JP2009111225A - Solid-state image sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

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Koji Yoshibayashi
光司 吉林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress color mixing of a solid-state image sensor, to improve color reproducibility, and to improve shading characteristics. <P>SOLUTION: The solid-state image sensor 20 includes a semiconductor substrate 22 with photodiodes 26R, 26G and 26B, a device protective film 23 with a convex inner lens 28, and a color filter array with color filter layers 21R, 21G and 21B and separation walls 25 for separating the color filter layers. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、CCDやMOSなどを構成するのに好適な固体撮像素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device suitable for constituting a CCD, a MOS, and the like and a manufacturing method thereof.

近年、固体撮像装置の画素数の増加は顕著であり、従来と同じインチサイズの撮像装置で比較した場合、画素サイズの縮小化は顕著である。また、画素サイズが縮小するにつれ、色分離の性能要求は厳しく、色シェーディング特性、混色防止などのデバイス特性維持のため、カラーフィルタに求められる性能に薄膜化、矩形化、および各フィルタ間に色同士が重なり合うオーバーラップ領域がない等の性能も要求されてきている。   In recent years, the increase in the number of pixels of a solid-state imaging device has been remarkable, and the pixel size has been significantly reduced when compared with the conventional inch-size imaging device. In addition, as the pixel size is reduced, the performance requirements for color separation are stricter. To maintain device characteristics such as color shading characteristics and color mixing prevention, the performance required for color filters is reduced to thinner, rectangular, and the color between each filter. Performance such as the absence of overlapping regions that overlap each other has also been demanded.

従来、カラーフィルタの製造方法としてはフォトリソ法が多く用いられてきた。ここでいうフォトリソ法は、基板上に着色硬化性組成物等の感放射線性組成物を塗布し乾燥させて塗膜を形成し、該塗膜をパターン露光・現像・ベーキングすることによって着色画素を形成し、この操作を各色ごとに繰り返し行なってカラーフィルタを作製する方法である。
フォトリソ法は、製造工程が半導体製造のフォトリソプロセスに準じているため、初期投資の抑制が可能であり、また、フォトリソプロセスの高精度な露光、重ね合わせ精度などにより、カラーフィルタを作製するのに好適な方法として広く利用されている。
Conventionally, a photolithography method has been often used as a method for producing a color filter. The photolitho method here is a method in which a radiation-sensitive composition such as a colored curable composition is applied onto a substrate and dried to form a coating, and the coating is subjected to pattern exposure / development / baking to form a colored pixel. This is a method of forming a color filter by repeating this operation for each color.
The photolithographic method can reduce initial investment because the manufacturing process conforms to the photolithographic process of semiconductor manufacturing. Also, the photolithographic process can be used to fabricate color filters with high-precision exposure and overlay accuracy of the photolithographic process. Widely used as a preferred method.

ここで、フォトリソ法による従来のカラーフィルタの製造方法の一般的な概要を、図19〜図25を参照して説明する。   Here, a general outline of a conventional method for producing a color filter by the photolithography method will be described with reference to FIGS.

図19に示すように、支持体1上に、例えばネガ型の着色硬化性組成物をスピンコーター等を用いて塗布することにより、第1の着色層2を形成する。プリベークを行なった後、図20に示すように、フォトマスク3を介して第1の着色層2を紫外線照射にてパターン露光し(すなわち、第1の着色層2において第1の着色画素形成領域4が露光される)、その後、現像処理により第1の着色層2中の不要な非露光領域5を除去し、さらにポストベーク処理を施して、図21に示すように第1の着色パターン6を形成する。
その後さらに、第1の着色パターン6の形成と同様の工程を繰り返し行なうことによって、第2の着色パターン7を図22に示すように形成し、また第3の着色パターン8を図23に示すように形成して、カラーフィルタを作製する。
As shown in FIG. 19, the first colored layer 2 is formed on the support 1 by applying, for example, a negative colored curable composition using a spin coater or the like. After pre-baking, as shown in FIG. 20, the first colored layer 2 is subjected to pattern exposure by ultraviolet irradiation through a photomask 3 (that is, the first colored pixel formation region in the first colored layer 2). 4 is exposed), and then the unnecessary non-exposed region 5 in the first colored layer 2 is removed by development processing, and further post-baking processing is performed, so that the first colored pattern 6 as shown in FIG. Form.
Thereafter, the same process as the formation of the first colored pattern 6 is repeated to form the second colored pattern 7 as shown in FIG. 22, and the third colored pattern 8 as shown in FIG. To form a color filter.

隣接する各着色パターンは一般に互いに面で接しており、例えば、図24のように、ブルーカラーフィルタ9及びグリーンカラーフィルタ10上に平坦化膜11が形成され、その上にマイクロレンズ12が形成されている。一方、図24は、マイクロレンズを有する一般的なカラーフィルタの断面構造を示すが、例えば、図24に示す構造では、着色パターン間に斜めの光が入射した場合、斜めの光に対しての分離性能が得られない等の問題が生じる場合がある。   The adjacent colored patterns are generally in contact with each other on the surface. For example, as shown in FIG. 24, the planarizing film 11 is formed on the blue color filter 9 and the green color filter 10, and the microlens 12 is formed thereon. ing. On the other hand, FIG. 24 shows a cross-sectional structure of a general color filter having a microlens. For example, in the structure shown in FIG. 24, when oblique light is incident between colored patterns, Problems such as inability to obtain separation performance may occur.

上述のカラーフィルタ構造では、例えば図24に示すようにマイクロレンズ側から斜め光13が入射したときには、光は、マイクロレンズ12、平坦化膜11、カラーフィルタ10(9)を透過する。このとき、マイクロレンズ12により集光された光14は、グリーンカラーフィルタ10内を通り、さらに保護膜16を通って図示しないフォトダイオードに集光されるが、集光された光の中には、光15のようにグリーンカラーフィルタ10からブルーカラーフィルタ9に漏れ出す光がある。漏れ出たときには、図24に示すように、光15の分光がブルーとグリーンの混在した分光となり、しかもブルーのフォトダイオードに入射されることがある。
この場合、本来はブルーのフォトダイオードへの入射光がない場合であるにも関わらず、光15によりブルーのフォトダイオードに光が入射して光電変換され、ブルーに出力が発生してしまう現象が発生する。これは、光15の光路がグリーンフィルタ10の厚さT、ブルーフィルタ9の厚さTであるとき、光15の光路=T/2+T/2である場合の透過分光である。具体的には、図25の分光特性に示すように、光15の分光は実線で示すような波形の分光特性になる。光15は本来、グリーン光でなければならないが、ブルーの感度も持ち合わせてしまうため、結果として混色が発生してしまう。
In the above-described color filter structure, for example, as shown in FIG. 24, when oblique light 13 is incident from the microlens side, the light passes through the microlens 12, the planarizing film 11, and the color filter 10 (9). At this time, the light 14 collected by the microlens 12 passes through the green color filter 10 and further passes through the protective film 16 and is collected by a photodiode (not shown). , There is light that leaks from the green color filter 10 to the blue color filter 9 like light 15. When leaking out, as shown in FIG. 24, the spectrum of the light 15 may be a mixture of blue and green, and may be incident on a blue photodiode.
In this case, although there is originally no incident light on the blue photodiode, the light 15 is incident on the blue photodiode by the light 15 and undergoes photoelectric conversion, and an output is generated in blue. appear. This thickness T 1 of the optical path green filter 10 of the light 15, when the thickness T 2 of the blue filter 9, a spectral transmission where an optical path = T 1/2 + T 2 /2 of the light 15. Specifically, as shown in the spectral characteristic of FIG. 25, the spectrum of the light 15 has a waveform spectral characteristic as shown by a solid line. The light 15 should originally be green light, but also has blue sensitivity, resulting in color mixing.

また、従来のカラーフィルタの製造方法においては、感光性組成物を用いたフォトリソグラフィー法による場合、光開始剤、モノマーなどの感光性硬化成分にアルカリ可溶の樹脂を含有させる必要があり、全固形分中に占める着色剤の含有量が相対的に低下してしまうことになり、結果として膜厚が厚くなるデメリットがある。また、光硬化性成分を有するため、その組成分の厚みがカラーフィルタの膜厚に影響し、0.7μm以下の膜厚を実現するのが困難である。その結果、色シェーディングを悪化させたり、上述のように光路が混ざり合って生じる混色が発生しやすくなる。   Further, in the conventional method for producing a color filter, when a photolithographic method using a photosensitive composition is used, it is necessary to contain an alkali-soluble resin in a photosensitive curing component such as a photoinitiator or a monomer. There is a demerit that the content of the colorant in the solid content is relatively lowered, and as a result, the film thickness is increased. Moreover, since it has a photocurable component, the thickness of the composition affects the film thickness of the color filter, and it is difficult to realize a film thickness of 0.7 μm or less. As a result, color shading is deteriorated or color mixing caused by mixing optical paths as described above tends to occur.

上記問題を克服するために、カラーフィルタを分離するためのフィルタ分離層を支持体上に形成し、その後ドライエッチングによりカラーフィルタを形成する領域をエッチングにより開口して着色層を埋め込み、CMPにより平坦化と埋め込まれた領域以外の着色層の除去を行なってパターニングする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In order to overcome the above problems, a filter separation layer for separating the color filter is formed on the support, and then a region where the color filter is formed by dry etching is opened by etching and a colored layer is embedded, and flattened by CMP. There has been proposed a method of patterning by performing removal of the colored layer other than the embedded region and the embedded region (see, for example, Patent Document 1).

また、カラーフィルタ間に空気層もしくは低屈折率材で形成される分離層を有し、且つその上部に集光手段を有する固体撮像装置及びその製造方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2006−351775号公報 特開2006−295125号公報
In addition, a solid-state imaging device having a separation layer formed of an air layer or a low refractive index material between color filters and having a condensing means on the upper portion and a manufacturing method thereof have also been proposed (for example, Patent Document 2). reference).
JP 2006-351775 A JP 2006-295125 A

しかしながら、カラーフィルタを分離するためのフィルタ分離層は、カラーフィルタ以外の別の材料を使用して形成されるため、コスト及び工程数が増加し、製造工程に適用するには不向きである等の問題がある。   However, since the filter separation layer for separating the color filter is formed using another material other than the color filter, the cost and the number of processes increase, and it is not suitable for application to the manufacturing process. There's a problem.

また、上記の特許文献2では、カラーフィルタ間に分離層を形成した後、平坦化膜を形成し、その上部に高屈折シート材料を貼り、180℃〜250℃の温度で熱硬化することによりマイクロレンズを形成する。この方法によると、平坦化層もしくはマイクロレンズを形成した際、空気の層が密閉空間内に形成され、その後高温での熱処理を行なうため、空気層が膨張して発泡現象が起こり、不良発生の頻度が増加する懸念がある。   Moreover, in said patent document 2, after forming a separation layer between color filters, a flattening film is formed, a high-refractive sheet material is stuck on the upper part, and thermosetting is performed at a temperature of 180 ° C. to 250 ° C. Form a microlens. According to this method, when a flattened layer or a microlens is formed, an air layer is formed in a sealed space, and then heat treatment is performed at a high temperature. There is a concern that the frequency will increase.

また、上記の特許文献はいずれも、カラーフィルタ上部に集光手段(樹脂を熱フローさせた半円状のマイクロレンズ)が形成されたものであり、シェーディング抑制の点では従来と同等程度の性能しか得られない。   In each of the above patent documents, a light collecting means (a semicircular microlens in which resin is heat-flowed) is formed on the upper part of the color filter. Can only be obtained.

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、混色を抑制して色再現性に優れ、シェーディング特性に優れた固体撮像素子及びその製造方法を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having excellent color reproducibility by suppressing color mixing and excellent shading characteristics, and a method for manufacturing the same. Is an issue.

前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 半導体基板と、2色以上のカラーフィルタ層と少なくとも異色の前記カラーフィルタ層間を隔てて分離する分離壁とを有するカラーフィルタアレイと、前記半導体基板と前記カラーフィルタアレイとの間に配置された集光手段と、を備えた固体撮像素子である。
Specific means for achieving the above object are as follows.
<1> A color filter array having a semiconductor substrate, a color filter layer of two or more colors, and a separation wall that separates at least the different color filter layers, and is disposed between the semiconductor substrate and the color filter array. A solid-state imaging device.

前記<1>に記載の固体撮像素子によれば、複数の異色のカラーフィルタ層の間に分離壁を形成することで、光の混色が抑制されるので、色再現性に優れた光電変換又は撮像を行なうことができる。また、半導体基板及びカラーフィルタ層間にマイクロレンズ等の集光手段を設けて構成し、半導体基板上のカラーフィルタ層の上に半球面のマイクロレンズを有しない構造とすることで、半導体基板上の最表面はカラーフィルタ層で構成されて平坦となり、射出瞳からの斜め光が所定のカラーフィルタ層に導入され、周辺画素部のカラーフィルタへの光の入射効率が低減し、よって光導入効率が改善されるので、オンチップマイクロレンズを有する従来の固体撮像素子に比し、優れたシェーディング特性が得られる。   According to the solid-state imaging device according to <1>, since the color mixture of light is suppressed by forming a separation wall between a plurality of different color filter layers, photoelectric conversion or excellent color reproducibility or Imaging can be performed. Further, a condensing means such as a microlens is provided between the semiconductor substrate and the color filter layer, and a structure having no hemispherical microlens on the color filter layer on the semiconductor substrate is provided. The outermost surface is composed of a color filter layer and becomes flat, and oblique light from the exit pupil is introduced into a predetermined color filter layer, so that the light incident efficiency to the color filter in the peripheral pixel portion is reduced, and thus the light introduction efficiency is improved. As a result, it is possible to obtain excellent shading characteristics as compared with a conventional solid-state imaging device having an on-chip microlens.

<2> 前記分離壁は、屈折率が前記カラーフィルタ層の屈折率より低い材料で形成された層で構成されていることを特徴とする前記<1>に記載の固体撮像素子である。   <2> The solid-state imaging device according to <1>, wherein the separation wall is formed of a layer formed of a material having a refractive index lower than that of the color filter layer.

前記<2>に記載の固体撮像素子によれば、カラーフィルタ層間に設けられる分離壁の屈折率がカラーフィルタの屈折率より低くなるので、入射する斜め光の反射効率が上がり、混色をより効果的に防止することができる。   According to the solid-state imaging device described in <2>, since the refractive index of the separation wall provided between the color filter layers is lower than the refractive index of the color filter, the reflection efficiency of incident oblique light is increased, and color mixing is more effective. Can be prevented.

<3> 前記分離壁は、空気層で構成されていることを特徴とする前記<1>に記載の固体撮像素子である。
前記<3>に記載の固体撮像素子によれば、斜め光は空気層で反射させ得るので、工程数を少なくしながら、光の混色を効果的に防止することができる。
<3> The solid-state imaging device according to <1>, wherein the separation wall is formed of an air layer.
According to the solid-state imaging device described in <3>, since oblique light can be reflected by the air layer, color mixing of light can be effectively prevented while reducing the number of steps.

<4> 前記分離壁の、前記カラーフィルタ層の厚み方向と直交する方向における壁厚が0.05μm以上0.2μm以下であることを特徴とする前記<1>〜前記<3>のいずれか1つに記載の固体撮像素子である。   <4> Any one of <1> to <3>, wherein a wall thickness of the separation wall in a direction orthogonal to a thickness direction of the color filter layer is 0.05 μm or more and 0.2 μm or less. It is a solid-state image sensor as described in one.

前記<4>に記載の固体撮像素子によれば、分離壁の壁厚が薄厚に構成されるので、入射した斜め光による混色を抑止しながら、透過分光特性が良好であり、光が透過する全領域に対するカラーフィルタの面積比率を確保することができ、各カラーフィルタ層(画素)の色純度を向上させることができる。   According to the solid-state imaging device according to <4>, since the separation wall is configured to be thin, the transmission spectral characteristics are good and light is transmitted while suppressing color mixing due to incident oblique light. The area ratio of the color filter to the entire region can be ensured, and the color purity of each color filter layer (pixel) can be improved.

<5> 前記半導体基板上に保護膜を有し、前記集光手段は、前記保護膜の少なくとも一部を加工することにより成形されたことを特徴とする前記<1>〜前記<4>のいずれか1つに記載の固体撮像素子である。   <5> The above <1> to <4>, wherein the semiconductor substrate has a protective film, and the light collecting means is formed by processing at least a part of the protective film. It is a solid-state image sensor as described in any one.

前記<5>に記載の固体撮像素子によれば、半導体基板上に所望とする集光手段の厚み以上に形成された保護膜を加工して保護機能と集光機能とを兼ね具えた一体型に成形されるので、簡易に製造することができる。   According to the solid-state imaging device according to the above <5>, an integrated type having both a protective function and a light collecting function by processing a protective film formed on a semiconductor substrate to have a thickness greater than a desired light collecting means. Since it is shape | molded, it can manufacture easily.

<6> 前記半導体基板上に保護膜を有し、前記集光手段は、前記保護層上に屈折率が前記カラーフィルタ層より高い高屈折率材料を設けて成形されたことを特徴とする前記<1>〜前記<4>のいずれか1つに記載の固体撮像素子である。   <6> The semiconductor substrate has a protective film, and the light collecting unit is formed by providing a high refractive index material having a higher refractive index than the color filter layer on the protective layer. It is a solid-state image sensor as described in any one of <1>-<4>.

前記<6>に記載の固体撮像素子によれば、カラーフィルタ層(n=1.55〜1.65)より屈折率の高い高屈折率材料で構成されるので、集光効率がより向上し、混色が少なく、色再現性の良好な画像表示が行なえる。   According to the solid-state imaging device described in <6>, since it is made of a high refractive index material having a higher refractive index than that of the color filter layer (n = 1.55 to 1.65), the light collection efficiency is further improved and color mixing is reduced. In addition, it is possible to display an image with good color reproducibility.

<7> 前記集光手段及び前記カラーフィルタアレイ間の少なくとも一部に、前記集光手段側の前記カラーフィルタアレイが形成される領域を平坦化する平坦化層を更に備え、前記平坦化層は、前記カラーフィルタアレイにおける少なくとも前記分離壁の延長方向に分離壁が設けられていることを特徴とする前記<1>〜前記<6>のいずれか1つに記載の固体撮像素子である。   <7> A flattening layer for flattening a region where the color filter array on the condensing unit side is formed at least partially between the condensing unit and the color filter array, The solid-state imaging device according to any one of <1> to <6>, wherein a separation wall is provided at least in an extending direction of the separation wall in the color filter array.

前記<7>に記載の固体撮像素子によれば、カラーフィルタアレイのみならず、集光手段及び半導体基板間に設けられる平坦化層にも分離壁が形成されるので、光の混色をより一層抑制することができるので、色再現性に優れた画像表示を行なうことができる。   According to the solid-state imaging device according to <7>, the separation wall is formed not only in the color filter array but also in the planarization layer provided between the light collecting unit and the semiconductor substrate. Since it can suppress, the image display excellent in color reproducibility can be performed.

<8> 半導体基板と、2色以上のカラーフィルタ層と少なくとも異色の前記カラーフィルタ層間を隔てて分離する分離壁とを有するカラーフィルタアレイとを備えた固体撮像素子であって、前記カラーフィルタアレイが集光手段であり、カラーフィルタアレイ以外の集光手段を有しない固体撮像素子である。   <8> A solid-state imaging device comprising a semiconductor substrate, a color filter array having two or more color filter layers and a separation wall separating at least the different color filter layers, wherein the color filter array Is a solid-state imaging device having no light collecting means other than the color filter array.

前記<8>に記載の固体撮像素子によれば、カラーフィルタアレイが集光部位として集光効果を有するので、少ない工程数で簡易に、しかも薄膜構造の固体撮像素子を得ることができる。カラーフィルタアレイの分離壁で隔てられた個々のカラーフィルタ層に入射した光は、斜め光が発生しても個々のカラーフィルタ層の領域内に収まり、レンズ効果が得られる。   According to the solid-state image pickup device according to <8>, since the color filter array has a light collecting effect as a light collecting portion, a solid-state image pickup device having a thin film structure can be easily obtained with a small number of steps. The light incident on the individual color filter layers separated by the separation walls of the color filter array is within the area of the individual color filter layers even when oblique light is generated, and a lens effect is obtained.

<9> 前記カラーフィルタ層は、ドライエッチング法により加工してパターン状に成形されていることを特徴とする前記<1>〜前記<8>のいずれか1つに記載の固体撮像素子である。   <9> The solid-state imaging element according to any one of <1> to <8>, wherein the color filter layer is processed into a pattern by processing by a dry etching method. .

前記<9>に記載の固体撮像素子によれば、ドライエッチング法(及び必要によりCMP法)を利用するので、光硬化性成分を用いない着色組成物(好ましくは熱硬化性組成物)で作製し得、しかも薄膜で矩形に構成されたカラーフィルタ層を成形することができる。   According to the solid-state imaging device described in <9>, since a dry etching method (and CMP method if necessary) is used, the solid-state imaging device is manufactured using a colored composition (preferably a thermosetting composition) that does not use a photocurable component. In addition, a color filter layer made of a thin film and having a rectangular shape can be formed.

<10> 半導体基板上に、2色以上のカラーフィルタ層を有するカラーフィルタアレイを形成する工程と、半導体基板上の前記カラーフィルタアレイの上に感光性樹脂層を形成する工程と、形成された前記感光性樹脂層をパターン状に露光、現像し、異色のカラーフィルタ層が隣接する隣接部分が露出するようにパターニングする工程と、パターニングされた前記感光性樹脂層をマスクとして前記カラーフィルタ層にドライエッチング処理を施し、前記隣接部分を除去することにより少なくとも異色のカラーフィルタ間に間隙を形成する工程と、を有する固体撮像素子の製造方法である。   <10> A step of forming a color filter array having two or more color filter layers on a semiconductor substrate, a step of forming a photosensitive resin layer on the color filter array on the semiconductor substrate, and The photosensitive resin layer is exposed and developed in a pattern, and patterned so that adjacent portions of adjacent color filter layers of different colors are exposed, and the patterned photosensitive resin layer is used as a mask for the color filter layer. And a step of forming a gap between at least different color filters by performing a dry etching process and removing the adjacent portion.

前記<10>に記載の固体撮像素子の製造方法によれば、分離壁で光の混色が抑制されると共に、分離壁はドライエッチング処理により形成されることで各カラーフィルタ層は矩形に形成されるので、色再現性に優れ、しかもシェーディング特性に優れた固体撮像素子を作製することができる。   According to the method for manufacturing a solid-state imaging device described in <10>, color mixture of light is suppressed at the separation wall, and the separation filter is formed by dry etching, so that each color filter layer is formed in a rectangular shape. Therefore, it is possible to manufacture a solid-state imaging device having excellent color reproducibility and excellent shading characteristics.

<11> 更に、異色のカラーフィルタ間に形成された前記間隙に、前記カラーフィルタ層の屈折率より低い材料で形成された層を形成する工程を有することを特徴とする前記<10>に記載の固体撮像素子の製造方法である。   <11> The method according to <10>, further including a step of forming a layer formed of a material having a refractive index lower than that of the color filter layer in the gap formed between different color filters. This is a method for manufacturing a solid-state imaging device.

前記<11>に記載の固体撮像素子の製造方法によれば、屈折率がカラーフィルタより低くなるようにカラーフィルタ層とカラーフィルタ層との間に間隙を設け、入射する斜め光の反射効率を高めるので、混色が抑制され、色再現性に優れた固体撮像素子を作製することができる。   According to the method for manufacturing a solid-state imaging device according to <11>, a gap is provided between the color filter layer so that the refractive index is lower than that of the color filter, and the reflection efficiency of incident oblique light is increased. Therefore, it is possible to manufacture a solid-state imaging device that suppresses color mixing and has excellent color reproducibility.

本発明によれば、混色を抑制して色再現性に優れ、シェーディング特性に優れた固体撮像素子及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device that suppresses color mixing, has excellent color reproducibility, and has excellent shading characteristics, and a manufacturing method thereof.

以下、図面を参照して、本発明の固体撮像素子及びその製造方法の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
本発明の固体撮像素子の第1実施形態を図1〜図12を参照して説明する。本実施形態の固体撮像素子は、カラーフィルタ層の屈折率より低い屈折率を有する分離壁を互いに隣り合うカラーフィルタ層間に設け、半導体基板上には基板上方側に凸状となるマイクロレンズ(以下、「凸型インナーレンズ」と称する。)を設けて構成したものである。
(First embodiment)
A first embodiment of a solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to FIGS. In the solid-state imaging device of this embodiment, a separation wall having a refractive index lower than the refractive index of the color filter layer is provided between adjacent color filter layers, and a microlens (hereinafter referred to as a convex shape) convex on the upper side of the semiconductor substrate. , Referred to as a “convex inner lens”).

本実施形態の固体撮像素子20は、図1に示すように、フォトダイオード26R,26G,26Bを備えた半導体基板22と、半導体基板22のフォトダイオード非形成面に設けられ、マイクロレンズ部(凸型インナーレンズ)を有するデバイス保護膜23と、カラーフィルタ層21R,21G,21B及びカラーフィルタ層間を隔てて分離する分離壁25を有するカラーフィルタアレイと、デバイス保護膜とカラーフィルタアレイとの間に設けられた平坦化層24とを備えている。   As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 20 of the present embodiment is provided on a semiconductor substrate 22 provided with photodiodes 26R, 26G, and 26B and a photodiode non-formation surface of the semiconductor substrate 22, and a microlens portion (convex) Device protective film 23 having a mold inner lens), a color filter array having separation walls 25 separating the color filter layers 21R, 21G, and 21B and the color filter layers, and between the device protective film and the color filter array And a planarizing layer 24 provided.

カラーフィルタアレイを通過して入射した光は、受光素子であるフォトダイオード26R,26G,26Bの各々に対応する位置に集光レンズであるマイクロレンズ部を通ってそれぞれのフォトダイオードに集光されるようになっている。   The light incident through the color filter array is condensed on each photodiode through a microlens portion that is a condenser lens at a position corresponding to each of the photodiodes 26R, 26G, and 26B that are light receiving elements. It is like that.

半導体基板22は、その一方の側に固体撮像素子(イメージセンサ)の受光エリアを構成する複数のフォトダイオード26R,26G,26Bとポリシリコン等で構成された転送電極29とが形成されている。更に、半導体基板22には、フォトダイオード(受光素子)の部分のみが開口する不図示の遮光膜が設けられており、この遮光膜はタングステン等で形成されている。   On one side of the semiconductor substrate 22, a plurality of photodiodes 26R, 26G, and 26B that form a light receiving area of a solid-state imaging device (image sensor) and a transfer electrode 29 made of polysilicon or the like are formed. Furthermore, the semiconductor substrate 22 is provided with a light shielding film (not shown) in which only a photodiode (light receiving element) is opened, and this light shielding film is formed of tungsten or the like.

本実施形態の固体撮像素子を構成するカラーフィルタアレイは、カラーフィルタ層21R,21G,21Bと、カラーフィルタ層とカラーフィルタ層との間を隔てて分離する分離壁25を有している。図1は、本実施形態における固体撮像素子の構造を示す概略断面図である。   The color filter array constituting the solid-state imaging device of the present embodiment has color filter layers 21R, 21G, and 21B, and a separation wall 25 that separates the color filter layer and the color filter layer. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the solid-state imaging device in the present embodiment.

本実施形態のカラーフィルタアレイは、図1に示すように、半導体基板22のフォトダイオード非形成面に設けられたカラーフィルタ層21R,21G,21Bと、各カラーフィルタ層の間に設けられ、カラーフィルタ層間を互いに隔てて分離する分離壁25と、各色のカラーフィルタ層表面を覆って平坦化する平坦化層27とを備えている。   As shown in FIG. 1, the color filter array of this embodiment is provided between the color filter layers 21R, 21G, and 21B provided on the non-photodiode surface of the semiconductor substrate 22 and the color filter layers. A separation wall 25 that separates the filter layers from each other and a flattening layer 27 that covers and flattens the surface of the color filter layer of each color are provided.

分離壁25は、カラーフィルタ層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折材料で形成された低屈折率層で構成されており、斜め光が入射したときには光を反射させ得るようになっている。分離壁25は、後述するように、ドライエッチング法によりその壁面が半導体基板22の法線方向と略平行になるように加工形成されている。
図2は、本実施形態のカラーフィルタアレイを半導体基板の上方(法線方向)からみた平面図であり、破線は各カラーフィルタ層の境界を示す。
The separation wall 25 is composed of a low refractive index layer formed of a low refractive index material having a refractive index lower than that of the color filter layer, and can reflect light when oblique light is incident. Yes. As will be described later, the separation wall 25 is processed and formed by a dry etching method so that the wall surface thereof is substantially parallel to the normal direction of the semiconductor substrate 22.
FIG. 2 is a plan view of the color filter array of the present embodiment as viewed from above the semiconductor substrate (in the normal direction), and the broken lines indicate the boundaries of the color filter layers.

着色、硬化されて形成されたカラーフィルタ層の屈折率は、1.55〜1.65である。カラーフィルタ層間を隔てて分離する分離壁として形成される低屈折率層としては、屈折率n≦1.5とすることで、カラーフィルタとの屈折率差を設けることができ、光の反射に効果的な分離壁とすることができる。分離壁の屈折率nとしては、より好ましくは1.45以下であり、カラーフィルタ層との屈折率差をより大きくとる観点から、最も好ましくは1.4以下である。   The color filter layer formed by coloring and curing has a refractive index of 1.55 to 1.65. As a low refractive index layer formed as a separation wall separating the color filter layers, a refractive index difference with the color filter can be provided by setting the refractive index n ≦ 1.5, thereby reflecting light. It can be an effective separation wall. The refractive index n of the separation wall is more preferably 1.45 or less, and most preferably 1.4 or less from the viewpoint of increasing the refractive index difference from the color filter layer.

低屈折材料としては、ガラス(n=1.52)、SiO膜の多孔質層(シリカ;n=1.3〜1.35)、フッ素系ポリマー(n=1.3〜1.4)、シロキサンポリマー(n=1.5)などが挙げられる。前記「SiO膜の多孔質層」を形成するための材料としては、ゾルゲル法を利用して多孔質層マトリックスを形成するコーティング材、フッ素系ポリマーとしてJSR社製のオプスター低屈折率材料JNシリーズ、シロキサンポリマーとして東レ社製のNRシリーズなどが挙げられる。 As a low refractive material, glass (n = 1.52), porous layer of SiO 2 film (silica; n = 1.3-1.35), fluorine-based polymer (n = 1.3-1.4) And siloxane polymer (n = 1.5). As a material for forming the “porous layer of SiO 2 film”, a coating material for forming a porous layer matrix using a sol-gel method, and an opster low refractive index material JN series manufactured by JSR as a fluorine-based polymer Examples of the siloxane polymer include NR series manufactured by Toray Industries, Inc.

低屈折材料は、分離壁を形成すると共に、さらにカラーフィルタ層上に設けるようにすることで、カラーフィルタ層間に形成される間隙を中空(空気)層としたときには、この中空(空気)層とカラーフィルタ層との間の反射防止層として機能させることができる。   The low-refractive material forms a separation wall and is further provided on the color filter layer, so that when the gap formed between the color filter layers is a hollow (air) layer, It can function as an antireflection layer between the color filter layers.

分離壁のカラーフィルタ層の厚み方向と直交する方向における壁厚は、0.05μm以上0.2μm以下とすることができる。分離壁の壁厚が前記範囲内であると、光が透過する全領域に対するカラーフィルタの面積比率を確保することができ、各カラーフィルタ層(画素)の色純度を向上させることができる。壁厚は、好ましくは、0.08μm以上0.15μm以下である。   The wall thickness of the separation wall in the direction orthogonal to the thickness direction of the color filter layer can be 0.05 μm or more and 0.2 μm or less. When the wall thickness of the separation wall is within the above range, the area ratio of the color filter to the entire region through which light is transmitted can be secured, and the color purity of each color filter layer (pixel) can be improved. The wall thickness is preferably 0.08 μm or more and 0.15 μm or less.

また、カラーフィルタ層21R,21G,21Bは、分離壁25の加工形状に合わせて光硬化を行なわない着色組成物(好ましくは熱硬化性組成物)により形成されている。
そのため、各カラーフィルタ層は、薄膜に形成され、受光素子上のカラーフィルタ層を含むデバイス自体が薄膜化されており、これにより入射した光の集光効率が向上するようになっている。また、カラーフィルタ層を薄膜化することにより、色シェーディング特性が改善され、デバイス特性が向上されている。しかも、カラーフィルタ層は、角(カド)部の丸みができずに良好な矩形が形成されている。
The color filter layers 21R, 21G, and 21B are formed of a colored composition (preferably a thermosetting composition) that does not perform photocuring in accordance with the processed shape of the separation wall 25.
For this reason, each color filter layer is formed in a thin film, and the device itself including the color filter layer on the light receiving element is made into a thin film, whereby the light collection efficiency of incident light is improved. Further, by reducing the thickness of the color filter layer, the color shading characteristics are improved and the device characteristics are improved. In addition, the color filter layer is not rounded at the corners, and a good rectangle is formed.

着色組成物としては、公知の任意の硬化性組成物の中から選択することができる。上記のように保護層形成工程の後に凹部形成工程とフィルタ形成工程とを繰り返して複数色からなるカラーフィルタを作製するため、光硬化性成分を用いない非感光性の着色組成物を用いることが好ましく、より好ましくは熱硬化性組成物である。熱硬化性組成物の詳細については後述する。   The coloring composition can be selected from any known curable composition. As described above, a non-photosensitive coloring composition that does not use a photocurable component is used in order to produce a color filter composed of a plurality of colors by repeating the concave portion forming step and the filter forming step after the protective layer forming step. Preferably, it is a thermosetting composition. Details of the thermosetting composition will be described later.

そして、上記のように、これらカラーフィルタ層間に分離壁が設けられることで、斜めに入射する光(斜め光)が隣り合う異色の着色層(カラーフィルタ層)に入り込むのを防止できる。
すなわち、図3に示すように、斜め光30が入射されると、入射光30は平坦化層を介してカラーフィルタ層21Gを透過していくが、カラーフィルタ層21Gからカラーフィルタ層21Bに漏れ出そうとする光31は、光の角度θが臨界角以上のときはカラーフィルタ層間に位置する分離壁25で全反射し、カラーフィルタ層21Bへの光漏れが抑制される。これにより、混色を防止することができる。
As described above, the separation walls are provided between the color filter layers, so that obliquely incident light (oblique light) can be prevented from entering adjacent color layers (color filter layers).
That is, as shown in FIG. 3, when the oblique light 30 is incident, the incident light 30 passes through the color filter layer 21G through the planarization layer, but leaks from the color filter layer 21G to the color filter layer 21B. The light 31 to be emitted is totally reflected by the separation wall 25 located between the color filter layers when the light angle θ is greater than the critical angle, and light leakage to the color filter layer 21B is suppressed. Thereby, color mixing can be prevented.

このように、カラーフィルタ間には光を反射する分離壁が形成されているため、入射された光は、斜め光が発生しても壁外への光漏れが抑えられ、1つのカラーフィルタ層には入射光の多くが取り込まれる。したがって、カラーフィルタアレイの各カラーフィルタ層の領域内においてレンズ効果が得られ、カラーフィルタ層は集光手段として機能させることが可能である。
固体撮像素子はカラーフィルタ以外にマイクロレンズが設けられた形態が一般的であるが、例えばカラーフィルタ層の下層として光電変換層を設けることによりマイクロレンズを設けない構成としてもよい。この場合、光電変換層としては、MCP(マイクロチャネルプレート)、ITO膜 などを挙げることができる。
As described above, since the separation wall that reflects light is formed between the color filters, the incident light can be prevented from leaking out of the wall even when oblique light is generated, and one color filter layer. Most of the incident light is captured in. Therefore, a lens effect is obtained in the area of each color filter layer of the color filter array, and the color filter layer can function as a light collecting means.
The solid-state imaging device generally has a form in which a microlens is provided in addition to the color filter. However, for example, a configuration in which a microlens is not provided by providing a photoelectric conversion layer as a lower layer of the color filter layer may be employed. In this case, examples of the photoelectric conversion layer include MCP (microchannel plate) and ITO film.

デバイス保護膜23は、半導体基板の配線工程などが完了した後に、表面を外的な損傷から保護するための被膜として形成されるものであり、機械的損傷や化学的損傷、電気的損傷からチップを保護する役割を果たす。デバイス保護膜23は、半導体基板22のフォトダイオードが形成されていない側に配置されており、このデバイス保護膜の表面には、カラーフィルタアレイの各カラーフィルタ層の形成位置に対応させるようにして、集光効率が改善するためのマイクロレンズ部(凸型インナーレンズ)28が直に設けられている。この凸型インナーレンズ28は、半導体基板のカラーフィルタアレイが配置される方向(半導体基板の上方側)に凸状に形成されている。   The device protection film 23 is formed as a film for protecting the surface from external damage after completion of the wiring process of the semiconductor substrate, and the chip is protected from mechanical damage, chemical damage, and electrical damage. Play a role in protecting. The device protection film 23 is disposed on the side of the semiconductor substrate 22 where the photodiode is not formed, and the surface of the device protection film is made to correspond to the formation position of each color filter layer of the color filter array. The microlens portion (convex inner lens) 28 for improving the light collection efficiency is provided directly. The convex inner lens 28 is formed in a convex shape in the direction in which the color filter array of the semiconductor substrate is arranged (above the semiconductor substrate).

デバイス保護膜23は、例えば、半導体基板上の図示しない遮光膜全面が覆われるように、高温(例えば500〜800℃)下でCVD法等で窒化シリコン等を設けて構成することができる。そして、形成しようとする凸型インナーレンズ28の高さ以上の膜厚になるようにデバイス保護膜を形成し、レンズ形状のフォトレジストを設けてデバイス保護膜をエッチングなどで形状加工、転写することにより形成することができる。図1に示すデバイス保護膜23は、窒化シリコンにより厚み0.70μmにて形成されている。
フォトレジスト材料としては、公知のポジ型フォトレジストを使用することができる。ポジ型フォトレジストとしては、紫外線(g線、i線)、KrF,ArFなどのエキシマレーザー等を含む遠紫外線、電子線などに感応するポジ型の感光性樹脂組成物を使用することができる。
For example, the device protective film 23 can be configured by providing silicon nitride or the like by a CVD method or the like at a high temperature (for example, 500 to 800 ° C.) so that the entire light shielding film (not shown) on the semiconductor substrate is covered. Then, a device protective film is formed so as to have a film thickness equal to or greater than the height of the convex inner lens 28 to be formed, and a lens-shaped photoresist is provided, and the device protective film is shaped and transferred by etching or the like. Can be formed. The device protective film 23 shown in FIG. 1 is formed of silicon nitride with a thickness of 0.70 μm.
A known positive type photoresist can be used as the photoresist material. As the positive photoresist, a positive photosensitive resin composition that is sensitive to ultraviolet rays (g rays, i rays), far ultraviolet rays including excimer lasers such as KrF and ArF, and electron beams can be used.

デバイス保護膜としては、デバイス信頼性が確保できる可能な限り薄膜で形成することで、シェーディング抑制を更に高精度化することができる。具体的には、エッチングで加工された後の最薄膜部23aの膜厚が0.10μm以上であることが好ましい。最薄膜部23aの膜厚は、デバイス保護膜として機能を確保する点で、より好ましくは0.15μm以上であり、特に好ましくは0.20μm以上である。   By forming the device protective film as thin as possible to ensure device reliability, the shading suppression can be further improved. Specifically, the film thickness of the thinnest film portion 23a after being processed by etching is preferably 0.10 μm or more. The film thickness of the thinnest part 23a is more preferably 0.15 μm or more, particularly preferably 0.20 μm or more, from the viewpoint of ensuring the function as a device protective film.

デバイス保護膜としては、窒化シリコン(Si)以外に、酸化シリコン(SiO)、ガラス(PSG)、ポリイミドなどが挙げられ、特に窒化シリコンが不純物の拡散抑制、イオンの進入の抑制、高耐湿性の観点から特に好ましい。 Examples of the device protective film include silicon oxide (SiO 2 ), glass (PSG), polyimide, and the like in addition to silicon nitride (Si 3 N 4 ). In particular, silicon nitride suppresses diffusion of impurities, suppresses ingress of ions, Particularly preferred from the viewpoint of high moisture resistance.

デバイス保護膜のエッチング前の初期膜厚は、レンズ形状(高さも含む)とエッチング条件により変わるものであるが、最薄膜部23aの膜厚をコントロールするように初期膜厚を設定することで、凸型インナーレンズ加工後のデバイス保護膜の膜厚をコントロールすることができる。   The initial film thickness before etching of the device protective film varies depending on the lens shape (including height) and etching conditions, but by setting the initial film thickness so as to control the film thickness of the thinnest film portion 23a, The film thickness of the device protective film after processing the convex inner lens can be controlled.

凸型インナーレンズは、上記のようにフォトレジストでエッチング転写する以外に、(1)所望のポジ型フォトレジストをスピンコーターにて塗布し、所望サイズの円形のパターン様に露光し、現像を行なって円形パターンを形成した後、加熱溶融させることにより、丸レンズ形状に加工成形する、あるいは(2)保護膜上にマイクロレンズ形成用の高屈折率材料を設けてエッチングする、等により形成することができる。
前記高屈折率材料とは、カラーフィルタ層の屈折率よりも屈折率の高い材料をさし、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニア、酸化チタンと酸化シリコーンの混合物を用いることができる。
In addition to etching transfer with a photoresist as described above, the convex inner lens is (1) a desired positive photoresist is applied with a spin coater, exposed to a circular pattern of a desired size, and developed. After forming a circular pattern, it is heated and melted to be processed into a round lens shape, or (2) a high refractive index material for forming a microlens is provided on the protective film and etched. Can do.
The high refractive index material refers to a material having a refractive index higher than that of the color filter layer. For example, titanium oxide, zirconia, a mixture of titanium oxide and silicone oxide can be used.

凸型インナーレンズは、CVD法により保護膜を堆積させた後に丸形のパターンマスクでエッチングする方法や、マイクロレンズ形成用のフォトレジスト材料を用いてデバイス保護膜上にエッチングする方法、等により形成することができる。
本実施形態では、マイクロレンズ部を設けたが、マイクロレンズを設けずにカラ−フィルタアレイを集光手段としてもよい。
The convex inner lens is formed by a method of etching with a circular pattern mask after depositing a protective film by the CVD method, a method of etching on the device protective film using a photoresist material for forming a microlens, etc. can do.
In the present embodiment, the microlens portion is provided, but a color filter array may be used as the light collecting means without providing the microlens.

平坦化層24は、デバイス保護膜23とカラーフィルタアレイとの間に設けられており、周辺のカラーフィルタへの光の入射効率を低減して光導入効率が改善されるようになっている。これにより、オンチップマイクロレンズを有する従来の固体撮像素子に比し、優れたシェーディング特性が得られる。   The planarization layer 24 is provided between the device protective film 23 and the color filter array, and reduces the light incident efficiency to the surrounding color filters to improve the light introduction efficiency. Thereby, compared with the conventional solid-state image sensor which has an on-chip microlens, the outstanding shading characteristic is acquired.

このように、カラーフィルタ層の下部にマイクロレンズ等の集光手段を設ける場合、平坦化層を形成して平坦化処理を施しておくことが好ましい。このとき、平坦化層は、熱によって硬化可能な高分子化合物を含む組成物を好ましく用いることができる。前記高分子化合物としては、例えば、ポリシロキサン系高分子及びポリスチレン系高分子を好ましいものとして挙げることができる。中でも、スピン・オン・グラス(SOG)材料として知られている材料、SiO等の無機膜、ポリスチレン誘導体又はポリヒドロキシスチレン誘導体を主成分とする熱硬化性組成物をより好ましいものとして挙げることができる。この中でも特に好ましくは、ドライエッチング時に使用するフルオロカーボンガス系に対する耐エッチング性の観点から、SiOが好ましい。 As described above, when a light collecting means such as a microlens is provided below the color filter layer, it is preferable to form a flattening layer and perform a flattening process. At this time, for the planarizing layer, a composition containing a polymer compound that can be cured by heat can be preferably used. As said high molecular compound, a polysiloxane type polymer and a polystyrene type polymer can be mentioned as a preferable thing, for example. Among them, materials known as spin-on-glass (SOG) material, an inorganic film such as SiO 2, may be mentioned a thermosetting composition whose main component is polystyrene derivative or a polyhydroxystyrene derivative as a more preferred it can. Among these, SiO 2 is particularly preferable from the viewpoint of etching resistance to the fluorocarbon gas system used during dry etching.

また、凸型インナーレンズの形成後、半導体基板上のレンズ上部(カラーフィルタ下部)に平坦化層24を形成することで、形成されるカラーフィルタを平坦層に構成することができる。   Further, after the convex inner lens is formed, the planarizing layer 24 is formed on the upper part of the lens (lower part of the color filter) on the semiconductor substrate, whereby the formed color filter can be formed into a flat layer.

この平坦化層は、屈折率がカラーフィルタ層と同等であって、凸型インナーレンズ材の屈折率との差が大きいことが望ましい。これにより、凸型インナーレンズの集光効率を向上させることができる。
具体的には、カラーフィルタ層の屈折率nはn=1.55〜1.65程度であり、インナーレンズ材は例えば窒化シリコンではn=1.9〜2.0程度である。したがって、平坦化層の屈折率は1.4〜1.8が好ましく、より好ましくは1.5〜1.7であり、最も好ましくは1.55〜1.65であって、かつカラーフィルタ層の屈折率と同じであることが好ましい。
The planarization layer preferably has a refractive index equivalent to that of the color filter layer and has a large difference from the refractive index of the convex inner lens material. Thereby, the condensing efficiency of a convex inner lens can be improved.
Specifically, the refractive index n of the color filter layer is n = 1.55 to 1.65, and the inner lens material is, for example, silicon nitride, n = 1.9 to 2.0. Accordingly, the refractive index of the planarizing layer is preferably 1.4 to 1.8, more preferably 1.5 to 1.7, most preferably 1.55 to 1.65, and the color filter layer. It is preferable that the refractive index is the same.

本実施形態では、凸型のインナーレンズを形成した場合を説明したが、インナーレンズの形状は、半導体基板のカラーフィルタアレイが配置される方向(半導体基板の上方側)に凸状に形成された凸型のみならず、前記凸型と逆形状の下凸状、すなわち凹型のインナーレンズでもよい。具体的には、後述の第2実施形態で説明する。インナーレンズを凹型に形成した形態でも、光の屈折により集光効率を改善することができる。この場合の平坦化膜の屈折率も、上述したものが適用される。   In the present embodiment, the case where the convex inner lens is formed has been described. However, the shape of the inner lens is convex in the direction in which the color filter array of the semiconductor substrate is arranged (above the semiconductor substrate). Not only a convex type but also a downward convex shape opposite to the convex type, that is, a concave inner lens may be used. Specifically, it will be described in a second embodiment described later. Even in a form in which the inner lens is formed in a concave shape, the light collection efficiency can be improved by the refraction of light. In this case, the refractive index of the planarizing film is the same as that described above.

上記のインナーレンズは、デバイス保護膜23上に形成された形態を示したが、より厳密な屈折率コントロールを行なう観点からは、インナーレンズ用の透明膜を形成し、これをドライエッチング処理などを施すことにより形成してもよい。 The above inner lens has been shown to be formed on the device protective film 23. From the viewpoint of stricter refractive index control, a transparent film for the inner lens is formed, and this is subjected to a dry etching process or the like. You may form by giving.

カラーフィルタアレイのカラーフィルタ層の露出する露出面には、各カラーフィルタ層を覆って平坦化する平坦化層27が設けられている。平坦化層27は、カラーフィルタアレイの各カラーフィルタ層の表面を覆って平坦化する。これにより、より平坦な表面性が得られ、光導入効率をより改善することができる。   On the exposed exposed surface of the color filter layer of the color filter array, a flattening layer 27 that covers and flattens each color filter layer is provided. The planarization layer 27 covers and planarizes the surface of each color filter layer of the color filter array. Thereby, a flatter surface property can be obtained and the light introduction efficiency can be further improved.

次に、本実施形態の固体撮像素子の製造方法について説明する。
本実施形態の固体撮像素子は、上記構造に構成できる方法であれば特に制限はなくいずれの方法によっても作製することができるが、本発明においては、下記工程を有する方法(本発明の固体撮像素子の製造方法)により好適に作製することができる。
Next, the manufacturing method of the solid-state image sensor of this embodiment will be described.
The solid-state imaging device of the present embodiment is not particularly limited as long as it can be configured in the above-described structure, and can be manufactured by any method. However, in the present invention, a method having the following steps (solid-state imaging of the present invention) It can be suitably manufactured by a device manufacturing method).

すなわち、本発明の固体撮像素子は、半導体基板上に、2色以上のカラーフィルタ層を有するカラーフィルタアレイを形成する工程(以下、「アレイ形成工程」ともいう。)と、半導体基板上のカラーフィルタアレイの上に感光性樹脂層を形成する工程(以下、「感光性層形成工程」ともいう。)と、形成された感光性樹脂層をパターン状に露光、現像し、異色のカラーフィルタが隣接する隣接部分が露出するようにパターニングする工程(以下、「パターニング工程」ともいう。)と、パターニングされた感光性樹脂層をマスクとしてカラーフィルタ層にドライエッチング処理を施し、前記隣接部分を除去することにより少なくとも異色のカラーフィルタ間に間隙を形成する工程(以下、「間隙形成工程」ともいう。)とを設けて作製することができる。   That is, the solid-state imaging device of the present invention includes a step of forming a color filter array having two or more color filter layers on a semiconductor substrate (hereinafter also referred to as “array formation step”), and a color on the semiconductor substrate. A process of forming a photosensitive resin layer on the filter array (hereinafter also referred to as “photosensitive layer forming process”), and exposing and developing the formed photosensitive resin layer in a pattern so that a different color filter is formed. A patterning process (hereinafter also referred to as a “patterning process”) so that adjacent adjacent parts are exposed, and the color filter layer is dry-etched using the patterned photosensitive resin layer as a mask to remove the adjacent parts. In this manner, a step of forming a gap between at least different color filters (hereinafter, also referred to as “gap formation step”) is provided. Door can be.

以下、本実施形態の固体撮像素子を作製する場合を例に工程毎に具体的に説明する。
所望の半導体基板を用意する。この半導体基板には、図1に示すように、一方の側に固体撮像素子の受光エリアを構成する複数のフォトダイオード26R,26G,26Bが形成され、さらにポリシリコン等で構成された転送電極29とフォトダイオード(受光部)のみが開口したタングステン等で構成された遮光膜(不図示)とが形成されている。
Hereinafter, a case where the solid-state imaging device of the present embodiment is manufactured will be specifically described for each process.
A desired semiconductor substrate is prepared. As shown in FIG. 1, on this semiconductor substrate, a plurality of photodiodes 26R, 26G, and 26B that form a light receiving area of the solid-state imaging device are formed on one side, and a transfer electrode 29 made of polysilicon or the like is further formed. And a light-shielding film (not shown) made of tungsten or the like in which only the photodiode (light receiving portion) is opened.

半導体基板22のフォトダイオード26R,26G,26Bが形成された側の反対側には、半導体基板の遮光膜上に遮光膜全面を覆うように、窒化シリコンで構成されたデバイス保護膜(パッシベーション層)23が形成されている。図1に示すデバイス保護層23は、窒化シリコンにより厚み0.70μmにて形成されている。
このデバイス保護膜23上には更に、CVD法により窒化シリコンを、形成しようとするマイクロレンズ(集光手段)の高さ以上の膜厚になるようにデバイス保護膜を堆積、形成し、レンズ形状のフォトレジストを設けてデバイス保護膜をエッチングなどで形状加工、転写することにより、図1に示すように、半導体基板22上のカラーフィルタアレイが形成される方向に凸状となるように、凸型インナーレンズ28がカラーフィルタ層の形成位置に対応させて配列形成されている。更に、この凸型インナーレンズ28及びデバイス保護膜の露出部の全体を覆うように、平坦化層24が形成されている。
以上のようにして形成された半導体基板は光電変換基板として用いられる。
On the opposite side of the semiconductor substrate 22 from where the photodiodes 26R, 26G, and 26B are formed, a device protection film (passivation layer) made of silicon nitride so as to cover the entire light shielding film on the light shielding film of the semiconductor substrate. 23 is formed. The device protective layer 23 shown in FIG. 1 is formed of silicon nitride with a thickness of 0.70 μm.
Further, a device protective film is deposited and formed on the device protective film 23 so as to have a film thickness equal to or larger than the height of the microlens (light collecting means) to be formed by CVD. As shown in FIG. 1, the device protective film is processed and transferred by etching and the like, so that the color filter array on the semiconductor substrate 22 is formed in a convex shape. The mold inner lenses 28 are arranged in correspondence with the formation positions of the color filter layers. Further, the planarizing layer 24 is formed so as to cover the entire convex portions of the convex inner lens 28 and the device protective film.
The semiconductor substrate formed as described above is used as a photoelectric conversion substrate.

[アレイ形成工程]
次に、アレイ形成工程を設け、光電変換基板上に、3色のカラーフィルタ層が設けられたカラーフィルタアレイを形成する。
[Array formation process]
Next, an array forming step is provided to form a color filter array in which three color filter layers are provided on the photoelectric conversion substrate.

図4に示すように、光電変換基板31の平坦化層上に、スピンコーターにて第1の着色層(第1色目;例えばグリーン(G))を形成するための着色組成物を塗布した後、ホットプレートを用いて、塗布形成された塗布膜の温度又は雰囲気温度が220℃となるように5分間加熱し、塗布膜を硬化させて第1の着色層32を形成する。   As shown in FIG. 4, after applying the coloring composition for forming the first colored layer (first color; for example, green (G)) on the planarization layer of the photoelectric conversion substrate 31 with a spin coater. The first colored layer 32 is formed by heating for 5 minutes using a hot plate so that the temperature or atmospheric temperature of the coating film formed by coating is 220 ° C., and curing the coating film.

次に、図示しないが、第1の着色層32上にポジ型のフォトレジストをスピンコーターにて塗布し、プリベークを実施して、フォトレジスト層34を形成する。続いて、第1の着色層32上に形成されたフォトレジスト層34の上方から、第2の着色層(第2色目;例えばレッド(R))を形成しようとする領域におけるフォトレジスト層をi線ステッパーにて露光し、PEB処理を行なう。その後、現像液でパドル現像処理を行ない、更にポストベーク処理を実施し、第2の着色層を形成しようとする領域のフォトレジストを除去し、図5に示すように、開口部33を形成する。   Next, although not shown in the drawing, a positive photoresist is applied onto the first colored layer 32 by a spin coater and prebaked to form a photoresist layer 34. Subsequently, from above the photoresist layer 34 formed on the first colored layer 32, the photoresist layer in the region where the second colored layer (second color; for example, red (R)) is to be formed is i. Exposure is performed with a line stepper and PEB processing is performed. Thereafter, a paddle development process is performed with a developer, and a post-bake process is further performed to remove the photoresist in a region where the second colored layer is to be formed, and an opening 33 is formed as shown in FIG. .

フォトレジストは、公知のポジ型フォトレジストを使用することができる。ポジ型フォトレジストとしては、紫外線(g線、i線)、KrF,ArFなどのエキシマレーザー等を含む遠紫外線、電子線などに感応するポジ型の感光性樹脂組成物を使用することができる。
露光に用いる光源としては、カラーフィルタパターンの形成が1.0μm程度の解像力を有していればよいとの理由から、i線であることが好ましい。
As the photoresist, a known positive type photoresist can be used. As the positive photoresist, a positive photosensitive resin composition that is sensitive to ultraviolet rays (g rays, i rays), far ultraviolet rays including excimer lasers such as KrF and ArF, and electron beams can be used.
The light source used for exposure is preferably i-line because the formation of the color filter pattern only needs to have a resolving power of about 1.0 μm.

次いで、ドライエッチング装置にて、フルオロカーボンガスと酸素ガスとを混合した混合ガス(プラズマガス)を用いて所望のエッチング条件により、フォトレジスト層34をマスクとして異方性エッチングを実施し、第2の着色層を形成しようとする領域の着色層32をエッチング処理する。このときのエッチング条件は、フルオロカーボンガスと酸素との混合ガスにより第1の着色層(例えばグリーン(G))を途中まで加工する第1のエッチング工程と、窒素ガスと酸素ガスとを主に含む第2のガスを用いて基板までエッチングする第2のエッチング工程とを設けて形成するエッチング条件としてもよい。   Next, anisotropic etching is performed using the photoresist layer 34 as a mask under a desired etching condition using a mixed gas (plasma gas) in which a fluorocarbon gas and an oxygen gas are mixed in a dry etching apparatus, The colored layer 32 in the region where the colored layer is to be formed is etched. The etching conditions at this time mainly include a first etching process for processing the first colored layer (for example, green (G)) halfway with a mixed gas of fluorocarbon gas and oxygen, and nitrogen gas and oxygen gas. Etching conditions may be formed by providing a second etching step of etching up to the substrate using the second gas.

また、ドライエッチング法の代表的な例としては、特開昭59−126506号、特開昭59−46628号、同58−9108号、同58−2809号、同57−148706号、同61−41102号などの公報に記載のように着色剤を蒸着した後、マスクのレジストを塗布し、パターニングを行いエッチングする方法等が挙げられる。   As typical examples of the dry etching method, JP-A-59-126506, JP-A-59-46628, JP-A-58-9108, JP-A-58-2809, JP-A-57-148706, JP-A-61- Examples include a method of depositing a colorant, applying a mask resist, patterning, and etching as described in Japanese Patent No. 41102.

次に、溶剤もしくはフォトレジスト剥離液を使用して、フォトレジスト剥離処理を実施し、第1の着色層32上に残存するフォトレジストの除去を行なう。その後、脱溶剤、脱水処理の脱水ベーク処理を行なうことができる。このようにして、図6に示すように、光電変換基板上の第1の着色層32に、第2の着色層を形成しようとする領域の着色層32を除去し、開口部35を形成する。図6にフォトレジスト剥離後の形状を示す。   Next, using a solvent or a photoresist stripping solution, a photoresist stripping process is performed, and the photoresist remaining on the first colored layer 32 is removed. Thereafter, a dehydration bake treatment for solvent removal and dehydration treatment can be performed. In this way, as shown in FIG. 6, the colored layer 32 in the region where the second colored layer is to be formed is removed from the first colored layer 32 on the photoelectric conversion substrate, and the opening 35 is formed. . FIG. 6 shows the shape after stripping the photoresist.

続いて、図7に示すように、第1の着色層32と開口部35との全体を覆うと共に、開口部35に埋め込むようにして、スピンコーターにて第2の着色層(第2色目;例えばレッド(R))を形成するための着色組成物を塗布した後、ホットプレートを用いて塗布膜をポストベーク処理し、第2の着色層36を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 7, the entire first colored layer 32 and the opening 35 are covered and embedded in the opening 35, and the second colored layer (second color; For example, after the coloring composition for forming red (R)) is applied, the coating film is post-baked using a hot plate to form the second colored layer 36.

次に、図8に示すように、CMP装置にて、第1の着色層32の表面が露出するまで研磨することにより、第2の着色層37をパターン状に形成する。研磨剤には、シリカ微粒子を分散したスラリーを使用し、スラリー流量:100〜250ml/min、ウエハ圧:0.2〜5.0psi、リテーナーリング圧:1.0〜2.5psi、研磨布からなる研磨装置を使用することができる。研磨時間は、第1の着色層32が露出するまでの時間とし、オーバーポリッシング率を例えば20%と設定し、研磨処理を完了させる。   Next, as shown in FIG. 8, by polishing with a CMP apparatus until the surface of the first colored layer 32 is exposed, the second colored layer 37 is formed in a pattern. As the polishing agent, a slurry in which silica fine particles are dispersed is used. Slurry flow rate: 100 to 250 ml / min, wafer pressure: 0.2 to 5.0 psi, retainer ring pressure: 1.0 to 2.5 psi, from polishing cloth A polishing apparatus can be used. The polishing time is the time until the first colored layer 32 is exposed, the overpolishing rate is set to 20%, for example, and the polishing process is completed.

第3の着色層(第3色目)の形成は、上述した第2の着色層37の形成と同様の操作を繰り返し行なうことにより行なえる。具体的には、着色層32上に再びポジ型のフォトレジストを形成し、露光、現像を行なって第3の着色層を形成しようとする領域のフォトレジストを除去し、開口部をパターン状に形成する。そして、フォトレジスト層をマスクとして異方性エッチングを実施し、光電変換基板上の第1の着色層32に、第3の着色層を形成しようとする領域の着色層32を除去し、さらに開口部を形成する。続いて、第1及び第2の着色層32、37と開口部との全体を覆うと共に、開口部に埋め込むようにして、スピンコーターにて第3の着色層(第3色目;例えばブルー(B))を形成するための着色組成物を塗布した後、ホットプレートを用いて塗布膜をポストベーク処理し、第3の着色層を形成する。その後、CMP装置により、第1及び第2の着色層32、37が露出するまでポリッシングする。   The formation of the third colored layer (third color) can be performed by repeatedly performing the same operation as the formation of the second colored layer 37 described above. Specifically, a positive type photoresist is formed again on the colored layer 32, exposed and developed to remove the photoresist in the region where the third colored layer is to be formed, and the openings are patterned. Form. Then, anisotropic etching is performed using the photoresist layer as a mask, the colored layer 32 in the region where the third colored layer is to be formed is removed from the first colored layer 32 on the photoelectric conversion substrate, and the opening is further opened. Forming part. Subsequently, the first and second colored layers 32 and 37 and the entire opening are covered and embedded in the opening, and a third colored layer (third color; for example, blue (B After applying the coloring composition for forming)), the coating film is post-baked using a hot plate to form a third colored layer. Thereafter, polishing is performed by a CMP apparatus until the first and second colored layers 32 and 37 are exposed.

第1の着色層を形成した後、第2の着色層を塗布形成し、硬化した後、エッチバック法もしくはCMP法により第2の着色層を、第1の着色層が露出するまで除去し、第1及び第2の着色層をパターン様に形成することができる。   After forming the first colored layer, coating and forming the second colored layer, curing, and then removing the second colored layer by the etch back method or CMP method until the first colored layer is exposed, The first and second colored layers can be formed in a pattern.

第1の着色層が露出した後、数秒から数十秒のオーバーエッチング、オーバーポリッシングを行なうこととなるが、このとき、第1の着色層と第2の着色層のエッチングレートが異なる場合、第1の着色層と第2の着色層に段差が発生する。3σ/t≦10%の範囲であれば特に問題とならない。
また、第1の着色層がCMPの処理により減膜する(加工されて薄くなる)場合には、予め減膜量を上乗せした初期設定膜厚でパターン化しておき、CMP処理後に設定膜厚になるようにコントロールすればよい。
After the first colored layer is exposed, overetching and overpolishing for several seconds to several tens of seconds are performed. At this time, if the etching rates of the first colored layer and the second colored layer are different, A step is generated between the first colored layer and the second colored layer. There is no particular problem if it is in the range of 3σ / t ≦ 10%.
Further, when the first colored layer is thinned (processed and thinned) by the CMP process, it is patterned in advance with an initial set film thickness added with a thinning amount, and the set film thickness is adjusted after the CMP process. Control should be done.

CMP法による研磨については、第1の着色層形成後、第2の着色層を形成する場合の例を挙げたが、第1及び第2の着色層が形成された基板に第3の着色層を形成する場合にも適用することができる。   Regarding polishing by the CMP method, an example in which the second colored layer is formed after the formation of the first colored layer has been described. However, the third colored layer is formed on the substrate on which the first and second colored layers are formed. The present invention can also be applied when forming.

以上のようにして、図9に示すようなRGB3色からなるカラーフィルタアレイが形成される。例えば、第1の着色層をレッド画素40R、第2の着色層をグリーン画素40G、第3の着色層をブルー画素40Bとすると、レッド、グリーン、ブルーの3原色からなるカラーフィルタを作製することができる。なお、4色以上のカラーフィルタの形成する場合も同様に、第2色目以降の加工をアイランドの形態で行なうことにより容易に作製することができる。   As described above, a color filter array composed of RGB three colors as shown in FIG. 9 is formed. For example, when the first colored layer is a red pixel 40R, the second colored layer is a green pixel 40G, and the third colored layer is a blue pixel 40B, a color filter composed of three primary colors of red, green, and blue is produced. Can do. Similarly, when forming color filters of four or more colors, the second and subsequent colors can be easily manufactured in the form of islands.

[感光性層形成工程]
次に、上記のようにして光電変換基板上に形成されたカラーフィルタアレイ40上の全面に、ポジ型のフォトレジストを塗布し、フォトレジスト層(感光性樹脂層)を形成する。形成されたフォトレジスト層は、プリベークが施されることが好ましい。
ポジ型のフォトレジストには、公知のポジ型フォトレジストを使用することができる。公知のポジ型フォトレジストについては既述の通りである。
[Photosensitive layer forming step]
Next, a positive photoresist is applied to the entire surface of the color filter array 40 formed on the photoelectric conversion substrate as described above to form a photoresist layer (photosensitive resin layer). The formed photoresist layer is preferably pre-baked.
As the positive photoresist, a known positive photoresist can be used. The known positive type photoresist is as described above.

[パターニング工程]
次に、形成されたフォトレジスト層を、マスクを介してパターン状に露光し、現像することにより、各色のカラーフィルタ層が互いに隣接する隣接部分が露出するようにパターニングする。このとき、マスクパターンは、カラーフィルタのうち除去したい領域以外を保護するようにすることで、後述するプロセスにより所望の位置に分離壁を形成することができる。
[Patterning process]
Next, the formed photoresist layer is exposed in a pattern through a mask and developed to pattern the color filter layers of each color so that adjacent portions adjacent to each other are exposed. At this time, the mask pattern protects the area other than the area to be removed in the color filter, so that the separation wall can be formed at a desired position by a process described later.

具体的には、i線、KrF、ArFを用いたフォトリソグラフィ法により、ポジ型のフォトレジスト層をパターン状に露光し、現像することで、図10に示すように、格子状のスペースパターン41を形成する。その後、PEB、アルカリ現像、ポストベーク処理を行なって、所望のマスクパターンを得る。
なお、フォトリソプロセスとしては、好ましくはKrF、ArF光源としてパターン形成することにより微細な加工が行なえ、より好ましくは、微細化の観点からArFプロセスで実施することが好ましい。
Specifically, by exposing and developing a positive photoresist layer in a pattern by a photolithography method using i-line, KrF, and ArF, as shown in FIG. 10, a lattice-shaped space pattern 41 is formed. Form. Thereafter, PEB, alkali development, and post-baking are performed to obtain a desired mask pattern.
Note that the photolithography process is preferably performed by forming a pattern as a KrF or ArF light source, so that fine processing can be performed, and more preferably, the ArF process is performed from the viewpoint of miniaturization.

[間隙形成工程]
次に、パターニングして形成された格子状のスペースパターン41をマスクとして、カラーフィルタ層にフルオロカーボン系ガスを主体としたプラズマエッチング(ドライエッチング処理)により、平坦化層24が露出するまでエッチング加工し、着色層40R,40G,40Bの互いに隣り合う隣接部分を所望の幅長だけ除去する。エッチングストップは、光電変換基板が露出したポイントであることが好ましい。
[Gap forming step]
Next, using the lattice-shaped space pattern 41 formed by patterning as a mask, the color filter layer is etched by plasma etching (dry etching treatment) mainly using a fluorocarbon-based gas until the planarizing layer 24 is exposed. The adjacent portions of the colored layers 40R, 40G, and 40B adjacent to each other are removed by a desired width. The etching stop is preferably a point where the photoelectric conversion substrate is exposed.

また、ドライエッチング法としては、上記同様に、特開昭59−126506号、特開昭59−46628号、同58−9108号、同58−2809号、同57−148706号、同61−41102号などの公報に記載のように着色剤を蒸着した後、マスクのレジストを塗布し、パターニングを行いエッチングする方法等が挙げられる。   As the dry etching method, as described above, JP-A-59-126506, JP-A-59-46628, JP-A-58-9108, JP-A-58-2809, JP-A-57-148706, JP-A-61-41102. Examples include a method of applying a mask resist, patterning, and etching after depositing a colorant as described in the publication.

エッチング処理は、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む第1の混合ガスを用いたドライエッチング法により着色層の一部を除去する第1のエッチング工程と、第1のエッチング工程後に、残存する着色層を窒素ガスと酸素ガスを含む第2のガスを用いたドライエッチング処理により除去する第2のエッチング工程とを設けてパターン様に基板露出部を形成する形態が望ましい。ここで、第2のエッチング工程を窒素ガスと酸素ガスを含む第2のガスを用いたエッチング条件にすることにより、基板の削れを抑制することができ、結果として基板の削れのコントロールを正確に管理することができる。   The etching process includes a first etching process in which a part of the colored layer is removed by a dry etching method using a first mixed gas containing a fluorine-based gas and an oxygen gas, and a coloring remaining after the first etching process. It is desirable to form a substrate exposed portion in a pattern by providing a second etching step in which the layer is removed by dry etching using a second gas containing nitrogen gas and oxygen gas. Here, by setting the second etching step to an etching condition using a second gas containing nitrogen gas and oxygen gas, the substrate can be prevented from being scraped, and as a result, the substrate scraping can be accurately controlled. Can be managed.

−第1のエッチング工程−
第1のエッチング工程で用いる混合ガスは、ドライエッチング法により除去される着色層部分(被エッチング部分)を矩形に加工可能であるという観点から、フッ素系ガスの少なくとも1種と酸素ガスとを少なくとも含む組成が好ましい。
-First etching step-
The mixed gas used in the first etching step includes at least one fluorine-based gas and oxygen gas at least from the viewpoint that the colored layer portion (the portion to be etched) removed by the dry etching method can be processed into a rectangle. The containing composition is preferred.

前記フッ素系ガスとしては、公知のフッ素系ガスを使用できるが、下記式(I)で表されるフッ素系化合物のガスが好ましい。
・・・式(I)
〔式中、nは1〜6を表し、mは0〜13を表し、lは1〜14を表す。〕
As the fluorine-based gas, a known fluorine-based gas can be used, but a fluorine-based compound gas represented by the following formula (I) is preferable.
C n H m F l Formula (I)
[In formula, n represents 1-6, m represents 0-13, and l represents 1-14. ]

前記式(I)で表されるフッ素系ガスとしては、例えば、CF、C、C、C、C、C、C、及びCHFの群からなる少なくとも1種を挙げることができる。本発明におけるフッ素系ガスは、前記群の中から1種のガスを選択して用いることができ、また、2種以上のガスを組合せて用いることができる。
中でも、フッ素系ガスは、被エッチング部分の矩形性維持の観点から、CF、C、C、及びCHFの群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、CF及び/又はCであることがより好ましく、CFであることが特に好ましい。
Examples of the fluorine-based gas represented by the formula (I) include CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 2 F 4 , C 4 F 8 , C 4 F 6 , C 5 F 8 , And at least one selected from the group of CHF 3 . As the fluorine-based gas in the present invention, one kind of gas can be selected from the above group, and two or more kinds of gases can be used in combination.
Among these, the fluorine-based gas is preferably at least one selected from the group of CF 4 , C 2 F 6 , C 4 F 8 , and CHF 3 from the viewpoint of maintaining the rectangularity of the etched portion, and CF 4 And / or C 2 F 6 is more preferable, and CF 4 is particularly preferable.

第1のエッチング工程で用いる混合ガスとしては、フッ素系ガスと酸素ガスとの含有比率(フッ素系ガス/酸素ガス)を、流量比で2/1〜8/1とすることが好ましい。前記範囲内とすることにより、エッチング処理時におけるフォトレジスト層側壁へのエッチング生成物の付着を防止でき、後述するフォトレジスト層除去工程において、フォトレジスト層の剥離が容易になる。中でも特に、被エッチング部分の矩形性を維持しながらエッチング生成物のフォトレジスト側壁への再付着の防止の点で、フッ素系ガスと酸素ガスとの含有比率が2/1〜6/1であることが好ましく、3/1〜5/1であることが特に好ましい。   As the mixed gas used in the first etching step, the content ratio of the fluorine-based gas and the oxygen gas (fluorine-based gas / oxygen gas) is preferably 2/1 to 8/1 in terms of a flow rate ratio. By setting it within the above range, it is possible to prevent the etching product from adhering to the sidewall of the photoresist layer during the etching process, and the photoresist layer can be easily peeled off in the photoresist layer removing step described later. In particular, the content ratio of the fluorine-based gas and the oxygen gas is 2/1 to 6/1 in terms of preventing the re-deposition of the etching product to the photoresist sidewall while maintaining the rectangularity of the etched portion. It is preferable that the ratio is 3/1 to 5/1.

第1のエッチング工程で用いる混合ガスは、エッチングプラズマの分圧コントロール安定性、及び被エッチング形状の垂直性を維持する観点から、前記フッ素系ガス及び酸素ガスに加え、他のガスとしてさらに、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)などの希ガス、塩素原子、フッ素原子、臭素原子等のハロゲン原子を含むハロゲン系ガス(例えば、CCl、CClF、AlF、AlCl等)、N、CO、及びCOの群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、Ar、He、Kr、N、及びXeの群から選ばれる少なくとも1種を含むことがより好ましく、He、Ar、及びXeの群から選ばれる少なくとも1種を含むことが更に好ましい。
但し、エッチングプラズマの分圧コントロール安定性、及び被エッチング形状の垂直性を維持することが可能である場合は、第1のエッチング工程で用いる混合ガスは、フッ素系ガス及び酸素ガスのみからなるものであってもよい。
The mixed gas used in the first etching step is helium as another gas in addition to the fluorine-based gas and the oxygen gas, from the viewpoint of maintaining the partial pressure control stability of the etching plasma and maintaining the perpendicularity of the shape to be etched. (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) and other rare gases, and halogen gases containing halogen atoms such as chlorine atoms, fluorine atoms, bromine atoms (for example, CCl 4 , CClF 3 , AlF 3 , AlCl 3, etc.), N 2 , CO, and CO 2 , preferably at least one selected from the group of Ar, He, Kr, N 2 , and Xe More preferably, it contains at least one, and more preferably contains at least one selected from the group consisting of He, Ar, and Xe.
However, if it is possible to maintain the partial pressure control stability of the etching plasma and the perpendicularity of the shape to be etched, the mixed gas used in the first etching step consists of only a fluorine-based gas and an oxygen gas. It may be.

第1のエッチング工程で用いる混合ガスにおいて、フッ素系ガス及び酸素ガスに加えて含んでいてもよい他のガスの含有量は、エッチングパターンの矩形性の点で、酸素ガスを1としたときの流量比で25以下であることが好ましく、10以上20以下であることがより好ましく、14以上18以下であることが特に好ましい。   In the mixed gas used in the first etching step, the content of other gases that may be contained in addition to the fluorine-based gas and the oxygen gas is that when the oxygen gas is set to 1 in terms of the rectangularity of the etching pattern. The flow rate ratio is preferably 25 or less, more preferably 10 or more and 20 or less, and particularly preferably 14 or more and 18 or less.

ここで、エッチング処理時間の算出方法について説明する。
第1のエッチング工程においては、下記手法により事前にエッチング処理時間を求めておくことが好ましい。
(1)第1のエッチング工程におけるデバイス保護膜のエッチングレート[nm/分]を算出する。
(2)上記(1)で算出されたエッチングレートより、第1のエッチング工程にて所望の厚さをエッチングするのに要する処理時間を算出する。
Here, a method for calculating the etching processing time will be described.
In the first etching step, it is preferable to obtain the etching processing time in advance by the following method.
(1) The device protection film etching rate [nm / min] in the first etching step is calculated.
(2) The processing time required to etch a desired thickness in the first etching step is calculated from the etching rate calculated in (1) above.

前記エッチングレートは、例えば、エッチング時間と残膜の関係を採取することによって算出することができる。
本発明におけるエッチング処理時間としては、10分以内でエッチング処理を行なうことが好ましく、7分以内で処理することがより好ましい。
The etching rate can be calculated, for example, by collecting the relationship between the etching time and the remaining film.
In the present invention, the etching time is preferably 10 minutes or less, and more preferably 7 minutes or less.

−第2のエッチング工程−
第2のエッチング工程では、第2の混合ガスは、窒素ガスと酸素ガスと含むが、本発明の効果を損なわない範囲でフッ素系ガスを含んでいてもよい。フッ素系ガスの酸素ガスに対する含有比率(フッ素系ガス/酸素ガス)が流量比で5%以下であることが好ましく、フッ素系ガスを含まないことが特に好ましい。フッ素系ガスの含有量が前記範囲であることで支持体のダメージをより効果的に抑制することができる。
-Second etching step-
In the second etching step, the second mixed gas contains nitrogen gas and oxygen gas, but may contain a fluorine-based gas as long as the effects of the present invention are not impaired. The content ratio of the fluorine-based gas to the oxygen gas (fluorine-based gas / oxygen gas) is preferably 5% or less by flow rate ratio, and particularly preferably does not contain the fluorine-based gas. When the content of the fluorine-based gas is within the above range, damage to the support can be more effectively suppressed.

第2の混合ガスにおける窒素ガスと酸素ガスの含有比率(窒素ガス/酸素ガス)としては、流量比で10/1〜3/1とすることが好ましい。前記範囲内とすることにより、エッチング処理時におけるフォトレジスト層側壁へのエッチング生成物の付着をより効果的に抑制することができ、後述するフォトレジスト層除去工程における、フォトレジスト層の剥離をより容易にすることができる。前記含有比率は、被エッチング部分の矩形性維持と、エッチング生成物のフォトレジスト層側壁への再付着防止の観点から、20/1〜3/1が好ましい範囲であり、15/1〜4/1であることがより好ましく、10/1〜5/1であることが特に好ましい。   The content ratio of nitrogen gas and oxygen gas (nitrogen gas / oxygen gas) in the second mixed gas is preferably 10/1 to 3/1 in terms of a flow rate ratio. By making it within the above range, it is possible to more effectively suppress the adhesion of the etching product to the side wall of the photoresist layer during the etching process, and the peeling of the photoresist layer in the photoresist layer removing step described later can be further suppressed. Can be easily. The content ratio is preferably 20/1 to 3/1 from the viewpoint of maintaining the rectangularity of the portion to be etched and preventing the redeposition of the etching product to the side wall of the photoresist layer, and 15/1 to 4 / 1 is more preferable, and 10/1 to 5/1 is particularly preferable.

第2の混合ガスは、エッチングプラズマの分圧コントロール安定性、及び被エッチング形状の垂直性を維持する観点から、前記窒素ガス及び酸素ガスに加え、他のガスとしてさらに、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)の群から選ばれる少なくとも1種のガスを含んでいることが好ましく、He、Ar、及びXeの群から選ばれる少なくとも1種のガスを含んでいることがより好ましい。
但し、エッチングプラズマの分圧コントロール安定性、及び被エッチング形状の垂直性を維持することが可能である場合は、前記第2の混合ガスが、窒素ガス及び酸素ガスのみからなることができる。
第2の混合ガスにおいて、窒素ガス及び酸素ガスに加えて、更に含有してもよい他のガスの含有量は、酸素ガスを1としたときの流量比で25以下であることが好ましく、5以上20以下であることが好ましく、8以上12以下であることが特に好ましい。
From the viewpoint of maintaining the partial pressure control stability of the etching plasma and the verticality of the shape to be etched, the second mixed gas includes helium (He) and neon as other gases in addition to the nitrogen gas and the oxygen gas. (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), at least one gas selected from the group of xenon (Xe) is preferably contained, and at least one selected from the group of He, Ar, and Xe More preferably, the gas is contained.
However, when it is possible to maintain the partial pressure control stability of the etching plasma and the perpendicularity of the shape to be etched, the second mixed gas can be composed of only nitrogen gas and oxygen gas.
In the second mixed gas, in addition to the nitrogen gas and the oxygen gas, the content of other gases that may be further contained is preferably 25 or less in terms of a flow rate ratio when the oxygen gas is 1. It is preferably 20 or more and particularly preferably 8 or more and 12 or less.

第2のエッチング工程においては、例えば、着色層除去部を除去するドライエッチング処理の開始から、前記「エッチング処理時間の算出方法」と同様にして算出した処理時間の経過後にドライエッチング処理を終了することができる。また、エンドポイント検出によって着色層除去部を除去するドライエッチング処理時間を管理してもよい。本発明における第2のエッチング処理工程においては、エンドポイント検出で着色層除去部を除去するドライエッチング処理時間を管理することが好ましい。
エッチング処理時間としては10分以内であることが好ましく、7分以内で処理することがより好ましい。
In the second etching step, for example, the dry etching process is terminated after elapse of the processing time calculated in the same manner as the “calculation method of the etching processing time” from the start of the dry etching processing for removing the colored layer removing portion. be able to. Moreover, you may manage the dry etching processing time which removes a colored layer removal part by endpoint detection. In the second etching process in the present invention, it is preferable to manage the dry etching process time for removing the colored layer removal portion by detecting the end point.
The etching processing time is preferably within 10 minutes, more preferably within 7 minutes.

第2のエッチング工程は、オーバーエッチング処理工程を更に含むことが好ましい。前記第2の混合ガスを用いたドライエッチングにより着色層除去部を除去し、支持体露出部を形成した後に、更に第2の混合ガスを用いてオーバーエッチング処理することで、残存するエッチング残渣を、パターンの矩形性を維持したまま効率よく除去することができ、且つ支持体ダメージの発生をより効果的に抑制することができる。   It is preferable that the second etching step further includes an overetching treatment step. After removing the colored layer removal portion by dry etching using the second mixed gas and forming the support exposed portion, the remaining etching residue is further removed by over-etching using the second mixed gas. Further, it can be efficiently removed while maintaining the rectangularity of the pattern, and the occurrence of damage to the support can be more effectively suppressed.

前記オーバーエッチング処理は、オーバーエッチング時間を設定して行うことが好ましい。オーバーエッチング時間は任意に設定できるが、フォトレジストのエッチング耐性と被エッチングパターンの矩形性維持の点で、第1のエッチング工程におけるエッチング処理時間(t)と、第2のエッチング工程において着色層除去部を除去するエッチング処理時間(t)との合計処理時間(t+t)の、30%以下であることが好ましく、5〜25%であることがより好ましく、15〜20%であることが特に好ましい。 The overetching process is preferably performed by setting an overetching time. Although the over-etching time can be set arbitrarily, the etching process time (t 1 ) in the first etching step and the colored layer in the second etching step are the points of maintaining the etching resistance of the photoresist and the rectangularity of the pattern to be etched. The total processing time (t 1 + t 2 ) with the etching processing time (t 2 ) for removing the removed portion is preferably 30% or less, more preferably 5 to 25%, and more preferably 15 to 20%. It is particularly preferred.

ドライエッチングが終了した後、フォトレジストを有機溶剤などで溶解除去し、図11のように、カラーフィルタ間に間隙が形成されたカラーフィルタアレイが得られる。エッチング終了後は、マスクのレジスト(硬化後の感光性樹脂層)は、専用の剥離液や有機溶剤によって除去される。
窒素ガスと酸素ガスとを含む第2のガスを使用する第2のエッチング工程を行なう場合には、剥離液や有機溶剤によるフォトレジスト層の剥離をより容易に行なえる。
After the dry etching is completed, the photoresist is dissolved and removed with an organic solvent or the like to obtain a color filter array in which a gap is formed between the color filters as shown in FIG. After the etching is completed, the mask resist (photosensitive resin layer after curing) is removed with a dedicated stripping solution or an organic solvent.
In the case of performing the second etching process using the second gas containing nitrogen gas and oxygen gas, the photoresist layer can be more easily removed with a remover or an organic solvent.

その後、着色層40R,40G,40Bより屈折率の低い材料(例えばフッ素系コーティング材)を、カラーフィルタ層間の間隙が埋め込まれるようにカラーフィルタ層上に塗布し、例えば200℃で10分間、ベーク処理を施すことで、図12に示すように、カラーフィルタ層間には低屈折率の分離壁43が形成され、カラーフィルタ上には低屈折率の平坦化層44が形成される。   Thereafter, a material having a lower refractive index than the colored layers 40R, 40G, and 40B (for example, a fluorine-based coating material) is applied on the color filter layer so that the gap between the color filter layers is embedded, and is baked at 200 ° C. for 10 minutes, for example. By performing the treatment, as shown in FIG. 12, a low refractive index separation wall 43 is formed between the color filter layers, and a low refractive index flattening layer 44 is formed on the color filter.

[着色組成物]
着色組成物は、上記のようにドライエッチングでパターン形成することで光硬化性成分の使用を軽減又は除去することができる。光硬化性成分を少なくあるいは好ましくは除いた着色パターンでは、着色剤の濃度を高めることができる。したがって、従来から困難とされていた従来以上に薄膜化されたパターンを、透過分光を維持しながら形成することが可能になる。よって、光硬化性成分を含まない非感光性の硬化性組成物が好ましく、より好ましくは熱硬化性組成物である。
以下、熱硬化性組成物について詳細に説明する。
[Coloring composition]
The colored composition can reduce or eliminate the use of the photocurable component by patterning by dry etching as described above. In a colored pattern with little or preferably no photocurable component, the concentration of the colorant can be increased. Therefore, it is possible to form a pattern thinner than before, which has been considered difficult, while maintaining transmission spectroscopy. Therefore, a non-photosensitive curable composition containing no photocurable component is preferable, and a thermosetting composition is more preferable.
Hereinafter, the thermosetting composition will be described in detail.

(熱硬化性組成物)
熱硬化性組成物は、着色剤と、熱硬化性化合物とを含んでなり、全固形分中における着色剤濃度は30質量%以上100質量%未満であることが好ましい。着色剤濃度を高めることにより、より薄膜のカラーフィルタを形成することができる。
(Thermosetting composition)
The thermosetting composition comprises a colorant and a thermosetting compound, and the colorant concentration in the total solid content is preferably 30% by mass or more and less than 100% by mass. By increasing the colorant concentration, a thinner color filter can be formed.

〜着色剤〜
着色剤としては、特に限定されず、従来公知の種々の染料や顔料を1種又は2種以上混合して用いることができる。
~ Colorant ~
The colorant is not particularly limited, and various conventionally known dyes and pigments can be used alone or in combination.

顔料としては、従来公知の種々の無機顔料または有機顔料を挙げることができる。また、無機顔料であれ有機顔料であれ、高透過率であることが好ましいことを考慮すると、平均粒子径がなるべく小さい顔料の使用が好ましく、ハンドリング性をも考慮すると、上記顔料の平均粒子径は、0.01μm〜0.1μmが好ましく、0.01μm〜0.05μmがより好ましい。   Examples of the pigment include conventionally known various inorganic pigments or organic pigments. Further, considering that it is preferable to have a high transmittance, whether it is an inorganic pigment or an organic pigment, it is preferable to use a pigment having an average particle size as small as possible, and considering the handling properties, the average particle size of the pigment is 0.01 μm to 0.1 μm is preferable, and 0.01 μm to 0.05 μm is more preferable.

本発明において好ましい顔料としては、以下のものが挙げられる。但し、本発明は、これらに限定されるものではない。   The following are mentioned as a preferable pigment in this invention. However, the present invention is not limited to these.

C.I.ピグメント・イエロー11,24,108,109,110,138,139,150,151,154,167,180,185;
C.I.ピグメント・オレンジ36,71;
C.I.ピグメント・レッド122,150,171,175,177,209,224,242,254,255,264;
C.I.ピグメント・バイオレット19,23,32;
C.I.ピグメント・ブルー15:1,15:3,15:6,16,22,60,66;
C.I.ピグメント・ブラック1
C. I. Pigment yellow 11,24,108,109,110,138,139,150,151,154,167,180,185;
C. I. Pigment orange 36, 71;
C. I. Pigment red 122,150,171,175,177,209,224,242,254,255,264;
C. I. Pigment violet 19, 23, 32;
C. I. Pigment blue 15: 1, 15: 3, 15: 6, 16, 22, 60, 66;
C. I. Pigment Black 1

本発明において、着色剤が染料である場合には、組成物中に均一に溶解して非感光性の熱硬化性着色樹脂組成物を得ることができる。   In the present invention, when the colorant is a dye, it can be uniformly dissolved in the composition to obtain a non-photosensitive thermosetting colored resin composition.

着色剤として使用できる染料は、特に制限はなく、従来カラーフィルタ用として公知の染料が使用できる。   The dye that can be used as the colorant is not particularly limited, and conventionally known dyes for color filters can be used.

化学構造としては、ピラゾールアゾ系、アニリノアゾ系、トリフェニルメタン系、アントラキノン系、アンスラピリドン系、ベンジリデン系、オキソノール系、ピラゾロトリアゾールアゾ系、ピリドンアゾ系、シアニン系、フェノチアジン系、ピロロピラゾールアゾメチン系、キサテン系、フタロシアニン系、ペンゾピラン系、インジゴ系等の染料が使用できる。   The chemical structure is pyrazole azo, anilino azo, triphenyl methane, anthraquinone, anthrapyridone, benzylidene, oxonol, pyrazolotriazole azo, pyridone azo, cyanine, phenothiazine, pyrrolopyrazole azomethine, Xanthene-based, phthalocyanine-based, benzopyran-based and indigo-based dyes can be used.

熱硬化性組成物の全固形分中における着色剤含有率としては、特に限定されるものではないが、好ましくは30質量%以上100質量%未満であり、より好ましくは50〜80質量%である。着色剤含有率は、30質量%以上とすることでカラーフィルタとして適度な色度を得ることができる。また、100質量%未満とすることで光硬化を充分に進めることができ、膜としての強度低下を抑制することができる。   Although it does not specifically limit as a coloring agent content rate in the total solid of a thermosetting composition, Preferably it is 30 to 100 mass%, More preferably, it is 50 to 80 mass%. . By setting the colorant content to 30% by mass or more, an appropriate chromaticity as a color filter can be obtained. Moreover, photocuring can fully be advanced by setting it as less than 100 mass%, and the strength reduction as a film | membrane can be suppressed.

〜熱硬化性化合物〜
熱硬化性化合物としては、加熱により膜硬化を行えるものであれば特に限定はなく、例えば、熱硬化性官能基を有する化合物を用いることができる。前記熱硬化性化合物としては、例えば、エポキシ基、メチロール基、アルコキシメチル基およびアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの基を有するものが好ましい。
-Thermosetting compound-
The thermosetting compound is not particularly limited as long as the film can be cured by heating. For example, a compound having a thermosetting functional group can be used. As the thermosetting compound, for example, those having at least one group selected from an epoxy group, a methylol group, an alkoxymethyl group, and an acyloxymethyl group are preferable.

更に好ましい熱硬化性化合物としては、(a)エポキシ化合物、(b)メチロール基、アルコキシメチル基及びアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの置換基で置換された、メラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物又はウレア化合物、(c)メチロール基、アルコキシメチル基及びアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも1つの置換基で置換された、フェノール化合物、ナフトール化合物又はヒドロキシアントラセン化合物、が挙げられる。中でも、前記熱硬化性化合物としては、多官能エポキシ化合物が特に好ましい。   More preferable thermosetting compounds include (a) an epoxy compound, (b) a melamine compound, a guanamine compound, and a glycoluril substituted with at least one substituent selected from a methylol group, an alkoxymethyl group, and an acyloxymethyl group. Examples thereof include a compound or a urea compound, (c) a phenol compound, a naphthol compound or a hydroxyanthracene compound substituted with at least one substituent selected from a methylol group, an alkoxymethyl group and an acyloxymethyl group. Among these, a polyfunctional epoxy compound is particularly preferable as the thermosetting compound.

前記(a)エポキシ化合物としては、エポキシ基を有し、かつ架橋性を有するものであればいずれであってもよく、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、へキサンジオールジグリシジルエーテル、ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエステル、N,N−ジグリシジルアニリン等の2価のグリシジル基含有低分子化合物;同様に、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリメチロールフェノールトリグリシジルエーテル、TrisP−PAトリグリシジルエーテル等に代表される3価のグリシジル基含有低分子化合物;同様に、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、テトラメチロールビスフェノールAテトラグリシジルエーテル等に代表される4価のグリシジル基含有低分子化合物;同様に、ジペンタエリスリトールペンタグリシジルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサグリシジルエーテル等の多価グリシジル基含有低分子化合物;ポリグリシジル(メタ)アクリレート、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−1−ブタノールの1,2−エポキシ−4−(2−オキシラニル)シクロヘキサン付加物等に代表されるグリシジル基含有高分子化合物、等が挙げられる。   The epoxy compound (a) may be any epoxy compound as long as it has an epoxy group and has crosslinkability, for example, bisphenol A diglycidyl ether, ethylene glycol diglycidyl ether, butanediol diglycidyl ether. Divalent glycidyl group-containing low molecular weight compounds such as hexanediol diglycidyl ether, dihydroxybiphenyl diglycidyl ether, diglycidyl phthalate, N, N-diglycidyl aniline, and the like; Trivalent glycidyl group-containing low molecular weight compounds represented by methylolphenol triglycidyl ether, TrisP-PA triglycidyl ether, etc .; similarly, pentaerythritol tetraglycidyl ether, tetramethylol Tetravalent glycidyl group-containing low molecular weight compounds typified by Sphenol A tetraglycidyl ether; similarly, polyvalent glycidyl group-containing low molecular weight compounds such as dipentaerythritol pentaglycidyl ether and dipentaerythritol hexaglycidyl ether; (Meth) acrylate, glycidyl group-containing polymer represented by 1,2-epoxy-4- (2-oxiranyl) cyclohexane adduct of 2,2-bis (hydroxymethyl) -1-butanol and the like It is done.

また、市販されているものとしては、脂環式エポキシ化合物:「CEL−2021」等、脂環式固形エポキシ樹脂:「EHPE−3150」等、エポキシ化ポリブタジエン:「PB3600」等、可とう性脂環エポキシ化合物:等「CEL−2081」、ラクトン変性エポキシ樹脂:「PCL−G」等が挙げられる(何れもダイセル化学工業(株)製)。また、他には「セロキサイド2000」、「エポリードGT−3000」、「GT−4000」(何れもダイセル化学工業(株)製)等が挙げられる。これらの中では、脂環式固形エポキシ樹脂が最も硬化性に優れており、さらには「EHPE−3150」が最も硬化性に優れている。これらの化合物は単独で使用してもよいし、2種以上組合せてもよく、以降に示す他種のものとの組合せも可能である。   Commercially available products include alicyclic epoxy compounds: “CEL-2021”, etc., alicyclic solid epoxy resins: “EHPE-3150”, etc., epoxidized polybutadiene: “PB3600”, etc. Ring epoxy compound: etc. "CEL-2081", lactone modified epoxy resin: "PCL-G" etc. are mentioned (all are Daicel Chemical Industries Ltd. make). Other examples include “Celoxide 2000”, “Epolide GT-3000”, “GT-4000” (all manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.), and the like. Among these, the alicyclic solid epoxy resin has the best curability, and “EHPE-3150” has the best curability. These compounds may be used alone or in combination of two or more, and combinations with other types shown below are also possible.

前記(b)に含まれるメチロール基、アルコキシメチル基、アシロキシメチル基が各化合物に置換している数としては、メラミン化合物の場合2〜6、グリコールウリル化合物、グアナミン化合物、ウレア化合物の場合は2〜4であるが、好ましくはメラミン化合物の場合5〜6、グリコールウリル化合物、グアナミン化合物、ウレア化合物の場合は3〜4である。
以下、前記(b)のメラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物及びウレア化合物を総じて、(b)における(メチロール基、アルコキシメチル基又はアシロキシメチル基含有)化合物という。
The number of methylol groups, alkoxymethyl groups, and acyloxymethyl groups contained in (b) that are substituted for each compound is 2 to 6 for melamine compounds, glycoluril compounds, guanamine compounds, and urea compounds. Although it is 2-4, Preferably it is 5-6 in the case of a melamine compound, and 3-4 in the case of a glycoluril compound, a guanamine compound, and a urea compound.
Hereinafter, the melamine compound, guanamine compound, glycoluril compound and urea compound of (b) are collectively referred to as a compound (containing a methylol group, an alkoxymethyl group or an acyloxymethyl group) in (b).

前記(b)におけるメチロール基含有化合物は、(b)におけるアルコキシメチル基含有化合物をアルコール中で塩酸、硫酸、硝酸、メタンスルホン酸等の酸触媒存在下、加熱することにより得られる。前記(b)におけるアシロキシメチル基含有化合物は、(b)におけるメチロール基含有化合物を塩基性触媒存在下、アシルクロリドと混合攪拌することにより得られる。   The methylol group-containing compound in (b) can be obtained by heating the alkoxymethyl group-containing compound in (b) in an alcohol in the presence of an acid catalyst such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, methanesulfonic acid or the like. The acyloxymethyl group-containing compound in (b) can be obtained by mixing and stirring the methylol group-containing compound in (b) with acyl chloride in the presence of a basic catalyst.

以下、前記置換基を有する(b)における化合物の具体例を挙げる。
前記メラミン化合物として、例えば、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサキス(メトキシメチル)メラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1〜5個がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、ヘキサキス(メトキシエチル)メラミン、ヘキサキス(アシロキシメチル)メラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1〜5個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物、などが挙げられる。
Hereinafter, specific examples of the compound in (b) having the substituent will be given.
Examples of the melamine compound include hexamethylol melamine, hexakis (methoxymethyl) melamine, a compound in which 1 to 5 methylol groups of hexamethylol melamine are methoxymethylated, or a mixture thereof, hexakis (methoxyethyl) melamine, hexakis (acyloxy) Methyl) melamine, a compound in which 1 to 5 methylol groups of hexamethylolmelamine are acyloxymethylated, or a mixture thereof.

前記グアナミン化合物として、例えば、テトラメチロールグアナミン、テトラキス(メトキシメチル)グアナミン、テトラメチロールグアナミンの1〜3個のメチロール基をメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラキス(メトキシエチル)グアナミン、テトラキス(アシロキシメチル)グアナミン、テトラメチロールグアナミンの1〜3個のメチロール基をアシロキシメチル化した化合物又はその混合物などが挙げられる。   Examples of the guanamine compound include tetramethylolguanamine, tetrakis (methoxymethyl) guanamine, a compound obtained by methoxymethylating 1 to 3 methylol groups of tetramethylolguanamine, or a mixture thereof, tetrakis (methoxyethyl) guanamine, tetrakis (acyloxy) Methyl) guanamine, a compound obtained by acyloxymethylating 1 to 3 methylol groups of tetramethylolguanamine, or a mixture thereof.

前記グリコールウリル化合物としては、例えば、テトラメチロールグリコールウリル、テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1〜3個をメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1〜3個をアシロキシメチル化した化合物又はその混合物、などが挙げられる。   Examples of the glycoluril compound include tetramethylol glycoluril, tetrakis (methoxymethyl) glycoluril, a compound obtained by methoxymethylating 1 to 3 methylol groups of tetramethylolglycoluril or a mixture thereof, and tetramethylolglycoluril methylol. Examples thereof include compounds in which 1 to 3 groups are acyloxymethylated, or a mixture thereof.

前記ウレア化合物として、例えば、テトラメチロールウレア、テトラキス(メトキシメチル)ウレア、テトラメチロールウレアの1〜3個のメチロール基をメトキシメチル化した化合物又はその混合物、テトラキス(メトキシエチル)ウレア、などが挙げられる。
これら(b)における化合物は、単独で使用してもよく、組み合わせて使用してもよい。
Examples of the urea compound include tetramethylol urea, tetrakis (methoxymethyl) urea, a compound obtained by methoxymethylating 1 to 3 methylol groups of tetramethylolurea or a mixture thereof, tetrakis (methoxyethyl) urea, and the like. .
These compounds in (b) may be used alone or in combination.

前記(c)における化合物、即ち、メチロール基、アルコキシメチル基、及びアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの基で置換された、フェノール化合物、ナフトール化合物又はヒドロキシアントラセン化合物は、前記(b)における化合物の場合と同様、上塗りフォトレジストとのインターミキシングを抑制すると共に、膜強度を更に高めるものである。以下、これら化合物を総じて、(c)における(メチロール基、アルコキシメチル基又はアシロキシメチル基含有)化合物ということがある。   The compound in the above (c), that is, a phenol compound, a naphthol compound or a hydroxyanthracene compound substituted with at least one group selected from a methylol group, an alkoxymethyl group, and an acyloxymethyl group is a compound in the above (b). As in the case of, the intermixing with the overcoated photoresist is suppressed and the film strength is further increased. Hereinafter, these compounds may be collectively referred to as a compound (containing a methylol group, an alkoxymethyl group or an acyloxymethyl group) in (c).

前記(c)における化合物に含まれるメチロール基、アシロキシメチル基又はアルコキシメチル基の数としては、一分子当り最低2個必要であり、熱硬化及び保存安定性の観点から、骨格となるフェノール化合物の2位,4位が全て置換されている化合物が好ましい。また、骨格となるナフトール化合物、ヒドロキシアントラセン化合物も、OH基のオルト位及びパラ位が全て置換されている化合物が好ましい。前記フェノール化合物の3位又は5位は、未置換であっても置換基を有していてもよい。
前記ナフトール化合物においても、OH基のオルト位以外は、未置換であっても置換基を有していてもよい。
The number of methylol groups, acyloxymethyl groups or alkoxymethyl groups contained in the compound in (c) is at least 2 per molecule, and from the viewpoints of thermosetting and storage stability, a phenolic compound that becomes a skeleton A compound in which all of the 2- and 4-positions are substituted is preferred. In addition, the naphthol compound and hydroxyanthracene compound serving as the skeleton are also preferably compounds in which all of the ortho-position and para-position of the OH group are substituted. The 3-position or 5-position of the phenol compound may be unsubstituted or may have a substituent.
The naphthol compound may be unsubstituted or substituted except for the ortho position of the OH group.

前記(c)におけるメチロール基含有化合物は、フェノール性OH基の2位又は4位が水素原子である化合物を原料に用い、これを水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド等の、塩基性触媒の存在下でホルマリンと反応させることにより得られる。
前記(c)におけるアルコキシメチル基含有化合物は、(c)におけるメチロール基含有化合物をアルコール中で塩酸、硫酸、硝酸、メタンスルホン酸等の酸触媒の存在下で加熱することにより得られる。
前記(c)におけるアシロキシメチル基含有化合物は、(c)におけるメチロール基含有化合物を塩基性触媒の存在下アシルクロリドと反応させることにより得られる。
The methylol group-containing compound in (c) is a compound in which the phenolic OH group has a hydrogen atom at the 2nd or 4th position, and this is used as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, tetraalkylammonium hydroxide, etc. Obtained by reacting with formalin in the presence of a basic catalyst.
The alkoxymethyl group-containing compound in (c) can be obtained by heating the methylol group-containing compound in (c) in an alcohol in the presence of an acid catalyst such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, methanesulfonic acid or the like.
The acyloxymethyl group-containing compound in (c) can be obtained by reacting the methylol group-containing compound in (c) with an acyl chloride in the presence of a basic catalyst.

(c)における骨格化合物としては、フェノール性OH基のオルト位又はパラ位が未置換の、フェノール化合物、ナフトール、ヒドロキシアントラセン化合物等が挙げられ、例えば、フェノール、クレゾールの各異性体、2,3−キシレノ−ル、2,5−キシレノ−ル、3,4−キシレノール、3,5−キシレノール、ビスフェノールAなどのビスフェノール類;4,4’−ジヒドロキシビフェニル、TrisP−PA(本州化学工業(株)製)、ナフトール、ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシアントラセン、等が使用される。   Examples of the skeletal compound in (c) include phenol compounds, naphthols, hydroxyanthracene compounds, etc., in which the ortho-position or para-position of the phenolic OH group is unsubstituted. For example, phenol, cresol isomers, 2, 3 -Bisphenols such as xylenol, 2,5-xylenol, 3,4-xylenol, 3,5-xylenol and bisphenol A; 4,4'-dihydroxybiphenyl, TrisP-PA (Honshu Chemical Industry Co., Ltd.) Manufactured), naphthol, dihydroxynaphthalene, 2,7-dihydroxyanthracene, and the like.

前記(c)の具体例としては、フェノール化合物として、例えば、トリメチロールフェノール、トリス(メトキシメチル)フェノール、トリメチロールフェノールの1〜2個のメチロール基をメトキシメチル化した化合物、トリメチロール−3−クレゾール、トリス(メトキシメチル)−3−クレゾール、トリメチロール−3−クレゾールの1〜2個のメチロール基をメトキシメチル化した化合物、2,6−ジメチロール−4−クレゾール等のジメチロールクレゾール、テトラメチロールビスフェノールA、テトラキス(メトキシメチル)ビスフェノールA、テトラメチロールビスフェノールAの1〜3個のメチロール基をメトキシメチル化した化合物、テトラメチロール−4,4’−ジヒドロキシビフェニル、テトラキス(メトキシメチル)−4,4’−ジヒドロキシビフェニル、TrisP−PAのヘキサメチロール体、TrisP−PAのヘキサキス(メトキシメチル)体、TrisP−PAのヘキサメチロール体の1〜5個のメチロール基をメトキシメチル化した化合物、ビス(ヒドロキシメチル)ナフタレンジオール、等が挙げられる。   Specific examples of (c) include, as a phenol compound, for example, trimethylolphenol, tris (methoxymethyl) phenol, a compound obtained by methoxymethylating one or two methylol groups of trimethylolphenol, trimethylol-3- Compound obtained by methoxymethylating one or two methylol groups of cresol, tris (methoxymethyl) -3-cresol, trimethylol-3-cresol, dimethylol cresol such as 2,6-dimethylol-4-cresol, tetramethylol Bisphenol A, tetrakis (methoxymethyl) bisphenol A, compounds obtained by methoxymethylating 1 to 3 methylol groups of tetramethylolbisphenol A, tetramethylol-4,4′-dihydroxybiphenyl, tetrakis (methoxymethyl) -4,4′-dihydroxybiphenyl, a hexamethylol form of TrisP-PA, a hexakis (methoxymethyl) form of TrisP-PA, a compound obtained by methoxymethylating 1 to 5 methylol groups of the hexamethylol form of TrisP-PA, And bis (hydroxymethyl) naphthalenediol.

また、ヒドロキシアントラセン化合物として、例えば、1,6−ジヒドロキシメチル−2,7−ジヒドロキシアントラセン等が挙げられ、アシロキシメチル基含有化合物として、例えば、前記メチロール基含有化合物のメチロール基を、一部又は全部アシロキシメチル化した化合物等が挙げられる。   In addition, examples of the hydroxyanthracene compound include 1,6-dihydroxymethyl-2,7-dihydroxyanthracene, and examples of the acyloxymethyl group-containing compound include a part of the methylol group of the methylol group-containing compound, or Examples include compounds that are all acyloxymethylated.

これらの化合物の中で好ましいものとしては、トリメチロールフェノール、ビス(ヒドロキシメチル)−p−クレゾール、テトラメチロールビスフェノールA、TrisP−PA(本州化学工業(株)製)のヘキサメチロール体又はそれらのメチロール基がアルコキシメチル基及びメチロール基とアルコキシメチル基の両方で置換されたフェノール化合物が挙げられる。
これら(c)における化合物は、単独で使用してもよく、組合せて使用してもよい。
Among these compounds, preferred are trimethylolphenol, bis (hydroxymethyl) -p-cresol, tetramethylolbisphenol A, hexamethylol bodies of TrisP-PA (Honshu Chemical Co., Ltd.) or their methylols. Examples thereof include an alkoxymethyl group and a phenol compound substituted with both a methylol group and an alkoxymethyl group.
These compounds in (c) may be used alone or in combination.

熱硬化性組成物中における前記熱硬化性化合物の総含有量としては、素材により異なるが、該硬化性組成物の全固形分(質量)に対して、0.1〜50質量%が好ましく、0.2〜40質量%がより好ましく、1〜35質量%が特に好ましい。   The total content of the thermosetting compound in the thermosetting composition is preferably 0.1 to 50% by mass with respect to the total solid content (mass) of the curable composition, although it varies depending on the material. 0.2-40 mass% is more preferable, and 1-35 mass% is especially preferable.

〜各種添加物〜
熱硬化性組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、各種添加物、例えば、バインダー、硬化剤、硬化触媒、溶剤、充填剤、前記以外の高分子化合物、界面活性剤、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤、分散剤、等を配合することができる。
~ Various additives ~
In the thermosetting composition, various additives such as a binder, a curing agent, a curing catalyst, a solvent, a filler, a polymer compound other than the above, and an interface are added as necessary as long as the effects of the present invention are not impaired. An activator, an adhesion promoter, an antioxidant, an ultraviolet absorber, an aggregation inhibitor, a dispersant, and the like can be blended.

〜〜バインダー〜〜
バインダーは、顔料分散液調製時に添加する場合が多く、アルカリ可溶性を必要とせず、有機溶剤に可溶であればよい。
~~binder~~
The binder is often added at the time of preparing the pigment dispersion, does not require alkali solubility, and may be soluble in an organic solvent.

前記バインダーとしては、線状有機高分子重合体で、有機溶剤に可溶であるものが好ましい。このような線状有機高分子重合体としては、側鎖にカルボン酸を有するポリマー、例えば、特開昭59−44615号、特公昭54−34327号、特公昭58−12577号、特公昭54−25957号、特開昭59−53836号、特開昭59−71048号の各公報に記載されているような、メタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合体等が挙げられ、また同様に側鎖にカルボン酸を有する酸性セルロース誘導体が有用である。   The binder is preferably a linear organic polymer that is soluble in an organic solvent. Examples of such linear organic high molecular polymers include polymers having a carboxylic acid in the side chain, such as JP-A-59-44615, JP-B-54-34327, JP-B-58-12577, and JP-B-54-. No. 25957, JP-A-59-53836, JP-A-59-71048, methacrylic acid copolymer, acrylic acid copolymer, itaconic acid copolymer, crotonic acid copolymer, etc. Examples thereof include polymers, maleic acid copolymers, partially esterified maleic acid copolymers, and acidic cellulose derivatives having a carboxylic acid in the side chain are also useful.

これら各種バインダーの中でも、耐熱性の観点からは、ポリヒドロキシスチレン系樹脂、ポリシロキサン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルアミド系樹脂、アクリル/アクリルアミド共重合体樹脂が好ましく、現像性制御の観点からは、アクリル系樹脂、アクリルアミド系樹脂、アクリル/アクリルアミド共重合体樹脂が好ましい。   Among these various binders, from the viewpoint of heat resistance, polyhydroxystyrene resins, polysiloxane resins, acrylic resins, acrylamide resins, and acrylic / acrylamide copolymer resins are preferable. Acrylic resins, acrylamide resins, and acrylic / acrylamide copolymer resins are preferred.

前記アクリル系樹脂としては、ベンジル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド等から選ばれるモノマーからなる共重合体、例えばベンジルメタアクリレート/メタアクリル酸、ベンジルメタアクリレート/ベンジルメタアクリルアミドのような各共重合体、KSレジスト−106(大阪有機化学工業(株)製)、サイクロマーPシリーズ(ダイセル化学工業(株)製)等が好ましい。
これらのバインダー中に前記着色剤を高濃度に分散させることで、下層等との密着性を付与でき、これらはスピンコート、スリットコート時の塗布面状にも寄与している。
As the acrylic resin, a copolymer comprising monomers selected from benzyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid, hydroxyethyl (meth) acrylate, (meth) acrylamide, and the like, for example, benzyl methacrylate / methacrylic acid, Each copolymer such as benzyl methacrylate / benzylmethacrylamide, KS resist-106 (manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), cyclomer P series (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) and the like are preferable.
By dispersing the colorant in these binders at a high concentration, it is possible to impart adhesion to the lower layer and the like, which also contributes to the coated surface shape during spin coating and slit coating.

〜〜硬化剤〜〜
熱硬化性化合物として、エポキシ樹脂を使用する場合、硬化剤を添加することが好ましい。エポキシ樹脂の硬化剤は種類が非常に多く、性質、樹脂と硬化剤の混合物との可使時間、粘度、硬化温度、硬化時間、発熱などが使用する硬化剤の種類によって非常に異なるため、硬化剤の使用目的、使用条件、作業条件などによって適当な硬化剤を選ばねばならない。前記硬化剤に関しては垣内弘編「エポキシ樹脂(昇晃堂)」第5章に詳しく解説されている。前記硬化剤の例を挙げると以下のようになる。
触媒的に作用するものとしては、第三アミン類、三フッ化ホウ素−アミンコンプレックス、エポキシ樹脂の官能基と化学量論的に反応するものとして、ポリアミン、酸無水物等;また、常温硬化のものとして、ジエチレントリアミン、ポリアミド樹脂、中温硬化のものの例としてジエチルアミノプロピルアミン、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール;高温硬化の例として、無水フタル酸、メタフェニレンジアミン等がある。また化学構造別に見るとアミン類では、脂肪族ポリアミンとしてはジエチレントリアミン;芳香族ポリアミンとしてはメタフェニレンジアミン;第三アミンとしてはトリス(ジメチルアミノメチル)フェノール;酸無水物としては無水フタル酸、ポリアミド樹脂、ポリスルフィド樹脂、三フッ化ホウ素−モノエチルアミンコンプレックス;合成樹脂初期縮合物としてはフェノール樹脂、その他ジシアンジアミド等が挙げられる。
~~ Hardener ~~
When an epoxy resin is used as the thermosetting compound, it is preferable to add a curing agent. There are many types of curing agents for epoxy resins, and their properties, pot life with resin and curing agent mixture, viscosity, curing temperature, curing time, heat generation, etc. vary greatly depending on the type of curing agent used. An appropriate curing agent must be selected according to the purpose of use, use conditions, working conditions, and the like. The curing agent is described in detail in Chapter 5 of Hiroshi Kakiuchi “Epoxy resin (Shojodo)”. Examples of the curing agent are as follows.
Those that act catalytically include tertiary amines, boron trifluoride-amine complexes, those that react stoichiometrically with functional groups of epoxy resins, polyamines, acid anhydrides, etc .; Examples include diethylenetriamine, polyamide resin, and medium temperature curing examples such as diethylaminopropylamine and tris (dimethylaminomethyl) phenol; examples of high temperature curing include phthalic anhydride and metaphenylenediamine. In terms of chemical structure, in the case of amines, diethylenetriamine as an aliphatic polyamine; metaphenylenediamine as an aromatic polyamine; tris (dimethylaminomethyl) phenol as a tertiary amine; phthalic anhydride as an acid anhydride; polyamide resin Polysulfide resin, boron trifluoride-monoethylamine complex; Synthetic resin initial condensate includes phenol resin, dicyandiamide and the like.

これら硬化剤は、加熱によりエポキシ基と反応し、重合することによって架橋密度が上がり硬化するものである。薄膜化のためには、バインダー、硬化剤とも極力少量の方が好ましく、特に硬化剤に関しては熱硬化性化合物に対して35質量%以下、好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは25質量%以下とすることが好ましい。   These curing agents react with an epoxy group by heating and polymerize to increase the crosslinking density and cure. For thinning, both the binder and the curing agent are preferably as small as possible. In particular, the curing agent is 35% by mass or less, preferably 30% by mass or less, more preferably 25% by mass or less with respect to the thermosetting compound. It is preferable that

〜〜硬化触媒〜〜
高い着色剤濃度を実現するためには、前記硬化剤との反応による硬化の他、主としてエポキシ基同士の反応による硬化が有効である。このため、硬化剤は用いず、硬化触媒を使用することもできる。前記硬化触媒の添加量としてはエポキシ当量が150〜200程度のエポキシ樹脂に対して、質量基準で1/10〜1/1000程度、好ましくは1/20〜1/500程度さらに好ましくは1/30〜1/250程度のわずかな量で硬化させることが可能である。
~~ Curing catalyst ~~
In order to realize a high colorant concentration, curing by reaction between epoxy groups is effective in addition to curing by reaction with the curing agent. For this reason, a curing catalyst can be used without using a curing agent. The addition amount of the curing catalyst is about 1/10 to 1/1000, preferably about 1/20 to 1/500, more preferably 1/30, based on the mass of the epoxy resin having an epoxy equivalent of about 150 to 200. It can be cured with a slight amount of about 1/250.

〜〜溶剤〜〜
熱硬化性組成物は、各種溶剤に溶解された溶液として用いることができる。熱硬化性組成物に用いられるそれぞれの溶剤は、各成分の溶解性や熱硬化性組成物の塗布性を満足すれば基本的に特に限定されない
~~solvent~~
The thermosetting composition can be used as a solution dissolved in various solvents. Each solvent used in the thermosetting composition is basically not particularly limited as long as the solubility of each component and the applicability of the thermosetting composition are satisfied.

〜〜分散剤〜〜
分散剤は、顔料の分散性を向上させるために添加することができる。前記分散剤としては、公知のものを適宜選定して用いることができ、例えば、カチオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、高分子分散剤等が挙げられる。
~~ dispersant ~~
A dispersant can be added to improve the dispersibility of the pigment. As the dispersant, known ones can be appropriately selected and used, and examples thereof include a cationic surfactant, a fluorosurfactant, and a polymer dispersant.

これらの分散剤としては、多くの種類の化合物が用いられるが、例えば、フタロシアニン誘導体(市販品EFKA−745(エフカ社製))、ソルスパース5000(日本ルーブリゾール社製);オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)、(メタ)アクリル酸系(共)重合体ポリフローNo.75、No.90、No.95(共栄社油脂化学工業(株)製)、W001(裕商(株)製)等のカチオン系界面活性剤;ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ソルビタン脂肪酸エステル等のノニオン系界面活性剤;W004、W005、W017(裕商(株)製)等のアニオン系界面活性剤;EFKA−46、EFKA−47、EFKA−47EA、EFKAポリマー100、EFKAポリマー400、EFKAポリマー401、EFKAポリマー450(以上森下産業(株)製)、ディスパースエイド6、ディスパースエイド8、ディスパースエイド15、ディスパースエイド9100(サンノプコ(株)製)等の高分子分散剤;ソルスパース3000、5000、9000、12000、13240、13940、17000、24000、26000、28000などの各種ソルスパース分散剤(日本ルーブリゾール社製);アデカプルロニックL31、F38、L42、L44、L61、L64、F68、L72、P95、F77、P84、F87、P94、L101、P103、F108、L121、P−123(旭電化(株)製)およびイソネットS−20(三洋化成(株)製)が挙げられる   As these dispersants, many types of compounds are used. For example, phthalocyanine derivatives (commercially available products EFKA-745 (manufactured by Efka)), Solsperse 5000 (manufactured by Nippon Lubrizol); organosiloxane polymer KP341 (Shin-Etsu) Chemical Industry Co., Ltd.), (Meth) acrylic acid type (co) polymer polyflow No.75, No.90, No.95 (manufactured by Kyoeisha Yushi Chemical Co., Ltd.), W001 (manufactured by Yusho Co., Ltd.) ) And other cationic surfactants; polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene octyl phenyl ether, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyethylene glycol dilaurate, polyethylene glycol distearate , Sorbita Nonionic surfactants such as fatty acid esters; Anionic surfactants such as W004, W005, W017 (manufactured by Yusho Co., Ltd.); EFKA-46, EFKA-47, EFKA-47EA, EFKA polymer 100, EFKA polymer 400 , EFKA polymer 401, EFKA polymer 450 (manufactured by Morishita Sangyo Co., Ltd.), disperse aid 6, disperse aid 8, disperse aid 15, disperse aid 9100 (manufactured by San Nopco) Various Solsperse dispersants (manufactured by Nippon Lubrizol) such as Solsperse 3000, 5000, 9000, 12000, 13240, 13940, 17000, 24000, 26000, 28000; Adeka Pluronic L31, F38, L42, L44, L61, L64, F 8, L72, P95, F77, P84, F87, P94, L101, P103, F108, L121, P-123 (manufactured by Asahi Denka Co.) and Isonetto S-20 (manufactured by Sanyo Chemical Co.) and the like

前記分散剤は、単独で用いてもよくまた2種以上組み合わせて用いてもよい。前記分散剤の本発明における熱硬化性組成物中の添加量は、通常顔料100質量部に対して0.1〜50質量部程度が好ましい。   The dispersants may be used alone or in combination of two or more. The amount of the dispersant added in the thermosetting composition of the present invention is usually preferably about 0.1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the pigment.

〜〜その他の添加剤〜〜
非感光性の着色硬化性組成物には、必要に応じて各種添加剤を更に添加することができる。各種添加物の具体例としては、上記の着色光硬化性組成物において説明した各種添加剤を挙げることができる。
~~ Other additives ~~
Various additives can be further added to the non-photosensitive colored curable composition as necessary. Specific examples of the various additives include the various additives described in the above colored photocurable composition.

(第2実施形態)
本発明の固体撮像素子の第2実施形態を図13を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態におけるデバイス保護膜の形成を高温加熱により行なわず、比較的低温での加熱で行なうことにより基板側に凸状の凹型インナーレンズを設けた構成としたものである。
なお、第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the device protective film in the first embodiment is not formed by heating at a high temperature, but by heating at a relatively low temperature, and a convex concave inner lens is provided on the substrate side. .
In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component similar to 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態の固体撮像素子50は、図13に示すように、比較的低温(例えば300〜500℃)に保ちながら窒化シリコンを設けることで、半導体基板上の凹凸にしたがって凹形状にデバイス保護膜51が形成されている。デバイス保護膜51は、窒化シリコンにより厚み0.70μmにて形成されている。   As shown in FIG. 13, the solid-state imaging device 50 of the present embodiment is provided with silicon nitride while being kept at a relatively low temperature (for example, 300 to 500 ° C.), so that the device protective film has a concave shape according to the unevenness on the semiconductor substrate 51 is formed. The device protection film 51 is formed of silicon nitride with a thickness of 0.70 μm.

デバイス保護膜は、デバイス信頼性が確保できる可能な限り薄膜で形成することで、シェーディング抑制を更に高精度化することができる。具体的には、第1実施形態における場合と同様である。また、デバイス保護膜としては、窒化シリコン(Si)以外に、酸化シリコン(SiO)、ガラス(PSG)、ポリイミドなどが挙げられ、特に窒化シリコンが不純物の拡散抑制、イオンの進入の抑制、高耐湿性の観点から特に好ましい。 By forming the device protective film as thin as possible to ensure device reliability, shading suppression can be further improved. Specifically, this is the same as in the first embodiment. In addition to silicon nitride (Si 3 N 4 ), examples of the device protective film include silicon oxide (SiO 2 ), glass (PSG), polyimide, and the like. In particular, silicon nitride suppresses impurity diffusion and prevents ions from entering. Particularly preferred from the viewpoint of suppression and high moisture resistance.

このデバイス保護膜51の全面を覆うように平坦化層52が形成されており、平坦化層52には、凹型インナーレンズ52Lが一体成形されている。この凹型インナーレンズ52Lは、半導体基板のカラーフィルタアレイが配置される方向(半導体基板の上方側)と逆向き(反対側)に凸状に形成されている。このように凹型形状とすることによっても、光をフォトダイオードに集光することができる。   A planarization layer 52 is formed so as to cover the entire surface of the device protection film 51, and a concave inner lens 52L is integrally formed on the planarization layer 52. The concave inner lens 52L is formed in a convex shape in the opposite direction (opposite side) to the direction (upper side of the semiconductor substrate) in which the color filter array of the semiconductor substrate is arranged. The concave shape as described above can also collect light on the photodiode.

平坦化層52は、デバイス保護膜51とカラーフィルタアレイとの間に設けられており、周辺のカラーフィルタへの光の入射効率を低減して光導入効率が改善されるようになっている。これにより、オンチップマイクロレンズを有する従来の固体撮像素子に比し、優れたシェーディング特性が得られる。このように、カラーフィルタ層の下部にマイクロレンズ等の集光手段を設ける場合、平坦化層を形成して平坦化処理を施しておくことが好ましい。   The planarization layer 52 is provided between the device protection film 51 and the color filter array, and reduces the light incident efficiency to the surrounding color filters to improve the light introduction efficiency. Thereby, compared with the conventional solid-state image sensor which has an on-chip microlens, the outstanding shading characteristic is acquired. As described above, when a light collecting means such as a microlens is provided below the color filter layer, it is preferable to form a flattening layer and perform a flattening process.

平坦化層は、熱によって硬化可能な高分子化合物を含む組成物を好ましく用いることができる。前記高分子化合物としては、例えば、ポリシロキサン系高分子及びポリスチレン系高分子を好ましいものとして挙げることができる。中でも、スピン・オン・グラス(SOG)材料として知られている材料、SiO等の無機膜、ポリスチレン誘導体又はポリヒドロキシスチレン誘導体を主成分とする熱硬化性組成物をより好ましいものとして挙げることができる。この中でも特に好ましくは、ドライエッチング時に使用するフルオロカーボンガス系に対する耐エッチング性の観点から、SiOが好ましい。 As the planarizing layer, a composition containing a polymer compound that can be cured by heat can be preferably used. As said high molecular compound, a polysiloxane type polymer and a polystyrene type polymer can be mentioned as a preferable thing, for example. Among them, materials known as spin-on-glass (SOG) material, an inorganic film such as SiO 2, may be mentioned a thermosetting composition whose main component is polystyrene derivative or a polyhydroxystyrene derivative as a more preferred it can. Among these, SiO 2 is particularly preferable from the viewpoint of etching resistance to the fluorocarbon gas system used during dry etching.

この平坦化層は、屈折率がカラーフィルタと同等であって、凸型インナーレンズ材の屈折率との差が大きいことが望ましい。これにより、凹型インナーレンズの集光効率を向上させることができる。具体的には、第1実施形態における場合と同様である。   It is desirable that the planarizing layer has a refractive index equivalent to that of the color filter and has a large difference from the refractive index of the convex inner lens material. Thereby, the condensing efficiency of a concave inner lens can be improved. Specifically, this is the same as in the first embodiment.

また、着色組成物(熱硬化性組成物)などの詳細についても第1実施形態における場合と同様である。   The details of the coloring composition (thermosetting composition) and the like are the same as in the first embodiment.

(第3実施形態)
本発明の固体撮像素子の第3実施形態を図14を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態における平坦化層に、カラーフィルタアレイの分離壁の延長上となる位置にさらに分離壁を形成して構成したものである。
なお、第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a separation wall is further formed on the planarization layer in the first embodiment at a position on the extension of the separation wall of the color filter array.
In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component similar to 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態の固体撮像素子では、図14に示すように、カラーフィルタアレイから平坦化層にかけて連続線的に分離壁61が形成されており、分離壁61は、平坦化層24の凸型インナーレンズ28がカラーフィルタアレイを構成するカラーフィルタ層の形成位置に対応するように配置されている。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, as shown in FIG. 14, the separation wall 61 is formed in a continuous line from the color filter array to the planarization layer, and the separation wall 61 is a convex inner of the planarization layer 24. The lens 28 is disposed so as to correspond to the formation position of the color filter layer constituting the color filter array.

分離壁61は、カラーフィルタ層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折材料で形成された低屈折率層で構成されたものであり、斜め光が入射したときには光を反射させ得るようになっている。分離壁61は、第1実施形態と同様に、ドライエッチング法によりその壁面が半導体基板22の法線方向と略平行になるように加工形成されている。
なお、カラーフィルタ層の屈折率、分離壁として形成される低屈折率層、及び低屈折材料、分離壁の壁厚などの詳細については、第1実施形態で説明した通りである。
The separation wall 61 is composed of a low refractive index layer formed of a low refractive material having a refractive index lower than that of the color filter layer, and can reflect light when oblique light is incident. It has become. Similar to the first embodiment, the separation wall 61 is formed by dry etching so that the wall surface thereof is substantially parallel to the normal direction of the semiconductor substrate 22.
The details of the refractive index of the color filter layer, the low refractive index layer formed as the separation wall, the low refractive material, the wall thickness of the separation wall, and the like are as described in the first embodiment.

分離壁61が平坦化層中にも存在することにより、斜め光が入射されたときの混色が起こり難くなり、より色再現性に優れた固体撮像素子を得ることができる。   Since the separation wall 61 is also present in the planarization layer, color mixing is difficult to occur when oblique light is incident, and a solid-state imaging device with better color reproducibility can be obtained.

この分離壁61は、第1実施形態において分離壁を形成するフルオロカーボンガスによるドライエッチングを、デバイス保護膜が露出するまで行なうことで形成することができる。その他の形態は、第1実施形態に即して実施することができる。
本実施形態では、半導体基板から見たカラーフィルタ層の下部に集光手段であるマイクロレンズを備え、その上部に平坦化層を形成した場合、集光手段を備えていない領域の光の全てを反射させることができ、効率的にフォトダイオードに光を集光させることができる。また、集光手段(ここでは凸型インナーレンズ)のギャップを分離壁の幅長より狭く形成することで、混色抑制効果をより高めることができる。
The separation wall 61 can be formed by performing dry etching with the fluorocarbon gas that forms the separation wall in the first embodiment until the device protective film is exposed. Other forms can be implemented according to the first embodiment.
In this embodiment, when a microlens that is a condensing unit is provided below the color filter layer viewed from the semiconductor substrate and a planarizing layer is formed on the microlens, all of light in a region that does not include the condensing unit is used. The light can be reflected, and light can be efficiently collected on the photodiode. Further, by forming the gap of the light collecting means (here, the convex inner lens) narrower than the width of the separation wall, it is possible to further enhance the color mixing suppression effect.

(第4実施形態)
本発明の固体撮像素子の第4実施形態を図15〜図16を参照して説明する。本実施形態は、第3実施形態における分離壁を中空の空気層で構成したものである。
なお、第1、第3実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the separation wall in the third embodiment is configured by a hollow air layer.
In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component similar to 1st, 3rd embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態の固体撮像素子では、図15に示すように、分離壁65は、内部中空に形成された空気層になっている。カラーフィルタ層間に分離壁として空気層を設けることによっても、図16に示すように、斜め光30が入射したときに光を反射させることができ、カラーフィルタ層21Bへの光漏れが抑制される。これにより、光の混色を防止できる。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, as shown in FIG. 15, the separation wall 65 is an air layer formed in an internal hollow. Also by providing an air layer as a separation wall between the color filter layers, as shown in FIG. 16, the light can be reflected when the oblique light 30 is incident, and light leakage to the color filter layer 21B is suppressed. . Thereby, color mixing of light can be prevented.

この分離壁65は、第3実施形態のカラーフィルタアレイに間隙をドライエッチング処理により形成し、フォトレジストを剥離したところで工程を終了することにより、カラーフィルタ層間に空気層である分離壁65を形成できる。それ以外の構成、製造工程については、第3実施形態と同一である。   The separation wall 65 is formed by forming a gap in the color filter array of the third embodiment by dry etching, and ending the process when the photoresist is removed, thereby forming the separation wall 65 as an air layer between the color filter layers. it can. About another structure and manufacturing process, it is the same as 3rd Embodiment.

(第5実施形態)
本発明の固体撮像素子の第5実施形態を図17を参照して説明する。本実施形態は、第2実施形態における平坦化層に、カラーフィルタアレイの分離壁の延長上となる位置にさらに分離壁を形成して構成したものである。
なお、第1、第2実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a separation wall is further formed on the planarization layer in the second embodiment at a position on the extension of the separation wall of the color filter array.
In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component similar to 1st, 2nd embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態の固体撮像素子では、図17に示すように、カラーフィルタアレイから平坦化層にかけて連続線的に分離壁71が形成されており、分離壁71は、平坦化層52の凹型インナーレンズ52Lがカラーフィルタアレイを構成するカラーフィルタ層の形成位置に対応するように配置されている。また、デバイス保護膜51は、比較的低温(例えば300〜500℃)に保ちながら窒化シリコンを設けることで、半導体基板上の凹凸にしたがって凹形状に形成されている。デバイス保護膜51は、窒化シリコンにより厚み0.70μmにて形成されている。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, as shown in FIG. 17, the separation wall 71 is continuously formed from the color filter array to the planarization layer, and the separation wall 71 is a concave inner lens of the planarization layer 52. 52L is arranged so as to correspond to the formation position of the color filter layer constituting the color filter array. In addition, the device protective film 51 is formed in a concave shape according to the unevenness on the semiconductor substrate by providing silicon nitride while being kept at a relatively low temperature (for example, 300 to 500 ° C.). The device protection film 51 is formed of silicon nitride with a thickness of 0.70 μm.

分離壁71は、カラーフィルタ層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折材料で形成された低屈折率層で構成されたものであり、斜め光が入射したときには光を反射させ得るようになっている。分離壁71は、第1実施形態と同様に、ドライエッチング法によりその壁面が半導体基板22の法線方向と略平行になるように加工形成されている。
なお、カラーフィルタ層の屈折率、分離壁として形成される低屈折率層、及び低屈折材料、分離壁の壁厚などの詳細については、第1実施形態で説明した通りである。
The separation wall 71 is composed of a low refractive index layer formed of a low refractive index material having a refractive index lower than that of the color filter layer, and can reflect light when oblique light is incident. It has become. As in the first embodiment, the separation wall 71 is processed and formed by dry etching so that the wall surface is substantially parallel to the normal direction of the semiconductor substrate 22.
The details of the refractive index of the color filter layer, the low refractive index layer formed as the separation wall, the low refractive material, the wall thickness of the separation wall, and the like are as described in the first embodiment.

分離壁71が平坦化層中にも存在することにより、斜め光が入射されたときの混色が起こり難くなり、より色再現性に優れた固体撮像素子を得ることができる。また、インナーレンズが凹型であるので、更に集光効率を改善することができる。   Since the separation wall 71 is also present in the planarization layer, color mixing is difficult to occur when oblique light is incident, and a solid-state imaging device with better color reproducibility can be obtained. Further, since the inner lens is concave, the light collection efficiency can be further improved.

この分離壁71は、第1実施形態において分離壁を形成するフルオロカーボンガスによるドライエッチングを、デバイス保護膜51が露出するまで行なうことで形成することができる。その他の形態は、第1実施形態に即して実施することができる。   The separation wall 71 can be formed by performing dry etching with the fluorocarbon gas that forms the separation wall in the first embodiment until the device protective film 51 is exposed. Other forms can be implemented according to the first embodiment.

平坦化層52は、屈折率がカラーフィルタと同等であって、凸型インナーレンズ材の屈折率との差が大きいことが望ましい。これにより、凹型インナーレンズの集光効率を向上させることができる。具体的には、第1及び第2実施形態における場合と同様である。   It is desirable that the planarization layer 52 has a refractive index equivalent to that of the color filter and has a large difference from the refractive index of the convex inner lens material. Thereby, the condensing efficiency of a concave inner lens can be improved. Specifically, this is the same as in the first and second embodiments.

また、デバイス保護膜、平坦化層、凹型インナーレンズ、及び着色組成物(熱硬化性組成物)などの詳細については、第1及び第2実施形態と同様である。   Details of the device protective film, the planarization layer, the concave inner lens, and the coloring composition (thermosetting composition) are the same as those in the first and second embodiments.

(第6実施形態)
本発明の固体撮像素子の第6実施形態を図18を参照して説明する。本実施形態は、第5実施形態における分離壁を中空の空気層で構成したものである。
なお、第1、第5実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the separation wall in the fifth embodiment is configured by a hollow air layer.
In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component similar to 1st, 5th embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態の固体撮像素子では、図18に示すように、分離壁75は、内部中空に形成された空気層になっている。空気層を設けることによっても、斜め光が入射したときに光を反射させることができ、光の混色を防止できる。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, as shown in FIG. 18, the separation wall 75 is an air layer formed in a hollow interior. By providing an air layer, light can be reflected when oblique light is incident, and light color mixing can be prevented.

この分離壁75は、第5実施形態のカラーフィルタアレイに間隙をドライエッチング処理により形成し、フォトレジストを剥離したところで工程を終了することにより、カラーフィルタ層間に空気層である分離壁75を形成できる。それ以外の構成、製造工程については、第5実施形態1と同一である。   The separation wall 75 is formed by forming a gap in the color filter array of the fifth embodiment by dry etching, and ending the process when the photoresist is removed, thereby forming the separation wall 75 as an air layer between the color filter layers. it can. Other configurations and manufacturing processes are the same as those of the fifth embodiment.

上記の各実施形態では、レッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)による原色系のカラーフィルタを作成する場合を例に説明したが、シアン、マゼンタ、イエロー、(グリーン)を用いた補色系のカラーフィルタを作製する場合にも有用である。
また、各実施形態では、マイクロレンズ部を設けたが、マイクロレンズを設けずにカラ−フィルタアレイを集光手段として構成されてもよい。
In each of the above-described embodiments, the case where primary color filters using red (R), green (G), and blue (B) are created has been described as an example. However, cyan, magenta, yellow, and (green) are used. This is also useful when a complementary color filter is produced.
In each embodiment, the microlens unit is provided. However, the color filter array may be configured as a light collecting unit without providing the microlens.

また、上記の各実施形態は、集光手段として凸型又は凹型のインナーレンズを用いた場合を説明したが、回折格子,プリズムによる集光手段を設けて構成する場合にも適用可能である。   Each of the above embodiments has been described with respect to the case where a convex or concave inner lens is used as the light condensing means. However, the present invention can also be applied to a case where a light condensing means using a diffraction grating and a prism is provided.

本発明においては、表面照射型の固体撮像素子だけではなく、近年開発されつつある裏面照射型固体撮像素子にも適用可能である。裏面照射型固体撮像素子は、撮像素子を十数μmまで薄く切削し、撮像素子の裏面から受光するようにしたものであって、高い量子効率により、高感度な撮像素子である。上記のように混色が抑制された本発明のカラーフィルタを裏面照射型撮像素子に適用すると、混色が少なく色再現性に優れ、高感度な撮像素子を提供することができる。   The present invention can be applied not only to a front-illuminated solid-state image sensor but also to a back-illuminated solid-state image sensor that has been developed in recent years. The back-illuminated solid-state image sensor is obtained by cutting the image sensor thinly to a dozen μm and receiving light from the back surface of the image sensor, and is a high-sensitivity image sensor due to high quantum efficiency. When the color filter of the present invention in which color mixing is suppressed as described above is applied to a back-illuminated image sensor, it is possible to provide an image sensor with little color mixing and excellent color reproducibility and high sensitivity.

上記のように、本発明により作製される固体撮像素子は、光の混色が抑制でき、色再現性が良好である。また、マイクロレンズ等の集光手段が半導体基板とカラーフィルタ層との間に形成され、カラーフィルタ層が半導体基板から最も離れた最表層をなして平坦性が得られるので、カラーフィルタ層の上方にマイクロレンズ等が形成された従来の構成と比較して、色シェーディング特性が改善され、デバイス特性の良好な固体撮像素子を提供することができる。   As described above, the solid-state imaging device manufactured according to the present invention can suppress color mixing of light and has good color reproducibility. Further, a light collecting means such as a microlens is formed between the semiconductor substrate and the color filter layer, and the color filter layer forms the outermost layer farthest from the semiconductor substrate to obtain flatness. Compared with a conventional configuration in which a microlens or the like is formed on a solid-state imaging device, the color shading characteristics are improved and the device characteristics are good.

本発明は、上記の各実施形態で説明したデバイス構造に加え、更に受光面の全面にMCPを設置して信号を増幅させるセンサーや、光電変換層をカラーフィルタ下層に設置して、光電変換層で光子を電子に変換した後、電子をデバイスに送る構造を有するデバイスにも適用することができる。   In addition to the device structure described in each of the above embodiments, the present invention further includes a sensor for amplifying a signal by installing an MCP on the entire surface of the light receiving surface, and a photoelectric conversion layer by installing a photoelectric conversion layer below the color filter. It can also be applied to devices having a structure in which photons are converted into electrons and then electrons are sent to the device.

本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the solid-state image sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態のカラーフィルタアレイを半導体基板の上方(法線方向)からみた平面図である。It is the top view which looked at the color filter array of a 1st embodiment from the upper part (normal line direction) of a semiconductor substrate. 低屈折材料を用いた分離壁で入射した光が反射する様子を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating a mode that the light which injected in the separation wall using a low refractive material reflects. 第1の着色層が形成されている状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state in which the 1st colored layer is formed. 第1の着色層上のフォトレジストに開口部が形成されている状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state in which the opening part is formed in the photoresist on a 1st colored layer. 第1の着色層に第2の着色層を形成しようとする領域に開口部が形成されている状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state by which the opening part is formed in the area | region which is going to form the 2nd colored layer in the 1st colored layer. 第1の着色層及び開口部を覆って第2の着色層36が形成された状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state in which the 2nd colored layer 36 was formed covering the 1st colored layer and opening part. 第1及び第2の着色層がパターン状に形成されているところを示す概略図である。It is the schematic which shows the place where the 1st and 2nd colored layer is formed in pattern shape. RGB3色からなるカラーフィルタアレイを示す概略図である。It is the schematic which shows the color filter array which consists of RGB 3 colors. カラーフィルタアレイ上に格子状のスペースパターンが形成された状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in which the grid | lattice-like space pattern was formed on the color filter array. カラーフィルタ層間に間隙が形成された状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in which the gap | interval was formed between the color filter layers. カラーフィルタ層間に低屈折率の分離壁が形成されたカラーフィルタアレイを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the color filter array in which the separation wall of the low refractive index was formed between the color filter layers. 本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the solid-state image sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る固体撮像素子の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the solid-state image sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る固体撮像素子の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the solid-state image sensor which concerns on 4th Embodiment of this invention. 中空の分離壁で入射した光が反射する様子を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating a mode that the light which injected in the hollow separation wall reflects. 本発明の第5実施形態に係る固体撮像素子の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the solid-state image sensor which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態に係る固体撮像素子の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the solid-state image sensor which concerns on 6th Embodiment of this invention. 従来のカラーフィルタの製造方法において第1の着色層2を形成するところを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the place which forms the 1st colored layer 2 in the manufacturing method of the conventional color filter. 従来のカラーフィルタの製造方法における露光工程を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the exposure process in the manufacturing method of the conventional color filter. 第1の着色パターンが形成されているところを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the place where the 1st coloring pattern is formed. 第1〜第2の着色パターンが形成されているところを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the place where the 1st-2nd coloring pattern is formed. 第1〜第3の着色パターンが形成されているところを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the place where the 1st-3rd coloring pattern is formed. 従来の固体撮像素子の構造を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the structure of the conventional solid-state image sensor. 透過した光の分光特性を示すグラフである。It is a graph which shows the spectral characteristic of the transmitted light.

符号の説明Explanation of symbols

20,50…固体撮像素子
21R,21G,21B…カラーフィルタ層
23,51…デバイス保護膜
25,43,61,65,71,75…分離壁
24,27,52…平坦化層
28…凸型インナーレンズ(マイクロレンズ)
40…カラーフィルタアレイ
42…間隙
52L…凹型インナーレンズ(マイクロレンズ)
20, 50 ... solid-state image pickup devices 21R, 21G, 21B ... color filter layers 23, 51 ... device protective films 25, 43, 61, 65, 71, 75 ... separation walls 24, 27, 52 ... flattening layer 28 ... convex type Inner lens (micro lens)
40 ... color filter array 42 ... gap 52L ... concave inner lens (microlens)

Claims (11)

半導体基板と、
2色以上のカラーフィルタ層と少なくとも異色の前記カラーフィルタ層間を隔てて分離する分離壁とを有するカラーフィルタアレイと、
前記半導体基板と前記カラーフィルタアレイとの間に配置された集光手段と、
を備えた固体撮像素子。
A semiconductor substrate;
A color filter array having a color filter layer of two or more colors and a separation wall separating at least the color filter layers of different colors;
Light condensing means disposed between the semiconductor substrate and the color filter array;
A solid-state imaging device.
前記分離壁は、屈折率が前記カラーフィルタ層の屈折率より低い材料で形成された層で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the separation wall is formed of a layer formed of a material having a refractive index lower than that of the color filter layer. 前記分離壁は、空気層で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the separation wall is formed of an air layer. 前記分離壁の、前記カラーフィルタ層の厚み方向と直交する方向における壁厚が0.05μm以上0.2μm以下であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。   4. The wall thickness of the separation wall in a direction orthogonal to the thickness direction of the color filter layer is 0.05 μm or more and 0.2 μm or less. 5. Solid-state image sensor. 前記半導体基板上に保護膜を有し、前記集光手段は、前記保護膜の少なくとも一部を加工することにより成形されたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の固体撮像素子。   5. The method according to claim 1, further comprising a protective film on the semiconductor substrate, wherein the light collecting unit is formed by processing at least a part of the protective film. The solid-state imaging device described. 前記半導体基板上に保護膜を有し、前記集光手段は、前記保護層上に屈折率が前記カラーフィルタ層より高い高屈折率材料を設けて成形されたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の固体撮像素子。   The protective substrate is provided on the semiconductor substrate, and the light collecting means is formed by providing a high refractive index material having a higher refractive index than the color filter layer on the protective layer. The solid-state image sensor of any one of Claim 4. 前記集光手段及び前記カラーフィルタアレイ間の少なくとも一部に、前記集光手段側の前記カラーフィルタアレイが形成される領域を平坦化する平坦化層を更に備え、前記平坦化層は、前記カラーフィルタアレイにおける少なくとも前記分離壁の延長方向に分離壁が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の固体撮像素子。   A flattening layer for flattening a region where the color filter array on the condensing means side is formed is at least partially between the condensing means and the color filter array, and the flattening layer includes the color filter. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a separation wall is provided at least in an extending direction of the separation wall in the filter array. 半導体基板と、2色以上のカラーフィルタ層と少なくとも異色の前記カラーフィルタ層間を隔てて分離する分離壁とを有するカラーフィルタアレイとを備えた固体撮像素子であって、前記カラーフィルタアレイが集光手段であり、カラーフィルタアレイ以外の集光手段を有しない固体撮像素子。   A solid-state imaging device comprising a semiconductor substrate, a color filter array having two or more color filter layers and a separation wall separating at least the different color filter layers, wherein the color filter array collects light A solid-state imaging device that is a means and has no light collecting means other than a color filter array. 前記カラーフィルタ層は、ドライエッチング法により加工してパターン状に成形されていることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 8, wherein the color filter layer is processed into a pattern by a dry etching method. 半導体基板上に、2色以上のカラーフィルタ層を有するカラーフィルタアレイを形成する工程と、
半導体基板上の前記カラーフィルタアレイの上に感光性樹脂層を形成する工程と、
形成された前記感光性樹脂層をパターン状に露光、現像し、異色のカラーフィルタ層が隣接する隣接部分が露出するようにパターニングする工程と、
パターニングされた前記感光性樹脂層をマスクとして前記カラーフィルタ層にドライエッチング処理を施し、前記隣接部分を除去することにより少なくとも異色のカラーフィルタ間に間隙を形成する工程と、
を有する固体撮像素子の製造方法。
Forming a color filter array having a color filter layer of two or more colors on a semiconductor substrate;
Forming a photosensitive resin layer on the color filter array on the semiconductor substrate;
Exposing and developing the formed photosensitive resin layer in a pattern, and patterning so that adjacent portions adjacent to different color filter layers are exposed; and
Forming a gap between at least different color filters by performing dry etching on the color filter layer using the patterned photosensitive resin layer as a mask, and removing the adjacent portion;
A method for manufacturing a solid-state imaging device.
更に、異色のカラーフィルタ間に形成された前記間隙に、前記カラーフィルタ層の屈折率より低い材料で形成された層を形成する工程を有することを特徴とする請求項10に記載の固体撮像素子の製造方法。   The solid-state imaging device according to claim 10, further comprising a step of forming a layer made of a material having a refractive index lower than that of the color filter layer in the gap formed between different color filters. Manufacturing method.
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