JP2008193008A - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】行列状に配置された複数の受光部と、前記受光部に対応して形成されたカラーフィルタおよびマイクロレンズアレイとを具備する固体撮像装置において、隣接カラーセルへの光入射による混色を抑制し、ライン濃淡を低減する。
【解決手段】カラーフィルタ10は、一定方向に視たときの奇数行にシアン(以下CA)セルとイエロー(以下YE)セルとが交互に並び、偶数行にマゼンタ(以下MG)セルとグリーン(以下GR)セルとが交互に並び、かつ、MGセルとGRセルの並び順序が互いに隣り合う偶数行間で異なる補色色差順次配列にて形成され、CAセルとYEセルのうち少なくとも一方の下面がMGセルとGRセルの下面よりも受光部フォトダイオード2に位置するように構成される。ここでは、平坦化層9の凹部9Aに配置されるカラーセル10a,10cがCAセル,YEセルとされ、凸部9Bに配置されるカラーセル10b,10dは、入射光が混色してもライン濃淡の原因とならないMGセル,GRセルとされている。
【選択図】図1In a solid-state imaging device including a plurality of light receiving portions arranged in a matrix, and a color filter and a microlens array formed corresponding to the light receiving portions, color mixing due to light incident on adjacent color cells is performed. Suppress and reduce line shading.
A color filter 10 includes cyan (hereinafter referred to as CA) cells and yellow (hereinafter referred to as YE) cells alternately arranged in odd rows when viewed in a fixed direction, and magenta (hereinafter referred to as MG) cells and green (in the even rows). GR) cells are alternately arranged, and the order of arrangement of MG cells and GR cells is formed in a different complementary color difference sequential arrangement between even rows adjacent to each other, and the lower surface of at least one of CA cells and YE cells is MG The cell and the GR cell are configured so as to be positioned in the light receiving portion photodiode 2 from the lower surface. Here, the color cells 10a and 10c arranged in the concave portion 9A of the planarizing layer 9 are CA cells and YE cells, and the color cells 10b and 10d arranged in the convex portion 9B are lines even if incident light is mixed in color. MG cells and GR cells that do not cause shading.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体基板上に受光部とカラーフィルタとを有する固体撮像装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device having a light receiving portion and a color filter on a semiconductor substrate, and a method for manufacturing the same.
デジタルスチルカメラやビデオカメラ等は、解像度をさらに高くすることが求められており、これらに用いられる固体撮像装置は高画素化及び微細化がさらに加速されると予想される。固体撮像装置の微細化と同時に、カメラレンズと固体撮像装置との短射出瞳距離化も進んでいる。 Digital still cameras, video cameras, and the like are required to have higher resolution, and solid-state imaging devices used in these cameras are expected to further increase the number of pixels and miniaturization. Simultaneously with the miniaturization of the solid-state image pickup device, a short exit pupil distance between the camera lens and the solid-state image pickup device is also progressing.
ところが、画素の微細化が進むことと、カメラレンズと固体撮像装置との短射出瞳化に伴って入射光の入射角度が大きくなることとにより、縞状の画像不良であるライン濃淡が発生しやすくなる。ライン濃淡が発生する要因は、あるカラーセルに入射する光が隣接カラーセルをかすめることにより混色が発生することであると考えられる。 However, with the progress of pixel miniaturization and the increased incident angle of incident light with the shortening of the exit pupil between the camera lens and the solid-state imaging device, line shading, which is a striped image defect, occurs. It becomes easy. The cause of the occurrence of line shading is considered to be color mixing due to light incident on a certain color cell fading adjacent color cells.
斜め光はかかる混色や光感度低下を来たすもので、その対策として、半導体基板(受光部)表面からマイクロレンズ下面までの距離を短くすることが行われている。そのためにカラーフィルタの薄膜化も検討されているのであるが、補色カラーフィルタでは、グリーンセルはシアンセルとイエローセルとの積層構造となるため、膜厚はある程度大きくなってしまう。 Diagonal light causes such color mixing and photosensitivity reduction, and as a countermeasure, the distance from the surface of the semiconductor substrate (light receiving portion) to the bottom surface of the microlens is shortened. For this reason, a reduction in the thickness of the color filter is also being studied. However, in the complementary color filter, the green cell has a laminated structure of a cyan cell and a yellow cell, so that the film thickness increases to some extent.
この解決策として、積層構造のカラーフィルタについては、感光材成分を含まないカラーフィルタ被膜を形成し、選択エッチングして、一層目のカラーセルとし、その上に感光材成分を含むカラーフィルタ被膜を形成し、リソグラフィによりパターニングして、二層目のカラーセルとする方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この方法によれば、両層ともリソグラフィ法を利用して作製する場合よりも薄膜化が可能となる。 As a solution to this, for a color filter having a laminated structure, a color filter film not containing a photosensitive material component is formed and selectively etched to form a first color cell, on which a color filter film containing a photosensitive material component is formed. A method of forming and patterning by lithography to form a second-layer color cell is disclosed (for example, see Patent Document 1). According to this method, it is possible to reduce the thickness of both layers as compared with the case where the both layers are manufactured using a lithography method.
その他に、薄膜化するのでなく、グリーンセルの下面を他の色のセルの下面よりも受光部側に配置することで、グリーンセルの突出度を抑え、受光部とマイクロレンズ間の距離を短くする方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上述のようにカラーフィルタの薄膜化を進めても、発色のための色材(顔料、染料)分の膜厚は必要であるため限界があり、薄膜化だけで光感度低下や隣接画素との混色を抑えることは困難である。 However, even if the color filter is made thinner as described above, there is a limit because the film thickness of the coloring material (pigment, dye) for color development is necessary. It is difficult to suppress color mixing with.
またグリーンセルの下面を他の色のセルの下面よりも受光部側に配置する方法は、マイクロレンズと受光部との距離を短くすることのみ考慮されているもので、入射光が隣接セルをかすめることによる混色は依然として発生すると推測される。 In addition, the method of disposing the lower surface of the green cell closer to the light receiving part than the lower surface of the cells of other colors is only considered to shorten the distance between the microlens and the light receiving part. It is presumed that color mixing due to glaze still occurs.
本発明は、上記問題に鑑み、隣接カラーセルへの光入射による混色を抑制し、ライン濃淡が発生しにくい固体撮像装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that suppresses color mixing due to light incident on adjacent color cells and hardly generates line shading.
上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、行列状に配置された複数の受光部と、前記受光部に対応して形成されたカラーフィルタおよびマイクロレンズアレイとを具備する固体撮像装置において、前記カラーフィルタは、一定方向に視たときの奇数行にシアンセルとイエローセルとが交互に並び、偶数行にマゼンタセルとグリーンセルとが交互に並び、かつ、前記マゼンタセルとグリーンセルの並び順序が互いに隣り合う偶数行間で異なる補色色差順次配列にて形成されており、前記シアンセルとイエローセルのうち少なくとも一方の下面が前記マゼンタセルとグリーンセルの下面よりも受光部側に位置している構造としたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of light-receiving units arranged in a matrix, and a color filter and a microlens array formed corresponding to the light-receiving units. In the apparatus, the color filter includes cyan cells and yellow cells alternately arranged in odd rows when viewed in a fixed direction, magenta cells and green cells alternately arranged in even rows, and the magenta cells and green cells. Of the cyan cells and the yellow cells are located closer to the light receiving unit than the lower surfaces of the magenta cells and the green cells. It is characterized by having a structure.
また、行列状に配置された複数の受光部と、前記受光部に対応して形成されたカラーフィルタおよびマイクロレンズアレイとを具備する固体撮像装置において、前記カラーフィルタは、一定方向に視たときの奇数行にシアンセルとイエローセルとが交互に並び、偶数行にマゼンタセルとグリーンセルとが交互に並び、かつ、前記シアンセルとイエローセルの並び順序が互いに隣り合う奇数行間で異なる補色色差順次配列にて形成されており、前記マゼンタセルとグリーンセルのうち少なくとも一方の下面が前記シアンセルとイエローセルの下面よりも受光部側に位置している構造としたことを特徴とする。 Further, in a solid-state imaging device including a plurality of light receiving portions arranged in a matrix and a color filter and a microlens array formed corresponding to the light receiving portions, the color filters are viewed in a certain direction. Cyan cells and yellow cells are alternately arranged in odd-numbered rows, magenta cells and green cells are alternately arranged in even-numbered rows, and the complementary color difference sequential arrangement is different between the odd-numbered rows adjacent to each other. The lower surface of at least one of the magenta cell and the green cell is positioned closer to the light receiving part than the lower surfaces of the cyan cell and the yellow cell.
さらに、行列状に配置された複数の受光部と、前記受光部に対応して形成されたカラーフィルタおよびマイクロレンズアレイとを具備する固体撮像装置において、前記カラーフィルタは、原色ベイヤー配列にて形成されており、ブルーセルとレッドセルのうち少なくとも一方の下面がグリーンセルの下面よりも受光部側に位置している構造としたことを特徴とする。 Furthermore, in the solid-state imaging device including a plurality of light receiving portions arranged in a matrix, and a color filter and a microlens array formed corresponding to the light receiving portions, the color filters are formed in a primary color Bayer array. The lower surface of at least one of the blue cell and the red cell is positioned closer to the light receiving part than the lower surface of the green cell.
本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記のいずれかの固体撮像装置を製造する際に、複数の受光部が形成された半導体基板上に平坦化材料を塗布し、前記平坦化材料の所定のカラーセル位置にグレースケールマスクを用いるリソグラフィ法で凹部を形成するか、あるいは、前記平坦化材料上に透明樹脂を塗布した後に所定のカラーセル位置にリソグラフィ法で凸部をパターニングすることにより、表面に凹部と凸部とを有する平坦化層を形成する工程と、前記平坦化層の凹部と凸部に所定の配列でカラーセルを形成する工程とを行うことを特徴とする。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, when manufacturing any one of the above-described solid-state imaging devices, a planarizing material is applied onto a semiconductor substrate on which a plurality of light receiving portions are formed, and the planarizing material is predetermined. By forming a concave portion by a lithography method using a gray scale mask at the color cell position, or by patterning the convex portion by a lithography method at a predetermined color cell position after applying a transparent resin on the planarizing material, A step of forming a planarization layer having concave and convex portions on the surface and a step of forming color cells in a predetermined arrangement on the concave and convex portions of the planarization layer are performed.
所定の配列でカラーセルを形成する工程では、平坦化層の表面に第1のカラーレジストを塗布し、グレースケールマスクを用いるリソグラフィ法により前記平坦化層の凹部と凸部に所望の膜厚の第1のカラーレジスト層を形成し、その後に、前記第1のカラーレジスト層上に第2のカラーレジストを塗布し、グレースケールマスクを用いるリソグラフィ法により前記凸部の第1のカラーレジスト層上に第2のカラーレジスト層をパターニングすることにより、前記凹部に前記第1のカラーレジスト層よりなるカラーセルを形成し、前記凸部に前記第1のカラーレジスト層と第2のカラーレジスト層との積層構造のカラーセルを形成することができ、好都合である。 In the step of forming the color cells in a predetermined arrangement, a first color resist is applied to the surface of the planarizing layer, and a desired film thickness is formed on the concave and convex portions of the planarizing layer by lithography using a gray scale mask. A first color resist layer is formed, and then a second color resist is applied on the first color resist layer, and the first color resist layer on the convex portion is formed by a lithography method using a gray scale mask. Patterning the second color resist layer to form a color cell made of the first color resist layer in the concave portion, and forming the first color resist layer and the second color resist layer in the convex portion. It is possible to form a color cell having a multilayer structure, which is convenient.
本発明の固体撮像装置は、補色色差順次配列あるいは原色ベイヤー配列にて構成されるカラーフィルタについて、所定のカラーセルの下面を他のカラーセルの下面よりも受光部側に位置させるようにしたことにより、隣接カラーセルへの光入射、それによる混色を抑制し、ライン濃淡の発生を抑えることが可能になった。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the lower surface of the predetermined color cell is positioned closer to the light receiving unit than the lower surface of the other color cell in the color filter configured by the complementary color difference sequential array or the primary color Bayer array. As a result, it is possible to suppress the incidence of light to adjacent color cells and the resulting color mixture, thereby suppressing the occurrence of line shading.
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施形態の固体撮像装置の構成を示す。図1(a)は同固体撮像装置のカラーフィルタの平面配列を示した上面模式図であり、図1(b)(c)はそれぞれ、同固体撮像装置の図1(a)におけるA−A’線、B−B’線での断面図である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the configuration of a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a schematic top view showing a planar arrangement of color filters of the solid-state imaging device. FIGS. 1B and 1C are respectively A-A in FIG. 1A of the solid-state imaging device. It is sectional drawing in a 'line and BB' line.
この固体撮像装置においては、図1(a)に示すように、シアン(CAと記す)フィルタ、マゼンタ(MGと記す)フィルタ、イエロー(YEと記す)フィルタ、及びグリーン(GRと記す)フィルタが、補色色差順次配列を構成するように配置されている。これらカラーフィルタは、後述する半導体基板1に行列状に配置された複数のフォトダイオード2に対応している。
In this solid-state imaging device, as shown in FIG. 1A, a cyan (denoted as CA) filter, a magenta (denoted as MG) filter, a yellow (denoted as YE) filter, and a green (denoted as GR) filter are provided. These are arranged so as to constitute a complementary color difference sequential arrangement. These color filters correspond to a plurality of
詳細には、電荷信号を転送するV転送方向(垂直転送方向)に沿って奇数番目の行(奇数行という)にYEセルとCAセルとが配置され、偶数番目の行(偶数行という)にMGセルとGRセルとが配置されている。また転送回路(CCD)への読み出しを可能にするために、偶数行に配置されたMGセルとGRセルについて、隣り合う偶数行どうしで交互に「GR、MG、・・・」「MG、GR、・・・」となるように、並び順が入れ替えられている。 Specifically, YE cells and CA cells are arranged in odd-numbered rows (referred to as odd-numbered rows) along the V-transfer direction (vertical transfer direction) for transferring charge signals, and are arranged in even-numbered rows (referred to as even-numbered rows). An MG cell and a GR cell are arranged. Further, in order to enable reading to the transfer circuit (CCD), “GR, MG,...” “MG, GR” alternately between adjacent even rows of MG cells and GR cells arranged in even rows. ,..., The arrangement order is changed.
図1(b)(c)を参照して説明すると、シリコン等の半導体基板1に、複数のフォトダイオード2及び転送チャネル(図示せず)が形成され、基板表面に酸化シリコン膜等の絶縁膜3が形成され、前記転送チャネルの上に前記絶縁膜3を介して転送電極4が形成され、転送電極4を覆う絶縁膜5が形成されている。
Referring to FIGS. 1B and 1C, a plurality of
また絶縁膜5の上に、転送電極4を覆い且つフォトダイオード2を露出する開口部を有する遮光膜6が形成され、遮光膜6の開口部を埋めて表面を平坦化する平坦化層7が形成され、平坦化層7の上にフォトダイオード2の上方となるようにインナーレンズ8が形成されている。
Further, a
さらに、インナーレンズ8による凹凸を低減するように平坦化層9が形成され、平坦化層9の上にフォトダイオード2の上方となるようにカラーフィルタ10が形成され、カラーフィルタ10による凹凸を低減するように平坦化層11が形成され、平坦化層11の上にフォトダイオード2の上方となるようにマイクロレンズ12が形成されている。
Further, the
この固体撮像装置の大きな特徴は、平坦化層9の表面に、各フォトダイオード2に対応して凹部9Aと凸部9Bとが形成されていて、その各々にカラーセル10a,10b,10c,10dが配置されている点である。
A major feature of this solid-state imaging device is that
凹部9Aに配置されているカラーセル10a,10cは、CAセルまたはYEセルである。凸部9Bに配置されているカラーセル10b,10dは、MGセルまたはGRセルである。
The
以上のようにカラーフィルタ10が配置される理由を説明する。
上述した補色色差順次配列では、GRに関しては、CAセルとMGセルとに隣接するGR(GRcと記す)セルと、YEセルとMGセルとに隣接するGR(GRyと記す)セルという二種類のGRセルが存在する。またMGに関しては、YEセルとGRセルとに隣接するMG(MGyと記す)セルと、CAセルとGRセルとに隣接するMG(MGcと記す)セルという二種類のMGセルが存在する。このように、MGとGRについて、同色でありながら隣接セルが異なる二種類のセルが存在することが、ライン濃淡が発生する原因となる。
The reason why the
In the above-described complementary color difference sequential arrangement, there are two types of GRs: a GR cell (denoted as GRc) adjacent to the CA cell and MG cell, and a GR (denoted as GRy) cell adjacent to the YE cell and MG cell. There is a GR cell. As for MG, there are two types of MG cells, MG (denoted as MGy) cell adjacent to the YE cell and GR cell, and MG (denoted as MGc) cell adjacent to the CA cell and GR cell. As described above, regarding MG and GR, the presence of two types of cells having the same color but different adjacent cells causes the occurrence of line shading.
ライン濃淡が発生する理由は次の通りである。
GRcセルに入射するはずの光は、隣接セルであるCAセルやMGセルをかすめることで混色を発生させる。またGryセルに入射するはずの光は、隣接セルであるYEセルやMGセルをかすめることで混色を発生させる。さらに、GRcセルの隣接セルとGryセルの隣接セルとの内で共通していないCAセル,YEセルは、膜厚、色が異なる。これらの結果、混色の程度が異なり、GRcセルとGryセルとに感度差が発生する。このことは、MGセルについても同様であり、隣接セルの違いから、MGcセルとMGyセルとに感度差が発生する。この感度差により、隣接するライン間の感度差が発生することで、ライン濃淡が発生する。
The reason why line shading occurs is as follows.
Light that is supposed to be incident on the GRc cell causes color mixing by fainting the adjacent CA cell or MG cell. The light that should enter the Gry cell causes color mixing by fading the adjacent cells such as the YE cell and the MG cell. Further, the CA cell and the YE cell that are not common between the adjacent cell of the GRc cell and the adjacent cell of the Gry cell have different film thicknesses and colors. As a result, the degree of color mixing is different, and a sensitivity difference occurs between the GRc cell and the Gry cell. The same applies to the MG cell, and a difference in sensitivity occurs between the MGc cell and the MGy cell due to the difference between adjacent cells. Due to this difference in sensitivity, a difference in sensitivity between adjacent lines occurs, resulting in line shading.
これに対し、CAに関しては、MGセルとYEセルとGRセルとに隣接するCAセルしかない。YEに関しても、MGセルとGRセルとCAセルとに隣接するYEセルしかない。このように、CAとYEについては、同色のセルであって隣接セルが異なるセルは存在しないため、入射光が隣接セルをかすめることで発生する混色の差はなく、感度差は発生しない。 On the other hand, regarding CA, there is only a CA cell adjacent to the MG cell, the YE cell, and the GR cell. Regarding YE, there is only a YE cell adjacent to the MG cell, the GR cell, and the CA cell. As described above, regarding CA and YE, there is no cell having the same color and different adjacent cells. Therefore, there is no color mixing difference caused by the incident light grazing the adjacent cell, and no sensitivity difference occurs.
一般に、入射光が隣接セルをかすめることで発生する混色を低減するには、感度差を発生させる原因である隣接セルの薄膜化が効果的であるが、前述の理由で、セルの薄膜化には限界がある。 In general, it is effective to reduce the thickness of adjacent cells, which is the cause of the difference in sensitivity, in order to reduce the color mixture that occurs when incident light glazes adjacent cells. There are limits.
そこで、図1(a)に示した補色色差順次配列であるときに、薄膜化を図りながら、MG,GRのそれぞれに感度差を発生させる原因となる隣接のCAセル,YEセルの内、少なくとも一色の下面を、MGセル,GRセルの下面よりも受光部(フォトダイオード2)側に位置させる。 Therefore, in the complementary color difference sequential arrangement shown in FIG. 1A, at least of the adjacent CA cell and YE cell that cause a difference in sensitivity in each of MG and GR while reducing the thickness. The lower surface of one color is positioned closer to the light receiving unit (photodiode 2) than the lower surfaces of the MG cell and the GR cell.
図2を参照して具体的に説明する。
図2(a)は従来のカラーフィルタ構造を示す。平坦化層9の表面は文字通り平坦であり、その上にカラーセル10a,10b,10cが配置されている。図示したように、カラーセル10bに入射する入射光が、隣接するカラーセル10cをかすめ、混色が発生する。
This will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 2A shows a conventional color filter structure. The surface of the
これに対し、図1を用いて説明した本発明のカラーフィルタ構造では、図2(b)に再び示すように、平坦化層9に凸部9B、凹部9Aを設けて、カラーフィルタ10cの下面をカラーフィルタ10bの下面よりも受光部側に配置したことで、カラーセル10bに入射する入射光は、カラーセル10cをかすめにくくなり、混色を低減することができ、ライン濃淡を低減できる。凹部9Aと凸部9Bとの段差は望ましくは0.2〜1μmである。凹部9Aは、CA用のものとYE用のものとで深さに差があってもよい。
In contrast, in the color filter structure of the present invention described with reference to FIG. 1, as shown in FIG. 2B again, the
図1の固体撮像装置の製造方法の主要工程を説明する。
図3(a)に示すように、インナーレンズ8による凹凸を低減するようにアクリル樹脂等からなるの平坦化材料9´を塗布し、この平坦化材料9´を、図3(b)に示す透過率分布を持つグレースケールマスク21(マスクのクロム層に濃淡をつけたもの)を用いて露光し、現像して、図3(c)に示すように、所定の位置に凹部9Aを形成し、その間に凸部9Bを残すことにより、各フォトダイオード2に対応する凹部9Aと凸部9Bとを表面に持つ平坦化層9を形成する。
The main steps of the method for manufacturing the solid-state imaging device of FIG. 1 will be described.
As shown in FIG. 3 (a), a planarizing material 9 'made of acrylic resin or the like is applied so as to reduce unevenness due to the
あるいは、図4(a)に示すように、インナーレンズ8による凹凸を低減するようにアクリル樹脂等の平坦化材料9´を塗布し、180℃〜260℃で熱硬化させる。1回の塗布のみでは平坦性が得られない場合は、平坦化材料9´の塗布、熱硬化を複数回行い、その後に所望の平坦化層膜厚となるまでドライエッチングにより薄膜化する。さらにその後に、図4(b)に示すようにさらにアクリル樹脂等からなる感光性材料9″を塗布し、図4(c)に示すように、フォトリソグラフィーにより、パターニングすることにより、所定の位置に凸部9Bを形成し、それにより、各フォトダイオード2に対応する凹部9Aと凸部9Bとを表面に持つ平坦化層9を形成する。
Alternatively, as shown in FIG. 4A, a
あるいは、上記と同様にして、平坦化材料9´の塗布、熱硬化を必要回数だけ行い、所望の平坦化層膜厚となるまでドライエッチングにより薄膜化し、その後に、感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーにより所定位置に開口を持つパターンを作製し、それをマスクとしてドライエッチングにより凹部9Aを作製し、パターンを除去することで、凹部9Aと凸部9Bとを表面に持つ平坦化層9を形成する。
Alternatively, in the same manner as described above, the
次に、補色カラーフィルタのグリーンセル(シアンセルとイエローセルの積層構造)を製造する方法について説明する。
図5(a)に示すように、上述のように凹部9Aと凸部9Bとを表面に形成した平坦化層9の上に、シアンレレジスト101をスピンコートにより塗布し、このシアンレレジスト101を、図5(b)に示す透過率分布を持つグレースケールマスク22(マスクのクロム層に濃淡をつけたもの)を用いて露光し、現像する。これにより、図5(c)に示すように、凹部9A,凸部9Bのそれぞれに最適な膜厚のシアンセル102が一工程で形成される。その後に、図5(d)に示すように、凸部9Bの上にイエローセル103をシアンセル102と同様の方法で形成する。このことにより、シアンセル102よりなるシアンフィルタと、シアンセル102とイエローセル103とが積層されてなるグリーンセルとが形成される。
Next, a method for manufacturing a green cell (a laminated structure of a cyan cell and a yellow cell) of a complementary color filter will be described.
As shown in FIG. 5A, a cyan resist 101 is applied by spin coating on the
これに対し、平坦化層9の凸部9Bにグリーンセルを配置し、凹部9Aにシアンセルを配置するなら、凸部9Bにも凹部9Aにもシアンセルを形成する必要がある。凹凸のある平坦化層9の表面にシアンレジストを塗布すると、凸部9B部のシアンレジスト膜厚は薄くなり、凹部9A部のシアンレジスト膜厚は厚くなる。バイナリマスクを使用し、フォトリソグラフィーを行うと塗布時に発生する凸部9B部と凹部9A部のレジスト膜厚差がフォトリソグラフィー後にも転写される。所望の透過分光を得るためには、シアンセルのシアン膜厚、グリーンセル(シアンセルとイエローセルの積層構造)のシアン膜厚の制御が不可欠であるにも関わらず、この方法では、凸部9Bのグリーンセルと凹部9Aのシアンセルの両方に最適なシアン膜厚を得ることは困難である。
On the other hand, if a green cell is disposed on the
シアンセル、マゼンタセル、イエローセルは各々、各感光性を持ったカラー材料を塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングすることにより、得ることができる。
(第2の実施形態)
図6は本発明の第2の実施形態の固体撮像装置の構成を示す。図6(a)は同固体撮像装置のカラーフィルタの平面配列を示した上面模式図であり、図6(b)(c)はそれぞれ、同固体撮像装置の図6(a)におけるC−C’線、D−D’線での断面図である。図中、図1と同一の構成要素には同一の符号を附して説明を省略する。
Each of the cyan cell, magenta cell, and yellow cell can be obtained by coating each photosensitive color material and patterning it by photolithography.
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a configuration of a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6A is a schematic top view showing a planar arrangement of the color filters of the solid-state imaging device, and FIGS. 6B and 6C are CC views in FIG. 6A of the solid-state imaging device, respectively. It is sectional drawing in a 'line and DD' line. In the figure, the same components as those in FIG.
この固体撮像装置では、第1の実施形態の固体撮像装置と同様に補色色差順次配列が構成されており、V転送方向に沿って奇数行にYEセルとCAセルとが配置され、偶数行にMGセルとGRセルとが配置されている。ただし第1の実施形態とは異なって、転送回路(CCD)への読み出しを可能にするために、奇数行に配置されたYEセルとCAセルについて、隣り合う奇数行どうしで交互に「YE、CA、・・・」「CA、YE、・・・」となるように、並び順が入れ替えられている。 In this solid-state imaging device, a complementary color difference sequential arrangement is configured as in the solid-state imaging device of the first embodiment, YE cells and CA cells are arranged in odd rows along the V transfer direction, and even rows are arranged. An MG cell and a GR cell are arranged. However, unlike the first embodiment, in order to enable reading to the transfer circuit (CCD), for the YE cells and CA cells arranged in the odd rows, “YE, The arrangement order is changed so that “CA,...” “CA, YE,.
したがって、この色差順次配列では、CAに関して、YEセルとMGセルとに隣接するCA(CAmと記す)セルと、YEセルとGRセルとに隣接するCA(CAgと記す)セルという二種類のCAセルが存在する。またYEに関して、CAセルとGRセルとに隣接するYE(YEgと)セルと、CAセルとMGセルとに隣接するYE(YEm)セルという二種類のYEセルが存在する。このように、CAとYEについて、同色でありながら隣接セルが異なる二種類のセルが存在することが、上述したのと同様の理由で、混色差、感度差、ライン濃淡が発生する原因となる。 Therefore, in this color difference sequential arrangement, two types of CAs, CA (adjacent to CAm) adjacent to the YE cell and MG cell, and CA (abbreviated to CAg) adjacent to the YE cell and GR cell are associated with CA. A cell exists. Regarding YE, there are two types of YE cells: a YE (YEg) cell adjacent to the CA cell and the GR cell, and a YE (YEm) cell adjacent to the CA cell and the MG cell. Thus, for CA and YE, the presence of two types of cells that are the same color but have different neighboring cells causes color mixing differences, sensitivity differences, and line shading for the same reason as described above. .
このため、CA,YEのそれぞれに感度差を発生させる隣接セルMG,GRの内、少なくとも一色の下面が、MG,GRの下面よりも受光部(フォトダイオード2)側に配置される。 For this reason, the lower surface of at least one color among the adjacent cells MG and GR that cause a sensitivity difference between CA and YE is arranged closer to the light receiving unit (photodiode 2) than the lower surface of MG and GR.
つまり、凹部9Aに配置されるカラーセル10b,10dが、MGセルまたはGRセルとされている。このことにより、CA,YEに入射する光が隣接セルGR,MGをかすめることで発生する混色を低減できる。凸部9Bに配置されるカラーセル10a,10cは、入射光が混色してもライン濃淡の原因とならないCAセル,YEセルとされる。凹部9Aと凸部9Bとの段差は望ましくは0.2〜1μmである。凹部9Aは、MG用のものとGR用のものとで深さに差があってもよい。
(第3の実施形態)
図7は本発明の第3の実施形態の固体撮像装置の構成を示す。図7(a)は同固体撮像装置のカラーフィルタの平面配列を示した上面模式図であり、図7(b)(c)はそれぞれ、同固体撮像装置の図7(a)におけるE−E’線、F−F’線での断面図である。図中、図1と同一の構成要素には同一の符号を附して説明を省略する。
That is, the
(Third embodiment)
FIG. 7 shows a configuration of a solid-state imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7A is a schematic top view showing a planar arrangement of the color filters of the solid-state imaging device, and FIGS. 7B and 7C are respectively EE in FIG. 7A of the solid-state imaging device. It is sectional drawing in a 'line and FF' line. In the figure, the same components as those in FIG.
この固体撮像装置では、図7(a)に示すように、レッド(Rと記す)フィルタ、グリーン(Gと記す)フィルタ、ブルー(Bと記す)フィルタが、ベイヤー配列を構成するように配置されている。ベイヤー配列は、Gフィルタ(セル)の市松配列の間にB,Rフィルタ(セル)が形成される配列である。 In this solid-state imaging device, as shown in FIG. 7A, a red (denoted as R) filter, a green (denoted as G) filter, and a blue (denoted as B) filter are arranged to constitute a Bayer array. ing. The Bayer array is an array in which B and R filters (cells) are formed between checkered arrays of G filters (cells).
このベイヤー配列では、各Gセルとも、隣接セルはRセルとBセルとであって同じである。ただし、Rセル,Bセルに隣接する方向が異なる2種類のGセルがある。つまり、一方のG(Gr)セルは、行方向(V転送方向)にRセルと隣接し、列方向にBセルと隣接しているのに対し、もう一方のG(Gb)セルは、行方向にBセルと隣接し、列方向にRセルと隣接している。 In this Bayer arrangement, in each G cell, the adjacent cells are the same as the R cell and the B cell. However, there are two types of G cells with different directions adjacent to the R cell and the B cell. That is, one G (Gr) cell is adjacent to the R cell in the row direction (V transfer direction) and adjacent to the B cell in the column direction, while the other G (Gb) cell is adjacent to the row. Adjacent to the B cell in the direction and adjacent to the R cell in the column direction.
このような配列では、遮光膜6の開口の形状やセルサイズの縦横寸法から受ける影響で、行方向に隣接するセルをかすめることで発生する混色と、列方向に隣接するセルをかすめることで発生する混色とが異なることになる。そのため、GrセルとGbセルに感度差が発生し、ライン濃淡となる。
In such an arrangement, the influence of the shape of the opening of the light-shielding
このため、Gr,Gbのそれぞれに感度差を発生させる隣接のRセル,Bセルの内、少なくとも一色の下面が、Grセル,Gbセルの下面よりも受光部(フォトダイオード2)側に配置される。 For this reason, the lower surface of at least one of the adjacent R cells and B cells that cause a difference in sensitivity between Gr and Gb is disposed closer to the light receiving unit (photodiode 2) than the lower surfaces of the Gr cell and Gb cell. The
つまり、凹部9Aに配置されるカラーセル10e,10gが、RセルまたはBセルとされている。このことにより、Grセル,Gbセルに入射する光が隣接のRセル,Bセルをかすめることで発生する混色を低減できる。凸部9Bに配置されるカラーセル10fは、入射光が混色してもライン濃淡の原因とならないGrセル,Gbセルとされる。凹部9Aと凸部9Bとの段差は望ましくは0.2〜1μmである。凹部9Aは、R用のものとB用のものとで深さに差があってもよい。
(第4の実施形態)
図8は本発明の第4の実施形態の固体撮像装置の構成を示す。
That is, the
(Fourth embodiment)
FIG. 8 shows the configuration of a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention.
本発明に係るカラーフィルタ構造、具体的には第3の実施形態で説明したカラーフィルタ構造をMOS型固体撮像装置(CMOSセンサー)に適用したものである。
図示したように、MOS型固体撮像装置では、画素内に2層以上の多層配線が形成される場合が多い。13は層間絶縁膜、14は配線、15は導電プラグ、16は読出しゲート、17は反射防止積層膜である。
The color filter structure according to the present invention, specifically, the color filter structure described in the third embodiment is applied to a MOS type solid-state imaging device (CMOS sensor).
As shown in the figure, in a MOS type solid-state imaging device, multilayer wiring of two or more layers is often formed in a pixel. 13 is an interlayer insulating film, 14 is a wiring, 15 is a conductive plug, 16 is a read gate, and 17 is an antireflection laminated film.
したがって一般に、フォトダイオード1とマイクロレンズ12までの距離はCCD型固体撮像装置よりも長くなる。このため、このようなカラーフィルタ構造をMOS型固体撮像装置(CMOSセンサー)に用いた場合は、CCD型固体撮像装置に用いた場合よりもライン濃淡不良などの不良低減効果が大きい。
Therefore, in general, the distance between the
なお、ここで用いたカラーフィルタ構造に限らず、第1、第2の実施形態で説明したカラーフィルタ構造をMOS型固体撮像装置(CMOSセンサー)に用いることもできる。
また、以上の第1〜第4の実施形態では、上方向に凸形状のインナーレンズ8を備えているとして図示および説明したが、下方向に凸形状のインナーレンズを備えていてもよく、さらにはインナーレンズを備えていなくてもよい。
The color filter structure described in the first and second embodiments is not limited to the color filter structure used here, and the MOS type solid-state imaging device (CMOS sensor) can also be used.
In the first to fourth embodiments described above, it is illustrated and described as having an upwardly convex
本発明によれば、固体撮像装置のライン濃淡不良を低減できるので、かかる固体撮像装置を搭載するデジタルスチルカメラやビデオカメラ等に有用である。 According to the present invention, it is possible to reduce the line density defect of the solid-state imaging device, which is useful for a digital still camera, a video camera or the like equipped with such a solid-state imaging device.
1 半導体基板
2 フォトダイオード
3 絶縁膜
4 転送電極
5 絶縁膜
6 遮光膜
7 平坦化層
8 インナーレンズ
9 平坦化層
9A 凹部
9B 凸部
10 カラーフィルタ
10a〜10d カラーセル(補色)
10e〜10g カラーセル(原色)
11 平坦化層
12 マイクロレンズ
DESCRIPTION OF
10e-10g color cell (primary color)
11
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2007
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