(57)【要約】【課題】固体撮像素子に積層されるカラーフィルタ層に含有される色素濃度を濃くしてカラーフィルタ層の薄膜化を図る。【解決手段】半導体基板表面部に二次元状に配列形成された複数の光電変換素子の夫々の上部に異なる色のカラーフィルタ層を積層するに当たり複数の光電変換素子の上部に第１色カラーフィルタ層を積層し該光電変換素子のうち所要光電変換素子上の前記第１色カラーフィルタ層をエッチング処理で除去した後に第２色カラーフィルタ層で所要光電変換素子の上部を埋める固体撮像素子の製造方法において、第１色カラーフィルタ層２１の前記エッチング処理で生じる該第１色カラーフィルタ層の色素原料の残渣２２を除去した後、第２色カラーフィル層の積層を行う。残渣２２が残らないため、多量の色素原料を第１色カラーフィルタ層２１に含有させることができる。【選択図】図２
2007208051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面部に二次元状に配列形成された複数の光電変換素子の夫々の上部に異なる色のカラーフィルタ層を積層するに当たり複数の前記光電変換素子の上部に第１色カラーフィルタ層を積層し該光電変換素子のうち所要光電変換素子上の前記第１色カラーフィルタ層をエッチング処理で除去した後に第２色カラーフィルタ層で前記所要光電変換素子の上部を埋める固体撮像素子の製造方法において、前記第１色カラーフィルタ層の前記エッチング処理で生じる該第１色カラーフィルタ層の色素原料の残渣を除去した後、前記第２色カラーフィル層の積層を行うことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記カラーフィルタ層に含まれる色素原料は、顔料または染料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記エッチング処理は、酸素を用いたドライエッチングで行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記残渣の除去は、前記エッチング処理で残った該残渣をハロゲン化処理することで行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記残渣の除去は、前記ドライエッチングで生じた色素原料の酸化物残渣を還元性ガスで還元処理してからハロゲン化して行うことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記カラーフィルタ層は、非感光性レジスト内に所要色の顔料または染料を混合して構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
酸素とハロゲン系ガスとを混合したプロセスガスを用い、前記エッチング処理と前記ハロゲン化処理とを同時に行うことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
酸素とハロゲン系ガスと還元性ガスとを混合したプロセスガスを用い、前記エッチング処理と前記ハロゲン化処理と前記還元処理とを同時に行うことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
前記固体撮像素子の前記各光電変換素子の上部には赤色，緑色，青色の３原色のいずれか一色のカラーフィルタ層が積層され、前記第１色カラーフィルタ層が３原色のいずれか一色のカラーフィルタ層であり前記第２色カラーフィルタ層が３原色のうちの残り２色のうちの一色のカラーフィルタ層であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
複数の光電変換素子が表面部に二次元状に配列形成された半導体基板と、該半導体基板の上部に積層されるカラーフィルタ層とを備える固体撮像素子において、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法により製造された第１色カラーフィルタ層と第２色カラーフィルタ層とを備えることを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像素子及びその製造方法に係り、特に、良好な分光特性を得ることができるカラーフィルタ層を持った固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等に用いられるＣＭＯＳ型やＣＣＤ型の固体撮像素子は、カラー画像を撮像できるようにカラーフィルタが搭載される。カラーフィルタは、多数のフォトダイオード（光電変換素子：画素）が二次元状に配列形成された半導体基板の表面に平坦化層を介して積層されるが、原色系固体撮像素子の場合には、各フォトダイオード上に赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）のいずれか１色のカラーフィルタが積層される。
【０００３】
以下、赤色カラーフィルタを積層する画素をＲ画素，緑色カラーフィルタを積層する画素をＧ画素，青色カラーフィルタを積層する画素をＢ画素というが、Ｒ画素，Ｇ画素，Ｂ画素は、夫々、半導体基板表面に周期的市松的に離散配置される。
【０００４】
各画素に対しＲ，Ｇ，Ｂのうちの１色のカラーフィルタを積層するには、下記特許文献１に記載されている様に、例えば上記平坦化層の上一面に先ず赤色カラーフィルタ層を積層した後エッチング処理を行い、Ｇ画素とＢ画素の上の赤色カラーフィルタ層を除去する。
【０００５】
次に、その上一面に緑色カラーフィルタ層を積層してから表面をＣＭＰ等で平坦化し、Ｒ画素上の緑色カラーフィルタ層を除去する共にＧ画素とＢ画素の上を緑色カラーフィルタ層で埋める。そして、エッチングを行ってＢ画素上の緑色カラーフィルタ層を除去する。
【０００６】
最後に、その上一面に青色カラーフィルタ層を積層してＢ画素上を青色カラーフィルタ層で埋め、固体撮像素子表面をＣＭＰ等で平坦化することでＲ画素，Ｇ画素上の青色カラーフィルタ層を除去し、各画素上に１色のカラーフィルタ層が積層されたカラー画像撮像用の固体撮像素子が製造される。
【０００７】
斯かるカラーフィルタ層製造工程を経て製造される固体撮像素子は、近年では、集積回路技術の進展により多画素化が進み、数百万画素以上を搭載するのが普通になってきている。このため、１画素１画素の横方向（半導体基板の表面に沿う方向）の寸法は小さくなる一方であり、１画素１画素に入射する光の通路は、縦長の狭い通路になってきている。
【０００８】
【特許文献１】特開平５―１８３１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した様に、多画素化が進んだ固体撮像素子では、１画素１画素の横寸法が微細化されてきている。そこで、微細化に合わせ、１画素１画素の縦寸法の薄膜化を図るために、カラーフィルタ層を薄く製造すると、カラーフィルタ層に含有される顔料や染料の量が少なくなってしまい、所望の分光特性が得られず、赤色，緑色，青色の弁別が不十分になってしまうという問題が生じる。
【００１０】
しかし、カラーフィルタ層に含有させる顔料や染料の濃度を増やすと、顔料や染料には金属元素（Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌなど）が含まれているため、酸素を用いたドライエッチングでは完全に金属元素を除去することができず、金属残渣が残ってしまう。上述した例でいえば、Ｇ画素の緑色カラーフィルタ層の下部に赤色カラーフィルタ層のエッチング残渣が残り、Ｂ画素の青色カラーフィルタ層の下部に赤色，緑色の各カラーフィルタ層のエッチング残渣が残ってしまう。
【００１１】
本発明の目的は、カラーフィルタ層を薄くでき、しかも十分な分光特性を得ることができる固体撮像素子の製造方法及びこの製造方法で製造した固体撮像素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板表面部に二次元状に配列形成された複数の光電変換素子の夫々の上部に異なる色のカラーフィルタ層を積層するに当たり複数の前記光電変換素子の上部に第１色カラーフィルタ層を積層し該光電変換素子のうち所要光電変換素子上の前記第１色カラーフィルタ層をエッチング処理で除去した後に第２色カラーフィルタ層で前記所要光電変換素子の上部を埋める固体撮像素子の製造方法において、前記第１色カラーフィルタ層の前記エッチング処理で生じる該第１色カラーフィルタ層の色素原料の残渣を除去した後、前記第２色カラーフィル層の積層を行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の固体撮像素子の製造方法における前記カラーフィルタ層に含まれる色素原料は、顔料または染料で構成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の固体撮像素子の製造方法の前記エッチング処理は、酸素を用いたドライエッチングで行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明の固体撮像素子の製造方法の前記残渣の除去は、前記エッチング処理で残った該残渣をハロゲン化処理することで行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明の固体撮像素子の製造方法の前記残渣の除去は、前記ドライエッチングで生じた色素原料の酸化物残渣を還元性ガスで還元処理してからハロゲン化して行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明の固体撮像素子の製造方法の前記カラーフィルタ層は、非感光性レジスト内に所要色の顔料または染料を混合して構成されることを特徴とする。
【００１８】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、酸素とハロゲン系ガスとを混合したプロセスガスを用い、前記エッチング処理と前記ハロゲン化処理とを同時に行うことを特徴とする。
【００１９】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、酸素とハロゲン系ガスと還元性ガスとを混合したプロセスガスを用い、前記エッチング処理と前記ハロゲン化処理と前記還元処理とを同時に行うことを特徴とする。
【００２０】
本発明の固体撮像素子の製造方法では、前記固体撮像素子の前記各光電変換素子の上部に赤色，緑色，青色の３原色のいずれか一色のカラーフィルタ層が積層され、前記第１色カラーフィルタ層が３原色のいずれか一色のカラーフィルタ層であり前記第２色カラーフィルタ層が３原色のうちの残り２色のうちの一色のカラーフィルタ層であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の固体撮像素子は、複数の光電変換素子が表面部に二次元状に配列形成された半導体基板と、該半導体基板の上部に積層されるカラーフィルタ層とを備える固体撮像素子において、上述したいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法により製造された第１色カラーフィルタ層と第２色カラーフィルタ層とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、残渣が残らないため、薄型化を図ったカラーフィルタ層に十分な量の色素原料を含有させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の略一画素分の断面模式図である。図示する例の固体撮像素子はＣＣＤ型であるが、ＣＭＯＳ型その他の固体撮像素子にも下記の各実施形態を適用可能である。また、原色系カラーフィルタを用いた固体撮像素子を説明するが、補色系カラーフィルタを用いる場合にも下記の各実施形態を適用できる。
【００２５】
図１において、本実施形態の固体撮像素子１は、ｎ型半導体基板２の表面部にｐウェル層３が形成され、このｐウェル層３の表面部に、ｐウェル層３との間でｐｎ接合（フォトダイオード：光電変換素子）を構成するｎ領域４が形成される。
【００２６】
図示の例では、ｎ領域４の右脇に素子分離領域を構成するｐ領域５が形成され、ｎ領域４の表面に、ｐ領域５に連続する表面ｐ層（ｐ型不純物が高濃度に拡散された層）６が設けられる。また、ｐウェル層３には垂直電荷転送路を構成するｎ領域（埋め込みチャネル）７も設けられる。
【００２７】
これらの各領域３，４，５，６，７が形成された半導体基板２の最表面には、ＯＮＯ（酸化膜―窒化膜―酸化膜）構造のゲート絶縁膜１０が積層され、その上に、フォトダイオード（ｎ領域４）の受光面上に開口１１ａを有する遮光膜１１が積層される。遮光膜１１の下には、垂直電荷転送路を構成する転送電極膜（例えばポリシリコン膜）１２が絶縁層１３を介して埋設される。
【００２８】
遮光膜１１の上には平坦化層１５が積層され、その上に、カラーフィルタ層１６が積層され、最上部に、トップマイクロレンズ１７が積層される。
【００２９】
図２は、図１に示すカラーフィルタ層１６の製造工程の要部を説明する図である。先ず、図２（ａ）に示す様に、図１の平坦化層１５まで製造された固体撮像素子１の受光面全面に、第１色（例えば赤色Ｒ）のカラーフィルタ層２１を積層する。カラーフィルタ層２１は、本実施形態では、感光基を持たない非感光性レジスト内に第１色の色素原料となる顔料（または染料）２２を混ぜて構成される。
【００３０】
そして、その上一面に感光性レジスト層２３を積層し、第１色カラーフィルタ層２１を積層する画素（フォトダイオード）上にレジスト層２３を残し、第２色（例えば緑色Ｇ），第３色（例えば青色Ｂ）のカラーフィルタ層を積層する画素上の感光性レジスト層２３をフォトエッチングにより除去する（図２（ａ）の状態）。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示す様に、酸素ガスを用い、レジスト層２３をマスクとしてカラーフィルタ層２１のドライエッチングを行う。このドライエッチングは、平坦化層１５の表面が露出するまで行う。しかし、この酸素ガスを用いたドライエッチングだけでは、カラーフィルタ層２１内に含まれる顔料２２の金属元素がエッチング残渣２２として残ってしまう。
【００３２】
そこで次に、図２（ｃ）に示す様に、ハロゲン系ガス、好適には、クロム（Ｃｒ）ガスやブロム（Ｂｒ）ガスを用いて金属元素２２をハロゲン化して金属残渣２２を除去する。これにより、図２（ｄ）に示す様に、平坦化層１５の露出面が清浄となる。
【００３３】
以後、同様にして第２色のカラーフィルタ層を積層してドライエッチングを行うと共にハロゲンガスを用いて金属残渣を除去し、第３色のカラーフィルタ層を積層することで、各画素が三原色のうちの１色のカラーフィルタ層を積層した固体撮像素子が製造される。
【００３４】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子のカラーフィルタ製造手順を示す要部工程図である。第１実施形態では、酸素ガスを用いたドライエッチング処理（図２（ｂ））とハロゲン系ガスを用いた残渣除去処理（図２（ｃ））とを別々に行ったが、本実施形態では、酸素ガスを用いてドライエッチングするとき、プロセスガス中に酸素ガスの他にハロゲン系ガスを混ぜておき、金属残渣のハロゲン化除去を同時に行っている（図３（ｂ））。これにより、カラーフィルタ層の製造時間の短縮を図ることが可能となる。
【００３５】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る固体撮像素子のカラーフィルタ製造手順を示す要部工程図である。第２実施形態の図２（ａ）（ｂ）までは本実施形態でも同様である。
【００３６】
酸素ガスにハロゲン系ガスを混ぜたプロセスガスでカラーフィルタ層２１をドライエッチングする場合、図４（ｃ）に示す様に、平坦化層１５の表面に残渣２４が残ってしまう場合がある。この残渣２４は、酸素ガスによるドライエッチングによって生じた金属２２の酸化物である場合が多く、ハロゲン化しきれなかった残留物である。
【００３７】
そこで、本実施形態では、図４（ｄ）に示す様に、酸素ガスとハロゲン系ガスとを混合したプロセスガスでドライエッチング処理，ハロゲン化処理を行った（図４（ｂ））後、ハロゲン化ガスに還元性ガス（例えば水素ガス）を混合したプロセスガスで残渣除去処理を行う。
【００３８】
この残渣処理では、還元性ガスによって金属酸化物２４が還元され、還元された金属元素がハロゲン系ガスによってハロゲン化されて除去される。これにより、図４（ｅ）に示される様に、平坦化層１５の表面が清浄となる。
【００３９】
尚、図４（ｂ）に示す工程を、酸素を用いたドライエッチング処理とハロゲン系ガスを用いた残渣のハロゲン化処理とを分けても良く、同様に、図４（ｄ）に示す工程を、還元性ガスを用いた酸化物の還元処理とハロゲン系ガスを用いた残渣のハロゲン化処理とを分けることも可能である。
【００４０】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子のカラーフィルタ製造手順を示す要部工程図である。図４に示す第３実施形態では、酸素ガスとハロゲン系ガスとを混合したプロセスガスによる処理（図４（ｂ））とハロゲン系ガスと還元性ガスとを混合したプロセスガスによる処理（図４（ｄ））とを別々に行っている。
【００４１】
これに対し、本実施形態では、酸素ガスとハロゲン系ガスと還元性ガスとを混合したプロセスガスを用い、ドライエッチングと金属元素のハロゲン化と金属酸化物の還元化とを同時に行っている（図５（ｂ））。これにより、製造工程の短縮を図ることができる。
【００４２】
以上述べた各実施形態によれば、金属残渣を残さずにエッチング処理ができるため、薄膜化を図ったカラーフィルタ層でも十分な分光感度特性を得られる量の顔料や染料をカラーフィルタ層に混ぜることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、顔料や染料の残渣を残さずにカラーフィルタ層のエッチング処理ができるため、多量の顔料や染料をカラーフィルタ層に含有させることでカラーフィルタ層の薄膜化を図ることができ、デジタルカメラに搭載するカラー固体撮像素子の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の略一画素分の断面模式図である。
【図２】図１に示すカラーフィルタ層の製造手順を示す要部工程図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るカラーフィルタ層の製造手順を示す要部工程図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るカラーフィルタ層の製造手順を示す要部工程図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係るカラーフィルタ層の製造手順を示す要部工程図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  固体撮像素子
２  半導体基板
１５  平坦化層
１６  カラーフィルタ層
２１  顔料（または染料）を混ぜた非感光性レジスト（カラーフィルタ層）
２２  顔料（または染料）
２３  感光性レジスト
２４  酸化物残渣
【図１】
2007208051.tif 000003
【図２】
2007208051.tif 000004
【図３】
2007208051.tif 000005
【図４】
2007208051.tif 000006
【図５】
2007208051.tif 000007