JPH0661464A

JPH0661464A - 半導体イメージセンサの製造方法及びイメージセンサアセンブリ

Info

Publication number: JPH0661464A
Application number: JP6425893A
Authority: JP
Inventors: Robert Curtis Daly; カーティスディリーロバート; Jeffrey Carlyle Blood; カーライルブラッドジェフリー
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1994-03-04
Also published as: EP0562557A1; US5654202A

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体イメージセンサにおいて、ストリーク
を低減する。【構成】イメージセンサ１０は、シリコン基板（半導
体基板）１１により構成され、シリコン基板１１上に
は、第１の誘電層１２と、ポリシリコンのゲート電極１
３、１４、１５と、第２の誘電層と、パッシベーション
層１７が、堆積されている。パッシベーション層１７の
上部表面１７ａは、第１の誘電層１２、第２の誘電層の
部分１６ａ及び１６ｂと、ゲート電極１５の露出した外
形に沿って平坦ではない。パッシベーション層１７の上
部表面１７ａ上には、プレーナ層１８と、プレーナ層１
８のプレーナ表面１８ａを覆う色フィルタアレー層１９
がある。プレーナ層１８は、アクティブデバイス領域内
にカラーセパレータをコーティング及び付着するため
の、平滑で均一な表面を提供し、ボンディングパッドへ
のアクセスを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体イメージセンサ
の製造方法に係り、より詳細には、色分解手段に含まれ
る、プレーナ層（planarized layers ）を有する半導体
イメージセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体イメージセンサは、横方向に間隔
を置いて配置されたセンサ素子の格子から成り、それぞ
れの格子は“画素”と呼ばれる。センサ中の各画素はホ
トダイオードまたはホトコンデンサといったホトセンサ
を含む。動作中、画素のアクティブシリコン領域に光が
入射すると、電荷が生じる。この電荷はそれぞれの画素
で生成され、読取りが可能で、ディジタルイメージの作
成に用いられる。このタイプのセンサ素子を含む半導体
アレーは、通常、導体、半導体、絶縁体を順次パターン
現像することによって製造される。

【０００３】これらのデバイスで採用されるシリコンホ
トセンサは、可視スペクトルを含む広帯域の放射に対し
て感度が高い。しかしながら、このようなセンサは、印
刷や、電子静止画像、サーマル印刷、ハロゲン化銀画
像、ビデオ表示等のイメージを再現するのに用いられ
る、複数のカラー要素に光を分解することはできない。
一般にこれらの技法では、通常、赤、緑、青、シアン、
マゼンタ、黄といった、複数の異なる色分解入力が必要
である。

【０００４】このため色分解は、センサアレーの上部に
配置される染色パターンの配列を構成することによって
達成されてきた。この配列は外部に構成することがで
き、デバイス上部に配置することができるほか、他の方
法として、完成したデバイスのウェーハ上に直接作製す
ることもできる。この、一体型のカラーフィルタアレー
（ＣＦＡ）を作製する後者の方法は、容易にＣＦＡをセ
ンサアレー中の画素に対して正確に配列できるため、高
解像度デバイスを作製する方法として好まれる。この目
的に採用されるＣＦＡは、パターン現像され、染料を含
んだ重合体の層から成る。通常の画素は、１色または複
数の染料を含む単一の重合体層、または、それぞれが１
色または何色かの染料を含む重合体の複数の層によって
覆われている。これらの染色層は、光をある波長で除去
し、他の波長の光をホトセンサに到達させる役割をす
る。染料と配列パターンを注意深く選択することによ
り、光が異なる波長で別々にサンプリングされ、色分解
イメージを作成することができる。

【０００５】一体型のＣＦＡを作製するための好ましい
技法は、感光重合体イメージ系（aphotosensitive poly
mer imaging system ）のコーティングとパターン現像
と、次いでイメージを染色するステップとを含む。光重
合体系のコーティング、露出、現像は、デバイスを製作
する際のマイクロリトグラフのホトレジストを用いて実
施する操作に類似している。しかしながら、これらのイ
メージは染色され、デバイスから除去されず、完成した
デバイスの一部としてデバイス中に残る。このプロセス
のイメージは、重合体イメージに移動してその部分に保
持、すなわち染着することのできる染料液または染料
と、ウェーハを接触させて放置することによって染色さ
れる。染料の取込速度と重合体に取り込まれる染料の量
は、重合体と染料の組成と、イメージを作成するプロセ
スと、染料溶液を調製するのに用いられる溶剤との関数
となる。

【０００６】さらに、ＣＦＡを製造する別の方法には、
パターン現像する前に、染料を有するホトレジストを用
いる方法がある。この方法では、染料溶液と処理の必要
がなくなる。しかしながら、本技法の実施可能性は、複
数の異なる染色レジストを使用することの経済性と、レ
ジスト露出と染料が干渉を起す可能性が高いことによ
り、制限を受ける。

【０００７】前述の方法の双方において、イメージの最
終的な強度は、染色されるコーティングの厚さによって
大きく異なる。したがって、飽和点において、厚いコー
ティングはより多くの光を吸収するのに対し、薄いコー
ティングはあまり吸収しない。このため、異なる染料溶
液または染色レジストを用い、パターン現像プロセスは
数回繰返される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】研究によれば、染色Ｃ
ＦＡコーティングの厚さがデバイス全体で均一な場合の
み、均一な画素応答が得られる。もちろん、この場合は
平坦な均一表面上では何ら問題は起こらない。しかしな
がら、完成したデバイスは平坦ではない。イメージセン
サを作成するのに必要な処理ステップには、通常、エッ
チングまたはデポジションなどによって材料をパターン
現像するステップが含まれる。製造工程中に材料をパタ
ーン現像するため、複数の集積回路またはイメージセン
サを含む完成したウェーハは、顕微鏡的には平滑でな
く、高さや深さが異なり、横方向の寸法が異なるという
トポグラフィ特徴（topographical features）、すなわ
ち表面の凹凸を示す。これらの凹凸により、垂直方向の
寸法は約０．２〜１０μｍ程度の違いとなって現れるこ
とが多い。

【０００９】このようなＣＦＡコーティングの製造プロ
セスの操作では、通常、溶液または懸濁液をスピンコー
ティングすることにより、上記のタイプの表面の凹凸を
有するウェーハ上にフィルムが堆積される。このような
状況下、このように堆積されたフィルムでは一般に、デ
バイスの形状に固有か、あるいはテスト構造またはアラ
インメント構造に起因する主要な表面の凹凸の点から放
射状に外に向かって厚さの変動が現れる。これらの放射
方向の厚さの変動は、通常放射ストリークと呼ばれ、液
体の薄い層を高い障壁を越えて流れさせようとする力に
対する物理的な反応に過ぎない。ウェーハがスピンにか
けれらる際、液体はウェーハの中心部から外に向かって
飛ばされ、表面から出た突起部の障壁に衝突すると、液
体は分裂し、コーティング溶液は突起部を越えずに、そ
の回りを優先的に進む。この結果、突起部の背後には薄
いコーティングの影が形成され、その影の両側には、厚
いエッジビーズが形成される。このような特徴の組み合
わせがストリークである。

【００１０】複数のイメージセンサチップ（ダイスと呼
ばれる）は、ウェーハ上に同時に作られる。ダイスは、
生産される高品質のチップの数が最大化されるよう、ウ
ェーハ上に配置される。ダイスは、通常ストリートと呼
ばれるグリッドによって分離される。完成したダイス
は、次いでウェーハをストリートに沿って引き切るか、
裁断することによって個別のチップに分割される。スト
リートはダイスのアクティブ領域よりも高さがかなり低
いため、コーティング溶液はウェーハ表面全体を均一に
コーティングせず、これらの領域に流れ込み、たまって
しまう傾向がある。ウェーハの断面図を観察すると、ス
トリートからデバイス表面に入る際に急激な変化が存在
する。したがって、画素のアクティブ集光領域は、デバ
イス上面より０．２〜１．５μｍ程度低く、ストリート
はデバイス上面より２〜７μｍ程度低い。

【００１１】研究によると、重合体コーティングプロセ
スの間、ストリークは表面の凹凸によって発生すること
が示されている。顕著なストリークは、コーティング溶
液がダイスの隅を登らず、ストリートに沿って流れる傾
向のあるダイスの内部の隅に観察される。ストリークは
ウェーハの中心部から伸長し、中央のフィルムと、その
回りのより厚い領域から構成される。ＣＦＡは完成した
デバイス上に残るという事実を考慮すると、ＣＦＡにお
けるストリークのような不良は、センサの性能品質に悪
影響を及ぼす傾向がある。したがって、厚い領域の下の
ホトセンサは光に対する応答が低く、画像出力が暗くな
るが、薄い領域では他の波長の光を通過するため、明る
くなり、その結果、ストリークのイメージが、出力イメ
ージに現れる。

【００１２】デバイスチップを電子システムで機能させ
るためには、ボンディングパッドに接続することによ
り、デバイスチップは入力を受信し、出力を送出しなく
てはならない。したがって、デバイスとＣＦＡの製造に
は、製造終了時に、金属性のボンディングパッドはワイ
ヤボンディングなどにアクセスできなくてはならないと
いう制限がある。これらの開放形ボンディングパッド
は、ストリーキング現象にわずかに寄与するだけである
が、ボンディングパッドを開放形に保つプロセスは、平
坦化とＣＦＡ製造の双方を非常に困難なものとする。

【００１３】薄いＣＦＡフィルムに関して起こるもう一
つの問題は、製造中に鋭い表面の凹凸が存在する場合に
起こる。鋭利なエッジを無理に乗り越えさせられるコー
ティングは、正常なコーティングよりも薄く、相当のス
トレス下にある。それに次ぐ現像中または染色中の膨
潤、あるいは焼付け時の染色や縮小によってコーティン
グにひび割れを生じ、ひび割れに近いアクティブ領域を
フィルタを通過しない光に露出させ、微小な不良を発生
させる。

【００１４】そして最後に、幾何学的なウェーハ上にカ
ラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）を形成する際に発生する
もう１つの問題は、染色コーティングの厚さが、それぞ
れの画素で幅も長さも異なることである。

【００１５】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、ウェハ上のストリークを低減
し、高品質のイメージセンサを製造する方法及びそのよ
うなイメージセンサを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、色フィルタア
レーをウェーハ上に作製する前に、完成したホトセンサ
デバイスウェーハ上にプレーナ層（a planarizing laye
r ）が直接コートされるという技法手段により、前述の
従来技術の制限を効果的に取り除くことができる。

【００１７】ある視点から見ると、本発明は色フィルタ
アレーを有するイメージセンサの製造方法に関する。本
方法は、まずイメージセンサを、対応するトポグラフィ
特徴（topographic features）と共に、半導体基板上に
形成するステップと、イメージセンサの表面上にプレー
ナ層を形成するステップと、プレーナ層上に色フィルタ
アレーを形成するステップとを含む。

【００１８】別の視点から見ると、本発明は、色フィル
タアレーを有する複数のイメージセンサをウェーハ上に
製造する方法に関する。本方法は、まず、それぞれのセ
ンサがそれぞれの間にストリートを有する複数のイメー
ジセンサを、対応する表面の凹凸と共にウェーハ上に形
成するステップを含む。次のステップは、前記イメージ
センサ及びストリートの表面上にプレーナ層を形成し、
次のステップは、それぞれのセンサ上に色フィルタアレ
ーを形成するステップである。

【００１９】さらに別の視点から見ると、本発明はイメ
ージセンサアセンブリに関する。イメージセンサアセン
ブリは、半導体基板と、誘電層と、色フィルタアレーを
含む。半導体基板は平坦でない上部表面を有するイメー
ジセンサを含む。誘電層はイメージセンサの上部表面上
にあり、本質的に平坦な上部表面を有する。色フィルタ
アレーは誘電層の上部表面上にある。

【００２０】

【作用】このように堆積されたプレーナ層は、アクティ
ブ領域内にコーティング及び付着のための平滑で均一な
表面を提供することにより、色フィルタアレーの製造を
容易にすることが確認されている。さらに、この表面に
より、ＣＦＡの染色層は、アクティブテバイス領域上に
非常に均一に堆積するようになる。また、前記プレーナ
層を使用することによって達成される利点は、プレーナ
層が非アクティブなウェーハの領域を覆い、均一でない
コーティングに起因するストリークを低減するという事
実からも派生する。プレーナ層は完成したデバイス上に
残るため、本質的に不良がなく、デバイスが作動する光
の波長においては透明である。ここに記載した本プレー
ナ層を、マイクロリトグラフ技術で一般的に用いられる
プレーナ層と比較した場合の顕著な特徴は、本プレーナ
層が完成したデバイスの一部として残り、続くパターン
形成で除去されないという点である。

【００２１】本発明の実施において、深部のトポグラフ
ィ特徴を部分的に満たし、同時にＣＦＡコーティング液
がアクティブデバイス領域で遭遇する急激な不連続性を
低減することによってデバイス上に形成される一体型色
フィルタアレーの均一性と品質を高めるプレーナ層をイ
メージセンサデバイスウェーハ上に形成する技法を説明
する。プレーナ層は、通常の順応方式（a normal confo
rmal manner ）により、画素を部分的に満たす。その結
果、プレーナ層上に堆積するＣＦＡコーティングは、ア
クティブ画素領域全体に渡ってより均一な厚さを有す
る。ＣＦＡコーティングは鋭い突起部と交差する必要が
ないので、染色及び乾燥に対して通常ひび割れが生じる
ことはない。プレーナ層によっても真に平坦な表面は達
成されないが、ストリートからデバイスの上部へと続く
ような、急激な不連続性は低減された。スピンコーティ
ング液は、非プレーナ構造よりも、この勾配をより効率
的にすることができる。したがって、残りのストリーク
の強度を最小化することと共に、こうしてストリークの
大幅な低減が達成される。

【００２２】

【実施例】本発明は、以下の詳細な説明を添付の図面及
び請求の範囲と照合することにより、より良く理解され
るであろう。なお、図面の縮尺は、必ずしも実物と同一
ではない。

【００２３】まず図２について述べる。従来技術のイメ
ージセンサ１０の断面図が示されている。イメージセン
サ１０は、シリコン基板（半導体基板）１１により構成
され、シリコン基板１１上には、通常二酸化ケイ素Ｓｉ
Ｏ₂の第１の誘電層１２と、通常ドープしたポリシリコ
ンのゲート電極１３、１４、１５と、通常ＳｉＯ₂の部
分１６ａ及び１６ｂを有する第２の誘電層と、通常二酸
化ケイ素ＳｉＯ₂または窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ₄のパッシ
ベーション層１７が、堆積されている。パッシベーショ
ン層１７の上部表面１７ａは、第１の誘電層１２、第２
の誘電層の部分１６ａ及び１６ｂと、ゲート電極１５の
露出した外形に沿って平坦ではない。上部表面１７ａに
配置された色フィルタアレー層（図示せず）は、上部表
面１７ａの外形に整合しないため、作動する際には必ず
好ましくないひずみを生じる。

【００２４】次に図１について述べる。本発明のイメー
ジセンサアセンブリ２０が示されている。イメージセン
サアセンブリ２０は図２のイメージセンサ１０の構造に
加え、パッシベーション層１７の上部表面１７ａ上のプ
レーナ層１８と、プレーナ層１８のプレーナ表面１８ａ
を覆う色フィルタアレー層１９とから構成される。

【００２５】イメージセンサアセンブリ２０は、通常次
のように製造される。図２のイメージセンサ１０は、通
常、従来型の半導体デバイスの製造技術に基づいたウェ
ーハの半導体基板上に形成される、複数の、本質的に同
一のイメージセンサとして形成される。パッシベーショ
ン層１７は、通常、半導体デバイスのボンディングパッ
ドにアクセスできるよう、パターン現像される。しかし
ながら、色フィルタアレー（ＣＦＡ）（図示せず）の製
造中は、ウェーハ表面の平坦性を増すため、パターン現
像しないでおくのが好都合である。このような状況下で
は、後にボンディングパッドを露出するため、パッシベ
ーション層に対するエッチマスクが用いられる。エッチ
マスクはプレーナ層により構成されるが、このプレーナ
層については、本発明の実施における次のステップで説
明される。

【００２６】次に、この結果形成された構造は、たとえ
ば三酸化クロムの硫酸溶液によって洗浄され、脱イオン
水によって十分にゆすがれる。次いで、洗浄された構造
は、平坦化の前に、脱水のため焼付処理される。

【００２７】続いて、平坦化材料から成るコーティング
溶液が、スピンコーティングによって構造上に堆積さ
れ、所望のコーティングの厚さを得る。コーティングの
具体的な厚さは、ウェーハ上の凹凸の高さに関する考慮
によって決められる。次いでコーティングに存在する溶
液は焼付けにより除去され、その結果、付着性が増し、
表面の平坦性が最大限になる。最適な厚さは０．３〜５
μｍの範囲に相当する。このように堆積されたプレーナ
層１８は、次いでイメージ露出と現像にかけられ、その
結果センサ上にプレーナ層と、アラインメント目標とテ
スト構造（すべて図示せず）といった、ストリート及び
隣接特徴が形成される。プレーナ層１８は次いでボンデ
ィングパッド（図示せず）から除去される。

【００２８】プレーナ層の仕上げには、様々なオプショ
ンがある。より具体的には、プレーナ層１８として使用
するよう選択された材料や、外部電子回路（図示せず）
への接続に関してデバイスのボンディングパッドを開口
するのに用いられるプロセスが、次に続く手順を決定す
る。したがって、たとえば、特にプレーナ層が感光性の
組成であったり、あるいはプレーナ層にホトレジストが
コートされている場合は、ボンディングパッドまで開口
するのが好都合である。前者の場合に有用な材料は、光
重合、光架橋、光二量化、光分解、光作用性の変化を起
すことのできる組成のものである。それぞれの場合、コ
ーティングのパターン現像露出により、コーティングの
溶解性に差が生じる。多くの周知の重合体及び組成は、
この目的のためにホトレジストとして使用することがで
き、プレーナ層として直接用いることもできるし、プレ
ーナ層上に用いることもできる。これ以上の情報につい
ては、“Photoreactive Polymers: The Science and Te
chnology of Resists ”,Arnost Reiser, John Wiley a
nd Sons, Inc., N.Y. 1989 に記載されている。

【００２９】陰画感光材として機能するプレーナ層にお
いては、露出された領域は現像液に溶けにくくなる。露
出をマスクすることにより、ボンディングパッド上部の
コーティングを除くウェーハのすべてが光に露出され
る。その結果、露出された領域は現像液に溶けにくくな
る。次いで現像によってボンディングパッド上からコー
ティングを除去し、その結果、外部電子回路との接続が
可能になる。このタイプのレジスト用感光性素子として
機能する化合物には、アジド化合物やジアゾニウム化合
物がある。アジド化合物は露出によって分解し、様々な
有機分子と非常に反応性が高いニトレンを生成する。プ
レーナ層として有用なイメージ系は、モノアジドまたは
ビスアジドから形成することができる。モノアジドまた
はビスアジドは露出波長で光を吸収し、ニトレンとの反
応性が高い部位を有するノボラック、環状ポリイソプレ
ン、またはポリヒドロキシスチレンといった重合体マト
リックス内にある。重合体鎖上のニトレンの多重挿入反
応、多重引抜き反応、多重付加反応により、露出領域で
は架橋が形成される。架橋領域が不溶であるという事実
を考慮すると、露出したウェーハを元のコーティング用
の溶剤で処理することにより、陰画が形成される。ジア
ゾニウム塩またはジアゾ樹脂によるイメージ化は、架橋
に影響を及ぼすことなく、露出領域の溶解性を変化させ
ることによって起こる。このタイプのプレーナ層用のコ
ーティング溶液には、有機ジアゾニウム塩や水溶性重合
体の水溶液がある。この目的に適切な重合体には、ゼラ
チン、ポリビニルアルコール、４級アンモニウム塩含有
重合体、ポリビニルピロリドン等がある。適切な波長で
の露出により、ジアゾニウム塩は窒素を脱離し、非イオ
ン化し、水に不溶になる。この光作用性の変化は、露出
領域の溶解を防ぐよう作用し、現像後架橋がいく分生成
し、陰画が生成する。

【００３０】光二量化発色団を含有するポリビニルシン
ナメートのような重合体は、本発明を実施する際の使用
に適切な、他の有用な種類の陰画プレーナ層を提供す
る。この場合、反応性発色団は、２＋２光環化反応によ
って二量化できる基を含んでいなければならない。代表
的な基には、シンナメート、スチリルアクリレート、ナ
フチルアクリレート、チオフリルアクリレート等があ
る。これらの重合体は、通常、ポリビニールアルコール
を対応する酸の塩化物と反応させることによって製造す
る。有用な重合体は、ポリスチレンまたはポリクロロメ
チルスチレンを酸塩化物またはアミンを有する発色団に
より修飾することによっても製造される。二量化は、直
接露出あるいは、トリプレット遷移増感剤または電子遷
移増感剤による増感によって達成される。

【００３１】さらに、プレーナ層として用いるのに適切
な他の種類の材料には、光重合イメージ系がある。この
ような系では、分解して反応性の高い分子種を生成する
化合物に光が吸収され、生成した分子種は単量体の重合
を開始する。これらのイニシエータは、通常フリーラジ
カルまたはカチオンを生成するよう選択される。フリー
ラジカルはアクリレート及びメタクリレートを急速に重
合し、高分子重合体を生成する。単量体は重合体に比べ
てより多くの溶剤に急速に溶解するため、露出及び現像
後には陰画マスクが得られる。エポキシドのカチオン重
合によっても、同一の結果がもたらされる。この目的の
ための適切なフリーラジカルホトイニシエータには、過
酸化物、アゾ化合物、ベンゾインエーテルや、ケトクマ
リンとアミノ促進剤の組合せ等がある。光反応性カチオ
ンイニシエータには、ジアゾニウム塩、イオジニウム塩
及びスルホニウム塩等がある。最適な結果は、多機能単
量体によって得られる。単量体はコーティング溶剤とし
て作用し、除去されずに重合されるため、この系はより
平坦な系を生成する。

【００３２】露出の際、現像液への溶解性が高くなる陽
画像系もまた、プレーナ層として使用される。これらの
系は、２つのメカニズム、すなわち光作用性変化または
光作用性分解の内の１つに従って作用する。たとえば、
ポリメチルメタクリレートは、適切な波長における露出
の間に分解を受ける重合体である。このプロセスでは、
重合体の主鎖は分解され、重合体の分子量は低下する。
重合体の組成の溶解速度は、重合体の分子量に反比例し
て大きく異なるため、分子量が低下するに従って溶解速
度は増大する。したがって、現像工程の間に、露出領域
は急速に除去され、陽画を生成する。その他の分解性の
重合体には、ポリメチルイソプロペニルケトン、ポリジ
メチルグルタルイミド、ポリノナフルオロブチル−メタ
クリレート等がある。

【００３３】ナフタレンキノンジアジド化合物に基づく
光作用性変化レジストは、露出及び現像後に、重合体の
分子量を変化せずに、陽画を生成する。この種のレジス
トには、光活性化合物と、水性塩基に可溶な結合剤重合
体という、２つの主要成分がある。ナフタレンキノンジ
アジド光活性化合物は、重合体結合剤の水性塩基への溶
解を阻害する。光への露出により、キノンが分解され、
光生成物は水性塩基中の結合剤の溶解促進剤となる。こ
の露出とそれに続く現像の結果、陽画が得られる。この
タイプのイメージプレーナ層に有用な結合剤には、ノボ
ラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン等がある。

【００３４】プレーナ層を直接パターン現像することが
望ましいというのが明らかでない場合は、これに相当す
る従来型のホトレジストによってコーティングしてもよ
い。パターン転送はレジストの露出及び現像によって達
成され、続いて非保護プレーナ層イメージのエッチング
を行う。ここで用いられる用語“相当”とは、レジスト
コーティング及び現像が、プレーナ層に干渉せず、プレ
ーナ層のエッチングがレジストのイメージを壊さず、レ
ジスト層はパターン転送終了後プレーナ層から除去でき
るという意味に定義される。プレーナ層の組成とエッチ
ングに選択された方法に応じて、有用なレジストとして
は、ポリヒドロキシスチレンまたはノボラックのいずれ
かとナフタレンキノンジアジドの組合せ、酸素との反応
性を高めたイオンエッチングレジスタンスに対するイメ
ージにシリコンを取り込むレジスト等がある。選択され
たプレーナ層それ自体がホトレジストである必要がない
場合は、光反応性の挙動を考慮しなくても、様々な可溶
性の重合体がプレーナ層としての使用に適する。この目
的に有用な重合体には、ポリスチレン、アクリレートと
メタクリレートの重合体、ポリイミド、ポリエステル、
ポリウレタン等がある。

【００３５】プレーナ層は、パターン現像されている場
合もされていない場合も、ＣＦＡ製造プロセスにおいて
は安定化する必要がある。プレーナ層は、ＣＦＡ製造に
必須のコーティング及び染色ステップ中に、膨潤せず、
変形せず、あるいは染料を吸収しないことが必要であ
る。通常、安定化は、焼付けやプラズマ処理による架橋
露出、またはこれらの処理の組合せにより、プレーナ層
の表面を硬化または架橋することによって行われる。架
橋された陰画プレーナ層の場合、堅い安定なネットワー
クを形成するには、焼付けだけを行うのが適切である。
非酸素プラズマによる処理により、同時にウェーハを高
強度の深紫外線中に浸せきしている間に、表面の化学的
性質を変化させる。それぞれの場合、プロセスにより溶
剤によって膨潤せず、染料を吸収しないプレーナ層を形
成する。

【００３６】プレーナ層が完成すると、次いでコーティ
ング、パターン現像、第１の色分解層を染色することに
より、色フィルタアレー（ＣＦＡ）の製造が開始され
る。次いで通常２つかそれ以上の付加的な層がコートさ
れ、パターン現像され、染色され、完全な色フィルタア
レーを形成する。

【００３７】ここで述べたフィルタ層を含む染料は、選
択された材料及びこれらの製造に選ばれた手順に基づい
て様々な形状をとる。好ましい製造工程においては、均
一な層をコーティングし、イメージ露出し、非露出層部
分を洗い落とし、次いで染料を吸収して残りのフィルタ
層を染色することにより、パターン現像したフィルタ層
がまず形成される。

【００３８】ＣＦＡを製造する通常の手順は次のようで
ある。

【００３９】光不溶化材料の溶液をプレーナ支持体表面
にコーティングすることにより、パターン現像したフィ
ルタ層が形成される。次いで支持体は回転され、遠心力
を引き起こす。この遠心力は、コーティング溶液をウェ
ーハの表面上に広げ、余剰の溶液をウェーハの端から放
出する。その後、通常水等の残留溶剤は、周囲温度また
は高温で層を乾燥することによって除去される。次いで
その結果生成した固体層には、通常紫外線放射の光化学
放射へのパターン露出が施され、所望のパターンを確定
する。露出に続いて、こうして形成された潜在している
イメージ層は、非露出領域の層を選択的に洗い落とす現
像液と接触させられる。層を有する支持体は通常現像液
で浸せきされるか、あるいは現像液が加えられる間回転
または揺動され、現像液との接触を均一に保つ。

【００４０】パターン現像フィルタ層が形成された後、
染料溶液と接触させることにより、染料が吸収される。
染料は吸収によって層に入り込むので、フィルタ層の吸
収は、吸収される染料の量に比例して、光学濃度が増大
する。染料によるフィルタ層の飽和に近づくと、付加的
な染料の吸収速度と、フィルタ層の光学濃度がさらに増
大する速度は次第に低下する。フィルタ層を染料によっ
て飽和することが好ましい。ここで、“飽和”とは、染
料の吸収時間が２倍になった時、光学濃度の増加が５％
未満になる染料濃度であると定義される。層が飽和状態
に染色される場合、吸収される染料の量はフィルタ層の
厚さにより、最初に決定される。

【００４１】それに続くフィルタ層は、パターンまたは
その位置と吸収される染料を異にするのみで、同一のス
テップにより形成される。

【００４２】パターン現像染料吸収プロセスによってフ
ィルタ層を形成する簡便な方法においては、、親水性コ
ロイドが、放射反応性硬化（すなわち、架橋）剤と共に
水中に懸濁される。これらの水性溶液は次にコーティン
グされ、パターン現像可能なフィルタ層を形成する。こ
の目的の親水性コロイドには、タンパク質、タンパク質
誘導体、セルロース誘導体や、セルロースエステルのよ
うな多糖類、ゼラチン（アルカリまたは酸で処理したも
の）、アセチル化ゼラチン、フタル酸ゼラチンのような
ゼラチン誘導体、デキストレン、アラビアゴム、ゼイ
ン、カゼイン、ペクチン、コラーゲン誘導体、コロジオ
ン、寒天、くず粉、アルブミン等があり、これらはすべ
て一般的に写真材料の結合剤として有用であることが知
られている。

【００４３】親水性コロイド（好ましくはゼラチンまた
はゼラチン誘導体）は、ジクロム酸塩との組合せで、放
射反応性の硬化剤として用いることができる。ジクロム
酸塩は、たとえば、ジクロム酸カリウム、ジクロム酸ナ
トリウム、またはジクロム酸アンモニウムである。ジク
ロム酸ゼラチンは、半導体イメージデバイス用の色フィ
ルタアレーのフィルタ素子に対して十分な分解能があ
り、よく付着し、水溶液を用いて好適にコーティング、
現像される。ゼラチン及び関連の親水性コロイドは、カ
チオン性染料を媒染する能力をある程度示すことが知ら
れている。このように、比較的簡便なフィルタ層形成が
可能である。勿論、従来型の媒染法も必要に応じて組合
せて用いることができる。

【００４４】フィルタ層の境界を最も正確に確定するた
めには、ネガティブホトレジスト（negative working p
hotoresists ）と呼ばれる光不溶化重合体を用いるのが
好ましい。さらに、染料のフィルタ層内への固定化を高
めるためには、媒染剤をホトレジストコーティング組成
の中に取り込むことが特に好ましい。

【００４５】プレーナ層に関しては、ジアゾ樹脂がこの
目的に有用な好ましい光反応性重合体である。多くの水
溶性放射受感ジアゾ樹脂（water soluble radiation se
nsitive diazo resins）は、この用途に有用である。好
ましい材料は、酸中でパラホルムアルデヒドまたはホル
ムアルデヒトといったアルデヒドによって縮合され、ク
ロロジンケート（chlorozincate ）またはフッ化ホウ素
酸といった二重金属塩（a double metal salt ）に変換
された、ジフェニルアミン−４−ジアゾニウムのハロゲ
ン化塩またはリン酸ジフェニルアミン−４−ジアゾニウ
ムといった、ｐ−アミノジフェニルアミンのジアゾニウ
ム塩の酸縮合生成物である、低分子量ジアゾ樹脂であ
る。これらの樹脂は本技術分野で周知であり、たとえ
ば、Kosar 著、"Light Sensitive Systems", pp.323-32
4, John Wiley and Sons, N.Y., N.Y.に記載されてい
る。特に適切なジアゾ樹脂の組成の１つは、"Continuou
s Tone Dyed Diazo Imaging Elements," Research Disc
losure, Volume 169, Item 16976, May 1978に記載され
ている組成である。

【００４６】ジアゾ樹脂は媒染剤と混合され、フィルタ
層を形成するのに用いられるパターン現像可能なコーテ
ィング組成を生成する。ジアゾ樹脂によるパターン現像
層の生成に完全に整合する様々な媒染剤が知られてい
る。アニオン染料を固定化することができるカチオン媒
染剤が特に好ましい。有用な媒染剤は、米国特許第２，
５４８，５７５号（Sprague ら）、第２，５４８，５７
５号（Weyerts ）第２，６７５，３１６号（Carroll
ら）、第２，７１３，３０５号（Yutzy ら）、第２，７
５６，１４９号（Saundersら）、第２，７６８，０７８
号（Reynoldsら）、第３，４４８，７０６号、３，５５
７，０６６号、３，６２５，６９４号、３，７０６，６
９０号、３，７５８，４４５号、３，７７８，８８５
号、３，８９８，０８８号、３，９４４，４２４号（Co
hen ら）に開示のものから選択することができる。

【００４７】特に好ましい媒染剤は、次の構造式に従う
くり返し単位から構成される、ビニルベンジル４級アン
モニウムの重合媒染剤である。

【００４８】

【構造１】ここで、Ｒ1 及びＲ2 は、６〜約２０個の炭素原子を有
する、同一または異なるアリール基、アラルキル基、ア
ルカリル基、あるいは、１〜約１０個の炭素原子を有す
るアルキル基である。

【００４９】Ｒ3 及びＲ4 は、双方とも水素か、これら
が結合している炭素原子と共に、飽和環、不飽和環、ま
たは芳香環か、５〜１０個の炭素原子を有するシクロヘ
キシル基、シクロペンチル基、フェニル基、ナフチル基
といった環構造を形成する。

【００５０】Ｘは、たとえば塩化物イオンのようなハロ
ゲンイオン、メタン硫酸塩イオン、ｐ−トルエンスルホ
ン酸イオンといった、アニオンである。

【００５１】ｎは、０、１、または２である。

【００５２】媒染剤が共重合体である場合、重合媒染剤
の余剰分は問題にならない。多くのエチレン様不飽和単
量体が、ビニルベンゼン４級アンモニウム単量体と共重
合され、好ましい媒染剤を生成する。たとえば、スチレ
ンのようなビニルベンゼンは、媒染剤の共重合体に取り
込むための、好ましいエチレン様不飽和単量体である。
クロロメチルスチレンは直接共重合し、次いで４級塩化
される。４級アンモニウムを含む繰り返し単位は、通常
重合媒染剤の１０〜１００モル％、好ましくは４０〜１
００モル％である。

【００５３】対応するアニオン媒染剤はビニルベンゼン
４級アンモニウムの繰返し単位を、アクリル酸、メタク
リル酸、アルファ−クロロアクリル酸または１−プロペ
ン−１，２，３−トリカルボン酸といった、カルボン酸
置換ビニル単量体から誘導されたアニオンの繰返し単位
で置換することによって製造される。

【００５４】媒染剤とジアゾ樹脂の相対量は媒染剤の分
子量と媒染強度、色フィルタアレーの色フィルタ素子を
作製するのに用いられる特定の染料、他の要因によって
異なる。ジアゾ樹脂の好ましい量の範囲はコーティング
当り約０．１６〜約１．０ｍｇ／ｄｍ²であり、媒染剤
の好ましい量の範囲は約０．５〜約５．０ｍｇ／ｄ
ｍ²、最適には約１．０〜１．５ｍｇ／ｄｍ²である。
色フィルタアレーまたは半導体イメージデバイスを製造
する際には、スピンコーティングによってコーティング
するのが最も一般的であるが、他の方法も有用である。
樹脂はまず紫外（ＵＶ）線に対して感光性であり、通常
水を用い、スプレーまたは層を混合層中で浸せきして処
理される。

【００５５】光架橋単位（a photocrosslinkable unit
）及び媒染単位を含む重合体もまた、色フィルタアレ
ーの製造には有用である。この目的のための適切な共重
合体は、米国特許第４，８０８，５１０号（Snowら）に
開示の、次の一般構造を有するものである。

【００５６】

【構造２】ここで、Ｒ1 及びＲ2 は、低級アルキル基、Ｒ3 は二価
の結合基、Ｒ4 、Ｒ5 、Ｒ6 は１〜１０個の炭素原子を
含む炭化水素、Ｘは架橋基、Ｚは対イオン、ｕ及びｙは
化合物の重合特性を示し、共に架橋単量体の量を定義す
るのに用いられる（ｕ＋ｙ＝１００％）。

【００５７】ここに記載した実施例は、本発明の一般的
な原理を説明するためのものであるものとする。本発明
の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって
容易に変更がなされる。したがって、たとえば、ボンデ
ィングパッドへのアクセスが色フィルタアレーの製造前
に開口されていない場合は、アクセスは製造工程の終了
後に開口されなければならない。この目的は、色フィル
タアレーを配置してウェーハ上に従来型のホトレジスト
をコーティングし、次いでホトレジストをパターン現像
することにより、達成される。コーティングプロセスも
現像プロセスも、この処理においては、アクティブデバ
イス領域に干渉してはならない。次いで、プレーナ層及
びパッシベーション層のいずれかあるいは双方が選択的
エッチングにより除去される。最後にこの最終レジスト
は、可視波長の光を吸収する場合には除去され、可視領
域でほぼ透明である場合には、色フィルタアレー用の最
終保護としてそのまま残る。さらに、このプロセスによ
ってボンディングパッドが開口される場合には、プレー
ナ層に用いられる材料は感光性でなければならない。こ
の目的に有用な重合体には、ポリスチレン重合体、アク
リレート重合体、メタクリレート重合体、ポリイミド、
ポリエステル、ポリウレタン等がある。

【００５８】

【発明の効果】本発明によるプレーナ層により、ＣＦＡ
コーティング液がアクティブデバイス領域で遭遇する急
激な不連続性を低減することによってデバイス上に形成
される一体型色フィルタアレーの均一性と品質を高める
ことができる。その結果、プレーナ層上に堆積するＣＦ
Ａコーティングは、アクティブ画素領域全体に渡ってよ
り均一な厚さを有する。ＣＦＡコーティングは鋭いトポ
グラフィと交差する必要がないので、染色及び乾燥に対
して通常ひび割れが生じることがない。さらに、残りの
ストリークの強度を最小化することにより、ストリーク
の大幅な低減が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイメージセンサアセンブリである。

【図２】従来技術のＣＣＤイメージセンサの一部の単純
化した断面図である。

【符号の説明】

１０イメージセンサ１１シリコン基板（半導体基板）１２第１の誘電層１３、１４、１５ゲート電極１６ａ、１６ｂ第２の誘電層の部分１７パッシベーション層１７ａ上部表面１８プレーナ層１８ａプレーナ表面１９色フィルタアレー層２０イメージセンサアセンブリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】色フィルタアレーを有するイメージセン
サの製造方法において、対応する表面の凹凸と共に、イメージセンサを半導体基
板上に形成するステップと、イメージセンサの表面上にプレーナ層を形成するステッ
プと、プレーナ層上に色フィルタアレーを形成するステップ
と、を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項２】請求項１記載のイメージセンサの製造方
法において、プレーナ層を光、熱、プラズマ、あるいはこれらの組合
せに暴露することによって引き続いて実施されるコーテ
ィングプロセス及び染色プロセスにおいて遭遇する条件
に対して、プレーナ層が不活化されることを特徴とする
イメージセンサの製造方法。
【請求項３】請求項１記載のイメージセンサの製造方
法において、プレーナ層が、プレーナ材料をイメージセンサ上にスピ
ンコーティングするステップにより形成されることを特
徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項４】請求項１記載のイメージセンサの製造方
法において、プレーナ層が、ネガティブホトレジストを含むことを特
徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項５】請求項１記載のイメージセンサの製造方
法において、プレーナ層が、光架橋作用及び媒染作用の双方を有する
水性コート可能なネガティブホトレジスト系を含むこと
を特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項６】請求項１記載のイメージセンサの製造方
法において、プレーナ層が、光活性ジアゾ樹脂と４級アンモニウム媒
染重合体の混和材料を含むことを特徴とするイメージセ
ンサの製造方法。
【請求項７】請求項１記載のイメージセンサの製造方
法において、プレーナ層が、光二量化作用を有する共重合体と、４級
アンモニウム媒染剤と、を含むことを特徴とするイメー
ジセンサの製造方法。
【請求項８】請求項１記載のイメージセンサの製造方
法において、プレーナ層が、ポジティブホトレジストを含むことを特
徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項９】請求項１記載のイメージセンサの製造方
法において、プレーナ層が、ノボラック樹脂結合剤と、ナフタレンキ
ノンジアジド光活性化合物と、を含むことを特徴とする
イメージセンサの製造方法。
【請求項１０】請求項１記載のイメージセンサの製造
方法において、プレーナ層が、ポリスチレン重合体と、アクリレート重
合体と、メタクリレート重合体と、ポリイミドと、ポリ
エステルと、ポリウレタンと、から成る群より選択され
た単純な重合体であることを特徴とするイメージセンサ
の製造方法。
【請求項１１】色フィルタアレーをウェーハ上に有す
る複数のイメージセンサの製造方法において、それぞれのセンサがそれぞれの間にストリートを有する
複数のイメージセンサを、対応する表面の凹凸と共にウ
ェーハ上に形成するステップと、前記イメージセンサ及びストリートの表面上にプレーナ
層を形成するステップと、それぞれのセンサ上に色フィルタアレーを形成するステ
ップと、を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項１２】請求項１１記載のイメージセンサの製
造方法において、プレーナ層を光、熱、プラズマ、あるいはこれらの組合
せに暴露することによって、引き続いて実施されるコー
ティンブプロセス及び染色プロセスにおいて遭遇する条
件に対して、プレーナ層が不活化されることを特徴とす
るイメージセンサの製造方法。
【請求項１３】請求項１１記載のイメージセンサの製
造方法において、プレーナ層が、プレーナ材料をウェーハ上にスピンコーティングするス
テップと、コーティングをイメージ露出するステップと、プレーナ層が、センサ上と、ストリート上と、アライン
メントターゲット及びテスト構造等の隣接構造上と、に
残り、ボンディングパッド上には残らないよう、イメー
ジを現像するステップと、から形成されることを特徴とするイメージセンサの製造
方法。
【請求項１４】請求項１１記載のイメージセンサの製
造方法において、プレーナ層が、ネガティブホトレジストを含むことを特
徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項１５】請求項１１記載のイメージセンサの製
造方法において、プレーナ層が、光架橋作用及び媒染作用の双方を有する
水性コート可能なネガティブホトレジスト系を含むこと
を特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項１６】請求項１１記載のイメージセンサの製
造方法において、プレーナ層が、光活性ジアゾ樹脂と４級アンモニウム媒
染重合体の混和材料を含むことを特徴とするイメージセ
ンサの製造方法。
【請求項１７】請求項１１記載のイメージセンサの製
造方法において、プレーナ層が、光二量化作用を有する共重合体と、４級
アンモニウム媒染剤と、を含むことを特徴とするイメー
ジセンサの製造方法。
【請求項１８】請求項１１記載のイメージセンサの製
造方法において、プレーナ層が、ポジティブホトレジストを含むことを特
徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項１９】請求項１１記載のイメージセンサの製
造方法において、プレーナ層が、ノボラック樹脂結合剤と、ナフタレンキ
ノンジアジド光活性化合物と、を含むことを特徴とする
イメージセンサの製造方法。
【請求項２０】請求項１１記載のイメージセンサの製
造方法において、プレーナ層が、ポリスチレン重合体と、アクリレート重
合体と、メタクリレート重合体と、ポリイミドと、ポリ
エステルと、ポリウレタンと、から成る群より選択され
た単純な重合体であることを特徴とするイメージセンサ
の製造方法。
【請求項２１】請求項１２記載のイメージセンサの製
造方法において、パターン現像される構造上に適切なホトレジストをコー
ティングするステップを用い、色フィルタアレー製造の
前または後に、プレーナ層をボンディングパッドから除
去するステップと、所望のイメージを形成し、非保護プレーナ層とパッシベ
ーション層との少なくとも一方を溶解またはエッチング
するステップと、を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項２２】イメージセンサアセンブリにおいて、平坦でない上部表面を有するイメージセンサを含む半導
体基板と、イメージセンサの上部表面上の誘電層と、誘電層の上部表面上の色フィルタアレーと、を含み、前記誘電層が本質的に平坦な上部表面を有することを特
徴とするイメージセンサアセンブリ。