JP5003124B2

JP5003124B2 - 固体撮像素子の製造方法及び固体撮像素子

Info

Publication number: JP5003124B2
Application number: JP2006321420A
Authority: JP
Inventors: 拓海武田; 進宮川
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: JP2008135616A

Description

本発明は、ＣＭＯＳやＣＣＤなどの固体撮像素子に関するものであり、特に、固体撮像素子と外部との電気的接続をとるために、固体撮像素子に設けるパッド部のボンディング性が良好で、且つマイクロレンズには表面荒れが発生しないマイクロレンズを形成することのできる固体撮像素子の製造方法、及び固体撮像素子に関する。

ＣＭＯＳやＣＣＤなどの固体撮像素子には、入射した光を光電変換部へ集光させるために、複数の光電変換部の各々に対応したマイクロレンズが設けられている。マイクロレンズを形成する方法としては、１）熱流動性（熱リフロー）を有するレンズ材料を用い、熱リフロー処理によってマイクロレンズを形成する方法、或いは、例えば、Ｏ₂とＣＦ₄の混合ガスをエッチングガスとして用い、ドライエッチングによりレンズ材層をマイクロレンズに形成する方法などがある。

上記１）熱リフロー処理によりマイクロレンズを形成する方法は、耐熱性や耐光性が劣るといった問題を有している。また、２）混合ガスによるドライエッチングによってマイクロレンズを形成する方法では、使用したＣＦ₄のＦ（フッ素）イオンが固体撮像素子のパッド部に残留し、このＦイオンがパッド部のボンディング性（例えば、ワイヤーボンディング）に悪影響を及ぼすといった問題を有している。そこで、ボンディング性を良好なものにするために、ＣＦ₄を除いたＯ₂ガスのみをエッチングガスとして用いる方法が試みられている。

図５は、上記混合ガスに代わり、ＣＦ₄を除いたＯ₂ガスのみをエッチングガスとして用いた際の、マイクロレンズ表面の状態を示すＳＥＭ写真である。図５に示すように、Ｏ₂ガスのみのエッチングガスによると、形成されたマイクロレンズには表面荒れが生じるといった別の問題が発生する。
この表面荒れは、固体撮像素子に、例えば、感度のバラツキを引き起こすので、好ましいことではない。
特開平１０−１４８７０４号公報特開昭６０−５３０７３号公報特開平１−１０６６６号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ドライエッチングによるマイクロレンズの製造方法であって、固体撮像素子のパッド部のボンディング性が良好で、且つマイクロレンズには表面荒れが発生しないマイクロレンズを形成することのできる固体撮像素子の製造方法を提供することを課題とするものである。また、上記固体撮像素子の製造方法を用いて製造した固体撮像素子を提供することを課題とする。
これにより、パッド部のボンディング性が良好、マイクロレンズの表面が平滑で、且つ、耐熱性や耐光性に優れたマイクロレンズを有する固体撮像素子を提供することが可能となる。

本発明は、光電変換部上に、少なくとも平坦化層、カラーフィルタ層、マイクロレンズが順次に設けられた固体撮像素子の製造方法において、
１）半導体基板の前記光電変換部上に平坦化層を形成する工程、
２）該平坦化層上に、感光性着色レジストを用いフォトリソグラフィによって複数色のカラーフィルタ層を形成する工程、
３）該複数色のカラーフィルタ層上に、レンズ材層を形成する工程、
４）該レンズ材層上に、感光性及び熱リフロー性を有するレンズ材料を用い、フォトリソグラフィ及び熱リフロー処理によってレンズ母型を形成する工程、
５）該レンズ母型に、Ｏ₂ガスによるドライエッチングを行い、レンズ材層へレンズ母型パターンを転写し、レンズ材層をマイクロレンズとする工程、
を具備し、前記Ｏ₂ガスによるドライエッチングを、ＲＦパワー１４０Ｗ〜８０Ｗ、バイアス１４０Ｗ〜８０Ｗ、圧力０．２Ｐａ〜０．１Ｐａ、酸素流量１２ｓｃｃｍ〜８ｓｃｃｍの条件で行うことを特徴とする固体撮像素子の製造方法である。

本発明は、請求項１記載の固体撮像素子の製造方法を用いて製造したことを特徴とする固体撮像素子である。

本発明は、１）半導体基板の光電変換部上に平坦化層を形成する工程、２）該平坦化層上に複数色のカラーフィルタ層を形成する工程、３）該複数色のカラーフィルタ層上にレンズ材層を形成する工程、４）該レンズ材層上に、感光性及び熱フロー性を有するレンズ材料を用い、フォトリソグラフィ及び熱処理によってレンズ母型を形成する工程、５）該レンズ母型に、Ｏ₂ガスによるドライエッチングを行い、レンズ材層へレンズ母型パターンを転写し、レンズ材層をマイクロレンズとする工程、を具備し、前記Ｏ₂ガスによるドライエッチングを、ＲＦパワー１４０Ｗ〜８０Ｗ、バイアス１４０Ｗ〜８０Ｗ、圧力０．２Ｐａ〜０．１Ｐａ、酸素流量１２ｓｃｃｍ〜８ｓｃｃｍの条件で行う固体撮像素子の製造方法であるので、固体撮像素子のパッド部のボンディング性が良好で、且つマイクロレンズには表面荒れが発生しないマイクロレンズを形成することのできる固体撮像素子の製造方法となる。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法を用いて製造した固体撮像素子であるので、パッド部のボンディング性が良好、マイクロレンズの表面が平滑で、且つ、耐熱性や耐光性に優れたマイクロレンズを有する固体撮像素子となる。

以下に本発明による固体撮像素子の製造方法、及び固体撮像素子の実施形態に基づいて説明する。
本発明者は、エッチングガスとしてＯ₂ガスのみを用いても、表面荒れのないマイクロレンズを形成できるエッチング条件を精査した結果、良好なエッチング条件を見出し本発明をするに至った。

図１〜図３は、本発明による固体撮像素子の製造方法の一例を断面で示す説明図である。また、図４は、本発明による固体撮像素子の一例の断面図である。
図１に示すように、光電変換部（３２）及び遮光層（３０）が形成された半導体基板（３１）上に平坦化層（３４）を形成後、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、３色の感光性着色レジストを用い、ステッパー露光装置を使用しての公知のフォトリソグラフィにて、順次に３色のカラーフィルタ層（３３）を形成する。

次に、図２に示すように、カラーフィルタ層（３３）上にレンズ材層（３５）を形成する。さらに、熱リフロー性をもつ感光性樹脂をレンズ母型形成用のレンズ材料として塗布
し、露光、現像、熱リフローさせて凸レンズ形状を有するレンズ母型（２０）とする。
次に、図３に示すように、ドライエッチング装置にて、レンズ母型（２０）を形成した半導体基板（３１）に、Ｏ₂ガスによるエッチング処理（白矢印）を行って、下方のレンズ材層（３５）にレンズ母型（２０）のパターン形状を転写し、マイクロレンズ（３９）とする。

図４は、得られた固体撮像素子の一例の断面図である。図４に示すように、本発明による固体撮像素子の一例は、その表面に光電変換部（３２）、遮光層（３０）などが形成された半導体基板（３１）上に、平坦化層（３４）、カラーフィルタ層（３３）、及びマイクロレンズ（３９）が順次に形成されたものとなる。

表１〜表３は、エッチングガスとして、Ｏ₂ガスのみを用いてドライエッチングを行った際の、各エッチング条件と、得られたマイクロレンズの表面荒れとの関係を説明する表である。表中、○印は、マイクロレンズに表面荒れが発生せず平滑で、良好な結果であることを表し、また、×印は、マイクロレンズに表面荒れが発生し、不良な結果であることを表している。
尚、レンズ材層としては、アクリル系樹脂を使用し、また、感光性及び熱リフロー性を有するレンズ材料としては、ノボラック樹脂を主成分とするポジ型レジストを用いた。

表１は、ＲＦパワーを１２０Ｗに固定し、バイアスを１２０Ｗに固定し、圧力及び酸素流量を各々変動させた場合の、エッチング条件と得られた結果との関係を表している。条件番号１〜１５に示すように、酸素流量は１２ｓｃｃｍ及び８ｓｃｃｍにて、表面荒れが発生せず良好な結果が得られている。
また、圧力は、酸素流量は１２ｓｃｃｍ及び８ｓｃｃｍ、且つ圧力が０．２Ｐａ及び０．１Ｐａにて、表面荒れが発生せず良好な結果が得られている。

表２は、表１で得られた結果から、酸素流量を１０ｓｃｃｍに固定し、圧力を０．１Ｐａに固定し、また、バイアスを１２０Ｗに固定して、ＲＦパワーを変動させた場合の、エッチング条件と得られた結果との関係を表している。
条件番号１６〜２０に示すように、酸素流量１０ｓｃｃｍ、圧力０．１Ｐａ、バイアス１２０Ｗにては、ＲＦパワーは１４０Ｗ〜８０Ｗにて、表面荒れが発生せず良好な結果が得られている。

表３は、表１で得られた結果から、酸素流量を１０ｓｃｃｍに固定し、圧力を０．１Ｐａに固定し、また、表２で得られた結果から、ＲＦパワーを１２０Ｗに固定し、バイアスをを変動させた場合の、エッチング条件と得られた結果との関係を表している。
条件番号２１〜２７に示すように、酸素流量１０ｓｃｃｍ、圧力０．１Ｐａ、ＲＦパワー１２０Ｗにては、バイアスは１４０Ｗ〜８０Ｗにて、表面荒れが発生せず良好な結果が得られている。

上記のように、エッチングガスとして、Ｏ₂ガスのみを用いてドライエッチングを行った際に、エッチング条件を、ＲＦパワー１４０Ｗ〜８０Ｗ、バイアス１４０Ｗ〜８０Ｗ、圧力０．２Ｐａ〜０．１Ｐａ、酸素流量１２ｓｃｃｍ〜８ｓｃｃｍとすることにより、マイクロレンズに表面荒れが発生せず平滑で、良好な結果が得られることを見出した。
つまり、Ｏ₂ガスのみを用いたドライエッチングによるマイクロレンズの製造方法であっても、固体撮像素子のパッド部のボンディング性が良好で、且つマイクロレンズには表面荒れが発生しないマイクロレンズを形成することのできる固体撮像素子の製造方法である
。

図６は、エッチング条件を、ＲＦパワー１２０Ｗ、バイアス１２０Ｗ、圧力０．１Ｐａ、酸素流量１０ｓｃｃｍに設定した際に得られたマイクロレンズ表面のＳＥＭ写真である。図６に示すように、表面荒れが発生せず平滑な表面のマイクロレンズが得られている。

本発明による固体撮像素子の製造方法の説明図である。本発明による固体撮像素子の製造方法の説明図である。本発明による固体撮像素子の製造方法の説明図である。本発明による固体撮像素子の一例を示す断面図である。Ｏ₂ガスのみをエッチングガスとして用いた際のマイクロレンズ表面の状態を示すＳＥＭ写真である。実施例におけるマイクロレンズ表面のＳＥＭ写真である。

符号の説明

２０・・・レンズ母型
３０・・・遮光層
３１・・・半導体基板
３２・・・光電変換部
３３・・・カラーフィルタ層
３４・・・平坦化層
３５・・・レンズ材層
３９・・・マイクロレンズ

Claims

光電変換部上に、少なくとも平坦化層、カラーフィルタ層、マイクロレンズが順次に設けられた固体撮像素子の製造方法において、
１）半導体基板の前記光電変換部上に平坦化層を形成する工程、
２）該平坦化層上に、感光性着色レジストを用いフォトリソグラフィによって複数色のカラーフィルタ層を形成する工程、
３）該複数色のカラーフィルタ層上に、レンズ材層を形成する工程、
４）該レンズ材層上に、感光性及び熱リフロー性を有するレンズ材料を用い、フォトリソグラフィ及び熱リフロー処理によってレンズ母型を形成する工程、
５）該レンズ母型に、Ｏ₂ガスによるドライエッチングを行い、レンズ材層へレンズ母型パターンを転写し、レンズ材層をマイクロレンズとする工程、
を具備し、前記Ｏ₂ガスによるドライエッチングを、ＲＦパワー１４０Ｗ〜８０Ｗ、バイアス１４０Ｗ〜８０Ｗ、圧力０．２Ｐａ〜０．１Ｐａ、酸素流量１２ｓｃｃｍ〜８ｓｃｃｍの条件で行うことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
請求項１記載の固体撮像素子の製造方法を用いて製造したことを特徴とする固体撮像素子。