(57)【要約】【課題】  固体撮像素子におけるカラーフィルタの形成において、画素サイズの微細化に伴いカラーフィルタを薄膜化する必要がある。かかる場合、カラーフィルタに分散剤を混入して形成することができるが、分散剤の析出が生じ、色再現性の劣化を招くという課題がある。【解決手段】  基板上に配列された複数の光学素子の表面に透過色が異なる複数の光透過膜を順次パターン形成して、複数の光透過膜が光学素子毎に選択的に配置されたカラーフィルタを製造する方法において、複数の光透過膜を区画するメッシュ状の基礎障壁膜を形成する障壁膜形成工程と、基礎障壁膜によって区画された区画領域に光透過膜を形成する光透過膜形成工程とを有する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配列された複数の光学素子の表面に透過色が異なる複数の光透過膜を順次パターン形成して、前記複数の光透過膜が前記光学素子毎に選択的に配置されたカラーフィルタを製造する方法であって、
前記複数の光透過膜を前記光学素子毎に区画する基礎障壁膜を形成する障壁膜形成工程と、
感光性樹脂材料である前記光透過膜を前記基板全面に亘って塗布する光透過膜塗布工程と、
前記基礎障壁膜によって区画された区画領域に応じて選択的に前記光透過膜を除去する光透過膜除去工程と、を有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記光透過膜上に保護膜を塗布する保護膜塗布工程をさらに有し、
前記保護膜は、前記光透過膜除去工程において、前記光透過膜と同時に前記区画領域に応じて選択的に除去され、前記光透過膜が前記基礎障壁膜と前記保護膜とによって囲ま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３】
請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法において、
前記基礎障壁膜は、可視光を反射する材料を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
基板上に配列された複数の光学素子の表面に透過色が異なる複数の光透過膜を順次パターン形成して、前記複数の光透過膜が前記光学素子毎に選択的に配置されたカラーフィルタであって、
前記複数の光透過膜は、前記光学素子に対応した領域に開口部を有するメッシュ状の基礎障壁膜の前記開口部に設けられ、
前記複数の光透過膜上には、保護膜が設けられ、
前記複数の光透過膜は、前記基礎障壁膜と前記保護膜とによって囲まれることを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項５】
請求項４に記載のカラーフィルタにおいて、
前記基礎障壁膜は、可視光を反射する材料を含むことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載のカラーフィルタを搭載した固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタ及びカラーフィルタを搭載した固体撮像素子並びにそれらの製造方法に関し、特に薄膜のカラーフィルタの製造におけるカラーフィルタの色再現性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に使用される固体撮像素子として、撮像部の各受光画素の表面に複数種類の透過色からなるカラーフィルタを配置したものが用いられている。各透過色のカラーフィルタは、半導体基板に撮像部等を形成した後、顔料（染料）を含む感光性樹脂材料を用いて形成される。すなわち、カラーフィルタは、それを構成する複数の透過色毎に、感光性樹脂材料を塗布しパターンニングする工程を繰り返すことにより製造される。
【０００３】
従来は、半導体基板を覆うように或る透過色の感光性樹脂材料を塗布した後、フォトマスクを用いて当該感光性樹脂材料を露光することで、当該透過色に対応する画素の上の感光性樹脂材料を選択的に硬化し、非硬化部分を現像液によるエッチングで除去するプロセスによって、当該透過色のフィルタを形成している。カラーフィルタの製造方法においては、感光性樹脂材料に含有される顔料を感光性樹脂材料中で均一に分散させるため、分散剤を感光性樹脂材料に混ぜて塗布を行っている。
【０００４】
従来のカラーフィルタの製造方法を図４（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。図４は、固体撮像素子の撮像部の垂直断面図を示し、以下ではＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の３原色のカラーフィルタからなる例を示す。この図に示す製造プロセスでは、透過色がレッド（Ｒ：Red）であるＲ色の光透過膜を塗布する工程（図４（ａ））、Ｒ色の光透過膜を露光・現像する工程（図４（ｂ））、透過色がグリーン（Ｇ：Green）であるＧ色の光透過膜を塗布する工程（図４（ｃ））、Ｇ色の光透過膜を露光・現像する工程（図４（ｄ））、透過色がブルー（Ｂ：Blue）であるＢ色の光透過膜を塗布する工程（図４（ｅ））、Ｂ色の光透過膜を露光・現像する工程（図４（ｆ））の順に行われる。
【０００５】
図４（ａ）に示す塗布工程では、半導体基板１０２に形成された撮像部（不図示）の表面を覆うようにＲ色の顔料で着色され、分散剤１０９を含有した感光性樹脂材料からなるＲ色の光透過膜１０８がスピンコートなどにより塗布される。なお、ここでは半導体基板１０２の上にパッシベーション膜や平坦化膜からなる光透過層１０４が積層され、またその層の中間に配線１０６が形成されている。この配線１０６は、画素間の素子分離領域上に配置されている。
【０００６】
図４（ｂ）に示す露光現像工程では、Ｒ色の光透過膜１０８の上に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露光する。ネガ型の感光性樹脂材料の場合、Ｒ色に対応する画素（Ｒ画素）上に光が照射され、その部分が硬化される。その後、現像液により、光が照射されなかった部分をエッチングにより除去し、Ｒ画素上にＲ色の光透過膜１０８が形成される。
【０００７】
次に、Ｇ色の光透過膜の形成が行われる。図４（ｃ）に示す塗布工程により、顔料及び分散剤を含有したＧ色の光透過膜１１０が、先に形成されたＲ色の光透過膜１０８の上も含め半導体基板４を覆うように塗布される。図４（ｄ）に示す露光現像工程では、Ｇ色の光透過膜１１０をＲ色に対する露光現像工程と同様に露光現像する。
【０００８】
最後にＢ色の光透過膜の形成が行われる。図４（ｅ）に示す塗布工程では、顔料及び分散剤を含有したＢ色の光透過膜１１２が、先に形成されたＲ色の光透過膜１０８及びＧ色の光透過１１０の上も含め半導体基板１０２を覆うように塗布される。続く図４（ｆ）に示す露光現像工程では、Ｂ色の光透過膜１１２をＲ色、Ｇ色に対する工程と同様に露光・現像する。このようにして、顔料が均一に分散されたカラーフィルタを製造することができる。
【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
【特許文献２】特開２００６−１１９２７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年の固体撮像素子においては、画素サイズの微細化に伴うカラーフィルタの微細化や感度向上のための薄膜化が要求されている。
【００１１】
しかしながら、感光性樹脂材料自体は微細加工可能である一方、顔料を含有したカラーフィルタとして機能する感光性樹脂材料は、感光性樹脂材料中で比較的大きな体積を有する顔料や分散剤の影響で微細（薄膜）加工するには限度がある。
【００１２】
また、解像度を上げるために混色を少なくする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明に係るカラーフィルタの製造方法は、基板上に配列された複数の光学素子の表面に透過色が異なる複数の光透過膜を順次パターン形成して、複数の光透過膜が光学素子毎に選択的に配置されたカラーフィルタを製造する方法であって、
複数の光透過膜を光学素子毎に区画する基礎障壁膜を形成する障壁膜形成工程と、感光性樹脂材料である前記光透過膜を基板全面に亘って塗布する光透過膜塗布工程と、基礎障壁膜によって区画された区画領域に応じて選択的に光透過膜を除去する光透過膜除去工程とを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体基板上に複数の光透過膜を光学素子毎に区画する基礎障壁膜を形成することで、カラーフィルタを微細（薄膜）形成する場合であっても、微細（薄膜）加工が容易な新規な顔料や分散剤を開発する必要はなく、従来材料の延長でよく、簡単に微細化（薄膜化）要請に適ったカラーフィルタを製造できる。
【００１５】
また、基礎障壁膜を設けることで、画素間の色分離が良くなり、つまり混色が減り、解像度の向上したカラーフィルタを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明のカラーフィルタの製造方法を適用するフレーム転送型ＣＣＤイメージセンサの撮像部の構造を示す模式的な平面図である。半導体基板表面の撮像部に対応する領域には、列方向（垂直方向）に延びる複数のＣＣＤシフトレジスタのチャネル３０がチャネルストップ（不図示）により相互に分離されて形成される。半導体基板上には、チャネル３０に直交し、かつ列方向に配列された複数の垂直転送電極（不図示）がポリシリコン等の光透過性を有する材料で形成された後、その上に遮光性を有する導電性膜からなる配線層（不図示）、例えばＡｌ層、Ｗ層、Ｃｕ層、ＰｏｌｙＳｉ層などが積層される。こ
れをパターニングして、チャネルストップ上に沿って延びるクロック配線３２、列方向に隣接する画素の境界部分に配置される遮光グリッド３４が形成される。すなわち、撮像部は、各クロック配線３２の列方向に沿った中心線及び各遮光グリッド３４の行方向（水平方向）に沿った中心線３５によりメッシュ状に区画され、その区画領域に対応して画素が位置する。本願においては、半導体基板におけるこの区画領域を光学素子と呼ぶ。
【００１７】
ちなみに、クロック配線３２はコンタクトを介して垂直転送電極に電気的に接続され、垂直転送電極に転送クロックを印加することができる。また、遮光グリッド３４は、列方向に並ぶ互いに異なるカラーフィルタに対応付けられる受光画素間での光の斜め入射に起因する混色を防止することができる。
【００１８】
カラーフィルタは上述の配線層の上に例えば平坦化膜を積層した後、さらにその上に形成される。図２は、図１に示す撮像部の上に形成されたカラーフィルタアレイのパターンを示す模式的な平面図である。各カラーフィルタは、中心線３５に沿ってメッシュ状に形成された基礎障壁膜４２で区画される区画領域に形成される。ここで、カラーフィルタはＲＧＢ３原色のベイヤー配列であり、各列及び各行にはＲ色及びＧ色の光透過膜１０、１４、又はＢ色及びＧ色の光透過膜１６、１４が交互に配列される。
【００１９】
次に、本実施形態に係るカラーフィルタの製造方法を図３（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。図３は各工程での、図１及び図２に示す線Ａ−Ａ’に沿った垂直断面図を示している。図３における製造プロセスでは、図３（ａ）〜（ｂ）の基礎障壁膜形成工程、図３（ｃ）〜（ｄ）のＲ色の光透過膜形成工程、図３（ｅ）〜（ｆ）のＧ色およびＢ色の光透過膜形成工程の順に行われる。
【００２０】
まず、図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、各光透過膜を形成する前に、基礎障壁膜を形成する。図３（ａ）に示すように、表面近傍に光学素子が形成された半導体基板２の上にクロック配線３２や遮光グリッド３４を含む配線層４が形成され、不図示の平坦化膜などを介して、半導体基板２上の全面に亘ってＣＶＤやスパッタなどの蒸着方法を用いて基礎障壁膜４２を形成する。基礎障壁膜４２の材料としては、金属などの光を反射する物質、例えばＡｌ層やＷ層から構成することができる。特に、可視光に対して高反射率を有する物質が好適である。
【００２１】
その後、図３（ｂ）に示すように、基礎障壁膜４２を各画素領域に対応した開口部を有するメッシュ状の形状に加工する。つまり、中央線３５に沿って基礎障壁膜４２が残存し、それ以外の領域の基礎障壁膜４２は除去される。加工方法としては、フォトマスクを用いてエッチングする方法やレーザービームにより加工する方法がある。つまり、基礎障壁膜４２は、通常のリソグラフィ技術によって、微細加工を施すことができる。なお、基礎障壁膜４２の膜厚は、後に形成する各色の光透過膜で得たい膜厚に設定すればよい。
【００２２】
次に、図３（ｃ）〜（ｄ）に示すように、Ｒ色の透過膜を形成する。図３（ｃ）に示すように、Ｒ色の光透過膜１０が、基礎障壁膜４２が形成された半導体基板２の全面を覆ってスピンコートなどにより塗布される。つまり、Ｒ色の光透過膜１０の膜厚は、基礎障壁膜４２の高さよりも厚く形成される。ここで、Ｒ色の光透過膜１０は、Ｒ色の顔料と分散剤を含むネガ型の感光性樹脂材料から構成される。なお、固体撮像素子の微細化などに伴い、光透過膜１０を微細形成する場合であっても、前述の基礎障壁膜４２が微細加工されているので、顔料などを含む光透過膜１０をさらなる微細開発する必要はない。つまり、要求されるカラーフィルタの膜厚や幅は、基礎障壁膜４２の高さや開口部の幅によって規定することができる。
【００２３】
光透過膜１０の塗布工程後、半導体基板２の全面に亘って、光透過膜１０を覆うように
保護膜１２がスピンコートなどにより塗布される。保護膜１２は、先に形成された光透過膜１０と同様のネガ型の感光性樹脂材料、例えば、紫外線に反応して硬化するＵＶ硬化膜を用いることができる。Ｒ色の画素領域に対応する領域に開口部を有するフォトマスクを用いて、保護膜１２及び光透過膜１０を露光する。ここでは、保護膜１２及び光透過膜１０としてネガ型の感光性樹脂材料を用いるので、フォトマスクの開口部を透過した紫外線が照射された部分のみ硬化される。
【００２４】
その後、図３（ｅ）に示すように、露光時に遮光され、硬化されなかった保護膜１２が現像液によるエッチングで除去される。その結果、図２に示すパターンのＲ色の光透過膜１０が形成される。また、光透過膜１０を、現像処理後のベーク工程により熱収縮させる。その結果、基礎障壁膜４２の開口部に充填された光透過膜１０が、基礎障壁膜４２と同程度の高さにまで収縮され、保護膜１２によりフタをされた状態となる。言い換えれば、光透過膜１０は、開口部と保護膜１２とによって囲まれる構成となる。それによって、光透過膜１０を外因による劣化から効果的に保護することができ、また、後のＧ色、Ｂ色の光透過膜の塗布工程による混色を防止することができる。
【００２５】
なお、Ｒ色の光透過膜１０の形状は、基本的に、基礎障壁膜４２に設けられた開口部の形状に依存し、本実施形態における開口部は矩形であるので、Ｒ色の光透過膜１０も矩形で形成される。したがって、カラーフィルタを矩形以外の形状で形成したければ、基礎障壁膜４２の開口部を矩形以外の形状で加工すればよい。
【００２６】
以上のようにして、Ｒ色の光透過膜１０が形成される。次に、図３（ｆ）を用いて、Ｇ色、Ｂ色の光透過膜の製造方法について説明する。
【００２７】
Ｇ色、Ｂ色の光透過膜の製造方法は、Ｒ色の光透過膜の製造方法と基本的に同様である。即ち、Ｇ色の光透過膜１４又はＢ色の光透過膜１６をＲ色の光透過膜１０が形成された半導体基板２の全面に亘ってスピンコートにより塗布し、その上にＵＶ硬化膜などからなる保護膜１２を同様に塗布し、その後の現像処理により所望の画素領域にＧ色の光透過膜１４又はＢ色の光透過膜１６を形成し、ベーク処理によりＧ色の光透過膜１４又はＢ色の光透過膜１６を熱収縮させ、保護膜１２によってフタをされた状態にする。その結果、図２に示すようなベイヤー配列のカラーフィルタを形成することができる。
【００２８】
以上により、本実施形態におけるＲＧＢ３原色からなるカラーフィルタを製造することができる。本発明においては、各色のカラーフィルタを形成する前に基礎障壁膜を形成することで、固体撮像素子の画素サイズの微細化に適ったカラーフィルタを色再現性よく製造することができる。
【００２９】
本実施形態では、ＲＧＢ３原色からな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）からなる補色系のカラーフィルタであってもよい。この場合、２×２画素の４つの画素領域を単位として、４つの画素のそれぞれにＣＭＹＧのカラーフィルタを形成すればよい。
【００３０】
また、本実施形態ではベイヤー配列の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、ハニカム配列などであってもよい。つまり、ＲＧＢやＣＭＹＧの配列に制限があるわけではない。
【００３１】
また、本実施形態では、ネガ型の感光性樹脂材料からなる光透過膜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、ポジ型の感光性樹脂材料を用いてもよい。その場合、保護膜１２もポジ型の感光性樹脂材料を用いて、フォトマスクの透過領域と遮光領
域とを反転すれば基本的に同様に本製造方法を実現できる。
【００３２】
また、本実施形態では、固体撮像素子に係るカラーフィルタについて説明したが、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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】フレーム転送型ＣＣＤイメージセンサの撮像部の構造を示す模式的な平面図である。
【図２】本実施形態に係るＲＧＢカラーフィルタのパターンの一例を示す模式的な平面図である。
【図３】本実施形態に係るカラーフィルタの製造方法の各工程を説明する模式的な断面図である。
【図４】従来のカラーフィルタの製造方法の各工程を説明する模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
２、  半導体基板、  ４  光透過層、  １０、１４、１６  光透過膜、  ３０  チャネル領域、  ３２  クロック配線、  ３４  遮光グリッド、  ３５  中央線、  ４２  基礎障壁膜、  １０９  分散剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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