JP4310093B2 - 固体撮像素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラー画像を撮像するためのカラーフィルタを有する固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラービデオカメラやカラースチルカメラ等で用いる固体撮像素子として図８に示す構成が知られている。
【０００３】
図８は従来の固体撮像素子の構造を示す側断面図である。
【０００４】
図８に示すように、固体撮像素子は、半導体基板１００の表面近傍に、入射光量に応じた信号電荷を発生する光電変換部１１０を備えた構成である。光電変換部１１０は格子状に配列された複数の画素毎に設けられている。
【０００５】
各画素には、光電変換部１１０で発生した信号電荷に対応する画素信号を生成し、固体撮像素子のエッジに設けられた垂直走査回路（不図示）からの制御信号にしたがって水平走査回路（不図示）へ該画素信号を転送するための駆動回路が形成されている。
【０００６】
図８に示すように、半導体基板１００上には、上記駆動回路を構成するトランジスタのゲート電極１０９が形成され、その上には駆動回路の回路構成に応じて複数の配線層が形成されている。なお、図８では２つの配線層１０５、１０７が形成された構成例を示している。また、ゲート電極下の半導体基板にはトランジスタのソース・ドレインとなる不図示の拡散層が形成されている。
【０００７】
配線層にはアルミニウム（Ａｌ）等を用いて所望の形状にパターニングされた配線が形成され、各配線層間は、例えばＳｉＯ2から成る層間絶縁膜１０６、１０８で絶縁されている。
【０００８】
また、最も上の配線層１０５上には、その配線を覆うようにして、例えばアクリル系樹脂からなる第１の平坦化膜１０４が形成され、第１の平坦化膜１０４上には各画素に対応して入射光を分光するためのカラーフィルタ１０３が設けられている。カラーフィルタ１０３は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の顔料を含むフォトレジストを用いて、画素毎に１色のカラーフィルタで覆われるように形成される。
【０００９】
カラーフィルタ１０３上には、光透過性を有する第２の平坦化膜１０２が形成され、その上には光電変換部１１０に入射光を集光するための集光レンズであるマイクロレンズ１０１が形成されている。
【００１０】
図９は図８に示した従来のカラーフィルタの形成手順を示す側断面図である。
【００１１】
図８に示したカラーフィルタを形成する場合、まず、第１の平坦化膜１０４の表面に、例えば緑（Ｇ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジストを塗布する。続いて、緑のカラーフィルタ（以下、Ｇフィルタと称す）の形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、現像することで、図９（ａ）に示すように第１の平坦化膜上にＧフィルタ１０３Ｇを形成する。このとき、Ｇフィルタ１０３Ｇのパターン寸法はボトム部位（第１の平坦化膜１０４側）で９．０μｍとする。
【００１２】
次に、図９（ｂ）に示すように、赤（Ｒ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジスト１０３Ａを、Ｇフィルタ１０３Ｇを覆うように第１の平坦化膜１０４上の全面に塗布し、赤のカラーフィルタ（以下、Ｒフィルタと称す）の形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射する。
【００１３】
ここで、従来の固体撮像素子の製造方法では、Ｇフィルタ１０３Ｇで囲まれる領域の幅に等しい９．０μｍ幅の透過部が形成されたマスクを用いて紫外線を照射し（図９（ｂ）参照）、現像することでＲフィルタ１０３Ｒを形成する。この場合、図９（ｃ）に示すようにＲフィルタ１０３ＲのエッジはＧフィルタ１０３Ｇと接する部位で***する。さらに、紫外線の照射エネルギーを増加させると、図９（ｄ）に示すように照射エネルギーの増加に伴ってＧフィルタ１０３Ｇのエッジに乗り上げてゆく。なお、従来の固体撮像素子の製造方法では、Ｇフィルタで囲まれる領域の幅よりもわずかに狭い透過部を備えたマスクを用いて紫外線を照射することでＲフィルタ１０３Ｒを形成する場合もある。
【００１４】
なお、カラーフィルタを除く他の構成要素の製造方法については、本発明の特徴と関係がないため、ここでは詳細な説明を省略するが、それぞれの構成要素に最適な形状が得られれば、周知のどのような製造方法を用いて形成してもよい。
【００１５】
ところで、チップサイズの大きな固体撮像素子では、上記垂直走査回路及び水平走査回路を含む撮像領域が露光装置の１ショットで露光可能な範囲（フィールドサイズ）よりも大きいため、撮像領域を複数の露光領域に分割し、これら分割されたパターンを繋ぎ合わせることで所望の撮像領域を形成する分割露光法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１６】
また、近年の固体撮像素子では、画素の高集積化に伴って様々な製造ばらつき（マスク寸法差、マイクロレンズのディストーション成分、１ショット内の露光量分布、マスクのアライメント精度、レジスト特性の経時変化等）が発生するため、カラーフィルタの寸法や形状のばらつき、あるいは位置ずれが生じ、隣接するカラーフィルタどうしが重なって形成される場合や隙間が空いて形成される場合がある。
【００１７】
上述の固体撮像素子の製造方法では、カラーフィルタの角部は露光装置の解像度の低下により円弧状に形成されるため、このような角部にもカラーフィルタが形成されない隙間が生じる。また、上述したようにカラーレジストの露光に用いる紫外線の照射エネルギーが必要以上に大きい場合や、隣接するカラーフィルタの位置関係が設計値よりも接近する形で位置合わせされた場合には、隣接するカラーフィルタどうしが重なることもある。これらカラーフィルタの重なりや隙間を無くす一例が、例えば特許文献２で開示されている。特許文献２では、３種類のカラーフィルタを順次重ねて形成し、その後最下層のカラーフィルタが露出するまで上層のカラーフィルタを除去することで隣接するカラーフィルタ間の隙間を無くす手法が記載されている。
【００１８】
【特許文献１】
特開平５−６８４９号公報
【特許文献２】
特開平１０−２０９４１０号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように固体撮像素子のカラーフィルタは、通常、フォトリソグラフィー技術を用いて製造される。また、幅が数ミクロン程度となる近年の固体撮像素子の画素を正確に形成するためには縮小投影露光装置、いわゆるステッパーと呼ばれる露光装置を用いてパターンが露光される。
【００２０】
カラーフィルタの形成時に製造プロセスのばらつきやマスクの位置ずれが発生した場合、そのばらつき量によってカラーフィルタの寸法や位置が変化するため、露光ショット毎にカラーフィルタの形状、寸法、カラーフィルタ間の隙間や重なり量が異なってしまう。また、上記Ｒフィルタを形成するための紫外線照射時に、Ｇフィルタに囲まれる領域の幅よりも狭いマスクを用いた場合も、製造プロセスのばらつきやマスクの位置ずれによってＲフィルタの寸法や位置が変化するため、カラーフィルタ間の隙間や重なり量が露光ショット面内で分布をもつように変化する、或いは露光ショット毎にも変動することがあった。
【００２１】
チップサイズが露光装置のフィールドサイズ内に収まる一般的な固体撮像素子の場合、一度の露光処理でパターンが形成される。その場合、上記のようにカラーフィルタ間で隙間や重なりが存在すると、隙間や重なりはチップ面内で連続的に２次元的に変化するような形で発生するため、光電変換部に入射する光量は２次元的な分布を持った形で撮像領域内で変化する。したがって、出力される画素信号には隙間の幅や重なり量の変化に対応したシェーディング成分や混色成分が含まれることになり、撮像画像の劣化の原因となっていた。
【００２２】
また、上述した分割露光法により形成された固体撮像素子では、分割された露光領域毎にカラーフィルタの寸法や位置が変化するため、各露光領域のカラーフィルタを同一の寸法で、かつ同じアライメント状態で形成することが極めて困難である。
【００２３】
被写体からの光は、例えば、図１０のａ、またはｂで示すような光路で固体撮像素子の表面に形成されたマイクロレンズに入射される。ここで、光線ａは、マイクロレンズ、第１の平坦化層、第２の平坦化層、カラーフィルタ、及び複数の層間絶縁膜を透過して光電変換部へ到達する。また、光線ｂのように画素の境界部位に入射した光はカラーフィルタの境界や配線層で、散乱、反射、屈折、回折などを起こした後、その成分の一部が光電変換部に到達する。
【００２４】
カラーフィルタの境界部分に隙間があると、入射する光の絶対量は、同じ隙間にカラーフィルタが存在する場合と比較して約３倍となるため、隙間の幅が異なる場合は散乱、反射、屈折、回折などにより光電変換部に到達する光の量が変化してしまう。さらに、隣接するカラーフィルタどうしで重なりや隙間があると、カラーフィルタ上に形成される第２の平坦化膜の表面が十分に平坦化されず、カラーフィルタの重なり部位や隙間部位で凹凸が生じてしまう。
【００２５】
例えば、カラーフィルタの隙間部位上に生じる第２の平坦化膜の凹部は、図１１（ａ）に示すようにレンズと同様に作用して入射光を分散させる。その結果、分散された光がカラーフィルタを通過して光電変換部へ到達し、画素間で入射光量にばらつきが生じてしまう。
【００２６】
一方、カラーフィルタの重なり部位では、膜厚が厚いカラーフィルタを通過することで光電変換部に到達する光の光量が減衰するため、画素間で入射光量にばらつきが生じてしまう。また、隣接するカラーフィルタは、通常、色が異なっているため、カラーフィルタの重なり部位を通過することで混色した光が光電変換部に到達してしまう。さらに、カラーフィルタの重なり部位上に図１１（ｂ）に示すように第２の平坦化膜の凸部が発生するため、第２の平坦化膜の凸部による光の屈折により光電変換部に間接的に入射する光の量が変化する。したがって、同一条件で被写体からの光が各画素に入射されても光電変換部に入射される光の絶対量は画素毎に異なってしまう。
【００２７】
したがって、上述した分割露光法を用いてカラーフィルタを形成する場合は、図１２、あるいは図１３に示すように分割された露光領域（第１の露光領域、第２の露光領域）毎にカラーフィルタの重なり量や隙間量が変わるため、このことが各露光領域における入射光量に対する画素信号の電圧値（光検出感度）の差に反映され、撮像画像の明暗の相違として認識されてしまう。よって、分割露光法で形成された固体撮像素子を用いて撮像を行った場合、分割された露光領域の境界に対応する撮像画像の部位に目視で確認できるスジ状の画像ムラが発生してしまう問題があった。
【００２８】
カラーフィルタの重なりや隙間は、上述したように主として露光工程に起因して発生する。したがって、露光に用いるマスク寸法の高精度化、マスクの位置ずれ補正、あるいは各露光領域における露光エネルギー差の補正、カラーフィルタとなるレジスト特性の均一化等、様々な手法を用いることで重なり量や隙間量を小さくすることはできる。しかしながら、露光領域内におけるプロセスばらつき、面内分布を完全にゼロに抑えることは不可能であり、しかも上記分割露光法を採用する限り露光領域間の露光工程差を完全に無くすことは不可能であり、各露光領域における光検出感度の差を一定値以下に抑え込むことは従来困難であった。
【００２９】
本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、一般的なフォトリソグラフィー技術によってカラーフィルタを形成するときに発生する光電変換部特性の面内分布を飛躍的に低減すること、また分割露光法を用いてカラーフィルタを形成することで発生する、各露光領域間の撮像画像の画像ムラを低減できる固体撮像素子の製造方法及び固体撮像素子を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の固体撮像素子の製造方法は、ネガ型カラーレジストから成る複数色のカラーフィルタを有する固体撮像素子の製造方法であって、
所定の膜上に第１のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストを全面に塗布し、
所定の位置に露光光を照射し、現像することで前記第１のカラーフィルタを形成し、
前記第１のカラーフィルタを覆うように第２のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストを全面に塗布し、
前記第２のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストの前記第１のカラーフィルタで囲まれる領域よりも小さい領域に、少なくとも前記第２のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストの側面が前記第１のカラーフィルタの側面に接するまで、標準的な露光条件によりも過剰な露光条件で露光光を照射し、現像することで前記第２のカラーフィルタを形成する方法である。
【００３１】
上記のような固体撮像素子の製造方法では、第２のカラーフィルタの露光時に、例えば露光条件を標準的条件から変えることで第２のカラーフィルタのパターンを太くすることが可能になる。このとき、製造プロセスのばらつきやアライメント状態のばらつきが存在する場合でも、第２のカラーフィルタの寸法及び位置は、先に形成された隣接する第１のカラーフィルタの大きさで規定されて隙間なく安定して形成される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に本発明について図面を参照して説明する。
【００３３】
（第１実施例）
図１は本発明の固体撮像素子の第1実施例の製造手順を示す断面図である。
【００３４】
なお、図１に示す固体撮像素子は、画素ピッチが９μｍであり、カラーフィルタは図１２及び図１３で示した従来の固体撮像素子と同様にベイヤ配列された構成とする。また、固体撮像素子の構成は、カラーフィルタの形状が異なることを除けば図８に示した従来の固体撮像素子と同様であるため、その説明は省略する。
【００３５】
本実施例の固体撮像素子の製造方法では、まず、図１（ａ）に示すように、第１の平坦化膜の表面に、例えば緑（Ｇ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジストを塗布する。続いて、Ｇフィルタの形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、現像することで第１の平坦化膜４上にＧフィルタ３Ｇを形成する。本実施例では、Ｇフィルタ３Ｇのパターン寸法がボトム部位（第１の平坦化膜側）で９．０μｍとなるように形成する。
【００３６】
次に、図１（ｂ）に示すように、赤（Ｒ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジスト３Ａを、Ｇフィルタ３Ｇを覆うように第１の平坦化膜４上の全面に塗布し、Ｒフィルタ３Ｒの形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射する。
【００３７】
本実施例の固体撮像素子の製造方法では、マスクが位置ずれを起こしてもＲフィルタ３ＲがＧフィルタ３Ｇに重なって形成されることのない、例えば図１（ｂ）に示すようにＧフィルタ３Ｇで囲まれる領域のエッジから０．２５μｍ離れた８．５μｍ角の透過部が形成されたマスクを用いて紫外線を照射する。
【００３８】
ここで、紫外線の照射エネルギーが小さい場合、現像の後、Ｒフィルタ３Ｒは、図１（ｃ）に示すようにＧフィルタ３Ｇに囲まれた領域の中に島状に孤立して形成される。また、紫外線の照射エネルギーを増加させると（オーバー露光）、照射エネルギーの増加に伴ってＲフィルタ３Ｒは次第に太くなり、図１（ｄ）に示すようにＧフィルタ３Ｇのエッジと接触する。さらに、紫外線の照射エネルギーを増加させると、Ｇフィルタ３Ｇで囲まれる領域が埋まるまでＲフィルタ３Ｒの寸法が増加し、照射エネルギーを最適化することで、図１（ｅ）のようにＧフィルタ３Ｇに囲まれた領域内にほぼ完全にＲフィルタ３Ｒが埋設される。
【００３９】
このとき、照射エネルギーを増加させてもＧフィルタ３Ｇのエッジと接触した段階でＲフィルタ３Ｒの寸法増加が抑制されるため、Ｒフィルタ３ＲはＧフィルタ３Ｇ上に乗り上げることはない。このことは、Ｒフィルタ３Ｒの寸法がＧフィルタ３Ｇの形状、寸法によって規定されることを示している。
【００４０】
したがって、本実施例の固体撮像素子の製造方法によれば、製造プロセスのばらつきやアライメント状態のばらつきが存在する場合でも、カラーフィルタの寸法及び位置は、先に形成された隣接するカラーフィルタの大きさで規定されて隙間なく安定して形成される。
【００４１】
また、分割露光を用いて形成する固体撮像素子のカラーフィルタ製造工程に適用することで、露光ショット間でプロセスばらつきが存在する場合でも、図２に示すように隣接するカラーフィルタ間の間隔を露光領域（第１の露光領域、第２の露光領域）毎にほぼ同等に保つことが可能になり、各露光領域間の撮像画像の画像ムラを低減できる。
【００４２】
本実施例の固体撮像素子を用いて撮像した画像には、カラーフィルタの製造工程で分割露光法を用いても、各露光領域の境界に対応する撮像画像の部位に目視で確認できるスジ状の画像ムラは認められなかった。
【００４３】
（第２実施例）
図３は本発明の固体撮像素子の第２実施例の製造手順を示す断面図である。
【００４４】
なお、図３に示す固体撮像素子は、第１実施例と同様に、画素ピッチが９μｍであり、カラーフィルタはベイヤ配列された構成とする。
【００４５】
第２実施例の固体撮像素子の製造方法では、まず、図３（ａ）に示すように、第１の平坦化膜４の表面に、例えば緑（Ｇ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジストを塗布する。続いて、Ｇフィルタ１３Ｇの形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、現像することで第１の平坦化膜４上にＧフィルタ１３Ｇを形成する。
【００４６】
本実施例では、Ｇフィルタ１３Ｇの露光時に照度分布を持つように紫外線を照射する。すなわち、露光する領域のエッジ部における露光コントラストを下げることで、Ｇフィルタ１３Ｇのパターン寸法がボトム部位（第１の平坦化膜側）で９．１μｍとなるように形成する。この場合、Ｇフィルタ１３Ｇのエッジは図３（ａ）に示すようにテーパー状になる。なお、露光領域のエッジにおける露光コントラストを下げる方法としては、露光光のフォーカスをずらせばよい。
【００４７】
次に、図３（ｂ）に示すように、赤（Ｒ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジスト１３Ａを、Ｇフィルタ１３Ｇを覆うように第１の平坦化膜４上の全面に塗布し、Ｒフィルタ１３Ｒの形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射する。
【００４８】
第２実施例では、Ｇフィルタ１３Ｇで囲まれる領域の幅が８．９μｍであり、Ｇフィルタ１３Ｇのエッジから離れた領域内に紫外線を照射する。具体的には、Ｒフィルタ１３Ｒ形成時に、マスクが位置ずれを起こしてもＲフィルタ３ＲがＧフィルタ３Ｇに重なって形成されることのない、Ｇフィルタ１３Ｇのエッジから０．２５μｍ離れた８．４μｍ角の領域内に紫外線を照射する。
【００４９】
ここで、紫外線の照射エネルギーが小さい場合は、現像後、Ｒフィルタ１３Ｒは、図３（ｃ）に示すようにＧフィルタ１３Ｇで囲まれた領域の中に島状に孤立して形成される。また、紫外線の照射エネルギーを増加させると、照射エネルギーの増加に伴ってＲフィルタ１３Ｒは次第に太くなり、図３（ｄ）に示すようにＧフィルタ１３Ｇのエッジと接触する。さらに、紫外線の照射エネルギーを増加させると、Ｇフィルタ１３Ｇで囲まれる領域内が埋まるまでＲフィルタ１３Ｒの寸法が増加し、照射エネルギーを最適化することで、図３（ｅ）に示すようにＧフィルタに囲まれた領域内にほぼ完全にＲフィルタ１３Ｒが埋設される。このとき、Ｒフィルタ１３Ｒのエッジは図３（ｅ）に示すようにＧフィルタ１３Ｇの形状と合うように逆テーパ−状になる。
【００５０】
本実施例では、Ｇフィルタ１３Ｇのエッジをテーパー状に形成することで、Ｒフィルタ１３Ｒを埋め込み形成する際、Ｇフィルタ１３Ｇのエッジに局所的な変形等が存在する場合でも埋め込み部分にボイドなどの欠陥が発生しにくくなった。なお、隣接するカラーフィルタどうしのテーパー部の重なり量は、隙間からの光の透過を完全に防止するために０．１μｍ以上であることが望ましい。
【００５１】
本実施例では、各カラーフィルタのエッジがテーパー状に形成されるため、隣接するカラーフィルタどうしの接合部分に隙間が生じないようになる。
【００５２】
したがって、分割露光を用いて形成する固体撮像素子のカラーフィルタ製造工程に適用することで、露光ショット間でプロセスばらつきが存在する場合でも、隣接するカラーフィルタ間の間隔を露光領域毎にほぼ同等に保つことができる。
【００５３】
なお、本実施例では、Ｒフィルタ１３Ｒの形成時に紫外線の照射エネルギーが少ないと、図４（ａ）に示すように、カラーフィルタのエッジ部で上面に僅かな隙間が生じる。また、Ｒフィルタ１３Ｒの形成時に紫外線の照射エネルギーが多いと、図４（ｂ）に示すように、カラーフィルタのエッジ部で上面に僅かな重なりが生じる。しかしながら、このような構成でも隣接するカラーフィルタ１３間の隙間からの光の進入が防止され、カラーフィルタ１３上に形成される第２の平坦化膜２の表面に発生する凹凸も小さくなる。したがって、画素間での光電変換部に到達する入射光量のばらつきが発生しない。
【００５４】
また、本実施例では、カラーフィルタ１３のエッジは、図５（ａ）に示すようにテーパー状あるいは逆テーパー状である必要はなく、隣接するカラーフィルタどうしが組み合わされる形状であれば、例えば、図５（ｂ）、（ｃ）に示すようにカラーフィルタ１３のエッジが楔形に形成されていてもよい。このような形状はカラーレジストの露光する領域のエッジ部における露光コントラストを変化させることで実現可能である。
【００５５】
（第３実施例）
図６は本発明の固体撮像素子の第３実施例の製造手順を示す断面図である。
【００５６】
なお、図６に示す固体撮像素子は、第１実施例と同様に、画素ピッチが９μｍであり、カラーフィルタはベイヤ配列された構成とする。
【００５７】
第３実施例の固体撮像素子の製造方法では、まず、第１実施例と同様に第１の平坦化膜４の表面に、例えば緑（Ｇ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジストを塗布する。続いて、Ｇフィルタ２３Ｇの形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、現像することで、図６（ａ）に示すように第１の平坦化膜上にＧフィルタ２３Ｇを形成する。本実施例では、Ｇフィルタ２３Ｇの露光時に照度分布を持つように紫外線を照射する。すなわち、露光する領域のエッジ部における露光コントラストを下げることで、Ｇフィルタのパターン寸法がボトム部位（第１の平坦化膜４側）で９．１μｍとなるように形成する。この場合、Ｇフィルタ２３Ｇのエッジは図６（ａ）に示すようにテーパー状になる。なお、露光領域のエッジにおける露光コントラストを下げる方法としては、露光光のフォーカスをずらせばよい。
【００５８】
次に、図６（ｂ）に示すように、赤（Ｒ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジスト２３ＡをＧフィルタ２３Ｇを覆うように第１の平坦化膜４上の全面に塗布し、Ｒフィルタ２３Ｒの形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射する。
【００５９】
このとき、第２実施例と同様にＧフィルタ２３Ｇで囲まれる領域の幅は８．９μｍであり、第３実施例では、このＧフィルタ２３Ｇで囲まれる領域内を、照度分布を持つように紫外線を照射する（図６（ｂ）参照）。すなわち、露光する領域のエッジにおける露光コントラストを下げて形成する。
【００６０】
ここで、紫外線の照射エネルギーが小さい場合は、現像後に図６（ｃ）に示すようにＧフィルタ２３Ｇで囲まれる領域の中に島状に孤立してＲフィルタ２３Ｒが形成される。
【００６１】
一方、照射エネルギーを増加させると、Ｒフィルタ２３Ｒは次第に太くなり、図６（ｄ）に示すように、Ｇフィルタ２３Ｇのエッジ部分と接触する。さらに、照射エネルギーを増加させると、Ｇフィルタ２３Ｇで囲まれる領域を埋めるようにパターン寸法が増加する。
【００６２】
したがって、照射エネルギーを最適化することで、図６（ｅ）に示すようにＧフィルタ２３で囲まれる領域をほぼ完全に埋めるようにＲフィルタ２３Ｒを形成できる。
【００６３】
本実施例では、第２実施例と同様に、各カラーフィルタ２３のエッジがテーパー状に形成されるため、隣接するカラーフィルタどうしの接合部分に隙間が生じないようになる。
【００６４】
したがって、分割露光を用いて形成する固体撮像素子のカラーフィルタ製造工程に適用することで、露光ショット間でプロセスばらつきが存在する場合でも、隣接するカラーフィルタ間の間隔を露光領域毎にほぼ同等に保つことができる。
【００６５】
なお、上記第２実施例及び第３実施例では、露光領域のエッジにおける露光コントラストを下げる方法として、露光光のフォーカスをマスク表面からずらす方法を用いたが、マスクのエッジの透過率を段階的に変化させ（光学濃度にグラデーションを持たせることで）、露光領域のエッジ部位における露光コントラストを下げても良好な結果を得ることができる。
【００６６】
また、上記第１実施例〜第３実施例の説明では、Ｇフィルタを形成した後、Ｒフィルタを形成する例を示したが、カラーフィルタの形成順は、この順に限定されるものではなく、Ｇフィルタ、Ｒフィルタ、及び青のカラーフィルタ（以下、Ｂフィルタと称す）を任意の順に形成してもよい。その場合、後から形成する２色のフィルタを各実施例のＲフィルタの形成方法と同様の手法を用いて形成すればよい。
【００６７】
（第４実施例）
図７は本発明の固体撮像素子の第４実施例の構成を示す上面図である。
【００６８】
図２に示したように、カラーフィルタの角部は、辺と異なって露光の際のコントラストが小さくなるため、製造プロセスのばらつきに起因してパターンの形状が変化しやすい問題がある。
【００６９】
本実施例では、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、露光コントラストが小さくなるカラーフィルタの角部を、隣接するカラーフィルタのうち、いずれか一方で埋めることで隙間を無くす構成である。
【００７０】
カラーフィルタの角部には、露光時に用いるマスクの透過部の角部に隙間を埋めるための微少パターンを設け、該マスクを用いてカラーレジストを露光すればよい。
【００７１】
このようにカラーフィルタの角部を隣接するカラーフィルタで埋めることで、角部の隙間のばらつきによる各露光領域間の撮像画像の画像ムラが低減される。特に第１実施例〜第３実施例の製造方法と第４実施例とを組み合わせることで、カラーフィルタ間の隙間が完全に無くなるため、各露光領域間の撮像画像の画像ムラを第１実施例〜第３実施例よりもさらに低減できる。
【００７２】
なお、図７（ａ）は各カラーフィルタの角部にＧフィルタが形成された例、図７（ｂ）は各カラーフィルタの角部にＢフィルタが形成された例、図７（ｃ）は各カラーフィルタの角部にＲフィルタが形成された例を示している。
【００７３】
次に本発明の実地態様の例を以下に列挙する。
【００７４】
〔実地態様１〕ネガ型カラーレジストから成る複数色のカラーフィルタを有する固体撮像素子の製造方法であって、
所定の膜上に第１のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストを全面に塗布し、
所定の位置に露光光を照射し、現像することで前記第１のカラーフィルタを形成し、
前記第１のカラーフィルタを覆うように第２のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストを全面に塗布し、
前記第１の囲まれる領域よりも小さい領域に露光光を照射し、現像することで前記第２のカラーフィルタを形成する固体撮像素子の製造方法。
【００７５】
〔実地態様２〕前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジで、標準的な露光条件よりもオーバー露光させる実地態様１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【００７６】
〔実地態様３〕前記第１のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ、または前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジの少なくともいずれか一方で、露光コントラストを標準的な露光条件よりも小さくする実地態様１記載の固体撮像素子の製造方法。
【００７７】
〔実地態様４〕前記第１のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ、または前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジの少なくともいずれか一方で、露光光の焦点位置を標準的な露光条件からずらす実地態様２または３記載の固体撮像素子の製造方法。
【００７８】
〔実地態様５〕前記第１のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ、または前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジの少なくともいずれか一方で、露光光の光学濃度にグラデーションを持たせる実地態様２乃至４のいずれか１つの実地態様記載の固体撮像素子の製造方法。
【００７９】
〔実地態様６〕複数色のカラーフィルタを有する固体撮像素子であって、
隣接するカラーフィルタどうしが互いに組み合わされるように、該カラーフィルタのエッジがテーパ−状、または逆テーパー状である固体撮像素子。
【００８０】
〔実地態様７〕複数色のカラーフィルタを有する固体撮像素子であって、
隣接するカラーフィルタどうしが互いに組み合わされるように、該カラーフィルタのエッジが楔形である固体撮像素子。
【００８１】
〔実地態様８〕隣接するカラーフィルタのうち、少なくともいずれか一方のカラーフィルタが角部に形成された実施態様６または７記載の固体撮像素子。
【００８２】
〔実地態様９〕隣接するカラーフィルタどうしの重なり量が０．１μｍ以上である実施態様６乃至８のいずれか１つの実施態様に記載の固体撮像素子。
【００８３】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【００８４】
製造プロセスのばらつきやアライメント状態のばらつきが存在する場合でも、カラーフィルタの寸法及び位置は、隣接するカラーフィルタの大きさで規定されて隙間なく安定して形成される。
【００８５】
また、分割露光を用いて形成する固体撮像素子のカラーフィルタ製造工程に適用することで、露光ショット間でプロセスばらつきが存在する場合でも、隣接するカラーフィルタ間の間隔を露光領域毎にほぼ同等に保つことが可能になり、各露光領域間の撮像画像の画像ムラを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像素子の第1実施例の製造手順を示す断面図である。
【図２】分割露光法を用いて形成された本発明のカラーフィルタの位置関係を示す上面図である。
【図３】本発明の固体撮像素子の第２実施例の製造手順を示す断面図である。
【図４】図３に示した固体撮像素子が有するカラーフィルタの形状例を示す要部拡大図である。
【図５】図３に示した固体撮像素子が有するカラーフィルタの他の形状例を示す要部拡大図である。
【図６】本発明の固体撮像素子の第３実施例の製造手順を示す断面図である。
【図７】本発明の固体撮像素子の第４実施例の構成を示す上面図である。
【図８】従来の固体撮像素子の構造を示す側断面図である。
【図９】図８に示した従来のカラーフィルタの形成手順を示す側断面図である。
【図１０】固体撮像素子に入射される被写体からの光の光路例を示す側断面図である。
【図１１】図９に示した従来の固体撮像素子が有するカラーフィルタ位置ずれ及び第１の平坦化膜の形状例を示す要部拡大図である。
【図１２】分割露光法を用いて形成された従来のカラーフィルタの位置関係を示す上面図である。
【図１３】分割露光法を用いて形成された従来のカラーフィルタの位置関係を示す上面図である。
【符号の説明】
２ 第２の平坦化膜
３Ａ、１３Ａ、２３Ａ カラーレジスト
３Ｇ、１３Ｇ、２３Ｇ Ｇフィルタ
３Ｒ、１３Ｒ、２３Ｒ Ｒフィルタ
４ 第１の平坦化膜
【発明の属する技術分野】
本発明はカラー画像を撮像するためのカラーフィルタを有する固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラービデオカメラやカラースチルカメラ等で用いる固体撮像素子として図８に示す構成が知られている。
【０００３】
図８は従来の固体撮像素子の構造を示す側断面図である。
【０００４】
図８に示すように、固体撮像素子は、半導体基板１００の表面近傍に、入射光量に応じた信号電荷を発生する光電変換部１１０を備えた構成である。光電変換部１１０は格子状に配列された複数の画素毎に設けられている。
【０００５】
各画素には、光電変換部１１０で発生した信号電荷に対応する画素信号を生成し、固体撮像素子のエッジに設けられた垂直走査回路（不図示）からの制御信号にしたがって水平走査回路（不図示）へ該画素信号を転送するための駆動回路が形成されている。
【０００６】
図８に示すように、半導体基板１００上には、上記駆動回路を構成するトランジスタのゲート電極１０９が形成され、その上には駆動回路の回路構成に応じて複数の配線層が形成されている。なお、図８では２つの配線層１０５、１０７が形成された構成例を示している。また、ゲート電極下の半導体基板にはトランジスタのソース・ドレインとなる不図示の拡散層が形成されている。
【０００７】
配線層にはアルミニウム（Ａｌ）等を用いて所望の形状にパターニングされた配線が形成され、各配線層間は、例えばＳｉＯ2から成る層間絶縁膜１０６、１０８で絶縁されている。
【０００８】
また、最も上の配線層１０５上には、その配線を覆うようにして、例えばアクリル系樹脂からなる第１の平坦化膜１０４が形成され、第１の平坦化膜１０４上には各画素に対応して入射光を分光するためのカラーフィルタ１０３が設けられている。カラーフィルタ１０３は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の顔料を含むフォトレジストを用いて、画素毎に１色のカラーフィルタで覆われるように形成される。
【０００９】
カラーフィルタ１０３上には、光透過性を有する第２の平坦化膜１０２が形成され、その上には光電変換部１１０に入射光を集光するための集光レンズであるマイクロレンズ１０１が形成されている。
【００１０】
図９は図８に示した従来のカラーフィルタの形成手順を示す側断面図である。
【００１１】
図８に示したカラーフィルタを形成する場合、まず、第１の平坦化膜１０４の表面に、例えば緑（Ｇ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジストを塗布する。続いて、緑のカラーフィルタ（以下、Ｇフィルタと称す）の形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、現像することで、図９（ａ）に示すように第１の平坦化膜上にＧフィルタ１０３Ｇを形成する。このとき、Ｇフィルタ１０３Ｇのパターン寸法はボトム部位（第１の平坦化膜１０４側）で９．０μｍとする。
【００１２】
次に、図９（ｂ）に示すように、赤（Ｒ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジスト１０３Ａを、Ｇフィルタ１０３Ｇを覆うように第１の平坦化膜１０４上の全面に塗布し、赤のカラーフィルタ（以下、Ｒフィルタと称す）の形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射する。
【００１３】
ここで、従来の固体撮像素子の製造方法では、Ｇフィルタ１０３Ｇで囲まれる領域の幅に等しい９．０μｍ幅の透過部が形成されたマスクを用いて紫外線を照射し（図９（ｂ）参照）、現像することでＲフィルタ１０３Ｒを形成する。この場合、図９（ｃ）に示すようにＲフィルタ１０３ＲのエッジはＧフィルタ１０３Ｇと接する部位で***する。さらに、紫外線の照射エネルギーを増加させると、図９（ｄ）に示すように照射エネルギーの増加に伴ってＧフィルタ１０３Ｇのエッジに乗り上げてゆく。なお、従来の固体撮像素子の製造方法では、Ｇフィルタで囲まれる領域の幅よりもわずかに狭い透過部を備えたマスクを用いて紫外線を照射することでＲフィルタ１０３Ｒを形成する場合もある。
【００１４】
なお、カラーフィルタを除く他の構成要素の製造方法については、本発明の特徴と関係がないため、ここでは詳細な説明を省略するが、それぞれの構成要素に最適な形状が得られれば、周知のどのような製造方法を用いて形成してもよい。
【００１５】
ところで、チップサイズの大きな固体撮像素子では、上記垂直走査回路及び水平走査回路を含む撮像領域が露光装置の１ショットで露光可能な範囲（フィールドサイズ）よりも大きいため、撮像領域を複数の露光領域に分割し、これら分割されたパターンを繋ぎ合わせることで所望の撮像領域を形成する分割露光法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１６】
また、近年の固体撮像素子では、画素の高集積化に伴って様々な製造ばらつき（マスク寸法差、マイクロレンズのディストーション成分、１ショット内の露光量分布、マスクのアライメント精度、レジスト特性の経時変化等）が発生するため、カラーフィルタの寸法や形状のばらつき、あるいは位置ずれが生じ、隣接するカラーフィルタどうしが重なって形成される場合や隙間が空いて形成される場合がある。
【００１７】
上述の固体撮像素子の製造方法では、カラーフィルタの角部は露光装置の解像度の低下により円弧状に形成されるため、このような角部にもカラーフィルタが形成されない隙間が生じる。また、上述したようにカラーレジストの露光に用いる紫外線の照射エネルギーが必要以上に大きい場合や、隣接するカラーフィルタの位置関係が設計値よりも接近する形で位置合わせされた場合には、隣接するカラーフィルタどうしが重なることもある。これらカラーフィルタの重なりや隙間を無くす一例が、例えば特許文献２で開示されている。特許文献２では、３種類のカラーフィルタを順次重ねて形成し、その後最下層のカラーフィルタが露出するまで上層のカラーフィルタを除去することで隣接するカラーフィルタ間の隙間を無くす手法が記載されている。
【００１８】
【特許文献１】
特開平５−６８４９号公報
【特許文献２】
特開平１０−２０９４１０号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように固体撮像素子のカラーフィルタは、通常、フォトリソグラフィー技術を用いて製造される。また、幅が数ミクロン程度となる近年の固体撮像素子の画素を正確に形成するためには縮小投影露光装置、いわゆるステッパーと呼ばれる露光装置を用いてパターンが露光される。
【００２０】
カラーフィルタの形成時に製造プロセスのばらつきやマスクの位置ずれが発生した場合、そのばらつき量によってカラーフィルタの寸法や位置が変化するため、露光ショット毎にカラーフィルタの形状、寸法、カラーフィルタ間の隙間や重なり量が異なってしまう。また、上記Ｒフィルタを形成するための紫外線照射時に、Ｇフィルタに囲まれる領域の幅よりも狭いマスクを用いた場合も、製造プロセスのばらつきやマスクの位置ずれによってＲフィルタの寸法や位置が変化するため、カラーフィルタ間の隙間や重なり量が露光ショット面内で分布をもつように変化する、或いは露光ショット毎にも変動することがあった。
【００２１】
チップサイズが露光装置のフィールドサイズ内に収まる一般的な固体撮像素子の場合、一度の露光処理でパターンが形成される。その場合、上記のようにカラーフィルタ間で隙間や重なりが存在すると、隙間や重なりはチップ面内で連続的に２次元的に変化するような形で発生するため、光電変換部に入射する光量は２次元的な分布を持った形で撮像領域内で変化する。したがって、出力される画素信号には隙間の幅や重なり量の変化に対応したシェーディング成分や混色成分が含まれることになり、撮像画像の劣化の原因となっていた。
【００２２】
また、上述した分割露光法により形成された固体撮像素子では、分割された露光領域毎にカラーフィルタの寸法や位置が変化するため、各露光領域のカラーフィルタを同一の寸法で、かつ同じアライメント状態で形成することが極めて困難である。
【００２３】
被写体からの光は、例えば、図１０のａ、またはｂで示すような光路で固体撮像素子の表面に形成されたマイクロレンズに入射される。ここで、光線ａは、マイクロレンズ、第１の平坦化層、第２の平坦化層、カラーフィルタ、及び複数の層間絶縁膜を透過して光電変換部へ到達する。また、光線ｂのように画素の境界部位に入射した光はカラーフィルタの境界や配線層で、散乱、反射、屈折、回折などを起こした後、その成分の一部が光電変換部に到達する。
【００２４】
カラーフィルタの境界部分に隙間があると、入射する光の絶対量は、同じ隙間にカラーフィルタが存在する場合と比較して約３倍となるため、隙間の幅が異なる場合は散乱、反射、屈折、回折などにより光電変換部に到達する光の量が変化してしまう。さらに、隣接するカラーフィルタどうしで重なりや隙間があると、カラーフィルタ上に形成される第２の平坦化膜の表面が十分に平坦化されず、カラーフィルタの重なり部位や隙間部位で凹凸が生じてしまう。
【００２５】
例えば、カラーフィルタの隙間部位上に生じる第２の平坦化膜の凹部は、図１１（ａ）に示すようにレンズと同様に作用して入射光を分散させる。その結果、分散された光がカラーフィルタを通過して光電変換部へ到達し、画素間で入射光量にばらつきが生じてしまう。
【００２６】
一方、カラーフィルタの重なり部位では、膜厚が厚いカラーフィルタを通過することで光電変換部に到達する光の光量が減衰するため、画素間で入射光量にばらつきが生じてしまう。また、隣接するカラーフィルタは、通常、色が異なっているため、カラーフィルタの重なり部位を通過することで混色した光が光電変換部に到達してしまう。さらに、カラーフィルタの重なり部位上に図１１（ｂ）に示すように第２の平坦化膜の凸部が発生するため、第２の平坦化膜の凸部による光の屈折により光電変換部に間接的に入射する光の量が変化する。したがって、同一条件で被写体からの光が各画素に入射されても光電変換部に入射される光の絶対量は画素毎に異なってしまう。
【００２７】
したがって、上述した分割露光法を用いてカラーフィルタを形成する場合は、図１２、あるいは図１３に示すように分割された露光領域（第１の露光領域、第２の露光領域）毎にカラーフィルタの重なり量や隙間量が変わるため、このことが各露光領域における入射光量に対する画素信号の電圧値（光検出感度）の差に反映され、撮像画像の明暗の相違として認識されてしまう。よって、分割露光法で形成された固体撮像素子を用いて撮像を行った場合、分割された露光領域の境界に対応する撮像画像の部位に目視で確認できるスジ状の画像ムラが発生してしまう問題があった。
【００２８】
カラーフィルタの重なりや隙間は、上述したように主として露光工程に起因して発生する。したがって、露光に用いるマスク寸法の高精度化、マスクの位置ずれ補正、あるいは各露光領域における露光エネルギー差の補正、カラーフィルタとなるレジスト特性の均一化等、様々な手法を用いることで重なり量や隙間量を小さくすることはできる。しかしながら、露光領域内におけるプロセスばらつき、面内分布を完全にゼロに抑えることは不可能であり、しかも上記分割露光法を採用する限り露光領域間の露光工程差を完全に無くすことは不可能であり、各露光領域における光検出感度の差を一定値以下に抑え込むことは従来困難であった。
【００２９】
本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、一般的なフォトリソグラフィー技術によってカラーフィルタを形成するときに発生する光電変換部特性の面内分布を飛躍的に低減すること、また分割露光法を用いてカラーフィルタを形成することで発生する、各露光領域間の撮像画像の画像ムラを低減できる固体撮像素子の製造方法及び固体撮像素子を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の固体撮像素子の製造方法は、ネガ型カラーレジストから成る複数色のカラーフィルタを有する固体撮像素子の製造方法であって、
所定の膜上に第１のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストを全面に塗布し、
所定の位置に露光光を照射し、現像することで前記第１のカラーフィルタを形成し、
前記第１のカラーフィルタを覆うように第２のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストを全面に塗布し、
前記第２のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストの前記第１のカラーフィルタで囲まれる領域よりも小さい領域に、少なくとも前記第２のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストの側面が前記第１のカラーフィルタの側面に接するまで、標準的な露光条件によりも過剰な露光条件で露光光を照射し、現像することで前記第２のカラーフィルタを形成する方法である。
【００３１】
上記のような固体撮像素子の製造方法では、第２のカラーフィルタの露光時に、例えば露光条件を標準的条件から変えることで第２のカラーフィルタのパターンを太くすることが可能になる。このとき、製造プロセスのばらつきやアライメント状態のばらつきが存在する場合でも、第２のカラーフィルタの寸法及び位置は、先に形成された隣接する第１のカラーフィルタの大きさで規定されて隙間なく安定して形成される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
次に本発明について図面を参照して説明する。
【００３３】
（第１実施例）
図１は本発明の固体撮像素子の第1実施例の製造手順を示す断面図である。
【００３４】
なお、図１に示す固体撮像素子は、画素ピッチが９μｍであり、カラーフィルタは図１２及び図１３で示した従来の固体撮像素子と同様にベイヤ配列された構成とする。また、固体撮像素子の構成は、カラーフィルタの形状が異なることを除けば図８に示した従来の固体撮像素子と同様であるため、その説明は省略する。
【００３５】
本実施例の固体撮像素子の製造方法では、まず、図１（ａ）に示すように、第１の平坦化膜の表面に、例えば緑（Ｇ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジストを塗布する。続いて、Ｇフィルタの形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、現像することで第１の平坦化膜４上にＧフィルタ３Ｇを形成する。本実施例では、Ｇフィルタ３Ｇのパターン寸法がボトム部位（第１の平坦化膜側）で９．０μｍとなるように形成する。
【００３６】
次に、図１（ｂ）に示すように、赤（Ｒ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジスト３Ａを、Ｇフィルタ３Ｇを覆うように第１の平坦化膜４上の全面に塗布し、Ｒフィルタ３Ｒの形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射する。
【００３７】
本実施例の固体撮像素子の製造方法では、マスクが位置ずれを起こしてもＲフィルタ３ＲがＧフィルタ３Ｇに重なって形成されることのない、例えば図１（ｂ）に示すようにＧフィルタ３Ｇで囲まれる領域のエッジから０．２５μｍ離れた８．５μｍ角の透過部が形成されたマスクを用いて紫外線を照射する。
【００３８】
ここで、紫外線の照射エネルギーが小さい場合、現像の後、Ｒフィルタ３Ｒは、図１（ｃ）に示すようにＧフィルタ３Ｇに囲まれた領域の中に島状に孤立して形成される。また、紫外線の照射エネルギーを増加させると（オーバー露光）、照射エネルギーの増加に伴ってＲフィルタ３Ｒは次第に太くなり、図１（ｄ）に示すようにＧフィルタ３Ｇのエッジと接触する。さらに、紫外線の照射エネルギーを増加させると、Ｇフィルタ３Ｇで囲まれる領域が埋まるまでＲフィルタ３Ｒの寸法が増加し、照射エネルギーを最適化することで、図１（ｅ）のようにＧフィルタ３Ｇに囲まれた領域内にほぼ完全にＲフィルタ３Ｒが埋設される。
【００３９】
このとき、照射エネルギーを増加させてもＧフィルタ３Ｇのエッジと接触した段階でＲフィルタ３Ｒの寸法増加が抑制されるため、Ｒフィルタ３ＲはＧフィルタ３Ｇ上に乗り上げることはない。このことは、Ｒフィルタ３Ｒの寸法がＧフィルタ３Ｇの形状、寸法によって規定されることを示している。
【００４０】
したがって、本実施例の固体撮像素子の製造方法によれば、製造プロセスのばらつきやアライメント状態のばらつきが存在する場合でも、カラーフィルタの寸法及び位置は、先に形成された隣接するカラーフィルタの大きさで規定されて隙間なく安定して形成される。
【００４１】
また、分割露光を用いて形成する固体撮像素子のカラーフィルタ製造工程に適用することで、露光ショット間でプロセスばらつきが存在する場合でも、図２に示すように隣接するカラーフィルタ間の間隔を露光領域（第１の露光領域、第２の露光領域）毎にほぼ同等に保つことが可能になり、各露光領域間の撮像画像の画像ムラを低減できる。
【００４２】
本実施例の固体撮像素子を用いて撮像した画像には、カラーフィルタの製造工程で分割露光法を用いても、各露光領域の境界に対応する撮像画像の部位に目視で確認できるスジ状の画像ムラは認められなかった。
【００４３】
（第２実施例）
図３は本発明の固体撮像素子の第２実施例の製造手順を示す断面図である。
【００４４】
なお、図３に示す固体撮像素子は、第１実施例と同様に、画素ピッチが９μｍであり、カラーフィルタはベイヤ配列された構成とする。
【００４５】
第２実施例の固体撮像素子の製造方法では、まず、図３（ａ）に示すように、第１の平坦化膜４の表面に、例えば緑（Ｇ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジストを塗布する。続いて、Ｇフィルタ１３Ｇの形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、現像することで第１の平坦化膜４上にＧフィルタ１３Ｇを形成する。
【００４６】
本実施例では、Ｇフィルタ１３Ｇの露光時に照度分布を持つように紫外線を照射する。すなわち、露光する領域のエッジ部における露光コントラストを下げることで、Ｇフィルタ１３Ｇのパターン寸法がボトム部位（第１の平坦化膜側）で９．１μｍとなるように形成する。この場合、Ｇフィルタ１３Ｇのエッジは図３（ａ）に示すようにテーパー状になる。なお、露光領域のエッジにおける露光コントラストを下げる方法としては、露光光のフォーカスをずらせばよい。
【００４７】
次に、図３（ｂ）に示すように、赤（Ｒ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジスト１３Ａを、Ｇフィルタ１３Ｇを覆うように第１の平坦化膜４上の全面に塗布し、Ｒフィルタ１３Ｒの形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射する。
【００４８】
第２実施例では、Ｇフィルタ１３Ｇで囲まれる領域の幅が８．９μｍであり、Ｇフィルタ１３Ｇのエッジから離れた領域内に紫外線を照射する。具体的には、Ｒフィルタ１３Ｒ形成時に、マスクが位置ずれを起こしてもＲフィルタ３ＲがＧフィルタ３Ｇに重なって形成されることのない、Ｇフィルタ１３Ｇのエッジから０．２５μｍ離れた８．４μｍ角の領域内に紫外線を照射する。
【００４９】
ここで、紫外線の照射エネルギーが小さい場合は、現像後、Ｒフィルタ１３Ｒは、図３（ｃ）に示すようにＧフィルタ１３Ｇで囲まれた領域の中に島状に孤立して形成される。また、紫外線の照射エネルギーを増加させると、照射エネルギーの増加に伴ってＲフィルタ１３Ｒは次第に太くなり、図３（ｄ）に示すようにＧフィルタ１３Ｇのエッジと接触する。さらに、紫外線の照射エネルギーを増加させると、Ｇフィルタ１３Ｇで囲まれる領域内が埋まるまでＲフィルタ１３Ｒの寸法が増加し、照射エネルギーを最適化することで、図３（ｅ）に示すようにＧフィルタに囲まれた領域内にほぼ完全にＲフィルタ１３Ｒが埋設される。このとき、Ｒフィルタ１３Ｒのエッジは図３（ｅ）に示すようにＧフィルタ１３Ｇの形状と合うように逆テーパ−状になる。
【００５０】
本実施例では、Ｇフィルタ１３Ｇのエッジをテーパー状に形成することで、Ｒフィルタ１３Ｒを埋め込み形成する際、Ｇフィルタ１３Ｇのエッジに局所的な変形等が存在する場合でも埋め込み部分にボイドなどの欠陥が発生しにくくなった。なお、隣接するカラーフィルタどうしのテーパー部の重なり量は、隙間からの光の透過を完全に防止するために０．１μｍ以上であることが望ましい。
【００５１】
本実施例では、各カラーフィルタのエッジがテーパー状に形成されるため、隣接するカラーフィルタどうしの接合部分に隙間が生じないようになる。
【００５２】
したがって、分割露光を用いて形成する固体撮像素子のカラーフィルタ製造工程に適用することで、露光ショット間でプロセスばらつきが存在する場合でも、隣接するカラーフィルタ間の間隔を露光領域毎にほぼ同等に保つことができる。
【００５３】
なお、本実施例では、Ｒフィルタ１３Ｒの形成時に紫外線の照射エネルギーが少ないと、図４（ａ）に示すように、カラーフィルタのエッジ部で上面に僅かな隙間が生じる。また、Ｒフィルタ１３Ｒの形成時に紫外線の照射エネルギーが多いと、図４（ｂ）に示すように、カラーフィルタのエッジ部で上面に僅かな重なりが生じる。しかしながら、このような構成でも隣接するカラーフィルタ１３間の隙間からの光の進入が防止され、カラーフィルタ１３上に形成される第２の平坦化膜２の表面に発生する凹凸も小さくなる。したがって、画素間での光電変換部に到達する入射光量のばらつきが発生しない。
【００５４】
また、本実施例では、カラーフィルタ１３のエッジは、図５（ａ）に示すようにテーパー状あるいは逆テーパー状である必要はなく、隣接するカラーフィルタどうしが組み合わされる形状であれば、例えば、図５（ｂ）、（ｃ）に示すようにカラーフィルタ１３のエッジが楔形に形成されていてもよい。このような形状はカラーレジストの露光する領域のエッジ部における露光コントラストを変化させることで実現可能である。
【００５５】
（第３実施例）
図６は本発明の固体撮像素子の第３実施例の製造手順を示す断面図である。
【００５６】
なお、図６に示す固体撮像素子は、第１実施例と同様に、画素ピッチが９μｍであり、カラーフィルタはベイヤ配列された構成とする。
【００５７】
第３実施例の固体撮像素子の製造方法では、まず、第１実施例と同様に第１の平坦化膜４の表面に、例えば緑（Ｇ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジストを塗布する。続いて、Ｇフィルタ２３Ｇの形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射し、現像することで、図６（ａ）に示すように第１の平坦化膜上にＧフィルタ２３Ｇを形成する。本実施例では、Ｇフィルタ２３Ｇの露光時に照度分布を持つように紫外線を照射する。すなわち、露光する領域のエッジ部における露光コントラストを下げることで、Ｇフィルタのパターン寸法がボトム部位（第１の平坦化膜４側）で９．１μｍとなるように形成する。この場合、Ｇフィルタ２３Ｇのエッジは図６（ａ）に示すようにテーパー状になる。なお、露光領域のエッジにおける露光コントラストを下げる方法としては、露光光のフォーカスをずらせばよい。
【００５８】
次に、図６（ｂ）に示すように、赤（Ｒ）の顔料が分散されたネガ型のカラーレジスト２３ＡをＧフィルタ２３Ｇを覆うように第１の平坦化膜４上の全面に塗布し、Ｒフィルタ２３Ｒの形成すべき位置を除いて遮光部が形成されたマスクを用いて、例えば波長３６５ｎｍの紫外線を照射する。
【００５９】
このとき、第２実施例と同様にＧフィルタ２３Ｇで囲まれる領域の幅は８．９μｍであり、第３実施例では、このＧフィルタ２３Ｇで囲まれる領域内を、照度分布を持つように紫外線を照射する（図６（ｂ）参照）。すなわち、露光する領域のエッジにおける露光コントラストを下げて形成する。
【００６０】
ここで、紫外線の照射エネルギーが小さい場合は、現像後に図６（ｃ）に示すようにＧフィルタ２３Ｇで囲まれる領域の中に島状に孤立してＲフィルタ２３Ｒが形成される。
【００６１】
一方、照射エネルギーを増加させると、Ｒフィルタ２３Ｒは次第に太くなり、図６（ｄ）に示すように、Ｇフィルタ２３Ｇのエッジ部分と接触する。さらに、照射エネルギーを増加させると、Ｇフィルタ２３Ｇで囲まれる領域を埋めるようにパターン寸法が増加する。
【００６２】
したがって、照射エネルギーを最適化することで、図６（ｅ）に示すようにＧフィルタ２３で囲まれる領域をほぼ完全に埋めるようにＲフィルタ２３Ｒを形成できる。
【００６３】
本実施例では、第２実施例と同様に、各カラーフィルタ２３のエッジがテーパー状に形成されるため、隣接するカラーフィルタどうしの接合部分に隙間が生じないようになる。
【００６４】
したがって、分割露光を用いて形成する固体撮像素子のカラーフィルタ製造工程に適用することで、露光ショット間でプロセスばらつきが存在する場合でも、隣接するカラーフィルタ間の間隔を露光領域毎にほぼ同等に保つことができる。
【００６５】
なお、上記第２実施例及び第３実施例では、露光領域のエッジにおける露光コントラストを下げる方法として、露光光のフォーカスをマスク表面からずらす方法を用いたが、マスクのエッジの透過率を段階的に変化させ（光学濃度にグラデーションを持たせることで）、露光領域のエッジ部位における露光コントラストを下げても良好な結果を得ることができる。
【００６６】
また、上記第１実施例〜第３実施例の説明では、Ｇフィルタを形成した後、Ｒフィルタを形成する例を示したが、カラーフィルタの形成順は、この順に限定されるものではなく、Ｇフィルタ、Ｒフィルタ、及び青のカラーフィルタ（以下、Ｂフィルタと称す）を任意の順に形成してもよい。その場合、後から形成する２色のフィルタを各実施例のＲフィルタの形成方法と同様の手法を用いて形成すればよい。
【００６７】
（第４実施例）
図７は本発明の固体撮像素子の第４実施例の構成を示す上面図である。
【００６８】
図２に示したように、カラーフィルタの角部は、辺と異なって露光の際のコントラストが小さくなるため、製造プロセスのばらつきに起因してパターンの形状が変化しやすい問題がある。
【００６９】
本実施例では、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、露光コントラストが小さくなるカラーフィルタの角部を、隣接するカラーフィルタのうち、いずれか一方で埋めることで隙間を無くす構成である。
【００７０】
カラーフィルタの角部には、露光時に用いるマスクの透過部の角部に隙間を埋めるための微少パターンを設け、該マスクを用いてカラーレジストを露光すればよい。
【００７１】
このようにカラーフィルタの角部を隣接するカラーフィルタで埋めることで、角部の隙間のばらつきによる各露光領域間の撮像画像の画像ムラが低減される。特に第１実施例〜第３実施例の製造方法と第４実施例とを組み合わせることで、カラーフィルタ間の隙間が完全に無くなるため、各露光領域間の撮像画像の画像ムラを第１実施例〜第３実施例よりもさらに低減できる。
【００７２】
なお、図７（ａ）は各カラーフィルタの角部にＧフィルタが形成された例、図７（ｂ）は各カラーフィルタの角部にＢフィルタが形成された例、図７（ｃ）は各カラーフィルタの角部にＲフィルタが形成された例を示している。
【００７３】
次に本発明の実地態様の例を以下に列挙する。
【００７４】
〔実地態様１〕ネガ型カラーレジストから成る複数色のカラーフィルタを有する固体撮像素子の製造方法であって、
所定の膜上に第１のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストを全面に塗布し、
所定の位置に露光光を照射し、現像することで前記第１のカラーフィルタを形成し、
前記第１のカラーフィルタを覆うように第２のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストを全面に塗布し、
前記第１の囲まれる領域よりも小さい領域に露光光を照射し、現像することで前記第２のカラーフィルタを形成する固体撮像素子の製造方法。
【００７５】
〔実地態様２〕前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジで、標準的な露光条件よりもオーバー露光させる実地態様１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【００７６】
〔実地態様３〕前記第１のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ、または前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジの少なくともいずれか一方で、露光コントラストを標準的な露光条件よりも小さくする実地態様１記載の固体撮像素子の製造方法。
【００７７】
〔実地態様４〕前記第１のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ、または前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジの少なくともいずれか一方で、露光光の焦点位置を標準的な露光条件からずらす実地態様２または３記載の固体撮像素子の製造方法。
【００７８】
〔実地態様５〕前記第１のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ、または前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジの少なくともいずれか一方で、露光光の光学濃度にグラデーションを持たせる実地態様２乃至４のいずれか１つの実地態様記載の固体撮像素子の製造方法。
【００７９】
〔実地態様６〕複数色のカラーフィルタを有する固体撮像素子であって、
隣接するカラーフィルタどうしが互いに組み合わされるように、該カラーフィルタのエッジがテーパ−状、または逆テーパー状である固体撮像素子。
【００８０】
〔実地態様７〕複数色のカラーフィルタを有する固体撮像素子であって、
隣接するカラーフィルタどうしが互いに組み合わされるように、該カラーフィルタのエッジが楔形である固体撮像素子。
【００８１】
〔実地態様８〕隣接するカラーフィルタのうち、少なくともいずれか一方のカラーフィルタが角部に形成された実施態様６または７記載の固体撮像素子。
【００８２】
〔実地態様９〕隣接するカラーフィルタどうしの重なり量が０．１μｍ以上である実施態様６乃至８のいずれか１つの実施態様に記載の固体撮像素子。
【００８３】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【００８４】
製造プロセスのばらつきやアライメント状態のばらつきが存在する場合でも、カラーフィルタの寸法及び位置は、隣接するカラーフィルタの大きさで規定されて隙間なく安定して形成される。
【００８５】
また、分割露光を用いて形成する固体撮像素子のカラーフィルタ製造工程に適用することで、露光ショット間でプロセスばらつきが存在する場合でも、隣接するカラーフィルタ間の間隔を露光領域毎にほぼ同等に保つことが可能になり、各露光領域間の撮像画像の画像ムラを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像素子の第1実施例の製造手順を示す断面図である。
【図２】分割露光法を用いて形成された本発明のカラーフィルタの位置関係を示す上面図である。
【図３】本発明の固体撮像素子の第２実施例の製造手順を示す断面図である。
【図４】図３に示した固体撮像素子が有するカラーフィルタの形状例を示す要部拡大図である。
【図５】図３に示した固体撮像素子が有するカラーフィルタの他の形状例を示す要部拡大図である。
【図６】本発明の固体撮像素子の第３実施例の製造手順を示す断面図である。
【図７】本発明の固体撮像素子の第４実施例の構成を示す上面図である。
【図８】従来の固体撮像素子の構造を示す側断面図である。
【図９】図８に示した従来のカラーフィルタの形成手順を示す側断面図である。
【図１０】固体撮像素子に入射される被写体からの光の光路例を示す側断面図である。
【図１１】図９に示した従来の固体撮像素子が有するカラーフィルタ位置ずれ及び第１の平坦化膜の形状例を示す要部拡大図である。
【図１２】分割露光法を用いて形成された従来のカラーフィルタの位置関係を示す上面図である。
【図１３】分割露光法を用いて形成された従来のカラーフィルタの位置関係を示す上面図である。
【符号の説明】
２ 第２の平坦化膜
３Ａ、１３Ａ、２３Ａ カラーレジスト
３Ｇ、１３Ｇ、２３Ｇ Ｇフィルタ
３Ｒ、１３Ｒ、２３Ｒ Ｒフィルタ
４ 第１の平坦化膜
Claims (13)
- ネガ型カラーレジストから成る複数色のカラーフィルタを有する固体撮像素子の製造方法であって、
所定の膜上に第１のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストを全面に塗布し、
所定の位置に露光光を照射し、現像することで前記第１のカラーフィルタを形成し、
前記第１のカラーフィルタを覆うように第２のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストを全面に塗布し、
前記第２のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストの前記第１のカラーフィルタで囲まれる領域よりも小さい領域に、少なくとも前記第２のカラーフィルタと成るネガ型カラーレジストの側面が前記第１のカラーフィルタの側面に接するまで、標準的な露光条件によりも過剰な露光条件で露光光を照射し、現像することで前記第２のカラーフィルタを形成する固体撮像素子の製造方法 。 - 前記第１のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ部における露光コントラストを標準的な露光条件よりも下げる請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記第１のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ部における露光光の焦点位置を標準的な露光条件からずらす請求項２記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記第１のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ部のマスクの光学濃度にグラデーションを持たせる請求項２記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ部における露光コントラストを、前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ部以外の領域よりも下げる請求項１乃至４のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ部における露光光の焦点位置を、前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ部以外の領域における露光光の焦点位置に比べてずらす請求項５記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する領域のエッジ部のマスクの光学濃度にグラデーションを持たせる請求項５記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記第１のカラーフィルタあるいは前記第２のカラーフィルタは、分割露光にて形成される請求項１乃至７のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記第２のカラーフィルタとなるネガ型カラーレジストの側面が前記第１のカラーフィルタの側面に接し、前記第１のカラーフィルタで囲まれる領域が埋まるまで前記第２のカラーフィルタの形成時に露光する請求項１乃至８のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとが異なる色を有し、
前記第１のカラーフィルタあるいは前記第２のカラーフィルタのいずれか一方のエッジ部の形状が、テーパー状または逆テーパーである請求項１乃至９のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとが異なる色を有し、
前記第１のカラーフィルタあるいは前記第２のカラーフィルタのいずれか一方のエッジ部の形状が、楔形である請求項１乃至９のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記第１のカラーフィルタは鈍角な角部を有し、
前記鈍角な角部を囲むように前記第２のカラーフィルタが形成される請求項１乃至１１のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法。 - 隣接するカラーフィルタどうしの重なり量が０．１μｍ以上である請求項２乃至１２のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法。
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