(57)【要約】【課題】固体撮像素子の製造工程において、簡単な方法でカラーフィルタ形成時の着色レジストの現像残渣をなくし、高品質のカラーフィルタを得る。【解決手段】緑色樹脂を半導体基板上に塗布し、露光によって半導体基板上に残す部分を確定してから現像を行い、不要部分を除去した後に硬化して緑色フィルタを形成する。緑色フィルタが形成された半導体基板上に酸素プラズマ処理を施して表面を親水化した後に青色樹脂を塗布して同様の工程にて青色フィルタを形成する。続いて半導体基板上に酸素プラズマ処理を施した後に赤色樹脂を塗布し、同様の工程にて赤色フィルタを形成する。３色のフィルタからなるカラーフィルタが形成された上に、マイクロレンズが形成され固体撮像素子が製造される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
着色された透明な感光性樹脂を基板上に塗布し、基板上に残す部分を露光によって確定してから現像処理を行って不要部分を除去した後に硬化して一色のフィルタ層を形成し、次いで他の色のフィルタ層を同じ工程で一色づつ順次に形成した複数の色のフィルタ層からなるカラーフィルタを製造する方法において、
前記一色のフィルタ層が形成された基板上に、酸素プラズマ処理を施した後に次の感光性樹脂を塗布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】
前記酸素プラズマ処理は、前記複数の感光性樹脂のうち、現像処理後の残渣がもっとも残り易い感光性樹脂を塗布する前に行われることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
前記酸素プラズマ処理は、前記複数の感光性樹脂のうち、最後に形成されるフィルタ層の感光性樹脂を塗布する前に行われることを特徴とする請求項１または２記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
前記最後に形成されるフィルタ層は、透明な感光樹脂中に赤色着色材料を分散してなる赤色樹脂が塗布されて形成された赤色フィルタであることを特徴とする請求項３記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法によって製造された固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像素子および固体撮像素子を構成するカラーフィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。
【０００３】
下記特許文献１には、複数の光電変換素子が配列された半導体基板、半導体基板上を平坦にする平坦化膜、カラーフィルタ、オンチップレンズ、が順次形成された構造の固体撮像素子が記載されている。
【特許文献１】特開２００７−２３５０４８号公報
【０００４】
一般に、ＭＯＳ型やＣＣＤ型の固体撮像素子等に用いられているカラーフィルタは、３色もしくは４色の着色されたレジストを使用し、レジストコートプロセス及び露光現像プロセスによって、平坦面上にパターン形成されている。
【０００５】
これらのカラーフィルタは次のようにして製造される。まず、平坦化膜上に例えばＧ（緑色）のカラーフィルタ材料である着色レジストを塗布し、予備加熱して仮硬化させ、露光及び現像によってパターニングした後、本加熱して固着させてＧのカラーフィルタを形成する。次に、Ｇのカラーフィルタ及び平坦化膜上に、例えばＢ（青色）のカラーフィルタ材料である着色レジストを塗布し、同じ工程を経て固着させ、Ｂのカラーフィルタを形成する。最後に、Ｇ，Ｂのカラーフィルタ及び平坦化膜上に、例えばＲ（赤色）のカラーフィルタ材料である着色レジストを塗布し、同じ工程を経て固着させ、Ｒのカラーフィルタを形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような固体撮像素子におけるカラーフィルタの形成には着色レジストを用いることが多い。カラーフィルタとして形成する色の着色レジストを基板上に塗布し、不要な部分を露光及び現像処理によって除去するが、このとき除去範囲の平坦化膜上には着色レジストの現像未溶解物が残る。現像未溶解物は微粒子であり下地膜との密着性が高いので、純水による高圧洗浄によっても除去しきれずに残ってしまう。これらの残渣は、次に塗布する別の色の着色レジストの形成を阻害する。また、一色目の着色レジストの上に二色目の着色レジストの残渣が残っていると、カラーフィルタとしての性能を悪化させてしまう。また、カラーフィルタの上にマイクロレンズなどを形成する次の工程にも悪影響がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑み、簡単な方法でカラーフィルタ形成時の着色レジストの現像残渣をなくして、高品質のカラーフィルタを製造する方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
着色された透明な感光性樹脂を基板上に塗布し、基板上に残す部分を露光によって確定してから現像を行って不要部分を除去する。その後に硬化させて一色のフィルタ層を形成する。次に、一色のフィルタ層が形成された基板上に酸素プラズマ処理を施して前記基板上を親水化した後に別の色の感光性樹脂を基板上に塗布して、同じ工程で次のフィルタ層を形成する。一色づつ順次にフィルタ層が形成され、複数の色からなるカラーフィルタが形成される。酸素プラズマ処理は、一色のフィルタ層が形成された後、次に別の色の感光性樹脂が塗布される前に施されるが、複数の感光性樹脂のうち最も現像処理後の残渣が残り易いものを塗布する前には必ず実施される。最も残渣が残り易い感光性樹脂は、最後に塗布することが好ましく、その塗布の直前に酸素プラズマ処理を実施すれば、他の感光性樹脂の塗布前は必ずしも行わなくても良い。最後に形成されるフィルタ層は、例えば、透明な感光樹脂中に赤色着色材料を分散してなる赤色樹脂が塗布されて形成された赤色フィルタである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるカラーフィルタの製造方法によれば、一色のカラーフィルタ形成後の基板表面が親水化されることによって、次に塗布される着色レジストの現像時に発生する現像未溶解物が除去され易くなり、高品質の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】
【００１０】
本発明の実施形態であるカラーフィルタの製造方法について説明する。図１に模式的に示すように、カラーフィルタ１０は色フィルタが市松状に配置され、例えば、行方向に青色フィルタ１１と緑色フィルタ１２が交互に配置され、次の行に緑色フィルタ１２と赤色フィルタ１３が交互に配置され、これが列方向に繰返し配置されている。図１には、８行８列の範囲しか示していないが、実際には、行方向及び列方向に多数の画素が繰り返し配列されている。
【００１１】
図１のｓ−ｔ−ｕ線に対応する位置での固体撮像素子１５の断面構造を示す図２において、カラーフィルタ１０は、半導体基板１６の上に形成され、カラーフィルタ１０の上にマイクロレンズ１７が形成される。半導体基板１６の上には、同一サイズの光電変換素子１８が２次元マトリクス状（正方格子状）に配列され、各光電変換素子１８の間を電荷転送路１９が網状に形成されている。マイクロレンズ１７から入射した光は光電変換素子１８で電荷に変換される。マイクロレンズ１７から光電変換素子１８までの１組の構成が１画素を形成する。
【００１２】
半導体基板１６の表面上には、全面に渡って酸化シリコン等からなる絶縁膜２０が形成されている。絶縁膜２０を介して電荷転送路１９の上方には、信号電荷の読み出し及び電荷転送路１９内での垂直転送を制御するための電荷転送電極２１が形成されている。電荷転送電極２１は、ポリシリコン等の導電性シリコンによって形成される。
【００１３】
電荷転送電極２１の上方には、タングステン等からなる遮光膜２２が形成されている。遮光膜２２には、光電変換素子１８の上方にのみ開口が形成され、開口は反射防止膜２３で覆われている。この開口を介して光電変換素子１８に光が入射する。この光電変換素子１８は入射光に応じて信号電荷を発生し蓄積する。
【００１４】
反射防止膜２３及び遮光膜２２の上には、平坦化層２４が形成されている。この平坦化層２４は、例えば、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorous Silicate Glass）を形成した後、リフロー（熱処理）を行い、さらにこの上に透明樹脂材を塗布して現像した後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により表面を平坦化することにより形成される。なお、平坦化層２４の形成材料及び形成方法はこれに限られない。
【００１５】
平坦化層２４の上の各画素の形成領域には、前記青色フィルタ１１と、緑色フィルタ１２と、赤色フィルタ１３のいずれかが形成される。各フィルタ１１〜１３は、ほぼ同一の厚みを有し、各フィルタ１１〜１３の上には、マイクロレンズ１７が形成されている。
【００１６】
青色フィルタ１１と緑色フィルタ１２と赤色フィルタ１３とからなるカラーフィルタ１０は、透明な感光性有機樹脂材中に少なくとも特定の顔料を含有した着色材料を分散してなる着色樹脂を半導体基板１６上に塗布して形成される。青色フィルタ１１には青色の着色材料が分散された青色樹脂が、緑色フィルタ１２には緑色の着色材料が分散された緑色樹脂が、赤色フィルタ１３には赤色の着色材料が分散された赤色樹脂が用いられる。
【００１７】
次に、本発明の作用について図３に示すフローチャートに沿って説明する。図４に示すように、半導体基板１６の表面に形成された平坦化層２４の上に、緑色樹脂（感光性樹脂）１２ａを塗布する。
【００１８】
図５に示すように、緑色樹脂１２ａが塗布された上方に緑色用のパターンが透明にされた露光マスク３０が被せられ、緑色樹脂１２ａが上方から露光される。
【００１９】
図６に示すように、露光後、現像液によって露光されなかった部分の緑色樹脂１２ａが溶解され、緑色の画素を形成する光電変換素子１８ｇの上方にのみ緑色樹脂１２ａが残る。残った緑色樹脂１２ａは加熱によって硬化され、緑色フィルタ（一色のフィルタ層）１２が形成される。
【００２０】
図７に示すように、緑色フィルタ１２が形成された半導体基板１６の表面に酸素プラズマ処理３５が施され、前記表面が親水化される。
【００２１】
図８に示すように、緑色フィルタ１２が形成され表面が親水化された半導体基板１６の上に、青色樹脂（感光性樹脂）１１ａが塗布される。
【００２２】
図９に示すように、青色樹脂１１ａが塗布された上方に青色用のパターンが透明にされた露光マスク３１が被せられて、青色樹脂１１ａは上方から露光される。
【００２３】
図１０に示すように、露光後、現像液によって露光されなかった部分の青色樹脂１１ａが溶解され、青色の画素を形成する光電変換素子１８ｂの上方にのみ青色樹脂１１ａが残る。このとき、緑色フィルタ１２は硬化されているので現像液によって溶解することはなく、緑色フィルタ１２の上に塗布された青色樹脂１１ａだけが溶解される。残った青色樹脂１１ａは加熱によって硬化されて青色フィルタ（一色のフィルタ層）１１となる。
【００２４】
図１１に示すように、青色フィルタ１１と緑色フィルタ１２が形成された半導体基板１６の表面に酸素プラズマ処理３５が施され、前記表面が親水化される。
【００２５】
図１２に示すように、現像未溶解物が除去され青色フィルタ１１と緑色フィルタ１２が形成された半導体基板１６の上に、赤色樹脂（感光性樹脂）１３ａが塗布される。赤色樹脂１３ａは、青色樹脂１１ａや緑色樹脂１２ａと比べて現像後の残渣が残り易いので、三色の中で最後に塗布することが好ましい。赤色樹脂１３ａが塗布された上方に赤色用のパターンが透明にされた露光マスク３２が被せられ、赤色樹脂１３ａが上方から露光される。
【００２６】
図１３に示すように、露光後、現像液によって露光されなかった部分の赤色樹脂１３ａが溶解され、赤色の画素を形成する光電変換素子１８ｒの上方にのみ赤色樹脂１３ａが残る。このとき、青色フィルタ１１と緑色フィルタ１２は硬化されているので現像液によって溶解することはなく、青色フィルタ１１と緑色フィルタ１２の上に塗布された赤色樹脂１３ａだけが現像液によって溶解され除去される。残った赤色樹脂１３ａは加熱によって硬化されて赤色フィルタ（一色のフィルタ層）１３となり、三色のフィルタ１１、１２、１３からなるカラーフィルタ１０が形成される。
【００２７】
以上説明した実施形態では、赤色樹脂１３ａが青色樹脂１１ａや緑色樹脂１２ａと比べて現像後の残渣が残り易いので最後に塗布することで説明したが、赤色樹脂１３ａより他の色の樹脂の方が現像後の残渣が残り易い場合は、残渣が最も残り易い他の色の樹脂を最後に塗布すると良い。
【００２８】
また前記実施形態では、青色樹脂１１ａと赤色樹脂１３ａを塗布するそれぞれの前に酸素プラズマ処理を行ったが、最後に塗布する赤色樹脂１３ａの塗布前に行うだけでも良く、青色樹脂１１ａの塗布前に酸素プラズマ処理を行わなくても良い。
【００２９】
また、カラーフィルタ１０が形成された後の工程においても、酸素プラズマ処理を施すことは好ましく、カラーフィルタ１０の上にマイクロレンズ１７などを形成する場合の同様な残渣起因の問題も改善される。
【００３０】
上記実施形態では、露光されない部分が現像によって溶解するタイプの着色樹脂を用いたが、露光された部分が現像によって溶解するタイプの着色樹脂を用いても良く、その場合は、それぞれの露光マスクの遮光部分と透明部分が逆のものを使用すると良い。
【００３１】
また、現像処理後、加熱によって硬化するタイプの着色樹脂を用いたが、硬化させる方法は他の方法でも良く、例えば、紫外線照射によって硬化するタイプの着色樹脂を用いても良い。
【００３２】
上記実施形態では、画素をＸＹ方向に沿って正方格子状に配列する例を示して説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、正方格子配列をＸＹ方向に関して４５°回転させた画素配列（いわゆるハニカム配列）としても良い。
【００３３】
また、画素を赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色の光を検知する画素として構成しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），黄（Ｙ）の補色光を検知する画素として構成しても良い。更に、前記いずれかの３色に白（Ｗ）を加えて４色としても良く、白（Ｗ）の代わりに透明あるいはその他の被写体輝度と相関性のあるフィルタとしても良い。
【００３４】
上記実施形態では、固体撮像素子をインターライン転送方式のＣＣＤ型イメージセンサとして構成しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、フレーム転送方式のＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等の単板カラー撮像方式のあらゆる固体撮像素子に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるカラーフィルタの配列を模式的に表した図である。
【図２】カラーフィルタを備えた固体撮像素子の断面構造を示す図である。
【図３】カラーフィルタを製造する工程のフローチャートである。
【図４】半導体基板上の平坦化層の上に、緑色樹脂が塗布された固体撮像素子の断面構造を示す図である。
【図５】露光されている状態を示す図である。
【図６】緑色フィルタが形成された状態を示す図である。
【図７】酸素プラズマ処理が行われている状態を示す図である。
【図８】青色樹脂が塗布された状態を示す図である。
【図９】露光されている状態を示す図である。
【図１０】緑色と青色のカラーフィルタが形成された状態を示す図である。
【図１１】酸素プラズマ処理が行われている状態を示す図である。
【図１２】赤色樹脂が塗布された状態を示す図である。
【図１３】３色のカラーフィルタが形成され、酸素プラズマ処理が行われている状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  カラーフィルタ
１１  青色フィルタ（一色のフィルタ層）
１１ａ  青色樹脂（感光性樹脂）
１２  緑色フィルタ（一色のフィルタ層）
１２ａ  緑色樹脂（感光性樹脂）
１３  赤色フィルタ（一色のフィルタ層）
１３ａ  赤色樹脂（感光性樹脂）
１５  固体撮像素子
１６  半導体基板（基板）
１７  マイクロレンズ
１８  光電変換素子
１９  電荷転送路
２０  絶縁膜
２１  電荷転送電極
２２  遮光膜
２３  反射防止膜
２４  平坦化層
３０，３１，３２  露光マスク
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2009141164.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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