(57)【要約】【課題】パッド上とスクライブ底に堆積した合成樹脂層の樹脂抜きと反射防止層の剥離を、１回のレジストパタニングだけで実現すること、及びフッ化物系の反射防止膜に代えてシリカ膜を反射防止膜として採用できる工程にすることを課題とした。【解決手段】固体撮像素子上に、少なくとも、平坦化層、色分解フィルタ、マイクロレンズ、反射防止層を備えるカラー固体撮像素子の製造方法において、反射防止膜としてＳｉＯ２層をマイクロレンズ上に設けた後、レジストを塗布し、フォトリソ法によりＳｉＯ２層が不要な部位のレジストに開口部を設け、露出したＳｉＯ２層をフッ素系ガスを用いたドライエッチング法により除去する工程を含むことを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方法である。【選択図】図１
2013131613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子上に、少なくとも、平坦化層、色分解フィルタ、マイクロレンズ、反射防止層を備えるカラー固体撮像素子の製造方法において、反射防止膜としてＳｉＯ２層をマイクロレンズ上に設けた後、レジストを塗布し、フォトリソ法によりＳｉＯ２層が不要な部位のレジストに開口部を設け、露出したＳｉＯ２層をフッ素系ガスを用いたドライエッチング法により除去する工程を含むことを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
その後、前記開口部に露出している、マイクロレンズを組成する樹脂層以下の合成樹脂層を、Ｏ２ガスを用いたドライエッチング法により除去する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカラー固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記フッ素系ガスがＣ３Ｆ８ガスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラー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、カラーフィルター上に反射防止膜で被覆されたマイクロレンズアレイを備えたカラー固体撮像素子の製造方法の合理化・簡易化に係り、特に接続用パッド等の清浄化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラや携帯電話のカメラは、電荷結合型（ＣＣＤ）や相補型酸化物半導体型（ＣＭＯＳ）の固体撮像素子を主要部とし、該固体撮像素子上にカラーフィルタとマイクロレンズアレイ等を組み合わせたオン撮像素子カラーフィルタを備えたカラー固体撮像素子をモジュール化したカメラモジュールを搭載している。
【０００３】
固体撮像素子自体は、直径２０〜３０ｃｍのシリコンウエハを用いて半導体プロセスにて作製される。オン撮像素子カラーフィルタも類似ではあるが独立した別プロセスで加工され、最終的にダイシング工程にて個々に断裁されてからパッケージングされて１個のカメラモジュールとなる。携帯電話に装着されるカメラであれば、固体撮像素子の大きさは、わずか３ｍｍ角程度とすれば、直径２０ｃｍの一枚のウエハから１５００〜２８００個ぐらいは採れるものである。
【０００４】
ところで、固体撮像素子の画素に相当する受光部は、光を受けると、素子が反応して電気信号を発生させる光電変換素子である。しかし、光電変換素子としての受光素子は、単に光の明暗に反応する素子なのでこのままではカラー画像にならない。そこで個々の受光素子の前に、赤・青・緑またはシアン・マゼンタ・イエロー・グリーンからなる色分解フィルタを規則的に形成し、被写体からの光を３色または４色に分解してから光電変換している。
【０００５】
さらに、カメラの画素数が１０００万にも達して受光部が微細化すると、受光素子の面積が減少する上に、受光部に入射する光量に対して画素間に入射する無駄となる光量も相対的に増大してくる。そこで、画素及びレンズ間の隙間を狭くする（〜０．０５μｍ程度以下）と同時に受光部間に入射する光を屈折させて受光部に導くためのマイクロレンズを赤・青・緑等の各画素の上に敷設して光電変換素子の感度を上げている。
【０００６】
しかしながら、アクリル樹脂等の透明な樹脂からなるマイクロレンズには、４．５％〜５．５％程度の表面反射があり改善が求められている。そこで、表面反射を低減するためにレンズ表面をレンズ材料よりも屈折率が小さな無機系絶縁膜で被覆して、反射率を３．５％程度に抑制している。
【０００７】
多数の固体撮像素子が多面付けされたウエハー基板には、概略上記のようなカラー化するための様々な加工がウエハー全面について一括で行われカラー固体撮像素子基板となる。この基板は、個々の撮像素子に断裁されて使用されるが、当該撮像素子１の外周部には、図１（ａ）、（ｆ）に示すように外部と結線するための接続用金属端子６（以下、単にパッドと記す。）や、撮像素子間を仕切るスクライブ（図示せず）加工がなされており、これらの上にも、加工中に塗布された有機膜や無機膜が等しく積層されて残っていることがある。
【０００８】
個々の固体撮像素子１は、最終的には樹脂基板やリードフレームに搭載され、接続用端子はワイヤボンディングやフリップ撮像素子接続により前記基板の所定の端子と接続されるので、撮像素子周辺の接続用端子６やスクライブ等から、加工工程で積層された材料を
剥離して取り除き、表面を元の清浄な状態に戻しておく必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１５０８４３号公報
【特許文献２】特開２００２−２１４４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１（ｆ）に、カラー固体撮像素子１の構造を断面視で示した。破線以下の部分は、ＣＣＤやＣＭＯＳの固体撮像素子部分であって構造の詳細は省略するが、この上にオンチップ形態で、平坦化層４、色分解フィルタ３及びとレンズアレイ２等がフォトリソ法によりパタニング形成されたものである。
【００１１】
簡単に説明すると、ＣＭＯＳの表面には凹凸があり、直接色分解フィルタ３を形成すると色ムラの原因となるため、ウエハ表面を平滑化するための１μｍ程度の平坦化層４がある。
【００１２】
平坦化層４の上に、厚みが概ね１．０〜２．０μｍの赤色画素、緑色画素、青色画素からなる色分解フィルタ３が定法のフォトリソ法により形成されている。平坦化層４と色分解フィルタ３の間に反射防止層が形成される場合もある（図では省略してある）。平坦化層４が反射防止層を兼ねる場合もある。
【００１３】
また、色分解フィルタ３の赤、青、緑画素間にも段差があるのと着色成分が熱等で周囲に拡散するのを防止するために色分解フィルタの上にも平坦化層を兼ねる保護層が形成されることもある（図示せず）。
【００１４】
色分解フィルタ３もしくは保護層の上には、高さが１．０〜３．５μｍの範囲で所定の高さのドーム状のマイクロレンズ２が画素（受光部）ごとに形成され、マイクロレンズ２の表面には、さらにフッ化物やシリカ等無機絶縁膜からなる反射防止層７が形成されている。
【００１５】
したがって、元来は物が載っていてはならない電極パッド６の上とかスクライブ（図示せず、断裁用の溝）の底には、パタニング工程によっては除去されなかった塗布層が積層されて残存している。少なくとも、無機材料からなる反射防止層７とマイクロレンズ２を組成する合成樹脂層が積層されており、場合によっては、平坦化層４やフィルタ３の合成樹脂層が残存することもある。
【００１６】
そこで、接続用のパッド６とスクライブ部だけを露出して、それ以外をレジストで被覆してから、余分な合成樹脂層を上層から溶媒に溶解させるウエットエッチングかプラズマ照射やイオン照射で分解させるドライエッチングかのいずれかにより順次除去している。
【００１７】
その一例を以下に示す。また、パッド６上と図示しないスクライブ部をクリーンにすることを樹脂抜きと称し、樹脂抜きされる物を一括して合成樹脂とも記す。
【００１８】
マイクロレンズ２が反射防止層７で被覆されていない場合には、マイクロレンズ２はアクリル系もしくはノボラック系の合成樹脂であり、パッド上のこれらはＯ２ガスのドライエッチングで除去されている。
【００１９】
フッ化物系の反射防止膜を形成した場合の樹脂抜きを含む剥離技術は特許文献１に開示
されている。この技術ではマイクロレンズの組成物等合成樹脂の樹脂抜きは、図１（ａ）〜（ｆ）で示すように、定法のＯ２のドライエッチングで行い、パッド上の反射防止膜の除去は、レジスト層を使ったリフトオフ法で行っている。
【００２０】
具体的には、平坦化層４やマイクロレンズ２等の合成樹脂層はパッド６上に積層されているが、反射防止層７をウエハ全面に形成する前に、パッド上にリフトオフ用の第一のレジストパターン５を形成している（図１（ａ））。そして、反射防止層を形成後（同図（ｂ））、第一のレジストパターン５を溶解・除去するが、その際レジスト上の反射防止層７も同時に流失し、パッド６上には残らない（同図（ｃ））。
【００２１】
その後、マイクロレンズ２上の反射防止層７を、後続するドライエッチングのダメージから保護し、パッド６上が、その上に堆積した合成樹脂をドライエッチングするための開口部となっているような第二のレジストパターン９を形成し、合成樹脂層２を、Ｏ２ドライエッチングで除去している。最後に、第二のレジスト９の剥離を行うものである。
【００２２】
上記の樹脂抜き工法には、リフトオフ用とドライエッチング用の２回のレジストパタニング工程が必要であり、工程が長く生産性と良品歩留まりの低下を招来している。
【００２３】
そこで本発明は、上記問題に鑑み、パッド上とスクライブ底に堆積した合成樹脂層の樹脂抜きと反射防止層の剥離を、１回のレジストパタニングだけで実現すること、及びフッ化物系の反射防止膜に代えてシリカ膜を反射防止膜として採用できる工程にすることを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を達成するための請求項1に記載の発明は、固体撮像素子上に、少なくとも、平坦化層、色分解フィルタ、マイクロレンズ、反射防止層を備えるカラー固体撮像素子の製造方法において、反射防止膜としてＳｉＯ２層をマイクロレンズ上に設けた後、レジストを塗布し、フォトリソ法によりＳｉＯ２層が不要な部位のレジストに開口部を設け、露出したＳｉＯ２層をフッ素系ガスを用いたドライエッチング法により除去する工程を含むことを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方法としたものである。
【００２５】
また請求項２に記載の発明は、その後、前記開口部に露出している、マイクロレンズを組成する樹脂層以下の合成樹脂層を、Ｏ２ガスを用いたドライエッチング法により除去する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカラー固体撮像素子の製造方法としたものである。
【００２６】
また、請求項３に記載の発明は、前記フッ素系ガスがＣ３Ｆ８ガスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカラー固体撮像素子の製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、フッ素系ガスのＣ３Ｆ８をドライエッチングに使用したことで、ウエハプロセス適合性の高いプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２層をマイクロレンズの反射防止膜に採用できた。これは、フッ化物系の膜に比べて、低温製膜が可能で化学的安定性に優れている。
【００２８】
本発明によれば、一度のレジストパタニング工程で形成したレジストパターンを継続して使用することで、ＳｉＯ２層とマイクロレンズ形成に用いた材料の除去が可能となり、大幅な工程の合理化が達成された。
【００２９】
また、Ｃ３Ｆ８ガスを用いたドライエッチングで硬化したレジストパターン表面が、Ｏ
２のドライエッチング工程で除去される結果、最終工程のレジストの剥離が容易になるという副次的な効果があった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来技術による反射防止層の剥離方法を説明する断面視の図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）ＳｉＯ２反射防止膜と合成樹脂層を樹脂抜きする工程の一部を示す断面視図である。
【図３】（ｆ）〜（ｊ）ＳｉＯ２反射防止膜と合成樹脂層を樹脂抜きする工程の一部を示す断面視図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）本発明になる樹脂抜き方法を説明する断面視の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図２に記載したように、本発明に係るカラー固体撮像素子は、固体撮像素子１を所与のものとして、概略次の手順により製造したが、平坦化層４と色分解フィルタ３は、所定の着色あるいは透明の感光性顔料レジストを用い定法のフォトリソ法にて製造したもので詳細は省略する。
【００３２】
本実施例におけるマイクロレンズ２は、ノボラック樹脂を用いて熱フローによるか、アクリル樹脂を用いた転写法により、色分解フィルタ３上に形成した。熱フロー法では、所定の厚みのナフトキノンジアジドを添加したノボラック系樹脂を、各受光部に対応するようにフォトリソ法で分割した。分割された樹脂部分を加熱して熱可塑性により液状化させると自発的にドーム状に変形し、その後の熱硬化性による形状の固定化が自発的になされる。マイクロレンズ２の高さは、概ね１．３〜３．５μｍの範囲の所定の値に設定した。
【００３３】
転写法では、マイクロレンズの素材となるアクリル透明樹脂層の上に、アルカリ可溶性と感光性と熱フロー性を有するレジスト材料を用いてフォトリソグラフィ法と熱リフローによりレンズ母型を形成し、ドライエッチング法によりレンズ母型の形状を下地のアクリル透明樹脂層に転写することで形成した。
【００３４】
反射防止層７となるＳｉＯ２層は、１５０℃以下の低温条件にて、ＴＥＯＳ、Ｏ２、Ｈｅの混合ガスを用いプラズマＣＶＤ法により９０ｎｍ程度の厚みでマイクロレンズが形成された撮像素子基板上に製膜した。
【００３５】
しかし、Ｏ２ガスは、合成樹脂は分解除去できるが最表層のＳｉＯ２膜は除去できない。そこで、本発明では、ＳｉＯ２膜を、パーフルオロカーボン系のＣ３Ｆ８ガスを用いて反応性ドライエッチングにより除去した。この際、エッチングに先立って、ＳｉＯ２膜表面にスピンコート法でヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を予め塗布し９０℃で３０秒間程乾燥して表面改質しレジストの密着性を高めておく必要があった（図示せず）。
【００３６】
次に、第一のレジスト層５にノボラック系ポジレジストを、仕上がりが５．５μｍ程度になるように塗布してから（図２（ｂ））、定法の露光・現像処理によりパッドとスクライブ部のレジストを溶解して開口部１１を設けた（図２（ｃ））。
【００３７】
次に、所定条件下のＣ３Ｆ８のドライエッチング（流量３５ｓｃｃｍ、ガス圧６．０Ｐａ、東京エレクトロン社製のＵｎｉｔｙ  Ｍｅ８５ｄを使用）により、開口部に露出したＳｉＯ２膜７を除去した。この時、同時にレジスト５の表面がＣ３Ｆ８ガスにより硬化層化１２されてしまい、剥離液によるレジスト層の溶解除去が困難となり、何度も剥離液による洗浄を繰り返す必要があった（図２（ｄ））。剥離液には、ジメチルスルホキシド６０ｗｔ％、Ｎ−メチル−２−ピロリドン４０ｗｔ％の混合液を使用した。
【００３８】
次に、マイクロレンズ２形成に使ったノボラック樹脂（熱フロー）であってパッド６に堆積した合成樹脂層２を除去した。手順はＳｉＯ２膜の除去と同じで、先ず全面にＨＭＤＳをスピンコートしてから、第二のレジスト１３を塗布し（図３（ｇ））、定法のフォトリソ法により、パッドとスクライブ部に開口部１１を設けた（図３（ｈ））。
【００３９】
マイクロレンズ素材がアクリル樹脂であってもノボラック樹脂であっても、Ｏ２ガス（流量１５０ｃｓｓｍ、ガス圧３．０Ｐａ、東京エレクトロン社製、Ｕｎｉｔｙ  Ｍｅ８５ｄ）を用いたドライエッチングにより除去できた。最後に、レジスト膜を剥離像液で溶解除去してから、ＩＰＡ置換後純水で洗浄した（図３（ｊ））。
【００４０】
樹脂抜きの対象となる合成樹脂は、通常であれば、マイクロレンズ２を組成する合成樹脂であるが、工程上塗布はしたが剥離工程がなかった層あるいは剥離したが取り残された層なども含まれることがある。
【００４１】
上記のように、パッド６やスクライブからのＳｉＯ２膜７の除去は、Ｃ３Ｆ８ガスを使用したドライエッチングで可能であることが分かった。樹脂抜きもエッチングガスを単にＯ２に変更するだけで可能である。
しかしながら、ドライエッチング用のレジストパタニングを２回行う必要があり、またＳｉＯ２膜除去後の第一のレジスト膜の剥離が、硬化層が原因で手間がかかるという問題が残った。
【００４２】
そこで、本発明者は鋭意検討を重ねたところ、上記２回目のレジスト形成は、不要であることが分かった。すなわち、表面が硬化した第一のレジスト層１２をジメチルスルホキシドとＮ−メチル−２−ピロリドンとの混合液で無理やり剥離するのではなく、残したままＯ２のドライエッチングに変更することで、樹脂抜きが可能であることがわかった。
【００４３】
図４（ａ）〜（ｅ）に示したように、ＳｉＯ２膜をＣ３Ｆ８ガスを用い所定条件でドライエッチング（流量は３５ｓｃｃｍ）により除去した後に、開口部に露呈している合成樹脂残存層をＯ２のドライエッチング（流量は１５０ｓｃｃｍ）により除去した（図４（ｃ））。このドライエッチングにより、Ｃ３Ｆ８ガス照射で生じたレジスト表面の硬化層１２も削り取られることも分かった。したがって、剥離が困難であったレジスト層も硬化層１２がないため、前記剥離液に１９秒、ＩＰＡ置換に１５秒、純水洗浄を４０秒程度で容易に剥離できるようになったものである（図４（ｅ））。
【００４４】
本発明では、レジストパタニングは一度であり、Ｃ３Ｆ８ガスとＯ２ガスを使用したドライエッチングで共通に使用したもので、同時にレジスト剥離も容易となり大幅な工程の短縮化・合理化が実現できた。
【００４５】
尚、Ｃ３Ｆ８ガスが好ましいが、Ｃ４Ｆ８あるいはＣａＦｂＸｃ（Ｘは、Ｈ，Ｃｌ，Ｂｒのいずれか、ａ＝１〜５、ｂ＝２ａ＋２−ｃ、ｃ＝０，１）にて表されるフルオロカーボン系ガスも使用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１、固体撮像素子（基板）
２、マイクロレンズ
３、色分解フィルタ
４、平坦化層
５、第一のレジスト層
６、パッド（スクライブ）
７、反射防止膜（ＳｉＯ２）
８、プラズマ
１１、開口部
１２、硬化層
１３、第二のレジスト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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