(57)【要約】【課題】簡便な構成で、ゴミ・異物付着が避けられ、ノイズのない撮像素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】有効画面内に光電変換素子１０と、複数色のカラーフィルタ１４と、マイクロレンズ１８とが積層され、有効画面外に遮光膜１７が設けられた固体撮像素子にて、マイクロレンズ上及び遮光膜上に粗化した表面を有する平坦層１９が形成されたこと。平坦層がフッ素系アクリル樹脂を用いて形成されたこと。遮光膜の可視領域４００ｎｍ〜６００ｎｍにおける光透過率が１０％以下であること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、撮像の有効画面内に２次元的に配設された光電変換素子の上方に、該光電変換素子の各々に対応した複数色のカラーフィルタとマイクロレンズとが積層され、該撮像の有効画面外に遮光膜が設けられた固体撮像素子において、該マイクロレンズ上及び遮光膜上に粗化した表面を有する平坦層が形成されたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記平坦層がフッ素系アクリル樹脂を用いて形成されたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記遮光膜は可視光領域４００ｎｍ〜６００ｎｍにおける光透過率が１０％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記複数色のカラーフィルタの１色が白（透明）カラーフィルタであり、該白（透明）カラーフィルタはマイクロレンズと同一材料を用い、マイクロレンズの形成と同時に形成されたことを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載の固体撮像素子。
【請求項５】
少なくとも、撮像の有効画面内に２次元的に配設された光電変換素子の上方に、該光電変換素子の各々に対応した複数色のカラーフィルタとマイクロレンズとが積層され、該撮像の有効画面外に遮光膜が設けられた固体撮像素子の製造方法において、
１）複数色のカラーフィルタ、遮光膜、及びマイクロレンズを形成する工程、
２）マイクロレンズ上及び遮光膜上に平坦層を形成する工程、
３）パッド部に対応した部位を開口部とするフォトレジストを形成する工程、
４）ドライエッチングにより上記フォトレジストを除去して、平坦層の表面を粗化し、また、パッド部上の少なくとも平坦層及び遮光膜を除去して、パッド部を露出させる工程、を具備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、ＣＭＯＳやＣＣＤ等に代表される受光素子を有する撮像素子及び撮像素子上に形成されるマイクロレンズに関し、特に、マイクロレンズ表面にゴミ・異物付着などによる欠陥のない、またノイズのない撮像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ等の受光素子の光電変換に寄与する領域（フォトダイオードとしての開口部）は、素子サイズや画素数にも依存するが、画素ピッチから換算される画素面積に対し２０〜４０％程度に限られてしまう。開口部が小さいことは、そのまま感度低下につながるため、これを補う目的で集光のためにマイクロレンズを形成することが一般的である。
【０００３】
ＣＭＯＳやＣＣＤ等の受光素子を有する撮像素子は、画素数の拡大とともに画素の微細化が進展している。画素ピッチは、３μｍをきり２μｍ以下の微細化に進む方向であり、画素数も携帯電話向けカメラにおいてさえ、３００万画素あるいは５００万画素の多画素化に進んでいる。受光素子上に配設されるマイクロレンズも同様、必然的に微細化、多画素化となっている。
半球状のマイクロレンズは、通常、有機樹脂から構成されるが、その高さは、およそ２μｍから０．２μｍの範囲にある。マイクロレンズの形成技術には、下記の代表的な技術がある。尚、特開平４−２２６０７３号公報に開示される技術は、有機樹脂のマイクロレンズの上にレンズの開口率アップのために、ＳｉＯ2 などの無機膜を積層する技術である。
【特許文献１】特開昭６０−５３０７３号公報
【特許文献２】特開平２−２４４６２５号公報
【特許文献３】特開平４−２２３３７１号公報
【特許文献４】特開平４−２２６０７３号公報
【特許文献５】特開平６−１１２４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＣＭＯＳやＣＣＤ等の受光素子に代表される撮像素子は、その画素数（例えば、２００万画素）にて８インチ、或いは１２インチのシリコンウエハーに数百個から数千個チップ（上記例では、１チップが２００万画素となる）多面付けされており、カラーフィルタやマイクロレンズを形成した後に、個別のチップにカッティング（ダイシング）され、さらにモジュール化される。
【０００５】
こうした、ダイシング、モジュール化やパッケージ化などの後工程では、マイクロレンズにゴミ・異物が付着し、その収率を低下させることが多い。特に、高さのあるマイクロレンズのすぼまった部位にゴミ・異物が付着した場合、ゴミ・異物は除去しにくく、撮像での欠陥となってしまう傾向にあった。
また、カラーフィルタや有機樹脂のマイクロレンズ上を覆うように無機膜を形成する技術は、樹脂と無機膜の熱膨張率差からくる剥がれなどの問題、また、有機樹脂部位の吸湿後の急加熱でのフクレなど、信頼性に欠ける問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、簡便な構成で、ゴミ・異物付着が避けられ、ノイズのない撮像素子及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、少なくとも、撮像の有効画面内に２次元的に配設された光電変換素子の上方に、該光電変換素子の各々に対応した複数色のカラーフィルタとマイクロレンズとが積層され、該撮像の有効画面外に遮光膜が設けられた固体撮像素子において、該マイクロレンズ上及び遮光膜上に粗化した表面を有する平坦層が形成されたことを特徴とする固体撮像素子である。
【０００８】
また、本発明は、上記発明による固体撮像素子において、前記平坦層がフッ素系アクリル樹脂を用いて形成されたことを特徴とする固体撮像素子である。
【０００９】
また、本発明は、上記発明による固体撮像素子において、前記遮光膜は可視光領域４００ｎｍ〜６００ｎｍにおける光透過率が１０％以下であることを特徴とする固体撮像素子である。
【００１０】
また、本発明は、上記発明による固体撮像素子において、前記複数色のカラーフィルタの１色が白（透明）カラーフィルタであり、該白（透明）カラーフィルタはマイクロレンズと同一材料を用い、マイクロレンズの形成と同時に形成されたことを特徴とする固体撮像素子である。
【００１１】
また、本発明は、少なくとも、撮像の有効画面内に２次元的に配設された光電変換素子の上方に、該光電変換素子の各々に対応した複数色のカラーフィルタとマイクロレンズとが積層され、該撮像の有効画面外に遮光膜が設けられた固体撮像素子の製造方法において、
１）複数色のカラーフィルタ、遮光膜、及びマイクロレンズを形成する工程、
２）マイクロレンズ上及び遮光膜上に平坦層を形成する工程、
３）パッド部に対応した部位を開口部とするフォトレジストを形成する工程、
４）ドライエッチングにより上記フォトレジストを除去して、平坦層の表面を粗化し、また、パッド部上の少なくとも平坦層及び遮光膜を除去して、パッド部を露出させる工程、を具備することを特徴とする固体撮像素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、従来の撮像素子で問題であったダイシングなどの後工程でのゴミ・異物付着が解消される。ゴミ・異物付着があっても、簡単な洗浄で除去できる。加えて、ドライエッチングされた平坦層の樹脂表面は、吸着による水分があるため静電気の帯電を抑制できるため、静電気によるゴミ・異物付着を防止できる。さらに、従来、高屈折率で光の反射の多いマイクロレンズや遮光膜からの反射光を抑えることができ、再反射光に起因するノイズを抑え、高画質の画像を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明においては、マイクロレンズの屈折率と平坦層の屈折率に差があることが必要である。平坦層下方の光電変換素子（フォトダーオード）に光を集光させるために、マイクロレンズが凹状のときは、レンズ材料の屈折率は平坦層の屈折率より低いことが必要である。また、マイクロレンズが凸状のときは、レンズ材料の屈折率は平坦層の屈折率より高いことが必要である。
【００１４】
本発明におけるマイクロレンズや平坦層に用いる材料は、透明であり、かつ、集光のた
めの屈折率の差があれば無機材料、樹脂材料、いずれからも選択可能である。例えば、光電変換素子（受光素子）  の形成された半導体基板上に、さらにＳｉＯ2 （二酸化珪素）やＳｉＮx （窒化珪素）をＣＶＤ等の手法で形成し，これをドライエッチングなどの手法でレンズ形状に加工したマイクロレンズを用いることができる。樹脂材料として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、スチレン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、あるいはこれらの共重合体などがあげられる。
【００１５】
平坦層に用いる材料としては、マイクロレンズ上に形成する場合に、スピンコートなどのウエットコーティングで塗布できる材料が好ましい。平坦化効果のある、例えば、平均分子量５０００〜１００００の範囲のアクリル樹脂やフッ素系アクリル樹脂の塗布液などがより好ましい。また、低屈折率化のために  シリコン基やフッ素基を導入しても良い。シリコン基を含むハイブリッド（ＳｉとＣ）系の樹脂を用いても良い。フッ素基を導入したアクリル樹脂は、フッ素基が樹脂表面に存在することで油脂などのゴミ・異物の付着を軽減する（汚れをはじく）効果があるためより好ましい。
【００１６】
樹脂などからなる平坦層の表面を粗化する手法として、熱処理、電子線、紫外線照射などのエネルギーを付与して樹脂表面を粗化する手法、あるいはプラズマもしくは機械的に表面を叩いて粗化させる手法などいずれでも良い。表面を粗化させることにより、粗化面に水分が吸着して帯電防止効果、すなわち、静電気によるゴミ・異物吸着を減らすことができる。この表面粗化には、酸素やフロン系ガスによる酸化処理を併用すると極めて効果的である。酸化処理した樹脂表面には、水和物を介してより水分吸着を促進できる。表面粗化に効果あるのは、酸素やフロン系ガスによるドライエッチングが好適である。この理由は、後述する実施例で詳述する。
【００１７】
樹脂材料の観点からは、粗化した表面を得るためには、直鎖部分の多いポリマー骨格であるほうが良い。樹脂の耐熱性の観点からは、ベンゼン環を多く含むようなポリマーが好ましいが、ドライエッチング、その他の手法で表面を粗化する加工では、直鎖部分の多い樹脂／ポリマーの方が動きやすく、粗れた表面、あるいは、ポーラスな表面を得やすい。実際のポリマーや樹脂の選択に際しては、ゴミ・異物の付着のしにくさ、耐熱性、及び  後述する反射率因子などを考慮することになる。
【００１８】
マイクロレンズに用いる材料と平坦層に用いる材料（平坦層は、前記したように透明な有機樹脂が好ましい。）の屈折率の差は、集光効果を得るために大きい方が良い。マイクロレンズに用いる材料は、この観点から無機材料であればＣＶＤなどで簡便に形成できる窒化シリコン（ＳｉＮX ）が好適であり、有機材料であればフェノール樹脂、ポリスチレン樹脂、高屈折率のアクリル樹脂、ポリイミド樹脂が良い。これらの樹脂骨格に高屈折率化のためにハロゲン基やイオウ基などを導入したものを採用しても良い。
【００１９】
マイクロレンズと、マイクロレンズ上に積層される平坦層との屈折率差は０．１以上あることが好ましい。既存の透明材料や有機樹脂との組み合わせで、屈折率差を大きめにとることが、集光効果とマイクロレンズ製造設計の自由度を高くできる。通常、マイクロレンズないしレンズ母型の材料には、感光性、アルカリ現像性、および熱リフロー性あるフェノール樹脂、ポリスチレン樹脂が使用されている。
【００２０】
公知のフォトリソグラフィーの手法で、断面形状が矩形のパターンを形成し、これを熱処理して熱リフロー（溶かして）で断面形状を半球状に形成する方式が最も一般的である。熱リフロー時に、隣接するマイクロレンズ間のギャップ（隙間）を小さくすることと、断面形状の良い半球状のレンズであることが、同時に要求される。
【００２１】
しかし、熱リフロー方式では、薄すぎるレンズ及び厚すぎるレンズの形成は比較的むつかしい。薄すぎるレンズ、例えば、下記に表されるアスペクト比が０．１４以下、厚みで言えば２μｍのレンズ径で０．３μｍ膜厚未満のマイクロレンズは、半球状になりにくく、断面形状が台形になりやすい。
また、厚すぎるレンズ、例えば、アスペクト比が０．４以上のレンズは、熱リフロー時に外形が太りやすく０．３μｍ前後の狭いギャップのマイクロレンズを形成しにくい。隣接するマイクロレンズが融着して不良品になってしまう。
アスペクト比  ＝  マイクロレンズ高さ  / マクロレンズ直径。
【００２２】
また、レンズの屈折率と、これに積層する平坦層の屈折率樹脂差が小さいと、受光素子までの必要な焦点距離を確保するには、極めて厚いレンズが、必要になり、実用的ではない。そのため、マイクロレンズの厚みを実用的な厚すぎない厚みに設定するためには、レンズ材料の屈折率と、これに積層する平坦層の屈折率との差を０．１以上、好ましくは０．１５以上にすることが望ましい。
【００２３】
また、本発明において採用可能な平坦層の屈折率は限定するものでないが、撮像素子の最表面に位置するので、表面からの反射光を減少させるためには、低屈折率であるほうが良い。反射光は、撮像素子モジュールのカバーガラスや撮像レンズで再反射し受光部に再入射するものでありノイズの原因になる。
本発明における平坦層の表面の粗化は、光の波長レベルで、例えば、λ／４波長程度の凹凸に表面を粗化すことにより、ゴミ異物付着の軽減に寄与すると同時に反射光軽減の効果を併せ得ることもできる。
【００２４】
本発明においては、赤外線吸収機能、あるいは紫外線吸収機能をもつ色素（有機顔料や染料など）を添加した樹脂層をもうけても良い。紫外線吸収機能の付与のために、アントラセン類やキノン類を  モノマーやポリマーにペンダントさせたり、ポリマー重合時に組み込んでも良い。
【００２５】
赤外吸収機能を持つものとして、酸化インジウムや酸化錫、酸化アンチモン、ジルコニア、セリアなどの金属酸化物の微粒子、ほかシアン顔料に代表されるフタロシアニン系有機顔料などがあり、いずれも  微粒子の形で本発明に適用可能である。染料系の赤外線吸収剤には、アントラキノン系化合物、フタロシアニン系化合物、シアニン系化合物、ポリメチレン系化合物、アゾ化合物、ジイモニウム系化合物、イモニウム系化合物などがあり、これらの適用が可能である。
【００２６】
紫外線吸収機能をもつものとして、酸化セリウムや酸化チタンなどの金属酸化物微粒子を用いても良い。ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、トリアジン系、サリシレート系、クマリン系、キサンテン系あるいはメトキシケイ皮酸系の有機化合物などが挙げられ、これらの材料を添加、あるいは  ポリマーにペンダントしても良い。
【００２７】
本発明における遮光膜は、およそ３５０ｎｍから６００ｎｍ近傍の紫外線領域を含むおよそ可視光の範囲の光をカットして、半導体デバイスの受光素子に迷光として回り込みノイズ原因となることを防止することが第一義である。そのため、４００ｎｍから６００ｎｍにおける光透過率を１０％以下としている。
複数色の一色、例えば、青（Ｂｌｕｅ）を遮光膜兼用として用いることも可能であるが、上記光の波長をカットすることが好ましい。
【００２８】
なお、遮光膜の形成手段として、パターン露光、現像を行うフォトリソグラフィ法があげられる。パターン露光は、ステッパー露光装置を用いることが多いが、、ステッパー露光には波長３６４ｎｍの光を用いることが多い。そのため、遮光膜が波長３６４ｎｍの光
を通さないと、パターン露光してもパターン形成が出来ない。そのため、遮光膜が波長３６４ｎｍの光透過率は１％以上あることが好ましい。                                
【００２９】
一般に多用されている赤外カットフィルタは、５５０ｎｍ付近から徐々に吸収を持たせ７００ｎｍ以降の長波長をカットする特性のフィルタを用いているため、赤外カットフィルタを用いる撮像素子のシステムでは、遮光膜の吸収領域は、ほぼ、上記のおよそ３５０ｎｍから６００ｎｍ近傍の紫外線領域を含むおよそ可視光の範囲で十分である。
また、赤外カットフィルタを撮像素子モジュールの外付けの形で用いない場合は、６００ｎｍ以降の長波長の光を含めてカットすることが好ましい。
【００３０】
しかしながら、複数の有機顔料を混合しての遮光膜、また、赤外吸収性を付与するカーボンやグラファイトを顔料とする遮光膜、これらの表面反射率は、およそ６〜７％とかなり大きい。本発明に係る平坦層の主な目的は、後工程のダイシングなどでのゴミ付着防止であるが、撮像素子の有効画面外に形成した遮光膜の上にも積層することにより、遮光膜と平坦層界面からの反射率を極めて小さく、例えば、当界面からの反射率は０．５％以下にできる。
さらに  低屈折率の材料を平坦層に用いること、加えて、平坦層の表面の粗化を工夫することにより、平坦層表面からの反射を抑制できる。
【００３１】
平坦層表面からの反射を抑制するための粗化は、例えば、平坦層表面を酸素プラズマ雰囲気でドライエッチングする。平坦層の硬化剤の量に応じ、高さ０．１μｍの柱状の樹脂突起あるいは高さ０．０３〜０．３ｎｍの柱状樹脂が並んだテクスチャーを示したり、あるいは、細かい凹凸の表面様相を示す。
このような表面様相は、樹脂、硬化剤の種類・量、塗布膜厚、硬膜条件、ドライエッチング条件などによって調整できる。
【００３２】
ドライエッチングにより形成される柱状樹脂は、光の波長のおよそλ／４の大きさ、ピッチであることが光の反射防止硬化を増長させるために好ましい。正確にλ／４の大きさ、ピッチでなくとも、柱状樹脂の隙間によって平坦層表面の見かけ上の屈折率が下がるので反射を抑制する機能を有するものとなる。
【００３３】
以下の実施例で本発明を詳細に説明する。
なお、実施例１では、シアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの４色のカラーフィルタを形成した撮像素子で、実施例２では、白（透明）、黄、赤、ブラックの４色のカラーフィルタを形成した撮像素子で記載してあるが、図９に示すような、緑、青、赤の３色構成の撮像素子に本発明を適用しても良い。
また、遮光膜を上記ブラックないし上記ブラックとは異なる黒色の単色構成で示したが、カラーフィルタに用いる複数色を重ねた構成であっても良い。遮光膜は、緑、青、赤の３色構成の撮像素子においては、青の単色でこれを兼用しても良い。
【００３４】
また、以下の実施例にて、平坦層をフッ素系アクリル樹脂のみで例示しているが、高耐熱性のアクリル樹脂などで形成しても、ほぼ同様の効果が得られる。
なお、フッ素系アクリ樹脂と高耐熱性のアクリル樹脂では、後者の樹脂材料の屈折率が高いため、マイクロレンズに用いる材料の屈折率をより高い材料（例えば、屈折率２．１の窒化シリコンなど）で形成する必要がある。
【実施例１】
【００３５】
本実施例の固体撮像素子は、図１に示すように、光電変換素子１０を有する半導体基板１１上に、紫外線吸収膜１３、カラーフィルタ１４、遮光膜１７、マイクロレンズ１８、
平坦層１９を積層したものである。
紫外線吸収膜１３は、フォトリソグラフィーの工程において、カラーフィルタ１４をパターン精度、形状良く形成するためのもので、カラーフィルタ形成前に塗布、形成しておく。紫外線吸収膜１３は、前記したような透明樹脂に紫外線吸収機能を組み込んだ材料で、たとえば、０．０６ｎｍ膜厚で形成する。
【００３６】
カラーフィルタ１４は、シアンＣ、イエローＹ、マゼンタＭ、ブラックＢｌの有機顔料を、それぞれ分散したカラーレジスト（アクリル系感光性樹脂）を用い、塗布・乾燥・露光・現像・硬膜などのプロセスを経て、およそ１μｍ膜厚で形成したものである。
ブラックは、４００ｎｍ〜６００ｎｍの光波長の範囲では、１０％以下の透過率で、およそ７００ｎｍ以降の近赤外域の長波長の光を透過する、言わば赤外透過フィルタである。すなわち、各カラーフィルタを通過した光を受けた受光素子で得られたシアン、イエロー、マゼンタ、それぞれの積分値（光電変換素子の出力値）からブラックの出力値を引き算する演算処理を行い、色補正、特に上記３色に対する赤外補正を行うためのフィルタである。
【００３７】
また、遮光膜１７を形成する材料として、上記ブラックのカラーレジストを兼ねて用いてもよい。遮光膜１７は１μｍ膜厚に形成した。ブラックの有機顔料はシアンと赤など複数の有機顔料から構成される。
【００３８】
マイクロレンズ１８は、ＵＶ吸収剤を５％含有する熱硬化タイプのアクリル樹脂（屈折率１．５８）より形成されている。当アクリル樹脂は、屈折率を高めるためにＵＶ吸収剤を含有させ、かつ、同様に、高屈折率化のため、そのポリマー骨格にはベンゼン環を導入してある。なお、実施例１において、マイクロレンズ１８の樹脂材料へのＵＶ吸収剤の添加は必須条件ではない。
【００３９】
図８に、撮像素子１チップの概略平面図を示した。光電変換素子、カラーフィルタ、マイクロレンズが積層された撮像の有効画面８８、遮光膜８９、アルミニウムのパッド８２の平面的な位置関係を示した。
【００４０】
平坦層１９は、屈折率１．４７のフッ素系アクリル樹脂（熱硬化タイプ）により形成されている。当平坦層１９の表面は、図３のＳＥＭ像に示すように、λ／４に近い凹凸が形成されている。
【００４１】
本実施例による固体撮像素子が形成された半導体基板をダイシングしたところ、平坦層１９表面にダイシング屑などのゴミ・異物付着は殆ど観察されなかった。ゴミ・異物付着が観察された場合であっても、超音波を導波した純水を流しかける程度で容易に洗浄除去できた。
【００４２】
また、本実施例の平坦層１９の反射率を（株）村上色彩の積分球を用い、拡散光による全反射率を測定したところ、その表面の反射率は約３％であった。
通常のマイクロレンズ材料として用いられるフェノール樹脂（屈折率１．６）による平坦層（表面粗化なし）の表面反射率は約６％であった。なお、反射率測定は、本実施例の半導体基板を用いず、シリコンウエハーに黒色塗料を塗布し、この上に平坦層を形成したものを用いた。平坦層１９は、後述するドライエッチングを施して表面を粗化させた。
【００４３】
以下に、本実施例の製造方法につき、図２を用いて詳細に説明する。
図２（１）に示すように、０．０６μｍ膜厚の紫外線吸収膜１３、１μｍ膜厚のカラーフィルタ１４、１μｍ膜厚の遮光膜１７、紫外線吸収機能をもつマクロレンズ１８を形成した半導体基板１１を準備した。
図２（２）に示すように、フッ素系アクリル樹脂液を用い、スピンコーティングの手法にて１．５μｍ膜厚にて平坦層１９を塗布形成した。
【００４４】
図２（３）に示すように、ノボラック系感光性樹脂を用いて１．５μｍ膜厚のレジストパターンを平坦層を覆うように、かつ、アルミニウムのパッド１２の部分を除くように形成した。アルミニウムのパッド１２の位置に相当する部分には、開口部２２を露光・現像のフォトリソグラフィーのプロセスで形成した。
図２（３）に示した半導体基板に、ドライエッチング装置にてドライエッチングを施し、アルミニウムのパッド１２の表面を露出させると同時に、レジストパターン２０を除去し、図１に示す固体撮像素子を得た。ドライエッチングには、フロン系ガスと酸素と両方のガスを用いた。
本実施例の平坦層の表面には、図３に示した、およそ高さ０．１μｍ〜０．２μｍの柱状の粗面が形成された。
【実施例２】
【００４５】
本実施例の固体撮像素子は、図５に示すように、光電変換素子５０を有する半導体基板５１上に紫外線吸収膜５３、カラーフィルタ、遮光膜５７、マイクロレンズ５８、平坦層５９を積層したものである。
カラーフィルタは、図６に示すように、黄’カラーフィルタ５４、白（透明）カラーフィルタ５５、赤’カラーフィルタ５６、ブラックカラーフィルタ（Ｂｌ）で構成されている。
【００４６】
紫外線吸収膜５３は、フォトリソグラフィーの工程において、カラーフィルタをパターン精度、形状良く形成するためのもので、カラーフィルタ形成前に塗布、形成しておく。紫外線吸収膜５３は、前記したような透明樹脂に紫外線吸収機能を組み込んだ材料で、たとえば、０．０６μｍ膜厚で形成する。
【００４７】
カラーフィルタは、黄’、赤’、ブラックの有機顔料を、それぞれ分散したカラーレジストを用い、塗布・乾燥・露光・現像・硬膜などのプロセスを経て、およそ１μｍ膜厚で形成したものである。ブラックは４００ｎｍ〜６００ｎｍの光波長の範囲は１０％以下の透過率で、およそ７００ｎｍ以降、近赤外域の長波長の光を透過する、言わば赤外透過フィルタである。赤’の積分値（光電変換素子の出力値）から引き算の演算処理を行い、色補正を行うためのフィルターである。
ブラックの色は、バイオレットとイエローなど複数の有機顔料から構成される。
【００４８】
また、遮光膜５７を形成する材料として黒色のカラーレジストを用いた。黒色のカラーレジストは、顔料をカーボン微粒子を分散させれば、可視光のみならず近赤外光を吸収、カットする遮光膜を得ることができる。
遮光膜５７は、黒色のカラーレジストにて、１μｍ膜厚に形成した。
【００４９】
なお、本実施例では、撮像素子に対応した青、緑、赤のそれぞれの色は、白（透明）、黄’、赤’、ブラックの各カラーフィルタを通過した光が入力した各受光素子からの出力値に対して、青  ＝  白  −  黄’、緑  ＝  黄’−  赤’、赤  ＝  赤’−ブラック、の演算処理を行うことでで得られる。
【００５０】
本実施例による固体撮像素子が形成された半導体基板をダイシングしたところ、平坦層５９表面にダイシング屑などのゴミ・異物付着はほとんど観察されなかった。ゴミ・異物付着が観察されたとしても、純水の超音波洗浄水を流す程度で容易に洗浄できた。
【００５１】
以下に、本実施例の製造方法につき、図７を用いて詳細に説明する。
図７（１）に示すように、０．０６μｍ膜厚の紫外線吸収膜５３、１μｍ膜厚の黄’カラーフィルタ５４、赤’カラーフィルタ（図示せず）、ブラックカラーフィルタ（図示せず）、カーボンを顔料とする１μｍ膜厚の遮光膜５７、を形成した半導体基板５１を準備した。
【００５２】
図７（２）に示すように、フッ素系アクリル樹脂液を用い、スピンコーティングの手法にて、１．８μｍ膜厚の転写層６０を、フェノール系熱硬化型樹脂による１μｍ厚みのエッチング制御層６１を、および公知の熱フロープロセス技術で熱リフローレンズのレンズ母型６２を、それぞれ形成した。
次に、レンズ母型６２をマスクとして、フロン系ガスを用いたドライエッチングにてエッチング制御層６１を異方性エッチングし、図７（３）に示す中間レンズ６３を形成した。中間レンズ６３のレンズ間は、隣接する中間レンズがくっつく状態となった。
【００５３】
さらにエッチングを進めて、中間レンズ６３の形状を転写層６０に写し込み、図７（４）に示すマイクロレンズ５８とした。なお、転写層６０の樹脂材料は、実施例１と同じくＵＶ吸収剤を５％含有するアクリル樹脂とした。
【００５４】
図７（２）に示す、黄’カラーフィルタ５４、赤’カラーフィルタ５６（図示せず）、ブラックカラーフィルタ（ブラック）（図示せず）、及び遮光膜５７が形成された半導体基板５１上に設けられた転写層６０は、図７（３）におけるエッチングによって、黄’カラーフィルタ５４、赤’カラーフィルタ５６、ブラックカラーフィルタ（ブラック）上にて、各々に対応したマイクロレンズ５８に形成される。
一方、白（透明）カラーフィルタ５５の場合は、転写層６０の上半部分はマイクロレンズ５８に形成され、残る下半部分は白（透明）カラーフィルタ５５となる。すなわち、マイクロレンズ５８の形成に用いられる材料と同一材料を用い、マイクロレンズ５８の形成と同時に白（透明）カラーフィルタ５５が形成されたことになる。
【００５５】
以下の工程は、実施例１と同様である。
図７（５）に示すように、ノボラック系感光性樹脂を用いて、２μｍ膜厚のレジストパターン６４をフッ素系アクリル樹脂による平坦層５９を覆うように、かつ、アルミニウムのパッド５２の部分を除くように形成した。アルミニウムのパッド５２の位置に相当する部分には、開口部６５を露光・現像のフォトリソグラフィーのプロセスで形成した。
【００５６】
図７（５）に示した半導体基板に、ドライエッチング装置にてドライエッチングを施し、アルミニウムのパッド５２の表面を露出させると同時に、レジストパターン６４を除去し、図７（６）に示す固体撮像素子を得た。ドライエッチングには、フロン系ガスと酸素と両方のガスを用いた。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による固体撮像素子の実施例１の部分断面図である。
【図２】実施例１の製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図３】粗化された平坦層表面のＳＥＭ像である。
【図４】実施例１のカラーフィルタ配列を示す平面図である。
【図５】本発明による固体撮像素子の実施例２の部分断面図である。
【図６】実施例２のカラーフィルタ配列を示す平面図である。
【図７】実施例２の製造方法の工程を示す部分断面図である。
【図８】撮像素子１チップの概略平面図である。
【図９】緑、青、赤のカラーフィルタ配列を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０、５０・・・光電変換素子
１１、５１・・・半導体基板
１２、５２、８２・・・アルミニウムのパッド
１３、５３・・・紫外線吸収膜
１４・・・実施例１のカラーフィルタ
１７、５７、８９・・・遮光膜
１８、５８・・・マイクロレンズ
１９、５９・・・平坦層
２０・・・レジストパターン
２２、６５・・・開口部
５４・・・黄’カラーフィルタ
５５・・・白（透明）カラーフィルタ
５６・・・赤’カラーフィルタ
６０・・・転写層
６１・・・エッチング制御層
６３・・・中間レンズ
６４・・・レジストパターン
８８・・・撮像の有効画面
Ｂｌ・・・ブラックカラーフィルタ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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