JP2012256782A - Color solid-state imaging element, and method for manufacturing color micro lens used for the same - Google Patents
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Abstract
【課題】改良されたカラーマイクロレンズを用いることにより、レンズ自体の色分解性と集光性の適正化を図るとともに、周囲の画素からの光を遮断して、全体として色再現性の良好なカラー固体撮像素子を簡単な製造工程で提供すること。
【解決手段】半導体基板2上に複数の光電変換素子3を平面配置した固体撮像素子画素部の受光面側表面4に、光電変換素子の各々に対応して複数のマイクロレンズ6を設けた固体撮像素子1において、マイクロレンズが所定の分光透過率特性を有する複数色の内の1色の着色透明樹脂からなるカラーマイクロレンズを他の色の着色透明樹脂からなるカラーマイクロレンズと連ねて規則的に繰り返し配列してなり、隣接する異なる色のカラーマイクロレンズが、カラーマイクロレンズの高さより低い遮光性のブラックマトリクスのパターン7により隔てられる。
【選択図】図1By using an improved color microlens, it is possible to optimize the color separation property and light condensing property of the lens itself, and to block light from surrounding pixels, so that the color reproducibility as a whole is good. To provide a color solid-state imaging device with a simple manufacturing process.
A solid state in which a plurality of microlenses 6 are provided corresponding to each photoelectric conversion element on a light receiving surface side surface 4 of a solid-state imaging element pixel portion in which a plurality of photoelectric conversion elements 3 are arranged in a plane on a semiconductor substrate 2. In the imaging device 1, the microlens is regularly connected with a color microlens made of one of a plurality of colored transparent resins having a predetermined spectral transmittance characteristic and a color microlens made of a colored transparent resin of another color. The adjacent color microlenses of different colors are separated by a light-blocking black matrix pattern 7 lower than the height of the color microlenses.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、カラー固体撮像素子に設けるカラーマイクロレンズの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a color microlens provided in a color solid-state imaging device.
近年、撮像装置は画像の記録、通信、放送の内容の拡大に伴って広く用いられるようになっている。撮像装置として種々の形式のものが提案されているが、小型、軽量で高性能のものが安定して製造されるようになった固体撮像素子を組み込んだ撮像装置が、デジタルカメラやデジタルビデオとして普及してきている。 In recent years, imaging devices have been widely used with the expansion of the contents of image recording, communication, and broadcasting. Various types of image pickup devices have been proposed. An image pickup device incorporating a solid-state image pickup device that has been stably manufactured with a small size, light weight, and high performance can be used as a digital camera or digital video. It has become widespread.
固体撮像素子は、撮影対象物からの光学像を受け、入射した光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する。光電変換素子の種類はCCD(電荷結合素子)タイプとCMOS(相補型金属酸化物半導体)タイプとに大別される。また、光電変換素子の配列形態から、光電変換素子を1列に配置したリニアセンサー(ラインセンサー)と、光電変換素子を縦横に2次元的に配列させたエリアセンサー(面センサー)との2種類に大別される。いずれのセンサにおいても光電変換素子の数(画素数)が多いほど撮影された画像は精密になるので、近年は特に、大画素数の固体撮像素子を安価に製造する方法が検討されている。 The solid-state imaging device has a plurality of photoelectric conversion elements that receive an optical image from a subject and convert incident light into an electrical signal. The types of photoelectric conversion elements are roughly classified into CCD (charge coupled device) type and CMOS (complementary metal oxide semiconductor) type. In addition, there are two types of photoelectric conversion elements: linear sensors (line sensors) in which photoelectric conversion elements are arranged in a row, and area sensors (surface sensors) in which photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged vertically and horizontally. It is divided roughly into. In any of the sensors, as the number of photoelectric conversion elements (number of pixels) increases, the captured image becomes more precise. In recent years, in particular, a method for manufacturing a solid-state imaging element having a large number of pixels at low cost has been studied.
また、光電変換素子に入射する光の経路に特定の波長の光を透過する各種のカラーフィルタを設けることで、対象物の色情報を得ることを可能とした単板式のカラーセンサーとしてのカラー固体撮像素子も普及している。カラー固体撮像素子は、1個の光電変換素子に対応して特定の色の1画素を設けて、色分解した画像情報を集めることができる。カラーフィルタの色としては、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色からなる3原色系、あるいは、シアン色(C)、マゼンタ色(M)、イエロー色(Y)からなる補色系が一般的であり、特に3原色系が多く使われている。 In addition, a color solid as a single-plate color sensor that can obtain color information of an object by providing various color filters that transmit light of a specific wavelength in the path of light incident on the photoelectric conversion element. Imaging devices are also widespread. The color solid-state imaging device can collect one color pixel corresponding to one photoelectric conversion device and collect color-separated image information. As the color of the color filter, three primary colors composed of three colors of red (R), green (G), and blue (B), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) are used. Complementary color systems are generally used, and in particular, the three primary color systems are often used.
カラーフィルタは、フォトリソグラフィー法を用いて形成することが主流となっている。すなわち、基板上に所定の色の感光性着色透明樹脂を塗布した後、所定のパターンを有する露光用フォトマスクを介して感光性着色透明樹脂にパターン露光、現像を行い、所定の部位に着色透明樹脂からなるカラーフィルタを形成する。また、基板上への感光性着色透明樹脂の塗布としては、回転塗布法を用いることが多い。すなわち、基板上に感光性着色透明樹脂を滴下した後、基板を回転することで滴下した感光性着色透明樹脂を基板上に均一に塗り広げる方法である。 The color filter is mainly formed using a photolithography method. That is, after applying a photosensitive colored transparent resin of a predetermined color on a substrate, pattern exposure and development are performed on the photosensitive colored transparent resin through an exposure photomask having a predetermined pattern, and a predetermined transparent portion is colored transparent. A color filter made of resin is formed. In addition, as the application of the photosensitive colored transparent resin on the substrate, a spin coating method is often used. That is, after the photosensitive colored transparent resin is dropped on the substrate, the photosensitive colored transparent resin dropped is uniformly spread on the substrate by rotating the substrate.
固体撮像素子に要求される性能で重要な課題の一つに、入射する光への感度を向上させることが挙げられる。小型化した固体撮像素子で撮影した画像の情報量を多くするためには受光部となる光電変換素子を微細化して高集積化する必要がある。しかし、光電変換素子を微細化した場合、各光電変換素子の面積が小さくなり、受光部として利用できる面積割合も減るので、光を取り込む面積が小さくなるため、光電変換素子の受光部に取り込める光の量が少なくなり、実効的な感度は低下する。 One of the important issues in performance required for a solid-state imaging device is to improve the sensitivity to incident light. In order to increase the amount of information of an image photographed with a miniaturized solid-state imaging device, it is necessary to miniaturize and highly integrate a photoelectric conversion device serving as a light receiving unit. However, when the photoelectric conversion element is miniaturized, the area of each photoelectric conversion element is reduced, and the area ratio that can be used as the light receiving unit is also reduced. And the effective sensitivity decreases.
このような、微細化した固体撮像素子の感度の低下を防止するための手段として、光電変換素子の受光部に効率良く光を取り込むために、対象物から入射される光を集光して光電変換素子の受光部に導くマイクロレンズを光電変換素子上に形成する技術が提案されている。マイクロレンズで光を集光して光電変換素子の受光部に導くことで、受光部の見かけ上の開口率を大きくすることが可能になり、固体撮像素子の感度の向上が可能になる。図3は、着色透明樹脂パターンからなるカラーフィルタ画素上に1画素毎に1個の無色透
明なマイクロレンズを設けて集光し、色分解した光を光電変換素子の受光部に導く従来のカラー固体撮像素子の構造を説明するための模式断面図である。
カラー固体撮像素子1は、半導体基板2上に規則的に設けた複数の光電変換素子3を平面配置した固体撮像素子画素部の受光面側表面4に、透明平坦化層5を介して、複数色を繰り返し配列する着色透明画素パターン8を光電変換素子3に対応させて複数設け、さらに第二の透明平坦化層51により着色透明画素パターン8を配列した平面上の平坦化を行った後に、上記のマイクロレンズ60を設けてなる。
As a means for preventing such a decrease in sensitivity of the miniaturized solid-state imaging device, in order to efficiently capture light into the light receiving portion of the photoelectric conversion device, the light incident from the object is condensed and photoelectrically A technique has been proposed in which a microlens that leads to a light receiving portion of a conversion element is formed on the photoelectric conversion element. By condensing the light with the microlens and guiding it to the light receiving portion of the photoelectric conversion element, the apparent aperture ratio of the light receiving portion can be increased, and the sensitivity of the solid-state imaging device can be improved. FIG. 3 shows a conventional color in which one colorless and transparent microlens is provided for each pixel on a color filter pixel made of a colored transparent resin pattern to collect light and separate the color-separated light to a light receiving portion of a photoelectric conversion element. It is a schematic cross section for demonstrating the structure of a solid-state image sensor.
A plurality of color solid-state imaging devices 1 are arranged on the light-receiving surface side surface 4 of a solid-state imaging device pixel portion in which a plurality of photoelectric conversion devices 3 regularly provided on a semiconductor substrate 2 are arranged in a plane via a transparent flattening layer 5. A plurality of colored transparent pixel patterns 8 for repeatedly arranging colors are provided in correspondence with the photoelectric conversion elements 3, and further, planarization on a plane in which the colored transparent pixel patterns 8 are arranged by the second transparent planarization layer 51 is performed. The microlens 60 is provided.
また、マイクロレンズの集光機能を有するとともに、着色透明樹脂からなるカラーフィルタとしての機能も併せて有するカラーマイクロレンズを採用することにより、簡単な製造工程で、マイクロレンズとカラーフィルタとの2層構造あるいは前記第二の透明平坦化層51も含めた3層構造から、単層構造にして層膜厚を薄くして集光率の向上を図るカラー固体撮像素子も提案されている(特許文献1参照)。図4は、このようなカラーマイクロレンズを用いたカラー固体撮像素子の構造を説明するための模式断面図である。半導体基板2上に規則的に設けた複数の光電変換素子3を平面配置した固体撮像素子画素部の受光面側表面4に、透明平坦化層5を介して、光電変換素子の各々に対応した位置に複数の異なる色のカラーマイクロレンズ6を規則的に繰り返し配列したカラー固体撮像素子1を示す。カラーマイクロレンズ6は、一般に色分解性と集光性とを両立させることに難点があり、図の折線矢印で示すレンズの縁の膜厚の薄い部分を通過する光9に対しては色分解性が不充分となり、全体の膜厚を厚くして色分解性を向上すると曲率の制御が難しくなって適正な集光性が得られない。 In addition, by adopting a color microlens that has a condensing function of the microlens and also has a function as a color filter made of a colored transparent resin, two layers of the microlens and the color filter can be obtained in a simple manufacturing process. A color solid-state imaging device has also been proposed in which a single layer structure is used instead of the structure or the three-layer structure including the second transparent flattening layer 51 to reduce the layer thickness and improve the light collection rate (Patent Document). 1). FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of a color solid-state imaging device using such a color microlens. A plurality of photoelectric conversion elements 3 regularly provided on the semiconductor substrate 2 are arranged on a light-receiving surface side surface 4 of a solid-state image pickup element pixel portion, and each of the photoelectric conversion elements corresponds to each other through a transparent flattening layer 5. 1 shows a color solid-state imaging device 1 in which a plurality of different color microlenses 6 are regularly and repeatedly arranged at positions. The color microlens 6 generally has a difficulty in achieving both color separation properties and light condensing properties, and color separation is performed for light 9 that passes through a thin portion at the edge of the lens indicated by a broken line arrow in the figure. If the overall film thickness is increased and the color separation is improved, it becomes difficult to control the curvature and an appropriate light collecting property cannot be obtained.
一方、カラー固体撮像素子の画素数が増えて画素サイズが微細化していくと、入射光の一部が僅かに斜め入射する影響が無視できなくなり、着色透明層の各色画素パターンと対応する光電変換素子以外の隣接する他の光電変換素子に入射して混色が発生する。その結果、カラー固体撮像素子の色再現性が著しく劣化する。
上述の混色を防止して、色再現性の良好なカラー固体撮像素子を提供するために、従来の無色透明なマイクロレンズを別に設けるタイプのカラーフィルタ着色透明層の各色の画素パターン間にブラックマトリクスからなる遮光パターンを安定して形成することが提案されている(特許文献2参照)。しかし、マイクロレンズとカラーフィルタとの2層構造あるいは前記第二の透明平坦化層51も含めた3層構造を別に設ける構造であるため、製造工程が長くなる。
On the other hand, when the number of pixels of the color solid-state imaging device increases and the pixel size becomes finer, the influence of a slight oblique incidence of incident light cannot be ignored, and photoelectric conversion corresponding to each color pixel pattern of the colored transparent layer The incident color enters other adjacent photoelectric conversion elements other than the elements, and color mixing occurs. As a result, the color reproducibility of the color solid-state imaging device is significantly deteriorated.
In order to prevent the above-mentioned color mixture and provide a color solid-state imaging device with good color reproducibility, a black matrix is provided between pixel patterns of each color of a color filter colored transparent layer in which a conventional colorless and transparent microlens is separately provided. It has been proposed to stably form a light shielding pattern made of (see Patent Document 2). However, the manufacturing process becomes longer because of the structure in which a two-layer structure of a microlens and a color filter or a three-layer structure including the second transparent planarization layer 51 is separately provided.
本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、改良されたカラーマイクロレンズを用いることにより、レンズ自体の色分解性と集光性の適正化を図るとともに、周囲の画素からの光を遮断して、全体として色再現性の良好なカラー固体撮像素子を簡単な製造工程で提供することである。 The present invention is proposed in view of the above-described problems, and the problem to be solved by the present invention is that the use of an improved color microlens makes it possible to obtain proper color separation and condensing performance of the lens itself. It is to provide a color solid-state imaging device having a good color reproducibility as a whole by a simple manufacturing process while blocking light from surrounding pixels.
上記の課題を解決するための手段として、請求項1に記載の発明は、半導体基板上に複数の光電変換素子を平面配置した固体撮像素子画素部の受光面側表面に、光電変換素子の各々に対応して複数のマイクロレンズを設けた固体撮像素子において、マイクロレンズが所定の分光透過率特性を有する複数色の内の1色の着色透明樹脂からなるカラーマイクロ
レンズを他の色の着色透明樹脂からなるカラーマイクロレンズと連ねて規則的に繰り返し配列してなり、隣接する異なる色のカラーマイクロレンズが、カラーマイクロレンズの高さより低い遮光性のブラックマトリクスのパターンにより隔てられることを特徴とするカラー固体撮像素子である。
As means for solving the above-described problems, the invention according to claim 1 is directed to each of the photoelectric conversion elements on the light receiving surface side surface of the solid-state imaging element pixel portion in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a plane on a semiconductor substrate. In the solid-state imaging device provided with a plurality of microlenses corresponding to the color microlens, the microlens is made of a colored transparent resin of one color out of a plurality of colors having a predetermined spectral transmittance characteristic. A color microlens made of resin is regularly and repeatedly arranged, and adjacent color microlenses of different colors are separated by a black matrix pattern having a light shielding property lower than the height of the color microlens. This is a color solid-state imaging device.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のカラー固体撮像素子におけるカラーマイクロレンズの製造方法であって、各色の画素となる位置の周囲にブラックマトリクスを形成した後に、アルカリ可溶性の感光性樹脂を含むカラーマイクロレンズ材料を固体撮像素子の受光面側にブラックマトリクスの厚さより厚く塗布し、露光、現像によるフォトリソグラフィー法により、所定の画素領域に対応するカラーマイクロレンズ層を選択的に残し、ブラックマトリクスのパターンに制限された画素内での樹脂の熱フロー挙動を利用して熱処理によりカラーマイクロレンズの曲面形状を形成することを特徴とするカラーマイクロレンズの製造方法である。 The invention described in claim 2 is a method of manufacturing a color microlens in the color solid-state image pickup device according to claim 1, wherein a black matrix is formed around a position where pixels of each color are formed, and then alkali-soluble. A color microlens material containing a photosensitive resin is applied to the light-receiving surface of the solid-state image sensor to a thickness greater than the thickness of the black matrix, and a color microlens layer corresponding to a predetermined pixel area is selected by photolithography using exposure and development. The method of manufacturing a color microlens is characterized in that the curved surface shape of the color microlens is formed by heat treatment using the heat flow behavior of the resin in the pixels limited to the black matrix pattern.
また、請求項3に記載の発明は、ブラックマトリクスのパターンの高さが、0.3〜2μmであることを特徴とする請求項2に記載のカラーマイクロレンズの製造方法である。 The invention according to claim 3 is the method for producing a color microlens according to claim 2, wherein the height of the black matrix pattern is 0.3 to 2 μm.
また、請求項4に記載の発明は、カラーマイクロレンズのブラックマトリクスを超える高さとブラックマトリクスに囲まれて設けたカラーマイクロレンズの平面サイズとのアスペクト比が、0.2〜7であることを特徴とする請求項2または3に記載のカラーマイクロレンズの製造方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, the aspect ratio of the height exceeding the black matrix of the color microlens and the planar size of the color microlens provided surrounded by the black matrix is 0.2-7. 4. The method for producing a color microlens according to claim 2, wherein the color microlens is produced.
また、請求項5に記載の発明は、請求項1に記載のカラー固体撮像素子におけるカラーマイクロレンズの製造方法であって、各色の画素となる位置の周囲にブラックマトリクスを形成した後に、カラーマイクロレンズ材料を固体撮像素子の受光面側に塗布、乾燥後、アルカリ可溶性の感光性樹脂を含むエッチングレジスト材料を積層してブラックマトリクスの厚さより厚くなるように塗布し、所定の画素領域に対応するレジストパターンをカラーマイクロレンズ層の上層にフォトリソグラフィー法で選択的に残し、ブラックマトリクスのパターンに制限された画素内でのエッチングレジストパターンの熱フロー挙動を利用して熱処理により所望の曲面形状を形成した後に、ドライエッチング法で所望の曲面形状を下層のカラーマイクロレンズ層に転写してカラーマイクロレンズの曲面形状を形成することを特徴とするカラーマイクロレンズの製造方法である。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a color microlens in the color solid-state image pickup device according to the first aspect, wherein after the black matrix is formed around the position of each color pixel, the color microlens is formed. A lens material is applied to the light-receiving surface side of the solid-state imaging device, dried, and then an etching resist material containing an alkali-soluble photosensitive resin is laminated and applied so as to be thicker than the thickness of the black matrix, corresponding to a predetermined pixel region. The resist pattern is selectively left on the upper layer of the color microlens layer by photolithography, and the desired curved surface shape is formed by heat treatment using the heat flow behavior of the etching resist pattern within the pixel limited to the black matrix pattern. After that, the desired curved surface shape is formed by the dry etching method to the lower color microlens It is transferred to a manufacturing method of a color microlens and forming a curved shape of the color microlens.
また、請求項6に記載の発明は、カラーマイクロレンズを構成する複数色が、3色以上であることを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載のカラーマイクロレンズの製造方法である。 The invention according to claim 6 is the method for producing a color microlens according to any one of claims 2 to 5, wherein a plurality of colors constituting the color microlens are three or more colors. .
本発明は、カラー固体撮像素子を構成するカラーフィルタとマイクロレンズの機能をカラーマイクロレンズに薄型化して集約し、レンズ曲面の適正な曲率が確保できるので、高い集光率を有し、しかも隣接する異なる色のカラーマイクロレンズを有する画素間に遮光パターンを設けて干渉を防ぐとともに、画素内の着色膜厚を確保して充分な色分解性が得られるので、色再現性の良好なカラー固体撮像素子を、簡単な製造工程で高精度に作製することができる。 The present invention integrates the functions of the color filter and the microlens constituting the color solid-state imaging device into a thin color microlens, and can secure an appropriate curvature of the lens curved surface. A color solid with good color reproducibility because a light-shielding pattern is provided between pixels with different color microlenses to prevent interference and sufficient color separation is achieved by securing a colored film thickness within the pixel. The image sensor can be manufactured with high accuracy by a simple manufacturing process.
以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。
図1は、本発明のカラー固体撮像素子の構造を説明するための模式断面図である。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of the color solid-state imaging device of the present invention.
本発明は、半導体基板2上に複数の光電変換素子3を平面配置した固体撮像素子画素部の受光面側表面4に、透明平坦化層5を介して、光電変換素子3の各々に対応して複数のカラーマイクロレンズ6を設けたカラー固体撮像素子1であって、カラーマイクロレンズ6は、所定の分光透過率特性を有する複数色の内の1色の着色透明樹脂からなり、他の色の着色透明樹脂からなるカラーマイクロレンズと連ねて規則的に繰り返し配列してなり、隣接する異なる色のカラーマイクロレンズとの間が、カラーマイクロレンズの高さより低い遮光性のブラックマトリクス7のパターンにより隔てられることを特徴とする。
上記の特徴を有する本発明は、カラー固体撮像素子を構成するカラーフィルタとマイクロレンズの機能をカラーマイクロレンズに薄型化して集約するので、全体の製造工程が短縮されるとともに、パターン間の位置合わせ回数が減り、高精度の製品を得ることができる。また、カラーマイクロレンズ間にブラックマトリクス遮光パターンの仕切りを設けることにより、色再現性の向上が実現できるとともに、ブラックマトリクスに対するカラーマイクロレンズの位置と形状の制御に関しても、後述の製造方法の説明に述べるとおり、有利となる。
The present invention corresponds to each of the photoelectric conversion elements 3 through the transparent flattening layer 5 on the light receiving surface side surface 4 of the solid-state imaging element pixel portion in which a plurality of photoelectric conversion elements 3 are arranged in a plane on the semiconductor substrate 2. The color solid-state imaging device 1 is provided with a plurality of color microlenses 6, and the color microlens 6 is made of a colored transparent resin of one of a plurality of colors having a predetermined spectral transmittance characteristic, and other colors The color microlens made of the colored transparent resin is regularly and repeatedly arranged, and between the adjacent color microlenses of different colors, the light-shielding black matrix 7 pattern is lower than the color microlens height. It is characterized by being separated.
In the present invention having the above-described features, the functions of the color filter and the microlens constituting the color solid-state imaging device are thinned and integrated into the color microlens, so that the entire manufacturing process is shortened and alignment between patterns is performed. The number of times is reduced, and a highly accurate product can be obtained. In addition, by providing a black matrix shading pattern partition between the color microlenses, the color reproducibility can be improved, and the control of the position and shape of the color microlens with respect to the black matrix is also described in the description of the manufacturing method described later. As stated, it is advantageous.
図2は、本発明のカラーマイクロレンズの製造方法の一例を工程順に説明するための模式断面図であって、(a)はブラックマトリクス形成段階、(b1)〜(b3)は1色目のカラーマイクロレンズ形成工程、(c1)〜(c3)は2色目のカラーマイクロレンズ形成工程、を示す。 FIGS. 2A and 2B are schematic cross-sectional views for explaining an example of the manufacturing method of the color microlens of the present invention in the order of steps, where FIG. 2A is a black matrix forming stage, and FIGS. 2B to 3B are the first color. Microlens formation process, (c1) to (c3) show the second color microlens formation process.
図2(a)に示すように、ブラックマトリクス7は、光電変換素子3と1対1で対応する各色の画素となる位置60の周囲に遮光性の材料で形成されるが、ブラックマトリクス形成に先立って、平坦で均一な下地を提供する透明平坦化層5を、例えば、無色透明なアクリル樹脂溶液を0.1μm程度の厚さで塗布し、熱処理して形成する。
次に、ブラックマトリクス7の形成は、黒色材料に感光性を付与した遮光性材料を塗布、乾燥後、選択的露光、現像し、熱処理により硬化するという一般的なフォトリソグラフィー法のプロセスを実施することにより、直接的にパターン形成することができる。
また、微細パターンの形成に有利なドライエッチング法を用いる方法も可能である。すなわち、予め形成した感光性を必要とはしない遮光性材料の上層に、別にエッチングレジストとなるパターンを、上記と類似のフォトリソグラフィー法で形成し、遮光性材料のパターン形成をドライエッチングにより形成することができる。後者の方法では、フォトリソグラフィー適性とドライエッチング適性とをレジスト材料と遮光性材料とに分担して最適化できるので、微細化パターンの形成に特に適している。ドライエッチング耐性を特に補強する目的で、レジスト材料の下層に無機膜を形成しておき、遮光性材料のドライエッチングをさらに良好な形状に完了させることも可能である。また、遮光性材料として無機膜を真空成膜し、上層にエッチングレジストパターン形成後に、下層の無機遮光膜をドライエッチングまたはウェットエッチングによりパターン化することも可能である。
As shown in FIG. 2A, the black matrix 7 is formed of a light-shielding material around a position 60 that is a pixel of each color corresponding to the photoelectric conversion element 3 on a one-to-one basis. In advance, the transparent flattening layer 5 that provides a flat and uniform base is formed by, for example, applying a colorless and transparent acrylic resin solution with a thickness of about 0.1 μm and heat-treating it.
Next, the black matrix 7 is formed by performing a general photolithography process in which a light-shielding material imparting photosensitivity to a black material is applied, dried, selectively exposed, developed, and cured by heat treatment. As a result, the pattern can be directly formed.
Further, a method using a dry etching method advantageous for forming a fine pattern is also possible. That is, a pattern to be an etching resist is formed on the light-shielding material that does not require photosensitivity previously formed by a photolithography method similar to the above, and the pattern formation of the light-shielding material is formed by dry etching. be able to. The latter method is particularly suitable for the formation of a miniaturized pattern because the suitability for photolithography and the suitability for dry etching can be shared between the resist material and the light shielding material. In order to particularly reinforce the dry etching resistance, it is possible to form an inorganic film below the resist material and complete the dry etching of the light shielding material into a more favorable shape. It is also possible to form an inorganic film as a light-shielding material in a vacuum, and after forming an etching resist pattern on the upper layer, the lower inorganic light-shielding film can be patterned by dry etching or wet etching.
ブラックマトリクス7の厚さは、後述するように、カラーマイクロレンズを画素内に堰き止めて着色膜厚を確保して充分な色分解性が得られるようにするため、少なくとも0.3μm以上とすることが望ましい。一方、上限値としては、厚過ぎるとブラックマトリクスのパターン形成時に欠陥を生じ易く、製造工程での生産性や材料の利用効率上も好ましくないので、2μm以下とすることが望ましい。 As will be described later, the thickness of the black matrix 7 is at least 0.3 μm or more in order to obtain a sufficient color separation by securing the colored film thickness by blocking the color microlens in the pixel. It is desirable. On the other hand, if the thickness is too thick, defects are likely to occur during black matrix pattern formation, which is not preferable in terms of productivity in the manufacturing process and material utilization efficiency.
次に、1色目のカラーマイクロレンズ形成工程について説明する。
図2(b1)に示すように、図2(a)で準備したブラックマトリクスを形成した固体撮像素子画素部の受光面側の基板上に、カラーマイクロレンズ材料61mをブラックマトリクス7の厚さより厚く塗布する。カラーマイクロレンズ材料は、所定の分光透過率特性を有する特定の色の色素とアルカリ可溶性樹脂を含む感光性材料を含んで構成し、例えば、光照射された領域の樹脂が分解してアルカリ可溶性を呈するアクリル系のポジタイプの感光性樹脂を用いることができる。基板上への感光性着色透明樹脂の塗布としては、回転塗布法を用いることができる。
Next, the process for forming the first color microlens will be described.
As shown in FIG. 2 (b1), the color microlens material 61m is made thicker than the thickness of the black matrix 7 on the light-receiving surface side substrate of the solid-state imaging device pixel portion on which the black matrix prepared in FIG. 2 (a) is formed. Apply. The color microlens material includes a photosensitive material including a specific color pigment having a predetermined spectral transmittance characteristic and an alkali-soluble resin. For example, the resin in the light-irradiated region is decomposed to be alkali-soluble. An acrylic positive type photosensitive resin can be used. As the application of the photosensitive colored transparent resin on the substrate, a spin coating method can be used.
上記塗布し、乾燥させたカラーマイクロレンズ材料61mに露光、現像のプロセスを行って、図2(b2)に示すように、フォトリソグラフィー法により選択されたカラーマイクロレンズ層61pを所定の画素領域に対応して残す。露光工程には、露光用マスクの拡大したパターンを縮小投影露光して繰り返しステップ送りできるステッパーを使用できる。本工程において、ブラックマトリクスに対するカラーマイクロレンズの位置と形状の制御に関して、精密なアライメント機構を用いて位置精度を保証することは当然であるが、次に述べる露光用マスクの工夫で、形状を改良できる。また、次の熱フローの工程での挙動も、本例でのカラーマイクロレンズの位置と形状の制御に有効である。 The coated and dried color microlens material 61m is exposed and developed, and the color microlens layer 61p selected by the photolithography method is formed in a predetermined pixel region as shown in FIG. 2 (b2). Leave correspondingly. For the exposure process, a stepper capable of repeatedly projecting the enlarged pattern of the exposure mask by reducing projection exposure and repeatedly feeding it can be used. In this process, it is natural to use a precise alignment mechanism to control the position and shape of the color microlens with respect to the black matrix. However, the shape has been improved by devising the exposure mask described below. it can. Further, the behavior in the next heat flow step is also effective in controlling the position and shape of the color microlens in this example.
露光用マスクとして、透過率階調を与えた中間濃度の領域を有するグレーマスクと呼ばれるフォトマスクを用いることにより、現像後、熱フロー前のカラーマイクロレンズ層61pの断面形状を、図示するよりもなだらかな形状にして、後述の熱処理によるフロー成形を助けることができる。現像工程は、アルカリ現像液、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)のような有機アルカリ現像水溶液を使用して行う。 By using a photomask called a gray mask having an intermediate density region to which transmittance gradation is given as an exposure mask, the cross-sectional shape of the color microlens layer 61p after development and before heat flow is more than illustrated. A gentle shape can be used to assist flow molding by heat treatment described below. The development step is performed using an alkaline developer, for example, an organic alkaline developer aqueous solution such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH).
なお、前記露光用マスクとして使用できるグレーマスクは、グレートーンマスクまたはハーフトーンマスクが利用できる。グレートーンマスクは、ドット(網点)配列やライン・アンド・スペースのような遮光膜の微細パターンの集合により、微細パターン領域全体の平均として、半透光部を形成するタイプであり、ハーフトーンマスクは、半透過性の膜の直接成膜とパターニング手段で半透光部を形成するタイプである。真空成膜を、遮光膜材料と半透過性膜材料の少なくとも2種類に分けて実施する必要のある後者より、遮光膜1種類のみの真空成膜を行えば良い前者のグレートーンマスクのタイプの方が、製造工程上は簡便である。但し、パターン周縁部での光の回折干渉効果によりグレートーンマスクのタイプでは光の強度のバラツキが大きく、特に膜厚の大きな部分の形状品質を良好に保つことが困難な場合があるので、形成したいスロープの形状に応じて、適宜露光用マスクのタイプを選択する必要がある。 The gray mask that can be used as the exposure mask can be a gray tone mask or a half tone mask. A gray tone mask is a type that forms a semi-transparent portion as an average of the entire fine pattern area by a collection of fine patterns of light shielding films such as dot (halftone dot) arrangement and line and space. The mask is a type in which a semi-transparent portion is formed by direct film formation of a semi-transmissive film and patterning means. The former gray-tone mask type, in which only one type of light-shielding film needs to be vacuum-deposited, is the latter, which requires vacuum film-forming to be carried out in at least two types of light-shielding film material and semi-transmissive film material. However, the manufacturing process is simpler. However, due to the diffraction interference effect of light at the periphery of the pattern, the gray-tone mask type has large variations in light intensity, and it may be difficult to maintain good shape quality especially in areas where the film thickness is large. It is necessary to appropriately select the type of exposure mask according to the shape of the slope desired.
フォトリソグラフィー法により選択されたカラーマイクロレンズ層61pを、図2(b3)に示すように、熱処理することにより、フロー成形されたカラーマイクロレンズ61sが良好な曲面形状を保持して得られる。熱処理の条件は、カラーマイクロレンズに使用する着色透明樹脂材料の熱特性に依存するが、通常は、100℃〜300℃の加熱温度に
よりフローさせる。熱フローに際して、カラーマイクロレンズを画素内に堰き止めて着色膜厚を確保して充分な色分解性が得られるようにするため、ブラックマトリクス7を単に遮光材料としてだけではなく、壁材料として機能させることができる。
As shown in FIG. 2B3, the color microlens layer 61p selected by the photolithography method is heat-treated, so that the flow-formed color microlens 61s can be obtained while maintaining a good curved surface shape. The heat treatment conditions depend on the thermal characteristics of the colored transparent resin material used for the color microlens, but are usually made to flow at a heating temperature of 100 ° C to 300 ° C. During heat flow, the black matrix 7 functions not only as a light-shielding material but also as a wall material so that the color microlenses are dammed in the pixels to ensure a sufficient color separation and ensure sufficient color separation. Can be made.
カラーマイクロレンズ材料の熱フローの動きが、ブラックマトリクス7の壁によって制限されるため、前の露光工程で僅かに位置ズレを生じたカラーマイクロレンズ層61pであっても、本工程の熱フローで一定の位置補正が可能である。また、ブラックマトリクスの壁に囲まれるカラーマイクロレンズの高さを、ブラックマトリクスの壁より高くすることで、熱処理によりフロー成形されたカラーマイクロレンズ61sの頂上部の曲面形状を最適化できる。曲面形状の最適化は、表面張力に起因するものと推察できる。 Since the movement of the heat flow of the color microlens material is limited by the wall of the black matrix 7, even with the color microlens layer 61p that has been slightly misaligned in the previous exposure process, A constant position correction is possible. Further, by making the height of the color microlens surrounded by the wall of the black matrix higher than the wall of the black matrix, it is possible to optimize the curved surface shape of the top of the color microlens 61s formed by the heat treatment. It can be inferred that the optimization of the curved surface shape is caused by the surface tension.
次に、2色目のカラーマイクロレンズ形成工程について、図2(c1)〜(c3)により説明する。1色目の熱フローして硬化したカラーマイクロレンズ61sが形成された基板上に、2色目のカラーマイクロレンズ材料62mを塗布する。カラーマイクロレンズ材料62mは、1色目とは異なる所定の分光透過率特性を有する特定の色の色素と、1色目と同様のアルカリ可溶性樹脂を含む感光性材料であり、例えば、光照射された領域の樹脂が分解してアルカリ可溶性を呈するアクリル系のポジタイプの感光性樹脂を用いることができる。基板上への感光性着色透明樹脂の塗布は、1色目と同様の方法と厚さで行うことができる。 Next, the process for forming the second color microlens will be described with reference to FIGS. The color microlens material 62m for the second color is applied on the substrate on which the color microlens 61s cured by the heat flow of the first color is formed. The color microlens material 62m is a photosensitive material including a specific color pigment having a predetermined spectral transmittance characteristic different from that of the first color and an alkali-soluble resin similar to that of the first color. It is possible to use an acrylic positive type photosensitive resin in which the above resin decomposes and exhibits alkali solubility. The photosensitive colored transparent resin can be applied onto the substrate by the same method and thickness as in the first color.
以下、露光、現像工程(図2(c2)参照)、熱フロー工程(図2(c3)参照)を順次、1色目と同様に実施して、2色目のカラーマイクロレンズを形成することができる。工程実施に伴いカラーマイクロレンズが形成されるメカニズムも同様であって、3色目以降を形成する場合も、1、2色目と同様に可能である。本発明では、カラーマイクロレンズを構成する複数色が、3色以上であることにも容易に対応でき、多種のカラー固体撮像素子に、上記と同様の効果を保って適用できる。 Thereafter, the exposure, development process (see FIG. 2 (c2)), and heat flow process (see FIG. 2 (c3)) are sequentially performed in the same manner as the first color to form the second color microlens. . The mechanism by which the color microlenses are formed in accordance with the process is the same, and the third and subsequent colors can be formed in the same manner as in the first and second colors. In the present invention, it is possible to easily cope with a plurality of colors constituting the color microlens being three or more colors, and the present invention can be applied to various color solid-state imaging devices while maintaining the same effects as described above.
熱処理によりフロー成形されたカラーマイクロレンズ61sの形状を代表する指標として、アスペクト比を定義すると、熱フローを生じさせる熱処理温度に相当するフロー温度の可能条件を調査することによって、適正なアスペクト比の範囲を定めることができる。実際に採用するアスペクト比は、カラー固体撮像素子内に組み込むべきカラーマイクロレンズの寸法例から規制されることは言うまでも無いが、本発明による方法で作製可能なアスペクト比の最大範囲を知ることができる。 When the aspect ratio is defined as an index representative of the shape of the color microlens 61 s that has been flow-molded by heat treatment, an appropriate aspect ratio can be obtained by investigating the possible conditions of the flow temperature corresponding to the heat treatment temperature that causes heat flow. A range can be defined. Needless to say, the aspect ratio to be actually used is regulated by the dimension example of the color microlens to be incorporated in the color solid-state imaging device, but know the maximum range of the aspect ratio that can be produced by the method according to the present invention. Can do.
図6は、本発明のカラーマイクロレンズの形状を代表するアスペクト比を定義するための模式断面図である。光電変換素子3に対応して、透明平坦化層5を介して設けたカラーマイクロレンズ6の形状は、ブラックマトリクス7に周囲を制限されて、図の両方向矢印a(レンズ径)とb(レンズ部の高さ)とで代表的に表すことができる。この時、b/aで表される値をアスペクト比と定義する。類似の材料を使用する範囲で、アスペクト比が同じであれば、カラーマイクロレンズ頂上部の曲率は同程度とみなすことができる。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for defining an aspect ratio representative of the shape of the color microlens of the present invention. Corresponding to the photoelectric conversion element 3, the shape of the color microlens 6 provided through the transparent flattening layer 5 is restricted by the black matrix 7, and the arrows a (lens diameter) and b (lens) And the height of the part). At this time, a value represented by b / a is defined as an aspect ratio. If the aspect ratio is the same as long as similar materials are used, the curvature at the top of the color microlens can be regarded as the same.
上記のように定義したアスペクト比を種々に変えて、本発明の製造方法でカラーマイクロレンズを作ろうとした場合に、適正なフロー温度条件がアスペクト比に応じてどのように定まるかを調べた結果を、カラーマイクロレンズの形成条件として(表1)に示す。表中の○印は、適正に形状が製造できた条件を示し、表中の×印は、適正に形状が製造できなかった条件を示す。120℃で全てのアスペクト比において×であることは、熱フローが不充分であるために、現像後の形状からレンズ形状に移行しきれないことを表し、220℃で全てのアスペクト比において×であることは、熱フローが過剰であるために、レンズ形状が崩れていることを表す。また、アスペクト比が低い形状を実現しようとする場合は、高温側で処理すると平坦化が過剰に進んでレンズ効果が小さくなるので、比較的低温側で時間をかけて熱フローさせた方が良好な形状が得られ、アスペクト比が高い形状を実現しようとする場合は、高温側で処理してできるだけ短時間にフローさせ、その後冷却して固める方が良好な形状が得られることを示している。 As a result of investigating how the appropriate flow temperature conditions are determined according to the aspect ratio when trying to make a color microlens with the manufacturing method of the present invention by changing the aspect ratio defined as above. Is shown in Table 1 as the formation conditions of the color microlens. The circles in the table indicate conditions under which the shape could be properly manufactured, and the x marks in the table indicate conditions under which the shape could not be manufactured properly. X at all aspect ratios at 120 ° C. means that the heat flow is insufficient, so that the shape after development cannot be completely transferred to the lens shape. At 220 ° C., x at all aspect ratios. Being present indicates that the lens shape has collapsed due to excessive heat flow. Also, if you want to achieve a shape with a low aspect ratio, if you process on the high temperature side, flattening will progress excessively and the lens effect will be reduced, so it is better to heat flow over a relatively low temperature side over time When a shape with a high aspect ratio is to be obtained, it is shown that a better shape can be obtained by processing on the high temperature side and allowing it to flow in as short a time as possible and then cooling and solidifying. .
図5は、本発明のカラーマイクロレンズの製造方法の他の一例を工程順に説明するための模式断面図であって、(a)はブラックマトリクス形成段階、(b1)〜(b4)は1色目のカラーマイクロレンズ形成工程、(c1)〜(c4)は2色目のカラーマイクロレンズ形成工程、を示す。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the manufacturing method of the color microlens of the present invention in the order of steps, where (a) is a black matrix forming stage, and (b1) to (b4) are the first color. (C1) to (c4) show the second color microlens formation step.
図5(a)に示すように、ブラックマトリクス7は、光電変換素子3と1対1で対応する各色の画素となる位置60の周囲に遮光性の材料で形成されるが、ブラックマトリクス形成に先立って、平坦で均一な下地を提供する透明平坦化層5を、例えば、無色透明なアクリル樹脂溶液を0.1μm程度の厚さで塗布し、熱処理して形成する。
次に、ブラックマトリクス7の形成は、黒色材料に感光性を付与した遮光性材料を塗布、乾燥後、選択的露光、現像し、熱処理により硬化するという一般的なフォトリソグラフィー法のプロセスを実施することにより、直接的にパターン形成することができる。
また、微細パターンの形成に有利なドライエッチング法を用いる方法も可能である。すなわち、予め形成した感光性を必要とはしない遮光性材料の上層に、別にエッチングレジストとなるパターンを、上記と類似のフォトリソグラフィー法で形成し、遮光性材料のパターン形成をドライエッチングにより形成することができる。後者の方法では、フォトリソグラフィー適性とドライエッチング適性とをレジスト材料と遮光性材料とに分担して最適化できるので、微細化パターンの形成に特に適している。ドライエッチング耐性を特に補強する目的で、レジスト材料の下層に無機膜を形成しておき、遮光性材料のドライエッチングをさらに良好な形状に完了させることも可能である。また、遮光性材料として無機膜を真空成膜し、上層にエッチングレジストパターン形成後に、下層の無機遮光膜をドライエッチングまたはウェットエッチングによりパターン化することも可能である。
As shown in FIG. 5A, the black matrix 7 is formed of a light-shielding material around a position 60 that is a pixel of each color corresponding to the photoelectric conversion element 3 on a one-to-one basis. In advance, the transparent flattening layer 5 that provides a flat and uniform base is formed by, for example, applying a colorless and transparent acrylic resin solution with a thickness of about 0.1 μm and heat-treating it.
Next, the black matrix 7 is formed by performing a general photolithography process in which a light-shielding material imparting photosensitivity to a black material is applied, dried, selectively exposed, developed, and cured by heat treatment. As a result, the pattern can be directly formed.
Further, a method using a dry etching method advantageous for forming a fine pattern is also possible. That is, a pattern to be an etching resist is formed on the light-shielding material that does not require photosensitivity previously formed by a photolithography method similar to the above, and the pattern formation of the light-shielding material is formed by dry etching. be able to. The latter method is particularly suitable for the formation of a miniaturized pattern because the suitability for photolithography and the suitability for dry etching can be shared between the resist material and the light shielding material. In order to particularly reinforce the dry etching resistance, it is possible to form an inorganic film below the resist material and complete the dry etching of the light shielding material into a more favorable shape. It is also possible to form an inorganic film as a light-shielding material in a vacuum, and after forming an etching resist pattern on the upper layer, the lower inorganic light-shielding film can be patterned by dry etching or wet etching.
次に、1色目のカラーマイクロレンズ形成工程について説明する。
図5(b1)に示すように、図5(a)で準備したブラックマトリクスを形成した固体撮像素子画素部の受光面側の基板上に、カラーマイクロレンズ材料61mを塗布して乾燥する。カラーマイクロレンズ材料は、所定の分光透過率特性を有する特定の色の色素を含んで、後工程でのドライエッチングが容易にされる材料により構成する。その後、引き続いて、例えば、光照射された領域の樹脂が分解してアルカリ可溶性を呈するアクリル系のポジタイプの感光性樹脂を含むエッチングレジスト材料81mを積層してブラックマトリクス7の厚さより厚くなるように塗布する。基板上への樹脂の塗布としては、回転塗布法を用いることができる。
Next, the process for forming the first color microlens will be described.
As shown in FIG. 5 (b1), the color microlens material 61m is applied and dried on the light receiving surface side substrate of the solid-state imaging device pixel portion on which the black matrix prepared in FIG. 5 (a) is formed. The color microlens material includes a specific color pigment having a predetermined spectral transmittance characteristic, and is made of a material that facilitates dry etching in a later process. Subsequently, for example, an etching resist material 81m containing an acrylic positive type photosensitive resin that decomposes the resin in the light-irradiated region and exhibits alkali solubility is laminated so as to be thicker than the thickness of the black matrix 7. Apply. A spin coating method can be used as the application of the resin onto the substrate.
上記塗布し、乾燥させたエッチングレジスト材料81mに露光、現像のプロセスを行って、図5(b2)に示すように、フォトリソグラフィー法により選択されたエッチングレジスト層81pを所定の画素領域に対応して残す。露光工程には、露光用マスクの拡大したパターンを縮小投影露光して繰り返しステップ送りできるステッパーを使用できる。本工程において、ブラックマトリクスに対するエッチングレジスト層の位置と形状の制御に関して、精密なアライメント機構を用いて位置精度を保証することは当然であるが、前述の本発明のカラーマイクロレンズの製造方法の第一の例で述べた露光用マスクと同様の工夫で、形状を改良できる。また、次の熱フローの工程での挙動も、本例でのカラーマイクロレンズの位置と形状の制御に有効である。 The coated and dried etching resist material 81m is exposed and developed, and the etching resist layer 81p selected by the photolithography method corresponds to a predetermined pixel region as shown in FIG. 5 (b2). Leave. For the exposure process, a stepper capable of repeatedly projecting the enlarged pattern of the exposure mask by reducing projection exposure and repeatedly feeding it can be used. In this step, it is natural to guarantee the positional accuracy using a precise alignment mechanism with respect to the control of the position and shape of the etching resist layer with respect to the black matrix, but the first method of manufacturing the color microlens of the present invention described above. The shape can be improved by the same device as the exposure mask described in one example. Further, the behavior in the next heat flow step is also effective in controlling the position and shape of the color microlens in this example.
露光用マスクとして、透過率階調を与えた中間濃度の領域を有するグレーマスクと呼ば
れるフォトマスクを用いることにより、現像後、熱フロー前のエッチングレジスト層81pの断面形状を、図示するよりもなだらかな形状にして、後述の熱処理によるフロー成形を助けることができる。現像工程は、アルカリ現像液、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)のような有機アルカリ現像水溶液を使用して行う。
By using a photomask called a gray mask having an intermediate density region to which transmittance gradation is given as an exposure mask, the cross-sectional shape of the etching resist layer 81p after development and before heat flow is gentler than illustrated. Therefore, flow molding by heat treatment described later can be assisted. The development step is performed using an alkaline developer, for example, an organic alkaline developer aqueous solution such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH).
フォトリソグラフィー法により選択されたエッチングレジスト層81pを、図5(b3)に示すように、熱処理することにより、フロー成形されたエッチングレジスト81sが良好な曲面形状を保持して得られる。熱処理の条件は、エッチングレジストに使用する透明樹脂材料の熱特性に依存するが、通常は、100℃〜300℃の加熱温度によりフローさせる。熱フローに際して、エッチングレジストを画素内に収めて、次のドライエッチングのマスクとしての良好な形状を得るために、図示されていないが、ブラックマトリクス7付近のカラーマイクロレンズ材料の盛り上がりが役立つ。すなわち、エッチングレジスト材料の熱フローの動きが、ブラックマトリクス7の壁の間接的な影響である盛り上がりによって制限されるため、前の露光工程で僅かに位置ズレを生じたエッチングレジスト層81pであっても、本工程の熱フローで一定の位置補正が可能である。 As shown in FIG. 5B3, the etching resist layer 81p selected by the photolithography method is heat-treated, so that the flow-formed etching resist 81s can be obtained with a good curved surface shape. The heat treatment conditions depend on the thermal characteristics of the transparent resin material used for the etching resist, but are usually caused to flow at a heating temperature of 100 ° C. to 300 ° C. In order to obtain an excellent shape as a mask for the next dry etching by storing the etching resist in the pixel during the heat flow, the rise of the color microlens material in the vicinity of the black matrix 7 is useful, although not shown. That is, since the movement of the heat flow of the etching resist material is limited by the bulge which is an indirect influence of the wall of the black matrix 7, the etching resist layer 81p having a slight misalignment in the previous exposure process is obtained. In addition, it is possible to perform a certain position correction by the heat flow of this process.
フロー成形されたエッチングレジスト81sが作る良好な曲面形状を、図5(b4)に示すように、下層に塗布されているカラーマイクロレンズ材料61mを、ドライエッチング法により加工して形状転写し、転写成形されたカラーマイクロレンズ61dとすることができる。ドライエッチングは、CF4 、C4F8等のガスを主として、膜厚方向のエッチングレートを重視した条件で行い、エッチングレジストの曲面形状と類似する曲面形状を有するカラーマイクロレンズを形成することができる。また、カラーマイクロレンズ形成後、適宜、硬化処理等の処理を行い、耐性向上を図ることができる。 As shown in FIG. 5 (b4), a good curved shape formed by the flow-formed etching resist 81s is transferred by transferring the shape of the color microlens material 61m applied to the lower layer by dry etching. A molded color microlens 61d can be obtained. Dry etching is performed mainly on gas such as CF 4 , C 4 F 8, etc. under the condition that the etching rate in the film thickness direction is important, and a color microlens having a curved shape similar to the curved shape of the etching resist can be formed. it can. In addition, after the formation of the color microlens, it is possible to appropriately improve the resistance by performing a treatment such as a curing treatment.
次に、2色目のカラーマイクロレンズ形成工程について、図5(c1)〜(c4)により説明する。1色目のカラーマイクロレンズ61dが形成された基板上に、2色目のカラーマイクロレンズ材料62mを塗布して乾燥する。カラーマイクロレンズ材料62mは、1色目とは異なる所定の分光透過率特性を有する特定の色の色素を含んで、後工程でのドライエッチングが容易にされる材料により構成する。その後、引き続いて、例えば、光照射された領域の樹脂が分解してアルカリ可溶性を呈するアクリル系のポジタイプの感光性樹脂を含むエッチングレジスト材料82mを積層して塗布する(図5(c1)参照)。基板上への樹脂の塗布としては、1色目と同様の方法と厚さで行うことができる。 Next, the process for forming the second color microlens will be described with reference to FIGS. On the substrate on which the first color microlens 61d is formed, the second color microlens material 62m is applied and dried. The color microlens material 62m includes a specific color pigment having a predetermined spectral transmittance characteristic different from that of the first color, and is made of a material that facilitates dry etching in a subsequent process. Subsequently, for example, an etching resist material 82m including an acrylic positive type photosensitive resin in which the resin in the region irradiated with light is decomposed to exhibit alkali solubility is laminated and applied (see FIG. 5C1). . Application of the resin on the substrate can be performed by the same method and thickness as in the first color.
以下、露光、現像工程(図5(c2)参照)、熱フロー工程(図5(c3)参照)、ドライエッチング転写工程(図5(c4)参照)、を順次、1色目と同様に実施して、2色目のカラーマイクロレンズ62dを形成することができる。工程実施に伴いカラーマイクロレンズが形成されるメカニズムも同様であって、3色目以降を形成する場合も、1、2色目と同様に可能である。本発明では、カラーマイクロレンズを構成する複数色が、3色以上であることにも容易に対応でき、多種のカラー固体撮像素子に、上記と同様の効果を保って適用できる。 Thereafter, an exposure, a development process (see FIG. 5 (c2)), a heat flow process (see FIG. 5 (c3)), and a dry etching transfer process (see FIG. 5 (c4)) are sequentially performed in the same manner as the first color. Thus, the second color microlens 62d can be formed. The mechanism by which the color microlenses are formed in accordance with the process is the same, and the third and subsequent colors can be formed in the same manner as in the first and second colors. In the present invention, it is possible to easily cope with a plurality of colors constituting the color microlens being three or more colors, and the present invention can be applied to various color solid-state imaging devices while maintaining the same effects as described above.
1・・・カラー固体撮像素子
2・・・半導体基板
3・・・光電変換素子
4・・・固体撮像素子画素部の受光面側表面
5、51・・・透明平坦化層
6・・・カラーマイクロレンズ
7・・・ブラックマトリクス
8・・・着色透明画素パターン
9・・・レンズの縁の膜厚の薄い部分を通過する光
60・・・各色の画素となる位置
61m、62m・・・塗布されたカラーマイクロレンズ材料
61p、62p・・・フォトリソグラフィー法により選択されたカラーマイクロレンズ層61s、62s・・・熱処理によりフロー成形されたカラーマイクロレンズ
61d、62d・・・ドライエッチング法により転写成形されたカラーマイクロレンズ
81m、82m・・・塗布されたエッチングレジスト材料
81p、82p・・・フォトリソグラフィー法により選択されたエッチングレジスト層
81s、82s・・・熱処理によりフロー成形されたエッチングレジスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Color solid-state image sensor 2 ... Semiconductor substrate 3 ... Photoelectric conversion element 4 ... Light-receiving surface side surface 5 of a solid-state image sensor pixel part, 51 ... Transparent planarization layer 6 ... Color Microlens 7 ... Black matrix 8 ... Colored transparent pixel pattern 9 ... Light passing through thin part of lens edge 60 ... Position 61m, 62m to be pixel of each color ... Application Color microlens materials 61p, 62p that have been selected Color microlens layers 61s, 62s that have been selected by a photolithography method Color microlenses 61d, 62d that have been flow-formed by heat treatment Transfer molding by a dry etching method Color microlenses 81m, 82m, etc., applied etching resist materials 81p, 82p, ... by photolithography Selected etch resist layer 81s, the etching resist which is flow formed by 82 s · · · heat treatment
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