カラーフィルタを備える固体撮像素子とその製造方法
【課題】感光性材料を含まない色素膜をパターン化することによるカラーフィルタの薄膜化を簡便に実現する。
【解決手段】カラー固体撮像素子の製造方法は、基板１０１上に配列された光電変換素子１０２と、光電変換素子１０２上にそれぞれ形成されたカラーフィルタ１１１とを備えるカラー固体撮像素子の製造方法において、カラーフィルタ１１１を形成する工程は、光電変換素子１０２が形成された基板１０１上に感光性樹脂層１０９を形成する工程と、感光性樹脂層１０９上に色素膜１２０を形成する工程と、色素膜１２０を通して感光性樹脂層１０９の露光を行なうことにより、感光性樹脂層１０９のうちの基板１０１上に残すパターン１０９ａを確定する工程と、現像により、パターン１０９ａ以外の感光性樹脂層をその上に位置する色素膜と共に除去し、それによって、感光性樹脂層及び色素膜の積層されたカラーフィルタ１１１を得る工程とを含む。
【解決手段】カラー固体撮像素子の製造方法は、基板１０１上に配列された光電変換素子１０２と、光電変換素子１０２上にそれぞれ形成されたカラーフィルタ１１１とを備えるカラー固体撮像素子の製造方法において、カラーフィルタ１１１を形成する工程は、光電変換素子１０２が形成された基板１０１上に感光性樹脂層１０９を形成する工程と、感光性樹脂層１０９上に色素膜１２０を形成する工程と、色素膜１２０を通して感光性樹脂層１０９の露光を行なうことにより、感光性樹脂層１０９のうちの基板１０１上に残すパターン１０９ａを確定する工程と、現像により、パターン１０９ａ以外の感光性樹脂層をその上に位置する色素膜と共に除去し、それによって、感光性樹脂層及び色素膜の積層されたカラーフィルタ１１１を得る工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像素子及びその製造方法に関し、特に、固体撮像素子を構成するカラーフィルタの構造及び該カラーフィルタの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、デジタルカメラ及びビデオカメラ等に用いられる固体撮像素子は、撮影される画像の解像度を高めることを目的として、高画素化及び微細化が進んでいる。今後も、カメラの高解像度化への更なる要求に伴い、こうした高画素化及び微細化は更に加速されることが予想される。
【０００３】
図５に、従来のカラー固体撮像素子１０の構成を部分的な断面図として示す。カラー固体撮像素子１０は、シリコンからなる半導体基板１１を用いて形成されている。半導体基板１１の表面には、入射光に応じて電荷を発生するための複数の光電変換素子１２がマトリクス状に配列して設けられている。通常、一つの画素は一つの光電変換素子１２を備え、図５には、カラー固体撮像素子１０のほぼ画素２つに相当する範囲が示されていることなる。
【０００４】
光電変換素子１２を覆うように、半導体基板１１上には絶縁膜１３が形成されている。また、光電変換素子１２上に、絶縁膜１３を介して、光電変換素子１２に対する入射光の反射を抑制するための反射防止膜１４が形成されている。半導体基板１１上における光電変換素子１２の両側の領域には、各光電変換素子１２からの電荷の読み出し及び電荷の転送のための電荷転送電極１５が絶縁膜１３を介して形成されている。更に、電荷転送電極１５を覆うように、電荷転送電極に光が入射するのを遮る遮光膜１６が形成されていると共に、半導体基板１１における電荷転送電極１５の下方には、電荷転送のための電荷転送路１７が設けられている。
【０００５】
更に、反射防止膜１４及び遮光膜１６等を覆って表面を平坦化するための透明な平坦化膜１８が形成されている。更にその上には、個々の光電変換素子１２に対応して個別の色のカラーフィルタ１９ａ及びカラーフィルタ１９ｂが形成されている。図５においては２つだけ示しているが、カラーフィルタの色の組み合わせとしては、例えば、赤、青及び緑の３色を用いる。
【０００６】
また、図示はしていないが、カラーフィルタ１９ａ及び１９ｂ等の上にはマイクロレンズが形成され、光電変換素子１２に対する集光効率を向上するようになっている。
【０００７】
ここで、カラー固体撮像素子１０において、画素の微細化が進んだ場合、これに応じて光電変換素子１２からマイクロレンズまでの厚さを小さくすることが必要である。つまり、前記の厚さが同じままで画素の微細化だけが進んだとすると、光電変換素子上に形成されている層について、光電変換素子の寸法に対するアスペクト比が高くなる。この結果、入射光をマイクロレンズによって光電変換素子に集光することが難しくなり、固体撮像素子の感度低下が生じる。そこで、このようなことを防ぐために、固体撮像素子の微細化に伴って光電変換素子上の層の厚さを薄くする必要が生じる。
【０００８】
従来のカラー固体撮像素子１０において、光電変換素子１２上の層は平坦化層１８及びカラーフィルタ１９ａ及び１９ｂ等によって構成されており、その厚みは２μｍ程度となっている。このうち、カラーフィルタ１９ａ及び１９ｂが占める割合は２０〜４０％であり、光電変換素子１２上の層の厚さを薄くするために、カラーフィルタ１９ａ及び１９ｂを薄膜化することは効果的である。
【０００９】
カラーフィルタは、従来、色素を含有する感光性樹脂をフォトリソグラフィによってパターン化することにより形成していた。しかし、この手法の場合、フォトリソグラフィを行なうために、所定量の感光剤及び硬化剤が感光性樹脂に含まれている必要がある。また、感光性樹脂としての性能を維持するために、感光性樹脂中の色素の含有量は制限される。したがって、要求される分光特性を得るためには一定の厚さが必要であり、従来のカラーフィルタの薄膜化には限界がある。
【００１０】
そこで、感光性を持たない色素材料を蒸着させて色素蒸着膜を形成し、この色素蒸着膜をパターン化してカラーフィルタとするという手法が提案されている。つまり、平坦化層の上に、例えば赤、青及び緑の３種類の色素が蒸着されることによって、カラーフィルタが形成されている。
【００１１】
このようなカラーフィルタを形成するためには、具体的には、リフトオフ工法を用いる特許文献１の方法及び色素膜をドライエッチングによりパターン化する特許文献２の方法等が知られている。
【特許文献１】特開平４−３３６５０３号公報
【特許文献２】特開２００２−３０５２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、色素材料の蒸着によってカラーフィルタを形成する従来の方法は、製造コストが高いという問題があった。
【００１３】
例えば、特許文献１の方法は、図６（ａ）〜（ｅ）に示すようなものである。
【００１４】
まず、図６（ａ）のように、基板３０上にフォトレジスト膜３１を塗布する。次に、図６（ｂ）のように、所定のパターンを有するフォトマスク３２を用いて紫外線３３の照射により露光を行なう。これにより、フォトレジスト膜３１は、紫外線を照射されていない部分であるレジストパターン３１ａと、紫外線照射を受けた感光部分３１ｂとに分かれる。次に、図６（ｃ）のように、現像及びリンスの処理により感光部分３１ｂが除かれ、基板３０上にレジストパターン３１ａが残された構造となる。ここに、図６（ｄ）のように顔料の蒸着を行なうと、レジストパターン３１ａ上及び基板３０上にそれぞれ色素膜３４が形成される。この後、図６（ｅ）のように、レジストパターン３１ａを剥離することにより、レジストパターン３１ａ上の色素膜３４が同時に除去され、基板３０上にパターン化された色素膜３４ａからなるカラーフィルタを得ることができる。
【００１５】
また、特許文献２の方法は、図７（ａ）〜（ｆ）に示すようなものである。
【００１６】
まず、図７（ａ）のように、基板５０上に蒸着によって色素膜５１を形成する。次に、図７（ｂ）のように、色素膜５１上に、フォトレジスト膜５２を塗布して成膜する。次に、図７（ｃ）のように、所定のパターンを有するフォトマスク５３を用いて紫外線５４の照射により露光を行なう。これにより、フォトレジスト膜５２は、紫外線を照射されていない部分であるレジストパターン５２ａと、紫外線照射を受けた感光部分５２ｂとに分かれる。次に、現像を行なうことにより、図７（ｄ）に示すように、感光部分５２ｂが除去されて、色素膜５１上にレジストパターン５２ａが形成された構造となる。次に、レジストパターン５２ａをマスクとしてドライエッチングを行なうことにより、図７（ｅ）に示すように、レジストパターン５２ａが形成されていない部分の色素膜５１を除去する。この後、図７（ｆ）のようにレジストパターン５２ａを剥離すると、基板５０上にパターン化された色素膜５１ａからなるカラーフィルタを得ることができる。
【００１７】
以上のいずれの方法についても、所定の色のカラーフィルタを順に形成する。例えば、一色目の色素材料として緑の色素材料を蒸着してパターン化し、その後、順に赤の色素材料及び青の色素材料を用いて同様の工程を繰り返し、合わせて三度の工程により、緑、赤及び青のパターンを有するカラーフィルタを形成する。
【００１８】
これらの方法は、いずれも工程数が多く煩雑であることから製造コストが高くなっており、低コスト化が課題となっていた。
【００１９】
このような課題に鑑み、本発明の目的は、色素材料を主成分とする色素膜を含むカラーフィルタを有する固体撮像素子及びそのような固体撮像素子の簡便な製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の目的を達成するため、本発明のカラー固体撮像素子の製造方法は、基板上に配列された光電変換素子と、光電変換素子上にそれぞれ形成されたカラーフィルタとを備えるカラー固体撮像素子の製造方法において、カラーフィルタを形成する工程は、光電変換素子が形成された基板上に感光性樹脂層を形成する工程（ａ）と、感光性樹脂層上に色素膜を形成する工程（ｂ）と、色素膜を通して感光性樹脂層の露光を行なうことにより、感光性樹脂層のうちの基板上に残すパターンを確定する工程（ｃ）と、現像により、パターン以外の感光性樹脂層をその上に位置する色素膜と共に除去し、それによって、感光性樹脂層及び色素膜の積層された前記カラーフィルタを得る工程（ｄ）とを含む。
【００２１】
本発明のカラー固体撮像素子の製造方法によると、色素膜がその上に形成されている感光性樹脂層について、露光及び現像により基板上に残すパターン以外の部分を除去してパターン化を行なう。これにより、色素膜についても、感光性樹脂層のパターン以外の部分が除去され、感光性樹脂層のパターンと同様にパターン化される。このようにして、色素膜が感光性樹脂層上に積層された構造のカラーフィルタを得ることができ、該カラーフィルタを備えるカラー固体撮像素子が製造される。
【００２２】
つまり、フォトリソグラフィ法と同様にしてカラーフィルタを形成することができる。これは、従来の製造方法に比べて工程数が少なく簡便であり、製造コストについても低減される。
【００２３】
また、感光剤及び硬化剤等を含む材料を用いる必要がないため、色素膜の薄膜化が実現する。更に、感光性樹脂層についても、露光によるパターン化が可能な膜厚であれば良いことから、レジストマスクとして使用する場合及びリフトオフ法に使用する場合等に比べて薄膜化することができる。これらのことから、カラーフィルタを薄膜化し、カラー固体撮像素子における光電変換素子上の層の膜厚を削減することができる。この結果、画素の微細化に伴う光電変換素子上の層の厚さを削減し、感度低下を防止することができる。
【００２４】
また、分光特性は良好であるにもかかわらず分散性が悪いために、フォトレジスト用途には適さない色素が存在する。しかし、本発明の場合には、色素を感光性樹脂に分散させる必要が無いことからそのような色素も使用可能である。このため、用いる色素について選択の幅が広がり、より好ましい分光特性を得るための色素の組成を容易に設計できる。
【００２５】
尚、色素膜は、感光性樹脂層上に色素材料を蒸着することにより形成される色素蒸着膜であることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、色素を主要な構成材料とする（感光剤及び硬化剤等を含まない）色素膜を形成し、カラーフィルタの薄膜化を具体的に実現することができる。尚、色素のみを蒸着することによって色素蒸着膜を設けるのであってもよい。
【００２７】
また、色素蒸着膜は、現像に用いる現像液に可溶な第１の色素と、該現像液に不溶な第２の色素とを共蒸着させることにより形成されることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、工程（ｄ）の現像を行なう際、第１の色素が現像液に溶出する。このため、現像液の色素蒸着膜に対する浸透性が高まり、感光性樹脂層のパターン化をより確実に行なうことができる。尚、現像液に可溶な第１の色素に代えて、現像液に可溶な透明材料を用いることも可能である。この場合にも、色素蒸着膜に透明材料が溶出し、感光性樹脂層の現像を確実にする効果が得られる。
【００２９】
前記の目的を達成するため、本発明のカラー固体撮像素子は、基板上に配列された光電変換素子と、光電変換素子上にそれぞれ形成されたカラーフィルタとを備え、カラーフィルタは、色素膜及び感光性樹脂層を含む。
【００３０】
本発明のカラー固体撮像素子によると、カラーフィルタは、色素を主要な構成材料とする（感光剤及び硬化剤等を含まない等）色素膜と、露光によるパターン化が可能なだけの厚さを有する感光性樹脂層とを含む構成とすることができる。このため、色素を含有する感光性樹脂層を用いる場合に比べて、カラーフィルタの厚さを薄くすることができる。この結果、光電変換素子上の膜厚が削減されるために入射光を効率的に光電変換素子に集光することができ、画素の微細化に伴う感度低下を回避することができる。ここで、色素膜は、色素のみからなっていても良い。
【００３１】
尚、カラーフィルタは、感光性樹脂層上に色素膜が形成された構造を有していることが好ましい。
【００３２】
このようにすると、先に説明したように、フォトリソグラフィ法を用いて簡便に形成することができ、製造コストについても低減される。
【００３３】
また、色素膜は、現像液に可溶な第１の色素と現像液に不溶な第２の色素とを共蒸着することにより形成されることが好ましい。
【００３４】
このような構成とすると、現像によるカラーフィルタのパターン化を確実に行なうことができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によると、カラー固体撮像素子が有するカラーフィルタについて、色素を主要な構成要素とする色素膜と従来よりも薄い感光性樹脂層とを用いて薄膜化が実現し、光電変換素子上の膜厚を薄くすることができる。このため、感度の向上（又は感度低下の回避）が実現する。また、このような構成のカラーフィルタをフォトリソグラフィ法により簡便に形成することができ、製造コストの低減も可能となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の一実施形態に係るカラー固体撮像素子１００及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１に、カラー固体撮像素子１００の構成を要部の断面図として示す。カラー固体撮像素子１００は、シリコンからなる半導体基板１０１を用いて形成されている。半導体基板１０１の表面には、入射光に応じて電荷を発生するための複数の光電変換素子１０２がマトリクス状に配列して設けられている。通常、一つの画素は一つの光電変換素子１０２を備え、図１には、ほぼ画素２つ（画素Ａ及び画素Ｂ）に相当する範囲が示されていることなる。
【００３８】
半導体基板１０１上には、光電変換素子１０２を覆う絶縁膜１０３が形成されている。また、光電変換素子１０２上に、絶縁膜１０３を介して、光電変換素子１０２に対する入射光の反射を抑制するための反射防止膜１０４が形成されている。また、半導体基板１０１における光電変換素子１０２の両側の領域には、各光電変換素子１０２からの電荷の読み出し及び読み出した電荷を転送するための電荷転送電極１０５が、絶縁膜１０３を介して形成されている。更に、電荷転送電極１０５を覆うように、電荷転送電極１０５に対して光が入射するのを遮る遮光膜１０６が形成されている。半導体基板１０１における電荷転送電極１０５の下方には、電荷転送のための電荷転送路１０７が設けられている。電荷転送路１０７は、図１に関し、紙面に直交する方向に延びている。
【００３９】
更に、反射防止膜１０４及び遮光膜１０６等を覆って表面を平坦化するための透明な平坦化膜１０８が形成され、平坦化膜１０８上に、カラーフィルタ１１１が形成されている。また、図示はしてないが、カラーフィルタ１１１上には画素毎にマイクロレンズが形成され、光電変換素子１０２に対する集光効率を向上するようになっている。
【００４０】
本実施形態のカラーフィルタ１１１は、感光性樹脂層１０９と、その上に画素毎に形成された色素膜１１０ａ（色素を表す黒丸の集合体として模式的に示している）又は色素膜１１０ｂ（色素を表す白抜きの丸の集合体として示している）とが積層された構成である。図１においては、画素Ａに対して色素膜１１０ａ、画素Ｂに対して色素膜１１０ｂが対応している。
【００４１】
また、色素膜１１０ａ及び１１０ｂは、個々の画素に対して所定の一色のものが用いられ、平面的に配列されている。例えば、赤（Ｒ）、青（Ｂ）及び緑（Ｇ）の３色が用いられ、図２に示すパターンの繰り返しとして平面的に配列される。他の例としては、マゼンダ、シアン、黄色及び緑の４色が用いられる場合もある。しかし、本実施形態のカラー固体撮像素子１００において実現する効果は、使用する色の組み合わせ及び配列には特に関係しない。そのため、図１は、画素Ａには第一色目の色素膜１１０ａが形成され、画素Ｂには第２色目の色素膜１１０ｂが形成されている様子を示している。第３色目の色の色素膜を更に用いることは当然可能である。
【００４２】
ここで、本実施形態における色素膜１１０ａ及び色素膜１１０ｂは、いずれも色素材料を主要な構成要素としており、感光剤及び硬化剤を含まないため、色素を含む感光性樹脂によって形成するカラーフィルタに比べて薄膜化が可能である。また、感光性樹脂層１０９についても、フォトリソグラフィ法によるパターン化が可能な膜厚を有していれば良いため薄膜化が可能である。この結果、カラーフィルタ１１１の薄膜化が実現し、光電変換素子１０２上の層が薄膜化されるため、画素の微細化に伴う感度低下を回避することができる。尚、色素膜１１０ａ及び１１０ｂは、色素材料のみからなっていても良い。
【００４３】
また、以下に説明するように、このような構造のカラー固体撮像素子１００は、フォトリソグラフィ法を用いた簡便な方法により安価に製造することができる。
【００４４】
図３（ａ）〜（ｆ）は、図１に構造を示した本実施形態のカラー固体撮像素子１００の製造工程を説明する要部の断面図であり、図１と同じ構成要素には同じ符号を付している。
【００４５】
まず、図３（ａ）には、カラー固体撮像素子１００の製造が平坦化膜１０８の形成まで完了した状態を示している。つまり、半導体基板１０１上に、光電変換素子１０２、絶縁膜１０３、反射防止膜１０４、電荷転送電極１０５、遮光膜１０６、電荷転送経路１０７及び平坦化膜１０８の形成まで終了した状態である。このような構造は、従来と同様にして形成すればよい。また、平坦化膜１０８は、ＰＳＧ（Phosphorous Silicon Glass）膜又はＢＰＳＧ（Boron Phosphorous Silicon Glass）膜を用いて形成する。
【００４６】
次に、図３（ｂ）に示すように、平坦化膜１０８上に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト層である感光性樹脂層１０９を形成する。フォトレジスト層としては、ネガ型及びポジ型のいずれを使用することも可能であるが、ここではポジ型のものを用いた場合として説明する。
【００４７】
次に、図３（ｃ）に示すように、感光性樹脂層１０９上に、第一色目のパターン化前色素膜１２０を形成する。パターン化前色素膜１２０を成膜するには、方法の一例として色素蒸着法を用いることができる。例えば、第一色目の色素材料として緑色の色素材料を蒸着し、膜厚２００ｎｍ〜６００ｎｍの色素蒸着膜としてパターン化前色素膜１２０を形成する。
【００４８】
尚、第一色目の色素材料として、現像液に可溶な第１の色素１２１ａ（図３（ｃ）において白抜きの三角形によって表され、例えば染料である）と、該現像液に不溶な色素１２１ｂ（図３（ｃ）において黒丸によって表され、例えば顔料である）とを共に用い、これら２つの色素を共蒸着することによってパターン化前色素膜１２０を形成している。ここで言う現像液とは、この後に感光性樹脂層１０９の現像（図３（ｅ）及び（ｆ）に示す）を行なう際に用いる現像液のことである。このように共蒸着を行なうことの効果については、後に説明する。
【００４９】
次に、図３（ｄ）に示すように、第一色目（例えば緑色）のカラーフィルタ用のパターンを有するフォトマスク１２２を用い、光１２３を照射して、パターン化前色素膜１２０を通して感光性樹脂層１０９の露光を行なう。これにより、感光性樹脂層１０９は、緑色のカラーフィルタのパターンを有する現像液不溶部１０９ａ（図３（ｄ）における画素Ａの部分）と、露光により現像液に可溶となった現像液可溶部１０９ｂ（図３（ｄ）における画素Ｂの部分）とに分けられる。
【００５０】
次に、感光性樹脂層１０９（現像液不溶部１０９ａ及び現像液可溶部１０９ｂ）の現像を行なう。この工程を図３（ｅ）及び（ｆ）に示す。
【００５１】
先にも説明したように、感光性樹脂層１０９上に形成されているパターン化前色素膜１２０は、該現像工程に用いる現像液に対して可溶な第１の色素１２１ａと、同じ現像液に対して不溶な第２の色素１２１ｂとを共蒸着して形成されている。そのため、現像工程において、第１の色素１２１ａは現像液中に溶出する。このように第１の色素１２１ａが溶出し、第２の色素１２１ｂが残った状態が図３（ｅ）に示されている。これにより、パターン化前色素膜１２０に対する現像液の浸透性が向上し、感光性樹脂層１０９の現像を確実に行なうことができるようになる。
【００５２】
この後、図３（ｆ）に示すように、現像液可溶部１０９ｂが現像液に溶解して除かれ、同時に、現像液可溶部１０９ｂ上に位置する部分のパターン化前色素膜１２０も除かれる。これにより、パターン化前色素膜１２０は第一色目（緑色）のパターンとしてパターン化され、画素Ａにおいて色素膜１１０ａとなる。
【００５３】
以上のようにして、画素Ａにおけるカラーフィルタ１１１が、感光性樹脂層１０９上に色素膜１１０ａの積層された構造として形成される。
【００５４】
但し、図３（ｅ）においては第１の色素１２１ａが完全に除去された場合を示しているが、これには限らない。第１の色素が一部のみ溶出し、パターン化前色素膜１２０内に残っている場合にも、パターン化前色素膜１２０に対する現像液の浸透性が向上して感光性樹脂層１０９の現像を確実にする効果は実現する。この場合、色素膜１１０ａは、第１の色素１２１ａと第２の色素１２１ｂとを共に含むことになる。結果として、第１の色素１２１ａについてもカラーフィルタ１１１の分光特性に寄与する。この場合、第１の色素１２１ａを、第２の色素１２１ｂと同系統の色又は分光特性を相補する色の色素とすることより、第１の色素１２１ａが色素膜１１０ａ中に残っていることによる分光特性に対する影響を小さくすることができる。
【００５５】
更に、現像液に可溶な第１の色素に代えて、現像液に可溶な透明材料を用いることも可能である。この場合には、パターン化前色素膜１２０中に透明材料が残っているか否かが分光特性に与える影響が小さい。
【００５６】
この後、第２色目（例えば赤色）の色素材料を用い、画素Ｂにおけるカラーフィルタ１１１を形成する。この工程は、図３（ｂ）〜（ｆ）と同様である。つまり、感光性樹脂層を形成し、その上に現像液に可溶な色素及び同じ現像液に不溶な色素を共蒸着して第２色目の色素膜を形成する。この際、第２色目の色素膜についても膜厚２００ｎｍ〜６００ｎｍの色素蒸着膜とすればよい。更に、色素膜を通して露光・現像を行ない、第２色目のパターンを有する第２色目の色素膜を形成する。これにより、画素Ｂにおいて、第２色目の色素膜１１０ｂが感光性樹脂層１０９上に積層された構造のカラーフィルタ１１１を形成することができる。
【００５７】
更に、更に同様にして、第３色目（本実施形態においては青色）のカラーフィルタを形成する。図１及び図３（ａ）〜（ｆ）においては画素Ａ及び画素Ｂの２つのみ示しているが、カラー固体撮像素子１００には、図２に平面パターンを示したとおり、第３色目の画素が存在する。そのため、やはり感光性樹脂層１０９上に第３色目の色素膜が積層された構成のカラーフィルタ１１１を設ける。膜厚等は、第一色目及び第２色目と同様にすればよい。
【００５８】
尚、赤（Ｒ）、青（Ｂ）及び緑（Ｇ）の３色以外の色のカラーフィルタを用いる場合も、図３（ａ）〜（ｆ）に説明したのと同様の工程を必要回数（マゼンダ、シアン、黄色及び緑の４色を用いるのであれば４回等）繰り返すことによって形成することができる。
【００５９】
以上のように、本実施形態のカラー固体撮像素子１００が有するカラーフィルタ１１１は、それぞれの色のパターンを、フォトリソグラフィ法により形成することができる。カラーフィルタ１１１は、色素材料を主要な構成要素とするために薄膜化ができる色素膜１１０ａ又は１１０ｂと、パターン化に必要なだけの膜厚でよいことから薄膜化が可能な感光性樹脂層１０９との積層構造であり、全体としても薄膜化が実現している。これらのことから、画素の微細化によって光電変換素子１０２上における層のアスペクト比が高くなることと、その結果としての感度低下とを共に回避することができるカラーフィルタ１１１を簡便に且つ低コストに実現できる。
【００６０】
尚、本実施形態においては色素膜１１０ａ及び１１０ｂの成膜方法としては、色素蒸着法を用いた。しかし、これに限るものではなく、スパッタ法、蒸着重合法、イオンプレーティング法、光化学気相成長法及びプラズマ重合法等を用いることもできる。
【００６１】
また、カラー固体撮像装置１００においては、感光性樹脂層１０９は無色である。しかし、着色された（つまり、色素材料を含む）感光性樹脂層とすることも可能である。このような例を、図４にカラー固体撮像素子１００ａとして示す。これは、感光性樹脂層として、画素Ａには着色感光性樹脂層１０９ｘが備えられると共に、画素Ｂには着色感光性樹脂層１０９ｙが備えられていることを除き、図１のカラー固体撮像素子１００と同様である。
【００６２】
一般に、カラーフィルタとして、必要な分光特性を得るために、複数の色素を用いて発色させる場合がある。そこで、カラー固体撮像素子１００ａの場合のように、色素膜１１０ａ及び１１０ｂの下に、それぞれの色素膜の色素と相補的な着色のされた着色感光性樹脂層１０９ｘ及び１０９ｙが設けられている構成とすることもできる。これにより、カラーフィルタ１１１の膜厚の増加を抑えながら、感光性樹脂層を分光特性の調整に利用することができる。着色された感光性樹脂層のみからなるカラーフィルタの場合に比べ、薄い着色によっても色素膜の色素に対する相補的な着色の効果は得られるため、このことからも着色による膜厚の増加は抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明のカラー固体撮像素子及びその製造方法によると、カラーフィルタが薄膜化されていると共に製造が簡便且つ低コストであるため、画素の微細化による低感度化を回避することができ、高画素化したデジタルカメラ及びビデオカメラ等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るカラー固体撮像装置１００の要部断面を示す図である。
【図２】図２は、カラー固体撮像装置１００が備えるカラーフィルタ１１１について、各画素における色の平面配列を例示する図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｆ）は、カラー固体撮像装置１００、特にそのカラーフィルタ１１１の製造方法を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る他のカラー固体撮像装置１００ａの要部断面を示す図である。
【図５】図５は、従来のカラー固体撮像装置１０の要部断面を示す図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｅ）は、従来のカラー固体撮像装置の製造方法の一例を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｆ）は、従来のカラー固体撮像装置の製造方法の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００ カラー固体撮像装置
１０１ 半導体基板
１０２ 光電変換素子
１０３ 絶縁膜
１０４ 反射防止膜
１０５ 電荷転送電極
１０６ 遮光膜
１０７ 電荷転送路
１０８ 平坦化膜
１０９ 感光性樹脂層
１０９ａ 現像液不溶部
１０９ｂ 現像液可溶部
１０９ｘ、１０９ｙ 着色感光性樹脂層
１１０ａ、１１０ｂ 色素膜
１１１ カラーフィルタ
１２０ パターン化前色素膜
１２１ａ 第１の色素
１２１ｂ 第２の色素
１２２ フォトマスク
１２３ 光
Ａ、Ｂ 画素
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像素子及びその製造方法に関し、特に、固体撮像素子を構成するカラーフィルタの構造及び該カラーフィルタの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、デジタルカメラ及びビデオカメラ等に用いられる固体撮像素子は、撮影される画像の解像度を高めることを目的として、高画素化及び微細化が進んでいる。今後も、カメラの高解像度化への更なる要求に伴い、こうした高画素化及び微細化は更に加速されることが予想される。
【０００３】
図５に、従来のカラー固体撮像素子１０の構成を部分的な断面図として示す。カラー固体撮像素子１０は、シリコンからなる半導体基板１１を用いて形成されている。半導体基板１１の表面には、入射光に応じて電荷を発生するための複数の光電変換素子１２がマトリクス状に配列して設けられている。通常、一つの画素は一つの光電変換素子１２を備え、図５には、カラー固体撮像素子１０のほぼ画素２つに相当する範囲が示されていることなる。
【０００４】
光電変換素子１２を覆うように、半導体基板１１上には絶縁膜１３が形成されている。また、光電変換素子１２上に、絶縁膜１３を介して、光電変換素子１２に対する入射光の反射を抑制するための反射防止膜１４が形成されている。半導体基板１１上における光電変換素子１２の両側の領域には、各光電変換素子１２からの電荷の読み出し及び電荷の転送のための電荷転送電極１５が絶縁膜１３を介して形成されている。更に、電荷転送電極１５を覆うように、電荷転送電極に光が入射するのを遮る遮光膜１６が形成されていると共に、半導体基板１１における電荷転送電極１５の下方には、電荷転送のための電荷転送路１７が設けられている。
【０００５】
更に、反射防止膜１４及び遮光膜１６等を覆って表面を平坦化するための透明な平坦化膜１８が形成されている。更にその上には、個々の光電変換素子１２に対応して個別の色のカラーフィルタ１９ａ及びカラーフィルタ１９ｂが形成されている。図５においては２つだけ示しているが、カラーフィルタの色の組み合わせとしては、例えば、赤、青及び緑の３色を用いる。
【０００６】
また、図示はしていないが、カラーフィルタ１９ａ及び１９ｂ等の上にはマイクロレンズが形成され、光電変換素子１２に対する集光効率を向上するようになっている。
【０００７】
ここで、カラー固体撮像素子１０において、画素の微細化が進んだ場合、これに応じて光電変換素子１２からマイクロレンズまでの厚さを小さくすることが必要である。つまり、前記の厚さが同じままで画素の微細化だけが進んだとすると、光電変換素子上に形成されている層について、光電変換素子の寸法に対するアスペクト比が高くなる。この結果、入射光をマイクロレンズによって光電変換素子に集光することが難しくなり、固体撮像素子の感度低下が生じる。そこで、このようなことを防ぐために、固体撮像素子の微細化に伴って光電変換素子上の層の厚さを薄くする必要が生じる。
【０００８】
従来のカラー固体撮像素子１０において、光電変換素子１２上の層は平坦化層１８及びカラーフィルタ１９ａ及び１９ｂ等によって構成されており、その厚みは２μｍ程度となっている。このうち、カラーフィルタ１９ａ及び１９ｂが占める割合は２０〜４０％であり、光電変換素子１２上の層の厚さを薄くするために、カラーフィルタ１９ａ及び１９ｂを薄膜化することは効果的である。
【０００９】
カラーフィルタは、従来、色素を含有する感光性樹脂をフォトリソグラフィによってパターン化することにより形成していた。しかし、この手法の場合、フォトリソグラフィを行なうために、所定量の感光剤及び硬化剤が感光性樹脂に含まれている必要がある。また、感光性樹脂としての性能を維持するために、感光性樹脂中の色素の含有量は制限される。したがって、要求される分光特性を得るためには一定の厚さが必要であり、従来のカラーフィルタの薄膜化には限界がある。
【００１０】
そこで、感光性を持たない色素材料を蒸着させて色素蒸着膜を形成し、この色素蒸着膜をパターン化してカラーフィルタとするという手法が提案されている。つまり、平坦化層の上に、例えば赤、青及び緑の３種類の色素が蒸着されることによって、カラーフィルタが形成されている。
【００１１】
このようなカラーフィルタを形成するためには、具体的には、リフトオフ工法を用いる特許文献１の方法及び色素膜をドライエッチングによりパターン化する特許文献２の方法等が知られている。
【特許文献１】特開平４−３３６５０３号公報
【特許文献２】特開２００２−３０５２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、色素材料の蒸着によってカラーフィルタを形成する従来の方法は、製造コストが高いという問題があった。
【００１３】
例えば、特許文献１の方法は、図６（ａ）〜（ｅ）に示すようなものである。
【００１４】
まず、図６（ａ）のように、基板３０上にフォトレジスト膜３１を塗布する。次に、図６（ｂ）のように、所定のパターンを有するフォトマスク３２を用いて紫外線３３の照射により露光を行なう。これにより、フォトレジスト膜３１は、紫外線を照射されていない部分であるレジストパターン３１ａと、紫外線照射を受けた感光部分３１ｂとに分かれる。次に、図６（ｃ）のように、現像及びリンスの処理により感光部分３１ｂが除かれ、基板３０上にレジストパターン３１ａが残された構造となる。ここに、図６（ｄ）のように顔料の蒸着を行なうと、レジストパターン３１ａ上及び基板３０上にそれぞれ色素膜３４が形成される。この後、図６（ｅ）のように、レジストパターン３１ａを剥離することにより、レジストパターン３１ａ上の色素膜３４が同時に除去され、基板３０上にパターン化された色素膜３４ａからなるカラーフィルタを得ることができる。
【００１５】
また、特許文献２の方法は、図７（ａ）〜（ｆ）に示すようなものである。
【００１６】
まず、図７（ａ）のように、基板５０上に蒸着によって色素膜５１を形成する。次に、図７（ｂ）のように、色素膜５１上に、フォトレジスト膜５２を塗布して成膜する。次に、図７（ｃ）のように、所定のパターンを有するフォトマスク５３を用いて紫外線５４の照射により露光を行なう。これにより、フォトレジスト膜５２は、紫外線を照射されていない部分であるレジストパターン５２ａと、紫外線照射を受けた感光部分５２ｂとに分かれる。次に、現像を行なうことにより、図７（ｄ）に示すように、感光部分５２ｂが除去されて、色素膜５１上にレジストパターン５２ａが形成された構造となる。次に、レジストパターン５２ａをマスクとしてドライエッチングを行なうことにより、図７（ｅ）に示すように、レジストパターン５２ａが形成されていない部分の色素膜５１を除去する。この後、図７（ｆ）のようにレジストパターン５２ａを剥離すると、基板５０上にパターン化された色素膜５１ａからなるカラーフィルタを得ることができる。
【００１７】
以上のいずれの方法についても、所定の色のカラーフィルタを順に形成する。例えば、一色目の色素材料として緑の色素材料を蒸着してパターン化し、その後、順に赤の色素材料及び青の色素材料を用いて同様の工程を繰り返し、合わせて三度の工程により、緑、赤及び青のパターンを有するカラーフィルタを形成する。
【００１８】
これらの方法は、いずれも工程数が多く煩雑であることから製造コストが高くなっており、低コスト化が課題となっていた。
【００１９】
このような課題に鑑み、本発明の目的は、色素材料を主成分とする色素膜を含むカラーフィルタを有する固体撮像素子及びそのような固体撮像素子の簡便な製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の目的を達成するため、本発明のカラー固体撮像素子の製造方法は、基板上に配列された光電変換素子と、光電変換素子上にそれぞれ形成されたカラーフィルタとを備えるカラー固体撮像素子の製造方法において、カラーフィルタを形成する工程は、光電変換素子が形成された基板上に感光性樹脂層を形成する工程（ａ）と、感光性樹脂層上に色素膜を形成する工程（ｂ）と、色素膜を通して感光性樹脂層の露光を行なうことにより、感光性樹脂層のうちの基板上に残すパターンを確定する工程（ｃ）と、現像により、パターン以外の感光性樹脂層をその上に位置する色素膜と共に除去し、それによって、感光性樹脂層及び色素膜の積層された前記カラーフィルタを得る工程（ｄ）とを含む。
【００２１】
本発明のカラー固体撮像素子の製造方法によると、色素膜がその上に形成されている感光性樹脂層について、露光及び現像により基板上に残すパターン以外の部分を除去してパターン化を行なう。これにより、色素膜についても、感光性樹脂層のパターン以外の部分が除去され、感光性樹脂層のパターンと同様にパターン化される。このようにして、色素膜が感光性樹脂層上に積層された構造のカラーフィルタを得ることができ、該カラーフィルタを備えるカラー固体撮像素子が製造される。
【００２２】
つまり、フォトリソグラフィ法と同様にしてカラーフィルタを形成することができる。これは、従来の製造方法に比べて工程数が少なく簡便であり、製造コストについても低減される。
【００２３】
また、感光剤及び硬化剤等を含む材料を用いる必要がないため、色素膜の薄膜化が実現する。更に、感光性樹脂層についても、露光によるパターン化が可能な膜厚であれば良いことから、レジストマスクとして使用する場合及びリフトオフ法に使用する場合等に比べて薄膜化することができる。これらのことから、カラーフィルタを薄膜化し、カラー固体撮像素子における光電変換素子上の層の膜厚を削減することができる。この結果、画素の微細化に伴う光電変換素子上の層の厚さを削減し、感度低下を防止することができる。
【００２４】
また、分光特性は良好であるにもかかわらず分散性が悪いために、フォトレジスト用途には適さない色素が存在する。しかし、本発明の場合には、色素を感光性樹脂に分散させる必要が無いことからそのような色素も使用可能である。このため、用いる色素について選択の幅が広がり、より好ましい分光特性を得るための色素の組成を容易に設計できる。
【００２５】
尚、色素膜は、感光性樹脂層上に色素材料を蒸着することにより形成される色素蒸着膜であることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、色素を主要な構成材料とする（感光剤及び硬化剤等を含まない）色素膜を形成し、カラーフィルタの薄膜化を具体的に実現することができる。尚、色素のみを蒸着することによって色素蒸着膜を設けるのであってもよい。
【００２７】
また、色素蒸着膜は、現像に用いる現像液に可溶な第１の色素と、該現像液に不溶な第２の色素とを共蒸着させることにより形成されることが好ましい。
【００２８】
このようにすると、工程（ｄ）の現像を行なう際、第１の色素が現像液に溶出する。このため、現像液の色素蒸着膜に対する浸透性が高まり、感光性樹脂層のパターン化をより確実に行なうことができる。尚、現像液に可溶な第１の色素に代えて、現像液に可溶な透明材料を用いることも可能である。この場合にも、色素蒸着膜に透明材料が溶出し、感光性樹脂層の現像を確実にする効果が得られる。
【００２９】
前記の目的を達成するため、本発明のカラー固体撮像素子は、基板上に配列された光電変換素子と、光電変換素子上にそれぞれ形成されたカラーフィルタとを備え、カラーフィルタは、色素膜及び感光性樹脂層を含む。
【００３０】
本発明のカラー固体撮像素子によると、カラーフィルタは、色素を主要な構成材料とする（感光剤及び硬化剤等を含まない等）色素膜と、露光によるパターン化が可能なだけの厚さを有する感光性樹脂層とを含む構成とすることができる。このため、色素を含有する感光性樹脂層を用いる場合に比べて、カラーフィルタの厚さを薄くすることができる。この結果、光電変換素子上の膜厚が削減されるために入射光を効率的に光電変換素子に集光することができ、画素の微細化に伴う感度低下を回避することができる。ここで、色素膜は、色素のみからなっていても良い。
【００３１】
尚、カラーフィルタは、感光性樹脂層上に色素膜が形成された構造を有していることが好ましい。
【００３２】
このようにすると、先に説明したように、フォトリソグラフィ法を用いて簡便に形成することができ、製造コストについても低減される。
【００３３】
また、色素膜は、現像液に可溶な第１の色素と現像液に不溶な第２の色素とを共蒸着することにより形成されることが好ましい。
【００３４】
このような構成とすると、現像によるカラーフィルタのパターン化を確実に行なうことができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によると、カラー固体撮像素子が有するカラーフィルタについて、色素を主要な構成要素とする色素膜と従来よりも薄い感光性樹脂層とを用いて薄膜化が実現し、光電変換素子上の膜厚を薄くすることができる。このため、感度の向上（又は感度低下の回避）が実現する。また、このような構成のカラーフィルタをフォトリソグラフィ法により簡便に形成することができ、製造コストの低減も可能となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の一実施形態に係るカラー固体撮像素子１００及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１に、カラー固体撮像素子１００の構成を要部の断面図として示す。カラー固体撮像素子１００は、シリコンからなる半導体基板１０１を用いて形成されている。半導体基板１０１の表面には、入射光に応じて電荷を発生するための複数の光電変換素子１０２がマトリクス状に配列して設けられている。通常、一つの画素は一つの光電変換素子１０２を備え、図１には、ほぼ画素２つ（画素Ａ及び画素Ｂ）に相当する範囲が示されていることなる。
【００３８】
半導体基板１０１上には、光電変換素子１０２を覆う絶縁膜１０３が形成されている。また、光電変換素子１０２上に、絶縁膜１０３を介して、光電変換素子１０２に対する入射光の反射を抑制するための反射防止膜１０４が形成されている。また、半導体基板１０１における光電変換素子１０２の両側の領域には、各光電変換素子１０２からの電荷の読み出し及び読み出した電荷を転送するための電荷転送電極１０５が、絶縁膜１０３を介して形成されている。更に、電荷転送電極１０５を覆うように、電荷転送電極１０５に対して光が入射するのを遮る遮光膜１０６が形成されている。半導体基板１０１における電荷転送電極１０５の下方には、電荷転送のための電荷転送路１０７が設けられている。電荷転送路１０７は、図１に関し、紙面に直交する方向に延びている。
【００３９】
更に、反射防止膜１０４及び遮光膜１０６等を覆って表面を平坦化するための透明な平坦化膜１０８が形成され、平坦化膜１０８上に、カラーフィルタ１１１が形成されている。また、図示はしてないが、カラーフィルタ１１１上には画素毎にマイクロレンズが形成され、光電変換素子１０２に対する集光効率を向上するようになっている。
【００４０】
本実施形態のカラーフィルタ１１１は、感光性樹脂層１０９と、その上に画素毎に形成された色素膜１１０ａ（色素を表す黒丸の集合体として模式的に示している）又は色素膜１１０ｂ（色素を表す白抜きの丸の集合体として示している）とが積層された構成である。図１においては、画素Ａに対して色素膜１１０ａ、画素Ｂに対して色素膜１１０ｂが対応している。
【００４１】
また、色素膜１１０ａ及び１１０ｂは、個々の画素に対して所定の一色のものが用いられ、平面的に配列されている。例えば、赤（Ｒ）、青（Ｂ）及び緑（Ｇ）の３色が用いられ、図２に示すパターンの繰り返しとして平面的に配列される。他の例としては、マゼンダ、シアン、黄色及び緑の４色が用いられる場合もある。しかし、本実施形態のカラー固体撮像素子１００において実現する効果は、使用する色の組み合わせ及び配列には特に関係しない。そのため、図１は、画素Ａには第一色目の色素膜１１０ａが形成され、画素Ｂには第２色目の色素膜１１０ｂが形成されている様子を示している。第３色目の色の色素膜を更に用いることは当然可能である。
【００４２】
ここで、本実施形態における色素膜１１０ａ及び色素膜１１０ｂは、いずれも色素材料を主要な構成要素としており、感光剤及び硬化剤を含まないため、色素を含む感光性樹脂によって形成するカラーフィルタに比べて薄膜化が可能である。また、感光性樹脂層１０９についても、フォトリソグラフィ法によるパターン化が可能な膜厚を有していれば良いため薄膜化が可能である。この結果、カラーフィルタ１１１の薄膜化が実現し、光電変換素子１０２上の層が薄膜化されるため、画素の微細化に伴う感度低下を回避することができる。尚、色素膜１１０ａ及び１１０ｂは、色素材料のみからなっていても良い。
【００４３】
また、以下に説明するように、このような構造のカラー固体撮像素子１００は、フォトリソグラフィ法を用いた簡便な方法により安価に製造することができる。
【００４４】
図３（ａ）〜（ｆ）は、図１に構造を示した本実施形態のカラー固体撮像素子１００の製造工程を説明する要部の断面図であり、図１と同じ構成要素には同じ符号を付している。
【００４５】
まず、図３（ａ）には、カラー固体撮像素子１００の製造が平坦化膜１０８の形成まで完了した状態を示している。つまり、半導体基板１０１上に、光電変換素子１０２、絶縁膜１０３、反射防止膜１０４、電荷転送電極１０５、遮光膜１０６、電荷転送経路１０７及び平坦化膜１０８の形成まで終了した状態である。このような構造は、従来と同様にして形成すればよい。また、平坦化膜１０８は、ＰＳＧ（Phosphorous Silicon Glass）膜又はＢＰＳＧ（Boron Phosphorous Silicon Glass）膜を用いて形成する。
【００４６】
次に、図３（ｂ）に示すように、平坦化膜１０８上に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト層である感光性樹脂層１０９を形成する。フォトレジスト層としては、ネガ型及びポジ型のいずれを使用することも可能であるが、ここではポジ型のものを用いた場合として説明する。
【００４７】
次に、図３（ｃ）に示すように、感光性樹脂層１０９上に、第一色目のパターン化前色素膜１２０を形成する。パターン化前色素膜１２０を成膜するには、方法の一例として色素蒸着法を用いることができる。例えば、第一色目の色素材料として緑色の色素材料を蒸着し、膜厚２００ｎｍ〜６００ｎｍの色素蒸着膜としてパターン化前色素膜１２０を形成する。
【００４８】
尚、第一色目の色素材料として、現像液に可溶な第１の色素１２１ａ（図３（ｃ）において白抜きの三角形によって表され、例えば染料である）と、該現像液に不溶な色素１２１ｂ（図３（ｃ）において黒丸によって表され、例えば顔料である）とを共に用い、これら２つの色素を共蒸着することによってパターン化前色素膜１２０を形成している。ここで言う現像液とは、この後に感光性樹脂層１０９の現像（図３（ｅ）及び（ｆ）に示す）を行なう際に用いる現像液のことである。このように共蒸着を行なうことの効果については、後に説明する。
【００４９】
次に、図３（ｄ）に示すように、第一色目（例えば緑色）のカラーフィルタ用のパターンを有するフォトマスク１２２を用い、光１２３を照射して、パターン化前色素膜１２０を通して感光性樹脂層１０９の露光を行なう。これにより、感光性樹脂層１０９は、緑色のカラーフィルタのパターンを有する現像液不溶部１０９ａ（図３（ｄ）における画素Ａの部分）と、露光により現像液に可溶となった現像液可溶部１０９ｂ（図３（ｄ）における画素Ｂの部分）とに分けられる。
【００５０】
次に、感光性樹脂層１０９（現像液不溶部１０９ａ及び現像液可溶部１０９ｂ）の現像を行なう。この工程を図３（ｅ）及び（ｆ）に示す。
【００５１】
先にも説明したように、感光性樹脂層１０９上に形成されているパターン化前色素膜１２０は、該現像工程に用いる現像液に対して可溶な第１の色素１２１ａと、同じ現像液に対して不溶な第２の色素１２１ｂとを共蒸着して形成されている。そのため、現像工程において、第１の色素１２１ａは現像液中に溶出する。このように第１の色素１２１ａが溶出し、第２の色素１２１ｂが残った状態が図３（ｅ）に示されている。これにより、パターン化前色素膜１２０に対する現像液の浸透性が向上し、感光性樹脂層１０９の現像を確実に行なうことができるようになる。
【００５２】
この後、図３（ｆ）に示すように、現像液可溶部１０９ｂが現像液に溶解して除かれ、同時に、現像液可溶部１０９ｂ上に位置する部分のパターン化前色素膜１２０も除かれる。これにより、パターン化前色素膜１２０は第一色目（緑色）のパターンとしてパターン化され、画素Ａにおいて色素膜１１０ａとなる。
【００５３】
以上のようにして、画素Ａにおけるカラーフィルタ１１１が、感光性樹脂層１０９上に色素膜１１０ａの積層された構造として形成される。
【００５４】
但し、図３（ｅ）においては第１の色素１２１ａが完全に除去された場合を示しているが、これには限らない。第１の色素が一部のみ溶出し、パターン化前色素膜１２０内に残っている場合にも、パターン化前色素膜１２０に対する現像液の浸透性が向上して感光性樹脂層１０９の現像を確実にする効果は実現する。この場合、色素膜１１０ａは、第１の色素１２１ａと第２の色素１２１ｂとを共に含むことになる。結果として、第１の色素１２１ａについてもカラーフィルタ１１１の分光特性に寄与する。この場合、第１の色素１２１ａを、第２の色素１２１ｂと同系統の色又は分光特性を相補する色の色素とすることより、第１の色素１２１ａが色素膜１１０ａ中に残っていることによる分光特性に対する影響を小さくすることができる。
【００５５】
更に、現像液に可溶な第１の色素に代えて、現像液に可溶な透明材料を用いることも可能である。この場合には、パターン化前色素膜１２０中に透明材料が残っているか否かが分光特性に与える影響が小さい。
【００５６】
この後、第２色目（例えば赤色）の色素材料を用い、画素Ｂにおけるカラーフィルタ１１１を形成する。この工程は、図３（ｂ）〜（ｆ）と同様である。つまり、感光性樹脂層を形成し、その上に現像液に可溶な色素及び同じ現像液に不溶な色素を共蒸着して第２色目の色素膜を形成する。この際、第２色目の色素膜についても膜厚２００ｎｍ〜６００ｎｍの色素蒸着膜とすればよい。更に、色素膜を通して露光・現像を行ない、第２色目のパターンを有する第２色目の色素膜を形成する。これにより、画素Ｂにおいて、第２色目の色素膜１１０ｂが感光性樹脂層１０９上に積層された構造のカラーフィルタ１１１を形成することができる。
【００５７】
更に、更に同様にして、第３色目（本実施形態においては青色）のカラーフィルタを形成する。図１及び図３（ａ）〜（ｆ）においては画素Ａ及び画素Ｂの２つのみ示しているが、カラー固体撮像素子１００には、図２に平面パターンを示したとおり、第３色目の画素が存在する。そのため、やはり感光性樹脂層１０９上に第３色目の色素膜が積層された構成のカラーフィルタ１１１を設ける。膜厚等は、第一色目及び第２色目と同様にすればよい。
【００５８】
尚、赤（Ｒ）、青（Ｂ）及び緑（Ｇ）の３色以外の色のカラーフィルタを用いる場合も、図３（ａ）〜（ｆ）に説明したのと同様の工程を必要回数（マゼンダ、シアン、黄色及び緑の４色を用いるのであれば４回等）繰り返すことによって形成することができる。
【００５９】
以上のように、本実施形態のカラー固体撮像素子１００が有するカラーフィルタ１１１は、それぞれの色のパターンを、フォトリソグラフィ法により形成することができる。カラーフィルタ１１１は、色素材料を主要な構成要素とするために薄膜化ができる色素膜１１０ａ又は１１０ｂと、パターン化に必要なだけの膜厚でよいことから薄膜化が可能な感光性樹脂層１０９との積層構造であり、全体としても薄膜化が実現している。これらのことから、画素の微細化によって光電変換素子１０２上における層のアスペクト比が高くなることと、その結果としての感度低下とを共に回避することができるカラーフィルタ１１１を簡便に且つ低コストに実現できる。
【００６０】
尚、本実施形態においては色素膜１１０ａ及び１１０ｂの成膜方法としては、色素蒸着法を用いた。しかし、これに限るものではなく、スパッタ法、蒸着重合法、イオンプレーティング法、光化学気相成長法及びプラズマ重合法等を用いることもできる。
【００６１】
また、カラー固体撮像装置１００においては、感光性樹脂層１０９は無色である。しかし、着色された（つまり、色素材料を含む）感光性樹脂層とすることも可能である。このような例を、図４にカラー固体撮像素子１００ａとして示す。これは、感光性樹脂層として、画素Ａには着色感光性樹脂層１０９ｘが備えられると共に、画素Ｂには着色感光性樹脂層１０９ｙが備えられていることを除き、図１のカラー固体撮像素子１００と同様である。
【００６２】
一般に、カラーフィルタとして、必要な分光特性を得るために、複数の色素を用いて発色させる場合がある。そこで、カラー固体撮像素子１００ａの場合のように、色素膜１１０ａ及び１１０ｂの下に、それぞれの色素膜の色素と相補的な着色のされた着色感光性樹脂層１０９ｘ及び１０９ｙが設けられている構成とすることもできる。これにより、カラーフィルタ１１１の膜厚の増加を抑えながら、感光性樹脂層を分光特性の調整に利用することができる。着色された感光性樹脂層のみからなるカラーフィルタの場合に比べ、薄い着色によっても色素膜の色素に対する相補的な着色の効果は得られるため、このことからも着色による膜厚の増加は抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明のカラー固体撮像素子及びその製造方法によると、カラーフィルタが薄膜化されていると共に製造が簡便且つ低コストであるため、画素の微細化による低感度化を回避することができ、高画素化したデジタルカメラ及びビデオカメラ等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るカラー固体撮像装置１００の要部断面を示す図である。
【図２】図２は、カラー固体撮像装置１００が備えるカラーフィルタ１１１について、各画素における色の平面配列を例示する図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｆ）は、カラー固体撮像装置１００、特にそのカラーフィルタ１１１の製造方法を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る他のカラー固体撮像装置１００ａの要部断面を示す図である。
【図５】図５は、従来のカラー固体撮像装置１０の要部断面を示す図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｅ）は、従来のカラー固体撮像装置の製造方法の一例を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｆ）は、従来のカラー固体撮像装置の製造方法の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００ カラー固体撮像装置
１０１ 半導体基板
１０２ 光電変換素子
１０３ 絶縁膜
１０４ 反射防止膜
１０５ 電荷転送電極
１０６ 遮光膜
１０７ 電荷転送路
１０８ 平坦化膜
１０９ 感光性樹脂層
１０９ａ 現像液不溶部
１０９ｂ 現像液可溶部
１０９ｘ、１０９ｙ 着色感光性樹脂層
１１０ａ、１１０ｂ 色素膜
１１１ カラーフィルタ
１２０ パターン化前色素膜
１２１ａ 第１の色素
１２１ｂ 第２の色素
１２２ フォトマスク
１２３ 光
Ａ、Ｂ 画素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配列された光電変換素子と、前記光電変換素子上にそれぞれ形成されたカラーフィルタとを備えるカラー固体撮像素子の製造方法において、
前記カラーフィルタを形成する工程は、
前記光電変換素子が形成された前記基板上に感光性樹脂層を形成する工程（ａ）と、
前記感光性樹脂層上に色素膜を形成する工程（ｂ）と、
前記色素膜を通して前記感光性樹脂層の露光を行なうことにより、前記感光性樹脂層のうちの前記基板上に残すパターンを確定する工程（ｃ）と、
現像により、前記パターン以外の前記感光性樹脂層をその上に位置する前記色素膜と共に除去し、それによって、前記感光性樹脂層及び前記色素膜の積層された前記カラーフィルタを得る工程（ｄ）とを含むことを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記色素膜は、前記感光性樹脂層上に色素材料を蒸着することにより形成される色素蒸着膜であることを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記色素蒸着膜は、前記現像に用いる現像液に可溶な第１の色素と、前記現像液に不溶な第２の色素とを共蒸着させることにより形成されることを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
基板上に配列された光電変換素子と、前記光電変換素子上にそれぞれ形成されたカラーフィルタとを備え、
前記カラーフィルタは、色素膜及び感光性樹脂層を含むことを特徴とするカラー固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４において、
前記カラーフィルタは、前記感光性樹脂層上に前記色素膜が形成された構造を有していることを特徴とするカラー固体撮像素子。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記色素膜は、現像液に可溶な第１の色素と前記現像液に不溶な第２の色素とを共蒸着することにより形成されることを特徴とするカラー固体撮像素子。
【請求項１】
基板上に配列された光電変換素子と、前記光電変換素子上にそれぞれ形成されたカラーフィルタとを備えるカラー固体撮像素子の製造方法において、
前記カラーフィルタを形成する工程は、
前記光電変換素子が形成された前記基板上に感光性樹脂層を形成する工程（ａ）と、
前記感光性樹脂層上に色素膜を形成する工程（ｂ）と、
前記色素膜を通して前記感光性樹脂層の露光を行なうことにより、前記感光性樹脂層のうちの前記基板上に残すパターンを確定する工程（ｃ）と、
現像により、前記パターン以外の前記感光性樹脂層をその上に位置する前記色素膜と共に除去し、それによって、前記感光性樹脂層及び前記色素膜の積層された前記カラーフィルタを得る工程（ｄ）とを含むことを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記色素膜は、前記感光性樹脂層上に色素材料を蒸着することにより形成される色素蒸着膜であることを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記色素蒸着膜は、前記現像に用いる現像液に可溶な第１の色素と、前記現像液に不溶な第２の色素とを共蒸着させることにより形成されることを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
基板上に配列された光電変換素子と、前記光電変換素子上にそれぞれ形成されたカラーフィルタとを備え、
前記カラーフィルタは、色素膜及び感光性樹脂層を含むことを特徴とするカラー固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４において、
前記カラーフィルタは、前記感光性樹脂層上に前記色素膜が形成された構造を有していることを特徴とするカラー固体撮像素子。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記色素膜は、現像液に可溶な第１の色素と前記現像液に不溶な第２の色素とを共蒸着することにより形成されることを特徴とするカラー固体撮像素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２３５０４８（Ｐ２００７−２３５０４８Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５７９０３（Ｐ２００６−５７９０３）
【出願日】平成１８年３月３日（２００６．３．３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３日（２００６．３．３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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