(57)【要約】【課題】複数の光電変換素子を平面配置した画素部と、画素部周辺に積層配置した多層配線部とを有する固体撮像素子において、画素部を形成した領域面を多層配線部の上面より低く形成した構造であっても、後のカラーフィルタ形成工程で枠色ムラや剥がれ等の品質不良の生じない正常な膜形成領域を広く確保する固体撮像素子を提供すること。【解決手段】固体撮像素子において、画素部領域の受光面表面が多層配線部領域の上面より低い位置となるように両部の境界付近に段差が形成され、段差から画素部にいたる表面上に、その表面が下に凸なスロープ状の透明樹脂層を設けた。【選択図】図１
2011171328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換素子を平面配置した画素部領域と、画素部領域外周にあって画素部と電気的に接続する複数の配線層を各配線層間の層間絶縁膜を介して積層配置した多層配線部領域と、を有する固体撮像素子において、画素部領域の受光面表面が多層配線部領域の上面より低い位置となるように両部の境界付近に段差が形成され、段差から画素部にいたる表面上に、その表面が下に凸なスロープ状の透明樹脂層を設けたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記スロープ状の透明樹脂層上の画素部領域に、カラーフィルタ着色層と平坦化層とマイクロレンズとを光電変換素子の受光面に近い側からこの順に積層形成することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記スロープ状の透明樹脂層の形成方法として、前記透明樹脂層形成前の複数の固体撮像素子が形成されたウェハデバイスの受光面側表面に感光性の透明樹脂液を塗布する工程、透過率階調を有するフォトマスクを用いて露光する工程、アルカリ溶液により現像する工程、熱処理による樹脂硬化工程を順次行うことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記感光性の透明樹脂液がポジ型レジストであって、透過率階調を有するフォトマスクの透過率が段差直下に対応する位置で極小値を有し、かつ、段差部から画素部にいたる領域に対応する位置で増加傾向を有することを特徴とする請求項３に記載の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、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子を有する固体撮像素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像装置は画像の記録、通信、放送の内容の拡大に伴って広く用いられるようになっている。撮像装置として種々の形式のものが提案されているが、小型、軽量で高性能のものが安定して製造されるようになった固体撮像素子を組み込んだ撮像装置が、デジタルカメラやデジタルビデオとして普及してきている。
【０００３】
固体撮像素子は、撮影対象物からの光学像を受け、入射した光を電気信号に変換する複数の光電変換素子を有する。光電変換素子の種類はＣＣＤ（電荷結合素子）タイプとＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）タイプとに大別される。また、光電変換素子の配列形態から、光電変換素子を1列に配置したリニアセンサー（ラインセンサー）と、光電変換素子を縦横に２次元的に配列させたエリアセンサー（面センサー）との２種類に大別される。いずれのセンサにおいても光電変換素子の数（画素数）が多いほど撮影された画像は精密になる。
【０００４】
また、光電変換素子に入射する光の経路に特定の波長の光を透過する各種のカラーフィルタを設けることで、対象物の色情報を得ることを可能とした単板式のカラーセンサーとしての固体撮像素子も普及している。カラーフィルタの色としては、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）の３色からなる３原色系、あるいは、シアン色（Ｃ）、マゼンタ色（Ｍ）、イエロー色（Ｙ）からなる補色系が一般的であり、特に３原色系が多く使われている。
【０００５】
カラーフィルタは、フォトリソグラフィ法を用いて形成することが主流となっている。すなわち、基板上に所定の色の感光性着色樹脂を塗布した後、所定のパターンを有する露光用フォトマスクを介して感光性着色樹脂にパターン露光、現像を行い、所定の部位に着色樹脂からなるカラーフィルタを形成する。また、基板上への感光性着色樹脂の塗布としては、回転塗布法を用いることが多い。すなわち、基板上に感光性着色樹脂を滴下した後、基板を回転することで滴下した感光性着色樹脂を基板上に塗り広げる方法である。
【０００６】
固体撮像素子に要求される性能で重要な課題の一つに、入射する光への感度を向上させることが挙げられる。小型化した固体撮像素子で撮影した画像の情報量を多くするためには受光部となる光電変換素子を微細化して高集積化する必要がある。しかし、光電変換素子を微細化した場合、各光電変換素子の面積が小さくなり、受光部として利用できる面積割合も減るので、光を取り込む面積が小さくなるため、光電変換素子の受光部に取り込める光の量が少なくなり、実効的な感度は低下する。
【０００７】
このような、微細化した固体撮像素子の感度の低下を防止するための手段として、光電変換素子の受光部に効率良く光を取り込むために、対象物から入射される光を集光して光電変換素子の受光部に導くマイクロレンズを光電変換素子上に形成する技術が提案されている。マイクロレンズで光を集光して光電変換素子の受光部に導くことで、受光部の見かけ上の開口率（面積）を大きくすることが可能になり、固体撮像素子の感度の向上が可能になる。また、マイクロレンズと光電変換素子の受光部との距離を短くして、光の取り込み角度を大きくすることで更なる高感度化を図る技術も提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２７０５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、マイクロレンズと光電変換素子の受光部との距離を短くして、光の取り込み角度を大きくすることで高感度化を図ることは可能である。図２は、第１色目のカラーフィルタ１１まで形成した従来の固体撮像素子の主要部について説明するための部分断面模式図である。基板２は、多層配線が設けられていない画素部Ａの上部を掘り込んでおり、基板２の画素部Ａにおける厚さをその外周の多層配線部Ｂより薄くしている。これにより、光電変換素子３とその上方に第１色目のカラーフィルタ１１や他色のカラーフィルタを介して画素部Ａの上方に形成することになるマイクロレンズとの距離を短くできる。ここで、多層配線部Ｂには、複数の配線層４が各配線層間の層間絶縁膜５を介して積層配置されている。また、カラーフィルタは、画素部Ａを越えて外周部にも形成される。
【００１０】
然るに、表面位置の低い画素部表面と表面位置の高い多層配線部上面との境界付近には段差が生じるため、マイクロレンズの形成に先立ってカラーフィルタを画素部に形成する際に、塗布状態を示す簡略化した部分断面模式図である図６に示すように、段差Ｄ近傍のカラーフィルタ層の厚さが部分的に画素部Ａの中央付近より厚くなる傾向がある。これは、カラーフィルタを構成する着色樹脂３０の塗布工程で段差部Ｃに液溜まりができるためである。この傾向は、回転塗布法で着色樹脂を塗布した際に顕著となる。図２において、段差近傍のカラーフィルタ層の厚さが部分的に厚くなる領域である段差部Ｃは、画素部Ａと重なる領域を生じ、カラーフィルタが均一厚さに形成される部分は、段差部Ｃより内側の画素部Ａの中でも基板の外周から離れた基板の中央寄りの部分に限定される。
【００１１】
固体撮像素子１周辺部である段差部Ｃの近傍に形成されたカラーフィルタ着色層の厚さが、均一厚さの画素部Ａの中央部と較べて部分的に厚くなることにより、段差部近傍のカラーフィルタと、中央部のカラーフィルタとの光の透過率の変化がムラとなって現れ、固体撮像素子１の品質不良となる「枠色ムラ」を引き起こす。また、光硬化タイプの着色樹脂を用いて、フォトリソグラフィー法でカラーフィルタのパターンを形成する一般的な製法では、着色層の局部的に厚い部分は他の部分に較べて主要な露光スペクトルであるｉ線（波長３６５ｎｍ）の透過光量が減少して硬化度が不足する上、膜内部のストレスも大きくなるので、段差直下部分を含めた段差部Ｃでカラーフィルタパターンの剥がれを生じ易い。また、着色層の局部的に厚い部分をベタ膜として形成することにより、段差部Ｃでの剥がれを防ぐことはできるが、画素部Ａの中でカラーフィルタ着色層が均一厚さとなる有効画素領域が狭まる問題は依然として残る。
【００１２】
本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、複数の光電変換素子を平面配置した画素部と、画素部周辺に積層配置した多層配線部とを有する固体撮像素子において、画素部を形成した領域面を多層配線部の上面より低く形成した構造であっても、後のカラーフィルタ形成工程で枠色ムラや剥がれ等の品質不良の生じない正常な膜形成領域を広く確保する固体撮像素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、複数の光電変換素子を平面配置した画素部領域と、画素部領域外周にあって画素部と電気的に接続する複数の配線層を各配線層間の層間絶縁膜を介して積層配置した多層配線部領域と、を有する固体撮像素子において、画素部領域の受光面表面が多層配線部領域の上面より低い位置とな
るように両部の境界付近に段差が形成され、段差から画素部にいたる表面上に、その表面が下に凸なスロープ状の透明樹脂層を設けたことを特徴とする固体撮像素子である。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、前記スロープ状の透明樹脂層上の画素部領域に、カラーフィルタ着色層と平坦化層とマイクロレンズとを光電変換素子の受光面に近い側からこの順に積層形成することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子である。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、前記スロープ状の透明樹脂層の形成方法として、前記透明樹脂層形成前の複数の固体撮像素子が形成されたウェハデバイスの受光面側表面に感光性の透明樹脂液を塗布する工程、透過率階調を有するフォトマスクを用いて露光する工程、アルカリ溶液により現像する工程、熱処理による樹脂硬化工程を順次行うことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子の製造方法である。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、前記感光性の透明樹脂液がポジ型レジストであって、透過率階調を有するフォトマスクの透過率が段差直下に対応する位置で極小値を有し、かつ、段差部から画素部にいたる領域に対応する位置で増加傾向を有することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による固体撮像素子は、画素部と多層配線部との段差に起因してカラーフィルタの膜厚が部分的に大きくなり易い段差部の下地断面形状を制御するために、予めカラーフィルタ着色層の下地として、断面形状を制御した透明樹脂層を設けることにより、画素部の受光面側表面を多層配線部の上面より低く形成した構造であっても、枠色ムラや剥がれ等の品質不良の生じないカラーフィルタ着色層の正常な膜形成領域を広く確保することができ、良好な品質の固体撮像素子を提供できる。さらに、カラーフィルタ着色層と密着性の良い透明樹脂層を画素部の均質な下地として形成できるため、画素部におけるカラーフィルタの欠けやピンホール等の一般的な欠陥も減らせるという副次的な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の固体撮像素子の構成を工程途中の主要部について説明するための部分断面模式図である。
【図２】従来の固体撮像素子の構成を工程途中の主要部について説明するための部分断面模式図である。
【図３】本発明の固体撮像素子の製造方法において、スロープ状の透明樹脂層を形成する方法について説明するための模式図であって、（ａ）は、スロープ状の透明樹脂層を形成した部分断面模式図、（ｂ）は、スロープ状の透明樹脂層を形成する際に露光工程で用いるフォトマスクの部分平面模式図、（ｃ）は、（ｂ）のフォトマスクの各部に対応する部位のフォトマスクの光透過率の一例を示す。
【図４】本発明の固体撮像素子の一例を説明するための部分断面模式図である。
【図５】本発明の固体撮像素子におけるカラーフィルタ各色の平面配列の一例を説明するための部分平面模式図である。
【図６】従来の塗布工程における着色樹脂の塗布状態を示す簡略化した部分断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に従って、本発明を実施するための形態を説明する。
図１は、工程途中（複数色のカラーフィルタのうち第１色目のカラーフィルタを形成した時点）の、本発明の固体撮像素子の主要部について説明するための部分断面模式図である。
【００２０】
図１に示すように、複数の光電変換素子３を平面配置した画素部Ａと、画素部の外周周辺にあって画素部と電気的に接続する複数の配線層４を各配線層間の層間絶縁膜５を介して積層配置した多層配線部Ｂと、を有する固体撮像素子１において、画素部Ａを形成する領域の表面が多層配線部の上面より低い位置となっており、両部の境界付近に段差が形成されている。
【００２１】
多層配線が設けられていない画素部Ａの上部を約１〜２μｍの深さに掘り込んでいるため、従来の固体撮像素子と同様に、画素部Ａの領域での基板２の厚さをその周囲の多層配線部Ｂの領域より薄くすることにより、光電変換素子３とその上方に第１色目のカラーフィルタ１１や他色のカラーフィルタを介して形成することになるマイクロレンズとの距離を短くできる。
【００２２】
固体撮像素子１は、前記複数の光電変換素子３を平面配置した画素部Ａを予め形成して有する半導体基板２上に、前記複数の配線層４を各配線層間の層間絶縁膜５を介して積層配置した多層配線部Ｂを形成している。この多層配線部形成工程は、画素部と多層配線部との境界付近に段差を形成する段差形成工程とともに、フォトリソグラフィー法または印刷法に適宜エッチング法等の加工手段を加えるなど、一般的な方法を用いて可能であり、詳細な説明は省略する。
【００２３】
画素部Ａの受光面側表面に複数色のカラーフィルタを色別の着色画素で順次平面配置してカラーフィルタ着色層を設けるが、それに先立って、透明樹脂層６を形成している。多層配線からの電気的接続を得るための接続端子部上や、複数の固体撮像素子を一括形成したウェハデバイスから個別のチップを分離するためのスクライブライン上など、透明樹脂層を形成すべきでない箇所があるものの、透明樹脂層６は、一旦、ウェハデバイス上に一様に広く形成している。
【００２４】
第１色目のカラーフィルタ１１は、所望の色特性を保持するために一定の膜厚を必要とするが、従来のように画素部Ａの受光面側表面にいきなりカラーフィルタを形成しようとすると、前述した図２に示すように、カラーフィルタを構成する着色樹脂の塗布工程で段差部近傍に液溜まりができるため、段差部Ｃでカラーフィルタ層の厚さが所望する厚さより厚くなる領域が広くなり、カラーフィルタが所望する厚さで均一厚さに形成される部分は、画素部Ａの中で基板の中央寄りの部分に狭く限定される。
【００２５】
これに対して、本発明では、カラーフィルタ第１色１１の形成に先立って、段差から画素部Ａにいたる表面上に、その表面が下に凸なスロープ状の透明樹脂層６を設けることにより、前記着色樹脂の塗布工程での段差部での液溜まりの程度を軽減でき、従って、段差部Ｃでのカラーフィルタ層の厚さが部分的に厚くなる領域を小さくすることができる。すなわち、画素部のカラーフィルタを広い領域で正常な所望する均一厚さに得ることができ、その結果、枠色ムラや剥がれの少ない良好な品質の固体撮像素子を提供できる。
【００２６】
図３は、本発明の固体撮像素子の製造方法において、スロープ状の透明樹脂層を形成する方法について説明するための模式図であって、（ａ）は、スロープ状の透明樹脂層を形成した部分断面模式図、（ｂ）は、スロープ状の透明樹脂層を形成する際に露光工程で用いるフォトマスクの部分平面模式図、（ｃ）は、（ｂ）のフォトマスクの各部に対応する部位のフォトマスクの光透過率の一例を示す。
【００２７】
本発明では、カラーフィルタの形成に先立って、透明樹脂層６を受光面側に形成する。透明樹脂層６はスロープ状として形成するが、前記スロープ状の透明樹脂層の形成方法として、（１）前記透明樹脂層形成前の複数の固体撮像素子が形成されたウェハデバイスの受光面側表面に感光性の透明樹脂液を塗布する工程、（２）前述した透過率階調を有する
フォトマスクを用いて露光する工程、（３）アルカリ溶液により現像する工程、熱処理による樹脂硬化工程を順次行うものである。
【００２８】
透明樹脂層６の形成にあたっては、前記感光性の透明樹脂液をポジ型レジストとし、透過率階調を有するフォトマスクの透過率が段差直下に対応する位置で極小値を有し、かつ、段差部から画素部にいたる領域に対応する位置で増加傾向を有することが好ましい。
【００２９】
透明樹脂層６は、段差から画素部Ａにいたる段差部Ｃを主とした表面上に、下に凸なスロープ状の断面形状を形成するとともに、画素部Ａおよび多層配線部Ｂの表面を平坦にする役目も有する。但し、透明樹脂層６を単に厚く形成して、受光部の光電変換素子３と入光部のマイクロレンズ８との距離を遠ざけて段差部Ｃの段差を埋める方向にした場合、マイクロレンズと受光部との距離が遠くなり、固体撮像素子の高感度化と相反する方向となるので望ましくない。透明樹脂層６としては、例えば、無色透明なアクリル樹脂溶液を画素部Ａ上および多層配線部Ｂ上では薄く形成し、段差部Ｃ上では表面が下に凸なスロープ状の断面形状となるように厚さに変化を与える方法で形成し、その後熱処理して硬化させることにより形成できる。
【００３０】
前述したように、表面が下に凸なスロープ状の断面形状を透明樹脂で形成する方法としては、感光性の透明樹脂液を用いたフォトリソグラフィ法において、露光用のフォトマスクに透過率階調を与えた中間濃度の領域を有するグレートーンマスクまたはハーフトーンマスクのいわゆるグレーマスクと呼ばれるフォトマスクを用いることができる。
【００３１】
すなわち、フォトマスク上に中間濃度の領域を作る方法としては、ドット（網点）配列やライン・アンド・スペースのような遮光膜の微細パターンの集合により、微細パターン領域全体の平均として、半透光部を形成する一般的なグレートーンマスクのタイプと、半透過性の膜の直接成膜とパターニング手段で半透光部を形成するハーフトーンマスクのタイプがある。真空成膜を、遮光膜材料と半透過性膜材料の少なくとも２種類に分けて実施する必要のある後者より、遮光膜１種類のみの真空成膜を行えば良い前者のグレートーンマスクのタイプの方が、製造工程上は簡便である。但し、パターン周縁部での光の回折干渉効果によりグレートーンマスクのタイプでは光の強度のバラツキが大きく、特に膜厚の大きな部分の形状品質を良好に保つことが困難な場合があるので、形成したいスロープの形状に応じて適宜タイプを選択する必要がある。
【００３２】
フォトマスクの透明基板は、露光機からのレジスト感光用の照射光の内、少なくとも、使用する感光性樹脂の感光性を利用する領域の波長の光を通すものであり、溶融石英ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。また、フォトマスクの製造において、遮光部は、従来より主にスパッタリング法で形成されている金属クロム膜、または金属クロムに酸化クロムを積層した低反射膜の薄膜をフォトエッチング法によりパターン化するのが一般的であり、エッチング手段はウェット方式でもドライ方式でも良い。また、グレートーン部は、前記遮光部と同一の材料で、かつ遮光部形成と同時の工程で、スリット等のパターン上の工夫により形成することができる。
【００３３】
更に、ハーフトーン部には、酸化クロムの半透明膜を用いることが相応しく、分光透過率は可視域近辺でなるべくフラットであることが望ましく、膜厚を制御することにより、所望の透過率を得ることができる。薄膜材料としての酸化クロムはスパッタリング法での形成が一般的であり、酸化度によりその吸収係数を変えるが、後のパターニングにおけるエッチング適性と必要膜厚とから最適化すれば良い。ハーフトーン部のパターン化は前記遮光部のパターン化と同様の手段で可能である。また、ハーフトーンマスクと同様に半透過性を有する膜を用いるものの、一定膜厚で成膜した膜のエッチング量を制御して半透光部を任意の透過率でパターン形成する別法も可能である。
【００３４】
図３（ｂ）に部分平面模式図で示す、スロープ状の透明樹脂層をポジ型レジストで形成する際に露光工程で用いるフォトマスクにおいて、例えば、多層配線部Ｂ上に対応するマスク領域２０、段差部Ｃ上に対応するマスク領域２１、２２、２３、画素部Ａ上に対応するマスク領域２４のそれぞれの領域のマスクの光透過率Ｔ（％）の一例を（ｃ）に示す。
【００３５】
多層配線部Ｂ上に対応するマスク領域２０および画素部Ａ上に対応するマスク領域２４では、Ｔが８０％と高く、透明樹脂層の材質としてポジ型のレジストを使用した場合、この領域の透明樹脂は露光後の現像により約０．１μｍ程度の僅かな厚さ分を残して大部分が溶解除去される。一方、段差部Ｃ上に対応するマスク領域の内、段差直下に対応する領域２１でＴが３０％と低く、画素部に接近していく位置に対応する領域２２、２３でＴがそれぞれ５０％、７０％と増加傾向を示すようにすれば、対応する領域の透明樹脂の膜厚が、段差直下で極大の残存率を示し、画素部に向かって膜厚の残存率は減少していく。段差部での透明樹脂の塗布厚が画素部に向かって減少する一定の傾斜を有するので、上記のような露光、現像による透明樹脂の残存率の減少が加わると、透明樹脂層６の断面形状を下に凸なスロープ状にし、スロープの下降角度を急激に減少させていくことができる。
【００３６】
図４は、本発明の固体撮像素子の一例を説明するための部分断面模式図である。
前記スロープ状の透明樹脂層６が延在した画素部領域に、カラーフィルタ着色層１１、１２と平坦化層７とマイクロレンズ８とを光電変換素子３の受光面に近い側からこの順に積層形成することにより、高感度のカラー固体撮像素子を得ることができる。
【００３７】
第１色目のカラーフィルタ１１として、例えば、緑色の顔料分散樹脂である感光性ネガ型レジストを塗布する。ここで、段差部Ｃによる影響が充分に狭い領域に限定されることにより、画素部Ａ上の画素膜厚が均一になり、かつ、所望する膜厚となったカラーフィルタを形成できる領域が広くなる。レジスト塗布後、プレベイク、選択的露光、現像、熱処理の各工程を経て、第１色目のカラーフィルタ１１が例えば０．９μｍの厚さにパターン形成される。選択的露光においては、下に設けた光電変換素子３との位置合わせが重要となり、微細化した固体撮像素子の品質を支配する。
【００３８】
次に、第２色目のカラーフィルタおよびそれ以降の色を含めた残りの色層を形成する。選択した色の顔料分散樹脂である感光性ネガ型レジストを塗布し、プレベイク、選択的露光、現像、熱処理の各工程を経て形成することは、上記と同様である。後述のように、第２色以降は、第１色の場合より画素膜厚を薄くした方が好ましいので、必要とする色特性を考慮して顔料の材質および含有比率、ならびに分散樹脂としての処方を適宜選択する。
【００３９】
以上で、画素部の受光面表面に複数色のカラーフィルタを色別に順次平面配置するカラーフィルタ形成工程を終え、次に、カラーフィルタ各色上に設ける平坦化層７を介して、マイクロレンズ８を平面配置するマイクロレンズ形成工程を行う。
【００４０】
平坦化層７は、画素部Ａにおけるカラーフィルタ各色の厚さの不均一さや微小な凹凸を覆い、マイクロレンズ形成のための平坦で均一な下地を提供するものであり、例えば、無色透明なアクリル樹脂溶液を０．２μｍの厚さで塗布形成し、熱処理する。
平坦化層７を形成後、レンズ材料となる透明樹脂である感光性ポジ型レジストを平坦化層上に塗布形成し、プレベイク、選択的露光後、有機アルカリ現像水溶液にて現像し、熱処理工程を加えて熱リフロー挙動を利用することにより、同一単位の繰り返しで平面配置されるマイクロレンズ８を、画素部Ａの上方領域に画素ピッチと一致させて高さ０．５μｍの凸レンズ形状の微小レンズを複数整列させて形成する。
【００４１】
最後に、接続端子部形成工程およびウェハデバイス上の多数の固体撮像素子を断裁分離
して各チップを実装するための工程を経て固体撮像素子が完成する。
【００４２】
カラーフィルタの平面配列に関して、図５により、一例を説明する。固体撮像素子１枚による単板式カラー撮影を行うのに適したカラーフィルタ画素のベイヤ（Ｂａｙｅｒ）配列の例である。人間の視感度に合わせて、緑色着色層３１の着色画素数を青色着色層３２や赤色着色層３３の着色画素数より多く配置する。
【００４３】
上記のベイヤ配列の例では、緑色着色層３１をカラーフィルタ第１色１１とし、第２色以降に青色着色層３２や赤色着色層３３を形成することが望ましい。緑色着色層３１の占める面積が相対的に大きく、対角に位置する同色の着色画素と連なることによって、さらに密着性が高まるからである。
【００４４】
また、一般に、画素部の有効領域におけるカラーフィルタの第２色以降の画素膜厚を、第１色の画素膜厚より薄くすることが望ましい。そうすることによって、カラーフィルタ第２色、第３色が、段差部Ｃでも第１色より薄い画素膜厚となり、既に第１色をパターン形成された抜け部分に沈没する形での薄い画素膜厚の形成となり、段差部の悪影響が軽減される。従って、カラーフィルタ第２色、第３色における枠色ムラや剥がれは問題にならない。さらに画素部Ａの領域においても、ベイヤ配列で第１色を緑色とする場合、カラーフィルタ第２色、第３色の各画素は４辺を第１色の高い壁に囲まれて形成されるので、剥がれ等の欠陥が生じ難い。
【実施例１】
【００４５】
本発明の固体撮像素子の実施例について、以下に説明する。
〈実施例１〉
〔工程〕
光電変換素子からなる受光素子が多数配置されたエリアがチップ上面に対して１μｍ程度掘り込まれた半導体デバイス上に、感光性のポジ型透明樹脂溶液を１μｍの厚さでスピンコート法（回転塗布法）により塗布し、９０℃、９０秒のプレベイク処理をする。
次いで、透過率階調がついたフォトマスクを用いて、透明樹脂膜を露光した。透過率階調は、段差下近傍の透過率が低く、画素部に向かって高透過率とした。また、スクライブライン等の透明樹脂膜を除去すべき箇所に対応するフォトマスクの透過率は１００％とし、接続端子部等の外部電極上は透過率０％として透明樹脂膜を保護膜として残すようにした。次いで、現像、熱処理し、段差部に、その表面が下に凸なスロープ状のパターンが形成された透明樹脂層を形成した。受光素子が多数配置された画素部の透明樹脂層の厚さは０．１μｍであった。
次いで、カラーフィルタ第１色となる緑色着色層を緑色ネガ型カラーレジスト（顔料分散型）をスピン塗布、プレベイク（７０℃、１分）し、選択的に露光、現像、熱処理して緑色画素のパターンを０．９μｍの厚さに形成した。
次いで、青色、赤色の着色層についても、緑色着色層と同様に、各所定の配置にフォトリソグラフィー法により形成した。青色、赤色の着色層の画素膜厚は、緑色着色層の画素膜厚より薄く、それぞれ０．７μｍ、０．８μｍであった。
次いで、カラーフィルタパターンの表面にアクリル樹脂溶液を０．２μｍの厚さでスピンコート法により塗布形成し、熱処理した。
次いで、レンズとなるポジ型レジストを塗布形成し、プレベイク後、選択的に露光した。その後、有機アルカリ現像水溶液（ＴＭＡＨ系：０．５％）にて現像し、熱リフロー法により０．５μｍ高さのマイクロレンズを形成した。
次いで、ポジ型レジストとして透明樹脂を３μｍの厚さで塗布形成し、１００℃、１２０秒のプレベイクをかけた後、接続端子部やスクライブラインなど透明樹脂を除去したい箇所を選択的に露光する。その後、有機アルカリ現像水溶液（ＴＭＡＨ系：０．５％）にて現像した。
次いで、上記ポジ型レジストパターンをエッチングマスクとして、ドライエッチングにて開口部下層の樹脂をエッチング除去した。ドライエッチングは、アルバック社製ＮＡ１３００にて出力５００Ｗ、ガス圧５０Ｐａ、Ｏ２流量６００ｃｍ３／ｍｉｎ．（１ｈＰａ、０℃）、Ｎ２流量１０ｃｍ３／ｍｉｎ．（１ｈＰａ、０℃）、エッチングレート０．５μｍ／ｍｉｎ．で２分間処理し、１μｍエッチング除去した。
次いで、ドライエッチングされずに残ったポジ型レジスト約２μｍ厚を剥離液にて剥離除去した。
最後に、水分を除去するために１００℃、２分の熱処理をかけた。
〔評価〕
得られた固体撮像素子は、枠色ムラが殆ど認められず、ウェハ段差近傍においてカラーフィルタ着色層の画素剥がれのない、高品質のカラー固体撮像素子であった。
また、緑色、青色、赤色の各色の画素感度もチップ内での均一性は良好で高感度であり、高品質のカラー固体撮像素子であった。
【実施例２】
【００４６】
本発明の固体撮像素子の比較例について、以下に説明する。
〈比較例１〉
〔工程〕
光電変換素子からなる受光素子が多数配置されたエリアがチップ上面に対して１μｍ程度掘り込まれた半導体デバイス上の受光素子が配置されたエリアに、アクリル樹脂溶液を０．１μｍの厚さで塗布し、熱処理をする。
次いで、カラーフィルタ第１色となる緑色着色層を緑色ネガ型カラーレジスト（顔料分散型）をスピン塗布、プレベイク（７０℃、１分）し、選択的に露光、現像、熱処理して緑色画素のパターンを０．９μｍの厚さに形成した。
次いで、青色、赤色の着色層についても、緑色着色層と同様に、各所定の配置にフォトリソグラフィー法により形成した。この時、青色、赤色の画素膜厚は緑色の画素膜厚より厚くした。
以下、実施例１と同様に形成して、比較例１とした。
〔評価〕
得られた固体撮像素子は、段差部近傍において枠色ムラが発生した。高低差１μｍの段差に対して、枠色ムラの平面範囲は段差から約３０μｍまで及んだ。また、段差近傍の緑色画素は画素剥がれや形状の歪みが生じた。
さらに、青色、赤色の画素膜厚も緑色同様に段差に対して厚さの影響を受け、青色については、画素剥がれが発生した。
また、緑色、青色、赤色の各色の画素感度もチップ内での均一性は劣る結果であった。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・固体撮像素子
２・・・基板
３・・・光電変換素子
４・・・配線層
５・・・層間絶縁膜
６・・・透明樹脂層
７・・・平坦化層
８・・・マイクロレンズ
１１・・・第１色目のカラーフィルタ
１２・・・第２色目のカラーフィルタ
２０・・・多層配線部Ｂ上に対応するマスク領域
２１、２２、２３・・・段差部Ｃ上に対応するマスク領域
２４・・・画素部Ａ上に対応するマスク領域
３０・・・着色樹脂
３１・・・緑色着色層
３２・・・青色着色層
３３・・・赤色着色層
Ａ・・・・画素部
Ｂ・・・・多層配線部
Ｃ・・・・段差部
Ｄ・・・・段差
【図１】
2011171328.tif 000003
【図２】
2011171328.tif 000004
【図３】
2011171328.tif 000005
【図４】
2011171328.tif 000006
【図５】
2011171328.tif 000007
【図６】
2011171328.tif 000008