JP2977231B2 - カラー固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はカラー固体撮像素子及びその製造方法に係
り、さらに詳述すれば、カラー固体撮像素子におけるカ
ラーフィルタの構造とその製造方法、マイクロレンズの
構造とその製造方法並びにボンディングパッド部の開口
方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体基板上に、パッシベーション膜で被われた、光
電変換を行なう受光部及び上記受光部で発生した電気信
号を取り出す走査部が形成されているCCDやMIDなどの固
体撮像素子の上にカラーフィルタを形成する方法として
は、従来、例えば第２回フォトファブリケーション技術
シンポジウム予稿集、第23頁〜第27頁（1987年）に記載
があるように、下記に示す方法が一般的である。

すなわち、受光部及び走査部のために凹凸のある基板
表面をPGMA（ポリグリシジルメタクリレート）等の、熱
硬化性があり、かつ、ポジ形のDeepUVレジストにもなる
透明材料を塗布して平坦化した後、ゼラチン等の蛋白質
に重クロム酸アンモニウム等を感光剤として加えた感光
性可染性材料を成膜する。続いて、所定のマスクを介し
て露光し、現像することにより所望の位置に可染性材料
のパターンを形成した後、第一色目の染料で染色してフ
ィルタパターンを形成し、さらに、混色防止のために、
PGMA等の保護膜で第一色目のフィルタを被う。上記工程
をフィルタを構成する所望の色数だけ繰り返し、三色の
カラーフィルタを形成する方法である。

この種のフィルタの形成方法を通称オンウエーハ方式
と呼ぶが、このオンウエーハ方式によるカラーフィルタ
の製造方法では、ボンディングパッド部が、PGMA等の平
坦化層や保護層で被われてしまうため、これら平坦化層
や保護層を成膜する度に、露光・現像するか、あるい
は、フィルタ製造の最終段階で露光・現像することによ
り、ボンディングパッド部上の積層膜を除去し、パッド
部表面を露出するための開口部形成作業が行なわれてい
る。

なお、このようなオンウエーハ方式のカラーフィルタ
及びその製造方法に関する文献としては、例えば、テレ
ビジョン学会誌、37巻、７号、第553頁（1983年）や東
芝レビュー、第43巻、７号、第548頁（1988年）などが
挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来のカラー固体撮像素子及びそ
の製造方法には以下に述べるような問題点があった。

１）半導体基板表面の段差を解消するために設ける平坦
化層の平坦化能力が低いために、カラーフィルタに膜厚
差が生じ、カラーフィルタの分光特性がばらつく。ま
た、入射光が散乱し、色にじみの原因になる。

２）感光性可染性材料として使われるゼラチン等の天然
蛋白質と重クロム酸アンモニウム等の感光剤との組成物
は、膨潤や、基板からの反射光によるカブリのために、
解像性が低く、高解像度化が困難である。

３）各フィルタ毎に保護層を形成した多層構造になる
と、入射光が散乱し、色にじみが生じる。

４）ボンディングパッド上の平坦化層や保護層を成膜の
度に、開口することは工程が長くなる。

５）有効開口率が低い。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解決することに
あり、その第１の目的は、平坦化された基板上の同一平
面内に解像性良く形成されたカラーフィルタを具備して
成るカラー固体撮像素子を、そして、第２の目的はその
製造方法を提供することにある。

上記第１の目的を達成するために、まず、カラー固体
撮像素子の構造を以下のようにした。

第１図（ｅ）と第２図（ｃ）にその主要断面を示すよ
うに、光電変換を行なう受光部101、上記受光部で発生
した電気信号を取り出す走査部102、及び上記受光部及
び走査部を保護するパッシベーション膜が形成された半
導体からなる固体撮像素子基板100上に上面が有機ケイ
素材料で構成された透明平坦化層103を設け、上記平坦
化層の上の受光部に対応した位置にカラーフィルタ107
〜109を同一平面内に形成した。そして、上記カラーフ
ィルタの上に透明保護膜110を成膜し、さらに、上記透
明保護膜の上の受光部に対応した位置に凸状のマイクロ
レンズ111aを形成した。

上記手段につき更に具体的に述べると、本発明の第１
の目的は、 （１）．光電変換を行なう受光部と、前記受光部で発生
した電気信号を取り出す走査部と、少なくとも前記受光
部と走査部とを保護するパッシベーション膜とが形成さ
れて成る半導体からなる固体撮像素子基板と；この固体
撮像素子基板の凹凸面上に形成され、少なくともその上
面が有機ケイ素材料から成る透明平坦化層と；この平坦
化層上の前記受光部に対応した位置に同一平面を形成し
て配設されたカラーフィルタとを有して成るカラー固体
撮像素子により、また、 （２）．上記（１）記載のカラー固体撮像素子のフィル
タパターン上に、透明保護膜を配設して成るカラー固体
撮像素子により、また、 （３）．上記（２）記載のカラー固体撮像素子における
透明保護膜上の受光部に対応した位置に、凸状のマイク
ロレンズを配設して成るカラー固体撮像素子により、ま
た、 （４）．上記（１）記載の透明平坦化層が、有機ケイ素
材料から成るカラー固体撮像素子により、また、 （５）．上記（１）記載の透明平坦化層が、有機高分子
材料から成る下地層上に有機ケイ素材料が積層されて成
るカラー固体撮像素子により、また、 （６）．上記（２）もしくは（３）記載の透明保護膜
が、有機ケイ素材料から成るカラー固体撮像素子によ
り、また、 （７）．上記（２）もしくは（３）記載の透明保護膜
が、有機高分子材料から成るカラー固体撮像素子によ
り、また、 （８）．上記（３）記載の透明保護膜上のマイクロレン
ズが、有機ケイ素材料もしくは有機高分子材料から成る
カラー固体撮像素子により、達成される。

ここで、本発明のカラー固体撮像素子を構成する材料
について説明する。

上記（１），（４），（５），及び（６）記載の有機
ケイ素材料とは、部分加水分解されたアルコキシシラン
オリゴマー、熱架橋性ポリオルガノシルセスキオキサ
ン、及びポリオルガノシルセスキオキサンからなる群か
ら選ばれたいずれか一種であり、例えば、部分加水分解
されたアルコキシシランオリゴマーから成る商品名OCD
（東京応化工業製）、同じく商品名HSG（日立化成工業
製）、熱架橋性ポリオルガノシルセスキオキサンから成
る商品名TSIR−205（東レ・シリコーン製）、ポリオル
ガノシルセスキオキサンから成る商品名TSIR−105（東
レ・シリコーン製）等が挙げられる。

上記（５）記載の有機高分子材料としては、透明で、
耐熱性、接着性、及び平坦化能等に優れた有機高分子材
料であれば良く、例えば、分子末端がエンドキャップさ
れたポリイミド前駆体を加熱硬化して成る透明ポリイミ
ドやDeepUVレジスト材料等が挙げられる。

また、上記（７）記載の有機高分子材料も同様であ
り、DeepUVレジストやアクリル系樹脂等が挙げられる。

上記（８）記載の有機ケイ素材料としては、アルカリ
可溶性有機ケイ素樹脂をマトリックス樹脂とするレジス
ト材料等を挙げることができる。このようなアルカリ可
溶性有機ケイ素樹脂としては、例えば、下記式（１）で
表されるアルカリ可溶性ポリオルガノシルセスキオキサ
ン 〔ただし、ｎ及びｍは正の整数で、n/（ｎ＋ｍ）は0.4
〜1.0〕 等がある。

さらに、上記式（１）をマトリックス樹脂とするレジ
スト材料としては、式（１）と下記式（２）で表される
α−ジアゾアセトアセテート 〔ただし、R¹は多価アルコールの残基で、例えば、コー
ル酸アルキルエステル、ペンタエリトリトール等の脂肪
酸多価アルコールの残基等が挙げられる〕との組成物あ
るいは、式（１）と下記式（３）で表されるｏ−ナフト
キノンジアジド 〔但し、R²はポリヒドロキシベンゾフェノン残基で、例
えば、２、３、４−トリヒドロキシベンゾフェノンや
２、３、４、４′−テトラヒドロキシベンゾフェノンの
残基等が挙げられる〕との組成物等が挙げられる。

なお、ここで示した式（１）と式（２）の組成物は、
例えば特開平１−80944号公報で、また、式（１）と式
（３）の組成物は特開昭62−159141号公報ですでに知ら
れている。

上記（８）記載の有機高分子材料としては、アルカリ
可溶性有機高分子材料をマトリックス樹脂とするレジス
ト材料を挙げることができる。

このようなアルカリ可溶性有機高分子材料としては、
例えば、ヒドロキシスチレンを含むポリマー、アクリル
酸を含むポリマー、メタアクリル酸を含むポリマー、及
び無水マレイン酸のアルコール分解物を含むポリマー等
がある。

ここで使用されるカラーフィルタの材料は、特に、限
定されるものではない。天然蛋白質と重クロム酸アンモ
ニウムの組成物、合成水溶性樹脂と重クロム酸アンモニ
ウムの組成物、合成水溶性樹脂とアジド化合物との組成
物等の周知の感光性可染性材料を使用することができ
る。しかし、本発明のカラー固体撮像素子の可染性材料
は、本質的には、感光性を必要としない。

上記第２の目的のうち、カラーフィルタの製造を主た
る目的とする製造方法は、 （９）．光電変換を行なう受光部と、前記受光部で発生
した電気信号を取り出す走査部と、少なくとも前記受光
部と走査部とを保護するパッシベーション膜とが形成さ
れて成る半導体からなる固体撮像素子基板上に、上面が
有機ケイ素材料で構成された透明平坦化層を形成する工
程と；前記平坦化層の上に可染性材料を成膜する工程
と；前記可染性材料の上に有機ケイ素系レジストを成膜
し、所定のマスクを介して露光し、現像することによ
り、前記受光部に対応した位置に前記レジストの残しパ
ターンを形成する工程と；前記有機ケイ素系レジストの
パターンをマスクに酸素を含むガスプラズマで前記可染
性材料をエッチングし、前記受光部に対応した位置に前
記可染性材料の残しパターンを形成する工程と；前記有
機ケイ素系レジストのパターンを剥離する工程と；前記
可染性材料のパターンの上にポジ形レジストを成膜し、
露光・現像により所望の可染性材料のパターンの位置に
レジストの抜きパターンを形成する工程と；前記レジス
トパターンをマスクに所望の可染性材料のパターンを所
望の色に染色し、フィルタパターンを形成する工程と；
前記染色されたフィルタパターンに防染処理を施す工程
と；前記ポジ形レジストのパターンを剥離する工程と；
前記のポジ形レジストの成膜工程から剥離工程までの工
程を少なくとも２回繰り返し、所望の色数のカラーフィ
ルタを同一平面内に形成する工程とを有して成る上記
（１）記載のカラー固体撮像素子の製造方法により、ま
た、 （10）．上記（９）記載の最終製造工程に続いて、透明
保護膜を成膜する工程を付加して成る上記（２）記載の
カラー固体撮像素子の製造方法により、達成される。

次に、このカラーフィルタの製造を主たる目的とする
本発明のカラー固体撮像素子の製造方法を第１図を用い
てさらに具体的に説明する。

光電変換を行なう受光部101、上記受光部で発生した
電気信号を取り出す走査部102及び上記受光部及び走査
部を保護するパッシベーション膜が形成された半導体か
らなる固体撮像素子基板100上に、第１図（ａ）に示す
ごとく、上面が有機ケイ素材料で構成された透明平坦化
層103、続いて、上記平坦化層の上に可染性材料104、さ
らに、上記可染性材料の上に有機ケイ素系レジスト105
を成膜し、露光・現像により、受光部に対応した位置に
レジストの残しパターン105を形成する。

その後、第１図（ｂ）に示すごとく、上記有機ケイ素
系レジストのパターン105をマスクに酸素を含むガスプ
ラズマで可染性材料104をエッチングし、受光部に対応
した位置に可染性材料104の残しパターンを形成、続い
て、上記有機ケイ素系レジストのパターン105を剥離す
る。

その後、第１図（ｃ）に示すごとく、上記可染性材料
のパターン104の上にポジ形レジスト106を成膜し、露光
・現像により所望の可染性材料のパターンの位置にレジ
ストの抜きパターン106を形成、上記レジストパターン1
06をマスクに所望の可染性材料のパターンを所望の色に
染色し、さらに、上記染色されたパターンに防染処理を
施す。

その後、第１図（ｄ）に示すごとく、上記ポジ形レジ
ストのパターン106を剥離し、上記したポジ形レジスト
の成膜から剥離までの工程を少なくとも２回繰り返し行
ない、所望の色数のカラーフィルタ107、108、109を透
明平坦化層103上の同一平面内に形成したカラー固体撮
像素子を得た。

その後、第１図（ｅ）に示すごとく、カラーフィルタ
面上に透明保護膜110を成膜したカラー固体撮像素子を
得た。

続いて、上記第２の目的のうち、マイクロレンズの製
造を主たる目的とする製造方法は、 （11）．上記（10）記載の製造工程に続いて、DeepUVレ
ジストの成膜、露光・現像により、受光部に対応した位
置にレジストの残しパターンを形成する工程と；前記レ
ジストの残しパターンを加熱し、凸状のマイクロレンズ
を形成する工程とを付加して成る上記（３）記載のカラ
ー固体撮像素子の製造方法により、また、 （12）．上記（10）記載の製造工程に続いて、UVレジス
トを成膜、露光・現像により、受光部に対応した位置に
レジストの残しパターンを形成する工程と；前記レジス
トのパターンを全面露光した後、加熱し、凸状のマイク
ロレンズを形成する工程とを付加して成る上記（３）記
載のカラー固体撮像素子の製造方法により、達成され
る。

さらにこのマイクロレンズの具体的製造方法につい
て、第２図を用いて説明する。

第２図（ａ）示すごとく、透明保護膜110の上に、Dee
pUVレジスト111を成膜する。

続いて、第２図（ｂ）に示すごとく、露光・現像によ
り、受光部に対応した位置にレジストの残しパターン11
1aを形成する。

さらに、第２図（ｃ）に示すごとく、上記レジストの
残しパターンを加熱し、凸状のマイクロレンズ111aを形
成した。

一方、次の方法によってもマイクロレンズを製造する
ことが可能であった。

第２図（ａ）示すごとく、透明保護膜110の上に、UV
レジスト111を成膜する。

その後、第２図（ｂ）に示すごとく、露光・現像によ
り、受光部に対応した位置にレジストの残しパターン11
1aを形成し、続いて、上記レジストのパターン111aを全
面露光する。

さらに、第２図（ｃ）に示すごとく、上記レジストの
パターン111aを加熱し、凸状のマイクロレンズ111aを形
成した。

最後に、上記第２の目的のうち、ボンディングパッド
部の露出、開口を主たる目的とする製造方法は、 （13）．固体撮像素子基板上に予め形成されたボンディ
ングパッド部上に、上記透明平坦化層形成工程及びカラ
ーフィルタ形成工程後の透明保護膜形成工程で順次積層
された平坦化層及び透明保護層からなる積層膜上に、有
機レジストを成膜する工程と、前記ボンディングパッド
部を前記積層膜から露出させるための所定のマスクパタ
ーンを介して露光し、現像することにより所定の有機レ
ジストパターンを形成する工程と、前記有機レジストパ
ターンをマスクとして前記積層膜をドライエッチング加
工してボンディングパッド部を露出、開口させる工程を
含む上記（10）記載のカラー固体撮像素子の製造方法に
より、また、 （14）．上記ボンディングパッド部上の透明平坦化層及
び透明保護層を含む積層膜をドライエッチング加工する
ことにより開口し、固体撮像素子基板に設けられた前記
ボンディングパッド部を露出する工程において、前記積
層膜が有機ケイ素系材料で形成されている場合にはフッ
素を含むガスプラズマにより、有機高分子材料で形成さ
れている場合には、酸素を含むガスプラズマによりドラ
イエッチング加工する工程を含むボンディングパッド部
加工工程を有する上記（13）記載のカラー固体撮像素子
の製造方法により、達成される。

このボンディングパッド部の開口方法について、第３
図を用いてさらに具体的に説明する。

第３図（ａ）に示すごとく、ボンディングパッド112
上には透明平坦化層103及び透明保護膜110が積層されて
いる。マイクロレンズ及び透明保護膜110が有機ケイ素
材料から成る上記（８）記載のカラー固体撮像素子の場
合には、まず、全面にポジ形有機レジスト113を成膜、
露光・現像により、ボンディングパッド112部上に抜き
パターン113を形成する。

その後、第３図（ｂ）に示すごとく、上記レジストの
パターン113をマスクに例えばCF₄のごときフッ素系プラ
ズマで、ボンディングパッド112上の有機ケイ素材料を
エッチングする。

これにより、有機ケイ素材料から成る保護膜110は除
かれ、さらに、平坦化層がすべて有機ケイ素材料の場合
には平坦化層103も、平坦化層103が有機高分子材料と有
機ケイ素材料の積層体でも上面の有機ケイ素材料が除か
れる。

続いて、第３図（ｃ）に示すごとく、酸素を含むプラ
ズマで表面に露出した有機高分子材料（有機レジスト11
3、あるいは有機レジスト113及び平坦化層103の下地膜
として残っていた有機高分子材料）をエッチングするこ
とにより、ボンディングパッド部112の表面を露出、開
口することができる。

一方、上記（８）記載のカラー固体撮像素子のマイク
ロレンズ及び透明保護膜110が有機高分子材料から成る
場合には、まず、全面に有機ケイ素系レジストを成膜、
露光・現像により、ボンディングパッド部上に抜きパタ
ーンを形成する。その後、上記レジストパターンをマス
クに酸素を含むプラズマでボンディングパッド上の有機
高分子材料をエッチングする。これにより、有機高分子
材料から成る保護膜110は除かれる。続いて、フッ素系
プラズマで表面に露出した有機ケイ素材料（有機ケイ素
系レジスト及び有機ケイ素材料のみから成る平坦化膜）
をエッチングすることにより、ボンディングパッド部11
2の表面を露出、開口することができる。

なお、これら材料の具体例は前述したとおりであり、
特に、本製造方法にとって重要となる有機ケイ素系レジ
ストとしては、マイクロレンズ材料に用いた、アルカリ
可溶性有機ケイ素樹脂をマトリックス樹脂とするレジス
ト材料等を挙げることができる。

〔作 用〕

本発明のカラー固体撮像素子及びその製造方法におい
ては、透明性及び平坦化能に優れた有機ケイ素材料を平
坦化層に用いたところに一つの特徴点がある。これによ
り、カラーフィルタの膜厚差が減少し、分光感度のバラ
ツキ、入射光の散乱、及び色にじみが解消された。

有機ケイ素材料を平坦化層に用いることは、後述する
ように、酸素プラズマによるカラーフィルタのドライエ
ッチングのストッパ層としての役割もある。しかし、有
機ケイ素材料はその材料によっては厚く形成することが
困難なものもあるので、そのような材料の場合には、平
坦化層とエッチングストッパ層の役割を分離し、積層膜
としてその下地の平坦化層に有機高分子材料を、表層の
エッチングストッパ層に有機ケイ素材料を用いることも
可能であった。このような有機高分子材料としては、分
子末端をエンドキャップし、さらに、ポリマー骨格の対
称性を下げることにより平坦化能を上げ、かつ、ポリマ
ー骨格を非共役にすることにより透明性を改良したポリ
イミド前駆体を加熱硬化して成る溶融平坦化透明ポリイ
ミドが、特に優れていた。

さらに、本発明のカラー固体撮像素子及びその製造方
法においては、感光性可染性材料を、フォトリソグラフ
ィにより、パターニングするのではなく、有機ケイ素系
レジストのパターンをマスクに酸素プラズマで可染性材
料をドライ加工するので、本質的には、可染性材料に感
光性が必要でなくなった。また、パターニング時に膨潤
がなく、さらに、有機ケイ素系DeepUVレジストを用いれ
ば、基板からの反射光によるカブリもなくなり、可染性
材料パターンの解像性が非常に高くなった。また、可染
性材料のパターンを平坦化層上の同一平面内に形成し、
フォトレジストのパターンをマスクに部分染色を繰り返
し行なうことにより、複数色のカラーフィルタを同一平
面内に形成したので、フィルタと保護層の多層構造にな
らず、入射光が散乱したり、色にじみが生じたりするこ
とがなくなった。有機ケイ素系レジストとしては、その
役割からして、特に限定されるものではないが、剥離性
を考慮するとポジ形レジストが好ましく、さらに、現行
のアルカリ現像方式であることが好ましい。ここでは、
式（１）と式（２）の組成物、及び式（１）と式（３）
の組成物をもって、その有用性を示した。

次に、本発明のカラー固体撮像素子及びその製造方法
においては、凸上のマイクロレンズを最上層に形成した
ので見かけ上の開口率が上がり、有効光量が多くなった
ので、感度が約２倍向上した。

ここで、マイクロレンズ材料としては、汎用のUV及び
DeepUVレジストを用いることができるが、アルカリ可溶
性樹脂をマトリックス樹脂とするアルカリ現像方式のレ
ジストの場合には、透過率に関する耐熱信頼性に注意が
必要であり、有機ケイ素のマトリックス樹脂としては式
（１）のものが、また、有機高分子のマトリックス樹脂
としては、ヒドロキシスチレンを含むポリマー、さら
に、好ましくは、ヒドロキシスチレン成分を減らしてア
ルカリ可溶性にしたポリマーが好ましい。これらレジス
トは、パターニング後、熱流動を利用して凸状マイクロ
レンズにすることができるが、UVレジストの場合には、
ベーク前に、全面露光によるブリーチングが必要であ
る。

さらに、マイクロレンズ材料と透明保護膜を、有機ケ
イ素材料かあるいは有機高分子材料のどちらかに統一す
ることにより、ボンディングパッド部の開口を最終段階
でのドライ加工により、一括して行なうことができるよ
うになった。その際、ボンディングパッド上には有機高
分子材料と有機ケイ素材料が積層されているので、プラ
ズマガスを一回交換する必要がある。つまり、有機高分
子材料の場合は酸素系プラズマガスに、有機ケイ素材料
の場合はフッ素系プラズマガスに切り替えることにな
る。

以上により、高感度、高解像性で、分光感度のバラツ
キが少ないカラー固体撮像素子を簡単な工程で製造可能
となった。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の一実施例を説明する。

実施例1. まず、第１図（ａ）に示すように、受光部101及び走
査部102がパッシベーション膜で被われた半導体基板100
上に、有機ケイ素材料として東レシリコーン製商品名TS
IR−205を１μｍ厚に塗布し、150℃で30分ベークして、
平坦化層103とした。その後、日本化薬製商品名CFR633L
1を0.8μｍ厚に塗布し、90℃、30分ベークして、可染性
材料104とした。

続いて、前記式（１）と式（３）の組成物（日立化成
製商品名RU−1600P）を１μｍ厚に塗布し、90℃、30分
ベークして、有機ケイ素系レジスト105を成膜した。次
いで、受光部101に対応した位置にレジスト105を残しパ
ターンを形成するようにマスクを通して露光し、0.66wt
％ Me₄NOH水溶液で現像、リンスしてレジストのパター
ン105を形成した。

次に、第１図（ｂ）に示すように、レジスト105のパ
ターンをマスクに、CF₄を10％含むO₂ガスのプラズマで
可染性材料104をエッチングし、さらに、レジスト105を
全面露光後、基板上に現像液を乗せ、揺動、高速回転し
て、レジスト105を剥離した。

続いて、第１図（ｃ）に示すように、可染性材料のパ
ターン104の上に東京応化製商品名OFPR−800を１μｍ厚
に塗布し、90℃、30分ベークして、ポジ形レジスト106
を成膜した。次いで、所望の可染性材料のパターン104
の位置にレジスト106の抜きパターンを形成するように
マスク通して露光し、2.38wt％Me₄NOH水溶液で現像、リ
ンスしてレジストパターン106を形成した。

その後、所望の第１色目の染料で染色した後（10
8）、防染処理を施した。なお、染色溶液として次の溶
液を使用した。

シアン：カヤノール−キスブルー（日本化薬製商品
名） イエロー：スミノールミーリングイエロー3G（住友化
学製商品名） マゼンタ：カヤクダレクトファーストスカーレット4B
S（日本化薬製商品名） 次いで、レジスト106を全面露光後、基板上に現像液
を乗せ、揺動、高速回転して、レジスト106を剥離し
た。

さらに、上記レジスト106の成膜、パターニング、染
色、防染、剥離を第２色目（107）、第３色目（109）に
ついても同様に行ない、最後に、200℃、30分ベークし
て、第１図（ｄ）に示すような３色のカラーフィルタを
同一平面内に形成した固体撮像素子を得た。

実施例2. 受光部101及び走査部102がパッシベーション膜で被わ
れた半導体基板100上に、有機ケイ素材料として東京応
化製商品名OCDを１μｍ厚に塗布し、350℃、30分ベーク
して平坦化層103とし、以下、実施例１と同様にして、
カラー固体撮像素子を得た。

実施例3. 受光部101及び走査部102がパッシベーション膜で被わ
れた半導体基板上に、有機ケイ素材料として日立化成製
商品名HSGを0.8μｍ厚に塗布し、350℃、30分ベークし
て平坦化層103とし、以下、実施例１と同様にして、カ
ラー固体撮像素子を得た。

実施例4. 受光部101及び走査部102がパッシベーション膜で被わ
れた半導体基板100上に、有機高分子材料として下記式
（４）で表されるポリイミド前駆体（ただし、ｎ＝１〜
100）を 2.2μｍ厚に塗布し、200℃、30分、300℃、30分ベー
ク。続いて、有機ケイ素材料として東レシリコーン製商
品名TSIR−205を0.2μｍ厚に塗布し、150℃、30分ベー
クして２層膜から成る平坦化層103とした。その後、実
施例１と同様にして、カラー固体撮像素子を得た。

実施例5. 受光部101及び走査部102がパッシベーション膜で被わ
れた半導体基板上に、有機高分子材料として東京応化製
商品名OEBR−100を１μｍ厚に塗布し、200℃、30分。続
いて、有機ケイ素材料として東レシリコーン製商品名TS
IR−205を0.2μｍ厚に塗布し、150℃、30分ベークして
２層膜から成る平坦化層103とした。その後、実施例１
と同様にして、カラー固体撮像素子を得た。

実施例6. 実施例１の第１図（ｄ）で得た素子の上に、第１図
（ｅ）に示すように有機ケイ素材料からなる東レシリコ
ーン製商品名TSIR−205を１μｍ厚に塗布し、150℃、30
分ベークして、透明保護膜110を形成したカラー固体撮
像素子を得た。

実施例7. 実施例１の第１図（ｄ）で得た素子の上に、第１図
（ｅ）に示すように有機ケイ素材料からなる東京応化製
商品名OCDを１μｍ厚に塗布し、350℃、30分ベークし
て、透明保護膜110を形成したカラー固体撮像素子を得
た。

実施例8. 実施例１の第１図（ｄ）で得た素子の上に、第１図
（ｅ）に示すように有機ケイ素材料からなる日立化成製
商品名HSGを0.8μｍ厚に塗布し、350℃、30分ベークし
て、透明保護膜110を形成したカラー固体撮像素子を得
た。

実施例9. 実施例４で得た素子の上に、第１図（ｅ）に示すよう
に有機ケイ素材料からなる東レシリコーン製商品名TSIR
−205を１μｍ厚に塗布し、150℃、30分ベークして、透
明保護膜110を形成したカラー固体撮像素子を得た。

実施例10. 実施例４で得た素子の上に、第１図（ｅ）に示すよう
に有機ケイ素材料からなる東京応化製商品名OCDを１μ
ｍ厚に塗布し、350℃、30分ベークして、透明保護膜110
を形成したカラー固体撮像素子を得た。

実施例11. 実施例４で得た素子の上に、第１図（ｅ）に示すよう
に有機ケイ素材料からなる日立化成製商品名HSGを0.8μ
ｍ厚に塗布し、350℃、30分ベークして、透明保護膜110
を形成したカラー固体撮像素子を得た。

実施例12. 実施例１で得た素子の上に、第１図（ｅ）に示すよう
に有機高分子材料からなる東京応化製商品名OEBR−100
を１μｍ厚に塗布し、200℃、30分ベークして、透明保
護膜110を形成したカラー固体撮像素子を得た。

実施例13. 実施例４で得た素子の上に、第１図（ｅ）に示すよう
に有機高分子材料からなる東京応化製商品名OEBR−100
を１μｍ厚に塗布し、200℃、30分ベークして、透明保
護膜110を形成したカラー固体撮像素子を得た。

実施例14. 第２図（ａ）に示すように、実施例６で得た素子の透
明保護膜110の上に、前記式（１）と式（２）（ここで
は、コール酸メチル−トリス（α−ジアゾアセトアセテ
ート）の組成物を2.5μｍ厚に塗布し、90℃、30分ベー
クして、有機ケイ素系DeepUVレジスト111を成膜した。

次いで、第２図（ｂ）に示すように、受光部に対応し
た位置にレジストの残しパターンを形成するようマスク
を通して露光し、0.045N（HOCH₂CH₂）₄NOH水溶液で現
像、リンスして、レジストパターン111aを形成した。

続いて、上記レジストのパターン111aを160℃、10分
ベークして、第２図（ｃ）に示すような凸状をマイクロ
レンズ111aを形成した。

実施例15. 第２図（ａ）に示すように、実施例６で得た素子の透
明保護膜110の上に、前記式（１）と式（３）の組成物
（日立化成製商品名RU−1600P）を2.5μｍ厚に塗布し、
90℃、30分ベークして、有機ケイ素系UVレジスト111を
成膜した。

次いで、、第２図（ｂ）に示すように受光部に対応し
た位置にレジストの残しパターンを形成するようマスク
を通して露光し、0.66wt％Me₄NOH水溶液で現像、リンス
して、レジストパターン111aを形成した。その後、全面
露光して、レジストをブリーチングさせた。

続いて、上記レジストのパターン111aを160℃、10分
ベークして、第２図（ｃ）に示すような凸状のマイクロ
レンズ111aを形成した。

実施例16. 実施例９で得た素子の上に、実施例14と同様にして、
マイクロレンズ111aを形成した。

実施例17. 実施例９で得た素子の上に、実施例15と同様にして、
マイクロレンズ111aを形成した。

実施例18. 第２図（ａ）に示すように、実施例12で得た素子の上
に、日立化成製商品名RU−2000Nを2.5μｍ厚に塗布し、
90℃、30分ベークして、有機系DeepUVレジスト111を成
膜した。

次いで、第２図（ｂ）に示すように、受光部に対応し
た位置にレジストの残しパターンを形成するようマスク
を通して露光し、専用現像液で現像、リンスして、レジ
ストパターン111aを形成した。続いて、上記レジストの
パターン111aを160℃、10分ベークして、第２図（ｃ）
に示すような凸状のマイクロレンズ111aを形成した。

実施例19. 第２図（ａ）に示すように、実施例12で得た素子の上
に、川原油化商品名SMAレジンとｏ−ナフトキノンジア
ジドとの組成物2.5μｍ厚に塗布し、90℃、30分ベーク
して、有機系UVレジスト111を成膜した。

次いで、第２図（ｂ）に示すように、受光部に対応し
た位置にレジストの残しパターンを形成するようマスク
を通して露光し、0.60wt％Me₄NOH水溶液で現像し、リン
スして、レジストパターン111aを形成した。その後、全
面露光して、レジストをブリーチングさせた。

続いて、上記レジストのパターン111aを160℃、10分
ベークして、第２図（ｃ）に示すような凸状のマイクロ
レンズ111aを形成した。

実施例20. 第３図（ａ）に示すように、実施例14で得た素子の上
に、東京応化製商品名OFPR−800を２μｍ厚に塗布し、9
0℃、30分ベークして、有機レジスト113を成膜した。そ
の後、半導体基板110上のボンディングパッド112部上に
抜きパターンを形成するようマスクを通して露光し、2.
38wt％Me₄NOH水溶液で現像、リンスして、レジストパタ
ーン113を形成した。

続いて、第３図（ｂ）に示すように、O₂を10％含むCF
₄ガスのプラズマでボンディングパッド112部上の有機ケ
イ素材料110と103とをエッチングした。

次いで、第３図（ｃ）に示すように、O₂ガスのプラズ
マで上記レジスト113をエッチングして、ボンディング
パッド部112を露出、開口した。

実施例21. 第３図（ａ）に示すように、実施例16で得た素子の上
に、東京応化製商品名OFPR−800を２μｍ厚に塗布し、9
0℃、30分ベークして、有機レジストを成膜した。その
後、ボンディングパッド部上に抜きパターンを形成する
ようマスクを通して露光し、2.38wt％Me₄NOH水溶液で現
像、リンスして、レジストパターン113を形成した。

続いて、第３図（ｂ）に示すように、O₂を10％含むCF
₄ガスのプラズマでボンディングパッド112上の有機ケイ
素保護膜110と平坦化層103上面の有機ケイ素材料をエッ
チングした。

次いで、第３図（ｃ）に示すように、O₂ガスのプラズ
マで上記レジストパターン113と平坦化層の下層有機材
料をエッチングして、ボンディングパッド部112を露
出、開口した。

実施例22. 第３図（ａ）に示すように、実施例19で得た素子の上
に、前記式（１）と式（２）（ここでは、コール酸メチ
ル−トリス（α−ジアゾアセトアセテート）の組成物を
２μｍ厚に塗布し、90℃、30分ベークして、有機ケイ素
系DeepUVレジスト113を成膜した。その後、ボンディン
グパッド部112上に抜きパターンを形成するようマスク
を通して露光し、0.045N（HOCH₂CH₂）₄NOH水溶液で現
像、リンスして、レジストパターン113を形成した。

続いて、第３図（ｂ）に示すように、CF₄を10％含むO
₂ガスのプラズマでボンディングパッド部112上の有機材
料110をエッチングした。

次いで、第３図（ｃ）に示すように、O₂を10％含むCF
₄ガスのプラズマで上記レジスト113と平坦化層103とを
エッチングして、ボンディングパッド部112を露出、開
口した。

実施例23. 実施例22と同様にして、ただし、レジストパターン11
3として前記式（１）と式（３）の組成物（日立化成製
商品名RU−1600P）からなる有機ケイ素系レジストを用
い、ボンディングパッド部112上を開口した。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、分光感度のバ
ラツキや色にじみのない高感度、高解像性のカラー固体
撮像素子を簡単な工程で製造することができるようにな
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のカラー固体撮像素子及びその製造工程
を示す素子断面図、第２図は本発明のカラー固体撮像素
子のマイクロレンズ及びその製造工程を示すマイクロレ
ンズ部の断面図、そして第３図は本発明のカラー固体撮
像素子のボンディングパッド部の加工工程の一例を示す
ボンディングパッド部の断面図である。 ＜符号の説明＞ 100……半導体固体撮像素子基板、 101……受光部、 102……走査部、 103……平坦化層、 104……可染性材料、 105……有機ケイ素系レジスト、 106……有機系ポジ形レジスト、 107……カラーフィルタ、 108……カラーフィルタ、 109……カラーフィルタ、 110……保護膜、 111……マイクロレンズ材料、 111a……マイクロレンズ、 112……ボンディングパッド、 113……レジスト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松山 治彦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 名手 和男 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 庄子 房次 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 中野 寿夫 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所茂原工場内 (72)発明者 泉 章也 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所茂原工場内 (72)発明者 磯田 高志 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイ スエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−296763（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−296763（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−201951（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−246505（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−203663（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−159141（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−60756（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−77161（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−249109（ＪＰ，Ａ) 原徹，柏木正弘編，「半導体プロセス 材料実務便覧」，株式会社サイエンスフ ォーラム，昭和58年４月25日，ｐ．274 −275 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 27/14 H04N 5/335 G02B 5/20 101

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光電変換を行なう受光部と、前記受光部で
   発生した電気信号を取り出す走査部と、少なくとも前記
   受光部と走査部とを保護するパッシベーション膜とが形
   成されて成る半導体からなる固体撮像素子基板と；この
   固体撮像素子基板の凹凸面上に形成され、少なくともそ
   の上面が有機ケイ素材料から成る透明平坦化層と；この
   平坦化層上の前記受光部に対応した位置に同一平面を形
   成して配設されたカラーフィルタとを有して成るカラー
   固体撮像素子であって、前記透明平坦化層は、有機高分
   子材料から成る下地層上に有機ケイ素材料が積層されて
   成り、前記有機高分子材料が、分子末端がエンドキャッ
   プされたポリイミド前駆体を加熱硬化して成る透明ポリ
   イミドから成るカラー固体撮像素子。
2. 【請求項２】（１）光電変換を行なう受光部と、前記受
   光部で発生した電気信号を取り出す走査部と、少なくと
   も前記受光部と走査部とを保護するパッシベーション膜
   とが形成されて成る半導体からなる固体撮像素子基板上
   に、上面が有機ケイ素材料で構成された透明平坦化層を
   形成する工程と；（２）前記平坦化層の上に可染性材料
   を成膜する工程と；（３）前記可染性材料の上に有機ケ
   イ素系レジストを成膜し、所定のマスクを介して露光
   し、現像することにより、前記受光部に対応した位置に
   前記レジストの残しパターンを形成する工程と；（４）
   前記有機ケイ素系レジストのパターンをマスクに酸素を
   含むガスプラズマで前記可染性材料をエッチングし、前
   記受光部に対応した位置に前記可染性材料の残しパター
   ンを形成する工程と；（５）前記有機ケイ素系レジスト
   のパターンを剥離する工程と；（６）前記可染性材料の
   パターンの上にポジ形レジストを成膜し、露光・現像に
   より所望の可染性材料のパターンの位置にレジストの抜
   きパターンを形成する工程と；（７）前記レジストパタ
   ーンをマスクに所望の可染性材料のパターンを所望の色
   に染色し、フィルタパターンを形成する工程と；（８）
   前記染色されたフィルタパターンに防染処理を施す工程
   と；（９）前記ポジ形レジストのパターンを剥離する工
   程と；（10）前記（６）のポジ形レジストの成膜工程か
   ら前記（９）の剥離工程までの工程を少なくとも２回繰
   り返し、所望の色数のカラーフィルタを同一平面内に形
   成する工程と；（11）前記（10）のカラーフィルタの形
   成工程に続いて、透明保護膜を成膜する工程とを含むカ
   ラー固体撮像素子の製造方法であって、 前記固体撮像素子基板上に予め形成されたボンディング
   パッド部上に、前記（１）の透明平坦化層形成工程及び
   前記（11）のカラーフィルタ形成工程後の透明保護膜形
   成工程で順次積層された平坦化層及び透明保護層からな
   る積層膜上に、有機レジストを成膜する工程と、前記ボ
   ンデイングパッド部を前記積層膜から露出させるための
   所定のマスクパターンを介して露光し、現像することに
   より所定の有機レジストパターンを形成する工程と、前
   記有機レジストパターンをマスクとして前記積層膜をド
   ライエッチング加工してボンディングパッド部を露出、
   開口させる工程とを含むカラー固体撮像素子の製造方
   法。
3. 【請求項３】上記ボンディングパッド部上の透明平坦化
   層及び透明保護層を含む積層膜をドライエッチング加工
   することにより開口し、固体撮像素子基板に設けられた
   前記ボンディングパッド部を露出する工程において、前
   記積層膜が有機ケイ素系材料で形成されている場合には
   フッ素を含むガスプラズマにより、有機高分子材料で形
   成されている場合には、酸素を含むガスプラズマにより
   ドライエッチング加工する工程を含むボンディングパッ
   ド部加工工程を有する請求項２記載のカラー固体撮像素
   子の製造方法。