン)106B及び青色カラーパターン(Bパターン)106Bが水平方向に配列して構成されており、個々の光電変換素子102に対していずれか一つの色のカラーパターンが形成されている。このため、個々の光電変換素子102に対しては、それぞれのカラーパターンの色に対応する特定の範囲の波長を有する光だけが入射するようになっている。
More specifically, the color filter 106 includes a red color pattern (R pattern) 106R, a green color pattern (G pattern) 106B, and a blue color pattern (B pattern) 106B arranged in the horizontal direction. A color pattern of any one color is formed for each
以上のように、一つの光電変換素子102に対して一つの色のカラーパターンと、一つのマイクロレンズ108とが備えられている。この結果、ある一つのマイクロレンズ108によって集光された光は、いずれか一つの色のカラーパターンを通過し、特定の範囲の波長を有する光として所定の一つの光電変換素子102に集光されることになる。
As described above, one color pattern and one
また、Rパターン106R、Gパターン106G及びBパターン106Bは、それぞれ異なる厚さを有する。しかし、このような厚さの違いに対応する凹凸が第1の透明膜105の上面に設けられており、Rパターン106R、Gパターン106G及びBパターン106Bのそれぞれの上面は同じ高さに揃えられている。このため、カラーフィルタ106の上面は面一になっている。
Further, the
例えば、図1の固体撮像素子100の場合には、三色のカラーパターンの中ではBパターン106Bの厚さが一番大きく、Rパターン106Rの厚さが一番小さい。Gパターン106Gの厚さは他二色の中間である。このため、Bパターン106Bの形成される領域においては第1の透明膜105の厚さが一番小さく、Rパターン106Rの形成される領域においては第1の透明膜105の厚さが一番大きいようになっている。Gパターン106Gの形成される領域の第1の透明膜105の厚さは他の二色のカラーパターンが形成される領域の中間の厚さになっている。この結果、三色のカラーパターンの上面は同じ高さに揃えられ、カラーフィルタ106の上面において、三色のカラーパターンの膜厚の違いに起因して凹凸が生じるのは防がれている。
For example, in the case of the solid-
具体的には、図4に示す従来のカラー固体撮像素子10の場合、Rパターン16R、Bパターン16B及びGパターン16Gの厚さは、例えば、順に700nm、1200nm及び1000nmであった。このため、カラーフィルタ16の上面において、最も高さの差が大きくなるRパターン16R上面とBパターン16Bの上面との高さの差は500nmであった。
Specifically, in the case of the conventional color solid-
これに対し、本実施形態のカラー固体撮像素子100によると、それぞれ従来のカラーパターンと同様の厚さを有するRパターン106R、Bパターン106B及びGパターン106Gを備えている場合において、各カラーパターン上面の高さの差は加工の精度の範囲に抑えられており、例えば40nm程度となっている。
On the other hand, according to the color solid-
また、カラーフィルタ106上に形成される第2の透明膜107によって表面の平坦度が更に高められ、この結果としてマイクロレンズ108は極めて精度良く形成されている。このことから、個々の光電変換素子102に対する集光が精度良く行なわれ、個々の光電変換素子102における出力感度及び光電変換素子102毎の出力感度の均一性が向上している。
Further, the flatness of the surface is further enhanced by the second
また、それぞれの色のカラーパターンの上面が同じ高さに揃っていることから、混色が防がれている。これについて、図2及び図6を参照して説明する。 Further, since the upper surfaces of the color patterns of the respective colors are aligned at the same height, color mixing is prevented. This will be described with reference to FIGS.
図6(a)に示す、従来のカラーフィルタにおける両側をBパターン16に挟まれたGパターン16については、先に説明したように混色が生じている。これは、Gパターン16に対する斜めの入射光22が、Gパターン16よりも上に突出している隣接するBパターン16の端を通過するためである。これに対し、図2(a)に示す本実施形態の固体撮像素子100における両側をBパターン106Bに挟まれたGパターン106Gの場合、このような混色は生じない。これは、Gパターン106Gの上面と、Gパターン106Gに隣接するBパターン106Bの上面とが同じ高さに揃っているためである。尚、図2(b)に示す、両側をRパターン106Rに挟まれたGパターン106Gについても、混色が生じることはない。
In the G pattern 16 shown in FIG. 6A in which the both sides of the conventional color filter are sandwiched by the B pattern 16, color mixing occurs as described above. This is because the oblique incident light 22 with respect to the G pattern 16 passes through the end of the adjacent B pattern 16 protruding above the G pattern 16. On the other hand, in the case of the
また、第2の透明膜107の厚さは小さいくてよいことから、光電変換素子102とマイクロレンズ108との間の距離を短くし、シェーディング現象を抑制することが可能である。
Further, since the thickness of the second
次に、図3(a)〜(d)を参照して、固体撮像素子100の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the solid-
まず、図3(a)に示すように、シリコン基板101上に光電変換素子102を配列して形成し、続いてシリコン基板101及び光電変換素子102を覆うように、図示を省略している絶縁膜を形成する。次に、該絶縁膜上における光電変換素子102の間の位置に、例えば多結晶シリコンからなる電極103を形成し、続いて電極103を覆う遮光膜104を形成する。これらは、いずれも公知の方法によって行なえば良い。
First, as illustrated in FIG. 3A,
更に、感光性を有する材料を用いて、例えばスピンコート等の方法によって第1の透明膜105を形成する。これにより、光電変換素子102及び遮光膜104等の上を覆う。
Further, the first
次に、図2(b)に示すように、グレースケールマスク110を用いて第1の透明膜105の露光を行なう。ここで、グレースケールマスク110は、Rパターン106Rを形成する領域に対応するマスクパターン(Rマスクパターン110R)と、Bパターン106Bを形成する領域に対応するマスクパターン(Bマスクパターン110B)と、Gパターン106Gを形成する領域に対応するマスクパターン(Gマスクパターン110G)とを備えており、それぞれのマスクパターンは異なるグレー階調を有する。このため、第1の透明膜105はグレースケールマスク110のパターンのそれぞれのグレー階調に応じた露光量をもって露光され、露光後に行なう現像工程により、露光量に応じて膜厚が小さくなる。尚、第1の透明膜105を形成するための感光性材料は、ポジ型及びネガ型のいずれであっても良い。
Next, as shown in FIG. 2B, the first
図3(c)に、現像工程を終えた時点の工程図を示す。ここでは、Bパターン106Bを形成する領域において最も大きく第1の透明膜105の膜厚が減じ、最も深い凹部であるB領域凹部111Bが形成されている。Gパターン106Gが形成される領域において、これに次いで第1の透明膜105の膜厚が減じ、B領域凹部111Bよりも浅い凹部であるG領域凹部111Gが形成されている。尚、本実施形態の場合には、Rパターン106Rが形成される領域においては第1の透明膜105の膜厚は減じていない。
FIG. 3C shows a process chart at the time when the development process is completed. Here, in the region where the
このようにして、第1の透明膜105に凹凸のパターンが形成される。尚、凹凸の深さについては、前記に限らす、必要に応じて設定する。
In this way, an uneven pattern is formed on the first
次に、図3(d)に示すように、第1の透明膜105上に、Rパターン106R、Bパターン106B及びGパターン106Gからなるカラーフィルタ106を形成する。この際、第1の透明膜105には個々のカラーパターンの厚さに応じて凹凸が設けられているため、カラーパターンの上面を同じ高さにそろえ、カラーフィルタ106の上面に凹凸を生じることなく面一にすることができる。
Next, as illustrated in FIG. 3D, the color filter 106 including the R pattern 106 </ b> R, the B pattern 106 </ b> B, and the G pattern 106 </ b> G is formed on the first
この後、カラーフィルタ106上に、第2の透明膜107を形成し、更に第2の透明膜107上にマイクロレンズ108を形成することにより、図1に示す固体撮像素子100が形成される。
Thereafter, the second
ここで、カラーフィルタ106上が平坦であるため、第2の透明膜107の上面は容易に極めて精度良く平坦にすることが可能であり、更に、比較的薄い第2の透明膜107とすることができる。
Here, since the color filter 106 is flat, the upper surface of the second
従来の方法においては、膜厚を小さくするため、第2の透明膜は厚塗りの後にエッチングすることによって形成されていたが、このような工程は不要である。このため、エッチング工程の精度バラツキによる特性バラツキを排除することができる。 In the conventional method, in order to reduce the film thickness, the second transparent film has been formed by etching after thick coating, but such a step is not necessary. For this reason, it is possible to eliminate characteristic variations due to accuracy variations in the etching process.
また、マイクロレンズ108は、例えば、第2の透明膜107上に感光性樹脂を塗布した後に露光及び現像を行なってマイクロレンズのパターンを形成し、更に、樹脂の軟化温度に加熱して表面張力によりレンズ形状を得ることによって形成する。
The
以上に説明したように、本実施形態のカラー固体撮像素子の形成方法によると、カラーフィルタ106の上面が平坦であることから、薄い第2の透明膜107を形成することによって精度良く平坦化を行なうことができる。また、第2の透明膜107上の平坦度が高いことから、マイクロレンズ108についても精度良く形成することができる。
As described above, according to the method for forming a color solid-state imaging device of the present embodiment, since the upper surface of the color filter 106 is flat, the thin second
尚、本実施形態においては、赤、緑及び青の三色のカラーパターンからなる原色系のカラーフィルタの場合について説明したが、特にこれに限るものではなく、例えば補色系のカラーフィルタを形成する場合等にも使用できる。カラーパターンの色の数についても、特に限定するものではない。 In the present embodiment, the case of a primary color filter composed of three color patterns of red, green, and blue has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a complementary color filter is formed. It can also be used in some cases. The number of colors in the color pattern is not particularly limited.
また、CMOS型及びCCD型等の固体撮像素子の種類についても、特に限定するものではない。 Also, the type of solid-state imaging device such as a CMOS type and a CCD type is not particularly limited.
また、本実施形態においては、カラーフィルタ106を構成するカラーパターンはいずれも一層である。しかし、カラーパターンの一部又は全部が、二層以上のカラーパターンからなる積層構造を取っていても良い。このような場合にも、積層構造の厚さに応じた凹凸を第1の透明膜105に設けることにより、カラーフィルタ106の上面を面一にすることができる。
In the present embodiment, all the color patterns constituting the color filter 106 are one layer. However, some or all of the color patterns may have a laminated structure composed of two or more color patterns. Even in such a case, the upper surface of the color filter 106 can be made flush by providing the first
本発明に係るカラー固体撮像素子及びその製造方法によると、カラーフィルタの上面が面一になっていることから混色、シェーディング現象及びライン濃淡不良等が抑制されており、小型化及び多画素化が進んだカラー固体撮像素子において有効である。 According to the color solid-state imaging device and the method for manufacturing the same according to the present invention, since the upper surface of the color filter is flush, color mixing, shading phenomenon, line shading failure, and the like are suppressed, and miniaturization and increase in the number of pixels can be achieved. This is effective in advanced color solid-state imaging devices.
101 シリコン基板
102 光電変換素子
103 電極
104 遮光膜
105 第1の透明膜
106 カラーフィルタ
106R 赤色カラーパターン(Rパターン)
106G 緑色カラーパターン(Gパターン)
106B 青色カラーパターン(Bパターン)
107 第2の透明膜
108 マイクロレンズ
110 グレースケールマスク
110R 赤色領域マスクパターン(Rマスクパターン)
110G 緑色領域マスクパターン(Gマスクパターン)
110B 青色領域マスクパターン(Bマスクパターン)
111G G領域凹部
111B B領域凹部
101
106G Green color pattern (G pattern)
106B Blue color pattern (B pattern)
107 Second
110G Green area mask pattern (G mask pattern)
110B Blue area mask pattern (B mask pattern)
111G
Claims (6)
前記複数の光電変換素子が設けられた前記基板を覆う透明膜と、
前記透明膜上に形成された互いに厚さの異なる複数のカラーパターンから構成され且つ前記入射光を色分解するカラーフィルタとを備え、
前記複数のカラーパターンのそれぞれの上面が面一であることを特徴とするカラー固体撮像素子。 A plurality of photoelectric conversion elements arranged on a substrate and converting incident light into electric charges;
A transparent film covering the substrate provided with the plurality of photoelectric conversion elements;
A color filter composed of a plurality of color patterns with different thicknesses formed on the transparent film and separating the incident light,
A color solid-state imaging device, wherein upper surfaces of the plurality of color patterns are flush with each other.
前記透明膜が、前記複数のカラーパターンのそれぞれ異なる厚さに応じた凹凸を有していることにより、前記複数のカラーパターンの上面が面一であることを特徴とするカラー固体撮像素子。 In claim 1,
A color solid-state imaging device, wherein the transparent film has irregularities corresponding to different thicknesses of the plurality of color patterns, so that upper surfaces of the plurality of color patterns are flush with each other.
前記カラーフィルタ上に形成された他の透明膜と、
前記他の透明膜上に形成され且つ前記入射光を前記複数の光電変換素子にそれぞれ集光する複数のマイクロレンズとを更に備えることを特長とするカラー固体撮像素子。 In claim 1 or 2,
Another transparent film formed on the color filter;
A color solid-state imaging device, further comprising: a plurality of microlenses formed on the other transparent film and collecting the incident light on the plurality of photoelectric conversion devices.
前記複数の光電変換素子が設けられた前記基板を覆う透明膜を形成する工程(b)と、
前記透明膜上に、互いに厚さの異なる複数のカラーパターンから構成され且つ前記入射光を色分解するカラーフィルタを形成する工程(c)とを備え、
前記工程(b)において、前記透明膜に前記複数のカラーパターンの互いに異なる厚さに応じた凹凸を設け、
前記工程(c)において、前記凹凸上に前記カラーパターンをそれぞれの上面が面一になるように形成することを特徴としたカラー固体撮像素子の製造方法。 A step (a) of forming a plurality of photoelectric conversion elements for converting incident light into charges on a substrate;
A step (b) of forming a transparent film covering the substrate on which the plurality of photoelectric conversion elements are provided;
Forming on the transparent film a color filter composed of a plurality of color patterns having different thicknesses and color-separating the incident light, (c),
In the step (b), unevenness corresponding to different thicknesses of the plurality of color patterns is provided on the transparent film,
In the step (c), the color pattern is formed on the unevenness so that the upper surfaces thereof are flush with each other.
前記透明膜を形成する工程(b)は、
前記基板上に、感光性を有する材料からなる材料膜を形成する工程と、
露光照射量を制御できるグレースケールマスクを用いることにより、前記複数のカラーパターンの厚さに応じた複数の露光量で前記材料膜を露光する工程と、
前記露光された材料膜を現像することにより、前記凹凸を有する前記透明膜を形成する工程とを含むことを特長とする固体撮像素子の製造方法。 In claim 4,
The step (b) of forming the transparent film includes
Forming a material film made of a photosensitive material on the substrate;
A step of exposing the material film with a plurality of exposure amounts according to the thickness of the plurality of color patterns by using a gray scale mask capable of controlling an exposure dose; and
Forming the transparent film having the irregularities by developing the exposed material film, and a method for producing a solid-state imaging device.
前記カラーフィルタ上に、他の透明層を形成する工程と、
前記他の透明層上に、前記入射光を前記複数の光電変換素子にそれぞれ集光する複数のマイクロレンズを形成する工程を更に備えることを特長とする固体撮像素子の製造方法。 In claim 4 or 5,
Forming another transparent layer on the color filter;
A method for producing a solid-state imaging device, further comprising forming a plurality of microlenses for condensing the incident light on the plurality of photoelectric conversion elements on the other transparent layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005030761A JP2006216904A (en) | 2005-02-07 | 2005-02-07 | Color solid state image sensor and method of fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005030761A JP2006216904A (en) | 2005-02-07 | 2005-02-07 | Color solid state image sensor and method of fabricating the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006216904A true JP2006216904A (en) | 2006-08-17 |
Family
ID=36979834
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005030761A Pending JP2006216904A (en) | 2005-02-07 | 2005-02-07 | Color solid state image sensor and method of fabricating the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006216904A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006269533A (en) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Sharp Corp | Solid-state imaging device and its manufacturing method, electronic information equipment |
JP2008283559A (en) * | 2007-05-11 | 2008-11-20 | Canon Inc | Imaging apparatus and program |
JP2009043772A (en) * | 2007-08-06 | 2009-02-26 | Panasonic Corp | Solid-state imaging apparatus, and manufacturing method thereof |
CN106601919A (en) * | 2016-12-09 | 2017-04-26 | Tcl集团股份有限公司 | Hybrid light emitting device, display panel and display device |
-
2005
- 2005-02-07 JP JP2005030761A patent/JP2006216904A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006269533A (en) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Sharp Corp | Solid-state imaging device and its manufacturing method, electronic information equipment |
JP2008283559A (en) * | 2007-05-11 | 2008-11-20 | Canon Inc | Imaging apparatus and program |
JP2009043772A (en) * | 2007-08-06 | 2009-02-26 | Panasonic Corp | Solid-state imaging apparatus, and manufacturing method thereof |
CN106601919A (en) * | 2016-12-09 | 2017-04-26 | Tcl集团股份有限公司 | Hybrid light emitting device, display panel and display device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8274031B2 (en) | Colored microlens array and manufacturing method for colored microlens array, color solid-state image capturing device and manufacturing method for color solid-state image capturing device, color display apparatus and manufacturing method for color display apparatus, and electronic information device | |
US7847852B2 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method of solid-state imaging device | |
US7791659B2 (en) | Solid state imaging device and method for producing the same | |
US9111828B2 (en) | Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus | |
US9131100B2 (en) | Solid-state imaging device with lens, method of manufacturing solid-state imaging device with lens, and electronic apparatus | |
US9525000B2 (en) | Solid-state imaging device, solid-state imaging device manufacturing method, electronic device, and lens array | |
US8530814B2 (en) | Solid-state imaging device with a planarized lens layer method of manufacturing the same, and electronic apparatus | |
US7986019B2 (en) | Solid-state imaging device and its manufacturing method | |
US7535043B2 (en) | Solid-state image sensor, method of manufacturing the same, and camera | |
JP2006108580A (en) | Solid state image pickup device and manufacturing method therefor | |
KR20230058729A (en) | Image picup element, image picup device, manufacturing device and method | |
TW201436186A (en) | Solid-state image-pickup device, method for producing same, and electronic equipment | |
JP2004047682A (en) | Solid-state image pickup device | |
JP2006216904A (en) | Color solid state image sensor and method of fabricating the same | |
JP4181487B2 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
JP2008034521A (en) | Solid-state imaging apparatus, and manufacturing method thereof | |
JP4957564B2 (en) | Solid-state imaging device and imaging apparatus using the same | |
JP2005101266A (en) | Solid state imaging device, method for manufacturing the same and camera | |
JP2010258466A (en) | Solid-state imaging apparatus and method of manufacturing the same | |
JP2011165791A (en) | Solid-state imaging element, and method of manufacturing the same | |
JP2006339376A (en) | Solid state imaging device, manufacturing method thereof, and camera | |
JP5874209B2 (en) | On-chip color filter for color solid-state image sensor | |
JP5353356B2 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
JP2010078970A (en) | Color filter, its manufacturing method, and solid imaging element having the color filter | |
JP2010199331A (en) | Color filter and method of manufacturing the same, method of manufacturing solid-state imaging element, and electronic information equipment |