JP4984719B2 - Manufacturing method of color solid-state imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の光電変換素子が形成された半導体基板上に、フォトリソグラフィ法を用いて前記光電変換素子に対応した、緑色フィルタと赤色フィルタと青色フィルタとからなる着色フィルタと平坦化層とマイクロレンズとを作製するカラー固体撮像素子の製造方法に関し、特に、透過率制御露光マスクを用いてパターン露光し、現像処理を行って段差付緑色フィルタを形成した後、残りの青色と赤色の着色フィルタとマイクロレンズとを作製するカラー固体撮像素子の製造方法に関する。 The present invention provides a color filter, a planarizing layer, and a green filter, a red filter, and a blue filter corresponding to the photoelectric conversion element using a photolithography method on a semiconductor substrate on which a plurality of photoelectric conversion elements are formed. relates to a method of manufacturing a color solid-state imaging device for producing a microlens, in particular, to pattern exposure by using a transmission rate control exposure mask to form a green filter with a step by performing a developing process, the remaining blue and red The present invention relates to a manufacturing method of a color solid-state imaging device for producing a colored filter and a microlens.
ガラス基板、もしくは複数の光電変換素子が形成された半導体基板等からなる基板上にブルー、グリーン、レッド等の着色フィルタは、通常、フォトリソグラフィ法を用いて作製されるのが一般的で、図10(a)〜(f)に示すような工程で作製される。
ここに示すカラーフィルタは、カラー固体撮像素子等に用いられるカラーフィルタの構成事例で、個々の着色フィルタ間にブラックマトリクスを設けない場合の事例である。
A colored filter such as blue, green, red, etc. is usually produced by using a photolithography method on a glass substrate or a substrate made of a semiconductor substrate on which a plurality of photoelectric conversion elements are formed. 10 (a) to 10 (f).
The color filter shown here is an example of a configuration of a color filter used in a color solid-state imaging device or the like, and is an example in which a black matrix is not provided between individual colored filters.
まず、アクリル系の感光性樹脂に緑色顔料を分散した緑色感光性樹脂溶液を基板111上にスピンナー等を用いて塗布し、緑色感光性樹脂層121を形成する(図10(a)参照)。
さらに、所定の露光マスクを使ってパターン露光し、現像、ポストベーク等の一連のパターニング処理を行って、緑色フィルタ121Gを形成する(図10(b)参照)。
First, a green photosensitive resin solution in which a green pigment is dispersed in an acrylic photosensitive resin is applied onto a substrate 111 using a spinner or the like to form a green photosensitive resin layer 121 (see FIG. 10A).
Further, pattern exposure is performed using a predetermined exposure mask, and a series of patterning processes such as development and post-baking are performed to form a green filter 121G (see FIG. 10B).
次に、アクリル系の感光性樹脂に青色顔料を分散した青色感光性樹脂溶液を緑色フィルタ121Gが形成された基板111上にスピンナー等を用いて塗布し、青色感光性樹脂層122を形成する(図10(c)参照)。 Next, a blue photosensitive resin solution in which a blue pigment is dispersed in an acrylic photosensitive resin is applied onto the substrate 111 on which the green filter 121G is formed using a spinner or the like, thereby forming a blue photosensitive resin layer 122 ( (Refer FIG.10 (c)).
次に、所定の露光マスクを使ってパターン露光し、現像、ポストベーク等の一連のパターニング処理を行って、青色フィルタ122Bを形成する(図10(d)参照)。
ここで、個々の着色フィルタ間にブラックマトリクスを設けていないため、青色フィルタ121Gと青色フィルタ122Bとの間で、隙間ができないように、0.5μm程オーバーラップさせて、マスクの位置合わせとパターン露光を行う。
そうした場合、図10(d)に示すように、緑色フィルタ121Gと青色フィルタ122Bとのオーバーラップ部分に通称角(つの)と称する突起部131が形成される。
Next, pattern exposure is performed using a predetermined exposure mask, and a series of patterning processes such as development and post-baking are performed to form a blue filter 122B (see FIG. 10D).
Here, since no black matrix is provided between the individual colored filters, the mask alignment and pattern are overlapped by about 0.5 μm so that there is no gap between the blue filter 121G and the blue filter 122B. Perform exposure.
In such a case, as shown in FIG. 10 (d), a protrusion 131 called a common angle (one) is formed at an overlap portion between the green filter 121G and the blue filter 122B.
次に、アクリル系の感光性樹脂に赤色顔料を分散した赤色感光性樹脂溶液を緑色フィルタ121G及び青色フィルタ122Bが形成された基板上111にスピンナー等を用いて塗布し、赤色感光性樹脂層123を形成する(図10(e)参照)。 Next, a red photosensitive resin solution in which a red pigment is dispersed in an acrylic photosensitive resin is applied to the substrate 111 on which the green filter 121G and the blue filter 122B are formed using a spinner or the like, and the red photosensitive resin layer 123 is applied. (See FIG. 10E).
次に、所定の露光マスクを使ってパターン露光し、現像、ポストベーク等の一連のパターニング処理を行って、赤色フィルタ123Rを形成する(図10(f)参照)。
ここでも、緑色フィルタ121G及び青色フィルタ122Bと赤色フィルタ123Rとのオーバーラップ部では、上記で説明したように、突起部132が形成される。
Next, pattern exposure is performed using a predetermined exposure mask, and a series of patterning processes such as development and post-baking are performed to form a red filter 123R (see FIG. 10F).
Here, as described above, the protrusion 132 is formed in the overlap portion between the green filter 121G and the blue filter 122B and the red filter 123R.
上記着色フィルタ間に突起部131及び132が形成されると、約0.2μmの段差が発生する。
固体撮像素子では、集光性を向上させるため上記カラーフィルタ上にマクロレンズを形成しているが、カラーフィルタの表面の平坦性が悪いと、所望のマイクロレンズ形状が得られないという問題を有している。
When the protrusions 131 and 132 are formed between the colored filters, a step of about 0.2 μm is generated.
In a solid-state imaging device, a macro lens is formed on the color filter in order to improve the light collecting property. However, if the surface of the color filter has poor flatness, a desired microlens shape cannot be obtained. is doing.
上記問題点を解消するためのカラーフィルタの平坦性を向上させる技術として、段差付ブラックマトリクスを用いたカラーフィルタ構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図9(a)は、段差付ブラックマトリクスを用いたカラーフィルタの構成例を示す模式部分断面図である。図9(b)は、段差付ブラックマトリクスの部分拡大構成断面図である。図9(c)及び(d)は、段差付ブラックマトリクスを用いて形成したカラーフィルタの段差付ブラックマトリクス周辺部のカラーフィルタの形状の一例を示す説明図である。
As a technique for improving the flatness of a color filter for solving the above problems, a color filter configuration using a stepped black matrix has been proposed (for example, see Patent Document 1).
FIG. 9A is a schematic partial cross-sectional view showing a configuration example of a color filter using a stepped black matrix. FIG. 9B is a partially enlarged configuration cross-sectional view of the stepped black matrix. FIGS. 9C and 9D are explanatory views showing an example of the shape of the color filter around the stepped black matrix of the color filter formed using the stepped black matrix.
図9(a)に示す段差付ブラックマトリクスを用いたカラーフィルタは、まず、基板111上に段差付ブラックマトリクス150BLを形成した後、順次緑色フィルタ125G、青色フィルタ126B及び赤色フィルタ127Rを形成したものである。 In the color filter using the stepped black matrix shown in FIG. 9A, the stepped black matrix 150BL is first formed on the substrate 111, and then the green filter 125G, the blue filter 126B, and the red filter 127R are sequentially formed. It is.
段差付ブラックマトリクス150BLは、図9(b)に示すように、下層ブラックマトリクス151BLと、下層ブラックマトリクス151BLよりパターン幅を狭くした上層ブラックマトリクス152BLとを重ね合わせることにより、段差部を形成している。 As shown in FIG. 9B, the stepped black matrix 150BL forms a stepped portion by superimposing the lower layer black matrix 151BL and the upper layer black matrix 152BL having a pattern width narrower than that of the lower layer black matrix 151BL. Yes.
段差付ブラックマトリクス150BLが形成された基板111上に着色フィルタを形成する場合、段差付ブラックマトリクス150BL周辺部のカラーレジストの挙動、形状に付いて説明する。
まず、段差付ブラックマトリクス150BLが形成された基板111上に、例えば青色のカラーレジストをスピンコート法等により塗布した場合、段差付ブラックマトリクス150BLの上部周辺は段差が傾斜の役目をし、青色のカラーレジストは傾斜に沿って流れ込み、図9(c)に示すように、段差付ブラックマトリクス150BLの上部周辺に突起部は発生しない。
In the case where a colored filter is formed on the substrate 111 on which the stepped black matrix 150BL is formed, the behavior and shape of the color resist around the stepped black matrix 150BL will be described.
First, when, for example, a blue color resist is applied on the substrate 111 on which the stepped black matrix 150BL is formed by a spin coating method or the like, the step around the upper portion of the stepped black matrix 150BL serves as a slope, As shown in FIG. 9C, the color resist flows along the inclination, and no protrusion is generated around the upper portion of the stepped black matrix 150BL.
また、パターン露光工程において、段差付ブラックマトリクス150BLの上層ブラックマトリクス151BLよりも若干小さいパターンでパターン露光し、現像等のパターニング処理することにより、図9(d)に示すように、段差付ブラックマトリクス150BLの上層ブラックマトリクス151BLの周辺部で青色フィルタが若干窪んだ形となり、平坦性が確保される。 Further, in the pattern exposure step, pattern exposure is performed with a pattern slightly smaller than the upper black matrix 151BL of the stepped black matrix 150BL, and patterning processing such as development is performed, as shown in FIG. The blue filter is slightly depressed at the periphery of the 150BL upper black matrix 151BL, and flatness is ensured.
このように、段差付ブラックマトリクスを用いてカラーフィルタを形成することにより、平坦性に優れたカラーフィルタを得ることができる。
さらに、段差付ブラックマトリクスを用いたカラーフィルタについては、ブラックマトリクスなしのカラーフィルタ構成にも適用できることが判明している。
しかしながら、上記の段差付ブラックマトリクス150BLを得るために、下層ブラックマトリクス151BLと上層ブラックマトリクス152BLとの2層にわけて形成しているので、段差付ブラックマトリクス、もしくは段差付着色フィルタを形成するのに工数が1回増えるという問題がある。
Furthermore, it has been found that a color filter using a stepped black matrix can also be applied to a color filter configuration without a black matrix.
However, in order to obtain the above stepped black matrix 150BL, it is formed in two layers of a lower layer black matrix 151BL and an upper layer black matrix 152BL, so that a stepped black matrix or a step adhesion color filter is formed. However, there is a problem that the man-hour increases by one.
本発明は、上記問題点に鑑み考案されたものであり、複数の光電変換素子が形成された半導体基板上に、フォトリソグラフィ法を用いて前記光電変換素子に対応した着色フィルタとマイクロレンズとを作製するカラー固体撮像素子の製造方法において、段差付着色フィルタを1回の露光、現像処理プロセスで形成することにより、表面平滑性に優れた着色フィルタを効率的に作製するためのカラー固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above problems, and a colored filter and a microlens corresponding to the photoelectric conversion element are formed on a semiconductor substrate on which a plurality of photoelectric conversion elements are formed using a photolithography method. Color solid-state image pickup device for efficiently producing a colored filter excellent in surface smoothness by forming a step-attached color filter by a single exposure and development process in a manufacturing method of a color solid-state image pickup device to be manufactured It aims at providing the manufacturing method of.
本発明に於いて上記課題を達成するために、まず、請求項1においては、複数の光電変換素子が形成された半導体基板上に、フォトリソグラフィ法を用いて前記光電変換素子に対応した、緑色フィルタと赤色フィルタと青色フィルタとからなる着色フィルタとマイクロレンズとが形成されており、前記緑色フィルタは周辺部に段差を設けた段差付緑色フィルタであり、順次残りの着色フィルタと、マイクロレンズとを形成してカラー固体撮像素子を作製するカラー固体撮像素子の製造方法において、順に以下の工程により製造することを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方法としたものである。
(a)複数の光電変換素子が形成された基板上に、着色感光層を形成し、透過パターンと
遮光パターンと透過率制御パターンとで構成される透過率制御露光マスクを用いて前記着色感光層をパターン露光し、現像処理を行って段差付緑色フィルタを形成する工程。
(b)着色感光層を形成し、透過パターンと遮光パターンとで構成される通常の露光マスクを用いたパターン露光にてパターン露光、現像から順になる一連のパターニング処理を行って、残りの青色もしくは赤色の着色フィルタを前記段差付緑色フィルタの段差部にオーバーラップさせた状態で順次形成する工程。
(c)マイクロレンズを形成する工程。
In order to achieve the above object in the present invention, first, in claim 1, a green color corresponding to the photoelectric conversion element using a photolithography method is formed on a semiconductor substrate on which a plurality of photoelectric conversion elements are formed. A color filter and a microlens composed of a filter, a red filter, and a blue filter are formed, and the green filter is a stepped green filter provided with a step in a peripheral portion, and sequentially the remaining coloring filter, microlens, In the method for manufacturing a color solid-state image pickup device for forming a color solid-state image pickup device, the color solid-state image pickup device is manufactured by the following steps in order.
(A) A colored photosensitive layer is formed on a substrate on which a plurality of photoelectric conversion elements are formed, and the colored photosensitive layer is formed using a transmittance control exposure mask composed of a transmission pattern, a light shielding pattern, and a transmittance control pattern. Pattern exposure and performing development processing to form a stepped green filter.
(B) A colored photosensitive layer is formed, and a series of patterning processes in order from pattern exposure and development are performed by pattern exposure using a normal exposure mask composed of a transmission pattern and a light shielding pattern, and the remaining blue or A step of sequentially forming red colored filters in a state where they are overlapped with the step portions of the stepped green filter .
(C) A step of forming a microlens.
また、前記緑色フィルタがネガ型着色レジストを用いて形成されていることを特徴とする請求項1に記載のカラー固体撮像素子の製造方法としたものである。 Also, the green filter is obtained by a method for manufacturing a color solid-state imaging device according to claim 1, characterized in that it is formed using a negative type colored resist.
本発明のカラー固体撮像素子の製造方法によれば、段差付着色フィルタを1回のパターン露光、現像等のパターニング処理にて作製するため、製造工程の工程短縮化が図れ、かつ表面平坦性及び密着性に優れたカラーフィルタを作製することができ、結果として感度特性に優れたカラー固体撮像素子を得ることができる。 According to the method for manufacturing a color solid-state imaging device of the present invention, the step-attached color filter is manufactured by patterning processing such as pattern exposure and development once, so that the manufacturing process can be shortened and surface flatness and A color filter having excellent adhesion can be produced, and as a result, a color solid-state imaging device having excellent sensitivity characteristics can be obtained.
以下本発明の実施の形態につき説明する。
図1(a)は、本発明のカラー固体撮像素子の製造方法にて作製した固体撮像素子の一実施例を示す模式平面図を、図1(b)は、図1(a)をA−A’で切断した固体撮像素子の模式構成断面図をそれぞれ示す。
本発明のカラー固体撮像素子の製造方法にて作製された固体撮像素子は、後記する段差付着色フィルタを1回のパターン露光、現像等のパターニング処理にて作製するため、製造工程の工程短縮化が図れ、かつ表面平坦性及び密着性に優れたカラーフィルタを作製することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1A is a schematic plan view showing an embodiment of a solid-state image sensor manufactured by the method for manufacturing a color solid-state image sensor of the present invention, and FIG. The schematic structure sectional drawing of the solid-state image sensor cut | disconnected by A 'is shown, respectively.
Since the solid-state imaging device manufactured by the method for manufacturing a color solid-state imaging device according to the present invention manufactures a step-attached color filter to be described later by patterning processing such as pattern exposure and development once, the manufacturing process is shortened. Therefore, a color filter having excellent surface flatness and adhesion can be produced.
以下、本発明のカラー固体撮像素子の製造方法について説明する。
図2(a)〜(e)及び図3(f)〜(h)は、本発明のカラー固体撮像素子の製造方法の一実施例を工程順に示す部分模式断面図である。
まず、光電変換素子12が形成された半導体基板11上に、アクリル樹脂等からなる透明樹脂溶液をスピンコート等で塗布し、所定の温度で加熱、硬化して平坦化層21を形成する(図2(a)及び(b)参照)。
透明樹脂としては、上記アクリル樹脂の他に、エポキシ、ポリエステル、ウレタン、メラミン、エリアなどの尿素樹脂、スチレン樹脂、フェノール樹脂あるいはこれらの共重合物等が使用可能である。
Hereinafter, the manufacturing method of the color solid-state image sensor of this invention is demonstrated.
2 (a) to 2 (e) and FIGS. 3 (f) to 3 (h) are partial schematic cross-sectional views showing an embodiment of the method for manufacturing a color solid-state imaging device of the present invention in the order of steps.
First, a transparent resin solution made of an acrylic resin or the like is applied on the semiconductor substrate 11 on which the photoelectric conversion element 12 is formed by spin coating or the like, and heated and cured at a predetermined temperature to form the planarization layer 21 (FIG. 2 (a) and (b)).
As the transparent resin, in addition to the acrylic resin, urea resin such as epoxy, polyester, urethane, melamine, and area, styrene resin, phenol resin, or a copolymer thereof can be used.
次に、ネガ型感光性樹脂に着色顔料(例えば、C.I.ピグメントイエロー150、C.I.ピグメントグリーン36及びC.I.ピグメントグリーン7)と、シクロヘキサノンやPGMEAなどの有機溶剤と、酸分解性樹脂と、光酸発生剤と、分散剤とをロールミル等で混練して作製したネガ型緑色レジストをスピンコート等で塗布し、緑色感光層31gを形成する(図2(c)参照)。
ここで、ネガ型緑色レジストを用いた理由は、市松模様(ベイヤー配列)の固体撮像素子では、最初に緑色フィルタから形成していくので、緑色フィルタの解像度が、そのまま固体撮像素子のカラーフィルタのパターン再現性、解像度に影響される。このため、分光特性が良好で、かつ解像度の高いカラーフィルタが形成できるネガ型感光性樹脂を設定している。
Next, a negative type photosensitive resin is coated with a color pigment (for example, CI Pigment Yellow 150, CI Pigment Green 36 and CI Pigment Green 7), an organic solvent such as cyclohexanone or PGMEA, and an acid. A negative green resist prepared by kneading a degradable resin, a photoacid generator, and a dispersant with a roll mill or the like is applied by spin coating or the like to form a green photosensitive layer 31g (see FIG. 2C). .
Here, the reason for using the negative type green resist is that in the checkered pattern (Bayer array) solid-state image sensor, the green filter is formed first, so the resolution of the green filter is the same as that of the color filter of the solid-state image sensor. It is affected by pattern reproducibility and resolution. For this reason, a negative photosensitive resin capable of forming a color filter with good spectral characteristics and high resolution is set.
ネガ型感光性樹脂は、例えばノボラック樹脂とキノンアジド化合物の組み合わせであり、この組み合わせにさらにアルカリ可溶性ビニール重合体を加えることもできる。
また、この他にポリビニルフェノール誘導体やアクリル系であっても良い。
The negative photosensitive resin is, for example, a combination of a novolak resin and a quinone azide compound, and an alkali-soluble vinyl polymer can be further added to this combination.
In addition, polyvinyl phenol derivatives and acrylics may be used.
色材は、上記した顔料の他に有機顔料や染料であっても良い。 The color material may be an organic pigment or a dye in addition to the above-described pigment.
さらに、有機溶剤には、乳酸エステルを添加しても良い。 Furthermore, a lactic acid ester may be added to the organic solvent.
酸分解性樹脂は、酸に接触することによりアルカリ可溶性(例えば、カルボキシル基やフェノール性水酸基等)に変換可能な基を有する樹脂である。 The acid-decomposable resin is a resin having a group that can be converted to alkali-soluble (for example, a carboxyl group, a phenolic hydroxyl group, etc.) by contact with an acid.
光酸発生剤は、光が照射されることにより酸を発生する化合物であり、このような化合物を1種以上使用することができる。そして、光酸発生剤としては、例えば、オニウムのハロゲンイオン、BF4イオン、PF6イオン、AsF6イオン、SbF6イオン、CF3SO3イオン等との塩、有機ハロゲン化合物、ナフトキノンジアジドスルホン酸化合物、光スルホン酸発生化合物などを使用することができる。 A photoacid generator is a compound that generates an acid when irradiated with light, and one or more of such compounds can be used. Examples of the photoacid generator include salts of onium halide ions, BF4 ions, PF6 ions, AsF6 ions, SbF6 ions, CF3SO3 ions, etc., organic halogen compounds, naphthoquinone diazide sulfonic acid compounds, and photosulfonic acid generating compounds. Etc. can be used.
また、ネガ型感光性樹脂に色材として有機顔料を添加する場合には、ネガ型着色感光層からカラーフィルタを製造する際の種々の製造工程での品質を考慮すると、ネガ型緑色レジストにおける有機顔料の固形比は30〜50%が好ましく、特に40%前後が好ましい。 In addition, when adding an organic pigment as a color material to a negative photosensitive resin, considering the quality in various manufacturing processes when manufacturing a color filter from a negative colored photosensitive layer, the organic in the negative green resist The solid ratio of the pigment is preferably 30 to 50%, particularly preferably around 40%.
固形比が30%より低くなると、着色感光層に対する充分な着色効果を得ることができない。また、固形比が50%を越えると、着色感光層を精度良くカラーフィルタ形状に加工することが困難になるとともに、現像後に顔料を主体とする残渣が増えるので好ましくない。 When the solid ratio is lower than 30%, a sufficient coloring effect on the colored photosensitive layer cannot be obtained. On the other hand, if the solid ratio exceeds 50%, it is difficult to accurately process the colored photosensitive layer into a color filter shape, and the residue mainly composed of pigment increases after development.
次に、図4(a)及び(b)に示す透過率制御露光マスク50gを用いて、段差付緑色フィルタを作製するためのパターン露光を行う(図2(d)参照)。
ここで、透過率制御露光マスク50gについて説明する。
図4(a)に透過率制御露光マスク50gの部分模式平面図を、図4(b)に、図4(a)をA−A’線で切断した透過率制御露光マスク50gの部分模式断面図をそれぞれ示す。
透過率制御露光マスク50gは、透過パターン61、遮光パターン62及び透過率制御パターン63とで構成されており、透過率制御パターン63にて緑色フィルタのエッジの段差形状(幅及び高さ)を制御しようとするものである。
Next, pattern exposure for producing a stepped green filter is performed using the transmittance control exposure mask 50g shown in FIGS. 4A and 4B (see FIG. 2D).
Here, the transmittance control exposure mask 50g will be described.
4A is a partial schematic plan view of the transmittance control exposure mask 50g, and FIG. 4B is a partial schematic cross section of the transmittance control exposure mask 50g obtained by cutting FIG. 4A along the line AA ′. Each figure is shown.
The transmittance control exposure mask 50g includes a transmission pattern 61, a light shielding pattern 62, and a transmittance control pattern 63. The transmittance control pattern 63 controls the step shape (width and height) of the edge of the green filter. It is something to try.
図5に透過率制御露光マスク50gの透過パターン61、遮光パターン62及び透過率制御パターン63のパターンサイズの一例を示す。
2.2μm角のセルサイズに対して、1.8μm角の透過パターン61と2.1μm角の遮光パターン62を設定し、透過パターン61の周辺部には0.2μm幅の透過率制御パ
ターン63を、遮光パターン62の周辺部には0.05μm幅の透過率制御パターン63を配置して、段差付緑色フィルタを形成する事例である。
FIG. 5 shows an example of pattern sizes of the transmission pattern 61, the light shielding pattern 62, and the transmittance control pattern 63 of the transmittance control exposure mask 50g.
A 1.8 μm square transmission pattern 61 and a 2.1 μm square light shielding pattern 62 are set for a cell size of 2.2 μm square, and a transmittance control pattern 63 having a width of 0.2 μm is formed around the transmission pattern 61. This is an example of forming a stepped green filter by arranging a transmittance control pattern 63 having a width of 0.05 μm around the light shielding pattern 62.
透過率制御パターン63の透過率設定の一例について説明する。
図6は、緑色感光層について、透過率制御パターン63の透過率を変えてパターン露光した際の緑色感光層31gの残膜率を調べたものである。
例えば、1.4μm厚の緑色感光層31gを用いて、0.8μmの膜厚の緑色フィルタを得るためには、透過率20%の透過率制御パターン63を使用すれば良いことが分かる。このように、あらゆる緑色感光層について、このような露光パターンの透過率と残膜曲線を測定しておけば、残膜膜厚に応じた透過率制御パターンの最適透過率を設定できる。
An example of the transmittance setting of the transmittance control pattern 63 will be described.
FIG. 6 shows the remaining film rate of the green photosensitive layer 31 g when the green photosensitive layer is subjected to pattern exposure while changing the transmittance of the transmittance control pattern 63.
For example, in order to obtain a green filter having a thickness of 0.8 μm using the green photosensitive layer 31 g having a thickness of 1.4 μm, it is understood that the transmittance control pattern 63 having a transmittance of 20% may be used. Thus, if the transmittance and residual film curve of such an exposure pattern are measured for every green photosensitive layer, the optimal transmittance of the transmittance control pattern can be set in accordance with the residual film thickness.
次に、専用の現像液で現像処理し、加熱硬化して、平滑層21上の所定位置に段差付緑色フィルタ31Gを形成する(図2(e)参照)。
ここで、ネガ型の緑色感光層31gを用いているため、透過パターン61でパターン露光された箇所は硬化し、現像後も硬化部が残り、他の着色フィルタを形成するためのフィルタセルが形成される。
また、遮光パターン62ではパターン露光されないので、未硬化となり、現像で除去される。
また、透過率制御パターン63では、透過率制御パターン63の透過率に応じた膜厚段差が形成される。
Next, it develops with an exclusive developing solution, heat-hardens, and forms the stepped green filter 31G in the predetermined position on the smooth layer 21 (refer FIG.2 (e)).
Here, since the negative green photosensitive layer 31g is used, the pattern-exposed portion of the transmission pattern 61 is cured, and the cured portion remains after development, thereby forming a filter cell for forming another colored filter. Is done.
Further, since the pattern is not exposed in the light shielding pattern 62, it is uncured and removed by development.
Further, in the transmittance control pattern 63, a film thickness step corresponding to the transmittance of the transmittance control pattern 63 is formed.
次に、ネガ型感光性樹脂に青色顔料(例えば、C.I.ピグメントブルー15:6、C.I.ピグメントバイオレット23)と、分散剤等とをロールミル等で混練して作製したネガ型青色レジストをスピンコート等で塗布し、青色感光層を形成し、図7(a)及び(b)に示す遮光領域66に透過パターン64が形成された露光マスク50bを用いてパターン露光し、現像等の一連のパターニング処理を行って、段差付緑色フィルタ31G間に青色フィルタ31Bを形成する(図3(f)参照)。
ここで、青色フィルタ31Bのエッジ部は、段差付緑色フィルタ31Gの段差部にオーバーラップされた状態で形成されるので、段差部の盛り上がりも無く、2μm前後の画素サイズであっても、フィルタ剥がれを起こすようなことはない。
Next, a negative blue resin prepared by kneading a negative photosensitive resin with a blue pigment (for example, CI Pigment Blue 15: 6, CI Pigment Violet 23) and a dispersing agent using a roll mill or the like. A resist is applied by spin coating or the like, a blue photosensitive layer is formed, pattern exposure is performed using an exposure mask 50b in which a light-transmitting region 64 is formed in the light-shielding region 66 shown in FIGS. 7A and 7B, development, etc. A blue filter 31B is formed between the stepped green filters 31G (see FIG. 3F).
Here, the edge portion of the blue filter 31B is formed so as to be overlapped with the step portion of the stepped green filter 31G, so there is no rise in the step portion, and even if the pixel size is around 2 μm, the filter peels off. There is no such thing as causing
次に、ネガ型感光性樹脂に赤色顔料(例えば、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド48:1及びC.I.ピグメントイエロー139)と、分散剤等とをロールミル等で混練して作製したネガ型赤色レジストをスピンコート等で塗布し、赤色感光層を形成し、図8(a)及び(b)に示す遮光領域66に透過パターン65が形成された露光マスク50rを用いてパターン露光し、現像等の一連のパターニング処理を行って、段差付緑色フィルタ31G間に赤色フィルタ31Rを形成する(図3(g)参照)。ここで、赤色フィルタ31Rのエッジ部は、段差付緑色フィルタ31Gの段差部にオーバーラップされた状態で形成されるので、段差部の盛り上がりも無く、2μm前後の画素サイズであっても、フィルタ剥がれを起こすようなことはない。 Next, a red pigment (for example, CI Pigment Red 177, CI Pigment Red 48: 1 and CI Pigment Yellow 139) and a dispersing agent, etc., are added to the negative photosensitive resin with a roll mill or the like. A negative-type red resist produced by kneading is applied by spin coating or the like to form a red photosensitive layer, and an exposure mask 50r in which a transmission pattern 65 is formed in the light-shielding region 66 shown in FIGS. 8A and 8B is formed. Using the pattern exposure, a series of patterning processes such as development are performed to form a red filter 31R between the stepped green filters 31G (see FIG. 3G). Here, since the edge part of the red filter 31R is formed in a state of being overlapped with the step part of the stepped green filter 31G, the filter part is peeled off even when the pixel size is around 2 μm without the rise of the step part. There is no such thing as causing
次に、熱リフロー性を有するアクリル系感光性樹脂溶液をスピンコートで塗布し、乾燥硬化させて所定厚の感光性樹脂層を形成し、露光マスクを用いてパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、緑色フィルタ31G、青色フィルタ31B及び赤色フィルタ31R上にレンズパターンを形成し、レンズパターンを所定の温度で加熱リフローすることにより、所定の曲率を有するマイクロレンズ41を形成し、カラー固体撮像素子を得る(図3(h)参照)。 Next, an acrylic photosensitive resin solution having thermal reflow properties is applied by spin coating, dried and cured to form a photosensitive resin layer having a predetermined thickness, and a series of patterning such as pattern exposure and development using an exposure mask. Processing is performed to form a lens pattern on the green filter 31G, the blue filter 31B, and the red filter 31R, and the lens pattern is heated and reflowed at a predetermined temperature to form a microlens 41 having a predetermined curvature. A solid-state image sensor is obtained (see FIG. 3 (h)).
マイクロレンズ形成技術については、公知の技術として、上記の熱フローによる樹脂の熱流動性(熱フロー)を用いた方法の他に、いくつかのエッチング技術によりレンズを加
工する技術が開示されているので、適宜使い分ければよい。
Regarding the microlens formation technique, as a known technique, in addition to the method using the thermal fluidity (heat flow) of the resin by the above heat flow, a technique for processing a lens by several etching techniques is disclosed. Therefore, it may be properly used.
以下実施例により、本発明を詳細に説明する。
まず、光電変換素子12が形成された半導体基板11上に、アクリル樹脂等からなる透明樹脂溶液をスピンコート等で塗布し、200℃、9分加熱、硬化して、0.6μm厚の平坦化層21を形成した(図2(a)及び(b)参照)。
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
First, a transparent resin solution made of an acrylic resin or the like is applied to the semiconductor substrate 11 on which the photoelectric conversion element 12 is formed by spin coating or the like, and is heated and cured at 200 ° C. for 9 minutes to flatten a thickness of 0.6 μm. A layer 21 was formed (see FIGS. 2A and 2B).
次に、ネガ型感光性樹脂に着色顔料(C.I.ピグメントイエロー150、C.I.ピグメントグリーン36及びC.I.ピグメントグリーン7)と、シクロヘキサノンやPGMEAなどの有機溶剤と、酸分解性樹脂と、光酸発生剤と、分散剤とをロールミルで混練して作製したネガ型緑色レジストをスピンコート等で塗布し、70℃、1分プレベークして、緑色感光層31gを形成した(図2(c)参照)。 Next, a negative type photosensitive resin, a color pigment (CI Pigment Yellow 150, CI Pigment Green 36 and CI Pigment Green 7), an organic solvent such as cyclohexanone and PGMEA, and acid-decomposable A negative green resist prepared by kneading a resin, a photoacid generator, and a dispersant with a roll mill was applied by spin coating or the like, and prebaked at 70 ° C. for 1 minute to form a green photosensitive layer 31 g (see FIG. 2 (c)).
次に、図4(a)及び(b)に示すフィルタサイズ2.2μmに対応した透過パターン61、遮光パターン62及び透過率制御パターン63が市松模様(ベイヤー配列)に配列された透過率制御露光マスク50gをNikon−i112ステッパーにセットし、700msecで段差付緑色フィルタを作製するためのパターン露光を行った(図2(d)参照)。 Next, transmittance control exposure in which a transmission pattern 61, a light shielding pattern 62, and a transmittance control pattern 63 corresponding to a filter size of 2.2 μm shown in FIGS. 4A and 4B are arranged in a checkered pattern (Bayer array). The mask 50g was set on a Nikon-i112 stepper, and pattern exposure for producing a stepped green filter was performed in 700 msec (see FIG. 2D).
次に、有機アルカリ水溶液からなる現像液で60秒間のスプレー現像を行い純水でリンスし、ホットプレート上で200℃、6分の熱硬化処理にて硬膜して、平滑層21上の所定位置に段差付緑色フィルタ31Gを形成した(図2(e)参照)。 Next, spray development is performed for 60 seconds with a developer composed of an organic alkali aqueous solution, rinsed with pure water, hardened by heat curing at 200 ° C. for 6 minutes on a hot plate, and predetermined on the smooth layer 21. A stepped green filter 31G was formed at the position (see FIG. 2E).
次に、ネガ型感光性樹脂に青色顔料(C.I.ピグメントブルー15:6、C.I.ピグメントバイオレット23)と、分散剤等とをロールミル等で混練して作製したネガ型青色レジストを1200rpmのスピンコートで塗布し、青色感光層を形成し、図7(a)及び(b)に示すフィルタサイズ2.2μmに対応した遮光領域66に透過パターン64が配列された露光マスク50bを用いてパターン露光し、現像等の一連のパターニング処理を行って、青色フィルタ31Bを形成した(図3(f)参照)。 Next, a negative blue resist prepared by kneading a negative photosensitive resin with a blue pigment (CI Pigment Blue 15: 6, CI Pigment Violet 23), a dispersant and the like using a roll mill or the like. A blue photosensitive layer is formed by spin coating at 1200 rpm, and an exposure mask 50b in which a transmissive pattern 64 is arranged in a light shielding region 66 corresponding to a filter size of 2.2 μm shown in FIGS. 7A and 7B is used. The pattern was exposed to light and a series of patterning processes such as development were performed to form a blue filter 31B (see FIG. 3F).
上記青色フィルタ31Bのエッジ部は、段差付緑色フィルタ31Gの段差部にオーバーラップされた状態で形成されるので、2.2μmのフィルタサイズであっても、フィルタ剥がれが生じることはなかった。
また、青色フィルタ31Bの上部からの膜厚差は、0.1μm以下で、高い平坦性が得られた。
Since the edge portion of the blue filter 31B is formed in a state of being overlapped with the step portion of the stepped green filter 31G, even if the filter size is 2.2 μm, the filter is not peeled off.
The film thickness difference from the upper part of the blue filter 31B was 0.1 μm or less, and high flatness was obtained.
次に、ネガ型感光性樹脂に赤色顔料(C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド48:1及びC.I.ピグメントイエロー139)と、分散剤等とをロールミル等で混練して作製したネガ型赤色レジストをスピンコート等で塗布し、赤色感光層を形成し、図8(a)及び(b)に示すフィルタサイズ2.2μmに対応した遮光領域66に透過パターン65が配列された露光マスク50rを用いてパターン露光し、現像等の一連のパターニング処理を行って、赤色フィルタ31Rを形成した(図3(g)参照)。 Next, a red pigment (CI Pigment Red 177, CI Pigment Red 48: 1 and CI Pigment Yellow 139) and a dispersant are kneaded with a negative photosensitive resin with a roll mill or the like. The negative red resist produced in this way is applied by spin coating or the like to form a red photosensitive layer, and a transmission pattern 65 is arranged in the light shielding region 66 corresponding to the filter size of 2.2 μm shown in FIGS. Pattern exposure was performed using the exposed exposure mask 50r, and a series of patterning processes such as development were performed to form a red filter 31R (see FIG. 3G).
上記赤色フィルタ31Rのエッジ部は、段差付緑色フィルタ31Gの段差部にオーバーラップされた状態で形成されるので、2.2μmのフィルタサイズであっても、フィルタ剥がれが生じることはなかった。
また、赤色フィルタ31Rの上部からの膜厚差は、0.1μm以下で、高い平坦性が得られた。
Since the edge portion of the red filter 31R is formed so as to be overlapped with the step portion of the stepped green filter 31G, even if the filter size is 2.2 μm, the filter is not peeled off.
The film thickness difference from the upper part of the red filter 31R was 0.1 μm or less, and high flatness was obtained.
次に、熱リフロー性を有するアクリル系感光性樹脂溶液をスピンコートで塗布し、乾燥硬化させて所定厚の感光性樹脂層を形成し、露光マスクを用いてパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、緑色フィルタ31G、青色フィルタ31B及び赤色フィルタ31R上にレンズパターンを形成し、レンズパターンを所定の温度で加熱リフローすることにより、所定の曲率を有するマイクロレンズ41を形成し、カラー固体撮像素子を得た(図3(h)参照)。 Next, an acrylic photosensitive resin solution having thermal reflow properties is applied by spin coating, dried and cured to form a photosensitive resin layer having a predetermined thickness, and a series of patterning such as pattern exposure and development using an exposure mask. Processing is performed to form a lens pattern on the green filter 31G, the blue filter 31B, and the red filter 31R, and the lens pattern is heated and reflowed at a predetermined temperature to form a microlens 41 having a predetermined curvature. A solid-state image sensor was obtained (see FIG. 3 (h)).
上記したように、本発明のカラー固体撮像素子の製造方法によれば、段差付着色フィルタを1回のパターン露光、現像等のパターニング処理にて作製するため、製造工程の工程短縮化が図れ、かつ表面平坦性及び密着性に優れたカラーフィルタを作製することができ、結果として感度特性に優れたカラー固体撮像素子を得ることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a color solid-state imaging device of the present invention, the step-attached color filter is manufactured by patterning processing such as pattern exposure and development once, so that the manufacturing process can be shortened. In addition, a color filter excellent in surface flatness and adhesion can be produced, and as a result, a color solid-state imaging device excellent in sensitivity characteristics can be obtained.
11……半導体基板
12……光電変換素子
21……平坦化層
31g……緑色感光層
31G……緑色フィルタ
31B……青色フィルタ
31R……赤色フィルタ
41……マイクロレンズ
50g……透過率制御露光マスク
50b、50r……露光マスク
51……ガラス基板
61、64、65……透過パターン
62……遮光パターン
63……透過率制御パターン
66……遮光領域
111……基板
121……赤色感光性樹脂層
121R、125R……赤色フィルタ
122……緑色感光性樹脂層
122G、126G……緑色フィルタ
123……青色感光性樹脂層
123B、127B……青色フィルタ
131、132……突起部
150BL……段差付ブラックマトリクス
151BL……下層ブラックマトリクス
151BL……上層ブラックマトリクス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor substrate 12 ... Photoelectric conversion element 21 ... Planarization layer 31g ... Green photosensitive layer 31G ... Green filter 31B ... Blue filter 31R ... Red filter 41 ... Micro lens 50g ... Transmission control exposure Mask 50b, 50r ... Exposure mask 51 ... Glass substrate 61, 64, 65 ... Transmission pattern 62 ... Light shielding pattern 63 ... Transmission control pattern 66 ... Light shielding region 111 ... Substrate 121 ... Red photosensitive resin Layers 121R, 125R ... Red filter 122 ... Green photosensitive resin layers 122G, 126G ... Green filter 123 ... Blue photosensitive resin layers 123B, 127B ... Blue filters 131, 132 ... Protrusions 150BL ... Stepped Black matrix 151BL …… Lower layer black matrix 151BL …… Upper layer black matrix
Claims (2)
(a)複数の光電変換素子が形成された基板上に、着色感光層を形成し、透過パターンと遮光パターンと透過率制御パターンとで構成される透過率制御露光マスクを用いて前記着色感光層をパターン露光し、現像処理を行って段差付緑色フィルタを形成する工程。
(b)着色感光層を形成し、透過パターンと遮光パターンとで構成される通常の露光マスクを用いたパターン露光にてパターン露光、現像から順になる一連のパターニング処理を行って、残りの青色もしくは赤色の着色フィルタを前記段差付緑色フィルタの段差部にオーバーラップさせた状態で順次形成する工程。
(c)マイクロレンズを形成する工程。 On a semiconductor substrate on which a plurality of photoelectric conversion elements are formed, a colored filter and a microlens composed of a green filter, a red filter, and a blue filter are formed corresponding to the photoelectric conversion element using a photolithography method. The green filter is a stepped green filter provided with a step in the periphery, and in order to produce a color solid-state image sensor by sequentially forming the remaining colored filters and microlenses, A manufacturing method of a color solid-state imaging device, which is manufactured by the following steps.
(A) A colored photosensitive layer is formed on a substrate on which a plurality of photoelectric conversion elements are formed, and the colored photosensitive layer is formed using a transmittance control exposure mask composed of a transmission pattern, a light shielding pattern, and a transmittance control pattern. Pattern exposure and performing development processing to form a stepped green filter.
(B) A colored photosensitive layer is formed, and a series of patterning processes in order from pattern exposure and development are performed by pattern exposure using a normal exposure mask composed of a transmission pattern and a light shielding pattern, and the remaining blue or A step of sequentially forming red colored filters in a state where they are overlapped with the step portions of the stepped green filter .
(C) A step of forming a microlens.
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