JP2015041711A

JP2015041711A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2015041711A
Application number: JP2013172662A
Authority: JP
Inventors: 政樹栗原; Masaki Kurihara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2015-03-02
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: US20150056741A1; US9412785B2; JP6168915B2

Abstract

【課題】半導体装置の製造工程においてスピンコート法による成膜に有利な技術を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、基板の上に設けられた配線パターンと層間絶縁膜とを含む構造上に電極を形成する第１工程と、前記電極及び前記構造の上に、前記電極を覆う絶縁性の第１膜を形成する第２工程と、前記第１膜のうち、前記電極の上面と前記構造の上面との段差によって形成された凸部の外縁よりも内側の部分に、前記電極の上面の一部である第１部分が露出するように開口を形成する第３工程と、前記第１膜及び前記第１部分を覆う第２膜を形成する第４工程と、前記第２膜をパターニングすることにより、前記第１部分及び前記凸部並びに当該凸部の周辺を覆う保護膜を形成する第５工程と、スピンコート法により前記第１膜及び前記保護膜の上に第３膜を形成する第６工程と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造工程においては、ウエハを含む基材の上に膜を形成（成膜）する方法の一つとして、スピンコート法が用いられる。当該方法では、ウエハを回転させながら塗布液を供給することによってウエハ全体に膜が形成される。ウエハの上面に段差がある場合には、この段差によって、スピンコート法で形成される膜にスジやムラ（いわゆるストリエーション）が生じうる。よって、ウエハの上面に段差（高低差）が局所的に形成されることは好ましくない。

特開２００７−７３９６６号公報

半導体装置には、外部装置に電気的に接続するための電極が設けられ、これによってウエハの上面に凸形状が形成される。この凸形状によってウエハの上面には段差が生じ得る。例えば、電極がその上面の一部を露出するように開口を有する保護膜によって覆われる場合には、保護膜の上面が凸形状を踏襲するため、ウエハの上面には段差が局所的に形成されうる。よって、スピンコート法によって半導体装置の上にさらに成膜する場合には、上述のストリエーションが生じないように考慮することが必要である。

本発明の目的は、半導体装置の製造工程においてスピンコート法による成膜に有利な技術を提供することにある。

本発明の一つの側面は半導体装置の製造方法にかかり、前記半導体装置の製造方法は、基板の上に設けられた配線パターンと層間絶縁膜とを含む構造の上に電極を形成する第１工程と、前記電極及び前記構造の上に、前記電極を覆う絶縁性の第１膜を形成する第２工程と、前記第１膜のうち、前記電極の上面と前記構造の上面との段差によって形成された凸部の外縁よりも内側の部分に、前記電極の上面の一部である第１部分が露出するように開口を形成する第３工程と、前記第１膜及び前記第１部分を覆う第２膜を形成する第４工程と、前記第２膜をパターニングすることにより、前記第１部分及び前記凸部並びに当該凸部の周辺を覆う保護膜を形成する第５工程と、スピンコート法により前記第１膜及び前記保護膜の上に第３膜を形成する第６工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、スピンコート法による成膜に有利である。

固体撮像装置の製造方法の１つの例を説明する図。固体撮像装置の製造方法の他の例を説明する図。固体撮像装置の製造方法の他の例を説明する図。固体撮像装置の製造方法の他の例を説明する図。

以下では、半導体装置の１つの例として固体撮像装置を用いて、本発明の製造方法を述べる。しかしながら、本発明は他の半導体装置にも適用可能である。

（第１実施形態）
図１及び図２を参照しながら、第１実施形態の固体撮像装置Ｉ_１の製造方法を説明する。なお、固体撮像装置Ｉ_１は、公知の半導体製造プロセスにより製造することが可能であり、以下に述べる製造方法は本発明の１つの実施形態に過ぎない。

図１は、固体撮像装置Ｉ_１の製造方法の１つの例をいくつかの工程ごとに模式的に示している。図１のうち最後の工程の様子を示す（Ｆ）に例示されるように、固体撮像装置Ｉ_１は、フォトダイオード等の光電変換部が配列された画素領域Ｒ１と、光電変換部により得られた画像データを読み出すための電極が配される電極領域Ｒ２とを有する。以下では、領域Ｒ１に、ベイヤ配列のカラーフィルタを有する画素アレイが設けられる場合を例示する。

まず、図１の（Ａ）に例示されるように、領域Ｒ１に複数の光電変換部１０１が配列された基板１００を準備する。基板１００は、例えば、蒸着法、パターニング、イオン注入等を含む半導体製造プロセスによりトランジスタやフォトダイード等の各素子を半導体基板に形成することにより得られ、又は、当該各素子が既に形成されたものを用意してもよい。

基板１００の上には、配線パターンと層間絶縁膜とを含む構造１０２が設けられる。構造１０２は、例えば絶縁層と配線層とが交互に設けられることによって形成されうる。構造１０２の領域Ｒ２の上には、電極１０３が形成される。なお、電極１０３は、光電変換部１０１により得られた信号を読み出すための電極の他、当該信号の読み出しを行うための制御信号ないし電源を供給するための電極をも含みうる。電極１０３及び構造１０２の上には、電極１０３及び構造１０２を覆う保護膜１０４（絶縁性の第１膜）が形成される。

次に、図１の（Ｂ）に例示されるように、保護膜１０４のうち、電極１０３と構造１０２との段差によって形成された凸部Ｐの外縁よりも内側の部分に、電極１０３の上面の一部（第１部分１０３Ｐ）が露出するように開口１０５が形成される。ここで、段差は、電極１０３の上面と構造１０２の上面との間に生じる高低差を示している。

次に、図１の（Ｃ）に例示されるように、領域Ｒ１において、例えば光電変換部１０１のうち緑画素に対応するものの直上に、第１カラーフィルタ１０６（緑色のカラーフィルタ）が形成される。カラーフィルタ１０６は、カラーフィルタ材料を塗布した後に露光処理及び現像処理によってパターニングすることにより得られうる。

ここで、領域Ｒ２には、当該カラーフィルタ材料を用いて、保護膜１０４及び部分１０３Ｐを覆うように保護膜ＦＰが形成される。保護膜ＦＰは、保護膜１０４及び部分１０３Ｐの上にカラーフィルタ材料の膜（第２膜）をスピンコート法によって形成した後に、当該膜をパターニングすることによってカラーフィルタ１０６と共に形成される。保護膜ＦＰは、凸部Ｐ及び部分１０３Ｐと、その周辺とを覆うように形成され、後に為される各処理から電極１０３（部分１０３Ｐ）を保護する。保護膜ＦＰを形成するための上述のパターニング（カラーフィルタ材料の膜のパターニング）は、凸部Ｐの外縁から保護膜ＦＰの外縁までの距離Ｌ１が、例えば４０［μｍ］以上になるように為されればよい。また、カラーフィルタ材料の膜の膜厚は、電極１０３の厚さよりも大きいことが好ましい。これにより、露光処理における凸部Ｐにおける高低差による影響が低減される。

次に、図１の（Ｄ）に例示されるように、領域Ｒ１において、例えば光電変換部１０１のうち青画素に対応するものの直上に第２カラーフィルタ１０８（青色のカラーフィルタ）が形成される。同様にして、光電変換部１０１のうち赤画素に対応するものの直上に第３カラーフィルタ１０９（赤色のカラーフィルタ）が形成される。これらのカラーフィルタ１０８及び１０９は、上述のカラーフィルタ１０６と同様にして、スピンコート法によりカラーフィルタ部材の膜を形成した後に露光処理及び現像処理を行うことによって形成されればよい。

次に、図１の（Ｅ）に例示されるように、領域Ｒ１及びＲ２にわたって平坦化膜１１０が形成され、さらに、当該平坦化膜１１０の上に、各光電変換部１０１に対応するマイクロレンズ１１１を含む光学系が形成される。マイクロレンズ１１１は、マイクロレンズ部材を塗布した後に露光処理及び現像処理を行って形成されてもよいし、リフロー法によって形成されてもよい。なお、本実施形態では、保護膜ＦＰはカラーフィルタ部材で構成されており、他の部材（第２の平坦化膜等）を用いていない。よって、光電変換部１０１−マイクロレンズ１１１間の距離が小さくなり、固体撮像装置Ｉ_１の光感度が向上しうる。

最後に、図１の（Ｆ）に例示されるように、領域Ｒ２において、平坦化膜１１０、保護膜ＦＰをエッチングによって選択的に除去し、電極１０３の上面が露出するように開口１１２が形成される。このようにして、固体撮像装置Ｉ_１が得られ、その後、ワイヤーボンディング等を用いて実装基板に実装すればよい。

以上、本実施形態によると、図１の（Ｃ）に例示されるように、凸部Ｐ及び部分１０３Ｐと、その周辺とにわたって保護膜ＦＰが形成され、高低差が局所的に大きくなることが防止される。具体的には、本実施形態によると、例えば凸部Ｐの上面及び部分１０３Ｐの上面のみを覆うように保護膜ＦＰが形成された場合に対して、その上面における局所的な高低差が小さい。このことは、その後に為されるスピンコーティングによって生じうるストリエーションが防止される。また、保護膜ＦＰは、露光処理及び現像処理における現像液による電極１０３の腐食等、その後の各工程から電極１０３を保護する。よって、本実施形態によると、保護膜ＦＰは、ストリエーションの発生を防止しつつ電極１０３を保護し、固体撮像装置Ｉ_１の製造において有利である。

本実施形態では、保護膜ＦＰが、凸部Ｐの外縁から保護膜ＦＰの外縁までの距離Ｌ１が、例えば４０［μｍ］以上になるように形成される場合を例示した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、保護膜ＦＰは、必要に応じて、領域Ｒ２の他、領域Ｒ１以外の他の領域をも覆うように形成されてもよい。図２は、固体撮像装置Ｉ_１の製法方法の他の実施形態を示している。保護膜ＦＰは、図２の（Ｃ）に例示されるように、領域Ｒ２と、有効画素領域以外の領域（例えば、オプティカルブラック画素ないしダミー画素を含む領域や周辺回路等が設けられた領域）とを覆うように形成されうる。なお、図２の（Ｃ）以外は、図１と同様であるため説明を省略する。

（第２実施形態）
図３及び図４を参照しながら、第２実施形態の固体撮像装置Ｉ_２の製造方法を説明する。第１実施形態では、第１カラーフィルタ１０６を形成する際に保護膜ＦＰを形成し、保護膜ＦＰによって第２カラーフィルタ１０８及び第３カラーフィルタ１０９の形成工程を含む各処理から電極１０３を保護する形態を例示した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、保護膜ＦＰは、カラーフィルタのうちのいずれか１色のものと共に形成されればよく、例えば第２カラーフィルタ１０８と共に形成されてもよい。図３は、固体撮像装置Ｉ_２の製造方法の１つの例をいくつかの工程ごとに模式的に示している。

まず、図３の（Ａ）に例示されるように、基板１００の上に設けられた構造１０２の領域Ｒ２の上に電極１０３が形成され、電極１０３及び構造１０２の上に、電極１０３及び構造１０２を覆う保護膜１０４が形成される。

次に、図３の（Ｂ）に例示されるように、保護膜１０４のうち、電極１０３と構造１０２との段差によって形成された凸部Ｐの外縁よりも内側の部分に、電極１０３の上面の一部（第１部分１０３Ｐ）が露出するように開口１０５が形成される。

次に、図３の（Ｃ）に例示されるように、領域Ｒ１において、例えば光電変換部１０１のうち緑画素に対応するものの直上に、第１カラーフィルタ１０６（緑色のカラーフィルタ）が形成される。

次に、図３の（Ｄ）に例示されるように、領域Ｒ１において、例えば光電変換部１０１のうち青画素に対応するものの直上に、第２カラーフィルタ１０８（青色のカラーフィルタ）が形成される。ここで、領域Ｒ２には、カラーフィルタ１０８のカラーフィルタ材料を用いて、保護膜１０４及び部分１０３Ｐを覆うように保護膜ＦＰが形成される。保護膜ＦＰは、第１実施形態（図１の（Ｃ））と同様にして、当該カラーフィルタ材料の膜のパターニングによって形成され、当該パターニングは、凸部Ｐの外縁から保護膜ＦＰの外縁までの距離Ｌ１が、例えば４０［μｍ］以上になるように為されうる。当該保護膜ＦＰは、その後の各処理から電極１０３を保護する。

次に、図３の（Ｅ）に例示されるように、領域Ｒ１において、例えば光電変換部１０１のうち赤画素に対応するものの直上に第３カラーフィルタ１０９（赤色のカラーフィルタ）が形成される。

次に、図３の（Ｆ）に例示されるように、領域Ｒ１及びＲ２にわたって平坦化膜１１０が形成され、当該平坦化膜１１０の上に光学系（各光電変換部１０１に対応するマイクロレンズ１１１等）が形成される。

最後に、図３の（Ｇ）に例示されるように、領域Ｒ２において、平坦化膜１１０、保護膜ＦＰをエッチングによって選択的に除去し、電極１０３の上面が露出するように開口１１２が形成され、このようにして固体撮像装置Ｉ_２が得られる。

以上のように、保護膜ＦＰは他のカラーフィルタと共に形成されてもよく、本実施形態によっても第１実施形態と同様の効果が得られ、即ち、その後に為されるスピンコーティングによって生じうるストリエーションが防止される。よって、本実施形態によると、固体撮像装置Ｉ_２の製造において有利である。

本実施形態では、保護膜ＦＰが、凸部Ｐの外縁から保護膜ＦＰの外縁までの距離Ｌ１が、例えば４０［μｍ］以上になるように形成される場合を例示した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、保護膜ＦＰは、必要に応じて、領域Ｒ２の他、領域Ｒ１以外の他の領域をも覆うように形成されてもよい。図４は、固体撮像装置Ｉ_２の製法方法の他の実施形態を示している。保護膜ＦＰは、図４の（Ｄ）に例示されるように、領域Ｒ２と、有効画素領域以外の領域（例えば、オプティカルブラック画素ないしダミー画素を含む領域や周辺回路等が設けられた領域）とを覆うように形成されうる。なお、図４の（Ｄ）以外は、図３と同様であるため説明を省略する。

以上の２つの実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途及び機能その他の仕様に応じて、適宜、変更が可能であり、他の実施形態によっても為されうる。例えば、上述の各実施形態では、保護膜ＦＰがカラーフィルタと共に形成される形態を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の膜と共に形成される場合をも含みうる。

また、以上の各実施形態では、カメラ等に代表される撮像システムに含まれる固体撮像装置を例示して本発明を述べた。撮像システムの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。撮像システムは、上記の実施形態として例示された固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含みうる。この処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、このＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。

Claims

基板の上に設けられた配線パターンと層間絶縁膜とを含む構造の上に電極を形成する第１工程と、
前記電極及び前記構造を覆う絶縁性の第１膜を形成する第２工程と、
前記第１膜のうち、前記電極の上面と前記構造の上面との段差によって形成された凸部の外縁よりも内側の部分に、前記電極の上面の一部である第１部分が露出するように開口を形成する第３工程と、
前記第１膜及び前記第１部分を覆う第２膜を形成する第４工程と、
前記第２膜をパターニングすることにより、前記第１部分及び前記凸部並びに当該凸部の周辺を覆う保護膜を形成する第５工程と、
スピンコート法により前記第１膜及び前記保護膜の上に第３膜を形成する第６工程と、を有する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記第５工程では、前記第１膜の前記凸部の外縁から前記保護膜の外縁までの距離が４０［μｍ］以上になるように、前記第２膜をパターニングする、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体装置は固体撮像装置を含み、
前記固体撮像装置は、前記基板に配列された複数の光電変換部と、前記構造の上に設けられた光学系とを備える、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記光学系は、前記複数の光電変換部に対応して設けられた複数のマイクロレンズと、前記複数のマイクロレンズと前記構造との間に設けられた複数の色のカラーフィルタとを含み、
前記保護膜は、前記複数の色のうちのいずれか１色の第１カラーフィルタと同じ部材で構成されており、前記第５工程では、前記第２膜をパターニングすることにより前記保護膜を形成すると共に前記第１カラーフィルタを形成する、
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
前記第６工程で形成された前記第３膜に対して露光処理及び現像処理を行うことにより、前記第１カラーフィルタとは色が異なる第２カラーフィルタを形成する第７工程をさらに含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
前記第７工程は前記第６工程の前に行われる
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
前記第６工程の後に、前記保護膜と前記第３膜とを除去して、前記電極の上面の一部が露出するように開口を形成する第８工程をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記第２膜は前記電極よりも厚さが大きい、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。