(57)【要約】【課題】アライメントが多少ずれてもカラーフィルタの境目に隙間が開かず、光電変換部での受光感度の低下や、混色を抑えて分光特性劣化を防止するかまたは大幅に抑制する。【解決手段】カラーフィルタ３ａ，３ｂの２色の重なり領域内で光透過率が階調調整された階調フォトマスクをマスクとして第２層目以降のカラーフィルタを形成するため、アライメントが多少ずれても、その重なり領域内のカラーフィルタ３ｂの膜厚で隙間が埋め込まれて多少の膜減りはあるものの、従来のようにカラーフィルタの境目に隙間が開くことがなく、また、カラーフィルタ３ｂの外周部の重なり領域内で重なり膜厚が薄くなったり、重なり領域自体が面積的に低減されたりする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素毎に離散的に複数色が所定の色配列で形成されたカラーフィルタにおいて、
単位画素同士のカラーフィルタの隣接部における２色の重なり領域の膜厚が該重なり領域の外周側で低減されるかまたは該重なり領域が外周側で低減されるように、単位画素パターン外周の該重なり領域内で光透過率が階調調整された階調フォトマスクをマスクとして第２層目以降のカラーフィルタが形成されているカラーフィルタ。
【請求項２】
前記カラーフィルタの隣接部の２色の重なり領域の膜厚は、前記単位画素パターン外周側に向けて、連続的または段階的に厚くなるかまたは薄くなっている請求項１に記載のカラーフィルタ。
【請求項３】
前記カラーフィルタの隣接部の２色の重なり領域がなくなっており、単位画素パターンの境界部内側で表面が膨れている請求項１に記載のカラーフィルタ。
【請求項４】
平坦化膜上に、透過率が最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて、第１層目のカラーフィルタを画素毎に離散的に所定の色配列で形成する第１層目カラーフィルタ形成工程と、
該第１層目のカラーフィルタが形成された平坦化膜上に、隣接カラーフィルタに重なる領域に対して該最大と該最小の間の透過率を持つ第２層目用の階調フォトマスクを用いて、第２層目のカラーフィルタを画素毎に離散的に所定の色配列で形成する第２層目カラーフィルタ形成工程と、
該第１層目のカラーフィルタおよび該第２層目のカラーフィルタが形成された平坦化膜上に、隣接カラーフィルタに重なる領域に対して該最大と該最小の間の透過率を持つ第３層目用の階調フォトマスクを用いて、第３層目のカラーフィルタを画素毎に離散的に所定の色配列で形成する第３層目カラーフィルタ形成工程とを有するカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
前記第１層目のカラーフィルタ、前記第２層目のカラーフィルタおよび前記第３層目のカラーフィルタが形成された平坦化膜上に、隣接カラーフィルタに重なる領域に対して前記最大と前記最小の間の透過率を持つ第４層目用の階調フォトマスクを用いて、第４層目のカラーフィルタを画素毎に離散的に所定の色配列で形成する第４層目カラーフィルタ形成工程を更に有する請求項４に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項６】
前記第２層目カラーフィルタ形成工程は、
前記第１層目のカラーフィルタが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板全面に、第２層目のカラーフィルタレジスト膜を成膜する第２層目カラーフィルタレジスト膜成膜工程と、
前記第２層目のカラーフィルタの色配列位置を残すように、前記第２層目用の階調フォトマスクを用いて、該第２層目のカラーフィルタレジスト膜を、画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターンになるように選択的に露光する第２層目のカラーフィルタレジスト膜露光工程と、
露光した第２層目のカラーフィルタレジスト膜を現像する第２層目カラーフィルタ現像工程とを有し、
前記第３層目カラーフィルタ形成工程は、
該第１層目のカラーフィルタおよび該第２層目のカラーフィルタが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板全面に、第３層目のカラーフィルタレジスト膜を成膜する第３層目カラーフィルタレジスト膜成膜工程と、
前記第３層目のカラーフィルタの色配列位置を残すように、前記第３層目用の階調フォトマスクを用いて、該第３層目のカラーフィルタレジスト膜を、画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターンになるように選択的に露光する第３層目のカラーフィルタレジスト膜露光工程と、
露光した第３層目のカラーフィルタレジスト膜を現像する第３層目カラーフィルタ現像工程とを有する請求項４に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項７】
前記第２層目カラーフィルタ形成工程は、
前記第１層目のカラーフィルタが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板全面に、第２層目のカラーフィルタレジスト膜を成膜する第２層目カラーフィルタレジスト膜成膜工程と、
前記第２層目のカラーフィルタの色配列位置を残すように、前記第２層目用の階調フォトマスクを用いて、該第２層目のカラーフィルタレジスト膜を、画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターンになるように選択的に露光する第２層目のカラーフィルタレジスト膜露光工程と、
露光した第２層目のカラーフィルタレジスト膜を現像する第２層目カラーフィルタ現像工程とを有し、
前記第３層目カラーフィルタ形成工程は、
該第１層目のカラーフィルタおよび該第２層目のカラーフィルタが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板全面に、第３層目のカラーフィルタレジスト膜を成膜する第３層目カラーフィルタレジスト膜成膜工程と、
前記第３層目のカラーフィルタの色配列位置を残すように、前記第３層目用の階調フォトマスクを用いて、該第３層目のカラーフィルタレジスト膜を、画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターンになるように選択的に露光する第３層目のカラーフィルタレジスト膜露光工程と、
露光した第３層目のカラーフィルタレジスト膜を現像する第３層目カラーフィルタ現像工程とを有し、
前記第４層目カラーフィルタ形成工程は、
該第１層目のカラーフィルタ、該第２層目のカラーフィルタおよび該第３層目のカラーフィルタがそれぞれ画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板全面に、第４層目のカラーフィルタレジスト膜を成膜する第４層目カラーフィルタレジスト膜成膜工程と、
前記第４層目のカラーフィルタの色配列位置を残すように、前記第４層目用の階調フォトマスクを用いて、該第４層目のカラーフィルタレジスト膜を、画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターンになるように選択的に露光する第４層目のカラーフィルタレジスト膜露光工程と、
露光した第４層目のカラーフィルタレジスト膜を現像する第４層目カラーフィルタ現像工程とを有する請求項５に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項８】
前記所定の色配列は、レッドＲ、グリーンＧ、ブルーＢの３色のベイヤー配列である請求項４または６に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項９】
前記所定の色配列は、グリーンＧ、イエローＹｅ、シアンＣｙ、マゼンダＭｇの４色配列である請求項５または７に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１０】
前記階調フォトマスクは、前記第１層目のカラーフィルタ上に重なるカラーフィルタの重なり量が抑制されるように、その重なり領域に対応するマスク領域の光透過率が連続的または段階的に順次調整されている請求項４または５に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１１】
前記階調フォトマスクの透過率の調整は、前記カラーフィルタがポジ型の場合、フィルタ隣接部の２色の重なり領域で、前記第１層目のカラーフィルタの上に重なるフィルタ領域の外周側ほど光の透過率を連続的または段階的に順次高くしている請求項４〜７のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１２】
前記階調フォトマスクの透過率の調整は、前記カラーフィルタがネガ型の場合、フィルタ隣接部の２色の重なり領域で、前記第１層目のカラーフィルタの上に重なるフィルタ領域の外周側ほど光の透過率を連続的または段階的に順次低く抑えている請求項４〜７のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１３】
前記カラーフィルタレジスト膜は、スピンコート法を用いた成膜後、摂氏７０度〜摂氏１１０度で２〜３分のベーク処理を行う請求項６または７に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１４】
前記露光は、露光量を３００〜１８００ｍＪ／ｃｍとする請求項６または７に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１５】
前記現像は、ＴＭＡＨ（テトラメチルハイドロオキサイド）の水溶液で前記カラーフィルタレジスト膜をシャワー現像またはパドル現像により行う請求項６または７に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項１６】
入射光を光電変換して撮像する複数の受光部上の透明絶縁膜上に、該複数の受光部のそれぞれに集光させるための各層内レンズをそれぞれ形成する層内レンズ形成工程と、
該層内レンズ上の平坦化膜上に、請求項４〜１５のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法によりカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程と、
該カラーフィルタ上の平坦化膜上に、該複数の受光部のそれぞれに集光するためのマイクロレンズをそれぞれ形成するマイクロレンズ形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
入射光を光電変換して撮像する複数の受光部上の平坦化膜上に、請求項４〜１５のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法によりカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程と、
該カラーフィルタ上の平坦化膜上に、該複数の受光部のそれぞれに集光するためのマイクロレンズをそれぞれ形成するマイクロレンズ形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の固体撮像素子の製造方法により製造された固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画素毎に離散的に所定の色配列で配列されたカラーフィルタおよびその製造方法、このカラーフィルタを通して被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部（例えば光電変換素子としてのフォトダイオード）を有する固体撮像素子の製造方法、この固体撮像素子の製造方法により作製された固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の固体撮像素子は、半導体基板に形成された複数の受光部（例えば光電変換素子としてのフォトダイオード）と、その上に受光部毎に形成されたカラーフィルタさらにその上の集光用のマイクロレンズを有している。この場合の従来のカラーフィルタの形成方法について図７（ａ）〜図７（ｄ）を用いて詳細に説明する。
【０００３】
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、従来の固体撮像素子におけるカラーフィルタの形成方法を説明するための各工程の要部縦断面図である。
【０００４】
まず、図７（ａ）に示すように、層内レンズ２０１および受光部２０７の各中心が一致しており、その上の平坦化膜２０６上に形成された層内レンズ２０１上の平坦化膜２０２上に、第１層目のカラーフィルタ２０３ａをその中心が受光部２０７の中心に一致するように形成する。
【０００５】
即ち、第１層目のカラーフィルタレジスト材料（ネガ型）の塗布、フォトマスクを介して紫外線により選択的に露光、さらに、露光した第１層目のカラーフィルタレジスト膜を現像することにより、第１層目のカラーフィルタ２０３ａを、画素毎に離散的に所定の色配列で所定形状に形成する。
【０００６】
次に、図７（ｂ）に示すように、第１層目のカラーフィルタ２０３ａが、画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板部の全面に、第２層目または第３層目のカラーフィルタレジスト材料（ネガ型）を塗布して所定厚さのカラーフィルタレジスト膜２０３を成膜する。
【０００７】
続いて、図７（ｃ）に示すように、ネガ型の第２層目または第３層目のカラーフィルタレジスト膜２０３に対して、フォトマスク２０８を介して紫外線２０９により所定パターン形状になるように選択的に露光する。このとき、画素毎の各カラーフィルタ２０３ａ，２０３ｂの隣接部に隙間が生じないようにアライメントずれなどの仕上りマージンを考慮して、画素毎の各カラーフィルタ２０３ａ，２０３ｂの隣接部に２色の重なり部を設ける所定パターン形状としている。
【０００８】
その後、図７（ｄ）に示すように、露光した第２層目または第３層目のカラーフィルタレジスト膜２０３を現像して、第２層目または第３層目のカラーフィルタ２０３ｂを、画素毎に離散的に所定の色配列で所定形状に形成する。
【０００９】
さらに、近年の固体撮像素子において、受光セルとしての受光部の更なる微細化により、受光部における斜め光の受光感度低下対策や隣接画素による混色対策として、マイクロレンズからカラーフィルタさらにその下方の光電変換素子であるフォトダイオード（受光部）までの距離をできるだけ短くすることが必須であり、その受光感度低下対策や混色対策を実現する手段として、シアンとイエローを重ね合わせて形成するためにカラーフィルタ層の中で最も厚膜となる可能性の高い補色グリーンフィルタの薄膜化が特許文献１に提案されている。
【００１０】
図８（ａ）〜図８（ｆ）は、特許文献１に開示されている従来のカラーフィルタの製造方法のグリーンフィルタ形成工程までを模式的に示す要部縦断面図であり、図９（ａ）〜図９（ｃ）は、図８のグリーンフィルタ形成工程以降のグリーンフィルタ以外の全色フィルタ形成工程までを模式的に示す要部縦断面図である。
【００１１】
まず、図８（ａ）に示すように、基体（例えば後述の固体撮像素子に適用した場合には、カラーフィルタ下の透明平坦化膜）１０１上に１色目のカラーフィルタ被膜としてグリーンカラーレジスト膜１０２を成膜する。その成膜条件は、スピンコート法を用い、ホットプレートにて摂氏７０度、時間１２０ｓｅｃのベーク処理を行った。膜厚はベーク処置後に１．３３μｍに設定する。
【００１２】
次に、図８（ｂ）に示すように、そのグリーンカラーレジスト膜１０２上にポジ型のフォトレジスト膜１０３を成膜する。このポジ型のフォトレジスト膜１０３は、スピン塗布により、摂氏１００度、時間１２０ｓｅｃのプリベーク処理をした後の膜厚が１．８μｍとなるように設定する。
【００１３】
続いて、図８（ｃ）に示すように、フォトマスク１０４を介してポジ型のフォトレジスト膜１０３を選択的に露光する。この露光は、フォトマスク１０４を用いて、例えば公知の縮小投影露光装置により、ｉ線照射により行った。その露光量は、例えば４００ｍＪ／ｃｍとした。
【００１４】
その後、図８（ｄ）に示すように、現像処理して前述のグリーンフィルタ成分１０２Ｇを形成すべき部分以外の露光部を溶解除去し、次いで、ベーク処理する。これにより、グリーンカラーレジスト膜１０２上の所定位置、即ち、前述のグリーンフィルタ成分１０２Ｇを形成すべき部分上にフォトレジストマスク１０３Ｇが形成される。現像は、ＴＭＡＨ（テトラメチルハイドロオキサイド）２．３８パーセント水溶液で６０ｓｅｃのパドル現像で行い、水洗を時間６０ｓｅｃ、スピンドライ処理した後、ホットプレートにて摂氏１７０度、時間１２０ｓｅｃのベーク処理を行う。
【００１５】
さらに、図８（ｅ）に示すように、フォトレジストマスク１０３Ｇを介してグリーンカラーレジスト膜１０２を選択的にエッチング処理してグリーンフィルタ成分１０２Ｇを形成する。このときのエッチング条件は、枚葉式マイクロ波プラズマエッチャーにより、以下の条件により行う。
【００１６】
エッチングパワー が５００Ｗ、酸素ガス流量が２００ＳＣＣＭ、ステージ温度が摂氏１２０度、エッチング圧力が１３５Ｐａ、エッチング時間が９５ｓｅｃ（グリーンフィルタ成分１０２Ｇのエッチングレート換算で２０パーセントのオーバーエッチングに相当する）である。  本条件下でのフォトレジストマスク１０３Ｇの残膜は、０．２２μｍである。
【００１７】
さらに、図８（ｆ）に示すように、グリーンフィルタ成分１０２Ｇ上のフォトレジストマスク１０３Ｇを溶剤処理により溶解除去する。溶剤処理としては、スピンユニットを用い、メチル−３−メトキシプロピオネートにより溶解除去する。このエッチング法で得られたグリーンフィルタ成分１０２Ｇの膜厚Ｔ４は、１．３３μｍであり、前述の従来法（フォトレジスト法）で得られた膜厚Ｔ３と比較して、０．５７μｍの薄膜化となっている。つまり、カラーレジスト中の感光剤を除去することで、３０パーセントの薄膜化が達成されている。
【００１８】
このような感光材は、フォトレジスト法でカラーフィルタ成分を形成するが故に、紫外線などの露光光に感光性を付与する目的でレジスト中に含まれている。フォトレジスト法によりカラーフィルタ成分を形成するために必要な感光材を除去して、１色目のカラーフィルタ成分、例えば補色カラーフィルタに適用した場合には、そのグリーンフィルタ成分１０２Ｇを形成することによって、フィルタ膜厚は感光材が除去された分だけ３０パーセント薄膜化が可能になる。その代わり、フォトレジスト法によりグリーンフィルタ成分１０２Ｇを形成するのではなく、フォトレジスト法によるフォトレジスト膜形成後のフォトレジスト膜をマスクとしたエッチング処理により、グリーンフィルタ成分１０２Ｇを形成する必要がある。
【００１９】
次に、グリーンフィルタ成分１０２Ｇ以外のカラーフィルタ成分、ここででは、イエロー、シアン、マゼンタの各フィルタ成分は順次フォトレジスト法にて形成する。なお、イエロー、シアン、マゼンタの各フィルタ成分の工程順は問わない。
【００２０】
即ち、図９（ａ）に示すように、グリーンフィルタ成分１０２Ｇが形成された基体１０１上の全面に２色目の例えばイエローのカラーフィルタ被膜、ここでは、イエローカラーレジスト膜（ポジ型のカラーレジスト）１０５を成膜する。その後、フォトマスク１０６を介してイエローカラーレジスト膜１０５を選択的に露光する。
【００２１】
続いて、図９（ｂ）に示すように、現像処理により露光部を溶解除去した後に、ベーク処理およびブリーチング処理を行って、さらに、ベークにより硬化処理を行って、グリーンフィルタ成分１０２Ｇの位置以外の所定位置にイエローフィルタ成分１０５Ｙｅを形成する。
【００２２】
これと同様に、図９（ａ）に示すように、３色目の例えばシアンカラーレジスト膜１０７を成膜し、フォトマスク１０８を介して選択露光し、図９（ｃ）に示すように、現像処理してシアンフィルタ成分１０７Ｃｙを形成する。
【００２３】
また同様に、図９（ａ）に示すように、４色目の例えばマゼンタカラーレジスト膜１０９を成膜し、フォトマスク１１０を介して選択露光し、図９（ｃ）に示すように、現像処理してマゼンタフィルタ成分１０９Ｍｇを形成する。
【００２４】
このようにして、グリーンフィルタ成分１０２Ｇ、イエローフィルタ成分１０５Ｙｅ、シアンフィルタ成分１０７Ｃｙおよびマゼンタフィルタ成分１０９Ｍｇから成る補色カラーフィルタ１００を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２００１−２４９２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
上記特許文献１に示されている従来の固体撮像素子では、更なるカメラレンズと固体撮像素子間の短射出瞳距離化と画素サイズの縮小に伴い、カラーフィルタの薄膜化だけでは、受光部における受光感度の低下や混色を更に抑えることが困難である。
【００２７】
また、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示す従来のカラーフィルタの形成方法において、画素毎の各カラーフィルタ２０３ａ，２０３ｂにアライメントずれが発生すると、図１０に示すように、各カラーフィルタ２０３ａ，２０３ｂの境界部に隙間ｄが発生して不良になってしまうという問題がある。
【００２８】
したがって、図１１のように層内レンズ２０１がある場合や、図１２のように層内レンズがなく平坦化膜２０２だけの場合においても、画素毎の各カラーフィルタ２０３ａ，２０３ｂの隣接部に隙間が生じないようにアライメントずれなどの仕上りマージンを考慮して、画素毎の各カラーフィルタ２０３ａ，２０３ｂの隣接部に、破線丸印Ａのように２色の重なり部を設けている。集光用のマイクロレンズ２０４に入射した光は、集光路Ｂに示すように、マイクロレンズ２０４下の平坦化膜２０５から、各カラーフィルタ２０３ａまたは２０３ｂ、さらにこのカラーフィルタ２０３ａまたは２０３ｂ下の平坦化膜２０２、２０６を通って受光部２０７で受光されるが、このときに、各カラーフィルタ２０３ａおよび２０３ｂの２色の重なり部に光が通過することによって受光部２０７で２色が混色し、光電変換部２０７での受光感度の低下や分光特性劣化の問題が発生する。
【００２９】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、アライメントが多少ずれてもカラーフィルタの境目に隙間が開かず、受光部での受光感度の低下や、混色を抑えて分光特性劣化を防止することができるかまたは大幅に抑制することができるカラーフィルタおよびその製造方法、このカラーフィルタが用いられた固体撮像素子の製造方法、この固体撮像素子の製造方法により製造された固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明のカラーフィルタは、画素毎に離散的に複数色が所定の色配列で形成されたカラーフィルタにおいて、単位画素同士のカラーフィルタの隣接部における２色の重なり領域の膜厚が該重なり領域の外周側で低減されるかまたは該重なり領域が外周側で低減されるように、単位画素パターン外周の該重なり領域内で光透過率が階調調整された階調フォトマスクをマスクとして第２層目以降のカラーフィルタが形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３１】
また、好ましくは、本発明のカラーフィルタにおけるカラーフィルタの隣接部における２色の重なり領域の膜厚は、前記単位画素パターン外周側に向けて、連続的または段階的に厚くなるかまたは薄くなっている。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタにおけるカラーフィルタの隣接部の２色の重なり領域がなくなっており、単位画素パターンの境界部内側で表面が膨れている。
【００３３】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、平坦化膜上に、透過率が最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて、第１層目のカラーフィルタを画素毎に離散的に所定の色配列で形成する第１層目カラーフィルタ形成工程と、該第１層目のカラーフィルタが形成された平坦化膜上に、隣接カラーフィルタに重なる領域に対して該最大と該最小の間の透過率を持つ第２層目用の階調フォトマスクを用いて、第２層目のカラーフィルタを画素毎に離散的に所定の色配列で形成する第２層目カラーフィルタ形成工程と、該第１層目のカラーフィルタおよび該第２層目のカラーフィルタが形成された平坦化膜上に、隣接カラーフィルタに重なる領域に対して該最大と該最小の間の透過率を持つ第３層目用の階調フォトマスクを用いて、第３層目のカラーフィルタを画素毎に離散的に所定の色配列で形成する第３層目カラーフィルタ形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３４】
また、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法における第１層目のカラーフィルタ、前記第２層目のカラーフィルタおよび前記第３層目のカラーフィルタが形成された平坦化膜上に、隣接カラーフィルタに重なる領域に対して前記最大と前記最小の間の透過率を持つ第４層目用の階調フォトマスクを用いて、第４層目のカラーフィルタを画素毎に離散的に所定の色配列で形成する第４層目カラーフィルタ形成工程を更に有する。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法における第２層目カラーフィルタ形成工程は、前記第１層目のカラーフィルタが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板全面に、第２層目のカラーフィルタレジスト膜を成膜する第２層目カラーフィルタレジスト膜成膜工程と、前記第２層目のカラーフィルタの色配列位置を残すように、前記第２層目用の階調フォトマスクを用いて、該第２層目のカラーフィルタレジスト膜を、画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターンになるように選択的に露光する第２層目のカラーフィルタレジスト膜露光工程と、露光した第２層目のカラーフィルタレジスト膜を現像する第２層目カラーフィルタ現像工程とを有し、前記第３層目カラーフィルタ形成工程は、該第１層目のカラーフィルタおよび該第２層目のカラーフィルタが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板全面に、第３層目のカラーフィルタレジスト膜を成膜する第３層目カラーフィルタレジスト膜成膜工程と、前記第３層目のカラーフィルタの色配列位置を残すように、前記第３層目用の階調フォトマスクを用いて、該第３層目のカラーフィルタレジスト膜を、画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターンになるように選択的に露光する第３層目のカラーフィルタレジスト膜露光工程と、露光した第３層目のカラーフィルタレジスト膜を現像する第３層目カラーフィルタ現像工程とを有する。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法における第２層目カラーフィルタ形成工程は、前記第１層目のカラーフィルタが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板全面に、第２層目のカラーフィルタレジスト膜を成膜する第２層目カラーフィルタレジスト膜成膜工程と、前記第２層目のカラーフィルタの色配列位置を残すように、前記第２層目用の階調フォトマスクを用いて、該第２層目のカラーフィルタレジスト膜を、画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターンになるように選択的に露光する第２層目のカラーフィルタレジスト膜露光工程と、露光した第２層目のカラーフィルタレジスト膜を現像する第２層目カラーフィルタ現像工程とを有し、前記第３層目カラーフィルタ形成工程は、該第１層目のカラーフィルタおよび該第２層目のカラーフィルタが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板全面に、第３層目のカラーフィルタレジスト膜を成膜する第３層目カラーフィルタレジスト膜成膜工程と、前記第３層目のカラーフィルタの色配列位置を残すように、前記第３層目用の階調フォトマスクを用いて、該第３層目のカラーフィルタレジスト膜を、画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターンになるように選択的に露光する第３層目のカラーフィルタレジスト膜露光工程と、露光した第３層目のカラーフィルタレジスト膜を現像する第３層目カラーフィルタ現像工程とを有し、前記第４層目カラーフィルタ形成工程は、該第１層目のカラーフィルタ、該第２層目のカラーフィルタおよび該第３層目のカラーフィルタがそれぞれ画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板全面に、第４層目のカラーフィルタレジスト膜を成膜する第４層目カラーフィルタレジスト膜成膜工程と、前記第４層目のカラーフィルタの色配列位置を残すように、前記第４層目用の階調フォトマスクを用いて、該第４層目のカラーフィルタレジスト膜を、画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターンになるように選択的に露光する第４層目のカラーフィルタレジスト膜露光工程と、露光した第４層目のカラーフィルタレジスト膜を現像する第４層目カラーフィルタ現像工程とを有する。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法における所定の色配列は、レッドＲ、グリーンＧ、ブルーＢの３色のベイヤー配列である。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法における所定の色配列は、グリーンＧ、イエローＹｅ、シアンＣｙ、マゼンダＭｇの４色配列である。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法における階調フォトマスクは、前記第１層目のカラーフィルタ上に重なるカラーフィルタの重なり量が抑制されるように、その重なり領域に対応するマスク領域の光透過率が連続的または段階的に順次調整されている。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法における階調フォトマスクの透過率の調整は、前記カラーフィルタがポジ型（露光部が現像溶解）の場合、フィルタ隣接部の２色の重なり領域で、前記第１層目のカラーフィルタの上に重なるフィルタ領域の外周側ほど光の透過率を連続的または段階的に順次高くしている。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法における階調フォトマスクの透過率の調整は、前記カラーフィルタがネガ型（未露光部が現像溶解）の場合、フィルタ隣接部の２色の重なり領域で、前記第１層目のカラーフィルタの上に重なるフィルタ領域の外周側ほど光の透過率を連続的または段階的に順次低く抑えている。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法におけるカラーフィルタレジスト膜は、スピンコート法を用いた成膜後、摂氏７０度〜摂氏１１０度で２〜３分のベーク処理を行う。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法における露光は、露光量を３００〜１８００ｍＪ／ｃｍとする。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法における現像は、ＴＭＡＨ（テトラメチルハイドロオキサイド）の水溶液で前記カラーフィルタレジスト膜をシャワー現像またはパドル現像により行う。
【００４５】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部上の透明絶縁膜上に、該複数の受光部のそれぞれに集光させるための各層内レンズをそれぞれ形成する層内レンズ形成工程と、該層内レンズ上の平坦化膜上に、本発明の上記カラーフィルタの製造方法によりカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程と、該カラーフィルタ上の平坦化膜上に、該複数の受光部のそれぞれに集光するためのマイクロレンズをそれぞれ形成するマイクロレンズ形成工程とを有するであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４６】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部上の平坦化膜上に、本発明の上記カラーフィルタの製造方法によりカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程と、該カラーフィルタ上の平坦化膜上に、該複数の受光部のそれぞれに集光するためのマイクロレンズをそれぞれ形成するマイクロレンズ形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４７】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子の製造方法により製造された固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４８】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００４９】
本発明においては、単位画素同士のカラーフィルタの隣接部の２色の重なり領域の膜厚が重なり領域の外周側で低減されるかまたは重なり領域が外周側で低減されるように、単位画素パターン外周の重なり領域内で光透過率が階調調整された階調フォトマスクをマスクとして第２層目以降のカラーフィルタが形成されている。
【００５０】
これによって、カラーフィルタの２色の重なり領域内で光透過率が階調調整された階調フォトマスクをマスクとして第２層目以降のカラーフィルタを形成するので、アライメントが多少ずれても、重なり領域内のカラーフィルタの膜厚で隙間が埋め込まれて多少の膜減りはあるものの、従来のようにカラーフィルタの境目に隙間が開かず、また、カラーフィルタ外周部の重なり領域内で重なり膜厚が薄くなったり重なり領域自体が面積的に低減されたりするので、受光部での受光感度の低下や、混色を抑えて分光特性劣化を防止するかまたは大幅に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００５１】
以上により、本発明によれば、カラーフィルタの２色の重なり領域内で光透過率が階調調整された階調フォトマスクをマスクとして第２層目以降のカラーフィルタを形成するため、アライメントが多少ずれても、その重なり領域内のカラーフィルタの膜厚で隙間が埋め込まれて多少の膜減りはあるものの、従来のようにカラーフィルタの境目に隙間が開くことがなく、また、カラーフィルタ外周部の重なり領域内で重なり膜厚が薄くなったり、重なり領域自体が面積的に低減されたりするため、受光部での受光感度の低下や、混色を抑えて分光特性劣化を防止するかまたは大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態１における固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１の固体撮像素子において、階調マスクを用いたカラーフィルタの形成方法を説明するためのレジスト塗布、露光および現像工程を模式的にそれぞれ示す要部縦断面図である。
【図３】（ａ）は、ベイヤー配列時の各画素の一部平面図であり、（ｂ）は、重なり領域Ｄ１、順次重なり領域Ｄ２および膨れ領域Ｄ３を示す（ａ）のＥＥ’線断面図であり、（ｃ）は、アライメントずれによる最大隙間を示す（ａ）のＥＥ’線断面図である。
【図４】本発明の実施形態２における固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図４の固体撮像素子において、階調マスクを用いたカラーフィルタの形成方法を説明するためのレジスト塗布、露光および現像工程を模式的にそれぞれ示す要部縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１または２の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、従来の固体撮像素子におけるカラーフィルタの形成方法を説明するための各工程の要部縦断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、特許文献１に開示されている従来のカラーフィルタの製造方法のグリーンフィルタ形成工程までを模式的に示す要部縦断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、図８のグリーンフィルタ形成工程以降のグリーンフィルタ以外の全色フィルタ形成工程までを模式的に示す要部縦断面図である。
【図１０】図７の固体撮像素子における隣接カラーフィルタの境界部にアライメントずれにより隙間が発生した場合を模式的に示す要部縦断面図である。
【図１１】層内レンズがある場合の図７の固体撮像素子における要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】層内レンズがない場合の従来の固体撮像素子における要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下に、本発明のカラーフィルタおよびその製造方法を用いた固体撮像素子およびその製造方法の実施形態１、２および、これらの固体撮像素子の製造方法により製造された固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態３について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【００５５】
図１において、本実施形態１の固体撮像素子１０は、半導体基板１１上に、画素毎に並列して設けられた光電変換領域である受光部７および電荷転送領域１２と、この電荷転送領域１２上に図示しないゲート絶縁膜を介して設けられた電荷転送電極１３と、この電荷転送電極１３上に設けられ、受光部７上を開口した遮光膜１４と、これらのゲート絶縁膜および遮光膜１４上に設けられた層間絶縁膜である平坦化膜６と、この平坦化膜６上に、各受光部７に対応するように設けられた層内レンズ１と、この層内レンズ１上に設けられた平坦化膜２上に、各受光部７に対応するように設けられた画素毎のカラーフィルタ３ａ，３ｂと、このカラーフィルタ３ａ，３ｂ上に設けられた平坦化膜５上に、各受光部７に対応するように設けられた画素毎のマイクロレンズ４との積層構造を有し、画素毎のカラーフィルタ３ａまたは３ｂの上下にある層内レンズ１およびマイクロレンズ４により入射光を集光して受光部７に入射させるものである。
【００５６】
この固体撮像素子１０は、単位画素セルとしての受光部（光電変換素子としてのダイオード）をマトリクス状に複数備えており、複数の受光部７上に、カラーフィルタ３ａ，３ｂおよび、その上下位置にそれぞれ層内レンズ１とマイクロレンズ４をそれぞれ備えられている。
【００５７】
カラーフィルタ３ａ，３ｂは、画素毎の各受光部７にそれぞれ対向したカラーフィルタ領域をそれぞれ有しており、第１層目のカラーフィルタ３ａとこれに隣接する第２層目または第３層目のカラーフィルタ３ｂとの境界部において、従来は、第１層目のカラーフィルタ３ａの外周端縁上に第２層目または第３層目のカラーフィルタ３ｂの外周端部が乗り上げて２重に重なっていたが、この重なり領域に対応する領域に光透過率が順次調整された階調フォトマスクを用いることにより、その重なり領域が隣接フィルタで２重に重ならず、重なるカラーフィルタ３ｂ側の境界部で多少膨れる程度である。即ち、ここで用いる階調フォトマスクは、第１層目のカラーフィルタ３ａ上に２色に重なる第２層目または第３層目のカラーフィルタ３ｂの重なりが抑制されるように、そのフィルタ重なり領域に対応する単位画素毎のマスク外周領域の光透過率が連続的または段階的に順次調整されている。
【００５８】
これによって、混色を防止するかまたは大幅に抑制することができる。即ち、第２層目または第３層目のカラーフィルタ３ｂを所定形状に形成するための階調フォトマスクを用いて、その透過率を単位画素パターンのレイアウト内（隣接画素と２色が重なる外周部）で任意に調整する（内側に向けて順次透過率を最大にする）ことによって、撮像領域内のカラーフィルタの隣接部の２色の重なりを防止するかまたは大幅に低減することができる。この階調フォトマスクの透過率の調整は、カラーフィルタ３ｂがポジ型（露光部が現像溶解）の場合、フィルタ隣接部の２色の重なり領域部分（フィルタ領域の外周側ほど）で光の透過率を連続的かまたは段階的に順次高くしている。カラーフィルタ３ｂがネガ型（未露光部が現像溶解）の場合には、フィルタ隣接部の２色の重なり領域部分（フィルタ領域の外周側ほど）で光の透過率を連続的かまたは段階的に順次低く抑えている。
【００５９】
一方、マイクロレンズ４は、複数の受光部２上のＢＰＳＧ膜などの平坦化膜６上に層内レンズ１およびカラーフィルタ３ａまたは３ｂを介して、受光部７に対向するように設けられており、層内レンズ１と共に入射光を画素毎の受光部７上に集光させるためのものである。
【００６０】
以下に、本実施形態１の固体撮像素子１０におけるカラーフィルタの形成方法について図２（ａ）〜図２（ｄ）を用いて詳細に説明する。
【００６１】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、図１の固体撮像素子１０において、階調フォトマスクを用いたカラーフィルタの形成方法を説明するためのレジスト塗布、露光および現像工程をそれぞれ模式的に示す要部縦断面図である。
【００６２】
まず、図２（ａ）に示すように、層内レンズ１および受光部７の各中心が一致して形成されており、ＢＰＳＧ膜などの層間絶縁膜である平坦化膜６上に形成された層内レンズ１上の平坦化膜２上に、第１層目のカラーフィルタ３ａを受光部７の位置に一致するように形成する。
【００６３】
即ち、第１層目のカラーフィルタレジスト材料（ネガ型）の塗布、通常のフォトマスクを介して紫外線により選択的に露光、さらに、露光した第１層目のカラーフィルタレジスト膜を現像することにより、第１層目のカラーフィルタ３ａを画素毎に離散的に所定の色配列で所定形状に形成する。例えばベイヤー色配列であれば、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちの第１層目のカラーフィルタ３ａを画素毎に分散配置することができる。
【００６４】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１層目のカラーフィルタ３ａが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板部の全面に、例えばベイヤー色配列のＲ、Ｇ、Ｂのうちの残る第２層目のカラーフィルタレジスト材料（ネガ型）を塗布して所定厚さのカラーフィルタレジスト膜３を成膜する。
【００６５】
続いて、図２（ｃ）に示すように、例えばベイヤー色配列であれば、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちの残るポジ型の第２層目のカラーフィルタレジスト膜３に対して、第２層目用の階調フォトマスク８を介して紫外線９により画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターン形状になるように選択的に露光する。この階調フォトマスク８のＣ部は、フィルタ外周領域Ｄに対応するマスクの光透過率をフィルタ単位パターン内側に向けて順次連続的に大きくして透過するようにグラディエーションを持たせている。
【００６６】
その後、図２（ｄ）に示すように、露光した第２層目のカラーフィルタレジスト膜３を現像して、第２層目のカラーフィルタ３ｂを画素毎に離散的に所定の色配列で所定形状に形成する。
【００６７】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１層目のカラーフィルタ３ａおよび第２層目のカラーフィルタ３ｂが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板部の全面に、例えばベイヤー色配列のＲ、Ｇ、Ｂのうちの残る第３層目のカラーフィルタレジスト材料（ネガ型）を塗布して所定厚さのカラーフィルタレジスト膜３を成膜する。
【００６８】
続いて、図２（ｃ）に示すように、例えばベイヤー色配列であれば、Ｒ、Ｇ、Ｂのうちの残るポジ型の第３層目のカラーフィルタレジスト膜３ｂに対して、第３層目用の階調フォトマスク８を介して紫外線９により画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターン形状になるように選択的に露光する。
【００６９】
その後、図２（ｄ）に示すように、露光した第３層目のカラーフィルタレジスト膜３を現像して、第３層目のカラーフィルタ３ｂを画素毎に離散的に所定の色配列で所定形状に形成する。
【００７０】
この場合に、第１層目のカラーフィルタ３ａの色をＧ（緑色）とした場合、第２層目または第３層目のカラーフィルタ３ｂの色は、Ｒ（赤色）またはＢ（青色）である。第２層目にＲ（赤色）にするかＢ（青色）にするかはいずれでもよい。
【００７１】
このように、カラーフィルタ３ａ、３ｂやその上下の層内レンズ１およびマイクロレンズの形成は、各レジスト材料を塗布するステップと、塗布された各レジスト材料を所定マスクを用いて選択的に露光するステップと、この露光後の各レジスト膜を現像するステップとを有しており、その後工程において、カラーフィルタ３ａ、３ｂは熱硬化工程（ベーク工程）があり、各レンズは熱リフロー工程などにより丸味を帯びたレンズ形状を得ている。
【００７２】
本実施形態１では、第２層目または第３層目のカラーフィルタレジスト膜３ｂを露光するステップに、第２層目用および第３層目用の階調マスク８を用いている。この階調マスク８は、透過率を単画素パターンレイアウト内で任意に調整することによって、撮像領域内のカラーフィルタ画素の隣接部の２色の重なりを防止するかまたはその重なり度合いを大幅に低減するように、階調パターンや露光量を任意に調整する。この結果、カラーフィルタ３ａ，３ｂの隣接部の２色の重なりを防止するかまたはその重なり度合いを大幅に低減することができる。仮に、アライメントずれが生じた場合であっても、カラーフィルタ３ａ，３ｂの隣接部の２色の重なり部の薄い膜分の膜厚低下であって、隙間が生じることはない。
【００７３】
ここで、以下に、上記カラーフィルタレジスト膜（ネガ型）の成膜条件、露光条件、現像条件および硬化条件について更に説明する。
【００７４】
上記第１層目、第２層目および第３層目のカラーフィルタレジスト膜の成膜条件は、スピンコート法を用い、表面の溶剤を蒸発させて樹脂表面を硬化させるために、摂氏７０度〜摂氏１１０度（好ましくは摂氏８０度〜摂氏１００度）、時間は２〜３分のベーク処理を行う。膜厚はベーク処置後に０.４〜１μｍに設定する。
【００７５】
通常のフォトマスクおよび階調フォトマスクを用いる露光条件は、例えば公知の縮小投影露光装置により、ｉ線照射により行い、露光量は、例えば３００〜１８００ｍＪ／ｃｍとする。この露光量は、カラーフィルタレジスト材料やその膜厚に応じて適宜、適正値に選択することができる。
【００７６】
露光した第１層目、第２層目および第３層目のカラーフィルタレジスト膜を現像する現像条件は、ＴＭＡＨ（テトラメチルハイドロオキサイド）０．１パーセント水溶液で被現像物を回転させながら６０ｓｅｃのシャワー現像（またはパドル現像で行うこともできる）で行い、水洗を時間６０ｓｅｃ、スピンドライ処理を行う。
【００７７】
現像処理により露光部を溶解除去した後に、摂氏２００度程度で時間は約５分のベーク処理を行って第１層目、第２層目および第３層目のカラーフィルタを硬化させてカラーフィルタを製造する。
【００７８】
要するに、本実施形態１のカラーフィルタの製造方法は、平坦化膜２上に、透過率が最大かまたは最小の通常フォトマスク（図示せず）を用いて、第１層目のカラーフィルタ３ａを画素毎に離散的に所定の色配列で形成する第１層目カラーフィルタ形成工程と、この第１層目のカラーフィルタ３ａが形成された平坦化膜２上に、隣接カラーフィルタに重なる領域に対して最大と最小の間の順次階調変化する透過率を持つ第２層目用の階調フォトマスク８を用いて、第２層目のカラーフィルタ３ｂを画素毎に離散的に所定の色配列で形成する第２層目カラーフィルタ形成工程と、第１層目のカラーフィルタ３ａおよび第２層目のカラーフィルタ３ｂが形成された平坦化膜２上に、隣接カラーフィルタに重なる領域に対して最大と最小の間の順次階調変化する透過率を持つ第３層目用の階調フォトマスク８を用いて、第３層目のカラーフィルタ３ｂを画素毎に離散的に所定の色配列で形成する第３層目カラーフィルタ形成工程とを有している。
【００７９】
以上により、本実施形態１によれば、第１層目のカラーフィルタ３ａに隣接して、第２層目または第３層目のカラーフィルタ３ｂにおけるカラーフィルタ領域の外周部（重なり領域）に、光透過率が変化した階調が施された階調フォトマスク８を用いて、アライメントずれがあっても、隣接するフィルタ境界部に隙間を生じることなく、第２層目または第３層目のカラーフィルタ３ｂを形成するカラーフィルタ画素の隣接部の２色の重なりを防止するかまたは重なり度合いをより低減することができて、受光部７における受光感度の低下や、分光特性劣化をより低減することができる。
【００８０】
なお、本実施形態１では、カラーフィルタレジスト膜材料としてはネガ型を用いたが、これに限らず、本発明は、このカラーフィルタレジスト膜材料としてポジ型の両タイプに適用することができる。カラーフィルタがポジ型では、隣接するカラーフィルタ３ａ，３ｂの２色の重なり領域において、カラーフィルタ３ｂのフィルタ領域外周側から内側にかけて光透過率が順次小さくなっている。
【００８１】
なお、本実施形態１では、特に詳細に説明していないが、例えばベイヤ配列で説明すると、図３（ａ）に示すように、第１層目のカラーフィルタ３ａが緑色Ｇの場合、緑色Ｇのカラーフィルタ３ａは画素毎に離散的に市松模様状に一つ置きに配列されるが、第２層目または第３層目のカラーフィルタ３ｂが赤色Ｒまたは青色Ｂで、赤色Ｒまたは青色Ｂのカラーフィルタ３ｂの周りは第１層目の緑色Ｇのカラーフィルタ３ａによって囲まれている。この状態で、赤色Ｒまたは青色Ｂのカラーフィルタ３ｂのフィルタ外周領域Ｄ（アライメントずれなどの仕上りマージンを考慮した隣接カラーフィルタ３ａ，３ｂの２色の重なり領域）に対応する階調フォトマスク８において、カラーフィルタ３ｂのフィルタ外周領域Ｄの外周端から内側に向けて光透過率を順次大きくしている。このフィルタ外周部Ｄの内側に対応する階調フォトマスク８においてはその光透過率が最大になるように設定されている。
【００８２】
このフィルタ外周領域Ｄを含めてフィルタ単位領域に対応する階調フォトマスク８の領域を全て光透過率最大になるように設定すると、従来の場合と同様に、図３（ｂ）に示すように、２色の重なりＤ１が残り、フィルタ外周領域Ｄの間で光透過率を均等に連続的または段階的に内側に増加させて行くと、２色の重なりＤ２のようにフィルタ材料がより少なく重なった膜が一部残るものの、受光部７における受光感度の低下や、分光特性劣化をより低減することができる。
【００８３】
さらに、フィルタ外周領域Ｄの間において、フィルタ境界部手前から光透過率を急激に増加させると、膨れＤ３のようにフィルタ材料が外周境界部内で溜まるものの、受光部７における受光感度の低下や、分光特性劣化を最も効率的に低減させることができる。２色の重なりＤ２や膨れＤ３の場合に、アライメントずれにより、フィルタ境界部において、図３（ｃ）に示すように、通常であれば最大隙間ｄが開く場合であっても、２〜３割り程度の膜減りで済み、不良とはならない。因みに、第１層目のカラーフィルタ３ａおよび第２層目または第３層目のカラーフィルタ３ｂの膜厚を１μｍとした場合に、フィルタ外周領域Ｄの幅は０.１μｍで、最大隙間ｄも０.１μｍである。
【００８４】
（実施形態２）
上記実施形態１では層内レンズ１を有し、３色の色配列の場合について説明したが、本実施形態２では層内レンズ１を有さず、３色の色配列および４色の色配列の場合について説明する。本実施形態２では層内レンズ１がない分だけ受光部７とマイクとレンズ４の間の距離が短くなって、上記実施形態１の場合よりも、受光部７における受光感度の低下や、分光特性劣化をより低減することができるという本発明の目的がより確実に達成される。
【００８５】
図４は、本発明の実施形態２における固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【００８６】
図４において、本実施形態２の固体撮像素子１０Ａは、半導体基板１１上に、画素毎に並列して設けられた光電変換領域である受光部７および電荷転送領域１２と、この電荷転送領域１２上に図示しないゲート絶縁膜を介して設けられた電荷転送電極１３と、この電荷転送電極１３上に設けられ、受光部７上を開口した遮光膜１４と、これらのゲート絶縁膜および遮光膜１４上に設けられた層間絶縁膜である平坦化膜６と、この平坦化膜６上に設けられた平坦化膜２上に、各受光部７に対応するように設けられた画素毎のカラーフィルタ３ａ，３ｂと、このカラーフィルタ３ａ，３ｂ上に設けられた平坦化膜５上に、各受光部７に対応するように設けられた画素毎のマイクロレンズ４との積層構造を有し、画素毎のカラーフィルタ３ａ上にあるマイクロレンズ４により、入射光を集光して受光部７に入射させるものである。
【００８７】
本実施形態２では、上記実施形態1の場合と同様に、互いに隣接するカラーフィルタ３ａ，３ｂは、画素毎の各受光部７にそれぞれ対向したカラーフィルタ領域をそれぞれ有しており、第１層目のカラーフィルタ３ａとこれに隣接する第２層目または第３層目のカラーフィルタ３ｂとの境界部において、第１層目のカラーフィルタ３ａの外周端縁上に第２層目または第３層目のカラーフィルタ３ｂの外周端部が乗り上げて２重に重なる重なり領域に対応する領域において、光透過率が順次調整された階調フォトマスクを用いることにより、その重なり領域が隣接フィルタで２重に重なる度合いが大幅に抑制され、重なるカラーフィルタ３ｂ側の境界部で多少膨れる程度である。
【００８８】
これによって、混色を防止するかまたは大幅に抑制することができる。即ち、第２層目または第３層目のカラーフィルタ３ｂを所定形状に形成するための階調フォトマスクを用いて、その透過率を単位画素パターンのレイアウト内で任意に調整することによって、撮像領域内のカラーフィルタの隣接部の２色の重なりを防止するかまたは大幅に低減することができる。この階調フォトマスクの透過率の調整は、カラーフィルタ３ｂがポジ型の場合、フィルタ隣接部の２色の重なり領域部分（フィルタ領域の外周側ほど）で光の透過率を連続的かまたは段階的に順次高くしている。カラーフィルタ３ｂがネガ型の場合には、フィルタ隣接部の２色の重なり領域部分（フィルタ領域の外周側ほど）で光の透過率を連続的かまたは段階的に順次低く抑えている。
【００８９】
本実施形態２の固体撮像素子１０Ａにおけるカラーフィルタの形成方法について、層内レンズがない場合を図５（ａ）〜図５（ｄ）に示しているが、３色の色配列については、上記実施形態１の固体撮像素子１０におけるカラーフィルタの形成方法の場合と同様であるのここではその説明を省略する。
【００９０】
ここで、本実施形態２の固体撮像素子１０Ａにおけるカラーフィルタの形成方法の他の事例として、層内レンズがない場合で４色の色配列について図５（ａ）〜図５（ｄ）を用いて簡単に説明する。
【００９１】
まず、図５（ａ）に示すように、受光部７の中心と一致するように、平坦化膜２上に、第１層目のカラーフィルタ３ａを形成する。
【００９２】
即ち、第１層目のカラーフィルタレジスト材料（ネガ型）の塗布、通常のフォトマスクを介して紫外線により選択的に露光、さらに、露光した第１層目のカラーフィルタレジスト膜を現像することにより、第１層目のカラーフィルタ３ａを画素毎に離散的に所定の色配列で所定形状に形成する。グリーンＧ、イエローＹｅ、シアンＣｙ、マゼンダＭｇの４色配列の場合、グリーンＧを第１層目のカラーフィルタ３ａとして画素毎に分散配置することができる。
【００９３】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１層目のカラーフィルタ３ａが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板部の全面に、４色配列のうちの残る３色のいずれかの第２層目のカラーフィルタレジスト材料（ネガ型）を塗布して所定厚さのカラーフィルタレジスト膜３を成膜する。
【００９４】
続いて、図５（ｃ）に示すように、４色配列のうちの残る３色のいずれかのネガ型の第２層目のカラーフィルタレジスト膜３に対して、第２層目用の階調フォトマスク８を介して紫外線９により画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターン形状になるように選択的に露光する。この階調フォトマスク８のＣ部は、フィルタ外周領域Ｄに対応するマスクの光透過率をフィルタ単位パターン内側に向けて順次連続的に大きくして透過するようにグラディエーションを持たせている。
【００９５】
その後、図５（ｄ）に示すように、露光した第２層目のカラーフィルタレジスト膜３を現像して、第２層目のカラーフィルタ３ｂを画素毎に離散的に所定の色配列で所定形状に形成する。
【００９６】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１層目のカラーフィルタ３ａおよび第２層目のカラーフィルタ３ｂが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板部の全面に、４色配列のうちの残る２色のいずれかの第３層目のカラーフィルタレジスト材料（ネガ型）を塗布して所定厚さのカラーフィルタレジスト膜３を成膜する。
【００９７】
続いて、図５（ｃ）に示すように、４色配列のうちの残る２色のいずれかのネガ型の第３層目のカラーフィルタレジスト膜３ｂに対して、第３層目用の階調フォトマスク８を介して紫外線９により画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターン形状になるように選択的に露光する。
【００９８】
その後、図５（ｄ）に示すように、露光した第３層目のカラーフィルタレジスト膜３を現像して、第３層目のカラーフィルタ３ｂを画素毎に離散的に所定の色配列で所定形状に形成する。
【００９９】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１層目のカラーフィルタ３ａ、第２層目のカラーフィルタ３ｂおよび第３層目のカラーフィルタ３ｂが画素毎に離散的に所定の色配列で形成された基板部の全面に、４色配列のうちの残る１色の第４層目のカラーフィルタレジスト材料（ネガ型）を塗布して所定厚さのカラーフィルタレジスト膜３を成膜する。
【０１００】
続いて、図５（ｃ）に示すように、４色配列のうちの残る１色のネガ型の第４層目のカラーフィルタレジスト膜３ｂに対して、第４層目用の階調フォトマスク８を介して紫外線９により画素毎に離散的に所定の色配列で所定パターン形状になるように選択的に露光する。
【０１０１】
その後、図５（ｄ）に示すように、露光した第４層目のカラーフィルタレジスト膜３を現像して、第４層目のカラーフィルタ３ｂを画素毎に離散的に所定の色配列で所定形状に形成する。
【０１０２】
この場合に、第１層目のカラーフィルタ３ａの色をグリーンＧとした場合、第２層目〜第４層目のカラーフィルタ３ｂの色は、イエローＹｅ、シアンＣｙおよびマゼンダＭｇの３色であり、第２層目のカラーフィルタ３ｂの色は、残る３色のイエローＹｅ、シアンＣｙおよびマゼンダＭｇのいずれであってもよく、第３層目のカラーフィルタ３ｂの色は、残る２色のいずれであってもよい。
【０１０３】
以上により、本実施形態１、２によれば、カラーフィルタ３ａ，３ｂの２色の重なり領域内で光透過率が階調調整された階調フォトマスクをマスクとして第２層目以降のカラーフィルタを形成するため、アライメントが多少ずれても、その重なり領域内のカラーフィルタ３ｂの膜厚で隙間が埋め込まれて多少の膜減りはあるものの、従来のようにカラーフィルタの境目に隙間が開くことがなく、また、カラーフィルタ３ｂの外周部の重なり領域内で重なり膜厚が薄くなったり、重なり領域自体が面積的に低減されたりするため、受光部７での受光感度の低下や、混色を抑えて分光特性劣化を防止するかまたは大幅に抑制することができる。
【０１０４】
（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１または２の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【０１０５】
図６において、本実施形態３の電子情報機器９０は、上記実施形態１、２のの固体撮像素子１０または１０Ａからの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力手段９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示手段９３と、通信手段９４と、プリンタなどの画像出力手段９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
【０１０６】
この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【０１０７】
したがって、本実施形態３によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力手段９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【０１０８】
なお、本実施形態１、２では、特に詳細には説明しなかったが、単位画素同士のカラーフィルタの隣接部の２色の重なり領域の膜厚が該重なり領域の外周側で低減されるかまたは該重なり領域が外周側で低減されるように、単位画素パターン外周の該重なり領域内で光透過率が階調調整された階調フォトマスクをマスクとして第２層目以降のカラーフィルタが形成されている。これによって、アライメントが多少ずれてもカラーフィルタの境目に隙間が開かず、光電変換部での受光感度の低下や、混色を抑えて分光特性劣化を防止するかまたは大幅に抑制することができる本発明の目的を達成することができる。
【０１０９】
なお、本実施形態１、２では、本発明のカラーフィルタおよびその製造方法を用いたＣＣＤ型の固体撮像素子１０または１０Ａ（ＣＣＤイメージセンサ）について説明したが、これに限らず、本発明のカラーフィルタおよびその製造方法を、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）や、液晶表示素子の素子基板に対応する対向基板に設けられるカラーフィルタにも適用することができる。
【０１１０】
これらのＣＭＯＳイメージセンサとＣＣＤイメージセンサの特徴について簡単に説明する。ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤイメージセンサのように、垂直転送部により各受光部からの信号電荷をそれぞれ電荷転送し、垂直転送部からの信号電荷を水平転送部により水平方向に電荷転送するＣＣＤを使用せず、メモリデバイスのようにアルミニュウム配線などで構成される選択制御線によって、画素毎に受光部から信号電荷を読み出してそれを電圧変換し、その変換電圧に応じて信号増幅した撮像信号を、選択された画素から順次読み出すようになっている。一方、ＣＣＤイメージセンサは、ＣＣＤの駆動のために正負の複数の電源電圧を必要とするが、ＣＭＯＳイメージセンサは、単一電源で駆動が可能であり、ＣＣＤイメージセンサに比べ、低消費電力化や低電圧駆動が可能である。さらに、ＣＣＤイメージセンサの製造には、ＣＣＤ独自の製造プロセスを用いているために、ＣＭＯＳ回路で一般的に用いられる製造プロセスをそのまま適用することが難しい。これに対して、ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＭＯＳ回路で一般的に用いられる製造プロセスを使用しているために、表示制御用のドライバー回路や撮像制御用のドライバー回路、ＤＲＡＭなどの半導体メモリ、論理回路などの製造で多用されているＣＭＯＳプロセスにより、論理回路やアナログ回路、アナログデジタル変換回路などを同時に形成してしまうことができる。つまり、ＣＭＯＳイメージセンサは、半導体メモリ、表示制御用のドライバー回路および撮像制御用のドライバー回路と同一の半導体チップ上に形成することが容易であり、また、その製造に対しても、半導体メモリや表示制御用のドライバー回路および撮像制御用のドライバー回路と生産ラインを共有することが容易にできる。
【０１１１】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜３に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜３の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、画素毎に離散的に所定の色配列で配列されたカラーフィルタおよびその製造方法、このカラーフィルタを通して被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部（光電変換素子）を有する固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子の製造方法により作製された固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、カラーフィルタの２色の重なり領域内で光透過率が階調調整された階調フォトマスクをマスクとして第２層目以降のカラーフィルタを形成するため、アライメントが多少ずれても、その重なり領域内のカラーフィルタの膜厚で隙間が埋め込まれて多少の膜減りはあるものの、従来のようにカラーフィルタの境目に隙間が開くことがなく、また、カラーフィルタ外周部の重なり領域内で重なり膜厚が薄くなったり、重なり領域自体が面積的に低減されたりするため、受光部での受光感度の低下や、混色を抑えて分光特性劣化を防止するかまたは大幅に抑制することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１  層内レンズ
２、５、６  平坦化膜
３  カラーフィルタレジスト膜
３ａ  第１層目のカラーフィルタ
３ｂ  第２層目または第３層目のカラーフィルタ
４  マイクロレンズ
７  受光部
８  階調フォトマスク
９  紫外線
１０，１０Ａ  固体撮像素子
１１  半導体基板
１２  電荷転送領域
１３  電荷転送電極
１４  遮光膜
Ｄ  フィルタ外周領域
Ｄ１  順次重なり領域
Ｄ２  順次重なり領域
Ｄ３  膨れ領域
ｄ  最大隙間
９０  電子情報機器
９１  固体撮像装置
９２  メモリ部
９３  表示手段
９４  通信手段
９５  画像出力手段
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図２】
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【図５】
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【図７】
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【図９】
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