JPS6318303A - カラ−フイルタ−を有する受光素子 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、カラーフィルターを有する受光素子に関する
ものであり、例えばカラー用の固体撮像素子や分光測定
用の分光検出素子等に用いられるものである。

（従来の技術） 従来、ゼラチンやカゼイン、ポリビニルアルコール（Ｐ
ＶＡ）のような染色基質を染料にて染色した有機膜をカ
ラーフィルターとして用いることが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のような染色された有１ＩＩＩよりなるカラーフィ
ルターは、染色基質や染料が紫外線により変質し退色し
て分光特性が経時変化するという問題があり、このため
、カラーフィルター前方に紫外線カツトフィルターを付
加することが必要であった。また、従来の染色された有
Ｉ！膜カラーフィルターは、耐熱性においても劣るとい
う問題があり、このため、半導体受光素子用のカラーフ
ィルターとして用いる場合には、カラーフィルターを取
り付けた後の製造プロセスにおいて、熱的な制約が生じ
るという問題があった。すなわち、カラーフィルターを
有する半導体受光素子の製造プロセスにおいては、受光
面にカラーフィルターを取り付けた後に、ダイボンディ
ングやワイヤボンディング、樹脂モールド等の熱を加え
るアッセンブリ工程が必要であるが、それらの各工程に
おいて力ラーフィルターの耐熱性を考慮して、熱的条件
を制限しなければならないという問題があった。また、
染料は一般的には水に溶けるので、耐湿性も劣るという
問題があった。

さらにまた、上述のゼラチンやカゼイン、ポリビニルア
ルコール（ＰＶＡ）のような染色基質を染料にて染色す
る際には、通常、重クロム酸アンモニウムを加えて、染
色を促進させるものであるが、この方法では重金属類を
用いる関係上、排水の処理を行う必要があった。

本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、有機顔料を含有させたポリイ
ミド樹脂をカラーフィルターの材料とすることにより、
耐光性及び耐熱性を改善したカラーフィルターを有する
受光素子を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係るカラーフィルターを有する受光素子にあっ
ては、上述のような問題点を解決するために、添付図面
に示されるように、ポリイミド樹脂に有機顔料を含有せ
しめて成るカラーフィルター層を受光面と接するように
設けて成るものである。

（作用〉 本発明は、上述のように、受光素子の受光面と接するよ
うに設けられるカラーフィルター層の材料として、ポリ
イミド樹脂に有機顔料を含有せしめたものを用いたもの
であり、従来のゼラチンやカゼイン、ポリビニルアルコ
ール（ＰＶＡ）のような染色基質を染料で染色するフィ
ルターに比べると、ポリイミド樹脂及び有機顔料からな
るカラーフィルターは紫外線に対する耐光性が改善され
ており、紫外線により変質し退色して分光特性が経時変
化するような惧れはほとんどなく、実質的には紫外線カ
ツトフィルターを用いる必要がなくなるものである。ま
た、ポリイミド樹脂は耐熱性が良好であり、さらに、従
来用いていた染料に比べて有機顔料は耐熱性が良好であ
るので、カラーフィルターとしての耐熱性が高くなり、
受光素子の受光面にカラーフィルターを取り１寸けた後
の工程における熱的制約が少なくなる。さらにまた、有
機顔料は一般的には水に不溶であるので、耐湿性にも優
れている。したがって１本発明にあっては、カラーフィ
ルターとしての耐光性や耐熱性、耐湿性等が従来例に比
べて改善されるものである。

（実施Ｍ） 以下、本発明の好ましい実施例を図面と共に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るカラーフィルターを有
する受光素子の断面構造を示す図である６本実施例の受
光素子は、カラービデオカメラのホワイトバランスセン
サーとして用いられるものであり、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑
色）、Ｂ（青色）についての光強度を測定できるように
なっている。シリコン基板１の表面には、通常の半導体
製造プロセスを用いて受光部２が形成されており、各受
光部２の表面にはそれぞれ赤色フィルター３．緑色フィ
ルター４及び青色フィルター５が受光面上及びその近傍
を覆うように設けられている。各フィルター３〜５の表
面には、トップコートｖ、６が施されており、表面を平
坦化されている。シリコン基板１の縁部には、アルミ膜
７よりなる配線部が露出されている。

第２図はカラーフィルターを作成するための製造工程を
示す図である。また、第３図乃至第５Ｉ２Ｉは各工程の
説明図である。以下、これらの図を参照しながら、本実
施例のカラーフィルターを有する受光素子の製造工程を
説明する。尚、第３図及び第４図の各工程はウェハー単
位で処理されるものであるが、図面は１個のチップのみ
を示している。また、第３図及び第４図では配線を省略
して示している。

（ｉ）カラーペーストの塗布、セミキュアの工程（第３
図（ａ）参照） まず、カラーフィルター用の耐熱性カラーペースト８を
受光素子が形成されたシリコン基板ｌの表面に塗布する
。耐熱性カラーペースト８は、溶剤と、溶剤に対して不
溶な有機顔料と、ポリイミド前駆体とから成る。塗布に
際しては、予め、受光素子を形成されたシリコン基板１
を２００°ＣのＮ２ガス中で１０分間乾燥させた後、第
１色目のカラーペースト８をシリコン基板１上に少量滴
下し、スピンナー（例えばミカサ製ＩＨ−ＤＳ型）を用
いて、５００　ｒｐ＋＊の回転数で５秒、さらに３００
０　ｒｐｍの回転数で３０秒の条件で塗布膜を形成する
。この塗布膜を通風乾燥機を用いて、１４０℃の空気中
で３０分間セミキュアする。第１色目のカラーペースト
８としては、赤色、緑色、青色のうちどの色を用いても
良い。

第６図はスピンナーを用いたカラーペースト８の塗布の
様子を示す図である。溶剤とポリマーとを混ぜたワニス
に有機顔料を混ぜてカラーペースト８とし、このカラー
ペースト８を例えばビーカーからシリコン基板１の表面
に注ぐ（第６図（ａ）参照）、シリコン基板１はスピン
ナーを用いて高速度で回転駆動されており、シリコン基
Ｗ、１の表面に注がれたカラーペースト８は、遠心力に
よりシリコン基板１の表面に一様に分散する（第６図（
ｈ）参照）、第７図はスピンナーの回転数と塗布膜厚と
の関係を示す図である。この図から明らかなように、ス
ピンナーの回転数を上げることにより、塗布膜厚を薄く
することができる。なお、第７図において、各線はカラ
ーペーストを塗布する場合の特性く赤色０印、緑色Δ印
、青色・印）を示している。

カラーペーストの塗布工程において、使用される耐熱性
カラーペーストの成分を例示すれば、次の通りである。

頚　カラーペースト　］ 一般式 但し、Ｒ１：芳香族炭化水素環又は複素環Ｒ２：水素又
は炭素数１〜１０の炭化水素基で示されるポリマー１０
０ｇに対し、有機顔料について、 赤色顔料として、カラー・インデックスＮｏ、７３９０
５のピグメントＲｅｄ２０９、同Ｎｏ、４６５００のピ
グメントＶ　１ｏｌｅＬ　１９等で示されるキナクリド
ン系顔料； 又は、 緑色顔料として、カラー・インチ・ツクスＮＯ６７４１
６０７７）ピグメントＧｒｅｅｎ３６、同Ｎｏ、７４２
６０のピグメントＧ　ｒｅｅｎ　７等で示されるフタロ
シアニングリーン系顔料； 又は、 青色顔料として、カラー・インチ・７クスＮｏ、７４１
６０のピグメントＢＩｕｅ１５−３、同Ｎ０１７４１６
０のピグメントＢｌｕｅ１５−４等で示されるフタロシ
アニンブルー系顔料； のいずれかを１０〜３００ｇの割合で混合されてなるカ
ラーフィルター用耐熱性カラーペースト。

熱　　ラーペースト 一般式 但し、Ｒ１：芳香異次１ヒ水素環又は複素環Ｒ２：水素
又は炭素数１〜１０の炭化水素基で示されるポリマー１
００ｇに対し、有機顔料について、前記カラーペースト
（１）について用いたのと同じ赤色顔料、緑色顔料、又
は、青色顔料のいずれかを、１０〜３００ｇの割合で混
合されてなるカラーフィルター用耐熱性カラーベース１
〜。

一般式 但し、Ｒ１：芳香族炭化水素環又は複素環Ｒ２：水素又
は炭素数１〜１０の炭化水素基で示されるポリマー１０
０ｇに対し、有機顔料について、前記カラーペースト（
１）について用いたのと同じ赤色顔料、緑色顔料、又は
、青色顔料のいずれかを、１０〜３００ｇの割合で混合
されてなるカラーフィルター用耐熱性カラーペースト。

シリコン基板１に塗布されるカラーペーストとしては、
前記（１）〜（Ｉ［Ｉ）のうちいずれのカラーペースト
を用いても構わない、なお、カラーベーストの塗布を行
う前に、受光面の凹凸を平坦化するために、受光面にポ
リイミド層を塗布しておいてら良い。

（ｉｉ）レジスト塗布、プリベークの工程（第３図（ｂ
）参照） カラーペースト８が塗布されて、セミキュアされたシリ
コン基板１を通風乾燥機から取り出し、冷えてくるのを
待って、フォトレジスト９を塗布する０本実施例では、
ポジレジストであるシブレイ社製の“マイクロポジット
フォトレジスト１４００−３１”〈商品名）を用いた。

フォトレジストリの塗布もスピンナーを用いて行うもの
であり、５００　ｒｐｍの回転数で５秒、さらに２００
　Ｏｒｐｍの回転数で３０秒の条件で塗布膜を形成する
。プリベークは、通風乾燥機を用いて９０°Ｃの窒素ガ
ス（Ｎ２ガス）中で３０分間行う。

（ｉｉｉ）露光工程（第３図（ｃ）参照）次に、マスク
アライナ−を用いてシリコン基板１への露光位置を調整
した後、’７０ｍＪの露光を行い、受光面上及びその近
傍のみにフォトレジスト９が残るように、フォトマスク
１１を介して紫外線による露光を行う。

（ｉｖ）レジスト現像、エツチングの工程（第３図（ｄ
）９照） 次に、露光を終えたシリコン基板１のフォトレジスト９
を現像する。現像液としては、シブレイ社製のマイクロ
ポジット’ＭＦ−３１２デベロッパー”（商品名）と水
とを、１：１で混合したものを用いて、液温２２℃で６
０秒かけてレジスト現像を行う、その後、余分なカラー
ペースト層のエツチングを行う、エツチングを終えたシ
リコン基板１を水でリンスし、Ｎ２ガスを吹き付けて乾
燥させる。

（ｖ）レジスト剥離、リンス、キュアの工程（第３図（
ｅ）参照） 次に、カラーペースト層の上に残っているフォトレジス
ト９を剥離させるために、シリコン基板１を酢酸エチル
中に浸漬・撹拌し、５分後に取り出し、イソプロピルア
ルコールでリンスした後、Ｎ２ガスを吹き付けて乾燥さ
せ、その後、通風乾燥機で３００℃のＮ２ガス中で３０
分間キュアせしめる。

なお、実施例では、フォトレジストつとしてポジレジス
トを用いる例を示したが、ネガレジスト（例えば日立化
成工業社製のネガ型レジスト’ＲＵ−１１００Ｎ”（商
品名））を用いても良い。

（ｖｌ）第２色目のカラーフィルターの作成工程衣に、
第２色目のカラーフィルターの作成に入るが、第２色目
のカラーフィルターの作成においても、カラーペースト
８を塗布し、キュアするまで、第１色目と同等のプロセ
ス（ｉ）〜（ｖ）を繰り返す、第２色目は、赤色、緑色
、青色のうち、第１色目を除く２色のうち、どちらの色
を選んでもよい、たとえば、第１色目が緑色であれば、
第２色目は赤色として良い。

（癲）第３色目のカラーフィルターの作成工程衣に、第
３色目のカラーフィルターの作成に入るが、第３色目の
カラーフィルターの作成においても、カラーペースト８
を塗布し、キュアするまで、第１色目と同等のプロセス
（ｉ）〜（ｖ）を繰り返す、第３色目は、赤色、緑色、
青色のうち、第１色目と第２色目とを除く残りの１色と
なる。たとえば、第１色目が緑色で、第２色目は赤色で
あれば、第３色目は青色ということになる。

このように、受光面を複数個持つ受光素子の場合、色の
異なる有機顔料を含むカラーペーストを用いて、前述の
ようにフォトリングラフィ法を繰り返すことによって、
各受光面にそれぞれ色の異なるカラーフィルターを取り
付けることができ、それぞれのカラーフィルターに含ま
れる有機顔料の８類によって主に決まる分光特性を持つ
分光検出受光素子を形成することができる。

（婦）トップコート膜の塗布工程（第４図（ａ）＄照）
３色のカラーフィルター３．４．５を同一シリコン基板
１上に作成し終えた後、最１＆にトップコート膜６を形
成する。トップコートＩＩＡ６を形成するには、例えば
日本合成ゴム社製ＪＳＲポリイミド”ＪＩＡ−１−２”
（商品名）を、０．５μ彌の膜厚で塗布し、ベークする
。ベーキング条件は、１５０℃の雲囲気で１時間である
。トップコート膜６としては、この他に、例えば日本合
成ゴム社製の表面平坦化剤“ＪＳＳ−１７”（商品名）
を用いて形成しても良い。

このトップコート膜６を施す目的は、前述の（ｉ）〜（
ｖｉｉ）の工程により形成された着色ポリイミドカラー
フィルターの表面には、いわゆるオレンジビール状の肌
あれが発生し、表面の乱反射による光透過率の低下を招
くことが多いので、トップコートＨ６によって表面を平
坦化して表面の乱反射を防止し、光透過率を向上させる
ためである。第９図乃至第１１図に示されるように、光
透過率はトップコーティングが施されることにより、数
％改善されている。第９図乃至第１１図は、前述の工程
により作成された青色、赤色及び緑色のカラーフィルタ
ーの分光透過率特性をそれぞれ示す図であり、実線で示
した特性はトップコーティングがない場合、破線で示し
た特性はトップコーティングがある場合の特性なそれぞ
れ示している。また、第８図はトップコーティングの施
されていない青色のカラーフィルターについて、膜厚を
変えた場合の分光透過率特性の変化を示すものであり、
■はスピンナーの最終的な回転数が２０００ｒｐｎであ
る場合、■は同３０００　ｒｐＩ＋１である場合、■は
同４０００ｒｐｍである場合の分光透過率特性をそれぞ
れ示している。さらに、第１２図はシリコンチップ上に
設けた青色、緑色、赤色の各カラーフィルターの特性を
示している。なお、この特性を得るために、第１３図に
示す特性の赤外カットフィルターを外付けしている。

にＸ）レジスｌ−塗布の工程（第４図（１，）参照）次
に、トップコート膜６にて覆われたアルミ膜７よりなる
配線を露出させてポンディングパッド部を形成するため
に、フォトレジスト１２を塗布し、アルミ［７の部分の
フォトレジスト１２のみが除去されるように、フォトマ
スク１３を介して紫外線による露光を行う、アルミ膜７
よりなる配線（ポンディングパッド部）はシリコン基板
１の縁部に形成されており、したがって、例えば第３図
（ａ）は少し誇張して描けば第５図に示されるようにな
っている。

（ｘ）トップコート膜のエツチング工程（第４図（ｅ）
参照） 次に、露光済みのシリコン基板１を現像し、エツチング
によりアルミ膜７の部分のトップコート膜６を除去する
。

（ｘｉ）レジスト剥離の工程（第４図（ｄ）参照）さら
に、トップコート膜６を覆っているフォトレジスト１２
を酢酸エチルあるいはアセトンにより剥離する６以上の
（ｉｘ）〜（ｘｉ）の工程により、ポンディングパッド
部に対応する部分のトップコート膜６が除去される。つ
まり、アルミ膜７よりなる電極が露出される。

以上の工程により製造されたカラーフィルターを有する
受光素子にあっては、カラーフィルターの材料としてポ
リイミド樹脂と有機顔料を用いていることにより、耐熱
性については３００°Ｃまでの熱には充分に耐えること
ができ、分光検出素子等を組み立てるなめに必要なボン
ディングや樹脂モールド工程における熱的な条件をほと
んど気にしなくても良い、なお、４００”Ｃ以上にする
と、ＩＣチップ自体も破壊されるが、前述の上程により
作成されたカラーフィルターは、その温度条件にでも耐
えることができた。また、耐光性については、有機顔料
自体が紫外線によっては退色しにくいので、はとんど経
年変化もなく、紫外線カツトフィルターは省略できるよ
うになった。

なお、受光素子としては、実施例において例示したホワ
イトバランスセンサーの他にも、共通のチップに処理回
路と受光素子と分有する集頂回路チップ（ＩＣチップ）
、輝度測定用センサーや２次元イメージセンサ−（ＣＣ
ＤやＭＯＳによる固体撮像素子）、測色センサー等が考
えられる。また、受光素子以外の分野への応用として、
カラー液晶表示板やカラー液晶テレビのような表示素子
用のカラーフィルターに用いることも考えられる。

（発明の効果） 以上のように本発明にあっては、ポリイミド樹脂に有機
顔料を含有せしめて成るカラーフィルター層を受光面と
接するように設けたものであるがら、紫外線によって変
質しにくいポリイミド樹脂及び紫外線によって退色しに
くい有ｖ１皿料を用いたことにより従来のカラー７・イ
ルターに比べて紫外線に対する耐光性が改善され、紫外
線による分光特性の経時変化がほとんどなくなり、紫外
線カツトフィルターの省略が可能になるという効果があ
り、またポリイミド樹脂と有機顔料を用いていることに
より耐熱性や耐湿性も改善され、受光素子の受光面にカ
ラーフィルターを取り付けた後の工程における熱的な制
約を少なくすることができるという効果がある。

なお、実施例の説明において述べたように、カラーフィ
ルター層に表面平坦化膜をトップコーティングしておけ
ば、着色されたポリイミド樹脂の表面に生じやすいオレ
ンジビール状の凹凸による光の乱反射な防止することが
でき、カラーフィルターの光透過率を数％程度改善する
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るカラーフィルターを有
する受光素子の断面図、第２図は同上の製造工程を示す
工程図、第３図乃至第５図は同上の製造工程の各々を説
明するための説明図、第６図（ａ）（ＩＪ）はカラーペ
ーストの塗布工程を示す説明図、第７図はスピンナーの
回転数と塗布膜厚との関係を示す図、第８図乃至第１２
図はカラーフィルターの分光透過率特性を示す図、第１
３図は受光素子に外（−［けされる赤外カットフィルタ
ーの分光透過率特性を示す図である。 ２は受光部、３は赤色フィルター、４は緑色フィルター
、５は青色フィルターである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリイミド樹脂に有機顔料を含有せしめて成るカ
   ラーフィルター層を受光面と接するように設けて成るこ
   とを特徴とするカラーフィルターを有する受光素子。
2. （２）前記カラーフィルター層には、表面平坦化膜がト
   ップコーティングされてい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を有する受光素子
   。