(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部と電荷転送部が形成された半導体基板上に、第一中間層、カラーフィルター、第二中間層、マイクロレンズが順次積層された固体撮像素子の製造方法において、
前記第一中間層及び第二中間層のいずれについても、これらの層を形成する熱リフロー性を有する樹脂を塗布し、これらの樹脂の熱リフロー温度よりも低い温度でのプレベークの後に、これら樹脂の熱リフロー温度より高い温度に加熱することにより、これら樹脂の熱軟化と熱硬化反応を瞬時に起す工程で形成することを特徴とする、
固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記第一中間層及び第二中間層を形成する樹脂が、いずれも、感光性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子の製造に関ものであり、特に、固体撮像素子に形成される中間層を薄くして感度を向上させた固体撮像素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像素子においては、デジタルカメラ用途等で小型化や画素の微細化が進んでおり、画素サイズ３×３μｍの固体撮像素子も開発されている。しかし、このような微細化が進むとそれぞれの受光部に入射する光の強度が弱くなり、十分な感度が得られなくなる。
そこで、各受光部上にマイクロレンズを形成し、受光部周辺の光を集光し、感度を増大させる方法が一般的に使用されている。
【０００３】
このようなカラーフィルタとマイクロレンズを組み合わせた固体撮像素子の構造の断面は、例えば、図２に示すようなものである。Ｓｉ基板（１）上には、周知の技術により、受光部（２）、転送電極（３）、層間絶縁膜（４）、遮光膜（５）等が形成されているので、その表面には段差（ｄ0 ）が生じている。
この段差は通常１〜２μｍにも及び、このような段差のある基板に直接カラーーフィルタを形成すると、クラックや段切れが発生する。
【０００４】
そこで、この表面の段差を平坦化するために、図２のように第一中間層（２６）を形成し、その上にＲＧＢからなるカラーフィルタ（２７）を形成する。
しかし、各色の分光仕様，各色の画素の形状等により、カラーフィルタ（２７）上には、再度、０．２〜０．５μｍ程度の段差が生じる。この０．２〜０．５μｍ程度の段差であっても、第二中間層（２８）による平坦化が必要であり、図２の第二中間層（２８）により平坦化を行う。その理由は以下の通りである。
【０００５】
固体撮像素子の微細化で画素が小さくなるに従い、高開口率のマイクロレンズを形成することが必須のものとなる。高開口率のマイクロレンズを形成するに際し、例えば、３〜５μｍの画素であれば、マイクロレンズ間ギャップとしては０．１〜０．２μｍ程度のものが必要とされる。
マイクロレンズを形成する方法としては熱リフロー法が一般的であり、この熱リフロー法によってマイクロレンズ間ギャップ０．１〜０．２μｍ程度を形成しようとすると、０．３〜０．４μｍ程度のギャップを有するレジストパターンをフォトリソグラフィ法により形成することとなる。
すなわち、この０．３〜０．４μｍ程度のギャップに解像したレジストパターンを安定して形成するには、フォトレジストのフォーカスマージンを考慮しても、第二中間層上の平坦性は０．２〜０．５μｍ程度のレベルでは不十分であり、０．１μｍレベルの平坦性が要求されるためである。
【０００６】
このように、固体撮像素子中の中間層は、半導体基板上の段差を平坦化する第一中間層と、カラーフィルタによる段差を平坦化する第二中間層の二層が設けられている。
半導体基板上の段差は、通常１〜２μｍあり、この段差を平坦化するには、従来の透明樹脂を用いて、図２の第一中間層（２６）を２〜３μｍの膜厚（ｄ21）にする必要があった。また、カラーフィルタによる段差は０．２〜０．５μｍあり、この段差を０．１μｍレベルまで平坦化するには、従来の透明樹脂を用いて、図２の第二中間層（２８）を１〜１．５μｍの膜厚（ｄ22）にする必要があった。
【０００７】
従って、両中間層の膜厚の合計は、最大４．５μｍにもなっていた。中間層がこのような厚い膜厚になると、中間層による光の吸収や拡散、及びレンズ集光効率の低下が無視出来ない大きさになる。
そして、マイクロレンズから入射し、中間層、カラーフィルタを通過して各受光部に入射する光の強度は低下し、素子感度の低下を引き起こすという問題が生じていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、中間層の膜厚を薄くしても、半導体基板上の段差を平坦化することができ、またカラーフィルタによる段差を０．１μｍレベルにまで平坦化することのできる固体撮像素子の製造方法を提供することを課題する。
これにより、中間層での光の吸収を低減し、受光部に入射する光の強度を高めた固体撮像素子を得ることができるものとなる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、受光部と電荷転送部が形成された半導体基板上に、第一中間層、カラーフィルター、第二中間層、マイクロレンズが順次積層された固体撮像素子において、該第一中間層及び第二中間層を熱リフロー性を有する樹脂を熱硬化させて形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法である。
【００１０】
また、本発明は、上記発明による固体撮像素子の製造方法において、前記第一中間層及び第二中間層を形成する樹脂の熱硬化温度を、その樹脂の熱リフロー温度より高くすることを特徴とする固体撮像素子の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による固体撮像素子の製造方法を、その実施形態に基づいて説明する。
本発明者は、鋭意検討の結果、中間層での光の吸収を低減し、受光部に入射する光の強度を高めるために、中間層の膜厚を薄膜化した固体撮像素子の製造方法を見出した。受光部と電荷転送部を形成した半導体基板上に、第一中間層、カラーフィルタ、第二中間層、マイクロレンズが順次積層された固体撮像素子において、上記第一中間層及び第二中間層を熟リフロー性を有する透明樹脂を用いて熱硬化させて形成することで、第二中間層上の平坦性を０．１μｍ以下に出来、かつ、両中間層の膜厚の合計を３μｍ以下に形成出来ることを見いだした。
【００１２】
また、本発明者は、上記第一中間層及び第二中間層を形成する樹脂をその樹脂が有している熱リフロー温度よりも高い温度で熱硬化させることで、その樹脂の熱軟化、熱硬化反応が瞬時に起こり、その結果、硬化後の中間層上の平坦性が良好になることを見いだした。
【００１３】
【実施例】
以下に、本発明による固体撮像素子の製造方法を実施例により詳細に説明する。
＜実施例１＞
本発明による固体撮像素子の製造方法の実施例１の断面図を図１に示す。図１に示すように、固体撮像素子の画素ピッチ（Ｐ１）は５μｍで、受光部の幅（Ｐ２）は１．５μｍ、表面の段差（ｄ0 ）は２μｍの構成である。
【００１４】
半導体基板（１０）上に熱リフロー性を有する樹脂としてジェイエスアール（株）製の感光性樹脂（商品名：ＭＦＲ−３８０Ｈ）を塗布回転数１１００ｒｐｍによりスピンコートにより塗布し、その後、ホットプレートにより１００℃で９０秒のプレべークを実施した。
その後、ＵＶ光を用いて、半導体基板全面に、３００ｍＪ／ｃｍ２  の露光量を照射して、感光剤を分解して透明性を向上させた。さらに、ホットプレートにより、２００℃で１０分の熱処理を行い、第一中間層（１６）を形成した。
この時の第一中間層（１６）の膜厚（ｄ11）は、１．５μｍで、その時の第一中間層（１６）上の表面平坦性は０．２μｍであった。
【００１５】
続いて、第一中間層（１６）上に顔料分散レジストを用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂからなるカラーフィルタ（１７）をフォトリソグラフィ法により形成した。
さらに、カラーフィルタ（１７）上にジェイエスアール（株）製の感光性樹脂（商品名：ＭＦＲ−３８０Ｈ）を用いて、塗布回転数２５００ｒｐｍによりスピンコートで塗布を実施し、その後、ホットプレートにより１００℃で９０秒のプレベ−クを実施した。
【００１６】
続いて、ＵＶ光を用いて、半導体基板全面に３００ｍＪ／ｃｍ２  露光量を照射した。その後、ホットプレートを用いて、２００℃で１０分の熱処理を実施し、樹脂の硬化を実施し、第二中間層（１８）を形成した。この時の第二中間層（１８）の膜厚（ｄ12）は１μｍで、その時の第二中間層（１８）上の表面の平坦性は０．０８μｍであった。
【００１７】
最後に、第二中間層（１８）上に、周知の技術である熱フロー法により、高開口率のマイクロレンズを形成した。この時のマイクロレンズ膜厚は、１．２μｍ、マイクロレンズ間ギャップは０．３μｍであり、高開口率マイクロレンズが半導体基板内でレンズ同士の融着がなく、良好に形成することが出来た。
実施例１では、熱リフロー性を有している感光性樹脂（例えば、ＭＦＲ３８０Ｈ）を用いて、第一中間層、第二中間層を形成したが、特に感光性樹脂にこだわることなく、他の樹脂、例えば、アクリル系、フエノール系、カルド系、エポキシ系等の樹脂に熱リフロー性を持たせた樹脂でも構わない。
【００１８】
＜比較例１＞
比較例１における固体撮像素子の断面図を図２に示す。実施例１で用いた半導体基板と同一の半導体基板（１０）上に富士薬品（株）製の樹脂（商品名：ＴＰ−１０）を塗布回転数５００ｒｐｍによりスピンコートにより塗布し、その後、ホットプレートにより２００℃で１０分の熱処理を行い、第一中間層（２６）を形成した。この時の第一中間層（２６）の膜厚（ｄ21）は１．５μｍで、その時の第一中間層上の表面平坦性は０．６３μｍであった。
【００１９】
続いて、第一中間層上に顔料分散レジストを用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂからなるカラーフィルタ（２７）をフォトリソグラフィ法により形成した。
さらに、カラーフィルタ上に富士薬品（株）製の樹脂（商品名：ＴＯＣ−１）を用いて、塗布回転数１０００ｒｐｍによりスピンコートで塗布を実施し、その後、ホットプレートで、２００℃で１０分の熱処理を実施し、樹脂の硬化を実施し、第二中間層（２８）を形成した。この時の第二中間層の膜厚（ｄ22）は１μｍで、その時の第二中間層上の表面の坦性は、０．２５μｍであった。
【００２０】
最後に、第二中間層上に、周知の技術である熱フロー法により、高開口率のマイクロレンズを形成した。この時のマイクロレンズ膜厚は１．２μｍ、マイクロレンズ間ギャップは０．３μｍであり、高開口率マイクロレンズが形成出来たが、半導体基板内で部分的にレンズ同士の融着が発生し、良好に形成することが出来なかった。
比較例１で用いた樹脂のうちＴＰ−１０はアクリル系、ＴＯＣ−１はエポキシ系樹脂であるが、共に熱リフロー性を有していない。
【００２１】
＜比較例２＞
比較例２における固体撮像素子の断面図を図２に示す。実施例１で用いた半導体基板と同一の半導体基板（１０）上にＪＳＲ（株）製の感光性樹脂（商品名：ＭＦＲ−３８０Ｈ）を塗布回転数１１００ｒｐｍによりスピンコートにより塗布し、その後、ホットプレートにより１００℃で９０秒のプレベークを実施した。
その後、ＵＶ光を用いて、半導体基板全面に３００ｍＪ／ｃｍ２  露光量を照射して、感光剤を分解して透明性を向上させた。さらに、ホットプレートにより、この樹脂の熱リフロー温度（１６０℃）より若干低い温度である１５０℃で１０分の熱処理を行い、第一中間層（２６）を形成した。この時の第一中間層の膜厚（ｄ21）は１．５μｍで、その時の第一中間層上の表面平坦性は、０．３μｍであった。
【００２２】
続いて、第一中間層上に顔料分散レジストを用いて、Ｒ、Ｇ、Ｂからなるカラーフィルタ（２７）をフォトリソグラフィ法により形成した。
さらに、カラーフィルタ上にＪＳＲ（株）製の感光性樹脂（商品名：ＭＦＲ−３８０Ｈ）を用いて、塗布回転数２５００ｒｐｍによりスピンコートで塗布を実施し、その後、ホットプレートで１００℃で９０秒のプレベークを実施した。
【００２３】
続いて、ＵＶ光を用いて、半導体基板全面に３００ｍＪ／ｃｍ２  露光量を照射した。その後、ホットプレートを用いて、この樹脂の熱リフロー温度よりも若干低い温度である１５０℃で１０分の熱処理を実施し、樹脂の硬化を実施し、第二中間層（２８）を形成した。この時の第二中間層の膜厚（ｄ22）は１μｍで、その時の第二中間層上の表面平坦性は０．１５μｍであった。
【００２４】
最後に、第二中間層（２８）上に、周知の技術である熱フロー法により、高開口率のマイクロレンズを形成した。この時のマイクロレンズ膜厚は１．２μｍ、マイクロレンズ間ギャップは０．３μｍであり、高開口率マイクロレンズが半導体基板内でレンズ同士の枇着が若干見られ良好に形成することが出来なかった。
【００２５】
また、実施例１及び比較例１に用いた樹脂の塗布膜厚と表面平坦性の関係は図３に示すようなものである。すなわち、図３は、図２に示す表面の段差（ｄ0 ）に相当する約２μｍ程度の段差を有する半導体基板上に各樹脂を１〜２．５μｍ塗布した際の、各樹脂層上の表面平坦性を示したものであるが、図３からわかるように、熱リフロー性を有している樹脂：ＭＦＲ３８０Ｈが、熱リフロー性を有していない樹脂：ＴＰ−１０、ＴＯＣ−１と比べて、半導体基板上の段差を平坦にする効果が高い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、第一中間層及び第二中間層を熱リフロー性を有する樹脂を熱硬化させて形成する固体撮像素子の製造方法であるので、中間層の膜厚を薄くしても、半導体基板上の段差を平坦化することができ、またカラーフィルタによる段差を０．１μｍレベルにまで平坦化することのできる固体撮像素子の製造方法となる。すなわち、第二中間層上の表面平坦性を０．１μｍ以下、かつ、中間層の膜厚の合計を３μｍ以下に形成出来、中間層での光の吸収を低減し、受光部に入射する光の強度を高めた固体撮像素子を得ることができる。
【００２７】
また、第一中間層及び第二中間層を形成する樹脂をその樹脂が有している熱リフロー温度よりも高い温度で熱硬化させるので、その樹脂の熱軟化、熱硬化反応が瞬時に起こり硬化後の中間層上の平坦性が良好になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における固体撮像素子の断面図である。
【図２】従来法、比較例１、及び比較例２における固体撮像素子の断面図である。
【図３】樹脂の塗布膜厚と表面平坦性の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・Ｓｉ基板
２・・・受光部
３・・・転送電極
４・・・層間絶縁膜
５・・・遮光膜
９・・・マイクロレンズ
１０・・・半導体基板
１６、２６・・・第一中間層
１７、２７・・・カラーフィルタ
１８、２８・・・第二中間層
ｄ0 ・・・表面の段差
ｄ11、ｄ21・・・第一中間層の膜厚
ｄ21、ｄ22・・・第二中間層の膜厚
【図１】
0004765219.tif 000002
【図２】
0004765219.tif 000003
【図３】
0004765219.tif 000004