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JP2009049117A - Color filter forming method for solid-state image sensor, solid-state image sensor, and pattern mask set for solid-state image sensor - Google Patents

Color filter forming method for solid-state image sensor, solid-state image sensor, and pattern mask set for solid-state image sensor Download PDF

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JP2009049117A
JP2009049117A JP2007212697A JP2007212697A JP2009049117A JP 2009049117 A JP2009049117 A JP 2009049117A JP 2007212697 A JP2007212697 A JP 2007212697A JP 2007212697 A JP2007212697 A JP 2007212697A JP 2009049117 A JP2009049117 A JP 2009049117A
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JP
Japan
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color
filter
solid
pattern
layer
Prior art date
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Application number
JP2007212697A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiteru Kawamura
利輝 川村
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Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
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Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
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Abstract

【課題】隣接するフィルタ層同士の融着を防止して、カラーフィルタの厚さや各フィルタ層のサイズのばらつき、感度低下、混色、感度比の劣化などの固体撮像素子のデバイス特性低下を防止する。
【解決手段】ランド状のフィルタ層が色毎に異なるパターンで混在配置されてなるカラーフィルタを、色毎に異なる単位カラーフィルタパターンのマスクGM、BM、RM、WMを用いて基板P上にパターニング形成する場合に、第1色目のランド状のフィルタ層Gを、それに相当する単位カラーフィルタパターンGPのマスクGMを用いてパターニング形成した後、第2色目以降のランド状のフィルタ層B、Rを第1色目のフィルタ層G同士の間に形成する際、第2色目以降の色に対するマスクBM、RMの各マスク開口5形状を、当該色に対する単位カラーフィルタパターンBP、RPの各フィルタ層B、Rのランド形状とは異なる形状にする。
【選択図】図1
Adhesion between adjacent filter layers is prevented to prevent deterioration in device characteristics of a solid-state imaging device, such as variations in color filter thickness and size of each filter layer, sensitivity reduction, color mixing, and sensitivity ratio deterioration. .
A color filter in which land-like filter layers are mixedly arranged in a different pattern for each color is patterned on a substrate P using unit color filter pattern masks GM, BM, RM, and WM that differ for each color. In the case of forming, the land-shaped filter layer G of the first color is patterned using the mask GM of the unit color filter pattern GP corresponding thereto, and then the land-shaped filter layers B and R for the second color and thereafter are formed. When forming between the filter layers G of the first color, the shapes of the mask openings 5 of the masks BM and RM for the second and subsequent colors are changed to the filter layers B of the unit color filter patterns BP and RP for the color, The shape is different from the land shape of R.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法及び固体撮像素子、並びに固体撮像素子用パターンマスクセットに関し、特にランド状のフィルタ層同士の融着を防止して優れたデバイス特性を得るための技術に関する。   The present invention relates to a color filter forming method for a solid-state image sensor, a solid-state image sensor, and a pattern mask set for a solid-state image sensor, and in particular, a technique for preventing fusion of land-like filter layers and obtaining excellent device characteristics. About.

一般的に、CMOS、CCD等の固体撮像素子に用いられているカラーフィルタは、3色、或いは4色の着色(または非着色)されたレジストを用いたフォトリソグラフィによる露光及び現像プロセスによって、基板上にパターン形成されて作製される(例えば、特許文献1参照)。   In general, a color filter used in a solid-state imaging device such as a CMOS or a CCD is formed by a photolithography exposure and development process using a three-color or four-color (or non-color) resist. A pattern is formed on the top (see, for example, Patent Document 1).

図6は、ベイヤー配列を45°傾けたカラーフィルタ1の各フィルタ層(RGB)の配列を示したものであり、図6において左下から斜め右上に向かってフィルタ層の配列を見たとき、奇数行に「R、G、R、G、・・」と並び、偶数行に「G、B、G、B、・・」と並べられている。このようなカラーフィルタ1は、例えば図7に示すように形成される。すなわち、基板上に複数のランド状の赤フィルタ層Rが所定の間隔で配置された赤のパターンをフォトリソグラフィにより形成し(図7(a))、次いで赤のパターンが形成された基板上に、複数のランド状の青フィルタ層Bを赤フィルタ層R同士の間に配置して青のパターンを形成する(図7(b))。更に、赤フィルタ層R及び青フィルタ層Bが形成されている以外の領域に緑フィルタ層Gを配置して作製される(図7(c))。   FIG. 6 shows the arrangement of the filter layers (RGB) of the color filter 1 with the Bayer arrangement inclined by 45 °. When the arrangement of the filter layers is viewed from the lower left to the diagonal upper right in FIG. “R, G, R, G,...” Are arranged in a row, and “G, B, G, B,. Such a color filter 1 is formed, for example, as shown in FIG. That is, a red pattern in which a plurality of land-like red filter layers R are arranged on a substrate at a predetermined interval is formed by photolithography (FIG. 7A), and then on the substrate on which the red pattern is formed. A plurality of land-like blue filter layers B are arranged between the red filter layers R to form a blue pattern (FIG. 7B). Further, the green filter layer G is disposed in a region other than the region where the red filter layer R and the blue filter layer B are formed (FIG. 7C).

また、図8に示すように、色情報と輝度情報とを区別して検出して色情報に左右されない輝度解像度、および輝度情報の分光特性に影響されない色再現性を得るため、輝度情報用のフィルタ層Wを有するカラーフィルタ3が知られている。このカラーフィルタ3は、図8において左下から斜め右上に向かってフィルタ層の配列を見たとき、奇数行に「W、G、W、G、・・」と並び、偶数行に「R、W、B、W、・・」と並べられて、フィルタ層Wが市松状に配置され、フィルタ層R、G、Bが残りの市松状の位置に配置されている。   Further, as shown in FIG. 8, a filter for luminance information is obtained in order to obtain color resolution that is not affected by color information and color reproducibility that is not influenced by spectral characteristics of luminance information by distinguishing and detecting color information and luminance information. A color filter 3 having a layer W is known. The color filter 3 is arranged with “W, G, W, G,...” In the odd rows and “R, W in the even rows when the filter layer arrangement is viewed from the lower left to the diagonal upper right in FIG. , B, W,..., The filter layer W is arranged in a checkered pattern, and the filter layers R, G, B are arranged in the remaining checkered positions.

フィルタ層Wを有するカラーフィルタ3は、例えば図9に示すように形成される。すなわち、基板上に複数のランド状の緑フィルタ層Gを形成し(図9(a))、緑フィルタ層Gの間にランド状の青フィルタ層Bを形成し(図9(b))、更に、緑フィルタ層G及び緑フィルタ層Gの間にランド状の赤フィルタ層Rを形成した後(図9(c))、緑フィルタ層G、青フィルタ層B、及び緑フィルタ層Gが形成されている以外の領域に輝度情報用フィルタ層Wを配置して作製される(図9(d))。
特開平6−273611号公報
The color filter 3 having the filter layer W is formed, for example, as shown in FIG. That is, a plurality of land-like green filter layers G are formed on the substrate (FIG. 9A), and a land-like blue filter layer B is formed between the green filter layers G (FIG. 9B). Further, after the land-like red filter layer R is formed between the green filter layer G and the green filter layer G (FIG. 9C), the green filter layer G, the blue filter layer B, and the green filter layer G are formed. The luminance information filter layer W is disposed in a region other than the region where the luminance information is formed (FIG. 9D).
JP-A-6-273611

図7に示すように、カラーフィルタ1は、赤のパターンの形成においてはランド状の赤フィルタ層Rが離散しているので問題ないが、続く青のパターンを形成する際、ランド状の青フィルタ層Bが、既に形成されているランド状の赤フィルタ層Rの間にその隅同士が近接するように配置される。このため、赤フィルタ層Rと青フィルタ層Bとの間隔が狭く、赤フィルタ層R及び青フィルタ層B間に流れ込みによる融着が生じてブリッジ2が形成される場合がある。上記したフィルタ層の融着は、カラーフィルタの厚さや各フィルタ層のサイズのばらつきを招くと共に、固体撮像素子の感度低下、混色、感度比の劣化などのデバイス特性低下の要因となる。   As shown in FIG. 7, the color filter 1 has no problem because the land-like red filter layer R is discrete in the formation of the red pattern, but when forming the subsequent blue pattern, the land-like blue filter The layer B is disposed between the land-shaped red filter layers R that are already formed so that the corners thereof are close to each other. For this reason, the space | interval of the red filter layer R and the blue filter layer B is narrow, and the bridge | bridging 2 may be formed by the fusion | melting by flowing in between red filter layer R and the blue filter layer B. The fusion of the filter layers described above causes variations in the thickness of the color filter and the size of each filter layer, and causes a decrease in device characteristics such as a decrease in sensitivity of the solid-state image sensor, color mixing, and a decrease in sensitivity ratio.

また、図9に示すように、輝度情報用のフィルタ層Wを有するカラーフィルタ3は、青フィルタ層B及び赤フィルタ層Rを形成する際、ランド状の青フィルタ層Bは、既に形成されているランド状の緑フィルタ層Gの間にその隅同士が近接するように配置され、また、赤フィルタ層Rは、既に形成されているランド状の緑フィルタ層Gと青フィルタ層Bの間にその隅同士が近接するように配置される。そのため、前述同様に各フィルタ層G、Bの間隔、及びG、B、Rの間隔が狭く、各フィルタ層G、B間、及びG、B、R間に融着が生じてブリッジ2(2A、2B)が形成される場合がある。   Further, as shown in FIG. 9, when the color filter 3 having the filter layer W for luminance information is formed with the blue filter layer B and the red filter layer R, the land-like blue filter layer B is already formed. The red filter layer R is disposed between the land-shaped green filter layer G and the blue filter layer B that have already been formed. It arrange | positions so that the corners may adjoin. Therefore, as described above, the intervals between the filter layers G and B and the intervals between G, B, and R are narrow, and fusion occurs between the filter layers G and B and between G, B, and R, and the bridge 2 (2A 2B) may be formed.

上記したフィルタ層R、G、B同士の融着は、近年の固体撮像素子の多画素数化および小型化に伴って、パターンの微細化が更に進み、ますます発生頻度が高まることが懸念される。   The above-described fusion of the filter layers R, G, and B is likely to occur more frequently as the number of pixels and the miniaturization of solid-state imaging devices in recent years further increase in pattern miniaturization. The

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、隣接するフィルタ層同士の融着を防止して、カラーフィルタの厚さや各フィルタ層のサイズのばらつき、感度低下、混色、感度比の劣化などの固体撮像素子のデバイス特性低下を防止することができる固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法及び固体撮像素子、並びに固体撮像素子用パターンマスクセットを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and prevents adjacent filter layers from fusing together, resulting in variations in the thickness of the color filter and the size of each filter layer, sensitivity reduction, color mixing, and sensitivity ratio. It is an object of the present invention to provide a method for forming a color filter of a solid-state image sensor, a solid-state image sensor, and a pattern mask set for the solid-state image sensor that can prevent deterioration of device characteristics of the solid-state image sensor such as deterioration.

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成できる。
(1) ランド状のフィルタ層が色毎に異なるパターンで混在配置されてなるカラーフィルタを、色毎に異なる単位カラーフィルタパターンに基づく開口を有するマスクを用い、各色の前記ランド状のフィルタ層を色順次で基板上にパターニング形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
第1色目の前記ランド状のフィルタ層を、該第1色目の色に相当する単位カラーフィルタパターンのマスクを用いて前記基板上にパターニング形成した後、
第2色目以降でかつ最終色前段までの色に対する前記ランド状のフィルタ層を前記第1色目のフィルタ層同士の間にパターニング形成する際に、前記第2色目以降でかつ最終色前段までの色に対する前記マスクの各開口形状を、当該色に対する単位カラーフィルタパターンの各フィルタ層のランド形状とは異なる形状にして形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。
The above object of the present invention can be achieved by the following configuration.
(1) A color filter in which land-like filter layers are mixedly arranged in different patterns for each color, and a mask having an opening based on a unit color filter pattern that differs for each color, and the land-like filter layers for each color are A method for forming a color filter of a solid-state imaging device that is formed by patterning on a substrate in color sequential order,
After the land-shaped filter layer of the first color is patterned on the substrate using a unit color filter pattern mask corresponding to the color of the first color,
When the land-like filter layer for the colors after the second color and before the final color is formed by patterning between the filter layers of the first color, the colors after the second color and before the final color A method of forming a color filter for a solid-state imaging device, wherein each of the openings of the mask is formed in a shape different from the land shape of each filter layer of the unit color filter pattern for the color.

この固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法によれば、第1色目のランド状のフィルタ層を、該第1色目の色に相当する単位カラーフィルタパターンのマスクを用いて基板上にパターニング形成し、その後、第2色目以降でかつ最終色前段までの色に対するランド状のフィルタ層をパターニング形成する際、この第2色目以降でかつ最終色前段までの色に対するマスクの各開口形状が、当該色に対する単位カラーフィルタパターンの各フィルタ層のランド形状とは異なる形状のマスクを用いてパターニング形成するようにしたので、第1色目のフィルタ層同士の間にフィルタ層を新たに形成しても、フィルタ層の外縁同士の融着が防止されて、当該色に対する正規形状のフィルタ層を基板上にパターニング形成することができる。従って、フィルタ層の外縁同士の融着に起因するカラーフィルタの厚さや各フィルタ層のサイズのばらつき、感度低下、混色、感度比の劣化などの固体撮像素子のデバイス特性低下を防止することができる。   According to the color filter forming method of the solid-state imaging device, the land-like filter layer of the first color is patterned on the substrate using the unit color filter pattern mask corresponding to the color of the first color, and then When patterning the land-like filter layer for the colors after the second color and before the final color, each aperture shape of the mask for the colors after the second color and before the final color is a unit for that color. Since pattern formation is performed using a mask having a shape different from the land shape of each filter layer of the color filter pattern, even if a filter layer is newly formed between the filter layers of the first color, the filter layer Fusion of the outer edges is prevented, and a regular filter layer for the color can be formed on the substrate by patterning. Therefore, it is possible to prevent deterioration in device characteristics of the solid-state imaging device, such as variations in the thickness of the color filter and the size of each filter layer, reduction in sensitivity, color mixing, and deterioration in sensitivity ratio due to fusion of the outer edges of the filter layers. .

(2) (1)記載の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
前記第2色目以降でかつ最終色前段までの色に対する前記マスクの各開口形状を、既に前記基板上に形成されたランド状の各フィルタ層と隣接する側の開口外縁が、前記開口の内側に入り込んだ形状にする固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。
(2) A method for forming a color filter of a solid-state imaging device according to (1),
Each opening shape of the mask with respect to colors after the second color and before the final color has an opening outer edge on the side adjacent to each land-like filter layer already formed on the substrate inside the opening. A method for forming a color filter of a solid-state imaging device having an intrusive shape.

この固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法によれば、第2色目以降でかつ最終色前段までの色色に対するマスクの各マスク開口形状を、既に基板上に形成されたランド状の各フィルタ層と隣接する側の開口外縁が、マスク開口の内側に入り込んだ形状としたので、隣接する各フィルタ層のマスク上における隣接間隔を広げることができる。これによって、パターニング形成時の流れ込みによるフィルタ層の外縁同士の融着を防止できる。   According to this color filter forming method of the solid-state imaging device, each mask opening shape of the mask for the second and subsequent colors and up to the last color is adjacent to each land-like filter layer already formed on the substrate. Since the opening outer edge on the side has a shape entering the inside of the mask opening, it is possible to widen the interval between adjacent filter layers on the mask. As a result, it is possible to prevent the outer edges of the filter layer from being fused to each other due to inflow during patterning formation.

(3) (1)または(2)記載の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
前記カラーフィルタは、複数のフォトダイオードの光入射側にそれぞれ配置された色情報検出用の色度フィルタと、輝度情報測定用の輝度フィルタとからなり、前記複数のフォトダイオードのうち市松状に配列されたフォトダイオードに対しては前記色度フィルタを配置し、前記色度フィルタが配置されていない残りの市松状に配置されたフォトダイオードに対しては前記輝度フィルタを配置した配列であり、
前記色度フィルタに対するフィルタ層を色順次で形成した後、前記輝度フィルタに対するフィルタ層を形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。
(3) A method for forming a color filter of a solid-state imaging device according to (1) or (2),
The color filter includes a chromaticity filter for detecting color information and a luminance filter for measuring luminance information respectively arranged on the light incident side of the plurality of photodiodes, and arranged in a checkered pattern among the plurality of photodiodes. The chromaticity filter is arranged for the photodiodes arranged, and the luminance filter is arranged for the remaining checkered photodiodes where the chromaticity filters are not arranged,
A method for forming a color filter of a solid-state imaging device, wherein a filter layer for the chromaticity filter is formed in color sequential order, and then a filter layer for the luminance filter is formed.

この固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法によれば、カラーフィルタが色情報検出用の色度フィルタと、輝度情報測定用の輝度フィルタとを備え、市松状に配列されたフォトダイオードに色度フィルタを配置し、色度フィルタが配置されていない残りの市松状に配置されたフォトダイオードに輝度フィルタを配置された場合であっても、パターニングの際に他のフィルタ層が近接して存在しても、パターニング形成時の流れ込みによるフィルタ層の外縁同士の融着が防止される。   According to this method for forming a color filter of a solid-state imaging device, the color filter includes a chromaticity filter for detecting color information and a luminance filter for measuring luminance information, and the chromaticity filter is arranged on the checkered photodiodes. Even if the luminance filter is arranged on the remaining photodiodes arranged in a checkered pattern where no chromaticity filter is arranged, even if other filter layers are present in the proximity of the patterning Further, fusion of the outer edges of the filter layer due to inflow during patterning is prevented.

(4) (1)または(2)記載の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
前記カラーフィルタは、緑色、青色、赤色のフィルタ層が複数のフォトダイオードの光入射側にそれぞれ配置されたものであり、青色と赤色に対するフィルタ層を形成した後に緑色に対するフィルタ層を形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。
(4) A method for forming a color filter of a solid-state imaging device according to (1) or (2),
In the color filter, green, blue, and red filter layers are arranged on the light incident sides of a plurality of photodiodes, respectively, and a filter layer for green is formed after forming a filter layer for blue and red A method for forming a color filter of an element.

この固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法によれば、緑色、青色、赤色のフィルタ層がベイヤー配列(あるいはこれを45°傾斜させた配列)等に配列され、赤色と青色のフィルタ層を形成した後に緑色のフィルタ層を形成するようにしたので、青色のフィルタ層を形成する際、既に形成されている赤色のフィルタ層が近接して存在する場合であっても、パターニング形成時の流れ込みによるフィルタ層の外縁同士の融着が防止される。   According to the color filter forming method of the solid-state imaging device, the green, blue, and red filter layers are arranged in a Bayer arrangement (or an arrangement in which the filter layers are inclined by 45 °), and the red and blue filter layers are formed. Since the green filter layer is formed, when the blue filter layer is formed, even if the already formed red filter layer is close to the filter layer, the filter layer is caused by inflow during patterning formation. Fusion of the outer edges of each other is prevented.

(5) 光を検出する複数の受光部と、
前記受光部の入射光側にそれぞれ配置されたカラーフィルタと、
前記受光部からの受光信号を出力する出力部と、
を備えた固体撮像素子であって、
前記カラーフィルタが、上記(1)〜(4)のいずれか1項記載のカラーフィルタ形成方法を用いて形成された固体撮像素子。
(5) a plurality of light receiving sections for detecting light;
A color filter disposed on an incident light side of the light receiving unit;
An output unit for outputting a light reception signal from the light receiving unit;
A solid-state imaging device comprising:
A solid-state imaging device, wherein the color filter is formed using the color filter forming method according to any one of (1) to (4).

この固体撮像素子によれば、光を検出する複数の受光部と、受光部からの受光信号を出力する出力部とを備え、隣接するフィルタ層の外縁同士の融着がないカラーフィルタを受光部の入射光側に配置したので、フィルタ層同士の融着に起因する感度低下、混色、感度比の劣化などがなく、優れたデバイス特性が得られる。   According to the solid-state imaging device, the light receiving unit includes a plurality of light receiving units that detect light and an output unit that outputs a light reception signal from the light receiving unit, and the color filter having no fusion between the outer edges of adjacent filter layers. Therefore, there is no reduction in sensitivity, color mixing, deterioration in sensitivity ratio, and the like due to the fusion of the filter layers, and excellent device characteristics can be obtained.

(6) 色毎に異なるパターンからなるカラーフィルタを色順次で形成するための固体撮像素子用パターンマスクセットであって、
少なくとも一部のパターンマスクについて、前記パターンに対応する部分の形状が、他の色の前記パターンと隣接する部分の少なくとも一部で、前記パターンのエッジを内側に凹ませる形状に形成された固体撮像素子用パターンマスクセット。
(6) A pattern mask set for a solid-state imaging device for forming a color filter having a different pattern for each color in color sequence,
Solid imaging in which at least a part of the pattern mask has a shape corresponding to the pattern at least a part of the part adjacent to the pattern of another color, and the edge of the pattern is recessed inward. Pattern mask set for elements.

この固体撮像素子用パターンマスクセットによれば、パターンのエッジを内側に凹ませる形状に形成することで、隣接する他のパターンとの融着が防止される。   According to the pattern mask set for a solid-state imaging device, fusion with other adjacent patterns can be prevented by forming the pattern edge so as to be recessed inward.

(7) (6)記載の固体撮像素子用パターンマスクセットであって、
前記少なくとも一部のパターンマスクが、N個(Nは1以上の整数)のパターンマスクのうち、少なくとも2番目からN−1番目のパターニング用のパターンマスクであり、
前記他の色の前記パターンが、既にパターニングされている前記パターンである固体撮像素子用パターンマスクセット。
(7) The pattern mask set for a solid-state imaging device according to (6),
The at least part of the pattern mask is an N-th pattern mask for patterning from at least the second to N-1 among N (N is an integer of 1 or more) pattern masks;
The pattern mask set for a solid-state imaging device, wherein the pattern of the other color is the pattern that has already been patterned.

この固体撮像素子用パターンマスクセットによれば、N個(Nは1以上の整数)のパターンマスクのうち、少なくとも2番目からN−1番目のパターニング用のパターンマスクに対してエッジを凹ませることで、既にパターニングされたパターンとの融着が防止される。   According to this pattern mask set for a solid-state image sensor, the edge is recessed with respect to at least the second to (N-1) th pattern masks for patterning among N (N is an integer of 1 or more) pattern masks. Thus, fusion with the already patterned pattern is prevented.

本発明の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法及び固体撮像素子、並びに固体撮像素子用パターンマスクセットによれば、隣接するフィルタ層の外縁同士の融着を防止して、フィルタ層の融着に起因するカラーフィルタの厚さや各フィルタ層のサイズのばらつきがなく、安定した性能を備えたカラーフィルタを形成することができる。また、感度低下、混色、感度比の劣化などがなく、優れたデバイス特性を有する固体撮像素子を作製することができる。   According to the color filter forming method, solid-state image sensor, and solid-state image sensor pattern mask set of the present invention, the outer edges of adjacent filter layers are prevented from being fused to each other, and the filter layers are fused. Therefore, there is no variation in the thickness of the color filter and the size of each filter layer, and a color filter having stable performance can be formed. In addition, a solid-state imaging device having excellent device characteristics can be manufactured without a decrease in sensitivity, color mixing, or deterioration in sensitivity ratio.

以下、本発明に係るカラーフィルタの好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
先ず、本実施形態に係るカラーフィルタの一例として、色情報用のフィルタ層R、G、Bと、輝度情報用のフィルタ層Wを有し、色情報と輝度情報を区別して検出可能なカラーフィルタについて説明する。図1は色毎に異なる単位カラーフィルタパターンのマスクを用い、ランド状のフィルタ層を基板上に順次、パターニング形成する工程を示す概念図である。なお、図1の上段はマスク形状を表し、下段はマスク露光した結果のフィルタ層の配列を模式的に表している。
Hereinafter, preferred embodiments of a color filter according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, as an example of a color filter according to the present embodiment, a color filter having filter layers R, G, and B for color information and a filter layer W for luminance information and capable of detecting color information and luminance information separately. Will be described. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a process of sequentially patterning a land-like filter layer on a substrate using a mask of a unit color filter pattern different for each color. The upper part of FIG. 1 represents the mask shape, and the lower part schematically represents the arrangement of the filter layers as a result of the mask exposure.

図1に示すように、色情報用のランド状のフィルタ層R、G、Bと、輝度情報用のランド状のフィルタ層Wを有するカラーフィルタ100は、緑用フィルタパターンGPを有するマスクGMと、青用フィルタパターンBPを有するマスクBMと、赤用フィルタパターンRPを有するマスクRMと、輝度情報用フィルタパターンWPを有するマスクWMとを使用して、各フィルタ層G、B、R、Wが、その順で基板P上にフォトリソグラフィにより形成される。   As shown in FIG. 1, a color filter 100 having land filter layers R, G, and B for color information and a land filter layer W for luminance information includes a mask GM having a green filter pattern GP, Using the mask BM having the blue filter pattern BP, the mask RM having the red filter pattern RP, and the mask WM having the luminance information filter pattern WP, each filter layer G, B, R, W , In that order, formed on the substrate P by photolithography.

具体的には、先ずマスクGMを用いて該マスクGMに形成されている緑用フィルタパターンGPを基板Pに露光転写してランド状の緑フィルタ層Gを形成する。マスクGMに形成されている緑用フィルタパターンGPの各開口部4は、互いに所定の間隔を離間して配置され、開口外縁4aの形状は、基板Pに露光転写されるべき緑フィルタ層Gの形状と略同じ形状に形成されている。これにより、基板Pにランド状の緑フィルタ層Gが離散して形成される。   Specifically, first, a green filter pattern GP formed on the mask GM is exposed and transferred onto the substrate P using the mask GM, thereby forming a land-like green filter layer G. The openings 4 of the green filter pattern GP formed on the mask GM are arranged at a predetermined interval from each other, and the shape of the opening outer edge 4a is that of the green filter layer G to be exposed and transferred to the substrate P. It is formed in substantially the same shape as the shape. Thereby, land-like green filter layers G are discretely formed on the substrate P.

次いで、緑フィルタ層Gが形成された基板P上に、マスクBMを用いて青用フィルタパターンBPを露光転写してランド状の青フィルタ層Bを形成する。青フィルタ層Bは、緑フィルタ層Gに隣接し、その外縁同士が接近配置されて形成される。従って、マスクBMの開口部5が、マスクGMの開口部4と同じ形状であると、外縁同士の間隔が狭いために、ランド状の青フィルタ層Bと緑フィルタ層Gとの外縁同士が融着を発生する可能性が高い。これを防止するため、マスクBMの青用フィルタパターンBPには、光近接効果補正(以下、OPC(Optical Proximity Effect Correction)技術を用いた処理が施される。   Next, on the substrate P on which the green filter layer G is formed, the blue filter pattern BP is exposed and transferred using the mask BM to form a land-like blue filter layer B. The blue filter layer B is adjacent to the green filter layer G, and the outer edges thereof are arranged close to each other. Therefore, when the opening 5 of the mask BM has the same shape as the opening 4 of the mask GM, the outer edges of the land-like blue filter layer B and the green filter layer G are fused because the distance between the outer edges is narrow. There is a high probability of wearing. In order to prevent this, the blue filter pattern BP of the mask BM is subjected to processing using optical proximity effect correction (hereinafter referred to as OPC (Optical Proximity Effect Correction) technology).

即ち、図2に示すように、青フィルタ層Bを形成するマスクBMの開口部5は、既に基板P上に形成されたランド状の各フィルタ層Gと隣接する側の開口外縁5aが、マスク開口5の内側に距離Lだけ入り込んだ形状となっている。これにより、緑フィルタ層Gと青フィルタ層Bの外縁同士の間の距離が広がり、外縁同士の融着の発生が防止されて、ランド状の正規形状の青フィルタ層Bが形成される。上記したOPC処理は、青フィルタ層Bと、隣接する緑フィルタ層Gの外縁同士が融着することを防止するためである。従って、マスクBMの開口外縁5aの形状は、基板P上に露光転写される青フィルタ層Bが緑フィルタ層Gの外縁同士が融着することなく、正規形状に露光転写できるものであれば、他のいかなる形状であってもよく、特に限定されない。   That is, as shown in FIG. 2, the opening 5 of the mask BM that forms the blue filter layer B has an opening outer edge 5a adjacent to each of the land-like filter layers G already formed on the substrate P. The opening 5 is shaped so as to enter the distance L. As a result, the distance between the outer edges of the green filter layer G and the blue filter layer B increases, the occurrence of fusion between the outer edges is prevented, and the land-shaped blue filter layer B having a regular shape is formed. The OPC process described above is for preventing the outer edges of the blue filter layer B and the adjacent green filter layer G from being fused. Accordingly, the shape of the opening outer edge 5a of the mask BM is such that the blue filter layer B exposed and transferred onto the substrate P can be exposed and transferred into a regular shape without the outer edges of the green filter layer G being fused. Any other shape may be used and is not particularly limited.

開口外縁5aの形状としては、例えば、図2の上側に示すように、緑フィルタ層Gと隣接する側の開口外縁5aが、略コの字型に内側に入り込んだ形状とすることができる。また、図2の下側に示すように、緑フィルタ層Gと隣接する側の開口外縁5aが、略V字型に内側に入り込んだ形状とすることができる。   As the shape of the opening outer edge 5a, for example, as shown in the upper side of FIG. 2, the opening outer edge 5a on the side adjacent to the green filter layer G can have a substantially U-shaped shape. Further, as shown in the lower side of FIG. 2, the opening outer edge 5a on the side adjacent to the green filter layer G can be formed in a substantially V-shaped shape.

続いて、上記したようにランド状の緑フィルタ層G及び青フィルタ層Bが形成された基板P上に、マスクRMを用いて赤用フィルタパターンRPを露光転写してランド状の赤フィルタ層Rを緑フィルタ層G及び青フィルタ層Bの間に形成する。赤フィルタ層Rの形成時にも、ランド状の赤フィルタ層Rは、その外縁が緑フィルタ層G及び青フィルタ層Bの外縁に対して接近配置されて形成されるので、マスクRMの開口部5は、既に基板P上に形成されたランド状の各フィルタ層G、Bと隣接する側の開口外縁5aが、マスク開口5の内側に入り込んだ形状にOPC処理される。これにより、赤フィルタ層Rが、緑フィルタ層G及び青フィルタ層Bの外縁と融着することが防止される。   Subsequently, the red filter pattern RP is exposed and transferred using the mask RM on the substrate P on which the land-like green filter layer G and the blue filter layer B are formed as described above, and the land-like red filter layer R is transferred. Is formed between the green filter layer G and the blue filter layer B. Even when the red filter layer R is formed, the land-like red filter layer R is formed so that the outer edge thereof is located close to the outer edges of the green filter layer G and the blue filter layer B, so that the opening 5 of the mask RM is formed. The OPC process is performed so that the opening outer edge 5 a on the side adjacent to each of the land-like filter layers G and B already formed on the substrate P enters the mask opening 5. This prevents the red filter layer R from being fused with the outer edges of the green filter layer G and the blue filter layer B.

次いで、ランド状の緑フィルタ層G、青フィルタ層B、及び赤フィルタ層Rが形成された基板P上に、マスクWMを用いて輝度情報用フィルタパターンWPを露光転写し、ランド状の赤フィルタ層R、緑フィルタ層G、及び青フィルタ層B以外の領域に、例えば、透明フィルタ材料からなる輝度情報用のフィルタ層Wを配置する。実質的には、フィルタ層Wで他色のフィルタ層の隙間が埋められることになる。ここでのフィルタ層Wは、ランド状の赤フィルタ層R、緑フィルタ層G、及び青フィルタ層B以外の領域を埋めるだけであるので、その開口部6の開口外縁は、OPC処理されても、されなくてもよい。   Next, the luminance information filter pattern WP is exposed and transferred using the mask WM onto the substrate P on which the land-like green filter layer G, the blue filter layer B, and the red filter layer R are formed. In a region other than the layer R, the green filter layer G, and the blue filter layer B, for example, a luminance information filter layer W made of a transparent filter material is disposed. In effect, the gap between the filter layers of other colors is filled with the filter layer W. Since the filter layer W here only fills the region other than the land-like red filter layer R, green filter layer G, and blue filter layer B, the opening outer edge of the opening 6 may be subjected to OPC processing. , You do not have to.

上記したように、カラーフィルタ100形成の中間工程である青フィルタ層B、及び赤フィルタ層Rを形成するマスクBM、RMの開口外縁5aをマスク開口5の内側に入り込んだ形状にOPC処理し、該マスクBM、RMを用いて青フィルタ層B、及び赤フィルタ層Rを形成することによって各フィルタ層G、B、R、Wの外縁同士の融着を防止する。換言すれば、カラーフィルタ100形成の際、第2色目以降でかつ最終色(実施形態例ではW)の前段までの色、(実施形態例ではB,R)に対するマスクに対して、単位カラーフィルタパターンの正規形状としてのランド形状とは異なる形状のマスク開口とする。これによって、フィルタ層G、B、R、Wの融着に起因するカラーフィルタ100の厚さや各フィルタ層G、B、R、Wのサイズのばらつきがなく、安定した光学性能を備えたカラーフィルタ100を形成することができる。なお、色の形成順序は上記例ではG→B→R→Wであるが、これに限定されることはない。   As described above, the blue filter layer B, which is an intermediate process of forming the color filter 100, and the masks BM and RM that form the red filter layer R are subjected to OPC processing so that the opening outer edge 5a of the mask BM enters the inside of the mask opening 5, By forming the blue filter layer B and the red filter layer R using the masks BM and RM, fusion of the outer edges of the filter layers G, B, R, and W is prevented. In other words, when the color filter 100 is formed, the unit color filter is applied to the masks for the colors after the second color and before the final color (W in the embodiment) (B, R in the embodiment). The mask opening has a shape different from the land shape as the normal shape of the pattern. As a result, there is no variation in the thickness of the color filter 100 and the size of the filter layers G, B, R, and W due to the fusion of the filter layers G, B, R, and W, and the color filter has stable optical performance. 100 can be formed. The color formation order is G → B → R → W in the above example, but is not limited to this.

次に、3色のベイヤー配列を基調としたカラーフィルタの形成方法について図3に基づいて説明する。図3はベイヤー配列を斜め45°傾斜させて配列されたカラーフィルタの形成工程を示す概念図である。図3に示すように、この配列のカラーフィルタ200は、前述同様に赤用フィルタパターンRPを有するマスクと、青用フィルタパターンBPを有するマスクと、緑用フィルタパターンGPを有するマスク(いずれも図示せず)とによって、各フィルタ層R、B、Gが、その順で基板P上にフォトリソグラフィにより形成される。   Next, a method for forming a color filter based on a three-color Bayer arrangement will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a conceptual diagram showing a process of forming color filters arranged with a Bayer arrangement inclined at an angle of 45 °. As shown in FIG. 3, the color filter 200 of this arrangement includes a mask having a red filter pattern RP, a mask having a blue filter pattern BP, and a mask having a green filter pattern GP (both shown in FIG. 3). The filter layers R, B, and G are formed on the substrate P in this order by photolithography.

具体的には、図3(a)に示すように、先ず、赤用フィルタパターンRPを基板Pに露光転写してランド状の赤フィルタ層Rを形成する。この場合の赤用フィルタパターンRPの各開口部は、図1に示すマスクGMの緑用フィルタパターンGPと同様に、互いに所定の間隔だけ離間し、その開口外縁の形状は基板Pに露光転写されるべき赤フィルタ層Rの形状と略同じ形状に形成されている。これにより、基板Pにランド状の赤フィルタ層Rが離散して形成される。   Specifically, as shown in FIG. 3A, first, the red filter pattern RP is exposed and transferred onto the substrate P to form a land-like red filter layer R. In this case, the openings of the red filter pattern RP are spaced apart from each other by a predetermined distance, like the green filter pattern GP of the mask GM shown in FIG. 1, and the shape of the outer edge of the opening is exposed and transferred to the substrate P. The red filter layer R to be formed is formed in substantially the same shape. Thereby, the land-like red filter layers R are discretely formed on the substrate P.

次いで、図3(b)に示すように、赤フィルタ層Rが形成された基板P上に、青用フィルタパターンBPを露光転写してランド状の青フィルタ層Bを形成する。青フィルタ層Bは、赤フィルタ層Rに隣接しており、その外縁同士が接近配置されて形成される。従って、ランド状の赤フィルタ層Rと青フィルタ層Bとの外縁同士に融着が発生する可能性が高い。これを防止するため、図1に示すマスクGBやRMのように、青用フィルタパターンBPの開口部には、光近接効果補正が施されている。これによって、青フィルタ層Bと赤フィルタ層Rの外縁同士に融着が生じることが防止される。   Next, as shown in FIG. 3B, the blue filter pattern BP is exposed and transferred onto the substrate P on which the red filter layer R is formed, thereby forming a land-like blue filter layer B. The blue filter layer B is adjacent to the red filter layer R, and the outer edges thereof are arranged close to each other. Therefore, there is a high possibility that fusion occurs between the outer edges of the land-like red filter layer R and the blue filter layer B. In order to prevent this, the optical proximity effect correction is applied to the opening of the blue filter pattern BP like the mask GB and RM shown in FIG. This prevents fusion between the outer edges of the blue filter layer B and the red filter layer R.

そして、図3(c)に示すように、ランド状の赤フィルタ層R、青フィルタ層B以外の領域を緑フィルタ層Gで埋める。緑フィルタ層Gは、ランド状の赤フィルタ層R、及び青フィルタ層B以外の領域を埋めるだけであるので、その開口部の開口外縁は、OPC処理されても、されなくてもよい。   Then, as shown in FIG. 3C, regions other than the land-like red filter layer R and blue filter layer B are filled with a green filter layer G. Since the green filter layer G only fills areas other than the land-like red filter layer R and blue filter layer B, the opening outer edge of the opening may or may not be subjected to OPC processing.

上記したように形成されたカラーフィルタ100、200は、光電変換部や電荷転送電極が形成された素子基板上に形成したり、予めカラーフィルタを形成しておき、後段のプロセスで貼り合わせること等によって固体撮像素子が形成される。   The color filters 100 and 200 formed as described above are formed on an element substrate on which a photoelectric conversion unit and a charge transfer electrode are formed, or a color filter is formed in advance and bonded in a subsequent process. Thus, a solid-state image sensor is formed.

上記のマスクGM、BM、RM、WM等の固体撮像素子用パターンマスクセットによれば、N個(Nは1以上の整数)のパターンマスクのうち、少なくとも2番目からN−1番目のパターニング用のパターンマスクに対して、パターンのエッジを内側に凹ませる形状に形成することで、隣接する他のパターンとの融着が防止される。   According to the pattern mask set for the solid-state imaging device such as the masks GM, BM, RM, WM, etc., among the N (N is an integer of 1 or more) pattern masks, at least the second to the (N-1) th patterning. By forming the pattern mask into a shape in which the edge of the pattern is recessed inward, fusion with another adjacent pattern is prevented.

次に、上記のカラーフィルタを搭載した固体撮像素子の具体例を説明する。
図4は、カラーフィルタを備える固体撮像素子の構成を示す断面図である。
この固体撮像素子300においては、シリコンなどの半導体基板11に不純物イオンをドーピングすることで、フォトダイオードなどの光電変換部12や、図示しない転送チャネル領域を形成する。入射光を受光することで信号電荷を生成する光電変換部12は、半導体基板11の撮像面の面方向に複数配列されている。
Next, a specific example of a solid-state imaging device equipped with the above color filter will be described.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device including a color filter.
In the solid-state imaging device 300, a semiconductor substrate 11 such as silicon is doped with impurity ions to form a photoelectric conversion unit 12 such as a photodiode and a transfer channel region (not shown). A plurality of photoelectric conversion units 12 that generate signal charges by receiving incident light are arranged in the plane direction of the imaging surface of the semiconductor substrate 11.

半導体基板11上には、ゲート絶縁膜13が熱酸化やCVD法(化学気相成長法)などによって形成される。ゲート絶縁膜13は、例えば、酸化シリコン(SiO)膜、窒化シリコン(SiN)膜、酸化シリコン(SiO)膜を順に積層してなる多層構造(ONO膜)を有している。   A gate insulating film 13 is formed on the semiconductor substrate 11 by thermal oxidation, a CVD method (chemical vapor deposition method), or the like. The gate insulating film 13 has, for example, a multilayer structure (ONO film) in which a silicon oxide (SiO) film, a silicon nitride (SiN) film, and a silicon oxide (SiO) film are sequentially stacked.

また、半導体基板11上には、ゲート絶縁膜13を介して、光電変換部12で発生した信号電荷を転送するための電荷転送電極14が形成されている。電荷転送電極14を形成するときには、ゲート絶縁膜13の上面にCVD法によって導電性のシリコン膜(例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコン)を形成し、このシリコン膜を、フォトリソグラフィによりパターニングする。電荷転送電極14は、光電変換部12で発生した信号電荷を転送するように撮像面の縦方向及び横方向に沿って延設されており、固体撮像素子の構成を有する半導体素子において電荷転送部の機能を有する。   On the semiconductor substrate 11, a charge transfer electrode 14 for transferring a signal charge generated in the photoelectric conversion unit 12 is formed via a gate insulating film 13. When the charge transfer electrode 14 is formed, a conductive silicon film (for example, polysilicon or amorphous silicon) is formed on the upper surface of the gate insulating film 13 by the CVD method, and this silicon film is patterned by photolithography. The charge transfer electrode 14 extends along the vertical direction and the horizontal direction of the imaging surface so as to transfer the signal charge generated in the photoelectric conversion unit 12, and in the semiconductor element having the configuration of a solid-state imaging device, the charge transfer unit It has the function of.

また、ゲート絶縁膜13上に電荷転送電極14を覆うようにSiO,Siからなる層間絶縁膜15をCVD法によって製膜し、フォトリソグラフィのパターニングによって電荷転送電極14の側面及び上面に層間絶縁膜15を選択的に残す。さらに電荷転送電極14の層間絶縁膜15の上面にタングステンなどの遮光膜16を形成する。そして、フォトリソグラフィのパターニングによって、光電変換部12の上部の遮光膜16を除去することで開口を形成する。 Further, an interlayer insulating film 15 made of SiO 2 and Si 3 N 4 is formed on the gate insulating film 13 so as to cover the charge transfer electrode 14 by the CVD method, and the side and upper surfaces of the charge transfer electrode 14 are formed by photolithography patterning. Then, the interlayer insulating film 15 is selectively left. Further, a light shielding film 16 such as tungsten is formed on the upper surface of the interlayer insulating film 15 of the charge transfer electrode 14. Then, an opening is formed by removing the light shielding film 16 on the photoelectric conversion unit 12 by photolithography patterning.

半導体基板11及び遮光膜16の上には、透明の絶縁層17を形成している。絶縁層17の上面には、カラーフィルタ100、平坦化層7、マイクロレンズ層8が順に積層されたカラーフィルタアレイCが形成されている。ここで、カラーフィルタアレイCは、上記実施形態の手順で製造することができるが、光電変換部12や電荷転送電極14が形成された素子基板側とは別に製造することもできる。こうすれば、カラーフィルタアレイCと素子基板とを別々に製造して後から貼り合わせて製造でき、カラーフィルタアレイC及び素子基板のいずれか一方の歩留まりに影響されることないため、製造コストを削減させることができる。絶縁層17は、B(ボロン)やP(リン)を含んだSiO膜を熱リフローさせて形成され、周辺回路部の金属配線を保護したり、積層面の表面を平坦化する。 A transparent insulating layer 17 is formed on the semiconductor substrate 11 and the light shielding film 16. On the upper surface of the insulating layer 17, a color filter array C in which the color filter 100, the planarizing layer 7, and the microlens layer 8 are sequentially stacked is formed. Here, the color filter array C can be manufactured by the procedure of the above-described embodiment, but can also be manufactured separately from the element substrate side on which the photoelectric conversion unit 12 and the charge transfer electrode 14 are formed. In this way, the color filter array C and the element substrate can be manufactured separately and then bonded together, and the manufacturing cost is not affected by the yield of either the color filter array C or the element substrate. Can be reduced. The insulating layer 17 is formed by thermally reflowing a SiO 2 film containing B (boron) or P (phosphorus), and protects the metal wiring in the peripheral circuit portion or flattens the surface of the laminated surface.

次に、他の固体撮像素子の構造を説明する。
図5は、カラーフィルタアレイを裏面照射型の撮像素子に適用した構成を示す断面図である。
裏面照射型撮像素子400は、p型のシリコン層(以下、p層という)31とp層31よりも不純物濃度の高いp++型のシリコン層(以下、p++層という)32とからなるp型の半導体基板(以下、p基板という)60を備える。裏面照射型撮像素子400は、図中下方から上方に向かって光を入射させて撮像を行うものである。本明細書では、p基板60の光入射方向に対して垂直な2つの面のうち、光入射側の面を裏面といい、その反対面を表面という。また、裏面照射型撮像素子400を構成する各構成要素を基準にしたときに、入射光が進む方向を、その構成要素の上方と定義し、入射光が進む方向の反対方向を、その構成要素の下方と定義する。また、p基板60の裏面及び表面に直交する方向を垂直方向、p基板60の裏面及び表面に平行な方向を水平方向と定義する。
Next, the structure of another solid-state image sensor will be described.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration in which a color filter array is applied to a back-illuminated image sensor.
The back-illuminated imaging device 400 includes a p-type silicon layer (hereinafter referred to as a p layer) 31 and a p ++ type silicon layer (hereinafter referred to as a p ++ layer) 32 having a higher impurity concentration than the p layer 31. A type semiconductor substrate (hereinafter referred to as a p-substrate) 60 is provided. The back-illuminated imaging element 400 performs imaging by allowing light to enter from the lower side to the upper side in the drawing. In the present specification, of the two surfaces perpendicular to the light incident direction of the p substrate 60, the light incident side surface is referred to as a back surface, and the opposite surface is referred to as a front surface. In addition, when the constituent elements of the back-illuminated image sensor 400 are used as a reference, the direction in which the incident light travels is defined as above the constituent elements, and the direction opposite to the direction in which the incident light travels is defined as the constituent elements. It is defined as below. Further, a direction perpendicular to the back surface and the front surface of the p substrate 60 is defined as a vertical direction, and a direction parallel to the back surface and the front surface of the p substrate 60 is defined as a horizontal direction.

p層31内の、p基板60表面近傍の水平方向に延びる同一面上には、入射光に応じてp基板60内で発生した電荷を蓄積するためのn型の不純物拡散層(以下、n層という)34が複数配列されている。n層34は、p基板60の表面側に形成されたn層34aと、n層34aの下に形成されたn層34aよりも不純物濃度の低いn層34bとの2層構造となっているが、これに限らない。n層34で発生した電荷と、このn層34に入射する光の経路上でp基板60内に発生した電荷とが、n層34に蓄積される。 An n-type impurity diffusion layer (hereinafter referred to as n type) for accumulating charges generated in the p substrate 60 in response to incident light is formed on the same surface extending in the horizontal direction near the surface of the p substrate 60 in the p layer 31. A plurality of layers 34) are arranged. The n layer 34 has a two-layer structure of an n layer 34a formed on the surface side of the p substrate 60 and an n layer 34b having a lower impurity concentration than the n layer 34a formed under the n layer 34a. However, it is not limited to this. The charges generated in the n layer 34 and the charges generated in the p substrate 60 on the path of light incident on the n layer 34 are accumulated in the n layer 34.

各n層34上には、p基板60表面に発生する暗電荷が各n層34に蓄積されるのを防ぐための高濃度のp型の不純物拡散層(以下、p層という)35が形成されている。各p層35内部には、p基板60の表面からその内側に向かってn層34よりも高濃度のn型の不純物拡散層(以下、n層という)36が形成されている。n層36は、n層34に蓄積される不要な電荷を排出するためのオーバーフロードレインとして機能し、p層35が、このオーバーフロードレインのオーバーフローバリアとしても機能する。図示したように、n層36は、p基板60の表面に露出する露出面を有している。 On each n layer 34, a high-concentration p-type impurity diffusion layer (hereinafter referred to as p + layer) 35 for preventing dark charges generated on the surface of the p substrate 60 from accumulating in each n layer 34 is provided. Is formed. In each p + layer 35, an n-type impurity diffusion layer (hereinafter referred to as an n + layer) 36 having a higher concentration than the n layer 34 is formed from the surface of the p substrate 60 toward the inside thereof. The n + layer 36 functions as an overflow drain for discharging unnecessary charges accumulated in the n layer 34, and the p + layer 35 also functions as an overflow barrier for this overflow drain. As illustrated, the n + layer 36 has an exposed surface exposed on the surface of the p substrate 60.

層35及びn層34の図中右隣には、少し離間してn層34よりも高濃度のn型不純物拡散層からなる電荷転送チャネル42が形成され、電荷転送チャネル42の周囲にはp層35よりも濃度の低いp層41が形成されている。 A charge transfer channel 42 composed of an n-type impurity diffusion layer having a higher concentration than the n layer 34 is formed slightly adjacent to the right side of the p + layer 35 and the n layer 34 in the drawing, and is formed around the charge transfer channel 42. A p layer 41 having a lower concentration than the p + layer 35 is formed.

層35及びn層34と電荷転送チャネル42との間のp層41及びp層31には、n層34に蓄積された電荷を電荷転送チャネル42に読み出すための電荷読み出し領域(図示せず)が形成されている。電荷転送チャネル42と電荷読み出し領域の上方には、シリコン酸化膜やONO膜等からなるゲート絶縁膜20を介して、電荷転送チャネル42に電圧を供給して電荷転送動作を制御するための電荷転送電極と、電荷読み出し領域に読み出し電圧を供給して電荷読み出し動作を制御するための電荷読み出し電極とを兼ねたポリシリコン等からなる電極43が形成されている。電極43の周囲には酸化シリコン等の絶縁膜44が形成されている。電荷転送チャネル42とその上方の電極43とにより、CCDが構成される。 In the p layer 41 and the p layer 31 between the p + layer 35 and the n layer 34 and the charge transfer channel 42, a charge readout region (not shown) for reading out the charges accumulated in the n layer 34 to the charge transfer channel 42. ) Is formed. Charge transfer for controlling the charge transfer operation by supplying a voltage to the charge transfer channel 42 via the gate insulating film 20 made of a silicon oxide film, an ONO film or the like above the charge transfer channel 42 and the charge readout region. An electrode 43 made of polysilicon or the like serving as both an electrode and a charge readout electrode for controlling a charge readout operation by supplying a readout voltage to the charge readout region is formed. An insulating film 44 such as silicon oxide is formed around the electrode 43. The charge transfer channel 42 and the electrode 43 thereabove constitute a CCD.

また、隣接するn層34同士の間には、p層41の下にp型不純物拡散層からなる素子分離層45が形成されている。素子分離層45は、n層34に蓄積されるべき電荷が、その隣のn層34に漏れてしまうことを防ぐためのものである。   An element isolation layer 45 made of a p-type impurity diffusion layer is formed below the p layer 41 between the adjacent n layers 34. The element isolation layer 45 is for preventing the charges to be accumulated in the n layer 34 from leaking to the adjacent n layer 34.

p基板60の表面上にはゲート絶縁膜20が形成されており、ゲート絶縁膜20上には酸化シリコン等の絶縁層39が形成されており、この絶縁層39内に電極43及び絶縁膜44が埋設されている。なお、n層36に移動した電荷を、n層36の露出面に接続された図示しない電極に移動させることで、n層36をオーバーフロードレインとして機能させることができる。 A gate insulating film 20 is formed on the surface of the p substrate 60, and an insulating layer 39 such as silicon oxide is formed on the gate insulating film 20, and an electrode 43 and an insulating film 44 are formed in the insulating layer 39. Is buried. Note that the n + layer 36 can function as an overflow drain by moving the charge that has moved to the n + layer 36 to an electrode (not shown) connected to the exposed surface of the n + layer 36.

p基板60の裏面から内側には、p基板60の裏面で発生する暗電荷がn層34に移動するのを防ぐために、p++層32が形成されている。p++層32には端子が接続され、この端子に所定の電圧が印加できるようになっている。 A p ++ layer 32 is formed on the inner side from the back surface of the p substrate 60 in order to prevent dark charges generated on the back surface of the p substrate 60 from moving to the n layer 34. A terminal is connected to the p ++ layer 32, and a predetermined voltage can be applied to the terminal.

++層32の下には、酸化シリコンや窒化シリコン等の入射光に対して透明な絶縁層33が形成されている。絶縁層33の下には、絶縁層33とp基板60との屈折率差に起因するp基板60の裏面での光の反射を防止するために、窒化シリコンやダイヤモンド構造炭素膜等の入射光に対して透明な高屈折率透明層46が形成されている。高屈折率透明層46としては、プラズマCVDや光CVD等の400℃以下の低温形成が可能なアモルファス窒化シリコン等のn=1.46を超える屈折率の層とすることが好ましい。 Under the p ++ layer 32, an insulating layer 33 transparent to incident light such as silicon oxide or silicon nitride is formed. Under the insulating layer 33, incident light such as silicon nitride or diamond structure carbon film is used to prevent reflection of light on the back surface of the p substrate 60 due to a difference in refractive index between the insulating layer 33 and the p substrate 60. A transparent high refractive index transparent layer 46 is formed. The high refractive index transparent layer 46 is preferably a layer having a refractive index exceeding n = 1.46, such as amorphous silicon nitride that can be formed at a low temperature of 400 ° C. or lower, such as plasma CVD or photo-CVD.

高屈折率透明層46の下には、カラーフィルタアレイCが形成されている。カラーフィルタアレイCは、高屈折率透明層46側から順にカラーフィルタ100、平坦化層7、マイクロレンズ層8を順に積層させた構成である。カラーフィルタアレイCは、上記実施形態の手順によって製造することができる。   A color filter array C is formed under the high refractive index transparent layer 46. The color filter array C has a configuration in which the color filter 100, the planarization layer 7, and the microlens layer 8 are sequentially laminated from the high refractive index transparent layer 46 side. The color filter array C can be manufactured by the procedure of the above embodiment.

このように構成された裏面照射型撮像素子400では、カラーフィルタアレイCの1つのマイクロレンズに入射した光が、そのマイクロレンズ上方のカラーフィルタ100に入射し、ここを透過した光が、カラーフィルタ100の色に対応するn層34へと入射される。このとき、p基板60のうち入射光の経路となる部分でも電荷が発生するが、この電荷は、光電変換領域に形成されたポテンシャルスロープを介してn層34へと移動し、ここで蓄積される。n層34に入射してここで発生した電荷も、ここに蓄積される。n層34に蓄積された電荷は、電荷転送チャネル42に読み出されて転送され、出力アンプによって信号に変換されて外部に出力される。   In the back-illuminated imaging device 400 configured in this way, light incident on one microlens of the color filter array C is incident on the color filter 100 above the microlens, and the light transmitted therethrough is the color filter. It is incident on the n layer 34 corresponding to 100 colors. At this time, charges are also generated in the portion of the p substrate 60 that serves as a path for incident light. However, the charges move to the n layer 34 via the potential slope formed in the photoelectric conversion region and are accumulated there. The The charges generated here by entering the n-layer 34 are also accumulated here. The charge accumulated in the n layer 34 is read and transferred to the charge transfer channel 42, converted into a signal by an output amplifier, and output to the outside.

以上のように、前述の固体撮像素子のカラーフィルタは、一例として示す図4、図5のように固体撮像素子に組み込まれることで、フィルタ層同士の融着に起因する感度低下、混色、感度比の劣化などがない優れたデバイス特性の固体撮像素子を得ることができる。
なお、本発明に係るカラーフィルタ及び固体撮像素子は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良等が可能である。例えば、上記説明において、カラーフィルタはCCD固体撮像素子に適用されたものとして説明したが、CMOS固体撮像素子にも適用することができ、同様の効果を奏する。
As described above, the above-described color filter of the solid-state imaging device is incorporated in the solid-state imaging device as shown in FIGS. 4 and 5 as an example. It is possible to obtain a solid-state imaging device having excellent device characteristics that does not deteriorate the ratio.
The color filter and the solid-state imaging device according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. For example, in the above description, the color filter has been described as being applied to a CCD solid-state image sensor, but it can also be applied to a CMOS solid-state image sensor and has the same effect.

以上のように、本発明の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法及び固体撮像素子、並びに固体撮像素子用パターンマスクセットは、例えばデジタルカメラやビデオカメラのような様々な撮影装置に利用することができ、特に、感度低下、混色、感度比の劣化などの固体撮像素子のデバイス特性低下を防止することができる。   As described above, the color filter forming method, the solid-state image sensor, and the pattern mask set for the solid-state image sensor of the present invention can be used for various photographing apparatuses such as a digital camera and a video camera. In particular, it is possible to prevent a decrease in device characteristics of the solid-state imaging device such as a decrease in sensitivity, color mixing, and deterioration in sensitivity ratio.

色毎に異なる単位カラーフィルタパターンのマスクを用い、色情報検出用の色度フィルタ層と、輝度情報測定用の輝度フィルタ層を基板上にパターニング形成する工程を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the process of patterning and forming the chromaticity filter layer for color information detection, and the brightness | luminance filter layer for brightness | luminance information measurement on a board | substrate using the mask of a unit color filter pattern which differs for every color. 図1におけるマスクの開口外縁の形状を示す平面図である。It is a top view which shows the shape of the opening outer edge of the mask in FIG. 3色のカラーフィルタの形成工程を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the formation process of a color filter of 3 colors. カラーフィルタを固体撮像素子に適用した構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure which applied the color filter to the solid-state image sensor. カラーフィルタを裏面照射型の固体撮像素子に適用した構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure which applied the color filter to the backside illumination type solid-state image sensor. ベイヤー配列を45°傾けたカラーフィルタの各フィルタ層の配列を示す平面図である。It is a top view which shows the arrangement | sequence of each filter layer of the color filter which inclined 45 degrees of Bayer arrangement. 図6に示すカラーフィルタの従来の形成工程を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the conventional formation process of the color filter shown in FIG. 色情報検出用の色度フィルタと、輝度情報測定用の輝度フィルタとが配列されたカラーフィルタの各フィルタ層の配列を示す平面図である。It is a top view which shows the arrangement | sequence of each filter layer of the color filter with which the chromaticity filter for color information detection, and the luminance filter for luminance information measurement were arranged. 図8に示すカラーフィルタの従来の形成工程を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the conventional formation process of the color filter shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

4 開口部(マスク開口)
5 開口部(マスク開口)
6 開口部(マスク開口)
5a 開口外縁
12 光電変換部(受光部、フォトダイオード)
14 電荷転送電極(出力部)
100 カラーフィルタ
200 カラーフィルタ
300 固体撮像素子
400 裏面照射型撮像素子
R 赤フィルタ層(色度フィルタ)
G 緑フィルタ層(色度フィルタ)
B 青フィルタ層(色度フィルタ)
W 輝度情報用フィルタ層(輝度フィルタ)
RM マスク
GM マスク
BM マスク
WM マスク
RP 赤用フィルタパターン(単位カラーフィルタパターン)
GP 緑用フィルタパターン(単位カラーフィルタパターン)
BP 青用フィルタパターン(単位カラーフィルタパターン)
WP 輝度情報用フィルタパターン(単位カラーフィルタパターン)
P 基板
4 opening (mask opening)
5 opening (mask opening)
6 opening (mask opening)
5a Opening edge 12 Photoelectric conversion part (light receiving part, photodiode)
14 Charge transfer electrode (output part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Color filter 200 Color filter 300 Solid-state image sensor 400 Back-illuminated image sensor R Red filter layer (chromaticity filter)
G Green filter layer (chromaticity filter)
B Blue filter layer (chromaticity filter)
W Luminance information filter layer (luminance filter)
RM mask GM mask BM mask WM mask RP Red filter pattern (unit color filter pattern)
GP Green filter pattern (unit color filter pattern)
BP Blue filter pattern (unit color filter pattern)
WP Filter pattern for luminance information (unit color filter pattern)
P substrate

Claims (7)

ランド状のフィルタ層が色毎に異なるパターンで混在配置されてなるカラーフィルタを、色毎に異なる単位カラーフィルタパターンのマスクを用い、各色の前記ランド状のフィルタ層を色順次で基板上にパターニング形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
第1色目の前記ランド状のフィルタ層を、該第1色目の色に相当する単位カラーフィルタパターンのマスクを用いて前記基板上にパターニング形成した後、
第2色目以降でかつ最終色前段までの色に対する前記ランド状のフィルタ層を前記第1色目のフィルタ層同士の間にパターニング形成する際に、前記第2色目以降でかつ最終色前段までの色に対する前記マスクの各開口形状を、当該色に対する単位カラーフィルタパターンの各フィルタ層のランド形状とは異なる形状にして形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。
A color filter in which land-like filter layers are mixedly arranged in different patterns for each color is used, and the land-like filter layers for each color are patterned on the substrate in color order using a different unit color filter pattern mask for each color. A method for forming a color filter of a solid-state imaging device to be formed,
After the land-shaped filter layer of the first color is patterned on the substrate using a unit color filter pattern mask corresponding to the color of the first color,
When the land-like filter layer for the colors after the second color and before the final color is formed by patterning between the filter layers of the first color, the colors after the second color and before the final color A method of forming a color filter for a solid-state imaging device, wherein each of the openings of the mask is formed in a shape different from the land shape of each filter layer of the unit color filter pattern for the color.
請求項1記載の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
前記第2色目以降でかつ最終色前段までの色に対する前記マスクの各開口形状を、既に前記基板上に形成されたランド状の各フィルタ層と隣接する側の開口外縁が、前記開口の内側に入り込んだ形状にする固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。
A color filter forming method for a solid-state imaging device according to claim 1,
Each opening shape of the mask with respect to colors after the second color and before the final color has an opening outer edge on the side adjacent to each land-like filter layer already formed on the substrate inside the opening. A method for forming a color filter of a solid-state imaging device having an intrusive shape.
請求項1または請求項2記載の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
前記カラーフィルタは、複数のフォトダイオードの光入射側にそれぞれ配置された色情報検出用の色度フィルタと、輝度情報測定用の輝度フィルタとからなり、前記複数のフォトダイオードのうち市松状に配列されたフォトダイオードに対しては前記色度フィルタを配置し、前記色度フィルタが配置されていない残りの市松状に配置されたフォトダイオードに対しては前記輝度フィルタを配置した配列であり、
前記色度フィルタに対するフィルタ層を色順次で形成した後、前記輝度フィルタに対するフィルタ層を形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。
A method for forming a color filter of a solid-state imaging device according to claim 1 or 2,
The color filter includes a chromaticity filter for detecting color information and a luminance filter for measuring luminance information respectively arranged on the light incident side of the plurality of photodiodes, and arranged in a checkered pattern among the plurality of photodiodes. The chromaticity filter is arranged for the photodiodes arranged, and the luminance filter is arranged for the remaining checkered photodiodes where the chromaticity filters are not arranged,
A method for forming a color filter of a solid-state imaging device, wherein a filter layer for the chromaticity filter is formed in color sequential order, and then a filter layer for the luminance filter is formed.
請求項1または請求項2記載の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
前記カラーフィルタは、緑色、青色、赤色のフィルタ層が複数のフォトダイオードの光入射側にそれぞれ配置されたものであり、青色と赤色に対するフィルタ層を形成した後に緑色に対するフィルタ層を形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。
A method for forming a color filter of a solid-state imaging device according to claim 1 or 2,
In the color filter, green, blue, and red filter layers are arranged on the light incident sides of a plurality of photodiodes, respectively, and a filter layer for green is formed after forming a filter layer for blue and red A method for forming a color filter of an element.
光を検出する複数の受光部と、
前記受光部の入射光側にそれぞれ配置されたカラーフィルタと、
前記受光部からの受光信号を出力する出力部と、
を備えた固体撮像素子であって、
前記カラーフィルタが、請求項1〜請求項4のいずれか1項記載のカラーフィルタ形成方法を用いて形成された固体撮像素子。
A plurality of light receiving parts for detecting light; and
A color filter disposed on an incident light side of the light receiving unit;
An output unit for outputting a light reception signal from the light receiving unit;
A solid-state imaging device comprising:
The solid-state image sensor in which the said color filter was formed using the color filter formation method of any one of Claims 1-4.
色毎に異なるパターンからなるカラーフィルタを色順次で形成するための固体撮像素子用パターンマスクセットであって、
少なくとも一部のパターンマスクについて、前記パターンに対応する部分の形状が、他の色の前記パターンと隣接する部分の少なくとも一部で、前記パターンのエッジを内側に凹ませる形状に形成された固体撮像素子用パターンマスクセット。
A pattern mask set for a solid-state imaging device for forming a color filter having a different pattern for each color in color sequence,
Solid imaging in which at least a part of the pattern mask has a shape corresponding to the pattern at least a part of the part adjacent to the pattern of another color, and the edge of the pattern is recessed inward. Pattern mask set for elements.
請求項6記載の固体撮像素子用パターンマスクセットであって、
前記少なくとも一部のパターンマスクが、N個(Nは1以上の整数)のパターンマスクのうち、少なくとも2番目からN−1番目のパターニング用のパターンマスクであり、
前記他の色の前記パターンが、既にパターニングされている前記パターンである固体撮像素子用パターンマスクセット。
It is a pattern mask set for solid-state image sensors according to claim 6,
The at least part of the pattern mask is an N-th pattern mask for patterning from at least the second to N-1 among N (N is an integer of 1 or more) pattern masks;
The pattern mask set for a solid-state imaging device, wherein the pattern of the other color is the pattern that has already been patterned.
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