(57)【要約】【課題】カラーフィルタ等の有機絶縁材料の表面が帯電することに起因して電荷転送効率が低下することを防止することができる固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる固体撮像素子の製造方法は、固体撮像素子の基板１上に、絶縁膜を形成し、絶縁膜をシンターリングし、この絶縁膜上にカラーフィルタ層を形成し、その後、カラーフィルタ層の表面に形成された帯電層Ｃを研磨して取り除く。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、絶縁膜を形成し、前記絶縁膜を形成する前又は後にシンターリングし、
前記絶縁膜上に有機膜を形成し、その後、前記有機膜の表面に形成された帯電層を研磨して取り除くことを特徴とする有機膜の形成方法。
【請求項２】
固体撮像素子の基板上に、絶縁膜を形成し、前記絶縁膜をシンターリングし、前記絶縁膜上にカラーフィルタ層を形成し、その後、前記カラーフィルタ層の表面に形成された帯電層を研磨して取り除くことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記帯電層を化学的機械研磨法によって研磨することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
化学的機械研磨法を行う際に、導電性溶液に界面活性剤又は同等の親水性界面処理剤を添加し、砥粒レス雰囲気で研磨を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記カラーフィルタ層が、複数のカラーフィルタを有し、前記複数のカラーフィルタのうち最も研磨レートの遅い層を研磨停止層として研磨を行うことを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の製造方法に関し、特に、カラーフィルタ等の有機絶縁膜表面に生じた不要電荷に起因する電荷転送効率の劣化を防止できる固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＳ型やＣＣＤ型の固体撮像素子等は、基板と、基板に形成されたフォトダイオード等の光電変換部と、光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部とを備えている。また、電荷転送部を構成する電荷転送電極上に遮光膜が形成され、遮光膜上に、ＢＰＳＧ（borophospho  silicate  glass）からなる平坦化膜と、Ｐ−ＳｉＮからなる絶縁膜（いわゆる、パッシベーション膜）と、透明樹脂等からなる下側平坦化膜とが形成されている。下側平坦化膜の上層に有機絶縁材料からなるカラーフィルタが形成され、その上に、上側平坦化膜を介してマイクロレンズ層が形成される。
【０００３】
パッシベーション膜の形成前又は形成後に、不活性ガスとＨ２雰囲気中で、熱処理（以下、シンター処理という。）が行われる。これにより、ダングリングボンド終端処理と、不要電荷の除電が施される。ダングリングボンド終端処理によって、ＣＣＤ特有の暗時特性を改善し、また、不要電荷の除電によって電荷転送効率の改善を図ることができる。従来では、シンター処理の後、カラーフィルタを構成する有機絶縁材料をスピンコートし、基板に形成されたフォトダイオードに対応したカラーパターンを形成し、カラーフィルタ上にマイクロレンズを形成している（例えば、下記特許文献１から４参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１７２１５３号公報
【特許文献２】特開平９−１７２１５４号公報
【特許文献３】特願２００５−１４０１６７号公報
【特許文献４】特願２００５−１７５３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記固体撮像素子のカラーフィルタのような有機絶縁材料は、各層の純水リンス工程や高速スピン乾燥を繰り返すことによって、有機絶縁材料からなる膜の表面に静電気が帯電してしまう現象が顕著となる。また、カラーフィルタ等の有機絶縁材料は耐熱性が低いため、形成した後に、シンター処理によって除電することができない。このため、有機絶縁材料に静電気が帯電したままの状態となり、撮像動作時に電荷転送の転送効率を低下させる原因となる点で改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、カラーフィルタ等の有機絶縁材料の表面が帯電することに起因して電荷転送効率が低下することを防止することができる固体撮像素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）基板上に、絶縁膜を形成し、前記絶縁膜を形成する前又は後にシンターリングし、前記絶縁膜上に有機膜を形成し、その後、前記有機膜の表面に形成された帯電層を研磨して取り除くことを特徴とする有機膜の形成方法。
（２）固体撮像素子の基板上に、絶縁膜を形成し、前記絶縁膜をシンターリングし、前記絶縁膜上にカラーフィルタ層を形成し、その後、前記カラーフィルタ層の表面に形成された帯電層を研磨して取り除くことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
（３）前記帯電層を化学的機械研磨法によって研磨することを特徴とする上記（２）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（４）化学的機械研磨法を行う際に、導電性溶液に界面活性剤又は同等の親水性界面処理剤を添加し、砥粒レス雰囲気で研磨を行うことを特徴とする上記（２）又は（３）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（５）前記カラーフィルタ層が、複数のカラーフィルタを有し、前記複数のカラーフィルタのうち最も研磨レートの遅い層を研磨停止層として研磨を行うことを特徴とする上記（２）から（４）のいずれか１つに記載の固体撮像素子の製造方法。
【０００８】
本発明は、シンターリングした後、有機膜の表面に形成される帯電層を研磨して取り除く工程を有している。このため、絶縁膜を成膜する際に、各膜に純水リンスと高速スピン乾燥を繰り返すことで、絶縁膜表面に静電気が帯電しても、帯電層を取り除くことで、絶縁膜を除電することができる。固体撮像素子の場合には、撮像後の電荷転送時に転送効率が劣化することを防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、カラーフィルタ等の有機絶縁材料の表面が帯電することに起因して電荷転送効率が低下することを防止することができる固体撮像素子の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
本実施形態では、固体撮像素子の製造工程を例に説明する。しかし、本発明はこれに限定されず、基板に絶縁膜及び有機膜を形成する工程に適用することができる。また、本実施形態においてカラーフィルタとは、複数色のカラーフィルタが同一平坦面上に配列されたもののことをいう。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
図１，２に示す固体撮像素子は、シリコン基板（以下、基板という。）１と、基板１に形成された光電変換部と、光電変換部で発生した電荷を転送する電荷転送部とを備えている。具体的には、ｎ型の基板１の表面部に光電変換部であるフォトダイオード３０が複数配列され、各フォトダイオード３０で発生した信号電荷を列方向（図１中のＹ方向）に転送するための電荷転送部４０が複数配列されている。電荷転送部４０は、列方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード列の間を蛇行して形成される。フォトダイオード３０の配置は、奇数列のフォトダイオード列が、偶数列のフォトダイオード列に対して、列方向に配列されるフォトダイオード３０の配列ピッチの略１／２列方向にずれている、いわゆるハニカム配置となっている。
【００１２】
図２に示すように、フォトダイオード３０の上方には、それぞれに対応する赤色のカラーフィルタ５０Ｒ（不図示）と、緑色のカラーフィルタ５０Ｇと、青色のカラーフィルタ５０Ｂが平坦化膜７４上に所定のパターンで配列されている。図１では、各フォトダイオード３０に対し、その上方に形成される各色カラーフィルタを示す符号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を付してある。これらカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂによってカラーフィルタ層が構成される。
【００１３】
電荷転送部４０は、複数のフォトダイオード列の各々に対応して基板１表面部の列方向に形成された複数本の電荷転送チャネル３３と、電荷転送チャネル３３の上層に形成された電荷転送電極３（第１の電極３ａ、第２の電極３ｂ）と、フォトダイオード３０で発生した電荷を電荷転送チャネル３３に読み出すための電荷読み出し領域３４とを含む。電荷転送電極３は、行方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向（図２中のＸ方向）に延在する蛇行形状となっている。電荷転送電極３は本実施形態のような単一の層に電極が並んで配列された、いわゆる単層電極構造に限られず、第１の電極３ａ及び第２の電極３ｂが２層に積み重なった、いわゆる二層電極構造であってもよい。
【００１４】
図２に示すように、基板１の表面部にはｐウェル層９が形成され、ｐウェル層９の表面部にはｐ領域３０ａが形成され、ｐ領域３０ａの下にはｎ領域３０ｂが形成され、ｐ領域３０ａとｎ領域３０ｂがフォトダイオード３０を構成し、フォトダイオード３０で発生した信号電荷は、ｎ領域３０ｂに蓄積される。
【００１５】
ｐ領域３０ａの右側には、少し離間してｎ領域からなる電荷転送チャネル３３が形成される。ｎ領域３０ｂと電荷転送チャネル３３の間のｐウェル層９には電荷読み出し領域３４が形成される。
【００１６】
基板１表面にはゲート絶縁膜２が形成され、電荷読み出し領域３４と電荷転送チャネル３３の上には、ゲート絶縁膜２を介して、第１の電極３ａと第２の電極３ｂが形成される。第１の電極３ａと第２の電極３ｂの間は電極間絶縁膜５によって絶縁される。垂直転送チャネル３３の右側にはｐ＋領域からなるチャネルストップ３２が設けられ、隣接するフォトダイオード３０との分離が図られる。
【００１７】
電荷転送電極３の上には酸化シリコン膜６が形成され、更にその上に中間層７０が形成される。中間層７０のうち、７１は遮光膜、７２はＢＰＳＧ（borophospho  silicate  glass）からなるＰ−ＳｉＮ膜７３はＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）、７４は透明樹脂等からなる平坦化膜である。遮光膜７１は、フォトダイオード３０の開口部分を除いて設けられる。中間層７０上方には、カラーフィルタとマイクロレンズ６０が設けられる。カラーフィルタとマイクロレンズ６０との間には、絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化膜６１が形成される。本実施形態の固体撮像素子においては、ＢＰＳＧからなる絶縁膜７２、Ｐ−ＳｉＮからなるＰ−ＳｉＮ膜７３、透明樹脂等からなる平坦化膜７４が、絶縁膜として機能する。
【００１８】
本実施形態の固体撮像素子は、フォトダイオード３０で発生した信号電荷がｎ領域３０ｂに蓄積され、ここに蓄積された信号電荷が、電荷転送チャネル３３によって列方向に転送され、転送された信号電荷が図示しない電荷転送路（ＨＣＣＤ）によって行方向に転送され、転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力される構成である。基板１は、上述した固体撮像素子（光電変換部、電荷転送部、ＨＣＣＤ、及びアンプを含む）が形成される領域である固体撮像素部と、固体撮像素子の周辺回路（ＰＡＤ部等）が形成される領域である周辺回路部とに分けられる。
【００１９】
次に、本実施形態の固体撮像素子の製造の手順を図１及び２を参照して説明する。
基板１に光電変換部３０と電荷転送部４０を形成した後、基板１の表面にゲート絶縁膜２を形成し、ゲート絶縁膜２上に第１の電極３ａとなる導電性材料を成膜し、フォトリソグラフィ工程によってパターニングされたレジストをマスクによって導電性材料を露光し、第１の電極３ａを形成する。
【００２０】
第１の電極３ａの上面及び側面を覆うように、電極間絶縁膜５を酸化により所望の膜厚で形成する。そして、ゲート絶縁膜２上に第２の電極３ｂとなる導電性材料を成膜した後、化学的機械研磨法（ＣＭＰ）処理することで、第１の電極３ａ及び第２の電極３ｂからなる、単層電極構造の電荷転送電極３を形成する。
【００２１】
電荷転送電極を覆うように酸化シリコン膜６を形成した後、酸化シリコン膜６に遮光性材料をＣＶＤ又はＰＶＤにより形成し、所望のパターンにエッチング加工して遮光膜７１を形成する。
【００２２】
ＣＶＤ酸化膜を成膜した後、ＢＰＳＧからなる絶縁膜７２を高温熱処理することで、所望の形状を得る。
【００２３】
図示しない、固体撮像素子周辺回路部にコンタクトホールを形成した後、コンタクトホールに金属材料を形成し、この金属材料を所望の形状にパターン加工することでボンディングパッド部を形成する。そして、プラズマＣＶＤ法により、Ｐ−ＳｉＮ膜７３を形成し、ボンディングパッド部上のシリコン窒化膜等の不要箇所をエッチングにより除去する。
【００２４】
次に、Ｈ２を含む活性化ガス雰囲気内で熱処理（シンターリング）を行う。
【００２５】
Ｐ−ＳｉＮ膜７３上に  カラーフィルタ層を形成する前の平坦化として、スピンコート法又はスキャンコート法を用いて可視光透過性材料を塗布し、上面をＣＭＰなどにより平坦化することで平坦化膜７４を形成する。このとき、平坦化とともに有機膜上の電荷の除電を行ってもよい。
【００２６】
次に、平坦化膜７４上にカラーフィルタ層を形成する。ここで、カラーフィルタ層を構成するカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂのうち最も研磨レートが遅いカラーフィルタを研磨停止層をとする。先ず、研磨停止層となるカラーフィルタ（本実施形態では、カラーフィルタ５０Ｂとした。）の材料を所望の膜厚となる条件で塗布し、フォトリソグラフィ工程によって形成された所定のパターンのマスクで露光してパターニングする。次に、他の２つのカラーフィルタについてもそれぞれ、同様の工程で順次にパターニングして形成する。
【００２７】
図３，４は、カラーフィルタ層を形成した状態を示している。カラーフィルタ層の表面には、下方に成膜された絶縁膜を形成する工程で繰り返し行われた純水リンスや高速スピン乾燥に起因して静電気が帯電していることがある。図３に示すように、本発明において、カラーフィルタ層における、表面の帯電している領域を帯電層Ｃとする。
【００２８】
次に、帯電層Ｃを研磨により取り除く。帯電層Ｃを取り除く手法としては、例えば、ＣＭＰを用いることができる。帯電層ＣをＣＭＰにより行うことで、カラーフィルタ層の除電とともに、表面の平坦化を同時に行うことができる。
【００２９】
本実施形態では、カラーフィルタ５０Ｂを研磨停止層とし、ＣＭＰを行い、カラーフィルタ層の表面の除電するとともに、平坦化処理を行った。ＣＭＰを行う際には、導電性溶液に界面活性剤又は同等の親水性界面処理剤を添加し、砥粒レス雰囲気で研磨を行うことが好ましい。導電性溶液とカラーフィルタ層の表面が接触することにより、カラーフィルタ層の表面をより確実に除電することができる。したがって、撮像時に不要電荷によるノイズを抑制することができる。また、親水性表面を保持し、研磨屑の再付着を防止し、画素部の目詰まりによる画素欠陥を防止できる。
【００３０】
上述のように、カラーフィルタ層を構成するカラーフィルタ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂのうち最も研磨レートが遅いカラーフィルタを研磨停止層をとすることで、目標とする膜厚で研磨を確実に終了させることができる。
【００３１】
カラーフィルタ層を形成した後、洗浄液によりカラーフィルタ層の表面のスラリや汚染等を除去し、イオンバランスが調整されたエアを吹き付けるとともに、ホットプレート加熱を行い、乾燥させる。
【００３２】
そして、マイクロレンズ６０を形成するためのバッファ層として、可視光透過性材料を０．５μｍ〜１．０μｍの膜厚で塗布し、エッチング法又はメルト法によってマイクロレンズ６０を形成する。
【００３３】
本発明は、シンターリングした後、有機膜であるカラーフィルタ層の表面に形成される帯電層Ｃを研磨して取り除く工程を有している。このため、カラーフィルタ層の下層の絶縁膜を成膜する際に各膜に純水リンスと高速スピン乾燥を繰り返すことに起因して絶縁膜表面に静電気が帯電している場合であっても、帯電層Ｃを取り除くことで、カラーフィルタ層を除電することができる。固体撮像素子の場合には、撮像後の電荷転送時に転送効率が劣化することを防止することができる。
【００３４】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例の固体撮像素子としては、上記実施形態の製造方法を使用し、カラーフィルタ層の表面の帯電層をＣＭＰにより除去する工程を行ったものである。比較例として、従来のように、カラーフィルタ層の表面の帯電層を除去することなく製造した固体撮像素子を用意した。そして、それぞれの固体撮像素子を用いて、同様の条件で撮像を行い、このときの電荷の転送効率を計測した。転送効率の計測は、ＣＣＤ評価テスターで実施する。一定光量の条件下でＶＣＣＤから転送した電荷でＨＣＣＤにて転送する際に、ＡＭＰに対し、遠近関係の電荷量を比較する。この比を転送効率としている。結果を図５に示す。
【００３５】
図５に示すように、比較例の固体撮像素子は、転送効率が約９７〜９８％であったが、一方で、実施例の固体撮像素子では、転送効率が９９．４〜９９．８％に改善されていることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】固体撮像素子の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】カラーフィルタ層を形成した状態を示す断面図である。
【図４】カラーフィルタ層を形成した状態を示す断面図である。
【図５】実施例及び比較例のそれぞれ固体撮像素子の転送効率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１    基板
３０    光電変換部
４０    電荷転送部
５０Ｇ，５０Ｂ    カラーフィルタ
Ｃ    帯電層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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