KR20050016285A - 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

고체 촬상 소자 및 그 제조 방법

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KR20050016285A
KR20050016285A KR10-2004-7006103A KR20047006103A KR20050016285A KR 20050016285 A KR20050016285 A KR 20050016285A KR 20047006103 A KR20047006103 A KR 20047006103A KR 20050016285 A KR20050016285 A KR 20050016285A
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KR10-2004-7006103A
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후쿠요시겐조
이시마츠다다시
기타무라사토시
오가타게이스케
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도판 인사츠 가부시키가이샤
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Abstract

이차원적으로 배치된 복수의 광전변환 소자와, 상기 광전변환 소자의 각각을 피복하는 복수의 대략 반구 형상의 마이크로 렌즈를 구비하는 고체 촬상 소자이다. 마이크로 렌즈는, 대략 반구 형상의 적어도 일부를 형성하는 투명 수지 상부층과, 투명 수지 상부층의 상기 광전변환 소자측에 설치되고, 당해 투명 수지 상부층과의 계면이 상기 광전변환 소자의 표면에 따른 형상, 예를 들면 평탄한 형상을 갖는 착색 하부층을 적어도 갖는 다층구조로 되어 있다.

Description

고체 촬상 소자 및 그 제조 방법{SOLID-STATE IMAGING DEVICE AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}
본 발명은, C-MOS나 CCD 등의 수광 소자로 대표되는 고체 촬상 소자에 관한 것이다.
CCD 등 고체 촬상 소자상의 광전(光電)변환 소자가 광전변환에 기여하는 영역(개구부)은, 고체 촬상 소자의 사이즈나 화소수에 의존하는데, 고체 촬상 소자의 전체면적에 대하여 20∼40% 정도에 한정되어버린다. 개구부가 작은 것은, 그대로 감도 저하로 이어지므로, 이것을 보충하기 위해서 광전변환 소자상에 집광용의 마이크로 렌즈를 형성하는 것이 일반적이다.
그렇지만, 최근, 300만 화소를 넘는 고세밀한 고체 촬상 소자가 강하게 요구되게 되어, 이 고세밀한 고체 촬상 소자에 부수되는 마이크로 렌즈의 개구율 저하(즉 감도 저하), 및 플레어, 스미어 등의 노이즈 증가에 의한 화질 저하가, 큰 문제로 되고 있다. C-MOS나 CCD 등의 촬상 소자는, 거의 충분한 화소수에 근접하고 있고, 그들 디바이스 메이커에서의 경쟁은 화소수로부터 화질의 경쟁으로 변화되고 있다.
마이크로 렌즈의 형성 기술에 관한 공지의 기술로서는, 예를 들면 일본 특개소 60-53073호 공보에 비교적 상세하게 개시되어 있다. 이 문헌에는, 렌즈를 둥글게 반구 형상으로 형성하는 기술로서 열에 의한 수지의 열유동성(열 플로우)을 사용한 기술, 또한 몇개의 에칭 방법에 의해 렌즈를 가공하는 기술이 상세하게 개시되어 있다. 더불어, 렌즈 표면의 광산란에 의한 집광 성능의 로스의 개선책으로서, 렌즈 표면에 폴리글리시딜메타크릴레이트(PGMA) 등의 유기막이나, OCD(도쿄오카고교(주)제이 SiO2계 피막 형성용 도포액)의 무기막을 형성하는 기술 등도 개시되어 있다.
마이크로 렌즈에서의 반사를 방지하기 위해서, 단층 혹은 다층의 반사방지막을 마이크로 렌즈상에 형성하는 기술은, 예를 들면 일본 특개평4-223371호 공보에 개시되어 있다. 또, 마이크로 렌즈를 드라이에칭 가공하는 기술은, 상기한 기술 이외에 일본 특개평 1-10666호 공보에 상세한 기재가 있다. 더욱이, 유색 마이크로 렌즈(착색한 마이크로 렌즈)의 기술은, 일본 특개소 64-7562호 공보, 일본 특개평 3-230101호 공보 등에 개시되어 있다.
도 1A는, 종래의 전형적인 고체 촬상 소자의 일례의 단면도를 도시하고 있다. 도 1A에 도시하는 바와 같이 광전변환 소자(80)상에는, 평탄화층(81, 82), 컬러 필터(83), 경우에 따라 층내 렌즈 등이 형성되고, 일반적으로는 5∼6㎛ 정도 크기의(두께의) 렌즈 하측 거리(D1)로 되어 있다.
또, 도 1B는, 종래의 고체 촬상 소자의 다른 일례(유색 렌즈(90)를 배열 설치함)의 단면도를 도시하고 있다. 컬러 필터의 기능을 겸비한 유색 렌즈(90)에 의해, 고체 촬상 소자의 구성을 간편하게 할 수 있다.
그렇지만, 종래의 고체 촬상 소자에서는, 예를 들면 다음에 기술하는 바와 같은 문제가 있다.
제 1로, 종래의 고체 촬상 소자의 구성으로 렌즈 하측 거리를 작게 하는 것은 곤란하다. 즉, 도 1A에서, 마이크로 렌즈(85)로부터의 입사광의 집광성을 향상시키고, 또한, 광전변환 소자(80)에서의 S/N(신호/노이즈)비를 향상시키는 유력한 수단은, 렌즈 하측 거리(D1)를 작게(얇게) 할 수 있다. 그러나, 단순하게 마이크로 렌즈(85)의 두께(렌즈 두께(D2))를 얇은 것으로 해 버리면, 열 플로우에 의해 마이크로 렌즈를 제조하는 방법에서는 대략 반구 형상으로 되기 어려워, 적합한 마이크로 렌즈를 제조할 수 없다.
이 문제는, 그 소비전력이 작고, 구동회로와 일체화 하여 공간절약화 할 수 있는 점에서 최근 주목받고 있는 C-MOS 촬상 소자에서, 특히 현저하다. 왜냐하면, C-MOS 촬상 소자는, 그 구조상, 마이크로 렌즈로부터 광전변환 소자까지의 거리가 커지는 경향이 있어, 상기 렌즈 하측 거리(D1)를 작게 하기에는 불리한 구성이기 때문이다.
제 2로, 종래의 구성에서는, 광의 입사위치에 따라서는 색 순도가 저하되어 화질 저하로 이어질 문제가 있다. 즉, 도 1B에서, 유색 렌즈(90)의 중앙부근에 입사되는 광(L1)은, 충분한 두께의 유색 렌즈를 투과하기 때문에, 그 투과광(L3)에는 거의 목적으로 하는 컬러 필터 효과를 기대할 수 있다. 이에 반해, 유색 렌즈(90)의 단부로부터 입사되는 광(L2)은, 컬러 필터인 유색 렌즈의 얇은 부분을 투과하기 때문에, 그 투과광(L4)은 상당히 흰 색을 띤 색이 되어, 결과적으로 크게 색 순도를 저하시켜버린다.
도 1A는, 종래의 전형적인 고체 촬상 소자의 일례의 단면도를 도시하고 있다. 도 1B는, 종래의 고체 촬상 소자의 다른 일례(유색 렌즈(90)를 배열 설치함)의 단면도를 도시하고 있다.
도 2A는, 제 1 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(1)의 평면도를 도시하고 있다. 도 2B는, 도 2A에서의 A-A에 따른 단면도를 도시하고 있다.
도 3A 내지 도 3C는, 고체 촬상 소자(1)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 제 2 또는 제 3 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자의 일례의 마이크로 렌즈측으로부터의 평면도이며, 베이어 배열에서의 착색 하부층 및 마이크로 렌즈의 이차원적(평면적)인 배열을 도시한 도면이다.
도 5A는, 고체 촬상 소자(20)의 도 4의 A-A에 따른 단면도를 도시하고 있다. 도 5B는, 제 2 실시형태에 관계되는 다른 예로서의 고체 촬상 소자(20) 도 4의 A-A에 따른 단면도를 도시하고 있다.
도 6A 내지 도 6C는, 고체 촬상 소자(20)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 제 2 실시형태에 관계되는 방법으로 제조된 고체 촬상 소자(20)의 도 6중 B-B에 따른 단면도를 도시하고 있다.
도 8A 내지 도 8C는, 고체 촬상 소자(20)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 제 3 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(30)의 도 4에서의 A-A에 따른 단면도를 도시하고 있다.
도 10A 내지 도 10C는, 고체 촬상 소자(30)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 제 3 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(30)의 도 4에서의 B-B에 따른 단면도를 도시하고 있다.
도 12A는, 제 4 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자의 일례인 마이크로 렌즈측으로부터의 평면도이며, 베이어 배열에서의 착색 하부층 및 마이크로 렌즈의 이차원적(평면적)인 배열을 도시한 도면이다. 도 12B는, 제 4 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(40)의 도 4에서의 A-A에 따른 단면도를 도시하고 있다.
도 13은, 마이크로 렌즈(41)의 확대도이며, 착색 하부층(10b)의 막두께에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 14는, 제 4 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(40)의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 15A 내지 도 15G는, 고체 촬상 소자(40)의 제조 방법의 1실시형태를 공정순으로 도시하는 도면이다.
도 16은, 제 5 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(50)의 평면도를 일례인 마이크로 렌즈측으로부터의 평면도이며, 베이어 배열에서의 컬러 필터층 및 마이크로 렌즈의 2차원(평면)적인 배열을 도시한 도면이다.
도 17은, 도 16에서의 B-B에 따른 단면도를 도시하고 있다.
도 18은, 도 16에서의 A-A에 따른 단면도를 도시하고 있다.
도 19A 내지 도 19C는, 고체 촬상 소자(50)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 렌즈 하측 거리를 작게 하여, 집광성, S/N비의 개선을 도모하는 것, 마이크로 렌즈의 실질적인 두께를 0.5㎛ 이상으로 하는 것, 유색 렌즈에서의 색 순도의 저하를 억제하여, 개구율을 향상시킬 수 있는 고체 촬상 소자, 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.
본 발명의 제 1 시점은, 이차원적으로 배치된 복수의 광전변환 소자와, 상기 광전변환 소자의 각각을 피복하는 복수의 대략 반구 형상의 마이크로 렌즈를 구비하는 고체 촬상 소자로서, 상기 마이크로 렌즈는, 상기 대략 반구 형상의 적어도 일부를 형성하는 투명 수지 상부층과, 상기 투명 수지 상부층의 상기 광전변환 소자측에 설치되고, 당해 투명 수지 상부층과의 계면이 상기 광전변환 소자의 표면에 따른 형상을 갖는, 착색 하부층을 적어도 갖는 다층구조 렌즈인 고체 촬상 소자이다.
본 발명의 제 2 시점은, 이차원적으로 배치된 복수의 광전변환 소자와, 상기 광전변환 소자의 각각을 피복하는 복수의 대략 반구 형상의 마이크로 렌즈를 구비하는 고체 촬상 소자 제조 방법으로서, 반도체 기판에 이차원적으로 배치된 복수의 광전변환 소자상에 평탄화층을 형성하고, 상기 평탄화층상에, 색소를 색재로 한 감광성 착색 레지스트를 사용하여, 포토리소그래피에 의해 복수색의 착색 하부층을 형성하고, 상기 복수색의 착색 하부층상에, 제 1 수지 도포액을 도포함으로써 투명 수지 상부층을 형성하고, 알칼리 가용성, 감광성, 및 열 플로우성을 갖는 렌즈 재료를 사용하여, 상기 투명 수지 상부층상에, 포토리소그래피 및 열처리에 의해 렌즈 모형(母型)을 형성하고, 상기 렌즈 모형상에 드라이에칭을 행하고, 적어도 상기 투명 수지 상부층에 상기 렌즈 모형 패턴을 전사하여, 적어도 상기 투명 수지 상부층과 상기 착색 하부층을 갖는 상기 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 구비하는 고체 촬상 소자 제조 방법이다.
이하, 본 발명의 각 실시형태를 도면에 따라서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고, 중복 설명은 필요한 경우에만 행한다.
(제 1 실시형태)
도 2A는, 제 1 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(1)의 평면도를 도시하고 있다. 또, 도 2B는, 도 1에서의 A-A에 따른 단면도를 도시하고 있다. 우선, 고체 촬상 소자(1)의 구성을, 도 2A 및 도 2B를 참조하면서 설명한다.
도 2A, 도 2B에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(1)는, 마이크로 렌즈(10), 반도체 기판(11), 광전변환 소자(13), 차광층(16), 평탄화층(15)을 구비하고 있다.
반도체 기판(11)은, 광전변환 소자(13) 등을 실장하기 위한 기판이다. 광전변환 소자(13)는, 마이크로 렌즈(10)를 경유하여 입사된 광을, 전하로 변환한다. 평탄화층(15)은, 마이크로 렌즈(10)의 실장면을 평탄화한다.
마이크로 렌즈(10)는 반구 형상이고, 당해 렌즈(10)의 상부를 형성하는 반구 형상의 투명 수지 상부층(10a), 렌즈(10)의 하측 부분을 형성하는 착색 하부층(10b)을 가지고 있다. 투명 수지 상부층(10a)과 착색 하부층(10b)과의 경계는, 광전변환 소자(13)의 표면에 따른 형상, 즉 평탄하게 되어 있다. 이 평탄면의 면적은, 착색 하부층(10b)의 유효 면적(집광 기능이 있는 표면)의 일부에 대응한다. 또, 도 2B의 예에서는, 착색 하부층(10b)의 일부는, 도 2B에 도시하는 바와 같이 마이크로 렌즈(10)의 반구 형상의 일부를 형성하는 구성으로 되어 있다. 이와 같이, 착색 하부층(10b)은, 마이크로 렌즈(10)의 반구 형상의 일부를 형성하는 것이 바람직하다.
투명 수지 상부층(10a)의 두께(T1)는, 특별히 규정되는 것이 아니지만, 열 플로우에 의한 하한의 두께인 0.4㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또, 투명 수지 상부층(10a)의 두께(T1)의 상한은, 본 실시형태가 미세한 화소 피치를 대상으로 하고 있으므로, 약 1㎛인 것이 바람직하다.
착색 하부층(10b)의 두께(T2)는, 목적으로 하는 색 분리에 필요한 컬러 필터 막두께이면 되고, 특별하게 한정되는 취지는 아니다. 일반적으로는, 0.5㎛∼1.5㎛의 범위내에서 대응할 수 있다. 착색 하부층(10b)과 투명 수지 상부층(10a)과의 평탄 계면은, 색분리의 관점에서, 화소 사이즈가 허락할 수 있는 범위에서 되도록이면 넓은 편이 바람직하다.
또한, 착색 하부층(10b)은, 유기안료를 색재로서 착색해도 좋지만, 염료를 사용하여 착색하는 것이 바람직하다(색재는, 착색제를 포함하는 재료를 의미함). 그 이유로서는, 유기안료를 사용한 경우, 그 종류에 따라 드라이에칭에서의 에칭 레이트에 차가 있고, 색마다 렌즈 형상이 변화되기 쉬운 것, 그 표면형상이 조면(粗面)으로 되는 것, 본 실시형태의 대조인 미세한 화소 피치의 촬상 소자에서는, 안료자체의 입경(입자)이 S/N비에 나쁜 영향을 주기 쉬워, 그 착색 레지스트 재료의 필트레이션(이물 제거)도 어려운 것 등을 들 수 있다.
색재로서 유기안료를 포함하는 착색층은, 깊은 에칭을 행하면 그 표면이 크게 거칠어져, 그 조면이 된 착색 하부층의 일부를 마이크로 렌즈로 하면 마이크로 렌즈 형상의 유지가 곤란하게 된다. 에칭전의 각 색의 착색 하부층의 막두께에 차이가 있으면, 최종적인 막두께의 조정을 드라이에칭 공정에서 행하게 되어, 필연적으로 드라이에칭되는 착색 하부층의 두께도 증가하게 된다. 따라서 에칭 표면의 조면화를 허용할 수 있는 범위로 되기 위해서는, 각 색의 착색 하부층의 두께의 차를 0.3㎛ 이내에 두면 좋다. 이 복수의 착색 하부층의 막두께의 차이가 클 수록, 좋은 렌즈 형상의 마이크로 렌즈를 얻을 수 있다.
투명 수지 상부층(10a)과 착색 하부층(10b)과의 굴절율차는, 광전변환 소자에의 입사광량을 가능한 한 감소시키지 않기 위해서, 되도록이면 작은 것이 바람직하다. 또한 투명 수지 상부층(10a)의 굴절율은, 그 표면반사를 작게 하기 위해서, 보다 저굴절율인 것이 바람직하다. 이들 관점으로부터, 투명 수지 상부층(10a)과 착색 하부층(10b)과의 계면에 반사 저감의 광학 박막을 삽입해도 좋다. 이 경우, 투명 수지 상부층(10a)과 광학 박막과의 계면은 평탄할 필요는 없지만, 광학 박막과 착색 하부층(10b)과의 계면은 평탄할 필요가 있다. 또, 마이크로 렌즈(10)의 전체면에 반사방지막을 적층해도 좋다. 저굴절율의 투명 수지 상부층(10a)은, 고굴절율인 경우보다도 막두께를 두텁게 형성할 수 있는 점에서도, 반사방지막을 적층하는 구성은, 미세한 화소를 갖는 본 고체 촬상 소자(1)에 있어서는, 바람직하다고 말할 수 있다.
마이크로 렌즈(10)는, 렌즈 모형을 사용한 드라이에칭에 의해 형성된다. 이 렌즈 모형을 사용한 드라이에칭에서는, 렌즈 사이의 오목부는 비교적 에칭이 진행되기 쉬운 경향이 있어, 마이크로 렌즈의 마무리 형상을 열화시키기 쉽다. 이것을 완화하기 위해서, 드라이에칭전에, 미리, 막두께 0.05㎛∼0.3㎛ 전후의 투명 수지 박막층으로 렌즈 모형 전체를 덮는 것이 바람직하다. 이 공정을 삽입함으로써, 보다 매끄러운 렌즈 모형 전사를 실시할 수 있다.
또, 본 고체 촬상 소자(1)의 제조에서는, 렌즈 하측 거리를 작게 하기 위해서, 드라이에칭의 깊이를 가능한 한 크게 한다. 이 때, 착색 하부층의 하지층(즉, 평탄화층(15))까지 넣으면, 착색 하부층의 평탄면(유효면)이 작아진다. 따라서, 마이크로 렌즈 주변으로부터의 색 순도가 저하된 입사광량이 증가하여, 화질저하로 이어지게 된다. 그 때문에 드라이에칭의 깊이는, 착색 하부층의 두께 방향의 도중까지로 하는 것이 바람직하고, 에칭이 되지 않는 착색 하부층을 0.4㎛ 정도, 바람직하게는 0.7㎛ 남기면, 색 순도의 저하를 억제할 수 있다.
드라이에칭에는 통상 O2 가스를 사용하지만, 환원성이 있는 플론계 가스를 에칭 가스로서 사용하면 좁은 갭으로 렌즈 모형을 전사할 수 있기 때문에, 렌즈 형상을 확보하기 쉽다. 사용할 수 있는 플론계 가스로서는, CF4, C2F6, C 3F8, C4F8, CHF3, C2HF5 등을 들 수 있다. 이것들을 1종, 또는 복수를 조합시켜서 사용할 수 있다. 특히 F의 비율에 대해, C나 H의 비율이 커지면, 좁은 갭의 유지에 효과적이다. 보다 구체적으로는, CF4를 기본 가스로 하고 이것에 C3F8, C4 F8 등을 소량 첨가하는 혼합 가스가 바람직하다. 단, 에칭 가스의 조성은, 최적의 렌즈 형상이나 렌즈간 갭을 얻기 위해서, 사용하는 드라이에칭 장치에 의존하는 부분이 많고, 때문에 가스 조성은 한정되는 것은 아니다.
투명 수지 상부층(10a)을 아크릴계 수지로 한 경우, 감광성 착색 레지스트의 수지는, 밀착력이나 굴절율 등에서 아크릴계의 감광성 수지인 것이 바람직하다. 염료는, 감광성 착색 레지스트의 주용제에 녹아 들어가는 형이라도, 염료 분산의 형이라도, 또는, 수지 골격에 포함되는, 소위 펜던트한 형이라도 좋다.
또한, 염색조를 사용한 일반적인 염색 방법은, 공정수가 증가하므로 코스트의 관점에서는 바람직하지 못하다. 염료를 색재로 하는 컬러 필터는, 착색 레지스트의 단계에서 0.2㎛∼0.1㎛의 고도한 필트레이션(이물 제거)이 가능하므로, 1㎛∼0.5㎛의 필트레이션이 한계인 유기 안료를 분산한 착색 레지스트보다, 고도의 화질을 가지고, S/N비를 크게 향상시킨 촬상 소자를 얻을 수 있다.
염료는, 아조계, 크산틴계, 프탈로시아닌계, 안트라퀴논계, 쿠마린계 및 스티릴계 등을 들 수 있다. 적, 녹, 청 3원색 염료나, 시안, 마젠타, 옐로의 보색계 염료, 이것들에 그린을 가한 것을 사용할 수 있다.
(제조 방법의 실시형태 1)
다음에 본 고체 촬상 소자(1)의 제조 방법의 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3A 내지 도 3C는, 고체 촬상 소자(1)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3A에 도시하는 바와 같이, 광전변환 소자(13)나 차광막, 패시베이션(모두 도시 생략)을 형성한 반도체 기판(11)상에, 평탄화층(15)을 열경화 타입의 아크릴수지 도포액을 사용하여 스핀 코트로 형성한다. 더욱이, R(적), G(녹), B(청)의 각각의 감광성 착색 레지스트를 사용하여, 3회의 포토리소그래피로 착색 하부층(10b)을 형성한다. R(적), G(녹), B(청)의 각각의 감광성 착색 레지스트는, 스핀 코트의 수법으로 도포하고, 노광은 스테퍼 노광기를 사용한다.
다음에 도 3B에 도시하는 바와 같이 착색 하부층(10b)의 R(적), G(녹), B(청)상에, 열경화 타입의 아크릴수지 도포액을 사용하여 스핀 코트로, 투명 수지 상부층(10a)을 형성한다.
투명 수지 상부층(10a)상에, 또한 열 플로우성을 갖는 감광성 아크릴계 수지를, 동일하게 스핀 코트로 도포하고, 노광, 현상, 게다가 열 플로우 시켜서 반구 형상의 렌즈 모형(19)을 형성한다. 열 플로우 처리시의 온도는, 예를 들면 190℃로 한다. 이후, 투명 수지 상부층(10a)의 형성에 사용한 것과 동일한 아크릴계 수지 도포액을, 건조후의 막두께로 약 0.1㎛가 되도록 렌즈 모형(19)상의 전체에 형성하고, 투명 수지 박막층(도시 생략)으로 한다.
다음에 렌즈 모형(19)을 형성한 반도체 기판(11)을, 드라이에칭 장치로, O2 가스에 의한 에칭 처리를 행한다. 이 에칭 처리는, 기판온도 상온, 압력 5Pa, RF파워 500W, 바이어스 100W로 실행하고, 도 3C에 도시하는 형상의 고체 촬상 소자(1)를 얻는다. 또한, 형성한 마이크로 렌즈(10)상에 반사방지막을 적층해도 좋다.
상기 제조예에서는, 투명 수지 상부층(10a), 착색 하부층(10b), 및 평탄화층(15)의 수지재료는, 광의 파장 550nm의 굴절율이 1.51∼1.55의 범위의, 거의 동일한 굴절율을 갖는 아크릴수지를 사용하고 있다. 또, 착색 하부층(10b)은, 이것에 포함되는 색재의 관계에서 정확한 굴절율 측정이 비교적 어렵지만, R(적)의 700nm에서의 굴절율은, 1.61 이다(R(적)은, 550nm 녹색의 광의 흡수가 크기 때문에, 550nm에서의 정확한 굴절율 측정이 곤란함).
더욱이, 착색 하부층(10b)의 R(적), G(녹), B(청)의 형성에는, 각각 컬러 인덱스에서, C. I. Acid Red 114, C. I. Acid Green 16, C. I. Acid Blue 86의 염료를 중심으로 하는 색재를, 아크릴계 수지, 시클로헥사논 용제와 함께 조제한 아크릴계의 감광성 착색 레지스트를 사용하고 있다. 색재의 첨가량은, 각각 레지스트중의 고형분비로 약 20%이다.
이와 같은 제조 방법에 의해 얻어지는 고체 촬상 소자(1)는, 도 3C에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(11)상에 광전변환 소자(13), 착색 하부층(10b)과 투명 수지 상부층(10a)으로 이루어지는 마이크로 렌즈(10)가 형성된 것이다. 발명자들의 실험에 의하면, 얻어진 고체 촬상 소자(1)의 투명 수지 상부층(10a)의 피크 두께(중앙부의 두께)(T1)는 0.6㎛ 이며, 착색 하부층(10b)의 렌즈 형상 절삭 부분까지의 깊이를 합친 마이크로 렌즈(10)의 두께(T5)는, 약 1.1㎛ 였다. 또, 착색 하부층(10b)만의 두께(T2)는, 0.9㎛이며, 렌즈 하측 거리(착색 하부층(10b)으로부터 광전변환 소자(13)까지의 거리)는, 약 3.4㎛ 였다. 종래의 렌즈 하측 거리는 5.5㎛이며, 본 고체 촬상 소자(1)에서는 그것의 약 60%로 극히 작게 할 수 있었다. 또, 본 실시형태에서는, 마이크로 렌즈의 피치는, 3.5㎛, 렌즈간의 갭은 0.3㎛로 했다.
(제조 방법의 실시형태 2)
다음에 본 고체 촬상 소자(1)의 제조 방법의 다른 예에 대하여 상세하게 설명한다.
드라이에칭에 O2 가스 대신에 CF4 가스를 80%, C3F8 가스를 20% 첨가한 드라이에칭 가스로 에칭을 행한 이외는, 상기 실시형태 1과 동일한 방법에 의해 본 고체 촬상 소자(1)를 제조했다.
이와 같은 제조 방법에 의해 얻어지는 고체 촬상 소자(1)는, 도 3C에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(11)상에 광전변환 소자(13), 착색 하부층(10b)과 투명 수지 상부층(10a)으로 이루어지는 마이크로 렌즈(10)가 형성된 것이다. 발명자들의 실험에 의하면, 얻어진 고체 촬상 소자(1)의 투명 수지 상부층(10a)의 피크 두께(중앙부의 두께)(T1)는 0.4㎛이며, 착색 하부층(10b)의 렌즈 형상 절삭 부분까지의 깊이를 합친 마이크로 렌즈(10)의 두께(T5)은, 약 0.6㎛ 였다. 또, 착색 하부층(10b)만의 두께(T2)는, 0.8㎛이며, 렌즈 하측 거리(착색 하부층(10b)으로부터 광전변환 소자(13)까지의 거리)은, 약 2.5㎛ 였다. 종래의 렌즈 하측 거리는 5.5㎛이며, 본 고체 촬상 소자(1)에서는 그것의 약 45%로 극히 작게 할 수 있었다. 또한, 본 실시형태에서는, 마이크로 렌즈의 피치는, 2.7㎛, 렌즈간의 갭은 0.05㎛로 했다.
이상 기술한 바와 같이, 본 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(1) 및 그 제조 방법에 의하면, 적어도 다음 어느 하나의 효과를 얻을 수 있다.
제 1로, 렌즈 하측 거리를 작게 할 수 있어, 종래에 비해 집광성, S/N비를 향상시킬 수 있다. 왜냐하면, 본 고체 촬상 소자(1)는, 투명 수지 상부층(10a)과 착색 하부층(10b)과의 적어도 2층 구조이며, 또한 투명 수지 상부층(10a)과 착색 하부층(10b)의 계면이 광전변환 소자(13)의 표면형상에 따른(본 실시형태의 예에서는, 수평형상에 따름) 마이크로 렌즈(10)를 구비하는 것이다. 따라서, 착색 하부층(10b)을 마이크로 렌즈(10)내에 포함시킴으로써 렌즈 하측에 설치되는 층을 최소한으로 할 수 있기 때문이다.
제 2로, 작은 화소 피치의 고체 촬상 소자라도 용이하게 가공할 수 있다. 왜냐하면, 본 고체 촬상 소자(1)는, 렌즈 하측 거리를 작게 함으로써 실질적인 마이크로 렌즈(10)의 두께를 0.5㎛ 이상으로 할 수 있다. 이 두께라면, 열 플로우에 의해 대략 반구 형상의 렌즈 형상을 형성하는 것이 용이하기 때문이다.
또한, 발명자들의 실험에 의하면, 0.4㎛ 이하로 얇게 렌즈 형상으로 형성하는 것은 극히 곤란하고, 예를 들면 3㎛ 피치의 화소의 경우, 양산성을 고려한 마이크로 렌즈의 막두께는 0.4㎛가 한계이며, 0.3㎛ 에서는, 대략 반구 형상으로 되지 않고 사다리꼴 형상으로 되었다. 이에 반해, 본 고체 촬상 소자와 같이, 실질적인 마이크로 렌즈(10)의 두께를 0.5㎛ 이상으로 한 경우에는, 용이하게 대략 반구 형상을 형성할 수 있었다.
제 3으로, 유색 렌즈에서의 색 순도의 저하를 억제하고, 개구율을 향상시킬 수 있다. 본 고체 촬상 소자(1)의 착색 하부층(10b)은, 투명 수지 상부층(10a)과의 계면이 광전변환 소자(13)의 표면형상에 따른(본 실시형태의 예에서는, 수평형상에 따른) 형상이며, 종래에 비해 유효면적이 크기 때문이다.
제 4로, 렌즈 하측 거리가 작게 집광성, S/N비를 개선한, 유색 렌즈에 있어서의 색 순도의 저하를 억제하고, 개구율을 향상시킨 고체 촬상 소자를, 작은 화소 피치라도 용이하게 제조할 수 있다. 광전변환 소자상에 복수색의 착색 하부층을 형성하는 공정, 상기 복수색의 착색 하부층상에 투명 수지 상부층을 형성하는 공정, 투명 수지 상부층상에 렌즈 모형을 형성하는 공정, 이 렌즈 모형상에, 드라이에칭을 행하고, 투명 수지 상부층과 착색 하부층에 렌즈 모형 패턴을 전사하는 공정을 구비하는 고체 촬상 소자 제조 방법이기 때문이다.
(제 2 실시형태)
도 4는, 제 2 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(20)의 평면도를 도시하는 도면이다. 도 5A는, 고체 촬상 소자(20)의 도 4의 A-A에 따른 단면도를 도시하고 있다. 도 5A에 도시하는 바와 같이 고체 촬상 소자(20)는, 반도체 기판(11), 광전변환 소자(13), 마이크로 렌즈(10), 차단층(16), 평탄화층(15)을 구비하고 있다.
마이크로 렌즈(10)는, 투명 수지 상부층(10a), 착색 하부층(10b)을 가지고 있다. 투명 수지 상부층(10a), 및 평탄화층(15)에, 적외선 흡수 기능을 부여할 수 있다. 통상, 디지털 카메라나 휴대전화용의 고체 촬상 소자의 광학계에는, 2mm 정도의 두께의 적외선 컷 필터가 넣어져 있는데, 투명 수지 상부층(10a) 또는 평탄화층(15)에 적외선 흡수 기능을 부여함으로써 적외선 컷 필터를 광학계로부터 제외할 수 있다.
또, 도 5B에 도시하는 바와 같이 자외선 흡수층(14)을, 평탄화층(15)과 착색 하부층(10b) 사이에 배치하는 구성으로 할 수도 있다.
최근, 고체 촬상 소자의 미세화는 진행되고, 화소(혹은 마이크로 렌즈)는, 3㎛ 피치 이하, 또는 2㎛ 피치 이하가 극히 미세한 영역으로 되고 있다. 이들 미세한 화소에서는 패턴 형상의 떨림이, 화질에 얼룩 등의 형태로 나쁜 영향을 미친다.
패턴 형상의 떨림의 원인이 되는 하지로부터의 광의 반사(스테퍼 노광 장치(노광 파장은 365nm의 자외선)의 재반사광)를 방지하기 위해서, 미리 착색 하부층의 하지로서 자외선 흡수 기능을 갖는 층을 형성해 두는 것이 바람직하고, 평탄화층(15)상에 자외선 흡수층(14)을 형성해도, 평탄화층(15)에 자외선 흡수 기능을 갖게 해도 좋다. 자외선 흡수 기능을 갖는 층은, 착색 하부층(10b)의 하지에 형성할 수 있으면 좋고, 자외선 흡수 기능을 평탄화층(14)에 합쳐서 갖게 할 수도 있다.
자외선 흡수층(14)은, 적외선 흡수층을 형성하는 공정과, 렌즈 모형을 형성하는 공정 사이에, 자외선 흡수층을 도포에 의해 형성하는 공정을 삽입하는 것을 거침으로써 제조된다. 이와 같이 제조 공정에서 자외선 흡수층을 설치함으로써, 스테퍼 노광 장치에서의 할레이션을 방지하여, 고정밀도의 마이크로 렌즈 패턴을 형성할 수 있다. 또, 비교적 내광성이 낮은 적외선 흡수층을 자외선으로부터 보호하는 기능을 부여할 수 있다.
자외선 흡수층(14)은, 아크릴수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 우레탄 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 스티렌 수지, 페놀 수지, 또는 이것들의 공중합물 등의 투명 수지가 사용 가능하다.
또, 자외선 흡수층(14)은, 고체 촬상 소자의 제조 프로세스에서 사용하는 i선(365nm)과, 고체 촬상 소자가 장착된 카메라를 사용할 때의 외광에 포함되는 자외선을 대상으로 하고 있다. 자외선 흡수층(14)은, 전자에 대해서는, i선(365nm)의 할레이션을 방지하여 렌즈 모형의 패턴 형상을 확보하게 된다. 후자에 대해서는, 이것을 흡수하여 적외선 흡수층의 기능 열화를 방지한다.
또, 자외선 흡수 기능은, 자외선 흡수성 화합물이나 자외선 흡수제를 상기의 투명수지 또는 평탄화층 형성 수지에 첨가 또는 펜던트(반응형 자외선 흡수제 등의 형태로 수지 분자쇄에 포함됨) 방식으로 부여하는 것이 가능하다. 사용가능한 자외선 흡수제로서는, 벤조트리아졸계 화합물, 벤조페논계 화합물, 살리실산계 화합물, 쿠마린계 화합물 등을 들 수 있다. 이들 자외선 흡수제에, 예를 들면, 힌더드민계 화합물과 같은 광안정화제나 쿠엔처(예를 들면 1중항 산소 쿠엔처)를 첨가해도 좋다. 또, 산화세륨이나 산화티탄 등의 금속산화물 미립자의 자외선 흡수제도 이용 가능하다.
마이크로 렌즈(10)는, 투명 수지 상부층(10a), 착색 하부층(10b)을 가지고 있다. 투명 수지 상부층(10a) 및 평탄화층(15)은, 적외선 흡수 기능을 가지고 있다. 그 때문에, 당해 고체 촬상 소자(20)는, 적외 컷 필터를 필요로 하지 않는다. 따라서 색재현성을 손상시키지 않고, 종래에 비해 렌즈 하측 거리가 짧은 것으로 되어 있다.
투명 수지 상부층(10a) 및 평탄화층(15)에 사용가능한 적외선 흡수제로서는, 안트라퀴논계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 시아닌계 화합물, 폴리메틸렌계 화합물, 알루미늄계 화합물, 디이모늄계 화합물, 이모늄계 화합물, 아조계 화합물 등을 들 수 있다.
또, 적외선 흡수 기능은, 적외선 흡수성 화합물이나 적외선 흡수제를 상기의 투명 수지에 첨가 또는 펜던트(반응성 염료 등 반응형 적외선 흡수제 등의 형태로 수지 분자쇄에 포함됨) 방식으로 가능하다.
또한, 적외선 흡수제의 대부분은, 그 흡수 파장역이 한정되고, C-MOS나 CCD 등의 광전변환 소자에서 요구되는 근적외 및 적외역(예를 들면 650nm∼1100nm)의 영역 모두를 1종의 적외선 흡수제로 커버하는 것은 곤란이다. 그러므로, 2종부터 6종류 정도의 복수의 적외흡수제를 혼합하여, 또는, 1구성 요소를 다층으로 하여 사용하는 것이 바람직하다.
또, 가시영역(400nm∼700nm)의 투과율을 확보하면서, 충분한 적외선 흡수 기능을 부여하기 위해서는, C-MOS나 CCD 등의 광전변환 소자상에 구비한 구성 요소의 복수에 적외선 흡수 기능을 분담시키는 것이 바람직하다. 예를 들면 동일한 적외선 흡수제를 상이한 구성 요소에 함유시켜서 적외선 흡수 기능을 강화하는, 또는 흡수 파장역이 상이한 적외선 흡수제를, 각각 상이한 구성 요소에 함유시키는 등의 처리를 행하여, 적외선 흡수 기능을 분담시키는 것이 바람직하다. 더욱이, 적외선 흡수제가 갖는 내열성 등을 고려하여, 어느 구성 요소에 함유시킬지를 선택할 수도 있다.
더욱이, 착색 하부층(10b)에 적외선 흡수 기능을 갖게 할 때는, 흡수 파장역이 상이한, 즉 적외선 흡수제의 종류 및 함유량을 조절하여 함유시키는 것이 바람직하다. 이것은, 광전 변환 소자(13)상에 구비한 원색(RGB)계, 또는 보색(YMC)계의 삼원색의 컬러 필터층에서는, 색 마다 적외영역의 분광 특성(흡수)이 상이하기 때문이다.
마이크로 렌즈(10)의 형성에 있어서의 드라이에칭의 깊이, 사용하는 가스의 조건 및 착색 하부층(10b)에 사용하는 착색 수지에 관한 조건은, 전술한 실시형태와 동일하다. 또, 비개구부(25)를 작게 하고, 마이크로 렌즈(10)의 개구율을 올리기 위해서, 또는, 적외선 흡수 기능을 향상시키기 위해서, 마이크로 렌즈(10)상에 적외선 흡수층의 박막을 도포에 의해 적층해도 좋다.
마이크로 렌즈(10)의 표면이나 비개구부로부터의 입사광의 재반사를 경감하기 위해서, 마이크로 렌즈(10)상이나, 상기한 적외선 흡수층의 박막상에 저굴절율 수지의 박막을 더 형성하는 것이 바람직하다. 또, 마이크로 렌즈(10) 사이에 노출되는 비개구부(25)(도 4)에는, 마이크로 렌즈의 표면에서 반사되는 미광(迷光)을 흡수하여, 고체 촬상 소자에 발생하는 노이즈(이 경우에는, 반사광의 재입사)를 얼마만큼이라도 감소시키기 위해서, 굴절율이 낮은 재료의 박막을 적층해도 좋다.
(제조 방법의 실시형태 1)
다음에, 본 고체 촬상 소자(20)의 제조 방법의 예에 대해서 상세하게 설명한다.
도 6A 내지 도 6C는, 고체 촬상 소자(20)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6A에 도시하는 바와 같이 광전변환 소자(13) 및 차광층(16)이 형성된 반도체 기판(11)상에 평탄화층(15)을 형성후, R(적), G(녹), B(청) 3색의 컬러 레지스트를 사용하고, 스테퍼 노광 장치를 사용한 공지의 포토리소그래피로, 순차로 3색의 착색 하부층(10b)을 형성한다. 각각의 착색 하부층(10b)의 막두께는, 예를 들면 0.9㎛∼0.8㎛로 한다.
또한, 착색 하부층(10b)의 R(적), G(녹), B(청)은, 각각 유기안료를 색재로 하는 도요잉크세조(주)제의 컬러 레지스트를 사용할 수 있다. 본 실시형태 1의 색 배열은, 하나의 화소를 2개의 G(녹)과 1개의 R(적), 1개의 B(청)과의 합계 4소자로 구성하는, 소위 베이어 배열로 하고 있다. 또한, 도 6은, 고체 촬상 소자(20)의 일례인 마이크로 렌즈측으로부터의 평면도이며, 또 베이어 배열에서의 컬러 필터층 및 마이크로 렌즈의 2차원(평면)적인 배열을 도시한 도면이다.
다음에, 도 6B에 도시하는 바와 같이, 착색 하부층(10b)상에 3종류의 적외선 흡수제를 포함하는 수지 도포액을 사용하여 1㎛ 막두께에 적외선 흡수층(26)을 형성한다. 게다가, 열 플로우성을 갖는 감광성의 페놀수지를 스핀 코트로 도포하고, 노광, 현상, 열 플로우 시켜서 반구 형상의 렌즈 모형(19)을 형성한다. 이 때의 열 플로우의 온도는 예를 들면 200도이며, 렌즈 모형(19)의 두께(렌즈 높이)는 0.7㎛ 이다.
또한, 본 실시형태에서는, 적외선 흡수 기능을 갖는 수지 도포액으로서, 열경화 아크릴수지 1100 중량부와, 야마모토카세이(주)제, 적외선 흡수제 YKR 3080, YKR 3030, YKR 200의 3종류를 합친 20 중량부를 시클로헥사논 등 유기용제에 용해시킨 수지 도포액을 사용하는 것으로 한다.
다음에 도 6C에 도시하는 바와 같이 렌즈 모형(19)을 형성한 반도체 기판(11)을, 드라이에칭 장치로 O2 가스에 의한 에칭 처리(백색 화살표)를 행한다. 기판 온도는 상온, 압력 1Pa, RF파워 500W, 바이어스 50W의 조건으로 처리하고, 하방의 적외선 흡수층에 렌즈 모형(19)을 완전하게 전사하여, 적외선 흡수 기능을 갖는 투명 수지 상부층(10a)을 형성한다.
또한, 렌즈 모형(19)의 재료를 페놀계 수지와 같이 에칭 레이트가 느린 수지로 하는(또는, 하방의 적외선 흡수층의 수지의 에칭 레이트를 빠른 재료로 함) 등, 에칭 레이트가 상이한 수지 재료를 사용함으로써, 마이크로 렌즈의 형상을 최적의 광학 특성에 맞출 수 있다.
(제조 방법의 실시형태 2)
다음에, 본 고체 촬상 소자(20)의, 제조 방법의 다른 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 7은, 본 실시형태 2에 관계되는 방법으로 제조된 고체 촬상 소자(20)의 도 6중 B-B에 따른 단면도를 도시하고 있다. 이 도면에 도시하는 바와 같이 고체 촬상 소자(20)는, 광전변환 소자(13)가 형성된 반도체 기판(11)상에, 적외선 흡수 기능을 갖는 평탄화층(15)을 평균 두께 0.6㎛이고, 또한 자외선 흡수층(14)을 0.5㎛로 도포에 의해 적층한다. 게다가, 반응성 염료에 의한 색재를 사용한 3색의 착색 하부층(10b)을 두께 0.9㎛로 형성한 것이다. 또한, 도 7은 베이어 배열, 즉, 도 6에서의 B-B선의 단면을 위해, G(녹)화소만의 표시가 되어 있다.
또, 착색 하부층(10b)상에는, 더욱 적외선 흡수층의 박막(26) 및 저굴절율 수지(27)의 박막이, 각각 약 0.1㎛의 두께로, 스핀 코트의 수법에 의해 형성되어 있다. 마이크로 렌즈(10) 사이의 오목 부분에는, 적외선 흡수층의 박막은 0.5㎛ 정도로 약간 두껍게 되어 있다. 이것은, 후에 도시하는 바와 같이 드라이에칭으로 컬러 필터층의 색 사이에, 미리, 약 0.4㎛ 오목부를 형성해 둔 효과이다.
도 8A 내지 도 8C는, 고체 촬상 소자(20)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 우선, 도 8A에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(11)상에, 적외선 흡수 기능을 갖는 평탄화층(15) 및 자외선 흡수층(14)을 모두 스핀 코트의 수법을 사용하여, 도포에 의해 형성한다. 이들 층의 막 경화는, 예를 들면 230℃의 핫 플레이트에서 행한다. 게다가, 염료를 색재로 하는 컬러 레지스트(아크릴 감광성 수지 베이스)를 사용하고, 실시형태 1과 동일한 포토리소그래피로, 순차로 3색의 착색 하부층(10b)을 형성한다.
다음에, 실시형태 1과 동일하게, 적외선 흡수층(26) 및 렌즈 모형(19)을 형성한 후, 드라이에칭으로 렌즈 모형을 전사하여 마이크로 렌즈(10)로 한다. 이 경우에, 착색 하부층(10b)의 일부에까지 에칭을 한다. 착색 하부층(10b)의 화소 사이에는, 약 0.4㎛ 깊이의 오목부(28)를 형성한다.
다음에 도 8B에 도시하는 바와 같이 대략 0.1㎛ 막두께(마이크로 렌즈간 오목부는 두껍게 됨)에 적외선 흡수층의 박막(26)을 형성한다. 게다가, 도 8C에 도시하는 바와 같이, 대략 0.1㎛ 막두께로 저굴절율 수지(27)(불소계 아크릴수지, 굴절율 1.45)를 도포에 의해 형성한다. 저굴절율 수지(27)의 적층에 의해, 당해 저굴절율 수지(27)가 없는 구성(예를 들면 도 8B의 구성)과 비교하여, 광의 반사율을 약 2% 저하(즉, 광의 투과율의 2% 증가)시킬 수 있다.
이상 기술한 바와 같이, 본 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(20) 및 그 제조 방법에 의하면, 적어도 다음 어느 하나의 효과를 얻을 수 있다.
제 1로, 고체 촬상 소자(20)의 투명 수지 상부층(10a) 및 평탄화층(15)이 적외선 흡수 기능을 가지고 있으므로, 종래의 적외 컷 필터가 불필요하여, 카메라를 소형으로 하는 것을 용이하게 할 수 있다.
제 2로, 적외선 흡수 파장역이 상이한 복수의 적외선 흡수제를 각 구성 요소로 분할하여 흡수 성능을 부여하므로, 고체 촬상 소자(20)에 광역의 적외선 흡수 기능을 무리없이 임의로 설정할 수 있다. 더불어, 적외선 흡수제 각각의 내열성이나 내광성에 의해, 최적의 장소에 그것을 설치할 수 있는 장점이 있다.
제 3으로, 드라이에칭을 사용하여 렌즈 모형(19)을 적외선 흡수층(26)에 전사하기 위해서, 광의 사용 효율이 높은 박막 구성의 고체 촬상 소자를 제공할 수 있다. 또, 착색 하부층(10b)의 일부에까지 에칭을 하기 때문에, 더욱 박막화할 수 있어, 더 높은 화질의 고체 촬상 소자를 제공할 수 있다.
제 4로, 마이크로 렌즈(10)의 표면에, 혹은, 착색 하부층(10b)의 하지에 자외선 흡수 기능을 부여함으로써, 약간 내광성이 모자란 적외선 흡수제를 보호하는 효과를 갖게 할 수 있다.
제 5로, 마이크로 렌즈(10)의 표면 및 비개구부에 저굴절율 수지의 박막을 형성함으로써, 반사광을 감소시킬 수 있고, 고체 촬상 소자의 화질을 개선할 수 있다. 일반적으로, 마이크로 렌즈, 혹은 적외선 흡수층의 박막의 표면으로부터의 반사광은, 고체 촬상 소자의 커버 글래스로부터의 재반사광이 되어 고체 촬상 소자에 재입사되고, 노이즈가 되어 화질 저하의 원인이 된다. 그렇지만, 본 고체 촬상 소자(20)는, 이러한 노이즈를 경감할 수 있기 때문에, 고화질을 얻을 수 있다.
제 6으로, 투명 수지 상부층(10a) 및 평탄화층(15)에 적외선 흡수 기능을 갖고, 종래의 적외 컷 필터를 불필요한 것으로 하는 고체 촬상 소자(20)를 제조 할 수 있다. 상기 제조 방법은, 반도체 기판(11)의 광전변환 소자(13)상에 적외선 흡수 기능을 갖는 평탄화층(15)을 형성하는 공정, 착색 하부층(10b)을 형성하는 공정, 적외선 흡수층(26)을 형성하는 공정, 포토리소그래피 및 열처리에 의해 렌즈 모형(19)을 형성하는 공정, 드라이에칭을 행하고, 적외선 흡수층(26)에 렌즈 모형 패턴을 전사하고, 적외선 흡수층(26)을 투명 수지 상부층(10a)으로 하는 공정을 구비하기 때문이다.
(제 3 실시형태)
도 9는, 제 3 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(30)의 도 4에서의 A-A에 따른 단면도를 도시하고 있다. 우선, 고체 촬상 소자(30)의 구성을, 도 9를 참조하면서 설명한다.
도 9에 도시하는 바와 같이 고체 촬상 소자(30)는, 마이크로 렌즈(10), 반도체 기판(11), 광전변환 소자(13), 평탄화층(15), 차단층(16), 외측 수지층(31)을 구비하고 있다.
마이크로 렌즈(10)의 두께(T5)는, 도 9에 도시하는 바와 같이 투명 수지 상부층(10a)의 두께(T1)와 마이크로 렌즈의 일부를 형성하는 하부 착색층의 두께(T4)(착색 하부층(10b)의 렌즈 형상 절삭 부분까지의 깊이)의 합계이다(T5=T1+T4).
구체적인 투명 수지 상부층(10a)의 바람직한 두께(T1), 착색 하부층(10b)의 바람직한 두께(T2), 및 수지 상부층(10a)과 착색 하부층(10b)과의 경계면의 바람직한 면적은, 전술한 실시형태와 동일하다.
마이크로 렌즈(10)의 하측부에 닿는 부분(S)의 착색 하부층(10b)의 표면은, 투명 수지 상부층(10a)의 표면의 곡면을 연장한 곡면으로 되어 있는 점에 대해서도, 제 1 실시형태와 동일하다.
외부 수지층(31)은, 마이크로 렌즈(10)의 하측부에 닿는 부분인 S의 착색 하부층(10b)상에 형성되어 있는 박막이다. 이 외부 수지층(31)은, 착색 하부층(10b)의 굴절율보다도 낮은 굴절율을 갖는 투명 수지 재료(저굴절율 수지)인 것이 바람직하다. 또, 외부 수지층(31)의 막두께는, 착색 하부층과 저굴절율 수지로 광간섭에 의한 반사방지 효과를 얻기 쉬운 막두께로 도포 형성하는 것이 바람직하다. 착색 하부층(10b)은, 이것에 사용하는 색재(안료나 염료)를 포함하므로, 광학적으로 그 굴절율은 높아지기 쉽기 때문이다. 이 반사방지 효과에 의해, 비개구부(25)로부터의 반사광의 영향을 경감하고, 재입사광에 의한 화질 저하를 방지할 수 있다.
또, 마이크로 렌즈(10)의 일부인 투명 수지 상부층(10a)의 굴절율은, 그 표면반사를 작게 하기 위해서, 보다 저굴절율인 것이 바람직하다. 더욱이, 투과광량을 증가시키는 관점에서, 투명 수지 상부층과 착색 하부층과의 계면에 반사 저감의 광학 박막을 삽입해도 좋다. 또, 마이크로 렌즈(10)의 전체면에 반사방지막을 적층해도 좋다. 저굴절율의 투명 수지 상부층(10a)은, 고굴절율인 경우보다 막두께를 두텁게 형성할 수 있으므로, 미세한 화소를 대상으로 하는 본 발명에서는, 바람직하다고 말할 수 있다.
투명 수지 상부층(10a)은, 저굴절율 수지인 불소계 아크릴수지로 형성되어 있다. 이것에 의해, 마이크로 렌즈(10)에서의 반사광을 경감시킬 수 있다.
일반적으로, 반경 r인 렌즈의 촛점거리 f는, 하기의 수식(1)로 표시된다.
f=n1/(n1-n0)·r (1)
여기에서, r은 구면의 반경, n0는 공기의 굴절율, n1은 렌즈의 굴절율을 각각 도시하고 있다. 예를 들면 굴절율 n1=1.61의 렌즈는, 공기 매체(굴절율 n0=1)에서 2.64r의 촛점 거리를 가지게 된다.
상기와 같이, 0.4㎛ 이하의 막두께의 반구 형상의 마이크로 렌즈 형성은, 일반적으로 어렵다. 그러나, 굴절율을 1.5 이하, 바람직하게는 1.45∼1.40의 범위의 저굴절율의 투명수지를 사용하여 투명 수지 상부층(10a)을 형성하면, 두꺼운 반구 형상의 마이크로 렌즈(10)를 안정하게 형성할 수 있게 된다. 예를 들면 굴절율 1.43의 투명한 불소계 아크릴수지를 사용하면, 0.4 ㎛ 막두께를 1.25배한 0.5㎛의 막두께로 형성할 수 있다.
또한, 마이크로 렌즈(10)의 형성에서의 드라이에칭의 깊이, 사용하는 가스의 조건 및 착색 하부층(10b)에 사용하는 착색 수지, 착색 하부층(10b)의 형성에 있어서 사용하는 감광성 착색 레지스트의 수지, 염료에 관한 조건은, 전술한 실시형태와 동일하다.
(제조 방법의 실시형태)
다음에 본 고체 촬상 소자(30)의 제조 방법의 예에 대하여 상세하게 설명한다.
본 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(30)에서는, 투명 수지 상부층(10a)의 피크 두께(T1)(바닥면으로부터 중앙부 정점까지의 높이)를 0.3㎛로 하고, 이것과 착색 하부층(10b)의 렌즈 형상 절삭 부분까지의 깊이와의 합계 T5가, 약 0.8㎛이 되도록 설정하고 있다. 또, 착색 하부층(10b)만의 두께(T2)는 0.9㎛로 하고 있다. 이러한 설정에 의해, 렌즈 하측 거리는, 약 3.1㎛로 종래 5.5㎛의 약 56%로 극히 작아졌다.
또, 착색 하부층(10b)의 R(적), G(녹), B(청)의 형성에는, 각각 컬러 인덱스에서, C. I. Acid Red 114, C. I. Acid Green 16, C. I. Acid Blue 86의 염료를 중심으로 하는 색재를, 아크릴계 수지, 시클로헥사논 용제와 함께 조제한 아크릴계의 감광성 착색 레지스트를 사용한다. 색재의 첨가량은, 각각 레지스트중의 고형분비로, 예를 들면 약 20%로 한다.
도 10A 내지 도 10C는, 고체 촬상 소자(30)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 우선, 도 10A에 도시하는 바와 같이 광전변환 소자(13)나 차광막(16), 패시베이션을, 반도체 기판(11)상에 형성한다. 이 반도체 기판(11)상에, 평탄화층(15)을 열경화 타입의 아크릴수지 도포액을 사용하여 스핀 코트로 형성하고, 게다가 R(적), G(녹), B(청)의 각각의 감광성 착색 레지스트를 사용하여, 3회의 포토리소그래피로 착색 하부층(33)을 형성한다. R(적), G(녹), B(청)의 각각의 감광성 착색 레지스트는, 스핀 코트의 수법으로 도포하고, 노광은 스테퍼 노광기를 사용한다.
다음에 도 10B에 도시하는 바와 같이 착색 하부층(10b)의 R(적), G(녹), B(청)상에, 열경화 타입의 불소계 아크릴수지 도포액(제 1 수지 도포액)을 사용하여 스핀 코트로, 투명 수지 상부층(10a)을 형성한다.
투명 수지 상부층(10a)상에, 더욱 열 플로우성을 갖는 감광성 아크릴계 수지를, 동일하게 스핀 코트로 도포하고, 노광, 현상, 또한 열 플로우 시켜서 반구 형상의 렌즈 모형(19)으로 한다. 또한, 열 플로우 처리시의 온도는, 예를 들면 190℃로 한다.
다음에 렌즈 모형(19)을 형성한 반도체 기판(11)에 대하여, 드라이에칭 장치로, O2 가스에 의한 에칭 처리를 시행한다. 이 에칭 처리는, 예를 들면 기판온도 상온, 압력 1Pa, RF파워 500W, 바이어스 50W로 실행한다. 더욱이, 열경화 타입, 굴절율 1.45의 불소계 아크릴수지 도포액(제 2 수지 도포액)(상기 제 1 수지 도포액을 유기용제로 희석한 것)을 사용하여 스핀 코트로, 약 0.09㎛의 두께로 도포하여, 도 10C에 도시하는 바와 같이, 투명수지의 박막인 외부 수지층(31)을 형성한다.
또한, 본 실시형태에서는, 착색 하부층(10b), 및 평탄화층(15)의 수지재료는, 광의 파장 550nm의 굴절율이 1.51∼1.55의 범위의, 거의 동일한 굴절율을 갖는 아크릴수지를 사용하는 것으로 한다. 투명 수지 상부층(10a)은, 굴절율이 1.45의 니혼카야쿠(주)제, 불소계 아크릴수지를 사용하는 것으로 한다. 또, 착색 하부층(10b)은, 이것에 포함되는 색재의 관계에서 정확한 굴절율 측정이 비교적 어렵지만, R(적)인 700nm에서의 굴절율은, 1.61이다(R(적)은, 550nm 녹의 광의 흡수가 크기 때문에, 550nm에서의 정확한 굴절율 측정이 곤란함).
도 11은, 도 4의 B-B에 따른 단면도이다. 동도에, 본 고체 촬상 소자(30)의 비개구부(25)를 도시했다. 비개구부(25) 및 마이크로 렌즈의 하측부에 닿는 부분(S)에는, 도 10B의 단계에서는 굴절율이 높은 착색 하부층이 노출하고 있었지만, 최종적으로는, 이 면에 외부 수지층(31)이, 약 0.09㎛의 두께로 도포 형성되어 있다. 이 외부 수지층(31)에 의한 광간섭 효과와, 착색 하부층의 광흡수도 있어, 비개구부(25)로부터의 재반사광을 크게 경감할 수 있다. 착색 하부층의 표면인 마이크로 렌즈의 하측부(S)는, 드라이에칭 등에 약간의 조면화가 되어 있고, 이것에 의해도 반사광을 경감하는 효과가 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 촬상 소자의 패드부(전기적 접속부)의 표면내기 공정의 설명을 생략하고 있다. 또, 외부 수지층(31)을 알칼리 가용성의 감광성 수지의 형태로 사용하면, 노광, 현상 공정에서 패드부의 표면내기 공정과 대체할 수 있다. 더욱이, 본 실시형태는, 박막의 외부 수지층(31)을 적층하는 구성으로 도시했지만, 이 외부 수지층(31)의 적층은, 이것을 생략해도 좋다. 도 11에 도시하는 비개구부(25)로부터의 반사광은, 약간 증가하지만, 본 실시형태에서도 도시한 에칭 처리를 패드부의 표면내기 공정과 겸용할 수 있기 때문에, 공정생략에 의한 저코스트화의 장점이 있다.
이상 기술한 본 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(30) 및 그 제조 방법에 의하면, 적어도 다음의 어느 하나의 효과를 얻을 수 있다.
제 1로, 렌즈 하측 거리를 작게하여 집광성을 개선하고, 또, 작은 화소 피치라도 용이하게 가공할 수 있다. 본 고체 촬상 소자는, 마이크로 렌즈가 투명 수지 상부층과 착색 하부층의 적어도 2층 구성이며, 투명 수지 상부층과 착색 하부층의 계면이 평탄하고, 하측부에 닿는 부분의 착색 하부층의 표면이 투명 수지 상부층의 곡면을 연장한 곡면을 가지고, 투명 수지 상부층의 굴절율이 착색 하부층의 굴절율보다도 낮은 고체 촬상 소자이다. 따라서, 종래보다도 렌즈 하측 거리를 작게 할 수 있고, 또한 마이크로 렌즈(10)를 소정의 두께 이상으로 할 수 있기 때문이다.
제 2로, 유색 렌즈에서의 색 순도의 저하를 억제해서 고화질에 기여하고, 비개구부로부터의 반사광을 더욱 저감하여, S/N비를 개선할 수 있다. 본 고체 촬상 소자는, 착색 하부층의 표면이, 착색 하부층의 굴절율보다도 낮은 굴절율을 갖는 투명 수지의 박막으로 덮혀 있고, 또, 투명 수지 상부층의 재료가, 불소계 아크릴수지이기 때문이다.
(제 4 실시형태)
도 12A는, 제 4 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(40)의 일례인 마이크로 렌즈측으로부터의 평면도이며, 베이어 배열에서의 착색 하부층 및 마이크로 렌즈의 이차원(평면)적인 배열을 도시한 도면이다. 도 12B는, 고체 촬상 소자(40)의 도 12A에서의 A-A에 따른 단면도를 도시하고 있다. 우선, 고체 촬상 소자(40)의 구성을, 도 12B를 참조하면서 설명한다.
도 12B에 도시하는 바와 같이 고체 촬상 소자(40)는, 대략 반구 형상의 마이크로 렌즈(41), 반도체 기판(11), 광전변환 소자(13), 평탄화층(15), 차단층(전극도 겸함)(16), 외측 수지층(31)을 구비하고 있다.
마이크로 렌즈(41)는, 드라이에칭 등으로 에칭 처리 함으로써 형성되는 렌즈 모형(41a), 투명 수지 중간층(41b), 착색 하부층(10b)을 가지고 있다. 투명 수지 중간층(41b) 및 착색 하부층(10b)의 적어도 일부는, 대략 반구 형상의 일부를 형성하고 있다.
투명 수지 중간층(41b)은 렌즈 모형(41a)의 하지로서 설치되어 있고, 그 소재는 전술한 제 1 내지 제 3 실시형태에 관계되는 투명 수지 상부층(10a)과 동일하다. 또, 착색 하부층(10b)은, 투명 수지 중간층(41b)의 하지로서 설치되어 있다. 투명 수지 상부층(41ab) 착색 하부층(10b)과의 경계는, 광전변환 소자(13)의 표면에 따른 형상, 즉 평탄하게 되어 있다. 이 평탄면의 면적은, 착색 하부층(10b)의 유효면적에 대응한다.
마이크로 렌즈(41)를 상기의 구성으로 함으로써, 렌즈 하측 거리(D1)를 작게 할 수 있고, 실질적인 렌즈 두께를 0.5㎛ 이상으로 하여, 3㎛ 이하의 화소 피치의 마이크로 렌즈 가공을 용이하게 할 수 있다.
도 13은, 마이크로 렌즈(41)의 확대도이며, 착색 하부층(10b)의 막두께에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(40)는, 마이크로 렌즈(41)의 곡선 부분을 구성하는 착색 하부층(10b)의 일부의 두께를 T4, 착색 하부층(10b)의 막두께를 T2라고 했을 때, T4≤0.5T2 인 조건이 충족되는 구성을 갖는다. 이것은, 착색 하부층(10b)의 경계부를 렌즈로서 이용하고, 렌즈 하측 거리(D1)를 가능한 한 작게 하는 동시에, 착색 화소층의 색 순도 저하를 방지할 수 있게 한 것이다.
기본적으로는, 렌즈 하측 거리를 작게 하기 위해서, 드라이에칭을 가능한 한 깊게 하게 된다. 그렇지만, 착색 화소층의 하지면까지 에칭하면 착색 화소층의 평탄면(유효면)이 작아져, 마이크로 렌즈 주변으로부터의 색 순도가 저하된 입사광이 증가하여, 화질저하로 이어지게 된다. 지나친 에칭, T4>0.5T에서는, 컬러 필터 사이에 간극이 발생하여, 개구율을 저하시키게 된다. 또, T4>0.5T에서는, 도 14에 도시하는 바와 같이 착색 화소를 가로 지르는 광 파장(I3)이 지나치게 짧아져, 색 순도(화질)에 악영향을 끼쳐버린다. 때문에, 일부의 착색 화소층의 막두께는, T4≤0.5T2 인 조건이 충족되는 것이 필요하다.
또한, T4는, 그 하한으로서, 0.02T2≤T4를 충족시키는 것이 바람직하다. 이것은, 드라이에칭으로 수지를 에칭할 때의 분해능이 0.02 정도이며, 이것을 착색 하부층의 스케일에 대응시키면, 0.02T2 정도가 된다. 착색 하부층을 에칭한 경우, 그 깎인 깊이는, 드라이에칭의 분해능 이상, 즉 0.02T2 이상이라고 생각되기 때문이다.
또, 평탄화층(15)은, 노광 파장(365nm)에서의 투과율이 40% 이하이고, 또한, 가시광선 영역에서의 투과율이 90% 이상인 수지로 형성한다. 이러한 구성으로 하는 것은, 제 2 실시형태의 고체 촬상 소자를 형성하는 자외선 흡수 기능을 갖는 층의 항에서 기술한 바와 같이, 착색 하부층(10b)의 노광 파장(365nm)에서의 투과율과 착색 하부층(10b)의 하지인 평탄화층(15)의 노광 파장(365nm)에서의 투과율이, 착색 하부층(10b)의 화소형상 재현성에 크게 영향을 주기 때문이다. 즉, 착색 하부층(10b)을 형성할 때의 노광 파장인 자외선(365nm)에서의 반사율을 낮게 억제할 수 있고, 착색 하부층(10b)의 3.5㎛ 화소 사이즈 이하에서의 화소형상 재현성을 잘 할 수 있다. 특히, 3.5㎛ 화소 사이즈 이하 나아가서는, 2.5㎛ 화소 사이즈 이하, 게다가 2㎛ 이하의 고체 촬상 소자(40)에서는, 높은 광학특성이나 화질 확보를 위해서, 서브미크론의 영역에서 착색 하부층(10b)의 화소 사이즈를 제어할 필요가 있고, 착색 하부층의 하지로서 자외선 흡수 기능을 부여하는 것은, 이 2.5㎛로부터 2㎛의 범위에서 상당히 현저하게 화소형상 개선의 효과가 있다.
(고체 촬상 소자 제조 방법)
다음에, 고체 촬상 소자(40)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 15A 내지 도 15G는, 고체 촬상 소자(40)의 제조 방법의 1실시형태를 공정순으로 도시한 도면이다.
도 15A에 도시하는 바와 같이 우선, 광전변환 소자(13) 및 차단층(16) 등을 갖는 반도체 기판(11)상에, 아크릴수지 등의 투명 수지에 자외선 흡수제를 첨가한 수지용액을 스핀 코트 등으로 도포하고, 가열, 경화하여 소정의 두께의 평탄화층(15)을 형성한다. 이 평탄화층(15)을 형성하기 위한 투명수지로서는, 상기 아크릴수지 이외에, 에폭시, 폴리에스테르, 우레탄, 멜라민, 에리어 등의 요소수지, 스티렌 수지, 페놀 수지 또는 이것들의 공중합체 등이 사용가능하다.
노광 파장(365nm)에서의 투과율을 40% 이하로 하는 수법은, 자외선 흡수성 화합물이나 자외선 흡수제를 상기 투명 수지에 첨가 또는 펜던트(반응형 자외선 흡수제 등의 형으로 수지분자쇄에 포함시킴) 방식으로 가능하다.
자외선 흡수제로서는, 벤조트리아졸계, 벤조페논계, 트리아진계, 살리실레이트계, 쿠마린계, 크산틴계 또는 메톡시 계피산계 유기 화합물 등을 들 수 있다. 산화세륨이나 산화티탄 등의 금속산화물 미립자의 자외선 흡수제도 이용가능하다.
여기에서, 평탄화층(15)의 노광 파장(365nm)에서의 투과율이, 10%, 20%, 30%, 40% 및 50%의 평탄화층(15)을 제작하고, 각 색의 착색 하부층(10b)의 노광 파장(365nm)에서의 반사율과 3.5㎛ 화소 사이즈 이하에서의 착색 하부층 형상 평가를 행한 결과를 하기 표 1에 도시한다.
(주) C: 시안 M: 마젠타 Y: 옐로
R: 레드 G: 그린 B: 블루
(주) 각 착색 하부층 단체(평탄화층 자외선 흡수를 포함하지 않음)에서의 365nm 투과율은 표 2 참조. 각 착색 하부층 우측의 숫자(%)는, 평탄화층의 365nm 투과율과 평탄화층 365nm 투과율의 제곱의 적이며, 365nm에서의 반사율을 나타낸다.
(주) 착색 하부층 형상은, 3.5㎛ 이하의 미세 화소 사이즈로 평가.
표 1에 나타내는 바와 같이 보색계 착색 화소(C, M, Y)에서는, 평탄화층(15)의 노광 파장(365nm)에서의 투과율이 20% 이하일 때, 3색 모두, 착색 하부층 형상이 정밀도 좋게 재현되어 있고, 원색계 착색 화소(R, G, B)에서는, 40% 이하일 때, 착색 하부층 형상이 정밀도 좋게 재현되어 있다.
또, 착색 하부층 단체(막두께: 1㎛)의 노광 파장(365nm)에서의 투과율을 하기 표 2에 나타낸다.
여기에서, 표 1 및 표 2의 결과로부터, 이들 착색 하부층의 노광 파장(365nm)에서의 투과율과 착색 하부층(10b)의 하지인 평탄화층(15)의 노광 파장(365nm)에서의 투과율이, 착색 하부층(10b)의 화소형상 재현성에 크게 영향을 주고 있는 것을 알 수 있다. 이 경향은, 3.5㎛ 화소 사이즈, 나아가서는 3.0㎛ 화소 사이즈 이하의 경우에, 특히 그 효과를 갖는다.
다음에 도 15B에 도시하는 바와 같이, 미리 염료를 내부에 충전시킨 컬러 레지스트를 스핀 코트로 도포하고, 착색 감광층을 형성하고, 패턴 노광, 현상 등의 일련의 패터닝 처리를 행하여, 평탄화층(15)상에 각 색의 착색 하부층(10b)을 형성한다.
여기에서, 착색 하부층(10b)의 두께는, 목적으로 하는 색 분리에 필요한 막두께이면 좋고, 특별히 규정하는 것은 아니지만, 일반적으로는, 0.4∼1.5㎛의 범위이다. 컬러 레지스트의 수지, 및 착색 하부층(10b)상에 형성되는 투명 수지 중간층(41b)의 수지재료는, 밀착력이나 굴절율 등으로부터 아크릴계의 감광성 수지인 것이 바람직하다.
또, 염료는, 컬러 레지스트의 주용제에 녹인 형태라도, 염료 분산의 형태라도, 또는, 수지 골격에 포함시킨, 소위 펜던트한 형이라도 좋다. 염색조를 사용한 일반적인 염색 방법은, 공정수가 증가하므로 코스트 관점으로부터는 바람직하지 못하다. 염료를 색재로 하는 컬러 필터는, 컬러 레지스트의 단계에서 0.2 내지 0.1㎛의 고도한 필트레이션(이물 제거)이 가능하므로, 1∼0.5㎛의 필트레이션이 한계인 유기안료 분산 타입의 컬러 필터보다, 고도한 화질을 갖는 촬상 소자를 제공할 수 있어, S/N비를 크게 향상시킨 촬상 소자를 제공할 수 있다.
구체적인 염료로서는, azo계, 크산티늄계, 프탈로시아닌계, 안트라퀴논계, 쿠마린계 및 스티릴계 등을 들 수 있다. 적, 녹, 청 3원색 염료나, 시안, 마젠타, 옐로의 보색계 염료, 이것들에 그린을 가한 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 착색 하부층(10b)의 구성 재료로서, 미리 염료를 내부에 충전시킨 컬러 레지스트를 사용했는데, 색재를 유기안료로 한 착색 수지를 채용해도 좋다. 그러나, 유기안료의 경우에는, 종류에 따라, 후기하는 드라이에칭에서의 에칭 레이트에 차이가 있어, 색 마다 렌즈 형상이 변화되기 쉬운 것과, 그 표면 형상이 거칠어지는 것, 게다가, 미세 화소 피치의 촬상 소자에서는, 안료 자체의 입경(입자)이 S/N비에 나쁜 영향을 주기 쉬워, 그 레지스트 재료의 필트레이션(이물 제거)도 어려운 것, 등을 들 수 있기 때문에, 염료를 색재로 하는 착색 수지인 것이 바람직하다.
다음에 도 15C에 도시하는 바와 같이 열 플로우성을 갖는 페놀계 감광성 수지 용액을 스핀 코트로 도포하고, 건조 경화시켜서 감광성 수지층을 형성한다. 다음에 패턴 노광, 현상 등의 일련의 패터닝 처리를 행하고, 착색 하부층(10b)상에 소정의 막두께의 투명 수지 중간층(41b) 및 차단층(16)상에 개구부(42)을 갖는 패턴화 수지층(43)을 형성한다.
여기에서, 투명 수지 중간층(41b)의 두께(렌즈 형상에서의 피크 두께)는, 특별히 규정하는 것이 아니지만, 하지의 컬러 필터의 요철을 흡수할 수 있는 하한의 두께는 0.2㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또, 투명 수지 중간층(41b)의 두께의 상한은, 본 고체 촬상 소자가 미세화소 피치를 대상으로 하고 있으므로, 1㎛인 것이 바람직하다.
다음에, 도 15D에 도시하는 바와 같이 열 플로우성을 갖는 아크릴계 감광성 수지 용액을 스핀 코트로 도포하고, 건조 경화시켜서 소정의 두께의 감광성 수지층(44)을 형성한다.
다음에, 도 15E에 도시하는 바와 같이 감광성 수지층(44)을 패턴 노광, 현상 등의 일련의 패터닝 처리를 행하여, 착색 하부층(10b)상에 렌즈 패턴(44a)을 형성한다.
다음에, 도 15F에 도시하는 바와 같이, 렌즈 패턴(44a)을 소정의 온도에서 가열 리플로우하고, 소정의 곡률을 갖는 렌즈 모형(44b)을 형성한다. 여기에서, 렌즈 모형(44b)의 곡률반경은 0.7㎛ 전후이다.
다음에, 도 15G에 도시하는 바와 같이 렌즈 모형(44b)을 형성한 반도체 기판(11)을 드라이에칭 장치에서, 렌즈 모형(44b), 투명 수지 중간층(41b) 및 착색 하부층(10b), 평탄화층(15)을 에칭 처리하고, 마이크로 렌즈(41) 및 전기적 접속 패드(45)를 형성한다.
이상의 각 공정을 거치고, 광전변환 소자(13) 및 차광층(16)이 형성된 반도체 기판(11)상에, 렌즈 모형(41a), 투명 수지 중간층(41b) 및 착색 하부층(10b)으로 이루어지는 마이크로 렌즈(41) 및 전기적 접속 패드(45)가 형성된 고체 촬상 소자(40)를 얻을 수 있다.
또한, 드라이에칭의 에칭 종점은, 일부의 착색 하부층(10b)의 막두께(T4)가 착색 하부층(10b)의 막두께(T)의 1/2 이하가 되도록 한다. 또, 렌즈 모형(41a)을 드라이에칭 할 때 렌즈 모형(41a) 사이의 오목부가, 비교적 에칭이 진행되기 쉬운 경향이 있어, 마이크로 렌즈(41)의 마무리 형상을 열화시키기 쉽다. 이것을 완화하기 위해서, 드라이에칭전에, 미리 0.05∼0.3㎛ 전후의 투명 수지 박막층으로 렌즈 모형 전체를 덮는 것이 바람직하다. 이 공정을 삽입함으로써, 보다 매끄러운 렌즈 모형 전사를 실시할 수 있다.
또, 마이크로 렌즈(41) 전체면에 반사방지막을 설치하는 구성이여도 좋다. 드라이에칭의 깊이, 조건 및 드라이에칭에 사용할 수 있는 가스 등에 대해서는, 제 1 실시형태에서 기술한 대로이다.
(제조 방법의 실시형태)
다음에 본 고체 촬상 소자(40)의 제조 방법의 실시형태에 대하여, 도 15A 내지 도 15G를 참조하면서 상세하게 설명한다.
우선, 도 15A에 도시하는 바와 같이 광전변환 소자(13), 차광층(16), 패시베이션 등을 형성한 반도체 기판(11)상에, 열경화 타입의 아크릴수지 등에 자외선 흡수제를 첨가한 수지 용액을 스핀 코트 등으로 도포하고, 가열, 경화하여 0.6㎛ 두께의 평탄화층(15)을 형성한다. 여기에서, 0.6㎛ 두께의 평탄화층(15)의 노광 파장(365nm)에서의 투과율은 40%이다.
다음에 아크릴계 수지에, 컬러 인덱스에서, C, I. Acid Red 114, C. I. Acid Green 16, C. I. Acid Blue 86의 염료를 중심으로하는 색재를 혼입하고, 시클로헥사논 용제와 함께 포레지스트화한 R, G, B 각 색의 아크릴계 컬러 레지스트를 제작한다. 색재의 첨가량은, 각각 레지스트중의 고형비(폴리머, 모노머, 색재 등의 합계)로, 약 20 중량%로 한다.
다음에, 도 15B에 도시하는 바와 같이 R, G, B 각 색의 아크릴계 컬러 레지스트를 사용하여, 착색 감광층의 형성, 패턴 노광, 현상 등의 패터닝 처리를 3회 되풀이하고, R, G, B로 이루어지는 1.2㎛ 두께의 착색 하부층(10b)을 형성한다. 여기에서, 각 색착색 감광층의 형성은 스핀 코트로, 패턴 노광은, 노광 파장(365nm)을 사용한 스테퍼 노광기를 사용한다.
다음에, 도 15C에 도시하는 바와 같이 자외선 365nm에 감도를 갖는 감광성·열경화 타입의 페놀계 수지 용액 액을 사용하여 스핀 코트로 도포하고, 건조 경화시켜서 감광성 수지층을 형성한다. 그 후, 패턴 노광, 현상 등의 일련의 패터닝 처리를 행하고, 착색 하부층(10b)상에 0.4㎛ 두께의 투명 수지 중간층(41b) 및 차광층(16)상에 개구부(42)를 갖는 패턴화 수지층(43)을 형성한다.
다음에, 도 15D에 도시하는 바와 같이 열 플로우성을 갖는 아크릴계 감광성 수지 용액을 스핀 코트로 도포하고, 건조 경화시켜서 소정의 두께의 감광성 수지층(44)을 형성한다. 더욱이 도 15E에 도시하는 바와 같이 감광성 수지층(44)을 패턴 노광, 현상 등의 일련의 패터닝 처리를 행하여, 착색 하부층(10b)상에 렌즈 패턴(44a)을 형성한다.
다음에, 도 15F에 도시하는 바와 같이 렌즈 패턴(44a)을 190℃의 온도에서 가열 리플로우 하여, 약 0.7㎛의 곡률을 갖는 렌즈 모형(44b)을 형성한다.
다음에 렌즈 모형(44b)을 형성한 반도체 기판(11)을, 드라이에칭 장치에서, O2 가스에 의한 에칭 처리를 행한다. 이 에칭 처리는, 예를 들면 기판온도상온, 압력 5pa, RF파워 500W, 바이어스 100W로 실행한다.
이상의 각 공정을 거쳐서, 도 15G에 도시하는 바와 같이, 광전변환 소자(13) 및 차광층(16)이 형성된 반도체 기판상에, 렌즈 모형(41a), 투명 수지 중간층(41b) 및 착색 하부층(10b)으로 이루어지는 마이크로 렌즈(41) 및 차단층(16)이 형성된 고체 촬상 소자(40)를 얻을 수 있다.
또한, 발명자들의 실험에 의하면, 착색 하부층(10b)의 막두께(T2)가 0.7㎛였던 것에 반해, 착색 하부층(10b)의 일부(마이크로 렌즈(41)의 곡면을 형성하는 부분)의 막두께(T4)는, 0.3㎛ 였다. 또, 본 고체 촬상 소자(40)의 렌즈 하측 거리는 약 2.1㎛가 되어, 종래의 고체 촬상 소자의 렌즈 하측 거리 5.5㎛에 비해 반 이하의 렌즈 하측 거리를 실현할 수 있었다.
이상 기술한 본 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(40) 및 그 제조 방법에 의하면, 적어도 다음 어느 하나의 효과를 얻을 수 있다.
제 1로, 렌즈 하측 거리를 대폭 작게 할 수 있어, 입사광의 집광 효과가 한층더 향상하는 동시에, 노이즈 광의 경사 입사를 대폭 저감할 수 있기 때문에, 고체 촬상 소자의 화질을 높일 수 있다. .
제 2로, 화소의 미세화에 수반되는 렌즈 박막화(내지, 공정도중에는 렌즈 모형의 박막화)를 완화할 수 있어, 0.5 ㎛ 이상의 두께의, 제조에 무리가 없는 마이크로 렌즈 두께로, 고체 촬상 소자를 제공할 수 있게 된다.
제 3으로, 착색 하부층(10b)의 일부를 에칭하여 렌즈 형상으로 하기 때문에, 유색 마이크로 렌즈를 사용한 경우의 중앙부와 주변부의 입사광의 색의 차이를 없애, 고화질의 고체 촬상 소자를 제공할 수 있다. 동시에, 착색 하부층(10b)의 두께 방향의 도중에 에칭을 멈추기 때문에, 에칭이 그 두께 방향으로 다소 분귤일해도 색이나 집광에의 영향을 적게 할 수 있다.
제 4로, 마이크로 렌즈(41) 사이의 오목부가 착색하고 있기 때문에, 오목부로부터의 반사광 성분을 감소시키는 효과도 있어, 한층더의 화질개선으로 이어질 수 있다.
제 5로, 고체 촬상 소자 제조 방법에 의하면, 종래의 전기적 접속 패드의 표면내기에서의 복잡한 공정을 생략할 수 있어, 드라이에칭만의 간소한 공정으로 전기적 접속 패드를 갖는 고체 촬상 소자를 제작할 수 있다.
(제 5 실시형태)
도 16은, 제 5 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(50)의 일례인 마이크로 렌즈측으로부터의 평면도이며, 베이어 배열에서의 착색 하부층 및 마이크로 렌즈의 이차원(평면)적인 배열을 도시한 도면이다. 또, 도 17은, 도 16에서의 B-B에 따른 단면도를 도시하고 있다. 도 18은, 도 16에서의 A-A에 따른 단면도를 도시하고 있다. 우선, 고체 촬상 소자(50)의 구성을, 도 16 내지 도 18을 참조하면서 설명한다.
각 도면에 도시하는 바와 같이 고체 촬상 소자(50)는, 대략 반구 형상의 마이크로 렌즈(51), 반도체 기판(11), 광전변환 소자(13), 평탄화층(15), 차광층(16), 비개구부층(52)을 구비하고 있다. 마이크로 렌즈(51)는, 불소계 아크릴수지로 이루어지는 투명 수지 상부층(10a), 착색 하부층(10b)을 가지고 있다.
비개구부층(52)은, 불소계 아크릴수지, 그 밖의 굴절율이 낮은 투명 수지재료(저굴절율 수지)로 이루어지고, 착색 하부층(10b) 상면상의, 마이크로 렌즈(51) 사이의 비개구부(25)에 형성되는 박막이다. 본 고체 촬상 소자(50)는, 마이크로 렌즈(51) 및 비개구부층(52)을 저굴절율 수지인 불소계 아크릴수지로 형성함으로써, 마이크로 렌즈로부터의 반사광을 경감할 수 있다. 또, 착색 하부층(10b)은 색재(안료나 염료)를 포함하므로, 광학적으로 그 굴절율은 높아지기 쉽다. 그러므로, 비개구부측(52)을 형성하기 위한 투명 수지 박막의 막두께는, 착색 하부층(10b)과 저굴절율 수지로 광간섭에 의한 반사 방지 효과를 얻기 쉬운 두께로 도포 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 비개구부(25)로부터의 반사광의 영향을 경감하여, 재입사광에 의한 화질 저하를 방지할 수 있다.
또, 본 고체 촬상 소자(50)는, 마이크로 렌즈(51) 및 비개구부층(52)을 내열성 수지인 불소계 아크릴수지로 형성함으로써 내열성의 개선을 도모하고 있다. 불소계 아크릴수지를 사용함으로써, 250℃·1시간 정도의 열처리로도 마이크로 렌즈에는 변색이 나타나지 않는다.
투명 수지 상부층(10a)의 두께(T1), 및 착색 하부층(10b)의 두께(T2)에 관한 바람직한 조건은, 제 1 실시형태에서 기술한 투명 수지 상부층(10a) 및 착색 하부층(10b)의 조건과 동일하다.
일반적으로, 반경 r인 렌즈의 촛점거리(f)는, 전술의 수식(1)로 표시된다. 예를 들면, 굴절율(n1)=1.61인 렌즈는, 공기 매체(굴절율(n0)=1)에 있어서 2.64r의 촛점거리를 가지게 된다. 이미 설명한 바와 같이, 0.4㎛ 이하의 막두께의 반구 형상의 마이크로 렌즈 형성은 어렵다. 그러나, 본 실시형태와 같이, 굴절율을 1.5 이하, 바람직하게는 1.45∼1.40의 범위의 저굴절율의 투명 수지를 사용하여 마이크로 렌즈를 형성하면, 두께 0.5㎛ 이상의 반구 형상의 마이크로 렌즈를 안정하게 형성할 수 있게 된다. 예를 들면, 굴절율 1.43의 투명한 불소계 아크릴수지를 사용하면, 0.4㎛ 막두께를 1.25배의 0.5㎛의 막두께로 형성할 수 있다.
또, 불소계 아크릴수지는, 저굴절율, 또는 높은 투과율(반사율은 대략 2% 낮음)의 수지이다. 이 투과율은, 예를 들면 상기 페놀수지를 골격으로 한, 굴절율 1.6∼1.7의 고굴절율 수지의 투과율보다 높은 투과율이다. 특히, 가시영역의 단파장측의 투과율이, 고굴절율 수지보다도 높다. 불소계 아크릴수지가 높은 투과율을 갖는 것은, CCD, C-MOS의 고체 촬상 소자의 감도향상, 화질향상에 유효하다.
(제조 방법의 실시형태)
다음에 본 고체 촬상 소자(50)의 제조 방법의 실시형태에 대하여, 도 18, 도 19A 내지 도 19C를 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 19A 내지 도 19C는, 본 고체 촬상 소자(5)의 제조 공정을 설명하기 위한, 도 16에서의 B-B에 따른 단면도이다. 본 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(50)는, 도 18에 도시하는 바와 같이 반도체 기판(11)상에 광전변환 소자(13), 착색 하부층(10b), 불소계 아크릴수지로 이루어지는 투명 수지 상부층(10a)으로 이루어지는 마이크로 렌즈(51)가 형성된 것이다.
본 실시형태에서는, 착색 하부층(10b), 평탄화층(15)의 수지재료는, 광의 파장 550nm의 굴절율이 1.51∼1.55의 범위의, 거의 동일한 굴절율을 갖는 아크릴수지를 사용한다. 투명 수지 상부층(10a)은, 굴절율이 1.45인 니혼카야쿠(주)제, 불소계 아크릴수지를 사용한다. 또, 착색 하부층(10b)은, 이것에 포함되는 색재의 관계이고 정확한 굴절율 측정이 비교적 어렵지만, R(적)의 700nm에서의 굴절율은, 1.61 이다(R(적)은, 550nm 녹의 광의 흡수가 크기 때문에, 550nm에서의 정확한 굴절율 측정이 곤란함).
더욱이, 착색 하부층(10b)은, 수지중에 분산된 색재의 영향으로 모재 수지와 상이한 굴절율(고굴절율측으로 시프트함)이 된다. 본 실시형태의 색 배열은, 도 16에 도시하는 바와 같이 1화소를 2개의 G(녹)와 R, B(청)와의 합계 4소자로 구성하는, 소위 베이어 배열로 하고 있다. 또한, 착색 하부층(10b)의 R(적), G(녹), B(청)는, 각각 유기안료를 색재로 하는 도요잉크세이조(주)의 감광성 착색 레지스트를 사용할 수 있다.
도 19A 내지 도 19C는, 고체 촬상 소자(50)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 19A에 도시하는 바와 같이 광전변환 소자(13)나 차단층(16), 패시베이션을 형성한 반도체 기판(11)상에, 평탄화층(15)을 열경화 타입의 아크릴수지 도포액을 사용하여 스핀코트로 형성한다. 게다가, R(적), G(녹), B(청)의 각각의 감광성 착색 레지스트를 사용하여, 3회의 포토리소그래피로 착색 하부층(10b)을 형성한다. R(적), G(녹), B(청)의 각각의 감광성 착색 레지스트는, 스핀코트의 수법으로 도포하고, 노광은 스테퍼 노광기를 사용한다.
다음에 도 19B에 도시하는 바와 같이, 착색 하부층(10b)의 R(적), G(녹), B(청)상에, 열경화 타입의 불소계 아크릴수지 도포액(니혼카야쿠(주)제)을 사용하여 스핀 코트로, 투명 수지 상부층(10a)을 형성한다.
투명 수지 상부층(10a)상에, 더욱 열 플로우성을 갖는 감광성 아크릴계 수지를, 동일하게 스핀 코트로 도포하고, 노광, 현상, 또한 열 플로우 시켜서 반구 형상의 렌즈 모형(19)을 생성한다. 이 때, 열 플로우 처리시의 온도는 예를 들면 200℃로 한다.
다음에, 렌즈 모형(19)을 형성한 반도체 기판(11)을, 드라이에칭 장치로, O2 가스에 의한 에칭 처리를 행한다. 이 에칭 처리는, 기판온도 상온, 압력 1.2Pa, RF파워 500W, 바이어스 200W로 실행한다.
최후로, 마이크로 렌즈(51) 사이의 비개구부(25)에는, 약 0.1㎛의 투명 수지(불소계 아크릴수지)가 남도록 에칭 처리를 실시하고, 도 19C에 도시하는 고체 촬상 소자(50)를 얻을 수 있다.
도 16 및 도 17에, 고체 촬상 소자(50)의 비개구부(25)가 도시되어 있다. 비개구부(25)에는, 비교적 굴절율이 높은 컬러 필터가 하지로서 형성되어 있고, 이 면에 저굴절율 수지인 불소계 아크릴수지가 약 0.1㎛의 두께로 적층되어 있다. 이 저굴절율 수지의 박막에 의한 광간섭 효과와, 컬러 필터의 광흡수도 있어, 비개구부(25)로부터의 재반사광을 크게 경감할 수 있다.
또, 발명자들의 실험에 의하면, 본 실시예에 의해 얻어진 고체 촬상 소자(50)의 투명 수지 상부층(10a)의 피크 두께(착색 하부층(10b)과의 계면으로부터 렌즈 중앙부까지의 높이)(T1)는 0.9㎛, 비개구부층(52)의 두께(T6)는 0.1㎛이고, 마이크로 렌즈의 두께(T5)는 투명 수지 상부층(10a)의 두께(T1)로부터 비개구부층(52)의 두께(T6)를 뺀 0.8㎛ 였다. 또, 착색 하부층(10b)만의 두께(T7)는 0.8㎛ 였다. 또, 렌즈 하측 거리는, 약 3.3㎛가 되어, 종래 5.5㎛와 비교하여 60%로 극히 작게 할 수 있었다. 또한, 당 실시형태에서는, 마이크로 렌즈의 피치는, 3.5㎛, 렌즈 사이의 갭은 0.3㎛로 했다.
또, 본 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(50)와, 비교를 위해 고굴절율(굴절율 1.6)의 렌즈 재료를 사용한 종래의 고체 촬상 소자의 반사광의 상황을, 적분 볼과 변각 고니오미터(모두 무라카미 시키사이(주)제)로 측정 비교했다. 여기에서, 적분 볼은 소자 전체면, 전체에서의 반사광의 양의 많고 적음을 보는 것이며, 또, 변각 고니오미터는, 입사광(평행광)에 대해 수광부의 각도를 흔들어, 변각에서의 (국소적인)반사광의 상태를 조사하는 것이다.
본 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(50)는, 적분 볼에서는, 종래와 비교하여 가시광선 전체 파장역에서, 2∼3% 반사율이 저하했다. 변각 고니오미터에서는, 대략 정반사 방향의 -5도 입사로, +5도부터 +20도까지 수광 소자를 변각시켰지만, 반사광의 강도값에서, 본 고체 촬상 소자(50)가 종래의 반 이하로 낮은 반사광 강도값이었다.
또한, 본 실시형태에서는, 촬상 소자(50)의 패드부(전기적 접속부)의 표면내기 공정의 설명을 생략했다. 또, 저굴절율 수지를 알칼리 가용성의 감광성 수지의 형태로 사용하면, 노광, 현상 공정에서 패드부 표면내기 공정과 대체가 가능하다.
이상 기술한 본 실시형태에 관계되는 고체 촬상 소자(50) 및 그 제조 방법에 의하면, 적어도 다음 어느 하나의 효과를 얻을 수 있다.
제 1로, 마이크로 렌즈 사이의 비개구부, 및 마이크로 렌즈의 표면으로부터의 반사광을 극히 저감시켜, S/N비를 개선하여, 화질을 향상시킬 수 있다. 본 고체 촬상 소자는, 착색 하부층면상에 불소계 아크릴수지로 이루어지는 투명 수지 상부층이 형성되고, 마이크로 렌즈간의 비개구부에 불소계 아크릴수지의 비개구부층이 형성되어 있어, 당해 마이크로 렌즈에서의 반사를 방지할 수 있기 때문이다.
제 2로, 렌즈 하측 거리를 작게 하는 한편으로, 실질적인 렌즈 두께를 상기 0.5㎛∼0.3㎛부터 0.5㎛ 이상의 것으로 할 수 있다. 따라서 3㎛ 이하와 같은 화소 피치가 작은 촬상 소자상에의 마이크로 렌즈의 가공을 용이하게 할 수 있다.
제 3으로, 투명 수지 상부층이나 비개구부층을 불소계 아크릴수지에 의해 형성하고 있으므로, 종래에 비해, 더욱 엄한 처리 조건에 적응할 수 있는 내열성을 실현시킬 수 있다.
이상 기술한 고체 촬상 소자, 및 그 제조 방법에 의하면, 렌즈 하측 거리를 작게 하여, 집광성, S/N비의 개선을 도모하는 것, 마이크로 렌즈의 실질적인 두께를 0.5㎛ 이상으로 하는 것, 유색 렌즈에서의 색 순도의 저하를 억제하여, 개구율을 향상시킬 수 있다.

Claims (35)

  1. 이차원적으로 배치된 복수의 광전변환 소자와, 상기 광전변환 소자의 각각을 피복하는 복수의 대략 반구 형상의 마이크로 렌즈를 구비하는 고체 촬상 소자로서,
    상기 마이크로 렌즈는,
    상기 대략 반구 형상의 적어도 일부를 형성하는 투명 수지 상부층과,
    상기 투명 수지 상부층의 상기 광전변환 소자측에 설치되고, 당해 투명 수지 상부층과의 계면이 상기 광전변환 소자의 표면에 따른 형상을 갖는, 착색 하부층을 적어도 갖는 다층 구조 렌즈인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 투명 수지 상부층과 상기 착색 하부층과의 상기 계면은, 평탄한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 착색 하부층의 일부는, 상기 대략 반구 형상의 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 착색 하부층은, 염료를 색재로 한 착색 수지층인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 복수의 상기 착색 하부층의 두께의 차이는 0.3㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 투명 수지 상부층의 굴절율은, 상기 착색 하부층의 굴절율과 동일하든지, 또는 그것 이하인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈와 상기 광전변환 소자와의 사이에 설치된 평탄화층을 더 구비하고,
    상기 마이크로 렌즈 또는 상기 평탄화층중 적어도 한쪽은, 적외선 흡수 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 평탄화층과 상기 착색 하부층과의 사이에 설치된 자외선 흡수층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 평탄화층은 자외선 흡수 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈는, 상기 투명 수지 상부층상에 설치되어 상기 대략 반구 형상의 적어도 일부를 형성하는 렌즈 모형을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 착색 하부층의 막두께(T)로부터 상기 착색 하부층의 일부의 두께(T1)를 뺀 값은 0.4㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 대략 반구 형상의 적어도 일부를 형성하는 상기 착색 하부층의 일부의 두께(T1)는, 당해 상기 착색 하부층의 막두께를 T로 한 경우, 0.02T≤T1≤0.5T를 충족시키는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 평탄화층의 재료는, 노광 파장의 투과율이 40% 이하이고, 또한 가시광선 영역에서 90% 이상의 투과율을 갖는 수지인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  14. 제 3 항에 있어서, 상기 투명 수지 상부층의 굴절율은 착색 하부층의 굴절율보다도 낮은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 착색 하부층의 굴절율보다도 낮은 굴절율을 가지고 상기 대략 반구 형상의 적어도 일부를 형성하는, 상기 착색 하부층의 일부를 피복하는 외측 수지층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 투명 수지 상부층은, 불소계 아크릴수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 마이크로 렌즈 사이에 존재하는 비개구부를 피복하는 비개구부층을 더 구비하고,
    상기 투명 수지 상부층 또는 상기 박막의 적어도 일방은, 불소계 아크릴수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  18. 이차원적으로 배치된 복수의 광전변환 소자와, 상기 광전변환 소자의 각각을 피복하는 복수의 대략 반구 형상의 마이크로 렌즈를 구비하는 고체 촬상 소자 제조 방법으로서,
    반도체 기판에 이차원적으로 배치된 복수의 광전변환 소자상에 평탄화층을 형성하고,
    상기 평탄화층상에, 색소를 색재로 한 감광성 착색 레지스트를 사용하여, 포토리소그래피에 의해 복수색의 착색 하부층을 형성하고,
    상기 복수색의 착색 하부층상에, 제 1 수지 도포액을 도포함으로써 투명 수지 상부층을 형성하고,
    알칼리 가용성, 감광성, 및 열 플로우성을 갖는 렌즈 재료를 사용하여, 상기 투명 수지 상부층상에, 포토리소그래피 및 열처리에 의해 렌즈 모형을 형성하고,
    상기 렌즈 모형상에 드라이에칭을 행하고, 적어도 상기 투명 수지 상부층에 상기 렌즈 모형 패턴을 전사하고, 적어도 상기 투명 수지 상부층과 상기 착색 하부층을 갖는 상기 마이크로 렌즈를 형성하는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 렌즈 모형을 형성한 후, 상기 렌즈 모형의 2차원 배열의 전체면을 덮도록 투명 수지 박막층을 형성하는 것을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 렌즈 모형 패턴의 전사에서의 상기 드라이에칭의 깊이는, 상기 착색 하부층의 두께 방향에 대해 일부까지로 하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 드라이에칭에 사용되는 가스는, 플론계 가스인 CF4, C2F6, C3F8, C4F8, CHF3, C2HF5중의 적어도 하나를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 색소는 염료인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 평탄화층의 형성에서는, 적외선 흡수 기능을 갖는 수지 도포액을 사용함으로써, 상기 평탄화층에 적외선 흡수 기능을 가지게 한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  24. 제 18 항에 있어서, 상기 투명 수지 상부층의 형성에서는, 적외선 흡수 기능을 갖는 수지 도포액을 사용함으로써, 상기 투명 수지 상부층에 적외선 흡수 기능을 가지게 한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서, 상기 수지 도포액은 적외선 흡수 파장역이 상이한 복수의 적외선 흡수제를 함유하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  26. 제 18 항에 있어서, 상기 투명 수지 상부층의 형성과 상기 렌즈 모형의 형성과의 사이에, 자외선 흡수층을 도포에 의해 형성하는 것을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  27. 제 18 항에 있어서, 적어도 상기 투명 수지 상부층에 상기 렌즈 모형 패턴을 전사한후, 상기 마이크로 렌즈상에 적외선 흡수층의 박막을 도포에 의해 적층하는 것을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  28. 제 18 항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈의 최외층에, 저굴절율 수지의 박막을 적층하는 것을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  29. 제 18 항에 있어서, 상기 평탄화층의 재료에 노광 파장의 투과율이 40%이하이며, 또한, 가시광영역에서 90% 이상의 투과율을 갖는 수지를 사용한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  30. 제 18 항에 있어서, 상기 투명 수지 상부층의 굴절율은 착색 하부층의 굴절율보다도 낮은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  31. 제 18 항에 있어서, 상기 렌즈 모형 패턴을 전사한 후, 상기 마이크로 렌즈의 전체면을 덮도록, 제 2 수지 도포액을 사용하여 착색 하부층의 굴절율보다도 낮은 굴절율을 갖는 투명 수지의 박막을 형성하는 것을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 제 1 수지 도포액 또는 상기 제 2 수지 도포액중 적어도 한쪽은, 불소계 아크릴수지를 함유하는 수지 도포액인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  33. 제 18 항에 있어서, 상기 투명 수지 상부층을 형성한 후, 상기 렌즈 모형을 형성하는 대신에, 상기 투명 수지 상부층상에, 열 플로우성을 갖는 감광성 수지 용액을 사용하여 감광층을 형성하고, 상기 감광층에 적어도 패턴 노광, 현상을 포함하는 패터닝 처리를 행하여 렌즈 패턴을 형성하고, 열 플로우 시켜, 어레이 형상으로 배치된 수광 소자의 각각의 위치에 대략 반구 형상의 렌즈 모형을 형성하는 것을 더 구비하고,
    상기 렌즈 모형 패턴의 전사에서는, 적어도 상기 투명 수지 상부층 및 상기 렌즈 모형에 상기 렌즈 모형 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  34. 제 18 항에 있어서, 상기 복수의 마이크로 렌즈 사이에 존재하는 비개구부를 피복하는, 불소계 아크릴수지의 박막을 형성하는 것을 더 구비하는 것을 특지으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
  35. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 수지 도포액은 불소계 아크릴수지이며, 상기 렌즈 모형상에의 드라이에칭은, 상기 투명 수지층에 렌즈 모형 패턴을 전사하고, 상기 복수색의 착색 하부층의 상기 투명 수지층을 마이크로 렌즈로 하여, 마이크로 렌즈 사이의 비개구부에 상기 불소계 아크릴수지로 이루어지는 비개구부층을 형성하는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자 제조 방법.
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KR20220127721A (ko) * 2021-03-11 2022-09-20 비스에라 테크놀러지스 컴퍼니 리미티드 반도체 디바이스

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