JP2007199386A - カラーフィルタ、その製造方法、これを用いた固体撮像素子、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】経時的変化を抑制すると共に高精度のパターン形成を可能にし、混色を防ぎかつ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】酸化シリコン層などの無機材料を主とするカラーフィルタ母材層に、イオン注入により金属イオンを注入し、カラーフィルタを形成するようにしたことを特徴とするもので、基本的には母材層のパターニングは不要であり、各領域に選択的に所望の色の発色を行うような金属イオンを注入している。
【選択図】図８

Description

本発明は、カラーフィルタ、その製造方法、これを用いた固体撮像素子、およびその製造方法にかかり、特に高感度で経時変化に強いカラーフィルタに関する。

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。

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）。

そのひとつに例えば、光電変換部を構成するフォトダイオード部の直上位置の平坦化層の上層に平坦化膜(透光性膜２２)、カラーフィルタ、平坦化膜、オンチップレンズとを順次形成した構造が提案されている（電荷転送部、フォトダイオード部などの詳細については実施の形態で後述する）。

このような構造の固体撮像素子において、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。

特開平６−２７３６１１号公報

ところで、このような固体撮像素子においては、カラーフィルタの形成に、着色レジストを用いているが、これは着色のために顔料を用いており、顔料を用いた場合、顔料成分の粒による感度減少が懸念され、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。
一方染料を用いた着色レジストでは染料の経時変化により、退色し、フィルタリング性能の低下や感度劣化の原因となる。

またこのようにカラーフィルタの材料に有機系材料であるレジストを使用することにより、パッド開口部への有機物の残留に起因するコンタクト不良の発生を免れ得ないことがあった。
さらにまた、レジストなどの有機膜を用いたカラーフィルタの上層では有機物除去が困難であり、レンズの形成工程などにおいて、レジスト除去に際し、カラーフィルタが劣化してしまうという問題があり、ＣＦ_４プラズマなどを用いたアッシングを適用することができないという問題もあった。ここでもパッド開口部へのレジストの残留によるコンタクト不良の発生を免れ得ない。

また、十分なパターン精度を得ることができなくなる結果、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、この青色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。この状態のまま緑色Ｇや赤色Ｒのカラーフィルタ材料を形成すると、後から形成した緑色Ｇや赤色Ｒのカラーフィルタの一部が、隣接する青色Ｂのカラーフィルタの上部に残留し、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、各色のカラー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カラー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。

さらにまた、カラーフィルタの上層にレンズ層が形成されるが、レンズによる集光効率を高めるために、高度のパターン精度が必要とされる。このため、カラーフィルタ層の上層は平坦度が要求されていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、経時的変化を抑制すると共に高精度のパターン形成を可能にし、混色を防ぎかつ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。

本発明は、酸化シリコン層などの無機材料を主とするカラーフィルタ母材層に、イオン注入により金属イオンを注入し、カラーフィルタを形成するようにしたことを特徴とするもので、基本的には母材層のパターニングは不要であり、各領域に選択的に所望の色の発色を行うような金属イオンを注入している。

すなわち、本発明は、カラーフィルタ母材層を形成する工程と、前記カラーフィルタ母材層内に金属イオンを注入して着色する工程とを含むことを特徴とする。
この構成により、少なくとも素子部上では、カラーフィルタ母材層自体をエッチングするなど、パターニングする必要がなく、イオン注入領域のみレジストパターンに開口を形成することにより形成可能である。従ってイオン注入のマスク精度のみで精度が決まることになり、高精度の色分離が可能となる。また、複数回にわたるパターニングをすることもなく、母材層自体は単層で形成できるため、平坦性の高いカラーフィルタ層を得ることができる。また、レジストを剥離する際にも、無機材料を主成分とするカラーフィルタ母材層を用いているため、アッシングにより、剥離可能であり、有機物の残渣を生じることなく清浄な表面を得ることが可能となる。特にコンタクトパッド領域も汚染を生じることなく形成可能である。また、この構成によれば、感光基を含有する必要がないため、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、本発明は、上記カラーフィルタの製造方法において、前記カラーフィルタ母材層を形成する工程は、無機材料膜を成膜する工程を含む。
この構成により、経時的変化に強く信頼性の高いカラーフィルタを得ることが可能となる。

また、本発明は、上記カラーフィルタの製造方法において、前記カラーフィルタ母材層を形成する工程は、ガラス層を形成する工程を含む。
この構成により、機械的強度の高いカラーフィルタの形成が可能となる。

また、本発明は、上記カラーフィルタの製造方法において、前記カラーフィルタ母材層を形成する工程は、酸化シリコン膜を成膜する工程を含む。
この構成により、通常の成膜プロセスで平坦かつ信頼性の高いカラーフィルタ母材層を形成することが可能となる。

また、本発明は、上記カラーフィルタの製造方法において、前記カラーフィルタ母材層を形成する工程が、レンズ形状となるように前記カラーフィルタ母材を形状加工する工程を含む。
この構成により、容易にレンズ形状を形成でき、このレンズ形状を持つカラーフィルタ母材に対し金属イオンを注入することにより、容易に形成可能である。

また、本発明は、上記カラーフィルタの製造方法において、画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、前記光電変換領域に入射する光を画素毎に色分離するためのカラーフィルタを製造するにあたり、前記着色する工程は、前記複数の光電変換領域のうち第１の領域に第１の色を生成するための第１の金属イオンを注入する第１の着色工程と、前記複数の光電変換領域のうち第２の領域に第２の色を生成するための第２の金属イオンを注入する第２の着色工程とを含む。
この構成により、混色がなく高精度の色分離のなされたカラーフィルタを容易に形成することが可能となる。

また、本発明は、上記カラーフィルタの製造方法において、前記第１および第２の金属イオンは、コバルト、クロム、金、銅から選ばれる少なくとも１種の金属イオンを含む。
この構成により、容易に所望の色のカラーフィルタを形成することが可能となる。

また、本発明のカラーフィルタは、無機材料からなるカラーフィルタ母材層と、前記カラーフィルタ母材層内に注入された金属イオンとを含み、所望の波長の光を選択的に透過せしめるように構成される。
この構成によれば、カラーフィルタ母材層が無機材料で構成されているため、機械的強度も高く、経時的変化の少ないカラーフィルタを提供することが可能となる。

また、本発明のカラーフィルタは、前記カラーフィルタ母材層は、ガラス層であるものを含む。
この構成により、組成の調整が容易であり、信頼性の高いカラーフィルタを形成することが可能となる。

また、本発明は、上記カラーフィルタにおいて、前記カラーフィルタ母材層は、酸化シリコン層であるものを含む。

また、本発明は、画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、前記光電変換領域に入射する光を画素毎に色分離するためのカラーフィルタにおいて、前記カラーフィルタ母材層は、第１および第２の領域に分割され、各領域に、それぞれ第１の金属イオン、または第２の金属イオンが注入され、それぞれ異なる波長の光を選択的に透過せしめるように構成されたものを含む。
この構成により、高精度に色分離のなされたカラーフィルタを形成することが可能となる。

また、本発明は、上記カラーフィルタにおいて、前記第１および第２の金属イオンは、コバルト、クロム、金、銅から選ばれる少なくとも１種の金属イオンを含む。
この構成により、所望の色のカラーフィルタの形成が可能となる。

また、本発明は、上記カラーフィルタの製造方法で得られたカラーフィルタを、画素を構成する複数の光電変換領域を備えた光電変換部と、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形成した基体表面に、前記各光電変換領域に、前記カラーフィルタの第１または第２の領域が対応するように位置あわせして、固定する工程を含む。
この構成により、カラーフィルタを形成し、固体撮像素子に貼着するようにしているため、固体撮像素子の素子部に損傷を与えることなく、信頼性の高い固体撮像素子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の製造方法は、上記カラーフィルタにおいて、基体が表面に、画素を構成する複数の光電変換領域を備えた光電変換部と、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形成する工程と、前記基体表面の前記各光電変換領域に、対応するようにカラーフィルタ母材層を形成する工程と、前記カラーフィルタ母材層に金属イオンを注入して着色する工程とを含む。
この構成により、容易に高精度のカラーフィルタを形成することが可能となる。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記カラーフィルタ母材層を形成する工程は、無機材料膜を成膜する工程を含むものを含む。
この構成により、機械的強度が高く、熱に強いカラーフィルタを形成することが可能となる。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記カラーフィルタ母材層を形成する工程は、ガラス層を形成する工程を含むものを含む。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記カラーフィルタ母材層を形成する工程は、酸化シリコン膜を成膜する工程を含むものを含む。
この構成により、成膜が容易で制御性も良好であり、平坦で信頼性の高いカラーフィルタを形成することが可能となる。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記カラーフィルタ母材層を形成する工程が、レンズ形状となるように前記カラーフィルタ母材を形状加工する工程を含むものを含む。
この構成により、レンズ形状のカラーフィルタを制御性よく形成することが可能となる。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記着色する工程は、第１の領域に選択的に開口を持つ第１のレジストパターンを介して第１の領域に第１の色を生成するための第１の金属イオンを注入する第１の着色工程と、第２の領域に選択的に開口を持つ第２のレジストパターンを介して第２の領域に第２の色を生成するための第２の金属イオンを注入する第２の着色工程とを含む。
この構成により、レジストパターンをマスクとして、金属イオンを注入するだけで極めて容易に着色することが可能となる。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記第１および第２の金属イオンは、コバルト、クロム、金、銅から選ばれる少なくとも１種の金属イオンを含む。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法で形成された固体撮像素子であって、前記第１および第２の領域は、色毎に互いに異なる面積を持つように構成されたものを含む。
この構成により、色による光学特性のばらつきを面積制御による補正がきわめて容易に実現可能となる。

本発明によれば、金属イオンの注入により各色のカラーフィルタを形成することができるため、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。また、無機材料を主成分とするカラーフィルタ母材を用いているため、機械的強度も高く安定で信頼性の高いカラーフィルタを形成することが可能となる。
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、薄型でかつ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の形成方法は、例えば固体撮像素子の製造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のカラーフィルタを示す構造説明図、図２は、本発明の実施の形態１のカラーフィルタを搭載した固体撮像素子の断面図、図３は平面模式図である。図２は、図３のＡ−Ａ線断面模式図を示す。
本実施の形態では、図１に示すように、カラーフィルタを、ＣＶＤ法によって形成した酸化シリコン膜（５０）内に金属イオンＭをイオン注入することによって、カラーフィルタ５０を形成したことを特徴とするものである。ここでは赤色のカラーフィルタ層５０Ｒには銅イオンをイオン注入し、緑色のカラーフィルタ層５０Ｇにはクロムイオンをイオン注入し、青色のカラーフィルタ層５０Ｂにはコバルトイオンをイオン注入して構成する。そしてここでは各色の間の領域には、イオン注入をしないでそのまま残し、分離領域５０Ｔを構成するようにしている。この方法を図８に模式的に示す。本実施の形態ではレジストパターンをマスクとして、各色のイオンをイオン注入することによりカラーフィルタ母材層を着色することによってカラーフィルタを形成する。

すなわち、この固体撮像素子は、図２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、それぞれ金属イオンの注入によって各色のカラーフィルタを構成するように形成された酸化シリコン膜で構成されている。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１１上に一体的にかつ表面が平坦面を構成するように形成された酸化シリコン膜で構成されている。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。

カラーフィルタ層以外の領域については通例の構造をなすものであるが、カラーフィルタの形成方法の説明に先立ち、まず、固体撮像素子について説明する。ここで用いられる固体撮像素子においては、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３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２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に隣接して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、更にその上に遮光膜８、ＢＰＳＧ（borophospho silicate glass）からなる絶縁膜９、Ｐ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）１０、酸化シリコン膜からなるフィルタ下平坦化膜１１が形成されている。遮光膜８は、フォトダイオード３０の開口部分を除いて設けられる。そしてカラーフィルタ５０の上層には、絶縁性の透明樹脂等からなるフィルタ上平坦化膜６１とマイクロレンズ６０が設けられる。

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、反射防止膜を形成し、さらにフォトダイオード領域の受光領域に開口するようにタングステン膜などにより遮光膜８を形成する。次に、絶縁膜９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９の周辺回路上部にコンタクトホールを形成した後、アルミニウムなどの金属膜を成膜し、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１０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１１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１１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１１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。ただし、カラーフィルタ層のフィルタ母材層の成膜工程が高温となる場合は、フィルタ下平坦化膜は有機膜ではなく酸化シリコン膜などの無機膜であってもよい。また、下層の凹凸が少ない場合にはフィルタ下平坦化膜はなくてもよい。

次に、カラーフィルタの製造工程について図面を参照して詳細に説明する。
図４において（ａ）はカラーフィルタの断面図、(ｂ）は平面図であり、図４（ａ）は図４（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。なお、ここでは、図の簡略化のために、図２および図３に示したハニカム構造の固体撮像素子ではなく、一般的な正方配列画素におけるカラーフィルタの形成方法について説明する。図５乃至図７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る。又、各図において、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。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１０以下の層は省略するものとする。

まず、図５（ａ）に示すように、パッシベーション膜１０上に、フィルタ下平坦化膜１１を形成した後、図５（ｂ）に示すように、カラーフィルタ母材層となる酸化シリコン膜５０を膜厚０．５〜２．０μｍとなるように成膜する。

この後、図５（ｃ）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。

この後、図６（ａ）に示すように、このレジストパターンＲ１をマスクとして、コバルトイオンをイオン注入し、青色に着色し青色カラーフィルタ層５０Ｂを形成する。
そして、図６（ｂ）に示すように、このレジストパターンＲ１を除去し、続いて、図６（ｃ）に示すように、緑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し、このレジストパターンＲ２をマスクとしてクロムイオンをイオン注入し、緑色に着色し緑色カラーフィルタ層５０Ｇを形成する。
そして、図６（ｄ）に示すように、このレジストパターンＲ２を除去する。

この後、図７（ａ）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Ｒ３をフォトリソグラフィにより形成する。
この後このレジストパターンＲ３をマスクとして、銅イオンをイオン注入し、赤色に着色し赤色カラーフィルタ層５０Ｒを形成する。

そして、図７（ｂ）に示すように、このレジストパターンＲ３を除去し、図４に示したようなカラーフィルタ層が形成される。ここで金属イオンの注入によって形成した各色のカラーフィルタ層の間の領域は色分離領域５０Ｔとして着色されることなく透明のまま残っている。

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２に示すような固体撮像素子が形成される。

このように、本実施の形態のカラーフィルタ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、カラーフィルタ母材層としての酸化シリコン膜５０に各色に着色するための金属イオンをイオン注入することにより、平坦な状態のままカラーフィルタ層を形成することができる。
イオン注入により各色に着色するため、パターンエッジの垂直なカラーフィルタパターンを得ることができる。また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。又、カラーフィルタのフィルタ下平坦化膜１１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、顔料を使用することなしに金属イオンの注入処理によって形成されるため、上記残渣が付着することもないため、画質劣化を防ぐことができる。

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、カラーフィルタ母材層として酸化シリコン膜を用いたが酸化シリコン膜に限定されることなく、ＳＯＧ膜など他の無機膜を用いてもよい。また、有機系膜であってもよい。

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）
前記実施の形態１では各色のカラーフィルタ層の間の領域は透明のまま色分離領域５０Ｔとして残したが、本実施の形態では、図９に示すように、各色のカラーフィルタの間の領域では黒い枠領域５０Ｓが形成されていることを特徴とする。すなわち、透明の色分離領域５０Ｔに代えて、銅、コバルト、クロムの全イオンをイオン注入するように、各色のイオン注入工程においてレジストパターンの開口を隣接領域まであけるように広くし、この各色のカラーフィルタの間の領域では３色のカラーフィルタの完成と同時に黒い枠領域５０Ｓを形成するようにするものである。他は前記実施の形態１と同様に形成される。

（実施の形態３）
前記実施の形態１、２では各色のカラーフィルタ層の間の領域は色分離領域５０Ｔ、あるいは枠領域５０Ｓとして残したが、本実施の形態では、図１０に示すように、各色のカラーフィルタが隣接して形成されているものとする。
他は前記実施の形態１と同様に形成される。

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、パターンエッジが基板表面に対して垂直に形成されたカラーフィルタが形成される。

なお前記実施の形態では、固体撮像素子の形成されたシリコン基板上に酸化シリコン膜を成膜し、金属イオンを注入することによって着色してカラーフィルタを形成したが、基体上に金属イオンを注入してカラーフィルタを形成した後、固体撮像素子に貼着するようにしてもよい。

本発明のカラーフィルタの形成方法は、パターンエッジが基板表面に対して垂直に形成された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のカラーフィルタの構造説明図 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のカラーフィルタを示す図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す模式的説明図 本発明の実施の形態２の固体撮像素子の断面概要図 本発明の実施の形態３の固体撮像素子の断面概要図

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
８ 遮光膜
９ 絶縁（ＢＰＳＧ）膜
１０ パッシベーション膜
１１ 平坦化膜
５０Ｂ，５０Ｒ，５０Ｇ カラーフィルタ
５０Ｔ 色分離領域
６０ マイクロレンズ
６１ 平坦化膜

Claims (21)

1. カラーフィルタ母材層を形成する工程と、
   前記カラーフィルタ母材層内に金属イオンを注入して着色する工程とを含むカラーフィルタの製造方法。
2. 請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記カラーフィルタ母材層を形成する工程は、無機材料膜を成膜する工程であるカラーフィルタの製造方法。
3. 請求項２に記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記カラーフィルタ母材層を形成する工程は、ガラス層を形成する工程であるカラーフィルタの製造方法。
4. 請求項２に記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記カラーフィルタ母材層を形成する工程は、酸化シリコン膜を成膜する工程であるカラーフィルタの製造方法。
5. 請求項１乃至４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、
   前記カラーフィルタ母材層を形成する工程が、
   レンズ形状となるように前記カラーフィルタ母材を形状加工する工程を含む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、
   画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、前記光電変換領域に入射する光を画素毎に色分離するためのカラーフィルタを製造するにあたり、
   前記着色する工程は、
   前記複数の光電変換領域のうち第１の領域に第１の色を生成するための第１の金属イオンを注入する第１の着色工程と、
   前記複数の光電変換領域のうち第２の領域に第２の色を生成するための第２の金属イオンを注入する第２の着色工程とを含むカラーフィルタの製造方法。
7. 請求項６に記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記第１および第２の金属イオンは、コバルト、クロム、金、銅から選ばれる少なくとも１種の金属イオンを含むカラーフィルタの製造方法。
8. 無機材料からなるカラーフィルタ母材層と、
   前記カラーフィルタ母材層内に注入された金属イオンとを含み、
   所望の波長の光を選択的に透過せしめるように構成されたカラーフィルタ。
9. 請求項８に記載のカラーフィルタであって、
   前記カラーフィルタ母材層は、ガラス層であるカラーフィルタ。
10. 請求項８に記載のカラーフィルタであって、
    前記カラーフィルタ母材層は、酸化シリコン層であるカラーフィルタ。
11. 請求項８乃至１０のいずれかに記載のカラーフィルタであって、
    画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、前記光電変換領域に入射する光を画素毎に色分離するためのカラーフィルタにおいて、
    前記カラーフィルタ母材層は、第１および第２の領域に分割され、各領域に、それぞれ第１の金属イオン、または第２の金属イオンが注入され、それぞれ異なる波長の光を選択的に透過せしめるように構成されたカラーフィルタ。
12. 請求項１１に記載のカラーフィルタであって、
    前記第１および第２の金属イオンは、コバルト、クロム、金、銅から選ばれる少なくとも１種の金属イオンを含むカラーフィルタ。
13. 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得られたカラーフィルタを、
    画素を構成する複数の光電変換領域を備えた光電変換部と、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形成した基体表面に、
    前記各光電変換領域に、前記カラーフィルタの第１または第２の領域が対応するように位置あわせして、固定する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
14. 基体が表面に、画素を構成する複数の光電変換領域を備えた光電変換部と、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形成する工程と、
    前記基体表面の前記各光電変換領域に、対応するようにカラーフィルタ母材層を形成する工程と、
    前記カラーフィルタ母材層に金属イオンを注入して着色する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
15. 請求項１４に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母材層を形成する工程は、無機材料膜を成膜する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
16. 請求項１５に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母材層を形成する工程は、ガラス層を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
17. 請求項１５に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母材層を形成する工程は、酸化シリコン膜を成膜する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
18. 請求項１４乃至１７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、
    前記カラーフィルタ母材層を形成する工程が、
    レンズ形状となるように前記カラーフィルタ母材を形状加工する工程を含むカラーフィルタの製造方法。
19. 請求項１４乃至１８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、
    前記着色する工程は、
    第１の領域に選択的に開口を持つ第１のレジストパターンを介して第１の領域に第１の色を生成するための第１の金属イオンを注入する第１の着色工程と、
    第２の領域に選択的に開口を持つ第２のレジストパターンを介して第2の領域に第２の色を生成するための第２の金属イオンを注入する第２の着色工程とを含むカラーフィルタの製造方法。
20. 請求項１９に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記第１および第２の金属イオンは、コバルト、クロム、金、銅から選ばれる少なくとも１種の金属イオンを含む固体撮像素子の製造方法。
21. 請求項１４乃至２０のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法で形成された固体撮像素子であって、
    前記第１および第２の領域は、色毎に互いに異なる面積を持つように構成された固体撮像素子。

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