JPH11154742A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPH11154742A
JPH11154742A JP10258286A JP25828698A JPH11154742A JP H11154742 A JPH11154742 A JP H11154742A JP 10258286 A JP10258286 A JP 10258286A JP 25828698 A JP25828698 A JP 25828698A JP H11154742 A JPH11154742 A JP H11154742A
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JP
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color filter
film
solid
flattening film
transparent flattening
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JP10258286A
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English (en)
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Koji Shimomura
幸司 下村
Yoshikazu Sano
義和 佐野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体撮像装置チップサイズの小型化および多
画素化に対しても、優れた画像特性を示す固体撮像装置
を提供する。 【解決手段】 Ｐ型半導体基板８にＮ型の受光部９を形
成するとともに、その周辺部にスクライブライン１０を
形成し、その近傍にボンディングパッド１１を形成し
た。半導体基板８上には絶縁膜１４を介して転送電極１
３を、その上に遮光金属膜１５を、さらにその上に保護
膜１６を形成した。受光部９の上面に透明穴埋め層１７
を形成した。透明穴埋め層１７と保護膜１６との上面に
透明平坦化膜１８を形成した。この透明穴埋め層１７と
透明平坦化膜１８とは加熱処理により硬化させたポジ型
感光性の材料で形成されている。透明平坦化膜１８の上
面に赤、緑、青のカラーフィルター１９Ｒ，１９Ｇ，１
９Ｂを形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像素子に形成
された受光部の上面にカラーフィルターを形成した固体
撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、カラーフィルターを形成する方法
として、染色法、印刷法、および電着法などの方法が用
いられている。そのうちの染色法がカラーフィルターパ
ターンの解像性に優れ、染料によって所望の分光特性を
得やすいことから一般に用いられている。一方、このカ
ラーフィルターを固体撮像素子に取り付ける方法として
オンウェハー方式と張り合わせ方式との２種類がある。
特に、オンウェハー方式は固体撮像素子の形成された基
板上に直接形成できるため、この方式が主流となってい
る。このことからカラー化した固体撮像装置を形成する
方法として、上述した染色法とオンウェハー方式とを組
み合わせた方法（以下、オンウェハー染色法という）が
用いられる。
【０００３】以下、オンウェハー染色法による固体撮像
装置およびその製造方法について、図面を参照しながら
説明する。
【０００４】図３３に従来の固体撮像装置の構造を示
す。半導体基板１には受光部２であるフォトダイオード
が所定位置に配列されている。受光部２以外の領域にあ
る転送部の上部の半導体基板１上に絶縁膜、転送電極や
遮光膜が形成されている。これらの半導体基板１上に保
護膜５が形成されている。さらに、保護膜５上に透明平
坦化膜６が形成されている。この上にカラーフィルター
７が形成されている。カラーフィルター７は３種類の色
からなり、赤色のカラーフィルター７Ｒ、緑色のカラー
フィルター７Ｇおよび青色のカラーフィルター７Ｂで構
成されている。固体撮像装置が形成された半導体基板１
の周辺部にはボンディングパッド３とスクライブライン
４とが形成されている。
【０００５】カラーフィルター７は、以下に述べる方法
で形成される。すなわち、保護膜５の上面に形成された
透明平坦化膜６の上面に、ゼラチン、カゼインなどの天
然蛋白に感光材として重クロム酸を組み合わせ、溶媒に
水を用いた材料を一様に塗布し、次に所望のマスクを用
いて紫外線の照射を行う。この後、紫外線の未照射部分
を水に溶解させてカラーフィルターパターンを形成す
る。次に、求める分光特性を有する染料でカラーフィル
ターパターンを着色して、カラーフィルター７を形成す
る。最後に、固体撮像装置の外部配線接続部として用い
られるボンディングパッド３とスクライブライン４との
上面に形成された透明平坦化膜６の除去を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般に、固体撮像装置
はチップサイズの小型化および多画素化に伴い、これに
形成される受光部２の面積を縮小することが求められて
いる。このためカラーフィルター７の微細化が要請され
ている。その際、カラーフィルター７の形状やその分光
特性が均一化されることが要求されている。しかし、従
来カラーフィルター材料として用いられているゼラチ
ン、カゼインなどの天然蛋白に、感光材として重クロム
酸を組み合わせた材料のパターン形成における解像度が
低い。このため、このようなカラーフィルター７が形成
された固体撮像装置では、その装置の品質ばらつきが生
じる。
【０００７】このように、固体撮像素子上の平坦度合に
関係なく、材料の解像度以上の微細パターンを得ようと
した場合、図３３に示すように、瞳のような曲率を持つ
カラーフィルター７が形成される。このため、たとえ固
体撮像装置の上面の平坦度を高くしても、カラーフィル
ター７は隣のそれとその端部において重なる。このた
め、この重なった部分を通る光によって混色やフリッカ
などの画像不良が発生する。また、カラーフィルター７
の上面形状が湾曲し、平坦でないために、１画素内の分
光特性にばらつきが生じる。この結果としてフリッカお
よびシェーディング不良など固体撮像装置の特性不良が
起きる。
【０００８】また、天然蛋白の分子量分布は、精度よく
精製を行なった場合でも、再現性よく均一にすることが
むずかしい。その上、天然蛋白は数千ｐｐｍものアルカ
リ金属（Ｎａ，Ｋなど）が含まれているため、このアル
カリ金属が固体撮像装置内を拡散し、暗電流を増加させ
る。特に固体撮像装置では、画像において周囲の画素よ
りも暗電流が大きい画素が白点としてあらわれ、白傷発
生の原因となる。またさらに固体撮像装置を製造後、数
週間後に白傷があらわれる等の経時変化が発生する。
【０００９】このような問題点を解決するために、解像
性の優れた合成感光性材料を用いることが、特開平１−
１４２６０５号公報、特開平２−９６７０４号公報、お
よび特開平４−１６３５５２号公報などに提案されてい
る。これらの公報によれば、染色基を持つ共重合帯と感
光剤とを有機溶剤に溶解することにより、合成感光性材
料を合成させる。また、カラーフィルターの製造方法は
合成感光性材料の塗布を行い、紫外線露光を行い、未露
光部を有機溶剤または有機溶剤を含む水溶液を現像液と
して用いてカラーフィルターを形成する方法である。
【００１０】しかし、一般に固体撮像素子上にカラーフ
ィルターを形成する場合、透明平坦化膜６の上に、溶媒
に有機溶剤を用いた合成感光性材料の塗布を行うと、透
明平坦化膜６が有機溶剤に溶解し、透明平坦化膜６とカ
ラーフィルター層との間に両方が混ざり合った混合層が
形成される。この場合、カラーフィルター層形成後、カ
ラーフィルターパターンを形成した場合、未照射部分に
形成された混合層を除去できない。このため、第１のカ
ラーフィルター７を形成した場合、混合層の着色が起き
る。さらに第２、第３のカラーフィルター７を形成した
場合、第１のカラーフィルター７形成時の着色した混合
層が第２、第３のカラーフィルター７と透明平坦化膜６
との界面に残存する。したがって、混色が起きてフリッ
カ等の画像不良が生じる。
【００１１】また、ボンディングパッド３とスクライブ
ライン４との上面に形成された透明平坦化膜６の除去
に、酸素プラズマを用いたＯ2アッシングなどのドライ
エッチングが用いられる。この場合、露光、現像処理に
よって除去する場合よりも、パーティクルが多く発生す
る。またプラズマダメージによる暗電流の増加が生じ
る。このため、白傷の発生原因となる。
【００１２】しかし、この方法は従来の天然蛋白に重ク
ロム酸塩を添加した材料よりも、材料塗布工程における
膜厚の面内均一性が非常に優れている。このため、カラ
ーフィルターの形状はきわめて均一になる。したがっ
て、溶媒に有機溶剤を用いた合成感光性材料によりカラ
ーフィルターを形成する方法は、パターンの制御性が高
いという点については、今後素子が微細化されていくと
有用な方法となる。
【００１３】このため、以上のようにカラーフィルター
７のパターンくずれは固体撮像装置の特性を悪化させ、
またその問題点を解決するために考案された合成感光性
材料をカラーフィルター材料を用いる方法は、フリッカ
や、パーティクル、白傷などが原因の画像不良を起こす
という問題点を有していた。
【００１４】本発明は上記問題点に鑑み、固体撮像装置
チップサイズの小型化および多画素化に対しても、優れ
た画像特性を示す固体撮像装置を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の固体撮像装置は、少なくとも受光部が形成
された半導体基板上に、溶媒に有機溶剤を用いた非感光
性熱硬化材料で形成された透明平坦化膜と、前記透明平
坦化膜の上面に溶媒に有機溶剤を用いた合成感光性材料
で形成されたカラーフィルターとを備え、前記非感光性
熱硬化材料は、ポリグリシジルメタアクリレートを主成
分とする。
【００１６】また、少なくとも受光部が形成された半導
体基板上に、溶媒に有機溶剤を用いたネガ型感光性熱硬
化材料で形成された透明平坦化膜と、前記透明平坦化膜
の上面に溶媒に有機溶剤を用いた合成感光性材料で形成
されたカラーフィルターとを備え、前記ネガ型感光性熱
硬化材料は、ポリグリシルメタアクリレートと４"メタ
クリロイロオキシカルコンを主成分とする、固体撮像装
置とする。
【００１７】また、少なくとも受光部が形成された半導
体基板上に、溶媒に有機溶剤を用いた非感光性熱硬化材
料で形成された透明平坦化膜と、前記透明平坦化膜の上
面かつ隣あう前記受光部の間に溶媒に有機溶剤を用いた
合成感光性材料で形成されたストライプパターンとを備
え、前記非感光性熱硬化材料は、ポリグリシジルメタア
クリレートを主成分とする、固体撮像装置とする。
【００１８】また、少なくとも受光部が形成された半導
体基板上に、溶媒に有機溶剤を用いたネガ型感光性熱硬
化材料で形成された透明平坦化膜と、前記透明平坦化膜
の上面かつ隣あう前記受光部の間に溶媒に有機溶剤を用
いた合成感光性材料で形成されたストライプパターンと
を備え、前記ネガ型感光性熱硬化材料は、ポリグリシル
メタアクリレートと４"メタクリロイロオキシカルコン
を主成分とする、固体撮像装置とする。
【００１９】上述した合成感光性材料は、従来の天然蛋
白に重クロム酸を組み合わせた材料と比較した場合、樹
脂および感光剤のアルカリ金属の含有量がきわめて少な
いため、カラーフィルターの材料として品質が優れてい
る。合成感光性材料は暗反応はきわめて遅いため、カラ
ーフィルター形成中の特性経時変化が少ない。
【００２０】また、感光剤の選択により天然蛋白に重ク
ロム酸を組み合わせた材料と比較して、パターン解像性
に優れる。さらに、溶媒に水を用いた合成感光性材料を
カラーフィルター材料として用いたが、ボンディングパ
ッドとスクライブラインとの上面に形成された透明平坦
化膜の除去にエッチング処理を用いないため、パーティ
クルの発生とプラズマダメージによる白傷の発生とを抑
えることができる。
【００２１】したがって、固体撮像装置の小型化および
多画素化に対し、精度よく平坦化した半導体基板上に、
きわめて形状と分光とが均一なカラーフィルターを形成
することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例の固体撮
像装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】図１は本発明の第１の実施例における固体
撮像装置の構造を示す。ここではカラーフィルターに溶
媒と現像液とに水を用いた水溶性のネガ型合成感光性材
料を使用し、露光・現像によってパターン形成する場合
について説明する。
【００２４】Ｐ型半導体基板８にはＮ型の受光部９が形
成されている。固体撮像装置の形成された半導体基板８
の周辺部には、隣の素子と切断するためのスクライブラ
イン１０が形成されている。そのスクライブライン１０
の近傍にボンディングパッド１１が形成されている。あ
る受光部９とその隣の受光部９とに挟まれた電荷転送部
１２の半導体基板８上には、２層の転送電極１３がＳｉ
Ｏ2などの絶縁膜１４を介して形成されている。そし
て、転送電極１３の上面には遮光金属膜１５が被着形成
され、電荷転送部１２には外光が入射しないように構成
されている。さらに遮光金属膜１５、絶縁膜１４の上面
にＳｉＯ2などの保護膜１６が形成されている。
【００２５】スクライブライン１０と絶縁膜１４上の保
護膜１６との段差は１.５〜２.０μｍであり、また受光
部９上面の保護膜１６と遮光金属膜１５上の保護膜１６
との段差は０.８〜１.５μｍである。
【００２６】この場合、受光部９上面にカラーフィルタ
ー１９を直接形成するため、材料を塗布した場合段差が
あるためにレジストがひっかかり、尾を引いたような塗
布むらを生じて、形状が均一なカラーフィルター１９を
形成することができない。
【００２７】このため、受光部９の上面には遮光金属膜
１５の上面に形成された保護膜１６との高さを揃えるた
めに、透明穴埋め層１７を形成する。さらに、透明穴埋
め層１７と遮光金属膜１５の上面に形成された保護膜１
６との段差をさらに精度よく平坦化するために、透明穴
埋め層１７と保護膜１６との上面に透明平坦化膜１８を
形成する。この透明穴埋め層１７と透明平坦化膜１８と
は加熱処理により硬化が進み、かつポジ型感光性の材料
（以下ポジ型感光性熱硬化材料という）により形成され
る。
【００２８】透明平坦化膜１８の上面には固体撮像装置
のカラー化を行うために赤色のカラーフィルター１９
Ｒ、緑色のカラーフィルター１９Ｇ、および青色のカラ
ーフィルター１９Ｂが形成されている。図面では各々の
カラーフィルター１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂは間隔をあけ
て形成されている。しかしこの場合、カラーフィルター
の形成されていない領域を通過した光が受光部９に照射
されるとシェーディングが発生する。このため、カラー
フィルター間の間隔はできるだけ小さく、理想的には間
隔のない方がよい。カラーフィルター１９Ｒ，１９Ｇ，
１９Ｂはそれぞれの受光部９に対峙するように形成す
る。したがって、それぞれの受光部９には単色光が入射
する。このカラーフィルター１９は溶媒と現像液に水を
用いたことを特徴とした合成感光性材料により形成され
ている。
【００２９】次に本発明の固体撮像装置の製造方法の第
１の実施例について、図２〜図１３を用いて説明する。
【００３０】はじめに、図２に示すように、シリコンな
どのＰ型半導体基板２８の所定位置からＮ型不純物をド
ープして、受光部２９が形成される。そして、半導体基
板２８に形成された絶縁膜３４の上面にボンディングパ
ッド３１、転送電極３３、および遮光金属膜３５が形成
される。さらに、遮光金属膜３５および絶縁膜３４との
上面には保護膜３６が形成され、これらにスクライブラ
イン３０が形成される。
【００３１】次に、図３に示すように、固体撮像装置内
でもっとも段差の大きいスクライブライン３０上の半導
体基板２８と保護膜３６との段差を埋めるために、穴埋
め層４０を回転塗布法により形成する。穴埋め層４０
は、保護膜３６との上面が同一線上になるように回転塗
布を行う。次に材料中の溶媒の蒸発および穴埋め層４０
の硬化を目的とした加熱処理を２００℃以上の温度で数
分間行う。そして、スクライブライン３０上の段差以外
の部分は露光、現像処理により除去する。このように穴
埋め層４０をスクライブライン３０に形成するのは、図
面に示すように、固体撮像装置を平坦化するのは、転送
電極３３によって基板２８に形成された凹凸とスクライ
ブライン３０領域との凹凸を埋める必要がある。このと
き、スクライブライン３０による凹凸は転送電極３３に
よる凹凸より深く形成されている。このため、一度の回
転塗布によって平坦化を実現しようとすると、回転塗布
時に段差の深いスクライブライン３０でレジストがひっ
かかり、尾を引いたような塗布むらが生じる。そのため
これらの凹凸を別々の工程で埋める。ここでは先にスク
ライブライン３０を平坦化させる。この穴埋め層４０は
最終工程でスクライブライン３０とボンディングパッド
３１上のポリマーとともに一括で露光、現像処理により
除去される。このため、穴埋め層４０はポジ型感光性熱
硬化材料を用いる。ただし、穴埋め層４０はスクライブ
ライン３０上にあって、かつ最終工程で除去するため、
可視光領域で無色透明である必要はない。
【００３２】本実施例では、ポジ型感光性熱硬化材料と
して、ポリグリシジルメタアクリレートとポリメチルメ
タアクリレートとを基本構造とした材料を用いる。溶媒
としてエチルセロソルブアセテートを用いる。ポリメチ
ルメタアクリレートはDeepーUVなどの遠紫外線を照射す
ると、主鎖切断が起きる。したがって、この材料はポジ
型の特性を持つ。ただし、Ｇ線やＩ線には感度が低く、
パターニング形成には適さない。
【００３３】次に図４に示すように絶縁膜３４上の保護
膜３６と遮光金属膜３５上の保護膜３６との段差を埋め
るために、透明穴埋め層３７を遮光金属膜３５上の保護
膜３６との上面が同一線上になるように回転塗布を行
う。次に加熱処理を２００℃以上の温度で数分間行う。
そして、段差以外の部分は露光、現像処理により除去す
る。この工程で受光部２９上に形成した透明穴埋め層３
７は、可視光領域において無色透明でなければならな
い。しかし、本実施例では図３の穴埋め層４０に用いた
材料も、可視光領域において無色透明である。このた
め、透明穴埋め層３７は、穴埋め層４０に用いたポジ形
感光性熱硬化材料と同一である。
【００３４】その他の固体撮像素子内に存在する段差に
ついては、図３または図４との工程で、または新たな別
の工程として同じ方法で埋める。
【００３５】次に図５に示すように、図３と図４との工
程により形成された穴埋め層４０と透明穴埋め層３７と
保護膜３６との段差をさらに同一平面上に揃えるため
に、単層または積層の透明平坦化膜３８を回転塗布法に
より形成し、固体撮像素子表面を凸凹のない平坦な表面
状態とする。透明平坦化膜材料を回転塗布したのち、材
料中の溶媒を蒸発させるために、加熱処理を２００℃以
上の温度で数分間行う。この工程において透明平坦化膜
３８に用いた材料は、前記工程の穴埋め層４０と透明穴
埋め層３７に用いたポジ型感光性熱硬化材料と同一であ
る。
【００３６】図２〜図５までの工程で、遮光金属膜３５
の上面に形成された保護膜３６と、絶縁膜３４上の保護
膜３６と、スクライブライン３０上の半導体基板２８と
の段差を精度よく平坦化することができる。この結果、
固体撮像素子の段差は０.１μｍ以下になる。
【００３７】次に、図６に示すように透明平坦化膜３８
の上面に溶媒に水を用いた合成感光性材料を用いて、カ
ラーフィルター層４１を回転塗布法により膜厚０.３〜
１.０μｍ程度に形成する。次に材料中の溶媒を蒸発さ
せるために７０〜１００℃の範囲内の温度で加熱処理を
数分間行う。また図６の工程により、この精度よく平坦
化させた透明平坦化膜３８の上面に塗布均一性の優れた
合成感光性材料を回転塗布することにより、凸凹のない
平坦性によいカラーフィルター層４１を形成することが
できる。
【００３８】次に、図７に示すように、カラーフィルタ
ー層４１に所望のパターンを有するマスクをフォトマス
クとして用いて、Ｉ線照射を行う。Ｉ線は１００〜２０
０ｍＪ／ｃｍ2照射した。
【００３９】次に、図８に示すように、カラーフィルタ
ー層４１のうちの紫外線の未照射場所のカラーフィルタ
ー層４１を、現像液である水に１分間浸して溶解させ
る。溶解終了後に現像液を除去し、１３０〜１５０℃前
後の温度で加熱処理を数分間行う。温度が１５０℃以上
ではこのカラーフィルター層４１に染料が入りにくくな
る。一方、温度が１３０℃以下では染料は入りやすい
が、染料によってパターン表面が荒れてしまう。以上の
工程により、カラーフィルターパターン４２が形成され
る。
【００４０】次に図９に示すように、形成されたカラー
フィルターパターン４２を染料に浸漬し、水洗、乾燥処
理を行う。カラーフィルターパターン４２の染色基と染
料が結合することにより染色が行われ、カラーフィルタ
ー３９を形成する。ここで染色基としては材料中のアミ
ノ基（詳細は後述する）を、染料としては、赤色の染料
としてアゾ染料を、黄色の染料としてキサンテン染料
を、青色の染料にはフタロシアニリン系染料を用いる。
一つのカラーフィルター３９を形成した後、それを固着
処理しておくと、次の染色を行う際の染色液に浸漬して
も、再度染色されて混色することがない。この固着処理
は具体的にはタンニン酸水溶液、酒石酸アンチモンカリ
ウム水溶液の順に水温４０℃、２〜３分間浸漬する。
【００４１】次に図１０に示すように第２、第３のカラ
ーフィルター３９を形成するためには、以上の図６から
図９までの工程を繰り返す。
【００４２】以上図６〜図１０のように本実施例では、
カラーフィルター３９の形成後に固着処理を行う、固着
法と呼ばれる方法を用いている。しかし、そのほかに、
カラーフィルター３９を形成するたびに防染膜を設ける
方法（保護膜法）や、透明平坦化膜３８に一様にカラー
フィルターパターン４２を形成し、その上に混色防止膜
となる透明膜を所定の染色されるカラーフィルターパタ
ーン４２にのみ開口して、染色を行う窓あけ法を用いて
も、カラーフィルター３９の形成は可能である。
【００４３】また図６〜１０の工程において、ゼラチ
ン、カゼインなどの天然蛋白に、感光材として重クロム
酸を組み合わせた材料を用いた場合には、カラーフィル
ター３９形成中の暗反応による経時変化が大きい。した
がって、塗布、露光、現像、染色の工程を分刻みで管理
しても、固体撮像装置上のカラーフィルター３９を均一
に製造することはできない。
【００４４】しかし、合成感光性材料に用いたジアゾ化
合物の経時変化は重クロム酸と天然蛋白との材料の暗反
応と比較してきわめて遅く、カラーフィルター３９の製
造時にはほとんど変化しない。したがって、固体撮像装
置内に形成された同一色のカラーフィルター３９は固体
撮像装置内の形状均一性が優れている。さらに、染色性
も材料形成変化による特性のばらつきがない。
【００４５】上記の理由により図６〜１０の工程により
固体撮像装置上に形成された同一色のカラーフィルター
３９は形状、分光ともに均一性の優れたものとなる。し
たがって、固体撮像装置としてカラーフィルター３９の
形状くずれや、分光ばらつきが原因によるシェーディン
グ特性に優れている。フリッカ特性は、従来、天然蛋白
と重クロム酸で形成したカラーフィルターの場合、８度
を示したが、本実施例で実施したカラーフィルターでは
０〜２度となり、特性が向上した。またシェーディング
特性は従来２０〜３０ｍＶを示したが、本実施例では１
５ｍＶとなり、特性が向上した（フリッカ、シェーディ
ング特性ともに０の場合がもっとも優れた特性であ
る）。
【００４６】しかし図６の工程において透明平坦化膜３
８の上に、溶媒が有機溶剤である合成感光性材料の塗布
を行うと、透明平坦化膜３８が有機溶剤に溶解し、透明
平坦化膜３８とカラーフィルター層４１との間に両方が
混ざり合った混合層ができる場合がある。これは、透明
平坦化膜材料に用いたポジ型感光性熱硬化材料は膜硬度
が低く、耐有機溶剤性が低いためである。
【００４７】本実施例で透明平坦化膜３８に用いた材料
においても、ポリグリシジルメタアクリレートは加熱処
理により架橋が起きる。しかし、ポリメチルメタアクリ
レートはポリグリシジルメタアクリレートと比較する
と、加熱処理による架橋反応は低い。したがって、遠紫
外線光に対してポジ型の感光性を得るために、配合され
たポリメチルメタアクリレートにより、膜硬度と耐有機
溶剤性は低下する。
【００４８】そのため、図６においてカラーフィルター
層４１の形成後、図７、図８までの光照射、現像、現像
後加熱処理によりカラーフィルターパターン４２を形成
した場合、未照射部分に形成された混合層を除去できな
い。このため、図９の工程において第１のカラーフィル
ター３９を形成した場合、混合層の着色が起きる。さら
に図１０の工程において第２、第３のカラーフィルター
３９を形成した場合、第１のカラーフィルター３９形成
時の着色した混合層が第２、第３のカラーフィルター３
９と透明平坦化膜３８ａとの界面に残存する。したがっ
て、混色が起きてフリッカ等の画像不良の原因になる。
しかし、本発明では合成感光性材料において溶媒および
現像液に水を使用した材料を用いるため、透明平坦化膜
３８ａはカラーフィルター材料により溶解しない。した
がって、混合層の形成を防止することができる。このた
め、着色された混合層が原因による混色画像不良を防ぐ
ことができる。
【００４９】次に図１１に示すように、すべてのカラー
フィルター３９を形成した後に、カラーフィルター３９
上面に第２の透明平坦化膜３８ｂを回転塗布法により形
成する。次に加熱処理を２００℃以上の温度で数分間行
う。
【００５０】ただし、カラーフィルター３９と透明平坦
化膜３８はともに有機材料であり、密着性に優れてい
る。このため、図３と図４のような穴埋め処理を行わな
くても、平坦性を向上させることができる。さらに、平
坦性を向上させようとすれば、複数回透明平坦化膜３８
を形成すればよい。ここでは透明平坦化膜３８を２回形
成している。この結果、第２の透明平坦化膜３８による
段差は０.１μｍ以内になる。続いて、固体撮像装置の
感度向上のために、この第２の透明平坦化膜３８ｂの上
面にマイクロレンズ４３を形成する。
【００５１】次に図１２に示すように、スクライブライ
ン３０上の穴埋め層４０および透明平坦化膜３８ａと、
ボンディングパッド３１上の透明平坦化膜３８ｂとを除
去するためにフォトマスクを用いて、遠紫外線の照射を
行う。
【００５２】最後に図１３に示すように、遠紫外線の照
射場所の穴埋め層４０と透明平坦化膜３８を現像液であ
るメチルエチルケトンとイソプロピルアルコールとの混
合液に溶解させる。溶解終了後に現像液を除去し、１５
０℃前後の加熱処理を数分行う。この工程によりスクラ
イブライン３０上の穴埋め層４０および透明平坦化膜３
８ａと、ボンディングパッド３１上の透明平坦化膜３８
ｂとの除去が一括で行われる。
【００５３】以上、図２〜図１３の工程により、半導体
基板２８上にカラーフィルター３９とマイクロレンズ４
３とからなるオンチップフィルターを形成する。
【００５４】図２〜図５までの工程において、アルコー
ル系やセロソルブ系などの有機溶剤を用いたポジ型感光
性熱硬化材料により、通常の回転塗布法で毎分１０００
〜５０００回転させて膜形成を行うと、膜が形成される
時間と溶剤が揮発する時間とのバランスがよく、凸凹の
ない平坦な膜を形成することができる。このため、固体
撮像装置は遮光金属膜３５の上面に形成された保護膜３
６と、絶縁膜３４上の保護膜３６と、スクライブライン
３０上の半導体基板２８との段差を精度よく平坦化する
ことができる。
【００５５】図１２〜１３において、スクライブライン
３０上の穴埋め層４０および透明平坦化膜３８と、ボン
ディングパッド３１上の透明平坦化膜３８との除去を最
後に行う。このため、図６の工程においてカラーフィル
ター材料の回転塗布時における塗布むらの発生と段差の
近接している部分でカラーフィルター層４１の膜厚が薄
くなることを防ぐことができる。またマイクロレンズ４
３においても同様に、均一性の優れた形状を得ることが
できる。したがって、凸凹のないカラーフィルター層４
１から形成されたカラーフィルター３９とマイクロレン
ズ４３は形状均一性に優れている。
【００５６】また、図１２〜１３の工程においてスクラ
イブライン３０上の穴埋め層４０および透明平坦化膜３
８ａと、ボンディングパッド３１上の透明平坦化膜３８
ｂとの除去を露光、現像により行うことにより、ドライ
エッチング処理によるパーティクルの発生とプラズマダ
メージによる白傷発生を防ぎ、画像不良を防止すること
ができる。たとえば、Ｏ2を用いてエッチングを行う場
合、そのエッチング条件が、ガス圧力０.８〜１.２Ｔｏ
ｒｒ、高周波電力２００Ｗ、エッチング時間５〜２０分
のとき、固体撮像装置の暗電流は３〜６ｍＡ程度増加す
る。しかし、本実施例ではエッチング処理を行わないた
め、プラズマダメージによる暗電流の増加を防ぎ、白傷
の発生を防ぐことができる。
【００５７】以下に、本実施例で用いたカラーフィルタ
ー３９について以下に詳細に述べる。上述した実施例で
はカラーフィルター３９に合成感光性材料を用いたが、
この代わりにゼラチン、カゼインなどの天然蛋白に、感
光材として重クロム酸を組み合わせた材料を用いた場
合、感光材として使用するクロムの処理、天然蛋白の品
質ばらつき、天然蛋白に重クロム酸を添加した後の保存
期間の短さ、すなわち暗反応など材料の特性として多く
の問題点が生じる。
【００５８】また、天然蛋白はその品質において、分子
量分布を均一に再現性よく精製を行うことがむずかし
い。たとえば、材料間の平均分子量の値のばらつきを３
０％以内に管理することは困難である。また、天然蛋白
は数千ｐｐｍものアルカリ金属（Ｎａ，Ｋなど）が含ま
れているため、このアルカリ金属が固体撮像装置内を拡
散して暗電流を増加させる。特に固体撮像装置では、画
像において周囲の画素よりも暗電流が大きい画素が白点
としてあらわれ、白傷発生の原因となる。またさらに固
体撮像装置製造後、数週間後に白傷があらわれる原因と
もなる。
【００５９】また、天然蛋白に重クロム酸を組み合わせ
た材料は、材料に印加される力と粘度の関係が正比例の
関係にない非ニュートン特性を示す。このため、回転塗
布時に回転数に合わせたずり応力の値が不均一となり、
均一に膜を塗布することが困難である。さらに天然蛋白
は熱によってそのパターン特性、染色特性や定着特性が
悪くなる。したがって、平坦性の優れた膜を形成するこ
とができず、固体撮像装置のカラーフィルター３９とし
て十分な特性を得ることができない。また、感光材とし
て用いた重クロム酸は人体に有害であり、環境保全対策
から特殊廃液処理を必要とするなどの問題点も有してい
る。
【００６０】本実施例で用いた合成感光性材料はカラー
フィルター３９として、感光性と親水性（疎水性と）を
兼ね備えるとともに、染色性あるいは染料または顔料を
持つ物質を結合または分散させている。たとえば、染色
性をもつ４級アンモニウム塩などの染料と結合する物質
を組み合わせることにより、染色可能な材料を合成する
ことができる。
【００６１】本実施例で用いた合成感光性材料は、具体
的には、重量平均分子量が５０００〜１０万の範囲の次
の一般式
【００６２】
【化１】
【００６３】で示される単量体（ただし、Ｒ1は水素原
子またはＣＨ3を示し、Ｒ2およびＲ3は互いに独立して
ＣＨ3，Ｃ2Ｈ5，Ｃ6Ｈ5等のアルキル基またはアリル基
を示し、ｎは１〜１０を示す）５〜２０重量％、２ーヒ
ドロキシエチルメタアクリレート４５〜５５重量％、メ
タクリルアミド２０〜３０重量％、ベンジルメタアクリ
レート５〜２０重量％とからなるアクリル共重合体と、
オキシ多塩基酸類とジアゾ化合物とを溶媒として水に溶
解させた染色可能な合成感光性材料である。
【００６４】この合成感光性材料はゼラチン、カゼイン
などの天然蛋白に、感光材として重クロム酸を組み合わ
せた材料と同様に、水現像によりパターニングをするこ
とができる。したがって、有機溶剤による毒性、臭気、
引火性の心配がない。また重クロム酸を用いないことか
ら人体にも安全である。またジアゾ基の対アニオンとし
て硫化亜鉛の複塩ではなく、硫酸や亜硫酸等の複塩を用
いることにより特殊廃液処理の必要もない。
【００６５】また、アクリル共重合体はポリビニルアル
コールや、ノボラック樹脂、ビニル系樹脂、その他の合
成樹脂と比較して膜硬度も高いため、カラーフィルター
３９の耐久性に優れている。また、アクリル共重合体は
可視光領域おいては透過率がほぼ１００％であり、２５
０℃以上の温度で加熱処理を繰り返しても透過率が低下
しない。このため、固体撮像装置に適用させた場合、そ
の他の合成樹脂と比較して受光部９にもっとも多くの光
を入射させることができる。したがって、固体撮像装置
としてもっとも高い感度を得ることができる。
【００６６】本実施例のアクリル共重合体は、構成単位
として上述の一般式で示される染色性を担当するアクリ
ル系単量体として、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノメタクリレ
ート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリレート、
アクリル酸ジエチルアミノエチル、Ｎ，Ｎ−ジプロピル
アミノエチルメタアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミ
ノヘキシルメタアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−
ベンジルエチルメタクリレートが挙げられる。この場
合、組成中にアルキル基やアリル基が多くなると、染色
液に浸したときにパターンの膨潤が少なく、ひび割れが
おこりにくい。
【００６７】本実施例のアクリル共重合体の構成単位で
ある２−ヒドロキシエチルメタアクリレートは、透明平
坦化膜３８との密着性を挙げると同時に、光架橋反応を
促進させる。その使用量が少ないと光硬化性が不十分と
なる。また多すぎると共重合体の製造時にゲルが多発
し、いわゆるレジストパーティクルとなり、画像上の欠
陥を生じる。
【００６８】本実施例のアクリル共重合体の構成単位で
あるメタアクリルアミドは、本実施例のアクリル共重合
体を水のみで溶解し、また未露光部を水のみで溶解（現
像）するのに必須である。その使用量が少ないと水現像
ができなくなる。また多いと膨潤が大きくなる。
【００６９】本実施例のアクリル共重合体の構成単位で
あるベンジルメタアクリレートは、水現像での膨潤を抑
える。その使用量が多くなるとアクリル共重合体のゲル
分が多くなる。
【００７０】本実施例の合成感光性材料に使用されるオ
キシ多塩基酸塩は、本実施例のアクリル共重合体を水に
溶解させるための助材として作用する。この具体的な例
として、リンゴ酸やクエン酸等が挙げられる。
【００７１】上記の構成による合成感光性材料は、現像
工程において水による膨潤が従来の水可溶性の合成感光
性材料と比較して少ない。この結果、レリーフパターン
において、１.５μｍ幅のラインアンドスペースが解像
でき、また残膜率も９０％を得ることができる。このた
め、解像力はカゼイン、ゼラチンよりも優れた特性を持
つ。また染色性についても、天然蛋白の中でもっとも染
色性の優れたゼラチンと同等の染色・定着特性を持つ。
【００７２】以上は本実施例で用いたカラーフィルター
の機能として染色性を持つ例を用いて説明した。以下に
はその機能として染料または顔料を用いた例について述
べる。合成感光性材料は、求める分光に合わせた染料ま
たは顔料を、材料中に結合または分散させることによ
り、着色材料に合成することができる。この場合、着色
材料を用いることにより図９の染色、固着工程を削除す
ることができる。
【００７３】また、合成感光性材料は、合成方法、材料
の選択により水溶性にも非水溶性にもなる。また合成感
光性材料は合成方法、材料とさらに感光材の選択によ
り、天然蛋白と重クロム酸を組み合わせた光架橋型のネ
ガ型のみでなくポジ型にも合成することができる。
【００７４】本実施例で使用した溶媒に水を用いた合成
感光性材料は、光架橋型の特性を持つ。光架橋型感光材
は、重クロム酸を除くと、ジアゾ化合物、アジド化合物
が知られている。ジアゾ化合物は構造により感光波長領
域、熱的安定性、架橋可能な高分子の選択が異なる。ま
た、対アニオンの種類により、水溶性、あるいは有機溶
剤可溶性にすることができる。アジド化合物もジアゾ化
合物同様に、構造により感光波長領域、熱的安定性、架
橋可能なポリマーの選択が異なる。また非水溶性高分子
に対してはもっとも架橋性がよい。
【００７５】この中でジアゾ化合物はカラーフィルター
材料として合成した水可溶性高分子に対し高い架橋効率
を示し、優れたパターン解像性が得られる。これは天然
蛋白と重クロム酸を組み合わせたカラーフィルター材料
と比べても優れたパターン解像性を示す。また、この合
成感光性材料に組み合わせる感光材は、あらゆるジアゾ
化合物を用いることができる。
【００７６】たとえばもっとも実績があるネガ型ジアゾ
化合物として、ジフェニルアミン−４−ジアゾニウム塩
あるいはその誘導体とホルムアルデヒドからなる重縮合
生成物がある。ただし、ジフェニルアミン−４−ジアゾ
ニウム塩あるいはその誘導体は、ジフェニルアミン−４
−ジアゾニウム塩、または３−メトキシジフェニルアミ
ン−４−ジアゾニウム塩化物、もしくはその両方を含
む。この例として図１４に本実施例で用いたアクリル共
重合体に４−ジアゾジフェニルアミン硫酸塩ホルムアル
デヒド縮合物を組み合わせた場合の加熱処理による透過
率変化を示す。この場合、２００℃以上の加熱処理にお
いて、処理時間３０分まで急激な透過率低下が見られ
る。しかし、その後の加熱処理においては、透過率の変
化はなくなる。
【００７７】固体撮像装置のオンチップフィルター形成
工程において、図１０までの工程であるカラーフィルタ
ー３９を形成したのち、図１１の第２の透明平坦化膜３
８とマイクロレンズ４３の形成工程、図１２から図１３
までのスクライブライン３０とボンディングパッド３１
の透明平坦化膜３８と穴埋め層４０との除去の工程と、
カラーフィルター３９形成終了後においても加熱処理は
繰り返される。このため、オンチップフィルター形成後
は、加熱処理を繰り返してもカラーフィルター３９の分
光の変化は生じない。したがって、固体撮像装置のカラ
ーフィルター３９において、合成感光性材料に組み合わ
せるジアゾ化合物において、加熱処理によって着色され
たりパターンだれが生じたり、あるいは表面荒れが生じ
たりすることはない。すなわちその耐熱性は問題となら
ない。
【００７８】また、加熱処理により透過率の低下が起き
ないジアゾ化合物を選択することにより固体撮像装置の
特性を向上させることができる。その例として、ジフェ
ニルアミン−４−ジアゾニウム塩あるいはその誘導体と
４，４'−ビス−メトキシメチル−ジフェニルエーテル
からなる重縮合生成物がある。ただし、ジフェニルアミ
ン−４−ジアゾニウム塩あるいはその誘導体はジフェニ
ルアミン−４−ジアゾニウム塩、または３−メトキシジ
フェニルアミン−４−ジアゾニウム塩化物、もしくはそ
の両方を含む。図１５に示すように、４−ジアゾジフェ
ニルアミン硫酸塩ホルムアルデヒド縮合物の代わりにジ
フェニルアミン−４−ジアゾニウム塩あるいはその誘導
体と４，４'−ビス−メトキシメチル−ジフェニルエー
テルからなる縮合生成物を用いた場合、透過率の変化状
況は大きな差が生じる。この場合、加熱処理を始めて分
光が安定するまでに要する時間は４−ジアゾジフェニル
アミン硫酸塩ホルムアルデヒド縮合物と大きな差はな
い。しかし、４−ジアゾジフェニルアミン硫酸塩ホルム
アルデヒド縮合物が４００ｎｍにおいて透過率が６８％
まで変化するのに対して、４−ジアゾジフェニルアミン
硫酸塩に４，４−ビス−メトキシメチル−ジフェニルエ
ーテルを縮合させた感光材は同一の加熱処理において８
８％までの変化しかなく、その後の加熱処理においても
分光の変化は生じない。
【００７９】また上記の例におけるジアゾ化合物の着色
は、十分な光架橋にも拘らずなお非分解のジアゾ基のカ
ップリング反応による。特に上記の４−ジアゾジフェニ
ルアミン硫酸塩ホルムアルデヒド縮合物や４，４'−ビ
スーメトキシメチル−ジフェニルエーテルからなる重縮
合生成物の例においては、フェニル基に存在する水素基
は、オルソまたはメタの位置のみに存在するため、この
カップリング反応には関係なく、未反応のジアゾ基とフ
ェニル基間の存在するアミノ基とのカップリング反応の
みが着色に依存する。
【００８０】したがって、上記のジフェニルアミン−４
−ジアゾニウム塩あるいはその誘導体においてフェニル
基間をアミノ基以外で結合させることにより、図１６に
示すように加熱処理により透過率変化は生じない。その
結合例を下記に示す。 Ｒ1−（ＣＨ2）q−Ｒ1 Ｒ1−Ｏ−Ｒ6−Ｏ−Ｒ1 Ｒ1−Ｏ−Ｒ1 Ｒ1−Ｓ−Ｒ1 ただし、ｑは１〜５の数、Ｒ1は少なくともフェニール
基、Ｒ6は６〜１２個のＣ原子を有するアリールであ
る。
【００８１】上述のように加熱処理による透過率の低下
が減少し、またはそれがまったく生じないジアゾ化合物
を用いて固体撮像装置のカラーフィルター３９を形成し
た場合、カラーフィルター３９を通過し、受光部２９に
入射する光の量が増加する。また、このジアゾ化合物に
組み合わせたアクリル共重合体も透過率はほぼ１００％
であり、加熱処理を繰り返しても透過率の低下は起きな
い。したがって、上記のジアゾ化合物を用いることによ
り、固体撮像装置における感度を１０％以上増加させる
ことができる。
【００８２】図１７に本発明の固体撮像装置の製造方法
における第２の実施例について説明する。図面は図１０
で示される第１の実施例で赤色、緑色、青色のそれぞれ
のカラーフィルター３９を形成するまでの工程は第２の
実施例でも同様である。この後、第２の実施例では、各
受光部２９へカラーフィルター３９のない領域を通過す
る、いわゆる迷光が入射するのを抑制するために、カラ
ーフィルター３９の形成されていない領域にはブラック
ストライプ４４を形成する。これによってスミア、フレ
アなどの画像特性向上が図れる。このブラックストライ
プ４４もまた溶媒に水を用いた合成感光性材料によって
形成し、黒色に着色している。この場合、従来の天然蛋
白に重クロム酸を組み合わせた材料により形成されたブ
ラックストライプ４４と比較して、形状の優れたブラッ
クストライプ４４が得られる。このため従来のようにパ
ターンの端がなだらかになる場合、ブラックストライプ
４４が受光部２９を覆ってしまうことがあったが、本実
施例ではそのようなことがない。したがって、固体撮像
装置において高い感度を得ることができる。
【００８３】図１８は本発明の固体撮像装置の製造方法
における第３の実施例である。同様に図面は図７〜図１
０で示される第１の実施例で赤色、緑色、青色のそれぞ
れのカラーフィルター３９を形成するのに赤色、緑色、
青色の三原色を使用したが、マゼンタ、シアン、グリー
ン、イエローの組み合わせでカラーフィルター３９Ｍ
Ｇ，３９ＣＹ，３９ＧＲ，３９ＹＥを作製した場合であ
る。この場合、グリーンはイエローとシアンを重ねて信
号を取り出す。このときも、形状、分光ともに均一なカ
ラーフィルター３９を形成することができ、感度、シェ
ーディング、フリッカ、混色、白傷等の特性に優れた固
体撮像装置を得ることができる。
【００８４】また、本実施例で使用した溶媒に水を用い
た合成感光性材料は、溶媒に有機溶剤を用いたあらゆる
透明平坦化膜材料に対して、混合層が形成されることが
ない。たとえば、本実施例で用いたポジ型感光性熱硬化
材料の他に、加熱処理により硬化が進む非感光性熱硬化
材料や、加熱処理により硬化が進み、かつネガ型感光性
を持つ材料（以下ネガ型感光性熱硬化材料と呼ぶ）を用
いることができる。
【００８５】次に、図１９〜３２を用いて、有機溶剤を
現像液とするネガ型合成材料をドライエッチングを用い
て形成された固体撮像装置およびその製造方法について
説明する。
【００８６】ここでは、溶媒に揮発性の優れた有機溶剤
を用いて、透明平坦化膜の上面のカラーフィルター材料
を塗布することで、優れた面内均一性を得ている。６イ
ンチウェハーにカラーフィルター材料の膜厚を０.７μ
ｍにする塗布条件で行なった場合、膜厚の面内ばらつき
（最大値−最小値）は、天然蛋白に重クロム酸を用いた
材料の場合、０.０８〜０.１０μｍである。これに対し
て水溶性の合成感光性材料を用いた場合、０.０１〜０.
０２μｍと大幅に改善される。さらに、有機溶剤を用い
た合成感光性材料では０.００５μｍ以内となり、もっ
とも平坦性の優れた材料である。このため、カラーフィ
ルターのパターンおよび染色特性の制御性に優れてい
る。
【００８７】図１９は本発明のカラー固体撮像素子の第
４の実施例の構造を示す。この固体撮像素子において、
半導体基板５１はＰ型、受光部５２はＮ型である。ま
た、５３はボンディングパッド、５４はスクライブライ
ンである。受光部５２と隣の受光部５２に挟まれた電荷
転送部５５の半導体基板５１上には、２層の転送電極５
６がＳｉＯ2などの絶縁膜を介して形成されている。そ
して、転送電極５６の上面には遮光金属膜５７が被着形
成され、電荷転送部５５には外光が入射しないようにさ
れている。
【００８８】スクライブライン５４と絶縁膜上の保護膜
との段差は１.５〜２.０μｍであり、また受光部５２上
面の保護膜と遮光金属膜５７上の保護膜との段差は０.
８〜１.５μｍである。この場合、受光部上面の直接カ
ラーフィルター６１を形成するため材料を塗布した場
合、段差があるためレジストがひっかかり、尾を引いた
ような塗布むらを生じ、形状が均一なカラーフィルター
６１を形成することはできない。スクライブライン５４
の上面には、遮光金属膜５７との高さを揃えるために、
穴埋め層５８が形成されている。また、受光部５２の上
面には、遮光金属膜５７との高さを揃えるために、透明
穴埋め層５９を形成する。さらに、穴埋め層５８と透明
穴埋め層５９と遮光金属膜５７との段差をさらに精度よ
く平坦化するために、穴埋め層５８と透明穴埋め層５９
と遮光金属膜５７との上面に透明平坦化膜６０を形成す
る。この透明平坦化膜６０は非感光性熱硬化材料、また
はネガ型感光性熱硬化材料により形成されている。そし
て、カラー化を行うために、透明平坦化膜６０の上面
に、赤色、緑色、青色のカラーフィルター６１Ｒ、６１
Ｇ、６１Ｂを形成する。カラーフィルター６１は、それ
ぞれの受光部５２に対峙するように形成する。したがっ
て、それぞれの受光部５２には単色光が入射する。
【００８９】カラーフィルター６１には第１〜３の実施
例で説明した合成感光性材料を用いる。合成感光性材料
はカラーフィルター６１として必要な機能をもつ物質を
結合、または分散させて作製する。たとえば、４級アン
モニウム塩などの染料と結合する物質を組み合わせるこ
とにより、染色可能な材料が合成される。また、求める
分光に合わせた染料または顔料を、材料中に結合または
分散させることにより、着色材料が合成される。また、
一般に天然蛋白は水溶性高分子であり、組み合わせる感
光材は水溶性の重クロム酸塩、ジアゾ化合物、アジド化
合物の光架橋型に限定される。特に、固体撮像装置のカ
ラーフィルター６１では受光部５２の大きさが数μｍで
あり、十分な解像性を得るためには、上述の感光材のう
ち重クロム酸塩しか用いることができない。しかし、合
成感光性材料では合成方法、材料の選択により水溶性に
も非水溶性にもできる。さらに、合成感光性材料は合成
方法、材料とさらに感光材の選択により、天然蛋白と重
クロム酸を組み合わせた光架橋型のネガ型のみでなく、
ポジ型にも合成ができる。
【００９０】特に、上記の組み合わせのうち溶媒にアル
コール系やセロソルブ系などの有機溶剤を用いた合成感
光性材料を、通常の回転塗布法で毎分１０００〜５００
０回転させて膜形成を行うと、膜が形成される時間と溶
剤の揮発する時間とのバランスがよく、凸凹のない平坦
な膜を形成することができる。
【００９１】本実施例で用いたカラーフィルター材料
は、染料と結合する物質を組み合わせた染色可能であ
り、溶媒に有機溶剤を用いたネガ型合成感光性材料であ
る。材料構成はヒドロキシメタアクリレート、ジメチル
アミノメタクリレートを基本構造としたアクリレート共
重合体である。また、架橋材としてＩ線を照射するアク
リレートの架橋を行うアジド化合物を組み合わせてあ
る。溶媒にはエチルセロソルブを使用している。
【００９２】図２０〜図３０に本発明の固体撮像装置の
製造方法における第４の実施例について説明する。
【００９３】はじめに、図２０に示すように、シリコン
などのＰ型半導体基板７１の所定領域にＮ型不純物をド
ープして、受光部７２が形成される。そして、半導体基
板７１の上面には転送電極７６、遮光金属膜７７が形成
されている。
【００９４】次に図２１に示すように、固体撮像素子内
でもっとも段差の大きいスクライブライン７４と遮光金
属膜７７との段差を埋めるために、穴埋め層７８を回転
塗布法により形成する。穴埋め層材料を穴埋め層７８と
遮光金属膜７７との上面が同一線上になるように回転塗
布したのち、材料中の溶媒を蒸発させるために加熱処理
を行う。そして、スクライブライン７４と遮光金属膜７
７との段差以外の部分は除去する。
【００９５】この方法において、穴埋め層７８にネガ型
感光性熱硬化材料を用いた場合には、必要な部分に光を
照射し、現像により除去をする。また、ポジ型感光性熱
硬化材料を用いた場合には、不必要な部分に光を照射
し、現像により除去をする。感光性を有していない場合
は、酸素プラズマを用いたＯ2アッシングなどのドライ
エッチ手段により除去する。
【００９６】次に、図２２に示すように、受光部７２上
と遮光金属膜７７との段差を埋めるために、透明穴埋め
層７９を回転塗布法により形成する。この方法は、前記
のスクライブライン７４と遮光金属膜７７との段差を埋
める図４の工程と同一である。
【００９７】また、その他の固体撮像素子内に存在する
段差については、図３または図４との工程で、または新
たな別の工程で同じ方法で埋める。
【００９８】次に図２３に示すように、図２１と図２２
との工程により形成された穴埋め層７８と透明穴埋め層
７９とは、遮光金属膜７７と同一平面上になく、平坦度
が低い。このため、穴埋め層７８と透明穴埋め層７９と
遮光金属膜７７との段差をさらに同一平面上に揃えるた
めに、透明平坦化膜８０を回転塗布法により形成し、固
体撮像素子表面を凸凹のない平坦な表面状態にする。透
明平坦化膜材料を回転塗布したのち、材料中の溶媒を蒸
発させるために加熱処理を行う。この透明平坦化膜８０
はカラーフィルターと接触する層である。このため、後
工程において透明平坦化膜８０の上に溶媒に溶解性の強
い有機溶剤を用いたカラーフィルター材料を塗布した場
合、透明平坦化膜８０が有機溶剤に溶解し、透明平坦化
膜８０とカラーフィルター層との間に両方が混ざり合っ
た混合層ができる場合がある。
【００９９】このため、カラーフィルター層８１形成後
の加熱処理、光照射、現像、現像後加熱処理により、カ
ラーフィルターを形成した場合、未照射部分に形成され
た混合層を除去できない。さらにこのままの状態で染色
工程を行うと、残存した混合層にも染色される。このた
め、第１のカラーフィルターを形成したのち、第２、第
３のカラーフィルターを形成した場合、第１のカラーフ
ィルター形成時の着色した混合層が第２、第３のカラー
フィルターと透明平坦化膜８０との界面に残存する。し
たがって、混色が起きて画像不良の原因になる。
【０１００】上記の理由により透明平坦化膜に用いる材
料は、回転塗布において平坦性の優れた膜が形成され、
かつ形成された透明平坦化膜８０はカラーフィルター材
料に用いた溶媒に溶解しない耐有機溶剤性が必要とな
る。
【０１０１】このような優れた平坦性を得るために、透
明平坦化膜に用いる材料はカラーフィルター材料と同様
に溶媒に揮発性に優れたアルコール系やセロソルブ系な
どの有機溶剤を用いる。本実施例ではエチルセロソルブ
アセテートを用いた。かつ加熱処理により硬化反応が進
み、かつ非感光性またはネガ型材料を使用する。
【０１０２】非感光性熱硬化材料は構成される材料成分
のすべてで硬化反応が進むため、高い膜硬度を得ること
ができる。この例としてポリグリシジルメタアクリレー
トがある。ポリグリシジルメタアクリレートは短波長側
にポジ型は若干感度をもつが、単独でＧ線、Ｉ線、短波
長紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ）の波長でパターニングはで
きない。しかし、１５０℃以上の加熱処理を行うことに
より、熱架橋による膜硬度が上がり、耐有機溶剤性が向
上する。この結果得られる膜硬度は、鉛筆硬度でＨ以上
である。
【０１０３】また、ネガ型感光性熱硬化材料は光照射に
より架橋が起こり、溶剤に対して溶解度が低下する。こ
のため、高い膜硬度が上がり、耐有機溶剤性を向上させ
得る。この例としてポリグリシルメタアクリレートと
４"メタクリロイロオキシカルコンを基本構造とする材
料がある。
【０１０４】この材料は、加熱処理によりポリグリシジ
ルメタアクリレートの熱硬化反応が進み、またカルコン
系の材料は短波長紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ）による光照
射を行うと、４"メトキシオキシカルコン側鎖のベンザ
ルアセトフェノン基内の二重結合で２量化が起きる。ま
た、４"メタクリロイロオキシカルコンはＩ線以下の短
波長側に吸収され、可視光領域においてはポリグリシジ
ルメタアクリレートと同様に吸収されない。このため、
図の工程において、加熱処理のみで充分な耐有機溶剤性
が得られない場合、光照射を行うと膜硬度が高くなり、
耐有機溶剤性は向上する。この結果得られる膜硬度は、
非感光性熱硬化材料と同様に鉛筆硬度Ｈ以上である。上
述の材料選択と工程により混合層の形成を防ぐことがで
きる。
【０１０５】引続き図２４に示すように、透明平坦化膜
８０の上面にカラーフィルター層８１を回転塗布法によ
り形成する。次に、材料中の溶媒を蒸発させるために、
７０〜１００℃の範囲内の温度で加熱処理を数分間行
う。
【０１０６】次に図２５に示すように、カラーフィルタ
ー層８１に所望のパターンを有するマスクをフォトマス
クとして用いて、Ｉ線照射を行う。
【０１０７】次に図２６に示すように、カラーフィルタ
ー層８１のうち、紫外線の未照射場所のカラーフィルタ
ー層８１を、イソプロピルアルコールまたはエタノール
などのアルコール系現像液に溶解させる。溶解終了後に
現像液を除去し、１５０℃前後の温度で加熱処理を数分
間行う。この工程により、カラーフィルターパターン８
２が形成される。
【０１０８】次に図２７に示すように、形成されたカラ
ーフィルターパターン８２を染料に浸漬し、水洗、乾燥
処理を行う。カラーフィルターパターン８２の染色基と
染料が結合することにより染色が行われ、カラーフィル
ター８３を形成する。さらにカラーフィルター８３に固
着処理を行うと、次の染色液に浸漬しても染色されず
に、最初の状態を保つことができる。この固着処理は具
体的にはタンニン酸水溶液に浸漬し、続いて酒石酸アン
チモンカリウム水溶液に浸漬することで、固着処理を行
うことができる。
【０１０９】次に図２８に示すように第２、第３のカラ
ーフィルター８３を形成するためには、以上の図２４か
ら図２７の工程を繰り返す。
【０１１０】次に図２９に示すように、すべてのカラー
フィルター８３を形成した後に、カラーフィルター８３
上面に透明平坦化膜８４を形成する。続いて、固体撮像
素子の感度向上のために、マイクロレンズ８５を形成す
る。カラーフィルター８３上面に形成される透明平坦化
膜８４は、下面に形成する透明平坦化膜８０と異なり、
感光性は必要ない。
【０１１１】最後に図３０に示すように、固体撮像装置
の外部配線接続部として用いられるボンディングパッド
７３とスクライブライン７４と上面に形成された透明平
坦化膜８０，８４と穴埋め層７８の除去を行う。透明平
坦化膜８０，８４と穴埋め層７８の除去は、酸素プラズ
マを用いたＯ2アッシングなどのドライエッチ手段によ
り行う。
【０１１２】以上の工程により形成された固体撮像素子
は、表面上の遮光金属膜７７と受光部７２とスクライブ
ライン７４との段差が精度よく平坦化されている。
【０１１３】この精度よく平坦化させた透明平坦化膜８
０の上面に、優れた塗布均一性を示す溶媒に有機溶剤を
用いた合成樹脂材料を回転塗布することで、凸凹のない
カラーフィルター８３が形成できる。また、スクライブ
ライン７４とボンディングパッド７３との穴埋め層７８
と透明平坦化膜８０，８４の除去を最後に行うことによ
り、カラーフィルター材料の回転塗布時における塗布む
らの発生と段差の近接している部分のカラーフィルター
８３の膜厚が薄くなることを防ぐ。したがって、上記の
凸凹のないカラーフィルター層８１から形成されたカラ
ーフィルターは、形状均一性に優れる。
【０１１４】また、従来ゼラチン、カゼインなどの天然
蛋白に、感光材として重クロム酸を組み合わせた材料に
おけるカラーフィルター形成中の暗反応による経時変化
は大きい。したがって、塗布、露光、現像、染色の工程
を分刻みで管理をしても、固体撮像素子上のカラーフィ
ルター８３を均一に製造することは困難である。しか
し、合成感光性材料に用いたアジド化合物の有機溶媒中
の経時変化はきわめて遅く、カラーフィルター製造時は
ほとんど変化は起きない。したがって、素子内に形成さ
れた同一色のカラーフィルターは素子内の形状均一性が
優れる。さらに、染色性も材料形成変化による特性のば
らつきがない。
【０１１５】上記の理由により、固体撮像素子上に形成
された同一色のカラーフィルターは形状、分光ともに均
一性の優れたものとなる。したがって、固体撮像装置と
してカラーフィルターの形状くずれや分光ばらつきがな
く、シェーディング特性に優れている。
【０１１６】また、透明平坦化膜８０に非感光性熱硬化
材料またはネガ型感光性材料を用いることにより、混合
層の形成を防ぐ。このため、着色された混合層が原因に
よる混色画像不良は起きない。
【０１１７】本実施例で使用した有機溶剤可溶性の合成
感光性材料は、光架橋型の特性を持つ。有機溶剤可溶性
の光架橋型感光材は、ジアゾ化合物、アジド化合物が知
られている。ジアゾ化合物は構造により感光波長領域、
熱的安定性、架橋可能な高分子の選択が異なる。また、
対アニオンの種類により、水溶性、あるいは有機溶剤可
溶性にすることができる。アジド化合物もジアゾ化合物
同様に、構造により感光波長領域、熱的安定性、架橋可
能なポリマーの選択が異なる。また、非水溶性高分子に
対してはもっとも架橋性がよい。この中で、アジド化合
物は、カラーフィルター材料として合成した合成有機溶
剤可溶性高分子に対して、高い架橋効率を示し、優れた
解像性が得られる。これは天然蛋白と重クロム酸を組み
合わせたカラーフィルター材料と比べても優れた解像性
を示す。
【０１１８】また、本実施例ではカラーフィルター８３
を形成後に固着処理を行う、固着法と呼ばれる方法を用
いた。しかし、その他にカラーフィルター８３を形成す
る度に保護膜を設ける保護膜法や、透明平坦化膜８０上
に一様にカラーフィルターパターン８２を形成し、その
上に混色防止膜となる透明膜を所定の染色されるカラー
フィルターパターン８２のみ開口して染色を行う窓あけ
法においても、カラーフィルター８３の形成は可能であ
る。
【０１１９】図３１は本発明の固体撮像装置の製造方法
における第５の実施例を説明するものである。この場合
赤、緑、青のカラーフィルター８３Ｒ，８３Ｇ，８３Ｂ
と同様の方法でスミア、フレアなどの画像特性向上のた
めのストライプパターン８６を形成する。この場合、従
来の天然蛋白に重クロム酸を組み合わせた材料により形
成されたストライプパターン８６と比較して、形状の優
れたストライプパターン８６が得られる。したがって、
ストライプパターン８６が受光部７２を覆うことはな
く、固体撮像装置において高い感度を得ることができ
る。
【０１２０】図３２は本発明の固体撮像装置の製造方法
における第６の実施例を説明するものである。前記の実
施例では赤、緑、青の三原色を使用したが、マゼンタ、
シアン、グリーン、イエローの組み合わせでカラーフィ
ルター８３ＭＧ，８３ＣＹ，８３ＧＲ，８３ＹＥを作製
した場合である。この場合、グリーンはイエローとシア
ンを重ねて信号を取り出す。このときも、形状、分光と
もに均一なカラーフィルター８３を形成する本発明にお
いては、感度、シェーディング、フリッカ、混色等の特
性に優れた固体撮像装置を得ることができる。
【０１２１】前述した発明は理解を明瞭にするために図
解および例示の方法によって詳細に説明したが、ある変
化およびある変形は添付した特許請求の範囲で行われ得
ることは明らかである。
【０１２２】
【発明の効果】本発明は、固体撮像装置表面を精度よく
平坦化した透明平坦化膜の上面に、塗布均一性と経時安
定性の優れた合成感光性材料によりカラーフィルターが
形成される。この合成感光性材料により形成されたカラ
ーフィルターは、固体撮像装置の小型化および多画素化
に対しても、固体撮像装置上に形成された同一色のカラ
ーフィルターは形状、分光ともに均一性の優れたものと
なる。固体撮像装置としてカラーフィルターの形状不均
一や分光ばらつきが原因による混色、フリッカ不良、シ
ェーディング不良がなく、またパーティクルや白傷によ
る画像不良もない、きわめて優れた画像特性を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における固体撮像装置の
断面構成図
【図２】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順断面図
【図３】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順断面図
【図４】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順断面図
【図５】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順断面図
【図６】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順断面図
【図７】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順断面図
【図８】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順断面図
【図９】本発明の第１の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順断面図
【図１０】本発明の第１の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図１１】本発明の第１の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図１２】本発明の第１の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図１３】本発明の第１の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図１４】アクリル共重合体−ジアゾ化合物の光の波長
に対する透過率曲線図
【図１５】アクリル共重合体−ジアゾ化合物の光の波長
に対する透過率曲線図
【図１６】アクリル共重合体−ジアゾ化合物の光の波長
に対する透過率曲線図
【図１７】本発明の第２の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図１８】本発明の第３の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図１９】本発明の第４の実施例における固体撮像装置
の断面構成図
【図２０】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図２１】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図２２】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図２３】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図２４】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図２５】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図２６】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図２７】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図２８】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図２９】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図３０】本発明の第４の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図３１】本発明の第５の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図３２】本発明の第６の実施例の製造方法を説明する
ための工程順断面図
【図３３】従来の固体撮像装置の構成図
【符号の説明】
８ 半導体基板 ９ 受光部 １０ スクライブライン １１ ボンディングパッド １２ 電荷転送部 １３ 転送電極 １４ 絶縁膜 １５ 遮光金属膜 １６ 保護膜 １７ 透明穴埋め層 １８ 透明平坦化膜 １９ カラーフィルター ２８ 半導体基板 ２９ 受光部 ３０ スクライブライン ３１ ボンディングパッド ３３ 転送電極 ３４ 絶縁膜 ３５ 遮光金属膜 ３６ 保護膜 ３７ 透明穴埋め層 ３８ 透明平坦化膜 ３８ａ 透明平坦化膜 ３８ｂ 透明平坦化膜 ３９ カラーフィルター ４０ 穴埋め層 ４１ カラーフィルター層 ４２ カラーフィルターパターン ４３ マイクロレンズ ５１ 半導体基板 ５２ 受光部 ５３ ボンディングパッド ５４ スクライブライン ５５ 電荷転送部 ５６ 転送電極 ５７ 遮光金属膜 ５８ 穴埋め層 ５９ 透明穴埋め層 ６０ 透明平坦化膜 ６１ カラーフィルター ７２ 受光部 ７３ ボンディングパッド ７４ スクライブライン ７７ 遮光金属膜 ７８ 穴埋め層 ７９ 透明穴埋め層 ８０ 透明平坦化膜 ８１ カラーフィルター層 ８２ カラーフィルターパターン ８３ カラーフィルター ８４ 透明平坦化膜 ８５ マイクロレンズ ８６ ストライプパターン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも受光部が形成された半導体基
    板上に、溶媒に有機溶剤を用いた非感光性熱硬化材料で
    形成された透明平坦化膜と、前記透明平坦化膜の上面に
    溶媒に有機溶剤を用いた合成感光性材料で形成されたカ
    ラーフィルターとを備え、 前記非感光性熱硬化材料は、ポリグリシジルメタアクリ
    レートを主成分とする、固体撮像装置。
  2. 【請求項２】 少なくとも受光部が形成された半導体基
    板上に、溶媒に有機溶剤を用いたネガ型感光性熱硬化材
    料で形成された透明平坦化膜と、前記透明平坦化膜の上
    面に溶媒に有機溶剤を用いた合成感光性材料で形成され
    たカラーフィルターとを備え、 前記ネガ型感光性熱硬化材料は、ポリグリシルメタアク
    リレートと４"メタクリロイロオキシカルコンを主成分
    とする、固体撮像装置。
  3. 【請求項３】 少なくとも受光部が形成された半導体基
    板上に、溶媒に有機溶剤を用いた非感光性熱硬化材料で
    形成された透明平坦化膜と、前記透明平坦化膜の上面か
    つ隣あう前記受光部の間に溶媒に有機溶剤を用いた合成
    感光性材料で形成されたストライプパターンとを備え、 前記非感光性熱硬化材料は、ポリグリシジルメタアクリ
    レートを主成分とする、固体撮像装置。
  4. 【請求項４】 少なくとも受光部が形成された半導体基
    板上に、溶媒に有機溶剤を用いたネガ型感光性熱硬化材
    料で形成された透明平坦化膜と、前記透明平坦化膜の上
    面かつ隣あう前記受光部の間に溶媒に有機溶剤を用いた
    合成感光性材料で形成されたストライプパターンとを備
    え、 前記ネガ型感光性熱硬化材料は、ポリグリシルメタアク
    リレートと４"メタクリロイロオキシカルコンを主成分
    とする、固体撮像装置。
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