JP6536005B2 - Method of manufacturing color filter and color filter - Google Patents
Method of manufacturing color filter and color filter Download PDFInfo
- Publication number
- JP6536005B2 JP6536005B2 JP2014210564A JP2014210564A JP6536005B2 JP 6536005 B2 JP6536005 B2 JP 6536005B2 JP 2014210564 A JP2014210564 A JP 2014210564A JP 2014210564 A JP2014210564 A JP 2014210564A JP 6536005 B2 JP6536005 B2 JP 6536005B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- color filter
- filter pattern
- color
- photosensitive resin
- mask material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 60
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 271
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 242
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 242
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 154
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 125
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 92
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 50
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 49
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 40
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 40
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 34
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 34
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 32
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 21
- 239000000049 pigment Substances 0.000 claims description 19
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 17
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 claims description 15
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 claims description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 13
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 12
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 11
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 7
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 claims description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 3
- 241000405965 Scomberomorus brasiliensis Species 0.000 claims 1
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 41
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 30
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 30
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 20
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 15
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 15
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 15
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 description 9
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 9
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 8
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 7
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 7
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 7
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 7
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 7
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 7
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 description 6
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 2
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920005990 polystyrene resin Polymers 0.000 description 2
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 2
- -1 tetramethyl ammonium hydride Chemical compound 0.000 description 2
- 238000001029 thermal curing Methods 0.000 description 2
- ILBBNQMSDGAAPF-UHFFFAOYSA-N 1-(6-hydroxy-6-methylcyclohexa-2,4-dien-1-yl)propan-1-one Chemical compound CCC(=O)C1C=CC=CC1(C)O ILBBNQMSDGAAPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000001056 green pigment Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 150000007974 melamines Chemical class 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000013386 optimize process Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 150000003672 ureas Chemical class 0.000 description 1
- 150000003673 urethanes Chemical class 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Filters (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
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 method of manufacturing a color filter used in a solid-state imaging device represented by a photoelectric conversion device such as a CCD and a CMOS, and a color filter.
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。 Solid-state imaging devices such as CCDs (charge-coupled devices) and CMOS (complementary metal oxide semiconductors) mounted on digital cameras etc. have recently been increased in the number of pixels and miniaturized. The pixel size is below 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 imaging device has a photoelectric conversion device and a pair of color filter patterns to achieve colorization. Moreover, the area | region which the photoelectric conversion element of a solid-state image sensor contributes to photoelectric conversion depends on the size and the number of pixels of a solid-state image sensor. The area is limited to about 20 to 40% of the total area of the solid-state imaging device. Since a small area leads to a reduction in sensitivity as it is, in order to compensate for this, it is general to form a condensing microlens on the photoelectric conversion element and condense it in that area.
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 a solid-state imaging device, usually, 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。 Further, as in Patent Document 2, a method has been proposed in which a color filter pattern is formed on a solid-state imaging device by using a dry etching process.
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 imaging devices exceeding 8 million pixels has become large, and the demand for objects with pixel filter sizes of less than 1.4 μm × 1.4 μm has become large in these high-definition CCDs. The problem is that the lack of resolution of the color filter pattern formed by the photolithography process adversely affects the characteristics of the solid-state imaging device. The lack of resolution appears as color unevenness due to a defect in the shape of the pattern at a pixel size of 1.4 μm or less or in the vicinity of 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 (the thickness increases with respect to the width). Therefore, the portion that should be removed originally (the non-effective portion of the pixel) can not be completely removed. Adversely affect the color pixels. In order to remove the residue, a method such as extending the developing time is used, but there is also a problem that the hardened necessary 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 addition, in the patterning by the photolithography process, there is a phenomenon that the edge of the pattern stands (makes bumps), and when the pixel size becomes finer, the bumps adversely affect 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。 Further, in order to obtain satisfactory spectral characteristics, the thickness of the color filter pattern layer must be increased, and as the thickness of the layer of the color filter pattern is increased, as the miniaturization of the pixels progresses, the pattern There is a tendency for the resolution to be reduced, such as rounded corners. If it is necessary to reduce the thickness of the color filter pattern layer and obtain spectral characteristics, it is necessary to increase the pigment concentration contained in the color filter pattern material, but the light necessary for the photocuring reaction is of the color filter pattern layer. Since it does not reach to the bottom, curing becomes insufficient, and there is a problem that it exfoliates in the development step in photolithography and generates pixel defects.
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 deterioration. Occur. This problem becomes significant as the pixel size of the color filter pattern becomes smaller. Further, the problem of color mixture 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, thinning is also an important issue in addition to the high definition of the color filter pattern.
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 decrease in aperture ratio (that is, the decrease in sensitivity) of the microlens associated with this high-definition solid-state imaging device and the decrease in image quality due to the increase of noise such as flare and smear have become serious problems. It is necessary to reduce the distance under the lens in order to improve the light-gathering ability of the lens and to improve the S / N ratio in the photoelectric conversion element.
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 distance under the lens is large, there are the following two problems. First, when the distance under the lens is large, the angle at which incident light is captured decreases, and the amount of incident light decreases, resulting in an overall dark display. Second, in a camera using a photoelectric conversion element such as a CMOS or 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, and the light collection performance is increased. Since the sensitivity is lowered due to the decrease and the angle of the incident light is largely different between the center and the end of the pixel region of the semiconductor chip in which the photoelectric conversion element is formed, the incident light to the pixel of the end (photoelectric conversion element) It falls and 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。 Also, in general, a color filter pattern is provided with a planarizing layer formed on a semiconductor substrate in order to improve adhesion to a base, and is provided thereon, but the distance under the lens described above is reduced It is desirable to eliminate the planarization layer in order to miniaturize the However, a photosensitive color resist which is a photosensitive color filter pattern material has poor adhesion to a semiconductor substrate when it is produced by a photolithography process and peels off during development, thus eliminating the flattening layer. 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 which is easily bonded to a resin on 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 can 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, green resists have a lower refractive index after curing due to the properties of coloring materials than red resists and blue resists, and have been a problem in the design of solid-state imaging devices. That is, it has been difficult to select a photosensitive color resist to be subjected to the photolithography process, because of the restriction that photosensitivity is required, that having a high refractive index after curing. Therefore, the refractive indexes of the three color filter patterns were different. Therefore, there is a problem that the condensing effect by the micro lens 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。
Further, in order to solve the above problems, the technique of Patent Document 2 has been proposed in which a color filter pattern is formed by dry etching. However, in the color filter pattern formation method according to the technique of Patent Document 2, it is difficult to construct process conditions by dry etching such as uniform control over the entire wafer, change of dry etching characteristics due to material change, control of color filter pattern shape. there were. Furthermore, in the place where the layer for the color filter pattern is partially removed and the opening is provided, the residue due to dry etching, the adhesion improvement by surface modification, the decrease in developability, etc. There is a problem that color mixing occurs when a color filter pattern of the above color is formed by photolithography or dry etching.
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 the pattern forming method in which the dry etching process is performed by masking with a photosensitive resin mask material such as a photoresist, the photoresist tends to be damaged by the plasma used for the etching process. However, it has been difficult to remove the photoresist that has received the plasma damage without damaging the color filter pattern provided in the lower layer or an organic film such as a planarizing layer. That is, in the surface layer of the photoresist that has been subjected to the plasma damage, a degenerated layer is formed in which radicals generated by the plasma treatment form covalent bonds to be crosslinked. Since this altered layer is hardly soluble in the organic solvent, it has been difficult to remove the photoresist including the altered 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, there is a problem that when the layer for the color filter pattern is partially removed by etching, the underlying planarizing layer or the device layer may be damaged. Patent Document 3 proposes a technique for providing an etching stopper layer in order to solve this problem. However, the technique of Patent Document 3 has problems such as an increase in the number of manufacturing steps, a decrease in light transmittance, and the influence on the distance between the devices described above.
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, the color filter pattern formed by the photolithography process by providing the conventional color filter pattern material with photosensitivity does not have sufficient resolution due to the progress of miniaturization, and residue remains. There is a problem that the pixel peeling is easy to occur, and the characteristic of the solid-state imaging device is 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。 In addition, there is a problem that the distance between the color filter pattern and the photoelectric conversion element and the distance between the micro lens and the photoelectric conversion element (the distance under the lens) are large. In addition, even with the method using dry etching to solve these problems, it is difficult to control the process, the residue is likely to remain even at the opening formed by dry etching, the difficulty of removing the mask material, and the lower layer. There is a problem that there is damage and the process becomes complicated by taking these into consideration.
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 problems, and a color filter is formed without causing a pattern shape defect of the color filter, residue, peeling and the like, and the distance between the solid-state imaging device and the photoelectric conversion element The purpose is to manufacture a color filter that can reduce the In addition, it is possible to suppress variation in reflectance among pixels of color filters, to easily optimize process conditions for device fabrication of solid-state imaging devices, and to produce color filters without complicating the process of device fabrication. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a solid-state imaging device.
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。
According to the present invention, in order to solve the above problems, a photoelectric conversion element arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate, and a plurality of colors 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 first color filter pattern formed first of at least the color filter patterns of the plurality of colors includes the following steps: Manufacturing method.
(A) forming a pattern of a photosensitive resin mask material in which an opening is formed at an arrangement position of a color filter pattern of a first color on a semiconductor substrate;
(B) applying a color filter pattern material on the entire surface of the semiconductor substrate and filling the openings of the photosensitive resin mask material;
(C) temporarily curing the layer of the color filter pattern material by heating the photosensitive resin mask material at a low temperature that does not cause deterioration;
(D) exposing the photosensitive resin mask material to the 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 the color filter pattern material at a high temperature for main curing.
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。 The present invention thus has the effect of being able to form the color filter pattern of the first color with simple steps 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。 Further, the present invention is the method for producing a color filter as described above, wherein the photosensitive resin mask material in the step (a) has a resolution of the pattern of the opening of 1.4 μm × 1.4 μm or less. A color photoresist characterized by using a positive type photoresist which causes a chemical reaction which changes so as to be dissolved by development processing when irradiated with ultraviolet light of any wavelength of at least 190 nm and 400 nm. 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。 Further, the present invention is the method of manufacturing a color filter as described above, wherein the photosensitive resin mask material is developed at a temperature of 150 degrees Celsius or less after development processing to form the opening as the photosensitive resin mask material. Manufacturing a color filter characterized by using a positive type photoresist which causes a chemical reaction which changes so as to be dissolved by development processing by irradiating the ultraviolet rays without deforming the opening even when heated by It is a 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。 Further, the present invention is the method for producing a color filter as described above, wherein the photosensitive resin mask material in the step (a) has a resolution of the pattern of the opening of 1.4 μm × 1.4 μm or less. And the development processing to form the opening, and then, in the step (c), the photosensitive resin mask material is heated at a temperature of 150.degree. Even after exposing the photosensitive resin mask material to 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 deterioration. It is a method of manufacturing a color filter characterized in that a positive or negative photoresist is used 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 the method for producing a color filter as described above, wherein the material for the color filter pattern in the step (b) has high curability at a low temperature, particularly 150 degrees Celsius in the step (c). A thermosetting resin which is cured at such a temperature that the shape does not change even after the photosensitive resin mask material is exposed to the surface layer by polishing treatment or etching back treatment in the step (d) after heating at the following temperature It is a manufacturing method of a color filter characterized by using 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 method for producing a color filter as described above, wherein the material for the color filter pattern is resistant to expansion and contraction by heating at a temperature of 150 ° C. or less, and covers the periphery during curing. It is a manufacturing method of a color filter characterized by using the above-mentioned color filter pattern material containing thermosetting resin which does not generate pressure which deforms 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。 The present invention is the method for producing a color filter as described above, wherein the color filter pattern material contains a thermosetting resin as a curing component, and the color filter pattern material having a pigment content of 70% or more. It is a manufacturing method of the color filter characterized by having used.
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, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a color filter as described above, wherein a photosensitive resin mask material is used to produce color filter patterns for the second and subsequent colors, similarly to the production of the color filter pattern for the first color. Forming an opening at an arrangement position of the color filter pattern of the corresponding color of the photosensitive resin mask material; applying and filling a color filter pattern material of the color corresponding to the opening; and the photosensitivity Temporarily 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 deteriorate, and removing the desired layer thickness of the color filter pattern material of the corresponding color And exposing the photosensitive resin mask material to the surface layer, and 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, according to the present invention, in the method of manufacturing a color filter as described above, a positive photoresist is used as the photosensitive resin mask material, and in the step (e), part of the photosensitive resin mask material, By selectively exposing and developing the second color of the color filter pattern, the photosensitive resin mask material is provided with an opening for the second color of the color filter pattern, and the second color is formed in the opening. Applying and filling the color filter pattern material, temporarily curing the layer of the color filter pattern material of the second color, and removing a desired layer thickness of the material for the color filter pattern of the second color. And exposing the surface of the photosensitive resin mask material to the 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, according to the present invention, in the method of manufacturing a color filter as described above, the color filter pattern having the largest area is used as the color filter pattern of the first color, and the color filter pattern is formed by the steps (a) to (f). A method of forming a color filter pattern material having photosensitivity by patterning a color filter pattern of another color by photolithography, or after applying a layer of the color filter pattern material having no photosensitivity, A layer of a photosensitive resin mask material is coated, exposed and developed to form an opening, and the layer is formed by patterning the layer of the color filter pattern material by dry etching, or a combination of these formation methods. It is a manufacturing method of a color filter to
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。 Further, the present invention is a color filter formed by arranging 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 contained in the blue and red color filter patterns. A color filter characterized by having a refractive index of not less than 05 and not more than 0.2 and having a refractive index equivalent to the refractive index of the color filter pattern of each of green, blue and red.
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 coated on a semiconductor substrate, and an opening is formed at the position where the color filter pattern of the first color is formed by photolithography, and the material for color filter pattern is filled up with the opening. The pattern can be formed with high accuracy by applying the layer of Then, the subsequent process forms the color filter pattern of the first color only by the process of curing the color filter pattern and the process of removing the photosensitive resin mask material, so that the first color is formed by simple processes and process conditions that can be easily set. 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 shape defect, residue, peeling and the like of the color filter pattern.
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.
A solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention is, as shown in FIG. 1, 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 the 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。
Further, in this embodiment, a solid-state imaging device of the Bayer arrangement shown in FIG. 2 formed of the
（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。
(Step 1)
Next, the method of forming the first color
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。
(Step of forming opening 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。
(Step 2)
As shown in FIG. 3 (b), 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。
(Step 3)
Next, as shown in FIG. 3C, development was 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 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。
Moreover, as a photoresist used at this time, either a positive type photoresist or a negative type resist does not matter. However, in the case of the manufacturing method in which the exposure and removal of the resist are repeated in the first modification of the first embodiment described later, a positive photoresist is used. It is desirable that the photosensitive
（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。
(Step of applying layer of material for color filter pattern on photosensitive resin mask material)
Next, as shown in FIG. 4A, the process of applying the material for the
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。
(Step 4)
First, as shown in FIG. 4D, a layer of a material for 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 a 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 a 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 patterns)
When the blue and red color filter patterns are used as 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, it is possible to use a phenol resin, a polystyrene resin, a polymer or a monomer having a benzene ring or an 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 obtain 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 material for 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 material of the
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, a 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 a temporary curing process is performed to thermally cure 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。
The thermosetting resin contained 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 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 process 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。
(Regarding photosensitive resin mask material removal process)
By the above-described step 6, as shown in FIG. 4F, the first
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 the residue 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。
Further, the method of removing 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 the color filter pattern main curing process)
By the above-described step 8, as shown in FIG. 5H, 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 to 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 temperature for heating 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 particularly preferably heating at a temperature of 240 degrees Celsius or less .
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
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。
As shown in FIG. 5 (i), a solid in which the
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 of removing 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。
(On the formation of color filter patterns for the second and subsequent colors)
Next, a step of forming a color filter pattern of a plurality of colors after the second color is performed. The method of producing the color filter patterns for the second and subsequent colors can be roughly divided into three methods. The three techniques are described below as first, second and third embodiments. That is, the steps of producing color filter patterns for the first and subsequent colors will be described as the first embodiment, and the 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。
(Step 10)
Next, as shown in FIG. 6B, the photosensitive resin mask material is applied to 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, 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 excess
（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. 8I, a color filter in which 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 location 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 step of the material for 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。
(Thermal curing process)
In the case of the heat curing process, the removal process of the excess material 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。
(Light curing treatment)
In the case of the photocuring treatment, a portion on which the third
（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。
(In the case of color filters of four or more colors)
In the case of manufacturing color filters of a plurality of colors of four or more colors, the process similar to the process of 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, it is desirable that the pigment content of the material for the
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 the present embodiment, since the transmittance of the exposure wavelength used for patterning by photolithography is low, the exposure becomes insufficient, and the color filter pattern causing a reduction in resolution and peeling is a
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。
No matter which color is selected for 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 the material for 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, the refractive index of the green color filter pattern is lower than the refractive index of the color filter patterns of other colors, so the reflectance of the color filter pattern of each color is different, and there is a problem that the reflectance is uneven depending on the color. The The reason is that when the green color filter pattern material is formed by photolithography using a photosensitive color resist, the range of selection of the resin is narrowed due to the restriction to impart photosensitivity, and the green color filter pattern material is used. It 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。 On the other hand, in the present embodiment, since it is not necessary to make the green color filter pattern have photosensitivity for photolithography, it is possible to use the thermosetting resin as a resin for the green color filter pattern, and to use the resin for refraction. 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 contained in the green color filter pattern is selected to have a refractive index higher than that of the resin contained in the blue and red color filter patterns by using the wide range of selection. . Thus, the present embodiment can equalize the effective refractive indexes of the color filter patterns of the three colors to the same refractive index, and equalize 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, for the green color filter pattern of this embodiment, a resin having a refractive index higher by about 0.05 to 0.2 than that of the resin contained in the blue and red color filter patterns may be used. desirable. Thereby, there is an effect that the refractive index of the green color filter pattern as a whole can be made equal to the refractive index of the color filter patterns of the other respective 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, an acrylic resin, an epoxy resin, a polyimide resin, a phenol novolac resin, a polyester resin, a urethane resin, a melamine resin, which has a refractive index of 1.5 to 1.6, is included in the resin contained in the blue and red color filter patterns. Urea-based or styrene-based resins are used. And, acrylic resin, epoxy resin, polyimide resin, phenol novolac resin, polyester resin, urethane resin, melamine resin, urea resin, having a refractive index of 1.55 to 1.7, in the resin contained in the green color filter pattern A resin containing one or more resins such as styrene resins and copolymers thereof is used. In particular, in order to increase the refractive index of the resin contained in the green color filter pattern, it is possible to use a phenol resin, a polystyrene resin, a polymer or a monomer having a benzene ring or an aromatic ring introduced, or a halogen group or a sulfur atom. It is also possible to use an acrylic resin in which a group or the like is introduced into the skeleton.
（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), a method of manufacturing using heat flow, a method of manufacturing a macro lens using a gray tone mask, and a method of forming a
（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, at the stage of the process 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 the first modification, the main curing process by heating the
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。
Further, 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。
(
Also in the second embodiment, the color of the first color is processed as shown in FIG. 5 (i) by processing as shown in FIG. 3 (a) to FIG. 5 (i) according to
（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 material for the 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, the 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 location is selectively exposed to photocure the third color 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 the present 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 technology for manufacturing color filter patterns, 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。
Thereby, the adhesion between 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, the single photosensitive color resist can be surrounded by the first
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, it is desirable that the first
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。
Further, in the present embodiment, a color filter pattern in which a decrease in resolution or peeling occurs due to a low transmittance of an exposure wavelength used for patterning by photolithography 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 the 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。
Then, for the second and subsequent colors, a photosensitive color filter pattern material is used to form a photosensitive color filter pattern by a method of forming photolithography with few steps and efficiency. By doing so, since 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
The third embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 16.
（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。
(
Also in the third embodiment, by processing as shown in FIG. 3A to FIG. 5I according to
（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 layer of thermosetting resin for the second
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
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。
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. 13 (b), the thermosetting resin for the second
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 an excess of the 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。
(Step 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, as a 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. 15 (f), the second
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. 15 (g), 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)
The color filter pattern of 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。
When forming color filter patterns 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. 16I, by performing an etch 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。
As a result, it is possible to configure a color filter having no step between the color filter patterns of each color as shown in FIG. 16 (i). 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, the method of forming the color film of the second and subsequent colors by covering 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 FIGS. 10 to 12, an embodiment of a method for manufacturing a color filter and a solid-state imaging device of the present invention will be shown, and the present invention will be described 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。
(Step 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. 3A, a positive photoresist (OFPR 800: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is spin coated using a spin coater at a rotational speed of 1500 rpm, and then prebaked at 90 ° C. for 1 minute to form a photosensitive resin. The sample which apply | coated the photoresist which is 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。
(Step 2)
Next, as shown in FIG. 3 (b), 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。
(Step 3)
Next, as shown in FIG. A developing process is performed using a developing solution which is 38% by weight of TMAH (tetramethyl ammonium hydride) to form a
（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。
(Step 4)
Next, as shown in FIG. 4D, in the photosensitive
（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。
(Step 5)
Next, as shown in FIG. 4E, baking was performed at 150 ° C. for 6 minutes to perform temporary curing of the first color 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. 4 (f), 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 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
. PB 156, C.I. I. It is PV23, the pigment concentration is 40% by weight, and the layer thickness is 0.6 μm. As a resin which is a 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. 12D, 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 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 has C.I. I. PR 117, C.I. I. PR 48: 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 at 1000 rpm 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. 10 (m), the
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, the color filter patterns of three colors are formed on the
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 the present example, a thermosetting acrylic resin was used as the main component of the first color 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。
Furthermore, the resin of the high refractive index is used for the resin of the main component 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 this embodiment, the
The blue color of the photosensitive
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, 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。
Furthermore, although 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 to form 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 the present embodiment, a thermosetting acrylic resin is employed as a resin for the green resist of the first
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 first color 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
10: semiconductor substrate 11: photoelectric conversion element 12: planarization layer (lower layer)
13 ・ ・ ・ Flattered 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 (10)
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。
（ａ）半導体基板上の、１色目のカラーフィルタパターンの配置位置のみ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 including a photoelectric conversion element arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate, and a color filter pattern of a plurality of colors arranged on the semiconductor substrate corresponding to each of the photoelectric conversion elements. ,
A method of manufacturing a color filter, comprising the steps of: manufacturing the first color filter pattern formed at least first among the color filters of the plurality of colors.
(A) forming a photosensitive resin mask material in which an opening is formed only at an arrangement position of a first color filter pattern on a semiconductor substrate;
(B) applying a color filter pattern material on the entire surface of the semiconductor substrate and filling the openings of the photosensitive resin mask material;
(C) temporarily curing the layer of the color filter pattern material by heating the photosensitive resin mask material at a low temperature that does not cause deterioration;
(D) exposing the photosensitive resin mask material to the 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 the color filter pattern material at a high temperature for main curing.
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。 2. The method for producing a color filter according to claim 1, wherein the photosensitive resin mask material in the step (a) is a material in which a pattern of the opening of a size of 1.4 μm × 1.4 μm or less resolves. There,
And using a positive photoresist that causes a chemical reaction that changes so as to be dissolved by development processing when irradiated with ultraviolet light of any wavelength of at least 190 nm and not more than 400 nm.
前記感光性樹脂マスク材料は、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、前記開口部が変形しないことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。 A method of manufacturing a color filter according to claim 2, wherein
The photosensitive resin mask material is characterized in that the openings are not deformed even if the photosensitive resin mask material is heated at a temperature of 150 ° C. or lower after development processing to form the openings. Manufacturing method of color filter.
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。 A method of manufacturing a color filter according to claim 1, wherein
The photosensitive resin mask material in the step (a) is a material that resolves the pattern of the opening having a size of 1.4 μm × 1.4 μm or less, and is developed to form the opening. After that, the photosensitive resin mask material is heated at a temperature of 150.degree. C. or lower in the step (c) for temporary curing, and the photosensitive resin is further polished or etched back in the step (d). Even after the mask material is exposed to the surface layer, a positive or negative photoresist, which can be peeled off and removed in the step (e) without deterioration of the photosensitive resin mask material, is used as the photosensitive resin mask material. The manufacturing method of the color filter characterized by having used.
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られる熱硬化性樹脂を用いたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のカラーフィルタの製造方法。 Color filter pattern material of step of said (b) is
Heated in step at 150 degrees or less temperature Celsius before SL (c), the shape even after exposing the photosensitive resin mask material on the surface layer by polishing or etch-back process in the step (d) does not change the color filter manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, characterized in use be had thermosetting resin Serra have curability.
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請求項１乃至７のいずれか一項に記載のカラーフィルタの製造方法。 In the preparation of color filter patterns for the second and subsequent colors,
Forming an opening at a position where the color filter pattern of the corresponding color of the photosensitive resin mask material is disposed, using the photosensitive resin mask material;
Applying and filling a color filter pattern material of a color corresponding to the opening;
Temporarily curing the layer of the color filter pattern material of the corresponding color by heating at a low temperature at which the photosensitive resin mask material does not deteriorate;
Exposing the photosensitive resin mask material to the surface layer by removing a desired layer thickness of the color filter pattern material of the corresponding color;
The method for manufacturing a color filter according to any one of claims 1 to 7, further comprising the step of removing the photosensitive resin mask material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014210564A JP6536005B2 (en) | 2014-10-15 | 2014-10-15 | Method of manufacturing color filter and color filter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014210564A JP6536005B2 (en) | 2014-10-15 | 2014-10-15 | Method of manufacturing color filter and color filter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016080811A JP2016080811A (en) | 2016-05-16 |
| JP6536005B2 true JP6536005B2 (en) | 2019-07-03 |
Family
ID=55958487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014210564A Active JP6536005B2 (en) | 2014-10-15 | 2014-10-15 | Method of manufacturing color filter and color filter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6536005B2 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6457888A (en) * | 1987-08-27 | 1989-03-06 | Minolta Camera Kk | Manufacture of color sensor |
| JP5094378B2 (en) * | 2007-02-14 | 2012-12-12 | 富士フイルム株式会社 | Color filter for solid-state image sensor, method for manufacturing the same, and solid-state image sensor |
| JP2008292548A (en) * | 2007-05-22 | 2008-12-04 | Fujifilm Corp | Manufacturing method for color filter |
| JP2009111225A (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | Fujifilm Corp | Solid-state image sensor and method of manufacturing the same |
-
2014
- 2014-10-15 JP JP2014210564A patent/JP6536005B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016080811A (en) | 2016-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4857569B2 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
| US8097485B2 (en) | Solid state image pickup device and manufacturing method thereof | |
| KR102626698B1 (en) | Manufacturing method of solid-state imaging device, solid-state imaging device, and manufacturing method of color filter and color filter | |
| WO2007116887A1 (en) | Color image sensor and method for fabricating color image sensor | |
| US20200258929A1 (en) | Solid-state imaging device and method of manufacturing the same | |
| JP4984400B2 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
| KR100720509B1 (en) | Image Sensor and Method for Manufacturing the Same | |
| KR102471568B1 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method therefor | |
| KR102468312B1 (en) | Solid-state imaging device and method for manufacturing the solid-state imaging device | |
| JP5564751B2 (en) | Manufacturing method of image sensor | |
| JP6536005B2 (en) | Method of manufacturing color filter and color filter | |
| JP2009152315A (en) | Image sensor and its manufacturing method | |
| JP4367078B2 (en) | Color solid-state imaging device and manufacturing method thereof | |
| JP6838394B2 (en) | Solid-state image sensor and its manufacturing method | |
| JP6809215B2 (en) | Solid-state image sensor and its manufacturing method | |
| JP6763187B2 (en) | Image sensor manufacturing method | |
| JP2005311275A (en) | Solid-state imaging device and its manufacturing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170922 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180829 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180918 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181114 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190507 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190520 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6536005 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |