JP2009200418A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】黒色フィルタを形成しても、一定の膜厚のカラーフィルタを形成することができる固体撮像装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】フォトダイオード１２が配列形成された半導体基板１１上にベース層１６を形成する工程と、このベース層１６上でありかつ、各フォトダイオード１２の上部に、それぞれ青色、緑色、赤色のいずれか１種類の波長帯域のみを透過させるカラーフィルタ１７を形成する工程と、これらのカラーフィルタ１７が形成されたベース層１６上に、黒色レジスト層１８´を全面塗布する工程と、カラーフィルタ１７が上部に露出するように黒色レジスト層１８´を除去して平坦化することで黒色フィルタ１８を形成する工程と、を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【選択図】図５

Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法に関するものであり、特に、固体撮像装置の画素間に形成される黒色フィルタの製造方法に関する。

従来の固体撮像装置は、半導体基板に複数のフォトダイオードが２次元配列形成され、これら各フォトダイオード上には青色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタまたは赤色カラーフィルタのいずれか１種類のカラーフィルタが形成されていた。さらに、これら青、緑、赤色カラーフィルタの上部には外部から入射される光を集光するためのマイクロレンズが形成されており、これらフォトダイオード、カラーフィルタ、マイクロレンズの積層構造により画素が形成されていた。このような固体撮像装置は、青、緑、赤色カラーフィルタそれぞれの間に可視光を遮断する黒色フィルタが形成されており、この黒色フィルタによって配線金属による入射光の乱反射や、斜め入射によって、画素領域外からフォトダイオードに入射される光の受光を防止していた。

この黒色フィルタの製造方法として、次の２通りの方法が知られている。すなわち、透明樹脂層をパターニングにより所望の位置に形成し、これに黒染料で染色する方法（特許文献１）と、赤色、青色、緑色の各カラーフィルタを所望の位置に積層する方法（特許文献２）である。しかし、黒染料で染色する方法は、パターニング透明な樹脂層に感光性を持たせるために環境汚染物質であるクロムを使用するため、好ましい方法ではない。また、一般に黒色顔料の染色工程のランニングコストは高いため、現在はあまり使用されておらず、各カラーフィルタを積層する方法が主流である。

一方、赤色、青色、緑色の各カラーフィルタを所望の位置に積層する方法は、以下のように形成していた。すなわち、フォトダイオードが形成された半導体基板の上部に緑色カラーフィルタをスピンコート法によって全面塗布した後、緑色の光を受光するフォトダイオードの上部のみを除去する。これと同様に赤色カラーフィルタ、青色カラーフィルタをそれぞれのフォトダイオードの上部に形成する。このとき、画素領域間には各カラーフィルタが積層されおり、このカラーフィルタの積層構造により、黒色フィルタを形成していた。

しかし、凹凸のある表面に対してこのスピンコート法を適用すると、凸部ではカラーフィルタ層に切れが生じ、凹部ではカラーフィルタ層にレジスト溜りが生じ、均一な膜厚のカラーフィルタ層を得ることは困難であった。従って、このような塗布ムラを有する層上に他の層が積層される場合、さらに大きな塗布ムラを生じてしまう。このため、上層に積層されるほどカラーフィルタの膜厚に大きな差が生じ、カラーフィルタの透過特性にばらつきが生じるという問題があった。
特開平６−１２５０７１号公報 特開２０００−３２９９２８号公報

本発明の課題は、カラーフィルタを制御よく形成することができる固体撮像装置の製造方法を提供することにある。

本発明による固体撮像装置の製造方法は、フォトダイオードが配列形成された半導体基板上にベース層を形成する工程と、このベース層上でありかつ、前記各フォトダイオードの上部に、複数色のうちのいずれか１種類の波長帯域のみを透過させるカラーフィルタを形成する工程と、これらのカラーフィルタが形成された前記ベース層上に、黒色レジスト層を全面塗布する工程と、前記カラーフィルタが上部に露出するように前記黒色レジスト層を除去して平坦化することで黒色フィルタを形成する工程と、を具備することを特徴とするものである。

本発明によれば、カラーフィルタを制御よく形成することができる固体撮像装置の製造方法を提供することができる。

以下に、本発明による固体撮像装置の実施形態について、図１〜図１０を用いて詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による固体撮像装置の上面図を示す。さらに図２（ａ）は、図１に示す固体撮像装置の破線A-A’に沿った構造断面図を示し、同図（ｂ）は図１に示す固体撮像装置の破線Ｂ-Ｂ’に沿った構造断面図を示す。

図２に示すように、本実施形態による固体撮像装置は、半導体基板１１に２次元配列状に埋め込みフォトダイオード１２が形成されており、これら複数のフォトダイオード１２が形成された半導体基板１１上には配線層１３が形成されている。この配線層１３は、半導体基板１１上において、複数形成されたフォトダイオード１２の間に形成された転送電極１４上に、第１の絶縁層１５−１を介して形成されている。なお、本実施形態において配線層１３は、第１の配線層１３−１と、この上部に形成され、第２の絶縁層１５−２を介して形成された第２の配線層１３−２からなる２層配線構造である。このような配線層１３上にはベース層１６が形成されおり、このベース層１６上にカラーフィルタ１７が形成されている。このカラーフィルタ１７は、フォトダイオード１２の上部に位置するように形成されており、本実施形態においては、青色カラーフィルタ１７−１、緑色カラーフィルタ１７−２、赤色カラーフィルタ１７−３の３種類がベイヤー配列状に形成されている。さらにこれらのカラーフィルタ１７間には黒色フィルタ１８が形成されており、これらカラーフィルタ１７および黒色フィルタ１８上にはオーバーコート層１９が形成され、この上部にマイクロレンズ２０が形成されている。

次に、本実施形態による固体撮像装置の製造方法について、図３〜図７を参照して説明する。なお、図３〜図７の各図は、図２に示す構造断面図と同じ箇所について示している。

はじめに、図３に示すように、フォトダイオード１２が埋め込み形成された半導体基板１１に、配線層１３を形成し、この配線層１３上に、ベース層１６を上部が平坦になるように形成する。

次に、図４に示すように、ベース層１６の上部にそれぞれ緑色カラーフィルタ１７−２、赤色カラーフィルタ１７−３、青色カラーフィルタ１７−１の順で、ベイヤー配列になるように各カラーフィルタ１７−１、１７−２、１７−３を、カラーレジストをスピン塗布後、パターニングすることで形成する。

次に、図５に示すように、カラーフィルタ１７が形成されたベース層１６上に、黒色レジスト層１８´をスピン塗布により全面塗布する。このとき粘性の低い黒色レジスト１８´を塗布することで、黒色レジスト層１８´の上面は平坦化される。

次に、図６に示すように、各カラーフィルタ１７−１、１７−２、１７−３が上部に露出するように黒色レジスト層１８´の上面をエッチバックにより平坦化し、黒色フィルタ１８を形成する。

次に、図７に示すように、各カラーフィルタ１７−１、１７−２、１７−３及び黒色フィルタ１８上に、透明層であるオーバーコート層１９を形成する。このオーバーコート層１９は、平坦化層として機能する層であるが、図６に示すように、オーバーコート層１９が形成される前にすでに平坦化されているため、従来のように厚く形成することで平坦化する必要はない。

最後に、オーバーコート層１９上にマイクロレンズ２０を形成することで、図１および図２に示すような本実施形態の固体撮像装置が製造できる。

以上のように、本実施形態による固体撮像装置の製造方法によれば、ベース層１６上に各カラーフィルタ１７を覆うように黒色レジスト１８´を、上面が平坦化されるように塗布し、各カラーフィルタ１７が上部に出現するまでこの黒色レジスト１８´をエッチバックすることで黒色フィルタ１８を形成する。このため、黒色フィルタ１８を形成しても、各カラーフィルタ１７の表面がほぼ均一な固体撮像装置を形成することができる。また、オーバーコート層１９が形成される前にすでに上部が平坦化されているため、従来のように厚く形成することで平坦化する必要がなく、従来より画素の薄膜化を実現することができる。さらに、本実施形態によれば、パターニングにより黒色フィルタ１８を形成する必要がないため、黒色レジスト１８´を使用することができる。この黒色レジスト１８´は、透明樹脂に黒色顔料を混ぜて形成する黒色フィルタに比べて遮光性も高い。

（第２の実施形態）
図８は、他の実施形態による固体撮像装置を示す。なお、本実施形態において上面図は図１と同様であるため省略し、図８（ａ）には、図１に示す固体撮像装置の破線A-A’に沿った構造断面図を示し、同図（ｂ）は図１に示す固体撮像装置の破線Ｂ-Ｂ’に沿った構造断面図を示す。

図８に示すように、本実施形態による固体撮像装置は、配線層１３上に形成されたベース層１６が平坦化されていないことを特徴とするものであり、他の構成は第１の実施形態と同様である。

次に、このような第２の実施形態による固体撮像装置の製造方法について、図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９及び図１０は、図８に示す構造断面図と同じ箇所について示している。また、本実施形態による固体撮像装置の製造方法も、第１の実施形態とほぼ同様であるため、カラーフィルタ１７及び黒色レジスト１８´を製造する工程のみを説明する。

まず図９に示すように、フォトダイオード１２上に凹部が形成される程度の膜厚で薄く形成されたベース層１６の凹部に、緑色カラーフィルタ１７−２、赤色カラーフィルタ１７−３、青色カラーフィルタ１７−１の順で、ベイヤー配列になるように各カラーフィルタ１７−１、１７−２、１７−３を形成する。

次に、図１０に示すように、凹部にカラーフィルタ１７が形成されたベース層１６上に、黒色レジスト１８´を全面塗布する。

以下の製造工程は、第１の実施形態と同様である。

このように、第２の実施形態による固体撮像装置の製造方法であっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。さらに本実施形態においては、ベース層１６を平坦化しない程度に薄く形成しているため、第１の実施形態と比較して、より画素の薄膜化を実現することができる。

以上に本発明の実施形態を示したが、実施形態はこれに限るものではない。

例えば、各カラーフィルタ１７−１、１７−２、１７−３を製造する順序は、上記に示した順序に限るものではなく、どんな順序であってもよい。また、カラーフィルタは緑、赤、青に限らず、Ｙｅ（黄）、Ｃｙ（シアン）、Ｍｇ（マゼンタ）、Ｇｒ（緑）等の補色フィルタであってもよい。

また、配線層１３は２層配線構造に限らず、何層の配線構造であってもよい。

さらに、カラーフィルタがベイヤー配列状に形成された固体撮像装置に限らず、各カラーフィルタの配列が異なるもの、マイクロレンズを採用しないもの、リニヤセンサ等についても、本実施の形態を適用することができる。

第１及び第２の実施形態による固体撮像装置の上面図を示す。 第１の実施形態による固体撮像装置の構造断面図であり、同図（ａ）は、図１に示す固体撮像装置の破線A-A’に沿った構造断面図を示し、同図（ｂ）は図１に示す固体撮像装置の破線Ｂ-Ｂ’に沿った構造断面図を示す。 第１の実施形態による固体撮像装置の製造方法を説明するための説明図である。 第１の実施形態による固体撮像装置の製造方法を説明するための説明図である。 第１の実施形態による固体撮像装置の製造方法を説明するための説明図である。 第１の実施形態による固体撮像装置の製造方法を説明するための説明図である。 第１の実施形態による固体撮像装置の製造方法を説明するための説明図である。 第２の実施形態による固体撮像装置の構造断面図であり、同図（ａ）は、図１に示す固体撮像装置の破線A-A’に沿った構造断面図を示し、同図（ｂ）は図１に示す固体撮像装置の破線Ｂ-Ｂ’に沿った構造断面図を示す。 第２の実施形態による固体撮像装置の製造方法を説明するための説明図である。 第２の実施形態による固体撮像装置の製造方法を説明するための説明図である。

符号の説明

１１・・・半導体基板
１２・・・フォトダイオード
１３・・・配線層
１３−１・・・第１の配線層
１３−２・・・第２の配線層
１４・・・転送電極
１５−１・・・第１の絶縁層
１５−２・・・第２の絶縁層
１６・・・ベース層
１７・・・カラーフィルタ
１７−１・・・青色カラーフィルタ
１７−２・・・緑色カラーフィルタ
１７−３・・・赤色カラーフィルタ
１８・・・黒色フィルタ
１８´・・・黒色レジスト層
１９・・・オーバーコート層
２０・・・マイクロレンズ

Claims (3)

1. フォトダイオードが配列形成された半導体基板上にベース層を形成する工程と、
   このベース層上でありかつ、前記各フォトダイオードの上部に、複数色のうちのいずれか１種類の波長帯域のみを透過させるカラーフィルタを形成する工程と、
   これらのカラーフィルタが形成された前記ベース層上に、黒色レジスト層を全面塗布する工程と、
   前記カラーフィルタが上部に露出するように前記黒色レジスト層を除去して平坦化することで黒色フィルタを形成する工程と、
   を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 前記黒色フィルタを形成する工程は、前記塗布された黒色レジスト層をエッチバックにより平坦化する工程であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 前記ベース層を形成する工程は、前記フォトダイオード上に凹部を有するように形成することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。

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