JP2011029474A - Solid-state image sensor - Google Patents

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optical waveguide
solid
photoelectric conversion
integer
imaging device
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JP2009175068A
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Akitsugu Tatara
了嗣 多田羅
Shuichi Sugawara
周一 菅原
Yuki Suemitsu
由樹 末光
Yuji Shimoyama
裕司 下山
Daisuke Ishikawa
大佑 石川
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JSR Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image sensor which has an optical waveguide having superior light harvesting properties and evenness, and can easily be manufactured. <P>SOLUTION: This solid-state image sensor 100 includes a substrate 10, a photoelectrically converting part 20 formed above the substrate 10, and an optical waveguide part 30 formed above the photoelectrically converting part 20, and the optical waveguide part 30 includes at least one kind selected from a polyamic acid represented by the formula (1) and an imidization polymer of the polyamic acid at 90 mass% or over. In the formula (1), R<SP>1</SP>indicates an alkyl or cyano group of a carbon number 1-3 independently, a indicates an integer 0-4 independently, R indicates a tetravalent organic group, n indicates an integer 1-4, and m indicates an integer 1-100,000. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device.

デジタルカメラや携帯電話等に搭載される固体撮像素子は、CCD(Charge Coupled Device)やMOS(Metal Oxide Semicondutor)のような受光部(光電変換機構)を、複数二次元的に配列させた構造を有する。このような固体撮像素子は、従来より画素数を増すことが求められてきている。すなわち、固体撮像素子は、ますます各画素の微細化が進められている。これに伴い固体撮像素子の単位画素あたりの受光量は、非常に小さくなってきている。   A solid-state imaging device mounted on a digital camera, a mobile phone, or the like has a structure in which a plurality of light receiving units (photoelectric conversion mechanisms) such as a CCD (Charge Coupled Device) and a MOS (Metal Oxide Semiconductor) are two-dimensionally arranged. Have Such a solid-state imaging device has been required to increase the number of pixels. In other words, in the solid-state imaging device, each pixel is increasingly miniaturized. As a result, the amount of light received per unit pixel of the solid-state image sensor has become very small.

受光部が受ける光量が不足すると、撮像される画像の品質は低下してしまう。そのため、画素あたりの受光量を大きくする方法が提案されている。たとえば、固体撮像素子の受光部に光を集光させるようなレンズを設けることや、素子に光導波路を設けることなどが提案されている。光導波路を形成する例として、たとえば、特許文献1には、光導波路を屈折率の高い材料によって形成することが記載されている。同文献には、このような高屈折率材料として、透明性の高い樹脂と、酸化チタン等の屈折率の高い金属酸化物粒子とのコンポジット材料を用いることが開示されている。   If the amount of light received by the light receiving unit is insufficient, the quality of the captured image is degraded. For this reason, a method for increasing the amount of received light per pixel has been proposed. For example, it has been proposed to provide a lens for condensing light in the light receiving portion of a solid-state imaging device, or to provide an optical waveguide for the device. As an example of forming the optical waveguide, for example, Patent Document 1 describes that the optical waveguide is formed of a material having a high refractive index. This document discloses the use of a composite material of a highly transparent resin and metal oxide particles having a high refractive index such as titanium oxide as such a high refractive index material.

特開2008−091744号公報JP 2008-091744 A

しかしながら、固体撮像素子の画素は非常に小さくなってきているため、光導波路の寸法も非常に小さくなってきている。すなわち、光導波路は、受光面の面積が小さく、導波経路の長い形状(アスペクト比の大きい形状)となってきている。   However, since the pixels of the solid-state imaging device are becoming very small, the dimensions of the optical waveguide are also becoming very small. That is, the optical waveguide has a light receiving surface with a small area and a long waveguide path (a shape with a large aspect ratio).

そのため、光導波路の材料として、上述したような金属酸化物粒子を含有する樹脂組成物を用いる場合は、製造時に光導波路を形成する工程において、光導波路のための開口の全体にわたって均一に材料を充填しにくくなってきている。   Therefore, when a resin composition containing metal oxide particles as described above is used as the material of the optical waveguide, the material is uniformly distributed over the entire opening for the optical waveguide in the process of forming the optical waveguide during manufacturing. It is getting harder to fill.

一方、逆に、光導波路のための開口を大きく設計した場合には、固体撮像素子の上面側に、同工程において該開口に由来する凹凸を生じてしまうという問題もあった。光導波路の上面の平坦性が損なわれると、光を効率的に受光部に導くことが困難となり、固体撮像素子の感度が低下してしまうという問題が生じていた。   On the other hand, when the opening for the optical waveguide is designed to be large, there is a problem that irregularities derived from the opening are generated in the same process on the upper surface side of the solid-state imaging device. When the flatness of the upper surface of the optical waveguide is impaired, it is difficult to efficiently guide light to the light receiving unit, and there is a problem that the sensitivity of the solid-state imaging device is lowered.

さらに、固体撮像素子の製造工程において、光導波路を形成した後に、必要に応じてこれをエッチングする場合がある。このような場合にも、光導波路に上述したような金属酸化物粒子を含有する樹脂組成物を用いる場合は、エッチング速度を高めることが難しい等の問題があった。   Further, in the manufacturing process of the solid-state imaging device, after the optical waveguide is formed, it may be etched as necessary. Even in such a case, when the resin composition containing the metal oxide particles as described above is used for the optical waveguide, there is a problem that it is difficult to increase the etching rate.

本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、集光性および平坦性の良好な光導波路を有し、製造が容易な固体撮像素子を提供することにある。   One of the objects according to some embodiments of the present invention is to provide a solid-state imaging device that has an optical waveguide with good condensing property and flatness and is easy to manufacture.

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.

[適用例1]
本発明にかかる固体撮像素子の一態様は、
基板と、
前記基板の上方に形成された光電変換部と、
前記光電変換部の上方に形成された光導波路部と、
を含み、
前記光導波路部は、下記一般式(1)で表されるポリアミック酸、および該ポリアミック酸のイミド化重合体から選択される少なくとも一種によって形成されている。
[Application Example 1]
One aspect of the solid-state imaging device according to the present invention is:
A substrate,
A photoelectric conversion unit formed above the substrate;
An optical waveguide part formed above the photoelectric conversion part;
Including
The optical waveguide portion is formed of at least one selected from a polyamic acid represented by the following general formula (1) and an imidized polymer of the polyamic acid.

Figure 2011029474
(一般式(1)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基またはシアノ基を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示し、mは1〜100000の整数を示す。)
Figure 2011029474
(In general formula (1), R 1 each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a cyano group, a represents each independently an integer of 0 to 4, and R represents a tetravalent organic group. , N represents an integer of 1 to 4, and m represents an integer of 1 to 100,000.)

このような固体撮像素子は、光導波路部が、一般式(1)で表されるポリアミック酸および/またはそのイミド化重合体によって形成されている。そのため、このような固体撮像素子は、光電変換部への集光性、光導波路部の平坦性、充填性が良好で、製造が容易である。   In such a solid-state imaging device, the optical waveguide portion is formed of a polyamic acid represented by the general formula (1) and / or an imidized polymer thereof. Therefore, such a solid-state imaging device is easy to manufacture because it has good light condensing property to the photoelectric conversion part, flatness of the optical waveguide part, and filling property.

なお、本明細書にかかる記載では、「上方」という文言を、たとえば、「特定のもの(以下「A」という)の「上方」に他の特定のもの(以下「B」という)を形成する」などと用いている。本明細書にかかる記載では、この例のような場合に、A上に直接Bを形成するような場合と、A上に他のものを介してBを形成するような場合と、Aの上部にBが形成される場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。   In addition, in the description according to the present specification, the word “above” is formed, for example, “above” the “specific thing” (hereinafter referred to as “A”) and other specific thing (hereinafter referred to as “B”). And so on. In the description of the present specification, in the case of this example, the case where B is formed directly on A, the case where B is formed on A via another, and the upper part of A The word “upward” is used as a case where B is formed.

[適用例2]
適用例1において、
前記光導波路部の材質は、さらに、界面活性剤を含むことができる。
[Application Example 2]
In application example 1,
The material of the optical waveguide part may further include a surfactant.

[請求項3]
適用例1または適用例2において、
前記光導波路部は、前記光電変換部の上面に連続し、該上面から上方に向かって延びる形状を有し、
前記光導波路部の下面における最長の差渡しに対する該光導波路部の高さは、2倍以上10倍以下であることができる。
[Claim 3]
In application example 1 or application example 2,
The optical waveguide portion is continuous with the upper surface of the photoelectric conversion portion, and has a shape extending upward from the upper surface,
The height of the optical waveguide portion with respect to the longest difference on the lower surface of the optical waveguide portion may be not less than 2 times and not more than 10 times.

[適用例4]
適用例1ないし適用例3のいずれか一例において、
前記光導波路部の材質は、粒子状物質を含まないことができる。
[Application Example 4]
In any one of Application Examples 1 to 3,
The material of the optical waveguide part may not include particulate matter.

[適用例5]
本発明にかかる固体撮像素子の製造方法の一態様は、
基板を準備する工程と、
前記基板の上方に、光電変換部を形成する工程と、
前記光電変換部を覆うように層間絶縁層を形成する工程と、
前記層間絶縁層に、前記層間絶縁層の上面から前記光電変換部の上面に連続する穴を形成する工程と、
前記穴に、下記一般式(1)で表されるポリアミック酸、および該ポリアミック酸のイミド化重合体から選択される少なくとも一種を充填する工程と、
を含む。
[Application Example 5]
One aspect of the method for producing a solid-state imaging device according to the present invention is as follows.
Preparing a substrate;
Forming a photoelectric conversion portion above the substrate;
Forming an interlayer insulating layer so as to cover the photoelectric conversion part;
Forming a continuous hole in the interlayer insulating layer from the upper surface of the interlayer insulating layer to the upper surface of the photoelectric conversion unit;
Filling the hole with at least one selected from a polyamic acid represented by the following general formula (1) and an imidized polymer of the polyamic acid;
including.

Figure 2011029474
(一般式(1)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基またはシアノ基を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示し、mは1〜100000の整数を示す。)
Figure 2011029474
(In general formula (1), R 1 each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a cyano group, a represents each independently an integer of 0 to 4, and R represents a tetravalent organic group. , N represents an integer of 1 to 4, and m represents an integer of 1 to 100,000.)

このようにすれば、光電変換部への集光性、光導波路部の平坦性、充填性が良好な固体撮像素子を、容易に製造することができる。   In this way, it is possible to easily manufacture a solid-state imaging device having good light condensing property to the photoelectric conversion portion, flatness of the optical waveguide portion, and good filling properties.

[適用例6]
適用例5において、
前記層間絶縁層の上面における前記穴の上部の開口部の差渡しに対する該穴の深さは、2倍以上10倍以下であることができる。
[Application Example 6]
In application example 5,
The depth of the hole with respect to the difference between the openings at the top of the hole on the upper surface of the interlayer insulating layer may be not less than 2 times and not more than 10 times.

[適用例7]
適用例5または適用例6において、
前記穴には、粒子状物質が充填されないことができる。
[Application Example 7]
In Application Example 5 or Application Example 6,
The hole may not be filled with particulate matter.

本発明にかかる固体撮像素子は、光導波路部が、一般式(1)で表されるポリアミック酸および/またはそのイミド化重合体によって形成されている。そのため、このような固体撮像素子は、光電変換部への集光性、光導波路部の平坦性、充填性が良好で、製造が容易である。また、本発明にかかる固体撮像素子の製造方法によれば、光導波路部が、一般式(1)で表されるポリアミック酸および/またはそのイミド化重合体を充填する工程を有する。そのため、光電変換部への集光性、光導波路部の平坦性、充填性が良好な固体撮像素子を、容易に製造することができる。   In the solid-state imaging device according to the present invention, the optical waveguide portion is formed of a polyamic acid represented by the general formula (1) and / or an imidized polymer thereof. Therefore, such a solid-state imaging device is easy to manufacture because it has good light condensing property to the photoelectric conversion part, flatness of the optical waveguide part, and filling property. Moreover, according to the manufacturing method of the solid-state image sensor concerning this invention, an optical waveguide part has a process with which the polyamic acid represented by General formula (1) and / or its imidized polymer are filled. Therefore, it is possible to easily manufacture a solid-state imaging device having good light condensing property to the photoelectric conversion unit, flatness of the optical waveguide unit, and good filling property.

実施形態にかかる固体撮像素子100の要部の断面の模式図。The schematic diagram of the cross section of the principal part of the solid-state image sensor 100 concerning embodiment. 実施形態にかかる固体撮像素子100の要部の断面を拡大した模式図。The schematic diagram which expanded the cross section of the principal part of the solid-state image sensor 100 concerning embodiment. 実施形態にかかる固体撮像素子100の製造工程の模式図。The schematic diagram of the manufacturing process of the solid-state image sensor 100 concerning embodiment. 実施形態にかかる固体撮像素子100の製造工程の模式図。The schematic diagram of the manufacturing process of the solid-state image sensor 100 concerning embodiment. 実施形態にかかる固体撮像素子100の製造工程の模式図。The schematic diagram of the manufacturing process of the solid-state image sensor 100 concerning embodiment. 実施形態にかかる固体撮像素子100の製造工程の模式図。The schematic diagram of the manufacturing process of the solid-state image sensor 100 concerning embodiment.

以下に本発明の好適な実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。また、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Embodiment described below demonstrates an example of this invention. In addition, the present invention is not limited to the following embodiments, and includes various modifications that are implemented within a range that does not change the gist of the present invention.

本発明にかかる固体撮像素子の例としては、電荷結合素子(CCD)や、MOS型の撮像素子を挙げることができる。以下の実施形態では、CCDを含む固体撮像素子100を例示する。   Examples of the solid-state imaging device according to the present invention include a charge coupled device (CCD) and a MOS type imaging device. In the following embodiment, a solid-state imaging device 100 including a CCD is illustrated.

1.固体撮像素子
図1は、実施形態にかかる固体撮像素子100の要部の断面の模式図である。図2は、固体撮像素子100の要部の断面を拡大した模式図である。
1. Solid-State Imaging Device FIG. 1 is a schematic diagram of a cross-section of a main part of a solid-state imaging device 100 according to an embodiment. FIG. 2 is an enlarged schematic view of the cross section of the main part of the solid-state imaging device 100.

本実施形態の固体撮像素子100は、基板10と、光電変換部20と、光導波路部30と、を含む。   The solid-state imaging device 100 according to the present embodiment includes a substrate 10, a photoelectric conversion unit 20, and an optical waveguide unit 30.

1.1.基板
基板10は、固体撮像素子100の基体となる。基板10は、平板状、フィルム状、シート状等の形状を有する。基板10は、複数の基板の積層体であってもよい。基板10は、たとえば、半導体基板や配線基板を含んで構成されてもよい。基板10には、光電変換部20(後述する)、レジスタなどが形成されることができる。また、基板10は、トランジスタ(たとえばTFT)や、制御用のIC、および配線層などを有してもよい。図1には、基板10に光電変換部20が形成されている例が描かれている。
1.1. Substrate The substrate 10 serves as a base of the solid-state image sensor 100. The substrate 10 has a flat shape, a film shape, a sheet shape, or the like. The substrate 10 may be a stacked body of a plurality of substrates. The substrate 10 may be configured including, for example, a semiconductor substrate or a wiring substrate. A photoelectric conversion unit 20 (described later), a register, and the like can be formed on the substrate 10. The substrate 10 may have a transistor (for example, TFT), a control IC, a wiring layer, and the like. FIG. 1 illustrates an example in which the photoelectric conversion unit 20 is formed on the substrate 10.

基板10の材質としては、特に限定されず、金属、ガラス、シリコン、砒化ガリウム等の無機物や、(メタ)アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、脂環式オレフィン樹脂、ポリカーボネートなどの高分子材料などとすることができる。また、第1基板10は、複数の異なる材質の基板が積層されてもよい。たとえば、基板10は、光を反射する反射層等を含んでいてもよい。基板10をシリコン基板やGaAs基板のような半導体基板とすれば、光電変換部20を基板10内に形成することが容易となる。   The material of the substrate 10 is not particularly limited, and may be an inorganic material such as metal, glass, silicon, or gallium arsenide, or a polymer material such as (meth) acrylic resin, polyimide resin, alicyclic olefin resin, or polycarbonate. Can do. The first substrate 10 may be a stack of a plurality of different materials. For example, the substrate 10 may include a reflective layer that reflects light. If the substrate 10 is a semiconductor substrate such as a silicon substrate or a GaAs substrate, the photoelectric conversion unit 20 can be easily formed in the substrate 10.

1.2.光電変換部
光電変換部20は、基板10の上方に形成される。光電変換部20は、基板10の上面に埋め込まれるように形成されてもよい。本実施形態の固体撮像素子100では、基板10の上面側に光電変換部20が形成されている。
1.2. Photoelectric Conversion Unit The photoelectric conversion unit 20 is formed above the substrate 10. The photoelectric conversion unit 20 may be formed so as to be embedded in the upper surface of the substrate 10. In the solid-state imaging device 100 of the present embodiment, the photoelectric conversion unit 20 is formed on the upper surface side of the substrate 10.

光電変換部20の形状は、特に限定されず、平面視において、だ円形、円形、矩形、正方形などとすることができる。平面視における光電変換部20の大きさは、固体撮像素子100の解像度等の設計にしたがって適宜選択されうるが、たとえば、正方形形状とした場合の一辺の長さが100nm以上10μm以下とすることができる。光電変換部100は、基板10に複数形成されることができる。基板10に形成される光電変換部100の数は、固体撮像素子100の解像度等の設計にしたがって適宜選択され、特に限定されない。また、光電変換部20の厚み等も特に限定されない。   The shape of the photoelectric conversion unit 20 is not particularly limited, and may be an oval, a circle, a rectangle, a square, or the like in plan view. The size of the photoelectric conversion unit 20 in plan view can be appropriately selected according to the design such as the resolution of the solid-state imaging device 100. For example, the length of one side in a square shape is 100 nm or more and 10 μm or less. it can. A plurality of photoelectric conversion units 100 can be formed on the substrate 10. The number of photoelectric conversion units 100 formed on the substrate 10 is appropriately selected according to the design such as the resolution of the solid-state imaging device 100 and is not particularly limited. Moreover, the thickness etc. of the photoelectric conversion part 20 are not specifically limited.

光電変換部20は、光を電気信号に変換する部分(光センサー)であり、公知の光電変換素子、たとえばフォトダイオードを適用することができる。光電変換部20は、たとえば、基板10を半導体基板とし、その表面に導電型の異なる領域が形成されたpn接合などによって構成されることができる。また、光電変換部20は、レジスタ等の他の構成を含んで形成されてもよい。   The photoelectric conversion unit 20 is a part (photosensor) that converts light into an electrical signal, and a known photoelectric conversion element, for example, a photodiode can be applied. The photoelectric conversion unit 20 can be configured by, for example, a pn junction in which a substrate 10 is a semiconductor substrate and regions having different conductivity types are formed on the surface thereof. Further, the photoelectric conversion unit 20 may be formed including other components such as a register.

光電変換部20によって検知される電磁波(光)の波長域は、特に限定されないが、たとえば、300nm以上1100nm以下の範囲である。光電変換部20は、典型的には可視光を検知して電気信号に変換することができる。   The wavelength range of the electromagnetic wave (light) detected by the photoelectric conversion unit 20 is not particularly limited, but is, for example, in the range of 300 nm to 1100 nm. The photoelectric conversion unit 20 can typically detect visible light and convert it into an electrical signal.

1.3.光導波路部
1.3.1.光導波路部の形状等
光導波路部30は、光電変換部20の上方に形成される。光導波路部30は、光電変換部20に連続して形成されてもよい。また、光導波路部30は、光電変換部20との間に他の部材(たとえばレンズ等の光学部材)を介して接続されもよい。光導波路部30の機能の一つは、光電変換部20に対して固体撮像素子100に入射する光を集光させることが挙げられる。そのため、光導波路部30は、近接する他の部材よりも屈折率の大きい材料で形成される。これにより、光導波路部30への光の閉じ込めが可能となって、光電変換部20への集光効率をさらに高めることができる。本実施形態の固体撮像素子100の材質の詳細については後述する。
1.3. Optical waveguide section 1.3.1. Shape of Optical Waveguide Part, etc. The optical waveguide part 30 is formed above the photoelectric conversion part 20. The optical waveguide unit 30 may be formed continuously with the photoelectric conversion unit 20. Further, the optical waveguide unit 30 may be connected to the photoelectric conversion unit 20 via another member (for example, an optical member such as a lens). One of the functions of the optical waveguide unit 30 is to collect light incident on the solid-state imaging device 100 with respect to the photoelectric conversion unit 20. For this reason, the optical waveguide portion 30 is formed of a material having a higher refractive index than other adjacent members. As a result, light can be confined in the optical waveguide section 30 and the light collection efficiency on the photoelectric conversion section 20 can be further increased. Details of the material of the solid-state imaging device 100 of the present embodiment will be described later.

光導波路部30は、各光電変換部20に対応して設けられる。光導波路部30の形状は、特に限定されず、たとえば、円柱状、角柱状、円錐台、角錐台等とすることができる。図1の例では、光導波路部30は、光電変換部20の側の大きさのほうが小さい円錐台の形状を有している。さらに、光導波路部30の上面または下面は、凸状または凹状の形状を有していてもよい。このようにすると、光導波路部30に、光学的レンズの機能を付与することができる。この場合の凹凸形状は、入射光の光路を考慮して自由に設計されることができる。   The optical waveguide unit 30 is provided corresponding to each photoelectric conversion unit 20. The shape of the optical waveguide portion 30 is not particularly limited, and can be, for example, a cylindrical shape, a prismatic shape, a truncated cone, a truncated pyramid, or the like. In the example of FIG. 1, the optical waveguide portion 30 has a truncated cone shape that is smaller in size on the photoelectric conversion portion 20 side. Furthermore, the upper surface or the lower surface of the optical waveguide portion 30 may have a convex shape or a concave shape. In this way, the function of an optical lens can be imparted to the optical waveguide portion 30. The uneven shape in this case can be freely designed in consideration of the optical path of incident light.

光導波路部30は、光電変換部20の上面に連続し、該上面から上方に向かって延びる形状を有することがより好ましい。このようにすれば、固体撮像素子100の外部から入射した光を、光電変換部20に対してより集光させやすくなる。また、このようにすれば、光電変換部20を固体撮像素子100内でより密に配置させることができる。すなわち、固体撮像素子100の解像度(光電変換部20の平面的な密度)をより高くすることができる。   It is more preferable that the optical waveguide unit 30 has a shape that is continuous with the upper surface of the photoelectric conversion unit 20 and extends upward from the upper surface. In this way, it becomes easier to collect the light incident from the outside of the solid-state imaging device 100 on the photoelectric conversion unit 20. In this way, the photoelectric conversion units 20 can be more densely arranged in the solid-state imaging device 100. That is, the resolution of the solid-state imaging device 100 (the planar density of the photoelectric conversion unit 20) can be further increased.

光導波路部30を光導波路部30の下面における最長の差渡しに対する光導波路部30の高さは、2倍以上10倍以下であることがさらに好ましい。ここで、最長の差渡しとは、光導波路部30の下面を平面的に見たとき、該下面が円であれば、その半径に相当し、楕円であれば、その長径に相当する。また、最長の差渡しとは、光導波路部30の下面を平面的に見たとき、該下面が矩形であれば、その対角線の一方に相当し、不定形であれば、外周の特定の一点から、対向する一点までの距離のうち、最も大きい距離に相当する。光導波路部30の高さとは、光導波路部30の基板10側の端から、反対側(上方)の端までの距離を指す。光導波路部30をこのような形状とすることにより、たとえば、固体撮像素子100の外部から入射した光を、光電変換部20に対してさらに集光させやすくすることができる。   It is more preferable that the height of the optical waveguide portion 30 with respect to the longest difference between the optical waveguide portion 30 and the lower surface of the optical waveguide portion 30 is not less than 2 times and not more than 10 times. Here, the longest difference corresponds to the radius when the lower surface is a circle when the lower surface of the optical waveguide portion 30 is viewed in a plane, and corresponds to the major axis when the lower surface is an ellipse. Further, the longest difference is that when the lower surface of the optical waveguide portion 30 is viewed in a plane, it corresponds to one of the diagonal lines if the lower surface is rectangular, and a specific point on the outer periphery if it is indefinite. This corresponds to the largest distance among the distances from one point to the opposite point. The height of the optical waveguide unit 30 refers to the distance from the end of the optical waveguide unit 30 on the substrate 10 side to the opposite (upper) end. By making the optical waveguide part 30 into such a shape, for example, light incident from the outside of the solid-state imaging device 100 can be more easily collected on the photoelectric conversion part 20.

光導波路部30は、光電変換部20の上方に配置されるかぎり、単独で配置されてもよいが、たとえば、本実施形態の固体撮像素子100のように、基板10の上方に形成された層間絶縁層40に、穴42を設け、該穴42の内側に光導波路部30を形成することもできる(図2参照)。このようにすれば、たとえば、光導波路部30の製造をより容易化することができる。   The optical waveguide unit 30 may be disposed alone as long as it is disposed above the photoelectric conversion unit 20, but, for example, an interlayer formed above the substrate 10 as in the solid-state imaging device 100 of the present embodiment. A hole 42 may be provided in the insulating layer 40, and the optical waveguide portion 30 may be formed inside the hole 42 (see FIG. 2). In this way, for example, the manufacture of the optical waveguide part 30 can be facilitated.

光導波路部30の屈折率は、その周囲の屈折率よりも十分に高いことが好ましい。層間絶縁層40を形成する場合は、光電変換部20への集光効率を高めるために、層間絶縁層40の材質として、屈折率が1.4から1.5程度のSiOや、屈折率が1.4〜1.5程度であるBPSG(ボロフォスホシリケートガラス)、PSG(フォスホシリケートガラス)、SOG(スピンオンガラス)などのSiO系材料やSiON(酸化窒化シリコン)系材料で形成されることが好ましい。層間絶縁層40を利用して光導波路部30を形成する場合であって、層間絶縁層40が、酸化シリコン(SiO)で形成される場合は、たとえば、熱酸化法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法などによって形成されることができる。 The refractive index of the optical waveguide portion 30 is preferably sufficiently higher than the surrounding refractive index. In the case of forming the interlayer insulating layer 40, in order to increase the light collection efficiency to the photoelectric conversion unit 20, as the material of the interlayer insulating layer 40, SiO 2 having a refractive index of about 1.4 to 1.5 or a refractive index Formed with SiO 2 materials such as BPSG (borophosphosilicate glass), PSG (phosphosilicate glass), SOG (spin-on-glass), and SiON (silicon oxynitride) materials with a thickness of about 1.4 to 1.5 It is preferred that In the case where the optical waveguide portion 30 is formed using the interlayer insulating layer 40 and the interlayer insulating layer 40 is formed of silicon oxide (SiO 2 ), for example, a thermal oxidation method or CVD (Chemical Vapor Deposition) is used. ) Method or the like.

また、本実施形態の固体撮像素子100は、図1に示すように、光導波路部30への集光のために、オンチップレンズ50を有してもよい。オンチップレンズ50は、図示の例では、光導波路部30の上方に設けられているが、下方に設けらてもよい。また、オンチップレンズ50は、複数設けられてもよい。   Further, the solid-state imaging device 100 of the present embodiment may include an on-chip lens 50 for condensing light on the optical waveguide unit 30, as shown in FIG. In the illustrated example, the on-chip lens 50 is provided above the optical waveguide portion 30, but may be provided below. A plurality of on-chip lenses 50 may be provided.

1.3.2.光導波路部の材質等
光導波路部30は、下記一般式(1)で表されるポリアミック酸、および該ポリアミック酸のイミド化重合体から選択される少なくとも一種によって形成される。
1.3.2. Material of Optical Waveguide Portion, etc. The optical waveguide portion 30 is formed of at least one selected from polyamic acid represented by the following general formula (1) and an imidized polymer of the polyamic acid.

Figure 2011029474
(上記一般式(1)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基またはシアノ基を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示し、mは1〜100000の整数を示す。)
Figure 2011029474
(In the general formula (1), each R 1 independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a cyano group, each a independently represents an integer of 0 to 4, and R represents a tetravalent organic group. N represents an integer of 1 to 4, and m represents an integer of 1 to 100,000.)

一般式(1)で示される構造を有するポリアミック酸は、屈折率(25℃、波長400〜700nm)が高く、透明性および耐熱性に優れている。また、該ポリアミック酸のイミド化重合体についても同様に、屈折率(25℃、波長400〜700nm)が高く、透明性および耐熱性に優れている。。   The polyamic acid having the structure represented by the general formula (1) has a high refractive index (25 ° C., wavelength 400 to 700 nm), and is excellent in transparency and heat resistance. Similarly, the imidized polymer of the polyamic acid has a high refractive index (25 ° C., wavelength 400 to 700 nm) and is excellent in transparency and heat resistance. .

一般式(1)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基またはシアノ基を示し、aは基Rの置換数であり、0〜4の整数を示す。aは0(即ち、置換基無し)であるか、またはRがシアノ基であり、aが1であることが好ましい。Rは4価の有機基を示し、具体的には、脂肪族、脂環族または芳香族テトラカルボン酸二無水物から無水物基を除去した残基に相当し、得られる重合体の透明性がより高まる点で、脂環族テトラカルボン酸二無水物または脂肪族テトラカルボン酸二無水物の残基であることが好ましい。また、Rは、高屈折率が得られることから、硫黄原子を含んでいることがさらに好ましい。nは1〜4の整数を示し、2〜4の整数であることが好ましい。mは1〜100000の整数を示し、10〜10000の整数であることが好ましい。 In General Formula (1), R 1 independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a cyano group, a represents the number of substitutions of the group R 1 , and represents an integer of 0 to 4. It is preferred that a is 0 (ie, no substituent) or R 1 is a cyano group and a is 1. R represents a tetravalent organic group, and specifically corresponds to a residue obtained by removing an anhydride group from an aliphatic, alicyclic or aromatic tetracarboxylic dianhydride, and the resulting polymer has transparency. It is preferable that it is a residue of an alicyclic tetracarboxylic dianhydride or an aliphatic tetracarboxylic dianhydride at the point which raises more. R preferably contains a sulfur atom since a high refractive index can be obtained. n shows the integer of 1-4 and it is preferable that it is an integer of 2-4. m represents an integer of 1 to 100,000, and is preferably an integer of 10 to 10,000.

一般式(1)で示される構造を有するポリアミック酸は、たとえば、以下のように製造することができる。一般式(1)で示される構造を有するポリアミック酸は、たとえば、下記一般式(2)で示されるジアミンと、下記一般式(3)で示されるテトラカルボン酸二酸無水物を反応させて得ることができる。   The polyamic acid having the structure represented by the general formula (1) can be produced, for example, as follows. The polyamic acid having the structure represented by the general formula (1) is obtained, for example, by reacting a diamine represented by the following general formula (2) with a tetracarboxylic acid dianhydride represented by the following general formula (3). be able to.

Figure 2011029474
Figure 2011029474

Figure 2011029474
Figure 2011029474

一般式(2)および一般式(3)中、R、R、aおよびnは、前述の一般式(1)で説明した通りであるため、説明を省略する。 In the general formula (2) and the general formula (3), R 1 , R, a, and n are as described in the general formula (1), and thus the description thereof is omitted.

一般式(2)で示されるジアミンの例としては、たとえば、4,4’−(p−フェニレンジスルファニル)ジアニリン、1,3−ビス(4−アミノフェニルスルファニル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノールスルファニル)5−シアノベンゼン、4,4’−チオビス[(p−フェニレンスルファニル)アニリン]、4,4’−ビス(4−アミノフェニルスルファニル)−p−ジチオフェノキシベンゼン等が挙げられ、これらのうち、4,4’−チオビス[(p−フェニレンスルファニル)アニリン]等を用いることがより好ましい。   Examples of the diamine represented by the general formula (2) include 4,4 ′-(p-phenylenedisulfanyl) dianiline, 1,3-bis (4-aminophenylsulfanyl) benzene, 1,3-bis ( 4-aminophenolsulfanyl) 5-cyanobenzene, 4,4′-thiobis [(p-phenylenesulfanyl) aniline], 4,4′-bis (4-aminophenylsulfanyl) -p-dithiophenoxybenzene and the like. Of these, 4,4′-thiobis [(p-phenylenesulfanyl) aniline] and the like are more preferable.

なお、光導波路部30は、上記一般式(1)で示される構造を有するポリアミック酸以外のポリアミック酸を含有していてもよい。即ち、上記一般式(2)で示されるジアミンの他に、硫黄原子を含有しないジアミンを併用してもよい。また、さらに併用可能なジアミンとしては、たとえば、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、1,5−ジアミノナフタレン、3,3−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンズアニリド、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)−10−ヒドロアントラセン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、2,2’,5,5’−テトラクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジクロロ−4,4’−ジアミノ−5,5’−ジメトキシビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、ジアミノテトラフェニルチオフェン等のヘテロ原子を有する芳香族ジアミン;1,1−メタキシリレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、4,4−ジアミノヘプタメチレンジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、テトラヒドロジシクロペンタジエニレンジアミン、ヘキサヒドロ−4,7−メタノインダニレンジメチレンジアミン、トリシクロ[6,2,1,02.7]−ウンデシレンジメチルジアミン等の脂肪族または脂環族ジアミンを挙げることができる。   In addition, the optical waveguide part 30 may contain polyamic acid other than the polyamic acid which has a structure shown by the said General formula (1). That is, in addition to the diamine represented by the general formula (2), a diamine not containing a sulfur atom may be used in combination. Further, examples of diamines that can be used in combination include p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylethane, 4,4′-diaminodiphenyl sulfide, 4, 4'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 1,5-diaminonaphthalene, 3,3-dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 4,4'-diaminobenzanilide, 3,4'- Diaminodiphenyl ether, 3,3′-diaminobenzophenone, 3,4′-diaminobenzophenone, 4,4′-diaminobenzophenone, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-Aminophenoxy) phenyl] hexafluoropropyl Pan, 2,2-bis (4-aminophenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1, 3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, 9,9-bis (4-aminophenyl) -10-hydroanthracene, 9,9-bis (4-amino) Phenyl) fluorene, 4,4′-methylene-bis (2-chloroaniline), 2,2 ′, 5,5′-tetrachloro-4,4′-diaminobiphenyl, 2,2′-dichloro-4,4 '-Diamino-5,5'-dimethoxybiphenyl, 3,3'-dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl, 4,4'-(p-phenylenediisopropylidene) bisaniline , 4,4 ′-(m-phenylenediisopropylidene) bisaniline, aromatic diamine having a heteroatom such as diaminotetraphenylthiophene; 1,1-metaxylylenediamine, 1,3-propanediamine, tetramethylenediamine, Pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, heptamethylenediamine, octamethylenediamine, nonamethylenediamine, 4,4-diaminoheptamethylenediamine, 1,4-diaminocyclohexane, isophoronediamine, tetrahydrodicyclopentadienylenediamine, hexahydro- Mention may be made of aliphatic or alicyclic diamines such as 4,7-methanoindanylene methylenediamine and tricyclo [6,2,1,02.7] -undecylenedimethyldiamine.

一般式(1)のポリアミック酸の製造に用いるジアミン類のうち、一般式(2)で示されるジアミンの割合は、50モル%以上であることが好ましく、80モル%以上であることがより好ましく、十分な屈折率を得るためには100モル%であることが好ましい。   Of the diamines used for producing the polyamic acid of the general formula (1), the proportion of the diamine represented by the general formula (2) is preferably 50 mol% or more, more preferably 80 mol% or more. In order to obtain a sufficient refractive index, the content is preferably 100 mol%.

一般式(3)中、Rはテトラカルボン酸二無水物から無水物基を除去した残基に相当する。このような化合物としては、脂肪族、脂環族または芳香族テトラカルボン酸二無水物が挙げられ、得られる重合体が優れた透明性を有することから、脂肪族および脂環族テトラカルボン酸二無水物が好ましい。   In general formula (3), R corresponds to a residue obtained by removing an anhydride group from tetracarboxylic dianhydride. Such compounds include aliphatic, alicyclic or aromatic tetracarboxylic dianhydrides, and the resulting polymer has excellent transparency, so that aliphatic and alicyclic tetracarboxylic dianhydrides. Anhydrides are preferred.

脂肪族および脂環族テトラカルボン酸二無水物の例としては、たとえば、ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、4,10−ジオキサトリシクロ[6.3.1.02,7]ドデカン−3,5,9,11−テトラオン、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二水和物、3,5,6−トリカルボキシノルボルナン−2−酢酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物、ビシクロ[2,2,2]−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物等の脂肪族および脂環族テトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。これらのうち、ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、4,10−ジオキサトリシクロ[6.3.1.02,7]ドデカン−3,5,9,11−テトラオン、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物および1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオンがより好ましく、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、4,10−ジオキサトリシクロ[6.3.1.02,7]ドデカン−3,5,9,11−テトラオン、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物が特に好ましい。   Examples of aliphatic and alicyclic tetracarboxylic dianhydrides include, for example, butanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4 -Cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, 4,10-dioxatricyclo [6.3.1.02,7] dodecane-3,5,9,11-tetraone, 1,2,4,5-cyclohexane Tetracarboxylic dianhydride, 2,3,5-tricarboxycyclopentylacetic acid dihydrate, 3,5,6-tricarboxynorbornane-2-acetic acid dianhydride, 2,3,4,5-tetrahydrofurantetracarboxylic Acid dianhydride, 1,3,3a, 4,5,9b-hexahydro-5-tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl) -naphtho [1,2-c] -furan-1,3-dione 5- (2,5-dioxotetrahydrofural) -3-methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic dianhydride, bicyclo [2,2,2] -oct-7-ene-2,3 Mention may be made of aliphatic and alicyclic tetracarboxylic dianhydrides such as 5,6-tetracarboxylic dianhydride. Among these, butanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 4,10-dioxatricyclo [6.3.1.02,7] dodecane-3 , 5,9,11-tetraone, 2,3,5-tricarboxycyclopentyl acetic acid dianhydride, 5- (2,5-dioxotetrahydrofural) -3-methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid Dianhydride and 1,3,3a, 4,5,9b-hexahydro-5-tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl) -naphtho [1,2-c] -furan-1,3-dione More preferably, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 4,10-dioxatricyclo [6.3.1.02,7] dodecane-3,5,9,11-tetraone, 1, 2, 4 5-cyclohexane tetracarboxylic acid dianhydride are particularly preferred.

芳香族テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、たとえば、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−テトラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−フランテトラカルボン酸二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルフィド二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルホン二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルプロパン二無水物、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス(フタル酸)二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(フタル酸)フェニルホスフィンオキサイド二無水物、p−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、m−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルエーテル二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルメタン二無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。これらのうちでは、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス(フタル酸)二無水物および3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物がより好ましい。   Specific examples of the aromatic tetracarboxylic dianhydride include, for example, pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4 ′. -Biphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalene tetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-naphthalene tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ', 4,4 '-Biphenyl ether tetracarboxylic dianhydride, 3,3', 4,4'-dimethyldiphenylsilane tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ', 4,4'-tetraphenylsilane tetracarboxylic dianhydride 1,2,3,4-furantetracarboxylic dianhydride, 4,4′-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) diphenyl sulfide dianhydride, 4,4′-bis (3,4-dical) Xylphenoxy) diphenylsulfone dianhydride, 4,4′-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) diphenylpropane dianhydride, 4,4 ′-(hexafluoroisopropylidene) bis (phthalic acid) dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, bis (phthalic acid) phenylphosphine oxide dianhydride, p-phenylene-bis (triphenylphthalic acid) dianhydride, m-phenylene-bis Aromatic tetra such as (triphenylphthalic acid) dianhydride, bis (triphenylphthalic acid) -4,4′-diphenyl ether dianhydride, bis (triphenylphthalic acid) -4,4′-diphenylmethane dianhydride Carboxylic dianhydrides can be mentioned. Among these, pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, 4 4,4 ′-(hexafluoroisopropylidene) bis (phthalic acid) dianhydride and 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride are more preferred.

また、より高い屈折率のポリアミック酸が得られることから、硫黄原子を含むテトラカルボン酸二無水物を用いることも好ましい。硫黄原子含有酸無水物の例としては、たとえば、4,4’−[p−チオビス(フェニレン−スルファニル)]ジフタル酸無水物等が挙げられる。   Moreover, since the polyamic acid of a higher refractive index is obtained, it is also preferable to use the tetracarboxylic dianhydride containing a sulfur atom. Examples of the sulfur atom-containing acid anhydride include 4,4 '-[p-thiobis (phenylene-sulfanyl)] diphthalic acid anhydride.

一般式(2)で示されるジアミンと一般式(3)で示されるテトラカルボン酸二酸無水物の反応は、N−メチル−2−ピロリドン等の非プロトン性有機溶媒中においておこなうことができる。ジアミン化合物と酸二無水物とを攪拌混合することによって、一般式(1)のポリアミック酸を得ることができる。また、たとえば、ジアミン化合物を有機溶媒に溶解し、これに酸二無水物を加えて、攪拌混合してもよく、ジアミン化合物と酸二無水物との混合物を有機溶媒に加えて、攪拌混合してもよい。反応は、通常、100℃以下、好ましくは、80℃以下の温度で、常圧下に行われる。しかし、反応は、必要に応じて、加圧下または減圧下で行ってもよい。反応時間は、用いるジアミン化合物と酸二無水物や、有機溶媒、反応温度等によって異なるが、通常、4〜24時間の範囲である。   The reaction of the diamine represented by the general formula (2) and the tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (3) can be performed in an aprotic organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. A polyamic acid of the general formula (1) can be obtained by stirring and mixing the diamine compound and the acid dianhydride. Further, for example, a diamine compound may be dissolved in an organic solvent, and acid dianhydride may be added thereto and mixed with stirring. A mixture of a diamine compound and acid dianhydride may be added to an organic solvent and mixed with stirring. May be. The reaction is usually performed at a temperature of 100 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower, under normal pressure. However, the reaction may be performed under pressure or under reduced pressure as necessary. The reaction time varies depending on the diamine compound and acid dianhydride used, the organic solvent, the reaction temperature, etc., but is usually in the range of 4 to 24 hours.

光導波路部30は、界面活性剤等の添加物を含んでいてもよい。界面活性剤は、たとえば、固体撮像素子100の製造において、光導波路部30をスピンコートによって、上記材料を塗布して形成する場合に、均一な塗膜を形成するために添加されることができる。   The optical waveguide unit 30 may contain an additive such as a surfactant. For example, in the manufacture of the solid-state imaging device 100, the surfactant can be added to form a uniform coating film when the optical waveguide portion 30 is formed by applying the above-described material by spin coating. .

光導波路部30に配合されてもよい界面活性剤としては、、ポリジメチルシロキサン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤等が挙げられ、ポリジメチルシロキサン系界面活性剤が挙げられる。ポリジメチルシロキサン系の界面活性剤の例としては、たとえば、SH28PA(東レダウコーニング社製、ジメチルポリシロキサンポリオキシアルキレン共重合体)、ペインタッド19、54(東レダウコーニング社製、ジメチルポリシロキサンポリオキシアルキレン共重合体)、FM0411(サイラプレーン、チッソ社製)、SF8428(東レダウコーニング社製、ジメチルポリシロキサンポリオキシアルキレン共重合体(側鎖OH含有))、BYK UV3510(ビックケミー・ジャパン社製、ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体)、DC57(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体)、DC190(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体)、サイラプレーンFM−4411、FM−4421、FM−4425、FM−7711、FM−7721、FM−7725、FM−0411、FM−0421、FM−0425、FM−DA11、FM−DA21、FM−DA26、FM0711、FM0721、FM−0725、TM−0701、TM−0701T(チッソ社製)、UV3500、UV3510、UV3530(ビックケミー・ジャパン社製)、BY16−004、SF8428(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)、VPS−1001(和光純薬製)等が挙げられる。特にサイラプレーンFM−7711、FM−7721、FM−7725、FM−0411、FM−0421、FM−0425、FM0711、FM0721、FM−0725、VPS−1001等を挙げることができる。また、エチレン性不飽和基を有する当該シリコーン化合物の市販品としては、たとえば、Tego Rad2300、2200N、テゴ・ケミー社等を挙げることができる。   Examples of the surfactant that may be blended in the optical waveguide unit 30 include polydimethylsiloxane surfactants, fluorine surfactants, and the like, and polydimethylsiloxane surfactants. Examples of polydimethylsiloxane-based surfactants include, for example, SH28PA (Toray Dow Corning, dimethylpolysiloxane polyoxyalkylene copolymer), Paintad 19, 54 (Toray Dow Corning, dimethylpolysiloxane polyoxy). Alkylene copolymer), FM0411 (silaplane, manufactured by Chisso), SF8428 (manufactured by Toray Dow Corning, dimethylpolysiloxane polyoxyalkylene copolymer (containing side chain OH)), BYK UV3510 (manufactured by BYK Japan, Dimethylpolysiloxane-polyoxyalkylene copolymer), DC57 (manufactured by Toray Dow Corning Silicone, dimethylpolysiloxane-polyoxyalkylene copolymer), DC190 (manufactured by Toray Dow Corning Silicone, Methylpolysiloxane-polyoxyalkylene copolymer), Silaplane FM-4411, FM-4421, FM-4425, FM-7711, FM-7721, FM-7725, FM-0411, FM-0421, FM-0425, FM-DA11, FM-DA21, FM-DA26, FM0711, FM0721, FM-0725, TM-0701, TM-0701T (manufactured by Chisso), UV3500, UV3510, UV3530 (manufactured by Big Chemie Japan), BY16-004, SF8428 (made by Toray Dow Corning Silicone), VPS-1001 (made by Wako Pure Chemical Industries), etc. are mentioned. In particular, Silaplane FM-7711, FM-7721, FM-7725, FM-0411, FM-0421, FM-0425, FM0711, FM0721, FM-0725, VPS-1001, etc. can be mentioned. Moreover, as a commercial item of the said silicone compound which has an ethylenically unsaturated group, Tego Rad2300, 2200N, Tego Chemie, etc. can be mentioned, for example.

フッ素系の界面活性剤の例としては、たとえば、メガファックF−114、F410、F411、F450、F493、F494、F443、F444、F445、F446、F470、F471、F472SF、F474、F475、R30、F477、F478、F479、F480SF、F482、F483、F484、F486、F487、F553、F172D、F178K、F178RM、ESM−1、MCF350SF、BL20、R08、R61、R90(大日本インキ化学工業社製)が挙げられる。   Examples of the fluorosurfactant include, for example, MegaFuck F-114, F410, F411, F450, F493, F494, F443, F444, F445, F446, F470, F471, F472SF, F474, F475, R30, F477. F478, F479, F480SF, F482, F483, F484, F486, F487, F553, F172D, F178K, F178RM, ESM-1, MCF350SF, BL20, R08, R61, R90 (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) .

光導波路部30における界面活性剤の配合量は、固形分全量を100質量%としたときに、通常0〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.5〜3質量%の範囲内である。界面活性剤の配合量が10質量%を超えると、屈折率が低下する場合がある。   The compounding amount of the surfactant in the optical waveguide part 30 is usually 0 to 10% by mass, preferably 0.1 to 5% by mass, more preferably 0.5 to 3% when the total solid content is 100% by mass. It is in the range of mass%. When the compounding amount of the surfactant exceeds 10% by mass, the refractive index may decrease.

本実施形態の固体撮像素子100は、光導波路部30は、上述の化合物によって形成されている。そのため、光導波路部30の屈折率が十分に高い(波長633nmにおける屈折率が、最高で1.76である。)。   In the solid-state imaging device 100 of the present embodiment, the optical waveguide unit 30 is formed of the above-described compound. Therefore, the refractive index of the optical waveguide part 30 is sufficiently high (the refractive index at a wavelength of 633 nm is 1.76 at the maximum).

光導波路部30は、粒子状物質の含有量が10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、粒子状物質を含有しないことが特に好ましい。粒子状物質としては、たとえば、金属酸化物粒子等の不溶、不融の物質のことを指す。光導波路部30に、このような粒子状物質が含有されないことにより、光導波路部30に欠陥等を生じにくくすることができる。この場合の欠陥とは、たとえば、ボイド等の構造上の不均一性や、屈折率等の特性値の、光導波路部30内での分布のことをいう。   The optical waveguide portion 30 preferably has a particulate matter content of 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably no particulate matter. The particulate material refers to, for example, an insoluble or infusible material such as metal oxide particles. By not containing such a particulate material in the optical waveguide portion 30, it is possible to make it difficult for defects or the like to occur in the optical waveguide portion 30. The defect in this case refers to, for example, the structural nonuniformity such as voids and the distribution of the characteristic value such as the refractive index in the optical waveguide portion 30.

1.4.その他の構成
本実施形態の固体撮像素子100は、さらに各種の他の部材を含むことができる。たとえば、固体撮像素子100は、層内レンズ、転送電極、遮光膜、カラーフィルター、平坦化層、反射防止膜等を含んでもよい。
1.4. Other Configurations The solid-state imaging device 100 according to the present embodiment can further include various other members. For example, the solid-state imaging device 100 may include an in-layer lens, a transfer electrode, a light shielding film, a color filter, a planarization layer, an antireflection film, and the like.

1.5.作用効果等
本実施形態にかかる固体撮像素子100は、光導波路部30が、一般式(1)で表されるポリアミック酸および/またはそのイミド化重合体によって形成されている。そのため、固体撮像素子100は、光電変換部20への集光性に優れている。さらに、本実施形態にかかる固体撮像素子100は、光導波路部30に粒子状物質を含まない場合は、光導波路部30の平坦性、充填性、均一性が良好で、製造が容易である。
1.5. Operational Effect In the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment, the optical waveguide portion 30 is formed of the polyamic acid represented by the general formula (1) and / or its imidized polymer. Therefore, the solid-state imaging device 100 is excellent in the light condensing property to the photoelectric conversion unit 20. Furthermore, when the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment does not include a particulate substance in the optical waveguide portion 30, the flatness, filling property, and uniformity of the optical waveguide portion 30 are good and easy to manufacture.

2.固体撮像素子の製造方法
図3ないし図6は、本実施形態の固体撮像素子100の製造工程の模式図である。
2. Manufacturing Method of Solid-State Image Sensor FIG. 3 to FIG. 6 are schematic diagrams of the manufacturing process of the solid-state image sensor 100 of this embodiment.

本発明にかかる固体撮像素子の製造方法は、基板を準備する工程と、光電変換部を形成する工程と、層間絶縁層を形成する工程と、前記層間絶縁層に穴を形成する工程と、前記穴に、下記一般式(1)で表されるポリアミック酸、および該ポリアミック酸のイミド化重合体から選択される少なくとも一種を充填する工程と、を含む。   The method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step of preparing a substrate, a step of forming a photoelectric conversion unit, a step of forming an interlayer insulating layer, a step of forming a hole in the interlayer insulating layer, Filling the hole with at least one selected from a polyamic acid represented by the following general formula (1) and an imidized polymer of the polyamic acid.

Figure 2011029474
(一般式(1)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基またはシアノ基を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示し、mは1〜100000の整数を示す。)
Figure 2011029474
(In general formula (1), R 1 each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a cyano group, a represents each independently an integer of 0 to 4, and R represents a tetravalent organic group. , N represents an integer of 1 to 4, and m represents an integer of 1 to 100,000.)

以下、各工程を詳述するが、上述の固体撮像素子100の説明において、述べた部材については、同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。   Hereinafter, although each process is explained in full detail, in description of the above-mentioned solid-state image sensor 100, about the member described, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

はじめに図3に示すように、基板10を準備し、基板10の上方(上面)に光電変換部20を形成する。光電変換部20は、公知の方法で形成でき、たとえば基板10に不純物をドーピングすることによって形成することができる。また、光電変換部20の形成と同時または前後して、必要に応じて電荷転送部などを形成することができる。また、光電変換部20の形成後に、必要に応じて、転送電極、反射防止膜、遮光膜を形成してもよい。また、層間絶縁層40以外の絶縁膜を形成してもよい。   First, as shown in FIG. 3, the substrate 10 is prepared, and the photoelectric conversion unit 20 is formed above (upper surface) of the substrate 10. The photoelectric conversion unit 20 can be formed by a known method, for example, by doping the substrate 10 with impurities. Moreover, a charge transfer part etc. can be formed as needed simultaneously with or before or after the formation of the photoelectric conversion part 20. Further, after the photoelectric conversion unit 20 is formed, a transfer electrode, an antireflection film, and a light shielding film may be formed as necessary. Further, an insulating film other than the interlayer insulating layer 40 may be formed.

次いで、図3に示すように、光電変換部20を覆うように、層間絶縁層40aを形成する。層間絶縁層40aは、光電変換部20および基板10を覆って形成されてもよい。図示の例では、層間絶縁層40aは、光電変換部20および基板10を覆って形成されている。層間絶縁層40は、たとえば、スピンコート法、CVD法等によって形成されることができる。   Next, as illustrated in FIG. 3, an interlayer insulating layer 40 a is formed so as to cover the photoelectric conversion unit 20. The interlayer insulating layer 40 a may be formed to cover the photoelectric conversion unit 20 and the substrate 10. In the illustrated example, the interlayer insulating layer 40 a is formed to cover the photoelectric conversion unit 20 and the substrate 10. The interlayer insulating layer 40 can be formed by, for example, a spin coating method, a CVD method, or the like.

次に、図4に示すように、層間絶縁層40aに、層間絶縁層40aの上面から光電変換部20の上面に連続する穴42を形成する。この工程によって同時に層間絶縁層40が形成される。穴42は、光導波路部30の外形に対応する形状を有する。穴42は、光電変換部20の上方に形成される。本実施形態では、穴42は、光電変換部20に達するように、層間絶縁層40を貫通して形成されているが、光電変換部20に達しない程度に、層間絶縁層40に形成された凹部となっていてもよい。穴42は、適宜なマスクおよびエッチャントを用いて、フォトリソグラフィー等により形成されることができる。また、穴42は、公知の方法、たとえば異方性ドライエッチング、反応性ドライエッチングなどによっても形成することができる。   Next, as illustrated in FIG. 4, a hole 42 is formed in the interlayer insulating layer 40 a so as to continue from the upper surface of the interlayer insulating layer 40 a to the upper surface of the photoelectric conversion unit 20. By this step, the interlayer insulating layer 40 is formed at the same time. The hole 42 has a shape corresponding to the outer shape of the optical waveguide portion 30. The hole 42 is formed above the photoelectric conversion unit 20. In this embodiment, the hole 42 is formed through the interlayer insulating layer 40 so as to reach the photoelectric conversion unit 20, but is formed in the interlayer insulating layer 40 so as not to reach the photoelectric conversion unit 20. It may be a recess. The hole 42 can be formed by photolithography or the like using an appropriate mask and etchant. The hole 42 can also be formed by a known method such as anisotropic dry etching or reactive dry etching.

次いで、図5に示すように、穴42に、一般式(1)で表されるポリアミック酸、および該ポリアミック酸のイミド化重合体から選択される少なくとも一種を充填して、光導波路部30aを形成する。この工程は、具体的には、ディスペンサなどの注液ノズルを用いた塗布、インクジェット法などの噴射塗布、スピンコーティングなど回転による塗布、印刷などスキージングによる塗布、または転写などの方法を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 5, the hole 42 is filled with at least one selected from the polyamic acid represented by the general formula (1) and an imidized polymer of the polyamic acid, and the optical waveguide portion 30a is formed. Form. Specifically, in this step, a method such as application using a liquid injection nozzle such as a dispenser, spray application such as an ink jet method, application by rotation such as spin coating, application by squeezing such as printing, or transfer may be used. it can.

この工程では、スピンコートの際の原料液体の粘度を調整するために、一般式(1)で表される化合物は、適当な有機溶剤に溶解されて塗布されてもよい。このときの有機溶媒としては、たとえば、非プロトン系有機溶剤を挙げることができる。非プロトン系有機溶剤としては、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、シクロヘキサノン、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)等が好ましい。これら以外にもN,N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメトキシアセトアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルカプロラクタム、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、1,2−ビス(2−メトキシエトキシ)エタン、ビス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕エーテル、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、ピロリン、ピコリン、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルアミド、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGMME)、γ−ブチロラクトン(GBL)、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、m−クレゾール酸、p−クロロフェノール、アニソール、ベンゼン、トルエン、キシレン等を挙げることができる。これらの有機溶剤は単独で、または2種類以上の混合物として用いられることができる。   In this step, in order to adjust the viscosity of the raw material liquid during spin coating, the compound represented by the general formula (1) may be dissolved and applied in an appropriate organic solvent. Examples of the organic solvent at this time include an aprotic organic solvent. As the aprotic organic solvent, for example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), cyclohexanone, N, N-dimethylacetamide (DMAc) and the like are preferable. Besides these, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylacetamide, N, N-dimethoxyacetamide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-methylcaprolactam, 1,2-dimethoxyethane, 1 , 2-dimethoxyethane, bis (2-methoxyethyl) ether, 1,2-bis (2-methoxyethoxy) ethane, bis [2- (2-methoxyethoxy) ethyl] ether, tetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, pyrroline, picoline, dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfone, tetramethyl urea, hexamethyl phosphoramide, propylene glycol monomethyl ether (PGMME), γ-butyrolactone (GBL), phenol, o-cresol, m-cresol P-cresol, - cresylic acid, p- chlorophenol, mention may be made of anisole, benzene, toluene, and xylene. These organic solvents can be used alone or as a mixture of two or more.

本工程で一般式(1)で表される化合物に添加される有機溶剤の量としては、一般式(1)で表される化合物100重量部に対して、通常100〜9900重量部、好ましくは300〜1900重量部、より好ましくは400〜1900重量部の範囲内である。有機溶剤の配合量が100重量部未満では、スピンコート塗布ができなくなる場合があり、9900重量部を超えると、必要膜厚が発現できない場合がある。尚、有機溶剤の配合量には、一般式(1)で表される化合物の製造に由来する溶剤を含む。上述の有機溶剤を使用した場合、必要に応じて塗液を塗布したのち、溶媒を除去する工程を含むことができる。   The amount of the organic solvent added to the compound represented by the general formula (1) in this step is usually 100 to 9900 parts by weight, preferably 100 parts by weight of the compound represented by the general formula (1). It is 300-1900 weight part, More preferably, it exists in the range of 400-1900 weight part. If the blending amount of the organic solvent is less than 100 parts by weight, spin coating may not be possible, and if it exceeds 9900 parts by weight, the required film thickness may not be expressed. In addition, the solvent derived from manufacture of the compound represented by General formula (1) is included in the compounding quantity of an organic solvent. When the above-mentioned organic solvent is used, it may include a step of removing the solvent after applying the coating liquid as necessary.

さらに、この工程では、塗液に、加熱によって一般式(1)で表される化合物を硬化させるためのイミド化触媒を添加することもできる。イミド化触媒としては、たとえば、無水酢酸−ピリジン混合溶液等が挙げられる。また、無水酢酸−トリエチルアミン混合溶液や、無水トリフルオロ酢酸、ジシクロヘキシルカルボジイミドも使用できる。また、イミド化触媒として、光の照射によって酸または塩基を発生させる化合物である光酸発生剤または光塩基発生剤を用いることにより、光導波路部30をパターニング可能な材質とすることができる。光塩基発生剤としては、たとえば、カルバマート型光塩基発生剤等が挙げられる。イミド化触媒の配合量は、光導波路部30を100質量%としたときに、0〜20質量%、好ましくは1〜10質量%、より好ましくは1〜5質量%の範囲内である。上述のイミド化触媒を使用した場合、必要に応じて、硬化処理を行う工程を付加することができる。硬化処理は、たとえば、光硬化、熱硬化とすることができる。   Furthermore, at this process, the imidation catalyst for hardening the compound represented by General formula (1) by heating can also be added to a coating liquid. As an imidation catalyst, an acetic anhydride-pyridine mixed solution etc. are mentioned, for example. Moreover, an acetic anhydride-triethylamine mixed solution, trifluoroacetic anhydride, and dicyclohexylcarbodiimide can also be used. Moreover, the optical waveguide part 30 can be made into the material which can be patterned by using the photo-acid generator or photobase generator which is a compound which generate | occur | produces an acid or a base by irradiation of light as an imidation catalyst. Examples of the photobase generator include carbamate type photobase generators. The amount of the imidization catalyst is in the range of 0 to 20% by mass, preferably 1 to 10% by mass, more preferably 1 to 5% by mass, when the optical waveguide portion 30 is 100% by mass. When the above-mentioned imidation catalyst is used, a step of performing a curing treatment can be added as necessary. The curing process can be, for example, photocuring or heat curing.

さらに、この工程では、熱硬化性化合物および光硬化性化合物を添加することができる。これらの化合物を配合することにより、得られる光導波路部30の硬度を高めることができる。熱硬化性化合物としては、たとえば、メラミン化合物、アルコキシシラン等が挙げられる。光硬化性化合物としては、たとえば、(メタ)アクリロイル基を有する化合物、ビニル基を有する化合物等が挙げられる。   Further, in this step, a thermosetting compound and a photocurable compound can be added. By blending these compounds, the hardness of the obtained optical waveguide portion 30 can be increased. Examples of the thermosetting compound include melamine compounds and alkoxysilanes. Examples of the photocurable compound include a compound having a (meth) acryloyl group, a compound having a vinyl group, and the like.

本工程においては、一般式(1)で表される化合物には、粒子状物質が添加されないことが好ましい。このようにすれば、ディスペンサなどの注液ノズルを用いた塗布、インクジェット法などの噴射塗布、スピンコーティングなど回転による塗布、印刷などスキージングによる塗布、または転写などによって、穴42を隙間なく埋めることがさらに容易となる。このようにすれば、特に、穴42の開口の差渡しに対する該穴42の深さが、2倍以上10倍以下である場合において、穴42を隙間なく埋めることを容易に行うことができる。   In this step, it is preferable that no particulate matter is added to the compound represented by the general formula (1). In this case, the hole 42 is filled without gaps by coating using a liquid injection nozzle such as a dispenser, spray coating such as an ink jet method, coating by rotation such as spin coating, coating by squeezing such as printing, or transfer. Is even easier. In this way, in particular, when the depth of the hole 42 with respect to the difference in opening of the hole 42 is 2 times or more and 10 times or less, the hole 42 can be easily filled without a gap.

その後、必要に応じ、図6に示すように、層間絶縁層40の上に形成された光導波路部30aを除去する工程を行うことができる。この工程は、ドライエッチング、ウエットエッチングなどによって行うことができる。この工程を行う場合において、一般式(1)で表される化合物に、粒子状物質が添加されていない場合は、ドライエッチング、ウエットエッチング等のエッチングレートを十分に大きくすることができる。   Thereafter, as shown in FIG. 6, a step of removing the optical waveguide portion 30a formed on the interlayer insulating layer 40 can be performed as necessary. This step can be performed by dry etching, wet etching, or the like. In the case where this step is performed, when no particulate matter is added to the compound represented by the general formula (1), the etching rate of dry etching, wet etching, or the like can be sufficiently increased.

次いで、たとえば、別途準備したマイクロレンズアレイを層間絶縁層40の上方に設けることによって、図1に示す本実施形態の固体撮像素子100を得ることができる。   Next, for example, by providing a separately prepared microlens array above the interlayer insulating layer 40, the solid-state imaging device 100 of this embodiment shown in FIG. 1 can be obtained.

本実施形態の固体撮像素子の製造方法によれば、光電変換部への集光性、光導波路部の平坦性、充填性が良好な固体撮像素子を、容易に製造することができる。   According to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present embodiment, it is possible to easily manufacture a solid-state imaging device that has good condensing property to the photoelectric conversion unit, flatness of the optical waveguide unit, and filling property.

3.実施例および比較例
以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
3. Examples and Comparative Examples Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, these examples do not limit the scope of the present invention.

実施例および比較例では、一般式(1)で表される化合物の穴への埋め込み性を評価した。すなわち、下記の基材に対して、各例の組成物を塗布し、乾燥後の各種形状を評価した。   In Examples and Comparative Examples, the embedding property of the compound represented by the general formula (1) into the hole was evaluated. That is, the composition of each example was apply | coated with respect to the following base material, and the various shapes after drying were evaluated.

3.1.基材
基板10として、シリコン基板を用いた。このシリコン基板の上面に、3μmの厚みのSiO膜をスピンコート法によって形成し焼成した。そしてSiO膜をエッチングして、開口径0.8μm、深さ3μmの穴(シリコン基板まで達する貫通孔)を形成した。
3.1. As the substrate 10, a silicon substrate was used. A SiO 2 film having a thickness of 3 μm was formed on the upper surface of the silicon substrate by spin coating and baked. Then, the SiO 2 film was etched to form a hole (through hole reaching the silicon substrate) having an opening diameter of 0.8 μm and a depth of 3 μm.

3.2.組成物
表1に示す、各実施例および比較例の組成物を調製した。
3.2. Compositions Compositions of Examples and Comparative Examples shown in Table 1 were prepared.

Figure 2011029474
Figure 2011029474

表1中、P−1は、酸二無水物として、BT−100(新日本理化株式会社製1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物)、ジアミンとして、3SDA(4,4’−チオビス[(p−フェニレンスルファニル)アニリン])を用いて合成した化合物を示す。   In Table 1, P-1 is BT-100 (1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride manufactured by Shin Nippon Chemical Co., Ltd.) as an acid dianhydride, and 3SDA (4,4) as a diamine. A compound synthesized using '-thiobis [(p-phenylenesulfanyl) aniline]) is shown.

P−1は、以下のような化合物である。窒素導入管を備えた反応容器に、3SDA(11.88g、27.46mmol)にジメチルアセトアミド(30g)(以下、DMAcという)を加え、室温で攪拌し完全に溶解させた。次に、BT−100(5.45g、27.50mmol)とDMAc(10g)を添加し、40℃で4時間攪拌した。次いで、DMAc(110g)を添加した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.81g)とピリジン(2.18g)とを加え、110℃で5時間攪拌し、P−1のDMAc溶液を得た。減圧蒸留法にて所定量のDMAcを除去し、固形分濃度20%の溶液とした後、所定量のγ−ブチロラクトン(以下、GBLという)を加え、固形分濃度10%の溶液とした。この操作を2回繰り返した後、再度減圧蒸留法にて固形分濃度25%に調整し、P−1のGBL溶液を得た。P−1のイミド化率は50%であった。   P-1 is the following compound. In a reaction vessel equipped with a nitrogen introduction tube, dimethylacetamide (30 g) (hereinafter referred to as DMAc) was added to 3SDA (11.88 g, 27.46 mmol), and the mixture was stirred at room temperature for complete dissolution. Next, BT-100 (5.45 g, 27.50 mmol) and DMAc (10 g) were added, and the mixture was stirred at 40 ° C. for 4 hours. Next, after adding DMAc (110 g), acetic anhydride (2.81 g) and pyridine (2.18 g) were added as imidation catalysts, and the mixture was stirred at 110 ° C. for 5 hours to obtain a DMAc solution of P-1. . A predetermined amount of DMAc was removed by a vacuum distillation method to obtain a solution having a solid content concentration of 20%, and then a predetermined amount of γ-butyrolactone (hereinafter referred to as GBL) was added to obtain a solution having a solid content concentration of 10%. After this operation was repeated twice, the solid content concentration was again adjusted to 25% by a vacuum distillation method to obtain a P-1 GBL solution. The imidation ratio of P-1 was 50%.

表1中、P−2は、ジアミンとして、3SDAの代わりに、SDA(4,4’−チオジアニリンを用いて合成した化合物を示す。P−2については、SDA(9.04g、41.84mmol)、BT−100(8.29g、41.84mmol)を用いた以外は、P−1と同様にしてP−2のGBL溶液を得た。P−2のイミド化率は50%であった。   In Table 1, P-2 indicates a compound synthesized by using SDA (4,4′-thiodianiline instead of 3SDA as a diamine. For P-2, SDA (9.04 g, 41.84 mmol) is used. A PBL GBL solution was obtained in the same manner as P-1, except that BT-100 (8.29 g, 41.84 mmol) was used, and the imidization ratio of P-2 was 50%.

実験例1および2は、粒子状物質を含有せず、実験例3および4は、粒子状物質として酸化ケイ素被覆−酸化スズ含有ルチル型酸化チタン(粒子径5〜15nm)(表中、酸化チタン系粒子と記載)を含有している。また、界面活性剤としては、実験例1および2は、メガファックF−553(大日本インキ化学工業社製)を含有し、実験例3および4は、ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体(DC−190、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)を含有している。   Experimental Examples 1 and 2 do not contain a particulate material, and Experimental Examples 3 and 4 include a silicon oxide-coated tin oxide-containing rutile titanium oxide (particle diameter of 5 to 15 nm) (particularly titanium oxide in the table). System particles). In addition, as surfactants, Experimental Examples 1 and 2 contain Megafac F-553 (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), and Experimental Examples 3 and 4 are dimethylpolysiloxane-polyoxyalkylene copolymers. (DC-190, manufactured by Toray Dow Corning Silicone).

また、各実施例および各比較例の組成物は、表1に示すように、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGMME)およびγ−ブチロラクトン(GBL)の混合溶媒を含有する。   Moreover, as shown in Table 1, the composition of each Example and each Comparative Example contains a mixed solvent of propylene glycol monomethyl ether (PGMME) and γ-butyrolactone (GBL).

各実施例および各比較例の組成物は、これらの化合物を表1に示す配合で混合したものである。   The composition of each example and each comparative example is a mixture of these compounds in the formulation shown in Table 1.

3.3.評価試料
各実施例および各比較例の組成物を、穴以外の部分の膜厚が0.6μmとなる条件で、それぞれ、準備した基体にスピンコート法によって塗布し、これを乾燥させて評価試料とした。
3.3. Evaluation Sample The composition of each Example and each Comparative Example was applied to the prepared substrate by a spin coat method under the condition that the film thickness of the portion other than the hole was 0.6 μm, and dried to evaluate the sample. It was.

3.4.埋め込み性の評価
各実施例および各比較例の評価試料の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した。基体の穴を形成していない領域の塗膜の高さ(t1)と、穴の領域における基体表面からの高さ(t2)を測定した。t1>0.6μm、かつ、(t2/t1)>0.8である場合を○とし、この関係のいずれも満たさない場合を×として、表1に結果を記載した。
3.4. Evaluation of embedding property The cross section of the evaluation sample of each Example and each Comparative Example was observed with a scanning electron microscope (SEM). The height (t1) of the coating film in the region where no hole was formed in the substrate and the height (t2) from the substrate surface in the region of the hole were measured. The results are shown in Table 1 with ◯ when t1> 0.6 μm and (t2 / t1)> 0.8, and x when none of these relationships are satisfied.

3.5.エッチング加工性の評価
各実施例および各比較例の評価試料をドライエッチングして、エッチング速度を求めた。ドライエッチングの条件は、Oプラズマで60秒、CFプラズマで8秒であった。求めたエッチング速度が200(nm/分)以上であった場合を○とし、100(nm/分)未満であった場合を×とし表1に記載した。
3.5. Evaluation of etching processability The evaluation samples of each Example and each Comparative Example were dry-etched to obtain an etching rate. The dry etching conditions were O 2 plasma for 60 seconds and CF 3 plasma for 8 seconds. Table 1 shows the case where the obtained etching rate was 200 (nm / min) or more, and the case where it was less than 100 (nm / min) as x.

3.6.評価結果
実施例1および実施例2では、埋め込み性およびエッチング性ともに良好な結果となった。比較例1および比較例2では、埋め込み性が不良であり、エッチング性は許容範囲であった。なお、各実施例および各比較例においてボイド等は認められなかった。
3.6. Evaluation Results In Examples 1 and 2, both the embedding property and the etching property were good. In Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the embedding property was poor and the etching property was in an allowable range. In each example and each comparative example, no voids were observed.

以上の実施例から、本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、光電変換部への集光性、光導波路部の平坦性、充填性が良好な固体撮像素子を、容易に製造することができることがわかった。   From the above embodiments, according to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, it is possible to easily manufacture a solid-state imaging device with good condensing property to a photoelectric conversion unit, flatness of an optical waveguide unit, and good filling properties. I found out that

本発明の固体撮像素子は、たとえば、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話、スキャナ、デジタル複写機、ファクシミリといった様々な用途に適用できる。また、本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、光導波路部の平坦性、充填性が良好な固体撮像素子を、容易に製造することができる。   The solid-state imaging device of the present invention can be applied to various uses such as a digital camera, a video camera, a camera-equipped mobile phone, a scanner, a digital copying machine, and a facsimile. In addition, according to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a solid-state imaging device with excellent flatness and fillability of the optical waveguide portion can be easily manufactured.

10…基板、20…光電変換部、30,30a…光導波路部、40,40a…層間絶縁層、42…穴、50…オンチップレンズ、100…固体撮像素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Board | substrate, 20 ... Photoelectric conversion part, 30, 30a ... Optical waveguide part, 40, 40a ... Interlayer insulation layer, 42 ... Hole, 50 ... On-chip lens, 100 ... Solid-state image sensor

Claims (8)

基板と、
前記基板の上方に形成された光電変換部と、
前記光電変換部の上方に形成された光導波路部と、
を含み、
前記光導波路部は、下記一般式(1)で表されるポリアミック酸、および該ポリアミック酸のイミド化重合体から選択される少なくとも一種を90質量%以上含有する、固体撮像素子。
Figure 2011029474
(一般式(1)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基またはシアノ基を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示し、mは1〜100000の整数を示す。)
A substrate,
A photoelectric conversion unit formed above the substrate;
An optical waveguide part formed above the photoelectric conversion part;
Including
The said optical waveguide part is a solid-state image sensor containing 90 mass% or more of at least 1 type selected from the polyamic acid represented by following General formula (1), and the imidation polymer of this polyamic acid.
Figure 2011029474
(In general formula (1), R 1 each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a cyano group, a represents each independently an integer of 0 to 4, and R represents a tetravalent organic group. , N represents an integer of 1 to 4, and m represents an integer of 1 to 100,000.)
請求項1において、
前記光導波路部の材質は、さらに、界面活性剤を含む、固体撮像素子。
In claim 1,
The material of the said optical waveguide part is a solid-state image sensor further containing surfactant.
請求項1または請求項2において、
前記光導波路部は、前記光電変換部の上面に連続し、該上面から上方に向かって延びる形状を有し、
前記光導波路部の下面における最長の差渡しに対する該光導波路部の高さは、2倍以上10倍以下である、固体撮像素子。
In claim 1 or claim 2,
The optical waveguide portion is continuous with the upper surface of the photoelectric conversion portion, and has a shape extending upward from the upper surface,
The solid-state imaging device, wherein the height of the optical waveguide portion with respect to the longest difference on the lower surface of the optical waveguide portion is not less than 2 times and not more than 10 times.
請求項1ないし請求項3のいずれか一項において、
前記光導波路部の材質は、粒子状物質の含有量が10質量%以下である、固体撮像素子。
In any one of Claims 1 to 3,
The material of the optical waveguide part is a solid-state imaging device in which the content of particulate matter is 10% by mass or less.
基板を準備する工程と、
前記基板の上方に、光電変換部を形成する工程と、
前記光電変換部を覆うように層間絶縁層を形成する工程と、
前記層間絶縁層に、前記層間絶縁層の上面から前記光電変換部の上面に連続する穴を形成する工程と、
前記穴に、下記一般式(1)で表されるポリアミック酸、および該ポリアミック酸のイミド化重合体から選択される少なくとも一種を充填する工程と、
を含む、固体撮像素子の製造方法。
Figure 2011029474
(一般式(1)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基またはシアノ基を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示し、mは1〜100000の整数を示す。)
Preparing a substrate;
Forming a photoelectric conversion portion above the substrate;
Forming an interlayer insulating layer so as to cover the photoelectric conversion part;
Forming a continuous hole in the interlayer insulating layer from the upper surface of the interlayer insulating layer to the upper surface of the photoelectric conversion unit;
Filling the hole with at least one selected from a polyamic acid represented by the following general formula (1) and an imidized polymer of the polyamic acid;
The manufacturing method of a solid-state image sensor containing this.
Figure 2011029474
(In general formula (1), R 1 each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a cyano group, a represents each independently an integer of 0 to 4, and R represents a tetravalent organic group. , N represents an integer of 1 to 4, and m represents an integer of 1 to 100,000.)
請求項5において、
前記層間絶縁層の上面における前記穴の開口の差渡しに対する該穴の深さは、2倍以上10倍以下である、固体撮像素子の製造方法。
In claim 5,
The method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the depth of the hole with respect to the difference in opening of the hole on the upper surface of the interlayer insulating layer is not less than 2 times and not more than 10 times.
請求項5または請求項6において、
前記穴には、粒子状物質が充填されない、固体撮像素子の製造方法。
In claim 5 or claim 6,
A method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the hole is not filled with a particulate matter.
下記一般式(1)で表されるポリアミック酸、および該ポリアミック酸のイミド化重合体から選択される少なくとも一種を90質量%以上含有する、固体撮像素子の導波路形成用組成物。
Figure 2011029474
(一般式(1)中、Rはそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基またはシアノ基を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示し、mは1〜100000の整数を示す。)
A composition for forming a waveguide of a solid-state imaging device, containing 90% by mass or more of at least one selected from a polyamic acid represented by the following general formula (1) and an imidized polymer of the polyamic acid.
Figure 2011029474
(In general formula (1), R 1 each independently represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a cyano group, a represents each independently an integer of 0 to 4, and R represents a tetravalent organic group. , N represents an integer of 1 to 4, and m represents an integer of 1 to 100,000.)
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