JP2006351786A - カラーフィルタの製造方法、固体撮像素子の製造方法およびこれを用いた固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度のパターン形成を可能にし、混色を防ぐとともに薄型化を実現することのできるカラーフィルタの製造方法を提供する。
【解決手段】基体表面に、第１の色のカラーフィルタと、前記第１の色とは異なる第２の色のカラーフィルタとを配列するカラーフィルタの製造方法であって、前記基体表面に、前記第１の色のカラーフィルタ材料を形成する工程と、前記第１の色のカラーフィルタ材料を、ドライエッチングによりパターニングして第１のカラーフィルタを形成する工程と、前記第１のカラーフィルタの形成された、前記基体表面に前記第２の色のカラーフィルタ材料を形成する工程と、前記第２の色のカラーフィルタ材料の形成された表面を平坦化する工程とを含み、前記第１のカラーフィルタと第２のカラーフィルタとを前記基体上に配列するようにし、カラーフィルタを感光基を含まない材料で構成することができ、薄型化が可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、カラーフィルタの製造方法、固体撮像素子の製造方法およびこれを用いた固体撮像素子にかかり、特に薄型で平坦なカラーフィルタの形成方法に関する。

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（例えば、下記特許文献１参照）。

カラーフィルタは次のようにして製造される。まず、平坦面上に例えば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、露光及び現像処理を行ってパターニングした後、熱処理又は紫外線照射を行って固着させることで、Ｂのカラーフィルタを形成する。次に、Ｂのカラーフィルタ及び平坦面上に、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、露光及び現像処理を行ってパターニングした後、熱処理又は紫外線照射を行って固着させることで、Ｇのカラーフィルタを形成する。最後に、Ｂ，Ｇのカラーフィルタ及び平坦面上に、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、露光及び現像処理を行ってパターニングした後、熱処理又は紫外線照射を行って固着させることで、Ｒのカラーフィルタを形成する。たとえば、図２２に従来例のカラーフィルタの構造を模式図で示すように感光基Ｐを含有しているため着色基Ｃ_Ｂ，Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｇの密度が小さく、また現像によるウェット処理によりパターニングされるため、着色基を含む残渣が付着していることがある。

この他平坦にカラーフィルタを形成するために種々の方法（特許文献２乃至５）が提案されているがいずれも感光性樹脂を用い、これに所望のパターン露光を行い、現像することによりカラーフィルタパターンを形成するものであった。

特開平６−２７３６１１号公報 特開平９−１７２１５３号公報 特開平９−１７２１５４号公報 ＵＳＰ５７７６６４１号明細書 特願２００５−１４０１６７ 特開２００４−１７７２６号公報

このように、従来、固体撮像素子におけるカラーフィルタ層としては、感光基を有する顔料分散レジストが用いられており、露光・現像により、各色のパターン形成を行っている。

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。このような状況の中で、チップサイズを大型化することなく高解像度を得るためには、単位画素あたりの面積を縮小し、高集積化を図る必要がある。さらにまた、固体撮像素子の作りこまれた基板（シリコン基板）は、フィルタ上にさらにレンズを積層して、実装される。このため、レンズと光電変換部との位置精度が重要となり、またその距離すなわち高さ方向の距離も、製造工程における位置精度を確保するという目的だけでなく、使用時における感度（光電変換効率）面でも重要な要素となる。

ところで、このような固体撮像素子においては、微細化により、カラーフィルタ材料をパターニングする際、前述した方法では、十分なパターニング精度を得ることができなくなってきている。このため、通常、先に形成される青色（Ｂ）のカラーフィルタのパターン上部に、このＢのカラーフィルタのパターンの隣に形成すべき緑色（Ｇ）や赤色（Ｒ）のカラーフィルタ材料のパターンの一部が重なってしまうことがある。この状態のままＧやＲのカラーフィルタ材料を形成すると、後から形成したＧやＲのカラーフィルタの一部が、隣接するＢのカラーフィルタの上部に残り、これが混色や、カラーフィルタの薄型化を阻害する要因となる。

また、各色のフィルタ層を形成するための着色レジストの現像工程はウェットプロセスであるため、パターンエッジを急峻に形成するのは困難であり、テーパ断面となりやすく、これも光の回り込みによる混色の原因となりやすい。また、現像後、表面を純水洗浄し、リンス工程を経て各色のフィルタ層のパターン形成がなされるが、このとき現像工程で除去された液中の着色レジストが再付着しやすいという問題もあった。

また、従来の着色レジストには感光基が２０％以上含まれているため、着色基の含有率を８０％以上とすることはできず、このため、フィルタ機能を発揮するための膜厚の薄型化には限界があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高精度のパターン形成を可能にし、混色を防ぐとともに薄型化を実現することのできるカラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。
また、薄型化をはかり、高度の微細化に際しても高感度で信頼性の高い固体撮像素子を提供することを目的とする。

本発明のカラーフィルタの製造方法は、基体表面に、第１の色のカラーフィルタと、前記第１の色とは異なる第２の色のカラーフィルタとを配列するカラーフィルタの製造方法であって、前記基体表面に、前記第１の色のカラーフィルタ材料を形成する工程と、前記第１の色のカラーフィルタ材料を、ドライエッチングによりパターニングして第１のカラーフィルタを形成する工程と、前記第１のカラーフィルタの形成された、前記基体表面に前記第２の色のカラーフィルタ材料を形成する工程と、前記第２の色のカラーフィルタ材料の形成された表面を平坦化する工程とを含み、前記第１のカラーフィルタと第２のカラーフィルタとを前記基体上に配列するようにしたことを特徴とする。

この方法により、ドライエッチングにより第１の色のカラーフィルタ材料をパターニングしているため、基体表面に残留部が形成されたり、残渣が付着したりすることもなく、急峻なパターンエッジを持つ高精度のパターンを形成することが可能となる。また、平坦化工程により、上層に第１の色のカラーフィルタ材料が付着している場合にも確実に除去され、残留を防止することができる。異なる色のカラーフィルタ同士の段差を減らすことができ、混色の防止や薄型化が可能となる。

また、本発明のカラーフィルタの製造方法は、上記方法において、前記第１のカラーフィルタを形成する工程が、前記第１の色のカラーフィルタ材料の形成された前記基体表面にフォトリソグラフィにより感光性レジストパターンを形成する工程と、前記感光性レジストパターンをマスクとして異方性エッチングにより前記第１の色のカラーフィルタ材料をパターニングする工程とを含む。

この方法により、フォトリソグラフィにより形成したレジストパターンをマスクとして第１の色のカラーフィルタ材料をパターニングするため、高精度でかつパターンエッジの急峻なパターニングを行うことが可能となる。

また、本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記第１のカラーフィルタ材料が、感光基の含有率が２０％以下であるものを含む。

この方法により、フィルタとしての使用時に不要な感光基の含有率が低減されるため、着色基の含有率をあげることができ、全体としての膜厚を低減することができ、微細化に際しても光量の損失を低減し、高感度の素子を形成することが可能となる。

また、本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記第１のカラーフィルタ材料が、顔料の含有率が８０％以上であるものを含む。

この方法により、着色基の含有率をあげることができるため、全体としての膜厚を低減することができ、微細化に際しても光量の損失を低減し、高感度の素子を形成することが可能となる。

また、本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記第１のカラーフィルタ材料が、感光基の含有率が０であるものを含む。

この方法により、さらなる光量損失の低減をはかるとともに薄型化をはかることができる。

また、本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記平坦化する工程が、前記第２のカラーフィルタ材料を硬化した後、前記第１の色のカラーフィルタ材料を研磨停止層としてＣＭＰ（化学的機械研磨）処理を行う工程であるものを含む。

この方法により、異なる色のカラーフィルタ同士の段差を減らすことができ、混色の防止や薄型化が可能となる。

また、本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記平坦化する工程が、レジストエッチバック工程であるものを含む。

この方法により、異なる色のカラーフィルタ同士の段差を減らすことができ、混色の防止や薄型化が可能となる。

また、本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記平坦化する工程後、さらに前記第２のカラーフィルタ材料をドライエッチングによりパターニングする工程と、さらにこの上層に、第３の色のカラーフィルタ材料を形成する工程と、前記第３の色のカラーフィルタ材料の形成された表面を平坦化する工程とを含み、前記第１乃至第３のカラーフィルタを前記基体上に配列するものを含む。

この方法により、異なる色のカラーフィルタ同士の段差を減らすことができ、混色の防止や薄型化が可能となる。

また、本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記第１の色が、青色であり、前記第２の色が、赤色と緑色を含む。

この方法により、異なる色のカラーフィルタ同士の段差を減らすことができ、混色の防止や薄型化が可能となる。

また、本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記第１の色が、青色であり、前記第２の色が、赤色であり、前記第３の色が、緑色であるものを含む。

また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを具備し、少なくとも光電変換部の上層にカラーフィルタを形成してなる固体撮像素子の製造方法において、前記カラーフィルタの形成工程が、前記基体表面に、前記第１の色のカラーフィルタ材料を形成する工程と、前記第１の色のカラーフィルタ材料を、ドライエッチングによりパターニングして、第１のカラーフィルタを形成する工程と、前記第１のカラーフィルタの形成された、前記基体表面に前記第２の色のカラーフィルタ材料を形成する工程と、前記第２の色のカラーフィルタ材料の形成された表面を平坦化する工程とを含み、前記光電変換部に対応して前記第１のカラーフィルタと第２のカラーフィルタとを配列する工程を含む。

また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記カラーフィルタの形成工程に先立ち、光電変換部と電荷転送部および周辺回路部の形成された基体表面に、平坦化膜を形成する工程を含む。

この構成により、下地が平坦であるため、膜厚のばらつきのないカラーフィルタを形成することが可能となる。

また、本発明の固体撮像素子は、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを具備し、少なくとも光電変換部の上層にカラーフィルタを形成してなる固体撮像素子であって、前記光電変換部に対向するように、第１の色の第１のカラーフィルタと、前記第１の色とは異なる第２の色の第２のカラーフィルタとが配列され、少なくとも前記第１の色のカラーフィルタを構成する第１の色のカラーフィルタ材料は 感光基の含有率が２０％以下であることを特徴とする。

この構成により、光電変換部に到達する光量の損失を低減し、高感度化をはかることができる。

また、本発明の固体撮像素子は、前記第１のカラーフィルタ材料は、顔料の含有率が８０％以上である。

この構成により、カラーフィルタの膜厚を低減することができ、光電変換部に到達する光量の損失を低減し、高感度化をはかることができる。

また、本発明の固体撮像素子は、前記第１のカラーフィルタ材料は、感光基の含有率が０である。

また、本発明の固体撮像素子は、前記カラーフィルタ上に直接マイクロレンズを配設してなるものを含む。

この構成により、さらなる薄型化が可能となる。

本発明によれば、各色のカラーフィルタの各色間の段差解消による混色の抑制を図ることができる。
また各色のカラーフィルタのパターンエッジを垂直（急峻）にすることができ、パターン精度の向上をはかることができ、混色の抑制をはかることができる。
さらにまたカラーフィルタ層の薄膜化による感度の向上を図ることができる。
加えてカラーフィルタの顔料付着に伴う、しみ、むらの改善をはかることができる。
また、カラーフィルタの混色を防ぐとともに薄型化を実現することができ、薄型で微細な高感度の固体撮像素子を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施の形態で説明するカラーフィルタは、例えば固体撮像素子に用いられるものである。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１を説明するための固体撮像素子の断面図、図２は平面模式図である。図１は、図２のＡ−Ａ線断面模式図である。
この固体撮像素子は、図１に示すように、フォトダイオード３０の上方には、カラーフィルタ５０が感光基の含有率が０である樹脂材料で構成され、各フォトダイオード３０に対向するように、フォトリソグラフィを経てドライエッチングでパターニングされた高精度のパターンが配列されている。このカラーフィルタは、各フォトダイオード３０それぞれに対応するように赤色のカラーフィルタ５０Ｒ（図示せず）と、緑色のカラーフィルタ５０Ｇと、青色のカラーフィルタ５０Ｂとが、フィルタ下平坦化膜７４上で各パターンエッジが垂直となるように形成され、かつ表面が平坦面を構成したことを特徴とするものである。図２では、各フォトダイオード３０に対し、その上方に形成される各色カラーフィルタを示す符号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を付した。図３にこれらのカラーフィルタを構成する材料の組成とともに模式的に示す。このカラーフィルタ材料は、図２２に示した従来例の材料のように感光基Ｐを含有しないため着色基Ｃ_Ｂ，Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｇが高密度に形成されており、パターンエッジも垂直となっている。これに対し、従来例のカラーフィルタ材料は、図２２に示したように感光基Ｐを含有しているため着色基Ｃ_Ｂ，Ｃ_Ｒ，Ｃ_Ｇの密度が小さく、また現像によるウェット処理によりパターニングされるため、着色基を含む残渣が付着していることがある。

他は通例の構造をなすものであるが、ｎ型のシリコン基板１表面部に光電変換部であるフォトダイオード３０が配列形成され、各フォトダイオード３０で発生した信号電荷を列方向（図２中のＹ方向）に転送するための電荷転送部４０が、列方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード列の間を蛇行して形成される。そして、奇数列のフォトダイオード列が、偶数列のフォトダイオード列に対して、列方向に配列されるフォトダイオード３０の配列ピッチの略１／２列方向にずれるように形成されている。

電荷転送部４０は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板１表面部の列方向に形成された複数本の電荷転送チャネル３３と、電荷転送チャネル３３の上層に形成された電荷転送電極３（第１層電極３ａ、第２層電極３ｂ）と、フォトダイオード３０で発生した電荷を電荷転送チャネル３３に読み出すための電荷読み出し領域３４とを含む。電荷転送電極３は、行方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向（図２中のＸ方向）に延在する蛇行形状となっている。ここで電荷転送電極３は第１層電極上に電極間絶縁膜を介して第２層電極を形成しＣＭＰにより平坦化して単層電極構造としたものであるが、単層電極構造に限らず、第１層電極の一部を第２層電極が覆うように形成した二層電極構造であっても良い。

図１に示すように、シリコン基板１の表面にはｐウェル層１Ｐが形成され、ｐウェル層１Ｐ内に、ｐｎ接合を形成するｎ領域３０ｂが形成されると共に表面にｐ領域３０ａが形成され、フォトダイオード３０を構成しており、このフォトダイオード３０で発生した信号電荷は、ｎ領域３０ｂに蓄積される。

そしてこのフォトダイオード３０の右方には、少し離間してｎ領域からなる電荷転送チャネル３３が形成される。ｎ領域３０ｂと電荷転送チャネル３３の間のｐウェル層１Ｐに電荷読み出し領域３４が形成される。

シリコン基板１表面にはゲート酸化膜２が形成され、電荷読み出し領域３４と電荷転送チャネル３３の上には、ゲート酸化膜２を介して、第１の電極３ａと第２の電極３ｂが形成される。第１の電極３ａと第２の電極３ｂの間は電極間絶縁膜５が形成されている。垂直転送チャネル３３の右側にはｐ^＋領域からなるチャネルストップ３２が設けられ、隣接するフォトダイオード３０との分離がなされている。

電荷転送電極３の上層には酸化シリコン膜などの絶縁膜６、反射防止層７が形成され、更にその上に中間層７０が形成される。中間層７０のうち、７１は遮光膜、７２はＢＰＳＧ（borophospho silicate glass）からなる絶縁膜、７３はＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）、７４は透明樹脂等からなるフィルタ下平坦化膜である。遮光膜７１は、フォトダイオード３０の開口部分を除いて設けられる。中間層７０上方には、カラーフィルタとマイクロレンズ６０が設けられる。カラーフィルタとマイクロレンズ６０との間には、絶縁性の透明樹脂等からなるフィルタ上平坦化膜６１が形成される。

本実施の形態の固体撮像素子は、フォトダイオード３０で発生した信号電荷がｎ領域３０ｂに蓄積され、ここに蓄積された信号電荷が、電荷転送チャネル３３によって列方向に転送され、転送された信号電荷が図示しない水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）によって行方向に転送され、転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力されるように構成されている。すなわちシリコン基板１上に、光電変換部、電荷転送部、ＨＣＣＤ、及びアンプを含む領域である固体撮像素子部と、固体撮像素子の周辺回路（ＰＡＤ部等）が形成される領域である周辺回路部とが形成されて固体撮像素子を構成している。

次に上述した固体撮像素子の製造工程を説明する。
まず、カラーフィルタ形成前までの製造工程について説明する。
ｎ型のシリコン基板１表面に、不純物を導入し、ｐウェル層１Ｐ、電荷転送チャネル３３、電荷読み出し領域３４、チャネルストップ層３２などを形成した後、ゲート酸化膜２を成膜する。続いて、このゲート酸化膜２上に、第１層電極３ａを構成する第１導電性膜を成膜し、パターニングを行って第１層電極３ａ及び周辺回路の配線を形成する。次に、第１層電極３ａの周囲に酸化シリコン膜からなる絶縁膜５を成膜し、その上に第２層電極３ｂを構成する第２導電性膜を成膜する。次に、ＣＭＰにより第２導電性膜３ｂの平坦化を行い、パターニングし、第２層電極３ｂを形成する。次に、これら電荷転送電極３を覆うように絶縁膜６を成膜した後、フォトダイオード領域のｎ領域３０ｂおよびｐ領域３０ａを形成するとともに、フォトダイオード領域の受光領域に開口するように遮光膜７１を形成する。次に、絶縁膜７２を成膜し、これを高温リフローにより平坦化を行う。

次に、この絶縁膜７２の周辺回路上部にコンタクトホールを形成した後、金属材料を成膜し、パターニングしてボンディングパッド（図示せず）を形成する。そして、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜７３を成膜し、ボンディングパッド上のパッシベーション膜を選択的にエッチング除去して開口を形成し、ボンディングパッドを露出させる。この後、Ｈ_２を含む不活性ガス雰囲気内でシンタリングを行った後、スピンコート又はスキャンコート法により、膜厚０．５〜２．０μｍの平坦化膜を成膜する。ここでは他の平坦化膜との混同を避けるために、この平坦化膜をフィルタ下平坦化膜７４と指称する。ここまでの製造工程は、通例の方法である。このフィルタ下平坦化膜７４としては、可視光に対して透明なレジスト材料（例えば、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製Ｃシリーズ）を用いる（特許文献６参照）。

次に、カラーフィルタの製造工程について図４乃至図１５を参照して詳細に説明する。
これらは、本実施の形態のカラーフィルタの各製造工程を示す図であり、各図において（ａ）は断面図、(ｂ）は平面図であり、（ａ）は(ｂ）のａ−ａ断面図である。平面図では、固体撮像素子を図２の状態からＸ方向に対して４５度回転させた状態で図示している。又、各図（ｂ）において、赤色のカラーフィルタ５０Ｒには“Ｒ”、緑色のカラーフィルタ５０Ｇには“Ｇ”、青色のカラーフィルタ５０Ｂには“Ｂ”の文字を付した。本実施の形態では、平坦化のためのＣＭＰ処理を行うが、レジストを研磨停止層として用いるため、ＲＧＢの各カラーフィルタ材料として、ＣＭＰ処理においてレジストに対する研磨レートが２：１程度となるような材料を用いる。尚、本実施の形態における“Ｂ”は、第１の色に該当し、“Ｒ”と“Ｇ”は、第２の色および第３の色に該当するものとする。各平面図においてパッシベーション膜７３よりも下層は省略するものとする。

まず、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、パッシベーション膜７３上に、フィルタ下平坦化膜７４を形成した後、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、ＲＧＢ各カラーフィルタ材料のうち、ＣＭＰによる研磨レートが最も遅いＢのカラーフィルタ材料を膜厚０．５〜２．０μｍとなるように塗布する。このカラーフィルタ材料は感光基を含有しないものとする。

この後、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、青色のカラーフィルタパターンを形成するためのレジストパターンＲ１をフォトリソグラフィにより形成する。ここで平面図である図６（ｂ）では、青色のカラーフィルタとなる領域上をレジストパターンＲ１が覆い、他は青色のカラーフィルタ材料５０Ｂ（Ｂ）が露呈した状態となっている。

この後、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、このレジストパターンＲ１をマスクとして異方性ドライエッチングである反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、青色のカラーフィルタ材料のパターンを形成する。ここで平面図である図７（ｂ）では、青色のカラーフィルタとなる領域上をレジストパターンＲ１が覆い、他は下地のフィルタ下平坦化層７４が露呈した状態となっている。

そして、レジストパターンＲ１をアッシングし、青色のカラーフィルタ５０Ｂを形成する（図８（ａ）および（ｂ））。ここで平面図である図８（ｂ）では、青色のカラーフィルタＢのパターンが形成され、他は下地のフィルタ下平坦化層７４が露呈した状態となっている。

次に、赤色のカラーフィルタ材料Ｒを膜厚０．５〜２．０μｍとなるように塗布する。このカラーフィルタ材料は感光基を含有しないものとする（図９（ａ）および（ｂ））。ここで平面図である図９（ｂ）では、青色のカラーフィルタＢのパターン上を赤色のカラーフィルタ材料が覆っており、表面全体が赤色のカラーフィルタ層Ｒとなっている。

そして青色カラーフィルタ５０Ｂのパターンを研磨停止層としてＣＭＰを行い、赤色のカラーフィルタ材料を平坦化する。Ｒのカラーフィルタ材料は、Ｂのカラーフィルタ５０Ｂの間にぴったりと収まるように形成される。この工程では、赤色のカラーフィルタ５０Ｒを形成する（図１０（ａ）、（ｂ））。

この後、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、赤色のカラーフィルタパターンを形成するためのレジストパターンＲ２をフォトリソグラフィにより形成する。ここで平面図である図１１（ｂ）では、青色および赤色のカラーフィルタとなる領域上をレジストパターンＲ２が覆い、他は赤色のカラーフィルタ材料５０Ｒ（Ｒ）が露呈した状態となっている。

この後、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、このレジストパターンＲ２をマスクとして異方性ドライエッチングである反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、赤色のカラーフィルタ材料のパターンを形成する。言い換えるとここでは緑色のカラーフィルタを形成すべき領域の下地のフィルタ下平坦化膜７４を露呈せしめる工程である。ここで平面図である図１２（ｂ）では、赤色および青色のカラーフィルタとなる領域上をレジストパターンＲ２が覆い、他は下地のフィルタ下平坦化層７４が露呈した状態となっている。

そして、レジストパターンＲ２をアッシングし、赤色のカラーフィルタ５０Ｒを形成する（図１３（ａ）および（ｂ））。ここで平面図である図１３（ｂ）では、赤色および青色のカラーフィルタＲ，Ｂのパターンが形成され、緑のカラーフィルタを形成する領域で下地のフィルタ下平坦化層７４が露呈した状態となっている。

次に、緑色のカラーフィルタ材料Ｇを膜厚０．５〜２．０μｍとなるように塗布する。このカラーフィルタ材料は感光基を含有しないものとする（図１４（ａ）および（ｂ））。ここで平面図である図１４（ｂ）では、赤色おおよび青色のカラーフィルタＲ，Ｂのパターン上を緑色のカラーフィルタ材料が覆っており、表面全体が緑色のカラーフィルタ層Ｇとなっている。

そして青色カラーフィルタ５０Ｂのパターンを研磨停止層としてＣＭＰを行い、緑色のカラーフィルタ材料を平坦化し、緑色のカラーフィルタ５０Ｇを形成する（図１５（ａ）、（ｂ））。緑のカラーフィルタ材料Ｇは、青色のカラーフィルタ５０Ｂの赤色のカラーフィルタ５０Ｒの間にぴったりと収まるように形成される。

このＣＭＰ処理により、各色のカラーフィルタの表面が平坦であり、残渣もなく高精度のカラーフィルタパターンの形成が可能となる。

そして、このカラーフィルタの上に、可視光に対して透明なレジスト材料（例えば富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製Ｃシリーズ）を０．５〜２．０μｍの膜厚となるように塗布し、平坦化膜６１を形成する。その後、この平坦化膜６１の上に、マイクロレンズ６０をエッチング法又はメルト法等によって形成することで、図１に示すような固体撮像素子が形成される。

このように、本実施の形態の製造方法によれば、フォトリソグラフィにより形成したレジストパターンをマスクとしてＲＩＥによりドライエッチングするため、感光基を用いることなく着色基などフィルタ成分として必要な材料のみで構成することができ、高精度のパターン形成が可能である上、又、カラーフィルタの平坦化膜７４表面からの高さを従来よりも低くすることができるため、固体撮像素子の薄型化が可能となる。この結果、斜め入射光に対するマージンが広がり、高感度の固体撮像素子を製造することが可能となる。また、混色の発生を防ぐことができる。

又、カラーフィルタ材料として、顔料分散型のカラーフィルタ材料を用いた場合には、カラーフィルタ材料のパターンを形成後、水洗時に残渣が発生し、これが他の色のカラーフィルタ上に付着して、光学特性、特に画質を劣化させる要因となってしまうが、本実施の形態によれば、ＣＭＰ処理によって上記残渣も除去することができるため、画質劣化を防ぐことができる。

又、本実施の形態の製造方法によれば、Ｂのカラーフィルタ５０Ｂに重なったＲのカラーフィルタ５０Ｒの一部及びＧのカラーフィルタ５０Ｇの一部を、ＣＭＰ処理によって最終的に除去するため、Ｒのカラーフィルタ材料とＧのカラーフィルタ材料のパターニング精度をそれほど高精度にしておく必要がない。したがって、製造コストを低く抑えることが可能となる。

又、本実施の形態の方法で得られたカラーフィルタは、隣接するカラーフィルタ同士の境界が急峻な垂直断面を持ち、かつその表面はほぼ平坦化されているため、上述した平坦化膜６１を形成せずに、カラーフィルタ表面にマイクロレンズ６０を直接形成することも可能である。この構成によれば、固体撮像素子を更に薄くすることができると共に、製造工程を１工程減らすことができ、高感度の固体撮像素子を低コストで製造することが可能となる。

又、本実施の形態では、Ｂのカラーフィルタ５０ＢをストッパとしてＣＭＰ処理を行っているが、ストッパを用いないでＣＭＰ処理を行うことも可能である。この場合は、処理時間を調整して、Ｂのカラーフィルタ５０Ｂの平坦化膜７４表面からの高さよりも高い位置にあるＲのカラーフィルタ５０Ｒ及びＧのカラーフィルタ５０Ｇの厚さが５０ｎｍ以下になるようにＣＭＰ処理を行えば良い。この５０ｎｍは段差として許容しうる範囲の値である。又、この場合、カラーフィルタの形成順序は上述したものに限定されることなく適宜変更可能である。

又、本実施の形態では、Ｒのカラーフィルタ５０ＲとＧのカラーフィルタ５０Ｇを形成後にそれぞれＣＭＰ処理を行っているが、これに限らない。例えば、Ｒのカラーフィルタ５０Ｒを形成してからＣＭＰ処理を行って、Ｂのカラーフィルタ５０Ｂの平坦化膜７４表面からの高さよりも高い位置にあるＲのカラーフィルタ５０Ｒの除去を行い、その後、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇを形成してからＣＭＰ処理を行って、Ｂのカラーフィルタ５０Ｂの平坦化膜７４表面からの高さよりも高い位置にあるＧのカラーフィルタ５０Ｇの除去を行うようにしても良い。

又、本実施の形態では、青色のカラーフィルタ５０Ｂを研磨停止層としたが、青色に限定されるものではない。例えば、Ｒのカラーフィルタ材料の研磨レートをＲＧＢのカラーフィルタ材料の中で最も遅くすることができるのであれば、Ｒのカラーフィルタ５０Ｒを先に形成してこれを研磨停止層としても良いし、Ｇのカラーフィルタ材料の研磨レートをＲＧＢのカラーフィルタ材料の中で最も遅くできるのであれば、Ｇのカラーフィルタ５０Ｇを先に形成してこれを研磨停止層としても良い。

又、本実施の形態では、フォトダイオードがハニカム状に配設された構成の固体撮像素子について説明したが、これに限定されることなく、複数のフォトダイオードが正方格子状に配設された構成の固体撮像素子にも本発明を適用可能である。

又、本実施の形態では、ＲＧＢの原色系のカラーフィルタを例にしたが、シアン、マゼンタ、イエローの補色系のカラーフィルタであっても本発明を適用可能である。

（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を説明する。
前記実施の形態１では、各色のカラーフィルタの形成に際し、レジストパターンを除去したのち、次の色のカラーフィルタ材料を塗布するようにしたが、本実施の形態では、レジストパターンを除去することなくそのまま、次の色のカラーフィルタ材料を塗布し、ＣＭＰ工程により平坦化する際にレジストパターンを除去するようにしてもよい。
この工程を図１６乃至図２１に示す。
図４乃至図６に示したようにＲＩＥにより第１の色のカラーフィルタ材料をパターニングする工程までは同様であり、実施の形態１では、レジストパターンＲ１を除去した後に、第２の色のカラーフィルタ材料を塗布形成したが、本実施の形態では図１６乃至図２１に示すように、レジストパターンＲ１を除去することなく青色のカラーフィルタ材料のパターンの上層に、第２の色である赤色のカラーフィルタ材料５０Ｒを塗布形成する（図１６（ａ）、（ｂ））。ここで平面図である図１6（ｂ）では、レジストパターンＲ１で覆われた青色のカラーフィルタＢのパターン上を赤色のカラーフィルタ材料が覆っており、表面全体が赤色のカラーフィルタ層Ｒとなっている。ＣＭＰによりレジストパターンＲ１の除去と同時にカラーフィルタ材料５０Ｒをエッチバックし、平坦化する（図１７（ａ）、（ｂ））。

この後、図１８（ａ）および（ｂ）に示すように、赤色のカラーフィルタパターンを形成するためのレジストパターンＲ２をフォトリソグラフィにより形成する。ここで平面図である図１８（ｂ）では、青色および赤色のカラーフィルタとなる領域上をレジストパターンＲ２が覆い、他は赤色のカラーフィルタ材料５０Ｒ（Ｒ）が露呈した状態となっている。

この後、図１９（ａ）および（ｂ）に示すように、このレジストパターンＲ２をマスクとして異方性ドライエッチングである反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、赤色のカラーフィルタ材料のパターンを形成する。ここでもつまりは緑色のカラーフィルタを形成すべき領域の下地のフィルタ下平坦化膜７４を露呈せしめる工程である。ここで平面図である図１９（ｂ）では、赤色および青色のカラーフィルタとなる領域上をレジストパターンＲ２が覆い、他は下地のフィルタ下平坦化層７４が露呈した状態となっている。

そして、レジストパターンＲ２をアッシングすることなく、赤色のカラーフィルタ材料のパターンの上層に、第３の色である緑色のカラーフィルタ材料５０Ｇを塗布形成する（図２０（ａ）、（ｂ））。ここで平面図である図２０（ｂ）では、レジストパターンＲ２で覆われた青色および赤色のカラーフィルタ５０Ｂ、５０Ｒのパターン上を、緑色のカラーフィルタ材料が覆っており、表面全体が緑色のカラーフィルタ層５０Ｇとなっている。ＣＭＰによりレジストパターンＲ２の除去と同時にカラーフィルタ材料５０Ｇをエッチバックし、平坦化することにより緑色のカラーフィルタ材料のパターンを形成する（図２１（ａ）、（ｂ））。

このＣＭＰ処理により、各色のカラーフィルタの表面が平坦であり、残渣もなく高精度のカラーフィルタパターンの形成が可能となる。

このようにして実施の形態１と同様に、青赤緑に高精度に区分されたカラーフィルタが形成される。

このように、本実施の形態の製造方法によれば、実施の形態１の方法による効果に加えて、レジストパターンをアッシングする工程が不要であり、工数の低減をはかることができる。

この構成によれば、平坦でかつ薄型のカラーフィルタ層を形成することができることから、より薄型化が可能であり、携帯などの電子機器における固体撮像素子として有用である。

本発明の実施の形態１の固体撮像素子の断面概要図 図１の平面模式図 本実施の形態１のカラーフィルタの材料組成を示す模式図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態２のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態２のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態２のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態２のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態２のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 本実施の形態２のカラーフィルタの製造工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図 従来例のカラーフィルタの材料組成を示す模式図

符号の説明

１ ｎ型シリコン基板
２ ゲート酸化膜
３ａ 第１の電極
３ｂ 第２の電極
５ 電極間絶縁膜
６ 絶縁膜
７ 反射防止層
６０ マイクロレンズ
６１ 平坦化膜
７１ 遮光膜
７２ 絶縁（ＢＰＳＧ）膜
７３ パッシベーション膜
７４ 平坦化膜
５０Ｂ，５０Ｒ，５０Ｇ カラーフィルタ

Claims (16)

1. 基体表面に、第１の色のカラーフィルタを構成する第１のカラーフィルタと、前記第１の色とは異なる第２の色のカラーフィルタを構成する第２のカラーフィルタとを配列してなるカラーフィルタの製造方法であって、
   前記基体表面に、前記第１の色のカラーフィルタ材料を形成する工程と、
   前記第１の色のカラーフィルタ材料を、ドライエッチングによりパターニングして第１のカラーフィルタを形成する工程と、
   前記第１のカラーフィルタの形成された、前記基体表面に前記第２の色のカラーフィルタ材料を形成する工程と、
   前記第２の色のカラーフィルタ材料の形成された表面を平坦化する工程とを含み、前記第１のカラーフィルタと第２のカラーフィルタとを前記基体上に配列するカラーフィルタの製造方法。
2. 請求項１記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記第１のカラーフィルタを形成する工程は、前記第１の色のカラーフィルタ材料の形成された前記基体表面にフォトリソグラフィにより感光性レジストパターンを形成する工程と、
   前記感光性レジストパターンをマスクとして異方性エッチングにより前記第１の色のカラーフィルタ材料をパターニングする工程とを含むカラーフィルタの製造方法。
3. 請求項２記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記第１のカラーフィルタ材料は、感光基の含有率が２０％以下であるカラーフィルタの製造方法。
4. 請求項２記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記第１のカラーフィルタ材料は、顔料の含有率が８０％以上であるカラーフィルタの製造方法。
5. 請求項２記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記第１のカラーフィルタ材料は、感光基の含有率が０であるカラーフィルタの製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記平坦化する工程は、前記第２のカラーフィルタ材料を硬化した後、前記第１の色のカラーフィルタ材料を研磨停止層としてＣＭＰ（化学的機械研磨）処理を行う工程であるカラーフィルタの製造方法。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記平坦化する工程は、レジストエッチバック工程であるカラーフィルタの製造方法。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記平坦化する工程後、さらに前記第２のカラーフィルタ材料をドライエッチングによりパターニングする工程と、
   さらにこの上層に、第３の色のカラーフィルタ材料を形成する工程と、
   前記第３の色のカラーフィルタ材料の形成された表面を平坦化する工程とを含み、前記第１乃至第３のカラーフィルタを前記基体上に配列するカラーフィルタの製造方法。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記第１の色が、青色であり、
   前記第２の色が、赤色と緑色を含むカラーフィルタの製造方法。
10. 請求項８に記載のカラーフィルタの製造方法であって、
    前記第１の色が、青色であり、
    前記第２の色が、赤色であり、
    前記第３の色が、緑色であるカラーフィルタの製造方法。
11. 光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを具備し、少なくとも光電変換部の上層にカラーフィルタを形成してなる固体撮像素子の製造方法において、
    前記カラーフィルタの形成工程が、
    前記基体表面に、前記第１の色のカラーフィルタ材料を形成する工程と、
    前記第１の色のカラーフィルタ材料を、ドライエッチングによりパターニングして、第１のカラーフィルタを形成する工程と、
    前記第１のカラーフィルタの形成された、前記基体表面に前記第２の色のカラーフィルタ材料を形成する工程と、
    前記第２の色のカラーフィルタ材料の形成された表面を平坦化して第２のカラーフィルタを形成する工程とを含み、
    前記光電変換部に対応して前記第１のカラーフィルタと第２のカラーフィルタとを配列する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
12. 請求項１１記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記カラーフィルタの形成工程に先立ち、光電変換部と電荷転送部および周辺回路部の形成された基体表面に、平坦化膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
13. 光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを具備し、少なくとも光電変換部の上層にカラーフィルタを形成してなる固体撮像素子であって、
    前記光電変換部に対向するように、第１の色の第１のカラーフィルタと、前記第１の色とは異なる第２の色の第２のカラーフィルタとが配列され、
    少なくとも前記第１の色のカラーフィルタを構成する第１の色のカラーフィルタ材料は、感光基の含有率が２０％以下である固体撮像素子。
14. 請求項１３記載の固体撮像素子であって、
    前記第１のカラーフィルタ材料は、顔料の含有率が８０％以上である固体撮像素子。
15. 請求項１３記載の固体撮像素子であって、
    前記第１のカラーフィルタ材料は、感光基の含有率が０である固体撮像素子。
16. 請求項１２乃至１５のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
    前記カラーフィルタ上に直接マイクロレンズを配設してなる固体撮像素子。

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