(57)【要約】【課題】回転塗布によるウエハ面内での塗布物の膜厚の均一性を高める。【解決手段】ウエハ１０１におけるチップ領域５２外の外周部５３において環状に凸部１０１ａが形成された状態で、ウエハ１０１上に塗布物としてのカラーレジスト４１Ｒ’を回転塗布する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハにおけるチップ領域外の外周部において環状に凸部が形成された状態で、前記ウエハ上に塗布物を回転塗布することを特徴とする回転塗布方法。
【請求項２】
カラーフィルタ層を有する固体撮像素子の製造方法であって、
ウエハにおけるチップ領域外の外周部において環状に凸部が形成された状態で、前記ウエハ上に前記カラーフィルタ層となる塗布物を回転塗布する段階を、備えたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
ウエハにおけるチップ領域外の外周部において環状に凸部が形成された状態で、前記ウエハ上に塗布物を回転塗布する段階を、備えたことを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レジスト等の塗布物をウエハ上に回転塗布する回転塗布方法、並びに、これを用いた固体撮像素子の製造方法及びデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラや電子スチルカメラなどには、ＣＣＤ型、ＣＭＯＳ型等の固体撮像素子が使用されている。このような固体撮像素子では、カラー画像を得るために、光電変換部の上方にオンチップでカラーフィルタ層が形成されている（例えば、下記特許文献１）。通常は、このカラーフィルタ層は、顔料等の色素を有するカラーレジストを回転塗布（スピンコート）し、このカラーレジストを露光・現像してパターニングすることによって、形成されている。
【０００３】
また、固体撮像素子以外の半導体デバイスやその他の種々のデバイスを製造する際にも、種々の塗布物がウエハ上に回転塗布されている。例えば、回路パターン等をフォトリソグラフィにより形成する際に用いるレジストを、ウエハ上に塗布する場合に、前記レジストが塗布物としてウエハ上に回転塗布されている。また、絶縁膜としてスピンオングラス（ＳＯＧ）膜を用いる場合、スピンオングラスが塗布物としてウエハ上に回転塗布されている。
【０００４】
下記特許文献２には、レジスト等の塗布物の回転塗布に用いられる回転塗布装置の例が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１７９７２８号公報
【特許文献２】特開平１１−１９５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転塗布は、ウエハの内周部と外周部とでは線速度が異なるため、回転塗布でウエハ上に形成された塗布物の膜厚は、ウエハ中心から外周に向かって次第に薄くなる傾向の分布を持つ。ところが、従来の回転塗布方法では、この分布に対して配慮がなされておらず、ウエハの面内での塗布物の膜厚の均一性は必ずしも十分ではなかった。特に、最近のウエハの大口径化により、塗布物の膜厚の均一性が一層低下してしまう。
【０００６】
ウエハの面内での塗布物の膜厚の均一性が不十分であると、種々の不都合が生ずる。固体撮像素子においては、カラーレジストの回転塗布を利用してカラーフィルタ層を形成する場合、カラーレジストの粘度やウエハの回転数などの条件にも依存するが、例えば、直径２００ｍｍのウエハにカラーレジストを１．０μｍの膜厚で塗布しようとすると、ウエハの中心部のカラーレジストの膜厚とウエハの外周部のカラーレジストの膜厚とで、約１０％の差が生ずる場合がある。この膜厚差はカラーフィルタ層の透過率の差となり、光センサとしての感度約１０％の差となって現れる。
【０００７】
また、固体撮像素子やその他の各種のデバイスにおいて、回路配線をパターニングする際に用いるレジストを、ウエハ上に回転塗布する場合、パターニングされる回路配線の線幅の面内でのバラツキが大きくなり、素子性能のバラツキの増大や歩留りの低下を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウエハの面内での塗布物の膜厚の均一性を高めることができる回転塗布方法、並びに、この回転塗布方法を用いた固体撮像素子の製造方法及びデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による回転塗布方法は、ウエハにおけるチップ領域外の外周部において環状に凸部が形成された状態で、前記ウエハ上に塗布物を回転塗布するものである。
【００１０】
本発明の第２の態様による固体撮像素子の製造方法は、カラーフィルタ層を有する固体撮像素子の製造方法であって、ウエハにおけるチップ領域外の外周部において環状に凸部が形成された状態で、前記ウエハ上に前記カラーフィルタ層となる塗布物を回転塗布する段階を、備えたものである。
【００１１】
本発明の第３の態様によるデバイスの製造方法は、ウエハにおけるチップ領域外の外周部において環状に凸部が形成された状態で、前記ウエハ上に塗布物を回転塗布する段階を、備えたものである。前記デバイスは、固体撮像素子やその他の半導体デバイスやその他の各種のデバイス（例えば、ＭＥＭＳデバイスやマイクロマシンデバイスなどの半導体製造技術を利用して製造されるデバイス）を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ウエハの面内での塗布物の膜厚の均一性を高めることができる回転塗布方法、並びに、この回転塗布方法を用いた固体撮像素子の製造方法及びデバイスの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明による回転塗布方法、並びに、この回転塗布方法を用いた固体撮像素子の製造方法及びデバイスの製造方法について、図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるデバイス製造方法としての固体撮像素子製造方法により製造されるデバイスとしての固体撮像素子１の一例を示す概略構成図である。この固体撮像素子１は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子として構成されている。もっとも、本発明による固体撮像素子の製造方法は、ＣＣＤ型などの他の固体撮像素子の製造方法にも適用可能である。
【００１６】
図１に示すように、この固体撮像素子１は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、垂直走査回路２と、水平走査回路３と、２次元状に配置された複数の単位画素４と、読み出し回路５と、出力アンプ６とを有している。各画素４のフォトダイオード１５（図１では図示せず。図２参照）が出力する電気信号が垂直走査回路２によって読み出し回路５に行単位で取り出され、水平走査回路３によって列単位で出力アンプ６を介して出力端子７に画像信号として出力されるようになっている。
【００１７】
図２は、図１中の単位画素４を示す回路図である。各画素４は、図２に示すように、選択トランジスタ１１と、ソースフォロアの増幅トランジスタ１２と、リセットトランジスタ１３と、転送トランジスタ１４と、光電変換を行う受光部としてのフォトダイオード１５とから構成されている。図２において、Ｖｃｃは電源である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、画素４の選択トランジスタ１１のゲートは行毎に選択線２０に共通に接続されている。画素４のリセットトランジスタ１３のゲートは、行毎にリセット線２１に共通に接続されている。画素４の転送トランジスタ１４のゲートは、行毎に転送線２２に共通に接続されている。画素４の選択トランジスタ１１のソースは、列毎に垂直信号線２３に共通に接続されている。選択線２０、リセット線２１及び転送線２２は、垂直走査回路２に接続されている。垂直信号線２３は、読み出し回路５に接続されている。
【００１９】
図３は、図１に示す固体撮像素子１の一部を模式的に示す概略断面図である。図３は、所定方向に並んだ複数の画素４を大幅に簡略化してその主要部のみを模式的に示している。
【００２０】
この固体撮像素子１では、図３に示すように、各画素４において、シリコン基板３１にフォトダイオード１５が設けられている。シリコン基板３１上には、例えばシリコン酸化膜からなる層間膜３２〜３４が、下側（基板３１側）から順に形成されている。また、図３に示すように、１層目アルミニウム配線層３５、２層目アルミニウム配線層３６及び３層目アルミニウム配線層３７が形成され、これらによって、図１及び図２に示す回路の配線がなされている。３層目のアルミニウム配線層３７は、各画素４の有効受光領域以外を覆う遮光膜の役割も果たしている。なお、図面には示していないが、各画素４の図２に示す回路や図１中の他の回路も、シリコン基板３１に搭載されている。
【００２１】
また、この固体撮像素子１では、図３に示すように、３層目のアルミニウム配線層３７より上側の位置において、窒化シリコン膜等のパッシベーション膜（保護膜）３８、窒化シリコン膜等の絶縁膜３９、平坦化層４０、赤色、緑色及び青色のカラーフィルタ層４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ、平坦化層４２、及び、入射光をフォトダイオード１５に集光させるマイクロレンズ４３が設けられている。図３では、理解を容易にするため、各列において各画素４毎に赤色、緑色及び青色のカラーフィルタ層４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが順次に並んでいるかのように示しているが、実際には、例えばベイヤー配列に従って配列される。マイクロレンズ４３も、各画素４毎に形成されている。
【００２２】
次に、本発明の第１の実施の形態によるデバイス製造方法として、図１乃至図３に示す固体撮像素子１の製造方法について、図４乃至図１９を参照して説明する。図４は、シリコンウエハ５１の各領域５２，５３を模式的に示す概略平面図である。図５乃至図１２及び図１４乃至図１９は、本実施の形態による製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図である。図１３は、本実施の形態と比較される比較例による製造方法の一工程を模式的に示す概略断面図である。なお、図５乃至図１９は、シリコンウエハ５１の中心を通る断面を示している。
【００２３】
まず、複数の固体撮像素子１を一括して製造するべく、シリコンウエハ５１を用意する。このシリコンウエハ５１は、最後にチップ毎に分割することで、各固体撮像素子１の前記シリコン基板３１となる。シリコンウエハ５１は、各々が個々の固体撮像素子１となる複数のチップ領域５２と、チップ領域５２外の外周部５３とを有している。このシリコンウエハ５１上に、従来の固体撮像素子と同様に半導体製造プロセスを利用して、パッシベーション膜３８までの構造（図１及び図２に示す回路を含む。）を、複数の固体撮像素子１の分だけ一括して作製する（図５）。
【００２４】
次に、パッシベーション膜３８までの構造が作製されたウエハ５１におけるチップ領域５２外の外周部５３において、環状の凸部を形成するための、平面視で環状の４層目アルミニウム層６１を、成膜したアルミニウム層をフォトリソエッチング法によりパターニングすることにより、形成する（図６）。
【００２５】
引き続いて、導電性を有する層６１を絶縁するために、ＣＶＤ法等により絶縁膜３９を形成する（図７）。もっとも、この絶縁膜３９は必ずしも形成する必要はない。引き続いて、フォトダイオード１５とマイクロレンズ４３との間の間隔を狭めるべく、絶縁膜３９をエッチバックする（図８）。もっとも、このエッチバックは必ずしも行う必要はない。
【００２６】
その後、図８に示す状態のウエハ上に、全面に、チップ領域５２における段差を平坦化するために、平坦化層４０を形成する（図９）。シリコンウエハ５１のチップ領域５２外の外周部５３において形成された環状の４層目アルミニウム層６１上に絶縁膜３９を介して乗り上がった、平坦化層４０の部分が、凸部１０１ａをなしている。図９に示すように、平坦化層４０までの構造が作製されたシリコンウエハ５１に、全体として、符号１０１を付している。このシリコンウエハ１０１の全体を、より簡略化して図１０に示している。図９及び図１０からわかるように、シリコンウエハ１０１には、上面側に、シリコンウエハ１０１のチップ領域５２外の外周部５３において環状に凸部１０１ａが形成されている。
【００２７】
次に、図９及び図１０に示すシリコンウエハ１０１上に（すなわち、シリコンウエハ１０１のチップ領域５２外の外周部５３において環状に凸部１０１ａが形成された状態で、ウエハ１０１上に）、塗布物としての赤色のカラーレジスト４１Ｒ’を回転塗布する（図１１及び図１２）。この回転塗布には、例えば、市販の回転塗布装置（スピンコート装置）を用いればよい。図１２は、図１１に示す状態のウエハの全体を、より簡略化して示している。
【００２８】
図１３は、本実施の形態と比較される比較例による製造方法の、図１１及び図１２に示す工程に対応する工程を模式的に示す概略断面図である。図１３は、ウエハ１０１に凸部１０１ａが形成されていない状態で、ウエハ１０１上に赤色のカラーレジスト４１Ｒ’を回転塗布した状態を示している。この比較例では、ウエハ１０１の内周部と外周部とでは線速度が異なるため、凸部１０１ａが形成されていないことから、図１３に示すように、回転塗布でウエハ１０１上に形成されたカラーレジスト４１Ｒ’の膜厚は、ウエハ１０１中心から外周に向かって次第に薄くなってしまう。なお、理解を容易にするため、図１３では、この膜厚分布を誇張して示している。
【００２９】
これに対し、本実施の形態では、ウエハ１０１に凸部１０１ａが形成された状態で、ウエハ１０１上に赤色のカラーレジスト４１Ｒ’を回転塗布するので、外周部５３に形成された凸部１０１ａが塗布物（ここでは、カラーレジスト４１Ｒ’）をある程度堰き止めようとするような作用を担うため、図１１及び図１２に示すように、ウエハ１０１の面内での塗布物（ここでは、カラーレジスト４１Ｒ’）の膜厚の均一性が高まる。
【００３０】
引き続いて、赤色のカラーレジスト４１Ｒ’を、露光及び現像してパターニングすることで、赤色のカラーフィルタ層４１Ｒとする（図１４）。このとき、次の緑色のカラーレジスト４１Ｇ’の回転塗布に備えて、赤色のカラーレジスト４１Ｒ’を外周部５３においても除去することによって、再び、凸部１０１ａを出現させる。
【００３１】
次に、前述した赤色のカラーレジスト４１Ｒ’の場合と同様に、チップ領域５２外の外周部５３において環状に凸部１０１ａが形成された状態で、図１４に示す状態のウエハ１０１上に、塗布物としての緑色のカラーレジスト４１Ｇ’を回転塗布する（図１５）。この場合においても、外周部５３に形成された凸部１０１ａが塗布物（ここでは、カラーレジスト４１Ｇ’）をある程度堰き止めようとするような作用を担うため、図１５に示すように、ウエハの面内での塗布物（ここでは、カラーレジスト４１Ｇ’）の膜厚の均一性が高まる。
【００３２】
引き続いて、緑色のカラーレジスト４１Ｇ’を、露光及び現像してパターニングすることで、緑色のカラーフィルタ層４１Ｇとする（図１６）。このとき、次の青色のカラーレジスト４１Ｂ’の回転塗布に備えて、緑色のカラーレジスト４１Ｇ’を外周部５３においても除去することによって、再び、凸部１０１ａを出現させる。
【００３３】
次いで、前述したカラーレジスト４１Ｒ’，４１Ｇ’の場合と同様に、チップ領域５２外の外周部５３において環状に凸部１０１ａが形成された状態で、図１６に示す状態のウエハ１０１上に、塗布物としての青色のカラーレジスト４１Ｂ’を回転塗布する（図１７）。この場合においても、外周部５３に形成された凸部１０１ａが塗布物（ここでは、カラーレジスト４１Ｂ’）をある程度堰き止めようとするような作用を担うため、図１７に示すように、ウエハの面内での塗布物（ここでは、カラーレジスト４１Ｂ’）の膜厚の均一性が高まる。
【００３４】
引き続いて、青色のカラーレジスト４１Ｂ’を、露光及び現像してパターニングすることで、青色のカラーフィルタ層４１Ｂとする（図１８）。このとき、青色のカラーレジスト４１Ｂ’を外周部５３においても除去する。もっとも、青色のカラーレジスト４１Ｂ’を外周部５３において残しておいてもよい。
【００３５】
その後、平坦化層４２及びマイクロレンズ４３を形成する（図１９）。なお、マイクロレンズ４３は、例えば、熱リフロー法及びエッチバック法のいずれによって形成してもよい。
【００３６】
このようにして、１つのシリコンウエハ５１の多数のチップ領域５２上に多数の固体撮像素子１が形成される。最後に、これを個々のチップに分離することで、多数の固体撮像素子１が完成する。
【００３７】
本実施の形態によれば、前述したように、カラーレジスト４１Ｒ’，４１Ｇ’，４１Ｂ’の回転塗布が、外周部５３に凸部１０１ａが形成された状態で行われる。したがって、本実施の形態によれば、凸部１０１ａがカラーレジスト４１Ｒ’，４１Ｇ’，４１Ｂ’をある程度堰き止めようとするような作用を担うため、図１３に示すように凸部１０１ａがない状態でそれらの回転塗布を行う場合に比べて、ウエハの面内でのカラーレジスト４１Ｒ’，４１Ｇ’，４１Ｂ’の膜厚の均一性が高まる。このため、本実施の形態によれば、ウエハの面内でのカラーフィルタ層４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの膜厚の均一性が高まることによって、ウエハの面内でのカラーフィルタ層４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの光透過率の均一性が高まり、カラー特性への影響が抑えられる。
【００３８】
本実施の形態は、本発明による回転塗布方法をカラーレジスト４１Ｒ’，４１Ｇ’，４１Ｂ’の回転塗布に適用した例であるが、例えば、各アルミニウム配線層３５，３６，３７のパターニングをフォトリソエッチング法により行う場合に、その際に用いるレジストの回転塗布について、本発明による回転塗布方法を適用してもよい。この場合、ウエハの面内でのそのレジストの膜厚の均一性が高まるので、パターニングされるアルミニウム配線層３５，３６，３７の線幅の面内でのバラツキが抑えられるため、素子性能のバラツキの抑制や歩留りの向上を図ることができる。
【００３９】
［第２の実施の形態］
【００４０】
図２０乃至図２３は、本発明の第２の実施の形態によるデバイス製造方法としての固体撮像素子製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図である。図２０乃至図２３において、図３乃至図１９中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付している。なお、図２０乃至図２３は、シリコンウエハ５１の中心を通る断面を示している。
【００４１】
本実施の形態による製造方法により製造される固体撮像素子は、前述した図１乃至図３に示す固体撮像素子１において絶縁膜３９を除去したものに相当している。したがって、その重複する説明は省略する。
【００４２】
まず、前述した図５の場合と同じく、シリコンウエハ５１上に、従来の固体撮像素子と同様に半導体製造プロセスを利用して、パッシベーション膜３８までの構造（図１及び図２に示す回路を含む。）を、複数の固体撮像素子の分だけ一括して作製する。
【００４３】
次に、パッシベーション膜３８までの構造が作製されたウエハ５１におけるチップ領域５２外の外周部５３において、図６中の４層目アルミニウム層６１に代えて、環状の凸部を形成するための平面視で環状の層７１を形成する（図２０）。本実施の形態では、層７１は、平坦化層４０と同じ材料（レジスト材料）からなる。
【００４４】
引き続いて、図２０に示す状態のウエハ上に、全面に、チップ領域５２における段差を平坦化するために、平坦化層４０を形成する（図２１）。シリコンウエハ５１のチップ領域５２外の外周部５３において形成された環状の層７１上に乗り上がった、平坦化層４０の部分が、凸部１０１ａをなしている。図２０に示す状態のウエハには、上面側に、チップ領域５２外の外周部５３において環状に凸部１０１ａが形成されている。
【００４５】
その後、図２１に示す状態のウエハ上に、チップ領域５２外の外周部５３において環状に凸部１０１ａが形成された状態で、前述した図１１及び図１２の場合と同じく、塗布物としての赤色のカラーレジスト４１Ｒ’を回転塗布する（図２２）。本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同じく、外周部５３に形成された凸部１０１ａが塗布物（ここでは、カラーレジスト４１Ｒ’）をある程度堰き止めようとするような作用を担うため、図２２に示すように、ウエハの面内での塗布物（ここでは、カラーレジスト４１Ｒ’）の膜厚の均一性が高まる。
【００４６】
次に、前述した図１４乃至図１９に示す各工程と同じ工程を経て、図２３に示す状態となり、１つのシリコンウエハ５１の多数のチップ領域５２上に多数の固体撮像素子が形成される。最後に、これを個々のチップに分離することで、多数の固体撮像素子が完成する。
【００４７】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００４８】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００４９】
例えば、本発明による回転塗布方法では、塗布物は、カラーレジストやその他のレジストに限定されるものではなく、例えばスピンオングラス（ＳＯＧ）などでもよい。また、本発明によるデバイス製造方法により製造されるデバイスは、固体撮像素子に限定されるものではなく、その他の半導体デバイスやその他の各種のデバイスでもよい。さらに、本発明による回転塗布方法では、塗布物は、製造されるデバイスの完成品に残らなくてもよい。例えば、塗布物を回路配線のパターニングに用いれば、回路配線の線幅のバラツキが低減される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態による製造方法により製造される固体撮像素子の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１中の単位画素を示す回路図である。
【図３】図１に示す固体撮像素子の一部を模式的に示す概略断面図である。
【図４】シリコンウエハの各領域を模式的に示す概略平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図である。
【図６】図５に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図７】図６に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図８】図７に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図９】図８に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１０】図９と同じ工程を更に簡略化して示す概略断面図である。
【図１１】図９及び図１０に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１２】図１１と同じ工程を更に簡略化して示す概略断面図である。
【図１３】比較例による製造方法の一工程を簡略化して示す概略断面図である。
【図１４】図１１及び図１２に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１５】図１４に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１６】図１５に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１７】図１６に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１８】図１７に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図１９】図１８に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図２０】本発明の第２の実施の形態による製造方法の主要な工程を模式的に示す概略断面図である。
【図２１】図２０に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図２２】図２１に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【図２３】図２２に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  固体撮像素子
４１Ｒ’，４１Ｇ’，４１Ｂ’  カラーレジスト（塗布物）
４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ  カラーフィルタ層
５１，１０１  ウエハ
５２  チップ領域
５３  外周部
１０１ａ  凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010005572.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010005572.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010005572.tif 000012
【図１１】
2010005572.tif 000013
【図１２】
2010005572.tif 000014
【図１３】
2010005572.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2010005572.tif 000017
【図１６】
2010005572.tif 000018
【図１７】
2010005572.tif 000019
【図１８】
2010005572.tif 000020
【図１９】
2010005572.tif 000021
【図２０】
2010005572.tif 000022
【図２１】
2010005572.tif 000023
【図２２】
2010005572.tif 000024
【図２３】
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