JP2013115334A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工精度を維持しつつ、固体撮像装置の特性劣化を抑制する。
【解決手段】固体撮像装置に設けられるカラーフィルタは、格子状に形成される、複数の画素のうちの所定の画素に対応した所定の色成分のフィルタと、所定の色成分のフィルタが形成される領域以外の領域に形成される、他の画素に対応した他の色成分のフィルタと、所定の色成分のフィルタと他の色成分のフィルタとの境界に、光透過率を減衰させる光減衰膜とを備え、所定の色成分のフィルタが形成される領域は、少なくとも一部で互いに結合し、他の色成分のフィルタおよび光減衰膜の底面は、所定の色成分のフィルタの底面より低い。本技術は、例えばCMOSイメージセンサに適用することができる。
【選択図】図１

Description

本技術は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、特に、加工精度を維持しつつ、固体撮像装置の特性劣化を抑制することができるようにする固体撮像装置およびその製造方法に関する。

近年、固体撮像装置における画素の微細化に伴い、カラーフィルタ（CF）の加工精度が限界に近づきつつある。CFの加工においては、そのCFを構成する感光性樹脂からなる３色の材料が、例えばレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の順に露光および現像処理によりパターニングされるが、加工精度に応じた各色毎の重ね合わせずれに起因して、固体撮像装置の混色特性が悪化する恐れがあった。

また、近年、固体撮像装置を搭載するデジタルカメラや携帯電話機等のカメラ付き電子機器の小型薄型化に伴い、光学レンズから固体撮像装置の受光面までの距離の短縮が要求されている。この距離が短縮されると、光学レンズから固体撮像装置の受光面に入射する光の角度が急峻となり、固体撮像装置の感度特性や混色特性が悪化する恐れがある。特に、単位画素に対応して受光面に形成されているCFにおいて、隣接する異なる色のCFを通過した光が固体撮像装置のフォトダイオードに入射することにより、混色特性を劣化させていた。

さらに、固体撮像装置における画素の微細化や、カメラ付き電子機器の小型薄型化に伴い、感度特性や輝度シェーディング特性の向上を図る必要性が増している。加えて、CFの加工形状やフォトリソグラフィ法によるパターン形成時の密着性の改善、CFの分光特性の調整の自由度の向上のためのブレークスルー技術が要求されている。

ここでいうブレークスルー技術は、フォトレジストベースの組成物の開発や吸光度の高い色素の新規導入等により、フォトリソグラフィ法に寄与する組成比率をアップさせる技術や、フォトリソグラフィ法以外の手法や、フォトリソグラフィ法と例えばドライエッチング法との組み合わせによるパターン形成技術を指している。

ところで、１色目のCF上を形成した後、２色目以降のCFを形成する際に行われる平坦化処理の終点を、容易に特定可能するために、１色目のCF上にケイ素化合物を含む層を形成し、この層をエッチバックのストッパまたはCMP（Chemical Mechanical Polishing）の終点として、２色目および３色目のCFを形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、固体撮像装置の混色特性の改善のために、各CFの境界に遮光体を設けるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献２乃至４参照）。

さらに、CFの下地に凹凸を形成することで、CFの膜厚調整を行うようにする技術が提案されている（例えば、特許文献５，６参照）。

特開２００９−２４４７１０号公報 特開２０１０−２３９０７６号公報 特開２０１０−１３４３５３号公報 特開平１０−１６３４６２号公報 特開２００６−２６９５３３号公報 特開２００６−２２２２９１号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、３色のCFをセルフアライメントにより形成するものではなく、加工精度が高いものとはいえなかった。

また、特許文献２乃至４の技術では、遮光体を形成した後、各CF材料を充填するようにしているが、これには、加工精度に限界があり、実際に混色特性の改善を図れない恐れがある。

さらに、特許文献５の技術においては、CFの下地の凹凸を、レジストマスクを用いてエッチングし、最終的にCF上面を研磨して面一とするようにしているが、各CFの組成の違いに応じた研磨制御を適切にできなかった場合、各CFについて所望の分光特性が得られず、色再現性や感度特性が劣化する恐れがある。

また、特許文献６の技術は、１色目のCFをドライエッチングにより形成した後、２色目および３色目のCFをフォトリソグラフィ法で形成するものであるが、特許文献６には、１色目のCFを形成する際、その下地として形成されている有機膜を途中までエッチングすることが開示されている。この場合、エッチングの精度が悪いと、２色目および３色目のCFの膜厚にばらつきが生じ、色再現性や感度特性が劣化する恐れがある。また、有機膜の途中でエッチングをストップさせるために、CFの膜厚を厚膜化することが考えられるが、この場合、固体撮像装置の集光特性が悪化し、感度特性やシェーディング特性が劣化する恐れがある。

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、加工精度を維持しつつ、固体撮像装置の特性劣化を抑制することができるようにするものである。

本技術の一側面の固体撮像装置は、格子状に形成される、複数の画素のうちの所定の画素に対応した所定の色成分のフィルタと、前記所定の色成分のフィルタが形成される領域以外の領域に形成される、他の画素に対応した他の色成分のフィルタと、前記所定の色成分のフィルタと前記他の色成分のフィルタとの境界に、光透過率を減衰させる光減衰膜とを備え、前記所定の色成分のフィルタが形成される領域は、少なくとも一部で互いに結合し、前記他の色成分のフィルタおよび前記光減衰膜の底面は、前記所定の色成分のフィルタの底面より低いカラーフィルタを備える。

前記固体撮像装置には、無機膜上に形成された有機膜上に、前記所定の色成分のフィルタの材料が成膜され、前記所定の色成分のフィルタの材料に対して、前記所定の色成分のフィルタが形成される領域にフォトレジストを形成してエッチング処理が施され、エッチング処理が施された前記所定の色成分のフィルタに、前記光減衰膜が形成され、前記光減衰膜が形成された前記所定の色成分のフィルタに対して、エッチング処理が施され、前記他の色成分のフィルタの材料が塗布されて形成された前記カラーフィルタを設けることができる。

前記固体撮像装置には、前記所定の色成分のフィルタの材料が、第１の無機膜上に形成される第１有機膜上の、第２の無機膜上に形成される第２有機膜上に成膜されて形成される前記カラーフィルタを設けることができる。

前記固体撮像装置には、前記所定の色成分のフィルタ上に、他の無機膜が形成され、前記他の無機膜の上面と、前記他の色成分のフィルタの上面とは面一とされる前記カラーフィルタを設けることができる。

前記固体撮像装置には、前記カラーフィルタの上面にマイクロレンズを設け、前記他の無機膜の屈折率は、前記マイクロレンズの屈折率と同じか、またはそれより低くするようにすることができる。

前記固体撮像装置には、前記光減衰膜が、金属膜よりなる前記カラーフィルタを設けることができる。

前記固体撮像装置には、前記光減衰膜が、光吸収材を含む有機膜よりなる前記カラーフィルタを設けることができる。

前記固体撮像装置には、前記所定の色成分のフィルタと前記他の色成分のフィルタが、ベイヤ配列をなす前記カラーフィルタを設けることができる。

本技術の一側面の固体撮像装置の製造方法は、格子状に形成される、複数の画素のうちの所定の画素に対応した所定の色成分のフィルタと、前記所定の色成分のフィルタが形成される領域以外の領域に形成される、他の画素に対応した他の色成分のフィルタと、前記所定の色成分のフィルタと前記他の色成分のフィルタとの境界に、光透過率を減衰させる光減衰膜とを備え、前記所定の色成分のフィルタが形成される領域は、少なくとも一部で互いに結合し、前記他の色成分のフィルタおよび前記光減衰膜の底面は、前記所定の色成分のフィルタの底面より低いカラーフィルタを備える固体撮像装置の製造方法であって、無機膜上に形成された有機膜上に、前記所定の色成分のフィルタの材料を成膜し、前記所定の色成分のフィルタの材料に対して、前記所定の色成分のフィルタが形成される領域にフォトレジストを形成してエッチング処理を施し、エッチング処理が施された前記所定の色成分のフィルタに、前記光減衰膜を形成し、前記光減衰膜が形成された前記所定の色成分のフィルタに対して、エッチング処理を施し、前記他の色成分のフィルタの材料を塗布するステップを含む。

本技術の一側面においては、カラーフィルタが、格子状に形成される、複数の画素のうちの所定の画素に対応した所定の色成分のフィルタと、所定の色成分のフィルタが形成される領域以外の領域に形成される、他の画素に対応した他の色成分のフィルタと、所定の色成分のフィルタと他の色成分のフィルタとの境界に、光透過率を減衰させる光減衰膜とを備え、所定の色成分のフィルタが形成される領域が、少なくとも一部で互いに結合され、他の色成分のフィルタおよび光減衰膜の底面が、所定の色成分のフィルタの底面より低くされる。

本技術の一側面によれば、加工精度を維持しつつ、固体撮像装置の特性劣化を抑制することが可能となる。

本技術を適用した固体撮像装置のカラーフィルタの一実施の形態の平面図および断面図である。 本技術を適用した固体撮像装置の平面図および断面図である。 固体撮像装置の受光領域に入射される入射光について説明する図である。 光減衰膜の底面について説明する図である。 カラーフィルタの形成処理について説明するフローチャートである。 カラーフィルタの形成の工程を示す図である。 カラーフィルタの形成の工程を示す図である。 エッチング量の調整について説明する図である。 光減衰膜の他の構成について説明する図である。 本技術を適用した固体撮像装置のカラーフィルタの他の実施の形態の断面図である。 図１０のカラーフィルタの形成処理について説明するフローチャートである。 図１０のカラーフィルタの形成の工程を示す図である。 図１０のカラーフィルタの形成の工程を示す図である。 他の配列のカラーフィルタを示す図である。 他の配列のカラーフィルタを示す図である。

以下、本技術の実施の形態について図を参照して説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．カラーフィルタの構成
２．カラーフィルタの形成処理
３．カラーフィルタの他の構成
４．カラーフィルタの形成処理
５．他の配列のカラーフィルタ

＜１．カラーフィルタの構成＞
［カラーフィルタの平面図および断面図］
図１は、本技術を適用した固体撮像装置に設けられるカラーフィルタの一実施の形態の構成を示す平面図および断面図である。図１Ａは、カラーフィルタの平面図であり、図１Ｂは、図１Ａのカラーフィルタのa1−a1'線での断面図である。なお、図１Ａのカラーフィルタのa2−a2'線での断面図は、基本的には、図１Ｂに示されるものと同様であるので、ここでの図示は省略する。また、固体撮像装置は、CCD（Charge Coupled Device）イメージセンサであってもよいし、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであってもよい。

図１に示されるカラーフィルタ２１は、複数の画素のそれぞれに対応するＲ，Ｇ，Ｂの３色の色成分のフィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂからなり、それぞれが格子状に配置される、いわゆるベイヤ配列をなしている。

図１Ａに示されるように、フィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、それぞれが略正方形に形成されているが、図中、破線部分Ｃで示されるように、フィルタ２１Ｇは、少なくとも一部で互いに結合するように形成されている。具体的には、フィルタ２１Ｇは、その四隅が結合するように形成されている。また、フィルタ２１Ｇとフィルタ２１Ｒ、フィルタ２１Ｇとフィルタ２１Ｂの境界には、光透過率を減衰させる光減衰膜２２が形成されている。

図１Ｂに示されるように、カラーフィルタ２１（フィルタ２１Ｒ，２１Ｇ）は、無機膜３１上に形成されている。ただし、フィルタ２１Ｇは、無機膜３１上に形成される有機膜３２上に形成されている。これにより、フィルタ２１Ｒ（フィルタ２１Ｂ）の底面は、フィルタ２１Ｇの底面より低く形成される。さらに、フィルタ２１Ｇの上面には、無機膜３３が形成されており、フィルタ２１Ｒ（フィルタ２１Ｂ）の上面と、無機膜３３の上面とは面一とされるように形成されている。また、カラーフィルタ２１の上面には、各フィルタ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ（すなわち各画素）に対応して、マイクロレンズ３４が設けられている。すなわち、光減衰膜２２は、マイクロレンズ３４からの入射光の光透過率を減衰させる機能を備えている。

［固体撮像装置の平面図および断面図］
図２は、上述したカラーフィルタを備える固体撮像装置の平面図および断面図を示している。

図２Ａは、固体撮像装置の外観構成を示す平面図であり、図２Ｂは、図２Ａの固体撮像装置のb−b'線での断面図である。図２Ａに示されるように、固体撮像装置４０の中央には、複数の画素が行列状に配列された画素アレイが配置される領域である受光領域４１が設けられている。受光領域４１の上面には、図２Ｂに示されるように、カラーフィルタ２１およびマイクロレンズ３４が画素毎に設けられており、図示せぬ光学レンズからの入射光がマイクロレンズ３４およびカラーフィルタ２１に入射される。なお、カラーフィルタ２１は、配線層や画素アレイ等を含む基板上に設けられている。また、図２Ａにおいて、図中、受光領域４１の上下には、金線を接続するための端子であるボンディングパッド４２が配置されており、ワイヤボンディングによって、ボンディングパッド４２に接続された金線と図示せぬ基板とが接続される。

ここで、図２Ｂに示されるように、図示せぬ光学レンズからの入射光は、受光領域４１の中心では、固体撮像装置４０に対して垂直に入射されるが、受光領域４１の周縁に近づくほど、その入射角度は大きくなる。

すなわち、各画素に対応するマイクロレンズ３４に入射された光が、対応するカラーフィルタ２１を介してその画素を構成するフォトダイオード（PD）に入射されるようにする必要がある。そこで、一般的には、PDに対するカラーフィルタ２１およびマイクロレンズ３４は、対応する画素に対して、その位置を図２Ａの受光領域４１中に示される太矢印の向き、すなわち受光領域４１の中心方向にシフトさせるようにして設計され、そのシフト量は、受光領域４１の周縁ほど大きくなる。

［固体撮像装置の受光領域に入射される入射光について］
ここで、図３を参照して、図２Ｂに示される固体撮像装置の破線部分Ｄに入射される入射光について説明する。

図３Ａは、従来の固体撮像装置における、図２Ｂの破線部分Ｄに対応する部分を示している。図３Ａにおいては、上述したように、Ｇ画素に対応するマイクロレンズ３４Ｇに入射された光が、対応するフィルタ２１Ｇを介してそのＧ画素を構成するPD５１に入射されるようになされている。具体的には、入射光Ｌの入射角度に応じて、PD５１に対応するマイクロレンズ３４Ｇおよびフィルタ２１Ｇが、受光領域４１の中心方向（図中右方向）にシフトさせるようになされている。なお、マイクロレンズ３４Ｇおよびフィルタ２１Ｇの上下方向の位置関係に応じて、PD５１に対するマイクロレンズ３４Ｇのシフト量（マイクロレンズシフト量）と、PD５１に対するフィルタ２１Ｇのシフト量（CFシフト量）とは、同じか、または、マイクロレンズシフト量の方が大きくなるように設計される。

ところで、図３Ａにおいて、フィルタ２１Ｇに対応して形成されているマイクロレンズ３４Ｇに入射される入射光Ｌは、図中、破線部分Ｈで示されるように、その一部が、フィルタ２１Ｇに隣接するフィルタ２１Ｒの一部を通過して、Ｇ画素に対応するPD５１に入射されている。すなわち、Ｇ画素に対応するPD５１に入射されるフィルタ２１Ｇからの緑色の光に、フィルタ２１Ｒからの赤色の光が混ざることで混色が発生し、固体撮像装置の色再現性が劣化してしまう。

一方、図３Ｂは、本技術を適用した固体撮像装置４０における、図２Ｂの破線部分Ｄに対応する部分を示している。

図３Ｂにおいて、フィルタ２１Ｇに対応して形成されているマイクロレンズ３４Ｇに入射される入射光Ｌのうち、フィルタ２１Ｇに隣接するフィルタ２１Ｒの一部を通過する入射光Ｌ'は、図中、破線部分Ｊで示されるように、フィルタ２１Ｇとフィルタ２１Ｒの境界に形成された光減衰膜２２によって、反射または吸収される。

これにより、上述した混色の発生を抑えることができ、固体撮像装置の色再現性の劣化を抑制することができる。

なお、マイクロレンズやカラーフィルタに入射される入射光の入射角度は、上述したように、受光領域における画素位置に応じて異なる上に、デジタルカメラ等の電子機器におけるＦ値によっても変化する。したがって、受光領域における画素位置によっては、隣接するフィルタの境界に光減衰膜を形成するだけでは十分に混色の発生を抑えることができない恐れがある。

［光減衰膜の底面について］
ここで、図４を参照して、図３Ｂに示される破線部分Ｋに入射される入射光について説明する。

図４Ａは、隣接するフィルタの境界に光減衰膜を設けた固体撮像装置における、図３Ｂの破線部分Ｋに対応する部分を示している。

図４Ａにおいては、フィルタ２１Ｇとフィルタ２１Ｒとの間に光減衰膜２２が形成されているが、それぞれの底面は面一とされている。この場合、図４Ａに示されるように、フィルタ２１Ｇに入射し光減衰膜２２の下端を通過する入射光Ｌは、フィルタ２１Ｇに隣接するフィルタ２１Ｒに対応するＲ画素のPDに入射し、混色が発生してしまう。

一方、図４Ｂは、本技術を適用した固体撮像装置４０における、図３Ｂの破線部分Ｋに対応する部分を示している。

図４Ｂにおいては、フィルタ２１Ｇとフィルタ２１Ｒとの間に光減衰膜２２が形成され、かつ、フィルタ２１Ｒおよび光減衰膜２２の底面がフィルタ２１Ｇの底面より低く形成されている。これにより、図４Ａの構成では、フィルタ２１Ｇに隣接するフィルタ２１Ｒに対応するＲ画素のPDに入射してしまう入射光Ｌは、光減衰膜２２によって、反射または吸収される。

これにより、混色の発生をより一層抑えることができ、固体撮像装置の色再現性の劣化をより確実に抑制することができる。特に、赤色または青色の光に、緑色の光が混ざる混色を抑制することができるので、Ｒ画素およびＢ画素の２倍の数のＧ画素が設けられるベイヤ配列のカラーフィルタを備える固体撮像装置において、混色の影響を十分に抑えることが可能となる。

＜２．カラーフィルタの形成処理＞
次に、図５乃至図７を参照して、図１のカラーフィルタ２１を備える固体撮像装置の製造工程における、カラーフィルタ２１の形成処理について説明する。図５は、図１のカラーフィルタ２１の形成処理について説明するフローチャートであり、図６および図７は、形成工程におけるカラーフィルタ２１の断面図を示している。特に、図６および図７において、左側には、図１Ａのカラーフィルタのa1−a1'線での断面図が示されており、右側には、図１Ａのカラーフィルタのb1−b1'線での断面図が示されている。

まず、ステップＳ１１において、図６Ａに示されるように、無機膜３１が形成される。具体的には、例えば、無機膜３１として、P-SiO（プラズマシリコン酸化膜）、P-SiN（プラズマシリコン窒化膜）、P-SiON（プラズマシリコン酸窒化膜）等が形成される。

ステップＳ１２において、図６Ｂに示されるように、無機膜３１上に有機膜３２が形成される。具体的には、無機膜３１上に、有機膜３２として、例えば、アクリル系、スチレン系、エポキシ系等の樹脂が、スピンコートおよび150℃乃至250℃程度の加熱処理により形成される。なお、有機膜３２の膜厚は、200nm以下が好適である。

ステップＳ１３において、図６Ｃに示されるように、有機膜３２上に緑色のカラーフィルタ（CF）材料２１Ｇが成膜される。CF材料２１Ｇとしては、例えば、色素内添型熱硬化樹脂が用いられる。成膜は、色素内添型熱硬化樹脂をスピン塗布した後、180℃乃至220℃程度で熱硬化させて行われる。なお、ここでは、色素内添型熱硬化樹脂に代えて、色素内添型フォトレジストが用いられるようにしてもよい。色素内添型フォトレジストとして、顔料内添型光重合系ネガ系レジスト（以下、単にネガ系レジストという）が用いられた場合、ウエハ上にネガ系レジストがスピン塗布された後、プリベーキングされる。そして、光源にｉ線（波長365nmの水銀のスペクトル線）を用いた縮小投影型ステッパを用いて、ウエハが全面露光され、ポストベーキングされることで成膜が行われる。

ステップＳ１４において、図６Ｄに示されるように、緑色のCF材料２１Ｇ上に無機膜３３が形成される。具体的には、例えば、無機膜３３として、P-SiO、P-SiN、P-SiON等が、プラズマCVD（Chemical Vapor Deposition）法を用いて200℃程度で形成される。ここで生成される無機膜３３の屈折率は概ね、P-SiOであれば1.45程度、P-SiNであれば1.90程度、P-SiONであれば1.45乃至1.90の間で調整可能とされる。なお、図６および図７には図示されないが、マイクロレンズ３４（図１Ｂ）が無機膜３３上に直接形成される場合、無機膜３３の屈折率は、マイクロレンズ３４の屈折率と同じか、または、それより低く調整されて形成されるものとする。これにより、界面反射の低減を図ることが可能となる。

また、プラズマCVD法による成膜温度は、250℃以下とされ、200℃以下が好適である。無機膜３３の膜厚は、200nm程度以下とされ、100nm程度が好適である。

ステップＳ１５において、図６Ｅに示されるように、無機膜３３上の緑色のCF（フィルタ２１Ｇ）に対応する領域にフォトレジスト６１が形成される。フォトレジスト６１の材料としては、感光剤にナフトキノンジアジドを用いたノボラック系ポジ型レジスト（以下、単にポジ型レジストという）が用いられる。成膜は、まず、ポジ型レジストがスピン塗布された後、プリベーキングされ、光源にｉ線（波長365nmの水銀のスペクトル線）を用いた縮小投影型ステッパを用いてパターン露光され、露光後のポストベーキングが行われる。次に、TMAH（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）2.38％水溶液によるパドル現像が行われ、ポストベーキングされることで成膜が行われる。TMAH2.38％水溶液に界面活性剤を添加した現像液を用いるようにしてもよい。

ステップＳ１６において、フォトレジスト６１をマスクとしてドライエッチング処理が施される。エッチング装置としては、マイクロ波プラズマ型エッチング装置、平行平板型RIE（Reactive Ion Etching）装置、高圧狭ギャップ型プラズマエッチング装置、ECR（Electron Cyclotron Resonance）型エッチング装置、変成器結合プラズマ型エッチング装置、誘導結合プラズマ型エッチング装置等が用いられる。また、エッチング装置として、ヘリコン波プラズマ型エッチング装置や、その他の高密度プラズマ型エッチング装置が用いられるようにしてもよい。エッチング装置として、例えば、誘導結合プラズマ型エッチング装置を用いるようにした場合、エッチングガスとしては、CF4，C2F6，C3F8，C4F8，CH2F2，CHF3等のフロン系ガスのいずれか１種類または複数種類を用いたり、これらフロン系ガスに、O2，Ar，He，N2等のガスを添加したものを用いてもよい。さらに、エッチングガスとして、Cl2，
BCl3，HBr等のハロゲン系ガスに、O2，N2等のガスを添加したものを用いてもよい。

この結果、図６Ｆに示されるように、フォトレジスト６１が形成された領域以外の領域、すなわち、フィルタ２１Ｇが形成される領域以外の領域において、無機膜３３、CF材料２１Ｇ、および有機膜３２がドライエッチングされる。なお、ここでのドライエッチングは、無機膜３１が露出した際に発生するプラズマの発光スペクトルを検知することで、ドライエッチングの終点が検出される。この終点検出を精度よく行うことで、オーバーエッチング量を調整することができ、例えば、図６Ｆにおける破線部分ｆを拡大した図８Ａに示されるように、エッチングの深さを無機膜３１の表面としたり、同じく図８Ｂに示されるように、エッチングの深さを無機膜３１の途中とすることが可能となる。

また、フォトレジスト６１の膜厚ｔ（図６Ｅ）は、ドライエッチング完了時に、その残膜が無くなるような膜厚としてもよいし、その残膜が残るような膜厚としてもよい。ドライエッチング完了時に、フォトレジスト６１の残膜が残るようにした場合、その残膜は、有機溶剤を用いて除去される。有機溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、γ−ブチロラクトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソホロン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、テトラメチルウレア、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグリム）、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、乳酸メチル、乳酸ブチル、メチル−１，３−ブチレングリコールアセテート、１，３−ブチレングリコール−３−モノメチルエーテル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、およびメチル−３−メトキシプロピオネート等の溶剤、または、これら２以上の混合溶剤等が用いられる。また、フォトレジスト６１の残膜除去の方法としては、例えば、基板を回転させその上から上述の有機溶剤を滴下し、遠心力で均一な膜を作るスピンオン法や、基板を上述の有機溶剤に漬け引き上げて膜を作るディップ法等が用いられる。

ここまでの処理により、フィルタ２１Ｇ上に無機膜３３が形成され、フィルタ２１Ｇの四隅が結合され、フィルタ２１Ｒ，２１Ｂが形成される領域に開口部が設けられた、市松模様状の緑色CFのパターンが形成される。

ステップＳ１７において、図７Ａに示されるように、市松模様状の緑色CFのパターンに光減衰膜２２が形成される。光減衰膜２２は、金属膜よりなり、その材料としては、Ｗ（タングステン）、Al（アルミニウム）、Ru（ルテニウム）、Mo（モリブデン）、Ir（イリジウム）、Rh（ロジウム）、Cr（クロム）、Co（コバルト）等の遷移金属が用いられる。この場合、光減衰膜２２は、光を反射する光反射膜として機能する。なお、光減衰膜２２の材料として、加工性の観点ではＷが好ましく、光反射性の観点ではAlが好ましい。金属膜としての光減衰膜２２の成膜には、例えばスパッタ法が用いられ、基板温度が100℃以下となるように基板ステージ温度が調整される。また、光減衰膜２２の膜厚は、100nm以下が好適である。

ステップＳ１８において、上述したステップＳ１６における処理と同様にして、光減衰膜２２が形成された緑色CFのパターンに対して、全面ドライエッチング処理が施される。

ここまでの処理により、図７Ｂに示されるように、フィルタ２１Ｇの四隅が結合された緑色CFのパターンにおいて、フィルタ２１Ｒ，２１Ｂが形成される領域に開口部の側面（壁面）に光減衰膜２２が形成される。

ステップＳ１９において、フィルタ２１Ｇの四隅が結合された緑色CFのパターンの全面に、赤色のCF材料２１Ｒがスピンコートで塗布される。赤色のCF材料２１Ｒとしては、ネガ型またはポジ型の色素内添型フォトレジスト材料が用いられる。この色素内添型フォトレジスト材料の組成には、感光性成分としてバインダー樹脂、光ラジカル発生剤、モノマー等が含まれる他、顔料色素が含まれている。ここでは、光を照射した部分が硬化するネガ型の色素内添型フォトレジスト材料が用いられるものとする。

フィルタ２１Ｒは、フィルタ２１Ｒが形成される領域にのみ、光を透過する光学マスクを形成し、赤色のCF材料２１Ｒに対して露光し、現像することで形成される。このとき、光学マスクの合わせずれを考慮して、開口部の面積（フィルタ２１Ｒが形成される領域）より広い領域が露光される。したがって、フィルタ２１Ｒは、その一部がフィルタ２１Ｇ上の無機膜３３にオーバーラップして形成される。

この処理により、図７Ｃの左側に示されるように、フィルタ２１Ｇの四隅が結合された緑色CFのパターンの、フィルタ２１Ｒが形成される領域の開口部に、赤色のCF材料２１Ｒが埋め込まれる。

ステップＳ２０において、フィルタ２１Ｇの四隅が結合された緑色CFのパターンの全面に、青色のCF材料２１Ｂがスピンコートで塗布される。青色のCF材料２１Ｂとしても、ネガ型またはポジ型の色素内添型フォトレジスト材料が用いられる。この色素内添型フォトレジスト材料の組成には、感光性成分としてバインダー樹脂、光ラジカル発生剤、モノマー等が含まれる他、顔料色素が含まれている。ここでは、光を照射した部分が硬化するネガ型の色素内添型フォトレジスト材料が用いられるものとする。

フィルタ２１Ｂは、フィルタ２１Ｂが形成される領域にのみ、光を透過する光学マスクを形成し、青色のCF材料２１Ｂに対して露光し、現像することで形成される。このとき、光学マスクの合わせずれを考慮して、開口部の面積（フィルタ２１Ｂが形成される領域）より広い領域が露光される。したがって、フィルタ２１Ｂは、その一部がフィルタ２１Ｇ上の無機膜３３にオーバーラップして形成される。

この処理により、図７Ｄの右側に示されるように、フィルタ２１Ｇの四隅が結合された緑色CFのパターンの、フィルタ２１Ｂが形成される領域の開口部に、青色のCF材料２１Ｂが埋め込まれる。

ステップＳ２１において、図７Ｅに示されるように、フィルタ２１Ｇの四隅が結合された緑色CFのパターンの開口部に埋め込まれた赤色のCF材料２１Ｒおよび青色のCF材料２１Ｂに対して平坦化処理が施される。具体的には、例えば、CMP（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）により、赤色のCF材料２１Ｒおよび青色のCF材料２１Ｂが平坦化される。ここでのCMPにおいては、スラリー液のpHは７乃至１４、スラリー砥粒径は100nm以下、スラリー砥粒濃度は５wt％以下とされる。また、研磨パッドには、例えば、連続発泡のウレタン樹脂等が用いられ、その研磨圧力は５psi以下、研磨ヘッドおよび研磨パッドの回転数は150rpm以下とされる。なお、これらの値は、平坦化処理が最適化されるように適宜調整されるものとする。また、ここでのCMPにおいては、フィルタ２１Ｇ上の無機膜３３がストッパとしての役割を担う。

なお、赤色のCF材料２１Ｒおよび青色のCF材料２１Ｂの平坦化処理として、CMPを行うようにしたが、ステップＳ１６やステップＳ１８において施したドライエッチングを行うようにしてもよい。

以上の処理によれば、フィルタ２１Ｇと、フィルタ２１Ｒおよびフィルタ２１Ｂとの境界に光減衰膜が形成され、フィルタ２１Ｒおよびフィルタ２１Ｂと光減衰膜２２の底面が、フィルタ２１Ｇの底面より低く形成されるようになるので、混色の発生を抑えることができ、固体撮像装置の色再現性の劣化を抑制することができる。

特に、光減衰膜２２は、フィルタ２１Ｇの四隅が結合されたCFのパターンにおいて、フィルタ２１Ｒ，２１Ｂが形成される領域に開口部の側面（壁面）に自己整合的に形成される。したがって、遮光体を形成した後、各CF材料を充填するといった従来の技術と比較して、よりよい加工精度で、固体撮像装置の色再現性の劣化を抑制することができるようになる。

また、固体撮像装置における画素の微細化に伴い、パターニング特性は低下する傾向にあるが、このような場合、CF材料に含まれる感光性成分を増加させることでパターニング特性を調整することが行われていた。

一方、本技術によれば、フィルタ２１Ｒおよびフィルタ２１Ｂと光減衰膜２２の底面が、フィルタ２１Ｇの底面より低く形成されるので、フィルタ２１Ｒおよびフィルタ２１Ｂについて所望の分光特性が得られるように、フィルタ２１Ｒおよびフィルタ２１Ｂの膜厚を厚くすることができる。結果として、感光性成分を増加させることなく、よりよいパターニング特性を得ることが可能となり、色再現性や感度特性の劣化を抑制することができる。

また、フィルタ２１Ｒおよびフィルタ２１Ｂの膜厚を厚くしても、フィルタ２１Ｒおよびフィルタ２１Ｂについて所望の分光特性が得られず、色濃度を下げる必要がある場合には、赤色または青色のCF材料中の色素の割合を少なく（すなわち、感光性成分を多く）調整することで、よりよいパターニング特性を得ることができる。この場合、赤色または青色のCF材料中の色素の割合を少なくできるので、コストを抑えることもできるようになる。

［光減衰膜の他の構成］
なお、以上においては、光減衰膜は、金属膜より構成されるものとして説明したが、光吸収材を含む有機膜（有機系熱硬化膜）より構成されるようにしてもよい。有機系熱硬化膜の材料としては、例えば、アクリル系、スチレン系、エポキシ系、シロキサン系ポリイミド系の樹脂、または、これらの共重合系樹脂等の中に、光吸収材としての、カーボンブラック、チタンブラック、鉄ブラック等が含まれたものが用いられる。

光減衰膜が、光吸収材を含む有機膜よりなる場合、図５のフローチャートのステップＳ１７においては、図９Ａに示されるように、市松模様状の緑色CFのパターンに、光減衰膜７１が形成される。光吸収材を含む有機系熱硬化膜としての光減衰膜７１は、スピンコートおよび150℃乃至250℃程度の加熱処理により形成される。

また、ステップＳ１８においては、ステップＳ１６における処理と同様にして、光減衰膜２２が形成された緑色CFのパターンに対して、全面ドライエッチング処理が施される。これにより、図９Ｂに示されるように、フィルタ２１Ｇの四隅が結合された緑色CFのパターンにおいて、フィルタ２１Ｒ，２１Ｂが形成される領域に開口部の側面（壁面）に光減衰膜７１が形成される。なお、この場合、光減衰膜７１は、光を吸収する光吸収膜として機能する。

以上のような構成においても、図１のカラーフィルタ２１と同様の作用効果を奏することができる。

＜３．カラーフィルタの他の構成＞
図１０は、本技術を適用した、固体撮像装置に設けられるカラーフィルタの他の実施の形態の構成を示す断面図である。図１０Ａは、図１Ａのa1−a1'線での断面図に対応するカラーフィルタの断面図であり、図１０Ｂは、図１０Ａの破線部分Ｑの拡大図である。

なお、図１０の断面図において、図１Ｂの断面図と同様の構成については、同一名称および同一符号を付するものとし、その説明は、適宜省略するものとする。

図１０に示されるように、カラーフィルタ２１（フィルタ２１Ｒ，２１Ｇ）は、無機膜３１上に形成される有機膜１３１上に形成されている。ただし、フィルタ２１Ｇは、有機膜１３１上に形成される、無機膜１３２上の有機膜１３３上に形成されている。これにより、フィルタ２１Ｒ（フィルタ２１Ｂ）の底面は、フィルタ２１Ｇの底面より低く形成される。

このように、図１０のカラーフィルタ２１は、フィルタ２１Ｇ、フィルタ２１Ｒ，２１Ｇのいずれの下側にも有機膜が形成される構成をとる。

＜４．カラーフィルタの形成処理＞
次に、図１１乃至図１３を参照して、図１０のカラーフィルタ２１を備える固体撮像装置の製造工程における、カラーフィルタ２１の形成処理について説明する。図１１は、図１０のカラーフィルタ２１の形成処理について説明するフローチャートであり、図１２および図１３は、形成工程におけるカラーフィルタ２１の断面図を示している。特に、図１２および図１３において、左側には、図１Ａのa1−a1'線での断面図に対応する図１０のカラーフィルタの断面図が示されており、右側には、図１Ａのカラーフィルタのb1−b1'線での断面図に対応する図１０のカラーフィルタの断面図が示されている。

なお、図１１のフローチャートのステップＳ１１１，Ｓ１１６，Ｓ１１７，Ｓ１１９乃至Ｓ１２３の処理は、図５のフローチャートのステップＳ１１，Ｓ１４，Ｓ１５，Ｓ１７乃至Ｓ２１の処理とそれぞれ同様であるので、その説明は省略する。

すなわち、ステップＳ１１２において、無機膜３１上に有機膜１３１が形成される。具体的には、無機膜３１上に、有機膜１３１として、例えば、アクリル系、スチレン系、エポキシ系等の樹脂が、スピンコートおよび150℃乃至250℃程度の加熱処理により形成される。なお、有機膜１３１の膜厚は、200nm以下が好適である。

ステップＳ１１３において、有機膜１３１上に無機膜１３２が形成される。具体的には、例えば、無機膜１３２として、P-SiO、P-SiN、P-SiON等が形成される。なお、無機膜１３２の膜厚は、200nm以下が好適である。

ステップＳ１１４において、無機膜１３２上に有機膜１３３が形成される。具体的には、無機膜１３２上に、有機膜１３３として、例えば、アクリル系、スチレン系、エポキシ系等の樹脂が、スピンコートおよび150℃乃至250℃程度の加熱処理により形成される。なお、有機膜１３３の膜厚は、200nm以下が好適である。

このようにして、図１２Ｂに示されるように、無機膜３１上に有機膜１３１が形成され、有機膜１３１上に無機膜１３２が形成され、さらに、無機膜１３２上に有機膜１３３が形成されるようになる。なお、有機膜１３１および有機膜１３３がアクリル系の樹脂である場合、無機膜１３２として、P-SiOを用いることで、無機膜１３２の屈折率を、有機膜１３１および有機膜１３３の屈折率（1.5程度）と略同じとすることができ、界面反射の低減を図ることが可能となる。

そして、ステップＳ１１５においては、図１２Ｃに示されるように、有機膜１３３上に緑色のCF材料２１Ｇが成膜される。成膜の詳細については、図５のフローチャートのステップＳ１３と同様であるので、その説明は省略する。

また、ステップＳ１１８においては、図５のフローチャートのステップＳ１６と同様にして、フォトレジスト６１をマスクとしてドライエッチング処理が施される。

この結果、図１２Ｆに示されるように、フォトレジスト６１が形成された領域以外の領域、すなわち、フィルタ２１Ｇが形成される領域以外の領域において、無機膜３３、CF材料２１Ｇ、有機膜１３３、無機膜１３２、および有機膜１３１がドライエッチングされる。なお、ここでのドライエッチングは、無機膜１３２により、ドライエッチングの終点が検出される。具体的には、無機膜１３２が露出した際に発生するプラズマの発光スペクトルと、有機膜１３１が露出した際に発生するプラズマの発光スペクトルの変化を検知することでエッチング量が調整され、エッチングの深さを有機膜１３１の途中とすることが可能となる。

これにより、図１３Ｃ，Ｄ，Ｅに示されるように、フィルタ２１Ｒおよびフィルタ２１Ｂは、有機膜１３１上に形成されるようになる。

図１１のフローチャートで示されるカラーフィルタ形成処理においても、図５のフローチャートで示されるカラーフィルタ形成処理と同様の作用効果を奏することができる。

なお、図５のフローチャートで示されるカラーフィルタ形成処理では、フィルタ２１Ｒおよびフィルタ２１Ｂは、無機膜３１上に形成されるが、フィルタ２１Ｒおよびフィルタ２１Ｂを構成する色素内添型フォトレジストの材料によっては、無機膜３１との密着性が低くなる場合がある。

そこで、図１１のフローチャートで示されるカラーフィルタ形成処理では、フィルタ２１Ｒおよびフィルタ２１Ｂが有機膜１３１上に形成されることにより、フィルタ２１Ｒおよびフィルタ２１Ｂと、有機膜１３１との密着性を高めることが可能となる。

＜５．他の配列のカラーフィルタ＞
以上においては、複数の画素のそれぞれに対応するＲ，Ｇ，Ｂの３色の色成分のフィルタがベイヤ配列をなすカラーフィルタに、本技術を適用した例について説明してきたが、他の配列のカラーフィルタに、本技術を適用するようにしてもよい。

例えば、図１４に示されるように、格子状に形成された緑色のフィルタ２２１Ｇと、格子の目の領域に形成された赤色のフィルタ２２１Ｒおよび青色のフィルタ２２１Ｂとからなるカラーフィルタに、本技術を適用するようにしてもよい。図１４のカラーフィルタにおいても、緑色のフィルタ２２１Ｇが形成される領域は、少なくとも一部で互いに結合されている。

また、図１５に示されるように、ベイヤ配列をなすカラーフィルタにおけるＧのフィルタを、ホワイト画素に対応する、可視光域を全て透過するフィルタ３２１Ｗとし、Ｒ，Ｂのフィルタを、黒画素に対応するフィルタ３２１BLとした、白黒画像を得るフィルタに、本技術を適用するようにしてもよい。

なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

さらに、本技術は以下のような構成をとることができる。
（１） 格子状に形成される、複数の画素のうちの所定の画素に対応した所定の色成分のフィルタと、
前記所定の色成分のフィルタが形成される領域以外の領域に形成される、他の画素に対応した他の色成分のフィルタと、
前記所定の色成分のフィルタと前記他の色成分のフィルタとの境界に、光透過率を減衰させる光減衰膜と
を備え、
前記所定の色成分のフィルタが形成される領域は、少なくとも一部で互いに結合し、
前記他の色成分のフィルタおよび前記光減衰膜の底面は、前記所定の色成分のフィルタの底面より低い
カラーフィルタであって、
無機膜上に形成された有機膜上に、前記所定の色成分のフィルタの材料が成膜され、
前記所定の色成分のフィルタの材料に対して、前記所定の色成分のフィルタが形成される領域にフォトレジストを形成してエッチング処理が施され、
エッチング処理が施された前記所定の色成分のフィルタに、前記光減衰膜が形成され、
前記光減衰膜が形成された前記所定の色成分のフィルタに対して、エッチング処理が施され、
前記他の色成分のフィルタの材料が塗布されて形成された
カラーフィルタ
を備える固体撮像装置。
（２） 前記所定の色成分のフィルタの材料は、第１の無機膜上に形成される第１有機膜上の、第２の無機膜上に形成される第２有機膜上に成膜されて形成される
前記カラーフィルタを備える
（１）に記載の固体撮像装置。
（３） 前記所定の色成分のフィルタ上に、他の無機膜が形成され、
前記他の無機膜の上面と、前記他の色成分のフィルタの上面とは面一とされる
前記カラーフィルタを備える
（１）または（２）に記載の固体撮像装置。
（４） 前記カラーフィルタの上面にマイクロレンズを備え、
前記他の無機膜の屈折率は、前記マイクロレンズの屈折率と同じか、またはそれより低い
（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（５） 前記光減衰膜は、金属膜よりなる
前記カラーフィルタを備える
（１）乃至（４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６） 前記光減衰膜は、光吸収材を含む有機膜よりなる
前記カラーフィルタを備える
（１）乃至（４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７） 前記所定の色成分のフィルタと前記他の色成分のフィルタは、ベイヤ配列をなす
前記カラーフィルタを備える
（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８） 格子状に形成される、複数の画素のうちの所定の画素に対応した所定の色成分のフィルタと、
前記所定の色成分のフィルタが形成される領域以外の領域に形成される、他の画素に対応した他の色成分のフィルタと、
前記所定の色成分のフィルタと前記他の色成分のフィルタとの境界に、光透過率を減衰させる光減衰膜と
を備え、
前記所定の色成分のフィルタが形成される領域は、少なくとも一部で互いに結合し、
前記他の色成分のフィルタおよび前記光減衰膜の底面は、前記所定の色成分のフィルタの底面より低い
カラーフィルタを備える固体撮像装置の製造方法であって、
無機膜上に形成された有機膜上に、前記所定の色成分のフィルタの材料を成膜し、
前記所定の色成分のフィルタの材料に対して、前記所定の色成分のフィルタが形成される領域にフォトレジストを形成してエッチング処理を施し、
エッチング処理が施された前記所定の色成分のフィルタに、前記光減衰膜を形成し、
前記光減衰膜が形成された前記所定の色成分のフィルタに対して、エッチング処理を施し、
前記他の色成分のフィルタの材料を塗布する
ステップを含む固体撮像装置の製造方法。

２１ カラーフィルタ， ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ フィルタ， ２２ 光減衰膜， ３１ 無機膜， ３２ 有機膜， ３３ 無機膜， ３４ マイクロレンズ， １３１ 有機膜， １３２ 無機膜， １３３ 有機膜

Claims (9)

1. 格子状に形成される、複数の画素のうちの所定の画素に対応した所定の色成分のフィルタと、
   前記所定の色成分のフィルタが形成される領域以外の領域に形成される、他の画素に対応した他の色成分のフィルタと、
   前記所定の色成分のフィルタと前記他の色成分のフィルタとの境界に、光透過率を減衰させる光減衰膜と
   を備え、
   前記所定の色成分のフィルタが形成される領域は、少なくとも一部で互いに結合し、
   前記他の色成分のフィルタおよび前記光減衰膜の底面は、前記所定の色成分のフィルタの底面より低い
   カラーフィルタ
   を備える固体撮像装置。
2. 無機膜上に形成された有機膜上に、前記所定の色成分のフィルタの材料が成膜され、
   前記所定の色成分のフィルタの材料に対して、前記所定の色成分のフィルタが形成される領域にフォトレジストを形成してエッチング処理が施され、
   エッチング処理が施された前記所定の色成分のフィルタに、前記光減衰膜が形成され、
   前記光減衰膜が形成された前記所定の色成分のフィルタに対して、エッチング処理が施され、
   前記他の色成分のフィルタの材料が塗布されて形成された
   前記カラーフィルタを備える
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記所定の色成分のフィルタの材料は、第１の無機膜上に形成される第１有機膜上の、第２の無機膜上に形成される第２有機膜上に成膜されて形成される
   前記カラーフィルタを備える
   請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記所定の色成分のフィルタ上に、他の無機膜が形成され、
   前記他の無機膜の上面と、前記他の色成分のフィルタの上面とは面一とされる
   前記カラーフィルタを備える
   請求項２に記載の固体撮像装置。
5. 前記カラーフィルタの上面にマイクロレンズを備え、
   前記他の無機膜の屈折率は、前記マイクロレンズの屈折率と同じか、またはそれより低い
   請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 前記光減衰膜は、金属膜よりなる
   前記カラーフィルタを備える
   請求項１に記載の固体撮像装置。
7. 前記光減衰膜は、光吸収材を含む有機膜よりなる
   前記カラーフィルタを備える
   請求項１に記載の固体撮像装置。
8. 前記所定の色成分のフィルタと前記他の色成分のフィルタは、ベイヤ配列をなす
   前記カラーフィルタを備える
   請求項１に記載の固体撮像装置。
9. 格子状に形成される、複数の画素のうちの所定の画素に対応した所定の色成分のフィルタと、
   前記所定の色成分のフィルタが形成される領域以外の領域に形成される、他の画素に対応した他の色成分のフィルタと、
   前記所定の色成分のフィルタと前記他の色成分のフィルタとの境界に、光透過率を減衰させる光減衰膜と
   を備え、
   前記所定の色成分のフィルタが形成される領域は、少なくとも一部で互いに結合し、
   前記他の色成分のフィルタおよび前記光減衰膜の底面は、前記所定の色成分のフィルタの底面より低い
   カラーフィルタを備える固体撮像装置の製造方法であって、
   無機膜上に形成された有機膜上に、前記所定の色成分のフィルタの材料を成膜し、
   前記所定の色成分のフィルタの材料に対して、前記所定の色成分のフィルタが形成される領域にフォトレジストを形成してエッチング処理を施し、
   エッチング処理が施された前記所定の色成分のフィルタに、前記光減衰膜を形成し、
   前記光減衰膜が形成された前記所定の色成分のフィルタに対して、エッチング処理を施し、
   前記他の色成分のフィルタの材料を塗布する
   ステップを含む固体撮像装置の製造方法。

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