KR20190139196A - 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자의 제조 방법 - Google Patents

고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

혼색을 저감한 고정밀이며 감도가 높은 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 복수의 광전 변환 소자(11)가 이차원적으로 배치된 반도체 기판(10) 상에, 각 광전 변환 소자(11)에 대응하여 복수색의 색 필터(14, 15, 16)를 배치한 색 필터 패턴을 갖는 고체 촬상 소자이며, 반도체 기판(10)과 색 필터(14, 15, 16) 사이에 형성된 가시광을 투과하는 층과, 인접하는 색 필터(14, 15, 16) 사이에 형성된 가시광을 투과하는 층이 연속한 격벽층(12)이 형성되고, 복수색의 색 필터(14, 15, 16) 중의 가장 면적이 넓은 색 필터(14)의 에지부와 격벽층(12)에 포함되는 에지부가 연속하고 있고, 가장 면적이 넓은 색 필터(14)의 측벽에는, 격벽층(12)을 에칭하였을 때의 반응 생성물층(40)이 형성되어 있다.

Description

고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자의 제조 방법
본 발명은, 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
고체 촬상 소자 및 그 제조 방법에 관한 기술로서는, 예를 들어 특허문헌 1 또는 2에 기재된 것이 있다.
일본 특허 공개 평11-68076호 공보 일본 특허 제4905760호 공보
발명자들이, 특허문헌 2에 기재된 제조 방법을 검토한바, 각 색 필터 패턴을 드라이 에칭으로 형성할 때, 색 필터를 형성하는 재료(색 필터재)는 유기물과 금속을 함유한 재료이기 때문에, 드라이 에칭으로의 형상 가공은 곤란하여 잔사가 남기 쉽고, 또한, 잔사가 없이 형상 좋게 드라이 에칭을 행하는 경우에는, 광전 변환 소자에 에칭 대미지를 주기 쉽다는 지견을 얻었다.
본 발명은, 상술한 과제(지견)를 감안하여 이루어진 것이며, 혼색을 저감한 고정밀이며 감도가 높은 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태인 고체 촬상 소자는, 복수의 광전 변환 소자가 이차원적으로 배치된 반도체 기판 상에, 각 광전 변환 소자에 대응하여 복수색의 색 필터를 배치한 색 필터 패턴을 갖는 고체 촬상 소자이며, 상기 반도체 기판과 상기 색 필터 패턴 사이에 형성된 제1 가시광을 투과하는 층과, 인접하는 상기 색 필터 사이에 형성된 제2 가시광을 투과하는 층이 연속하고 있고, 상기 제1 가시광을 투과하는 층과 상기 제2 가시광을 투과하는 층은 동일한 재료로 이루어지고, 상기 복수색의 색 필터 중 가장 면적이 넓은 색 필터의 에지와 상기 제2 가시광을 투과하는 층의 에지부가 연속하고 있고, 상기 가장 면적이 넓은 색 필터의 측벽에는, 상기 제1 가시광을 투과하는 층을 구성하는 성분을 포함하는 반응 생성물층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 일 양태인 고체 촬상 소자의 제조 방법은, 복수의 광전 변환 소자가 이차원적으로 배치된 반도체 기판 상에, 각 광전 변환 소자에 대응하여 복수색의 색 필터를 배치한 색 필터 패턴을 갖고, 상기 각 색 필터 사이 및 상기 각 색 필터의 하층에 가시광을 투과하는 층이 형성된 고체 촬상 소자의 제조 방법이며, 상기 복수의 광전 변환 소자가 이차원적으로 배치된 반도체 기판 상 전체면에, 가시광을 투과하는 층을 형성하는 공정과, 상기 가시광을 투과하는 층에 상기 복수의 색 필터 패턴 중 제1 색의 색 필터 패턴의 형성 개소를, 드라이 에칭에 의해 개구하여 패터닝하는 공정과, 상기 패터닝하는 공정 후, 개구되어 있는 개소에 제1 색의 색 필터재를 도포 및 경화함으로써, 제1 색 필터를 포함하는 제1 색 필터 패턴을 형성하는 공정과, 다른 색 필터 패턴의 형성 개소를, 드라이 에칭으로 가시광을 투과하는 층 및, 그 위의 상기 제1 색의 색 필터를 개구하는 공정과, 상기 다른 색 필터를 포토리소그래피에 의해 패터닝하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 혼색을 저감한 고정밀이며 감도가 높은 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 양태에 의하면, 드라이 에칭으로 형상을 가공하기 쉬운 가시광을 투과하는 층을 드라이 에칭으로 가공하고, 제1 색의 색 필터를 형성하는 재료를 도포 및 경화하는 것만으로 제1 색의 색 필터를 형성하기 때문에, 제1 색의 색 필터의 박막화가 용이하고, 또한 제1 색의 색 필터를 반듯한 직사각형으로 형성할 수 있다. 이 때문에, 마이크로렌즈 톱으로부터 디바이스까지의 총 거리를 짧게 함으로써 혼색을 저감할 수 있어, 고감도화한 고정밀의 고체 촬상 소자를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 색 필터 배열의 부분 단면도이며, (a)는 도 1의 A-A' 단면도, (b)는 도 1의 B-B' 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한, 가시광을 투과하는 표면 보호층 및 격벽층의 형성 공정 및, 감광성 수지 패턴 재료를 사용하여 제1 색 필터를 형성하는 개소를 드라이 에칭법에 의해 개구시키는 공정순을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한, 제1 색 필터 패턴 도포, 경화 공정 및, 감광성 수지 패턴 재료를 사용하여 제2 이후의 색 필터를 형성하는 개소를 드라이 에칭법에 의해 개구시키는 공정순을 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한, 제2, 제3 색 필터 패턴을 포토리소그래피에 의해 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한, 마이크로렌즈의 제작 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한, 마이크로렌즈를 에치 백에 의한 전사 방법으로 제작하는 경우를 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한, 제2, 제3 색 필터 패턴을 드라이 에칭에 의해 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한, 제2, 제3 색 필터 패턴을, 격벽층을 드라이 에칭에 의해 개구함으로써, 도포 및 경화로 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한, 제2, 제3 색 필터 패턴을, 격벽층을 드라이 에칭에 의해 개구함으로써, 도포 및 경화로 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한, 제1 색 필터 패턴 형성 개소를 개구하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한, 제1 색 필터 패턴을 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한, 제2, 제3 색 필터 패턴을 포토리소그래피에 의해 제작하는 공정을 공정순으로 도시하는 단면도이다.
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 도시한 바와 같이, 이차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10)과, 반도체 기판(10) 상에 배치된 복수의 마이크로렌즈(18)와, 반도체 기판(10)과 마이크로렌즈(18) 사이에 마련된 복수 색 필터(14, 15, 16)를 구비하고 있다. 복수색의 색 필터(14, 15, 16)는, 각 광전 변환 소자(11)에 대응하여 배치된다.
또한, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판(10)의 표면에 형성된 가시광을 투과하는 표면 보호층 및 격벽층(12)이 일체로 형성되어 있음과 함께, 색 필터(14, 15, 16)의 상면에 상층 평탄화층(13)이 마련되어 있다. 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 색 필터(14, 15, 16)의 각 색 필터간에 위치하는 가시광을 투과하는 격벽층(12) 내에 격자 형상의 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)을 포함하고 있다.
이하, 제1 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 설명에 있어서, 제조 공정상, 처음에 형성하는 색 필터(14)를 제1 색 필터로 정의한다. 또한, 제조 공정상, 두번째로 형성하는 색 필터(15)를 제2 색 필터, 제조 공정상, 세번째로 형성하는 색 필터(16)를 제3 색 필터로 정의한다. 본 실시 형태에서는, 처음에 형성하는 색 필터(14)가, 가장 면적이 넓은 색 필터의 경우로서 설명한다.
또한, 가장 면적이 넓은 색 필터의 측벽에는, 전술한 가시광을 투과하는 층을 에칭하였을 때의 반응 생성물층(40)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
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 투과하고, 적어도 300℃ 정도의 온도에 견딜 수 있는 재료로 형성되어 있다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들어 Si, SiO2 등의 산화물 및 SiN 등의 질화물, 그리고 이들의 혼합물 등, Si를 포함하는 재료 등을 들 수 있다.
(마이크로렌즈)
마이크로렌즈(18)는, 반도체 기판(10)의 상방에 배치되며, 반도체 기판(10)에 2차원 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)마다 마련된다. 마이크로렌즈(18)는, 마이크로렌즈(18)에 입사된 입사광을 대응하는 광전 변환 소자(11)에 집광시킴으로써, 광전 변환 소자(11)의 감도 저하를 보완할 수 있다.
(가시광을 투과하는 표면 보호층 및 격벽층)
가시광을 투과하는 표면 보호층 및 격벽층(12)(이하, 간단히 격벽층(12)이라고도 칭함)은, 반도체 기판(10)의 표면 보호 및 평탄화 및 혼색 방지를 위해, 격벽으로서 마련된 층이다. 격벽층(12) 중 표면 보호층은, 광전 변환 소자(11)의 제작에 의한 반도체 기판(10)의 상면의 요철을 저감하고, 혼색을 저감하여 감도를 향상시킨다.
격벽층(12)은, 예를 들어 SiO2, ITO, SnO2, ZnO 등의 파장이 400㎚ 내지 700㎚인 가시광을 투과하고, 색 필터(14, 15, 16)의 패턴 형성이나 밀착성을 저해하지 않는 재료이면, 모두 사용할 수 있다. 또한, 드라이 에칭으로 가공이 용이한 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 SiO2이다.
(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 하나 또는 복수 포함한 수지에 의해 형성된다. 또한, 상층 평탄화층(13)은, 마이크로렌즈(18)와 일체화되어 있어도 문제없다.
(색 필터)
색 필터(14, 15, 16)는, 입사광을 색 분해하기 위한 필터이며, 각 색에 대응하는 필터이다. 색 필터(14, 15, 16)는, 반도체 기판(10)과 마이크로렌즈(18) 사이에 마련되며, 복수의 광전 변환 소자(11)의 각각에 대응하도록 미리 설정된 규칙 패턴으로 배치되어 있다.
도 2에, 각 색 필터(14, 15, 16)의 배열을 평면적으로 도시한다. 도 2에 도시한 배열은, 소위 베이어 배열이다. 또한, 도 2의 (a)는, 도 1에 도시한 A-A' 단면을 평면적으로 도시하는 도면이며, 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)을 포함하지 않는 단면도이다. 또한, 도 2의 (b)는, 도 1에 도시한 B-B' 단면을 평면적으로 도시하는 도면이며, 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)을 포함하는 단면도이다.
색 필터(14, 15, 16)는, 소정의 색의 안료와, 열경화 성분이나 광경화 성분을 포함하고 있다. 예를 들어, 색 필터(14)는 그린 안료를 포함하고, 색 필터(15)는 블루 안료를 포함하고, 색 필터(16)는 레드 안료를 포함하고 있다.
본 실시 형태에서는, 도 2에 도시한, 베이어 배열의 색 필터를 갖는 고체 촬상 소자에 대하여 설명한다. 그러나, 고체 촬상 소자의 색 필터는, 반드시 베이어 배열에 한정되지는 않고, 또한, 색 필터의 색도 RGB의 3색에 한정되지도 않는다. 예를 들어, 베이어 배열에서 면적이 많은 그린 필터의 배열의 일부를, 가시광이 투과하는 재료로 굴절률을 조정한 투명층으로 치환해도 되고, IR광을 커트하는 재료를 함유하는 투명층으로 치환해도 된다.
(1-2) 고체 촬상 소자의 제조 방법
다음에, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(가시광을 투과하는 표면 보호층 및 격벽층 내의 격자 형상 금속 격벽 형성 공정)
도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 이차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10)을 준비하고, 그 표면에 광전 변환 소자(11)에 대응하고, 각 색 필터 형성 개소의 사이에 위치하도록 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)을 형성한다. 색 필터를 통과한 광이 인접하는 광전 변환 소자(11)에 입광되지 않도록, 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)은, 예를 들어 Al, W, Ti, Cu, Ag 등의 금속 재료를 하나 혹은 복수 포함한 금속이나, 그것들 금속의 산화화합물, 질화화합물 등의 화합물에 의해 형성된다.
금속 함유 격자 형상 격벽층(30)의 형성 방법은 공지의 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(10) 상에 금속층을 형성하고, 포토리소그래피로 에칭 마스크로서 사용하는 마스크 패턴을 금속층 상에 형성하고, 에칭에 의해 격자 형상으로 금속층을 형성하는 방법이나, 반도체 기판 상에 포토리소그래피로 마스크 패턴을 형성한 후, 증착, 스퍼터링, CVD 등의 각종 성막 방법으로 금속층을 형성하고, 리프트 오프로 원하는 격자 형상으로 금속층을 패터닝하는 등 공지의 방법을 사용하여 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)을 형성한다. 격자 형상은, 각 광전 변환 소자(11)를 둘러싸도록 설정한다.
금속 함유 격자 형상 격벽층(30)의 막 두께(높이)는, 100㎚ 이상 500㎚ 이하 정도가 바람직하다. 또한, 색 필터의 막 두께(높이)보다도 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)의 막 두께가 두꺼운 경우, 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)에서, 광의 흡수, 반사의 성분이 많아진다. 이 때문에, 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)은, 색 필터의 막 두께 이하의 막 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 격자 형상의 폭은 100㎚ 이하 정도가 바람직하다. 폭이 두꺼워지면, 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)의 면적이 커져, 광전 변환 소자(11)로의 광의 입사를 차단하기 때문에, 경사 입사되는 광의 혼색을 저감할 수 있으면, 격자 형상의 폭을 얇게 하는 것이 바람직하다.
다음에 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)을 덮도록, 반도체 기판(10)의 상부에 가시광을 투과하는 격벽층(12)을 형성한다. 격벽층(12)은 사용하는 재료 조성에 따라 형성 방법은 상이하지만, 예를 들어 증착, 스퍼터링, CVD 등의 공지의 성막 방법에 의해 형성할 수 있다. 또한, SiO2를 포함하는 층을 형성하는 경우 등은, SOG(Spin on Glass)를 사용하여 SiO2를 포함하는 도액을 도포하고, 그 도액을 가열 경화하여 형성하는 등의 간편한 방법도 사용된다. 이들 성막 방법에 의해, 내부에 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)을 내포하는 가시광을 투과하는 격벽층(12)을 반도체 기판(10) 상에 형성한다.
격벽층(12)의 막 두께는, 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)의 막 두께보다 두껍게 형성한다. 본 실시 형태에서는, 150㎚ 이상 700㎚ 이하 정도의 막 두께가 바람직하다. 또한, 색 필터(14, 15, 16)의 막 두께보다도 격벽층(12)의 막 두께가 두꺼운 경우에는, 격벽층(12)을 상부로부터 투과하는 광이 광전 변환 소자(11)에 입사될 가능성이 있기 때문에, 격벽층(12)의 막 두께는, 색 필터(14, 15, 16)의 막 두께보다도 얇은 것이 바람직하고, 예를 들어 400㎚ 이하 정도가 바람직하다.
(제1 색 필터 형성 개소의 개구 공정)
다음에, 도 3의 (c) 내지 (g)에 도시한, 반도체 기판(10) 상에 형성한 격벽층(12)에, 제1 색 필터(14)를 형성하는 개소를 개구하는 공정에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 제1 색 필터(14)가 고체 촬상 소자 중에서 가장 넓은 형성 면적을 갖고 있는 것으로 한다.
(에칭 마스크 패턴 형성 공정)
도 3의 (c) 내지 도 3의 (g)에 도시한 바와 같이, 전공정에서 형성한 격벽층(12) 상에 개구부를 갖는 에칭 마스크 패턴을 형성한다.
먼저, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 격벽층(12) 상에 감광성 수지 마스크 재료를 도포하고 건조하여, 감광성 수지층을 포함하는 에칭 마스크(20)를 형성한다.
다음에, 도 3의 (d)에 도시한 바와 같이, 에칭 마스크(20)에 대하여 포토마스크(도시하지 않음)를 사용하여 노광하여, 필요한 패턴 이외가 현상액에 가용이 되는 화학 반응을 일으킨다.
다음에, 도 3의 (e)에 도시한 바와 같이, 현상에 의해 에칭 마스크(20)의 불요부(노광부)를 제거한다. 이에 의해, 개구부(20b)를 갖는 에칭 마스크 패턴으로서의 감광성 수지 마스크층(20a)이 형성된다. 개구부(20b)에는, 후속 공정에서 제1 색 필터(14)가 형성된다.
에칭 마스크(20)를 구성하는 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. 또한, 에칭 마스크(20)를 패터닝하는 포토리소그래피 프로세스에 사용하는 노광기는, 예를 들어 스캐너, 스테퍼, 얼라이너, 미러 프로젝션 얼라이너를 들 수 있다. 또한, 전자선으로의 직접 묘화, 레이저로의 묘화 등에 의해 에칭 마스크(20)의 노광을 행해도 된다. 그 중에서도, 미세화가 필요한 고체 촬상 소자가 제1 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 높은 패턴을 형성할 수 있다.
이때 사용하는 포토레지스트는, 드라이 에칭 내성이 높은 것이 바람직하다. 드라이 에칭 시의 에칭 마스크재로서 사용하는 경우에는, 에칭 부재와의 에칭 속도인 선택비를 향상시키기 위해, 현상 후에 포스트 베이크라 불리는 열경화 공정이 사용되는 경우가 많다. 그러나, 열경화 공정이 포함되면, 드라이 에칭 후에, 에칭 마스크로서 사용한 잔류 레지스트의 제거 공정에서의 제거가 곤란해지는 경우가 있다. 이 때문에, 포토레지스트로서는, 열경화 공정을 사용하지 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 곤란해지는 경우가 있다. 이 때문에, 포토레지스트로서는, 드라이 에칭 내성이 높은 재료가 바람직하다.
구체적으로는, 에칭 마스크(20)의 재료인 감광성 수지 마스크 재료와, 드라이 에칭의 대상인 제1 색 필터용 재료의 에칭 속도비(선택비)는, 0.5 이상이 바람직하고, 0.8 이상이 보다 바람직하다. 이 선택비가 있으면, 감광성 수지 마스크층(20a)을 모두 소멸시키지 않고, 격벽층(12)을 에칭하는 것이 가능하다. 격벽층(12)의 막 두께가 0.2㎛ 이상 0.8㎛ 이하 정도인 경우, 감광성 수지 마스크층(20a)의 막 두께는, 0.5㎛ 이상 2.0㎛ 이하 정도인 것이 바람직하다.
또한 이때 사용하는 포토레지스트로서는, 포지티브형 레지스트 또는 네가티브형 레지스트 중 어느 쪽이어도 문제없다. 그러나, 에칭 후의 포토레지스트 제거를 생각하면, 외부 요인에 의해, 화학 반응이 진행되어 경화되는 방향으로 변화되는 네가티브형 레지스트보다도, 화학 반응이 진행되어 용해되는 방향으로 화학 반응이 일어나기 쉬운 포지티브형 레지스트가 바람직하다.
이상과 같이 하여, 에칭 마스크 패턴이 형성된다.
(드라이 에칭 공정)
도 3의 (f)에 도시한 바와 같이, 감광성 수지 마스크층(20a) 및 드라이 에칭 가스를 사용한 드라이 에칭에 의해, 개구부(20b)로부터 노출되는 가시광을 투과하는 표면 보호층 및 격벽층(12)의 일부분을 제거한다.
드라이 에칭의 방법으로서는, 예를 들어 ECR(Electron Cyclotron Resonance), 평행 평판 마그네트론, DRM, ICP(Inductively Coupled Plasma), 혹은 2주파 타입의 RIE(Reactive Ion Etching) 등을 들 수 있다. 에칭 방식에 대해서는 특별히 제한되지는 않지만, 폭 수㎜ 이상의 대면적 패턴이나 수백㎚의 미소 패턴 등의 선 폭이나 면적이 상이해도 에칭 레이트나, 에칭 형상이 변하지 않도록 제어할 수 있는 방식의 것이 바람직하다. 또한 100㎜ 내지 450㎜ 정도의 사이즈의 웨이퍼 전체면에서, 면내 균일하게 드라이 에칭할 수 있는 제어 기구의 드라이 에칭방법을 사용하는 것이 바람직하다.
드라이 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 적고 이온에서의 물리적 충격에 의한 에칭을 행하는 원소를 포함하는 희가스를 단체 또는 혼합시켜 사용할 수 있다. 또한, 가스를 사용한 플라스마 환경 하에서의 드라이 에칭 공정에서, 원하는 패턴을 형성하는 반응을 일으키는 가스이면, 이들에 한정되지는 않아도 문제없고, 수소나 질소 등의 가스도 사용해도 문제없다.
격벽층(12)의 재료에 따라, 에칭 가스를 변경할 필요가 있지만, 본 실시 형태에서 바람직하다고 하는 SiO2를 사용한 경우에는, 에칭 가스로서, 불소계 가스 및 산소계 가스나 이들을 혼합시켜 사용하여 에칭을 행한다. 또한, 에칭 레이트의 컨트롤 및, 수직성이 좋은 가공을 위해, 희가스를 혼합시켜 에칭을 행하는 것이 바람직하다. ITO 등의 재료를 격벽층(12)에 사용하는 경우에는, 예를 들어 염소나 메탄, 수소 등의 가스를 혼합시켜 에칭을 행하는 것이 바람직하다.
어느 에칭 조건에 있어서도, 격벽층(12)의 하부에는, 반도체 기판(10)이 있기 때문에, 격벽층(12)은 에칭을 행하고, 반도체 기판(10)은 에칭하지 않는 조건이 바람직하다.
격벽층(12)은, 가시광을 투과하는 재료이기 때문에, 제1 색 필터(14)를 형성하는 개소의 하부에 격벽층(12)이 남아 있는 상태가 바람직하다. 구체적으로는, 격벽층(12)의 드라이 에칭을 행할 때, 다단계로 에칭을 행하는 것이 바람직하고, 예를 들어 격벽층(12)의 막 두께의 90％ 정도까지 에칭한 단계에서, 반응성 가스 유량을 적게 하여, 에칭 레이트를 작게 하고, 격벽층(12)의 막 두께 중 95％ 이상 100％ 미만까지 에칭을 한 단계에서 에칭을 멈추는 것이 바람직하다.
상술한 조건에서 도 3의 (f)에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10) 표면에 도달하거나 또는 근접할 때까지 격벽층(12)의 드라이 에칭을 행한 후, 감광성 수지 마스크층(20a)을 제거함으로써, 제1 색 필터 패턴을 형성하는 개소를 개구시킬 수 있다.
격벽층(12)의 재질에 따라서는, 전술한 드라이 에칭 공정에서는, 표면의 평탄성이 나쁜 경우에는, 드라이 에칭과 웨트 에칭 공정을 조합하여, 에칭을 행해도 된다. 구체적으로는, 격벽층(12)의 막 두께의 80％ 이상까지 드라이 에칭으로 에칭을 행하고, 나머지의 막 두께를 웨트 에칭으로 에칭을 행하는 등의 공정을 거쳐도 된다. 단, 웨트 에칭의 경우, 등방적으로 에칭이 진행되기 때문에, 마지막에 에칭 대미지가 있는 최표면을, 제어성이 높고, 이방적인 에칭이 가능한 드라이 에칭하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 3의 (g)에 도시한 바와 같이, 잔존하고 있는 감광성 수지 마스크층(20a)의 제거를 행한다. 감광성 수지 마스크층(20a)의 제거 방법으로서는, 예를 들어, 약액이나 용제를 사용함으로써 감광성 수지 마스크층(20a)을 용해, 박리하는 방법을 들 수 있다. 감광성 수지 마스크층(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 것인 것이 바람직하다. 색 필터용 재료에 영향을 주지 않는 것이면, 산계의 약품을 사용한 박리 방법이어도 문제없다.
또한, 감광성 수지 마스크층(20a)의 제거 방법으로서는, 전술한 용제 등의 웨트 프로세스 이외의 방법도 사용할 수 있다. 예를 들어, 광 여기나 산소 플라스마를 사용한 레지스트의 회화 기술인 애싱 기술을 사용하는 방법에 의해, 감광성 수지 마스크층(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, 감광성 수지 마스크층(20a)의 표층의 드라이 에칭에 의한 변질층을 제거한 후, 용제 등을 사용한 웨트 에칭에 의해 나머지의 층을 제거해도 된다. 또한, 반도체 기판(10) 및 격벽층(12)에 대미지를 주지 않는 범위이면, 애싱만으로 감광성 수지 마스크층(20a)을 제거해도 상관없다. 또한, 애싱 등의 드라이 프로세스뿐만 아니라, 예를 들어 CMP에 의한 연마 공정 등을 사용해도 된다.
이들 방법을 사용함으로써 감광성 수지 마스크층(20a)을 제거함으로써, 반도체 기판(10) 상에 격자 형상의 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)이 형성되어 있고, 그 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)을 덮도록 가시광을 투과하는 표면 보호층 및 격벽층(12)이 형성되어 있고, 제1 색 필터 형성 개소의 격벽층(12)이 에칭으로 제거되어 개구되어 있는 형상이 완성된다.
(제1 색 필터 형성 공정(제1 공정))
먼저, 도 4를 참조하여, 반도체 기판(10) 상에 형성한 격벽층(12)의 표면에, 제1 색 필터(14)를 형성하는 공정에 대하여 설명한다.
복수의 광전 변환 소자(11)가 이차원적으로 배치된 반도체 기판(10) 상에 형성한 격벽층(12)의 표면에, 도 4의 (a)와 같이, 수지 재료를 주성분으로 하고 제1 안료(착색제)를 분산시킨 제1 수지 분산액을 포함하는 제1 색 필터용 재료를 도포하여 제1 색 필터(14)의 층을 형성한다. 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 도 2에 도시한 바와 같이 베이어 배열의 색 필터를 사용하는 것을 상정하고 있다. 이 때문에, 제1 색은 그린(G)인 것이 바람직하다.
제1 색 필터용 재료의 수지 재료로서는, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지 및 자외선 경화 수지 등의 광경화성 수지를 함유하는 혼합 수지를 사용한다. 또한, 광경화성 수지의 배합량을 열경화성 수지의 배합량보다도 적게 하는 것이 바람직하다. 수지 재료로서 열경화성 수지를 많이 사용함으로써, 경화성 수지로서 광경화성 수지를 많이 사용하는 경우와 달리, 제1 색 필터(14)의 층의 안료 함유율을 높게 하는 것이 가능하게 되어, 박막이며 또한 원하는 분광 특성이 얻어지는 제1 색 필터(14)를 형성하기 쉬워진다.
단, 본 실시 형태에서는, 열경화성 수지 및 광경화성 수지의 양쪽을 함유하는 혼합 수지로 설명하지만, 반드시 혼합 수지에 한정되지는 않고, 어느 한쪽의 경화성 수지만을 함유하는 수지여도 된다.
제1 색 필터(14)의 층의 막 두께는 400㎚ 내지 800㎚ 정도의 막 두께가 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 종래 방법의 감광성 컬러 레지스트로는 착색 성분의 함유량을 증가시키는 것이 곤란한 색 필터를 제1 색 필터로서 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 베이어 배열에 있어서의 녹색 필터이다.
다음에, 제1 색 필터(14)의 층의 전체면에 자외선을 조사하여, 제1 색 필터(14)의 층을 광경화한다. 본 실시 형태에서는, 종래 방법과 같이 색 필터용 재료에 감광성을 갖게 하여 노광함으로써 원하는 패턴을 직접 형성하는 경우와 달리, 제1 색 필터(14)의 층의 전체면을 경화하기 때문에, 감광성 성분의 함유량을 저하시켜도 경화가 가능해진다. 또한, 자외선 조사를 행하지 않고, 다음 공정의 가열 경화 공정에서 행해도 된다.
다음에, 제1 색 필터(14)의 층을 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 사용되는 경우가 많기 때문에, 제1 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)
다음에, 도 4의 (b) 내지 도 4의 (f)에 도시한 바와 같이, 전공정에서 형성한 제1 색 필터(14)의 층 및, 격벽층(12) 상에 개구부를 갖는 에칭 마스크 패턴을 형성한다.
먼저, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 색 필터(14)의 층의 표면에, 감광성 수지 마스크 재료를 도포하고 건조하여, 에칭 마스크(20)를 형성한다.
다음에, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 에칭 마스크(20)에 대하여 포토마스크(도시하지 않음)를 사용하여 노광하여, 필요한 패턴 이외가 현상액에 가용이 되는 화학 반응을 일으킨다.
다음에, 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이, 현상에 의해 에칭 마스크(20)의 불요부(노광부)를 제거한다. 이에 의해, 개구부를 갖는 감광성 수지 마스크층(20a)이 형성된다. 개구부의 위치에는, 후속 공정에서 제2 색 필터(15) 또는 제3 색 필터(16)가 형성된다.
(제2 이후의 색 필터 형성 개소의 개구 공정)
에칭 마스크 패턴 및 드라이 에칭 가스를 사용한 드라이 에칭에 의해, 도 4의 (e)에 도시한 바와 같이, 개구부로부터 노출되는 제1 색 필터(14)의 층의 일부분 및 하층의 격벽층(12)의 일부분을 제거한다.
드라이 에칭의 방법으로서는, 전술한 방법과 마찬가지의 방법을 사용하지만, 원하는 개구 개소는, 제1 색 필터(14)의 층이 수백㎚ 정도 있고, 그 아래에 격벽층(12)이 있는 구조이기 때문에, 처음에 제1 색 필터(14)의 층을 드라이 에칭으로 제거하는 공정이 필요해진다.
색 필터가 되는 층은, 일반적으로 금속을 포함한 유기물에 의해 구성되어 있어, 균일한 층은 아니다. 이 때문에, 색 필터 형성 시에는, 에칭 레이트의 변동에 기인한 잔사가 발생하기 쉬운 것을 지견하고 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 색 필터(14)의 층의 수백㎚ 정도와 그 아래의 격벽층(12)을 에칭으로 제거할 필요가 있지만, 격벽층(12)의 에칭 후에 저면이 평활한 것이 바람직하다. 그 때문에, 색 필터의 재료를 드라이 에칭으로 제거할 때, 잔사가 남지 않는 조건이 바람직하다.
드라이 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 적고 이온에서의 물리적 충격에 의한 에칭을 행하는 원소를 포함하는 희가스를 단체 또는 혼합시켜 사용할 수 있다. 또한, 가스를 사용한 플라스마 환경 하에서의 드라이 에칭 공정에서, 원하는 패턴을 형성하는 반응을 일으키는 가스이면, 이들에 한정되지는 않아도 문제없다. 본 실시 형태에서는 초기의 단계에서는, 전체 가스 유량의 90％ 이상을 희가스 등의 이온으로 하는 에칭 가스를 사용하여 물리적 충격을 주체로 하는 에칭을 행하고, 다음에 그 가스에 불소계 가스나 산소계 가스를 혼합한 에칭 가스를 사용함으로써 화학 반응도 이용하여 에칭 레이트를 향상시킨 에칭을 행한다. 에칭 가스에 희가스를 많이 함유시킴으로써, 색 필터의 층이 평탄하게 되도록 에칭을 행할 수 있다.
제2 이후의 색 필터(15, 16)를 형성하는 개소의 격벽층(12) 상의 제1 색 필터(14)의 층의 막 두께 중 95％ 이상이 에칭된 단계에서, 전술한 격벽층(12)을 에칭하는 조건을 변경한다. 색 필터의 층을 에칭한 단계에서, 색 필터의 층에 포함되는 재료의 잔사가 확인되는 경우에는, 격벽층(12)을 에칭하는 조건 시, 희가스 유량의 비율을 증가시킴으로써, 에칭 레이트를 저하시켜, 격벽층(12)을 평탄하게 에칭하는 것이 바람직하다.
격벽층(12)을 에칭할 때, 희가스를 사용하고 있기 때문에, 물리적 충격에 의해, 마스크 패턴 측벽에 반응 생성물이나 에칭 재료가 부착되기 쉬운 상황이 된다. 그 때문에, 격벽층(12) 및 제1 색 필터(14)의 측벽에는, 반응 생성물로 이루어지는 반응 생성물층(40)이 형성된다. 이때의 반응 생성물층(40)의 폭은, 에칭 조건에 따라 상이하지만, 1㎚ 이상 50㎚ 이하 정도인 것이 바람직하다.
다음에, 잔존하고 있는 감광성 수지 마스크층(20a)의 제거를 행한다(도 4의 (f) 참조). 감광성 수지 마스크층(20a)의 제거에는, 예를 들어 약액이나 용제를 사용함으로써 제1 색 필터(14)에 영향을 주지 않고, 감광성 수지 마스크층(20a)을 용해, 박리하는 제거 방법을 들 수 있다. 감광성 수지 마스크층(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 것인 것이 바람직하다. 색 필터용 재료에 영향을 주지 않는 것이면, 산계의 약품을 사용한 박리 방법이어도 문제없다.
또한, 감광성 수지 마스크층(20a)의 제거 방법으로서는, 전술한 용제 등의 웨트 프로세스 이외의 방법도 사용할 수 있다. 예를 들어, 광 여기나 산소 플라스마를 사용한 레지스트의 회화 기술인 애싱 기술을 사용하는 방법에 의해, 감광성 수지 마스크층(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, 감광성 수지 마스크층(20a)의 표층의 드라이 에칭에 의한 변질층을 제거한 후, 용제 등을 사용한 웨트 에칭에 의해 나머지의 층을 제거해도 된다. 또한, 제1 색 필터용 재료에 대미지를 주지 않는 범위이면, 애싱만으로 감광성 수지 마스크층(20a)을 제거해도 상관없다. 또한, 애싱 등의 드라이 프로세스뿐만 아니라, 예를 들어 CMP에 의한 연마 공정 등을 사용해도 된다.
상기 공정에 의해, 제2 이후의 색 필터(15, 16)의 형성 개소의 개구 공정의 형성이 완료된다. 상기 공정으로 격벽층(12)을 에칭함으로써, 금속 함유 격자 형상 격벽층(30) 및 격벽층(12) 상에 제1 색 필터(14)가 형성되어 있다. 또한, 제1 색 필터(14)와 가시광을 투과하는 격벽층(12)을 한 번에 에칭하기 때문에, 도 4의 (e)에 도시한 바와 같이 제1 색 필터(14)의 에칭으로 제거되어 단부가 되는 에지부의 면과, 가시광을 투과하는 격벽층(12)의 에칭으로 제거되어 단부가 되는 에지부의 면이 단차없이 연속하여 연결되어 있고, 또한 그 연속하여 연결되어 있는 에지부의 면의 외측에, 격벽층(12)을 에칭하였을 때의 반응 생성물을 포함하는 반응 생성물층(40)이 부착되어 있는 구조가 얻어진다.
(제2 이후의 색 필터의 패턴의 형성에 대하여)
다음에, 도 5의 (a) 내지 도 5의 (f)에 도시한 바와 같이, 제1 색 필터(14)와는 상이한 색의 안료를 포함하는 제2, 제3 색 필터(15, 16)를 형성한다. 제2, 제3 색 필터(15, 16)의 패턴의 제작 방법은, 크게 나누어 2가지의 방법을 사용할 수 있다.
제1 방법은, 격벽층(12) 및 제1 색 필터 패턴을 가이드 패턴으로 함과 함께, 제2, 제3 색 필터(15, 16)는 광경화성 수지를 포함한 감광성 색 필터용 재료를 사용하여 형성하고, 종래 방법으로 선택적으로 노광하여 패턴을 형성하는 방법이다.
제2 방법은, 전술한 제2 이후의 색 필터 형성 개소를 개구시킨 공정을 복수회 반복하는 방법이다. 제1 색 필터(14) 및 격벽층(12)을 패턴 형성한 반도체 기판(10)의 표면 전체면에, 제2 색 필터용 재료를 도포한다. 계속해서, 패터닝을 행한 감광성 수지 마스크 재료층을 에칭 마스크로 하여 드라이 에칭을 행하여, 제3 색 필터(16) 형성 개소에 개구부를 형성한다. 마지막으로, 그 장소에 제3 색 필터용 재료를 도포하고, 여분의 색 필터를 연마 등으로 제거함으로써, 개구부 내에 제3 색 필터(16)를 형성하는 방법이다. 이 제2 방법을 사용하는 경우에는, 전술한 제2 이후의 색 필터 형성 개소를 개구하는 공정 시에, 제2, 제3 색 필터 형성 개소의 격벽층(12)을 에칭으로 제거하였지만, 제2 색 필터 형성 개소만을 개구하고, 제2 색 필터(15)를 도포, 경화를 행하고, 패터닝한 감광성 수지 마스크 재료를 사용하여, 제3 색 필터 형성 개소를 개구시키는 방법을 사용해도 된다. 이 방법의 경우, 잔사가 발생하기 쉬운 색 필터의 재료의 에칭양을 저감할 수 있기 때문에, 격벽층(12)을 평탄하게 형성할 수 있는 이점이 있다. 또한, 제1 방법으로, 제2 이후의 색 필터(15, 16)를 원하는 형상으로 가공할 수 있는 경우에는 공정수를 삭감할 수 있기 때문에, 제2 방법과 비교하여 제1 방법이 바람직하다.
(제2 이후의 색 필터의 패턴을 형성하는 제1 방법)
처음에, 제2 이후의 색 필터(15, 16)의 패턴을 형성하는 제1 방법에 대하여, 도 5의 (a) 내지 도 5의 (f)를 사용하여 설명한다. 제1 방법은, 제2 색 필터(15)에 감광성 성분을 가진 색 필터의 재료(컬러 레지스트)를 사용하는 것에 특징이 있다.
도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 색 필터(14) 및 격벽층(12)을 패턴 형성한 반도체 기판(10)의 표면 전체면에, 제2 색 필터용 재료로서 감광성 색 필터용 재료를 도포하고, 즉 개구부(20b) 전체면에 감광성 색 필터용 재료를 도포하고 건조시켜 제2 색 필터(15)의 층을 형성한다. 이때 사용하는 감광성 색 필터용 재료는, 광을 쪼임으로써 경화되는 네가티브형 감광성 성분을 함유한다. 제2 색 필터(15)의 막 두께는, 400㎚ 내지 1000㎚의 막 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 막 두께를 두껍게 형성하는 경우, 착색 안료의 농도를 저하시킬 수 있기 때문에, 감광성 경화 성분의 함유량을 많게 할 수 있어, 형상 제어성이 향상된다.
다음에, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 색 필터(15)를 형성하는 부분에 대하여, 포토마스크를 사용하여 노광을 행하여, 제2 색 필터(15)의 층의 일부를 광경화시킨다.
다음에, 도 5의 (c)와 같이, 현상 공정에서 선택적으로 노광되어 있지 않은 제2 색 필터(15)의 층의 일부를 제거한다. 다음에 노광을 행한 제2 색 필터(15)의 층의 일부와 반도체 기판(10)의 밀착성 향상, 및 실제 디바이스 이용에서의 내열성을 향상시키기 위해, 고온 가열로의 경화 처리를 행함으로써 잔존한 제2 색 필터(15)의 층을 경화시킨다. 이에 의해, 제2 색 필터(15)를 형성한다. 이때, 경화에 사용하는 온도는, 200℃ 이상이 바람직하다.
다음에, 도 5의 (d)에 도시한 바와 같이, 제3 색 필터용 재료를 반도체 기판(10)의 전체면에 도포하여 제3 색 필터(16)의 층을 형성한다. 제3 색 필터(16)의 막 두께는, 400㎚ 내지 1000㎚의 막 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 막 두께를 두껍게 형성하는 경우, 착색 안료의 농도를 저하시킬 수 있기 때문에, 감광성 경화 성분의 함유량을 많게 할 수 있어, 형상 제어성이 향상된다.
다음에, 도 5의 (e)에 도시한 바와 같이, 제3 색 필터(16)의 층 중 제3 색 필터(16)를 형성하는 개소를 선택적으로 노광하여, 제3 색 필터(16)의 층의 일부를 광경화시킨다.
다음에, 도 5의 (f)와 같이, 감광성의 제3 색 필터(16)의 층을 현상하여, 노광되어 있지 않은 제3 색 필터(16)의 층의 일부를 제거한다. 다음에, 노광을 행한 제3 색 필터(16)의 층의 일부와 반도체 기판(10)의 밀착성 향상 및 실제 디바이스 이용에서의 내열성을 향상시키기 위해, 고온 가열로의 경화 처리를 행함으로써 잔존한 제3 색 필터(16)의 층을 경화시킨다. 이에 의해, 제3 색 필터(16)가 형성된다.
또한, 이 제2 색 필터(15) 이후의 패턴 형성 공정을 반복함으로써, 원하는 색수의 색 필터를 형성할 수 있다.
계속해서, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 형성된 색 필터(14, 15, 16) 상에 상층 평탄화층(13)을 형성한다. 상층 평탄화층(13)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, 상층 평탄화층(13)은, 이들 수지에 한하지 않고, 파장이 400㎚ 내지 700㎚인 가시광을 투과하고, 색 필터(14, 15, 16)의 패턴 형성이나 밀착성을 저해하지 않는 재료이면, 모두 사용할 수 있다. 상층 평탄화층(13)은, 색 필터(14, 15, 16)의 분광 특성에 영향을 주지 않는 수지에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 파장이 400㎚ 내지 700㎚인 가시광에 대하여 투과율 90％ 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 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 도포하여 가열을 행하여 경화함으로써 형성할 수 있다. 또한, 상층 평탄화층(13)은, 예를 들어 산화물 또는 질화물 등의 화합물을 사용하여 형성할 수도 있다. 이 경우, 상층 평탄화층(13)은, 예를 들어 증착, 스퍼터, CVD 등의 각종 성막 방법에 의해 형성할 수 있다.
마지막으로, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 상층 평탄화층(13) 상에, 마이크로렌즈(18)를 형성한다. 마이크로렌즈(18)는, 예를 들어 열 플로우를 사용한 제작 방법, 그레이톤 마스크에 의한 마이크로 렌즈 제작 방법, 드라이 에칭을 사용한 상층 평탄화층(13)으로의 마이크로렌즈 전사 방법 등의 공지의 기술에 의해 형성된다.
형상 제어성이 우수한 드라이 에칭에 의한 패터닝 기술을 사용하여 마이크로렌즈를 형성하는 방법은, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 우선 최종적으로 마이크로렌즈가 되는 투명 수지층(상층 평탄화층(13)을 겸해도 됨. 도 7의 (a)에서는 상층 평탄화층(13)을 겸하는 경우를 도시하고 있음)을 색 필터(14, 15, 16) 상에 형성한다. 다음에, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이 그 투명 수지층 상에 열플로우법에 의해 마이크로렌즈(18)의 모형(母型)(렌즈 모형)을 형성한다. 다음에 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 그 렌즈 모형을 마스크로 하여, 드라이 에칭의 방법에 의해 렌즈 모형 형상을 투명 수지층에 전사하는 방법이다. 렌즈 모형 높이나 재료를 선택하고, 에칭의 조건을 조정함으로써, 적정한 렌즈 형상을 투명 수지층에 전사할 수 있다.
상기 방법을 사용함으로써, 제어성 높게 마이크로렌즈(18)를 형성하는 것이 가능해진다. 이 방법을 사용하여, 마이크로렌즈(18)의 렌즈 톱으로부터 렌즈 보텀까지의 높이가 400 내지 800㎚가 되도록 마이크로렌즈(18)를 제작하는 것이 바람직하다.
이상의 공정에 의해, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자가 완성된다.
본 실시 형태에서는, 처음에, 제1 색 필터(14)로서 가장 면적이 넓은 색 필터를 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 제2 색 필터(15) 및 제3 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 색 필터용 재료 및 격벽층(12)은, 반듯한 직사각형으로 형성되어 있고, 이 패턴을 가이드 패턴으로 하여, 4변이 둘러싸인 장소를 매립하도록 제2, 제3 색 필터(15, 16)를 형성할 수 있다. 그 때문에 제2 이후의 색 필터에 감광성을 갖게 한 컬러 레지스트를 사용한 경우라도, 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 착색 성분의 비율을 많게 할 수 있어, 색 필터(15, 16)의 박막화에 대응할 수 있다.
제2 이후의 색 필터(15, 16)를 형성하는 개소는, 제1 색 필터(14)의 에칭 시에 격벽층(12)이 에칭 공정에서 제거되어 있어, 반도체 기판(10) 혹은 격벽층(12)이 표면에 노출되는 공정으로 되어 있다. 이 경우, 반도체 기판(10) 혹은 격벽층(12)의 표면이 산화되어 있어, 친수성으로 되어 있다고 생각된다. 이와 같은 반도체 기판(10) 혹은 격벽층(12)의 표면에, 제2 이후의 색 필터를 포토리소그래피 공정에서 형성하면, 친수성을 갖는 반도체 기판(10) 혹은 격벽층(12)과, 제2 이후의 색 필터가 접촉하고 있는 부분에 현상액이 돌아 들어가는 경우가 있다. 이 때문에, 제2 이후의 색 필터 패턴(제2, 제3 색 필터(15, 16)의 패턴)이 박리될 것이 상정된다. 그 때문에, 표면 상태에 따라서는, 기존의 방법, 예를 들어 HDMS(헥사메틸디실라잔) 처리 등의 방법에 의해 노출되어 있는 표면을 소수성으로 함으로써, 제2 이후의 색 필터 패턴이 박리될 가능성을 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 색 필터(14)는, 광경화에 관여하는 수지 성분 등의 함유율이 적고, 또한 안료 함유율이 높은 색 필터용 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 제1 색의 색 필터용 재료에 있어서의 안료의 함유율을 70질량％ 이상으로 구성하는 것이 바람직하다. 그것에 의해, 제1 색 필터용 재료에, 종래의 감광성 컬러 레지스트를 사용한 포토리소그래피 프로세스에서는 경화 불충분해져 버리는 농도의 안료가 포함되어 있어도, 제1 색 필터(14)를 고정밀도로, 잔사나 박리도 없이 형성할 수 있다. 구체적으로는, 제1 색 필터(14)로서 그린 필터를 사용한 경우, 레드 필터 혹은 블루 필터의 광경화 성분을 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 안료 함유율을 높게 해도, 포토리소그래피로 각 색 필터 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
어느 이유에 의해서도, 처음의 제1 색 필터(14)를, 패턴 형성이 아니라 광경화에 중점을 두고 감광성 성분을 적게 하고, 또한 열경화 성분으로 경화시키는 것을 주체로 한 제1 색 필터용 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 제1 색 필터(14)는, 반도체 기판(10) 및 격벽층(12)에 밀착되어, 다른 색 필터 형성 시에 발생하는 잔사나 박리가 없고, 또한 높은 해상도로 할 수 있다. 그리고, 제2, 제3 색 필터(15, 16)는, 감광성의 제2, 제3 색 필터용 재료를 사용하여, 공정이 적고 효율이 높은 포토리소그래피의 형성 공법으로 형성된다. 그렇게 함으로써, 처음에 형성한 제1 색 필터(14)의 패턴이, 정확한 패턴이 되어, 제2, 제3 색 필터(15, 16)의 패턴을 포토리소그래피로 형상 좋게 형성할 수 있다.
(제2 이후의 색 필터의 패턴을 형성하는 제2 방법)
다음에, 제2 이후의 색 필터(15, 16)의 패턴을 형성하는 제2 방법에 대하여, 도 8의 (a) 내지 도 8의 (h)를 사용하여 설명한다. 제2 방법은, 감광성을 갖게 하지 않는 색 필터용 재료로 제2, 제3 색 필터(15, 16)의 각 층을 형성하는 것에 특징이 있다. 이하, 이 경우에 대하여, 도면을 사용하여 설명한다.
도 8의 (a)에 도시한 바와 같이 전술한 제1 색 필터(14) 및 격벽층(12)이, 제2 이후의 색 필터 형성 개소가 개구된 기판을 준비하고, 제2 색 필터용 재료의 도포를 행한다. 이때 사용하는 제2 색 필터용 재료는, 감광성을 갖게 하지 않고, 가열에 의해 경화되는 열경화형 수지 재료를 사용한다. 제2 색 필터용 재료는 감광성을 갖지 않기 때문에, 전술한 바와 같이, 감광성 성분의 첨가가 불필요하게 되어 안료 농도를 짙게 하는 것이 용이해진다. 이 때문에, 제2 색 필터(15)의 막 두께의 박막화가 가능해진다. 이후, 제2 색 필터용 재료를 경화하여 제2 색 필터(15)의 층을 형성하기 위해, 고온에서의 가열을 행한다. 가열 온도는 디바이스에 영향을 주지 않는 범위에서의 가열이 바람직하고, 구체적으로는 300℃ 이하이고, 나아가 240℃ 이하가 바람직하다.
다음에 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 색 필터(15)의 층의 상부에 감광성 수지 마스크 재료를 도포하여 에칭 마스크(20)를 형성한다.
계속해서, 도 8의 (c), (d)에 도시한 바와 같이, 제3 색 필터(16)를 배치하는 장소가 개구되도록 노광, 현상을 행하여, 개구부를 형성한 감광성 수지 마스크층(20a)을 형성한다.
계속해서, 도 8의 (e)에 도시한 바와 같이, 개구부를 형성한 감광성 수지 마스크층(20a)을 사용한 드라이 에칭 기술을 사용하여, 제2 색 필터(15)의 층의 영역 중에서, 제3 색 필터(16)를 배치하기 위해 불필요한 부분을 제거하여 개구부를 형성한다. 이때, 감광성 수지 마스크층(20a)에 대해서는, 가열이나 자외선 조사 등의 경화 처리를 행해도 된다. 도 8의 (f)에 도시한 바와 같이, 감광성 수지 마스크층(20a)을 용제에 의한 박리, 세정이나 광 여기 또는 산소 플라스마에 의한 회화 처리인 애싱 등의 공지의 제거 방법에 의해 제거한다. 이에 의해, 제3 색 필터(16)가 형성되는 위치에 개구부가 마련되어 있고, 그 이외의 위치에, 제1 색 필터(14)와 제2 색 필터(15)가 형성되어 있다.
다음에, 도 8의 (g)에 도시한 바와 같이, 제1 색 필터(14)와 제2 색 필터(15)가 형성된 반도체 기판(10)의 전체면에 대하여, 개구부를 매립하도록 제3 색 필터용 재료를 도포하고, 가열 경화하여 제3 색 필터(16)의 층을 형성한다. 이후, 도 8의 (h)에 도시한 바와 같이, 제1, 제2 색 필터(14, 15) 상의 여분의 제3 색 필터(16)의 층을 소정의 막 두께까지, 예를 들어 CMP 등의 연마 공정 또는 드라이 에칭 기술을 사용하여 에치 백 공정을 행한다. 마지막으로, 평탄화나 원하는 막 두께를 제거하는 등의 공지의 기술을 사용한 공정에 의해 여분의 제3 색 필터(16)의 층을 제거하여, 제3 색 필터(16)로 한다.
제4 이후의 색 필터를 형성하는 경우, 제2, 제3 색 필터(15, 16)와 마찬가지로 색 필터용 재료의 도포, 경화 처리를 행한다. 이후에, 패터닝을 행하여 개구부를 형성한 감광성 수지 재료를 감광성 수지 마스크층(20a)으로 하여 드라이 에칭을 행하고, 그 후 여분의 감광성 수지 마스크층(20a)을 제거함으로써, 복수색의 색 필터를 형성할 수 있다.
형성한 복수색의 색 필터 상에 전술한 상층 평탄화층(13) 및 마이크로렌즈(18)를 형성함으로써, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자가 완성된다.
전술한 모든 색을 드라이 에칭으로 형성하는 제2 방법은, 제3 색 필터 형성 개소를 개구하기 위해, 제2 색 필터의 전체 막 두께만큼 드라이 에칭을 할 필요가 있다. 그러나, 색 필터의 재료는 드라이 에칭 시에 잔사가 발생하기 쉽다. 이 때문에, 도 9의 (a) 내지 (n)에 도시한 바와 같이, 제2, 제3 색 필터 형성 개소의 격벽층(12)을 따로따로 드라이 에칭으로 형성해도 된다. 따라서, 제2, 제3 색 필터 형성 개소의 격벽층(12)을 따로따로 형성하는 경우를, 도 9를 사용하여 설명한다.
도 9의 (a) 내지 도 9의 (d)에 도시한 바와 같이, 전공정에서 형성한 제1 색 필터(14)의 층 및, 격벽층(12) 상에 제2 색 필터 형성 개소에 개구부를 갖는 에칭 마스크 패턴을 형성한다.
먼저, 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 색 필터(14)의 층과 격벽층(12)이 형성된 반도체 기판(10)을 준비한다.
다음에, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 색 필터(14)의 층의 표면에, 감광성 수지 마스크 재료를 도포하고 건조하여, 에칭 마스크(20)를 형성한다.
다음에, 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 에칭 마스크(20)에 대하여 포토마스크(도시하지 않음)를 사용하여 노광하여, 필요한 패턴 이외가 현상액에 가용이 되는 화학 반응을 일으킨다.
다음에, 도 9의 (d)에 도시한 바와 같이, 현상에 의해 에칭 마스크(20)의 불요부(노광부)를 제거한다. 이에 의해, 개구부를 갖는 감광성 수지 마스크층(20a)이 형성된다. 개구부에는, 후속 공정에서 제2 색 필터가 형성된다.
계속해서, 도 9의 (e)에 도시한 바와 같이, 전술한 개구부를 갖는 감광성 수지 마스크층(20a)을 사용한 드라이 에칭 기술에 의해, 제1 색 필터(14)의 층 및 격벽층(12)의 영역 중에서, 제2 색 필터(16)를 배치하기 위해 불필요한 부분을 제거하여 개구부를 형성한다. 이때, 감광성 수지 마스크층(20a)에 대해서는, 가열이나 자외선 조사 등의 경화 처리를 행해도 된다.
다음에, 도 9의 (f)에 도시한 바와 같이, 감광성 수지 마스크층(20a)을 용제에 의한 박리, 세정이나 광 여기 또는 산소 플라스마에 의한 회화 처리인 애싱 등의 공지의 제거 방법에 의해 제거한다. 이에 의해, 제2 색 필터(15)가 형성되는 위치에 개구부가 마련되어 있고, 그 이외의 위치에, 제1 색 필터(14)와 격벽층(12)이 형성된다.
다음에, 도 10의 (g)에 도시한 바와 같이, 제1 색 필터(14)와 격벽층(12)이 형성된 반도체 기판(10)의 전체면에 대하여, 개구를 매립하도록 제2 색 필터용 재료를 도포하고, 가열 경화하여 제2 색 필터(15)의 층을 형성한다.
도 10의 (h) 내지 도 10의 (k)에 도시한 바와 같이, 전공정에서 형성한 제1 색 필터(14)의 층, 제2 색 필터(15)의 층 및 격벽층(12) 상에 제3 색 필터 형성 개소에 개구부를 갖는 에칭 마스크 패턴을 형성한다.
먼저, 도 10의 (h)에 도시한 바와 같이, 감광성 수지 마스크 재료를 도포하고 건조하여, 에칭 마스크(20)를 형성한다.
다음에, 도 10의 (i)에 도시한 바와 같이, 에칭 마스크(20)에 대하여 포토마스크(도시하지 않음)를 사용하여 노광하여, 필요한 패턴 이외가 현상액에 가용이 되는 화학 반응을 일으킨다.
다음에, 도 10의 (j)에 도시한 바와 같이, 현상에 의해 에칭 마스크(20)의 불요부(노광부)를 제거한다. 이에 의해, 개구부를 갖는 감광성 수지 마스크층(20a)이 형성된다. 개구부(20b)에는, 후속 공정에서 제3 색 필터가 형성된다.
계속해서, 도 10의 (k)에 도시한 바와 같이, 전술한 개구부를 갖는 감광성 수지 마스크층(20a)을 사용한 드라이 에칭 기술에 의해, 제1 색 필터(14)의 층, 제2 색 필터(15) 및 격벽층(12)의 영역 중에서, 제3 색 필터(16)를 배치하기 위해 불필요한 부분을 제거하여 개구부를 형성한다. 이때, 감광성 수지 마스크층(20a)에 대해서는, 가열이나 자외선 조사 등의 경화 처리를 행해도 된다.
다음에, 도 10의 (l)에 도시한 바와 같이, 감광성 수지 마스크층(20a)을, 용제에 의한 박리, 세정이나 광 여기 또는 산소 플라스마에 의한 회화 처리인 애싱 등의 공지의 제거 방법에 의해 제거한다. 이에 의해, 제3 색 필터(15)가 형성되는 위치에 개구부가 마련되어 있고, 그 이외의 위치에, 제1 색 필터(14)와 제2 색 필터(15)와 격벽층(12)이 형성된다.
다음에, 도 10의 (m)에 도시한 바와 같이, 제1 색 필터(14)와 제2 색 필터(15)와 격벽층(12)이 형성된 반도체 기판(10)의 전체면에 대하여, 개구부를 매립하도록 제3 색 필터용 재료를 도포하고, 가열 경화하여 제3 색 필터(16)의 층을 형성한다.
이후, 도 10의 (n)에 도시한 바와 같이, 제1, 제2 색 필터(14, 15) 상의 여분의 제3 색 필터(16)의 층을 소정의 막 두께까지, 예를 들어 CMP 등의 연마 공정 또는 드라이 에칭 기술을 사용하여 에치 백 공정을 행한다. 마지막으로, 평탄화나 원하는 막 두께를 제거하는 등의 공지의 기술을 사용한 공정에 의해 여분의 제3 색 필터(16)의 층을 제거하여, 제3 색 필터(16)로 한다.
모든 색 필터를 드라이 에칭으로 형성하는 경우에는, 도 9 및 도 10에 도시한 방법을 사용함으로써, 잔사가 발생하기 쉬운 색 필터의 재료를 색 필터의 막 두께만큼 에칭할 필요가 없고, 격벽층(12)의 재료를 색 필터의 막 두께만큼 에칭하는 구성이 된다. 격벽층(12)의 재료로서, SiO2나 ITO 등을 사용하고 있는 경우에는, 에칭 조건에 의해, 용이하게 형상 제어하기 쉽기 때문에, 원하는 형상으로 에칭하기 쉬운 이점이 있다.
상술한 제1 방법은, 제2 색 필터(15) 이후의 색 필터를 포토리소그래피로 형성하는 방법이다. 즉, 제1 방법에서는, 제2 색 필터(15) 이후의 색 필터용 재료에 광경화성을 갖게 하여, 선택적으로 노광, 현상을 행하여 제2 색 필터(15) 이후를 형성하고 있다.
또한, 상술한 제2 방법은, 드라이 에칭을 복수회 반복하는 형성 방법이다. 제2 방법에서는, 제2 색 필터(15) 이후의 색 필터용 재료에 감광성 성분을 갖게 하지 않고 열경화 성분을 갖게 하고, 전체면에 도포하여 열경화를 행한다. 그리고, 감광성 수지 마스크 재료를, 잔존시키고 싶은 제1 및 제2 색 필터(14, 15) 상에 에칭 마스크로서 형성하여, 제2 색 필터(15) 이후도 드라이 에칭으로 제작한다. 이들 2가지의 방법은, 동일한 공정을 반복함으로써, 제2, 제3 색 필터(15, 16)를 형성하고 있지만, 원하는 분광 특성이 얻어진다면, 이들 공정을 조합하여 사용해도 된다.
제1 실시 형태에서는, 제1 색 필터(14)에 열경화성 수지와 광경화성 수지의 양쪽을 사용하고 있다. 또한, 제1 색 필터(14)에 열경화성 수지 또는 광경화성 수지 중 어느 것을 사용해도 된다. 또한, 제1 색 필터(14)의 경화 공정에서는, 노광에 의한 광경화 및 열에 의한 가열 경화를 사용하고 있다. 색 필터를 박막화하기 위해서는, 안료 농도를 높게 할 필요가 있지만, 안료 함유율이 높으면 용제 내성의 저하가 일어나기 쉬워진다. 이 때문에, 현상 공정이나, 에칭 마스크 제거 공정, 제2 이후의 색 필터(15, 16)의 도포, 현상 공정 등에서 용제와 접촉하였을 때, 제1 색 필터(14)의 성분이 용해됨으로써 분광 특성에 영향을 줄 가능성이 생각된다. 감광성의 광경화성 수지를 혼재시켜 노광함으로써, 색 필터의 표면을 경화하고, 열경화성 수지를 혼재시켜, 고온에서 가열 경화함으로써, 색 필터의 내부 및 표면을 경화시켜, 용제 내성을 향상시키는 효과가 있다. 본 실시 형태에서는, 드라이 에칭으로 형상 제어가 용이한 가시광을 투과하는 격벽층(12)을 사용하기 때문에, 치수 제어의 자유도가 높은 구성이다. 그 때문에, 색 필터간의 격벽의 폭을 얇게 형성하기 쉽다. 이 특성을 사용함으로써, 화소 사이즈로서 1.4㎛×1.4㎛를 하회하는 레벨의 촬상 소자로 형상을 제작하는 것이 용이한 효과가 있다.
2. 제2 실시 형태
이하, 도 11을 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 형태의 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)이 없는 구조이다.
(2-1) 고체 촬상 소자의 구성
제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 격벽층(12) 내에 금속 함유 격자 형상 격벽층(30)이 포함되어 있지 않기 때문에, 격벽층(12)의 폭을 좁게 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 격벽층(12)의 굴절률을 색 필터의 재료 굴절률로 변화시킴으로써, 혼색을 저감하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 금속 함유 격자 형상 격벽층(30) 및 격벽층(12)이 없는 종래 구조와 비교하여, 혼색을 억제할 수 있고, 색 필터를 드라이 에칭으로 제거할 때, 잔사를 저감할 수 있어, 반듯한 직사각형으로 각 색 필터(14, 15, 16)를 형성할 수 있고, 색 필터의 막 두께를 저하시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 제2 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, 이차원적으로 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 마련된 복수색의 색 필터(14, 15, 16)와 반도체 기판(10) 상에 마련된 격벽층(12)과, 색 필터(14, 15, 16) 표면 상에 마련된 상층 평탄화층(13)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), 격벽층(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.
(2-2) 고체 촬상 소자의 제조 방법
다음에, 도 11을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 이차원적으로 배치된 복수의 광전 변환 소자(11)를 갖는 반도체 기판(10) 상에 격벽층(12)을 형성한다.
다음에, 도 11의 (b) 내지 도 11의 (d)에 도시한 바와 같이, 격벽층(12) 상에 에칭 마스크(20)를 형성하여, 감광성 수지 마스크층(20a)을 형성한다.
즉, 포토마스크를 사용하여, 제1 색 필터 형성 개소가 개구되도록 노광하고, 현상함으로써, 감광성 수지 마스크층(20a)을 형성한다. 이 감광성 수지 마스크층(20a)을 형성할 때, 제1 실시 형태와 달리, 제1 색 필터 형성 개소의 치수를 크게 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 제2, 제3 색 필터 형성 개소를 개구시킬 때도, 마찬가지로 치수를 크게 하는 것이 가능해진다. 각 색 필터간의 격벽층(12)의 폭은, 1㎚ 내지 200㎚ 정도의 폭이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 5㎚ 내지 50㎚의 폭이 되도록, 격벽층(12)을 드라이 에칭으로 가공할 때 사용하는 에칭 마스크를 형성한다.
이후의 공정은, 전술한 제1 실시 형태의 공정과 마찬가지이다(도 11의 (e) (f), 도 12, 도 13 참조). 이 때문에, 설명을 생략한다.
또한, 상기 각 실시 형태에서는, 제1 색 필터(14)로서 그린 필터를 사용한 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 색 필터(14)로서 블루 필터를 사용해도 되고, 레드 필터를 사용해도 된다. 즉, 본 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 제조 방법은, 고체 촬상 소자에 구비되는 복수색의 색 필터(14, 15, 16)를 구성하는 수지와, 색 필터(14, 15, 16)에 색을 부여하는 안료를 포함한 것으로 하고, 색 필터(14, 15, 16)에 포함되는 안료의 농도를 50질량％ 이상으로 하였을 때, 색 필터(14, 15, 16) 중, 색 필터를 구성하는 수지에 포함되는 감광성 성분에 의해 경화하여 형상을 형성할 때 에지부에 있어서의 곡률 반경이 가장 커지는 색 필터를 제1 색의 색 필터로서 선택하는 것이면 되고, 제1 색의 색 필터의 색을 한정하는 것은 아니다.
[실시예]
이하, 본 발명의 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자에 대하여, 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.
<실시예 1>
이차원적으로 배치된 광전 변환 소자를 구비하는 반도체 기판 상에, CVD에 의해 텅스텐막을 200㎚의 막 두께만큼 성막하였다. 다음에, 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 재료층(에칭 마스크)인 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 통해 노광하는 포토리소그래피를 행하였다. 노광 장치는 광원에 i선의 파장을 사용한 노광 장치를 사용하였다.
다음에, 2.38질량％의 TMAH(테트라메틸암모늄하이드라이드)를 현상액으로서 사용하여 현상 공정을 행하여, 제2, 제3 색 필터를 형성하는 장소에 개구부를 갖는 감광성 수지 마스크층을 형성하였다. 포지티브형 레지스트를 사용할 때는, 현상 후 탈수 베이크를 행하여, 감광성 수지 마스크 재료층인 포토레지스트의 경화를 행하는 경우가 많다. 금회는 120도의 온도에서 탈수 베이크를 실시하였다. 레지스트의 막 두께를 그린 필터인 제1 색 필터의 막 두께의 2배 이상인, 1.5㎛의 막 두께로 형성하였다.
다음에, 형성한 감광성 수지 마스크층을 사용하여, 드라이 에칭을 행하였다. 이때, 사용한 드라이 에칭 장치는, 병행 평판 방식의 드라이 에칭 장치이다. 또한, 하지의 반도체 기판에 영향을 주지 않도록, 도중에 에칭 조건의 변경을 행하여, 드라이 에칭을 다단계로 실시하였다.
처음에, SF6, Ar 가스의 2종을 혼합한 가스종을 사용하여 에칭을 실시하였다. SF6의 가스 유량을 50ml/min, Ar의 가스 유량을 100ml/min으로 하였다. 또한, 이때의 챔버 내의 압력을 2Pa의 압력으로 하고, RF 파워를 1000W로 하여 실시하였다. 이 조건을 사용하여, 텅스텐층의 총 막 두께인 200㎚ 중 90％에 해당하는 180㎚ 정도까지 에칭한 단계에서, 다음의 에칭 조건으로 변경하였다.
다음에, SF6, O2, Ar 가스의 3종을 혼합한 가스종을 사용하여 에칭을 실시하였다. SF6의 가스 유량을 5ml/min, O2의 가스 유량을 50ml/min, Ar의 가스 유량을 100ml/min으로 하여, 텅스텐층의 막 두께 모두를 에칭으로 제거하였다.
다음에, 에칭 마스크로서 사용한 감광성 수지 마스크 재료의 제거를 행하였다. 이때 사용한 방법은 용제를 사용한 방법이며, 박리액 104(도쿄 오카 고교 가부시키가이샤제)를 사용하여 스프레이 세정 장치로 레지스트의 제거를 행하였다. 그 후, 산소 플라스마에 의한 애싱을 행하여, 잔류하고 있는 레지스트의 제거를 행하였다. 이들 공정에 의해, 반도체 기판 상에 격자 형상으로 텅스텐 격벽 구조를 막 두께 200㎚, 폭 80㎚로 형성하였다.
다음에, SOG를 회전수 1000rpm으로 스핀 코트하고, 핫 플레이트에 의해 250℃에서 30분간의 가열 처리를 행함으로써, 격자 형상의 텅스텐 격벽 구조를 매립하는 형태로, SiO2를 막 두께 350㎚로 형성하였다.
다음에, 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 통해 노광하는 포토리소그래피를 행하였다. 노광 장치는 광원에 i선의 파장을 사용한 노광 장치를 사용하였다.
다음에, 2.38질량％의 TMAH(테트라메틸암모늄하이드라이드)를 현상액으로서 사용하여 현상 공정을 행하여, 제2, 제3 색 필터를 형성하는 장소에 개구부를 갖는 감광성 수지 마스크층을 형성하였다. 포지티브형 레지스트를 사용할 때는, 현상 후 탈수 베이크를 행하여, 감광성 수지 마스크 재료층인 포토레지스트의 경화를 행하는 경우가 많다. 금회는 120도의 온도에서 탈수 베이크를 실시하였다. 레지스트의 막 두께를 그린 필터인 제1 색 필터의 막 두께의 2배 이상인, 1.5㎛의 막 두께로 형성하였다. 이때의 개구부 패턴은 0.9㎛×0.9㎛였다.
다음에, 형성한 감광성 수지 마스크층을 사용하여, 드라이 에칭을 행하였다. 이때, 사용한 드라이 에칭 장치는, 병행 평판 방식의 드라이 에칭 장치이다. 또한, 하지의 반도체 기판에 영향을 주지 않도록, 도중에 에칭 조건의 변경을 행하여, 드라이 에칭을 다단계로 실시하였다.
처음에, CF4, O2, Ar 가스의 3종을 혼합한 가스종을 사용하여 에칭을 실시하였다. CF4 가스 유량을 50ml/min, O2의 가스 유량을 10ml/min, Ar의 가스 유량을 100ml/min으로 하였다. 또한, 이때의 챔버 내의 압력을 2Pa의 압력으로 하고, RF 파워를 1000W로 하여 실시하였다. 이 조건을 사용하여, SiO2층의 총 막 두께인 350㎚ 중 80％에 해당하는 280㎚ 정도까지 에칭한 단계에서, 다음 에칭 조건으로 변경하였다.
다음에, CF4, O2, Ar 가스의 3종을 혼합한 가스종을 사용하여 에칭을 실시하였다. CF4 가스 유량을 25ml/min, O2의 가스 유량을 10ml/min, Ar의 가스 유량을 200ml/min으로 하였다. 또한, 이때의 챔버 내의 압력을 5Pa의 압력으로 하고, RF 파워를 300W로 하여 실시하였다.
다음에, O2 가스와 Ar 가스를 혼합시켜, O2의 가스 유량을 200ml/min, Ar의 가스 유량을 10ml/min으로 하였다. 챔버 내 압력을 1.5Pa, RF 파워를 400W의 조건에서 에칭을 행하였다. 이 조건에서 에칭을 행함으로써, 에칭부의 SiO2 표면을 평탄하게 하였다.
다음에, 에칭 마스크로서 사용한 감광성 수지 마스크 재료의 제거를 행하였다. 이때 사용한 방법은 용제를 사용한 방법이며, 박리액 104(도쿄 오카 고교 가부시키가이샤제)를 사용하여 스프레이 세정 장치로 레지스트의 제거를 행하였다.
다음에, 제1 색인 그린의 안료를 포함하는 제1 색 필터용 재료로서, 감광성 경화 수지와 열경화성 수지를 포함시킨 그린 안료 분산액을 1000rpm의 회전수로 스핀 코트하였다. 이 제1 색의 색 필터용 재료의 그린의 안료에는, 컬러 인덱스에서 C. I. PG58을 사용하고 있고, 그 안료 농도는 70질량％, 층 두께는 500㎚였다.
다음에, 제1 색 필터의 재료의 경화를 실시하기 위해, i선의 노광 장치인 스테퍼를 사용하여 전체면의 노광을 행하여, 감광성 성분의 경화를 실시하였다. 이 감광성의 경화 성분에 의해, 색 필터의 표면의 경화를 실시하였다. 계속해서, 230℃에서 6분간 베이크를 행하여, 그린 필터층의 열경화를 행하였다.
다음에, 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 마스크층인 포지티브형 레지스트는, 자외선 조사에 의해, 화학 반응을 일으켜 현상액에 용해되도록 되었다.
이 샘플에 대하여, 포토마스크를 통해 노광하는 포토리소그래피를 행하였다. 노광 장치는 광원에 i선의 파장을 사용한 노광 장치를 사용하였다.
다음에, 2.38질량％의 TMAH(테트라메틸암모늄하이드라이드)를 현상액으로서 사용하여 현상 공정을 행하여, 제2, 제3 색 필터를 형성하는 장소에 개구부를 갖는 감광성 수지 마스크층을 형성하였다. 포지티브형 레지스트를 사용할 때는, 현상 후 탈수 베이크를 행하여, 감광성 수지 마스크 재료층인 포토레지스트의 경화를 행하는 경우가 많다. 금회는 120℃의 온도에서 탈수 베이크를 실시하였다. 레지스트의 막 두께를 1.5㎛의 막 두께로 형성하였다. 이때의 개구부 패턴은, 0.9㎛×0.9㎛였다. 이 공정에 의해, 제2 이후의 색 필터 형성 개소가 개구되어 있는 마스크 패턴을 형성하였다.
다음에, 형성한 감광성 수지 마스크층을 사용하여, 드라이 에칭을 행하였다. 처음에 SiO2층을 포함하는 격벽층 350㎚ 상에 제1 색 필터인 Green 재료가 150㎚이기 때문에, 이 Green 재료를 잔사가 적게 드라이 에칭으로 제거할 필요가 있다. 따라서, 드라이 에칭을 다단계로 실시하였다.
처음에, CF4, O2, Ar 가스의 3종을 혼합한 가스종을 사용하여 에칭을 실시하였다. CF4 가스 유량을 5ml/min, O2의 가스 유량을 5ml/min, Ar의 가스 유량을 100ml/min으로 하였다. 또한, 이때의 챔버 내의 압력을 2Pa의 압력으로 하고, RF 파워를 1000W로 하여 실시하였다. 이 조건을 사용하여 Green층의 막 두께 150㎚ 중의 90％에 해당하는 135㎚만큼 에칭을 행하고, 다음의 에칭 조건으로 변경하였다.
다음에, CF4, O2, Ar 가스의 3종을 혼합한 가스종을 사용하여 에칭을 실시하였다. CF4 가스 유량을 50ml/min, O2의 가스 유량을 10ml/min, Ar의 가스 유량을 100ml/min으로 하였다. 또한, 이때의 챔버 내의 압력을 2Pa의 압력으로 하고, RF 파워를 1000W로 하여 실시하였다. 이 조건을 사용하여, 제1 색 필터 막 두께 15㎚만큼과 SiO2층의 총 막 두께인 350㎚ 중 80％에 해당하는 280㎚ 정도까지 에칭한 단계에서, 다음 에칭 조건으로 변경하였다.
다음에, CF4, O2, Ar 가스의 3종을 혼합한 가스종을 사용하여 에칭을 실시하였다. CF4 가스 유량을 25ml/min, O2의 가스 유량을 10ml/min, Ar의 가스 유량을 200ml/min으로 하였다. 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.
다음에, O2 가스와 Ar 가스를 혼합시켜, O2의 가스 유량을 200ml/min, Ar의 가스 유량을 10ml/min으로 하였다. 챔버 내 압력을 1.5Pa, RF 파워를 400W의 조건에서 에칭을 행하였다. 이 조건에서 에칭을 행함으로써, 에칭부의 SiO2 표면을 평탄하게 하였다. 이 SiO2를 에칭하였을 때, SiO2와 드라이 에칭 가스의 반응 생성물이, Green층의 측벽에 부착되었다. 그때의 반응 생성물은 주로, Ar 가스의 물리적 충격으로 부착된 SiO2이며, 가로(폭) 방향으로 10㎚ 정도가 측벽에 부착되어 있었다.
다음에, 에칭 마스크로서 사용한 감광성 수지 마스크 재료의 제거를 행하였다. 이때 사용한 방법은 용제를 사용한 방법이며, 박리액 104(도쿄 오카 고교 가부시키가이샤제)를 사용하여 스프레이 세정 장치로 레지스트의 제거를 행하였다.
(제2 색 필터의 제작)
다음에, 제2 색 필터 형성 공정을 행하였다. 제2 및 제3 색 필터 형성 개소는, 제1 색 필터 형성 공정에서 격벽층인 SiO2층이 노출되어 있다. 그 때문에, 표면이 친수성으로 되어 있어, 현상 공정에서 현상액의 돌아듦에 의해, 제2 색 필터가 박리될 가능성이 생각된다. 그 때문에, 노출되어 있는 SiO2층을 소수성으로 하기 위해, HMDS 처리를 실시하였다.
다음에, 제2 색 필터를 마련하기 위해, 안료 분산 블루를 함유하고 있는 감광성의 제2 색 필터용 재료를 반도체 기판 상 전체면에 도포하였다.
다음에, 포토리소그래피에 의해 감광성의 제2 색 필터용 재료에 포토마스크의 패턴을 사용하여 선택적으로 노광하였다.
다음에, 감광성의 색 필터용 재료를 현상하여, 블루의 제2 색 필터를 형성하였다.
이때, 블루 레지스트의 감광성의 색 필터용 재료에 사용한 안료는, 각각 컬러 인덱스에서 C. I. PB156, C. I. PV23이며, 안료 농도는 50질량％였다. 또한, 블루인 제2 색 필터의 층 두께는 0.70㎛였다. 또한, 블루 레지스트의 주성분인 수지로서는, 감광성을 갖게 한 아크릴계의 수지를 사용하였다.
다음에, 제2 색 필터(블루 필터)가 되는 감광성의 제2 색 필터용 재료를 강고하게 경화시키기 위해, 230도의 오븐에 30분간 넣어 경화를 행하였다. 이 가열 공정을 거친 후에는, 제3 색 필터 형성 공정 등의 공정을 거쳐도, 박리나 패턴의 붕괴 등이 확인되지 않았다. 제2 색 필터는 주위가 반듯한 직사각형인 제1 색 필터로 덮여 있어, 반듯한 직사각형으로 형성되어 있기 때문에, 저면 및 주위와의 사이에 밀착성 높게 경화되는 것이 확인되었다.
(제3 색 필터의 제작)
다음에, 제3 색 필터를 마련하기 위해, 안료 분산 레드를 함유하고 있는 감광성의 제3 색 필터용 재료를 반도체 기판 상 전체면에 도포하였다.
다음에, 포토리소그래피에 의해, 감광성의 제3 색 필터용 재료에 포토마스크의 패턴을 사용하여 선택적으로 노광하였다.
다음에, 감광성의 제3 색 필터용 재료를 현상하여, 레드의 제3 색 필터를 형성하였다.
이때, 레드 레지스트의 감광성의 색 필터용 재료에 사용한 안료는, 각각 컬러 인덱스에서 C. I. PR254, C. I. PY139이며, 안료 농도는 60질량％였다. 또한, 레드인 제3 색 필터의 층 두께는 0.80㎛였다.
다음에, 제3 색 필터(레드 필터)가 되는 감광성의 제3 색 필터용 재료를 강고하게 경화시키기 위해, 230도의 오븐에 20분간 넣어 경화를 행하였다. 이때, 제3 색 필터는 주위가 반듯한 직사각형인 제1 색 필터로 덮여 있어, 반듯한 직사각형으로 형성되어 있기 때문에, 저면 및 주위와의 사이에, 밀착성 높게 경화되는 것이 확인되었다.
다음에, 상기 흐름으로 형성된 색 필터 상에 아크릴 수지를 포함하는 도포액을 회전수 1000rpm으로 스핀 코트하고, 핫 플레이트에서 200℃에서 30분간의 가열 처리를 실시하여, 수지를 경화하여, 상층 평탄화층을 형성하였다.
마지막으로, 상층 평탄화층 상에, 상술한 공지의 기술인 에치 백에 의한 전사 방법을 사용하여 렌즈 톱으로부터 렌즈 보텀까지의 높이가 500㎚가 되는 마이크로렌즈를 형성하여, 실시예 1의 고체 촬상 소자를 완성하였다.
이상과 같이 하여 얻은 고체 촬상 소자는, 격자 형상으로 텅스텐의 격벽이 형성되어 있고, 그 주변을 SiO2를 포함하는 격벽이 형성되어 있고, 그린 필터가 드라이 에칭으로 반듯한 직사각형으로 형성되어 있다. 또한 SiO2를 포함하는 격벽의 측벽 및 그린 필터의 측벽에, SiO2 격벽을 드라이 에칭으로 패터닝하였을 때의 반응 생성물(SiO2가 주된 성분)이 10㎚ 정도 부착되어 있다. 또한, 제1 색인 그린 필터는, 열경화성 수지와 소량의 감광성 경화 수지를 사용하고 있기 때문에, 고형분 중의 안료의 농도를 높일 수 있어, 색 필터를 얇게 형성할 수 있었다. 그 때문에, 고체 촬상 소자는, 마이크로렌즈 아래의 반도체 기판까지의 거리가 짧고, 그린 필터가 반듯한 직사각형으로 형성되어 있고, 각 색 필터간에 격벽 구조가 있음으로써, 혼색을 저감할 수 있어 양호한 감도를 갖는 것이었다.
또한, 그린 필터인 제1 색 필터의 색 필터용 재료는, 열경화로 내부를 단단하게 하고 있고, 또한 소량의 감광성 수지를 사용하여 노광으로 표면을 단단하게 하고 있기 때문에, 용제 내성이 향상되어 있다. 안료 함유율이 높은 그린 필터의 재료를 사용한 경우, 용제나 다른 색 필터의 재료와 반응하여 분광 특성이 변화되는 경우가 있다. 그 때문에, 상기 열경화 및 광경화를 병용함으로써, 경도를 향상시킬 수 있어, 분광 특성의 변화를 억제하는 효과가 있다.
<실시예 2>
실시예 2에서는, 처음에 반도체 기판 상에 격벽층을 형성하지 않고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 제작하였다. 또한, 각 색 필터 형성 개소를 드라이 에칭으로 제작할 때, 에칭 마스크의 개구부의 사이즈를, 실시예 1에서는 0.9㎛×0.9㎛로서 제작하였지만, 실시예 2에서는, 1.0㎛×1.0㎛로서 제작하였다.
<종래법>
특허문헌 1에 기재된 종래법에 기초하여, 포토리소그래피 프로세스에 의해 각 색의 색 필터를 패턴 형성하였다. 이하, 상세하게 설명한다.
먼저, 실시예 1에서 사용한, 반도체 기판(10) 상에 실시예 1의 상층 평탄화층(13)과 마찬가지의 재료를 사용하여, 하층 평탄화층을 60㎚ 형성하고, 230℃에서 가열 경화를 행하였다.
다음에, 실시예 1의 블루, 레드의 형성 방법과 마찬가지의 포토리소그래피 프로세스를 사용하여, 그린, 블루, 레드의 3색의 막 두께를 700㎚의 막 두께로 형성하였다.
그 후, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 마이크로렌즈를 형성하여 제작하였다.
이상의 공정에 의해, 종래법에 관한 고체 촬상 소자를 제작하였다.
즉, 종래법으로 형성한 고체 촬상 소자는, 반도체 기판(10) 상에 격벽층(12)이 없고, 그린, 블루, 레드의 각 색 필터를 포토리소그래피 프로세스로 제작한 구조이다.
(평가)
이상의 각 실시예에 있어서, 격벽의 구조가 상이한 샘플이 완성되었다.
이와 같은 각 실시예의 고체 촬상 소자의 적색 신호, 녹색 신호 및 청색 신호의 강도에 대하여, 종래 방법의 포토리소그래피로 그린, 블루, 레드의 3색의 막 두께를 700㎚로 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. 종래법으로 형성한 경우의 신호 강도를 100％로 한 경우의 비로 결과를 나타낸다.
Figure pct00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 드라이 에칭법을 사용하여, 각 색 필터간에 격벽 구조를 형성하고, 그린 필터를 박막화 및 반듯한 직사각형으로 형성한 실시예 1 및 실시예 2의 고체 촬상 소자에서는, 종래 방법의 포토리소그래피로 형성한 경우와 비교하여, 각 색의 신호 강도가 증가되었다.
또한, 본 실시예 2의 제작 방법에서는, 금속을 포함하는 격벽층이 포함되어 있지 않기 때문에, 실시예 1보다는 혼색에 의한 감도의 저하가 보였다. 그러나, 금속 격벽 구조가 없기 때문에, 격벽부의 폭을 얇게 형성할 수 있어, 각 색 필터의 사이즈를 크게 할 수 있는 효과가 있어, 색 필터의 굴절률이 높은 레드의 신호 강도가 높은 결과로 되었다. 또한, 실시예 2에 있어서의 그린 및 블루에 대해서는, 실시예 1보다도 다소 저하되는 경향이었지만, 기존 리소그래피 구조보다는 크게 신호 강도가 증가되었다.
이 결과로부터, 격벽 구조가 있음으로써, 리소그래피 형성에 의한 기존 방법보다도 막 두께가 높은 블루 및 레드에서도 신호 강도가 증가되었다.
이상, 각 실시 형태에 의해 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 범위는, 도시되고 기재된 예시적인 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 목적으로 하는 것과 균등한 효과를 가져오는 모든 실시 형태도 포함한다. 또한, 본 발명의 범위는, 청구항에 의해 정해지는 발명의 특징의 조합에 한정되는 것은 아니고, 모든 개시된 각각의 특징 중 특정 특징의 여러 원하는 조합에 의해 구획될 수 있다.
(참고 기술)
이하, 본 발명에 관한 고체 촬상 소자 및 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관련되는 기술에 대하여, 간단하게 설명한다.
디지털 카메라 등에 탑재되는 CCD(전하 결합 소자)나 CMOS(상보형 금속 산화막 반도체) 등의 고체 촬상 소자는, 근년, 고화소화, 미세화가 진행되고 있고, 그 화소는, 특히 미세한 것에서는 1.4㎛×1.4㎛를 하회하는 레벨의 화소 사이즈로 되어 있다.
고체 촬상 소자는, 광전 변환 소자와 한 쌍의 색 필터 패턴을 갖고, 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 이어지기 때문에, 고체 촬상 소자에서는 감도 저하를 보충하기 위해 광전 변환 소자 상에 집광용 마이크로렌즈를 형성하는 것이 일반적이다.
또한, 근년 이면 조사의 기술을 사용한 이미지 센서가 개발되어 있고, 광전 변환 소자의 개구부를 고체 촬상 소자의 전체 면적의 50％ 이상으로 할 수 있도록 되어 있다. 그러나, 이 경우, 색 필터에 인접하는 색 필터의 누설광이 들어갈 가능성이 있기 때문에, 적절한 사이즈, 형상의 마이크로렌즈를 형성하는 것이 필요로 되고 있다.
이와 같은 색 필터 패턴을 고체 촬상 소자 상에 형성하는 방법으로서는, 통상은 특허문헌 1과 같이 포토리소그래피 프로세스에 의해 패턴을 형성하는 방법이 사용된다.
또한, 다른 방법으로서는, 특허문헌 2에는, 모든 색 필터 패턴을 드라이 에칭에 의해 형성하는 방법이 기재되어 있다.
근년, 800만 화소를 초과하는 고정밀 CCD 촬상 소자에 대한 요구가 커져, 이들 고정밀 CCD에 있어서 부수되는 색 필터 패턴의 화소 사이즈로서 1.4㎛×1.4㎛를 하회하는 레벨의 촬상 소자로의 요구가 커지고 있다. 그러나, 화소 사이즈를 작게 함으로써, 포토리소그래피 프로세스에 의해 형성된 색 필터 패턴의 해상성이 부족하여, 고체 촬상 소자의 특성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 예를 들어, 한 변이 1.4㎛ 이하, 구체적으로는 1.1㎛나 0.9㎛ 근방의 고체 촬상 소자에서는, 해상성의 부족이 패턴의 형상 불량에 기인하는 색 불균일로 되어 나타나는 경우가 있다.
색 필터 패턴의 화소 사이즈가 작아지면, 애스펙트비가 커진다(색 필터 패턴의 폭에 대하여 두께가 커진다). 이와 같은 색 필터 패턴을 포토리소그래피 프로세스로 형성하는 경우, 원래 제거되어야 할 부분(화소의 유효외 부분)이 완전히 제거되지 않고, 잔사가 되어 다른 색의 화소에 악영향을 미치는 경우가 있다. 잔사를 제거하기 위해 현상 시간을 연장하는 등의 방법을 행한 경우, 경화시킨 필요한 화소까지 박리되어 버리는 경우가 있다.
또한, 만족스러운 분광 특성을 얻고자 하면, 색 필터의 막 두께를 두껍게 하지 않을 수 없다. 그러나, 색 필터의 막 두께가 두꺼워지면, 화소의 미세화가 진행됨에 따라서, 색 필터 패턴의 코너가 둥그스름해지는 등, 해상도가 저하되는 경향으로 된다. 색 필터 패턴의 막 두께를 두껍게 하고 또한 분광 특성을 얻고자 하면, 색 필터 패턴 재료에 포함되는 안료 농도를 높일 필요가 있다. 그러나, 안료 농도를 높이면 광경화 반응에 필요한 광이 색 필터 패턴층의 저부까지 도달하지 않아, 색 필터층의 경화가 불충분해지는 경우가 있다. 이 때문에, 포토리소그래피에 있어서의 현상 공정에서 색 필터의 층이 박리되어, 화소 결함이 발생하는 경우가 있다.
또한, 색 필터의 막 두께를 얇게 하고 또한 분광 특성을 얻기 위해, 색 필터용 재료에 포함되는 안료 농도를 높인 경우, 상대적으로 광경화 성분을 저감시키게 된다. 이 때문에, 색 필터의 층의 광경화가 불충분해져, 형상의 악화나, 면내에서의 형상 불균일, 혹은 형상 붕괴 등이 발생하기 쉬워진다. 또한, 색 필터의 층을 충분히 광경화시키기 위해 경화 시의 노광량을 많게 함으로써, 스루풋이 저하되는 경우가 있다.
색 필터 패턴의 고정밀화에 의해, 색 필터 패턴의 막 두께는, 제조 공정상의 과제뿐만 아니라, 고체 촬상 소자로서의 특성에도 영향을 미치는 경우가 있다. 색 필터 패턴의 막 두께가 두꺼운 경우, 경사 방향으로부터 입사된 광이 특정 색 필터에 의해 분광된 후, 인접하는 다른 색 필터 패턴부 및 광전 변환 소자에 입광하는 경우가 있다. 이 경우, 혼색이 발생해 버리는 경우가 있다. 이 혼색의 문제는, 색 필터 패턴의 화소 사이즈가 작아져, 화소 사이즈와 막 두께의 애스펙트비가 커짐에 따라서 현저해진다. 또한, 입사광의 혼색이라는 문제는, 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 평탄화층 등을 형성함으로써, 색 필터 패턴과 광전 변환 소자의 거리가 길어지는 경우에도 현저하게 발생한다. 이 때문에, 색 필터 패턴이나 그 하부에 형성되는 평탄화층 등의 막 두께의 박막화가 중요해진다.
경사 방향으로부터의 입사 등에 의한 혼색 방지를 위해, 각 색의 컬러 필터의 사이에 광을 반사 또는 굴절시켜, 다른 화소에 입사되는 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. 이 때문에, 일반적인 블랙 매트릭스의 형성 방법을 사용하여 격벽을 형성한 경우, 패턴 사이즈가 크기 때문에, 화소 결함과 같이 일부가 BM으로 채워져 버려 해상성이 저하되어 버리는 경우가 있다.
고정밀화가 진행되고 있는 고체 촬상 소자의 경우, 요구되는 격벽의 사이즈는 수백㎚ 사이즈, 보다 바람직하게는 폭 200㎚ 이하 정도이며, 하나의 화소 사이즈가 1㎛ 정도가 될 때까지 화소 사이즈의 고정밀화가 진행되고 있다. 이 때문에, 격벽에, 혼색을 억제할 수 있는 차광 성능을 갖게 하는 것이면, 100㎚ 이하의 막 두께가 바람직하다. 이 사이즈의 격벽 형성에는, BM을 사용한 포토리소그래피법으로는 곤란하다. 이 때문에, 예를 들어 알루미늄, 텅스텐, 티타늄 등의 금속이나 SiO2 등의 무기물이나 이들을 복합시킨 재료를 증착, CVD, 스퍼터 등을 사용하여 성막하고, 그 막을 에칭 기술을 사용하여 격자 패턴형으로 깎음으로써 격벽을 형성하는 경우가 있다.
이와 같은 방법으로 형성되어 있은 격벽 구조가 있는 고체 촬상 소자의 경우, 전술한 특허문헌 2에 있는 바와 같은 드라이 에칭 방법으로는, 격벽 구조부에 드라이 에칭으로 형상 좋게 색 필터를 형성하는 것이 곤란하여, 격벽 구조부 자체를 드라이 에칭해 버리는 경우도 있다.
이상으로부터, 고체 촬상 소자의 화소수를 증가시키기 위해서는, 색 필터 패턴의 고정밀화가 필요하고, 색 필터 패턴의 박막화나, 혼색 방지가 중요해진다.
상술한 바와 같이, 종래의 색 필터의 재료에 감광성을 갖게 하여 포토리소그래피 프로세스에 의해 형성되는 색 필터 패턴은, 치수의 미세화가 진행됨으로써, 막 두께의 박막화도 요구된다. 이 경우, 색 필터의 재료 중의 안료 성분의 함유 비율이 증가되기 때문에, 감광성 성분을 충분한 양 함유할 수 없어, 해상성이 얻어지지 않고, 잔사가 남기 쉬우며, 화소 박리가 발생하기 쉽다는 문제가 있어, 고체 촬상 소자의 특성을 저하시키는 과제가 있었다.
따라서, 색 필터 패턴의 미세화 및 박막화를 행하기 위해, 특허문헌 2의 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 2에서는, 색 필터용 재료 중의 안료 농도를 향상시킬 수 있도록, 감광성 성분을 함유하지 않더라도 패터닝이 가능한 드라이 에칭에 의해 색 필터 패턴을 형성하고 있다. 이들 드라이 에칭을 사용하는 기술에 의해, 안료 농도를 향상시키는 것이 가능해져, 박막화를 행해도 충분한 분광 특성이 얻어지는 색 필터 패턴이 제작 가능해진다.
10 : 반도체 기판
11 : 광전 변환 소자
12 : 격벽층
13 : 상층 평탄화층
14 : 제1 색 필터
15 : 제2 색 필터
16 : 제3 색 필터
18 : 마이크로렌즈
20 : 에칭 마스크(감광성 수지층)
20a : 감광성 수지 마스크층
20b : 개구부
30 : 금속 함유 격자 형상 격벽층
40 : 격벽층의 드라이 에칭 반응 생성물층

Claims (9)

  1. 복수의 광전 변환 소자가 이차원적으로 배치된 반도체 기판 상에, 각 광전 변환 소자에 대응하여 복수색의 색 필터를 배치한 색 필터 패턴을 갖는 고체 촬상 소자이며,
    상기 반도체 기판과 상기 색 필터 패턴 사이에 형성된 제1 가시광을 투과하는 층과, 인접하는 상기 색 필터 사이에 형성된 제2 가시광을 투과하는 층이 연속하고 있고,
    상기 제1 가시광을 투과하는 층과 상기 제2 가시광을 투과하는 층은 동일한 재료로 이루어지고,
    상기 복수색의 색 필터 중 가장 면적이 넓은 색 필터의 에지와 상기 제2 가시광을 투과하는 층의 에지부가 연속하고 있고,
    상기 가장 면적이 넓은 색 필터의 측벽에는, 상기 제1 가시광을 투과하는 층을 구성하는 성분을 포함하는 반응 생성물층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 가시광을 투과하는 층의 내측에 금속을 포함한 층이 있고,
    상기 금속을 포함한 층은, 평면으로 보아, 상기 각 광전 변환 소자를 둘러싸도록 격자 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 고체 촬상 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 가시광을 투과하는 층의 높이는, 상기 복수색의 색 필터보다도 낮고,
    상기 복수색의 색 필터 중 가장 면적이 넓은 색 필터는, 상기 제2 가시광을 투과하는 층 상에도 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 고체 촬상 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수색의 색 필터 중 가장 면적이 넓은 색 필터는, 열경화 성분 및 광경화 성분 중 적어도 한쪽을 갖는 수지로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 고체 촬상 소자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수색의 색 필터 중 가장 면적이 넓은 색 필터는, 농도 50질량％ 이상의 착색제를 사용하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 고체 촬상 소자.
  6. 복수의 광전 변환 소자가 이차원적으로 배치된 반도체 기판 상에, 각 광전 변환 소자에 대응하여 복수색의 색 필터를 배치한 색 필터 패턴을 갖고, 상기 각 색 필터 사이 및 상기 각 색 필터의 하층에 가시광을 투과하는 층이 형성된 고체 촬상 소자의 제조 방법이며,
    상기 복수의 광전 변환 소자가 이차원적으로 배치된 반도체 기판 상 전체면에, 가시광을 투과하는 층을 형성하는 공정과,
    상기 가시광을 투과하는 층에 상기 복수의 색 필터 패턴 중 제1 색의 색 필터 패턴의 형성 개소를, 드라이 에칭에 의해 개구하여 패터닝하는 공정과,
    상기 패터닝하는 공정 후, 개구되어 있는 개소에 제1 색의 색 필터재를 도포 및 경화함으로써, 제1 색 필터를 포함하는 제1 색 필터 패턴을 형성하는 공정과,
    다른 색 필터 패턴의 형성 개소를, 드라이 에칭으로 가시광을 투과하는 층 및, 그 위의 상기 제1 색의 색 필터를 개구하는 공정과,
    상기 다른 색 필터를 포토리소그래피에 의해 패터닝하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가시광을 투과하는 층을 형성하기 전에, 상기 광전 변환 소자에 대응하여, 격자 형상으로 금속을 포함한 층을 격벽으로서 형성하고, 그 격벽을 덮도록 상기 가시광을 투과하는 층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제1 색의 색 필터는, 그린 필터로 구성되고,
    다른 색 필터는, 블루 필터 및 레드 필터 및 IR 커트 필터 및 가시광에 대하여 투명한 고굴절 필터 중 하나 이상으로 조합되는 것을 특징으로 하는, 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색 필터는, 상기 색 필터를 구성하는 수지와, 상기 색 필터에 색을 부여하는 안료를 포함하고,
    상기 색 필터에 포함되는 상기 안료의 농도를 50질량％ 이상으로 하였을 때, 상기 복수색의 색 필터 중, 상기 색 필터를 구성하는 수지에 포함되는 감광성 성분에 의해 경화하여 형상을 형성할 때 에지부에 있어서의 곡률 반경이 가장 커지는 색 필터를 상기 제1 색의 색 필터로 하는 것을 특징으로 하는, 고체 촬상 소자의 제조 방법.
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