JP2006351775A - カラーフィルタの製造方法、固体撮像素子の製造方法およびこれを用いた固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度のパターン形成を可能にし、混色を防ぐとともに薄型化を実現することのできるカラーフィルタの製造方法を提供する。
【解決手段】フィルタ分離層５０Ｆを形成しておき、各色の形成領域に開口を形成しながら、対応する色のカラーフィルタ材料を形成し、平坦化するようにしているため、高精度に色区画を規定されたカラーフィルタを形成することが可能となる。また、フィルタ分離層によって隣接する色のカラーフィルタが分離されているため、薄型化に際しても混色のおそれもなく高精度のパターン形成が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーフィルタの製造方法、固体撮像素子の製造方法およびこれを用いた固体撮像素子にかかり、特に薄型で平坦なカラーフィルタの形成方法に関する。

一般に、ＭＯＳ型やＣＣＤ型の固体撮像素子等に用いられているカラーフィルタは、３色もしくは４色の着色されたレジストを使用し、レジストコートプロセス及び現像プロセスによって、平坦面上にパターン形成されている（例えば、下記特許文献１参照）。

カラーフィルタは次のようにして製造される。まず、平坦面上に例えばＢ（青色）のカラーフィルタ材料である着色レジストを塗布し、露光及び現像処理を行ってパターニングした後、熱処理又は紫外線照射を行って固着させることで、Ｂのカラーフィルタを形成する。次に、Ｂのカラーフィルタ及び平坦面上に、例えばＧ（緑色）のカラーフィルタ材料である着色レジストを塗布し、露光及び現像処理を行ってパターニングした後、熱処理又は紫外線照射を行って固着させることで、Ｇのカラーフィルタを形成する。最後に、Ｂ、Ｇのカラーフィルタ及び平坦面上に、例えばＲ（赤色）のカラーフィルタ材料である着色レジストを塗布し、露光及び現像処理を行ってパターニングした後、熱処理又は紫外線照射を行って固着させることで、Ｒのカラーフィルタを形成する。たとえば、従来例のカラーフィルタの一例では、感光基Ｐを含有しているため着色基の密度が小さく、また現像によるウェット処理によりパターニングされるため、着色基を含む残渣が付着していることがある。

この他平坦にカラーフィルタを形成するために、ポジ型レジストを形成し、この上に有機顔料を形成することにより、ドライプロセスでカラーフィルタパターンを形成する方法（特許文献２）も提案されているが、レジストの剥離が困難であるなどの問題があった。

特開平６−２７３６１１号公報 特開２００２−３１４０５８号公報

近年、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。このような状況の中で、チップサイズを大型化することなく高解像度を得るためには、単位画素あたりの面積を縮小し、高集積化を図る必要がある。さらにまた、固体撮像素子の作りこまれた基板（シリコン基板）は、フィルタ上にさらにレンズを積層して、実装される。このため、レンズと光電変換部との位置精度が重要となり、またその距離すなわち高さ方向の距離も、製造工程における位置精度を確保するという目的だけでなく、使用時における感度（光電変換効率）面でも重要な要素となる。

ところで、このような固体撮像素子においては、微細化により、カラーフィルタ材料をパターニングする際、前述した方法では、十分なパターニング精度を得ることができなくなってきている。

また、各色のフィルタ層を形成するための着色レジストの現像工程はウェットプロセスであるため、パターンエッジを急峻に形成するのは困難であり、テーパ断面となりやすく、これも光の回り込みによる混色の原因となりやすい。また、現像後、表面を純水洗浄し、リンス工程を経て各色のフィルタ層のパターン形成がなされるが、このとき現像工程で除去された液中の着色レジストが再付着しやすいという問題もあった。
また、仮に高精度のパターン形成が実現できたとしても、薄型化が進むにつれて、斜め方向からの光の入射による混色の問題が大きくなり、混色のない薄型カラーフィルタが求められていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高精度のパターン形成を可能にし、混色を防ぐとともに薄型化を実現することのできるカラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。
また、薄型化をはかり、高度の微細化に際しても高感度で信頼性の高い固体撮像素子を提供することを目的とする。

本発明のカラーフィルタの製造方法は、基体表面に、第１の色のカラーフィルタを構成する第１のカラーフィルタと、前記第１の色とは異なる第２の色のカラーフィルタを構成する第２のカラーフィルタとを配列してなるカラーフィルタの製造方法であって、前記基体表面に、各色のカラーフィルタを分離するためのフィルタ分離層を形成する工程と、前記フィルタ分離層に第１のカラーフィルタを形成するための第１の開口を形成する工程と、前記第１の開口の形成された基体表面に第１の色のカラーフィルタ材料を塗布する工程と、ＣＭＰにより平坦化し、前記第１の開口に第１の色のカラーフィルタ材料が充填された第１のカラーフィルタを形成する工程と、前記第１のカラーフィルタの形成された、前記フィルタ分離層に第２のカラーフィルタを形成するための第２の開口を形成する工程と、前記第２の開口の形成された基体表面に第２の色のカラーフィルタ材料を塗布する工程と、平坦化によって、前記フィルタ分離層上の第2の色のカラーフィルタ材料を除去し、前記第２の開口に第２の色のカラーフィルタ材料が充填された第２のカラーフィルタを形成する工程とを含み、前記第１のカラーフィルタと第２のカラーフィルタとを前記基体上に配列するようにしたことを特徴とする。

この方法により、フィルタ分離層を形成しておき、各色の形成領域に開口を形成しながら、対応する色のカラーフィルタ材料を形成し、平坦化するようにしているため、高精度に色区画を規定されたカラーフィルタを形成することが可能となる。また、フィルタ分離層によって隣接する色のカラーフィルタが分離されているため、薄型化に際しても混色のおそれもなく高精度のパターン形成が可能となる。さらにまた、ドライエッチングにより第１の色のカラーフィルタ材料をパターニングしているため、基体表面に残留部が形成されたり、残渣が付着したりすることもなく、急峻なパターンエッジを持つ高精度のパターンを形成することが可能となる。また、平坦化工程により、上層に第１の色のカラーフィルタ材料が付着している場合にも確実に除去され、残留を防止することができる。隣接する色のカラーフィルタ同士の段差をより低減することができ、さらなる混色の防止や薄型化が可能となる。また、隣接する色のカラーフィルタが分離されているため、染色系のカラーフィルタを用いても混色を防止することができる。さらにまた、パターニングに際してカラーフィルタ材料自体に感光基をもつことは不要であるため、フィルタとしての使用時に不要な感光基の含有率を低減することができ、透光性が向上し、かつ着色基の含有率をあげることができるため、全体としての膜厚を低減することができ、微細化に際しても光量の損失を低減し、高感度の素子を形成することが可能となる。

また本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記第２の開口を形成する工程は、前記フィルタ分離層表面にフォトリソグラフィにより感光性レジストパターンを形成する工程と、前記感光性レジストパターンをマスクとして異方性エッチングにより前記フィルタ分離層に第２の開口を形成する工程とを含み、前記感光性レジストパターンを残した状態で、前記第２の色のカラーフィルタ材料を形成する工程とを含む。

この方法により、各色同士の接触を確実になくすことができるため、着色基の残渣による混色を防止することができる。

また本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記フィルタ分離層は、厚さが０．５μｍ以下である。

この方法により、同程度の厚さのカラーフィルタ層が形成され、より薄型化が可能となる。また、このフィルタ分離層の幅は０．２μｍ以下であることが望ましい。

また本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記フィルタ分離層を形成する工程は、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜を形成する工程を含む。

この方法により、このフィルタ分離層はプラズマＣＶＤ法により形成した酸化シリコン膜で構成することにより、緻密で、分離性の高い領域を形成することができる。

また本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記フィルタ分離層を形成する工程に先立ち、窒化シリコン膜を形成する工程を含み、前記窒化シリコン膜をストッパとして前記第１および第２の開口を形成するようにした。

この方法により、高精度に区画の規定されたフィルタ分離層を形成することができ、しかもこのストッパ層は窒化シリコンであるためパッシベーション膜としても有効であり、膜厚の増大ひいては素子の高さの増大を招くことなく信頼性の高い固体撮像素子を形成することが可能となる。

また本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記フィルタ分離層を形成する工程に先立ち、有機膜を形成する工程を含み、前記有機膜をストッパとして前記第１および第２の開口を形成するようにしたことを特徴とする。

この方法により、形成が容易で、かつ高温工程を経ることなく形成できる。

また本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記平坦化により第２のフィルタ層を形成する工程は、ＣＭＰ工程である。

この方法により、確実に重なり部分のないフィルタ層のパターニングが可能となる。

また本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記平坦化により第２のフィルタ層を形成する工程は、エッチバック工程である。

この方法により、確実に重なり部分のないフィルタ層のパターニングが可能となる。

また本発明の固体撮像素子の製造方法は、基板表面に固体撮像素子を配列した固体撮像素子部を形成する工程と、前記固体撮像素子上にカラーフィルタを形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法であって、前記カラーフィルタの形成工程が、基板表面に形成された固体撮像素子上に平坦化膜を形成した後、この平坦化膜上に窒化シリコン膜を形成する工程と、さらにこの上層に、各色のカラーフィルタを分離するためのフィルタ分離層を形成する工程と、前記窒化シリコン膜をエッチングストッパとして前記フィルタ分離層に第１のカラーフィルタを形成するための第１の開口を形成する工程と、前記第１の開口の形成された基板表面に第１の色のカラーフィルタ材料を塗布する工程と、ＣＭＰにより平坦化し、前記第１の開口に第１の色のカラーフィルタ材料が充填された第１のカラーフィルタを形成する工程と、前記窒化シリコン膜をエッチングストッパとして、前記第１のカラーフィルタの形成された、前記フィルタ分離層に第２のカラーフィルタを形成するための第２の開口を形成する工程と、前記第２の開口の形成された基板表面に第２の色のカラーフィルタ材料を塗布する工程と、平坦化によって、前記フィルタ分離層上の第２の色のカラーフィルタ材料を除去し、前記第２の開口に第２の色のカラーフィルタ材料が充填された第２のカラーフィルタを形成する工程とを含み、前記第１のカラーフィルタと第２のカラーフィルタとを前記基板上に配列する。

この方法により、混色がなく、薄型のカラーフィルタ層を持つ固体撮像素子を形成することができる。

また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第２のカラーフィルタを形成する工程の後、さらに前記フィルタ分離層に第3の開口を形成する工程と、同様に、前記第３の開口の形成された基板表面に第３の色のカラーフィルタ材料を塗布する工程と、平坦化によって、前記フィルタ分離層上の第３の色のカラーフィルタ材料を除去し、前記第３の開口に第３の色のカラーフィルタ材料が充填された第３のカラーフィルタを形成する工程とを含み、前記第１のカラーフィルタと第２のカラーフィルタと第３のカラーフィルタとを前記基板上に配列する。

また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第１の色が、青色であり、前記第２の色が、赤色であり、前記第３の色が、緑色である。

この方法により、フルカラーの固体撮像素子を効率よく形成することができる。

また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記カラーフィルタの形成工程の後、マイクロレンズを形成する工程を含む。

この方法により、より薄型の固体撮像素子を形成することができる。

また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記マイクロレンズの形成後に、前記フィルタ分離層を除去し、エアギャップ層からなるフィルタ分離領域を構成する工程を含む。

この方法により、容易にエアギャップ層を形成することができ、さらに効率よく入射光を各色のカラーフィルタに導くことができる。

また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記フィルタ分離層を除去する工程後に、酸素ラジカルで表面処理を行う工程を含む。

この方法により、フィルタ分離層の除去工程におけるエッチングダメージを除去することができ、より効率よく入射光を各色のカラーフィルタに導くことができる。

また本発明の固体撮像素子は、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを具備し、少なくとも光電変換部の上層にカラーフィルタを形成してなる固体撮像素子であって、前記光電変換部に対向するように、第１の色の第１のカラーフィルタと、前記第１の色とは異なる第２の色の第２のカラーフィルタとが並列配置され、前記第１および第２のカラーフィルタの端部は離間していることを特徴とする。

この構成により、混色の防止や薄型化が可能となる。また、隣接する色のカラーフィルタが分離されているため、染色系のカラーフィルタを用いても混色を防止することができる。

また本発明の固体撮像素子は、前記第１および第２のカラーフィルタの端部はエアギャップを介して離間していることを特徴とする。

この構成により、さらに効率よく入射光を各色のカラーフィルタに導くことができる。

また本発明の固体撮像素子は、前記第１および第２のカラーフィルタの端部は高屈折材料からなるフィルタ分離層を介して配置されている。

この構成より、効率よく入射光を各色のカラーフィルタに導くことができる。

また本発明の固体撮像素子は、前記高屈折材料は屈折率１．９以上である。

この構成により、さらに効率よく入射光を各色のカラーフィルタに導くことができる。

また本発明の固体撮像素子は、前記カラーフィルタ上にマイクロレンズを配設してなるものを含む。

この構成により、より薄型の固体撮像素子を提供することができる。

本発明によれば、製造が容易で、薄く、透過損失の少ないカラーフィルタを得ることができるとともに、フィルタ分離層を備えているため、混色のないカラーフィルタを形成することができる。
また各色のカラーフィルタの領域はフィルタ分離層に形成する開口のパターンで規定されるため、パターンエッジを垂直（急峻）にすることができ、パターン精度の向上をはかることができ、混色の抑制をはかることができる。
加えてカラーフィルタの顔料や染色基の付着に伴う、しみ、むらの改善をはかることができる。
このカラーフィルタの製造方法を用いた固体撮像素子の製造方法によれば、カラーフィルタ層の薄膜化による感度の向上を図ることができる。
また、カラーフィルタの混色を防ぐとともに薄型化を実現することができ、薄型で微細な高感度の固体撮像素子を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施の形態で説明するカラーフィルタは、例えば固体撮像素子に用いられるものである。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１を説明するための固体撮像素子の断面図、図２は平面模式図である。図１は、図２のＡ−Ａ線断面模式図、図３（ａ）および（ｂ）はこのカラーフィルタを示す図、図４乃至図８はこの固体撮像素子におけるカラーフィルタの製造工程を示す工程断面図である。
この固体撮像素子は、図１に示すように、フォトダイオード３０の上方には、カラーフィルタ５０がフレーム状のフィルタ分離層５０Ｆを介して各色のカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂが離間して分離形成されたことを特徴とする。各色のカラーフィルタ材料は感光基の含有率が０の樹脂材料で構成され、各フォトダイオード３０に対向するように、フィルタ分離層５０Ｆを構成する酸化シリコン層に形成された第１乃至第３の開口にそれぞれ各色のカラーフィルタ材料が充填され、第１乃至第３のカラーフィルタとしての赤色のカラーフィルタ５０Ｒ（図示せず）と、緑色のカラーフィルタ５０Ｇと、青色のカラーフィルタ５０Ｂとを構成している。ここではフィルタ分離層５０Ｆを構成する酸化シリコン層に対しフォトリソグラフィを経てドライエッチングでパターニングされた高精度の第１乃至第３の開口パターンが配列されている。このカラーフィルタは、各フォトダイオード３０それぞれに対応するように赤色のカラーフィルタ５０Ｒ（図示せず）と、緑色のカラーフィルタ５０Ｇと、青色のカラーフィルタ５０Ｂとが、フィルタ下平坦化膜７４上で各パターンエッジが垂直となるように形成され、かつ表面が平坦面を構成したことを特徴とするものである。図２では、各フォトダイオード３０に対し、その上方に形成される各色カラーフィルタを示す符号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を付した。

図３(ａ)および（ｂ）にカラーフィルタをこの模式的に示す。図３（ａ）は図３（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。フィルタ分離層５０Ｆはドライエッチングにより高精度にパターニングされており、この開口に形成されるカラーフィルタ材料は、感光基を含有しないため着色が高密度に形成されており、パターンエッジも垂直となっている。

他は通例の構造をなすものであるが、ｎ型のシリコン基板１表面部に光電変換部であるフォトダイオード３０が配列形成され、各フォトダイオード３０で発生した信号電荷を列方向（図２中のＹ方向）に転送するための電荷転送部４０が、列方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード列の間を蛇行して形成される。そして、奇数列のフォトダイオード列が、偶数列のフォトダイオード列に対して、列方向に配列されるフォトダイオード３０の配列ピッチの略１／２列方向にずれるように形成されている。

電荷転送部４０は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板１表面部の列方向に形成された複数本の電荷転送チャネル３３と、電荷転送チャネル３３の上層に形成された電荷転送電極３（第１層電極３ａ、第２層電極３ｂ）と、フォトダイオード３０で発生した電荷を電荷転送チャネル３３に読み出すための電荷読み出し領域３４とを含む。電荷転送電極３は、行方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向（図２中のＸ方向）に延在する蛇行形状となっている。ここで電荷転送電極３は第１層電極上に電極間絶縁膜を介して第２層電極を形成しＣＭＰにより平坦化して単層電極構造としたものであるが、単層電極構造に限らず、第１層電極の一部を第２層電極が覆うように形成した二層電極構造であっても良い。

図１に示すように、シリコン基板１の表面にはｐウェル層１Ｐが形成され、ｐウェル層１Ｐ内に、ｐｎ接合を形成するｎ領域３０ｂが形成されると共に表面にｐ領域３０ａが形成され、フォトダイオード３０を構成しており、このフォトダイオード３０で発生した信号電荷は、ｎ領域３０ｂに蓄積される。

そしてこのフォトダイオード３０の右方には、少し離間してｎ領域からなる電荷転送チャネル３３が形成される。ｎ領域３０ｂと電荷転送チャネル３３の間のｐウェル層１Ｐに電荷読み出し領域３４が形成される。

シリコン基板１表面にはゲート酸化膜２が形成され、電荷読み出し領域３４と電荷転送チャネル３３の上には、ゲート酸化膜２を介して、第１の電極３ａと第２の電極３ｂが形成される。第１の電極３ａと第２の電極３ｂの間は電極間絶縁膜５が形成されている。垂直転送チャネル３３の右側にはｐ^＋領域からなるチャネルストップ３２が設けられ、隣接するフォトダイオード３０との分離がなされている。

電荷転送電極３の上層には酸化シリコン膜などの絶縁膜６、反射防止層７が形成され、更にその上に中間層７０が形成される。中間層７０のうち、７１は遮光膜、７２はＢＰＳＧ（borophospho silicate glass）からなる絶縁膜、７３はＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）、７４は透明樹脂等からなるフィルタ下平坦化膜であるが本実施の形態ではこのフィルタ下平坦化膜７４がフィルタ分離層５０Ｆのパターニングのための開口形成のストッパとなる。遮光膜７１は、フォトダイオード３０の開口部分を除いて設けられる。中間層７０上方には、カラーフィルタとマイクロレンズ６０が設けられる。カラーフィルタとマイクロレンズ６０との間には、絶縁性の透明樹脂等からなるフィルタ上平坦化膜６１が形成される。

本実施の形態の固体撮像素子は、フォトダイオード３０で発生した信号電荷がｎ領域３０ｂに蓄積され、ここに蓄積された信号電荷が、電荷転送チャネル３３によって列方向に転送され、転送された信号電荷が図示しない水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）によって行方向に転送され、転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力されるように構成されている。すなわちシリコン基板１上に、光電変換部、電荷転送部、ＨＣＣＤ、及びアンプを含む領域である固体撮像素子部と、固体撮像素子の周辺回路（ＰＡＤ部等）が形成される領域である周辺回路部とが形成されて固体撮像素子を構成している。

次に上述した固体撮像素子の製造工程を説明する。
まず、カラーフィルタ形成前までの製造工程について説明する。
ｎ型のシリコン基板１表面に、不純物を導入し、ｐウェル層１Ｐ、電荷転送チャネル３３、電荷読み出し領域３４、チャネルストップ層３２などを形成した後、ゲート酸化膜２を成膜する。続いて、このゲート酸化膜２上に、第１層電極３ａを構成する第１導電性膜を成膜し、パターニングを行って第１層電極３ａ及び周辺回路の配線を形成する。次に、第１層電極３ａの周囲に酸化シリコン膜からなる絶縁膜５を成膜し、その上に第２層電極３ｂを構成する第２導電性膜を成膜する。次に、ＣＭＰにより第２導電性膜３ｂの平坦化を行い、パターニングし、第２層電極３ｂを形成する。次に、これら電荷転送電極３を覆うように絶縁膜６を成膜した後、フォトダイオード領域のｎ領域３０ｂおよびｐ領域３０ａを形成した後、フォトダイオード領域の受光領域に開口するように遮光膜７１を形成する。次に、絶縁膜７２を成膜し、これを高温リフローにより平坦化を行う。

次に、この絶縁膜７２の周辺回路上部にコンタクトホールを形成した後、金属材料を成膜し、パターニングしてボンディングパッド（図示せず）を形成する。そして、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜７３を成膜し、ボンディングパッド上のパッシベーション膜を選択的にエッチング除去して開口を形成し、ボンディングパッドを露出させる。この後、Ｈ_２を含む不活性ガス雰囲気内でシンタリングを行った後、スピンコート又はスキャンコート法により、膜厚０．５〜２．０μｍの平坦化膜を成膜する。ここでは他の平坦化膜との混同を避けるために、この平坦化膜をフィルタ下平坦化膜７４と指称する。ここまでの製造工程は、通例の方法である。このフィルタ下平坦化膜７４としては、可視光に対して透明なレジスト材料（例えば、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製Ｃシリーズ）を用いる。

なお、フィルタ下平坦化膜７４は下層が平坦である場合には必須ではなく、以下の工程ではフィルタ下平坦化膜７４を用いない例について説明する。有機膜で構成したフィルタ下平坦化膜７４を用いた場合にはこれをフィルタ分離層５０Ｆに開口を形成するためのエッチングストッパとして用いるようにすればよい。

次に、カラーフィルタの製造工程について図４乃至図８を参照して詳細に説明する。

次に、カラーフィルタの製造工程について図４乃至図８を参照して詳細に説明する。
これらは、本実施の形態のカラーフィルタの各製造工程を示す図であり、各図において赤色のカラーフィルタ５０Ｒには“Ｒ”、緑色のカラーフィルタ５０Ｇには“Ｇ”、青色のカラーフィルタ５０Ｂには“Ｂ”の文字を付した。本実施の形態では、平坦化のためのＣＭＰ処理を行うが、ＲＧＢの各カラーフィルタ材料として、ＣＭＰ処理において研磨レートがレジストと１：１程度となるような材料を用いる。尚、本実施の形態における“Ｂ”は、第１の色に該当し、“Ｒ”と“Ｇ”は、第２の色および第３の色に該当するものとする。各平面図において平坦化膜しての絶縁膜７２よりも下層は省略するものとする。

まず、図４（ａ）に示すように、平坦化膜７２上に配線層(図示せず)を形成した後、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜７３を形成し、このパッシベーション膜７３上に、図４（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により膜厚０．５μｍの酸化シリコン膜を形成する。ここでパッシベーション膜７３は屈折率１．９以上の高屈折率となるように形成する。

そして図５（ａ）に示すように、フォトリソグラフィにより、レジストパターンＲ１を形成する。この後図５（ｂ）に示すように、レジストパターンＲ１をマスクとして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、第１の開口Ｏ１を形成する。
そしてレジストパターンＲ１をアッシングにより除去し、第１の開口Ｏ１の形成されたフィルタ分離層５０Ｆを形成する（図５（ｃ））。
そして、第１の色のカラーフィルタ材料として青色カラーフィルタ材料を０．５〜２．０μｍとなるように塗布する。このカラーフィルタ材料は感光基を含有しないものとする。この工程により、青色カラーフィルタ材料が第１の開口Ｏ１に充填される。そしてこの状態で、青色のカラーフィルタ材料のパターンに熱処理及び紫外線照射を行うことによって硬化し（図５（ｄ））、ＣＭＰにより平坦化を行い、青色カラーフィルタ５０Ｂが形成される（図５（ｅ））。

この後、図６（ａ）に示すように、赤色のカラーフィルタパターンを形成するためのレジストパターンＲ２をフォトリソグラフィにより形成する。ここでは、赤色のカラーフィルタとなる領域に開口を有する形状となっている。

この後、図６（ｂ）に示すように、このレジストパターンＲ２をマスクとして異方性ドライエッチングである反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、赤色のカラーフィルタ材料のパターンを形成するための第２の開口Ｏ2を形成する。ここでも下層の窒化シリコン膜７３がエッチングストッパとして作用する。

そして、レジストパターンＲ２を残したまま、赤色のカラーフィルタ材料Ｒを膜厚０．５〜２．０μｍとなるように塗布し、赤色のカラーフィルタ材料のパターンに熱処理及び紫外線照射を行うことによって硬化する（図６（ｃ））。
この後ＣＭＰを行い表面を平坦化して、赤色のカラーフィルタ５０Ｒを形成する（図７（ａ））。

この後、図７（ｂ）に示すように、緑色のカラーフィルタパターンを形成するためのレジストパターンＲ３をフォトリソグラフィにより形成する。ここでは、緑色のカラーフィルタとなる領域に開口を有する形状となっている。

この後、図７（ｃ）に示すように、このレジストパターンＲ３をマスクとして異方性ドライエッチングである反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、緑色のカラーフィルタ材料のパターンを形成するための第３の開口Ｏ３を形成する。ここでも下層の窒化シリコン膜７３がエッチングストッパとして作用する。

そして、レジストパターンＲ３を残したまま、緑色のカラーフィルタ材料５０Ｇ（Ｇ）を膜厚０．５〜２．０μｍとなるように塗布し、緑色のカラーフィルタ材料のパターンに熱処理及び紫外線照射を行うことによって硬化する（図８（ａ））。
この後ＣＭＰを行い表面を平坦化して、緑色のカラーフィルタ５０Ｇを形成する（図８（ｂ））。

このＣＭＰ処理により、各色のカラーフィルタの表面が平坦であり、残渣もなく高精度のカラーフィルタパターンの形成が可能となる。

そして、このカラーフィルタの上に、可視光に対して透明なレジスト材料（例えば富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製Ｃシリーズ）を０．５〜２．０μｍの膜厚となるように塗布し、平坦化膜６１を形成する。その後、この平坦化膜６１の上に、マイクロレンズ６０をエッチング法又はメルト法等によって形成する(図８（ｃ）)ことで、図１に示すような固体撮像素子が形成される。

このように、本実施の形態の製造方法によれば、フィルタ分離層５０Ｆとなる酸化シリコン膜に対してフォトリソグラフィにより形成したレジストパターンをマスクとして順次ＲＩＥにより酸化シリコンをドライエッチングして開口を形成し、順次カラーフィルタ材料を充填していくため、感光基を用いることなく着色基などフィルタ成分として必要な材料のみで構成することができ、より薄型で高精度のパターン形成が可能である。また、カラーフィルタのパッシベーション膜７３（平坦化膜７４）表面からの高さを従来よりも低くすることができるため、固体撮像素子の薄型化が可能となる。この結果、斜め入射光に対するマージンが広がり、高感度の固体撮像素子を製造することが可能となる。また、隣接するカラーフィルタの間にはフィルタ分離層５０Ｆが存在しているため、混色の発生を確実に防ぐことができる。

又、カラーフィルタ材料として、染料系あるいは顔料分散型のカラーフィルタ材料を用いた場合には、カラーフィルタ材料のパターンを形成後、水洗時に残渣が発生し、これが他の色のカラーフィルタ上に付着して、光学特性、特に画質を劣化させる要因となってしまうが、本実施の形態によれば、ＣＭＰ処理によって上記残渣も除去することができるため、画質劣化を防ぐことができる。特に染料系のカラーフィルタ材料の場合には染料の染み出しなどが問題になるが本発明によればフィルタ分離層により各色のカラーフィルタが分離されているため、確実に染み出しを防ぐことができる。

又、本実施の形態の方法で得られたカラーフィルタは、隣接するカラーフィルタ同士の境界が急峻な垂直断面を持ち、かつその表面はほぼ平坦化されているため、上述した平坦化膜６１を形成せずに、カラーフィルタ表面にマイクロレンズ６０を直接形成することも可能である。この構成によれば、固体撮像素子を更に薄くすることができると共に、製造工程を１工程減らすことができ、高感度の固体撮像素子を低コストで製造することが可能となる。

又、本実施の形態では、すでに形成したＢのカラーフィルタ５０ＢなどをストッパとしてＣＭＰ処理を行っているが、ストッパを用いないでＣＭＰ処理を行うことも可能である。この場合は、公知の終点検出機能又は時間研磨を利用して、Ｂのカラーフィルタ５０Ｂの平坦化膜７４表面からの高さよりも高い位置にあるＲのカラーフィルタ５０Ｒ及びＧのカラーフィルタ５０Ｇの厚さが５０ｎｍ以下になるようにＣＭＰ処理を行えば良い。この５０ｎｍは段差として許容しうる範囲の値である。又、この場合、カラーフィルタの形成順序は上述したものに限定されることなく適宜変更可能である。

又、本実施の形態では、フォトダイオードがハニカム状に配設された構成の固体撮像素子について説明したが、これに限定されることなく、複数のフォトダイオードが正方格子状に配設された構成の固体撮像素子にも本発明を適用可能である。

又、本実施の形態では、ＲＧＢの原色系のカラーフィルタを例にしたが、シアン、マゼンタ、イエローの補色系のカラーフィルタであっても本発明を適用可能である。

（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２の固体撮像素子について説明する。
前記実施の形態１では、フィルタ分離層５０Ｆによってカラーフィルタ間が分離されているが、本実施の形態では、図９に示すように、フィルタ分離層５０Ｆがなく各色のカラーフィルタ間がエアギャップ層Ｇとなっていることを特徴とするものである。また本実施の形態ではフィルタ下平坦化層７４を形成しない構造とした。前記実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。

製造に際しては、前記実施の形態１において、マイクロレンズ６０を形成した後（図８（ｃ）、酸化シリコン膜からなるフィルタ分離層５０Ｆをエッチングし、エアギャップＧを形成することによって容易に形成される。エアギャップの下層は窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜７３であり、上層はフィルタ上平坦化膜６１を介してマイクロレンズ６０が形成されているため、パッシベーション性も十分であり、高屈折率領域が形成され、斜めからの入射光を効率よくフォトダイオードに導くことができる。

このように、本実施の形態によれば、実施の形態１の方法による効果に加えて、フィルタ間領域を高屈折率にすることができるため、より集光性を高めることができる。

この構成によれば、混色を防止し薄型のカラーフィルタ層を形成することができることから、より薄型化が可能であり、携帯端末などの電子機器における固体撮像素子として有用である。

本発明の実施の形態１の固体撮像素子の断面概要図 図１の平面模式図 本実施の形態１のカラーフィルタの構造を示す模式図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図 本実施の形態１のカラーフィルタの製造工程を示す図 本実施の形態２の固体撮像素子を示す図

符号の説明

１ ｎ型シリコン基板
２ ゲート酸化膜
３ａ 第１層電極
３ｂ 第２層電極
５ 電極間絶縁膜
６ 絶縁膜
７ 反射防止層
６０ マイクロレンズ
６１ 平坦化膜
７１ 遮光膜
７２ 絶縁（ＢＰＳＧ）膜
７３ パッシベーション膜
７４ 平坦化膜
５０Ｂ，５０Ｒ，５０Ｇ カラーフィルタ
５０Ｆ フィルタ分離層
Ｇ エアギャップ層

Claims (19)

1. 基体表面に、第１の色のカラーフィルタを構成する第１のカラーフィルタと、前記第１の色とは異なる第２の色のカラーフィルタを構成する第２のカラーフィルタとを配列してなるカラーフィルタの製造方法であって、
   前記基体表面に、各色のカラーフィルタを分離するためのフィルタ分離層を形成する工程と、
   前記フィルタ分離層に第１のカラーフィルタを形成するための第１の開口を形成する工程と、
   前記第１の開口の形成された基体表面に第１の色のカラーフィルタ材料を塗布する工程と、
   ＣＭＰにより平坦化し、前記第１の開口に第１の色のカラーフィルタ材料が充填された第１のカラーフィルタを形成する工程と、
   前記第１のカラーフィルタの形成された、前記フィルタ分離層に第２のカラーフィルタを形成するための第２の開口を形成する工程と、
   前記第２の開口の形成された基体表面に第２の色のカラーフィルタ材料を塗布する工程と、
   平坦化によって、前記フィルタ分離層上の第2の色のカラーフィルタ材料を除去し、前記第２の開口に第２の色のカラーフィルタ材料が充填された第２のカラーフィルタを形成する工程とを含み、
   前記第１のカラーフィルタと第２のカラーフィルタとを前記基体上に配列するカラーフィルタの製造方法。
2. 請求項１記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記第２の開口を形成する工程は、前記フィルタ分離層表面にフォトリソグラフィにより感光性レジストパターンを形成する工程と、
   前記感光性レジストパターンをマスクとして異方性エッチングにより前記フィルタ分離層に第２の開口を形成する工程であり、
   前記感光性レジストパターンを残した状態で、前記第２の色のカラーフィルタ材料を形成するようにしたカラーフィルタの製造方法。
3. 請求項１記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記フィルタ分離層は、厚さが０．５μｍ以下であるカラーフィルタの製造方法。
4. 請求項２記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記フィルタ分離層を形成する工程は、プラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜を形成する工程を含むカラーフィルタの製造方法。
5. 請求項４記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記フィルタ分離層を形成する工程に先立ち、
   窒化シリコン膜を形成する工程を含み、
   前記窒化シリコン膜をストッパとして前記第１および第２の開口を形成するようにしたカラーフィルタの製造方法。
6. 請求項４記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記フィルタ分離層を形成する工程に先立ち、
   有機膜を形成する工程を含み、
   前記有機膜をストッパとして前記第１および第２の開口を形成するようにしたカラーフィルタの製造方法。
7. 請求項1乃至６のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記平坦化により第２のフィルタ層を形成する工程は、
   ＣＭＰ工程であるカラーフィルタの製造方法。
8. 請求項１乃至６のいずれかに記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記平坦化により第２のフィルタ層を形成する工程は、
   エッチバック工程であるカラーフィルタの製造方法。
9. 基板表面に固体撮像素子を配列した固体撮像素子部を形成する工程と、前記固体撮像素子上にカラーフィルタを形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法であって、
   前記カラーフィルタの形成工程が、
   基板表面に形成された固体撮像素子上に平坦化膜を形成した後、
   この平坦化膜上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
   さらにこの上層に、各色のカラーフィルタを分離するためのフィルタ分離層を形成する工程と、
   前記窒化シリコン膜をエッチングストッパとして前記フィルタ分離層に第１のカラーフィルタを形成するための第１の開口を形成する工程と、
   前記第１の開口の形成された基板表面に第１の色のカラーフィルタ材料を塗布する工程と、
   ＣＭＰにより平坦化し、前記第１の開口に第１の色のカラーフィルタ材料が充填された第１のカラーフィルタを形成する工程と、
   前記窒化シリコン膜をエッチングストッパとして、前記第１のカラーフィルタの形成された、前記フィルタ分離層に第２のカラーフィルタを形成するための第２の開口を形成する工程と、
   前記第２の開口の形成された基板表面に第２の色のカラーフィルタ材料を塗布する工程と、
   平坦化によって、前記フィルタ分離層上の第2の色のカラーフィルタ材料を除去し、前記第２の開口に第２の色のカラーフィルタ材料が充填された第２のカラーフィルタを形成する工程とを含み、
   前記第１のカラーフィルタと第２のカラーフィルタとを前記基板上に配列する固体撮像素子の製造方法。
10. 請求項９記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記第２のカラーフィルタを形成する工程の後、さらに前記フィルタ分離層に第３の開口を形成する工程と、
    前記第３の開口の形成された基板表面に第３の色のカラーフィルタ材料を塗布する工程と、
    平坦化によって、前記フィルタ分離層上の第３の色のカラーフィルタ材料を除去し、前記第３の開口に第３の色のカラーフィルタ材料が充填された第３のカラーフィルタを形成する工程とを含み、
    前記第１のカラーフィルタと第２のカラーフィルタと第３のカラーフィルタとを前記基板上に配列する固体撮像素子の製造方法。
11. 請求項９に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記第１の色が、青色であり、
    前記第２の色が、赤色であり、
    前記第３の色が、緑色である固体撮像素子の製造方法。
12. 請求項９に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記カラーフィルタの形成工程の後、
    マイクロレンズを形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
13. 請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記マイクロレンズの形成後に、前記フィルタ分離層を除去し、エアギャップ層からなるフィルタ分離領域を構成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
14. 請求項１３に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記フィルタ分離層を除去する工程後に、酸素ラジカルで表面処理を行う工程を含む固体撮像素子の製造方法。
15. 光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを具備し、少なくとも光電変換部の上層にカラーフィルタを形成してなる固体撮像素子であって、
    前記光電変換部に対向するように、第１の色の第１のカラーフィルタと、前記第１の色とは異なる第２の色の第２のカラーフィルタとが並列配置され、
    前記第１および第２のカラーフィルタの端部は離間していることを特徴とする固体撮像素子。
16. 請求項１５記載の固体撮像素子であって、
    前記第１および第２のカラーフィルタの端部はエアギャップを介して離間していることを特徴とする固体撮像素子。
17. 請求項１５記載の固体撮像素子であって、
    前記第１および第２のカラーフィルタの端部は高屈折材料からなるフィルタ分離層を介して配置されていることを特徴とする固体撮像素子。
18. 請求項１７記載の固体撮像素子であって、
    前記高屈折材料は屈折率１．９以上である固体撮像素子。
19. 請求項１３に記載の固体撮像素子であって、
    前記カラーフィルタ上にマイクロレンズを配設してなる固体撮像素子。

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