(57)【要約】【課題】  複数の層の各カラーフィルタ層を形成する際に、光学特性の劣化なく任意の膜厚に薄膜化して、固体撮像素子の受光感度向上を図る。【解決手段】  ３つの層の各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃの形成膜厚、形成順、パターンサイズ、ＣＭＰ条件、スラリー材料（濃度など含め）を最適化してＣＭＰにより平坦化・薄膜化することによって、３原色の３つの層の各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃを所望の膜厚および位置に形成することが可能となり、各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃによる光の吸収を低減することが可能となる。さらに、従来必要とされていたオンチップレンズ下の平坦化層１０を削減する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が平坦化された基板部上に所定配列で複数色の各カラーフィルタ層をそれぞれ形成するカラーフィルタ層形成工程と、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ）法により該複数色の各カラーフィルタ層を構成するカラーフィルタの表面を平坦化処理して薄膜化する薄膜化工程とを有するカラーフィルタの形成方法。
【請求項２】
第１層目に形成されるカラーフィルタ層の塗布膜厚に応じて、前記ＣＭＰ法による平坦化処理後のカラーフィルタの膜厚を設定する請求項１に記載のカラーフィルタの形成方法。
【請求項３】
前記ＣＰＭ法による平坦化処理後のカラーフィルタの膜厚を、前記複数色の各カラーフィルタ層が該各カラーフィルタ層の境界部で積層されないように設定する請求項１または２に記載のカラーフィルタの形成方法。
【請求項４】
前記平坦化処理後のカラーフィルタの膜厚は、前記第１層目の塗布膜厚の０〜１０パーセントの範囲で研磨した膜厚である請求項２に記載のカラーフィルタの形成方法。
【請求項５】
前記複数色の各カラーフィルタ層をフォトリソグラフィー技術により所定の箇所に所定の配列で形成する際に、最後に形成されるカラーフィルタ層を、他のカラーフィルタ層のセルフアライメントにより位置決めして形成する請求項１に記載のカラーフィルタの形成方法。
【請求項６】
前記複数色の各カラーフィルタ層の形成膜厚、パターンサイズ、形成順、ＣＭＰ条件およびスラリー材料を、カラーフィルタ材料の特性、ＣＭＰ時の研磨レートおよびカラーフィルタの最終膜厚に応じて最適化する請求項１に記載のカラーフィルタの形成方法。
【請求項７】
前記ＣＭＰ条件は、研磨圧力、研磨回転数、研磨用パッドの材質、薬液の種類および濃度の少なくともいずれかである請求項５に記載のカラーフィルタの形成方法。
【請求項８】
表面が平坦化された基板部上に、ＣＭＰ法で表面が平坦化されて、所定の配列で複数色の各カラーフィルタ層の境界部で積層されないように該各カラーフィルタ層がそれぞれ設けられているカラーフィルタ。
【請求項９】
半導体基板の表面に複数の受光素子が２次元状に形成され、各受光素子の上方にそれぞれ対応するように、請求項１〜５のいずれかに記載のカラーフィルタの形成方法により形成されたカラーフィルタの複数色の各カラーフィルタ層がそれぞれ設けられている固体撮像素子。
【請求項１０】
前記カラーフィルタの前記受光素子側とは反対側表面に、前記各受光素子の上方にそれぞれ対応するように、平坦化層を介さずに該受光素子への集光用のオンチップレンズが直に設けられている請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記受光素子と前記カラーフィルタとの間に、前記受光素子への集光用の層内レンズが設けられている請求項９または１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれかに記載のカラーフィルタの形成方法により形成されたカラーフィルタを備えた液晶駆動素子。
【請求項１３】
前記カラーフィルタが形成された対向電極基板と、該対向電極基板に対向して設けられ、各画素毎にスイッチ手段が設けられて該スイッチ手段を介して各画素電極にそれぞれ表示電圧がそれぞれ印加されて画素表示を可能とする素子側基板と、該素子側基板と該対向電極基板との間に表示媒体として挟持される液晶材料とを有している請求項１２に記載の液晶駆動素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタの形成方法、カラーフィルタ、このカラーフィルタの形成方法で形成されたカラーフィルタを用いた例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子および、液晶表示素子（ＬＣＤ）などの液晶駆動素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体撮像素子では、フォトダイオードなどからなる受光素子や電荷転送部が表層に設けられた基板上に転送電極や遮光膜が設けられ、さらにその上に平坦化膜を介してカラー表示用にフォトレジストなどからなるカラーフィルタが設けられている。
【０００３】
この固体撮像素子では、画素の微細化に伴って、受光素子の感度を向上させる必要が生じており、従来のカラーフィルタの形成方法では、十分な感度向上が図れなくなってきている。これは、塗布法により膜厚を制御しており、膜厚の制御性は高いものの、カラーフィルタ材料が持つ粘度などの材料特性のために、カラーフィルタの薄膜化が困難なためである。
【０００４】
例えば、塗布法による従来のカラーフィルタの形成方法では、３原色のカラーフィルタ層を所定の配列で形成する際に、膜厚および、受光部に対するアライメントについて、それぞれのカラーフィルタ層が独立したばらつきを有している。このため、各カラーフィルタ層の境界部で重なって少なくとも２層のカラーフィルタ層となり、その領域（境界部）では光吸収によって受光部への入射光強度が低下する原因になっている。このカラーフィルタの形成後、オンチップレンズの形成前に、表面を再度平坦化する必要が生じ、最終的に光源からの光が各膜を透過して受光素子（Ｓｉ基板）に至るまでの距離が長くなって、更に受光感度の向上が困難になっている。
【０００５】
カラーフィルタを薄膜化する方法としては、例えばエッチバック法による薄膜化が挙げられる。このカラーフィルタの薄膜化方法では、第１のカラーフィルタ層を形成した後に、第２のカラーフィルタ層を塗布し、第１のカラーフィルタ層上に堆積された第２のカラーフィルタ層をエッチバックにより除去する。第３のカラーフィルタ層についても同様に形成する。しかしながら、このカラーフィルタの薄膜化方法では、顔料を分散させた材料をドライエッチングする場合に、各層の境界部において色が混ざったり、残渣によってフィルタ特性が低下するといった不具合が生じる。
【０００６】
図７は、特許文献１に記載されている従来のＣＣＤ型固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【０００７】
図７において、従来のＣＣＤ型固体撮像素子は、半導体基板１の表層に受光部（受光素子）１２、読み出しゲート部１３およびＣＣＤ転送チャネル１４がこの順に形成され、受光部１２以外の半導体基板部の読み出しゲート部１３およびＣＣＤ転送チャネル１４上に絶縁膜２を介して転送電極３が形成されている。この転送電極３上には層間絶縁膜４を介して遮光膜５が形成されており、この遮光膜５によって、転送電極３に光が入射されることを防止している。また、遮光膜５には、受光部１２上に開口部が設けられており、受光部１２にはこの開口部さらに絶縁膜２を通して光が入射される。
【０００８】
これらの絶縁膜２および遮光膜５上を覆うように、例えばＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）膜などのリフロー膜またはＨＤＰ（高密度プラズマ）ＣＶＤ膜などからなる第１平坦化層６が形成されている。この第１平坦化層６は、絶縁膜２と遮光膜５との段差に対して表面を平坦化させるために設けられている。
【０００９】
この第１平坦化層６上には、受光部１２の上方に、例えばプラズマＣＶＤ法により形成されたＳｉＮ膜（屈折率ｎ＝１．９〜２．０）などの高屈折率材料膜によって、上面が曲面状の凸部（上に突の凸レンズ）となった層内レンズ７が形成されている。
【００１０】
この層内レンズ７上には、例えばアクリル系樹脂膜（屈折率ｎ＝１．３〜１．４）などからなる第２平坦化層８が形成されている。この第２平坦化層８によって、表面が平坦化されている。
【００１１】
この第２平坦化層８上には、カラーフィルタ９が形成されている。このカラーフィルタ９としては、感光特性を利用して既知のフォトリソグラフィー技術を用いた方法により、３種類（例えば３原色）のカラーフィルタ層が平面視で所定の配列に形成されている。
【００１２】
さらに、カラーフィルタ９上には、光透過性を有する平坦化膜１０を介してオンチップレンズ１１が形成されている。この平坦化膜１０は、エッチングにより膜厚を調整することによって、オンチップレンズ１１の底面がカラーフィルタ９の上面近傍に、できるだけ近づくように薄膜化されている。
【特許文献１】特開２０００−１５６４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、塗布法による従来のカラーフィルタ９の形成方法では、３原色のカラーフィルタ層を形成する際に、各層の平面視で境界部においてカラーフィルタ層の重なりが生じ、これによって、受光部１２への入射光強度が低下する原因になっている。また、カラーフィルタ９の形成後、オンチップレンズ１１の形成前に、表面に平坦化膜１０を形成するため、最終的に受光部１２（Ｓｉ基板）までに各膜を通過する距離が長くなって受光部１２での感度が低下する。さらに、カラーフィルタ９をエッチバックにより薄膜化する方法では、カラーフィルタ９を構成する各カラーフィルタ層の境界部において隣の色が互いに混ざっり合ったり、残渣によって表面がマスクされたりしてフィルタの光学特性が低下するといった不具合が生じる。
【００１４】
このように、従来のカラーフィルタ９の形成方法では、カラーフィルタ９を薄膜化することが困難であり、固体撮像素子の受光部１２での感度を向上させることは困難であった。したがって、今後、固体撮像素子の微細化が進むことにより受光素子部分の面積が低減されると、その低減分を補うだけの感度向上が図れず、そのことが固体撮像素子の微細化の実現に困難性をもたらしている。
【００１５】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、平面視で複数の層からなる各カラーフィルタ層を所定の配列で形成する際に、光学特性の劣化を大幅に抑えた状態で任意の膜厚に薄膜化して、固体撮像素子の受光感度の向上を図ることができるカラーフィルタの形成方法、そのカラーフィルタ、このカラーフィルタを用いた固体撮像素子および液晶駆動素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のカラーフィルタの形成方法は、表面が平坦化された基板部上に所定配列で複数色の各カラーフィルタ層をそれぞれ形成するカラーフィルタ層形成工程と、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ）法により該複数色の各カラーフィルタ層を構成するカラーフィルタの表面を平坦化処理して薄膜化する薄膜化工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１７】
また、好ましくは、本発明のカラーフィルタの形成方法において、第１層目に形成されるカラーフィルタ層の塗布膜厚に応じて、前記ＣＭＰ法による平坦化処理後のカラーフィルタの膜厚を設定する。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの形成方法において、前記ＣＰＭ法による平坦化処理後のカラーフィルタの膜厚を、前記複数色の各カラーフィルタ層が該各カラーフィルタ層の境界部で積層されないように設定する。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの形成方法において、前記平坦化処理後のカラーフィルタの膜厚は、前記第１層目の塗布膜厚の０〜１０パーセントの範囲で研磨した膜厚である。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの形成方法において、前記複数色の各カラーフィルタ層をフォトリソグラフィー技術により所定の箇所に所定の配列で形成する際に、最後に形成されるカラーフィルタ層を、他のカラーフィルタ層のセルフアライメントにより位置決めして形成する。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの形成方法における複数色の各カラーフィルタ層の形成膜厚、パターンサイズ、形成順、ＣＭＰ条件およびスラリー材料を、カラーフィルタ材料の特性、ＣＭＰ時の研磨レートおよびカラーフィルタの最終膜厚に応じて最適化する。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明のカラーフィルタの形成方法におけるＣＭＰ条件は、研磨圧力、研磨回転数、研磨用パッドの材質、薬液の種類およびその濃度の少なくともいずれかである。
【００２３】
本発明のカラーフィルタは、表面が平坦化された基板部上に、ＣＭＰ法で表面が平坦化されて、所定の配列で複数色の各カラーフィルタ層の境界部で積層されないように該各カラーフィルタ層がそれぞれ設けられているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板の表面に複数の受光素子が２次元状（またはマトリクス状に）に形成され、各受光素子の上方にそれぞれ対応するように、本発明の上記カラーフィルタの形成方法により形成されたカラーフィルタの複数色の各カラーフィルタ層がそれぞれ設けられているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記カラーフィルタの前記受光素子側とは反対側表面に、前記各受光素子の上方にそれぞれ対応するように、平坦化層を介さずに該受光素子への集光用のオンチップレンズが直に設けられている。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記受光素子と前記カラーフィルタとの間に、前記受光素子への集光用の層内レンズが設けられている。
【００２７】
本発明の液晶駆動素子は、本発明の上記カラーフィルタの形成方法により形成されたカラーフィルタを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２８】
また、好ましくは、本発明の液晶駆動素子において、前記カラーフィルタが形成された対向電極基板と、該対向電極基板に対向して設けられ、各画素毎にスイッチ手段が設けられて該スイッチ手段を介して各画素電極にそれぞれ表示電圧がそれぞれ印加されて画素表示を可能とする素子側基板と、該素子側基板と該対向電極基板との間に表示媒体として挟持される液晶材料とを有している。
【００２９】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００３０】
固体撮像素子において、微細化による集光率低下やそれに伴う受光感度低下などの問題は、Ｓｉ基板（シリコン基板部）の表面とこの内部にある受光部分との光学的距離を低減することによって解決するのが一般的な手法であるが、本発明では、オンチップレンズ上から受光部に到達する光量の減少を最小に抑えることによってこれを解決する。
【００３１】
本発明のカラーフィルタの形成方法にあっては、平坦化された基板部上に複数色の各カラーフィルタ層を所定の配列で形成する際に、カラーフィルタ層をＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）によって平坦化することによって、カラーフィルタの光学特性を劣化させることなく、任意の膜厚（所定の膜厚）に薄膜化することが可能となる。このように、複数色の各カラーフィルタ層で構成するカラーフィルタを平坦化するので、カラーフィルタ形成後でオンチップレンズ形成前の平坦化層についても削減または薄膜化が可能となる。
【００３２】
また、複数色の各カラーフィルタ層がその境界部で積層されないように平坦化して薄膜化すれば、カラーフィルタ層の境界部分に入射される光についても受光素子にて利用可能となる。
【００３３】
複数色の各カラーフィルタ層をフォトリソグラフィー技術により所定の箇所に所定の配列で形成する際に、最後に形成されるカラーフィルタ層を、他のカラーフィルタ層をマスクとしてセルフアライメントにより形成することが可能であるため、各受光部に対するアライメント精度の向上を図ることが可能となる。
【００３４】
複数色の各カラーフィルタ層の形成膜厚、パターンサイズ、形成順序、ＣＭＰ条件およびスラリー材料を、カラーフィルタ材料の特性、ＣＭＰ時の研磨レートおよびカラーフィルタの最終膜厚に応じて最適化することによって、各カラーフィルタ層の膜厚を任意の最適膜厚（所定の最適膜厚）に形成することが可能になる。
【００３５】
したがって、このような本発明のカラーフィルタの形成方法により形成されたカラーフィルタを固体撮像素子に用いることにより、各カラーフィルタ層によって吸収される光量が低減されて、受光部に入射される光量が増加し、微細化に伴う固体撮像素子の受光感度の低下などの特性不具合を改善して、受光感度の向上を図ることが可能となる。また、本発明のカラーフィルタの形成方法によるカラーフィルタを液晶表示素子などの液晶駆動素子に用いることにより、液晶領域に入射される光量が増加して、液晶表示素子の輝度向上など、液晶駆動素子の特性向上を図ることが可能となる。
【００３６】
また、本発明によれば、カラーフィルタの製造において、マスク枚数および工程数を大幅に削減することができるため、カラーフィルタの製造コストを削減することが可能となり、最終的に固体撮像素子や液晶駆動素子の製造コストの削減をも図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
以上により、本発明によれば、平面視で複数の層からなる各カラーフィルタ層を所定の配列で形成する際に、光学特性の劣化を大幅に抑えた状態で任意の膜厚に薄膜化して、固体撮像素子の受光感度の向上を図ることができる。
【００３８】
したがって、多様な寸法のユニットセルサイズを有する固体撮像素子に対して、受光感度の向上を図ることができ、微細化技術を適用することにより、ユニットセルサイズの縮小に対しても、受光感度の低下をもたらすことなく対応することができる。さらに、液晶表示素子などの液晶駆動素子についても、特性の最適化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に、本発明のカラーフィルタの形成方法の実施形態をＣＣＤ型固体撮像素子のカラーフィルタの形成に適用した場合について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４０】
図１は、本発明の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【００４１】
図１において、本実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子は、半導体基板１の表層に受光部（受光素子）１２、読み出しゲート部１３およびＣＣＤ転送チャネル１４が形成されており、受光部１２以外の半導体基板部の読み出しゲート部１３およびＣＣＤ転送チャネル１４上に絶縁膜（ゲート絶縁膜）２を介して電荷転送電極（ゲート電極）３が形成されている。この電荷転送電極３上には層間絶縁膜４を介して遮光膜５が形成されており、この遮光膜５によって、電荷転送電極３に光が入射されることを防止している。また、この遮光膜５には、受光部１２上に開口部が設けられており、受光部１２にこの開口部さらに絶縁膜２を通して光が入射されるようになっている。さらに、これらの絶縁膜２および遮光膜５上を覆うように第１平坦化層６が形成されており、この第１平坦化層６によって絶縁膜２と遮光膜５との間の段差に対して表面が平坦化されている。さらに、第１平坦化層６上には、受光部１２の上方位置に対応するように、集光効率を向上させるために、上面がレンズ曲面状の凸部となった層内レンズ７が形成されている。さらに、この層内レンズ７を埋め込むように層内レンズ７上に第２平坦化層８が形成されており、その表面が平坦化されている。さらに、この第２平坦化層８上に、ＣＭＰにより表面が平坦化されたカラーフィルタ１９が形成されている。さらに、この平坦化されたカラーフィルタ１９上に、受光部１２の上方位置に対応するように、受光部１２への集光用のオンチップレンズ１１が形成されている。
【００４２】
ここで、上記構成の固体撮像素子の製造方法について図２〜図６を用いて詳細に説明する。
【００４３】
図２〜図６は、本実施形態に係る固体撮像素子の各製造工程を説明するための縦断面図であって、図２は遮光膜形成直後の状態を示す工程断面図、図３は層内レンズ形成から平坦化直後の状態を示す工程断面図、図４〜図６はカラーフィルタの形成工程を示す工程断面図である。
【００４４】
まず、図２に示すように、表層に受光部（受光素子）１２、読み出しゲート部１３およびＣＣＤ転送チャネル１４がこの順に形成された半導体基板１上に絶縁膜２を形成し、受光部１２以外の半導体基板部の読み出しゲート部１３およびＣＣＤ転送チャネル１４上に、絶縁膜２を介して電荷転送電極３を形成する。この場合の絶縁膜２は、例えばＳｉＯ２の単層膜（ＭＯＳ構造）またはＳｉＯ２／ＳｉＮ／ＳｉＯ２の三層膜（ＭＯＮＯＳ構造）からなっていてもよい。また、絶縁膜２の厚さは、ＳｉＯ２の単層膜（ＭＯＳ構造）の場合、例えば５０ｎ〜６０ｎｍが好適であり、ＳｉＯ２／ＳｉＮ／ＳｉＯ２の三層膜（ＭＯＮＯＳ構造）の場合、例えばＳｉＯ２：１０ｎｍ／ＳｉＮ：４０ｎｍ／ＳｉＯ２：３０ｎｍ（上層から下層への順の各層の厚さ）が好適であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。転送電極３は、絶縁膜２上に成膜されたポリシリコン層を既知のアライメント方法により形成されたレジストパターンを用いてドライエッチングを行うことにより所定の形状に加工されている。なお、電荷転送電極３には、第１層目のポリシリコン層からなるものと第２層目のポリシリコン層からなるものとが含まれているが、図１には一方のポリシリコン層からなる電荷転送電極のみが示されている。さらに、３層のポリシリコン層からなる電荷転送電極が設けられている場合もある。
【００４５】
この転送電極３上に層間絶縁膜４を介して遮光膜５を形成する。この層間絶縁膜４は、例えばＢＰＳＧもしくは熱酸化により成膜されたシリコン酸化膜からなっている。また、遮光膜５は、例えばタングステンなどの金属材料からなり、各受光部１２と対応する部分には開口部が設けられている。
【００４６】
次に、図３に示すように、絶縁膜２および遮光膜５上に第１平坦化層６を形成する。この第１平坦化層６は、例えばＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）膜などのリフロー膜またはＨＤＰ（高密度プラズマ）ＣＶＤ膜などからなり、絶縁膜２と遮光膜５との間の段差に対して表面を平坦化させるために、研磨法または熱処理によるリフローで平坦化している。
【００４７】
この第１平坦化層６上の受光部１２の上方に対応する位置に、集光効率向上のために層内レンズ７を形成する。この層内レンズ７は、例えばプラズマＣＶＤ法により形成されたＳｉＮ膜（屈折率ｎ＝１．９〜２．０）上にフォトレジストを形成してリフローによりレンズ形状を形成した後に、エッチバックによりレジストパターンを転写するという方法によって、上面がレンズ曲面状の凸部（凸レンズ）となったマイクロレンズが形成されている。
【００４８】
この層内レンズ７上に第２平坦化層８を形成する。この第２平坦化層８は、例えばアクリル系樹脂膜（屈折率ｎ＝１．３〜１．４）などからなり、この第２平坦化層８により、層内レンズ７により発生した段差が埋め込まれて、エッチバックまたはCMPにより表面が平坦化されている。
【００４９】
さらに、この第２平坦化層８上にカラーフィルタ１９を形成してＣＭＰにより平坦化処理する。このカラーフィルタ１９の形成工程について、以下に、図４〜図６を用いて説明する。
【００５０】
図４に示すように、まず、表面が平坦化された基板上に、第１のカラーフィルタ層１９ａをフォトリソグラフィー技術により形成する。このとき、第１のカラーフィルタ層１９ａの膜厚は、例えば約１．０μｍとした。次に、第２のカラーフィルタ層１９ｂを同様にフォトリソグラフィー技術で形成する。このとき、第２のカラーフィルタ層の膜厚も約１．０μｍとした。このときの断面形状は、図４に示すように、第１のカラーフィルタ層１９ａと第２のカラーフィルタ層１９ｂとの境界部で、第１のカラーフィルタ層１９ａの端縁部上に第２のカラーフィルタ層１９ｂが上から重なって一部２層構造になっている。
【００５１】
このようにして、２層のカラーフィルタ層１９ａ,１９ｂを形成した後に、第３のカラーフィルタ層１９ｃを形成するためのカラーフィルタ材料、例えば顔料を分散させたフィルタ材料を第２平坦化層８およびカラーフィルタ層１９ａ,１９ｂ上に塗布する。このとき、第３のカラーフィルタ層１９ｃの膜厚は、例えば約１．５μｍとした。このときの断面形状は、図５に示すように、第１のカラーフィルタ層１９ａおよび第２のカラーフィルタ層１９ｂを埋め込んでカラーフィルタ層１９ａ，１９ｂ上に第３のカラーフィルタ層１９ｃが重なっている。
【００５２】
なお、本実施形態では、３つの層の各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃの膜厚を例えば１．０μｍ〜１．５μｍ程度としているが、カラーフィルタ材料の特性（粘度など）や３つの層のＣＭＰ時の研磨レートおよびカラーフィルタ１９の最終膜厚により決定されるものであり、必ずしもこれに限定されるものではない。但し、このときの第１のカラーフィルタ層１９ａの塗布膜厚は、研磨後の膜厚と大きな差異がないことが好ましく第１層目に形成されるカラーフィルタ層１９ａの塗布膜厚に応じて、ＣＭＰ処理後の膜厚を設定することが好ましい。
【００５３】
その後、半導体基板をＣＭＰ設備により研磨し、３つの層の各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃが所望の膜厚となるように平坦化処理を行う。このとき、研磨条件は、例えば研磨圧力を０．１ＰＳｉ〜２．０ＰＳｉ程度とし、所定の研磨回転数として、適度な研磨レートを得るために調整した。また、スラリー材料としてはシリカもしくはアルミナを原料とするスラリーを用いた。但し、ＣＭＰ処理における研磨および研磨後の洗浄工程において、各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃとの化学反応を避けるため、スラリー材料の成分中には表面反応性の高い成分（例えば、高分子化合物）を含まない材料とした。このときの断面形状は、図６に示すように、各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃが境界部で積層されず、表面が平坦化された状態で各色の所定配列（平面視）になっている。また、第３のカラーフィルタ層１９ｃは、第１のカラーフィルタ層１９ａおよび第２のカラーフィルタ層１９ｂをマスクとしてセルフアライメントにより精度良く形成されている。
【００５４】
したがって、３つの層の各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃをＣＭＰにより所望の膜厚に形成する際に、各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃの形成膜厚、形成順（１層目をＣＭＰ後の膜厚に近いものにする）、パターンサイズ、ＣＭＰ条件、スラリー材料（濃度など含め）を、カラーフィルタ材料の特性、ＣＭＰ時の研磨レートおよびカラーフィルタ層の最終膜厚に応じて最適化することにより、薄膜でかつ広域に、３つの層（３原色で所定配列）の各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃから構成されるカラーフィルタ１９を形成することができる。
【００５５】
このようにして、表面が平坦化されたカラーフィルタ１９上に、従来のように平坦化膜１０を設けずに、図１に示すようにオンチップレンズ１１を直に形成する。なお、図中には示していないが、受光素子１２上（周辺部を除く部分上）には、シリコンナイトライド膜として、例えばプラズマシリコンナイトライドまたはＵＶシリコンナイトライド膜などのシリコンナイトライド膜が形成されて所定形状にパターニングされている。このシリコンナイトライド膜は例えば膜厚２０ｎｍ〜５０ｎｍが好適であるが、より好ましくは３０ｎｍである。
【００５６】
以上のように、本実施形態によれば、三つの層の各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃの形成膜厚、形成順、パターンサイズ、ＣＭＰ条件、スラリー材料（濃度など含め）を最適化してＣＭＰにより平坦化・薄膜化することによって、３原色の３つの層の各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃを所望の膜厚および位置に形成することが可能となり、各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃによる光の吸収を低減することが可能となる。さらに、従来必要とされていたオンチップレンズ下の平坦化層１０を削減することができるため、オンチップレンズと受光部（Ｓｉ基板)との距離を低減することができる。また、境界部で各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃが重なっていないため、境界部の光も利用することができる。その結果、従来のフォトリソグラフィー技術のみによりカラーフィルタを形成した場合に比べて、ＣＣＤ型固体撮像素子の受光感度を向上させることができる。多様な寸法のユニットセルサイズを有するＣＣＤ固体撮像素子に対して受光感度向上を図ることができるため、微細化技術の適用によりユニットセルサイズの更なる縮小化にも対応することができる。
【００５７】
なお、上記実施形態では、三つの層の各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃのうちの二つの層（第１層および第２層）については、従来と同様のフォトリソグラフィー技術で形成した後、残る一つの層（最終層の第３層）を塗布する。その後、ＣＭＰ設備にて平坦化処理を行うことにより３つの層の各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃを任意の膜厚に形成できる。このとき、３つの層の膜厚、ＣＭＰ条件として研磨圧力および研磨回転数などを最適化して、各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃの境界部において、隣接する二つの層が積層しない程度まで薄膜化することにより、各カラーフィルタ層１９ａ〜１９ｃを任意の膜厚（所定の膜厚；第１層および第２層の膜厚）に形成できる。このような実施形態に限らず、四つの層の各カラーフィルタ層のうちの三つの層（第１層〜第３層）については、従来と同様のフォトリソグラフィー技術で形成した後、残る一つの層（最終層の第４層）を塗布する。その後、ＣＭＰ設備にて平坦化処理を行うことにより四つの層の各カラーフィルタ層を任意の膜厚に形成できる。このとき、四つの層の膜厚、研磨圧力および研磨回転数などを最適化して、各カラーフィルタ層の境界部において、隣接する二つの層が積層しない程度まで薄膜化することにより、各カラーフィルタ層を任意の膜厚（所定の膜厚；第１層〜第３層の膜厚）に形成できる。
【００５８】
要するに、本発明のカラーフィルタの形成方法として、表面が平坦化された基板部上に所定配列で複数色の各カラーフィルタ層をそれぞれ形成するカラーフィルタ層形成工程と、ＣＭＰ法により複数色の各カラーフィルタ層を構成するカラーフィルタの表面を平坦化処理して薄膜化する薄膜化工程とを有していれば、平面視で複数の層からなる各カラーフィルタ層を所定の配列で形成する際に、光学特性の劣化を大幅に抑えた状態で任意の膜厚に薄膜化して、固体撮像素子の受光感度の向上を図ることができる。この場合に、第１層目に形成されるカラーフィルタ層の塗布膜厚に応じて、ＣＭＰ法による平坦化処理後のカラーフィルタの膜厚を設定し、ＣＰＭ法による平坦化処理後のカラーフィルタの膜厚を、複数色の各カラーフィルタ層が各カラーフィルタ層の境界部で積層されない程度に薄膜化すればよい。さらに、複数色の各カラーフィルタ層をフォトリソグラフィー技術により所定の箇所に所定の配列で形成する際に、最後に形成されるカラーフィルタ層は、他のカラーフィルタ層のセルフアライメントにより位置決めして形成すればよい。
【００５９】
なお、上記実施形態では、ＣＣＤ型固体撮像素子を例に挙げて説明したが、本発明のカラーフィルタの形成方法は、ＭＯＳ型固体撮像素子などの他の固体撮像素子や、液晶表示素子などの液晶駆動素子にも適用することが可能であり、上記実施形態の場合と同様に、薄膜化された所望の厚さのカラーフィルタを得ることができる。したがって、上記各素子についても、本発明のカラーフィルタの形成方法を適用することにより、受光感度向上および特性向上など本発明の効果を奏する。
【００６０】
例えば、本発明の液晶駆動素子としての液晶表示素子は、カラーフィルタ１９が形成された対向電極基板と、この対向電極基板に対向して設けられ、マトリクス状に配列された複数の各画素毎にスイッチ手段が設けられて、このスイッチ手段を介して各画素電極にそれぞれ表示電圧が印加されて画素表示を可能とする素子側基板と、これらの素子側基板と対向電極基板との間に表示媒体として挟持された液晶材料とを有しており、各画素毎に、これらの対向電極と画素電極間の液晶材料に表示電圧をそれぞれ印加して液晶材料を駆動することにより、この液晶材料領域を光が透過または不透過にして反射型または透過型で液晶表示が行われる。
【００６１】
また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、複数色の各カラーフィルタ層が該各カラーフィルタ層の境界部で積層されない程度に平坦化して薄膜化する場合の最終的なカラーフィルタ１９の膜厚は、第１層目に形成されるカラーフィルタ層の塗布膜厚など、最も薄いカラーフィルタ層の膜厚の０〜１０パーセントの範囲を研磨するように設定してもよい。より好ましくは、０パーセントが最もよく理想的であるが、これは現実的ではなく、最も薄いカラーフィルタ層の膜厚の０〜１０パーセント（カラーフィルタ層の材質によっては０〜５パーセント）の範囲で研磨するのが、実際の製造工程的に妥当である。
【００６２】
さらに、上記実施形態では、複数色の各カラーフィルタ層の形成膜厚、パターンサイズ、形成順、ＣＭＰ条件およびスラリー材料を、カラーフィルタ材料の特性、ＣＭＰ時の研磨レートおよびカラーフィルタの最終膜厚に応じて最適化する場合について説明したが、この場合に、ＣＭＰ条件として、研磨圧力および研磨回転数に限らず、この他に、研磨する側の研磨用パッド材料の材質、研磨時に用いる薬液の種類および濃度（研磨される側のフィルタ材料に応じて設定される）などがある。これらの少なくともいずれかをＣＭＰ条件とすることができる。
【００６３】
さらに、以上では、特に説明しなかったが、従来例の図７において、カラーフィルタ層の膜厚が左右で異なっており、膜厚が薄いほど色が薄くなるが、従来はできるだけ薄い膜厚にするために、粘度の小さいカラーフィルタ材料を選定しなければならないという事情があった。これに対して、本願発明では、ＣＭＰにより研磨して、所望の膜厚にして色度を設定できるので、材料粘度にこだわらずにカラーフィルタ材料を選定できると共に、カラーフィルタ材料の選定により各色で同じ膜厚に設定することができる。
【００６４】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、カラーフィルタの形成方法、カラーフィルタ、このカラーフィルタの形成方法で形成されたカラーフィルタを用いた例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子および、液晶表示素子（ＬＣＤ）などの液晶駆動素子の分野において、複数のカラーフィルタ層をＣＭＰにより所望の膜厚に形成する際に各カラーフィルタの形成膜厚、形成順、パターンサイズ、ＣＭＰ条件、スラリー材料（濃度等含め）を最適化することにより、薄膜でかつ広域に、各カラーフィルタ層を形成し、オンチップレンズと受光部分（Ｓｉ基板）との距離を低減することができる。よって、多様な寸法のユニットセルサイズを有する固体撮像素子に対して、受光感度向上を図ることができ、微細化技術を適用することにより、ユニットセルサイズの縮小に対しても、受光感度の低下をもたらすことなく対応することができる。さらに、液晶表示素子などの液晶駆動素子についても、特性の最適化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の要部構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法における遮光膜形成直後の状態を示す工程断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法における層内レンズ形成から平坦化直後の状態を示す工程断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法における第１および第２のカラーフィルタ層の形成工程を示す工程断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法における第３のカラーフィルタ層の成膜工程を示す工程断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法におけるカラーフィルタの薄膜化工程を示す工程断面図である。
【図７】従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  半導体基板（半導体部）
２  絶縁膜（ゲート絶縁膜）
３  電荷転送電極（ゲート電極）
４  層間絶縁膜
５  遮光膜
６  層間絶縁膜
７   層内レンズ
８  第１平坦化層
１１  マイクロレンズ（オンチップレンズ）
１２  受光部（受光素子）
１３  読み出しゲート部
１４  ＣＣＤ転送チャネル
１９   カラーフィルタ
１９ａ  第１のカラーフィルタ層
１９ｂ  第２のカラーフィルタ層
１９ｃ  第３のカラーフィルタ層
【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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