(57)【要約】【課題】半導体基板上の凹部領域に複数の光電変換素子を平面配置した画素部を有するカラー固体撮像素子において、カラーフィルタ着色層の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とともに、良好な色特性を有する微細化したカラー固体撮像素子を提供すること。【解決手段】複数の光電変換素子を平面配置した画素部を有する固体撮像素子基板上に、第１の平坦化層、各光電変換素子に対応して着色画素が平面配置された緑色画素、青色画素、および赤色画素を含むカラーフィルタ着色層、第２の平坦化層、マイクロレンズ、がこの順に積層されたオンチップカラーフィルタ付き固体撮像素子において、第１の平坦化層が、カラーフィルタ着色層の中の緑色画素および赤色画素が形成される領域を含み、青色画素が形成される領域を除く領域に選択的に形成される黄色層である。【選択図】図１
2011165923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の凹部領域に複数の光電変換素子を平面配置した画素部を有する固体撮像素子基板上に、第１の平坦化層、各光電変換素子に対応して着色画素が平面配置された緑色画素、青色画素、および赤色画素を含むカラーフィルタ着色層、第２の平坦化層、マイクロレンズ、がこの順に積層されたオンチップカラーフィルタ付き固体撮像素子において、第１の平坦化層が、カラーフィルタ着色層の中の緑色画素および赤色画素が形成される領域を含み、青色画素が形成される領域を除く領域に選択的に形成される黄色層であることを特徴とするカラー固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１の平坦化層である黄色層が、カラーインデックスＰＹ１３９の顔料を主成分とする着色組成物からなることを特徴とする請求項１に記載のカラー固体撮像素子。
【請求項３】
前記第１の平坦化層を形成する工程、カラーフィルタ着色層を形成する工程、第２の平坦化層を形成する工程、マイクロレンズを形成する工程、をこの順に行うカラー固体撮像素子の製造方法において、第１の平坦化層を形成する際に外部接続端子上に第１の平坦化層を形成し、マイクロレンズを形成後に外部接続端子上の第１の平坦化層をドライエッチングで除去することを特徴とする請求項１または２に記載のカラー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カラー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カラー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カラー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。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周囲の多層配線部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を越えて基板の外周周辺にも形成される。
【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、図５に示すように、段差近傍のカラーフィルタ層の厚さが部分的に画素部の中央付近より厚くなる傾向があり、かかる傾向は、回転塗布法を用いた場合に顕著となる。これは、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に液溜まりができるためである。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の画素部Ａの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】
また、カラーフィルタ着色層の厚さは、構成材料に固有の色度や明度に応じて、必要とする色特性を満足させるように膜厚を設定すればよい。しかし、微細化した固体撮像素子の場合は、着色画素の色特性を満足させるために充分な膜厚とした場合、パターン形成される着色画素の膜厚／画素サイズの比が大きくなり、製造上の困難を伴うので、やむを得ず膜厚を制限して不充分な色特性で妥協する場合もある。
【００１３】
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、半導体基板上の凹部領域に複数の光電変換素子を平面配置した画素部を有するカラー固体撮像素子において、カラーフィルタ着色層の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とともに、良好な色特性を有する微細化したカラー固体撮像素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、半導体基板上の凹部領域に複数の光電変換素子を平面配置した画素部を有する固体撮像素子基板上に、第１の平坦化層、各光電変換素子に対応して着色画素が平面配置された緑色画素、青色画素、および赤色画素を含むカラーフィルタ着色層、第２の平坦化層、マイクロレンズ、がこの順に積層されたオンチップカラーフィルタ付き固体撮像素子において、第１の平坦化層が、カラーフィルタ着色層の中の緑色画素および赤色画素が形成される領域を含み、青色画素が形成される領域を除く領域に選択的に形成される黄色層であることを特徴とするカラー固体撮像素子である。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、前記第１の平坦化層である黄色層が、カラーインデックスＰＹ１３９の顔料を主成分とする着色組成物からなることを特徴とする請求項１に記載のカラー固体撮像素子である。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、前記第１の平坦化層を形成する工程、カラーフィルタ着色層を形成する工程、第２の平坦化層を形成する工程、マイクロレンズを形成する工程、をこの順に行うカラー固体撮像素子の製造方法において、第１の平坦化層を形成する際に外部接続端子上に第１の平坦化層を形成し、マイクロレンズを形成後に外部接続端子上の第１の平坦化層をドライエッチングで除去することを特徴とする請求項１または２に記載のカラー固体撮像素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるカラー固体撮像素子は、複数の光電変換素子を平面配置した画素部を有する半導体基板上の凹部領域にカラーフィルタ着色層を形成するに先立って、第１の平坦化層を青色画素形成領域を除く領域に黄色層で選択的に設けることにより、カラーフィルタ着色層の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とともに、良好な色特性を有する微細化したカラー固体撮像素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のカラー固体撮像素子の構成の一例を説明するための断面模式図である。
【図２】従来のカラー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】本発明のカラー固体撮像素子の製造方法を主要工程について説明するための断面模式図であって、（ａ）は、第１の平坦化層を形成するまで、（ｂ）は、マイクロレンズを形成するまで、の一例を示す。
【図４】本発明のカラー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５】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、本発明のカラー固体撮像素子の構成の一例をウェハ状態で説明するための断面模式図である。
【００２０】
半導体基板２上に、約１〜２μｍの深さに掘り込んで形成された凹部領域に複数の光電変換素子を平面配置した画素部Ａが形成されている。また、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を積層配置した多層配線部Ｂと、外部接続端子１５
を配置した接続端子部Ｄと、からなる１チップ内領域Ｚが一つの固体撮像素子１に相当し、前記１チップ内領域Ｚを、隣接して形成されたチップから断裁するためのスクライブラインを形成するスクライブ部Ｅが形成されており、スクライブ部Ｅにて断裁を行うことで個々のチップが得られる。すなわち、一枚のウェハに複数のチップを面付けすることで、ウェハとしての一括処理にて複数のチップを一度に形成することが可能になる。
【００２１】
本発明のカラー固体撮像素子１は、前記画素部Ａを有する基板２上に、第１の平坦化層６と、各光電変換素子に対応して着色画素が平面配置された緑色画素１６、青色画素１７、および赤色画素１８を含むカラーフィルタ着色層と、第２の平坦化層７と、マイクロレンズ８と、がこの順に積層されたオンチップカラーフィルタ付き固体撮像素子である。第１の平坦化層６が、カラーフィルタ着色層の中の緑色画素１６および赤色画素１８が形成される領域を含み、青色画素１７が形成される領域を除く領域に選択的に形成される黄色層を有する。
【００２２】
前述のように、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、光電変換素子とその上方に第１の平坦化層とカラーフィルタ着色層と第２の平坦化層と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ので、高感度のカラー固体撮像素子とすることができる。
【００２３】
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を形成する。上記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、従来と同様に、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。
【００２４】
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。すなわち、本例では、緑色画素１６、青色画素１７、赤色画素１８、をフォトリソグラフィー法により設けるが、本発明では、それに先立って、第１の平坦化層６をフォトリソグラフィー法により形成する。第１の平坦化層６は、０．２μｍ程度の適当な膜厚に塗布形成することによって、従来の図２に示した段差部Ｃでのカラーフィルタ着色層が局部的に厚くなる部分を回避することができる。また、多層配線から外部に電気的接続をするための接続端子部Ｄ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を有するスクライブ部Ｅなどで、選択的に除去したい箇所が後工程で発生するものの、一旦、第１の平坦化層６を、ウェハデバイス上に広く形成することにより、工程途中の平坦化および表面保護の機能を積極的に活かすこともできる。
【００２５】
本発明は、第１の平坦化層６に黄色の着色樹脂を用いた黄色層を用いることにより、緑色画素１６や赤色画素１８に共通の色成分として本来含まれる予定の黄色成分を分離して構成することができる。すなわち、黄色層は、略４００〜４５０ｎｍの波長領域の光の透過率を低減させる色特性を有しているので、黄色層の所定の部位に各々緑色層や赤色層を重ねることで積層部の色特性を所望する色特性に向上させるとともに、従来の緑色層や赤色層に含まれる黄色成分を減らして用いることができる。但し、青色画素１７には黄色成分を元来含まないので、青色画素１７が形成される領域には、黄色層を用いた第１の平坦化層６を形成しない。なお、前記黄色成分を与える材料としては、一般に染料より耐性の優れた顔料を用いることが望ましく、カラーフィルタ着色層としての緑色、青色、赤色の材料についても同様である。
【００２６】
黄色層を用いた第１の平坦化層６は、前記カラーフィルタ着色層に用いる緑色画素１６
、青色画素１７、赤色画素１８、と同系統の樹脂に黄色顔料を分散して塗布材料とすることができるので、相互の密着性を良く保ち、高い信頼性を維持することができる。また、緑色画素１６と赤色画素１８を形成するための塗布材料からは、共通の黄色成分を減らして用いることができるので、一定の色特性を得るための緑色画素１６と赤色画素１８の必要とする膜厚は、第１の平坦化層６に黄色層を用いない場合に較べて薄くすることができ、解像性や密着性の向上にもつながる。さらに、共通の黄色成分を大きく減らした緑色画素や赤色画素を形成する際の材料管理やフォトリソプロセス条件は、従来より許容幅が拡大するので、より容易に製造でき、好ましい。
【００２７】
第１の平坦化層６に用いた黄色層に含まれる黄色顔料は、平坦化層としての適正な膜厚を保持した黄色層において、上層を形成する緑色画素１６中の緑色顔料や赤色画素１８中の赤色顔料と合わせた色特性を最適化すればよい。従って、緑色画素や赤色画素の各層の顔料の色特性と膜厚と顔料比率を考慮して、黄色層の黄色顔料の種類をその膜厚と顔料比率も考慮して選択することができる。
【００２８】
具体的には、第１の平坦化層である黄色層が、カラーインデックスＰＹ１５０の顔料を主成分とする着色組成物からなる場合が可能である。
【００２９】
また、第１の平坦化層である黄色層が、カラーインデックスＰＹ１３９の顔料を主成分とする着色組成物からなる場合が可能である。
【００３０】
また、第１の平坦化層である黄色層が、カラーインデックスＰＹ１８５の顔料を主成分とする着色組成物からなる場合が可能である。
【００３１】
また、第１の平坦化層である黄色層が、カラーインデックスＰＹ１５０、ＰＹ１３９、ＰＹ１８５のいずれか二つ以上を混合した顔料を含む着色組成物からなる場合が可能である。
【００３２】
図３は、本発明のカラー固体撮像素子の製造方法を主要工程について説明するための断面模式図であって、（ａ）は、第１の平坦化層を形成した状態、また、（ｂ）は、マイクロレンズを形成した状態、の一例を各々示す。
【００３３】
本発明では、まず、カラーフィルタの形成に先立って、第１の平坦化層６を受光面側に形成する。前記第１の平坦化層の形成方法として、ウェハ上に一括して形成され、複数の固体撮像素子が配置されたウェハデバイスの受光面側表面に感光性の黄色の着色樹脂液を塗布する工程、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。
【００３４】
前記感光性の黄色の着色樹脂液は、黄色顔料を分散した顔料分散型のネガ型カラーレジストであって、ウェハ全体に塗布後、プレベイクにより乾燥させ、樹脂の形成不要部を選択的に遮蔽するフォトマスクを用いて位置合わせ、露光する。具体的には、少なくとも後に緑色画素や赤色画素のカラーフィルタ着色層が形成される領域やウェハ段差直下の部分には、前記感光性の黄色の着色樹脂を残す。
【００３５】
樹脂の形成不要部としては、少なくとも後に青色画素のカラーフィルタ着色層が形成される領域を含み、最終的にウェハのスクライブラインとなるスクライブ部Ｅを形成不要部に含むことも適当であり、これらの青色画素が形成される領域やスクライブ部には、黄色の着色樹脂液は形成されないことになる。一方、外部接続端子１５を有する接続端子部Ｄには、黄色着色樹脂からなる第１平坦化層６として一旦は残す方が、以後の工程で外部接続端子１５を保護する上で有用である。
【００３６】
第１の平坦化層６を構成する黄色着色層は、０．２μｍ程度の厚さに形成することが、平坦化処理の効果があり、かつ、高感度化の妨害としない意味で、適正である。また、後の緑色画素や赤色画素を重ねる際に、妥当な色特性を得る上でも適正である。
【００３７】
次に、カラーフィルタ着色層を形成する工程をフォトリソグラフィー法により行う。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、第１の平坦化層６による下地の平坦化効果と、平坦化層である黄色層の色特性による緑色層の膜厚低減効果とにより、図２に示した段差部Ｃが充分に狭い領域に限定されて画素部Ａ上の画素膜厚が均一になる。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、カラーフィルタ第１色１１としての緑色画素１６が、例えば０．７μｍの厚さにパターン形成され、下地の黄色着色層の０．２μｍと合わせて、総膜厚は０．９μｍとなる。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、カラーフィルタの第２色およびそれ以降を含めた残りの色層を形成する。青色画素および赤色画素を順次形成する場合、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、熱処理などの各工程を経て形成することは、上記と同様である。但し、上述のように、青色画素を形成する下地には、第１の平坦化層である黄色層は無く、赤色画素を形成する下地には黄色層がある。また、カラーフィルタ着色層として上記の緑色、青色、赤色の３色以外を使用する場合も同様の工程を行うが、第１の平坦化層である黄色層を下地として残すかどうかは、必要とする色特性に応じて随時判断すればよい。さらに、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、画素部の受光面側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第２の平坦化層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】
第２の平坦化層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、必要に応じて露光、現像工程を経て、熱処理により硬化する。
【００４１】
第２の平坦化層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。
【００４２】
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。接続端子部形成工程は、図３（ｂ）において、外部接続端子１５上に形成された第１の平坦化層６を選択的に除去する工程であって、ポジ型レジストを用いたフォトリソグラフィー法で必要な窓開けパターンを形成後、ドライエッチングで除去することができる。第１の平坦化層６を構成する黄色層の顔料成分は金属を含まないので、ドライエッチングで残渣を生じることなく、外部接続端子１５の良好な窓開けが可能である。
【００４３】
ここで、前述のカラーフィルタ各色の位置および膜厚の関係に影響を与える平面配列に
関して、図４により、一例を部分平面模式図で説明する。総画素数を多くしないで周囲の画素出力を利用した補間演算により実効的な解像度を高く保つ方式で、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、緑色画素３１の着色画素数を青色画素３２や赤色画素３３の着色画素数の２倍と多く配置する。
【００４４】
上記のベイヤ配列の例では、緑色画素３１をカラーフィルタ第１色１１とし、第２色以降に青色画素３２や赤色画素３３を形成することが望ましい。緑色画素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。
【００４５】
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】
【００４６】
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、黄色の顔料分散樹脂である感光性のネガ型カラーレジストをスピンコート法により塗布し、７０℃、１分のプレベイク処理をし、選択的に露光後、現像、熱処理を行って、黄色着色層からなる第１の平坦化層を形成した。この時、黄色の顔料はＰＹ１３９のカラーインデックスで表される色を有し、形成された黄色着色層は、０．２μｍの膜厚で、４３０ｎｍ波長光の透過率は１５％であった。なお、青色画素が後に形成される領域を除き、接続端子部の外部接続端子上も黄色着色層を保護膜として残すようにした。
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上記黄色着色層上の緑色画素のパターンとすべき部位に０．７μｍの厚さに積層形成した。黄色層と併せたトータル膜厚は０．９μｍとなり、この２層による分光透過率が４３０ｎｍ波長光で５％以下となり、所定の緑色画素の色特性を満足することを確認した。
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。青色は黄色層の無い基板上に直接パターン形成し、チップ周囲の多層配線部上にも遮光用として青色ベタ領域を設けた。青色画素の膜厚は０．７μｍであり、緑色画素単独の厚さと同じであったが、黄色層を加えた緑色画素のトータル膜厚より薄く形成した。また、赤色は緑色と同様に黄色層上にパターン形成した。赤色画素の膜厚は０．６μｍであり、黄色層を加えた赤色画素のトータル膜厚も０．８μｍと、緑色画素との比較でより薄く形成した。赤色画素のトータル膜厚による分光透過率が４００〜４３０ｎｍ波長光で５％以下となり、所定の赤色画素の色特性を満足することを確認した。
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、熱処理して第２の平坦化層を形成した。
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５μｍ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３分間処理し、１．５μｍ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５．５μｍ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、枠色ムラや塗布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】
【００４７】
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の形成エリアに、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、ウェハ段差部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】
【００４８】
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・・・第１の平坦化層
７・・・第２の平坦化層
８・・・マイクロレンズ
１１・・・カラーフィルタ第１色
１５・・・外部接続端子
１６、３１・・・緑色画素
１７、３２・・・青色画素
１８、３３・・・赤色画素
２０・・・着色樹脂
Ａ・・・・画素部
Ｂ・・・・多層配線部
Ｃ・・・・段差部
Ｃ’・・・・段差
Ｄ・・・・接続端子部
Ｅ・・・・スクライブ部
Ｚ・・・・１チップ内領域
【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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