JP2001028432A - Manufacture of optical element - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子の製造方
法に関し、特には固体撮像素子や液晶表示素子等の光学
素子のうち、絶縁層上にカラーフィルタを設けてなる光
学素子の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an optical element, and more particularly to a method of manufacturing an optical element such as a solid-state image pickup element or a liquid crystal display element in which a color filter is provided on an insulating layer. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】カラーフィルタが備えられた光学素子の
一例として固体撮像素子を製造する場合、以下のように
行う。先ず、受光部や転送電極が形成成された半導体基
板の上方を平坦化絶縁膜で覆った後、この平坦化絶縁膜
上にナトリウム（Ｎａ+ ）や水分の侵入を防止するため
の窒化シリコン膜を形成する。この窒化シリコン膜は、
プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法によ
って形成することとする。次に、水素雰囲気中における
熱処理を行うことによって、窒化シリコン膜中の水素イ
オン（Ｈ+ ）を半導体基板の界面に供給し、デバイス特
性を安定化させる。また、窒化シリコン膜の表面を必要
に応じて薬液洗浄した後、この窒化シリコン膜上に、リ
ソグラフィー法によってレジスト材料からなるカラーフ
ィルタをパターン形成する。この際、レジスト材料とし
ては、例えば顔料系のネガ型フォトレジストを用い、各
画素毎にカラーフィルタを形成している。2. Description of the Related Art A solid-state imaging device is manufactured as an example of an optical device provided with a color filter as follows. First, the upper surface of the semiconductor substrate on which the light receiving section and the transfer electrode are formed is covered with a planarizing insulating film, and a silicon nitride film for preventing sodium (Na + ) or moisture from entering on the planarizing insulating film. To form This silicon nitride film
It is formed by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Next, by performing a heat treatment in a hydrogen atmosphere, hydrogen ions (H + ) in the silicon nitride film are supplied to the interface of the semiconductor substrate to stabilize device characteristics. After the surface of the silicon nitride film is washed with a chemical solution as needed, a color filter made of a resist material is patterned on the silicon nitride film by lithography. At this time, as a resist material, for example, a pigment-type negative photoresist is used, and a color filter is formed for each pixel.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
光学素子の製造方法では、カラーフィルタを形成する前
に、水素雰囲気中における熱処理を行ったり、また、必
要に応じて窒化シリコン膜の表面を薬液洗浄する場合も
あり、これらの処理によって窒化シリコン膜の表面層が
変質する。このため、この窒化シリコン膜上に形成され
るカラーフィルタの密着性が低下し、剥がれが発生する
という問題がある。However, in such a method of manufacturing an optical element, a heat treatment in a hydrogen atmosphere is performed before forming a color filter, and the surface of the silicon nitride film is formed as necessary. In some cases, chemical cleaning is performed, and the surface layer of the silicon nitride film is deteriorated by these treatments. For this reason, there is a problem that the adhesion of the color filter formed on the silicon nitride film is reduced, and peeling occurs.
【０００４】近年、光学素子の高解像化の進行に伴う画
素サイズの微細化により、カラーフィルタのパターンサ
イズも縮小化される傾向にある。このため、各カラーフ
ィルタにおいては、窒化シリコン膜との密着面（接触
面）の面積が縮小化され、さらに剥がれが発生し易くな
る傾向にある。そして、このような剥がれが発生した場
合には、例えば固体撮像素子においては点欠陥が生じる
等、光学素子における画像状態を劣化させ、光学素子の
歩留りを低下させる大きな要因になっている。In recent years, the pattern size of the color filter has been reduced due to the miniaturization of the pixel size as the resolution of the optical element has increased. For this reason, in each color filter, the area of the contact surface (contact surface) with the silicon nitride film is reduced, and peeling tends to occur more easily. When such peeling occurs, for example, a point defect occurs in the solid-state imaging device, which deteriorates the image state of the optical element and is a major factor in lowering the yield of the optical element.
【０００５】そこで本発明は、カラーフィルタの剥がれ
による欠陥の発生を防止することが可能な光学素子の製
造方法を提供することを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical element capable of preventing occurrence of a defect due to peeling of a color filter.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明は、絶縁層上にカラーフィルタを設けて
なる光学素子の製造方法であって、絶縁層の表面層をエ
ッチングした後当該絶縁層上にレジスト材料からなるカ
ラーフィルタを形成することを特徴としている。According to the present invention, there is provided a method for manufacturing an optical element comprising a color filter provided on an insulating layer, the method comprising: etching a surface layer of the insulating layer; A color filter made of a resist material is formed on the insulating layer.
【０００７】このような製造方法では、エッチングによ
って表面層が除去された絶縁層上にカラーフィルタが形
成される。このため、絶縁層の表面層が変質した場合で
あっても、この変質部分を除去した絶縁層のベア面に対
してカラーフィルタが設けられることになり、表面層の
変質に影響されることなく絶縁層とカラーフィルタとの
密着性が確保される。In such a manufacturing method, a color filter is formed on the insulating layer from which the surface layer has been removed by etching. Therefore, even when the surface layer of the insulating layer is deteriorated, a color filter is provided on the bare surface of the insulating layer from which the deteriorated portion has been removed, without being affected by the deterioration of the surface layer. Adhesion between the insulating layer and the color filter is ensured.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の光学素子の製造方
法を固体撮像素子の製造方法に適用した実施の形態を、
図面に基づいて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment in which a method for manufacturing an optical element of the present invention is applied to a method for manufacturing a solid-state imaging device will be described.
This will be described in detail with reference to the drawings.
【０００９】図１（１）〜図１（３）は、実施形態にお
ける固体撮像素子の製造方法を示す断面工程図である。
先ず、図１（１）に示すように、シリコンからなる半導
体基板１の表面側に、不純物を導入してなる電荷転送領
域２を形成すると共に、この電荷転送領域２上に酸化膜
（酸化シリコン膜）３を介して転送電極４を形成する。
その後、転送電極４間の半導体基板１の表面層に受光領
域５を形成すると共に、受光領域５を開口させる状態で
転送電極４を遮光膜６で覆った後、半導体基板１上に平
坦化絶縁膜７を形成する。この平坦化絶縁膜７は、例え
ばＰＳＧ（phospho silicate glass）やＢＰＳＧ（boro
phospho silicate glass ）からなることとする。FIGS. 1A to 1C are cross-sectional process diagrams showing a method for manufacturing a solid-state image sensor according to the embodiment.
First, as shown in FIG. 1A, a charge transfer region 2 formed by introducing impurities is formed on the surface side of a semiconductor substrate 1 made of silicon, and an oxide film (silicon oxide) is formed on the charge transfer region 2. A transfer electrode 4 is formed via the film 3.
Thereafter, a light receiving region 5 is formed on the surface layer of the semiconductor substrate 1 between the transfer electrodes 4, and the transfer electrode 4 is covered with a light shielding film 6 in a state where the light receiving region 5 is opened. A film 7 is formed. The flattening insulating film 7 is made of, for example, PSG (phospho silicate glass) or BPSG (boro
phospho silicate glass).
【００１０】以上までの工程を、通常の手順に従って行
った後、プラズマＣＶＤ法によって、平坦化絶縁膜７上
に窒化シリコン膜８を形成する。この窒化シリコン膜８
は、半導体基板１へのナトリウム（Ｎａ+ ）や水分の侵
入を防止するための膜である。After performing the above-described steps according to a normal procedure, a silicon nitride film 8 is formed on the planarizing insulating film 7 by a plasma CVD method. This silicon nitride film 8
Is a film for preventing intrusion of sodium (Na + ) and moisture into the semiconductor substrate 1.
【００１１】その後、水素ガス雰囲気中において熱処理
（例えば４００℃で１時間）を行い、半導体基板１と酸
化膜３との界面に窒化シリコン膜８中の水素イオン（Ｈ
+ ）を供給し、界面準位を整える。Thereafter, a heat treatment (for example, at 400 ° C. for one hour) is performed in a hydrogen gas atmosphere, and hydrogen ions (H) in the silicon nitride film 8 are formed at the interface between the semiconductor substrate 1 and the oxide film 3.
+ ) To adjust the interface state.
【００１２】次に、図１（２）に示すように、ドライエ
ッチング法によって、窒化シリコン膜８の表面をエッチ
ング除去する。ここでは、窒化シリコン膜８の表面層を
３０ｎｍ程度の膜厚でエッチング除去する、いわゆるラ
イトエッチングを行う。以下に、このライトエッチング
の際のエッチング条件の一例を示す。 エッチング装置 ：枚葉式マイクロ波エッチング装置、 エッチングガス及び流量：四フッ化メタン(CF4) ＝１５sccm、 酸素ガス (O2) ＝ ６sccm、 マイクロ波パワー ：８０Ｗ、 基板加熱温度 ：８０℃、 エッチング雰囲気内圧力：４５Ｐａ、 エッチング時間 ：１０秒。Next, as shown in FIG. 1B, the surface of the silicon nitride film 8 is removed by dry etching. Here, so-called light etching, in which the surface layer of the silicon nitride film 8 is removed by etching to a thickness of about 30 nm, is performed. An example of the etching conditions at the time of this light etching is shown below. Etching equipment: Single wafer type microwave etching equipment, Etching gas and flow rate: methane tetrafluoride (CF 4 ) = 15 sccm, oxygen gas (O 2 ) = 6 sccm, microwave power: 80 W, substrate heating temperature: 80 ° C., etching Atmospheric pressure: 45 Pa, etching time: 10 seconds.
【００１３】次に、図１（３）に示すように、フォトリ
ソグラフィー法によって、窒化シリコン膜８のエッチン
グ面上に、カラーフィルタ９を形成する。ここでは、顔
料系のネガ型カラーレジストを用いることとし、各画素
毎の受光部５の上方に３色のカラーフィルタ５のうちの
何れかのものをパターン形成する。この際、３回のフォ
トリソグラフィー工程を繰り返すことで、窒化シリコン
膜８上に、順次各色のカラーフィルタ９を形成する。Next, as shown in FIG. 1C, a color filter 9 is formed on the etched surface of the silicon nitride film 8 by photolithography. Here, a pigment-based negative type color resist is used, and one of the three color filters 5 is patterned above the light receiving unit 5 for each pixel. At this time, color filters 9 of each color are sequentially formed on the silicon nitride film 8 by repeating the photolithography process three times.
【００１４】カラーフィルタ９の色配列は、例えば図２
に示すような原色市松のカラーコーディングとし、グリ
ーンＧのカラーフィルタを市松パターンで配置し、レッ
ドＲ、ブルーＢの各カラーフィルタを線順次パターンで
配置するように、グリーンＧ、レッドＲ、ブルーＢの順
に各色のカラーフィルタ９を形成する。The color arrangement of the color filter 9 is, for example, as shown in FIG.
The green G, red R, and blue B colors are arranged such that the color filters of green G are arranged in a checkered pattern, and the color filters of red R and blue B are arranged in a line-sequential pattern. The color filters 9 of the respective colors are formed in this order.
【００１５】各色のカラーフィルタ９の形成には、例え
ば以下のようなレジスト材料（商品名）が用いられる。 グリーン：ＣＧ−６０３０Ｌ、 レッド ：ＣＲ−６２００Ｌ、 ブルー ：ＣＢ−６０３０Ｌ、共に富士フィルムオーリ
ン（株）製。For forming the color filters 9 of the respective colors, for example, the following resist materials (trade names) are used. Green: CG-6030L, Red: CR-6200L, Blue: CB-6030L, both manufactured by Fuji Film Ohlin Co., Ltd.
【００１６】これらのレジスト材料を用いたカラーフィ
ルタ９の形成は、例えば以下のようなリソグラフィー工
程によって行う。先ず、スピンコート法によって、窒化
シリコン膜８上にレジスト材料を塗布した後、プリベー
ク（例えば９０℃で１００秒）を行う。次に、露光光に
ｉ線（ｎｍ）を用いたステッパ露光を行った後、パドル
現像を行う。現像液には、例えば、富士フィルムオーリ
ン（株）製ＣＤ−２（商品名）を用いる。以上の工程
を、グリーンＧ、レッドＲ、ブルーＢの順に繰り返して
行った後、ポストベーク（例えば２２０℃で１０分）を
行ことで、窒化シリコン膜８上に３色のカラーフィルタ
９をパターン形成する。尚、レッドＲとブルーＢのカラ
ーフィルタ９は、最初のリソグラフィーでパターニング
されたグリーンＧのカラーフィルタ９上に端部を重ねる
状態でパターン形成する。The formation of the color filter 9 using these resist materials is performed, for example, by the following lithography process. First, a resist material is applied onto the silicon nitride film 8 by spin coating, and then prebaked (for example, at 90 ° C. for 100 seconds). Next, after performing stepper exposure using i-line (nm) as exposure light, paddle development is performed. As the developing solution, for example, CD-2 (trade name) manufactured by Fuji Film Orin Co., Ltd. is used. After repeating the above steps in the order of green G, red R, and blue B, post bake (for example, at 220 ° C. for 10 minutes) is performed to form three color filters 9 on the silicon nitride film 8. Form. The red R and blue B color filters 9 are formed in a pattern with their ends overlapping the green G color filters 9 patterned by the first lithography.
【００１７】下記表１に、このリソグラフィー工程にお
けるレジスト材料の塗布膜厚、露光の際の露光量、現像
の際の現像時間の一例を、各色毎に示す。Table 1 below shows, for each color, an example of a coating thickness of a resist material in this lithography step, an exposure amount at the time of exposure, and a development time at the time of development.
【表１】 [Table 1]
【００１８】その後、ここでの図示は省略したが、カラ
ーフィルタ９を覆う状態で平坦化絶縁膜を形成し、この
平坦化絶縁膜の表面を平坦化してその面上にレンズを形
成して固体撮像素子を完成させる。Thereafter, although not shown here, a flattening insulating film is formed so as to cover the color filter 9, the surface of the flattening insulating film is flattened, and a lens is formed on the flattening insulating film. Complete the imaging device.
【００１９】このような固体撮像素子の製造方法によれ
ば、窒化シリコン膜８の表面層をエッチング除去し、そ
のエッチング面にカラーフィルタ９を形成するようにし
たことで、水素雰囲気中での熱処理によって変質した窒
化シリコン膜８の表面層が除去されたベア面上にカラー
フィルタ９が設けられることになる。このため、窒化シ
リコン膜９の表面層の変質に影響されることなく、窒化
シリコン膜８とカラーフィルタ９との密着性を確保する
ことができる。また、窒化シリコン膜８を形成してから
カラーフィルタ９を形成するまでの工程間に、薬液洗浄
のような窒化シリコン膜８の表面層を変質させるような
処理を行った場合であっても、変質した窒化シリコン膜
８の表面層を除去した窒化シリコンベア面上にフィルタ
が形成されるため、窒化シリコン膜８とカラーフィルタ
９との密着性を確保することができる。この結果、カラ
ーフィルタ９の剥がれの発生を防止することができ、点
欠陥のような不良発生のない固体撮像素子を得ることが
できる。したがって、固体撮像素子の歩留りの向上を図
ることが可能になる。According to such a method of manufacturing a solid-state imaging device, the surface layer of the silicon nitride film 8 is removed by etching, and the color filter 9 is formed on the etched surface. The color filter 9 is provided on the bare surface from which the surface layer of the silicon nitride film 8 deteriorated by the above process is removed. Therefore, the adhesion between the silicon nitride film 8 and the color filter 9 can be ensured without being affected by the deterioration of the surface layer of the silicon nitride film 9. Also, even when a process such as chemical cleaning is performed to change the surface layer of the silicon nitride film 8 during the process from the formation of the silicon nitride film 8 to the formation of the color filter 9, Since the filter is formed on the silicon nitride bare surface from which the surface layer of the altered silicon nitride film 8 has been removed, the adhesion between the silicon nitride film 8 and the color filter 9 can be ensured. As a result, peeling of the color filter 9 can be prevented, and a solid-state imaging device free of defects such as point defects can be obtained. Therefore, it is possible to improve the yield of the solid-state imaging device.
【００２０】下記表２には、実施形態の製造方法で得ら
れた固体撮像素子（実施形態例）におけるカラーフィル
タ剥がれによる欠陥率を評価した結果を、従来の製造方
法で得られた固体撮像素子（比較例）の評価結果と共に
示す。ここで、比較例の固体撮像素子は、実施形態の製
造方法において、窒化シリコン膜のエッチングを行わず
にカラーフィルタを形成したものとする。尚、ここで
は、図３（１）に示すような５インチφのシリコン基板
１１に形成した、５３６チップの各固体撮像素子１２に
関して、各色毎のカラーフィルタ９の剥がれ発生を調査
した。図３（２）に示すように、各固体撮像素子１２
は、１／３インチ、３３万個の画素１３で構成された全
画素読み出し方式であり、単位画素サイズは５．６μｍ
×５．６μｍである。ここでは、１画素でも剥がれが発
生しているチップは、欠陥としてカウントした。ただ
し、欠陥の発生率は、各色毎の値であることとする。Table 2 below shows the results of evaluation of the defect rate due to peeling of the color filter in the solid-state imaging device (embodiment example) obtained by the manufacturing method of the embodiment, and the solid-state imaging device obtained by the conventional manufacturing method. The results are shown together with the evaluation results of Comparative Example. Here, in the solid-state imaging device of the comparative example, a color filter is formed without etching the silicon nitride film in the manufacturing method of the embodiment. Here, with respect to each solid-state imaging device 12 of 536 chips formed on the silicon substrate 11 of 5 inches φ as shown in FIG. As shown in FIG. 3B, each solid-state imaging device 12
Is a 1/3 inch, all pixel readout method composed of 330,000 pixels 13, and the unit pixel size is 5.6 μm.
× 5.6 μm. Here, a chip in which peeling has occurred even in one pixel is counted as a defect. However, the defect occurrence rate is a value for each color.
【表２】 [Table 2]
【００２１】表２からも明らかなように、実施形態の製
造方法によれば、従来の製造方法と比較して、カラーフ
ィルタ９の剥がれによる欠陥の発生率が小さく、実施形
態の製造方法によって固体撮像素子の歩留りの向上が図
られることが確認された。特に、グリーンＧのカラーフ
ィルタ９においては、窒化シリコン膜８との間の接触の
みで密着性を確保する必要があり、従来方法では剥がれ
による欠陥の発生率が８１．７％と高い。しかし、実施
形態の製造方法によれば、その欠陥の発生率を５．９％
にまで抑えられることからも、窒化シリコン膜８とカラ
ーフィルタ９との密着性が改善されていることが分か
る。尚、レッドＲ、ブルーＢのカラーフィルタ９におい
ては、窒化シリコン膜８との間の接触だけではなく、グ
リーンＧのカラーフィルタ９との間の接触によって密着
性が確保されるが、これらのカラーフィルタ９（レッド
Ｒ、ブルーＢ）においても、実施形態の製造方法によっ
て、窒化シリコン膜８とカラーフィルタ９との密着性が
改善され、剥がれによる欠陥の発生率を低下させること
ができた。As is clear from Table 2, according to the manufacturing method of the embodiment, the rate of occurrence of defects due to peeling of the color filter 9 is smaller than that of the conventional manufacturing method. It was confirmed that the yield of the imaging device could be improved. In particular, in the color filter 9 of green G, it is necessary to ensure adhesion only by contact with the silicon nitride film 8, and the conventional method has a high rate of occurrence of defects due to peeling of 81.7%. However, according to the manufacturing method of the embodiment, the defect occurrence rate is 5.9%.
, It can be seen that the adhesion between the silicon nitride film 8 and the color filter 9 is improved. In addition, in the red R and blue B color filters 9, not only the contact with the silicon nitride film 8 but also the contact with the green G color filter 9 ensures adhesion, but these color filters are not used. Also in the filter 9 (red R, blue B), the adhesiveness between the silicon nitride film 8 and the color filter 9 was improved by the manufacturing method of the embodiment, and the incidence of defects due to peeling was reduced.
【００２２】尚、実施形態においては、本発明を固体撮
像素子の製造方法に適用した場合を説明した。しかし、
本発明は、絶縁層上にカラーフィルタを設けてなる光学
素子に広く適用可能であり、カラーフィルタ形成前に絶
縁層の表面をエッチング除去する工程を行うことで同様
の効果を得ることができる。In the embodiment, the case where the present invention is applied to a method for manufacturing a solid-state imaging device has been described. But,
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to an optical element having a color filter provided on an insulating layer, and a similar effect can be obtained by performing a step of etching and removing the surface of the insulating layer before forming the color filter.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学素子
の製造方法によれば、絶縁層の表面層をエッチングした
後にカラーフィルタを形成することで、絶縁層表面の変
質に影響されることなく絶縁層のベア面に対してカラー
フィルタを設けるようにしたことで、カラーフィルタの
密着性を確保することが可能になり、カラーフィルタの
剥がれによる欠陥の発生を防止することが可能になる。As described above, according to the method for manufacturing an optical element of the present invention, by forming a color filter after etching a surface layer of an insulating layer, the surface of the insulating layer is affected by deterioration of the surface. Instead of providing the color filter on the bare surface of the insulating layer, it is possible to secure the adhesion of the color filter, and it is possible to prevent the occurrence of defects due to peeling of the color filter.
【図１】本発明を固体撮像素子の製造方法に適用した場
合の実施形態を説明するための断面工程図である。FIG. 1 is a sectional process diagram for describing an embodiment in which the present invention is applied to a method for manufacturing a solid-state imaging device.
【図２】カーフィルタにおけるカラーコーディングの一
例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of color coding in a car filter.
【図３】カラーフィルタの剥がれによる欠陥の発生率の
評価に用いたサンプルを説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a sample used for evaluating the incidence of defects due to peeling of a color filter.
８…窒化シリコン膜、９…カラーフィルタ 8 silicon nitride film 9 color filter
Claims (2)
光学素子の製造方法であって、 絶縁層の表面層をエッチングした後、当該絶縁層上にレ
ジスト材料からなるカラーフィルタを形成することを特
徴とする光学素子の製造方法。1. A method for manufacturing an optical element comprising a color filter provided on an insulating layer, the method comprising: after etching a surface layer of the insulating layer, forming a color filter made of a resist material on the insulating layer. Characteristic method for producing an optical element.
いて、 前記絶縁層は、プラズマＣＶＤ法によって形成された窒
化シリコン膜からなり、 前記カラーフィルタは、顔料系のレジスト材料からなる
ことを特徴とする光学素子の製造方法。2. The method for manufacturing an optical element according to claim 1, wherein the insulating layer is made of a silicon nitride film formed by a plasma CVD method, and the color filter is made of a pigment-based resist material. A method for manufacturing an optical element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11199815A JP2001028432A (en) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | Manufacture of optical element |
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| JP11199815A JP2001028432A (en) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | Manufacture of optical element |
Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008077038A (en) * | 2006-08-23 | 2008-04-03 | Fujifilm Corp | Method of manufacturing color filter |
| JP2008216970A (en) * | 2007-02-07 | 2008-09-18 | Fujifilm Corp | Manufacturing method of color filter |
-
1999
- 1999-07-14 JP JP11199815A patent/JP2001028432A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008077038A (en) * | 2006-08-23 | 2008-04-03 | Fujifilm Corp | Method of manufacturing color filter |
| JP2008216970A (en) * | 2007-02-07 | 2008-09-18 | Fujifilm Corp | Manufacturing method of color filter |
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