(57)【要約】【課題】工程を短縮しながら、集光特性、画素特性に優れたカラー固体撮像装置の製造方法を提供する。【解決手段】透明膜８の上部に、ポジ型フォトレジストをスピンコーティング法によりレジスト膜１１を形成する。第１のマスク１２を介して、マイクロレンズ間に相当する領域に露光を行う。露光が行われたレジスト膜１１を現像液に浸水させて、未露光部からなるレジストパターン３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを形成する。第２のマスク１３を介して、青色用のレジストパターン３０Ｂのみに光照射を行う。第３のマスク６２を介して、緑色用のレジストパターン３０Ｇのみに光照射を行う。１６０度から２００度の温度で熱処理を行い、マイクロレンズパターン４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂを形成する。青色用のレジストパターン３０Ｂは、赤色用および緑色用のレジストパターン３０Ｒ、３０Ｇよりも熱変化が大きいため、レンズ高さが低く、曲率の小さいマイクロレンズ形状になる。【選択図】図９
2006196634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともフォトダイオードと転送電極が形成された半導体基板上部に、少なくとも３色以上を有し、かつ所定の規則で配列したカラーフィルタを形成する工程と、
前記カラーフィルタの上部に透明膜を形成する工程と、
前記透明膜の上面にポジ型レジストを用いてレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンに光照射を行なう工程と、
前記レジストパターンを熱処理により、複数の凸状レンズ曲面を有するマイクロレンズに形成する工程と、を少なくとも備え、
前記光照射は前記カラーフィルタの色配列に応じてドーズ量を変化させ、
前記マイクロレンズの高さと曲率が、前記カラーフィルタの色配列に応じて異なることを特徴とするカラー固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記マイクロレンズはオンチップレンズであることを特徴とする請求項１記載のカラー固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
少なくともフォトダイオードと転送電極が形成された半導体基板上部に、透明膜を形成する工程と、
前記透明膜の上面にポジ型レジストを用いてレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンに光照射を行なう工程と、
前記レジストパターンを熱処理により、複数の凸状レンズ曲面を有するマイクロレンズを形成する工程と、
前記マイクロレンズの上部に、少なくとも３色以上を有し、かつ所定の規則で配列したカラーフィルタを形成する工程と、を少なくとも備え、
前記光照射は前記カラーフィルタの色配列に応じてドーズ量を変化させて、
前記マイクロレンズの高さと曲率が、前記カラーフィルタの色配列に応じて異なることを特徴とするカラー固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記マイクロレンズは層内レンズであることを特徴とする請求項３記載のカラー固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色バランスを改善するカラー固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー固体撮像装置は、カメラレンズの絞りを開いて絞り値（Ｆ値）を小さくすると、入射光量が増加するが、この光量の増加に比例した出力信号が得られないという特性がある。
【０００３】
そして、輝度信号である緑光（Ｇ）はこの低下量が少ないが、赤色（Ｒ）と青色（Ｇ）は低下量が大きくなり、このことはカメラレンズの絞りを開くと３原色の色バランスが崩れるという課題になる。
【０００４】
このため、同一半導体基板に設けた光電変換部を赤色光用、緑色光用、青色光用の各光電変換部に対応して構成するとともに、各色光用の光電変換部に対応して設けた各マイクロレンズの曲率を相違させ、各色光が各光電変換部に適切に集光されるように構成する方法が提案されている。
【０００５】
以下、図１２〜図１４を参照しながら、特許文献１に示されたカラー固体撮像装置の製造方法について説明する。
【０００６】
図面はカラー固体撮像装置の製造方法のうち、マイクロレンズを形成する工程を示している。
【０００７】
まず、図１２に示すように、カラーフィルタ２０、透明膜１８を形成後、第１のマイクロレンズ９Ｒを形成する。
【０００８】
具体的なマイクロレンズの形成方法は、第１のマイクロレンズ９Ｒとなるフォトレジストを塗布し、露光、現像処理によりパターンを形成した後に、１７０〜２００℃で熱処理を行い流動化させることで所望の曲率を得る。この時、第１のマイクロレンズ９Ｒは赤色光の領域のみに形成する。
【０００９】
次に、図１３に示すように、緑色光の領域にのみ第２のマイクロレンズ９Ｇを形成する。具体的な方法は、図１２の工程と同一である。
【００１０】
次に、図１４に示すように、青色光の領域にのみ第３のマイクロレンズ９Ｂを形成する。具体的な形成方法は、図１２および図１３と同一である。
【００１１】
これらマイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂはレンズの曲率を相違させているが、これはマイクロレンズとなるフォトレジストの膜厚を変えることで所望の曲率を得ている。
【特許文献１】特開平７−３８０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示されたカラー固体撮像装置の製造方法では、第１、第２、第３のマイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを形成する毎に、フォトレジストの塗布、ベーキング、露光、現像の各工程を繰り返し行なう必要があり、製造工程が長期化するという課題を有していた。
【００１３】
また、マイクロレンズを形成した後に、フォトレジストの塗布や現像を行うと、マイクロレンズに表面荒れが生じ、集光特性や画像表示が悪化するという課題を有していた。
【００１４】
そこで上記課題に鑑み、本発明は工程を短縮しながら、集光特性、画素特性に優れたカラー固体撮像装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明に係る第１のカラー固体撮像装置の製造方法は、少なくともフォトダイオードと転送電極が形成された半導体基板上部に、少なくとも３色以上を有し、かつ所定の規則で配列したカラーフィルタを形成する工程と、カラーフィルタの上部に透明膜を形成する工程と、透明膜の上面にポジ型レジストを用いてレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンに光照射を行なう工程と、レジストパターンを熱処理により、複数の凸状レンズ曲面を有するマイクロレンズに形成する工程と、を少なくとも備え、光照射はカラーフィルタの色配列に応じてドーズ量を変化させ、マイクロレンズの高さと曲率が、カラーフィルタの色配列に応じて異なることを特徴とするものである。
【００１６】
なお、本発明の第１のカラー固体撮像装置の製造方法において、マイクロレンズはオンチップレンズとして用いることがより好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る第２のカラー固体撮像装置の製造方法は、少なくともフォトダイオードと転送電極が形成された半導体基板上部に、透明膜を形成する工程と、透明膜の上面にポジ型レジストを用いてレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンに光照射を行なう工程と、レジストパターンを熱処理により、複数の凸状レンズ曲面を有するマイクロレンズを形成する工程と、マイクロレンズの上部に、少なくとも３色以上を有し、かつ所定の規則で配列したカラーフィルタを形成する工程と、を少なくとも備え、光照射はカラーフィルタの色配列に応じてドーズ量を変化させて、マイクロレンズレンズの高さと曲率が、カラーフィルタの色配列に応じて異なることを特徴とするものである。
【００１８】
なお、本発明の第２のカラー固体撮像装置の製造方法において、マイクロレンズは層内レンズとして用いることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の実施形態に係る固体撮像装置では、形状の異なるマイクロレンズを形成するのに、レジストの塗布工程及び熱処理を同時に行なうため、大幅な工程短縮を図ることが出来る。
【００２０】
また、マイクロレンズは、レンズ形成後に有機溶媒等を含むレジスト、またはレジスト剥離液や現像液と接触することがないため、集光特性、画素特性に優れた固体撮像装置を製造することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置を説明する図であり、赤、緑、青の光電変換領域の断面構造を示す。
【００２３】
同図において、１はＮ型半導体基板、１ＡはＰ型ウェル、２はＮ型不純物領域で構成されるフォトダイオード、３はＮ型不純物領域で構成されるＣＣＤチャネル、４はＰ+分離領域、５は絶縁膜、６は転送電極、７は遮光膜である。ここでは隣接するフォトダイオード２が赤、緑、青の各光電変換部として構成されることになる。
【００２４】
また、絶縁膜５および遮光膜７の上部に形成した透明膜８中には、各色のフォトダイオード２に対峙しながら、赤色、緑色、青色のカラーフィルタ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂを形成する。さらに、各色に対応して曲率を相違させ、焦点距離を最適化したマイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを設けている。
【００２５】
この構成によれば、例えば赤色光で最適化したマイクロレンズ９Ｒを通った緑色光と青色光は色フィルタ２０Ｒで阻止されるため、赤色光のみがフォトダイオード２の表面に焦点を結ぶことになる。
【００２６】
また、緑色用や青色用マイクロレンズ９Ｇ、９Ｂの設けられた画素の場合も、同様に各色の光のみがフォトダイオード２の表面に焦点を結ぶことになる。
【００２７】
この焦点距離は、各色ごとに最適値となっているため、カメラレンズの絞り値を開いても赤や青色の感度の大幅な低下は阻止でき、かつ各色による感度差も発生しない。
【００２８】
次に、図２から図１０を参照しながら、本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置の製造方法について説明する。
【００２９】
まず、図２に示すように、各色のフォトダイオード２に対応する位置に、それぞれ赤色、緑色、青色のカラーフィルタ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂを形成する。
【００３０】
次に、図３に示すように、カラーフィルタ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｇの上部に、後工程によりマイクロレンズとなる透明膜８を、平坦化を行いながら形成する。
【００３１】
なお、平坦化をする透明膜と、マイクロレンズを形成するための透明膜は、個別に形成してもよい。
【００３２】
次に、図４に示すように、ポジ型フォトレジストをスピンコーティング法によりレジスト膜１１を形成する。レジスト膜１１の膜厚は約１μｍ、塗布後の熱処理は１００℃／９０秒である。
【００３３】
次に、図５に示すように、第１のマスク１２を介して、マイクロレンズ間に相当する領域に露光を行う。このとき、露光装置はｉ線ステッパーであり、露光量は３００ｍＪ／ｃｍ2である。
【００３４】
次に、図６に示すように、露光が行われたレジスト膜１１を現像液に浸水させて、未露光部からなるレジストパターン３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを形成する。現像液にはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液を用いた。
【００３５】
本実施形態ではレジストパターン３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂが、同一サイズになるようにした。但し、赤色が最も形状が大きく、青色が最も形状が小さくなるように形成してもよい。
【００３６】
次に、図７に示すように、第２のマスク１３を介して、青色用のレジストパターン３０Ｂのみに光照射を行う。光源にはｉ線を用い、露光量は２００ｍＪ／ｃｍ2である。光照射装置はマスクアライナーを用いたが、ステッパーでも良い。また、レジストが感度を有していれば、その他の光源を用いても良い。
【００３７】
次に、図８に示すように、第３のマスク１４を介して、緑色用のレジストパターン３０Ｇのみに光照射を行う。光源にはｉ線を用い、露光量は１００ｍＪ／ｃｍ2である。光照射はマスクアライナーを用いたが、ステッパーでも良い。また、レジストが感度を有していれば、その他の光源を用いても良い。
【００３８】
次に、図９に示すように、１６０度から２００度の温度で熱処理を行い、マイクロレンズパターン４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂを形成する。
【００３９】
この場合、ベーク前後の寸法変動量が０．２ｕｍを定義とする耐熱性は、赤色用のレジストパターン３０Ｒは２００℃、緑色用のレジストパターン３０Ｇは１８０℃、青色用のレジストパターン３０Ｂは１６０℃である。
【００４０】
すなわち、青色用のレジストパターン３０Ｂは、赤色用および緑色用のレジストパターン３０Ｒ、３０Ｇよりも熱変化が大きいため、レンズ高さが低く、曲率の小さいマイクロレンズ形状になる。
【００４１】
最後に、図１０に示すように、マイクロレンズパターン４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂと樹脂膜８とを全面エッチバックし、マイクロレンズパターン４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂをエッチオフするとともに、マイクロレンズパターン４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの形状を透明膜８に転写して、マイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを形成する。
【００４２】
このとき、エッチング条件は、マイクロレンズパターン４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂと透明膜８との選択比が、ほぼ１となる条件で行うのが好ましく、具体的には、平行平板ＲＩＥにより、反応ガスとしてＮ2／Ｏ2（＝４０／４０ｃｃｍ）を用い、圧力３５Ｐａ、ＲＦパワー４５０Ｗで行う。
【００４３】
このように選択比がほぼ１となる条件で透明膜８のエッチングを行うと、図１０に示すようにマイクロレンズパターン４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂとほぼ同一形状のマイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを形成することができる。
【００４４】
以上の工程から、本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置を製造する。
【００４５】
本実施形態ではレジストとしてポジ型レジストを用いたことを特徴とする。
【００４６】
通常ポジ型レジストにより形成したレジストパターンは、ネガ型レジストとは異なり、光反応は生じていない。
【００４７】
そこで、レジストパターン３０Ｇ、３０Ｂに、新たに光照射を行うとすることにより、レジストパターン３０Ｇ、３０Ｂを形成する材料が光反応を起こす。この光反応は、感光剤の光分解や、ベース樹脂の光架橋反応であるため、レジストパターン３０Ｇ、３０Ｂの耐熱性を光照射量に比例して、耐熱性の向上を行うことが出来る。
【００４８】
したがって、本発明の実施形態ではレジストパターン３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂを、赤色用、緑色用、青色用の順序で耐熱特性に差を生じることが出来る。
【００４９】
また、このようなレジストパターン３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂに熱処理を行うと、青色用は熱処理により形状変化が大きいため、形状曲率が緩やかになりながら、レンズのトップ高さが低くなり、図１０のようなレンズ形状９Ｂになる。
【００５０】
同様に、緑色用４０Ｇは赤色用４０Ｒよりも形状変化が大きく、赤色用４０Ｒは最も形状変化が小さい。
【００５１】
したがって、マイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂの曲率は青色用、緑色用、青色用の順序で緩やかになり、またマイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂの高さは、青色用、緑色用、赤色用の順序で低くすることが出来る。
【００５２】
以上のように、本発明の実施形態に係る固体撮像装置では、形状の異なるマイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを形成するのに、レジストの塗布工程及び熱処理を同時に行なうため、大幅な工程短縮を図ることが出来る。
【００５３】
また、マイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂは、レンズ形成後に有機溶媒等を含むレジスト、またはレジスト剥離液や現像液と接触することがないため、マイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ表面が腐蝕による不均一な表面状態にならない。
【００５４】
したがって、集光特性、画素特性に優れた固体撮像装置を製造することが出来る。
【００５５】
なお、本発明の実施形態ではレジストによってマイクロレンズパターン４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂを形成し、下面に形成した透明膜８にエッチバック処理により転写を行い、マイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを形成した。
【００５６】
但し、レジスト材料の選択により材料の透明性が優れる場合は、マイクロレンズパターン４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂをそのままマイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂとして残しても良い。
【００５７】
また、同様に、マイクロレンズパターン４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ形成後に、全面光照射を行って透明性を向上したのちに、マイクロレンズパターン４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂをそのままマイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂとして残してもよい。
【００５８】
この場合、エッチバック処理を削除することが出来る。
【００５９】
また、本発明の実施形態では、カラー固体撮像装置の最上面にオンチップレンズとしてマイクロレンズ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを形成する方法を示したが、図１１に示すように層内レンズ５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂを形成する方法にも用いることが出来る。
【００６０】
また、本発明の実施形態では、マイクロレンズパターン４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂを転写する透明膜８には有機材料とともに、フッ化樹脂、イミド樹脂や、酸化膜、窒化膜などの無機膜を用いることも出来る。
【００６１】
なお、補色系のカラーフィルタ２０の場合、マイクロレンズ９の曲率は、イエロー、マゼンダ、シアンの順に大きくすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係るカラー固体撮像装置の製造方法は、曲率の異なるマイクロレンズの製造工程を短縮でき、また集光特性、画素特性に優れ、情報通信機器に用いられるカラー固体撮像装置の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置を示す構造断面図
【図２】本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図３】本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図４】本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図５】本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図６】本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図７】本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図８】本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図９】本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図１０】本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図１１】本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置を示す工程断面図
【図１２】従来技術に係るカラー固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図１３】従来技術に係るカラー固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図１４】従来技術に係るカラー固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【符号の説明】
【００６４】
１  Ｎ型半導体基板
１Ａ  Ｐ型ウェル
２  フォトダイオード
３  ＣＣＤチャネル
４  分離領域
５  絶縁膜
６  転送電極
７  遮光膜
８  透明膜
９  マイクロレンズ
１１  レジスト膜
１２  第１のマスク
１３  第２のマスク
１４  第３のマスク
２０  カラーフィルタ
３０  レジストパターン
４０  マイクロレンズパターン
【図１】
2006196634.tif 000003
【図２】
2006196634.tif 000004
【図３】
2006196634.tif 000005
【図４】
2006196634.tif 000006
【図５】
2006196634.tif 000007
【図６】
2006196634.tif 000008
【図７】
2006196634.tif 000009
【図８】
2006196634.tif 000010
【図９】
2006196634.tif 000011
【図１０】
2006196634.tif 000012
【図１１】
2006196634.tif 000013
【図１２】
2006196634.tif 000014
【図１３】
2006196634.tif 000015
【図１４】
2006196634.tif 000016