(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された遮光膜を有する転送部領域でなる凸部領域と上記基板における上記凸部領域に隣接した受光部領域でなる凹部領域で構成された単位セルと、上記単位セル上に形成されたカラーフィルタおよびマイクロレンズを有する固体撮像装置において、
上記凸部領域および凹部領域は、その表面に保護膜を有しており、
上記凸部領域において、上記保護膜は上記遮光膜上にこの遮光膜に接して形成されており、
上記カラーフィルタは、上記凹部領域に直接埋め込まれると共に、当該凹部領域の両側に位置する凸部領域の中央部まで延在しており、
隣接する上記カラーフィルタはエッジ部が互いに重なって連続性を確保しており、
上記重なり連続性を有する複数のカラーフィルタの表面は略平坦であり、
上記重なっているエッジ部のうちの一方のエッジ部は順テーパ形状を有する一方、他方のエッジ部は上記一方のエッジ部に乗り上げている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
上記カラーフィルタには界面活性剤が添加されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体撮像装置に関し、より詳しくはカラーフィルタが光電変換部(受光部)上に形成された固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤ固体撮像装置として、図２に単一セルの断面図を示すようなものがある。このＣＣＤ固体撮像装置における下地デバイスは、電極３や遮光膜５が形成されているために数μmの周期的な段差を有する。また、上記下地デバイスの最表面はＳi3Ｎ4等の保護膜６で覆われている。そのために、上記下地デバイスの形成以降に行われる所謂オンチップ工程においては、カラーフィルタ８,９,１０の形成に先行して透明平坦化材料をスピンコートして平坦化層７を形成することによって上記下地デバイスの段差を軽減した後に、カラーフィルタ８,９,１０の形成を行う必要がある。
【０００３】
しかしながら、画素の高集積化が進むにつれて、Ｘ,Ｙ方向の縮小はもとよりＺ方向の縮小が重要且つ必要になってきている。尚、図２中、１は基板、２は受光部(光電変換部)、４は層間絶縁膜、１１は保護層、１２はマイクロレンズである。
【０００４】
図３に、図２に示す単位セルにおける光学系の概念図を示す。図３において、受光部２からマイクロレンズ１２までのＺ方向の距離Ｌが長い場合には、斜め入射光１５が電極３等でなる凸部１３によって遮蔽されることになり、入射光を有効に利用できなくなる。尚、１４は垂直入射光である。
【０００５】
ところで、固体撮像素子が用いられた撮像装置(カメラ等)は、高集積化の進展と共に光学系がコンパクトになり、それに伴って射出瞳位置が極端に短いレンズの採用が活発になってきている。この射出瞳位置が極端に短いレンズの特徴は、図４に示すように、短瞳位置レンズ１８の場合は通常レンズに比較して固体撮像素子１６の表面への光の入射角度が大きくなるため、固体撮像素子１６の撮像領域１７に入射する全光束に対する斜め入射光２０の割合が高くなることにある。その結果、撮像領域１７の中心部と周辺部とで入射光量が不均一となりシェージング現象が発生する。このシェージング現象の発生の主な原因は、斜め入射光２０の入射角度が撮像領域１７の中心部より周辺部の方が大きいために、固体撮像素子１６の転送部領域でなる凸部(遮光膜等を含む)によって光束の蹴られが生じやすいことにある。そして、このシェージング現象は、上述したごとく固体撮像素子１６の受光部からマイクロレンズまでのＺ方向の距離が大きい程顕著に現れる。尚、１９は垂直入射光である。
【０００６】
一方において、画面の色調における高画質化の要求があり、それに伴ってカラーフィルタの透過色分光特性に対しても更なる高品質化を図る必要がある。そして、そのためには、色相の質の向上を図る必要があり、カラーフィルタの膜厚を厚くすることで対応可能である。ところが、カラーフィルタの膜厚を厚くすることは、上述したＺ方向の縮小要求とは相反する。
【０００７】
また、上述したような高集積化によって、固体撮像装置を形成する際に、図２において、カラーフィルタ８,９,１０やマイクロレンズ１２の形成工程における上記下地デバイスヘのレジストレーション(アライメント精度)が、従来に比して強く要求されようになってきている。ここで、ウェハアライメントにおいては、下地デバイスに形成されたアライメント用マークからのレーザ光の反射・回折光を平坦化層７を介して検出することによって、上記下地デバイスと上層との位置合わせを行っている。ところが、厚さ数μmの平坦化層７を介してのアライメント用マークの結像位置検出は、光学的に大きなズレを生じやすい。
【０００８】
このようなズレは、上記平坦化層７上にカラーフィルタ８,９,１０を形成する場合に当て嵌めると、以下のごとく敏感に画質に悪影響を及ぼす。即ち、図５に示すように、画素２１とカラーフィルタ８,９,１０とのズレ量Ｄが同じであっても平坦化層７の厚みＨが大きい程、隣接画素２１'へのクロストーク光(混色光)２２の正常光２３対する割合が大きくなるのである。
【０００９】
以上、幾つかの問題点について述べてきたが、これらの問題は固体撮像素子の高集積化の進展に伴って問題として浮上したものである。そして、これらの問題は、上記下地デバイス上に厚い平坦化層７を形成した後に(つまり、Ｚ方向の間隔を大きくして)カラーフィルタ８,９,１０を形成することに起因している。
【００１０】
上述したような問題点を解消する方法として、例えば、特開平３−９８００２号公報に開示された固体撮像素子用光学カラーフィルタの製造方法が知られている。以下、この固体撮像素子用光学カラーフィルタの製造方法について、図６に従って説明する。
【００１１】
先ず、図６(a)に示すように、基板２５上における受光部(光電変換部)２６間に電極や遮光膜等でなる段部２７が形成されて、固体撮像デバイスが得られる。そして、この固体撮像デバイスに対してレジスト層２８が塗布されて各段部２７間の段差部が埋め込まれる。次に、図６(b)に示すように、レジスト層２８における同じ色用の各受光部２６を中心とする複数の所定領域を開口し、この開口部も含めて全面に該等色の染料を含んだ高分子樹脂の層(以下、染色層と言う)２９を形成して、上記所定領域に染色層２９を埋め込む。次に、図６(c)に示すように、染色層２９をエッチバックして、上記開口部のみに染色層２９を残す。その後、図６(d)に示すように、剥離液によってレジスト層２８を除去する。
【００１２】
以下、図６(a)乃至図６(d)に示す一連の工程を全色の受光部２６に関して繰り返し行って、複数の染色層２９a〜２９dを全受光部２６上に埋め込み、各染色層２９a〜２９dをカラーフィルタとする。その後に平坦化層３０を形成する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平３−９８００２号公報に開示された固体撮像素子用光学カラーフィルタの製造方法には、以下のような問題がある。すなわち、図６(b)に示す工程において、レジスト層２８をパターニングした後に染色層(高分子樹脂層)２９を埋め込んでいる。したがって、レジスト層２８をパターニングした際に生ずるレジスト段差３１が元々在る段差部３２に追加されることになり、より大きな段差に対して染色層２９が埋め込まれることになる。そのため、染色層２９の塗布膜厚が不均一(ストリエーション)になり、極端な場合には「レジスト段差３１＋段差部３２」でなる段差を完全に埋め込むことができない場合がある。
【００１４】
また、上記レジスト層２８のパターニングは、段部２７上部の遮光膜(図示せず)上で行われる。ところが、その場合には、上記遮光膜からのハレーションを受けやすく、レジスト層２８のエッジ形状は順テーパとなる。そのため、染色層２９となる高分子樹脂を埋め込むと、埋め込まれた染色層２９は、下地パターン(レジスト層２８のエッジパターン)を反映して逆テーパになってしまう。その結果、隣接するカラーフィルタのエッジ部分にボイドが発生する。つまり、図３に示すカラーフィルタ８,９,１０のように隣接したカラ−フィルタ２９同士を接触させて連続して形成できないのである。そのために、画質が劣化してしまうという問題もある。
【００１５】
さらに、各色毎に染色層２９である高分子樹脂の不要部分をエッチバック(一般にバラツキやすい)によって除去するために、各染色層(フィルタ)２９の表面が平坦にならないという問題もある。
【００１６】
以上のごとく、上記特開平３−９８００２号公報に開示された固体撮像素子用光学カラーフィルタの製造方法においては、隣接したカラ−フィルタ２９同士を接触させて連続して形成できず、然も各カラ−フィルタ２９の表面が平坦にならないために、平坦化層３０を形成する必要がある。結果として、各段部２７間の段差部に直接カラーフィルタ２９a〜２９dを埋め込んで形成しているにも拘わらず、受光部２６からマイクロレンズ(図示せず)までの垂直方向の距離は縮小されず、上記シェージング現象や下地アライメントマークの検出誤差の改善はあまり期待できないのである。
【００１７】
そこで、この発明の目的は、垂直方向に飛躍的に縮小された高精度で高画質な固体撮像装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、基板上に形成された遮光膜を有する転送部領域でなる凸部領域と上記基板における上記凸部領域に隣接した受光部領域でなる凹部領域で構成された単位セルと,上記単位セル上に形成されたカラーフィルタ及びマイクロレンズを有する固体撮像装置において、上記凸部領域および凹部領域はその表面に保護膜を有しており、上記凸部領域において、上記保護膜は上記遮光膜上にこの遮光膜に接して形成されており、上記カラーフィルタは、上記凹部領域に直接埋め込まれると共に、当該凹部領域の両側に位置する凸部領域の中央部まで延在しており、隣接する上記カラーフィルタはエッジ部が互いに重なって連続性を確保しており、上記重なり連続性を有する複数のカラーフィルタの表面は略平坦であり、上記重なっているエッジ部のうちの一方のエッジ部は順テーパ形状を有する一方、他方のエッジ部は上記一方のエッジ部に乗り上げていることを特徴としている。
【００１９】
上記構成によれば、カラーフィルタは、基板上に形成された転送部領域でなる各凸部領域間に在る凹部領域に直接埋め込まれて形成されると共に、隣接したカラーフィルタは互いに接触して形成されている。したがって、斜め入射光の遮蔽が低減されて上記シェージング現象が改善されると共に、画質の劣化が防止される。
【００２０】
また、上記カラーフィルタは、平坦化層を介さずにより基板に近い位置に形成されている。したがって、上記カラーフィルタを形成する際における下地アライメントマークの検出誤差が小さく、上記カラーフィルタのズレ量は少ない。さらに、必然的に、マイクロレンズも上記基板に近い位置に形成されている。したがって、マイクロレンズを形成する際における上記下地アライメントマーク検出誤差が小さく、上記マイクロレンズのズレ量は少ない。以上の結果、さらに高品位な画質が得られる。
【００２１】
また、この発明は、上記カラーフィルタには界面活性剤が添加されていることが望ましい。
【００２２】
上記構成によれば、カラーフィルタには界面活性剤が添加されている。したがって、上記カラーフィルタの塗布性を向上させることができ、上記凹部領域に対して均一に塗布することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態における固体撮像装置の製造方法を示す図である。図１(a)に示すように、下地デバイスの単位画素セルは、基板４１上に形成された受光部(光電変換部)４２と、各受光部４２の間に形成された電極４３,層間絶縁膜４４,遮光膜４５および保護膜４６からなる電荷転送部としての凸部領域４７とのコンビネーションによって構成されている。
【００２４】
先ず、図１(b)に示すように、各凸部領域４７間の各凹部領域４８(受光部４２の領域)を含む全面に、カラーフィルタ材料４９をスピンコート等によって直接塗布する。こうすることによって、上述した特開平３−９８００２号公報の場合のごとくパターニングされたレジスト層を介して高段差のある状態でカラーフィルタ材料を埋め込む場合に比べて、上記ストリエーションを改善することができる。
【００２５】
この場合、上記カラーフィルタ材料４９は、被染色基質であっても着色したカラーレジストであっても良い。尚、密着性や塗布性に問題がある場合には、密着性増強剤(例えば、ヘキサメチルジシラザン)を上記下地デバイスの表面に気相塗布することや、界面活性剤をカラーフィルタ材料４９中に添加することで対応可能である。但し、受光部４２の凹部領域４８にカラーフィルタ材料４９を均一に埋め込むためには、塗布するカラーフィルタ材料４９の粘度を最適化した方が良い。すなわち、例えば、１０ＣＰ以下の低粘度に調整し、且つ、２０００rpm以下の比較的低速回転でのスピンでカラーフィルタ材料４９を塗布することによって、上記ストリエーションの発生を防ぐことができるのである。
【００２６】
次いで、均一に塗布されたカラーフィルタ材料４９に対して、所定領域にカラーフィルタ材料４９を残存させるためにパターン転写露光した後、以下のような現像処理を行う。すなわち、カラーフィルタ材料４９が被染色基質である場合には、染色処理並びにタンニン酸・吐酒石による定着処理を行う。また、カラーレジストである場合には、上記定着処理の変わりに熱処理による硬化処理を行うのである。こうして、図１(c)に示すように、特定色に関する受光部４２を中心とする上記所定領域のみに、上記特定色のカラーフィルタ５０が形成される。
【００２７】
その場合、残存したカラーフィルタ５０のエッジは順テーパ形状に形成されているために、引き続いて隣接して形成される他色のカラーフィルタとの連続性を確保することができるのである。また、カラーフィルタ材料４９を塗布した後におけるフォトリソグラフィにおいて、下地に形成されたアライメント用ターゲットマークを基板４１からの距離が近いカラーフィルタ材料４９の面から直接検出することが可能である。したがって、上述した特開平３−９８００２号公報の場合のごとく厚い平坦化膜を介して基板４１から遠い位置から検出する場合に比して、検出誤差は極めて少なく、図１(c)に示すように仕上がりパターン形状は対称性が良い。
【００２８】
その後、上述と同様のカラーフィルタ形成工程を所定の色数分だけ繰り返すことによって、図１(d)に示すように、全色のカラーフィルタ５０,５１,５２が形成される。その状態で、図１(a)において下地デバイスに存在していた数μmの段差はおおよそ１/１０以下に抑制されて、略平坦化されている。それと共に、互いに隣接して形成された各カラーフィルタ５０,５１,５２は連続して形成されており、画質の向上を図ることが可能となる。
【００２９】
また、上記凹部領域４８に埋め込まれたカラーフィルタ５０,５１,５２の実質的な膜厚は通常の２倍以上になるため、カラーフィルタ５０,５１,５２の色濃度を高める際の自由度が飛躍的に向上し、画質の改善を図ることが可能となる。また、従来と同じ色濃度であれば、カラーレジスト材料の保存安定性や特性(レジスト感度)の向上を目的とした色素添加量(分散量ないし溶解量)の削減という点においても自由度が大幅に向上する。すなわち、本実施の形態によれば、Ｚ方向への縮小を図りつつ、色相の向上やカラーレジストの特性改善が可能になるのである。
【００３０】
次に、上記カラーフィルタ５０,５１,５２形成後に、微少段差の平坦化とカラーフィルタ５０,５１,５２を保護するために、アクリル等の透明材料によってオーバーコート層を形成する。次いで、詳述しないが、従来の固体撮像装置の製造の場合と同様に、マイクロレンズ形成工程に移行する。尚、このマイクロレンズ形成工程においても、従来の固体撮像装置の製造方法の場合にカラーフィルタ上に形成していた平坦化層等の透明層が削除されているために、マイクロレンズ形成時の下地アライメントマーク検出の誤差を低減できるのである。したがって、更なる画質の向上を図ることが可能となる。
【００３１】
以上のごとく、本実施の形態においては、下地デバイス全面にカラーフィルタ材料４９を直接塗布して、凹部領域４８(受光部４２の領域)を埋め込むようにしている。したがって、パターニングされたレジスト層を介して高い位置からカラーフィルタ材料を埋め込む場合に比べて上記ストリエーションを改善することができる。また、次いで、カラーフィルタ材料４９に対してパターン転写露光した後現像処理をおこなってカラーフィルタ５０を形成する。したがって、カラーフィルタ５０のエッジは順テーパ形状に形成され、隣接して形成される他色のカラーフィルタ５１,５２との連続性を確保することができる。また、上記パターン転写露光時に、下地アライメントマークを基板４１からの距離が近いカラーフィルタ材料４９の面から直接検出することができる。したがって、検出誤差を小さくして画質の劣化を少なくできる。
【００３２】
また、埋め込まれたカラーフィルタ５０,５１,５２の実質的な膜厚を通常の２倍以上にして、カラーフィルタ５０,５１,５２の色濃度を高める自由度や、従来と同じ色濃度であれば、カラーレジスト材料の色素添加量を削減して特性の向上を図る自由度を、Ｚ方向への縮小を図りつつ向上させることができるのである。
【００３３】
また、マイクロレンズを形成する場合も、従来の平坦化層等の透明層は形成しないので下地アライメントマーク検出の誤差を低減できる。したがって、更なる画質の向上を図ることが可能となるのである。
【００３４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の固体撮像装置におけるカラーフィルタは、基板上に形成された転送部領域でなる各凸部領域間に在る凹部領域に直接埋め込まれると共に、当該凹部領域の両側に位置する凸部領域の中央部まで延在しており、隣接する上記カラーフィルタはエッジ部が互いに重なって連続性を確保しており、上記重なり連続性を有する複数のカラーフィルタの表面は略平坦であり、上記重なっているエッジ部のうちの一方のエッジ部は順テーパ形状を有する一方、他方のエッジ部は上記一方のエッジ部に乗り上げているので、斜め入射光の遮蔽を低減して上記シェージング現象を改善できると共に、画質の劣化を防止することができる。
【００３５】
また、上記凸部領域において、上記保護膜は遮光膜上にこの遮光膜に接して形成されている。したがって、上記保護膜と遮光膜との間には何も存在せず、上記保護膜上に形成されるカラーフィルタは、平坦化層を介さずにより基板に近い位置に形成されている。したがって、上記カラーフィルタを形成する際における下地アライメントマークの検出誤差が小さく、カラーフィルタのズレは少ない。さらに、必然的に、マイクロレンズも基板に近い位置に形成されている。したがって、マイクロレンズを形成する際における上記下地アライメントマークの検出誤差が小さく、マイクロレンズのズレは少ない。したがって、更に高品質な画質を得ることができる。
【００３６】
すなわち、この発明によれば、デバイスの性能を落とすことなく垂直方向の寸法を縮小できる。その結果、上記シェーディング不良の改善、カラーフィルタやマイクロレンズの実質的なアライメント精度の向上、クロストークによる画質劣化の抑制が可能となり、高精度,高精細な固体撮像装置を得ることができるのである。
【００３７】
また、この発明の固体撮像装置におけるカラーフィルタに界面活性剤を添加することによって、上記カラーフィルタの塗布性を向上させることができ、上記凹部領域に対して均一に塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の固体撮像装置の製造方法を示す図である。
【図２】  従来のＣＣＤ固体撮像装置における単一セルの断面図である。
【図３】  図２の単一セルにおける光学系の概念図である。
【図４】  射出瞳位置が極端に短いレンズの特性説明図である。
【図５】  下地デバイスとカラーフィルタとの位置ズレが画質に及ぼす悪影響の説明図である。
【図６】  従来の固体撮像素子用光学カラーフィルタの製造方法の説明図である。
【符号の説明】
４１…基板、    ４２…受光部(光電変換部)、
４３…電極、                        ４４…層間絶縁膜、
４５…遮光膜、                      ４７…凸部領域、
４８…凹部領域、                    ４９…カラーフィルタ材料、
５０,５１,５２…カラーフィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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