JP2009152315A - Image sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】微細な画素サイズであっても、基板への密着性が高く、形状に優れたカラーフィルターを有し、かつマイクロレンズからフォトダイオードまでの距離が短く、感度の高いイメージセンサーを提供する。
【解決手段】複数のフォトダイオードが形成された半導体基板と、それぞれのフォトダイオードに対応して形成された緑色、青色および赤色のカラーフィルターとを有するイメージセンサーにおいて、緑色の領域に前記半導体基板上に直接形成された第1の緑色カラーフィルターとその上に積層された第2の緑色カラーフィルターを有することを特徴とするイメージセンサー。
【選択図】図5Provided is a highly sensitive image sensor having a color filter having high adhesion to a substrate and excellent shape even with a fine pixel size and having a short distance from a microlens to a photodiode. .
In an image sensor having a semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes are formed and green, blue and red color filters formed corresponding to the respective photodiodes, a green region is formed on the semiconductor substrate. An image sensor comprising: a first green color filter formed directly on the substrate; and a second green color filter laminated thereon.
[Selection] Figure 5
Description
本発明はイメージセンサーおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to an image sensor and a manufacturing method thereof.
ビデオカメラやデジタルカメラは、高画素化が進んでいる。そのため、ビデオカメラやデジタルカメラに組み込まれるイメージセンサーも高画素となり、その画素サイズは、2μm以下から1μm前後まで微細化が進むものと予想されている。画素サイズの微細化が進めば、画素面積の低下に応じて画素に入射する光の量が減り、フォトダイオードの感度が低くなる。加えて、配線の線幅が小さくなり誘電層が薄くなると、画素へのノイズの影響も受けやすくなる。これらの問題を解消するために、イメージセンサーとなる半導体基板に形成されたフォトダイオードに対応して形成されたカラーフィルターの上方にマイクロレンズを配置し、入射光を集光することにより光感度を高めている。 Video cameras and digital cameras are increasing in pixel count. For this reason, an image sensor incorporated in a video camera or a digital camera also has high pixels, and the pixel size is expected to be reduced from 2 μm or less to around 1 μm. As the pixel size is further miniaturized, the amount of light incident on the pixel is reduced as the pixel area is reduced, and the sensitivity of the photodiode is lowered. In addition, when the line width of the wiring is reduced and the dielectric layer is thinned, the pixel is easily affected by noise. In order to solve these problems, a microlens is placed above the color filter formed corresponding to the photodiode formed on the semiconductor substrate that serves as the image sensor, and the light sensitivity is increased by collecting the incident light. It is increasing.
しかし、マイクロレンズを配置したとしても、マイクロレンズと受光素子としてのCMOSやCCDからなるフォトダイオードとの距離が大きいと、入射光を効率よく集光できない。例えば、画素サイズが1.5μm、マイクロレンズからフォトダイオードまでの距離が5μmであれば、カメラレンズから入射する光が20°の角度を持っていたとしても、マイクロレンズからフォトダイオードには10°程度の角度の範囲の光しか取り込むことができず、集光効率が悪くなってイメージセンサーの感度の低下につながる。 However, even if a microlens is disposed, incident light cannot be efficiently collected if the distance between the microlens and a photodiode made of CMOS or CCD as a light receiving element is large. For example, if the pixel size is 1.5 μm and the distance from the microlens to the photodiode is 5 μm, even if the light incident from the camera lens has an angle of 20 °, the angle from the microlens to the photodiode is 10 °. Only light within a certain angle range can be taken in, resulting in poor light collection efficiency and reduced sensitivity of the image sensor.
図1(a)および(b)にオンチップカラーフィルター(フォトダイオードが形成された半導体基板に形成し、対応するフォトダイオードに所定の波長の光を入射させるためのカラーフィルター)を有する従来のイメージセンサーの断面図を示す。図1(a)は緑色(G)、青色(B)、緑色(G)の列の断面を示し、図1(b)は緑色(G)、赤色(R)、緑色(G)の列の断面を示す。半導体基板11に複数のフォトダイオード12が形成され、半導体基板11の表面にはシリコン酸化膜またはシリコン窒素酸化膜(図示せず)が形成されている。半導体基板11上には透明樹脂からなる平坦化層(PL)13が形成されている。フォトダイオードに対応して、平坦化層(PL)13上には、顔料や染料などの色素を分散させた透明樹脂からなる、緑色カラーフィルター14、赤色カラーフィルター15および青色カラーフィルター16が形成されている。これらのカラーフィルター上に透明樹脂からなる平滑化層(FL)17が形成され、その上にフォトダイオードに対応して複数のマイクロレンズ18が形成されている。
1 (a) and 1 (b), a conventional image having an on-chip color filter (a color filter formed on a semiconductor substrate on which a photodiode is formed and for allowing light of a predetermined wavelength to enter the corresponding photodiode). Sectional drawing of a sensor is shown. 1A shows a cross section of the green (G), blue (B), and green (G) columns, and FIG. 1 (b) shows the green (G), red (R), and green (G) columns. A cross section is shown. A plurality of
平坦化層(PL)13は、半導体基板表面の凹凸を平坦化するとともに、カラーフィルターと半導体基板との接着層としての機能を有する。平滑化層(FL)17は、3色のカラーフィルターの画素間段差を解消し、マイクロレンズ18を形状良く形成しやすくする。マイクロレンズ18は、集光性を高めるため、個々のレンズ間のギャップをできるだけ狭くし、かつレンズ形状を理想曲線に近づけることが好ましい。画素間の段差が大きく、平滑化層(FL)17の平坦性が悪いと、レンズ形状が所望する形状とならず、画素間でレンズ特性にばらつきが生じるおそれがある。
The planarization layer (PL) 13 functions as an adhesive layer between the color filter and the semiconductor substrate while planarizing unevenness on the surface of the semiconductor substrate. The smoothing layer (FL) 17 eliminates the steps between the pixels of the three color filters and makes it easier to form the
カラーフィルターは、例えば以下のようにして形成される。すなわち、まず、感光性樹脂、顔料や染料などの色素、溶剤および添加剤を含むカラーレジストを、スピンナーなどの塗布装置で平坦化層(PL)13上に形成する。次いで、ステッパーなどの露光装置を用い、パターン露光用フォトマスクを介して所定の領域のカラーレジストを選択的に露光(パターン露光)する。次いで、有機アルカリ水溶液などを用いて現像することにより所定の部位にカラーレジストのパターンを残し、純水等を用いて水洗リンスした後、200℃以上の温度でレジストパターンを硬化させる。このような工程を赤色レジスト、緑色レジスト、青色レジストで3回繰り返すことにより、緑色カラーフィルター、赤色カラーフィルターおよび青色カラーフィルターを得る。 The color filter is formed as follows, for example. That is, first, a color resist including a photosensitive resin, a pigment such as a pigment or a dye, a solvent, and an additive is formed on the planarizing layer (PL) 13 by a coating apparatus such as a spinner. Next, a color resist in a predetermined region is selectively exposed (pattern exposure) through a photomask for pattern exposure using an exposure apparatus such as a stepper. Subsequently, the resist pattern is cured at a temperature of 200 ° C. or more after leaving a color resist pattern at a predetermined portion by developing with an organic alkaline aqueous solution and rinsing with pure water or the like. By repeating such a process three times with a red resist, a green resist, and a blue resist, a green color filter, a red color filter, and a blue color filter are obtained.
図2(a)〜(c)を参照してカラーフィルターの配置および形成順序を説明する。このカラーフィルターは、いわゆるBayer配列をとっている。まず、図2(a)に示すように、平坦化層13上に緑色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って緑色領域に緑色カラーフィルター14を市松模様のパターンに配置する。次に、図2(b)に示すように、全面に青色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って青色領域に青色カラーフィルター15を縦横に配置する。さらに、図2(c)に示すように、全面に赤色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って赤色領域に赤色カラーフィルター16を縦横に配置する。
The arrangement and formation order of the color filters will be described with reference to FIGS. This color filter has a so-called Bayer array. First, as shown in FIG. 2A, a green color resist is applied on the planarizing
なお、緑色、青色および赤色の色分離を良好にするために、緑色の領域を第1の緑色カラーフィルターと第2の緑色カラーフィルターの二層構成とすることが提案されている(特許文献1参照)。この場合にも、カラーフィルターは平坦化層の上に形成されている。また、特許文献1では、第1の緑色カラーフィルター、第2の緑色カラーフィルター、赤色および青色のカラーフィルターの一方および他方の順にカラーフィルターを形成している。
In order to improve the color separation of green, blue, and red, it has been proposed that the green region has a two-layer configuration of a first green color filter and a second green color filter (Patent Document 1). reference). Also in this case, the color filter is formed on the planarizing layer. In
しかし、画素サイズが微細になると、露光時にカラーレジストにフォトマスク上のパターンの形状が正確に転写されなくなる。この結果、現像後に、図3(a)に示すように、緑色カラーフィルター14のコーナー部が欠け、ギャップ14aが生じることがある。このギャップ14aを通して光が漏れるため、得られた画像にノイズが入る原因となる。
However, when the pixel size is reduced, the shape of the pattern on the photomask is not accurately transferred to the color resist during exposure. As a result, after the development, as shown in FIG. 3A, the corner portion of the
マイクロレンズを形状良く形成するため、マイクロレンズの下地となる面の平坦性を確保するためには、平坦化層(PL)13および平滑化層(FL)17を厚くする必要がある。しかし、この場合には上述したようにマイクロレンズからフォトダイオードまでの距離が大きくなるため感度が低下する。 In order to form the microlens with a good shape, it is necessary to increase the thickness of the planarization layer (PL) 13 and the smoothing layer (FL) 17 in order to ensure the flatness of the surface serving as the base of the microlens. However, in this case, as described above, the distance from the microlens to the photodiode is increased, so the sensitivity is lowered.
図3(a)に示したギャップ14aの発生を防止するために、図3(b)のように緑色カラーフィルター14のコーナー部にブリッジ14bを追加形成することも考えられる。しかし、ブリッジ14bを形成すると、青色および赤色の領域が小さくなり、青色領域及び赤色領域への集光性が低下し、画像の色バランスが悪くなる。また、緑色カラーフィルター14を形成後に緑色レジストの不要な残渣が生じやすくなり、また、パターンの開口形状が丸くなりやすくなるという問題が生じる。
In order to prevent the occurrence of the
一方、感度を重視して、マイクロレンズからフォトダイオードまでの距離を小さくするために、図4(a)および(b)に示すように、平坦化層(PL)を省略した構造のイメージセンサーも提案されている。図4(a)は緑色(G)、青色(B)、緑色(G)の列の断面を示し、図4(b)は緑色(G)、赤色(R)、緑色(G)の列の断面を示す。図4(a)および(b)のイメージセンサーは、半導体基板11/3色のカラーフィルター14、15、16/平滑化層17/マイクロレンズ18という積層構造を有する。
On the other hand, in order to reduce the distance from the microlens to the photodiode with an emphasis on sensitivity, an image sensor having a structure in which the planarization layer (PL) is omitted as shown in FIGS. Proposed. 4A shows a cross section of the green (G), blue (B), and green (G) columns, and FIG. 4 (b) shows the green (G), red (R), and green (G) columns. A cross section is shown. The image sensor shown in FIGS. 4A and 4B has a laminated structure of
しかし、図4(a)および(b)のイメージセンサーでは、レジストへのパターン露光の際に膜厚の厚いカラーレジストの底部にまで十分な露光光が達しにくくなる結果、カラーフィルターの密着性が悪くなるという問題が生じる。特に画素サイズが小さくなると基板とカラーフィルターとの接触面積が減るため、カラーフィルターの密着性の悪化によるパターン剥れの問題が著しくなる。なお、レジストへの露光光の波長はi線(365nm)の光を使うのが主流となっている。青色のレジストはi線の透過率が低いので特に青色レジストの下地への密着力が小さくなり、青色レジストの剥れ問題は大きかった。カラーフィルターの密着性を確保するためには、カラーレジストへの露光量を増やすことが考えられる。しかし、その場合、パターン露光用マスクに形成する露光用パターンの補正を大きくする必要があり、カラーフィルターの形状を悪化させるか、または解像度を低下させることになる。また、色素として顔料を含むカラーフィルターでは、必要な分光特性を持たせるために、顔料濃度が限界に近くなっているため、必要な分光特性を持たせるとともに密着性を向上させることは困難である。 However, in the image sensors shown in FIGS. 4A and 4B, sufficient exposure light does not easily reach the bottom of the thick color resist during pattern exposure of the resist. The problem of getting worse arises. In particular, when the pixel size is reduced, the contact area between the substrate and the color filter is reduced, so that the problem of pattern peeling due to deterioration of the adhesion of the color filter becomes significant. Note that i-line (365 nm) light is mainly used as the wavelength of exposure light to the resist. Since the blue resist has a low i-line transmittance, the adhesion of the blue resist to the base is particularly small, and the blue resist peeling problem is large. In order to ensure the adhesion of the color filter, it is conceivable to increase the exposure amount to the color resist. However, in that case, it is necessary to increase the correction of the exposure pattern formed on the pattern exposure mask, which deteriorates the shape of the color filter or lowers the resolution. In addition, in a color filter including a pigment as a pigment, the pigment concentration is close to the limit in order to provide the necessary spectral characteristics, so it is difficult to provide the necessary spectral characteristics and improve adhesion. .
また、図1および図4のいずれの構造のイメージセンサーでも、膜厚の厚い緑色カラーフィルター14を形成した後に、青色カラーフィルター15を形成しようとすると、緑色カラーフィルター14と青色カラーフィルター15との境界の青色カラーフィルター15のエッジ部にツノ段差が生じやすい。青色カラーフィルター15にツノ段差(突起)が生じた場合には、画素間段差の影響を少なくするために平滑化層(FL)17を厚くする必要がある。しかし、この場合、マイクロレンズからフォトダイオードまでの距離が大きくなるため感度が低下する。
本発明の目的は、微細な画素サイズであっても、基板への密着性が高く、形状に優れたカラーフィルターを有し、かつマイクロレンズからフォトダイオードまでの距離が短く、感度の高いイメージセンサーを提供することにある。 The object of the present invention is to provide a highly sensitive image sensor having a color filter having high adhesion to a substrate, excellent shape, and a short distance from a microlens to a photodiode even with a fine pixel size. Is to provide.
請求項1に係る発明は、複数のフォトダイオードが形成された半導体基板と、それぞれのフォトダイオードに対応して形成された緑色、青色および赤色のカラーフィルターとを有するイメージセンサーにおいて、緑色の領域に前記半導体基板上に直接形成された第1の緑色カラーフィルターとその上に積層された第2の緑色カラーフィルターを有することを特徴とするイメージセンサー。 According to a first aspect of the present invention, in an image sensor having a semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes are formed and green, blue and red color filters formed corresponding to the respective photodiodes, An image sensor comprising: a first green color filter formed directly on the semiconductor substrate; and a second green color filter laminated thereon.
請求項2に係る発明は、対角線方向に配置された隣接する2つの緑色の画素間で前記第1の緑色カラーフィルターはコーナー部が互いにブリッジで連結しており、各々の緑色の画素内で前記第2の緑色カラーフィルターは前記第1の緑色カラーフィルターよりも面積が小さいことを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサーである。
In the invention according to
請求項3に係る発明は、前記第1の緑色カラーフィルターの厚さが0.05〜0.5μmであることを特徴とする請求項1または2に記載のイメージセンサーである。
The invention according to claim 3 is the image sensor according to
請求項4に係る発明は、前記第2の緑色カラーフィルター、青色カラーフィルターおよび赤色カラーフィルターの上に、さらに平滑化層およびマイクロレンズを有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のイメージセンサーである。
The invention according to
請求項5に係る発明は、複数のフォトダイオードが形成された半導体基板と、それぞれのフォトダイオードに対応して形成された緑色、赤色および青色のカラーフィルターとを有するイメージセンサーを製造するにあたり、前記半導体基板上に直接に第1の緑色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って緑色の領域に第1の緑色カラーフィルターのパターンを形成する工程と、全面に青色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って青色の領域に青色カラーフィルターのパターンを形成する工程と、全面に赤色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って赤色の領域に赤色カラーフィルターのパターンを形成した後、全面に第2の緑色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って緑色の領域に第1の緑色カラーフィルター上に積層された第2の緑色カラーフィルターを形成するか、または上記と逆の順序で第2の緑色カラーフィルターおよび赤色カラーフィルターを形成する工程とを有することを特徴とするイメージセンサーの製造方法である。 According to a fifth aspect of the present invention, in manufacturing an image sensor having a semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes are formed and green, red and blue color filters formed corresponding to the respective photodiodes, Applying the first green color resist directly on the semiconductor substrate, performing pattern exposure, development and thermosetting to form the first green color filter pattern in the green area, and applying the blue color resist on the entire surface Apply, pattern exposure, development and heat curing to form a blue color filter pattern on the blue area, apply red color resist on the entire surface, pattern exposure, development and heat curing to red area After forming a red color filter pattern on the surface, apply a second green color resist on the entire surface, Exposure, development and thermal curing to form a second green color filter laminated on the first green color filter in the green area, or in a reverse order to the second green color filter and And a step of forming a red color filter.
本発明によれば、1μm前後の画素サイズであっても、基板への密着性が高く、形状に優れたカラーフィルターを有し、かつマイクロレンズからフォトダイオードまでの距離が短く、感度の高いイメージセンサーを提供することができる。 According to the present invention, even when the pixel size is around 1 μm, the image has a high sensitivity to the substrate, has a color filter excellent in shape, and has a short distance from the microlens to the photodiode, and has a high sensitivity. A sensor can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図5(a)および(b)に本発明の一実施形態に係るイメージセンサーの断面図を示す。図5(a)は緑色(G)、青色(B)、緑色(G)のカラーフィルター部位におけるイメージセンサーの断面を示し、図5(b)は緑色(G)、赤色(R)、緑色(G)のカラーフィルター部位におけるイメージセンサーの断面を示す。半導体基板11には受光素子としてCMOSやCCDからなる複数のフォトダイオード12が形成され、半導体基板11の表面にはシリコン酸化膜またはシリコン窒素酸化膜(図示せず)が形成されている。緑色の領域には、半導体基板11上に直接、第1の緑色カラーフィルター21が形成され、その上に第2の緑色カラーフィルター22が積層されている。カラーフィルター21とカラーフィルター22の二層で、緑色カラーフィルターが有すべき所定の分光特性を示すようにしている。青色の領域には半導体基板11上に直接、青色カラーフィルター15が形成されている。赤色の領域には半導体基板11上に直接、赤色カラーフィルター16が形成されている。これらのカラーフィルター上に透明樹脂からなる平滑化層(FL)17が形成され、その上にマイクロレンズ18が形成されている。
5A and 5B are sectional views of an image sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 5A shows a cross section of the image sensor in the color filter portions of green (G), blue (B), and green (G), and FIG. 5B shows green (G), red (R), green ( The cross section of the image sensor in the color filter part of G) is shown. A plurality of
図6(a)〜(d)を参照してカラーフィルターの配置および形成順序を説明する。このカラーフィルターは、いわゆるBayer配列をとっている。図6(a)に示すように、半導体基板11上に直接に第1の緑色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って緑色の領域に第1の緑色カラーフィルター21のパターンを配置する。次いで、図6(b)に示すように、全面に青色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って青色領域に青色カラーフィルター15を縦横に配置する。次いで、図6(c)に示すように、全面に赤色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って赤色領域に赤色カラーフィルター16を縦横に配置する。次いで、図6(d)に示すように、全面に第2の緑色レジストを塗布し、露光、現像および熱硬化を行って緑色領域であって、第1の緑色カラーフィルター21上に第2の緑色カラーフィルター22を配置する。赤色カラーフィルター16と第2の緑色カラーフィルター22の形成順序はどちらが先でもよい。
The arrangement and formation order of the color filters will be described with reference to FIGS. This color filter has a so-called Bayer array. As shown in FIG. 6A, the first green color resist is applied directly on the
本発明によれば、平坦化層を省略しているので、マイクロレンズ18からフォトダイオード12までの距離を小さくでき、高感度を維持できる。また、半導体基板11上に直接形成される第1の緑色カラーレジストの膜厚が薄く、パターン露光時には底部まで露光光が十分に達するので、第1の緑色カラーフィルター21を半導体基板11に強固に接着させることができる。また、薄い第1の緑色カラーフィルター21と接して、第1の緑色カラーフィルターより厚い膜厚で形成される青色カラーフィルター15のエッジ部にツノ段差(突起)が生じにくく、平滑化層17を厚くする必要がなくなる。そのため、フォトダイオードとマイクロレンズとの距離を短くできるので、感度の低下を招くことがない。なお、第1の緑色カラーフィルター21の厚さが0.05〜0.5μmであれば、これらの効果を得るのに有効である。また、基板と強固に密着した第1の緑色カラーフィルター21によって第2の緑色カラーフィルター22を保持することができ、剥がれを防止できる。また、緑色カラーフィルター21と側面が接する青色カラーフィルター15および赤色カラーフィルター16は緑色カラーフィルター21および緑色カラーフィルター22により保持されるので、基板からの剥れが防止できる。したがって、1μm前後の微細な画素サイズであっても密着性、解像性に優れたカラーフィルターを有し、かつ感度の高いイメージセンサーを提供することができる。
According to the present invention, since the planarization layer is omitted, the distance from the
図7(a)および(b)に本発明の他の実施形態に係るイメージセンサーの断面図を示す。このイメージセンサーでは、対角線方向に配置された隣接する2つの緑色の画素間で第1の緑色カラーフィルター21のコーナー部が互いにブリッジ90で連結しており、各々の緑色の画素内で第2の緑色カラーフィルター22は下層の第1の緑色カラーフィルター21よりも面積が小さくなっている。図8(a)〜(d)に示すように、このイメージセンサーも第1の緑色カラーフィルター21のコーナー部を互いにブリッジ90で連結させる以外は、図6(a)〜(d)と同様な方法で製造することができる。
7A and 7B are sectional views of an image sensor according to another embodiment of the present invention. In this image sensor, the corner portions of the first
このイメージセンサーでは第1の緑色カラーフィルター21のコーナー部が互いにブリッジ90で連結しているが、図3に示した従来のイメージセンサーと異なり、青色および赤色の領域が小さくなるという問題は生じない。勿論、パターンコーナー間のギャップ(すきま)を通しての光の漏れによる画像へのノイズが発生することもない。また、第1の緑色カラーフィルターと基板とが接する面積が増え、第1の緑色カラーフィルターと基板との密着力が増す。また、第2の緑色カラーフィルターから平面視で突出した第1の緑色カラーフィルター部位にオーバーラップさせて青色カラーフィルター、赤色カラーフィルターを形成している。これにより、第1の緑色カラーフィルターと青色カラーフィルター、赤色カラーフィルターとの接触面積が増え、第1の緑色カラーフィルターによる青色、赤色カラーフィルターの保持力が向上する。
In this image sensor, the corner portions of the first
以下、本発明において用いられる材料について説明する。 Hereinafter, the material used in the present invention will be described.
3原色のカラーフィルターを有するイメージセンサーにおける各カラーフィルターの主感度は、青色が450nm、緑色が530nm、赤色が620nm付近にある。 The main sensitivities of the color filters in the image sensor having the three primary color color filters are around 450 nm for blue, 530 nm for green, and 620 nm for red.
緑色カラーフィルターに用いられる緑色の顔料または染料としては以下のようなものが挙げられる。緑色顔料としては、例えばC.I.ピグメントグリーン7、36、37と、黄色顔料としてピグメントイエロー139とを混合して使用することができる。緑色染料としては、例えばC.I.Acidグリーン25、41を使用することができる。
Examples of the green pigment or dye used in the green color filter include the following. Examples of the green pigment include C.I. I.
青色カラーフィルターに用いられる青色の顔料または染料としては以下のようなものが挙げられる。青色顔料としては、例えばC.I.ピグメントブルー15、15:3、15:4、15:6、6、22、60のいずれかを使用することができる。青色染料としては、例えばC.I.Acidブルー41、83、90、113、129のいずれかを使用することができる。
Examples of the blue pigment or dye used in the blue color filter include the following. Examples of blue pigments include C.I. I. Any of
赤色カラーフィルターに用いられる赤色の顔料または染料としては以下のようなものが挙げられる。赤色顔料としては、例えばC.I.ピグメントレッド123、155、168、177、180、217、220のいずれかと、黄色顔料としてピグメントイエロー139とを混合して使用することができる。赤色染料としては、例えばC.I.Acidレッド37、50、111、114、257、266のいずれかを使用することができる。 The following are mentioned as a red pigment or dye used for a red color filter. Examples of red pigments include C.I. I. Any one of CI Pigment Red 123, 155, 168, 177, 180, 217, and 220 and Pigment Yellow 139 as a yellow pigment can be mixed and used. Examples of the red dye include C.I. I. Any of Acid Red 37, 50, 111, 114, 257, and 266 can be used.
本発明において、カラーフィルターを形成するには、耐熱性の観点から、特にアクリル系の顔料分散カラーレジストを用いることが好ましい。 In the present invention, in order to form a color filter, it is particularly preferable to use an acrylic pigment-dispersed color resist from the viewpoint of heat resistance.
また、例えばPVAやカゼインなどの透明樹脂をパターン化し、その透明パターンに染料を固着させてカラーフィルターとする所謂染色法を使用することもできる。 For example, a so-called dyeing method can be used in which a transparent resin such as PVA or casein is patterned and a dye is fixed to the transparent pattern to form a color filter.
また、分子内に少なくとも1つ以上の重合可能な官能基を有する染料をそのままモノマーとして、あるいは重合して染色重合物として用い、感光剤(光開始剤など)を混ぜてカラーレジスト化し、そのカラーレジストをリソグラフィでパターン化させてカラーフィルターとする所謂染料分散法を使用することもできる。 In addition, a dye having at least one polymerizable functional group in the molecule is used as a monomer as it is or as a dyed polymer by polymerization, and a photosensitive agent (photoinitiator, etc.) is mixed to form a color resist. It is also possible to use a so-called dye dispersion method in which a resist is patterned by lithography to form a color filter.
分子内に少なくとも1つ以上の重合可能な官能基を有する染料として、例えばアントラキノン系染料、ニトロソ系染料、ニトロ系染料、アゾ系染料(即ち、モノアゾ系染料、ジアゾ系染料、トリアゾ系染料、ポリアゾ系染料など)、アゾイック系染料、スチルベン系染料、カロテノイド系染料、ジフェニルメタン系染料、トリアリルメタン系染料、キサンテン系染料、アクリジン系染料、キノリン系染料、メチン系染料、ポリメチン系染料、チアゾール系染料、インダミン系染料、インドフェノール系染料、アジン系染料、オキサジン系染料、チアジン系染料、サルファー系染料、ラクトン系染料、アミノケトン系染料、ヒドロキシケトン系染料、インジゴイド系染料、フタロシアニン系染料、天然有機色素物、酸化物系、無機色素物系などから適宜選択して使用することができる。重合可能な官能基を持たない染料には官能基を導入して使用することができる。 Examples of the dye having at least one polymerizable functional group in the molecule include anthraquinone dyes, nitroso dyes, nitro dyes, azo dyes (that is, monoazo dyes, diazo dyes, triazo dyes, polyazo dyes). Azoic dyes, stilbene dyes, carotenoid dyes, diphenylmethane dyes, triallylmethane dyes, xanthene dyes, acridine dyes, quinoline dyes, methine dyes, polymethine dyes, thiazole dyes , Indamine dyes, indophenol dyes, azine dyes, oxazine dyes, thiazine dyes, sulfur dyes, lactone dyes, amino ketone dyes, hydroxy ketone dyes, indigoid dyes, phthalocyanine dyes, natural organic dyes Products, oxides, inorganic pigments, etc. Et appropriately selected and can be used. A dye having no polymerizable functional group may be used after introducing a functional group.
これら顔料および染料などの色素は、単独または適宜混合して用いられる。色素を混合して用いる場合、第1の緑色カラーフィルターと第2の緑色カラーフィルターに含まれる2種以上の色素は同じ割合でもよいが、それぞれ割合を変えてもよいし、ある色素を片方の層のみに含ませることもできる。このとき、色素の割合によっては緑色といえないような色(黄色など)になる場合もあるが、本発明においては第1または第2の緑色カラーフィルターとして取り扱うものとする。 These pigments and dyes such as dyes may be used alone or in admixture. In the case of using a mixture of dyes, the two or more kinds of dyes contained in the first green color filter and the second green color filter may be in the same ratio, but the ratios may be changed respectively, It can also be included only in the layer. At this time, depending on the proportion of the pigment, there may be a color that cannot be said to be green (such as yellow), but in the present invention, it is handled as the first or second green color filter.
平滑化層17の材料としては、例えば熱硬化性のアクリル樹脂を用いることができる。
As a material of the
本発明では、第1の緑色カラーフィルター21に含まれる色素と第2の緑色カラーフィルター22に含まれる色素とを一緒に有する一層の緑色フィルターで得られる分光特性を、第1の緑色カラーフィルター21と第2の緑色カラーフィルター22とを積層することで得るものである。
In the present invention, the first
マイクロレンズに用いられる材料およびその製造方法を説明する。まず、平滑化層17の上に例えばアクリル樹脂の塗布液を用いて透明樹脂層を形成する。次に、透明樹脂層の上に例えばアルカリ可溶性・感光性・熱フロー性をもつ例えばフェノール樹脂からなるレンズ母型材料を塗布する。次に、公知のフォトリソグラフィーブロセスを使用して、レンズ母型となる領域を残すようにレンズ母型材料をパターニングする。残されたレンズ母型材料を熱処理して熱リフローさせ、半球状に変形させてレンズ母型を形成する。リフロー量を片側0.1μm程度の適正量にすることにより、単位レンズ母型間のギャップが例えば0.24μm程度のスムースな半球状にすることができる。次に、ドライエッチング装置により、CF4、C4F8の混合ガスを用い、レンズ母型をマスクとして透明樹脂層に対してレンズ母型の形状の転写処理を行い、マイクロレンズを形成する。レンズ母型および透明樹脂層を上方から均一にエッチングすると、レンズ母型の形状を保ったまま下方にエッチングが進むため、透明樹脂層の形状をレンズ母型の形状と同じ形状にエッチングすることができる。マイクロレンズは高さが例えば1μm、単位レンズ間のギャッブが例えば0.04μmとなる。
A material used for the microlens and a manufacturing method thereof will be described. First, a transparent resin layer is formed on the
11…半導体基板、12…フォトダイオード、13…平坦化層(PL)、14…緑色カラーフィルター、15…青色カラーフィルター、15…赤色カラーフィルター、17…平滑化層(FL)、18…マイクロレンズ、21…第1の緑色カラーフィルター、22…第2の緑色カラーフィルター。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体基板上に直接に第1の緑色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って緑色の領域に第1の緑色カラーフィルターのパターンを形成する工程と、
全面に青色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って青色の領域に青色カラーフィルターのパターンを形成する工程と、
全面に赤色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って赤色の領域に赤色カラーフィルターのパターンを形成した後、全面に第2の緑色カラーレジストを塗布し、パターン露光、現像および熱硬化を行って緑色の領域に第1の緑色カラーフィルター上に積層された第2の緑色カラーフィルターを形成するか、または上記と逆の順序で第2の緑色カラーフィルターおよび赤色カラーフィルターを形成する工程と
を有することを特徴とするイメージセンサーの製造方法。 In manufacturing an image sensor having a semiconductor substrate on which a plurality of photodiodes are formed and green, red, and blue color filters formed corresponding to the respective photodiodes,
Applying a first green color resist directly on the semiconductor substrate, performing pattern exposure, development and thermosetting to form a first green color filter pattern in a green region;
Applying a blue color resist on the entire surface, pattern exposure, development and thermosetting to form a blue color filter pattern in the blue region;
A red color resist is applied to the entire surface, pattern exposure, development and thermosetting are performed to form a red color filter pattern in the red region, and then a second green color resist is applied to the entire surface to perform pattern exposure, development and Heat cure to form a second green color filter laminated on the first green color filter in the green area, or form a second green color filter and a red color filter in the reverse order A process for manufacturing an image sensor.
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