KR20180083341A - 고체 촬상 소자의 제조 방법 및 고체 촬상 소자, 그리고 컬러 필터의 제조 방법 및 컬러 필터 - Google Patents

고체 촬상 소자의 제조 방법 및 고체 촬상 소자, 그리고 컬러 필터의 제조 방법 및 컬러 필터 Download PDF

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Abstract

컬러 필터에 있어서의 혼색을 저감하여 고정밀로 한다. 광전 변환 소자가 배치된 반도체 기판(10)의 표면에 제1 컬러 필터막을 형성하고, 제1 컬러 필터막의 표면에 감광성 수지 마스크 재료층을 형성 후, 제2 이후의 컬러 필터의 형성 위치에 대향하는 감광성 수지 마스크 재료층의 일부분에 개구부를 형성한 감광성 수지 마스크 재료층을 에칭 마스크로 하여, 건식 에칭 가스를 사용한 건식 에칭에 의해 제1 컬러 필터막의 일부분을 제거하여 제1 컬러 필터(14)를 형성한다. 그 때, 제1 컬러 필터용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을, 각 컬러 필터 사이에 형성되는 격벽(17)으로서 형성하고, 제2 이후의 컬러 필터(15, 17)를 형성한다.

Description

고체 촬상 소자의 제조 방법 및 고체 촬상 소자, 그리고 컬러 필터의 제조 방법 및 컬러 필터
본 발명은 CCD, CMOS 등의 광전 변환 소자로 대표되는 고체 촬상 소자의 제조 방법 및 고체 촬상 소자, 그리고 이들을 사용하는 컬러 필터의 제조 방법 및 컬러 필터에 관한 것이다.
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, 광전 변환 소자의 상방에 설치하는 컬러 필터에 의해 컬러화를 도모하고 있다. 또한, 고체 촬상 소자의 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 이어지는 점에서, 고체 촬상 소자에서는 감도 저하를 보충하기 위하여 광전 변환 소자 위에 집광용의 마이크로렌즈를 형성하는 것이 일반적이다.
또한, 근년, 이면 조사의 기술을 사용한 이미지 센서가 개발되었으며, 광전 변환 소자의 개구부를 고체 촬상 소자의 전체 면적 50％ 이상으로 할 수 있게 되었다. 그러나, 이 경우, 컬러 필터에 인접하는 위치로부터 컬러 필터의 누설광이 광전 변환 소자에 들어갈 가능성이 있기 때문에, 적절한 사이즈 및 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 것이 필요해지게 되었다.
컬러 필터 패턴을 고체 촬상 소자 위에 형성하는 방법으로서는, 통상은 특허문헌 1과 같이, 포토리소그래피 프로세스에 의해 패턴을 형성하는 방법이 사용된다.
또한, 다른 형성 방법으로서, 특허문헌 2에는 고체 촬상 소자 위에 컬러 필터 패턴을 형성할 때에, 1색째의 컬러 필터층을 건식 에칭 공정에 의해 패터닝하고, 2색째 이후의 컬러 필터층을 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝하여 형성하는 방법이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 3이나 특허문헌 4에는, 모든 색의 컬러 필터 패턴을 건식 에칭에 의해 형성하는 방법이 기재되어 있다.
근년, 800만 화소를 초과하는 고정밀 CCD 촬상 소자에 대한 요구가 커지고, 이들 고정밀 CCD에 있어서 부수되는 컬러 필터 패턴의 화소 사이즈로서 1.4㎛×1.4㎛를 하회하는 레벨의 촬상 소자에 대한 요구가 커지고 있다. 그러나, 화소 사이즈를 작게 함으로써, 포토리소그래피 프로세스에 의해 형성된 컬러 필터 패턴의 해상성이 부족하여, 고체 촬상 소자의 특성에 악영향을 미친다는 문제가 발생하고 있다. 예를 들어, 1변이 1.4㎛ 이하, 혹은 1.1㎛나 0.9㎛ 근방의 치수로 이루어지는 고체 촬상 소자에서는, 해상성의 부족이 패턴의 형상 불량에 기인하는 색 불균일이 되어 나타날 우려가 있다.
컬러 필터 패턴의 화소 사이즈가 작아지면, 애스펙트비가 커진다. 즉, 컬러 필터 패턴의 폭에 비하여 두께가 커진다. 이러한 컬러 필터 패턴으로는, 원래 제거되어야 할 부분(화소의 유효 외 부분)이 완전히 제거되지 못하여, 잔사가 되어 다른 색의 화소에 악영향을 미쳐 버린다. 잔사를 제거하기 위하여 현상 시간을 연장시키는 등의 방법을 행한 경우, 경화시킨 필요한 화소까지 박리되어 버린다는 문제도 발생하고 있다.
또한, 만족하는 분광 특성을 얻으려고 하면, 컬러 필터의 층두께가 두꺼워지지 않을 수 없다. 그러나, 컬러 필터의 층두께가 두꺼워지면, 화소의 미세화가 진행됨에 따라, 컬러 필터 패턴의 모서리가 둥글어지는 등 해상도가 저하되는 경향이 생긴다. 컬러 필터 패턴의 층두께를 얇게 하고 또한 분광 특성을 얻으려고 하면, 컬러 필터 패턴용 재료에 포함되는 안료 농도를 높일 필요가 있다. 그러나, 안료 농도를 높이면 광 경화 반응에 필요한 광이 컬러 필터 패턴의 층의 저부까지 도달하지 못해, 컬러 필터의 층의 경화가 불충분해진다. 이로 인해, 포토리소그래피에 있어서의 현상 공정에서 컬러 필터의 층이 박리되어, 화소 결함이 발생한다는 문제가 있다.
또한, 컬러 필터의 층두께를 얇게 하고 또한 분광 특성을 얻기 위해서는 컬러 필터용 재료에 포함되는 안료 농도를 높인 경우, 상대적으로 광 중합 경화 성분을 저감시키게 된다. 이로 인해, 컬러 필터의 층의 광 경화가 불충분해져, 형상의 악화, 면 내에서의 형상 불균일, 형상 붕괴 등이 발생하기 쉬워진다. 또한, 충분히 광 경화시키기 위하여 경화 시의 노광량을 많게 함으로써, 스루풋이 저하된다는 문제가 발생한다.
컬러 필터 패턴의 고정밀화에 의해, 컬러 필터 패턴의 막 두께는, 제조 공정 상의 문제뿐만 아니라, 고체 촬상 소자로서의 특성에도 영향을 미친다. 컬러 필터 패턴의 막 두께가 두꺼운 경우, 화소의 경사 방향으로부터 입사된 광이 특정색의 컬러 필터에 의해 분광된 뒤, 인접하는 다른 컬러 필터 패턴부 및 광전 변환 소자에 입광하는 경우가 있다. 이 경우, 혼색이 생겨 버리는 문제가 발생한다. 이 혼색의 문제는, 컬러 필터 패턴의 화소 사이즈가 작아지고, 화소 사이즈와 막 두께의 애스펙트비가 커짐에 따라 현저해진다. 또한, 입사광의 혼색이라는 문제는, 광전 변환 소자가 형성된 기판 위에 평탄화층 등의 재료를 형성함으로써, 컬러 필터 패턴과 광전 변환 소자의 거리가 길어지는 경우에도 현저하게 발생한다. 이로 인해, 컬러 필터 패턴이나 그 하부에 형성되는 평탄화층 등의 막 두께의 박막화가 중요해진다.
화소의 경사 방향으로부터의 입사 등에 의한 혼색 방지를 위하여, 각 색의 컬러 필터 사이에 광을 차단하는 격벽을 형성하는 방법이 알려져 있다. 액정 디스플레이 등의 광학 표시 디바이스에 사용되는 컬러 필터에서는, 흑색의 재료에 의한 블랙 매트릭스 구조(BM)에 의한 격벽이 일반적으로 알려져 있다. 그러나, 고체 촬상 소자의 경우, 각 컬러 필터 패턴의 사이즈가 수㎛ 이하이다. 이로 인해, 일반적인 블랙 매트릭스의 형성 방법을 사용하여 격벽을 형성한 경우, 패턴 사이즈가 크기 때문에, 화소 결함처럼 일부 BM에서 뭉개져 도포되어 버려 해상성이 저하되어 버린다.
고정밀화가 진행되고 있는 고체 촬상 소자의 경우, 요구되는 격벽의 사이즈는 수백㎚ 사이즈, 보다 바람직하게는 폭 200㎚ 이하 정도이고, 하나의 화소 사이즈가 1㎛ 정도가 될 때까지 화소 사이즈의 고정밀화가 진행되었다. 이 때문에, 혼색을 억제할 수 있는 차광 성능을 만족시킬 수 있는 것이면, 100㎚ 이하의 막 두께가 바람직하다. 이 사이즈의 격벽 형성에는, BM을 사용한 포토리소그래피법으로는 곤란하다. 이로 인해, 금속이나 SiO2 등의 무기물을 사용하여, 건식 에칭, 증착, 스퍼터 등에 의한 성막이나, 에칭 기술을 사용하여 격자 패턴상을 절삭함으로써 격벽을 형성하는 방법 등도 생각할 수 있다. 그러나, 이러한 방법에서는, 제조 장치나 제조 공정의 복잡화 등으로 제조 비용이 매우 고가가 되어 버린다는 문제가 있다.
이상으로부터, 고체 촬상 소자의 화소수를 증가시키기 위해서는, 컬러 필터 패턴의 고정밀화가 필요하여, 컬러 필터 패턴의 박막화나 혼색 방지 방법이 중요한 문제이다.
상술한 바와 같이, 종래의 컬러 필터 패턴용 재료에 감광성을 갖게 하여 포토리소그래피 프로세스에 의해 형성되는 컬러 필터 패턴은, 고정밀화가 진행됨으로써, 컬러 필터 패턴의 박막화도 요구된다. 이 경우, 안료 성분의 함유 비율이 증가되는 점에서, 감광성 성분을 충분한 양으로 함유하지 못해, 해상성이 얻어지지 않고, 잔사가 남기 쉽고, 화소 박리가 발생하기 쉽다는 문제가 있으며, 고체 촬상 소자의 특성을 저하시킨다는 과제가 있었다.
그래서, 컬러 필터 패턴의 고정밀화 및 컬러 필터의 박막화를 행하기 위하여, 특허문헌 2, 3에 기재된 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 2, 3에 기재된 방법에서는, 컬러 필터용 재료 중의 안료 농도를 향상시킬 수 있도록, 감광성 성분(광 중합 경화 성분)을 함유하지 않아도 가능한 건식 에칭에 의해 컬러 필터를 형성하고 있다. 이들 건식 에칭을 사용하는 기술에 의해, 안료 농도를 향상시키는 것이 가능해져, 박막화를 행해도 충분한 분광 특성이 얻어지는 컬러 필터가 제작 가능해진다.
일본 특허 공개 (평)11-68076호 공보 일본 특허 제4857569호 공보 일본 특허 제4905760호 공보 일본 특허 제5046639호 공보
그러나, 건식 에칭 공정을 실시할 때, 사용하는 에칭 가스와 에칭 재료의 반응 생성물이 발생한다. 이 반응 생성물이, 컬러 필터 측벽부나, 건식 에칭으로 형성한 개구부에 퇴적됨으로써 잔사가 되는 경우가 있어, 건식 에칭의 제어가 곤란한 점이 문제가 된다. 또한, 피에칭 재료인 컬러 필터용 재료는, 유기물이 주성분이며, 에칭 마스크에 사용하는 유기물인 감광성 수지 재료와의 선택비를 취하기가 어렵다. 이로 인해, 에칭 후의 변질된 감광성 수지 재료의 제거가 곤란하다. 또한, 건식 에칭 공정에서는, 컬러 필터가 되어야 할 층을 에칭으로 부분적으로 제거할 때, 하지의 평탄화층이나 디바이스층을 손상시킬 가능성이 있다는 문제가 있다. 예를 들어 특허문헌 3에서는, 이 문제를 해결하기 위하여 에칭 스토퍼층을 형성하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 특허문헌 3의 기술에서는, 제작 공정의 증가, 광 투과성의 감소, 또한, 전술한 디바이스 사이의 거리(컬러 필터 패턴과 광전 변환 소자의 거리)가 넓어지는 영향이 있다.
또한, 이 문제들을 해결하기 위하여 건식 에칭을 사용하는 방법에서도, 프로세스의 제어의 곤란함이나, 건식 에칭에 의해 발생하는 반응 생성물의 억제의 곤란함이나, 컬러 필터 하층의 반도체 기판에 대한 대미지 등이 있다. 이 때문에, 이들을 고려함으로써 프로세스가 곤란해진다는 과제가 있었다.
본 발명은 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 혼색을 저감시킨 고정밀의 고체 촬상 소자의 제조 방법 및 고체 촬상 소자, 그리고 컬러 필터의 제조 방법 및 컬러 필터를 얻는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법은, 복수의 광전 변환 소자가 2차원적으로 배치된 반도체 기판의 표면에, 수지 재료를 주성분으로 하고 제1 안료를 분산시킨 제1 수지 분산액을 포함하는 제1 컬러 필터용 재료를 도포하고 경화시켜, 제1 안료를 포함하는 제1 컬러 필터의 전구체가 되는 제1 컬러 필터막을 형성하는 제1 컬러 필터막 형성 공정과, 제1 컬러 필터막의 표면에, 감광성 수지 마스크 재료를 도포하여 감광성 수지 마스크 재료층을 형성한 후, 제1 안료와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2 이후의 컬러 필터의 형성 위치에 대향하는 감광성 수지 마스크 재료층의 일부분에, 포토리소그래피에 의해 개구부를 형성하는 개구부 형성 공정과, 개구부를 형성한 감광성 수지 마스크 재료층을 에칭 마스크로 하여, 건식 에칭 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 개구부로부터 노출되는 제1 컬러 필터막의 일부분을 제거하여 제1 컬러 필터를 형성하고, 에칭 마스크를 제거하는 제1 컬러 필터 형성 공정과, 제1 컬러 필터 형성 공정에 있어서, 제1 컬러 필터막을 건식 에칭할 때에 형성되는 제1 컬러 필터용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을, 복수색의 컬러 필터 각각의 사이에 형성되는 격벽으로서 형성하는 격벽 형성 공정과, 제1 컬러 필터와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2 이후의 컬러 필터를 형성하는 제2 이후의 컬러 필터 형성 공정과, 입사광을 상기 광전 변환 소자 각각에 집광시키는 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 마이크로렌즈 형성 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 2차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자를 갖는 반도체 기판과, 반도체 기판의 상방에 배치되고, 입사광을 상기 광전 변환 소자 각각에 집광시키는 복수의 마이크로렌즈와, 반도체 기판과 마이크로렌즈 사이에 설치되고, 상기 복수의 광전 변환 소자의 각각에 대응하도록 미리 설정된 규칙으로 배치된 복수색의 컬러 필터와, 복수색의 컬러 필터 각각의 사이에 형성된 격벽을 구비하고, 복수색의 컬러 필터 중 1색의 컬러 필터인 제1 컬러 필터의 측벽부에 형성된 격벽은, 제1 컬러 필터에 포함되는 제1 컬러 필터용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 포함하는 제1 벽 부분을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태에 관한 컬러 필터의 제조 방법은, 복수의 광전 변환 소자가 2차원적으로 배치된 반도체 기판의 표면에, 수지 재료를 주성분으로 하고 제1 안료를 분산시킨 제1 수지 분산액을 포함하는 제1 컬러 필터용 재료를 도포하고 경화시켜, 제1 안료를 포함하는 제1 컬러 필터의 전구체가 되는 제1 컬러 필터막을 형성하는 제1 컬러 필터막 형성 공정과, 제1 컬러 필터막의 표면에, 감광성 수지 마스크 재료를 도포하여 감광성 수지 마스크 재료층을 형성한 후, 제1 안료와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2 이후의 컬러 필터의 형성 위치에 대향하는 감광성 수지 마스크 재료층의 일부분에, 포토리소그래피에 의해 개구부를 형성하는 개구부 형성 공정과, 개구부를 형성한 감광성 수지 마스크 재료층을 에칭 마스크로 하여, 건식 에칭 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 개구부로부터 노출되는 제1 컬러 필터막의 일부분을 제거하여 제1 컬러 필터를 형성하고, 에칭 마스크를 제거하는 제1 컬러 필터 형성 공정과, 제1 컬러 필터 형성 공정에 있어서, 제1 컬러 필터막을 건식 에칭할 때에 형성되는 제1 컬러 필터용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을, 복수색의 컬러 필터 각각의 사이에 형성되는 격벽으로서 형성하는 격벽 형성 공정과, 제1 컬러 필터와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2 이후의 컬러 필터를 형성하는 제2 이후의 컬러 필터 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태에 관한 컬러 필터는, 평면적으로 배치되고, 서로 상이한 색을 갖는 복수의 컬러 필터와, 복수의 컬러 필터 중 가장 면적이 넓은 제1 컬러 필터의 측벽에 형성되며 또한 제1 컬러 필터에 포함되는 제1 컬러 필터용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 포함하는 격벽을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양태에 의하면, 혼색을 저감시킨 고정밀의 고체 촬상 소자의 제조 방법 및 고체 촬상 소자, 그리고 컬러 필터의 제조 방법 및 컬러 필터를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 일 구성예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 컬러 필터 패턴의 베이어 배열을 도시하는 개략 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 컬러 필터 패턴의 A-A' 단면 및 B-B' 단면을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 제1 컬러 필터 패턴 및 제2 이후의 컬러 필터 패턴을 형성하기 위한 개구부의 형성을 공정순으로 도시하는 단면 공정도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서 제2 이후의 컬러 필터 패턴 및 마이크로렌즈를 형성하는 제1 방법을 공정순으로 도시하는 단면 공정도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서 제2 이후의 컬러 필터 패턴을 형성하는 제2 방법을 공정순으로 도시하는 단면 공정도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 일 구성예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 제1 컬러 필터 패턴 및 제2 이후의 컬러 필터 패턴을 형성하기 위한 개구부의 형성을 공정순으로 도시하는 단면 공정도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 일 구성예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 제1 컬러 필터 패턴 및 제2 이후의 컬러 필터 패턴을 형성하기 위한 개구부의 형성을 공정순으로 도시하는 단면 공정도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 일 구성예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 제1 컬러 필터 패턴 및 제2 이후의 컬러 필터 패턴을 형성하기 위한 개구부의 형성을 공정순으로 도시하는 단면 공정도이다.
이하, 본 발명에 관한 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
1. 제1 실시 형태
(1-1) 고체 촬상 소자의 구성
본 발명의 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 도 1에 도시하는 바와 같이 2차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10)의 상방에 배치된 복수의 마이크로렌즈(18)와, 반도체 기판(10)과 마이크로렌즈(18) 사이에 설치된 복수색의 컬러 필터(14, 15, 16)와, 복수색의 컬러 필터(14, 15, 16)의 각각의 사이에 형성된 격벽(17)을 구비하고 있다. 또한, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판(10)의 표면에 부분적으로 형성된 하층 평탄화층(12)과, 컬러 필터(14, 15, 16)의 상면에 형성된 상층 평탄화층(13)을 구비하고 있다. 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에서는, 복수색의 컬러 필터(14, 15, 16) 중으로부터 선택한 1색의 컬러 필터인 제1 컬러 필터(14)의 측벽부에 형성된 격벽(17)은, 제1 컬러 필터(14)에 포함되는 제1 컬러 필터용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 포함하고 있다.
이하, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 설명에 있어서, 제조 공정상, 최초로 형성하고, 가장 면적이 커지는 컬러 필터(14)를 제1 컬러 필터라고 정의한다. 또한, 제조 공정상, 2번째로 형성하는 컬러 필터(15)를 제2 컬러 필터라고 정의하고, 제조 공정상, 3번째로 형성하는 컬러 필터(16)를 제3 컬러 필터라고 정의한다.
여기서, 가장 면적이 커지는 컬러 필터(14)를 제1 컬러 필터로 하는 것이 바람직하지만, 제1 컬러 필터를 다른 컬러 필터로 구성해도 된다.
이하, 고체 촬상 소자의 각 부에 대하여 상세하게 설명한다.
(광전 변환 소자 및 반도체 기판)
광전 변환 소자(11)는, 광을 전기 신호로 변환하는 기능을 갖고 있다.
광전 변환 소자(11)가 형성되어 있는 반도체 기판(10)은, 일반적으로 표면의 보호 및 평탄화를 목적으로 하여, 최표면이 보호막으로 형성되어 있다. 반도체 기판(10)은, 가시광을 투과 가능하며, 또한 적어도 300℃ 정도의 온도 프로세스에 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. 반도체 기판(10)에 있어서 표면 보호막은, 예를 들어 1㎚ 이상 1㎛ 이하 정도의 막 두께로 형성되어 있다.
(마이크로렌즈)
마이크로렌즈(18)는, 반도체 기판(10)의 상방에 배치되고, 반도체 기판(10)에 2차원 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)마다 설치된다. 마이크로렌즈(18)는, 마이크로렌즈(18)에 입사된 입사광을 광전 변환 소자(11)의 각각에 집광시킴으로써, 광전 변환 소자(11)의 감도 저하를 보충할 수 있다.
(하층 평탄화층)
하층 평탄화층(12)은, 반도체 기판(10)의 표면 보호 및 평탄화를 위하여 형성된 층이다. 즉, 하층 평탄화층(12)은, 광전 변환 소자(11)의 제작에 의한 반도체 기판(10)의 상면의 요철을 저감시키고, 컬러 필터(14, 15, 16)를 형성하기 위한 컬러 필터용 재료의 밀착성을 향상시킨다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 하층 평탄화층(12)은, 하층 평탄화층(12)을 구성하는 재료가 격벽 형성용 재료의 공급원으로서 기능한다. 즉, 하층 평탄화층(12)은, 건식 에칭 시에, 건식 에칭 가스와 반응하여 격벽이 되는 반응 생성물을 형성하기 위한 재료를 공급할 수 있다.
또한, 이 하층 평탄화층(12)은, 반도체 기판(10)의 제조 과정에서 최표면에 보호층이 형성되고, 표면의 평탄화가 행해지고 있는 경우에는, 반드시 설치하지 않아도 된다.
반도체 기판(10)의 최표면이 상술한 Si를 포함하는 조성물로 형성되어 있는 경우, 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 하나 또는 복수 포함한 수지에 의해 형성된다. 또한, 하층 평탄화층(12)은, 이들 수지에 한하지 않고, 파장이 400㎚ 내지 700㎚인 가시광을 투과하고, 컬러 필터(14, 15, 16)의 패턴 형성이나 밀착성을 저해하지 않는 재료라면, 모두 사용할 수 있다.
하층 평탄화층(12)은, 컬러 필터(14, 15, 16)의 분광 특성에 영향을 주지 않는 수지에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하층 평탄화층(12)은, 파장이 400㎚ 내지 700㎚인 가시광에 대하여 투과율 90％ 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
단, 하층 평탄화층(12)을 형성함으로써, 마이크로렌즈(18)부터 반도체 기판(10)까지의 거리가 길어지는, 즉 광전 변환 소자(11)에 들어가는 광의 광로 길이가 길어진다. 이로 인해, 가능하면 하층 평탄화층(12)은 생략하는 것이 바람직하다.
(상층 평탄화층)
상층 평탄화층(13)은, 컬러 필터(14, 15, 16) 및 격벽(17)의 상면을 평탄화하기 위하여 형성된 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 하나 또는 복수 포함한 수지에 의해 형성된다. 또한, 상층 평탄화층(13)은, 컬러 필터(14, 15, 16) 및 격벽(17)의 상면이 평탄하면, 반드시 형성하지 않아도 된다.
(컬러 필터)
컬러 필터(14, 15, 16)는, 입사광을 색 분해하는 각 색에 대응하는 필터이다. 컬러 필터(14, 15, 16)는, 반도체 기판(10)과 마이크로렌즈(18) 사이에 형성되고, 복수의 광전 변환 소자(11)의 각각에 대응하도록 미리 설정된 규칙으로 배치되어 있다.
도 2에 각 색의 컬러 필터(14, 15, 16) 및 각 컬러 필터(14, 15, 16) 사이에 형성하는 격벽(17)의 배열을 평면적으로 도시한다. 도 2에 도시하는 배열은, 소위 베이어 배열이며, 네 모서리가 둥그스름한 사각 형상의 컬러 필터(14, 15, 16)의 패턴(제1, 제2 및 제3 컬러 필터 패턴(14b, 15b, 16b))을 깔아 놓은 배열이다.
본 실시 형태에서는, 행방향 및 열방향 각각에 있어서, 1화소 건너서 제1 컬러 필터 패턴(14b)인 G(녹색) 필터가 설치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, G(녹색) 필터 사이에, 1행 건너서 제2 컬러 필터 패턴(15b)인 R(적색) 필터와 제3 컬러 필터 패턴(16b)인 B(청색) 필터가 설치되어 있다. 따라서, 베이어 배열의 컬러 필터 패턴을 구비하는 본 실시 형태의 고체 촬상 소자는, 총 화소수 N에 대하여, G(녹색)의 해상도가 N/2, 적색(R) 및 청색(B)의 해상도가 N/4이 된다.
또한, 베이어 배열에 있어서, 제2 컬러 필터 패턴(15b)(R(적색) 필터), 제1 컬러 필터 패턴(14b)(G(녹색) 필터) 및 제3 컬러 필터 패턴(16b)(B(청색) 필터)의 3종류의 컬러 필터 패턴이 가로 배열로 되지는 않는다. 따라서, 도 2에 도시하는 베이어 배열의 고체 촬상 소자의 A-A' 단면은, 실제로는, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이 제1 컬러 필터 패턴(14b)(G(녹색) 필터)과 제3 컬러 필터 패턴(16b)(B(청색) 필터)이 순서대로 배열되어 있다. 마찬가지로, 도 2에 도시하는 고체 촬상 소자의 B-B' 단면은, 실제로는, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이 제1 컬러 필터 패턴(14b)(G(녹색) 필터)과 제2 컬러 필터 패턴(15b)(R(적색) 필터)이 순서대로 배열되어 있다. 그러나, 설명의 간략화를 위하여, 이하 제1, 제2, 제3 컬러 필터 패턴(14b, 15b, 16b)의 3색(G(녹색) 필터, R(적색) 필터, B(청색) 필터)이 배열된 도 1에 도시하는 배열을 참조하여 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 복수색의 컬러 필터(14, 15, 16) 중 제1 컬러 필터(14)는, 제2 컬러 필터(15) 및 제3 컬러 필터(16)와 비교하여 면적이 크게 형성되어 있다. 가장 면적이 넓은 제1 컬러 필터(14)는, 제1 컬러 필터 패턴(14b)과, 제1 컬러 필터 패턴(14b)끼리를 잇는 브리지부(14c)를 구비하고 있다. 도 2에 도시하는 베이어 배열에서는, 행방향 및 열방향 각각에 있어서, 1화소 건너서 제1 컬러 필터 패턴(G(녹색) 필터)(14b)이 설치되어 있다. 이로 인해, 제1 컬러 필터 패턴(G(녹색) 필터)(14b)끼리는, 도 2에 있어서의 경사 방향에 있어서 서로 인접하고 있다.
브리지부(14c)는, 경사 방향으로 인접하는 제1 컬러 필터 패턴(14b)끼리의 모서리부를 연결하도록 형성되어 있다. 이에 의해, 제2 및 제3 컬러 필터 패턴(15b, 16b)이 각각 독립된 구조로 형성된다. 또한, 제1 컬러 필터 패턴(14a)의 측벽부뿐만 아니라, 브리지부(14c)의 측벽부에도 격벽(17)이 형성된다. 이로 인해, 제1 컬러 필터(14)와 제2, 제3 컬러 필터(15, 16) 사이의 혼색뿐만 아니라, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)끼리의 혼색도 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
본 실시 형태에서는, 도 2에 도시하는 베이어 배열의 컬러 필터를 갖는 고체 촬상 소자에 대하여 설명한다. 그러나, 고체 촬상 소자의 컬러 필터는, 반드시 베이어 배열에 한정되지는 않고, 또한 컬러 필터의 색도 RGB의 3색에 한정되지도 않는다. 또한, 컬러 필터의 배열의 일부에 굴절률을 조정한 투명층을 컬러 필터로서 배치해도 된다.
컬러 필터(14, 15, 16)는, 소정 색의 안료와 열 경화 수지 재료를 포함하고 있다. 예를 들어, 컬러 필터(14)는 그린 안료를 포함하고, 컬러 필터(15)는 레드 안료를 포함하고, 컬러 필터(16)는 블루 안료를 포함하고 있다.
(격벽)
격벽(17)은, 복수색의 컬러 필터(14, 15, 16)의 각각의 사이에 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 컬러 필터 패턴(14b) 및 브리지부(14c)의 측벽부에 형성된 격벽(17)에 의해, 제1 컬러 필터(14)와 제2, 제3 컬러 필터(15, 16) 각각을 나눌 수 있다.
격벽(17)은, 제1 컬러 필터(14)에 포함되는 제1 컬러 필터용 재료와, 제1 컬러 필터(14)를 형성할 때에 사용하는 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 포함하고 있다.
(1-2) 고체 촬상 소자의 제조 방법
이어서, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(하층 평탄화층 형성 공정)
도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 2차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10)을 준비하고, 그 표면에, 하층 평탄화층(12)을 형성한다. 하층 평탄화층(12)은, 예를 들어 상술한 아크릴계 수지 등의 수지 재료를 하나 혹은 복수 포함한 수지나, 산화 화합물, 질화 화합물 등의 화합물에 의해 형성된다.
하층 평탄화층(12)은, 상술한 수지 재료를 도포하고 가열을 행하여 경화시키는 방법에 의해 형성된다. 또한, 하층 평탄화층(12)은, 상술한 화합물의 막을, 증착, 스퍼터, CVD 등의 각종 방법으로 성막함으로써 형성된다.
여기서, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법은, 종래의 감광성 컬러 필터용 재료를 사용하여 포토리소그래피에 의해 컬러 필터(14, 15, 16)를 직접 패터닝하여 제조하는 방법과는 상이하다. 즉, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법에서는, 제1 컬러 필터용 재료를 전체면에 도포하고 경화시켜 제1 컬러 필터막(14d)을 형성한 후에(도 4의 (b) 참조), 다른 컬러 필터를 형성할 개소를 건식 에칭으로 제거한다. 이에 의해, 최초로 제1 컬러 필터(14)가 형성된다. 그리고, 주변이 제1 컬러 필터(14)로 둘러싸여 있는 부분에 제2 이후의 컬러 필터(제2, 제3 컬러 필터(15, 16))를 형성한다. 이때, 최초로 형성한 제1 컬러 필터(14)를 가이드 패턴으로서 사용하여, 고온의 가열 처리에 의해 제2 이후의 컬러 필터 재료를 경화시킨다. 이로 인해, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)의 하측에 하층 평탄화층(12)이 없어도, 반도체 기판(10)과 컬러 필터(14, 15, 16)의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법에서는, 격벽(17)의 제조 시의 재료 공급원으로서 반도체 기판(10)의 표면에 보호막이 형성되어 있으면, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)의 하측에 대한 하층 평탄화층(12)의 형성을 생략할 수 있다.
(제1 컬러 필터막 형성 공정)
이어서, 도 2의 (b)에 도시하는 반도체 기판(10) 위에 형성한 하층 평탄화층(12)의 표면에, 고체 촬상 소자에서 가장 형성 면적이 큰 제1 컬러 필터(14)의 전구체가 되는 제1 컬러 필터막(14d)을 형성하는 공정에 대하여 설명한다.
또한, 하층 평탄화층(12)이 형성되지 않는 경우, 제1 컬러 필터막(14d)은 반도체 기판(10)의 표면에 형성된다. 이 경우에는, 상기한 하층 평탄화층 형성 공정은 생략된다.
복수의 광전 변환 소자(11)가 2차원적으로 배치된 반도체 기판(10)의 표면에, 수지 재료를 주성분으로 하고 제1 안료를 분산시킨 제1 수지 분산액을 포함하는 제1 컬러 필터용 재료를 도포한다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 도 2에 도시하는 바와 같이 베이어 배열의 컬러 필터를 사용하는 것을 상정하고 있다. 이로 인해, 제1 안료는 녹색(G)인 것이 바람직하다. 또한, 베이어 배열의 RGB를 상정한 경우, 녹색의 안료를 포함하는 제1 컬러 필터용 재료는, 포토리소그래피법을 사용하여 패턴 형성할 때에, 미세한 패턴이 형성 가능해질 정도로 감광성 성분을 함유하면, 안료의 농도가 불충분해지기 쉽다. 제1 컬러 필터(14)로서 녹색의 컬러 필터를 형성할 수 있으면, 제2 컬러 필터(15), 제3 컬러 필터(16)를, 감광성 성분을 함유하기 쉬운 적색과 청색의 안료를 포함하는 컬러 필터용 재료를 포함하는 적색과 청색의 컬러 필터로 할 수 있다.
제1 컬러 필터용 재료의 수지 재료로서는, 예를 들어 열 경화성 수지, 자외선 경화 수지 등의 광 경화성 수지, 이들의 혼합 수지가 사용되고, 특히 열 경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 수지 재료로서 열 경화성 수지를 사용한 경우, 광 경화성 수지를 함유할 필요가 없기 때문에, 제1 안료의 첨가 농도를 높이는 것이 가능해져, 박막이면서 또한 원하는 분광 특성이 얻어지는 제1 컬러 필터(14)를 형성하기 쉬워진다.
또한, 수지 재료로서 광 경화성 수지 재료를 사용한 경우, 종래 방법의 컬러 필터용 재료에 감광성을 갖게 하여 노광함으로써 원하는 패턴을 직접 형성하는 경우와 달리, 도포막 전체면을 경화시키면 되기 때문에, 감광성 성분의 함유량을 저하시킬 수 있다. 이로 인해, 종래 방법의 컬러 필터용 재료에 비하여, 제1 안료의 첨가 농도를 높이는 것이 가능해져, 박막이면서 또한 원하는 분광 특성이 얻어지는 제1 컬러 필터(14)를 형성하기 쉬워진다.
제1 컬러 필터용 재료가 제1 안료로서 그린의 안료를 포함하는 경우에는, 1.55 내지 1.7의 굴절률을 갖는 상술한 수지 재료를 사용할 수 있다.
이어서, 하층 평탄화층(12)의 표면에 도포한 제1 컬러 필터용 재료의 경화 처리를 행한다. 경화 방법으로서는 공지된 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러 필터용 재료의 수지 재료로서 열 경화성 수지를 사용하는 경우에는 가열에 의해, 제1 컬러 필터용 재료의 수지 재료로서 광 경화성 수지를 사용하는 경우에는 자외선 등의 광 조사에 의해, 제1 컬러 필터용 재료의 경화를 행할 수 있다.
또한, 고체 촬상 소자의 제조에 있어서는, 마이크로렌즈(18)의 형성 시에 200℃ 이상 300℃ 이하 정도의 고온 가열 공정이 사용되는 경우가 많기 때문에, 제1 컬러 필터용 재료는, 고온 내성이 있는 것이 바람직하다. 이로 인해, 수지 재료로서, 고온 내성이 있는 열 경화성 수지를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
이상과 같이 하여 제1 컬러 필터용 재료의 경화 처리를 행함으로써, 제1 컬러 필터의 전구체가 되는 제1 컬러 필터막(14d)을 형성한다(도 4의 (b) 참조).
(에칭 마스크 형성 공정)
이어서, 도 4의 (c) 내지 도 4의 (e)에 도시하는 바와 같이, 전공정에서 형성한 제1 컬러 필터막(14d) 위에 개구부를 갖는 에칭 마스크를 형성한다.
먼저, 도 4의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제1 컬러 필터막(14d)의 표면에, 감광성 수지 마스크 재료를 도포하고 건조하여, 감광성 수지 마스크층(20a)을 형성한다.
이어서, 도 4의 (d)에 도시하는 바와 같이, 감광성 수지 마스크층(20a)에 대하여 포토마스크(도시하지 않음)를 사용하여 노광하여, 필요한 패턴 이외가 현상액에 가용이 되는 화학 반응을 일으킨다.
이어서, 도 4의 (e)에 도시하는 바와 같이, 현상에 의해 감광성 수지 마스크층(20a)의 불필요부(노광부)를 제거한다. 이에 의해, 감광성 수지 마스크층(20a)의 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)의 형성 위치에 대향하는 부분에, 개구부(20c)가 형성된다. 이에 의해, 개구부를 갖는 에칭 마스크(20)가 형성된다. 개구부(20c)에는, 후속 공정에서 제2 컬러 필터용 재료 또는 제3 컬러 필터용 재료가 충전된다.
이때, 개구부(20c)는, 도 2에 도시하는 바와 같은, 네 모서리가 둥그스름한 사각 형상으로 형성된다. 이에 의해, 제1 컬러 필터(14)가, 사각 형상의 제1 컬러 필터 패턴(14a)의 네 모서리가 브리지부(14c)로 연결되어 있는 형상으로 형성된다. 제1 컬러 필터(14)가 이러한 형상을 가짐으로써, 고체 촬상 소자의 광학 특성이 향상되고, 또한, 포토리소그래피에 의해 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)를 형성하기 쉬워진다. 또한, 브리지부(14c)를 에칭으로 제작할 때, 가로 방향으로 에칭이 들어갈 가능성이 있기 때문에, 미리 가로 방향으로의 에칭양을 상정하여, 감광성 수지 마스크층(20a)의 막 두께를 조정하는 것이 바람직하다.
감광성 수지 마스크 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 수지 마스크층(20a)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, 고화소화, 미세화가 필요한 고체 촬상 소자의 제1 컬러 필터(14)를 형성하기 위하여, 스테퍼나 스캐너가 일반적으로 사용된다.
감광성 수지 마스크 재료로서는, 고해상이고 고정밀도의 패턴을 제작하기 위하여, 일반적인 포토레지스트를 사용하는 것이 바람직하다. 포토레지스트를 사용함으로써 감광성을 갖게 한 컬러 필터용 재료로 패턴을 형성하는 경우와 달리, 형상 제어가 용이하고, 치수 정밀도가 좋은 패턴을 형성할 수 있다.
이 때 사용하는 포토레지스트는, 건식 에칭 내성이 높은 것이 바람직하다. 건식 에칭 시의 에칭 마스크재로서 사용하는 경우는, 에칭 부재와의 에칭 속도인 선택비를 향상시키기 위하여, 현상 후에 포스트베이크라고 불리는 열 경화 공정이 사용되는 경우가 많다. 그러나, 열 경화 공정이 포함되면, 건식 에칭 후에, 에칭 마스크로서 사용한 잔류 레지스트의 제거 공정에서의 제거가 곤란해지는 경우가 있다. 이로 인해, 포토레지스트로서는, 열 경화 공정을 사용하지 않아도 에칭 부재와의 사이에서 선택비가 얻어지는 것이 바람직하다. 또한, 양호한 선택비를 얻지 못하는 경우, 포토레지스트 재료의 막 두께를 두껍게 형성할 필요가 있어, 포토리소그래피에 의한 미소 패턴 형성이 곤란해진다. 이로 인해, 포토레지스트로서는, 건식 에칭 내성이 높은 재료가 바람직하다.
구체적으로는, 에칭 마스크인 감광성 수지 마스크 재료와 건식 에칭의 대상인 제1 컬러 필터용 재료의 에칭 속도비(선택비)는, 0.5 이상 5.0 이하 정도인 것이 바람직하고, 0.8 이상 5.0 이하인 것이 보다 바람직하다. 이 선택비라면, 감광성 수지 마스크 재료의 해상성이 얻어지는 막 두께로 감광성 수지 마스크층(20a)을 구성할 수 있다. 또한, 스루풋 향상을 위하여 에칭 레이트를 빠르게 한 경우에도, 에칭 마스크로 한 포토레지스트의 고갈을 방지하여, 에칭 제어성의 향상이 가능해진다. 보다 구체적으로는, 제1 컬러 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 이때에 사용하는 포토레지스트로서는, 포지티브형 레지스트 또는 네거티브형 레지스트의 어느 쪽이든 문제 없다. 그러나, 에칭 후의 포토레지스트 제거를 생각하면, 외부 요인에 의해, 화학 반응이 진행되어 경화되는 방향으로 변화하는 네거티브형 레지스트보다도, 화학 반응이 진행되어 용해되는 방향으로 화학 반응이 일어나기 쉬운 포지티브형 레지스트가 바람직하다.
이상과 같이 하여, 에칭 마스크가 형성된다.
(제1 컬러 필터 형성 공정)
이어서, 도 4의 (f) 내지 도 4의 (h)에 도시하는 바와 같이, 에칭 마스크(20) 및 건식 에칭 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 개구부(20c)로부터 노출되는 제1 컬러 필터막(14d)의 일부분을 제거하여 제1 컬러 필터(14)를 형성한다.
도 4의 (f)에 도시하는 바와 같이, 에칭 마스크(20)를 사용하여, 제1 컬러 필터막(14d)에 대하여 건식 에칭을 행한다. 건식 에칭의 방법으로서는, 예를 들어ECR, 평행 평판 마그네트론, DRM, ICP, 혹은 2주파 타입의 RIE(Reactive Ion Etching) 등을 들 수 있다. 에칭 방식에 대해서는 특별히 제한되지 않지만, 폭 수㎜ 이상의 대면적 패턴이나 수백㎚의 미소 패턴 등 패턴의 크기나 면적이 상이해도 에칭 레이트나, 에칭 형상이 변함없도록 제어할 수 있는 방식의 것이 바람직하다. 또한 100㎜ 내지 450㎜ 정도 사이즈의 Si 웨이퍼 전체면에서, 면 내에서 균일하게 건식 에칭할 수 있는 제어 기구의 건식 에칭 방법을 사용하는 것이 바람직하다.
건식 에칭 가스는, 반응성(산화성·환원성)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 적어 이온에서의 물리적 충격에 의한 에칭을 행하는 원소를 포함하는 희가스를 단체 또는 혼합시켜 사용할 수 있다. 또한 가스를 사용한 경우의 플라스마 환경 하에서의 건식 에칭 공정에서, 원하는 패턴을 형성하는 반응을 일으키는 가스이면, 이들에는 한정되지 않아도 문제 없다. 초기의 단계에서 전체 가스 유량의 90％ 이상을 희가스 등의 이온의 물리적 충격이 주체로 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. 이로 인해, 건식 에칭 가스로서는, 컬러 필터용 재료를 에칭하며, 또한 하지의 반도체 기판(10)을 에칭하지 않는 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 반도체 기판(10)을 에칭하는 가스를 사용하는 경우에는, 최초로 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 영향 없이, 에칭 마스크(20)를 사용하여 수직에 가까운 형상으로 컬러 필터용 재료의 에칭을 할 수 있고, 컬러 필터용 재료의 잔사가 형성되지 않는다면, 에칭 가스의 종류는 제한되지 않는다.
도 4의 (g)에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(10) 표면에 도달할 때까지 제1 컬러 필터막(14d)의 건식 에칭을 행한 후, 에칭 마스크(20)를 제거함으로써 도 4의 (h)에 도시하는 바와 같이 제1 컬러 필터(14)를 형성할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 컬러 필터(14)의 하부에는 하층 평탄화층(12)의 일부가 잔존한다.
(하층 평탄화층에 Si를 포함하지 않은 경우의 건식 에칭 조건)
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 반도체 기판(10)의 표면이 폴리실리콘, SiO2 등의 산화막 또는 SiN 등의 질화막 등의 Si를 포함하는 재료로 보호 및 평탄화되어 있는 경우, 광전 변환 소자의 특성에 영향을 주지 않는 범위에서 반도체 기판(10)의 표면을 에칭해도 상관없다. 또한, 광전 변환 소자의 특성에 영향을 주지 않는 범위의 두께란, 예를 들어 0㎚ 이상 30㎚ 이하 정도이다.
또한, 하층 평탄화층(12)에 Si를 포함한 층을 사용하지 않는 경우에는, 이 반도체 기판(10)의 보호 및 평탄화의 역할을 갖는 Si를 포함하는 막을 에칭함으로써, Si를 포함한 반응 생성물을 격벽(17)으로서 형성할 수 있다. 또한, 하층 평탄화층(12)에 Si를 포함한 층을 사용한 경우는, 광전 변환 소자에 영향을 줄 가능성이 다소라도 발생하기 때문에, 반도체 기판(10)을 가능한 한 에칭하지 않는 것이 바람직하다.
(격벽 형성 공정)
다음에 도 4의 (f) 내지 도 4의 (h)에 도시하는 바와 같이, 제1 컬러 필터막(14d)을 건식 에칭할 때에 형성되는 반응 생성물을, 컬러 필터(14, 15, 16)의 각각의 사이에 형성되는 격벽(17)으로서 형성한다. 격벽(17)은, 제1 컬러 필터용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물에 의해 형성된다. 이때, 이방성이 있는 에칭을 행하는 경우는, 건식 에칭에 의한 반응 생성물이 측벽부에 부착되어 형성되는 측벽 보호층의 제어가 중요해진다. 또한, 건식 에칭 조건에 의해, 반응 생성물의 부착 방식 및 부착량은 변화한다.
본 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법에서는, 제1 컬러 필터막(14d)의 에칭을 행하고, 에칭에 의해 형성된 개구부(20c)에 제2, 제3 컬러 필터용 재료를 충전하여, 다색의 컬러 필터를 형성한다. 이를 위해, 건식 에칭 시에는 제1 컬러 필터막(14d)을 수직으로 에칭하며, 또한 패턴 사이즈의 제어를 행할 필요가 있다. 그 때문에, 건식 에칭 시에, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 대한 반응 생성물의 부착의 방식 및 부착량의 제어가 필요해진다.
반응 생성물의 부착량이 증가하면 에칭 마스크(20)의 제거가 곤란해질 가능성이 있다. 또한 에칭 마스크(20)가 제거 되었다고 해도, 컬러 필터용 재료 및 에칭 마스크(20)의 측벽에 부착되어 있는 측벽 보호층이 그대로 남아 버리는 경우가 있다. 이 경우, 제2 컬러 필터용 재료 또는 제3 컬러 필터용 재료의 도포 공정에서 잔류된 측벽 보호층이 문제가 될 가능성이 있다. 그로 인해, 에칭 가스 및 에칭 조건의 조정을 행하여 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 대한 부착물을 적게 하고, 건식 에칭 공정에 의한 가로 방향으로의 에칭과 상쇄시킴으로써, 수직으로, 또한 측벽 부착물이 적게 에칭을 행할 수 있다. 건식 에칭으로 패턴을 형성하는 경우, 이방성을 갖고 에칭을 행하는 공정을 사용하는 것이 상정된다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 후술하는 반응 생성물을 격벽(17)으로서 사용한다. 또한, 이것을 고려하여, 본 실시 형태에서는, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 대한 반응 생성물의 부착량을 많게 하는 방향으로 제어를 행한다.
컬러 필터 패턴의 구조상 문제가 되는 점으로서, 각 색의 컬러 필터를 통과한 광이 다른 광학 소자에 들어가 버림으로써 일어나는 혼색의 문제가 있다. 이 문제를 억제하는 방법으로서, 각 색의 컬러 필터 사이에 광을 차단하는 차광 효과나, 굴절률을 제어함으로써 다른 광전 변환 소자 위로 입광하지 않도록 격벽을 형성하는 방법이 알려져 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 베이어 배열을 상정하고 있기 때문에, 제1 컬러 필터(14)로서 그린의 컬러 필터를 상정하고 있다. 본 실시 형태의 방법에서는, 컬러 필터용 재료의 감광성 성분을 없애거나, 또는 적게 하는 것이 가능하기 때문에, 제1 컬러 필터가 되는 그린의 컬러 필터용 재료의 굴절률을 제어하는 것이 가능하고, 본 실시 형태에서 형성하는 격벽이나, 적색, 청색의 컬러 필터와의 사이에서의 굴절률을 제어하는 것이 용이해진다.
본 실시 형태에서는, 이 건식 에칭 시에 발생하여, 종래 억제하는 것이 상정되어 있던 반응 생성물을 적극적으로 형성하도록 건식 에칭 조건을 설정하고, 건식 에칭에 의해 형성된 측벽 부착층을, 각 컬러 필터(14, 15, 16) 사이의 격벽(17)으로서 사용한다.
본 실시 형태에서는, 베이어 배열을 상정하고 있으며, 그린의 안료를 포함하는 컬러 필터용 재료를 에칭하고, 그 반응 생성물을 사용하여 격벽(17)을 제작한다. 일반적으로 사용되고 있는 그린 안료에는, 구리나 아연 등의 금속 성분이 포함되어 있다. 이로 인해, 금회 상정하고 있는 에칭 가스와의 반응 생성물은, 에칭 시, 휘발되기 어렵고 제거하기 어려운 반응 생성물이 되고, 격벽(17)에는 아연이나 구리의 금속이 많이 포함된다. 그로 인해, 격벽(17)의 막 두께가 얇은 경우에도 격벽(17)에 포함되는 금속 원소를 함유하는 막에 의해 광이 차단되어 격벽(17)을 형성하는 것에 의한 혼색 방지 효과가 크게 나타난다. 이로 인해, 미세화가 진행되고 있는 고체 촬상 소자에서 요구되는 두께 200㎚ 이하의 격벽(17)을 형성하기 쉬운 이점이 있다. 특히, 반응 생성물에 의해 형성되는 격벽(17)은 50㎚ 이하 정도의 막 두께로 형성할 수 있고, 금속 성분을 포함하고 있음으로써, 차광성도 필요한 성능을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
컬러 필터용 재료의 건식 에칭에 있어서, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 대한 반응 생성물의 부착을 저감시키기 위해서는, 건식 에칭 시의 화학 반응의 양을 증가시키는 방법이 있다. 이에 의해, 에칭 챔버 내로부터 배출되기 쉬운 반응 생성물을 생성하여, 반응 생성물이 측벽에 부착되기 어렵게 하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 피에칭막인 제1 컬러 필터막(14d)을 구성하는 제1 컬러 필터 재료가 유기 재료인 점에서, 불소계 가스 유량이나 산소계 가스 유량을 많게 하는 것이 바람직하다. 사용하는 불소계 가스로서는, 예를 들어 CF4, C2F6, C3F8, C2F4, C4F8 등의 탄소와 불소로 이루어지는 가스의 군으로부터 임의로 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 이 불소계 가스들을 복수 혼합시켜 건식 에칭 가스로서 사용해도 된다.
한편, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭의 경우, 본 실시 형태의 제조 방법에서는, 하지의 반도체 기판(10)에 주로 사용되고 있는 실리콘을 화학 반응 주체로 에칭할 가능성이 있다. 이로 인해, 불소계 가스 유량을 필요 이상으로 많게 하지 않도록 가스 유량의 조정이 필요하다.
한편, 화학 반응량을 저감시키고, 이온에 의한 물리적 충격을 사용한 반응을 많이 이용함으로써, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 대한 반응 생성물의 퇴적량(부착량)을 증가시키는 것이 가능해진다. 예를 들어 사용하는 건식 에칭 가스로서는, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe) 등의 희가스를 생각할 수 있고, 특히 헬륨이나 아르곤이 바람직하다. 그러나, 화학 반응량을 적게 한 경우는, 에칭 마스크(20)에 대한 대미지를 생각할 수 있다. 또한, 화학 반응이 적은 경우, 에칭 레이트가 느려지는 문제가 있다.
본 실시 형태에서는, Ar, He 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 이용하여 에칭 레이트를 향상시키며, 또한 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 부착되는 반응 생성물의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 부착시킨 반응 생성물을 격벽(17)으로서 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, Ar, He 등의 반응성이 적은 원소를 포함하는 희가스가 전체 가스 유량의 95％ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 반응 생성물의 측벽에 대한 부착은, 건식 에칭 시의 압력에 의존하는 경향이 있다. 챔버 내의 압력이 높은 경우, 에칭 가스나 반응 생성물의 챔버 내에서의 양이 많고, 이온의 평균 자유 공정이 짧아져, 이온에 의한 물리적 충격이 적어지기 때문이다. 본 실시 형태에 있어서, 건식 에칭 시의 챔버 내의 압력은 0.01Pa 이상 8.0Pa 이하의 범위인 것이 바람직하고, 0.1Pa 이상 3.0Pa 이하인 것이 보다 바람직하다. 0.01Pa 이상 8.0Pa 이하의 압력이면, 안정적인 플라스마 환경을 형성하기 쉬워, 에칭 조건을 제어하기 쉬운 이점이 있기 때문이다.
또한, 이 에칭 조건에서 에칭을 실시한 경우, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 대한 반응 생성물의 부착량이 많아져, 에칭 마스크(20)의 제거가 곤란해진다. 그로 인해, 건식 에칭 조건을, 상황에 따라 다단계로 변경함으로써 에칭 마스크(20)의 제거를 용이하게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제1 컬러 필터막(14d)의 에칭 시에는 반응 생성물의 측벽에 대한 부착량이 많은 에칭 조건으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 에칭 위치가 반도체 기판(10) 표면에 근접한 경우에는, 반도체 기판(10) 표면에 대미지를 끼치지 않고, 제1 컬러 필터막(14d) 모두를 에칭할 수 있는 에칭 조건으로 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 컬러 필터막(14d)의 초기 막 두께에 대하여, 30％ 이상 90％ 이하 에칭을 행하는 것이 바람직하고, 50％ 이상 80％ 이하 에칭을 행하는 것이 보다 바람직하고, 60％ 이상 70％ 이하 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 가스가 혼합된 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 컬러 필터막(14d)의 에칭을 행한다. 그 후, 불소계 가스를 제거하고, Si를 화학적으로 에칭하지 않는 가스, 예를 들어 O2나 희가스의 단일 가스, 또는 이들 복수를 혼합한 가스를 사용하여, 제1 컬러 필터막(14d)의 막 두께 이상으로 에칭을 행하는 오버 에칭을 행한다. 오버 에칭을 행함으로써, 반도체 기판(10)의 에칭의 면 내 변동에 의한 영향을 저감시켜, 반도체 기판(10)의 전체면에서 원하는 위치의 제1 컬러 필터막(14d)을 제거하여, 제1 컬러 필터(14)를 형성하는 것이 가능해진다.
이 건식 에칭 공정에 의해, 하지의 반도체 기판(10)에 대미지를 끼치지 않고 컬러 필터용 재료의 잔사를 형성하지 않고, 또한 건식 에칭에 의한 반응 생성물에 의해 격벽(17)이 형성된 제1 컬러 필터(14)를 얻는다. 또한, 제1 컬러 필터(14)는, 제1 컬러 필터 패턴(14a)과 함께 브리지부(14c)를 갖는 구조이다. 이로 인해, 제2 컬러 필터(15)의 컬러 필터 패턴(15b), 제3 컬러 필터(16)의 컬러 필터 패턴(16b) 각각이 독립적으로 형성된다. 또한, 브리지부(14c)의 측벽에도 격벽(17)이 형성된다. 이에 의해, 제1 컬러 필터(14)와 제2, 제3 컬러 필터(15, 16) 사이의 혼색뿐만 아니라, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)끼리의 혼색도 저감시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 격벽(17)이 형성되어 있음으로써, 안료에 기인한 요철이 적어, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)의 형성에 영향을 주지 않는 이점이 있다. 이 건식 에칭 조건에서 측벽에 부착되는 반응 생성물이 격벽(17)을 형성하기 때문에, 형성할 수 있는 격벽(17)의 막 두께에 제한이 있지만, 전술한 바와 같이 금속을 포함한 격벽(17)을 형성할 수 있어, 격벽(17)으로서의 차광 효과를 기대할 수 있다.
상기한 에칭 공정에서, 오버 에칭을 행할 때에, Si를 화학적으로 에칭하지 않는 가스와 희가스를 혼합시켜 에칭을 행한다. 이때, 하층 평탄화층(12)이 에칭됨으로써, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 반응 생성물이 부착된다. 하층 평탄화층(12)이 Si를 포함한 성분을 함유하고 있으면, 건식 에칭 가스나 챔버 내외의 분위기와의 반응에 의해, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 SiO2나 SiN을 포함하는 격벽(17)이 형성된다. 또한, 하층 평탄화층(12)이 Si를 포함하지 않고, 종래의 컬러 필터와 마찬가지의 수지 재료가 사용되고 있는 경우는, 오버 에칭 공정에서, 하층 평탄화층(12)이 제거된다. 그리고, 반도체 기판(10)의 표면에 설치된 반도체 기판(10)의 보호 및 평탄화를 위한 층이 약간 에칭됨으로써, 건식 에칭 가스나 주위의 구성 물질에 의해, 반응 생성물인 SiO2나 SiN을 포함하는 격벽(17)이 형성된다. 하층 평탄화층(12)에 수지계 소재를 사용하고 있는 경우는, 하층 평탄화층(12)의 막 두께가 얇게 되어 있고, 많은 에칭 가스에 대하여 에칭됨으로써, 하층 평탄화층(12)이 단시간에 소실되어, 반도체 기판(10)의 표면이 에칭될 가능성이 높다. 반도체 기판(10)의 표면을 에칭하는 경우는, 에칭양이 많으면 광전 변환 소자(11)에 영향을 준다. 이로 인해, 하층 평탄화층(12)의 재료에 따라서는, 에칭의 오버 에칭양을 조정할 필요가 있다.
전술한 바와 같이, 하층 평탄화층(12)에 Si를 포함하지 않는 재료를 사용하는 경우는, 반도체 기판(10)의 표면을 약간 에칭함으로써, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 Si를 포함한 격벽(17)을 형성할 수 있다. 그러나, 이 경우, 반도체 기판(10)을 에칭해 버리기 때문에, 광전 변환 소자(11)에 대미지를 끼칠 가능성이 발생한다. 그 때문에, 바람직하게는 하층 평탄화층(12)을, Si를 포함하는 재료로 형성 하거나, 혹은, 후술하는 제2 내지 제4 실시 형태에서 설명하는 격벽 재료층(30)을 사용하는 것이 바람직하다.
(1색째용의 감광성 수지 마스크 재료의 제거 공정)
이어서, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)의 제2, 제3 컬러 필터 패턴(15b, 16b)을 형성하기 위하여, 도 4의 (h)에 도시하는 바와 같이, 1색째인 제1 컬러 필터 패턴(14b)을 형성하기 위하여 사용한 에칭 마스크(20)를 제거한다. 에칭 마스크(20)의 제거 방법으로서는, 예를 들어 약액이나 용제를 사용함으로써 제1 컬러 필터(14)에 영향이 나타나지 않도록, 잔류되어 있는 에칭 마스크(20)를 용해, 박리하는 방법을 들 수 있다. 혹은, 광 여기나 산소 플라스마에 의한 감광성 수지의 회화 기술인 애싱 기술을 사용하는 방법에 의해, 에칭 마스크(20)를 제거할 수 있다. 또한, 이 방법들을 조합하여 사용할 수도 있다. 또한, 1색째인 제1 컬러 필터막(14d)에 영향이 나타나지 않는 방법을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 격벽(17)의 선단에, 형성된 격벽(17)에 영향이 없으며, 또한 제1 컬러 필터(14)보다도 높이가 높게 되어 있는 부분이 있는 경우에는, 그 부분이 제거되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에만 격벽(17)이 형성된다. 구체적으로는, 다량의 액체에 직접 침지하여 에칭 마스크(20)를 제거하는 딥 세정 방법보다도, 스프레이나 패들 등을 사용한 박리나, 세정용의 용액을 분사하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 에칭 마스크(20) 제거 시에 세정 공정이 포함되어, 물리적 세정 대미지가 부여되는 방법이 바람직하다.
에칭 마스크(20)를 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, 컬러 필터용 재료에 영향을 주지 않는 것이 바람직하다. 컬러 필터용 재료에 영향을 주지 않는 것이면, 산계의 약품을 사용한, 박리 방법이어도 문제 없다.
또한, 용제 등의 습식 에칭에 의한 제거 이외의 방법도 사용할 수 있다. 예를 들어, 처음에, 광 여기나 산소 플라스마에 의한 감광성 수지의 회화 기술인 애싱 기술 등을 사용하여, 에칭 마스크(20)의 표층의 변질층을 제거한 후, 용제 등을 사용한 습식 에칭에 의해 나머지 층을 제거하는 방법을 들 수 있다. 또한, 제1 컬러 필터용 재료에 대미지가 없는 범위에서, 애싱에 의해 에칭 마스크(20)를 제거해도 상관없다. 또한, 애싱 등의 드라이 프로세스뿐만 아니라, CMP(Chemical Mechanical Polishing)에 의한 연마 공정 등을 사용해도 된다.
제2, 제3 컬러 필터 패턴(15b, 16b)을 입색(入色)하는 경우의 혼색 문제의 원인이 되기 때문에, 1색째용의 에칭 마스크(20)의 잔사 제거를 확실하게 행할 필요가 있다. 이로 인해, 제1 컬러 필터막(14d)에 영향을 미치지 않는 범위에서 공지된 에칭 마스크(20)의 제거 기술을 사용하여 잔사 제거를 행할 필요가 있다. 또한 상술한 잔사 제거를 행할 때에, 이미 형성된 제1 컬러 필터 패턴(14b)의 층두께가 저감될 가능성이 높다. 그로 인해, 미리 제1 컬러 필터막(14d)의 층두께를 두껍게 형성해 두는 등의 대응을 해 두는 것이 바람직하다.
(제2 이후의 컬러 필터 형성 공정에 대하여)
이어서, 도 5의 (a) 내지 도 5의 (e)에 도시하는 바와 같이, 제1 컬러 필터(14)와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)를 형성한다. 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)의 패턴 제작 방법은, 크게 나누어 2가지 방법을 사용할 수 있다.
제1 방법은, 제1 컬러 필터(14)를 가이드 패턴으로 하여, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)를, 광 경화성 수지를 포함한 감광성 컬러 필터용 재료를 사용하여 형성하고, 종래 방법으로 선택적으로 노광하여 패턴을 형성하는 방법이다.
제2 방법은, 패터닝한 제1 컬러 필터(14) 전체면에, 제2 컬러 필터용 재료를 도포한다. 계속하여, 패터닝을 행한 감광성 수지 마스크 재료층을 에칭 마스크로 하여 건식 에칭을 행하여, 제3 컬러 필터(16) 형성 개소에 개구부를 형성한다. 마지막으로, 그 장소에 제3 컬러 필터용 재료를 도포하고, 여분의 컬러 필터를 연마 등으로 제거함으로써, 개구부 내에 제3 컬러 필터(16)를 형성하는 방법이다.
(제2 이후의 컬러 필터 형성 공정의 제1 방법)
처음에, 제2 이후의 컬러 필터의 패턴을 형성하는 제1 방법에 대하여 도 5의 (a) 내지 도 5의 (h)를 사용하여 설명한다.
제1 방법은, 제2 컬러 필터(15)용에 감광성을 갖게 한 컬러 필터 패턴용 재료(컬러 레지스트)를 사용한다. 즉, 개구부(20c)가 형성된 제1 컬러 필터(14) 표면에, 제1 안료와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2 컬러 필터용 재료가 되는 착색 감광성 수지 조성물을 도포한 후, 제2 컬러 필터용 재료의 제2 컬러 필터(15)를 형성할 부분에 대하여, 포토마스크를 사용한 노광을 행하고, 현상을 한 후, 제2 컬러 필터막의 일부를 광 경화시켜 패터닝함으로써 제2 컬러 필터(15)를 형성한다. 그 후, 제2 컬러 필터(15)의 형성과 마찬가지의 방법으로 제3 컬러 필터(16)를 형성한다.
구체적으로는, 먼저, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 컬러 필터(14)를 형성한 반도체 기판(10)의 표면 전체면에, 제2 컬러 필터용 재료로서 감광성 컬러 필터용 재료를 도포하고, 경화하여 제2 컬러 필터막(15d)을 형성한다. 이 때 사용하는 감광성 컬러 필터용 재료는, 광을 쏘임으로써 경화되는 네거티브형의 감광성 성분을 함유한다.
이어서, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 컬러 필터용 재료의 제2 컬러 필터(15)를 형성할 부분에 대하여, 포토마스크를 사용하여 노광을 행하여, 제2 컬러 필터막(15d)의 일부를 광 경화시킨다.
이어서, 도 5의 (c)와 같이, 현상 공정에서 선택적으로 노광되지 않은 제2 컬러 필터막(15d)의 일부를 제거한다. 이어서, 노광을 행한 제2 컬러 필터막(15d)의 일부와 반도체 기판(10)의 밀착성 향상이나 실제 디바이스 이용에서의 내성을 향상시키기 위하여, 고온 가열에 의한 경화 처리를 행함으로써 잔존한 제2 컬러 필터막(15d)을 경화시킨다. 이에 의해, 제2 컬러 필터 패턴(15b)을 갖는 제2 컬러 필터(15)를 형성한다. 이때, 경화에 사용하는 온도는, 200℃ 이상이 바람직하고, 230℃ 정도가 보다 바람직하다.
이어서, 도 5의 (d)에 도시하는 바와 같이, 제3 컬러 필터용 재료를 반도체 기판(10)의 전체면에 도포하여 제3 컬러 필터막(16d)을 형성한다.
이어서, 도 5의 (e)에 도시하는 바와 같이, 제3 컬러 필터막(16d) 중 제3 컬러 필터(16)를 형성할 개소를 선택적으로 노광하여, 제3 컬러 필터막(16d)의 일부를 광 경화시킨다.
이어서, 도 5의 (f)와 같이, 감광성의 제3 컬러 필터막(16d)을 현상하여, 노광되지 않은 제3 컬러 필터막(16d)의 일부를 제거한다. 이어서, 노광을 행한 제3 컬러 필터막(16d)의 일부와 반도체 기판(10)의 밀착성 향상이나 실제 디바이스 이용에서의 내성을 향상시키기 위하여, 고온 가열에 의한 경화 처리를 행함으로써 잔존한 제3 컬러 필터막(16d)을 경화시킨다. 이에 의해, 제3 컬러 필터 패턴(16b)을 갖는 제3 컬러 필터(16)가 형성된다.
또한, 이 제2 컬러 필터(15) 이후의 패턴 형성 공정을 반복함으로써, 원하는 컬러수의 컬러 필터를 형성할 수 있다.
이어서, 도 5의 (g)에 도시하는 바와 같이, 형성된 컬러 필터(14, 15, 16) 위에 상층 평탄화층(13)을 형성한다. 상층 평탄화층(13)은, 예를 들어 상술한 아크릴계 수지 등의 수지 재료를 하나 혹은 복수 포함한 수지를 사용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 상층 평탄화층(13)은, 수지 재료를 반도체 기판(10)의 표면에 도포하고 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, 스퍼터, CVD 등의 각종 성막 방법에 의해 형성할 수 있다.
마지막으로, 도 5의 (h)에 도시하는 바와 같이, 상층 평탄화층(13) 위에 마이크로렌즈(18)를 형성한다. 마이크로렌즈(18)는, 열 플로우를 사용한 제작 방법, 그레이톤 마스크에 의한 마이크로렌즈 제작 방법, 에치 백을 사용한 평탄화층에 대한 마이크로렌즈 전사 방법 등의 공지된 기술에 의해 형성된다.
또한, 건식 에칭에 의한 패터닝 기술을 사용하여 마이크로렌즈를 형성하는 방법은, 우선, 최종적으로 마이크로렌즈가 되는 투명 수지층을 컬러 필터 위에 형성한다. 이어서, 그 투명 수지층 위에 열 플로우법에 의해 마이크로렌즈의 모형(렌즈 모형)을 형성한다. 그리고, 그 렌즈 모형을 마스크로 하여, 건식 에칭의 방법에 의해 렌즈 모형 형상을 투명 수지층에 전사하는 방법이다. 렌즈 모형의 높이나 재료를 선택하여 에칭 레이트를 조정함으로써, 적정한 렌즈 형상을 투명 수지층에 전사할 수 있다.
즉, 렌즈 형상의 전사에 사용되는 렌즈 모형을 건식 에칭하고, 표면으로부터 제거하여, 투명 수지층으로 마이크로렌즈를 형성한다. 또한, 이와 함께, 마이크로렌즈의 높이가, 투명 수지층의 막 두께와 동등 정도가 될 때까지 건식 에칭을 행하기 때문에, 컬러 필터의 상부의 평탄화층을 겸하고 있는 투명 수지층의 막 두께를 가능한 한 얇게 하는 것이 바람직하다.
이상에 의해, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자가 완성된다.
본 실시 형태에서는, 제1 컬러 필터(14)로서, 가장 면적이 넓은 컬러 필터 패턴(제1 컬러 필터 패턴)(14b)을 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 제2 컬러 필터(15) 및 제3 컬러 필터(16)는, 제2 컬러 필터용 재료 및 제3 컬러 필터용 재료, 감광성 컬러 레지스트를 사용하여 포토리소그래피에 의해 각각 형성한다.
감광성 컬러 레지스트를 사용하는 기술은 종래의 컬러 필터 패턴의 제조 기술이다. 여기서, 제2 컬러 필터(15)는, 제1 컬러 필터(14)에 형성한 개구부(20c) 내에 형성되기 때문에, 제1 컬러 필터(14)를 가이드 패턴으로 사용하여 형성된다. 각 컬러 필터용 재료에 감광성을 갖게 하는 경우에도, 종래와 같이 해상성을 중시한 컬러 레지스트로 할 필요는 없다. 이로 인해, 광 경화성 수지 중의 광 경화 성분을 적게 할 수 있기 때문에, 컬러 필터용 재료 중의 안료의 비율을 많게 할 수 있어, 컬러 필터(14, 15, 16)의 박막화에 대응할 수 있다. 또한, 제1 컬러 필터(14)가 덮고 있는 면적이 크기 때문에, 제2 컬러 필터용 재료에 의한 잔사를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
제1 컬러 필터용 재료는, 반도체 기판(10) 또는 하층 평탄화층(12)의 전체면에 도포 후, 고온에서 가열하기 때문에, 반도체 기판(10) 또는 하층 평탄화층(12)과의 밀착성을 매우 강하게 할 수 있다. 이와 같이, 밀착성이 양호하고, 직사각형성 높게 형성되어 있는 제1 컬러 필터(14)를 가이드 패턴으로 하고, 4변이 둘러싸인 장소를 묻도록 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)를 형성할 수 있다. 이로 인해, 컬러 필터용 재료 중의 감광성 성분의 양을 저감시킬 수 있다. 또한, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)를 형성하기 위하여 형성한 오목부의 저면 및 측벽부에 대하여, 제2 또는 제3 컬러 필터 패턴(15b, 16b)을 밀착성 높게 형성할 수 있는 이점이 있다.
이러한 컬러 필터 구성에서는, 제1 컬러 필터(14)로 둘러싼 영역에 다른 컬러 필터(15, 16)를 형성하고 있다. 이로 인해, 단체의 감광성 컬러 레지스트로는 패턴 형성이 용이하지 않을 정도로 감광성이 낮은 경우에도, 제2 컬러 필터(15)와 제3 컬러 필터(16)의 밀착성을 양호하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 밀착성이 양호하기 때문에, 하층 평탄화층(12)을 생략하고, 반도체 기판(10) 위에 직접 컬러 필터 패턴(14b, 15b, 16b)을 형성할 수 있다는 효과도 있다.
제2 이후의 컬러 필터를 형성할 개소는, 제1 컬러 필터의 에칭 시에, 하층 평탄화층(12)의 일부가 에칭 공정으로 제거되어 있으며, 반도체 기판(10)이 표면에 노출되어 있는 경우가 많은 공정으로 되어 있다. 전술한 바와 같이, 반도체 기판(10)은, 표면 보호 및 평탄화를 위하여 SiO2 등의 물질에 의해 표면 보호막이 형성되어 있는 경우가 많다. 이 경우, 반도체 기판(10)의 표면이 산화되어 있고, 친수성으로 되어 있는 것을 생각할 수 있다. 이러한 반도체 기판(10)의 표면에, 제2 이후의 컬러 필터를 포토리소그래피 공정으로 형성하면, 친수성을 갖는 반도체 기판(10)과 제2 이후의 컬러 필터가 접촉되어 있는 부분에 현상액이 돌아 들어간다. 이로 인해, 제2 이후의 컬러 필터 패턴(제2, 제3 컬러 필터 패턴(15b, 16b))이 박리되는 것이 상정된다. 그로 인해, 반도체 기판(10)의 재료에 따라서는, 기존의 방법, 예를 들어 HDMS(헥사메틸디실라잔) 처리 등의 방법에 의해, 반도체 기판(10)의 표면을 소수성으로 함으로써, 제2 이후의 컬러 필터 패턴이 박리될 가능성을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 컬러 필터(14)는, 광 경화에 관여하는 수지 성분 등의 함유율이 적으며, 또한 안료 농도가 높은 컬러 필터용 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 1색째의 컬러 필터용 재료에 있어서의 안료의 함유율을 70질량％ 이상으로 구성하는 것이 바람직하다. 그것에 의하여, 제1 컬러 필터용 재료에, 종래의 감광성 컬러 레지스트를 사용한 포토리소그래피 프로세스로는 경화 불충분해져 버리는 농도의 안료가 포함되어 있어도, 제1 컬러 필터(14)를 고정밀도로, 잔사나 박리도 없이 형성할 수 있다. 구체적으로는, 제1 컬러 필터(14)로서 그린의 컬러 필터를 사용한 경우, 레드의 컬러 필터 혹은 입사된 광의 컬러 필터의 광 경화 성분을 저감시킬 수 있다. 이로 인해, 안료 농도를 고농도로 해도, 포토리소그래피로 각 컬러 필터 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
어느 이유에 의해서든, 최초의 제1 컬러 필터(14)를, 감광성 성분이 없거나, 또는 열 경화에 중점을 두고 감광성 성분을 적게 한 제1 컬러 필터용 재료를 사용하여 형성한다. 그렇게 함으로써, 제1 컬러 필터(14)는, 반도체 기판(10) 또는 하층 평탄화층(12)에 밀착되어, 다른 컬러 필터 형성 시에 발생하는 잔사나 반도체 기판(10) 또는 하층 평탄화층(12)으로부터의 박리가 없고, 또한 높은 해상도로 할 수 있다. 그리고, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)는, 감광성의 제2, 제3 컬러 필터용 재료를 사용하여, 공정이 적어 효율적인 포토리소그래피의 형성 공법으로 형성된다. 그렇게 함으로써, 최초로 형성한 제1 컬러 필터 패턴(14b)이, 정확한 패턴이 되고, 제2, 제3 컬러 필터 패턴(15b, 16b)을 포토리소그래피로 형상 좋게 형성할 수 있다. 또한, 제1 컬러 필터(14)가 견고하게 반도체 기판(10) 또는 하층 평탄화층(12)에 밀착되어 있기 때문에, 밀착성이 높고, 박리가 없는 컬러 필터를 형성할 수 있다는 효과가 있다.
(제2 이후의 컬러 필터 형성 공정의 제2 방법)
이어서, 제2 이후의 컬러 필터의 패턴을 형성하는 제2 방법에 대하여 도 6의 (a) 내지 도 6의 (h)를 사용하여 설명한다. 제2 방법은, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)에서 사용하는 제2, 제3 컬러 필터막(15d, 16d)을, 감광성을 갖게 하지 않는 컬러 필터용 재료로 형성하는 경우에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.
도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 컬러 필터(14)가 형성된 기판의 전체면에 대하여, 제2 컬러 필터용 재료의 도포를 행한다. 이 때 사용하는 제2 컬러 필터용 재료는, 감광성을 갖게 하지 않고, 가열에 의해 경화되는 열 경화형의 수지 재료를 사용한다. 제2 컬러 필터용 재료는 감광성을 갖지 않기 때문에, 전술한 바와 같이, 감광성 성분의 첨가가 불필요해져 안료 농도를 짙게 할 수 있다. 이로 인해, 제2 컬러 필터(15)의 막 두께의 제어 및 굴절률의 제어 등이 용이해진다. 이 후, 제2 컬러 필터용 재료를 경화하여 제2 컬러 필터막(15d)을 형성하기 위하여, 고온에서의 가열을 행한다. 가열 온도는 디바이스에 영향이 나타나지 않는 범위에서의 가열이 바람직하고, 구체적으로는 300℃ 이하이며, 또한 240℃ 이하가 바람직하다.
도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제2 컬러 필터막(15d)의 막 두께를 균일하게 하기 위해서는, 제2 컬러 필터용 재료를 많이 도포할 필요가 있다. 이로 인해, 제2 컬러 필터용 재료는, 제1 컬러 필터(14) 위에 여분으로 형성되어 있다. 그로 인해, CMP 등의 연마 공정 또는 건식 에칭 기술을 사용하여 에치 백 공정을 행하여, 여분의 제2 컬러 필터용 재료의 제거를 행한다. 또한, 제2 컬러 필터용 재료는, 평탄화나 원하는 막 두께를 제거하는 등의 공지된 기술을 사용한 공정에 의해 제거할 수 있다. 또한, 여분의 제2 컬러 필터막(15d)의 제거 공정은, 후술하는 제3 컬러 필터(16)의 형성 개소를 개구시키는 에칭 공정에서 문제되지 않는 것이면, 복수색의 컬러 필터(14, 15, 16)를 형성한 후에 마지막으로 행해도 된다.
이어서, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 컬러 필터막(15d)의 상부에 감광성 수지 마스크 재료를 도포하여 감광성 수지 마스크층(20a)을 형성한다.
계속하여, 도 6의 (c), 도 6의 (d)에 도시하는 바와 같이, 제3 컬러 필터(16)를 배치할 장소가 개구되도록 노광, 현상을 행하여, 패턴(20b)을 형성한다. 패턴(20b)을 형성한 감광성 수지 마스크층(20a)을 현상하여 패턴(20b)을 제거함으로써, 개구부(20c)를 형성하고 에칭 마스크(20)를 형성한다.
계속하여, 도 6의 (e)에 도시하는 바와 같이, 개구부(20c)를 형성한 에칭 마스크(20)를 사용한 건식 에칭 기술을 사용하여, 제2 컬러 필터막(15d)의 영역 중에서, 제3 컬러 필터(16)를 배치하기 위하여 불필요한 부분을 제거하여 개구부(15e)를 형성한다. 이때, 에칭 마스크(20)에 대해서는, 가열이나 자외선 조사 등의 경화 처리를 행해도 된다. 도 6의 (f)에 도시하는 바와 같이, 에칭 마스크(20)를 용제에 의한 박리, 세정, 광 여기 또는 산소 플라스마에 의한 회화 처리인 애싱 등의 공지된 제거 방법에 의해 제거한다. 이에 의해, 제3 컬러 필터(16)가 형성될 위치에 개구부(15e)가 형성되어 있고, 그 이외의 위치에 제1 컬러 필터(14)와 제2 컬러 필터(15)가 형성되어 있다.
도 6의 (g)에 도시하는 바와 같이, 제1 컬러 필터(14)와 제2 컬러 필터(15)가 형성된 기판의 전체면에 대하여, 개구부(15e)를 메우도록 제3 컬러 필터용 재료를 도포하고 경화하여 제3 컬러 필터막(16d)을 형성한다. 이 후, 도 6의 (h)에 도시하는 바와 같이, 제1, 제2 컬러 필터(14, 15) 위의 여분의 제3 컬러 필터막(16d)을 제거하여, 제3 컬러 필터(16)로 한다.
제4 이후의 컬러 필터를 형성하는 경우, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)와 마찬가지로 컬러 필터용 재료의 도포, 경화 처리를 행한다. 이 후에, 패터닝을 행하여 개구부를 형성한 감광성 수지 재료를 에칭 마스크(20)로 하여 건식 에칭을 행하여, 여분의 감광성 수지 마스크층(20a)을 제거함으로써, 복수색의 컬러 필터를 형성할 수 있다.
또한, 각 컬러 필터용 재료를 도포하여, 경화를 행한 단계에서, 연마 공정이나 에치 백 공정에 의한 평탄화 및 여분의 컬러 필터용 재료의 제거를 행하지 않고, 다음 컬러 필터용 재료의 도포 공정으로 진행하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 제1, 제2, 제3 컬러 필터용 재료 중 복수색의 컬러 필터용 재료가 겹친 장소가 존재한다. 그로 인해, 마지막으로 소정의 막 두께까지, CMP 등의 연마 공정 또는 건식 에칭 기술을 사용하여 에치 백 공정을 행하여 평탄화나 원하는 막 두께를 제거하는 등의 공지된 기술을 사용한 공정에 의해, 컬러 필터의 일부를 제거할 수 있다. 이에 의해, 각 색의 컬러 필터(14, 15, 16)를 단차없이 형성할 수 있다. 이 경우, 각 컬러 필터 사이에서 단차가 없는 구조 때문에, 상층 평탄화층(13)을 형성하지 않고, 공지된 마이크로렌즈 형성 방법으로 마이크로렌즈를 형성할 수 있다.
상술한 제1 방법은, 제2 컬러 필터(15) 이후의 컬러 필터의 포토리소그래피에 의한 형성 방법이다. 제1 방법에서는, 제2 컬러 필터(15) 이후의 컬러 필터용 재료에 광 경화성을 갖게 하고, 선택적으로 노광, 현상을 행하여 제2 컬러 필터(15) 이후를 형성하고 있다.
또한, 상술한 제2 방법은, 건식 에칭을 복수회 반복하는 형성 방법이다. 제2 방법에서는, 제2 컬러 필터(15) 이후의 컬러 필터용 재료에 감광성 성분을 갖게 하지 않고 열 경화 성분을 갖게 하고, 전체면에 도포하고 열 경화를 행한다. 그리고, 감광성의 컬러 필터막을, 잔존시키고 싶은 제2 컬러 필터(15) 이후의 위에 에칭 마스크로서 형성하고, 제2 컬러 필터(15) 이후도 건식 에칭으로 제작한다. 이 2가지 방법들은, 동일한 공정을 반복함으로써, 제2, 제3 컬러 필터를 형성하고 있지만, 원하는 분광 특성이 얻어진다면, 이 공정들을 조합하여 사용해도 된다.
(4색 이상의 복수색의 컬러 필터의 경우)
4색 이상의 복수색의 컬러 필터를 제조하는 경우는, 제3 컬러 필터 이후는 상술한 제2 컬러 필터(15)의 형성 공정과 마찬가지의 처리를 반복함으로써 형성할 수 있다. 또한, 마지막 색의 컬러 필터를 형성하는 공정에서 상술한 제3 컬러 필터(16)의 형성 공정과 마찬가지의 처리를 행한다. 이에 의해, 4색 이상의 복수색의 컬러 필터를 제조할 수 있다.
<효과>
제1 실시 형태에 관한 발명은, 이하의 효과를 갖는다.
(1) 제1 컬러 필터(14)와 제2, 제3 컬러 필터(15, 16) 사이 및 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)끼리의 사이에 격벽(17)이 형성되기 때문에, 표시 화소에 있어서의 혼색을 저감시킬 수 있다.
(2) 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법에 의하면, 제2 이후의 컬러 필터 형성 시의 건식 에칭 공정에 있어서 생성되고, 제1 컬러 필터의 측벽에 부착된 반응 생성물을, 각 색의 컬러 필터를 구획하는 격벽(제1 벽 부분)으로서 사용할 수 있다.
(3) 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법에 의하면, 반응성이 적은 원소를 포함하는 희가스를 전체 가스 유량의 90％ 이상 포함하며, 또한 불소계 및 산소계 등의 반응성을 갖는 가스종이 1종류 이상 혼합된 건식 에칭 가스를 사용하여 에칭을 행한다. 이에 의해, 화학 반응을 이용하여 에칭 레이트를 향상시키고, 또한 측벽으로의 부착되는 반응 생성물의 양을 증가시킬 수 있다. 이로 인해, 제1 컬러 필터의 측벽에 부착시킨 반응 생성물을 격벽(17)으로서 사용할 수 있다.
(4) 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법에 의하면, 제1 컬러 필터(14)를 가이드 패턴으로서 사용하여, 고온의 가열 처리에 의해 제2 이후의 컬러 필터 재료를 경화시킨다. 이로 인해, 제2 이후의 컬러 필터 재료의 하측에 하층 평탄화층이 없어도 반도체 기판과 컬러 필터의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
(5) 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법에 의하면, 격벽 형성 시의 재료 공급원으로서 반도체 기판의 표면에 보호막이 형성되어 있으면, 하층 평탄화층을 생략할 수 있다.
(6) 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법에 의하면, 제1 컬러 필터막 형성 공정에 있어서, 감광성 성분을 포함하지 않으며, 또한 제1 안료를 농도 70질량％ 이상 포함하는 제1 컬러 필터용 재료를 사용하고 있다. 이로 인해, 제1 컬러 필터용 재료에 종래의 감광성 컬러 레지스트를 사용한 포토리소그래피 프로세스로는 경화가 불충분해져 버리는 농도의 안료가 혼합되어 있어도, 제1 컬러 필터를 고정밀도로, 잔사나 박리도 없이 형성할 수 있다.
2. 제2 실시 형태
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(2-1) 고체 촬상 소자의 구성
제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판 위에 격벽을 형성할 반응 생성물의 재료 공급원이 되는 격벽 재료층이 형성되어 있는 점에 특징을 갖고 있다. 제1 컬러 필터를 에칭에 의해 형성할 때에, 제1 컬러 필터 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물에 의한 격벽 이외에도, 격벽 재료층의 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 사용하여, 격벽을 형성할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 도 7에 그의 단면 구조를 도시하는 바와 같이, 2차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10)과, 마이크로렌즈(18)를 구비하고 있다. 또한, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판(10)과 마이크로렌즈(18) 사이에 설치된 복수색의 컬러 필터(14, 15, 16)와, 컬러 필터(14, 15, 16) 각각의 사이에 형성된 격벽(27)과, 반도체 기판(10)의 상측의 일부에 형성된 하층 평탄화층(12)과, 컬러 필터(14, 15, 16) 및 격벽(27)의 표면 위에 형성된 상층 평탄화층(13)을 구비하고 있다. 또한, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판(10)과 제1 컬러 필터(14) 사이에 형성된 격벽 재료층(30)을 구비하고 있다.
또한, 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 부여하는 것으로 한다. 즉, 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10), 하층 평탄화층(12), 컬러 필터(14, 15, 16), 상층 평탄화층(13) 및 마이크로렌즈(18) 각각은, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 각 부와 마찬가지의 구성이다. 이로 인해, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 각 부와 공통되는 부분에 관한 상세한 설명에 대해서는 생략한다.
(격벽 재료층)
격벽 재료층(30)은, 제1 컬러 필터(14)의 하부에 형성된, 가시광을 투과하는 층이다. 격벽 재료층(30)은, 예를 들어 반도체 기판(10) 위에 형성되고, 380㎚ 내지 700㎚의 가시광을 투과하는 투명한 층이다. 격벽 재료층(30)은, 격벽(27)을 형성할 때에, 격벽(27)에 있어서의 제2 벽 부분이 되는 재료를 공급하는 층이다. 즉, 격벽(27)은, 격벽 재료층(30)에 포함되는 격벽용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 포함하는 제2 벽 부분(27b)을 갖는다.
격벽 재료층(30)은, 격벽용 재료로서 실리콘 및 금속의 적어도 한쪽을 포함하는 단층 또는 다층의 층인 것이 바람직하다. 또한, 격벽 재료층(30)은, 실리콘층, 실리콘 화합물층 및 금속 박막층 그리고 실리콘 및 실리콘 화합물의 혼합물층의 군으로부터 선택되는 층을 포함하고 있는 것이 보다 바람직하다. 격벽용 재료로서는, 예를 들어 SiO2 등의 산화 화합물이나 SiN 등의 질화 화합물이 사용된다. 특히, Si를 포함한 재료의 경우, 격벽(27)으로서 SiO2를 형성할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 가시광이 충분한 양만큼 투과되는 것이라면, 금속 박막층을 형성해도 되고, 금속 재료로서는 티타늄, 텅스텐, 구리, 알루미늄 등의 금속이나 금속 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 격벽 재료층(30)의 두께는, 1㎚ 이상 100㎚ 이하인 것이 바람직하고, 10㎚ 이상 50㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다. 격벽 재료층(30)의 조성 및 막 두께를 조정함으로써, 격벽(27)의 굴절률 및 반사율을 조정할 수 있다. 또한, 제1 실시 형태에 있어서 설명한 바와 같이, 컬러 필터(14, 15, 16)와 광전 변환 소자(11)의 간격은 짧은 편이 좋다. 이로 인해, 격벽 재료층(30)은 얇은 편이 바람직하다. 예를 들어, 격벽 재료층(30)의 막 두께가 너무 얇으면, 격벽(27)의 두께가 부족하며, 또한 격벽 재료층(30)의 면 내에서 불균일이 발생할 가능성을 생각할 수 있다. 한편, 격벽 재료층(30)의 막 두께가 너무 두꺼우면, 컬러 필터(14, 15, 16)부터 광전 변환 소자(11)까지의 거리가 길어짐으로써, 혼색이 발생할 가능성이 높아진다.
(격벽)
제2 실시 형태에 있어서의 격벽(27)은, 제1 컬러 필터(14), 하층 평탄화층(12) 및 격벽 재료층(30)의 측벽에 형성되어 있다. 격벽(27)은, 제1 컬러 필터용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 포함하는 제1 벽 부분(27a)과, 격벽 재료층(30)의 측벽에 형성된, 격벽 재료층(30)에 포함되는 격벽용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 포함하는 제2 벽 부분(27b)을 구비하고 있다. 또한, 격벽(27)은, 하층 평탄화층(12)에 포함되는 하층 평탄화층 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물도 포함하는 제3 벽 부분도 갖는다. 이와 같이, 제2 실시 형태에 있어서의 격벽(27)은, 제1 벽 부분(27a)의 하방에 제2 벽 부분(27b)을 갖는다.
격벽(27)은, 격벽 재료층(30)에 포함되는 격벽용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 포함하는 제2 벽 부분(27b)이, 제1 벽 부분(27a)의 외측에도 형성된 2층 구조(격벽(27)의 두께 방향으로 이중으로 되어 있는 구조)로 되어 있어도 된다.
또한, 격벽(27)의 두께는 200㎚ 이하인 것이 바람직하고, 격벽 자체의 바로 위로부터 입사되는 광을 고려하면 100㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 요구되는 굴절률 및 차광성을 갖는 것이면, 격벽(27)의 두께는 50㎚ 정도인 것이 더욱 바람직하다. 격벽(27)의 두께는, 전술한 바와 같이 격벽 재료층(30)의 조성 및 막 두께에 의해 조정된다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서도, 하층 평탄화층(12)은, 격벽 재료층(30)이 반도체 기판(10)을 평탄화하며, 또한 제1 컬러 필터(14)의 밀착성이 향상되는 것이면, 반드시 형성하지 않아도 된다. 상층 평탄화층(13)은, 컬러 필터(14, 15, 16)가 평탄하게 형성되어 있는 경우, 반드시 형성하지 않아도 된다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 제2 이후의 컬러 필터(제2, 제3 컬러 필터(15, 16))의 하부에 형성된 격벽 재료층(30) 및 하층 평탄화층(12)은, 건식 에칭 공정으로 제거되어 있다.
(2-2) 고체 촬상 소자의 제조 방법
이어서, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이, 2차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10)을 준비하고, 그 표면에, 파장 380㎚ 내지 700㎚의 가시광이 투과 가능한 투명한 격벽 재료층(30)을 소정의 두께로 형성한다. 격벽 재료층(30)은, SiO2 등의 산화막의 경우는, SOG(Spin On Glass) 등을 도포하고 가열을 행하여 경화하는 방법이나 증착, 스퍼터, CVD 등의 각종 성막 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 막 두께 투과율을 만족시킬 수 있는 전술한 격벽 재료층은 각종 성막 방법을 사용하여 형성할 수 있다.
도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 투명한 격벽 재료층(30) 위에 하층 평탄화층(12)을 형성한다. 격벽 재료층(30)에 의해 반도체 기판(10)이 평탄화되어 있으면, 하층 평탄화층(12)은 반드시 필요로 하지는 않는다. 하층 평탄화층(12)은, 컬러 필터의 밀착성을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 격벽 재료층(30)의 재료에 의해 밀착성이 저하되는 경우는, 형성하는 것이 바람직하다.
이어서, 도 8의 (c) 내지 도 8의 (f)에 도시하는 바와 같이, 제1 컬러 필터막(14d)을 형성하고, 그 위에 감광성 수지 마스크층(20a)을 형성하고, 노광, 현상 공정을 행함으로써 패터닝을 행한다. 이에 의해, 에칭 마스크(20)를 형성한다. 여기에서 사용하는 공정, 조건, 재료에 대해서는, 전술한 제1 실시 형태의 도 4의 (b) 내지 도 4의 (e)의 공정과 마찬가지이다.
이어서, 도 8의 (g) 내지 도 8의 (i)에 도시하는 바와 같이, 에칭 마스크(20)를 사용하여, 제1 컬러 필터막(14d)에 대하여 건식 에칭을 행하여, 제1 컬러 필터막(14d)의 패터닝을 행한다. 건식 에칭에 사용하는 에칭 가스에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 제2 실시 형태에 있어서도, 초기의 단계에서 전체 가스 유량의 90％ 이상을 희가스 등의 이온의 물리적 충격이 주체로 에칭을 행하는 가스로 하고, 거기에 불소계 가스나 산소계 가스를 혼합한 에칭 가스를 사용함으로써 화학 반응도 이용하여 에칭 레이트를 향상시킨다. 단, 이 화학 반응을 이용한 가스를 사용하여, 장시간 에칭을 행하면, 하지의 반도체 기판(10)까지 에칭을 해 버릴 가능성이 높아진다. 이로 인해, 제1 컬러 필터막(14d)을 모두 에칭하지 않고, 도중에 에칭 가스의 변경이나, 혼합 가스의 비율을 변경하는 다단계 에칭을 행한다.
제2 실시 형태에 있어서, 하층 평탄화층(12) 아래에 형성된 격벽 재료층(30)은, Si를 포함한 산화막, 질화막 또는 이들의 혼합물과 같은 층이 형성되어 있고, 미리 에칭으로 제거하는 것을 전제로 한 층이다. 그로 인해, 제1 실시 형태와 같이, 에칭으로 제거하지 않는 것이 바람직한 반도체 기판(10)이 바로 아래에 있는 구조에 비하여, 불소계 가스나 산소계 가스의 화학 반응을 이용한 에칭 가스종을 사용해도 에칭 마진을 많이 취할 수 있어 바람직하다.
구체적으로는, 불소계 가스나 산소계 가스 등의 화학 반응이 일어나는 가스 또는 이 가스들을 복수 혼합시킨 혼합 가스와, Ar, He 등의 반응성이 적은 원소를 포함하는 희가스를 포함하는 에칭 가스를 사용한다. 이때, 에칭 초기에 있어서, 반응성이 적은 희가스를 전체 가스 유량의 80％ 이하가 되도록 한다. 또한, 반응성이 적은 희가스를 전체 가스 유량의 70％ 이하의 유량으로 하는 것이 바람직하고, 50％ 이하의 유량으로 하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 에칭 가스 구성비로, 제1 컬러 필터막(14d)의 초기 막 두께의 60％ 이상 95％ 이하의 막 두께분의 에칭을 행한다. 면 내에서의 균일성을 고려하면, 제1 컬러 필터막(14d)의 초기 막 두께의 80％ 이상 90％ 이하의 막 두께분의 단계까지 에칭하는 것이 바람직하다. 이 에칭 시에, 제1 컬러 필터막(14d)과 에칭 가스의 반응 생성물이, 제1 컬러 필터막(14d)의 측벽에 부착되어, 격벽에 있어서의 제1 벽 부분(27a)을 형성한다. 또한, 제1 컬러 필터막(14d)에 그린의 안료를 사용하고 있는 경우는, Zn이나 Cu를 함유하는 반응 생성물이 측벽에 부착되어 격벽(27)으로서 형성된다. 도 8의 (g)에 도시하는 바와 같이, 반응 생성물의 측벽에 대한 부착은, 제1 컬러 필터막(14d)이 없어질 때까지 계속한다.
그 후, 도 8의 (h)에 도시하는 바와 같이, 불소계 가스를 제거하여, Si를 화학적으로 에칭하지 않는 가스, 예를 들어 산소나 희가스의 단일 가스, 또는 이들 복수를 혼합한 가스를 사용하여, 제1 컬러 필터막(14d)의 막 두께 이상으로 오버 에칭을 행한다. 오버 에칭을 행함으로써, 도 8의 (h) 및 도 8의 (i)에 도시하는 바와 같이, 제1 컬러 필터막(14d)의 하부에 있는 하층 평탄화층(12) 및 격벽 재료층(30)의 에칭이 행하여진다. 이에 의해, 제1 컬러 필터(14)의 에칭 잔사가 적은 면이 얻어진다. 이때, 에칭 가스로서 화학 반응이 적고, 이온의 물리적 충격이 큰 가스를 사용한다. 이로 인해, 격벽 재료층(30)이 에칭됨과 동시에 격벽 재료층(30)의 재료와 에칭 가스의 반응 생성물이 제1 컬러 필터(14)의 측벽에도 부착된다. 이로 인해, 격벽 재료층(30)을 에칭하고 있을 때에, 제1 컬러 필터막(14d)의 측벽에 제1 컬러 필터용 재료와 에칭 가스의 반응 생성물이 부착되어 제1 벽 부분이 형성되고, 그 외측에, 격벽 재료층(30)용의 재료와 에칭 가스의 반응 생성물이 부착되어 제2 벽 부분의 일부가 더 형성된다. 격벽 재료층(30)이 Si를 포함하고 있으면, 격벽 재료층(30)의 재료와 산소가 반응하여, SiO2의 막이 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 형성된다. 이 형성 공정에 의해, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에는, 격벽(27)의 두께 방향을 향하여, 2층 구조의 격벽(27)이 형성된다.
반응성이 낮은 희가스로 오버 에칭을 행하는 경우, 에칭 마스크(20)로 하고 있는 감광성 수지 마스크 재료가 대미지를 받아, 경화됨으로써, 제거가 곤란해지는 경우가 있다. 그로 인해, 에칭 공정의 마지막에, O2에 의한 에칭(애싱)을 단시간이라도 행하는 것이 바람직하다. 이 공정에 의해, 에칭 마스크(20)의 표면의 대미지층이 제거되어, 박리액 등의 용제에 의해, 용이하게 감광성 수지 마스크 재료의 제거가 가능해진다. 또한, 진공 중에서 건식 에칭을 행하기 때문에, 제1 컬러 필터(14)의 측벽에 부착되어 있는 반응 생성물 중의 Si가, 산소의 에칭에 의해, 산화되어 SiO2가 되는 효과도 상정된다.
도 8의 (i)에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(10) 표면에 도달할 때까지 격벽 재료층(30)의 건식 에칭을 행한 후, 에칭 마스크(20)를 제거함으로써 도 8의 (j)에 도시하는 바와 같이, 제1 컬러 필터(14)를 형성할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 컬러 필터(14)의 하부에는, 하층 평탄화층(12) 및 격벽 재료층(30)의 일부가 잔존한다.
또한, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16), 상층 평탄화층(13) 및 마이크로렌즈(18)는, 제1 실시 형태의 도 5의 (a) 내지 도 5의 (h)에 도시하는 각 공정과 마찬가지의 공정에 의해 형성할 수 있다.
(4색 이상의 복수색의 컬러 필터의 경우)
4색 이상의 복수색의 컬러 필터를 형성하는 경우에 대해서도, 제1 실시 형태에서 설명한 방법과 마찬가지로 하여 형성할 수 있다. 즉, 하부에 하층 평탄화층(12) 및 격벽 재료층(30)이 형성된 제1 컬러 필터(14)를 형성 후, 제3 컬러 필터 이후는 상술한 제2 컬러 필터(15)의 형성 공정과 마찬가지의 처리를 반복함으로써 형성한다. 또한, 마지막 색의 컬러 필터를 형성하는 공정에서 상술한 제3 컬러 필터(16)의 형성 공정과 마찬가지의 처리를 행한다. 이에 의해, 4색 이상의 복수색의 컬러 필터를 제조할 수 있다.
<효과>
제2 실시 형태에 관한 발명은, 제1 실시 형태에 기재한 각 효과 외에도, 이하의 효과를 더 갖는다.
(7) 고체 촬상 소자의 반도체 기판 위에 격벽을 형성할 반응 생성물의 재료 공급원이 되는 격벽 재료층의 조성 및 막 두께를 조정함으로써, 격벽의 굴절률 및 반사율을 조정하는 것이 용이해진다.
3. 제3 실시 형태
이하, 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(3-1) 고체 촬상 소자의 구성
제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판 위에 격벽을 형성할 반응 생성물의 재료 공급원이 되는 격벽 재료층이, 복수의 컬러 필터 각각의 하부에 형성되어 있는 점에 특징을 갖고 있다. 제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에서는, 제2, 제3 컬러 필터의 하부에도 격벽 재료층이 형성되어 있는 점에서, 제2 실시 형태의 고체 촬상 소자와는 상이하다.
본 발명의 제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 도 9에 그의 단면 구조를 도시하는 바와 같이, 2차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10)과, 마이크로렌즈(18)를 구비하고 있다. 또한, 제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판(10)과 마이크로렌즈(18) 사이에 설치된 복수색의 컬러 필터(14, 15, 16)와, 컬러 필터(14, 15, 16) 각각의 사이에 형성된 격벽(27)과, 반도체 기판(10) 상측의 일부에 형성된 하층 평탄화층(12)과, 컬러 필터(14, 15, 16) 및 격벽(27)의 표면 위에 형성된 상층 평탄화층(13)을 구비하고 있다. 또한, 제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판(10)과 마이크로렌즈(18) 사이에 형성된 격벽 재료층(40)을 구비하고 있고, 격벽 재료층(40)은, 복수의 컬러 필터(14, 15, 16)의 각각의 하부에 형성되어 있다. 격벽 재료층(40)은, 그의 일부가 에칭에 의해 제거되어 있지만, 완전히 제거되지는 않았다. 격벽 재료층(40)은, 에칭 공정에서의 반도체 기판(10)의 손상을 방지하여, 반도체 기판(10)의 표면을 보호하는 기능을 갖는다.
또한, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에 있어서, 제1, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 각 부와 마찬가지의 구성인 경우에는, 제1, 제2 실시 형태에 사용한 참조 부호와 동일한 참조 번호를 부여하는 것으로 한다. 즉, 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10), 하층 평탄화층(12), 컬러 필터(14, 15, 16), 상층 평탄화층(13) 및 마이크로렌즈(18) 각각은, 제1, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 각 부와 마찬가지의 구성이다. 또한, 격벽(27)은, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 격벽(27)과 마찬가지의 구성이다. 이로 인해, 제1, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 각 부와 공통되는 부분에 관한 상세한 설명에 대해서는 생략한다.
(격벽 재료층)
격벽 재료층(40)은, 제1, 제2, 제3 컬러 필터(14, 15, 16)의 하부에 형성된, 가시광을 투과하는 층이다. 격벽 재료층(40)은, 제1, 제2, 제3 컬러 필터(14, 15, 16)의 하부에 있어서 연속되어 있다. 격벽 재료층(40)은, 격벽(27)의 저부가 반도체 기판(10)까지 도달하지 않도록 형성되어 있고, 격벽(27)의 저부와 반도체 기판(10) 사이에는 격벽 재료층(40)이 존재하고 있다. 즉, 고체 촬상 소자의 제조 방법에 있어서, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)를 형성하는 위치의 제1 컬러 필터막(14d)을 에칭할 때에 격벽 재료층(40)을 완전히 에칭하지 않음으로써, 제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자를 얻을 수 있다.
격벽 재료층(40)의 구성은, 상술한 형상 이외는 제2 실시 형태와 마찬가지이다. 즉, 격벽 재료층(40)은, 예를 들어 반도체 기판(10) 위에 형성되고, 380㎚ 내지 700㎚의 가시광을 투과하는 투명한 층이며, 격벽(27)을 형성할 때에, 격벽(27)이 되는 재료를 공급하는 층이다. 격벽(27)은, 격벽 재료층(40)에 포함되는 격벽용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 포함하고 있다.
또한, 격벽 재료층(40)을 구성하는 격벽용 재료는, 제2 실시 형태에 기재된 재료를 사용할 수 있다.
반응성이 낮은 희가스를 사용하여 에칭을 행하는 경우, 격벽 재료층(40)이 SiO2나, SiN 등의 산화막 및 질화막이나 이들의 혼합물로 구성되어 있으면, 제1 컬러 필터막(14d)이나 하층 평탄화층(12)보다도, 에칭 레이트가 느려진다. 이로 인해, 제1 컬러 필터막(14d)의 에칭 시에 발생하는 잔사 등을 완전히 제거한 단계에서도 격벽 재료층(40)은 남아 있다고 상정된다. 격벽 재료층(40)이 남아 있는 동안에는, 반도체 기판(10)은 에칭 가스에 노출되지 않는다. 이로 인해, 반도체 기판(10)에 에칭에 의한 손상이 발생할 가능성은 매우 낮아진다. 또한, 이 격벽 재료층(40)은, 가시광에 투명하기 때문에, 남아 있어도 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)에 영향을 미치지 않는다. 잔류시키는 격벽 재료층(40)의 두께에 따라서는, 제1 컬러 필터(14)의 하부에는, 하층 평탄화층(12)과 격벽 재료층(40)이 남아 있다. 한편, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)의 하부에는, 격벽 재료층(40)만이 존재한다. 이 때문에, 막 두께의 조정이나, 위상차의 조정이 가능해진다. 제2, 제3 컬러 필터(15, 16)에 감광성 성분을 혼합시키는 경우, 원하는 분광 특성을 얻기 위해서는, 제1 컬러 필터(14)보다도 막 두께가 다소 두꺼워지는 경우에도, 막 두께 조정이 가능해지는 이점이 있다.
또한, 격벽 재료층(40)의 두께는 30㎚ 이상 100㎚ 이하인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 컬러 필터(14, 15, 16)와 광전 변환 소자(11)의 간격은 짧은 쪽이, 혼색이 발생하기 어렵다. 이로 인해, 격벽 재료층(40)이나 하층 평탄화층(12)의 막 두께는 원래 얇은 편이 바람직하다. 격벽 재료층(40)의 막 두께가 예를 들어 30㎚ 미만으로 얇은 경우에는, 제2 실시 형태에 기재된 격벽 재료층(30)의 구성으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 격벽 재료층(40)의 막 두께가 예를 들어 30㎚ 이상 100㎚ 이하와 같이 비교적 두껍게 한 경우나, 반응성이 낮은 희가스에 의해 격벽 재료층(40)의 에칭 레이트가 느린 경우에는, 본 실시 형태에 기재된 격벽 재료층(40)의 구성으로 하는 것이 바람직하다.
(3-2) 고체 촬상 소자의 구성
이어서, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제3 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 10의 (a) 내지 도 10의 (f)에 도시하는 반도체 기판(10)의 표면에 하층 평탄화층(12) 및 제1 컬러 필터막(14d)을 형성하고, 그 위에 에칭 마스크(20)를 형성하는 공정은, 제2 실시 형태의 도 8의 (a) 내지 도 8의 (f)와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
이어서, 도 10의 (g) 내지 도 10의 (i)에 도시하는 바와 같이, 에칭 마스크(20)를 사용하여, 제1 컬러 필터막(14d)에 대하여 건식 에칭을 행하여, 제1 컬러 필터막(14d)의 패터닝을 행한다. 건식 에칭에 사용하는 에칭 가스에 대해서는, 제1, 제2 실시 형태와 마찬가지이다.
도 10의 (g), 도 10의 (h)에 도시하는 바와 같이, 제1 컬러 필터막(14d) 및 하층 평탄화층(12)을 에칭할 때까지는, 제2 실시 형태의 도 8의 (g), 도 8의 (h)와 마찬가지로 하여 에칭을 행한다. 그리고, 도 10의 (i)에 도시하는 바와 같이, 제3 실시 형태에서는, 격벽 재료층(40)의 도중까지 에칭을 행하고, 모두 에칭하지 않고 에칭 공정을 종료한다.
계속하여, 도 10의 (j)에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(10) 표면에 도달하기 전에 격벽 재료층(40)의 건식 에칭을 종료한 후, 에칭 마스크(20)를 제거함으로써, 제1 컬러 필터(14) 및 격벽(27)을 형성할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 컬러 필터(14)의 하부에는, 하층 평탄화층(12) 및 격벽 재료층(40)의 일부가 잔존한다.
또한, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16), 상층 평탄화층(13) 및 마이크로렌즈(18)는, 제1 실시 형태의 도 5의 (a) 내지 도 5의 (h)에 도시하는 각 공정과 마찬가지의 공정에 의해 형성할 수 있다.
(4색 이상의 복수색의 컬러 필터의 경우)
4색 이상의 복수색의 컬러 필터를 형성하는 경우에 대해서도, 제1 실시 형태에서 설명한 방법과 마찬가지로 하여 형성할 수 있다. 즉, 하부에 하층 평탄화층(12) 및 격벽 재료층(40)이 형성된 제1 컬러 필터(14)를 형성 후, 제3 컬러 필터 이후는 상술한 제2 컬러 필터(15)의 형성 공정과 마찬가지의 처리를 반복함으로써 형성한다. 또한, 마지막 색의 컬러 필터를 형성하는 공정에서 상술한 제3 컬러 필터(16)의 형성 공정과 마찬가지의 처리를 행한다. 이에 의해, 4색 이상의 복수색의 컬러 필터를 제조할 수 있다.
<효과>
제3 실시 형태에 관한 발명은, 제1, 제2 실시 형태에 기재한 각 효과 외에도, 이하의 효과를 더 갖는다.
(8) 격벽 재료층은, 그의 일부가 에칭에 의해 제거되어 있지만, 완전히 제거되지는 않고 반도체 기판을 덮고 있기 때문에, 에칭 공정에서의 반도체 기판의 손상을 방지하여, 반도체 기판의 표면을 보호한다.
4. 제4 실시 형태
이하, 도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(4-1) 고체 촬상 소자의 구성
제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 반도체 기판 위에 격벽을 형성할 반응 생성물의 재료 공급원이 되는 격벽 재료층이 형성되어 있는 점에 특징을 갖고 있다. 제1 컬러 필터를 에칭에 의해 형성할 때에, 제1 컬러 필터 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물에 의한 격벽 이외에도, 격벽 재료층의 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 사용하여, 격벽을 형성할 수 있다.
제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판 위에 하층 평탄화층이 형성되고, 하층 평탄화층 위에 격벽 재료층(30)이 형성되어 있으며, 층 구성(적층순)의 관점에서 제2 실시 형태와 상이하다.
본 발명의 제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 도 11에 그의 단면 구조를 도시하는 바와 같이, 2차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10)과, 마이크로렌즈(18)를 구비하고 있다. 또한, 제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판(10)과 마이크로렌즈(18) 사이에 설치된 복수색의 컬러 필터(14, 15, 16)와, 컬러 필터(14, 15, 16)의 각각의 사이에 형성된 격벽(17)과, 반도체 기판(10) 위에 형성된 하층 평탄화층(12)과, 컬러 필터(14, 15, 16) 및 격벽(17)의 표면 위에 형성된 상층 평탄화층(13)을 구비하고 있다. 제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판(10)과 마이크로렌즈(18) 사이에 형성된 격벽 재료층(30)을 더 구비하고 있고, 격벽 재료층(30)은, 반도체 기판(10) 위에 형성한 하층 평탄화층(12) 위에 형성된다.
또한, 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에 있어서, 제1, 제2, 제3 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 각 부와 마찬가지의 구성인 경우에는, 제1, 제2, 제3 실시 형태에 사용한 참조 부호와 동일한 참조 번호를 부여하는 것으로 한다. 즉, 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10), 하층 평탄화층(12), 격벽 재료층(30), 컬러 필터(14, 15, 16), 상층 평탄화층(13) 및 마이크로렌즈(18) 각각은, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 각 부와 마찬가지의 구성이다. 또한, 제4 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 하층 평탄화층(12)과 격벽 재료층(30)의 적층순이 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자와 반대로 되어 있는 것 이외는, 동일한 구성이기 때문에, 각 부의 상세한 설명에 대해서는 생략한다.
(4-2) 고체 촬상 소자의 제조 방법
이어서, 도 12를 참조하여, 본 발명의 제4 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이, 2차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10)을 준비하고, 그 표면에, 하층 평탄화층(12)을 형성한다. 계속하여, 도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이 하층 평탄화층(12)의 표면에, 파장 380㎚ 내지 700㎚의 가시광이 투과 가능한 투명한 격벽 재료층(30)을 소정의 두께로 형성한다.
이 후, 도 12의 (c) 내지 도 12의 (j)에 도시하는 바와 같이, 제1 컬러 필터막(14d)을 형성하고, 그 표면에 에칭 마스크(20)를 형성하고, 에칭을 행한 후, 에칭 마스크(20)를 제거하여 제1 컬러 필터(14) 및 격벽(17)을 형성한다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 컬러 필터(14)의 하부에는, 격벽 재료층(30)의 일부 및 하층 평탄화층(12)이 잔존한다.
또한, 격벽 재료층(30)의 에칭에 있어서는, 격벽 재료층(30)은 가시광에 대하여 투명하기 때문에, 전체면에서 막 두께의 변동이 없으면 에칭으로 완전히 제거하지 않아도 된다. 또한, 격벽 재료층(30)의 하부에 있는 하층 평탄화층(12)은, 반도체 기판(10) 및 광전 변환 소자(11)에 영향이 없으면, 에칭으로 제거해도, 잔존시켜도 문제 없다. 여기서, 하층 평탄화층(12)에 수지계 재료를 사용하고 있는 경우, 하층 평탄화층(12)의 에칭 레이트가 빠르다. 이로 인해, 격벽 재료층(30)을 완전히 제거하는 경우는, 그의 하부에 위치하는 하층 평탄화층(12)이 단시간에 에칭되어, 잔존하지 않을 가능성이 높다.
또한, 제2, 제3 컬러 필터(15, 16), 상층 평탄화층(13) 및 마이크로렌즈(18)는, 제1 실시 형태의 도 5의 (a) 내지 도 5의 (h)에 도시하는 각 공정과 마찬가지의 공정에 의해 형성할 수 있다.
(4색 이상의 복수색의 컬러 필터의 경우)
4색 이상의 복수색의 컬러 필터를 형성하는 경우에 대해서도, 제1 실시 형태에서 설명한 방법과 마찬가지로 하여 형성할 수 있다. 즉, 하부에 하층 평탄화층(12) 및 격벽 재료층(30)이 형성된 제1 컬러 필터(14)를 형성 후, 제3 컬러 필터 이후는 상술한 제2 컬러 필터(15)의 형성 공정과 마찬가지의 처리를 반복함으로써 형성한다. 또한, 마지막 색의 컬러 필터를 형성하는 공정에서 상술한 제3 컬러 필터(16)의 형성 공정과 마찬가지의 처리를 행한다. 이에 의해, 4색 이상의 복수색의 컬러 필터를 제조할 수 있다.
(변형예)
도 11에는 제2 및 제3 컬러 필터를 형성하기 위하여, 제1 컬러 필터막(14d)의 에칭을 반도체 기판(10)이 노출될 때까지 행하고 있지만, 이와 같은 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 에칭 깊이를, 격벽 재료층(30)의 도중까지 해도 된다.
<효과>
제4 실시 형태에 관한 발명은, 제2 실시 형태에 기재한 효과와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(9) 고체 촬상 소자의 반도체 기판 위에 격벽을 형성할 반응 생성물의 재료 공급원이 되는 격벽 재료층의 조성 및 막 두께를 조정함으로써, 격벽의 굴절률 및 반사율을 조정하는 것이 용이해진다.
실시예
이하, 본 발명의 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자에 대하여, 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.
<실시예 1>
전술한 바와 같이 제2 내지 제4 실시 형태에서는, 광전 변환 소자가 형성되어 있는 반도체 기판 위에 격벽 재료층이나 하층 평탄화층을 형성했지만, 광전 변환 소자 형성 프로세스에서, 반도체 기판의 표면 보호의 층이 형성되어 있는 경우가 많이 존재한다. 표면 보호층으로서는, 예를 들어 SiO2나 SiN이나 폴리실리콘 등이다. 본 제1 실시 형태는, 이 반도체 기판의 표면 보호층을 격벽 재료층으로서 사용하기 때문에, 반도체 기판 위에 새롭게 격벽 재료층을 형성하지 않는다.
2차원적으로 배치된 광전 변환 소자를 구비하는 반도체 기판 위에, 아크릴 수지를 포함하는 도포액을 회전수 2000rpm으로 스핀 코팅하고, 핫 플레이트에서 200℃에서 20분간의 가열 처리를 실시하여 수지를 경화했다. 이에 의해, 반도체 기판 위에 하층 평탄화층을 형성했다. 이 때의 하층 평탄화층의 층두께는 50㎚였다.
이어서, 1색째인 그린의 안료를 포함하는 제1 컬러 필터용 재료로서, 감광성 재료를 포함하지 않는 그린 안료 분산액을 1000rpm의 회전수로 스핀 코팅했다. 이 1색째의 컬러 필터용 재료의 그린의 안료에는, 컬러 인덱스로 C.I.PG58을 사용하고 있으며, 그 안료 농도는 80중량％, 층두께는 500㎚였다. 또한, 그린 레지스트의 주성분인 수지로서는, 열 경화형의 아크릴계 수지를 사용했다.
계속하여, 230℃에서 6분간 베이크를 행하여, 그린 컬러 필터막을 경화시켰다.
이어서, 포지티브형 레지스트(OFPR-800: 도쿄 오까 고교 가부시키가이샤제)를, 스핀 코터를 사용하여 1000rpm의 회전수로 스핀 코팅한 후, 90℃에서 1분간 프리베이크를 행했다. 이에 의해, 감광성 수지 마스크 재료층인 포토레지스트를 막 두께 1.5㎛로 도포한 샘플을 제작했다.
감광성 수지 마스크 재료층인 이 포지티브형 레지스트는 자외선 조사에 의해, 화학 반응을 일으켜 현상액에 용해되게 되어 있다.
이 샘플에 대하여, 포토마스크를 거쳐 노광되는 포토리소그래피를 행했다. 노광 장치는 광원에 i선(365㎚)의 파장을 사용한 노광 장치를 사용했다.
이어서, 2.38중량％의 TMAH(테트라메틸암모늄하이드라이드)를 현상액으로서 사용하여 현상 공정을 행하여, 제2, 제3 컬러 필터를 형성할 장소에 개구부를 갖는 에칭 마스크를 형성했다. 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 위하여, 베이크 공정을 실시하지 않았다. 그로 인해, 레지스트의 경화를 할 수 없어, 선택비의 향상을 기대할 수 없기 때문에, 레지스트의 막 두께를 그린 컬러 필터인 제1 컬러 필터의 막 두께의 2배 이상인, 1.5㎛의 막 두께로 형성했다. 이 때의 개구부 패턴은 1.1㎛×1.1㎛였다.
이어서, 형성된 에칭 마스크를 사용하여, 건식 에칭을 행했다. 이때, 사용된 건식 에칭 장치는, 병행 평판 방식의 건식 에칭 장치를 사용했다. 또한, 하지의 반도체 기판에 영향을 주지 않도록, 도중에 에칭 조건의 변경을 행하여, 건식 에칭을 다단계로 실시했다.
처음에 가스종은, CF4, O2, Ar 가스의 3종을 혼합하여 에칭을 실시했다. CF4, O2의 가스 유량을 각 5ml/min, Ar의 가스 유량을 200ml/min으로 했다. 즉, 전체 가스 유량 중, Ar의 가스 유량이 95.2％였다. 또한, 이 때의 챔버 내의 압력을 1Pa의 압력으로 하고, RF 파워를 500W로 하여 실시했다. 이 조건을 사용하여, 그린 컬러 필터막의 총 막 두께인 500㎚ 중 70％에 해당하는 350㎚ 정도까지 에칭한 단계에서, 다음 에칭 조건으로 변경했다.
이어서, 가스종은, CF4, O2, Ar 가스의 3종을 혼합하여 에칭을 실시했다. CF4, O2의 가스 유량을 각 25ml/min, Ar의 가스 유량을 50ml/min으로 했다. 즉, 전체 가스 유량 중, Ar의 가스 유량이 50％였다. 또한, 이 때의 챔버 내의 압력을 5Pa의 압력으로 하고, RF 파워를 300W로 하여 실시했다. 이 조건에 의해, 에칭 마스크인 포토레지스트의 측면에 부착되어 있는 반응 생성물의 제거가 진행되도록 에칭을 행했다. 이 조건에 의해, 그린의 제1 컬러 필터막의 총 막 두께 500㎚의 90％인 450㎚ 정도까지 에칭을 실시했다. 2단계째에서의 에칭양은 100㎚ 정도이다. CF4와 O2의 가스 유량을 증가시켰기 때문에, 에칭 레이트는 5㎚/sec 정도로, 매우 빨리 진행되었다. 그로 인해, 그린 컬러 필터의 측벽에 대한 반응 생성물의 제거는 그다지 진행되지 않고, 상부의 레지스트 측면에 부착되어 있는 반응 생성물의 제거가 진행되고 있다. 이 조건으로 도중에 변경함으로써, 레지스트 제거 후에, 그린보다도 높이가 있는 반응 생성물이 제거되는 효과가 있다.
다음에 가스종은, Ar 단일 가스를 사용하여, Ar의 가스 유량 200ml/min, 챔버 내 압력 1.5Pa, RF 파워 400W의 조건에서 에칭을 행했다. 이 조건에서 에칭을 행함으로써, 그린의 컬러 필터용 재료의 잔존분의 에칭을 행하는 동시에, 하층 평탄화층의 에칭을 행한다. Ar 단일 가스의 조건에서의 에칭에서는, 이온에 의한 물리적 충격이 주 반응이기 때문에, 그린 컬러 필터의 화학 반응으로, 에칭되지 않고 남는 잔사를 효과적으로 제거 가능해진다. 또한 그린 컬러 필터의 하층에 있는 반도체 기판의 표면 보호층을 물리적 충격으로 에칭함으로써, 그린 컬러 필터의 측벽에 표면 보호층과 에칭 가스의 반응 생성물이 부착된다. 본 실시예에서 사용한 반도체 기판은 표면을 SiO2의 막으로 보호하고 있었다. 그로 인해, Ar 가스의 에칭에 의해, 그린 컬러 필터의 측벽에 SiO2의 막이 부착된다. 이 에칭 조건의 시간 조정으로, 측벽의 SiO2의 막 두께(폭)를 제어할 수 있다. 또한, 이 에칭 조건은 에칭 샘플의 면 내에서의 에칭 레이트의 차를 조정할 목적도 있어, 오버 에칭양이 5％가 되도록 에칭을 실시했다. 바꾸어 말하면 그린의 컬러 필터용 재료의 총 막 두께 500㎚에 대하여 110％가 되는 막 두께 550㎚를 3단계의 조건에서 에칭을 행한 상황이다. 이 에칭 조건에서 에칭한바, 반도체 기판의 표면 보호층인 SiO2는 5㎚ 정도 에칭이 발생하고 있었다. 이 에칭 조건에서, 격벽 재료층으로부터 그린 컬러 필터의 측벽에 부착된 SiO2 격벽의 막 두께(폭)는 20㎚였다. 또한, 그린 컬러 필터의 에칭 시에 측벽에 부착된 그린 컬러 필터와 에칭 가스의 반응 생성물이 부착되어 형성된 측벽 보호층의 막 두께(폭)가 20㎚였다. 이로 인해, 합하여 40㎚의 격벽이 형성되었다.
이어서, 가스종은, O2 단일 가스를 사용하여, O2 가스 유량 100ml/min, 챔버 내 압력 15Pa, RF 파워 150W의 조건에서 에칭을 행했다. 이 조건에 의해, 에칭 마스크의 톱인 표면의 대미지를 받아 변질되어 있는 층의 제거와 함께, 저면에 남아 있는 Ar 단일 가스로 제거하지 못한 그린의 컬러 필터용 재료의 잔사를 에칭했다.
이어서, 에칭 마스크로서 사용한 감광성 수지 마스크 재료의 제거를 행했다. 이 때 사용한 방법은 용제를 사용한 방법이며, 박리액(도쿄 오까 고교 가부시키가이샤제)을 사용하여 스프레이 세정 장치로 레지스트의 제거를 행했다. 이때, 스프레이 세정 장치를 사용함으로써, 세정 시에 물리적 충격이 가해져, 레지스트의 측벽에 부착된 반응 생성물, 즉 그린의 컬러 필터보다도 튀어나와 있는 높이가 높은 부분의 격벽의 제거가 가능해지는 효과가 있었다.
본 발명의 제조 방법에 기초하는 건식 에칭을 사용하여, 그린의 컬러 필터 측벽에 보호층으로서 형성한 격벽층의 막 두께는, 그린 컬러 필터 기인의 것이 20㎚, 반도체 기판의 표면 보호층 기인의 것이 20㎚이고, 합하여 40㎚였다. 건식 에칭의 조건에 의해 측벽인 보호층의 막 두께는 0㎚ 내지 200㎚ 정도까지 제어할 수 있지만, 고체 촬상 소자의 패턴 사이즈가 1.1㎛ 정도이기 때문에, 격벽의 패턴을 두껍게 하면, 격벽이 입광되는 광을 차단하여 버린다. 또한, 반도체 기판의 표면 보호층을 에칭해 버리기 때문에, 광전 변환 소자에 대미지를 끼칠 가능성이 있어서, 이 막 두께로 제어를 실시했다.
(제2 컬러 필터의 제작)
이어서, 제2 컬러 필터를 설치하기 위해 안료 분산 블루를 함유하고 있는 감광성의 제2 컬러 필터용 재료를 반도체 기판 전체면에 도포했다.
이어서, 포토리소그래피에 의해 감광성의 제2 컬러 필터용 재료에 선택적으로 노광했다.
이어서, 감광성의 컬러 필터용 재료를 현상하여, 블루의 컬러 필터를 형성했다. 이때, 블루 레지스트의 감광성의 컬러 필터용 재료에 사용한 안료는, 각각 컬러 인덱스로 C.I.PB156, C.I.PV23이며, 안료 농도는 40중량％였다. 또한, 블루의 컬러 필터의 층 두께는 0.6㎛였다. 또한, 블루 레지스트의 주성분인 수지로서는, 감광성을 갖게 한 아크릴계의 수지를 사용했다.
이어서, 제2 컬러 필터(블루의 컬러 필터)가 되는 감광성의 제2 컬러 필터용 재료를 강고하게 경화시키기 위하여, 230℃의 오븐에 30분간 넣고 경화를 행했다. 이 가열 공정을 거친 후는 제3 컬러 필터 형성 공정 등의 공정을 거쳐도, 박리나, 패턴의 붕괴 등이 확인되지 않았다. 제2 컬러 필터는 주위를 직사각형성이 높은 제1 컬러 필터에 덮여 있고, 직사각형성 높게 형성되어 있기 때문에, 저면 및 주위와의 사이에서 밀착성 높게 경화됨이 확인되었다.
(제3 컬러 필터의 제작)
이어서, 안료 분산 레드 레지스트인 감광성의 제3 컬러 필터용 재료를 반도체 기판 전체면에 도포했다.
이어서, 포토리소그래피에 의해, 감광성의 제3 컬러 필터용 재료에 포토마스크의 패턴을 선택적 노광했다.
이어서, 감광성의 제3 컬러 필터용 재료를 현상하여, 레드의 제3 컬러 필터를 형성했다.
이때, 레드 레지스트에 사용한 안료는, 각각 컬러 인덱스로 C.I.PR117, C.I.PR48:1, C.I.PY139이며, 안료 농도는 45중량％였다. 또한, 제3 컬러 필터의 층두께는 0.6㎛였다.
이어서, 제3 컬러 필터가 되는 레드의 감광성의 제3 컬러 필터용 재료를 강고하게 경화시키기 위하여, 230℃의 오븐에 20분간 넣고 경화를 행했다. 이때, 제3 컬러 필터는 주위를 직사각형성이 높은 제1 컬러 필터에 덮여 있고, 직사각형성 높게 형성되어 있기 때문에, 저면 및 주위와의 사이에서, 밀착성 높게 경화됨이 확인되었다.
이어서, 상기한 흐름으로 형성된 컬러 필터 위에 아크릴 수지를 포함하는 도포액을 회전수 1000rpm으로 스핀 코팅하고, 핫 플레이트에서 200℃에서 30분간의 가열 처리를 실시하여, 수지를 경화하여, 상층 평탄화층을 형성했다.
마지막으로, 상층 평탄화층 위에 공지된 기술인 열 플로우법에 의해 마이크로렌즈를 형성하여, 실시예 1의 고체 촬상 소자를 완성했다.
이상과 같이 하여 얻은 고체 촬상 소자는, 반도체 기판의 표면에 얇게 하층 평탄화층이 형성되고, 그 위에 3색의 컬러 필터가 형성되어 있다. 또한, 1색째인 그린의 컬러 필터가 열 경화성 수지를 사용하고 있기 때문에 고형분 중의 안료의 농도를 높일 수 있어, 컬러 필터를 얇게 형성할 수 있었다. 그로 인해, 고체 촬상 소자는, 마이크로렌즈 하의 반도체 기판까지의 거리가 작아, 양호한 감도를 갖는 것이었다. 또한 각 색의 컬러 필터 사이에 Zn을 포함한 안료층과 SiO2의 2층 구조의 격벽이 형성되어 있어, 각 컬러 필터 사이의 혼색을 저감시킬 수 있었다.
또한, 그린 컬러 필터인 제1 컬러 필터의 컬러 필터용 재료는 열 경화로 굳히기 때문에, 감광성 성분을 사용하는 경우와 달리, 다른 수지 등을 혼합하기 쉬운 이점이 있다. 예를 들어 주성분의 수지에 고굴절률의 수지를 사용하여, 그린 컬러 필터(제1 컬러 필터)를 형성함으로써, 레드 컬러 필터(제2 컬러 필터) 및 블루 컬러 필터(제3 컬러 필터)의 굴절률을 동일 정도로 설정한다. 이에 의해, 표면 반사를 적게 할 수 있다는 효과가 있어, 감도가 양호한 고체 촬상 소자를 얻을 수 있다는 효과가 있다. 또한, 그린의 컬러 필터(제1 컬러 필터)의 컬러 필터 패턴의 측벽에 격벽이 형성되어 있고, 격벽에 대하여, RGB 3색의 굴절률이 동등한 대비 관계로 되어 있기 때문에, 격벽 구조에 의해 혼색을 방지한다는 효과가 있다.
<실시예 2>
실시예 2로서 제2 실시 형태에서 설명한 구성의 고체 촬상 소자에 대하여 구체적으로 설명한다. 실시예 2에 나타내는 고체 촬상 소자는, 제2 이후의 컬러 필터 형성 위치의 하부의 격벽 재료층을 모두 에칭으로 제거한 구성이다. 실시예 2에 나타내는 고체 촬상 소자는, 광전 변환 소자를 형성한 반도체 기판의 구조에 따라서는, 격벽 재료층의 두께의 증가에 의해, 컬러 필터부터 광전 변환 소자까지의 거리가 길어지는 영향이 크게 나오는 경우 등에 적용이 상정된다.
(격벽 재료층의 형성)
2차원적으로 배치된 광전 변환 소자를 구비하는 반도체 기판 위에, 저점도 설정한 SOG를 회전수 5000rpm으로 스핀 코팅하고, 핫 플레이트에서, 250℃에서 30분간의 가열 처리를 행함으로써, 두께 30㎚의 SiO2 박막을 포함하는 격벽 재료층을 형성했다.
(하층 평탄화층의 형성)
격벽 재료층 위에 아크릴 수지를 포함하는 도포액을 회전수 3000rpm으로 스핀 코팅하고, 핫 플레이트에서 200℃에서 20분간의 가열 처리를 실시하여, 수지를 경화하여, 하층 평탄화층을 형성했다. 이 때의 하층 평탄화층의 층두께는 30㎚였다.
(제1 컬러 필터 및 격벽의 형성)
제1 컬러 필터(그린의 컬러 필터)의 컬러 필터용 재료로서, 감광성 재료를 포함하지 않는 그린 안료 분산액을 준비했다. 이 그린 안료 분산액을, 하층 평탄화층의 표면에 1000rpm의 회전수로 스핀 코팅했다. 그린 안료 분산액의 주성분인 수지로서는, 열 경화 타입의 아크릴계 수지를 사용했다. 또한, 그린 안료 분산액에 포함되는 그린 안료에는, 컬러 인덱스로 C.I.PG58을 사용하고 있으며, 그린 안료 분산액에 있어서의 그린 안료 농도는 80중량％였다. 또한, 그린의 컬러 필터 재료의 도포 두께는 500㎚였다.
이어서, 230℃에서 6분간 베이크를 행하여, 그린 컬러 필터용 재료를 경화시켜 그린 컬러 필터막을 형성했다.
이어서, 그린 컬러 필터막의 표면에, 포지티브형 레지스트(OFPR-800: 도쿄 오까 고교 가부시키가이샤제)를, 스핀 코터를 사용하여 1000rpm의 회전수로 스핀 코팅한 후, 90℃에서 1분간 프리베이크를 행했다. 이에 의해, 감광성 수지 마스크 재료인 포토레지스트가 막 두께 1.5㎛로 도포된 샘플을 제작했다.
이 감광성 수지 마스크 재료인 포지티브형 레지스트는, 자외선 조사에 의해, 화학 반응을 일으켜 현상액에 용해하게 된다.
이어서, 이 샘플에 대하여, 포토마스크를 거쳐 노광하는 포토리소그래피를 행했다. 노광 장치는 광원으로 i선(365㎚)의 파장을 사용한 노광 장치를 사용했다.
이어서, 2.38중량％의 TMAH(테트라메틸암모늄하이드라이드)를 현상액으로서 사용하여 현상 공정을 행하여, 제2, 제3 컬러 필터를 형성할 위치에 개구부가 형성된 포토레지스트를 형성했다. 포지티브형 레지스트를 사용할 때에는, 현상 후 탈수 베이크를 행하여 감광성 수지 마스크 재료인 포토레지스트의 경화를 행하는 경우가 많다. 그러나, 금회는 건식 에칭 후의 에칭 마스크의 제거를 용이하게 하기 위하여, 베이크 공정을 실시하지 않았다. 그로 인해, 레지스트의 경화를 할 수 없어, 선택비의 향상을 기대할 수 없기 때문에, 포토레지스트의 막 두께를 그린 컬러 필터인 제1 컬러 필터의 막 두께의 2배 이상인 1.5㎛의 막 두께로 형성했다. 이 때의 개구부의 사이즈는 1.1㎛×1.1㎛였다.
이어서, 형성된 감광성 수지 마스크 재료층을 에칭 마스크로 하여, 건식 에칭을 행했다. 이 때 건식 에칭 장치로서, 병행 평판 방식의 건식 에칭 장치를 사용했다. 또한, 하지의 반도체 기판에 영향을 주지 않도록, 건식 에칭을 다단계로 실시했다.
처음에 가스종은, CF4, O2, Ar 가스의 3종을 혼합하여 에칭을 실시했다. CF4, O2의 가스 유량을 각 5ml/min, Ar의 가스 유량을 200ml/min으로 했다. 또한, 에칭 시의 챔버 내의 압력을 1Pa로 하고, RF 파워를 500W로 하여 에칭을 실시했다. 이 조건을 사용하여, 그린 컬러 필터용 재료의 총 막 두께의 500㎚ 중 70％에 해당하는 350㎚ 정도까지 에칭한 단계에서, 다음 에칭 조건으로 변경했다.
이어서, CF4, O2, Ar 가스의 3종을 혼합한 에칭 가스를 사용하여 에칭을 실시했다. 이때, CF4, O2의 가스 유량을 각 25ml/min, Ar의 가스 유량을 50ml/min으로 했다. 또한, 이때, 챔버 내의 압력을 5Pa로 하고 RF 파워를 300W로 하여 에칭을 실시했다. 이 조건에 의해, 에칭 마스크인 포토레지스트의 측면에 부착되어 있는 반응 생성물의 제거가 진행되도록 에칭을 행했다. 이 조건에 의해, 그린의 제1 컬러 필터막의 총 막 두께 500㎚의 90％인 450㎚ 정도까지 에칭을 실시했다. 2단계째에서의 에칭양은 100㎚ 정도이다. CF4와 O2의 가스 유량을 증가시켰기 때문에, 에칭 레이트는 5㎚/sec 정도로, 매우 빨리 진행되었다. 그로 인해, 그린 컬러 필터의 측벽의 반응 생성물의 제거는 그다지 진행되지 않고, 상부의 레지스트 측면에 부착되어 있는 반응 생성물의 제거가 진행되었다. 이 조건으로 도중에 변경함으로써, 레지스트 제거 후에, 그린보다도 높이가 있는 반응 생성물이 제거되는 효과가 있었다.
이어서, Ar 단일 가스를 사용하여, Ar의 가스 유량 200ml/min, 챔버 내 압력 1.5Pa, RF 파워 400W의 조건에서 에칭을 행했다. 이 조건에서 에칭을 행함으로써, 그린의 컬러 필터용 재료의 잔존분의 에칭을 행하는 동시에, 하층 평탄화층의 에칭과, 격벽 재료층의 에칭을 행했다. Ar 단일 가스의 조건에서의 에칭에서는, 이온에 의한 물리적 충격이 주 반응이기 때문에, 그린 컬러 필터의 화학 반응으로, 에칭되지 못하고 남는 잔사를 효과적으로 제거 가능해진다. 또한 그린 컬러 필터의 하층에 있는 격벽 재료층인 SiO2를 물리적 충격으로 에칭함으로써, 그린 컬러 필터의 측벽에 SiO2의 막이 부착된다. 이 에칭 조건의 시간 조정으로, 측벽의 SiO2의 막 두께(폭)를 제어할 수 있다. 또한 이 에칭 조건은 에칭 샘플의 면 내에서의 에칭 레이트의 차를 조정할 목적도 있어, 오버 에칭양이 30％가 되도록 에칭을 실시했다. 바꾸어 말하면, 그린의 컬러 필터용 재료의 총 막 두께 500㎚에 대하여 130％가 되는 막 두께 650㎚를 3단계의 조건에서 에칭을 행했다. 이 에칭 조건에서 에칭한바, 격벽 재료층은 30㎚ 정도 에칭된 상태였다.
이 에칭 조건에서, 격벽 재료층으로부터 그린 컬러 필터의 측벽에 부착된 SiO2 격벽의 막 두께(폭)는 30㎚였다. 또한, 그린 컬러 필터의 에칭 시에 측벽에 부착된 그린 컬러 필터와 에칭 가스의 반응 생성물이 부착되어 형성된 측벽 보호층의 막 두께(폭)가 20㎚였다. 이로 인해, 합하여 50㎚의 격벽이 형성되었다.
이어서, O2 단일 가스를 사용하여, O2 가스 유량을 100ml/min, 챔버 내 압력을 15Pa, RF 파워를 150W의 조건에서 에칭을 행했다. 이 조건에 의해, 에칭 마스크의 톱인 표면의 대미지를 받아 변질되어 있는 층의 제거와 함께, 저면에 남아 있는 Ar 단일 가스로 제거하지 못했던 그린의 컬러 필터막의 잔사를 에칭했다.
이어서, 에칭 마스크로서 사용한 감광성 수지 마스크 재료의 제거를 행했다. 이 때 이용한 방법은 용제를 사용한 방법이며, 박리액(104)(도쿄 오까 고교 가부시키가이샤제)을 사용하여 스프레이 세정 장치로 레지스트의 제거를 행했다. 이때, 스프레이 세정 장치를 사용함으로써, 세정 시에 물리적 충격이 가해져, 레지스트의 측벽에 부착된 반응 생성물, 즉 그린의 컬러 필터보다도 돌출되어 있는 높이가 높은 부분의 격벽의 제거가 가능해지는 효과가 있었다.
본 발명의 건식 에칭을 사용하여, 그린의 컬러 필터 측벽에 보호층으로서 형성한 격벽층의 막 두께는, 그린 컬러 필터 기인의 것이 20㎚, 격벽 재료층 기인의 것이 30㎚이고, 합하여 50㎚였다. 하층의 격벽 재료층의 막 두께와 건식 에칭의 조건에 의해 측벽에 부착되는 보호층의 막 두께는 0㎚ 내지 200㎚ 정도까지 제어할 수 있다. 그러나, 고체 촬상 소자의 패턴 사이즈가 1.1㎛ 정도이기 때문에, 격벽의 패턴을 두껍게 하면, 격벽이 입사되는 광을 차단하여 버린다. 또한, 격벽 재료층의 막 두께를 두껍게 하면, 컬러 필터부터 광전 변환 소자까지의 거리가 길어진다. 이로 인해, 본 실시예 2에서는, 격벽 재료층의 막 두께를 30㎚ 정도의 막 두께로 설정하고, 격벽의 막 두께(폭)를 50㎚로 제어를 실시했다. 또한, 더 이상의 에칭에서는, 반도체 기판의 표면을 에칭해 버릴 가능성이 있기 때문에, 격벽 재료층을 에칭으로 모두 제거할 시간 정도의 시간을 에칭 시간으로서 조정하고 있다.
(제2, 제3 컬러 필터 등의 제작)
실시예 2에서는, 이 후, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 제2, 제3 컬러 필터, 상층의 평탄화층 및 마이크로렌즈를 형성하여, 실시예 2의 고체 촬상 소자를 형성했다.
<실시예 3>
실시예 3에서는, 제3 실시 형태에서 설명한 구성의 고체 촬상 소자에 대하여 구체적으로 설명한다. 실시예 3의 고체 촬상 소자는, 제2, 제3 컬러 필터의 하부의 격벽 재료층을 모두 에칭으로 제거하지 않고 잔존시킨 구성이다. 실시예 3에서는, 에칭 시에 격벽 재료층을 잔존시킴으로써, 하층의 반도체 기판을 에칭으로부터 보호하는 효과가 있다. 또한, 격벽 재료층의 막 두께를 증가시키면, 격벽의 막 두께를 두껍게 제어하는 것이 가능해진다. 한편, 격벽 재료층의 두께의 증가에 의해, 컬러 필터부터 광전 변환 소자까지의 거리가 길어지는 영향이 생길 가능성이 있기 때문에, 반도체 기판 및 광전 변환 소자의 구조 및 특성에 맞추어 격벽 재료층의 막 두께의 조정이 필요해진다.
(격벽 재료층의 형성)
2차원적으로 배치된 광전 변환 소자를 구비하는 반도체 기판 위에, 저점도 설정한 SOG를 회전수 4000rpm으로 스핀 코팅하고, 핫 플레이트에서, 250℃에서 30분간의 가열 처리를 행함으로써, 두께 50㎚의 SiO2 박막을 포함하는 격벽 재료층을 형성했다.
(하층 평탄화층의 형성)
격벽 재료층 위에 아크릴 수지를 포함하는 도포액을 회전수 4000rpm으로 스핀 코팅하고, 핫 플레이트에서 200℃에서 20분간의 가열 처리를 실시하여, 수지를 경화하여, 하층 평탄화층을 형성했다. 이 때의 하층 평탄화층의 층두께는 20㎚였다.
(제1 컬러 필터의 형성)
실시예 2에 나타내는 방법으로, 제1 컬러 필터막(그린의 컬러 필터막)을 형성한 후, 감광성 수지 마스크 재료에 대하여 패터닝을 행하여, 에칭 마스크를 형성했다.
계속하여, 격벽 재료층의 중간까지 에칭을 행했다. 처음에 가스종은, CF4, O2, Ar 가스의 3종을 혼합하여 에칭을 실시했다. CF4, O2의 가스 유량을 5ml/min, Ar의 가스 유량을 200ml/min으로 했다. 또한, 에칭 시의 챔버 내의 압력을 1Pa로 하고 RF 파워를 500W로 하여 에칭을 실시했다. 이 조건을 사용하여, 그린 컬러 필터용 재료의 총 막 두께의 500㎚ 중 70％에 해당하는 350㎚ 정도까지 에칭한 단계에서, 다음 에칭 조건으로 변경했다.
이어서, CF4, O2, Ar 가스의 3종을 혼합한 에칭 가스를 사용하여 에칭을 실시했다. 이때, CF4, O2의 가스 유량을 각 25ml/min, Ar의 가스 유량을 50ml/min으로 했다. 또한, 이때, 챔버 내의 압력을 5Pa로 하고 RF 파워를 300W로 하여 에칭을 실시했다. 이 조건에 의해, 에칭 마스크인 포토레지스트의 측면에 부착되어 있는 반응 생성물의 제거가 진행되도록 에칭을 행했다. 이 조건에 의해, 제1 컬러 필터막(그린의 컬러 필터막)의 총 막 두께 500㎚의 90％인 450㎚ 정도까지 에칭을 실시했다. 2단계째에서의 에칭양은 100㎚ 정도였다. CF4와 O2의 가스 유량을 증가시켰기 때문에, 에칭 레이트는 5㎚/sec 정도로, 매우 빨리 진행되었다. 그로 인해, 그린 컬러 필터의 측벽의 반응 생성물 제거는 그다지 진행되지 않고, 상부의 레지스트 측면에 부착되어 있는 반응 생성물의 제거가 진행되었다. 이 조건으로 도중에 변경함으로써, 레지스트 제거 후에, 그린보다도 높이가 있는 반응 생성물이 제거되는 효과가 있었다.
이어서, Ar 단일 가스를 사용하여, Ar의 가스 유량을 200ml/min, 챔버 내 압력을 1.5Pa, RF 파워를 400W의 조건에서 에칭을 행했다. 이 조건에서 에칭을 행함으로써, 그린의 컬러 필터용 재료의 잔존분의 에칭을 행하는 동시에, 하층 평탄화층의 에칭과, 격벽 재료층의 에칭을 행했다. Ar 단일 가스의 조건에서의 에칭에서는, 이온에 의한 물리적 충격이 주 반응이기 때문에, 그린 컬러 필터의 화학 반응으로, 에칭되지 못하고 남는 잔사를 효과적으로 제거 가능해진다. 또한 그린 컬러 필터의 하층에 있는 격벽 재료층인 SiO2를 물리적 충격으로 에칭함으로써, 그린 컬러 필터의 측벽에 SiO2의 막이 부착된다. 이 에칭 조건의 시간 조정으로, 측벽의 SiO2의 막 두께(폭)를 제어할 수 있다.
또한, 이 에칭 조건은, 에칭 샘플의 면 내에서의 에칭 레이트의 차를 조정할 목적도 있어, 오버 에칭양이 30％가 되도록 에칭을 실시했다. 바꾸어 말하면, 그린의 컬러 필터용 재료의 총 막 두께 500㎚에 대하여 130％가 되는 막 두께 650㎚를 3단계의 조건에서 에칭을 행한 상황이었다. 이 에칭 조건에서 에칭한바, 격벽 재료층은 30㎚ 정도 에칭을 행한 상태였다.
이 에칭 조건에서, 격벽 재료층으로부터 그린 컬러 필터의 측벽에 부착된 SiO2 격벽의 막 두께(폭)는 30㎚였다. 또한, 그린 컬러 필터의 에칭 시에 측벽에 부착된 그린 컬러 필터와 에칭 가스의 반응 생성물이 부착되어 형성된 측벽 보호층의 막 두께(폭)가 20㎚였다. 이로 인해, 합하여 50㎚의 격벽이 형성되었다.
이어서, O2 단일 가스를 사용하여, O2 가스 유량을 100ml/min, 챔버 내 압력을 15Pa, RF 파워를 150W의 조건에서 에칭을 행했다. 이 조건에 의해, 에칭 마스크의 톱인 표면의 대미지를 받아 변질되어 있는 층의 제거와 함께, 저면에 남아 있는 Ar 단일 가스로 제거하지 못했던 그린의 컬러 필터막의 잔사를 에칭했다.
상술한 에칭 조건에 의해, 격벽 재료층의 총 막 두께 50㎚ 중 30㎚를 에칭으로 제거를 행했다. 그로 인해, 제2 이후의 컬러 필터의 하부에는, 격벽 재료층이 20㎚, 하층 평탄화층이 20㎚ 잔류되어 있다. 이 조건에 의해, 제1 컬러 필터에 비하여 제2 이후의 컬러 필터의 막 두께는 40㎚ 정도 두껍게 형성하는 것이 가능해진다. 제2 이후의 컬러 필터를 리소그래피 방식으로 형성하는 경우는, 가열로 효과가 나타나는 제1 컬러 필터와 달리 안료 농도를 높이는 것이 곤란하기 때문에, 이 격벽 재료층 및 하층 평탄화층의 막 두께 조정에 의해, 각 컬러 필터의 색의 조정이 가능해진다.
(제2, 제3 컬러 필터 등의 제작)
실시예 2에서는, 이 후, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 제2, 제3 컬러 필터, 상층의 평탄화층 및 마이크로렌즈를 형성하여, 실시예 3의 고체 촬상 소자를 형성했다.
<실시예 4>
실시예 4에서는, 제4 실시 형태에서 설명한 구성의 고체 촬상 소자에 대하여 구체적으로 설명한다. 실시예 4의 고체 촬상 소자는, 실시예 2의 고체 촬상 소자에 있어서 격벽 재료층과 하층 평탄화층의 형성 공정을 역전시킨 구성이다. 실시예 4에서는, 상술한 형성 공정에 의해, 격벽 재료층 형성 전에 반도체 기판을 충분히 평탄화할 수 있기 때문에, 격벽 재료층의 막 두께를 반도체 기판 전체면에서 균질화할 수 있다. 이로 인해, 격벽의 막 두께나, 컬러 필터부터 광전 변환 소자까지의 거리를 일정하게 하는 것이 가능해진다. 또한, 격벽 재료층을 에칭으로 완전히 제거하지 않으면, 하층 평탄화층은 그대로 남은 상태가 되기 때문에, 제2 이후의 컬러 필터의 밀착성 향상 및 각 색의 막 두께 조정도 가능해진다.
(하층 평탄화층의 형성)
2차원적으로 배치된 광전 변환 소자를 구비하는 반도체 기판 위에, 아크릴 수지를 포함하는 도포액을 회전수 2000rpm으로 스핀 코팅하고, 핫 플레이트에서 200℃에서 20분간의 가열 처리를 실시하여, 수지를 경화하여, 하층 평탄화층을 형성했다. 이 때의 하층 평탄화층의 층두께는 50㎚였다.
(격벽 재료층의 형성)
하층 평탄화층 위에 저점도 설정한 SOG를 회전수 5000rpm으로 스핀 코팅하고, 핫 플레이트에서, 250℃에서 30분간의 가열 처리를 행함으로써, 두께 30㎚의 SiO2 박막을 포함하는 벽 재료층을 형성했다.
(제1, 제2, 제3 컬러 필터 등의 제작)
실시예 4에서는, 이 후, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 제2, 제3 컬러 필터, 상층의 평탄화층 및 마이크로렌즈를 형성하고, 실시예 4의 고체 촬상 소자를 형성했다.
또한, 이 에칭 조건에서, 격벽 재료층으로부터 그린 컬러 필터의 측벽에 부착된 SiO2 격벽의 막 두께(폭)는 30㎚였다. 또한, 그린 컬러 필터의 에칭 시에 측벽에 부착된 그린 컬러 필터와 에칭 가스의 반응 생성물이 부착되어 형성된 측벽 보호층의 막 두께(폭)가 20㎚였다. 이로 인해, 합하여 50㎚의 격벽이 형성되었다.
(평가)
이상의 각 실시예에 있어서, 각 색의 컬러 필터 패턴 사이에 두께 40㎚ 내지 50㎚의 격벽을 형성할 수 있었다.
이러한 각 실시예의 고체 촬상 소자의 적색 신호, 녹색 신호 및 청색 신호의 강도에 대하여, 각 색의 컬러 필터 패턴 사이에 격벽이 형성되지 않은 고체 촬상 소자의 적색 신호, 녹색 신호 및 청색 신호의 강도에 대한 강도의 증가율을 평가했다.
이하의 표 1에, 각 색의 신호 강도의 평가 결과를 나타낸다.
Figure pct00001
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 색의 컬러 필터 패턴 사이에 격벽을 형성한 실시예 1 내지 실시예 4의 고체 촬상 소자에서는, 각 색의 신호 강도가 대략 증가되었다. 또한, 격벽 재료층을 형성하지 않은 실시예 1의 고체 촬상 소자와, 격벽 재료층을 형성한 실시예 2 내지 실시예 4의 고체 촬상 소자의 평가 결과를 비교하면, 각 색의 신호 강도가 향상되었음을 알 수 있다.
이상으로부터, 각 색의 컬러 필터 패턴 사이에 격벽을 형성한 고체 촬상 소자는, 당해 격벽을 형성하지 않는 고체 촬상 소자와 비교하여, 각 색의 신호 강도가 향상되어 있어, 혼색이 저감되었음을 알 수 있다. 이것은, 격벽에 의해, 화소의 경사 방향으로부터의 입사광이 컬러 필터를 통과하여 다른 컬러 필터 패턴을 향하는 경우에, 격벽에 의해 입사가 차단되거나, 또는 광로가 바뀌기 때문이라고 생각된다. 이로 인해, 다른 컬러 필터 패턴을 향하는 광이 다른 광전 변환 소자에 입사되는 것이 억제되어, 혼색을 저감시키는 것이 가능해졌다고 생각된다.
금회의 각 실시예에서는, 에칭 시에 격벽을 형성하지 않도록 불화 탄소계 가스나 산소계 가스의 가스 유량을 증가시키고, 에칭 시의 압력을 조정하여 제작한 고체 촬상 소자와 비교하여, 4％ 정도 청색의 광 검출량의 증가가 확인되었다.
한편, 일부에서 약간 적색의 광이 격벽을 형성하지 않은 기존의 고체 촬상 소자의 평가와 비교하여 저하되었다. 그러나, 이것은 격벽이 없는 기존의 고체 촬상 소자에 있어서, 청색 및 녹색의 컬러 필터를 투과한 광이, 각 컬러 필터의 굴절률의 영향으로, 적색의 컬러 필터 하부의 광전 변환 소자에 입사된 것에 의한 혼색의 영향이라고 생각된다. 그로 인해, 기존의 고체 촬상 소자의 성능이 외관 상, 향상된 것처럼 보이고, 상대적으로 실시예 1, 4의 신호 강도가 저하된 것처럼 보인다.
본 실시예에서는, 실시예 2의 고체 촬상 소자의 결과가 가장 좋았다. 이 이유로서는, 컬러 필터와 광전 변환 소자의 거리가 짧은 것이 영향을 미쳤다고 생각된다.
이상에 의해, 각 실시예에서, 각 색의 컬러 필터 패턴 사이에 격벽을 형성한 것에 의한 효과가 확인되었다.
또한, 금회의 격벽 형성에는, 그린의 제1 컬러 필터막을 에칭했을 때의 반응 생성물을 사용하여 제작하였다. 금회의 그린의 안료가 혼합된 제1 컬러 필터용 재료에는 아연이 포함되어 있다. 그리고, 그린 컬러 필터의 측벽에 부착된, 제1 컬러 필터용 재료와 에칭 가스의 반응 생성물은, 에칭 시에 제거하기 어려운 재료이다. 이로 인해, 격벽에는, 아연 금속이 많이 포함되어 있다. 그로 인해, 50㎚사이즈의 막 두께라도, 금속의 함유량이 많은 막 구성으로 되어 있어, 광이 차단되어 효과가 크게 나타난 것으로 생각된다.
또한, 본 실시예에서는, 열 플로우법에 의해 마이크로렌즈를 형성했지만, 마이크로렌즈 아래의 두께를 보다 얇게 형성할 수 있는, 건식 에칭에 의한 패터닝 기술을 사용하여 마이크로렌즈를 형성하는 편이 보다 바람직하다.
또한, 본 실시예에 있어서, 1색째인 제1 컬러 필터용 재료인 그린 안료 분산액의 수지의 주성분으로서, 열 경화 타입의 아크릴 수지를 채용했다. 그러나, 제2 이후의 감광성의 컬러 필터용 재료인 레드 안료 분산액이나 블루 안료 분산액과 마찬가지로, 감광성의 컬러 필터용 재료의 수지, 즉, 광 경화(방사선 경화)의 아크릴 수지를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우는, 제1 컬러 필터막을 박막화하기 위하여 필요한 단량체나 광 중합 개시제의 양을 저감시키는 것이 바람직하다.
이 경우, 1색째의 감광성이 있는 제1 컬러 필터용 재료는, 고정밀 패턴의 노광·현상 프로세스에는 부적합한 수지 재료가 된다. 그에 비하여, 본 발명에서는, 그 1색째의 제1 컬러 필터용 재료를, 반도체 기판의 전체면에 도포한 후, 전체면을 노광하여 컬러 필터용 재료를 경화시켜, 에칭 마스크를 형성하여 건식 에칭을 실시하고 있다. 이로 인해, 종래 기술과 같은 포토리소그래피 기술만으로 선택적으로 노광 현상 처리를 사용하는 것은 아니므로, 에칭 마스크 형성 시의 감광성 수지 마스크 재료의 도포, 현상, 박리 공정에 내성을 갖출 정도의 경화가 가능한 만큼의 감광성 수지가 포함되어 있으면 된다. 이로 인해, 본 실시 형태의 컬러 필터용 재료는, 고정밀 패턴을 포토리소그래피로 형성할 수 있는 양의 감광성 수지를 함유할 필요가 없다는 이점이 있다.
이상, 본원이 우선권을 주장하는, 일본 특허 출원 제2015-224016호(2015년 11월 16일 출원) 및 일본 특허 출원 제2016-116498호(2016년 06월 10일 출원)의 전체 내용은, 참조에 의해 본 개시의 일부를 이룬다.
또한, 각 실시 형태에 의해 본 발명을 설명했지만, 본 발명의 범위는, 도시되어 기재된 예시적인 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 목적으로 하는 것과 균등한 효과를 가져오는 모든 실시 형태도 포함한다. 또한, 본 발명의 범위는, 청구항에 의해 구획되는 발명의 특징의 조합에 한정되는 것은 아니며, 모든 개시된 각각의 특징 중 특정한 특징의 모든 원하는 조합에 의해 구획될 수 있다.
10: 반도체 기판
11: 광전 변환 소자
12: 하층 평탄화층
13: 상층 평탄화층
14: 제1 컬러 필터
14b: 제1 컬러 필터 패턴
14c: 브리지부
14d: 제1 컬러 필터막
15: 제2 컬러 필터
15b: 제2 컬러 필터 패턴
15d: 제2 컬러 필터막
16: 제3 컬러 필터
16b: 제3 컬러 필터 패턴
16d: 제3 컬러 필터막
17, 27: 격벽
27a: 제1 벽 부분
27b: 제2 벽 부분
18: 마이크로렌즈
20: 에칭 마스크
20a: 감광성 수지 마스크층
20b: 패턴
20c: 개구부
30, 40: 격벽 재료층

Claims (15)

  1. 복수의 광전 변환 소자가 2차원적으로 배치된 반도체 기판의 표면에, 수지 재료를 주성분으로 하고 제1 안료를 분산시킨 제1 수지 분산액을 포함하는 제1 컬러 필터용 재료를 도포하고 경화시켜, 상기 제1 안료를 포함하는 제1 컬러 필터의 전구체가 되는 제1 컬러 필터막을 형성하는 제1 컬러 필터막 형성 공정과,
    상기 제1 컬러 필터막의 표면에, 감광성 수지 마스크 재료를 도포하여 감광성 수지 마스크 재료층을 형성한 후, 상기 제1 안료와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2 이후의 컬러 필터의 형성 위치에 대향하는 상기 감광성 수지 마스크 재료층의 일부분에, 포토리소그래피에 의해 개구부를 형성하는 개구부 형성 공정과,
    상기 개구부를 형성한 상기 감광성 수지 마스크 재료층을 에칭 마스크로 하여, 건식 에칭 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 상기 개구부로부터 노출되는 상기 제1 컬러 필터막의 일부분을 제거하여 상기 제1 컬러 필터를 형성하고, 상기 에칭 마스크를 제거하는 제1 컬러 필터 형성 공정과,
    상기 제1 컬러 필터 형성 공정에 있어서, 상기 제1 컬러 필터막을 건식 에칭할 때에 형성되는 상기 제1 컬러 필터용 재료와 상기 건식 에칭 가스의 반응 생성물을, 복수색의 컬러 필터 각각의 사이에 형성되는 격벽으로서 형성하는 격벽 형성 공정과,
    상기 제1 컬러 필터와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2 이후의 컬러 필터를 형성하는 제2 이후의 컬러 필터 형성 공정과,
    입사광을 상기 광전 변환 소자 각각에 집광시키는 복수의 마이크로렌즈를 형성하는 마이크로렌즈 형성 공정을 구비하는, 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 격벽 형성 공정에 있어서, 희가스를 전체 가스 유량의 90％ 이상 포함하며, 또한 불소, 산소 및 염소로 이루어지는 화합물 가스군으로부터 선택된 반응성을 갖는 가스가 1종류 이상 혼합된 상기 건식 에칭 가스를 사용하는,
    고체 촬상 소자의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 격벽 형성 공정에 있어서, 건식 에칭을 건식 에칭 챔버 내에서 행할 때의 상기 건식 에칭 챔버 내의 압력을 0.01Pa 이상 8.0Pa 이하로 하는,
    고체 촬상 소자의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 컬러 필터막 형성 공정에 있어서, 감광성 성분을 포함하지 않으며, 또한 상기 제1 안료를 농도 70질량％ 이상 포함하는 상기 제1 컬러 필터용 재료를 사용하는,
    고체 촬상 소자의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 컬러 필터막 형성 공정에 있어서, 상기 수지 재료로서 상기 에칭 마스크의 제거에 사용하는 유기 용제에 대한 내성을 갖는 수지를 포함하는 상기 제1 컬러 필터용 재료를 사용하는,
    고체 촬상 소자의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 이후의 컬러 필터 형성 공정에 있어서, 상기 개구부가 형성된 제1 컬러 필터 표면에 제1 안료와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2 컬러 필터용 재료가 되는 착색 감광성 수지 조성물을 도포한 후, 제2 컬러 필터용 재료의 제2 컬러 필터를 형성할 부분에 대하여, 포토마스크를 사용한 노광을 행하고, 현상을 한 후, 제2 컬러 필터막의 일부를 광 경화시켜 패터닝함으로써 제2 컬러 필터를 형성하는,
    고체 촬상 소자의 제조 방법.
  7. 2차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자를 갖는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 상방에 배치되고, 입사광을 상기 광전 변환 소자 각각에 집광시키는 복수의 마이크로렌즈와,
    상기 반도체 기판과 상기 마이크로렌즈 사이에 설치되고, 상기 복수의 광전 변환 소자의 각각에 대응하도록 미리 설정된 규칙으로 배치된 복수색의 컬러 필터와,
    상기 복수색의 컬러 필터 각각의 사이에 형성된 격벽을 구비하고,
    상기 복수색의 컬러 필터 중 1색의 컬러 필터인 제1 컬러 필터의 측벽부에 형성된 상기 격벽은, 상기 제1 컬러 필터에 포함되는 제1 컬러 필터용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 포함하는 제1 벽 부분을 갖는, 고체 촬상 소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 컬러 필터는, 상기 제1 컬러 필터용 재료로서 그린 안료를 포함하고 있으며,
    상기 격벽은, 상기 그린 안료와, 상기 건식 에칭 가스에 포함되는 희가스 원소 및 할로겐 원소군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소의 반응 생성물을 포함하는,
    고체 촬상 소자.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제1 컬러 필터의 하부에 형성된, 가시광을 투과하는 격벽 재료층을 구비하고,
    상기 제1 컬러 필터의 측벽부에 형성된 격벽은, 상기 제1 벽 부분과, 상기 격벽 재료층에 포함되는 격벽용 재료와 상기 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 포함하는 제2 벽 부분을 갖는,
    고체 촬상 소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 격벽 재료층은, 상기 격벽용 재료로서 실리콘 및 금속의 적어도 한쪽을 포함하는 단층 또는 다층의 층인,
    고체 촬상 소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 격벽 재료층은, 실리콘층, 실리콘 화합물층 및 금속 박막층, 그리고 실리콘 및 실리콘 화합물의 혼합물층의 군으로부터 선택되는 층을 포함하는,
    고체 촬상 소자.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격벽의 두께는 200㎚ 이하인,
    고체 촬상 소자.
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 컬러 필터 중 가장 면적이 넓은 제1 컬러 필터와, 상기 제1 컬러 필터보다도 면적이 좁은 제2 및 제3 컬러 필터를 구비하고,
    상기 제1 컬러 필터는, 행방향 및 열방향으로 각각 1화소 건너서 설치됨으로써, 경사 방향에 있어서 서로 인접하여 배치되는 제1 컬러 필터 패턴과, 상기 인접하여 배치된 제1 컬러 필터 패턴끼리를 연결하는 브리지부를 갖는,
    고체 촬상 소자.
  14. 복수의 광전 변환 소자가 2차원적으로 배치된 반도체 기판의 표면에, 수지 재료를 주성분으로 하고 제1 안료를 분산시킨 제1 수지 분산액을 포함하는 제1 컬러 필터용 재료를 도포하고 경화시켜, 상기 제1 안료를 포함하는 제1 컬러 필터의 전구체가 되는 제1 컬러 필터막을 형성하는 제1 컬러 필터막 형성 공정과,
    상기 제1 컬러 필터막의 표면에, 감광성 수지 마스크 재료를 도포하여 감광성 수지 마스크 재료층을 형성한 후, 상기 제1 안료와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2 이후의 컬러 필터의 형성 위치에 대향하는 상기 감광성 수지 마스크 재료층의 일부분에, 포토리소그래피에 의해 개구부를 형성하는 개구부 형성 공정과,
    상기 개구부를 형성한 상기 감광성 수지 마스크 재료층을 에칭 마스크로 하여, 건식 에칭 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 상기 개구부로부터 노출되는 상기 제1 컬러 필터막의 일부분을 제거하여 상기 제1 컬러 필터를 형성하고, 상기 에칭 마스크를 제거하는 제1 컬러 필터 형성 공정과,
    상기 제1 컬러 필터 형성 공정에 있어서, 상기 제1 컬러 필터막을 건식 에칭할 때에 형성되는 상기 제1 컬러 필터용 재료와 상기 건식 에칭 가스의 반응 생성물을, 복수색의 컬러 필터 각각의 사이에 형성되는 격벽으로서 형성하는 격벽 형성 공정과,
    상기 제1 컬러 필터 형성 공정과 마찬가지로 하여, 상기 제1 컬러 필터와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2 이후의 컬러 필터를 형성하는 제2 이후의 컬러 필터 형성 공정
    을 갖는, 컬러 필터의 제조 방법.
  15. 평면적으로 배치되고, 서로 상이한 색을 갖는 복수의 컬러 필터와,
    상기 복수의 컬러 필터 중 가장 면적이 넓은 제1 컬러 필터의 측벽에 형성되고 또한 상기 제1 컬러 필터에 포함되는 제1 컬러 필터용 재료와 건식 에칭 가스의 반응 생성물을 포함하는 격벽
    을 구비하는, 컬러 필터.
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