WO2006085528A1 - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

　半導体基板に２次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞれに対応して前記半導体基板上に配設された複数色のフィルターパターンからなるカラーフィルターを具備する固体撮像素子の製造方法。複数色のフィルターパターンは、複数の色フィルター層を順次パターニングすることにより形成される。複数色のフィルターパターンのうち少なくとも最初に形成されるフィルターパターンは、ドライエッチングを用いて形成され、残りのフィルターパターンは、フォトリソグラフィーを用いて形成される。

Description

明 細 書

固体撮像素子及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、 C MOSや CCD等の光電変換素子に代表される固体撮像素子及び その製造方法に係り、特に、光電変換素子に対応して形成されるカラーフィルターに 関する。

背景技術

[0002] デジタルカメラ等に搭載される CCDや C— MOSなどの固体撮像素子は、近年、高 画素化、微細化が進んでおり、特に微細なものでは 2 m X 2 mを下回るレベルの 画素サイズとなっている。

[0003] また、固体撮像素子は、光電変換素子と一対にカラーフィルターを有し、カラー化 を図っている。カラーフィルターの形成方法は、フォトリソグラフィープロセスによりパタ ーンを形成する手法が一般的である (例えば、特開平 11— 68076号公報参照)。

[0004] また、固体撮像素子の光電変換素子が光電変換に寄与する領域 (開口部）は、固 体撮像素子のサイズや画素数に依存するが、固体撮像素子の全面積に対し、 20〜 40%程度に限られており、開口部が小さいことはそのまま感度低下につながることか ら、これを補うために光電変換素子上に集光用のマイクロレンズを形成することが一 般的である。

[0005] し力しながら、近年、 600万画素を超える高精細固体撮像素子への要求が大きくな り、これら高精細固体撮像素子において付随するカラーフィルターの画素サイズが 2 μ Υα 2 μ mを下回るレベルのものも多くなつており、フォトリソグラフィープロセスによ り形成されたカラーフィルターの解像性の不足が、固体撮像素子の特性に悪影響を 及ぼすという問題が生じている。解像性の不足は、 2. 5 m以下、あるいは 1. 8 m 近傍の画素サイズでは、パターンの形状不良に起因する色むらとなって現れる。

[0006] 画素サイズが小さくなると、アスペクト比が大きくなる（幅に対して厚みが大きい）の で、本来除去されるべきカラーフィルタ一部分 (画素の有効外部分)を完全に除去す ることができず、残渣となって他の色の画素に悪影響を及ぼしてしまう。残渣を除去 するために現像時間を延長するなどの方法を行っているが、硬化させた必要なカラ 一フィルター（画素）まで剥がれてしまうという問題もあった。

[0007] また、フォトリソグラフィ一によるパター-ングでは、カラーフィルターのパターンのェ ッジが立つ（ッノができる）という現象があり、画素サイズが微細になってくると、このッ ノが色ムラなどカラーフィルター性能に悪影響を及ぼす。

[0008] また、満足する分光特性を得ようとすると、カラーフィルターの膜厚が厚くならざるを 得ず、カラーフィルターの膜厚が厚くなると、画素の微細化が進むに従って、パター ンの角が丸まるなど解像度が低下する傾向となる。カラーフィルタ一は、着色顔料を 添加した感光性榭脂で形成する力 色フィルタ一層に含まれる顔料濃度が上がると、 光硬化反応に必要な光が色フィルタ一層の底部まで届かないので硬化が不充分と なり、フォトリソグラフィ一における現像工程で剥離し、画素欠陥を生ずるという問題が めつに。

[0009] 更に、カラーフィルターが厚い場合、製造工程による問題だけではなぐ斜め方向 力 入射した光が隣接する他のフィルターパターンを透過して光電変換素子に入光 し、混色や感度低下という問題も発生する。この問題はカラーフィルターの画素サイ ズが小さくなるにつれて顕著になる。

[0010] 以上のことから、固体撮像素子の画素数を増やすためには、カラーフィルターの高 精細パターンに加えて、薄型化も重要な問題である。

[0011] なお、入射光の混色という問題は、カラーフィルターと光電変換素子との距離が大 きい場合にも生じる。

[0012] また、この高精細な固体撮像素子に付随するマイクロレンズの開口率低下 (すなわ ち感度低下）、及びフレア、スミアなどのノイズ増加による画質低下が大きな問題とな つてきており、マイクロレンズによる光電変換素子への入射光の集光性を向上させ、 かつ、光電変換素子での SZN比を向上させるために、レンズ下距離を小さくするこ とが必要であった。レンズ下距離が大きい場合には、以下のような 2つの問題がある。

[0013] 第 1に、レンズ下距離が大きい場合、入射光の取り込み角度が小さくなり、入射光 量が減って全体的に暗い表示になる。また、第 2に、 CMOSや CCDなどの光電変換 素子を用いたカメラでは、通常、対物レンズの絞り（F値）により入射光の角度が変化 し、開放側では斜め光が増え、集光性低下により感度が低下することや、光電変換 素子が形成された半導体チップの画素領域の中央と端部では入射光の角度が大き く異なるため、端部の画素 (光電変換素子)への入射光が低下して、表示画面の端 部では暗!、表示となって!/、た。

[0014] また、一般に、カラーフィルタ一は、下地との密着性を良好にするために半導体基 板上に平坦化層を形成し、その上に設けられるが、上述のレンズ下距離を小さくし、 固体撮像素子の小型化を図るためには、平坦ィ匕層をなくすことが望ましい。しかし、 フォトリソグラフィープロセスに供されるカラーレジストは、半導体基板との密着性に劣 り、現像時に剥離してしまうため、平坦ィ匕層をなくすことは困難であった。

[0015] このような問題を防止するため、半導体基板表面を薬品により処理し、半導体基板 表面に榭脂と結合し易い官能基を導入することが提案されているが、この方法によつ ても、半導体基板とカラーフィルターの十分な密着性を得ることは出来な力つた。

[0016] 一方、カラーフィルタ一は、青、緑、赤の 3原色のフィルターで構成することが一般 的である。緑フィルタを形成するグリーンレジストは、赤フィルターや青フィルターを形 成するレッドレジストやブルーレジストに比べ、色材の性質上、硬化後の屈折率が低 ぐ固体撮像素子の設計上、問題となっていた。即ち、フォトリソグラフィープロセスに 供されるカラーレジストは、感光性を必要とするという制約上、硬化後の屈折率が高 いものを選択することは困難であるため、このような 3色のカラーフィルターの屈折率 の相違のため、マイクロレンズによる集光効果が相違し、かつ反射率にバラツキが生 じるという問題があった。

[0017] 上述のように、従来のフォトリソグラフィープロセスにより形成されるカラーフィルター は、十分な解像性が得られない、残渣が残りやすい、画素剥がれが生じやすいという 問題があり、固体撮像素子の特性を低下させるという問題があった。また、カラーフィ ルターと光電変換素子との距離、及びマイクロレンズと光電変換素子との距離 (レン ズ下距離)が大き!、という問題があった。

発明の開示

[0018] 本発明の目的は、パターン形状不良ゃ残渣剥れなどを生じさせることなく形成され 、光電変換素子との距離が小さぐ画素間での反射率のバラツキのないカラーフィル ターを備える固体撮像素子を提供することにある。

[0019] 本発明の他の目的は、そのような固体撮像素子の製造方法を提供することにある。

[0020] 本発明の第 1の態様によると、半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と、 該光電変換素子のそれぞれに対応して前記半導体基板上に配設された複数色のフ ィルターパターン力 なるカラーフィルターを具備する固体撮像素子の製造方法であ つて、前記複数色のフィルターパターンは、複数の色フィルタ一層を順次パターニン グすることにより形成され、前記複数色のフィルターパターンのうち少なくとも最初に 形成されるフィルターパターンをドライエッチングを用いて形成する工程、及び残りの フィルターパターンをフォトリソグラフィーを用いて形成する工程を具備することを特 徴とする固体撮像素子の製造方法が提供される。

[0021] 本発明の第 2の態様によると、半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と 、該光電変換素子のそれぞれに対応して前記半導体基板上に配設された、複数色 のフィルターパターンを有するカラーフィルターと、該半導体基板上の一部または全 部に形成された平坦化層を具備する固体撮像素子の製造方法であって、前記複数 色のフィルターパターンは、複数の色フィルタ一層を順次パターユングすることにより 形成され、前記複数色のフィルターパターンのうち少なくとも最初に形成される 1つの フィルターパターンを、 1つの色フィルタ一層の不要部とその下の平坦ィ匕層をドライエ ツチングすることにより形成する工程、及び他のフィルターパターンを、フォトリソダラ フィーを用いて形成する工程を具備することを特徴とする固体撮像素子の製造方法 が提供される。

[0022] 本発明の第 3の態様によると、半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と

、該光電変換素子のそれぞれに対応して前記半導体基板上に配設された複数色の フィルターパターン力もなるカラーフィルターを具備する固体撮像素子において、前 記複数色のフィルターパターンは、熱硬化した榭脂を含有する 1つのフィルターパタ ーンと、光硬化した榭脂を含有する他のフィルターパターンを含むことを特徴とする 固体撮像素子が提供される。

[0023] 本発明の第 4の態様によると、半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と 、該光電変換素子のそれぞれに対応して前記半導体基板上に配設された複数色の フィルターパターン力もなるカラーフィルターを具備する固体撮像素子において、前 記複数色のフィルターパターンのうち、最も面積の大きいフィルターパターンは、熱 硬化した榭脂を含み、他のフィルターパターンは、光硬化した榭脂を含むことを特徴 とする固体撮像素子が提供される。

[0024] 本発明の第 5の態様によると、半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と 、該光電変換素子のそれぞれに対応して前記半導体基板上に配設された、複数色 のフィルターパターンを有するカラーフィルターと、該半導体基板上の一部または全 部に形成された平坦化層を具備する固体撮像素子であって、前記複数色のフィルタ 一パターンの下の平坦化層は、 1つの色のフィルターパターンの下の部分と他の色 のフィルターパターンの下の部分とで厚みが異なることを特徴とする固体撮像素子が 提供される。

[0025] 本発明の第 6の態様によると、半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と 、該光電変換素子のそれぞれに対応して前記半導体基板上に配設された、複数色 のフィルターパターンを有するカラーフィルターと、該半導体基板上の一部または全 部に形成された平坦化層を具備する固体撮像素子であって、前記カラーフィルター は、前記半導体基板上に、平坦ィ匕層を介して形成されているフィルターパターンと、 直接形成されて ヽるフィルターパターンの両方を含むことを特徴とする固体撮像素子 が提供される。

[0026] 本発明の第 7の態様によると、半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と 、該光電変換素子のそれぞれに対応して前記半導体基板上に配設された、複数色 のフィルターパターンを有するカラーフィルターと、該半導体基板上の一部または全 部に形成された平坦化層を具備する固体撮像素子であって、前記複数色のフィルタ 一パターンのうち 1つの色のフィルターパターンは熱硬化した榭脂を含み、残りの色 のフィルターパターンは光硬化した榭脂を含むことを特徴とする固体撮像素子が提 供される。

図面の簡単な説明

[0027] [図 1A]図 1Aは、本発明で用いるドライエッチングによりパターユングする形成工法を 説明する工程断面図である。 [図 IB]図 IBは、本発明で用いるドライエッチングによりパター-ングする形成工法を 説明する工程断面図である。

[図 1C]図 1Cは、本発明で用いるドライエッチングによりパター-ングする形成工法を 説明する工程断面図である。

[図 1D]図 1Dは、本発明で用いるドライエッチングによりパターユングする形成工法を 説明する工程断面図である。

[図 1E]図 1Eは、本発明で用いるドライエッチングによりパター-ングする形成工法を 説明する工程断面図である。

[図 2A]図 2Aは、本発明で用いるフォトリソグラフィ一によりパターユングする形成工法 を説明する工程断面図である。

[図 2B]図 2Bは、本発明で用いるフォトリソグラフィ一によりパターユングする形成工法 を説明する工程断面図である。

[図 2C]図 2Cは、本発明で用いるフォトリソグラフィ一によりパターユングする形成工法 を説明する工程断面図である。

[図 3]図 3は、本発明の一実施形態に係る製造方法により得た固体撮像素子の部分 断面図である。

圆 4A]図 4Aは、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に 示す断面図である。

圆 4B]図 4Bは、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に 示す断面図である。

圆 4C]図 4Cは、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に 示す断面図である。

[図 4D]図 4Dは、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に 示す断面図である。

[図 4E]図 4Eは、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に 示す断面図である。

[図 4F]図 4Fは、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に 示す断面図である。 圆 4G]図 4Gは、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に 示す断面図である。

[図 5]図 5は、図 3に示す固体撮像素子の部分平面図である。

[図 6]図 6は、本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の部分断面図である。

[図 7]図 7は、本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の部分断面図である。 圆 8A]図 8Aは、本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順 に示す断面図である。

圆 8B]図 8Bは、本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順 に示す断面図である。

圆 8C]図 8Cは、本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順 に示す断面図である。

[図 8D]図 8Dは、本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順 に示す断面図である。

[図 8E]図 8Eは、本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順 に示す断面図である。

[図 8F]図 8Fは、本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順 に示す断面図である。

圆 8G]図 8Gは、本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順 に示す断面図である。

[図 8H]図 8Hは、本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順 に示す断面図である。

圆 81]図 81は、本発明の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に 示す断面図である。

圆 9A]図 9Aは、本発明の更に他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法をェ 程順に示す断面図である。

圆 9B]図 9Bは、本発明の更に他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法をェ 程順に示す断面図である。

圆 9C]図 9Cは、本発明の更に他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法をェ 程順に示す断面図である。

[図 9D]図 9Dは、本発明の更に他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法をェ 程順に示す断面図である。

[図 9E]図 9Eは、本発明の更に他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法をェ 程順に示す断面図である。

[図 10]図 10は、テストパターン基板上に平坦化層を介して形成された様々な画素サ ィズのグリーンパターンを示す顕微鏡写真。

[図 11]図 11は、テストパターン基板上に平坦化層を介して形成された様々な画素サ ィズのグリーンパターンを示す顕微鏡写真。

[図 12]図 12は、ガラス基板上にフォトリソ方式で形成された 1. 5 m画素サイズのダリ ーンパターンの顕微鏡写真。

[図 13]図 13は、ガラス基板上にフォトリソ方式で形成された 2. O /z m画素サイズのダリ ーンパターンの顕微鏡写真。

[図 14]図 14は、ガラス基板上にエッチング方式で形成された 2. 0 m画素サイズの グリーンパターンの顕微鏡写真。 発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。

[0029] 本発明の第 1の態様に係る固体撮像素子の製造方法は、複数色のフィルターバタ ーンのうち少なくとも最初に形成されるフィルターパターンをドライエッチングを用いて 形成し、残りのフィルターパターンをフォトリソグラフィーを用いて形成することを特徴 とする。

[0030] 半導体基板上にフォトリソグラフィー工法で直接フィルターパターンを形成すると、 フォトレジストが半導体基板と十分な密着性を持たず、現像時に剥がれるという問題 が生ずる。これに対し、ドライエッチングによると、カラーフィルタ一となる樹脂レジスト に、カラーレジストよりも解像性の高い、また、基板との密着性の高い半導体用レジス トを自由に選択することができるので、 1色目の微細なパターンのフィルターパターン をなめらかに、残渣も剥がれもなくパターユングすることができる。

[0031] このとき、 2色目以降のフィルターパターンをドライエッチングを用いて形成する場 合、先に形成されているフィルターパターン表面を保護する手段を設けないと、せつ 力べ形成されたフィルターパターン表面がドライエッチングで荒らされてしまうという問 題が生じる。また、先に形成されているフィルターパターンの凹凸が後から設けた色 フィルタ一層に響くと 、う問題がある。

[0032] そこで、少なくとも 1色目のフィルターパターンをドライエッチングを用いて形成し、 残りの色のフィルターパターンをフォトリソグラフィーを用いて形成することにする。特 に、 1色目のフィルターパターンをドライエッチングを用いて形成し、 2色目以降のフィ ルターパターンをフォトリソグラフィーを用いて形成する。

[0033] こうすれば、 1色目のフィルターパターンの表面は特別に保護をしなくても、フォトリ ソグラフィー〖こよる 2色目以降の色フィルターのパター-ング工程で、 1色目のフィル ターパターンの表面が荒れてしまうことはないし、 2色目以降のフィルターパターンは

、下層にしつ力り密着している 1色目のフィルターパターンに保持されることで、現像 時に剥がれることも防止される。即ち、ドライエッチングを用いて形成されたフィルター パターンがアンカーの役目を果たすため、フォトリソグラフィ一の工法で形成されたフ ィルターパターンの脱落を防ぐことができる。

[0034] また、最初に形成されるフィルターパターンの精度がカラーフィルター全体の精度 に大きく影響するため、少なくとも最初に形成するフィルターパターンはドライエッチ ングの工法を用いれば、カラーフィルター全体の精度を高いものとすることができ、色 ムラなく画素数の多い固体撮像素子を得ることができる。

[0035] 以上のように、本発明の第 1の態様によれば、少なくとも最初のパターン形成工程 力 色フィルタ一層をドライエッチングを用いてパターユングすることにより行われるた め、高精細パターユングが可能な半導体レジスト等をマスクとして自由に選択できる ことから、微細なパターンのカラーフィルターを、良好な形状で残渣なしに、画素剥が れを生ずることなく形成することが可能である。即ち、このような方法では、熱硬化した 色フィルタ一層をドライエッチングすることにより、最初に基板との密着性の良好な所 定のフィルターパターンを形成することが出来、それに隣接して、その後にフォトリソ グラフィ一により他のフィルターパターンを形成しても、最初に形成された密着性の良 好なフィルターパターンのため、隣接するフィルターパターンの剥離が防止される。ま た、最初に形成されたフィルターパターンは完全に硬化しているので、後のフォトリソ グラフィ一の現像工程にぉ 、て剥離することはな!/、。

[0036] 本発明の第 2の態様に係る固体撮像素子の製造方法は、複数色のフィルターバタ ーンのうち少なくとも最初に形成されるフィルターパターンを、そのフィルターパター ンの不要部とその下層の平坦ィ匕層をドライエッチングすることにより形成すること、及 び他のフィルターパターンをフォトリソグラフィーを用いて形成することを特徴とする。

[0037] このような本発明の第 2の態様に係る固体撮像素子の製造方法においても、少なく とも最初に形成されるフィルターパターンをドライエッチングを用いて形成して 、ること から、上述した本発明の第 1の態様に係る固体撮像素子の製造方法と同様の作用に より、同様の効果が得られる。

[0038] なお、一般的にフィルターパターンは、色ごとに求められる分光特性が異なり、用い られる榭脂ゃ顔料も異なることから、厚みが異なる。また、ドライエッチングにより形成 されるフィルターパターンは、感光性を持たせる必要がないため、顔料濃度を高くす ることができる。従って、フォトリソグラフィ一により形成されるフィルターパターンよりも 薄くすることができる。

[0039] フィルターパターンをドライエッチングで形成する際、平坦ィ匕層までドライエッチング を入れることで、フィルターパターンごとに異なる厚みの差、特にはフォトリソグラフィ 一により形成されるフィルターパターンとの厚みの差を吸収することができ、色による 表面の段差力 、さぐ光電変換素子との距離の小さいカラーフィルターを備えた固体 撮像素子を提供することができる。

[0040] 以上のように、本発明の第 2の態様によると、高精細で、残渣ゃ抜けがなぐエッジ 力 めらかで、色による表面の段差が小さぐ光電変換素子との距離の小さいカラー フィルターを備えた固体撮像素子の製造方法が提供される。

[0041] 本発明の第 2の態様に係る固体撮像素子の製造方法において、 1つのフィルター パターンをドライエッチングを用いて形成する工程において、不要部の色フィルター 層の下の平坦ィ匕層の厚さの一部を残し、ドライエッチングを用いて形成されたフィル タパターンの下の平坦ィ匕層の厚みとフォトリソグラフィを用いて形成されたフィルタパ ターンの下の平坦ィ匕層の厚みとを異ならせることができる。 [0042] また、 1つのフィルターパターンをドライエッチングを用いて形成する場合、不要部 の色フィルタ一層とその下の平坦ィ匕層を半導体基板に到達するまでドライエッチング により除去することができる。

[0043] 平坦ィ匕層表面にはドライエッチング時の表面荒れのため、ドライエッチング後に形 成する他の色のフィルターパターンレジストの残渣が残る傾向がある。これらの残渣 は光電変換素子との距離が近くなるほどノイズやディフエタトとして画質に影響する可 能性があり、好ましくない。平坦化層を全て除去し、フォトリソグラフィ一によるフィルタ 一パターンを直接半導体基板上に設けることでこの残渣の発生を防ぐことができる。 具体的にはドライエッチング時に平坦ィ匕層を全て取り除くまでエッチングを行 、、フォ トリソグラフィーで形成するフィルターパターンの下には平坦ィ匕層が残らないようにす ることがでさる。

[0044] 以上の本発明の第 1及び第 2の態様に係る固体撮像素子の製造方法において、複 数色のフィルターパターンのうち最も面積の広いフィルターパターンをドライエツチン グを用いて形成することができる。

[0045] 最も面積の広いフィルターパターンを、ドライエッチングによりパターユングをすれ ば、フォトリソグラフィ一によるフィルターパターンを効率的に保持でき、また最も面積 の広いフィルターパターンの精度がカラーフィルター全体の精度に大きく影響するか らである。

[0046] また、フィルターパターンを多層構成とする場合、下層（半導体基板に近!、方）に設 けるフィルターパターンをドライエッチングで設ければやはり効果的である。

[0047] また、ドライエッチングを用いてパターユングされる色フィルタ一層は、少なくとも熱 硬化性を有する榭脂を含み、フォトリソグラフィ一によりパターユングされる色フィルタ 一層は、少なくとも光硬化性を有する榭脂を含むものとすることができる。

[0048] ドライエッチングで所定のパターンに形成された熱硬化性を有する榭脂を含むフィ ルターパターンがしつ力り半導体基板あるいは平坦ィ匕層に密着するため、フィルター ノ ターンの剥がれが生じない。また、熱硬化性を有する榭脂を含む色フィルタ一層は それに含まれる色材の濃度を上げることができるので、カラーフィルターを薄くするこ とができ、入射光の混色を防ぎ、固体撮像素子の薄型化を図ることができる。 [0049] 本発明の第 3の態様に係る固体撮像素子は、複数色のフィルターパターンが、熱 硬化した榭脂を含有する 1つのフィルターパターンと、光硬化した榭脂を含有する他 のフィルターパターンを含むことを特徴とする。

[0050] このように構成される固体撮像素子では、カラーフィルタ一は、熱硬化した榭脂を含 む色フィルターパターンを有しているので、平坦化層がなくても半導体基板との密着 性が良好であり、そのため平坦ィ匕層を形成することなく半導体基板に直接形成するこ とにより、レンズ下距離の小さい固体撮像素子を得ることが出来る。特に、熱硬化性 榭脂を用いるため固形分中の色材の濃度を上げることが出来るので、カラーフィルタ 一を薄く形成することが出来、入射光の混色を防ぎ、それによつてもカラーフィルター と光電変換素子との距離が小さぐマイクロレンズ下の距離が小さぐ感度が良好な 固体撮像素子を得ることが出来る。また、カラーフィルターのパターンエツヂの形状に 起因する色むらを解消することが出来る。

[0051] また、複数色のフィルターパターンは、グリーンフィルターパターンを含み、該グリー ンフィルターパターンに含まれる榭脂は、他のフィルターパターンに含まれる榭脂より も高い屈折率を有するものとすることが出来る。そうすることにより、複数色のフィルタ 一パターンの屈折率を近似させることが出来、それによつてマイクロレンズによる集光 効果を同等に出来るため、良好な固体撮像素子を得ることが出来る。

[0052] さらに、屈折率が高い榭脂はエッチングレートが小さい傾向にあることから、屈折率 が高 ヽ榭脂を添加した層をドライエッチングを用いてパターユングすることで、表面の なめらかなフィルターパターンを得ることが出来る。

[0053] また、カラーフィルター表面の凹凸をなくすために、カラーフィルタ上に平坦ィ匕層を 形成し、この平坦ィ匕層上にマイクロレンズを形成することが出来る。

[0054] 更に、カラーフィルター上にマイクロレンズを形成するとともに、このマイクロレンズの 周辺部、すなわちマイクロレンズの下部を、カラーフィルターの一部、即ち、カラーフ ィルターの上部により構成することが出来る。このような構成とすることにより、マイクロ レンズ下距離を小さくすることができ、感度が良好な固体撮像素子を得ることが出来 る。

[0055] 本発明の第 4の態様に係る固体撮像素子は、複数色のフィルターパターンのうち、 最も面積の大きいフィルターパターン力 熱硬化した榭脂を含み、他のフィルターパ ターンが、光硬化した榭脂を含むことを特徴とする。

[0056] このように構成される固体撮像素子では、最も面積の大き ヽフィルターパターンが 熱硬化した榭脂を含んでいるため、半導体基板との密着性を効果的に保持すること ができる。また、平坦ィ匕層をなくすことが出来るので、レンズ下距離の小さい固体撮像 素子を得ることが出来る。特に、熱硬化した榭脂を用いるため固形分中の色材の濃 度を上げることが出来るので、カラーフィルターを薄く形成することが出来、入射光の 混色を防ぎ、それによつてもカラーフィルターと光電変換素子との距離が小さぐマイ クロレンズ下の距離が小さぐ感度が良好な固体撮像素子を得ることが出来る。また、 カラーフィルターのパターンエツヂの形状に起因する色むらを解消することが出来る

[0057] 半導体基板上に光硬化性榭脂 (フォトレジスト)で直接フィルターパターンを形成す ると、フォトレジストが半導体基板と十分な密着性を持たず、現像時に剥がれるという 問題が生ずるが、本発明の第 3及び第 4の態様に係る固体撮像素子では、熱硬化し たフィルターパターンと隣接し、この熱硬化したフィルターパターンがアンカーの役目 を果たすため、光硬化したフィルターパターンの脱落をも防ぐことができる。そのため 、半導体基板上に平坦化層を設けることなく直接カラーフィルターを形成することが できる。従って、カラーフィルターと光電変換素子の距離、及びマイクロレンズと光電 変換素子との距離 (レンズ下距離)を小さくすることが出来る。

[0058] 本発明の第 5の態様に係る固体撮像素子は、複数色のフィルターパターンの下の 平坦化層が、 1つの色のフィルターパターンの下の部分と他の色のフィルターパター ンの下の部分とで厚みが異なることを特徴とする。

[0059] このように構成される固体撮像素子では、フィルターパターン間で異なる厚みを平 坦化層で吸収することで、表面の厚みが均一なカラーフィルターを具備する固体撮 像素子を提供することができる。

[0060] このような固体撮像素子において、複数色のフィルターパターンはグリーンフィルタ 一パターンを含み、該グリーンフィルターパターンに含まれる榭脂は他のフィルター ノ ターンに含まれる榭脂よりも屈折率が高いものとすることができる。 [0061] このように、グリーンフィルターパターンに含まれる榭脂の屈折率を他のフィルター ノ ターンに含まれる榭脂よりも高くすることで、フィルターパターン間の屈折率を近似 させて、マイクロレンズによる集光効果が各色フィルター上で同等な固体撮像素子を 得ることができる。

[0062] さらに、屈折率が高い榭脂はエッチングレートが小さい傾向にあることから、屈折率 が高 ヽ榭脂を添加した層をドライエッチングを用いてパターユングすることで、表面の なめらかなフィルターパターンを得ることが出来る。

[0063] また、カラーフィルター上に直接又は間接的に、光電変換素子のそれぞれに対応 して配設されたマイクロレンズを更に具備し、当該マイクロレンズの周辺部（下部）は、 カラーフィルターの一部（上部）により構成されて ヽる構成とすることができる。

[0064] このように、マイクロレンズの周辺部をカラーフィルターの一部により構成することで 、マイクロレンズ下距離の小さい固体撮像素子を得ることができる。

[0065] 本発明の第 6の態様に係る固体撮像素子は、カラーフィルターが、半導体基板上 に、平坦化層を介して形成されているフィルターパターンと、直接形成されているフィ ルターパターンの両方を含むことを特徴とする。

[0066] このように構成される固体撮像素子では、フィルターパターン間で異なる厚みを平 坦化層で吸収することで、表面の厚みが均一なカラーフィルタを具備し、かつ平坦化 層を最小限必要な箇所にのみ設けることで、カラーフィルタと光電変換素子との距離 の小さい固体撮像素子を提供することができる。

[0067] 本発明の第 7の態様に係る固体撮像素子は、複数色のフィルターパターンのうち 1 つの色のフィルターパターンが熱硬化した榭脂を含み、残りの色のフィルターパター ンが光硬化した榭脂を含むことを特徴とする。

[0068] このように構成される固体撮像素子では、熱硬化した榭脂を含むフィルターパター ンがしつ力り半導体基板あるいは平坦ィ匕層に密着するため、フィルターパターンの剥 がれが生じない。また、熱硬化性を有する榭脂を含む色フィルターレジストはそれに 含まれる色材の濃度を上げることができるので、カラーフィルターを薄くすることがで き、入射光の混色を防ぎ、固体撮像素子の薄型化を図ることができる。

[0069] 以上説明した本発明の種々の態様に基づく本発明の種々の実施の形態について 、以下に詳細に説明する。

[0070] まず、本発明中で用いる二通りのフィルターパターン形成工法について説明する。

[0071] 本発明で用いるドライエッチングによりパターユングする形成工法とは、目的物形成 層上に、目的物の形状の榭脂パターンを形成し、これをマスクとしてドライエッチング を行 、、目的物の形状を目的物形成層に転写してパターユングを行う工法である。 具体的には、図 1A〜1Eに示すように、基材 31上に目的物形成層として色フィルタ 一層 32を形成し（図 1A)、色フィルタ一層 32上に、感光性榭脂層 33を形成し（図 1B )、次いでこの感光性榭脂層 33をパターユングして、目的物の形状の榭脂パターン 3 4を形成し（図 1C)、この榭脂パターン 34をマスクとして榭脂パターン 34の形状を色 フィルタ一層 32に転写し（図 1D)、最終的に目的物であるフィルターパターン 35を形 成する（図 1E)。

[0072] 本発明で用いるフォトリソグラフィ一によりパターニングする形成工法とは、感光性 のある目的物形成層を形成し、これをマスクを介してパターン露光し、光硬化させ、 現像を行って不要部を除去してパターユングされた目的物を得る工法である。具体 的には、図 2A〜2Cに示すように、基材 41上に、感光性榭脂組成物によって目的物 形成層である色フィルタ一層 42を形成し、これをマスク（図示せず)を介してパターン 露光した後、硬化させ（図 2B)、現像液で不要部 42bを除去して光硬化部 42aを残し 、必要に応じて加熱硬化を行い、目的物であるフィルターパターン 43を形成する（図 2C)。

[0073] 図 3は、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の部分断面図である。図 4A〜4 Gは、図 3に示す固体撮像素子の製造方法を工程順に説明する部分断面図である。 図 5は、図 3の平面図である。

[0074] 本発明の一実施形態に係る固体撮像素子は、図 3に示すように、 2次元的に配置さ れた、光を電気信号に変換する機能を有する光電変換素子 11を備える半導体基板 10上に、入射光を色分解するカラーフィルター 12、このカラーフィルター 12の表面 を平坦ィ匕する平坦ィ匕層 13、及びこの平坦ィ匕層 13上に配置された複数のマイクロレ ンズ 14により構成されている。なお、平坦ィ匕層 13は、場合によっては設けなくてもよ い。 [0075] このような固体撮像素子は、図 4A〜4Gに示す方法によって製造することが出来る

[0076] まず、 2次元的に配置された光電変換素子 21を有する半導体基板 20 (図 4A参照） 上に、図 4Bに示すように、第 1のカラーレジスト層 22を形成する。第 1のカラーレジス ト層 22は、熱硬化性榭脂を主成分とし、顔料を分散させた第 1の榭脂分散液を半導 体基板 20上に塗布し、熱硬化することにより形成される。

[0077] 次いで、この第 1のカラーレジスト層 22上に、例えばフォトリソグラフィ一により、図 4 Cに示すように、所定の榭脂パターン 23を形成する。榭脂パターン 23としては、例え ば、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フエノールノボラック系、その他の感光性を 有する榭脂を単独でもしくは複数混合あるいは共重合して用いることができる。感光 性榭脂をパターユングするフォトリソグラフィープロセスに用いる露光機としては、ステ ッパー、ァライナー、ミラープロジヱクシヨンァライナーなどがある力 高画素化、微細 化の必要な固体撮像素子のカラーフィルターを形成するにあたっては、通常、ステツ パーを用いるのが一般的である。

[0078] 次に、この榭脂パターン 23をマスクとして用いて、ドライエッチングにより第 1のカラ 一レジスト層 22をパターユングし、図 4Dに示すように、第 1のフィルターパターン 24a を形成する。ドライエッチングの手法としては、例えば、 ECR、平行平板マグネトロン 、 DRM、 ICP、あるいは 2周波タイプの RIEなどを用いることが出来る。

[0079] ドライエッチングに用いるガスは、反応性 (酸化性'還元性)のある、即ちエッチング 性のあるガスであればよぐ例えば、フッ素、塩素、臭素などのハロゲン元素をその分 子構造に含むガス、同様に酸素やィォゥの元素をその分子構造に含むガスなどを用 いることが出来るが、これらには限定されない。

[0080] その後、全面に第 2のカラーレジスト層を形成した後、第 1のフィルターパターン 24a と同様にドライエッチングにより、或いはフォトリソグラフィ一により第 2のカラーレジスト 層をパターユングし、図 4Eに示すように、第 2のフィルターパターン 24bを形成する。

[0081] 次に、全面に第 3のカラーレジスト層を形成した後、フォトリソグラフィ一により第 3の カラーレジスト層をパターユングし、第 3のフィルターパターン（図示せず）を形成し、 第 1、第 2及び第 3のフィルターパターン力もなるカラーフィルター 25を形成する。 [0082] カラーフィルター 25の各フィルターパターンの配列を示す平面図を図 5に示す。図 5に示す配列は、一画素おきに G (緑）フィルターが設けられ、 Gフィルターの間に一 行おきに R (赤）フィルターと B (青）フィルターが設けられた、 V、わゆるべィヤー配列で ある。図 5における A—A'での断面図が図 3となる。

[0083] 次!、で、図 4Fに示すように、以上のようにして形成されたカラーフィルター 25上に 平坦化層 26を形成する。平坦化層としては、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フ エノールノボラック系、ポリエステル系、ウレタン系、メラミン系、尿素系、スチレン系な どの榭脂を一つもしくは複数含んだ榭脂を用いることができる。なお、この平坦化層 2 6は、必ずしも設けなくてもよい。

[0084] 最後に、図 4Gに示すように、平坦化層 26上に、周知の技術である熱リフロー法に よりマイクロレンズ 27を形成し、固体撮像素子を完成する。

[0085] 以上説明した固体撮像素子の製造方法において、第 1のフィルターパターン 24a は、第 1のカラーレジスト層 22を完全に熱硬化させた後に、ドライエッチングによりパ ターニングすることにより形成されるため、半導体基板 20との密着性が非常に強い。 このように密着性の良好な第 1のフィルターパターン 24aを設けることにより、第 2及び 第 3のフィルターパターンがフォトリソグラフィ一により形成されたとしても、第 2及び第 3のフィルターパターンは、隣接する第 1のフィルターパターン 24aにより保持されるた め、カラーフィルター 25の密着性は全体として良好となる。そのため、平坦化層を設 けることなぐ半導体基板 20上に直接形成することが出来る。

[0086] この場合、第 1のフィルターパターン 24aは、複数色のフィルターパターンの中で、 最も面積の大きいものとすることが望ましい。そうすることにより、半導体基板との密着 性をより強固にすることが出来る。最も面積の大きいフィルターパターンの面積は、例 えば、最も面積の小さいフィルターパターンの面積の 1〜2倍とすることが出来る。ま た、最も面積の大き 、フィルターパターンをドライエッチングによりパターユングする 形成工法で形成することで、最も広!、面積を占めるフィルターパターンを正確にパタ 一-ングすることができ、カラーフィルター全体の精度向上となる。具体的にはダリー ンフィルターパターンが最も大き 、面積である場合が多!、。

[0087] また、顔料濃度が高い、すなわち、硬化に関与する榭脂の含有率が小さい色フィル ター層をドライエッチングによりパターユングする形成工法でパターン形成することで 、通常のフォトリソグラフィープロセスでは硬化不充分になってしまう色フィルタ一層で あっても、精度良ぐ残渣ゃ剥がれもなぐ形成することができる。また、顔料濃度の 高 、色フィルタ一は、フォトリソグラフィ法で形成するとフィルターのエッジ形状が不良 となり、画像ムラとなる力 ドライエッチングでパターンを形成すればエッジ形状が良 好となり、画像ムラを解消できる。具体的にはレッドフィルターパターンあるいはダリー ンフィルターパターンの場合にこの効果がある。

[0088] また、色フィルターのサイズが微小サイズ (特にサイズ 2. 5 μ m以下）の場合に、ドラ ィエッチングで色フィルターを形成するのが望ましい。すなわち、通常のフィトリソグラ フィ法では、色フィルターのサイズが微小になるとフィルターのエッジ形状が不良とな り、画像ムラとなる力 ドライエッチングを用いることでエッジ形状が良好となる。なお、 1色目の色フィルタを形状良く形成すれば、 2色目以降の色フィルターの形状も良く なり、剥れも生じにくくなる。

[0089] あるいは、フォトリソグラフィ一によるパターユングに用いる露光波長の透過率が低 いために露光不充分となり、解像度の低下や剥がれが起きる色フィルタ一層を、ドラ ィエッチングによりパター-ングする形成工法でパターン形成することで、やはり、通 常のフォトリソグラフィープロセスでは硬化不充分になってしまう色フィルタ一層であつ ても、精度良ぐ残渣ゃ剥がれもなぐ形成することができる。特にブルーフィルター パターンの場合にこの効果がある。

[0090] V、ずれの理由によっても、最初のフィルターパターンをドライエッチングを用いたパ ターニング法で形成すれば、下層の基板に密着し、残渣ゃ剥がれがなぐまた解像 度の高いフィルターパターンとなり、次いで、工程が少なく効率のよいフォトリソグラフ ィ一法を用いたパターユング法で次のフィルターパターンを形成すれば、最初に形 成したフィルターパターン力 正確なパターンで、かつ強固に基板に密着しているた め、フォトリソグラフィ一法を用いたパターユング法であっても、正確に、剥がれのない フィルターパターンを形成することができる。

[0091] 例えば、フォトリソ法でフィルタを形成する際、光波長 365nmの露光光としたステツ パー装置を用いる。ブルーフィルターの場合、 365nmの露光光が青色感光性榭脂 の底部まで入りにくいため、青色感光性榭脂の底部が十分に硬化されず、現像工程 でブルーフィルターが他の色のフィルターより剥れ易 、と 、える。

[0092] 本発明では、形状'密着性の良いパターン (特にグリーンパターン)を初めに形成す れば、ブルーフィルターのような密着性の悪!/、パターンをフォトリソグラフィ一法で形 成しても、グリーンパターンがブルーフィルターを保持するため、ブルーフィルターの 剥れ、形状不良を改善できる。通常、撮像素子の色配列は、図 5に示すべィヤー配 歹 IJとし、 2個のグリーン画素に 1個づつのブルー、グリーンの計 4画素を 1つのセル単 位としている。そのため、グリーンフィルターをドライエッチングで形成すれば、他の 2 色をグリーンフィルターがサポートでき、他の 2色の形状、密着性を向上できる。

[0093] 本発明者らは、テストパターン基板上に直付けで、及び平坦ィ匕層を介して、様々な 画素サイズのグリーンパターンをフォトリソ方式とエッチング方式とで形成し、それらの 密着性、剥れの有無を評価した。その結果を下記表に示す。

[0094] なお、評価基準は下記の通りである。

[0095] 〇：剥れなし

△:若干の剥れあり

X：密着した画素なし

[表 1] 密着性評価

[0096] 上記表から、フォトリソ方式によると、基板上の直付けの場合には、どの画素サイズ でも密着した画素はみられず、平坦化層を介して形成した場合でも 2. O /z mが限界 であり、 1. 5 ;z mの画素サイズでは剥れを生じてしまうことがわかる。これに対し、エツ チング方式によると、基板上の直付けの場合でも平坦ィ匕層を介して形成した場合で も、 1. O /z m画素サイズまで剥れがないことがわかる。 [0097] これらの結果から、 1色目のフィルターパターンをエッチング方式で形成し、 2色目 以降のフィルターパターンをフォトリソ方式で形成すれば、密着性の良好な 1色目の フィルターパターンにより 2色目以降のフィルターパターンが保持されるため、全体と して密着性の良好なカラーフィルターが得られることがわかる。

[0098] なお、テストパターン基板上に平坦ィ匕層を介して形成された様々な画素サイズのグ リーンパターンの顕微鏡写真を図 10及び図 11に示す。図 10はフォトリソ方式により 形成したパターンを、図 11はエッチング方式で形成したパターンをそれぞれ示す。フ オトリソ方式では、図 10のマーク Bで示すように、 1. 5 m画素サイズで剥れが発生し ているのに対し、エッチング方式では、図 11に示すように、 1. 0 mサイズの画素に まで剥れが全く発生して 、な 、ことがわかる。

[0099] 次に、本発明者らは、ガラス基板上にフォトリソ方式とエッチング方式とで矩形のダリ ーンパターンを形成した場合の形状を観察した。図 12及び図 13は、いずれもフォトリ ソ方式で形成された、それぞれ 1. 5 m画素サイズ及び 2. 0 m画素サイズのダリー ンパターンの顕微鏡写真、図 14は、エッチング方式で形成された 2. O /z m画素サイ ズのグリーンパターンの顕微鏡写真を示す。図： L 2〜図 14から、フォトリソ方式で形成 されたグリーンパターンは、形状不良（特に図 12のマーク Cに示すように）が目立つ のに対し、エッチング方式で形成されたグリーンパターンは、形状が良好であることが ゎカゝる。

[0100] 連続してドライエッチングの形成工法でフィルターパターンを形成すると、最初に形 成したフィルターパターンの凹凸力 後力も形成する色フィルタ一層にひびくという問 題があるため、 3色カゝらなるカラーフィルターの場合は最初の 1色、 4色からなるカラー フィルターの場合は最初の 1色、または最初の 1色と 2色目までをドライエッチングの 工法により、残りの色はフォトリソグラフィ一の工法によりパターユングすることが好まし い。

[0101] また、グリーンフィルターパターンに含まれる榭脂を、青及び赤のフィルターパター ンに含まれる榭脂よりも高い屈折率を有するものとすることが出来る。従来、グリーン フィルターパターンの屈折率は、他のフィルターパターンの屈折率より低いため、カラ 一フィルターの反射率が不均一であるという問題があった。グリーンフィルターパター ンの屈折率を高くするには屈折率の高い榭脂を用いればよいが、フォトリソグラフィー に供されるという制約のため、榭脂の選択の幅が狭ぐ屈折率の高い榭脂を選択する ことは困難であった。

[0102] これに対し、本実施形態に係る方法では、グリーンフィルターパターンを、フォトリソ グラフィ一に依らずに、ドライエッチングにより形成できるため、グリーンフィルターパタ 一ンの榭脂として、熱硬化性榭脂の中から屈折率の高 、ものを広く選択することが可 能である。

[0103] このように、グリーンフィルターパターンに含まれる榭脂を、青及び赤のフィルターパ ターンに含まれる榭脂よりも高い屈折率を有するものとすることにより、 3色のフィルタ 一パターンの屈折率を近似させることが出来、それによつてマイクロレンズによる集光 効果を同等に出来るため、良好な固体撮像素子を得ることが出来る。

[0104] さらに、屈折率が高い榭脂はエッチングレートが小さい傾向にあることから、屈折率 が高 ヽ榭脂を添加した層をドライエッチングを用いてパターユングすることで、表面の なめらかなフィルターパターンを得ることが出来る。

[0105] 本発明のグリーンフィルターパターンには、フィルターパターンとなった場合に同等 の屈折率を得られることから、ブルー及びレッドフィルターパターンに含まれる榭脂の 屈折率よりも、 0. 05〜0. 2程度高い屈折率を有する榭脂が好ましく用いられる。

[0106] なお、ブルー及びレッドのフィルターパターンに含まれる榭脂として、 1. 5〜1. 6の 屈折率を有するアクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フエノールノボラック系、ポリエ ステル系、ウレタン系、メラミン系、尿素系、スチレン系等の榭脂を用い、グリーンフィ ルターパターンに含まれる樹脂として、 L 55〜： L 7の屈折率を有するアクリル系、ェ ポキシ系、ポリイミド系、フエノールノボラック系、ポリエステル系、ウレタン系、メラミン 系、尿素系、スチレン系及びこれらの共重合物などの榭脂を一つもしくは複数含んだ 榭脂を用いることが出来る。特に、高屈折率を達成するためにはフエノール榭脂ゃポ リスチレン榭脂ある 、はベンゼン環や芳香族環を導入したポリマーやモノマーを用い ることや、ハロゲン基やィォゥ原子を有する基などを骨格に導入したアクリル榭脂を用 いることがでさる。

[0107] 他の実施形態として、図 6に示すように、カラーフィルター 25上に直接マイクロレン ズ 27を形成し、かつ隣接するフィルターパターンの境界部分を表面力 0. 03 /z m 〜0. 5 /z mの深さに除去した構造とすることが出来る。このような構造では、マイクロ レンズの周辺部（下部）は、カラーフィルター 25の一部（上部）により構成されて!、る ので、マイクロレンズ下距離を小さくすることができ、感度が良好な固体撮像素子を得 ることが出来る。

[0108] ここで、隣接するフィルターパターンの境界部分の除去する深さの下限を 0. 03 mとしたのは、 SEMや AFMなどで実効的に膜厚を識別することが出来る最小の値 であるためであり、また、上限を 0. 5 mとしたのは、 0. 5 mを越える段差を形成す ると、膜表面が荒れて、表面散乱による感度低下が生ずるためである。更に、 0. 5 μ mを越える段差では、実効的なカラーフィルターの膜厚力 例えば 1 m以上に厚く なることがあり、本発明の課題の一つである薄膜化からはずれてしまうからである。

[0109] 図 7は、本発明の更に他の実施形態に係る固体撮像素子の部分断面図である。図 8A〜8Iは、図 7に示す固体撮像素子の製造方法を工程順に説明する部分断面図 である。図 7の平面図は、図 5と同様である。

[0110] 図 7に示す固体撮像素子は、 2次元的に配置された、光を電気信号に変換する機 能を有する光電変換素子 51を備えた半導体基板 50上に、段差を有する平坦ィ匕層 5 2、この平坦化層 52上に形成された、入射光を色分解するカラーフィルター 53、及び このカラーフィルター 52上に配置された複数のマイクロレンズ 54により構成されてい る。

[0111] このような固体撮像素子は、図 8A〜8Iに示す方法によって製造することが出来る。

[0112] まず、 2次元的に配置された光電変換素子 61を有する半導体基板 60 (図 8A参照） 上に、図 8Bに示すように、第 1の平坦化層 62を形成する。第 1の平坦ィ匕層としては、 アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フエノールノボラック系、ポリエステル系、ウレタ ン系、メラミン系、尿素系、スチレン系などの榭脂を一つもしくは複数含んだ榭脂を用 いることがでさる。

[0113] 次いで、図 8Cに示すように、第 1の平坦ィ匕層 62上に、緑レジスト層 63を形成する。

緑レジスト層 63は、熱硬化性榭脂を主成分とし、緑色顔料を分散させた榭脂分散液 を平坦化層 62上に塗布し、熱硬化することにより形成される。 [0114] 次に、この緑レジスト層 62上に、例えばフォトリソグラフィ一により、図 8Dに示すよう に、フォトリソグラフィープロセスを用い、所定の榭脂パターン 64を形成する。榭脂パ ターン 64としては、例えば、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フエノールノボラッ ク系、その他の感光性を有する榭脂を単独でもしくは複数混合あるいは共重合して 用いることができる。感光性榭脂をパターニングするフォトリソグラフィープロセスに用 いる露光機としては、上述した実施形態の図 4Cに示す工程で説明したものを用いる ことができる。

[0115] その後、この榭脂パターン 64をマスクとして用いて、ドライエッチングにより緑レジス ト層 63をパターユングし、図 8Eに示すように、グリーンフィルターパターン 65aを形成 する。その際、不要部の緑レジスト層を除去し、かつ不要部の緑レジスト層の下部の 平坦化層の上部を除去している。

[0116] ドライエッチングとしては、例えば、 ECR、平行平板マグネトロン、 DRM、 ICP、ある いは 2周波タイプの RIEなどを用いることが出来る。

[0117] ドライエッチングに用いるガスは、反応性 (酸化性'還元性)のある、即ちエッチング 性のあるガスであれば、よぐ例えば、フッ素、塩素、臭素などのハロゲン元素をその 構成に有するガス、同様に酸素やィォゥの元素をその構成に有するガスなどを用い ることが出来るが、これらには限定されない。

[0118] その後、フォトリソグラフィ一により、ブルーフィルターパターン 65b及びレッドフィル ターパターン（図示せず）を形成し、図 8Fに示すように、緑、青及び赤のフィルターパ ターン力 なるカラーフィルター 66を形成する。

[0119] カラーフィルター 66の各フィルターパターンの配列を示す平面図を図 5に示す。図 5に示す配列は、一画素おきに G (緑）フィルターが設けられ、 Gフィルターの間に一 行おきに R (赤）フィルターと B (青）フィルターが設けられた、 V、わゆるべィヤー配列で ある。図 5における A—A'での断面図が図 7となる。

[0120] 次いで、図 8Gに示すように、以上のようにして形成されたカラーフィルター 66上に 第 2の平坦化層 67を形成する。第 2の平坦ィ匕層としては、第 1の平坦ィ匕層と同様、ァ クリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フエノールノボラック系、ポリエステル系、ウレタン 系、メラミン系、尿素系、スチレン系などの榭脂を一つもしくは複数含んだ榭脂を用い ることがでさる。

[0121] 次に、図 8Hに示すように、第 2の平坦ィ匕層 67上に、周知の技術である熱リフロー法 によりレンズ母型 68を形成する。レンズ母型 68としては、感光性榭脂が好ましぐァク リル榭脂ゃフエノール榭脂、ポリスチレン榭脂などのアルカリ可溶性および熱リフロー 性を有する榭脂を用いることが出来る。

[0122] 最後に、レンズ母型 68をマスクとして用いてドライエッチング処理を行い、レンズ母 型 68の形状を第 2の平坦ィ匕層 67に転写して、マイクロレンズ 69を形成する。このとき 、カラーフィルター 66の各パターンの境界部分表面から 0. 03 μ m〜0. 5 μ mの深さ に除去し、図 81に示すように、マイクロレンズの下部がカラーフィルターの上部で構成 された固体撮像素子が完成する。

[0123] 以上説明した固体撮像素子の製造方法において、グリーンフィルターパターン 65a は、緑レジスト層 63を完全に熱硬化させた後に、ドライエッチングによりパターユング することにより形成されているため、後のフォトリソグラフィ一における現像工程におい て、画素欠損が生ずることはない。

[0124] 以上説明した実施形態において、グリーンフィルターパターン 65aは、最も面積の 大きいものとすることが望ましい。そうすることにより、下地との密着性をより強固にす ることが出来、画素欠損をより効果的に防止することができる。最も面積の大きいダリ ーンフィルターパターンの面積は、例えば、最も面積の小さいフィルターパターンの 面積の 1〜2倍とすることが出来る。また、最も面積の大きいフィルターパターンをドラ ィエッチングによりパター-ングする形成工法で形成することで、最も広い面積を占 めるフィルターパターンを正確にパター-ングすることができ、カラーフィルター全体 の精度向上となる。具体的にはグリーンフィルターパターンが最も大きい面積である 場合が多い。

[0125] また、顔料濃度が高い、すなわち、硬化に関与する榭脂の含有率が小さい色フィル ター層をドライエッチングによりパターユングする形成工法でパターン形成することで 、通常のフォトリソグラフィープロセスでは硬化不充分になってしまう色フィルタ一層で あっても、精度良ぐ残渣ゃ剥がれもなぐ形成することができる。具体的にはレッドフ ィルターパターンあるいはグリーンフィルターパターンの場合にこの効果がある。 [0126] あるいは、フォトリソグラフィ一によるパターユングに用いる露光波長の透過率が低 いために露光不充分となり、解像度の低下や剥がれが起きる色フィルタ一層を、ドラ ィエッチングによりパター-ングする形成工法でパターン形成することで、やはり、通 常のフォトリソグラフィープロセスでは硬化不充分になってしまう色フィルタ一層であつ ても、精度良ぐ残渣ゃ剥がれもなぐ形成することができる。特にはブルーフィルタ 一パターンの場合にこの効果がある。

[0127] いずれの理由によっても、最初のパターンをドライエッチングの形成工法で形成す れば、下層の基板に密着し、残渣ゃ剥がれがなぐまた解像度の高いフィルターバタ ーンとなり、次いで工程が少なく効率のよいフォトリソグラフィ一の形成工法で次のフィ ルターパターンを形成すれば、最初に形成したフィルターパターン力 正確なパター ンで、かつ強固に基板に密着しているため、フォトリソグラフィ一の形成工法であって も、正確に、剥がれのないフィルターパターンを形成することができる。

[0128] 連続してドライエッチングの形成工法でフィルターパターンを形成すると、最初に形 成したフィルターパターンの凹凸力 後力も形成する色フィルタ一層にひびくという問 題があるため、 3色カゝらなるカラーフィルターの場合は最初の 1色、 4色からなるカラー フィルターの場合は最初の 1色または最初と 2色目までをドライエッチングの工法によ り、残りの色はフォトリソグラフィ一の工法によりパターユングすることが好ましい。

[0129] また、グリーンフィルターパターンに含まれる榭脂を、青及び赤のフィルターパター ンに含まれる榭脂よりも高い屈折率を有するものとすることが出来る。従来、グリーン フィルターパターンの屈折率は、他のフィルターパターンの屈折率より低いため、カラ 一フィルターの反射率が不均一であるという問題があった。グリーンフィルターパター ンの屈折率を高くするには屈折率の高い榭脂を用いればよいが、フォトリソグラフィー に供されるという制約のため、榭脂の選択の幅が狭ぐ屈折率の高い榭脂を選択する ことは困難であった。

[0130] これに対し、本実施形態では、グリーンフィルターパターンを、フォトリソグラフィ一に 依らずに、ドライエッチングにより形成しているため、グリーンフィルターパターンの榭 脂として、熱硬化性榭脂の中から屈折率の高いものを広く選択することが可能である [0131] このように、グリーンフィルターパターンに含まれる榭脂を、青及び赤のフィルターパ ターンに含まれる榭脂よりも高い屈折率を有するものとすることにより、 3色のフィルタ 一パターンの屈折率を近似させることが出来、それによつてマイクロレンズによる集光 効果を同等に出来るため、良好な固体撮像素子を得ることが出来る。

[0132] さらに、屈折率が高い榭脂はエッチングレートが小さい傾向にあることから、屈折率 が高 ヽ榭脂を添加した層をドライエッチングを用いてパターユングすることで、表面の なめらかなフィルターパターンを得ることが出来る。

[0133] 本発明のグリーンフィルターパターンには、フィルターパターンとなった場合に同等 の屈折率を得られることから、ブルー及びレッドフィルターパターンに含まれる榭脂の 屈折率よりも、 0. 05〜0. 2程度高い屈折率を有する榭脂が好ましく用いられる。

[0134] なお、ブルー及びレッドのフィルターパターンに含まれる榭脂として、 1. 5〜1. 6の 屈折率を有するアクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、フエノールノボラック系、ポリエ ステル系、ウレタン系、メラミン系、尿素系、スチレン系等の榭脂を用い、グリーンフィ ルターパターンに含まれる樹脂として、 L 55〜： L 7の屈折率を有するアクリル系、ェ ポキシ系、ポリイミド系、フエノールノボラック系、ポリエステル系、ウレタン系、メラミン 系、尿素系、スチレン系及びこれらの共重合物などの榭脂を一つもしくは複数含んだ 榭脂を用いることが出来る。特に、高屈折率を達成するためにはフエノール榭脂ゃポ リスチレン榭脂ある 、はベンゼン環や芳香族環を導入したポリマーやモノマーを用い ることや、ハロゲン基やィォゥ原子を有する基などを骨格に導入したアクリル榭脂を用 いることがでさる。

[0135] また、マイクロレンズ形成工程において、図 81に示すように、隣接するフィルターパ ターンの境界部分を表面から 0. 03 m〜0. 5 /z mの深さに除去し、マイクロレンズ の周辺部をカラーフィルター 26の一部により構成しているので、マイクロレンズ下距 離を小さくすることができ、感度が良好な固体撮像素子を得ることが出来る。

[0136] ここで、隣接するフィルターパターンの境界部分の除去する深さの下限を 0. 03 mとしたのは、 SEMや AFMなどで実効的に膜厚を識別することが出来る最小の値 であるためであり、また、上限を 0. 5 μ mとしたのは、 0. 5 mを越えると、膜表面が 荒れて、表面散乱による感度低下が生ずるためである。更に、 0. 5 mを越えると、 実効的なカラーフィルターの膜厚力 例えば 1 μ m以上に厚くなることがあり、本発明 の課題の一つである薄膜化からはずれてしまうからである。

[0137] 以下、本発明の種々の実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。

[0138] 実施例 1

図 4A〜4Gを参照して、本実施例に係る固体撮像素子の製造方法について説明 する。

[0139] 図 4Aに示すような、 2次元的に配置された光電変換素子 21を備える半導体基板 2 0上に、顔料分散グリーンレジストを lOOOrpmの回転数でスピンコートした後、 230°C で 6分間ベータし、図 4Bに示すように、グリーンレジスト層 22を形成した。この時、ダリ ーンの顔料にはカラーインデックスにて C. I. PG36を用いており、その顔料濃度は 3 5重量％、膜厚は 0. である。また、グリーンレジストの主成分である榭脂として は、熱硬化タイプのアクリル系榭脂を用いた。

[0140] 次いで、グリーンレジスト層 22上に、アクリル系感光榭脂を主成分とする塗布液を 3 OOOrpmの回転数でスピンコートした後、フォトリソグラフィ一によりパターユングし、図 4Cに示すように、榭脂パターン 23を形成した。その後、この榭脂パターン 23をマスク として用いて、ドライエッチング装置にてフロン系ガスを用いてグリーンレジスト層 22を エッチング処理し、図 4Dに示すように、グリーンフィルターパターン 24aを形成した。 このときのグリーンフィルターパターン 24aの膜厚は 0. 8 μ mであった。

[0141] 次に、顔料分散ブルーレジストを用いて、グリーンフィルターパターン 24aと同様に ドライエッチングを用いたパターニング方法により、図 4Eに示すように、ブルーフィル ターパターン 24bを形成した。このとき、ブルーレジストに用いた顔料は、それぞれ力 ラーインデックスにて C. I. PB156、 C. I. PV23であり、顔料濃度は 40重量⁰ /₀、膜 厚は 0. 8 mである。なお、ブルーレジストの主成分である榭脂としては、熱硬化タイ プのアタリノレ系の榭脂を用 ヽた。

[0142] その後、顔料分散レッドレジストを用いて、フォトリソグラフィ一により、レッドフィルタ 一パターン（図示せず）を形成し、カラーフィルター 25を得た。このとき、レッドレジスト に用いた顔料は、それぞれカラーインデックスにて C. I. PR117、 C. I. PR48 : 1、 C . I. PY139であり、顔料濃度は 45重量％、膜厚は O. 8 mであった。 [0143] 更に、このようにして形成されたカラーフィルター 25上にアクリル榭脂を含む塗布液 を回転数 lOOOrpmでスピンコートし、ホットプレートにて 200°Cで 10分間の熱処理を 施して、榭脂を硬化し、図 4Fに示すように、平坦化層 26を形成した。

[0144] 最後に、図 4Gに示すように、平坦化層 26上に、周知の技術である熱リフロー法に よりマイクロレンズ 27を形成し、固体撮像素子を完成した。

[0145] 以上のようにして得た固体撮像素子は、カラーフィルター 25が半導体基板 20の表 面に直接形成されており、また熱硬化性榭脂を用いているため固形分中の色材の濃 度を上げることが出来るのでカラーフィルター 25を薄く形成することが出来、そのた め、レンズ下距離が小さぐ良好な感度を有するものであった。また、カラーフィルタ 一のパターンエツヂの形状に起因する色むらを生ずることがな力つた。

[0146] 本実施例においては、ドライエッチングによる形状転写技術で形成したグリーンレ ジスト及びブルーレジストの主成分として熱硬化タイプのアクリル榭脂を用いた力 特 にアクリル榭脂にこだわることなぐエポキシ榭脂、ポリイミド榭脂、フエノールノボラッ ク榭脂、ポリエステル榭脂、ウレタン榭脂、メラミン榭脂、尿素樹脂、スチレン榭脂、及 びこれらの共重合体などの樹脂の 1つ叉は複数種を含む榭脂を用いることも可能で ある。

[0147] 更に、グリーンレジストに高屈折率の榭脂を用いて、グリーンフィルターパターン、レ ッドフィルターパターン、及びブルーフィルターパターンの屈折率を同程度に設定す ることにより、表面反射を少なくすることが出来、感度が良好な固体撮像素子を得るこ とが出来る。

[0148] また、本実施例では、グリーンフィルターパターン及びブルーフィルターパターンを ドライエッチングによるパター-ング技術を用いて形成し、レッドフィルターパターンを フォトリソグラフィ一により形成した力 グリーンフィルターパターンのみをドライエッチ ングによるパターユング技術を用いて形成し、ブルーフィルターパターン及びレッドフ ィルターパターンをフォトリソグラフィ一により形成してもよぐ或いはまたグリーンフィ ルターパターン及びレッドフィルターパターンをドライエッチングによるパターニング 技術を用いて形成し、ブルーフィルターパターンをフォトリソグラフィ一により形成して もよい。初めに形成されるフィルターパターンがドライエッチングにより、最後に形成さ れるフィルターパターンがフォトリソグラフィ一により形成されていればよい。ただし、グ リーンフィルターパターン及びブルーフィルターパターンは、フォトリソグラフィープロ セスではレッドフィルターパターンよりも剥がれが生じやす 、ので、ドライエッチング技 術によるパターユング技術で形成した方がより好ましい。

[0149] 更に、本実施例においては、熱リフロー法によりマイクロレンズを形成した力 マイク 口レンズ下の厚みをより薄く形成することのできるドライエッチングによるパターユング 技術を用いてマイクロレンズを形成した方がより好ましい。これは、最終的にマイクロ レンズとなる透明榭脂層をカラーフィルター上に形成、その上に熱リフロー法によって マイクロレンズの母型（レンズ母型）を形成し、レンズ母型をマスクとして、ドライエッチ ングの手法によってレンズ母型形状を透明榭脂層に転写すると!、う方法である。この とき、レンズ形状の転写に用いられるレンズ母型の高さや材料の選択によるエツチン グレートの調整などにより、 0. 03 /ζ πι〜0. 5 /z mの範囲内で、隣接するフィルターパ ターンの境界部分を表面から除去し、マイクロレンズの周辺部をカラーフィルターの 一部で構成することで、よりレンズ下距離を小さくすることが出来るので好ましい。

[0150] なお、本実施例にお!、て、グリーンレジストの榭脂として熱硬化タイプのアクリル榭 脂を採用したが、レッドレジストやブルーレジストに用いた榭脂と同様の放射線硬化（ 光硬化）のアクリル榭脂を用いることも可能である。この場合は、薄膜化するために必 要なモノマーや光重合開始剤の量を減らすことが好ましぐより好ましくは、熱硬化タ イブの榭脂と同様の榭脂材料となる。この場合、露光'現像プロセスには不向きな榭 脂材料となる。

[0151] 実施例 2

図 8A〜8Iを参照して、本実施例に係る固体撮像素子の製造方法について説明す る。

[0152] 図 8Aに示すような、 2次元的に配置された光電変換素子 61を備える半導体基板 6 0上に、アクリル系榭脂を主成分とする塗布液を 2000rpmの回転数でスピンコートし た後、ホットプレートにより 230°Cで 6分間ベータし、図 8Bに示すように、第 1の平坦 化層 62を形成した。この時の第 1の平坦ィ匕層 62の膜厚は 0. 45 mであった。

[0153] 次いで、第 1の平坦ィ匕層 62の上に、顔料分散グリーンレジストを lOOOrpmの回転 数でスピンコートした後、 230°Cで 6分間ベータし、図 8Cに示すように、グリーンレジ スト層 83を形成した。この時、グリーンの顔料にはカラーインデックスにて C. I. PG3 6を用いており、その顔料濃度は 35重量％、膜厚は 0. 5 mである。また、グリーン レジストの主成分である榭脂としては、熱硬化タイプのアクリル系高屈折率榭脂を用 いた。そのため、グリーンレジスト層 63の屈折率は 1. 65である。

[0154] このように、熱硬化タイプのアクリル系高屈折率榭脂を用いることにより、熱硬化剤 が必要になるものの、光重合開始剤などの感剤を無くすことが出来るとともに、アル力 リ現像特性や光硬化性などのフォトリソグラフィー特性が必要でな 、ため、顔料濃度 を上げることが可能となり、グリーンフィルターを薄膜ィ匕しても、所望する分光特性とな つたグリーンフィルターとすることが出来た。

[0155] 次に、グリーンレジスト層 63上に、アクリル系感光榭脂を主成分とする塗布液を 300 Orpmの回転数でスピンコートした後、フォトリソグラフィ一によりパターユングし、図 8 Dに示すように、透明榭脂パターン 64を形成した。このとき、マスクとなる透明樹脂に は顔料などの解像性の妨げとなる物質が含まれな 、ものを選択できることから、高精 細でパターニングできる。

[0156] その後、この透明榭脂パターン 64をマスクとして用いて、ドライエッチング装置にて フロン系ガスを用いてグリーンレジスト層 23をエッチング処理し、図 8Eに示すように、 グリーンフィルターパターン 65aを形成した。このときのグリーンフィルターパターン 65 aの膜厚は 0. 5 mであり、第 1の平坦ィ匕層 62も一部除去されたため、隣接する第 1 の平坦化層 62との間には 0. 4 mの段差が形成されていた。

[0157] その後、フォトリソグラフィ一により、図 8Fに示すように、ブルーフィルターパターン 6 5b及びレッドフィルターパターン（図示せず）を順次形成し、カラーフィルター 66を得 た。この時、ブルーレジストに用いた顔料は、それぞれカラーインデックスにて C. I. P B15 : 6、 C. I. PV23であり、顔料濃度は 30重量％、膜厚は 0. 9 /ζ πι、屈折率は 1. 64であり、レッドレジストに用いた顔料は、それぞれカラーインデックスにて C. I. PR 117、 C. I. PR48 : 1、 C. I. PY139であり、顔料濃度は 40重量⁰ /₀、膜厚は 0. 9 μ ηι 、屈折率は 1. 69であった。

[0158] 更に、このようにして形成されたカラーフィルター 66上に、 UV吸収剤を添カ卩したァ クリル榭脂を含む塗布液を回転数 lOOOrpmでスピンコートし、ホットプレートにて 20 0°Cで 10分間の熱処理を施して、榭脂を硬化し、図 8Gに示すように、第 2の平坦ィ匕 層 67を形成した。

[0159] 次に、図 8Hに示すように、平坦化層 67上に、周知の技術である熱リフロー法により 感光性、熱リフロー性のあるアクリル榭脂からなるレンズ母型 68を形成した。

[0160] 最後に、ドライエッチング装置にて、フロン系ガスを用いてレンズ母型 68をマスクと して用いてエッチング処理を行い、レンズ母型 68の形状を第 2の平坦ィ匕層 67に転写 して、マイクロレンズ 69を形成した。このとき、カラーフィルター 66の各パターンの境 界部分表面から 0. の深さ〖こ除去し、図 81に示すように、固体撮像素子を完成 した。

[0161] 以上のような固体撮像素子の製造方法では、グリーンフィルターパターン 65aをドラ ィエッチングによるパターン形成工法を用いて形成することにより、微細なパターンの 膜厚の薄いカラーフィルターを、良好な形状で残渣なしに、画素剥がれを生ずること なく形成することが出来た。また、グリーンフィルタ一層に熱硬化性榭脂を用いたため 、固形分中の色材の濃度を上げることが出来るので、カラーフィルターを薄く形成す ることが出来、薄型の固体撮像素子を得ることが出来た。

[0162] 本実施例においては、ドライエッチングによる形状転写技術で形成したグリーンレ ジスト及びブルーレジストの主成分として熱硬化タイプのアクリル榭脂を用いた力 特 にアクリル榭脂にこだわることなぐエポキシ榭脂、ポリイミド榭脂、フエノールノボラッ ク榭脂、ポリエステル榭脂、ウレタン榭脂、メラミン榭脂、尿素樹脂、スチレン榭脂、及 びこれらの共重合体などの樹脂の 1つ叉は複数種を含む榭脂を用いることも可能で ある。

[0163] 特に、高屈折率を達成するために、フエノール榭脂ゃポリスチレン榭脂あるいはべ ンゼン環や芳香環を導入したポリマーやモノマーを用いること、及びハロゲン基ゃィ ォゥ基などをこれらポリマーなどの骨格に導入したアクリル榭脂を用いることが可能で ある。

[0164] これにより、従来、ブルーフィルターパターンやレッドフィルターパターンと比較して 最も屈折率が低ぐ表面反射が大きいグリーンフィルターパターンにおいても、高い 屈折率を達成することができ、感度の良好な固体撮像素子を得ることが出来る。

[0165] また、以上の実施例では、グリーンフィルターパターンをドライエッチングを用いた パター-ングにより形成した力 フォトリソグラフィープロセスによって剥がれの生じや す 、ブルーフィルターパターンや顔料濃度の高!、レッドフィルターパターンをドライエ ツチングを用いて形成しても構わない。ただし、 1色目となるグリーンフィルターパター ンの密着性とパターン精度が最も重要であるため、グリーンフィルターパターンをドラ ィエッチング技術による形状転写技術で形成することが必要である。また、グリーンフ ィルターパターンを形成した後の 2色目としてレッドフィルターパターンを形成してもよ いが、レッドフィルターパターンは顔料濃度が高いため、残渣が残りやすいので、ブ ルーフィルターパターンを 2色目として形成するのが望ましい。

[0166] また、本実施例においては、カラーフィルター 66の下部に配設される第 1の平坦ィ匕 層 62に 0. 4 mの段差を設けた力 グリーンフィルターパターン形成の母型となる透 明榭脂パターン 64の厚みや材料の選択によるエッチングレートの調整により、 0. 03 /ζ πι〜0. 5 /z mの範囲内で第 1の平坦ィ匕層をエッチングしても構わない。ここで、下 限を 0. 03 mとしたのは、 SEMや AFMなどで実効的に膜厚を識別出来る最小の 値であるためであり、また上限を 0. 5 /z mとしたのは、 0. 5 mを越える段差をつける と、膜表面があれ、表面散乱による感度低下が生ずるためである。

[0167] 更に、本実施例においては、ドライエッチングによりマイクロレンズを形成した力 従 来の熱リフロー法によりマイクロレンズを形成してもよい。ただし、マイクロレンズ下の 厚みを薄くするためには、ドライエッチングによる形状転写技術を用いてマイクロレン ズを形成する方がより好まし ヽ。

[0168] 実施例 3

図 8A〜8D及び図 9A〜9Eを参照して、本実施例に係る固体撮像素子の製造方 法について説明する。

[0169] 図 8Aに示すような、 2次元的に配置された光電変換素子 61を備える半導体基板 6 0上に、アクリル系榭脂を主成分とする塗布液を 2000rpmの回転数でスピンコートし た後、ホットプレートにより 230°Cで 6分間ベータし、図 8Bに示すように、第 1の平坦 化層 62を形成した。この時の第 1の平坦ィ匕層 62の膜厚は 0. 4 mであった。 [0170] 次いで、第 1の平坦ィ匕層 62の上に、顔料分散グリーンレジストを lOOOrpmの回転 数でスピンコートした後、 230°Cで 6分間ベータし、図 8Cに示すように、グリーンレジ スト層 63を形成した。この時、グリーンの顔料にはカラーインデックスにて C. I. PG7 6を用いており、その顔料濃度は 40重量％、膜厚は 0. 5 mである。また、グリーン レジストの主成分である榭脂としては、熱硬化タイプのアクリル系高屈折率榭脂を用 いた。そのため、グリーンレジスト層 63の屈折率は 1. 65である。

[0171] このように、熱硬化タイプのアクリル系高屈折率榭脂を用いることにより、熱硬化剤 が必要になるものの、光重合開始剤などの感剤を無くすことが出来るとともに、アル力 リ現像特性や光硬化性などのフォトリソグラフィー特性が必要でな 、ため、顔料濃度 を上げることによりグリーンフィルターの薄膜ィ匕を達成することが出来た。

[0172] 次に、グリーンレジスト層 63上に、アクリル系感光榭脂を主成分とする塗布液を 300 Orpmの回転数でスピンコートした後、フォトリソグラフィ一によりパターユングし、図 8 Dに示すように、透明榭脂パターン 64を形成した。このとき、マスクとなる透明樹脂に は顔料などの解像性の妨げとなる物質が含まれな 、ものを選択できることから、高精 細でパターニングできる。

[0173] その後、この透明榭脂パターン 64をマスクとして用いて、ドライエッチング装置にて フロン系ガスを用いてグリーンレジスト層 63をエッチング処理し、図 9Aに示すように、 グリーンフィルターパターン 65aを形成した。このときのグリーンフィルターパターン 65 aの膜厚は 0. 5 mであり、グリーンフィルターパターン 65aで覆われていない第 1の 平坦ィ匕層 62は完全に除去されていた。

[0174] その後、フォトリソグラフィ一により、図 9Bに示すように、ブルーフィルターパターン 6 5b及びレッドフィルターパターン（図示せず）を順次形成し、カラーフィルター 66を得 た。この時、ブルーレジストに用いた顔料は、それぞれカラーインデックスにて C. I. P B15 : 6、 C. I. PV63であり、顔料濃度は 30重量％、膜厚は 0. 9 /ζ πι、屈折率は 1. 64であり、レッドレジストに用いた顔料は、それぞれカラーインデックスにて C. I. PR 117、 C. I. PR48 : 1、 C. I. PY139であり、顔料濃度は 40重量⁰ /₀、膜厚は 0. 9 μ ηι 、屈折率は 1. 69であった。

[0175] 更に、このようにして形成されたカラーフィルター 66上に、 UV吸収剤を添カ卩したァ クリル榭脂を含む塗布液を回転数 lOOOrpmでスピンコートし、ホットプレートにて 20 0°Cで 10分間の熱処理を施して、榭脂を硬化し、図 9Cに示すように、第 2の平坦ィ匕 層 67を形成した。

[0176] 次に、図 9Dに示すように、平坦化層 67上に、周知の技術である熱リフロー法により 感光性、熱リフロー性のあるアクリル榭脂からなるレンズ母型 68を形成した。

[0177] 最後に、ドライエッチング装置にて、フロン系ガスを用いてレンズ母型 68をマスクと して用いてエッチング処理を行い、レンズ母型 68の形状を第 2の平坦ィ匕層 67に転写 して、マイクロレンズ 69を形成した。このとき、カラーフィルター 66の各パターンの境 界部分表面から 0. 1 mの深さに除去し、図 9Eに示すように、カラーフィルターの上 部をマイクロレンズの一部とした固体撮像素子を完成した。

[0178] 以上のような固体撮像素子の製造方法では、グリーンフィルターパターン 65aをドラ ィエッチングによるパターン形成工法を用いて形成することにより、微細なパターンの 膜厚の薄いカラーフィルターを、良好な形状で残渣なしに、画素剥がれを生ずること なく形成することが出来た。また、グリーンフィルタ層に熱硬化性榭脂を用いたため、 固形分中の色材の濃度を上げることが出来るので、カラーフィルターを薄く形成する ことが出来、薄型の固体撮像素子を得ることが出来た。

[0179] また、本実施例においては、フォトリソグラフィ一によるパターン形成工法で形成さ れるフィルターパターンの下部に配設される第 1の平坦ィ匕層 62を完全に取り除いた 力 グリーンフィルターパターン形成の母型となる透明榭脂パターン 64の厚みゃ材 料の選択によるエッチングレートの調整により、第 1の平坦ィ匕層を残しても構わない。 ただし、 2色目以降の色フィルタ一層の残渣を残さないようにするためには、完全に 除去することが好ましい。

[0180] 更に、本実施例においては、ドライエッチングによりマイクロレンズを形成した力 従 来の熱リフロー法によりマイクロレンズを形成してもよい。ただし、マイクロレンズ下の 厚みを薄くするためには、ドライエッチングによる形状転写技術を用いてマイクロレン ズを形成する方がより好まし ヽ。

[0181] また、隣接するカラーフィルターの境界部分を表面力 0. 1 μ mの深さでエツチン グし、マイクロレンズの周辺部をカラーフィルターの一部で構成されるようにした力 レ ンズ母型の高さや材料の選択、またレンズ形状を転写される層の層構成、厚みゃェ ッチングレート等から材料を選択することにより、表面から 0. 03 111カら0. の 範囲で除去する深さを設定することができる。ここで、下限を 0. 03 _iu mとしたのはSE Mや AFMなどで膜厚を識別できる最小の値であるためであり、また上限を 0.

としたのはこれ以上深くドライエッチングを行うと、マイクロレンズ表面が荒れて、表面 散乱により感度低下が起こるためである。

Claims

請求の範囲

[1] 半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞ れに対応して前記半導体基板上に配設された複数色のフィルターパターンからなる カラーフィルターを具備する固体撮像素子の製造方法であって、

前記複数色のフィルターパターンは、複数の色フィルタ一層を順次パターユングす ること〖こより形成され、

前記複数色のフィルターパターンのうち少なくとも最初に形成されるフィルターパタ ーンをドライエッチングを用いて形成する工程、及び

残りのフィルターパターンをフォトリソグラフィーを用いて形成する工程

を具備することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。

[2] 前記複数色のフィルターパターンのうち最も面積の広いフィルターパターンは、ドラ ィエッチングを用いて形成されることを特徴とする請求項 1に記載の方法。

[3] 前記ドライエッチングを用いてパターユングされる色フィルタ一層は、少なくとも熱硬 化性を有する榭脂を含み、前記フォトリソグラフィーを用いてパターユングされる色フ ィルター層は、少なくとも光硬化性を有する榭脂を含むことを特徴とする請求項 1に記 載の方法。

[4] 半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞ れに対応して前記半導体基板上に配設された、複数色のフィルターパターンを有す るカラーフィルターと、該半導体基板上の一部または全部に形成された平坦ィ匕層を 具備する固体撮像素子の製造方法であって、

前記複数色のフィルターパターンは、複数の色フィルタ一層を順次パターユングす ること〖こより形成され、

前記複数色のフィルターパターンのうち少なくとも最初に形成される 1つのフィルタ 一パターンを、 1つの色フィルタ一層の不要部とその下の平坦ィ匕層をドライエッチング することにより形成する工程、及び

他のフィルターパターンを、フォトリソグラフィーを用いて形成する工程

を具備することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。

[5] 前記 1つのフィルターパターンを形成する工程において、不要部の色フィルタ一層 の下の平坦ィ匕層の厚さの一部が残され、 1つのフィルタパターンの下の平坦ィ匕層の 厚みとフォトリソグラフィを用いて形成された他のフィルタパターンの下の平坦ィ匕層の 厚みとが異なることを含むことを特徴とする請求項 4に記載の方法。

[6] 前記 1つのフィルターパターンを形成する工程において、 1つの色フィルタ一層の 不要部とその下層の平坦ィ匕層が半導体基板に到達するまでドライエッチングにより 除去されることを特徴とする請求項 4に記載の方法。

[7] 前記複数色のフィルターパターンのうち最も面積の広いフィルターパターンは、ドラ ィエッチングを用いて形成されることを特徴とする請求項 4に記載の方法。

[8] 前記ドライエッチングを用いてパターユングされる色フィルタ一層は、少なくとも熱硬 化性を有する榭脂を含み、前記フォトリソグラフィーを用いてパターユングされる色フ ィルター層は、少なくとも光硬化性を有する榭脂を含むことを特徴とする請求項 4に記 載の方法。

[9] 半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞ れに対応して前記半導体基板上に配設された複数色のフィルターパターンからなる カラーフィルターを具備する固体撮像素子において、

前記複数色のフィルターパターンは、熱硬化した榭脂を含有する 1つのフィルター パターンと、光硬化した榭脂を含有する他のフィルターパターンを含むことを特徴と する固体撮像素子。

[10] 前記複数色のフィルターパターンはグリーンフィルターパターンを含み、該グリーン フィルターパターンに含まれる榭脂は他のフィルターパターンに含まれる榭脂よりも 高い屈折率を有することを特徴とする請求項 9に記載の固体撮像素子。

[11] 前記カラーフィルター上に平坦ィ匕層を更に具備することを特徴とする請求項 9に記 載の固体撮像素子。

[12] 前記カラーフィルター上に直接又は間接的に、前記光電変換素子のそれぞれに対 応して配設されたマイクロレンズを更に具備し、このマイクロレンズの周辺部は、前記 カラーフィルターの一部により構成されて 、ることを特徴とする請求項 9に記載の固体 撮像素子。

[13] 半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞ れに対応して前記半導体基板上に配設された複数色のフィルターパターンからなる カラーフィルターを具備する固体撮像素子において、

前記複数色のフィルターパターンのうち、最も面積の大き 、フィルターパターンは、 熱硬化した榭脂を含み、他のフィルターパターンは、光硬化した榭脂を含むことを特 徴とする固体撮像素子。

[14] 半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞ れに対応して前記半導体基板上に配設された、複数色のフィルターパターンを有す るカラーフィルターと、該半導体基板上の一部または全部に形成された平坦ィ匕層を 具備する固体撮像素子であって、

前記複数色のフィルターパターンの下の平坦ィヒ層は、 1つの色のフィルターパター ンの下の部分と他の色のフィルターパターンの下の部分とで厚みが異なることを特徴 とする固体撮像素子。

[15] 半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞ れに対応して前記半導体基板上に配設された、複数色のフィルターパターンを有す るカラーフィルターと、該半導体基板上の一部または全部に形成された平坦ィ匕層を 具備する固体撮像素子であって、

前記カラーフィルタ一は、前記半導体基板上に、平坦化層を介して形成されている フィルターパターンと、直接形成されて ヽるフィルターパターンの両方を含むことを特 徴とする固体撮像素子。

[16] 半導体基板に 2次元的に配置された光電変換素子と、該光電変換素子のそれぞ れに対応して前記半導体基板上に配設された、複数色のフィルターパターンを有す るカラーフィルターと、該半導体基板上の一部または全部に形成された平坦ィ匕層を 具備する固体撮像素子であって、

前記複数色のフィルターパターンのうち 1つの色のフィルターパターンは熱硬化し た榭脂を含み、残りの色のフィルターパターンは光硬化した榭脂を含むことを特徴と する固体撮像素子。

[17] 前記複数色のフィルターパターンは、グリーンフィルターパターンを含み、該グリー ンフィルターパターンに含まれる榭脂は、他のフィルターパターンに含まれる榭脂より も高い屈折率を有することを特徴とする請求項 14に記載の固体撮像素子。

前記カラーフィルター上に直接又は間接的に、前記光電変換素子のそれぞれに対 応して配設されたマイクロレンズを更に具備し、当該マイクロレンズの周辺部は、前記 カラーフィルターの一部により構成されていることを特徴とする請求項 14に記載の固 体撮像素子。