JP6120579B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の固体撮像装置の製造方法における他の態様は、半導体基板の上面に複数の受光部が設けられた固体撮像装置の製造方法であって、前記半導体基板の上方であって、前記複数の受光部のうちの第1の受光部の上方領域に、第1のカラーフィルタ層を形成する工程と、前記第1のカラーフィルタ層における上面および側面に、犠牲膜層を形成する工程と、前記半導体基板の上方であって、前記第1の受光部と隣接する第2の受光部の上方領域に、前記犠牲膜層のうちの前記第1のカラーフィルタ層の上面の少なくとも一部を露出するように第2のカラーフィルタ層を形成する工程と、前記第1のカラーフィルタ層および前記第2のカラーフィルタ層の上に、前記第1のカラーフィルタ層の上面の上に形成されている前記犠牲膜層を露出させる開口を有する封止用層を形成する工程と、前記封止用層の前記開口を通じて、前記犠牲膜層をエッチングによって除去することにより、前記第1のカラーフィルタ層と前記第2のカラーフィルタ層との間に中空部を形成する工程と、前記封止用層を加熱して軟化させ、前記中空部の上部を前記封止用層の材料で封止する封止層を形成する工程とを含む。
また、本発明の固体撮像装置の製造方法におけるその他の態様は、半導体基板の上面に複数の受光部が設けられた固体撮像装置の製造方法であって、前記半導体基板の上方であって、前記複数の受光部のうちの第1の受光部の上方領域に、第1のカラーフィルタ層を形成する工程と、前記第1のカラーフィルタ層の側面に犠牲膜層を形成する工程と、前記半導体基板の上方であって、前記第1の受光部と隣接する第2の受光部の上方領域に、前記犠牲膜層と接するように第2のカラーフィルタ層を形成する工程と、前記第1のカラーフィルタ層および前記第2のカラーフィルタ層の上に、前記犠牲膜層を露出させる開口を有する封止用層を形成する工程と、前記封止用層の前記開口を通じて、前記犠牲膜層をエッチングによって除去することにより、前記第1のカラーフィルタ層と前記第2のカラーフィルタ層との間に中空部を形成する工程と、前記封止用層を加熱して軟化させ、前記中空部が前記封止用層の材料で充填されないように、前記中空部の上部を前記封止用層の材料で封止する封止層を形成する工程とを含む。
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
始めに、半導体基板SBの表面(上面)に、例えば2次元行列状に複数の受光部1を形成する。ここで、半導体基板SBは、例えばシリコン基板であり、受光部1は、例えば光電変換素子(フォトダイオード)である。
次いで、半導体基板SB上に、多層配線構造MIを形成する。この多層配線構造MIは、例えば、半導体基板SB上に、第1の層間絶縁層3a、第1の配線層2a、第2の層間絶縁層3b、第2の配線層2b、第3の層間絶縁層3c、第3の配線層2c、及び、第4の層間絶縁層3dを順次形成することで作製される。また、図1(A)に示す例では、第4の層間絶縁層3dの上面は平坦化されているが、平坦化されていなくてもよい。ここで、第1の層間絶縁層3a〜第4の層間絶縁層3dをまとめて「層間絶縁層3」とし、第1の配線層2a〜第3の配線層2cをまとめて「配線層2」とする。また、配線層2は、いわゆるダマシン法(下地の層間絶縁層3に溝を形成し、当該溝に配線層2となる金属層を埋め込む方法)によって形成されても、いわゆるエッチング法(下地の層間絶縁層3上に金属層を形成した後、当該金属層をエッチングによりパターン形成する手法)によって形成されてもよい。また、層間絶縁層3は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物或いはシリコン酸窒化物の無機材料で形成されている。本実施形態においては、層間絶縁層3は、シリコン酸化物で形成されているものとする。
次いで、多層配線構造MI上に、第1の平坦化層4を形成する。この第1の平坦化層4は、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。
次いで、第1の平坦化層4上に、フォトリソグラフィー法を用いて、第1のカラーフィルタ層5、第2のカラーフィルタ層6、及び、第3のカラーフィルタ層7を形成する。ここで、各カラーフィルタ層5〜7は、各受光部1の上方に各受光部1に対応して設けられており、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。また、図1(A)に示す例では、各カラーフィルタ層5〜7は、略同じ膜厚で形成されているが、異なる膜厚で形成されていてもよい。なお、カラーフィルタ層の種類に関しては、いわゆる原色系のカラーフィルタ層であってもよいし、いわゆる補色系のカラーフィルタ層であってもよい。また、カラーフィルタ層の配列に関しては、図1に示す態様に限定されるものではなく、例えばベイヤー配列等の配列であってもよい。
次いで、図1(E)に示すように、第2の平坦化層11上であって各受光部1の上方領域に、マイクロレンズ12を形成する。このマイクロレンズ12は、例えばアクリル樹脂系の材料で形成されている。
なお、図1に示す例では、第2の平坦化層11を設けるようにしているが、本実施形態においてはこの態様に限定されるものではなく、例えば、11及び12に示す構成をマイクロレンズとして一体的に形成するようにしてもよい。
かかる構成によれば、封止用層8を、中空部9をエッチングにより形成する際のマスクとして用いるとともに中空部9の開口を封止する封止層として用いている。また、封止用層8を加熱して軟化させさることにより中空部9を封止するようにしている。これにより、固体撮像装置に中空部を形成する際に、その形成プロセスの簡素化を実現することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図2(A)において、第1の平坦化層4以下の構成は、第1の実施形態における図1(A)と同様であるため、説明を省略する。
第1の平坦化層4を形成した後、図2(A)に示すように、第1の平坦化層4上であって図2(A)の中央に位置する受光部1の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第1のカラーフィルタ層5を形成する。
次いで、図2(G)に示すように、第2の平坦化層11上であって各受光部1の上方領域に、マイクロレンズ12を形成する。
なお、図2に示す例では、第2の平坦化層11を設けるようにしているが、本実施形態においてはこの態様に限定されるものではなく、例えば、11及び12に示す構成をマイクロレンズとして一体的に形成するようにしてもよい。
かかる構成によれば、封止用層8を加熱して軟化させさることにより中空部9を封止するようにしているため、固体撮像装置に中空部を形成する際に、その形成プロセスの簡素化を実現することができる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
図3(A)において、第1の平坦化層4以下の構成は、第1の実施形態における図1(A)と同様であるため、説明を省略する。
第1の平坦化層4を形成した後、図3(A)に示すように、第1の平坦化層4上であって図3(A)の中央に位置する受光部1の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第1のカラーフィルタ層5を形成する。
次いで、図3(I)に示すように、第2の平坦化層11上であって各受光部1の上方領域に、マイクロレンズ12を形成する。
なお、図3に示す例では、第2の平坦化層11を設けるようにしているが、本実施形態においてはこの態様に限定されるものではなく、例えば、11及び12に示す構成をマイクロレンズとして一体的に形成するようにしてもよい。
かかる構成によれば、封止用層8を加熱して軟化させさることにより中空部9を封止するようにしているため、固体撮像装置に中空部を形成する際に、その形成プロセスの簡素化を実現することができる。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
図4(A)において、第1の平坦化層4以下の構成は、第1の実施形態における図1(A)と同様であるため、説明を省略する。
第1の平坦化層4を形成した後、図4(A)に示すように、第1の平坦化層4上であって図4(A)の中央に位置する受光部1の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第1のカラーフィルタ層5を形成する。
次いで、図4(H)に示すように、第2の平坦化層11上であって各受光部1の上方領域に、マイクロレンズ12を形成する。
なお、図4に示す例では、第2の平坦化層11を設けるようにしているが、本実施形態においてはこの態様に限定されるものではなく、例えば、11及び12に示す構成をマイクロレンズとして一体的に形成するようにしてもよい。
かかる構成によれば、封止用層8を加熱して軟化させさることにより中空部9を封止するようにしているため、固体撮像装置に中空部を形成する際に、その形成プロセスの簡素化を実現することができる。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。
図5(A)において、配線層2及び層間絶縁層3からなる多層配線構造MI以下の構成は、第1の実施形態における図1(A)と同様であるため、説明を省略する。
多層配線構造MIを形成した後、図5(A)に示すように、多層配線構造MI(第4の層間絶縁層3d)の上面上に、各受光部1の両側の上方領域を開口する封止用層8を形成する。即ち、封止用層8は、多層配線構造MIの上面上に形成され、複数の受光部1の各受光部間の上方領域に開口を有するものである。本実施形態では、例えば、フォトリソグラフィー法を用いて封止用層8を形成することを想定しているが、本発明においてはこの形態に限られない。例えば、多層配線構造MIの上面上に有機材料層を形成し、当該有機材料層上に各受光部1の両側の上方領域を開口するレジストを形成し、当該レジストをマスクとしたエッチングにより有機材料層に開口を形成して、封止用層8を形成してもよい。
次いで、図5(F)に示すように、第2の平坦化層11上に、マイクロレンズ12を形成する。
なお、図5に示す例では、第2の平坦化層11を設けるようにしているが、本実施形態においてはこの態様に限定されるものではなく、例えば、11及び12に示す構成をマイクロレンズとして一体的に形成するようにしてもよい。
かかる構成によれば、封止用層8を、中空部9をエッチングにより形成する際のマスクとして用いるとともに中空部9の開口を封止する封止層として用いている。また、封止用層8を加熱して軟化させさることにより中空部9を封止するようにしている。これにより、固体撮像装置に中空部を形成する際に、その形成プロセスの簡素化を実現することができる。
また、例えば、上述した第1〜第4の実施形態に係る固体撮像装置(固体撮像素子)100において、多層配線構造MI(層間絶縁層3)と第1の平坦化層4との間であって各受光部1の上方領域に、インナーレンズ(層内レンズ)を設けるようにしてもよい。一例として、例えばシリコン窒化物からなる上に凸のインナーレンズを設ける。このように、インナーレンズを設けることにより、当該インナーレンズとマイクロレンズ12とを組み合わせることで、各受光部1への集光効率を向上させることができる。
Claims (9)
- 半導体基板の上面に複数の受光部が設けられた固体撮像装置の製造方法であって、
前記半導体基板の上方に、カラーフィルタ層を形成する工程と、
前記カラーフィルタ層の上に、複数の開口を有する封止用層を形成する工程と、
前記複数の受光部の各受光部間の上方領域であって、前記カラーフィルタ層に複数の中空部を形成する工程と、
前記封止用層を加熱して軟化させ、前記複数の中空部を残存させつつ、前記複数の中空部の上部を前記封止用層の材料で封止する封止層を形成する工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記封止用層の前記複数の開口は、前記複数の受光部の各受光部間の上方領域に形成され、
前記複数の中空部は、前記封止用層をマスクとしたエッチングにより、前記カラーフィルタ層における前記複数の受光部の各受光部間の上方領域に形成されることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 半導体基板の上面に複数の受光部が設けられた固体撮像装置の製造方法であって、
前記半導体基板の上方であって、前記複数の受光部のうちの第1の受光部の上方領域に、第1のカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記第1のカラーフィルタ層における上面および側面に、犠牲膜層を形成する工程と、
前記半導体基板の上方であって、前記第1の受光部と隣接する第2の受光部の上方領域に、前記犠牲膜層のうちの前記第1のカラーフィルタ層の上面の少なくとも一部を露出するように第2のカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記第1のカラーフィルタ層および前記第2のカラーフィルタ層の上に、前記第1のカラーフィルタ層の上面の上に形成されている前記犠牲膜層を露出させる開口を有する封止用層を形成する工程と、
前記封止用層の前記開口を通じて、前記犠牲膜層をエッチングによって除去することにより、前記第1のカラーフィルタ層と前記第2のカラーフィルタ層との間に中空部を形成する工程と、
前記封止用層を加熱して軟化させ、前記中空部の上部を前記封止用層の材料で封止する封止層を形成する工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 半導体基板の上面に複数の受光部が設けられた固体撮像装置の製造方法であって、
前記半導体基板の上方であって、前記複数の受光部のうちの第1の受光部の上方領域に、第1のカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記第1のカラーフィルタ層の側面に犠牲膜層を形成する工程と、
前記半導体基板の上方であって、前記第1の受光部と隣接する第2の受光部の上方領域に、前記犠牲膜層と接するように第2のカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記第1のカラーフィルタ層および前記第2のカラーフィルタ層の上に、前記犠牲膜層を露出させる開口を有する封止用層を形成する工程と、
前記封止用層の前記開口を通じて、前記犠牲膜層をエッチングによって除去することにより、前記第1のカラーフィルタ層と前記第2のカラーフィルタ層との間に中空部を形成する工程と、
前記封止用層を加熱して軟化させ、前記中空部が前記封止用層の材料で充填されないように、前記中空部の上部を前記封止用層の材料で封止する封止層を形成する工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記封止用層は、有機材料からなるものであり、
前記封止用層を前記加熱する際の温度は、110℃以上250℃以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記封止用層の厚みは、前記中空部の幅よりも厚いことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記複数の受光部の各受光部の上方にマイクロレンズを形成する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記複数の受光部の各受光部上に導波路を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記複数の受光部の各受光部の上方にインナーレンズを形成する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
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