JP3203217B2 - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

カラーフィルタの製造方法

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JP3203217B2
JP3203217B2 JP25100197A JP25100197A JP3203217B2 JP 3203217 B2 JP3203217 B2 JP 3203217B2 JP 25100197 A JP25100197 A JP 25100197A JP 25100197 A JP25100197 A JP 25100197A JP 3203217 B2 JP3203217 B2 JP 3203217B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学的な色分離用
のカラーフィルタを形成するための製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体構成の固体撮像素子を用いてカラ
ー撮像を行う場合、固体撮像素子の受光面に光の三原色
あるいは、その補色に対応するカラーフィルタが装着さ
れる。単板式の撮像装置で用いられる固体撮像素子のカ
ラーフィルタは、ストライプ状またはモザイク状に各色
成分が配列され、固体撮像素子の各受光画素を特定の色
成分に対応付けるように構成される。
【0003】図5は、モザイク型のカラーフィルタの一
例を示す平面図である。カラーフィルタは、それぞれ特
定の色成分に対応付けられる複数のセグメントが固体撮
像素子の受光画素の配列に対応するように行列配置され
る。例えば、シアン(Cy)及び黄(Ye)に対応付け
られるセグメントC1、C2が、奇数行に交互に配置さ
れ、白(W)及び緑(G)に対応付けられるセグメント
C3、C4が偶数行に交互に配置される。この各セグメ
ントC1〜C4の色の組み合わせは、光の三原色及びそ
の補色から選択される。これにより、固体撮像素子の各
受光画素には、それぞれのセグメントC1〜C4の色成
分を表す情報電荷が蓄積される。
【0004】このようなカラーフィルタは、受光画素の
配列に対応して各セグメントC1〜C4が配列されたフ
ィルタ板を固体撮像素子に装着するか、あるいは、固体
撮像素子の基板上に各セグメントC1〜C4を構成する
フィルタ層を形成する、いわゆるオンチップフィルタに
より実現される。一般的には、微細化に有利であると共
に低コスト化が可能なオンチップフィルタが採用される
傾向にある。
【0005】図7(a)〜(d)は、カラーフィルタの
製造方法を説明する工程別の断面図であり、固体撮像素
子の複数の受光画素が形成される受光領域を示す。 (a)第1工程 半導体基板1の表面にポジ型レジストを塗布し、一定の
膜厚のレジスト層2を形成する。ここで、半導体基板1
には、複数の受光画素が予め形成されているものとす
る。
【0006】(b)第2工程 レジスト層2に所定の開口窓4を有する露光マスク3を
掛けて露光した後、レジスト層2を現像して、半導体基
板1の表面を露出する開口部5を形成する。露光マスク
3の開口窓4は、半導体基板1の表面に形成される複数
の受光画素の内、特定の色成分に対応させようとする受
光画素に一致して設けられる。これにより、レジスト層
2の開口部5に所望の受光画素が露出される。
【0007】(c)第3工程 開口部5が形成されたレジスト層2の表面及び開口部5
の底面に露出する半導体基板1(受光画素)の表面を被
うように所望の色の顔料層6を形成する。この顔料層6
は、その材料及び膜厚に応じて特定の波長の光のみを透
過するものであり、例えば、有機系材料が蒸着によって
開口部5の底面とレジスト層2の表面とでほぼ均一な膜
厚に形成される。また、開口部5の側面にも顔料層6が
形成される。
【0008】(d)第4工程 レジスト層2をアルコール系の溶剤で融解させ、レジス
ト層2上の顔料層6をレジスト層2と共に半導体基板1
上から除去する、いわゆるリフトオフ法により、レジス
ト層2の開口部5にのみ顔料層6を残す。これにより、
所望の受光画素に対応する半導体基板1の表面に、特定
の色成分に対応付けられたフィルタ層7が形成される。
【0009】以上の第1乃至第4工程においては、カラ
ーフィルタの複数のセグメントC1〜C4の内、1種類
の色成分のみが形成される。そこで、図5に示すような
4種類のセグメントC1〜C4を有するカラーフィルタ
を形成する場合には、白(W)を除く3種類のセグメン
トC1、C2、C4を順次形成するように、第1乃至第
4工程が繰り返される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】第4の工程のリフトオ
フ法においては、レジスト層2を溶剤によって融解する
ことにより、レジスト層2の表面及び開口部5の側壁に
形成された顔料層6を除去するようにしている。このた
め、図6に示すように、フィルタ層7の端部に除去すべ
き顔料層6の一部が突起状に残される場合がある。この
ようなフィルタ層7の突起は、受光画素に入射する光を
不規則に屈折させる。また、レジスト層2の開口部5内
では、顔料を蒸着する際、側壁に近い部分で蒸着層が十
分に成長しないため、顔料層6の膜厚が均等にならな
い。従って、各受光画素の光学特性のばらつきを招き、
撮像素子においては色再現性が低下するという問題が生
じる。
【0011】そこで本発明は、受光素子あるいは発光素
子のカラーフィルタで、所望の光学特性を安定して得ら
れるようにすることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本願発明は、上述の課題
を解決するために成されたもので、複数の受光素子ある
いは表示素子が配列形成された基板の表面に所定のパタ
ーン形状を有するフィルタ層を形成するカラーフィルタ
の製造方法において、上記基板の表面に特定の色成分に
対応付けられる顔料層を形成する第1工程と、上記顔料
層上にレジスト層を形成し、このレジスト層を選択的に
感光させて上記基板の表面の一部を露出する開口部を形
成する第2工程と、開口部が形成された上記レジスト層
の全面を感光する第3工程と、全面感光された上記レジ
スト層をマスクとして上記顔料層を選択的にエッチング
してフィルタ層を形成する第4工程と、を含むことを特
徴としている。
【0013】さらに本発明は、上記基板の表面に可視光
に対して透明で表面を平坦化したアクリル樹脂層を形成
し、このアクリル樹脂層上に特定の色成分に対応付けら
れる顔料層を形成する第1工程と、上記顔料層上にポジ
型のレジスト層を形成し、このレジスト層を選択的に感
光すると共に現像して上記基板の表面の一部を露出する
開口部を形成する第2工程と、開口部が形成された上記
レジスト層の全面を感光する第3工程と、全面感光され
た上記レジスト層をマスクとして上記顔料層を選択的に
エッチングしてフィルタ層を形成した後、上記レジスト
層をアルコール系溶剤で融解して除去する第4工程と、
を含むことを特徴としている。
【0014】本発明によれば、レジスト層をマスクとし
て顔料層をエッチングすることでフィルタを形成してい
るため、各フィルタ層を所望の形状に形成することがで
きる。このとき、レジスト層は、開口部の形成後に全面
を感光しているため、エッチング処理が完了した後に短
時間で容易に除去することができ、このレジスト層の除
去処理の際に顔料層で形成されるフィルタ層の損傷を防
止できる。また、基板上にアクリル樹脂層を形成し、そ
のアクリル樹脂層上に顔料層を形成することにより、フ
ィルタ層形成のためのエッチング処理をアクリル樹脂層
で止めることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】図1(a)〜(d)は、本発明の
カラーフィルタの製造方法を説明する工程別の断面図で
ある。これらの図面は、図7(a)〜(d)と同一部分
を示している。 (a)第1工程 複数の受光画素が形成された半導体基板11の表面に、
所定の色成分に対応付けられる顔料を蒸着し、一定の膜
厚を有する顔料層12を形成する。この顔料層12は、
図7(c)の第3工程において形成される顔料層6と同
一のものである。
【0016】(b)第2工程 顔料層12が形成された半導体基板11上にポジ型レジ
ストを塗布し、所定の膜厚を有するレジスト層13を形
成する。レジスト層13に、所定のフィルタパターンに
対応する開口窓15を有する露光マスク14を掛けて露
光し、露光したレジスト層13を現像処理して開口部1
6を形成する。露光マスク14の開口窓15は、顔料層
12を除去すべき領域に対応して設けられており、フィ
ルタパターンを形成する領域にのみレジスト層13が残
される。
【0017】(c)第3工程 現像処理が完了してフィルタパターンに対応する領域に
のみ残されたレジスト層13を全面露光し、レジスト分
子の連鎖を切断する。この露光処理の後に、現像処理は
行わない。 (d)第4工程 レジスト層13をマスクとし、酸素プラズマを用いた異
方性エッチングにより顔料層12をパターニングし、所
定のフィルタパターンに対応したフィルタ層17を形成
する。この顔料層12のエッチング処理は、10〜50
%のフッ素系ガス(フロン:CF4、CHF3等)を含む
酸素プラズマが好適である。エッチング処理を完了した
後、メタノール、エタノール、IPA(イソプロピルア
ルコール)に代表されるアルコール系溶剤でレジスト層
13を融解し、フィルタ層17上から除去する。このと
き、レジスト層13は、第3工程において分子の連鎖が
切断されているため、アルコール系溶剤によって容易に
融解し、短時間の処理で除去される。尚かつ、フィルタ
層17となる顔料層12は、融解処理の始まりの時点で
はレジスト層13に被われているため、溶剤に晒される
時間は短くなる。従って、レジスト層13の除去の際に
フィルタ層17が損傷を受けることがなくなる。
【0018】ところで、第4工程の酸素プラズマによる
異方性エッチングは、顔料層12を確実に除去すると共
に、半導体基板11の表面の保護膜よりも深くエッチン
グを進めないようにしてエッチングレート及び処理時間
が制御される。しかしながら、完全な制御は困難であ
り、顔料層12のエッチング残りやオーバーエッチング
による半導体基板11の表面の保護膜の破壊等の問題が
生じ易い。また、通常の半導体素子の絶縁膜として用い
られる窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等に対して、有
機系顔料からなるフィルタ層17は、密着性が良くない
ため、レジスト層13を除去する際に剥がれてしまうお
それがある。
【0019】そこで、図2に示すように、エッチングの
際の保護膜となり、尚かつ、顔料層12との密着性が良
好で、半導体基板11に入射する可視光に対して透明な
アクリル樹脂層20を半導体基板11と顔料層12との
間に形成することで、上述の問題を解決することができ
る。このアクリル樹脂層20は、図1(a)の第1工程
において、顔料層12を形成する前に、半導体基板11
上にアクリル樹脂溶液をスピンコートして容易に形成す
ることができる。スピンコートして形成されるアクリル
樹脂層20は、半導体基板11の表面の凹凸を埋るた
め、表面を平坦化する平坦層としても機能する。従っ
て、上述の第1工程〜第4工程を経て、図3に示すよう
に、フィルタ層17が半導体基板11上にアクリル樹脂
層20を介して形成される。
【0020】尚、通常のカラーフィルタは、図5に示す
ように、複数の色成分に対応するセグメントC1〜C4
から構成されるため、上述の第1乃至第4工程を繰り返
すことにより、フィルタ層17を各色成分毎にそれぞれ
独立に形成する。例えば、図4に示すように、2層のフ
ィルタ層17、18を形成する場合には、上述の工程を
経て形成した1層目のフィルタ層17上に、再度アクリ
ル樹脂層21を形成して表面を平坦化した後、同一工程
を繰り返して2層目のフィルタ層18を形成する。多層
のフィルタ層17、18については、各色成分毎に独立
に形成することも可能であるが、互いに重ね合わせるこ
とで第3の色成分を得ることも可能である。例えば、図
5に示すようなカラーフィルタにおいて、シアン色フィ
ルタ及び黄色フィルタの2層構造とし、互いに重ね合わ
せることにより、緑色フィルタを得ることができる。
【0021】以上の実施形態においては、カラーフィル
タを固体撮像素子の半導体基板上に形成する場合を例示
したが、LCDパネルなどの表示素子の各表示画素に対
するカラーフィルタの形成にも応用することができる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、顔料層をエッチングに
よりパターニングしてフィルタ層を形成することができ
るため、不規則な突起を生じることなく、フィルタ層の
膜厚をほぼ均一に形成することができる。また、エッチ
ングマスクとなったレジスト層は、全面露光処理によっ
て予め分子の連鎖が切断されているため、融解性の低い
アルコール系溶剤を用いて容易に除去することができ
る。従って、フィルタ層を所望の光学特性に形成でき、
色むらの発生を防止することができる。
【0023】また、アクリル樹脂層を介してフィルタ層
を形成するようにしたことで、レジスト層のエッチング
の際、エッチング処理がアクリル樹脂層で止まり、エッ
チングの制御が容易になる。同時に、顔料層の密着性が
高くなるため、パターニングしたフィルタ層が剥がれる
のを防止することができる。そして、アクリル層は、素
子の表面を平坦化するための平坦層に置き換えて形成す
ればよく、製造過程の工程数をほとんど増加させること
はない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のカラーフィルタの製造方法を説明する
工程別の断面図である。
【図2】本発明のカラーフィルタの製造方法の他の実施
形態の断面図である。
【図3】他の実施形態によりフィルタ層が形成された半
導体基板の断面図である。
【図4】他の実施形態によりフィルタ層が2層に形成さ
れた半導体基板の断面図である。
【図5】モザイク型のカラーフィルタの構成を示す平面
図である。
【図6】従来の方法により形成されたフィルタ層の断面
図である。
【図7】従来のカラーフィルタの製造方法を説明する工
程別の断面図である。
【符号の説明】
1、11 基板 2、13 レジスト層 3、14 露光マスク 4、15 開口窓 5、16 開口部 6、12 顔料層 7、17、18 フィルタ層 20、21 アクリル樹脂層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−153903(JP,A) 特開 平4−107967(JP,A) 特開 昭59−146005(JP,A) 特開 平4−14001(JP,A) 特開 平5−107408(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 5/20 101

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の受光素子あるいは表示素子が配列
    形成された基板の表面に所定のパターン形状を有するフ
    ィルタ層を形成するカラーフィルタの製造方法におい
    て、上記基板の表面に特定の色成分に対応付けられる顔
    料層を形成する第1工程と、上記顔料層上にレジスト層
    を形成し、このレジスト層を選択的に感光させて上記基
    板の表面の一部を露出する開口部を形成する第2工程
    と、開口部が形成された上記レジスト層の全面を感光す
    る第3工程と、全面感光された上記レジスト層をマスク
    として上記顔料層を選択的にエッチングしてフィルタ層
    を形成する第4工程と、を含むことを特徴とするカラー
    フィルタの製造方法。
  2. 【請求項2】 上記第1工程は、可視光に対して透明な
    アクリル樹脂層を介して上記基板上に上記顔料層を形成
    することを特徴とする請求項1に記載のカラーフィルタ
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記第4工程は、フッ素系ガスを10乃
    至50%含む酸素プラズマにより上記顔料層をエッチン
    グすることを特徴とする請求項1に記載のカラーフィル
    タの製造方法。
  4. 【請求項4】 複数の受光素子あるいは表示素子が配列
    形成された基板の表面に所定のパターン形状を有するフ
    ィルタ層を形成するカラーフィルタの製造方法におい
    て、上記基板の表面に可視光に対して透明で表面を平坦
    化したアクリル樹脂層を形成し、このアクリル樹脂層上
    に特定の色成分に対応付けられる顔料層を形成する第1
    工程と、上記顔料層上にポジ型のレジスト層を形成し、
    このレジスト層を選択的に感光すると共に現像して上記
    基板の表面の一部を露出する開口部を形成する第2工程
    と、開口部が形成された上記レジスト層の全面を感光す
    る第3工程と、全面感光された上記レジスト層をマスク
    として上記顔料層を選択的にエッチングしてフィルタ層
    を形成した後、上記レジスト層をアルコール系溶剤で融
    解して除去する第4工程と、を含むことを特徴とするカ
    ラーフィルタの製造方法。
  5. 【請求項5】 上記第1乃至第4の工程を繰り返して、
    上記基板上に互いに異なる色成分に対応付けられた複数
    のフィルタ層を多層に形成することを特徴とする請求項
    4に記載にカラーフィルタの製造方法。
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