JP2892865B2 - 固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

固体撮像素子の製造方法

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JP2892865B2 JP3171539A JP17153991A JP2892865B2 JP 2892865 B2 JP2892865 B2 JP 2892865B2 JP 3171539 A JP3171539 A JP 3171539A JP 17153991 A JP17153991 A JP 17153991A JP 2892865 B2 JP2892865 B2 JP 2892865B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばビデオカメラ等
に使用され、半導体基板上にカラーフィルターやマイク
ロレンズ等の光学部品構成部が直接形成された固体撮像
素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ビデオカメラ等においては小型
化、高性能化が要求され、その要求に答えるべく内蔵さ
れる固体撮像素子の小型化、高感度化が図られている。
その小型化や高感度化のためには、固体撮像素子の半導
体基板上に直接にカラーフィルターやマイクロレンズ等
の光学部品構成部を形成している。
【０００３】前記光学部品構成部の形成は、例えばマイ
クロレンズの場合以下のように行われる。先ず、複数個
の固体撮像素子が形成可能な大きさの半導体基板の上
に、各固体撮像素子毎に複数の画素を有する画素領域
と、その周りの周辺領域に凹凸状となったスクライブラ
インやフィールド部を形成し、或はそのようになした半
導体基板を用い、次いでその半導体基板上に、透明かつ
非染色性であるアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミ
ド樹脂等の材料をスピンコートして半導体基板上の表面
を平坦化する。
【０００４】その後、フィルター形成用の被染色性レジ
スト、例えばゼラチン、ガゼイン等を同じくスピンコー
トして露光、現像を行い、前述した画素領域上に被染色
性レジストパターンを形成する。次いで、所望の分光特
性を有する染料で前記レジストパターンを染色して、カ
ラーフィルターパターンを得る。この工程を数回繰り返
すことによりオンチップカラーフィルターを形成する。
【０００５】続いて、その上に上記平坦化を行うべく用
いた材料と同一の材料を同じくスピンコートして保護膜
を平坦に形成し、その保護膜の上にマイクロレンズを各
画素毎に公知の方法（特開昭６４−１０６６６号等）で
形成し、オンチップマイクロレンズを作製する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記方法に
よる場合には、平坦化のための非染色性材料、カラーフ
ィルター用の被染色性レジストおよびマイクロレンズ形
成用のレジストを、基板に対してスピンコート法により
塗布している。このため、基板上にスクライブラインや
フィールド部（金属配線等が形成されている）の比較的
大きな凹凸部が存在すると、その基板に対する断差によ
り各塗布膜の厚みが不均一となり易い。例えば、図５は
カラーフィルター用のレジスト膜３３の厚みが同一画素
領域において不均一となった場合を示しているが、その
レジスト膜３３の表面には図６に示すような膜厚ムラ３
２が表れる。つまり、ストリエーションが発生する。な
お、図５は図６のＡ−Ａ´線による断面図である。
【０００７】このようなレジスト膜を染色してカラーフ
ィルターを得た場合、各画素に対応するフィルター層部
分においては、膜厚ムラが発生しているため、撮像に供
すると撮像ムラや感度ムラが生じて画質が著しく低下す
るという問題がある。
【０００８】また、マイクロレンズの集光率を向上させ
るには、その下の前記保護膜とマイクロレンズ形成用の
レジスト膜との厚みをそれぞれ均一に制御することが要
求されるが、前述したごとく周辺領域に存在する比較的
大きな凹凸部により影響を受け、上記２つの膜の厚みを
均一に制御することが困難であった。このため、マイク
ロレンズ形成用レジスト膜が厚み不均一となり、形成さ
れたマイクロレンズの隣接するもの同士間の間隔や底面
積が変化し、これによりマイクロレンズの集光率にバラ
ツキが生じ、これを原因とする感度ムラにより画質が低
下するという難点があった。
【０００９】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、膜形成にスピンコート法
を使用しても画質を向上できる固体撮像素子の製造方法
を提供することを目的とする。
【００１０】
【００１１】
【課題を解決するための手段】 本発明の固体撮像素子の
製造方法は、基板の複数箇所に、受光部及び該受光部に
より光電変換された信号を順次転送する転送部が形成さ
れた画素領域を有し、各画素領域の周りの周辺領域に、
スクライブラインの凹部およびフィールド領域における
凹部が、パターン形成された固体撮像素子において、該
スクライブラインおよび該フィールド領域の凹部に高分
子材料または加熱により高分子になる材料を埋め込むと
共に該材料の硬化温度より低い温度に保持したのち、硬
化温度以上に加熱し、該周辺領域の該スクライブライン
および該フィールド領域を平坦化する平坦化工程と、該
周辺領域が平坦となった基板の上に光学部品構成部を形
成する光学部品構成部形成工程とを含んでおり、そのこ
とによって上記目的が達成される。本発明の固体撮像素
子の製造方法において、前記周辺領域に存在する凹部が
寸法の異なる複数種類のものからなり、これら複数種類
の凹部がパターン形成された該周辺領域に対し、前記平
坦化工程を施すようにしてもよい。
【００１２】
【作用】本発明にあっては、周辺領域にあるスクライブ
ラインやフィールド領域の凹部に高分子材料を埋め込
み、該周辺領域が平坦化された基板の上に光学部品構成
部を形成する。このため、基板の上表面に比較的大きな
凹部が存在せず、スピンコート法を使用しても光学部品
構成部の形成に必要な膜の厚みが均一となる。よって、
例えば光学部品構成部がカラーフィルターの場合には撮
像ムラや感度ムラの発生を防止でき、画質の向上を図れ
る。また、光学部品構成部がマイクロレンズの場合に
は、その集光率のバラツキの発生を防止して画質を向上
できる。更には、凹部に埋め込んだ高分子材料に加熱を
加えて軟化させるようにすると、その凹部の平坦化性を
より向上させることができ、より画質の向上を図れる。
この効果は、凹部が寸法の異なる複数種類のものからな
る場合に、特に有効的なものとなる。
【００１３】
【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。
【００１４】図１は本発明により製造される固体撮像素
子の一実施例を示す断面図である。この素子は、半導体
基板１の複数箇所にそれぞれ、複数の受光部及び該受光
部により光電変換された信号を順次転送する転送部が形
成された画素領域６…を有し（図には１箇所のみが表れ
ている）、各画素領域６の周りには周辺領域７が設けら
れている。
【００１５】この周辺領域７には、凹状に窪んだスクラ
イブライン２と、金属配線等により凹状に窪んだ部分８
を含むフィールド部が形成されており、スクライブライ
ン２は各画素領域６…を個別に分離させるためのもので
ある。
【００１６】これらスクライブライン２と凹状に窪んだ
部分８には、ネガ型の感光性樹脂｛ＦＶＲ−１０、富士
薬品工業（株）製｝５が埋め込まれて平坦化され、その
周辺領域７と画素領域６の上には前記感光性樹脂５から
なる平坦化膜９が形成されている。更に、その平坦化膜
９の上には、画素領域６の上方部分に下側からオンチッ
プカラーフィルター１０と、オンチップマイクロレンズ
１１が順次形成されている。オンチップカラーフィルタ
ー１０は、例えば３つのＲＧＢ用のカラーフィルター層
を各画素毎に形成した構造となっており、オンチップマ
イクロレンズ１１は、例えば前述した公知の方法等で透
明樹脂等を用いて形成され、各受光部の上に凸状のレン
ズ部１１ａが存在する。
【００１７】次に、かかる構造の固体撮像素子の製造方
法について説明する。
【００１８】先ず、図２（Ａ）に示すように、１つの画
素領域６に受光部と転送部とが形成され、周辺領域７に
スクライブライン２と凹状に窪んだ部分８とが形成され
た半導体基板１を用意する。或は、その状態の半導体基
板１を作製する。次いで、その半導体基板１の上に全面
にわたって、図２（Ｂ）に示すように前記感光性樹脂５
をスピンコート法により塗布した。この塗布は、凹状と
なったスクライブライン２や凹状に窪んだ部分８の形成
が無い基板１部分に対し、前記感光性樹脂５の厚みが
１．０μｍとなるようにした。
【００１９】その後、これを乾燥して周辺領域７の凹状
となっているスクライブライン２及び凹状に窪んだ部分
８に相当する部分にのみ、マスク（図示せず）を使用し
て選択的に紫外線を照射し、照射部分を硬化させた。次
いで、所定の専用の現像液とリンス液を用いて未硬化の
感光性樹脂５部分を除去することにより、図２（Ｃ）に
示すような周辺領域７が平坦化された半導体基板１を得
た。
【００２０】その後、上記半導体基板１を乾燥し、上記
と同じ感光性樹脂５を再度基板１の全面にスピンコート
して平坦化膜９を形成した。このとき、上述したように
周辺領域７が平坦化されているので、スピンコートによ
り形成された平坦化膜９は塗布ムラのない厚みの均一な
膜となる。
【００２１】然る後、公知の技術を利用して画素領域６
の上に、オンチップカラーフィルター１０とオンチップ
マイクロレンズ１１を形成する。オンチップカラーフィ
ルター１０の形成は、カラーフィルター用の被染色性レ
ジストをスピンコートにより形成した後に、露光、現像
を行ってレジストパターンを形成し、そのレジストパタ
ーンを所定の染料で染色する工程を数回実行して行う。
オンチップマイクロレンズ１１の形成は、オンチップカ
ラーフィルター１０の上に、必要に応じて保護膜を形成
した後、公知の方法（特開昭６４−１０６６６号等）を
用いて行う。
【００２２】形成されたオンチップカラーフィルター１
０は、その下の平坦化膜９が平坦となっているので厚み
を均一に形成され、厚みムラがない。その上のオンチッ
プマイクロレンズ１１についても、同様な理由によりマ
イクロレンズ形成用のレジスト膜の厚みが均一となり、
このために受光部の上に存在する各レンズ部１１ａの隣
接するもの同士間の離隔距離や底面積が一定となって、
集光率にバラツキがない。
【００２３】したがって、このように形成された本発明
の固体撮像素子にあっては、オンチップカラーフィルタ
ー１０の厚みにムラが無く、またオンチップマイクロレ
ンズ１１の集光率にバラツキが無いので、画質が向上し
たものとなる。
【００２４】なお、上記感光性樹脂５の埋め込みによる
平坦化工程は、必要とあらば２度以上行ってもよく、ま
たその都度、平坦化状態に応じてマスクパターンを変更
してもよい。
【００２５】上記感光性樹脂５としては、前記実施例の
ものに限らず、その他のアクリル樹脂、エポキシ樹脂、
ポリイミド樹脂、イソシアネート樹脂等を主成分とする
高分子材料を用いることができる。
【００２６】また、平坦化性をより向上させるべく、熱
硬化性をもつ高分子樹脂や熱軟化性樹脂に熱硬化剤を添
加した高分子材料などを用いてもよい。このような高分
子材料を使用する場合は、図３（ａ）に示すようにスク
ライブライン２等が形成される凹部１２に単に高分子材
料１３を埋め込むと高分子材料１３の上表面は多少凹凸
となることに対し、硬化温度より低い温度に保持したの
ち硬化温度以上に加熱することにより、高分子材料１３
が軟化して図３（ａ）の状態から図３（ｂ）に示す状態
になり、平坦化性をより良くできる利点がある。更に
は、図４（ａ）に示すようにピッチや寸法を異ならせて
凹部１２ａ、１２ｂ、１２ｃが形成された場合に対して
も平坦化性を向上できる。即ち、図４（ｂ）に示すよう
に高分子材料１３を塗布したのち現像すると、図４
（ｃ）に示すように凹部１２ａ、１２ｂ、１２ｃに残っ
た高分子材料１３部分の表面が多少凹凸となるが、加熱
して軟化させることにより図４（ｄ）に示すように各凹
部１２ａ、１２ｂ、１２ｃを一度に平坦化できる。な
お、この場合に使用する材料としては、塗布した時は必
ずしも高分子材料でなくともよく、加熱した時に硬化し
て、つまり架橋して高分子になる材料であればよい。
【００２７】更に、上記実施例ではオンチップカラーフ
ィルター１０の上にオンチップマイクロレンズ１１をも
形成する場合を例に挙げて説明しているが、基板１上に
オンチップカラーフィルターだけを、或はオンチップマ
イクロレンズだけを形成する場合、更には他の光学部品
構成部を形成する場合にも、本発明は同様にして適用可
能である。
【００２８】
【発明の効果】本発明による場合には、周辺領域にある
スクライブラインやフィールド領域の凹部に高分子材料
を埋め込み、該周辺領域が平坦化された基板の上に光学
部品構成部を形成するため、その光学部品構成部に必要
な膜をスピンコート法により形成しても厚みを均一にで
きる。よって、例えば光学部品構成部がカラーフィルタ
ーの場合には撮像ムラや感度ムラの発生を防止でき、マ
イクロレンズの場合にはその集光率のバラツキの発生を
防止できるので、画質の向上を図ることが可能となる。
更には、凹部に埋め込んだ高分子材料に加熱を加えて軟
化させるようにすると、その凹部の平坦化性をより向上
させることができ、より画質の向上を図れる。この効果
は、凹部が寸法の異なる複数種類のものからなる場合
に、特に有効的なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造される固体撮像素子の一実施
例を示す断面図。
【図２】図１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図。
【図３】（ａ）は単に凹部に高分子材料を埋め込んだ状
態を示す図、（ｂ）は高分子材料を軟化させた後の状態
を示す図。
【図４】（ａ）はピッチや寸法を異ならせて凹部が形成
された状態を示す図、（ｂ）は高分子材料を塗布した状
態を示す図、（ｃ）は現像後の状態を示す図、（ｄ）は
軟化後の状態を示す図。
【図５】従来の固体撮像素子において基板上に形成した
レジスト膜を示す断面図。
【図６】そのレジスト膜の表面を示す平面図。
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ スクライブライン ５ 感光性樹脂 ６ 画素領域 ７ 周辺領域 ８ 凹状に窪んだ部分 ９ 平坦化膜 １０ オンチップカラーフィルター １１ オンチップマイクロレンズ １２ 凹部 １２ａ 凹部 １２ｂ 凹部 １２ｃ 凹部 １３ 高分子材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 27/146

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板の複数箇所に、受光部及び該受光部
    により光電変換された信号を順次転送する転送部が形成
    された画素領域を有し、各画素領域の周りの周辺領域
    に、スクライブラインの凹部およびフィールド領域にお
    ける凹部が、パターン形成された固体撮像素子におい
    て、該スクライブラインおよび該フィールド領域の凹部 に高
    分子材料または加熱により高分子になる材料を埋め込む
    と共に該材料の硬化温度より低い温度に保持したのち、
    硬化温度以上に加熱し、該周辺領域の該スクライブライ
    ンおよび該フィールド領域を平坦化する平坦化工程と、 該周辺領域が平坦となった基板の上に光学部品構成部を
    形成する光学部品構成部形成工程と、 を含む固体撮像素子の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記周辺領域に存在する凹部が寸法の異
    なる複数種類のものからなり、これら複数種類の凹部が
    パターン形成された該周辺領域に対し、前記平坦化工程
    を施す請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
JP3171539A 1991-07-12 1991-07-12 固体撮像素子の製造方法 Expired - Lifetime JP2892865B2 (ja)

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DE69118176D1 (de) 1996-04-25
DE69118176T2 (de) 1996-08-29
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