JPH05183142A - カラーフィルタ付カラーイメージセンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カラーフィルタを有する半導体イメージセン
サの製造工程において、ボンディングパッド及びカラー
フィルタをエッチング等の際に保護する。 【構成】 受光素子１及びボンディングパッド部２が形
成された基板に、保護層３が形成される。その後、カラ
ーフィルタ４が形成され、さらにフォトレジスト層５が
形成される。開口部形成のため、フォトレジスト層５が
パターンニングされた後、開口部が形成される。カラー
フィルタ形成時には、ボンディングパッド部２が保護層
３によって保護され、開口部形成時にはフォトレジスト
層５によって、カラーフィルタ４が保護される。フォト
レジスト層５は、最終的に残存されるかあるいは除去さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルタが上面
に形成される表面保護層（パッシベーション膜）を有す
る半導体カラーイメージセンサの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、基板（サポート）の断面図であ
る。この基板には、半導体カラーイメージセンサが形成
される。この基板には、受光素子１とボンディングパッ
ド部２とが形成されている。保護層３は、前記ボンディ
ングパッド部２を避けて、基板上面を覆っている。カラ
ーフィルタ４は、それぞれが１つあるいは複数の染色さ
れたコーティング層からなり、受光素子１の位置と一致
して、前記保護層３の上に形成されている。

【０００３】図３（ａ）〜（ｄ）は、上記半導体カラー
イメージセンサの従来の製造方法の各工程を示してい
る。この従来方法では、カラーフィルタ４をコーティン
グ形成する前に、ボンディングパッド部２を覆う保護層
３が部分的に除去される（（ｃ）参照）。この従来方法
の欠点は、ボンディングパッド金属被覆が、洗浄、コー
ティング溶解、染色溶液浸水など、カラーフィルタ４形
成に至るあらゆる工程に晒されることである。結果とし
て、カラーフィルタ４の形成までの間、これらの各段階
で使用される化学薬品がボンディングパッド部２を構成
する金属に化学作用を及ぼし浸蝕し、またこれら薬品が
ボンディングパッド部２内にとどまり、接着されるパッ
ド側の金属と相互作用をしてしまうという問題を生じさ
せる。さらに、ボンディングパッド部２のため、保護層
３が部分的に取り除かれる結果、その後に保護層３上に
形成されるカラーフィルタ層４のコーティングが不均一
になるという問題も生じる。

【０００４】以下に述べる２つの特許には、カラーフィ
ルタの下に形成される層のパターンニングについて述べ
られている。

【０００５】まず、Tei 氏（他数名）による米国特許第
4,786,819 号には、接触型のカラーイメージセンサの製
造方法について述べられており、この方法では、(1) 受
光領域を有する複数の光電子変換素子を基板上に形成
し、(2) 一部の受光領域上に保護層を形成し、(3) 薄い
金属膜を挿入することによって、この被膜フィルム上に
光遮断フィルムを形成し、(4) 染色可能のポリマ層を形
成しこのポリマ層を染色することによって、各光電子変
換素子の残りの受光領域上にカラーフィルタを形成す
る、というステップからなる。この方法の欠点は、イメ
ージセンサが形成されるまでの複雑性にある。またこの
特許には、カラーフィルタ下の保護層中のコンタクトオ
ープニング（接続開口部）を形成するときに用いられる
パターンニングのステップに関しては、何ひとつ明確に
述べられていない。

【０００６】Harada氏の米国特許第4,783,691 号は、
「通常のエッチング技術」を使って、カラーフィルタ保
護層と、シリコンカーバイド層と、非結晶質のシリコン
光伝導体とを切り通すことを開示しているが、パターン
形成あるいはエッチングで用いられる方法については示
されていない。また、除去されるべき物資の多様性を考
えると、この方法もかなり複雑なものとなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
カラーイメージセンサ製造方法においては、カラーフィ
ルタの形成後に、ボンディングパッド用の開口部が形成
されていたため、ボンディングパッドを損傷させるおそ
れがあり、また形成されたカラーフィルタに悪影響を及
ぼすおそれがあった。よって、簡単な工程で、ボンディ
ングパッド及びカラーフィルタに影響を与えず、開口部
を巧みに形成できる製造方法が要望されていた。

【０００８】本発明の目的は、上記の問題を生じさせず
に、無機質の保護層におけるボンディングパッド部に接
続開口部（contact opening)を簡易に形成する方法を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、受光素子及びボンディングパッド部が形
成された基板上に保護層が形成されると共に前記保護層
上にカラーフィルタが形成されるカラーイメージセンサ
の製造方法において、前記基板に形成された前記受光素
子とボンディングパッド部とからなるアレイを覆う保護
層を形成する保護層形成工程と、前記保護層上にカラー
フィルタアレイを形成するフィルタ形成工程と、前記カ
ラーフィルタアレイ及びその他の露出部分を覆ってフォ
トレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記フ
ォトレジスト層に対し、ボンディングパッド部の上部を
開けるようにパターンを形成するパターン形成工程と、
ウエットエッチングによって、ボンディングパッド部の
上部部分の前記保護層を部分的に取り除き、ボンディン
グパッド部を剥き出しにする開口形成工程と、を含むこ
とを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、保護層上へカラーフィルタ
形成後に、そのカラーフィルタをフォトレジストで覆っ
て保護を図りつつ、そのフォトレジストに対し開口部形
成のためのパターンニングが行われ、その後、エッチン
グにより開口部が形成される。すなわち、開口部形成の
各工程において、カラーフィルタへの悪影響を防止でき
る。これと共に、カラーフィルタ形成時には、ボンディ
ングパット部を保護層で効果的に保護できる。つまり、
従来の複数の問題点を巧みに解消しつつ、簡易にイメー
ジセンサを製造できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００１２】図１には、本発明による製造方法の各工程
が示されている。なお、図１の構成と同一のものには同
じ番号が付けられている。

【００１３】図１（ａ）には、受光素子１を含むほぼ完
全なイメージセンサの構成が示されている。ボンディン
グパッド部２は、電気的接続のための配線の一部を構成
するものであり、外部の電子回路に接続するために使用
される。ボンディングパッド部２は、通常、アルミニウ
ムあるいはこれとの合金で作られるが、もちろん他の素
材でもよい。保護層３は、イメージセンサ装置全体を覆
っており、ホウ素、燐などのドープ剤を含むシリコン酸
化物あるいは酸素含有窒化シリコン（siliconoxynitrid
e）の層からなる（一層あるいは複数の層でもよい）。
この層は、センサを物理的なダメージから保護し、金属
の腐食を防ぐ働きをする。なお、保護層３は、透明材で
ある。

【００１４】図１（ｂ）には、前記保護層３の上にカラ
ーフィルタ４が形成された状態が示されている。受光素
子１の上部に、厳格な位置調整によって重ねられるこれ
らのカラーフィルタ４は、有機母材（有機マトリック
ス）内のフィルタ色素で構成され、多様な物質とプロセ
スを用いて作られる（Hartman の米国特許第4,315,978
号、Martinの特許第4,355,087 号、Pace and Bloodの特
許第4,764,670号を参照）。

【００１５】図１（ｃ）では、基板（サブストレート）
がフォトレジスト層５でコーティングされ、所定のパタ
ーンで露光が行われる。この露光は、従来の露光技術を
用いて行われる。コーティングは半導体分野における標
準的な厚さ（１−２μｍ）でなされるが、もちろんこれ
以外の厚さでも許容される。フォトレジスト層５には、
露光技術によって、保護層３の開口部形成のための、露
出開口が形成される。

【００１６】図３（ｄ）において、エッチングによっ
て、保護層３が部分的に除去され、その後、フォトレジ
スト層５が取り除かれる。なお、フォトレジスト層５
は、保護層３が部分的にエッチングされた後、あるいは
ウェハ基板の電子テスト後に除去してもよいし、カラー
フィルタ４上に保護膜として永久的に残されてもよい。
その場合、フォトレジスト層５は透明であることが必要
である。いずれにしても、保護層３のボンディングパッ
ド２上に開口部が形成される。

【００１７】この工程で、フォトレジスト層５を取り除
く必要がある場合には、ポジティヴ型フォトレジストを
使用せねばならない。ここで、フォトレジスト層５を構
成するフォトレジスト材料は、有機物にも無機物にもよ
く付着し、スペクトル的にも物理的にもカラーフィルタ
に逆作用しない溶媒によって容易に除去されることが条
件とされる。もし、いくつかのパッケージング過程を通
してウェハ上にフォトレジスト層５が残されるなら、当
然、フォトレジスト層５はこの処理過程に必要ないかな
る高温処理にも絶えられる必要がある。そのようなフォ
トレジストの材料としては、例えば、ＫＴＩ−８０９及
びＫＴＩ−８２０（KTI Chem.Corp.製）、ＨＰＲ−２０
４（Olin-Hunt Specialty Prod. 製）、ＰＲ−２１（J.
T. BakerChem.Co. 製）、ＡＺ−１３７５（American Ho
echst Corp.）などのような、市販のポジティヴ型フォ
トレジストが用いられる。一方、フォトレジスト層５と
しては、低いガラス転移点（融点）を有するフォトレジ
スト（例えばＫＴＩ−８０９、ＨＰＲ−２０４、ＡＺ−
１３７５）の方が高ガラス転移点のフォトレジストより
も焼き付け処理された後に簡単に除去されるので、好ま
しい。周知のように、ポジティブ型のフォトレジスト
は、露光された部分だけ光分解反応が生じるため、その
部分がエッチングにより除去される。一方、ネガティブ
型のフォトレジストは、露光された部分だけ架橋等が生
じ、このためエッチングに対して残存する。

【００１８】フォトレジスト層５の付着をよりよくする
ために、フォトレジスト層５のコーティングに先立っ
て、基板は前処理によってシリル化される。また、コー
ティング又は現像後にフォトレジスト層５を焼き付け処
理することによって、フォトレジスト層５の付着はさら
に改善される。これらの処理は、半導体分野においては
一般的なものである。フォトレジストコーティングがク
ロスリンクしないことを確かなものとするために、コー
ティングの現像後に紫外線露光を行うこともできる（こ
の処理はフォトレジスト層５がもうしばらく基板上に残
るか、あるいは加熱の必要がある場合にのみなされ
る）。

【００１９】フォトレジスト層５が、保護のための層と
して永久的に残される場合は、ポジティヴ型のフォトレ
ジストが使用されても、ネガティヴ型のフォトレジスト
が使用されてもよい。この時のフォトレジストの要件
は、有機物質にも無機物質にもよく付着し、スペクトル
の可視領域（400 −700 nm）で十分な透過性を有する
（少なくとも75％、好ましくは90％以上の透過率）こと
である。先に列挙したポジティヴ型のフォトレジスト
は、特にスペクトルのブルーの領域（400 −500 nm）で
わずかに着色されるが、これは許容範囲にあり、特にか
なり薄いコーティング（１μm より薄い）が用いられる
場合、許容される。その他の候補として、Shipley Micr
oposit 社のPlanarizing Layer SAL 110-PL1 のような
紫外線（ｄｅｅｐ ＵＶ）感応ポジティヴ型のフォトレ
ジストがあり、これはスペクトルの可視領域で完全な透
過性を有する。Kodak MicroRegist 747 のようなネガテ
ィヴ型のフォトレジストはわずかに黄色を帯びやすい
が、薄い層では許容できる。

【００２０】フォトレジスト層５を除去する場合は、無
機質の保護層３をエッチングするために用いられるプロ
セスにおいて、フォトレジスト層５自体を剥離してはな
らない。保護層３をエッチングするのにフルオレンベー
スプラズマ（fluorine-basedplasma ）によるエッチン
グ方法がとられる場合（これは半導体分野においては典
型的な方法なのであるが）、プラズマの化学的性質によ
って、酸素プラズマ剥離方法か過激なウェットストリッ
プ（湿式剥離）方法でしかフォトレジストが除去できな
いくらいにフォトレジストの硬化が引き起こされてしま
う。カラーフィルタ４がフォトレジスト同様に有機体ベ
ースであり、カラーフィルタ４上にエッチング防止膜が
ないとすると、カラーフィルタ４は物理的にダメージを
受け、色褪せ、酸化プラズマもしくは過激な湿式剥離溶
解によって浸蝕される。しかし、エッチング防止膜の挿
入はプロセスにかなりの複雑さを付加することになる。
したがって、エッチングの間、フォトレジストが逆性に
変化せず、低い溶解力のウェットストリップ方法などか
なり穏やかな処理法によって除去されるような（被膜）
ウェットエッチング方法が用いられるのが好ましい。

【００２１】無機被膜物質の好ましい除去法であるウェ
ットエッチングは、基板を適切なエッチング用腐食液槽
に浸すことによって遂行されるものである。シリコン酸
化層に対し、この溶液は、フッ化アンモニウムとフッ化
水素を含む緩衝剤処理されたフッ化水素溶液、フッ化ア
ンモニウムと酢酸との混合液、商業的に入手可能のどん
なエッチング用溶液でもよい。エッチング用腐食液はま
た、グリセロール、酢酸、付加アルミニウムなどを含む
添加剤も含み、この添加剤によって腐食液によるボンデ
ィングパッド金属被膜の浸蝕は最小にされる。

【００２２】ウェットエッチングが好ましい方法である
からには、エッチング過程を通してフォトレジスト層５
が高い付着性を持ち、完全さを維持することが必要とさ
れる。一般的には、フォトレジストは無機物質（金属、
酸化物など）に付着するように作られているが、このケ
ースではフォトレジストは無機物保護層３および、カラ
ーフィルタ４やその他の有機平坦層といった有機物保護
層の双方に接着せねばならない。

【００２３】保護層３が部分的にエッチングされた後で
フォトレジスト層５が取り除かれる場合は、基板（ウエ
ハがチップ化された後で除去処理が行われた場合は、個
々のチップ）は適切な溶剤に浸されるかスプレイされ
る。フォトレジスト除去工程は、保護層３のエッチング
ステップが完了次第行われるか、あるいは、切り目を入
れ、台に接着され、ワイヤー接続された後に行われても
よい。どのようなフォトレジスト除去溶液を使用するか
の選択は、ポリマーの母材とカラーフィルタに使用され
る色素によって決まる。一種類の溶液でも、順番に２種
類、あるいはそれ以上の液体を使用しても、混合溶液を
使用してもよい。この方式では、フィルタアレイにダメ
ージを与えずにフォトレジスト層５を除去できるよう
に、溶解度が調節される。

【００２４】フォトレジスト層５の除去過程はカラーフ
ィルタのスペクトルあるいは物理的特性に影響を及ぼし
てはならない（つまり、縮み、分解、付着力の喪失など
があってはならない）。フォトレジスト層５のウェット
剥離は、通常アセトンおよび／あるいはＮメチルピロリ
ジオン（ＮＭＰ）などのかなり強い溶媒を含む市販の剥
離溶液で行われる。アセトンのような低沸点の溶媒を使
用すると、急激な乾燥度のせいでカラーフィルタが濁っ
たり、ひび割れたりする。ＮＭＰなどその他の溶媒は、
多くのカラーフィルタ構成物質の隆起を引き起こし、結
果として、フィルタの歪み、付着率の低下、レイヤーか
らの色度の剥奪などが生じる。フォトレジスト現像液そ
のものの使用は、この液体が非常に高い塩基であり、標
準的なゲルあるいは染色カラーフィルタ母材からほとん
どの水溶性の色素を取り除いてしまうので、上記選択の
範囲には入らない。カラーフィルタ４上に別の保護膜を
コーティングすれば除去溶液の浸透を防ぐことができる
が、これはさらにプロセスを複雑にする。好ましい方法
は、フォトレジスト層５を十分除去できるがカラーフィ
ルタ４に影響するほどには強くないという、一種類の溶
液あるいは何種類かの混合溶液を用ることである。

【００２５】いくつかのフォトレジストの溶剤による除
去方法の好ましい例を以下に挙げる。

【００２６】サイクロヘキサノン（沸点１３５℃）はそ
れ自身でほとんどのフォトレジスト層５を除去し、カラ
ーフィルタ４が影響を受けないだけゆっくりと乾燥す
る。場合によっては、カラーフィルタ４の構成要素次第
で、ＮＭＰを使用することも可能である。しかしなが
ら、ＮＭＰの高沸点（２０２℃）のせいで、時として適
切な時間内に基板盤を乾燥させるのが困難となり、乾燥
の度合いをスピードアップして処理時間を短縮するため
には、ＮＭＰに浸した後、水洗いしなければならない。
アセトン（沸点５６℃）はカラーフィルタ４表面のひび
割れや濁りを引き起こすが、乾燥の度合いを遅めるため
に、アセトンリンスの直後に、混和性の高沸点溶液（例
えば水）で洗い流せば、ひび割れなどの影響は最小限に
抑えられる。溶剤の混合については、たとえばｎーブタ
ノールはある程度までカラーフィルタ４のひび割れを引
き起こすが、ｎーブタノールと、フォトレジストを必ず
しも溶解できなくてもよい混和性の高沸点溶液、たとえ
ばキシレン（沸点１４０℃）との混合溶液は、カラーフ
ィルタ４を浸食せずにうまくフォトレジスト層５を除去
する。１０％程度の濃度のｎーブタノール溶液も使用さ
れてきたが、もう少し高い濃度（２０％以上）の溶液を
使用した方が、フォトレジスト層５のフォトレジスト分
解が迅速に進むので好ましい。

【００２７】以上のプロセスの第１の利点は、カラーフ
ィルタ４に対する「エッチング阻止」のための特別の処
理がまったく必要とされないので、カラーフィルタ４生
成以前に保護層３をエッチングするという従来方法と同
じステップ数で迅速に処理できることである。

【００２８】また、様々なテストステップやパッケージ
ングステップを通して基板上に残るレジスト層を設ける
ことによって汚濁や物理的な浸食から受光素子１を保護
し、さらに電気テストが遂行されるようにボンディング
パッド２ヘの接続を設けたことも、本発明の利点であ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カラーイメージセンサの製造において、カラーフィルタ
形成の際にボンディングパット部を保護できると共に、
開口部形成の際にカラーフィルタを保護できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るカラーイメージセンサの各製造工
程を示す図である。

【図２】半導体カラーイメージセンサが形成されている
基板の断面図である。

【図３】図２に示された半導体カラーイメージセンサの
製造工程を示した図である。

【符号の説明】

１ 受光素子 ２ ボンディングパッド部 ３ 保護層 ４ カラーフィルタ ５ フォトレジスト層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光素子及びボンディングパッド部が形
   成された基板上に保護層が形成されると共に前記保護層
   上にカラーフィルタが形成されるカラーイメージセンサ
   の製造方法において、 (a) 前記基板に形成された前記受光素子とボンディング
   パッド部とからなるアレイを覆う無機質の保護層を形成
   する保護層形成工程と、 (b) 前記保護層上にカラーフィルタアレイを形成するフ
   ィルタ形成工程と、 (c) 前記カラーフィルタアレイ及びその他の露出部分を
   覆ってフォトレジスト層を形成するレジスト層形成工程
   と、 (d) 前記フォトレジスト層に対し、前記ボンディングパ
   ッド部の上部を開けるように露光によってパタ−ンを形
   成するパターン形成工程と、 (e) ウエットエッチングによって、前記ボンディングパ
   ッド部の上部部分の前記保護層を部分的に取り除き、ボ
   ンディングパッド部を剥き出しにする開口形成工程と、 を含むことを特徴とするカラーフィルタ付カラーイメー
   ジセンサの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の製造方法において、 さらに、前記フォトレジスト層を除去するレジスト除去
   工程を含むことを特徴とするカラーフィルタ付カラーイ
   メージセンサの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の製造方法において、 前記フォトレジスト層は、ポジティヴ型のフォトレジス
   トで構成されたことを特徴とするカラーフィルタを有す
   るカラーイメージセンサの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の製造方法において、 前記フォトレジスト層は、ネガティヴ型のフォトレジス
   トで構成されたことを特徴とするカラーフィルタ付カラ
   ーイメージセンサの製造方法。
5. 【請求項５】 請求項２記載の製造方法において、 前記レジスト除去工程において、 前記フォトレジスト層の除去は、ｎ−ブタノールとキシ
   レンとの混合液を使用することによってなされることを
   特徴とするカラーフィルタ付カラーイメージセンサの製
   造方法。