(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦化層と、該平坦化層上に配設されたカラーフィルタと、該カラーフィルタ上に配設された複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、前記平坦化層の下方に前記マイクロレンズに対応した複数の受光部を備えた固体撮像素子の製造方法において、
カラーフィルタの形成は、平坦化層上に緑色フィルタ用の感光性材料を塗布し、緑色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、非孤立的な矩形の緑色フィルタを形成する工程と、赤色フィルタ用の感光性材料を塗布し、赤色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、孤立的な矩形の赤色フィルタを形成する工程と、青色フィルタ用の感光性材料を塗布し、青色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、孤立的な矩形の青色フィルタを形成する工程と、を有し、
前記緑色フィルタ用フォトマスクは、角部を切り欠いた矩形のパターンを有するフォトマスクを使用し、
前記赤色フィルタ用フォトマスクと前記青色フィルタ用フォトマスクは、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有するフォトマスクを使用し、 
矩形の辺を延長した交点から角部の切り欠きまでの最大距離を切り欠き寸法とし、また、角部から外側に突出するサブパターンの最大長をサブパターン寸法としたときに、該切り欠き寸法およびサブパターン寸法は、マスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とすることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子と撮像装置に係り、特にクロストーク発生や感度低下を防止した固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、静止画像、動画像を撮像するデジタルカメラ、ビデオカメラが様々な分野で普及してきている。これらのカメラには、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子が用いられている。このような固体撮像素子の構造は、例えば、受光部と金属電極を形成した基板上に絶縁層を介して遮光層、パッシベーション層、下平坦化層、カラーフィルタ、上平坦化層、および、マイクロレンズアレイを備えたものである。そして、半導体技術の進歩とともに、固体撮像素子の画素の微細化が一段と進み、カメラ自体の小型化も進んできている。例えば、固体撮像素子の１画素の平均的寸法は５〜６μｍであり、さらに小さい場合には１〜２μｍとなっている。従来の固体撮像素子では、マイクロレンズアレイの下面から受光部までの厚さが５μｍを超えており、上記のような画素の微細化が進むと、カメラレンズからの斜めの入射光線のクロストーク発生（例えば、カラーフィルタの赤色フィルタに入射した光線が青色フィルタや緑色フィルタに対応した受光部に入り込む）や、感度低下（本来、受光部に入射すべき光線が金属電極等でけられ入射光量が低下する）が問題となってくる。このように、積層構造である固体撮像素子を断面で見たとき、横方向の画素寸法に対して、縦方向（積層方向）の受光部表面からカラーフィルタを経てマイクロレンズ下面に至る厚みの方が大きい場合、斜め入射光に対しての悪影響が種々生じる。
【０００３】
一方、固体撮像素子の製造における低コスト化、歩留まり向上、および、固体撮像素子内での光減衰量の低減を目的として、下平坦化層を設けることなく、直接カラーフィルタを形成することが提案されている（特許文献１）。このような構造の固体撮像素子では、カラーフィルタから受光部までの厚さを小さくすることができる。
また、カラーフィルタは、通常、矩形の赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタが配列されたものであり、隣接するフィルタの辺と辺は接しているものの、角部は丸みを帯びているため、空隙部が存在している。このような空隙部には、いずれの色のフィルタも存在しないため、空隙部に入射した光線は適切な色分離が行われず、また、空隙部の界面で屈折して迷光となり、その結果、クロストーク等を引き起こすという問題があった。さらに、上平坦化層が薄い場合、カラーフィルタの空隙部の影響を受けて上平坦化層の表面にも凹凸を生じ、上平坦化層にカラーフィルタを構成する各色のフィルタの配列ピッチと異なる配列ピッチで形成されるマイクロレンズの変形等を引き起こすという問題もあった。このため、カラーフィルタ上に形成する上平坦化層の厚みを大きくする必要があり、これにより、上記のようなクロストークや感度低下を生じ易くなるという問題もあった。
【０００４】
このような空隙部の発生を防止するために、ポジ型のカラーレジストの対応するマスクパターン遮光部の寸法調整と、オーバー露光を行うことにより、空隙部を生じないように色フィルタを形成したり、各角部に接する各色フィルタのうち、いずれか１色のフィルタで角部を埋めることが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１７３９４号公報
【特許文献２】特開２００６−２６９７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に示されるような構造の固体撮像素子では、下平坦化層を設けずに、凹凸のある表面にカラーフィルタを形成するので、形成されたカラーフィルタ表面も凹凸のあるものとなる。このため、マイクロレンズアレイを形成する面の平坦性を考慮すると、カラーフィルタ上に形成する上平坦化層の厚みを大きくする必要がある。したがって、マイクロレンズアレイの下面から受光部までの厚さを小さくすることはできず、上記のようなクロストーク発生や感度低下を低減することはできない。
また、特許文献２に示される方法では、適切なオーバー露光とするための紫外線照射エネルギーの制御が必要であり、また、色フィルタのエッジ部をテーパー形状とするために紫外線照射に照度分布をもたせる必要があり、工程管理が煩雑であるという問題があった。
【０００７】
さらに、上述の方法では、ポジ型のカラーレジストの露光に使用するマスクとして、角部に微小な遮光パターンを設けたマスクを使用することにより、いずれか１色のフィルタで角部が埋められる。しかし、市松状に存在する緑色フィルタと、他の２色のフィルタとでは、角部における露光時のコントラストの減少程度が異なる。このため、角部に微小な遮光パターンを設けたマスクを使用するだけでは、空隙部の発生を防止できない場合がある。また、逆に角部に盛り上がりが発生し、カラーフィルタ上に形成される上平坦化層の表面に凹凸を生じ、マイクロレンズの変形等を引き起こすという問題や、これを回避するために上平坦化層の厚みを大きくする必要があるという問題もあった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、マイクロレンズアレイの下面から受光部までの厚さを小さくして、クロストーク発生や感度低下を防止した固体撮像素子の製造方法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】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明は、平坦化層と、該平坦化層上に配設されたカラーフィルタと、該カラーフィルタ上に配設された複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイと、前記平坦化層の下方に前記マイクロレンズに対応した複数の受光部を備えた固体撮像素子の製造方法において、カラーフィルタの形成は、平坦化層上に緑色フィルタ用の感光性材料を塗布し、緑色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、非孤立的な矩形の緑色フィルタを形成する工程と、赤色フィルタ用の感光性材料を塗布し、赤色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、孤立的な矩形の赤色フィルタを形成する工程と、青色フィルタ用の感光性材料を塗布し、青色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、孤立的な矩形の青色フィルタを形成する工程と、を有し、前記緑色フィルタ用フォトマスクは、角部を切り欠いた矩形のパターンを有するフォトマスクを使用し、前記赤色フィルタ用フォトマスクと前記青色フィルタ用フォトマスクは、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有するフォトマスクを使用し、矩形の辺を延長した交点から角部の切り欠きまでの最大距離を切り欠き寸法とし、また、角部から外側に突出するサブパターンの最大長をサブパターン寸法としたときに、該切り欠き寸法およびサブパターン寸法は、マスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とするような構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
このような本発明の製造方法では、角部を切り欠いた矩形のパターンを有する緑色フィルタ用フォトマスクにおいて、角部に設けられた切り欠きが、近接したパターンの双方からの露光量を適度に抑制するので、角部がシャープに接した非孤立的な緑色フィルタを形成することができ、また、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有する赤色フィルタ用フォトマスクと青色フィルタ用フォトマスクにおいて、サブパターンが、角部における露光時のコントラストの減少を抑制するので、丸みを帯びずシャープな形状の角部をもつ孤立的な赤色フィルタと青色フィルタを形成することができ、これにより、各色のフィルタ間での空隙部や盛り上がりの発生を抑制して平坦性に優れたカラーフィルタを形成することができ、カラーフィルタ上に直接マイクロレンズを設ける場合であっても、塗布されたマイクロレンズ形成材料がレベリングされて変形のない良好なマイクロレンズを形成することができ、したがって、マイクロレンズアレイの下面から受光部までの厚さを小さくすることが可能であり、クロストーク発生や感度低下を防止した固体撮像素子を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の固体撮像素子の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の固体撮像素子を構成するカラーフィルタの一例を示す図である。
【図３】マイクロレンズ形成用のフォトマスクを説明するための図である。
【図４】非孤立的に配列される緑色フィルタ用のフォトマスクの一例を示す部分平面図である。
【図５】図４に示されるフォトマスクの１個のパターンを示す図である。
【図６】非孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の例を示す図である。
【図７】非孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の例を示す図である。
【図８】孤立的に配列される赤色フィルタ用のフォトマスクの一例を示す部分平面図である。
【図９】図８に示されるフォトマスクの１個のパターンを示す図である。
【図１０】孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の例を示す図である。
【図１１】孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の例を示す図である。
【図１２】孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の例を示す図である。
【図１３】本発明の固体撮像素子の製造方法におけるカラーフィルタの形成を説明するための工程図である。
【図１４】本発明の撮像装置の一例を説明するための図である。
【図１５】本発明の撮像装置の他の例を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［固体撮像素子］
図１は本発明の固体撮像素子の一実施形態を示す概略構成図である。図１において、固体撮像素子１は、一定の配置ピッチで設けられた複数の受光部３と電極４を備える基板２と、基板２上に絶縁層５を介して順次設けられた遮光層６、パッシベーション層７、平坦化層８、カラーフィルタ９、および、マイクロレンズアレイ１０を有している。
基板２はシリコン基板であり、受光部３はｐｎ接合が形成された公知のフォトダイオードであってよく、通常、正方格子状に配置される。電極４はフォトダイオードである受光部３で発生した信号電荷を転送するものであり、電極４の上面（マイクロレンズアレイ１０側）に遮光膜を備えるものであってもよい。
絶縁層５は、例えば、ＣＶＤ法で成膜された酸化シリコン等の透明層からなり、受光部３と電極４を被覆するように形成されている。遮光層６は、個々の受光部３に対応して配置された複数の開口部を有するものであり、遮光性の金属層（例えば、Ａｌ、Ａｌ／Ｓｉ／Ｃｕ合金等）で形成することができる。また、パッシベーション層７は窒化珪素、二酸化珪素等からなり、平坦化層８は樹脂材料で形成することができる。
【００１３】
カラーフィルタ９は、図２に示されるように、矩形の赤色フィルタ９Ｒ、緑色フィルタ９Ｇ、青色フィルタ９Ｂが配列されたものであり、これらの各色のフィルタは各受光部３に対応している。カラーフィルタ９を構成する緑色フィルタ９Ｇは、角部が接し市松状に配列された非孤立的フィルタである。また、赤色フィルタ９Ｒと青色フィルタ９Ｂは、緑色フィルタ９Ｇの非形成部位に配列された孤立的フィルタである。そして、このカラーフィルタ９は、マイクロレンズアレイ１０側の表面が、最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差が０．２５μｍ以下である。尚、本発明におけるカラーフィルタ表面の粗さは、原子間力顕微鏡、あるいは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定する。
マイクロレンズアレイ１０は、各受光部３、カラーフィルタ９の各色フィルタに対応して形成された複数のマイクロレンズ１１からなっている。
【００１４】
このような本発明の固体撮像素子１は、カラーフィルタ９とマイクロレンズアレイ１０との間に平坦化層が存在しないので、マイクロレンズアレイ１０の下面から受光部３までの厚さが小さいもの、例えば、５μｍ未満の厚みとなる。さらに、カラーフィルタ９の表面は、最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差が０．２５μｍ以下であり平坦性に優れている。したがって、カラーフィルタ９に直接設けられているマイクロレンズ１１は、その配列ピッチがカラーフィルタ９を構成する各色のフィルタの配列ピッチと異なる場合であっても、変形のない良好な形状である。これにより、固体撮像素子１は、斜めの入射光線のクロストークが防止され、かつ、良好な感度を具備している。勿論、本発明は、マイクロレンズ１１の配列ピッチがカラーフィルタ９を構成する各色のフィルタの配列ピッチと同じである場合を排除するものではない。
【００１５】
上述の固体撮像素子の実施形態は例示であり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、カラーフィルタ９の表面の平坦性を更に向上させるために、カラーフィルタ９とマイクロレンズアレイ１０との間に平坦化層が介在するものであってもよい。この場合も、カラーフィルタ９の表面の平坦性が優れるので、平坦化層の厚みは０．１〜０．２５μｍの範囲とすることができ、マイクロレンズアレイ１０の下面から受光部３までの厚さは５μｍ未満の厚みが維持できる。
【００１６】
［固体撮像素子の製造方法］
本発明の固体撮像素子の製造方法の一実施形態について、上記の固体撮像素子１の製造を例として説明する。
まず、基板２に受光部３、電極４を形成する。フォトダイオードからなる受光部３は、例えば、基板２としてｎ型のシリコン基板を使用し、公知の手法により形成することができる。また、電極４は所望の導電性膜を成膜し、これをパターニングして形成することができる。
次に、受光部３と電極４を被覆するように、ＣＶＤ法で酸化シリコン等の透明層を形成して絶縁層５とする。この絶縁層５の形成では、成膜後にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により平坦化を行ってもよい。
【００１７】
次に、絶縁層５上に、受光部３の受光領域に開口部を有するように遮光層６を形成する。この遮光層６の形成は、例えば、遮光性の金属層（例えば、Ａｌ、Ａｌ／Ｓｉ／Ｃｕ合金等）を成膜し、この金属層上にポジ型の感光性レジストを塗布し、露光、現像のフォトリソグラフィー工程によってレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクとして金属層をエッチングして開口部を形成して遮光層を得ることができる。
次いで、遮光層６を被覆するようにパッシベーション層７を形成する。このパッシベーション層７の形成は、例えば、ＣＶＤ法により窒化珪素膜、二酸化珪素膜等を成膜することにより行うことができる。その後、パッシベーション層７上に樹脂材料をスピンコート法により塗布して平坦化層８を形成する。
次に、平坦化層８上にカラーフィルタ９を形成し、このカラーフィルタ９上に直接マイクロレンズ１１を形成してマイクロレンズアレイ１０とする。
カラーフィルタ９の形成は、本発明の製造方法の特徴的工程であるので、詳細に後述する。
【００１８】
マイクロレンズ１１の形成方法としては特に制限はないが、例えば、マイクロレンズ材料としてポジ型フォトレジストを用い、塗布、露光、現像のフォトリソグラフィー工程の後、フォトレジストをポストベークして溶融し凸レンズ状に成形する方法を挙げることができる。このように溶融して凸レンズ状に成形するマイクロレンズ形成方法は、マイクロレンズ間に必ず隙間を必要とする形成方法である。マイクロレンズ間に隙間の無い効率的なマイクロレンズの形成方法として、露光波長では解像しないような微細なドットパターンで、マイクロレンズの三次元形状を階調表現した階調フォトマスクを用いてフォトレジストを露光、現像する方法を用いることができる。図３は、このようなドットパターンの一例を示す図であり、１画素分の領域上に表現された２０個×２０個のドットを有している。この例では、黒い部分が遮光部であり、白い部分が光透過部である。このようなドットパターンを有する階調フォトマスクを介して露光、現像することにより、微細ドットで階調表現された形状をフォトレジスト層に転写してマイクロレンズ１１を形成することができる。
尚、後述するように、カラーフィルタ９の表面の平坦性を更に向上させるために、平坦化層を形成した後にマイクロレンズ１１を形成してもよい。
【００１９】
次に、カラーフィルタ９の形成方法を説明する。本発明でのカラーフィルタ９の形成は、平坦化層８上に緑色フィルタ用の感光性材料を塗布し、緑色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、非孤立的な矩形の緑色フィルタ９Ｇを形成する工程と、赤色フィルタ用の感光性材料を塗布し、赤色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、孤立的な矩形の赤色フィルタ９Ｒを形成する工程と、青色フィルタ用の感光性材料を塗布し、青色フィルタ用フォトマスクを用いて露光、現像して、孤立的な矩形の青色フィルタ９Ｂを形成する工程と、を有している。そして、緑色フィルタ用フォトマスクとして、角部を切り欠いた矩形のパターンを有するフォトマスクを使用し、赤色フィルタ用フォトマスクと青色フィルタ用フォトマスクとして、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有するフォトマスクを使用する。尚、本発明におけるフォトマスクが有するパターン、サブパターンとは、赤色フィルタ９Ｒ、緑色フィルタ９Ｇ、青色フィルタ９Ｂの形成にネガ型感光材料を使用する場合には、光透過部であり、一方、ポジ型感光材料を使用する場合には、遮光部である。以下の説明においても同様である。
【００２０】
まず、本発明でカラーフィルタの形成に使用するフォトマスクを説明する。
図４は、非孤立的に配列される緑色フィルタ９Ｇ用のフォトマスクを示す部分平面図であり、図５は図４に示されるフォトマスクの１個のパターンを示す図である。図４および図５において、フォトマスク２１Ｇは、矩形のパターン２２Ｇを市松状に備えており、各矩形パターン２２Ｇは、４個の角部２２ａに切り欠き部２３を有している。
【００２１】
ここで、角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列された従来のフォトマスクについて説明する。このような角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列されたフォトマスクでは、角部における露光時のコントラストの減少が、矩形のパターンが孤立的に配列されたフォトマスクの場合と異なっている。すなわち、角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列されたフォトマスクでは、角部が双方のパターンから露光されるため、角部における露光時のコントラストの減少は、近接パターンが存在しない矩形パターンの角部における露光時のコントラストの減少よりも少ないものとなる。このため、上記のような角部の切り欠き部２３を備えていないフォトマスク（角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列されたフォトマスク）を使用して露光、現像して形成されたフィルタは、ネガ型感光材料を使用した場合には、角部が太く接続されたものとなり、また、ポジ型感光性材料を使用した場合には、角部が離れたものとなり、いずれの場合もシャープな矩形のフィルタを形成することができない。しかし、本発明では、フォトマスク２１Ｇを使用することにより、角部２２ａに設けられた切り欠き部２３が、近接したパターンの双方から露光される角部２２ａの露光量を適度に抑える作用をなす。これにより、角部がシャープに接した非孤立的な緑色フィルタ９を形成することができる。
【００２２】
尚、各パターン２２Ｇが有する切り欠き部２３は、矩形の辺を延長した交点Ｐから角部２２ａの切り欠きまでのＸ軸方向およびＹ軸方向での最大距離Ｌを切り欠き寸法Ｌとしたときに、この切り欠き寸法Ｌをマスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とする。切り欠き寸法Ｌが解像限界を超えるような大きさである場合、切り欠き部２３の形状がそのままフィルタの形状に反映されてしまい、シャープな矩形の緑色フィルタが得られない。また、切り欠き寸法Ｌの下限は、例えば、ｉ線ステッパーによる露光を用いる場合には、４０ｎｍ程度（被露光体上に投影された際の寸法）とすることができる。
上記の例では、切り欠き部２３は角部２２ａを直線的に切り欠いた形状であるが、これに限定されず、例えば、図６および図７に示すような形状の切り欠き部２３であってもよい。
【００２３】
図８は、孤立的に配列される赤色フィルタ９Ｒ用のフォトマスクを示す部分平面図であり、図９は図８に示されるフォトマスクの１個のパターンを示す図である。図８および図９において、フォトマスク２１Ｒは、矩形のパターン２２Ｒを備えており、各矩形パターン２２Ｒは、４個の角部２２ａに矩形のサブパターン２４を有している。
このように孤立的に配列された矩形パターン２２Ｒの角部２２ａにサブパターン２４を有しているフォトマスク２１Ｒを使用することにより、サブパターン２４が角部における露光時のコントラストの減少を抑制するので、丸みを帯びずシャープな形状の角部をもつ孤立的な赤色フィルタ９Ｒを形成することができる。
【００２４】
尚、各パターン２２Ｒが有するサブパターン２４は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向での角部から外側に突出するサブパターンの最大長をサブパターン寸法Ｌ′としたときに、このサブパターン寸法Ｌ′をマスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とする。また、サブパターン２４が矩形のパターン２２Ｒの角部２２ａから外側へ突出する最大距離を突出距離ｄとしたときに、この突出距離ｄもマスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とする。サブパターン寸法Ｌ′や突出距離ｄが解像限界を超えるような大きさであると、使用する感光性材料がネガ型の場合、角部２２ａの露光量が過大となり、形成されたフィルタは、角部が突出した形状となり、シャープな矩形の赤色フィルタが得られない。また、サブパターン寸法Ｌ′や突出距離ｄの下限は、例えば、ｉ線ステッパーによる露光を用いる場合には、４０ｎｍ程度（被露光体上に投影された際の寸法）とすることができる。
【００２５】
サブパターン２４は、図１０に示されるように、パターン２２Ｒから離間して設けてもよい。この場合、パターン２２Ｒとサブパターン２４との離間距離ｄ′は、マスク露光条件での露光装置の解像限界以下となるように設定することが好ましく、離間距離ｄ′が大き過ぎると、サブパターン２４による角部２２ａの露光時のコントラストの減少抑制効果が得られず好ましくない。
上記の例では、サブパターン２４は矩形であるが、サブパターン２４の形状はこれに限定されるものではない。例えば、図１１（Ａ）に示すような三角形であってもよく、この場合も、図１１（Ｂ）に示すようにサブパターン２４はパターン２２Ｒから離間したものであってよい。そして、突出距離ｄ、離間距離ｄ′は上述の範囲内とすることが好ましい。また、図１２（Ａ）に示すようにサブパターン２４が円形であってもよく、この場合も、図１２（Ｂ）に示すようにサブパターン２４はパターン２２Ｒから離間したものであってよい。そして、突出距離ｄ、離間距離ｄ′は上述の範囲内とすることが好ましい。
尚、孤立的に配列される青色フィルタ９Ｂ用のフォトマスク２１Ｂ（図示せず）は、上記のフォトマスク２１Ｒと同様に構成することができ、ここでの説明は省略する。
【００２６】
次に、上述のフォトマスク２１Ｇ、２１Ｒ、２１Ｂを用いたカラーフィルタ９の形成の例を、図１３を参照しながら説明する。
まず、緑色フィルタ用の感光性材料を平坦化層８上に塗布し、フォトマスク２１Ｇを用いて露光、現像して、非孤立的な緑色フィルタ９Ｇを形成する（図１３（Ａ））。この緑色フィルタ９Ｇは、角部が接したシャープな矩形であり、しがたって、緑色フィルタ９Ｇの非形成部位（孤立的に存在）もシャープな矩形となっている。
次に、赤色フィルタ用の感光性材料を緑色フィルタ９Ｇも被覆するように塗布し、フォトマスク２１Ｒを用いて露光、現像して、孤立的な赤色フィルタ９Ｒを形成する（図１３（Ｂ））。この赤色フィルタ９Ｒは、丸みを帯びずシャープな形状の角部をもつ矩形であり、しがたって、緑色フィルタ９Ｇの非形成部位（赤色フィルタ９Ｒの形成部位）が、空隙部の発生が抑制されるように赤色フィルタ９Ｒで埋められる。
【００２７】
次いで、青色フィルタ用の感光性材料を緑色フィルタ９Ｇ、赤色フィルタ９Ｒも被覆するように塗布し、フォトマスク２１Ｂを用いて露光、現像して、孤立的な青色フィルタ９Ｂを形成する（図１３（Ｃ））。この青色フィルタ９Ｂは、丸みを帯びずシャープな形状の角部をもつ矩形であり、しがたって、緑色フィルタ９Ｇの非形成部位（青色フィルタ９Ｂの形成部位）が、空隙部の発生が抑制されるように青色フィルタ９Ｂで埋められる。
これにより、矩形の緑色フィルタ９Ｇ、赤色フィルタ９Ｒ、青色フィルタ９Ｂで構成され、各色のフィルタ間、特に角部での空隙部や盛り上がりの発生が抑制され、表面の最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差が０．２５μｍ以下であるカラーフィルタ９が得られる。
尚、赤色フィルタ９Ｒと青色フィルタ９Ｂの形成順序は逆であってもよい。
【００２８】
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法では、平坦化層を介在させることなくカラーフィルタ９上にカラーフィルタ９を構成する各色のフィルタの配列ピッチと異なる配列ピッチで直接マイクロレンズ１１を設けても、マイクロレンズ１１に変形を生じることがない。例えば、上述の階調フォトマスクを用いてマイクロレンズ１１を形成する方法では、画素サイズ２μｍ、マイクロレンズアレイ１０の下面から受光部３までの厚さを４．６μｍとなるように設計した場合、マイクロレンズ１１の焦点距離を４．６μｍに合わせると、マイクロレンズ１１の高さは０．５３μｍとなり、マイクロレンズ材料の塗布膜厚は０．６μｍ程度に設定される。上記のように形成されたカラーフィルタ９は、最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差が０．２５μｍ以下であり、このような微細な凹凸はマイクロレンズ材料のレベリング機能にて吸収され、マイクロレンズ１１に変形を生じることがない。勿論、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差が０．２５μｍを超えるようなカラーフィルタであっても、マイクロレンズ材料の塗布厚みを大きくすれば、凹凸を吸収して変形のないマイクロレンズを形成することはできる。しかし、マイクロレンズアレイ１０の下面から受光部３までの厚さが５μｍ以上となったり、マイクロレンズの焦点距離の制御が困難となり受光部３に効率的に集光できないという問題が生じる。
【００２９】
このように、本発明の製造方法では、マイクロレンズアレイの下面から受光部までの厚さを小さくすることが可能であり、クロストーク発生や感度低下を防止した固体撮像素子を製造することができる。尚、本発明は、カラーフィルタ９上に直接形成するマイクロレンズ１１の配列ピッチを、カラーフィルタ９を構成する各色のフィルタの配列ピッチと同じとすることを排除するものではない。
上述の製造方法の実施形態は例示であり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、カラーフィルタ９の表面の平坦性を更に向上させるために、カラーフィルタ９上に平坦化層を形成した後にマイクロレンズ１１を形成してもよい。この場合、カラーフィルタ９の表面が平坦性に優れるので、カラーフィルタ９上に形成する平坦化層の厚みは極めて薄くすることができ、例えば、０．１〜０．２５μｍの範囲とすることができる。
【００３０】
［撮像装置］
図１４は、本発明の撮像装置の一実施形態を示す概略断面図である。図１４において、本発明の撮像装置３１は、本発明の固体撮像素子３２を備えた基板３３と、固体撮像素子３２の外側に配した封止用部材３４と、この封止用部材３４を介して固体撮像素子３２と所望の間隙を設けて対向するように配設された保護材３５とを備えている。また、固体撮像素子３２は配線３６、表裏導通ビア３７を介して外部端子３８に接続されている。このようなセラミックパッケージ型の撮像装置３１は、種々のデジタルカメラ、ビデオカメラ等に使用することができ、カメラの高感度化、小型化、薄型化が可能である。
【００３１】
また、図１５は、本発明の撮像装置の他の実施形態を示す概略断面図である。図１５に示される本発明の撮像装置４１は、携帯電話用カメラモジュールの例であり、本発明の固体撮像素子４２を備えた基板４３と、固体撮像素子４２の外側に配した封止用部材４４と、固体撮像素子４２と所望の間隙を設けて対向するように配設された赤外カットフィルタ４５と、赤外カットフィルタ４５上に配設された鏡筒４６と、この鏡筒４６内に装着されたレンズユニット４７を備えている。このような撮像装置４１は、本発明の固体撮像素子４２がシェーディング補正されていて高感度のものであるため、小型化、薄型化が可能である。
本発明の撮像装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、固体撮像素子として本発明の固体撮像素子を備えるものであればよく、従来の種々の撮像装置の構成をそのまま採用することができる。
【実施例】
【００３２】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
まず、画素受光部ピッチ２．０μｍ、画素数２５９２個×１９４４個のフォトダイオードからなり、受光部からパッシベーション層表面までの厚さが３．５μｍであるＣＭＯＳセンサーを形成したウェハを用意した。
（平坦化層の形成）      
次に、ウェハ表面をスピンスクラパーで洗浄した後、光硬化型アクリル系透明樹脂材料（富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製  ＣＴ−２０２０Ｌ）をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って平坦化層（厚み０．３μｍ）を形成した。
【００３３】
（カラーフィルタの形成）
ネガ型感光性の緑色材料（Ｇ用材料）、赤色材料（Ｒ用材料）、青色材料（Ｂ用材料）として以下の材料を用意した。
Ｇ用材料：富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製  ＳＧ−４０００Ｌ
Ｒ用材料：富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製  ＳＲ−４０００Ｌ
Ｂ用材料：富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製  ＳＢ−４０００Ｌ
また、カラーフィルタの各色フィルタの配置ピッチを２．０μｍとし、緑色フィルタ用のフォトマスクとして、図４および図５に示されるフォトマスクを準備した。このフォトマスクは、１辺が２．０μｍの矩形のパターン（光透過部）を有し、各パターンの角部の直角二等辺三角形形状の切り欠き部の切り欠き寸法Ｌは０．１μｍとなるようにした。尚、露光装置は（（株）ニコン製  ＮＳＲ−２５０５ｉ１４Ｅ２（１／５縮小型））であり、設定した露光条件での解像限界が０．３５μｍであった。上記のフォトマスクの寸法は、露光装置にてウェハ上に投影された際の寸法であり、以下のフォトマスクの寸法に関する記載においても同様である。
【００３４】
また、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクとして、図８および図９に示されるフォトマスクを準備した。このフォトマスクは、１辺が２．０μｍの矩形のパターン（光透過部）と、矩形のサブパターン（光透過部）を有し、サブパターンの寸法Ｌ′は０．２μｍ、突出距離ｄは０．２３μｍとした。
そして、緑色フィルタ、赤色フィルタ、青色フィルタの形成順序で、上記材料をスピン塗布し、プリベーク、１／５縮小型のｉ線ステッパーによる露光、現像、ポストベークを行って、緑色フィルタ、赤色フィルタ、青色フィルタで構成されたカラーフィルタ（厚み０．８μｍ）を平坦化層上に形成した。尚、現像液として、富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製  ＣＤ−２０００の５０％希釈液を使用した。
【００３５】
上記のように形成したカラーフィルタについて、最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を原子間顕微鏡（ＳＩＩナノテクノロジー（株）製  Ｌ−ｔｒａｃｅ）を用いて下記条件で測定した結果、０．２２μｍであり、平坦性が良好であることが確認された。使用した探針はＳＩＩナノテクノロジー（株）製  ＤＦ−４０であり、走査モードはＤＦＭとした。
【００３６】
（測定条件）        
スキャナ感度Ｘ／Ｙ／Ｚ    ：  260.00 / 260.00 / 14.32 nm/V  
Sensor Z                  ：  971.91 nm/V  
カンチレバー定数          ：  バネ定数          56.000 N/m  
ねじれバネ定数    100.0 N/m  
共振周波数        327.00 kHz  
レバーの長さ      200.0 μｍ  
針の高さ          10.00 μｍ  
走査モード                ：  １画面測定
測定データ                ：  形状像  （センサー信号）
走査エリア／周波数        ：  19.995 × 19.995 μｍ / 1.00Hz  
走査中心Ｘ／Ｙ            ：  11876 / -14790 nm  
回転角度                  ：  -1.0°  
Ｘデータ数／Ｙデータ数    ：  256 / 256  
振幅減衰率                ：  -0.098  
バイアス電圧              ：  0.000 V  
Ｉゲイン／Ｐゲイン        ：  0.2000 / 0.0488  
ローパス／ハイパスフィルタ：  1.010 kHz /0.000 Hz  
Ｑカーブゲイン            ：  1.00  
加振電圧                  ：  1.882 V  
共振周波数                ：  343.039 kHz  
測定周波数                ：  342.850 kHz  
振動振幅                  ：  0.447 V  
Ｑ値                      ：  642.105  
リニアライズ              ：  済み（ＣＬ補正）
フィルタ／ＦＦＴ          ：  0 / 0  
マスク                    ：  未
【００３７】
尚、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位が走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察にて判断できる場合は、これら２点を結ぶ断面をＳＥＭにて観察・寸法計測することによっても、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定することができる。この場合、上記断面を形成するには集束イオンビーム加工（ＦＩＢ）を用いることが好ましい。
【００３８】
（マイクロレンズの形成）
カラーフィルタ上に、マイクロレンズ材料としてＪＳＲ（株）製  ＭＦＲ４０１Ｌをスピン塗布（膜厚０．６μｍ）し、プリベークの後、図３に示されるような階調フォトマスクを用いて１／５縮小型のｉ線ステッパーによる露光を行い、現像、後露光、ポストベークを行って、マイクロレンズを形成した。尚、現像液として、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）の１．１９％液を使用した。
上記の露光において使用した階調フォトマスクでは、配置ピッチを１．９９９μｍとした。このようにカラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを原子間力顕微鏡を用いて観察した結果、変形は見られず、高さ０．５３μｍ、焦点距離４．６μｍの良好なレンズであることが確認された。
【００３９】
次に、ボンディングパッド部の窓開けを行った。すなわち、ポジレジスト（住友化学（株）製  ｉ線用ポジレジスト  ＰＦＩ−２７）をスピン塗布し、次いで、プリベーク後、ボンディングパッド部およびスクライブ部に対応するパターンを有するフォトマスク用いて露光、現像を行った。これにより、ボンディングパッド部およびスクライブ部に開口を有するレジストパターンが形成され、このレジストパターンをマスクとして酸素アッシングを行って、当該箇所上の平坦化層をエッチング除去した。次いで、レジスト剥離液を用いてポジレジストを除去した。
次いで、ウェハのダイシングを行い、パッケージ組立を行って、本発明の固体撮像素子を作製した。この固体撮像素子におけるマイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード（受光部）までの厚さは４．６μｍであった。
【００４０】
［実施例２］
緑色フィルタ用のフォトマスクとして、図７に示されるパターンを有するフォトマスクを使用し、また、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクとして、図１２（Ａ）に示されるパターンおよびサブパターンを有するフォトマスクを使用してカラーフィルタを形成した他は、実施例１と同様にして、固体撮像素子を作製した。尚、緑色フィルタ用のフォトマスクにおける切り欠き部の切り欠き寸法Ｌは０．１５μｍとし、また、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクにおけるサブパターンの寸法Ｌ′は０．２５μｍ、突出距離ｄは０．２μｍとした。
この固体撮像素子に製造おいて、平坦化層上に形成したカラーフィルタについて、実施例１と同様に、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定した結果、０．２３μｍであり、平坦性が良好であることが確認された。さらに、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを実施例１と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。
また、この固体撮像素子におけるマイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード（受光部）までの厚さは、実施例１と同様に、４．６μｍであった。
【００４１】
［実施例３］
ポジ型感光性の緑色材料（Ｇ用材料）、赤色材料（Ｒ用材料）、青色材料（Ｂ用材料）を使用し、また、フォトマスクのパターン、サブパターンを遮光部とした他は、実施例１と同様に、緑色フィルタ用のフォトマスク、および、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクを準備し、これらのフォトマスクを使用してカラーフィルタを形成した他は、実施例１と同様にして、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子に製造おいて、平坦化層上に形成したカラーフィルタについて、実施例１と同様に、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定した結果、０．２３μｍであり、平坦性が良好であることが確認された。さらに、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを実施例１と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。
また、この固体撮像素子におけるマイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード（受光部）までの厚さは、実施例１と同様に、４．６μｍであった。
【００４２】
［実施例４］
赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクとして、図１０に示されるパターンおよびサブパターンを有するフォトマスクを使用してカラーフィルタを形成した他は、実施例１と同様にして、固体撮像素子を作製した。尚、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクにおけるサブパターンの寸法Ｌ′は０．２μｍとし、離間距離ｄ′は０．０５μｍとした。
この固体撮像素子に製造おいて、平坦化層上に形成したカラーフィルタについて、実施例１と同様に、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定した結果、０．２５μｍであり、平坦性が良好であることが確認された。さらに、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを実施例１と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。
また、この固体撮像素子におけるマイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード（受光部）までの厚さは、実施例１と同様に、４．６μｍであった。
【００４３】
［比較例１］
緑色フィルタ用のフォトマスクとして、切り欠き部をもたず、角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列されたフォトマスクを使用してカラーフィルタを形成した他は、実施例１と同様にして、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子に製造おいて、平坦化層上に形成したカラーフィルタについて、実施例１と同様に観察した結果、各緑色フィルタの角部が太く接続されており、この部位に赤色フィルタ、青色フィルタの角部が重なって、角部に盛り上がり部（高さ約０．２μｍ）が存在しており、また、実施例１と同様に、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定した結果、０．４５μｍであり、平坦性が悪いことが確認された。そして、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを確認した結果、赤色フィルタ、青色フィルタの角部の盛り上がりの影響を受けた変形が見られた。
【００４４】
［比較例２］
比較例１と同様にして、カラーフィルタの形成までを行った。
次に、このカラーフィルタを被覆するように、光硬化型アクリル系透明樹脂材料（富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製  ＣＴ−２０２０Ｌ）をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って平坦化層（０．５μｍ）を形成した。この平坦化層の厚みは、形成した平坦化層の最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部に相当する箇所の最も凹となっている部位との高低差を実施例１と同様に測定し、実施例１のカラーフィルタの表面粗さ（高低差）と同様（０．２２μｍ）となるのに必要な厚みとして設定した。
次いで、平坦化層上に、実施例１と同様に、マイクロレンズを形成して、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子において、マイクロレンズを実施例１と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。しかし、マイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード（受光部）までの厚さは５．１μｍであり、実施例１に比べ厚いものであった。
【００４５】
［比較例３］
緑色フィルタ用のフォトマスクとして、直角二等辺三角形形状の切り欠き部の切り欠き寸法Ｌを、露光装置の解像限界（０．３５μｍ）を超える０．４μｍとしたフォトマスクを使用してカラーフィルタを形成した他は、実施例１と同様にして、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子に製造おいて、平坦化層上に形成したカラーフィルタについて原子間力顕微鏡を用いて観察した結果、角部に空隙部が存在することが確認され、また、実施例１と同様に、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定した結果、０．５μｍであり、平坦性が悪いことが確認された。そして、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを確認した結果、カラーフィルタの角部の空隙部の影響を受けた変形が見られた。
【００４６】
［比較例４］
比較例３と同様にして、カラーフィルタの形成までを行った。
次に、このカラーフィルタを被覆するように、光硬化型アクリル系透明樹脂材料（富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製  ＣＴ−２０２０Ｌ）をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って平坦化層（０．５μｍ）を形成した。この平坦化層の厚みは、形成した平坦化層の最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部に相当する箇所の最も凹となっている部位との高低差を実施例１と同様に測定し、実施例１のカラーフィルタの表面粗さ（高低差）と同様（０．２２μｍ）となるのに必要な厚みとして設定した。
次いで、平坦化層上に、実施例１と同様に、マイクロレンズを形成して、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子において、マイクロレンズを実施例１と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。しかし、マイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード（受光部）までの厚さは５．１μｍであり、実施例１に比べ厚いものであった。
【００４７】
［比較例５］      
緑色フィルタ用のフォトマスクは実施例１と同じフォトマスクを使用し、赤色フィルタ用のフォトマスクおよび青色フィルタ用のフォトマスクはサブパターンの無いフォトマスクを使用してカラーフィルタを形成した他は、実施例１と同様にして、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子に製造おいて、平坦化層上に形成したカラーフィルタについて原子間力顕微鏡を用いて観察した結果、角部に空隙部が存在することが確認された。また、実施例１と同様に、カラーフィルタの最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部の最も凹となっている部位との高低差を測定した結果、０．３μｍであり、平坦性が悪いことが確認された。そして、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを確認した結果、カラーフィルタの角部の空隙部の影響を受けた変形が見られた。
【００４８】
［比較例６］        
比較例５と同様にして、カラーフィルタの形成までを行った。
次に、このカラーフィルタを被覆するように、光硬化型アクリル系透明樹脂材料（富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製  ＣＴ−２０２０Ｌ）をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って平坦化層（０．４μｍ）を形成した。この平坦化層の厚みは、形成した平坦化層の最も凸となっている部位と、各色のフィルタ間境界部に相当する箇所の最も凹となっている部位との高低差を実施例１と同様に測定し、実施例１のカラーフィルタの表面粗さ（高低差）と同様（０．２２μｍ）となるのに必要な厚みとして設定した。
次いで、平坦化層上に、実施例１と同様に、マイクロレンズを形成して、固体撮像素子を作製した。
この固体撮像素子において、マイクロレンズを実施例１と同様に観察した結果、変形は見られず良好なレンズであることが確認された。しかし、マイクロレンズアレイの下面からフォトダイオード（受光部）までの厚さは５．０μｍであり、実施例１に比べ厚いものであった。
【００４９】
［比較例７］
比較例１と同様にして、カラーフィルタの形成までを行った。
次に、このカラーフィルタを被覆するように、マイクロレンズ材料としてＪＳＲ（株）製  ＭＦＲ４０１Ｌをスピン塗布（膜厚１．０μｍ）し、その後、実施例１と同様にしてマイクロレンズを形成し、固体撮像素子を作製した。
上記のマイクロレンズ材料の塗布厚みは、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズを原子間力顕微鏡で観察した結果、変形は見られず良好なレンズとなるのに必要な厚みとして設定した。
この固体撮像素子では、マイクロレンズに変形は見られず良好なレンズであったが、マイクロレンズの高さは０．９μｍとなり、実施例１に比べて厚いものであった。また、これによりマイクロレンズの焦点距離は、実施例１における４．６μｍに対して２．７μｍと小さく、フォトダイオード（受光部）への効率的な集光が困難なものであった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
小型で高信頼性の固体撮像素子、撮像装置が要求される種々の分野において適用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１…固体撮像素子
２…基板
３…受光部
４…電極
５…絶縁層
６…遮光層
７…パッシベーション層
８…平坦化層
９…カラーフィルタ
９Ｇ…緑色フィルタ
９Ｒ…赤色フィルタ
９Ｂ…青色フィルタ
１０…マイクロレンズアレイ
２１Ｇ…緑色フィルタ用のフォトマスク
２１Ｒ…赤色フィルタ用のフォトマスク
２２Ｇ，２２Ｒ…パターン
２３…切り欠き部
２４…サブパターン
３１，４１…撮像装置
【図１】
0005440649.tif 000002
【図２】
0005440649.tif 000003
【図３】
0005440649.tif 000004
【図４】
0005440649.tif 000005
【図５】
0005440649.tif 000006
【図６】
0005440649.tif 000007
【図７】
0005440649.tif 000008
【図８】
0005440649.tif 000009
【図９】
0005440649.tif 000010
【図１０】
0005440649.tif 000011
【図１１】
0005440649.tif 000012
【図１２】
0005440649.tif 000013
【図１３】
0005440649.tif 000014
【図１４】
0005440649.tif 000015
【図１５】
0005440649.tif 000016