JP6413700B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は固体撮像装置に関する。
近年、デジタルカメラや携帯電話機等のカメラ付き電子機器の小型化の進展、及び固体撮像装置の多画素化に対する要望に伴い、固体撮像装置における画素の微細化が進展している。
固体撮像装置は、たとえば、複数の画素が水平方向と垂直方向とにおいてマトリクス状に配置された撮像領域が、半導体基板の面に設けられている。この撮像領域で被写体像による光を受光して、信号電荷を生成する光電変換部が各画素に対応して複数形成されている。たとえば、フォトダイオードがこの光電変換部として形成されているものとして挙げられる。
固体撮像装置は、たとえば、複数の画素が水平方向と垂直方向とにおいてマトリクス状に配置された撮像領域が、半導体基板の面に設けられている。この撮像領域で被写体像による光を受光して、信号電荷を生成する光電変換部が各画素に対応して複数形成されている。たとえば、フォトダイオードがこの光電変換部として形成されているものとして挙げられる。
この光電変換部の上方には、各画素に対応するようにカラーフィルタ層が設けられており、このカラーフィルタ層によって着色された光を、光電変換部が受光するように構成されている。カラーフィルタ層は、例えば赤、緑、青の３原色の着色層となっており、３原色の着色層が、画素マトリクスに合わせて、例えばベイヤー配列で配置されて所定の色パターンが形成される。
また、カラーフィルタ層の上方においては、各画素に対応してマイクロレンズが設けられており、このマイクロレンズによって集光された光が、カラーフィルタ層を介して、光電変換部へ入射するように構成されている。
また、カラーフィルタ層の上方においては、各画素に対応してマイクロレンズが設けられており、このマイクロレンズによって集光された光が、カラーフィルタ層を介して、光電変換部へ入射するように構成されている。
固体撮像装置の画素微細化の進展に合せて、カラーフィルタ層のパターニング寸法についても同様に微細化していく必要がある。また、微細化に伴い１画素あたりの受光感度特性の低下や、隣接画素から入射されるノイズ割合の増加などが問題となる。そのため、カラーフィルタ層においては分光透過率の改善と、薄膜化を同時に進展していくことが求められている。
カラーフィルタとしての分光特性を維持又は改善しながら、薄膜化を進めるためにはカラーフィルタ層を形成する固形分のうちの顔料比率を高め、その他の固形分比率を減らす必要が生じる。このとき、減らすこととなる成分は、フォトリソグラフィに関わる成分や色材の分散安定化に関わる成分となる。
しかし、フォトリソグラフィ成分の減量は微細化により難易度が上がっているパターニング性をさらに難しくするという問題がある。また、色材の分散安定化成分の減量は、画素サイズの微細化により認識される欠陥サイズがより小さくなる中で、着色顔料粒径の微細化を困難にするだけでなく、分散安定性の低下による凝集物の発生が伴い、欠陥増加という問題を生じる。
しかし、フォトリソグラフィ成分の減量は微細化により難易度が上がっているパターニング性をさらに難しくするという問題がある。また、色材の分散安定化成分の減量は、画素サイズの微細化により認識される欠陥サイズがより小さくなる中で、着色顔料粒径の微細化を困難にするだけでなく、分散安定性の低下による凝集物の発生が伴い、欠陥増加という問題を生じる。
カラーフィルタ層の薄膜化が困難であるため、カラーフィルタ層をマイクロレンズ形状に加工して、カラーフィルタ層とマイクロレンズを同一膜で形成する方法にて全体の膜を薄くする方法が特許文献１において提案されている。しかし、そのような方法では、カラーフィルタ層中央部を通る光と、カラーフィルタ層端部を通る光で光路長に差が生じ、分光特性が劣化してしまう問題があった。
本発明は、前記問題を鑑みてなされたものであり、固体撮像素子の光電変換部で受光される光の分光特性を維持又は改善しながら、画素の微細化に合せ、カラーフィルタ層の微細化及び薄膜化を、低欠陥で実現した固体撮像装置を提供することを目的としている。
課題を解決するため、本発明の一態様は、複数の画素が集積されてなる固体撮像装置であって、半導体基板に前記画素ごとに区分して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て複数の色パターンのカラーフィルタ層と、前記画素ごとに前記カラーフィルタ層上に形成されたマイクロレンズとを有し、前記カラーフィルタ層の色パターンのうちの特定の色に対応するカラーフィルタ層を第１カラーフィルタ層と定義した場合、その第１カラーフィルタ層の上方に形成されるマイクロレンズである第１マイクロレンズは、前記第１カラーフィルタ層と同色又は類似色の色材を第１カラーフィルタ層よりも少ない濃度で含むことを特徴とする。
本発明によれば、特定の色に対応するカラーフィルタ層の上方に形成されるマイクロレンズに対し、カラーフィルタ層に合せた着色成分を適量加えた材料を用いることで、光電変換部で受光される光の分光特性を維持又は改善しながら画素の微細化に合せ、カラーフィルタ層の微細化及び薄膜化を、低欠陥で実現することが可能となる。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に固体撮像装置の画素配置図の一例を示す。図１に示す画素配置図の画素配列は、ベイヤー配列となっており、画素１０（Ａ）、画素１０（Ｂ）、画素１０（Ｃ）に３原色のカラーフィルタがそれぞれの画素に対応して配置されている構造をとることができる。尚、色パターンを構成する色は、３原色に限定されない。そして、カラーフィルタ層の色パターンのうちの特定の色に対応するカラーフィルタ層を第１カラーフィルタ層とする。本実施形態の説明では、カラーフィルタ層の中で最初に形成される画素を、画素１０（Ａ）とし、その画素１０（Ａ）を第１カラーフィルタ層とする。そして、本実施形態では、第１カラーフィルタ層の色を緑とした場合について説明を行う。
図１に固体撮像装置の画素配置図の一例を示す。図１に示す画素配置図の画素配列は、ベイヤー配列となっており、画素１０（Ａ）、画素１０（Ｂ）、画素１０（Ｃ）に３原色のカラーフィルタがそれぞれの画素に対応して配置されている構造をとることができる。尚、色パターンを構成する色は、３原色に限定されない。そして、カラーフィルタ層の色パターンのうちの特定の色に対応するカラーフィルタ層を第１カラーフィルタ層とする。本実施形態の説明では、カラーフィルタ層の中で最初に形成される画素を、画素１０（Ａ）とし、その画素１０（Ａ）を第１カラーフィルタ層とする。そして、本実施形態では、第１カラーフィルタ層の色を緑とした場合について説明を行う。
ここで、本実施形態では、第１カラーフィルタ層を画素１０（Ａ）とし、その色が緑色の場合（緑色光を透過するカラーフィルタ層の場合）の組み合わせで説明を行うが、画素配列や第１カラーフィルタ層１４ａの色については、この限りではない。
また以下の説明において、第１カラーフィルタ層１４ａ以外のカラーフィルタ層を第２カラーフィルタ層１４ｂと呼ぶ。
また以下の説明において、第１カラーフィルタ層１４ａ以外のカラーフィルタ層を第２カラーフィルタ層１４ｂと呼ぶ。
図２に、図１で示したＡ―Ａ’線で切断した、本実施形態の固体撮像装置２００におけるカラーフィルタ層１４とマイクロレンズ１６の断面図について示す。
図２に示すように、半導体基板１１には受光素子（光電変換部）としてＣＭＯＳやＣＣＤからなるフォトダイオード１２が形成され、半導体基板１１の表面にはシリコン酸化膜またはシリコン窒素酸化膜（図示せず）が形成されている。半導体基板１１上には透明樹脂からなる平坦化層（ＰＬ）１３が形成されている。フォトダイオード１２に対応して、平坦化層（ＰＬ）１３上には、顔料や染料などの色材を分散させた透明樹脂からなる、カラーフィルタ層１４が形成されている。これらのカラーフィルタ層１４上に透明樹脂からなる平滑化層（ＦＬ）１５が形成され、その上にフォトダイオード１２に対応してマイクロレンズ１６が形成されている。
図２に示すように、半導体基板１１には受光素子（光電変換部）としてＣＭＯＳやＣＣＤからなるフォトダイオード１２が形成され、半導体基板１１の表面にはシリコン酸化膜またはシリコン窒素酸化膜（図示せず）が形成されている。半導体基板１１上には透明樹脂からなる平坦化層（ＰＬ）１３が形成されている。フォトダイオード１２に対応して、平坦化層（ＰＬ）１３上には、顔料や染料などの色材を分散させた透明樹脂からなる、カラーフィルタ層１４が形成されている。これらのカラーフィルタ層１４上に透明樹脂からなる平滑化層（ＦＬ）１５が形成され、その上にフォトダイオード１２に対応してマイクロレンズ１６が形成されている。
従来の固体撮像装置においては、カラーフィルタ層の上方に形成されるマイクロレンズは全ての画素において、同様の分光特性を持つように形成されている。これに対し、本実施形態においては、カラーフィルタ層の色パターンに応じて、カラーフィルタ層１４の上方に形成される各マイクロレンズ１６の分光特性を変化させている。
すなわち、第１カラーフィルタ層１４ａの上方に形成される第１マイクロレンズ１６ａは、第１カラーフィルタ層１４ａの中に含まれる色材と同色又は類似色の色材を第１カラーフィルタ層１４ａよりも少ない濃度で含んだ構成となっている。
すなわち、第１カラーフィルタ層１４ａの上方に形成される第１マイクロレンズ１６ａは、第１カラーフィルタ層１４ａの中に含まれる色材と同色又は類似色の色材を第１カラーフィルタ層１４ａよりも少ない濃度で含んだ構成となっている。
ここで、従来の構成では、緑の分光特性はカラーフィルタ層によってのみ得られていた。しかし、画素寸法が１．２μｍ以下、カラーフィルタ層膜厚が０．８μｍ以下と、微細化、薄膜化が進む中で、カラーフィルタ層中の顔料比率の上昇に伴い、カラーレジスト中のパターニング成分の減量や、顔料分散剤の減量が必要となり、カラーフィルタ層において所望のパターン形状を得ることを難しくなり、さらに分散性の悪化による顔料凝集物の発生など不良が増加する問題も生じていた。
特に、カラーフィルタ層の中で最初に形成される第１カラーフィルタ層１４ａは、膜剥がれが生じやすく、パターン形状制御も難しいなどパターニングに大きな問題を持っていた。良好なパターニングを得るために、分散剤などの量の低減を実施した場合、顔料凝集物の増加など別の問題を生じるため、パターニングの改善は容易ではなかった。
特に、カラーフィルタ層の中で最初に形成される第１カラーフィルタ層１４ａは、膜剥がれが生じやすく、パターン形状制御も難しいなどパターニングに大きな問題を持っていた。良好なパターニングを得るために、分散剤などの量の低減を実施した場合、顔料凝集物の増加など別の問題を生じるため、パターニングの改善は容易ではなかった。
本実施形態ではカラーフィルタ層の中で最初に形成される第１カラーフィルタ層１４ａの上方に形成される第１マイクロレンズ１６ａにおいて、第１カラーフィルタ層１４ａの中に含まれる色材と同色又は類似色の色材を含ませることにより、第１カラーフィルタ層１４ａの分光特性を補助し、カラーフィルタ層１４ａ中の色材濃度を低減し、第１カラーフィルタ層１４ａを形成する際に用いられるカラーレジストの固形分中のフォトリソ成分と分散成分を最適量まで処方することで、受光される光の分光特性を維持又は改善しながら画素の微細化にあわせ、カラーフィルタ層の微細化及び薄膜化を、低欠陥で実現することが可能となる。
第１マイクロレンズ１６ａを形成する材料中に含ませる色材濃度は、多いほど第１カラーフィルタ層１４ａのプロセスマージンを広げることができるが、多すぎるとマイクロレンズ表面の荒れを生じ、またパターニング性の悪化や残渣の原因となるため、適量に抑える必要がある。
そのため、例えば第１カラーフィルタ層１４ａが緑色光を透過するカラーフィルタ層の場合には、第１マイクロレンズ１６ａの分光透過率は、第２マイクロレンズ１４ｂに対して、マイクロレンズ中央を垂直に入射した光の分光透過率が波長４５０ｎｍにおいて２０〜７０％低く、波長６５０ｎｍにおい１０〜６０％低くなる程度が材料中の色材量の目安となり、この範囲となることが好ましい。
そのため、例えば第１カラーフィルタ層１４ａが緑色光を透過するカラーフィルタ層の場合には、第１マイクロレンズ１６ａの分光透過率は、第２マイクロレンズ１４ｂに対して、マイクロレンズ中央を垂直に入射した光の分光透過率が波長４５０ｎｍにおいて２０〜７０％低く、波長６５０ｎｍにおい１０〜６０％低くなる程度が材料中の色材量の目安となり、この範囲となることが好ましい。
例えば第１カラーフィルタ層１４ａが赤色光を透過するカラーフィルタ層の場合には、第１マイクロレンズ１６ａの分光透過率は、第２マイクロレンズ１４ｂに対して、マイクロレンズ中央を垂直に入射した光の分光透過率が波長４５０ｎｍにおいて２０〜７０％低く、波長５５０ｎｍにおいて２０〜７０％低くなる程度が材料中の色材量の目安となり、この範囲となることが好ましい。
例えば第１カラーフィルタ層１４ａが青色光を透過するカラーフィルタ層の場合には、第１マイクロレンズ１６ａの分光透過率は、第２マイクロレンズ１４ｂに対して、マイクロレンズ中央を垂直に入射した光の分光透過率が波長５５０ｎｍにおいて１０〜６０％低く、波長６５０ｎｍにおいて１０〜６０％低くなる程度が材料中の色材量の目安となり、この範囲となることが好ましい。
図３に第１カラーフィルタ層１４ａとして緑色光を透過するカラーフィルタ層を適用した場合に、第１マイクロレンズ１６ａの中央を垂直に入射した光の分光透過率の一例を示す。図４に第１カラーフィルタ層１４ａに緑色光を透過するカラーフィルタ層を適用した場合に、第１マイクロレンズ１６ａ中央を垂直に入射し、第１カラーフィルタ層１４ａも通過後の分光透過率の一例を示す。図３の第１マイクロレンズ１６ａにおける緑の分光特性を通過することで、最終的に得られる、図４の分光特性を得るに当たり、第１カラーフィルタ層１４ａ中の色材濃度を低下させることができている。
また、第１マイクロレンズ１６ａの色材濃度を、第１カラーフィルタ１４ａの色材濃度に比べ低くし前記範囲とすることにより、以下の効果も得ることが可能となる。
第１マイクロレンズ１４ａの中央よりも端部に入射した光は、中央を入射した光に比べ、第１マイクロレンズ１６ａを通過する光路長が短くなり、分光の補助効果が弱くなるが、マイクロレンズ端部の光は、中央を入射した光に比べ、第１カラーフィルタ層１４ａ中を斜めに進むことで第１カラーフィルタ層１４ａ中での光路長が伸びる。第１マイクロレンズ１６ａの色材濃度を前記範囲にて調整することで、第１マイクロレンズ１６ａへの入射位置による分光特性への差異は軽微となる。
尚、第１マイクロレンズ１６ａの中央部の膜厚は０．１μｍ〜１．０μｍであることが望ましい。
第１マイクロレンズ１４ａの中央よりも端部に入射した光は、中央を入射した光に比べ、第１マイクロレンズ１６ａを通過する光路長が短くなり、分光の補助効果が弱くなるが、マイクロレンズ端部の光は、中央を入射した光に比べ、第１カラーフィルタ層１４ａ中を斜めに進むことで第１カラーフィルタ層１４ａ中での光路長が伸びる。第１マイクロレンズ１６ａの色材濃度を前記範囲にて調整することで、第１マイクロレンズ１６ａへの入射位置による分光特性への差異は軽微となる。
尚、第１マイクロレンズ１６ａの中央部の膜厚は０．１μｍ〜１．０μｍであることが望ましい。
本実施形態における色材は、従来用いられている有機顔料や染料等を好適に選択可能である。有機顔料を用いる場合、顔料の平均粒子径は２０ｎｍ〜１００ｎｍであることが望ましい。また、顔料の平均粒子径は２０ｎｍ〜４０ｎｍであることが、光散乱性の改善の面からより望ましい。
本実施形態における画素寸法は１．２μｍ以下の場合において効果的である。また、第１カラーフィルタ層１４ａの膜厚は０．８μｍ以下の場合において、より効果的である。
カラーフィルタ層の形成、マイクロレンズの形成には、従来用いられているフォトリソグラフィ法、エッチング法、印刷法をはじめとした製造方法の適応が可能である。またカラーフィルタ層の材料及びマイクロレンズの材料には従来用いられている、ネガ型レジスト処方、ポジ型レジスト処方が適応可能である。
本実施形態における画素寸法は１．２μｍ以下の場合において効果的である。また、第１カラーフィルタ層１４ａの膜厚は０．８μｍ以下の場合において、より効果的である。
カラーフィルタ層の形成、マイクロレンズの形成には、従来用いられているフォトリソグラフィ法、エッチング法、印刷法をはじめとした製造方法の適応が可能である。またカラーフィルタ層の材料及びマイクロレンズの材料には従来用いられている、ネガ型レジスト処方、ポジ型レジスト処方が適応可能である。
次に、本発明に基づき実施例について説明する。
〈実施例１〉
受光素子（光電変換部）としてＣＭＯＳからなるフォトダイオードが複数ベイヤー配列となるように配置され、半導体基板の表面にはシリコン酸化膜が形成されている半導体基板を用いる。受光素子の画素の周期は１．１μｍである。
スピンコート法により、アクリル系、スチレン系、エポキシ系等の透明樹脂からなる膜を形成後、２００℃で１０分の焼成処理を行い、平坦化膜を形成する。平坦化膜の膜厚は７０ｎｍであった。
〈実施例１〉
受光素子（光電変換部）としてＣＭＯＳからなるフォトダイオードが複数ベイヤー配列となるように配置され、半導体基板の表面にはシリコン酸化膜が形成されている半導体基板を用いる。受光素子の画素の周期は１．１μｍである。
スピンコート法により、アクリル系、スチレン系、エポキシ系等の透明樹脂からなる膜を形成後、２００℃で１０分の焼成処理を行い、平坦化膜を形成する。平坦化膜の膜厚は７０ｎｍであった。
続いてスピンコート法により緑の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。その後焼成処理を行い、第１カラーフィルタ層を形成する。膜厚は０．５９μｍ、線幅は１．０９６μｍであった。
第１カラーフィルタ層１４ａのパターン形状は良好で、画素中に見られる残渣面積も０．７％、０．３μｍ〜１μｍの凝集物の発生数も１００μｍ×１００μｍの範囲に１個以下と良好な結果が得られた。
このとき緑の分光を持つネガ型顔料分散レジストの固形分中の顔料比率は５３．３％、フォトリソ成分は２１．４％、分散成分は２５．３とした。
第１カラーフィルタ層１４ａのパターン形状は良好で、画素中に見られる残渣面積も０．７％、０．３μｍ〜１μｍの凝集物の発生数も１００μｍ×１００μｍの範囲に１個以下と良好な結果が得られた。
このとき緑の分光を持つネガ型顔料分散レジストの固形分中の顔料比率は５３．３％、フォトリソ成分は２１．４％、分散成分は２５．３とした。
続いてスピンコート法により赤の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。その後焼成処理を行い、第２のカラーフィルタ層１４ｂを形成する。膜厚は０．６２μｍ、線幅は１．１０４μｍであった。
続いてスピンコート法により青の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。その後焼成処理を行い、第３のカラーフィルタ層１４ｂを形成する。膜厚は０．６０μｍ、線幅は１．１０４μｍであった。
これら３色の画素上に平坦化効果を持ち、かつ、紫外線吸収剤を含有する熱硬化タイプのアクリル樹脂をスピンコート法にて塗布し、焼成処理を行い、膜厚およそ１．５μｍで塗布形成した。
これら３色の画素上に平坦化効果を持ち、かつ、紫外線吸収剤を含有する熱硬化タイプのアクリル樹脂をスピンコート法にて塗布し、焼成処理を行い、膜厚およそ１．５μｍで塗布形成した。
続いて第１マイクロレンズ１６ａを形成するために、スピンコート法により緑の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。ここではフォトマスクにはグレートーンマスクを用い、レンズの中央部分の透過光が最も強く、レンズ端部になるほど透過光が弱くなるように同心円状に階調をつけたマスクパターンを用いて形成を行った。その後焼成処理を行い、第１マイクロレンズを形成する。形成されたマイクロレンズのトップ部分の膜厚は０．４２μｍであった。
このとき第１マイクロレンズ１６ａに用いた緑の分光を持つレジストネガ型顔料分散レジストの固形分中の顔料比率は１４．８％、フォトリソ成分は５９．９％、分散成分は２５．３％とした。
このとき第１マイクロレンズ１６ａに用いた緑の分光を持つレジストネガ型顔料分散レジストの固形分中の顔料比率は１４．８％、フォトリソ成分は５９．９％、分散成分は２５．３％とした。
続いて赤と青のカラーフィルタ層の上方に第２マイクロレンズ１６ｂを形成するために、スピンコート法によりネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。ここではフォトマスクにはグレートーンマスクを用い、レンズの中央部分の透過光が最も強く、レンズ端部になるほど透過光が弱くなるように同心円状に階調をつけたマスクパターンを用いて形成を行った。その後焼成処理を行い、第２マイクロレンズを形成する。形成された第２マイクロレンズ１６ｂのトップ部分の膜厚は０．４２μｍであった。
第１マイクロレンズ１６ａの表面粗さは良好で、残渣も無く、形状も狙いの凸形状を得ることができた。
第１マイクロレンズ１６ａの表面粗さは良好で、残渣も無く、形状も狙いの凸形状を得ることができた。
〈比較例１〉
受光素子としてＣＭＯＳからなるフォトダイオードが複数ベイヤー配列となるように配置され、半導体基板の表面にはシリコン酸化膜が形成されている半導体基板を用いる。受光素子の画素の周期は１．１μｍである。
スピンコート法により、アクリル系、スチレン系、エポキシ系等の透明樹脂からなる膜を形成後、２００℃で１０分の焼成処理を行い、平坦化膜を形成する。平坦化膜の膜厚は７０ｎｍであった。
受光素子としてＣＭＯＳからなるフォトダイオードが複数ベイヤー配列となるように配置され、半導体基板の表面にはシリコン酸化膜が形成されている半導体基板を用いる。受光素子の画素の周期は１．１μｍである。
スピンコート法により、アクリル系、スチレン系、エポキシ系等の透明樹脂からなる膜を形成後、２００℃で１０分の焼成処理を行い、平坦化膜を形成する。平坦化膜の膜厚は７０ｎｍであった。
続いてスピンコート法により緑の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。その後焼成処理を行い、第１カラーフィルタ層を形成する。膜厚は０．６０μｍ、線幅は１．１９μｍであった。
第１カラーフィルタ層のパターン形状は矩形パターンの直進性が悪くギザギザした状態であり、画素中に見られる残渣面積も９．４％と悪い結果となった。０．３μｍ〜１μｍの凝集物の発生数は１００μｍ×１００μｍの範囲に１個以下と良好な結果が得られた。
このとき緑のネガ型顔料分散レジストの固形分中の顔料比率は６２．１％、フォトリソ成分は１２．６％、分散成分は２５．３であった。
このとき緑のネガ型顔料分散レジストの固形分中の顔料比率は６２．１％、フォトリソ成分は１２．６％、分散成分は２５．３であった。
続いてスピンコート法により赤の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。その後焼成処理を行い、カラーフィルタ層を形成する。膜厚は０．６２μｍ、線幅は１．０１μｍであった。
続いてスピンコート法により青の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。その後焼成処理を行い、第１カラーフィルタ層を形成する。膜厚は０．６０μｍ、線幅は１．０１μｍであった。
これら３色の画素上に平坦化効果を持ち、かつ、紫外線吸収剤を含有する熱硬化タイプのアクリル樹脂をスピンコート法にて塗布し、焼成処理を行い、膜厚およそ１．５μｍで塗布形成した。
これら３色の画素上に平坦化効果を持ち、かつ、紫外線吸収剤を含有する熱硬化タイプのアクリル樹脂をスピンコート法にて塗布し、焼成処理を行い、膜厚およそ１．５μｍで塗布形成した。
続いて赤と緑と青のカラーフィルタ層の上方にマイクロレンズを形成するために、スピンコート法によりネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。ここではフォトマスクにはグレートーンマスクを用い、レンズの中央部分の透過光が最も強く、レンズ端部になるほど透過光が弱くなるように同心円状に階調をつけたマスクパターンを用いて形成を行った。その後焼成処理を行い、第１マイクロレンズを形成する。形成されたマイクロレンズのトップ部分の膜厚は０．４２μｍであった。
〈比較例２〉
受光素子としてＣＭＯＳからなるフォトダイオードが複数ベイヤー配列となるように配置され、半導体基板の表面にはシリコン酸化膜が形成されている半導体基板を用いる。受光素子の画素の周期は１．１μｍである。
スピンコート法により、アクリル系、スチレン系、エポキシ系等の透明樹脂からなる膜を形成後、２００℃で１０分の焼成処理を行い、平坦化膜を形成する。平坦化膜の膜厚は７０ｎｍであった。
受光素子としてＣＭＯＳからなるフォトダイオードが複数ベイヤー配列となるように配置され、半導体基板の表面にはシリコン酸化膜が形成されている半導体基板を用いる。受光素子の画素の周期は１．１μｍである。
スピンコート法により、アクリル系、スチレン系、エポキシ系等の透明樹脂からなる膜を形成後、２００℃で１０分の焼成処理を行い、平坦化膜を形成する。平坦化膜の膜厚は７０ｎｍであった。
続いてスピンコート法により緑の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。その後焼成処理を行い、第１カラーフィルタ層を形成する。膜厚は０．６０μｍ、線幅は１．１０４μｍであった。
第１カラーフィルタ層のパターン形状は良好で、画素中に見られる残渣面積も１．１％と良好な結果を得られた。０．３μｍ〜１μｍの凝集物の発生数については１００μｍ×１００μｍの範囲に２７個と欠陥が大量に発生する結果となった。
このとき緑のネガ型顔料分散レジストの固形分中の顔料比率は６２．１％、フォトリソ成分は２１．４％、分散成分は１６．３であった。
このとき緑のネガ型顔料分散レジストの固形分中の顔料比率は６２．１％、フォトリソ成分は２１．４％、分散成分は１６．３であった。
続いてスピンコート法により赤の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。その後焼成処理を行い、カラーフィルタ層を形成する。膜厚は０．６２μｍ、線幅は１．０９６μｍであった。
続いてスピンコート法により青の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。その後焼成処理を行い、第１カラーフィルタ層を形成する。膜厚は０．６０μｍ、線幅は１．０９６μｍであった。
これら３色の画素上に平坦化効果を持ち、かつ、紫外線吸収剤を含有する熱硬化タイプのアクリル樹脂 をスピンコート法にて塗布し、焼成処理を行い、膜厚およそ１．５μｍで塗布形成した。
これら３色の画素上に平坦化効果を持ち、かつ、紫外線吸収剤を含有する熱硬化タイプのアクリル樹脂 をスピンコート法にて塗布し、焼成処理を行い、膜厚およそ１．５μｍで塗布形成した。
続いて赤と緑と青のカラーフィルタ層の上方にマイクロレンズを形成するために、スピンコート法によりネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、画素配列にあった所定のパターンが形成される。ここではフォトマスクにはグレートーンマスクを用い、レンズの中央部分の透過光が最も強く、レンズ端部になるほど透過光が弱くなるように同心円状に階調をつけたマスクパターンを用いて形成を行った。その後焼成処理を行い、第１マイクロレンズを形成する。形成されたマイクロレンズのトップ部分の膜厚は０．４２μｍであった。
１００：固体撮像装置
２００：固体撮像装置
１０；固体撮像装置の画素
１１：半導体基板
１２：フォトダイオード（光電変換部）
１３：平坦化層
１４：カラーフィルタ層
１４ａ：第１カラーフィルタ層
１５：平滑化層
１６：マイクロレンズ
１６ａ：第１マイクロレンズ
２００：固体撮像装置
１０；固体撮像装置の画素
１１：半導体基板
１２：フォトダイオード（光電変換部）
１３：平坦化層
１４：カラーフィルタ層
１４ａ：第１カラーフィルタ層
１５：平滑化層
１６：マイクロレンズ
１６ａ：第１マイクロレンズ
Claims (7)
- 複数の画素が集積されてなる固体撮像装置であって、
前記画素ごとに区分して半導体基板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て複数の色パターンのカラーフィルタ層と、前記画素ごとに前記カラーフィルタ層上に形成されたマイクロレンズとを有し、
前記カラーフィルタ層の色パターンのうちの特定の色に対応するカラーフィルタ層を第１カラーフィルタ層と定義した場合、その第１カラーフィルタ層の上方に形成されるマイクロレンズである第１マイクロレンズは、前記第１カラーフィルタ層と同色又は類似色の色材を第１カラーフィルタ層よりも少ない濃度で含むことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記複数の色パターンは、緑色、青色、及び赤色を含み、
前記第１カラーフィルタ層が緑色光を透過するカラーフィルタ層であり、
赤色光、青色光を透過するカラーフィルタ層の上方に形成されるマイクロレンズに対して、前記第１マイクロレンズは、マイクロレンズ中央を垂直に入射した光の分光透過率が、波長４５０ｎｍにおいて２０％以上７０％以下の範囲内で低く、波長６５０ｎｍにおいて１０％以上６０％以下の範囲内で低いことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の色パターンは、緑色、青色、及び赤色を含み、
前記第１カラーフィルタ層が赤色光を透過するカラーフィルタ層であり、
緑色光、青色光を透過するカラーフィルタ層の上方に形成されるマイクロレンズに対して、前記第１マイクロレンズは、マイクロレンズ中央を垂直に入射した光の分光透過率が、波長４５０ｎｍにおいて２０％以上７０％以下の範囲内で低く、波長５５０ｎｍにおいて２０％以上７０％以下の範囲内で低いことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の色パターンは、緑色、青色、及び赤色を含み、
前記第１カラーフィルタ層が青色光を透過するカラーフィルタ層であり、
赤色光、青色光を透過するカラーフィルタ層の上方に形成されるマイクロレンズに対して、前記第１マイクロレンズは、マイクロレンズ中央を垂直に入射した光の分光透過率が、波長５５０ｎｍにおいて１０％以上６０％以下の範囲内で低く、波長６５０ｎｍにおいて１０％以上６０％以下の範囲内で低いことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像装置の画素周期が１．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
- 前記固体撮像装置のカラーフィルタ層の膜厚が０．８μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
- 前記第１マイクロレンズの着色材が、平均粒子径４０ｎｍ以下の微小顔料により形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
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