JP3959710B2

JP3959710B2 - 固体撮像装置の製造方法

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Publication number: JP3959710B2
Application number: JP2002025951A
Authority: JP
Inventors: 太知名取; ひとみ上家; 祥哲東宮
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: JP2003229551A

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（ＣＦ_４）及び酸素ガス（Ｏ_２）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。

Claims

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。
前記第２の工程は、前記ボンディングパッド部を含む前記半導体基板の上面に平坦化膜を形成した後に、その平坦化膜の上面に前記オンチップマイクロレンズを形成す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。
前記第２の工程は、前記平坦化膜の上面に透明なレンズ材からなる有機系膜を形成し、その有機系膜の上面にマイクロレンズ形状の感光性樹脂膜を形成し、前記有機系膜に前記マイクロレンズ形状を転写して前記オンチップマイクロレンズを形成することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第２の工程は、異方性プラズマドライエッチング処理によって前記有機系膜に前記マイクロレンズ形状を転写することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第４の工程は、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。
前記第４の工程は、プラズマパワーをゼロ、チャンバー温度を１００℃以下の条件で前記プラズマドライエッチング処理を行なうことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記プラズマドライエッチング処理によって前記レジストの上面に形成された硬化膜をアッシング処理によって除去する第５の工程をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第５の工程によるアッシング処理の後に、溶解性及び揮発性の低い有機溶剤によって前記レジストを除去して前記オンチップマイクロレンズを露出させる第６の工程をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第５の工程は、チャンバー温度を１００℃以下の条件で酸素ガスのみを用いて前記アッシング処理を行うことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第１の工程と前記第２の工程との間にカラーフィルタ膜を形成する工程を有す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。