JP5700209B2 - PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE AND ITS MANUFACTURING METHOD, OPTICAL WAVEGUIDE FORMING COMPOSITION AND CURED PRODUCT - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換素子およびその製造方法、並びに、光導波路形成用組成物およびその硬化物に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element, a method for producing the same, an optical waveguide forming composition, and a cured product thereof.
デジタルカメラや携帯電話等に搭載される固体撮像素子等の光電変換素子は、CCD(Charge Coupled Device)やMOS(Metal Oxide Semiconductor)のような受光部(光電変換機構)を、複数二次元的に配列させた構造を有する。このような光電変換素子は、従来より画素数を増すことが求められてきている。すなわち、光電変換素子は、ますます各画素の微細化が進められている。これに伴い光電変換素子の単位画素あたりの受光量は、非常に小さくなってきている。 A photoelectric conversion device such as a solid-state imaging device mounted on a digital camera, a mobile phone, or the like includes a plurality of two-dimensional light receiving units (photoelectric conversion mechanisms) such as a charge coupled device (CCD) and a metal oxide semiconductor (MOS). It has the structure arranged in. Such a photoelectric conversion element has been required to increase the number of pixels. That is, in the photoelectric conversion element, each pixel is increasingly miniaturized. Accordingly, the amount of light received per unit pixel of the photoelectric conversion element has become very small.
受光部が受ける光量が不足すると、撮像される画像の品質は低下してしまう。そのため、画素あたりの受光量を大きくする方法が提案されている。例えば、光電変換素子の受光部に光を集光させるようなレンズを設けることや、素子に光導波路を設けることなどが提案されている。光導波路を形成する例として、例えば、特許文献1には、光導波路を屈折率の高い材料によって形成することが記載されている。同文献には、このような高屈折率材料として、透明性の高い樹脂と、酸化チタン等の屈折率の高い金属酸化物粒子とのコンポジット材料を用いることが開示されている。 If the amount of light received by the light receiving unit is insufficient, the quality of the captured image is degraded. For this reason, a method for increasing the amount of received light per pixel has been proposed. For example, it has been proposed to provide a lens for condensing light at the light receiving portion of the photoelectric conversion element, or to provide an optical waveguide for the element. As an example of forming an optical waveguide, for example, Patent Document 1 describes that an optical waveguide is formed of a material having a high refractive index. This document discloses the use of a composite material of a highly transparent resin and metal oxide particles having a high refractive index such as titanium oxide as such a high refractive index material.
また、特許文献2には、ある種のポリアミック酸、およびそのイミド化重合体を用いて、光学用部材の屈折率を高める試みが開示されている。 Patent Document 2 discloses an attempt to increase the refractive index of an optical member using a certain kind of polyamic acid and its imidized polymer.
しかしながら、光電変換素子の画素は非常に小さくなってきているため、光導波路の寸法も非常に小さくなってきている。すなわち、光導波路は、受光面の面積が小さく、導波経路の長い形状(アスペクト比の大きい形状)となってきている。 However, since the pixels of the photoelectric conversion element have become very small, the dimensions of the optical waveguide have also become very small. That is, the optical waveguide has a light receiving surface with a small area and a long waveguide path (a shape with a large aspect ratio).
そのため、光導波路の材料として、上述したような金属酸化物粒子を含有する樹脂組成物を用いる場合は、製造時に光導波路を形成する工程において、光導波路のための開口の全体にわたって均一に材料を充填しにくくなってきている。 Therefore, when a resin composition containing metal oxide particles as described above is used as the material of the optical waveguide, the material is uniformly distributed over the entire opening for the optical waveguide in the process of forming the optical waveguide during manufacturing. It is getting harder to fill.
また、例えば、上記特許文献2に開示された樹脂等により、光導波路を形成する樹脂自体の屈折率を高めることができれば、埋め込み性は良好となると考えられる。しかしながら、同文献に開示されたポリイミド樹脂などは、比較的低分子量体であるため溶剤耐性および耐熱性が不十分となることが懸念される。そのため、導波路部上層にカラーフィルター、反射防止膜、または平坦化膜等を形成する場合などでは、これらと混合白化したり、半田リフロー工程において加熱による着色を生じ集光性を損なう等のおそれがあった。 Further, for example, if the refractive index of the resin itself forming the optical waveguide can be increased by the resin disclosed in Patent Document 2, the embedding property is considered to be good. However, since the polyimide resin disclosed in the document is a relatively low molecular weight substance, there is a concern that solvent resistance and heat resistance may be insufficient. Therefore, when a color filter, an antireflection film, a flattening film, or the like is formed on the upper layer of the waveguide section, there is a risk of mixing and whitening with these, or coloring due to heating in the solder reflow process, which may impair the light collecting property. was there.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、そのいくつかの態様にかかる目的の一つは、耐溶剤性、および耐熱性の良好な光導波路を有する光電変換素子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、耐溶剤性および耐熱性の良好な光導波路を有する光電変換素子の製造方法を提供することにある。さらに、本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、光電変換素子の光導波路に好適な組成物およびその硬化物を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and one of the objects according to some embodiments thereof is to provide a photoelectric conversion element having an optical waveguide with good solvent resistance and heat resistance. . Another object of some embodiments of the present invention is to provide a method for producing a photoelectric conversion element having an optical waveguide with good solvent resistance and heat resistance. Furthermore, one of the objects according to some embodiments of the present invention is to provide a composition suitable for an optical waveguide of a photoelectric conversion element and a cured product thereof.
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.
[適用例1]本発明にかかる光電変換素子の一態様は、基板と、前記基板の上方に形成された光電変換部と、前記光電変換部の上方に形成された光導波路部と、を備え、前記光導波路部は、硫黄を含有し633nmにおける屈折率が1.60以上のポリイミド、および架橋剤を含有する組成物の硬化物を含有する。 Application Example 1 One aspect of a photoelectric conversion element according to the present invention includes a substrate, a photoelectric conversion unit formed above the substrate, and an optical waveguide unit formed above the photoelectric conversion unit. The optical waveguide part contains a cured product of a composition containing sulfur and a polyimide having a refractive index at 633 nm of 1.60 or more and a crosslinking agent.
なお、本明細書では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの(以下「A」という)の「上方」に他の特定のもの(以下「B」という)を形成する」などと用いている。本明細書で、このように記載する場合には、特に断りの無い限り、A上に直接Bを形成する場合と、A上に他のものを介してBを形成する場合と、Aの上部にBが形成される場合とが含まれるものとする。 In the present specification, the term “upper” means, for example, “form another specific thing (hereinafter referred to as“ B ”)“ above ”a specific thing (hereinafter referred to as“ A ”)”, etc. Used. In this specification, unless otherwise specified, the case where B is directly formed on A, the case where B is formed on A via another, and the upper part of A, unless otherwise specified. In which B is formed.
[適用例2]適用例1において、前記硬化物は、下記一般式(1)で表される構造を含んでもよい。 Application Example 2 In Application Example 1, the cured product may include a structure represented by the following general formula (1).
(一般式(1)中、R1はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基もしくはシアノ基、または、2個のR1が結合して2価の硫黄原子を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示す。) (In the general formula (1), R 1 each independently represents an alkyl group or a cyano group having 1 to 3 carbon atoms or, two of R 1 represents a bond to a divalent sulfur atom, a is independently An integer of 0 to 4 is shown, R represents a tetravalent organic group, and n represents an integer of 1 to 4.)
[適用例3]適用例2において、前記Rが、炭素数4〜12の4価の脂肪族または脂環族炭化水素であってもよい。 Application Example 3 In Application Example 2, R may be a tetravalent aliphatic or alicyclic hydrocarbon having 4 to 12 carbon atoms.
[適用例4]適用例1ないし適用例3のいずれか一例において、前記架橋剤が、メチロールメラミンのアルキルエーテル化物、メチロールメラミン縮合物のアルキルエーテル化物、および多官能ビニルエーテル化合物、から選択される少なくとも1種であってもよい。 Application Example 4 In any one of Application Examples 1 to 3, the crosslinking agent is at least selected from an alkyl etherified product of methylol melamine, an alkyl etherified product of methylol melamine condensate, and a polyfunctional vinyl ether compound. One kind may be sufficient.
[適用例5]適用例1ないし適用例4のいずれか一例において、前記光導波路部は、柱状の形状を有し、前記柱状形状の長手方向の一方の端が、前記光電変換部に光学的に接続していてもよい。 Application Example 5 In any one of Application Examples 1 to 4, the optical waveguide portion has a columnar shape, and one end in the longitudinal direction of the columnar shape is optically connected to the photoelectric conversion unit. You may connect to.
[適用例6]適用例5において、前記光導波路部の前記長手方向に平行な断面において、前記長手方向の長さは、前記長手方向に垂直な方向の長さのうちの最大の長さの0.5倍以上10倍以下であってもよい。 Application Example 6 In Application Example 5, in the cross section parallel to the longitudinal direction of the optical waveguide portion, the length in the longitudinal direction is the maximum of the lengths in the direction perpendicular to the longitudinal direction. It may be 0.5 times or more and 10 times or less.
[適用例7]本発明にかかる光電変換素子の製造方法の一態様は、基板の上方に、光電変換部を形成する工程と、前記光電変換部を覆うように層間絶縁層を形成する工程と、前記層間絶縁層に、前記光電変換部の上面に貫通する穴を形成する工程と、前記穴に、下記一般式(1)で表される構造を含む重合体、および架橋剤を含む組成物を充填する工程と、前記組成物を硬化させる工程と、を含む。 Application Example 7 One aspect of a method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the present invention includes a step of forming a photoelectric conversion unit above a substrate, and a step of forming an interlayer insulating layer so as to cover the photoelectric conversion unit. A composition comprising a step of forming a hole penetrating the upper surface of the photoelectric conversion part in the interlayer insulating layer, a polymer including a structure represented by the following general formula (1) in the hole, and a crosslinking agent: And a step of curing the composition.
(一般式(1)中、R1はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基もしくはシアノ基、または、2個のR1が結合して2価の硫黄原子を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示す。) (In the general formula (1), R 1 each independently represents an alkyl group or a cyano group having 1 to 3 carbon atoms or, two of R 1 represents a bond to a divalent sulfur atom, a is independently An integer of 0 to 4 is shown, R represents a tetravalent organic group, and n represents an integer of 1 to 4.)
[適用例8]適用例7において、前記Rが、炭素数4〜12の4価の脂肪族または脂環族炭化水素であってもよい。 Application Example 8 In Application Example 7, R may be a tetravalent aliphatic or alicyclic hydrocarbon having 4 to 12 carbon atoms.
[適用例9]適用例7または適用例8において、前記組成物には、前記組成物の有機溶剤を除いた成分全量を100質量%とした場合に、前記一般式(1)で表される構造を含む重合体が80質量%以上99質量%以下、架橋剤が1質量%以上20質量%以下含有されてもよい。 [Application Example 9] In Application Example 7 or Application Example 8, the composition is represented by the general formula (1) when the total amount of the components excluding the organic solvent is 100% by mass. The polymer including the structure may be contained in an amount of 80% by mass or more and 99% by mass or less, and the crosslinking agent may be contained in an amount of 1% by mass or more and 20% by mass or less.
[適用例10]本発明にかかる光導波路形成用組成物の一態様は、下記一般式(1)で表される構造を有する重合体、架橋剤、およびこれらを均一に溶解しうる有機溶剤を含み、有機溶剤を除いた成分全量を100質量%とした場合に、前記一般式(1)で表される構造を含む重合体が80質量%以上99質量%以下、架橋剤が1質量%以上20質量%以下、含有される。 [Application Example 10] One embodiment of the composition for forming an optical waveguide according to the present invention includes a polymer having a structure represented by the following general formula (1), a crosslinking agent, and an organic solvent capable of uniformly dissolving them. When the total amount of the components excluding the organic solvent is 100% by mass, the polymer containing the structure represented by the general formula (1) is 80% by mass or more and 99% by mass or less, and the crosslinking agent is 1% by mass or more. 20% by mass or less is contained.
(一般式(1)中、R1はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基もしくはシアノ基、または、2個のR1が結合して2価の硫黄原子を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示す。) (In the general formula (1), R 1 each independently represents an alkyl group or a cyano group having 1 to 3 carbon atoms or, two of R 1 represents a bond to a divalent sulfur atom, a is independently An integer of 0 to 4 is shown, R represents a tetravalent organic group, and n represents an integer of 1 to 4.)
[適用例11]適用例10において、前記一般式(1)で表される構造を含む重合体が、下記一般式(2)で表される構造を有する重合体であってもよい。 Application Example 11 In Application Example 10, the polymer including the structure represented by the general formula (1) may be a polymer having a structure represented by the following general formula (2).
(一般式(2)中、R1はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基もしくはシアノ基、または、2個のR1が結合して2価の硫黄原子を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示し、lとmはその合計l+mが1〜100,000の整数であり、l:mが50:50〜100:0である。) (In the general formula (2), R 1 each independently represents an alkyl group or a cyano group having 1 to 3 carbon atoms or, two of R 1 represents a bond to a divalent sulfur atom, a is independently R represents an integer of 0 to 4, R represents a tetravalent organic group, n represents an integer of 1 to 4, l and m represent an integer of 1 to 100,000 in total l + m, and l: m is 50:50 to 100: 0.)
[適用例12]適用例10または適用例11において、前記Rが、炭素数4〜12の4価の脂肪族または脂環族炭化水素であってもよい。 [Application Example 12] In Application Example 10 or Application Example 11, R may be a tetravalent aliphatic or alicyclic hydrocarbon having 4 to 12 carbon atoms.
[適用例13]本発明にかかる硬化物の一態様は、下記一般式(1)で表される構造を含む重合体、および架橋剤を含有する組成物を硬化させて得られる。 [Application Example 13] One aspect of the cured product according to the present invention is obtained by curing a polymer containing a structure represented by the following general formula (1) and a crosslinking agent.
(一般式(1)中、R1はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基もしくはシアノ基、または、2個のR1が結合して2価の硫黄原子を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示す。) (In the general formula (1), R 1 each independently represents an alkyl group or a cyano group having 1 to 3 carbon atoms or, two of R 1 represents a bond to a divalent sulfur atom, a is independently An integer of 0 to 4 is shown, R represents a tetravalent organic group, and n represents an integer of 1 to 4.)
本発明にかかる光電変換素子は、光導波路部が、テトラカルボン酸二無水物、硫黄原子を含有する芳香族ジアミン、および架橋剤に基づく構造を有する硬化物を含有している。そのため、耐溶剤性および耐熱性の良好な光導波路を有し、光導波路部の平坦性、充填性が良好であり、かつ製造が容易である。また、光導波路部は、硫黄原子および芳香環を含有するため、屈折率が大きい。これにより、本発明にかかる光電変換素子は、集光効率が良好である。本発明にかかる光電変換素子の製造方法によれば、光導波路部が、一般式(1)で表される構造を含む重合体、および架橋剤を含む組成物を充填する工程を有する。そのため、耐溶剤性および耐熱性の良好な光導波路を有する光電変換素子を容易に製造することができる。 In the photoelectric conversion element according to the present invention, the optical waveguide portion contains a cured product having a structure based on a tetracarboxylic dianhydride, an aromatic diamine containing a sulfur atom, and a crosslinking agent. Therefore, it has an optical waveguide with good solvent resistance and heat resistance, the flatness and filling properties of the optical waveguide portion are good, and the manufacturing is easy. Moreover, since the optical waveguide part contains a sulfur atom and an aromatic ring, the refractive index is large. Thereby, the photoelectric conversion element concerning this invention has favorable condensing efficiency. According to the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the present invention, the optical waveguide part has a step of filling a polymer containing a structure represented by the general formula (1) and a composition containing a crosslinking agent. Therefore, a photoelectric conversion element having an optical waveguide with good solvent resistance and heat resistance can be easily manufactured.
以下に本発明の好適な実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。また、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。なお、以下の実施形態で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Embodiment described below demonstrates an example of this invention. In addition, the present invention is not limited to the following embodiments, and includes various modifications that are implemented within a range that does not change the gist of the present invention. Note that not all of the configurations described in the following embodiments are indispensable constituent requirements of the present invention.
本発明にかかる光電変換素子の例としては、電荷結合素子(CCD)や、MOS型の撮像素子を挙げることができる。以下の実施形態では、CCDを含む光電変換素子100を例示する。
Examples of the photoelectric conversion element according to the present invention include a charge coupled device (CCD) and a MOS type imaging device. In the following embodiment, a
1.光電変換素子
図1は、実施形態の一例にかかる光電変換素子100の要部の断面の模式図である。図2は、光電変換素子100の要部の断面を拡大した模式図である。
1. Photoelectric Conversion Device FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of a
本実施形態の光電変換素子100は、基板10と、光電変換部20と、光導波路部30と、を備える。
The
1.1.基板
基板10は、光電変換素子100の基体となる。基板10は、平板状、フィルム状、シート状等の形状を有する。基板10は、複数の基板の積層体であってもよい。基板10は、例えば、半導体基板や配線基板を含んで構成されてもよい。基板10には、光電変換部20(後述する)、レジスタなどが形成されることができる。また、基板10は、トランジスタ(例えばTFT)や、制御用のIC、および配線層などを有してもよい。図1には、基板10に光電変換部20が形成されている例が描かれている。
1.1. Substrate The
基板10の材質としては、特に限定されず、金属、ガラス、シリコン、砒化ガリウム等の無機物や、(メタ)アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、脂環式オレフィン樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどの高分子材料などを例示することができる。また、基板10は、複数層が積層されたものでもよい。また、例えば基板10は、光を反射する反射層等を含んでいてもよい。基板10をシリコン基板やGaAs基板のような半導体基板とすれば、光電変換部20を基板10内に形成することが容易となる。
The material of the
1.2.光電変換部
光電変換部20は、基板10の上方に形成される。光電変換部20は、基板10の上面に埋め込まれるように形成されてもよい。本実施形態の光電変換素子100では、基板10の上面側に光電変換部20が形成されている。
1.2. Photoelectric Conversion Unit The
光電変換部20の形状は、特に限定されず、平面視において、だ円形、円形、矩形、正方形などとすることができる。平面視における光電変換部20の面積は、光電変換素子100の解像度等の設計にしたがって適宜設計されうるが、例えば、正方形形状とした場合の一辺の長さが100nm以上10μm以下とすることができる。光電変換部20は、基板10に複数形成されることができる。基板10に形成される光電変換部20の数は、光電変換素子100の解像度等の設計にしたがって適宜選択され、特に限定されない。また、光電変換部20の厚み等も特に限定されない。
The shape of the
光電変換部20は、光を電気信号に変換する部分(光センサー)または、電気を光に変換する部分であり、公知の光電変換素子、例えばフォトダイオードを適用することができる。また、例えば、光電変換部20は、基板10を半導体基板とし、その表面に導電型の異なる領域が形成されたpn接合などによって構成されることができる。さらに、光電変換部20は、レジスタ等の他の構成を含んで形成されてもよい。
The
光電変換部20によって検知される電磁波(光)の波長域は、特に限定されないが、例えば、300nm以上1100nm以下の範囲である。光電変換部20は、典型的には可視光を検知して電気信号に変換することができる。
The wavelength range of the electromagnetic wave (light) detected by the
1.3.光導波路部
1.3.1.光導波路部の形状等
光導波路部30は、光電変換部20の上方に形成される。光導波路部30は、光電変換部20に光学的に接続して形成される。また、光導波路部30は、光電変換部20に光学的に接続される限り、光電変換部20との間に他の部材(例えばレンズ等の光学部材)を介して接続されもよい。なお、「光学的に接続する」とは、光の伝達が可能な状態を指す。
1.3. Optical waveguide section 1.3.1. Shape of Optical Waveguide Part, etc. The
光導波路部30の機能の一つは、光電変換素子が受光素子である場合は、光電変換部20に対して光電変換素子100に入射する光を集光させることが挙げられる。一方、光電変換素子が発光素子である場合は、光電変換部20から発する光に対して光電変換素子100から出射する光の取り出し効率を高めることが挙げられる。そのため、光導波路部30は、近接する他の部材よりも屈折率の大きい材料で形成されることが望ましい。光導波路部の屈折率は、1.60以上であることが好ましく、1.65以上であることがより好ましい。なお、本発明において「屈折率」とは、25℃における633nmでの屈折率を意味する。これにより、光導波路部30への光の閉じ込めが可能となって、光電変換部20への集光効率をさらに高めることができる。光導波路部30の材質の詳細については後述する。
One of the functions of the
光導波路部30は、各光電変換部20に対応して設けられる。光導波路部30は、柱状の形状を有する。そして、光導波路部30は、柱状形状の長手方向の一端が光電変換部20に光学的に接続されるように配置される。光導波路部30の具体的な形状としては、特に限定されないが、例えば、円柱状、角柱状、円錐台、角錐台等とすることができる。
The
本実施形態の光電変換素子100では、光導波路部30の形状が柱状であるため、光導波路部30を高密度に配置することができる(光電変換素子100の解像度を高めることができる)とともに、厚み方向(光導波路部30の長手方向)の絶縁性を確保することができる。また、光導波路部30は、柱状の形状を有するため、光電変換素子100の外部から入射した光を、光電変換部20に対して集光させやすい。
In the
図1の例では、光導波路部30は、光電変換部20の側の断面のほうが小さくなる円錐台の形状を有している。さらに、光導波路部30の上面または下面は、凸状または凹状の形状を有していてもよい。このようにすると、光導波路部30に、光学的レンズの機能を付与することができる。この場合の凹凸形状は、入射光の光路を考慮して自由に設計されることができる。
In the example of FIG. 1, the
また、光導波路部30は、長手方向に平行な断面において、長手方向の長さが、長手方向に垂直な方向の長さのうちの最大の長さの0.5倍以上10倍以下であることがさらに好ましい。光導波路部30をこのような形状とすることにより、光電変換素子100の解像度をさらに高めることができるとともに、光導波路部30の長手方向の絶縁性を確保することができる。
In addition, in the cross section parallel to the longitudinal direction, the length of the longitudinal direction of the
光導波路部30は、光電変換部20の上方に配置されるかぎり、単独で配置されてもよいが、例えば、本実施形態の光電変換素子100のように、基板10の上方に形成された層間絶縁層40に、穴42を設け、該穴42の内側に光導波路部30を形成されてもよい。(図2参照)。このようにすれば、例えば、光導波路部30の製造をより容易化することができる。
The
光導波路部30の屈折率は、その周囲の屈折率よりも高いことが好ましい。層間絶縁層40を形成する場合は、光電変換部20への集光効率を高めるために、層間絶縁層40の材質として、屈折率が1.4から1.5程度のSiO2や、屈折率が1.4〜1.5程度であるBPSG(ボロフォスホシリケートガラス)、PSG(フォスホシリケートガラス)、SOG(スピンオンガラス)などのSiO2系材料やSiON(酸化窒化シリコン)系材料で形成されることが好ましい。層間絶縁層40が酸化シリコン(SiO2)で形成される場合は、例えば、熱酸化法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法などによって形成されることができる。
The refractive index of the
また、本実施形態の光電変換素子100は、図1に示すように、光導波路部30への集光のために、オンチップレンズ50を有してもよい。オンチップレンズ50は、図示の例では、光導波路部30の上方に設けられているが、下方に設けられてもよい。また、オンチップレンズ50は、複数設けられてもよい。
Moreover, the
1.3.2.光導波路部の材質
1.3.2.1.組成物
光導波路部30は、硫黄を含有し633nmにおける屈折率が1.60以上のポリイミド、および架橋剤を有する組成物の硬化物で形成される。前記ポリイミドは、例えば、テトラカルボン酸二無水物と硫黄を含有する芳香族ジアミン化合物を縮合させ、さらにイミド化することで得ることができる。
1.3.2. Material of optical waveguide section 1.3.2.1. Composition The
<1>テトラカルボン酸二無水物
前記ポリイミドを得るための原料として使用されるテトラカルボン酸二無水物は、下記一般式(3)で表される化合物を使用することができる。
<1> Tetracarboxylic dianhydride As the tetracarboxylic dianhydride used as a raw material for obtaining the polyimide, a compound represented by the following general formula (3) can be used.
[一般式(3)中、Rは、4価の有機基を示す。]
一般式(3)中、Rは、脂肪族、脂環族および芳香族の少なくとも一種に分類される構造を有していてもよい。テトラカルボン酸二無水物は、得られる硬化物の透明性を高める観点からは、Rが脂肪族または脂環族である、脂肪族または脂環族テトラカルボン酸二無水物が好ましく、脂肪族テトラカルボン酸二無水物がさらに好ましい。
[In General Formula (3), R represents a tetravalent organic group. ]
In general formula (3), R may have a structure classified into at least one of aliphatic, alicyclic and aromatic. The tetracarboxylic dianhydride is preferably an aliphatic or alicyclic tetracarboxylic dianhydride, in which R is aliphatic or alicyclic, from the viewpoint of enhancing the transparency of the resulting cured product. Carboxylic dianhydrides are more preferred.
脂肪族および脂環族テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、4,10−ジオキサトリシクロ[6.3.1.02,7]ドデカン−3,5,9,11−テトラオン、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、3,5,6−トリカルボキシノルボルナン−2−酢酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物等のテトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。これらのうち、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、4,10−ジオキサトリシクロ[6.3.1.02,7]ドデカン−3,5,9,11−テトラオン、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物および1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオンがより好ましく、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、4,10−ジオキサトリシクロ[6.3.1.02,7]ドデカン−3,5,9,11−テトラオン、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物が、硬化物の透明性を高める観点でより好ましい。 Specific examples of the aliphatic and alicyclic tetracarboxylic dianhydrides include 1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, 4,10-dioxatricyclo [6.3.1.0 2,7 ] dodecane-3,5,9,11-tetraone, , 2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, 3,5,6-tricarboxynorbornane-2-acetic acid dianhydride, 2,3,4,5-tetrahydrofurantetracarboxylic dianhydride, 1, 3,3a, 4,5,9b-Hexahydro-5- (tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl) -naphtho [1,2-c] -furan-1,3-dione, 5- (2, 5-Dioxotetrahydrofura ) -3-Methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic dianhydride, bicyclo [2.2.2] -oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, etc. And tetracarboxylic dianhydrides. Among these, 1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 4,10-dioxatricyclo [6.3.1 .0 2,7] dodecane -3,5,9,11- tetraone, 5- (2,5-dioxo-tetrahydrofuranyl Le) methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid anhydride and 1 , 3,3a, 4,5,9b-hexahydro-5-tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl) -naphtho [1,2-c] -furan-1,3-dione is more preferred, 2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 4,10-dioxatricyclo [6.3.1.0 2,7 ] Dodecane-3,5,9,11-tetraone 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride is more preferable from the viewpoint of enhancing the transparency of the cured product.
芳香族テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−テトラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルフィド二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルホン二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルプロパン二無水物、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス(フタル酸)二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(フタル酸)フェニルホスフィンオキサイド二無水物、p−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、m−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルエーテル二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルメタン二無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。これらのうちでは、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス(フタル酸)二無水物および3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物が、硬化物が高屈折率になるためより好ましい。 Specific examples of the aromatic tetracarboxylic dianhydride include pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyl Sulfonetetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′- Biphenyl ether tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-dimethyldiphenylsilane tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-tetraphenylsilane tetracarboxylic dianhydride, 2 , 3,4,5-tetrahydrofurantetracarboxylic dianhydride, 4,4'-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) diphenyl sulfide dianhydride, 4,4'-bis (3,4-dica Boxyphenoxy) diphenylsulfone dianhydride, 4,4′-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) diphenylpropane dianhydride, 4,4 ′-(hexafluoroisopropylidene) bis (phthalic acid) dianhydride 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, bis (phthalic acid) phenylphosphine oxide dianhydride, p-phenylene-bis (triphenylphthalic acid) dianhydride, m-phenylene- Aromatics such as bis (triphenylphthalic acid) dianhydride, bis (triphenylphthalic acid) -4,4′-diphenyl ether dianhydride, bis (triphenylphthalic acid) -4,4′-diphenylmethane dianhydride Mention may be made of tetracarboxylic dianhydrides. Among these, pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, 4 , 4 '-(Hexafluoroisopropylidene) bis (phthalic acid) dianhydride and 3,3', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride are more preferable because the cured product has a high refractive index.
また、より高い屈折率の硬化物が得られる観点から、テトラカルボン酸二無水物は、硫黄原子を含むことがさらに好ましい。硫黄原子を含有するテトラカルボン酸二無水物の例としては、4,4’−[p−チオビス(フェニレン−スルファニル)]ジフタル酸二無水物等が挙げられる。 Further, from the viewpoint of obtaining a cured product having a higher refractive index, it is more preferable that the tetracarboxylic dianhydride contains a sulfur atom. Examples of tetracarboxylic dianhydrides containing sulfur atoms include 4,4 '-[p-thiobis (phenylene-sulfanyl)] diphthalic dianhydride.
テトラカルボン酸二無水物に基づく構造は、例えば、テトラカルボン酸の状態(上記例示したテトラカルボン酸二無水物の無水物でない状態)で重合させて、ポリアミド酸に基づく構造を形成し、その後にイミド化触媒を用いて脱水反応を行うことによって形成されてもよい。 For example, the structure based on tetracarboxylic dianhydride is polymerized in the state of tetracarboxylic acid (non-anhydride of tetracarboxylic dianhydride exemplified above) to form a structure based on polyamic acid, and then It may be formed by performing a dehydration reaction using an imidization catalyst.
テトラカルボン酸の状態で重合させて形成されるポリアミド酸は、化学イミド化または熱イミド化することができる。化学イミド化の際に用いるイミド化触媒としては、例えば、無水酢酸−ピリジン混合溶液等が挙げられる。また、無水酢酸−トリエチルアミン混合溶液や、無水トリフルオロ酢酸、ジシクロヘキシルカルボジイミドも使用できる。さらに、イミド化触媒として、光の照射によって酸または塩基を発生させる化合物である光酸発生剤または光塩基発生剤を用いてもよい。光塩基発生剤としては、例えば、カルバマート型光塩基発生剤等が挙げられる。 Polyamic acid formed by polymerization in the state of tetracarboxylic acid can be chemically imidized or thermally imidized. Examples of the imidization catalyst used in the chemical imidization include an acetic anhydride-pyridine mixed solution. Moreover, an acetic anhydride-triethylamine mixed solution, trifluoroacetic anhydride, and dicyclohexylcarbodiimide can also be used. Furthermore, you may use the photo-acid generator or photobase generator which is a compound which generate | occur | produces an acid or a base by light irradiation as an imidation catalyst. Examples of the photobase generator include carbamate type photobase generators.
<2>硫黄原子を含有する芳香族ジアミン
前記ポリイミドを得るための原料として使用される硫黄原子を含有する芳香族ジアミンとしては、下記一般式(4)で表される化合物が挙げられる。
<2> Aromatic diamine containing sulfur atom Examples of the aromatic diamine containing a sulfur atom used as a raw material for obtaining the polyimide include compounds represented by the following general formula (4).
[一般式(4)中、R1はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基もしくはシアノ基、または、2個のR1が結合して2価の硫黄原子を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、nは1〜4の整数を示す。]
また、一般式(4)において、aは0(即ち、置換基無し)であるか、またはR1がシアノ基であり、aが1であることが、屈折率の観点からより好ましい。また、nは、2〜4の整数であることが、屈折率の観点からより好ましい。
In General formula (4), R 1 each independently represents an alkyl group or a cyano group having 1 to 3 carbon atoms or, two of R 1 represents a bond to a divalent sulfur atom, a is independently The integer of 0-4 is shown, n shows the integer of 1-4. ]
In the general formula (4), it is more preferable from the viewpoint of the refractive index that a is 0 (that is, no substituent) or R 1 is a cyano group and a is 1. Moreover, n is more preferably an integer of 2 to 4 from the viewpoint of refractive index.
一般式(4)で示されるジアミンの例としては、例えば、4,4’−(p−フェニレンジスルファニル)ジアニリン、1,3−ビス(4−アミノフェニルスルファニル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノールスルファニル)5−シアノベンゼン、4,4’−チオビス[(p−フェニレンスルファニル)アニリン]、4,4’−ビス(4−アミノフェニルスルファニル)−p−ジチオフェノキシベンゼン等が挙げられ、これらのうち、4,4’−チオビス[(p−フェニレンスルファニル)アニリン]は、屈折率の観点からより好ましい。 Examples of the diamine represented by the general formula (4) include 4,4 ′-(p-phenylenedisulfanyl) dianiline, 1,3-bis (4-aminophenylsulfanyl) benzene, 1,3-bis ( 4-aminophenolsulfanyl) 5-cyanobenzene, 4,4′-thiobis [(p-phenylenesulfanyl) aniline], 4,4′-bis (4-aminophenylsulfanyl) -p-dithiophenoxybenzene and the like. Of these, 4,4′-thiobis [(p-phenylenesulfanyl) aniline] is more preferable from the viewpoint of refractive index.
<3>その他のモノマー成分
本実施形態で使用されるポリイミドには、他のモノマー由来の構造が含まれてもよい。例えば、前記ポリイミドには、硫黄原子を含有する芳香族ジアミン以外のジアミンに基づく構造が含まれてもよい。このようなジアミンとしては、例えば、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、1,5−ジアミノナフタレン、3,3−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンズアニリド、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)−10−ヒドロアントラセン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、2,2’,5,5’−テトラクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジクロロ−4,4’−ジアミノ−5,5’−ジメトキシビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、ジアミノテトラフェニルチオフェン等のヘテロ原子を有する芳香族ジアミン;1,1−メタキシリレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、4,4−ジアミノヘプタメチレンジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、テトラヒドロジシクロペンタジエニレンジアミン、ヘキサヒドロ−4,7−メタノインダニレンジメチレンジアミン、トリシクロ[6.2.1.02,7]−ウンデシレンジメチルジアミン等の脂肪族または脂環族ジアミンを挙げることができる。
<3> Other monomer components The polyimide used in this embodiment may contain a structure derived from another monomer. For example, the polyimide may include a structure based on a diamine other than an aromatic diamine containing a sulfur atom. Examples of such diamines include p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylethane, 4,4′-diaminodiphenyl sulfide, and 4,4′-. Diaminodiphenyl sulfone, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 1,5-diaminonaphthalene, 3,3-dimethyl-4,4′-diaminobiphenyl, 4,4′-diaminobenzanilide, 3,4′-diaminodiphenyl ether, 3,3′-diaminobenzophenone, 3,4′-diaminobenzophenone, 4,4′-diaminobenzophenone, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-Aminophenoxy) phenyl] hexafluoropropane, 2,2-bis (4-a Nophenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, 9,9-bis (4-aminophenyl) -10-hydroanthracene, 9,9-bis (4-aminophenyl) fluorene, 4,4′-methylene- Bis (2-chloroaniline), 2,2 ′, 5,5′-tetrachloro-4,4′-diaminobiphenyl, 2,2′-dichloro-4,4′-diamino-5,5′-dimethoxybiphenyl 3,3′-dimethoxy-4,4′-diaminobiphenyl, 4,4 ′-(p-phenylenediisopropylidene) bisaniline, 4,4 ′-(m-phenylenediisopropylidene N) Bisaniline, aromatic diamine having a hetero atom such as diaminotetraphenylthiophene; 1,1-metaxylylenediamine, 1,3-propanediamine, tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, heptamethylenediamine, Octamethylenediamine, nonamethylenediamine, 4,4-diaminoheptamethylenediamine, 1,4-diaminocyclohexane, isophoronediamine, tetrahydrodicyclopentadienylenediamine, hexahydro-4,7-methanoindanylenediethylenediamine, tricyclo Mention may be made of aliphatic or alicyclic diamines such as [6.2.1.0 2,7 ] -undecylenedimethyldiamine.
前記ポリイミドに上記ジアミンに基づく構造を導入する場合には、前記ポリイミドのモノマー単位全体を100質量%とした場合、上記ジアミンに基づく構造は、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20%以下として、硬化物の屈折率を調節するために、配合量を適宜調節することができる。 When the structure based on the diamine is introduced into the polyimide, the structure based on the diamine is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% or less when the total monomer unit of the polyimide is 100% by mass. In order to adjust the refractive index of the cured product, the blending amount can be appropriately adjusted.
<4>ポリイミド
本実施形態の組成物に使用されるポリイミドは、硫黄を含有し633nmにおける屈折率が1.60以上のポリイミドが使用される。ポリイミドが硫黄を含有することにより、得られるポリイミドの屈折率が高くなり、結果として光導波路部30の屈折率を高めることができる。また、ポリイミドの屈折率は1.65以上であることが好ましい。また、ポリイミドをゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した数平均分子量は、光導波路部30を形成するときの加工性(溶液にした場合の塗布しやすさ)、特に光導波路部30を形成する穴への埋め込み性の点で、2,000以上10,000以下であることが好ましく、3,000以上8,000以下であることがより好ましい。
<4> Polyimide The polyimide used for the composition of this embodiment is a polyimide containing sulfur and having a refractive index at 633 nm of 1.60 or more. When the polyimide contains sulfur, the refractive index of the obtained polyimide increases, and as a result, the refractive index of the
テトラカルボン酸二無水物および硫黄原子を含有する芳香族ジアミンから得られるポリイミドとしては、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有することができる。 The polyimide obtained from tetracarboxylic dianhydride and an aromatic diamine containing a sulfur atom can have a repeating unit represented by the following general formula (1).
[一般式(1)中、R1はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基もしくはシアノ基、または、2個のR1が結合して2価の硫黄原子を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示す。]
一般式(1)で示される構造の重合体は、例えば、上記例示した硫黄原子を含有する芳香族ジアミンと、上述のテトラカルボン酸二酸無水物を反応させて得ることができる。
In General Formula (1), R 1 each independently represents an alkyl group or a cyano group having 1 to 3 carbon atoms or, two of R 1 represents a bond to a divalent sulfur atom, a is independently R represents an integer of 0 to 4, R represents a tetravalent organic group, and n represents an integer of 1 to 4. ]
The polymer having the structure represented by the general formula (1) can be obtained, for example, by reacting the above-exemplified aromatic diamine containing a sulfur atom with the above-described tetracarboxylic dianhydride.
硫黄原子を含有する芳香族ジアミンとテトラカルボン酸二酸無水物の反応は、例えば、N−メチル−2−ピロリドン等の非プロトン性有機溶剤中において行うことができる。硫黄原子を含有する芳香族ジアミン化合物とテトラカルボン酸二無水物とを攪拌混合することによって、一般式(1)の重合体を得ることができる。また、例えば、硫黄原子を含有する芳香族ジアミンを有機溶剤に溶解し、これにテトラカルボン酸二無水物を加えて攪拌混合してもよい。反応は、例えば、100℃以下、好ましくは、80℃以下の温度で、常圧下に行われる。必要に応じて、加圧下または減圧下で行ってもよい。反応時間は、用いるジアミン化合物と酸二無水物や、有機溶剤、反応温度等によって異なるが、例えば、1〜24時間の範囲である。この様にして得られた重合体を、加熱することによってイミド化することができる。このとき、無水酢酸−ピリジン混合溶液、無水酢酸−トリエチルアミン混合溶液や、無水トリフルオロ酢酸、ジシクロヘキシルカルボジイミド等の公知のイミド化触媒を使用することもできる。 The reaction between the aromatic diamine containing a sulfur atom and tetracarboxylic dianhydride can be carried out in an aprotic organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. A polymer of the general formula (1) can be obtained by stirring and mixing an aromatic diamine compound containing a sulfur atom and tetracarboxylic dianhydride. Further, for example, an aromatic diamine containing a sulfur atom may be dissolved in an organic solvent, and tetracarboxylic dianhydride may be added thereto and stirred and mixed. The reaction is carried out, for example, at a temperature of 100 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower and normal pressure. You may carry out under pressure or pressure reduction as needed. Although reaction time changes with diamine compounds and acid dianhydride to be used, an organic solvent, reaction temperature, etc., it is the range of 1 to 24 hours, for example. The polymer thus obtained can be imidized by heating. At this time, a known imidation catalyst such as acetic anhydride-pyridine mixed solution, acetic anhydride-triethylamine mixed solution, trifluoroacetic anhydride, dicyclohexylcarbodiimide or the like can also be used.
一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリイミドとしては、下記一般式(2)で表される重合体であってもよい。 The polyimide having a repeating unit represented by the general formula (1) may be a polymer represented by the following general formula (2).
[一般式(2)中、R1、a、R、nは式(1)と同義であり、モル比(l:m)は、50:50〜100:0である。]
ここで、モル比(l:m)は、一般式(2)で表される重合体のイミド化率を表現しており、イミド骨格(ポリイミド部位)(l)と、アミド酸骨格(ポリアミック酸(ポリアミド酸)部位)(m)とのモル比を示している。すなわち、モル比(l:m)が50:50〜100:0であることは、一般式(2)で表される重合体において、イミド化率が50%以上100%以下であることを表している。言い換えると、モル比(l:m)が、50:50〜100:0であることは、一般式(2)で表される重合体において、アミック酸の含有割合が0%以上50%以下であることを表している。一般式(2)で表される重合体のイミド化率が50%以上100%以下であると、光導波路部30の溶剤耐性を高めることができる。上記理由から、一般式(2)で表される重合体のイミド化率は70%以上100%以下であることが好ましい。ここで、本実施形態においてポリイミドとは、ポリアミド酸のイミド化物を意味し、全ての結合がイミド化されていなくてもよい。
In General formula (2), R 1, a, R, n is as defined for formula (1), the molar ratio (l: m) is 50: 50 to 100: 0. ]
Here, the molar ratio (l: m) represents the imidization ratio of the polymer represented by the general formula (2), and the imide skeleton (polyimide moiety) (l) and the amide acid skeleton (polyamic acid). (Polyamide acid site) The molar ratio with (m) is shown. That is, the molar ratio (l: m) of 50:50 to 100: 0 represents that the imidation ratio is 50% or more and 100% or less in the polymer represented by the general formula (2). ing. In other words, when the molar ratio (l: m) is 50:50 to 100: 0, the polymer represented by the general formula (2) has an amic acid content of 0% or more and 50% or less. It represents something. The solvent tolerance of the
イミド化を行う場合の反応温度は、例えば、70〜150℃とすることができる。反応時間は1〜24時間の範囲が好ましい。熱イミド化を行う場合は、ポリアミド酸に基づく構造を有する物質を、高沸点溶剤中にて150〜250℃で1〜24時間反応させることによって行うことができる。 The reaction temperature when performing imidization can be set to 70 to 150 ° C., for example. The reaction time is preferably in the range of 1 to 24 hours. When performing thermal imidation, it can carry out by making the substance which has a structure based on a polyamic acid react at 150-250 degreeC for 1 to 24 hours in a high boiling-point solvent.
なお、一般式(2)で表される重合体におけるアミック酸(アミド酸)の含有割合は、例えば、NMR(核磁気共鳴法)により、求めることができる。 In addition, the content rate of the amic acid (amic acid) in the polymer represented by General formula (2) can be calculated | required by NMR (nuclear magnetic resonance method), for example.
上記一般式(1)および一般式(2)で表される繰り返し単位を有するポリイミドは、いずれも、テトラカルボン酸二無水物、および硫黄原子を含有する芳香族ジアミンから得られる重合体であって、上述の架橋剤とともに反応させることによって、光導波路部を形成する硬化物を得ることができる。 Any of the polyimides having the repeating units represented by the general formula (1) and the general formula (2) is a polymer obtained from a tetracarboxylic dianhydride and an aromatic diamine containing a sulfur atom. By making it react with the above-mentioned crosslinking agent, the hardened material which forms an optical waveguide part can be obtained.
<5>架橋剤
架橋剤としては、多官能化合物が挙げられ、例えば、多官能の、メラミン化合物、尿素化合物、グアナミン化合物、フェノール化合物、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、多塩基酸等が挙げられる。また、架橋剤は、これらの化合物の一種単独または二種以上を組み合わせであってもよい。
<5> Crosslinking agent Examples of the crosslinking agent include polyfunctional compounds such as polyfunctional melamine compounds, urea compounds, guanamine compounds, phenolic compounds, epoxy compounds, isocyanate compounds, and polybasic acids. Moreover, the crosslinking agent may be a single type of these compounds or a combination of two or more types.
これらの架橋剤のうち、保存安定性に比較的優れている一方、比較的低温硬化が可能な点から、分子内にメチロール基およびアルコキシ化メチル基あるいはいずれか一方を2個以上有するメラミン化合物が好ましい。また、これらのメラミン化合物のうちでも、ヘキサメチルエーテル化メチロールメラミン化合物、ヘキサブチルエーテル化メチロールメラミン化合物、メチルブチル混合エーテル化メチロールメラミン化合物、メチルエーテル化メチロールメラミン化合物、ブチルエーテル化メチロールメラミン化合物等のメチロールメラミンのアルキルエーテル化物、メチロールメラミンの縮合物のアルキルエーテル化物が反応性と保存安定性を両立できるためさらに好ましい。 Among these cross-linking agents, melamine compounds having two or more methylol groups and / or alkoxylated methyl groups in the molecule are known because they are relatively excellent in storage stability but can be cured at a relatively low temperature. preferable. Among these melamine compounds, hexamethyl etherified methylol melamine compounds, hexabutyl etherified methylol melamine compounds, methylbutyl mixed etherified methylol melamine compounds, methyl etherified methylol melamine compounds, butyl etherified methylol melamine compounds, etc. Alkyl etherified products and alkyl etherified products of methylol melamine condensates are more preferred because they can achieve both reactivity and storage stability.
一方、架橋剤としては、ビニル基等のエチレン性不飽和基を複数有する多官能エーテル化合物、ビニル基等のエチレン性不飽和基を複数有する多官能(メタ)アクリレート化合物等の、エチレン性不飽和基を複数有する多官能化合物を用いることもできる。エチレン性不飽和基を複数有する多官能化合物としては、例えば、多官能ビニルエーテル化合物として、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル等のアルキルジビニルエーテル、多官能(メタ)アクリレートとして、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリルエステル類を挙げることができる。 On the other hand, as the crosslinking agent, ethylenically unsaturated compounds such as polyfunctional ether compounds having a plurality of ethylenically unsaturated groups such as vinyl groups, polyfunctional (meth) acrylate compounds having a plurality of ethylenically unsaturated groups such as vinyl groups, etc. A polyfunctional compound having a plurality of groups can also be used. Examples of polyfunctional compounds having a plurality of ethylenically unsaturated groups include alkyl divinyl ethers such as 1,4-butanediol divinyl ether, cyclohexane dimethanol divinyl ether, diethylene glycol divinyl ether, and diethylene glycol divinyl ether as polyfunctional vinyl ether compounds, Examples of the polyfunctional (meth) acrylate include (meth) acrylic esters such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, and dipentaerythritol hexa (meth) acrylate.
本実施形態における架橋剤の量は、有機溶剤を除いた組成物全体を100%とした場合、0.1%以上30%以下が好ましく、1%以上20%以下がより好ましい。架橋剤が、この範囲にあれば、得られる硬化物に溶剤耐性を付与することができる。 The amount of the crosslinking agent in the present embodiment is preferably 0.1% or more and 30% or less, and more preferably 1% or more and 20% or less, when the entire composition excluding the organic solvent is 100%. If a crosslinking agent exists in this range, solvent tolerance can be provided to the hardened | cured material obtained.
<6>有機溶剤
組成物に使用される有機溶剤としては、一般式(1)で表される構造を含む重合体および架橋剤を均一に溶解することができるように選択される。
<6> Organic solvent The organic solvent used in the composition is selected so that the polymer containing the structure represented by the general formula (1) and the crosslinking agent can be uniformly dissolved.
このような有機溶剤としては、例えば、非プロトン系有機溶剤を挙げることができる。非プロトン系有機溶剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、シクロヘキサノン(CHN)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、γ−ブチロラクトン(GBL)等が好ましい。これら以外にもN,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメトキシアセトアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルカプロラクタム、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、1,2−ビス(2−メトキシエトキシ)エタン、ビス〔2−(2−メトキシエトキシ)エチル〕エーテル、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、ピロリン、ピコリン、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルアミド、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、γ−ブチロラクトン(GBL)、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、m−クレゾール酸、p−クロロフェノール、アニソール、ベンゼン、トルエン、キシレン等を挙げることができる。これらの有機溶剤は単独で、または2種類以上の混合物として用いられることができる。 Examples of such an organic solvent include an aprotic organic solvent. Examples of the aprotic organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylformamide (DMF), cyclohexanone (CHN), N, N-dimethylacetamide (DMAc), γ-butyrolactone ( GBL) and the like are preferable. Besides these, N, N-diethylacetamide, N, N-dimethoxyacetamide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N-methylcaprolactam, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dimethoxyethane, bis (2-methoxyethyl) ether, 1,2-bis (2-methoxyethoxy) ethane, bis [2- (2-methoxyethoxy) ethyl] ether, tetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, pyrroline , Picoline, dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfone, tetramethyl urea, hexamethyl phosphoramide, propylene glycol monomethyl ether (PGME), γ-butyrolactone (GBL), phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, m- Cresolic acid, p-chlorofe Lumpur, mention may be made of anisole, benzene, toluene, and xylene. These organic solvents can be used alone or as a mixture of two or more.
光導波路部30を形成するための組成物において、添加される有機溶剤の量としては、一般式(1)で表される構造を有する重合体および架橋剤を100質量部とした場合に、100〜9,900質量部、好ましくは150〜1,900質量部、より好ましくは200〜1,900質量部の範囲内で用いることができる。組成物に対する有機溶剤の配合量がこのような範囲であれば、良好な塗布を行うことができる。有機溶剤は、一般式(1)で表される構造を含む重合体の製造に由来した有機溶剤であってもよい。
In the composition for forming the
1.3.2.2.その他の成分
本実施形態の光導波路部30は、光導波路部30の全質量に対して、上述の硬化物を80質量%以上含有することが好ましく、90質量%以上含有することがより好ましい。したがって、本実施形態の光導波路部30は、20質量%以下の範囲で上述の硬化物以外の物質を含有してもよい。
1.3.2.2. Other Components The
<界面活性剤>
光導波路部30には、界面活性剤が含有されてもよい。界面活性剤は、光導波路部30を形成する際に用いられる組成物の濡れ性や流動性を調節するために用いられることができる。そして光導波路部30が形成された後、硬化物とともに光導波路部30に含有されてもよい。
<Surfactant>
The
このような界面活性剤としては、ケイ素系界面活性剤、フッ素系界面活性剤等が挙げられ、ポリジメチルシロキサン系界面活性剤が挙げられる。 Examples of such surfactants include silicon-based surfactants and fluorine-based surfactants, and polydimethylsiloxane-based surfactants.
ケイ素系の界面活性剤の例としては、例えば、SH28PA、DC57、DC190、ペインタッド19、54(東レダウコーニング社製、ジメチルポリシロキサンポリオキシアルキレン共重合体)、SF8428(東レダウコーニング社製、ジメチルポリシロキサンポリオキシアルキレン共重合体(側鎖OH含有))、サイラプレーンFM−4411、FM−4421、FM−4425、FM−7711、FM−7721、FM−7725、FM−0411、FM−0421、FM−0425、FM−DA11、FM−DA21、FM−DA26、FM−0711、FM−0721、FM−0725、TM−0701、TM−0701T(チッソ社製)、UV3500、UV3510、UV3530(ビックケミー・ジャパン社製)、BY16−004(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)、VPS−1001(和光純薬製)、Tego Rad2300、2200N(テゴ・ケミー社製)等が挙げられる。 Examples of silicon-based surfactants include, for example, SH28PA, DC57, DC190, Paintad 19, 54 (Toray Dow Corning, dimethylpolysiloxane polyoxyalkylene copolymer), SF8428 (Toray Dow Corning, dimethyl) Polysiloxane polyoxyalkylene copolymer (containing side chain OH)), Silaplane FM-4411, FM-4421, FM-4425, FM-7711, FM-7721, FM-7725, FM-0411, FM-0421, FM-0425, FM-DA11, FM-DA21, FM-DA26, FM-0711, FM-0721, FM-0725, TM-0701, TM-0701T (manufactured by Chisso Corporation), UV3500, UV3510, UV3530 (Bicchemy Japan) BY) 6-004 (manufactured by Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd.), (manufactured by Wako Pure Chemical) VPS-1001, Tego Rad2300,2200N (manufactured by Tego Chemie), and the like.
フッ素系界面活性剤の例としては、メガファックF−114、F410、F411、F450、F493、F494、F443、F444、F445、F446、F470、F471、F472SF、F474、F475、R30、F477、F478、F479、F480SF、F482、F483、F484、F486、F487、F553、F172D、F178K、F178RM、ESM−1、MCF350SF、BL20、R08、R61、R90(大日本インキ化学工業社製)が挙げられる。 Examples of the fluorosurfactant include Megafac F-114, F410, F411, F450, F493, F494, F443, F444, F445, F446, F470, F471, F472SF, F474, F475, R30, F477, F478, F479, F480SF, F482, F483, F484, F486, F487, F553, F172D, F178K, F178RM, ESM-1, MCF350SF, BL20, R08, R61, R90 (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) can be mentioned.
界面活性剤の機能の一つとしては、例えば、光電変換素子100の製造において、光導波路部30をスピンコートによって、上記硬化物を形成するための原料を含有する組成物を塗布して形成する場合に、均一な塗膜を形成させることが挙げられる。
As one of the functions of the surfactant, for example, in the manufacture of the
光導波路部30に界面活性剤が含有される場合の含有量は、組成物中の有機溶剤を除いた成分全量に対して、0.001〜10質量%、好ましくは0.01〜5質量%、より好ましくは0.01〜2質量%の範囲内である。界面活性剤の配合量が上記範囲内にあることで、硬化物を形成するための原料を含有する組成物の塗布性が良好となる。
When the surfactant is contained in the
<その他>
光導波路部30には、無機粒子が含有されてもよい。無機粒子としては、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、などが挙げられる。これらのうち、酸化チタン粒子は、光導波路部30の屈折率を調整するために配合されてもよい。光導波路部30に無機粒子を含有させる場合には、例えば、有機溶剤を除いた成分全量100質量%に対して、0.001〜10質量%、好ましくは0.01〜5質量%、より好ましくは0.01〜2質量%の範囲内である。
<Others>
The
さらに、光導波路部30には、ポリスチレンなどの樹脂が含有されてもよい。
Further, the
<硬化物>
本実施形態の硬化物は、上述の組成物を硬化させて得られる。硬化は、基板に前記組成物を塗布した後、加熱することで行われる。このときの加熱温度は、室温〜300℃、好ましくは、30〜250℃である。また、加熱時間は、製造する硬化物の大きさ形状を考慮して適宜変更できるが、通常、1分〜2時間、好ましくは、3分〜1時間程度加熱することが好ましい。このとき、一定温度で加熱してもよいし、異なる温度で順次加熱してもよい。上述の組成物を硬化させることで、下記一般式(1)で示される構造を含む硬化物を得ることができる。
<Hardened product>
The cured product of the present embodiment is obtained by curing the above composition. Curing is performed by applying the composition to a substrate and then heating. The heating temperature at this time is room temperature to 300 ° C, preferably 30 to 250 ° C. Moreover, although heating time can be suitably changed in view of the size and shape of the cured product to be produced, it is usually 1 minute to 2 hours, preferably 3 minutes to 1 hour. At this time, it may be heated at a constant temperature or may be heated sequentially at different temperatures. By curing the above-described composition, a cured product including a structure represented by the following general formula (1) can be obtained.
本実施形態の硬化物の屈折率は、1.60以上が好ましく、1.65以上であることがより好ましい。 The refractive index of the cured product of this embodiment is preferably 1.60 or more, and more preferably 1.65 or more.
1.4.その他の構成
本実施形態の光電変換素子100は、各種の他の部材を含むことができる。例えば、光電変換素子100は、層内レンズ、転送電極、遮光膜、カラーフィルター、平坦化層、反射防止膜等を含んでもよい。
1.4. Other Configurations The
1.5.作用効果等
本実施形態にかかる光電変換素子100は、光導波路部30が、テトラカルボン酸二無水物、硫黄原子を含有する芳香族ジアミン、および架橋剤に基づく構造を有する硬化物を含有している。そのため、光導波路部30の耐溶剤性および耐熱性が良好である。また、本実施形態にかかる光電変換素子100が備える光導波路部30に含有される硬化物は、硫黄原子および芳香環を有するため、屈折率が大きい。これにより、光電変換素子100は、光電変換部20への集光効率が良好である。
1.5. Operational Effect, etc. In the
2.光電変換素子の製造方法
図3ないし図6は、本実施形態の一例である光電変換素子100の製造工程の模式図である。
2. Manufacturing Method of Photoelectric Conversion Element FIGS. 3 to 6 are schematic views of manufacturing steps of the
本発明にかかる光電変換素子の製造方法は、基板10の上方に光電変換部を形成する工程と、前記光電変換部を覆うように層間絶縁層を形成する工程と、前記層間絶縁層に前記光電変換部の上面に貫通する穴を形成する工程と、前記穴に、少なくとも下記一般式(1)で表される構造を含む重合体、および架橋剤を含む組成物を充填する工程と、を含む。
The method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the present invention includes a step of forming a photoelectric conversion portion above a
(一般式(1)中、R1はそれぞれ独立に炭素数1〜3のアルキル基もしくはシアノ基、または、2個のR1が結合して2価の硫黄原子を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示す。)
以下、各工程を詳述するが、上述の光電変換素子100の説明において、述べた部材については、同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。
(In the general formula (1), R 1 each independently represents an alkyl group or a cyano group having 1 to 3 carbon atoms or, two of R 1 represents a bond to a divalent sulfur atom, a is independently An integer of 0 to 4 is shown, R represents a tetravalent organic group, and n represents an integer of 1 to 4.)
Hereinafter, although each process is explained in full detail, in description of the above-mentioned
はじめに図3に示すように、基板10を用意し、基板10の上方(上面)に光電変換部20を形成する。光電変換部20は、公知の方法で形成でき、例えば基板10に不純物をドーピングすることによって形成することができる。また、光電変換部20の形成と同時または前後して、必要に応じて電荷転送部などを形成することができる。また、光電変換部20の形成後に、必要に応じて、転送電極、反射防止膜、遮光膜を形成してもよい。また、層間絶縁層40以外の絶縁膜を形成してもよい。
First, as shown in FIG. 3, the
次いで、図3に示すように、光電変換部20を覆うように、層間絶縁層40aを形成する。層間絶縁層40aは、光電変換部20および基板10を覆って形成されてもよい。図示の例では、層間絶縁層40aは、光電変換部20および基板10を覆って形成されている。層間絶縁層40aは、例えば、スピンコート法、CVD法等によって形成されることができる。
Next, as illustrated in FIG. 3, an
次に、図4に示すように、層間絶縁層40に、層間絶縁層40の上面から光電変換部20の上面に貫通する穴42を形成する。穴42は、光導波路部30の外形に対応する形状を有する。穴42は、光電変換部20の上方に形成される。本実施形態では、穴42は、光電変換部20に達するように、層間絶縁層40を貫通して形成されているが、光電変換部20に向かって延びる、層間絶縁層40に形成された凹部となっていてもよい。穴42は、適宜なマスクおよびエッチャントを用いて、フォトリソグラフィー等により形成されることができる。また、穴42は、公知の方法、例えば異方性ドライエッチング、反応性ドライエッチングなどによっても形成することができる。
Next, as shown in FIG. 4, a
次いで、図5に示すように、穴42に、硫黄を含有し633nmにおける屈折率が1.60以上のポリイミド、および架橋剤を含む組成物を充填して、光導波路部30aを形成する。この工程は、具体的には、ディスペンサなどの注液ノズルを用いた塗布、インクジェット法などの噴射塗布、スピンコーティングなど回転による塗布、印刷などスキージングによる塗布、または転写などの方法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 5, the
この工程で用いる組成物は、例えば、硫黄を含有し633nmにおける屈折率が1.60以上のポリイミド、および架橋剤の他に、組成物の粘度を調節するために、有機溶剤を含んでいてもよい。組成物に使用される有機溶剤としては、前述のとおりである。 The composition used in this step may contain, for example, an organic solvent for adjusting the viscosity of the composition in addition to a polyimide containing sulfur and a refractive index at 633 nm of 1.60 or more, and a crosslinking agent. Good. The organic solvent used in the composition is as described above.
硬化物の耐溶剤性を向上させるために、組成物に、イミド化触媒を配合することもできる。その場合、組成物に対するイミド化触媒の配合量は、有機溶剤を除いた成分全量100質量%に対して、20質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下の範囲内である。上述のイミド化触媒を使用した場合、必要に応じて、硬化処理を行う工程を付加することができる。硬化処理は、例えば、光硬化、熱硬化とすることができる。 In order to improve the solvent resistance of the cured product, an imidization catalyst can be blended in the composition. In that case, the compounding amount of the imidization catalyst with respect to the composition is 20% by mass or less, preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, with respect to 100% by mass of the total component excluding the organic solvent. It is. When the above-mentioned imidation catalyst is used, a step of performing a curing treatment can be added as necessary. The curing process can be, for example, photocuring or heat curing.
本工程において、塗布される組成物には、塗布性、埋め込み性を損なわない範囲であれば、粒子状の物質が添加されてもよい。 In this step, a particulate material may be added to the composition to be applied as long as the coating property and embedding property are not impaired.
本工程では、このような組成物を用いるため、ディスペンサなどの注液ノズルを用いた塗布、インクジェット法などの噴射塗布、スピンコーティングなど回転による塗布、印刷などスキージングによる塗布、または転写などによって、穴42を隙間なく埋めることが容易である。このようにすれば、特に、光導波路部30の長軸方向の大きさが光導波路部30の短軸方向の大きさの0.5倍以上10倍以下である場合において、穴42を隙間なく埋めることを極めて容易に行うことができる。
In this step, since such a composition is used, coating using a liquid injection nozzle such as a dispenser, spray coating such as an inkjet method, coating by rotation such as spin coating, coating by squeezing such as printing, or transfer, It is easy to fill the
その後、必要に応じ、図6に示すように、層間絶縁層40の上に形成された(穴42以外の部分の)光導波路部30aを除去する工程を行うことができる。この工程は、ドライエッチング、ウエットエッチングなどによって行うことができる。この工程を行う場合において、光導波路部30aの塗膜に、粒子状物質が添加されていない場合は、ドライエッチング、ウエットエッチング等のエッチングレートを十分に大きくすることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 6, a step of removing the
次いで、例えば、別途準備したマイクロレンズアレイを層間絶縁層40の上方に設けることによって、図1に示す本実施形態の光電変換素子100を得ることができる。
Next, for example, by providing a separately prepared microlens array above the
本実施形態の光電変換素子の製造方法によれば、光電変換部への集光性、光導波路部の平坦性、充填性が良好で、耐溶剤性および耐熱性加熱着色性の良好な光導波路を有する光電変換素子を容易に製造することができる。 According to the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present embodiment, the optical waveguide has good condensing property to the photoelectric conversion portion, flatness of the optical waveguide portion, good filling property, and good solvent resistance and heat resistance and heat coloring property. It is possible to easily manufacture a photoelectric conversion element having
3.実施例および比較例
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
3. Examples and Comparative Examples Examples and Comparative Examples are shown below to describe the present invention more specifically, but they do not limit the scope of the present invention.
実施例および比較例では、一般式(1)で表される構造を含む重合体、架橋剤および有機溶剤を含有する組成物の穴への埋め込み性、加熱透明性、および溶剤耐性を評価した。すなわち、下記の基材に対して、下記の組成物を塗布し、乾燥後の部材の各種形状、熱処理後(硬化後)の透明性、アセトン浸漬後のクラック、膜減り、または白化の有無を評価した。 In Examples and Comparative Examples, the embedding property of the composition containing the polymer represented by the general formula (1), the crosslinking agent, and the organic solvent into the holes, heat transparency, and solvent resistance were evaluated. That is, the following composition is applied to the following substrate, and various shapes of the member after drying, transparency after heat treatment (after curing), cracks after immersion in acetone, film loss, or the presence or absence of whitening evaluated.
実施例および比較例は、光電変換素子の製造における光導波路の形成工程をモデル化したものであり、この評価によって、光導波路部の光学特性、耐溶剤性、製造容易性などを評価することができる。 The examples and comparative examples model the optical waveguide formation process in the manufacture of photoelectric conversion elements, and this evaluation can evaluate the optical characteristics, solvent resistance, manufacturability, etc. of the optical waveguide portion. it can.
3.1.基材
基板10として、シリコン基板を用いた。このシリコン基板の上面に、3μmの厚みのSiO2膜をスピンコート法によって形成し焼成した。そして該SiO2膜をエッチングして、開口径0.8μm深さ3μmの穴(シリコン基板まで達する貫通孔)を形成した。なお、SiO2膜の屈折率は、1.45近傍であり、実施例等で形成される光導波路部の屈折率が高ければ、光電変換素子における集光性が実現される。
3.1. As the
3.2.組成物
硬化物を形成する組成物として、表1に示すAないしLの組成物を調製した。
3.2. Composition The composition of A thru | or L shown in Table 1 was prepared as a composition which forms hardened | cured material.
表中、数字の単位は、質量部であるが、溶剤を除く成分の配合量については、質量%とみなすことができる。 In the table, the unit of the number is part by mass, but the compounding amount of the component excluding the solvent can be regarded as mass%.
表1中、P−1は、酸二無水物として、BT−100(新日本理化株式会社製1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物)、ジアミンとして、3SDA(4,4’−チオビス[(p−フェニレンスルファニル)アニリン])を用いて合成した重合体を示す。なお、3SDAは特開2008−274234号公報に記載の方法で合成した。 In Table 1, P-1 is BT-100 (1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride manufactured by Shin Nippon Chemical Co., Ltd.) as an acid dianhydride, and 3SDA (4,4) as a diamine. A polymer synthesized using '-thiobis [(p-phenylenesulfanyl) aniline]) is shown. 3SDA was synthesized by the method described in JP-A-2008-274234.
P−1の調製では、まず窒素導入管を備えた反応容器に、3SDA(11.9g、27.5mmol)にジメチルアセトアミド(30g)(以下、DMAcという)を加え、室温で攪拌し完全に溶解させた。次に、BT−100(5.45g、27.5mmol)とDMAc(10g)を添加し、40℃で4時間攪拌した。次いで、DMAc(110g)を添加した後、イミド化触媒として無水酢酸(2.81g)とピリジン(2.18g)とを加え、110℃で5時間攪拌し、P−1のDMAc溶液を得た。減圧蒸留法にて所定量のDMAcを除去し、固形分濃度20%の溶液とした後、所定量のγ−ブチロラクトン(以下、GBLという)を加え、固形分濃度10%の溶液とした。この操作を2回繰り返した後、再度減圧蒸留法にて固形分濃度45%に調整し、P−1のGBL溶液を得た。P−1のイミド化率は50%であった。すなわち、P−1は、一般式(2)で表される構造を有する重合体において、l:mが50:50である。 In the preparation of P-1, first, dimethylacetamide (30 g) (hereinafter referred to as DMAc) was added to 3SDA (11.9 g, 27.5 mmol) in a reaction vessel equipped with a nitrogen introduction tube, and the mixture was completely dissolved by stirring at room temperature. I let you. Next, BT-100 (5.45 g, 27.5 mmol) and DMAc (10 g) were added, and the mixture was stirred at 40 ° C. for 4 hours. Next, after adding DMAc (110 g), acetic anhydride (2.81 g) and pyridine (2.18 g) were added as imidation catalysts, and the mixture was stirred at 110 ° C. for 5 hours to obtain a DMAc solution of P-1. . A predetermined amount of DMAc was removed by a vacuum distillation method to obtain a solution having a solid content concentration of 20%, and then a predetermined amount of γ-butyrolactone (hereinafter referred to as GBL) was added to obtain a solution having a solid content concentration of 10%. After this operation was repeated twice, the solid content concentration was again adjusted to 45% by a vacuum distillation method to obtain a PBL GBL solution. The imidation ratio of P-1 was 50%. That is, P-1 is a polymer having a structure represented by the general formula (2), and l: m is 50:50.
表1中、P−2は、イミド化触媒である無水酢酸とピリジンを、P−1よりも増量してP−1と同様に合成した重合体を示す。無水酢酸(5.61g)とピリジン(4.35g)とを用いた以外はP−1と同様にしてP−2のGBL溶液を調製した。P−2のイミド化率は90%であった。すなわち、P−2は、一般式(2)で表される構造を有する重合体において、l:mが90:10である。 In Table 1, P-2 indicates a polymer synthesized in the same manner as P-1 by increasing the amount of acetic anhydride and pyridine, which are imidation catalysts, from P-1. A PBL GBL solution was prepared in the same manner as P-1, except that acetic anhydride (5.61 g) and pyridine (4.35 g) were used. The imidation ratio of P-2 was 90%. That is, P-2 is a polymer having a structure represented by the general formula (2), and l: m is 90:10.
表1中、P−3は、イミド化触媒である無水酢酸とピリジンを、P−2よりもさらに増量して合成した重合体を示す。無水酢酸(8.43g)とピリジン(6.54g)とを用いた以外はP−1と同様にしてP−3のGBL溶液を調製した。P−3のイミド化率は93%であった。すなわち、P−3は、一般式(2)で表される構造を有する重合体において、l:mが93:7である。 In Table 1, P-3 shows the polymer which synthesize | combined by further increasing the acetic anhydride and pyridine which are imidation catalysts more than P-2. A PBL GBL solution was prepared in the same manner as P-1, except that acetic anhydride (8.43 g) and pyridine (6.54 g) were used. The imidation ratio of P-3 was 93%. That is, P-3 is a polymer having a structure represented by the general formula (2), and l: m is 93: 7.
なお、P−1ないしP−3のイミド化率は、アミック酸の含有割合を求めて算出した。具体的には、P−1ないしP−3のNMR(核磁気共鳴法)を測定して求めた。 In addition, the imidation ratio of P-1 thru | or P-3 was calculated | required by calculating | requiring the content rate of an amic acid. Specifically, it was determined by measuring NMR (nuclear magnetic resonance method) of P-1 to P-3.
表1中、P−4は、次のように調製した。まず窒素導入管を備えた反応容器に、ビス(p−アミノフェニル)エーテル(8.01g、40mmol)(以下、ODAという)にN−メチル−2−ピロリドン(80g)(NMP)を加え、室温で攪拌し完全に溶解させた。次に、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(以下、CBDAという)(7.84g、40mmol)とNMP(25g)を添加し、室温で24時間攪拌して、ポリアミック酸のNMP溶液を得た。 In Table 1, P-4 was prepared as follows. First, N-methyl-2-pyrrolidone (80 g) (NMP) was added to bis (p-aminophenyl) ether (8.01 g, 40 mmol) (hereinafter referred to as ODA) in a reaction vessel equipped with a nitrogen introduction tube, And completely dissolved. Next, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride (hereinafter referred to as CBDA) (7.84 g, 40 mmol) and NMP (25 g) were added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Of NMP was obtained.
表1中、P−5は次のように調製した。2,7−ビス(4−アミノフェニレンスルファニル)チアントレン(11.90g、25.71mmol)、BT−100(5.10g、25.76mmol)を用いた以外はP−1と同様にしてポリアミック酸を得た。また、ピリジン(6.11g)、無水酢酸(7.89g)を用いた以外はP−2と同様にしてイミド化反応および後処理を行いP−5のGBL溶液を得た。イミド化率は91%であった。ここで、2,7−ビス(4−アミノフェニレンスルファニル)チアントレンは、Macromolecules,Vol.40,P4614,2007に記載の方法で合成した。 In Table 1, P-5 was prepared as follows. A polyamic acid was prepared in the same manner as P-1, except that 2,7-bis (4-aminophenylenesulfanyl) thianthrene (11.90 g, 25.71 mmol) and BT-100 (5.10 g, 25.76 mmol) were used. Obtained. Further, an imidization reaction and post-treatment were performed in the same manner as P-2 except that pyridine (6.11 g) and acetic anhydride (7.89 g) were used to obtain a PBL GBL solution. The imidation ratio was 91%. Here, 2,7-bis (4-aminophenylenesulfanyl) thianthrene is described in Macromolecules, Vol. 40, P4614, 2007.
また、表1中、架橋剤X、Y、ZはそれぞれX;日本サイテック インダストリーズ株式会社製サイメル303(メチロールメラミン縮合物のアルキルエーテル化物)、Y;日本カーバイド工業株式会社製CHDVE(多官能ビニルエーテル化合物)、Z;日本カーバイド工業株式会社製BDVE(多官能ビニルエーテル化合物)を表す。 In Table 1, cross-linking agents X, Y, and Z are X: Cymel 303 (alkyl etherified product of methylol melamine condensate) manufactured by Nippon Cytec Industries, Ltd., Y: CHDVE (polyfunctional vinyl ether compound manufactured by Nippon Carbide Industries, Ltd.) ), Z; BDVE (polyfunctional vinyl ether compound) manufactured by Nippon Carbide Industries Co., Ltd.
界面活性剤としては、ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体(DC−190、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)を使用した。 As the surfactant, a dimethylpolysiloxane-polyoxyalkylene copolymer (DC-190, manufactured by Toray Dow Corning Silicone) was used.
AないしLの組成物は、シクロヘキサノン(CHN)およびγ−ブチロラクトン(GBL)の混合溶剤によって希釈し、最終的な組成を表1に示した。各実施例、および各比較例に用いた組成物は、上述の溶剤を除く成分を100質量部とし、有機溶剤を表1に示す質量部で配合したものである。 The compositions A to L were diluted with a mixed solvent of cyclohexanone (CHN) and γ-butyrolactone (GBL), and the final compositions are shown in Table 1. The composition used for each Example and each comparative example is a composition in which the components excluding the above-mentioned solvent are 100 parts by mass, and the organic solvent is blended in parts by mass shown in Table 1.
3.3.評価方法
各実施例および各比較例では、埋め込み性、加熱透明性、耐溶剤性、および屈折率の評価を以下のように行った。
3.3. Evaluation Method In each example and each comparative example, evaluation of embedding property, heat transparency, solvent resistance, and refractive index was performed as follows.
いずれの例においても、基板は、上述したシリコンウェハー上に形成されたSiO2膜に開口径0.8μm、深さ3μmの穴が形成されているものを使用した。 In any of the examples, a substrate in which a hole having an opening diameter of 0.8 μm and a depth of 3 μm was formed in the SiO 2 film formed on the above-described silicon wafer was used.
埋め込み性評価:各実施例および各比較例の組成物を、穴が埋め込まれた後の膜厚が0.6μmとなる条件で、それぞれ、基体にスピンコート法によって塗布し、これを120℃で1分間、180℃で3分間、250℃で5分間順次加熱乾燥させて評価試料とした。そして、各実施例および各比較例の基板を、それぞれ切断した後、走査型電子顕微鏡(SEM)にて穴の断面を観察し、組成物中にボイドが無いものを、埋め込み性が良好であると評価し、表中に○を付し、ボイドが発生したものには表中に×を付した。 Evaluation of embedding property: The composition of each example and each comparative example was applied to the substrate by spin coating under the condition that the film thickness after the hole was embedded was 0.6 μm, and this was applied at 120 ° C. An evaluation sample was obtained by sequentially heating and drying for 1 minute at 180 ° C. for 3 minutes and 250 ° C. for 5 minutes. And after cut | disconnecting the board | substrate of each Example and each comparative example, respectively, the cross section of a hole is observed with a scanning electron microscope (SEM), and what has a void in a composition has favorable embedding property. In the table, a circle was given, and those in which voids were generated were marked with a x.
加熱透明性評価:ガラスウェハーに埋め込み性評価時と同様にして樹脂組成物を塗布・乾燥してサンプルを作成した。120℃で1分間、180℃で3分間、250℃で5分間順次加熱乾燥させたサンプル(表中250℃の欄に記載)と、さらに265℃で5分間加熱したサンプル(表中265℃の欄に記載)の2種をそれぞれ作成した。そして、各サンプルの塗膜につき、触針式膜厚計にて膜厚を測定し、紫外可視分光光度計を用いて得られたサンプルの400nmにおける透過率を測定し、表2中、加熱後透過率(400nm)の欄に、膜厚とそれぞれの温度で測定された透過率を記載した。 Heat transparency evaluation: A sample was prepared by applying and drying a resin composition on a glass wafer in the same manner as in the embedding evaluation. Samples heated and dried sequentially at 120 ° C. for 1 minute, 180 ° C. for 3 minutes, and 250 ° C. for 5 minutes, and samples further heated at 265 ° C. for 5 minutes (265 ° C. in the table) 2 types) were prepared respectively. And about the coating film of each sample, a film thickness is measured with a stylus type film thickness meter, and the transmittance | permeability in 400 nm of the sample obtained using the ultraviolet visible spectrophotometer is measured. In the column of transmittance (400 nm), the film thickness and the transmittance measured at each temperature are described.
溶剤耐性評価:埋め込み性評価時と同様にして組成物を塗布・乾燥してサンプルを作成した。得られたサンプルをアセトンに5分間浸漬後、120℃で1分間乾燥し、外観(白化、クラック)および膜厚残存率を求め耐溶剤性の評価とした。耐溶剤性は、外観について目視評価でクラックが認められないものは○、SEM観察によりクラックが認められたものを△、目視でクラックが明らかに認められたものは×として表2に記載した。また、白化が認められないものを○、白化したものを×とし表2に記載した。膜厚残存率はアセトン浸漬前後の触針式膜厚計により求めた膜厚を用いて下記式により算出し表2に記載した。
式・・・膜厚残存率(%)=100×アセトン浸漬後の膜厚(μm)/アセトン浸漬前の膜厚(μm)
屈折率:溶剤耐性評価用サンプルと同様にして作成したサンプルを用い、プリズムカプラーにより25℃における波長633nmでの屈折率を求めた。
Evaluation of solvent resistance: A sample was prepared by applying and drying the composition in the same manner as in the evaluation of embedding property. The obtained sample was immersed in acetone for 5 minutes and then dried at 120 ° C. for 1 minute, and the appearance (whitening, cracks) and the film thickness remaining rate were determined to evaluate the solvent resistance. The solvent resistance is shown in Table 2 as ◯ when cracks are not recognized by visual evaluation, Δ when cracks are recognized by SEM observation, and x when cracks are clearly recognized visually. Further, Table 2 shows that no whitening was observed, and whitened that was white. The film thickness residual ratio was calculated by the following formula using the film thickness obtained by a stylus type film thickness meter before and after immersion in acetone and listed in Table 2.
Formula: Residual rate of film thickness (%) = 100 × film thickness after acetone immersion (μm) / film thickness before acetone immersion (μm)
Refractive index: Using a sample prepared in the same manner as the solvent resistance evaluation sample, the refractive index at a wavelength of 633 nm at 25 ° C. was determined by a prism coupler.
3.4.評価結果
各実施例および各比較例の評価結果を表2にまとめた。
3.4. Evaluation Results Table 2 summarizes the evaluation results of each Example and each Comparative Example.
表2をみると、架橋剤を含有しない組成物Aまたは組成物Bによって形成された硬化物(比較例1、2)では、加熱後の透明性は良好であるが溶剤耐性が不十分となることが判明した。また、一般式(1)の構造を含有しない重合体を使用した組成物Kによって形成された硬化物(比較例3)では、埋め込み性が悪いことが判明した。また、一般式(2)の重合体において、特にl:mが70:30〜100:0の範囲である重合体を含有する組成物D〜JおよびLによって形成された硬化物(実施例1〜8)では、いずれも埋め込
み性や屈折率の低下を伴うことなく加熱後の透明性および溶剤耐性に優れた塗膜が得られることが判明した。
When Table 2 is seen, in the hardened | cured material (comparative examples 1 and 2) formed with the composition A or the composition B which does not contain a crosslinking agent, transparency after a heating is favorable, but solvent resistance becomes inadequate. It has been found. Moreover, it turned out that the embedding property is bad in the hardened | cured material (comparative example 3) formed with the composition K using the polymer which does not contain the structure of General formula (1). Further, in the polymer of the general formula (2), a cured product formed by the compositions D to J and L containing a polymer in which l: m is in the range of 70:30 to 100: 0 (Example 1) In (8 ) to (8 ), it was found that a coating film excellent in transparency after heating and solvent resistance was obtained without any decrease in embedding property and refractive index.
本発明の光電変換素子は、例えば、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話、スキャナ、デジタル複写機、ファクシミリといった様々な用途に適用できる。また、本発明の光電変換素子の製造方法によれば、透明性および溶剤耐性に優れた光導波路部を有する光電変換素子を、容易に製造することができる。 The photoelectric conversion element of the present invention can be applied to various applications such as a digital camera, a video camera, a camera-equipped mobile phone, a scanner, a digital copying machine, and a facsimile. Moreover, according to the manufacturing method of the photoelectric conversion element of this invention, the photoelectric conversion element which has the optical waveguide part excellent in transparency and solvent tolerance can be manufactured easily.
10…基板、20…光電変換部、30,30a…光導波路部、40,40a…層間絶縁層、42…穴、50…オンチップレンズ、100…光電変換素子
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記基板の上方に形成された光電変換部と、
前記光電変換部の上方に形成された光導波路部と、
を備え、
前記光導波路部は、硫黄を含有し633nmにおける屈折率が1.60以上のポリイミド、および架橋剤を含有する組成物の硬化物を含有し、
前記硬化物が、下記一般式(2)で表される構造を含む、光電変換素子。
A photoelectric conversion unit formed above the substrate;
An optical waveguide part formed above the photoelectric conversion part;
With
The optical waveguide portion contains a cured product of a composition containing sulfur and a polyimide having a refractive index at 633 nm of 1.60 or more, and a crosslinking agent,
The photoelectric conversion element in which the said hardened | cured material contains the structure represented by following General formula (2).
前記Rが、炭素数4〜12の4価の脂肪族または脂環族炭化水素である、光電変換素子。 In claim 1,
The photoelectric conversion element whose said R is a C4-C12 tetravalent aliphatic or alicyclic hydrocarbon.
前記架橋剤が、メチロールメラミンのアルキルエーテル化物、メチロールメラミン縮合物のアルキルエーテル化物、および多官能ビニルエーテル化合物、から選択される少なくとも1種である、光電変換素子。 In claim 1 or claim 2,
The photoelectric conversion element in which the cross-linking agent is at least one selected from an alkyl etherified product of methylol melamine, an alkyl etherified product of a methylol melamine condensate, and a polyfunctional vinyl ether compound.
前記光導波路部は、柱状の形状を有し、前記柱状形状の長手方向の一方の端が、前記光電変換部に光学的に接続している、光電変換素子。 In any one of Claims 1 to 3,
The optical waveguide portion has a columnar shape, and one end in a longitudinal direction of the columnar shape is optically connected to the photoelectric conversion portion.
前記光導波路部の前記長手方向に平行な断面において、前記長手方向の長さは、前記長手方向に垂直な方向の長さのうちの最大の長さの0.5倍以上10倍以下である、光電変換素子。 In claim 4,
In a cross section parallel to the longitudinal direction of the optical waveguide portion, the length in the longitudinal direction is not less than 0.5 times and not more than 10 times the maximum length in the direction perpendicular to the longitudinal direction. , Photoelectric conversion element.
前記光電変換部を覆うように層間絶縁層を形成する工程と、
前記層間絶縁層に、前記光電変換部の上面に貫通する穴を形成する工程と、
前記穴に、下記一般式(2)で表される構造を有する重合体、および架橋剤を含む組成物を充填する工程と、
前記組成物を硬化させる工程と、
を含む、光電変換素子の製造方法。
Forming an interlayer insulating layer so as to cover the photoelectric conversion part;
Forming a hole penetrating the upper surface of the photoelectric conversion unit in the interlayer insulating layer;
Filling the hole with a polymer having a structure represented by the following general formula (2) and a composition containing a crosslinking agent;
Curing the composition;
The manufacturing method of the photoelectric conversion element containing this.
前記Rが、炭素数4〜12の4価の脂肪族または脂環族炭化水素である、光電変換素子の製造方法。 In claim 6,
The manufacturing method of the photoelectric conversion element whose said R is a C4-C12 tetravalent aliphatic or alicyclic hydrocarbon.
前記組成物には、前記組成物の有機溶剤を除いた成分全量を100質量%とした場合に、前記一般式(2)で表される構造を含む重合体が80質量%以上99質量%以下、架橋剤が1質量%以上20質量%以下含有される、光電変換素子の製造方法。 In claim 6 or claim 7,
When the total amount of the composition excluding the organic solvent in the composition is 100% by mass, the polymer containing the structure represented by the general formula (2) is 80% by mass to 99% by mass. The manufacturing method of the photoelectric conversion element by which a crosslinking agent contains 1 mass% or more and 20 mass% or less.
有機溶剤を除いた成分全量を100質量%とした場合に、前記一般式(2)で表される構造を含む重合体が80質量%以上99質量%以下、架橋剤が1質量%以上20質量%以下、含有される、光導波路形成用組成物。
または、2個のR1が結合して2価の硫黄原子を示し、aはそれぞれ独立に0〜4の整数を示し、Rは4価の有機基を示し、nは1〜4の整数を示し、lとmはその合計l+mが1〜100,000の整数であり、l:mが70:30〜93:7である。) Including a polymer having a structure represented by the following general formula (2), a crosslinking agent, and an organic solvent capable of uniformly dissolving them,
When the total amount of components excluding the organic solvent is 100% by mass, the polymer containing the structure represented by the general formula (2) is 80% by mass to 99% by mass, and the crosslinking agent is 1% by mass to 20% by mass. A composition for forming an optical waveguide, contained in an amount of not more than%.
Or, it shows two R 1 is bonded to a divalent sulfur atom, a is independently an integer of 0 to 4, R is a tetravalent organic group, n represents an integer of 1 to 4 1 and m are total integers of 1 to 100,000, and l: m is 70:30 to 93: 7 . )
前記Rが、炭素数4〜12の4価の脂肪族または脂環族炭化水素である、光導波路形成用組成物。 In claim 9,
The composition for forming an optical waveguide, wherein R is a tetravalent aliphatic or alicyclic hydrocarbon having 4 to 12 carbon atoms.
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