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JP2005166992A - Solid-state imaging element - Google Patents

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JP2005166992A
JP2005166992A JP2003404322A JP2003404322A JP2005166992A JP 2005166992 A JP2005166992 A JP 2005166992A JP 2003404322 A JP2003404322 A JP 2003404322A JP 2003404322 A JP2003404322 A JP 2003404322A JP 2005166992 A JP2005166992 A JP 2005166992A
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JP
Japan
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solid
state imaging
imaging device
color
color material
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JP2003404322A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenzo Fukuyoshi
健蔵 福吉
Tadashi Ishimatsu
忠 石松
Tomohito Kitamura
智史 北村
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Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element where reflected light from an unopening part is reduced by good reproducibility and stably without burying a gap between lenses with resin even in a fine pixel. <P>SOLUTION: An exposed surface between microlenses 15 is an infrared absorbing layer containing color material having an infrared absorbing function, and minute protrusions 13 of ≤0.2μm pitch are formed on the exposure surface. The color material of the infrared absorbing layer is a color layer obtained by blending an organic pigment and an inorganic pigment. The exposure surface between the microlenses is a color filter 31 containing the color material, and the minute protrusions of ≤0.2μm pitch are formed on the exposure surface. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、C−MOSやCCD等の受光素子に代表される固体撮像素子に関するものであり、特に 撮像素子表面の平坦部からの反射光を低減して 画質改善を行った固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device typified by a light-receiving device such as a C-MOS or CCD, and more particularly to a solid-state imaging device that improves image quality by reducing reflected light from a flat portion on the surface of the imaging device.

CCDなどの受光素子の光電変換に寄与する領域(開口部)は、素子サイズや画素数にも依存するが、その全面積に対し20%〜40%程度に限られてしまう。開口部が小さいことは、そのまま感度低下につながるため、これを補うために受光素子上に集光のためのマイクロレンズを形成することが一般的である。   A region (opening) that contributes to photoelectric conversion of a light receiving element such as a CCD depends on the element size and the number of pixels, but is limited to about 20% to 40% of the total area. A small aperture leads to a decrease in sensitivity as it is, and therefore it is common to form a condensing microlens on the light receiving element to compensate for this.

しかしながら、近時、300万画素を超える高精細CCD撮像素子への要求がつよくなり、これら高精細CCDにおいて付随するマイクロレンズの開口率低下(すなわち感度低下)、およびフレア、ゴースト、スミアなどのノイズ増加による画質低下が、大きな問題となってきている。C−MOSやCCD等の撮像素子は、ほぼ十分な画素数に近づきつつあり、それらデバイスメーカーでの競争は画素数から画質の競争に変化しつつある。   However, recently, the demand for high-definition CCD image sensors with more than 3 million pixels has increased, and the aperture ratio of the microlenses associated with these high-definition CCDs (that is, sensitivity reduction) and noise such as flare, ghost, smear, etc. The decrease in image quality due to the increase has become a major problem. Imaging devices such as C-MOS and CCD are approaching a substantially sufficient number of pixels, and the competition among these device manufacturers is changing from the number of pixels to the competition of image quality.

マイクロレンズの形成技術については、公知の技術として、例えば、特開昭60−53073に比較的詳細に示されている。特開昭60−53073には、レンズを丸く半球状に形成する技術として熱フローによる樹脂の熱流動性(熱フロー)を用いた技術、また、いくつかのエッチング技術によりレンズを加工する技術も詳細に開示されている。
加えて、レンズ表面にPGMAなどの有機膜やOCD(SiO2 系)の無機膜の形成なども開示されている。マイクロレンズをドライエッチング加工する技術は、上記の技術以外に特開平1−10666に詳細な記載がある。
The microlens formation technique is shown in relatively detail as a known technique, for example, in JP-A-60-53073. Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-53073 also discloses a technique that uses the thermal fluidity (heat flow) of a resin by heat flow as a technique for forming a lens into a round and hemispherical shape, and a technique for processing a lens by several etching techniques. It is disclosed in detail.
In addition, the formation of an organic film such as PGMA or an OCD (SiO 2 -based) inorganic film on the lens surface is also disclosed. A technique for dry-etching a microlens is described in detail in JP-A-1-10666, in addition to the above technique.

また、マイクロレンズの表面をポーラスにする技術は、特開2003−37257で公知であるが、樹脂表面に再現性良く、かつ安定してポーラスな層を形成することは、比較的難しい技術であり、0.2〜0.1μmサイズの微小突起とならず平坦面となったり、樹脂面が単にシワ状となる不安定さがあった。
加えて、マイクロレンズの上に樹脂を塗布形成することは、レンズ間のギャップを埋めてしまい狭いギャップを形成することに逆な作用をもたらすことが多かった。
特開昭60−53073号公報 特開平1−10666号公報 特開2003−37257号公報
A technique for making the surface of the microlens porous is well known in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-37257, but it is a relatively difficult technique to form a porous layer with good reproducibility and stability on the resin surface. There were instabilities that the surface was not flat, but became a flat surface, or the resin surface was simply wrinkled.
In addition, coating and forming a resin on the microlens often has the opposite effect of filling the gap between the lenses and forming a narrow gap.
JP 60-53073 A Japanese Patent Laid-Open No. 1-10666 JP 2003-37257 A

撮像素子デバイス表面とカバーガラス内面との再反射光や散乱光が、撮像素子へのノイズの一因となっており問題となっている。特に、マイクロレンズ間の平坦面となっている非開口部が3μm以下、すなわち、微細画素になるほど非開口部の面積が増えるため、平坦面からの反射光による悪影響が強くなる。この反射光は、撮像素子の上面に配設されてれいるカバーガラスや、さらにその上の光学レンズ群からの再反射光となって隣接する他の撮像素子に再入射して、画質低下に結びつくノイズ光となる。
本発明の課題は、微細画素であっても樹脂がレンズ間のギャップを埋めてしまうことなく
、非開口部からの反射光を再現性良く、かつ安定して低減した固体撮像素子を提供することである。これにより、固体撮像素子のS/N比改善につなげ、最終的に画質向上を得る。
Re-reflected light and scattered light between the surface of the image sensor device and the inner surface of the cover glass cause noise to the image sensor, which is a problem. In particular, the non-opening portion that is a flat surface between the microlenses is 3 μm or less, that is, the area of the non-opening portion increases as the pixel becomes finer, and thus the adverse effect of the reflected light from the flat surface becomes stronger. This reflected light becomes re-reflected light from the cover glass disposed on the upper surface of the image sensor and the optical lens group on the cover glass and re-enters another adjacent image sensor to reduce image quality. It becomes the noise light to be connected.
An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device in which reflected light from a non-opening portion is reproducibly and stably reduced without filling a gap between lenses even in a fine pixel. It is. This leads to an improvement in the S / N ratio of the solid-state imaging device, and finally an improvement in image quality is obtained.

本発明は、2次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞれに積層される略半球状のマイクロレンズを具備した固体撮像素子において、該マイクロレンズ間の露出面が、赤外吸収機能をもつ色材を含有する赤外吸収層であり、かつ、該露出面に0.2μmピッチ以下の微小突起が形成されていることを特徴とする固体撮像素子である。   The present invention relates to a solid-state imaging device having a two-dimensionally arranged photoelectric conversion element and a substantially hemispherical microlens laminated on each of the photoelectric conversion elements, and an exposed surface between the microlenses is red. A solid-state imaging device comprising an infrared absorption layer containing a color material having an external absorption function, and having fine protrusions with a pitch of 0.2 μm or less formed on the exposed surface.

また、本発明は、上記発明による固体撮像素子において、前記赤外吸収層の色材が、有機顔料と無機顔料を混合した色材であることを特徴とする固体撮像素子である。   The present invention is the solid-state imaging device according to the invention, wherein the color material of the infrared absorption layer is a color material in which an organic pigment and an inorganic pigment are mixed.

また、本発明は、2次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞれに積層される略半球状のマイクロレンズを具備した固体撮像素子において、該マイクロレンズ間の露出面が、色材を含有するカラーフィルタであり、かつ、該露出面に0.2μmピッチ以下の微小突起が形成されていることを特徴とする固体撮像素子である。   In addition, the present invention provides a solid-state imaging device including a two-dimensionally arranged photoelectric conversion element and a substantially hemispherical microlens stacked on each of the photoelectric conversion elements, and an exposed surface between the microlenses is The solid-state imaging device is characterized in that it is a color filter containing a coloring material, and fine protrusions having a pitch of 0.2 μm or less are formed on the exposed surface.

また、本発明は、上記発明による固体撮像素子において、前記カラーフィルタの色材が、1種以上の有機顔料を混合した色材であり、かつ、色の異なるカラーフィルタの膜厚差が0.1μm以内であることを特徴とする固体撮像素子である。   Further, according to the present invention, in the solid-state imaging device according to the invention, the color material of the color filter is a color material in which one or more organic pigments are mixed, and the difference in film thickness between the color filters of different colors is 0. It is a solid-state image sensor characterized by being within 1 μm.

本発明は、固体撮像素子の画質向上つながる反射光低減を、製造工程を増やさずに簡便な方法で達成できるメリットがある。すなわち、撮像素子の薄膜化のために行うドライエッチングの時に、同時に、反射光低減のための微小突起形成が実施できるものである。
本発明は、従来、安定再現が困難であった微少突起を耐熱性ある色材を利用することで容易に形成できる。本発明は、反射光低減と赤外カットの機能を同時に付与できる。本発明の固体撮像素子により、ノイズの少ない高い画質を得ることができた。
The present invention has an advantage that a reflected light reduction that leads to an improvement in image quality of a solid-state imaging device can be achieved by a simple method without increasing the number of manufacturing steps. That is, at the same time as dry etching for reducing the thickness of the image sensor, microprojections can be formed to reduce reflected light.
According to the present invention, it is possible to easily form minute protrusions, which have conventionally been difficult to reproduce stably, by using a heat-resistant color material. The present invention can simultaneously provide the functions of reducing reflected light and cutting infrared rays. With the solid-state imaging device of the present invention, high image quality with little noise could be obtained.

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1、及び図2に、本発明による固体撮像素子の一実施例の部分断面図を示した。図4に、本発明による固体撮像素子の一実施例の部分平面図を示した。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
1 and 2 are partial cross-sectional views of an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention. FIG. 4 shows a partial plan view of an embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention.

図1は、図4でのB−B’方向の部分断面図であり、図2は、図4でのA−A’方向の部分断面図である。図1は、図4におけるマイクロレンズの対角方向(B−B’)の断面になるため、図1でのマイクロレンズ間ギャップ17が、図2のマイクロレンズ間ギャップ17’と比較して広くなる。
また、図5(a)〜(d)に、本発明による固体撮像素子の製造方法を工程順に示す部分断面図にて示した。
1 is a partial cross-sectional view in the BB ′ direction in FIG. 4, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view in the AA ′ direction in FIG. 4. 1 is a cross section in the diagonal direction (BB ′) of the microlens in FIG. 4, the gap 17 between the microlenses in FIG. 1 is wider than the gap 17 ′ between the microlenses in FIG. Become.
5A to 5D are partial cross-sectional views showing the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention in the order of steps.

本発明の固体撮像素子の請求項1及び請求項2に関わる発明は、図1、図2、及び図4示すように 光電変換素子12を形成せしめた半導体基板10に平坦化層16、カラーフィルタ11、赤外吸収層14、マイクロレンズ15で構成されており、マイクロレンズ間に露出した赤外吸収層14の面には微小突起13が形成されている。なお、本発明での赤外吸収は、光の波長にて、主に650nm〜1100nm領域の近赤外の吸収性能をもつことと定義する。   The invention relating to claim 1 and claim 2 of the solid-state imaging device of the present invention includes a planarizing layer 16 and a color filter on a semiconductor substrate 10 on which a photoelectric conversion device 12 is formed as shown in FIGS. 11, an infrared absorption layer 14, and a microlens 15. Microprojections 13 are formed on the surface of the infrared absorption layer 14 exposed between the microlenses. The infrared absorption in the present invention is defined as having near infrared absorption performance mainly in the region of 650 nm to 1100 nm at the wavelength of light.

本発明者らは、露出面を構成する赤外吸収層を、耐熱性のある有機顔料や無機顔料など
混合した色材を分散させた着色樹脂とすることにより、マイクロレンズの形成されていない露出面(赤外吸収層の表面)に0.2μmピッチ以下の微小突起を形成が極めて容易に実施できることを見いだした。
The inventors of the present invention have used an infrared absorption layer constituting the exposed surface as a colored resin in which a color material mixed with a heat-resistant organic pigment or inorganic pigment is dispersed, thereby exposing the surface where no microlens is formed. It has been found that microprojections having a pitch of 0.2 μm or less can be formed very easily on the surface (the surface of the infrared absorption layer).

微小突起13の形成により、突起形成のない場合に比較し、表面反射率を0.5%ほど低下させる効果をもたらす。突起形成のない平坦な面でのマイクロレンズ間ギャップの場合は、ある角度をもつ平行な入射光に対して一定方向の反射光の強度が強くなり、撮像素子の上面に位置するカバーガラス裏面に反射し、撮像素子に再入射し 画質に悪影響を与える。しかしながら、微小突起13の形成はこの反射光を減らし、この強度の再入射光を解消できる。   The formation of the microprojections 13 brings about an effect of reducing the surface reflectance by about 0.5% compared to the case where no projections are formed. In the case of a gap between microlenses on a flat surface without protrusions, the intensity of reflected light in a certain direction is increased for parallel incident light having a certain angle, and the back surface of the cover glass located on the upper surface of the image sensor is increased. Reflects and re-enters the image sensor, adversely affecting image quality. However, the formation of the minute protrusions 13 can reduce the reflected light and eliminate the re-incident light of this intensity.

図3は、請求項3及び請求項4に関わる発明による固体撮像素子の一例の部分断面図である。本発明は、図3に示すように光電変換素子32を形成せしめた半導体基板30に平坦化層36、カラーフィルタ31、マイクロレンズ35で構成されており、マイクロレンズ間に露出したカラーフィルタの面には微小突起13が形成されている。   FIG. 3 is a partial cross-sectional view of an example of a solid-state imaging device according to the inventions related to claims 3 and 4. In the present invention, as shown in FIG. 3, the semiconductor substrate 30 on which the photoelectric conversion element 32 is formed includes a planarization layer 36, a color filter 31, and a microlens 35, and the surface of the color filter exposed between the microlenses. Are formed with minute protrusions 13.

本発明における微小突起は、微小突起の形成されている部位で光の反射を減らすことを目的としているため、微小突起の高さ(後述するエッチング量)は、光の波長λの1/4〜せいぜい光の波長までで良い。 このため、異なる色のカラーフィルタ表面に微小突起を形成するために、それぞれのカラーフィルタの膜厚差を小さくして形成しておくことが必要である。
これらカラーフィルタの膜厚差は0.2μm以内、0.1μm程度が望ましい。カラーフィルタの膜厚差が大きいと、それぞれに形成される微小突起の大きさが異なることになりやすい。
Since the microprotrusions in the present invention are intended to reduce the reflection of light at the site where the microprotrusions are formed, the height of the microprotrusions (the etching amount to be described later) is ¼ to the light wavelength λ. At most, it may be up to the wavelength of light. For this reason, in order to form microprotrusions on the color filter surfaces of different colors, it is necessary to reduce the film thickness difference between the color filters.
The film thickness difference between these color filters is preferably within 0.2 μm and about 0.1 μm. If the film thickness difference between the color filters is large, the size of the fine protrusions formed on each color filter tends to be different.

本発明での微小突起は、基本的には 耐熱性ある顔料(赤外吸収機能をもつ顔料を含む)を透明樹脂に分散させた着色樹脂表面を、プラズマや電子線などでたたく、あるいは、着色樹脂表面の樹脂成分の若干量をエッチングなどで除去し、顔料を中心とする微小突起を表面に残すことで形成するものである。
より具体的には、カラーフィルタ上に直接マイクロレンズを形成して、該マイクロレンズ間に露出するカラーフィルタ(耐熱性ある顔料を色材として含む)の表面をドライエッチング処理する。あるいは、カラーフィルタ上に、赤外吸収層と透明樹脂をこの順で積層し、さらにマイクロレンズ母型を形成してのち、マイクロレンズ母型を下部の透明樹脂にドライエッチングの手法で転写するときに、赤外吸収層の表面をドライエッチング処理する。
The microprotrusions in the present invention are basically formed by hitting a colored resin surface in which a heat-resistant pigment (including a pigment having an infrared absorption function) is dispersed in a transparent resin with plasma or an electron beam, or coloring. It is formed by removing a small amount of the resin component on the surface of the resin by etching or the like, and leaving fine protrusions centered on the pigment on the surface.
More specifically, a microlens is directly formed on the color filter, and the surface of the color filter (including a heat-resistant pigment as a color material) exposed between the microlenses is dry-etched. Alternatively, when an infrared absorption layer and a transparent resin are laminated in this order on a color filter and a microlens matrix is formed, and then the microlens matrix is transferred to the lower transparent resin by a dry etching technique. In addition, the surface of the infrared absorption layer is dry-etched.

顔料を選択的に残すため、樹脂よりも耐熱性ある顔料を選択することが重要である。なお、赤外吸収層を形成せずに、カラーフィルタ上に透明樹脂とマイクロレンズ母型を形成してのち、この透明樹脂にマイクロレンズをドライエッチングにて転写形成しても良い。赤外吸収層には、紫外線吸収性の色材を加えても良い。さらに、ヒンダードミン系化合物のような光安定化剤やクエンチャー(例えば、一重項酸素クエンチャー)を添加しても良い。   In order to selectively leave the pigment, it is important to select a pigment that is more heat resistant than the resin. Alternatively, after forming the transparent resin and the microlens matrix on the color filter without forming the infrared absorption layer, the microlens may be transferred and formed on the transparent resin by dry etching. An ultraviolet absorbing colorant may be added to the infrared absorbing layer. Furthermore, a light stabilizer such as a hindered compound or a quencher (for example, a singlet oxygen quencher) may be added.

本発明における微小突起の形成は、ECR、平行平板マグネトロン、DRM、ICP、あるいは2周波タイプのRIEなどドライエッチングの手法が簡便である。ドライエッチングに用いるガスは、酸化あるいは腐食性のあるガスであれば特に制限する必要がない。フッ素、塩素やブロムなどハロゲン性の元素を構成に持つガス、同様に酸素やイオウの元素を構成に持つものなど、特に限定する必要はない。しかしながら、可燃性なく毒性の低いフロン系のガスの使用が、実用的には好ましい。   The formation of the minute protrusions in the present invention is simple by dry etching such as ECR, parallel plate magnetron, DRM, ICP, or dual frequency RIE. The gas used for dry etching is not particularly limited as long as it is an oxidizing or corrosive gas. There is no particular limitation on a gas having a halogen element such as fluorine, chlorine or bromine, or a gas having oxygen or sulfur elements in the same manner. However, it is practically preferable to use a fluorocarbon gas that is not flammable and has low toxicity.

転写形成するマイクロレンズのギャップを小さく加工するために、若干の還元性ガスを併用したり、エッチング分布の改善のためにヘリウムやアルゴン、1酸化炭素などのガスを併用しても良い。ドライエッチング時に分布やマイクロレンズ形状改善のために、対象の半導体基板を加温したり、あるいは冷却しても良い。ドライエッチングは、ドライエッチング装置依存性が強いが、それぞれ装置により、エッチング時のガス圧、パワー、ガス流量など適宜調整すればよい。   In order to reduce the gap of the microlens to be transferred and formed, a slight reducing gas may be used in combination, or a gas such as helium, argon, or carbon monoxide may be used in combination to improve the etching distribution. The target semiconductor substrate may be heated or cooled to improve the distribution and microlens shape during dry etching. Although dry etching is strongly dependent on a dry etching apparatus, the gas pressure, power, gas flow rate, etc. at the time of etching may be appropriately adjusted by each apparatus.

本発明の骨子は、耐熱性ある顔料(数十nmの微粒子)を利用して、再現性良く微少突起を形成し、かつ、この微小突起を光の表面反射を低下させるのに活用する。これにより撮像素子の画質向上につなげることにある。   The gist of the present invention utilizes a heat-resistant pigment (a fine particle of several tens of nanometers) to form a microprojection with good reproducibility and to use the microprojection to reduce the surface reflection of light. This is to improve the image quality of the image sensor.

赤外吸収性能のある顔料には、酸化インジウムや酸化錫、酸化アンチモン、ジルコニア、セリアなどの金属酸化物の微粒子、ほかランタン化合物などの金属化合物、シアン顔料に代表されるフタロシアニン系有機顔料などがあり、いずれも微粉砕した微粒子にて本発明に適用可能である。この微粒子のサイズは、ナノメーターのレベルの小さい方が好適である。界面活性剤、顔料誘導体、その他分散剤を併用することが望ましい。   Examples of pigments having infrared absorption performance include fine particles of metal oxides such as indium oxide, tin oxide, antimony oxide, zirconia, and ceria, metal compounds such as lanthanum compounds, and phthalocyanine organic pigments represented by cyan pigments. Both are finely pulverized fine particles and can be applied to the present invention. The size of the fine particles is preferably smaller at the nanometer level. It is desirable to use a surfactant, a pigment derivative, and other dispersants in combination.

しかしながら、これら耐熱性ある顔料に、アントラキノン系化合物、フタロシアニン系化合物、シアニン系化合物、ポリメチレン化合物アルミニウム系化合物、ジイモニウム系化合物、イモニウム系化合物、アゾ化合物などから選ばれる耐熱性の低い材料、染料系の色材を、赤外吸収性能の向上目的で添加することも可能である。
カラーフィルタの有機顔料は、CIナンバーで表される有機顔料(ピグメント)の大半を採用可能である。しかし、これらの有機顔料においても上記と同様な微粒子サイズの採用、かつ、分散剤の併用が好ましい。
However, these heat-resistant pigments include anthraquinone compounds, phthalocyanine compounds, cyanine compounds, polymethylene compounds, aluminum compounds, diimonium compounds, imonium compounds, azo compounds, and the like, low-heat-resistant materials, and dye-based pigments. It is also possible to add a coloring material for the purpose of improving infrared absorption performance.
As the organic pigment of the color filter, most of organic pigments (pigments) represented by CI numbers can be adopted. However, these organic pigments also preferably employ the same fine particle size as described above and use a dispersant in combination.

赤外吸収性能の顔料、あるいはカラーフィルタに用いる顔料を分散する樹脂は、例えば、180℃、望むらくは230℃〜260℃で色変化無い耐熱性の透明樹脂であれば限定する必要はない。アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、スチレン樹脂、フェノール樹脂 あるいはこれらの共重合物などが使用可能である。   The resin that disperses the pigment having the infrared absorption performance or the pigment used in the color filter is not limited as long as it is a heat-resistant transparent resin that does not change color at 180 ° C., preferably 230 ° C. to 260 ° C., for example. An acrylic resin, an epoxy resin, a polyester resin, a urethane resin, a melamine resin, a urea resin, a styrene resin, a phenol resin, or a copolymer thereof can be used.

カラーレジストや、赤外吸収層の塗布液は、塗布性や分散性を向上させるために界面活性剤添加や複数の溶剤を混ぜたり、あるいは樹脂の分子量調整や他樹脂の添加を行っても良い。また、塗布の前処理としてそれぞれの層の表面をプラズマ処理や紫外線洗浄などを実施しても良い。
本発明による固体撮像素子の表面に、低屈折率の樹脂の被膜を光の波長λの1/4程度の薄い膜厚で塗布形成しても良い。低屈折率の被膜は、真空成膜、あるいはフォトリソグラフィーの手法で形成しても良い。
In order to improve coatability and dispersibility, the color resist and the coating solution for the infrared absorption layer may be added with a surfactant, mixed with a plurality of solvents, or may be adjusted with the molecular weight of the resin or added with other resins. . Further, as a pretreatment for coating, the surface of each layer may be subjected to plasma treatment or ultraviolet cleaning.
A resin film having a low refractive index may be applied and formed on the surface of the solid-state imaging device according to the present invention with a thin film thickness of about ¼ of the light wavelength λ. The low refractive index film may be formed by vacuum film formation or photolithography.

以下に、本発明の請求項1、請求項2に関わる固体撮像素子を詳細に説明する。図1に、光電変換素子12が形成された半導体基板10上に平坦化層16、カラーフィルタ11、赤外吸収層14、マイクロレンズ15、及びマイクロレンズ15間の赤外吸収層14上に微小突起13を形成した、本発明による固体撮像素子の一実施例を示した。図1に示す対角方向のマイクロレンズ間ギャップ17は、約0.8μmである。図2に、辺方向の断面図を示したが、辺方向のマイクロレンズ間のギャップ17’は、0.05μmとした。   The solid-state imaging device according to claims 1 and 2 of the present invention will be described in detail below. In FIG. 1, the planarization layer 16, the color filter 11, the infrared absorption layer 14, the microlens 15, and the infrared absorption layer 14 between the microlenses 15 are minute on the semiconductor substrate 10 on which the photoelectric conversion element 12 is formed. An embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention in which the protrusions 13 are formed is shown. The diagonal microlens gap 17 shown in FIG. 1 is about 0.8 μm. FIG. 2 shows a sectional view in the side direction, and the gap 17 ′ between the microlenses in the side direction is set to 0.05 μm.

図5(a)〜(d)を用いて、本発明の固体撮像素子の製造方法について説明する。
まず、光電変換素子52、遮光層53が形成された半導体基板50に平坦化層56を形成する。平坦化層56は、紫外線吸収剤を含有するアクリル系の樹脂を膜厚0.6μmにて
、スピンコートで塗布し、180℃で乾燥・硬膜した。(図5(a)参照)
図5(b)に示すように、平坦化層56上にR、G、B3色のカラーフィルタを3回のフォトリソグラフィーによるプロセス(カラーレジストの塗布→乾燥→露光→現像→硬膜)で形成した。それぞれカラーフィルタ膜厚は、約0.9μmとした。
なお、カラーフィルタ(R、G、B)に用いたカラーレジストは、以下に示す有機顔料を用いた。まず、グリーン(G)は色材としてC.I.ピグメントイエロー139、C.I.ピグメントグリーン36、C.I.ピグメントブルー15:6を感光性のアクリル樹脂に分散させたものをグリーンレジストとして用いた。レッド(R)は、C.I.ピグメントレッド177とC.I.ピグメントイエロー139を分散させたものを用いた。ブルー(B)は、C.I.ピグメントブルー15:6とC.I.ピグメントバイオレット23を分散させたものを用いた。
The manufacturing method of the solid-state image sensor of this invention is demonstrated using Fig.5 (a)-(d).
First, the planarization layer 56 is formed on the semiconductor substrate 50 on which the photoelectric conversion element 52 and the light shielding layer 53 are formed. The planarizing layer 56 was formed by applying an acrylic resin containing an ultraviolet absorber at a film thickness of 0.6 μm by spin coating, and drying and hardening at 180 ° C. (See Fig. 5 (a))
As shown in FIG. 5B, R, G, and B color filters are formed on the flattening layer 56 by three photolithography processes (color resist coating → drying → exposure → development → hardening). did. Each color filter film thickness was about 0.9 μm.
In addition, the organic pigment shown below was used for the color resist used for the color filter (R, G, B). First, green (G) is C.I. I. Pigment yellow 139, C.I. I. Pigment green 36, C.I. I. Pigment Blue 15: 6 dispersed in a photosensitive acrylic resin was used as a green resist. Red (R) is C.I. I. Pigment red 177 and C.I. I. Pigment yellow 139 dispersed therein was used. Blue (B) is C.I. I. Pigment blue 15: 6 and C.I. I. Pigment violet 23 dispersed therein was used.

図5(c)に示すように、赤外吸収層54を1.2μm厚みにて、レンズ転写層58を0.8μm厚みにて、高さ0.8μmのレンズ母型59をそれぞれ積層した。レンズ母型59は、熱フロー性のある感光性樹脂材料を用いて、フォトリソグラフィープロセスで形成した。赤外吸収層54は、シアン顔料としてフタロシアニン系有機顔料10部、50nm以下微粒子のアンチモンスズ酸化物3部、同じく50nm以下微粒子のランタン化合物とジルコニア混合色材を3部をアルカリ可溶タイプの感光性アクリル樹脂に分散させた塗布液を用いて、スピンコートにて形成した。なお、撮像素子チップ周辺など赤外吸収層54の形成の不必要な部分は、アルカリ現像によりあらかじめ除去した。   As shown in FIG. 5C, a lens matrix 59 having a thickness of 1.2 μm, a lens transfer layer 58 having a thickness of 0.8 μm, and a height of 0.8 μm was laminated. The lens matrix 59 was formed by a photolithography process using a photosensitive resin material having heat flow. Infrared absorbing layer 54 is an alkali-soluble type photosensitizer of 10 parts of a phthalocyanine-based organic pigment as a cyan pigment, 3 parts of antimony tin oxide having a fine particle of 50 nm or less, and 3 parts of a mixed lanthanum compound and zirconia having a fine particle of 50 nm or less. It was formed by spin coating using a coating liquid dispersed in a conductive acrylic resin. It should be noted that unnecessary portions such as the periphery of the imaging element chip for forming the infrared absorption layer 54 were previously removed by alkali development.

ドライエッチング装置を用いて、図5(c)に示したレンズ母型59をドライエッチングし、レンズ転写層58に転写して図5(d)に示す高さ0.7μmのマイクロレンズ55とした。エッチング量は、0.9〜0.95μmとして、赤外吸収層54のレンズ間ギャップ57の表面におよそ0.1μm高さの微小突起を形成させた。ドライエッチングのガスには、CF4 を使用した。 Using a dry etching apparatus, the lens matrix 59 shown in FIG. 5C is dry-etched and transferred to the lens transfer layer 58 to form a microlens 55 having a height of 0.7 μm shown in FIG. . The etching amount was 0.9 to 0.95 μm, and microprojections having a height of approximately 0.1 μm were formed on the surface of the inter-lens gap 57 of the infrared absorption layer 54. CF 4 was used as a dry etching gas.

以下に、図3を用いて、本発明の請求項3及び請求項4に関わる固体撮像素子を詳細に説明する。
図3に、光電変換素子32が形成された半導体基板30上に平坦化層36、カラーフィルタ33、マイクロレンズ35、及びマイクロレンズ35間のカラーフィルタ33上に微小突起33を形成した固体撮像素子を示した。対角方向のマイクロレンズ間のギャップ37は、約0.8μmである。カラーフィルタ及びカラーフィルタに用いた有機顔料は、実施例1と同様である。グリーン、ブルー、レッドの膜厚は、それぞれ0.95μm、0.9μm、0.9μmとして、膜厚差を0.1μm以内とした。また、ドライエッチング量は、0.95μmとした。
なお、実施例1に示した赤外吸収層は、実施例2ではこれを省き、微小突起33をカラーフィルタのレンズ間ギャップ37の露出面のみに形成したものである。
Hereinafter, the solid-state imaging device according to claims 3 and 4 of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
In FIG. 3, a solid-state imaging device in which a planarization layer 36, a color filter 33, a microlens 35, and a microprojection 33 are formed on the color filter 33 between the microlenses 35 on the semiconductor substrate 30 on which the photoelectric conversion element 32 is formed. showed that. The gap 37 between the diagonal microlenses is about 0.8 μm. The color filter and the organic pigment used for the color filter are the same as in Example 1. The film thicknesses of green, blue, and red were 0.95 μm, 0.9 μm, and 0.9 μm, respectively, and the film thickness difference was within 0.1 μm. The dry etching amount was 0.95 μm.
The infrared absorption layer shown in Example 1 is omitted in Example 2, and the minute protrusions 33 are formed only on the exposed surface of the inter-lens gap 37 of the color filter.

本発明による固体撮像素子の一実施例の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of one example of a solid-state image sensing device by the present invention. 本発明による固体撮像素子の一実施例の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of one example of a solid-state image sensing device by the present invention. 請求項3及び請求項4に関わる発明による固体撮像素子の一例の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of an example of the solid-state image sensor by the invention concerning Claim 3 and Claim 4. 本発明による固体撮像素子の一実施例の部分平面図である。It is a partial top view of one Example of the solid-state image sensor by this invention. (a)〜(d)は、本発明による固体撮像素子の製造方法の説明図である。(A)-(d) is explanatory drawing of the manufacturing method of the solid-state image sensor by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、30、50・・・半導体基板
11、31、51・・・カラーフィルタ
12、32、52・・・光電変換素子
13、33、53・・・微小突起
14、54・・・赤外吸収層
15、35、55・・・マイクロレンズ
16、36、56・・・平坦化層
17、17’、37、57・・・マイクロレンズ間ギャップ
58・・・レンズ転写層
59・・・レンズ母型
10, 30, 50 ... Semiconductor substrate 11, 31, 51 ... Color filters 12, 32, 52 ... Photoelectric conversion elements 13, 33, 53 ... Micro projections 14, 54 ... Infrared absorption Layers 15, 35, 55... Microlenses 16, 36, 56... Flattening layers 17, 17 ′, 37, 57. Type

Claims (4)

2次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞれに積層される略半球状のマイクロレンズを具備した固体撮像素子において、該マイクロレンズ間の露出面が、赤外吸収機能をもつ色材を含有する赤外吸収層であり、かつ、該露出面に0.2μmピッチ以下の微小突起が形成されていることを特徴とする固体撮像素子。   In a solid-state imaging device having a two-dimensionally arranged photoelectric conversion element and a substantially hemispherical microlens laminated on each of the photoelectric conversion elements, an exposed surface between the microlenses has an infrared absorption function. A solid-state imaging device, comprising: an infrared absorption layer containing a coloring material having a colorant, and fine protrusions having a pitch of 0.2 μm or less formed on the exposed surface. 前記赤外吸収層の色材が、有機顔料と無機顔料を混合した色材であることを 特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the color material of the infrared absorption layer is a color material obtained by mixing an organic pigment and an inorganic pigment. 2次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞれに積層される略半球状のマイクロレンズを具備した固体撮像素子において、該マイクロレンズ間の露出面が、色材を含有するカラーフィルタであり、かつ、該露出面に0.2μmピッチ以下の微小突起が形成されていることを特徴とする固体撮像素子。   In a solid-state imaging device including a two-dimensionally arranged photoelectric conversion element and a substantially hemispherical microlens stacked on each of the photoelectric conversion elements, an exposed surface between the microlenses contains a color material. A solid-state imaging device which is a color filter and has fine protrusions with a pitch of 0.2 μm or less formed on the exposed surface. 前記カラーフィルタの色材が、1種以上の有機顔料を混合した色材であり、かつ、色の異なるカラーフィルタの膜厚差が0.1μm以内であることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子。   The color material of the color filter is a color material in which one or more organic pigments are mixed, and the film thickness difference between the color filters of different colors is within 0.1 μm. Solid-state image sensor.
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