JP7508779B2 - Solid-state imaging device and its manufacturing method - Google Patents

Solid-state imaging device and its manufacturing method

Info

Publication number
JP7508779B2
JP7508779B2 JP2019558237A JP2019558237A JP7508779B2 JP 7508779 B2 JP7508779 B2 JP 7508779B2 JP 2019558237 A JP2019558237 A JP 2019558237A JP 2019558237 A JP2019558237 A JP 2019558237A JP 7508779 B2 JP7508779 B2 JP 7508779B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
color
color filter
layer
transparent conductive
conductive layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019558237A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2019111919A1 (en
Inventor
聡 高橋
知宏 井本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority claimed from PCT/JP2018/044637 external-priority patent/WO2019111919A1/en
Publication of JPWO2019111919A1 publication Critical patent/JPWO2019111919A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7508779B2 publication Critical patent/JP7508779B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、CCD、CMOS等の光電変換素子を使用した固体撮像素子に関する技術である。 The present invention relates to technology relating to solid-state imaging elements that use photoelectric conversion elements such as CCDs and CMOSs.

デジタルカメラ等に搭載されるCCD(電荷結合素子)やCMOS(相補型金属酸化膜半導体)等の固体撮像素子は、近年、高画素化、微細化が進んでおり、その画素は、特に微細なものでは1.4μm×1.4μmを下回るレベルの画素サイズとなっている。In recent years, solid-state imaging elements such as CCDs (charge-coupled devices) and CMOSs (complementary metal-oxide semiconductors) used in digital cameras have become increasingly finer and more pixelated, with the pixel size of some of the finest elements now reaching a level of less than 1.4 μm x 1.4 μm.

固体撮像素子は、光電変換素子と一対の色フィルターパターンを有し、カラー化を図っている。また、固体撮像素子の光電変換素子が光電変換に寄与する領域(開口部)は、固体撮像素子のサイズや画素数に依存する。その開口部は、固体撮像素子の全面積に対し、20~50%程度に限られている。開口部が小さいことはそのまま光電変換素子の感度低下につながることから、固体撮像素子では感度低下を補うために光電変換素子上に集光用のマイクロレンズを形成することが一般的である。 A solid-state imaging element has a photoelectric conversion element and a pair of color filter patterns to achieve color imaging. The area (aperture) where the photoelectric conversion element of the solid-state imaging element contributes to photoelectric conversion depends on the size and number of pixels of the solid-state imaging element. The aperture is limited to about 20-50% of the total area of the solid-state imaging element. Since a small aperture directly leads to a decrease in the sensitivity of the photoelectric conversion element, it is common for solid-state imaging elements to have microlenses for focusing light formed on the photoelectric conversion element to compensate for the decrease in sensitivity.

また、近年裏面照射の技術を用いたイメージセンサが開発されており、光電変換素子の開口部を固体撮像素子の全面積の50%以上にすることができるようになっている。しかしながら、この場合、色フィルターに隣接する色フィルターの漏れ光が入る可能性があるため、適切なサイズ、形状のマイクロレンズを形成することが必要となっている。In recent years, image sensors using back-illumination technology have been developed, allowing the aperture of the photoelectric conversion element to be 50% or more of the total area of the solid-state imaging element. However, in this case, there is a possibility that light from adjacent color filters may leak into the color filter, so it is necessary to form microlenses of an appropriate size and shape.

このような色フィルターパターンを固体撮像素子上に形成する方法としては、通常は特許文献1のようにフォトリソグラフィプロセスによりパターンを形成する手法が用いられる。A method for forming such a color filter pattern on a solid-state imaging element typically involves forming the pattern using a photolithography process, as described in Patent Document 1.

また、色フィルターパターンを固体撮像素子上に形成する他の方法としては、特許文献2には、全ての色フィルターパターンをドライエッチングによって形成する方法が記載されている。As another method for forming a color filter pattern on a solid-state imaging element, Patent Document 2 describes a method in which all color filter patterns are formed by dry etching.

近年、800万画素を超える高精細CCD撮像素子への要求が大きくなり、これら高精細CCDにおいて付随する色フィルターパターンの画素サイズとして1.4μm×1.4μmを下回るレベルの撮像素子への要求が大きくなっている。しかしながら、画素サイズを小さくすることにより、フォトリソグラフィプロセスにより形成された色フィルターパターンの解像性が不足し、固体撮像素子の特性に悪影響を及ぼすという問題が生じている。一辺が1.4μm以下、あるいは1.1μmや0.9μm近傍の固体撮像素子では、解像性の不足がパターンの形状不良に起因する色むらとなって現れる。In recent years, there has been an increasing demand for high-definition CCD imaging devices with over 8 million pixels, and a growing demand for imaging devices with pixel sizes of less than 1.4 μm x 1.4 μm for the color filter patterns associated with these high-definition CCDs. However, by reducing the pixel size, the resolution of the color filter patterns formed by the photolithography process becomes insufficient, causing problems that adversely affect the characteristics of solid-state imaging devices. In solid-state imaging devices with sides of 1.4 μm or less, or around 1.1 μm or 0.9 μm, the lack of resolution manifests itself as color unevenness caused by defective pattern shapes.

色フィルターパターンの画素サイズが小さくなると、色フィルターパターンのアスペクト比(色フィルターパターンの幅に対して高さ(厚み))が大きくなる。このような色フィルターパターンをフォトリソグラフィプロセスで形成する場合、本来除去されるべき部分(画素の有効外部分)の色フィルターが完全に除去されず、残渣となって他の色の画素に悪影響を及ぼしてしまう。残渣を除去するために現像時間を延長する等の方法を行った場合、硬化させた必要な画素まで剥がれてしまうという問題も発生している。As the pixel size of a color filter pattern becomes smaller, the aspect ratio of the color filter pattern (the height (thickness) relative to the width of the color filter pattern) becomes larger. When such a color filter pattern is formed by a photolithography process, the color filter in the area that should have been removed (the area outside the effective area of the pixel) is not completely removed, and remains as a residue that adversely affects pixels of other colors. When methods such as extending the development time are used to remove the residue, there is also the problem that even the necessary hardened pixels may peel off.

また、満足する分光特性を得ようとすると、色フィルターの膜厚を厚くせざるを得ない。しかしながら、色フィルターの膜厚が厚くなると、画素の微細化が進むに従って、色フィルターパターンの角が丸まる等、解像度が低下する傾向となる。色フィルターパターンの膜厚を厚くし且つ分光特性を得ようとすると、色フィルターパターン材料に含まれる顔料濃度を上げる必要がある。しかしながら、色フィルターパターン材料に含まれる顔料濃度を上げると光硬化反応に必要な光が色フィルターパターン層の底部まで届かず、色フィルター層の硬化が不充分となる。このため、フォトリソグラフィにおける現像工程で色フィルターの層が剥離し、画素欠陥が発生するという問題がある。 In addition, in order to obtain satisfactory spectral characteristics, the film thickness of the color filter must be increased. However, as the film thickness of the color filter increases, the resolution tends to decrease as the pixels become finer, for example, the corners of the color filter pattern become rounded. In order to increase the film thickness of the color filter pattern and obtain spectral characteristics, it is necessary to increase the pigment concentration contained in the color filter pattern material. However, if the pigment concentration contained in the color filter pattern material is increased, the light required for the photocuring reaction does not reach the bottom of the color filter pattern layer, and the color filter layer is not cured sufficiently. This causes a problem that the color filter layer peels off during the development process in photolithography, causing pixel defects.

また、色フィルターの膜厚を薄くし且つ分光特性を得るために、色フィルター用材料に含まれる顔料濃度を上げた場合、相対的に光硬化成分を低減させることになる。このため、色フィルターの層の光硬化が不十分となり、色フィルターの形状の悪化、面内での色フィルターの形状不均一、色フィルターの形状崩れ等が発生しやすくなる。また、色フィルターの層を十分に光硬化させるために硬化時の露光量を多くすることで、スループットが低下するという問題が発生する。 Furthermore, if the pigment concentration in the color filter material is increased in order to reduce the film thickness of the color filter and obtain the desired spectral characteristics, the photocurable components will be relatively reduced. This results in insufficient photocuring of the color filter layer, which is likely to cause deterioration of the color filter shape, non-uniformity in the shape of the color filter within the surface, and deformation of the color filter. Furthermore, increasing the amount of exposure during curing in order to sufficiently photocuring the color filter layer creates the problem of reduced throughput.

色フィルターパターンの高精細化により、色フィルターパターンの膜厚は、製造工程上の問題だけではなく、固体撮像素子としての特性にも影響する。色フィルターパターンの膜厚が厚い場合、斜め方向から入射した光が特定色フィルターによって分光されたのち、隣接する他の色フィルターパターン部及び光電変換素子に入光する場合がある。この場合、混色が生じてしまう問題が発生する。この混色の問題は、色フィルターパターンの画素サイズが小さくなり、画素サイズと膜厚とのアスペクト比が大きくなるにつれて顕著になる。また、入射光の混色という問題は、光電変換素子が形成された基板上に平坦化層等の材料を形成することで、色フィルターパターンと光電変換素子との距離が長くなる場合にも顕著に生じる。このため、色フィルターパターンやその下部に形成される平坦化層等の膜厚の薄膜化が重要となる。 Due to the high definition of the color filter pattern, the thickness of the color filter pattern not only affects the manufacturing process, but also the characteristics of the solid-state imaging element. When the color filter pattern is thick, the light incident from an oblique direction may be dispersed by a specific color filter and then enter other adjacent color filter pattern parts and photoelectric conversion elements. In this case, the problem of color mixing occurs. This color mixing problem becomes more prominent as the pixel size of the color filter pattern becomes smaller and the aspect ratio between the pixel size and the film thickness becomes larger. In addition, the problem of color mixing of incident light also occurs more prominently when the distance between the color filter pattern and the photoelectric conversion element becomes longer by forming a material such as a planarization layer on the substrate on which the photoelectric conversion element is formed. For this reason, it is important to reduce the thickness of the color filter pattern and the planarization layer formed below it.

斜め方向からの入射等による混色防止のために、各色のカラーフィルタの間に光を反射や屈折させ、他の画素に入射する光を遮る隔壁を形成する方法が知られている。液晶ディスプレイ等の光学表示デバイスに用いられるカラーフィルタでは、黒色の材料によるブラックマトリクス(BM)構造による隔壁が一般的に知られている。しかし、固体撮像素子の場合、各カラーフィルタパターンのサイズが数μm以下である。このため、一般的なブラックマトリクスの形成方法を用いて隔壁を形成した場合、パターンサイズが大きい為、画素欠陥のように一部の画素がBMで塗りつぶされてしまい解像性が低下してしまう。 To prevent color mixing caused by light incident from an oblique direction, a method is known in which a partition wall is formed between color filters of each color to reflect or refract light and block light from entering other pixels. For color filters used in optical display devices such as liquid crystal displays, partition walls with a black matrix (BM) structure made of black material are commonly known. However, in the case of solid-state imaging devices, the size of each color filter pattern is several μm or less. For this reason, if a partition wall is formed using a general black matrix formation method, the pattern size is large, so some pixels are filled with BM like pixel defects, resulting in reduced resolution.

高精細化が進んでいる固体撮像素子の場合、求められる隔壁のサイズは数百nmサイズ、より好ましくは幅200nm以下程度であり、一つの画素サイズが1μm程度となるまで画素サイズの高精細化が進んでいる。この為、混色を抑制できる遮光性能を満たせるのであれば、100nm以下の幅(寸法)が望ましい。このサイズの隔壁形成には、BMを用いたフォトリソグラフィ法では困難である。このため、アルミニウム、タングステン、チタンなどの金属やSiO等の無機物やこれらを複合させて用い、蒸着、CVD、スパッタ等による成膜や、エッチング技術を用いて格子パターン上に削ることによって形成する方法で隔壁が形成されている。しかしながら、このような方法では、製造装置や製造工程の複雑化等で製造コストが非常に高価となってしまうという問題がある。 In the case of a solid-state imaging device in which high definition is being developed, the size of the partition wall required is several hundred nm, more preferably a width of 200 nm or less, and pixel size is becoming high definition until one pixel size is about 1 μm. Therefore, if the light shielding performance capable of suppressing color mixing is satisfied, a width (dimension) of 100 nm or less is desirable. It is difficult to form partition walls of this size by photolithography using BM. For this reason, partition walls are formed by using metals such as aluminum, tungsten, titanium, inorganic substances such as SiO 2 , or a combination of these, and forming a film by deposition, CVD, sputtering, etc., or by forming by cutting into a lattice pattern using etching technology. However, such a method has a problem that the manufacturing cost becomes very high due to the complexity of the manufacturing equipment and manufacturing process.

以上のことから、固体撮像素子の画素数を増やすためには、色フィルター層のパターンの高精細化が必要であり、色フィルター層の薄膜化や混色防止方法が重要となる。 For these reasons, in order to increase the number of pixels in a solid-state imaging element, it is necessary to increase the resolution of the color filter layer pattern, and it is important to make the color filter layer thinner and to find a way to prevent color mixing.

上述のように、従来の、色フィルター材料に感光性を持たせてフォトリソグラフィにより形成される色フィルター層のパターン形成は、画素の寸法の微細化が進むにつれて、色フィルター層の膜厚の薄膜化も求められる。この場合、色フィルター材料中の顔料成分の含有割合が増えることから、感光性成分を十分な量含有できず、解像性が得られない、残渣が残りやすい、画素剥がれが生じやすいという問題があり、固体撮像素子の特性を低下させる課題があった。As mentioned above, in the conventional pattern formation of color filter layers formed by photolithography after imparting photosensitivity to color filter materials, there is a demand for thinner color filter layers as pixel dimensions become finer. In this case, the content of pigment components in the color filter materials increases, making it impossible to contain sufficient amounts of photosensitive components, leading to problems such as insufficient resolution, residues being easily left behind, and pixels being easily peeled off, which reduces the characteristics of solid-state imaging devices.

そこで、色フィルターパターンの微細化及び薄膜化を行うために、特許文献2の技術が提案されている。特許文献2には、色フィルター用材料中の顔料濃度を向上できるように、感光性成分を含有しなくてもパターニングが可能なドライエッチングにより色フィルターパターンを形成することが記載されている。これらのドライエッチングを用いる技術により、顔料濃度を向上させることが可能となり、薄膜化を行っても十分な分光特性を得られる色フィルターパターンが作製可能となる。Therefore, the technology of Patent Document 2 has been proposed to make the color filter pattern finer and thinner. Patent Document 2 describes forming a color filter pattern by dry etching, which allows patterning without containing a photosensitive component, so that the pigment concentration in the color filter material can be improved. These dry etching techniques make it possible to improve the pigment concentration, and to produce a color filter pattern that has sufficient spectral characteristics even when thinned.

特開平11-68076号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-68076 特許第4905760号公報Japanese Patent No. 4905760

しかしながら、発明者らが、特許文献2に記載の色フィルターパターンの製造方法を検討したところ各色フィルターの膜厚の関係が示されておらず、全ての色フィルターで高感度化できない場合があることを知見した。また、混色に対する対策も不十分であることを知見した。また、各色フィルターパターンをドライエッチングで形成する際、色フィルター材は有機物と金属を含有した材料であることから、ドライエッチングでの形状加工は困難であり残渣が残りやすく、また残渣が発生しないように時間を長くドライエッチングを行う場合は、光電変換素子にプラズマダメージを与えやすいという知見を得た。However, when the inventors studied the manufacturing method of the color filter pattern described in Patent Document 2, they found that the relationship between the film thicknesses of the color filters was not disclosed, and that it was not possible to achieve high sensitivity for all color filters. They also found that measures against color mixing were insufficient. They also found that when forming each color filter pattern by dry etching, since the color filter material is a material containing organic matter and metal, it is difficult to shape it by dry etching and residues are likely to remain, and further, they found that if dry etching is performed for a long time to avoid residues, plasma damage is likely to occur to the photoelectric conversion element.

本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであって、混色を抑制し、プラズマダメージを低減し、高精細で感度の良い固体撮像素子を提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of the above-mentioned points, and aims to provide a solid-state imaging element that suppresses color mixing, reduces plasma damage, and has high resolution and good sensitivity.

本発明の一態様による固体撮像素子は、複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板と、上記半導体基板上に形成され、上記複数の光電変換素子に対応させて複数色の色フィルターを予め設定した規則パターンで二次元的に配置した色フィルター層と、上記複数色から選択した第1の色の色フィルターと半導体基板との間に配置された透明導電層と、を備えることを特徴する。A solid-state imaging element according to one embodiment of the present invention is characterized in that it comprises a semiconductor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally, a color filter layer formed on the semiconductor substrate and having a plurality of color filters arranged two-dimensionally in a predetermined regular pattern corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements, and a transparent conductive layer disposed between the semiconductor substrate and a color filter of a first color selected from the plurality of colors.

上記透明導電層のシート抵抗をFとした場合に下記(1)式を満足してもよい。
F<100000 Ω/□ ・・・(1)
When the sheet resistance of the transparent conductive layer is F, the following formula (1) may be satisfied.
F < 100,000 Ω/□ ... (1)

上記透明導電層は、珪素、炭素、酸素、水素、錫、亜鉛、インジウム、アルミニウム、ガリウム、チタン、モリブデン、タングステン、カドミウム、ニオブ、タンタル、ハフニウム、銀、フッ素から選ばれる少なくとも1種類を含有する化合物が単層又は複層で形成されていてもよい。The transparent conductive layer may be formed as a single layer or multiple layers of a compound containing at least one selected from silicon, carbon, oxygen, hydrogen, tin, zinc, indium, aluminum, gallium, titanium, molybdenum, tungsten, cadmium, niobium, tantalum, hafnium, silver, and fluorine.

上記透明導電層及び上記第1の色の色フィルターは、上記透明導電層のエッチングレートをTとし、上記第1の色の色フィルターのエッチングレートをGとしたとき、フッ素、酸素、水素、硫黄、炭素、臭素、塩素、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン、クリプトンから選ばれる少なくとも1種類を含有するガスを用いたドライエッチングにおいて、下記(2)式を満足する材料構成となっていてもよい。
3≦G/T ・・・(2)
The transparent conductive layer and the color filter of the first color may be made of materials that satisfy the following formula (2) when dry etching is performed using a gas containing at least one type selected from fluorine, oxygen, hydrogen, sulfur, carbon, bromine, chlorine, nitrogen, argon, helium, xenon, and krypton, where T is an etching rate of the transparent conductive layer and G is an etching rate of the color filter of the first color:
3≦G/T (2)

上記複数色の色フィルターの間に配置した隔壁を更に備えていてもよい。 It may further include a partition disposed between the color filters of the above-mentioned multiple colors.

上記隔壁は、亜鉛、銅、ニッケル、珪素、炭素、酸素、水素、窒素、臭素、塩素、インジウム、錫から選ばれる少なくとも1種類を含有していてもよい。The partition wall may contain at least one element selected from zinc, copper, nickel, silicon, carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen, bromine, chlorine, indium, and tin.

上記第1の色の色フィルターの膜厚をA[nm]、上記透明導電層の膜厚をB[nm]、上記第1の色以外の色の色フィルターの膜厚をC[nm]、上記透明導電層の可視光の透過率をD[%]、上記隔壁の寸法をE[nm]とした場合に、下記(3)~(7)式を満足してもよい。
200[nm]≦A≦700[nm] ・・・(3)
0[nm]<B≦200[nm] ・・・(4)
A+B-200[nm]≦C≦A+B+200[nm] ・・・(5)
D≧80[%]・・・(6)
E≦200[nm]・・・(7)
When the film thickness of the color filter of the first color is A [nm], the film thickness of the transparent conductive layer is B [nm], the film thickness of the color filter of a color other than the first color is C [nm], the visible light transmittance of the transparent conductive layer is D [%], and the dimension of the partition is E [nm], the following formulas (3) to (7) may be satisfied.
200 nm≦A≦700 nm (3)
0 [nm] < B ≦ 200 [nm] ... (4)
A+B-200 [nm]≦C≦A+B+200 [nm] ... (5)
D≧80% (6)
E≦200 [nm] (7)

上記透明導電層と上記第1の色の色フィルターとの間に、更に透明樹脂層を備えていてもよい。A transparent resin layer may be further provided between the transparent conductive layer and the first color filter.

上記透明導電層と上記半導体基板との間に、更に透明樹脂層を備えていてもよい。A transparent resin layer may further be provided between the transparent conductive layer and the semiconductor substrate.

上記透明樹脂層は、珪素、炭素、酸素、水素から選ばれる少なくとも1種類を含有してもよい。The transparent resin layer may contain at least one element selected from silicon, carbon, oxygen, and hydrogen.

上記第1の色の色フィルターには、熱硬化性樹脂を含有してもよい。The color filter of the first color may contain a thermosetting resin.

上記第1の色の色フィルターには、熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂を含有し、光硬化性樹脂の含有量よりも熱硬化性樹脂の含有量の方が多くてもよい。The color filter of the first color may contain a thermosetting resin and a photocurable resin, and the content of the thermosetting resin may be greater than the content of the photocurable resin.

上記第1の色の色フィルターには、光硬化性樹脂を含有してもよい。The color filter of the first color may contain a photocurable resin.

上記第1の色の色フィルターは、着色剤である顔料の濃度が50質量%以上であってもよい。The color filter of the first color may have a concentration of pigment as a colorant of 50% by mass or more.

上記色フィルター層上に、上記光電変換素子のそれぞれに対応して二次元的に配置されたマイクロレンズを有し、上記マイクロレンズのレンズトップからレンズボトムまでの高さが300nm以上800nm以下の範囲であってもよい。The color filter layer may have microlenses arranged two-dimensionally corresponding to each of the photoelectric conversion elements, and the height from the lens top to the lens bottom of the microlens may be in the range of 300 nm or more and 800 nm or less.

上記複数色の色フィルターのうち、上記第1の色の色フィルターの専有面積が一番広くてもよい。Among the multiple color filters, the color filter of the first color may have the largest occupied area.

本発明の一態様による固体撮像素子の製造方法は、複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板に透明導電層を形成し、上記透明導電層上に第1の色の色フィルター用の塗布液を塗布し硬化させて透明導電層及び第1の色の色フィルター層をこの順に形成した後、上記第1の色の色フィルターの配置位置以外の上記第1の色の色フィルター層部分をドライエッチングによって除去して第1の色の色フィルターをパターン形成する第1の工程と、上記第1の色の色フィルターをパターン形成する第1の工程において、上記第1の色の色フィルター層をドライエッチングする際に生じる色フィルター層とドライエッチングガスの副生成物を、上記第1の色の色フィルターの側壁に隔壁として形成する第2の工程と、第2の工程後に、第1の色の以外の色の色フィルターを、フォトリソグラフィによってパターニングして形成する第3の工程と、を備えることを特徴とする。A method for manufacturing a solid-state imaging device according to one aspect of the present invention includes a first step of forming a transparent conductive layer on a semiconductor substrate on which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged two-dimensionally, applying a coating liquid for a color filter of a first color onto the transparent conductive layer and curing the coating liquid to form a transparent conductive layer and a color filter layer of the first color in this order, and then removing a portion of the color filter layer of the first color other than the position of the color filter of the first color by dry etching to form a pattern of the color filter of the first color; a second step of forming a by-product of the color filter layer and the dry etching gas generated when the color filter layer of the first color is dry-etched as a partition on the side wall of the color filter of the first color in the first step of patterning the color filter of the first color; and a third step of forming a color filter of a color other than the first color by patterning the color filter of the first color by photolithography after the second step.

本発明の他の態様による固体撮像素子の製造方法は、複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板に透明導電層を形成し、上記透明導電層上に透明樹脂層を形成し、第1の色の色フィルター用の塗布液を塗布し硬化させて、透明導電層、透明樹脂層及び第1の色の色フィルター層をこの順に形成した後、第1の色の色フィルターの配置位置以外の上記第1の色の色フィルター層部分及び該第1の色の色フィルター層部分の下層に位置する透明樹脂層をドライエッチングによって除去して第1の色の色フィルターをパターン形成する第1の工程と、上記第1の色の色フィルターをパターン形成する第1の工程において、上記第1の色の色フィルター層及びその除去する色フィルター層部分の下層に位置する透明樹脂層をドライエッチングする際に生じる色フィルター層及び透明樹脂層とドライエッチングガスの副生成物を、上記第1の色の色フィルターの側壁に隔壁として形成する第2の工程と、第2の工程後に、第1の色の以外の色の色フィルターを、フォトリソグラフィによってパターニングして形成する第3の工程と、を備えることを特徴とする。A method for manufacturing a solid-state imaging device according to another aspect of the present invention includes a first step of forming a transparent conductive layer on a semiconductor substrate on which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged two-dimensionally, forming a transparent resin layer on the transparent conductive layer, applying and curing a coating liquid for a color filter of a first color to form a transparent conductive layer, a transparent resin layer, and a color filter layer of a first color in this order, and then removing by dry etching the color filter layer portion of the first color other than the position of the color filter of the first color and the transparent resin layer located below the color filter layer portion of the first color to pattern the color filter of the first color; a second step of forming the color filter layer and the transparent resin layer and the by-product of the dry etching gas generated when dry etching the color filter layer of the first color and the transparent resin layer located below the color filter layer portion to be removed in the first step of patterning the color filter of the first color as a partition on the side wall of the color filter of the first color; and a third step of forming a color filter of a color other than the first color by patterning by photolithography after the second step.

上記第1の色の色フィルターの硬化時の加熱温度が170℃以上270℃以下であってもよい。The heating temperature during hardening of the first color filter may be 170°C or higher and 270°C or lower.

本発明の各態様によれば、各色フィルターの薄膜化及び色フィルター間の隔壁によって、混色を抑制でき、ドライエッチングによるプラズマダメージがなく、パターン配置した全ての色フィルターが高感度化した高精細な固体撮像素子を提供することが可能となる。According to each aspect of the present invention, by making each color filter thin and by using partitions between the color filters, it is possible to suppress color mixing, and it is possible to provide a high-definition solid-state imaging element in which all color filters arranged in a pattern have high sensitivity without causing plasma damage due to dry etching.

本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view of a solid-state imaging element according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の色フィルター配列の部分平面図である。1 is a partial plan view of a color filter array of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、透明導電層形成工程から第1の色の色フィルター加熱硬化工程までを示す図である。3A to 3C are cross-sectional views showing the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, illustrating a transparent conductive layer forming process to a first color filter heat curing process. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、感光性樹脂材料塗布工程から第1の色の色フィルター層の現像工程までを示す図である。3A to 3C are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, showing a process from a photosensitive resin material application process to a developing process of a color filter layer of a first color. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、第1の色の色フィルター層の一部をドライエッチングする工程からエッチングマスク除去工程までを示す図である。3A to 3C are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, showing a process from a process of dry etching a part of a color filter layer of a first color to a process of removing an etching mask. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、第2の色の色フィルター塗布工程から第2の色の色フィルターの加熱硬化までを示す図である。4A to 4C are cross-sectional views showing the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, illustrating steps from a color filter application step of a second color to heat curing of the color filter of the second color. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、第3の色の色フィルター塗布工程から第3の色の色フィルターの加熱硬化工程までを示す図である。4A to 4C are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, showing a process from a color filter application process of a third color to a color filter heat curing process of the third color. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、平坦化層形成工程及びマイクロレンズ形成工程を示す図である。3A to 3C are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the solid-state imaging element according to the first embodiment of the present invention, showing a planarizing layer forming step and a microlens forming step. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、平坦化層形成工程からマイクロレンズ母型層形成工程を示す図である。3A to 3C are cross-sectional views showing the manufacturing process of the solid-state imaging element according to the first embodiment of the present invention, illustrating a planarizing layer forming process to a microlens matrix layer forming process. 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、マイクロレンズ母型形成工程からレンズ転写工程を示す図である。3A to 3C are cross-sectional views showing the manufacturing process of the solid-state imaging element according to the first embodiment of the present invention, illustrating a microlens master forming process through a lens transfer process. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像素子の部分断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a solid-state imaging element according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、透明導電層形成工程から感光性樹脂材料塗布工程までを示す図である。10A to 10C are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention, showing a transparent conductive layer forming process to a photosensitive resin material applying process. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、感光性樹脂材料露光工程から第1の色の色フィルター層の現像工程までを示す図である。11A to 11C are cross-sectional views showing the manufacturing process of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention, illustrating a process from a photosensitive resin material exposure process to a development process of a color filter layer of a first color. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、第1の色の色フィルター層の一部をドライエッチングする工程からエッチングマスク除去工程までを示す図である。11A to 11C are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention, showing a process from a process of dry etching a part of a color filter layer of a first color to a process of removing an etching mask. 本発明の第3の実施形態に係る固体撮像素子の部分断面図である。FIG. 11 is a partial cross-sectional view of a solid-state imaging element according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、透明樹脂層形成工程から感光性樹脂材料塗布工程までを示す図である。11A to 11C are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of a solid-state imaging element according to a third embodiment of the present invention, showing a transparent resin layer forming process to a photosensitive resin material applying process. 本発明の第3の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、感光性樹脂材料露光工程から第1の色の色フィルター層の現像工程までを示す図である。11A to 11C are cross-sectional views showing the manufacturing process of a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention, illustrating a process from a photosensitive resin material exposure process to a development process of a color filter layer of a first color. 本発明の第3の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程断面図であって、第1の色の色フィルター層の一部をドライエッチングする工程からエッチングマスク除去工程までを示す図である。11A to 11C are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention, showing a process from a process of dry etching a part of a color filter layer of a first color to a process of removing an etching mask.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
ここで、図面は模式的なものであり、色フィルターなどの高さ(厚み)と平面寸法との関係、各層の高さ(厚み)の比率等は現実のものとは異なる。また、以下に示す各実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定されるものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Here, the drawings are schematic, and the relationship between the height (thickness) of the color filters and the planar dimensions, the height (thickness) ratio of each layer, etc. are different from the actual ones. Furthermore, each embodiment shown below is an example of a configuration for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is not limited to the materials, shapes, structures, etc. of the components described below. The technical idea of the present invention can be modified in various ways within the technical scope defined by the claims described in the claims.

「第1の実施形態」
<固体撮像素子の構成>
本実施形態に係る固体撮像素子1は、図1に示すように、二次元的に配置された複数の光電変換素子11を有する半導体基板10と、半導体基板10の上方に配置された複数のマイクロレンズ18からなるマイクロレンズ群108と、半導体基板10とマイクロレンズ18との間に設けられた色フィルター層100及び隔壁17とを備えている。色フィルター層100は、複数色の各色フィルター14,15,16が所定の規則パターンで配置されて構成される。隔壁17は、複数色の各色フィルター14,15,16のそれぞれの間に構成される。
First Embodiment
<Configuration of Solid-State Imaging Device>
1, the solid-state imaging element 1 according to this embodiment includes a semiconductor substrate 10 having a plurality of photoelectric conversion elements 11 arranged two-dimensionally, a microlens group 108 consisting of a plurality of microlenses 18 arranged above the semiconductor substrate 10, and a color filter layer 100 and partition walls 17 provided between the semiconductor substrate 10 and the microlenses 18. The color filter layer 100 is configured by arranging color filters 14, 15, and 16 of a plurality of colors in a predetermined regular pattern. The partition walls 17 are provided between each of the color filters 14, 15, and 16 of a plurality of colors.

図1は、色フィルター層100の下部に透明導電層12がある構成の固体撮像素子1を示している。また、色フィルター層100と複数のマイクロレンズ18からなるマイクロレンズ群180との間に、平坦化層13が形成されている。平坦化層13は、後述するエッチバック方式のようにマイクロレンズ18と同化している場合は無くても良い。 Figure 1 shows a solid-state imaging element 1 having a transparent conductive layer 12 below a color filter layer 100. A planarization layer 13 is formed between the color filter layer 100 and a microlens group 180 consisting of a plurality of microlenses 18. The planarization layer 13 may not be necessary if it is integrated with the microlenses 18, such as in the etch-back method described below.

以下、本実施形態に係る固体撮像素子1の説明にあたり、製造工程上最初に形成する、最も面積が広い色フィルターを第1の色の色フィルター14と定義する。また、製造工程上二番目に形成する色フィルターを第2の色の色フィルター15、製造工程上三番目に形成する色フィルターを第3の色の色フィルター16と定義する。他の実施形態であっても同様である。すなわち、本実施形態及び他の実施形態では、複数の色の色フィルターの一例である第1の色の色フィルター14、第2の色の色フィルター15及び第3の色の色フィルター16のうち、第1の色の色フィルター14の専有面積が一番広く構成されている。 In the following description of the solid-state imaging device 1 according to this embodiment, the color filter with the largest area that is formed first in the manufacturing process is defined as the first color filter 14. The second color filter formed second in the manufacturing process is defined as the second color filter 15, and the third color filter formed third in the manufacturing process is defined as the third color filter 16. The same applies to other embodiments. That is, in this embodiment and other embodiments, of the first color filter 14, the second color filter 15, and the third color filter 16, which are examples of color filters of multiple colors, the first color filter 14 is configured to occupy the largest area.

本実施形態に係る固体撮像素子1では、第1の色の色フィルター14には、熱硬化性樹脂と光硬化性樹脂が含まれている。光硬化性樹脂の含有量は、熱硬化性樹脂の含有量よりも少ない。ここで、第1の色の色フィルター14は、最も面積が広い色フィルターで無くとも良く、また一番初めに形成される色フィルターで無くても良い。また本実施形態では、色フィルター層100が、複数色のグリーン、ブルー、レッドの3色から構成され、ベイヤー配列の配置パターンで配置される場合で例示するが、4色以上からなる色フィルター層であってもよい。以下の説明では、第1の色がグリーンの場合を想定して説明するが、第1の色がブルー又はレッドであっても良い。
以下、固体撮像素子の各部について詳細に説明する。
In the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, the color filter 14 of the first color contains a thermosetting resin and a photosetting resin. The content of the photosetting resin is less than the content of the thermosetting resin. Here, the color filter 14 of the first color does not have to be the color filter with the largest area, nor the color filter formed first. In the present embodiment, the color filter layer 100 is illustrated as being composed of three colors, green, blue, and red, and arranged in a Bayer array arrangement pattern, but may be a color filter layer composed of four or more colors. In the following description, the first color is assumed to be green, but the first color may be blue or red.
Each part of the solid-state imaging device will be described in detail below.

(光電変換素子及び半導体基板)
半導体基板10は、画素に対応させて複数の光電変換素子11が二次元的に配置されている。複数の光電変換素子11は、光を電気信号に変換する機能を有している。
光電変換素子11が形成されている半導体基板10は、通常、表面(光入射面)の保護及び平坦化を目的として、最表面に保護膜が形成されている。半導体基板10は、可視光を透過して、少なくとも300℃程度の温度に耐えられる材料で形成されている。このような材料としては、例えば、Si、SiO等の酸化物及びSiN等の窒化物、並びにこれらの混合物等、Siを含む材料等が挙げられる。
(Photoelectric conversion element and semiconductor substrate)
A plurality of photoelectric conversion elements 11 corresponding to pixels are two-dimensionally arranged on the semiconductor substrate 10. The plurality of photoelectric conversion elements 11 have a function of converting light into an electric signal.
The semiconductor substrate 10 on which the photoelectric conversion element 11 is formed usually has a protective film formed on the outermost surface for the purpose of protecting and planarizing the surface (light incident surface). The semiconductor substrate 10 is formed of a material that transmits visible light and can withstand temperatures of at least about 300° C. Examples of such materials include materials containing Si, such as oxides such as Si and SiO 2 , nitrides such as SiN, and mixtures thereof.

(マイクロレンズ)
各マイクロレンズ18は、画素位置に対応させて、半導体基板10の上方に配置されている。すなわち、マイクロレンズ18は、半導体基板10に形成された色フィルター層100上に、二次元配置された複数の光電変換素子11毎に設けられる。マイクロレンズ18は、マイクロレンズ18に入射した入射光を光電変換素子11のそれぞれに集光させることにより、光電変換素子11の感度低下を補う。
マイクロレンズ18は、レンズトップからレンズボトムの高さが300nm以上800nm以下の範囲であることが好ましい。
(Microlens)
Each microlens 18 is disposed above the semiconductor substrate 10 in correspondence with a pixel position. That is, a microlens 18 is provided for each of a plurality of photoelectric conversion elements 11 arranged two-dimensionally on a color filter layer 100 formed on the semiconductor substrate 10. The microlens 18 compensates for a decrease in sensitivity of the photoelectric conversion elements 11 by concentrating incident light incident on the microlens 18 onto each of the photoelectric conversion elements 11.
The height of the microlens 18 from the lens top to the lens bottom is preferably in the range of 300 nm to 800 nm.

(透明導電層)
透明導電層12は、半導体基板10の表面保護、平坦化及び、プラズマエッチングによる帯電(チャージアップ)等のダメージ低減のために設けられた層である。すなわち、透明導電層12は、光電変換素子11の作製による半導体基板10の上面の凹凸を低減し、色フィルター用材料との密着性を向上させ、第1の色の色フィルターをパターン加工する際のプラズマエッチングの保護層となる。
(Transparent conductive layer)
The transparent conductive layer 12 is a layer provided for surface protection and flattening of the semiconductor substrate 10, and for reducing damage such as charging up caused by plasma etching. That is, the transparent conductive layer 12 reduces unevenness on the upper surface of the semiconductor substrate 10 caused by the fabrication of the photoelectric conversion elements 11, improves adhesion with the color filter material, and serves as a protective layer for plasma etching when patterning the color filters of the first color.

透明導電層12は、例えば珪素、炭素、酸素、水素、錫、亜鉛、インジウム、アルミニウム、ガリウム、チタン、モリブデン、タングステン、カドミウム、ニオブ、タンタル、ハフニウム、銀、フッ素から選ばれる少なくとも1種類を含有する化合物や酸化物が単層又は複層で形成される。これらの材料の化合物としては、たとえばITOやZnO、TiO、HfOなどの透明導電層を用いることができる。また、透明導電層12は、これらの酸化物や化合物に限らず、波長が400nmから700nmの可視光を透過し、色フィルター14、15、16のパターン形成や密着性を阻害しない材料であれば、いずれを用いて形成することができる。透明導電層12は、色フィルター14,15,16の分光特性に影響を与えないことが好ましい。例えば、透明導電層12は、波長が400nmから700nmの可視光に対して透過率80%以上であり、より好ましくは透過率90%以上となるように形成されることが好ましい。 The transparent conductive layer 12 is formed of a single layer or multiple layers of compounds or oxides containing at least one selected from, for example, silicon, carbon, oxygen, hydrogen, tin, zinc, indium, aluminum, gallium, titanium, molybdenum, tungsten, cadmium, niobium, tantalum, hafnium, silver, and fluorine. As compounds of these materials, for example, transparent conductive layers such as ITO, ZnO, TiO 2 , and HfO 2 can be used. In addition, the transparent conductive layer 12 is not limited to these oxides and compounds, and can be formed using any material that transmits visible light with a wavelength of 400 nm to 700 nm and does not inhibit the pattern formation or adhesion of the color filters 14, 15, and 16. It is preferable that the transparent conductive layer 12 does not affect the spectral characteristics of the color filters 14, 15, and 16. For example, it is preferable that the transparent conductive layer 12 is formed so that the transmittance of visible light with a wavelength of 400 nm to 700 nm is 80% or more, and more preferably, the transmittance is 90% or more.

透明導電層12のシート抵抗率は100000Ω/sq.より低い、所謂導電性がある物質であることが好ましい。特に一般的に使用されている透明導電層として、5000Ω/sq.以下である事が好ましく、透明導電層としてより望ましくは1500Ω/sq.以下であり、より好ましくは800Ω/sq.以下である。これらのシート抵抗を得られる透明導電層12は、上記に記載した材料で形成される。例えば、透明導電層12としてITOを用いた場合は、シート抵抗が50Ω/sq.以下も形成可能である。またZnOにAlやGaをドープした透明導電膜などでも同様のシート抵抗を得られる。The sheet resistivity of the transparent conductive layer 12 is preferably less than 100,000 Ω/sq., i.e., a material that is so-called conductive. In particular, for commonly used transparent conductive layers, it is preferable that it is 5,000 Ω/sq. or less, more preferably 1,500 Ω/sq. or less, and even more preferably 800 Ω/sq. or less. The transparent conductive layer 12 that can obtain these sheet resistances is formed from the materials described above. For example, when ITO is used as the transparent conductive layer 12, it is possible to form a layer with a sheet resistance of 50 Ω/sq. or less. A similar sheet resistance can also be obtained with a transparent conductive film in which ZnO is doped with Al or Ga.

また上記透明導電層12は、ドライエッチングのプラズマダメージを低減する目的の為、エッチングレートが遅い化合物で構成されていることが好ましい。その為、透明導電層12のエッチングレートが色フィルター14のエッチングレートよりも遅い条件となる材料構成となっていることが望ましい。ドライエッチングで使用するガスとしてフッ素、酸素、硫黄、炭素、臭素、塩素、アルゴン、ヘリウム、キセノン、クリプトンから選ばれる少なくとも1種類を含有するガスを用いたドライエッチングにおいて、透明導電層12のエッチングレート(G)が色フィルター14のエッチングレート(T)よりも3倍以上遅い(3≦G/T)ことが好ましく、より好ましくは10倍以上遅い条件である。具体的には、透明導電層12にITO膜を用いて、ドライエッチングガスにフッ素、炭素、酸素を含んだガスを用いてドライエッチングを実施した場合は、ITO膜のエッチングがほぼ進行せず、色フィルター14よりもエッチングレートが20倍以上遅い条件となり、エッチングレートの設定を満足する。In addition, the transparent conductive layer 12 is preferably made of a compound with a slow etching rate in order to reduce plasma damage during dry etching. Therefore, it is desirable that the material composition is such that the etching rate of the transparent conductive layer 12 is slower than the etching rate of the color filter 14. In dry etching using a gas containing at least one type selected from fluorine, oxygen, sulfur, carbon, bromine, chlorine, argon, helium, xenon, and krypton as a gas used in dry etching, it is preferable that the etching rate (G) of the transparent conductive layer 12 is 3 times slower (3≦G/T) than the etching rate (T) of the color filter 14, and more preferably 10 times slower. Specifically, when an ITO film is used for the transparent conductive layer 12 and dry etching is performed using a gas containing fluorine, carbon, and oxygen as the dry etching gas, the etching of the ITO film hardly progresses, and the etching rate is 20 times slower than the color filter 14, satisfying the etching rate setting.

また、透明導電層12は透過率を満たせるなら、Agを用いたナノインク、無機酸化物を用いたナノITOのような粒子の凝集物、カーボンナノチューブインク、導電性高分子などの透明樹脂を用いても良い。In addition, as long as the required transmittance can be met, the transparent conductive layer 12 may be made of transparent resins such as nano-ink using Ag, particle agglomerates such as nano-ITO using inorganic oxides, carbon nanotube ink, and conductive polymers.

本実施形態では、透明導電層12の膜厚B[nm]を、0[nm]より大きく200[nm]以下に形成する。透明導電層12の膜厚Bは、透過率、混色防止の観点からは薄いほど好ましく、5nm以上80nm以下がより好ましい。In this embodiment, the film thickness B [nm] of the transparent conductive layer 12 is formed to be greater than 0 [nm] and less than or equal to 200 [nm]. From the viewpoints of transmittance and prevention of color mixing, the thinner the film thickness B of the transparent conductive layer 12, the more preferable, and the more preferable is 5 nm or more and 80 nm or less.

(平坦化層)
平坦化層13は、第1から第3の色の色フィルター14,15,16(以下、「各色フィルター14,15,16」と称する場合がある)及び隔壁17の上面を平坦化するために設けられた層である。平坦化層13は、例えばアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノールノボラック系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、スチレン系樹脂及びケイ素系樹脂等の樹脂を一又は複数含んだ樹脂により形成される。なお、平坦化層13は、マイクロレンズ18と一体化していても問題ない。平坦化層13の膜厚は、例えば1[nm]以上300[nm]以下である。混色防止の観点からは薄いほど好ましい。
(Planarization Layer)
The planarization layer 13 is a layer provided to planarize the upper surfaces of the first to third color filters 14, 15, and 16 (hereinafter sometimes referred to as "each color filter 14, 15, and 16") and the partition wall 17. The planarization layer 13 is formed of a resin containing one or more resins such as acrylic resin, epoxy resin, polyimide resin, phenol novolac resin, polyester resin, urethane resin, melamine resin, urea resin, styrene resin, and silicon resin. The planarization layer 13 may be integrated with the microlens 18. The thickness of the planarization layer 13 is, for example, 1 nm or more and 300 nm or less. From the viewpoint of preventing color mixing, the thinner the layer, the better.

(色フィルター)
所定パターンで色フィルター層100を構成する各色フィルター14,15,16は、入射光を色分解する各色に対応するフィルターである。各色フィルター14,15,16は、半導体基板10とマイクロレンズ18との間に設けられ、画素位置に応じて、複数の光電変換素子11のそれぞれに対応するように予め設定された規則パターンで配置されている。
(Color filters)
The color filters 14, 15, and 16 constituting the color filter layer 100 in a predetermined pattern correspond to the colors that separate the incident light. The color filters 14, 15, and 16 are provided between the semiconductor substrate 10 and the microlens 18, and are arranged in a regular pattern that is set in advance so as to correspond to each of the photoelectric conversion elements 11 according to the pixel positions.

図2に、各色フィルター14,15,16及び各色フィルター14,15,16の間に形成する隔壁17の配列を平面的に示す。図2に示す配列は、いわゆるベイヤー配列であり、四隅が丸みをおびた四角形状の各色フィルター14,15,16のパターン(第1、第2及び第3の色の色フィルタ)を敷き詰めた配列である。2 shows in plan view the arrangement of the color filters 14, 15, 16 and the partitions 17 formed between the color filters 14, 15, 16. The arrangement shown in FIG. 2 is a so-called Bayer arrangement, in which a pattern of the color filters 14, 15, 16 (color filters of the first, second, and third colors) each having a rectangular shape with rounded corners is laid out.

各色フィルター14,15,16は、所定の色の顔料(着色剤)と、熱硬化成分や光硬化成分を含んでいる。例えば、第1の色の色フィルター14は着色剤としてグリーン顔料を含み、第2色の色フィルター15はブルー顔料を含み、第3の色の色フィルター16はレッド顔料を含んでいる。Each of the color filters 14, 15, and 16 contains a pigment (colorant) of a predetermined color, as well as a heat-curable component and a light-curable component. For example, the first color filter 14 contains a green pigment as a colorant, the second color filter 15 contains a blue pigment, and the third color filter 16 contains a red pigment.

本実施形態では、第1の色の色フィルター14は、熱硬化性樹脂と光硬化性樹脂とを含んでいるが、熱硬化性樹脂の配合量の方が多いことが好ましい。この場合、例えば、固形分中の硬化成分は5質量%以上40質量%以下とし、熱硬化性樹脂を5質量%以上20質量%以下とし、光硬化性樹脂を1質量%以上20質量%以下、好ましくは熱硬化性樹脂を5質量%以上15質量%以下とし、光硬化性樹脂を1質量%以上10質量%以下の範囲とする。
ここで、硬化成分を熱硬化成分のみとする場合には、固形分中の硬化成分は5質量%以上40質量%以下、より好ましくは5質量%以上15質量%以下の範囲とする。
一方、硬化成分を光硬化成分のみとする場合には、固形分中の硬化成分は10質量%以上40質量%以下、より好ましくは10質量%以上20質量%以下の範囲とする。
In this embodiment, the color filter 14 of the first color contains a thermosetting resin and a photocurable resin, but it is preferable that the amount of the thermosetting resin is larger. In this case, for example, the amount of the curable component in the solid content is 5% by mass to 40% by mass, the amount of the thermosetting resin is 5% by mass to 20% by mass, and the amount of the photocurable resin is 1% by mass to 20% by mass, preferably the amount of the thermosetting resin is 5% by mass to 15% by mass, and the amount of the photocurable resin is 1% by mass to 10% by mass.
When the curing component is a thermosetting component alone, the content of the curing component in the solid content is preferably in the range of 5% by mass to 40% by mass, more preferably 5% by mass to 15% by mass.
On the other hand, when the curable component is only a photocurable component, the content of the curable component in the solid content is in the range of 10% by mass to 40% by mass, more preferably 10% by mass to 20% by mass.

(隔壁)
隔壁17は、複数色の色フィルター14、15、16のそれぞれの間に構成される。本実施形態では、第1の色の色フィルター14の側壁部に設けられた隔壁17により、第1の色の色フィルター14と第2、第3の色の色フィルター15、16のそれぞれを分けることができる。隔壁17は、第1の色の色フィルター14に含まれる第1の色の色フィルター用材料及び透明導電層12に含まれる材料と、第1の色の色フィルター14を形成する際に用いるドライエッチングガスとの反応生成物を含んでいる。
(Partition wall)
The partition walls 17 are formed between each of the color filters 14, 15, and 16 of the multiple colors. In this embodiment, the partition walls 17 provided on the side wall portion of the color filter 14 of the first color can separate the color filter 14 of the first color from the color filters 15 and 16 of the second and third colors. The partition walls 17 contain a reaction product of the color filter material of the first color contained in the color filter 14 of the first color and the material contained in the transparent conductive layer 12, and the dry etching gas used in forming the color filter 14 of the first color.

隔壁17の材料は、第1の色の色フィルター14に含まれる材料及び透明導電層12の材料を含有している。隔壁17の材料は、たとえば亜鉛、銅、ニッケル、珪素、炭素、酸素、水素、窒素、臭素、塩素から少なくとも一種を含んだ化合物を含んでおり、透明導電層12に使用される材料として珪素、炭素、酸素、水素、錫、亜鉛、インジウム、アルミニウム、ガリウム、チタン、モリブデン、タングステン、カドミウム、ニオブ、タンタル、ハフニウム、銀、フッ素から少なくとも一種を含んだ化合物から形成される。透明導電層12にITOを用いた場合は、インジウム、錫、酸素などを含んだ材料が隔壁17に微量含まれることがある。透明導電層12にITOなどを用いる場合は、エッチング条件によりエッチング量が微量となるため、隔壁17の材料は第1の色の色フィルター材料が大半の割合を占める。The material of the partition 17 contains the material contained in the color filter 14 of the first color and the material of the transparent conductive layer 12. The material of the partition 17 contains a compound containing at least one of zinc, copper, nickel, silicon, carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen, bromine, and chlorine, and the material used for the transparent conductive layer 12 is formed from a compound containing at least one of silicon, carbon, oxygen, hydrogen, tin, zinc, indium, aluminum, gallium, titanium, molybdenum, tungsten, cadmium, niobium, tantalum, hafnium, silver, and fluorine. When ITO is used for the transparent conductive layer 12, a material containing indium, tin, oxygen, etc. may be contained in the partition 17 in a small amount. When ITO or the like is used for the transparent conductive layer 12, the etching amount is small depending on the etching conditions, so the material of the partition 17 is mostly made up of the color filter material of the first color.

本実施形態では、図2に示すベイヤー配列の各色フィルター14,15,16を有する固体撮像素子1について説明する。しかしながら、固体撮像素子1の色フィルターは、必ずしもベイヤー配列に限定されず、また、色フィルターの色もレッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)の3色に限定されない。また、色フィルターの配列の一部に屈折率を調整した透明の層を配置してもよい。In this embodiment, a solid-state imaging device 1 having color filters 14, 15, and 16 in a Bayer array as shown in Figure 2 will be described. However, the color filters of the solid-state imaging device 1 are not necessarily limited to the Bayer array, and the colors of the color filters are not limited to the three colors of red (R), green (G), and blue (B). In addition, a transparent layer with an adjusted refractive index may be disposed in part of the color filter array.

第1の色の色フィルター14の膜厚A[nm]は、200[nm]以上700[nm]以下に形成する。好ましくは、膜厚A[nm]は、400[nm]以上600[nm]以下である。より好ましくは膜厚A[nm]は500[nm]以下である。The film thickness A [nm] of the first color filter 14 is formed to be 200 [nm] or more and 700 [nm] or less. Preferably, the film thickness A [nm] is 400 [nm] or more and 600 [nm] or less. More preferably, the film thickness A [nm] is 500 [nm] or less.

また透明導電層12の膜厚B[nm]は、前述した値である0[nm]より大きく200[nm]以下に形成する。好ましくは、膜厚B[nm]は、5[nm]以上80[nm]以下である。より好ましくは膜厚B[nm]は50[nm]以下である。The thickness B [nm] of the transparent conductive layer 12 is greater than 0 [nm] and less than 200 [nm]. Preferably, the thickness B [nm] is greater than 5 [nm] and less than 80 [nm]. More preferably, the thickness B [nm] is less than 50 [nm].

また、第1の色以外の色の色フィルター15,16の膜厚をC[nm]とした場合に、下記式を満足する膜厚に形成する。
A+B-200[nm]≦C≦A+B+200[nm]
但し、第2の色の色フィルター15の膜厚と、第3の色の色フィルター16の膜厚とが異なっていても良い。ここで、(A+B)の膜厚とCの膜厚との膜厚差を200[nm]以下としているのは、一部の膜厚差が200[nm]を越える部分があると、他の画素への斜め入射光の影響により、受光感度が低下するおそれがあるためである。また、色フィルター層100に200[nm]を越える段差が形成される場合、上部のマイクロレンズ18の形成が困難となる場合がある。
Furthermore, when the thickness of the color filters 15 and 16 of the colors other than the first color is C [nm], the color filters 15 and 16 are formed to have a thickness that satisfies the following formula.
A+B-200 [nm]≦C≦A+B+200 [nm]
However, the thickness of the color filter 15 of the second color and the thickness of the color filter 16 of the third color may be different. Here, the difference in thickness between the (A+B) film thickness and the C film thickness is set to 200 [nm] or less because if there is a part where the difference in thickness exceeds 200 [nm], the light receiving sensitivity may decrease due to the influence of obliquely incident light on other pixels. Also, if a step exceeding 200 [nm] is formed in the color filter layer 100, it may be difficult to form the upper microlens 18.

また、色フィルター層100を薄膜化するため、第1から第3の色の色フィルター14,15,16に含有する顔料(着色剤)の濃度は、50質量%以上であることが好ましい。In addition, in order to make the color filter layer 100 thinner, it is preferable that the concentration of the pigment (colorant) contained in the first to third color filters 14, 15, and 16 is 50 mass% or more.

ままた、隔壁17が複数色の色フィルター14、15、16のそれぞれの間に形成されている。隔壁は、幅(寸法)が200nm以下で形成されている。ここで、隔壁の高さを200nm以下としているのは、隔壁の幅(寸法)が200nmより大きくなると、隔壁によって光電変換素子11に入射する光が大幅に低減されて受光感度が低減してしまうおそれがあるためである。In addition, partitions 17 are formed between each of the color filters 14, 15, and 16 of multiple colors. The partitions are formed to have a width (dimension) of 200 nm or less. Here, the height of the partitions is set to 200 nm or less because if the width (dimension) of the partitions is greater than 200 nm, the partitions may significantly reduce the light incident on the photoelectric conversion element 11, resulting in a reduction in light receiving sensitivity.

<固体撮像素子の製造方法>
次に、図3及び図4を参照して、第1の実施形態の固体撮像素子の製造方法について説明する。
<Method of Manufacturing Solid-State Imaging Device>
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device of the first embodiment will be described with reference to FIGS.

(透明導電層の形成工程)
図3(a)に示すように、複数の光電変換素子11を有する半導体基板10を準備し、その表面の色フィルター層形成位置全面に、透明導電層12を形成する。透明導電層12は、例えば上述した珪素、炭素、酸素、水素、錫、亜鉛、インジウム、アルミニウム、ガリウム、チタン、モリブデン、タングステン、カドミウム、ニオブ、タンタル、ハフニウム、銀、フッ素等の材料を一つもしくは複数含んだ化合物や、酸化化合物、窒化化合物等により形成される。
(Transparent conductive layer forming process)
3A, a semiconductor substrate 10 having a plurality of photoelectric conversion elements 11 is prepared, and a transparent conductive layer 12 is formed on the entire surface of the substrate where a color filter layer is to be formed. The transparent conductive layer 12 is formed from a compound containing one or more of the above-mentioned materials such as silicon, carbon, oxygen, hydrogen, tin, zinc, indium, aluminum, gallium, titanium, molybdenum, tungsten, cadmium, niobium, tantalum, hafnium, silver, fluorine, an oxide compound, a nitride compound, or the like.

透明導電層12として上述した化合物の膜を、スプレー法、塗布法、CVD法などの化学的作製法と真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法などの物理的作製方法で形成する。化学的作製方法は、塩化物の加水分解や、有機化合物の熱分解反応により作製する方法である。また、透明導電層12はこれらの材料を含んだ物質の塗布、加熱硬化などで形成しても良い。The transparent conductive layer 12 is formed by a film of the above-mentioned compound using chemical methods such as spraying, coating, and CVD, and physical methods such as vacuum deposition, ion plating, and sputtering. Chemical methods involve hydrolysis of chlorides or thermal decomposition of organic compounds. The transparent conductive layer 12 may also be formed by coating a substance containing these materials, or by heat curing.

この際、半導体基板10の全面に透明導電層12を形成した場合、半導体基板10の電極部分なども覆っているため、電極部分の透明導電層12を除去する必要がある。透明導電層12の部分的な除去方法としては、マスク材料で除去部分だけを開口させてドライエッチングやウェットエッチングなどの除去方法を用いることや、リフトオフ法などの事前に除去可能な材料で埋めておく方法などの公知の方法が使用できる。透明導電層12にITOを用いる場合は、非加熱形成で非晶質のITOを形成し、フォトレジストを用いてマスク構造を形成し、しゅう酸などでウェットエッチングを行い、電極部分を開口させて、その後半導体基板を加熱することで、ITOを結晶化させても良い。In this case, if the transparent conductive layer 12 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 10, it also covers the electrode portion of the semiconductor substrate 10, so it is necessary to remove the transparent conductive layer 12 from the electrode portion. As a method for partially removing the transparent conductive layer 12, a known method can be used, such as opening only the portion to be removed with a mask material and using a removal method such as dry etching or wet etching, or filling the portion with a removable material in advance, such as a lift-off method. When ITO is used for the transparent conductive layer 12, amorphous ITO can be formed by non-heating, a mask structure can be formed using photoresist, wet etching can be performed with oxalic acid, etc., opening the electrode portion, and then heating the semiconductor substrate to crystallize the ITO.

ここで、本実施形態に係る固体撮像素子の製造方法は、従来の感光性色フィルター用材料を用いてフォトリソグラフィによって色フィルター層100を構成する各色フィルター14,15,16を直接パターニングして製造する方法とは異なる。すなわち、本実施形態に係る固体撮像素子1の製造方法では、第1の色の色フィルター用材料を全面に塗布し硬化させて第1の色の色フィルター層14aを形成した後で(図3(d)参照)、その第1の色の色フィルター層14aにおける他の色フィルターを形成する箇所をドライエッチングで除去する。これにより、第1の色の色フィルター14のパターン(図4(c)参照)が形成される。また、第1の色の色フィルター層14a及び透明導電層12の一部をドライエッチングする際に生じる、第1の色の色フィルター層14a及び透明導電層12とドライエッチングガスの反応生成物が第1の色の色フィルター14の側壁(すなわち外周囲)に隔壁17として形成される。そして、周辺が第1の色の色フィルター14及び隔壁17で囲まれている部分に第2以降の色フィルター(第2及び第3の色の色フィルターのパターン15,16)をパターン形成する。このとき、先に形成した第1の色の色フィルター14及び隔壁17のパターンをガイドパターンとして用いて、高温の加熱処理により第2以降の色フィルター材料を硬化させる。このため、半導体基板10と色フィルター15,16との密着性を向上させることができる。
以下、その形成工程について説明する。
Here, the manufacturing method of the solid-state imaging device according to this embodiment is different from the conventional method of directly patterning the color filters 14, 15, and 16 that constitute the color filter layer 100 by photolithography using a photosensitive color filter material. That is, in the manufacturing method of the solid-state imaging device 1 according to this embodiment, after the color filter material of the first color is applied to the entire surface and cured to form the color filter layer 14a of the first color (see FIG. 3(d)), the portion of the color filter layer 14a of the first color where other color filters are to be formed is removed by dry etching. As a result, the pattern of the color filter 14 of the first color (see FIG. 4(c)) is formed. In addition, the reaction product of the color filter layer 14a of the first color and the transparent conductive layer 12 with the dry etching gas, which is generated when the color filter layer 14a of the first color and a part of the transparent conductive layer 12 of the first color are dry-etched, and are formed as the partition wall 17 on the side wall (i.e., the outer periphery) of the color filter 14 of the first color. Then, the second and subsequent color filters (patterns 15, 16 of the color filters of the second and third colors) are patterned in the portion surrounded by the first color filter 14 and the partition wall 17. At this time, the previously formed patterns of the first color filter 14 and the partition wall 17 are used as guide patterns to harden the second and subsequent color filter materials by a high-temperature heat treatment. This makes it possible to improve the adhesion between the semiconductor substrate 10 and the color filters 15, 16.
The formation process will be described below.

(第1の色の色フィルター層形成工程(第1の工程))
まず、半導体基板10上に形成した透明導電層12の表面に、第1の色の色フィルター14を形成する工程について図3から図5を用いて説明する。第1の色の色フィルター14は、固体撮像素子で最も専有面積の広い色の色フィルターが好ましい。
(First Color Filter Layer Forming Step (First Step))
3 to 5, a process for forming a color filter 14 of a first color on the surface of a transparent conductive layer 12 formed on a semiconductor substrate 10 will be described. The color filter 14 of the first color is preferably a color filter of a color having the largest occupation area in the solid-state imaging device.

第1の色の色フィルター層形成工程では、複数の光電変換素子11を二次元的に配置した半導体基板10に透明導電層12を形成し、透明導電層12上に第1の色の色フィルター14用の塗布液を塗布し硬化させて透明導電層12及び第1の色の色フィルター層14aをこの順に形成した後、第1の色の色フィルター14の配置位置以外の第1の色の色フィルター層14a部分をドライエッチングによって除去して第1の色の色フィルター14をパターン形成する。以下、第1の色の色フィルター層形成工程の詳細について説明する。In the first color filter layer formation process, a transparent conductive layer 12 is formed on a semiconductor substrate 10 on which a plurality of photoelectric conversion elements 11 are arranged two-dimensionally, a coating liquid for the first color filter 14 is applied onto the transparent conductive layer 12 and cured to form the transparent conductive layer 12 and the first color filter layer 14a in this order, and then the first color filter layer 14a except for the position where the first color filter 14 is arranged is removed by dry etching to form a pattern of the first color filter 14. The first color filter layer formation process is described in detail below.

複数の光電変換素子11が二次元的に配置された半導体基板10上に透明導電層12を形成する。次に、半導体基板10上に形成した透明導電層12上、すなわち透明導電層12の表面(図3(a)参照)に、図3(b)に示すように、樹脂材料を主成分とし第1の顔料(着色剤)を分散させた第1の樹脂分散液からなる第1の色の色フィルター用材料を塗布し、第1の色の色フィルター層14aを形成する。本実施形態に係る固体撮像素子1は、図2に示すようにベイヤー配列の色フィルターを用いることを想定している。このため、第1の色は、緑(G)であることが好ましい。第1の色の色フィルター層14aは、最終的に形成される第1の色の色フィルター14と同じか僅かに厚い膜厚を有するが、図3及び後述する図4では説明の便宜上、第1の色の色フィルター14(図5参照)よりも膜厚が薄い状態で図示されている。A transparent conductive layer 12 is formed on a semiconductor substrate 10 on which a plurality of photoelectric conversion elements 11 are arranged two-dimensionally. Next, on the transparent conductive layer 12 formed on the semiconductor substrate 10, i.e., on the surface of the transparent conductive layer 12 (see FIG. 3(a)), as shown in FIG. 3(b), a color filter material of the first color, which is made of a first resin dispersion liquid in which a resin material is the main component and a first pigment (colorant) is dispersed, is applied to form a color filter layer 14a of the first color. The solid-state imaging element 1 according to this embodiment is assumed to use a Bayer array color filter as shown in FIG. 2. For this reason, it is preferable that the first color is green (G). The color filter layer 14a of the first color has a thickness equal to or slightly thicker than the color filter 14 of the first color that is finally formed, but for convenience of explanation, in FIG. 3 and FIG. 4 described later, the color filter layer 14a of the first color is illustrated in a state in which the thickness is thinner than the color filter 14 of the first color (see FIG. 5).

第1の色の色フィルター用材料の樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂及び紫外線硬化樹脂等の光硬化性樹脂を含有する混合樹脂を用いる。但し、光硬化性樹脂の配合量を熱硬化性樹脂の配合量よりも少なくする。樹脂材料として熱硬化性樹脂を多く用いることで、硬化性樹脂として光硬化性樹脂を多く用いる場合と異なり、第1の色の色フィルター層14aの顔料含有率を高くすることが可能となり、薄膜で且つ所望の分光特性を得られる第1の色の色フィルター14を形成し易くなる。ただし、本実施形態では、熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂の両方を含有する混合樹脂で説明するが、必ずしも混合樹脂に限定されず、いずれか一方の硬化性樹脂のみを含有する樹脂でもよい。As the resin material for the color filter material of the first color, a mixed resin containing a thermosetting resin such as an epoxy resin and a photocurable resin such as an ultraviolet curable resin is used. However, the amount of photocurable resin is less than the amount of thermosetting resin. By using a large amount of thermosetting resin as the resin material, it is possible to increase the pigment content of the color filter layer 14a of the first color, unlike the case where a large amount of photocurable resin is used as the curable resin, and it becomes easier to form a first color filter 14 that is a thin film and has the desired spectral characteristics. However, in this embodiment, a mixed resin containing both a thermosetting resin and a photocurable resin is described, but it is not necessarily limited to a mixed resin, and it may be a resin containing only one of the curable resins.

次に、図3(c)に示すように、第1の色の色フィルター層14aの全面に紫外線を照射して、第1の色の色フィルター層14aを光硬化する。本実施形態では、従来手法のように色フィルター用材料に感光性を持たせて露光することで所望のパターンを直接形成する場合と異なり、第1の色の色フィルター層14aの全面を硬化するため、感光性成分の含有量を低下させても硬化が可能となる。第1の色の色フィルター用材料に光硬化性樹脂を混合しない場合は、この露光工程を実施しなくても良い。後述する溶剤耐性などが、光硬化性樹脂を含有しなくても満足できる場合は、光硬化性樹脂を除去することで、より顔料濃度を向上させ、薄膜化が可能となる。 Next, as shown in FIG. 3(c), the entire surface of the first color filter layer 14a is irradiated with ultraviolet light to photo-cure the first color filter layer 14a. In this embodiment, unlike the conventional method of directly forming a desired pattern by making the color filter material photosensitive and exposing it to light, the entire surface of the first color filter layer 14a is cured, so that curing is possible even if the content of the photosensitive component is reduced. If the photocurable resin is not mixed into the first color filter material, this exposure step does not need to be performed. If the solvent resistance, which will be described later, is satisfactory without the inclusion of the photocurable resin, the photocurable resin can be removed to further improve the pigment concentration and make the film thinner.

次に、図3(d)に示すように、第1の色の色フィルター層14aを150℃以上300℃以下で熱硬化する。より具体的には、第1の色の色フィルター層14aの硬化時の加熱温度は、170℃以上270℃以下であることが好ましい。固体撮像素子の製造においては、マイクロレンズ18の形成時に100℃以上300℃以下の高温加熱工程が用いられることが多いため、第1の色の色フィルター用材料は、高温耐性があることが望ましい。このため、樹脂材料として、高温耐性のある熱硬化性樹脂を用いることがより好ましい。Next, as shown in FIG. 3(d), the first color filter layer 14a is thermally cured at 150°C or more and 300°C or less. More specifically, the heating temperature during curing of the first color filter layer 14a is preferably 170°C or more and 270°C or less. In the manufacture of solid-state imaging devices, a high-temperature heating process of 100°C or more and 300°C or less is often used when forming the microlenses 18, so it is desirable for the material for the first color filter to be resistant to high temperatures. For this reason, it is more preferable to use a thermosetting resin that is resistant to high temperatures as the resin material.

次に、図4(a)から図4(c)に示すように、前工程で形成した第1の色の色フィルター層14a上に開口部を有するエッチングマスクパターンを形成する。
まず、図4(a)に示すように、第1の色の色フィルター層14aの表面に、感光性樹脂材料を塗布して乾燥し、エッチングマスク20を形成する。
次に、図4(b)に示すように、感光性樹脂層に対してフォトマスク(図示せず)を用いて第1の色の色フィルター14を形成しない位置に相当する第1の色の色フィルター層14aの領域を露光し、必要なパターン以外が現像液に可溶となる化学反応を起こす。
Next, as shown in FIGS. 4(a) to 4(c), an etching mask pattern having openings is formed on the color filter layer 14a of the first color formed in the previous step.
First, as shown in FIG. 4A, a photosensitive resin material is applied to the surface of the color filter layer 14a of the first color and then dried to form an etching mask 20.
Next, as shown in FIG. 4(b), a photomask (not shown) is used to expose the photosensitive resin layer to areas of the first color filter layer 14a corresponding to positions where the first color filter 14 is not to be formed, causing a chemical reaction in which areas other than the required pattern become soluble in a developer.

次に、図4(c)に示すように、現像によりエッチングマスク20の不要部(露光部)を除去する。これにより、開口部20bを有するエッチングマスクパターン20aが形成される。開口部20bの位置には、後の工程で第2の色の色フィルター又は第3の色の色フィルターが形成される。Next, as shown in FIG. 4(c), unnecessary portions (exposed portions) of the etching mask 20 are removed by development. This forms an etching mask pattern 20a having openings 20b. In the positions of the openings 20b, a color filter of the second color or a color filter of the third color will be formed in a later process.

感光性樹脂材料としては、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノールノボラック系樹脂、その他の感光性を有する樹脂を単独で又は複数混合あるいは共重合して用いることができる。感光性樹脂層をパターニングするフォトリソグラフィプロセスに用いる露光機は、スキャナー、ステッパー、アライナー、ミラープロジェクションアライナーが挙げられる。また、電子線での直接描画、レーザでの描画等により露光を行ってもよい。なかでも、微細化の必要な固体撮像素子の第1の色の色フィルター14を形成するためには、ステッパーやスキャナーが一般的に用いられる。 As the photosensitive resin material, for example, acrylic resin, epoxy resin, polyimide resin, phenol novolac resin, and other photosensitive resins can be used alone or in a mixture or copolymer. Examples of exposure machines used in the photolithography process for patterning the photosensitive resin layer include scanners, steppers, aligners, and mirror projection aligners. Exposure may also be performed by direct drawing with an electron beam, drawing with a laser, or the like. In particular, steppers and scanners are generally used to form the first color filter 14 of a solid-state imaging element that requires fine processing.

感光性樹脂材料としては、高解像で高精度なパターンを作製するために、一般的なフォトレジストを用いることが望ましい。フォトレジストを用いることで、感光性を持たせた色フィルター用材料でパターンを形成する場合と異なり、形状制御が容易で、寸法精度の良いパターンを形成することが出来る。As a photosensitive resin material, it is desirable to use a general photoresist in order to create high-resolution, high-precision patterns. By using photoresist, it is possible to form patterns with easy shape control and good dimensional accuracy, unlike when patterns are formed using photosensitive color filter materials.

この際用いるフォトレジストは、ドライエッチング耐性の高いものが望ましい。ドライエッチング時のエッチングマスク材として用いる場合は、エッチング部材とのエッチング速度である選択比を向上させるために、現像後にポストベークと呼ばれる熱硬化工程が用いられることが多い。しかし、熱硬化工程が含まれると、ドライエッチング後に、エッチングマスクとして用いた残留レジストの除去工程での除去が困難となることがある。このため、フォトレジストとしては、熱硬化工程を用いなくてもエッチング部材との間で選択比が得られるものが好ましい。また、良好な選択比が得られない場合、フォトレジスト材料の膜厚を厚く形成する必要があるが、厚膜化すると微細パターン形成が困難となる。このため、フォトレジストとしては、ドライエッチング耐性が高い材料が好ましい。The photoresist used in this case is preferably one with high dry etching resistance. When used as an etching mask material during dry etching, a thermal curing process called post-baking is often used after development to improve the selectivity, which is the etching rate with the etching material. However, if a thermal curing process is included, it may be difficult to remove the remaining resist used as the etching mask in the removal process after dry etching. For this reason, it is preferable for the photoresist to be one that can obtain a selectivity with the etching material without using a thermal curing process. Also, if a good selectivity is not obtained, it is necessary to form the photoresist material to a thick film thickness, but if the film is made thick, it becomes difficult to form fine patterns. For this reason, it is preferable for the photoresist to be a material with high dry etching resistance.

具体的には、エッチングマスクである感光性樹脂材料とドライエッチングの対象である第1の色の色フィルター用材料のエッチング速度比(選択比)は、0.5以上が好ましく、0.8以上がより好ましい。この選択比があれば、エッチングマスクパターン20aを全て消滅させることなく、色フィルター14をエッチングする事が可能である。第1の色の色フィルター用材料の膜厚が0.2μm以上0.7μm以下程度の場合、感光性樹脂層の膜厚は、0.5μm以上2.0μm以下程度であることが望ましい。Specifically, the etching speed ratio (selectivity) of the photosensitive resin material that is the etching mask and the material for the first color filter that is the target of dry etching is preferably 0.5 or more, more preferably 0.8 or more. With this selectivity, it is possible to etch the color filter 14 without completely erasing the etching mask pattern 20a. When the film thickness of the material for the first color filter is about 0.2 μm or more and 0.7 μm or less, it is desirable that the film thickness of the photosensitive resin layer is about 0.5 μm or more and 2.0 μm or less.

また、この際に用いるフォトレジストとしては、ポジ型レジスト又は、ネガ型レジストのどちらでも問題ない。しかしながら、エッチング後のフォトレジスト除去を考えると、外部要因により、化学反応が進み硬化する方向に変化するネガ型レジストよりも、化学反応が進み溶解する方向に化学反応が起こりやすいポジ型レジストが望ましい。
以上のようにして、エッチングマスクパターンが形成される。
In addition, the photoresist used in this case may be either a positive resist or a negative resist. However, when considering the removal of the photoresist after etching, a positive resist, which is more likely to undergo a chemical reaction in the direction of dissolution due to an external factor, is more preferable than a negative resist, which is more likely to undergo a chemical reaction in the direction of hardening due to an external factor.
In this manner, an etching mask pattern is formed.

エッチングマスクパターン及びドライエッチングガスを用いたドライエッチングにより、図5(a)に示すように、開口部20bから露出する第1の色の色フィルター層14aの一部分を除去する。
ドライエッチングの手法としては、例えば、ECR、平行平板マグネトロン、DRM、ICP、あるいは2周波タイプのRIE(Reactive Ion Etching)等が挙げられる。エッチング方式については特に制限されないが、幅数mm以上の大面積パターンや数百nmの微小パターン等の線幅や面積が異なってもエッチングレートや、エッチング形状が変わらないように制御できる方式のものが望ましい。また100mmから450mm程度のサイズのウエハ全面で、面内均一にドライエッチングできる制御機構のドライエッチング手法を用いることが望ましい。
As shown in FIG. 5A, a portion of the color filter layer 14a of the first color exposed from the opening 20b is removed by dry etching using an etching mask pattern and a dry etching gas.
Examples of dry etching techniques include ECR, parallel plate magnetron, DRM, ICP, or dual frequency RIE (Reactive Ion Etching). There are no particular limitations on the etching method, but it is preferable to use a method that can control the etching rate and etching shape so that they do not change even if the line width and area of a large area pattern with a width of several mm or more or a micro pattern with a width of several hundred nm are different. It is also preferable to use a dry etching technique with a control mechanism that can perform uniform dry etching over the entire surface of a wafer with a size of about 100 mm to 450 mm.

ドライエッチングガスは、反応性(酸化性・還元性)を有する、すなわちエッチング性のあるガスであればよい。反応性を有するガスとしては、例えば、フッ素、酸素、臭素、硫黄及び塩素等を含むガスを挙げることができる。また、アルゴンやヘリウム等の反応性が少なくイオンでの物理的衝撃によるエッチングを行う元素を含む希ガスを単体又は混合させて使用することが出来る。その為、ドライエッチングに用いるガスは、フッ素、酸素、水素、硫黄、炭素、臭素、塩素、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン、クリプトンから選ばれる少なくとも1種類を含有するガスである。フッ素を含有したガスとしては、たとえば、CF、C、C、C、C、C10、CHF、CClF、CClF、NF、SF、HFなどであり、これらのフッ素系ガスを複数混合させたドライエッチングガスを用いても良い。 The dry etching gas may be any gas that has reactivity (oxidizing and reducing properties), that is, has etching properties. Examples of reactive gases include gases containing fluorine, oxygen, bromine, sulfur, and chlorine. In addition, rare gases containing elements such as argon and helium that have low reactivity and perform etching by physical impact with ions can be used alone or in combination. Therefore, the gas used for dry etching is a gas containing at least one selected from fluorine, oxygen, hydrogen, sulfur, carbon, bromine, chlorine, nitrogen, argon, helium, xenon, and krypton. Examples of fluorine-containing gases include CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 3 F 6 , C 4 F 8 , C 4 F 10 , CHF 3 , CClF 3 , CCl 3 F , NF 3 , SF 6 , and HF, and a dry etching gas containing a mixture of these fluorine-based gases may be used.

またガスを用いてのプラズマ環境下でのドライエッチング工程で、所望のパターンを形成する反応を起こすガスであれば、これらには限定されなくても問題ない。本実施形態では初期の段階で全ガス流量の90%以上を希ガス等のイオンの物理的衝撃が主体でエッチングを行うガスとし、そこにフッ素系ガスや酸素系ガスを混合したエッチングガスを用いることで、化学反応も利用してエッチングレートを向上させる。 In addition, the gas is not limited to these, and can be used as long as it causes a reaction that forms the desired pattern in a dry etching process in a plasma environment using gas. In this embodiment, at the initial stage, 90% or more of the total gas flow rate is made up of gas that mainly uses the physical impact of ions from rare gases, etc., and an etching gas mixed with a fluorine-based gas or oxygen-based gas is used, thereby improving the etching rate by also utilizing chemical reactions.

ドライエッチングガスに希ガスを多く用いることで、希ガスイオンの物理的衝撃による効果により、垂直にエッチングが進行する異方性エッチングが進行しやすい条件となる。そのため、色フィルターのエッチングの初期では、希ガスが多い条件でエッチングを実施する。 By using a large amount of rare gas in the dry etching gas, the physical impact of the rare gas ions creates conditions that make it easier for anisotropic etching, in which etching proceeds vertically, to proceed. Therefore, in the initial stage of etching the color filters, etching is carried out under conditions with a large amount of rare gas.

固体撮像素子の半導体基板10はシリコンを主体とした材料により構成されている。このため、フッ素を含有したガスなど反応性の高いガスを用いてドライエッチングを行うと、半導体基板10がエッチングされてしまう可能性がある。その為、ドライエッチングを行う際、半導体基板10をエッチングしないガスを用いることが好ましい。また、半導体基板10をエッチングするガスを用いる場合には、最初に半導体基板10をエッチングするガスを用い、途中で半導体基板10をエッチングし難いガスに変更してエッチングを行う多段階エッチングとしてもよい。なお、半導体基板10に影響がなく、エッチングマスクパターン20aを用いて垂直に近い形状で第1の色の色フィルター用材料のエッチングが可能であり、第1の色の色フィルター用材料の残渣が形成されなければ、エッチングガスの種類は制限されない。The semiconductor substrate 10 of the solid-state imaging element is made of a material mainly composed of silicon. Therefore, if dry etching is performed using a highly reactive gas such as a gas containing fluorine, the semiconductor substrate 10 may be etched. Therefore, when performing dry etching, it is preferable to use a gas that does not etch the semiconductor substrate 10. In addition, when using a gas that etches the semiconductor substrate 10, multi-stage etching may be performed by first using a gas that etches the semiconductor substrate 10 and then changing to a gas that does not easily etch the semiconductor substrate 10 midway. In addition, the type of etching gas is not limited as long as it does not affect the semiconductor substrate 10, the etching mask pattern 20a can be used to etch the material for the first color filter in a nearly vertical shape, and no residue of the material for the first color filter is formed.

しかし、本実施形態では透明導電層12に珪素、炭素、酸素、水素、錫、亜鉛、インジウム、アルミニウム、ガリウム、チタン、モリブデン、タングステン、カドミウム、ニオブ、タンタル、ハフニウム、銀、フッ素等の材料を一つ又は複数含んだ化合物や、酸化化合物、窒化化合物等を用いる場合、フッ素を含有したガスに対して、ドライエッチング耐性があり、透明導電層12のエッチング速度が遅いため、所望の位置の色フィルターを除去して、透明導電層12でエッチングを止めて、下層の半導体基板10をエッチングしないことが可能となる。However, in this embodiment, when a compound containing one or more of materials such as silicon, carbon, oxygen, hydrogen, tin, zinc, indium, aluminum, gallium, titanium, molybdenum, tungsten, cadmium, niobium, tantalum, hafnium, silver, fluorine, etc., or an oxide compound, nitride compound, etc. is used for the transparent conductive layer 12, it is resistant to dry etching against gases containing fluorine, and the etching rate of the transparent conductive layer 12 is slow, so that it is possible to remove the color filter at the desired position, stop the etching at the transparent conductive layer 12, and not etch the underlying semiconductor substrate 10.

具体的には、希ガスの単ガス又は反応性ガスと希ガスの混合ガスの全ガス流量の90%以上が希ガスで、開口部20bに露出する第1の色の色フィルター層14a及び透明導電層12の一部をエッチングする。この時、半導体基板10へのダメージを低減するために、エッチングを途中で止めて、物理的にエッチングを行う希ガスの割合を低減してエッチングしても良い。Specifically, 90% or more of the total gas flow rate of the rare gas alone or the mixture of reactive gas and rare gas is rare gas, and the color filter layer 14a of the first color and the part of the transparent conductive layer 12 exposed in the opening 20b are etched. At this time, in order to reduce damage to the semiconductor substrate 10, the etching may be stopped midway and the proportion of rare gas that physically performs the etching may be reduced.

次の段階では、透明導電層12をエッチングし難い、酸素、フッ素系ガスを用いて、開口部20bに露出する第1の色の色フィルター層14aを全てエッチングする。この際用いる条件は、透明導電層12のエッチング速度が遅いため、色フィルターを残渣なくエッチングし、透明導電層12が無くならない時間で行う。図5では透明導電層12がドライエッチングガスに耐性があり、ほぼエッチングが進んでいない構成を示している。In the next step, oxygen and fluorine-based gases, which have a low etching rate for the transparent conductive layer 12, are used to etch away all of the first color filter layer 14a exposed in the opening 20b. The conditions used in this step are such that the etching rate for the transparent conductive layer 12 is slow, so the etching is performed for a time that leaves no residue on the color filter and does not remove the transparent conductive layer 12. Figure 5 shows a configuration in which the transparent conductive layer 12 is resistant to the dry etching gas and has barely progressed in etching.

この際、透明導電層12が完全に無くならない範囲であれば、ドライエッチングガスに希ガスを混ぜて、異方性を高めたエッチングを行っても良い。この条件の場合、希ガスの物理的衝撃により、透明導電層の材料が隔壁17に含有しやすくなる。以上のようにして、図5(a)に示すように、第1の色の色フィルター14が形成される。In this case, as long as the transparent conductive layer 12 is not completely removed, a rare gas may be mixed into the dry etching gas to perform etching with increased anisotropy. Under these conditions, the physical impact of the rare gas makes it easier for the material of the transparent conductive layer to be contained in the partition 17. In this manner, a color filter 14 of the first color is formed, as shown in Figure 5(a).

(隔壁形成工程(第2の工程))
また、第1の色の色フィルター14をパターン形成する工程において、図5(a)に示すように、第1の色の色フィルター層14a及び透明導電層12をドライエッチングする際に生成される反応生成物(副生成物の一例)を、最終的に各色フィルター14,15,16のそれぞれの間に設けられる隔壁17を第1の色の色フィルター14の側壁に形成する。隔壁17は、第1の色の色フィルター用材料及び透明導電層材料とドライエッチングガスとの反応生成物により形成される。この際、異方性のあるエッチングを行う場合は、ドライエッチングによる反応生成物が第1の色の色フィルター14の側壁へ付着して形成される側壁保護層の制御が重要となる。また、ドライエッチング条件により、反応生成物の第1の色の色フィルター14の側壁への付着の仕方及び付着の量は変化する。
(Partition Wall Forming Process (Second Process))
In addition, in the process of patterning the color filter 14 of the first color, as shown in FIG. 5A, a reaction product (one example of a by-product) generated when the color filter layer 14a of the first color and the transparent conductive layer 12 of the first color are dry-etched to form a partition wall 17 that is finally provided between each of the color filters 14, 15, and 16 on the side wall of the color filter 14 of the first color. The partition wall 17 is formed by a reaction product of the material for the color filter of the first color and the material for the transparent conductive layer with the dry etching gas. At this time, when performing anisotropic etching, it is important to control the side wall protection layer formed by the reaction product of the dry etching adhering to the side wall of the color filter 14 of the first color. In addition, the manner and amount of the reaction product adhering to the side wall of the color filter 14 of the first color changes depending on the dry etching conditions.

本実施形態の固体撮像素子の製造方法では、第1の色の色フィルター層14aのエッチングを行い、エッチングによって形成された開口部に第2及び第3の色の色フィルター用材料を充填して、多色の色フィルターを形成する。このため、ドライエッチングの際には、第1の色の色フィルター層14aを垂直にエッチングし、且つパターンサイズの制御を行う必要がある。そのために、ドライエッチングの際に反応生成物の側壁への付着の仕方及び付着量の制御が必要となる。In the method for manufacturing a solid-state imaging device of this embodiment, the color filter layer 14a of the first color is etched, and the openings formed by the etching are filled with color filter materials of the second and third colors to form a multi-color filter. For this reason, during dry etching, it is necessary to etch the color filter layer 14a of the first color vertically and control the pattern size. For this reason, it is necessary to control the manner and amount of adhesion of the reaction product to the sidewall during dry etching.

ドライエッチングにおいてイオンによる物理的衝撃を用いた反応により、反応生成物の側壁への堆積量(付着量)を増加させることが可能となる。例えば使用するドライエッチング用ガスとしては、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、及びキセノン(Xe)等の希ガスが考えられ、特にArやHeが望ましい。In dry etching, the reaction using the physical impact of ions makes it possible to increase the amount of deposition (adhesion) of reaction products on the sidewall. For example, the dry etching gas used may be rare gases such as helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe), with Ar and He being particularly preferable.

本実施形態では、Ar、He等の反応性の少ない元素を含む希ガスを全ガス流量の90%以上にして、フッ素系又は酸素系等の反応性を有するガス種が1種類以上混合されたドライエッチングガスを用いる。これにより、化学反応を用いてエッチングレートを向上させ、且つ第1の色の色フィルター14の側壁に付着する反応生成物の量を制御できる。これにより、第1の色の色フィルター14の側壁に付着させた反応生成物を隔壁17として形成する。In this embodiment, a dry etching gas is used in which a rare gas containing a less reactive element such as Ar or He is 90% or more of the total gas flow rate, and one or more reactive gas species such as a fluorine-based or oxygen-based gas are mixed. This makes it possible to improve the etching rate using a chemical reaction and control the amount of reaction products that adhere to the sidewall of the first color filter 14. As a result, the reaction products that adhere to the sidewall of the first color filter 14 are formed as the partition 17.

上記ドライエッチング工程時に発生するプラズマダメージとして、プラズマによるチャージアップに起因する電気的ダメージや、Arイオン等の希ガス粒子の衝突による物理的ダメージやプラズマからの高エネルギーフォトン照射による光照射ダメージの3つが良く知られている。本実施形態によれば、半導体基板10の表面に導電性があり、エッチング速度が遅い透明導電層12があることによりこれらのダメージが半導体基板10に到達するのを抑制する効果が得られる。There are three well-known types of plasma damage that occur during the dry etching process: electrical damage caused by charge-up due to the plasma, physical damage caused by collisions of rare gas particles such as Ar ions, and light irradiation damage caused by high-energy photon irradiation from the plasma. According to this embodiment, the transparent conductive layer 12, which is conductive and has a slow etching rate, is provided on the surface of the semiconductor substrate 10, thereby preventing these types of damage from reaching the semiconductor substrate 10.

上記ドライエッチング工程により、色フィルター用材料の残渣を発生させず、ドライエッチングによって発生する反応生成物により形成された隔壁17を有した第1の色の色フィルター14を得る。隔壁17が他色からの漏れ光及び移染を抑制することによって、混色抑制効果となる。The dry etching process produces a color filter 14 of the first color having partition walls 17 formed by the reaction product produced by dry etching without generating any residue of the color filter material. The partition walls 17 suppress light leakage and migration from other colors, thereby suppressing color mixing.

(エッチングマスクパターン除去工程)
次に、残存しているエッチングマスクパターン20aの除去を行う(図5(b)参照)。エッチングマスクパターン20aの除去には、例えば薬液や溶剤を用いることで第1の色の色フィルター14に影響を与えず、エッチングマスクパターン20aを溶解、剥離する除去方法が挙げられる。エッチングマスクパターン20aを除去する溶剤としては、例えば、N-メチル-2-ピロリドン、シクロヘキサノン、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸ブチル、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の有機溶剤を単独又は、複数を混合した混合溶剤が用いられる。また、この際用いる溶剤は、色フィルター用材料に影響を与えないものであることが望ましい。色フィルター用材料に影響を与えないのであれば、酸系の薬品を用いた剥離方法でも問題ない。
(Etching mask pattern removal process)
Next, the remaining etching mask pattern 20a is removed (see FIG. 5B). The etching mask pattern 20a can be removed by, for example, using a chemical solution or a solvent to dissolve and peel off the etching mask pattern 20a without affecting the color filter 14 of the first color. As a solvent for removing the etching mask pattern 20a, for example, N-methyl-2-pyrrolidone, cyclohexanone, diethylene glycol monomethyl ether acetate, methyl lactate, butyl lactate, dimethyl sulfoxide, diethylene glycol diethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, or a mixed solvent in which a plurality of organic solvents are mixed is used. In addition, it is preferable that the solvent used in this case does not affect the material for the color filters. If the material for the color filters is not affected, a peeling method using an acid-based chemical may be used.

また、溶剤等のウェットプロセス以外の除去方法も用いることができる。光励起や酸素プラズマを用いたレジストの灰化技術であるアッシング技術を用いる方法により、エッチングマスクパターン20aを除去することができる。また、これらの方法を組み合わせて用いることもできる。例えば、始めに、光励起や酸素プラズマによる灰化技術であるアッシング技術を用いて、エッチングマスクパターン20aの表層のドライエッチングによる変質層を除去した後、溶剤等を用いたウェットエッチングにより残りの層を除去する方法が挙げられる。また、第1の色の色フィルター用材料にダメージの無い範囲であれば、アッシングのみでエッチングマスクパターン20aを除去しても構わない。また、アッシング等のドライプロセスだけでなく、CMPによる研磨工程等を用いても良い。
上記の工程により、第1の色の色フィルター14及び隔壁17のパターニング形成が完了する。
In addition, a removal method other than a wet process such as a solvent can also be used. The etching mask pattern 20a can be removed by a method using an ashing technique, which is an ashing technique for resist using photoexcitation or oxygen plasma. These methods can also be used in combination. For example, a method can be used in which a layer altered by dry etching of the surface layer of the etching mask pattern 20a is first removed using an ashing technique, which is an ashing technique using photoexcitation or oxygen plasma, and then the remaining layer is removed by wet etching using a solvent or the like. In addition, the etching mask pattern 20a may be removed only by ashing as long as the material for the first color filter is not damaged. In addition to a dry process such as ashing, a polishing process using CMP or the like may also be used.
Through the above steps, the patterning of the first color filter 14 and the partition walls 17 is completed.

(第2以降の色フィルターのパターンの形成工程について(第3の工程))
次に、隔壁形成工程の後に、図6に示すように、第1の色の色フィルター14とは異なる色を含む第2、第3の色の色フィルター15、16を形成する。
第1の色の色フィルター14及び隔壁17のパターンをガイドパターンとすると共に、第2、第3の色の色フィルター15、16に光硬化性樹脂を含んだ感光性色フィルター用材料を用いて形成し、従来手法で選択的に露光してパターンを形成する手法である。
(Regarding the process of forming the second and subsequent color filter patterns (third process))
Next, after the partition wall forming process, as shown in FIG. 6, color filters 15 and 16 of second and third colors including a color different from the color filter 14 of the first color are formed.
This method uses the pattern of the first color filter 14 and the partition 17 as a guide pattern, and forms the second and third color filters 15 and 16 using a photosensitive color filter material containing a photocurable resin, and then selectively exposes them using conventional methods to form a pattern.

まず図6(a)に示すように、第1の色の色フィルター14及び隔壁17をパターン形成した半導体基板10の表面全面に、第2の色の色フィルター用材料として感光性色フィルター用材料を塗布、乾燥を行い第2の色の色フィルター層15aを形成する。この際用いる感光性色フィルター用材料は、光照射により硬化するネガ型の感光性成分を含有する。First, as shown in Figure 6(a), a photosensitive color filter material is applied as a second color filter material to the entire surface of the semiconductor substrate 10 on which the first color filter 14 and the partition wall 17 are patterned, and then dried to form the second color filter layer 15a. The photosensitive color filter material used in this case contains a negative type photosensitive component that hardens when exposed to light.

この際、第1の色の色フィルター14の膜厚をA[nm]、透明導電層12の膜厚をB[nm]、第2の色の色フィルター15の膜厚をC1[nm]とした場合に、下記(1)式~(3a)式を満足するように、第2の色の色フィルター15の膜厚C1を設定する。
200[nm]≦A≦700[nm] ・・・(1)
0[nm]<B≦200[nm] ・・・(2)
A+B-200[nm]≦C1≦A+B+200 ・・・(3a)
図6では、A=C1の場合を例示しているが、(3a)式のように膜厚C1は、(A+B)±200[nm]の範囲に収まっていればよい。
第2の色の色フィルター15として、この膜厚C1の範囲であれば、硬化に十分な熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂を含みながら、所望の分光特性が得られる顔料濃度を有した色フィルターとする事ができる。
In this case, assuming that the film thickness of the first color filter 14 is A [nm], the film thickness of the transparent conductive layer 12 is B [nm], and the film thickness of the second color filter 15 is C1 [nm], the film thickness C1 of the second color filter 15 is set so as to satisfy the following equations (1) to (3a).
200 nm≦A≦700 nm (1)
0 [nm] < B ≦ 200 [nm] ... (2)
A+B-200 [nm]≦C1≦A+B+200 ... (3a)
FIG. 6 illustrates the case where A=C1, but as shown in formula (3a), the film thickness C1 may be within the range of (A+B)±200 nm.
As the color filter 15 of the second color, if the thickness is within this range of film thickness C1, it is possible to provide a color filter that contains sufficient thermosetting resin and photocurable resin for curing, and has a pigment concentration that provides the desired spectral characteristics.

次に、図6(b)に示すように、第2の色の色フィルター15を形成する部分に対して、フォトマスクを用いて露光を行い、第2の色の色フィルター層15aのパターン領域を選択的に光硬化させて、現像工程で選択的に露光されていない第2の色の色フィルター層15aのパターン領域外(第3の色の色フィルタ形成位置)を除去する。次に、図6(c)に示すように露光・現像を行った第2の色の色フィルター層15aのパターン領域と半導体基板10との密着性向上及び実デバイス利用での耐熱性を向上させるために、高温加熱での硬化処理を行うことで第2の色の色フィルター層15aを硬化させる。これにより、第2の色の色フィルター15のパターンを形成する。この際、硬化に用いる温度は、200℃以上が好ましい。Next, as shown in FIG. 6(b), the portion where the second color filter 15 is to be formed is exposed using a photomask, the pattern region of the second color filter layer 15a is selectively photocured, and the outside of the pattern region of the second color filter layer 15a that is not selectively exposed in the development process (the position where the third color filter is formed) is removed. Next, as shown in FIG. 6(c), in order to improve the adhesion between the pattern region of the second color filter layer 15a that has been exposed and developed and the semiconductor substrate 10 and to improve the heat resistance in actual device use, the second color filter layer 15a is cured by performing a curing process at high temperature heating. This forms the pattern of the second color filter 15. At this time, the temperature used for curing is preferably 200° C. or higher.

次に、図7(a)に示すように、第3の色の色フィルター用材料を半導体基板10の全面に塗布、乾燥を行う。すなわち第2の色の色フィルター層15aのパターン領域外の全面に第3の色の色フィルター用材料を塗布して、第3の色の色フィルター層16aを形成する。次に、図7(b)に示すように、第3の色の色フィルター層16aのうちの第3の色の色フィルター16を形成するパターン領域を選択的に露光し、第3の色の色フィルター層16aを光硬化させて、現像によって露光されていない第3の色の色フィルター層16aのパターン領域外を除去する。次に、図7(c)のように、露光・現像を行った第3の色の色フィルター層16aの一部と半導体基板10との密着性向上及び実デバイス利用での耐熱性を向上させるために、高温加熱での硬化処理を行うことで第3の色の色フィルター層16aを硬化させる。これにより、第3の色の色フィルター16を形成する。
なお、この第2の色の色フィルター15以降のパターン形成工程を繰り返すことで、所望の色数の色フィルターを形成することが可能である。
Next, as shown in FIG. 7(a), a material for a color filter of a third color is applied to the entire surface of the semiconductor substrate 10 and dried. That is, the material for a color filter of a third color is applied to the entire surface outside the pattern region of the color filter layer 15a of the second color to form a color filter layer 16a of a third color. Next, as shown in FIG. 7(b), the pattern region of the color filter layer 16a of the third color in which the color filter 16 of the third color is formed is selectively exposed to light, the color filter layer 16a of the third color is photocured, and the outside of the pattern region of the color filter layer 16a of the third color that is not exposed by development is removed. Next, as shown in FIG. 7(c), in order to improve the adhesion between the part of the color filter layer 16a of the third color that has been exposed and developed and the semiconductor substrate 10 and to improve the heat resistance in actual device use, the color filter layer 16a of the third color is cured by performing a curing process at high temperature. This forms the color filter 16 of the third color.
It is possible to form color filters of a desired number of colors by repeating the pattern formation process for the second color filter 15 and subsequent color filters.

この際、第3の色の色フィルター16の膜厚をC2[nm]とした場合に、下記(1)式~(3b)式を満足するように、第3の色の色フィルター16の膜厚C2を設定する。
200[nm]≦A≦700[nm] ・・・(1)
0[nm]<B≦200[nm] ・・・(2)
A+B-200[nm]≦C2≦A+B+200 ・・・(3b)
図7では、A=C2の場合を例示しているが、(3b)式のように膜厚C2は、(A+B)±200[nm]の範囲に収まっていればよい。
第3の色の色フィルター16として、この膜厚C2の範囲であれば、硬化に十分な熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂を含みながら、所望の分光特性が得られる顔料濃度を有した色フィルターとする事ができる。
In this case, when the thickness of the color filter 16 of the third color is C2 [nm], the thickness C2 of the color filter 16 of the third color is set so as to satisfy the following formulas (1) to (3b).
200 nm≦A≦700 nm (1)
0 [nm] < B ≦ 200 [nm] ... (2)
A+B-200 [nm]≦C2≦A+B+200 ... (3b)
FIG. 7 illustrates the case where A=C2, but as shown in formula (3b), the film thickness C2 may be within the range of (A+B)±200 nm.
As the color filter 16 of the third color, if the thickness is within this range of film thickness C2, it is possible to provide a color filter that contains sufficient thermosetting resin and photocurable resin for curing, while having a pigment concentration that provides the desired spectral characteristics.

次いで、図8(a)に示すように、形成された色フィルター14,15,16及び隔壁17上に平坦化層13を形成する。平坦化層13は、例えばアクリル系樹脂等の樹脂材料を一つ又は複数含んだ樹脂を用いて形成することができる。複数色の各色フィルター14,15,16及び隔壁17上に樹脂材料を塗布して加熱により硬化することで、平坦化層13を形成することができる。また、平坦化層13は、例えば酸化物又は窒化物等の化合物を用いて形成することができる。この場合、平坦化層13は、蒸着、スパッタ、CVD等の各種の成膜方法により形成することができる。8(a), a planarization layer 13 is formed on the formed color filters 14, 15, 16 and partition walls 17. The planarization layer 13 can be formed using a resin containing one or more resin materials, such as an acrylic resin. The planarization layer 13 can be formed by applying a resin material onto each of the color filters 14, 15, 16 of multiple colors and the partition walls 17 and curing it by heating. The planarization layer 13 can also be formed using a compound such as an oxide or nitride. In this case, the planarization layer 13 can be formed by various film formation methods such as deposition, sputtering, and CVD.

最後に、図8(b)に示すように、平坦化層13上に、マイクロレンズ18を形成する。マイクロレンズ18は、熱フローを用いた作製方法、グレートーンマスクによるマクロレンズ作製方法、ドライエッチングを用いた平坦化層13へのマイクロレンズ転写方法等の公知の技術により形成される。
平坦化層13の膜厚は、例えば1[nm]以上300[nm]以下である。好ましくは100[nm]以下、より好ましくは60[nm]以下である。
8B, a microlens 18 is formed on the planarization layer 13. The microlens 18 is formed by a known technique such as a manufacturing method using a thermal flow, a macrolens manufacturing method using a gray-tone mask, or a microlens transfer method to the planarization layer 13 using dry etching.
The thickness of the planarization layer 13 is, for example, 1 nm or more and 300 nm or less, preferably 100 nm or less, and more preferably 60 nm or less.

ドライエッチングによるパターニング技術を用いてマイクロレンズを形成する方法は、図9(a)に示すように、先ず最終的にマイクロレンズとなる平坦化層13を複数色の各色フィルター14,15,16及び隔壁上に形成する。The method of forming a microlens using dry etching patterning technology involves first forming a planarization layer 13, which will eventually become the microlens, on each of the multiple color filters 14, 15, and 16 and the partition wall, as shown in Figure 9 (a).

次に、図9(b)に示すように、平坦化層13の上にマイクロレンズの母型を形成するためのマイクロレンズ母型層18aを塗布して形成する。マイクロレンズ母型層18aの材料は、アクリル系樹脂等の樹脂材料を一つもしくは複数含んだ樹脂を用いる。9(b), a microlens matrix layer 18a for forming a matrix for a microlens is applied onto the planarization layer 13. The material for the microlens matrix layer 18a is a resin containing one or more resin materials such as an acrylic resin.

次に、図10(a)に示すように、フォトマスク(図示せず)を用いて露光し、熱フロー法によってマイクロレンズのレンズ母型18bを形成する。
次に、図10(b)に示すように、レンズ母型18bをマスクとして、ドライエッチングの手法によってレンズ母型18bの形状を平坦化層13に転写する。レンズ母型18bの高さや材料を選択し、ドライエッチング条件を調整することで、適正なレンズ形状のマイクロレンズ18を平坦化層13に転写することができる。これにより、平坦化層13と一体化された複数のマイクロレンズ18が形成される。
上記の方法を用いることで、制御性良くマイクロレンズ18を形成することが可能となる。この手法を用いて、マイクロレンズ18のレンズトップからレンズボトムの高さが300~800nmの膜厚となるようにマイクロレンズ18を作製することが望ましい。
Next, as shown in FIG. 10A, a photomask (not shown) is used for exposure, and a lens mother die 18b of a microlens is formed by a thermal flow method.
10B, the shape of the lens master die 18b is transferred to the planarization layer 13 by dry etching using the lens master die 18b as a mask. By selecting the height and material of the lens master die 18b and adjusting the dry etching conditions, it is possible to transfer microlenses 18 having an appropriate lens shape to the planarization layer 13. As a result, a plurality of microlenses 18 integrated with the planarization layer 13 are formed.
By using the above method, it is possible to form the microlens 18 with good controllability. It is preferable to use this method to fabricate the microlens 18 so that the height from the lens top to the lens bottom of the microlens 18 is a film thickness of 300 to 800 nm.

(4色以上の複数色の色フィルターの場合)
4色以上の複数色の色フィルターを製造する場合は、第1の色の色フィルター形成時に、4色以上の色フィルター形成箇所を開口するように形成し、第三の色フィルター以降の工程を上述した第二の色フィルター15の形成工程と同様の処理を繰り返すことで形成することができる。また、最後の色の色フィルターを形成する工程で上述した第三の色フィルター16の形成工程と同様の処理を行う。これにより、4色以上の複数色の色フィルターを製造することができる。
(For filters with four or more colors)
When manufacturing color filters of four or more colors, the positions for forming the color filters of four or more colors are opened when the color filter of the first color is formed, and the steps for the third color filter and after are repeated in the same manner as the step for forming the second color filter 15. Furthermore, the step for forming the color filter of the last color is performed in the same manner as the step for forming the third color filter 16. In this way, color filters of four or more colors can be manufactured.

以上の工程により、本実施形態の固体撮像素子1が完成する。 Through the above steps, the solid-state imaging element 1 of this embodiment is completed.

本実施形態では、第1の色の色フィルター14を、最も専有面積の広い色フィルターとすることが好ましい。そして、第2の色の色フィルター15及び第3の色の色フィルター16は、感光性を有したカラーレジストを用いてフォトリソグラフィによりそれぞれ形成する。In this embodiment, it is preferable that the first color filter 14 is the color filter with the largest occupied area. The second color filter 15 and the third color filter 16 are each formed by photolithography using a photosensitive color resist.

感光性を有したカラーレジストを用いる技術は従来の色フィルターパターンの製造技術である。第1の色の色フィルター用材料は、透明導電層12の全面に塗布後、高温で加熱するため、半導体基板10及び透明導電層12との密着性を良くすることができる。そのため、密着性が良好であり、矩形性良く形成した第1の色の色フィルター14及び隔壁17のパターンをガイドパターンとして、隔壁17によって四辺が囲われた場所を埋めるように第2、第3の色の色フィルター15、16を形成することができる。そのため第2以降の色フィルターに感光性を持たせたカラーレジストを用いた場合でも、従来のように解像性を重視したカラーレジストとする必要はない。このため、光硬化性樹脂中の光硬化成分を少なくすることができるため、色フィルター用材料中の顔料の割合を多くでき、色フィルター15、16の薄膜化に対応できる。The technology using photosensitive color resist is a conventional manufacturing technology for color filter patterns. The material for the first color filter is applied to the entire surface of the transparent conductive layer 12 and then heated at high temperature, so that it can improve adhesion to the semiconductor substrate 10 and the transparent conductive layer 12. Therefore, the pattern of the first color filter 14 and the partition wall 17, which have good adhesion and are formed with good rectangularity, can be used as a guide pattern to form the second and third color filters 15 and 16 so as to fill the area surrounded by the partition wall 17. Therefore, even if a color resist with photosensitivity is used for the second and subsequent color filters, it is not necessary to use a color resist that emphasizes resolution as in the past. Therefore, the photocurable component in the photocurable resin can be reduced, so that the ratio of pigment in the material for the color filter can be increased, and the color filters 15 and 16 can be made thinner.

本実施形態では、第1の色の色フィルター14に熱硬化性樹脂と光硬化性樹脂の両方を用いている。第1の色の色フィルター14は、光硬化に関与する樹脂成分等の含有率が少なく、かつ顔料含有率の高い色フィルター用材料で形成することが望ましい。特に、1色目の色フィルター用材料における顔料の含有率を70質量%以上に構成することが望ましい。それにより、第1の色の色フィルター用材料に、従来の感光性カラーレジストを用いたフォトリソグラフィプロセスでは硬化不充分になってしまう濃度の顔料が含まれていても、第1の色の色フィルター14を精度良く、残渣や剥がれもなく形成することができる。In this embodiment, both thermosetting resin and photocurable resin are used for the color filter 14 of the first color. It is desirable to form the color filter 14 of the first color from a color filter material that has a low content of resin components involved in photocuring and a high pigment content. In particular, it is desirable to configure the pigment content in the color filter material of the first color to be 70 mass% or more. As a result, even if the color filter material of the first color contains a pigment at a concentration that would result in insufficient curing in a photolithography process using a conventional photosensitive color resist, the color filter 14 of the first color can be formed with high precision and without residue or peeling.

本実施形態では、第1の色の色フィルター14に硬化性、溶剤耐性を向上させるため、熱硬化樹脂と光硬化性樹脂を併用する材料を用いたが、求める分光特性によっては、顔料濃度や、経時特性などを重視して、熱硬化性樹脂のみ又は、光硬化性樹脂のみで材料を形成しても問題ない。熱硬化性樹脂のみを用いる場合は、顔料濃度を増やすことが可能となるため、色フィルターの薄膜化が可能となる。一方光硬化性樹脂のみを用いる場合は、溶剤耐性が低下しやすいが、経時特性などの面で材料設計の自由度が向上する利点がある。In this embodiment, a material that combines thermosetting resin and photocurable resin is used for the first color filter 14 to improve its hardening and solvent resistance, but depending on the desired spectral characteristics, it is also possible to form the material using only thermosetting resin or only photocurable resin, with an emphasis on pigment concentration and aging characteristics. When only thermosetting resin is used, it is possible to increase the pigment concentration, making it possible to make the color filter thinner. On the other hand, when only photocurable resin is used, solvent resistance is likely to decrease, but there is the advantage that the freedom of material design is increased in terms of aging characteristics, etc.

本実施形態では、第1の色の色フィルター14と第2及び第3の色の色フィルター15、16との間に隔壁17が構成されて、隔壁17が他色からの漏れ光及び移染を抑制するため、混色が抑制される。In this embodiment, a partition 17 is provided between the first color filter 14 and the second and third color filters 15, 16, and the partition 17 suppresses light leakage and migration from other colors, thereby suppressing color mixing.

本実施形態では、第1の色の色フィルター14の下層に透明導電層12があることにより、第2及び第3の色の色フィルター15、16の形成箇所を開口するドライエッチング工程時のプラズマダメージを低減でき、エッチング速度が遅い透明導電層がエッチングストッパーの役割を果たすことで、半導体基板10をドライエッチングする可能性も低減できる。In this embodiment, the presence of the transparent conductive layer 12 beneath the first color filter 14 reduces plasma damage during the dry etching process to open the areas where the second and third color filters 15 and 16 are to be formed, and the transparent conductive layer, which has a slow etching rate, acts as an etching stopper, reducing the possibility of dry etching the semiconductor substrate 10.

以上のように、本実施形態によれば、各色フィルターの膜厚を全て薄膜化しマイクロレンズトップからデバイスまでの総距離を短くし、さらに複数色の色フィルター間に隔壁を有する事によって混色を抑制でき、パターン配置した全ての色フィルターが高感度化した高精細な固体撮像素子を提供することが可能となる。As described above, according to this embodiment, the film thickness of each color filter is reduced, shortening the total distance from the top of the microlens to the device, and by providing partitions between multiple color filters, color mixing can be suppressed, making it possible to provide a high-definition solid-state imaging element in which all color filters arranged in a pattern have high sensitivity.

「第2の実施形態」
以下、図11から図14を参照して、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法について説明する。図11に示すように、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像素子2は、第1の実施形態の構造で、透明導電層12と第1の色の色フィルター14との間に透明樹脂層30がある構造である。固体撮像素子2の各色フィルター14,15,16の平面配列は、図2に示すベイヤー配列である。
第2の実施形態は、第1の色の色フィルターの工程までが異なるため、図を用いて示す。
Second Embodiment
Hereinafter, a solid-state imaging element and a manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 11 to Fig. 14. As shown in Fig. 11, the solid-state imaging element 2 according to the second embodiment of the present invention has the same structure as the first embodiment, and has a transparent resin layer 30 between the transparent conductive layer 12 and the color filter 14 of the first color. The planar arrangement of the color filters 14, 15, and 16 of the solid-state imaging element 2 is the Bayer arrangement shown in Fig. 2.
The second embodiment is different from the first color filter in the process, and will be described using the drawings.

<固体撮像素子の構成>
本実施形態に係る固体撮像素子2は、第1の色の色フィルター14の形成前に透明樹脂層30を形成する点に特徴を有している。透明樹脂層30を導入することで、色フィルターの密着性、半導体基板10の平坦性、色フィルター材料エッチング後の残渣性を改善、隔壁17に含有する材料を変えることができ、第1の色の色フィルター14の形成が容易となる利点がある。
<Configuration of Solid-State Imaging Device>
The solid-state imaging element 2 according to this embodiment is characterized in that a transparent resin layer 30 is formed before the formation of the first color filter 14. The introduction of the transparent resin layer 30 has the advantages of improving the adhesion of the color filter, the flatness of the semiconductor substrate 10, and the residue after etching of the color filter material, making it possible to change the material contained in the partition 17, and facilitating the formation of the first color filter 14.

本実施形態に係る固体撮像素子2は、図11に示すように、二次元的に配置された複数の光電変換素子11を有する半導体基板10と、半導体基板10の上方に配置された複数のマイクロレンズ18からなるマイクロレンズ群180と、半導体基板10とマイクロレンズ18との間に設けられた、透明導電層12、色フィルター層100及び隔壁17とを備えている。色フィルター層100は、複数色の各色フィルター14,15,16が所定の規則パターンで配置されて構成される。隔壁17は、複数色の各色フィルター14,15,16のそれぞれの間に配置される。また、色フィルター層100と複数のマイクロレンズ18からなるマイクロレンズ群180との間に、平坦化層13が形成されている。11, the solid-state imaging element 2 according to this embodiment includes a semiconductor substrate 10 having a plurality of photoelectric conversion elements 11 arranged two-dimensionally, a microlens group 180 consisting of a plurality of microlenses 18 arranged above the semiconductor substrate 10, and a transparent conductive layer 12, a color filter layer 100, and a partition wall 17 provided between the semiconductor substrate 10 and the microlenses 18. The color filter layer 100 is configured by arranging color filters 14, 15, and 16 of a plurality of colors in a predetermined regular pattern. The partition wall 17 is disposed between each of the color filters 14, 15, and 16 of a plurality of colors. In addition, a planarization layer 13 is formed between the color filter layer 100 and the microlens group 180 consisting of a plurality of microlenses 18.

ここで、第2の実施形態に係る固体撮像素子2において、第1の実施形態に係る固体撮像素子1の各部と同様の構成である場合には、第1の実施形態に用いた参照符号と同じ参照符号を付すものとする。すなわち、光電変換素子11を有する半導体基板10、透明導電層12、色フィルター14、15、16、隔壁17、平坦化層13及びマイクロレンズ18のそれぞれは、第1の実施形態に係る固体撮像素子1の各部と同様の構成である。このため、第1の実施形態に係る固体撮像素子1の各部と共通する部分についての詳細な説明については省略する。その他の実施形態でも同様である。Here, in the solid-state imaging element 2 according to the second embodiment, when the components have the same configuration as those of the solid-state imaging element 1 according to the first embodiment, the same reference symbols as those used in the first embodiment are used. That is, the semiconductor substrate 10 having the photoelectric conversion element 11, the transparent conductive layer 12, the color filters 14, 15, 16, the partition wall 17, the planarization layer 13, and the microlenses 18 each have the same configuration as those of the solid-state imaging element 1 according to the first embodiment. For this reason, detailed descriptions of the components common to those of the solid-state imaging element 1 according to the first embodiment will be omitted. The same applies to the other embodiments.

<固体撮像素子の製造方法>
次に、図12から図14を参照して、本実施形態の固体撮像素子2の製造方法について説明する。
<Method of Manufacturing Solid-State Imaging Device>
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device 2 of this embodiment will be described with reference to FIGS.

(第1の色の色フィルター層形成工程(第1の工程))
第1の色の色フィルター層形成工程では、複数の光電変換素子11を二次元的に配置した半導体基板10に透明導電層12を形成し、透明導電層12上に透明樹脂層30を形成し、第1の色の色フィルター14用の塗布液を塗布し硬化させて、透明導電層12、透明樹脂層30及び第1の色の色フィルター層14aをこの順に形成した後、第1の色の色フィルター14の配置位置以外の第1の色の色フィルター層14a部分及び第1の色の色フィルター層14a部分の下層に位置する透明樹脂層30をドライエッチングによって除去して第1の色の色フィルター14をパターン形成する。以下、第1の色の色フィルター層形成工程の詳細について説明する。
(First Color Filter Layer Forming Step (First Step))
In the first color filter layer forming process, a transparent conductive layer 12 is formed on a semiconductor substrate 10 on which a plurality of photoelectric conversion elements 11 are two-dimensionally arranged, a transparent resin layer 30 is formed on the transparent conductive layer 12, and a coating liquid for the first color color filter 14 is applied and cured to form the transparent conductive layer 12, the transparent resin layer 30, and the first color color filter layer 14a in this order, and then the first color color filter layer 14a portion other than the position where the first color color filter 14 is arranged and the transparent resin layer 30 located under the first color color filter layer 14a portion are removed by dry etching to form a pattern of the first color color filter 14. The first color color filter layer forming process will be described in detail below.

図12(a)に示すように、二次元的に配置された複数の光電変換素子11を有する半導体基板10の上に透明導電層12を形成する。透明導電層12は、半導体基板10の表面保護、平坦化及び、プラズマエッチングによる帯電(チャージアップ)等のダメージ低減のために設けられた層である。すなわち、透明導電層12は、光電変換素子11の作製による半導体基板10の上面の凹凸を低減し、色フィルター用材料との密着性を向上させ、第1の色の色フィルター層14aをパターン加工する際のプラズマエッチングの保護層となる。透明導電層12の材料及び、形成方法は第1の実施形態で説明したものを使用する。このあと、前述した第1の実施形態と同様の方法で、半導体基板10の電極部などの上の透明導電層12を除去する。As shown in FIG. 12(a), a transparent conductive layer 12 is formed on a semiconductor substrate 10 having a plurality of photoelectric conversion elements 11 arranged two-dimensionally. The transparent conductive layer 12 is a layer provided for surface protection and flattening of the semiconductor substrate 10, and for reducing damage such as charging (charge-up) caused by plasma etching. That is, the transparent conductive layer 12 reduces the unevenness of the upper surface of the semiconductor substrate 10 caused by the fabrication of the photoelectric conversion elements 11, improves adhesion with the color filter material, and serves as a protective layer for plasma etching when patterning the first color filter layer 14a. The material and forming method of the transparent conductive layer 12 are the same as those described in the first embodiment. After this, the transparent conductive layer 12 on the electrode portion of the semiconductor substrate 10 is removed in the same manner as in the first embodiment described above.

次に、図12(b)に示すように、透明導電層12の上に透明樹脂層30を形成する。透明樹脂層30は、例えばアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノールノボラック系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、スチレン系樹脂及びケイ素系樹脂等の樹脂を一又は複数含んだ樹脂により形成される。透明樹脂層30の膜厚は、例えば1[nm]以上300[nm]以下である。混色防止の観点からは薄いほど好ましく、望ましくは、5nmから60nmである。Next, as shown in FIG. 12(b), a transparent resin layer 30 is formed on the transparent conductive layer 12. The transparent resin layer 30 is formed of a resin containing one or more of, for example, acrylic resin, epoxy resin, polyimide resin, phenol novolac resin, polyester resin, urethane resin, melamine resin, urea resin, styrene resin, and silicon resin. The film thickness of the transparent resin layer 30 is, for example, 1 nm or more and 300 nm or less. From the viewpoint of preventing color mixing, the thinner the better, and preferably 5 nm to 60 nm.

次に、図12(c)に示すように、透明樹脂層30の上に第1の色の色フィルター層14aを形成し、図12(d)に示すように、形成された第1の色の色フィルター層14aを加熱して硬化し、図12(e)に示すように、効果された第1の色の色フィルター層14aの上に感光性樹脂材料を塗布して乾燥し、感光性樹脂材料層を形成し、エッチングマスク20を形成する。第1の色の色フィルター層14aは、最終的に形成される第1の色の色フィルター14と同じか僅かに厚い膜厚を有するが、図12及び後述する図13では説明の便宜上、第1の色の色フィルター14(図14参照)よりも膜厚が薄い状態で図示されている。Next, as shown in FIG. 12(c), a color filter layer 14a of the first color is formed on the transparent resin layer 30, and as shown in FIG. 12(d), the formed color filter layer 14a of the first color is heated and hardened, and as shown in FIG. 12(e), a photosensitive resin material is applied on the cured color filter layer 14a of the first color and dried to form a photosensitive resin material layer and form an etching mask 20. The color filter layer 14a of the first color has a thickness equal to or slightly thicker than the color filter 14 of the first color that is finally formed, but in FIG. 12 and FIG. 13 described later, for convenience of explanation, it is illustrated in a state where the thickness is thinner than the color filter 14 of the first color (see FIG. 14).

次に、図13(a)に示すように、フォトマスク(図示せず)を用いて、第2及び第3の色の色フィルター15,16の形成箇所が開口するように露光し、現像することで、図13(b)に示すように、開口部20bを有するエッチングマスクパターン20aを形成する。これら工程は前述した第1の実施形態の工程と同様である。Next, as shown in Fig. 13(a), a photomask (not shown) is used to expose the substrate so that the areas where the second and third color filters 15 and 16 are to be formed are opened, and the substrate is developed to form an etching mask pattern 20a having openings 20b as shown in Fig. 13(b). These steps are the same as those in the first embodiment described above.

次に、エッチングマスクパターン20aを用いて、第1の実施形態で説明したドライエッチングガスを用いたドライエッチングにより、図14(a)に示すように、開口部20bから露出する第1の色の色フィルター層14aの一部分を除去する。Next, using the etching mask pattern 20a, a portion of the first color color filter layer 14a exposed from the opening 20b is removed by dry etching using the dry etching gas described in the first embodiment, as shown in Figure 14 (a).

本実施形態では、第1の色の色フィルター14の下層に透明樹脂層30があるため、透明樹脂層30をエッチング出来るドライエッチングガスで、エッチングを行うことが望ましい。また、エッチングマスクパターン20aを用いて、第1の色の色フィルター層14aを矩形性良くエッチングすることが望ましい。本実施形態では初期の段階で全ガス流量の90%以上を希ガス等のイオンの物理的衝撃が主体でエッチングを行うガスとし、そこにフッ素系ガスや酸素系ガスを混合したエッチングガスを用いることで、化学反応も利用してエッチングレートを向上させる。In this embodiment, since the transparent resin layer 30 is present under the first color filter 14, it is desirable to perform etching with a dry etching gas capable of etching the transparent resin layer 30. It is also desirable to etch the first color filter layer 14a with good rectangularity using an etching mask pattern 20a. In this embodiment, at the initial stage, 90% or more of the total gas flow rate is a gas that mainly performs etching by physical impact of ions of a rare gas or the like, and by using an etching gas mixed with a fluorine-based gas or an oxygen-based gas, the etching rate is improved by utilizing chemical reactions as well.

ドライエッチングガスに希ガスを多く用いることで、希ガスイオンの物理的衝撃による効果により、垂直にエッチングが進行する異方性エッチングが進行しやすい条件となる。そのため、色フィルターのエッチングの初期では、希ガスが多い条件でエッチングを実施する。具体的には、希ガスの単ガス又は反応性ガスと希ガスの混合ガスの全ガス流量の90%以上が希ガスで第1の色の色フィルター層14aの一部または全てをエッチングする。この時、第1の色の色フィルター層14aがまだ残っている段階でエッチングを途中で止めて、物理的にエッチングを行う希ガスの割合を低減してエッチングすることが望ましい。具体的には、第1の色の色フィルター層14aの膜厚の50%から95%をエッチングした状態であり、より好ましくは、70%から90%をエッチングした段階で、エッチングガスの条件を切り替えることが望ましい。By using a large amount of rare gas in the dry etching gas, the physical impact of the rare gas ions makes it easier for anisotropic etching, in which etching proceeds vertically, to proceed. Therefore, in the initial stage of etching the color filter, etching is performed under conditions with a large amount of rare gas. Specifically, 90% or more of the total gas flow rate of a single rare gas or a mixed gas of a reactive gas and a rare gas is rare gas to etch part or all of the first color color filter layer 14a. At this time, it is desirable to stop the etching midway when the first color color filter layer 14a still remains, and to reduce the proportion of rare gas that physically performs etching and perform etching. Specifically, it is desirable to switch the etching gas conditions when 50% to 95% of the film thickness of the first color color filter layer 14a has been etched, and more preferably when 70% to 90% has been etched.

次の段階では、残っている第1の色の色フィルター層14a及び透明樹脂層30をエッチングして、下層の透明導電層12で停止するようにする。透明導電層12のエッチングが遅いガスとして、酸素、フッ素系ガスを用いて残留している第1の色の色フィルター層14a及び透明樹脂層30を全てエッチングする。この際用いる条件は、透明導電層12のエッチング速度が遅く、透明樹脂層30は化学的エッチング反応で除去され易いため、第1の色の色フィルター14を残渣なくエッチングし、透明導電層12が無くならない時間で行う。図14では透明導電層12がドライエッチングガスに耐性があり、一部以外ほぼエッチングが進んでいない構成を示している。
具体的には、第1の色の色フィルター層14aの残り膜厚量の2倍から3倍程度の膜厚をエッチングする時間で調整を行うことで、第1の色の色フィルター層14a及び透明樹脂層30が残渣無くエッチングすることが望ましい。
In the next step, the remaining first color filter layer 14a and transparent resin layer 30 are etched, stopping at the underlying transparent conductive layer 12. The remaining first color filter layer 14a and transparent resin layer 30 are all etched using oxygen and fluorine-based gas as gases that slowly etch the transparent conductive layer 12. The conditions used in this step are that the etching speed of the transparent conductive layer 12 is slow, and the transparent resin layer 30 is easily removed by a chemical etching reaction, so that the etching is performed for a time period that etches the first color filter 14 without leaving any residue and does not remove the transparent conductive layer 12. Figure 14 shows a configuration in which the transparent conductive layer 12 is resistant to the dry etching gas and etching has progressed little except in a portion.
Specifically, it is desirable to adjust the etching time to a film thickness that is approximately two to three times the remaining film thickness of the first color filter layer 14a, so that the first color filter layer 14a and the transparent resin layer 30 are etched without leaving any residue.

このエッチングの際、第1の色の色フィルター14以外の色フィルター形成箇所は、透明樹脂層30がエッチングで除去されている。その為、図11に示すように、複数色の色フィルターの上部の高さをそろえた場合、第1の色の色フィルター14に対して、第2の色以降の色フィルターの膜厚は、透明樹脂層30の膜厚分膜厚を厚く調整をすることが可能となる。その為、第2の色以降の色フィルターに光硬化性樹脂を用いても、膜厚分顔料濃度の調整範囲が広がる利点がある。During this etching, the transparent resin layer 30 is removed by etching from the areas where color filters other than the first color filter 14 are formed. Therefore, as shown in FIG. 11, when the heights of the tops of the color filters of multiple colors are aligned, it is possible to adjust the film thickness of the color filters of the second color and subsequent colors to be thicker than the first color filter 14 by the film thickness of the transparent resin layer 30. Therefore, even if a photocurable resin is used for the color filters of the second color and subsequent colors, there is an advantage in that the adjustment range of the pigment concentration by the film thickness is wider.

上記工程以降の工程、すなわち隔壁形成工程(第2の工程)、エッチングマスクパターン除去工程及び第2以降の色フィルターのパターンの形成工程について(第3の工程)は、前述した第1の実施形態で説明したこれらの工程と同様である。
以上の工程により、本実施形態の固体撮像素子2が完成する。
The steps subsequent to the above step, i.e., the partition wall forming step (second step), the etching mask pattern removing step, and the step of forming the second and subsequent color filter patterns (third step), are similar to those steps described in the first embodiment above.
Through the above steps, the solid-state imaging device 2 of the present embodiment is completed.

第2の実施形態に係る発明は、第1の実施形態に記載した各効果に加えて、さらに以下の効果を有する。透明導電層12と第1の色の色フィルター14との間に透明樹脂層30があるため、残渣として残りやすい色フィルターの下層にドライエッチングの化学反応で容易にエッチングされる透明樹脂層30があるので、第1の色の色フィルター14のドライエッチング残渣が発生し難くエッチングが可能となる。The invention according to the second embodiment has the following effects in addition to the effects described in the first embodiment. Since the transparent resin layer 30 is between the transparent conductive layer 12 and the color filter 14 of the first color, the transparent resin layer 30 is easily etched by the chemical reaction of dry etching under the color filter 14, which is likely to remain as a residue, and therefore etching is possible without leaving a dry etching residue of the color filter 14 of the first color.

「第3の実施形態」
以下、図15から図18を参照して、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法について説明する。
Third Embodiment
Hereinafter, a solid-state imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

<固体撮像素子の構成>
本実施形態に係る固体撮像素子3は、図15に示す半導体基板10と透明導電層12の間に透明樹脂層30が形成されている点に特徴を有している。このため、半導体基板10を平坦化した上で、透明導電層12が形成でき、半導体基板10と透明導電層12が直接接続していない為、ドライエッチングによるプラズマダメージが、透明導電層12から半導体基板10に伝わりにくく、プラズマダメージの低減により効果がある利点がある。
<Configuration of Solid-State Imaging Device>
The solid-state imaging element 3 according to this embodiment is characterized in that a transparent resin layer 30 is formed between the semiconductor substrate 10 and the transparent conductive layer 12 shown in Fig. 15. Therefore, the transparent conductive layer 12 can be formed after planarizing the semiconductor substrate 10, and since the semiconductor substrate 10 and the transparent conductive layer 12 are not directly connected, plasma damage caused by dry etching is unlikely to be transmitted from the transparent conductive layer 12 to the semiconductor substrate 10, which is advantageous in that plasma damage can be effectively reduced.

本実施形態に係る固体撮像素子の構造は、第1の実施形態と第1の色の色フィルター14の形成工程は同様であり、透明樹脂層30は第2の実施形態と同様である。ただし、透明樹脂層30の形成工程が、半導体基板10と透明導電層12の間にある点が異なる。このため、透明樹脂層の形成工程について示す。The structure of the solid-state imaging element according to this embodiment is similar to that of the first embodiment in the process of forming the first color filter 14, and similar to that of the second embodiment in the transparent resin layer 30. However, it is different in that the process of forming the transparent resin layer 30 is between the semiconductor substrate 10 and the transparent conductive layer 12. For this reason, the process of forming the transparent resin layer will be described.

<固体撮像素子の製造方法>
次に、図16から図18を参照して、本実施形態の固体撮像素子3の製造方法について説明する。
<Method of Manufacturing Solid-State Imaging Device>
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device 3 of this embodiment will be described with reference to FIGS.

図16(a)に示すように、半導体基板10上に透明樹脂材料を塗布、加熱して透明樹脂層30を形成する。透明樹脂層30の材料は第2の実施形態で説明した材料である。
次に、図16(b)に示すように、透明樹脂層30上に透明導電層12を形成する。
次に、図16(c)に示すように透明導電層12上に第1の色の色フィルター層14aを塗布により形成する。第1の色の色フィルター層14aは、最終的に形成される第1の色の色フィルター14と同じか僅かに厚い膜厚を有するが、図16及び後述する図17では説明の便宜上、第1の色の色フィルター14(図18参照)よりも膜厚が薄い状態で図示されている。
次に、図16(d)に示すように、第1の色の色フィルター層14aの全面を加熱によって熱硬化する。
16A, a transparent resin material is applied onto the semiconductor substrate 10 and heated to form a transparent resin layer 30. The material of the transparent resin layer 30 is the material described in the second embodiment.
Next, as shown in FIG. 16( b ), the transparent conductive layer 12 is formed on the transparent resin layer 30 .
16(c), a color filter layer 14a of a first color is formed by coating on the transparent conductive layer 12. The color filter layer 14a of the first color has a thickness equal to or slightly greater than the color filter 14 of the first color that is finally formed, but for the sake of convenience in FIG. 16 and FIG. 17 described later, the color filter layer 14a of the first color is shown to have a thickness smaller than that of the color filter 14 of the first color (see FIG. 18).
Next, as shown in FIG. 16(d), the entire surface of the color filter layer 14a of the first color is thermally cured by heating.

次に、図16(e)に示すように、第1の色の色フィルター層14a上に感光性樹脂材料を塗布して乾燥し、感光性樹脂材料層を形成し、エッチングマスク20を形成する。Next, as shown in FIG. 16(e), a photosensitive resin material is applied onto the first color color filter layer 14a and dried to form a photosensitive resin material layer and an etching mask 20.

次に、図17(a)に示すように、フォトマスク(図示せず)を用いて、第2及び第3の色の色フィルター形成箇所が開口するように、エッチングマスク20を露光し、現像することで、図17(b)に示すように、開口部20bを有するエッチングマスクパターン20aを形成する。Next, as shown in FIG. 17(a), the etching mask 20 is exposed to light using a photomask (not shown) so that the areas where the second and third color filters are to be formed are opened, and then developed to form an etching mask pattern 20a having openings 20b as shown in FIG. 17(b).

図18(a)に示すように、開口部20bに露出する第1の色の色フィルター層14aをドライエッチングによりエッチングし、次に、図18(b)に示すように、エッチングマスクパターン20aを除去する。図18に示す工程及びそれ以降の工程は、前述した第1の実施形態で説明した工程と同様である。
以上の工程により、本実施形態の固体撮像素子3が完成する。
As shown in Fig. 18(a), the color filter layer 14a of the first color exposed in the opening 20b is etched by dry etching, and then, as shown in Fig. 18(b), the etching mask pattern 20a is removed. The process shown in Fig. 18 and the subsequent processes are similar to the processes described in the first embodiment.
Through the above steps, the solid-state imaging device 3 of this embodiment is completed.

第3の実施形態に係る発明は、第1の実施形態に記載した各効果に加えて、さらに以下の効果を有する。透明導電層12と第1の色の色フィルター14との間に透明樹脂層30があるため、残渣として残りやすい色フィルターの下層にドライエッチングの化学反応で容易にエッチングされる透明樹脂層30があるので、色フィルターのドライエッチング残渣が発生し難くエッチングが可能となる。The invention according to the third embodiment has the following effects in addition to the effects described in the first embodiment. Since the transparent resin layer 30 is between the transparent conductive layer 12 and the color filter 14 of the first color, the transparent resin layer 30 is easily etched by the chemical reaction of dry etching under the color filter, which is likely to remain as a residue, and therefore etching is possible without leaving a dry etching residue of the color filter.

以下、本発明の固体撮像素子及び従来法による固体撮像素子について、実施例により具体的に説明する。 Below, the solid-state imaging element of the present invention and the solid-state imaging element according to the conventional method are specifically explained using examples.

<実施例1>
二次元的に配置された光電変換素子を備える半導体基板上に、透明導電層としてITO膜をマグネトロンスパッタリング法を用いて、50nmの膜厚で成膜した。成膜温度は、加工を容易にする為、非結晶膜になるように常温付近で形成した。次に半導体基板の電極部分を開口するために、シュウ酸が5%程度含有しているエッチング液を用いて、ウェットエッチングを実施した。ウェットエッチング時は、ポジ型レジスト(OFPR-800:東京応化工業株式会社製)を750rpmの回転数でスピンコートした後、90℃で1分間プリベークを行った。これにより、エッチングマスクとなるポジ型レジストを膜厚2.0μmで塗布したサンプルを作製した。
Example 1
On a semiconductor substrate equipped with two-dimensionally arranged photoelectric conversion elements, an ITO film was formed as a transparent conductive layer with a film thickness of 50 nm by magnetron sputtering. The film was formed at room temperature to make it an amorphous film in order to facilitate processing. Next, in order to open the electrode portion of the semiconductor substrate, wet etching was performed using an etching solution containing about 5% oxalic acid. During wet etching, a positive resist (OFPR-800: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was spin-coated at a rotation speed of 750 rpm, and then pre-baked at 90°C for 1 minute. As a result, a sample was prepared in which a positive resist serving as an etching mask was applied with a film thickness of 2.0 μm.

このサンプルに対して、フォトマスクを介して露光するフォトリゾグラフィーを行った。露光装置は光源にi線の波長を用いた露光装置を用いた。ポジ型レジストは、紫外線照射により、化学反応を起こして現像液に溶解するようになった。
次に、2.38質量%のTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドライド)を現像液として用いて現像工程を行い、半導体基板の電極部分に開口部を有するエッチングマスクを形成した。次にエッチング液に3分浸漬させてウェットエッチングを行い、純水で洗浄して、電極部分を開口させた。次に、エッチングマスクとして用いたポジ型レジストの除去を行った。この際用いた方法は溶剤を用いた方法であり、剥離液104(東京応化工業株式会社製)を用いてスプレー洗浄装置でポジ型レジストの除去を行った。次にホットプレートにて250度で30分間加熱処理を行い、ITOの膜を結晶化させた。この際、シート抵抗は50Ω/sq.以下であり、可視光の透過率が89%であった。
This sample was subjected to photolithography by exposing it through a photomask. An exposure device using an i-line wavelength as a light source was used. The positive resist was chemically reacted with ultraviolet light and became soluble in the developer.
Next, a development process was performed using 2.38 mass% TMAH (tetramethylammonium hydride) as a developer, and an etching mask having an opening in the electrode portion of the semiconductor substrate was formed. Next, the substrate was immersed in the etching solution for 3 minutes to perform wet etching, and then washed with pure water to open the electrode portion. Next, the positive resist used as the etching mask was removed. The method used here was a method using a solvent, and the positive resist was removed with a spray cleaning device using a stripping solution 104 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). Next, a heat treatment was performed on a hot plate at 250 degrees for 30 minutes to crystallize the ITO film. At this time, the sheet resistance was 50 Ω/sq. or less, and the transmittance of visible light was 89%.

次に、1色目であるグリーンの顔料を含む第1の色の色フィルター用材料として、感光性硬化樹脂と熱硬化性樹脂を含ませたグリーン顔料分散液を1000rpmの回転数でスピンコートした。この1色目の色フィルター用材料のグリーンの顔料には、カラーインデックスにてC.I.PG58を用いており、その顔料濃度は70質量%、膜厚は500nmであった。Next, a green pigment dispersion containing a photosensitive curable resin and a thermosetting resin was spin-coated at a rotation speed of 1000 rpm to prepare a material for a first color filter containing a green pigment, which is the first color. The green pigment in the material for the first color filter was C.I. PG58 in terms of color index, and the pigment concentration was 70% by mass and the film thickness was 500 nm.

次に、グリーンフィルター用材料の硬化を実施するため、i線の露光装置であるステッパーを用いて全面の露光を行い、感光性成分の硬化を実施した。この感光性成分の硬化により、グリーンフィルターの表面の硬化を実施した。続いて、ホットプレートで230℃で6分間ベークを行い、グリーンフィルターの熱硬化を行った。Next, to harden the green filter material, a stepper, an i-line exposure device, was used to expose the entire surface, hardening the photosensitive component. This hardening of the photosensitive component hardened the surface of the green filter. Next, the green filter was thermally hardened by baking on a hot plate at 230°C for 6 minutes.

次に、ポジ型レジスト(OFPR-800:東京応化工業株式会社製)を、スピンコーターを用いて1000rpmの回転数でスピンコートした後、90℃で1分間プリベークを行った。これにより、エッチングマスクとなるポジ型レジストを膜厚1.5μmで塗布したサンプルを作製した。Next, a positive resist (OFPR-800: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was spin-coated at 1000 rpm using a spin coater, and then pre-baked at 90°C for 1 minute. This produced a sample coated with a positive resist to serve as an etching mask with a film thickness of 1.5 μm.

このサンプルに対して、フォトマスクを介して露光するフォトリゾグラフィーを行った。露光装置は光源にi線の波長を用いた露光装置を用いた。ポジ型レジストは、紫外線照射により、化学反応を起こして現像液に溶解するようになった。 Photolithography was performed on this sample by exposing it to light through a photomask. The exposure equipment used was one that used an i-line wavelength as its light source. When exposed to ultraviolet light, the positive resist underwent a chemical reaction and became soluble in the developer.

次に、2.38質量%のTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドライド)を現像液として用いて現像工程を行い、第2及び第3の色の色フィルターを形成する箇所に開口部を有するエッチングマスクを形成した。ポジ型レジストを用いる際には、現像後脱水ベークを行い、ポジ型レジストの硬化を行うことが多い。しかしながら、今回はドライエッチング後のエッチングマスクの除去を容易にするため、ベーク工程を実施しなかった。そのため、レジストが硬化せず選択比の向上が見込めないため、レジストの膜厚をグリーンフィルターである第1の色の色フィルターの膜厚の2倍以上である、1.5μmの膜厚で形成した。この際の開口部パターンは、1.1μm×1.1μmで形成した。
これにより、ポジ型レジストを用いたエッチングマスクパターンを形成した。
Next, a development process was carried out using 2.38 mass% TMAH (tetramethylammonium hydride) as a developer, and an etching mask having openings at the locations where the second and third color filters were to be formed was formed. When using a positive resist, dehydration baking is often carried out after development to harden the positive resist. However, this time, in order to facilitate removal of the etching mask after dry etching, a baking process was not carried out. Therefore, the resist was not hardened and the selectivity could not be improved, so the film thickness of the resist was formed to be 1.5 μm, which is more than twice the film thickness of the first color filter, which is a green filter. The opening pattern at this time was formed to be 1.1 μm x 1.1 μm.
As a result, an etching mask pattern was formed using a positive resist.

次に、形成したエッチングマスクパターンを用いて、グリーンフィルター層のドライエッチングを行った。この際、用いたドライエッチング装置は、ICP方式のドライエッチング装置を用いた。また、下地の半導体基板に影響を与えないように、途中でドライエッチング条件の変更を行い、ドライエッチングを多段階で実施した。Next, the green filter layer was dry etched using the formed etching mask pattern. The dry etching equipment used was an ICP type dry etching equipment. In order not to affect the underlying semiconductor substrate, the dry etching conditions were changed midway through the process, and the dry etching was performed in multiple stages.

始めのガス種は、CF、O、Arガスの三種を混合してエッチングを実施した。CF、Oのガス流量を各5ml/min、Arのガス流量を200ml/minとした。すなわち、全ガス流量中、Arのガス流量が95.2%であった。また、この際のドライエッチング条件はチャンバー内の圧力を1Paの圧力とし、RFパワーを500W、コイルパワーを1000Wとして設定した。この条件を用いて、グリーンフィルター層の膜厚500nmの内、350nmをドライエッチングした段階で、次のドライエッチング条件に変更した。 The etching was performed by mixing three gases, CF 4 , O 2 and Ar gas, as the initial gas species. The gas flow rates of CF 4 and O 2 were each 5 ml/min, and the gas flow rate of Ar was 200 ml/min. That is, the gas flow rate of Ar was 95.2% of the total gas flow rate. The dry etching conditions at this time were set to a pressure of 1 Pa in the chamber, an RF power of 500 W, and a coil power of 1000 W. Using these conditions, the green filter layer was dry-etched to a thickness of 350 nm out of a film thickness of 500 nm, and then the dry etching conditions were changed to the next conditions.

次のガス種は、CFガスとOガスを混ぜた混合ガスを用い、エッチング条件はCFのガス流量を150ml/min、Oのガス流量を150ml/minで50対50の比率で混合し、チャンバー内圧力を2Pa、RFパワーを500W、コイルパワーを1000Wの条件とした。この条件を用いて、グリーンフィルター層の残留分のドライエッチングを行った。透明導電層として形成したITO膜はCFガス及びOガスのエッチングレートがグリーンのエッチングレートに対して20倍以上遅く、ほぼエッチングされない構成の為、この際、グリーンの残渣が残らないように、残留しているグリーンフィルターの膜厚150nmの3倍の450nmがエッチングされる時間設定でオーバーエッチングを実施した。この工程により、グリーンフィルターは残渣が残らず、ITO膜は膜厚50nmの内、5nmエッチングされる状況であった。 The next gas species used was a mixed gas of CF4 gas and O2 gas, and the etching conditions were a 50:50 ratio of CF4 gas flow rate of 150 ml/min and O2 gas flow rate of 150 ml/min, a chamber pressure of 2 Pa, RF power of 500 W, and coil power of 1000 W. Using these conditions, dry etching of the remaining green filter layer was performed. The ITO film formed as the transparent conductive layer has an etching rate of CF4 gas and O2 gas that is 20 times slower than the etching rate of green, and is configured to be almost not etched. At this time, overetching was performed with a time setting that etches 450 nm, which is three times the film thickness of 150 nm of the remaining green filter, so that no green residue remains. With this process, no residue remains on the green filter, and 5 nm of the ITO film of 50 nm thickness is etched.

また、上記ドライエッチングの際に、グリーンフィルターパターンの側壁にグリーンフィルター用材料及び透明導電層であるITO材料と、ドライエッチングガスとの反応生成物を含んだ隔壁を形成した。この隔壁はドライエッチング条件の時間調整で、隔壁の寸法(横幅)を制御可能である。
上記ドライエッチング条件ではグリーンフィルターを500nmと透明導電層を5nmほどドライエッチングしたが、それらの反応生成物による隔壁の寸法は25nmであった。
During the dry etching, a partition wall was formed on the side wall of the green filter pattern, which contained a reaction product of the green filter material, the ITO material of the transparent conductive layer, and the dry etching gas. The dimensions (width) of the partition wall can be controlled by adjusting the time of the dry etching conditions.
Under the above dry etching conditions, the green filter was dry etched to a thickness of 500 nm and the transparent conductive layer was dry etched to a thickness of about 5 nm, and the size of the partition wall formed by the reaction product was 25 nm.

次に、エッチングマスクとして用いたポジ型レジストの除去を行った。この際用いた方法は溶剤を用いた方法であり、剥離液104(東京応化工業株式会社製)を用いてスプレー洗浄装置でポジ型レジストの除去を行った。Next, the positive resist used as an etching mask was removed. The method used here was a solvent-based method, and the positive resist was removed using a spray cleaning device with Stripper 104 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.).

(第2の色の色フィルターの作製)
次に第2の色の色フィルター形成工程を行った。第2の色の色フィルターを設けるべく顔料分散ブルーを含有している感光性を有したブルーレジストを半導体基板全面に塗布した。この時、ブルーレジスト塗布前に、密着性を向上させるためHMDS処理をしても良い。
次に、フォトリソグラフィによりブルーレジストを選択的に露光して、現像を行い、ブルーフィルターパターンを形成した。このとき、ブルーレジストに用いた顔料は、それぞれカラーインデックスにてC.I.PB156、C.I.PV23であり、顔料濃度は50質量%であった。また、ブルーフィルターの膜厚は550nmであった。また、ブルーレジストの主成分である樹脂としては、感光性を持たせたアクリル系の樹脂を用いた。
(Preparation of a second color filter)
Next, a process for forming a color filter of a second color was carried out. A photosensitive blue resist containing a pigment dispersion blue was applied to the entire surface of the semiconductor substrate to provide a color filter of a second color. Before applying the blue resist, HMDS treatment may be performed to improve adhesion.
Next, the blue resist was selectively exposed by photolithography, and developed to form a blue filter pattern. At this time, the pigments used in the blue resist were C.I.PB156 and C.I.PV23 in the color index, respectively, and the pigment concentration was 50 mass%. The film thickness of the blue filter was 550 nm. The resin that is the main component of the blue resist was a photosensitive acrylic resin.

次に、ブルーフィルター層を強固に硬化させるため、ホットプレートで230℃で6分間ベークを行い硬化を行った。この加熱工程を経た後は、第3の色の色フィルター形成工程等の工程を経ても、剥がれや、パターンの崩れ等が確認されなかった。ブルーフィルターは周囲を矩形性の良いグリーンフィルター及び隔壁に覆われており、矩形性良く形成されるため、底面及び周囲との間で密着性良く硬化することが確認された。Next, in order to firmly harden the blue filter layer, it was baked on a hot plate at 230°C for 6 minutes to harden it. After this heating process, no peeling or pattern collapse was observed, even after processes such as the third color filter formation process. The blue filter is surrounded by a green filter and partition walls with good rectangularity, and is formed with good rectangularity, so it was confirmed that it hardens with good adhesion between the bottom surface and the surroundings.

(第3の色の色フィルターの作製)
次に第3の色の色フィルター形成工程を行った。第3の色の色フィルターを設けるべく顔料分散レッドを含有している感光性を有したレッドレジストを半導体基板全面に塗布した。
次に、フォトリソグラフィによりレッドレジストを選択的に露光して、現像を行い、レッドフィルターパターンを形成した。このとき、レッドレジストに用いた顔料は、それぞれカラーインデックスにてC.I.PR254、C.I.PY139であり、顔料濃度は60質量%であった。また、レッドフィルターの膜厚は550nmであった。
(Preparation of a third color filter)
Next, a process for forming a color filter of a third color was carried out: a photosensitive red resist containing a dispersed red pigment was applied to the entire surface of the semiconductor substrate to provide a color filter of the third color.
Next, the red resist was selectively exposed by photolithography, and developed to form a red filter pattern.At this time, the pigments used in the red resist were C.I.PR254 and C.I.PY139 in color index, respectively, and the pigment concentration was 60 mass%.In addition, the film thickness of the red filter was 550 nm.

次に、レッドフィルター層を強固に硬化させるため、ホットプレートで230℃で6分間ベークを行い硬化を行った。この際、第3の色の色フィルターは周囲を矩形性の良いグリーンフィルター及び隔壁に覆われており、矩形性良く形成されるため、底面及び周囲との間で、密着性良く硬化することが確認された。Next, in order to firmly harden the red filter layer, it was baked on a hot plate at 230°C for 6 minutes to harden it. At this time, since the third color filter was surrounded by the green filter and the partition wall, which had good rectangularity, and was formed with good rectangularity, it was confirmed that it hardened with good adhesion between the bottom surface and the surroundings.

上記の工程により、グリーンからなる第1の色の色フィルターの膜厚A(500nm)と、その下層の透明導電層B(50nm)、ブルーとレッドからなる第2及び第3の色の色フィルターである膜厚C(550nm)は、本発明に基づく膜厚となっている。また、本実施例では第2及び第3の色の色フィルター層の下層に透明導電層が膜厚45nmで構成されている。 Through the above process, the thickness A (500 nm) of the first color filter made of green, the transparent conductive layer B (50 nm) underneath, and the thickness C (550 nm) of the second and third color filters made of blue and red are based on the present invention. In this embodiment, the transparent conductive layer underneath the second and third color filter layers has a thickness of 45 nm.

次に、上記の工程で形成した色フィルター上にアクリル樹脂を含む塗布液を回転数1000rpmでスピンコートし、ホットプレートにて200℃で30分間の加熱処理を施して、樹脂を硬化し、平坦化層を形成した。Next, a coating liquid containing acrylic resin was spin-coated onto the color filter formed in the above process at a rotation speed of 1000 rpm, and then heat-treated on a hot plate at 200°C for 30 minutes to harden the resin and form a planarizing layer.

最後に、平坦化層上に、上述した公知の技術であるエッチバックによる転写方法を用いてレンズトップからレンズボトムまでの高さを500nmとなるマイクロレンズを形成し、実施例1の固体撮像素子を完成した。Finally, microlenses with a height of 500 nm from lens top to lens bottom were formed on the planarization layer using the etch-back transfer method, which is a well-known technique described above, thereby completing the solid-state imaging element of Example 1.

以上のようにして得た固体撮像素子は、第1の色の色フィルターの下部に透明導電層が50nm形成され、第2、第3の色の色フィルターの下部に透明導電層が45nm形成されている。また、1色目であるグリーンフィルターは熱硬化性樹脂と少量の感光性硬化樹脂を用いているため固形分中の顔料の濃度を上げることが可能で、所望の分光特性が得られる膜厚が従来の感光性レジストを用いてパターニングする時よりも、色フィルターを薄膜化できた。また、第2および第3の色の色フィルターである、ブルー及びレッドは感光性樹脂を用いているが、従来工程と異なり第1の色の色フィルターは矩形性良くパターンが形成されてガイドパターンとなっている部分に穴埋めを行うだけである。そのため、ブルー及びレッドは感光性樹脂の割合を従来よりも少なくできる為、顔料濃度を上げて、膜厚が薄くとも求める分光特性を形成しやすくなる利点がある。これらの効果により、グリーン、ブルー、レッドの各色は従来工程より薄膜化が可能で、マイクロレンズから半導体基板までの距離が小さくなり、良好な感度を有するものとなった。
また、透明導電層の可視光の透過率は89%で、形成した隔壁の寸法が25nmであるため、本発明の規定を満足している。
In the solid-state imaging device obtained as described above, a transparent conductive layer is formed at the bottom of the first color filter, with a thickness of 50 nm, and a transparent conductive layer is formed at the bottom of the second and third color filters, with a thickness of 45 nm. In addition, since the first color green filter uses a thermosetting resin and a small amount of photosensitive curing resin, it is possible to increase the concentration of the pigment in the solid content, and the color filter can be made thinner than when patterning using a conventional photosensitive resist, so that the film thickness at which the desired spectral characteristics are obtained can be obtained. In addition, the second and third color filters, blue and red, use photosensitive resin, but unlike the conventional process, the first color filter is simply filled in the portion where a pattern is formed with good rectangularity and serves as a guide pattern. Therefore, the proportion of photosensitive resin can be reduced for blue and red compared to the conventional process, so that the pigment concentration can be increased, and there is an advantage that the desired spectral characteristics can be easily formed even if the film thickness is thin. Due to these effects, the green, blue, and red colors can be made thinner than in the conventional process, the distance from the microlens to the semiconductor substrate is reduced, and the color filter has good sensitivity.
Moreover, the visible light transmittance of the transparent conductive layer was 89%, and the dimension of the formed partition wall was 25 nm, which satisfied the requirements of the present invention.

また、エッチング時に半導体基板の上に透明導電層があり、エッチング時のエッチングストッパーの役割を果たし、導電性があるため、グリーンのドライエッチング時のプラズマダメージを逃す効果があり、半導体基板に形成した光電変換素子に対して、ドライエッチングの影響は観測されなかった。 In addition, there is a transparent conductive layer on top of the semiconductor substrate, which acts as an etching stopper during etching and, because it is conductive, has the effect of preventing plasma damage during green dry etching, so no effects of dry etching were observed on the photoelectric conversion elements formed on the semiconductor substrate.

更に、グリーンフィルターからなる第1の色の色フィルターの色フィルター用材料は、熱硬化で内部を固めており、さらに少量の感光性樹脂を用いて露光で表面を固めるため、溶剤耐性が向上した。顔料含有率の高いグリーンフィルター用材料を用いた場合、溶剤や他の色フィルター材料と反応して分光特性が変化することがある。そのため、上記の熱硬化及び光硬化を併用することで、溶剤耐性を向上することが可能となり、分光特性の変化を抑制する効果がある。 Furthermore, the color filter material of the first color filter consisting of a green filter is hardened internally by heat curing, and the surface is hardened by exposure to light using a small amount of photosensitive resin, improving solvent resistance. When a green filter material with a high pigment content is used, it may react with solvents or other color filter materials and change in spectral characteristics. Therefore, by combining the above-mentioned heat curing and light curing, it is possible to improve solvent resistance and has the effect of suppressing changes in spectral characteristics.

本実施例では、第1の色の色フィルターであるグリーンフィルターの硬化性、溶剤耐性を向上させるため、熱硬化樹脂と光硬化性樹脂を併用する材料を用いたが、求める分光特性によっては、顔料濃度や、経時特性などを重視して、熱硬化性樹脂のみ又は、光硬化性樹脂のみで材料を形成しても問題ない。
本実施例は、ブルー及びレッドで求める分光特性を得るために、グリーンよりも膜厚が厚く構成している。その為、図1(a)に示すようなグリーン、ブルー、レッドの高さがそろっている構造ではなく、ブルーとレッドが50nm程度突き出す構造となった。
In this embodiment, a material that combines a thermosetting resin and a photocurable resin is used in order to improve the curing property and solvent resistance of the green filter, which is the color filter of the first color. However, depending on the desired spectral characteristics, it is also acceptable to form the material using only a thermosetting resin or only a photocurable resin, with emphasis on the pigment concentration and characteristics over time.
In this embodiment, in order to obtain the desired spectral characteristics for blue and red, the film thickness is made thicker than that of green. Therefore, instead of the structure in which the heights of green, blue, and red are uniform as shown in FIG. 1A, the structure in which blue and red protrude by about 50 nm is obtained.

<実施例2>
実施例2では、第2の実施形態で説明した構成の固体撮像素子に対応する実施例である。
実施例2の固体撮像素子は、透明導電層の上に透明樹脂層が形成されている構成である。透明樹脂層があることで、色フィルターの密着性が改善し、第1の色の色フィルターをエッチングする際に残渣が発生しにくくなる効果がある。
Example 2
Example 2 corresponds to the solid-state imaging device having the configuration described in the second embodiment.
The solid-state imaging element of Example 2 has a configuration in which a transparent resin layer is formed on a transparent conductive layer. The presence of the transparent resin layer improves the adhesion of the color filters, and has the effect of reducing the occurrence of residues when etching the color filters of the first color.

二次元的に配置された光電変換素子を備える半導体基板上に、透明導電層としてITO膜をマグネトロンスパッターを用いて、30nmの膜厚で成膜した。成膜温度は、加工を容易にする為、非結晶膜になるように常温付近で形成した。次に半導体基板の電極部分を開口するために、シュウ酸が5%程度含有しているエッチング液を用いて、ウェットエッチングを実施した。ウェットエッチング時は、ポジ型レジスト(OFPR-800:東京応化工業株式会社製)を750rpmの回転数でスピンコートした後、90℃で1分間プリベークを行った。これにより、エッチングマスクとなるポジ型レジストを膜厚2.0μmで塗布したサンプルを作製した。On a semiconductor substrate equipped with two-dimensionally arranged photoelectric conversion elements, an ITO film was formed as a transparent conductive layer with a thickness of 30 nm using magnetron sputtering. The film was formed at room temperature to make it an amorphous film for ease of processing. Next, in order to open the electrode part of the semiconductor substrate, wet etching was performed using an etching solution containing about 5% oxalic acid. During wet etching, a positive resist (OFPR-800: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was spin-coated at a rotation speed of 750 rpm, and then pre-baked at 90°C for 1 minute. As a result, a sample was produced in which a positive resist was applied to serve as an etching mask with a thickness of 2.0 μm.

このサンプルに対して、フォトマスクを介して露光するフォトリゾグラフィーを行った。露光装置は光源にi線の波長を用いた露光装置を用いた。ポジ型レジストは、紫外線照射により、化学反応を起こして現像液に溶解するようになった。
次に、2.38質量%のTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドライド)を現像液として用いて現像工程を行い、半導体基板の電極部分に開口部を有するエッチングマスクを形成した。次にエッチング液に3分浸漬させてウェットエッチングを行い、純水で洗浄して、電極部分を開口させた。次に、エッチングマスクとして用いたポジ型レジストの除去を行った。この際用いた方法は溶剤を用いた方法であり、剥離液104(東京応化工業株式会社製)を用いてスプレー洗浄装置でポジ型レジストの除去を行った。次にホットプレートにて250度で30分間加熱処理を行い、ITOの膜を結晶化させた。この際、シート抵抗は50Ω/sq.以下であり、可視光の透過率が95%であった。
This sample was subjected to photolithography by exposing it through a photomask. An exposure device using an i-line wavelength as a light source was used. The positive resist was chemically reacted with ultraviolet light and became soluble in the developer.
Next, a development process was performed using 2.38% by mass of TMAH (tetramethylammonium hydride) as a developer, and an etching mask having an opening in the electrode portion of the semiconductor substrate was formed. Next, the substrate was immersed in the etching solution for 3 minutes to perform wet etching, and then washed with pure water to open the electrode portion. Next, the positive resist used as the etching mask was removed. The method used here was a method using a solvent, and the positive resist was removed with a spray cleaning device using a stripping solution 104 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). Next, a heat treatment was performed on a hot plate at 250 degrees for 30 minutes to crystallize the ITO film. At this time, the sheet resistance was 50 Ω/sq. or less, and the transmittance of visible light was 95%.

(透明樹脂層の形成)
半導体基板上に形成された透明導電層であるITO上に、アクリル樹脂を含む塗布液を回転数3000rpmでスピンコートし、ホットプレートにて230℃で6分間の加熱処理を施して、樹脂を硬化し、透明樹脂層を形成した。この際の透明樹脂層の膜厚は30nmで可視光の透過率は95%であった。
(Formation of transparent resin layer)
A coating liquid containing an acrylic resin was spin-coated at 3000 rpm onto the ITO, which was a transparent conductive layer formed on a semiconductor substrate, and the resin was cured by heat treatment at 230° C. for 6 minutes on a hot plate to form a transparent resin layer. The transparent resin layer had a film thickness of 30 nm and a visible light transmittance of 95%.

(第1の色の色フィルターの形成)
次に、第1の色の色フィルター(グリーンフィルター)の色フィルター用材料として、感光性硬化樹脂と熱硬化性樹脂を含ませたグリーン顔料分散液を1000rpmの回転数でスピンコートした。この1色目の色フィルター用材料のグリーンの顔料には、カラーインデックスにてC.I.PG58を用いており、その顔料濃度は70質量%、膜厚は500nmであった。
(Formation of the first color filter)
Next, a green pigment dispersion containing a photosensitive curable resin and a thermosetting resin was spin-coated at a rotation speed of 1000 rpm as a color filter material for the first color filter (green filter). The green pigment of the first color filter material was C.I. PG58 in terms of color index, and the pigment concentration was 70 mass % and the film thickness was 500 nm.

次に、グリーンフィルター用材料の硬化を実施するため、i線の露光装置であるステッパーを用いて全面の露光を行い、感光性成分の硬化を実施した。この感光性成分の硬化により、グリーンフィルターの表面の硬化を実施した。続いて、ホットプレートで230℃で6分間ベークを行い、グリーンフィルターの熱硬化を行った。Next, to harden the green filter material, a stepper, an i-line exposure device, was used to expose the entire surface, hardening the photosensitive component. This hardening of the photosensitive component hardened the surface of the green filter. Next, the green filter was thermally hardened by baking on a hot plate at 230°C for 6 minutes.

(第1の色の色フィルターの形成)
実施例1に示す方法にてエッチングマスクを形成したあとで、グリーンフィルター層及び透明樹脂層をエッチングした。エッチング条件は実施例1と同様の条件を用いているが、グリーンフィルターの下層に透明樹脂層があるため、グリーンフィルターの残渣が残留しにくい。その為、実施例1では、グリーンフィルターの残留分150nmの3倍の450nmをエッチングする時間調整を行うオーバーエッチングを行ったが、今回は2倍のグリーンフィルター300nmをエッチングする時間でオーバーエッチングを実施した。その結果、第2及び第3の色の色フィルター形成箇所は、グリーンフィルター及び透明樹脂層は全てエッチングされ、透明導電層は膜厚30nmからほぼ変化が無かった。その後、実施例1に示す方法にてエッチングマスクとして用いたポジ型レジストの除去を行った。
(Formation of the first color filter)
After forming an etching mask by the method shown in Example 1, the green filter layer and the transparent resin layer were etched. The etching conditions were the same as those in Example 1, but since there was a transparent resin layer under the green filter, the residue of the green filter was less likely to remain. Therefore, in Example 1, overetching was performed by adjusting the time to etch 450 nm, which is three times the remaining 150 nm of the green filter, but this time, overetching was performed for a time to etch 300 nm of the green filter, which is twice the remaining 150 nm. As a result, in the areas where the second and third color filters were formed, the green filter and the transparent resin layer were all etched, and the transparent conductive layer was almost unchanged from the film thickness of 30 nm. Then, the positive resist used as the etching mask was removed by the method shown in Example 1.

また、上記ドライエッチングの際に、グリーンフィルターパターンの側壁にグリーンフィルター用材料、透明樹脂層のアクリル樹脂の材料及び透明導電層であるITO材料と、ドライエッチングガスとの反応生成物を含んだ隔壁を形成した。この隔壁はドライエッチング条件の時間調整で、隔壁の寸法(横幅)を制御可能である。
上記ドライエッチング条件ではグリーンフィルターを500nmと透明樹脂層を30nmほどドライエッチングしたが、それらの反応生成物による隔壁の寸法は30nmであった。
During the dry etching, a partition wall was formed on the side wall of the green filter pattern, which contained a reaction product of the green filter material, the acrylic resin material of the transparent resin layer, and the ITO material of the transparent conductive layer with the dry etching gas. The dimensions (width) of the partition wall can be controlled by adjusting the time of the dry etching conditions.
Under the above dry etching conditions, the green filter was dry etched to a depth of 500 nm and the transparent resin layer was dry etched to a depth of about 30 nm, and the size of the partition wall formed by the reaction product was 30 nm.

(第2、第3の色の色フィルター等の作製)
実施例2では、この後、実施例1と同様の手法で第2、第3の色の色フィルター、上層の平坦化層及びマイクロレンズを形成し、実施例2の固体撮像素子を形成した。
(Preparation of second and third color filters, etc.)
In Example 2, thereafter, second and third color filters, an upper planarizing layer, and microlenses were formed in the same manner as in Example 1, thereby completing the solid-state imaging device of Example 2.

上記の工程により、実施例2も実施例1同様に第1の色の色フィルターであるグリーンの膜厚500nmとその下層の透明樹脂層の膜厚30nm、またその下層の透明導電層の膜厚30nm、第2及び第3の色の色フィルターであるブルーとレッドの膜厚550nm、透明樹脂層と透明導電層の可視光の透過率(95%)、隔壁の寸法E(30nm)は、本発明の規定を満足している。また、本実施例では第2及び第3の色の色フィルター層の下層のみ透明樹脂層が無く、透明導電層のみが構成されている。
本実施例は、ブルー及びレッドで求める分光特性を得るために、グリーンよりも膜厚が厚く構成している。その為、図1(b)に示すようにグリーン、ブルー、レッドの高さがそろっている構造ではなく、ブルーとレッドが20nm程度突き出す構造となった。
Through the above process, in Example 2, similarly to Example 1, the first color filter green has a thickness of 500 nm, the transparent resin layer thereunder has a thickness of 30 nm, and the transparent conductive layer thereunder has a thickness of 30 nm, the second and third color filters blue and red have a thickness of 550 nm, the visible light transmittance (95%) of the transparent resin layer and the transparent conductive layer, and the partition dimension E (30 nm) all satisfy the provisions of the present invention. Moreover, in this example, only the lower layers of the second and third color filter layers do not have a transparent resin layer, and only a transparent conductive layer is formed.
In this embodiment, in order to obtain the desired spectral characteristics for blue and red, the film thickness is made thicker than that of green. Therefore, instead of a structure in which the heights of green, blue, and red are uniform as shown in FIG. 1B, the structure is such that blue and red protrude by about 20 nm.

本実施例では、実施例1に比べて透明導電層の膜厚を50nmから30nmに薄膜化している。透明樹脂層及び透明導電層の膜厚が厚くなればなるほど、色フィルターから光電変換素子までの距離が長くなり、混色などにより受光感度が低下しやすくなるためである。
また、透明樹脂層及び、透明導電層の可視光の光透過率は100%ではないため、厚くなると透過率が低下しやすいためである。ドライエッチングのプラズマダメージの低下及び色フィルターの残渣除去の観点からは、透明樹脂層及び透明導電層の膜厚が厚いほうが、製造工程上の条件範囲が広がるため、混色の発生や透過率の低下により受光感度が悪化しない範囲で膜厚を形成することが可能となる。
In this example, the film thickness of the transparent conductive layer is reduced from 50 nm to 30 nm compared to Example 1. This is because the thicker the transparent resin layer and the transparent conductive layer are, the longer the distance from the color filter to the photoelectric conversion element becomes, and the more likely it is that the light receiving sensitivity will decrease due to color mixing or the like.
In addition, the transparent resin layer and the transparent conductive layer have a visible light transmittance of not 100%, and therefore the transmittance is likely to decrease as the layers become thicker. From the viewpoints of reducing plasma damage during dry etching and removing color filter residues, the thicker the transparent resin layer and the transparent conductive layer are, the wider the range of conditions in the manufacturing process becomes, and it becomes possible to form the layer thickness within a range in which the light receiving sensitivity does not deteriorate due to the occurrence of color mixing or the decrease in transmittance.

<実施例3>
実施例3は、第3の実施形態で説明した構成の固体撮像素子に対応する実施例である。
実施例3に示す固体撮像素子は、実施例1の半導体基板と透明導電層の間に透明樹脂層がある構成である。透明樹脂層があることにより、半導体基板の平坦化がより可能となるため、ITOなどの透明導電層を性能良く形成しやすくなる。また、半導体基板と透明導電層が直接接していない為、色フィルターのドライエッチング時のプラズマダメージが半導体基板に影響しにくい特徴がある。
Example 3
Example 3 is an example corresponding to the solid-state imaging device having the configuration described in the third embodiment.
The solid-state imaging element shown in Example 3 has a configuration in which a transparent resin layer is provided between the semiconductor substrate and the transparent conductive layer of Example 1. The presence of the transparent resin layer makes it possible to further planarize the semiconductor substrate, which makes it easier to form a transparent conductive layer such as ITO with good performance. In addition, since the semiconductor substrate and the transparent conductive layer are not in direct contact with each other, the semiconductor substrate is less susceptible to plasma damage during dry etching of the color filters.

(透明樹脂層の形成)
半導体基板上に、アクリル樹脂を含む塗布液を回転数2000rpmでスピンコートし、ホットプレートにて200℃で20分間の加熱処理を施して、樹脂を硬化し、透明樹脂層を形成した。この際の透明樹脂層の膜厚は60nmで可視光の透過率は91%であった。
(Formation of transparent resin layer)
A coating solution containing an acrylic resin was spin-coated on a semiconductor substrate at a rotation speed of 2000 rpm, and the resin was cured by heat treatment on a hot plate at 200° C. for 20 minutes to form a transparent resin layer. The transparent resin layer had a film thickness of 60 nm and a visible light transmittance of 91%.

次に透明樹脂層上に、透明導電層としてITO膜をマグネトロンスパッターを用いて、30nmの膜厚で成膜した。成膜温度は、加工を容易にする為、非結晶膜になるように常温付近で形成した。次に半導体基板の電極部分を開口するために、シュウ酸が5%程度含有しているエッチング液を用いて、ウェットエッチングを実施した。ウェットエッチング時は、ポジ型レジスト(OFPR-800:東京応化工業株式会社製)を750rpmの回転数でスピンコートした後、90℃で1分間プリベークを行った。これにより、エッチングマスクとなるポジ型レジストを膜厚2.0μmで塗布したサンプルを作製した。Next, an ITO film was formed as a transparent conductive layer on the transparent resin layer using magnetron sputtering to a thickness of 30 nm. The film was formed at room temperature to make it easier to process, so that the film would be amorphous. Next, to open up the electrode parts of the semiconductor substrate, wet etching was performed using an etching solution containing about 5% oxalic acid. During wet etching, a positive resist (OFPR-800: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was spin-coated at a rotation speed of 750 rpm, and then pre-baked at 90°C for 1 minute. This produced a sample coated with a positive resist to serve as an etching mask with a thickness of 2.0 μm.

このサンプルに対して、フォトマスクを介して露光するフォトリゾグラフィーを行った。露光装置は光源にi線の波長を用いた露光装置を用いた。ポジ型レジストは、紫外線照射により、化学反応を起こして現像液に溶解するようになった。
次に、2.38質量%のTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドライド)を現像液として用いて現像工程を行い、半導体基板の電極部分に開口部を有するエッチングマスクを形成した。次にエッチング液に3分浸漬させてウェットエッチングを行い、純水で洗浄して、電極部分を開口させた。次に、エッチングマスクとして用いたポジ型レジストの除去を行った。この際用いた方法は溶剤を用いた方法であり、剥離液104(東京応化工業株式会社製)を用いてスプレー洗浄装置でポジ型レジストの除去を行った。次にホットプレートにて250度で30分間加熱処理を行い、ITOの膜を結晶化させた。この際、シート抵抗は50Ω/sq.以下であり、可視光の透過率が95%であった。
This sample was subjected to photolithography by exposing it through a photomask. An exposure device using an i-line wavelength as a light source was used. The positive resist was chemically reacted with ultraviolet light and became soluble in the developer.
Next, a development process was performed using 2.38% by mass of TMAH (tetramethylammonium hydride) as a developer, and an etching mask having an opening in the electrode portion of the semiconductor substrate was formed. Next, the substrate was immersed in the etching solution for 3 minutes to perform wet etching, and then washed with pure water to open the electrode portion. Next, the positive resist used as the etching mask was removed. The method used here was a method using a solvent, and the positive resist was removed with a spray cleaning device using a stripping solution 104 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). Next, a heat treatment was performed on a hot plate at 250 degrees for 30 minutes to crystallize the ITO film. At this time, the sheet resistance was 50 Ω/sq. or less, and the transmittance of visible light was 95%.

(第1の色の色フィルターの形成)
次に、第1の色の色フィルター(グリーンフィルター)の色フィルター用材料として、感光性硬化樹脂と熱硬化性樹脂を含ませたグリーン顔料分散液を1000rpmの回転数でスピンコートした。この1色目の色フィルター用材料のグリーンの顔料には、カラーインデックスにてC.I.PG58を用いており、その顔料濃度は70質量%、膜厚は500nmであった。
(Formation of the first color filter)
Next, a green pigment dispersion containing a photosensitive curable resin and a thermosetting resin was spin-coated at a rotation speed of 1000 rpm as a color filter material for the first color filter (green filter). The green pigment of the first color filter material was C.I. PG58 in terms of color index, and the pigment concentration was 70 mass % and the film thickness was 500 nm.

次に、グリーンフィルター用材料の硬化を実施するため、i線の露光装置であるステッパーを用いて全面の露光を行い、感光性成分の硬化を実施した。この感光性成分の硬化により、グリーンフィルターの表面の硬化を実施した。続いて、ホットプレートで230℃で6分間ベークを行い、グリーンフィルターの熱硬化を行った。Next, to harden the green filter material, a stepper, an i-line exposure device, was used to expose the entire surface, hardening the photosensitive component. This hardening of the photosensitive component hardened the surface of the green filter. Next, the green filter was thermally hardened by baking on a hot plate at 230°C for 6 minutes.

実施例3では、この後実施例1と同様の手法で第1の色の色フィルターをドライエッチングでパターン加工した後、第2及び第3の色の色フィルター、上層の平坦化層及びマイクロレンズを形成し、実施例3の固体撮像素子を形成した。In Example 3, the first color filter was then patterned by dry etching using a method similar to that used in Example 1, and then the second and third color filters, an upper planarizing layer, and microlenses were formed to form the solid-state imaging element of Example 3.

上記の工程により、実施例3も実施例1同様に第1の色の色フィルターであるグリーンの膜厚A(500nm)とその下層の透明導電層の膜厚B(30nm)、第2及び第3の色の色フィルターであるブルーとレッドの膜厚C(550nm)、可視光の透過率D(95%)、隔壁の寸法E(30nm)は、本発明の規定を満足している。 Through the above process, in Example 3, like Example 1, the film thickness A (500 nm) of the first color green color filter and the film thickness B (30 nm) of the transparent conductive layer thereunder, the film thickness C (550 nm) of the second and third color blue and red color filters, the visible light transmittance D (95%), and the partition dimension E (30 nm) satisfy the provisions of the present invention.

本実施例の効果により、透明樹脂層で平坦化することにより、透明導電層を薄膜でも品質良く形成できており、ドライエッチングによるプラズマダメージは半導体基板に影響を与えない効果がある。また、副次的効果であるが、透明導電層の下層に透明樹脂層があることにより、透明樹脂層をウェットエッチングなどの公知の方法と除去することで、結晶化したITOなどの硬い透明導電層が容易に除去できる特徴がある。そのため、工程のやり直しなどプロセスマージンが広がる利点がある。 The effect of this embodiment is that the transparent conductive layer can be formed with good quality even in a thin film by planarizing with a transparent resin layer, and the plasma damage caused by dry etching does not affect the semiconductor substrate. In addition, as a secondary effect, since there is a transparent resin layer below the transparent conductive layer, the transparent resin layer can be removed by a known method such as wet etching, which makes it easy to remove hard transparent conductive layers such as crystallized ITO. This has the advantage of expanding the process margin, such as for redoing a process.

本実施例は、ブルー及びレッドで求める分光特性を得るために、グリーンよりも膜厚が厚く構成している。その為、図15に示すようにグリーン、ブルー、レッドの高さがそろっている構造ではなく、ブルーとレッドが50nm程度突き出す構造となった。In this embodiment, in order to obtain the desired spectral characteristics for blue and red, the film thickness is made thicker than that of green. Therefore, instead of a structure in which the heights of green, blue, and red are uniform as shown in Figure 15, the structure is such that blue and red protrude by about 50 nm.

<従来法>
特許文献1に記載の従来法に基づき、フォトリソグラフィプロセスによって各色の色フィルターパターンを形成した。
但し、グリーン、ブルー、レッドの三色の膜厚を700nmと薄膜に設定し、各色の色フィルター全部の下層に透明樹脂層(100nm)を設けた。
その他は、第1実施例と同様にして、従来法による固体撮像素子を製造した。
<Conventional method>
Based on the conventional method described in Patent Document 1, a color filter pattern of each color was formed by a photolithography process.
However, the film thickness of the three colors, green, blue, and red, was set to a thin value of 700 nm, and a transparent resin layer (100 nm) was provided below all of the color filters of each color.
Other than that, similarly to the first embodiment, a solid-state imaging device was manufactured by the conventional method.

(評価)
以上の各実施例において、透明樹脂層の有無及び、透明樹脂層の形成位置の違い、透明樹脂層、透明導電層の高さ(厚み)の違いがあるが、グリーンの膜厚(500nm)とその下層の透明導電層の膜厚(30nmから50nm)、透明樹脂層の膜厚(30nm)、第2及び第3の色の色フィルターであるブルーとレッドの膜厚(550nm)は、本発明で規定する膜厚を満足している。
(evaluation)
In each of the above examples, there are differences in the presence or absence of a transparent resin layer, the position at which the transparent resin layer is formed, and the heights (thicknesses) of the transparent resin layer and the transparent conductive layer, but the film thickness of the green (500 nm), the film thickness of the transparent conductive layer thereunder (30 nm to 50 nm), the film thickness of the transparent resin layer (30 nm), and the film thickness of the blue and red color filters which are the second and third colors (550 nm) satisfy the film thicknesses specified in the present invention.

このような各実施例の固体撮像素子の赤色信号、緑色信号及び青色信号の強度について、従来法のフォトリソグラフィでグリーン、ブルー、レッドの三色の膜厚を700nmで分光特性を合わせた構造で作製した固体撮像素子の赤色信号、緑色信号及び青色信号の強度と比較評価をした。The intensities of the red, green and blue signals of the solid-state imaging elements of each of these embodiments were evaluated and compared with the intensities of the red, green and blue signals of a solid-state imaging element fabricated using conventional photolithography with a film thickness of 700 nm for the three colors green, blue and red, and a structure with matching spectral characteristics.

以下の表1に図1、図11及び図15に示す上記第1から第3の実施形態係る固体撮像素子1,2,3に対応する実施例1から3に係る固体撮像素子における各色の信号強度の評価結果を表1に示す。表1に示す数値は、実施例1から3に係る固体撮像素子における各色の信号強度を従来法における固体撮像素子における各色の信号強度で規格化された値である。The following Table 1 shows the evaluation results of the signal strength of each color in the solid-state imaging devices according to Examples 1 to 3, which correspond to the solid-state imaging devices 1, 2, and 3 according to the first to third embodiments shown in Figures 1, 11, and 15. The values shown in Table 1 are the signal strength of each color in the solid-state imaging devices according to Examples 1 to 3 normalized by the signal strength of each color in a solid-state imaging device according to a conventional method.

表1に示すように、ドライエッチング法を用いて、グリーンフィルターを薄膜化及び矩形性良く形成して、さらにドライエッチングで発生した反応生成物を隔壁として形成した実施例1から実施例3の固体撮像素子では、従来法のフォトリソグラフィで形成した場合と比較して、各色の信号強度が増加した。これは、隔壁により、画素の斜め方向からの入斜光がカラーフィルタを通過して他のカラーフィルタパターンに向かう場合に、隔壁により入射が遮られるか、又は光路が変わるためである。このため、他のカラーフィルタパターンに向かう光が他の光電変換素子に入射することが抑制され、混色が抑制される。また、隔壁により、他色からの移染も隔壁によってブロックされるため、混色が抑制される。As shown in Table 1, in the solid-state imaging devices of Examples 1 to 3 in which the green filter was formed thin and with good rectangularity using a dry etching method, and the reaction products generated by the dry etching were further formed as partitions, the signal strength of each color increased compared to when formed by conventional photolithography. This is because when oblique light incident from a pixel in an oblique direction passes through the color filter and heads toward another color filter pattern, the partition blocks the incidence or changes the light path. As a result, light headed toward other color filter patterns is prevented from entering other photoelectric conversion elements, and color mixing is suppressed. In addition, the partition also blocks migration from other colors, so color mixing is suppressed.

実施例1から実施例3の作製方法でOCF形成後に分光特性の評価をした結果、分光特性の変化は観察されなかった。これは、実施例1から3の熱硬化及び光硬化により、薄膜化したグリーンフィルターを十分に硬化しており、溶剤耐性を満たしていることを示している。薄膜化したグリーンフィルターでフォトリソグラフィ形成のグリーンフィルター膜厚(700nm)と同等の色分光を行う為に、顔料含有率の高いグリーンフィルター用材料を使用したが分光特性の変化は発生せず、薄膜化の効果によりマイクロレンズトップからデバイスまでの距離が短くなりグリーンの信号強度が増加した。
また、薄膜化によっても斜め方向からの入斜光が色フィルターを通過して他の色フィルターパターンに向かう確率が低下し、他の色フィルターパターンに向かう光が他の光電変換素子に入射することが抑制され、混色を抑制したため信号強度が増加した。
As a result of evaluating the spectral characteristics after forming the OCF by the manufacturing method of Examples 1 to 3, no change in the spectral characteristics was observed. This shows that the thinned green filter is sufficiently cured by the heat curing and photocuring of Examples 1 to 3, and meets the solvent resistance requirements. In order to perform color spectroscopy equivalent to that of a green filter film thickness (700 nm) formed by photolithography using the thinned green filter, a green filter material with a high pigment content was used, but no change in the spectral characteristics occurred, and the distance from the microlens top to the device was shortened due to the effect of thinning, and the green signal intensity increased.
In addition, the thinner film also reduces the probability that oblique incident light will pass through the color filter and head toward other color filter patterns, preventing light heading toward other color filter patterns from entering other photoelectric conversion elements. This suppresses color mixing and therefore increases signal strength.

また、実施例1から実施例3の手法を用いて、透明導電層及び透明樹脂層の形成位置の変更により若干の受光感度の変化が確認された。しかし、どの構成の実施例に置いても、ドライエッチングによるプラズマダメージの受光感度への影響は確認されなかった。
第2の色の色フィルター15及び第3の色の色フィルター16の高さが第1の色の色フィルター14と透明樹脂層30および透明導電層12の膜厚を足した値より低い高さで色フィルターを形成した場合においても、膜厚を薄くした分、顔料含有率を高くする事で、従来手法のフォトリソグラフィで形成した場合と比較して、信号強度が増加した。
In addition, slight changes in light receiving sensitivity were confirmed by changing the positions at which the transparent conductive layer and the transparent resin layer were formed, using the techniques of Examples 1 to 3. However, no effect of plasma damage caused by dry etching on light receiving sensitivity was confirmed in any of the examples.
Even when the height of the second color filter 15 and the third color filter 16 is formed to be lower than the sum of the film thicknesses of the first color filter 14, the transparent resin layer 30, and the transparent conductive layer 12, the signal strength was increased by increasing the pigment content by the reduced film thickness compared to when the color filters were formed by conventional photolithography.

以上、各実施形態により本発明を説明したが、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。Although the present invention has been described above with reference to each embodiment, the scope of the present invention is not limited to the exemplary embodiments shown and described, but includes all embodiments that have equivalent effects to those intended by the present invention. Furthermore, the scope of the present invention is not limited to the combination of the features of the invention defined by the claims, but can be defined by any desired combination of specific features among all the respective features disclosed.

10・・・半導体基板
11・・・光電変換素子
12・・・透明導電層
13・・・平坦化層
14・・・第1の色の色フィルター
15・・・第2の色の色フィルター
16・・・第3の色の色フィルター
17・・・隔壁
18・・・マイクロレンズ
19・・・マイクロレンズ母型層
20・・・エッチングマスク
30・・・透明樹脂層
REFERENCE SIGNS LIST 10: semiconductor substrate 11: photoelectric conversion element 12: transparent conductive layer 13: planarization layer 14: color filter of first color 15: color filter of second color 16: color filter of third color 17: partition wall 18: microlens 19: microlens matrix layer 20: etching mask 30: transparent resin layer

Claims (11)

複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板と、
上記半導体基板上に形成され、上記複数の光電変換素子に対応させて複数色の色フィルターを予め設定した規則パターンで二次元的に配置した色フィルター層と、
上記複数色から選択した第1の色の色フィルターと半導体基板との間に配置された透明導電層と、
を備え、
上記透明導電層は、ナノサイズの酸化インジウムスズ粒子の凝集体が単層又は複層で形成されることを特徴する固体撮像素子。
A semiconductor substrate on which a plurality of photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged;
a color filter layer formed on the semiconductor substrate, the color filter layer having a plurality of color filters arranged two-dimensionally in a predetermined regular pattern corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements;
a transparent conductive layer disposed between a color filter of a first color selected from the plurality of colors and a semiconductor substrate;
Equipped with
The solid-state imaging device is characterized in that the transparent conductive layer is formed of a single layer or multiple layers of aggregates of nano-sized indium tin oxide particles .
上記透明導電層のシート抵抗をFとした場合に下記(1)式を満足することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
F<100000 Ω/□ ・・・(1)
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the transparent conductive layer has a sheet resistance F, and satisfies the following formula (1):
F < 100,000 Ω/□ ... (1)
上記透明導電層及び上記第1の色の色フィルターは、上記透明導電層のエッチングレートをTとし、上記第1の色の色フィルターのエッチングレートをGとしたとき、フッ素、酸素、水素、硫黄、炭素、臭素、塩素、窒素、アルゴン、ヘリウム、キセノン、クリプトンから選ばれる少なくとも1種類を含有するガスを用いたドライエッチングにおいて、下記(2)式を満足する材料構成となっていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の固体撮像素子。
3≦G/T ・・・(2)
3. The solid-state imaging element of claim 1, wherein the transparent conductive layer and the color filter of the first color are made of materials that satisfy the following formula (2) when dry etching is performed using a gas containing at least one type selected from fluorine, oxygen, hydrogen, sulfur, carbon, bromine, chlorine, nitrogen, argon, helium, xenon, and krypton, where T is an etching rate of the transparent conductive layer and G is an etching rate of the color filter of the first color:
3≦G/T (2)
上記複数色の色フィルターの間に配置した隔壁を更に備えることを特徴する請求項1から請求項3のいずれか1項に記載した固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a partition disposed between the color filters of the plurality of colors. 上記透明導電層と上記第1の色の色フィルターとの間に、更に透明樹脂層を備えることを特徴する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a transparent resin layer between the transparent conductive layer and the color filter of the first color. 上記透明導電層と上記半導体基板との間に、更に透明樹脂層を備えることを特徴する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a transparent resin layer between the transparent conductive layer and the semiconductor substrate. 上記透明樹脂層は珪素と、炭素、酸素、水素から選ばれる少なくとも1種類とを含有し、
上記透明樹脂層は珪素系樹脂で形成されており、
上記透明樹脂層の膜厚は、5nm以上60nm以下の範囲内であることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の固体撮像素子。
the transparent resin layer contains silicon and at least one selected from carbon, oxygen, and hydrogen,
the transparent resin layer is formed of a silicon-based resin,
7. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the transparent resin layer has a thickness within a range of 5 nm to 60 nm.
上記第1の色の色フィルター以外の色フィルターの高さは、上記第1の色の色フィルター、上記透明樹脂層及び上記透明導電層の各高さの合計値よりも低く、
上記透明導電層の膜厚は、30nm以上50nm以下の範囲内であることを特徴とする請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
a height of a color filter other than the color filter of the first color is lower than a total value of heights of the color filter of the first color, the transparent resin layer, and the transparent conductive layer;
8. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the transparent conductive layer has a thickness in the range of 30 nm to 50 nm.
複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板に透明導電層を形成し、上記透明導電層上に第1の色の色フィルター用の塗布液を塗布し硬化させて透明導電層及び第1の色の色フィルター層をこの順に形成した後、上記第1の色の色フィルターの配置位置以外の上記第1の色の色フィルター層部分をドライエッチングによって除去して第1の色の色フィルターをパターン形成する第1の工程と、
上記第1の色の色フィルターをパターン形成する第1の工程において、上記第1の色の色フィルター層をドライエッチングする際に生じる色フィルター層とドライエッチングガスの副生成物を、上記第1の色の色フィルターの側壁に隔壁として形成する第2の工程と、
第2の工程後に、第1の色の以外の色の色フィルターを、フォトリソグラフィによってパターニングして形成する第3の工程と、
を備え、
上記透明導電層を、ナノサイズの酸化インジウムスズ粒子の凝集体で形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
a first step of forming a transparent conductive layer on a semiconductor substrate on which a plurality of photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged, applying a coating liquid for a color filter of a first color onto the transparent conductive layer and curing the coating liquid to form a transparent conductive layer and a color filter layer of the first color in this order, and then removing a portion of the color filter layer of the first color other than the position where the color filter of the first color is arranged by dry etching to form a pattern of the color filter of the first color;
a second step of forming a by-product of the color filter layer and dry etching gas generated when the color filter layer of the first color is dry-etched as a partition on a side wall of the color filter of the first color in the first step of patterning the color filter of the first color;
a third step of forming a color filter having a color other than the first color by patterning using photolithography after the second step;
Equipped with
A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising forming the transparent conductive layer from an aggregate of nano-sized indium tin oxide particles .
複数の光電変換素子を二次元的に配置した半導体基板に透明導電層を形成し、上記透明導電層上に透明樹脂層を形成し、第1の色の色フィルター用の塗布液を塗布し硬化させて、透明導電層、透明樹脂層及び第1の色の色フィルター層をこの順に形成した後、第1の色の色フィルターの配置位置以外の上記第1の色の色フィルター層部分及び該第1の色の色フィルター層部分の下層に位置する透明樹脂層をドライエッチングによって除去して第1の色の色フィルターをパターン形成する第1の工程と、
上記第1の色の色フィルターをパターン形成する第1の工程において、上記第1の色の色フィルター層及びその除去する色フィルター層部分の下層に位置する透明樹脂層をドライエッチングする際に生じる色フィルター層及び透明樹脂層とドライエッチングガスの副生成物を、上記第1の色の色フィルターの側壁に隔壁として形成する第2の工程と、
第2の工程後に、第1の色以外の色の色フィルターを、フォトリソグラフィによってパターニングして形成する第3の工程と、
を備え、
上記透明導電層を、ナノサイズの酸化インジウムスズ粒子の凝集体で形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
a first process of forming a transparent conductive layer on a semiconductor substrate having a plurality of photoelectric conversion elements two-dimensionally arranged thereon, forming a transparent resin layer on the transparent conductive layer, applying and curing a coating liquid for a color filter of a first color to form a transparent conductive layer, a transparent resin layer, and a color filter layer of the first color in this order, and then removing by dry etching a portion of the color filter layer of the first color other than the position where the color filter of the first color is arranged and the transparent resin layer located below the color filter layer portion of the first color;
a second step of forming a by-product of the color filter layer, the transparent resin layer, and a dry etching gas, which is generated when the color filter layer of the first color and the transparent resin layer located under the color filter layer portion to be removed are dry-etched in the first step of patterning the color filter of the first color, on a side wall of the color filter of the first color;
a third step of forming a color filter having a color other than the first color by patterning using photolithography after the second step;
Equipped with
A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising forming the transparent conductive layer from an aggregate of nano-sized indium tin oxide particles .
上記第1の色の色フィルター以外の色フィルターの高さは、上記第1の色の色フィルター、上記透明樹脂層及び上記透明導電層の各高さの合計値よりも低く、
上記透明導電層の膜厚は、30nm以上50nm以下の範囲内であることを特徴とする請求項10に記載の固体撮像素子の製造方法。
a height of a color filter other than the color filter of the first color is lower than a total value of heights of the color filter of the first color, the transparent resin layer, and the transparent conductive layer;
11. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein the transparent conductive layer has a thickness within a range of 30 nm to 50 nm.
JP2019558237A 2017-12-06 2018-12-05 Solid-state imaging device and its manufacturing method Active JP7508779B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017234559 2017-12-06
JP2017234559 2017-12-06
PCT/JP2018/044637 WO2019111919A1 (en) 2017-12-06 2018-12-05 Solid-state image capture element and method of manufacturing same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019111919A1 JPWO2019111919A1 (en) 2020-12-24
JP7508779B2 true JP7508779B2 (en) 2024-07-02

Family

ID=

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002286906A (en) 2001-03-23 2002-10-03 Mitsubishi Chemicals Corp Antireflection method, antireflection structure and antireflection structural body having antireflection structure and method for manufacturing the same
JP2005079338A (en) 2003-08-29 2005-03-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid state imaging device and its manufacturing method
JP2008103478A (en) 2006-10-18 2008-05-01 Fujifilm Corp Solid-state image sensing device and its manufacturing method
JP2009103746A (en) 2007-10-19 2009-05-14 Fujifilm Corp Color filter, its manufacturing method, and solid-state imaging device
JP2010015072A (en) 2008-07-07 2010-01-21 Hitachi High-Technologies Corp Correcting method of color filter substrate, and its device
JP2012114159A (en) 2010-11-22 2012-06-14 Panasonic Corp Solid-state imaging apparatus, method for manufacturing the same
JP2013012615A (en) 2011-06-29 2013-01-17 Fujifilm Corp Solid state imaging device, and manufacturing method thereof, and transparent conductive film for solid state imaging device used for the same
JP2013041141A (en) 2011-08-17 2013-02-28 Asahi Glass Co Ltd Imaging device, solid-state imaging element, lens for imaging device, and near infrared light cut-off filter
JP2013076859A (en) 2011-09-30 2013-04-25 Fujifilm Corp Manufacturing method for color filter, manufacturing method for solid state imager, and solid state imager
JP2013088378A (en) 2011-10-21 2013-05-13 Sony Corp Chemical sensor, chemical sensor module, biomolecule detection device, and biomolecule detection method
JP2016152265A (en) 2015-02-16 2016-08-22 株式会社東芝 Solid-state image pickup device
WO2016208326A1 (en) 2015-06-25 2016-12-29 ソニー株式会社 Photoelectric conversion element, imaging element, multilayer imaging element and imaging device
WO2017013924A1 (en) 2015-07-22 2017-01-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Imaging device and method for manufacturing same
WO2017086321A1 (en) 2015-11-16 2017-05-26 凸版印刷株式会社 Method for manufacturing solid-state imaging element, solid-state imaging element, and method for manufacturing color filter, and color filter
JP2017098321A (en) 2015-11-19 2017-06-01 凸版印刷株式会社 Solid state image sensor and electronic apparatus

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002286906A (en) 2001-03-23 2002-10-03 Mitsubishi Chemicals Corp Antireflection method, antireflection structure and antireflection structural body having antireflection structure and method for manufacturing the same
JP2005079338A (en) 2003-08-29 2005-03-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid state imaging device and its manufacturing method
JP2008103478A (en) 2006-10-18 2008-05-01 Fujifilm Corp Solid-state image sensing device and its manufacturing method
JP2009103746A (en) 2007-10-19 2009-05-14 Fujifilm Corp Color filter, its manufacturing method, and solid-state imaging device
JP2010015072A (en) 2008-07-07 2010-01-21 Hitachi High-Technologies Corp Correcting method of color filter substrate, and its device
JP2012114159A (en) 2010-11-22 2012-06-14 Panasonic Corp Solid-state imaging apparatus, method for manufacturing the same
JP2013012615A (en) 2011-06-29 2013-01-17 Fujifilm Corp Solid state imaging device, and manufacturing method thereof, and transparent conductive film for solid state imaging device used for the same
JP2013041141A (en) 2011-08-17 2013-02-28 Asahi Glass Co Ltd Imaging device, solid-state imaging element, lens for imaging device, and near infrared light cut-off filter
JP2013076859A (en) 2011-09-30 2013-04-25 Fujifilm Corp Manufacturing method for color filter, manufacturing method for solid state imager, and solid state imager
JP2013088378A (en) 2011-10-21 2013-05-13 Sony Corp Chemical sensor, chemical sensor module, biomolecule detection device, and biomolecule detection method
JP2016152265A (en) 2015-02-16 2016-08-22 株式会社東芝 Solid-state image pickup device
WO2016208326A1 (en) 2015-06-25 2016-12-29 ソニー株式会社 Photoelectric conversion element, imaging element, multilayer imaging element and imaging device
WO2017013924A1 (en) 2015-07-22 2017-01-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Imaging device and method for manufacturing same
WO2017086321A1 (en) 2015-11-16 2017-05-26 凸版印刷株式会社 Method for manufacturing solid-state imaging element, solid-state imaging element, and method for manufacturing color filter, and color filter
JP2017098321A (en) 2015-11-19 2017-06-01 凸版印刷株式会社 Solid state image sensor and electronic apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6658768B2 (en) Method for manufacturing solid-state imaging device and solid-state imaging device
US20200258929A1 (en) Solid-state imaging device and method of manufacturing the same
US10998363B2 (en) Solid-state imaging device and method of producing solid-state imaging device
JP7119557B2 (en) Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
KR102471568B1 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method therefor
JP7508779B2 (en) Solid-state imaging device and its manufacturing method
WO2019111919A1 (en) Solid-state image capture element and method of manufacturing same
JP7310130B2 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
JP6809215B2 (en) Solid-state image sensor and its manufacturing method
JP6838394B2 (en) Solid-state image sensor and its manufacturing method
JP2020202497A (en) Solid state imaging device and manufacturing method thereof