JP2005353631A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】裏面照射型の固体撮像装置において、製造工程中に形成する電極取り出し用の開口による段差の影響を抑制し、精度の高い光学部品等を製造できるようにすること。
【解決手段】本発明は、フォトダイオード２０を形成した半導体基板の一方面に信号回路２２を形成し、他方面側からフォトダイオード２０に光を入射する固体撮像装置の製造方法において、半導体基板の他方面から信号回路２２へ開口を形成する工程と、開口を第１の感光性材料で埋め込み、半導体基板の他方面を平坦化する工程と、半導体基板の他方面に第２の感光性材料を塗布し、所定の露光および現像によってフォトダイオード２０と対応する位置に光学部材を形成する工程と、第１の感光性材料を除去し、開口から信号回路２２へ配線を施す工程とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板の一方面に信号回路を形成し、半導体基板の他方面から受光を行う固体撮像装置の製造方法に関する。

半導体基板の一方面に信号回路を設け、他方面から受光を行ういわゆる裏面照射型固体撮像装置は、受光面側にアルミニウム等の信号配線および配線層間膜がないことから、減衰や蹴られ等の影響を受けずに受光量を増加できるメリットや、蹴られた光の一部が隣接画素に入る混色を防止できるメリットがある（例えば、特許文献１参照。）。

このような固体撮像装置を製造するには、ＳＯＩ基板の活性層側に受光領域および信号回路を形成し、このＳＯＩ基板の支持基板側をエッチング除去することで受光領域を露出させ、この面を光入射面として反射防止膜を成膜する。そして、受光領域の面から信号回路に電極取り出しのための数μｍ程度の穴を開口する。その後、電極取り出し部に１μｍ程度のレジストを塗布する。次に、光入射面にオンチップ・カラーフィルタを作成し、その後オンチップ・マイクロレンズの下地として別のレジストを塗布し、その上にレンズ形状のレジストを作成する。最後にウエハ全面をエッチングし、下地であったレジスト部分にオンチップ・マイクロレンズを形成する。その時、同時に電極取り出し部を覆っていたレジストをエッチングして電極取り出し部を開口している。

特開２００３−２７３３４３号公報

しかしながら、このような製造方法では、受光領域の面から信号回路に電極取り出しのための穴を開口し、その後にレジストを塗布して露光、現像を行うため、開口の大きな段差があるところにレジストを塗布しなければならず、ウエハ面内でレジストの塗布ムラが生じ、オンチップ・カラーフィルタやオンチップ・マイクロレンズの形状がばらつくという問題や、エッチング時の電極取り出し部の金属配線残膜がばらついて電極取り出しが行えない開口が発生するという問題が生じる。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、受光領域を形成した半導体基板の一方面に信号回路を形成し、他方面側から受光領域に光を入射する固体撮像装置の製造方法において、半導体基板の他方面から信号回路へ開口を形成する工程と、開口を第１の感光性材料で埋め込み、半導体基板の他方面を平坦化する工程と、半導体基板の他方面に第２の感光性材料を塗布し、所定の露光および現像によって受光領域と対応する位置に光学部材を形成する工程と、第１の感光性材料を除去し、開口から信号回路へ配線を施す工程とを備えている。

このような本発明では、半導体基板の他方面から信号回路へ形成した開口に第１の感光性材料を埋め込み、平坦化していることから、その後に第２の感光体材料を塗布するにあたり平坦な面に塗布できるため、第２の感光体材料を用いた露光、現像の精度を高めることができるようになる。

したがって、本発明によれば、半導体基板の一方面に信号回路、他方面を受光側とするいわゆる裏面照射型の固体撮像装置において、基板の他方面から信号回路に開口を設けても、その開口による段差の影響をなくしてレジスト塗布できるため、開口形成後に行うレジスト塗布の平坦性を向上でき、またこのレジストを用いて形成する光学部材を精度良く製造でき、固体撮像装置の信頼性を向上することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。本実施形態に係る固体撮像装置は、受光領域であるフォトダイオードを形成した半導体基板の一方面に信号回路を形成し、他方面側からフォトダイオードに光を取り込むいわゆる裏面照射型固体撮像装置（例えば、ＣＭＯＳセンサー）に関する。特に、裏面照射型固体撮像装置では、光の入射面側のフォトダイオードが配置され、その下方に信号回路が設けられることから、製造工程中に信号回路との電極取り出し用の開口を形成する必要がある。本実施形態では、このような開口による段差がその後の製造工程に与える影響を抑制し、精度の高い固体撮像装置を提供できるようにすることを目的としている。

具体的には、開口を設けた状態で基板全面にレジストを塗布すると開口の段差の影響を受けてレジスト塗布後の平坦性が損なわれるため、このレジストを露光、現像して形成するフォトダイオード上の光学部材（例えば、オンチップ・カラーフィルタやオンチップ・マイクロレンズ）の精度に悪影響を及ぼすことになる。本実施形態では、光学部材を作成する前に開口の数マイクロメートルに及ぶ段差を軽減させ、段差の影響が発生しないようにする点に特徴がある。

以下、工程順に説明する。図１〜図１０は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図である。先ず、図１に示すように、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）支持基板１０とＳＯＩ活性層１２とが１μｍ厚程度の熱酸化膜から成るＳＯＩ・Ｂｏｘ層１１を介して貼り合わされたＳＯＩ基板を用意し、ＳＯＩ活性層１２にフォトダイオード２０を形成する。また、このフォトダイオード２０の上方に層間膜３０を介してトランジスタ２１を形成するとともに、複数層から成る信号回路２２を形成する。これら信号回路２２やトランジスタ２１を形成した後は、パッシベーション膜３１を形成して保護する。

次に、図２に示すように、フォトダイオード２０および信号回路２２等を形成したＳＯＩ基板のパッシベーション膜３１の上に接着層５０を形成し、シリコン等から成る支持基板４０を貼り合わせる。貼り合わせると図３に示すような状態となる。

次いで、貼り合わせた基板を反転し、支持基板４０を土台としてＳＯＩ支持基板１０およびＳＯＩ・Ｂｏｘ層１１をエッチングにより除去する。除去すると、図４に示すようにＳＯＩ活性層１２に形成したフォトダイオード２０が表面に露出する状態となる。

次に、図５に示すように、フォトダイオード２０が露出したＳＯＩ活性層１２の上に反射防止膜６０を形成する。反射防止膜６０は数ｎｍの厚さで、必要に応じて複数層形成する。その後、フォトダイオード２０が形成されている周辺のＳＯＩ活性層１２および層間膜３０に電極取り出し用の開口２３をエッチングによって形成する。開口２３は数十μｍ□の大きさから成り、層間膜３０の信号回路２２まで達するように形成する。通常、開口２３の深さは５μｍ程度となる。

次に、図６に示すように、形成した開口２３を埋めるように第１のレジストＲ１を塗布する。この塗布は、必要に応じて複数回に分けて行う。すなわち、開口２３の深さが５μｍ程度あるため、１回の塗布では完全に埋まらない可能性がある。したがって、複数回に分けて、１回ごとにキュアを行うことで開口２３に第１のレジストＲ１を埋め込むことができる。また、開口２３以外の部分に塗布されたレジストは露光および現像によって除去しておく。

次に、図７に示すように、各フォトダイオード２０の上に対応してオンチップ・カラーフィルタＣＦを形成する。ここでは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応したオンチップ・カラーフィルタＣＦをフォトダイオード２０の位置に合わせて形成する。このオンチップ・カラーフィルタＣＦは、各色の順にレジストを塗布し、露光、現像を行うことで形成されるが、このレジスト塗布を行う際、先の工程で開口２３に第１のレジストＲ１が埋め込まれ、表面が平坦化されていることから、オンチップ・カラーフィルタＣＦを形成するためのレジスト塗布を均一に行うことができ、このレジストを露光、現像して形成されるオンチップ・カラーフィルタＣＦを精度良く製造することが可能となる。

次に、図８に示すように、オンチップ・カラーフィルタＣＦの上を含む全面に第２のレジストＲ２を塗布し、第１のレジストＲ１の上方を露光、現像して除去しておく。この第２のレジストＲ２は、後の工程でオンチップ・マイクロレンズとなるものである。この第２のレジストＲ２を塗布する際にも、先と同様に、第１のレジストＲ１によって開口２３が埋め込まれ、表面が平坦化されていることから、オンチップ・マイクロレンズを形成するためのレジスト塗布を均一に行うことができるようになる。したがって、このレジストを用いたオンチップ・マイクロレンズを精度良く製造することが可能となる。なお、第１のレジストＲ１の上方となる第２のレジストＲ２を開口しておく際には、第１のレジストＲ１と同じ大きさではなく、多少小さめの開口にしておく。

第２のレジストＲ２を塗布した後は、図９に示すように、第２のレジストＲ２上でオンチップ・カラーフィルタＣＦと対応する位置に第３のレジストＲ３を塗布し、この第３のレジストＲ３を露光、現像、キュアすることでオンチップ・マイクロレンズの形状を構成する。その後、基板全面に対する露光を行う。

図１０は、基板全面に対するエッチングを行った後の状態を示している。第３のレジストＲ３をオンチップ・マイクロレンズの形状に構成した状態で全面エッチングを行うと、第３のレジストＲ３で形成したオンチップ・マイクロレンズの形状が第２のレジストＲ２に転写され、第２のレジストＲ２によってオンチップ・マイクロレンズＭＬが形成される。

また、このエッチングによって第２のレジストＲ２に設けた開口を介して第１のレジストＲ１が除去され、開口２３を介して信号配線２２が露出する状態となる。つまり、図８に示す段階で第２のレジストＲ２における第１のレジストＲ１の上方を開口していることから、上記の全面エッチングによってオンチップ・マイクロレンズＭＬの形成とともに、開口２３を埋め込んでいた第１のレジストＲ１を同時に除去できることになる。なお、第２のレジストＲ２の開口の大きさに合わせて第１のレジストＲ１が除去されるため、開口２３の内壁にはわずかに第１のレジストＲ１が残る状態となる。

第１のレジストＲ１が除去された開口２３は電極取り出し口となり、例えばボンディングワイヤーによって信号配線２２との電気的な導通を得ることが可能となる。開口２３を介したボンディングワイヤーの接続では、開口２３の内壁が第１のレジストＲ１によって保護されているため、ボンディングワイヤーとＳＯＩ活性層との直接の接触を防止することができる。

このような製造方法によって完成した固体撮像装置では、裏面照射型でありながら大きな開口２３によるレジスト塗布時の影響を抑制し、高精度なオンチップ・カラーフィルタＣＦやオンチップ・マイクロレンズＭＬを形成することが可能となる。

また、図５に示す段階で開口２３を設けて信号回路２２を露出させた後、この開口２３に第１のレジストＲ１を埋め込んでいるため、その後の構成で信号回路２２が薬液等と接触することを防止でき、信号回路２２の腐食等の問題を回避することも可能である。

本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図（その１）である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図（その２）である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図（その３）である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図（その４）である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図（その５）である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図（その６）である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図（その７）である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図（その８）である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図（その９）である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図（その１０）である。

符号の説明

１０…ＳＯＩ支持基板、１１…ＳＯＩ・Ｂｏｘ層、１２…ＳＯＩ活性層、２０…フォトダイオード、２１…トランジスタ、２２…信号回路、３０…層間膜、３１…パッシベーション膜、ＣＦ…オンチップ・カラーフィルタ、ＭＬ…オンチップ・マイクロレンズ、Ｒ１…第１のレジスト、Ｒ２…第２のレジスト、Ｒ３…第３のレジスト

Claims (3)

1. 受光領域を形成した半導体基板の一方面に信号回路を形成し、他方面側から前記受光領域に光を取り込む固体撮像装置の製造方法において、
   前記半導体基板の他方面から前記信号回路へ開口を形成する工程と、
   前記開口を第１の感光性材料で埋め込み、前記半導体基板の他方面を平坦化する工程と、
   前記半導体基板の他方面に第２の感光性材料を塗布し、所定の露光および現像によって前記受光領域と対応する位置に光学部材を形成する工程と、
   前記第１の感光性材料を除去し、前記開口から前記信号回路へ配線を施す工程と
   を備えることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 前記開口に前記第１の感光性材料を埋め込むにあたり、複数回に分けて塗布する
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 前記第２の感光性材料の露光、現像およびエッチングによって前記光学部材を形成すると同時に前記第１の感光性材料を前記開口から除去する
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
   

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