JP5507728B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、カラーフィルターを有する固体撮像装置の製造方法に関する。
近年の半導体集積回路等の半導体製造プロセスにおいては、パターンの微細化/高集積化が目覚ましく、最小加工寸法が65nm以下の半導体集積回路が量産されている。これらのパターンの微細化/高集積化は、様々なプロセス技術の飛躍的な進歩によって実現されてきた。中でも、リソグラフィー技術とCMP(Chemical Mechanical Polishing)技術との進歩が大きい。
このリソグラフィー技術とCMP技術とが重要であり、前者においては、光源の短波長化とレンズの開口数の拡大化と等によって微細化が進んできたが、一方において焦点深度が小さくなるという問題が発生してきた。焦点深度が小さくなってくると、装置の揺らぎや下地の段差によるフォーカスのばらつきによって、ウエハー全面で所望のレジストパターンを形成できないという問題が発生する。この問題を改善したのが後者の技術であり、CMP技術によってウエハー表面の平坦性を向上することが可能になってきている。このCMP技術は、研磨剤(砥粒)自体が有する表面化学作用あるいは研磨液に含まれる化学成分の作用によって、研磨剤と研磨対象物との相対運動による機械的研磨(表面除去)効果を増大させ、高速且つ平滑な研磨面を得る技術である。このCMP技術によって、製造工程を重ねていってもウエハー表面の平坦性を向上させることが可能になるのである。
一方において、CCD(電荷結合素子)イメージセンサーやCMOS(相補型金属酸化膜半導体)イメージャー等の固体撮像素子は、各種映像機器の画像入力用の撮像デバイスとして広く利用されている。これらの固体撮像素子の製造方法としては、光を受光して電気信号に変換する光電変換部およびロジック回路を有する周辺回路部を、シリコンウエハーに形成する。その後、カラーフィルター工程と呼ばれる工程に移行する。このカラーフィルター工程では、上記光電変換部と上記周辺回路部とが形成された上記半導体基板上に、透明であり且つ非染色体であるアクリル樹脂,エポキシ樹脂およびポリイミド樹脂等の第1の平坦化膜をスピンコートして上記半導体基板上の表面を平坦化する。その後、カラーフィルターとなる赤,青および緑の顔料を含有したカラーレジストをスピンコートにより形成し、露光,現像を行ってカラーフィルターパターンを形成する。その後、上記カラーフィルターパターン上の平坦化を行うべく、透明で且つ非染色体であるアクリル樹脂,エポキシ樹脂あるいはポリイミド樹脂等の第2の平坦化膜をスピンコートする。続いて、その上に集光するためのマイクロレンズを形成する。
近年、上記CCDイメージセンサーや上記CMOSイメージャー等の固体撮像素子は、高繊細な画像を撮影するために画素数が増大する一方において、撮像機器の小型化等に伴って1画素の大きさが微細化されてきている。更に、高機能の画像処理回路等を一つのチップ内に形成するため、上記光電変換部と上記周辺回路部とにおけるカラーフィルター工程前での半導体基板の段差が大きくなっている。
そのために、撮像信号の輝度を向上するための集光率の向上と画質を向上させるための画素毎の感度ムラの防止とが困難になってきている。これらの課題を解決するためには、固体撮像素子の製造方法における上記カラーフィルター工程が非常に重要な工程であり、上記平坦化膜,上記カラーレジストおよび上記マイクロレンズに関して、高段差を有する基板上においてチップ内あるいはウエハー面内で均一な膜厚で且つ集光率向上を図るためには、上記光電変換部と上記マイクロレンズとの間の距離を薄膜で形成することが要求されている。
以下、高段差を有し且つ大パターン部を有する凸凹パターンが形成された半導体ウエハー上にレジストパターンを形成する従来例について、図13および図14に従って簡単に説明する。尚、ここでは、一例として上記CCDイメージセンサーのカラーフィルター工程について説明する。
図1は、上記CCDイメージセンサーのチップ1の概要を示す平面図である。図1において、一つのチップ1は、光電変換部2と周辺回路部3とに大別される。図13および図14に、図1における各製造工程でのA‐A'矢視断面図を示す。図13(a)は、上記CCDイメージセンサーにおける上記カラーフィルター工程前での断面図を示す。
図13(a)に示すように、先ず、シリコン基板4からなる半導体ウエハーに、SiO2およびSiN膜を成膜した後、フォトリソグラフィー,ドライエッチングおよびロコス酸化を行って、シリコン基板4上に光電変換部2および周辺回路部3を形成する。次に、フォトリソグラフィーおよびイオン注入を繰り返し行って、受光部5および電荷転送部6を形成する。次に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によってポリシリコンを成膜し、その後フォトリソグラフィーおよびドライエッチングを行って、電荷転送部6上に転送電極7を形成する。次に、遮光膜8となるアルミニウム,アルミニウム合金,チタンあるいはタングステン等の高融点金属を、スパッタ法によって単層または複層に形成する。その後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングを行って、受光部5上の遮光膜8を開口させる。次に、BPSG(ホウ素リンシリケートガラス)膜およびSiO2膜をプラズマCVD法を用いて形成し、その後、高温過熱によるリフロー処理および上記CMPを行って平坦な層間絶縁膜9を形成する。
次に、アルミニウム,アルミニウム合金,チタンまたはタングステン等の高融点金属を、スパッタ法によって単層あるいは複層に形成する。その後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングを行って、ロコス酸化膜10上に金属配線11を形成する。金属配線11の膜厚は1.0μmであるが、考えられる範囲として0.8μm〜1.5μm程度が品種によって使い分けられて形成される。
次に、上記カラーフィルター工程に移行し、図13(b)に示すように、層内レンズ材料となる透明膜12aをプラズマCVD法によって形成する。尚、透明膜12aの材料としては、SiO2膜(屈折率1.4〜1.5)やSiON膜(屈折率1.5〜1.9)やSiN膜(屈折率1.9〜2.0)等があり、光学設計の観点から屈折率と膜厚とを最適化する。ここでは、SiN膜(屈折率2.0)を0.5μmの膜厚で形成している。尚、膜厚の範囲として、0.2μm〜1.2μm程度が品種によって使い分けられて形成される。
次に、図13(c)に示すように、層内レンズを形成するためのポジ型感光性I線レジスト13aを透明膜12a上にスピン塗布法によって0.5μmの膜厚で形成し、ホットプレートで90℃/60秒間の熱処理を行う。その際に、ポジ型感光性I線レジスト13aの膜厚は、下地の段差(金属配線11の膜厚)1.0μmよりも薄いため、光電変換部2における周辺回路部3側の端では、金属配線11の段差の影響によってポジ型感光性I線レジスト13aの膜厚は厚く、光電変換部2の中心に近づくに連れて薄くなっている。
次に、図14(d)に示すように、層内レンズを形成するためのガラスマスク14と波長365nmのI線ステッパーとを用いて露光する。その後、ホットプレートで110℃/60秒間の熱処理を行い、濃度2.38wt%のTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)でなるアルカリ現像液を用いて60秒間パドル現像を行った後、30秒間純水で水洗を行う。その結果、光電変換部2には、レジストパターン13bが形成される。このレジストパターン13bの高さおよび線幅は、塗布後のポジ型感光性I線レジスト13aの膜厚が光電変換部2の端から中心に向かって徐々に薄くなっているために、光電変換部2内でバラツキが生じている。
次に、図14(e)において、ホットプレートで150℃/60秒間の熱処理を行い、凸レンズ形状のレジストパターン13cを形成する。その際に、レジストパターン13cは、現像後のレジストパターン13bの形状を引き継ぎ、光電変換部2内で高さ,線幅およびレンズ曲率にバラツキが生じてしまう。さらに、上記熱処理を行った際に、レジストパターン13bの膜厚が厚いとリフロー後の線幅も大きくなるため、光電変換部2の端では、凸レンズ形状のレジストパターン13cがくっ付く場合がある。
次に、図14(f)において、凸レンズ形状のレジストパターン13cをマスクにして、透明膜12aに対して、レジストパターン13cと透明膜12aとの選択比が略1になる条件でドライエッチングを行う。その結果、凸レンズ形状のレジストパターン13cと略同一形状の層内レンズ12bが形成される。
このように、本従来例においては、凸レンズ形状のレジストパターン13cと略同一形状の層内レンズ12bが形成されるため、光電変換部2内で層内レンズ12bの形状にバラツキが発生し、固体撮像素子の集光率のバラツキや感度ムラなどの問題が発生することになる。
高段差を有する基板上に平坦な膜を形成する技術としては、上記CMP技術やスキャン塗布技術が挙げられる。
上記CMP技術は、半導体製造プロセスにおいては一般的な技術であるが、主にSiO2やSiNやW等の無機膜を平坦化するのが主流であり、カラーフィルター工程で使用される平坦化膜,カラーレジストおよびマイクロレンズ等の有機膜を上記CMPで平坦化することは困難である。
高段差を有する基板上に上記CMPを用いて平坦な膜を形成する技術としては、特開2003‐218342号公報(特許文献1)に開示された個体撮像素子の製造方法がある。この個体撮像素子の製造方法においては、電極パッド部の段差に伴い、カラーレジストやマイクロレンズをスピン塗布によって形成する際のチップ内あるいはウエハー面内での膜厚均一性を確保するために、カラーレジストやマイクロレンズを形成する前に、金属配線材料を成膜した後に上記CMPを行い、電極パッド部を平坦化するようにしている。しかしながら、上記特許文献1に開示された従来の個体撮像素子の製造方法においては、工程数が増加するという問題がある。
また、特開平8‐186241号公報(特許文献2)に開示された個体撮像装置においては、スクライブラインと光電変換部との段差を改善するために、マスクレイアウトを最適化し、スクライブラインと光電変換部との平坦化を同時に行って工程数の増加を抑制するようにしている。しかしながら、上記特許文献2に開示された従来の個体撮像装置では、平坦化技術は、上述した従来の固体撮像素子の製造方法の場合と同じであり、均一性向上や薄膜化の点においては、上記光電変換部と上記周辺回路部とが形成された上記半導体基板上にスピンコートして平坦化された上記第1の平坦化膜からの改善は期待できないという問題がある。
また、上記スキャン塗布技術は、特開2001‐168021号公報(特許文献3)に開示された液膜形成方法に記載されているように、スピン塗布ではなく、液体滴下ノズルをスキャンさせながら液体を塗布することによって、高段差上における均一な膜形成が可能になる技術である。しかしながら、上記特許文献3に開示された液膜形成方法は、成膜材料によって乾燥条件等の各種パラメータの最適値が異なるため、上記各種パラメータを最適化するのが困難であり、実用化の目処はまだ立ってはいないという問題がある。
そこで、この発明の課題は、高段差を有する基板上に平坦化膜,カラーレジストおよびマイクロレンズを含む有機膜が均一な厚みに形成されて、集光率の向上と感度ムラの改善と行うことができる固体撮像装置の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の固体撮像装置の製造方法は、
半導体基板上に光電変換部および周辺回路部を形成し、上記光電変換部と上記周辺回路部との上を層間絶縁膜によって平坦に覆う工程と、
上記周辺回路部上に位置する上記層間絶縁膜上に、金属配線を形成する工程と、
上記金属配線と上記層間絶縁膜とを含む全面に透明膜を形成する工程と、
上記金属配線上と上記層間絶縁膜上とに、上記半導体基板に対して略平行で且つ平坦な表面を有する感光性材料膜を形成する工程と、
少なくとも上記光電変換部上に位置する上記感光性材料膜の表面部を除去して、上記光電変換部上に平坦で且つ所定の膜厚を有する上記感光性材料膜を残す工程と、
上記光電変換部上に残った上記感光性材料膜に対してパターンニングを行う工程と、
上記パターンニングが行われた上記感光性材料膜に対して熱処理を行って、凸レンズ形状の感光性材料パターンを形成する工程と、
上記凸レンズ形状の感光性材料パターンに基づいて、上記透明膜に対してエッチングを行って層内レンズを形成する工程と
を含むことを特徴としている。
半導体基板上に光電変換部および周辺回路部を形成し、上記光電変換部と上記周辺回路部との上を層間絶縁膜によって平坦に覆う工程と、
上記周辺回路部上に位置する上記層間絶縁膜上に、金属配線を形成する工程と、
上記金属配線と上記層間絶縁膜とを含む全面に透明膜を形成する工程と、
上記金属配線上と上記層間絶縁膜上とに、上記半導体基板に対して略平行で且つ平坦な表面を有する感光性材料膜を形成する工程と、
少なくとも上記光電変換部上に位置する上記感光性材料膜の表面部を除去して、上記光電変換部上に平坦で且つ所定の膜厚を有する上記感光性材料膜を残す工程と、
上記光電変換部上に残った上記感光性材料膜に対してパターンニングを行う工程と、
上記パターンニングが行われた上記感光性材料膜に対して熱処理を行って、凸レンズ形状の感光性材料パターンを形成する工程と、
上記凸レンズ形状の感光性材料パターンに基づいて、上記透明膜に対してエッチングを行って層内レンズを形成する工程と
を含むことを特徴としている。
上記構成によれば、光電変換部上に平坦で且つ所定の膜厚を有する感光性材料膜を形成し、この感光性材料膜にパターンニングと熱処理とを行って凸レンズ形状の感光性材料パターンを形成し、この凸レンズ形状の感光性材料パターンに基づいて透明膜に対してエッチングを行って層内レンズを形成するようにしている。したがって、金属配線が形成されている周辺回路部と上記金属配線が形成されてはいない光電変換部とに大きな段差があるにも拘わらず、上記光電変換部に配列して形成された複数の層内レンズは、最も上記周辺回路部側に位置する上記層内レンズと上記光電変換部の中央部に位置する上記層内レンズとを含む総ての上記層内レンズは、略同じ所定の寸法のレンズ径を有している。
したがって、更にその上に形成される第1平坦化膜,カラーフィルターおよび第2平坦化膜が略均一な厚みに形成することが可能になり、例えば画素ピッチが小さくなって上記層内レンズの高精細化が図られても上記層内レンズの幅および高さの均一性を保つことができる。その結果、上記光電変換部の全体での光の集光率および感度のバラツキを小さくすることができる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記金属配線の膜厚は、0.8μm以上且つ1.5μm以下である。
上記金属配線の膜厚は、0.8μm以上且つ1.5μm以下である。
この実施の形態によれば、上記金属配線が形成されている上記周辺回路部と上記金属配線が形成されてはいない上記光電変換部とに0.8μm以上且つ1.5μm以下の大きな段差があっても、最も上記周辺回路部側に位置する上記層内レンズと上記光電変換部の中央部に位置する上記層内レンズとを含む総ての上記層内レンズを、略同じ所定の寸法のレンズ径を有するように形成することができる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記光電変換部上に形成された上記感光性材料膜の膜厚は1.1μm〜1.8μmである。
上記光電変換部上に形成された上記感光性材料膜の膜厚は1.1μm〜1.8μmである。
この実施の形態によれば、上記感光性材料膜における上記光電変換部上での膜厚を1.1μm〜1.8μmとすることによって、上記金属配線が形成されている上記周辺回路部と上記金属配線が形成されてはいない上記光電変換部とに0.8μm以上且つ1.5μm以下の大きな段差があっても、上記感光性材料膜を、上記金属配線上と上記層間絶縁膜上とを含む全面に、上記半導体基板に対して略平行で且つ平坦な表面を有するように形成することが可能になる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記光電変換部上に位置する上記感光性材料膜の表面部を除去する際における除去する部分の膜厚は、0.3μm以上且つ1.6μm以下である。
上記光電変換部上に位置する上記感光性材料膜の表面部を除去する際における除去する部分の膜厚は、0.3μm以上且つ1.6μm以下である。
この実施の形態によれば、上記光電変換部上に、0μm〜1.5μmの範囲内で所望の膜厚を有する上記感光性材料膜を残すことが可能になる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記感光性材料膜は、ポジ型の感光性材料であって、365nm以上且つ436nm以下の波長の光に対する光吸収特性を有する感光基とアルカリ現像液に可溶な樹脂とを含んで形成される。
上記感光性材料膜は、ポジ型の感光性材料であって、365nm以上且つ436nm以下の波長の光に対する光吸収特性を有する感光基とアルカリ現像液に可溶な樹脂とを含んで形成される。
この実施の形態によれば、例えば、上記感光性材料膜の表面部を除去する際には、365nm以上且つ436nm以下の波長の光とアルカリ現像液とを用いたフォトリソグラフィーによって、簡単に上記除去を行うことが可能になる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記感光基は、キノンアジド基を含む化合物である。
上記感光基は、キノンアジド基を含む化合物である。
この実施の形態によれば、キノンアジド基を含む化合物を上記感光基としたので、365nm以上且つ436nm以下の波長の光に感光してインデンカルボン酸に変化し、アルカリ可溶となる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記光電変換部上に位置する上記感光性材料膜に対する上記表面部の除去は、上記光電変換部上に位置する上記感光性材料膜に対して365nm以上且つ436nm以下の波長を有する光を照射した後、上記アルカリ現像液で処理することによって行う。
上記光電変換部上に位置する上記感光性材料膜に対する上記表面部の除去は、上記光電変換部上に位置する上記感光性材料膜に対して365nm以上且つ436nm以下の波長を有する光を照射した後、上記アルカリ現像液で処理することによって行う。
この実施の形態によれば、上記感光性材料膜に照射する365nm以上且つ436nm以下の波長の光のエネルギーを調整することによって、所望の膜厚の上記感光性材料膜を残すことが可能になる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記アルカリ現像液は、0.5wt%〜5.0wt%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含有している。
上記アルカリ現像液は、0.5wt%〜5.0wt%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含有している。
この実施の形態によれば、0.5wt%〜5.0wt%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含有している上記アルカリ現像液を用いるので、365nm以上で且つ436nm以下の波長の光に感光した上記感光性材料膜が溶解可能となる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記金属配線上と上記層間絶縁膜上とを含む全面に形成される上記感光性材料膜は、感光性レジスト膜であり、
上記凸レンズ形状の感光性材料パターンに基づく上記層内レンズの形成は、上記感光性材料パターンとしての感光性レジストパターンをマスクとして、上記透明膜に対して、上記感光性レジストパターンと上記透明膜との選択比が略1となる条件でエッチングを行うことによって行う。
上記金属配線上と上記層間絶縁膜上とを含む全面に形成される上記感光性材料膜は、感光性レジスト膜であり、
上記凸レンズ形状の感光性材料パターンに基づく上記層内レンズの形成は、上記感光性材料パターンとしての感光性レジストパターンをマスクとして、上記透明膜に対して、上記感光性レジストパターンと上記透明膜との選択比が略1となる条件でエッチングを行うことによって行う。
この実施の形態によれば、凸レンズ形状の感光性レジストパターンをマスクとして、上記透明膜に対して、上記感光性レジストパターンと上記透明膜との選択比が略1になる条件でエッチングを行うことによって、上記層内レンズを形成するので、上記凸レンズ形状の感光性レジストパターンと略同一形状の上記層内レンズを形成することが可能になる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記透明膜は、SiO2膜,SiN膜およびSiON膜のうちの何れか1つあるいは2以上の積層膜である。
上記透明膜は、SiO2膜,SiN膜およびSiON膜のうちの何れか1つあるいは2以上の積層膜である。
この実施の形態によれば、上記透明膜の材料をSiO2膜(屈折率1.4〜1.5),SiON膜(屈折率1.5〜1.9)およびSiN膜(屈折率1.9〜2.0)の中から何れかを選択することによって、光学設計の観点から、上記層内レンズの光屈折率を1.4〜2.0の範囲内で最適に設定することができる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記透明膜の膜厚は、0.2μm以上且つ1.0μm以下である。
上記透明膜の膜厚は、0.2μm以上且つ1.0μm以下である。
この実施の形態によれば、上記透明膜の膜厚を、光学設計の観点から、上記層内レンズの目的とするレンズ径に応じて、0.2μm〜1.0μmの範囲内で最適に設定することができる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記透明膜における可視光での光屈折率は1.4以上且つ2.2以下である。
上記透明膜における可視光での光屈折率は1.4以上且つ2.2以下である。
この実施の形態によれば、上記層内レンズとなる上記透明膜の材料として、SiO2(屈折率1.4〜1.5)やSiON(屈折率1.5〜1.9)やSiN(屈折率1.9〜2.0)を選択的に用いることが可能になり、光学設計の観点から、上記層内レンズの光屈折率を最適に設定することができる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記金属配線上と上記層間絶縁膜上とを含む全面に形成される上記感光性材料膜は、感光性ポリイミド膜であり、
上記凸レンズ形状の感光性材料パターンに基づく上記層内レンズの形成は、上記感光性材料パターンとしての感光性ポリイミドパターンに対して全面露光を行って、光吸収特性を失わせることによって行う。
上記金属配線上と上記層間絶縁膜上とを含む全面に形成される上記感光性材料膜は、感光性ポリイミド膜であり、
上記凸レンズ形状の感光性材料パターンに基づく上記層内レンズの形成は、上記感光性材料パターンとしての感光性ポリイミドパターンに対して全面露光を行って、光吸収特性を失わせることによって行う。
この実施の形態によれば、凸レンズ形状の感光性ポリイミドパターンに対して全面露光を行って、光吸収特性を失わせることによって、上記層内レンズを形成するので、光透過性に優れた上記層内レンズを、感光性ポリイミドを用いて少ない工程で形成することが可能になる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記感光性ポリイミド膜の膜厚は、0.2μm以上且つ1.0μmである。
上記感光性ポリイミド膜の膜厚は、0.2μm以上且つ1.0μmである。
この実施の形態によれば、上記感光性ポリイミド膜の膜厚を、光学設計の観点から、上記層内レンズの目的とするレンズ径に応じて、0.2μm〜1.0μmの範囲内で最適に設定することができる。
また、1実施の形態の固体撮像装置の製造方法は、
上記感光性ポリイミド膜における可視光での光屈折率は、1.4以上且つ2.2以下である。
上記感光性ポリイミド膜における可視光での光屈折率は、1.4以上且つ2.2以下である。
この実施の形態によれば、後に上記層内レンズとなる上記感光性ポリイミド膜の光屈折率を、光学設計の観点から、1.4〜2.2の範囲内で上記層内レンズの光屈折率を最適に設定することができる。
以上より明らかなように、この発明の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部上に平坦で且つ所定の膜厚を有する感光性材料膜を形成し、この感光性材料膜にパターンニングと熱処理とを行って凸レンズ形状の感光性材料パターンを形成し、この凸レンズ形状の感光性材料パターンに基づいて透明膜に対してエッチングを行って層内レンズを形成するので、金属配線が形成されている周辺回路部と上記金属配線が形成されてはいない光電変換部とに大きな段差があるにも拘わらず、上記光電変換部に配列して形成された複数の層内レンズを、最も上記周辺回路部側に位置する上記層内レンズと上記光電変換部の中央部に位置する上記層内レンズを含む総ての上記層内レンズが、略同じ所定の寸法のレンズ径を有するように形成できる。したがって、例えば画素ピッチが小さくなって上記層内レンズの高精細化が図られても上記層内レンズの幅および高さの均一性を保つことができ、上記光電変換部の全体での光の集光率および感度のバラツキを小さくすることができる。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
・第1実施の形態
図1は、本実施の形態の固体撮像装置としてのCCDイメージセンサーにおける概略を示す平面図である。図1において、一つのチップ1は、光を受光して電気信号に変換する光電変換部2とロジック回路を有する周辺回路部3とに大別される。これは、上述した従来のCCDイメージセンサーの場合と同様である。図2〜図4に、図1における各製造工程でのA‐A'矢視断面図を示す。ここで、図2(a)は、上記CCDイメージセンサーにおける上記カラーフィルター工程前での断面図である。
図1は、本実施の形態の固体撮像装置としてのCCDイメージセンサーにおける概略を示す平面図である。図1において、一つのチップ1は、光を受光して電気信号に変換する光電変換部2とロジック回路を有する周辺回路部3とに大別される。これは、上述した従来のCCDイメージセンサーの場合と同様である。図2〜図4に、図1における各製造工程でのA‐A'矢視断面図を示す。ここで、図2(a)は、上記CCDイメージセンサーにおける上記カラーフィルター工程前での断面図である。
先ず、図2(a)に従って、上記カラーフィルター工程に移行するまでの製造工程について説明する。
シリコン基板21からなる半導体ウエハーに、SiO2およびSiN膜を成膜した後、フォトリソグラフィー,ドライエッチングおよびロコス酸化を行って、シリコン基板21上に光電変換部2および周辺回路部3を形成する。次に、フォトリソグラフィーおよびイオン注入を繰り返し行って、受光部22および電荷転送部23を形成する。次に、CVD法によってポリシリコンを成膜し、その後フォトリソグラフィーおよびドライエッチングを行って、電荷転送部23上に転送電極24を形成する。次に、遮光膜25となるアルミニウム,アルミニウム合金,チタンあるいはタングステン等の高融点金属を、スパッタ法によって単層あるいは複層に形成する。その後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングを行って、受光部22上の遮光膜25を開口させる。次に、BPSG膜およびSiO2膜をプラズマCVD法を用いて形成し、その後、高温過熱によるリフロー処理および上記CMPを行って平坦な層間絶縁膜26を形成する。
次に、アルミニウム,アルミニウム合金,チタンまたはタングステン等の高融点金属を、スパッタ法によって単層あるいは複層に形成する。その後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングを行って、ロコス酸化膜27上に金属配線28を形成する。金属配線28としてアルミニウム合金を用い、その膜厚を1.0μmとしている。尚、金属配線28の膜厚は、0.8μm〜1.5μmの範囲から品種によって適宜選択すればよい。ここまでの工程は、図13(a)に示した一般的なCCDイメージセンサーの製造工程と同じであり、これ以降の工程が、上記カラーフィルター工程となる。
次に、図2(b)に示すように、層内レンズ材料となる透明膜29aを、プラズマCVD法によって金属配線28を含む全面に形成する。尚、透明膜29aの材料としては、SiO2膜(屈折率1.4〜1.5)やSiON膜(屈折率1.5〜1.9)やSiN膜(屈折率1.9〜2.0)等があり、光学設計の観点から屈折率と膜厚とを最適化する。ここでは、SiN膜(屈折率2.0)を0.5μmの膜厚で形成している。尚、透明膜29aの膜厚は、0.2μm〜1.0μmであることが望ましい。
次に、図2(c)に示すように、層内レンズを形成するためのポジ型感光性I線レジスト30aを透明膜29a上の全面に、スピン塗布法によって1.3μmの膜厚で形成する。このポジ型感光性I線レジスト30aの膜厚は、条件出しによって、光電変換部2と周辺回路部3とにおけるポジ型感光性I線レジスト30aの膜厚差が0になる条件とする。尚、条件出し手法は、以下の通りである。
すなわち、上記段差(膜厚差)の原因となる金属配線28を膜厚を0.8μm,1.0μm,1.2μmと変化させて基板上に形成し、この基板にポジ型感光性I線レジストをその塗布膜厚(光電変換部においてポジ型感光性I線レジストの表面がフラットになる位置での塗布膜厚:以下、フラット上での塗布膜厚と言う)を変えて形成する。そして、図5に示すように、周辺回路部と光電変換部とにおけるポジ型感光性I線レジストの膜厚差(以下、単に周辺回路部と光電変換部との膜厚差と言う)「b」を、段差測定機によって測定する。図6(a)〜図6(c)に、金属配線膜厚「c」毎に、上記フラット上での塗布膜厚「a」と、周辺回路部と光電変換部との膜厚差「b」との関係を示す。そして、図6(a)〜図6(c)から、周辺回路部と光電変換部との膜厚差bが「0」になるときの上記フラット上での塗布膜厚aを「段差が0になる塗布膜厚」として求め、図6(d)に示すような金属配線膜厚cと上記段差が0になる塗布膜厚との関係を求める。
図6(d)から分かるように、金属配線膜厚cと上記段差が0になる塗布膜厚とはリニアな関係にあり、本実施の形態のように金属配線28の膜厚=1.0μmの場合には、ポジ型感光性I線レジスト30aを塗布膜厚=1.3μmで塗布すれば、周辺回路部3と光電変換部2とにおけるポジ型感光性I線レジスト30aの膜厚差を0にできることが分かる。その場合におけるポジ型感光性I線レジスト30aの塗布膜厚1.3μmは、下地の段差(金属配線28の膜厚)1.0μmを完全に埋めることを目的とした最低の膜厚である。
ここで、上記ポジ型感光性I線レジスト30aの塗布膜厚は、下地の段差(金属配線28の膜厚)を上記0.8μm〜1.5μmとした場合には、1.1μm〜1.8μmとなる。
尚、上記ポジ型感光性I線レジスト30aは、ベース樹脂と感光基との混合物である。ここで、上記感光基は、キノンアジド基を含む芳香族ポリヒドロキシ化合物の1,2‐ナフトキノンジアジド‐5‐スルフォニルエステルであり、自体はアルカリ不溶であるが365nm〜436nmの波長の光に感光することによってアルカリ可溶となる。また、上記ベース樹脂は、アルカリ可溶のノボラック型フェノール樹脂である。
その後、ホットプレートで90℃/60秒間の熱処理を行う。
次に、図3(d)に示すように、上記光電変換部2のみにおけるポジ型感光性I線レジスト30aの表面側の一部を除去するため、光電変換部2を開口したガラスマスク31と、波長365nmのI線ステッパーと、を用いて露光する。その後、濃度が2.38wt%のTMAHでなるアルカリ現像液を用いて60秒間パドル現像を行い、さらに30秒間純水で水洗を行う。その結果、光電変換部2には、膜厚0.5μmのポジ型感光性I線レジスト30bが残存する。
ここで、上記光電変換部2に残存させるポジ型感光性I線レジスト30bの膜厚は、0.2μm〜1.0μmの範囲から、光学設計の観点より、形成する層内レンズのレンズ径に応じて選択すればよい。その際に、ポジ型感光性I線レジスト30aの表面側を除去する際における除去する部分の膜厚は、0.3μm〜1.6μmの範囲から、残存させるポジ型感光性I線レジスト30bの膜厚に応じて選択すればよい。
上記露光時の露光エネルギーは、80mJ/cm2である。この露光エネルギーは、事前の条件出しによって露光エネルギーとレジスト残存膜厚との関係を表すデータを取得し、所望の0.5μm膜厚のポジ型感光性I線レジスト30bを残存させるように設定した露光エネルギーである。上記事前の条件出しの結果を図7に示す。図7は、露光エネルギーを0mJ/cm2〜120mJ/cm2の範囲で変化させた場合における光電変換部でのポジ型感光性I線レジストのレジスト残存膜厚を、光学式膜厚測定機において測定した結果である。図7から分かるように、露光エネルギー:50mJ/cm2からレジスト残膜は急激に減少し、露光エネルギー:110mJ/cm2で上記レジスト残膜は0となる。ここで、本実施の形態においては、デバイスからの要求レジスト残膜が0.5μmであることから、露光エネルギーを80mJ/cm2に設定するのである。
次に、図3(e)に示すように、上記層内レンズを形成するためのガラスマスク32と波長365nmのI線ステッパーとを用いて露光する。その後、ホットプレートで110℃/60秒間の熱処理を行い、濃度が2.38wt%のTMAHでなるアルカリ現像液を用いて60秒間パドル現像を行った後、30秒間純水で水洗を行う。その結果、光電変換部2には、所望の矩形を有すると共に、マトリクス状に配列されたレジストパターン30cが形成される。その際に、周辺回路部3にはポジ型感光性I線レジスト30aを残存させ、光電変換部2には透明膜(SiN膜)29aを残存させるようにする。
次に、図3(f)において、ホットプレートで150℃/60秒間の熱処理を行い、凸レンズ形状のレジストパターン30dを形成する。その際に、この熱処理の熱処理条件によって上記凸レンズの曲率が変化する。そこで、レジストパターン30dの材料に合わせて上記熱処理条件を最適化することによって、所望の曲率のレジストパターン30dが形成可能となる。
次に、図4(g)において、凸レンズ形状のレジストパターン30dをマスクにして、透明膜29aに対して、ドライエッチングを行う。この場合におけるドライエッチングは、レジストパターン30dと透明膜29aとの選択比が略1になるエッチング条件で行うのが望ましく、具体的には、平行平板RIE(反応性イオンエッチング)により、反応ガスとしてC2F6/SF6/O2=55/55/60sccmを用い、圧力が300mT、RF(高周波パワー)が500Wの条件で行う。このように、選択比が略1となる条件で透明膜29aのエッチングを行うと、凸レンズ形状のレジストパターン30dと略同一形状の層内レンズ29bを形成することができるのである。
上述したように、本実施の形態においては、金属配線28を含む全面に透明膜29aを形成し、透明膜29a上の全面に光電変換部2と周辺回路部3とにおける膜厚差が0になるようにポジ型感光性I線レジスト30aを形成する。そして、光電変換部2上におけるポジ型感光性I線レジスト30aの表面側の一部を、フォトリソグラフィによって除去する。こうして、光電変換部2上に透明膜29aを介して平坦で且つ所定の膜厚を有するポジ型感光性I線レジスト30bを形成し、このポジ型感光性I線レジスト30bにパターンニングと熱処理とを行って凸レンズ形状のマトリクス状に配列されたレジストパターン30dを形成する。そして、この凸レンズ形状のレジストパターン30dをマスクとして選択比が略1になる条件でのドライエッチングを行って、光電変換部2上の透明膜29aにレジストパターン30dの凸レンズ形状を転写して、層内レンズ29bを形成するようにしている。
したがって、上記金属配線28が形成されている周辺回路部3と金属配線28が形成されていない光電変換部2とに大きな段差があるにも拘わらず、光電変換部2に配列して形成された複数の層内レンズ29bは、最も周辺回路部3側に位置する層内レンズ29bと光電変換部2の中央部に位置する層内レンズ29bとは、略同じ所定の寸法のレンズ径を有している。
すなわち、本実施の形態によれば、例えば画素ピッチが小さくなって層内レンズ29bの高精細化が図られても、層内レンズ29bの幅および高さの均一性を保つことができ、光電変換部2の全体での光の集光率および感度のバラツキを小さくすることができるのである。
また、上記透明膜29aは、SiO2膜,SiN膜およびSiON膜のうちの何れか1つあるいは2以上の積層膜で構成するようにしている。したがって、透明膜29aとして、屈折率が1.4〜1.5のSiO2膜、屈折率が1.5〜1.9のSiON膜、および、屈折率が1.9〜2.0のSiN膜のうちから何れかを選択することによって、光学設計の観点から、層内レンズ29bの光屈折率を1.4〜2.0の範囲内で最適に設定することができる。
また、上記金属配線28の膜厚は、0.8μm〜1.5μmになっている。したがって、金属配線28が形成されている周辺回路部3と金属配線28が形成されていない光電変換部2とに0.8μm〜1.5μmの大きな段差があっても、光電変換部2には、最も上記周辺回路部3側に位置する層内レンズ29bと光電変換部2の中央部に位置する層内レンズ29bとを、略同じ所定の寸法のレンズ径を有するようにできる。
・第2実施の形態
図1は、本実施の形態の固体撮像装置としてのCCDイメージセンサーにおける概略を示す平面図である。図1において、一つのチップ1は、光を受光して電気信号に変換する光電変換部2とロジック回路を有する周辺回路部3とに大別される。これは、上述した従来のCCDイメージセンサーの場合と同様である。図8および図9に、図1における各製造工程でのA‐A'矢視断面図を示す。ここで、図8(a)は、上記CCDイメージセンサーにおける上記カラーフィルター工程前での断面図である。
図1は、本実施の形態の固体撮像装置としてのCCDイメージセンサーにおける概略を示す平面図である。図1において、一つのチップ1は、光を受光して電気信号に変換する光電変換部2とロジック回路を有する周辺回路部3とに大別される。これは、上述した従来のCCDイメージセンサーの場合と同様である。図8および図9に、図1における各製造工程でのA‐A'矢視断面図を示す。ここで、図8(a)は、上記CCDイメージセンサーにおける上記カラーフィルター工程前での断面図である。
先ず、図8(a)に従って、上記カラーフィルター工程に移行するまでの製造工程について説明する。
シリコン基板41からなる半導体ウエハーに、SiO2およびSiN膜を成膜した後、フォトリソグラフィー,ドライエッチングおよびロコス酸化を行って、シリコン基板41上に光電変換部2および周辺回路部3を形成する。次に、フォトリソグラフィーおよびイオン注入を繰り返し行って、受光部42および電荷転送部43を形成する。次に、CVD法によってポリシリコンを成膜し、その後フォトリソグラフィーおよびドライエッチングを行って、電荷転送部43上に転送電極44を形成する。次に、遮光膜45となるアルミニウム,アルミニウム合金,チタンあるいはタングステン等の高融点金属を、スパッタ法によって単層あるいは複層に形成する。その後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングを行って、受光部42上の遮光膜45を開口させる。次に、BPSG膜およびSiO2膜をプラズマCVD法を用いて形成し、その後、高温過熱によるリフロー処理および上記CMPを行って平坦な層間絶縁膜46を形成する。
次に、アルミニウム,アルミニウム合金,チタンまたはタングステン等の高融点金属を、スパッタ法によって単層あるいは複層に形成する。その後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングを行って、ロコス酸化膜47上に金属配線48を形成する。金属配線48としてアルミニウム合金を用い、その膜厚を1.0μmとしている。尚、金属配線48の膜厚は、0.8μm〜1.5μmの範囲から品種によって適宜選択すればよい。ここまでの工程は、図13(a)に示した一般的なCCDイメージセンサーの製造工程と同じであり、これ以降の工程が、上記カラーフィルター工程となる。
次に、図8(b)に示すように、層内レンズ材料となる感光性ポリイミド49aを金属配線48上および層間絶縁膜46上の全面に、スピン塗布法によって1.3μmの膜厚で形成する。この感光性ポリイミド49aの膜厚は、条件出しによって、光電変換部2と周辺回路部3とにおける感光性ポリイミド49aの膜厚差が0になる条件とする。尚、条件出し手法は、以下の通りである。
すなわち、上記段差(膜厚差)の原因となる金属配線48を膜厚を0.8μm,1.0μm,1.2μmと変化させて基板上に形成し、この基板に感光性ポリイミドをその塗布膜厚(光電変換部において感光性ポリイミドの表面がフラットになる位置での塗布膜厚:以下、フラット上での塗布膜厚と言う)を変えて形成する。そして、図10に示すように、周辺回路部および光電変換部における感光性ポリイミドの膜厚差(以下、単に周辺回路部と光電変換部との膜厚差と言う)「e」を、段差測定機によって測定する。図11(a)〜図11(c)に、金属配線膜厚「f」毎に、上記フラット上での塗布膜厚「d」と周辺回路部と光電変換部との膜厚差「e」との関係を示す。そして、図11(a)〜図11(c)から、周辺回路部と光電変換部との膜厚差eが「0」になるときの上記フラット上での塗布膜厚dを「段差が0になる塗布膜厚」として求め、図11(d)に示すような金属配線膜厚fと上記段差が0になる塗布膜厚との関係を求める。
図11(d)から分かるように、上記金属配線膜厚cと上記段差が0になる塗布膜厚とはリニアな関係にあり、本実施の形態のように金属配線48の膜厚=1.0μmの場合には、感光性ポリイミド49aを塗布膜厚=1.3μmで塗布すれば、周辺回路部3と光電変換部2とにおける感光性ポリイミド49aの膜厚差を0にできることが分かる。その場合における感光性ポリイミド49aの塗布膜厚1.3μmは、下地の段差(金属配線48の膜厚)1.0μmを完全に埋めることを目的とした最低の膜厚である。
ここで、上記感光性ポリイミド49aの塗布膜厚は、下地の段差(金属配線48の膜厚)を上記0.8μm〜1.5μmとした場合には、1.1μm〜1.8μmとなる。
尚、上記感光性ポリイミド49aは、感光基としてキノンアジド基を含む、芳香族ポリヒドロキシ化合物の1,2‐ナフトキノンジアジド‐5‐スルフォニルエステルであり、樹脂としてはノボラック型フェノール樹脂である。また、感光性ポリイミド49aにおける可視光の光屈折率は、1.4〜2.2の範囲から光学設計の観点より選択すればよい。
次に、図8(c)に示すように、波長365nmのI線ステッパーを用い、マスク無しで全面露光する。その後、濃度2.38wt%のTMAHであるアルカリ現像液を用いて60秒間パドル現像を行った後、30秒間純水で水洗を行う。その結果、膜厚0.5μmの感光性ポリイミド49bが残存する。
ここで、上記光電変換部2に残存させる感光性ポリイミド49bの膜厚は、0.2μm〜1.0μmの範囲から、光学設計の観点より、形成する層内レンズのレンズ径に応じて選択すればよい。その際に、感光性ポリイミド49aの表面側を除去する際における除去する部分の膜厚は、0.3μm〜1.6μmの範囲から、残存させる感光性ポリイミド49bの膜厚に応じて選択すればよい。
上記露光時の露光エネルギーは、100mJ/cm2である。この露光エネルギーは、事前の条件出しによって露光エネルギーとレジスト残存膜厚とのデータを取得し、所望の0.5μm膜厚の感光性ポリイミド49bを残存させるように設定した露光エネルギーである。
次に、図9(d)に示すように、層内レンズを形成するためのガラスマスク50と波長365nmのI線ステッパーとを用いて露光する。その後、ホットプレートで110℃/60秒間の熱処理を行い、濃度2.38wt%のTMAHであるアルカリ現像液を用いて60秒間パドル現像を行った後、30秒間純水で水洗を行う。その結果、光電変換部2には、所望の矩形を有すると共に、マトリクス状に配列された感光性ポリイミドパターン49cが形成される。その際に、周辺回路部3には感光性ポリイミド49bを残存させて、保護膜とする。
次に、図9(e)において、ホットプレートで160℃/180秒間の熱処理を行い、凸レンズ形状の感光性ポリイミドパターン49dを形成する。その際に、この熱処理の熱処理条件によって上記凸レンズの曲率が変化する。そこで、感光性ポリイミドパターン49dの材料に合わせて上記熱処理条件を最適化することによって、所望の曲率の感光性ポリイミドパターン49dが形成可能となる。
その後、波長365nmのI線ステッパーを用い、マスク無しで全面露光し、感光性ポリイミドパターン49d中の上記感光基を分解させ、光吸収特性を失わせる。こうすることによって、感光性ポリイミドパターン49dに、層内レンズとして機能できる程度の透明性を確保することができるのである。
上述したように、本実施の形態においては、金属配線48を含む全面に、光電変換部2と周辺回路部3とにおける膜厚差が0になるように感光性ポリイミド49aを形成する。そして、感光性ポリイミド49a全体の表面側の一部を、フォトリソグラフィによって除去する。こうして、光電変換部2上に平坦で且つ所定の膜厚を有する感光性ポリイミド49bを形成し、この感光性ポリイミド49bにパターンニングと熱処理とを行って凸レンズ形状のマトリクス状に配列された感光性ポリイミドパターン49dを形成する。そして、この凸レンズ形状の感光性ポリイミドパターン49dに対して、波長365nmの光で全面露光して上記感光基を分解させ、光吸収特性を失わせて、層内レンズ49dを形成するようにしている。
したがって、上記金属配線48が形成されている周辺回路部3と金属配線28が形成されていない光電変換部2とに大きな段差があるにも拘わらず、光電変換部2に配列して形成された複数の層内レンズ49dは、最も周辺回路部3側に位置する層内レンズ49dと光電変換部2の中央部に位置する層内レンズ49dとは、略同じ所定の寸法のレンズ径を有している。
すなわち、本実施の形態によれば、例えば画素ピッチが小さくなって層内レンズ49dの高精細化が図られても、層内レンズ49dの幅および高さの均一性を保つことができ、光電変換部2の全体での光の集光率および感度のバラツキを小さくすることができるのである。
また、上記層内レンズ49dは、上記感光性ポリイミド49aに加工を施して形成されている。したがって、本実施の形態においては、上記第1実施の形態の場合のような上記透明膜を形成する必要はなく、感光性ポリイミド49aに対してフォトリソグラフィーおよび熱処理を施すことによって、層内レンズ49dを少ない工程で形成することができる。
また、表面側の一部がフォトリソグラフィによって除去された後の感光性ポリイミド49bの膜厚を、0.2μm〜1.0μmとしている。したがって、光学設計の観点から、層内レンズ49dの所望のレンズ径に応じて、0.2μm〜1.0μmの範囲内で最適に設定することができる。
また、上記感光性ポリイミド49aにおける可視光での光屈折率は、1.4〜2.2としている。したがって、光学設計の観点から、1.4〜2.2の範囲内で層内レンズ49dの光屈折率を最適に設定することができる。
図12は、上記各実施の形態を用いて形成されたCCDイメージセンサー(図12(a))と、図13および図14に示す従来の製造方法で形成された従来のCCDイメージセンサー(図12(b))との最終製品の断面図を示す。
図12(a)に示すように、上記各実施の形態を用いて形成されたCCDイメージセンサーは、上記第1実施の形態における図4(g)あるいは上記第2実施の形態における図9(e)のように層内レンズ51が形成された基板上に第1平坦化膜52が形成され、第1平坦化膜52上における層内レンズ51に対応する位置にグリーン,レッドおよびブルーあるいはイエロー,シアンおよびマゼンダからなる3色のカラーフィルター53が形成され、全面を覆って第2平坦化膜54が形成され、第2平坦化膜54上におけるカラーフィルター53に対応する位置にマイクロレンズ55が形成されて、最終製品が得られる。
図12(b)に示すように、上記従来のCCDイメージセンサーは、図12(a)の場合と同様に、図14(f)のように層内レンズ56が形成された基板上に第1平坦化膜57が形成され、第1平坦化膜57上における層内レンズ56に対応する位置に上記3色のカラーフィルター58が形成され、全面を覆って第2平坦化膜59が形成され、第2平坦化膜59上におけるカラーフィルター58に対応する位置にマイクロレンズ60が形成されて、最終製品が得られる。
図12(b)に示すように、上記従来のCCDイメージセンサーにおいては、光電変換部2の端部では線幅が大きく且つ高さも高い層内レンズ56が形成されており、一部の層内レンズ56同士がくっ付いている。近年の画素数の拡大によって画素ピッチも小さくなっており、光電変換部2全体で寸法および高さが均一な層内レンズ56を形成することが、益々困難になってきている。
これに対して、上記各実施の形態を用いて形成されたCCDイメージセンサーにおいては、図12(a)に示すように、層内レンズ51は、光電変換部2の端から中央にかけて線幅および高さが均一に形成されている。したがって、画素ピッチが小さくなった場合にも対処可能となる。尚、上記各実施の形態の場合には、層内レンズ51の外径は1.2μmであり、層内レンズ51間のスペースは0.4μmである。
その結果、上記各実施の形態を用いて形成されたCCDイメージセンサーによれば、光電変換部2全体で光の集光率および感度のバラツキが小さく、高性能なCCDイメージセンサーの形成が可能になるのである。
尚、上記各実施の形態においては、露光時に使用する光の波長を365nmとしている。しかしながら、365nmに限定されるものではなく、365nm〜436nmの範囲内の波長であればよい。要は、感光基としてキノンアジドを含む感光材料が感光する波長であればよいのである。
また、上記各実施の形態においては、上記アルカリ現像液におけるTMAH濃度を2.38wt%としている。しかしながら、2.38wt%に限定されるものではなく、0.5wt%〜5.0wt%の範囲内の濃度であればよい。
また、本発明は、固体撮像素子製造方法のみに限定したものではなく、高段差を有する半導体基板上にスピンコート法により膜を形成する工程、全てに適用可能である。
1…CCDイメージセンサーチップ、
2…光電変換部、
3…周辺回路部、
21,41…シリコン基板、
22,42…受光部、
23,43…電荷転送部、
24,44…転送電極、
25,45…遮光膜、
26,46…層間絶縁膜、
27,47…ロコス酸化膜、
28,48…金属配線、
29a…透明膜、
29b,51…層内レンズ、
30a,30b…ポジ型感光性I線レジスト、
30c,30d…レジストパターン、
31,32,50…ガラスマスク、
49a,49b…感光性ポリイミド、
49c…感光性ポリイミドパターン、
49d…凸レンズ形状の感光性ポリイミドパターン(層内レンズ)、
52…第1平坦化膜、
53…カラーフィルター、
54…第2平坦化膜、
55…マイクロレンズ。
2…光電変換部、
3…周辺回路部、
21,41…シリコン基板、
22,42…受光部、
23,43…電荷転送部、
24,44…転送電極、
25,45…遮光膜、
26,46…層間絶縁膜、
27,47…ロコス酸化膜、
28,48…金属配線、
29a…透明膜、
29b,51…層内レンズ、
30a,30b…ポジ型感光性I線レジスト、
30c,30d…レジストパターン、
31,32,50…ガラスマスク、
49a,49b…感光性ポリイミド、
49c…感光性ポリイミドパターン、
49d…凸レンズ形状の感光性ポリイミドパターン(層内レンズ)、
52…第1平坦化膜、
53…カラーフィルター、
54…第2平坦化膜、
55…マイクロレンズ。
Claims (15)
- 半導体基板上に光電変換部および周辺回路部を形成し、上記光電変換部と上記周辺回路部との上を層間絶縁膜によって平坦に覆う工程と、
上記周辺回路部上に位置する上記層間絶縁膜上に、金属配線を形成する工程と、
上記金属配線と上記層間絶縁膜とを含む全面に透明膜を形成する工程と、
上記金属配線上と上記層間絶縁膜上とに、上記半導体基板に対して略平行で且つ平坦な表面を有する感光性材料膜を形成する工程と、
少なくとも上記光電変換部上に位置する上記感光性材料膜の表面部を除去して、上記光電変換部上に平坦で且つ所定の膜厚を有する上記感光性材料膜を残す工程と、
上記光電変換部上に残った上記感光性材料膜に対してパターンニングを行う工程と、
上記パターンニングが行われた上記感光性材料膜に対して熱処理を行って、凸レンズ形状の感光性材料パターンを形成する工程と、
上記凸レンズ形状の感光性材料パターンに基づいて、上記透明膜に対してエッチングを行って層内レンズを形成する工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記金属配線の膜厚は、0.8μm以上且つ1.5μm以下である
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項1あるいは請求項2に記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記光電変換部上に形成された上記感光性材料膜の膜厚は、1.1μm〜1.8μmである
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項1から請求項3までの何れか一つに記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記光電変換部上に位置する上記感光性材料膜の表面部を除去する際における除去する部分の膜厚は、0.3μm以上且つ1.6μm以下である
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項1から請求項4までの何れか一つに記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記感光性材料膜は、ポジ型の感光性材料であって、365nm以上且つ436nm以下の波長の光に対する光吸収特性を有する感光基とアルカリ現像液に可溶な樹脂とを含んで形成される
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項5に記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記感光基は、キノンアジド基を含む化合物である
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項1から請求項6までの何れか一つに記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記光電変換部上に位置する上記感光性材料膜に対する上記表面部の除去は、上記光電変換部上に位置する上記感光性材料膜に対して365nm以上且つ436nm以下の波長を有する光を照射した後、上記アルカリ現像液で処理することによって行う
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項7に記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記アルカリ現像液は、0.5wt%〜5.0wt%のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含有している
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項1から請求項8までの何れか一つに記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記金属配線上と上記層間絶縁膜上とを含む全面に形成される上記感光性材料膜は、感光性レジスト膜であり、
上記凸レンズ形状の感光性材料パターンに基づく上記層内レンズの形成は、上記感光性材料パターンとしての感光性レジストパターンをマスクとして、上記透明膜に対して、上記感光性レジストパターンと上記透明膜との選択比が略1となる条件でエッチングを行うことによって行う
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項9に記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記透明膜は、SiO2膜,SiN膜およびSiON膜のうちの何れか1つあるいは2以上の積層膜である
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項9あるいは請求項10に記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記透明膜の膜厚は、0.2μm以上且つ1.0μm以下である
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項9から請求項11までの何れか一つに記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記透明膜における可視光での光屈折率は、1.4以上且つ2.2以下である
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項1から請求項8までの何れか一つに記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記金属配線上と上記層間絶縁膜上とを含む全面に形成される上記感光性材料膜は、感光性ポリイミド膜であり、
上記凸レンズ形状の感光性材料パターンに基づく上記層内レンズの形成は、上記感光性材料パターンとしての感光性ポリイミドパターンに対して全面露光を行って、光吸収特性を失わせることによって行う
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項13に記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記感光性ポリイミド膜の膜厚は、0.2μm以上且つ1.0μmである
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 請求項13あるいは請求項14に記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記感光性ポリイミド膜における可視光での光屈折率は、1.4以上且つ2.2以下である
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
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