JP2022029631A - Flattening method of silicon wafer, and solid-state image sensor - Google Patents

Flattening method of silicon wafer, and solid-state image sensor Download PDF

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Abstract

To provide a flattening method capable of flattening, by one-time photolithography process, recesses formed on the surface of a silicon wafer after a previous process of a semiconductor manufacturing process.SOLUTION: In a flattening method of a silicon wafer, recesses with each different depth formed on the surface of the silicon wafer 1 by a previous process of a semiconductor manufacturing process are flattened by a photolithography process. In the flattening method of the silicon wafer, flattening is carried out by one-time photolithography process by using a gray tone mask having light transmittance adjusted so that each proper exposure is carried out, corresponding to the recesses with each different depth formed on the surface of the silicon wafer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、異なる深さの凹部を備えたシリコンウェハの表面を平坦化する方法に関する。 The present invention relates to a method of flattening the surface of a silicon wafer having recesses of different depths.

LSI(Large Scale Integration、大規模集積回路)などの半導体集積回路は、シリコンウェハを半導体製造工程でウェハ加工する事により製造されている。半導体製造工程は、前工程と後工程からなる。 Semiconductor integrated circuits such as LSIs (Large Scale Integration, large-scale integrated circuits) are manufactured by wafer processing silicon wafers in the semiconductor manufacturing process. The semiconductor manufacturing process consists of a front-end process and a back-end process.

前工程においては、各種の薄膜形成工程、フォトリソ工程、熱酸化膜の形成工程、不純物の熱拡散工程、その他の処理を繰り返す事により、シリコンウェハにトランジスタなど半導体回路素子からなる集積回路を多面付形成し、アルミニウムなどからなる配線層を形成した後、シリコンウェハの表面に水分などが侵入するのを防ぐパッシベーション膜を形成する。最後に、集積回路と外部装置とを電気的に接続可能とする為、パッド電極上のパッシベーション膜を除去してパッド電極を露出させる。 In the previous process, by repeating various thin film forming steps, photolithography steps, thermal oxide film forming steps, thermal diffusion steps of impurities, and other processes, an integrated circuit consisting of semiconductor circuit elements such as transistors is mounted on a silicon wafer on multiple surfaces. After forming and forming a wiring layer made of aluminum or the like, a passivation film is formed to prevent moisture or the like from entering the surface of the silicon wafer. Finally, the passivation film on the pad electrode is removed to expose the pad electrode so that the integrated circuit and the external device can be electrically connected.

後工程においては、前工程でシリコンウェハに多面付された集積回路を個々に断裁する事によって半導体チップを作製し、その半導体チップを使って、プリント配線基板などに実装可能な半導体パッケージを製造する工程である。 In the post-process, a semiconductor chip is manufactured by individually cutting integrated circuits mounted on silicon wafers in the pre-process, and the semiconductor chip is used to manufacture a semiconductor package that can be mounted on a printed wiring board or the like. It is a process.

前工程後のシリコンウェハの表面には、複数の深さの凹部が形成されている。 On the surface of the silicon wafer after the pre-process, recesses having a plurality of depths are formed.

固体撮像素子においては、この様な複数の異なる深さの凹部が形成されている前工程後のシリコンウェハの上に、感光性着色レジストを塗布・露光・現像処理を繰り返す事によって、カラーフィルタを形成する必要がある。
この様に凹部が形成されているシリコンウェハ上に感光性着色レジストを塗布する場合、その凹部が原因となり、塗布ムラが発生する。
In a solid-state image sensor, a color filter is formed by repeating coating, exposure, and development processing of a photosensitive colored resist on a silicon wafer after the pre-process in which such recesses having a plurality of different depths are formed. Need to form.
When a photosensitive colored resist is applied onto a silicon wafer having recesses formed in this way, the recesses cause coating unevenness.

塗布ムラの発生を防止する為、例えば、シリコンウェハ上に形成されている複数の異なる深さの凹部を平坦化する技術が開示されている(特許文献1)。 In order to prevent the occurrence of coating unevenness, for example, a technique for flattening a plurality of recesses having different depths formed on a silicon wafer is disclosed (Patent Document 1).

特開2015-141237号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-141237

図3に示した様に、シリコンウェハ1の表面には、それぞれ深さが異なる凹部が形成されている。パッド電極部の凹部2には、例えば2.60μm、シリコンウェハを個々の半導体チップに断裁するスクライブライン部には、例えば0.75μmの深さの凹部が形成されている。 As shown in FIG. 3, recesses having different depths are formed on the surface of the silicon wafer 1. A recess 2 having a depth of, for example, 2.60 μm is formed in the recess 2 of the pad electrode portion, and a recess having a depth of, for example, 0.75 μm is formed in the scribe line portion for cutting a silicon wafer into individual semiconductor chips.

特許文献1の技術においては、前工程後のシリコンウェハ1(図3(a))の表面に、まず感光性樹脂層4を塗布する(図3(b))。 In the technique of Patent Document 1, the photosensitive resin layer 4 is first coated on the surface of the silicon wafer 1 (FIG. 3 (a)) after the previous step (FIG. 3 (b)).

次に、パッド電極部の凹部2にフォトマスク5を用いて露光光6により露光する(図3(c))。 Next, the recess 2 of the pad electrode portion is exposed to the exposure light 6 using the photomask 5 (FIG. 3 (c)).

露光された感光性樹脂層4を現像処理する事により、パッド電極部の凹部2が、現像後に残留した感光性樹脂層7によって埋められた状態が得られる(図3(d))。 By developing the exposed photosensitive resin layer 4, it is possible to obtain a state in which the recess 2 of the pad electrode portion is filled with the photosensitive resin layer 7 remaining after development (FIG. 3 (d)).

次に、感光性樹脂層8を塗布する(図3(e))。 Next, the photosensitive resin layer 8 is applied (FIG. 3 (e)).

次に、フォトマスク9を用いてパッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3の両方に露光光を露光する(図3(f))。 Next, the photomask 9 is used to expose the exposure light to both the recess 2 of the pad electrode portion and the recess 3 of the scribe line portion (FIG. 3 (f)).

次に、現像処理を行う事により、パッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3が、現像後に残留した感光性樹脂層10によって表面が平坦化された半導体ウェハ11が得られる(図3(g))。 Next, by performing the developing process, a semiconductor wafer 11 in which the concave portion 2 of the pad electrode portion and the concave portion 3 of the scribe line portion are flattened by the photosensitive resin layer 10 remaining after development can be obtained (FIG. 3). (G)).

この様に、半導体製造工程の前工程が終了した段階のシリコンウェハの表面に形成された凹部を平坦化するには、少なくともフォトリソ工程を2回実施しなければならない。また、各フォトリソ工程ではそれぞれフォトマスクが必要とされる。その為、シリコンウェハの表面を平坦化する工程は、高コストなものとなっていた。 As described above, in order to flatten the recess formed on the surface of the silicon wafer at the stage where the pre-process of the semiconductor manufacturing process is completed, the photolithography process must be performed at least twice. In addition, each photolithography process requires a photomask. Therefore, the process of flattening the surface of the silicon wafer is expensive.

上記の事情に鑑み、本発明は、半導体製造工程の前工程後にシリコンウェハの表面に形成された凹部を1回のフォトリソ工程で平坦化可能な平坦化方法を提供する事を課題とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a flattening method capable of flattening a recess formed on the surface of a silicon wafer after a pre-process of a semiconductor manufacturing process in a single photolithography process.

また、半導体製造工程の前工程後の表面の凹部が1回のフォトリソ工程で平坦化された固体撮像素子を提供する事を課題とする。 Another object of the present invention is to provide a solid-state image pickup device in which the concave portions on the surface after the pre-process and the post-process of the semiconductor manufacturing process are flattened in one photolithography process.

上記の課題を解決する手段として、本発明の第一態様は、半導体製造工程の前工程によってシリコンウェハの表面に形成された深さが異なる凹部をフォトリソ工程によって平坦化するシリコンウェハの平坦化方法であって、
前記フォトリソ工程で使用するフォトマスクは、シリコンウェハの表面に形成された深さが異なる凹部に対応して、それぞれ適切な露光がなされる様に光透過率が調整してあるグレートーンマスクであり、
前記深さが異なる凹部を一回のフォトリソ工程で平坦化する事を特徴とするシリコンウェハの平坦化方法である。
As a means for solving the above-mentioned problems, the first aspect of the present invention is a method for flattening a silicon wafer in which recesses having different depths formed on the surface of the silicon wafer by the pre-process of the semiconductor manufacturing process are flattened by the photolithography process. And
The photomask used in the photolithography process is a gray tone mask in which the light transmittance is adjusted so that appropriate exposure can be obtained for the concave portions formed on the surface of the silicon wafer having different depths. ,
This is a method for flattening a silicon wafer, which comprises flattening recesses having different depths in a single photolithography process.

また、前記シリコンウェハのパッド電極に腐食防止層を塗布する塗布工程と、
前記フォトリソ工程と、をこの順に備えており、
前記塗布工程において、前記シリコンウェハの表面に形成された0.1nm以上10nm以下の第一凹部を前記腐食防止層で埋める事を特徴とする請求項1に記載のシリコンウェハの平坦化方法である。
Further, a coating step of applying a corrosion prevention layer to the pad electrode of the silicon wafer and a coating process.
The photolithography process is provided in this order.
The method for flattening a silicon wafer according to claim 1, wherein in the coating step, a first recess of 0.1 nm or more and 10 nm or less formed on the surface of the silicon wafer is filled with the corrosion prevention layer. ..

また、光電変換素子が形成されたシリコンウェハの表面に深さの異なる凹部を2種以上有し、
前記凹部の少なくとも一つは深さが0.1nm以上10nm以下の第一凹部であり、
前記第一凹部は腐食防止層で覆われている事を特徴とする固体撮像素子である。
Further, the surface of the silicon wafer on which the photoelectric conversion element is formed has two or more recesses having different depths.
At least one of the recesses is a first recess having a depth of 0.1 nm or more and 10 nm or less.
The first recess is a solid-state image pickup device characterized in that it is covered with a corrosion prevention layer.

本発明のシリコンウェハの平坦化方法によれば、半導体製造工程の前工程後に形成されたシリコンウェハの表面の複数の異なる深さを備えた凹部に対応して、その深さに対応して変化させた光透過率を備えたグレートーンマスクを用いる事により、1回のフォトリソ
工程により平坦化を可能としている。その為、フォトリソ工程を1回にする事が可能であり、工程の短縮と低コスト化を実現する事ができる。
According to the method for flattening a silicon wafer of the present invention, the surface of the silicon wafer formed after the pre-process of the semiconductor manufacturing process corresponds to a recess having a plurality of different depths and changes according to the depth. By using a gray tone mask having a light transmittance, flattening is possible by one photolithography process. Therefore, the photolithography process can be performed once, and the process can be shortened and the cost can be reduced.

また、本発明の固体撮像素子によれば、本発明のシリコンウェハの平坦化方法を使用して製造する為、低コスト化が可能である。 Further, according to the solid-state image pickup device of the present invention, since the silicon wafer of the present invention is manufactured by using the flattening method, the cost can be reduced.

本発明のシリコンウェハの表面の平坦化方法の一例を説明する断面説明図。The cross-sectional explanatory view explaining an example of the method of flattening the surface of the silicon wafer of this invention. 本発明のシリコンウェハの表面の平坦化方法の一例を説明する断面説明図。The cross-sectional explanatory view explaining an example of the method of flattening the surface of the silicon wafer of this invention. 従来のシリコンウェハの表面の平坦化方法の一例を説明する断面説明図。The cross-sectional explanatory view explaining an example of the method of flattening the surface of the conventional silicon wafer.

<シリコンウェハの平坦化方法>
本発明の第一の実施形態におけるシリコンウェハの平坦化方法について、図1および図2を用いて説明する。
<Method of flattening silicon wafer>
The method for flattening a silicon wafer according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

(第一の実施形態)
本発明の第一の実施形態におけるシリコンウェハの平坦化方法は、半導体製造工程の前工程によってシリコンウェハの表面に形成された深さが異なる凹部をフォトリソ工程によって平坦化するシリコンウェハの平坦化方法である。
(First embodiment)
The silicon wafer flattening method according to the first embodiment of the present invention is a silicon wafer flattening method for flattening recesses formed on the surface of a silicon wafer by a photolithography process, which are formed on the surface of the silicon wafer by a pre-process of a semiconductor manufacturing process. Is.

フォトリソ工程で使用するフォトマスクは、シリコンウェハの表面に形成された深さが異なる凹部に対応して、それぞれ適切な露光がなされる様に光透過率が調整してあるグレートーンマスクを使用して、1回のフォトリソ工程で平坦化する事が特徴である。 The photomask used in the photolithography process uses a gray tone mask whose light transmittance is adjusted so that appropriate exposure can be obtained for each recess formed on the surface of the silicon wafer at different depths. The feature is that it is flattened in one photolithography process.

図1を用いて本発明の第一の実施形態におけるシリコンウェハの平坦化方法について説明する。 A method for flattening a silicon wafer according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1(a)は、半導体製造工程の前工程によってシリコンウェハ1の表面に形成された深さが異なる凹部を例示した断面図である。例として、パッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3を示している。なお、図1(a)では2種類の深さの凹部を例示したが、3種類以上であっても構わない。 FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating the recesses formed on the surface of the silicon wafer 1 by the pre-process of the semiconductor manufacturing process and having different depths. As an example, the recess 2 of the pad electrode portion and the recess 3 of the scribe line portion are shown. In addition, although FIG. 1A exemplifies the recesses having two types of depths, three or more types may be used.

シリコンウェハ1の前工程で形成された無数のトランジスタなどの半導体回路素子間を表面に形成する配線層で接続する事により、半導体集積回路として機能可能となる。この様にして形成された単層配線または多層配線は、チップの周縁部に配置されたパッド電極と接続する事により、外部装置と接続可能となる。 By connecting semiconductor circuit elements such as innumerable transistors formed in the previous step of the silicon wafer 1 with a wiring layer formed on the surface, it becomes possible to function as a semiconductor integrated circuit. The single-layer wiring or multi-layer wiring thus formed can be connected to an external device by connecting to a pad electrode arranged on the peripheral portion of the chip.

前工程後のシリコンウェハ1の最表面には保護膜(パッシベーション膜)が形成され(図示省略)、各チップを保護している。個々のチップを区画するスクライブラインが形成されている。このスクライブラインが区画する領域の内部にチップが形成されており、チップの周縁部には複数のパッド電極が配置されている。 A protective film (passivation film) is formed on the outermost surface of the silicon wafer 1 after the pre-process (not shown) to protect each chip. A scribe line is formed to partition the individual chips. A chip is formed inside the region defined by the scribe line, and a plurality of pad electrodes are arranged on the peripheral edge of the chip.

スクライブラインには、前工程における幾つかの成膜工程で形成された膜が除去されずに残されている。一方、スクライブラインで区画された内側であるチップが形成されている部分ではそれらの膜は除去されている。 In the scribe line, the film formed in some film forming steps in the previous step is left unremoved. On the other hand, those films are removed in the part where the chip is formed, which is the inner side partitioned by the scribe line.

また、スクライブラインが形成される部位(スクライブライン部)には保護膜(図示省略)が形成されていない。パッド電極上に形成された保護膜は、除去され、パッド電極が露出している。 Further, a protective film (not shown) is not formed on the portion where the scribe line is formed (scribe line portion). The protective film formed on the pad electrode has been removed to expose the pad electrode.

従って、前工程後のシリコンウェハ1の表面は保護膜で被覆された状態であるが、パッド電極が形成された部位(パッド電極部)の上の保護膜は除去されており、保護膜の厚さ分の深さを持つ凹部が形成される。一方、スクライブラインが形成されている部分には、前工程で形成された膜がそのまま残留している為、その分だけパッド電極の表面より高くなっている。 Therefore, the surface of the silicon wafer 1 after the previous step is in a state of being covered with a protective film, but the protective film on the portion where the pad electrode is formed (pad electrode portion) is removed, and the thickness of the protective film is thick. A recess with a depth is formed. On the other hand, since the film formed in the previous step remains as it is in the portion where the scribe line is formed, it is higher than the surface of the pad electrode by that amount.

図1(b)は、図1(a)に感光性樹脂層4を形成した状態を示している。凹凸形状に従って、塗布した感光性樹脂層4にも凹凸が形成される。深い凹部であるパッド電極部の凹部2には、深い凹部が形成され、浅い凹部であるスクライブライン部の凹部3には、浅い凹部が形成される。 FIG. 1B shows a state in which the photosensitive resin layer 4 is formed in FIG. 1A. According to the uneven shape, unevenness is also formed on the coated photosensitive resin layer 4. A deep recess is formed in the recess 2 of the pad electrode portion, which is a deep recess, and a shallow recess is formed in the recess 3 of the scribe line portion, which is a shallow recess.

図1(c)は、塗布した感光性樹脂層4にフォトマスク12を介して露光光6を露光する状態を示している。第一の実施形態の特徴は、フォトマスク12としてグレートーンマスクを使用する事である。更には、フォトマスク12のパッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3に対応する部位の光透過率が、パッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3を平坦化可能な光透過率に設定されている事が特徴である。なお、ここでは2種類の深さが異なる凹部を例示したが、3種類以上であっても構わない。その場合は、使用するグレートーンマスクも、異なる深さの凹部に対応して、それぞれの部位に対応して平坦化するのに適切な光透過率を備えたグレートーンマスクを用意すれば良い。 FIG. 1C shows a state in which the exposed photosensitive resin layer 4 is exposed to the exposure light 6 via the photomask 12. The feature of the first embodiment is to use a gray tone mask as the photomask 12. Further, the light transmittance of the portion corresponding to the concave portion 2 of the pad electrode portion of the photomask 12 and the concave portion 3 of the scribe line portion can flatten the concave portion 2 of the pad electrode portion and the concave portion 3 of the scribe line portion. The feature is that it is set to the rate. Here, two types of recesses having different depths are illustrated, but three or more types may be used. In that case, the gray tone mask to be used may also be a gray tone mask having appropriate light transmittance for flattening corresponding to each portion corresponding to concave portions having different depths.

フォトマスク12のパッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3に対応する部位の光透過率が、パッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3を平坦化可能な光透過率に設定する方法としては、予めパッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3に形成されている感光性樹脂層4の厚さを把握しておく。そして、それぞれに厚さの感光性樹脂層4への露光強度と現像後に残留する感光性樹脂層4の厚さの関係を実験的に捉えておく事で、平坦化が可能な露光強度を決定する。その露光強度を実現する光透過率を備えたグレートーンマスクを作製し、それをフォトマスク12として使用する。 The light transmittance of the portion corresponding to the concave portion 2 of the pad electrode portion and the concave portion 3 of the scribe line portion of the photomask 12 is set to the light transmittance that can flatten the concave portion 2 of the pad electrode portion and the concave portion 3 of the scribe line portion. As a method of doing so, the thickness of the photosensitive resin layer 4 formed in the recess 2 of the pad electrode portion and the recess 3 of the scribe line portion is grasped in advance. Then, by experimentally grasping the relationship between the exposure intensity to the photosensitive resin layer 4 having a thickness and the thickness of the photosensitive resin layer 4 remaining after development, the exposure intensity capable of flattening is determined. do. A gray tone mask having a light transmittance that realizes the exposure intensity is produced, and the gray tone mask is used as the photomask 12.

図1(d)は、図1(c)で露光した感光性樹脂層4を現像処理した後、パッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3に感光性樹脂13が残留し、平坦化が実現した状態を示している。以上により、半導体製造工程の前工程によってシリコンウェハ1の表面に形成された深さが異なる凹部を1回のフォトリソ工程によって平坦化する事ができた。 In FIG. 1D, after the photosensitive resin layer 4 exposed in FIG. 1C is developed, the photosensitive resin 13 remains in the recess 2 of the pad electrode portion and the recess 3 of the scribe line portion, and is flattened. Shows the realized state. As described above, it was possible to flatten the recesses formed on the surface of the silicon wafer 1 by the pre-process of the semiconductor manufacturing process and having different depths by one photolithography process.

(第二の実施形態)
本発明のシリコンウェハ1の平坦化方法の第二の実施形態について説明する。
第二の実施形態が、第一の実施形態と異なる点は、最初に、シリコンウェハ1のパッド電極の腐食防止層15を塗布する工程が備えられている点である。即ち、第二の実施形態においては、シリコンウェハ1のパッド電極の腐食防止層を塗布する工程と、フォトリソ工程と、をこの順に備えている。
(Second embodiment)
A second embodiment of the method for flattening the silicon wafer 1 of the present invention will be described.
The second embodiment differs from the first embodiment in that a step of first applying the corrosion prevention layer 15 of the pad electrode of the silicon wafer 1 is provided. That is, in the second embodiment, the step of applying the corrosion prevention layer of the pad electrode of the silicon wafer 1 and the step of photolithography are provided in this order.

第一の実施形態においては、深さの異なる凹部は、パッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3の2種類の凹部であった。しかし、第二の実施形態においては、それらの凹部とは深さが異なる凹部2-1をさらに備えている。すなわち、凹部2-1の深さはパッド電極部の凹部2やスクライブライン部の凹部3の深さと比較すると著しく薄い。以下ではパッド電極部に凹部2-1が存在する場合について述べる。
パッド電極部の凹部2-1の深さは0.1nm以上10nm以下であり、例えば、2nm程度の場合が想定される。この様に、凹部2-1が極く浅い凹部である場合は、塗布した感光性樹脂層4にフォトマスク12であるグレートーンマスクを介して露光光6を制御することが難しい。すなわち、現像後、凹部2-1に薄い感光性樹脂層を形成する事が困
難である。しかしながら、感光性樹脂層に代わる層が形成されていないと、フォトマスク12による感光性樹脂層を形成した際の現像工程で晒される現像液にパッド電極が腐食される虞がある。その為、腐食防止層15を極く浅い凹部であるパッド電極部の凹部2-1を含めて塗布し、凹部2-1の段差(凹部)を埋めておくことが好ましい。
In the first embodiment, the recesses having different depths are two types of recesses, the recess 2 of the pad electrode portion and the recess 3 of the scribe line portion. However, in the second embodiment, the recesses 2-1 having a depth different from those of the recesses are further provided. That is, the depth of the recess 2-1 is significantly thinner than the depth of the recess 2 of the pad electrode portion and the recess 3 of the scribe line portion. The case where the recess 2-1 is present in the pad electrode portion will be described below.
The depth of the recess 2-1 of the pad electrode portion is 0.1 nm or more and 10 nm or less, and it is assumed that the depth is, for example, about 2 nm. As described above, when the concave portion 2-1 is an extremely shallow concave portion, it is difficult to control the exposure light 6 through the gray tone mask which is the photomask 12 on the coated photosensitive resin layer 4. That is, it is difficult to form a thin photosensitive resin layer in the recess 2-1 after development. However, if a layer that replaces the photosensitive resin layer is not formed, the pad electrode may be corroded by the developer exposed in the developing process when the photosensitive resin layer is formed by the photomask 12. Therefore, it is preferable to apply the corrosion prevention layer 15 including the recess 2-1 of the pad electrode portion, which is an extremely shallow recess, to fill the step (recess) of the recess 2-1.

また、フォトリソ工程で使用するフォトマスクは、シリコンウェハ1の表面に形成された凹部2-1を除く深さが異なる凹部に対応して、それぞれ適切な露光がなされる様に光透過率が調整してあるグレートーンマスクである事は、第一の実施形態と同様である。更に凹部2-1に対応する位置に、凹部2-1を埋めるように腐食防止層15を形成している。 Further, in the photomask used in the photolithography process, the light transmittance is adjusted so that appropriate exposure is obtained for each recess having a different depth except for the recess 2-1 formed on the surface of the silicon wafer 1. The fact that it is a gray tone mask is the same as in the first embodiment. Further, a corrosion prevention layer 15 is formed at a position corresponding to the recess 2-1 so as to fill the recess 2-1.

図2(a)は、半導体製造工程の前工程によってシリコンウェハ1の表面に形成された深さが異なる凹部を例示した断面図である。例として、パッド電極部の凹部2、2-1とスクライブライン部の凹部3を示している。 FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating the recesses formed on the surface of the silicon wafer 1 by the pre-process of the semiconductor manufacturing process and having different depths. As an example, the recesses 2 and 2-1 of the pad electrode portion and the recess 3 of the scribe line portion are shown.

図2(b)は、パッド電極部の凹部2-1のごく浅い凹部を埋める事で平坦化可能な腐食防止層15を塗布し、形成した状態を示している。 FIG. 2B shows a state in which the corrosion prevention layer 15 that can be flattened by filling the very shallow recess of the recess 2-1 of the pad electrode portion is applied and formed.

図2(c)は、図2(b)に感光性樹脂層16を形成した状態を示している。凹凸形状に従って、塗布した感光性樹脂層16にも凹凸が形成される。深い凹部であるパッド電極部の凹部2には、深い凹部が形成され、浅い凹部であるスクライブライン部の凹部3には、浅い凹部が形成される。極く浅い凹部であるパッド電極部の凹部2-1は、腐食防止層15によって凹部が埋められ平坦化されているので、平坦な表面となる。 FIG. 2C shows a state in which the photosensitive resin layer 16 is formed in FIG. 2B. According to the uneven shape, unevenness is also formed on the coated photosensitive resin layer 16. A deep recess is formed in the recess 2 of the pad electrode portion, which is a deep recess, and a shallow recess is formed in the recess 3 of the scribe line portion, which is a shallow recess. The recess 2-1 of the pad electrode portion, which is an extremely shallow recess, has a flat surface because the recess is filled with the corrosion prevention layer 15 and flattened.

図2(d)は、塗布した感光性樹脂層16にフォトマスク19を介して露光光6を露光する状態を示している。第二の実施形態の特徴は、極く浅い凹部であるパッド電極部の凹部2-1が腐食防止層15によって埋められ平坦化されたうえで、フォトマスク19としてグレートーンマスクを使用している。更には、フォトマスク19のパッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3に対応する部位の光透過率が、パッド電極部の凹部2とスクライブライン部3を平坦化可能な光透過率に設定されている事が特徴である。なお、深さが異なる凹部は3種類以上であっても構わない。その場合は、使用するグレートーンマスクも、異なる深さの凹部に対応して、それぞれの部位に対応して平坦化するのに適切な光透過率を備えたグレートーンマスクを用意すれば良い。 FIG. 2D shows a state in which the exposed photosensitive resin layer 16 is exposed to the exposure light 6 via the photomask 19. The feature of the second embodiment is that the recess 2-1 of the pad electrode portion, which is an extremely shallow recess, is filled with the corrosion prevention layer 15 and flattened, and then the gray tone mask is used as the photomask 19. .. Further, the light transmittance of the portion corresponding to the concave portion 2 of the pad electrode portion of the photomask 19 and the concave portion 3 of the scribe line portion has a light transmittance capable of flattening the concave portion 2 of the pad electrode portion and the scribe line portion 3. The feature is that it is set. There may be three or more types of recesses having different depths. In that case, the gray tone mask to be used may also be a gray tone mask having appropriate light transmittance for flattening corresponding to each portion corresponding to concave portions having different depths.

フォトマスク19のパッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3に対応する部位の光透過率を、パッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3を平坦化可能な光透過率に設定する方法としては、予めパッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3に形成されている感光性樹脂層16の厚さを把握しておく。そして、それぞれに厚さの感光性樹脂層16への露光強度と現像後に残留する感光性樹脂層16の厚さの関係を実験的に捉えておく事で、平坦化が可能な露光強度を決定する。その露光強度を実現する光透過率を備えたグレートーンマスクを作製し、それをフォトマスク19として使用する。 The light transmittance of the portion corresponding to the concave portion 2 of the pad electrode portion and the concave portion 3 of the scribe line portion of the photomask 19 is set to the light transmittance that can flatten the concave portion 2 of the pad electrode portion and the concave portion 3 of the scribe line portion. As a method of doing so, the thickness of the photosensitive resin layer 16 formed in the recess 2 of the pad electrode portion and the recess 3 of the scribe line portion is grasped in advance. Then, by experimentally grasping the relationship between the exposure intensity to the photosensitive resin layer 16 having a thickness and the thickness of the photosensitive resin layer 16 remaining after development, the exposure intensity capable of flattening is determined. do. A gray tone mask having a light transmittance that realizes the exposure intensity is produced, and the gray tone mask is used as the photomask 19.

図2(e)は、図2(d)で露光した感光性樹脂層16を現像処理した後、パッド電極部の凹部2とスクライブライン部の凹部3に感光性樹脂16が残留し、平坦化が実現した状態を示している。パッド電極部の凹部2-1には腐食防止層15が形成されているため、フォトマスク12による感光性樹脂層を形成した際の現像工程で晒される現像液にパッド電極が腐食されることを抑制できる。さらに、凹部2-1は凹部ではない部分と同様に感光性樹脂層16は残留していない。以上により、半導体製造工程の前工程によってシリコンウェハ1の表面に形成された深さが異なる凹部を1回のフォトリソ工程によって平坦化する事ができた。 In FIG. 2 (e), after the photosensitive resin layer 16 exposed in FIG. 2 (d) is developed, the photosensitive resin 16 remains in the recess 2 of the pad electrode portion and the recess 3 of the scribe line portion, and is flattened. Shows the realized state. Since the corrosion prevention layer 15 is formed in the recess 2-1 of the pad electrode portion, the pad electrode is prevented from being corroded by the developing solution exposed in the developing process when the photosensitive resin layer is formed by the photomask 12. Can be suppressed. Further, the photosensitive resin layer 16 does not remain in the recess 2-1 as in the non-recessed portion. As described above, it was possible to flatten the recesses formed on the surface of the silicon wafer 1 by the pre-process of the semiconductor manufacturing process and having different depths by one photolithography process.

(腐食防止層)
腐食防止層15としては、0.1nm以上10nm以下程度の極く薄い腐食防止層を形成可能な材料であれば特に限定はされない。例えば、各種の自己組織化単分子膜を使用することができる。自己組織化単分子膜は、シランカプリング剤を使用する事により作製する事ができる。例えば、アルコキシシラン、トリクロロシラン、ジメチルクロロシランなどを使用した表面修飾により実施する事ができる。そして腐食防止層15により凹部2-1は埋められている。なお、平坦性を担保するために腐食防止層15の膜厚と凹部2-1の深さは一致していることが好ましい。
(Corrosion prevention layer)
The corrosion prevention layer 15 is not particularly limited as long as it is a material capable of forming an extremely thin corrosion prevention layer of about 0.1 nm or more and 10 nm or less. For example, various self-assembled monolayers can be used. The self-assembled monolayer can be made by using a silane coupling agent. For example, it can be carried out by surface modification using alkoxysilane, trichlorosilane, dimethylchlorosilane or the like. The recess 2-1 is filled with the corrosion prevention layer 15. In order to ensure flatness, it is preferable that the film thickness of the corrosion prevention layer 15 and the depth of the recess 2-1 are the same.

(感光性樹脂層)
感光性樹脂層4、16としては、特に限定されない。図1および図2の説明においては、ネガ型の感光性樹脂を使用した場合を例にとって説明したが、これに限定する必要は無い。
(Photosensitive resin layer)
The photosensitive resin layers 4 and 16 are not particularly limited. In the description of FIGS. 1 and 2, the case where a negative type photosensitive resin is used has been described as an example, but the description is not limited to this.

(露光光)
露光光としては、特に限定する必要は無い。使用する感光性樹脂に適する露光光を使用すれば良い。例えば、高圧水銀灯を使用したg線(波長:436nm)、i線(波長:365nm)、KrFエキシマレーザー(波長:248nm)、ArFエキシマレーザー(波長:193nm)などを挙げる事ができる。
(Exposure light)
The exposure light does not need to be particularly limited. The exposure light suitable for the photosensitive resin to be used may be used. For example, g-line (wavelength: 436 nm), i-line (wavelength: 365 nm), KrF excimer laser (wavelength: 248 nm), ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) using a high-pressure mercury lamp can be mentioned.

<固体撮像素子>
本発明の固体撮像素子は、本発明のシリコンウェハの平坦化方法を使用して、半導体製造工程の前工程後のシリコンウェハの表面に形成された凹凸形状を平坦化したシリコンウェハを使用して、その上に、カラーフィルタおよびマイクロレンズを形成した固体撮像素子である。
<Solid image sensor>
The solid-state image sensor of the present invention uses the silicon wafer flattening method of the present invention to flatten the uneven shape formed on the surface of the silicon wafer after the pre-process of the semiconductor manufacturing process. , A solid-state image sensor on which a color filter and a microlens are formed.

固体撮像素子を形成する半導体製造工程の前工程終了後のシリコンウェハの表面には、深さが異なる凹部を2種類以上有している。少なくとも0.1nm以上10nm以下の極く浅い凹部による段差が形成される。これらの凹部は、腐食防止層で覆われている。また、パッド電極部に数μmオーダーの段差が形成されている。また、スクライブライン部にも1μm前後の段差が形成されている。
これらの段差は、本発明のシリコンウェハの平坦化方法を使用する事により、1回のフォトリソ工程により、一括で平坦化する事ができる。平坦化されたシリコンウェハの上にカラーフィルタ層およびマイクロレンズ層を形成する事により、本発明の固体撮像素子を得る事ができる。その為、本発明の固体撮像素子のシリコンウェハとカラーフィルタ層との間に形成されている平坦化層は、1層の樹脂層からなる事が特徴である。
The surface of the silicon wafer after the completion of the pre-process of the semiconductor manufacturing process for forming the solid-state image sensor has two or more types of recesses having different depths. A step is formed by an extremely shallow recess of at least 0.1 nm or more and 10 nm or less. These recesses are covered with a corrosion protection layer. Further, a step on the order of several μm is formed on the pad electrode portion. Further, a step of about 1 μm is also formed in the scribe line portion.
By using the silicon wafer flattening method of the present invention, these steps can be flattened all at once by one photolithography step. By forming the color filter layer and the microlens layer on the flattened silicon wafer, the solid-state image pickup device of the present invention can be obtained. Therefore, the flattening layer formed between the silicon wafer of the solid-state image pickup device of the present invention and the color filter layer is characterized by being composed of one resin layer.

1、1-1・・・(半導体製造工程の前工程後の)シリコンウェハ
2、2-1・・・パッド電極部の凹部
3・・・スクライブライン部の凹部
4・・・感光性樹脂層
5・・・フォトマスク
6・・・露光光
7・・・現像後に残った感光性樹脂層A
8・・・感光性樹脂層
9・・・フォトマスク
10・・・現像後に残った感光性樹脂層B
11・・・表面が平坦化された半導体ウェハ
12・・・フォトマスク
13・・・現像後に残った感光性樹脂層
14・・・表面が平坦化された半導体ウェハ
15・・・腐食防止層
16・・・感光性樹脂層
17・・・現像後に残った感光性樹脂層
18・・・表面が平坦化された半導体ウェハ
19・・・フォトマスク
1, 1-1 ... Silicon wafer (after the pre-process of the semiconductor manufacturing process) 2, 2-1 ... Recessed portion of the pad electrode portion 3 ... Recessed portion of the scribing line portion 4 ... Photosensitive resin layer 5 ... Photomask 6 ... Exposure light 7 ... Photosensitive resin layer A remaining after development
8 ... Photosensitive resin layer 9 ... Photomask 10 ... Photosensitive resin layer B remaining after development
11 ... Semiconductor wafer with flat surface 12 ... Photomask 13 ... Photosensitive resin layer 14 remaining after development ... Semiconductor wafer 15 with flat surface ... Corrosion prevention layer 16 ... Photosensitive resin layer 17 ... Photosensitive resin layer 18 remaining after development ... Semiconductor wafer 19 with a flattened surface ... Photomask

Claims (3)

半導体製造工程の前工程によってシリコンウェハの表面に形成された深さが異なる凹部をフォトリソ工程によって平坦化するシリコンウェハの平坦化方法であって、
前記フォトリソ工程で使用するフォトマスクは、シリコンウェハの表面に形成された深さが異なる凹部に対応して、それぞれ適切な露光がなされる様に光透過率が調整してあるグレートーンマスクであり、
前記深さが異なる凹部を一回のフォトリソ工程で平坦化する事を特徴とするシリコンウェハの平坦化方法。
This is a silicon wafer flattening method that flattens recesses formed on the surface of a silicon wafer by a photolithography process, which are formed on the surface of the silicon wafer by the pre-process of the semiconductor manufacturing process.
The photomask used in the photolithography process is a gray tone mask in which the light transmittance is adjusted so that appropriate exposure can be obtained for the concave portions formed on the surface of the silicon wafer having different depths. ,
A method for flattening a silicon wafer, which comprises flattening recesses having different depths in a single photolithography process.
前記シリコンウェハのパッド電極に腐食防止層を塗布する塗布工程と、
前記フォトリソ工程と、をこの順に備えており、
前記塗布工程において、前記シリコンウェハの表面に形成された0.1nm以上10nm以下の第一凹部を前記腐食防止層で埋める事を特徴とする請求項1に記載のシリコンウェハの平坦化方法。
The coating process of applying the corrosion prevention layer to the pad electrode of the silicon wafer, and
The photolithography process is provided in this order.
The method for flattening a silicon wafer according to claim 1, wherein in the coating step, a first recess of 0.1 nm or more and 10 nm or less formed on the surface of the silicon wafer is filled with the corrosion prevention layer.
光電変換素子が形成されたシリコンウェハの表面に深さの異なる凹部を2種以上有し、
前記凹部の少なくとも一つは深さが0.1nm以上10nm以下の第一凹部であり、
前記第一凹部は腐食防止層で覆われている事を特徴とする固体撮像素子。
The surface of the silicon wafer on which the photoelectric conversion element is formed has two or more recesses having different depths.
At least one of the recesses is a first recess having a depth of 0.1 nm or more and 10 nm or less.
A solid-state image sensor characterized in that the first recess is covered with a corrosion prevention layer.
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