JPH0677083B2 - カラ−フイルタ−の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はカラーフィルターの製造方法に関し、さらに詳
しくは固体撮像素子上に高精細なカラーフィルターを形
成する工程の改良に係るものである。

〔従来技術とその問題点〕

固体撮像素子上にカラーフィルターを形成する方法とし
て従来被染色性のレジストを同素子上に設け、露光・現
像して染色所望域をパターン化ししかる後該パターン域
を各種染色を用いて染色してフィルター層を形成する所
謂る「染色法」が知られている。この染色法においては
染色域のパターン形状改善、染色層の膜厚均一化による
分光特性の再現安定化を主な目的として、染色層形成に
先立って固体撮像素子表面の凹凸の影響を回避するため
透明な平滑化層を設けることが多い。

CCD等の固体撮像素子表面には、通常アルミニウム配線
パターンの上層を覆うようにポリシリコンや窒化シリコ
ン膜が形成されておりその凹凸の巾は、1.5〜４μｍ前
後もあり、このような素子上に直接、染色層となるレジ
ストを設けてパターニングするとパターン形状・解像性
が著しく低下し又染色後の分光感度のばらつきも多く、
撮像素子としての特性の著しく悪いものになる。このた
め上記の如く平滑化層を設けることが固体撮像素子上の
カラーフィルター形成法においては、きわめて重要な工
程となっている。

従来このような平滑化層を設ける方法として、例えばケ
イ皮酸ビニル系レジストや感光剤を含むゴム系レジスト
を該素子上にスピンコートにより設け、露光架橋化して
設けていた。しかるにこの方法においては、１回のスピ
ンコートにより均一に被覆できるレジスト膜厚がたかだ
か２μｍ前後で、この程度に薄い平滑化層を設けただけ
ではいまだ固体撮像素子表面の凹凸の影響が大きく、素
子表面の平坦化は十分達成されなかった。又２回あるい
は数回これらレジストをスピンコート法で多層積層させ
て平坦化に十分な厚い膜を設けることも試みられている
が、レジスト中の感光基のため基板の深さ方向に吸収さ
れる光の強度が減少するため均一な露光ができなくな
り、その結果レジストの架橋化が不均一にしかおこらな
い。従って、必要に応じて施される平滑化層のパターニ
ングや、この後の染色層となるレジストのパターニング
の際等に、露光部の平滑化層までもが現像液に部分的に
溶解してしまい、平滑化層の初期膜厚に対する残膜率が
低くなって、やはり平坦化に十分な厚い膜は得られない
という問題があった。

あるいは又、素子自身の構造をできるだけ平坦になるよ
うに改良設計する方法も採用し得るが、これは素子特性
の仕様達成のため製造工程の大幅な改変を要し、簡単で
はない。

近年、固体撮像素子の小型化，高性能化及び高精細化の
要請が一段と高まる中で、カラーフィルター画素サイズ
の微細化，分光特性の均一性安定性カラーフィルター表
面のむら除去などに関し一層改善が要請されるようにな
った。この際、素子基板の平滑化工程は、従来以上に重
要となり、上記すう勢に対処できるように最適化を図っ
ていく必要がある。即ち平滑化層形成工程においては、
透明な少なくとも（400〜800nmの波長域で透過度が95％
以上）、平坦性（〜４μｍの素子表面の凹凸を0.2μｍ
〜0.5μｍにする）が十分図れる材料及びプロセスの選
定確立が要求される。

〔発明の目的〕

本発明はかゝる「染色法」によるカラーフィルター形成
に際して採られる固体撮像素子基板表面の平滑化に関す
る従来の問題点を解消し、高精度なカラーフィルターを
量産上も有利に製造する方法を提供することを目的とす
る。

〔発明の概要〕 本発明は上記目的を達するため、平滑化層を固体撮像素
子上に形成するに際し感光基濃度の異なるネガ型レジス
トを順次積層して基板上に設け、しかる後該レジスト層
を露光し、架橋化させて該素子の平坦化を図ることを主
旨とするものである。即ち本発明は該ネガレジストの露
光現像特性が感光基濃度により著しく異なることを利用
し、該感光基濃度の高い平滑化用レジスト層をまず素子
基板上に設け、次いで、感光基濃度の低いレジストを積
層させこれにより平滑化層の深さ方向に感光基の濃度勾
配を生じさせてこの勾配に応じた露光架橋化を惹起せし
め、平坦な樹脂層を素子上に設けるというもので、きわ
めて容易に素子基板の平滑化を図って、高精細のカラー
フィルター製造を可能にするものである。

以下本発明を図をもとに詳しく説明する。

固体撮像素子は、第１図に示す如く、アルミニウムパッ
ド域を除いて全体にポリシリコンもしくは窒化シリコン
（13）で被覆されている。

基板内で段差は、通常、３〜４μｍである。従来法にお
いてはこの段差凹凸上に強固な平滑化層（17）を設けて
もその厚みは、段差の凹部で約２μｍ位であり、素子の
平坦化は、十分図かれていない。このためこの平滑化層
上にシアン（14）あるいはイエロー（16）等の染色パタ
ーン層を中間層（15）を介して順に設けると第２図に示
す如く染色層の厚みは１画素域内でも不均一であり、又
固体素子基板全面においても膜厚のばらつきの程度は0.
7〜1.2μｍにも及ぶ。高精細なカラーフィルターを実現
するため要求されている染色化層の分光特性は例えば補
色型フィルターのジアン及びイエローについて、それぞ
れ500nm,570nmの観測波長において設定透過率の仕様基
準に対し±５％以内で制御しなければならないとされて
いる。

これを実現するためには第４図に示す如く染色化層の膜
厚変動量を最大±0.3μｍ以内にする必要がある。第２
図に示す如く従来法では、平坦化が十分達せられていな
いことが原因して、上記目的は到底達成不可能であると
いえる。

本発明の適用例は第３図に示すものである。

固体素子基板上に平滑化層（高感光基濃度レジスト）17
をまず形成し、引続いて感光基濃度の異なる平滑化層
（低感光基濃度レジスト）17′を設ける。平滑化を十分
達するため、要すれば、さらに一層低感光基濃度のレジ
ストを積層することも可能である。

これら平滑化層（17）（17′）は、所定の露光量で同時
に露光すると、それぞれその露光現像特性にしたがって
架橋残膜を形成する。このとき、表面が直接露光される
上層の平滑化層（17）ではもちろんのこと、下層光吸収
が少ないため、十分なエネルギーの光を吸収する。その
結果、平滑化層（17）（17′）のいずれについてもレジ
ストの架橋化が十分に進行するので、例えば染色パター
ン層を設けるときに現像液にさらされても初期膜厚に対
する残膜率がいずれも大きく、きわめて平坦性の良好な
所望厚さの平滑化層を得ることができる。このような平
滑化した層上に従来例にならってシアン、イエロー層を
形成すると、下地段差，凹凸の影響を全く受けないの
で、きわめて膜厚及び染色均一性に優れたフィルター画
素を形成できる。

本発明の平滑化層形成に適用できるネガ型レジストとし
ては環化イソプレン、ブタジエン等ゴム系に感光剤とし
て種々のアジド化合物例えば3,3′−ジメトキシ−4,4′
−ジアドジフェニル、４′−メトキシ−４−アジドフェ
ニルミン、44′−ジアジドジフェニルアミン、4,4′−
ジアジドジフェニルヌタン、１−アジドビレン、3,3′
−ジメチル−4,4′−ジアジドフェニル、4,4′−ジアジ
ドベンゾフェノン、4,4′−ジアジドスチルベン、4,4′
−ジアジドカルコン、 2,6−ジ−（４′−アシドベンザル）シクロヘキサノン 2,6−ジ−（４′−アジドベンサル）−４−メチルシク
ロヘキサノン を含むアジドゴム系ネガレジストあるいはアジド基を部
分的に導入置換したポリアジド安息香酸，ポリアジドフ
タル酸ビニル，ポリアジドスチレンアジドベンツアルデ
ヒドフェノール、等のアジド系ポリマーもしくは、部分
的にシンナモイル基を有するポリケイ皮酸ビニル、ポリ
シンナミリデン酢酸ビニル，ポリビニルシンナメート・
シンナミリデンアセテート共重合１本、ポリビニルアセ
テート・シンナミリデンアセテート共重合系ポリビニル
ベンゾエート・シンナミリデンアセテート共重合系等々
があげられる。

これらネガ型レジストを本発明に適用するにあたって
は、感光基濃度による露光現像特性を十分把握すること
が肝要である。例えば上記に掲げたゴム系レジスト／ア
ジド感光剤系についてみるとレジストの露光現像特性は
第５図に示す如く感光剤の添加量濃度によって変化す
る。図中、特性曲線は（１）（２）（３）（４）の順に
感光剤濃度が低くなっており、残膜率は例えば（１）で
は露光量10で100％であるが同一露光量の（３）では30
％である。従って（１）の高濃度レジストを下層とし、
（３）の低濃度レジストを上層に設けた積層系をこの露
光量で露光すると、初期膜厚の65％の平滑化層が形成さ
れることになる。上層に低濃度レジストを形成する理由
は、段差部にコートした厚いレジストの深さ方向に、著
しく光吸収の減衰がおこらないようにするためである。
ネガ型レジストの多くは、分光感度を向上させる目的で
種々の増感剤を添加配合して使用されている。本発明法
においても、これらの使用を制限するものではないが、
通常これらの増感剤は感光波長を強く吸収することにな
るため、特に上層に設けるレジスト材料に添加する場合
には、著しい光減衰を招き、下層レジストの感光架橋化
を低下させないような範囲で選択することが望ましい。

本発明法を適用したカラーフィルターの形成は上記の如
く方法で平滑化された固体撮像素子上に被染色性のネガ
レジスト例えばゼラチン、カゼインに重クロム酸アンモ
ニウムを添加したものを被覆し、所定パターンを有する
マスクを介して露光・現像し、適当な染料を含有した染
色液に浸漬して染色・着色化を施し、これを数回繰返す
ことによって行なわれる。

〔発明の効果〕

本発明法によって平滑化された固体撮像素子の平坦性は
従来法に比較して、大幅に改善されており、この平滑化
された基板上に形成した被染色性レジストのパターン形
状解像性及び膜厚均一性もきわめて良好である。このた
め、きわめて簡便な方法によって同素子上に微細でかつ
分光特性の均一なカラーフィルターを形成することが可
能となり、生産上きわめて多大な効果を生む。

〔発明の実施例〕

ポリシリコンで被覆された段差３μｍを有するCCD固体
撮像素子上にポリイソプレンゴムに2,6−ジ−（４′−
アジドベンザル）−４−メチルシクロヘキサノン５％添
加した高感光剤濃度のレジスト溶液をスピンコート法に
より約２μｍ厚に設けた。次いで同レジストの感光剤を
２％にした低感光剤濃度のレジストを２μｍ厚で形成し
積層させた。80℃30分間ベーキング処理を行ない所定パ
ターンを有するフォトマスクを介して密着露光し、所定
現像液で現像した。ベーキング後段差部の膜厚を測定し
たところ凹凸は、0.3μｍになっていた。比較のため高
感光剤濃度のレジスト１層だけから成る層を設けた基板
について調べてみたところ段差は約1.2μｍであった。

平滑化した、これらCCD素子上に重クロム酸アンモニウ
ム／カゼインレジストを１μｍ厚に設けフィルター画素
状にパターン露光を行なって、レジストパターンの形状
と膜厚を調べた。本発明法による平滑化を施した基板の
場合、走査型電子顕微鏡で観察したレジストパターン断
面は膜厚がきわめて均一であり、凹部においてもレジス
ト膜厚差が0.2μｍ以内であった。一方従来法に従って
基板においては、段差の上下部でなお0.8μｍの膜厚差
が生じていた。シアン染色を施した後、中間層（富士薬
品製FSR）を設け、上記同様カゼインのイエロー染色化
層を形成し、カラーフィルターをCCD上に設けた。

素子の分光特性を比較すると、本発明法により形成した
ものについては、色分解性、色調性がきわめて均一かつ
良好であることが判った。

【図面の簡単な説明】

第１図は、CCD固体撮像素子の断面図、第２図は、従来
の平滑化法により形成したCCD上のカラーフィルター層
の断面図、第３図は、本発明によるCCD上のカラーフィ
ルターの断面図、第４図はレジストの膜厚と分光特性
（吸収率）の関係を表わす図、第５図はレジストの露光
特性の感光基濃度依存性を示す図である。 図中10…基体、11…ホトセンサー域、12…配線Al、13…
ポリシリコン層、14…第１染色層、15…中間層、16…第
２染色層、17,17′…平滑化層。 ａ…分光特性最適範囲、ｂ…設定膜厚範囲

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体撮像素子上に直接カラーフィルター層
   を積層形成するカラーフィルターの製造方法において、
   素子基板上に着色層を設ける工程に先だち、互いに感光
   基濃度の異なるネガ型レジストを感光基濃度の高いもの
   から素子基板上に順次積層した後露光し、素子基板表面
   の凹凸を平滑化する工程を備えることを特徴とするカラ
   ーフィルターの製造方法。
2. 【請求項２】ネガ型レジストが、イソプレン、ブタジエ
   ンゴムに感光剤としてアジド化合物を含む系、アジド系
   ポリマー、シンナモイル基を含むビニルポリマーからな
   る群より選ばれた少なくとも１種であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のカラーフィルターの製造
   方法。