JP2017143211A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
比であるアスペクト比が高くなり、遮光壁を形成することが困難になる問題があるので、遮光壁の垂直方向の高さを低くし、その遮光壁の上に透明樹脂で十分な厚さの平坦化層を形成していた。
に前記壁マトリクス体を形成する工程が、前記ウェハ状のSOI基板の外周から3mm以上の幅の前記シリコン層をエッチングせずに残したウェハ外周枠部を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法である。
本発明の第1の実施形態の固体撮像素子を図1から図6を参照して説明する。図1(b)に、本発明の固体撮像素子がシリコンウェハ20上に、壁マトリクス体14とマイクロレンズアレイ50を設置されて形成されている状態を模式的に示す側断面図を示し、図1(a)に、その平面図を示す。
光壁として、最大で100までの大きなアスペクト比の遮光壁を形成することができる。そのため、シリコン材の遮光壁のアスペクト比は2.5以上100以下までの大きなアスペクト比の遮光壁を形成することができる。
第1の実施形態の固体撮像素子の製造工程を図4から図6を参照して説明する。
まず、図4(a)の様なSOI(Silicon On Insulator)基板10を用意する。すなわち、基板用シリコン層10b上に、埋め込み酸化層11を介して、シリコン層10aが形成されたSOI基板10を用意する。そのSOI基板10のシリコン層10aの表面に、2μm程度の膜厚のシリコン酸化膜からなる熱酸化膜12をエッチングマスク用に形成す
る。
次に、その熱酸化膜12の面上にフォトレジストパターンを形成し、そのフォトレジストパターンをエッチングマスクとして、例えばCHF3を用いたドライエッチングにより熱酸化膜12をエッチングする。それにより、図4(b)の様にシリコンウェハ20の光電変換素子21に対応したマトリクス状の開口を有する熱酸化膜パターン12aを形成する。
熱酸化膜パターン12a上に残っていたフォトレジストパターンを除去後に、熱酸化膜パターン12aをマスクとして、SOI基板10のシリコン層10aを、ボッシュ方式のエッチングにより、すなわち、エッチングとエッチング耐性を有する保護膜の形成を交互に行いシリコン層10aを選択エッチングする。それにより、図4(c)の様に、シリコン層10aに、埋め込み酸化層11に達する穴部13を形成する。
(1)圧力:50〜60mTorr
(2)SF6ガス流量:400〜450scc/min
(3)O2ガス流量:35〜40scc/min
(4)プラズマエッチング装置の電力:1500〜2000W
(1)圧力:20〜30mTorr
(2)C4F8ガス流量:150〜200scc/min
(3)プラズマエッチング装置の電力:1200〜1700W
次に、図5(d)の様に、光電変換素子21を形成したシリコンウェハ20の全体に十分な厚さの透明接着剤層30を塗布する。透明接着剤層30は、後に形成するカラーフィルタ層40の下地面の平坦化を行う効果もある。
次に、図5(e)の様に、透明接着剤層30を塗布したシリコンウェハ20上に、SOI基板10のウェハ外周枠部16上の貼り合せ位置決め用パターン17を参照して壁マトリクス体14の位置を合わせて、シリコンウェハ20上の透明接着剤層30に壁マトリクス体14を押し当てて貼り合わせ、SOI基板10の基板用シリコン層10bを外側に向ける。
次に、図6(f)の様に、シリコンウェハ20に貼り合わせた壁マトリクス体14のSOI基板10の基板用シリコン層10bをドライエッチング又は研削研磨処理により除去し、SOI基板10の中間層の透明な埋め込み酸化層11を露出させる。
変形例1として、SOI基板10の基板用シリコン層10bを除去する際に埋め込み酸化層11も合わせて除去しても良い。
次に、図6(g)の様に、シリコンウェハ20に貼り合わされたSOI基板10の埋め込み酸化層11の上に、所定の色毎の着色感光性樹脂をパターン露光し現像するフォトリソグラフィー法を繰り返すことで光電変換素子21に対応させたカラーフィルタ層40の着色感光性樹脂のパターンを形成する。
次に、フォトリソグラフィー法で、光電変換素子21に対応する位置に樹脂パターンを形成した後に、熱リフロー法で溶融樹脂の表面張力を利用して図6(h)の様に、各光電変換素子21に対応させてレンズ形状にしたマイクロレンズ50を形成する。
そして、その壁マトリクス体14の穴部13の側壁部分である遮光壁が、隣の領域のマイクロレンズ50から光電変換素子21に入射する不要なノイズ光L2を遮断する効果がある。
次に、マイクロレンズ50が形成されたシリコンウェハ20を個々の固体撮像素子に裁断する。
図7に本発明の第2の実施形態の固体撮像素子の部分側断面図を表す。第2の実施形態は、シリコンウェハ20の光電変換素子21を形成した面に、所定の厚さの壁マトリクス体用シリコンウェハ60を透明接着剤31で貼り合わせる。
子21に入射しないようにする。
第2の実施形態の固体撮像素子の製造工程を図8から図10を参照して説明する。
図8(a)の様に光電変換素子21を形成したシリコンウェハ20を用意し、図8(b)の様に、シリコンウェハ20の光電変換素子21の面に、所定の厚さの壁マトリクス体用シリコンウェハ60を透明接着剤31で貼り合わせる。
変形例2として、壁マトリクス体用シリコンウェハ60の、透明接着剤31でシリコンウェハ20へ接着する面に予め熱酸化膜を形成しておき、その熱酸化膜を、穴部13を形成するボッシュ方式のエッチングのエッチングストッパとして利用することもできる。
次に、図8(c)のように、壁マトリクス体用シリコンウェハ60の表面に、エッチングマスクとなるシリコン酸化膜からなる熱酸化膜12を2μm程度の膜厚で形成する。
次に、壁マトリクス体用シリコンウェハ60の表面の熱酸化膜12の面上にフォトレジストパターンを形成し、そのフォトレジストパターンをエッチングマスクとして、例えばCHF3を用いたドライエッチングにより、レンズ形成領域に対応するマトリクス状の矩形開口を有するパターンの熱酸化膜パターン12aを形成する。そして、フォトレジストパターンを除去して、図9(d)の様に、熱酸化膜パターン12aのマスクを形成する。
次に、図9(e)の様に、熱酸化膜パターン12aをマスクとして、壁マトリクス体用シリコンウェハ60を、第1の実施形態と同様の加工条件のボッシュ方式のエッチングにより、すなわち、エッチングとエッチング耐性を有する保護膜の形成を交互に行う処理により選択エッチングして透明接着剤31の層に達する穴部13を形成した壁マトリクス体14を形成する。
次に、図10(f)の様に、壁マトリクス体14の穴部13に透明樹脂70を充填する。透明樹脂70の層は、後に形成するカラーフィルタ層40の下地面の平坦化を行う効果もある。
次に、図10(g)の様に、透明樹脂70の層の上にカラーフィルタ層40を、着色感光性樹脂を所定の色に応じて選択し、パターン露光、現像を行い、残存した着色感光性樹脂膜を各色層とするフォトリソグラフィー法を繰り返すことにより、形成する。
次に、図10(h)の様に、フォトリソグラフィー法で、光電変換素子21およびカラーフィルタ層40の各画素に対応する位置に樹脂パターンを形成した後に、熱リフロー法で溶融樹脂の表面張力を利用してレンズ形状としたマイクロレンズ50を形成する。
次に、マイクロレンズ50が形成されたシリコンウェハ20を個々の固体撮像素子に裁断する。
10a・・・シリコン層
10b・・・基板用シリコン層
11・・・埋め込み酸化層
12・・・熱酸化膜
12a・・・熱酸化膜パターン
13・・・穴部
14・・・壁マトリクス体
15・・・小ピッチの溝構造
16・・・ウェハ外周枠部
17・・・貼り合せ位置決め用パターン
20・・・シリコンウェハ
21・・・光電変換素子(センサアレイ)
30・・・透明接着剤層
31・・・透明接着剤
40・・・カラーフィルタ層
50・・・マイクロレンズ
60・・・壁マトリクス体用シリコンウェハ
70・・・透明樹脂
L1・・・正規な入射光
L2・・・ノイズ光
Claims (8)
- シリコンウェハの光電変換素子を形成した面に、シリコン材に穴部が形成されて成る壁マトリクス体が、該穴部を前記光電変換素子に対向させて接着され、各々の前記光電変換素子が前記壁マトリクス体の穴部の側壁である遮光壁で区画され、該遮光壁のアスペクト比が2.5以上100以下に形成され、前記穴部に透明樹脂が充填され、前記透明樹脂と前記壁マトリクス体の上にカラーフィルタ層が形成され、該カラーフィルタ層の上にマイクロレンズが形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
- 請求項1記載の固体撮像素子であって、前記遮光壁の側壁面に1μm以下0.1μm以上のピッチの小ピッチの溝構造が形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
- ウェハ状のSOI基板のシリコン層に穴部を形成することで該穴部間の側壁である遮光壁を形成した壁マトリクス体を形成し、該壁マトリクス体の前記遮光壁のアスペクト比を2.5以上100以下に形成する工程と、前記SOI基板を、前記壁マトリクス体の前記穴部を光電変換素子が形成されたシリコンウェハの該光電変換素子に対向させて透明接着剤で接着する工程と、前記SOI基板の基板用シリコン層を除去する工程と、前記壁マトリクス体と前記透明接着剤の層の上にカラーフィルタ層を形成する工程と、該カラーフィルタ層の上にマイクロレンズアレイを形成する工程を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
- 請求項3記載の固体撮像素子の製造方法であって、前記SOI基板に前記壁マトリクス体を形成する工程が、前記シリコン層をボッシュ方式のエッチング加工処理することで前記穴部を形成し、前記遮光壁の側壁面に1μm以下0.1μm以上のピッチの小ピッチの溝構造を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
- 請求項3又は4に記載の固体撮像素子の製造方法であって、前記ウェハ状のSOI基板に前記壁マトリクス体を形成する工程が、前記ウェハ状のSOI基板の外周から3mm以上の幅の前記シリコン層をエッチングせずに残したウェハ外周枠部を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
- 請求項5記載の固体撮像素子の製造方法であって、前記SOI基板に壁マトリクス体を形成する工程が、前記ウェハ外周枠部に貼り合せ位置決め用パターンを金属で形成する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
- 光電変換素子を形成したシリコンウェハの該光電変換素子を形成した面に壁マトリクス体用シリコンウェハを接着する工程と、該壁マトリクス体用シリコンウェハに前記光電変換素子に位置を合わせた穴部を形成して成る壁マトリクス体を形成し、該穴部間のシリコン材の遮光壁を、アスペクト比を2.5以上100以下に形成する工程と、該穴部に透明樹脂を充填する工程と、該透明樹脂の上にカラーフィルタ層を形成する工程と、該カラーフィルタ層の上にマイクロレンズアレイを形成する工程を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
- 請求項7記載の固体撮像素子の製造方法であって、前記壁マトリクス体用シリコンウェハに壁マトリクス体を形成する工程が、ボッシュ方式のエッチング加工処理により、前記遮光壁の側壁面に1μm以下0.1μm以上のピッチの小ピッチの溝構造を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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