JPWO2019111919A1 - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
F<100000 Ω/□ ・・・(1)
3≦G/T ・・・(2)
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)
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。
<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。
以下、固体撮像素子の各部について詳細に説明する。
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、SiO2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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
以下、その形成工程について説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (19)
- 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固体撮像素子。 - 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) - 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。
- 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から請求項3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
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4のいずれか1項に記載した固体撮像素子。
- 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種類を含有することを特徴とする請求項5に記載の固体撮像素子。
- 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)式を満足す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。
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ることを特徴する請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 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2から請求項6のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 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種類を含有することを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の固体撮像素子。
- 上記第1の色の色フィルターには、熱硬化性樹脂を含有することを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 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いことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 上記第1の色の色フィルターには、光硬化性樹脂を含有することを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 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%以上であることを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 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以下の範囲であることを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 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いことを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 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固体撮像素子の製造方法。 - 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、
を備えることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 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℃以下であることを特徴とする請求項17又は請求項18に記載の固体撮像素子の製造方法。
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