JP2000340776A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像装置およびその製造方法Info
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Abstract
撮像装置を得る。 【解決手段】 カラーフィルタ50を、下地デバイス全
面にカラーフィルタ材料49を直接塗布して凹部領域4
8を埋め込み、パターン転写露光した後現像処理を行っ
て形成する。こうして、レジストパターン層を介しない
低い位置からのカラーフィルタ材料49の埋め込みによ
って厚さのストリエーションを改善する。また、カラー
フィルタ50のエッジを順テーパ形状に形成して、隣接
して形成される他色のカラーフィルタ51,52との連
続性を確保する。また、上記パターン転写露光時に下地
アライメントマークを基板41からの距離が近いカラー
フィルタ材料49の面から直接検出でき、検出誤差を小
さくして画質劣化を少なくする。また、平坦化層等の透
明層は形成せず、マイクロレンズ形成時に下地アライメ
ントマーク検出の誤差を低減して、更なる画質の向上を
図る。
Description
よびその製造方法に関し、より詳しくはカラーフィルタ
が光電変換部(受光部)上に形成された固体撮像装置およ
びその製造方法に関する。
に単一セルの断面図を示すようなものがある。このCC
D固体撮像装置における下地デバイスは、電極3や遮光
膜5が形成されているために数μmの周期的な段差を有
する。また、上記下地デバイスの最表面はSi3N4等の
保護膜6で覆われている。そのために、上記下地デバイ
スの形成以降に行われる所謂オンチップ工程において
は、カラーフィルタ8,9,10の形成に先行して透明平
坦化材料をスピンコートして平坦化層7を形成すること
によって上記下地デバイスの段差を軽減した後に、カラ
ーフィルタ8,9,10の形成を行う必要がある。
れて、X,Y方向の縮小はもとよりZ方向の縮小が重要
且つ必要になってきている。尚、図2中、1は基板、2
は受光部(光電変換部)、4は層間絶縁膜、11は保護
層、12はマイクロレンズである。
系の概念図を示す。図3において、受光部2からマイク
ロレンズ12までのZ方向の距離Lが長い場合には、斜
め入射光15が電極3等でなる凸部13によって遮蔽さ
れることになり、入射光を有効に利用できなくなる。
尚、14は垂直入射光である。
装置(カメラ等)は、高集積化の進展と共に光学系がコン
パクトになり、それに伴って射出瞳位置が極端に短いレ
ンズの採用が活発になってきている。この射出瞳位置が
極端に短いレンズの特徴は、図4に示すように、短瞳位
置レンズ18の場合は通常レンズに比較して固体撮像素
子16の表面への光の入射角度が大きくなるため、固体
撮像素子16の撮像領域17に入射する全光束に対する
斜め入射光20の割合が高くなることにある。その結
果、撮像領域17の中心部と周辺部とで入射光量が不均
一となりシェージング現象が発生する。このシェージン
グ現象の発生の主な原因は、斜め入射光20の入射角度
が撮像領域17の中心部より周辺部の方が大きいため
に、固体撮像素子16の転送部領域でなる凸部(遮光膜
等を含む)によって光束の蹴られが生じやすいことにあ
る。そして、このシェージング現象は、上述したごとく
固体撮像素子16の受光部からマイクロレンズまでのZ
方向の距離が大きい程顕著に現れる。尚、19は垂直入
射光である。
化の要求があり、それに伴ってカラーフィルタの透過色
分光特性に対しても更なる高品質化を図る必要がある。
そして、そのためには、色相の質の向上を図る必要があ
り、カラーフィルタの膜厚を厚くすることで対応可能で
ある。ところが、カラーフィルタの膜厚を厚くすること
は、上述したZ方向の縮小要求とは相反する。
固体撮像装置を形成する際に、図2において、カラーフ
ィルタ8,9,10やマイクロレンズ12の形成工程にお
ける上記下地デバイスヘのレジストレーション(アライ
メント精度)が、従来に比して強く要求されようになっ
てきている。ここで、ウェハアライメントにおいては、
下地デバイスに形成されたアライメント用マークからの
レーザ光の反射・回折光を平坦化層7を介して検出する
ことによって、上記下地デバイスと上層との位置合わせ
を行っている。ところが、厚さ数μmの平坦化層7を介
してのアライメント用マークの結像位置検出は、光学的
に大きなズレを生じやすい。
ラーフィルタ8,9,10を形成する場合に当て嵌める
と、以下のごとく敏感に画質に悪影響を及ぼす。即ち、
図5に示すように、画素21とカラーフィルタ8,9,1
0とのズレ量Dが同じであっても平坦化層7の厚みHが
大きい程、隣接画素21'へのクロストーク光(混色光)
22の正常光23対する割合が大きくなるのである。
が、これらの問題は固体撮像素子の高集積化の進展に伴
って問題として浮上したものである。そして、これらの
問題は、上記下地デバイス上に厚い平坦化層7を形成し
た後に(つまり、Z方向の間隔を大きくして)カラーフィ
ルタ8,9,10を形成することに起因している。
て、例えば、特開平3−98002号公報に開示された
固体撮像素子用光学カラーフィルタの製造方法が知られ
ている。以下、この固体撮像素子用光学カラーフィルタ
の製造方法について、図6に従って説明する。
における受光部(光電変換部)26間に電極や遮光膜等で
なる段部27が形成されて、固体撮像デバイスが得られ
る。そして、この固体撮像デバイスに対してレジスト層
28が塗布されて各段部27間の段差部が埋め込まれ
る。次に、図6(b)に示すように、レジスト層28にお
ける同じ色用の各受光部26を中心とする複数の所定領
域を開口し、この開口部も含めて全面に該等色の染料を
含んだ高分子樹脂の層(以下、染色層と言う)29を形成
して、上記所定領域に染色層29を埋め込む。次に、図
6(c)に示すように、染色層29をエッチバックして、
上記開口部のみに染色層29を残す。その後、図6(d)
に示すように、剥離液によってレジスト層28を除去す
る。
程を全色の受光部26に関して繰り返し行って、複数の
染色層29a〜29dを全受光部26上に埋め込み、各染
色層29a〜29dをカラーフィルタとする。その後に平
坦化層30を形成する。
開平3−98002号公報に開示された固体撮像素子用
光学カラーフィルタの製造方法には、以下のような問題
がある。すなわち、図6(b)に示す工程において、レジ
スト層28をパターニングした後に染色層(高分子樹脂
層)29を埋め込んでいる。したがって、レジスト層2
8をパターニングした際に生ずるレジスト段差31が元
々在る段差部32に追加されることになり、より大きな
段差に対して染色層29が埋め込まれることになる。そ
のため、染色層29の塗布膜厚が不均一(ストリエーシ
ョン)になり、極端な場合には「レジスト段差31+段差
部32」でなる段差を完全に埋め込むことができない場
合がある。
は、段部27上部の遮光膜(図示せず)上で行われる。と
ころが、その場合には、上記遮光膜からのハレーション
を受けやすく、レジスト層28のエッジ形状は順テーパ
となる。そのため、染色層29となる高分子樹脂を埋め
込むと、埋め込まれた染色層29は、下地パターン(レ
ジスト層28のエッジパターン)を反映して逆テーパに
なってしまう。その結果、隣接するカラーフィルタのエ
ッジ部分にボイドが発生する。つまり、図3に示すカラ
ーフィルタ8,9,10のように隣接したカラ−フィルタ
29同士を接触させて連続して形成できないのである。
そのために、画質が劣化してしまうという問題もある。
樹脂の不要部分をエッチバック(一般にバラツキやすい)
によって除去するために、各染色層(フィルタ)29の表
面が平坦にならないという問題もある。
号公報に開示された固体撮像素子用光学カラーフィルタ
の製造方法においては、隣接したカラ−フィルタ29同
士を接触させて連続して形成できず、然も各カラ−フィ
ルタ29の表面が平坦にならないために、平坦化層30
を形成する必要がある。結果として、各段部27間の段
差部に直接カラーフィルタ29a〜29dを埋め込んで形
成しているにも拘わらず、受光部26からマイクロレン
ズ(図示せず)までの垂直方向の距離は縮小されず、上記
シェージング現象や下地アライメントマークの検出誤差
の改善はあまり期待できないのである。
躍的に縮小された高精度で高画質な固体撮像装置、およ
び、その製造方法を提供することにある。
め、第1の発明は、基板上に形成された転送部領域でな
る凸部領域と上記基板における上記凸部領域に隣接した
受光部領域でなる凹部領域で構成された単位セルと,上
記単位セル上に形成されたカラーフィルタ及びマイクロ
レンズを有する固体撮像装置において、上記カラーフィ
ルタは、上記凹部領域に直接埋め込まれ、且つ、隣接す
るカラーフィルタに接触して形成されると共に、表面が
略平坦に形成されていることを特徴としている。
板上に形成された転送部領域でなる各凸部領域間に在る
凹部領域に直接埋め込まれて形成されると共に、隣接し
たカラーフィルタは互いに接触して形成されている。し
たがって、斜め入射光の遮蔽が低減されて上記シェージ
ング現象が改善されると共に、画質の劣化が防止され
る。
介さずにより基板に近い位置に形成されている。したが
って、上記カラーフィルタを形成する際における下地ア
ライメントマークの検出誤差が小さく、上記カラーフィ
ルタのズレ量は少ない。さらに、必然的に、マイクロレ
ンズも上記基板に近い位置に形成されている。したがっ
て、マイクロレンズを形成する際における上記下地アラ
イメントマーク検出誤差が小さく、上記マイクロレンズ
のズレ量は少ない。以上の結果、さらに高品位な画質が
得られる。
転送部領域でなる凸部領域と上記基板における上記凸部
領域に隣接した受光部領域でなる凹部領域で構成された
単位セルと,上記単位セル上に形成されたカラーフィル
タおよびマイクロレンズを有する固体撮像装置の製造方
法であって、上記カラーフィルタを、上記単位セルの列
上にカラーフィルタ材料を塗布した後に所定の凹部領域
を含む所定のパターンに成形して,当該凹部領域内に上
記カラーフィルタ材料を直接埋め込む工程を、カラーフ
ィルタの色の数だけ繰り返し行って、隣接するカラーフ
ィルタ同士は互いに接触するように形成することを特徴
としている。
板上に形成された転送部領域でなる各凸部領域間に在る
凹部領域に、カラーフィルタ材料を直接埋め込んで形成
される。したがって、より低い段差に対して上記カラー
フィルタが形成されることになり、上記カラーフィルタ
の厚さのストリエーションが防止されて表面が略平坦に
形成される。そのため、平坦化層を形成する必要がな
く、垂直方向の寸法が縮小される。さらに、カラーフィ
ルタのエッジ形状は順テーパとなるために、隣接するカ
ラーフィルタのエッジ部分にボイドが発生することはな
い。したがって、隣接したカラーフィルタ同士は互いに
接触し、連続して形成される。その結果、画質の劣化が
防止される。
により基板に近い位置にカラーフィルタが形成される。
したがって、上記カラーフィルタを形成する際における
下地アライメントマークの検出誤差が小さく、上記カラ
ーフィルタのズレが少なくなる。さらに、必然的に、マ
イクロレンズも基板に近い位置に形成されることにな
る。したがって、マイクロレンズを形成する際における
上記下地アライメントマーク検出誤差が低減され、マイ
クロレンズのズレが小さくなる。こうして、さらに高品
位な画質が得られる。
ルタ材料として、感光性樹脂からなる被染色性高分子材
料を用いることが望ましい。
染色性高分子材料を用いたカラーフィルタが上記凹部領
域に平坦化層を介さずに、且つ、隣接したカラーフィル
タと接触して形成される。こうして、画質の劣化が防止
される。
ルタ材料として、カラーレジストを用いることが望まし
い。
たカラーフィルタが上記凹部領域に平坦化層を介さず
に、且つ、隣接したカラーフィルタと接触して形成され
る。こうして、画質の劣化が防止される。
態により詳細に説明する。図1は、本実施の形態におけ
る固体撮像装置の製造方法を示す図である。図1(a)に
示すように、下地デバイスの単位画素セルは、基板41
上に形成された受光部(光電変換部)42と、各受光部4
2の間に形成された電極43,層間絶縁膜44,遮光膜4
5および保護膜46からなる電荷転送部としての凸部領
域47とのコンビネーションによって構成されている。
47間の各凹部領域48(受光部42の領域)を含む全面
に、カラーフィルタ材料49をスピンコート等によって
直接塗布する。こうすることによって、上述した特開平
3−98002号公報の場合のごとくパターニングされ
たレジスト層を介して高段差のある状態でカラーフィル
タ材料を埋め込む場合に比べて、上記ストリエーション
を改善することができる。
は、被染色基質であっても着色したカラーレジストであ
っても良い。尚、密着性や塗布性に問題がある場合に
は、密着性増強剤(例えば、ヘキサメチルジシラザン)を
上記下地デバイスの表面に気相塗布することや、界面活
性剤をカラーフィルタ材料49中に添加することで対応
可能である。但し、受光部42の凹部領域48にカラー
フィルタ材料49を均一に埋め込むためには、塗布する
カラーフィルタ材料49の粘度を最適化した方が良い。
すなわち、例えば、10CP以下の低粘度に調整し、且
つ、2000rpm以下の比較的低速回転でのスピンでカ
ラーフィルタ材料49を塗布することによって、上記ス
トリエーションの発生を防ぐことができるのである。
材料49に対して、所定領域にカラーフィルタ材料49
を残存させるためにパターン転写露光した後、以下のよ
うな現像処理を行う。すなわち、カラーフィルタ材料4
9が被染色基質である場合には、染色処理並びにタンニ
ン酸・吐酒石による定着処理を行う。また、カラーレジ
ストである場合には、上記定着処理の変わりに熱処理に
よる硬化処理を行うのである。こうして、図1(c)に示
すように、特定色に関する受光部42を中心とする上記
所定領域のみに、上記特定色のカラーフィルタ50が形
成される。
エッジは順テーパ形状に形成されているために、引き続
いて隣接して形成される他色のカラーフィルタとの連続
性を確保することができるのである。また、カラーフィ
ルタ材料49を塗布した後におけるフォトリソグラフィ
において、下地に形成されたアライメント用ターゲット
マークを基板41からの距離が近いカラーフィルタ材料
49の面から直接検出することが可能である。したがっ
て、上述した特開平3−98002号公報の場合のごと
く厚い平坦化膜を介して基板41から遠い位置から検出
する場合に比して、検出誤差は極めて少なく、図1(c)
に示すように仕上がりパターン形状は対称性が良い。
工程を所定の色数分だけ繰り返すことによって、図1
(d)に示すように、全色のカラーフィルタ50,51,5
2が形成される。その状態で、図1(a)において下地デ
バイスに存在していた数μmの段差はおおよそ1/10以
下に抑制されて、略平坦化されている。それと共に、互
いに隣接して形成された各カラーフィルタ50,51,5
2は連続して形成されており、画質の向上を図ることが
可能となる。
ラーフィルタ50,51,52の実質的な膜厚は通常の2
倍以上になるため、カラーフィルタ50,51,52の色
濃度を高める際の自由度が飛躍的に向上し、画質の改善
を図ることが可能となる。また、従来と同じ色濃度であ
れば、カラーレジスト材料の保存安定性や特性(レジス
ト感度)の向上を目的とした色素添加量(分散量ないし溶
解量)の削減という点においても自由度が大幅に向上す
る。すなわち、本実施の形態によれば、Z方向への縮小
を図りつつ、色相の向上やカラーレジストの特性改善が
可能になるのである。
形成後に、微少段差の平坦化とカラーフィルタ50,5
1,52を保護するために、アクリル等の透明材料によ
ってオーバーコート層を形成する。次いで、詳述しない
が、従来の固体撮像装置の製造の場合と同様に、マイク
ロレンズ形成工程に移行する。尚、このマイクロレンズ
形成工程においても、従来の固体撮像装置の製造方法の
場合にカラーフィルタ上に形成していた平坦化層等の透
明層が削除されているために、マイクロレンズ形成時の
下地アライメントマーク検出の誤差を低減できるのであ
る。したがって、更なる画質の向上を図ることが可能と
なる。
下地デバイス全面にカラーフィルタ材料49を直接塗布
して、凹部領域48(受光部42の領域)を埋め込むよう
にしている。したがって、パターニングされたレジスト
層を介して高い位置からカラーフィルタ材料を埋め込む
場合に比べて上記ストリエーションを改善することがで
きる。また、次いで、カラーフィルタ材料49に対して
パターン転写露光した後現像処理をおこなってカラーフ
ィルタ50を形成する。したがって、カラーフィルタ5
0のエッジは順テーパ形状に形成され、隣接して形成さ
れる他色のカラーフィルタ51,52との連続性を確保
することができる。また、上記パターン転写露光時に、
下地アライメントマークを基板41からの距離が近いカ
ラーフィルタ材料49の面から直接検出することができ
る。したがって、検出誤差を小さくして画質の劣化を少
なくできる。
51,52の実質的な膜厚を通常の2倍以上にして、カ
ラーフィルタ50,51,52の色濃度を高める自由度
や、従来と同じ色濃度であれば、カラーレジスト材料の
色素添加量を削減して特性の向上を図る自由度を、Z方
向への縮小を図りつつ向上させることができるのであ
る。
従来の平坦化層等の透明層は形成しないので下地アライ
メントマーク検出の誤差を低減できる。したがって、更
なる画質の向上を図ることが可能となるのである。
固体撮像装置におけるカラーフィルタは、基板上に形成
された転送部領域でなる各凸部領域間に在る凹部領域に
直接埋め込まれると共に、隣接したカラーフィルタは互
いに接触して形成されているので、斜め入射光の遮蔽を
低減して上記シェージング現象を改善できると共に、画
質の劣化を防止することができる。
介さずにより基板に近い位置に形成されている。したが
って、上記カラーフィルタを形成する際における下地ア
ライメントマークの検出誤差が小さく、カラーフィルタ
のズレは少ない。さらに、必然的に、マイクロレンズも
基板に近い位置に形成されている。したがって、マイク
ロレンズを形成する際における上記下地アライメントマ
ークの検出誤差が小さく、マイクロレンズのズレは少な
い。したがって、更に高品質な画質を得ることができ
る。
性能を落とすことなく垂直方向の寸法を縮小できる。そ
の結果、上記シェーディング不良の改善、カラーフィル
タやマイクロレンズの実質的なアライメント精度の向
上、クロストークによる画質劣化の抑制が可能となり、
高精度,高精細な固体撮像装置を得ることができるので
ある。
法においては、カラーフィルタを、基板上に形成された
転送部領域でなる各凸部領域間に在る凹部領域にカラー
フィルタ材料を直接埋め込んで形成するので、より低い
段差に対してカラーフィルタを形成することができる。
したがって、上記カラーフィルタの厚さのストリエーシ
ョンを防止して表面を略平坦に形成でき、平坦化層の形
成を省略して垂直方向の寸法を縮小できる。その結果、
斜め入射光の遮蔽を低減して上記シェージング現象を改
善できる。さらに、カラーフィルタのエッジ形状を順テ
ーパにできるので、隣接したカラーフィルタ同士を接触
させて連続して形成することができる。したがって、画
質の劣化を防止できる。
により基板に近い位置にカラーフィルタが形成されるの
で、上記カラーフィルタ形成時における下地アライメン
トマークの検出誤差を小さくでき、上記カラーフィルタ
のズレを少なくできる。さらに、必然的に、マイクロレ
ンズも基板に近い位置に形成されることになるので、上
記マイクロレンズを形成する際における上記下地アライ
メントマークの検出誤差を低減でき、マイクロレンズの
ズレを小さくできる。したがって、更なる画質の高品質
化を図ることができる。
性能を落とすことなく垂直方向の寸法を縮小できる。そ
の結果、上記シェーディング不良の改善、カラーフィル
タやマイクロレンズの実質的なアライメント精度の向
上、クロストークによる画質劣化の抑制が可能となり、
高精度,高精細な固体撮像装置を得ることができるので
ある。
造方法は、上記カラーフィルタ材料として、感光性樹脂
からなる被染色性高分子材料を用いることによって、感
光性樹脂からなる被染色性高分子材料を用いたカラーフ
ィルタを、上記凹部領域に平坦化層を介さずに直接埋め
込んで形成できる。したがって、上記カラーフィルタの
実質的な膜厚を通常の2倍以上にして、色濃度を高める
際の自由度を、垂直方向への寸法縮小を図りつつ向上さ
せることができる。
造方法は、上記カラーフィルタ材料として、カラーレジ
ストを用いることによって、カラーレジストを用いたカ
ラーフィルタを、上記凹部領域に平坦化層を介さずに直
接埋め込んで形成できる。したがって、上記カラーフィ
ルタの実質的な膜厚を通常の2倍以上にして、色濃度を
高める際の自由度や、カラーレジスト材料に対する色素
添加量削減による特性向上の自由度を、垂直方向への寸
法縮小を図りつつ向上させることができる。
である。
の断面図である。
る。
である。
が画質に及ぼす悪影響の説明図である。
製造方法の説明図である。
極、 44…層間絶縁膜、45
…遮光膜、 47…凸部領域、4
8…凹部領域、 49…カラーフィ
ルタ材料、50,51,52…カラーフィルタ。
Claims (4)
- 【請求項1】 基板上に形成された転送部領域でなる凸
部領域と上記基板における上記凸部領域に隣接した受光
部領域でなる凹部領域で構成された単位セルと、上記単
位セル上に形成されたカラーフィルタおよびマイクロレ
ンズを有する固体撮像装置において、 上記カラーフィルタは、上記凹部領域に直接埋め込ま
れ、且つ、隣接するカラーフィルタに接触して形成され
ると共に、表面が略平坦に形成されていることを特徴と
する固体撮像装置。 - 【請求項2】 基板上に形成された転送部領域でなる凸
部領域と上記基板における上記凸部領域に隣接した受光
部領域でなる凹部領域で構成された単位セルと、上記単
位セル上に形成されたカラーフィルタおよびマイクロレ
ンズを有する固体撮像装置の製造方法であって、 上記カラーフィルタを、 上記単位セルの列上にカラーフィルタ材料を塗布した後
に所定の凹部領域を含む所定のパターンに成形して、当
該凹部領域内に上記カラーフィルタ材料を直接埋め込む
工程を、カラーフィルタの色の数だけ繰り返し行って、
隣接するカラーフィルタ同士は互いに接触するように形
成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項3】 請求項2に記載の固体撮像装置の製造方
法において、 上記カラーフィルタ材料として、感光性樹脂からなる被
染色性高分子材料を用いることを特徴とする固体撮像装
置の製造方法。 - 【請求項4】 請求項2に記載の固体撮像装置の製造方
法において、 上記カラーフィルタ材料として、カラーレジストを用い
ることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
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