JPH11142642A

JPH11142642A - カラーフィルターの製造方法

Info

Publication number: JPH11142642A
Application number: JP31393697A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Uchida; 好則内田; Hirotake Marumichi; 博毅円道
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】現像残渣の除去を効果的に行う。【解決手段】カラーフォトレジストを塗布し、パター
ン露光を行った後、現像し、その後、テトラメチルアン
モニウムハイドロオキサイドの水溶液に対し、所定の濃
度のノニオン系界面活性剤が含有されている現像液を用
いてリンス処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電荷結合素
子いわゆるＣＣＤ（チャージ・カプルド・デバイス）に
よる固体撮像素子等に適用するカラーフィルターの製造
方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＣＣＤによる固体撮像素子等に
おいては、これらを構成するカラーフィルターは、露
光、現像処理によって、パターン形成が行われる。

【０００３】例えばＣＣＤ型カラー固体撮像素子の例
を、その受光部の概略断面図を示す図１を参照して説明
する。この例では、ｎ型の半導体基体１の一主面側にｐ
型の第１のウエル領域２が形成され、その受光部の形成
領域に光電変換素子例えばフォトダイオードを構成する
ｎ型の不純物導入領域３が形成され、その表面にｐ型の
高濃度の正電荷蓄積領域４が形成された受光部５が形成
される。この受光部は、半導体基体１上に、水平および
垂直方向に沿ってそれぞれ多数配列形成される。そし
て、例えば共通の垂直方向に配列された受光部５に隣り
合ってＣＣＤ構成による垂直シフトレジスタが形成され
る。この垂直シフトレジスタは、第２のｐ型ウエル領域
７上に、ｎ型の転送領域８が形成され、これの上にＳｉ
Ｏ₂等の絶縁層９を介して転送電極１０が形成される。
この転送電極１０は、垂直方向に相互に絶縁された複数
組の転送電極が配列されてなり、各組の転送電極間にク
ロック電圧が印加されて、各受光部５からその受光量に
応じて発生した電荷を引出し、これを垂直方向に順次転
送するようになされている。半導体基体１の、電荷の授
受が回避されるべき部分には、ｐ型の高濃度チャネルス
トップ領域１４が形成される。

【０００４】また、この固体撮像素子の上面には、受光
部５上に受光窓１１ｗが開口されたＡｌ層等よりなる遮
光膜１１がほぼ全面的に被着形成される。更に、この遮
光膜１１上に、光透過性の平坦化膜１２が全面的に被着
形成され、カラーフィルター１３が形成される。

【０００５】このカラーフィルター１３は、例えば図２
にその配置パターンの一例を示すように、例えばシアン
のフィルター素体Ｃｙ、マゼンタのフィルター素体Ｍ
ｇ、イエローのフィルター素体Ｙｌ、グリーンのフィル
ター素体Ｇがモザイク状にそれぞれ対応する受光部５上
に配置されて成る。

【０００６】このカラーフィルター１３は、例えば染料
含有ポジ型フォトレジストによって形成する。このカラ
ーフィルター１３は、染料含有ポジ型フォトレジストを
公知のフォトレジスト法で、各色スピンコート後、露
光、現像処理、ベーク処理を行うことによって形成する
ことができる。

【０００７】カラーフィルター１３として、薄膜で充分
な分光特性を発現させるためには、上記染料含有ポジ型
フォトレジスト中の染料を１０〜５０％程度含有させる
必要がある。またカラーフィルター１３に、充分な耐熱
性、耐光性を持たせ、かつ１０〜５０％程度の高濃度の
染料の含有を可能にするためには、染料を構成する材料
の化学式においては、−ＳＯ₂ＮＨＲ基、あるいは−Ｓ
Ｏ₂ＮＲＲ’基（Ｒ、Ｒ’は炭素数３〜１２のアルキル
基、置換アルキル基、アリル基、置換アリル基を表
す。）を有することが望ましい。

【０００８】しかし、−ＳＯ₂ＮＨＲ基、あるいは−Ｓ
Ｏ₂ＮＲＲ’基を有する染料は、アルカリ溶液に対して
充分な溶解性を持っていないため、いわゆる現像スカ
ム、すなわちフォトレジストの現像残渣を生じる場合が
多い。

【０００９】すなわち、カラーフィルター１３の形成に
おいては、図３および図４に示すように、現像不良によ
って、カラーフィルター素体Ｃｙ、Ｍｇ、Ｙｌ、Ｇのパ
ターンの近傍やこれら素体間において、現像残渣１５を
生じる場合がある。

【００１０】図３に示すように、カラーフィルター素体
間全面に渡って現像残渣が残った場合には、先ず第１色
目のカラーフィルターを形成した後に第２色目のカラー
フィルターを形成するときに、混色が起こり、最終的に
得られるカラーフィルターを用いた固体撮像素子におい
ては、色再現不良の原因となる。

【００１１】また、図４に示すように、カラーフィルタ
ー素体のパターンの近傍やこれら素体間に点状に現像残
渣が残った場合には、これが最終的に得られるカラーフ
ィルターを用いた固体撮像素子においては、画像欠陥の
原因となり、歩留りを低下させる。

【００１２】この現像残渣を取り除くためにカラーフィ
ルター１３の作製工程において、純水洗浄を行うことに
よって除去する方法が採られていた。（表１）に従来に
おけるカラーフィルターの一例の現像処理および洗浄工
程を示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】（表１）に示すように、工程１において、
基板を例えば１０００ｒｐｍの高速回転させ、３秒間の
現像液吐出を行って、基板全体に現像液を行き渡らせ
る。ここで基板とは、カラーフィルター１３を形成する
例えば前述した平坦化膜１２が形成された固体撮像素子
基板、あるいはガラス基板等である。この現像液には、
例えばＴ−３現像液（住友化学社製商品名）を使用する
ことができる。

【００１５】次に、工程２において現像液を吐出させた
状態で基板の回転数を５０ｒｐｍに落として、１秒間保
持し、その後、工程３において現像液の吐出および回転
を停止して、６０秒間現像する。

【００１６】この現像処理後、工程４において、基板の
回転数を１５００ｒｐｍとして、純水を用いて２０秒間
の純水洗浄を行うことによって、現像残渣を物理的に除
去する。さらに工程５において、基板を３０００ｒｐｍ
の高速回転で１５秒間回転させ、純水を振り切るいわゆ
るスピンドライ工程を行う。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（表１）に示したようなカラーフィルター１３の作製方
法においては、カラーフィルター素体のパターンの近傍
やこれら素体間に生じた現像残渣を充分に除去すること
はできない。

【００１８】また、カラーフィルター素体のパターンの
近傍やこれら素体間に生じた現像残渣を除去するため
に、表面をライトアッシング等によるディスカム処理を
行う場合もあるが、この場合には、工程数が増加し、加
工精度劣化を引き起こす原因にもなる。また、現像残渣
を除去するために、オーバー露光を行う場合もあるが、
この場合には、スループットの低下、加工精度劣化等の
問題が生じている。

【００１９】そこで、本発明においては、現像処理後に
生じた現像残渣の除去を効果的に行うことのできるカラ
ーフィルターの製造方法を提供する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明のカラーフィルタ
ーの作製方法においては、カラーフィルターの形成面
に、染料含有ポジ型フォトレジストを塗布し、染料含有
ポジ型フォトレジストの塗布膜に、パターン露光を行っ
た後、第１の現像液を用いて現像し、その後、テトラメ
チルアンモニウムハイドロオキサイドの水溶液に対し、
所定の濃度のノニオン系界面活性剤が含有されている第
２の現像液を用いてリンス処理を行い、その後純水洗浄
を行って、最終的にカラーフィルターを作製する。

【００２１】本発明によれば、カラーフィルターの形成
工程において、カラーフォトレジストの現像処理後の残
渣が生じることを効果的に回避することができ、カラー
フィルターの剥離を回避することができた。

【００２２】また、カラーフィルターの現像後の残渣の
低減、カラーフィルターの剥離を回避することによっ
て、このカラーフィルターが用いられて成る固体撮像素
子等の歩留りの向上、画質の向上を図ることができた。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明は、固体撮像素子を構成するカラー
フィルターを染料含有型フォトレジストで形成する際
に、特に、現像残渣の問題を改善するためのカラーフィ
ルターの製造方法に関するものである。

【００２４】次に、本発明を前述したＣＣＤ型固体撮像
素子に適用する場合の例を説明するが、本発明はこの例
に限定するものではなく、液晶表示素子にも同様に適用
することができる。

【００２５】例えば、ＣＣＤ型固体撮像素子は、前述し
たように、図１にその受光部の概略断面図を示すよう
に、例えば、ｎ型の半導体基体１の一主面側にｐ型の第
１のウエル領域２が形成され、その受光部の形成領域に
光電変換素子例えばフォトダイオードを構成するｎ型の
不純物導入領域３が形成され、その表面にｐ型の高濃度
の正電荷蓄積領域４が形成された受光部５が形成され
る。この受光部は、半導体基体１上に、水平および垂直
方向に沿ってそれぞれ多数配列形成される。そして、例
えば共通の垂直方向に配列された受光部５に隣り合って
ＣＣＤ構成による垂直シフトレジスタが形成される。こ
の垂直シフトレジスタは、第２のｐ型ウエル領域７上
に、ｎ型の転送領域８が形成され、これの上にＳｉＯ₂
等の絶縁層９を介して転送電極１０が形成される。この
転送電極１０は、垂直方向に相互に絶縁された複数組の
転送電極が配列されてなり、各組の転送電極間にクロッ
ク電圧が印加されて、各受光部５からその受光量に応じ
て発生した電荷を引出し、これを垂直方向に順次転送す
るようになされている。半導体基体１の、電荷の授受が
回避されるべき部分には、ｐ型の高濃度チャネルストッ
プ領域１４が形成される。

【００２６】また、この固体撮像素子の上面には、受光
部５上に受光窓１１ｗが開口されたＡｌ層等よりなる遮
光膜１１がほぼ全面的に被着形成される。更に、この遮
光膜１１上に、光透過性の平坦化膜１２が全面的に被着
形成される。この平坦化膜１２は、熱硬化型アクリル樹
脂、例えばオプトマーＳＳ２２１１Ｓ（日本合成ゴム社
製）を適用することができ、例えば、熱硬化型アクリル
樹脂の溶液をスピンコートし、２３０℃で１２０秒間ベ
ークすることにより、１μｍ程度の厚さに形成する。

【００２７】この透明平坦化膜１２の表面処理を行った
後、この上に染料含有型フォトレジストによりカラーフ
ィルター１３を形成する。カラーフィルター１３は、例
えば図２にその配置パターンの一例を示すように、例え
ばシアンのフィルター素体Ｃｙ、マゼンタのフィルター
素体Ｍｇ、イエローのフィルター素体Ｙｌ、グリーンの
フィルター素体Ｇがモザイク状にそれぞれ対応する受光
部５上に配置する。

【００２８】このカラーフィルター１３を形成する材料
として、例えば以下に示す３種類の染料含有型フォトレ
ジストを適用することができる。なお、これらのフォト
レジストが塗布され、カラーフィルターを形成した状態
では、染料の含有率が染料含有型フォトレジストの乾燥
重量比で１０〜５０％になるような染料含有型フォトレ
ジストを選定する。

【００２９】（第１の染料含有型フォトレジスト）ベースレジスト：ＨＰＲ２０４ＥＳＺ−２３ｃｐ（富士ハント社製）ノボラック系フォトレジスト１００重量部補助溶剤：Ｎ，Ｎジメチルホルムアミド２０重量部染料：シアン染料（化学式は下記〔化１〕に示す）８重量部熱硬化剤：ヘキサメトキシメチロール化メラミン１重量部

【００３０】

【化１】

【００３１】（第２の染料含有型フォトレジスト）ベースレジスト：ＨＰＲ２０４ＥＳＺ−２３ｃｐ（富士ハント社製）ノボラック系フォトレジスト１００重量部補助溶剤：Ｎ，Ｎジメチルホルムアミド２０重量部染料：マゼンタ染料（化学式は下記〔化２〕に示す）８重量部熱硬化剤：ヘキサメトキシメチロール化メラミン１重量部

【００３２】

【化２】

【００３３】（第３の染料含有型フォトレジスト）ベースレジスト：ＨＰＲ２０４ＥＳＺ−２３ｃｐ（富士ハント社製）ノボラック系フォトレジスト１００重量部補助溶剤：Ｎ，Ｎジメチルホルムアミド２０重量部染料：イエロー染料（化学式は下記〔化３〕に示す）８重量部熱硬化剤：ヘキサメトキシメチロール化メラミン１重量部

【００３４】

【化３】

【００３５】本実施例において使用した上記第１〜第３
の染料含有型フォトレジストであるシアン、マゼンタ、
イエローの各フォトレジストをそれぞれ１μｍの厚さに
形成した場合の分光特性を図５に示す。このとき、横軸
は波長、縦軸は透過率を示す。

【００３６】上記に示した染料含有型フォトレジストを
用いてカラーフィルターのパターンを作製する工程につ
いて以下に説明する。図６に示すように、上述したよう
に平坦化膜１２の形成後、平坦化膜１２の面上に、第１
色目、例えばシアン染料を含有するフォトレジストをス
ピンコートし、１００℃で６０秒間ベークし、１μｍの
厚さのレジスト層２０を形成する。

【００３７】次に、ｉ線ステッパー（３６５ｎｍ）でパ
ターン露光を行い、現像し、その後１８０℃で１２０秒
間ポストベークを行い、図７に示すように平坦化膜１２
上に所定のパターンにフィルター素体２１を形成する。

【００３８】次に、図８に示すように、第２色目、例え
ばマゼンタ染料を含有するフォトレジストを用いて、上
述した第１色目と同様の工程により、平坦化膜１２上に
所定のパターンにフィルター素体２２を形成する。

【００３９】また、第３色目の染料を含有するフォトレ
ジストを用いて上述した第１色目と同様の工程により、
平坦化膜１２上に所定のパターンにフィルター素体を形
成する。

【００４０】（表２）に本発明におけるカラーフィルタ
ーの一例の現像処理、リンス処理、および洗浄工程を示
す。なお、本発明のカラーフィルターの製造方法が、以
下に示す工程に限定されるものではなく、種々の材料、
各工程の時間を変更することができる。

【００４１】

【表２】

【００４２】ここで、（表２）中、第１の現像液には、
体積比で１．０〜３．０％、例えば３．０％の濃度のテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの水溶液、
例えば住友化学社製Ｔ−３現像液を用いることができ
る。同じく（表２）中、第２の現像液には、体積比で
０．５〜２．０％、例えば１．０％の濃度のテトラメチ
ルアンモニウムハイドロオキサイドの水溶液に対し、体
積比で０．０１〜５．０％、例えば０．５％の濃度のノ
ニオン系界面活性剤、例えば和光純薬工業社製のＮＣＷ
−６０１Ａが添加された溶液を用いることができる。

【００４３】ここで、ノニオン系界面活性剤の濃度を、
０．０１〜５．０％としたのは、濃度が０．０１％以上
であると、現像残渣を著しく低減させることができるか
らであり、一方、５．０％を越えると、フォトレジスト
の膜べりが多くなり、カラーフィルターのプロファイル
が損なわれ、また、現像液を洗浄する工程において界面
活性剤を完全に除去することが困難になるからである。

【００４４】次に、染料含有型フォトレジストの現像工
程等について説明する。図９に、カラーフィルターの現
像処理および洗浄処理等を行う現像処理装置の概略図を
示す。この現像処理装置は、現像および洗浄等がなされ
る処理室９０を有する。この処理室９０には、回転基台
９１が配置され、これの上に、被処理基板９２、すなわ
ち例えば図１で説明した撮像素子が形成され平坦化膜１
２が形成された半導体基板、あるいは、ガラス基板等
の、カラーフィルターを形成する基板９２が載置され
る。この処理室９０には、その底部に後述する現像液、
洗浄液、界面活性剤含有現像液等を排出する排出口が設
けられる。

【００４５】また、第１および第２のタンク６１および
６２が設けられ、これらタンク６１と６２に、それぞれ
第１の現像液６１ａと第２の現像液６２ａが収容され
る。これら第１および第２のタンク６１および６２に
は、それぞれ窒素ガス供給部１１０からの窒素ガスが、
フィルター６３および６４を通じてバルブ６５および６
６によりその流量が制御されて供給され、窒素ガスによ
り加圧された各現像液６１ａおよび６２ａが、処理室９
０の上部に配置された第１および第２の現像液吐出ノズ
ル８１および８２に、第１および第２の現像液供給管７
１および７２により、それぞれフィルター７３および７
４を通じてバルブ７５および７６によりその流量が制御
されて供給されるようになされる。

【００４６】また、その処理室９０の上方に、純水吐出
ノズル１０１が配置され、この純水吐出ノズル１０１に
は、純水供給部１００からの純水がフィルター１０２を
介して、バルブ１０３によって流量制御されて供給され
る。

【００４７】図９において示した現像処理装置を用い
て、カラーフィルターの現像処理、リンス処理、および
洗浄処理の工程について、上記において示した（表２）
を用いて以下に説明する。

【００４８】（表２）に示すように、工程１において、
基板を１０００ｒｐｍで高速回転させ、３秒間上記第１
の現像液を吐出して、基板全体に現像液を行き渡らせ
る。

【００４９】次に、工程２において上記第１の現像液を
吐出させた状態で基板の回転数を５０ｒｐｍに落とし
て、１秒間保持し、その後、工程３において基板の回転
を停止し、かつ上述した第１の現像液の吐出を停止し
て、６０秒間現像する。

【００５０】この現像処理後、工程４において、基板の
回転数を７００ｒｐｍ回転とし、上述した第２の現像液
を基板上に吐出させ、５秒間のリンス処理を行う。

【００５１】このリンス処理後、工程５において、基板
を１５００回転として、純水を用いて２０秒間の純水洗
浄を行う。さらに工程６において、基板を３０００ｒｐ
ｍの高速で１５秒間回転させ、純水を振り切るいわゆる
スピンドライ工程を行う。

【００５２】上述した実施例においては、第２の現像液
を用いてリンス処理を行う場合に、基板を所定の回転数
で回転させたが、本発明は、この例に限定されるもので
はなく、第２の現像液を塗布するのみで、基板を回転さ
せないでリンス処理を行う場合についても適用すること
ができる。

【００５３】本発明において使用する第２の現像液に含
有されているノニオン系界面活性剤には、例えばポリエ
チレン２級アルコールエーテル、ポリオキシエチレンア
ルキルフェニルエーテル、ポリオキシプロピレンアルキ
ルエーテル、脂肪酸アルカノールアミド、アルキルアミ
ンオキサイド等を単一で、もしくは混合して適用するこ
ともできる。

【００５４】

【発明の効果】本発明のカラーフィルターの製造方法に
よれば、カラーフィルターの形成工程において、現像処
理後のカラーフォトレジストの残渣の除去を効果的に行
うことができるようになった。

【００５５】また、カラーフィルターの現像後の残渣の
低減、カラーフィルターの剥離を回避することによっ
て、このカラーフィルターが用いられて成る固体撮像素
子等の歩留りの向上、画質の向上を図ることができた。

【００５６】また、カラーフィルターを形成するカラー
フォトレジスト中の染料の材料の化学式において、−Ｓ
Ｏ₂ＮＨＲ基、あるいは−ＳＯ₂ＮＲＲ’基を有する場
合にも、現像処理後のカラーフォトレジストの残渣を充
分に低減することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】固体撮像素子の受光部の概略断面図を示す。

【図２】カラーフィルターの構成の一例の平面図を示
す。

【図３】従来方法においてカラーフィルターを作製した
場合のカラーフィルターのパターンと残渣の状態図を示
す。

【図４】従来方法においてカラーフィルターを作製した
場合のカラーフィルターのパターンと残渣の状態図を示
す。

【図５】染料分散型フォトレジストの分光特性を示す。

【図６】カラーフィルター作製工程図を示す。

【図７】カラーフィルター作製工程図を示す。

【図８】カラーフィルター作製工程図を示す。

【図９】カラーフィルターの現像処理および洗浄処理を
行う装置の概略図を示す。

【符号の説明】

１半導体基体、２第１のウエル領域、３不純物導
入領域、４正電荷蓄積領域、５受光部、６垂直シ
フトレジスタ、７第２のウエル領域、８転送領域、
９絶縁層、１０転送電極、１１遮光膜、１２平
坦化膜、１３カラーフィルター、１４チャネルストッ
プ領域、１５現像残渣、２０レジスト層、２１，２
２フィルター素体、６１第１のタンク、６１ａ第
１の現像液、６２第２のタンク、６２ａ第２の現像
液、６３，６４，７３，７４，１０２フィルター、
６５，６６，７５，７６，１０３バルブ、７１第１
の現像液供給管、７２第２の現像液供給管、８１第
１の現像液吐出ノズル、８２第２の現像液吐出ノズ
ル、９０処理室、９１回転台、９２被処理基板、
１００純水供給部、１０１純水吐出ノズル、１１０
窒素ガス供給部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラーフィルターの形成面に、染料含有
ポジ型フォトレジストを塗布する工程と、該染料含有ポジ型フォトレジストの塗布膜に、パターン
露光を行う露光工程と、現像工程と、リンス処理工程と、洗浄工程とを有し、上記現像工程において、第１の現像液を用い、上記リンス処理工程において、第２の現像液を用いるこ
とを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
【請求項２】上記第１の現像液が、体積比で１．０〜
３．０％の濃度のテトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイドの水溶液であり、上記第２の現像液が、体積比で０．５〜２．０％の濃度
のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの水溶
液に対し、体積比で０．０１〜５．０％の濃度のノニオ
ン系界面活性剤が含有されている溶液であることを特徴
とする請求項１に記載のカラーフィルターの製造方法。
【請求項３】上記染料含有ポジ型フォトレジストが、
染料を該染料含有ポジ型フォトレジストの乾燥重量比
で、１０〜５０％含有し、上記染料は、その化学式において、−ＳＯ₂ＮＨＲ基、
または、−ＳＯ₂ＮＲＲ’基（ＲおよびＲ’は、炭素数
３〜１２のアルキル基、置換アルキル基、アリル基、置
換アリル基を表す。）を有することを特徴とする請求項
１に記載のカラーフィルターの製造方法。