(57)【要約】【課題】固体撮像素子用の微細化したカラーフィルタの製造方法において、着色画素の剥がれを回避すること、および、簡単な工程により平坦で形状の良好な着色画素からなるカラーフィルタ着色層を得ること。【解決手段】半導体基板上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１上に、画素部の各光電変換素子に対応して複数色パターンの繰り返し配列で覆うように複数の着色画素を規則的に整列配置したカラーフィルタ着色層の製造方法であって、入色順が最終の色を除く各色の着色画素２、３を順次形成後、最終の色の着色画素４を形成するための着色組成物４’を画素部全面に塗布、硬化し、異方性エッチングで露出表面から所定の厚さまで前記最終の色の着色組成物を除去する工程を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上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、画素部の各光電変換素子に対応して複数色パターンの繰り返し配列で覆うように複数の着色画素を規則的に整列配置したカラーフィルタ着色層の製造方法であって、入色順が最終の色を除く各色の着色画素を順次形成後、最終の色の着色画素を形成するための着色組成物を画素部全面に塗布、硬化し、異方性エッチングで露出表面から所定の厚さまで前記最終の色の着色組成物を除去する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
前記最終の色を除く各色の着色画素の形成を、フォトリソグラフィ法により行うことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
前記異方性エッチングで除去する所定の厚さが、形成済みの着色画素上に積層された入色順が最終の色の着色組成物の厚さの最大値と同等以上、該最大値の１．２倍を超えないことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
前記異方性エッチングが、反応性イオンエッチングであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
前記最終の色の着色画素を形成するための着色組成物を画素部全面に塗布、硬化後、異方性エッチングを行う前に、各着色画素の配置部位の中で特定の色の着色画素の配置部位を選択的にフォトレジストでマスキングし、特定の色を除く他の色の着色画素の配置部位のみに最終の色の着色組成物が露出されている状態を作る工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法。
【請求項６】
前記マスキングのためのフォトレジストが、異方性エッチングの終了前に消滅することを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法。
【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をカラーセンサとして用いるために設けるカラーフィルタ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組成物を塗布した後、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組成物にパターン露光、現像を行い、所定の部位に着色画素からなるカラーフィルタを形成する。異なる色の着色画素を順次平面配置するカラーフィルタの製造工程にあっては、最終の色の着色画素の製造工程で、既に形成された着色画素の影響を受けて、最終の色の着色画素の平坦性と形状を良く形成できない。
【０００６】
図２は、従来の最終の色の着色画素の製造方法を説明するための断面模式図であって、（ａ）は、塗布工程、（ｂ）は、露光工程、（ｃ）は、現像工程を示す。顔料等を含む着色組成物４’は、最終の色の形成における塗布工程で着色画素領域での平坦性が充分ではない。着色組成物４’がネガタイプの感光性を有する場合、フォトマスク５により、露光用照明６を選択的に受けて光硬化し、現像工程で未露光部が除去されて残る結果においても、最終の色の着色画素４の平坦性と形状は、最終の色を除く色の着色画素２、３と較べて劣る傾向がある。なお、使用する感光性着色組成物は、耐熱性、耐光性、色特性、フォトリソグラフィ適性等の要求性能を向上するために、種々の改良が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−８１３４８号公報
【特許文献２】特開平１０−２０９４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、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、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。カラーセンサとして使用する場合、カラーフィルタを上記の微細化した光電変換素子に対応して設けることが必要になるので、着色組成物からなる着色画素も微細化され、高精度の位置合わせと良好な形状とが要求される。しかし、フォトリソグラフィ法のみを利用して、微細化した着色画素を、高精度に、平坦で良好な形状に形成することは、前述のとおり難しく、また、顔料濃度の高い着色組成物を用いる場合は、微細化した着色画素は製造工程中に剥がれが発生しやすいという問題がある。
【０００９】
上記のように、微細化したカラーフィルタに対して、高精度の位置合わせと平坦で良好な形状を実現する目的で、感光性着色組成物によるフォトリソグラフィ法と異方性エッチングとを併用する固体撮像素子の製造方法が提案されている（特許文献２参照）。しかし、この方法では、異方性エッチングで除去する着色組成物の量が多くなり、エッチング時間を長く要したり、エッチング装置の保守管理に多大な労力を伴うなど、製造負荷の点で実用上の困難が伴う。
【００１０】
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、固体撮像素子用の微細化したカラーフィルタの製造方法において、着色画素の剥がれを回避すること、および、簡単な工程により平坦で形状の良好な着色画素からなるカラーフィルタ着色層を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、画素部の各光電変換素子に対応して複数色パターンの繰り返し配列で覆うように複数の着色画素を規則的に整列配置したカラーフィルタ着色層の製造方法であって、入色順が最終の色を除く各色の着色画素を順次形成後、最終の色の着色画素を形成するための着色組成物を画素部全面に塗布、硬化し、異方性エッチングで露出表面から所定の厚さまで前記最終の色の着色組成物を除去する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法である。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記最終の色を除く各色の着色画素の形成を、フォトリソグラフィ法により行うことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法である。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記異方性エッチングで除去する所定の厚さが、形成済みの着色画素上に積層された入色順が最終の色の着色組成物の厚さの最大値と同等以上、該最大値の１．２倍を超えないことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法である。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、前記異方性エッチングが、反応性イオンエッチングであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法である。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、前記最終の色の着色画素を形成するための着色組成物を画素部全面に塗布、硬化後、異方性エッチングを行う前に、各着色画素の配置部位の中で特定の色の着色画素の配置部位を選択的にフォトレジストでマスキングし、特定の色を除く他の色の着色画素の配置部位のみに最終の色の着色組成物が露出されている状態を作
る工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法である。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、前記マスキングのためのフォトレジストが、異方性エッチングの終了前に消滅することを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法によれば、顔料濃度の高い着色組成物を用いる場合も含めて微細化した着色画素の剥がれを回避すること、および、簡単な工程により平坦で形状の良好な着色画素からなるカラーフィルタ着色層を得ることができる。また、最終の色の着色画素の形成位置が、他の色の着色画素の形成位置から一義的に決定されるセルフアライメント効果により、高精度に得られるので、高品質のカラー固体撮像素子を製造することができる。さらに、本発明は、最終の色の着色組成物を硬化後に異方性エッチングにより所定量除去する方法であるため、最終の色として塗布する着色組成物に感光性を付与する必要は必ずしも無く、色特性や信頼性等に有利な材料とするための材料設計上の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の最終の色の着色画素の製造方法を説明するための一例を示す断面模式図であって、（ａ）は、塗布、硬化工程を示し、（ｂ）は、異方性エッチング工程を示す。
【図２】従来の最終の色の着色画素の製造方法を説明するための断面模式図であって、（ａ）は、塗布工程、（ｂ）は、露光工程、（ｃ）は、現像工程を示す。
【図３】本発明の最終の色の着色画素の製造方法を説明するための第二の例を示す断面模式図であって、（ａ）は、塗布、硬化工程、（ｂ）は、マスキング工程、（ｃ）は、異方性エッチング工程の中間点、（ｄ）は、異方性エッチング工程の終点を示す。
【図４】本発明の最終の色の着色画素の製造方法を説明するための第三の例を示す断面模式図であって、（ａ）は、塗布、硬化工程、（ｂ）は、マスキング工程、（ｃ）は、異方性エッチング工程の中間点、（ｄ）は、異方性エッチング工程の終点を示す。
【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、本発明の最終の色の着色画素の製造方法を説明するための一例を示す断面模式図であって、（ａ）は、塗布、硬化工程を示し、（ｂ）は、異方性エッチング工程を示す。
【００２０】
本発明の固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法は、まず、半導体基板上に複数の光電変換素子（図示せず）を平面配置した画素部を有する固体撮像素子基板１を準備する。カラーフィルタ着色層を固体撮像素子基板１上に形成する工程が本発明を構成するが、通常は、カラーフィルタ着色層形成後に、着色画素に対応するマイクロレンズの形成も引き続き行う。カラーフィルタ着色層は、画素部の各光電変換素子に対応して複数色パターンの繰り返し配列で覆うように、複数の着色画素を規則的に整列配置して形成される。
【００２１】
一般に、染料や顔料の着色材を含む着色組成物をパターン形成するために、着色材と感光剤を含む樹脂からなる着色組成物を準備して、フォトリソグラフィ法で着色画素を形成することが多く、本発明においても、固体撮像素子基板１上に、入色順が最終の色を除く各色の着色画素２、３をフォトリソグラフィ法により順次形成し熱硬化することができる。その後、最終の色の着色画素を形成するための着色組成物４’を画素部全面に塗布、硬化する。その状態の着色組成物４’の断面は、図に示すように、最終の色を除く各色の着色画素２、３上で高く、最終の色の着色画素を形成すべき図の中央の場所で低くなり、境界部に傾斜を伴う。
【００２２】
次に、異方性エッチング工程を行う。異方性エッチングとしては、イオンビームエッチングやスパッタエッチング等も含むが、エッチングガスのイオン種とラジカル種を利用して塗布層の厚さ方向に特化したエッチングを行える反応性イオンエッチングが実用上最適である。本例で、最終の色の着色画素を形成するための着色組成物４’を画素部全面に塗布、硬化した露出表面に、イオン種とラジカル種を含むエッチングガス７を、電気的パワーを印加して浴びせることにより、露出表面から所定の厚さの材料を除去することができる。着色組成物をエッチングするためのエッチングガスとして、本例では、Ｃ３Ｆ８を用いることができ、数Ｐａのガス圧で１ＫＷ程度の電力を投じて実施できる。
【００２３】
その結果、最終の色を除く各色の着色画素２、３上に塗布、硬化した最終の色の着色画素を形成するための着色組成物４’を完全に除去することができる。着色画素２、３上に積層した着色組成物４’を完全に除去したことの判定は、工程条件から時間を設定して決めることもできるが、反応性イオンエッチングの装置内の発光色の解析手段を用いても良い。さらに、最終的な確認は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によっても可能である。
【００２４】
なお、本発明によれば、最終の色の着色画素を形成すべき図の中央の場所に、他の画素との隙間や重なりを残すことなく、最終の色の着色画素４を形成することができる。また、図２に示す従来法の場合に見られる最終の色の着色画素４の表面端部に出っ張りを残すことなく、比較的平坦で形状の良好な着色画素を形成できる。異方性エッチングが均一に進行する一方、突起部分での進行が促進される傾向も平坦化に有利に働く。
【００２５】
さらに、フォトリソグラフィ法の現像工程により微小画素が剥がれる現象は、異方性エッチング工程においては、液滴や流水等によるマクロな剥離力が作用しないため回避できる。特に着色材として高濃度の顔料を有し、密着力に寄与する樹脂成分の少ない着色組成物を用いる場合に、この効果が顕著となる。しかも本発明のように、最終の色の着色画素４が既に形成済みの他の色の着色画素２、３に埋もれる位置に、位置ずれなく、自己整合される方法においては、着色画素４は、ますます剥がれ難い。
【００２６】
なお、最終の色の着色画素４の厚さは、形成済みの着色画素２、３上に塗布、硬化した着色組成物４’の積層された分の厚さの最大値に相当する分は、少なくとも除去されて形成される。また、除去される所定の厚さが、着色組成物４’の積層された分の厚さの最大値の１．２倍を超えないことが実用上妥当である。除去される所定の厚さは、着色組成物の塗布量と必要とする着色画素の色特性により適宜決めれば良いが、必要最小限に抑えた方が安定に工程を進める上で好ましい。
【００２７】
また、本発明は、最終の色の着色組成物を硬化後に異方性エッチングにより所定量除去する方法であるため、最終の色として塗布する着色組成物に感光性を付与する必要は必ずしも無く、色特性や信頼性等に有利な材料とするための材料設計上の自由度を高めることができる。
【００２８】
図３は、本発明の最終の色の着色画素の製造方法を説明するための第二の例を示す断面模式図であって、（ａ）は、塗布、硬化工程、（ｂ）は、マスキング工程、（ｃ）は、異方性エッチング工程の中間点、（ｄ）は、異方性エッチング工程の終点を示す。
【００２９】
まず、図１に示した一例と同様に、最終の色の着色画素４を形成するための着色組成物４’を画素部全面に塗布、硬化する（ａ）。次に、異方性エッチングを行う前に、各着色画素の配置部位の中で特定の色の着色画素の配置部位を選択的にフォトレジストでマスキングし、特定の色を除く他の色の着色画素の配置部位のみに最終の色の着色組成物が露出
されている状態を作る。本例では、フォトレジスト８により、選択的に、最終の色の着色画素４を形成する領域にマスキングする（ｂ）。次に、前述の異方性エッチングにより、露出表面の全面をエッチングする（ｃ）。この過程で、マスキング材料としてのフォトレジスト８もエッチングされ、消滅するように予め設定しておく。次に、最終の色を除く各色の着色画素２、３上に塗布、硬化した最終の色の着色画素を形成するための着色組成物４’を完全に除去するまで、異方性エッチングを進める（ｄ）。本例では、最終の色の着色画素４を形成するべき場所に塗布、硬化された着色組成物４’を、元の厚さから大きく減じることなく残すことができる。
【００３０】
図４は、本発明の最終の色の着色画素の製造方法を説明するための第三の例を示す断面模式図であって、（ａ）は、塗布、硬化工程、（ｂ）は、マスキング工程、（ｃ）は、異方性エッチング工程の中間点、（ｄ）は、異方性エッチング工程の終点を示す。
【００３１】
本例は、図３に示した第二の例と同様な工程であるが、図４（ｂ）に示すように、フォトレジスト８により選択的にマスキングする領域を、既に形成済みの着色画素２、３に積層した着色組成物４’上に限定した。次に、前述の異方性エッチングにより、露出表面の全面をエッチングする（ｃ）。この過程で、マスキング材料としてのフォトレジスト８もエッチングされ、消滅するように予め設定しておく。次に、最終の色を除く各色の着色画素２、３上に塗布、硬化した最終の色の着色画素を形成するための着色組成物４’を完全に除去するまで、異方性エッチングを進める（ｄ）。本例では、最終の色の着色画素４を形成するべき場所に塗布、硬化された着色組成物４’を、元の厚さから大きく減じることとなり、各着色画素間の膜厚差を大きくして形成することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・固体撮像素子基板
２、３・・・最終の色を除く色の着色画素
４・・・最終の色の着色画素
４’・・・最終の色の着色画素を形成するための着色組成物
５・・・フォトマスク
６・・・露光用照明
７・・・エッチングガス
８・・・フォトレジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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