JP2014175411A

JP2014175411A - 固体撮像装置の製造方法

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Publication number: JP2014175411A
Application number: JP2013045677A
Authority: JP
Inventors: Kyohei Watanabe; 杏平渡辺
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】カラーフィルタ層をパターニングする際の工程数の増加を抑制しつつ、各カラーフィルタ層の間に好適にエアーギャップを形成できるようにする。
【解決手段】半導体基板２００の上方に複数の光電変換部２１０における各光電変換部に対応した複数のカラーフィルタ層２２０，３１０を形成し、当該複数のカラーフィルタ層の上方にハードマスク４１０を形成する。このハードマスク４１０は、エッチングマスク６１０をマスクとしたエッチングにより、各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域を開口８１０するものである。続いて、少なくともハードマスク４１０をマスクとしたエッチングを行って、各カラーフィルタ層の境界部分に開口を形成し、その後、当該開口を封止する封止層を形成して各カラーフィルタ層の境界部分にエアーギャップを形成する。
【選択図】図８

Description

本発明は、複数のカラーフィルタ層を備える固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法に関する。

従来から、各光電変換部の上方に形成される各カラーフィルタ層の境界領域にエアーギャップを形成し、エアーギャップ界面の反射を利用して、各光電変換部への集光効率を高めるようにした固体撮像装置及びその製造方法が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。

具体的に、下記の特許文献１の図２４〜図２６、段落０１７６に示されている固体撮像装置の製造方法では、まず、開口部（９）を有するハードマスク（６）を形成した後、当該ハードマスク（６）の側壁のみに無機膜（３５）を形成する。続いて、開口部（９）を埋め込み且つ無機膜（３５）と接するグリーンフィルタ層（２Ｇ）を形成する。続いて、ハードマスク（６）を除去した後、当該ハードマスク（６）を除去した領域を埋め込み且つ無機膜（３５）と接するブルーフィルタ層（２Ｂ）或いはレッドフィルタ層（２Ｒ）を形成する。続いて、無機膜（３５）を選択的に除去することにより、各カラーフィルタ層の間にエアーギャップ（３２）を形成する。そして、このような固体撮像装置の製造方法によれば、カラーフィルタ層の寸法精度や重ね合わせ精度が向上し、固体撮像装置における混色等を抑制することができるとしている。

特開２０１０−２６３２２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された固体撮像装置の製造方法では、隣接する異なるカラーフィルタ層の境界に存在する無機膜（３５）を選択的に除去することが難しい。特許文献１の段落０１７３によれば、この無機膜（３５）を選択的に除去するためのエッチングには、酸素ガスやＣＦ₄などのフロロカーボン系ガスの混合ガスや、これに窒素ガスを加えた混合ガスを用いることが記載されている。しかしながら、これらのガスを用いたエッチングの場合、各カラーフィルタ層と無機膜（３５）との間の選択性を十分に確保することが難しく、各カラーフィルタ層の上面もエッチングされて損傷を受け得る。これは、混色を抑制するための手段であるエアーギャップ（３２）を好適に形成することが困難であることを意味している。

さらに、特許文献１に記載された固体撮像装置の製造方法では、各カラーフィルタ層を形成するために、一旦形成したハードマスク（６）を除去する工程も必要である。これは、各カラーフィルタ層のパターニングをフォトリソグラフィー法のみで行う一般的な製造方法と比較して、工程数が増えることを意味している。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタ層をパターニングする際の工程数の増加を抑制しつつ、各カラーフィルタ層の間に好適にエアーギャップを形成することを実現する固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の上面に複数の光電変換部が設けられた固体撮像装置の製造方法であって、前記半導体基板の上方に、前記複数の光電変換部における各光電変換部に対応した複数のカラーフィルタ層を形成する工程と、前記複数のカラーフィルタ層の上方に、ハードマスクを形成する工程と、前記ハードマスクの上方に、前記複数のカラーフィルタ層における各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域を開口する第１の開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンに対して加熱処理を行って、前記第１の開口部よりも幅が小さい第２の開口部を有するエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクをマスクとした第１のエッチングを行って、前記ハードマスクにおける前記各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域を開口する工程と、少なくとも前記ハードマスクをマスクとした第２のエッチングを行って、前記各カラーフィルタ層の境界部分に開口を形成する工程と、前記各カラーフィルタ層の境界部分に形成された開口を封止する封止層を形成して、前記各カラーフィルタ層の境界部分にエアーギャップを形成する工程とを有する。

本発明によれば、カラーフィルタ層をパターニングする際の工程数の増加を抑制しつつ、各カラーフィルタ層の間に好適にエアーギャップを形成することができる。

本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の概略構成の一例を示す上面図である。本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図２に引き続き、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図３に引き続き、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図４に引き続き、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図５に引き続き、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図６に示す２画素分の構成を拡大した断面図である。図６に引き続き、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図８に引き続き、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図９に引き続き、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図１０に引き続き、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図１１に引き続き、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図１３に引き続き、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図１４に引き続き、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図１５に引き続き、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図１６に引き続き、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図１７に引き続き、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図１８に引き続き、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。図１９に引き続き、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の概略構成の一例を示す上面図である。

本実施形態に係る固体撮像装置１００は、撮像領域１１０と、撮像領域外である周辺領域１２０とを有する。

撮像領域１１０は、画素１１１が２次元行列状に設けられた領域である。各画素１１１は、半導体基板に形成された光電変換部、配線層や層間絶縁層からなる配線構造、カラーフィルタ層、マイクロレンズなどを含み得る。例えば、本実施形態においては、撮像領域１１０の画素１１１は、いわゆるベイヤー型で配置されている。この場合、例えば、画素行１１２ａ及び画素行１１２ｃは、左側から順に、緑色（Ｇ）フィルタ層を有する画素（以下、「緑色画素」と称する）、赤色（Ｒ）フィルタ層を有する画素（以下、「赤色画素」と称する）、緑色画素、赤色画素、緑色画素となっている。そして、この場合、例えば、画素行１１２ｂは、左側から順に、青色（Ｂ）フィルタ層を有する画素（以下、「青色画素」と称する）、緑色画素、青色画素、緑色画素、青色画素となっている。

なお、本実施形態では、撮像領域１１０の画素１１１がベイヤー配列で構成される例を挙げて説明を行うが、本発明においてはこの形態に限定されるものではなく、他の配列であってもよい。また、本実施形態では、カラーフィルタ層の種類に関して、ＲＧＢからなるいわゆる原色系のカラーフィルタ層を適用した例を挙げて説明を行うが、本発明においてはこの形態に限定されるものではなく、例えば、いわゆる補色系のカラーフィルタ層であってもよい。

周辺領域１２０は、周辺回路部の遮光フィルタ１２１、パッド電極１２２などを含み得る。

次に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）１００の製造方法における各工程について、図２〜図１２を用いて説明する。

図２〜図１２は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。この図２〜図１２に示す断面図は、図１に示す画素行１１２ｂにおけるＩ−Ｉ断面を示す模式図である。

図２に示す工程では、まず、半導体基板２００の表面（上面）に、例えば２次元行列状に複数の光電変換部２１０を形成する。
次いで、緑色画素形成領域の光電変換部２１０の上方に、フォトリソグラフィー法を用いて緑色フィルタ層２２０を形成する。

続いて、図３に示す工程では、青色画素形成領域の光電変換部２１０の上方に、フォトリソグラフィー法を用いて青色フィルタ層３１０を形成する。
次いで、赤色画素形成領域（図１に示す画素行１１２ａ及び画素行１１２ｃの赤色画素の形成領域）の光電変換部２１０の上方に、フォトリソグラフィー法を用いて赤色フィルタ層（図２〜図１２では不図示）を形成する。ここでは、複数のカラーフィルタ層における各カラーフィルタ層がそれぞれ隣接するように形成され、また、各カラーフィルタ層は例えばアクリル系樹脂などの有機材料で形成されている。

なお、図３等には、半導体基板２００（或いは光電変換部２１０）の直上に、各カラーフィルタ層が形成される例が示されているが、本実施形態においてはこの態様に限定されるものではない。例えば、半導体基板２００（或いは光電変換部２１０）と各カラーフィルタ層との間に、配線層や層間絶縁層からなる配線構造などを形成する態様も、本実施形態に含まれる。

また、図２及び図３に示す例では、緑色フィルタ層２２０の形成後に、青色フィルタ層３１０及び赤色フィルタ層（図２〜図１２では不図示）の形成を行っているが、この工程の順序を入れ替えて各カラーフィルタ層を形成してもよい。このように、本実施形態では、半導体基板２００の上方に、複数の光電変換部２１０における各光電変換部に対応した複数のカラーフィルタ層が形成される。

続いて、図４に示す工程では、緑色フィルタ層２２０、青色フィルタ層３１０及び赤色フィルタ層（図２〜図１２では不図示）を含む各カラーフィルタ層の上面上に、ハードマスク４１０を形成する。このハードマスク４１０は、例えば、低温プラズマＣＶＤ法を用いて成膜され、例えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物、シリコン酸窒化物などの無機材料からなる。この際、ハードマスク４１０の成膜温度は、１５０℃〜２２０℃の範囲が好ましい。なお、このハードマスク４１０は、次工程以降で除去されることなく残存するため、固体撮像装置１００の感度特性を低下させないような透過率の高い材料が望ましい。

続いて、図５に示す工程では、ハードマスク４１０の上面上に、フォトリソグラフィー法を用いて、各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域を開口５２０する第１の開口部を有するレジストパターン５１０を形成する。ここで、開口５２０の幅をＷ１とする。また、レジストパターン５１０を形成するためのレジストの材料としては、例えば、ノボラック系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂などの有機材料が挙げられる。なお、レジストパターン５１０を形成するためのレジストとしては、次工程でレジストパターン５１０を熱流動させるため、マイクロレンズを形成する用途のレジストが適している。

続いて、図６に示す工程では、レジストパターン５１０に対して加熱処理を２段階で行うことにより、前記第１の開口部における開口５２０の幅よりも幅が小さい開口６２０に係る第２の開口部を有するエッチングマスク６１０を形成する。なお、このエッチングマスク６１０は、ハードマスク４１０と、その下方に存在するカラーフィルタ層間の境界部分をドライエッチングするためのマスクである。

以下に、レジストパターン５１０に対して行う２段階の加熱処理について説明する。
まず、第１段階目の加熱処理では、図５に示すレジストパターン５１０の軟化点以上の温度を加えることにより、レジストパターン５１０を熱流動させ、開口５２０の幅Ｗ１よりも小さい幅Ｗ２の開口６２０を形成する（Ｗ２＜Ｗ１）。この熱流動の加熱処理により、図５に示すフォトリソグラフィー法による解像線幅（Ｗ１）よりもさらに小さい線幅（Ｗ２）を形成することができるため、次工程以降で形成するエアーギャップの幅を小さくすることができる。１画素の寸法に対してエアーギャップの幅が大きい場合、光電変換部２１０に入射する光が減少し、固体撮像装置１００の感度特性を悪化させる要因となるため、エアーギャップの幅を小さくすることは重要である。
次いで、第２段階目の加熱処理では、第１段階目の加熱処理の温度よりも高い温度を加えることにより、レジストの架橋反応を進行させて安定化させる。

上述したように、エッチングマスク６１０は、ハードマスク４１０と、その下方に存在するカラーフィルタ層間の境界部分をドライエッチングするためのマスクである。被エッチング材料の表面にエッチングマスクを配置してドライエッチングなどの異方性エッチングを行う場合には、エッチング後の形状が、エッチングマスクの傾斜面の影響を受けることが知られている。具体的には、被エッチング材料に入射するエッチング種（反応性イオン等）の中には、エッチングマスクの傾斜面に当たった後に反射したエッチング種が含まれているためである。そのため、エッチングマスク６１０の端部の形状が傾斜していると、エッチングの進行方向がエッチングマスク６１０の傾斜の影響を受けて斜め下方に進行してしまう。したがって、図６に示すように、相対するエッチングマスク６１０が互いに傾斜面を持っている場合には、その傾斜面の度合いによっては、エッチング形状が先細ってしまい、カラーフィルタ層間を分離できずにエッチングが途中で停止してしまう不具合が生じる場合があり得る。

図７は、図６に示す２画素分の構成を拡大した断面図である。
本実施形態の場合、上述した不具合を解消するため、図７に示す、エッチングマスク６１０の端部の傾斜面における接線とハードマスク４１０の上面（表面）における接線との成す角度（θ１）が、７６°以上となるようにエッチングマスク６１０を形成する。

続いて、図８に示す工程では、エッチングマスク６１０をマスクとしたエッチング（第１のエッチング）により、ハードマスク４１０における各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域に開口８１０を形成する。この開口８１０は、開口６２０を反映したものとなる。また、ハードマスク４１０のエッチングは、例えば、ＣＦ₄などのＣＦ系ガス、ＣＦ系ガスとＯ₂系ガスとの混合ガス、または、ＣＦ系ガスとＯ₂系ガスとＮ₂系ガスとの混合ガスをエッチングガスとして行われる。

続いて、図９に示す工程では、ハードマスク４１０（更にはエッチングマスク６１０）をマスクとしたエッチング（第２のエッチング）により、各カラーフィルタ層の境界部分に開口９１０を形成する。この開口９１０は、開口８１０を反映したものとなる。このカラーフィルタ層のエッチング（第２のエッチング）は、ハードマスク４１０とカラーフィルタ層との選択比が十分に確保される条件を用いて、例えば、Ｏ₂系ガスとＣＯ系ガスとＮ₂系ガスとの混合ガスをエッチングガスとして用いてなされ得る。また、エッチングマスク６１０は、このカラーフィルタ層のエッチング（第２のエッチング）を行うと同時に除去される。ここで、開口８１０の領域以外のカラーフィルタ層はハードマスク４１０によって覆われているため、図９に示すエッチング工程において開口９１０の領域以外のカラーフィルタ層が損傷を受けることを防止することができる。

続いて、図１０に示す工程では、ハードマスク４１０の上面を含む全面に、封止層１０１０を成膜して開口９１０を封止することにより、各カラーフィルタ層の間にエアーギャップ（中空部）１０２０を形成する。封止層１０１０は、例えば、低温プラズマＣＶＤ法を用いて成膜され、例えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物、シリコン酸窒化物などの無機材料からなる。この際、封止層１０１０の成膜温度は、１５０℃〜２２０℃の範囲が好ましい。また、ハードマスク４１０と封止層１０１０は、同一材料、或いは、同一の屈折率を持つ材料であることが望ましい。なお、ハードマスク４１０と封止層１０１０との材料が異なる場合には、屈折率が異なる場合が多いため、ハードマスク４１０と封止層１０１０と間の界面において反射が生じ、固体撮像装置１００の感度特性を悪化させる要因となり得る。

続いて、図１１及び図１２に示す工程では、封止層１０１０の上面上に、各画素のカラーフィルタ層に対応するように、マイクロレンズ１２１０を形成する。
このマイクロレンズ１２１０の形成は、まず、例えば図１１に示すように、封止層１０１０の上面上に有機材料からなる有機層１１１０を形成し、有機層１１１０の上面上に有機材料からなるレンズ形状部１１２０を形成する。その後、レンズ形状部１１２０とともに有機層１１１０をエッチングすることによって、レンズ形状部１１２０の凸面にならった凸面を有する図１２のマイクロレンズ１２１０が形成される。

本実施形態におけるマイクロレンズ１２１０に図１２に示す斜め光ａが入射すると、光ａは、例えば、マイクロレンズ１２１０、封止層１０１０及びハードマスク４１０を透過した後に、緑色フィルタ層２２０などのカラーフィルタ層を透過する。そして、光ａは、カラーフィルタ層の側壁（図１２に示す例では、緑色フィルタ層２２０とエアーギャップ１０２０との界面）で反射する光と、当該側壁で反射せずに屈折する光とに分かれ、隣接する他の光電変換部２１０には斜め光ａが入射しにくくなる。このように、隣接する他の光電変換部２１０に斜め光ａが入射しにくくなると、斜め光ａに起因する混色が生じにくくなる。

本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法では、各カラーフィルタ層の上方にハードマスク４１０を形成し、当該ハードマスク４１０の上方に各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域を開口５２０する第１の開口部を有するレジストパターン５１０を形成する。続いて、レジストパターン５１０に対して加熱処理を行って前記第１の開口部よりも幅が小さい第２の開口部を有するエッチングマスク６１０を形成する。続いて、エッチングマスク６１０をマスクとした第１のエッチングを行って、ハードマスク４１０における各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域を開口８１０する。続いて、少なくともハードマスク４１０をマスクとした第２のエッチングを行って、各カラーフィルタ層の境界部分に開口９１０を形成し、その後、開口９１０を封止する封止層１０１０を形成して、各カラーフィルタ層の境界部分にエアーギャップ１０２０を形成する。
かかる固体撮像装置の製造方法によれば、例えば特許文献１に記載されているような、カラーフィルタ層を形成するために形成したハードマスクを除去する工程、更には、カラーフィルタ層の上面を除去するための全面エッチバックや化学機械研磨（ＣＭＰ）の工程が不要である。これにより、カラーフィルタ層をパターニングする際の工程数の増加を抑制することができるため、製造コストの低減や生産性を確保することができる。
さらに、かかる固体撮像装置の製造方法によれば、カラーフィルタ層の境界部分以外の部分における上方をハードマスクで覆った状態でエッチングをしてカラーフィルタ層の境界部分にエアーギャップを形成しているため、カラーフィルタ層の損傷を防止しつつ、各カラーフィルタ層の間に好適にエアーギャップを形成することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の概略構成を示す上面図は、図１に示す第１の実施形態に係る固体撮像装置１００の概略構成を示す上面図と同様である。

次に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）１００の製造方法における各工程について、図１３〜図２０を用いて説明する。

図１３〜図２０は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す断面図である。この図１３〜図２０に示す断面図は、図１に示す画素行１１２ｂにおけるＩ−Ｉ断面を示す模式図である。なお、図１３〜図２０において、第１の実施形態における図２〜図１２に示す構成と同様の構成については、同じ符号を付している。

図１３に示す工程では、まず、半導体基板２００の表面（上面）に、例えば２次元行列状に複数の光電変換部２１０を形成する。
次いで、緑色画素形成領域の光電変換部２１０の上方に、フォトリソグラフィー法を用いて緑色フィルタ層２２０を形成する。
次いで、青色画素形成領域の光電変換部２１０の上方に、フォトリソグラフィー法を用いて青色フィルタ層３１０を形成する。
次いで、赤色画素形成領域（図１に示す画素行１１２ａ及び画素行１１２ｃの赤色画素の形成領域）の光電変換部２１０の上方に、フォトリソグラフィー法を用いて赤色フィルタ層（図１３〜図２０では不図示）を形成する。ここでは、各カラーフィルタ層がそれぞれ隣接するように形成され、また、各カラーフィルタ層は例えばアクリル系樹脂などの有機材料で形成され、また、各カラーフィルタ層の厚み（即ち各カラーフィルタ層の上面高さ）は異なっている。
このように、本実施形態では、半導体基板２００の上方に、複数の光電変換部２１０における各光電変換部に対応した複数のカラーフィルタ層が形成される。
次いで、緑色フィルタ層２２０、青色フィルタ層３１０及び赤色フィルタ層（図１３〜図２０では不図示）を含む各カラーフィルタ層の上面上に、平坦化層１３１０を形成する。この平坦化層１３１０は、各カラーフィルタ層の厚み（即ち各カラーフィルタ層の上面高さ）が異なり、各カラーフィルタ層間に段差がある場合に有効である。即ち、各カラーフィルタ層間の段差が平坦化されていない場合、次工程で形成されるハードマスクが平坦に形成されずに、その後工程で形成されるエッチングマスク等が正常に形成されない恐れがあるため、平坦化層１３１０を設けることは有効である。この平坦化層１３１０は、透過率が高い材料が望ましく、例えば、アクリル系樹脂、ノボラック系樹脂、スチレン系樹脂などの有機材料からなる。

なお、図１３等には、半導体基板２００（或いは光電変換部２１０）の直上に、各カラーフィルタ層が形成される例が示されているが、本実施形態においてはこの態様に限定されるものではない。例えば、半導体基板２００（或いは光電変換部２１０）と各カラーフィルタ層との間に、配線層や層間絶縁層からなる配線構造などを形成する態様も、本実施形態に含まれる。

また、上述した例では、緑色フィルタ層２２０の形成後に、青色フィルタ層３１０及び赤色フィルタ層（図１３〜図２０では不図示）の形成を行っているが、この工程の順序を入れ替えて各カラーフィルタ層を形成してもよい。

続いて、図１４に示す工程では、平坦化層１３１０の上面上に、ハードマスク４１０を形成する。このハードマスク４１０は、例えば、低温プラズマＣＶＤ法を用いて成膜され、例えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物、シリコン酸窒化物などの無機材料からなる。この際、ハードマスク４１０の成膜温度は、１５０℃〜２２０℃の範囲が好ましい。なお、このハードマスク４１０は、次工程以降で除去されることなく残存するため、固体撮像装置１００の感度特性を低下させないような透過率の高い材料が望ましい。

続いて、図１５に示す工程では、ハードマスク４１０の上面上に、フォトリソグラフィー法を用いて、各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域を開口５２０する第１の開口部を有するレジストパターン５１０を形成する。ここで、開口５２０の幅をＷ１とする。また、レジストパターン５１０を形成するためのレジストの材料としては、例えば、ノボラック系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂などの有機材料が挙げられる。なお、レジストパターン５１０を形成するためのレジストとしては、次工程でレジストパターン５１０を熱流動させるため、マイクロレンズを形成する用途のレジストが適している。

続いて、図１６に示す工程では、レジストパターン５１０に対して加熱処理を２段階で行うことにより、前記第１の開口部における開口５２０の幅よりも幅が小さい開口６２０に係る第２の開口部を有するエッチングマスク６１０を形成する。なお、このエッチングマスク６１０は、ハードマスク４１０と、その下方に存在するカラーフィルタ層間の境界部分をドライエッチングするためのマスクである。

以下に、レジストパターン５１０に対して行う２段階の加熱処理について説明する。
まず、第１段階目の加熱処理では、図１５に示すレジストパターン５１０の軟化点以上の温度を加えることにより、レジストパターン５１０を熱流動させ、開口５２０の幅Ｗ１よりも小さい幅Ｗ２の開口６２０を形成する（Ｗ２＜Ｗ１）。この熱流動の加熱処理により、図１５に示すフォトリソグラフィー法による解像線幅（Ｗ１）よりもさらに小さい線幅（Ｗ２）を形成することができるため、次工程以降で形成するエアーギャップの幅を小さくすることができる。１画素の寸法に対してエアーギャップの幅が大きい場合、光電変換部２１０に入射する光が減少し、固体撮像装置１００の感度特性を悪化させる要因となるため、エアーギャップの幅を小さくすることは重要である。
次いで、第２段階目の加熱処理では、第１段階目の加熱処理の温度よりも高い温度を加えることにより、レジストの架橋反応を進行させて安定化させる。

なお、本実施形態の場合も、上述した第１の実施形態の場合と同様に、図７に示す、エッチングマスク６１０の端部の傾斜面における接線とハードマスク４１０の上面（表面）における接線との成す角度（θ１）が、７６°以上となるようにエッチングマスク６１０を形成する。

続いて、図１７に示す工程では、エッチングマスク６１０をマスクとしたエッチング（第１のエッチング）により、ハードマスク４１０における各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域に開口８１０を形成する。この開口８１０は、開口６２０を反映したものとなる。また、ハードマスク４１０のエッチングは、例えば、ＣＦ₄などのＣＦ系ガス、ＣＦ系ガスとＯ₂系ガスとの混合ガス、または、ＣＦ系ガスとＯ₂系ガスとＮ₂系ガスとの混合ガスをエッチングガスとして行われる。

続いて、図１８に示す工程では、ハードマスク４１０（更にはエッチングマスク６１０）をマスクとしたエッチング（第２のエッチング）により、平坦化層１３１０における各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域及び各カラーフィルタ層の境界部分に開口９１０を形成する。この開口９１０は、開口８１０を反映したものとなる。この平坦化層１３１０及びカラーフィルタ層のエッチング（第２のエッチング）は、ハードマスク４１０と平坦化層１３１０及びカラーフィルタ層との選択比が十分に確保される条件を用いて、例えば、Ｏ₂系ガスとＣＯ系ガスとＮ₂系ガスとの混合ガスをエッチングガスとして用いてなされ得る。また、エッチングマスク６１０は、この平坦化層１３１０及びカラーフィルタ層のエッチング（第２のエッチング）を行うと同時に除去される。ここで、開口８１０の領域以外の平坦化層１３１０及びカラーフィルタ層はハードマスク４１０によって覆われているため、図１８に示すエッチング工程において開口９１０の領域以外の平坦化層１３１０及びカラーフィルタ層が損傷を受けることを防止することができる。

続いて、図１９に示す工程では、ハードマスク４１０の上面を含む全面に、封止層１０１０を成膜して開口９１０を封止することにより、各カラーフィルタ層の間にエアーギャップ（中空部）１０２０を形成する。封止層１０１０は、例えば、低温プラズマＣＶＤ法を用いて成膜され、例えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物、シリコン酸窒化物などの無機材料からなる。この際、封止層１０１０の成膜温度は、１５０℃〜２２０℃の範囲が好ましい。また、ハードマスク４１０と封止層１０１０は、同一材料、或いは、同一の屈折率を持つ材料であることが望ましい。

続いて、図２０に示す工程では、封止層１０１０の上面上に、各画素のカラーフィルタ層に対応するように、マイクロレンズ１２１０を形成する。
このマイクロレンズ１２１０の形成は、まず、例えば図１１に示すように、封止層１０１０の上面上に有機材料からなる有機層１１１０を形成し、有機層１１１０の上面上に有機材料からなるレンズ形状部１１２０を形成する。その後、レンズ形状部１１２０とともに有機層１１１０をエッチングすることによって、レンズ形状部１１２０の凸面にならった凸面を有する図２０のマイクロレンズ１２１０が形成される。

本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、上述した第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における作用・効果と同様の作用・効果を奏する。即ち、カラーフィルタ層をパターニングする際の工程数の増加を抑制しつつ、各カラーフィルタ層の間に好適にエアーギャップを形成することができる。

なお、上述した本発明の各実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

２００半導体基板、２１０光電変換部、２２０緑色フィルタ層、３１０青色フィルタ層３１０、４１０ハードマスク、６１０エッチングマスク、８１０開口

Claims

半導体基板の上面に複数の光電変換部が設けられた固体撮像装置の製造方法であって、
前記半導体基板の上方に、前記複数の光電変換部における各光電変換部に対応した複数のカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記複数のカラーフィルタ層の上方に、ハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクの上方に、前記複数のカラーフィルタ層における各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域を開口する第１の開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンに対して加熱処理を行って、前記第１の開口部よりも幅が小さい第２の開口部を有するエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクをマスクとした第１のエッチングを行って、前記ハードマスクにおける前記各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域を開口する工程と、
少なくとも前記ハードマスクをマスクとした第２のエッチングを行って、前記各カラーフィルタ層の境界部分に開口を形成する工程と、
前記各カラーフィルタ層の境界部分に形成された開口を封止する封止層を形成して、前記各カラーフィルタ層の境界部分にエアーギャップを形成する工程と
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
前記第２のエッチングによって、前記各カラーフィルタ層の境界部分に開口が形成されるとともに、前記エッチングマスクが除去され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。
前記ハードマスクと前記封止層は、同一材料、或いは、同一の屈折率を持つ材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記ハードマスクと前記封止層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、或いは、シリコン酸窒化物の材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記複数のカラーフィルタ層と前記ハードマスクとの間に、平坦化層を形成する工程を更に有し、
前記第２のエッチングによって、前記平坦化層における前記各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域が開口されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記エッチングマスクは、前記ハードマスクの上面上に形成されており、
前記エッチングマスクの端部の傾斜面における接線と前記ハードマスクの上面における接線との成す角度が、７６°以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。