JP3959710B2 - Method for manufacturing solid-state imaging device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置の製造方法に関し、特に、オンチップマイクロレンズを有する固体撮像装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
オンチップマイクロレンズを有する固体撮像装置において、センサー部である光電変換部の近傍にあるボンディングパッド部(以下、「パッド部」と称する)にワイヤーボンディングするために、パッド部の上面に形成されている有機系材料膜にパッド窓を開口するための加工が必要となる。
この加工方法として従来から知られている代表的なものに図3及び図4に示す2つの先行技術の例がある。図3及び図4は、いずれも固体撮像装置の製造工程の途中経過を表す部分的な断面図である。
【0003】
まず、図3の先行技術における製造方法について説明する。
図3(a)において、半導体基板32はシリコン基板等からなり、その上面の所定位置にはアルミ電極からなるパッド部34が形成されている。
また、図には示されていないが、半導体基板32の光電変換領域には、光を受光して電荷に変換するフォトダイオード、電荷を転送する電荷転送部、転送クロック信号を印加するポリシリコン電極、絶縁膜、フォトダイオード以外の表面を遮光する遮光膜等が形成されている。
この光電変換領域及びパッド部34を含む半導体基板32の上面には、その表面の凹凸を抑制するためにアクリル系樹脂等からなる平坦化膜36が形成されている。さらに、半導体基板32の光電変換領域に対応する平坦化膜36の部分に、色素含有感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法や染色法等によりカラーフィルタ膜38が形成されている。
【0004】
次に、平坦化膜36の上面にスチレン系樹脂等からなる透明な感光性樹脂を塗布して、図3(b)に示すように、透明有機系膜40が形成される。後述するように、この透明有機系膜40はレンズ材を構成する。
また、この透明有機系膜40の形成と同時に、フォトリソグラフィ法によって、パッド部34に対応する透明有機系膜40の位置にパッド窓用の開口部42を形成する。
【0005】
次に、開口部42及びカラーフィルタ38に対応する透明有機系膜40の上面に感光性樹脂膜を形成し、図3(c)に示すように、フォトリソグラフィ法及び熱リフロー法によりマイクロレンズ形状の透明樹脂膜44を形成する。この場合の熱リフローは、最適なレンズ形状を形成するために、例えば150℃から180℃の温度で120秒から240秒の間で行なわれる。
【0006】
次に、異方性プラズマドライエッチングによって透明樹脂膜44のマイクロレンズ形状をレンズ材である透明有機系膜40に転写して、図3(d)に示すように、オンチップマイクロレンズ46を形成する、また同時に、パッド部34の上面にある透明有機系膜40にエッチングを行なってパッド窓48を形成する。
【0007】
次に、図4の先行技術における製造方法について説明する。
図4(a)において、半導体基板32はシリコン基板等からなり、その上面の所定位置にはアルミ電極からなるパッド部34が形成されている。また、上記した先行技術の場合と同様に図には示されていないが、半導体基板32の光電変換領域には、フォトダイオード、電荷転送部、ポリシリコン電極、絶縁膜、遮光膜等が形成されている。また、光電変換領域及びパッド部34を含む半導体基板32の上面には、その表面の凹凸を抑制するためにアクリル系樹脂等からなる平坦化膜36が形成され、平坦化膜36の上面の所定部分にカラーフィルタ膜38が形成されている。さらに、カラーフィルタ膜38を含む平坦化膜36の上面には、マイクロレンズ形成用の下地平坦化のために、アクリル系樹脂等からなる平坦化膜50が形成されている。
【0008】
次に、図4(b)に示すように、レンズ材となる透明なマイクロレンズ形状の感光性樹脂42を塗布して、フォトリソグラフィ法及び熱リフロー法により感光性樹脂42と平坦化膜50とを一体化して、カラーフィルタ膜38の上面にオンチップマイクロレンズ46が形成される。次に、パッド窓用レジストを塗布した後、フォトリソグラフィ法によって、図4(c)に示すように、パッド部34に対応するパッド窓用レジスト40の部分にパッド窓用の開口部42が形成される。
【0009】
次に、フッ化系ガス(CF4)及び酸素ガス(O2)のエッチングガスを用いたプラズマドライエッチングによって、図4(c)に示すように、パッド部34の上面に対応する平坦化膜50及び平坦化膜36の部分を除去してパッド窓52を形成する。このときに、プラズマによってパッド窓開口用レジスト40の上面に硬化膜が形成される。このため、有機溶剤によるレジスト剥離が困難になるので、溶解性及び揮発性の高い溶剤によってパッド窓用レジスト40を剥離除去し、図4(e)に示すような固体撮像装置を形成する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置の製造方法には種々の問題点があった。まず、図3に示した製造方法においては、パッド窓48用の開口部42の加工がマイクロレンズ形状の形成前に行なわれるため、図3(c)に示す感光性樹脂44を塗布したときに開口部42の段差の影響によって塗布ムラが生じてしまう。その結果として、オンチップマイクロレンズ46に不均一性が生じて、撮像ムラの原因になるという問題があった。
【0011】
また、図3(d)に示すように、マイクロレンズ形状の感光性樹脂44を転写する工程とパッド窓48を形成する工程とを同時に行なっているので、有機材料膜である平坦化膜36とアルミ電極からなるパッド部34とのエッチング選択比が十分でない場合には、プラズマドライエッチングによってパッド部34の膜減りが生じ、ワイヤーボンディングの機械的強度が低下してボンディング不良が発生するという問題があった。
【0012】
この対策として、特開平11−145439号公報に開示されているような、パッド部34の上面にアルミ電極保護のための有機膜を形成する提案がなされている。しかしながら、プラズマドライエッチングのエッチング量が膜の面内及び面間でばらつきをもっているので、アルミ電極保護のための有機膜がパッド部34の上面から完全に除去されるためには、エッチング量にある程度のマージン(強めのエッチング)をもたせる必要があり、少なからずパッド部34の膜減りは避けられない。このため、ワイヤーボンディングの十分な機械的強度の保証が得られない。
【0013】
パッド部34は、アルミ電極以外の膜も含んでいるので、もともとかなりの膜厚をなっている。このため、マイクロレンズ形状の感光性樹脂44を塗布するときのみならず、カラーフィルタ膜や平坦化膜と塗布する際にも、パッド部34の段差の影響で塗布ムラを生じてしまう。このため、マイクロレンズ形状を塗布する工程だけでなく他の工程によっても、撮像ムラの原因となるオンチップマイクロレンズ46の表面に不均一性が生じていた。
【0014】
次に、図4に示した従来例の製造方法においては、マイクロレンズ形状の感光性樹脂44を塗布するときに、表面に段差がないので塗布ムラは生じないが、プラズマによってパッド窓開口用レジスト40の上面に形成された相当な膜厚の硬化膜を剥離除去するために、溶解性及び揮発性の高い溶剤を用いる必要がある。その結果、形成されているオンチップマイクロレンズ46に形状の変化や表面損傷によって表面に不均一性が生じてしまうため、撮像ムラの原因になるという問題があった。
【0015】
また、図3の製造方法の場合と同様に、有機材料膜である平坦化膜36とアルミ電極からなるパッド部34とのエッチング選択比が十分でない場合には、図4(d)におけるプラズマドライエッチングによってパッド部34の膜減りが生じ、ワイヤーボンディングの機械的強度が低下してボンディング不良が発生するという問題があった。
【0016】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、オンチップマイクロレンズの表面に撮像ムラの原因となる不均一性を生じることなく、パッド窓開口用レジストの剥離除去を容易にするとともに、パッド部のアルミ電極の膜減りを防止してワイヤーボンディングの機械的強度を維持でき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。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記目的を達成するため、所定の光電変換領域が形成された半導体基板の上面にボンディングパッド部を形成する第1の工程と、前記ボンディングパッド部を含む前記半導体基板の上側にオンチップマイクロレンズを形成する第2の工程と、前記オンチップマイクロレンズの上面にレジストを塗布して前記ボンディングパッド部に対応する前記レジストに開口部を形成する第3の工程と、前記レジストの開口部に対応する前記オンチップマイクロレンズの部分を除去して前記ボンディングパッド部の上面を露出させる第4の工程とを有することを特徴とする。
【0018】
本発明は上記構成により、オンチップマイクロレンズを形成した後に、ボンディングパッド部に対応するオンチップマイクロレンズの部分を除去して開口部を形成し、ボンディングパッド部の上面を露出させることにより、オンチップマイクロレンズの形成過程において感光性樹脂膜の塗布ムラが生じないので、オンチップマイクロレンズの表面に撮像ムラの原因となる不均一性を生じることなく、パッド窓開口用レジストの剥離除去を容易にする。また、酸素ガスのみを用いたプラズマドライエッチング処理によってボンディングパッド部の上面を露出させるので、ボンディングパッド部のアルミ電極の膜減りを防止してワイヤーボンディングの機械的強度を維持できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による固体撮像装置の製造方法における実施の形態について図を参照して説明する。
まず、本発明の固体撮像装置の製造方法における実施の形態について説明する。図1は、実施の形態における固体撮像装置の製造工程の途中経過を表す部分的な断面図である。
図1(a)において、半導体基板12はシリコン基板等からなり、その上面の所定位置には、スパッタリング等によってアルミ膜を形成した後、フォトリソグラフィによってアルミ電極のボンディングパッド部(以下、「パッド部」と称する)14が形成されている。また、図には示されていないが、半導体基板12の光電変換領域には、光を受光して電荷に変換するフォトダイオード、電荷を転送する電荷転送部、転送クロック信号を印加するポリシリコン電極、絶縁膜、フォトダイオード以外の表面を遮光する遮光膜等が形成されている。
【0020】
この光電変換領域及びパッド部14を含む半導体基板12の上面には、その表面の凹凸を抑制するために、アクリル樹脂、ポリミイド樹脂、イソシアネート樹脂、ウレタン樹脂等のアクリル系樹脂からなる平坦化膜16がスピンコート等により形成されている。また、図には示していないが、半導体基板12の光電変換領域に対応する平坦化膜16の上面に、色素含有感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法や染色法等によりカラーフィルタ膜が形成されている。
【0021】
次に、図1(b)に示すように、平坦化膜16の上面にスチレン系樹脂等からなる透明なレンズ材からなる感光性樹脂をスピンコート等により塗布して、極めて平坦な表面をもつ透明有機系膜18が形成される。次に、透明有機系膜18の上面に感光性樹脂膜をスピンコート等により塗布する。この場合、透明有機系膜18の表面が極めて平坦であるので、感光性樹脂膜の塗布ムラが生じない。この場合の感光性樹脂には、ノボラック系等のポジ型のものと、ポリスチレン系等のネガ型のものがある。
【0022】
この後、フォトリソグラフィ及び熱リフローによって、図1(c)に示すように、マイクロレンズ形状の感光性樹脂膜20を形成する。具体的には、感光性樹脂膜を紫外線で露光・現像させてパターニングし、マイクロレンズ形状のマスクを形成する。この場合の熱リフローは、最適なマイクロレンズ形状を形成するために、例えば150℃から180℃の温度で120秒から240秒の間で行なわれる。
【0023】
次に、異方性プラズマドライエッチング処理によって、マイクロレンズ形状の感光性樹脂膜20をレンズ材である透明有機系膜18に転写して、図1(d)に示すように、オンチップマイクロレンズ22を形成する。すなわち、パターニングされた感光性樹脂膜20をマスクとしてマイクロレンズ形状を透明有機系膜18に転写して、オンチップマイクロレンズ22を形成する。次に、オンチップマイクロレンズ22の上面にパッド窓開口用レジストを塗布し、フォトリソグラフィによって、図2(e)に示すように、パッド窓開口用レジスト24に開口部26を形成する。すなわち、オンチップマイクロレンズ22を形成した後に、パッド窓開口用レジスト24に開口部26を形成する。
【0024】
次に、プラズマドライエッチング処理によって、パッド窓開口用レジスト24の開口部26の直下に位置するオンチップマイクロレンズ22の部分及びその下の平坦化膜16を除去し、図2(f)に示すように、パッド窓28を形成してパッド部14を露出させる。このプラズマドライエッチング処理においては、エッチングガスとして酸素ガスのみを用いることにより、パッド部14のアルミ電極の膜減りを防止するとともに、プラズマパワーをゼロとし、チャンバー温度を100℃以下にすることにより、パッド窓開口用レジスト24の表面における硬化膜の生成を低減する。
【0025】
次に、アッシング処理によって、パッド窓開口用レジスト24の表面に生成した硬化膜を除去する。上記したように、この硬化膜は非常に薄いのでアッシング処理で簡単に除去できる。オンチップマイクロレンズにダメージを与えることがない。この場合も、酸素ガスのみを用いるとともに、プラズマパワーをゼロとし、チャンバー温度を100℃以下にする。次に、MMPやEL等のように溶解性及び揮発性の低い有機溶剤を用いて、図2(g)に示すように、パッド窓開口用レジスト24を剥離除去することにより、オンチップマイクロレンズ22の表面に形状変化及び損傷を与えないようにする。
【0026】
以上のように、上記実施の形態における固体撮像装置の製造方法によれば、オンチップマイクロレンズ22を形成した後に、パッド部14に対応するオンチップマイクロレンズ22の部分を除去してパッド窓28を形成し、パッド部14の上面を露出させることにより、オンチップマイクロレンズ22の形成過程において感光性樹脂膜20の塗布ムラが生じないので、オンチップマイクロレンズ22の表面に撮像ムラの原因となる不均一性を生じることがない。また、酸素ガスのみを用いたプラズマドライエッチング処理によって、パッド窓開口用レジスト24の硬化膜の生成を低減できるので、パッド窓開口用レジスト24の剥離除去を容易にする。さらに、パッド部14のアルミ電極の膜減りを防止してワイヤーボンディングの機械的強度を維持できる。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、オンチップマイクロレンズの表面に撮像ムラの原因となる不均一性を生じることなく、パッド窓開口用レジストの剥離除去を容易にするとともに、パッド部のアルミ電極の膜減りを防止してワイヤーボンディングの機械的強度を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明における実施の形態による固体撮像装置の製造工程の途中経過を示す部分的な断面図。
【図2】 図1に続く製造工程の部分的な断面図。
【図3】 従来例における固体撮像装置の製造工程の途中経過を示す部分的な断面図。
【図4】 他の従来例における固体撮像装置の製造工程の途中経過を示す部分的な断面図。
【符号の説明】
12……半導体基板、14……ボンディングパッド部、16……平坦化膜、18……透明有機系膜、20……感光性樹脂膜、22……オンチップマイクロレンズ、24……パッド窓開口用レジスト、26……開口部、28……パッド窓。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device, and more particularly to a method for manufacturing a solid-state imaging device having an on-chip microlens.
[0002]
[Prior art]
In a solid-state imaging device having an on-chip microlens, a wire is bonded to a bonding pad portion (hereinafter referred to as a “pad portion”) in the vicinity of a photoelectric conversion portion that is a sensor portion. A process for opening the pad window in the organic material film is required.
There are two prior art examples shown in FIGS. 3 and 4 as typical processing methods known in the art. 3 and 4 are partial cross-sectional views showing the progress of the manufacturing process of the solid-state imaging device.
[0003]
First, the manufacturing method in the prior art of FIG. 3 is demonstrated.
In FIG. 3A, a
Although not shown in the figure, in the photoelectric conversion region of the
A
[0004]
Next, by coating a transparent photosensitive resin comprising a styrene-based resin on the upper surface of the
Simultaneously with the formation of the transparent
[0005]
Next, a photosensitive resin film is formed on the upper surface of the transparent
[0006]
Next, the microlens shape of the transparent resin film 44 is transferred to the transparent
[0007]
Next, the manufacturing method in the prior art of FIG. 4 is demonstrated.
4A , the
[0008]
Next, as shown in FIG. 4B, a transparent microlens-shaped
[0009]
Next, as shown in FIG. 4C , a planarization film corresponding to the upper surface of the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method for manufacturing a solid-state imaging device has various problems. First, in the manufacturing method shown in FIG. 3 , since the
[0011]
Further, as shown in FIG. 3D, the step of transferring the microlens-shaped photosensitive resin 44 and the step of forming the
[0012]
As a countermeasure against this, a proposal has been made to form an organic film for protecting the aluminum electrode on the upper surface of the
[0013]
Since the
[0014]
Next, in the manufacturing method of the conventional example shown in FIG. 4 , when the microlens-shaped photosensitive resin 44 is applied, there is no level difference on the surface, so that application unevenness does not occur. In order to peel and remove the cured film having a considerable thickness formed on the upper surface of 40, it is necessary to use a solvent having high solubility and volatility. As a result, the formed on-
[0015]
As in the case of the manufacturing method of FIG. 3 , when the etching selectivity between the
[0016]
The present invention has been made to solve such problems, and it is easy to remove and remove the resist for opening the pad window without causing non-uniformity that causes imaging unevenness on the surface of the on-chip microlens. In addition, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device capable of preventing the film loss of the aluminum electrode in the pad portion and maintaining the mechanical strength of wire bonding.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a first step of forming a bonding pad portion on an upper surface of a semiconductor substrate on which a predetermined photoelectric conversion region is formed, and the bonding pad portion. A second step of forming an on-chip microlens on the upper side of the semiconductor substrate; and a third step of applying a resist to the upper surface of the on-chip microlens to form an opening in the resist corresponding to the bonding pad portion. And a fourth step of removing the portion of the on-chip microlens corresponding to the opening of the resist to expose the upper surface of the bonding pad portion.
[0018]
According to the present invention, after the on-chip microlens is formed by the above configuration, the on-chip microlens corresponding to the bonding pad portion is removed to form an opening, and the upper surface of the bonding pad portion is exposed, thereby enabling the on-chip microlens. Since the coating unevenness of the photosensitive resin film does not occur in the formation process of the chip microlens, it is easy to remove and remove the resist for opening the pad window without causing non-uniformity that causes imaging unevenness on the surface of the on-chip microlens. To. In addition, since the upper surface of the bonding pad portion is exposed by plasma dry etching using only oxygen gas, the film thickness of the aluminum electrode in the bonding pad portion can be prevented and the mechanical strength of wire bonding can be maintained.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, will be described with reference to the drawings implementation form in a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention.
It will be described first implementation mode in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention. Figure 1 is a partial sectional view showing the progress of the manufacturing process of the solid-state imaging device in the form of implementation.
In FIG. 1A, a
[0020]
On the upper surface of the
[0021]
Next, as shown in FIG. 1B, a photosensitive resin made of a transparent lens material made of styrene resin or the like is applied to the upper surface of the flattening
[0022]
Thereafter, a microlens-shaped photosensitive resin film 20 is formed by photolithography and thermal reflow as shown in FIG. Specifically, the photosensitive resin film is exposed and developed with ultraviolet rays and patterned to form a microlens-shaped mask. In this case, the thermal reflow is performed at a temperature of 150 ° C. to 180 ° C. for 120 seconds to 240 seconds in order to form an optimum microlens shape.
[0023]
Next, the microlens-shaped photosensitive resin film 20 is transferred to the transparent
[0024]
Next, the part of the on-
[0025]
Next, the cured film formed on the surface of the pad window opening resist 24 is removed by ashing. As described above, the cured film is very thin and can be easily removed by ashing. No damage to on-chip microlenses. Also in this case, only oxygen gas is used, the plasma power is set to zero, and the chamber temperature is set to 100 ° C. or lower. Next, as shown in FIG. 2G, an on-chip microlens is obtained by peeling and removing the pad window opening resist 24 using an organic solvent having low solubility and volatility such as MMP and EL. The surface of 22 is not changed in shape and damaged.
[0026]
As described above, according to the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the above implementation, after forming the on-
[0027]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to easily remove and remove the resist for opening the pad window and to reduce the film thickness of the aluminum electrode in the pad portion without causing non-uniformity that causes imaging unevenness on the surface of the on-chip microlens. Can prevent and maintain the mechanical strength of wire bonding.
[Brief description of the drawings]
Partial cross-sectional view showing the progress of the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the implementation of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the manufacturing process following FIG. 1;
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a progress of a manufacturing process of a solid-state imaging device in a conventional example.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the progress of a manufacturing process of a solid-state imaging device in another conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記ボンディングパッド部を含む前記半導体基板の上側にオンチップマイクロレンズを形成する第2の工程と、
前記オンチップマイクロレンズの上面にレジストを塗布して前記ボンディングパッド部に対応する前記レジストに開口部を形成する第3の工程と、
前記レジストの開口部の直下に位置する前記オンチップマイクロレンズの部分を除去して前記ボンディングパッド部の上面を露出させる第4の工程と、
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。A first step of forming a bonding pad portion on the upper surface of the semiconductor substrate on which the photoelectric conversion region is formed;
A second step of forming an on-chip microlens on the upper side of the semiconductor substrate including the bonding pad portion;
A third step of applying a resist on the upper surface of the on-chip microlens to form an opening in the resist corresponding to the bonding pad portion;
A fourth step of removing a portion of the on-chip microlens located immediately below the opening of the resist to expose the upper surface of the bonding pad portion;
A method for manufacturing a solid-state imaging device.
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