WO2017043308A1 - 固体撮像素子、製造方法、および電子機器 - Google Patents

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健一 梶原
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths

Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device, a manufacturing method, and an electronic device, and more particularly, to a solid-state imaging device, a manufacturing method, and an electronic device that can be improved in quality.
  • a manufacturing method of a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor
  • a step of forming various films such as a planarization film on a semiconductor substrate.
  • a spin coat method is used in which a thin film can be uniformly formed using a centrifugal force generated by rotating a semiconductor substrate at a high speed.
  • Patent Document 1 discloses a solid-state imaging device that can improve image quality even when a spin coating method is used for film formation.
  • the present disclosure has been made in view of such a situation, and is intended to further improve the quality.
  • a solid-state imaging device includes a semiconductor substrate having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in an array, a planarization film that is formed so as to fill a concave portion of the semiconductor substrate, and the pixel region Corresponding to the color filter layer formed in the recessed region formed in the planarizing film.
  • a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a planarization film is formed so as to fill a recess of a semiconductor substrate having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in an array, and the solid-state imaging device corresponds to the pixel region. Forming a color filter layer in the recessed area formed in the planarizing film.
  • An electronic device includes a semiconductor substrate having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in an array, a planarization film formed so as to fill a concave portion of the semiconductor substrate, and the pixel region
  • a solid-state imaging device having a color filter layer formed in a recessed region formed in the planarizing film is provided.
  • a planarization film is formed so as to fill a concave portion of a semiconductor substrate having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in an array, and is formed on the planarization film corresponding to the pixel region.
  • a color filter layer is formed in the recessed region.
  • quality can be further improved.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an embodiment of a solid-state imaging device to which the present technology is applied.
  • FIG. 1A shows a cross-sectional configuration example of the solid-state imaging device
  • FIG. 1B shows a planar configuration in the color filter layer of the solid-state imaging device of FIG. .
  • the solid-state imaging device 11 is configured by laminating a semiconductor substrate 12, a planarizing film 13, a color filter layer 14, and an on-chip lens layer 15.
  • the semiconductor substrate 12 is, for example, a plate-like wafer obtained by thinly slicing single crystal silicon, and a pixel region 21 in which a plurality of pixels are arranged in an array is formed.
  • the planarizing film 13 is formed by, for example, applying an organic or inorganic polymer material by a spin coating method so as to fill a recess (for example, a scribe line) formed in the semiconductor substrate 12. Make the surface flat.
  • the color filter layer 14 is configured by arranging a filter that transmits light of colors (for example, three primary colors of red, blue, and green) received by each pixel for each of a plurality of pixels formed in the pixel region 21.
  • the color filter layer 14 is formed in a recessed region (a recessed region 32 in FIG. 2 described later) formed by recessing the surface of the planarizing film 13. Formed to be embedded.
  • the color filter layer 14 is formed so that the surface thereof is flat with the surface of the planarizing film 13.
  • the on-chip lens layer 15 is configured by arranging a small lens having a pixel size so as to collect light for each of a plurality of pixels formed in the pixel region 21.
  • the solid-state imaging device 11 configured in this manner can suppress coating unevenness that occurs when the color filter layer 14 is formed by embedding the color filter layer 14 in the recessed region of the planarization film 13. it can. Thereby, the thickness of the color filter layer 14 can be formed uniformly, and the quality of the solid-state imaging device 11 can be improved. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of non-uniform brightness for each color of the image captured by the solid-state imaging device 11 (for each color filter of the color filter layer 14), and to improve the image quality. it can.
  • the solid-state imaging device 11 is configured such that the surface of the planarizing film 13 and the color filter layer 14 is flat in a state where the color filter layer 14 is formed, thereby forming the on-chip lens layer 15 on the surface. It is possible to suppress coating unevenness that occurs at the time. Thereby, the lens of the on-chip lens layer 15 can be formed in a uniform shape, and the quality of the solid-state imaging device 11 can be improved. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of brightness non-uniformity for each pixel of the image captured by the solid-state imaging device 11 (for each lens of the on-chip lens layer 15), and to improve the image quality. .
  • an N-type impurity is ion-implanted into a P-type semiconductor substrate 12 to form a photodiode for each pixel.
  • a pixel region 21 is formed on the semiconductor substrate 12.
  • the peripheral region that is the periphery where the pixel region 21 of the semiconductor substrate 12 is formed for example, when the solid-state imaging device 11 is separated into a concave groove portion 22 used for an alignment mark or the like.
  • a concave scribe line 23 is formed as a boundary. It should be noted that a plurality of solid-state imaging devices 11 can be manufactured simultaneously with a single semiconductor wafer and are separated into individual pieces in a later process.
  • a material to be the planarizing film 13 is applied to the semiconductor substrate 12 by spin coating, so that the surface of the planarizing film 13 is in a flat state. To do. At this time, the planarizing film 13 is formed so as to fill the groove 22 and the scribe line 23.
  • a photoresist 31 is applied on the planarizing film 13.
  • the fourth step as shown in the fourth stage of FIG. 2, exposure and development processing is performed on the photoresist 31 to remove a part thereof, and this corresponds to a region where the color filter layer 14 is formed in the subsequent step.
  • An opening that opens is formed in the photoresist 31. That is, the exposure and development processing is performed so that the photoresist 31 is left in a portion other than the region where the color filter layer 14 is formed.
  • the planarizing film 13 is etched by a necessary amount (depth) using an etching apparatus, so that a part of the planarizing film 13 corresponding to the opening of the photoresist 31 is removed. To do. Thereafter, the photoresist 31 is removed so that the surface of the planarization film 13 is cut out and the color filter layer 14 is embedded corresponding to the pixel region 21 of the semiconductor substrate 12 as shown in the fifth row of FIG. The recessed area 32 is formed.
  • the pattern of the green filter 14 ⁇ / b> G constituting the color filter layer 14 is formed in the recessed region 32 formed in the planarizing film 13.
  • a green color filter resist generally a negative photosensitive resin
  • spin coating the green color filter resist is applied by spin coating, and after the green color filter resist is dried, it is exposed using a mask that can be irradiated with ultraviolet rays.
  • a pattern of the green filter 14G is formed using the developer.
  • the pattern of the blue filter 14 ⁇ / b> B constituting the color filter layer 14 is formed in the recessed area 32 formed in the planarizing film 13.
  • a blue color filter resist is applied by spin coating, and after the blue color filter resist is dried, it is exposed using a mask that can be irradiated with ultraviolet rays, and a pattern of the blue filter 14B is formed using a dedicated developer. Is done.
  • the pattern of the red filter 14 ⁇ / b> R constituting the color filter layer 14 is formed in the recessed region 32 formed in the planarizing film 13.
  • a red color filter resist is applied by a spin coating method, and after the red color filter resist is dried, exposure is performed using a mask capable of ultraviolet irradiation, and a pattern of the red filter 14R is formed using a dedicated developer. Is done.
  • the color filter layer 14 including the green filter 14G, the blue filter 14B, and the red filter 14R is formed in the recessed region 32.
  • a lens material 15a made of a transparent resin is applied to the surfaces of the planarizing film 13 and the color filter layer 14 by a spin coating method.
  • an on-chip lens layer 15 is formed as shown in the fifth row of FIG. 3 by forming a lens pattern for each pixel on the lens material 15a.
  • the wafer is cut along the scribe line 23 by using a dicing blade or the like, so that the solid-state image pickup device 11 that is separated into pieces is manufactured.
  • the solid-state imaging device 11 manufactured by the above process forms the color filter layer 14 in the recessed region 32 formed in the planarizing film 13 according to the pixel region 21, and spin coats the color filter resist.
  • the coating unevenness that occurs when coating can be suppressed.
  • the on-chip lens layer 15 on the flat surface composed of the planarizing film 13 and the color filter layer 14, the application unevenness that occurs when the lens material 15a is applied by spin coating is suppressed. Can do.
  • FIG. 4A shows a cross-sectional configuration example of a conventional solid-state imaging device 11A
  • FIG. 4B shows a process of manufacturing the color filter layer 14 of the solid-state imaging device 11A.
  • the surface of the planarizing film 13 is formed flat on the semiconductor substrate 12 on which the pixel region 21 is formed, and the color filter layer 14 is formed on the surface of the planarizing film 13, On-chip lens layer 15 is laminated thereon. That is, the solid-state imaging device 11 in FIG. 1 has a configuration in which the color filter layer 14 is formed so as to be embedded in the recessed region 32 (see FIG. 2) hollowed out in the planarization film 13, whereas the solid-state imaging device 11 11A has a configuration in which a color filter layer 14 is formed on the planarizing film 13. Due to the difference in configuration, in the solid-state imaging device 11A, when the color filter layer 14 is formed, coating unevenness may occur in the color filter resist.
  • the green filter 14G and the blue filter 14B are formed on the planarizing film 13 so as to have a convex shape. ing. At this time, coating unevenness occurs in the red color filter resist due to the step formed so that the green filter 14G and the blue filter 14B protrude from the planarizing film 13.
  • the green filter 14G formed in a convex shape on the planarizing film 13 causes uneven application to the blue color filter resist. appear.
  • the semiconductor wafer 51 is rotated at a high speed around the center point of the semiconductor wafer 51 on which the plurality of solid-state imaging devices 11 ⁇ / b> A are formed, and a color is formed at the center of the semiconductor wafer 51.
  • a filter resist photosensitive organic material
  • the color filter resist is spread by the centrifugal force caused by the rotation, so that it is applied to the entire surface of the semiconductor wafer 51 with a uniform thickness.
  • the high stepped portion causes the semiconductor wafer 51 to move outward from the center. As a result, coating unevenness as shown by broken lines occurs.
  • the portion where the red filter 14R is formed is flat. It has a concave shape with respect to the chemical film 13. For this reason, unlike the situation in which the green filter 14G and the blue filter 14B are formed in a convex shape on the planarizing film 13, it is possible to suppress the influence of the step when the red color filter resist is formed.
  • the portion where the blue filter 14 ⁇ / b> B is formed has a concave shape with respect to the planarizing film 13. The influence received by the step can be suppressed.
  • the solid-state imaging device 11 can suppress coating unevenness generated in the color filter resist when the color filter layer 14 is formed due to the difference in structure from the solid-state imaging device 11A.
  • the solid-state imaging device 11 can suppress coating unevenness that occurs when the lens material 15a of the on-chip lens layer 15 is applied.
  • the solid-state imaging device 11 of FIG. 1 has a flat surface of the planarizing film 13 and the color filter layer 14, and therefore when the lens material 15 a is applied.
  • the occurrence of coating unevenness can be suppressed. Accordingly, since the lens material 15a is formed with a uniform thickness, the lens of the on-chip lens layer 15 formed of the lens material 15a can be formed with a uniform shape with high accuracy.
  • the pixel region 21 is formed in the semiconductor substrate 12 as in the first process (FIG. 2).
  • a resin to be the first planarizing film 13-1 is applied to the semiconductor substrate 12 by spin coating, and the first planarizing film The surface of 13-1 is made flat.
  • the first planarizing film 13-1 is formed so as to be thinner than the thickness of the planarizing film 13 of FIG. 1 and equal to the remaining thickness in which the recessed region 32 is formed in the planarizing film 13.
  • a resin having no photosensitivity is used for the first planarization film 13-1.
  • a resin to be the second planarizing film 13-2 is applied onto the first planarizing film 13-1 by spin coating. Then, the surface of the second planarizing film 13-2 is made flat. Here, the second planarizing film 13-2 is formed with a film thickness that is the height of the color filter layer.
  • the second planarizing film 13-2 is made of a resin that has photosensitivity by adding a photosensitive material to a resin that is the same material as the first planarizing film 13-1.
  • the 24th step as shown in the fourth stage of FIG. 7, exposure using a reticle is performed to cut out the second planarizing film 13-2 in accordance with the region where the color filter layer 14 is formed. Then, development is performed to remove a part of the second planarization film 13-2. As a result, the second planarization film 13-2 is formed outside the region corresponding to the pixel region 21, and the planarization including the first planarization film 13-1 and the second planarization film 13-2 is performed. A recessed region 32 is formed in the film 13.
  • the color filter layer 14 and the on-chip lens layer 15 are formed by performing the same processes as those after the sixth process in FIG. 3, and the solid-state imaging device 11 is manufactured.
  • the recessed region 32 in the planarizing film 13 By forming the recessed region 32 in the planarizing film 13 by such a manufacturing method, the coating unevenness generated when the color filter layer 14 and the on-chip lens layer 15 are formed is suppressed as in the above-described manufacturing method. be able to.
  • FIG. 8A shows a cross-sectional configuration example in a state in which the recessed region 32 is formed in the planarizing film 13, as in the fifth stage of FIG.
  • a step that is recessed toward the center is formed on the outer peripheral portion of the recessed region 32 of the planarizing film 13, such as a portion surrounded by a broken line.
  • the recessed area 32 is formed on the outer periphery of the recessed area 32 so that the influence of the step of the recessed area 32 when the color filter layer 14 is formed is suppressed.
  • the taper surface which inclines at a predetermined angle according to the height (depth) of is formed.
  • an ineffective area is provided outside the effective area, which is an area where the function as the color filter layer 14 is effective, and the depression area 32 is formed so that the range in which the coating unevenness occurs in the color filter resist is within the ineffective area.
  • the angle of the outer peripheral taper surface is set.
  • the formation position of the color filter layer 14 is set at a predetermined interval from the outer peripheral portion of the recessed region 32 so that the end of the color filter layer 14 is disposed in the invalid region.
  • the influence of the step of the dent region 32 when the color filter resist is applied is also suppressed by adjusting the formation position so that the color filter layer 14 is formed slightly inside the dent region 32. be able to.
  • the solid-state imaging device 11 can form a tapered surface on the outer peripheral portion of the recessed region 32 by appropriately setting the process conditions when forming the recessed region 32, for example, and the color filter resist
  • the range in which coating unevenness occurs can be limited to the ineffective area.
  • the solid-state image sensor 11 can form the color filter layer 14 in an effective area
  • the solid-state imaging device 11 includes various types such as an imaging system such as a digital still camera or a digital video camera, a mobile phone having an imaging function, or other equipment having an imaging function. It can be applied to other electronic devices.
  • an imaging system such as a digital still camera or a digital video camera
  • a mobile phone having an imaging function or other equipment having an imaging function. It can be applied to other electronic devices.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging device mounted on an electronic device.
  • the imaging apparatus 101 includes an optical system 102, an imaging element 103, a signal processing circuit 104, a monitor 105, and a memory 106, and can capture still images and moving images.
  • the optical system 102 includes one or more lenses, guides image light (incident light) from a subject to the image sensor 103, and forms an image on a light receiving surface (sensor unit) of the image sensor 103.
  • the solid-state image sensor 11 of the above-described embodiment is applied.
  • the image sensor 103 electrons are accumulated for a certain period according to an image formed on the light receiving surface via the optical system 102. Then, a signal corresponding to the electrons accumulated in the image sensor 103 is supplied to the signal processing circuit 104.
  • the signal processing circuit 104 performs various signal processing on the pixel signal output from the image sensor 103.
  • An image (image data) obtained by performing signal processing by the signal processing circuit 104 is supplied to the monitor 105 and displayed, or supplied to the memory 106 and stored (recorded).
  • the imaging apparatus 101 configured as described above, by applying the solid-state imaging device 11 of the above-described embodiment, for example, it is possible to capture an image with uniform brightness and good image quality.
  • FIG. 10 is a diagram showing a usage example in which the above-described image sensor (solid-state imaging device 11) is used.
  • the image sensor described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray as follows.
  • Devices for taking images for viewing such as digital cameras and mobile devices with camera functions
  • Devices used for traffic such as in-vehicle sensors that capture the back, surroundings, and interiors of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and ranging sensors that measure distances between vehicles, etc.
  • Equipment used for home appliances such as TVs, refrigerators, air conditioners, etc. to take pictures and operate the equipment according to the gestures ⁇ Endoscopes, equipment that performs blood vessel photography by receiving infrared light, etc.
  • Equipment used for medical and health care ⁇ Security equipment such as security surveillance cameras and personal authentication cameras ⁇ Skin measuring instrument for photographing skin and scalp photography Such as a microscope to do beauty Equipment used for sports-Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications-Used for agriculture such as cameras for monitoring the condition of fields and crops apparatus
  • this technique can also take the following structures.
  • a semiconductor substrate having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in an array;
  • a planarization film formed so as to fill the recess of the semiconductor substrate;
  • a solid-state imaging device comprising: a color filter layer formed in a recessed region formed in the planarizing film corresponding to the pixel region.
  • the concave region is formed by forming the planarizing film and then hollowing out a region corresponding to the pixel region of the planarizing film according to the thickness of the color filter layer.
  • a first planarizing film is formed flat with a predetermined thickness, and a second planarizing film is formed outside the area corresponding to the pixel area with respect to the first planarizing film.
  • the solid-state imaging device according to (1) which is formed by forming a film.
  • the taper surface is formed in the outer peripheral part of the said dent area
  • the color filter layer is formed at a formation position where an end portion of the color filter layer is disposed in an ineffective region provided outside an effective region that is a region in which the function as the color filter layer is enabled.
  • the solid-state imaging device according to any one of 1) to (5).
  • a planarizing film is formed so as to fill a recess of a semiconductor substrate having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in an array,
  • a method of manufacturing a solid-state imaging device including a step of forming a color filter layer in a recessed region formed in the planarizing film corresponding to the pixel region.
  • a semiconductor substrate having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in an array; A planarization film formed so as to fill the recess of the semiconductor substrate;
  • An electronic apparatus comprising: a solid-state imaging device having a color filter layer formed in a recessed region formed in the planarization film corresponding to the pixel region.
  • 11 solid-state imaging device 12 semiconductor substrate, 13 flattening film, 14 color filter layer, 14G green filter, 14B blue filter, 14R red filter, 15 on-chip lens layer, 21 pixel area, 22 groove, 23 scribe line, 31 photo Resist, 32 recessed area, 51 semiconductor wafer

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Abstract

本開示は、より品質の向上を図ることができるようにする固体撮像素子、製造方法、および電子機器に関する。 複数の画素がアレイ状に配置された画素領域を有する半導体基板の凹部を埋め込むように平坦化膜が成膜され、画素領域に対応する領域をくり抜くことにより平坦化膜に凹み領域が形成されて、その凹み領域内にカラーフィルタ層が形成される。また、平坦化膜およびカラーフィルタ層からなる平面上にオンチップレンズ層が形成される。本技術は、例えば、CMOSイメージセンサに適用できる。

Description

固体撮像素子、製造方法、および電子機器
　本開示は、固体撮像素子、製造方法、および電子機器に関し、特に、より品質の向上を図ることができるようにした固体撮像素子、製造方法、および電子機器に関する。
　一般的に、CCD（Charge Coupled Device）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子の製造方法では、平坦化膜などの各種の膜を半導体基板上に成膜する工程がある。このような膜を形成する工程では、半導体基板を高速回転させることによる遠心力を利用して均一に薄膜を成膜することができるスピンコート法が使用されている。
　例えば、特許文献１には、膜形成にスピンコート法を使用しても、画質の向上を図ることができる固体撮像素子が開示されている。
特開平５－２１７７１号公報
　ところで、上述したようなスピンコート法を利用してカラーフィルタパターンやオンチップレンズなどを形成する際に、平坦化膜上に突出するような段差の影響によって塗布ムラが発生し、均一に材料を塗布することが困難であった。これにより、固体撮像素子の品質が低下し、画質にも影響を及ぼすことがあった。
　本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より品質の向上を図ることができるようにするものである。
　本開示の一側面の固体撮像素子は、複数の画素がアレイ状に配置された画素領域を有する半導体基板と、前記半導体基板の凹部を埋め込むように成膜される平坦化膜と、前記画素領域に対応して前記平坦化膜に形成される凹み領域内に形成されるカラーフィルタ層とを備える。
　本開示の一側面の固体撮像素子の製造方法は、複数の画素がアレイ状に配置された画素領域を有する半導体基板の凹部を埋め込むように平坦化膜を成膜し、前記画素領域に対応して前記平坦化膜に形成される凹み領域内にカラーフィルタ層を形成する工程を含む。
　本開示の一側面の電子機器は、複数の画素がアレイ状に配置された画素領域を有する半導体基板と、前記半導体基板の凹部を埋め込むように成膜される平坦化膜と、前記画素領域に対応して前記平坦化膜に形成される凹み領域内に形成されるカラーフィルタ層とを有する固体撮像素子を備える。
　本開示の一側面においては、複数の画素がアレイ状に配置された画素領域を有する半導体基板の凹部を埋め込むように平坦化膜が成膜され、画素領域に対応して平坦化膜に形成される凹み領域内にカラーフィルタ層が形成される。
　本開示の一側面によれば、より品質の向上を図ることができる。
本技術を適用した固体撮像素子の一実施の形態の構成例を示す図である。 固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 従来の固体撮像素子の構成例を示す図である。 スピンコート法において発生する塗布ムラを説明する図である。 オンチップレンズ層のレンズ材料を塗布する際に発生する塗布ムラについて説明する図である。 固体撮像素子の製造方法の変形例を説明する図である。 カラーフィルタ層の周辺部分の構成を示す図である。 本技術を適用した電子機器の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 イメージセンサを使用する使用例を示す図である。
　以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　＜固体撮像素子の構成例＞
　図１は、本技術を適用した固体撮像素子の一実施の形態の構成例を示す図である。図１のＡには、固体撮像素子の断面的な構成例が示されており、図１のＢには、図１のＡの固体撮像素子のカラーフィルタ層における平面的な構成示されている。
　図１に示すように、固体撮像素子１１は、半導体基板１２、平坦化膜１３、カラーフィルタ層１４、およびオンチップレンズ層１５が積層されて構成される。
　半導体基板１２は、例えば、単結晶シリコンを薄くスライスした板状のウェハであり、複数の画素がアレイ状に配置された画素領域２１が形成される。
　平坦化膜１３は、例えば、有機または無機の高分子材料をスピンコート法により塗布することで、半導体基板１２に形成されている凹部（例えば、スクライブラインなど）を埋め込むように成膜され、その表面を平坦な状態にする。
　カラーフィルタ層１４は、画素領域２１に形成される複数の画素ごとに、それぞれの画素が受光する色（例えば、赤色、青色、および緑色の三原色）の光を透過するフィルタが配置されて構成される。ここで、図１のＡに示すように、固体撮像素子１１では、カラーフィルタ層１４は、平坦化膜１３の表面を凹ませて形成される凹み領域（後述する図２の凹み領域３２）に埋め込まれるように形成される。また、カラーフィルタ層１４は、その表面が、平坦化膜１３の表面とフラットな状態となるように形成される。
　オンチップレンズ層１５は、画素領域２１に形成される複数の画素ごとに光を集光するように、画素サイズの小型のレンズが配置されて構成される。
　このように構成される固体撮像素子１１は、カラーフィルタ層１４を平坦化膜１３の凹み領域に埋め込む構成とすることで、カラーフィルタ層１４を形成する際に発生する塗布ムラを抑制することができる。これにより、カラーフィルタ層１４の厚みを均一に形成することができ、固体撮像素子１１の品質の向上を図ることができる。従って、固体撮像素子１１により撮像される画像の色ごと（カラーフィルタ層１４の各色のフィルタごと）に、明るさの不均一性が発生することを回避することができ、画質を向上させることができる。
　また、固体撮像素子１１は、カラーフィルタ層１４を形成した状態で、平坦化膜１３およびカラーフィルタ層１４の表面が平坦となる構成とすることで、その表面にオンチップレンズ層１５を形成する際に発生する塗布ムラを抑制することができる。これにより、オンチップレンズ層１５のレンズを均一な形状で形成することができ、固体撮像素子１１の品質の向上を図ることができる。従って、固体撮像素子１１により撮像される画像の画素ごと（オンチップレンズ層１５のレンズごと）に、明るさの不均一性が発生することを回避することができ、画質を向上させることができる。
　＜固体撮像素子の製造方法＞
　次に、図２および図３を参照して、固体撮像素子１１の製造方法について説明する。
　まず、第１の工程において、図２の１段目に示すように、例えば、Ｐ型の半導体基板１２に対してＮ型の不純物をイオン注入して画素ごとにフォトダイオードを形成することで、半導体基板１２に画素領域２１を形成する。また、半導体基板１２の画素領域２１が形成される周辺となる周辺領域には、例えば、アライメントマークなどに利用される凹状に窪んだ溝部２２、および、固体撮像素子１１を個片化する際の境界となる凹状に窪んだスクライブライン２３が形成されている。なお、複数個の固体撮像素子１１を１枚の半導体ウェハで同時に製造することができ、後の工程で個片化される。
　そして、第２の工程において、図２の２段目に示すように、平坦化膜１３となる材料をスピンコート法により半導体基板１２に塗布して、平坦化膜１３の表面を平坦な状態とする。このとき、平坦化膜１３は、溝部２２およびスクライブライン２３を埋め込むように成膜される。
　また、第３の工程において、図２の３段目に示すように、平坦化膜１３上にフォトレジスト３１を塗布する。
　その後、第４の工程において、図２の４段目に示すように、フォトレジスト３１上から露光現像処理を行って一部分を除去し、後の工程でカラーフィルタ層１４を形成する領域に対応して開口する開口部をフォトレジスト３１に形成する。即ち、カラーフィルタ層１４を形成する領域以外の部分に、フォトレジスト３１を残すように露光現像処理を行う。
　そして、第５の工程において、エッチング装置を使用して、必要な量（深さ）だけ平坦化膜１３をエッチングすることで、フォトレジスト３１の開口部に対応する平坦化膜１３の一部分を除去する。その後、フォトレジスト３１を除去することで、図２の５段目に示すように、平坦化膜１３の表面がくり抜かれ、半導体基板１２の画素領域２１に対応してカラーフィルタ層１４を埋め込むための凹み領域３２が形成される。
　次に、第６の工程において、図３の１段目に示すように、平坦化膜１３に形成された凹み領域３２内に、カラーフィルタ層１４を構成する緑色フィルタ１４Ｇのパターンが形成される。例えば、緑色のカラーフィルタレジスト（一般的にはネガ型の感光性樹脂）をスピンコート法により塗布し、緑色のカラーフィルタレジストが乾燥した後、紫外線照射のできるマスクを用いて露光し、専用の現像液を用いて緑色フィルタ１４Ｇのパターンが形成される。
　そして、第７の工程において、図３の２段目に示すように、平坦化膜１３に形成された凹み領域３２内に、カラーフィルタ層１４を構成する青色フィルタ１４Ｂのパターンが形成される。例えば、青色のカラーフィルタレジストをスピンコート法により塗布し、青色のカラーフィルタレジストが乾燥した後、紫外線照射のできるマスクを用いて露光し、専用の現像液を用いて青色フィルタ１４Ｂのパターンが形成される。
　続いて、第８の工程において、図３の３段目に示すように、平坦化膜１３に形成された凹み領域３２内に、カラーフィルタ層１４を構成する赤色フィルタ１４Ｒのパターンが形成される。例えば、赤色のカラーフィルタレジストをスピンコート法により塗布し、赤色のカラーフィルタレジストが乾燥した後、紫外線照射のできるマスクを用いて露光し、専用の現像液を用いて赤色フィルタ１４Ｒのパターンが形成される。これにより、緑色フィルタ１４Ｇ、青色フィルタ１４Ｂ、および赤色フィルタ１４Ｒからなるカラーフィルタ層１４が凹み領域３２内に形成される。
　また、第９の工程において、図３の４段目に示すように、平坦化膜１３およびカラーフィルタ層１４の表面に、透明な樹脂からなるレンズ材料１５ａをスピンコート法により塗布する。
　そして、第１０の工程において、レンズ材料１５ａに対して画素ごとにレンズパターンを形成することで、図３の５段目に示すように、オンチップレンズ層１５が形成される。
　その後、例えば、ダイシングブレードなどを使用して、スクライブライン２３に沿ってウェハを切断することで、個片化された固体撮像素子１１が製造される。
　以上のような工程により製造される固体撮像素子１１は、画素領域２１に応じて平坦化膜１３に形成される凹み領域３２にカラーフィルタ層１４を形成することで、カラーフィルタレジストをスピンコート法により塗布する際に発生する塗布ムラを抑制することができる。また、平坦化膜１３およびカラーフィルタ層１４からなる平坦な表面に対してオンチップレンズ層１５を形成することで、レンズ材料１５ａをスピンコート法により塗布する際に発生する塗布ムラを抑制することができる。
　ここで、図４を参照して、従来の固体撮像素子の構成について説明する。
　図４のＡには、従来の固体撮像素子１１Ａの断面的な構成例が示されており、図４のＢには、固体撮像素子１１Ａのカラーフィルタ層１４を製造する工程が示されている。
　図示するように、固体撮像素子１１Ａは、画素領域２１が形成された半導体基板１２に平坦化膜１３の表面が平坦に成膜され、平坦化膜１３の表面にカラーフィルタ層１４が形成され、その上にオンチップレンズ層１５が積層された構成となっている。即ち、図１の固体撮像素子１１は、平坦化膜１３にくり抜かれた凹み領域３２（図２参照）に埋め込まれるようにカラーフィルタ層１４が形成された構成であるのに対し、固体撮像素子１１Ａは、平坦化膜１３上にカラーフィルタ層１４が形成された構成となっている。このような構成の違いにより、固体撮像素子１１Ａでは、カラーフィルタ層１４を形成する際に、カラーフィルタレジストに塗布ムラが発生することがあった。
　つまり、図４のＢに示すように、赤色フィルタ１４Ｒを形成する赤色のカラーフィルタレジストを塗布する工程では、平坦化膜１３上に凸形状となるように緑色フィルタ１４Ｇおよび青色フィルタ１４Ｂが形成されている。このとき、緑色フィルタ１４Ｇおよび青色フィルタ１４Ｂが平坦化膜１３から突出するように形成される段差によって、赤色のカラーフィルタレジストに塗布ムラが発生することになる。
　なお、青色フィルタ１４Ｂを形成する青色のカラーフィルタレジストを塗布する工程においても、同様に、平坦化膜１３上に凸形状に形成されている緑色フィルタ１４Ｇによって、青色のカラーフィルタレジストに塗布ムラが発生する。
　例えば、スピンコート法では、図５に示すように、複数の固体撮像素子１１Ａが形成される半導体ウェハ５１の中心点を回転軸として、半導体ウェハ５１を高速回転させ、半導体ウェハ５１の中央にカラーフィルタレジスト（感光性の有機材料）が塗布される。そして、回転による遠心力によってカラーフィルタレジストが拡がることにより、半導体ウェハ５１の全面に均一の厚みで塗布される。
　その際、平坦化膜１３上に凸形状となるように緑色フィルタ１４Ｇおよび青色フィルタ１４Ｂが形成されていると、その段差の高い部分が原因となって、半導体ウェハ５１の中心から外側に向かって、破線で図示するような塗布ムラが発生することになる。
　これに対し、固体撮像素子１１では、上述した図３に示したように、赤色フィルタ１４Ｒを形成する赤色のカラーフィルタレジストを塗布する第８の工程では、赤色フィルタ１４Ｒが形成される箇所が平坦化膜１３に対して凹形状となっている。このため、平坦化膜１３上に緑色フィルタ１４Ｇおよび青色フィルタ１４Ｂが凸形状に形成されている状況と異なり、赤色のカラーフィルタレジストを成膜する際に段差により受ける影響を抑制することができる。
　なお、固体撮像素子１１では、青色フィルタ１４Ｂを形成する青色のカラーフィルタレジストを塗布する工程においても、青色フィルタ１４Ｂが形成される箇所が平坦化膜１３に対して凹形状となっているため、その段差により受ける影響を抑制することができる。
　このように、固体撮像素子１１は、固体撮像素子１１Ａとの構造の違いにより、カラーフィルタ層１４を形成する際に、カラーフィルタレジストに発生する塗布ムラを抑制することができる。
　さらに、固体撮像素子１１は、オンチップレンズ層１５のレンズ材料１５ａを塗布する際に発生する塗布ムラを抑制することができる。
　図６を参照して、従来の固体撮像素子１１Ａにおいてレンズ材料１５ａを塗布する工程について説明する。
　図４のＡに示したように、固体撮像素子１１Ａは、平坦な平坦化膜１３の表面上にカラーフィルタ層１４が形成されるため、図６の上側に示すように、カラーフィルタ層１４の端部（破線で囲んだ部分）に段差が形成されることになる。このため、図６の下側に示すように、レンズ材料１５ａをスピンコート法で塗布するとき、カラーフィルタ層１４の端部の段差が起因となって塗布ムラが発生してしまう。
　これに対し、図１の固体撮像素子１１は、上述した図３に示したように、平坦化膜１３およびカラーフィルタ層１４の表面が平坦に形成されるため、レンズ材料１５ａを塗布する際の塗布ムラの発生を抑制することができる。従って、レンズ材料１５ａが均一な厚みで形成されることより、レンズ材料１５ａから形成されるオンチップレンズ層１５のレンズを高精度に均一な形状で形成することができる。
　＜固体撮像素子の製造方法の変形例＞
　次に、図７を参照して、固体撮像素子１１の製造方法の変形例について説明する。
　まず、第２１の工程において、図７の１段目に示すように、上述の第１の工程（図２）と同様に、半導体基板１２に画素領域２１を形成する。
　そして、第２２の工程において、図７の２段目に示すように、第１の平坦化膜１３－１となる樹脂をスピンコート法により半導体基板１２に塗布して、第１の平坦化膜１３－１の表面を平坦な状態とする。ここで、第１の平坦化膜１３－１は、図１の平坦化膜１３の厚みよりも薄く、平坦化膜１３に凹み領域３２が形成された残りの厚みと同等となるように形成される。また、第１の平坦化膜１３－１には、感光性を有さない樹脂が用いられる。
　また、第２３の工程において、図７の３段目に示すように、第２の平坦化膜１３－２となる樹脂を第１の平坦化膜１３－１上にスピンコート法により塗布して、第２の平坦化膜１３－２の表面を平坦な状態とする。ここで、第２の平坦化膜１３－２は、カラーフィルタ層１４の高さとなる膜厚で成膜される。また、第２の平坦化膜１３－２には、第１の平坦化膜１３－１と同一の材料となる樹脂に、感光材を添加することにより感光性を有した樹脂が用いられる。
　そして、第２４の工程において、図７の４段目に示すように、カラーフィルタ層１４を形成する領域に応じて第２の平坦化膜１３－２をくり抜くために、レチクルを用いた露光を行って現像処理し、第２の平坦化膜１３－２の一部分を除去する。これにより、画素領域２１に対応する領域の外側に第２の平坦化膜１３－２が成膜され、第１の平坦化膜１３－１および第２の平坦化膜１３－２からなる平坦化膜１３に凹み領域３２が形成される。
　その後、図３の第６の工程以降と同様の工程が行われることで、カラーフィルタ層１４およびオンチップレンズ層１５が形成され、固体撮像素子１１が製造される。このような製造方法により平坦化膜１３に凹み領域３２を形成することで、上述した製造方法と同様に、カラーフィルタ層１４およびオンチップレンズ層１５を形成するときに発生する塗布ムラを抑制することができる。
　次に、図８を参照して、カラーフィルタ層１４の周辺部分の構成について説明する。
　図８のＡには、図２の５段目と同様に、平坦化膜１３に凹み領域３２が形成された状態における断面的な構成例が示されている。図示するように、平坦化膜１３の凹み領域３２の外周部には、破線で囲う部分のように、中央に向かって凹むような段差が形成されている。このため、カラーフィルタ層１４の形成時に、凹み領域３２の段差の影響によって、カラーフィルタ層１４の周囲部分に塗布ムラが発生することが想定される。
　そこで、固体撮像素子１１では、カラーフィルタ層１４の形成時における凹み領域３２の段差の影響が抑制されるように、図８のＢに示すように、凹み領域３２の外周部に、凹み領域３２の高さ（深さ）に応じて所定の角度で傾斜するテーパ面を形成する。これにより、カラーフィルタレジストを塗布する際の凹み領域３２の段差の影響を抑制することができ、カラーフィルタレジストに塗布ムラが発生する範囲を制限することができる。
　例えば、カラーフィルタ層１４としての機能が有効とされる領域である有効領域の外側に無効領域を設け、カラーフィルタレジストに塗布ムラが発生する範囲が無効領域内に収まるように、凹み領域３２の外周部のテーパ面の角度を設定する。これにより、カラーフィルタ層１４の有効領域においては、均一な厚みでカラーフィルタレジストを塗布することができ、塗布ムラが画質に悪影響を及ぼすことを回避することができる。
　さらに、図８のＣに示すように、カラーフィルタ層１４の端部が無効領域内に配置されるように、カラーフィルタ層１４の形成位置を、凹み領域３２の外周部から所定の間隔が設けられるように設定する。このように、カラーフィルタ層１４が、凹み領域３２よりも若干内側に形成されるように形成位置を調整することによっても、カラーフィルタレジストを塗布する際の凹み領域３２の段差の影響を抑制することができる。
　以上のように、固体撮像素子１１は、例えば、凹み領域３２を形成する際のプロセス条件を適切に設定することで、凹み領域３２の外周部にテーパ面を形成することができ、カラーフィルタレジストに塗布ムラが発生する範囲を無効領域内に制限することができる。これにより、固体撮像素子１１は、有効領域におけるカラーフィルタ層１４を均一な厚みで形成することができ、品質の向上を図ることができる。
　なお、固体撮像素子１１において凹み領域３２を形成する工程としては、図２および図７を参照して上述したような手法に限定されることなく、その他の様々な手法を採用することができる。
　＜電子機器の構成例＞
　なお、上述したような実施の形態の固体撮像素子１１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
　図９は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
　図９に示すように、撮像装置１０１は、光学系１０２、撮像素子１０３、信号処理回路１０４、モニタ１０５、およびメモリ１０６を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
　光学系１０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子１０３に導き、撮像素子１０３の受光面（センサ部）に結像させる。
　撮像素子１０３としては、上述した実施の形態の固体撮像素子１１が適用される。撮像素子１０３には、光学系１０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子１０３に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路１０４に供給される。
　信号処理回路１０４は、撮像素子１０３から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１０４が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１０５に供給されて表示されたり、メモリ１０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
　このように構成されている撮像装置１０１では、上述した実施の形態の固体撮像素子１１を適用することで、例えば、明るさが均一で良好な画質の画像を撮像することができる。
　＜イメージセンサの使用例＞
　図１０は、上述のイメージセンサ（固体撮像素子１１）を使用する使用例を示す図である。
　上述したイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
　・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
　・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
　・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
　・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
　・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
　・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
　・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
　・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　複数の画素がアレイ状に配置された画素領域を有する半導体基板と、
　前記半導体基板の凹部を埋め込むように成膜される平坦化膜と、
　前記画素領域に対応して前記平坦化膜に形成される凹み領域内に形成されるカラーフィルタ層と
　を備える固体撮像素子。
（２）
　前記凹み領域は、前記平坦化膜を成膜した後、前記カラーフィルタ層の厚みに応じて前記平坦化膜の前記画素領域に対応する領域をくり抜くことにより形成される
　上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
　前記凹み領域は、所定の厚みで平坦に第１の平坦化膜を成膜し、前記第１の平坦化膜に対して前記画素領域に対応する領域の外側に第２の平坦化膜を成膜することにより形成される
　上記（１）に記載の固体撮像素子。
（４）
　前記平坦化膜および前記カラーフィルタ層からなる平面上に形成されるオンチップレンズ層
　をさらに備える上記（１）から（３）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
　前記凹み領域の外周部にテーパ面が形成される
　上記（１）から（４）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
　前記カラーフィルタ層としての機能が有効とされる領域である有効領域の外側に設けられる無効領域に、前記カラーフィルタ層の端部が配置される形成位置で前記カラーフィルタ層が形成される
　上記（１）から（５）までのいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）
　複数の画素がアレイ状に配置された画素領域を有する半導体基板の凹部を埋め込むように平坦化膜を成膜し、
　前記画素領域に対応して前記平坦化膜に形成される凹み領域内にカラーフィルタ層を形成する
　工程を含む固体撮像素子の製造方法。
（８）
　複数の画素がアレイ状に配置された画素領域を有する半導体基板と、
　前記半導体基板の凹部を埋め込むように成膜される平坦化膜と、
　前記画素領域に対応して前記平坦化膜に形成される凹み領域内に形成されるカラーフィルタ層と
　を有する固体撮像素子を備える電子機器。
　なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　１１　固体撮像素子，　１２　半導体基板，　１３　平坦化膜，　１４　カラーフィルタ層，　１４Ｇ　緑色フィルタ，　１４Ｂ　青色フィルタ，　１４Ｒ　赤色フィルタ，　１５　オンチップレンズ層，　２１　画素領域，　２２　溝部，　２３　スクライブライン，　３１　フォトレジスト，　３２　凹み領域，　５１　半導体ウェハ

Claims (8)

  1. 　複数の画素がアレイ状に配置された画素領域を有する半導体基板と、
    　前記半導体基板の凹部を埋め込むように成膜される平坦化膜と、
    　前記画素領域に対応して前記平坦化膜に形成される凹み領域内に形成されるカラーフィルタ層と
    　を備える固体撮像素子。
  2. 　前記凹み領域は、前記平坦化膜を成膜した後、前記カラーフィルタ層の厚みに応じて前記平坦化膜の前記画素領域に対応する領域をくり抜くことにより形成される
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 　前記凹み領域は、所定の厚みで平坦に第１の平坦化膜を成膜し、前記第１の平坦化膜に対して前記画素領域に対応する領域の外側に第２の平坦化膜を成膜することにより形成される
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  4. 　前記平坦化膜および前記カラーフィルタ層からなる平面上に形成されるオンチップレンズ層
    　をさらに備える請求項１に記載の固体撮像素子。
  5. 　前記凹み領域の外周部にテーパ面が形成される
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  6. 　前記カラーフィルタ層としての機能が有効とされる領域である有効領域の外側に設けられる無効領域に、前記カラーフィルタ層の端部が配置される形成位置で前記カラーフィルタ層が形成される
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  7. 　複数の画素がアレイ状に配置された画素領域を有する半導体基板の凹部を埋め込むように平坦化膜を成膜し、
    　前記画素領域に対応して前記平坦化膜に形成される凹み領域内にカラーフィルタ層を形成する
    　工程を含む固体撮像素子の製造方法。
  8. 　複数の画素がアレイ状に配置された画素領域を有する半導体基板と、
    　前記半導体基板の凹部を埋め込むように成膜される平坦化膜と、
    　前記画素領域に対応して前記平坦化膜に形成される凹み領域内に形成されるカラーフィルタ層と
    　を有する固体撮像素子を備える電子機器。
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