JP2011086658A - 固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】斜めストライプ配列のカラーフィルタの膜厚ムラを容易に抑制する固体撮像素子の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体ウエハ５０ｂの表面に平坦化層５１を形成する工程、平坦化層５１上にＧフィルタ材料をスピンコート法によって塗布する工程、平面視においてウエハ５０ｂに形成する受光素子領域同士の隙間で形成される通路のうち、少なくともウエハ５０ｂの中心点から十字の方向に延びる通路（以下、十字通路という）内の平坦化層５１に凹部５１ａを形成する工程、上記Ｇフィルタ材料をパターニングして、受光領域の平坦化層５１上に十字通路に対して斜め方向に延びるストライプ状のＧカラーフィルタを形成する工程、Ｇカラーフィルタ及び凹部５１ａの形成後、平坦化層５１上にＲフィルタ材料をスピンコート法によって塗布し、当該材料をパターニングしてＲカラーフィルタ５２ｂを形成する工程を備える。
【選択図】図９

Description

本発明は、固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、及び撮像装置に関する。

ダイナミックレンジを拡大することのできる固体撮像素子が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の固体撮像素子は、正方格子状に配列された主画素と、主画素と同一配列で配列された副画素であって、各画素の配列ピッチの１／２だけ主画素の位置から水平及び垂直方向にずらして配列された副画素とを備えている。そして、この固体撮像素子では、主画素の露光時間と副画素の露光時間を異ならせる駆動を行うことで、主画素と副画素の感度を変え、主画素から得られる信号と副画素から得られる信号を合成することにより、ダイナミックレンジを拡大している。

特許文献１に開示された固体撮像素子は、主画素の上方に設けられたカラーフィルタと、副画素の上方に設けられたカラーフィルタとがいずれもベイヤー配列となっているため、そのフィルタ配列は図１５に示したようになる。

図１５は、従来の固体撮像素子のカラーフィルタ配列を示した図である。図１５において、“Ｒ１”，“Ｒ２”は、赤色（Ｒ）の光を透過するＲカラーフィルタを示し、“Ｇ１”，“Ｇ２”は、緑色（Ｇ）の光を透過するＧカラーフィルタを示し、“Ｂ１”，“Ｂ２”は、青色（Ｂ）の光を透過するＢカラーフィルタを示している。各カラーフィルタの添え字“１”、“２”は、それぞれ主画素上方に設けられたフィルタ、副画素上方に設けられたフィルタを示している。

図１５に示すように、特許文献１に開示された固体撮像素子では、斜め左上の方向に見たとき、Ｇカラーフィルタだけを並べた列と、Ｒカラーフィルタ及びＢカラーフィルタを２個ずつ交互に並べた列とを、該方向に直交する方向に交互に配置したカラーフィルタ配列となっている。このように、１つのカラーフィルタ（図１５の例ではＧカラーフィルタ）がストライプ状に配置され、残りのカラーフィルタ（図１５の例ではＲカラーフィルタ及びＢカラーフィルタ）がストライプの間に島状に配置されたカラーフィルタ配列のことを以下では斜めストライプ配列という。

斜めストライプ配列のカラーフィルタの製造方法としては、ストライプ状に配置されたカラーフィルタを最初に形成し、その後に、ストライプ状に配置されたカラーフィルタの間に島状のカラーフィルタを形成する方法が考えられる。しかし、このような方法で斜めストライプ配列のカラーフィルタを形成すると、チップ毎にカラーフィルタの厚みにムラが生じてしまう。このムラが発生する原理を以下に説明する。

図１６は、固体撮像素子が作りこまれた半導体ウエハの平面模式図である。半導体ウエハＷには、複数の固体撮像素子チップＣが敷き詰められている。固体撮像素子チップＣは、半導体ウエハＷの中心点Ｐを中心に放射状に配置されている。次に、図１６に示した半導体ウエハの製造方法を説明する。

図１７、１８、１９は、図１６に示した領域Ｋ内にある４つの固体撮像素子チップの製造工程を説明するための図である。まず、半導体ウエハＷのチップＣを形成すべき領域Ｃ１に、固体撮像素子のカラーフィルタより下の構成要素（半導体基板内のフォトダイオード等の素子、半導体基板上方に設ける電極、配線、遮光膜、絶縁膜、及び層内レンズ等の素子、周辺回路）を形成する。また、図１７に示すように、領域Ｃ１同士の間にはダイシングラインＤＬを形成しておく。このダイシングラインＤＬは、後のダイシング工程で切断される領域であり、切断後は残らない領域である。

次に、図１８に示すように、半導体ウエハＷの上に透明樹脂等からなる平坦化層Ｃ２を形成する。この平坦化層Ｃ２は、半導体ウエハＷ全面で凹凸のない平坦な層である。次に、この平坦化層Ｃ２の上に、斜めストライプ配列のカラーフィルタを形成する。

まず、図１５に示したカラーフィルタのうち、１色目のカラーフィルタ（Ｇカラーフィルタ）の材料を半導体ウエハＷ全面にスピンコートによって塗布して、Ｇカラーフィルタ材料層を形成する。具体的には、Ｇカラーフィルタの材料を半導体ウエハＷの中心点Ｐに滴下し、半導体ウエハＷを高速でスピンさせる。これにより、Ｇカラーフィルタの材料が平坦化層Ｃ２上に薄く広がり、平坦化層Ｃ２上に平坦なＧカラーフィルタ材料層が形成される。次に、フォトリソグラフィ及びエッチングによってＧカラーフィルタ材料層をパターニングして、各領域Ｃ１内の受光領域Ｃ４に、図１５に示したような斜めストライプ状のＧカラーフィルタＣ３を形成する（図１９）。

次に、２色目のカラーフィルタ（例えばＲカラーフィルタ）の材料を半導体ウエハＷ全面にスピンコートによって塗布し、Ｒカラーフィルタ材料層を形成する。このとき、平坦化層Ｃ２上には、カラーフィルタの材料が流れる通路として、受光領域Ｃ４同士で挟まれた領域（ダイシングラインＤＬを含む領域）により形成された第一の通路と、各受光領域Ｃ４内にあるＧカラーフィルタＣ３同士の間の領域により形成された第二の通路とが存在する。

半導体ウエハＷを回転させているとき、半導体ウエハＷの中心点Ｐから十字方向に延びる第一の通路（以下、十字方向の第一の通路という）においては、カラーフィルタの材料の流れを妨げるものがない。つまり、十字方向の第一の通路においては、カラーフィルタの材料の流速が速くなる。このため、十字方向の第一の通路に隣接する受光領域Ｃ４のうち半導体ウエハＷの回転方向とは逆方向にある受光領域Ｃ４（回転方向を時計回りとした場合、図１９の例では、十字方向の第一の通路の上側の受光領域Ｃ４）から第一の通路に向かってカラーフィルタ材料が流出しやすくなる。また、十字方向の第一の通路から、この第一の通路に隣接する受光領域Ｃ４のうち半導体ウエハＷの回転方向と同じ方向にある受光領域Ｃ４（図１９の例では、十字方向の第一の通路の下側の受光領域Ｃ４）の第二の通路に向かってカラーフィルタ材料が流入しやすくなる。

この結果、十字方向の第一の通路に隣接する受光領域Ｃ４のうち半導体ウエハＷの回転方向とは逆方向にある受光領域Ｃ４の第一の通路側の端部（図１９の符号Ｋ１で示した範囲）に塗布されるＲカラーフィルタ材料の厚みは薄くなる。一方、十字方向の第一の通路に隣接する受光領域Ｃ４のうち半導体ウエハＷの回転方向と同じ方向にある受光領域Ｃ４の第一の通路側の端部（図１９の符号Ｋ２で示した範囲）に塗布されるＲカラーフィルタ材料の厚みは厚くなる。この結果、十字方向の第一の通路に隣接する固体撮像素子チップＣ（図１６に斜線で示したチップＣ）においてカラーフィルタの膜厚ムラが発生してしまう。なお、３色目のカラーフィルタ材料を塗布するときには、２色目のカラーフィルタによって第二の通路が塞がれることになるため、このような膜厚ムラは発生しない。また、十字方向の第一の通路以外の第一の通路に隣接する受光領域Ｃ４において膜厚ムラは発生しない。

このような膜厚ムラが発生したチップは感度不良となるため、この対策として、２色目のカラーフィルタ材料塗布時の半導体ウエハＷのスピン速度を下げる方法が考えられる。しかし、スピン速度を下げると、カラーフィルタの膜厚が全体的に厚くなり、所望の膜厚を得ることが難しい。また、全ての色のカラーフィルタを形成した後に、ＣＭＰによってカラーフィルタを平坦化する方法も考えられるが、これでは工程、設備投資が増えてしまう。

特開２００７−２３５６５６号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、斜めストライプ配列のカラーフィルタの膜厚ムラを容易に抑制することが可能な固体撮像素子の製造方法、膜厚ムラのない斜めストライプ配列のカラーフィルタを有する安価な固体撮像素子、及びそれを備える撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体ウエハの表面に平坦化層を形成する第一の工程と、前記平坦化層上にカラーフィルタ材料をスピンコート法によって塗布する第二の工程と、平面視において、前記半導体ウエハに形成する複数の固体撮像素子の各々の受光素子を形成すべき領域である受光素子領域同士の隙間で形成される通路のうち、少なくとも前記半導体ウエハの中心点から十字の方向に延びる通路（以下、十字通路という）内の前記平坦化層に凹部又は凸部を形成する第三の工程と、前記第二の工程で塗布した前記カラーフィルタ材料をパターニングして、前記受光領域の前記平坦化層上に前記十字通路に対して斜め方向に延びるストライプ状の第一色目のカラーフィルタを形成する第四の工程と、前記第三の工程及び前記第四の工程の後、前記平坦化層上にカラーフィルタ材料をスピンコート法によって塗布し、当該カラーフィルタ材料をパターニングして前記受光領域の前記平坦化層上にある前記第一色目のカラーフィルタ同士の間に第二色目のカラーフィルタを形成する第五の工程とを備える。

本発明の固体撮像素子は、受光素子が形成される受光素子領域を有する固体撮像素子であって、前記受光素子領域上方に設けられたカラーフィルタと、前記カラーフィルタの下に設けられたカラーフィルタ下地層とを備え、前記固体撮像素子が形成されたチップの前記受光素子領域の外側の前記カラーフィルタ下地層には凹部又は凸部が設けられている。

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子を備える。

本発明によれば、斜めストライプ配列のカラーフィルタの膜厚ムラを容易に抑制することが可能な固体撮像素子の製造方法、膜厚ムラのない斜めストライプ配列のカラーフィルタを有する安価な固体撮像素子、及びそれを備える撮像装置を提供することができる。

本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す図 図１に示す固体撮像素子における受光部の部分拡大模式 図１に示す固体撮像素子の製造工程における半導体ウエハに作りこまれた隣接する４つの固体撮像素子チップの平面模式図 図３に示した平面図の部分断面図であり、ＦＩＧ４Ａは、図３に示したＡ−Ａ’線の断面模式図であり、ＦＩＧ４Ｂは、図３に示したＢ−Ｂ’線の断面模式図 図３に続く製造工程における４つの固体撮像素子チップの平面模式図 図５に示した平面図の部分断面図であり、ＦＩＧ６Ａは、図５に示したＡ−Ａ’線の断面模式図であり、ＦＩＧ６Ｂは、図５に示したＢ−Ｂ’線の断面模式図 図５に続く製造工程における４つの固体撮像素子チップの平面模式図 図７に示した平面図の部分断面図であり、ＦＩＧ８Ａは、図７に示したＡ−Ａ’線の断面模式図であり、ＦＩＧ８Ｂは、図７に示したＢ−Ｂ’線の断面模式図 図７に続く製造工程における４つの固体撮像素子チップの平面模式図 図９に示した平面図の部分断面図であり、ＦＩＧ１０Ａは、図９に示したＡ−Ａ’線の断面模式図であり、ＦＩＧ１０Ｂは、図９に示したＢ−Ｂ’線の断面模式図 図９に続く製造工程における４つの固体撮像素子チップの平面模式図 図１１に示した平面図の部分断面図であり、ＦＩＧ１２Ａは、図１１に示したＡ−Ａ’線の断面模式図であり、ＦＩＧ１２Ｂは、図１１に示したＢ−Ｂ’線の断面模式図 図１に示す固体撮像素子の製造工程の変形例を説明するための図 図１に示す固体撮像素子の製造工程の変形例を説明するための図 従来の固体撮像素子のカラーフィルタ配列を示した図 固体撮像素子が作りこまれた半導体ウエハの平面模式図 図１６に示した領域Ｋ内にある４つの固体撮像素子チップの製造工程を説明するための図 図１６に示した領域Ｋ内にある４つの固体撮像素子チップの図１７に続く製造工程を説明するための図 図１６に示した領域Ｋ内にある４つの固体撮像素子チップの図１８に続く製造工程を説明するための図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す図である。この固体撮像素子１は、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡及びカメラ付携帯電話機等に搭載される撮像モジュール、等に搭載して用いられる。

シリコン等の半導体基板をダイシングして得られたチップ２は、素子形成領域５０ｅと、それ以外のパッド等形成領域５０ｆとで構成されている。素子形成領域５０ｅには、受光部５と、水平電荷転送路６と、出力部７とが形成されている。

受光部５には、フォトダイオード等の光電変換素子を水平方向Ｘに複数並べたラインが、水平方向Ｘに直交する垂直方向Ｙに複数配列されている。

受光部５の各光電変換素子で発生した電荷は、受光部５内の図示しない垂直電荷転送路に読み出され、ここで垂直方向Ｙに転送される。垂直電荷転送路を転送されてきた１ライン分の電荷は、水平電荷転送路６によって水平方向Ｘに転送される。水平電荷転送路６の終端にはフローティングディフュージョアンプ（ＦＤＡ）等の、電荷をその電荷量に比例した電圧信号に変換して出力する出力部７が設けられ、水平方向Ｘに転送されてきた電荷がこの出力部７で電圧信号に変換されて外部に出力される。

パッド等形成領域５０ｆには、素子形成領域５０ｅに形成された配線等と接続されるボンディングパッド３ａが形成されている。

図２は、図１に示す固体撮像素子における受光部５の部分拡大模式図である。図２に示す“Ｒ１”，“Ｒ２”を付したブロックは、赤色のカラーフィルタ（Ｒカラーフィルタ）を受光面上方に持つ光電変換素子を示している。“Ｇ１”，“Ｇ２”を付したブロックは、緑色のカラーフィルタ（Ｇカラーフィルタ）を受光面上方に持つ光電変換素子を示している。“Ｂ１”，“Ｂ２”を付したブロックは、青色のカラーフィルタ（Ｂカラーフィルタ）を受光面上方に持つ光電変換素子を示している。

図２に示した例は、水平方向と垂直方向に正方格子状に配列された６角形状の光電変換素子５ａと、光電変換素子５ａと同一ピッチ及び同一数で正方格子状に配列された６角形状の光電変換素子５ｂとを、各光電変換素子の配列ピッチの１／２だけ水平及び垂直方向にずらして配置した構成となっている。図２中、Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１を付したブロックが光電変換素子５ａであり、Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２を付したブロックが光電変換素子５ｂである。

図２に示したように、光電変換素子５ａ上方のカラーフィルタ配列はベイヤー配列となっており、光電変換素子５ｂ上方のカラーフィルタ配列もベイヤー配列となっている。このような配置により、光電変換素子５ａの斜め隣には、その光電変換素子５ａの上方にあるカラーフィルタと同色のカラーフィルタを上方に持つ光電変換素子５ｂが存在するようになっている。

垂直方向に並ぶ光電変換素子からなる光電変換素子列には垂直電荷転送路５４が対応して設けられている。垂直電荷転送路５４は、対応する光電変換素子列の右側部に配置され、対応する光電変換素子列の各光電変換素子から読み出された電荷を垂直方向に転送する。垂直電荷転送路５４と、これに対応する光電変換素子列の各光電変換素子との間には、光電変換素子から垂直電荷転送路５４に電荷を読み出すための電荷読み出し領域５６（図中では模式的に矢印で示してある）が形成されている。

水平方向に並ぶ光電変換素子からなる光電変換素子行をラインというと、各ラインの間には、固体撮像素子１を搭載する撮像装置から駆動パルスが供給される転送電極Ｖ１〜Ｖ８が水平方向に蛇行して形成されている。

光電変換素子５ａの水平電荷転送路６とは反対側から数えて奇数番目のラインの上側部には、転送電極Ｖ２が形成され、下側部には転送電極Ｖ３が形成されている。光電変換素子５ａの偶数番目のラインの上側部には、転送電極Ｖ６が形成され、下側部には転送電極Ｖ７が形成されている。

光電変換素子５ｂの水平電荷転送路６とは反対側から数えて奇数番目のラインの上側部には、転送電極Ｖ４が形成され、下側部には転送電極Ｖ５が形成されている。光電変換素子５ｂの偶数番目のラインの上側部には、転送電極Ｖ８が形成され、下側部には転送電極Ｖ１が形成されている。

転送電極Ｖ３と転送電極Ｖ７は、光電変換素子５ａに隣接する電荷読み出し領域５６上方も覆っており、読み出し電極を兼ねている。転送電極Ｖ３と転送電極Ｖ７に読み出しパルスを印加することで、光電変換素子５ａから垂直電荷転送路５４に電荷を読み出すことができる。

転送電極Ｖ１と転送電極Ｖ５は、光電変換素子５ｂに隣接する電荷読み出し領域５６上方も覆っており、読み出し電極を兼ねている。転送電極Ｖ１と転送電極Ｖ５に読み出しパルスを印加することで、光電変換素子５ｂから垂直電荷転送路５４に電荷を読み出すことができる。

このように、光電変換素子５ａの読み出し電極と光電変換素子５ｂの読み出し電極は独立して設けられているため、光電変換素子５ａと光電変換素子５ｂのそれぞれの露光時間を異ならせる制御が可能になっている。このような構成により、光電変換素子５ａと光電変換素子５ｂを同一構造としながらも、光電変換素子５ａと光電変換素子５ｂからは、それぞれ感度の異なる信号を出力させることが可能になっている。

固体撮像素子１の受光部５は、図２に示したような構成となっているため、この固体撮像素子１のカラーフィルタ配列は、図１５に示したように、略菱形のフィルタをつなぎ合わせた配列とすることが好ましく、この固体撮像素子１でもこのようなカラーフィルタ配列を採用している。なお、図２では、光電変換素子５ｂが光電変換素子５ａに対して斜め右下に配置されるように、各光電変換素子を配置しているが、光電変換素子５ｂが光電変換素子５ａに対して斜め左下に配置されるように、各光電変換素子を配置してもよい。

次に、このような構成の固体撮像素子１の製造方法を説明するが、基本的な製造工程は従来と同じである。即ち、光電変換素子５ａ，５ｂ、垂直電荷転送路５４、電荷読み出し領域５６、水平電荷転送路６、及び出力部７等と、これらとボンディングパッド３ａとを接続する配線とを形成した後、平坦化層を形成し、この上にカラーフィルタを形成する。カラーフィルタは、第一色目のカラーフィルタであるＧカラーフィルタを最初に形成し、続いて第二色目のカラーフィルタ、第三色目のカラーフィルタを順番に形成する。この製造方法で特徴的なのは、第二色目のカラーフィルタを形成する前に、平坦化層の所定箇所に凹凸を形成し、第二色目のカラーフィルタの材料をスピンコート法で塗布したときに、その材料がウエハ全面に均一に塗布されるようにした点である。以下、この製造方法を、図３〜図１２を参照しながら詳しく説明する。なお、この固体撮像素子１が作りこまれる半導体ウエハは、たとえば図１６に示した半導体ウエハＷを例にして説明するが、以下では、半導体ウエハの符号を従来構成とは区別するため“Ｗ”ではなく“５０ｂ”としている。

図３は、図１に示す固体撮像素子の製造工程を説明する図であり、半導体ウエハに作りこまれた隣接する４つの固体撮像素子チップの平面模式図である。図４は、図３に示した平面図の部分断面図であり、ＦＩＧ４Ａは、図３に示したＡ−Ａ’線の断面模式図であり、ＦＩＧ４Ｂは、図３に示したＢ−Ｂ’線の断面模式図である。図５は、図３に続く製造工程における４つの固体撮像素子チップの平面模式図である。図６は、図５に示した平面図の部分断面図であり、ＦＩＧ６Ａは、図５に示したＡ−Ａ’線の断面模式図であり、ＦＩＧ６Ｂは、図５に示したＢ−Ｂ’線の断面模式図である。図７は、図５に続く製造工程における４つの固体撮像素子チップの平面模式図である。図８は、図７に示した平面図の部分断面図であり、ＦＩＧ８Ａは、図７に示したＡ−Ａ’線の断面模式図であり、ＦＩＧ８Ｂは、図７に示したＢ−Ｂ’線の断面模式図である。図９は、図７に続く製造工程における４つの固体撮像素子チップの平面模式図である。図１０は、図９に示した平面図の部分断面図であり、ＦＩＧ１０Ａは、図９に示したＡ−Ａ’線の断面模式図であり、ＦＩＧ１０Ｂは、図９に示したＢ−Ｂ’線の断面模式図である。図１１は、図９に続く製造工程における４つの固体撮像素子チップの平面模式図である。図１２は、図１１に示した平面図の部分断面図であり、ＦＩＧ１２Ａは、図１１に示したＡ−Ａ’線の断面模式図であり、ＦＩＧ１２Ｂは、図１１に示したＢ−Ｂ’線の断面模式図である。

まず、半導体ウエハ５０ｂの固体撮像素子チップ２を形成すべきチップ形成領域５０の素子形成領域５０ｅ内に、受光部５、水平電荷転送路６、出力部７、垂直電荷転送路の転送電極、水平電荷転送路６の転送電極、各種回路の電極５０ｄ、層内レンズ等を形成し、パッド等形成領域５０ｆに各種配線、ボンディングパッド３ａ等を形成する。次に、これらの素子の上に透明な絶縁材料を成膜し、これをパターニングして保護層５０ｃを形成する（図４参照）。保護層５０ｃは、図３及び図４に示すように、後のダイシング工程で切断される切断領域であるダイシング領域５０ａによってチップ形成領域５０が分離されるように、パターニングされて形成される。

次に、半導体ウエハ５０ｂの全面に透明樹脂等を成膜し、これをＣＭＰ等によって平坦化して、保護層５０ｃ及びダイシング領域５０ａ上に、カラーフィルタ下地層としての平坦化層５１を形成する。次に、隣接する素子形成領域５０ｅ同士の隙間で形成される通路（図５において、素子形成領域５０ｅの外周で区画された領域）にある平坦化層５１に部分的に凹部５１ａを形成する（図５、図６参照）。図５及び図６では、この通路のうち、ダイシング領域５０ａ内に凹部５１ａを形成した例を示している。

凹部５１ａは、平坦化層５１上にレジストパターンを形成し、これをマスクにして平坦化層５１の一部をエッチングによって除去することで形成することができる。また、平坦化層５１を透明樹脂剤のスピンコート法により形成した後、凹部５１ａをフォトリソグラフィで形成することもできる。なお、凹部５１ａを形成するのは、通路内の平坦化層５１に凹凸を形成することが目的である。このため、凹部５１ａの代わりに凸部を形成してもよい。凸部は、例えば、平坦化層５１の上に平坦化層５１とはエッチングレートの異なる材料層を形成し、この材料層をフォトリソグラフィ及びエッチングによってパターニングして形成すればよい。

次に、半導体ウエハ５０ｂ全面に、第一色目のカラーフィルタであるＧカラーフィルタの材料をスピンコート法によって成膜する。具体的には、半導体ウエハ５０ｂの中心点に材料を滴下し、半導体ウエハ５０ｂを高速で回転させることで成膜を行う。そして、成膜したＧカラーフィルタ材料をフォトリソグラフィ及びエッチングによってパターニングして、図７、８に示したように、斜めストライプ形状のＧカラーフィルタ５２ｇを素子形成領域５０ｅ内の平坦化層５１上に形成する。

次に、半導体ウエハ５０ｂ全面に第二色目のカラーフィルタであるＢカラーフィルタ（又はＲカラーフィルタ）の材料をスピンコート法によって成膜する。従来の製造方法では、第二色目のカラーフィルタの材料を成膜するときに、平坦化層５１に凹部５１ａは存在していない。このため、素子形成領域５０ｅで区画される通路のうち、半導体ウエハ５０ｂの中心点から十字の方向に延びる通路（以下、十字通路という）において、第二色目のカラーフィルタの材料の流れが速くなってしまう。これに対し、本製造方法では、第二色目のカラーフィルタ材料の成膜前に、十字通路にある平坦化層５１に凹凸を形成している。このため、第二色目のカラーフィルタ材料は、この凹凸によって流れが妨げられる。この結果、第二色目のカラーフィルタ材料を素子形成領域５０ｅ全体で均一な厚みで成膜することができる。

Ｂカラーフィルタ材料を均一の厚みで成膜した後、成膜したＢカラーフィルタ材料をフォトリソグラフィ及びエッチングによってパターニングする。これにより、図９、１０に示したように、素子形成領域５０ｅ内の平坦化層５１上のＧカラーフィルタ５２ｇ同士の間に、島状のＢカラーフィルタ５２ｂを形成する。

次に、半導体ウエハ５０ｂ全面に第三色目のカラーフィルタであるＲカラーフィルタ（又はＢカラーフィルタ）の材料をスピンコート法によって成膜する。第三色目のカラーフィルタの成膜前において、Ｇカラーフィルタ５２ｇ同士の隙間はＢカラーフィルタ５２ｂによって埋められており、この隙間を第三色目のカラーフィルタ材料が流れることはない。また、平坦化５１には凹凸が設けられている。このため、第三色目のカラーフィルタ材料を均一な厚みで成膜することができる。Ｒカラーフィルタ材料を均一の厚みで成膜した後は、このＲカラーフィルタ材料をフォトリソグラフィ及びエッチングによってパターニングする。これにより、図１１、１２に示したように、素子形成領域５０ｅ内の平坦化層５１上のＧカラーフィルタ５２ｇ同士の間かつＢカラーフィルタ５２ｂ同士の間に、島状のＲカラーフィルタ５２ｒを形成する。

この後は、カラーフィルタ５２ｒ，ｇ，ｂの上にマイクロレンズを形成し、ダイシング領域５０ａをダイシングして半導体ウエハ５０ｂを複数の固体撮像素子チップ２に分割し、固体撮像素子の製造を完了する。

以上のように、上述した製造方法によれば、十字通路の平坦化層５１に凹凸を形成してから第二色目のカラーフィルタの形成を行っているため、第二色目のカラーフィルタを均一な厚みで成膜することができる。この方法によれば、平坦化層５１に凹凸を形成する工程を追加するだけでよいため、設備投資が増えてしまうことがない。したがって、斜めストライプ配列のカラーフィルタの膜厚ムラを低コストで抑制することができる。

なお、以上の説明では、素子形成領域５０ｅで区画される通路のうち、ダイシング領域５０ａに凹凸を形成するものとしたが、これに限らない。例えば、図１３に示したように、十字通路のうちのパッド等形成領域５０ｆ内に凹部５１ｂを規則的に形成してもよい。このようにした場合でも、カラーフィルタ材料が、Ｇカラーフィルタ５２ｇ同士の間から十字通路に流れ出したり、十字通路からＧカラーフィルタ５２ｇ同士の間に流れ込んだりする際の速度を低下させることができるため、第二色目のカラーフィルタ材料の膜厚を均一化することが可能である。

また、図１４に示したように、通路のうち、ダイシング領域５０ａとパッド等形成領域５０ｆとの両方に、凹部５１ａ，５１ｂを形成するようにしてもよい。このようにすれば、第二色目のカラーフィルタ材料の十字通路における流速を更に低下させることができ、より均一な成膜が可能となる。

また、以上の説明では、平坦化層５１に凹凸を形成してからＧカラーフィルタ５２ｇを形成するものとした。しかし、本方法の効果を得るには、第二色目のカラーフィルタ材料の成膜前に平坦化層５１に凹凸が形成されていればよい。このため、平坦化層５１に凹凸を形成するタイミングは、平坦化層５１上にＧカラーフィルタ５２ｇを形成した後でかつ第二色目のカラーフィルタを形成する前であってもよい。

また、平坦化層５１に凸部を形成することで凹凸を形成する場合には、平坦化層５１上の凸部とＧカラーフィルタ５２ｇとを同時に形成することが可能である。例えば、Ｇカラーフィルタ５２ｇの材料を平坦化層５１上に成膜した後、この材料をパターニングする際に、図５に示した凹部５１ａを形成すべき位置にもＧカラーフィルタ材料を残しておくことで、Ｇカラーフィルタ５２ｇの材料によって凸部を形成することができる。この凸部は、第二色目のカラーフィルタのパターニング時に無くしてしまってもよい。第三色目のカラーフィルタ形成時には、Ｇカラーフィルタ５２ｇ同士の隙間が第二色目のカラーフィルタによって埋められており、カラーフィルタ材料の膜厚ムラが発生しにくくなっているためである。

また、素子形成領域５０ｅには、光電変換素子５ａ，５ｂを形成する領域である受光素子形成領域が少なくとも含まれている必要がある。平坦化層５１に形成する凹凸は、素子形成領域５０ｅで区画される通路に形成する必要があるが、受光素子形成領域にはカラーフィルタを形成する必要があり、カラーフィルタを形成すべき領域に凹凸を形成することはできないためである。

また、以上の説明では、平坦化層５１に、素子形成領域５０ｅで区画される通路の全体に規則的なパターンの凹凸を形成するものとした。しかし、上述してきたように、第二色目のカラーフィルタの膜厚ムラは、十字通路に隣接する素子形成領域５０ｅにおいて顕著となる。このため、平坦化層５１の凹凸は、少なくとも十字通路内に形成しておけばよい。

また、以上の説明では、固体撮像素子１をＣＣＤ型としたが、ＭＯＳ型であっても、同様に本製造方法を適用できることは言うまでもない。

以上説明したように、本明細書には次の事項が開示されている。

開示された固体撮像素子の製造方法は、半導体ウエハの表面に平坦化層を形成する第一の工程と、前記平坦化層上にカラーフィルタ材料をスピンコート法によって塗布する第二の工程と、平面視において、前記半導体ウエハに形成する複数の固体撮像素子の各々の受光素子を形成すべき領域である受光素子領域同士の隙間で形成される通路のうち、少なくとも前記半導体ウエハの中心点から十字の方向に延びる通路（以下、十字通路という）内の前記平坦化層に凹部又は凸部を形成する第三の工程と、前記第二の工程で塗布した前記カラーフィルタ材料をパターニングして、前記受光領域の前記平坦化層上に前記十字通路に対して斜め方向に延びるストライプ状の第一色目のカラーフィルタを形成する第四の工程と、前記第三の工程及び前記第四の工程の後、前記平坦化層上にカラーフィルタ材料をスピンコート法によって塗布し、当該カラーフィルタ材料をパターニングして前記受光領域の前記平坦化層上にある前記第一色目のカラーフィルタ同士の間に第二色目のカラーフィルタを形成する第五の工程とを備える。

この方法により、半導体ウエハの中心点から十字の方向に延びる通路に凹凸を形成した状態で第二色目のカラーフィルタ材料をスピンコート法で塗布するため、スピンコート時における第二色目のカラーフィルタ材料の流速を該凹凸によって低下させることができる。この結果、第二色目のカラーフィルタ材料の塗布後の膜厚を均一化することができ、カラーフィルタの膜厚ムラを抑制することができる。

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第一の工程の前に、前記半導体ウエハの前記受光素子領域に、第一の光電変換素子とこれに隣接する第二の光電変換素子とからなるペアを規則的な配置で複数形成する第六の工程を備え、前記第六の工程では、前記第一の光電変換素子と前記第二の光電変換素子を、それぞれ同一の配列ピッチで水平方向及びこれに直交する垂直方向に正方格子状に配置すると共に、前記ペアを構成する前記第一の光電変換素子と前記第二の光電変換素子を、前記配列ピッチの１／２だけ前記水平方向及び前記垂直方向にずらして配置することで、前記複数のペアを規則的に配置し、前記第四の工程では、前記第一色目のカラーフィルタとして、前記第一の光電変換素子上方に形成すべきベイヤー配列のカラーフィルタのうちのＧカラーフィルタと、前記第二の光電変換素子上方に形成すべきベイヤー配列のカラーフィルタのうちのＧカラーフィルタとを形成し、前記第五の工程では、前記第二色目のカラーフィルタとして、前記第一の光電変換素子上方に形成すべきベイヤー配列のカラーフィルタのうちのＲカラーフィルタ又はＢカラーフィルタと、前記第二の光電変換素子上方に形成すべきベイヤー配列のカラーフィルタのうちのＲカラーフィルタ又はＢカラーフィルタとを形成する。

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記受光素子領域同士の隙間で形成される通路が、前記半導体ウエハをダイシングした後に残るチップのうち前記受光素子領域を除く領域と、前記ダイシング時に切断される切断領域とを含み、前記第三の工程では、前記通路のうち前記受光素子領域を除く領域及び前記切断領域の少なくとも一方に前記凹部又は前記凸部を形成する。

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第三の工程では、前記受光素子領域同士の隙間で形成される通路のうちの、前記十字の方向に延びる通路以外の通路にも、前記凹部又は凸部を規則的なパターンで形成する。

この方法により、凹部又は凸部の形成が容易になる。

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第三の工程では、前記平坦化層に前記凹部を形成する。

この方法により、十字の方向に延びる通路に凹凸を作りやすくなる。

開示された固体撮像素子は、受光素子が形成される受光素子領域を有する固体撮像素子であって、前記受光素子領域上方に設けられたカラーフィルタと、前記カラーフィルタの下に設けられたカラーフィルタ下地層とを備え、前記固体撮像素子が形成されたチップの前記受光素子領域の外側の前記カラーフィルタ下地層には凹部又は凸部が設けられている。

開示された固体撮像素子は、前記受光素子が、第一の光電変換素子とこれに隣接する第二の光電変換素子とからなるペアであって、規則的に配置された複数のペアを有し、前記第一の光電変換素子と前記第二の光電変換素子は、それぞれ同一の配列ピッチで水平方向及びこれに直交する垂直方向に正方格子状に配置されると共に、前記ペアを構成する前記第一の光電変換素子と前記第二の光電変換素子が、前記配列ピッチの１／２だけ前記水平方向及び前記垂直方向にずらして配置されており、第一の光電変換素子及び前記第二の光電変換素子の上方に設けられた前記カラーフィルタの配列がそれぞれベイヤー配列となっている。

開示された固体撮像素子は、前記固体撮像素子が形成されたチップの前記受光素子領域の外側の前記カラーフィルタ下地層には凹部が設けられている。

開示された撮像装置は、前記固体撮像素子を備える。

５０ｂ 半導体ウエハ
５１ 平坦化層
５１ａ 凹部
５２ｇ Ｇカラーフィルタ
５２ｂ Ｂカラーフィルタ
５２ｒ Ｒカラーフィルタ

Claims (9)

1. 半導体ウエハの表面に平坦化層を形成する第一の工程と、
   前記平坦化層上にカラーフィルタ材料をスピンコート法によって塗布する第二の工程と、
   平面視において、前記半導体ウエハに形成する複数の固体撮像素子の各々の受光素子を形成すべき領域である受光素子領域同士の隙間で形成される通路のうち、少なくとも前記半導体ウエハの中心点から十字の方向に延びる通路（以下、十字通路という）内の前記平坦化層に凹部又は凸部を形成する第三の工程と、
   前記第二の工程で塗布した前記カラーフィルタ材料をパターニングして、前記受光領域の前記平坦化層上に前記十字通路に対して斜め方向に延びるストライプ状の第一色目のカラーフィルタを形成する第四の工程と、
   前記第三の工程及び前記第四の工程の後、前記平坦化層上にカラーフィルタ材料をスピンコート法によって塗布し、当該カラーフィルタ材料をパターニングして前記受光領域の前記平坦化層上にある前記第一色目のカラーフィルタ同士の間に第二色目のカラーフィルタを形成する第五の工程とを備える固体撮像素子の製造方法。
2. 請求項１記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記第一の工程の前に、前記半導体ウエハの前記受光素子領域に、第一の光電変換素子とこれに隣接する第二の光電変換素子とからなるペアを規則的な配置で複数形成する第六の工程を備え、
   前記第六の工程では、前記第一の光電変換素子と前記第二の光電変換素子を、それぞれ同一の配列ピッチで水平方向及びこれに直交する垂直方向に正方格子状に配置すると共に、前記ペアを構成する前記第一の光電変換素子と前記第二の光電変換素子を、前記配列ピッチの１／２だけ前記水平方向及び前記垂直方向にずらして配置することで、前記複数のペアを規則的に配置し、
   前記第四の工程では、前記第一色目のカラーフィルタとして、前記第一の光電変換素子上方に形成すべきベイヤー配列のカラーフィルタのうちのＧカラーフィルタと、前記第二の光電変換素子上方に形成すべきベイヤー配列のカラーフィルタのうちのＧカラーフィルタとを形成し、
   前記第五の工程では、前記第二色目のカラーフィルタとして、前記第一の光電変換素子上方に形成すべきベイヤー配列のカラーフィルタのうちのＲカラーフィルタ又はＢカラーフィルタと、前記第二の光電変換素子上方に形成すべきベイヤー配列のカラーフィルタのうちのＲカラーフィルタ又はＢカラーフィルタとを形成する固体撮像素子の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記受光素子領域同士の隙間で形成される通路が、前記半導体ウエハをダイシングした後に残るチップのうち前記受光素子領域を除く領域と、前記ダイシング時に切断される切断領域とを含み、
   前記第三の工程では、前記通路のうち前記受光素子領域を除く領域及び前記切断領域の少なくとも一方に前記凹部又は前記凸部を形成する固体撮像素子の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記第三の工程では、前記受光素子領域同士の隙間で形成される通路のうちの、前記十字の方向に延びる通路以外の通路にも、前記凹部又は凸部を規則的なパターンで形成する固体撮像素子の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記第三の工程では、前記平坦化層に前記凹部を形成する固体撮像素子の製造方法。
6. 受光素子が形成される受光素子領域を有する固体撮像素子であって、
   前記受光素子領域上方に設けられたカラーフィルタと、
   前記カラーフィルタの下に設けられたカラーフィルタ下地層とを備え、
   前記固体撮像素子が形成されたチップの前記受光素子領域の外側の前記カラーフィルタ下地層には凹部又は凸部が設けられている固体撮像素子。
7. 請求項６記載の固体撮像素子であって、
   前記受光素子が、第一の光電変換素子とこれに隣接する第二の光電変換素子とからなるペアであって、規則的に配置された複数のペアを有し、
   前記第一の光電変換素子と前記第二の光電変換素子は、それぞれ同一の配列ピッチで水平方向及びこれに直交する垂直方向に正方格子状に配置されると共に、前記ペアを構成する前記第一の光電変換素子と前記第二の光電変換素子が、前記配列ピッチの１／２だけ前記水平方向及び前記垂直方向にずらして配置されており、
   第一の光電変換素子及び前記第二の光電変換素子の上方に設けられた前記カラーフィルタの配列がそれぞれベイヤー配列となっている固体撮像素子。
8. 請求項６又は７記載の固体撮像素子であって、
   前記固体撮像素子が形成されたチップの前記受光素子領域の外側の前記カラーフィルタ下地層には凹部が設けられている固体撮像素子。
9. 請求項６〜８のいずれか１項記載の固体撮像素子を備える撮像装置。

Images