米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 電気素子 -> ソニー株式会社

発明の名称 オンチップレンズの製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平9−8266
公開日 平成9年(1997)1月10日
出願番号 特願平7−158845
出願日 平成7年(1995)6月26日
代理人
発明者 門村 新吾
要約 目的
CCD撮像素子の感度向上のためのオンチップレンズ14の形状に優れた製造方法を提供する。

構成
オンチップレンズ材料層である有機高分子材料層12を、リフローレジストパターン13aとともにエッチバックする際に、O2 /Cl2 混合ガスを用いてプラズマエッチングする。
特許請求の範囲
【請求項1】 有機高分子材料層上にレジストパターンを形成する工程、前記レジストパターンをリフローしてリフローレジストパターンを形成する工程、前記リフローレジストパターンと前記有機高分子材料層をともにエッチバックして、前記リフローレジストパターンを除去するとともに前記リフローレジストパターンの表面形状を前記有機高分子層に転写する工程を有するオンチップレズの形成方法において、前記エッチバック工程は、酸素系化学種を発生しうるガスと、フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種を発生しうるガスを含む混合ガスを用いてプラズマエッチングする工程であることを特徴とする、オンチップレンズの製造方法。
【請求項2】 フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種を発生しうるガスは、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを生成しうるガスであることを特徴とする、請求項1記載のオンチップレンズの製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、オンチップレンズの製造方法に関し、さらに詳しくは、固体撮像装置等のセンサ部の受光感度を向上させるためのオンチップレンズの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】CCD(Charge Coupled Device)をはじめとする固体撮像素子は、ビデオカメラやカメラ一体型ビデオテープレコーダ等に用いるエリアセンサと、ファクシミリやバーコードリーダ等に用いるラインセンサとに大別されるが、いずれも情報化社会における電子の目として必要不可欠のデバイスとなっている。CCDに対する小型化と高解像度化の要請は高く、高集積化の進展にともない単位画素あたりの占有面積は縮小され、同時にセンサ部の開口面積も縮小の方向にある。
【0003】かかるセンサ部の開口面積の縮小により、センサ部に採り込まれる光量が不足し、S/N比を確保するのに充分な光誘起電荷を確保することが困難となってきた。そこで、高集積度と高感度の両特性をともに満たす要求に鑑みて採用されている構造がオンチップレンズである。オンチップレンズを採用したCCD撮像装置の垂直レジスタ方向の概略断面図を、図2を参照して説明する。シリコン等の半導体基板1上に第1層ポリシリコンゲート3および第2層ポリシリコンゲート4を形成し、これらゲート電極をマスクとしてセルフアラインでイオン注入および活性化熱処理を施すことにより、センサ部2を形成する。つぎに全面にアルミニウムを堆積し、センサ部上部を開口して遮光層5を形成する。遮光層の開口平面形状は一例として1.5μm×2.5μmの長方形である。この後Si3 4等の保護層6を全面に形成し、さらに第1層ポリシリコンゲート3および第2層ポリシリコンゲート4により形成された段差を埋めてアクリル樹脂等による平坦化層7を形成し、さらにカラーフィルタ層8を形成する。この後センサ部2上部に位置するように、オンチップレンズ14を形成する。かかる構造により、オンチップレンズ12で集光された入射光はセンサ部2に集光され、入射光の利用効率を数倍以上に向上することが可能となる。
【0004】オンチップレンズ14の製造方法としては、本願出願人が先に出願した特開平1−10666号公報で開示したように、カラーフィルタ層8上に有機高分子材料層を形成し、有機高分子材料層上に選択的にレジストパターンを形成した後、熱処理を加えてこのレジストパターンをリフローし、略球面の一部をなす表面形状を有するリフローレジストパターンを形成する。この段階でオンチップレンズの形状は確定するのであるが、後に述べる理由によりリフローレジストパターンと有機高分子材料層をともにエッチバックし、リフローレジストパターンをエッチオフするとともにリフローレジストパターンの形状をオンチップレンズ材料層である有機高分子材料層に転写し、オンチップレンズ14を完成する。
【0005】リフローレジストパターンを直接オンチップレンズとして用いない理由は、下層のカラーフィルタ層8を熱退色させない例えば180℃以下でリフロー可能な性質と、後処理工程でワイアボンディングや樹脂モールド工程時に加わる150℃程度の温度では逆にリフローしない性質とを合わせ持つレジスト材料の選択が困難であることによる。また150℃から180℃の狭い温度範囲でリフロー可能なレジスト材料が選択できたとしても、温度管理の点から実際のプロセスウィンドウが狭く、使用には困難が伴うことによる。そこで低温リフロー性に優れたレジスト材料と、耐熱性や光学特性に優れた有機高分子材料層を個別に材料選択して使用するのである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】リフローレジストパターンの形状をオンチップレンズ材料層である有機高分子材料層に転写する場合には、O2 を用いた異方性エッチングを施すのであるが、この際同時ににO* (酸素ラジカル)による等方性エッチング、すなわちアンダーカットが発生しやすい。そこで正確なパターン転写を意図して入射イオンエネルギを高めたスパッタ性の強いエッチング条件を採用すると、スパッタリングイールドの関係から、エッチバック後の有機高分子材料層の断面形状が3角形化する現象が生じる。この問題を図3を参照して説明する。
【0007】まず図3(a)に示すように下地基板11上にオンチップレンズの材料となる有機高分子材料層12を形成し、さらにリフローレジストパターン13aを形成する。リフローレジストパターン13aはオンチップレンズの原形となる略球面の表面形状を有する。
【0008】この状態からO2 ガスを用いたイオン性の強い異方性エッチングにより全面エッチバックしてリフローレジストパターン13aの形状を有機高分子材料層12に転写した状態を図3(b)に示す。同図に見られるように、エッチバック後の有機高分子材料層12はリフローレジストパターン13aの表面形状が正確に転写されずに、断面形状が3角形化した形状異常のオンチップレンズ14aとなる場合が見られる。形状異常の理由は先に述べたように、被エッチング基板に垂直入射するO+ とリフローレジストパターン13aの表面がなす角度により、スパッタリングイールドが変化し特定の入射角部分が優先的にエッチングされるためと考えられる。形状異常のオンチップレンズ14aが形成された場合には、入射光がセンサ部へ正常に収束せず、CCDの光感度を向上する目的が達成されない。
【0009】本発明は上述した従来技術の問題点を解決することをその課題とする。すなわち、本発明の課題はリフローレジストパターンの表面形状が正確に有機高分子材料層にパターン転写できるオンチップレンズの製造方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のオンチップレンズの製造方法は、有機高分子材料層上にレジストパターンを形成する工程、このレジストパターンをリフローしてリフローレジストパターンを形成する工程、このリフローレジストパターンと前記有機高分子材料層をともにエッチバックして前記リフローレジストパターンを除去するとともに先のリフローレジストパターンの表面形状を有機高分子層に転写する工程を有するオンチップレズの形成方法において、このエッチバック工程は、酸素系化学種を発生しうるガスと、フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種を発生しうるガスを含む混合ガスを用いてプラズマエッチングする工程であることを特徴とするものである。ここで述べるフッ素系化学種以外のハロゲン系化学種を発生しうるガスとは、Cl2 やHCl等の塩素系化学種を発生しうるガス、HBrやBr2 等の臭素系化学種を発生しうるガス、ならびにHI等の沃素系化学種を発生しうるガスを表すものである。
【0011】本発明の好ましい態様においては、フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種を発生しうるガスは、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを生成しうるガスであることを特徴とする。かかるガスとしては、X/S比(Xはハロゲン元素を表す)が6未満のS2 2 、SF2 、SF4 、S2 10等のフッ化イオウ系ガス、S2 Cl2 、S3 Cl2 、SCl2 等の塩化イオウ系ガス、およびS2 Br2 、S3 Br2 、SBr2 等の臭化イオウ系ガスを例示できる。フッ化イオウガスとして一般的なSF6 はX/S比が6であるので、これは除外する。
【0012】
【作用】本発明はリフローレジストパターンの表面形状をオンチップレンズ材料層であある有機高分子材料層に転写するエッチバック工程において、エッチングガスとして酸素系化学種を発生しうるガスと、フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種を発生しうるガスを含む混合ガスを用いてプラズマエッチングする点に特徴を有する。
【0013】本発明者は先に多層レジストマスクの下層レジストのパターニングにおいて、サイドエッチングを防止するためにO2 /Cl2 混合ガスを用いてプラズマエッチングする技術を、特開平2−244625号公報と特開平4−7829号公報に開示した。この先願は垂直な側壁を有するレジストパターンを形成する目的であるが、この技術を球面形状のレジストパターン転写に応用したところ、思わぬ好結果を収めることができたことに本発明は立脚する。
【0014】O2 /Cl2 混合ガスを用いてプラズマエッチングする場合には、同時進行的にCClx を主体とする反応生成物がレジストマスクや被エッチング層のパターン側面に堆積し、入射イオンやラジカルのアタックからパターンを保護しサイドエッチングや形状異常を防ぐことができる。この反応生成物中の炭素は、レジストパターンから供給されるものであるが、被エッチング層が有機高分子材料層の場合には直接被エッチング層からも供給されるものである。一方従来技術であるO2 単独ガスによるエッチバックの場合には、反応生成物はCOやCO2 のみであるので被エッチング基板上に堆積せず、レジストマスクや被エッチング層のパターンを保護する効果はない。したがって、先述したスパッタリングイールドの関係からリフローレジストパターンは最初の表面形状を維持することができず、その断面の3角形状化が進み、この結果形成されるオンチップレンズの断面形状も異常形状となる。
【0015】しかし本発明によれば、リフローレジストパターンの表面はCClx を主体とする反応生成物の堆積がエッチングと競合して起こることにより保護され、特定の入射角度部分のみが優先的にエッチングされることがない。したがって、略球面の表面形状を正確に有機高分子材料層に転写することが可能である。堆積する反応生成物は、ハロゲン系化学種の種類により、CBrx やCIx となるが、いずれの場合にもイオン入射耐性を高める効果がある点ではCClx と同様である。
【0016】フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種を発生しうるガスとして、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを生成しうるガスを用いた場合には、CClx等に加えてイオウの堆積をも利用できるので、パターン保護効果は一層高まり、正確なパターン転写が可能である。なおこのイオウ系ガスと同時にN2 やN2 4 あるいはNF3 等のN系ガスを併用すれば、ポリチアジル(SN)x の堆積が利用でき、この場合にはさらに高いパターン保護効果が得られる。なお、これらイオウ系材料は昇華性であるので、被エッチング基板温度が略室温以下に制御されている場合に効果的な堆積が期待できる。逆に被エッチング基板をイオウにおいては90℃以上、ポリチアジルにおいては150℃以上に減圧雰囲気中で加熱すれば、被エッチング基板にコンタミネーションやパーティクルを残さずに除去することが可能である。
【0017】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき、添付図面を参照して説明する。なお従来技術の説明で参照した図3中の構成部分と同様の構成部分については、同じ参照番号を付すものとする。
【0018】実施例1本実施例はO2 /Cl2 混合ガスを用いてオンチップレンズ材料層である有機高分子材料層をエッチバックした例でありこれを図1を参照して説明する。図1(a)に示すように下地基板11上に有機高分子材料層12の一例としてノボラック系レジストであるOFPR−800をスピンコーティングし熱硬化する。有機高分子材料層12は耐熱性と光学特性を満たす材料であればよく、感光性やリフロー特性は必要としない。つぎに有機高分子材料層12上に同じく一例としてノボラック系レジストであるTSMR−V3をスピンコーティングし、露光・現像処理してレジストパターン13を形成する。レジストパターンの材料としては、感光性とリフロー性を満たせば他の材料であってもよい。下地基板11は、前述したCCD撮像装置の垂直レジスタ方向の概略断面図を示す図2に対応して説明すると、半導体基板1からカラーフィルタ層8までが形成されたものである。したがって、レジストパターン13はセンサ部2の直上に選択的にパターニングされている。
【0019】つぎに図1(b)に示すように、160℃のポストベークを施してレジストパターン13をリフローし、略球面のなだらかな表面形状を有するリフローレジストパターン13aを形成する。この温度では、カラーフィルタ層の退色を招くことはない。
【0020】図1(b)に示す被エッチング基板を基板バイアス印加型ECRプラズマエッチング装置の基板ステージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッチング条件でリフローレジストパターン13aおよび有機高分子材料層12をともにエッチバックする。
2 流量 40 sccm Cl2 流量 10 sccm ガス圧力 1.3 Pa マイクロ波電源パワー 1500 W(2.45GHz)
基板バイアス電源パワー 200 W(13.56MHz)
基板温度 0 ℃本エッチング工程においては、リフローレジストパターン13aや有機高分子材料層12とCl2 との反応生成物であるCClx が、リフローレジストパターン13aの表面やパターニングされつつある有機高分子材料層12上に堆積し、入射イオンのスパッタリングによる形状異常を効果的に防止した。エッチバックは下地基板11表面のカラーフィルタ層が露出する前に終了し、この結果リフローレジストパターン13aの表面形状が正確に転写されたオンチップレンズ14が形成された。エッチングレートは500nm/分であった。
【0021】本実施例によれば、Cl2 /O2 混合ガスを用いたエッチバック条件の採用により、良好な表面形状のオンチップレンズを安定して製造することが可能である。
【0022】実施例2本実施例はO2 /HBr混合ガスを用いてオンチップレンズ材料層である有機高分子材料層をエッチバックした例でありこれを再び図1を参照して説明する。本実施例で用いた図1(b)に示す被エッチング基板は前実施例1と同じであるので、重複する説明を省略する。
【0023】図1(b)に示す被エッチング基板を基板バイアス印加型ECRプラズマエッチング装置の基板ステージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッチング条件でリフローレジストパターン13aおよび有機高分子材料層12をエッチバックする。
2 流量 40 sccm HBr流量 10 sccm ガス圧力 1.3 Pa マイクロ波電源パワー 2000 W(2.45GHz)
基板バイアス電源パワー 250 W(13.56MHz)
基板温度 0 ℃本エッチング工程においては、リフローレジストパターン13aや有機高分子材料層12とHBrとの反応生成物であるCBrx がリフローレジストパターン13aの表面やパターニングされつつある有機高分子材料層12上に堆積し、入射イオンのスパッタリングによる形状異常を効果的に防止した。CBrx は前実施例のCClx よりイオン入射耐性が高く、基板バイアスを実施例1より高めても異常スパッタリングは発生しなかった。エッチバックは下地基板11表面のカラーフィルタ層が露出する前に終了し、この結果リフローパターニング13aの表面形状が正確に転写されたオンチップレンズ14が形成された。エッチングレートは実施例1の場合より高まり、700nm/分であった。
【0024】本実施例によれば、HBr/O2 混合ガスを用いたエッチバック条件の採用により、良好な表面形状のオンチップレンズを安定してしかもスループット高く製造することが可能である。
【0025】実施例3本実施例はO2 /S2 Cl2 混合ガスを用いてオンチップレンズ材料層である有機高分子材料層をエッチバックした例でありこれを再度図1を参照して説明する。本実施例で用いた図1(b)に示す被エッチング基板は前実施例1と同じであるので、ここでも重複する説明を省略する。
【0026】図1(b)に示す被エッチング基板を基板バイアス印加型ECRプラズマエッチング装置の基板ステージ上にセッティングし、一例として下記プラズマエッチング条件でリフローレジストパターン13aおよび有機高分子材料層12をエッチバックする。
2 流量 40 sccm S2 Cl2 流量 10 sccm ガス圧力 1.3 Pa マイクロ波電源パワー 2500 W(2.45GHz)
基板バイアス電源パワー 350 W(13.56MHz)
基板温度 0 ℃本エッチング工程においては、S2 Cl2 を添加した混合ガスを用いているので、リフローレジストパターン13aや有機高分子材料層12と塩素との反応生成物であるCClx とともに、S2 Cl2 の解離により生じたイオウがリフローレジストパターン13aの表面やパターニングされつつある有機高分子材料層12上に堆積し、入射イオンのスパッタリングによる形状異常を極めて効果的に防止した。これら混合堆積膜はイオン入射耐性が非常に高く、基板バイアスを実施例2よりさらに高めても異常スパッタリングは発生しなかった。エッチバックは下地基板11表面のカラーフィルタ層が露出する前に終了し、この結果リフローレジストパターン13aの表面形状が正確に転写されたオンチップレンズ14が形成された。エッチングレートは実施例2の場合よりさらに高まり、800nm/分であった。
【0027】本実施例によれば、S2 Cl2 /O2 混合ガスを用いたエッチバック条件の採用により、極めて良好な表面形状のオンチップレンズを安定してしかもスループット高く製造することが可能である。先に記した通り、S2 Cl2 /O2 混合ガスにさらにN2 ガスを添加すればポリチアジルの堆積を利用することができ、形状異常防止効果は一層高まる。
【0028】以上本発明を3例の実施例を用いて説明したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。例えば、レジストパターンを2層レジストパターンで構成し、解像度のよい上層レジストとリフロー性に優れた下層レジストを組み合わせて使用すれば、オンチップレンズの微細化に対応可能である。かかる微細オンチップレンズのエッチバックにおいても、本発明の混合ガスを用いたエッチバック方法は極めて有効である。
【0029】プラズマエッチング装置として基板バイアス印加型ECRプラズマエッチング装置を例示したが、平行平板型RIE装置やマグネトロンRIE装置、誘導結合プラズマエッチング装置あるいはヘリコン波プラズマエッチング装置等のエッチング装置であっても好適に用いることが可能である。
【0030】その他、CCD撮像装置の構造も例示したものに限定されるものではない。本発明のオンチップレンズの製造方法は、CCDに限らず有機高分子材料層によるマイクロレンズや回折格子を用いる各種OEIC等にも用いることが可能でる。
【0031】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明のオンチップレンズの製造方法によれば、リフローレジストパターンの表面形状が正確に有機高分子材料層に転写でき、形状のすぐれたオンチップレンズを安定に製造することが可能となるので、CCD撮像素子の感度の向上と信頼性に寄与できる。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013