カラーフィルタの製造方法、固体撮像素子の製造方法、及び固体撮像素子
【課題】撮像素子基板上に集光機能を有するカラーフィルタを効率的に作製する。
【解決手段】撮像素子基板20上に、光電変換素子毎に対応する開口22aを有する格子状の分離壁22を形成し、その開口２２aにカラーレジスト42を塗布、露光および現像してカラーフィルタを作製する。カラーレジスト42の露光は、所定のマスク開口52を有するフォトマスク50を用いた縮小倍率ｒの縮小投影露光により行う。また、フォトマスク50は、分離壁22の開口22aの面積をＳとしたとき、マスク開口52の開口面積Ｓｍが、Ｓｍ＜Ｓ／ｒであるものを用い、分離壁22の表面位置57におけるカラーレジスト42の露光面積が分離壁22の開口22aの面積以下となるように、露光光Lを分離壁22の表面位置57よりも上方位置56で集光させる。
【解決手段】撮像素子基板20上に、光電変換素子毎に対応する開口22aを有する格子状の分離壁22を形成し、その開口２２aにカラーレジスト42を塗布、露光および現像してカラーフィルタを作製する。カラーレジスト42の露光は、所定のマスク開口52を有するフォトマスク50を用いた縮小倍率ｒの縮小投影露光により行う。また、フォトマスク50は、分離壁22の開口22aの面積をＳとしたとき、マスク開口52の開口面積Ｓｍが、Ｓｍ＜Ｓ／ｒであるものを用い、分離壁22の表面位置57におけるカラーレジスト42の露光面積が分離壁22の開口22aの面積以下となるように、露光光Lを分離壁22の表面位置57よりも上方位置56で集光させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に備えられているカラーフィルタの製造方法およびそのカラフィルタの製造方法を用いた固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子として現在広く用いられている通常の表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサでは、画素の開口効率を向上させ、結像光束を可能な限り画素ごとの光電変換部に導くべく、被写体光の入射面にマイクロレンズが敷設されている。これによって、マイクロレンズが敷設されていない場合に比べて開口効率が向上し光電変換効率も向上する。
【０００３】
しかし近年では画素サイズの縮小に伴い、マイクロレンズだけでなくカラーフィルタにもレンズ機能を付与した設計が注目されている。
特許文献１ではカラーフィルタの各画素間にカラーフィルタよりも低屈折率な材料、もしくは各画素間を空隙として集光機能を持たせることが提案されている。また特許文献２〜６でも同様の提案がなされている。なお、カラーフィルタ間に分離壁を設ける構造は特許文献７でも提案されているように古くから提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９５１２５号公報
【特許文献２】特開２００９−１１１２２５号公報
【特許文献３】特開２０１０−６７８２７号公報
【特許文献４】特開２０１０−６７８２８号公報
【特許文献５】特開２０１０−２０４１５４号公報
【特許文献６】特許第４７４１０１５号
【特許文献７】特開平３−２８２４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜７において提案されている分離壁付きカラーフィルタの作製方法はいくつかの手法があり、それぞれ問題点がある。
【０００６】
特許文献７では、最初に分離壁を作製後カラーフィルタになる層を塗布により形成し、選択的に露光した後で分離壁上に載っている余分なカラーフィルタ材料を分離壁表面が露出するまでエッチングした後、現像することでフィルタを形成している。ところが本製造方法ではカラーフィルタを塗布、露光、エッチバック、現像、と通常の露光現像工程の途中にドライエッチング工程が入ることになるために、製造方法が複雑で長くなること、エッチング制御が困難であること、工程が長く複雑になるために歩留悪化の原因になっている。
【０００７】
特許文献１、２では最初にカラーフィルタアレイを作製しておき、フォトレジストで分離壁となる領域を開口、ドライエッチングにてカラーフィルタ間に溝を形成し、低屈折率材料を塗布・硬化させて作製している。ところが本製造方法では低屈折率材料を塗布したときに溝の中に上手く入っていかずに気泡が残ってしまい、それが硬化の際に膨張して、表面に突沸した跡が形成されてしまい、これが散乱ロスや混色の原因になっている。
【０００８】
特許文献５では最初に分離壁を作製後、非感光性材料によるカラーフィルタを順に作製し、最後にＣＭＰ（化学的研磨）によりカラーフィルタアレイを作製している。ところが本製造方法はＣＭＰによる残膜厚制御が困難で、歩留悪化の原因になっている。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、分離壁を備えた集光機能を有するカラーフィルタを効率的に作製することができるカラーフィルタ層の製造方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、分離壁を備えた集光機能を有するカラーフィルタを備えた画素ピッチが小さくなっても混色が小さな固体撮像素子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板上に、２色以上のカラーフィルタと、該各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁とからなるカラーフィルタ層を製造する方法であって、
前記撮像素子基板上に、前記光電変換素子毎に対応する開口を有する格子状の分離壁を形成する工程と、
前記格子状の分離壁の開口にカラーレジストを塗布する塗布工程と、
該カラーレジストを露光する露光工程と
前記露光されたカラーレジストを現像する現像工程とを含み、
前記露光工程において、所定のマスク開口を有するフォトマスクを用い、該マスク開口を前記分離壁の開口位置に対応させて縮小投影させることにより前記カラーレジストの露光を行うものとし、
前記フォトマスクとして、前記マスク開口の開口面積Ｓｍが、前記分離壁の開口の面積をＳ、前記縮小投影の縮小倍率をｒとしたとき、Ｓｍ＜Ｓ／ｒであるものを用い、
前記分離壁の表面位置における前記カラーレジストの露光面積が前記分離壁の開口の面積以下となるように、露光光を前記分離壁の表面位置よりも上方位置で集光させることを特徴とする。
【００１１】
なお、前記カラーレジストの塗布、露光および現像工程は、各色毎に繰り返して行うことにより、複数色を備えたカラーフィルタ層を得ることができる。
【００１２】
前記分離壁の表面位置における前記カラーレジストの露光面積が、前記分離壁の開口の面積とほぼ一致するように、前記露光光を集光させることが好ましい。
【００１３】
前記塗布工程において、前記カラーレジストにより前記分離壁の開口が満たされ、前記分離壁の表面が覆われるまで該カラーレジストを塗布することが好ましい。
【００１４】
本発明の固体撮像素子は、回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板上にカラーフィルタ層を備えてなる固体撮像素子の製造方法であって、
前記回路基板上に前記複数の光電変換素子を形成して撮像素子基板を作製し、
前記複数の光電変換素子上に前記カラーフィルタ層を、本発明のカラーフィルタの製造方法により製造することを特徴とする。
【００１５】
本発明の固体撮像素子は、回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板と、
前記複数の光電変換素子の上方に配された、２色以上のカラーフィルタおよび該各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁からなるカラーフィルタ層とを備え、
前記カラーフィルタが平凸レンズ形状を有していることを特徴とするものである。
【００１６】
前記光電変換素子の光電変換層は、有機材料から構成されるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、カラーレジストの露光工程において、所定のマスク開口を有するフォトマスクを用い、マスク開口を分離壁の開口位置に対応させて縮小投影させることによりカラーレジストの露光を行うものとし、フォトマスクとして、マスク開口の開口面積Ｓｍが、分離壁の開口の面積をＳ、前記縮小投影の縮小倍率をｒとしたとき、Ｓｍ＜Ｓ／ｒであるものを用い、分離壁の表面位置におけるカラーレジストの露光面積が分離壁の開口の面積以下となるように、露光光を分離壁の表面位置よりも上方位置で集光させることにより、その後現像により得られるフィルタの形状を上に凸の形状（平凸レンズ形状）とすることができる。現像後にエッチングの処理が不要であり、効率的にカラーフィルタを製造することができる。
【００１８】
本発明の固体撮像素子によれば、撮像素子基板上に各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁を備えたカラーフィルタ層を備えており、さらには、各カラーフィルタの形状が平凸レンズ状であることにより、集光性が格段に向上し、隣接画素間のクロストークを大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のカラーフィルタの製造方法を用いて製造される固体撮像素子の構造を示す模式断面図
【図２】本発明のカラーフィルタ製造方法の実施形態を示す工程図
【図３Ａ】フォトマスクを用いた縮小投影露光を示す模式図
【図３Ｂ】フォトマスクおよび格子状分離壁を模式的に示す平面図
【図４】従来のカラーフィルタ製造方法を示す工程図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明のカラーフィルタの製造方法を用いて製造される固体撮像素子の一実施形態の概略構成を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、固体撮像素子１０は、半導体回路基板１１と、半導体回路基板１１上に二次元アレイ状に形成された複数の画素電極（下部電極）１２と、複数の画素電極１２上に連続し形成された有機材料からなる光電変換層１４と、光電変換層１４上に形成された、複数の画素電極に対向する対向電極であり、単一層として設けられた共通電極（上部電極）１６とを備えている。なお、また、上部電極１６の上には透明な絶縁層１８が積層されており、ここでは、半導体回路基板１１から絶縁層１８までを含めて撮像素子基板２０と称する。撮像素子基板２０の絶縁層１８上に、２色以上（本実施形態においては３色）のカラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂと各色のカラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂを隔てて分離する透明な分離壁２２とからなるカラーフィルタ層ＣＦが設けられ、さらにカラーフィルタ層ＣＦ上には低反射層２５が設けられている。
【００２３】
以下、各構成要素についての詳細を説明する。
【００２４】
（半導体回路基板）
半導体回路基板１１は、ｎ型シリコン基板１（以下、単に基板１とする。）の表面にｐ型のウェル領域２を備え、ウェル領域２にはｎ型の不純物拡散領域３が複数形成されている。不純物拡散領域３は、回路基板１１上に形成される画素電極１２と対応して二次元アレイ状に形成されている。また、ウェル領域２の表面において、不純物拡散領域３の近傍には、該不純物拡散領域３に蓄積した電荷に応じた信号を出力する信号読出し部４が設けられている。
【００２５】
信号読出し部４は、不純物拡散領域３に蓄積された電荷を電圧信号に変換して出力する回路であって、例えば公知のＣＣＤやＣＭＯＳ回路によって構成することができる。
【００２６】
さらに、基板１のウェル領域２が形成された表面上に絶縁層５が積層されている。絶縁層５の上には、平面視略矩形状の画素電極１２が複数、所定の間隔で配列形成されている。各画素電極１２は、絶縁層５を貫通するように形成された導電性材料からなる接続部６を介して、基板１の不純物拡散領域３に電気的に接続されている。
【００２７】
撮像素子１０は、光電変換層１４に光が入射されると、光電変換層１４で発生した電荷（正孔及び電子）のうち、例えば、正孔を上部電極１６に移動させ、電子を下部電極１２に移動させるように、下部電極１２及び上部電極１６間には、図示しない電圧供給部によってバイアス電圧が印加される。この場合、上部電極１６を正孔捕集電極とし、下部電極１２を電子捕集電極としている。
【００２８】
（電極）
上部電極１６及び下部電極１２は、光電変換層１４との密着性や、電子親和力や、イオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれる。
上部電極１６及び下部電極１２の作製には、その材料によって種々の方法が用いられるが、例えばＩＴＯの場合、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法（ゾルーゲル法など）、酸化インジウムスズの分散物の塗布などの方法で膜形成される。ＩＴＯの場合、ＵＶ−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。
上部電極１６は、光電変換層１４に光を入射させる必要があるため、透明な導電性材料で構成されている。ここで、透明電極材料は、例えば波長が約４２０ｎｍ〜約６６０ｎｍの範囲の可視光域で約８０％以上の透過率であるものが好ましい。
【００２９】
上部電極１６の具体的な材料としては、例えば、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、シリコン化合物およびこれらとＩＴＯとの積層物などが挙げられ、好ましくは、導電性の金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からＩＴＯ、ＺｎＯ、ＩｎＯ、が好ましい。
【００３０】
下部電極１２は、導電性材料であればよく、透明である必要はない。しかし、下部電極１２の下方の基板１側にも光を透過させることが必要である場合には、下部電極１２も透明電極材料で構成することが必要となる。このとき、下部電極１２の透明電極材料としては、上部電極１６と同様に、ＩＴＯを用いることが好ましい。
【００３１】
（光電変換層）
有機材料による光電変換層１４は、厚みが０．１μｍから１．０μｍの範囲となるように成膜されている。光電変換層１４の層厚は薄いほどイメージセンサの混色には有効となるが、光吸収とのトレードオフがあり、実質的には０．５μｍ程度が最適な層厚となる。
【００３２】
光電変換層１４を構成する機材料としては、例えば電子写真の感光材料に用いられているような、様々な有機半導体材料を用いることができる。その中でも、高い光電変換性能を有すること、分光する際の色分離に優れていること、長時間の光照射に対する耐久性が高いこと、真空蒸着を行いやすいこと、等の観点から、キナクリドン骨格を含む材料やフタロシアニン骨格を含む有機材料が特に好ましい。
【００３３】
光電変換層１４を構成する有機材料は、ｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。例えば、ｐ型有機型半導体及びｎ型有機半導体として、それぞれキナクリドン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、及びフルオランテン誘導体のいずれかを特に好ましく用いることができる。
【００３４】
光電変換層１４を有機材料で構成すれば、シリコン基板などに形成したフォトダイオードを光電変換部として用いる構成に比べて、可視光に対する光吸収係数が大きい。このため、光電変換層１４に入射した光が吸収されやすくなる。この性質によれば、光電変換層１４に斜めに入射した光も隣接する画素部へ漏れにくくなり、画素部で光電変換されることになり、透過効率の向上とクロストークの抑制を図ることができる。
【００３５】
なお、１つの画素電極、および該画素電極上の光電変換層および上部電極により１つの光電変換素子が構成る。
【００３６】
（絶縁層）
絶縁層１８は、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、またはこれらの混合膜などから構成することができる。
【００３７】
（カラーフィルタ層）
図１に示すように、カラーフィルタ層ＣＦは、それぞれ異なる波長の光を透過する複数のカラーフィルタを有する。ここでは、カラーフィルタＣＦは赤／青／緑色の顔料、もしくは染料の入った有機材料によるカラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂが画素毎に配置され、各カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ間にはカラーフィルタ材料よりも屈折率が小さな透明材料で構成される分離壁２２が設けられている。
【００３８】
カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂは、それぞれ異なる波長の光を透過するものであり、カラーフィルタ２１ｒは、入射光のうち赤色光を透過する構成を有するＲ光カラーフィルタとして機能する。同様にカラーフィルタ２１ｇは、入射光のうち緑色光を透過する構成を有するＧ光カラーフィルタとして、カラーフィルタ２１ｂは、入射光のうち青色光を透過する構成を有するＢ光カラーフィルタとして機能する。
【００３９】
複数のカラーフィルタ２１ｒ，２１ｇ，２１ｂは、各画素部にいずれか１つが含まれ、画素部の配列に応じてベイヤー配列などのカラーパターンで配列されている。
【００４０】
カラーフィルタの屈折率は赤青緑の各色で異なり、また入射光の波長によっても異なるものであるが、カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂのいずれも入射光波長（少なくともその可視光域の波長（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に対し１．５〜１．８の範囲内の屈折率を有する。
また、それぞれのカラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂの厚みは０．３μｍ〜１．０μｍの範囲内としている。
【００４１】
カラーフィルタ２１ｒ，２１ｇ，２１ｂは、その断面構造が上に凸な形状をしており、平凸レンズの機能を有している。
【００４２】
本発明のカラーフィルタの製造方法の実施形態を説明する。
図２は本発明の実施形態のカラーフィルタの製造方法を示す工程図である。
まず、撮像素子基板２０上に低屈折率材料４０を塗布し、硬化させる。低屈折率材料４０としては、フッ素系材料を用いたものや中空シリカ、多孔質シリカを配合したものなどが市販されているのでこれらを用いればよい。続いてフォトレジスト４１を用いて分離壁を形成するための格子状パターンを形成し（図２の工程ａ）、本パターンをマスクとしてドライエッチングにより低屈折率材料４０による格子状の分離壁２２を形成する（図２の工程ｂ）。
【００４３】
分離壁２２が形成された基板２０上に分離壁２２の開口２２ａを埋め込むようにカラーレジスト４２を塗布する（図２の工程ｃ）。
カラーレジスト４２の際には、図２に示すように、分離壁２２の開口２２ａが満たされ、分離壁２２の表面を覆う程度にカラーレジスト４２を塗布することが好ましい。
本実施形態においては、最初にＧ光カラーフィルタ用のカラーレジスト４２を塗布している。
【００４４】
さらにカラーレジストの選択的露光および現像を行う。Ｇ光フィルタを形成する部分のみを選択的に露光する。図２の工程ｄはカラーレジストの露光工程を示すものである。
【００４５】
カラーレジスト４２の露光は、ステッパもしくはスキャナにてフォトマスクのパターンを所定の縮小倍率ｒ（ｒ＜１）で縮小投影させて行う。図３Ａは縮小投影露光を説明するための模式図である。
図３Ａに示すように、ガラス等の透明な基板５１にＣｒなどによる遮光膜５３が開口５２を有するパターン状に形成されてなるフォトマスク５０を用い、ＵＶ光などの露光光Ｌをフォトマスク５０上から照射して、フォトマスク５０を透過した露光光を、縮小投影レンズ系５５を介して、所定の縮小倍率でカラーレジスト４２に投影する。
【００４６】
図３Ｂはカラーレジストの露光に用いられるフォトマスク５０と格子状の分離壁２２を模式的に示す平面図である。フォトマスク５０は、一度に露光したい画素だけに光が当たるように開口５２が形成されている。このようなフォトマスクを用いて露光位置をずらしながら、全域に亘って選択的露光を行う。ここでは、一例としてベイヤ配列の場合のＧ光カラーフィルタ形成用の開口パターンを示している。Ｒ光カラーフィルタ、Ｂ光カラーフィルタの形成の場合には、それぞれに応じた開口パターンのフォトマスクを用いる。
【００４７】
フォトマスク５０の開口５２の面積Ｓｍは、格子状の分離壁２２の開口２２ａの面積Ｓに応じて設計されている。
本発明のカラーフィルタの製造方法においては、マスク開口面積Ｓｍが縮小投影レンズ系５５による縮小倍率をｒとしたとき、分離壁２２の開口２２aの面積Ｓに対し、Ｓｍ＜Ｓ／ｒを満たすフォトマスク５０を用いることを特徴としている。図３Ｂのフォトマスク５０に示す破線５４で囲まれた領域が分離壁２２の開口２２ａの面積Ｓ／ｒである。
【００４８】
また、図２の工程ｄに示すように、露光光Ｌを集光位置（フォーカス位置）５６が分離壁２２の表面位置５７よりも上方となるように集光する。露光光Ｌはフォーカス位置５６から徐々に広がるが、このとき、分離壁２２の表面位置５７における投影像の大きさ（露光面積）が開口２２ａの面積Ｓと同等以下となるようにフォーカス位置を制御する。なお、分離壁２２の表面位置５７における投影像の大きさは開口２２ａの面積と同一であることが望ましい。
【００４９】
図２の工程ｄにおいて、カラーレジスト４２の露光光Ｌによる露光領域は破線で示す領域となる。分離壁表面上のレジストには露光光が当たらないように制御されており、このように露光されたカラーレジスト４２を現像することにより、カラーフィルタ表面の分離壁に隣接する端部が丸くなり、図２の工程ｅに示すように、上に凸形状のＧ光カラーフィルタ２１ｇを形成することができる。
【００５０】
このカラーレジスト塗布、露光、現像の工程を、引き続き、Ｒ光カラーフィルタ、Ｂ光カラーフィルタと、色毎に繰返し行い、図２の工程ｆに示すような３色のカラーフィルタを備えたカラーフィルタ層ＣＦを形成することができる。
各フィルタの形状を断面において上に凸形状となるものとすることにより、フィルタ自身に凸レンズの集光機能を持たせることができ、撮像素子における集光効率を向上させることができる。
【００５１】
従来の露光方法では、カラーレジストを露光する際には作製したい画素サイズ（ここでは、格子状分離壁２２の開口面積Ｓ）とフォトマスクの開口の面積Ｓｍとの関係が、Ｓｍ＝Ｓ／ｒであるフォトマスクを用いて、カラーレジスト表面もしくは内部でフォーカス位置が合うようにして露光していた。
例えば、図４の工程ｄ’に示すように、分離壁の高さ位置５７にフォーカス位置が一致するように露光光Ｌが集光され、この集光位置における投影像がの大きさが、格子状分離壁２２の開口２２ａの面積Ｓに等しくなるように露光される。
【００５２】
しかしこの従来の方法で露光・現像を行うと図４の工程ｅ’に示すように、フィルタ２１ｇ’は分離壁に隣接する表面に鋭角な部分２８が形成されたものとなり、断面形状が平凹レンズ形状になってしまう。
各色フィルタをこの手順で繰返し作製すると、図４の工程ｆ’に示すように、いずれのフィルタ２１ｒ’、２１ｇ’、２１ｂ’についても平凹レンズ形状となり、各フィルタの端部近傍に入射した光が隣の画素に進入し混色の原因となる。
【００５３】
このような平凹レンズ形状に形成されるフィルタの混色の問題を解決するために、前述の特許文献７では現像前に表面をエッチングすることで分離壁及び画素上にある余剰分を現像前に除去しているが、このエッチングは残膜厚の制御が困難であり、再現性が乏しいという問題があった。
【００５４】
上述の通り、本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、現像後にエッチングを行うことなく、図２の工程ｆに示すように、各色カラーフィルタの形状を平凸レンズ状とすることができ、再現性もよく、製造効率よくカラーフィルタ層ＣＦを製造することができる。
【００５５】
（低反射層）
低反射層２５は空気中からカラーフィルタＣＦに光がダイレクトに入射する場合の反射損失を低減するために備えられる。カラーフィルタＣＦに用いる材料の屈折率（例えば、３色のフィルタの屈折率の平均値）をｎcとした場合、低反射層２５としては√ｎcとなる屈折率を有する材料を選択し、層厚は可視光のほぼ中心波長となる５５０ｎｍの１／４膜厚となるようにすればよい。
例えば、本素子の場合ではカラーフィルタＣＦの屈折率が１．５〜１．８であることから１．２８前後の屈折率を有する材料を用い、厚さは５５０／４／１．２８＝１０７ｎｍとなることから、約０．１μｍとすればよい。
【００５６】
以上の構成の固体撮像素子の製造方法は、回路基板１１上への下部電極層、光電変換層および上部電極層等の形成方法は特に限定されず、撮像素子基板２０上へのカラーフィルタ層の作製は、上述のカラーフィルタの項において説明した製造方法を用いて行えばよい。
【００５７】
固体撮像素子１０のカラーフィルタ層ＣＦは、各カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂがそれぞれ凸レンズ形状を有し、集光機能を有するものであるため、従来の分離壁を備えたカラーフィルタ層を備えた固体撮像素子と比較して、集光効率を向上させることができると共に、隣接画素間のクロストークを大幅に抑制することができる。
【００５８】
上記実施形態においては、光電変換膜が有機材料による例を示したが、これに限定するものではなく、シリコン材料でもよい。特に近年開発された裏面照射型の固体撮像素子でも本発明は有効である。
【００５９】
また、固体撮像素子としては、さらなる集光率の向上を図るために、マイクロレンズを併用してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 固体撮像素子
１１ 半導体回路基板
１２ 下部電極（画素電極）
１４ 有機光電変換層
１６ 上部電極（共通電極）
１８ 絶縁層
２０ 撮像素子基板
２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ カラーフィルタ
２２ 格子状分離壁
２２ａ 格子状分離壁の開口
ＣＦ 分離壁付きカラーフィルタ層
４０ 低屈折率材料
４１ フォトレジスト
４２ カラーレジスト
５０ フォトマスク
５２ フォトマスクの開口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に備えられているカラーフィルタの製造方法およびそのカラフィルタの製造方法を用いた固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子として現在広く用いられている通常の表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサでは、画素の開口効率を向上させ、結像光束を可能な限り画素ごとの光電変換部に導くべく、被写体光の入射面にマイクロレンズが敷設されている。これによって、マイクロレンズが敷設されていない場合に比べて開口効率が向上し光電変換効率も向上する。
【０００３】
しかし近年では画素サイズの縮小に伴い、マイクロレンズだけでなくカラーフィルタにもレンズ機能を付与した設計が注目されている。
特許文献１ではカラーフィルタの各画素間にカラーフィルタよりも低屈折率な材料、もしくは各画素間を空隙として集光機能を持たせることが提案されている。また特許文献２〜６でも同様の提案がなされている。なお、カラーフィルタ間に分離壁を設ける構造は特許文献７でも提案されているように古くから提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９５１２５号公報
【特許文献２】特開２００９−１１１２２５号公報
【特許文献３】特開２０１０−６７８２７号公報
【特許文献４】特開２０１０−６７８２８号公報
【特許文献５】特開２０１０−２０４１５４号公報
【特許文献６】特許第４７４１０１５号
【特許文献７】特開平３−２８２４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜７において提案されている分離壁付きカラーフィルタの作製方法はいくつかの手法があり、それぞれ問題点がある。
【０００６】
特許文献７では、最初に分離壁を作製後カラーフィルタになる層を塗布により形成し、選択的に露光した後で分離壁上に載っている余分なカラーフィルタ材料を分離壁表面が露出するまでエッチングした後、現像することでフィルタを形成している。ところが本製造方法ではカラーフィルタを塗布、露光、エッチバック、現像、と通常の露光現像工程の途中にドライエッチング工程が入ることになるために、製造方法が複雑で長くなること、エッチング制御が困難であること、工程が長く複雑になるために歩留悪化の原因になっている。
【０００７】
特許文献１、２では最初にカラーフィルタアレイを作製しておき、フォトレジストで分離壁となる領域を開口、ドライエッチングにてカラーフィルタ間に溝を形成し、低屈折率材料を塗布・硬化させて作製している。ところが本製造方法では低屈折率材料を塗布したときに溝の中に上手く入っていかずに気泡が残ってしまい、それが硬化の際に膨張して、表面に突沸した跡が形成されてしまい、これが散乱ロスや混色の原因になっている。
【０００８】
特許文献５では最初に分離壁を作製後、非感光性材料によるカラーフィルタを順に作製し、最後にＣＭＰ（化学的研磨）によりカラーフィルタアレイを作製している。ところが本製造方法はＣＭＰによる残膜厚制御が困難で、歩留悪化の原因になっている。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、分離壁を備えた集光機能を有するカラーフィルタを効率的に作製することができるカラーフィルタ層の製造方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、分離壁を備えた集光機能を有するカラーフィルタを備えた画素ピッチが小さくなっても混色が小さな固体撮像素子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板上に、２色以上のカラーフィルタと、該各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁とからなるカラーフィルタ層を製造する方法であって、
前記撮像素子基板上に、前記光電変換素子毎に対応する開口を有する格子状の分離壁を形成する工程と、
前記格子状の分離壁の開口にカラーレジストを塗布する塗布工程と、
該カラーレジストを露光する露光工程と
前記露光されたカラーレジストを現像する現像工程とを含み、
前記露光工程において、所定のマスク開口を有するフォトマスクを用い、該マスク開口を前記分離壁の開口位置に対応させて縮小投影させることにより前記カラーレジストの露光を行うものとし、
前記フォトマスクとして、前記マスク開口の開口面積Ｓｍが、前記分離壁の開口の面積をＳ、前記縮小投影の縮小倍率をｒとしたとき、Ｓｍ＜Ｓ／ｒであるものを用い、
前記分離壁の表面位置における前記カラーレジストの露光面積が前記分離壁の開口の面積以下となるように、露光光を前記分離壁の表面位置よりも上方位置で集光させることを特徴とする。
【００１１】
なお、前記カラーレジストの塗布、露光および現像工程は、各色毎に繰り返して行うことにより、複数色を備えたカラーフィルタ層を得ることができる。
【００１２】
前記分離壁の表面位置における前記カラーレジストの露光面積が、前記分離壁の開口の面積とほぼ一致するように、前記露光光を集光させることが好ましい。
【００１３】
前記塗布工程において、前記カラーレジストにより前記分離壁の開口が満たされ、前記分離壁の表面が覆われるまで該カラーレジストを塗布することが好ましい。
【００１４】
本発明の固体撮像素子は、回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板上にカラーフィルタ層を備えてなる固体撮像素子の製造方法であって、
前記回路基板上に前記複数の光電変換素子を形成して撮像素子基板を作製し、
前記複数の光電変換素子上に前記カラーフィルタ層を、本発明のカラーフィルタの製造方法により製造することを特徴とする。
【００１５】
本発明の固体撮像素子は、回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板と、
前記複数の光電変換素子の上方に配された、２色以上のカラーフィルタおよび該各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁からなるカラーフィルタ層とを備え、
前記カラーフィルタが平凸レンズ形状を有していることを特徴とするものである。
【００１６】
前記光電変換素子の光電変換層は、有機材料から構成されるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、カラーレジストの露光工程において、所定のマスク開口を有するフォトマスクを用い、マスク開口を分離壁の開口位置に対応させて縮小投影させることによりカラーレジストの露光を行うものとし、フォトマスクとして、マスク開口の開口面積Ｓｍが、分離壁の開口の面積をＳ、前記縮小投影の縮小倍率をｒとしたとき、Ｓｍ＜Ｓ／ｒであるものを用い、分離壁の表面位置におけるカラーレジストの露光面積が分離壁の開口の面積以下となるように、露光光を分離壁の表面位置よりも上方位置で集光させることにより、その後現像により得られるフィルタの形状を上に凸の形状（平凸レンズ形状）とすることができる。現像後にエッチングの処理が不要であり、効率的にカラーフィルタを製造することができる。
【００１８】
本発明の固体撮像素子によれば、撮像素子基板上に各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁を備えたカラーフィルタ層を備えており、さらには、各カラーフィルタの形状が平凸レンズ状であることにより、集光性が格段に向上し、隣接画素間のクロストークを大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のカラーフィルタの製造方法を用いて製造される固体撮像素子の構造を示す模式断面図
【図２】本発明のカラーフィルタ製造方法の実施形態を示す工程図
【図３Ａ】フォトマスクを用いた縮小投影露光を示す模式図
【図３Ｂ】フォトマスクおよび格子状分離壁を模式的に示す平面図
【図４】従来のカラーフィルタ製造方法を示す工程図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明のカラーフィルタの製造方法を用いて製造される固体撮像素子の一実施形態の概略構成を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、固体撮像素子１０は、半導体回路基板１１と、半導体回路基板１１上に二次元アレイ状に形成された複数の画素電極（下部電極）１２と、複数の画素電極１２上に連続し形成された有機材料からなる光電変換層１４と、光電変換層１４上に形成された、複数の画素電極に対向する対向電極であり、単一層として設けられた共通電極（上部電極）１６とを備えている。なお、また、上部電極１６の上には透明な絶縁層１８が積層されており、ここでは、半導体回路基板１１から絶縁層１８までを含めて撮像素子基板２０と称する。撮像素子基板２０の絶縁層１８上に、２色以上（本実施形態においては３色）のカラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂと各色のカラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂを隔てて分離する透明な分離壁２２とからなるカラーフィルタ層ＣＦが設けられ、さらにカラーフィルタ層ＣＦ上には低反射層２５が設けられている。
【００２３】
以下、各構成要素についての詳細を説明する。
【００２４】
（半導体回路基板）
半導体回路基板１１は、ｎ型シリコン基板１（以下、単に基板１とする。）の表面にｐ型のウェル領域２を備え、ウェル領域２にはｎ型の不純物拡散領域３が複数形成されている。不純物拡散領域３は、回路基板１１上に形成される画素電極１２と対応して二次元アレイ状に形成されている。また、ウェル領域２の表面において、不純物拡散領域３の近傍には、該不純物拡散領域３に蓄積した電荷に応じた信号を出力する信号読出し部４が設けられている。
【００２５】
信号読出し部４は、不純物拡散領域３に蓄積された電荷を電圧信号に変換して出力する回路であって、例えば公知のＣＣＤやＣＭＯＳ回路によって構成することができる。
【００２６】
さらに、基板１のウェル領域２が形成された表面上に絶縁層５が積層されている。絶縁層５の上には、平面視略矩形状の画素電極１２が複数、所定の間隔で配列形成されている。各画素電極１２は、絶縁層５を貫通するように形成された導電性材料からなる接続部６を介して、基板１の不純物拡散領域３に電気的に接続されている。
【００２７】
撮像素子１０は、光電変換層１４に光が入射されると、光電変換層１４で発生した電荷（正孔及び電子）のうち、例えば、正孔を上部電極１６に移動させ、電子を下部電極１２に移動させるように、下部電極１２及び上部電極１６間には、図示しない電圧供給部によってバイアス電圧が印加される。この場合、上部電極１６を正孔捕集電極とし、下部電極１２を電子捕集電極としている。
【００２８】
（電極）
上部電極１６及び下部電極１２は、光電変換層１４との密着性や、電子親和力や、イオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれる。
上部電極１６及び下部電極１２の作製には、その材料によって種々の方法が用いられるが、例えばＩＴＯの場合、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法（ゾルーゲル法など）、酸化インジウムスズの分散物の塗布などの方法で膜形成される。ＩＴＯの場合、ＵＶ−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。
上部電極１６は、光電変換層１４に光を入射させる必要があるため、透明な導電性材料で構成されている。ここで、透明電極材料は、例えば波長が約４２０ｎｍ〜約６６０ｎｍの範囲の可視光域で約８０％以上の透過率であるものが好ましい。
【００２９】
上部電極１６の具体的な材料としては、例えば、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、シリコン化合物およびこれらとＩＴＯとの積層物などが挙げられ、好ましくは、導電性の金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からＩＴＯ、ＺｎＯ、ＩｎＯ、が好ましい。
【００３０】
下部電極１２は、導電性材料であればよく、透明である必要はない。しかし、下部電極１２の下方の基板１側にも光を透過させることが必要である場合には、下部電極１２も透明電極材料で構成することが必要となる。このとき、下部電極１２の透明電極材料としては、上部電極１６と同様に、ＩＴＯを用いることが好ましい。
【００３１】
（光電変換層）
有機材料による光電変換層１４は、厚みが０．１μｍから１．０μｍの範囲となるように成膜されている。光電変換層１４の層厚は薄いほどイメージセンサの混色には有効となるが、光吸収とのトレードオフがあり、実質的には０．５μｍ程度が最適な層厚となる。
【００３２】
光電変換層１４を構成する機材料としては、例えば電子写真の感光材料に用いられているような、様々な有機半導体材料を用いることができる。その中でも、高い光電変換性能を有すること、分光する際の色分離に優れていること、長時間の光照射に対する耐久性が高いこと、真空蒸着を行いやすいこと、等の観点から、キナクリドン骨格を含む材料やフタロシアニン骨格を含む有機材料が特に好ましい。
【００３３】
光電変換層１４を構成する有機材料は、ｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。例えば、ｐ型有機型半導体及びｎ型有機半導体として、それぞれキナクリドン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、及びフルオランテン誘導体のいずれかを特に好ましく用いることができる。
【００３４】
光電変換層１４を有機材料で構成すれば、シリコン基板などに形成したフォトダイオードを光電変換部として用いる構成に比べて、可視光に対する光吸収係数が大きい。このため、光電変換層１４に入射した光が吸収されやすくなる。この性質によれば、光電変換層１４に斜めに入射した光も隣接する画素部へ漏れにくくなり、画素部で光電変換されることになり、透過効率の向上とクロストークの抑制を図ることができる。
【００３５】
なお、１つの画素電極、および該画素電極上の光電変換層および上部電極により１つの光電変換素子が構成る。
【００３６】
（絶縁層）
絶縁層１８は、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、またはこれらの混合膜などから構成することができる。
【００３７】
（カラーフィルタ層）
図１に示すように、カラーフィルタ層ＣＦは、それぞれ異なる波長の光を透過する複数のカラーフィルタを有する。ここでは、カラーフィルタＣＦは赤／青／緑色の顔料、もしくは染料の入った有機材料によるカラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂが画素毎に配置され、各カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ間にはカラーフィルタ材料よりも屈折率が小さな透明材料で構成される分離壁２２が設けられている。
【００３８】
カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂは、それぞれ異なる波長の光を透過するものであり、カラーフィルタ２１ｒは、入射光のうち赤色光を透過する構成を有するＲ光カラーフィルタとして機能する。同様にカラーフィルタ２１ｇは、入射光のうち緑色光を透過する構成を有するＧ光カラーフィルタとして、カラーフィルタ２１ｂは、入射光のうち青色光を透過する構成を有するＢ光カラーフィルタとして機能する。
【００３９】
複数のカラーフィルタ２１ｒ，２１ｇ，２１ｂは、各画素部にいずれか１つが含まれ、画素部の配列に応じてベイヤー配列などのカラーパターンで配列されている。
【００４０】
カラーフィルタの屈折率は赤青緑の各色で異なり、また入射光の波長によっても異なるものであるが、カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂのいずれも入射光波長（少なくともその可視光域の波長（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に対し１．５〜１．８の範囲内の屈折率を有する。
また、それぞれのカラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂの厚みは０．３μｍ〜１．０μｍの範囲内としている。
【００４１】
カラーフィルタ２１ｒ，２１ｇ，２１ｂは、その断面構造が上に凸な形状をしており、平凸レンズの機能を有している。
【００４２】
本発明のカラーフィルタの製造方法の実施形態を説明する。
図２は本発明の実施形態のカラーフィルタの製造方法を示す工程図である。
まず、撮像素子基板２０上に低屈折率材料４０を塗布し、硬化させる。低屈折率材料４０としては、フッ素系材料を用いたものや中空シリカ、多孔質シリカを配合したものなどが市販されているのでこれらを用いればよい。続いてフォトレジスト４１を用いて分離壁を形成するための格子状パターンを形成し（図２の工程ａ）、本パターンをマスクとしてドライエッチングにより低屈折率材料４０による格子状の分離壁２２を形成する（図２の工程ｂ）。
【００４３】
分離壁２２が形成された基板２０上に分離壁２２の開口２２ａを埋め込むようにカラーレジスト４２を塗布する（図２の工程ｃ）。
カラーレジスト４２の際には、図２に示すように、分離壁２２の開口２２ａが満たされ、分離壁２２の表面を覆う程度にカラーレジスト４２を塗布することが好ましい。
本実施形態においては、最初にＧ光カラーフィルタ用のカラーレジスト４２を塗布している。
【００４４】
さらにカラーレジストの選択的露光および現像を行う。Ｇ光フィルタを形成する部分のみを選択的に露光する。図２の工程ｄはカラーレジストの露光工程を示すものである。
【００４５】
カラーレジスト４２の露光は、ステッパもしくはスキャナにてフォトマスクのパターンを所定の縮小倍率ｒ（ｒ＜１）で縮小投影させて行う。図３Ａは縮小投影露光を説明するための模式図である。
図３Ａに示すように、ガラス等の透明な基板５１にＣｒなどによる遮光膜５３が開口５２を有するパターン状に形成されてなるフォトマスク５０を用い、ＵＶ光などの露光光Ｌをフォトマスク５０上から照射して、フォトマスク５０を透過した露光光を、縮小投影レンズ系５５を介して、所定の縮小倍率でカラーレジスト４２に投影する。
【００４６】
図３Ｂはカラーレジストの露光に用いられるフォトマスク５０と格子状の分離壁２２を模式的に示す平面図である。フォトマスク５０は、一度に露光したい画素だけに光が当たるように開口５２が形成されている。このようなフォトマスクを用いて露光位置をずらしながら、全域に亘って選択的露光を行う。ここでは、一例としてベイヤ配列の場合のＧ光カラーフィルタ形成用の開口パターンを示している。Ｒ光カラーフィルタ、Ｂ光カラーフィルタの形成の場合には、それぞれに応じた開口パターンのフォトマスクを用いる。
【００４７】
フォトマスク５０の開口５２の面積Ｓｍは、格子状の分離壁２２の開口２２ａの面積Ｓに応じて設計されている。
本発明のカラーフィルタの製造方法においては、マスク開口面積Ｓｍが縮小投影レンズ系５５による縮小倍率をｒとしたとき、分離壁２２の開口２２aの面積Ｓに対し、Ｓｍ＜Ｓ／ｒを満たすフォトマスク５０を用いることを特徴としている。図３Ｂのフォトマスク５０に示す破線５４で囲まれた領域が分離壁２２の開口２２ａの面積Ｓ／ｒである。
【００４８】
また、図２の工程ｄに示すように、露光光Ｌを集光位置（フォーカス位置）５６が分離壁２２の表面位置５７よりも上方となるように集光する。露光光Ｌはフォーカス位置５６から徐々に広がるが、このとき、分離壁２２の表面位置５７における投影像の大きさ（露光面積）が開口２２ａの面積Ｓと同等以下となるようにフォーカス位置を制御する。なお、分離壁２２の表面位置５７における投影像の大きさは開口２２ａの面積と同一であることが望ましい。
【００４９】
図２の工程ｄにおいて、カラーレジスト４２の露光光Ｌによる露光領域は破線で示す領域となる。分離壁表面上のレジストには露光光が当たらないように制御されており、このように露光されたカラーレジスト４２を現像することにより、カラーフィルタ表面の分離壁に隣接する端部が丸くなり、図２の工程ｅに示すように、上に凸形状のＧ光カラーフィルタ２１ｇを形成することができる。
【００５０】
このカラーレジスト塗布、露光、現像の工程を、引き続き、Ｒ光カラーフィルタ、Ｂ光カラーフィルタと、色毎に繰返し行い、図２の工程ｆに示すような３色のカラーフィルタを備えたカラーフィルタ層ＣＦを形成することができる。
各フィルタの形状を断面において上に凸形状となるものとすることにより、フィルタ自身に凸レンズの集光機能を持たせることができ、撮像素子における集光効率を向上させることができる。
【００５１】
従来の露光方法では、カラーレジストを露光する際には作製したい画素サイズ（ここでは、格子状分離壁２２の開口面積Ｓ）とフォトマスクの開口の面積Ｓｍとの関係が、Ｓｍ＝Ｓ／ｒであるフォトマスクを用いて、カラーレジスト表面もしくは内部でフォーカス位置が合うようにして露光していた。
例えば、図４の工程ｄ’に示すように、分離壁の高さ位置５７にフォーカス位置が一致するように露光光Ｌが集光され、この集光位置における投影像がの大きさが、格子状分離壁２２の開口２２ａの面積Ｓに等しくなるように露光される。
【００５２】
しかしこの従来の方法で露光・現像を行うと図４の工程ｅ’に示すように、フィルタ２１ｇ’は分離壁に隣接する表面に鋭角な部分２８が形成されたものとなり、断面形状が平凹レンズ形状になってしまう。
各色フィルタをこの手順で繰返し作製すると、図４の工程ｆ’に示すように、いずれのフィルタ２１ｒ’、２１ｇ’、２１ｂ’についても平凹レンズ形状となり、各フィルタの端部近傍に入射した光が隣の画素に進入し混色の原因となる。
【００５３】
このような平凹レンズ形状に形成されるフィルタの混色の問題を解決するために、前述の特許文献７では現像前に表面をエッチングすることで分離壁及び画素上にある余剰分を現像前に除去しているが、このエッチングは残膜厚の制御が困難であり、再現性が乏しいという問題があった。
【００５４】
上述の通り、本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、現像後にエッチングを行うことなく、図２の工程ｆに示すように、各色カラーフィルタの形状を平凸レンズ状とすることができ、再現性もよく、製造効率よくカラーフィルタ層ＣＦを製造することができる。
【００５５】
（低反射層）
低反射層２５は空気中からカラーフィルタＣＦに光がダイレクトに入射する場合の反射損失を低減するために備えられる。カラーフィルタＣＦに用いる材料の屈折率（例えば、３色のフィルタの屈折率の平均値）をｎcとした場合、低反射層２５としては√ｎcとなる屈折率を有する材料を選択し、層厚は可視光のほぼ中心波長となる５５０ｎｍの１／４膜厚となるようにすればよい。
例えば、本素子の場合ではカラーフィルタＣＦの屈折率が１．５〜１．８であることから１．２８前後の屈折率を有する材料を用い、厚さは５５０／４／１．２８＝１０７ｎｍとなることから、約０．１μｍとすればよい。
【００５６】
以上の構成の固体撮像素子の製造方法は、回路基板１１上への下部電極層、光電変換層および上部電極層等の形成方法は特に限定されず、撮像素子基板２０上へのカラーフィルタ層の作製は、上述のカラーフィルタの項において説明した製造方法を用いて行えばよい。
【００５７】
固体撮像素子１０のカラーフィルタ層ＣＦは、各カラーフィルタ２１ｒ、２１ｇ、２１ｂがそれぞれ凸レンズ形状を有し、集光機能を有するものであるため、従来の分離壁を備えたカラーフィルタ層を備えた固体撮像素子と比較して、集光効率を向上させることができると共に、隣接画素間のクロストークを大幅に抑制することができる。
【００５８】
上記実施形態においては、光電変換膜が有機材料による例を示したが、これに限定するものではなく、シリコン材料でもよい。特に近年開発された裏面照射型の固体撮像素子でも本発明は有効である。
【００５９】
また、固体撮像素子としては、さらなる集光率の向上を図るために、マイクロレンズを併用してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 固体撮像素子
１１ 半導体回路基板
１２ 下部電極（画素電極）
１４ 有機光電変換層
１６ 上部電極（共通電極）
１８ 絶縁層
２０ 撮像素子基板
２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ カラーフィルタ
２２ 格子状分離壁
２２ａ 格子状分離壁の開口
ＣＦ 分離壁付きカラーフィルタ層
４０ 低屈折率材料
４１ フォトレジスト
４２ カラーレジスト
５０ フォトマスク
５２ フォトマスクの開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板上に、２色以上のカラーフィルタと、該各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁とからなるカラーフィルタ層を製造するカラーフィルタ製造方法であって、
前記撮像素子基板上に、前記光電変換素子毎に対応する開口を有する格子状の分離壁を形成する工程と、
前記格子の分離壁の開口にカラーレジストを塗布する塗布工程と、
該カラーレジストを露光する露光工程と
前記露光されたカラーレジストを現像する現像工程とを含み、
前記露光工程において、所定のマスク開口を有するフォトマスクを用い、該マスク開口を前記分離壁の開口位置に対応させて縮小投影させることにより前記カラーレジストの露光を行うものとし、
前記フォトマスクとして、前記マスク開口の開口面積Ｓｍが、前記分離壁の開口の面積をＳ、前記縮小投影の縮小倍率をｒとしたとき、Ｓｍ＜Ｓ／ｒであるものを用い、
前記分離壁の表面位置における前記カラーレジストの露光面積が前記分離壁の開口の面積以下となるように、露光光を前記分離壁の表面位置よりも上方位置で集光させることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
前記分離壁の表面位置における前記カラーレジストの露光面積が、前記分離壁の開口の面積とほぼ一致するように、前記露光光を集光させることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
前記塗布工程において、前記カラーレジストにより前記分離壁の開口が満たされ、前記分離壁の表面が覆われるまで該カラーレジストを塗布することを特徴とする請求項１または２記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板上にカラーフィルタ層を備えてなる固体撮像素子の製造方法であって、
前記回路基板上に前記複数の光電変換素子を形成して撮像素子基板を作製し、
前記複数の光電変換素子上に前記カラーフィルタ層を、請求項１から３いずれか１項記載のカラーフィルタの製造方法により製造することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板と、
前記複数の光電変換素子の上方に配された、２色以上のカラーフィルタおよび該各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁からなるカラーフィルタ層とを備え、
前記カラーフィルタが平凸レンズ形状を有していることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１】
回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板上に、２色以上のカラーフィルタと、該各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁とからなるカラーフィルタ層を製造するカラーフィルタ製造方法であって、
前記撮像素子基板上に、前記光電変換素子毎に対応する開口を有する格子状の分離壁を形成する工程と、
前記格子の分離壁の開口にカラーレジストを塗布する塗布工程と、
該カラーレジストを露光する露光工程と
前記露光されたカラーレジストを現像する現像工程とを含み、
前記露光工程において、所定のマスク開口を有するフォトマスクを用い、該マスク開口を前記分離壁の開口位置に対応させて縮小投影させることにより前記カラーレジストの露光を行うものとし、
前記フォトマスクとして、前記マスク開口の開口面積Ｓｍが、前記分離壁の開口の面積をＳ、前記縮小投影の縮小倍率をｒとしたとき、Ｓｍ＜Ｓ／ｒであるものを用い、
前記分離壁の表面位置における前記カラーレジストの露光面積が前記分離壁の開口の面積以下となるように、露光光を前記分離壁の表面位置よりも上方位置で集光させることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項２】
前記分離壁の表面位置における前記カラーレジストの露光面積が、前記分離壁の開口の面積とほぼ一致するように、前記露光光を集光させることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項３】
前記塗布工程において、前記カラーレジストにより前記分離壁の開口が満たされ、前記分離壁の表面が覆われるまで該カラーレジストを塗布することを特徴とする請求項１または２記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項４】
回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板上にカラーフィルタ層を備えてなる固体撮像素子の製造方法であって、
前記回路基板上に前記複数の光電変換素子を形成して撮像素子基板を作製し、
前記複数の光電変換素子上に前記カラーフィルタ層を、請求項１から３いずれか１項記載のカラーフィルタの製造方法により製造することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
回路基板上に複数の光電変換素子を備えてなる撮像素子基板と、
前記複数の光電変換素子の上方に配された、２色以上のカラーフィルタおよび該各色のカラーフィルタを隔てて分離する透明な分離壁からなるカラーフィルタ層とを備え、
前記カラーフィルタが平凸レンズ形状を有していることを特徴とする固体撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−７６８５９（Ｐ２０１３−７６８５９Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６８５５（Ｐ２０１１−２１６８５５）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]