JP2016080811A - Method for manufacturing color filter and color filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の光電変換素子に代表される固体撮像素子に用いるカラーフィルタの製造方法およびカラーフィルタに関する。 The present invention relates to a color filter manufacturing method and a color filter used for a solid-state imaging device typified by a photoelectric conversion device such as a CCD or CMOS.
デジタルカメラ等に搭載されるＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）などの固体撮像素子は、近年、高画素化、微細化が進んでおり、特に微細なものでは１．４μｍ×１．４μｍを下回るレベルの画素サイズとなっている。 In recent years, solid-state imaging devices such as CCD (Charge Coupled Device) and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) mounted on digital cameras and the like have been increased in the number of pixels and miniaturized. The pixel size is lower than 4 μm × 1.4 μm.
固体撮像素子は、光電変換素子と一対のカラーフィルタパターンを有し、カラー化を図っている。また、固体撮像素子の光電変換素子が光電変換に寄与する領域は、固体撮像素子のサイズや画素数に依存する。その領域は、固体撮像素子の全面積に対し、２０〜４０％程度に限られている。その領域が小さいことはそのまま感度低下につながることから、これを補うために光電変換素子上に集光用のマイクロレンズを形成してその領域に集光することが一般的である。 The solid-state image sensor has a photoelectric conversion element and a pair of color filter patterns to achieve colorization. Further, the region where the photoelectric conversion element of the solid-state image sensor contributes to photoelectric conversion depends on the size of the solid-state image sensor and the number of pixels. The area is limited to about 20 to 40% with respect to the entire area of the solid-state imaging device. Since the small area leads to a decrease in sensitivity as it is, it is general to form a condensing microlens on the photoelectric conversion element and to condense on that area in order to compensate for this.
そのカラーフィルタパターンの固体撮像素子上への形成方法は、通常は、特許文献１のようにフォトリソグラフィ工程によりパターンを形成する手法が用いられる。
As a method of forming the color filter pattern on the solid-state imaging device, a method of forming a pattern by a photolithography process as in
また、特許文献２のように、ドライエッチング工程を用いることにより固体撮像素子上へカラーフィルタパターンを形成する方法が提案されている。 In addition, as in Patent Document 2, a method for forming a color filter pattern on a solid-state imaging device by using a dry etching process has been proposed.
近年、８００万画素を超える高精細ＣＣＤ撮像素子への要求が大きくなり、これら高精細ＣＣＤにおいて付随するカラーフィルタパターンの画素サイズが１．４μｍ×１．４μｍを下回るレベルの物への要求が大きくなっており、フォトリソグラフィ工程により形成されたカラーフィルタパターンの解像性の不足が、固体撮像素子の特性に悪影響を及ぼすという問題が生じている。解像性の不足は、１．４μｍ以下、あるいは１．１μｍ近傍の画素サイズでは、パターンの形状不良に起因する色むらとなって現れる。 In recent years, the demand for high-definition CCD image pickup devices with more than 8 million pixels has increased, and the demand for those with a pixel size of the color filter pattern associated with these high-definition CCDs below 1.4 μm × 1.4 μm has increased. Thus, there is a problem that insufficient resolution of the color filter pattern formed by the photolithography process adversely affects the characteristics of the solid-state imaging device. Insufficient resolution appears as uneven color due to a defective shape of the pattern at a pixel size of 1.4 μm or less or near 1.1 μm.
画素サイズが小さくなると、アスペクト比が大きくなる（幅に対して厚みが大きい）ので、本来除去されるべき部分（画素の有効外部分）を完全に除去することができず、残渣となって他の色の画素に悪影響を及ぼしてしまう。残渣を除去するために現像時間を延長するなどの方法を行っているが、硬化させた必要な画素まで剥がれてしまうという問題も発生している。 As the pixel size decreases, the aspect ratio increases (thickness relative to the width), so the portion that should be removed (the non-effective portion of the pixel) cannot be completely removed, leaving other residues. Adversely affects the color pixels. In order to remove the residue, a method such as extending the development time is performed. However, there is a problem that the cured pixels are peeled off.
また、フォトリソグラフィ工程によるパターニングでは、パターンのエッジが立つ（ツノができる）という現象があり、画素サイズが微細になってくると、このツノが色ムラなどカラーフィルタ性能に悪影響を及ぼす。 In the patterning by the photolithography process, there is a phenomenon that the edge of the pattern stands (can be horned), and when the pixel size becomes fine, the horn adversely affects the color filter performance such as color unevenness.
また、満足する分光特性を得ようとすると、カラーフィルタパターンの層の厚さが厚くならざるを得ず、カラーフィルタパターンの層の厚さが厚くなると、画素の微細化が進むに従って、パターンの角が丸まるなど解像度が低下する傾向となる。カラーフィルタパターンの層の厚さを薄くして且つ分光特性を得ようとするとカラーフィルタパターン材料に含まれる顔料濃度を上げる必要があるが、光硬化反応に必要な光がカラーフィルタパターンの層の底部まで届かないので硬化が不充分となり、フォトリソグラフィにおける現像工程で剥離し、画素欠陥を発生するという問題が生じる。 In addition, in order to obtain satisfactory spectral characteristics, the thickness of the color filter pattern layer must be increased. When the thickness of the color filter pattern layer is increased, the pattern becomes smaller as the pixels become finer. The resolution tends to decrease, such as rounded corners. In order to obtain spectral characteristics by reducing the thickness of the color filter pattern layer, it is necessary to increase the concentration of the pigment contained in the color filter pattern material. Since it does not reach the bottom, curing is insufficient, and a problem arises in that it is peeled off during the development process in photolithography and pixel defects occur.
更に、カラーフィルタパターンが厚い場合、製造工程による問題だけではなく、斜め方向から入射した光が隣接する他のカラーフィルタパターンを透過して光電変換素子に入光し、混色や感度低下という問題も発生する。この問題はカラーフィルタパターンの画素サイズが小さくなるにつれて顕著になる。また、入射光の混色という問題は、カラーフィルタパターンと光電変換素子との距離が大きい場合にも生じる。 Furthermore, when the color filter pattern is thick, not only the problem due to the manufacturing process, but also the problem that light incident from an oblique direction passes through another adjacent color filter pattern and enters the photoelectric conversion element, resulting in color mixing and sensitivity reduction. Occur. This problem becomes more prominent as the pixel size of the color filter pattern becomes smaller. The problem of color mixing of incident light also occurs when the distance between the color filter pattern and the photoelectric conversion element is large.
以上のことから、固体撮像素子の画素数を増やすためには、カラーフィルタパターンの高精細化に加えて、薄型化も重要な課題である。 From the above, in order to increase the number of pixels of the solid-state imaging device, it is important to reduce the thickness of the color filter pattern in addition to high definition.
また、この高精細な固体撮像素子に付随するマイクロレンズの開口率低下（すなわち感度低下）、及びフレア、スミアなどのノイズ増加による画質低下が大きな問題となってきており、マイクロレンズからの入射光の集光性を向上させ、かつ、光電変換素子でのＳ／Ｎ比を向上させるために、レンズ下距離を小さくすることが必要であった。 In addition, the aperture ratio of the microlens associated with this high-definition solid-state image sensor (that is, sensitivity reduction) and the image quality degradation due to increased noise such as flare and smear have become major problems. In order to improve the light condensing property and to improve the S / N ratio in the photoelectric conversion element, it is necessary to reduce the lens lower distance.
レンズ下距離が大きい場合には、以下のような２つの問題がある。第１に、レンズ下距離が大きい場合、入射光の取り込み角度が小さくなり、入射光量が減って全体的に暗い表示になる。また、第２に、ＣＭＯＳやＣＣＤなどの光電変換素子を用いたカメラでは、通常、対物レンズの絞り（Ｆ値）により入射光の角度が変化し、開放側では斜め光が増え、集光性低下により感度が低下することや、光電変換素子が形成された半導体チップの画素領域の中央と端部では入射光の角度が大きく異なるため、端部の画素（光電変換素子）への入射光が低下して、表示画面の端部では暗い表示となる。 When the lens distance is large, there are the following two problems. First, when the distance under the lens is large, the incident light capturing angle becomes small, the incident light quantity decreases, and the display becomes dark overall. Second, in cameras using photoelectric conversion elements such as CMOS and CCD, the angle of incident light usually changes depending on the aperture (F value) of the objective lens, and oblique light increases on the open side, thereby collecting light. The sensitivity decreases due to the decrease, and the angle of the incident light is greatly different between the center and the end of the pixel area of the semiconductor chip on which the photoelectric conversion element is formed. Therefore, the incident light to the end pixel (photoelectric conversion element) Decreases and the display becomes dark at the edge of the display screen.
また、一般に、カラーフィルタパターンは、下地との密着性を良好にするために半導体基板上に平坦化層を形成し、その上に設けられるが、上述のレンズ下距離を小さくし、固体撮像素子の小型化を図るためには、平坦化層をなくすことが望ましい。しかし、感光性を持たせたカラーフィルタパターン材料である感光性カラーレジストは、フォトリソグラフィプロセスで作製する場合、半導体基板との密着性に劣り、現像時に剥離してしまうため、平坦化層をなくすことは困難であった。 Further, in general, the color filter pattern is provided on a semiconductor substrate by forming a planarization layer on the semiconductor substrate in order to improve the adhesion with the base. In order to reduce the size, it is desirable to eliminate the planarization layer. However, a photosensitive color resist, which is a color filter pattern material having photosensitivity, is inferior in adhesion to a semiconductor substrate and is peeled off during development when it is produced by a photolithography process. It was difficult.
このような問題を防止するため、半導体基板表面を薬品により処理することで半導体基板表面に樹脂と結合し易い官能基を導入することが提案されている。しかし、この方法によっても、半導体基板とカラーフィルタパターンの十分な密着性を得ることは出来なかった。 In order to prevent such a problem, it has been proposed to introduce a functional group that easily bonds to a resin to the surface of the semiconductor substrate by treating the surface of the semiconductor substrate with a chemical. However, even with this method, sufficient adhesion between the semiconductor substrate and the color filter pattern could not be obtained.
一方、グリーンレジストは、レッドレジストやブルーレジストに比べ、色材の性質上、硬化後の屈折率が低く、固体撮像素子の設計上、問題となっていた。即ち、フォトリソグラフィプロセスに供される感光性カラーレジストは、感光性を必要とするという制約上、硬化後の屈折率が高いものを選択することが困難であった。そのため、３色のカラーフィルタパターンの屈折率が相違した。そのため、マイクロレンズによる集光効果が相違し、かつ反射率にバラツキが生じるという問題があった。 On the other hand, the green resist has a low refractive index after curing due to the properties of the color material, compared with the red resist and the blue resist, and has been a problem in designing a solid-state imaging device. That is, it is difficult to select a photosensitive color resist to be used for the photolithography process because of its restriction that it requires photosensitivity. Therefore, the refractive indexes of the three color filter patterns were different. For this reason, there is a problem that the light collecting effect by the microlens is different and the reflectance varies.
また、以上の問題を解決すべくドライエッチングによりカラーフィルタパターンを形成
する特許文献２の技術が提案された。しかし、特許文献２の技術によるカラーフィルタパターン形成方法では、ウエハ全面での均一な制御、材料変更によるドライエッチング特性の変化、カラーフィルタパターン形状の制御などのドライエッチングによるプロセス条件構築の困難さがあった。更に、カラーフィルタパターン用の層を部分的に除去して開口部を設けた場所では、ドライエッチングによる残渣や、表面改質による密着性の向上、現像性の低下などにより、２色目以降の他の色のカラーフィルタパターンをフォトリソグラフィやドライエッチングを用いて形成した場合に混色が発生する問題が生じた。
In order to solve the above problems, a technique of Patent Document 2 in which a color filter pattern is formed by dry etching has been proposed. However, in the color filter pattern forming method according to the technique of Patent Document 2, it is difficult to establish process conditions by dry etching such as uniform control over the entire surface of the wafer, changes in dry etching characteristics due to material changes, and color filter pattern shape control. there were. Furthermore, in places where the color filter pattern layer has been partially removed to provide openings, the second and subsequent colors can be reduced due to residues from dry etching, improved adhesion due to surface modification, reduced developability, etc. When the color filter pattern of the color is formed by using photolithography or dry etching, there is a problem that color mixing occurs.
また、フォトレジストなどの感光性樹脂マスク材料でマスクしてドライエッチング処理を実施するパターン形成方法では、エッチング処理に用いるプラズマによりフォトレジストがプラズマダメージを受ける傾向がある。しかし、そのプラズマダメージを受けたフォトレジストを、その下層に設けたカラーフィルタパターンや平坦化層などの有機膜にダメージを与えずに除去することが困難であった。すなわち、プラズマダメージを受けたフォトレジストの表層には、プラズマ処理により発生するラジカルが共有結合を形成して架橋化した変質層が形成される。この変質層は有機溶剤に難溶であるため、この変質層を含むフォトレジストを下層の有機膜にダメージを与えずに除去することは困難であった。 Further, in a pattern forming method in which a dry etching process is performed by masking with a photosensitive resin mask material such as a photoresist, the photoresist tends to be damaged by plasma used for the etching process. However, it has been difficult to remove the plasma-damaged photoresist without damaging an organic film such as a color filter pattern or a flattening layer provided thereunder. That is, an altered layer in which radicals generated by the plasma treatment form a covalent bond and is crosslinked is formed on the surface layer of the photoresist damaged by plasma. Since this deteriorated layer is hardly soluble in an organic solvent, it has been difficult to remove the photoresist including the deteriorated layer without damaging the underlying organic film.
また、ドライエッチングでは、カラーフィルタパターン用の層をエッチングで部分的に除去する際、下地の平坦化層やデバイス層にダメージが入る可能性がある問題がある。特許文献３では、この問題を解決するためにエッチングストッパー層を設ける技術が提案されていた。しかし、特許文献３の技術では、作製工程の増加、光透過性の減少、また、前述したデバイス間の距離への影響などの問題が起こる問題があった。 Further, in dry etching, when the color filter pattern layer is partially removed by etching, there is a problem that the underlying planarization layer or device layer may be damaged. In Patent Document 3, a technique of providing an etching stopper layer has been proposed in order to solve this problem. However, the technique of Patent Document 3 has problems such as an increase in manufacturing steps, a decrease in light transmittance, and the above-described effects on the distance between devices.
上述のように、従来のカラーフィルタパターン用材料に感光性を持たせてフォトリソグラフィプロセスにより形成されるカラーフィルタパターンは、微細化が進むことにより十分な解像性が得られない、残渣が残りやすい、画素剥がれが生じやすいという問題があり、固体撮像素子の特性を低下させる問題があった。 As described above, a color filter pattern formed by a photolithography process with a conventional color filter pattern material having photosensitivity cannot obtain sufficient resolution due to progress in miniaturization, and residues remain. There is a problem that pixel peeling easily occurs, and there is a problem that the characteristics of the solid-state imaging device are deteriorated.
また、カラーフィルタパターンと光電変換素子との距離、及びマイクロレンズと光電変換素子との距離（レンズ下距離）が大きいという問題があった。またこれらの問題を解決するためにドライエッチングを用いる方法でも、プロセスの制御の困難さや、ドライエッチングによって形成された開口部でも残渣が残りやすい点や、マスク材の除去の困難さ、下層へのダメージなどが有り、これらを考慮することでプロセスが複雑になるという問題があった。 There is also a problem that the distance between the color filter pattern and the photoelectric conversion element and the distance between the microlens and the photoelectric conversion element (distance under the lens) are large. In order to solve these problems, the method using dry etching is difficult to control the process, the residue is likely to remain even in the opening formed by dry etching, the difficulty in removing the mask material, There was a problem that there was damage and the process became complicated by considering these.
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、カラーフィルタのパターン形状不良や残渣、剥れなどを生じさせることなくカラーフィルタが形成され、固体撮像素子の光電変換素子との距離を小さくできるカラーフィルタを製造することを目的とする。また、カラーフィルタの画素間での反射率のバラツキを抑制でき、固体撮像素子のデバイス作製のプロセス条件の最適化が容易であり、デバイス作製のプロセスを複雑にすることなくカラーフィルタを製造できる方法、及び、固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and a color filter is formed without causing a pattern shape defect, residue, peeling, or the like of the color filter, and the distance from the photoelectric conversion element of the solid-state imaging device. An object of the present invention is to produce a color filter that can reduce the size of the color filter. In addition, it is possible to suppress variation in reflectance between pixels of the color filter, to easily optimize the process conditions for manufacturing the solid-state imaging device, and to manufacture the color filter without complicating the device manufacturing process. And it aims at providing the manufacturing method of a solid-state image sensor.
本発明は、上記課題を解決するために、半導体基板に二次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞれに対応して前記半導体基板上に配設された複数色のカラーフィルタパターンを含むカラーフィルタの製造方法であって、前記複数色のカラーフィルタパターンのうち少なくとも最初に形成される１色目のカラーフィルタパターンの製造方法が以下の工程を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。
（ａ）半導体基板上に、１色目のカラーフィルタパターンの配置位置に開口部を形成した
感光性樹脂マスク材料のパターンを形成する工程と、
（ｂ）カラーフィルタパターン用材料を、前記半導体基板の全面に塗布し前記感光性樹脂マスク材料の前記開口部に充填する工程と、
（ｃ）前記感光性樹脂マスク材料が変質しない低温で加熱することで、前記カラーフィルタパターン用材料の層を仮硬化させる工程と、
（ｄ）前記半導体基板の全面の前記カラーフィルタパターン用材料の所望の層厚の除去を行うことで前記感光性樹脂マスク材料を表層に露出させる工程と、
（ｅ）前記感光性樹脂マスク材料の全体、又は一部、を除去する工程と、
（ｆ）前記カラーフィルタパターン用材料を高温で加熱させて本硬化させる工程。
In order to solve the above problems, the present invention provides a photoelectric conversion element two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate, and a plurality of colors arranged on the semiconductor substrate corresponding to each of the photoelectric conversion elements. A method of manufacturing a color filter including a filter pattern, wherein the method of manufacturing a color filter pattern of a first color formed at least first among the color filter patterns of the plurality of colors includes the following steps: It is a manufacturing method.
(A) forming a pattern of a photosensitive resin mask material in which an opening is formed at an arrangement position of a first color filter pattern on a semiconductor substrate;
(B) applying a color filter pattern material to the entire surface of the semiconductor substrate and filling the openings of the photosensitive resin mask material;
(C) a step of temporarily curing the layer of the color filter pattern material by heating at a low temperature at which the photosensitive resin mask material does not change; and
(D) exposing the photosensitive resin mask material to a surface layer by removing a desired layer thickness of the color filter pattern material on the entire surface of the semiconductor substrate;
(E) removing all or part of the photosensitive resin mask material;
(F) A step of heating and curing the color filter pattern material at a high temperature.
本発明は、これにより、単純な工程及び容易に設定できるプロセス条件で１色目のカラーフィルタパターンを形成することができる効果がある。 Thus, the present invention has an effect that the color filter pattern of the first color can be formed with a simple process and process conditions that can be easily set.
また、本発明は、上記のカラーフィルタの製造方法であって、前記（ａ）の工程の感光性樹脂マスク材料が、１．４μｍ×１．４μｍ以下のサイズの前記開口部のパターンが解像する材料であって、かつ、少なくとも１９０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の何れかの波長の紫外線照射によって、現像処理によって溶解するように変化する化学反応を起こすポジ型フォトレジストを用いることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。 The present invention is also a method for producing the color filter described above, wherein the photosensitive resin mask material in the step (a) resolves the pattern of the opening having a size of 1.4 μm × 1.4 μm or less. And a positive photoresist that causes a chemical reaction that changes so as to be dissolved by development processing when irradiated with ultraviolet light having a wavelength of at least 190 nm or more and 400 nm or less. It is a manufacturing method.
また、本発明は、上記のカラーフィルタの製造方法であって、前記感光性樹脂マスク材料として、現像処理して前記開口部を形成した後に、前記感光性樹脂マスク材料を１５０度摂氏以下の温度で加熱しても、前記開口部が変形せず、更に紫外線を照射することで、現像処理によって溶解するように変化する化学反応を起こすポジ型フォトレジストを用いることを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。 In addition, the present invention is a method for producing the color filter, wherein the photosensitive resin mask material is developed at a temperature of 150 degrees Celsius or less after the opening is formed by developing the photosensitive resin mask material. Manufacturing of a color filter characterized by using a positive photoresist that does not deform even when heated in the step, and further undergoes a chemical reaction that changes so as to be dissolved by development processing by irradiating with ultraviolet rays. Is the method.
また、本発明は、上記のカラーフィルタの製造方法であって、前記（ａ）の工程の感光性樹脂マスク材料が、１．４μｍ×１．４μｍ以下のサイズの前記開口部のパターンが解像する材料であって、かつ、現像処理して前記開口部を形成した後に、前記（ｃ）の工程で前記感光性樹脂マスク材料を１５０度摂氏以下の温度で加熱して仮硬化させ、更に前記（ｄ）の工程で研磨処理又はエッチバック処理により前記感光性樹脂マスク材料を表層に露出させた後にも、前記感光性樹脂マスク材料が変質せずに前記（ｅ）の工程で剥離、除去できる、ポジ型又はネガ型のフォトレジストを前記感光性樹脂マスク材料として用いたことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。 The present invention is also a method for producing the color filter described above, wherein the photosensitive resin mask material in the step (a) resolves the pattern of the opening having a size of 1.4 μm × 1.4 μm or less. And after the development process to form the opening, the photosensitive resin mask material is preliminarily cured by heating at a temperature of 150 degrees Celsius or less in the step (c), and Even after the photosensitive resin mask material is exposed on the surface layer by polishing treatment or etch back treatment in the step (d), the photosensitive resin mask material can be peeled off and removed in the step (e) without being altered. A color filter manufacturing method using a positive or negative photoresist as the photosensitive resin mask material.
また、本発明は、上記のカラーフィルタの製造方法であって、前記（ｂ）の工程のカラーフィルタパターン用材料として、低温での硬化性が高く、特に前記（ｃ）の工程で１５０度摂氏以下の温度で加熱し、前記（ｄ）の工程で研磨処理又はエッチバック処理により前記感光性樹脂マスク材料を表層に露出させた後でも形状が変化しない硬化性を持たせたられる熱硬化性樹脂をカラーフィルタパターン用材料に用いたことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。 Further, the present invention is a method for producing the color filter described above, wherein the color filter pattern material in the step (b) has high curability at a low temperature, and particularly 150 degrees centigrade in the step (c). A thermosetting resin that is heated at the following temperature and has a curable property that does not change its shape even after the photosensitive resin mask material is exposed to the surface layer by polishing or etchback in the step (d). Is used for a color filter pattern material.
また、本発明は、上記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パターン用材料として、１５０度摂氏以下の温度の加熱により、膨張及び収縮が起こりにくく、硬化の際に周辺を覆う前記感光性樹脂マスク材料を変形させる圧力が発生しない熱硬化性樹脂を含む前記カラーフィルタパターン用材料を用いたことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。 Further, the present invention is the above-described method for producing a color filter, wherein the color filter pattern material is less likely to expand and contract by heating at a temperature of 150 degrees Celsius or less, and covers the periphery during curing. A color filter manufacturing method using the color filter pattern material including a thermosetting resin that does not generate pressure to deform a photosensitive resin mask material.
また、本発明は、上記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パターン用材料に、硬化成分として熱硬化性樹脂を含み、顔料の含有率が７０％以上のカラーフィルタパターン用材料を用いたことを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。 Further, the present invention is the above-described method for producing a color filter, wherein the color filter pattern material includes a thermosetting resin as a curing component and a pigment content of 70% or more. It is the manufacturing method of the color filter characterized by using.
また、本発明は、上記のカラーフィルタの製造方法であって、２色目以降のカラーフィルタパターンの作製を、前記１色目のカラーフィルタパターンの作製と同様に、感光性樹脂マスク材料を用い、該感光性樹脂マスク材料の該当する色のカラーフィルタパターンの配置位置に開口部を形成する工程と、前記開口部に該当する色のカラーフィルタパターン用材料を塗布して充填する工程と、前記感光性樹脂マスク材料が変質しない低温で加熱することで、前記該当する色のカラーフィルタパターン用材料の層を仮硬化させる工程と、前記該当する色のカラーフィルタパターン用材料の所望の層厚の除去を行うことで前記感光性樹脂マスク材料を表層に露出させる工程と、前記感光性樹脂マスク材料を除去する工程とを有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。 Further, the present invention is a method for producing the above color filter, wherein the production of the color filter pattern for the second and subsequent colors is performed using a photosensitive resin mask material in the same manner as the production of the color filter pattern for the first color. Forming a color filter pattern corresponding to the color filter pattern in the photosensitive resin mask material; applying and filling a color filter pattern material corresponding to the color; and the photosensitive property. The step of pre-curing the layer of the color filter pattern material of the corresponding color by heating at a low temperature at which the resin mask material does not change, and the removal of the desired layer thickness of the color filter pattern material of the corresponding color And performing a step of exposing the photosensitive resin mask material to a surface layer and a step of removing the photosensitive resin mask material. It is a method of manufacturing a color filter.
また、本発明は、上記のカラーフィルタの製造方法であって、前記感光性樹脂マスク材料にポジ型フォトレジストを用い、前記（ｅ）の工程において、前記感光性樹脂マスク材料の一部の、２色目のカラーフィルタパターンの配置位置に選択的に露光し、現像することで、前記感光性樹脂マスク材料に２色目のカラーフィルタパターンの配置位置の開口部を形成し、該開口部に２色目のカラーフィルタパターン用材料を塗布して充填する工程と、２色目のカラーフィルタパターン用材料の層を仮硬化させる工程と、２色目のカラーフィルタパターン用材料の所望の層厚の除去を行うことで前記感光性樹脂マスク材料を表層に露出させる工程とを有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。 Further, the present invention is a method for producing the above color filter, wherein a positive photoresist is used for the photosensitive resin mask material, and in the step (e), a part of the photosensitive resin mask material is used. By selectively exposing and developing the arrangement position of the second color filter pattern, an opening of the arrangement position of the second color filter pattern is formed in the photosensitive resin mask material, and the second color is formed in the opening. Applying and filling the color filter pattern material, pre-curing the second color filter pattern material layer, and removing the desired layer thickness of the second color filter pattern material And a step of exposing the photosensitive resin mask material to a surface layer.
また、本発明は、上記のカラーフィルタの製造方法であって、最も面積の広いカラーフィルタパターンを前記１色目のカラーフルタパターンにして、前記（ａ）から（ｆ）の工程で作成し、次に、他の色のカラーフィルタパターンを、感光性を持たせたカラーフィルタパターン用材料をフォトリソグラフィによりパターニングする形成方法、または、感光性を持たせないカラーフィルタパターン用材料の層を塗布後、感光性樹脂マスク材料の層を塗布し露光現像して開口部を設けて、ドライエッチングにより前記カラーフィルタパターン用材料の層をパターニングする形成方法、またはこれらの形成方法を組み合わせて作製することを特徴とするカラーフィルタの製造方法である。 Further, the present invention is a method of manufacturing the color filter described above, wherein the color filter pattern having the widest area is made the color filter pattern of the first color, and is created by the steps (a) to (f). In addition, after applying a layer of a color filter pattern material that does not have photosensitivity, or a color filter pattern material that does not have photosensitivity, a color filter pattern material that has photosensitivity, or a color filter pattern material that has photosensitivity, A method of forming a layer of the photosensitive resin mask material, exposing and developing it, providing an opening, and patterning the layer of the color filter pattern material by dry etching, or a combination of these methods. This is a method for manufacturing a color filter.
また、本発明は、半導体基板に二次元的に配置された光電変換素子のそれぞれに対応して少なくともグリーンとブルーとレッドのカラーフィルタパターンを前記半導体基板上に配設して形成したカラーフィルタであって、前記グリーンのカラーフィルタパターンが熱硬化性樹脂を用いて形成されており、該熱硬化性樹脂の屈折率が、前記ブルーとレッドのカラーフィルタパターンが含む樹脂の屈折率よりも０．０５以上０．２以下高い屈折率であって、グリーンとブルーとレッド各々のカラーフィルタパターンの総体の屈折率が同等の屈折率を持つことを特徴とするカラーフィルタである。 The present invention also provides a color filter formed by disposing at least a green, blue and red color filter pattern on the semiconductor substrate corresponding to each of the photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally on the semiconductor substrate. The green color filter pattern is formed using a thermosetting resin, and the refractive index of the thermosetting resin is less than the refractive index of the resin included in the blue and red color filter patterns. The color filter has a refractive index higher than 05 and lower than 0.2, and the total refractive index of each of the color filter patterns of green, blue, and red has an equivalent refractive index.
本発明は、半導体基板上に感光性樹脂マスク材料層を塗布して、フォトリソグラフィ技術により１色目のカラーフィルタパターン形成位置に開口部を形成し、その開口部を埋めるようにカラーフィルタパターン用材料の層を塗布することで、高精度にパターンを形成することができる。そして、その後のプロセスはカラーフィルタパターンを硬化させる工程と感光性樹脂マスク材料を除去する工程のみで１色目のカラーフィルタパターンを形成するので、単純な工程及び容易に設定できるプロセス条件で１色目のカラーフィルタパターンを形成することができる効果がある。また、カラーフィルタパターンの形状不良や残渣、剥れなどを生じさせずにカラーフィルタを製造することができる効果がある。 In the present invention, a photosensitive resin mask material layer is applied on a semiconductor substrate, an opening is formed at a position where a color filter pattern for the first color is formed by photolithography, and the color filter pattern material is filled so as to fill the opening. By applying this layer, a pattern can be formed with high accuracy. In the subsequent process, the first color filter pattern is formed only by the step of curing the color filter pattern and the step of removing the photosensitive resin mask material. Therefore, the first color can be formed with simple steps and easily set process conditions. There is an effect that a color filter pattern can be formed. In addition, there is an effect that the color filter can be manufactured without causing a color filter pattern shape defect, residue, peeling or the like.
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明の一実施形態に係る固体撮像素子は、図１に示すように、２次元的に配置された、光を電気信号に変換する機能を有する光電変換素子１１を形成した半導体基板１０上に、入射光を色分解する各色に対応したカラーフィルタパターン１４、１５、１６を形成する。この各色のカラーフィルタパターン１４、１５、１６は、固体撮像素子の光電変換素子が光電変換に寄与する領域に設置する。その上に、このカラーフィルタパターンの表面を平坦化する平坦化層１３、及びこの平坦化層１３上に配置された複数のマイクロレンズ１７を形成して固体撮像素子の基板を形成する。なお、この平坦化層１３は、必ずしも設けなくてもよい。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention is two-dimensionally arranged on a
図２に、各色のカラーフィルタパターン１４、１５、１６の各色の配列を示す平面図を示す。図２に示す配列は、一画素おきにＧ（緑）フィルタが設けられ、Ｇフィルタの間に一行おきにＲ（赤）フィルタとＢ（青）フィルタが設けられた、いわゆるベイヤー配列である。図２におけるＡ−Ａ’での断面図が図１となる。
FIG. 2 is a plan view showing an arrangement of each color of the
また本実施例では、３色のカラーフィルタパターン１４、１５、１６で形成される図２に示すベイヤー配列の固体撮像素子について説明するが、固体撮像素子は、必ずしも３色に限定されない。４色以上のカラーフィルタパターンを形成する場合、後述する各色のカラーフィルタパターンの作製方法を繰り返して作製する。
In the present embodiment, a Bayer array solid-state image sensor shown in FIG. 2 formed by three
（工程１）
次に、本発明の１色目のカラーフィルタパターン１４の形成方法について説明する。図３（ａ）に示すように、光電変換素子１１が形成されている半導体基板１０を準備する。
(Process 1)
Next, a method for forming the first
次に、この半導体基板１０の上に必要に応じて平坦化層１２を形成する。平坦化層１２は、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フェノールノボラック系、ポリエステル系、ウレタン系、メラミン系、尿素系、スチレン系などの樹脂を一つもしくは複数含んだ樹脂を用いることができる。平坦化層１２は光電変換素子１１作製によるデバイス上面の凹凸を低減する役割と、またカラーフィルタパターン用材料の層の密着性向上に係わる役割を持つ。しかし、前述したように光電変換素子１１に入る光の光路長を短くするため、可能であれば省略した方が良い。本実施形態は、従来の感光性カラーフィルタパターン用材料を用いてフォトリソグラフィによってカラーフィルタパターンを製造する方法とは異なり、熱処理によりカラーフィルタパターンを硬化させるため、平坦化層１２が無くても密着性を向上させることができる効果がある。そのため、平坦化層１２を省略したカラーフィルタを構成できる効果がある。
Next, a
（感光性樹脂マスク材料の開口部形成工程）
次に、光電変換素子１１が形成された半導体基板１０の上の平坦化層１２上に感光性樹脂マスク材料２０を塗布する。
(Opening process of photosensitive resin mask material)
Next, a photosensitive
（工程２）
図３（ｂ）のように、この感光性樹脂マスク材料２０に対してフォトマスクを用いて露光し、必要なパターン以外が現像液に可溶となる化学反応を起こさせる。
(Process 2)
As shown in FIG. 3B, the photosensitive
（工程３）
次に、図３（ｃ）のように、現像を行って感光性樹脂マスク材料２０の不要部を除去することで、１色目のカラーフィルタパターン１４を充填するためのマスク開口部２０ａを形成した感光性樹脂マスク材料２０のパターンを形成する。
(Process 3)
Next, as shown in FIG. 3C, development is performed to remove unnecessary portions of the photosensitive
（感光性樹脂マスク材料）
感光性樹脂マスク材料２０としては、例えば、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フェノールノボラック系、その他の感光性を有する樹脂を単独でもしくは複数混合あるいは共重合して用いることができる。感光性樹脂マスク材料２０をパターニングするフォトリソグラフィプロセスに用いる露光機はステッパー、アライナー、ミラープロジェクションアライナーなどがあるが、高画素化、微細化の必要な固体撮像素子のカラーフィルタパターン１４を形成するにあたっては通常ステッパーを用いるのが一般的である。
(Photosensitive resin mask material)
As the photosensitive
この際に用いる感光性樹脂マスク材料２０としては、高解像で高精度なパターンを作製するために、一般的なフォトレジストを用いることが望ましい。感光性樹脂マスク材料２０に用いるフォトレジストは耐熱性があり高温での安定性が良いフォトレジストが特に好ましい。
As the photosensitive
具体的には、感光性樹脂マスク材料２０に露光、現像プロセスを経てパターン形状を作製した後で、１２０度摂氏以上１５０度摂氏以下の温度に加熱しても、形成したマスク開口部２０ａが膨張又は、収縮する等の変形をしない感光性樹脂マスク材料２０を用いることが望ましい。
Specifically, after forming a pattern shape on the photosensitive
またこの際に用いるフォトレジストとしては、ポジ型フォトレジストまたは、ネガ型レジストのどちらでも問題ない。しかしながら、後述する第１の実施形態の変形例１でレジ
ストの露光と除去を繰り返す製造方法の場合では、ポジ型フォトレジストを用いる。その感光性樹脂マスク材料２０は、１５０度摂氏以下の温度に加熱した後でも、紫外線で露光することで、化学反応を起こして現像処理により溶解するようになるポジ型フォトレジストが望ましい。
Further, as the photoresist used at this time, there is no problem with either a positive photoresist or a negative resist. However, in the case of the manufacturing method in which the exposure and removal of the resist are repeated in
（感光性樹脂マスク材料上へのカラーフィルタパターン用材料の層の塗布工程）
次に、図４（ａ）のように１色目のカラーフィルタパターン１４用材料を塗布する工程について説明する。
(Coating process of color filter pattern material layer on photosensitive resin mask material)
Next, a process of applying the first
最初に作製する、感光性樹脂マスク材料２０のマスク開口部２０ａを充填するように塗布する１色目のカラーフィルタパターン１４には、図２のように配列する複数のカラーフィルタパターンのうち、最も面積の広いカラーフィルタパターンを１色目のカラーフィルタパターン１４に選択する。一般的には１色目のカラーフィルタパターン１４は最も面積の広いグリーンのカラーフィルタパターンを選択して形成することが多い。そのため、本実施形態においても、グリーンのカラーフィルタパターンを１色目のカラーフィルタパターン１４として形成する例を主に説明する。
The first
（工程４）
先ず、図４（ｄ）のように、マスク開口部２０ａを形成した感光性樹脂マスク材料２０上に１色目のカラーフィルタ１４となるグリーンのカラーフィルタパターン１４用材料の層を塗布して、そのマスク開口部２０ａを充填させる。この際、塗布量は図４（ｆ）の工程６に示すように、感光性樹脂マスク材料２０のマスク開口部２０ａをすべて埋めて、更に、その感光性樹脂マスク材料２０の膜厚よりも厚い層厚となるように塗布することで、半導体基板１０の全面に、１色目のカラーフィルタ１４用材料の層と感光性樹脂マスク材料２０とを合わせた総体の層厚を均一に形成する。
(Process 4)
First, as shown in FIG. 4D, a layer of a green
１色目のカラーフィルタパターン１４用材料には、熱硬化性樹脂を主成分とし、顔料を分散させた樹脂分散液から構成されるカラーフィルタパターン用材料を用いる。そのカラーフィルタパターン１４用材料を、マスク開口部２０ａを形成した感光性樹脂マスク材料２０上に塗布することで、その開口にカラーフィルタパターン１４用材料を充填させる。そして熱硬化させることによりカラーフィルタパターン１４を形成する。
As the material for the
（グリーンのカラーフィルタパターン）
この際に用いるカラーフィルタパターン１４用材料としては、たとえば、１色目にグリーンのカラーフィルタパターン１４を形成する場合は、１．５５〜１．７の屈折率を有するアクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フェノールノボラック系、ポリエステル系、ウレタン系、メラミン系、尿素系、スチレン系及びこれらの共重合物などの樹脂を一つもしくは複数含んだ樹脂を用いることが出来る。
(Green color filter pattern)
As the material for the
（ブルー及びレッドのカラーフィルタパターン）
また、ブルー及びレッドのカラーフィルタパターンを１色目のカラーフィルタパターン１４にする場合は、１．５〜１．６の屈折率を有するアクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フェノールノボラック系、ポリエステル系、ウレタン系、メラミン系、尿素系、スチレン系及びこれらの共重合物などの樹脂を一つもしくは複数含んだ樹脂を用いることが出来る。
(Blue and red color filter pattern)
In addition, when the blue and red color filter pattern is the first
特に、高屈折率を達成するためにはフェノール樹脂やポリスチレン樹脂あるいはベンゼン環や芳香族環を導入したポリマーやモノマーを用いることや、ハロゲン基やイオウ原子を有する基などを骨格に導入したアクリル樹脂を用いることができる。これらの樹脂の所望の分光特性となるように顔料を分散することで、所望のカラーフィルタパターン用材料
として用いることができる。
In particular, in order to achieve a high refractive index, a phenol resin, a polystyrene resin, or a polymer or monomer having a benzene ring or aromatic ring introduced, or an acrylic resin having a halogen group or a group having a sulfur atom introduced into the skeleton Can be used. By dispersing the pigment so as to have the desired spectral characteristics of these resins, it can be used as a desired color filter pattern material.
こうして、図４（ｄ）の工程４のカラーフィルタパターン１４用材料の層の塗布方法により、感光性樹脂マスク材料２０のマスク開口部２０ａ内の全領域にカラーフィルタパターン１４用材料を充填し、更に、感光性樹脂マスク材料２０の上部に余分なカラーフィルタパターン１４用材料の層を形成する。この段階では、カラーフィルタパターン１４用材料の層はまだ硬化していない
Thus, the
（工程５）カラーフィルタパターン用材料の低温加熱による仮硬化
次に、図４（ｅ）のように、カラーフィルタパターン１４用材料の仮硬化を行う。この場合の仮硬化温度は感光性樹脂マスク材料２０に影響の出ない温度での仮硬化が望ましく、具体的には１５０度摂氏以下の温度で仮硬化させる。更には１２０度摂氏以下の温度で仮硬化できることがより望ましい。
(Step 5) Temporary curing of color filter pattern material by low-temperature heating Next, as shown in FIG. 4E, the color filter pattern material is temporarily cured. In this case, the temporary curing temperature is desirably temporary curing at a temperature that does not affect the photosensitive
感光性樹脂マスク材料２０に用いるフォトレジストは一般的なフォトリソグラフィ工程では、露光後にＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）と呼ばれる、露光によるレジストの化学反応を促進する加熱工程が行われる。この加熱温度域であれば、未露光部のフォトレジストへの影響が軽微な為、前述の温度域が望ましい。また後述する感光性樹脂マスク材料２０の除去プロセス次第では、カラーフィルタパターン１４用材料の層の硬化ができる温度であれば温度に制限を設けなくても良い。
In a general photolithography process, the photoresist used for the photosensitive
この際に低温でのカラーフィルタパターン１４用材料の層を熱硬化させる仮硬化処理を行うので、カラーフィルタパターン１４用材料には低温加熱での硬化性が高い熱硬化性樹脂を含有することが好ましく、加熱した際の膨張または収縮が少ない材料を用いることが好ましい。すなわち、その仮硬化の際に周辺を覆う前記感光性樹脂マスク材料２０を変形させる圧力が発生しない熱硬化性樹脂を含むカラーフィルタパターン１４用材料を用いることが望ましい。
At this time, since the layer of the material for the
またこの際の低温での仮硬化処理により形成したカラーフィルタパターン１４は、その形状を安定化させ、又、半導体基板１０への密着性を向上させることができるように、後に、より高い温度での本硬化処理を行う製造方法が望ましい。
In addition, the
カラーフィルタパターン１４に含まれる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノールノボラック樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、スチレン樹脂、及びこれらの共重合体などの樹脂の１つ叉は複数種を含む樹脂を用いることも可能である。またこの中で特に低温で硬化性が高いものが好ましい。
Examples of the thermosetting resin included in the
（工程６）感光性樹脂マスク材料２０上の余分なカラーフィルタパターン用材料除去
上記の工程５により、図４（ｅ）のように、１色目のカラーフィルタパターン１４用材料の層が仮硬化された状態で、感光性樹脂マスク材料２０の上に存在する余分なカラーフィルタパターン１４用材料を、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）又はエッチバック等を用いることで除去する。
(Step 6) Removal of excess color filter pattern material on the photosensitive
すなわち、図４（ｆ）のように、１色目のカラーフィルタパターン１４が、１色目用の光電変換素子１１の光電変換に寄与する領域の位置に形成されており、１色目のカラーフィルタパターン１４以外の領域には感光性樹脂マスク材料２０が表面に露出して形成されているパターンを得る。
That is, as shown in FIG. 4F, the
工程６の、感光性樹脂マスク材料２０の上に存在するカラーフィルタパターン１４用材料の除去処理は、ＣＭＰなどの研磨処理、または、ドライエッチング技術を用いて平坦化
や所望の層厚を除去するエッチバック処理などにより行う。それにより、図４（ｆ）のように、感光性樹脂マスク材料２０を表面に露出させる。
The removal processing of the material for the
またこの際の研磨処理、又は、エッチバック処理により、１色目のカラーフィルタパターン１４用材料の層厚を制御できる。
Further, the layer thickness of the material for the
この感光性樹脂マスク材料２０の上に存在するカラーフィルタパターン１４用材料の除去工程では、ＣＭＰやエッチバック技術に制限されるわけではないが、後述する感光性樹脂マスク材料２０の除去工程において、感光性樹脂マスク材料２０が変質している場合等に残渣が発生して、感光性樹脂マスク材料２０を完全に除去することが困難になることがある。そのため、感光性樹脂マスク材料２０を変質させるダメージを与える可能性が少ない除去工程が望ましい。
The removal process of the material for the
（感光性樹脂マスク材料除去工程について）
上記の工程６により、図４（ｆ）のように、１色目のカラーフィルタパターン１４が所望の位置に形成されており、それ以外の領域には感光性樹脂マスク材料２０が表面に露出して形成されているパターンを得る。
(Photosensitive resin mask material removal process)
By the above step 6, the
次に、図５（ｇ）から（ｉ）の工程により、感光性樹脂マスク材料２０を除去し、図６（ａ）から図７（ｄ）の工程により、再度感光性樹脂マスク材料２１を形成し、パターニングすることで、２色目以降のカラーフィルタパターン１５、１６を入色するためのマスク開口部２１ａを形成する工程について説明する。
Next, the photosensitive
（１色目用の感光性樹脂マスク材料の除去工程）
２色目のカラーフィルタパターン１５を形成するために、１色目のカラーフィルタパターン１４を形成するために用いた感光性樹脂マスク材料２０を除去する。感光性樹脂マスク材料２０の除去方法としては、溶剤による除去やアッシングによる除去などの公知の感光性樹脂マスク材料２０の剥離技術を用いることができるが、１色目のカラーフィルタパターン用材料に影響の出ない方法が望ましい。
(Removal process of photosensitive resin mask material for the first color)
In order to form the
具体的には、以下の工程で処理する。
（工程７）
１色目のカラーフィルタパターン１４を形成するために用いる感光性樹脂マスク材料２０には、紫外線などで露光することで現像液に溶解するようになるポジ型フォトレジストを用いる。それにより、図５（ｇ）のように、感光性樹脂マスク材料２０を有する試料全面に紫外線で露光する。
Specifically, it is processed in the following steps.
(Step 7)
As the photosensitive
（工程８）
次に、図５（ｈ）のように、現像処理を行うことで、感光性樹脂マスク材料２０のみを除去し、１色目のカラーフィルタパターン１４を残すことができる。
(Step 8)
Next, as shown in FIG. 5H, by performing development processing, only the photosensitive
この工程で感光性樹脂マスク材料２０の残渣の発生を低減するために、前述した１色目のカラーフィルタパターン１４用材料の仮硬化の際の加熱の影響が少なくなるために、耐熱性が有るポジ型の感光性樹脂マスク材料２０を用いることが望ましい。
In order to reduce the generation of residues of the photosensitive
また、感光性樹脂マスク材料２０の除去方法は、上述の紫外線等での露光による現像除去に限らず、薬液や溶剤を用いることでカラーフィルタパターン１４に影響の出ないように、感光性樹脂マスク材料２０を溶解、剥離する技術を用いる。あるいは、光励起や酸素プラズマによる感光性樹脂の灰化技術であるアッシング技術を用いる工程などの公知の技術で、感光性樹脂マスク材料２０を除去することができる。また、これらの方法を組み合
わせて用いることができる。これらの方法を用いる場合、感光性樹脂マスク材料２０は必ずしもポジ型の材料には限定されない。
Moreover, the removal method of the photosensitive
（カラーフィルタパターン本硬化工程について）
上記の工程８により、図５（ｈ）のように、半導体基板１０の光電変換素子１１に対応する位置に１色目のカラーフィルタパターン１４を所望の層厚で形成することができる。形成されているカラーフィルタパターン１４は、感光性樹脂マスク材料２０を除去できるようにするために、低温加熱による仮硬化のみを行っている為、耐性が低い状況である。
(About color filter pattern main curing process)
By the above step 8, the
（工程９）
そのため、半導体基板１０との密着性向上や実デバイス利用での耐性を向上させる為に、図５（ｉ）のように、カラーフィルタパターン１４の高温加熱による本硬化処理を行う。
(Step 9)
Therefore, in order to improve the adhesion with the
本硬化において加熱する温度は、実デバイスに影響の出ない温度であることが好ましく、具体的には３００度摂氏以下の温度での加熱であり、特に２４０度摂氏以下の温度での加熱が望ましい。 The heating temperature in the main curing is preferably a temperature that does not affect the actual device, specifically heating at a temperature of 300 degrees Celsius or less, and heating at a temperature of 240 degrees Celsius or less is particularly desirable. .
なお、カラーフィルタパターン１４用材料の種類によっては、低温加熱で十分に硬化が行われている場合、高温加熱による本工程を行わなくても良い。
Note that, depending on the type of the material for the
上述した図３から図５の工程によって、図５（ｉ）のように、半導体基板１０の光電変換素子１１に対応する位置に１色目のカラーフィルタパターン１４が所望の層厚で形成された固体撮像素子を得ることができる。
3 to 5 described above, as shown in FIG. 5 (i), a solid
上述した工程８の、図５（ｈ）のように、１色目のカラーフィルタパターン１４の形成用の感光性樹脂マスク材料２０を除去する処理では、その感光性樹脂マスク材料２０が完全には除去できずに残渣が発生する可能性がある。そのため、工程８で図５のように感光性樹脂マスク材料２０を除去した後に、又は、工程９で図５（ｉ）のようにカラーフィルタパターン１４を高温加熱して本硬化処理した後に、光励起又は酸素プラズマによるアッシング工程や、薬液や溶剤による洗浄工程など公知の技術で感光性樹脂マスク材料２０の残渣を除去することができる。
In the process 8 in which the photosensitive
これにより、２色目以降のカラーフィルタパターンを入色する場合の混色不具合の原因になる１色目用の感光性樹脂マスク材料２０の残渣を除去する。また上述の残渣除去を行う際に、形成してある１色目のカラーフィルタパターン１４の層厚が低減する。その為、あらかじめ、１色目のカラーフィルタパターン１４の層厚を厚く形成しておくなどの対応をする事が望ましい。
As a result, the residue of the photosensitive
（２色目以降のカラーフィルタパターンの形成について）
次に２色目以降の複数色のカラーフィルタパターンの形成工程を行う。２色目以降のカラーフィルタパターンの作製方法は、大きく分けて３つの手法を用いることができる。その３つの手法を、以下で、第１、第２、第３の実施形態として説明する。すなわち、１色目のカラーフィルタパターンと同様の方法で色目以降のカラーフィルタパターンを作製する工程を第１の実施形態として説明し、それ以外の手法を、それぞれ、第２、第３の実施形態として説明する。
(Formation of color filter patterns for the second and subsequent colors)
Next, a process for forming a plurality of color filter patterns for the second and subsequent colors is performed. The method for producing the color filter patterns for the second and subsequent colors can be roughly divided into three methods. The three methods will be described below as first, second, and third embodiments. That is, the process of producing the color filter pattern after the color by the same method as the color filter pattern of the first color will be described as the first embodiment, and other methods will be described as the second and third embodiments, respectively. explain.
（第１の実施形態）
（工程１から９）
第１の実施形態では、工程１から工程９により、図３（ａ）から図５（ｉ）のように処
理することで、図６（ａ）のように１色目のカラーフィルタパターン１４を作成する。
(First embodiment)
(
In the first embodiment, the
（工程１０）
次に、図６（ｂ）のように、前述した１色目のカラーフィルタパターン１４の形成工程と同様に、半導体基板１０上及び１色目のカラーフィルタパターン１４の上の全面に感光性樹脂マスク材料２１を塗布する。
(Process 10)
Next, as shown in FIG. 6B, a photosensitive resin mask material is formed on the entire surface of the
（工程１１）
次に、図６（ｃ）のように、２色目のカラーフィルタパターン１５を形成する場所が開口するようにフォトマスクを用いて、感光性樹脂マスク材料２１に露光する。
(Step 11)
Next, as shown in FIG. 6C, the photosensitive
（工程１２）
次に、図７（ｄ）のように、感光性樹脂マスク材料２１を現像することによって、２色目のカラーフィルタパターン１５を形成する部分にマスク開口部２１ａを形成した感光性樹脂マスク材料２１のパターンを形成する。
(Step 12)
Next, as shown in FIG. 7D, by developing the photosensitive
（工程１３）
次に、図７（ｅ）のように、感光性樹脂マスク材料２１のマスク開口部２１ａを埋めるように２色目のカラーフィルタパターン１５用材料の塗布を行い、上述したカラーフィルタパターン１５用材料の仮硬化工程を行う。
(Step 13)
Next, as shown in FIG. 7E, the material for the
（工程１４）
次に、図７（ｆ）のように、１色目のカラーフィルタパターン１４の層よりも高い余分なカラーフィルタパターン１５を除去する。
(Step 14)
Next, as shown in FIG. 7F, the unnecessary
（工程１５）
次に、図８（ｇ）のように、ポジ型フォトレジストの感光性樹脂マスク材料２１の全面に紫外線を露光する。
(Step 15)
Next, as shown in FIG. 8G, the entire surface of the photosensitive
（工程１６）
次に、図８（ｈ）のように、現像処理を行うことで、１色目のカラーフィルタパターン１４と２色目のカラーフィルタパターン１５を残したまま、溶剤等で感光性樹脂マスク材料２１を除去する。
(Step 16)
Next, as shown in FIG. 8H, the photosensitive
（工程１７）
次に、図８（ｉ）のように、高温加熱による本硬化処理を行うことにより、２色目のカラーフィルタパターン１５用材料を硬化させて、半導体基板１０との密着性を向上させたカラーフィルタパターン１５を形成し、実デバイス利用での耐性を向上させる。
(Step 17)
Next, as shown in FIG. 8 (i), the color filter that has improved the adhesion to the
（工程１８）
３色目のカラーフィルタパターンは、図９（ｊ）のように、先の工程１７で図８（ｉ）のように開口させた３色目カラーフィルタパターン１６の形成箇所を埋めるように３色目のカラーフィルタパターン１６用材料を塗布する。
(Step 18)
As shown in FIG. 9 (j), the color filter pattern of the third color is the color of the third color so as to fill the formation position of the third
（工程１９）
次に、図９（ｋ）のように、１色目のカラーフィルタパターン１４の層よりも高い余分なカラーフィルタパターン１６を除去する。
(Step 19)
Next, as shown in FIG. 9K, the excess
３色目のカラーフィルタパターン１６用材料の硬化工程では、熱硬化性材料を用いての加熱による硬化処理、もしくは感光性を持たせて光硬化処理を行うことで硬化させる。
In the curing process of the
（熱硬化処理）
熱硬化処理の場合は、３色目カラーフィルタパターン１６の余分な材料の除去処理は以下のようにして行う。すなわち、３色目カラーフィルタパターン１６用材料の塗布後に加熱を行い、カラーフィルタパターン１６を硬化させる。次に、図９（ｋ）の工程１９で、１色目のカラーフィルタパターン１４と２色目のカラーフィルタパターン１５の上部にある余分な３色目のカラーフィルタパターン１６用材料を除去する。この除去処理は、ＣＭＰなどの研磨工程またはドライエッチング技術を用いてエッチバック工程を行い平坦化や所望の層厚を除去するなどの公知の技術を用いた処理によって１色目のカラーフィルタパターン１４、２色目のカラーフィルタパターン１５の層より上にある余分な３色目のカラーフィルタパターン１６用材料を除去して、１色目のカラーフィルタパターン１４の層と高さを揃えたカラーフィルタパターン１６を形成することができる。
(Thermosetting)
In the case of the thermosetting process, the extra material removal process of the third
（光硬化処理）
光硬化処理の場合は、塗布後に３色目のカラーフィルタパターン１６を形成する部分に対して、フォトマスクを用いて露光を行い、光硬化させる。次に、現像処理を行うことで選択的に３色目のカラーフィルタパターン１６を除去する。それにより、図９（ｋ）のように、必要なカラーフィルタパターン１６のみを形成することができる。
(Photocuring treatment)
In the case of the photocuring treatment, the portion where the
（４色以上の複数色のカラーフィルタの場合）
４色以上の複数色のカラーフィルタを製造する場合は、３色目以降は２色目のカラーフィルタパターン１５の形成工程と同様の処理を繰り返して、最後の色のカラーフィルタパターンを形成する工程で上述の３色目のカラーフィルタパターン１６の形成工程と同様の処理を行うことでカラーフィルタを製造することができる。
(For multiple color filters with 4 or more colors)
When manufacturing a color filter of four or more colors, the same process as the process for forming the
本実施形態では、１色目のカラーフィルタパターン１４を、顔料濃度が高い、すなわち、硬化に関与する樹脂の含有率が小さいカラーフィルタパターン１４用材料で形成して全色のカラーフィルタパターンを形成することが望ましい。
In the present embodiment, the
特に、１色目のカラーフィルタパターン１４用材料の顔料の含有率を７０％以上に構成することが望ましい。顔料の含有率を７０％以上にすることで、１色目のカラーフィルタパターン１４用材料が、従来の感光性カラーレジストを用いたフォトリソグラフィプロセスでは硬化不充分になってしまう材料であっても、本実施形態の工程を経て何度も本硬化されることで、１色目のカラーフィルタパターン１４を、精度良く、残渣や剥がれもなく形成できる効果がある。具体的にはレッドのカラーフィルタパターンあるいはグリーンのカラーフィルタパターンを１色目のカラーフィルタパターン１４にした場合にこの効果がある。
In particular, the pigment content of the first
また、本実施形態で、フォトリソグラフィによるパターニングに用いる露光波長の透過率が低いために露光不充分となり、解像度の低下や剥がれが起きるカラーフィルタパターンを、１色目のカラーフィルタパターン１４にして本実施形態の方法で全色のカラーフィルタパターンを形成することが望ましい。そうすることで、通常のフォトリソグラフィプロセスでは硬化不充分になってしまうカラーフィルタパターン１４であっても、精度良く、残渣や剥がれもなく１色目のカラーフィルタパターン１４を形成できる効果がある。特にはブルーのカラーフィルタパターンを１色目のカラーフィルタパターン１４にした場合にこの効果がある。
Further, in this embodiment, the color filter pattern that causes insufficient exposure due to the low transmittance of the exposure wavelength used for patterning by photolithography, and that causes a decrease in resolution or peeling is used as the
いずれの色を１色目に選んでも、本実施形態によれば、１色目のカラーフィルタパターン１４は、下層の半導体基板１０や平坦化層１２に良好に密着し、残渣や剥がれがなく、また解像度の高いカラーフィルタパターン１４になる。１色目のカラーフィルタパターン
１４が、正確なパターンで、かつ強固に半導体基板１０や平坦化層１２に密着しているため、正確に、剥がれのないカラーフィルタパターン１４を形成できる効果がある。
Regardless of which color is selected as the first color, according to the present embodiment, the
本実施形態では、カラーフィルタパターン１４、１５、１６用材料に感光性を持たせる成分を含有する必要が無いという特徴がある。そして、顔料以外の成分は割合に対する制限が少ない。その為、本実施形態では、グリーンのカラーフィルタパターンに含まれる樹脂を、ブルー及びレッドのカラーフィルタパターンに含まれる樹脂よりも高い屈折率を有する樹脂にすることが出来る。
The present embodiment is characterized in that it is not necessary to contain a component for imparting photosensitivity to the
従来、グリーンのカラーフィルタパターンの屈折率は、他の色のカラーフィルタパターンの屈折率より低いため、各色のカラーフィルタパターンの反射率が異なり、色によって反射率が不均一であるという問題があった。その理由は、グリーンのカラーフィルタパターン用材料は、感光性カラーレジストを用いてフォトリソグラフィで形成する場合は、感光性を持たせる制約によって樹脂の選択の幅が狭くなり、グリーンのカラーフィルタパターン用材料に屈折率の高い樹脂を選択することが困難であったためである。 Conventionally, since the refractive index of the green color filter pattern is lower than that of the other color filter patterns, the reflectance of the color filter pattern of each color is different, and the reflectance is not uniform depending on the color. It was. The reason for this is that when the green color filter pattern material is formed by photolithography using a photosensitive color resist, the range of resin selection becomes narrow due to the constraint of having photosensitivity. This is because it was difficult to select a resin having a high refractive index as the material.
これに対し、本実施形態では、グリーンのカラーフィルタパターンを、フォトリソグラフィ用に感光性を持たせる必要が無いので、グリーンのカラーフィルタパターン用材料の樹脂として、熱硬化性樹脂の中から、屈折率の高いものを広く選択できる効果がある。 In contrast, in the present embodiment, the green color filter pattern does not need to have photosensitivity for photolithography, and therefore, as a resin for the green color filter pattern material, it is refracted from among thermosetting resins. There is an effect that a high rate can be widely selected.
本実施形態において、グリーンのカラーフィルタパターンに含ませる樹脂の屈折率の選択の幅の広さを利用して、ブルー及びレッドのカラーフィルタパターンに含まれる樹脂よりも高い屈折率を有するものにする。それにより、本実施形態は３色のカラーフィルタパターンの総体の実効的屈折率を同じ屈折率に揃えることが出来、そのカラーフィルタを形成した固体撮像素子のマイクロレンズ１７による集光作用を同等に揃えることが出来る効果がある。そのため、本実施形態により、良好な固体撮像素子を得ることが出来る効果がある。
In this embodiment, the refractive index of the resin to be included in the green color filter pattern is utilized to have a higher refractive index than the resins included in the blue and red color filter patterns. . Thereby, this embodiment can make the effective refractive index of the total of the three color filter patterns the same refractive index, and the light collecting action by the
詳しくは、本実施形態のグリーンのカラーフィルタパターンには、ブルー及びレッドのカラーフィルタパターンに含まれる樹脂の屈折率よりも、０．０５から０．２程度高い屈折率を有する樹脂を用いることが望ましい。それにより、グリーンのカラーフィルタパターンの総体の屈折率を、他の各々の色のカラーフィルタパターンの総体の屈折率と同等にすることができる効果がある。 Specifically, the green color filter pattern of the present embodiment uses a resin having a refractive index higher by about 0.05 to 0.2 than the refractive index of the resin contained in the blue and red color filter patterns. desirable. Accordingly, there is an effect that the total refractive index of the green color filter pattern can be made equal to the total refractive index of the color filter patterns of the other colors.
詳しくは、ブルー及びレッドのカラーフィルタパターンに含まれる樹脂に、１．５〜１．６の屈折率を有するアクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フェノールノボラック系、ポリエステル系、ウレタン系、メラミン系、尿素系、スチレン系等の樹脂を用いる。そして、グリーンのカラーフィルタパターンに含まれる樹脂に、１．５５〜１．７の屈折率を有するアクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フェノールノボラック系、ポリエステル系、ウレタン系、メラミン系、尿素系、スチレン系及びこれらの共重合物などの樹脂を一つもしくは複数含んだ樹脂を用いる。特に、グリーンのカラーフィルタパターンに含まれる樹脂の屈折率を高くするために、フェノール樹脂やポリスチレン樹脂あるいはベンゼン環や芳香族環を導入したポリマーやモノマーを用いることや、ハロゲン基やイオウ原子を有する基などを骨格に導入したアクリル樹脂を用いることもできる。 Specifically, the resins contained in the blue and red color filter patterns are acrylic, epoxy, polyimide, phenol novolac, polyester, urethane, melamine, having a refractive index of 1.5 to 1.6. Urea-based and styrene-based resins are used. And the resin included in the green color filter pattern is acrylic, epoxy, polyimide, phenol novolac, polyester, urethane, melamine, urea, having a refractive index of 1.55 to 1.7, A resin containing one or more resins such as styrene and copolymers thereof is used. In particular, in order to increase the refractive index of the resin contained in the green color filter pattern, a phenol resin, a polystyrene resin, a polymer or a monomer into which a benzene ring or an aromatic ring is introduced, a halogen group, or a sulfur atom is used. An acrylic resin in which a group or the like is introduced into the skeleton can also be used.
（工程２０）
次いて、図１０（ｌ）のように、以上のようにして形成されたカラーフィルタパターン１４、１５、１６上に平坦化層１３を形成する。平坦化層１３としては、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フェノールノボラック系、ポリエステル系、ウレタン系、メラミン系、尿素系、スチレン系などの樹脂を一つもしくは複数含んだ樹脂を用いることがで
きる。なお、この平坦化層１３は、必ずしも設けなくてもよい。
(Step 20)
Next, as shown in FIG. 10L, the
（工程２１）
最後に、図１０（ｍ）のように、平坦化層１３上に、熱フローを用いた作製方法や、グレートーンマスクによるマクロレンズ作製方法や、エッチバックを用いた平坦化層１３へのマイクロレンズ転写方法などの公知の技術によりマイクロレンズ１７を形成することで固体撮像素子を完成させる。
(Step 21)
Finally, as shown in FIG. 10 (m), on the
（変形例１）
また、変形例１として、図５（ｇ）のような工程７の段階において、感光性樹脂マスク材料２０の全面へは露光せずに、フォトマスクを用いて、感光性樹脂マスク材料２０の、２色目を入色する場所のみを露光する処理を行うことができる。
(Modification 1)
Further, as a first modification, in the step 7 as shown in FIG. 5G, the entire surface of the photosensitive
次に、その露光後に、感光性樹脂マスク材料２０を現像し、工程１２の図７（ｄ）のように、２色目のカラーフィルタパターン１５を入れる場所のマスク開口部２１ａを新しく形成する。次に、図７（ｅ）以降の工程１３と工程１４によって２色目のカラーフィルタパターン１５を形成することで、カラーフィルタパターン１５を形成する工程を簡略化することができる。
Next, after the exposure, the photosensitive
ただし、変形例１では、１色目のカラーフィルタパターン１４の高温加熱による本硬化処理は、工程１４以降で、２色目のカラーフィルタパターン１５と同時に本硬化させる。
However, in
また２色目のカラーフィルタパターン１４用のマスク開口部２１ａの形成を、感光性樹脂マスク材料２０への２回目のパターンの露光と、現像処理によってマスク開口部２１ａを形成する。その際に、感光性樹脂マスク材料２０の残渣などが発生した場合の残渣の除去が困難になるので、それを改善する必要がある。そのために、変形例１ではプロセスの条件を最適化する必要がある。
The
（第２の実施形態）
図１１と図１２を参照しながら、第２の実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
The second embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
（工程１から９）
第２の実施形態も、第１の実施形態の工程１から工程９により図３（ａ）から図５（ｉ）のように処理することで、図５（ｉ）のように１色目のカラーフィルタパターン１４を作成する。
(
In the second embodiment, the first color as shown in FIG. 5 (i) is obtained by performing the processing from
（工程２２）
次に、図１１（ａ）のように、半導体基板１０の全面に２色目の感光性カラーフィルタパターン１８用材料の層を塗布する。本実施形態は、２色目の感光性カラーフィルタパターン１８用に感光性カラーレジストを用いることに特徴がある。
(Step 22)
Next, as shown in FIG. 11A, a layer of the second color photosensitive
（工程２３）
次に、図１１（ｂ）のように、２色目の感光性カラーフィルタパターン１８を形成する部分に対して、フォトマスクを用いて露光を行い、感光性カラーフィルタパターン１８を光硬化させる。
(Step 23)
Next, as shown in FIG. 11B, a portion where the second color photosensitive
（工程２４）
次に、図１１（ｃ）のように、現像工程で選択的に感光性カラーフィルタパターン１８用材料の層を除去することで所望の位置に２色目の感光性カラーフィルタパターン１８を形成する。次に、半導体基板１０との密着性向上や実デバイス利用での耐性を向上させる
為に、高温加熱での硬化処理を行うことで２色目の感光性カラーフィルタパターン１８を硬化させる。
(Step 24)
Next, as shown in FIG. 11C, the photosensitive
（工程２５）
３色目の感光性カラーフィルタパターン１９、およびそれ以降の感光性カラーフィルタパターンについても２色目の感光性カラーフィルタパターン１８同様に、図１２（ｄ）のように３色目の感光性カラーフィルタパターン１９用の感光性カラーレジストを半導体基板１０の全面に塗布する。
(Step 25)
Similarly to the photosensitive
（工程２６）
次に、図１２（ｅ）のように、形成箇所に選択的に露光し、３色目の感光性カラーフィルタパターン１９を光硬化させる。
(Step 26)
Next, as shown in FIG. 12E, the formation portion is selectively exposed to light-cure the photosensitive
（工程２７）
次に、図１２（ｆ）のように、３色目の感光性カラーフィルタパターン１９を現像し、高温に加熱してベークすることで感光性カラーフィルタパターン１９を硬化させる。この工程２５から工程２７を繰り返すことで、所望の色数のカラーフィルタパターンを形成する。
(Step 27)
Next, as shown in FIG. 12F, the photosensitive
本実施形態では、感光性の無い材料を用いて１色目のカラーフィルタパターン１４を形成するが、その１色目で最も面積の広いカラーフィルタパターンを形成することが望ましい。そして、２色目の感光性カラーフィルタパターン１８と３色目の感光性カラーフィルタパターン１９を、感光性カラーレジストを用いてフォトリソグラフィ手法により形成する。
In this embodiment, the
感光性カラーレジストを用いる技術は従来のカラーフィルタパターンの製造技術であるが、１色目のカラーフィルタパターン１４は感光性では無い熱硬化性材料を塗布し、それを完全に熱硬化させることでカラーフィルタパターン１４を形成することに本実施形態の特徴がある。
The technology using a photosensitive color resist is a conventional color filter pattern manufacturing technology, but the
それにより、１色目のカラーフィルタパターン１４を半導体基板１０または平坦化層１２との密着性を非常に強くできる。本実施形態では、このように密着性の良好な１色目のカラーフィルタパターン１４によって４辺が囲われた場所を埋めるように２色目以降の感光性カラーフィルタパターンを形成する。
As a result, the adhesion of the first
この構成にすれば、単体の感光性カラーレジストでは、パターン形成が容易でない程度の感光性が低い場合でも、１色目のカラーフィルタパターン１４で囲って隣接させて保持することで、２色目の感光性カラーフィルタパターン１８と３色目の感光性カラーフィルタパターン１９の密着性も全体として良好にできる効果がある。それによって、平坦化層１２を省略して、半導体基板１０上に直接カラーフィルタパターンを形成することが出来るようになる効果がある。
With this configuration, even if the single photosensitive color resist has low photosensitivity that is not easy to form a pattern, it is surrounded by the
また、本実施形態では、１色目のカラーフィルタパターン１４は、顔料濃度が高い、すなわち、硬化に関与する樹脂の含有率が小さいカラーフィルタパターン１４用材料で形成することが望ましい。特に、１色目のカラーフィルタパターン１４用材料の顔料の含有率を７０％以上に構成することが望ましい。
In the present embodiment, the
そうすることで、１色目のカラーフィルタパターン１４用材料が、従来の感光性カラーレジストを用いたフォトリソグラフィ工程では硬化不充分になってしまう材料であっても、精度良く、残渣や剥がれもなく、形成することができる効果がある。具体的にはレッドのカラーフィルタパターンあるいはグリーンのカラーフィルタパターンの場合にこの効果がある。これらのカラーフィルタパターンを１色目のカラーフィルタパターン１４にして作製することで、２色目以降の感光性カラーフィルタはフォトリソグラフィで容易に形成出来る。
By doing so, even if the material for the
また、本実施形態では、フォトリソグラフィによるパターニングに用いる露光波長の透過率が低いために露光不充分となり、解像度の低下や剥がれが起きるカラーフィルタパターンを、１色目のカラーフィルタパターン１４にして形成することが望ましい。そうすることで、通常のフォトリソグラフィ工程では硬化不充分になってしまうカラーフィルタパターンであっても、精度良く、残渣や剥がれもなく、形成することができる効果がある。特にはブルーのカラーフィルタパターンの場合にこの効果がある。
In this embodiment, the color filter pattern of the first color is formed as the
いずれの理由によっても、最初の１色目のカラーフィルタパターンを、感光性では無いカラーフィルタパターン１４用材料でパターンを形成する。そうすることで、１色目のカラーフィルタパターン１４は、下層の半導体基板１０に密着し、残渣や剥がれがなく、また解像度の高いカラーフィルタパターン１４になる。
For any reason, the first color filter pattern of the first color is formed with a material for the
そして、２色目以降は、感光性カラーフィルタパターン用材料を用いて、工程が少なく効率のよいフォトリソグラフィの形成工法で感光性カラーフィルタパターンを形成する。そうすることで、最初に形成した１色目のカラーフィルタパターン１４が、正確なパターンで、かつ強固に半導体基板１０に密着しているため、２色目以降の感光性カラーフィルタパターンをフォトリソグラフィで形成しても、正確に、剥がれのないカラーフィルタパターンを形成することができる効果がある。
For the second and subsequent colors, a photosensitive color filter pattern is formed using a photosensitive color filter pattern material by an efficient photolithography forming method with fewer steps. By doing so, the first
（第３の実施形態）
第３の実施形態を、図１３から図１６を参照して説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIGS.
（工程１から９）
第３の実施形態も、第１の実施形態の工程１から工程９によって図３（ａ）から図５（ｉ）のように処理することで、図５（ｉ）のように１色目のカラーフィルタパターン１４を作成する。
(
In the third embodiment, the first color as shown in FIG. 5 (i) is obtained by performing the processing from
（工程２８）
次に、図１３（ａ）のように、半導体基板１０の全面に２色目のカラーフィルタパターン１５用の熱硬化性樹脂の層を塗布する。
(Step 28)
Next, as shown in FIG. 13A, a thermosetting resin layer for the
２色目のカラーフィルタパターン１５用の熱硬化性樹脂は、層厚を均一にするために、多めに塗布する。そのために、２色目のカラーフィルタパターン１５の熱硬化性樹脂を余分に用いて、１色目のカラーフィルタパターン１４の高さより高さが高い２色目のカラーフィルタパターン１５の層を形成する。
The thermosetting resin for the second
この際に用いるカラーフィルタパターン１５の熱硬化性樹脂は、感光性を持たせず、加熱で硬化する熱硬化性の樹脂を用いる。カラーフィルタパターン１５には感光性を持たせないため、前述しているように、顔料濃度を濃くすることができ、層厚の制御、及び屈折率の制御などが容易である。
As the thermosetting resin of the
（工程２９）
次に、図１３（ｂ）のように、高温に加熱して２色目のカラーフィルタパターン１５用の熱硬化性樹脂を硬化させる。加熱温度はデバイスに影響の出ない範囲での加熱が好ましく、具体的には３００度摂氏以下で有り、更に２４０度摂氏以下が好ましい。
(Step 29)
Next, as shown in FIG. 13B, the thermosetting resin for the
ここで、１色目のカラーフィルタパターン１４の層より上にある余分なカラーフィルタパターン１５の熱硬化性樹脂を除去するために、ＣＭＰなどの研磨工程またはドライエッチング技術を用いてエッチバック工程を行い、平坦化や所望の層厚を除去するなどの公知の技術で余分なカラーフィルタパターン１５の熱硬化性樹脂を除去しても良い。本実施形態では、余分なカラーフィルタパターン１５の熱硬化性樹脂の除去工程は、複数色のカラーフィルタパターンを形成した後に工程３６で行う場合を示す。
Here, in order to remove the excessive thermosetting resin of the
（工程３０）
次に、図１３（ｃ）のように、２色目のカラーフィルタパターン１５の層の上部に感光性樹脂マスク材料２２を塗布する。
(Process 30)
Next, as shown in FIG. 13C, a photosensitive
（工程３１）
次に、図１４（ｄ）のように、３色目のカラーフィルタパターン１６を配置する場所の、２色目のカラーフィルタパターン１５の層にカラーフィルタ樹脂開口１５ａを形成する準備として、カラーフィルタ樹脂開口１５ａの位置の感光性樹脂マスク材料２２に露光する。
(Step 31)
Next, as shown in FIG. 14D, in preparation for forming the color
（工程３２）
次に、感光性樹脂マスク材料２２を現像して、図１４（ｅ）のように、感光性樹脂マスク材料２２にマスク開口部２２ａをあけたパターンを形成する。その感光性樹脂マスク材料２２のマスク開口部２２ａの位置は、２色目のカラーフィルタパターン１５の層のカラーフィルタ樹脂開口１５ａの予定位置にマスク開口部２２ａを形成する。
(Step 32)
Next, the photosensitive
（工程３３）
次に、図１５（ｆ）のように、この感光性樹脂マスク材料２２のパターンをマスク材として、２色目のカラーフィルタパターン１５をドライエッチングして除去することで、マスク開口部２２ａに露出した２色目のカラーフィルタパターン１５に、３色目のカラーフィルタパターン１６（また、更にそれ以降のカラーフィルタパターン）を埋め込むためのカラーフィルタ樹脂開口１５ａを形成する。
(Step 33)
Next, as shown in FIG. 15F, the pattern of the photosensitive
この過程で、マスク材として用いる感光性樹脂マスク材料２２は、加熱や紫外線照射などの硬化処理を行ってもよい。
In this process, the photosensitive
（工程３４）
次に、図１５（ｇ）のように、マスク材として用いた感光性樹脂マスク材料２２を溶剤による剥離、洗浄や、光励起や酸素プラズマによる灰化処理であるアッシングなどの公知の除去方法を行う。こうして、２色目のカラーフィルタパターン１５にカラーフィルタ樹脂開口１５ａを形成する。
(Step 34)
Next, as shown in FIG. 15G, the photosensitive
（工程３５）
３色目のカラーフィルタパターンは、図１６（ｈ）のように、カラーフィルタパターン１６用材料を塗布してカラーフィルタ樹脂開口１５ａに充填する。次に、その材料の熱硬化処理等の硬化処理を行う。
(Step 35)
As shown in FIG. 16H, the color filter pattern for the third color is coated with a material for the
４色以上のカラーフィルタパターンを形成する場合は、３色目のカラーフィルタパターン１６を、２色目のカラーフィルタパターン１５と同様に塗布し、その上に感光性樹脂マスク材料２２のパターンを形成する。そして、その感光性樹脂マスク材料２２のパターンをマスクとして、３色目のカラーフィルタパターン１６をドライエッチングし、カラーフィルタパターン１６に開口を形成し、その開口に４色目のカラーフィルタパターンを充填することで、複数色のカラーフィルタパターンを形成することができる。
In the case of forming a color filter pattern of four or more colors, the third
（工程３６）
次に、図１６（ｉ）のように、ＣＭＰなどの研磨工程またはドライエッチング技術を用いてエッチバック工程を行うことで、１色目のカラーフィルタパターン１４の層より上にある余分な２色目と３色目のカラーフィルタパターン用材料を除去し、所定の層厚までカラーフィルタパターンを平坦化しや所望の厚さの層を得る処理を行う。
(Step 36)
Next, as shown in FIG. 16 (i), by performing an etching back process using a polishing process such as CMP or a dry etching technique, an extra second color above the layer of the first
これにより、図１６（ｉ）のような、各色のカラーフィルタパターン間で段差の無いカラーフィルタを構成することができる。この場合は、図１の平坦化層１３を省略して、カラーフィルタパターンの上に直接にマイクロレンズ１７を形成することができる。
Accordingly, a color filter having no step between the color filter patterns of the respective colors as shown in FIG. In this case, the
第１、第２、第３の実施形態で、２色目以降のカラーフィルの形成を、感光性樹脂マスク材料２１で所望の場所以外を塞いで行う手法や、感光性カラーレジストを用いる方法や、感光性樹脂マスク材料２２をマスク材としてドライエッチングを行う方法を示したが、実施形態はこれらに限定されるわけではなく、これらの手法を組み合わせて、２色目以降のカラーフィルタパターンを形成しても良い。
In the first, second, and third embodiments, a method of forming a color fill for the second and subsequent colors by covering the area other than the desired place with the photosensitive
以下、図３、及び、図１０から図１２を参照して、本発明のカラーフィルタ及び固体撮像素子の製造方法の実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 3 and FIG. 10 to FIG. 12, an example of a method for manufacturing a color filter and a solid-state imaging device of the present invention will be shown to describe the present invention more specifically.
（工程１）
２次元的に配置された光電変換素子１１を備える半導体基板１０上に、アクリル樹脂を含む塗布液を回転数２０００ｒｐｍでスピンコートし、ホットプレートにて２００℃で１０分間の加熱処理を施して、樹脂を硬化し、図３（ａ）の工程１に示すような平坦化層１２を形成した。この際の平坦化層１２の層厚は０．０５μｍであった。
(Process 1)
A coating solution containing an acrylic resin is spin-coated at a rotational speed of 2000 rpm on a
次に図３（ａ）のように、ポジ型フォトレジスト（ＯＦＰＲ８００：東京応化製）をスピンコーターを用いて１５００ｒｐｍの回転数でスピンコートした後、９０℃で１分間プリベークを行い、感光性樹脂マスク材料２０であるフォトレジストを膜厚１．０μｍで塗布したサンプルを作製した。
Next, as shown in FIG. 3 (a), a positive photoresist (OFPR800: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is spin-coated at a rotation speed of 1500 rpm using a spin coater and then pre-baked at 90 ° C. for 1 minute to obtain a photosensitive resin. A sample in which a photoresist as the
この感光性樹脂マスク材料２０であるポジ型フォトレジストは、紫外線照射により、化学反応を起こして現像液に溶解するようになる。
The positive photoresist, which is the photosensitive
（工程２）
次に、図３（ｂ）のように、このサンプルに対して、フォトマスクを介して露光を行った。
(Process 2)
Next, as shown in FIG. 3B, this sample was exposed through a photomask.
（工程３）
次に、図３（ｃ）のように、２． ３８重量％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）である現像液を用いて現像工程を行い１色目のカラーフィルタパターン１４の形成場所が開口しているマスク開口部２０ａを感光性樹脂マスク材料２０に形成した。次に、脱水ベークを行い感光性樹脂マスク材料２０であるフォトレジストの硬化を行った。この際のマスク開口部２０ａは、１．１μｍ×１．１μｍであった。
(Process 3)
Next, as shown in FIG. A development process using a developer of 38 wt% TMAH (tetramethylammonium hydride) is performed to form a mask opening 20 a in the photosensitive
（工程４）
次に、図４（ｄ）のように、上記のパターニングを行った感光性樹脂マスク材料２０に、１色目のグリーンカラーフィルタパターン１４として、感光性材料を含まない顔料分散グリーンレジストを１０００ｒｐｍの回転数でスピンコートした。
(Process 4)
Next, as shown in FIG. 4D, a pigment-dispersed green resist not containing a photosensitive material is rotated at 1000 rpm as the green
（工程５）
次に、図４（ｅ）のように、１５０℃で６分間ベークし、１色目のグリーンカラーフィルタパターン１４の仮硬化を行った。この１色目のカラーフィルタパターン１４のグリーンの顔料にはカラーインデックスにてＣ．Ｉ．ＰＧ３６を用いており、その顔料濃度は８０重量％、層厚は１．１μｍである。また、グリーンレジストの主成分である樹脂としては、熱硬化タイプのアクリル系樹脂を用いた。
(Process 5)
Next, as shown in FIG. 4E, the first green
（工程６）
次に、図４（ｆ）のように、ＣＭＰ処理により、感光性樹脂マスク材料２０であるフォトレジスト上の余分なカラーフィルタパターン１４を除去し平坦化する研磨処理によって、感光性樹脂マスク材料２０であるフォトレジストを表面に露出させた。この際に、半導体基板１０全面での層厚を均一にすることと、全面でフォトレジストを表面に露出させる為にマージンをもって研磨を行うことで、研磨処理後のグリーンカラーフィルタパターン１４の層厚を０．８μｍに形成した。
(Step 6)
Next, as shown in FIG. 4F, the photosensitive
（工程７）
次に、２色目以降のカラーフィルタパターンを形成する為に感光性樹脂マスク材料２０を除去する為、図５（ｇ）のように、半導体基板１０全面に紫外線照射を行った。この際の、紫外線照射はレジストを除去する為だけであり、用いているフォトレジストはポジ型を用いているため、半導体基板１０に構成してある光電変換素子１１に影響の無い範囲で十分な量の紫外線をマスク全面に照射を行った。
(Step 7)
Next, in order to remove the photosensitive
（工程８）
次に、図５（ｈ）のように、２． ３８重量％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）である現像液を用いて現像工程を行うことで、感光性樹脂マスク材料２０を除去した。
(Step 8)
Next, as shown in FIG. The photosensitive
本実施例で感光性樹脂マスク材料２０に用いたフォトレジストＯＦＰＲ−８００は、別用途の既存のものを用いた為、現像工程でも完全に感光性樹脂マスク材料２０の除去ができずに残渣が発生したため、この感光性樹脂マスク材料２０の残渣を除去する為、（東京応化製）剥離液１０４を用いてフォトレジストの剥離を行った。また、レジスト除去面の残渣除去及び表面改質を行う為に、光励起によるアッシングを短時間行った。感光性樹脂マスク材料２０に対するこれらの除去工程を行うことで、１色目のグリーンカラーフィルタパターン１４の膜減りが発生したが、初期の層厚を１．１μｍで形成していた為、１色目のグリーンカラーフィルタパターン１４の層厚は０．６μｍであった。
Since the photoresist OFPR-800 used for the photosensitive
（工程２２）
次に、２色目として顔料分散ブルーを含有している感光性カラーフィルタパターン１８用材料の層を図１１（ａ）のように半導体基板１０全面に塗布した。
(Step 22)
Next, a layer of a material for the photosensitive
（工程２３）
次に、図１１（ｂ）のように、フォトリソグラフィにより感光性カラーフィルタパターン１８の層に選択的に露光した。
(Step 23)
Next, as shown in FIG. 11B, the layer of the photosensitive
（工程２４）
次に、図１１（ｃ）のように、感光性カラーフィルタパターン１８の層を現像して、ブルーの感光性カラーフィルタパターン１８を形成した。このとき、ブルーレジストの感光性カラーフィルタパターン１８に用いた顔料は、それぞれカラーインデックスにてＣ．Ｉ
．ＰＢ１５６、Ｃ．Ｉ．ＰＶ２３であり、顔料濃度は４０重量％、層厚は０．６μｍである。なお、ブルーレジストの主成分である樹脂としては、感光性を持たせたアクリル系の樹脂を用いた。
(Step 24)
Next, as shown in FIG. 11C, the layer of the photosensitive
. PB156, C.I. I. PV23 has a pigment concentration of 40% by weight and a layer thickness of 0.6 μm. In addition, as the resin that is the main component of the blue resist, an acrylic resin having photosensitivity was used.
（工程２５）
次に、図１２（ｄ）のように、顔料分散レッドレジストの感光性カラーフィルタパターン１９の層を半導体基板１０全面に塗布した。
(Step 25)
Next, as shown in FIG. 12 (d), a layer of a photosensitive
（工程２６）
次に、図１２（ｅ）のように、フォトリソグラフィにより、感光性カラーフィルタパターン１９の層にフォトマスクのパターンを露光した。
(Step 26)
Next, as shown in FIG. 12E, the pattern of the photomask was exposed on the layer of the photosensitive
（工程２７）
次に、図１２（ｆ）のように、感光性カラーフィルタパターン１９の層を現像して、感光性カラーフィルタパターン１９によるレッドのパターンを形成した。
(Step 27)
Next, as shown in FIG. 12F, the layer of the photosensitive
このとき、レッドレジストに用いた顔料は、それぞれカラーインデックスにてＣ．Ｉ．ＰＲ１１７、Ｃ．Ｉ．ＰＲ４８：１、Ｃ．Ｉ．ＰＹ１３９であり、顔料濃度は４５重量％、層厚は０．６μｍであった。 At this time, the pigment used for the red resist is C.I. I. PR117, C.I. I. PR48: 1, C.I. I. PY139, the pigment concentration was 45% by weight, and the layer thickness was 0.6 μm.
（工程２０）
更に、図１０（ｌ）のように、以上で形成されたカラーフィルタパターン１４、１８、１９上にアクリル樹脂を含む塗布液を回転数１０００ｒｐｍでスピンコートし、ホットプレートにて２００℃で１０分間の加熱処理を施して、樹脂を硬化し、平坦化層１３を形成した。
(Step 20)
Further, as shown in FIG. 10 (l), a coating solution containing an acrylic resin is spin-coated on the
（工程２１）
最後に、図１０（ｍ）のように、平坦化層１３上に、周知の技術である熱フロー法によりマイクロレンズ１７を形成し、固体撮像素子を完成した。
(Step 21)
Finally, as shown in FIG. 10M, a
以上のようにして得た固体撮像素子は、３色のカラーフィルタパターンが、半導体基板１０の表面に薄く形成された平坦化層１２上に形成されており、また、１色目のカラーフィルタパターン１４が熱硬化性樹脂を用いているため固形分中の色材の濃度を上げることが出来るのでカラーフィルタパターンを薄く形成することが出来た。そのため、マイクロレンズ１７下の半導体基板１０までの距離が小さく、良好な感度を有するものであった。また、カラーフィルタパターンの外形形状に起因する色むらを生ずることがなかった。
In the solid-state imaging device obtained as described above, three color filter patterns are formed on the flattened
本実施例においては、１色目のグリーンカラーフィルタパターン１４の主成分として熱硬化タイプのアクリル樹脂を用いたが、特にアクリル樹脂にこだわることなく、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノールノボラック樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、スチレン樹脂、及びこれらの共重合体などの樹脂の１つ叉は複数種を含む樹脂を用いることも可能である。
In this example, a thermosetting acrylic resin was used as the main component of the first green
更に、グリーンカラーフィルタパターン１４の主成分の樹脂に高屈折率の樹脂を用いて、グリーンのカラーフィルタパターン１４、レッドの感光性カラーフィルタパターン１８、及びブルーの感光性カラーフィルタパターン１９の屈折率を同程度に設定することにより、表面反射を少なくすることが出来る効果があり、感度が良好な固体撮像素子を得ることが出来る効果がある。
Further, a resin having a high refractive index is used as a main component resin of the green
本実施例では、１色目の形成用の感光性樹脂マスク材料２０のマスク開口部２０ａに、
１色目のグリーンの熱硬化性のカラーフィルタパターン１４を塗布して作製したあと、第２の実施形態で示した、感光性カラーフィルタパターン１８のブルーのパターン及び感光性カラーフィルタパターン１９のレッドのパターンをフォトリソグラフィにより形成した。
In the present embodiment, in the
After the first color green thermosetting
しかし、今後の更なる微細化により、薄膜化が求められると、ブルー及びレッドのカラーフィルタパターンも感光性カラーフィルタパターン１８、１９を用いたフォトリソグラフィで作製することは困難になる。そのため、感光性カラーフィルタパターン１８、１９を用いない第１の実施形態、又は第３の実施形態で２色目と３色目のカラーフィルタパターンを作製することが好ましい。
However, if further thinning is required in the future, it is difficult to produce blue and red color filter patterns by photolithography using the photosensitive
更に、本実施例においては、熱フロー法によりマイクロレンズ１７を形成したが、マイクロレンズ１７の下の厚みをより薄く形成することのできるドライエッチングによるパターニング技術を用いてマイクロレンズ１７を形成した方がより好ましい。
Further, in the present embodiment, the
ドライエッチングによるパターニング技術を用いてマイクロレンズ１７を形成する方法は、先ず、最終的にマイクロレンズ１７となる透明樹脂層をカラーフィルタパターン上に形成する。次に、その透明樹脂層上に熱フロー法によってマイクロレンズの母型（レンズ母型）を形成する。そして、そのレンズ母型をマスクとして、ドライエッチングの手法によってレンズ母型形状を透明樹脂層に転写するという方法である。レンズ母型の高さや材料を選択することによってエッチングレートを調整することで、適正なレンズ形状を透明樹脂層に転写する。
In the method of forming the
すなわち、レンズ形状の転写に用いられるレンズ母型をドライエッチングして、表面から除去し、透明樹脂層でマイクロレンズ１７を形成するとともに、そのマイクロレンズ１７の周辺部をカラーフィルタパターンの一部で構成することで、よりレンズ下の厚みを薄くすることが出来るので好ましい。
That is, the lens matrix used for transferring the lens shape is dry-etched and removed from the surface, and the
なお、本実施例において、１色目のカラーフィルタパターン１４のグリーンレジストの樹脂として熱硬化タイプのアクリル樹脂を採用したが、２色目以降の感光性カラーフィルタパターンであるレッドレジストやブルーレジストと同様に感光性カラーフィルタパターンの樹脂、すなわち、放射線硬化（光硬化）のアクリル樹脂を用いることも可能である。この場合は、薄膜化するために必要なモノマーや光重合開始剤の量を減らすことが好ましく、より好ましくは、熱硬化タイプの樹脂と同様の樹脂材料となる。
In this embodiment, a thermosetting acrylic resin is used as the green resist resin of the
この場合、その１色目の感光性カラーフィルタパターン１４用材料は、露光・現像プロセスには不向きな樹脂材料となる。それに対して、本発明では、その１色目のカラーフィルタパターン１４は、図４（ｄ）のように、熱硬化性樹脂を塗布して、感光性樹脂マスク材料２０に形成したマスク開口部２０ａに熱硬化性樹脂を充填し、その熱硬化性樹脂を加熱硬化させるのみの処理を用いるのであって、従来技術のようなフォトリソグラフィ技術の露光現像処理は用いないので、問題を生じない。
In this case, the material for the photosensitive
１０・・・半導体基板
１１・・・光電変換素子
１２・・・平坦化層（下層）
１３・・・平坦化層（上層）
１４・・・カラーフィルタパターン（Ｇｒｅｅｎ）
１５・・・カラーフィルタパターン（Ｒｅｄ）
１５ａ・・・カラーフィルタ樹脂開口
１６・・・カラーフィルタパターン（Ｂｌｕｅ）
１７・・・マイクロレンズ
１８・・・２色目の感光性カラーフィルタパターン
１９・・・３色目の感光性カラーフィルタパターン
２０、２１、２２・・・感光性樹脂マスク材料
２０ａ、２１ａ、２２ａ・・・マスク開口部
DESCRIPTION OF
13 ... Flattening layer (upper layer)
14 Color filter pattern (Green)
15 ... Color filter pattern (Red)
15a: Color filter resin opening 16: Color filter pattern (Blue)
17...
Claims (11)
（ａ）半導体基板上に、１色目のカラーフィルタパターンの配置位置に開口部を形成した感光性樹脂マスク材料を形成する工程と、
（ｂ）カラーフィルタパターン用材料を、前記半導体基板の全面に塗布し前記感光性樹脂マスク材料の前記開口部に充填する工程と、
（ｃ）前記感光性樹脂マスク材料が変質しない低温で加熱することで、前記カラーフィルタパターン用材料の層を仮硬化させる工程と、
（ｄ）前記半導体基板の全面の前記カラーフィルタパターン用材料の所望の層厚の除去を行うことで前記感光性樹脂マスク材料を表層に露出させる工程と、
（ｅ）前記感光性樹脂マスク材料の全体、又は一部、を除去する工程と、
（ｆ）前記カラーフィルタパターン用材料を高温で加熱させて本硬化させる工程。 A method of manufacturing a color filter, comprising: photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate; and a plurality of color filter patterns arranged on the semiconductor substrate corresponding to each of the photoelectric conversion elements. A method for producing a color filter, wherein a method for producing a first color filter pattern formed at least first of the plurality of color filter patterns includes the following steps.
(A) forming a photosensitive resin mask material in which an opening is formed at the arrangement position of the color filter pattern of the first color on a semiconductor substrate;
(B) applying a color filter pattern material to the entire surface of the semiconductor substrate and filling the openings of the photosensitive resin mask material;
(C) a step of temporarily curing the layer of the color filter pattern material by heating at a low temperature at which the photosensitive resin mask material does not change; and
(D) exposing the photosensitive resin mask material to a surface layer by removing a desired layer thickness of the color filter pattern material on the entire surface of the semiconductor substrate;
(E) removing all or part of the photosensitive resin mask material;
(F) A step of heating and curing the color filter pattern material at a high temperature.
方法。 6. The method for producing a color filter according to claim 5, wherein the color filter pattern material is not easily expanded and contracted by heating at a temperature of 150 degrees Celsius or less, and covers the periphery during curing. A method for producing a color filter, comprising using the color filter pattern material including a thermosetting resin that does not generate a pressure to deform the mask material.
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