(57)【要約】【課題】  ＲＧＢセンサにおけるカラーフィルタの製造過程において、２色目以降の光透過膜を形成する工程において、１色目の光透過膜のパターンが矩形の場合、つまり、光透過膜に直角部がある場合、２色目以降の光透過膜を塗布する際に、光透過膜が半導体ウェハ全体に均一に拡がらず、塗布むらが生じるという課題がある。【解決手段】  透過色が異なる複数種類の光透過膜が、複数の光学素子を有する基板上に複数の光学素子毎に形成されるカラーフィルタにおいて、光透過膜の直角部が無くなるように切り欠かれているカラーフィルタを形成することによって上記課題を解決することができる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過色が異なる複数種類の光透過膜が、複数の光学素子を有する基板上に前記複数の光学素子毎に形成されるカラーフィルタにおいて、
前記光透過膜は、直角部が無くなるように切り欠かれている切り欠き部を有することを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載のカラーフィルタにおいて、
隣接する前記光学素子の間に素子分離領域が形成され、前記素子分離領域上に、切り欠き部が形成されることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のカラーフィルタを搭載した光学センサ。
【請求項４】
複数の光学素子を有する基板上に、透過色が異なる複数種類の光透過膜を前記複数の光学素子毎に形成されるカラーフィルタの製造方法において、
前記基板の全面に前記光透過膜が塗布される光透過膜塗布工程と、
前記基板上に塗布された前記光透過膜を所定の形状にパターニングするパターニング工程と、を有し、
前記パターニング工程において、前記光透過膜は、直角部が無くなるように切り欠かれてパターニングされることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のカラーフィルタの製造方法において、
隣接する前記光学素子の間に素子分離領域を形成する工程をさらに有し、
前記パターニング工程において、前記光透過膜の切り欠かれた部分が前記素子分離領域と重なるようにパターニングされることを特徴とする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、カラーフィルタ及びカラーフィルタを搭載した光学センサ並びにそれらの製造方法、特に、ＲＧＢセンサにおけるカラーフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や液晶表示装置などにバックライトの光量を調整するために光学センサ、例えば、ＲＧＢセンサが搭載される場合がある。ＲＧＢセンサは、波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲の可視光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色信号に分けて検出できるセンサである。ＲＧＢセンサは、センサ自体にＲＧＢの各色を選択的に透過させる光透過膜を形成して構成される。つまり、３チャネルのフォトダイオードにＲＧＢ各色の光透過膜を組み合わせた構造となり、センサの基本特性はフォトダイオードと同様である。
【０００３】
図９に従来のＲＧＢセンサ１００の断面図及び平面図を示す。矩形の半導体基板１０２の表面近傍にフォトダイオードからなる光学素子１０４がＲＧＢ各色に対応して複数形成される。例えば、光学素子１０４としては、半導体基板１０２がＰ型半導体基板であれば、その表面近傍にＮ型の不純物が添加されたＰＮ接合からなる光学素子１０４を用いることができる。この場合、Ｎ型不純物が添加された領域に光が入射すると、光電変換作用により、光が電気的エネルギーに変換される。このＮ型不純物の領域を特に、受光部と呼ぶ。
【０００４】
光学素子１０４などが形成された半導体基板１０２上に、ＲＧＢの各色を選択的に透過させる光透過膜１０６、１０８、１１０が各光学素子１０４に対応して形成され、ＲＧＢカラーフィルタが構成される。例えば、光透過膜１０６はＲ色、光透過膜１０８はＧ色、光透過膜１１０はＢ色に対応する波長領域の光のみを透過させる物質を用いて形成される。光透過膜１０６、１０８、１１０の材料としては、顔料で着色された感光性樹脂材料を用いることができる。
【０００５】
各光透過膜１０６、１０８、１１０は、隣接する光透過膜の境界が素子分離領域１１２上に配置されるように形成される。それによって、光学素子１０４毎に選択的に光透過膜１０６、１０８、１１０を形成することができる。
【０００６】
次に、従来のＲＧＢセンサ１００におけるカラーフィルタの製造方法について述べる。なお、カラーフィルタの製造は、図１０に示すように、複数のＲＧＢセンサ１００が形成された半導体ウェハ１０２の状態で行われる。ＲＧＢセンサ１００は、カラーフィルタの形成後、ダイシングにより半導体ウェハ１０２から切り分けられ、ＣＳＰなどのパッケージ技術によって、最終的な製品として完成する。
【０００７】
まず、半導体ウェハ１０２における各ＲＧＢセンサ１００のＲ色に対応する領域に光透過膜１０６を形成する工程を説明する。スピンコートなどによって半導体ウェハ１０２（半導体基板１０２）上の全面に亘って、Ｒ色の顔料を含有した感光性樹脂材料を塗布する。その後、フォトマスクを用いて感光性樹脂材料を露光し、現像処理を行うことにより、Ｒ色に対応した光透過膜１０６が図９に示す矩形の形状で各ＲＧＢセンサ１００にパターン形成される。次に、Ｇ色に対応する領域にＧ色に対応した光透過膜１０８を形成する。Ｇ色に対応した光透過膜１０８を形成する場合もＲ色を形成した場合と同様の方法により形成する。最後に、Ｂ色に対応する領域にも同様の方法でＢ色に対応した光透過膜１１０を形成する。
【０００８】
以上の製造過程によって、従来のＲＧＢセンサ１００のカラーフィルタを構成する光透過膜１０６、１０８、１１０は、矩形の半導体基板１０２をＲＧＢ各色が形成される３つの矩形の領域に、その形状に対応した矩形の形状で形成される。
【０００９】
関連した技術文献としては、以下の特許文献が挙げられる。
【特許文献１】特開２００６−１６３３１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
２色目（Ｇ色、Ｂ色）以降の光透過膜を形成する過程において、１色目（Ｒ色）の光透過膜のパターンが矩形の場合、つまり、光透過膜に直角部がある場合、２色目以降の感光性樹脂材料を塗布する際に、感光性樹脂材料が半導体ウェハ全体に均一に拡がらず、塗布むらが生じるという課題がある。具体的には、図１１に示すように、感光性樹脂材料１１２が半導体ウェハ１０２の中心付近に滴下され、スピンコートにより半導体ウェハ１０２全面に塗布される際に、１色目の光透過膜に直角部があると、感光性樹脂材料１１２は、前記直角部で２分され、１色目の光透過膜の側壁に沿って拡がり、１色目の光透過膜を越えて拡がることができにくい。それによって、２色目の光透過膜を形成すべき領域に均一に感光性樹脂材料１１２を塗布することができない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために、透過色が異なる複数種類の光透過膜が、複数の光学素子を有する基板上に複数の光学素子毎に形成されるカラーフィルタにおいて、光透過膜の直角部が無くなるように切り欠かれている切り欠き部を有する構成とする。
【００１２】
また、隣接する光学素子の間には、素子分離領域が形成され、前記切り欠き部を素子分離領域上に重畳して形成する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明におけるカラーフィルタの光透過膜は、切り欠き部を有することで、２色目以降の光透過膜を形成する際に、感光性樹脂材料を半導体ウェハ全体に均一に拡げることができ、塗布むらの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態におけるカラーフィルタの製造方法について図１〜図６を参照して詳細に説明する。本実施形態では、ＲＧＢセンサ１におけるカラーフィルタの製造方法について特に説明する。また、本実施形態では、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の順にカラーフィルタを形成する製造方法について説明するが、上記の順に限られるわけではない。
【００１５】
図１は、本発明のカラーフィルタの製造方法を適用するＲＧＢセンサ１の構造を示す模式的な断面図及び平面図であり、Ｒ色のカラーフィルタを形成する工程を示す。半導体基板２の表面には、３チャネルの光学素子４が形成される。なお、光学素子４は、従来の光学素子１０４と同様の構成である。さらに、隣接する光学素子４を電気的に遮断するために、素子分離領域６が設けられる。素子分離領域６は光学素子４の構成に対応した構成となり、従来の構成と同様である。
【００１６】
光学素子４が設けられた半導体基板２上の全面にスピンコートなどを用い光透過膜８が塗布される。なお、図１では、１つのＲＧＢセンサ１のみ図示しているが、従来のカラーフィルタの製造過程と同様に本発明におけるカラーフィルタの製造過程においても、ＲＧＢセンサ１は図１０に示すように半導体ウェハ１０２に複数形成された状態にある。光透
過膜８は、Ｒ色の顔料を含有した感光性樹脂材料が用いられる。以下、ネガ型感光性樹脂材料を用いた例を説明するが、ポジ型感光性樹脂材料を用いても基本的にフォトマスクの透過領域と遮光領域とを反転すれば同様に本製造方法を実現することができる。
【００１７】
光透過膜８上にフォトマスク（不図示）を配置し、それを透過する光により光透過膜８を露光する。ここでは、ネガ型感光性樹脂材料を用いているので、Ｒ色のカラーフィルタが形成される領域を光が透過し、それ以外の領域を遮光するフォトマスクを使用する。光が照射された部分（Ｒ色の光透過膜８が形成される領域）は、感光性樹脂材料が硬化し、それ以外の部分は硬化しない。
【００１８】
その後、露光時に遮光され、感光されなかった光透過膜８が現像液によるエッチングで除去される。その結果、図２に示すパターンの光透過膜８が形成される。この光透過膜８は、基本的に光学素子４の形状に応じて、矩形の形状を有するが、４つの角部が切り欠かれた切り欠き部１０を有する形状となるようにパターニングされている。つまり、光透過膜８は、四角形の直角部が切り欠かれた８角形の形状となる。したがって、パターニングされた光透過膜８における角部は全て鈍角（９０°より大きく１８０°以下）となる。
【００１９】
また、切り欠き部１０は、光学素子４に重ならないように形成されるのが好適である。つまり、光学素子４が光透過膜８に覆われず、光学素子４が露出するのを避けるべきである。以上のようにして、Ｒ色に対応するカラーフィルタが形成される。
【００２０】
次に、Ｇ色に対応するカラーフィルタの製造方法について図３〜図４を用いて説明する。Ｇ色に対応するカラーフィルタもＲ色に対応するカラーフィルタの製造方法と基本的に同様である。
【００２１】
図３に示すように、Ｒ色の光透過膜８が形成された半導体基板２の全面に亘ってＧ色の顔料を含有した感光性樹脂材料（光透過膜１２）がスピンコートなどによって塗布される。この２色目（Ｇ色）の光透過膜１２の塗布工程において、従来のように１色目（Ｒ色）の光透過膜８に切り欠き部１０が無ければ、光透過膜１２を半導体ウェハ１０２全体に亘って均一に塗布することができず、塗布むらを生じることになる。この問題は、特に、ＲＧＢセンサのデバイス特性要求によりカラーフィルタを薄く形成する場合に顕著である。カラーフィルタを薄く形成する場合には、感光性樹脂材料の滴下量が少ないので、図１１に示すように、感光性樹脂材料が既に形成されている光透過膜を越えにくくなる。しかしながら、本発明のように、１色目の光透過膜８に切り欠き部１０を設けることにより、カラーフィルタを薄く形成する場合でも、感光性樹脂材料が既に形成されている光透過膜を容易に越えて拡がることができ、塗布むらを生じることなく均一に２色目の光透過膜１２を塗布することができる。
【００２２】
その後、不図示のフォトマスクを配置し、それを透過する光により光透過膜１２に対して露光を行い、Ｇ色に対応する領域のみを選択的に固化する。現像処理によって、露光時に遮光され、硬化されなかったＲ色、Ｂ色に対応する領域の光透過膜１２が現像液によるエッチングで除去される。その結果、図４に示すパターンの光透過膜１２が形成される。この光透過膜１２もＲ色の光透過膜８と同様の切り欠き部１４を有する。つまり、光透過膜１２の切り欠き部１４も光学素子４に重ならず、Ｒ色との境界近傍における素子分離領域６が露出されるように形成される。また、Ｒ色に対応する光透過膜８とＧ色に対応する光透過膜１２とが接する辺は素子分離領域６上に形成されることが好ましい。
【００２３】
なお、Ｒ色の光透過膜８とＧ色の光透過膜１２とが接していなくても、或いは光透過膜１２が光透過膜８に重畳して形成されていてもよいが、光透過膜８と光透過膜１２のそれぞれが近接する辺は素子分離領域６の形成領域内に設けられるのが好適である。つまり、
光透過膜８と光透過膜１２とが接する場合には、接線の端部（８つの角部のうち光透過膜８と光透過膜１２とが接する２つの角部）が素子分離領域６上に形成され、光透過膜８と光透過膜１２とが重畳する場合には、光透過膜８の１辺と光透過膜１２の１辺とが交差する交点が素子分離領域６上に形成されるのが好適である。
【００２４】
従来のカラーフィルタの製造方法では、光学素子上に間隙なく各光透過膜が形成されるので、マスクずれによって、例えば、Ｒ色の光透過膜が形成されるべき光学素子上にＢ色の光透過膜が形成された場合、各光透過膜が適切な位置に形成されているかどうかの不良検出作業をするためには、ＲＧＢセンサを切断して断面を観察しなければならない。それに対して、本発明のように、各光透過膜に切り欠き部が形成されることによって、光透過膜が対応する光学素子４上に適切に配置されているかどうかを簡易に視認することができる。具体的には、光透過膜は、特定の波長を有する光を透過するため、ＲＧＢセンサ１の上面からでも光透過膜の下層に形成される素子分離領域６を視認することができる。そこで、Ｒ色の光透過膜８とＧ色の光透過膜１２の接線の端部又は交点が、光学素子４Ｒと光学素子４Ｇとの間に形成される素子分離領域６の幅内に形成されているか否かを確認すればよい。これによって、不良検出作業を簡易に効率よく行うことができる。
【００２５】
次に、Ｂ色に対応するカラーフィルタの製造方法について図５〜図６を用いて説明する。Ｂ色に対応するカラーフィルタもＲ色、Ｇ色に対応するカラーフィルタの製造方法と基本的に同様である。
【００２６】
図５に示すように、Ｒ色とＧ色の光透過膜８、１２が形成された半導体基板２の全面に亘ってＢ色の顔料を含有した感光性樹脂材料（光透過膜１６）がスピンコートなどによって塗布される。その後、不図示のフォトマスクを配置し、それを透過する光により光透過膜１６に対して露光を行い、Ｂ色に対応する領域のみを選択的に固化する。現像処理によって、露光時に遮光され、硬化されなかったＲ色、Ｇ色に対応する領域の光透過膜１６が現像液によるエッチングで除去される。その結果、図６に示すパターンの光透過膜１６が形成される。この光透過膜１６もＲ色、Ｇ色の光透過膜８、１２と同様の切り欠き部１８を有する。
【００２７】
以上のようにして、ＲＧＢセンサ１におけるカラーフィルタが形成される。カラーフィルタ形成後、ＲＧＢセンサ１全面に亘って保護膜（不図示）を形成してもよい。
【００２８】
なお、上述のように、カラーフィルタを薄く形成する場合に塗布むらが顕著となるが、カラーフィルタを厚く形成する場合においても、各光透過膜８、１２、１６に切り欠き部１０、１４、１８が無ければ、各光透過膜８、１２、１６の段差により、その後に形成する保護膜に塗布むらが生じる場合がある。したがって、カラーフィルタを厚く形成する場合であっても、切り欠き部１０、１４、１８を有することによって、半導体ウェハ１０２に均一に保護膜を形成することができる。
【００２９】
また、ＲＧＢの各光透過膜８、１２、１６において、それらの厚さを異ならせて形成する場合がある。例えば、Ｇ色の光透過膜１２をＲ色とＢ色の光透過膜８、１６よりも薄く形成する場合がある。かかる場合においても、それぞれの光透過膜８、１２、１６が切り欠き部１０、１４、１８を有することで、その上に積層される保護膜を均一に塗布することができる。
【００３０】
なお、カラーフィルタを形成する前に、半導体基板２上に平坦化膜を形成してもよい。平坦化膜を積層することでその後に形成される複数色の光透過膜を高低差なく形成することができ、塗布むらの発生をより防止することができる。また、通常、半導体基板２の上には金属層と絶縁層からなる配線層が設けられるが、光学素子４に入射する光の減衰を抑
えるため、光学素子４上の絶縁膜に開口部を設ける場合がある。このような場合にも、配線層上に平坦化膜を形成することが好適である。
【００３１】
また、ＲＧＢセンサ１のデバイス特性要求により、ＲＧＢ各色の光透過膜８、１２、１６の面積を異ならせて形成してもよい。この場合においても、各光透過膜８、１２、１６に切り欠き部１０、１４、１８を設けることで、２色目以降の光透過膜の塗布において塗布むらが生じることを防止することができる。
【００３２】
次に、本発明の他の実施形態について、図７を用いて説明する。なお、図７では、ＲＧＢセンサのＲ色に対応する部分しか図示していないが、その他のＧ色、Ｂ色についても同様である。本実施形態では、光透過膜８の角部が曲線的に切り欠かれた形状となっている。光透過膜８が曲線状に切り欠かれることによって、図６に示すような角部を切り欠いても未だ角部を有する形状に比して、２色目以降の光透過膜を半導体ウェハ１０２全面により均一に塗布することができる。
【００３３】
さらに、本発明の他の実施形態について、図８を用いて説明する。上述の実施形態では、全て矩形のＲＧＢセンサ１であったが、本実施形態でのＲＧＢセンサは、円形である。円形のＲＧＢセンサの場合、３等分された領域にＲＧＢ各色に対応する光透過膜が形成される。本実施形態では、３等分された扇型の形状の３つの角部が切り欠かれ、切り欠き部１０、１４、１８を構成している。このような円形のＲＧＢセンサにおいても光透過膜が切り欠き部１０、１４、１８を有することで、塗布むらなく光透過膜を形成することができる。なお、円形のＲＧＢセンサにおいては、円の中心部分には切り欠き部１０、１４、１８を設けなくてもよい。
【００３４】
以上の実施形態では、ＲＧＢから構成されるカラーフィルタについて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンダ）、Ｙ（イエロー）、Ｇ（グリーン）から構成される補色系のカラーフィルタであってもよい。
【００３５】
また、ＲＧＢセンサ１に搭載されるカラーフィルタに関する実施形態を説明したが、本発明は、液晶表示装置など他の装置におけるカラーフィルタの製造にも適用することができる。
【００３６】
また、光学素子１は、Ｐ型半導体基板にＮ型不純物を添加したＮウェル層を形成し、そのＮウェル層内にＰ型の不純物を添加したＰＮＰ接合であってもよく、また、ＰＩＮ接合からなる光学素子１であってもよい。さらには、Ｎ型の半導体基板にＰ型の不純物が添加された光学素子１であってもよく、この場合には、Ｐ型不純物が添加された領域が受光部となる。つまり、光学素子１としては、半導体基板２が光を受け、その光を電気信号に変換するものであればよい。複数の隣接する光学素子１の間隙には、それぞれの光学素子１を電気的に遮断するための素子分離領域６が形成される。素子分離領域６は、例えば、光学素子１が上述のＰＮ接合から構成された場合、高濃度のＰ型不純物を添加して構成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態に係るカラーフィルタの製造方法の各工程を示す模式的な断面図及び平面図である。
【図２】実施形態に係るカラーフィルタの製造方法の各工程を示す模式的な断面図及び平面図である。
【図３】実施形態に係るカラーフィルタの製造方法の各工程を示す模式的な断面図及び平面図である。
【図４】実施形態に係るカラーフィルタの製造方法の各工程を示す模式的な断面図及び平面図である。
【図５】実施形態に係るカラーフィルタの製造方法の各工程を示す模式的な断面図及び平面図である。
【図６】実施形態に係るカラーフィルタの製造方法の各工程を示す模式的な断面図及び平面図である。
【図７】実施形態に係るカラーフィルタの模式的な平面図である。
【図８】実施形態に係るカラーフィルタの模式的な平面図である。
【図９】従来のカラーフィルタの模式的な断面図及び平面図である。
【図１０】半導体ウェハに設けられたＲＧＢセンサの模式的な平面図である。
【図１１】従来の光学センサに係るカラーフィルタの製造方法の工程を示す模式的な平面図。
【符号の説明】
【００３８】
１、１００  ＲＧＢセンサ、  ２  半導体基板、  ４  光学素子（受光部）、  ６  素子分離領域、  ８、１２、１６  光透過膜、  １０、１４、１８  切り欠き部、  １０２  半導体基板（半導体ウェハ）
【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】
2009015074.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009015074.tif 000011
【図１０】
2009015074.tif 000012
【図１１】
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