(57)【要約】【課題】  本発明は、隣接する着色層からの光の進入による混色を抑制しつつ、開口率が比較的高い固体撮像素子用カラーフィルタを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明では、第一の着色層３の逆パターンが形成された隔壁層１０に第一の着色層３の着色レジストを塗布した後、第一の着色層３用のフォトマスク４を用いたフォトリソグラフィ法によって、複数の第一の着色層３からなる第一のカラーフィルタパターンを形成するとともに、フォトリソグラフィ法における露光量および現像時間の少なくとも一方を調整して、第一のカラーフィルタパターンの上端を隔壁層１０に形成された第一の着色層３の逆パターン上にはみださせる工程を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子が形成された半導体基板上に、保護膜および隔壁層をこの順に積層する第１工程と、
前記隔壁層上にポジ型フォトレジストを塗布した後、第一の着色層用のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法によって、前記第一の着色層の逆パターンのレジストパターンを前記ポジ型フォトレジストに形成する第２工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記隔壁層にドライエッチングを行い、前記隔壁層に前記第一の着色層の逆パターンを形成する第３工程と、
前記第一の着色層の逆パターンが形成された前記隔壁層に前記第一の着色層の着色レジストを塗布した後、前記第一の着色層用のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法によって、複数の前記第一の着色層からなる第一のカラーフィルタパターンを形成するとともに、該フォトリソグラフィ法における露光量および現像時間の少なくとも一方を調整して、第一のカラーフィルタパターンの上端を前記隔壁層に形成された前記第一の着色層の逆パターン上にはみださせる第４工程と、
前記第一のカラーフィルタパターンをマスクとして前記隔壁層にドライエッチングを行い、前記隔壁層に第二および第三の着色層の逆パターンを形成するとともに、各着色層それぞれの周囲に設けられる隔壁を形成する第５工程と、
前記第二および第三の着色層の逆パターンが形成された前記隔壁層、および前記第一のカラーフィルタパターン上に、前記第二の着色層の着色レジストを塗布した後、前記第二の着色層用のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法によって、複数の前記第二の着色層からなる第二のカラーフィルタパターンを形成するとともに、前記第三の着色層の逆パターンを再度形成する第６工程と、
前記第三の着色層の逆パターンが形成された前記隔壁層、前記第一のカラーフィルタパターン、および前記第二のカラーフィルタパターン上に、前記第三の着色層の着色レジストを塗布した後、前記第三の着色層用のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法によって、複数の前記第三の着色層からなる第三のカラーフィルタパターンを形成することで、カラーフィルタを形成する第７工程とを有する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】
予め定められた波長域の光を透過する複数の着色層と、
前記複数の着色層それぞれの周囲に設けられた隔壁とを備え、
前記隔壁の直上には、前記複数の着色層のうちから選択した、一の着色層のみが積層されていることを特徴とする固体撮像素子用カラーフィルタ。
【請求項３】
請求項２に記載の固体撮像素子用カラーフィルタを備えた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、固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法、固体撮像素子用カラーフィルタおよび固体撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カラー画像を撮像する固体撮像素子としては、例えば、入射光にカラーフィルタの緑、赤および青色着色料層を通過させ、緑、赤および青色の３色の光へと色分割し、色分割した光の強度を光電変換素子で検出し、画像信号を出力するものがある。カラーフィルタの製造方法としては、フォトリソグラフィ法が多く用いられている。
ここで、着色層間に仕切り等がなく、複数の着色層が単に配列されていると、隣接する着色層から光が進入して混色が起こる。この混色を防ぐ方法としては、着色層間に、着色層よりも屈折率が小さい材料からなる隔壁を形成する方法がある（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−９２５２１号公報
【特許文献２】特開２００９−７５１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、隔壁だけをマスクするフォトマスク、つまり、専用のフォトマスクを用いるため、コストや工程数が増加する。また、開口率を上げるためには、隔壁幅は小さい方が好ましいが、特許文献１に記載の技術では、隔壁の倒壊が発生しやすいので、幅の狭い隔壁を形成することが難しい。一方、特許文献２に記載の技術では、着色層以外の部分をマスクするフォトマスクを用いるため、位置精度の影響を受け、幅の狭い隔壁を寸法精度良く形成することが難しい。
本発明は、上記の点に着目し、フォトマスクの数を低減しつつ、幅が狭く寸法精度に優れた隔壁層を形成可能な固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法、固体撮像素子用カラーフィルタおよび固体撮像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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、光電変換素子が形成された半導体基板上に、保護膜および隔壁層をこの順に積層する第１工程と、隔壁層上にポジ型フォトレジストを塗布した後、第一の着色層用のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法によって、第一の着色層の逆パターンのレジストパターンをポジ型フォトレジストに形成する第２工程と、レジストパターンをマスクとして隔壁層にドライエッチングを行い、隔壁層に第一の着色層の逆パターンを形成する第３工程と、第一の着色層の逆パターンが形成された隔壁層に第一の着色層の着色レジストを塗布した後、第一の着色層用のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法によって、複数の第一の着色層からなる第一のカラーフィルタパターンを形成するとともに、該フォトリソグラフィ法における露光量および現像時間の少なくとも一方を調整して、第一のカラーフィルタパターンの上端を隔壁層に形成された第一の着色層の逆パターン上にはみださせる第４工程と、第一のカラーフィルタパターンをマスクとして隔壁層にドライエッチングを行い、隔壁層に第二および第三の着色層の逆パターンを形成するとともに、各着色層それぞれの周囲に設けられる隔壁を形成する第５工程と、第二および第三の着色層の逆パターンが形成された隔壁層、および第一のカラーフィルタパターン上に、第二の着色層の着色レジストを塗布した後、第二の着色層用のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法によって、複数の第二の着色層からなる第二のカラーフィルタパターンを形成するとともに、第三の着色層の逆パターンを再度形成する第６工程と、第三の着色層の逆パターンが形成された隔壁層、第一のカラーフィルタパターン、および第二のカラーフィルタパターン上に、第三の着色層の着色レジストを塗布した後、第三の着色層用のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法によって、複数の第三の着色層からなる第三のカラーフィルタパターンを形成することで、カラーフィルタを形成する第７工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様によれば、フォトマスクの数を低減しつつ、幅が狭く寸法精度に優れた隔壁を形成可能な固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】カラーフィルタの構造を表す断面図である。
【図２】カラーフィルタの製造方法を説明するための側断面図である。
【図３】固体撮像素子の製造方法を説明するための側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明に係る実施の形態を説明する。
図１は、カラーフィルタ１７の構造を表す断面図である。また、図２（ａ）〜（ｏ）は、カラーフィルタ１７の製造方法を説明する側断面図である。
【０００９】
（固体撮像素子、カラーフィルタ１７の構成）
図１に示すように、固体撮像素子は、光電変換素子が形成された半導体基板１上に、保護膜２、およびカラーフィルタ１７がこの順に積層されて形成される。カラーフィルタ１７は、予め定められた波長域の光を透過する複数の着色層と、複数の着色層それぞれの周囲に設けられた隔壁９とを備える。本実施形態では、複数の着色層として、第一の着色層３、第二の着色層５、第三の着色層７を有している。また、隔壁９の直上には、複数の着色層３、５、７のうちの、一の着色層のみが積層されている。本実施形態では、一の着色層として、第一の着色層３を用いている。
【００１０】
（カラーフィルタ１７の製造方法）
次に、固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法を説明する。
まず、第１工程では、図２（ａ）に示すように、光電変換素子が形成された半導体基板１上に、保護膜２、および隔壁層１０をこの順に積層（成膜）する。
次に、第２工程では、隔壁層１０上に、ポジ型フォトレジスト１１を塗布する。次に、図２（ｂ）に示すように、第一の着色層３用のフォトマスク４を用いてフォトリソグラフィ法によって、ポジ型フォトレジスト１１に第一の着色層３の逆パターンのレジストパターンを形成する。フォトマスク４は、第一の着色層３の形成領域にのみ露光光を透過するマスクである。具体的には、第一の着色層３用のフォトマスク４を用いて、ポジ型フォトレジスト１１を露光し、図２（ｃ）に示すように、露光したポジ型フォトレジスト１１を現像することにより、レジストパターンを形成する。
【００１１】
次に、第３工程では、図２（ｄ）に示すように、第２工程で形成されたレジストパターンをマスクとして隔壁層１０にドライエッチングを行った後、レジストパターンを剥離洗浄することで、隔壁層１０に第一の着色層３の逆パターンを形成する。
次に、第４工程では、図２（ｅ）に示すように、第一の着色層３の逆パターンが形成された隔壁層１０に第一の着色層３の着色レジストを塗布する。次に、第一の着色層３用のフォトマスク４、つまり、第２工程で使用したマスクを用いてフォトリソグラフィ法によって、着色レジストに第一のカラーフィルタパターンを形成する。具体的には、第一の着色層３用のフォトマスク４を用いて、第一の着色層３の着色レジストを露光し、図２（ｆ）に示すように、露光した第一の着色レジストを現像することで、複数の第一の着色層３からなる第一のカラーフィルタパターンを形成する。
【００１２】
その際、フォトリソグラフィ法における露光量および現像時間の少なくとも一方を調整して、第一のカラーフィルタパターンの上端を、隔壁層１０に形成された第一の着色層３の逆パターン上にはみださせる。これにより、第一のカラーフィルタパターンの画素サイズを、第一の着色層３の逆パターンの画素サイズよりも大きくする。
【００１３】
次に、第５工程では、図２（ｇ）に示すように、第４工程で形成された第一のカラーフィルタパターンをマスクとして隔壁層１０にドライエッチングを行い、隔壁層１０に第二および第三の着色層５、７の逆パターンを形成する。これにより、隔壁層１０に、各着色層３、５、７それぞれの周囲に設けられる隔壁９を形成する。ドライエッチングでは、隔壁９の直上に、第一の着色層３が積層された状態とする。なお、第二および第三の着色層５、７の逆パターンは、第一の着色層３の代わりにネガ型フォトレジストを用いて形成してもよい。この場合、第二および第三の着色層５、７の逆パターンを形成した後、ネガ型フォトレジストを剥離洗浄し、その後、上記第一の着色層３の着色レジストから第一のカラーフィルタパターンの形成までの工程を行う。
【００１４】
次に、第６工程では、図２（ｈ）に示すように、第５工程で第二および第三の着色層５、７の逆パターンが形成された隔壁層１０、および第４工程で形成された第一のカラーフィルタパターン上に、第二の着色層５の着色レジストを塗布する。次に、第二の着色層５用のフォトマスク６を用いてフォトリソグラフィ法によって、着色レジストに複数の第二の着色層５からなる第二のカラーフィルタパターンを形成する。フォトマスク６は、第二の着色層５の形成領域にのみ露光光を透過するマスクである。具体的には、第二の着色層５用のフォトマスク６を用いて、第二の着色層５の着色レジストを露光し、図２（ｉ）に示すように、露光した着色レジストを現像することで、第二の着色層５の逆パターンの凹部に第二のカラーフィルタパターンを形成する。フォトマスク６は、第三の着色層７の形成領域にのみ露光光を透過するマスクである。その際、フォトリソグラフィ法では第三の着色層７の逆パターンを再度形成する。
【００１５】
次に、第７工程では、図２（ｊ）に示すように、第６工程で第三の着色層７の逆パターンが形成された隔壁層１０、第４工程で形成された第一のカラーフィルタパターン、および第６工程で形成された第二のカラーフィルタパターン上に、第三の着色層７の着色レジストを塗布する。次に、第三の着色層７用のフォトマスク８を用いてフォトリソグラフィ法によって、着色レジストに複数の第三の着色層７からなる第三のカラーフィルタパターンを形成する。具体的には、第三の着色層７用のフォトマスク８を用いて、第三の着色層７の着色レジストを露光し、図２（ｋ）に示すように、露光した着色レジストを現像することで、第三の着色層７の逆パターンの凹部に第三のカラーフィルタパターンを形成する。これにより、第一、第二および第三のカラーフィルタパターンと隔壁９とを有するカラーフィルタ１７を形成する。
【００１６】
（本実施形態の効果）
本実施形態に係る発明は、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態に係るカラーフィルタ１７の製造方法は、第一の着色層３の逆パターンが形成された隔壁層１０に第一の着色層３の着色レジストを塗布した後、第一の着色層３用のフォトマスク４を用いたフォトリソグラフィ法によって、複数の第一の着色層３からなる第一のカラーフィルタパターンを形成するとともに、このフォトリソグラフィ法における露光量および現像時間の少なくとも一方を調整して、第一のカラーフィルタパターンの上端を隔壁層１０に形成された第一の着色層３の逆パターン上にはみださせる第４工程と、第一のカラーフィルタパターンをマスクとして隔壁層１０にドライエッチングを行い、隔壁層１０に第二および第三の着色層５、７の逆パターンを形成するとともに、各着色層３、５、７それぞれの周囲に設けられる隔壁を形成する第５工程とを有する。
このような構成によれば、従来のフォトリソグラフィ法によるカラーフィルタ製造方法で使用されるフォトマスク数を増やすことなく、幅が小さく寸法精度に優れた隔壁９が形成可能なカラーフィルタ１７の製造方法を提供できる。
【００１７】
（２）本実施形態に係るカラーフィルタ１７は、予め定められた波長域の光を透過する複数の着色層３、５、７と、複数の着色層３、５、７それぞれの周囲に設けられた隔壁９とを備える。そして、隔壁９の直上には、複数の着色層３、５、７のうちから選択した、一の着色層（第一の着色層３）のみが積層されている。
このような構成によれば、隣接する着色層からの光の進入による混色を抑制しつつ、開口率が比較的高いカラーフィルタ１７を提供できる。
【００１８】
（３）本実施形態に係る固体撮像素子は、上記（２）に記載の固体撮像素子用カラーフィルタを備えている。
このような構成によれば、混色を抑制でき、高感度の固体撮像素子を提供できる。
【実施例】
【００１９】
以下に、本発明に係る実施例を説明する。
まず、第１工程では、図２（ａ）に示すように、光電変換素子が形成された半導体基板１上に、アクリル樹脂を含む塗布液をスピンコートし、ホットプレートで２３０℃、１０分加熱処理をして０．１３μｍ厚の保護膜２を形成し、次に、保護膜２上に、酸化シリコン膜からなる隔壁層１０をＣＶＤ法によって０．８μｍ厚で成膜した。
【００２０】
次に、第２工程では、隔壁層１０上に、ポジ型ｉ線フォトレジスト（ＴＤＭＲ−ＡＲ８０：東京応化工業株式会社製）をスピンコートし、９０℃で１分プレベークを行い、ポジ型フォトレジスト１１を１μｍ厚で成膜した。次に、図２（ｂ）に示すように、第一の着色層３用のフォトマスク４を用いて、i線ステッパー露光機によってポジ型フォトレジスト１１を露光した。次に、図２（ｃ）に示すように、露光したポジ型フォトレジスト１１を２．３８％ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）水溶液で1分間現像した。これにより、隔壁層１０に、第一の着色層３の逆パターンのレジストパターンを形成した。
【００２１】
次に、第３工程では、図２（ｄ）に示すように、第２工程で形成された逆パターンのレジストパターンをマスクとして隔壁層１０にフッ化炭素ガスを用いてドライエッチングを行い、隔壁層１０に第一の着色層３の逆パターンを形成した。レジストパターンの剥離洗浄は、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を用いて行った。
【００２２】
次に、第４工程では、図２（ｅ）に示すように、第３工程で第一の着色層３の逆パターンが形成された隔壁層１０にグリーンレジストをスピンコートし、９０℃で１分プレベークをして第一の着色層３の着色レジストを１．５μｍ厚で成膜し、第一の着色層３用のフォトマスク４を用いてｉ線ステッパーによって露光した。次に、図２（ｆ）に示すように、第一の着色層３を露光した着色レジストを１．１９％ＴＭＡＨ水溶液で１分間現像した後、ホットプレートで２３０℃、３分ベークし、第一のカラーフィルタパターンを形成した。なお、露光量は、第一のカラーフィルタパターンの画素サイズが、隔壁層１０に形成された第一の着色層３の逆パターンの画素サイズより大きくなるように設定した。第一のカラーフィルタパターンの画素サイズは、現像時間を用いて調整してもよく、露光時間と現像時間の両方を用いて調整してもよい。
【００２３】
次に、第５工程では、図２（ｇ）に示すように、第４工程で形成した第一のカラーフィルタパターンをマスクとして隔壁層１０にフッ化炭素ガスを用いてドライエッチングを行い、第二および第三の着色層５、７の逆パターンを隔壁層１０に形成した。なお、第一のカラーフィルタパターンの高さｈ1は、隔壁９の高さｈ2よりも高く、隔壁９の上端を覆う形になっていればよく、第一の着色層３の膜厚は、ドライエッチングにおける第一の着色層３と隔壁層１０の選択比により任意に設定してよい。なお、隔壁９の高さｈ1は、第一のカラーフィルタパターンの高さｈ2の４分の３以上あることが好ましい。また、ドライエッチング時のガスは、フッ素系ガスの他、塩素系ガス、ハロゲンガス、水素、窒素、酸素、希ガス等との混合ガスを用いてもよい。
【００２４】
次に、第６工程では、図２（ｈ）に示すように、第５工程で第二および第三の着色層５、７の逆パターンが形成された隔壁層１０、および第４工程で形成された第一のカラーフィルタパターン上に、ブルーレジストをスピンコートし、９０℃で１分プレベークをして第二の着色層５の着色レジストを１μｍ厚で成膜し、第二の着色層５用のフォトマスク６を用いてｉ線ステッパーで露光した。次に、図２（ｉ）に示すように、露光した着色レジストを１．１９％ＴＭＡＨ水溶液で現像した後、ホットプレートで２３０℃、３分ベークし、第二のカラーフィルタパターンを形成した。その際、ブルーレジストの露光・現像により、第三の着色層７の逆パターンも再度形成した。
【００２５】
次に、第７工程では、図２（ｊ）に示すように、第６工程で第三の着色層７の逆パターンが形成された隔壁層１０、第４工程で形成された第一のカラーフィルタパターン、および第６工程で形成された第二のカラーフィルタパターン上に、レッドレジストをスピンコートし、９０℃で１分プレベークをして第三の着色層７の着色レジストを１μｍ厚で塗布し、第三の着色層７用のフォトマスク８を用いてｉ線ステッパーで露光した。次に、図２（ｋ）に示すように、露光した着色レジストを１．１９％ＴＭＡＨ水溶液で現像した後、ホットプレートで２３０℃、３分ベークし、第三のカラーフィルタパターンを形成した。これにより、第一、第二および第三のカラーフィルタパターンと隔壁９とを有するカラーフィルタ１７を形成した。
【００２６】
次に、第８工程では、図３（ａ）に示すように、カラーフィルタ１７上に、アクリル樹脂を含む塗布液をスピンコートし、ホットプレートで２３０℃で１０分加熱処理をして０．１３μｍ厚の平坦化層１３を成膜した。次に、成膜した平坦化層１３上に、アクリル感光性樹脂をスピンコートし、９０℃で１分ベークして透明樹脂層１４を成膜した。次に、図３（ｂ）に示すように、マイクロレンズ用フォトマスク１５を用いてｉ線ステッパーで、成膜した透明樹脂層１４を露光した。次に、図３（ｃ）に示すように、露光した透明樹脂層１４を１．１９％ＴＭＡＨ水溶液で現像し、図３（ｄ）に示すように、現像した透明樹脂層１４を２３０℃で１０分ベークした。これにより、マイクロレンズ１６を形成することで、固体撮像素子を形成（製造）した。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によれば、従来のフォトリソグラフィ法によるカラーフィルタ製造方法で使用するフォトマスク数を増やすことなく、幅が小さく寸法精度に優れた隔壁が形成でき、隣接する画素から光が進入することによる混色が少なく、かつ高開口な固体撮像素子用カラーフィルタおよび固体撮像素子を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・半導体基板
２・・・保護膜
３・・・第一の着色層
４・・・第一の着色層用のフォトマスク
５・・・第二の着色層
６・・・第二の着色層用のフォトマスク
７・・・第三の着色層
８・・・第三の着色層用のフォトマスク
９・・・隔壁
１０・・・隔壁層
１１・・・ポジ型フォトレジスト
１２・・・隔壁用のフォトマスク
１３・・・平坦化層
１４・・・透明樹脂層
１５・・・マイクロレンズ用のフォトマスク
１６・・・マイクロレンズ
【図１】
2017117830.tif 000003
【図２】
2017117830.tif 000004
【図３】
2017117830.tif 000005