JP5440649B2 - Manufacturing method of solid-state imaging device - Google Patents

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本発明は、固体撮像素子と撮像装置に係り、特にクロストーク発生や感度低下を防止した固体撮像素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging apparatus, and more particularly to a method of manufacturing a solid-state imaging device that prevents occurrence of crosstalk and sensitivity reduction.

近年、静止画像、動画像を撮像するデジタルカメラ、ビデオカメラが様々な分野で普及してきている。これらのカメラには、CCD、CMOS等の固体撮像素子が用いられている。このような固体撮像素子の構造は、例えば、受光部と金属電極を形成した基板上に絶縁層を介して遮光層、パッシベーション層、下平坦化層、カラーフィルタ、上平坦化層、および、マイクロレンズアレイを備えたものである。そして、半導体技術の進歩とともに、固体撮像素子の画素の微細化が一段と進み、カメラ自体の小型化も進んできている。例えば、固体撮像素子の1画素の平均的寸法は5〜6μmであり、さらに小さい場合には1〜2μmとなっている。従来の固体撮像素子では、マイクロレンズアレイの下面から受光部までの厚さが5μmを超えており、上記のような画素の微細化が進むと、カメラレンズからの斜めの入射光線のクロストーク発生(例えば、カラーフィルタの赤色フィルタに入射した光線が青色フィルタや緑色フィルタに対応した受光部に入り込む)や、感度低下(本来、受光部に入射すべき光線が金属電極等でけられ入射光量が低下する)が問題となってくる。このように、積層構造である固体撮像素子を断面で見たとき、横方向の画素寸法に対して、縦方向(積層方向)の受光部表面からカラーフィルタを経てマイクロレンズ下面に至る厚みの方が大きい場合、斜め入射光に対しての悪影響が種々生じる。   In recent years, digital cameras and video cameras that capture still images and moving images have become widespread in various fields. These cameras use solid-state image sensors such as CCD and CMOS. The structure of such a solid-state imaging device is, for example, a light-shielding layer, a passivation layer, a lower planarization layer, a color filter, an upper planarization layer, and a micro-layer via an insulating layer on a substrate on which a light receiving portion and a metal electrode are formed. A lens array is provided. As the semiconductor technology advances, the pixels of the solid-state imaging device are further miniaturized, and the camera itself is becoming smaller. For example, the average size of one pixel of the solid-state imaging device is 5 to 6 μm, and is 1 to 2 μm when it is smaller. In a conventional solid-state imaging device, the thickness from the bottom surface of the microlens array to the light receiving portion exceeds 5 μm, and as the above-mentioned pixel miniaturization proceeds, crosstalk of oblique incident light from the camera lens occurs. (For example, the light beam incident on the red filter of the color filter enters the light receiving unit corresponding to the blue filter or the green filter) or the sensitivity decreases (the light beam that should be incident on the light receiving unit is originally emitted by the metal electrode or the like, and the incident light amount is Will become a problem. As described above, when the solid-state imaging device having a stacked structure is viewed in cross section, the thickness from the light receiving surface in the vertical direction (stacking direction) to the lower surface of the microlens through the color filter with respect to the horizontal pixel size. Is large, various adverse effects on obliquely incident light occur.

一方、固体撮像素子の製造における低コスト化、歩留まり向上、および、固体撮像素子内での光減衰量の低減を目的として、下平坦化層を設けることなく、直接カラーフィルタを形成することが提案されている(特許文献1)。このような構造の固体撮像素子では、カラーフィルタから受光部までの厚さを小さくすることができる。
また、カラーフィルタは、通常、矩形の赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタが配列されたものであり、隣接するフィルタの辺と辺は接しているものの、角部は丸みを帯びているため、空隙部が存在している。このような空隙部には、いずれの色のフィルタも存在しないため、空隙部に入射した光線は適切な色分離が行われず、また、空隙部の界面で屈折して迷光となり、その結果、クロストーク等を引き起こすという問題があった。さらに、上平坦化層が薄い場合、カラーフィルタの空隙部の影響を受けて上平坦化層の表面にも凹凸を生じ、上平坦化層にカラーフィルタを構成する各色のフィルタの配列ピッチと異なる配列ピッチで形成されるマイクロレンズの変形等を引き起こすという問題もあった。このため、カラーフィルタ上に形成する上平坦化層の厚みを大きくする必要があり、これにより、上記のようなクロストークや感度低下を生じ易くなるという問題もあった。
On the other hand, for the purpose of reducing the cost in manufacturing a solid-state image sensor, improving the yield, and reducing the amount of light attenuation in the solid-state image sensor, it is proposed to directly form a color filter without providing a lower flattening layer. (Patent Document 1). In the solid-state imaging device having such a structure, the thickness from the color filter to the light receiving portion can be reduced.
In addition, the color filter is usually an array of rectangular red filters, green filters, and blue filters. Although the sides of adjacent filters are in contact with each other, the corners are rounded, so that the gaps are Department exists. Since there is no filter of any color in such a void, the light incident on the void is not properly separated, and is refracted at the gap interface to become stray light. There was a problem of causing talk and the like. Further, when the upper flattening layer is thin, the surface of the upper flattening layer is uneven due to the influence of the gap of the color filter, which is different from the arrangement pitch of the filters of each color constituting the color filter in the upper flattening layer. There is also a problem of causing deformation of the microlenses formed at the arrangement pitch. For this reason, it is necessary to increase the thickness of the upper planarization layer formed on the color filter, which causes a problem that the above-described crosstalk and sensitivity reduction are likely to occur.

このような空隙部の発生を防止するために、ポジ型のカラーレジストの対応するマスクパターン遮光部の寸法調整と、オーバー露光を行うことにより、空隙部を生じないように色フィルタを形成したり、各角部に接する各色フィルタのうち、いずれか1色のフィルタで角部を埋めることが提案されている(特許文献2)。   In order to prevent the generation of such voids, a color filter can be formed so as not to generate voids by adjusting the dimensions of the corresponding mask pattern light shielding portions of the positive color resist and performing overexposure. It has been proposed to fill the corners with any one of the color filters in contact with the corners (Patent Document 2).

特開2002−217394号公報JP 2002-217394 A 特開2006−269775号公報JP 2006-269775 A

しかし、特許文献1に示されるような構造の固体撮像素子では、下平坦化層を設けずに、凹凸のある表面にカラーフィルタを形成するので、形成されたカラーフィルタ表面も凹凸のあるものとなる。このため、マイクロレンズアレイを形成する面の平坦性を考慮すると、カラーフィルタ上に形成する上平坦化層の厚みを大きくする必要がある。したがって、マイクロレンズアレイの下面から受光部までの厚さを小さくすることはできず、上記のようなクロストーク発生や感度低下を低減することはできない。
また、特許文献2に示される方法では、適切なオーバー露光とするための紫外線照射エネルギーの制御が必要であり、また、色フィルタのエッジ部をテーパー形状とするために紫外線照射に照度分布をもたせる必要があり、工程管理が煩雑であるという問題があった。
However, in the solid-state imaging device having the structure shown in Patent Document 1, since the color filter is formed on the uneven surface without providing the lower planarizing layer, the formed color filter surface is also uneven. Become. For this reason, considering the flatness of the surface on which the microlens array is formed, it is necessary to increase the thickness of the upper flattening layer formed on the color filter. Therefore, the thickness from the lower surface of the microlens array to the light receiving portion cannot be reduced, and the occurrence of crosstalk and sensitivity reduction as described above cannot be reduced.
Further, in the method disclosed in Patent Document 2, it is necessary to control the ultraviolet irradiation energy for appropriate overexposure, and the ultraviolet irradiation has an illuminance distribution in order to make the edge portion of the color filter into a tapered shape. There was a problem that process management was complicated.

さらに、上述の方法では、ポジ型のカラーレジストの露光に使用するマスクとして、角部に微小な遮光パターンを設けたマスクを使用することにより、いずれか1色のフィルタで角部が埋められる。しかし、市松状に存在する緑色フィルタと、他の2色のフィルタとでは、角部における露光時のコントラストの減少程度が異なる。このため、角部に微小な遮光パターンを設けたマスクを使用するだけでは、空隙部の発生を防止できない場合がある。また、逆に角部に盛り上がりが発生し、カラーフィルタ上に形成される上平坦化層の表面に凹凸を生じ、マイクロレンズの変形等を引き起こすという問題や、これを回避するために上平坦化層の厚みを大きくする必要があるという問題もあった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、マイクロレンズアレイの下面から受光部までの厚さを小さくして、クロストーク発生や感度低下を防止した固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
Further, in the above-described method, the corner portion is filled with a filter of any one color by using a mask provided with a fine light-shielding pattern at the corner portion as a mask used for exposure of the positive color resist. However, the degree of reduction in contrast at the time of exposure at the corners differs between the green filter present in a checkered pattern and the other two color filters. For this reason, in some cases, it is not possible to prevent the generation of voids by simply using a mask having a minute light-shielding pattern at the corners. On the other hand, swells occur at the corners, causing irregularities on the surface of the upper planarization layer formed on the color filter, causing deformation of the microlens, etc., and upper planarization to avoid this There was also a problem that the thickness of the layer had to be increased.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a manufacturing method of a solid-state imaging device in which the thickness from the lower surface of the microlens array to the light receiving portion is reduced to prevent occurrence of crosstalk and sensitivity reduction. The purpose is to provide.

このような目的を達成するために、本発明は、平坦化層と、該平坦化層上に配設されたカラーフィルタと、該カラーフィルタ上に配設された複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、前記平坦化層の下方に前記マイクロレンズに対応した複数の受光部を備えた固体撮像素子の製造方法において、カラーフィルタの形成は、平坦化層上に緑色フィルタ用の感光性材料を塗布し、緑色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、非孤立的な矩形の緑色フィルタを形成する工程と、赤色フィルタ用の感光性材料を塗布し、赤色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、孤立的な矩形の赤色フィルタを形成する工程と、青色フィルタ用の感光性材料を塗布し、青色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、孤立的な矩形の青色フィルタを形成する工程と、を有し、前記緑色フィルタ用フォトマスクは、角部を切り欠いた矩形のパターンを有するフォトマスクを使用し、前記赤色フィルタ用フォトマスクと前記青色フィルタ用フォトマスクは、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有するフォトマスクを使用し、矩形の辺を延長した交点から角部の切り欠きまでの最大距離を切り欠き寸法とし、また、角部から外側に突出するサブパターンの最大長をサブパターン寸法としたときに、該切り欠き寸法およびサブパターン寸法は、マスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とするような構成とした。 In order to achieve such an object, the present invention provides a microlens comprising a planarizing layer, a color filter disposed on the planarizing layer, and a plurality of microlenses disposed on the color filter. In the method of manufacturing a solid-state imaging device including an array and a plurality of light receiving portions corresponding to the microlenses below the planarizing layer, a color filter is formed by using a photosensitive material for a green filter on the planarizing layer. Applying, exposing and developing using a green filter photomask to form a non-isolated rectangular green filter, applying a red filter photosensitive material, and using a red filter photomask A process of forming an isolated rectangular red filter by exposure and development, a photosensitive material for blue filter is applied, and exposure and development are performed using a blue filter photomask to isolate the filter. Forming a rectangular blue filter, and the green filter photomask uses a photomask having a rectangular pattern with corners cut off, and the red filter photomask and the blue filter For photomasks, use a photomask with a rectangular pattern with a sub-pattern at the corners, and use the maximum distance from the intersection of the rectangular sides to the corner cutouts as the cutout dimensions. When the maximum length of the sub-pattern protruding outward from the sub-pattern dimension is taken as the sub-pattern dimension, the notch dimension and the sub-pattern dimension are set to dimensions that are less than the resolution limit of the exposure apparatus under the mask exposure conditions . .

このような本発明の製造方法では、角部を切り欠いた矩形のパターンを有する緑色フィルタ用フォトマスクにおいて、角部に設けられた切り欠きが、近接したパターンの双方からの露光量を適度に抑制するので、角部がシャープに接した非孤立的な緑色フィルタを形成することができ、また、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有する赤色フィルタ用フォトマスクと青色フィルタ用フォトマスクにおいて、サブパターンが、角部における露光時のコントラストの減少を抑制するので、丸みを帯びずシャープな形状の角部をもつ孤立的な赤色フィルタと青色フィルタを形成することができ、これにより、各色のフィルタ間での空隙部や盛り上がりの発生を抑制して平坦性に優れたカラーフィルタを形成することができ、カラーフィルタ上に直接マイクロレンズを設ける場合であっても、塗布されたマイクロレンズ形成材料がレベリングされて変形のない良好なマイクロレンズを形成することができ、したがって、マイクロレンズアレイの下面から受光部までの厚さを小さくすることが可能であり、クロストーク発生や感度低下を防止した固体撮像素子を製造できる。   In such a manufacturing method of the present invention, in a green filter photomask having a rectangular pattern with corners notched, the notches provided in the corners moderately reduce the exposure amount from both adjacent patterns. Therefore, it is possible to form a non-isolated green filter whose corners are in sharp contact with each other, and in a red filter photomask and a blue filter photomask having a rectangular pattern having a sub-pattern at the corners. Since the sub-pattern suppresses the decrease in contrast during exposure at the corners, it is possible to form isolated red and blue filters with rounded and sharp corners. Color filters with excellent flatness can be formed by suppressing the occurrence of voids and bulges between the filters. Even when the microlens is directly provided on the surface, the applied microlens forming material is leveled to form a good microlens without deformation, and therefore, the thickness from the bottom surface of the microlens array to the light receiving portion. Therefore, it is possible to manufacture a solid-state imaging device that can prevent occurrence of crosstalk and a decrease in sensitivity.

本発明の固体撮像素子の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the solid-state image sensor of this invention. 本発明の固体撮像素子を構成するカラーフィルタの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the color filter which comprises the solid-state image sensor of this invention. マイクロレンズ形成用のフォトマスクを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the photomask for microlens formation. 非孤立的に配列される緑色フィルタ用のフォトマスクの一例を示す部分平面図である。It is a partial top view which shows an example of the photomask for green filters arranged in a non-isolated manner. 図4に示されるフォトマスクの1個のパターンを示す図である。It is a figure which shows one pattern of the photomask shown by FIG. 非孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the photomask for filters arranged in a non-isolated manner. 非孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the photomask for filters arranged in a non-isolated manner. 孤立的に配列される赤色フィルタ用のフォトマスクの一例を示す部分平面図である。It is a partial top view which shows an example of the photomask for red filters arranged in isolation. 図8に示されるフォトマスクの1個のパターンを示す図である。It is a figure which shows one pattern of the photomask shown by FIG. 孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the photomask for filters arranged in isolation. 孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the photomask for filters arranged in isolation. 孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the photomask for filters arranged in isolation. 本発明の固体撮像素子の製造方法におけるカラーフィルタの形成を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating formation of the color filter in the manufacturing method of the solid-state image sensor of this invention. 本発明の撮像装置の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the imaging device of this invention. 本発明の撮像装置の他の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other example of the imaging device of this invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[固体撮像素子]
図1は本発明の固体撮像素子の一実施形態を示す概略構成図である。図1において、固体撮像素子1は、一定の配置ピッチで設けられた複数の受光部3と電極4を備える基板2と、基板2上に絶縁層5を介して順次設けられた遮光層6、パッシベーション層7、平坦化層8、カラーフィルタ9、および、マイクロレンズアレイ10を有している。
基板2はシリコン基板であり、受光部3はpn接合が形成された公知のフォトダイオードであってよく、通常、正方格子状に配置される。電極4はフォトダイオードである受光部3で発生した信号電荷を転送するものであり、電極4の上面(マイクロレンズアレイ10側)に遮光膜を備えるものであってもよい。
絶縁層5は、例えば、CVD法で成膜された酸化シリコン等の透明層からなり、受光部3と電極4を被覆するように形成されている。遮光層6は、個々の受光部3に対応して配置された複数の開口部を有するものであり、遮光性の金属層(例えば、Al、Al/Si/Cu合金等)で形成することができる。また、パッシベーション層7は窒化珪素、二酸化珪素等からなり、平坦化層8は樹脂材料で形成することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Solid-state imaging device]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a solid-state imaging device of the present invention. In FIG. 1, a solid-state imaging device 1 includes a substrate 2 having a plurality of light receiving portions 3 and electrodes 4 provided at a constant arrangement pitch, and a light shielding layer 6 sequentially provided on the substrate 2 via an insulating layer 5, A passivation layer 7, a planarizing layer 8, a color filter 9, and a microlens array 10 are included.
The substrate 2 is a silicon substrate, and the light receiving unit 3 may be a known photodiode having a pn junction, and is usually arranged in a square lattice shape. The electrode 4 transfers signal charges generated by the light receiving unit 3 that is a photodiode, and may have a light shielding film on the upper surface of the electrode 4 (microlens array 10 side).
The insulating layer 5 is made of, for example, a transparent layer such as silicon oxide formed by a CVD method, and is formed so as to cover the light receiving unit 3 and the electrode 4. The light shielding layer 6 has a plurality of openings arranged corresponding to the individual light receiving portions 3 and may be formed of a light shielding metal layer (for example, Al, Al / Si / Cu alloy). it can. The passivation layer 7 is made of silicon nitride, silicon dioxide, or the like, and the planarization layer 8 can be formed of a resin material.

カラーフィルタ9は、図2に示されるように、矩形の赤色フィルタ9R、緑色フィルタ9G、青色フィルタ9Bが配列されたものであり、これらの各色のフィルタは各受光部3に対応している。カラーフィルタ9を構成する緑色フィルタ9Gは、角部が接し市松状に配列された非孤立的フィルタである。また、赤色フィルタ9Rと青色フィルタ9Bは、緑色フィルタ9Gの非形成部位に配列された孤立的フィルタである。そして、このカラーフィルタ9は、マイクロレンズアレイ10側の表面が、最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差が0.25μm以下である。尚、本発明におけるカラーフィルタ表面の粗さは、原子間力顕微鏡、あるいは、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定する。
マイクロレンズアレイ10は、各受光部3、カラーフィルタ9の各色フィルタに対応して形成された複数のマイクロレンズ11からなっている。
As shown in FIG. 2, the color filter 9 includes a rectangular red filter 9 </ b> R, a green filter 9 </ b> G, and a blue filter 9 </ b> B, and these color filters correspond to the light receiving units 3. The green filter 9G constituting the color filter 9 is a non-isolated filter in which corner portions are in contact and arranged in a checkered pattern. Further, the red filter 9R and the blue filter 9B are isolated filters arranged in a portion where the green filter 9G is not formed. The color filter 9 has a height difference of 0.25 μm or less between a portion where the surface on the microlens array 10 side is the most convex and a portion where the boundary between the filters of each color is the most concave. is there. The roughness of the color filter surface in the present invention is measured using an atomic force microscope or a scanning electron microscope (SEM).
The microlens array 10 includes a plurality of microlenses 11 formed corresponding to the color filters of the light receiving portions 3 and the color filters 9.

このような本発明の固体撮像素子1は、カラーフィルタ9とマイクロレンズアレイ10との間に平坦化層が存在しないので、マイクロレンズアレイ10の下面から受光部3までの厚さが小さいもの、例えば、5μm未満の厚みとなる。さらに、カラーフィルタ9の表面は、最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差が0.25μm以下であり平坦性に優れている。したがって、カラーフィルタ9に直接設けられているマイクロレンズ11は、その配列ピッチがカラーフィルタ9を構成する各色のフィルタの配列ピッチと異なる場合であっても、変形のない良好な形状である。これにより、固体撮像素子1は、斜めの入射光線のクロストークが防止され、かつ、良好な感度を具備している。勿論、本発明は、マイクロレンズ11の配列ピッチがカラーフィルタ9を構成する各色のフィルタの配列ピッチと同じである場合を排除するものではない。   In such a solid-state imaging device 1 of the present invention, since there is no planarization layer between the color filter 9 and the microlens array 10, the thickness from the lower surface of the microlens array 10 to the light receiving unit 3 is small. For example, the thickness is less than 5 μm. Further, the surface of the color filter 9 is excellent in flatness because the height difference between the most convex part and the most concave part of the boundary between filters of each color is 0.25 μm or less. Therefore, the microlenses 11 provided directly on the color filter 9 have a good shape without deformation even when the arrangement pitch is different from the arrangement pitch of the filters of the respective colors constituting the color filter 9. As a result, the solid-state imaging device 1 is prevented from crosstalk of oblique incident light rays and has good sensitivity. Of course, the present invention does not exclude the case where the arrangement pitch of the microlenses 11 is the same as the arrangement pitch of the filters of the respective colors constituting the color filter 9.

上述の固体撮像素子の実施形態は例示であり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、カラーフィルタ9の表面の平坦性を更に向上させるために、カラーフィルタ9とマイクロレンズアレイ10との間に平坦化層が介在するものであってもよい。この場合も、カラーフィルタ9の表面の平坦性が優れるので、平坦化層の厚みは0.1〜0.25μmの範囲とすることができ、マイクロレンズアレイ10の下面から受光部3までの厚さは5μm未満の厚みが維持できる。   The above-described embodiment of the solid-state imaging device is an exemplification, and the present invention is not limited to this embodiment. For example, a planarization layer may be interposed between the color filter 9 and the microlens array 10 in order to further improve the flatness of the surface of the color filter 9. Also in this case, since the flatness of the surface of the color filter 9 is excellent, the thickness of the flattening layer can be in the range of 0.1 to 0.25 μm, and the thickness from the lower surface of the microlens array 10 to the light receiving unit 3. A thickness of less than 5 μm can be maintained.

[固体撮像素子の製造方法]
本発明の固体撮像素子の製造方法の一実施形態について、上記の固体撮像素子1の製造を例として説明する。
まず、基板2に受光部3、電極4を形成する。フォトダイオードからなる受光部3は、例えば、基板2としてn型のシリコン基板を使用し、公知の手法により形成することができる。また、電極4は所望の導電性膜を成膜し、これをパターニングして形成することができる。
次に、受光部3と電極4を被覆するように、CVD法で酸化シリコン等の透明層を形成して絶縁層5とする。この絶縁層5の形成では、成膜後にCMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化を行ってもよい。
[Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device]
An embodiment of the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention will be described by taking the manufacturing of the solid-state imaging device 1 as an example.
First, the light receiving portion 3 and the electrode 4 are formed on the substrate 2. The light receiving portion 3 made of a photodiode can be formed by a known method using, for example, an n-type silicon substrate as the substrate 2. The electrode 4 can be formed by forming a desired conductive film and patterning it.
Next, a transparent layer made of silicon oxide or the like is formed by CVD to form the insulating layer 5 so as to cover the light receiving portion 3 and the electrode 4. In the formation of the insulating layer 5, planarization may be performed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) after film formation.

次に、絶縁層5上に、受光部3の受光領域に開口部を有するように遮光層6を形成する。この遮光層6の形成は、例えば、遮光性の金属層(例えば、Al、Al/Si/Cu合金等)を成膜し、この金属層上にポジ型の感光性レジストを塗布し、露光、現像のフォトリソグラフィー工程によってレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして金属層をエッチングして開口部を形成して遮光層を得ることができる。
次いで、遮光層6を被覆するようにパッシベーション層7を形成する。このパッシベーション層7の形成は、例えば、CVD法により窒化珪素膜、二酸化珪素膜等を成膜することにより行うことができる。その後、パッシベーション層7上に樹脂材料をスピンコート法により塗布して平坦化層8を形成する。
次に、平坦化層8上にカラーフィルタ9を形成し、このカラーフィルタ9上に直接マイクロレンズ11を形成してマイクロレンズアレイ10とする。
カラーフィルタ9の形成は、本発明の製造方法の特徴的工程であるので、詳細に後述する。
Next, the light shielding layer 6 is formed on the insulating layer 5 so as to have an opening in the light receiving region of the light receiving unit 3. The light shielding layer 6 is formed by, for example, forming a light shielding metal layer (for example, Al, Al / Si / Cu alloy, etc.), applying a positive photosensitive resist on the metal layer, exposing, After a resist pattern is formed by a development photolithography process, the metal layer is etched using the resist pattern as a mask to form an opening to obtain a light shielding layer.
Next, a passivation layer 7 is formed so as to cover the light shielding layer 6. The passivation layer 7 can be formed, for example, by forming a silicon nitride film, a silicon dioxide film or the like by the CVD method. Thereafter, a planarizing layer 8 is formed by applying a resin material on the passivation layer 7 by spin coating.
Next, a color filter 9 is formed on the planarizing layer 8, and a microlens 11 is directly formed on the color filter 9 to form a microlens array 10.
The formation of the color filter 9 is a characteristic step of the manufacturing method of the present invention, and will be described later in detail.

マイクロレンズ11の形成方法としては特に制限はないが、例えば、マイクロレンズ材料としてポジ型フォトレジストを用い、塗布、露光、現像のフォトリソグラフィー工程の後、フォトレジストをポストベークして溶融し凸レンズ状に成形する方法を挙げることができる。このように溶融して凸レンズ状に成形するマイクロレンズ形成方法は、マイクロレンズ間に必ず隙間を必要とする形成方法である。マイクロレンズ間に隙間の無い効率的なマイクロレンズの形成方法として、露光波長では解像しないような微細なドットパターンで、マイクロレンズの三次元形状を階調表現した階調フォトマスクを用いてフォトレジストを露光、現像する方法を用いることができる。図3は、このようなドットパターンの一例を示す図であり、1画素分の領域上に表現された20個×20個のドットを有している。この例では、黒い部分が遮光部であり、白い部分が光透過部である。このようなドットパターンを有する階調フォトマスクを介して露光、現像することにより、微細ドットで階調表現された形状をフォトレジスト層に転写してマイクロレンズ11を形成することができる。
尚、後述するように、カラーフィルタ9の表面の平坦性を更に向上させるために、平坦化層を形成した後にマイクロレンズ11を形成してもよい。
Although there is no restriction | limiting in particular as a formation method of the microlens 11, For example, a positive photoresist is used as a microlens material, and after a photolithographic process of application | coating, exposure, and development, the photoresist is post-baked and melted to form a convex lens. The method of forming can be mentioned. The microlens formation method that melts and forms a convex lens in this way is a formation method that always requires a gap between the microlenses. As an efficient method of forming microlenses with no gaps between microlenses, photo is produced using a gradation photomask that represents the three-dimensional shape of the microlens with gradation, with a fine dot pattern that does not resolve at the exposure wavelength. A method of exposing and developing the resist can be used. FIG. 3 is a diagram showing an example of such a dot pattern, which has 20 × 20 dots expressed on an area for one pixel. In this example, a black part is a light shielding part, and a white part is a light transmission part. By exposing and developing through a gradation photomask having such a dot pattern, the shape expressed in gradation by fine dots can be transferred to the photoresist layer to form the microlens 11.
As will be described later, in order to further improve the flatness of the surface of the color filter 9, the microlens 11 may be formed after the planarization layer is formed.

次に、カラーフィルタ9の形成方法を説明する。本発明でのカラーフィルタ9の形成は、平坦化層8上に緑色フィルタ用の感光性材料を塗布し、緑色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、非孤立的な矩形の緑色フィルタ9Gを形成する工程と、赤色フィルタ用の感光性材料を塗布し、赤色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、孤立的な矩形の赤色フィルタ9Rを形成する工程と、青色フィルタ用の感光性材料を塗布し、青色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、孤立的な矩形の青色フィルタ9Bを形成する工程と、を有している。そして、緑色フィルタ用フォトマスクとして、角部を切り欠いた矩形のパターンを有するフォトマスクを使用し、赤色フィルタ用フォトマスクと青色フィルタ用フォトマスクとして、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有するフォトマスクを使用する。尚、本発明におけるフォトマスクが有するパターン、サブパターンとは、赤色フィルタ9R、緑色フィルタ9G、青色フィルタ9Bの形成にネガ型感光材料を使用する場合には、光透過部であり、一方、ポジ型感光材料を使用する場合には、遮光部である。以下の説明においても同様である。   Next, a method for forming the color filter 9 will be described. In the present invention, the color filter 9 is formed by coating a photosensitive material for a green filter on the planarizing layer 8, exposing and developing using a photomask for a green filter, and forming a non-isolated rectangular green filter. A step of forming 9G, a step of applying a photosensitive material for a red filter, exposing and developing using a photomask for red filter, and forming an isolated rectangular red filter 9R; And applying a photosensitive material, exposing and developing using a photomask for blue filter, and forming an isolated rectangular blue filter 9B. Then, a photomask having a rectangular pattern with corners cut out is used as a green filter photomask, and a rectangular pattern having a sub-pattern at the corners is used as a red filter photomask and a blue filter photomask. A photomask having the same is used. Note that the pattern and sub-pattern that the photomask in the present invention has is a light transmitting portion when a negative photosensitive material is used to form the red filter 9R, the green filter 9G, and the blue filter 9B. In the case of using a type photosensitive material, it is a light shielding part. The same applies to the following description.

まず、本発明でカラーフィルタの形成に使用するフォトマスクを説明する。
図4は、非孤立的に配列される緑色フィルタ9G用のフォトマスクを示す部分平面図であり、図5は図4に示されるフォトマスクの1個のパターンを示す図である。図4および図5において、フォトマスク21Gは、矩形のパターン22Gを市松状に備えており、各矩形パターン22Gは、4個の角部22aに切り欠き部23を有している。
First, a photomask used for forming a color filter in the present invention will be described.
FIG. 4 is a partial plan view showing a photomask for the green filter 9G arranged in a non-isolated manner, and FIG. 5 is a diagram showing one pattern of the photomask shown in FIG. 4 and 5, the photomask 21G is provided with a rectangular pattern 22G in a checkered pattern, and each rectangular pattern 22G has a notch 23 at four corners 22a.

ここで、角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列された従来のフォトマスクについて説明する。このような角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列されたフォトマスクでは、角部における露光時のコントラストの減少が、矩形のパターンが孤立的に配列されたフォトマスクの場合と異なっている。すなわち、角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列されたフォトマスクでは、角部が双方のパターンから露光されるため、角部における露光時のコントラストの減少は、近接パターンが存在しない矩形パターンの角部における露光時のコントラストの減少よりも少ないものとなる。このため、上記のような角部の切り欠き部23を備えていないフォトマスク(角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列されたフォトマスク)を使用して露光、現像して形成されたフィルタは、ネガ型感光材料を使用した場合には、角部が太く接続されたものとなり、また、ポジ型感光性材料を使用した場合には、角部が離れたものとなり、いずれの場合もシャープな矩形のフィルタを形成することができない。しかし、本発明では、フォトマスク21Gを使用することにより、角部22aに設けられた切り欠き部23が、近接したパターンの双方から露光される角部22aの露光量を適度に抑える作用をなす。これにより、角部がシャープに接した非孤立的な緑色フィルタ9を形成することができる。   Here, a conventional photomask in which rectangular patterns are arranged in a non-isolated manner in contact with corners will be described. In such a photomask in which rectangular patterns are arranged non-isolated with the corners in contact, the contrast reduction during exposure at the corners is different from that in a photomask in which rectangular patterns are arranged in isolation. ing. That is, in a photomask in which rectangular patterns are arranged in a non-isolated manner in contact with corners, the corners are exposed from both patterns, and therefore there is no proximity pattern in the reduction in contrast at the corner exposure. This is less than the decrease in contrast during exposure at the corners of the rectangular pattern. For this reason, it is formed by exposure and development using a photomask (a photomask in which rectangular patterns are arranged in a non-isolated manner in contact with the corners) without the corner notch 23 as described above. When a negative photosensitive material is used, the filter is thickly connected at the corners. When a positive photosensitive material is used, the corners are separated from each other. Even in this case, a sharp rectangular filter cannot be formed. However, in the present invention, by using the photomask 21G, the notch 23 provided in the corner 22a serves to moderately suppress the exposure amount of the corner 22a exposed from both adjacent patterns. . Thereby, the non-isolated green filter 9 in which the corners are in sharp contact can be formed.

尚、各パターン22Gが有する切り欠き部23は、矩形の辺を延長した交点Pから角部22aの切り欠きまでのX軸方向およびY軸方向での最大距離Lを切り欠き寸法Lとしたときに、この切り欠き寸法Lをマスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とする。切り欠き寸法Lが解像限界を超えるような大きさである場合、切り欠き部23の形状がそのままフィルタの形状に反映されてしまい、シャープな矩形の緑色フィルタが得られない。また、切り欠き寸法Lの下限は、例えば、i線ステッパーによる露光を用いる場合には、40nm程度(被露光体上に投影された際の寸法)とすることができる。
上記の例では、切り欠き部23は角部22aを直線的に切り欠いた形状であるが、これに限定されず、例えば、図6および図7に示すような形状の切り欠き部23であってもよい。
Note that the notch 23 of each pattern 22G has a notch dimension L that is the maximum distance L in the X-axis direction and the Y-axis direction from the intersection P extending from the rectangular side to the notch of the corner 22a. In addition, the notch dimension L is set to a dimension not more than the resolution limit of the exposure apparatus under the mask exposure conditions. When the cutout dimension L is larger than the resolution limit, the shape of the cutout portion 23 is directly reflected in the filter shape, and a sharp rectangular green filter cannot be obtained. Further, the lower limit of the notch dimension L can be about 40 nm (dimension when projected onto the object to be exposed), for example, when exposure by an i-line stepper is used.
In the above example, the cutout portion 23 has a shape in which the corner portion 22a is cut out linearly, but is not limited to this. For example, the cutout portion 23 has a shape as shown in FIGS. May be.

図8は、孤立的に配列される赤色フィルタ9R用のフォトマスクを示す部分平面図であり、図9は図8に示されるフォトマスクの1個のパターンを示す図である。図8および図9において、フォトマスク21Rは、矩形のパターン22Rを備えており、各矩形パターン22Rは、4個の角部22aに矩形のサブパターン24を有している。
このように孤立的に配列された矩形パターン22Rの角部22aにサブパターン24を有しているフォトマスク21Rを使用することにより、サブパターン24が角部における露光時のコントラストの減少を抑制するので、丸みを帯びずシャープな形状の角部をもつ孤立的な赤色フィルタ9Rを形成することができる。
FIG. 8 is a partial plan view showing a photomask for the red filter 9R arranged in isolation, and FIG. 9 is a diagram showing one pattern of the photomask shown in FIG. 8 and 9, the photomask 21R includes a rectangular pattern 22R, and each rectangular pattern 22R has a rectangular sub-pattern 24 at four corners 22a.
By using the photomask 21R having the sub-pattern 24 at the corner 22a of the rectangular pattern 22R arranged in this way, the sub-pattern 24 suppresses a decrease in contrast during exposure at the corner. Therefore, it is possible to form an isolated red filter 9R that is not round and has sharp corners.

尚、各パターン22Rが有するサブパターン24は、X軸方向およびY軸方向での角部から外側に突出するサブパターンの最大長をサブパターン寸法L′としたときに、このサブパターン寸法L′をマスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とする。また、サブパターン24が矩形のパターン22Rの角部22aから外側へ突出する最大距離を突出距離dとしたときに、この突出距離dもマスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とする。サブパターン寸法L′や突出距離dが解像限界を超えるような大きさであると、使用する感光性材料がネガ型の場合、角部22aの露光量が過大となり、形成されたフィルタは、角部が突出した形状となり、シャープな矩形の赤色フィルタが得られない。また、サブパターン寸法L′や突出距離dの下限は、例えば、i線ステッパーによる露光を用いる場合には、40nm程度(被露光体上に投影された際の寸法)とすることができる。   The sub-pattern 24 included in each pattern 22R has a sub-pattern dimension L ′ when the maximum length of the sub-pattern protruding outward from the corners in the X-axis direction and the Y-axis direction is the sub-pattern dimension L ′. Is a dimension that is not more than the resolution limit of the exposure apparatus under the mask exposure conditions. Further, when the maximum distance that the sub pattern 24 protrudes outward from the corner 22a of the rectangular pattern 22R is defined as the protrusion distance d, the protrusion distance d is also a dimension that is less than the resolution limit of the exposure apparatus under the mask exposure conditions. To do. If the sub-pattern dimension L ′ or the protrusion distance d exceeds the resolution limit, when the photosensitive material to be used is a negative type, the exposure amount of the corner 22a becomes excessive, and the formed filter is The corner has a protruding shape, and a sharp rectangular red filter cannot be obtained. Further, the lower limit of the sub-pattern dimension L ′ and the protrusion distance d can be set to about 40 nm (dimension when projected onto the object to be exposed), for example, when exposure using an i-line stepper is used.

サブパターン24は、図10に示されるように、パターン22Rから離間して設けてもよい。この場合、パターン22Rとサブパターン24との離間距離d′は、マスク露光条件での露光装置の解像限界以下となるように設定することが好ましく、離間距離d′が大き過ぎると、サブパターン24による角部22aの露光時のコントラストの減少抑制効果が得られず好ましくない。
上記の例では、サブパターン24は矩形であるが、サブパターン24の形状はこれに限定されるものではない。例えば、図11(A)に示すような三角形であってもよく、この場合も、図11(B)に示すようにサブパターン24はパターン22Rから離間したものであってよい。そして、突出距離d、離間距離d′は上述の範囲内とすることが好ましい。また、図12(A)に示すようにサブパターン24が円形であってもよく、この場合も、図12(B)に示すようにサブパターン24はパターン22Rから離間したものであってよい。そして、突出距離d、離間距離d′は上述の範囲内とすることが好ましい。
尚、孤立的に配列される青色フィルタ9B用のフォトマスク21B(図示せず)は、上記のフォトマスク21Rと同様に構成することができ、ここでの説明は省略する。
As shown in FIG. 10, the sub pattern 24 may be provided apart from the pattern 22R. In this case, the distance d ′ between the pattern 22R and the sub-pattern 24 is preferably set to be equal to or less than the resolution limit of the exposure apparatus under the mask exposure conditions. If the distance d ′ is too large, the sub-pattern 24 is not preferable because the effect of suppressing the reduction in contrast at the time of exposure of the corner 22a by 24 cannot be obtained.
In the above example, the sub pattern 24 is rectangular, but the shape of the sub pattern 24 is not limited to this. For example, it may be a triangle as shown in FIG. 11A, and in this case as well, the sub-pattern 24 may be spaced from the pattern 22R as shown in FIG. 11B. The protrusion distance d and the separation distance d ′ are preferably within the above-described ranges. Further, the sub pattern 24 may be circular as shown in FIG. 12A, and in this case as well, the sub pattern 24 may be separated from the pattern 22R as shown in FIG. The protrusion distance d and the separation distance d ′ are preferably within the above-described ranges.
Note that the photomask 21B (not shown) for the blue filter 9B arranged in isolation can be configured in the same manner as the photomask 21R described above, and the description thereof is omitted here.

次に、上述のフォトマスク21G、21R、21Bを用いたカラーフィルタ9の形成の例を、図13を参照しながら説明する。
まず、緑色フィルタ用の感光性材料を平坦化層8上に塗布し、フォトマスク21Gを用いて露光、現像して、非孤立的な緑色フィルタ9Gを形成する(図13(A))。この緑色フィルタ9Gは、角部が接したシャープな矩形であり、しがたって、緑色フィルタ9Gの非形成部位(孤立的に存在)もシャープな矩形となっている。
次に、赤色フィルタ用の感光性材料を緑色フィルタ9Gも被覆するように塗布し、フォトマスク21Rを用いて露光、現像して、孤立的な赤色フィルタ9Rを形成する(図13(B))。この赤色フィルタ9Rは、丸みを帯びずシャープな形状の角部をもつ矩形であり、しがたって、緑色フィルタ9Gの非形成部位(赤色フィルタ9Rの形成部位)が、空隙部の発生が抑制されるように赤色フィルタ9Rで埋められる。
Next, an example of forming the color filter 9 using the above-described photomasks 21G, 21R, and 21B will be described with reference to FIG.
First, a photosensitive material for a green filter is applied onto the planarizing layer 8, and exposed and developed using a photomask 21G to form a non-isolated green filter 9G (FIG. 13A). The green filter 9G is a sharp rectangle with corners in contact with each other. Therefore, the non-formation part (isolated) of the green filter 9G is also a sharp rectangle.
Next, a photosensitive material for a red filter is applied so as to cover the green filter 9G, and is exposed and developed using a photomask 21R to form an isolated red filter 9R (FIG. 13B). . The red filter 9R has a rounded shape and a rectangular shape with sharp corners. Therefore, the non-formation part of the green filter 9G (formation part of the red filter 9R) suppresses the generation of voids. As shown in FIG.

次いで、青色フィルタ用の感光性材料を緑色フィルタ9G、赤色フィルタ9Rも被覆するように塗布し、フォトマスク21Bを用いて露光、現像して、孤立的な青色フィルタ9Bを形成する(図13(C))。この青色フィルタ9Bは、丸みを帯びずシャープな形状の角部をもつ矩形であり、しがたって、緑色フィルタ9Gの非形成部位(青色フィルタ9Bの形成部位)が、空隙部の発生が抑制されるように青色フィルタ9Bで埋められる。
これにより、矩形の緑色フィルタ9G、赤色フィルタ9R、青色フィルタ9Bで構成され、各色のフィルタ間、特に角部での空隙部や盛り上がりの発生が抑制され、表面の最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差が0.25μm以下であるカラーフィルタ9が得られる。
尚、赤色フィルタ9Rと青色フィルタ9Bの形成順序は逆であってもよい。
Next, a photosensitive material for blue filter is applied so as to cover the green filter 9G and the red filter 9R, and is exposed and developed using a photomask 21B to form an isolated blue filter 9B (FIG. 13 ( C)). The blue filter 9B is a rectangle that is not rounded and has a sharp corner, and therefore, the non-formation part of the green filter 9G (formation part of the blue filter 9B) is suppressed from generating voids. As shown, it is filled with a blue filter 9B.
Thereby, it is composed of a rectangular green filter 9G, a red filter 9R, and a blue filter 9B, and the occurrence of voids and bulges between the filters of each color, particularly at the corners, is suppressed, and the most convex part of the surface Thus, the color filter 9 having a height difference of 0.25 μm or less from the most concave portion of the boundary between the filters of each color is obtained.
The formation order of the red filter 9R and the blue filter 9B may be reversed.

上述の本発明の固体撮像素子の製造方法では、平坦化層を介在させることなくカラーフィルタ9上にカラーフィルタ9を構成する各色のフィルタの配列ピッチと異なる配列ピッチで直接マイクロレンズ11を設けても、マイクロレンズ11に変形を生じることがない。例えば、上述の階調フォトマスクを用いてマイクロレンズ11を形成する方法では、画素サイズ2μm、マイクロレンズアレイ10の下面から受光部3までの厚さを4.6μmとなるように設計した場合、マイクロレンズ11の焦点距離を4.6μmに合わせると、マイクロレンズ11の高さは0.53μmとなり、マイクロレンズ材料の塗布膜厚は0.6μm程度に設定される。上記のように形成されたカラーフィルタ9は、最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差が0.25μm以下であり、このような微細な凹凸はマイクロレンズ材料のレベリング機能にて吸収され、マイクロレンズ11に変形を生じることがない。勿論、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差が0.25μmを超えるようなカラーフィルタであっても、マイクロレンズ材料の塗布厚みを大きくすれば、凹凸を吸収して変形のないマイクロレンズを形成することはできる。しかし、マイクロレンズアレイ10の下面から受光部3までの厚さが5μm以上となったり、マイクロレンズの焦点距離の制御が困難となり受光部3に効率的に集光できないという問題が生じる。   In the above-described method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the microlenses 11 are directly provided on the color filter 9 with an arrangement pitch different from the arrangement pitch of the filters of each color constituting the color filter 9 without interposing a planarizing layer. However, the microlens 11 is not deformed. For example, in the method of forming the microlens 11 using the above-described gradation photomask, when the pixel size is 2 μm and the thickness from the lower surface of the microlens array 10 to the light receiving unit 3 is designed to be 4.6 μm, When the focal length of the microlens 11 is adjusted to 4.6 μm, the height of the microlens 11 becomes 0.53 μm, and the coating thickness of the microlens material is set to about 0.6 μm. The color filter 9 formed as described above has a height difference of 0.25 μm or less between the most convex part and the most concave part of the boundary between the filters of each color. Fine irregularities are absorbed by the leveling function of the microlens material, and the microlens 11 is not deformed. Of course, even if the color filter has a height difference of more than 0.25 μm from the most concave part of the boundary between filters of each color, the unevenness can be absorbed by increasing the coating thickness of the microlens material. It is possible to form a microlens without deformation. However, there arises a problem that the thickness from the lower surface of the microlens array 10 to the light receiving unit 3 is 5 μm or more, the control of the focal length of the microlens becomes difficult, and the light cannot be efficiently condensed on the light receiving unit 3.

このように、本発明の製造方法では、マイクロレンズアレイの下面から受光部までの厚さを小さくすることが可能であり、クロストーク発生や感度低下を防止した固体撮像素子を製造することができる。尚、本発明は、カラーフィルタ9上に直接形成するマイクロレンズ11の配列ピッチを、カラーフィルタ9を構成する各色のフィルタの配列ピッチと同じとすることを排除するものではない。
上述の製造方法の実施形態は例示であり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、カラーフィルタ9の表面の平坦性を更に向上させるために、カラーフィルタ9上に平坦化層を形成した後にマイクロレンズ11を形成してもよい。この場合、カラーフィルタ9の表面が平坦性に優れるので、カラーフィルタ9上に形成する平坦化層の厚みは極めて薄くすることができ、例えば、0.1〜0.25μmの範囲とすることができる。
Thus, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to reduce the thickness from the lower surface of the microlens array to the light receiving portion, and it is possible to manufacture a solid-state imaging device that prevents occurrence of crosstalk and sensitivity reduction. . The present invention does not exclude that the arrangement pitch of the microlenses 11 directly formed on the color filter 9 is the same as the arrangement pitch of the filters of the respective colors constituting the color filter 9.
The embodiment of the manufacturing method described above is an exemplification, and the present invention is not limited to this embodiment. For example, in order to further improve the flatness of the surface of the color filter 9, the microlens 11 may be formed after the planarization layer is formed on the color filter 9. In this case, since the surface of the color filter 9 is excellent in flatness, the thickness of the flattening layer formed on the color filter 9 can be extremely thin, for example, in the range of 0.1 to 0.25 μm. it can.

[撮像装置]
図14は、本発明の撮像装置の一実施形態を示す概略断面図である。図14において、本発明の撮像装置31は、本発明の固体撮像素子32を備えた基板33と、固体撮像素子32の外側に配した封止用部材34と、この封止用部材34を介して固体撮像素子32と所望の間隙を設けて対向するように配設された保護材35とを備えている。また、固体撮像素子32は配線36、表裏導通ビア37を介して外部端子38に接続されている。このようなセラミックパッケージ型の撮像装置31は、種々のデジタルカメラ、ビデオカメラ等に使用することができ、カメラの高感度化、小型化、薄型化が可能である。
[Imaging device]
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the imaging apparatus of the present invention. In FIG. 14, an imaging device 31 of the present invention includes a substrate 33 including the solid-state imaging device 32 of the present invention, a sealing member 34 disposed outside the solid-state imaging device 32, and the sealing member 34. And a protective material 35 disposed to face the solid-state imaging device 32 with a desired gap. The solid-state imaging device 32 is connected to an external terminal 38 via a wiring 36 and front and back conductive vias 37. Such a ceramic package type image pickup device 31 can be used for various digital cameras, video cameras, and the like, and the sensitivity, size and thickness of the camera can be reduced.

また、図15は、本発明の撮像装置の他の実施形態を示す概略断面図である。図15に示される本発明の撮像装置41は、携帯電話用カメラモジュールの例であり、本発明の固体撮像素子42を備えた基板43と、固体撮像素子42の外側に配した封止用部材44と、固体撮像素子42と所望の間隙を設けて対向するように配設された赤外カットフィルタ45と、赤外カットフィルタ45上に配設された鏡筒46と、この鏡筒46内に装着されたレンズユニット47を備えている。このような撮像装置41は、本発明の固体撮像素子42がシェーディング補正されていて高感度のものであるため、小型化、薄型化が可能である。
本発明の撮像装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、固体撮像素子として本発明の固体撮像素子を備えるものであればよく、従来の種々の撮像装置の構成をそのまま採用することができる。
FIG. 15 is a schematic sectional view showing another embodiment of the imaging apparatus of the present invention. An imaging device 41 of the present invention shown in FIG. 15 is an example of a camera module for a mobile phone, and includes a substrate 43 provided with the solid-state image sensor 42 of the present invention, and a sealing member disposed outside the solid-state image sensor 42. 44, an infrared cut filter 45 disposed so as to face the solid-state imaging device 42 with a desired gap, a lens barrel 46 disposed on the infrared cut filter 45, and the inside of the lens barrel 46 The lens unit 47 attached to the lens is provided. Such an image pickup apparatus 41 can be reduced in size and thickness because the solid-state image pickup element 42 of the present invention is subjected to shading correction and has high sensitivity.
The image pickup apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and any structure that includes the solid-state image pickup element of the present invention as a solid-state image pickup element may be used, and the configurations of various conventional image pickup apparatuses may be employed as they are. it can.

次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
[実施例1]
まず、画素受光部ピッチ2.0μm、画素数2592個×1944個のフォトダイオードからなり、受光部からパッシベーション層表面までの厚さが3.5μmであるCMOSセンサーを形成したウェハを用意した。
(平坦化層の形成)
次に、ウェハ表面をスピンスクラパーで洗浄した後、光硬化型アクリル系透明樹脂材料(富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 CT−2020L)をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って平坦化層(厚み0.3μm)を形成した。
Next, an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail.
[Example 1]
First, a wafer was prepared on which a CMOS sensor having a pixel light receiving portion pitch of 2.0 μm and a pixel number of 2592 × 1944 pixels and having a thickness of 3.5 μm from the light receiving portion to the surface of the passivation layer was prepared.
(Formation of planarization layer)
Next, after cleaning the wafer surface with a spin scraper, a photo-curing acrylic transparent resin material (CT-2020L manufactured by Fuji Microelectronics Materials Co., Ltd.) is spin-coated, and then pre-baking, UV exposure, post Baking was performed to form a planarization layer (thickness 0.3 μm).

(カラーフィルタの形成)
ネガ型感光性の緑色材料(G用材料)、赤色材料(R用材料)、青色材料(B用材料)として以下の材料を用意した。
G用材料:富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 SG−4000L
R用材料:富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 SR−4000L
B用材料:富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 SB−4000L
また、カラーフィルタの各色フィルタの配置ピッチを2.0μmとし、緑色フィルタ用のフォトマスクとして、図4および図5に示されるフォトマスクを準備した。このフォトマスクは、1辺が2.0μmの矩形のパターン(光透過部)を有し、各パターンの角部の直角二等辺三角形形状の切り欠き部の切り欠き寸法Lは0.1μmとなるようにした。尚、露光装置は((株)ニコン製 NSR−2505i14E2(1/5縮小型))であり、設定した露光条件での解像限界が0.35μmであった。上記のフォトマスクの寸法は、露光装置にてウェハ上に投影された際の寸法であり、以下のフォトマスクの寸法に関する記載においても同様である。
(Formation of color filter)
The following materials were prepared as negative photosensitive green materials (G materials), red materials (R materials), and blue materials (B materials).
Material for G: SG-4000L manufactured by Fuji Microelectronic Materials Co., Ltd.
Material for R: SR-4000L manufactured by Fuji Microelectronic Materials Co., Ltd.
Material for B: SB-4000L manufactured by Fuji Microelectronic Materials Co., Ltd.
Moreover, the arrangement pitch of each color filter of a color filter was 2.0 micrometers, and the photomask shown by FIG. 4 and FIG. 5 was prepared as a photomask for green filters. This photomask has a rectangular pattern (light transmission part) having a side of 2.0 μm, and a notch dimension L of a notch part of a right isosceles triangle shape at a corner of each pattern is 0.1 μm. I did it. The exposure apparatus was NSR-2505i14E2 (1/5 reduction type, manufactured by Nikon Corporation), and the resolution limit under the set exposure conditions was 0.35 μm. The dimension of the photomask is a dimension when projected onto the wafer by the exposure apparatus, and the same applies to the following description regarding the dimension of the photomask.

また、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクとして、図8および図9に示されるフォトマスクを準備した。このフォトマスクは、1辺が2.0μmの矩形のパターン(光透過部)と、矩形のサブパターン(光透過部)を有し、サブパターンの寸法L′は0.2μm、突出距離dは0.23μmとした。
そして、緑色フィルタ、赤色フィルタ、青色フィルタの形成順序で、上記材料をスピン塗布し、プリベーク、1/5縮小型のi線ステッパーによる露光、現像、ポストベークを行って、緑色フィルタ、赤色フィルタ、青色フィルタで構成されたカラーフィルタ(厚み0.8μm)を平坦化層上に形成した。尚、現像液として、富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 CD−2000の50%希釈液を使用した。
Moreover, the photomask shown by FIG. 8 and FIG. 9 was prepared as a photomask for red filters and blue filters. This photomask has a rectangular pattern (light transmission part) having a side of 2.0 μm and a rectangular sub pattern (light transmission part), the dimension L ′ of the sub pattern is 0.2 μm, and the protrusion distance d is The thickness was 0.23 μm.
Then, in the formation order of the green filter, red filter, and blue filter, the above materials are spin-coated, pre-baked, exposed with a 1/5 reduction type i-line stepper, developed, and post-baked, and then the green filter, red filter, A color filter (thickness 0.8 μm) composed of a blue filter was formed on the planarization layer. As a developing solution, a 50% diluted solution of CD-2000 manufactured by Fuji Microelectronic Materials Co., Ltd. was used.

上記のように形成したカラーフィルタについて、最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を原子間顕微鏡(SIIナノテクノロジー(株)製 L−trace)を用いて下記条件で測定した結果、0.22μmであり、平坦性が良好であることが確認された。使用した探針はSIIナノテクノロジー(株)製 DF−40であり、走査モードはDFMとした。   For the color filter formed as described above, the difference in height between the most convex part and the most concave part of the boundary between the filters of each color is measured with an atomic microscope (SII Nanotechnology Co., Ltd. L As a result of measurement under the following conditions using -trace), it was 0.22 μm, and it was confirmed that the flatness was good. The probe used was DF-40 manufactured by SII Nanotechnology, and the scanning mode was DFM.

(測定条件)
スキャナ感度X/Y/Z : 260.00 / 260.00 / 14.32 nm/V
Sensor Z : 971.91 nm/V
カンチレバー定数 : バネ定数 56.000 N/m
ねじれバネ定数 100.0 N/m
共振周波数 327.00 kHz
レバーの長さ 200.0 μm
針の高さ 10.00 μm
走査モード : 1画面測定
測定データ : 形状像 (センサー信号)
走査エリア/周波数 : 19.995 × 19.995 μm / 1.00Hz
走査中心X/Y : 11876 / -14790 nm
回転角度 : -1.0°
Xデータ数/Yデータ数 : 256 / 256
振幅減衰率 : -0.098
バイアス電圧 : 0.000 V
Iゲイン/Pゲイン : 0.2000 / 0.0488
ローパス/ハイパスフィルタ: 1.010 kHz /0.000 Hz
Qカーブゲイン : 1.00
加振電圧 : 1.882 V
共振周波数 : 343.039 kHz
測定周波数 : 342.850 kHz
振動振幅 : 0.447 V
Q値 : 642.105
リニアライズ : 済み(CL補正)
フィルタ/FFT : 0 / 0
マスク : 未
(Measurement condition)
Scanner sensitivity X / Y / Z: 260.00 / 260.00 / 14.32 nm / V
Sensor Z: 971.91 nm / V
Cantilever constant: Spring constant 56.000 N / m
Torsional spring constant 100.0 N / m
Resonance frequency 327.00 kHz
Lever length 200.0 μm
Needle height 10.00 μm
Scanning mode: Single screen measurement Measurement data: Shape image (sensor signal)
Scanning area / frequency: 19.995 × 19.995 μm / 1.00Hz
Scanning center X / Y: 11876 / -14790 nm
Rotation angle: -1.0 °
Number of X data / Y data: 256/256
Amplitude decay rate: -0.098
Bias voltage: 0.000 V
I gain / P gain: 0.2000 / 0.0488
Low-pass / high-pass filter: 1.010 kHz / 0.000 Hz
Q curve gain: 1.00
Excitation voltage: 1.882 V
Resonance frequency: 343.039 kHz
Measurement frequency: 342.850 kHz
Vibration amplitude: 0.447 V
Q value: 642.105
Linearize: Finished (CL correction)
Filter / FFT: 0/0
Mask: Not yet

尚、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位が走査型電子顕微鏡(SEM)観察にて判断できる場合は、これら2点を結ぶ断面をSEMにて観察・寸法計測することによっても、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定することができる。この場合、上記断面を形成するには集束イオンビーム加工(FIB)を用いることが好ましい。   When the most convex part of the color filter and the most concave part of the boundary between filters of each color can be determined by observation with a scanning electron microscope (SEM), a cross section connecting these two points The height difference between the most convex part of the color filter and the most concave part of the boundary between the filters of each color can also be measured by observing and measuring the size with SEM. In this case, it is preferable to use focused ion beam processing (FIB) to form the cross section.

(マイクロレンズの形成)
カラーフィルタ上に、マイクロレンズ材料としてJSR(株)製 MFR401Lをスピン塗布(膜厚0.6μm)し、プリベークの後、図3に示されるような階調フォトマスクを用いて1/5縮小型のi線ステッパーによる露光を行い、現像、後露光、ポストベークを行って、マイクロレンズを形成した。尚、現像液として、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)の1.19%液を使用した。
上記の露光において使用した階調フォトマスクでは、配置ピッチを1.999μmとした。このようにカラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを原子間力顕微鏡を用いて観察した結果、変形は見られず、高さ0.53μm、焦点距離4.6μmの良好なレンズであることが確認された。
(Formation of microlenses)
MFR401L manufactured by JSR Co., Ltd. as a microlens material is spin-coated on the color filter (film thickness 0.6 μm), and after pre-baking, 1/5 reduction type using a gradation photomask as shown in FIG. The i-line stepper was exposed, and development, post-exposure, and post-baking were performed to form a microlens. A 1.19% solution of TMAH (tetramethylammonium hydroxide) was used as the developer.
In the gradation photomask used in the above exposure, the arrangement pitch was 1.999 μm. As a result of observing the microlens thus formed on the color filter using an atomic force microscope, it was confirmed that the microlens was a good lens having a height of 0.53 μm and a focal length of 4.6 μm without any deformation. It was done.

次に、ボンディングパッド部の窓開けを行った。すなわち、ポジレジスト(住友化学(株)製 i線用ポジレジスト PFI−27)をスピン塗布し、次いで、プリベーク後、ボンディングパッド部およびスクライブ部に対応するパターンを有するフォトマスク用いて露光、現像を行った。これにより、ボンディングパッド部およびスクライブ部に開口を有するレジストパターンが形成され、このレジストパターンをマスクとして酸素アッシングを行って、当該箇所上の平坦化層をエッチング除去した。次いで、レジスト剥離液を用いてポジレジストを除去した。
次いで、ウェハのダイシングを行い、パッケージ組立を行って、本発明の固体撮像素子を作製した。この固体撮像素子におけるマイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード(受光部)までの厚さは4.6μmであった。
Next, the bonding pad portion was opened. That is, a positive resist (i-line positive resist PFI-27 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) is spin-coated, and after pre-baking, exposure and development are performed using a photomask having a pattern corresponding to the bonding pad portion and the scribe portion. went. As a result, a resist pattern having openings in the bonding pad portion and the scribe portion was formed, and oxygen ashing was performed using this resist pattern as a mask, and the planarizing layer on the portion was removed by etching. Next, the positive resist was removed using a resist stripping solution.
Next, the wafer was diced and package assembled to produce the solid-state imaging device of the present invention. The thickness from the lower surface of the microlens array to the photodiode (light receiving portion) in this solid-state imaging device was 4.6 μm.

[実施例2]
緑色フィルタ用のフォトマスクとして、図7に示されるパターンを有するフォトマスクを使用し、また、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクとして、図12(A)に示されるパターンおよびサブパターンを有するフォトマスクを使用してカラーフィルタを形成した他は、実施例1と同様にして、固体撮像素子を作製した。尚、緑色フィルタ用のフォトマスクにおける切り欠き部の切り欠き寸法Lは0.15μmとし、また、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクにおけるサブパターンの寸法L′は0.25μm、突出距離dは0.2μmとした。
この固体撮像素子に製造おいて、平坦化層上に形成したカラーフィルタについて、実施例1と同様に、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定した結果、0.23μmであり、平坦性が良好であることが確認された。さらに、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを実施例1と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。
また、この固体撮像素子におけるマイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード(受光部)までの厚さは、実施例1と同様に、4.6μmであった。
[Example 2]
A photomask having a pattern shown in FIG. 7 is used as a photomask for a green filter, and a pattern and a sub-pattern shown in FIG. 12A are used as photomasks for a red filter and a blue filter. A solid-state imaging device was produced in the same manner as in Example 1 except that a color filter was formed using a photomask. The cutout dimension L of the notch in the green filter photomask is 0.15 μm, and the subpattern dimension L ′ in the red filter and blue filter photomask is 0.25 μm, and the protrusion distance d. Was 0.2 μm.
In the manufacture of this solid-state imaging device, the color filter formed on the flattening layer has the most convex portion of the color filter and the most concave portion of the boundary between the filters of each color, as in the first embodiment. As a result of measuring the difference in height from the region where it was, it was 0.23 μm, and it was confirmed that the flatness was good. Furthermore, as a result of observing the microlens formed on the color filter in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the microlens was a good lens without deformation.
Further, the thickness from the lower surface of the microlens array to the photodiode (light receiving portion) in this solid-state imaging device was 4.6 μm, as in the first embodiment.

[実施例3]
ポジ型感光性の緑色材料(G用材料)、赤色材料(R用材料)、青色材料(B用材料)を使用し、また、フォトマスクのパターン、サブパターンを遮光部とした他は、実施例1と同様に、緑色フィルタ用のフォトマスク、および、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクを準備し、これらのフォトマスクを使用してカラーフィルタを形成した他は、実施例1と同様にして、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子に製造おいて、平坦化層上に形成したカラーフィルタについて、実施例1と同様に、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定した結果、0.23μmであり、平坦性が良好であることが確認された。さらに、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを実施例1と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。
また、この固体撮像素子におけるマイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード(受光部)までの厚さは、実施例1と同様に、4.6μmであった。
[Example 3]
Other than using positive photosensitive green material (G material), red material (R material), blue material (B material), and using photomask pattern and sub-pattern as light shielding part Similar to Example 1, except that a green filter photomask and a red filter and blue filter photomask were prepared and a color filter was formed using these photomasks. Thus, a solid-state imaging device was produced.
In the manufacture of this solid-state imaging device, the color filter formed on the flattening layer has the most convex portion of the color filter and the most concave portion of the boundary between the filters of each color, as in the first embodiment. As a result of measuring the difference in height from the region where it was, it was 0.23 μm, and it was confirmed that the flatness was good. Furthermore, as a result of observing the microlens formed on the color filter in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the microlens was a good lens without deformation.
Further, the thickness from the lower surface of the microlens array to the photodiode (light receiving portion) in this solid-state imaging device was 4.6 μm, as in the first embodiment.

[実施例4]
赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクとして、図10に示されるパターンおよびサブパターンを有するフォトマスクを使用してカラーフィルタを形成した他は、実施例1と同様にして、固体撮像素子を作製した。尚、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクにおけるサブパターンの寸法L′は0.2μmとし、離間距離d′は0.05μmとした。
この固体撮像素子に製造おいて、平坦化層上に形成したカラーフィルタについて、実施例1と同様に、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定した結果、0.25μmであり、平坦性が良好であることが確認された。さらに、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを実施例1と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。
また、この固体撮像素子におけるマイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード(受光部)までの厚さは、実施例1と同様に、4.6μmであった。
[Example 4]
A solid-state imaging device is manufactured in the same manner as in Example 1 except that a color filter is formed using a photomask having the pattern and sub-pattern shown in FIG. 10 as the photomask for the red filter and the blue filter. did. The subpattern dimension L ′ in the red filter and blue filter photomasks was 0.2 μm, and the separation distance d ′ was 0.05 μm.
In the manufacture of this solid-state imaging device, the color filter formed on the flattening layer has the most convex portion of the color filter and the most concave portion of the boundary between the filters of each color, as in the first embodiment. As a result of measuring the difference in height from the region where it was, it was 0.25 μm, and it was confirmed that the flatness was good. Furthermore, as a result of observing the microlens formed on the color filter in the same manner as in Example 1, it was confirmed that the microlens was a good lens without deformation.
Further, the thickness from the lower surface of the microlens array to the photodiode (light receiving portion) in this solid-state imaging device was 4.6 μm, as in the first embodiment.

[比較例1]
緑色フィルタ用のフォトマスクとして、切り欠き部をもたず、角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列されたフォトマスクを使用してカラーフィルタを形成した他は、実施例1と同様にして、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子に製造おいて、平坦化層上に形成したカラーフィルタについて、実施例1と同様に観察した結果、各緑色フィルタの角部が太く接続されており、この部位に赤色フィルタ、青色フィルタの角部が重なって、角部に盛り上がり部(高さ約0.2μm)が存在しており、また、実施例1と同様に、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定した結果、0.45μmであり、平坦性が悪いことが確認された。そして、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを確認した結果、赤色フィルタ、青色フィルタの角部の盛り上がりの影響を受けた変形が見られた。
[Comparative Example 1]
As the photomask for the green filter, a color filter was formed by using a photomask in which a rectangular pattern was arranged in a non-isolated manner without touching the corners and in contact with the corners. Similarly, a solid-state imaging device was produced.
As a result of observing the color filter formed on the flattening layer in the solid-state imaging device in the same manner as in Example 1, the corners of each green filter are thickly connected. The corners of the filters overlap, and there are raised portions (height of about 0.2 μm) at the corners. Similarly to the first embodiment, the most convex part of the color filter and each color As a result of measuring the height difference from the most concave portion of the boundary between filters, it was 0.45 μm, and it was confirmed that the flatness was poor. As a result of confirming the microlenses formed on the color filters, deformations affected by the rising of the corners of the red and blue filters were observed.

[比較例2]
比較例1と同様にして、カラーフィルタの形成までを行った。
次に、このカラーフィルタを被覆するように、光硬化型アクリル系透明樹脂材料(富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 CT−2020L)をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って平坦化層(0.5μm)を形成した。この平坦化層の厚みは、形成した平坦化層の最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部に相当する箇所の最も凹となっている部位との高低差を実施例1と同様に測定し、実施例1のカラーフィルタの表面粗さ(高低差)と同様(0.22μm)となるのに必要な厚みとして設定した。
次いで、平坦化層上に、実施例1と同様に、マイクロレンズを形成して、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子において、マイクロレンズを実施例1と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。しかし、マイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード(受光部)までの厚さは5.1μmであり、実施例1に比べ厚いものであった。
[Comparative Example 2]
The color filter was formed in the same manner as in Comparative Example 1.
Next, a photo-curing acrylic transparent resin material (CT-2020L manufactured by Fuji Microelectronics Materials Co., Ltd.) is spin-coated so as to cover this color filter, and then pre-baking, UV exposure, and post-baking are performed. And a planarization layer (0.5 μm) was formed. The thickness of the flattening layer is different from that of Example 1 in the height difference between the most convex portion of the formed flattening layer and the most concave portion corresponding to the boundary between filters of each color. The thickness was measured in the same manner, and was set as the thickness necessary to be the same as the surface roughness (height difference) of the color filter of Example 1 (0.22 μm).
Next, a microlens was formed on the planarization layer in the same manner as in Example 1 to produce a solid-state imaging device.
In this solid-state imaging device, the microlens was observed in the same manner as in Example 1. As a result, it was confirmed that the microlens was a good lens without deformation. However, the thickness from the lower surface of the microlens array to the photodiode (light receiving portion) was 5.1 μm, which was thicker than that in Example 1.

[比較例3]
緑色フィルタ用のフォトマスクとして、直角二等辺三角形形状の切り欠き部の切り欠き寸法Lを、露光装置の解像限界(0.35μm)を超える0.4μmとしたフォトマスクを使用してカラーフィルタを形成した他は、実施例1と同様にして、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子に製造おいて、平坦化層上に形成したカラーフィルタについて原子間力顕微鏡を用いて観察した結果、角部に空隙部が存在することが確認され、また、実施例1と同様に、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定した結果、0.5μmであり、平坦性が悪いことが確認された。そして、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを確認した結果、カラーフィルタの角部の空隙部の影響を受けた変形が見られた。
[Comparative Example 3]
As a green filter photomask, a color filter using a photomask in which the notch dimension L of the right-angled isosceles triangle notch is 0.4 μm exceeding the resolution limit (0.35 μm) of the exposure apparatus A solid-state imaging device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that was formed.
In the manufacture of this solid-state imaging device, the color filter formed on the planarization layer was observed using an atomic force microscope, and as a result, it was confirmed that there were voids at the corners. In addition, as a result of measuring the height difference between the most convex part of the color filter and the most concave part of the boundary between the filters of each color, it is confirmed that the flatness is poor. It was done. And as a result of confirming the microlens formed on the color filter, the deformation | transformation which received the influence of the space | gap part of the corner | angular part of a color filter was seen.

[比較例4]
比較例3と同様にして、カラーフィルタの形成までを行った。
次に、このカラーフィルタを被覆するように、光硬化型アクリル系透明樹脂材料(富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 CT−2020L)をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って平坦化層(0.5μm)を形成した。この平坦化層の厚みは、形成した平坦化層の最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部に相当する箇所の最も凹となっている部位との高低差を実施例1と同様に測定し、実施例1のカラーフィルタの表面粗さ(高低差)と同様(0.22μm)となるのに必要な厚みとして設定した。
次いで、平坦化層上に、実施例1と同様に、マイクロレンズを形成して、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子において、マイクロレンズを実施例1と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。しかし、マイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード(受光部)までの厚さは5.1μmであり、実施例1に比べ厚いものであった。
[Comparative Example 4]
The color filters were formed in the same manner as in Comparative Example 3.
Next, a photo-curing acrylic transparent resin material (CT-2020L manufactured by Fuji Microelectronics Materials Co., Ltd.) is spin-coated so as to cover this color filter, and then pre-baking, UV exposure, and post-baking are performed. And a planarization layer (0.5 μm) was formed. The thickness of the flattening layer is different from that of Example 1 in the height difference between the most convex portion of the formed flattening layer and the most concave portion corresponding to the boundary between filters of each color. The thickness was measured in the same manner, and was set as the thickness necessary to be the same as the surface roughness (height difference) of the color filter of Example 1 (0.22 μm).
Next, a microlens was formed on the planarization layer in the same manner as in Example 1 to produce a solid-state imaging device.
In this solid-state imaging device, the microlens was observed in the same manner as in Example 1. As a result, it was confirmed that the microlens was a good lens without deformation. However, the thickness from the lower surface of the microlens array to the photodiode (light receiving portion) was 5.1 μm, which was thicker than that in Example 1.

[比較例5]
緑色フィルタ用のフォトマスクは実施例1と同じフォトマスクを使用し、赤色フィルタ用のフォトマスクおよび青色フィルタ用のフォトマスクはサブパターンの無いフォトマスクを使用してカラーフィルタを形成した他は、実施例1と同様にして、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子に製造おいて、平坦化層上に形成したカラーフィルタについて原子間力顕微鏡を用いて観察した結果、角部に空隙部が存在することが確認された。また、実施例1と同様に、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定した結果、0.3μmであり、平坦性が悪いことが確認された。そして、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを確認した結果、カラーフィルタの角部の空隙部の影響を受けた変形が見られた。
[Comparative Example 5]
The photomask for the green filter uses the same photomask as in Example 1, and the photomask for the red filter and the photomask for the blue filter use a photomask without a sub-pattern to form a color filter. In the same manner as in Example 1, a solid-state image sensor was produced.
In manufacturing the solid-state imaging device, the color filter formed on the planarization layer was observed using an atomic force microscope, and as a result, it was confirmed that there were voids at the corners. Further, as in Example 1, the height difference between the most convex part of the color filter and the most concave part of the boundary between the filters of each color was measured, and as a result, it was 0.3 μm, It was confirmed that the flatness was poor. And as a result of confirming the microlens formed on the color filter, the deformation | transformation which received the influence of the space | gap part of the corner | angular part of a color filter was seen.

[比較例6]
比較例5と同様にして、カラーフィルタの形成までを行った。
次に、このカラーフィルタを被覆するように、光硬化型アクリル系透明樹脂材料(富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ(株)製 CT−2020L)をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って平坦化層(0.4μm)を形成した。この平坦化層の厚みは、形成した平坦化層の最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部に相当する箇所の最も凹となっている部位との高低差を実施例1と同様に測定し、実施例1のカラーフィルタの表面粗さ(高低差)と同様(0.22μm)となるのに必要な厚みとして設定した。
次いで、平坦化層上に、実施例1と同様に、マイクロレンズを形成して、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子において、マイクロレンズを実施例1と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。しかし、マイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード(受光部)までの厚さは5.0μmであり、実施例1に比べ厚いものであった。
[Comparative Example 6]
The color filter was formed in the same manner as in Comparative Example 5.
Next, a photo-curing acrylic transparent resin material (CT-2020L manufactured by Fuji Microelectronics Materials Co., Ltd.) is spin-coated so as to cover this color filter, and then pre-baking, UV exposure, and post-baking are performed. And a planarization layer (0.4 μm) was formed. The thickness of the flattening layer is different from that of Example 1 in the height difference between the most convex portion of the formed flattening layer and the most concave portion corresponding to the boundary between filters of each color. The thickness was measured in the same manner, and was set as the thickness necessary to be the same as the surface roughness (height difference) of the color filter of Example 1 (0.22 μm).
Next, a microlens was formed on the planarization layer in the same manner as in Example 1 to produce a solid-state imaging device.
In this solid-state imaging device, the microlens was observed in the same manner as in Example 1. As a result, it was confirmed that the microlens was a good lens without deformation. However, the thickness from the lower surface of the microlens array to the photodiode (light receiving portion) was 5.0 μm, which was thicker than that of Example 1.

[比較例7]
比較例1と同様にして、カラーフィルタの形成までを行った。
次に、このカラーフィルタを被覆するように、マイクロレンズ材料としてJSR(株)製 MFR401Lをスピン塗布(膜厚1.0μm)し、その後、実施例1と同様にしてマイクロレンズを形成し、固体撮像素子を作製した。
上記のマイクロレンズ材料の塗布厚みは、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを原子間力顕微鏡で観察した結果、変形は見られず良好なレンズとなるのに必要な厚みとして設定した。
この固体撮像素子では、マイクロレンズに変形は見られず良好なレンズであったが、マイクロレンズの高さは0.9μmとなり、実施例1に比べて厚いものであった。また、これによりマイクロレンズの焦点距離は、実施例1における4.6μmに対して2.7μmと小さく、フォトダイオード(受光部)への効率的な集光が困難なものであった。
[Comparative Example 7]
The color filter was formed in the same manner as in Comparative Example 1.
Next, as a microlens material, MFR401L manufactured by JSR Co., Ltd. is spin-coated (film thickness: 1.0 μm) so as to cover this color filter, and then a microlens is formed in the same manner as in Example 1 to form a solid. An image sensor was produced.
The coating thickness of the above-mentioned microlens material was set as a thickness necessary for a good lens without deformation as a result of observing the microlens formed on the color filter with an atomic force microscope.
In this solid-state imaging device, the microlens was a good lens with no deformation, but the height of the microlens was 0.9 μm, which was thicker than that of Example 1. In addition, the focal length of the microlens was thus as small as 2.7 μm compared to 4.6 μm in Example 1, and it was difficult to efficiently collect light on the photodiode (light receiving portion).

小型で高信頼性の固体撮像素子、撮像装置が要求される種々の分野において適用できる。   The present invention can be applied to various fields in which a small and highly reliable solid-state imaging device and imaging device are required.

1…固体撮像素子
2…基板
3…受光部
4…電極
5…絶縁層
6…遮光層
7…パッシベーション層
8…平坦化層
9…カラーフィルタ
9G…緑色フィルタ
9R…赤色フィルタ
9B…青色フィルタ
10…マイクロレンズアレイ
21G…緑色フィルタ用のフォトマスク
21R…赤色フィルタ用のフォトマスク
22G,22R…パターン
23…切り欠き部
24…サブパターン
31,41…撮像装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state image sensor 2 ... Board | substrate 3 ... Light-receiving part 4 ... Electrode 5 ... Insulating layer 6 ... Light shielding layer 7 ... Passivation layer 8 ... Flattening layer 9 ... Color filter 9G ... Green filter 9R ... Red filter 9B ... Blue filter 10 ... Micro lens array 21G ... Photomask for green filter 21R ... Photomask for red filter 22G, 22R ... Pattern 23 ... Notch 24 ... Subpattern 31, 41 ... Imaging device

Claims (1)

平坦化層と、該平坦化層上に配設されたカラーフィルタと、該カラーフィルタ上に配設された複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、前記平坦化層の下方に前記マイクロレンズに対応した複数の受光部を備えた固体撮像素子の製造方法において、
カラーフィルタの形成は、平坦化層上に緑色フィルタ用の感光性材料を塗布し、緑色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、非孤立的な矩形の緑色フィルタを形成する工程と、赤色フィルタ用の感光性材料を塗布し、赤色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、孤立的な矩形の赤色フィルタを形成する工程と、青色フィルタ用の感光性材料を塗布し、青色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、孤立的な矩形の青色フィルタを形成する工程と、を有し、
前記緑色フィルタ用フォトマスクは、角部を切り欠いた矩形のパターンを有するフォトマスクを使用し、
前記赤色フィルタ用フォトマスクと前記青色フィルタ用フォトマスクは、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有するフォトマスクを使用し、
矩形の辺を延長した交点から角部の切り欠きまでの最大距離を切り欠き寸法とし、また、角部から外側に突出するサブパターンの最大長をサブパターン寸法としたときに、該切り欠き寸法およびサブパターン寸法は、マスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とすることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
A planarizing layer; a color filter disposed on the planarizing layer; a microlens array comprising a plurality of microlenses disposed on the color filter; and the microlens below the planarizing layer. In a method for manufacturing a solid-state imaging device including a plurality of corresponding light receiving units,
The color filter is formed by applying a green filter photosensitive material on the planarization layer, exposing and developing using a green filter photomask, and forming a non-isolated rectangular green filter; Applying a photosensitive material for red filter, exposing and developing using a photomask for red filter to form an isolated rectangular red filter, applying a photosensitive material for blue filter, and blue And exposing and developing using a filter photomask to form an isolated rectangular blue filter,
The green filter photomask uses a photomask having a rectangular pattern with corners cut off,
The red filter photomask and the blue filter photomask use a photomask having a rectangular pattern having a sub-pattern at a corner ,
When the maximum distance from the intersection of the rectangular sides to the corner notch is the notch dimension, and the maximum length of the sub-pattern protruding outward from the corner is the sub-pattern dimension, the notch dimension And the sub-pattern dimension is a dimension that is not more than the resolution limit of the exposure apparatus under the mask exposure condition .
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