JP4821415B2 - カラー撮像素子製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、カラー撮像素子製造方法に関係している。

従来のカラー撮像素子では、半導体基板に設けられた複数の光電変換素子上にフォトリソグラフィー技術を使用して相互に隣接して隙間なく複数色のカラーフィルターが形成されている。カラーフィルターは、略１μｍの厚さを有している。なお、カラーフィルターには無色のものも含まれている。

近年、撮像素子の高画素化が進んでおり、近年では数百万画素にもなっている。しかも、このような高画素化の進展に伴い、各画素において各画素を動作させるための種々の配線や電子回路が占める面積の割合が増加し、現在各画素において実際に光電変換素子が受光する為に利用することが出来る面積の割合（開口率）は２０〜４０％程度である。

このことは、撮像素子の光感度が低下することを意味している。

撮像素子の光感度を向上させるために、カラーフィルター上に光電変換素子に対応してマイクロレンズを配置することが特開昭５９−１２２１９３号公報（特許文献１），特開昭６０−３８９８９号公報（特許文献２），特開昭６０−５３０７３号公報（特許文献３），そして特開２００５−２９４４６７号公報（特許文献４）に開示されている。

また、半球形状の着色されたマイクロレンズをカラーフィルターとして使用することが特開昭５９−１９８７５４号公報（特許文献５）に開示されている。

さらに、撮像素子を構成する半導体基板中で、光電変換素子を半導体基板の表面の出来る限り近い位置に配置することで光電変換素子が受け取ることが出来る光量を増加させ、ひいては撮像素子の感度を向上させることが、特開２００５−２１７４３９号公報（特許文献６）や特開２００５−２２３０８４号公報（特許文献７）に開示されている。
特開昭５９−１２２１９３号公報 特開昭６０−３８９８９号公報 特開昭６０−５３０７３号公報 特開２００５−２９４４６７号公報 特開昭５９−１９８７５４号公報 特開２００５−２１７４３９号公報 特開２００５−２２３０８４号公報

撮像素子の光感度を向上させるために、カラーフィルター上に光電変換素子に対応してマイクロレンズを配置した従来例が図５中に概略的に示されている。この従来例では、半導体基板５０中に複数の光電変換素子５２が設けられている撮像素子５４の光感度を向上させるために、半導体基板５０の表面に紫外線吸収層５６を介し複数の光電変換素子５２に対応して設けられている複数色のカラーフィルター５８，６０の表面に、透明な平坦化層６２を介してさらにマイクロレンズ６４が配置されている。

しかしながら、この従来例では、複数色のカラーフィルター５８，６０の夫々の相互に隣接して隙間なく接している側面の近傍の光に混色が生じ易い。即ち、マイクロレンズ６４に近いカラーフィルター５８の上記側面の部分に斜め方向から入射した光６６の一部が、カラーフィルター５８の上記側面の部分を含む角部を通過し隣接するカラーフィルター６０中に進入し、上記隣接するカラーフィルター６０の側面の近傍の光に混色を生じさせる。

混色が生じた光電変換素子５２（図５では、参照符号６０で示されているカラーフィルターに対応している光電変換素子）では、色の再現性の低下や明度の低下が生じ、撮像素子５４の全体では色むらを生じさせる。

しかもこのような、隣接するカラーフィルターからの光の一部の進入は、光電変換素子への入射光の入射角度が浅くなればなるほど生じやすくなる。

図６中には、光感度を向上させるために半導体基板７０中で半導体基板７０の表面に隣接して複数の光電変換素子７２が設けられている従来の撮像素子７４が概略的に示されていて、半導体基板７０の表面には複数の光電変換素子７２に対応して複数色のカラーフィルター７６，７８が配置されている。

マイクロレンズを使用しないこの場合にも、マイクロレンズを使用している上述した場合と同様に、複数のカラーフィルター７６，７８の夫々の相互に隣接して隙間なく接している側面（例えば、図６のカラーフィルター７６の側面）においてカラーフィルターの表面に近い部分に斜め方向から入射した光８０の一部が、隣接するカラーフィルター（図６では、カラーフィルター７８）の側面から上記隣接するカラーフィルターに進入し、上記隣接するカラーフィルターの側面の近傍の光に混色を生じさせ、上述したのと同じ結果を生じさせている。

この場合でも、上述した場合と同様に、隣接するカラーフィルターからの光の一部の進入は、光電変換素子への入射光の入射角度が浅くなればなるほど生じやすくなる。

このような混色を防止する為に、特開２００５−２９４４６７号公報（特許文献４）には、カラーフィルターの上部とカラーフィルターの上面に載置された透明樹脂とでマイクロレンズを構成する技術が記載されている。即ち、カラーフィルターの上面に載置された透明樹脂により凸状のマイクロレンズの湾曲した表面の上部を構成し、次に透明樹脂により構成された凸状のマイクロレンズの湾曲した表面の上部の曲率が連続するように形成したカラーフィルターの上部領域によりマイクロレンズの下部が構成されている。

そして、このようなマイクロレンズは、透明樹脂の表面に形成したレンズ母型をマスクとして用いたドライエッチングによりレンズ母型の形状を透明樹脂及びカラーフィルターの上記上部領域に形状転写することにより形成されている。しかしながら、色の異なるカラーフィルターは同じエッチング条件でドライエッチングした場合にはエッチング速度が異なるので、相互に隣接した相互に色の異なるカラーフィルターの夫々の上記上部領域が、透明樹脂により形成された凸状のマイクロレンズの湾曲した表面に続くような曲率をもつように形成される際に曲率に差が生じ、さらにドライエッチングされてマイクロレンズの凸状の湾曲した表面に連続する相互に色の異なるカラーフィルターの夫々の上記上部領域の表面の荒れの程度も相互に異なるので、複数色のカラーフィルターに対応した複数の光電変換素子に入射される光の色のバランスが悪くなり、カラー撮像素子の全体で色むらを生じさせる。

撮像素子の光感度を向上させるために、半球形状の着色されたマイクロレンズをカラーフィルターとして使用した従来例では、マイクロレンズの中央部と周辺部とではマイクロレンズに入射後にマイクロレンズ中を通過する光の光路の長さに差異がある。カラーフィルター中を通過する光路の長さが異なると、各光路を通過する光の着色に差が生じる。この結果としてマイクロレンズの中央部と周辺部とを通過する光に分光特性に大きな差異が生じる。そして、マイクロレンズにおいては中央部を通過する光量よりも周辺部を通過する光量の方が多いので、カラーフィルターを兼ねるよう着色されたマイクロレンズにより分光された光は全体として色が薄くなる。このことは、カラーフィルターを兼ねるよう着色されたマイクロレンズは、色分離能力が低いことを意味している。これに対し、マイクロレンズの着色を濃くするとカラーフィルターを兼ねて着色されたマイクロレンズにより分光された光の明度が低くなるし、マイクロレンズに含有される着色剤の量が多くなるとマイクロレンズの表面の滑らかさが損なわれマイクロレンズとしての機能が低下してしまう。

この発明は、上記事情の下で為され、この発明の目的は、撮像素子の光感度を向上させるような構造を採用した場合でも、複数の光電変換素子において混色を生じさせることがなく、さらに、色分離能力が高く、また複数色のカラーフィルターに対応した複数の光電変換素子に入射される光の色のバランスが悪くなることがなくてカラー撮像素子の全体で色むらを生じさせることがない、カラー撮像素子を容易に確実に製造するカラー撮像素子製造方法を提供することである。

この発明に従ったカラー撮像素子製造方法は：撮像素子の半導体基板の光電変換素子上に紫外線吸収層を形成する紫外線吸収層形成工程と；紫外線吸収層の上に所望の色のカラーレジスト層を形成するカラーレジスト層形成工程と；カラーレジスト層を現像後に、半導体基板に対し垂直な側面を有するとともに半導体基板から遠い側で前記側面に連続し、且つ、カラーレジスト層の表面に接近するにつれてカラーレジスト層の中央方向に向かうよう傾斜した斜面が形成されるようパターン露光する露光工程と；カラーレジスト層を現像し、半導体基板に対し垂直な側面を有するとともに半導体基板から遠い側で前記側面に連続し、且つ、カラーレジスト層の表面に接近するにつれてカラーレジスト層の中央方向に向かうよう傾斜した斜面を形成する現像工程と；現像工程終了後のカラーレジスト層に硬膜処理を行ないカラーフィルターとする硬膜処理工程と；を備えたことを特徴としている。

上述した如く構成されたことを特徴とするこの発明に従ったカラー撮像素子製造方法により製造されたカラー撮像素子は、複数色のカラーフィルターの夫々が、カラーレジスト層を露光し現像することにより形成されていて、相互に隣接し隙間なく接するとともに半導体基板に対し垂直な側面と、半導体基板から遠い側で側面に連続し、且つ、カラーフィルターの表面に接近するにつれてカラーフィルターの中央方向に接近するよう傾斜している斜面と、を含んでいる、ことを特徴としているので、光電変換素子に入射する光量を増大させるよう撮像素子の半導体基板において光電変換素子を半導体基板の表面に出来る限り近づけて配置する構造にして、ひいてはカラー撮像素子の光感度を向上させるようにした場合でも、夫々のカラーフィルターの表面の周辺部よりも外側から夫々のカラーフィルターに向かい入射してくる斜め光は、隣接したカラーフィルターの斜面のお蔭で隣接したカラーフィルターの表面の周辺部を通過することなくカラーフィルターに入射する。従って、上記斜め光は夫々のカラーフィルターに入射する光に混色を生じさせない。もちろん、夫々のカラーフィルターの表面の周辺部に上記表面に対し略垂直に入射してきた光は、当然のことながらそのまま夫々のカラーフィルターの垂直な側面に沿い夫々のカラーフィルターのみを通過し隣接するカラーフィルターを通過することがないので、夫々のカラーフィルターに入射する光に混色を生じさせない。

さらに複数色のカラーフィルターの夫々は、相互に隣接し隙間なく接し半導体基板に対し垂直な側面を有しているので、光電変換素子に入射する光量を増大させるようマイクロレンズを複数色のカラーフィルターの夫々の上に形成した場合でも、マイクロレンズの中央部や周辺部から異なった光路長さを進入してきた光も十分に色分離させることができるだけのカラーフィルターとしての十分な厚みを夫々のカラーにフィルターに提供するので色分離能力が高い。

また、複数色のカラーフィルターの夫々の側面に対し半導体基板から遠い側に連続した斜面は、カラーレジスト層をパターン露光し現像してカラーフィルターを形成する工程で形成される。その為、従来複数色のカラーフィルターの夫々の表面をドライエッチングしていた時に生じていた、複数色のカラーフィルターの夫々の表面にドライエッチングの程度の差異により荒れが生じて複数色のカラーフィルターの相互間の色にバランスの悪化を生じさせることがなく、結局としてはカラー撮像素子の全体で色むらを生じさせることがない。

また、上述した如く構成されたことを特徴とするこの発明に従ったカラー撮像素子製造方法では：半導体基板の光電変換素子上に形成された紫外線吸収層の上に所望の色のカラーレジスト層を形成し、このカラーレジスト層を現像後に、半導体基板に対し垂直な側面を有するとともに半導体基板から遠い側で前記側面に連続し、且つ、カラーレジスト層の表面に接近するにつれてカラーレジスト層の中央方向に向かうよう傾斜した斜面が形成されるようパターン露光した後にカラーレジスト層を現像して、半導体基板に対し垂直な側面を有するとともに半導体基板から遠い側で前記側面に連続し、且つ、カラーレジスト層の表面に接近するにつれてカラーレジスト層の中央方向に向かうよう傾斜した斜面を形成し、最後に現像終了後のカラーレジスト層に硬膜処理を行なうので、夫々のカラーレジスト層からドライエッチングを使用することなく垂直な側面を有するとともに側面において半導体基板から遠い側に自身の表面に接近するにつれてカラーレジスト層の中央方向（即ち、カラーフィルター自身の中央）に向かうよう傾斜した斜面が形成されたカラーフィルターを製造することが出来、上述したこの発明に従った構成のカラー撮像素子を容易に確実に製造することができる。

［一実施の形態］
次に、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法により撮像素子にカラーフィルターが形成されて、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子が製造される様子を図１の（Ａ）〜（Ｄ），及び図２の（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら詳細に説明する。

図１の（Ａ）には、半導体基板１０に複数のCMOS光電変換素子１２が設けられている撮像素子１４の概略的な縦断面が示されている。なおこの実施の形態では光電変換素子はＣＭＯＳ光電変換素子１２であるが、この発明の概念に従えば光電変換素子はＣＣＤ光電変換素子であっても良い。このような撮像素子１４の構成は周知であり、ここではこれ以上詳細に説明しない。

なおこの発明が適用可能な平面視での画素サイズは、略１０μｍ〜略１μｍの範囲であり、この実施の形態では略２．５μｍ〜略２．２μｍの範囲である。

次には、図１の（Ｂ）中に示されている如く、撮像素子１４において複数の光電変換素子１２上の表面に紫外線吸収層１６が形成され、その上にさらに所望の色のポジ型カラーレジスト層１８が形成される。この実施の形態では、紫外線吸収層１６の厚さＵＶＨは略０．１μｍであり、ポジ型カラーレジスト層１８の厚さＰＣＲＨは略０．９μｍである。

ポジ型カラーレジスト層１８は、例えば、ポジ型感光性樹脂に、所望の色の色材を添加し、さらにシクロヘキサンやＰＧＭＥＡなどの有機溶剤、酸分解性樹脂、光酸発生剤、そして分散剤を添加して作成されている。

ポジ型カラーレジスト層１８は通常、緑，青，そして赤の３色が準備される。

そして、緑色のポジ型カラーレジスト層１８は、色材として例えばＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１５０，Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン３６，そしてＣ．Ｉ．ピグメントグリーン７を添加している。

また、青色のポジ型カラーレジスト層１８は、色材として例えばＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６，そしてＣ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３を添加している。

さらに、赤色のポジ型カラーレジスト層１８は、色材として例えばＣ．Ｉ．ピグメントレッド１７７，Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド４８：１，そしてＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９を添加している。

ポジ型感光性樹脂は、例えばノボラック樹脂とキノンジアジド化合物の組み合わせであり、この組み合わせにさらにアルカリ可溶性ビニル重合体を加えることも出来る。

ポジ型感光性樹脂としては、その他にポリビニルフェノール誘導体やアクリル系であっても良い。

なお色材は、上述した以外の他の色の有機顔料や染料であっても良い。

さらに、有機溶剤には、乳酸エステルを添加しても良い。

酸分解性樹脂は、酸に接触することによりアルカリ可溶性基（例えば、カルボキシル基やフェノール性水酸基等）に変換可能な基を有する樹脂である。

また、光酸発生剤は、光が照射されることにより酸を発生する化合物であり、このような化合物の一種以上を使用することが出来る。そして、光酸発生剤としては、例えばオニウムのハロゲンイオン，ＢＦ_４イオン，ＰＦ_６イオン，ＡｓＦ_６イオン，ＳｂＦ_６イオン，ＣＦ_３ＳＯ_３イオン等との塩、有機ハロゲン化合物、ナフトキノンジアジドスルホン酸化合物、光スルホン酸発生化合物などを使用することが出来る。

次に、ポジ型カラーレジスト層１８の表面において所望の色（例えば緑）のカラーフィルターを対応して形成したい光電変換素子１２に対応する部分を、現像後にポジ型カラーレジスト層１８の側面１８ａにおいて紫外線吸収層１６から遠い側にポジ型カラーレジスト層１８の表面に接近するにつれてポジ型カラーレジスト層１８の表面の中央方向に向かうよう傾斜した斜面が形成されるようなパターンの階調性を有したハーフトーンマスク２０を使用して露光２２する。

図２の（Ａ）には、このようなハーフトーンマスク２０の概略的な平面図が示されている。なお通常、ハーフトーンマスクは、実際に形成するパターンの５倍の寸法を有していて、パターン露光時に１／５に縮小してパターン露光する。この実施の形態では、ハーフトーンマスク２０は、光電変換素子１２の中心を中心にして、大きな円形の遮光部である開口非形成部位２０ａと、開口非形成部位２０ａに対する複数の同心円状に階調（グレースケール）を順次変化させる階調変化部位と、を有する。同心円状の階調は、例えば１／５縮小時に、例えば露光光の波長以下の寸法になる微細な黒ドット（或いは白ドット）の単位面積当たりの個数をハーフトーンマスク上で調整して形成する。これにより光の透過率が同心円状に異なる同心円状の階調をハーフトーンマスクに持たせることが出来る。

この実施の形態に使用したハーフトーンマスク２０では、光電変換素子１２の中心を中心とした同心円状に中心に近づくほど黒ドットの数を増やしており、この結果として中心に近づくほど同心円状に光の透過率が減少する。

この実施の形態のハーフトーンマスク２０は、５倍レチクルであり、ポジ型カラーレジスト層１８の表面に露光されるパターンの寸法の５倍の大きさの寸法のパターンを有している。そして、図示しないステッパー露光装置を使用し、ハーフトーンマスク２０のパターンを１／５に縮小してポジ型カラーレジスト層１８の表面に露光している。

この後、ポジ型カラーレジスト層１８を現像すると、ポジ型カラーレジスト層１８において露光されなかった部分、即ち、所望の色のカラーフィルターを対応して形成したい光電変換素子１２に対応する部分、のみが、光電変換素子１２の中心を中心とした所望の色の第１のカラーフィルター２４として残る。

図２の（Ｂ）には、このようなハーフトーンマスク２０によりパターン露光されたポジ型カラーレジスト層１８を現像して得られるカラーフィルター２４の概略的な側面図が示されている。

第１のカラーフィルター２４は、半導体基板１０の表面に対し垂直な側面２４ａと、半導体基板１０から遠い側で側面２４ａに連続しており、第１のカラーフィルター２４の平坦な表面２４ｂに接近するにつれて第１のカラーフィルター２４の表面２４ｂの中央に接近するよう傾斜している斜面２４ｃと、を含んでいる。

このとき、第１のカラーフィルター２４の平坦な表面２４ｂから側面２４ａまでの斜面２４ｃの深さＧＤは、この実施の形態では略０．４μｍであり、斜面２４ｃと側面２４ａとの交差位置から紫外線吸収層１６までに残されている側面２４ａの高さＳＨは略０．５μｍである。

最後に、このようにして形成された第１のカラーフィルター２４に硬膜処理が行なわれる。

次に、紫外線吸収層１６の上に別の所望の色（例えば青）のポジ型カラーレジスト層が形成され、図１の（Ｂ）及び（Ｃ）を参照しながら前述した所望の色のポジ型カラーレジスト層１８から所望の色のカラーフィルター２４を形成した時と同様なパターン露光工程，現像工程，そして硬膜処理工程が繰り返されて、別の所望の色のカラーフィルターを対応して形成したい光電変換素子１２に対応する部分が、図１の（Ｄ）中に示されている如く、この光電変換素子１２の中心を中心とした別の所望の色の第２のカラーフィルター２６として残る。

第２のカラーフィルター２６は、半導体基板１０の表面に対し垂直な側面２６ａと、半導体基板１０から遠い側で側面２６ａに連続しており、第２のカラーフィルター２６の平坦な表面２６ｂに接近するにつれて第２のカラーフィルター２６の表面２６ｂの中央に接近するよう傾斜している斜面２６ｃと、を含んでいる。

また紫外線吸収層１６の上にさらに別の所望の色（例えば赤）のポジ型カラーレジスト層が形成され、図１の（Ｂ）及び（Ｃ）を参照しながら前述した所望の色のポジ型カラーレジスト層１８から所望の色のカラーフィルター２４を形成した時と同様なパターン露光工程，現像工程，そして硬膜処理工程が繰り返されて、さらに別の所望の色のカラーフィルターを対応して形成したい光電変換素子に対応する部分が、図１の（Ｄ）中に示されている所望の色の第１のカラーフィルター２４や別の所望の色の第２のカラーフィルター２６と同様に、別の所望の色の第３のカラーフィルターとなる。

第３のカラーフィルターは、第１のカラーフィルター２４における側面２４ａと斜面２４ｃとの組み合わせや第２のカラーフィルター２６における側面２６ａと斜面２６ｃとの組み合わせと同様に、半導体基板１０の表面に対し垂直な側面とこの側面に対し半導体基板１０から遠い側に連続しハーフトーンマスクの大きな円形の開口非形成部位に対応した大きな円形状の平坦な表面に向かうにつれて第３のカラーフィルターの上記平坦な表面の中央に向かうよう傾斜した斜面とを含んでいる。

このように撮像素子１４の複数の光電変換素子１２上に紫外線吸収層１６を介して所望の配列で形成された複数の第１のカラーフィルター２４，第２のカラーフィルター２６，そして第３のカラーフィルターは、半導体基板１０に対し垂直なそれぞれの側面２４ａ，２６ａを相互に隣接して隙間なく接している。

なお、各カラーフィルターの平坦な表面と斜面との交差部位は現像工程において丸みを帯びることが多く、斜面も各カラーフィルターの外方に向かい少し膨らんだ湾曲面になることも多いが、本願発明の意図する目的を達成することができるのであれば一向に構わない。さらに、半導体基板１０の表面に対する各カラーフィルターの側面の垂直度も、本願発明の意図する目的を達成することができるのであれば多少の傾斜を伴うことが許されるのはいうまでもない。

なお、相互に異なる色の第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６を形成する際には、第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の夫々を形成する為のポジ型カラーレジスト層１８において夫々に含まれる顔料が相互に異なっており、その結果として露光の際の感光度や現像の際の現像度が相互に異なっているので、夫々の色のポジ型カラーレジスト層１８の為に使用されるハーフトーンマスクの階調レベルは夫々の色のポジ型カラーレジスト層１８から所望の寸法のカラーフィルターを製造するのに最適なように調整される。

即ち、このように夫々の色のポジ型カラーレジスト層１８からカラーフィルターを製造する際に専用のハーフトーンマスクを使用することにより、夫々の色のカラーフィルターを夫々の色のカラーフィルターがその光学性能を最も良く発揮することが出来るような寸法に製造することが可能になっている。

なお、ポジ型カラーレジスト層１８に添加される色材は、染料でも良いが、耐熱性及び耐光性を考慮すると有機顔料が好ましい。

また、ポジ型カラーレジスト層１８に色材として有機顔料を添加する場合には、ポジ型カラーレジスト層１８からカラーフィルターを製造する際の種々の製造工程での品質を考慮するとポジ型カラーレジスト層１８内における有機顔料の固形比は３０％〜５０％が好ましく、特に４０％前後が好ましい。固形比が３０％よりも低くなるとポジ型カラーレジスト層１８に対する所望の十分な着色効果を得ることが出来ず、固形比が５０％を超えるとポジ型カラーレジスト層１８を所望のカラーフィルター形状に加工することが困難になるとともに、現像後にポジ型カラーレジスト層１８から作られるカラーフィルターに含まれる顔料を主体とする残渣が増え、このような残渣を通過した光がカラーフィルターにおいて残渣を通過しない光に混色を生じさせたり、カラーフィルターにおいて残渣を通過しない光により光電変換素子１２から発せられる画像信号出力に残渣を通過した光がノイズを生じさせる原因となるので好ましくない。

そしてこのようなポジ型カラーレジスト層１８内における有機顔料の固形比であると、所望の分光特性を得るために必要なカラーフィルターの最低限度の厚さは略０．４μｍとなる。

そして従来のカラー撮像素子の為の平坦なカラーフィルターの厚さは１μｍ程度であったので、本発明のカラー撮像素子のカラーフィルターにおいて従来の平坦なカラーフィルターと機能的に同じ部分の側面の厚さは、顔料の固形比が３０％〜５０％の場合、０．４μｍ〜０．９μｍの範囲が好ましく、更には０．５μｍ〜０．７μｍの範囲が最も好ましい。

さらに、本発明のカラー撮像素子のカラーフィルターにおいて、隣接したカラーフィルターを通過した光の一部が進入して混色が生じるのを防止するためにカラーフィルターの側面に対し半導体基板から遠い側に連続した斜面が、カラーフィルターの表面からの深さが０．６μｍ〜０．１μｍの範囲であると上記混色を十分に防止できるとともに、カラーフィルターの上述した好ましい範囲の厚さと合わせて、カラーフィルターの厚さを従来の平坦なカラーフィルターの厚さの１μｍ程度よりも同等又はそれよりも小さくするよう選択される。

なお、この実施の形態では、ポジ型カラーレジスト層１８からカラーフィルターを形成したが、従来良く知られているネガ型感光性樹脂を使用したネガ型カラーレジスト層から所望の形状寸法のカラーフィルターを形成することも出来る。この場合には、パターン露光に使用するハーフトーンマスクにおける白黒部分は、ポジ型カラーレジスト層１８から所望の形状寸法のカラーフィルターを形成する為のパターン露光に使用したハーフトーンマスク２０における白黒部分と位置関係が逆転する。

また、ネガ型カラーレジスト層から所望の形状寸法のカラーフィルターを形成する場合にも、ポジ型カラーレジスト層１８からカラーフィルターを形成した場合と同様に、ネガ型カラーレジスト層内における有機顔料の固形比は３０％〜５０％が好ましく、特に４０％前後が好ましい。

さらに、この実施の形態に使用される撮像素子１４は、前述したように従来広く使用されているＣＭＯＳ撮像素子やＣＣＤ撮像素子を含む通常の構成の撮像素子であることが出来るし、光電変換素子１２に入射する光量を増加させるために従来広く使用されている通常の構成の撮像素子よりも半導体基板１０中において半導体基板１０の表面に近い位置に光電変換素子１２を配置した構造の撮像素子であっても良い。

そして、この後者の構造の撮像素子の光電変換素子に対しては、前者の従来広く使用されている通常の構成の撮像素子の光電変換素子に比べ、より広角で光が入射するので、カラーフィルターの側面に対し半導体基板からは遠い側に連続しカラーフィルターの中心に向かい傾斜した斜面を形成したことによる上述した如き混色の防止効果の恩恵をより深く得ることが出来る。

上述したように構成されており図１の（Ｄ）中に示されている一実施の形態に従ったカラー撮像素子では、夫々のカラーフィルター２４又は２６に対し、隣接するカラーフィルター２４又は２６との近傍部位に斜め入射した光ＩＬは、隣接するカラーフィルター２４又は２６の斜面２４ｃ又は２６ｃのお蔭で隣接するカラーフィルター２４又は２６の表面２６ｂの隅部を通過することなく夫々のカラーフィルター２４又は２６に入射することが出来るので、図５や図６を参照しながら前述した従来のカラー撮像素子の場合とは異なり、夫々のカラーフィルター２４又は２６に入射する光に混色が生じることがない。

［一実施の形態の第１の変形例］
次に、図３の（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら、図１の（Ａ）〜（Ｄ）及び図２の（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら前述したこの発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法より製造されたカラー撮像素子の第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の上にさらにマイクロレンズを形成する、一実施の形態のカラー撮像素子製造方法の第１の変形例を説明する。

この第１の変形例では、図３の（Ａ）中に示されている如く、上記カラー撮像素子の第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の表面２４ｂ，２６ｂ上に透明樹脂により平坦化層３０が形成される。この変形例において平坦化層３０は略１μｍの厚さを有し、例えば熱硬化型アクリル透明樹脂により形成される。この平坦化層３０は第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の夫々の側面２４ａ，２６ｂに続く斜面２４ｃ，２６ｃの間に創出される溝も埋設し、第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の上方に平坦な表面を提供する。

平坦化層３０の平坦な表面上には、例えば熱リフロー性を有するフェノール樹脂を例えばスピンコーティング法等の手段により塗布し図示しないレンズ母型層が形成される。この変形例において図示しないレンズ母型層は略０．４μｍの厚さを有する。

そして、このレンズ母型層に公知のフォトリソグラフィー技術に従いパターン露光し現像することで所定のパターンを得る。この所定のパターンを加熱し熱リフローさせることにより半球状のレンズ母型３２を、第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の夫々の中心に一致させて平坦化層３０の表面に形成する。

次に、公知のドライエッチング装置により、例えばエッチングガスとしてＣＦ_４又はＣ_３Ｆ_８等のフロン系ガスを使用し、レンズ母型３２をマスクとして平坦化層３０をドライエッチングしてレンズ母型３２の形状を平坦化層３０に転写し平坦化層３０を加工して、図３の（Ｂ）に示されている如く、第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６に対応した光電変換素子１２への集光度を向上させるためのマイクロレンズ３４を形成している。

この変形例においてマイクロレンズ３４は略０．５μｍの高さを有し、また平坦化層３０に対するドライエッチングは第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の夫々の斜面２４ｃ，２６ｃに到達する以前に止め、第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の夫々の斜面２４ｃ，２６ｃがドライエッチングにより表面荒れを生じさせるのを防止している。

これにより、半導体基板１０とは反対側において側面２４ａ，２６ａに連続した斜面２４ｃ，２６ｃを伴った第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の夫々は、カラーフィルター本来の分光特性を十分に発揮することが出来る。

さらに、平坦化層３０は、ベンゼン環を骨格とした樹脂により形成されていたり、ベンゼン環を有する紫外線吸収剤等が添加されていると、ドライエッチングに伴う表面の荒れを抑制することが出来、ひいては平坦化層３０からドライエッチングにより形成されるマイクロレンズ３４の光学性能をさらに向上させることが出来る。

また、上述したように構成されており図３の（Ｂ）中に示されている一実施の形態の第１の変形例に従ったカラー撮像素子でも、夫々のカラーフィルター２４又は２６に対し、隣接するカラーフィルター２４又は２６との近傍部位に斜め入射した光ＩＬは、隣接するカラーフィルター２４又は２６の斜面２４ｃ又は２６ｃのお蔭で隣接するカラーフィルター２４又は２６の表面２６ｂの隅部を通過することなく夫々のカラーフィルター２４又は２６に入射することが出来るので、図５や図６を参照しながら前述した従来のカラー撮像素子の場合とは異なり、夫々のカラーフィルター２４又は２６に入射する光に混色が生じることがない。

［一実施の形態の第２の変形例］
次に、図４の（Ａ）乃至（Ｃ）を参照しながら、図１の（Ａ）〜（Ｄ）及び図２の（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら前述したこの発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法より製造されたカラー撮像素子の第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の上にさらにマイクロレンズを形成する、一実施の形態のカラー撮像素子製造方法の第２の変形例を説明する。

この第２の変形例では、図４の（Ａ）中に示されている如く、上記カラー撮像素子の第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の表面２４ｂ，２６ｂ上に透明樹脂により平坦化層３０が形成される。この変形例において平坦化層３０は略１μｍの厚さを有し、例えば熱硬化型アクリル透明樹脂により形成される。この平坦化層３０は第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の夫々の側面２４ａ，２６ｂに対し半導体基板１０とは反対側に連続している斜面２４ｃ，２６ｃの間に創出されている溝も埋設し、第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の上方に平坦な表面を提供する。

平坦化層３０の平坦な表面上には、エッチング制御層４０が形成される。この変形例においてエッチング制御層４０は略１μｍの厚さを有し、例えば感光性のフェノールノボラック樹脂により形成される。

さらに、エッチング制御層４０の上に例えば熱リフロー性を有するフェノール樹脂を例えばスピンコーティング法等の手段により塗布し図示しないレンズ母型層が形成される。この変形例において図示しないレンズ母型層は略０．４μｍの厚さを有する。

そして、このレンズ母型層に公知のフォトリソグラフィー技術に従いパターン露光し現像することで所定のパターンを得る。この所定のパターンを加熱し熱リフローさせることにより半球状のレンズ母型４２を、第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の夫々の中心に一致させてエッチング制御層４０の表面に形成する。

この変形例では、エッチング制御層４０のエッチングレートはレンズ母型４２のエッチングレートよりも遅く設定されているので、ドライエッチングの作用を遅くさせ、ドライエッチングされた物体の表面の荒れを抑制することが出来る。

エッチング制御層４０は、ベンゼン環を骨格とした樹脂により形成されていたり、ベンゼン環を有する紫外線吸収剤等が添加されていると、ドライエッチングに伴う表面の荒れを抑制することが出来る。また、エッチング制御層４０は、熱硬化型樹脂やアルカリ現像可能な感光性樹脂で形成することも出来る。

次に、公知のドライエッチング装置により、例えばエッチングガスとしてＣＦ_４とＣ_４Ｆ_８の混合ガスを使用し、レンズ母型４２をマスクとしてエッチング制御層４０をドライエッチングしてレンズ母型４２の形状をエッチング制御層４０に転写しエッチング制御層４０を加工して、図４の（Ｂ）に示されている如く、平坦化層３０の上に中間レンズ４４を形成する。

次に、公知のドライエッチング装置に供給するエッチングガスをＣＦ_４のみにし、中間レンズ４４をマスクとして平坦化層３０をドライエッチングして中間レンズ４４の形状を平坦化層３０に転写し平坦化層３０を加工して、図４の（Ｃ）に示されている如く、第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６に対応した光電変換素子１２への集光度を向上させるためのマイクロレンズ４６を形成している。

この変形例においてマイクロレンズ４６は略０．５μｍの高さを有し、また平坦化層３０に対するドライエッチングは第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の夫々の斜面２４ｃ，２６ｃに到達する以前に止め、第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の夫々の斜面２４ｃ，２６ｃがドライエッチングにより表面荒れを生じさせるのを防止している。これにより、斜面２４ｃ，２６ｃを伴った第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の夫々は、カラーフィルター本来の分光特性を十分に発揮することが出来る。

さらに、平坦化層３０は、ベンゼン環を骨格とした樹脂により形成されていたり、ベンゼン環を有する紫外線吸収剤等が添加されていると、ドライエッチングに伴う表面の荒れを抑制することが出来、ひいては平坦化層３０からドライエッチングにより形成されるマイクロレンズ３４の光学性能をさらに向上させることが出来る。

この第２の変形例では、平坦化層３０の表面に形成されたエッチング制御層４０の表面に形成されたレンズ母型４２の形状を表面荒れを抑制するために設けたエッチング制御層４０にドライエッチングにより精密に中間レンズ４４に転写し、さらにこの中間レンズ４４の形状をドライエッチングにより平坦化層３０に転写してマイクロレンズ４６を形成しているので、ドライエッチングによるマイクロレンズ４６の表面の荒れは、図３の（Ａ）乃至（Ｃ）を参照しながら前述した第１の変形例では平坦化層３０の表面に直接形成されたレンズ母型３２の形状をドライエッチングにより平坦化層３０に転写してマイクロレンズ３４を形成していたのと比べると、格段に小さくなる。

即ち、第２の変形例において形成されたマイクロレンズ４６の光学性能は、第１の変形例において形成されたマイクロレンズ３４の光学性能よりも格段に良い。

また、上述したように構成されており図４の（Ｃ）中に示されている一実施の形態の第２の変形例に従ったカラー撮像素子でも、夫々のカラーフィルター２４又は２６に対し、隣接するカラーフィルター２４又は２６との近傍部位に斜め入射した光ＩＬは、隣接するカラーフィルター２４又は２６の斜面２４ｃ又は２６ｃのお蔭で隣接するカラーフィルター２４又は２６の表面２６ｂの隅部を通過することなく夫々のカラーフィルター２４又は２６に入射することが出来るので、図５や図６を参照しながら前述した従来のカラー撮像素子の場合とは異なり、夫々のカラーフィルター２４又は２６に入射する光に混色が生じることがない。

［一実施の形態の第３の変形例］
次に、図１の（Ａ）〜（Ｄ）及び図２の（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら前述したこの発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法より製造されたカラー撮像素子の第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の上にさらにマイクロレンズを形成する、一実施の形態のカラー撮像素子製造方法の第３の変形例を説明する。

この第３の変形例では、上記カラー撮像素子の第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の表面２４ｂ，２６ｂ上に透明なポジ型感光性レジスト層を形成した後に、ハーフトーンマスクを使用して現像後に第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の表面２４ｂ，２６ｂの中央、より詳細には第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の対応している光電変換素子１２の中央、と同心的なマイクロレンズの形状になるパターンをポジ型感光性レジスト層にパターン露光し、このパターン露光されたポジ型感光性レジスト層を現像することにより第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の表面２４ｂ，２６ｂ上に表面２４ｂ，２６ｂの中央、より詳細には第１乃至第３のカラーフィルター２４，２６の対応している光電変換素子１２の中央、と同心的なマイクロレンズを形成している。

ここで使用されるハーフトーンマスクは、図１の（Ａ）乃至（Ｄ）及び図２を参照しながら前述したこの発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法において、所定の色のポジ型カラーレジスト層１８から所定の寸法形状のカラーフィルターを現像により形成するために所定の色のポジ型カラーレジスト層１８にパターン露光する時に使用されたハーフトーンマスク２０と同様な構成であって、ハーフトーンマスク２０と異なるのは現像により形成しようとする対象物の形状の違いによるパターン形状のみである。

ポジ型感光性レジスト層からパターン露光及び現像により形成されるマイクロレンズは、図３の（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら前述したこの発明の一実施の形態の第１の変形例に従ったカラー撮像素子製造方法においてドライエッチングを使用して透明樹脂による平坦化層３０から加工されたマイクロレンズ３４や、図４の（Ａ）乃至（Ｃ）を参照しながら前述したこの発明の一実施の形態の第２の変形例に従ったカラー撮像素子製造方法においてドライエッチングを使用してエッチング制御層４０及び透明樹脂による平坦化層３０から加工されたマイクロレンズ４６に比べると、加工工程がより簡易であり、しかも表面粗さは第２の変形例において形成されたマイクロレンズ４６と同様に小さくなる。

即ち、第３の変形例において形成されたマイクロレンズの光学性能は、第２の変形例において形成されたマイクロレンズ４６と同様に、第１の変形例において形成されたマイクロレンズ３４の光学性能よりも格段に良い。

しかも、上述したように構成されている一実施の形態の第３の変形例に従ったカラー撮像素子でも、夫々のカラーフィルター２４又は２６に対し、隣接するカラーフィルター２４又は２６との近傍部位に斜め入射した光ＩＬは、隣接するカラーフィルター２４又は２６の斜面２４ｃ又は２６ｃのお蔭で隣接するカラーフィルター２４又は２６の表面２６ｂの隅部を通過することなく夫々のカラーフィルター２４又は２６に入射することが出来るので、図５や図６を参照しながら前述した従来のカラー撮像素子の場合とは異なり、夫々のカラーフィルター２４又は２６に入射する光に混色が生じることがない。

（Ａ）は、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法によりカラーフィルターが形成される前の撮像素子の概略的な縦断面図であり； （Ｂ）は、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法において、撮像素子の半導体基板に設けられている複数の光電変換素子上に紫外線吸収層が形成され、更にポジ型カラーレジスト層が形成された後にハーフトーンマスクを使用してポジ型カラーレジスト層の表面に現像後に、半導体基板に対し垂直な側面を有するとともに半導体基板から遠い側で前記側面に連続し、且つ、ポジ型カラーレジスト層の表面に接近するにつれてポジ型カラーレジスト層の中央方向に接近するよう傾斜した斜面が形成されるようパターン露光する様子を概略的に示す縦断面図であり； （Ｃ）は、（Ｂ）においてパターン露光された後にポジ型カラーレジスト層を現像し、半導体基板に対し垂直な側面を有するとともに半導体基板から遠い側で前記側面に連続し、且つ、ポジ型カラーレジスト層の表面に接近するにつれてポジ型カラーレジスト層の中央方向に接近するよう傾斜した斜面が形成された様子を概略的に示す縦断面図であり；そして、 （Ｄ）は、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法により先に製造されたカラーフィルターに隣接して、同じ工程により、先に製造されたカラーフィルターとは異なる色のカラーフィルターが製造された後の、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子を概略的に示す縦断面図である。 （Ａ）は、この発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法において、ポジ型カラーレジスト層が形成された後にポジ型カラーレジスト層の表面に現像後に、半導体基板に対し垂直な側面を有するとともに半導体基板から遠い側で前記側面に連続し、且つ、ポジ型カラーレジスト層の表面に接近するにつれてポジ型カラーレジスト層の中央方向に接近するよう傾斜した斜面が形成されるようパターン露光するのに使用されるハーフトーンマスクの概略的な平面図であり；そして、 （Ｂ）は、図２の（Ａ）に示されているハーフトーンマスクによりパターン露光されたポジ型カラーレジスト層を現像して得られるカラーフィルターの概略的な側面図である。 （Ａ）は、図１の（Ａ）〜（Ｄ）及び図２の（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら前述したこの発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法より製造されたカラー撮像素子のカラーフィルターの上にさらにマイクロレンズを形成する、一実施の形態のカラー撮像素子製造方法の第１の変形例のマイクロレンズ形成準備工程を概略的に示す縦断面図であり；そして、 （Ｂ）は、（Ａ）のカラー撮像素子製造方法の第１の変形例によりこの発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法より製造されたカラー撮像素子のカラーフィルターの上にさらにマイクロレンズが形成された様子を概略的に示す縦断面図である。 （Ａ）は、図１の（Ａ）〜（Ｄ）及び図２の（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら前述したこの発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法より製造されたカラー撮像素子のカラーフィルターの上にさらにマイクロレンズを形成する、一実施の形態のカラー撮像素子製造方法の第２の変形例のマイクロレンズ形成準備工程を概略的に示す縦断面図であり； （Ｂ）は、一実施の形態のカラー撮像素子製造方法の第２の変形例のマイクロレンズ形成中間工程を概略的に示す縦断面図であり；そして、 （Ｃ）は、一実施の形態のカラー撮像素子製造方法の第２の変形例によりこの発明の一実施の形態に従ったカラー撮像素子製造方法より製造されたカラー撮像素子のカラーフィルターの上にさらにマイクロレンズが形成された様子を概略的に示す縦断面図である。 撮像素子の光感度を向上させるために、カラーフィルター上に光電変換素子に対応してマイクロレンズを配置した従来例のカラー撮像素子の概略的な縦断面図である。 撮像素子の光感度を向上させるために、撮像素子の半導体基板中で光電変換素子を半導体基板の表面の出来る限り近い位置に配置した従来例のカラー撮像素子の概略的な縦断面図である。

符号の説明

１０…半導体基板、１２…光電変換素子、１４…撮像素子、１６…紫外線吸収層、１８…ポジ型カラーレジスト層、２０…ハーフトーンマスク、２２…露光、２４…カラーフィルター、２４ａ…側面、２４ｂ…表面、２４ｃ…溝、２６…カラーフィルター、２６ａ…側面、２６ｂ…表面、２６ｃ…溝、３０…平坦化層、３２…マイクロレンズ母型、３４…マイクロレンズ、４０…エッチング制御層、４２…マイクロレンズ母型、４４…中間レンズ、４６…マイクロレンズ、ＩＬ…光。

Claims (9)

1. 撮像素子の半導体基板の光電変換素子上に紫外線吸収層を形成する紫外線吸収層形成工程と、
   紫外線吸収層の上に所望の色のカラーレジスト層を形成するカラーレジスト層形成工程と、
   カラーレジスト層を現像後に、半導体基板に対し垂直な側面を有するとともに半導体基板から遠い側で前記側面に連続し、且つ、カラーレジスト層の表面に接近するにつれてカラーレジスト層の中央方向に向かうよう傾斜した斜面が形成されるようパターン露光する露光工程と、
   カラーレジスト層を現像し、半導体基板に対し垂直な側面を有するとともに半導体基板から遠い側で前記側面に連続し、且つ、カラーレジスト層の表面に接近するにつれてカラーレジスト層の中央方向に向かうよう傾斜した斜面を形成する現像工程と、
   現像工程終了後のカラーレジスト層に硬膜処理を行ないカラーフィルターとする硬膜処理工程と、
   を備えたことを特徴としているカラー撮像素子製造方法。
2. 前記側面の高さが０．４μｍ〜０．９μｍの範囲であり、前記表面から前記側面までの前記斜面の深さが０．６μｍ〜０．１μｍの範囲である、ことを特徴とする請求項１に記載のカラー撮像素子製造方法。
3. カラーフィルターの表面上に透明樹脂により平坦化層を形成する平坦化層形成工程と、
   平坦化層を加工してマイクロレンズを形成するマイクロレンズ形成工程と、
   をさらに更に備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラー撮像素子製造法。
4. マイクロレンズ形成工程は、平坦化層の上にマイクロレンズ母型を形成するマイクロレンズ母型形成工程と、マイクロレンズ母型をマスクとしてドライエッチングし平坦化層にマイクロレンズ母型の形状を転写することにより平坦化層によりマイクロレンズを形成するドライエッチング工程と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載のカラー撮像素子製造方法。
5. カラーフィルターの表面上に透明樹脂により平坦化層を形成する平坦化層形成工程と、
   平坦化層の上にマイクロレンズを形成するマイクロレンズ形成工程と、
   を更に備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラー撮像素子製造方法。
6. マイクロレンズ形成工程は、平坦化層の上にエッチング制御層を形成するエッチング制御層形成工程と、エッチング制御層の上にマイクロレンズ母型を形成するマイクロレンズ母型形成工程と、マイクロレンズ母型をマスクとしてドライエッチングしエッチング制御層にマイクロレンズ母型の形状を転写することによりエッチング制御層により中間レンズを形成する中間レンズ形成工程と、中間レンズをマスクとして更にドライエッチングを行ない平坦化層に中間レンズの形状を転写することにより平坦化層によりマイクロレンズを形成する工程と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載のカラー撮像素子製造方法。
7. カラーフィルターの表面上に透明なポジ型感光性レジスト層を形成する工程と、
   ハーフトーンマスクを使用して現像後にマイクロレンズの形状になるパターンをポジ型感光性レジスト層にパターン露光する露光工程と、
   パターン露光されたポジ型感光性レジスト層を現像しカラーフィルターの表面上にマイクロレンズを形成するマイクロレンズ形成工程と、
   を更に備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラー撮像素子製造方法。
8. カラーレジスト層の露光工程では、現像後に半導体基板に対し垂直な側面を有するとともに半導体基板から遠い側で前記側面に連続し、且つ、カラーレジスト層の表面に接近するにつれてカラーレジスト層の中央方向に向かうよう傾斜した斜面が形成されるようなパターンの階調性を有したハーフトーンマスクを使用してパターン露光する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のカラー撮像素子製造方法。
9. 前記カラーレジスト層がポジ型カラーレジスト層である、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のカラー撮像素子製造方法。

Images