JPH02240964A

JPH02240964A - カラー固体撮像素子の製造方法

Info

Publication number: JPH02240964A
Application number: JP1060830A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Fujita; 藤田　昌信
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1990-09-25
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: JP2802999B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、カラー固体撮像素子に係り、特に、固体撮像
素子上に直接カラーフィルターが形成された、いわゆる
オンチップ型のカラー固体撮像素子及びその製造方法に
関する。

〔従来の技術〕

現在、カラー固体撮像素子の製造方法としては、ガラス
等の透明基板上に色分解フィルターを形成し、このフィ
ルターとＣＣＤ等の固体撮像素子とを貼り合わせる方法
と、ＣＣＤ等の固体撮像素子に平坦化層を介して直接色
分解フｉルターを形成する方法とが知られており、それ
ぞれ工業化されている。特に、後者の方法によって形成
された固体撮像素子は、オンチップ型と呼ばれ、固体撮
像素子と色分解フィルターとの位置合わせ作業がないた
め、製造作業工程上有利なものであり、高精度な位置合
わせが可能である。

従来行われているオンチップ型カラー固体撮像素子の製
造方法の概略を、第３図を参照して説明する。まず、第
３図（ａ）の固体撮像素子１１上に、第３図（ト））に
示すように平坦化剤１２を塗布し、これを硬化させる。

平坦化剤としては、可視光に対して透明で、かつ耐熱性
、耐水性に富む樹脂、例えば、ポリウレタン樹脂、シリ
コン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂等が用いられる。

次に、第３図（Ｃ）に示すように周知の方法により、固
体撮像素子１１の上に、所定の着色画素１３を所定のパ
ターンで正確に位置合わせして順次形成し、さらに第３
図（ｄ）に示すように保護膜１４をその上に塗布し、硬
化させ、次いで第３図（ｅ）に示すように感光性樹脂１
５　（図中ではポジ型）を塗布し、所望のパターンのマ
スク１６を用いて、撮像素子１１と正確に位置合わせし
てこれを製版する。製版された感光性樹脂１５をレジス
トとして、酸素プラズマ等を利用してドライエツチング
し、所定箇所の上、例えば、電極パッドやスクライブラ
イン上の平坦化剤を灰化除去する（第３図（ｆ））　、
最後に、感光性樹脂１５を剥離すれば、第３図（ロ）に
示すようなオンチップ型のカラー撮像素子が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、固体撮像素子の表面を平坦化剤によって平坦
化させても、依然として、凹凸が残る。

固体撮像素子の表面段差は、場所により千差万別である
が、大きいものとしては、（ａ）個々のセンサーと転送
部（ＩＬ−ＣＣＤ）では１．５μｍ、（ｂ）センサー群
と配線部の境界では２μｍ程度である。

平坦化層の形成により、（ａ）の段差は０．７μｍ程度
になるが、伽）の段差はほぼ２μｍのままであり、平坦
化の効果はあまりない、この凹凸の段差上に存在するカ
ラーフィルターにはクラックが入り易いといった問題点
があった。

この原因は種々考えられるが、カラーフィルターの製造
工程において、染色、防染、加熱等の各工程を経ること
によって、着色画素の膨潤、収縮が生じ、上記凹凸の段
差部に応力が働き、遂にはここにクラックが入るものと
考えられる。さらに、段差部には可染性感光性基質の液
だまりが生じ、この部分に形成された着色画素は厚膜に
なり、特にクラックが生じ易いと考えられる。

第２図は、従来のカラー固体撮像素子の断面の一部を示
す。固体撮像素子６上に着色画素４が形成されるが、同
時に段差の下に厚膜部５が形成されていて、ここにクラ
ンクが生じ易い。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記した問題点を解決すべく検討した結果得
られたものである。

すなわち、第１の発明は、固体撮像素子上に微細な着色
画素が繰り返して位置するカラー固体撮像素子において
、固体撮像素子表面の段差エツジ部上に位置する該着色
画素の膜厚が、他の部位の膜厚に比して薄膜になってい
ることを特徴とするカラー固体撮像素子、であり、第２の発明は、第１の発明のカラー固体撮像素子の製造
方法において、固体撮像素子上に可染性感光性基質を塗
布し、フォトマスクを介して紫外線露光する際に、該固
体撮像素子表面の段差エツジ部上に位置する該可染性悪
光性基質の部位を、５００ｎ＋ｓ以下の線幅の遮光体で
遮光することを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方
法、であり、また、第３の発明は、第１の発明のカラー
固体撮像素子の製造方法において、固体撮像素子上に水
溶性可染性感光性基質を塗布し、フォトマスクを介して
紫外線露光する際に、該固体撮像素子表面の段差エツジ
部上に位置する該可染性感光性基質の部位を、２０００
ｎ＋ｉ以下の線幅の遮光体で遮光することを特徴とする
カラー固体撮像素子の製造方法、である。

すなわち、第１の発明は、固体撮像素子表面の段差エツ
ジ部上に位置する該着色画素の膜厚が、他の部位の膜厚
に比して薄膜になっているもので、前述の従来技術の問
題である局部的に応力が働くことにより生じるクラック
を防止することができるものである。本発明のカラー固
体撮像素子の１例の断面の一部を第１図に示す、固体撮
像素子２上に着色画素１が形成されるが、固体撮像素子
２の各段差エツジ部位において、着色画素の薄膜部３が
形成されているものである。

また、第２、第３の発明は、第１の発明のカラー固体撮
像素子の製造方法である。

第２の発明は、第１の発明のカラー固体撮像素子を製造
するために、着色画素が厚膜になる部分、すなわち、段
差エツジ部上の可染性感光性基質の部位を、フォトマス
クを介して線幅５００ｎ■以下の遮光体で遮光するもの
である。露光する場合、可染性感光性基質には、光の回
折により、解像度限界が生じる。紫外線露光では、露光
方式（密着露光方式や縮小投影露光方式）、又は、露光
装置固有の条件（光源の違い、投影レンズの開口率）、
可染性感光性基質の性質により、前記解像度限界が変化
するが、いわゆる水銀ランプ等の五線、ｇ線主体のフォ
トリソグラフィーの解像度限界は、概ね５００ｎｍであ
る。この解像度限界以下の遮光体は、露光しても可染性
感光性基質を完全には遮光せず、紫外線の回折光により
、可染性感光性基質を一部露光するが、その露光量は少
ないため、薄い膜が残る。このため、この解像度限界以
下の遮光体が位置する部分に、通常の露光部よりも薄い
部分が形成される。つまり、第２の発明は、紫外線の回
折光を利用して、第１図の薄膜部３を得て、第１の発明
のカラー固体撮像素子を製造するものである。

紫外線で露光する場合には、線幅５００ｎａのマスクで
遮光した部分の膜厚は、感光性基質の種類（特性）、露
光時の照射量により一部に規定できないが、概ね画素の
膜厚の１０〜９０％程度になる。

この場合に感光性基質としては、アクリル系、桂皮酸ビ
ニル系、スチレン系が使用可能であるが、（ａ）透明で
何らかの手段で染色できること、伽）解像度限界が光の
回折によるもの、の条件を満たす必要がある。

第３の発明も、第１の発明のカラー固体撮像素子の製造
方法であり、可染性感光性基質として、いわゆる水溶性
可染性悪光性基質を用いた場合のカラー固体撮像素子の
製造方法を示したものである。前述のように、解像度限
界はいくつかの制約により決定されるが、水溶性可染性
感光性基質、例えば、ゼラチン、カゼイン、グリユーな
どの天然タンパク質を主体とし、重クロム酸塩を架橋剤
として添加したものは、２０００ｎｍ以下の線幅のフォ
トマスクを介して露光しても、半架橋状態ともいえるゲ
ル分がランド間に残り、これが残膜となる。

この残膜は、通常の露光部よりも薄い膜厚に−なるので
、第２の発明と同様に、第１図の薄膜部３をこのような
線幅のフォトマスクにより作成する。

つまり、第３の発明は、水溶性可染性感光性基質の露光
特性を利用して、第１の発明のカラー固体撮像素子を製
造するものである。なお、この場合に２ＱＯＯｒｖ以下
の線幅のフォトマスクで遮光した部分の膜厚も、第２の
発明の場合と同様に、感光性基質の種類（特性）、露光
時の照射量により一部に規定できないが、概ね画素の膜
厚の１０〜９０％程度になる。

次に、可染性感光性基質を塗布、乾燥し、第２、第３の
発明において限定した線幅以上の遮光体で遮光して露光
し、現像・乾燥した場合を考える。

現像時、露光された可染性感光性基質は、その直後に膨
潤し、乾燥時に収縮するため、隣接画素はお互いに引き
合うことになり、遂にはすき間が形成される。つまり、
このような条件で形成した第１図の部分３の膜厚は薄す
ぎ、隣接画素をお互いにつなぎ止めるのに膜厚が不足す
るため、すき間ができるのである。このすき間は、遮光
した線幅以上に広がるため、カラーフィルターの白ヌケ
となる。そこで、このような知見に基づいて、実験によ
り遮光すべき線幅を検討し、第１の発明のカラー固体撮
像素子を製造する方法として、第２、第３の発明に到達
した訳である。

〔作　用〕

本発明によれば、段差の下に厚膜部が形成されないため
、クランク等の発生が防止される作用があり、製造工程
上、信顛性が向上する。

〔実施例〕

以下、実施例を用いて、本発明のカラー固体撮像素子お
よびその製造方法を具体的に説明する。

１隻■１５′φのシリコンウェハー上に面付けされた固体撮像素
子上に、ＰＧＭＡを１μｍの膜厚になるように塗布し、
乾燥させ、フォトマスクを介して遠紫外光にて露光し、
現像を行い、平坦化層を形成した。ここで、ＰＧＭＡは
、ポリグリシジルメタクリレートの略であっで、電子線
、エックス線、遠紫外線感光性樹脂であり、次のような
構造を有するものである。

Ｃ躬。

＋ＣＨ！−Ｃ−＋− 次いで、１００重量部の水に１０重量部のゼラチンと１
重量部の重クロム酸カリウムを添加し、十分に溶解させ
た後、これを１μｍの膜厚になるように平坦化層の上に
塗布し、９０°Ｃにて３０分間加温乾燥させた。

固体撮像素子の段差部に位置する部位を１．５μｍの線
幅で遮光する第１のフォトマスクを用い、これを介して
紫外線露光し、“４０″Ｃの湯に１分間浸漬して現像し
た０次いで、１００℃にて３０分間加熱乾燥し、赤色染
浴で染色し、１％タンニン酸液に５分間浸し、さらに１
５０°Ｃで３０分間加熱乾燥し、第１層目の赤色の着色
画素を得た。

同様にして、第２層目、第３層目の緑色、青色の着色画
素を順次形成した。この際、第２、第３のフォトマスク
も、それぞれ第１のフォトマスク同様に、固体撮像素子
の段差部に位置する部位を１．５μｍの線幅で遮光する
ものを用いた。

さらに、表面にＰＧＭＡをｌｐｍの膜厚になるように塗
布、乾燥させ、フォトマスクを介して遠紫外光にて露光
し、現像を行い、保護膜を形成した。なお、各色の染色
浴組成は以下のとおりである。

■赤色染浴（液温６０℃）カヤノールミーリングレッドＲ３３（重量％）酢酸　　　　　　・・・・・・・・　４　（重量％）水
　　　　　　　・・・・・・・・９３　（重量％）■緑
色染浴（液温６０℃）アリザリングリーン・・・・・１０（重量％）酢酸　　
　　　　・・・・・・・・　２　（重量％）水　　　　
　　　・・・・・・・・８８　（重量％）■青色染浴（
液温６０°Ｃ）エリオブリリアントシアニン１０（重量％）イオネットＤ−７０・・・・　ｌ　（重量％）酢酸　　
　　　　・・・・・・・・　２　（重量％）水　　　　
　　　・・・・・・・・８７　（重量％）最後に、この
カラー固体撮像素子をスクライブラインに沿って切断し
、実装の後、撮影したところ、良好な画質が得られた。

実１１１４５１φのシリコンウェハー上に面付けされた固体撮像素
子上に、実施例１と同様に平坦化層を形成した。

その表面にキシレンで溶解させたポリ桂皮酸ビニル（１
０ｗｔ％）を２μｍの膜厚になるように塗布し、１００
°Ｃにて３０分加温乾燥した。

固体撮像素子の段差部に位置する部位を０．３μｍの線
幅で遮光する第１のフォトマスクを用い、これを介して
紫外線露光し、キシレン：エチルセルソルブ＝２：３の
混合液にて現像し、１２０″Ｃにて３０分間加熱乾燥し
、赤色染浴で染色し、その上にアクリル系感光性樹脂を
０．５μｍの膜厚に塗布し、９０℃で３０分間乾燥し、
所望パターンに紫外線露光し、メチルエチルケトンで現
像して、染色保護膜を形成した。

同様にして、第２層目、第３層目の緑色、青色の着色画
素を順次形成した。この際、第２、第３のフォトマスク
も、それぞれ第１のフォトマスク同様に、固体撮像素子
の段差部に位置する部位を０．３μｍの線幅で遮光する
ものを用いた。

さらに、実施例１と同様に保護膜を形成した。

なお、各色の染色浴組成は以下のとおりである。

■赤色染浴（液温９０″Ｃ）Ｋａｙａｒｕｓ　５ｕｐｒａ　Ｒｅｄ　ＢＷＳ・・・・
・・・・　７　（重量％）硫酸ナトリウム（無水）１０（重量％）水　　　　　　　・・・・・・・・８３　（重量％）■
緑色染浴（液温８０℃）Ｋａｙａｒｕｓ　５ｕｐｒａ　Ｇｒｅｅｎ　Ｆ４Ｇ・・
・・・・・　　７　（重量％）硫酸ナトリウム（無水）・・・・・・・・１０（重置％）水　　　　　　　・・・・・・・・８３　（重量％）■
青色染浴（液温７０℃）Ｋａｙａｒｕｓ　５ｕｐｒａ　Ｂｌｕｅ　４ＢＬ　ｃｏ
ｎｅ・・・・・・・・　５　（重量％）硫酸ナトリウム　・・・・・・・・１０（重量％）水　
　　　　　　・・・・・・・・８５　（重量％）最後に
、このカラー固体撮像素子をスクライブラインに沿って
切断し、カメラに実装した後、撮影したところ、良好な
画質が得られた。

（発明の効果）本発明によれば、凹凸を有する固体撮像素子においても
、段差の下に位置する着色画素部位に厚膜部が形成され
ないため、クラック等の発生が防止でき、固体撮像素子
上のカラーフィルターの信顛性向上、カラー固体撮像素
子の画質の向上環を図ることができる。また、製造工程
上の信頼性も向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカラー固体撮像素子の１例、の部
分断面図、第２図は従来のカラー固体撮像素子の部分断
面図、第３図は従来のカラー固体撮像素子の製造方法の
工程図である。１：着色画素、２：固体撮像素子、３：段差エツジ部位における着色画素の薄膜部、４：着
色画素、段差の下に形成された着色画素の厚膜部、固体撮像素子
、固体撮像素子、平坦化層、着色画素、保護膜、感光性樹脂、マスク。第１図

Claims

【特許請求の範囲】１、固体撮像素子上に微細な着色画素が繰り返して位置
するカラー固体撮像素子において、固体撮像素子表面の
段差エッジ部上に位置する該着色画素の膜厚が、他の部
位の膜厚に比して薄膜になっていることを特徴とするカ
ラー固体撮像素子。２、固体撮像素子上に微細な着色画素が繰り返して位置
し、該固体撮像素子表面の段差エッジ部上に位置する該
着色画素の膜厚が他の部位の膜厚に比して薄膜になって
いるカラー固体撮像素子の製造方法において、固体撮像
素子上に可染性感光性基質を塗布し、フォトマスクを介
して紫外線露光する際に、該固体撮像素子表面の段差エ
ッジ部上に位置する該可染性感光性基質の部位を、５０
０ｎｍ以下の線幅の遮光体で遮光することを特徴とする
カラー固体撮像素子の製造方法。３、固体撮像素子上に微細な着色画素が繰り返して位置
し、該固体撮像素子表面の段差エッジ部上に位置する該
着色画素の膜厚が他の部位の膜厚に比して薄膜になって
いるカラー固体撮像素子の製造方法において、固体撮像
素子上に水溶性可染性感光性基質を塗布し、フォトマス
クを介して紫外線露光する際に、該固体撮像素子表面の
段差エッジ上に位置する該可染性感光性基質の部位を、
２０００ｎｍ以下の線幅の遮光体で遮光することを特徴
とするカラー固体撮像素子の製造方法。