JP2016219703A - Solid-state imaging element and method for manufacturing solid-state imaging element - Google Patents

Solid-state imaging element and method for manufacturing solid-state imaging element Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing solid-state imaging element, in which a resist in forming a pattern of a color filter by a dry etching method does not penetrate into a color material, a resist can be removed without damaging a color filter, and a high-density color filter that can cope with higher definition and thinner thickness can be formed, and thereby a highly sensitive solid-state imaging element can be formed.SOLUTION: In a solid-state imaging element including a semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes are formed and a color filter formed to correspond to each of the photodiodes, a pattern of a green color filter is formed using a color material formed in a two-layer structure including one layer of a first green color material that does not contain a photosensitive component and the other layer of a second green color material laminated on the one layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は固体撮像素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.

ビデオカメラやデジタルカメラは、高画素化が進んでいる。そのため、ビデオカメラやデジタルカメラに組み込まれる固体撮像素子も高画素となり、その画素サイズは、1μm以下まで微細化が進むものと予想されている。画素サイズの微細化が進めば、画素面積の低下に応じて画素に入射する光の量が減り、フォトダイオードの感度が低くなる。加えて、配線の線幅が小さくなり誘電層が薄くなると、画素へのノイズの影響も受けやすくなる。これらの問題を解消するために、固体撮像素子となる半導体基板に形成されたフォトダイオードに対応して形成されたカラーフィルタの上方にマイクロレンズを配置し、入射光を集光することにより光感度を高めている。   Video cameras and digital cameras are increasing in pixel count. Therefore, a solid-state image sensor incorporated in a video camera or a digital camera also has high pixels, and the pixel size is expected to be reduced to 1 μm or less. As the pixel size is further miniaturized, the amount of light incident on the pixel is reduced as the pixel area is reduced, and the sensitivity of the photodiode is lowered. In addition, when the line width of the wiring is reduced and the dielectric layer is thinned, the pixel is easily affected by noise. In order to solve these problems, a microlens is placed above the color filter formed corresponding to the photodiode formed on the semiconductor substrate that will be a solid-state image sensor, and the light sensitivity is collected by collecting the incident light. Is increasing.

しかし、マイクロレンズを配置したとしても、マイクロレンズと受光素子としてのCMOSやCCDからなるフォトダイオードとの距離が大きいと、入射光を効率よく集光できない。例えば、画素サイズが1.5μm、マイクロレンズからフォトダイオードまでの距離が5μmであれば、カメラレンズから入射する光が20°の角度を持っていたとしても、マイクロレンズからフォトダイオードには10°程度の角度の範囲の光しか取り込むことができず、集光効率が悪くなって固体撮像素子の感度の低下につながるため、カラーフィルタ層の薄膜化が求められている。   However, even if a microlens is disposed, incident light cannot be efficiently collected if the distance between the microlens and a photodiode made of CMOS or CCD as a light receiving element is large. For example, if the pixel size is 1.5 μm and the distance from the microlens to the photodiode is 5 μm, even if the light incident from the camera lens has an angle of 20 °, the angle from the microlens to the photodiode is 10 °. Only light within a range of a certain angle can be taken in, and the light collection efficiency is deteriorated, leading to a decrease in sensitivity of the solid-state imaging device. Therefore, a thin color filter layer is required.

オンチップカラーフィルタ(フォトダイオードが形成された半導体基板に形成し、対応するフォトダイオードに所定の波長の光を入射させるためのカラーフカラーフィルタ)を有する従来の固体撮像素子は、半導体基板に複数のフォトダイオードが形成され、半導体基板の表面にはシリコン酸化膜またはシリコン窒素酸化膜(図示せず)が形成されている。半導体基板上には透明樹脂からなる平坦化層(PL)が形成されている。フォトダイオードに対応して、平坦化層(PL)上には、顔料や染料などの色素を分散させた透明樹脂からなる、緑色カラーフィルタ、青色カラーフィルタおよび赤色カラーフィルタが形成されている。これらのカラーフィルタ上に透明樹脂からなる平滑化層(FL)が形成され、その上にフォトダイオードに対応して複数のマイクロレンズが形成されている。   A conventional solid-state imaging device having an on-chip color filter (a color color filter formed on a semiconductor substrate on which a photodiode is formed and allowing light of a predetermined wavelength to enter the corresponding photodiode) A silicon oxide film or a silicon nitrogen oxide film (not shown) is formed on the surface of the semiconductor substrate. A planarizing layer (PL) made of a transparent resin is formed on the semiconductor substrate. Corresponding to the photodiode, a green color filter, a blue color filter, and a red color filter made of a transparent resin in which pigments such as pigments and dyes are dispersed are formed on the planarization layer (PL). A smoothing layer (FL) made of a transparent resin is formed on these color filters, and a plurality of microlenses are formed thereon corresponding to the photodiodes.

カラーフィルタは、例えば以下のようにして形成される。すなわち、まず、感光性樹脂、顔料や染料などの色素、溶剤および添加剤を含むカラーレジストを、スピンナーなどの塗布装置で平坦化層(PL)上に形成する。次いで、ステッパーなどの露光装置を用い、パターン露光用フォトマスクを介して所定の領域のカラーレジストを選択的に露光(パターン露光)する。次いで、アルカリ水溶液などを用いて現像することにより所定の部位にカラーレジストのパターンを残し、純水等を用いて水洗リンスした後、200度以上の温度でレジストパターンを硬化させる。このような工程を赤色レジスト、緑色レジスト、青色レジストで3回繰り返すことにより、緑色カラーフィルタ、赤色カラーフィルタおよび青色カラーフィルタを得る。   The color filter is formed as follows, for example. That is, first, a color resist including a photosensitive resin, a pigment such as a pigment or a dye, a solvent, and an additive is formed on the planarization layer (PL) by a coating apparatus such as a spinner. Next, a color resist in a predetermined region is selectively exposed (pattern exposure) through a photomask for pattern exposure using an exposure apparatus such as a stepper. Next, the resist pattern is cured at a temperature of 200 ° C. or more after leaving a color resist pattern at a predetermined site by developing with an aqueous alkali solution and rinsing with pure water or the like. By repeating such a process three times with a red resist, a green resist, and a blue resist, a green color filter, a red color filter, and a blue color filter are obtained.

カラーフィルタは、例えばいわゆるBayer配列をとる。まず、平坦化層上に緑色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って緑色領域に緑色カラーフィルタを市松模様のパターンに配置する。次に、全面に青色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って青色領域に青色カラーフィルタを縦横に配置する。さらに、全面に赤色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って赤色領域に赤色カラーフィルタを縦横に配置する。   The color filter takes, for example, a so-called Bayer array. First, a green color resist is applied on the planarizing layer, and pattern exposure, development, and heat curing are performed to dispose a green color filter in a checkered pattern in the green region. Next, a blue color resist is applied to the entire surface, and pattern exposure, development, and thermal curing are performed to arrange blue color filters vertically and horizontally in the blue region. Further, a red color resist is applied to the entire surface, pattern exposure, development and heat curing are performed, and red color filters are arranged vertically and horizontally in the red region.

ただ、上記の従来のカラーフィルタ製造方法では、カラーレジストは顔料ペーストに感光性成分を含んでいるため、カラーフィルタの薄膜化に対応できない。カラーレジストを薄膜化しようとした場合、薄膜化する分、顔料を高濃度化しなければ必要な分光特性が得られなくなる。顔料を高濃度化することは可能だが、その分感光性成分を含む余裕がなくなるため、高濃度なカラーレジストの作製は困難である。   However, in the conventional color filter manufacturing method described above, since the color resist contains a photosensitive component in the pigment paste, it cannot cope with the thinning of the color filter. If the color resist is to be thinned, the necessary spectral characteristics cannot be obtained unless the pigment concentration is increased due to the thinning. Although it is possible to increase the concentration of the pigment, it is difficult to produce a color resist with a high concentration because there is no room for including a photosensitive component.

そこで、カラー材料をリソグラフィーではなく、エッチングによってパターニングする手法が特許文献1に記載されている。この手法では、カラー材料上にレジストを塗布し、レジストをパターン露光、現像によってレジストパターンを形成する。その後、レジストパターンをマスクにカラー材料をドライエッチングして、カラーフィルタのパターンを形成する工程をとる。この工程であればカラー材料に感光性成分を含まなくてもパターニングできるため、カラー材料の高濃度化が可能となり、顔料を薄膜化した場合でも問題なくなる。   Therefore, Patent Document 1 describes a method of patterning a color material by etching instead of lithography. In this method, a resist is applied on a color material, and a resist pattern is formed by pattern exposure and development on the resist. Thereafter, the color material is dry-etched using the resist pattern as a mask to form a color filter pattern. In this step, since the color material can be patterned even if it does not contain a photosensitive component, it is possible to increase the concentration of the color material, and there is no problem even when the pigment is thinned.

特開2007−79154号公報JP 2007-79154 A

しかし、特許文献1に記載されたカラーフィルタのパターン形成方法では、カラー材料上にレジストを塗布した際に、カラー材料の内部にレジストが浸透することがある。また、カラー材料上のレジストが残渣として残ることもある。これらの現象により、本来のカラーフィルタの分光特性が得られなくなる場合がある。これらの現象に対して、レジストを化学機械研磨(CMP)処理で除去する手段もあるが、CMP処理ではカラーフィルタにダメージを与えてしまう問題がある。
本発明の目的は、高精細かつ薄膜化に対応可能な高濃度なカラーフィルタの形成、感度の高い固体撮像素子を提供することを目的とするものである。
However, in the color filter pattern forming method described in Patent Document 1, when a resist is applied on the color material, the resist may penetrate into the color material. In addition, the resist on the color material may remain as a residue. Due to these phenomena, the spectral characteristics of the original color filter may not be obtained. For these phenomena, there is a means for removing the resist by a chemical mechanical polishing (CMP) process, but the CMP process has a problem of damaging the color filter.
An object of the present invention is to provide a solid-state image sensor having high sensitivity and high density color filter formation and high sensitivity.

課題を解決するために、本発明の一態様である固体撮像素子は、複数のフォトダイオードが形成された半導体基板と、それぞれのフォトダイオードに対応して形成されたカラーフィルタとを有する固体撮像素子において、感光性成分を含まない第一緑色カラー材料と、その上に積層された第二緑色カラー材料の2層構成で形成したカラー材料を用いて、緑色カラーフィルタのパターンを形成することを特徴とする。   In order to solve the problem, a solid-state imaging device according to one embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes are formed, and a color filter formed corresponding to each photodiode. And forming a green color filter pattern using a color material formed in a two-layer configuration of a first green color material that does not contain a photosensitive component and a second green color material laminated thereon. And

また、本発明の一態様である固体撮像素子の製造方法は、複数のフォトダイオードが形成された半導体基板と、それぞれのフォトダイオードに対応して形成された緑色、青色および赤色カラーフィルタとを有する固体撮像素子の製造方法において、
半導体基板上に感光性成分を含まない緑色顔料ペーストを全面に塗布し熱硬化を行う工程と、
前記緑色顔料ペーストの上に感光性成分を含む緑色カラーレジストを全面に塗布し、加熱する工程と、
前記緑色カラーレジストの上にレジストを塗布してパターン露光および現像を行って緑色の領域にレジストパターンを形成する工程と、
パターニングされたレジストをマスクとしてドライエッチングによって緑色顔料ペースト及び緑色カラーレジストをエッチングする工程と、
剥膜洗浄または全面露光および現像によってレジスト及び緑色カラーレジストを除去して緑色カラーフィルタのパターンを形成する工程と、
全面に青色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って青色の領域に青色カラーフィルタのパターンを形成する工程と、
全面に赤色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って赤色の領域に赤色カラーフィルタのパターンを形成する工程と、
を有することを特徴とする。
In addition, a method for manufacturing a solid-state imaging device which is one embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes are formed, and green, blue, and red color filters formed corresponding to the photodiodes. In the method for manufacturing a solid-state imaging device,
Applying a green pigment paste not containing a photosensitive component on the entire surface of the semiconductor substrate and performing thermosetting;
Applying a green color resist containing a photosensitive component on the entire surface of the green pigment paste, and heating;
Applying a resist on the green color resist and performing pattern exposure and development to form a resist pattern in a green region; and
Etching the green pigment paste and the green color resist by dry etching using the patterned resist as a mask;
Removing the resist and the green color resist by peeling film cleaning or whole surface exposure and development to form a green color filter pattern;
Applying a blue color resist on the entire surface, pattern exposure, development and thermosetting to form a blue color filter pattern in the blue region;
Applying a red color resist to the entire surface, pattern exposure, development and thermosetting to form a red color filter pattern in the red region; and
It is characterized by having.

本発明の態様によれば、ドライエッチング方法でカラー材料のパターンを形成する際のレジストがカラー材料内部に浸透せず、カラーフィルタにダメージを与えることなくレジストの除去が可能な高精細かつ薄膜化に対応可能な高濃度のカラーフィルタを形成できる。よって、形状に優れたカラーフィルタを有し、かつマイクロレンズからフォトダイオードまでの距離が短く、感度の高い固体撮像素子を提供することができる。   According to the aspect of the present invention, the resist when forming the pattern of the color material by the dry etching method does not penetrate into the color material, and the resist can be removed without damaging the color filter. A high-density color filter that can cope with the above can be formed. Therefore, it is possible to provide a solid-state imaging device having a color filter having an excellent shape, a short distance from the microlens to the photodiode, and high sensitivity.

本発明の実施形態に係る緑色カラーフィルタの形成順序を説明する断面図。Sectional drawing explaining the formation order of the green color filter which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るカラーフィルタの配置および形成順序を説明する平面図。The top view explaining arrangement and formation order of a color filter concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る固体撮像素子の断面図。1 is a cross-sectional view of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
まず、図1を参照して、感光性成分を含まない第一緑色カラー材料と感光性成分を含む第二緑色カラー材料とをエッチングによってパターニングする方法について説明する。
図1(a)に示すように、半導体基板11に複数のフォトダイオード12を形成し、半導体基板11の表面にはシリコン酸化膜またはシリコン窒素酸化膜(図示せず)を形成する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a method for patterning a first green color material containing no photosensitive component and a second green color material containing a photosensitive component by etching will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1A, a plurality of photodiodes 12 are formed on a semiconductor substrate 11, and a silicon oxide film or a silicon nitrogen oxide film (not shown) is formed on the surface of the semiconductor substrate 11.

半導体基板11上には、透明樹脂からなる平坦化層(PL)13を塗布する。平坦化層(PL)13は、半導体基板表面の凹凸を平坦化するとともに、カラーフィルタと半導体基板との接着層としての機能を有する。
さらに、平坦化層13上に顔料や染料などの色素を分散させた、感光性成分を含まない第一緑色カラー材料20を塗布する。
A planarization layer (PL) 13 made of a transparent resin is applied on the semiconductor substrate 11. The planarization layer (PL) 13 functions as an adhesive layer between the color filter and the semiconductor substrate while planarizing the irregularities on the surface of the semiconductor substrate.
Further, a first green color material 20 that does not contain a photosensitive component and in which pigments such as pigments and dyes are dispersed is applied on the planarizing layer 13.

第一緑色カラー材料20は、ピグメントグリーン(PG)36またはPG58とピグメントイエロー(PY)150が1対1の組成で構成され、顔料濃度が50%以上となるように調整することが好ましい。
第一緑色カラー材料20の膜厚は塗布装置の塗布回転数1500rpmで500nmとなった。また、実デバイスに影響の出ない温度である300度以下で熱硬化を行う。例えば、230度で加熱することによって、第一緑色カラー材料20を熱硬化する。
The first green color material 20 is preferably adjusted so that pigment green (PG) 36 or PG58 and pigment yellow (PY) 150 have a one-to-one composition, and the pigment concentration is 50% or more.
The film thickness of the first green color material 20 was 500 nm at a coating rotation speed of 1500 rpm of the coating apparatus. In addition, thermosetting is performed at a temperature of 300 ° C. or less which does not affect the actual device. For example, the first green color material 20 is thermally cured by heating at 230 degrees.

次に、図1(b)に示すように、顔料や染料などの色素を分散させた透明樹脂に感光性成分を添加した第二緑色カラー材料21(カラーレジスト)を塗布する。
第二緑色カラー材料21の膜厚は塗布装置の塗布回転数は例えば800rpmとし、膜厚は例えば200nmとする。また、150度以下で加熱することにより、完全に硬化はしないがある程度の耐性を付与するために、例えば100度で加熱する。
Next, as shown in FIG. 1B, a second green color material 21 (color resist) in which a photosensitive component is added to a transparent resin in which a pigment such as a pigment or a dye is dispersed is applied.
Regarding the film thickness of the second green color material 21, the coating rotation speed of the coating apparatus is set to 800 rpm, for example, and the film thickness is set to 200 nm, for example. Further, by heating at 150 ° C. or lower, for example, heating is performed at 100 ° C. in order to impart a certain degree of resistance, although not completely cured.

次に、図1(c)に示すように、第二緑色カラー材料21上にポジ型レジスト22を塗布する。ポジ型レジスト22はノボラック樹脂等で構成される一般的なi線用ポジ型レジスト22を使用すると良い。ポジ型レジスト22の膜厚は塗布装置の塗布回転数を例えば2800rpmとし、その膜厚は例えば1000nmとする。   Next, as shown in FIG. 1C, a positive resist 22 is applied on the second green color material 21. As the positive resist 22, a general i-line positive resist 22 made of a novolac resin or the like may be used. The film thickness of the positive resist 22 is, for example, 2800 rpm at the coating rotation speed of the coating apparatus, and the film thickness is, for example, 1000 nm.

次に、図1(d)に示すように、フォトダイオードに対応して、ポジ型レジスト22をパターン露光および現像を行って緑色領域に市松模様のパターンに形成する。
次に、図1(e)に示すように、ポジ型レジスト22をエッチングマスクとして第二緑色カラー材料21および第一緑色カラー材料20を順次エッチングする。
次に、図1(f)に示すように、全面露光して現像を行うことにより、ポジ型レジスト22および第二緑色カラー材料21を除去する。この工程はシクロヘキサノン等の溶剤による剥離洗浄でも同様のことが可能である。
Next, as shown in FIG. 1D, corresponding to the photodiode, a positive resist 22 is subjected to pattern exposure and development to form a checkered pattern in the green region.
Next, as shown in FIG. 1E, the second green color material 21 and the first green color material 20 are sequentially etched using the positive resist 22 as an etching mask.
Next, as shown in FIG. 1F, the positive resist 22 and the second green color material 21 are removed by developing the entire surface by exposure. This step can be performed in the same manner by stripping cleaning with a solvent such as cyclohexanone.

230度で加熱した第一緑色カラー材料20は剥離洗浄にも耐性があるが、100度で加熱した第二緑色カラー材料21は露光により感光して現像により除去でき、剥離洗浄でも硬化が弱いため除去される。
これらの工程によって、ポジ型レジスト22が第一緑色カラー材料20に浸透することなく、さらに第二緑色カラー材料21に付着したレジスト残渣等も同時に除去されるため、高品質な緑色カラーフィルタを作製することができる。実際に上記処理を行ってポジ型レジスト22が第一緑色カラー材料20に浸透していないことを確認している。
The first green color material 20 heated at 230 degrees is also resistant to peeling cleaning, but the second green color material 21 heated at 100 degrees can be exposed by exposure and removed by development, and the curing is weak even after peeling cleaning. Removed.
By these steps, the positive resist 22 does not penetrate into the first green color material 20, and the resist residue and the like adhering to the second green color material 21 are removed at the same time, so that a high-quality green color filter is manufactured. can do. It is confirmed that the positive resist 22 has not penetrated into the first green color material 20 by actually performing the above process.

次に、図2を参照してカラーフィルタの配置および形成順序を説明する。
このカラーフィルタは、本実施形態ではいわゆるBayer配列をとする。
図1(f)でパターニングした第一緑色カラー材料20が図2(a)の緑色カラーフィルタ31に対応して市松模様のパターンを配置している。
次に、図2(b)に示すように、全面に青色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って、青色領域に青色カラーフィルタ32を縦横に配置する。
Next, the arrangement and formation order of the color filters will be described with reference to FIG.
This color filter has a so-called Bayer arrangement in this embodiment.
The first green color material 20 patterned in FIG. 1 (f) has a checkered pattern corresponding to the green color filter 31 in FIG. 2 (a).
Next, as shown in FIG. 2B, a blue color resist is applied to the entire surface, pattern exposure, development and thermal curing are performed, and blue color filters 32 are arranged vertically and horizontally in the blue region.

さらに、図2(c)に示すように、全面に赤色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って赤色領域に赤色カラーフィルタ33を縦横に配置する。
図3を参照して本発明のマイクロレンズに用いられる材料およびその製造方法を説明する。
図2(c)で形成したカラーフィルタ上に平滑化層17を塗布する。平滑化層17上に例えばアクリル樹脂の塗布液を用いて透明樹脂層を形成する。
Further, as shown in FIG. 2C, a red color resist is applied to the entire surface, pattern exposure, development and thermal curing are performed, and red color filters 33 are arranged vertically and horizontally in the red region.
With reference to FIG. 3, the material used for the microlens of this invention and its manufacturing method are demonstrated.
A smoothing layer 17 is applied on the color filter formed in FIG. A transparent resin layer is formed on the smoothing layer 17 using, for example, an acrylic resin coating solution.

平滑化層17は、3色のカラーフィルタの画素間段差を解消し、マイクロレンズ18を形状良く形成しやすくする。マイクロレンズ18は、集光性を高めるため、個々のレンズ間のギャップをできるだけ狭くし、かつレンズ形状を理想曲線に近づけることが好ましい。画素間の段差が大きく、平滑化層17の平坦性が悪いと、レンズ形状が所望する形状とならずに、画素間でレンズ特性にばらつきが生じるおそれがある。   The smoothing layer 17 eliminates the steps between the pixels of the three color filters and makes it easier to form the microlens 18 with a good shape. In order to improve the light condensing property, the microlens 18 preferably has a gap between individual lenses as narrow as possible and a lens shape close to an ideal curve. If the level difference between pixels is large and the flatness of the smoothing layer 17 is poor, the lens shape may not be a desired shape, and the lens characteristics may vary between pixels.

次に、透明樹脂層の上に例えば、アルカリ可溶性、感光性、熱フロー性をもつ例えばフェノール樹脂からなるレンズ母型材料を塗布する。
次に、公知のフォトリソグラフィプロセスを使用して、レンズ母型となる領域を残すようにレンズ母型材料をパターニングする。
残されたレンズ母型材料を熱処理して熱リフローさせ、半球状に変形させてレンズ母型を形成する。リフロー量を片側0.1μm程度の適正量にすることにより、単位レンズ母型間のギャップが例えば0.24μm程度のスムースな半球状にすることができる。
Next, on the transparent resin layer, for example, a lens matrix material made of, for example, a phenol resin having alkali solubility, photosensitivity, and heat flow is applied.
Next, using a known photolithography process, the lens matrix material is patterned so as to leave a region that becomes the lens matrix.
The remaining lens matrix material is heat-treated and thermally reflowed, and deformed into a hemisphere to form a lens matrix. By setting the reflow amount to an appropriate amount of about 0.1 μm on one side, a smooth hemispherical shape with a gap between the unit lens molds of, for example, about 0.24 μm can be obtained.

次に、ドライエッチング装置により、CF、Cの混合ガスを用い、レンズ母型をマスクとして透明樹脂層に対してレンズ母型の形状の転写処理を行い、マイクロレンズ18を形成する。レンズ母型および透明樹脂層を上方から均一にエッチングすると、レンズ母型の形状を保ったまま下方にエッチングが進むため、透明樹脂層の形状をレンズ母型の形状と同じ形状にエッチングすることができる。
マイクロレンズ18は高さが例えば1μm、単位レンズ間のギャップが例えば0.04μmとなる。
Next, using a mixed gas of CF 4 and C 4 F 8 with a dry etching apparatus, the lens matrix is transferred to the transparent resin layer using the lens matrix as a mask to form the microlens 18. . If the lens matrix and the transparent resin layer are uniformly etched from above, the etching proceeds downward while maintaining the shape of the lens matrix. Therefore, the shape of the transparent resin layer may be etched to the same shape as the lens matrix. it can.
The microlens 18 has a height of, for example, 1 μm and a gap between unit lenses of, for example, 0.04 μm.

ここで図3(a)が緑色(G)、青色(B)、緑色(G)の列の断面を示し、図3(b)は緑色(G)、赤色(R)、緑色(G)の列の断面を示す固体撮像素子の断面図である。
以上のようにして得た固体撮像素子は、3色のカラーフィルタパターンが、半導体基板11の表面に薄く形成された平坦化層13上に形成されており、また、1色目の第一緑色カラー材料20が、感光性成分を含まずに、固形分中の色材の濃度を上げられ、カラーフィルタパターンを薄く形成することができた。
さらに、エッチングによって、形状に優れたカラーフィルタを形成でき、マイクロレンズからフォトダイオードまでの距離が短くなったことで、感度の高い固体撮像素子を提供することが可能となった。
Here, FIG. 3A shows a cross section of the green (G), blue (B), and green (G) columns, and FIG. 3 (b) shows the green (G), red (R), and green (G) columns. It is sectional drawing of the solid-state image sensor which shows the cross section of a row | line | column.
In the solid-state imaging device obtained as described above, three color filter patterns are formed on the planarization layer 13 formed thinly on the surface of the semiconductor substrate 11, and the first green color of the first color is formed. The material 20 did not contain a photosensitive component, and the concentration of the color material in the solid content was increased, so that the color filter pattern could be formed thin.
Furthermore, a color filter having an excellent shape can be formed by etching, and the distance from the microlens to the photodiode is shortened, so that a highly sensitive solid-state imaging device can be provided.

11 半導体基板
12 フォトダイオード
13 平坦化層
17 平滑化層
18 マイクロレンズ
20 第一緑色カラー材料
21 第二緑色カラー材料
22 ポジ型レジスト
31 緑色カラーフィルタ
32 青色カラーフィルタ
33 赤色カラーフィルタ
11 Semiconductor substrate 12 Photodiode 13 Flattening layer 17 Smoothing layer 18 Micro lens 20 First green color material 21 Second green color material 22 Positive resist 31 Green color filter 32 Blue color filter 33 Red color filter

Claims (8)

複数のフォトダイオードが形成された半導体基板と、それぞれのフォトダイオードに対応して形成されたカラーフィルタとを有する固体撮像素子において、
感光性成分を含まない第一緑色カラー材料と、その上に積層された第二緑色カラー材料の2層構成で形成したカラー材料を用いて、緑色カラーフィルタのパターンを形成することを特徴とする固体撮像素子。
In a solid-state imaging device having a semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes are formed and a color filter formed corresponding to each photodiode,
A pattern of a green color filter is formed using a color material formed by a two-layer structure of a first green color material not containing a photosensitive component and a second green color material laminated thereon. Solid-state image sensor.
前記第一緑色カラー材料は、感光性成分を含まない緑色顔料ペーストであ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 first green color material is a green pigment paste containing no photosensitive component. 前記緑色顔料ペーストは、PG36またはPG58とPY150とが1対1の組成で構成され、前記緑色顔料ペーストの顔料濃度が50%以上であることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像素子。   3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the green pigment paste has a one-to-one composition of PG36 or PG58 and PY150, and the pigment concentration of the green pigment paste is 50% or more. 前記第二緑色カラー材料は、感光性成分を含む緑色カラーレジスト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。   The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the second green color material is a green color resist containing a photosensitive component. 前記緑色カラーフィルタの厚さが50nm以上600nm以下である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 solid-state imaging device according to claim 1, wherein the green color filter has a thickness of 50 nm to 600 nm. 前記カラーフィルタの上に、さらに平滑化層およびマイクロレンズを有することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a smoothing layer and a microlens on the color filter. 複数のフォトダイオードが形成された半導体基板と、それぞれのフォトダイオードに対応して形成された緑色、青色および赤色カラーフィルタとを有する固体撮像素子の製造方法において、
半導体基板上に感光性成分を含まない緑色顔料ペーストを全面に塗布し熱硬化を行う工程と、
前記緑色顔料ペーストの上に感光性成分を含む緑色カラーレジストを全面に塗布し加熱する工程と、
前記緑色カラーレジストの上にレジストを塗布してパターン露光および現像を行って緑色の領域にレジストパターンを形成する工程と、
パターニングされたレジストをマスクとしてドライエッチングによって緑色顔料ペースト及び緑色カラーレジストをエッチングする工程と、
剥膜洗浄または全面露光および現像によってレジスト及び緑色カラーレジストを除去して緑色カラーフィルタのパターンを形成する工程と、
全面に青色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って青色の領域に青色カラーフィルタのパターンを形成する工程と、
全面に赤色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って赤色の領域に赤色カラーフィルタのパターンを形成する工程と、
を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
In a method for manufacturing a solid-state imaging device having a semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes are formed, and green, blue and red color filters formed corresponding to each photodiode,
Applying a green pigment paste not containing a photosensitive component on the entire surface of the semiconductor substrate and performing thermosetting;
Applying and heating a green color resist containing a photosensitive component on the entire surface of the green pigment paste; and
Applying a resist on the green color resist and performing pattern exposure and development to form a resist pattern in a green region; and
Etching the green pigment paste and the green color resist by dry etching using the patterned resist as a mask;
Removing the resist and the green color resist by peeling film cleaning or whole surface exposure and development to form a green color filter pattern;
Applying a blue color resist on the entire surface, pattern exposure, development and thermosetting to form a blue color filter pattern in the blue region;
Applying a red color resist to the entire surface, pattern exposure, development and thermosetting to form a red color filter pattern in the red region; and
A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising:
前記緑色カラーレジストはPG36またはPG58とPY150とが1対1の組成で構成され、その顔料濃度は緑色顔料ペーストと同じであることを特徴とする請求項7に記載の固体撮像素子の製造方法。   8. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 7, wherein the green color resist has a one-to-one composition of PG36 or PG58 and PY150, and the pigment concentration is the same as that of the green pigment paste.
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