JPH04283701A - カラーフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー固体撮像素子に
使用するカラーフィルタの形成方法及びその材料に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラ等において使用されるＣＣ
Ｄ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）等
の固体撮像素子からカラー信号を得るためには、その表
面に設けられている受光素子に対応したカラーフィルタ
を形成する必要がある。 そして、このカラーフィルタを形成する方法の一つとし
て染色法があった。

【０００３】以下においてこの染色法を説明する。

【０００４】染色法ではＣＣＤ等の基板表面には凹凸が
あるため、最初にＰＧＭＡ等の、熱硬化性があり、且つ
、ポジ形ＤｅｅｐＵＶレジストにもなる透明材料を塗布
して平坦化を図る。続いて、この上にゼラチン等の蛋白
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
光性可染性材料による膜を形成する。そして、この膜に
対して、露光、現像処理を行い、カラーフィルタを構成
する３色のうちの一色分のパターンを形成し、更にこの
パターンに対して一色目の染色を施す。

【０００５】この後、この第一色目のカラーフィルタの
上から保護膜として、再びＰＧＭＡ等の薄膜を形成する
。

【０００６】以上の工程を所望の色の回数だけ、即ち三
色カラーフィルタの場合は三回、繰り返すことによりカ
ラーフィルタを形成することができる（第２回フォトフ
ァブリイケーション技術シンポジウム予稿集、Ｐ．２３
〜２７）。

【０００７】なお、このようなオンウエーハ方式のカラ
ーフィルタおよびその製造方法に関する文献としてはこ
の他にも、テレビジョン学会誌３７巻７号Ｐ５５３（１
９８３）や、東芝レビュー４３巻７号Ｐ５４８（１９８
８）等がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のカラーフィルタおよびその形成方法には以下の
ような問題があった。

【０００９】感光性可染性材料として使用されるゼラチ
ン等の天然蛋白質と重クロム酸アンモニウム等の組成物
は、塗布時に加温する必要があった。

【００１０】ゼラチン等の天然物質を使用しているため
、粘性等の品質のバラツキがあり、また、その粘性の温
度依存性も大きいため膜厚の制御が困難であった。

【００１１】現像時の膨潤が大きいため解像性が低かっ
た。

【００１２】各色毎に染色し保護膜を形成するため、製
造プロセスが長かった。

【００１３】フィルタの積層厚さが大きいため、入射光
の散乱や色のにじみを生じる原因となっていた。

【００１４】本発明は上記した従来の問題点を解決しう
る、カラーフィルタを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するためになされたもので、色素含有感光性材料を
成膜する工程と、マスクを通じて露光する工程と、現像
する工程と、ブリーチングする工程と、加熱する工程と
、以上の工程を少なくとも色の種類の回数だけ繰り返す
カラーフィルタの形成方法が提供される。

【００１６】そして、上記カラーフィルタ形成方法にお
けるカラーフィルタ材料である上記色素含有感光性材料
は、色素剤と、感光性アルカリ溶解阻害剤（ポジ形感光
剤）と、アルカリ可溶性樹脂と、架橋剤と、を含むこと
を特徴とする。

【００１７】上記ポジ形感光剤とは未露光部においては
アルカリ可溶性樹脂のアルカリ水溶液に対する溶解を阻
害し、露光部においてはアルカリ可溶性樹脂のアルカリ
水溶液に対する溶解を促進もしくは阻害しない感光剤で
ある。なお、この感光剤自身による光吸収がＣＣＤ等の
用途において問題となる４００ｎｍ以上の領域にある場
合には、パターニング後の上記ブリーチング処理により
これを除去する必要がある。しかし、４００ｎｍ以上の
領域において光吸収がなく、また、加熱による着色がな
い場合は上記ブリーチング処理は必要ない。４００ｎｍ
以上の領域に光吸収があり、且つブリーチング性の良い
上記ポジ形感光剤としてはｏ−ナフトキノンジアジド類
が挙げられる。

【００１８】上記アルカリ可溶性樹脂は、加熱による着
色のない、或いは着色の少ないものがよく、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から選ばれた
一種であることが好ましい。なお、ノボラック樹脂等は
加熱により共役したキノン構造に変化し着色が大きくな
るため適当でない。

【００１９】上記色素含有感光性材料は上記ブリーチン
グ処理により、光の照射を受けてポジ形感光剤の架橋剤
として機能が低下してしまう。その結果、加熱しても橋
渡ししにくくなり、レジスト溶剤に溶解してしまう。し
かし、別途、上記架橋剤を加えて架橋密度を高めること
により、レジスト溶剤に溶解しないようにすることがで
きる。なお上記架橋剤としてはメラミン誘導体が好まし
い。但し、上記ポジ形感光剤の感光性が、照射する光の
波長に対して選択性を有しており、上記ブリーチング処
理後も、その架橋剤として機能できる場合には、架橋剤
を添加する必要はない。

【００２０】上記カラーフィルタ材料の組成比が、ポジ
形感光剤：アルカリ可溶性樹脂＝１０〜３５：９０〜６
５ｗ／ｗ、（ポジ形感光剤＋アルカリ可溶性樹脂）：架
橋剤＝１００：０．５〜２．０ｗ／ｗ、色素剤：（ポジ
形感光剤＋アルカリ可溶性樹脂＋架橋剤）＝５〜２０：
１００ｗ／ｗであることが好ましい。

【００２１】上記色素剤としては、例えば、シアンには
、メチルバイオレットレーキ、ジオキサジンバイオレッ
ト、フタロシアニンブルーＧ、無金属フタロシアニンブ
ルー、アルカリブルーＧが挙げられる。また、イエロー
には、例えば、ファストイエローＧ、ジスアゾイエロー
ＡＡＡ、ジスアゾイエローＡＡＭＸ、ジスアゾイエロー
ＡＡＯＴ、ジスアゾイエローＡＡＯＡ、フラバンスロン
イエロー、ジスアゾイエローＡＡＰＴ、ジスアゾイエロ
ーＨ１０Ｇ、ジスアゾイエローＨＲ、クロモフタルイエ
ローＧＲ、ファストイエローＦＧＬ、ファストイエロー
１０ＧＸ、メチンイエロー、アンスラピリミジンイエロ
ー、イソインドリノンイエローＧ、イソインドリノンイ
エローＲ、銅アゾメチンイエロー、ベンズイミダゾロン
イエローＨ２Ｇ、キノフタロンイエロー、ニッケルジオ
キシンイエロー、ディスパースファーストイエローＧ、
ディスパースイエロー５Ｇが挙げられる。マゼンタとて
は、例えば、ナフトールカーミンＦＢ、ナフトールレッ
ドＢＳ、ナフトールレッドＲＮ、パーマネントレッド２
Ｂ（Ｃａ，Ｍｎ）、ブリリアントカーミン６Ｂ、ローダ
ミン６Ｇレーキ、マダーレーキ、ブリリアントカーミン
ＢＳ、キナクリドンマゼンタ、ナフトールカーミンＦＢ
Ｂ、ナフトールレッドＦ５ＲＫ、エリスロシンレーキ、
ベンズイミダゾロンカーミンＨＦ４Ｃ、アリザリンマル
ーンレーキ、チオインジゴマゼンタ、ビクトリアブルー
６Ｇレーキが挙げられるグリーンとしては、例えば、フ
タロシアニングリーン、ブリリアントグリーンレーキ、
マラカイトグリーンレーキ、ピグメントグリーンＢ、ニ
ッケルアゾイエロー、フタロシアニングリーン６Ｙ、デ
ィスパースブルーグリーンＢが挙げられる。

【００２２】

【作用】本発明のカラーフィルタの形成方法およびその
材料においては、以下のような利点がある。

【００２３】上記カラーフィルタ材料は室温でも粘性の
小さい合成樹脂を用いていることにより、塗布時に加温
する必要がない。また合成樹脂は粘性の温度依存性等の
点で品質のバラツキが小さいため膜厚の制御が容易とな
る。

【００２４】カラーフィルタ材料に予め色素剤が含有さ
れているため、各色毎に染色する工程を省略することが
できる。

【００２５】カラーフィルタ材料のマトリクスポリマー
として加熱による着色のないもしくは少ないものを使用
したことによりカラーフィルタの透明性に関する耐熱信
頼性を維持できる。

【００２６】架橋剤を添加したことによりパターニング
後の加熱でカラーフィルタが架橋し、既に形成されてい
るカラーフィルタがレジスト溶剤に溶解しない。これに
より、ポジ形の感光剤を使用することができ、更に、同
一平面上に複数色のカラーフィルタを形成することが可
能になり、入射光の散乱や、色のにじみが少なくなる。

【００２７】感光性樹脂としてアルカリ現像タイプを使
用しているため膨潤が起こらず、解像性が向上する。

【００２８】パターニング後の全面露光によるブリーチ
ングで、ポジ形感光剤の４００ｎｍ以上の領域での光吸
収を除去したため、本発明の感光性材料を用いたカラー
フィルタでも透明性を維持できる。

【００２９】

【実施例】本発明を適用した例を、図１を用いて説明す
る。

【００３０】図１はカラーフィルタ形成の工程を示した
説明図である。

【００３１】図１ａに示したように、固体撮像素子基板
１００の上には受光部および走査部等が設けられている
ため、これらを保護するとともにその表面を平坦化する
ための透明平坦化層１０１を予め設けておく。

【００３２】この透明平坦化層１０１の上に第１色目の
色素含有感光性材料によりフィルタ層１０２を成膜する
。続いて、図１ｂに示すように、当該色のフィルタに対
応したパターンのマスク１０４を所定の受光部等に対応
する位置に配し、該マスク１０４を通じて露光する。 そして、その後、現像およびリンスを行う。その結果、
図１ｃに示すように、該マスク１０４により光が遮断さ
れていた部分のフィルタ層１０２だけが残って、所定受
光部に対応したカラーフィルタ１０３として機能する。 一方、マスク１０４がなく光が照射された部分は、フィ
ルタ層１０２が現像処理により取り除かれて、再び透明
平坦化層１０１の表面が露出する。

【００３３】次いで、マスクをしないで全面に光を照射
することによりポジ形感光剤自身による不要な光吸収を
なくす（ブリーチング）。なお、この時カラーフィルタ
１０３の部分にも光が当たるが現像処理を行わないため
問題はない。この後、カラーフィルタ１０３に加熱処理
を行うことにより該カラーフィルタ１０３の部分に架橋
反応を起こして安定させ、一色目のカラーフィルタが完
成する。

【００３４】更に、フィルタ層１０２の成膜からブリー
チング後の加熱処理に至る上記工程を所望の色数分だけ
繰り返すことにより、図１ｄに示したようにカラーフィ
ルタ１０３とは色の異なるカラーフィルタ１０５、カラ
ーフィルタ１０６、カラーフィルタ１０７を透明平坦化
層１０１上に形成する。

【００３５】この場合、前回の工程において形成された
色のフィルタ部分は架橋して安定化しているため、後の
工程による影響を受けない。なお、この後、形成したカ
ラーフィルタの上に透明保護膜１０８、マイクロレンズ
１０９を形成しても良い。

【００３６】なお、本発明はこれに限定されるものでは
ない。

【００３７】次により具体的な例を実施例として説明す
る。

【００３８】実施例１ 予め固体撮像素子基板１００上に、下記化学式で表され
るポリイミド前駆体を、

【００３９】

【化１】

【００４０】２．０μｍ厚に塗布し、２００℃で３０分
間、続いて２８０℃で３０分間、ベークして透明平坦化
層１０１を形成しておく。

【００４１】一方、アルカリ可溶性樹脂である、ヒドロ
キシスチレンとスチレンとメタクリル酸エチルとの共重
合体（モノマー成分モル比、４：５：１；分子量、１０
００〜１５０００）と、ポジ形感光剤である、２、３、
４、４’−テトラヒドロキシベンゾフェノンと１、２−
ナフトキノンジアジド−５−スルフォニルクロライドと
のエステル体と、から構成されるポジ形感光材料（アル
カリ可溶性樹脂：ポジ形感光剤＝７５：２５ｗ／ｗ）に
、架橋剤としてヘキサメトキシメラミン１ｗｔ％を、ま
た各色の色素剤として、それぞれ、シアンにはｋａｙａ
ｓｅｔ　　Ｖｉｏｌｅｔ　　ＢＬ（日本化薬）を６ｗｔ
％、イエローにはＯｒｉｅｎｔａｌ　　Ｙｅｌｌｏｗ　
　ＧＴ（東洋インキ）を１２ｗｔ％、マゼンタにはＬｉ
ｏｎｏｇｅｎ　　Ｍａｇｅｎｔａ　　Ｒ−Ｆ（東洋イン
キ）を１０ｗｔ％、グリーンにはＳｕｍｉｔｏｎｅ　　
Ｃｙａｎｉｎｅ　　Ｇｒｅｅｎ　　Ｇ（住友化学）を８
ｗｔ％、分散させた各色のカラーフィルタ材料を調整し
た。なお、レジスト溶剤としては、１−アセトキシ−２
−エトキシエタンを使用した。

【００４２】次いで、透明平坦化層１０１の上に、第１
色目の色素剤として、シアン顔料を分散させたカラーフ
ィルタ材料をフィルタ層１０２として０．８μｍ厚にス
ピン塗布し、９０℃で３０分間ベークした。続いて、専
用マスクを通してｉ線ステッパーで露光し、テトラメチ
ルアンモニウムヒドロキシドの水溶液で現像し、純水で
リンスした。次に、ブリーチングのためマスク無しの状
態で高圧水銀灯により全面露光した。そしてその後、架
橋させるため、２００℃で３０分間ベークして、第１色
目の、この場合はシアンの、カラーフィルタ１０３を形
成した。

【００４３】この後も、イエロー、マゼンタ、グリーン
についても同様の工程を繰り返して４色のカラーフィル
タを全て透明平坦化層１０１に、即ち同一平面上に形成
した。

【００４４】実施例２ アルカリ可溶性樹脂として、スチレンと無水マレイン酸
との共重合体（モノマー成分モル比、４：６；分子量、
８００〜５０００）をエタノールで分解したポリマーを
用いたこと以外は、実施例１と同様のカラーフィルタ材
料（但し、アルカリ可溶性樹脂：ポジ形感光剤＝８０：
２０ｗ／ｗ）を調整し、実施例１と同様の方法で、カラ
ーフィルタを形成した。

【００４５】実施例３ ポジ形感光剤として、２、３、４、−テトラヒドロキシ
ベンゾフェノンと１、２−ナフトキノンジアジド−５−
スルフォニルクロライドとのエステル体を用いたこと以
外は実施例１と同様のカラーフィルタ材料（但し、アル
カリ可溶性樹脂：ポジ形感光剤＝７０：３０ｗ／ｗ）を
調整し、実施例１と同様の方法でカラーフィルタを形成
した。

【００４６】実施例４ 架橋剤として、部分メトキシメラミン０．８ｗｔ％を用
いたこと以外は実施例１と同様のカラーフィルタ材料を
調整し、実施例１と同様の方法でカラーフィルタを形成
した。

【００４７】実施例５ 各色の色素剤として、それぞれ、シアンにはＢｒｏｎｚ
ｅ　　Ｖｉｏｌｅｔ　　ＧＬ（野間化学）を７ｗｔ％、
イエローにはＬｉｏｎｏｌ　　Ｙｅｌｌｏｗ　　１２０
６（東洋インキ）を１４ｗｔ％、マゼンタにはＮｏ６１
６　　Ｒｅｄ（東洋インキ）を９ｗｔ％、グリーンには
Ｆａｓｔｏｇｅｎ　　Ｇｒｅｅｎ　　Ｓ（大日本インキ
）を５ｗｔ％、使用したこと以外は実施例１と同様のカ
ラーフィルタ材料を調整し、実施例１と同様の方法でカ
ラーフィルタを形成した。

【００４８】実施例６ アルカリ可溶性樹脂である、スチレンと無水マレイン酸
との共重合体（モノマー成分モル比、４：６；分子量、
８００〜５０００）をエタノールで分解したポリマーと
、ポジ形感光剤である、２、３、４、−テトラヒドロキ
シベンゾフェノンと１、２−ナフトキノンジアジド−５
−スルフォニルクロライドとのエステル体と、により構
成されるポジ形感光材料（アルカリ可溶性樹脂：ポジ形
感光剤＝７０：３０ｗ／ｗ）に、架橋剤として部分メト
キシメラミン０．８ｗｔ％を、各色の色素剤として、そ
れぞれ、シアンにはＢｒｏｎｚｅ　　Ｖｉｏｌｅｔ　　
ＧＬ（野間化学）を７ｗｔ％、イエローにはＬｉｏｎｏ
ｌ　　Ｙｅｌｌｏｗ　　１２０６（東洋インキ）を１４
ｗｔ％、マゼンタにはＮｏ．６１６　　Ｒｅｄ（東洋イ
ンキ）を９ｗｔ％、グリーンにはＦａｓｔｏｇｅｎ　　
Ｇｒｅｅｎ　　Ｓ（大日本インキ）を５ｗｔ％、分散さ
せた各色のカラーフィルタ材料を調整した。なお、レジ
スト溶剤としては、１−アセトキシ−２−エトキシエタ
ンを用いた。次いで、実施例１と同様の方法でカラーフ
ィルタを形成した。

【００４９】上記実施例においてはカラーフィルタ材料
の塗布時に加温する必要が無い。また、膜厚に影響する
合成樹脂の粘性等の品質のバラツキが小さく、更に粘性
の温度依存性も小さいため、膜厚の制御が容易である。 具体的には従来、膜厚の変動幅を０．０５μｍ以内とす
るためには６０±３℃という温度制御が必要であったの
に対し、上記実施例においては室温（２３±５℃）で可
能となった。

【００５０】ポジ形感光剤を使用しているため現像時の
膨潤がなく、解像性が向上した。具体的には、従来は２
μｍ程度が限界であったパターンの幅をサブミクロン程
度まで細くすることが可能となった。また、パターンの
エッジ部分が基板面に対して従来よりも垂直となった。 即ち、パターンの切れがよくなった。

【００５１】各色のカラーフィルタを同一平面上に形成
することができるため、入射光の散乱やにじみが少なく
なった。

【００５２】各色ごとにフィルタを染色する必要がない
ため製造工程が短くなった。

【００５３】パターニング後のブリーチングによりポジ
形感光剤の余分な光吸収を除去しているため、本発明の
カラーフィルタ材料を用いたカラーフィルタでも従来と
同等のカラーフィルタの透明性を維持できた。また、加
熱による着色性のない若しくは少ないマトリックスポリ
マーを使用しているため、その透明性に関する耐熱信頼
性を従来と同等のレベルに維持することができた。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のカラーフ
ィルタは、カラーフィルタ材料の塗布時に加温する必要
がない。更に、膜厚に影響する粘性等の品質のバラツキ
が少なく、その粘性の温度依存性も小さいため、膜厚の
制御が容易である。また、現像時に膨潤が起きないため
、解像性が向上する。更に、各色毎に染色する必要がな
いため、製造プロセスを簡略化することができる。更に
また、本発明のカラーフィルタ材料を用いたカラーフィ
ルタでも透明性およびその透明性に関する耐熱信頼性を
従来と同等のレベルに維持することができる。また、同
一平面上に複数色のカラーフィルタを形成することが可
能となったため入射光の散乱や色にじみがなくなる等の
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるカラーフィルタの形成方法を示す
素子断面図である。

【符号の説明】

１００…固体撮像素子基板、１０１…透明平坦化層、１
０２…フィルタ層、１０３…カラーフィルタ、１０４…
マスク、１０５…カラーフィルタ、１０６…カラーフィ
ルタ、１０７…カラーフィルタ、１０８…透明保護膜、
１０９…マイクロレンズ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】色素含有感光性材料を成膜する工程と、マ
   スクを通じて露光する工程と、現像する工程と、ブリー
   チングする工程と、加熱する工程と、以上の工程を少な
   くとも色の種類の回数だけ繰り返すことを特徴とするカ
   ラーフィルタの形成方法。
2. 【請求項２】色素含有感光性材料を成膜する工程と、マ
   スクを通じて露光する工程と、現像する工程と、加熱す
   る工程と、以上の工程を少なくとも色の種類の回数だけ
   繰り返すことを特徴とするカラーフィルタの形成方法。
3. 【請求項３】色素剤と、感光性アルカリ溶解阻害剤（ポ
   ジ形感光剤）と、アルカリ可溶性樹脂と、架橋剤とを含
   むことを特徴とするカラーフィルタ材料。
4. 【請求項４】色素剤と、感光性アルカリ溶解阻害（ポジ
   形感光剤）と、アルカリ可溶性樹脂とを含むことを特徴
   とするカラーフィルタ材料。
5. 【請求項５】上記ポジ形感光剤がｏ−ナフトキノンジア
   ジド類であることを特徴とする請求項３記載のカラーフ
   ィルタ材料。
6. 【請求項６】上記アルカリ可溶性樹脂が、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から選ばれた少なくとも
   一種であることを特徴とする請求項３または４記載のカ
   ラーフィルタ材料。
7. 【請求項７】上記架橋剤がメラミン誘導体であることを
   特徴とする請求項３記載のカラーフィルタ材料。
8. 【請求項８】上記カラーフィルタ材料の組成比が、ポジ
   形感光剤：アルカリ可溶性樹脂＝１０〜３５：９０〜６
   ５ｗ／ｗ、（ポジ形感光剤＋アルカリ可溶性樹脂）：架
   橋剤＝１００：０．５〜２．０ｗ／ｗ、色素剤：（ポジ
   形感光剤＋アルカリ可溶性樹脂＋架橋剤）＝５〜２０：
   １００ｗ／ｗであることを特徴とする請求項３記載のカ
   ラーフィルタ材料