JP6728820B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明はカラーフィルタが形成された固体撮像装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device having a color filter and a method for manufacturing the solid-state imaging device.
固体撮像装置では、一般に、複数の画素が水平方向と垂直方向に格子状に配置された撮像領域が、基板の面に設けられている。この撮像領域では、被写体像による光を受光して信号電荷を生成する光電変換部が、各画素に対応するように形成されている。たとえば、フォトダイオードが、この光電変換部として形成されている。 In a solid-state imaging device, generally, an imaging region in which a plurality of pixels are arranged in a grid pattern in the horizontal direction and the vertical direction is provided on the surface of the substrate. In this imaging region, a photoelectric conversion unit that receives light of a subject image and generates signal charges is formed so as to correspond to each pixel. For example, a photodiode is formed as this photoelectric conversion section.
この光電変換部の上方において、各画素に対応するように個々のカラーフィルタセルから構成されるカラーフィルタ層が設けられており、このカラーフィルタ層によって着色された光を光電変換部が受光するように構成されている。 A color filter layer composed of individual color filter cells is provided above the photoelectric conversion section so as to correspond to each pixel, and the photoelectric conversion section receives light colored by the color filter layer. Is configured.
また多くの場合、カラーフィルタ層の上方に、各画素に対応してマイクロレンズが設けられており、このマイクロレンズによって集光された光が、カラーフィルタ層を介して、光電変換部へ入射するように構成されている。 In many cases, a microlens is provided above the color filter layer corresponding to each pixel, and the light condensed by the microlens enters the photoelectric conversion unit via the color filter layer. Is configured.
近年、デジタルカメラや携帯電話機等のカメラ付き電子機器の小型化の進展及び、固体撮像装置の多画素化に対する要望に伴い、固体撮像装置における画素の微細化が進展している。 2. Description of the Related Art In recent years, miniaturization of pixels in a solid-state imaging device has been advanced in response to a demand for miniaturization of electronic devices with a camera such as a digital camera and a mobile phone and a demand for increasing the number of pixels of the solid-state imaging device.
固体撮像装置の画素微細化の進展に合せて、カラーフィルタ層のパターニング寸法についても同様に微細化していく必要がある。また、微細化に伴い固体撮像装置の１画素あたりの受光感度特性の低下や、ノイズ割合の増加などが問題となってくる。そのため、カラーフィルタ層においては分光透過率の改善や、薄膜化が求められている。 The patterning dimension of the color filter layer must be similarly miniaturized in accordance with the progress of miniaturization of pixels of the solid-state imaging device. Further, with miniaturization, there are problems such as deterioration of light receiving sensitivity characteristic per pixel of the solid-state imaging device and increase of noise ratio. Therefore, in the color filter layer, improvement of spectral transmittance and thinning are required.
カラーフィルタとしての分光特性を維持又は改善しながら、薄膜化を進めるためには、カラーフィルタ層を形成する固形分のうち色材比率を高め、その他の固形分比率を減らす必要が生じる。減らすこととなる成分は、色材分散に関わる成分やフォトリソグラフィに関わる成分となる。色材分散に関わる成分の減量はカラーフィルタ材料の経時安定性の悪化をもたらすため、多く減らすことができない。そこでフォトリソグラフィ成分を減量させる必要が生じるが、フォトリソグラフィ成分の減量は、微細化により難易度の上昇しているパターニング性をさらに困難にするという問題がある。 In order to reduce the film thickness while maintaining or improving the spectral characteristics of the color filter, it is necessary to increase the ratio of the color material in the solid content forming the color filter layer and reduce the ratio of the other solid content. The components to be reduced are components related to color material dispersion and components related to photolithography. The reduction of the components related to the dispersion of the color material causes deterioration of the temporal stability of the color filter material, and therefore cannot be reduced much. Therefore, it is necessary to reduce the photolithography component, but there is a problem that the reduction of the photolithography component makes the patterning property, which has become more difficult due to miniaturization, to be more difficult.
画素の幅寸法が１．２μｍ以下、１．０μｍ以下と微細化が進展する中で、カラーフィルタ層についても、分光特性を維持しつつ、高さ方向の寸法である膜厚も０．８μｍ以下、０．６μｍ以下と薄膜化が進展している。そのためカラーフィルタ層を形成する固形分のうち色材比率は高くなる一方で、フォトリソグラフィ成分であるアルカリ可溶性樹脂や重合成モノマー、光重合開始剤などの総量が減少している。その結果、カラーフィルタ層の形成において以下の問題が生じている。 Along with the progress of miniaturization such that the pixel width dimension is 1.2 μm or less and 1.0 μm or less, the color filter layer also maintains the spectral characteristics and the thickness in the height direction is 0.8 μm or less. , 0.6 μm or less, and thinning is progressing. Therefore, the proportion of the color material in the solid content forming the color filter layer is high, but the total amount of the alkali-soluble resin, the polysynthetic monomer, the photopolymerization initiator, and the like, which are photolithographic components, is decreasing. As a result, the following problems occur in the formation of the color filter layer.
パターンの微細化及び重合成モノマーの減量、光重合開始剤の減量などに伴い、カラーフィルタ層の形状制御が難しくなっている。特に格子状に形成されたカラーフィルタセルのパターン周辺部の断面形状の制御が難しくなっており、特に、カラーフィルタセルの四隅において断面形状の制御が難しい状況がある。 As the pattern becomes finer, the amount of the polysynthetic monomer decreases, and the amount of the photopolymerization initiator decreases, it becomes difficult to control the shape of the color filter layer. In particular, it is difficult to control the cross-sectional shape of the peripheral portion of the pattern of the color filter cell formed in a lattice shape, and in particular, there are situations where it is difficult to control the cross-sectional shape at the four corners of the color filter cell.
カラーフィルタは、通常、透過分光が異なる２種類以上のパターンを繰り返し配置して格子状の配置を形成する。最初に形成されるカラーフィルタセルにおいて、パターンの周辺部や四隅で断面形状を制御しきれず、矩形性が悪い場合には、続いて形成されるカラーフィルタセルやそれ以降に形成するカラーフィルタセルが最初に形成されたカラーフィルタセルの周辺部や四隅の部分に乗り上げることがある。この結果、固体撮像装置に混色やノイズの増加、画素ごとの感度バラツキといった問題が生じる。 In the color filter, usually, two or more types of patterns having different transmission spectra are repeatedly arranged to form a grid-shaped arrangement. In the color filter cells formed first, if the cross-sectional shape cannot be controlled at the peripheral portion and the four corners of the pattern and the rectangularity is poor, the color filter cells formed subsequently and the color filter cells formed thereafter are There is a case where the color filter cell formed first gets on the peripheral portion or the four corner portions. As a result, the solid-state imaging device has problems such as color mixing, increased noise, and variation in sensitivity between pixels.
固体撮像装置の色の配置として一般的なベイヤー配列では、最初に形成するカラーフィルタセルとしてＧＲＥＥＮのカラーフィルタセルをブリッジ部で繋げて非孤立パターンとする形状がとられることが多い。しかし、上述した様に、カラーフィルタセルの断面形状が十分制御ができないと、ブリッジ部の高さにバラツキが生じる。その結果、固体撮像装置の特性バラツキ、続いて形成されるカラーフィルタによる混色の誘発等の問題が生じる。 In a typical Bayer array as a color arrangement of a solid-state image pickup device, a color filter cell formed first has a shape in which a green color filter cell is connected by a bridge portion to form a non-isolated pattern. However, as described above, if the cross-sectional shape of the color filter cell cannot be controlled sufficiently, the height of the bridge portion varies. As a result, there arise problems such as variations in the characteristics of the solid-state imaging device and the induction of color mixing due to the color filters formed subsequently.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、画素の微細化の進展に合せ、カラーフィルタ層の微細化及び薄膜化を、混色や形状バラツキといった問題を低減させ、且つ低欠陥で実現したカラーフィルタを有する固体撮像装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and in accordance with the progress of miniaturization of pixels, the miniaturization and thinning of the color filter layer have been realized with reduced defects and problems such as color mixture and shape variation. A solid-state imaging device having a color filter is provided.
上記課題を解決するために、代表的な本発明の固体撮像装置の一つは、基板上に格子状に配列された光電変換部と、前記光電変換部の上方に配置され、上面が平坦であり、かつ、下面の周辺部に欠落部を有するカラーフィルタセルとを備えた固体撮像装置である。 In order to solve the above problems, one of the typical solid-state imaging devices of the present invention is a photoelectric conversion unit arranged in a grid on a substrate, and is arranged above the photoelectric conversion unit, and has a flat upper surface. And a color filter cell having a missing portion in the peripheral portion of the lower surface.
また、このような撮像装置を製造するための、代表的な固体撮像装置の製造方法の一つは、光電変換部が格子状に配列された半導体基板上に平坦化膜を形成する工程、平坦化膜上であって、前記光電変換部の周辺部に段差部を形成する工程、前記段差部に重なりを持った状態で、最初に形成されるカラーフィルタセルを形成する工程、からなる半導体撮像装置の製造方法である。 In addition, one of the typical methods for manufacturing a solid-state imaging device for manufacturing such an imaging device is a process of forming a planarization film on a semiconductor substrate in which photoelectric conversion units are arranged in a grid pattern, On the oxide film, a step of forming a step portion on the periphery of the photoelectric conversion portion, and a step of forming a color filter cell that is formed first with the step portion overlapping. It is a method of manufacturing a device.
本発明によれば、微細な寸法の画素に対するカラーフィルタセルを断面形状が良好で、バラツキが少なく形成することが可能となり、良好なカラーフィルタ層を得ることができる。その結果、微細な画素を持った固体撮像装置を特性バラツキが少なく且つ低欠陥で実現することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to form a color filter cell for a pixel having a fine dimension with a good cross-sectional shape and with little variation, and it is possible to obtain a good color filter layer. As a result, it is possible to realize a solid-state imaging device having fine pixels with less characteristic variation and less defects.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。まず、以下の説明に供する固体撮像装置に関係する各方向を、画素が格子状に並んでいる平面と平行な方向を幅方向と定義し、画素が並んでいる平面に対して法線方向を高さ方向と定義する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, in each of the directions related to the solid-state imaging device provided in the following description, a direction parallel to a plane in which pixels are arranged in a grid is defined as a width direction, and a direction normal to the plane in which pixels are arranged is defined. It is defined as the height direction.
図１に固体撮像装置の画素配置図の一例を示す。
図１においては、格子状に配列された画素１０（Ａ）、画素１０（Ｂ）、画素１０（Ｃ）、画素１０（Ｄ）に、カラーフィルタセルがそれぞれの画素に対応して配置されている。本発明の実施の形態の説明では、カラーフィルタセルを、画素１０（Ａ）、続いて１０（Ｂ）、１０（Ｃ）、１０（Ｄ）に対応する順で形成する場合について説明するが、形成する順序についてはこれに限定されるものではない。また２種類以上の分光を持ったカラーフィルタセルが配置されていれば、色の組み合わせや、形成順についても限定はなく、例えば最初に形成するカラーフィルタセルとして１０（Ａ）と１０（Ｄ）の画素に対応するものを同時に形成することも可能である。
FIG. 1 shows an example of a pixel layout diagram of the solid-state imaging device.
In FIG. 1, color filter cells are arranged corresponding to each pixel in the pixels 10 (A), the pixels 10 (B), the pixels 10 (C), and the pixels 10 (D) arranged in a grid pattern. There is. In the description of the embodiments of the present invention, the case where the color filter cells are formed in the order corresponding to the pixels 10(A) and subsequently 10(B), 10(C), and 10(D) will be described. The order of forming is not limited to this. Further, if color filter cells having two or more kinds of spectra are arranged, there is no limitation on the color combination or the formation order. For example, 10(A) and 10(D) are the first color filter cells to be formed. It is also possible to simultaneously form those corresponding to the pixels.
まず、図２を用いて従来例における固体撮像装置の断面構造を説明する。図２は、図１で示した固体撮像装置１００のＡ−Ａ‘線における断面図である。
半導体基板１１には受光部を構成する受光素子として、ＣＭＯＳやＣＣＤからなるフォトダイオード１２が形成されている。また、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上には金属材料からなる遮光膜１７及び透明樹脂からなる平坦化層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１３上には、顔料や染料などの色材を分散させた樹脂からなる、カラーフィルタ層１４が形成されており、カラーフィルタ層１４は、個々のカラーフィルタセル１４（ａ）、１４（ｂ）、１４（ｃ）から構成されている。カラーフィルタ層１４の上方に透明樹脂からなる平滑化層１５が形成され、その上にフォトダイオードに対応してマイクロレンズ１６が形成されている。ここでカラーフィルタ層１４のうち最初に形成されるカラーフィルタセルを１４（ａ）、後に形成されるカラーフィルタセルを１４（ｂ）とする。
First, a sectional structure of a conventional solid-state imaging device will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA′ of the solid-
A
次に、図３を用いて、従来例における固体撮像装置の別の断面構造を説明する。図３に示すのは図１で示した固体撮像装置１００のＢ−Ｂ‘線における断面図である。
図３に示した従来の固体撮像装置１０２においては、最初に形成したカラーフィルタセル１４（ａ）が、隣接するカラーフィルタセルとの接点、特に、格子状に配置されたカラーフィルタセルの四隅部分において、断面形状が正確な矩形状として形成されていない。このため、カラーフィルタセル１４（ａ）の四隅部分で高さ方向の膜厚が減少した形状となっている。また、その膜厚減少もカラーフィルタセルごとにバラツキが大きい状態となりがちである。そのため、カラーフィルタセル１４（ｂ）を形成した際に、カラーフィルタセル１４（ａ）の四隅部分に、カラーフィルタセル１４（ｂ）が乗り上げてしまうなどの現象が起こり、混色や画素間感度バラツキといった問題が発生しやすくなっている。
このような現象は、図２で示した、図１のＡ−Ａ‘線のようなカラーフィルタセルの周辺部の断面部でも発生し得るが、図３に示した図１のＢ−Ｂ‘線における断面部、つまり格子状に配置されたカラーフィルタセルの四隅部においてより顕著に生じ得る。
Next, another cross-sectional structure of the conventional solid-state imaging device will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along line BB′ of the solid-
In the conventional solid-
Such a phenomenon may occur in the peripheral cross section of the color filter cell, such as the line AA′ in FIG. 1 shown in FIG. 2, but the line BB′ in FIG. 1 shown in FIG. It can occur more markedly at the cross-section of the line, that is, at the four corners of the color filter cells arranged in a grid.
（実施例１）
次に、図４を用いて、本発明の実施例１における固体撮像装置の例を説明する。図４は、図１で示したＢ−Ｂ‘線の本発明の固体撮像装置の断面図の一例である。半導体基板１１には受光部を構成する受光素子として、ＣＭＯＳやＣＣＤからなるフォトダイオード１２が形成されている。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上には金属材料からなる遮光膜１７及び透明樹脂からなる平坦化層１３が形成されている。平坦化層１３上には、後に形成されるカラーフィルタセル同士の接点、特に、格子状に配置されたカラーフィルタセルの四隅部分に対応する箇所に、段差部２１が形成されている。
(Example 1)
Next, an example of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an example of a cross-sectional view of the solid-state imaging device of the present invention taken along the line BB′ shown in FIG. A
また、フォトダイオードに対応して、平坦化層１３上には、顔料や染料などの色材を分散させた樹脂からなる、カラーフィルタ層１４が、個々のカラーフィルタセル１４（ａ）、１４（ｂ）、１４（ｃ）の順で形成されている。
カラーフィルタ層１４の上方には透明樹脂からなる平滑化層１５が形成され、その上にフォトダイオードに対応してマイクロレンズ１６が形成されている。
Corresponding to the photodiode, a
A smoothing
この結果、図４に示した本発明の固体撮像装置２０１においては、格子状に配置されたカラーフィルタセルの周辺部、又は、周辺部のうち四隅に該当する部分には、段差部２１と同形の欠落部２３が設けられる。この欠落部２３が存在していることにより、カラーフィルタセルの当該欠落部上方の膜厚は、他の部分、具体的には画素中央部に比較して薄くなっている。
As a result, in the solid-
フォトリソグラフィ加工を用いて開口を設ける場合、アスペクト比（縦横の開口比率）が大きくなると、開口パターンの正確な形成が難しくなり、膜厚が大きいほど、正確なパターンの形成は難しくなる。また、フォトリソグラフィ加工技術を用いてパターン形成を行う場合、現像処理の後、焼成処理を行うと、周辺部ほど膜厚が縮退して、所定の膜厚を得ることができない場合が多い。
このため、本実施例のカラーフィルタセルにおいては、パターン形成の精度を確保するため、パターンの精度が劣化しやすい、カラーフィルタセルの周辺部、特に四隅部について、その膜厚を他の部分より薄くしたものである。
さらに、スピンコート法によってレジストを塗布する際に、下方に突起のある部分については、他の部分に比べて、レジスト材料が肉厚に塗布される傾向もあり、これによっても、その後の焼成処理における、膜厚の縮退の影響を緩和することができ、更なる精度の向上が図れる。
これらの理由により、本実施例においては、正確で微細なカラーフィルタセルを得ることができる。
When an opening is formed by using photolithography processing, if the aspect ratio (aperture ratio in the vertical and horizontal directions) becomes large, it becomes difficult to form the opening pattern accurately, and as the film thickness increases, it becomes difficult to form the accurate pattern. Further, in the case of performing pattern formation using a photolithography processing technique, if a baking process is performed after the development process, the film thickness degenerates toward the peripheral portion, and it is often impossible to obtain a predetermined film thickness.
Therefore, in the color filter cell of the present embodiment, in order to ensure the accuracy of the pattern formation, the accuracy of the pattern is likely to deteriorate, the peripheral portion of the color filter cell, especially the four corners, the film thickness of the other than the other parts. It is thin.
Further, when the resist is applied by the spin coating method, the resist material tends to be applied thicker to the part having the projections below than to the other parts, which also causes the subsequent baking treatment. The influence of the degeneracy of the film thickness can be mitigated, and the accuracy can be further improved.
For these reasons, accurate and fine color filter cells can be obtained in this embodiment.
最初に形成されるカラーフィルタセル１４（ａ）が、その周辺部または四隅部分であっても、上面が平坦な形状に製造することができ、続いて形成されるカラーフィルタセルにおいても、カラーフィルタセル１４（ｂ）の上面が平坦で、矩形性に優れた形状に製造することができる。
これは、半導体基板１１上方に形成された段差部２１によって、カラーフィルタセルに欠落部２３が設けられていることの効果である。各カラーフィルタセルが矩形性に優れた断面形状に形成可能なことから、バラツキのない良好な固体撮像装置を得ることができる。
The first formed color filter cell 14(a) can be manufactured to have a flat upper surface even in the peripheral portion or the four corner portions thereof, and the color filter cell formed subsequently also has a color filter. The cell 14(b) has a flat upper surface and can be manufactured into a shape excellent in rectangularity.
This is an effect that the missing
図４では、説明上、固体撮像装置の一例として、段差部２１の形状（欠落部２３と同形）を半球状のもので説明したが、段差部の形状（欠落部の形状）は図４に示した限りではなく、本発明の効果を発揮できるように段差部（欠落部）が形成されていれば良く、図５、図６のような矩形型や円錐型や円柱状のような形状や任意の形状でよい。 In FIG. 4, for the sake of explanation, the shape of the step portion 21 (the same shape as the missing portion 23) is described as a hemispherical shape as an example of the solid-state imaging device, but the shape of the step portion (the shape of the missing portion) is shown in FIG. It is not limited to the above, and it suffices that a step portion (missing portion) is formed so that the effect of the present invention can be exerted, and a shape such as a rectangular shape, a conical shape, or a cylindrical shape as shown in FIGS. It may have any shape.
また、図４では段差部２１は平坦化層１３上に形成した場合を例として示したが、図７に示すように、平坦化層１３よりも下層として形成される遮光膜１７の四隅部の形状を凸状に形成することで段差部２１が形成されるような形態でもよい。
段差部２１が遮光膜の一部として形成される場合には、遮光膜上に平坦化膜が形成される。そして、平坦化膜を、遮光膜による段差部よりも薄く形成すれば、平坦化膜形成後も、平坦化膜に段差部の形状が概ね維持され、段差が残存することとなる。
Further, in FIG. 4, the step portion 21 is shown as an example in which it is formed on the
When the step portion 21 is formed as a part of the light shielding film, the flattening film is formed on the light shielding film. If the flattening film is formed thinner than the step portion formed by the light-shielding film, the shape of the step portion is substantially maintained in the flattening film even after the flattening film is formed, and the step remains.
さらに、段差部２１は、カラーフィルタセルの四隅付近に相当する箇所に形成されるものに限定されない。図８は、欠落部２３の形状が半球状の場合のカラーフィルタセルの斜視図である。また、図９は、欠落部２３の形状が矩形型の場合のカラーフィルタセルの斜視図である。
Furthermore, the stepped portion 21 is not limited to the one formed at a position corresponding to the vicinity of the four corners of the color filter cell. FIG. 8 is a perspective view of a color filter cell in which the missing
図１０は、矩形型の欠落がカラーフィルタセルの周辺部に延在している場合のカラーフィルタセルの斜視図である。段差部２１は、カラーフィルタセルの欠落部２３がカラーフィルタセルの周辺部に延在するように形成されてもよく、この場合、欠落部２３と同形をなす段差部２１は格子状に形成されることとなる。
なお、図１０については、カラーフィルタセルの形状を分かりやすく示すため、図８、図９とは異なり、天地を逆にして表示している。
FIG. 10 is a perspective view of a color filter cell in which a rectangular missing part extends in the peripheral portion of the color filter cell. The step portion 21 may be formed such that the missing
Note that, in FIG. 10, the shape of the color filter cell is shown in an easy-to-understand manner, and thus the display is reversed, unlike FIGS. 8 and 9.
以上の通り、本実施例のカラーフィルタセルは、矩形形状が崩れやすい、カラーフィルタセルの周辺部、特に、四隅部に欠落部を設けて、その部分のカラーフィルタセルの厚さを薄くしているため、パターン形成精度が向上し、設計通りの正確なカラーフィルタセルを形成することができる。 As described above, in the color filter cell of the present embodiment, the rectangular shape is easily collapsed, the peripheral portion of the color filter cell, particularly, the missing portions are provided at the four corners, and the thickness of the color filter cell in that portion is reduced. Therefore, the pattern forming accuracy is improved, and the correct color filter cell can be formed as designed.
（実施例２）
以下、本発明をベイヤー配列に適応した場合について説明する。
図１１に固体撮像装置のベイヤー配列の一例を示す。この例では、画素１０（Ａ）、画素１０（Ｂ）、画素１０（Ｃ）に対応してカラーフィルタセルが配置されており、カラーフィルタセルを、画素１０（Ａ）、続いて１０（Ｂ）、１０（Ｃ）に対応する順で形成した場合について説明するが、形成する順序については、これに限定されるものではない。また２種類以上の分光特性を有したカラーフィルタセルが配置されていれば、色の組み合わせや、形成順はどのようなものにも適用可能である。
(Example 2)
The case where the present invention is applied to the Bayer array will be described below.
FIG. 11 shows an example of the Bayer array of the solid-state imaging device. In this example, color filter cells are arranged corresponding to the pixel 10(A), the pixel 10(B), and the pixel 10(C), and the color filter cell is set to the pixel 10(A) and then 10(B). ) A case will be described where the layers are formed in the order corresponding to 10(C), but the order of forming is not limited to this. If color filter cells having two or more types of spectral characteristics are arranged, the combination of colors and the order of formation can be applied.
まず、図１２を用いて、従来例における固体撮像装置の断面構造を説明する。 図１２は、図１１で示した固体撮像装置３００のＢ−Ｂ‘線における断面図である。半導体基板１１には、受光部を構成する受光素子としてＣＭＯＳやＣＣＤからなるフォトダイオード１２が形成されている。また、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上には金属材料からなる遮光膜１７及び透明樹脂からなる平坦化層１３が形成されている。
また、フォトダイオードに対応して、平坦化層１３上には、顔料や染料などの色材を分散させた樹脂からなる、カラーフィルタ層１４が形成されている。
First, the sectional structure of a conventional solid-state imaging device will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a sectional view taken along line BB′ of the solid-
Further, a
図１１のＢ−Ｂ‘線の断面部において、格子状に配列された画素１０（Ａ）に対応するカラーフィルタセルの四隅はブリッジ部により相互に接続した形状となっている。これは、ベイヤー配列の場合、一般的には、カラーフィルタセルは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３種で形成され、ＧがＲ及びＢよりも多く配置されている。そして、最初に形成するＧ（緑）に対応するカラーフィルタセルの数が、全体の画素の約半数を占め、Ｇ（緑）のカラーフィルタセル同士が四隅のブリッジ部にて相互に接続した形状をなしていることに起因している。 In the cross section of the line B-B′ in FIG. 11, the four corners of the color filter cells corresponding to the pixels 10 (A) arranged in a grid are connected to each other by bridges. This is because in the case of the Bayer array, the color filter cell is generally formed by three kinds of R (red), G (green), and B (blue), and G is arranged more than R and B. There is. The number of color filter cells corresponding to G (green) formed first occupies about half of all pixels, and the G (green) color filter cells are connected to each other at the four corners of the bridge portion. It is due to doing.
このため、図１２に示す断面構造においては、カラーフィルタ層１４は、ブリッジ部を介して、カラーフィルタセル１４（ａ）が連続している。これらのカラーフィルタ層上に透明樹脂からなる平滑化層１５が形成され、その上にフォトダイオードに対応してマイクロレンズ１６が形成されている。
Therefore, in the cross-sectional structure shown in FIG. 12, the
このような従来例においては、最初に形成したカラーフィルタセル１４（ａ）が、市松模様状に配置されて形成されることになるが、カラーフィルタセルの周辺部やカラーフィルタセルの四隅部分に相当するブリッジ部において、断面形状を正確な矩形状に形成することは難しい。特に、四隅部分のブリッジ部の膜厚は、設計値よりも減少し、ブリッジ部の膜厚や形状にバラツキが発生し易い。
そのような状況で、後の工程としてカラーフィルタセル１４（ｂ）を形成すると、設計値よりも小さくなったカラーフィルタセル１４（ａ）のブリッジ部の上に、カラーフィルタセル１４（ｂ）が乗り上げてしまうなどの現象が発生する。この結果、撮像装置において、混色や画素間感度バラツキといった問題が発生しやすくなる。
In such a conventional example, the first formed color filter cells 14(a) are formed by being arranged in a checkered pattern. However, the color filter cells 14(a) are formed in the peripheral portion of the color filter cell or the four corner portions of the color filter cell. It is difficult to form an accurate rectangular cross section in the corresponding bridge portion. In particular, the film thickness of the bridge portion at the four corners is smaller than the design value, and variations in the film thickness and shape of the bridge portion are likely to occur.
In such a situation, when the color filter cell 14(b) is formed in a later step, the color filter cell 14(b) is formed on the bridge portion of the color filter cell 14(a) which is smaller than the designed value. Phenomena such as riding up occur. As a result, in the image pickup apparatus, problems such as color mixture and variation in sensitivity between pixels are likely to occur.
次に、図１３を用いて、実施例２による固体撮像装置の例を説明する。図１３は、図１１で示したＢ−Ｂ‘線の本発明の固体撮像装置の断面図の一例である。半導体基板１１には、従来例と同様に、受光素子としてＣＭＯＳやＣＣＤからなるフォトダイオード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。また、半導体基板１１上には金属材料からなる遮光膜１７及び透明樹脂からなる平坦化層１３が形成されている。さらに、フォトダイオードに対応して、平坦化層１３上には、顔料や染料などの色材を分散させた樹脂からなる、カラーフィルタ層１４が形成されている。
Next, an example of the solid-state imaging device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is an example of a cross-sectional view of the solid-state imaging device of the present invention taken along the line B-B′ shown in FIG. 11. As in the conventional example, a
ここで、図１３に開示する実施例においては、平坦化層１３上の、カラーフィルタセル１４（ａ）の市松模様状パターンの四隅に対応する箇所に、段差部２１が形成されている。
Here, in the example disclosed in FIG. 13, step portions 21 are formed on the
図１３では固体撮像装置の一例として、段差部２１は平坦化層１３上に形成した場合の構造を例示したが、段差部２１はカラーフィルタ層の下側面に形成されていればよく、積層体で形成されていてもよい。また、図示していないカラーフィルタ層より下部に形成される遮光膜の一部として作成されていてもよい。
In FIG. 13, the structure in which the step portion 21 is formed on the
さらに、段差部２１の形状は図１３に示した限りではなく、本発明の効果を発揮できるように段差部が形成されていれば良く、図１４、図１５のような矩形型や円錐型や円柱状のような形状や任意の形状でよい。 Further, the shape of the step portion 21 is not limited to the shape shown in FIG. 13, and it is sufficient if the step portion is formed so as to exert the effect of the present invention, such as a rectangular shape or a conical shape as shown in FIGS. It may have a cylindrical shape or an arbitrary shape.
図１３乃至図１５に示した本発明の固体撮像装置４０１においては、実施例１の場合と同様に、格子状に配置されたカラーフィルタセルの周辺部、又は、周辺部のうち四隅に該当する部分に、段差部２１に起因した欠落部２３が設けられている。そして、この欠落部２３が存在していることにより、カラーフィルタセルの当該欠落部上方の膜厚は、他の部分、具体的には画素中央部に比較して薄くなっている。
In the solid-
このため、最初に形成されるカラーフィルタセル１４（ａ）は、矩形性に優れた断面形状に形成可能であり、ブリッジ部においても平坦な断面形状を得ることができる。また、続いて形成されるカラーフィルタセル１４（ｂ）においても、カラーフィルタセル１４（ａ）が精度良く形成されていることから、カラーフィルタセル１４（ｂ）がカラーフィルタセル１４（ａ）のブリッジ部の上に乗り上げることがない。この結果、バラツキのない良好な固体撮像装置を得ることができる。 For this reason, the color filter cell 14(a) formed first can be formed in a cross-sectional shape excellent in rectangularity, and a flat cross-sectional shape can be obtained even in the bridge portion. Further, also in the color filter cell 14(b) that is formed subsequently, the color filter cell 14(a) is formed with high accuracy, so that the color filter cell 14(b) is Never ride on the bridge. As a result, it is possible to obtain a good solid-state imaging device without variations.
以下、本発明における段差部２１、カラーフィルタセルの欠落部２３の形状、その他の材料、製法の選択について説明する。
本発明における段差部２１は、カラーフィルタ層１４の形成時にカラーフィルタセルの矩形性を保つために適切な構造体を成していればよく、材料については固体として構造体を形成できるものであれば特に限定はない。例えば、平坦化層として使用されている窒化シリコン（ＳｉＮ）や酸化シリコン（ＳｉＯ２）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の単層膜あるいはこれらの積層膜による構成でも良い。また、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、エポキシ系樹脂等の樹脂成分を中心とした材料構成の透明性、耐熱性を持つ材料構成も適応可能である。
Hereinafter, the shapes of the step portion 21, the missing
The stepped portion 21 in the present invention may be a structure suitable for maintaining the rectangularity of the color filter cell when the
本発明における段差部２１の形状は、カラーフィルタ材料のパターニング性能に応じて適切に選択することで、より効果を発揮させることが可能であり、特定の構造である必要はない。構造としては、例えば、画素四隅の格子パターン接点２４（図１１参照）において膜厚が極大となる構造が効果的である。また、半球形の形状や、矩形形状といった構造においても効果を得ることが可能である。 The shape of the step portion 21 in the present invention can be more effective by appropriately selecting it according to the patterning performance of the color filter material, and does not need to be a specific structure. As a structure, for example, a structure in which the film thickness is maximized in the grid pattern contacts 24 (see FIG. 11) at the four corners of the pixel is effective. Further, it is possible to obtain the effect even in the structure of a hemispherical shape or a rectangular shape.
本発明における画素寸法は０．４μｍ〜１．２μｍが望ましく、カラーフィルタ層１４の膜厚は０．１〜０．８μｍといったサイズが望ましい。
In the present invention, the pixel size is preferably 0.4 μm to 1.2 μm, and the thickness of the
この場合、段差部２１の高さは、５０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。また、段差部２１の幅の寸法は６０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。 In this case, the height of the step portion 21 is preferably 50 nm to 300 nm. Further, the width dimension of the step portion 21 is preferably 60 nm to 300 nm.
したがって、本発明における段差部２１の高さは、カラーフィルタセルの高さの６％〜５０％であることが望ましい。
また、段差部の幅寸法は、カラーフィルタセルの幅寸法に対して、５％〜２５％であることが望ましい。
つまり、カラーフィルタセルの形状としては、カラーフィルタセルの周辺部において、最大高さがカラーフィルタセルの高さの６％〜５０％であり、カラーフィルタセルの周辺部から中心部に向かう幅寸法において、カラーフィルタセルの幅寸法の２．５％〜１２．５％の欠落部が設けられていることが望ましい。
Therefore, the height of the step portion 21 in the present invention is preferably 6% to 50% of the height of the color filter cell.
Further, the width dimension of the step portion is preferably 5% to 25% with respect to the width dimension of the color filter cell.
That is, regarding the shape of the color filter cell, the maximum height is 6% to 50% of the height of the color filter cell in the peripheral portion of the color filter cell, and the width dimension from the peripheral portion of the color filter cell toward the center portion is large. In the above, it is preferable that the missing portion is provided at 2.5% to 12.5% of the width dimension of the color filter cell.
段差部２１の形成、カラーフィルタ層１４の形成、マイクロレンズ１６の形成には、従来用いられているフォトリソグラフィ法、エッチング法、印刷法をはじめとした製造方法の適応が可能である。
For the formation of the step portion 21, the formation of the
本発明における半導体基板１１やフォトダイオード１２については、従来から固体撮像装置として使用されている構成や材料を適宜に選択可能である。また、本発明における遮光膜はタングステンやチタンやアルミニウムをはじめ従来から固体撮像装置として使用されている材料を適宜に選択可能である。
For the
本発明における平坦化層１３については、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）や酸化シリコン（ＳｉＯ２）および酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の単層膜あるいはこれらの積層膜により構成されている。またアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、エポキシ系樹脂等の樹脂成分を中心とした材料構成の透明性、耐熱性を持つ材料構成も適応可能であり、それら従来から固体撮像装置として利用されている材料を好適に選択可能である。
The
本発明におけるカラーフィルタ層の材料については、カラーフィルタ層の形成に従来用いられている有機顔料や染料、分散剤、アルカリ可溶性樹脂、重合性モノマー、光重合開始剤、溶媒を含んだ組成物を好適に選択可能であり、従来使用されている添加剤を必要に応じて添加した材料についても利用可能である。有機顔料を用いる場合、顔料の平均粒子径は２０ｎｍ〜１２０ｎｍであることが望ましい。 Regarding the material of the color filter layer in the present invention, a composition containing an organic pigment or dye, a dispersant, an alkali-soluble resin, a polymerizable monomer, a photopolymerization initiator, and a solvent that are conventionally used for forming a color filter layer is used. It can be suitably selected, and it can also be used for materials to which conventionally used additives are added as needed. When using an organic pigment, the average particle size of the pigment is preferably 20 nm to 120 nm.
本発明における遮光膜１７の材料については、金属類、例えばアルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）や銅（Ｃｕ）の膜といった材料も適応可能である。
As the material of the light-shielding
本発明における平滑化層１５の材料については、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、エポキシ系樹脂等の樹脂成分を中心とした材料構成となっており、膜形成後に透明性、耐熱性を持つ材料構成となっており、従来から固体撮像装置として利用されている材料を好適に選択可能である。
またマイクロレンズの材料については、従来用いられている、マイクロレンズ形成に適応されている材料が適応可能である。
Regarding the material of the
Further, as the material of the microlens, a conventionally used material adapted to the formation of the microlens can be applied.
（実施例３）
以下では、本発明の固体撮像装置の製造方法について、その実施例を説明する。
光電変換部として、受光素子としてのＣＭＯＳからなる複数のフォトダイオードがベイヤー配列となるように格子状に配置され、半導体基板の表面にはシリコン酸化膜が形成されている半導体基板を用いる。受光素子の画素の周期は１．１μｍである。
(Example 3)
Examples of the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present invention will be described below.
As the photoelectric conversion unit, a semiconductor substrate is used in which a plurality of photodiodes made of CMOS as a light receiving element are arranged in a grid pattern in a Bayer array, and a silicon oxide film is formed on the surface of the semiconductor substrate. The pixel cycle of the light receiving element is 1.1 μm.
スピンコート法により、スチレン系の透明樹脂からなる材料を塗布し、プリベーク実施後、２００℃で１０分の焼成処理を行い、平坦化膜を形成する。平坦化膜の膜厚は４０ｎｍであった。 A material made of a styrene-based transparent resin is applied by spin coating, prebaked, and then baked at 200° C. for 10 minutes to form a flattening film. The film thickness of the flattening film was 40 nm.
まず、半導体基板上に、段差部を形成するための工程を説明する。最初に、スピンコート法によりアクリル系の透明樹脂、アクリル系重合性モノマー、オキシムエステル系開始剤からなるレジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、ベイヤー配列された個々の光電変換部の周辺部、又は、周辺部のうち格子状の四隅に該当する部分に段差部を設けるためのパターンが形成される。その後、２００℃、１０分で焼成処理を行い、段差部を形成する。段差部の形状は四隅の接点部（格子パターンの接点２４）の膜厚がもっとも高い半球状の形状で、最も高い部分の膜厚は１８５ｎｍ、幅寸法は１５０ｎｍとした。 First, a process for forming a step portion on a semiconductor substrate will be described. First, a resist composed of an acrylic transparent resin, an acrylic polymerizable monomer, and an oxime ester initiator is applied by spin coating. By aligning with the pixels, exposing through a photomask, and then developing with an alkaline developer, the peripheral part of each photoelectric conversion part in the Bayer array, or the grid of the peripheral part. A pattern for forming stepped portions is formed at portions corresponding to the four corners of the shape. Then, a baking process is performed at 200° C. for 10 minutes to form a step portion. The shape of the step portion is a hemispherical shape in which the contact points at the four corners (contact points 24 of the lattice pattern) have the highest film thickness, and the film thickness at the highest part is 185 nm and the width dimension is 150 nm.
続いて、最初に形成されるカラーフィルタセルとして、Ｇ（緑）のカラーフィルタセルを形成する場合の工程を説明する。前の工程で形成した段差部を覆うように、スピンコート法により、ピグメントグリーン５８、ピグメントイエロー１５０、樹脂型分散剤、アクリル系の透明樹脂、アクリル系重合性モノマー、オキシムエステル系開始剤からなる緑の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、段差部と重なりをもった状態でＧ（緑）のカラーフィルタセルに応じたパターンが形成される。その後２００℃、１０分で焼成処理を行い、Ｇ（緑）のカラーフィルタセルが完成する。膜厚は０．５９μｍ、線幅は１．１０１μｍであった。尚、緑の分光を持つネガ型顔料分散レジストの固形分中の顔料比率は６２．１％の材料を使用している。 Next, steps for forming a G (green) color filter cell as the first color filter cell to be formed will be described. Pigment green 58, pigment yellow 150, a resin type dispersant, an acrylic transparent resin, an acrylic polymerizable monomer, and an oxime ester initiator are formed by spin coating so as to cover the step formed in the previous step. A negative pigment dispersion resist having a green spectrum is applied. By aligning with the pixel, exposing through a photomask, and then developing with an alkali developing solution, a G (green) color filter cell was formed in a state of overlapping the stepped portion. A pattern is formed. After that, baking treatment is performed at 200° C. for 10 minutes to complete a G (green) color filter cell. The film thickness was 0.59 μm and the line width was 1.101 μm. A material having a pigment ratio of 62.1% in the solid content of a negative pigment dispersion resist having a green spectrum is used.
続いて、後に形成されるカラーフィルタセルとして、Ｒ（赤）のカラーフィルタセルを形成する工程を説明する。スピンコート法によりピグメントレッド２５４、ピグメントイエロー１３９、樹脂型分散剤、アクリル系の透明樹脂、アクリル系重合性モノマー、オキシムエステル系開始剤からなる赤の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、後に形成される所定のパターンが形成される。その後２００℃、１０分で焼成処理を行い、カラーフィルタ層を形成する。膜厚は０．６２μｍ、線幅は１．０９９μｍであった。尚、赤の分光を持つネガ型顔料分散レジストの固形分中の顔料比率は６６．４％の材料を使用している。 Subsequently, a process of forming an R (red) color filter cell as a color filter cell to be formed later will be described. Pigment Red 254, Pigment Yellow 139, a resin type dispersant, an acrylic transparent resin, an acrylic polymerizable monomer, and a negative pigment dispersion resist having a red spectrum composed of an oxime ester initiator are applied by spin coating. .. A predetermined pattern to be formed later is formed by aligning with the pixel, exposing through a photomask, and then developing with an alkali developing solution. After that, baking treatment is performed at 200° C. for 10 minutes to form a color filter layer. The film thickness was 0.62 μm and the line width was 1.099 μm. A material having a pigment ratio of 66.4% in the solid content of a negative pigment dispersion resist having a red spectrum is used.
続いて、同じく後に形成されるカラーフィルタセルとして、Ｂ（青）のカラーフィルタセルを形成する工程を説明する。スピンコート法によりピグメントブルー１５：６、ピグメントバイオレット２３、樹脂型分散剤、アクリル系の透明樹脂、アクリル系重合性モノマー、オキシムエステル系開始剤からなる青の分光を持つネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、所定のパターンが形成される。その後２００℃、１０分で焼成処理を行い、カラーフィルタ層を形成する。膜厚は０．６１μｍ、線幅は１．１００μｍであった。尚、青の分光を持つネガ型顔料分散レジストの固形分中の顔料比率は５２．５％の材料を使用している。
Subsequently, a process of forming a B (blue) color filter cell as a color filter cell which will be formed later will be described. Pigment Blue 15:6,
これら３色のカラーフィルタセル上に平坦化効果を持ち、かつ、紫外線吸収剤を含有する熱硬化タイプのアクリル樹脂をスピンコート法にて塗布し、２００℃、１０分で焼成処理を行い、膜厚およそ１００ｎｍで塗布形成した。 A thermosetting type acrylic resin having a flattening effect and containing an ultraviolet absorber is applied on these three color filter cells by a spin coating method, and a baking treatment is performed at 200° C. for 10 minutes to form a film. It was formed by coating with a thickness of about 100 nm.
続いて、Ｒ（赤）とＧ（緑）とＢ（青）のカラーフィルタ層の上方にマイクロレンズを形成するために、スピンコート法によりネガ型顔料分散レジストの塗布を行う。画素と位置合せを行った上でフォトマスクを介して露光を行い、その後アルカリ現像液により現像処理を行うことで、所定のパターンが形成される。ここではフォトマスクにはグレートーンマスクを用い、レンズの中央部分の透過光が最も強く、レンズ端部になるほど透過光が弱くなるように同心円状に階調をつけたマスクパターンを用いて形成を行った。その後２３０℃、１０分で焼成処理を行い、マイクロレンズを形成する。形成されたマイクロレンズのトップ部分の膜厚は０．４２μｍであった。 Subsequently, in order to form microlenses above the R (red), G (green) and B (blue) color filter layers, a negative pigment dispersion resist is applied by spin coating. A predetermined pattern is formed by aligning with the pixels, exposing through a photomask, and then developing with an alkali developing solution. Here, a gray-tone mask is used as the photomask, and the mask pattern is formed using concentric gradations so that the transmitted light at the center of the lens is the strongest and the transmitted light becomes weaker toward the end of the lens. went. After that, baking treatment is performed at 230° C. for 10 minutes to form a microlens. The film thickness of the top portion of the formed microlens was 0.42 μm.
最初に形成したＧ（緑）のカラーフィルタセルの形成結果を断面ＳＥＭ観察及び接触型膜厚計にて確認した。画素中央部の高さを基準として見た時のブリッジ部における凹み深さを面内２０点測定した。その結果、本実施例においては、ブリッジ部での凹み深さ平均４５．０ｎｍ、標準偏差３．９ｎｍとなり、カラーフィルタのブリッジ部の凹みとして良好な結果を得ることができている。また第３のカラーフィルタセルを形成した後の観察結果からブリッジ部での色重なりは見られなかった。 The formation result of the G (green) color filter cell formed first was confirmed by cross-sectional SEM observation and a contact-type film thickness meter. The depth of the depression in the bridge portion was measured at 20 points in the plane when viewed from the height of the central portion of the pixel as a reference. As a result, in the present example, the average depth of recesses in the bridge portion was 45.0 nm, and the standard deviation was 3.9 nm, and good results were obtained as the recesses in the bridge portion of the color filter. Further, from the observation result after forming the third color filter cell, no color overlap was observed at the bridge portion.
なお、ブリッジ部の凹み深さが大きいと第２のカラーフィルタセルを形成した際にブリッジ部での色重なりの原因となるため、ブリッジ部の凹み深さは１００ｎｍ以下であることが望ましい。また凹み深さは低いほどカラーフィルタ層の上面側が平坦に形成可能であり、イメージセンサーの感度特性へブリッジ部の凹み深さによる悪影響を軽減可能となる。 It should be noted that if the recess depth of the bridge portion is large, it causes color overlap in the bridge portion when the second color filter cell is formed. Therefore, the recess depth of the bridge portion is preferably 100 nm or less. Further, the lower the recess depth, the flatter the upper surface side of the color filter layer can be formed, and the adverse effect of the recess depth of the bridge portion on the sensitivity characteristics of the image sensor can be reduced.
ブリッジ部での凹み深さのバラツキについては標準偏差で１５ｎｍ以下であることが望ましく、よりバラツキが小さいほど、センサー感度特性バラツキへの悪影響を軽減することができる。 The variation in the depth of the depression in the bridge portion is preferably 15 nm or less in standard deviation, and the smaller the variation is, the more the adverse effect on the variation in the sensor sensitivity characteristic can be reduced.
（実施例４）
段差部の形状を除いて実施例３と同様に形成し、段差部の形状を、上面から見ると正方形の立方体構造とし、膜厚１５０ｎｍ、寸法１３０ｎｍとした。
(Example 4)
The steps were formed in the same manner as in Example 3 except for the shape of the step portion, and the shape of the step portion was a square cubic structure when viewed from the top, and the film thickness was 150 nm and the dimension was 130 nm.
Ｇ（緑）のカラーフィルタセルの形成結果を断面ＳＥＭ観察及び接触型膜厚計にて確認した。画素中央部の高さを基準として見た時のブリッジ部における凹み深さを面内２０点測定した。その結果凹み深さ平均４６．１ｎｍ、標準偏差９．１ｎｍとなり、カラーフィルタのブリッジ部の凹みとして良好な結果を得ることができている。また第３カラーフィルタ層を形成した後の観察結果からブリッジ部での色重なりは見られなかった。 The formation result of the G (green) color filter cell was confirmed by cross-sectional SEM observation and a contact-type film thickness meter. The depth of the depression in the bridge portion was measured at 20 points in the plane when viewed from the height of the central portion of the pixel as a reference. As a result, the average depression depth was 46.1 nm, and the standard deviation was 9.1 nm, and good results were obtained as depressions in the bridge portion of the color filter. Further, from the observation result after forming the third color filter layer, no color overlap was observed in the bridge portion.
（実施例５）
段差部の形状を除いて実施例３と同様に形成し、段差部２１の形状を、四隅の接点部の膜厚がもっとも高い円錐構造とし、最も高い部分の膜厚は１６５ｎｍ、幅寸法を１３０ｎｍとした。
(Example 5)
The steps 21 are formed in the same manner as in Example 3 except for the shape of the step portion, and the step portion 21 has a conical structure in which the contact points at the four corners have the highest film thickness, and the highest portion has a film thickness of 165 nm and a width dimension of 130 nm. And
Ｇ（緑）のカラーフィルタセルの形成結果を断面ＳＥＭ観察及び接触型膜厚計にて確認した。画素中央部の高さを基準として見た時のブリッジ部における凹み深さを面内２０点測定した。その結果凹み深さ平均４１．９ｎｍ、標準偏差４．２ｎｍとなり、カラーフィルタのブリッジ部の凹みとして良好な結果を得ることができている。また第３カラーフィルタ層を形成した後の観察結果からブリッジ部での色重なりは見られなかった。 The formation result of the G (green) color filter cell was confirmed by cross-sectional SEM observation and a contact-type film thickness meter. The depth of the depression in the bridge portion was measured at 20 points in the plane when viewed from the height of the central portion of the pixel as a reference. As a result, the average depression depth was 41.9 nm, and the standard deviation was 4.2 nm, and good results were obtained as depressions in the bridge portion of the color filter. Further, from the observation result after forming the third color filter layer, no color overlap was observed in the bridge portion.
（実施例６）
段差部の形状を除いて実施例３と同様に形成し、段差部２１の形状は、円柱構造で、膜厚１５０ｎｍ、幅寸法１４０ｎｍとした。
(Example 6)
The step 21 was formed in the same manner as in Example 3 except for the shape of the step portion, and the step portion 21 had a cylindrical structure with a film thickness of 150 nm and a width dimension of 140 nm.
Ｇ（緑）のカラーフィルタセルの形成結果を断面ＳＥＭ観察及び接触型膜厚計にて確認した。画素中央部の高さを基準として見た時のブリッジ部における凹み深さを面内２０点測定した。その結果、凹み深さ平均５８．９ｎｍ、標準偏差７．６ｎｍとなり、カラーフィルタのブリッジ部の凹みとして良好な結果を得ることができている。また第３カラーフィルタ層を形成した後の観察結果からブリッジ部での色重なりは見られなかった。 The formation result of the G (green) color filter cell was confirmed by cross-sectional SEM observation and a contact-type film thickness meter. The depth of the depression in the bridge portion was measured at 20 points in the plane when viewed from the height of the central portion of the pixel as a reference. As a result, the average recess depth was 58.9 nm, and the standard deviation was 7.6 nm, and good results were obtained as recesses in the bridge portion of the color filter. Further, from the observation result after forming the third color filter layer, no color overlap was observed in the bridge portion.
（比較例１）
実施例３において、段差部を形成する工程を省略し、その他の工程は同一に実施して、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）、Ｂ（青）のカラーフィルタセルを順次作成した。
(Comparative Example 1)
In Example 3, the step of forming the step portion was omitted, and the other steps were performed in the same manner to sequentially produce G (green), R (red), and B (blue) color filter cells.
Ｇ（緑）のカラーフィルタセルの形成結果を断面ＳＥＭ観察及び接触型膜厚計にて確認した。画素中央部の高さを基準として見た時のブリッジ部における凹み深さを面内２０点測定した。その結果凹み深さ平均２１４ｎｍ、標準偏差３１．３ｎｍ、変動係数１４．６％なっており、四隅部分に形成されたブリッジ部の膜厚が薄くなっており、さらに膜厚バラツキが発生していることが確認された。また、第３のカラーフィルタ層を形成後の結果を観察すると、ブリッジ部に第３のカラーフィルタが重なって形成されていることが確認された。 The formation result of the G (green) color filter cell was confirmed by cross-sectional SEM observation and a contact-type film thickness meter. The depth of the depression in the bridge portion was measured at 20 points in the plane when viewed from the height of the central portion of the pixel as a reference. As a result, the average recess depth is 214 nm, the standard deviation is 31.3 nm, and the coefficient of variation is 14.6%, and the film thickness of the bridge portions formed at the four corners is thin, and the film thickness varies. It was confirmed. Moreover, when the result after forming the third color filter layer was observed, it was confirmed that the third color filter was formed to overlap the bridge portion.
以下に、実施例３から実施例６、及び、比較例によって製造したカラーフィルタ層の評価結果の比較表を示す。
上記の結果からも明らかなように、本発明におけるカラーフィルタセルを用いることにより、固体撮像装置において、カラーフィルタセルの平坦度を格段に向上させることができ、カラーフィルタセル同士が接する領域やブリッジ部といった領域において、色の重なりが無く、良好な固体撮像装置を得ることができる。 As is clear from the above results, by using the color filter cell of the present invention, in the solid-state imaging device, the flatness of the color filter cell can be significantly improved, and the area or bridge where the color filter cells are in contact with each other. In a region such as a part, there is no color overlap, and a good solid-state imaging device can be obtained.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ＲＧＢに対応したカラーフィルタセルの形成の順番は任意に変更可能である。また、例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置換すること、他の実施例の構成を付加することも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換、寸法、形状等の変更等も可能である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modifications. For example, the order of forming color filter cells corresponding to RGB can be arbitrarily changed. Further, for example, the above-described embodiments have been described in detail for the purpose of explaining the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, or add the configuration of another embodiment. Furthermore, with respect to a part of the configuration of each embodiment, other configurations can be added, deleted, replaced, and dimensions, shapes, etc. can be changed.
１０：固体撮像装置の画素
１１：半導体基板
１２：フォトダイオード
１３：平坦化層
１４：カラーフィルタ層
１４（ａ）：カラーフィルタセル
１４（ｂ）：カラーフィルタセル
１５：平滑化層
１６：マイクロレンズ
１７：遮光膜
２１：段差部
２２：周辺部
２３：欠落部
２４：格子パターン接点
10: Pixel of solid-state imaging device 11: Semiconductor substrate 12: Photodiode 13: Flattening layer 14: Color filter layer 14(a): Color filter cell 14(b): Color filter cell 15: Smoothing layer 16: Microlens 17: Shading film 21: Step portion 22: Peripheral portion 23: Missing portion 24: Lattice pattern contact
Claims (8)
前記光電変換部の上方に配置され、上面が平坦であり、かつ、下面付近の四隅付近のみに欠落部を有するカラーフィルタセルと、
を備えた固体撮像装置。 Photoelectric conversion units arranged in a grid on the substrate,
A color filter cell that is disposed above the photoelectric conversion unit, has a flat upper surface, and has a missing portion only near four corners near the lower surface,
A solid-state imaging device including.
前記平坦化膜の上であって、格子状に配列されるカラーフィルタセルの四隅付近のみに該当する部分に段差部を形成する工程、
前記段差部に重なりを持った状態で、最初に形成されるカラーフィルタセルを形成する工程、
からなる半導体撮像装置の製造方法。 A step of forming a planarization film on the semiconductor substrate in which the photoelectric conversion parts are arranged in a lattice pattern,
A step of forming a step portion on the flattening film, in a portion corresponding only to the four corners of the color filter cells arranged in a grid pattern ,
A step of forming a color filter cell to be formed first with the stepped portion having an overlap,
And a method for manufacturing a semiconductor image pickup device.
平坦化膜を形成する工程、
前記段差部を有する平坦化膜上に、前記段差部に重なりを持った状態で、最初に形成されるカラーフィルタセルを形成する工程、
からなる半導体撮像装置の製造方法。 A step of forming a light-shielding film on the semiconductor substrate in which the photoelectric conversion units are arranged in a grid pattern so that step portions are formed in portions corresponding to only the four corners of the color filter cells arranged in a grid pattern ,
A step of forming a flattening film,
A step of forming a color filter cell that is first formed on the flattening film having the step portion while overlapping the step portion;
And a method for manufacturing a semiconductor image pickup device.
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