固体成像元件及其制造方法技术

提供一种混色得以抑制的高精细且灵敏度良好的固态成像元件。固态成像元件具备：具有光电转换元件(11)的半导体基板(10)、具有多个颜色的彩色滤光片的彩色滤光片层、分隔壁(17)以及透明树脂层(12)。第1色的彩色滤光片(14)的膜厚A、透明树脂层(12)的膜厚B、第1色以外的颜色的彩色滤光片(15、16)的膜厚C、透明树脂层(12)的可见光的透过率D、以及分隔壁(17)的尺寸E满足(1)至(5)。200[nm]≤A≤700[nm]…(1)；0[nm]<B≤200[nm]…(2)；A+B‑200[nm]≤C≤A+B+200[nm]…(3)；D≥90[％]...(4)；E≤200[nm]...(5)。

Solid imaging element and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体成像元件及其制造方法
本专利技术涉及固体成像元件及其制造方法。
技术介绍
近年来，数码相机等所搭载的CCD(电荷耦合元件)或CMOS(互补式金属氧化膜半导体)等固态成像元件正在高像素化、细微化，特别是微小型固态成像元件的像素尺寸成为小于1.4μm×1.4μm的等级。固态成像元件通过像素各自所配置的光电转换元件以及由指定的颜色图案构成的彩色滤光片层而谋求彩色化。另外，各光电转换元件有助于光电转换的区域(开口部)依赖于固态成像元件的尺寸及像素数。相对于固态成像元件的总面积，其开口部被限定在20％至50％左右。开口部小会直接导致光电转换元件的灵敏度降低，因此在固态成像元件中，为了弥补灵敏度的降低，一般会在光电转换元件上形成集光用的微透镜。此外，近年来，正在开发使用了背面照射技术的图像传感器，可使光电转换元件的开口部达到固态成像元件的总面积的50％以上。然而，在这种情况下，邻接的其他彩色滤光片的漏光可能会进入一个彩色滤光片中，因此必须形成适当尺寸或形状的微透镜。作为形成指定图案的彩色滤光片层的方法，通常，如专利文献1所记载的那样，可使用通过光刻工艺对各颜色的彩色滤光片形成图案的方法。另外，作为其他的形成图案的方法，在专利文献2中记载了以下方法：在固态成像元件上，通过干式蚀刻步骤进行图案化以形成第1色的彩色滤光片层，并且通过光刻步骤进行图案化以形成第2色以后的彩色滤光片层。此外，专利文献3中记载了通过干式蚀刻进行图案化以形成全部颜色的彩色滤光片的方法。近年来，对于超过800万像素的高精细CCD成像元件的要求变大，并且对于这些高精细CCD中所附带的彩色滤光片图案的像素尺寸小于1.4μm×1.4μm等级的成像元件的要求变大。然而，由于减少像素尺寸，会产生以下问题：采用光刻工艺形成图案而得的彩色滤光片层的解析度不足，对固态成像元件的特性造成不良影响。在单边为1.4μm以下或者单边为约1.1μm或约0.9μm的像素尺寸的固态成像元件中，解析度的不足表现为由图案形状不良所导致的颜色不均。另外，若像素尺寸变小，则彩色滤光片层的图案的纵横比变大(相对于彩色滤光片层的图案的宽度，厚度变大)。在采用光刻工艺对这样的彩色滤光片层形成图案时，无法完全地去除原本应被去除的部分(像素的除了有效部分以外的部分)，而会成为残渣对其他颜色的像素造成不良影响。此时，在为了去除残渣而进行延长显影时间等方法时，也会发生连已固化的必要像素都发生剥落的这种问题。另外，若想要获得足够的分光特性，则不得不增厚彩色滤光片的膜厚。然而，若彩色滤光片的膜厚变厚，则随着像素的细微化发展，形成了图案的各彩色滤光片的角落变圆等解析度倾向于降低。若想要增厚彩色滤光片的膜厚且获得分光特性，则必须提高彩色滤光片的材料中所含的颜料的浓度(着色剂的浓度)。然而，若提高颜料浓度，则光固化反应所需要的光无法到达至彩色滤光片层的底部，使得彩色滤光片层的固化可能会变得不充分。因此，存在有在光刻法中的显影步骤中彩色滤光片层剥离、发生像素缺陷这样的问题。此外，在为了使彩色滤光片的膜厚变薄且得到分光特性而提高彩色滤光片的材料中所含的颜料的浓度时，相对地会使光固化成分减少。因此，彩色滤光片层的光固化变得不充分，从而容易发生形状的劣化、在面内的形状不均匀、形状崩塌等。另外，为了充分地进行光固化而增加固化时的曝光量，由此会发生生产率降低的这种问题。由于彩色滤光片层的图案的高精细化，彩色滤光片层的膜厚不仅有制造步骤上的问题，也会影响作为固态成像元件的特性。当彩色滤光片层的膜厚较厚时，存在有以下情况：在从斜方向入射的光通过特定色的彩色滤光片而被分光后，入射至邻接的其他颜色的滤光片图案部及其下方的光电转换元件。在这种情况下，会发生所谓的产生混色的问题。这种混色的问题随着像素尺寸变小、规定图案尺寸的像素尺寸与彩色滤光片的膜厚的纵横比变大而变得明显。另外，对于入射光混色的这种问题，即使在通过在形成有光电转换元件的基板上形成透明树脂层等材料而使彩色滤光片图案与光电转换元件之间的距离变长的情况下也会显著地产生。因此，彩色滤光片层及其下部所形成的透明树脂层等的膜厚度变薄化成为重要的。为了防止由来自像素的斜方向的入射等所导致的混色，已知有在各色的彩色滤光片之间形成遮光的分隔壁的方法。在可用于液晶显示器等光学显示设备的彩色滤光片中，一般已知有通过利用黑色材料的黑矩阵结构(BM)所形成的分隔壁。但是，在固态成像元件的情况下，各彩色滤光片图案的尺寸为数μm以下。因此，在使用一般的黑矩阵形成方法来形成分隔壁的情况下，由于图案尺寸大，因而如同像素缺陷那样，一部分会被BM涂黑，使得解析度降低。在进行高精细化的固态成像元件的情况下，所要求的分隔壁的尺寸为数百nm的尺寸，更优选为尺寸200nm以下左右，像素尺寸的高精细化已发展到一个像素尺寸为1μm左右。因此，只要满足可抑制混色的遮光性能，则期望100nm以下的膜厚。在该尺寸的分隔壁形成中，难以利用使用BM的光刻法。因此，也考虑通过以下方式形成分隔壁的方法等：使用金属或SiO2等无机物，通过干式蚀刻、蒸镀、溅射等的成膜以形成分隔壁，或者通过使用蚀刻技术在格栅图案上进行切削而形成分隔壁。然而，在这样的方法中，由于制造装置及制造步骤的复杂化等，因而存在有制造成本变得非常高的问题。由以上所述可知，为了增加固态成像元件的像素数，彩色滤光片层的图案的高精细化是必要的，且彩色滤光片层的薄膜化、防止混色的方法变得重要。如上所述，以往的使彩色滤光片材料具有感光性并通过光刻法而形成的彩色滤光片层的图案形成，其随着像素尺寸的细微化发展，也要求彩色滤光片层的膜厚变薄。在这种情况下，由于彩色滤光片材料中的颜料成分的含有比例增加，因而存在有无法含有足够量的感光性成分、无法得到解析度、容易残留残渣、容易产生像素剥落这些问题，并且存在有使固态成像元件的特性降低的课题。因此，为了进行彩色滤光片层的图案的细微化及厚度变薄，提出了专利文献2和3的技术。在专利文献2和3中，为了能够提高彩色滤光片用材料中的颜料浓度，通过即使不含有感光性成分也能进行图案化的干式蚀刻，对多个颜色的彩色滤光片形成图案。通过这些使用干式蚀刻的技术，从而能够提高颜料浓度，能够制作即使厚度变薄也能够得到充分的分光特性的彩色滤光片图案。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利公开公报平成11年第68076号专利文献2：日本专利公报第4857569号专利文献3：日本专利公报第4905760号
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，本专利技术人发现，在专利文献2和3中没有公开各彩色滤光片的膜厚的关系，存在有无法在全部彩色滤光片中实现高灵敏度化的情况。另外还发现对于混色的措施也不够充分。本专利技术是基于上述情况而完成的，其目的在于提供混色得以抑制的高精细且灵敏度良好的固态成像元件。用于解决课题的手段根据本专利技术的一个方面的固态成像元件具备：二维地配置有多个光电转换元件的半导体基板；形成在半导体基板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态成像元件，具备：/n二维地配置有多个光电转换元件的半导体基板；/n形成在所述半导体基板上、且对应于所述各光电转换元件而以预先设定的规则图案二维地配置有多个颜色的彩色滤光片的彩色滤光片层；/n配置在所述多个颜色的彩色滤光片之间的分隔壁；以及/n配置在选自所述多个颜色的第1色的彩色滤光片与所述半导体基板之间的透明树脂层，/n在将所述第1色的彩色滤光片的膜厚设为A[nm]、将所述透明树脂层的膜厚设为B[nm]、将所述第1色以外的颜色的彩色滤光片的膜厚设为C[nm]、将所述透明树脂层的可见光的透过率设为D[％]、且将所述分隔壁的尺寸设为E[nm]的情况下，满足以下的式(1)至(5)：/n200[nm]≤A≤700[nm]···(1)/n0[nm]<B≤200[nm]···(2)/nA+B-200[nm]≤C≤A+B+200[nm]···(3)/nD≥90[％]···(4)/nE≤200[nm]···(5)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171101 JP 2017-2117781.一种固态成像元件，具备：
二维地配置有多个光电转换元件的半导体基板；
形成在所述半导体基板上、且对应于所述各光电转换元件而以预先设定的规则图案二维地配置有多个颜色的彩色滤光片的彩色滤光片层；
配置在所述多个颜色的彩色滤光片之间的分隔壁；以及
配置在选自所述多个颜色的第1色的彩色滤光片与所述半导体基板之间的透明树脂层，
在将所述第1色的彩色滤光片的膜厚设为A[nm]、将所述透明树脂层的膜厚设为B[nm]、将所述第1色以外的颜色的彩色滤光片的膜厚设为C[nm]、将所述透明树脂层的可见光的透过率设为D[％]、且将所述分隔壁的尺寸设为E[nm]的情况下，满足以下的式(1)至(5)：
200[nm]≤A≤700[nm]···(1)
0[nm]<B≤200[nm]···(2)
A+B-200[nm]≤C≤A+B+200[nm]···(3)
D≥90[％]···(4)
E≤200[nm]···(5)。


2.根据权利要求1所述的固体成像元件，其中，在将所述透明树脂层的折射率设为F的情况下，进一步满足下式(6)：
1.40<F<1.65...(6)。


3.根据权利要求1或2所述的固体成像元件，其中，所述透明树脂层含有以硅和氧作为主链的化合物。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的固态成像元件，其中，所述分隔壁含有选自锌、铜、镍、溴、氯、硅、氧中的至少一种。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的固态成像元件，其进一步满足下式(7)：
A-200[nm]≤C≤A+200[nm]...(7)。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的固态成像元件，其中，所述第1色的彩色滤光片含有热固化性树脂。


7.根据权利要求1至5中任一项所述的固态成像元件，其中，所述第1色的彩色滤光片含有光固化性树脂。


8.根据权利要求1至5中任一项所述的固态成像元件，其中，所述第1色的彩色滤光片含有热固化性树脂及光固化性树脂，所述热固化性树脂的含量大于所述光固化性树脂的含量。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的固态成像元件，其中，所述第1色的彩色滤光片含有作为着色剂的颜料，所述颜料的浓度为50质量％以上。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的固态成像元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：井本知宏，高桥聪，
申请(专利权)人：凸版印刷株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP