KR102471568B1

KR102471568B1 - 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102471568B1
Application number: KR1020197021754A
Authority: KR
Inventors: 도모히로 이모토; 사토시 다카하시
Original assignee: 도판 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2022-11-29
Also published as: EP3565000B1; TWI749137B; WO2018123884A1; US20190319058A1; TW201839965A; KR20190099051A; EP3565000A4; CN110073493A; EP3565000A1; US11205671B2

Abstract

혼색을 저감시킨 고정밀이며 감도가 좋은 고체 촬상 소자를 제공한다. 고체 촬상 소자는, 복수의 광전 변환 소자(11)를 이차원적으로 배치한 반도체 기판(10)과, 광전 변환 소자(11)에 대응시켜 복수색의 색 필터를 미리 설정한 규칙 패턴으로 이차원적으로 배치한 색 필터층(30)과, 제1 색의 색 필터(14)와 반도체 기판(10)의 사이에만 배치된 하층 평탄화층(12)을 구비한다. 제1 색의 색 필터(14)의 막 두께를 A[nm], 상기 하층 평탄화층(12)의 막 두께를 B[nm], 제1 색 이외의 색의 색 필터(15, 16)의 막 두께를 C[nm]라고 한 경우에, 하기 식을 만족한다.
200[nm]≤A≤700[nm]
0[nm]≤B≤200[nm]
C≤A+B+200[nm]

Description

고체 촬상 소자 및 그 제조 방법

본 발명은 CCD, CMOS 등의 광전 변환 소자를 사용한 고체 촬상 소자에 관한 기술이다.

디지털 카메라 등에 탑재되는 CCD(전하 결합 소자)나 CMOS(상보형 금속 산화막 반도체) 등의 고체 촬상 소자는, 근년, 고화소화, 미세화가 진행되고 있으며, 특히 미세한 것으로는 1.4㎛×1.4㎛를 하회하는 레벨의 화소 사이즈로 되어 있다.

고체 촬상 소자는, 화소 각각에 배치된 광전 변환 소자와, 소정의 색 패턴을 포함하는 색 필터층에 의해 컬러화를 도모하고 있다. 또한, 각 광전 변환 소자가 광전 변환에 기여하는 영역(개구부)은, 고체 촬상 소자의 사이즈나 화소수에 의존한다. 그 개구부는, 고체 촬상 소자의 전체 면적에 대하여, 20 내지 50％ 정도로 한정되어 있다. 개구부가 작은 것은 그대로 광전 변환 소자의 감도 저하로 이어진다는 점에서, 고체 촬상 소자에서는 감도 저하를 보충하기 위해, 광전 변환 소자 상에 집광용 마이크로렌즈를 형성하는 것이 일반적이다.

또한, 근년, 이면 조사의 기술을 사용한 이미지 센서가 개발되고 있으며, 광전 변환 소자의 개구부를 고체 촬상 소자의 전체 면적의 50％ 이상으로 할 수 있도록 되어 있다. 그러나, 이 경우, 하나의 색 필터에 대하여 인접하는 다른 색 필터의 누설광이 들어갈 가능성이 있기 때문에, 적절한 사이즈나 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 것이 필요해지고 있다.

소정 패턴의 색 필터층을 형성하는 방법으로서는, 통상 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 포토리소그래피 프로세스에 의해 각 색의 색 필터를 패턴 형성하는 방법이 사용된다.

또한, 다른 패턴 형성의 방법으로서, 특허문헌 2에는, 고체 촬상 소자 상에, 1색째 색 필터층을 건식 에칭 공정에 의해 패터닝하여 형성하고, 2색째 이후의 색 필터층을 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝하여 형성하는 방법이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 모든 색의 색 필터를 건식 에칭에 의해 패터닝하여 형성하는 방법이 기재되어 있다.

근년, 800만 화소를 초과하는 고정밀 CCD 촬상 소자에 대한 요구가 커지고, 이들 고정밀 CCD에 있어서 부수되는 색 필터 패턴의 화소 사이즈로서 1.4㎛×1.4㎛를 하회하는 레벨의 촬상 소자에 대한 요구가 커지고 있다. 그러나, 화소 사이즈를 작게 함으로써, 포토리소그래피 프로세스에서 패턴 형성된 색 필터층의 해상성이 부족하여, 고체 촬상 소자의 특성에 악영향을 미친다고 하는 문제가 생기고 있다. 한 변이 1.4㎛ 이하, 혹은 1.1㎛나 0.9㎛ 근방의 화소 사이즈의 고체 촬상 소자에서는, 해상성의 부족이 패턴의 형상 불량에 기인하는 색 얼룩으로서 나타난다.

또한, 화소 사이즈가 작아지면, 색 필터층의 패턴의 애스펙트비가 커진다(색 필터층의 패턴의 폭에 대하여 두께가 커짐). 이러한 색 필터층을 포토리소그래피 프로세스에서 패턴 형성하는 경우, 원래 제거되어야 할 부분(화소의 유효외 부분)이 완전히 제거되지 않고, 잔사로 되어 다른 색의 화소에 악영향을 미쳐 버린다. 이때, 잔사를 제거하기 위해 현상 시간을 연장하는 등의 방법을 행한 경우, 경화시킨 필요한 화소까지 박리되어 버린다고 하는 문제도 발생하고 있다.

또한, 만족스러운 분광 특성을 얻으려고 하면, 색 필터의 막 두께를 두껍게 하지 않을 수 없다. 그러나, 색 필터의 막 두께가 두꺼워지면, 화소의 미세화가 진행됨에 따라, 패턴 형성한 각 색 필터의 각이 둥글게 되는 등, 해상도가 저하되는 경향으로 된다. 색 필터의 막 두께를 두껍게 하면서, 또한 분광 특성을 얻으려고 하면, 색 필터의 재료에 포함되는 안료 농도(착색제의 농도)를 높일 필요가 있다. 그러나, 안료 농도를 높이면 광경화 반응에 필요한 광이 색 필터층의 저부까지 도달하지 않아, 색 필터층의 경화가 불충분해질 우려가 있다. 이 때문에, 포토리소그래피에 있어서의 현상 공정에서 색 필터층이 박리되어, 화소 결함이 발생한다고 하는 문제가 있다.

또한, 색 필터의 막 두께를 얇게 하면서, 또한 분광 특성을 얻기 위해 색 필터의 재료에 포함되는 안료 농도를 높인 경우, 상대적으로 광경화 성분을 저감시키게 된다. 이 때문에, 색 필터층의 광경화가 불충분해지고, 형상의 악화, 면 내에서의 형상 불균일, 형상 붕괴 등이 발생하기 쉬워진다. 또한, 충분히 광경화시키기 위해 경화 시의 노광량을 많게 함으로써, 스루풋이 저하된다고 하는 문제가 발생한다.

색 필터층의 패턴의 고정밀화에 의해, 색 필터층의 막 두께는, 제조 공정 상의 문제뿐만 아니라, 고체 촬상 소자로서의 특성에도 영향을 미친다. 색 필터층의 막 두께가 두꺼운 경우, 경사 방향으로부터 입사된 광이 특정 색의 색 필터에 의해 분광된 후, 인접하는 다른 색의 필터 패턴부 및 그 밑의 광전 변환 소자로 입광하는 경우가 있다. 이 경우, 혼색이 생긴다고 하는 문제가 발생한다. 이 혼색의 문제는, 화소 사이즈가 작아지고, 패턴 사이즈를 규정하는 화소 사이즈와 색 필터의 막 두께의 애스펙트비가 커짐에 따라 현저해진다. 또한, 입사광의 혼색이라고 하는 문제는, 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 평탄화층 등의 재료를 형성함으로써, 색 필터 패턴과 광전 변환 소자의 거리가 길어지는 경우에도 현저하게 발생한다. 이 때문에, 색 필터층이나 그 하부에 형성되는 평탄화층 등의 막 두께의 박막화가 중요하게 된다.

이상으로부터, 고체 촬상 소자의 화소수를 증가시키기 위해서는, 색 필터층의 패턴의 고정밀화가 필요하며, 또한 색 필터층의 박막화가 중요하게 된다.

상술한 바와 같이, 종래의, 색 필터 재료에 감광성을 갖게 하여 포토리소그래피에 의해 형성되는 색 필터층의 패턴 형성은, 화소 치수의 미세화가 진행됨에 따라, 색 필터층의 막 두께의 박막화도 요구된다. 이 경우, 색 필터 재료 중의 안료 성분의 함유 비율이 늘어난다는 점에서, 감광성 성분을 충분한 양으로 함유할 수 없고, 해상성이 얻어지지 않고, 잔사가 남기 쉽고, 화소 박리가 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있어, 고체 촬상 소자의 특성을 저하시키는 과제가 있었다.

그래서, 색 필터층의 패턴의 미세화 및 박막화를 행하기 위해, 특허문헌 2, 3의 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 2, 3에서는, 색 필터용 재료 중의 안료 농도를 향상시킬 수 있도록, 감광성 성분을 함유하지 않아도 패터닝이 가능한 건식 에칭에 의해 복수색의 색 필터를 패턴 형성하고 있다. 이들 건식 에칭을 사용하는 기술에 의해, 안료 농도를 향상시키는 것이 가능하게 되고, 박막화를 행해도 충분한 분광 특성이 얻어지는 색 필터 패턴이 제작 가능하게 된다.

일본 특허 공개 평11-68076호 공보 일본 특허 제4857569호 공보 일본 특허 제4905760호 공보

그러나, 발명자들은, 특허문헌 2, 3에서는 각 색 필터의 막 두께의 관계가 나타나 있지 않고, 모든 색 필터에서 고감도화하지 못하는 경우가 있다는 것을 알아냈다.

본 발명은 상술한 바와 같은 점에 감안하여 이루어진 것이며, 혼색을 저감시킨 고정밀이며 감도가 좋은 고체 촬상 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제의 해결을 위해, 본 발명의 일 양태인 고체 촬상 소자는, 복수의 광전 변환 소자를 이차원적으로 배치한 반도체 기판과, 상기 반도체 기판 상에 형성되고, 각 광전 변환 소자에 대응시켜 복수색의 색 필터를 미리 설정한 규칙 패턴으로 이차원적으로 배치한 색 필터층과, 경우에 따라 마련되고, 상기 복수색으로부터 선택한 제1 색의 색 필터와 반도체 기판의 사이에만 배치된 하층 평탄화층을 구비하며, 상기 제1 색의 색 필터의 막 두께를 A[nm], 상기 하층 평탄화층의 막 두께를 B[nm], 상기 제1 색 이외의 색의 색 필터의 막 두께를 C[nm]라고 한 경우에, 하기 식 (1) 및 식 (2), 혹은 식 (1), 식 (3) 및 식 (4)를 만족하는 것을 요지로 한다. 상기 하층 평탄화층은 생략되어도 된다.

200[nm]≤A≤700[nm] … (1)

C≤A+200[nm] … (2)

또는

200[nm]≤A≤700[nm] … (1)

0[nm]≤B≤200[nm] … (3)

C≤A+B+200[nm] … (4)

또한, 본 발명의 양태인 고체 촬상 소자의 제조 방법은, 반도체 기판 상에, 하층 평탄화층을 형성하고, 그 위에 제1 색의 색 필터용 도포액을 도포하여 경화시켜, 하층 평탄화층 및 색 필터층을 이 순서대로 형성한 후, 제1 색의 색 필터의 배치 위치 이외의 색 필터층 부분 및 그 제거할 색 필터층 부분의 하층에 위치하는 하층 평탄화층 부분을 건식 에칭에 의해 제거하여 제1 색의 색 필터를 형성하는 제1 공정과, 제1 공정 후에, 제1 색 이외의 색의 색 필터를, 포토리소그래피 혹은 건식 에칭에 의해 패터닝하여 형성하는 제2 공정을 갖는다.

상기 하층 평탄화층의 형성을 생략해도 된다.

본 발명의 양태에 따르면, 각 색 필터의 막 두께를 모두 박막화하여 마이크로렌즈 톱부터 디바이스까지의 총 거리를 짧게 하는 것이 가능하게 된다는 점에서, 혼색을 저감할 수 있고, 패턴 배치한 모든 색 필터가 고감도화된 고정밀의 고체 촬상 소자를 제공하는 것이 가능하게 된다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 관한 색 필터 배열의 부분 평면도이다.
도 3은, 제1 실시 형태에 관한 제1 색 필터 패턴의 도포 공정 및 감광성 수지 패턴 재료를 사용하여 제2 이후의 색 필터를 형성할 개소를 개구시키는 공정순을 도시하는 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 관한 제1 색의 색 필터 패턴을 건식 에칭법에 의해 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태의 제2, 제3 색의 색 필터 패턴을 포토리소그래피에 의해 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시 형태의 마이크로렌즈의 제작 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 제1 실시 형태의 마이크로렌즈를 에치 백에 의한 전사 방법으로 제작하는 경우를 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 제1 실시 형태의 제2 색의 색 필터 패턴을 건식 에칭에 의해 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 제1 실시 형태의 제3 색의 색 필터 패턴을 건식 에칭에 의해 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 제2 실시 형태의 제1 색의 색 필터 패턴을 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 제3 실시 형태의 제1 색의 색 필터 패턴을 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 제3 실시 형태의 제1 색의 색 필터 패턴을 광경화만으로 다음 공정의 감광성 수지 패턴 재료의 도포를 행하는 경우를 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 단면도이다.
도 14는, 본 발명의 제4 실시 형태의 제2, 제3 색의 색 필터 패턴을 포토리소그래피에 의해 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 제4 실시 형태의 마이크로렌즈의 제작 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 16은, 본 발명의 제4 실시 형태의 마이크로렌즈를 에치 백에 의한 전사 방법으로 제작하는 경우를 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 17은, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 다른 예의 고체 촬상 소자의 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

여기서, 도면은 모식적인 것이며, 두께와 평면 치수의 관계, 각 층의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 상이하다. 또한, 이하에 나타내는 각 실시 형태는, 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 구성을 예시하는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은, 구성 부품의 재질, 형상, 구조 등이 하기의 것에 특정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상은, 특허청구범위에 기재된 청구항이 규정하는 기술적 범위 내에 있어서, 여러 가지 변경을 가할 수 있다.

「제1 실시 형태」

<고체 촬상 소자의 구성>

본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 이차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)의 상방에 배치된 복수의 마이크로렌즈(18)를 포함하는 마이크로렌즈군과, 반도체 기판(10)과 마이크로렌즈(18)의 사이에 마련된 색 필터층(30)을 구비하고 있다. 색 필터층(30)은, 복수색의 색 필터(14, 15, 16)가 소정의 규칙 패턴으로 배치되어 구성된다.

본 실시 형태의 고체 촬상 소자는, 반도체 기판(10)의 표면에 형성된 하층 평탄화층(12)이 가장 면적이 넓은 색 필터(14)의 하부에만 형성되어 있다. 무엇보다, 반도체 기판(10)과 색 필터(14)의 밀착성이 별도로 확보 가능한 경우에는, 하층 평탄화층(12)은 형성되지 않아도 된다.

또한, 색 필터층(30)과 복수의 마이크로렌즈(18)를 포함하는 마이크로렌즈군의 사이에, 상층 평탄화층(13)이 형성되어 있다.

이하, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 설명 시, 제조 공정 상 처음에 형성하는, 가장 면적이 넓은 색 필터를 제1 색의 색 필터(14)라고 정의한다. 또한, 제조 공정 상 2번째에 형성하는 색 필터를 제2 색의 색 필터(15), 제조 공정 상 3번째에 형성하는 색 필터를 제3 색의 색 필터(16)라고 정의한다. 다른 실시 형태에서도 마찬가지이다.

본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에서는, 제1 색의 색 필터(14)에는, 열경화성 수지와 광경화성 수지를 포함하고 있다. 광경화성 수지의 함유량은, 열경화성 수지의 함유량보다 적다.

여기서, 제1 색의 색 필터(14)는, 가장 면적이 넓은 색 필터가 아니어도 되고, 또한 가장 처음에 형성되는 색 필터가 아니어도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 색 필터층(30)이, 복수색이 그린, 레드, 블루의 3색으로 구성되고, 베이어 배열의 배치 패턴으로 배치되는 경우로 예시하지만, 4색 이상을 포함하는 색 필터층이어도 된다.

이하의 설명에서는, 제1 색이 그린인 경우를 상정하여 설명하지만, 제1 색이 블루 혹은 레드여도 된다.

이하, 고체 촬상 소자의 각 부에 대하여 상세하게 설명한다.

(광전 변환 소자 및 반도체 기판)

반도체 기판(10)은, 화소에 대응시켜 복수의 광전 변환 소자(11)가 이차원적으로 배치되어 있다. 각 광전 변환 소자(11)는, 광을 전기 신호로 변환하는 기능을 갖고 있다.

광전 변환 소자(11)가 형성되어 있는 반도체 기판(10)은, 통상 표면(광입사면)의 보호 및 평탄화를 목적으로 하여, 최표면에 보호막이 형성되어 있다. 반도체 기판(10)은, 가시광을 투과하고, 적어도 300℃ 정도의 온도에 견딜 수 있는 재료로 형성되어 있다. 이러한 재료로서는, 예를 들어 Si, SiO₂ 등의 산화물 및 SiN 등의 질화물, 그리고 이들의 혼합물 등, Si를 포함하는 재료 등을 들 수 있다.

(마이크로렌즈)

각 마이크로렌즈(18)는, 화소 위치에 대응시켜, 반도체 기판(10)의 상방에 배치되어 있다. 즉, 마이크로렌즈(18)는, 반도체 기판(10)에 이차원 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)별로 마련된다. 마이크로렌즈(18)는, 마이크로렌즈(18)로 입사된 입사광을 광전 변환 소자(11)의 각각에 집광시킴으로써, 광전 변환 소자(11)의 감도 저하를 보충한다.

마이크로렌즈(18)는, 렌즈 톱부터 렌즈 보텀의 높이가 400nm 이상 800nm 이하의 범위인 것이 바람직하다.

(하층 평탄화층)

하층 평탄화층(12)은, 반도체 기판(10)의 표면 보호 및 평탄화를 위해 마련된 층이다. 즉, 하층 평탄화층(12)은, 광전 변환 소자(11)의 제작에 의한 반도체 기판(10)의 상면의 요철을 저감하고, 색 필터용 재료의 밀착성을 향상시킨다.

본 실시 형태에서는, 하층 평탄화층(12)은, 제1 색의 색 필터(14)의 하부 이외의 개소는 후술하는 건식 에칭 공정 등으로 제거되어 존재하지 않는다.

하층 평탄화층(12)은, 예를 들어 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리이미드계 수지, 페놀노볼락계 수지, 폴리에스테르계 수지, 우레탄계 수지, 멜라민계 수지, 요소계 수지 및 스티렌계 수지 등의 수지를 1 또는 복수 포함한 수지에 의해 형성된다. 또한, 하층 평탄화층(12)은, 이들 수지에 한하지 않고, 파장이 400nm 내지 700nm인 가시광을 투과하고, 색 필터(14, 15, 16)의 패턴 형성이나 밀착성을 저해하지 않는 재료라면, 모두 사용할 수 있다.

하층 평탄화층(12)은, 색 필터(14, 15, 16)의 분광 특성에 영향을 주지 않는 수지에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하층 평탄화층(12)은, 파장이 400nm 내지 700nm인 가시광에 대하여 투과율 90％ 이상으로 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 제1 색의 색 필터(14)의 하측에 마련하는 하층 평탄화층(12)을 생략해도 된다.

본 실시 형태에서는, 하층 평탄화층(12)의 막 두께 B[nm]를, 0[nm] 이상 200[nm] 이하로 형성한다. 막 두께 B는 바람직하게는 100[nm] 이하이고, 더욱 바람직하게는 60[nm] 이하이다. 하층 평탄화층(12)의 막 두께 B는, 혼색 방지의 관점에서는 얇을수록 바람직하다.

(상층 평탄화층)

상층 평탄화층(13)은, 색 필터(14, 15, 16)의 상면을 평탄화하기 위해 마련된 층이다.

상층 평탄화층(13)은, 예를 들어 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리이미드계 수지, 페놀노볼락계 수지, 폴리에스테르계 수지, 우레탄계 수지, 멜라민계 수지, 요소계 수지, 스티렌계 수지 등의 수지를 1 또는 복수 포함한 수지에 의해 형성된다. 또한, 상층 평탄화층(13)은, 마이크로렌즈(18)와 일체화하여도 문제가 없다.

상층 평탄화층(13)의 막 두께는, 예를 들어 1[nm] 이상 300[nm] 이하이다. 바람직하게는 100[nm] 이하, 보다 바람직하게는 60[nm] 이하이다. 혼색 방지의 관점에서는 얇을수록 바람직하다.

(색 필터)

소정 패턴으로 색 필터층(30)을 구성하는 색 필터(14, 15, 16)는, 입사광을 색 분해하는 각 색에 대응하는 필터이다. 색 필터(14, 15, 16)는, 반도체 기판(10)과 마이크로렌즈(18)의 사이에 마련되며, 화소 위치에 따라, 복수의 광전 변환 소자(11)의 각각에 대응하도록 미리 설정된 규칙 패턴으로 배치되어 있다.

도 2에, 각 색의 색 필터(14, 15, 16)의 배열을 평면적으로 도시한다. 도 2에 도시하는 배열 예는, 소위 베이어 배열이다.

색 필터(14, 15, 16)는, 소정의 색의 안료(착색제)와, 열경화 성분이나 광경화 성분을 포함하고 있다. 예를 들어, 색 필터(14)는 착색제로서 그린 안료를 포함하고, 색 필터(15)는 블루 안료를 포함하고, 색 필터(16)는 레드 안료를 포함하고 있다.

본 실시 형태에서는, 열경화성 수지와 광경화성 수지를 포함하고 있지만, 열경화성 수지의 배합량 쪽이 많은 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들어 고형분 중의 경화 성분은 5질량％ 이상 40질량％ 이하로 하며, 열경화성 수지를 5질량％ 이상 20질량％ 이하로 하고, 광경화성 수지를 1질량％ 이상 20질량％ 이하, 바람직하게는 열경화성 수지를 5질량％ 이상 15질량％ 이하로 하고, 광경화성 수지를 1질량％ 이상 10질량％ 이하의 범위로 한다.

여기서, 경화 성분을 열경화 성분만으로 하는 경우에는, 고형분 중의 경화 성분은 5질량％ 이상 40질량％ 이하, 보다 바람직하게는 5질량％ 이상 15질량％ 이하의 범위로 한다. 한편, 경화 성분을 광경화 성분만으로 하는 경우에는, 고형분 중의 경화 성분은 10질량％ 이상 40질량％ 이하, 보다 바람직하게는 10질량％ 이상 20질량％ 이하의 범위로 한다.

본 실시 형태에서는, 도 2에 도시하는 베이어 배열의 색 필터를 갖는 고체 촬상 소자에 대하여 설명한다. 그러나, 고체 촬상 소자의 색 필터는, 반드시 베이어 배열에 한정되지는 않으며, 또한 색 필터의 색도 RGB의 3색에 한정되지 않는다. 또한, 색 필터의 배열의 일부에 굴절률을 조정한 투명한 층을 배치해도 된다.

제1 색의 색 필터(14)의 막 두께 A[nm]는, 200[nm] 이상 700[nm] 이하로 형성한다. 바람직하게는, 막 두께 A[nm]는 400[nm] 이상 600[nm] 이하이다. 보다 바람직하게는 막 두께 A[nm]는 500[nm] 이하이다.

또한, 제1 색 이외의 색의 색 필터(15, 16)의 막 두께를 C[nm]라고 한 경우에, 하기 식 (4)를 만족하는 막 두께로 형성한다.

C≤A+B+200[nm] … (4)

바람직하게는, 하기 식 (5)를 만족하는 막 두께로 형성한다.

A+B-200[nm]≤C≤A+B+200[nm] … (5)

단, 제2 색의 색 필터(15)의 막 두께와, 제3 색의 색 필터(16)의 막 두께가 상이해도 된다.

여기서, (A+B)의 막 두께와 C의 막 두께의 막 두께차를 200[nm] 이하로 하고 있는 것은, 일부의 막 두께차가 200[nm]를 초과하는 부분이 있으면, 다른 화소에 대한 경사 입사광의 영향에 의해, 수광 감도가 저하될 우려가 있다. 또한, 200[nm]를 초과하는 단차가 형성되는 경우, 상부의 마이크로렌즈(18)의 형성이 곤란해지는 경우가 있다.

또한, 색 필터층(30)을 박막화하기 위해, 제1 내지 제3 색의 각 색 필터에 함유하는 안료(착색제)의 농도는, 50질량％ 이상인 것이 바람직하다.

<고체 촬상 소자의 제조 방법>

이어서, 도 3 및 도 4를 참조하여, 제1 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.

(하층 평탄화층의 형성 공정)

도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10)을 준비하고, 그 표면의 필터층 형성 위치 전체면에, 하층 평탄화층(12)을 형성한다. 하층 평탄화층(12)은, 예를 들어 상술한 아크릴계 수지 등의 수지 재료를 1개 혹은 복수 포함한 수지나, 산화 화합물, 질화 화합물 등의 화합물에 의해 형성된다.

하층 평탄화층(12)은, 상술한 수지 재료를 포함하는 도포액을 도포하여 가열을 행하여 경화시키는 방법에 의해 형성된다. 또한, 하층 평탄화층(12)은, 상술한 화합물의 막을, 증착, 스퍼터링, CVD 등의 각종 방법으로 성막함으로써 형성해도 상관없다.

여기서, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법은, 종래의 감광성 색 필터용 재료를 사용하여 포토리소그래피에 의해 색 필터층(30)을 구성하는 각 색 필터(14, 15, 16)를 직접 패터닝하여 제조하는 방법과는 상이하다.

즉, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법에서는, 제1 색의 색 필터용 재료를 전체면에 도포하여 경화시켜 제1 색의 색 필터층(14A)을 형성한 후에(도 3의 (d) 참조), 그 제1 색의 색 필터층(14A)에 있어서의 다른 색 필터를 형성할 개소를 건식 에칭으로 제거한다. 이에 의해, 제1 색의 색 필터(14)의 패턴(도 4의 (b) 참조)이 형성된다. 그리고, 주변이 제1 색의 색 필터(14)의 패턴으로 둘러싸여 있는 부분에 제2 이후의 색 필터(제2, 제3 색의 색 필터의 패턴(15, 16))를 패턴 형성한다. 이때, 먼저 형성한 제1 색의 색 필터(14)의 패턴을 가이드 패턴으로서 사용하여, 고온의 가열 처리에 의해 제2 이후의 색 필터 재료를 경화시킨다. 이 때문에, 제2 이후의 색 필터의 하측에 하층 평탄화층(12)이 없어도, 반도체 기판(10)과 색 필터(15, 16)의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

이하, 그 형성 공정에 대하여 설명한다.

(제1 색의 색 필터층 형성 공정(제1 공정))

우선, 도 3의 (b) 내지 (d)에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(10) 상에 형성한 하층 평탄화층(12)의 표면에, 제1 색의 색 필터(14)를 형성하는 공정에 대하여 설명한다. 가이드 패턴으로서는, 제1 색의 색 필터(14)는, 고체 촬상 소자에서 가장 점유 면적이 넓은 색의 색 필터가 바람직하다.

복수의 광전 변환 소자(11)가 이차원적으로 배치된 반도체 기판(10) 상에 형성한 하층 평탄화층(12)의 표면에, 도 3의 (b)와 같이, 수지 재료를 주성분으로 하고 제1 안료(착색제)를 분산시킨 제1 수지 분산액을 포함하는 제1 색의 색 필터용 재료(14a)를 도포한다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 도 2에 도시하는 바와 같이 베이어 배열의 색 필터를 사용하는 것을 상정하고 있다. 이 때문에, 제1 색은, 그린(G)인 것이 바람직하다.

제1 색의 색 필터용 재료의 수지 재료로서는, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지 및 자외선 경화 수지 등의 광경화성 수지를 함유하는 혼합 수지를 사용한다. 단, 광경화성 수지의 배합량을 열경화성 수지의 배합량보다 적게 한다. 수지 재료로서 열경화성 수지를 많이 사용함으로써, 경화성 수지로서 광경화성 수지를 많이 사용하는 경우와 달리, 제1 색의 색 필터층(14A)의 안료 함유율을 높이는 것이 가능하게 되고, 박막이면서 또한 원하는 분광 특성이 얻어지는 제1 색의 색 필터(14)를 형성하기 쉬워진다.

단, 본 실시 형태에서는, 열경화성 수지 및 광경화성 수지의 양쪽을 함유하는 혼합 수지로 설명하지만, 반드시 혼합 수지에 한정되지는 않으며, 어느 한쪽의 경화성 수지만을 함유하는 수지여도 된다.

이어서, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제1 색의 색 필터층(14A)의 전체면에 자외선을 조사하여, 색 필터층(14A)을 광경화한다. 본 실시 형태에서는, 종래 방법과 같이 색 필터용 재료에 감광성을 갖게 하여 노광함으로써 원하는 패턴을 직접 형성하는 경우와 달리, 색 필터층(14A)의 전체면을 경화시키기 때문에, 감광성 성분의 함유량을 저하시켜도 경화가 가능하게 된다.

이어서, 도 3의 (d)에 도시하는 바와 같이, 제1 색의 색 필터층(14A)을 200℃ 이상 300℃ 이하에서 열경화한다. 보다 구체적으로는, 230℃ 이상 270℃ 이하의 온도에서 가열하는 것이 바람직하다. 고체 촬상 소자의 제조에 있어서는, 마이크로렌즈(18)의 형성 시에 200℃ 이상 300℃ 이하의 고온 가열 공정이 이용되는 경우가 많기 때문에, 제1 색의 색 필터용 재료는, 고온 내성이 있는 것이 바람직하다. 이 때문에, 수지 재료로서, 고온 내성이 있는 열경화성 수지를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

(에칭 마스크 패턴 형성 공정)

이어서, 도 3의 (e) 내지 도 3의 (g)에 도시하는 바와 같이, 전공정에서 형성한 제1 색의 색 필터층(14A) 상에 개구부를 갖는 에칭 마스크 패턴을 형성한다.

우선, 도 3의 (e)에 도시하는 바와 같이, 제1 색의 색 필터층(14A)의 표면에, 감광성 수지 마스크 재료를 도포하여 건조하고, 감광성 수지층(20)을 형성한다.

이어서, 도 3의 (f)에 도시하는 바와 같이, 감광성 수지층(20)에 대하여 포토마스크(도시하지 않음)를 사용하여 노광하고, 필요한 패턴 이외가 현상액에 가용으로 되는 화학 반응을 일으킨다.

이어서, 도 3의 (g)에 도시하는 바와 같이, 현상에 의해 감광성 수지층(20)의 불필요부(노광부)를 제거한다. 이에 의해, 개구부(20b)를 갖는 에칭 마스크 패턴(20a)이 형성된다. 개구부(20b)의 위치에는, 후속 공정에서 제2 색의 색 필터 또는 제3 색의 색 필터가 형성된다.

감광성 수지 재료로서는, 예를 들어 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리이미드계 수지, 페놀노볼락계 수지, 그 밖의 감광성을 갖는 수지를 단독으로 혹은 복수 혼합 혹은 공중합하여 사용할 수 있다. 감광성 수지층(20)을 패터닝하는 포토리소그래피 프로세스에 사용하는 노광기는, 스캐너, 스테퍼, 얼라이너, 미러 프로젝션 얼라이너를 들 수 있다. 또한, 전자선에 의한 직접 묘화, 레이저에 의한 묘화 등에 의해 노광을 행해도 된다. 그 중에서도, 미세화가 필요한 고체 촬상 소자의 제1 색의 색 필터(14)를 형성하기 위해서는, 스테퍼나 스캐너가 일반적으로 사용된다.

감광성 수지 마스크 재료로서는, 고해상이며 고정밀도의 패턴을 제작하기 위해, 일반적인 포토레지스트를 사용하는 것이 바람직하다. 포토레지스트를 사용함으로써, 감광성을 갖게 한 색 필터용 재료로 패턴을 형성하는 경우와 달리, 형상 제어가 용이하고, 치수 정밀도가 좋은 패턴을 형성할 수 있다.

이때 사용하는 포토레지스트는, 건식 에칭 내성이 높은 것이 바람직하다. 건식 에칭 시의 에칭 마스크재로서 사용하는 경우에는, 에칭 부재와의 에칭 속도인 선택비를 향상시키기 위해, 현상 후에 포스트 베이크라고 불리는 열경화 공정이 사용되는 경우가 많다. 그러나, 열경화 공정이 포함되면, 건식 에칭 후에, 에칭 마스크로서 사용한 잔류 레지스트의 제거 공정에서의 제거가 곤란해지는 경우가 있다. 이 때문에, 포토레지스트로서는, 열경화 공정을 이용하지 않아도 에칭 부재와의 사이에서 선택비가 얻어지는 것이 바람직하다. 또한, 양호한 선택비가 얻어지지 않는 경우, 포토레지스트 재료의 막 두께를 두껍게 형성할 필요가 있지만, 후막화하면 미세 패턴 형성이 곤란해진다. 이 때문에, 포토레지스트로서는, 건식 에칭 내성이 높은 재료가 바람직하다.

구체적으로는, 에칭 마스크인 감광성 수지 마스크 재료와 건식 에칭의 대상인 제1 색의 색 필터용 재료의 에칭 속도비(선택비)는, 0.5 이상이 바람직하고, 0.8 이상이 보다 바람직하다. 이 선택비가 있으면, 에칭 마스크 패턴(20a)을 모두 소멸시키지 않고, 색 필터(14)를 에칭하는 것이 가능하다. 제1 색의 색 필터용 재료의 막 두께가 0.3㎛ 이상 0.8㎛ 이하 정도인 경우, 감광성 수지 마스크층(20a)의 막 두께는, 0.6㎛ 이상 2.0㎛ 이하 정도인 것이 바람직하다.

또한, 이때 사용하는 포토레지스트로서는, 포지티브형 레지스트, 또는 네가티브형 레지스트 중 어느 쪽이라도 문제없다. 그러나, 에칭 후의 포토레지스트 제거를 생각하면, 외부 요인에 의해, 화학 반응이 진행되어 경화되는 방향으로 변화하는 네가티브형 레지스트보다, 화학 반응이 진행되어 용해되는 방향으로 화학 반응이 일어나기 쉬운 포지티브형 레지스트가 바람직하다.

이상과 같이 하여, 에칭 마스크 패턴이 형성된다.

(제1 색의 색 필터 형성 공정)

에칭 마스크 패턴 및 건식 에칭 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 개구부(20b)로부터 노출되는 제1 색의 색 필터층(14A)의 일부분을 제거한다.

건식 에칭의 방법으로서는, 예를 들어 ECR, 평행 평판 마그네트론, DRM, ICP, 혹은 2주파 타입의 RIE(Reactive Ion Etching) 등을 들 수 있다. 에칭 방식에 대해서는 특별히 제한되지 않지만, 폭이 수mm 이상인 대면적 패턴이나 수백nm인 미소 패턴 등의 선 폭이나 면적이 상이해도 에칭 레이트나 에칭 형상이 변하지 않도록 제어할 수 있는 방식의 것이 바람직하다. 또한, 100mm 내지 450mm 정도의 사이즈의 웨이퍼 전체면에서, 면 내 균일하게 건식 에칭할 수 있는 제어 기구의 건식 에칭 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

건식 에칭 가스는, 반응성(산화성ㆍ환원성)을 갖는, 즉 에칭성이 있는 가스이면 된다. 반응성을 갖는 가스로서는, 예를 들어 불소, 산소, 브롬, 황 및 염소 등을 포함하는 가스를 들 수 있다. 또한, 아르곤이나 헬륨 등의 반응성이 적고 이온에서의 물리적 충격에 의한 에칭을 행하는 원소를 포함하는 희가스를 단체 또는 혼합시켜 사용할 수 있다. 또한, 가스를 사용한 플라스마 환경 하에서의 건식 에칭 공정에서, 원하는 패턴을 형성하는 반응을 일으키는 가스라면, 이들에 한정되지 않아도 문제없다. 본 실시 형태에서는 초기 단계에서 전체 가스 유량의 90％ 이상을 희가스 등의 이온의 물리적 충격이 주체로 되어 에칭을 행하는 가스로 하고, 거기에 불소계 가스나 산소계 가스를 혼합한 에칭 가스를 사용함으로써, 화학 반응도 이용하여 에칭 레이트를 향상시킨다.

본 실시 형태에서는, 반도체 기판(10)은 실리콘을 주체로 한 재료에 의해 구성되어 있다. 이 때문에, 건식 에칭 가스로서는, 색 필터용 재료를 에칭하며, 또한 하지의 반도체 기판(10)을 에칭하지 않는 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 반도체 기판(10)을 에칭하는 가스를 사용하는 경우에는, 처음에 반도체 기판(10)을 에칭하는 가스를 사용하고, 도중에 반도체 기판(10)을 에칭하지 않는 가스로 변경하여 에칭을 행하는 다단계 에칭으로 해도 된다. 또한, 반도체 기판(10)에 영향이 없이, 에칭 마스크 패턴(20a)을 사용하여 수직에 가까운 형상으로 색 필터용 재료의 에칭을 행할 수 있고, 색 필터용 재료의 잔사가 형성되지 않는다면, 에칭 가스의 종류는 제한되지 않는다.

본 실시 형태에서는, 아르곤, 헬륨 등의 반응성이 적은 원소를 포함하는 희가스를 전체 가스 유량의 90％ 이상으로 하며, 또한 불소계 및 산소계 등의 반응성을 갖는 가스종이 1종류 이상 혼합된 건식 에칭 가스를 사용한다. 이에 의해, 화학 반응을 사용하여 에칭 레이트가 향상된다.

또한, 이 에칭 조건에서 에칭을 실시한 경우, 에칭 마스크 패턴 측벽에 대한 반응 생성물의 부착량이 많아져, 에칭 마스크(20)의 제거가 곤란해진다. 그 때문에, 건식 에칭 조건을, 상황에 따라 다단계로 변경함으로써 에칭 마스크(20)의 제거를 용이하게 하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 에칭 초기에 있어서, 반응성이 적은 희가스를 전체 가스 유량의 90％ 이상으로 하며, 또한 반응성을 갖는 가스를 포함하는 에칭 가스를 사용하여 에칭을 행한다. 이때, 제1 색의 색 필터층(14A)의 초기 막 두께에 대하여, 30％ 이상 90％ 이하의 에칭을 행하는 것이 바람직하고, 50％ 이상 80％ 이하의 에칭을 행하는 것이 보다 바람직하고, 60％ 이상 70％ 이하의 에칭을 행하는 것이 더욱 바람직하다.

다음 단계에서는, 반응성이 적은 희가스를 전체 가스 유량의 80％ 이하로 하며, 또한 불소계 가스나, 산소계 가스 등의 반응성을 갖는 가스 또는 이들을 복수 혼합시킨 건식 에칭 가스를 사용하여 에칭을 행한다. 이때, 희가스의 양은, 전체 가스 유량의 70％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 50％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

이어서, 이들 가스 유량으로, 반도체 기판(10)을 에칭하지 않는 범위에서, 제1 색의 색 필터층(14A)의 에칭을 행한다. 그 후, 불소계 가스를 제거하고, Si를 화학적으로 에칭하지 않는 가스, 예를 들어 산소나 희가스의 단독 가스, 또는 이들 복수를 혼합한 가스를 사용하여, 제1 색의 색 필터층(14A)의 막 두께 이상으로 에칭을 행하는 오버 에칭을 행한다. 오버 에칭을 행함으로써, 반도체 기판(10)의 에칭의 면 내 변동에 의한 영향을 저감하여, 반도체 기판(10)의 전체면에서 원하는 위치의 제1 색의 색 필터층(14A)을 제거하고, 제1 색의 색 필터(14)의 패턴을 형성하는 것이 가능하게 된다.

상술한 조건에서, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(10) 표면에 도달할 때까지 제1 색의 색 필터층(14A)의 건식 에칭을 행한 후, 에칭 마스크 패턴(20a)을 제거함으로써, 제1 색의 색 필터(14)의 패턴을 형성할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 개구부(20b)로부터 노출되는 제1 색의 색 필터층(14A)의 일부분을 제거할 때, 개구부(20b)에 위치하는 하층 평탄화층(12)의 부분이 에칭된다. 그 때문에 제1 색의 색 필터(14)의 패턴 위치의 하부만, 하층 평탄화층(12)이 잔존하는 구성으로 된다.

하층 평탄화층(12)의 재질에 따라서는, 전술한 건식 에칭 공정에서는, 에칭 레이트가 느려, 제2 이후의 색 필터 형성 개소의 하층 평탄화층(12)이 전부 제거되지 않는 경우가 있다. 그 경우에는, 마이크로렌즈 톱부터 디바이스까지의 거리가 길어져, 제2 이후의 색 필터의 박막화의 효과가 저하된다. 이 때문에, 한층 더한 하층 평탄화층(12)의 제거 공정을 실시한다. 구체적으로는, 아르곤 등의 물리적 에칭을 사용하여, 에칭 마스크 패턴(20)의 막 두께를 증가시키는 장시간 에칭에 의한 제거나, 하층 평탄화층(12)을 에칭하는 용제를 사용한 습식 에칭 공정의 실시이다. 이 경우, 제1 색의 색 필터의 상부는, 에칭 마스크 패턴(20)으로 덮여 있지만, 측면은 건식 에칭의 반응 생성물 이외는 제1 색의 색 필터가 노출되어 있기 때문에, 색 필터재에 영향을 주지 않거나, 혹은 영향이 경미한 에칭액이 바람직하다.

이어서, 잔존하고 있는 에칭 마스크 패턴(20a)의 제거를 행한다(도 4의 (b) 참조). 에칭 마스크 패턴(20a)의 제거에는, 예를 들어 약액이나 용제를 사용함으로써 제1 색의 색 필터(14)에 영향을 주지 않고, 에칭 마스크 패턴(20a)을 용해, 박리하는 제거 방법을 들 수 있다. 에칭 마스크 패턴(20a)을 제거하는 용제로서는, 예를 들어 N-메틸-2-피롤리돈, 시클로헥사논, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 락트산메틸, 락트산부틸, 디메틸술폭시드, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 등의 유기 용제를 단독, 혹은 복수를 혼합한 혼합 용제가 사용된다. 또한, 이때 사용하는 용제는, 색 필터용 재료에 영향을 주지 않는 것이면 바람직하다. 색 필터용 재료에 영향을 주지 않는 것이면, 산계의 약품을 사용한 박리 방법이어도 문제없다.

또한, 용제 등의 습식 프로세스 이외의 제거 방법도 사용할 수 있다. 광 여기나 산소 플라스마를 사용한 레지스트의 회화 기술인 애싱 기술을 사용하는 방법에 의해, 에칭 마스크 패턴(20a)을 제거할 수 있다. 또한, 이들 방법을 조합하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, 처음에, 광 여기나 산소 플라스마에 의한 회화 기술인 애싱 기술을 사용하여, 에칭 마스크 패턴(20a)의 표층의 건식 에칭에 의한 변질층을 제거한 후, 용제 등을 사용한 습식 에칭에 의해 남은 층을 제거하는 방법을 들 수 있다. 또한, 제1 색의 색 필터용 재료에 손상이 없는 범위라면, 애싱만으로 에칭 마스크(20)를 제거해도 상관없다. 또한, 애싱 등의 건식 프로세스뿐만 아니라, CMP에 의한 연마 공정 등을 사용해도 된다.

상기 공정에 의해, 제1 색의 색 필터(14)의 패터닝 형성이 완료된다.

제1 색의 색 필터(14)는, 반도체 기판(10)의 전체면에 도포한 시점에서, 도 3의 (b), (c)에 도시하는 바와 같이, 전체면에 광경화 및 열경화를 행하고 있지만, 현상 공정이나 세정 공정을 행하기 위해, 추가로 경화 공정을 이용해도 된다. 예를 들어, 200℃ 이상 300℃ 이하에서의 고온 가열 공정이나, 노광에 의한 광경화이다.

(제2 이후의 색 필터의 패턴의 형성 공정(제2 공정)에 대하여)

이어서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 제1 색의 색 필터(14)와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2, 제3 색의 색 필터(15, 16)를 형성한다. 제2, 제3 색의 색 필터(15, 16)의 패턴의 제작 방법은, 크게 나누어 2개의 방법을 사용할 수 있다.

제1 방법은, 제1 색의 색 필터(14)의 패턴을 가이드 패턴으로 함과 함께, 제2, 제3 색의 색 필터(15, 16)에 광경화성 수지를 포함한 감광성 색 필터용 재료를 사용하여 형성하고, 종래 방법으로 선택적으로 노광하여 패턴을 형성하는 방법이다.

제2 방법은, 패터닝한 제1 색의 색 필터(14)로 형성된 개구부(20b) 전체면에, 제2 색의 색 필터용 재료를 도포한다. 계속해서, 패터닝을 행한 감광성 수지 마스크 재료층을 에칭 마스크로 하여 건식 에칭을 행하여, 제3 색의 색 필터(16)의 형성 개소에 개구부를 마련한다. 마지막으로, 그 개구부의 장소에 제3 색의 색 필터용 재료를 도포하고, 여분의 색 필터를 연마 등으로 제거함으로써, 개구부 내에 제3 색의 색 필터(16)를 형성하는 방법이다.

(제2 이후의 색 필터의 패턴을 형성하는 제1 방법)

처음에, 제2 이후의 색 필터의 패턴을 형성하는 제1 방법에 대하여 도 5를 사용하여 설명한다. 제1 방법은, 제2 색의 색 필터(15)에 감광성 성분을 가진 색 필터 재료(컬러 레지스트)를 사용하는 데 특징이 있다.

우선, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 색의 색 필터(14)를 패턴 형성한 반도체 기판(10)의 표면 전체면에, 제2 색의 색 필터용 재료로서 감광성 색 필터용 재료를 도포, 즉 개구부(20b) 전체면에 도포하고, 건조를 행하여 제2 색의 색 필터층(15A)을 형성한다. 이때 사용하는 감광성 색 필터용 재료는, 광을 쬠으로써 경화되는 네가티브형의 감광성 성분을 함유한다.

이때, 제1 색의 색 필터(14)의 막 두께를 A[nm], 하층 평탄화층(12)의 막 두께를 B[nm], 제2 색의 색 필터(15)의 막 두께를 C1[nm]이라고 한 경우에, 하기 식 (1), 식 (3) 및 식 (4a)를 만족하도록, 제2 색의 색 필터(15)의 막 두께 C1을 설정한다.

200[nm]≤A≤700[nm] … (1)

0[nm]≤B≤200[nm] … (3)

C1≤A+B+200 … (4a)

도 5에서는, A+B=C1인 경우를 예시하고 있지만, 식 (4a)를 만족하도록 막 두께 C1이 설정되어 있으면 된다.

또한 「A+B-200[nm]≤C1≤A+B+200」을 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 막 두께 C1은 (A+B)±200[nm]의 범위에 들어가는 것이 바람직하다.

제2 색의 색 필터(15)로서, 이 막 두께 C1의 범위라면, 경화에 충분한 열경화성 수지 및 광경화성 수지를 포함하면서, 원하는 분광 특성이 얻어지는 안료 농도로서 분산시킬 수 있다.

이어서, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 색의 색 필터(15)를 형성하는 부분에 대하여, 포토마스크를 사용하여 노광을 행하여, 제2 색의 색 필터층(15A)을 광경화시킨다.

이어서, 도 5의 (c)와 같이, 현상 공정에서 선택적으로 노광되어 있지 않은 제2 색의 색 필터층(15)의 일부(15Aa)(제3 색의 색 필터 형성 위치)를 제거하여 개구부(31)를 형성한다. 이어서, 도 5의 (d)에 도시하는 바와 같이 노광을 행한 제2 색의 색 필터층(15A)의 일부와 반도체 기판(10)의 밀착성 향상, 및 실제 디바이스 이용에서의 내열성을 향상시키기 위해, 고온 가열에서의 경화 처리를 행함으로써 잔존한 제2 색의 색 필터(15)를 경화시킨다. 이에 의해, 제2 색의 색 필터(15)의 패턴을 형성한다. 이때, 경화에 사용하는 온도는, 200℃ 이상이 바람직하다.

이어서, 도 5의 (e)에 도시하는 바와 같이, 제3 색의 색 필터용 재료를 반도체 기판(10)의 전체면에 도포, 즉 제2 색의 색 필터(15)에 형성한 개구부의 전체면에 도포하여, 제3 색의 색 필터층(16A)을 형성한다.

이어서, 도 5의 (f)에 도시하는 바와 같이, 제3 색의 색 필터층(16A) 중 제3 색의 색 필터(16)를 형성할 개소를 선택적으로 노광하고, 개구부(31)에 위치하는 제3 색의 색 필터층(16A)을 광경화시킨다.

이어서, 도 5의 (g)와 같이, 감광성의 제3 색의 색 필터층(16A)을 현상하고, 노광되어 있지 않은 제3 색의 색 필터층(16A)의 일부를 제거한다. 이어서, 도 5의 (h)와 같이, 노광을 행한 제3 색의 색 필터층(16A)의 일부와 반도체 기판(10)의 밀착성 향상 및 실제 디바이스 이용에서의 내열성을 향상시키기 위해, 고온 가열에서의 경화 처리를 행함으로써 잔존한 제3 색의 색 필터층(16A)을 경화시킨다. 이에 의해, 제3 색의 색 필터(16)가 형성된다.

또한, 이 제2 색의 색 필터(15) 이후의 패턴 형성 공정을 반복함으로써, 원하는 컬러수의 색 필터를 형성할 수 있다.

이때, 제3 색의 색 필터(16)의 막 두께를 C2[nm]라고 한 경우에, 하기 식 (1), 식 (3) 및 식 (4b)를 만족하도록, 제3 색의 색 필터(16)의 막 두께 C2를 설정한다.

200[nm]≤A≤700[nm] … (1)

0[nm]≤B≤200[nm] … (3)

C2≤A+B+200 … (4b)

도 5에서는, A+B=C2인 경우를 예시하고 있지만, 식 (4b)를 만족하도록 막 두께 C2가 설정되어 있으면 된다.

또한 「A+B-200[nm]≤C2≤A+B+200」을 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 막 두께 C2는 (A+B)±200[nm]의 범위에 들어가는 것이 바람직하다.

제3 색의 색 필터(16)로서, 이 막 두께 C2의 범위라면, 경화에 충분한 열경화성 수지 및 광경화성 수지를 포함하면서, 요구하는 분광 특성이 얻어지는 안료 농도로서 분산시킬 수 있다.

상기 공정에 의해, 제2 색의 색 필터(15) 및 제3 색의 색 필터(16)의 높이가 제1 색의 색 필터(14)와 하층 평탄화층(12)의 막 두께를 더한 값과 동등한 높이로, 색 필터가 형성된다.

이어서, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 형성된 색 필터(14, 15, 16) 상에 상층 평탄화층(13)을 형성한다. 상층 평탄화층(13)은, 예를 들어 상술한 아크릴계 수지 등의 수지 재료를 1개 혹은 복수 포함한 수지를 사용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 상층 평탄화층(13)은, 수지 재료를 반도체 기판(10)의 표면에 도포하여 가열을 행하여 경화시킴으로써 형성할 수 있다. 또한, 상층 평탄화층(13)은, 예를 들어 상술한 산화물 또는 질화물 등의 화합물을 사용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 상층 평탄화층(13)은, 증착, 스퍼터링, CVD 등의 각종 성막 방법에 의해 형성할 수 있다.

마지막으로, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 상층 평탄화층(13) 상에, 마이크로렌즈(18)를 형성한다. 마이크로렌즈(18)는, 열 플로우를 사용한 제작 방법, 그레이톤 마스크에 의한 매크로렌즈 제작 방법, 건식 에칭을 사용한 상층 평탄화층(13)에 대한 마이크로렌즈 전사 방법 등의 공지의 기술에 의해 형성된다.

상층 평탄화층(13)의 막 두께는, 예를 들어 1[nm] 이상 300[nm] 이하이다. 바람직하게는 100[nm] 이하, 보다 바람직하게는 60[nm] 이하이다.

형상 제어성이 우수한 건식 에칭에 의한 패터닝 기술을 사용하여 마이크로렌즈를 형성하는 방법은, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 우선 최종적으로 마이크로렌즈로 되는 투명 수지층(32)(상층 평탄화층(13)을 겸해도 됨)을 색 필터 상에 형성한다.

이어서, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이 그 투명 수지층(32) 상에 열 플로우법에 의해 마이크로렌즈의 모형(母型)(33)(렌즈 모형)을 형성한다. 다음으로 도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이, 그 렌즈 모형(33)을 마스크로 하여, 건식 에칭의 방법에 의해 렌즈 모형 형상을 투명 수지층(32)에 전사한다고 하는 방법이다. 렌즈 모형(33)의 높이나 재료를 선택하고, 에칭 조건을 조정함으로써, 적정한 렌즈 형상을 투명 수지층(32)에 전사할 수 있다.

상기 방법을 사용함으로써, 제어성 좋게 마이크로렌즈를 형성하는 것이 가능하게 된다. 이 방법을 사용하여, 마이크로렌즈의 렌즈 톱부터 렌즈 보텀의 높이가 400 내지 800nm의 막 두께로 되도록 마이크로렌즈를 제작하는 것이 바람직하다.

이상의 공정에 의해, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자가 완성된다.

본 실시 형태에서는, 제1 색의 색 필터(14)를, 가장 점유 면적이 넓은 색 필터로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 제2 색의 색 필터(15) 및 제3 색의 색 필터(16)는, 감광성을 가진 컬러 레지스트를 사용하여 포토리소그래피에 의해 각각 형성한다.

감광성을 가진 컬러 레지스트를 사용하는 기술은 종래의 색 필터 패턴의 제조 기술이다. 제1 색의 색 필터용 재료는, 하층 평탄화층(12)의 전체면에 도포 후, 고온에서 가열하기 때문에, 반도체 기판(10) 및 하층 평탄화층(12)과의 밀착성을 매우 강하게 할 수 있다. 그 때문에, 밀착성이 양호하고, 직사각형성 좋게 형성되어 있는 제1 색의 색 필터(14)의 패턴을 가이드 패턴으로 하여, 4변이 둘러싸인 장소를 메우도록 제2, 제3 색의 색 필터(15, 16)를 형성할 수 있다. 그 때문에 제2 이후의 색 필터에 감광성을 갖게 한 컬러 레지스트를 사용한 경우에도, 종래와 같이 해상성을 중시한 컬러 레지스트로 할 필요는 없다. 이 때문에, 광경화성 수지 중의 광경화 성분을 적게 할 수 있기 때문에, 색 필터용 재료 중의 안료의 비율을 늘릴 수 있어, 색 필터(15, 16)의 박막화에 대응할 수 있다.

제2 이후의 색 필터를 형성하는 개소는, 제1 색의 색 필터(14)의 에칭 시에, 하층 평탄화층(12)이 에칭 공정으로 제거되어 있어, 반도체 기판(10)이 표면에 노출되는 공정으로 되어 있다. 이 경우, 반도체 기판(10)의 표면이 산화되고, 친수성으로 되어 있을 것이 고려된다. 이러한 반도체 기판(10)의 표면에, 제2 이후의 색 필터를 포토리소그래피 공정으로 형성하면, 친수성을 갖는 반도체 기판(10)과 제2 이후의 색 필터가 접촉하고 있는 부분에 현상액이 돌아 들어간다. 이 때문에, 제2 이후의 색 필터(제2, 제3 색의 색 필터(15, 16))가 박리되는 것이 상정된다. 그 때문에, 반도체 기판(10)의 표면 상태에 따라서는, 기존의 방법, 예를 들어 HMDS(헥사메틸디실라잔) 처리 등의 방법에 의해 노출되어 있는 반도체 기판(10)의 표면을 소수성으로 함으로써, 제2 이후의 색 필터가 박리될 가능성을 저감할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제1 색의 색 필터(14)는, 광경화에 관여하는 수지 성분 등의 함유율이 적으며, 또한 안료 함유율이 높은 색 필터용 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 1색째 색 필터용 재료에 있어서의 안료의 함유율을 70질량％ 이상으로 구성하는 것이 바람직하다. 그에 의해, 제1 색의 색 필터용 재료에, 종래의 감광성 컬러 레지스트를 사용한 포토리소그래피 프로세스에서는 경화 불충분으로 되어 버리는 농도의 안료가 포함되어 있어도, 제1 색의 색 필터(14)를 고정밀도로, 잔사나 박리도 없게 형성할 수 있다. 구체적으로는, 제1 색의 색 필터(14)로서 그린 필터를 사용한 경우, 레드 필터 혹은 블루 필터의 광경화 성분을 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 안료 함유율을 높여도, 포토리소그래피로 각 색 필터 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.

어느 이유에 의해서도, 최초의 제1 색의 색 필터(14)를, 패턴 형성이 아니라 광경화에 중점을 두고 감광성 성분을 적게 하고, 또한 열경화 성분으로 경화시키는 것을 주체로 한 제1 색의 색 필터용 재료를 사용하여 형성한다. 그렇게 함으로써, 제1 색의 색 필터(14)는, 반도체 기판(10) 및 하층 평탄화층(12)에 밀착되고, 다른 색 필터 형성 시에 생기는 잔사나 박리가 없으며, 또한 높은 해상도로 할 수 있다. 그리고, 제2, 제3 색의 색 필터(15, 16)는, 감광성의 제2, 제3 색의 색 필터용 재료를 사용하여, 공정이 적고 효율이 좋은 포토리소그래피의 형성 공법으로 형성된다. 그렇게 함으로써, 처음에 형성한 제1 색의 색 필터(14)의 패턴이, 정확한 패턴 가이드로 되어, 제2, 제3 색의 색 필터(15, 16)의 패턴을 포토리소그래피로 형상 좋게 형성할 수 있다.

(제2 이후의 색 필터의 패턴을 형성하는 제2 방법)

이어서, 제2 이후의 색 필터 패턴을 형성하는 제2 방법에 대하여 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다. 제2 방법은, 감광성을 갖게 하지 않는 색 필터용 재료로 제2, 제3 색의 색 필터(15, 16)를 형성하는 경우이다.

이하, 그 방법에 대하여 설명한다.

도 8의 (a)에 도시하는, 전술한 형성 방법으로, 제1 색의 색 필터(14)가 형성된 기판(10)의 전체면에 대하여, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 색의 색 필터용 재료의 도포를 행한다. 이때 사용하는 제2 색의 색 필터용 재료는, 감광성을 갖게 하지 않으며, 가열에 의해 경화되는 열경화형 수지 재료를 사용한다. 제2 색의 색 필터용 재료는 감광성을 갖지 않기 때문에, 전술한 바와 같이, 감광 성분의 첨가가 불필요해져 안료 농도를 짙게 할 수 있다. 이 때문에, 제2 색의 색 필터(15)의 막 두께의 박막화가 가능하게 된다. 이후, 제2 색의 색 필터용 재료를 경화시켜 제2 색의 색 필터층(15A)을 형성하기 위해, 고온에서의 가열을 행한다. 가열 온도는 디바이스에 영향을 주지 않는 범위에서의 가열이 바람직하며, 구체적으로는 300℃ 이하이며, 240℃ 이하가 더욱 바람직하다.

이때, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 색의 색 필터층(15A)의 막 두께를 균일하게 하기 위해, 제2 색의 색 필터용 재료를 많이 도포할 필요가 있다. 이 때문에, 제2 색의 색 필터용 재료는, 제1 색의 색 필터(14) 상에 여분으로 형성되어 있다. 여분의 제2 색의 색 필터를 제거하기 위해 CMP 등의 연마 공정 또는 건식 에칭 기술을 사용하여 에치 백 공정을 행한다. 또한, 제2 색의 색 필터용 재료는, 평탄화나 원하는 막 두께를 제거하는 등의 공지의 기술을 사용한 공정에 의해 제거할 수 있다. 또한, 여분의 제2 색의 색 필터층(15A)의 제거 공정은, 후술하는 제3 색의 색 필터(16)의 형성 개소를 개구시키는 에칭 공정에서 문제가 되지 않는 것이라면, 복수색의 색 필터(14, 15, 16)를 형성한 후에 마지막에 행해도 된다.

이어서, 도 8의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제2 색의 색 필터층(15A)의 상부에 감광성 수지 마스크 재료를 도포하여 감광성 수지 마스크층(35)을 형성한다.

계속해서, 도 8의 (d), (e)에 도시하는 바와 같이, 제3 색의 색 필터(16)를 배치할 장소가 개구되도록, 노광, 현상을 행하여 개구부(20c)를 마련한 에칭 마스크(20)를 형성한다.

계속해서, 도 8의 (f)에 도시하는 바와 같이, 개구부를 형성한 에칭 마스크(20)를 사용한 건식 에칭 기술을 사용하여, 제2 색의 색 필터층(15A)의 영역 중에서, 제3 색의 색 필터(16)를 배치하는 데 불필요한 부분을 제거하여 개구부(20d)를 형성한다. 이때, 에칭 마스크(20)에 대해서는, 가열이나 자외선 조사 등의 경화 처리를 행해도 된다.

이어서, 도 8의 (g)에 도시하는 바와 같이, 에칭 마스크(20)를 용제에 의한 박리, 세정이나 광 여기 또는 산소 플라스마에 의한 회화 처리인 애싱 등의 공지의 제거 방법에 의해 제거한다. 이에 의해, 제3 색의 색 필터(16)가 형성되는 위치에 개구가 마련되고, 그 이외의 위치에, 제1 색의 색 필터(14)와 제2 색의 색 필터(15)가 형성된 상태로 되어 있다.

다음으로 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 색의 색 필터(14)와 제2 색의 색 필터(15)가 형성된 기판(10)의 전체면에 대하여, 개구부(20d)를 메우도록 제3 색의 색 필터용 재료를 도포하고, 가열 경화시켜 제3 색의 색 필터층(16A)을 형성한다. 이후, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제1, 제2 색의 색 필터(14, 15) 상의 여분의 제3 색의 색 필터층(16)을 소정의 막 두께까지, CMP 등의 연마 공정 또는 건식 에칭 기술을 사용하여 에치 백 공정을 행하여 평탄화나 원하는 막 두께를 제거하는 등의 공지의 기술을 사용한 공정에 의해 제거하여, 제3 색의 색 필터(16)로 한다. 이때, 제1 색의 색 필터 상에 여분으로 형성되어 있는 제2 색의 색 필터(15)가 잔존하고 있는 경우에는, 동시에 제거해도 문제없다.

여기서, 색 필터의 색을 4색 이상으로 하여, 제4 이후의 색 필터를 형성하는 경우, 제2, 제3 색의 색 필터(15, 16)와 마찬가지로, 색 필터용 재료의 도포, 경화 처리를 행하면 된다. 이후, 패터닝을 행하여 개구부를 마련한 감광성 수지 재료를 에칭 마스크로 하여 건식 에칭을 행하여, 여분의 감광성 수지 마스크층(20a)을 제거함으로써, 복수색의 색 필터를 형성할 수 있다.

형성한 복수색의 색 필터 재료 상에, 전술한 처리에 의해, 상층 평탄화층(13) 및 마이크로렌즈 형성 방법을 행함으로써 본 실시 형태의 고체 촬상 소자가 완성된다.

상술한 제1 방법은, 제2 색의 색 필터(15) 이후의 색 필터를 포토리소그래피로 형성하는 방법이다. 제1 방법에서는, 제2 색의 색 필터(15) 이후의 색 필터용 재료에 광경화성을 갖게 하여, 선택적으로 노광, 현상을 행하여 제2 색의 색 필터(15) 이후를 형성하고 있다.

또한, 상술한 제2 방법은, 건식 에칭을 복수회 반복하는 형성 방법이다. 제2 방법에서는, 제2 색의 색 필터(15) 이후의 색 필터용 재료에 감광성 성분을 갖게 하지 않고 열경화 성분을 갖게 하여, 전체면에 도포하여 열경화를 행한다. 그리고, 감광성 마스크 재료를, 잔존시키고 싶은 제1 및 제2 색의 색 필터(14, 15) 상에 에칭 마스크로서 형성하여, 제2 색의 색 필터(15) 이후도 건식 에칭으로 제작한다. 이들 2개의 방법은, 동일한 공정을 반복함으로써, 제2, 제3 색의 색 필터를 형성하고 있지만, 원하는 분광 특성이 얻어진다면, 이들 공정을 조합하여 사용해도 된다.

본 실시 형태에서는, 제1 색의 색 필터(14)에 열경화성 수지와 광경화성 수지의 양쪽을 사용하고 있다. 또한, 제1 색의 색 필터(14)의 경화 공정에서는, 노광에 의한 광경화 및 열에 의한 가열 경화를 사용하고 있다. 색 필터층(30)을 박막화하기 위해서는, 안료 농도를 높일 필요가 있지만, 안료 함유율이 높으면 용제 내성의 저하가 일어나기 쉬워진다. 이 때문에, 현상 공정이나, 에칭 마스크 제거 공정, 제2 이후의 색 필터의 도포, 현상 공정 등에서 용제와 접촉하였을 때, 제1 색의 색 필터(14)의 성분이 녹기 시작함으로써 분광 특성에 영향을 줄 가능성이 고려된다. 감광성의 광경화 성분 수지를 혼재시켜 노광함으로써, 색 필터의 표면을 경화시키고, 열경화성 수지를 혼재시켜, 고온에서 가열 경화시킴으로써, 색 필터의 내부 및 표면을 경화시켜, 용제 내성을 향상시키는 효과가 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 각 색 필터의 막 두께를 모두 박막화하여 마이크로렌즈 톱부터 디바이스까지의 총 거리를 짧게 하는 것이 가능하게 된다는 점에서, 혼색을 저감할 수 있고, 패턴 배치한 모든 색 필터가 고감도화된 고정밀의 고체 촬상 소자를 제공하는 것이 가능하게 된다.

「제2 실시 형태」

이하, 도 10을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 구조는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

제2 실시 형태는, 제1 색의 색 필터의 경화 시점에서의 공정이 상이하기 때문에, 제1 색의 색 필터의 경화 공정에 대하여 나타낸다.

<고체 촬상 소자의 구성>

본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 제1 색의 색 필터 재료에 감광성 수지 재료가 포함되어 있지 않고, 열경화성 수지만으로 형성되어 있다는 점에 특징을 갖고 있다. 열경화성 수지뿐이기 때문에, 안료 농도를 향상시킬 수 있고, 제1 색의 색 필터를 박막화하기 쉬워지는 이점이 있다.

본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 이차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10)과, 마이크로렌즈(18)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판(10)과 마이크로렌즈(18)의 사이에 마련된, 복수색의 색 필터(14, 15, 16)로 되는 색 필터층(30)과, 반도체 기판(10) 상에 부분적으로 마련된 하층 평탄화층(12)과, 색 필터층(30)의 표면 상에 마련된 상층 평탄화층(13)을 구비하고 있다.

여기서, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에 있어서, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 각 부와 마찬가지의 구성인 경우에는, 제1 실시 형태에 사용한 참조 부호와 동일한 참조 번호를 부여하기로 한다. 즉, 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10), 하층 평탄화층(12), 색 필터(14, 15, 16), 상층 평탄화층(13) 및 마이크로렌즈(18)의 각각은, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 각 부와 마찬가지의 구성이다. 이 때문에, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 각 부와 공통되는 부분에 대한 상세한 설명에 대해서는 생략한다. 그 밖의 실시 형태에서도 마찬가지이다.

<고체 촬상 소자의 제조 방법>

이어서, 도 10을 참조하여, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.

도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 이차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10) 상에 하층 평탄화층(12)을 형성한다. 하층 평탄화층(12)은, 색 필터의 밀착성을 향상시키는 효과가 있다.

이어서, 도 10의 (b) 내지 도 10의 (d)에 도시하는 바와 같이, 제1 색의 색 필터층(14A)을 형성하고, 그 위에 감광성 수지 마스크층(20)을 형성한다. 본 실시 형태에서 나타내는 제1 색의 색 필터층(14A)은 열경화성 수지를 포함하고 있고, 광경화성 수지를 포함하고 있지 않다. 또한, 안료 함유율을 향상시킨 경우, 전술한 바와 같이 색 필터는, 용제 내성이 저하될 가능성이 있다. 그 때문에, 용제 내성이 있는 열경화성 수지를 사용하여, 고온 가열을 행하여, 가교 밀도가 높은 가열 경화를 실시한다. 구체적으로는, 230℃ 이상의 고온 경화 공정이며, 디바이스의 후속 공정에서 이러한 250℃ 이상의 고온 경화가 보다 바람직하다. 이 고온 가열 공정으로 형성한 제1 색의 색 필터층(14A) 상에 감광성 수지 마스크층(20)을 형성한다.

다음으로 포토마스크를 사용하여, 제2, 제3 색의 색 필터 형성 개소가 개구되도록 노광하고, 현상함으로써, 개구부를 갖는 에칭 마스크(20)를 형성한다. 이후의 공정은 전술한 제1 실시 형태의 공정과 마찬가지이다.

본 실시 형태에 의해, 제1 색의 색 필터(14)에 감광성 성분을 포함하지 않고, 열경화 성분뿐이므로, 안료 농도를 용이하게 고농도화하기 쉬운 이점이 있다. 또한, 열경화 온도를 고온화함으로써, 제1 색의 색 필터(14)의 용제 내성을 향상시킬 수 있다.

제2 실시 형태에 관한 발명은, 제1 실시 형태에 기재된 각 효과에 추가하여, 이하의 효과를 더 갖는다. 제1 색의 색 필터(14)를 열경화 성분인 열경화성 수지로 형성함으로써, 안료 성분의 고농도화가 용이해지고, 원하는 분광 특성을 박막으로 형성하는 것이 가능하게 된다.

「제3 실시 형태」

이하, 도 11을 참조하여, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.

<고체 촬상 소자의 구성>

본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 제1 색의 색 필터 재료가 경화 성분으로서 감광성 수지만으로 구성되어 있다는 점에 특징을 갖고 있다. 감광성 수지 재료를 포함하고 있는 구성은, 종래 방법의 감광성을 부여한 컬러 레지스트를 사용한 포토리소그래피에 의한 색 필터 형성 공정과 마찬가지이다. 그러나 본 실시 형태에서는, 감광성 수지를 사용하지만 종래와 같은 패터닝을 행하는 것은 아니며, 전체면을 노광함으로써 광경화를 행하고, 그 후 고온 가열로 색 필터의 수분을 증발시켜 가열 경화를 행한다. 이 때문에, 종래 방법에 비하여, 감광성의 경화 성분량을 적게 할 수 있어, 안료 농도를 향상시키는 것이 가능하게 되므로, 제1 색의 색 필터(14)를 박막화하기 쉬워지는 이점이 있다.

본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 구조는, 제1 및 제2와 마찬가지이다. 단, 제1 색의 색 필터(14)의 경화 시점에서의 공정이 상이하다. 이 때문에, 제1 색의 색 필터(14)의 경화 공정 및 패터닝 공정에 대하여 나타낸다.

<고체 촬상 소자의 제조 방법>

이어서, 도 11을 참조하여, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.

도 11의 (a)에 도시하는 반도체 기판(10)의 표면에 하층 평탄화층(12)을 형성한다.

이어서, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이, 하층 평탄화층(12) 상에 제1 색의 색 필터층(14A)을 도포에 의해 형성한다.

이어서, 도 11의 (c)에 도시하는 바와 같이, 전체면에 대하여 노광을 행하고, 광경화에 의해, 제1 색의 색 필터층(14A)을 경화한다.

이때, 제1 색의 색 필터층(14A)의 경화에 충분한 양의 감광성 성분이 포함되어 있고, 용제 내성이 충분히 있는 경우에는, 도 12에 도시하는 감광성 수지 마스크 재료(40)의 형성을 실시한다. 감광성 수지 마스크 재료(40)의 패터닝 후, 제2 이후의 색 필터 형성 개소를 건식 에칭으로 형성한 후, 고온 가열을 행함으로써, 제1 색의 색 필터(14)의 가열 경화를 행할 수 있다.

한편, 제1 색의 색 필터층(14A)에 용제 내성에 불충분할 정도의 감광성 성분이 포함되어 있는 경우에는, 도 11의 (d)에 도시하는 바와 같이, 200℃ 이상의 고온 가열 공정을 행하여, 제1 색의 색 필터층(14A)을 충분히 경화시키는 것이 바람직하다. 전자의 고온 가열 공정을 실시하지 않는 경우에는, 고온 가열 공정을 실시하는 경우에 비하여, 제1 색의 색 필터층(14A)이 유연한 구조이기 때문에, 건식 에칭 공정으로 용이하게 에칭을 행할 수 있어, 잔사 등이 잔류할 가능성이 저하되는 효과가 있다.

이후의 공정은 전술한 제1 실시 형태에서 설명한 공정과 마찬가지이다.

본 실시 형태에 의해, 제1 색의 색 필터(14)에 패턴 형성이 아니라, 광경화에 충분한 양의 감광성 성분만을 포함시켜 형성하기 때문에, 종래 방법의 색 필터 재료의 감광성 성분을 저감하는 것 뿐이므로, 용이하게 제작할 수 있는 이점이 있고, 안료 함유율을 용이하게 높이기 쉬운 이점이 있다. 또한, 열경화 온도를 고온화함으로써, 제1 색의 색 필터(14)의 용제 내성을 향상시킬 수 있다.

「제4 실시 형태」

<고체 촬상 소자의 구성>

본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 기본 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

단, 본 실시 형태에서는, 도 13과 같이 인접하는 색 필터간에 단차가 형성되어 있다.

또한, 이하의 실시 형태의 설명에서는, 제1 색이 그린, 제2 색이 레드인 경우를 상정하여 설명한다.

본 실시 형태에서는, 하층 평탄화층(12)의 막 두께 B[nm]를, 1[nm] 이상 200[nm] 이하로 형성한다. 막 두께 B는 바람직하게는 100[nm] 이하이고, 더욱 바람직하게는 60[nm] 이하이다. 하층 평탄화층(12)의 막 두께 B는, 혼색 방지의 관점에서는 얇을수록 바람직하다.

본 실시 형태에서도, 도 2에 도시하는 베이어 배열의 색 필터를 갖는 고체 촬상 소자에 대하여 설명한다. 그러나, 고체 촬상 소자의 색 필터는, 반드시 베이어 배열에 한정되지는 않으며, 또한 색 필터의 색도 RGB의 3색에 한정되지 않는다. 또한, 색 필터의 배열의 일부에 굴절률을 조정한 투명한 층을 배치해도 된다.

또한, 제1 색 이외의 색의 색 필터(15, 16)의 막 두께를 C[nm]라고 한 경우에, 하기 식 (7)을 만족하는 막 두께로 형성한다.

A[nm]<C≤A+B+200[nm] … (7)

바람직하게는, A+B[nm]<C≤A+B+200[nm](단, B≥1[nm])를 만족하는 막 두께로 한다.

단, 제2 색의 색 필터(15)의 막 두께와, 제3 색의 색 필터(16)의 막 두께가 상이해도 된다. 제2 색이 레드이고, 제3 색이 블루인 경우, 레드의 색 필터의 막 두께가, 그린의 색 필터의 막 두께보다 두꺼운 것이 바람직하다.

그 밖의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

<고체 촬상 소자의 제조 방법>

제4 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법은, 제1 색의 색 필터층 형성 공정(제1 공정)까지는, 제1 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법(도 3 및 도 4 참조)과 마찬가지이다.

제4 실시 형태에 있어서의 제2 이후의 색 필터의 패턴의 형성에 대하여, 이하에 설명한다.

이어서, 도 14에 도시하는 바와 같이, 제1 색의 색 필터(14)와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2, 제3 색의 색 필터(15, 16)를 형성한다. 제1 색의 색 필터(14)의 패턴을 가이드 패턴으로 함과 함께, 제2, 제3 색의 색 필터(15, 16)에 광경화성 수지를 포함한 감광성 색 필터용 재료를 사용하여 형성하고, 종래 방법으로 선택적으로 노광하여 패턴을 형성하는 방법이다.

(제2 이후의 색 필터의 패턴을 형성하는 방법(제2 공정))

처음에, 제2 이후의 색 필터의 패턴을 형성하는 제1 방법에 대하여 도 14를 사용하여 설명한다. 제1 방법은, 제2 색의 색 필터(15)에 감광성 성분을 가진 색 필터 재료(컬러 레지스트)를 사용하는 데 특징이 있다.

우선 도 14의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 색의 색 필터(14)를 패턴 형성한 반도체 기판(10)의 표면 전체면에, 제2 색의 색 필터용 재료로서 감광성 색 필터용 재료를 도포, 즉 개구부(20b) 전체면에 도포하고, 건조를 행하여 제2 색의 색 필터층(15A)을 형성한다. 이때 사용하는 감광성 색 필터용 재료는, 광을 쬠으로써 경화되는 네가티브형의 감광성 성분을 함유한다.

이때, 제1 색의 색 필터(14)의 막 두께를 A[nm], 하층 평탄화층(12)의 막 두께를 B[nm], 제2 색의 색 필터(15)의 막 두께를 C1[nm]이라고 한 경우에, 하기 식 (1), 식 (6) 및 식 (7a)를 만족하도록, 제2 색의 색 필터(15)의 막 두께 C1을 설정한다.

200[nm]≤A≤700[nm] … (1)

0[nm]<B≤200[nm] … (6)

A<C≤A+B+200[nm] … (7a)

이어서, 도 14의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 색의 색 필터(15)를 형성하는 부분에 대하여, 포토마스크를 사용하여 노광을 행하여, 제2 색의 색 필터층(15A)의 일부를 광경화시킨다.

이어서, 도 14의 (c)와 같이, 현상 공정에서 선택적으로 노광되어 있지 않은 제2 색의 색 필터층(15A)의 일부(15Aa)(제3 색의 색 필터 형성 위치)를 제거하여 개구부(31)를 형성한다. 이어서, 도 14의 (d)에 도시하는 바와 같이 노광을 행한 제2 색의 색 필터층(15A)의 일부와 반도체 기판(10)의 밀착성 향상, 및 실제 디바이스 이용에서의 내열성을 향상시키기 위해, 고온 가열에서의 경화 처리를 행함으로써 잔존한 제2 색의 색 필터(15)를 경화시킨다. 이에 의해, 제2 색의 색 필터(15)의 패턴을 형성한다. 이때, 경화에 사용하는 온도는, 200℃ 이상이 바람직하다.

이어서, 도 14의 (e)에 도시하는 바와 같이, 제3 색의 색 필터용 재료를 반도체 기판(10)의 전체면에 도포, 즉 제2 색의 색 필터(15)에 형성한 개구부의 전체면에 도포하여, 제3 색의 색 필터층(16A)을 형성한다.

이어서, 도 14의 (f)에 도시하는 바와 같이, 제3 색의 색 필터층(16A) 중 제3 색의 색 필터(16)를 형성할 개소를 선택적으로 노광하고, 개구부(31)에 위치하는 제3 색의 색 필터층(16A)을 광경화시킨다.

이어서, 도 14의 (g)와 같이, 감광성의 제3 색의 색 필터층(16A)을 현상하고, 노광되어 있지 않은 제3 색의 색 필터층(16A)의 일부를 제거한다. 이어서, 도 14의 (h)와 같이, 노광을 행한 제3 색의 색 필터층(16A)의 일부와 반도체 기판(10)의 밀착성 향상 및 실제 디바이스 이용에서의 내열성을 향상시키기 위해, 고온 가열에서의 경화 처리를 행함으로써 잔존한 제3 색의 색 필터층(16A)을 경화시킨다. 이에 의해, 제3 색의 색 필터(16)가 형성된다.

이때, 제3 색의 색 필터(16)의 막 두께를 C2[nm]라고 한 경우에, 하기 식 (1), 식 (6) 및 식 (7b)를 만족하도록, 제3 색의 색 필터(16)의 막 두께 C2를 설정한다.

200[nm]≤A≤700[nm] … (1)

0[nm]<B≤200[nm] … (6)

A<C2≤A+B+200[nm] … (7b)

상기 공정에 의해, 제2 색의 색 필터(15) 및 제3 색의 색 필터(16)의 높이가 제1 색의 색 필터(14)의 막 두께보다 높게 형성된다. 특히, 레드의 색 필터(15)는, 제1 색의 색 필터(14)와 하층 평탄화층(12)의 막 두께를 더한 값보다 높게 형성하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 제2 색의 색 필터(15) 및 제3 색의 색 필터(16)의 높이를, 제1 색의 색 필터(14)와 하층 평탄화층(12)의 막 두께를 더한 값보다 높게 형성한다.

이어서, 도 15의 (a)에 도시하는 바와 같이, 형성된 색 필터(14, 15, 16) 상에 상층 평탄화층(13)을 형성한다. 상층 평탄화층(13)은, 예를 들어 상술한 아크릴계 수지 등의 수지 재료를 1개 혹은 복수 포함한 수지를 사용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 상층 평탄화층(13)은, 수지 재료를 반도체 기판(10)의 표면에 도포하여 가열을 행하여 경화시킴으로써 형성할 수 있다. 또한, 상층 평탄화층(13)은, 예를 들어 상술한 산화물 또는 질화물 등의 화합물을 사용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 상층 평탄화층(13)은, 증착, 스퍼터링, CVD 등의 각종 성막 방법에 의해 형성할 수 있다.

마지막으로, 도 15의 (b)에 도시하는 바와 같이, 상층 평탄화층(13) 상에, 마이크로렌즈(18)를 형성한다. 마이크로렌즈(18)는, 열 플로우를 사용한 제작 방법, 그레이톤 마스크에 의한 매크로렌즈 제작 방법, 건식 에칭을 사용한 상층 평탄화층(13)에 대한 마이크로렌즈 전사 방법 등의 공지의 기술에 의해 형성된다.

형상 제어성이 우수한 건식 에칭에 의한 패터닝 기술을 사용하여 마이크로렌즈를 형성하는 방법은, 도 16의 (a)에 도시하는 바와 같이, 우선, 최종적으로 마이크로렌즈로 되는 투명 수지층(32)(상층 평탄화층(13)을 겸해도 됨)을 색 필터 상에 형성한다.

이어서, 도 16의 (b)에 도시하는 바와 같이 그 투명 수지층(32) 상에 열 플로우법에 의해 마이크로렌즈의 모형(33)(렌즈 모형)을 형성한다. 다음으로 도 16의 (c)에 도시하는 바와 같이, 그 렌즈 모형(33)을 마스크로 하여, 건식 에칭의 방법에 의해 렌즈 모형 형상을 투명 수지층(32)에 전사한다고 하는 방법이다. 렌즈 모형(33)의 높이나 재료를 선택하고, 에칭의 조건을 조정함으로써, 적정한 렌즈 형상을 투명 수지층(32)에 전사할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제1 색의 색 필터에 대하여, 제2 이후의 색 필터의 막 두께를 두껍게 형성하는 데 특징이 있다. 제1 색의 색 필터(14)는, 광경화에 관여하는 수지 성분 등의 함유율이 적으며, 또한 안료 함유율이 높은 색 필터용 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 1색째의 색 필터용 재료에 있어서의 안료의 함유율을 70질량％ 이상으로 구성하는 것이 바람직하다. 그에 의해, 제1 색의 색 필터용 재료에, 종래의 감광성 컬러 레지스트를 사용한 포토리소그래피 프로세스에서는 경화 불충분으로 되어 버리는 농도의 안료가 포함되어 있어도, 제1 색의 색 필터(14)를 고정밀도로, 잔사나 박리도 없이 형성할 수 있다. 구체적으로는, 제1 색의 색 필터(14)로서 종래 방법의 감광성을 가진 컬러 레지스트에서 가장 안료 함유율을 높이기가 곤란한 그린 필터를 사용함으로써, 레드 필터 혹은 블루 필터를 종래 방법 그대로의 막 두께로 형성함으로써, 용이하게 원하는 분광 특성을 만족시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

제1 색의 색 필터에 그린, 제2, 제3 색의 색 필터에 레드 및 블루를 사용한 경우, 건식 에칭을 사용하여 제1 색의 색 필터를 직사각형성 좋게 형성함으로써 그린의 신호 강도가 상승한다. 광의 굴절률의 관계로부터, 그린으로부터 레드 방향 및 블루로부터 그린 방향으로, 광이 꺾이는 경향이 있지만, 제2 및 제3 색의 색 필터가 상부로 튀어나와 있는 형태이기 때문에, 레드의 신호 강도가 상승하는 효과를 기대할 수 있고, 혼색 방지 효과가 증대된다.

또한, 최초의 제1 색의 색 필터(14)를, 패턴 형성이 아니라 광경화에 중점을 두고 감광성 성분을 적게 하고, 또한 열경화 성분으로 경화시키는 것을 주체로 한 제1 색의 색 필터용 재료를 사용하여 형성한다. 그렇게 함으로써, 제1 색의 색 필터(14)는, 반도체 기판(10) 및 하층 평탄화층(12)에 밀착되고, 다른 색 필터 형성 시에 생기는 잔사나 박리가 없고, 또한 높은 해상도로 할 수 있다. 그리고, 제2, 제3 색의 색 필터(15, 16)는, 감광성의 제2, 제3 색의 색 필터용 재료를 사용하여, 공정이 적고 효율이 좋은 포토리소그래피의 형성 공법으로 형성된다. 그렇게 함으로써, 처음에 형성한 제1 색의 색 필터(14)의 패턴이, 정확한 패턴 가이드로 되어, 제2, 제3 색의 색 필터(15, 16)의 패턴을 포토리소그래피로 형상 좋게 형성할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 제1 색의 색 필터 이외의 색 필터의 하측에 하층 평탄화층을 마련하지 않는 만큼, 제1 색의 색 필터보다 상대적으로 두껍게 형성할 수 있기 때문에, 전체를 박막화해도, 제1 색의 색 필터 이외에는, 안료 함유율이 적은 종래 색 필터 재료를 사용한 상태 그대로, 박막화를 실시할 수 있고, 혼색을 저감시킨 고정밀의 고체 촬상 소자를 제공하는 것이 가능하게 된다.

여기서, 상기 설명에서는, 도 13에서는, 제2 및 제3 색의 색 필터(15, 16)의 막 두께가 모두, (제1 색의 색 필터의 막 두께+하층 평탄화층(12)의 막 두께)보다 큰 경우를 예시하고 있지만, 도 17에 도시하는 바와 같이, 블루의 색 필터의 상면과 그린의 색 필터의 상면이 편평하게 되도록 구성해도 된다. 또한 도 8에서는, 상측 평탄화층을 생략한 예이다.

제2 이후의 색 필터의 형성 순서는, 상대적으로 막 두께가 얇은 색 필터를 먼저 형성하도록 형성 순서를 설정해도 된다.

여기서, 종래, 안료 함유율을 높인 색 필터 재료는, 용제 내성이 저하되어 분광 특성이 변화한다고 하는 과제가 있었다. 또한, 색 필터층을 구성하는 3색 이상의 색 필터를 건식 에칭 공정으로 패턴 형성하는 경우에는, 공정수가 증가하고, 건식 에칭에서의 잔사의 발생이 복수 발생할 가능성이 생긴다. 한편, 2색째 이후의 색 필터를 리소그래피로 제작하는 경우에는, 감광성 수지의 함유량과 패터닝성의 관점에서 박막화에 한계가 생기며, 1색째의 색 필터와 마찬가지의 박막화는 곤란하게 된다.

제4 실시 형태는, 상술한 과제를 감안하여, 제조가 용이하고 혼색을 저감시킨 고정밀이며 감도가 좋은 고체 촬상 소자를 제공한다.

즉, 제4 실시 형태에 있어서는, 제1 색의 색 필터 이외의 색 필터의 하측에 하층 평탄화층을 마련하지 않는 만큼, 제1 색의 색 필터보다 상대적으로 막 두께를 두껍게 형성할 수 있기 때문에, 전체를 박막화해도, 제1 색의 색 필터 이외에는, 안료 함유율이 적은 종래 색 필터 재료를 사용한 상태 그대로, 박막화를 실시하는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 혼색을 저감시킨 고정밀의 고체 촬상 소자를 제공하는 것이 가능하게 된다.

「제4 실시 형태의 변형예」

(1) 제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법에 있어서, 제2 실시 형태와 마찬가지의 제1 색의 색 필터의 경화 공정(도 10 참조)을 채용하여 제조하도록 해도 된다. 작용 기타는, 제3 실시 형태와 마찬가지이다.

(2) 또한, 제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법에 있어서, 제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법(도 11, 도 12 참조)을 채용하도록 해도 된다.

이 고체 촬상 소자는, 제1 색의 색 필터 재료가 경화 성분으로서 감광성 수지만으로 구성되어 있다는 점에 특징을 갖고 있다. 감광성 수지 재료를 포함하고 있는 구성은, 종래 방법의 감광성을 부여한 컬러 레지스트를 사용한 포토리소그래피에 의한 색 필터 형성 공정과 마찬가지이다. 그러나 본 실시 형태에서는, 감광성 수지를 사용하지만 종래와 같은 패터닝을 행하는 것은 아니며, 전체면을 노광함으로써 광경화를 행하고, 그 후 고온 가열로 색 필터의 수분을 증발시켜 가열 경화를 행한다. 이 때문에, 종래 방법에 비하여, 감광성의 경화 성분량을 적게 할 수 있어, 안료 농도를 향상시키는 것이 가능하게 되므로, 제1 색의 색 필터(14)를 박막화하기 쉬워지는 이점이 있다.

이 변형예에서는, 제1 색의 색 필터(14)의 경화 시점에서의 공정이 상이하다.

작용 기타는, 제3 실시 형태와 마찬가지이다.

<실시예>

이하, 본 발명의 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여, 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.

「실시예 A」

우선 실시예 A에 대하여 설명한다.

실시예 A는, 제1 내지 제3 실시 형태에 기초하는 실시예이다.

<실시예 1-1>

이차원적으로 배치된 광전 변환 소자를 구비하는 반도체 기판 상에, 아크릴 수지를 포함하는 도포액을 회전수 2000rpm으로 스핀 코트하고, 핫 플레이트에 의해 200℃로 20분간의 가열 처리를 실시하여 수지를 경화시켰다. 이에 의해, 반도체 기판 상에 하층 평탄화층을 형성하였다. 이때의 하층 평탄화층의 층 두께는 60nm였다.

이어서, 1색째인 그린의 안료를 포함하는 제1 색의 색 필터용 재료로서, 감광성 경화 수지와 열경화성 수지를 포함시킨 그린 안료 분산액을 1000rpm의 회전수로 스핀 코트하였다. 이 1색째 색 필터용 재료의 그린의 안료에는, 컬러 인덱스로 C.I.PG58을 사용하고 있으며, 그 안료 농도는 70질량％, 층 두께는 500nm였다.

이어서, 제1 색의 색 필터 재료의 경화를 실시하기 위해, i선의 노광 장치인 스테퍼를 사용하여 전체면의 노광을 행하여, 감광성 성분의 경화를 실시하였다. 이 감광성 성분의 경화에 의해, 색 필터의 표면의 경화를 실시하였다. 계속해서, 230℃에서 6분간 베이크를 행하여, 그린 필터층의 열경화를 행하였다.

이어서, 포지티브형 레지스트(OFPR-800: 도쿄 오카 고교 가부시키가이샤제)를, 스핀 코터를 사용하여 1000rpm의 회전수로 스핀 코트한 후, 90℃에서 1분간 프리베이크를 행하였다. 이에 의해, 감광성 수지 마스크 재료층인 포토레지스트를 막 두께 1.5㎛로 도포한 샘플을 제작하였다.

이 감광성 수지 마스크 재료층인 포지티브형 레지스트는, 자외선 조사에 의해, 화학 반응을 일으켜 현상액에 용해되도록 되었다.

이 샘플에 대하여, 포토마스크를 통하여 노광하는 포토리소그래피를 행하였다. 노광 장치는 광원에 i선의 파장을 사용한 노광 장치를 사용하였다.

이어서, 2.38질량％의 TMAH(테트라메틸암모늄하이드라이드)를 현상액으로서 사용하여 현상 공정을 행하고, 제2, 제3 색 필터를 형성할 장소에 개구부를 갖는 에칭 마스크를 형성하였다. 포지티브형 레지스트를 사용할 때에는, 현상 후 탈수 베이크를 행하여, 감광성 수지 마스크 재료층인 포토레지스트의 경화를 행하는 경우가 많다. 그러나, 금회는 건식 에칭 후의 에칭 마스크의 제거를 용이하게 하기 위해, 베이크 공정을 실시하지 않았다. 그 때문에, 레지스트의 경화가 불가능하고, 선택비의 향상을 예상할 수 없기 때문에, 레지스트의 막 두께를 그린 필터인 제1 색의 색 필터의 막 두께의 2배 이상인, 1.5㎛의 막 두께로 형성하였다. 이때의 개구부 패턴은 1.1㎛×1.1㎛였다.

이어서, 형성한 에칭 마스크를 사용하여, 건식 에칭을 행하였다. 이때, 사용한 건식 에칭 장치는, 병행 평판 방식의 건식 에칭 장치를 사용하였다. 또한, 하지의 반도체 기판에 영향을 주지 않도록, 도중에 에칭 조건의 변경을 행하고, 건식 에칭을 다단계로 실시하였다.

처음에 가스종은, CF₄, O₂, Ar 가스의 3종을 혼합하여 에칭을 실시하였다. CF₄, O₂의 가스 유량을 각 5ml/min, Ar의 가스 유량을 200ml/min으로 하였다. 즉, 전체 가스 유량 중, Ar의 가스 유량이 95.2％였다. 또한, 이때의 챔버 내의 압력을 1Pa의 압력으로 하고, RF 파워를 500W로 하여 실시하였다. 이 조건을 사용하여, 그린 필터층의 총 막 두께의 500nm 중 70％에 해당하는 350nm 정도까지 에칭한 단계에서, 다음 에칭 조건으로 변경하였다.

이어서, CF₄, O₂, Ar 가스의 3종을 혼합하여 에칭을 실시하였다. CF₄, O₂의 가스 유량을 각 25ml/min, Ar의 가스 유량을 50ml/min으로 하였다. 즉, 전체 가스 유량 중, Ar의 가스 유량이 50％였다. 또한, 이때의 챔버 내의 압력을 5Pa의 압력으로 하고, RF 파워를 300W로 하여 실시하였다. 이 조건에 의해, 에칭 마스크인 포토레지스트의 측면에 부착되어 있는 반응 생성물의 제거가 진행되도록 에칭을 행하였다. 이 조건에 의해, 그린의 제1 색의 색 필터층의 총 막 두께 500nm의 90％인 450nm 정도까지 에칭을 실시하였다. 2단계째에서의 에칭양은 100nm 정도이다. CF₄와 O₂의 가스 유량을 증가시켰기 때문에, 에칭 레이트는 5nm/sec 정도이며, 매우 빠르게 진행되었다.

이어서, Ar 단독 가스를 사용하여, Ar의 가스 유량 200ml/min, 챔버 내 압력 1.5Pa, RF 파워 400W의 조건에서 에칭을 행하였다. 이 조건에서 에칭을 행함으로써, 그린 필터층의 잔존분의 에칭을 행함과 동시에, 하층 평탄화층의 에칭을 행하였다. Ar 단독 가스의 조건에서의 에칭에서는, 이온에 의한 물리적 충격이 주반응이기 때문에, 그린 필터의 화학 반응으로, 에칭되지 않고 남는 잔사를 효과적으로 제거 가능하게 된다. 또한, 이 에칭 조건은 에칭 샘플의 면 내에서의 에칭 레이트의 차를 조정할 목적도 있으며, 오버 에칭양이 10％로 되도록 에칭을 실시하였다. 바꾸어 말하면 그린의 색 필터용 재료의 총 막 두께 500nm에 대하여 110％로 되는 막 두께 550nm를 3단계의 조건에서 에칭을 행한 상황이다.

이어서, O₂단독 가스를 사용하여, O₂ 가스 유량 100ml/min, 챔버 내 압력 15Pa, RF 파워 150W의 조건에서 에칭을 행하였다. 이 조건에 의해, 에칭 마스크의 톱인 표면의 손상을 받아 변질되어 있는 층의 제거와 함께, 저면에 남아 있는, Ar 단독 가스로 제거할 수 없었던 그린의 색 필터용 재료의 잔사를 에칭하였다.

이어서, 에칭 마스크로서 사용한 감광성 수지 마스크 재료의 제거를 행하였다. 이때 사용한 방법은 용제를 사용한 방법이며, 박리액(104)(도쿄 오카 고교 가부시키가이샤제)을 사용하여 스프레이 세정 장치로 레지스트의 제거를 행하였다.

(제2 색의 색 필터의 제작)

다음으로 제2 색의 색 필터 형성 공정을 행하였다. 제2 및 제3 색의 색 필터 형성 개소는, 제1 색의 색 필터 형성 공정에서, 하층 평탄화층(12)을 제거하였기 때문에, 반도체 기판(10)이 노출되어 있다. 반도체 기판(10)은, 표면에 SiO₂등의 표면 보호층이 형성되어 있기 때문에, 표면이 친수성으로 되고, 현상 공정에서 현상액의 혼입에 의해, 제2 색의 색 필터가 박리될 가능성이 고려된다. 그 때문에, 노출되어 있는 반도체 기판(10)을 소수성으로 하기 위해, HMDS 처리를 실시하였다.

이어서, 제2 색의 색 필터를 마련하기 위해 안료 분산 블루를 함유하고 있는 감광성의 제2 색의 색 필터용 재료를 반도체 기판 전체면에 도포하였다.

이어서, 포토리소그래피에 의해 감광성의 제2 색의 색 필터용 재료로 선택적으로 노광하였다.

이어서, 감광성의 색 필터용 재료를 현상하여, 블루 필터를 형성하였다. 이때, 블루 레지스트의 감광성의 색 필터용 재료에 사용한 안료는, 각각 컬러 인덱스로 C.I.PB156, C.I.PV23이며, 안료 농도는 50질량％였다. 또한, 블루의 색 필터의 층 두께는 0.56㎛였다. 또한, 블루 레지스트의 주성분인 수지로서는, 감광성을 갖게 한 아크릴계 수지를 사용하였다.

이어서, 제2 색의 색 필터(블루 필터)로 되는 감광성의 제2 색의 색 필터용 재료를 견고하게 경화시키기 위해, 230℃의 오븐에 30분간 넣어 경화를 행하였다. 이 가열 공정을 거친 후에는, 제3 색의 색 필터 형성 공정 등의 공정을 거쳐도, 박리나 패턴의 붕괴 등이 확인되지 않았다. 제2 색의 색 필터는, 주위가 직사각형성이 좋은 제1 색의 색 필터로 덮여 있고, 직사각형성 좋게 형성되어 있기 때문에, 저면 및 주위와의 사이에서 밀착성 좋게 경화됨이 확인되었다.

(제3 색의 색 필터의 제작)

이어서, 안료 분산 레드를 함유하고 있는 감광성의 제3 색의 색 필터용 재료를 반도체 기판 전체면에 도포하였다.

이어서, 포토리소그래피에 의해, 감광성의 제3 색의 색 필터용 재료에 포토마스크의 패턴을 선택적으로 노광하였다.

이어서, 감광성의 제3 색의 색 필터용 재료를 현상하여, 레드의 제3 색의 색 필터를 형성하였다.

이때, 레드 레지스트에 사용한 안료는, 각각 컬러 인덱스로 C.I.PR254, C.I.PY139이며, 안료 농도는 60질량％였다. 또한, 제3 색의 색 필터의 층 두께는 0.56㎛였다.

이어서, 제3 색의 색 필터로 되는 레드의 감광성의 제3 색의 색 필터용 재료를 견고하게 경화시키기 위해, 230℃의 오븐에 20분간 넣어 경화를 행하였다. 이때, 제3 색의 색 필터는, 주위가 직사각형성이 좋은 제1 색의 색 필터로 덮여 있고, 직사각형성 좋게 형성되어 있기 때문에, 저면 및 주위와의 사이에서 밀착성 좋게 경화됨이 확인되었다.

상기 공정에 의해, 그린을 포함하는 제1 색의 색 필터의 막 두께 A(500nm)와, 그 하층의 평탄화층의 막 두께 B(60nm), 블루와 레드를 포함하는 제2 및 제3 색의 색 필터인 막 두께 C(560nm)는, 본 발명에 기초하는 막 두께로 되었다.

이어서, 상기 흐름으로 형성된 색 필터 상에 아크릴 수지를 포함하는 도포액을 회전수 1000rpm으로 스핀 코트하고, 핫 플레이트에 의해 200℃로 30분간의 가열 처리를 실시하여, 수지를 경화시켜, 상층 평탄화층을 형성하였다.

마지막으로, 상층 평탄화층 상에, 상술한 공지의 기술인 에치 백에 의한 전사 방법을 사용하여 렌즈 톱부터 렌즈 보텀까지의 높이가 500nm로 되는 마이크로렌즈로서 형성하여, 실시예 1-1의 고체 촬상 소자를 완성하였다.

이상과 같이 하여 얻은 고체 촬상 소자는, 제1 색의 색 필터의 하부에 얇게 하층 평탄화층이 형성되고, 제2, 제3 색의 색 필터는 반도체 기판 상에 형성된다. 또한, 1색째인 그린 필터는 열경화성 수지와 소량의 감광성 경화 수지를 사용하고 있기 때문에 고형분 중의 안료의 농도를 높일 수 있어, 색 필터를 얇게 형성할 수 있었다. 또한, 제2 및 제3 색의 색 필터인, 블루 및 레드는 감광성 수지를 사용하고 있다. 그 때문에, 고체 촬상 소자는, 마이크로렌즈 밑의 반도체 기판까지의 거리가 작고, 양호한 감도를 갖는 것이었다.

또한, 그린 필터를 포함하는 제1 색의 색 필터의 색 필터용 재료는, 열경화로 내부를 굳히고 있고, 또한 소량의 감광성 수지를 사용하여 노광으로 표면을 굳히기 때문에, 용제 내성이 향상되어 있다. 안료 함유율이 높은 그린 필터 재료를 사용한 경우, 용제나 다른 색 필터 재료와 반응하여 분광 특성이 변화하는 경우가 있다. 그 때문에, 상기 열경화 및 광경화를 병용함으로써, 경도를 향상시킬 수 있고, 분광 특성의 변화를 억제하는 효과가 있다.

<실시예 1-2>

실시예 1-2는, 제2 실시 형태에서 설명한 구성의 고체 촬상 소자에 대응하는 실시예이다.

실시예 1-2의 고체 촬상 소자는 제1 색의 색 필터 재료로서, 광경화성 수지를 사용하지 않고, 열경화성 수지만을 사용하는 구성이다. 열경화성 수지뿐이기 때문에, 안료 농도를 고농도로 할 수 있어, 박막으로 형성하는 것이 가능하다.

(하층 평탄화층의 형성)

반도체 기판 상에, 아크릴 수지를 포함하는 도포액을 회전수 2000rpm으로 스핀 코트하여, 핫 플레이트에 의해 200℃로 20분간의 가열 처리를 실시하여, 수지를 경화시켜, 하층 평탄화층을 형성하였다. 이때의 하층 평탄화층의 층 두께는 60nm였다.

(제1 색의 색 필터의 형성)

제1 색의 색 필터(그린 필터)의 색 필터용 재료로서, 열경화성 수지를 포함하고, 감광성 수지를 포함하지 않는 그린 안료 분산액을 준비하였다. 이 그린 안료 분산액을, 하층 평탄화층의 표면에 1000rpm의 회전수로 스핀 코트하였다. 그린 안료 분산액의 주성분인 수지로서는, 열경화 타입의 아크릴계 수지를 사용하였다. 또한, 그린 안료 분산액에 포함되는 그린 안료에는, 컬러 인덱스로 C.I.PG58을 사용하고 있으며, 그린 안료 분산액에 있어서의 그린 안료 농도는 70질량％였다. 또한, 그린의 색 필터 재료의 도포 두께는 500nm였다.

이어서, 그린의 색 필터에 대하여 250℃에서 6분간 베이크를 행하여, 그린 필터용 재료를 경화시켜 그린 필터층을 형성하였다. 250℃의 고온 베이크를 행함으로써, 열경화성 수지의 가교 밀도를 향상시켜, 보다 견고하게 그린 안료의 경화를 실시하였다.

(제1 색의 색 필터의 형성)

실시예 1-1에 나타내는 방법으로, 감광성 수지 마스크 재료의 패터닝을 행하고, 에칭 마스크를 형성하였다.

처음에 가스종은, CF₄, O₂, Ar 가스의 3종을 혼합하여 에칭을 실시하였다. CF₄, O₂의 가스 유량을 5ml/min, Ar의 가스 유량을 200ml/min으로 하였다. 또한, 에칭 시의 챔버 내의 압력을 1Pa로 하고, RF 파워를 500W로 하여 에칭을 실시하였다. 이 조건을 사용하여, 그린 필터용 재료의 총 막 두께의 500nm 중 70％에 해당하는 350nm 정도까지 에칭한 단계에서, 다음 에칭 조건으로 변경하였다.

이어서, CF₄, O₂, Ar 가스의 3종을 혼합한 에칭 가스를 사용하여 에칭을 실시하였다. 이때, CF₄, O₂의 가스 유량을 각 25ml/min, Ar의 가스 유량을 50ml/min으로 하였다. 또한, 이때, 챔버 내의 압력을 5Pa로 하고, RF 파워를 300W로 하여 에칭을 실시하였다. 이 조건에 의해, 에칭 마스크인 포토레지스트의 측면에 부착되어 있는 반응 생성물의 제거가 진행되도록 에칭을 행하였다. 이 조건에 의해, 제1 색의 색 필터층(그린 필터)의 총 막 두께 500nm의 90％인 450nm 정도까지 에칭을 실시하였다. 2단계째에서의 에칭양은 100nm 정도였다. CF₄와 O₂의 가스 유량을 증가시켰기 때문에, 에칭 레이트는 5nm/sec 정도이며, 매우 빠르게 진행되었다.

이어서, Ar 단독 가스를 사용하여, Ar의 가스 유량 200ml/min, 챔버 내 압력 1.5Pa, RF 파워 400W의 조건에서 에칭을 행하였다. 이 조건에서 에칭을 행함으로써, 그린의 색 필터용 재료의 잔존분의 에칭을 행함과 동시에, 하층 평탄화층의 에칭을 행하였다. Ar 단독 가스의 조건에서의 에칭에서는, 이온에 의한 물리적 충격이 주반응이기 때문에, 그린 필터의 화학 반응으로, 에칭되지 않고 남는 잔사를 효과적으로 제거 가능하게 된다.

또한, 이 에칭 조건은, 에칭 샘플의 면 내에서의 에칭 레이트의 차를 조정할 목적도 있으며, 오버 에칭양이 10％로 되도록 에칭을 실시하였다. 바꾸어 말하면, 그린 필터용 재료의 총 막 두께 500nm에 대하여 110％로 되는 막 두께 550nm를 3단계의 조건에서 에칭을 행한 상황이다.

이어서, O₂ 단독 가스를 사용하여, O₂ 가스 유량 100ml/min, 챔버 내 압력 15Pa, RF 파워 150W의 조건에서 에칭을 행하였다. 이 조건에 의해, 에칭 마스크의 톱인 표면의 손상을 받아 변질되어 있는 층의 제거와 함께, 저면에 남아 있는 Ar 단독 가스로 제거할 수 없었던 그린 필터층의 잔사를 에칭하였다.

(제2, 제3 색의 색 필터 등의 제작)

실시예 1-2에서는, 이후, 실시예 1-1과 마찬가지의 방법으로 제2, 제3 색의 색 필터, 상층의 평탄화층 및 마이크로렌즈를 형성하여, 실시예 1-2의 고체 촬상 소자를 형성하였다.

상기 공정에 의해, 실시예 1-2도 실시예 1-1과 마찬가지로 제1 색의 색 필터인 그린의 막 두께 A(500nm)와 그 하층의 평탄화층의 막 두께 B(60nm), 제2 및 제3 색의 색 필터인 블루와 레드의 막 두께 C(560nm)는, 본 발명에서 규정하는 막 두께를 만족하고 있다.

<실시예 1-3>

실시예 1-3은, 제3 실시 형태에서 설명한 구성의 고체 촬상 소자에 대응하는 실시예이다.

실시예 1-3에 나타내는 고체 촬상 소자는, 제1 색의 색 필터의 재료로서, 열경화성 수지를 사용하지 않고, 광경화성 수지만을 사용하는 구성이다. 그러나, 후술하는 공정과 같이 종래의 감광성을 갖게 한 컬러 레지스트를 패터닝하는 공정과 달리, 전체면 노광으로 경화시키는 정도이면 되므로, 안료 함유율을 높이는 것이 가능하여, 박막으로 형성할 수 있다.

(하층 평탄화층의 형성)

반도체 기판 상에, 아크릴 수지를 포함하는 도포액을 회전수 2000rpm으로 스핀 코트하고, 핫 플레이트에 의해 200℃로 20분간의 가열 처리를 실시하여, 수지를 경화시켜, 하층 평탄화층을 형성하였다. 이때의 하층 평탄화층의 층 두께는 60nm였다.

(제1 색의 색 필터의 형성)

제1 색의 색 필터(그린 필터)의 색 필터용 재료로서, 감광성 수지를 포함하고, 열경화성 수지를 포함하지 않는 그린 안료 분산액을 준비하였다. 이 그린 안료 분산액을, 하층 평탄화층의 표면에 1000rpm의 회전수로 스핀 코트하였다. 그린 안료 분산액의 주성분인 수지로서는, 광경화 타입의 아크릴계 수지를 사용하였다. 또한, 그린 안료 분산액에 포함되는 그린 안료에는, 컬러 인덱스로 C.I.PG58을 사용하고 있으며, 그린 안료 분산액에 있어서의 그린 안료 농도는 70질량％였다. 또한, 그린의 색 필터 재료의 도포 두께는 500nm였다.

이어서, 그린 필터용 재료를 i선 스테퍼형의 노광 장치를 사용하여 웨이퍼 전체면의 노광을 행하여, 광경화를 행하였다.

이어서, 광경화를 행한 그린 필터에 대하여 230℃에서 6분간 베이크를 행하여, 그린 필터용 재료를 경화시켜 그린 필터층을 형성하였다.

이어서, 그린 필터층의 표면에, 포지티브형 레지스트(OFPR-800: 도쿄 오카 고교 가부시키가이샤제)를, 스핀 코터를 사용하여 1000rpm의 회전수로 스핀 코트한 후, 90℃에서 1분간 프리베이크를 행하였다. 이에 의해, 감광성 수지 마스크 재료인 포토레지스트가 막 두께 1.5㎛로 도포된 샘플을 제작하였다.

이 감광성 수지 마스크 재료인 포지티브형 레지스트는, 자외선 조사에 의해, 화학 반응을 일으켜 현상액에 용해되게 된다.

이어서, 이 샘플에 대하여, 포토마스크를 통하여 노광하는 포토리소그래피를 행하였다. 노광 장치는 광원에 i선의 파장을 사용한 노광 장치를 사용하였다.

이어서, 2.38질량％의 TMAH(테트라메틸암모늄하이드라이드)를 현상액으로서 사용하여 현상 공정을 행하고, 제2, 제3 색 필터를 형성할 위치에 개구부가 마련된 포토레지스트를 형성하였다. 포지티브형 레지스트를 사용할 때에는, 현상 후 탈수 베이크를 행하여 감광성 수지 마스크 재료인 포토레지스트의 경화를 행하는 경우가 많다. 그러나, 금회에는 건식 에칭 후의 에칭 마스크의 제거를 용이하게 하기 위해, 베이크 공정을 실시하지 않았다. 그 때문에, 레지스트의 경화가 불가능하고, 선택비의 향상을 예상할 수 없기 때문에, 포토레지스트의 막 두께를 그린 필터인 제1 색의 색 필터의 막 두께의 2배 이상인 1.5㎛의 막 두께로 형성하였다. 이때의 개구부의 사이즈는 1.1㎛×1.1㎛였다.

이어서, 형성한 감광성 수지 마스크 재료층을 에칭 마스크로 하여, 건식 에칭을 행하였다. 이때 건식 에칭 장치로서, 병행 평판 방식의 건식 에칭 장치를 사용하였다. 또한, 하지의 반도체 기판에 영향을 주지 않도록, 건식 에칭을 다단계로 실시하였다.

가스종은, CF₄, O₂, Ar 가스의 3종을 혼합하여 에칭을 실시하였다. CF₄, O₂의 가스 유량을 각 5ml/min, Ar의 가스 유량을 200ml/min으로 하였다. 또한, 에칭 시의 챔버 내의 압력을 1Pa로 하고, RF 파워를 500W로 하여 에칭을 실시하였다. 이 조건을 사용하여, 그린 필터용 재료의 총 막 두께의 500nm 중 70％에 해당하는 350nm 정도까지 에칭한 단계에서, 다음 에칭 조건으로 변경하였다.

이어서, CF₄, O₂, Ar 가스의 3종을 혼합한 에칭 가스를 사용하여 에칭을 실시하였다. 이때, CF₄, O₂의 가스 유량을 각 25ml/min, Ar의 가스 유량을 50ml/min으로 하였다. 또한, 이때, 챔버 내의 압력을 5Pa로 하고, RF 파워를 300W로 하여 에칭을 실시하였다. 이 조건에 의해, 에칭 마스크인 포토레지스트의 측면에 부착되어 있는 반응 생성물의 제거가 진행되도록 에칭을 행하였다. 이 조건에 의해, 그린의 제1 색의 색 필터층의 총 막 두께 500nm의 90％인 450nm 정도까지 에칭을 실시하였다. 2단계째에서의 에칭양은 100nm 정도이다. CF₄와 O₂의 가스 유량을 증가시켰기 때문에, 에칭 레이트는 5nm/sec 정도이며, 매우 빠르게 진행되었다.

이어서, O₂단독 가스를 사용하여, O₂ 가스 유량 100ml/min, 챔버 내 압력 15Pa, RF 파워 150W의 조건에서 에칭을 행하였다. 이 조건에 의해, 에칭 마스크의 톱인 표면의 손상을 받아 변질되어 있는 층의 제거와 함께, 저면에 남아 있는 Ar 단독 가스로 제거할 수 없었던 그린의 색 필터막의 잔사를 에칭하였다.

(제2, 제3 색의 색 필터 등의 제작)

실시예 1-3에서는, 이후, 실시예 1-1과 마찬가지의 방법으로 제2, 제3 색의 색 필터, 상층의 평탄화층 및 마이크로렌즈를 형성하여, 실시예 1-3의 고체 촬상 소자를 형성하였다.

상기 공정에 의해, 실시예 1-3도 실시예 1-1과 마찬가지로 제1 색의 색 필터인 그린의 막 두께 A(500nm)와 그 하층의 평탄화층의 막 두께 B(60nm), 제2 및 제3 색의 색 필터인 블루와 레드의 막 두께 C(560nm)는, 본 발명에서 규정하는 막 두께를 만족하고 있다.

실시예 1-3에서는, 제1 색의 색 필터인 그린 필터를 자외선 조사로 경화시킨 후, 고온 가열로 가열 경화를 행하고 있다. 안료 함유율을 높이면, 광경화로 굳혀도, 에칭 마스크로서 사용한 감광성 수지 마스크 재료를 패터닝하는 현상 공정, 및 건식 에칭 후의 감광성 수지 마스크 재료를 제거하는 세정 공정에서, 그린 필터가 박리되어 버릴 가능성이 있기 때문이다.

본 실시예의 효과에 의해, 그린 패턴의 표면을 감광성 성분으로 고밀도로 경화시킬 수 있어, 안료 농도가 고농도인 경우에도, 용제 내성이 향상되는 효과가 있다.

<종래법>

특허문헌 1에 기재된 종래법에 기초하여, 포토리소그래피 프로세스에 의해 각 색의 색 필터를 패턴 형성하였다.

단, 그린, 블루, 레드의 3색의 막 두께를 700nm로 박막으로 설정하고, 각 색의 색 필터 전부의 하층에 하층 평탄화층(60nm)을 마련하였다.

그 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 종래법에 의한 고체 촬상 소자를 제조하였다.

(평가)

실시예 A에 있어서의 각 실시예는, 제1 색의 색 필터의 경화 방법이 상이하지만, 그린의 막 두께 A(500nm)와 그 하층의 평탄화층의 막 두께 B(60nm), 제2 및 제3 색의 색 필터인 블루와 레드의 막 두께 C(560nm)로 되어 있다.

이러한 각 실시예의 고체 촬상 소자의 적색 신호, 녹색 신호 및 청색 신호의 강도에 대하여, 종래 방법의 포토리소그래피로 그린, 블루, 레드의 3색의 막 두께를 700nm로 분광 특성을 맞춘 구조로 제작한 고체 촬상 소자의 적색 신호, 녹색 신호 및 청색 신호의 강도를 평가하였다.

이하의 표 1에, 각 색의 신호 강도의 평가 결과를 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 건식 에칭법을 사용하여, 그린 필터를 박막화 및 직사각형성 좋게 형성한 실시예 1-1 내지 실시예 1-3의 고체 촬상 소자에서는, 종래법의 포토리소그래피로 형성한 경우와 비교하여, 각 색의 신호 강도가 증가하였다.

본 실시예의 제작 방법에 의해, 그린 필터 막 두께는 500nm이고, 하층의 평탄화층의 막 두께(60nm)와 합쳐 560nm, 레드 및 블루 필터 막 두께는 560nm로 형성되어 있으며, 모든 색 필터 막 두께를 포토리소그래피로 형성한 경우와 비교하여, 20％ 박막화함으로써, 마이크로렌즈 톱부터 디바이스까지의 거리를 짧게 할 수 있었다.

본 실시예의 제작 방법으로 OCF 형성 후에 분광 특성의 평가를 행한 결과, 분광 특성의 변화는 관찰되지 않았다. 이것은, 본 실시예의 열경화 및 광경화에 의해, 박막화된 그린 필터의 경도가 충분함을 나타내고 있다. 박막화된 그린 필터에서 포토리소그래피 형성의 그린 필터 막 두께(700nm)와 동등한 색 분광을 행하기 위해, 안료 함유율이 높은 그린 필터 재료를 사용하였지만 분광 특성의 변화는 발생하지 않고, 박막화의 효과에 의해 마이크로렌즈 톱부터 디바이스까지의 거리가 짧아져 그린의 신호 강도가 증가하였다.

또한, 박막화에 의해 경사 방향으로부터의 입사광이 색 필터를 통과하여 다른 색 필터 패턴을 향할 확률이 저하되고, 다른 색 필터 패턴을 향하는 광이 다른 광전 변환 소자로 입사되는 것이 억제되어, 혼색을 저감하였기 때문에 신호 강도가 증가하였다.

또한, 에칭에 의해 직사각형성 좋게 형성한 블루 및 레드가 혼입되는 패턴의 평탄화층은 제거되어 있으며, 포토리소그래피 형성의 색 필터보다 마이크로렌즈 톱부터 디바이스까지의 거리가 짧아져 신호 강도가 증가하였다.

또한, 실시예 1-1 내지 실시예 1-3의 방법을 사용하여, 제2 색의 색 필터(15) 및 제3 색의 색 필터(16)의 높이가 제1 색의 색 필터(14)와 하층 평탄화층(12)의 막 두께를 더한 값보다 낮은 높이로 색 필터를 형성한 경우에 있어서도, 막 두께를 얇게 한 만큼, 안료 함유율을 높임으로써, 종래 방법의 포토리소그래피로 형성한 경우와 비교하여, 신호 강도가 증가하였다.

「실시예 B」

이어서, 실시예 B에 대하여 설명한다.

실시예 B는, 제4 실시 형태에 기초하는 실시예이다.

<실시예 2-1>

실시예 2-1은, 실시예 1-1과 동일한 제조 방법으로 제조하였다.

삭제

제3 색의 색 필터의 작성 공정까지에서, 제1 색의 색 필터인 그린의 막 두께 A(500nm)와 그 하층의 평탄화층의 막 두께 B(60nm), 블루와 레드를 포함하는 제2 및 제3 색의 색 필터의 막 두께 C(700nm)로 되도록 설정하여, 제4 실시 형태에서 규정하는 막 두께를 만족시켰다.

마지막으로, 상층 평탄화층 상에, 상술한 공지의 기술인 에치 백에 의한 전사 방법을 사용하여 렌즈 톱부터 렌즈 보텀까지의 높이가 500nm로 되는 마이크로렌즈를 형성하여, 실시예 2-1의 고체 촬상 소자를 완성하였다.

이상과 같이 하여 얻은 고체 촬상 소자는, 제1 색의 색 필터의 하부에 얇게 하층 평탄화층이 형성되고, 제2, 제3 색의 색 필터는 반도체 기판 상에 형성되어 있다. 또한, 1색째인 그린 필터는 열경화성 수지와 소량의 감광성 경화 수지를 사용하고 있기 때문에 고형분 중의 안료의 농도를 높일 수 있어, 색 필터를 얇게 형성할 수 있었다. 또한, 제2 및 제3 색의 색 필터인, 블루 및 레드는 감광성 수지를 사용하고 있다. 제2 및 제3 색의 색 필터는 제1 색의 색 필터에 맞춘 박막화는 실시하고 있지 않으며, 감광성 수지의 함유량을 증가시켜, 패턴 형성을 양호하게 행할 수 있는 막 두께로 형성하였다. 그러나, 제2 및 제3 색의 색 필터의 하부에는 하층의 평탄화층이 없기 때문에, 포토리소그래피를 사용하여 패턴 형성하는 종래 방법과 비교하여, 총 막 두께는 얇게 되어 있어, 마이크로렌즈부터 수광 소자까지의 거리가 짧게 형성되어 있다.

또한, 그린 필터인 제1 색의 색 필터의 색 필터용 재료는, 열경화로 내부를 굳히고 있고, 또한 소량의 감광성 수지를 사용하여 노광으로 표면을 굳히기 때문에, 용제 내성이 향상되어 있다. 안료 함유율이 높은 그린 필터 재료를 사용한 경우, 용제나 다른 색 필터 재료와 반응하여 분광 특성이 변화하는 경우가 있다. 그 때문에, 상기 열경화 및 광경화를 병용함으로써, 경도를 향상시킬 수 있고, 분광 특성의 변화를 억제하는 효과가 있다.

<실시예 2-2>

실시예 2-2에서는, 실시예 1-2와 마찬가지의 방법으로 제작하였다.

단, 실시예 2-2도 실시예 2-1과 마찬가지로 제1 색의 색 필터인 그린의 막 두께 A(500nm)와 그 하층의 평탄화층의 막 두께 B(60nm), 제2 및 제3 색의 색 필터인 블루와 레드의 막 두께 C(700nm)로 하였다.

<실시예 2-3>

실시예 2-3은, 실시예 1-3과 마찬가지의 방법으로 제작하였다.

단, 상기 공정에 의해, 실시예 2-3도 실시예 2-1과 마찬가지로 제1 색의 색 필터인 그린의 막 두께 A(500nm)와 그 하층의 평탄화층의 막 두께 B(60nm), 제2 및 제3 색의 색 필터인 블루와 레드의 막 두께 C(700nm)로 설정하였다.

여기서, 제작할 때, 제1 색의 색 필터인 그린 필터를 자외선 조사로 경화시킨 후, 고온 가열로 가열 경화를 행하고 있다. 안료 함유율을 높이면, 광경화로 굳혀도, 에칭 마스크로서 사용한 감광성 수지 마스크 재료를 패터닝하는 현상 공정, 및 건식 에칭 후의 감광성 수지 마스크 재료를 제거하는 세정 공정에서, 그린 필터가 박리되어 버릴 가능성이 있기 때문이다.

<종래법>

그 밖에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 종래법에 의한 고체 촬상 소자를 제조하였다.

(평가)

실시예 B의 각 실시예는, 제1 색의 색 필터의 경화 방법이 상이하지만, 그린의 막 두께 A(500nm)와, 그 하층의 평탄화층의 막 두께 B(60nm), 제2 및 제3 색의 색 필터인 블루와 레드의 막 두께 C(700nm)로 되어 있다.

이하의 표 2에, 각 색의 신호 강도의 평가 결과를 나타낸다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 건식 에칭법을 사용하여, 그린 필터를 박막화 및 직사각형성 좋게 형성한 실시예 2-1 내지 실시예 2-3의 고체 촬상 소자에서는, 종래 방법의 포토리소그래피로 형성한 고체 촬상 소자와 비교하여, 각 색의 신호 강도가 증가하였다.

본 실시예의 제작 방법에 의해, 그린 필터 막 두께는 500nm이고, 하층의 평탄화층의 막 두께(60nm)와 합쳐 560nm, 레드 및 블루 필터 막 두께는 700nm로 형성하였다. 전색 포토리소그래피로 형성한 경우의 레드 및 블루 필터 막 두께는, 하층 평탄화층의 막 두께(60nm)와 합쳐 760nm로 형성되기 때문에, 본 실시예의 레드 및 블루 필터 막 두께는 평탄화층만큼(60nm) 박막화할 수 있었다. 특히 그린 필터의 막 두께가 박막화의 효과가 크고, 마이크로렌즈 톱부터 디바이스까지의 거리를 짧게 할 수 있었다.

본 실시예의 제작 방법으로 OCF 형성 후에 분광 특성의 평가를 행한 결과, 분광 특성의 변화는 관찰되지 않았다. 이것은, 본 실시예의 열경화 및 광경화에 의해, 박막화된 그린 필터의 경도가 충분함을 나타내고 있다. 박막화된 그린 필터로 포토리소그래피 형성의 그린 필터 막 두께(700nm)와 동등한 색 분광을 행하기 위해, 안료 함유율이 높은 그린 필터 재료를 사용하였지만 분광 특성의 변화는 발생하지 않고, 박막화의 효과에 의해 마이크로렌즈 톱부터 디바이스까지의 거리가 짧아져 그린의 신호 강도가 증가하였다.

또한, 에칭에 의해 직사각형성 좋게 형성한 블루 및 레드가 혼입되는 패턴의 평탄화층은 제거되어 있으며, 포토리소그래피 형성의 색 필터보다 마이크로렌즈 톱부터 디바이스까지의 거리가 짧아져 신호 강도가 증가하였다. 상기 결과로부터, 블루 및 레드 필터는 안료 함유율이 낮은 종래 색 필터 재료를 사용해도 용이하게 박막화의 효과가 얻어지는 구조임이 판명되었다.

이상, 각 실시 형태에 의해 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 범위는, 도시되어 기재된 예시적인 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 목적으로 하는 것과 균등의 효과를 초래하는 모든 실시 형태도 포함한다. 또한, 본 발명의 범위는, 청구항에 의해 도모되는 발명의 특징의 조합에 한정되는 것은 아니며, 모든 개시된 각각의 특징 중 특정 특징의 모든 원하는 조합에 의해 도모될 수 있다.

여기서, 본원이 우선권을 주장하는, 일본 특허 출원 제2016-253556호(2016년 12월 27일 출원) 및 일본 특허 출원 제2016-253650호(2016년 12월 27일 출원)의 전체 내용은, 참조에 의해 본 개시의 일부를 이룬다.

10: 반도체 기판
11: 광전 변환 소자
12: 하층 평탄화층
13: 상층 평탄화층
14: 제1 색의 색 필터
15: 제2 색의 색 필터
16: 제3 색의 색 필터
18: 마이크로렌즈
20: 에칭 마스크
20a: 감광성 수지 마스크층
20b: 개구부
30: 색 필터층

Claims

복수의 광전 변환 소자를 이차원적으로 배치한 반도체 기판과,
상기 반도체 기판 상에 형성되고, 각 광전 변환 소자에 대응시켜 복수색의 색 필터를 미리 설정한 규칙 패턴으로 이차원적으로 배치한 색 필터층을 구비하며,
상기 복수색으로부터 선택한 하나의 색을 제1 색이라고 한 경우, 상기 제1 색의 색 필터와 반도체 기판의 사이에만 하층 평탄화층을 마련하고,
상기 제1 색의 색 필터의 막 두께를 A[nm], 상기 하층 평탄화층의 막 두께를 B[nm], 상기 제1 색 이외의 색의 색 필터의 막 두께를 C[nm]라고 한 경우에, 하기 식 (1) 내지 식 (3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
200[nm]≤A≤700[nm] … (1)
0[nm]<B≤200[nm] … (2)
A+B < C … (3)
제1항에 있어서,
추가로 하기 식 (4)를 만족하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
C≤A+B+200[nm] … (4)
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제1항에 있어서,
제1 색은 그린이며, 제1 색 이외의 색에 레드를 포함하는 고체 촬상 소자.
제1항, 제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1 색의 색 필터에는, 열경화성 수지 및 광경화성 수지를 함유하고, 광경화성 수지의 함유량보다 열경화성 수지의 함유량 쪽이 많은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제1항, 제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1 색의 색 필터는, 착색제인 안료의 농도가 50질량％ 이상인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제1항, 제2항 또는 제5항에 있어서,
추가로, 상기 색 필터층 상에, 상기 광전 변환 소자의 각각에 대응하여 이차원적으로 배치된 마이크로렌즈를 갖고, 상기 마이크로렌즈의 렌즈 톱부터 렌즈 보텀까지의 높이가 400nm 이상 800nm 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제1항, 제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 복수색의 색 필터 중, 상기 제1 색의 색 필터의 점유 면적이 가장 넓은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
제1항에 기재된 고체 촬상 소자의 제조 방법이며,
상기 반도체 기판 상에 상기 하층 평탄화층을 형성하고, 그 위에 상기 제1 색의 색 필터용 도포액을 도포하여 경화시켜 하층 평탄화층 및 색 필터층을 이 순서대로 형성한 후, 제1 색의 색 필터의 배치 위치 이외의 상기 형성한 색 필터층 부분 및 그 제거할 색 필터층 부분의 하층에 위치하는 하층 평탄화층 부분을 건식 에칭에 의해 제거하여 제1 색의 색 필터를 패턴 형성하는 제1 공정과,
제1 공정 후에, 제1 색 이외의 색의 색 필터를, 포토리소그래피에 의해 패터닝하여 형성하는 제2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
제1항에 기재된 고체 촬상 소자의 제조 방법이며,
상기 반도체 기판 상에, 상기 하층 평탄화층을 형성하고, 그 위에 상기 제1 색의 색 필터용 도포액을 도포하여 경화시켜 하층 평탄화층 및 색 필터층을 이 순서대로 형성한 후, 제1 색의 색 필터의 배치 위치 이외의 상기 형성한 색 필터층 부분 및 그 제거할 색 필터층 부분의 하층에 위치하는 하층 평탄화층 부분을 건식 에칭에 의해 제거하여 제1 색의 색 필터를 패턴 형성하는 제1 공정과,
제1 공정 후에, 제1 색 이외의 색의 색 필터를, 건식 에칭에 의해 패터닝하여 형성하는 제2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 제1 색의 색 필터의 경화 시의 가열 온도가 230℃ 이상 270℃ 이하인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.