JPH098266A - Manufacture of on-chip lens - Google Patents
Manufacture of on-chip lensInfo
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- JPH098266A JPH098266A JP7158845A JP15884595A JPH098266A JP H098266 A JPH098266 A JP H098266A JP 7158845 A JP7158845 A JP 7158845A JP 15884595 A JP15884595 A JP 15884595A JP H098266 A JPH098266 A JP H098266A
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- resist pattern
- chip lens
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- organic polymer
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Abstract
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an on-chip lens, and more particularly, to a method of manufacturing an on-chip lens for improving the light receiving sensitivity of a sensor unit such as a solid-state image pickup device.
【0002】[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。2. Description of the Related Art CCD (Charge Coupled)
Solid-state image sensors such as devices are roughly divided into area sensors used for video cameras and camera-integrated video tape recorders, and line sensors used for facsimiles and bar code readers. Has become an indispensable device for the electronic eyes of. There is a strong demand for miniaturization and high resolution of the CCD, and the occupied area per unit pixel is reduced with the progress of high integration, and at the same time, the opening area of the sensor portion is also being reduced.
【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 N4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。Due to the reduction of the opening area of the sensor section,
Since the amount of light taken into the sensor section is insufficient, it has become difficult to secure a sufficient amount of photo-induced charges to secure an S / N ratio. Therefore, an on-chip lens is a structure adopted in view of the requirements of satisfying both the characteristics of high integration and high sensitivity. A schematic sectional view in the vertical register direction of a CCD image pickup device adopting an on-chip lens will be described with reference to FIG. By forming a first-layer polysilicon gate 3 and a second-layer polysilicon gate 4 on a semiconductor substrate 1 made of silicon or the like and performing ion implantation and activation heat treatment by self-alignment using these gate electrodes as a mask, the sensor unit 2 To form. Next, aluminum is deposited on the entire surface, and the light shielding layer 5 is formed by opening the upper portion of the sensor portion. The opening plane shape of the light shielding layer is, for example, 1.5 μm × 2.5 μm
Is a rectangle. After that, a protective layer 6 of Si 3 N 4 or the like is formed on the entire surface, and the step formed by the first-layer polysilicon gate 3 and the second-layer polysilicon gate 4 is filled to form a flattening layer 7 made of acrylic resin or the like. Then, the color filter layer 8 is further formed. After that, the on-chip lens 14 is formed so as to be located above the sensor unit 2. With this structure, the incident light condensed by the on-chip lens 12 is condensed on the sensor unit 2, and the utilization efficiency of the incident light can be improved several times or more.
【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。As a method of manufacturing the on-chip lens 14, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-10666 filed by the applicant of the present application, an organic polymer material layer is formed on the color filter layer 8 to form an organic film. After the resist pattern is selectively formed on the polymer material layer, heat treatment is applied to reflow the resist pattern to form a reflow resist pattern having a surface shape forming a part of a substantially spherical surface. At this stage, the shape of the on-chip lens is fixed,
For the reasons described below, the reflow resist pattern and the organic polymer material layer are both etched back, the reflow resist pattern is etched off, and the shape of the reflow resist pattern is transferred to the organic polymer material layer that is the on-chip lens material layer, and turned on. The chip lens 14 is completed.
【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。The reason why the reflow resist pattern is not directly used as an on-chip lens is that the lower color filter layer 8 is not thermally discolored and can be reflowed at, for example, 180 ° C. or lower, and it is added in a wire bonding or resin molding process in a post-treatment process. This is because it is difficult to select a resist material having the property of not reflowing at a temperature of about 150 ° C. Even if a resist material that can be reflowed in a narrow temperature range of 150 ° C. to 180 ° C. can be selected, the actual process window is narrow in terms of temperature control, and it is difficult to use. Therefore, a resist material having excellent low temperature reflow properties and an organic polymer material layer having excellent heat resistance and optical characteristics are individually selected and used.
【0006】[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。When the shape of the reflow resist pattern is transferred to the organic polymer material layer which is the on-chip lens material layer, anisotropic etching using O 2 is performed. At the same time, isotropic etching due to O * (oxygen radical), that is, undercut is likely to occur. Therefore, if an etching condition with a high sputter property in which the incident ion energy is increased is adopted with the intention of accurately transferring the pattern, the phenomenon that the cross-sectional shape of the organic polymer material layer after etching back becomes a triangle due to the relationship of the sputtering yield. Occurs. This problem will be described with reference to FIG.
【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1
2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。First, as shown in FIG. 3A, the base substrate 11
Organic polymer material layer 1 which is the material of the on-chip lens
2 is formed, and a reflow resist pattern 13a is further formed. The reflow resist pattern 13a has a substantially spherical surface shape that is the original shape of the on-chip lens.
【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。FIG. 3B shows a state in which the shape of the reflow resist pattern 13a is transferred to the organic polymer material layer 12 by etching back the entire surface from this state by strongly anisotropic ionic etching using O 2 gas. Show. As shown in the figure, the surface shape of the reflow resist pattern 13a is not accurately transferred to the organic polymer material layer 12 after the etch back, and the cross-sectional shape becomes an abnormal on-chip lens 14a having a triangular shape. The case can be seen. As described above, the reason for the abnormal shape is that the sputtering yield changes depending on the angle formed by the surface of the reflow resist pattern 13a and O + which is vertically incident on the substrate to be etched, and the specific incident angle portion is preferentially etched. It is thought to be because.
When the on-chip lens 14a having an abnormal shape is formed, the incident light does not normally converge on the sensor portion, and the purpose of improving the photosensitivity of the CCD cannot be achieved.
【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。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. That is, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an on-chip lens that allows the surface shape of a reflow resist pattern to be accurately transferred onto an organic polymer material layer.
【0010】[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。The method for manufacturing an on-chip lens of the present invention comprises a step of forming a resist pattern on an organic polymer material layer, a step of reflowing the resist pattern to form a reflow resist pattern, In a method for forming an on-chip lesbian, which includes a step of etching back both a reflow resist pattern and the organic polymer material layer to remove the reflow resist pattern and transferring the surface shape of the reflow resist pattern to the organic polymer layer. The etch back step is a step of performing plasma etching using a mixed gas containing a gas capable of generating an oxygen chemical species and a gas capable of generating a halogen chemical species other than a fluorine chemical species. To do. The gas capable of generating a halogen-based chemical species other than the fluorine-based chemical species described here is a gas capable of generating a chlorine-based chemical species such as Cl 2 or HCl, or a bromine-based chemical species such as HBr or Br 2. Gas which can generate iodine-based chemical species such as HI.
【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 F
2 、SF2 、SF4 、S2 F10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。In a preferred embodiment of the present invention, the gas capable of generating halogen-based chemical species other than fluorine-based chemical species is
It is a gas that can generate free sulfur in plasma under discharge dissociation conditions. As such gas,
S 2 F having an X / S ratio (X represents a halogen element) of less than 6
2 , sulfur fluoride gas such as SF 2 , SF 4 , S 2 F 10 , sulfur chloride gas such as S 2 Cl 2 , S 3 Cl 2 , and SCl 2 , and S 2 Br 2 , S 3 Br 2 , Examples thereof include sulfur bromide-based gas such as SBr 2 . Since SF 6 which is a general fluorinated sulfur gas has an X / S ratio of 6, it is excluded.
【0012】[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。In the etch back step of transferring the surface shape of the reflow resist pattern onto the organic polymer material layer which is the on-chip lens material layer, a gas capable of generating oxygen-based chemical species and a fluorine-based gas are used as etching gas. It is characterized in that plasma etching is performed using a mixed gas containing a gas that can generate a halogen-based chemical species other than the chemical species.
【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。The present inventor has previously disclosed a technique of plasma etching using an O 2 / Cl 2 mixed gas in order to prevent side etching in patterning a lower layer resist of a multilayer resist mask, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-244625. It was disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-7829. The purpose of this prior application is to form a resist pattern having vertical side walls, but the present invention is based on the fact that when this technique was applied to the transfer of a resist pattern having a spherical shape, an unexpectedly good result was obtained.
【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。When plasma etching is performed using an O 2 / Cl 2 mixed gas, reaction products mainly composed of CCl x are simultaneously deposited on the pattern side surface of the resist mask and the layer to be etched, and incident ions and It is possible to protect the pattern from radical attack and prevent side etching and shape abnormality. Carbon in this reaction product is supplied from the resist pattern, but when the layer to be etched is an organic polymer material layer, it is also directly supplied from the layer to be etched. On the other hand, in the case of etch back using the conventional O 2 gas alone, the reaction product is CO 2.
And CO 2 do not deposit on the substrate to be etched and have no effect of protecting the pattern of the resist mask and the layer to be etched. Therefore, the reflow resist pattern cannot maintain the initial surface shape due to the above-described sputtering yield, and the cross-section of the reflow resist pattern is formed into a triangular shape. As a result, the cross-sectional shape of the on-chip lens formed is also an abnormal shape. Become.
【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。According to the present invention, however, the surface of the reflow resist pattern is protected by the fact that the reaction product mainly composed of CCl x is deposited in competition with etching,
Only a specific incident angle portion is not preferentially etched. Therefore, it is possible to accurately transfer the surface shape of the substantially spherical surface to the organic polymer material layer. The deposited reaction product may be CBr x depending on the type of halogen-based species.
Or CI x , but in any case, it is the same as CCl x in that it has the effect of improving the resistance to ion incidence.
【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、CC
lx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 H4
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。When a gas capable of generating free sulfur in plasma under discharge dissociation conditions is used as a gas capable of generating a halogen-based chemical species other than a fluorine-based chemical species, CC
Since sulfur deposition can be used in addition to l x and the like, the pattern protection effect is further enhanced, and accurate pattern transfer is possible. It should be noted that at the same time with this sulfur-based gas, N 2 and N 2 H 4
Alternatively, when N-based gas such as NF 3 is used together, deposition of polythiazyl (SN) x can be utilized, and in this case, a higher pattern protection effect can be obtained. Since these sulfur materials are sublimable, effective deposition can be expected when the temperature of the substrate to be etched is controlled to about room temperature or lower. On the contrary, if the substrate to be etched is heated to 90 ° C. or higher for sulfur and 150 ° C. or higher for polythiazil in a reduced pressure atmosphere, it is possible to remove contamination and particles without leaving the substrate to be etched.
【0017】[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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same reference numerals are given to the same components as those in FIG. 3 referred to in the description of the prior art.
【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。Example 1 This example is an example in which an organic polymer material layer, which is an on-chip lens material layer, was etched back using an O 2 / Cl 2 mixed gas, and this will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, a novolac resist OFPR-800 is used as an example of the organic polymer material layer 12 on the base substrate 11.
Is spin coated and heat cured. The organic polymer material layer 12 only needs to be a material satisfying heat resistance and optical characteristics, and does not require photosensitivity or reflow characteristics. Next, TSMR-V3, which is a novolac-based resist, is spin-coated on the organic polymer material layer 12 as an example, and exposed.
The resist pattern 13 is formed by developing. The material of the resist pattern may be another material as long as it has photosensitivity and reflowability. The base substrate 11 has the semiconductor substrate 1 to the color filter layer 8 formed therein, which will be described with reference to FIG. 2 showing a schematic sectional view of the CCD image pickup device in the vertical register direction. Therefore, the resist pattern 13 is selectively patterned immediately above the sensor unit 2.
【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。Next, as shown in FIG. 1 (b), 160 ° C.
Post-baking is performed to reflow the resist pattern 13 to form a reflow resist pattern 13a having a substantially spherical and gentle surface shape. This temperature does not cause discoloration of the color filter layer.
【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。 O2 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1
2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。The substrate to be etched shown in FIG. 1 (b) is set on the substrate stage of a substrate bias application type ECR plasma etching apparatus. As an example, the reflow resist pattern 13a and the organic polymer material layer 12 are both formed under the following plasma etching conditions. Etch back. O 2 flow rate 40 sccm Cl 2 flow rate 10 sccm Gas pressure 1.3 Pa Microwave power supply power 1500 W (2.45 GHz) Substrate bias power supply power 200 W (13.56 MHz) Substrate temperature 0 ° C. Reflow resist in this etching process CCl x , which is a reaction product of the pattern 13a or the organic polymer material layer 12 and Cl 2 , is reflow resist pattern 13a.
Surface of organic polymer layer 1 being patterned
2 was deposited on the surface of No. 2 to effectively prevent shape anomalies due to sputtering of incident ions. Base substrate 11 for etch back
The process was completed before the color filter layer on the surface was exposed, and as a result, the on-chip lens 14 in which the surface shape of the reflow resist pattern 13a was accurately transferred was formed. The etching rate was 500 nm / min.
【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。According to this embodiment, it is possible to stably manufacture an on-chip lens having a good surface shape by adopting the etch back condition using Cl 2 / O 2 mixed gas.
【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。Example 2 This example is an example in which an organic polymer material layer which is an on-chip lens material layer is etched back using an O 2 / HBr mixed gas. This will be described again with reference to FIG. Since the substrate to be etched shown in FIG. 1B used in this embodiment is the same as that in the first embodiment, duplicate description will be omitted.
【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。 O2 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。The substrate to be etched shown in FIG. 1B is set on the substrate stage of a substrate bias application type ECR plasma etching apparatus, and as an example, the reflow resist pattern 13a and the organic polymer material layer 12 are etched under the following plasma etching conditions. Back. O 2 flow rate 40 sccm HBr flow rate 10 sccm Gas pressure 1.3 Pa Microwave power supply power 2000 W (2.45 GHz) Substrate bias power supply power 250 W (13.56 MHz) Substrate temperature 0 ° C. Reflow resist pattern in this etching process 13a or the organic polymer material layer 12 and CBr x which is a reaction product of HBr with the surface of the reflow resist pattern 13a or the organic polymer material layer 12 being patterned.
It was deposited on top and effectively prevented shape anomalies due to incident ion sputtering. CBr x is the CCl x of the previous example
The ion implantation resistance was higher, and abnormal sputtering did not occur even when the substrate bias was increased as compared with Example 1. The etch back is completed before the color filter layer on the surface of the base substrate 11 is exposed, and as a result, the reflow patterning 13a is performed.
The on-chip lens 14 in which the surface shape of (1) was accurately transferred was formed. The etching rate was 700 nm / min, which was higher than that in Example 1.
【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。According to this embodiment, by adopting the etch-back condition using HBr / O 2 mixed gas, it is possible to manufacture an on-chip lens having a good surface shape stably and with high throughput.
【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。Example 3 This example is an example in which an organic polymer material layer which is an on-chip lens material layer is etched back by using an O 2 / S 2 Cl 2 mixed gas, and this is referred to FIG. 1 again. explain. Since the substrate to be etched shown in FIG. 1B used in this embodiment is the same as that in the first embodiment, duplicate description will be omitted here.
【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。 O2 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1
3a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。The substrate to be etched shown in FIG. 1 (b) is set on the substrate stage of a substrate bias application type ECR plasma etching apparatus, and as an example, the reflow resist pattern 13a and the organic polymer material layer 12 are etched under the following plasma etching conditions. Back. O 2 flow rate 40 sccm S 2 Cl 2 flow rate 10 sccm Gas pressure 1.3 Pa Microwave power supply power 2500 W (2.45 GHz) Substrate bias power supply power 350 W (13.56 MHz) Substrate temperature 0 ° C. In this etching process, Since a mixed gas containing S 2 Cl 2 is used, the reflow resist pattern 1
3a and CCl x which is a reaction product of chlorine with the organic polymer material layer 12 and sulfur generated by dissociation of S 2 Cl 2 are on the surface of the reflow resist pattern 13a or on the organic polymer material layer 12 being patterned. Deposited on the
The shape abnormality due to the sputtering of incident ions was extremely effectively prevented. These mixed deposition films have extremely high ion incidence resistance, and abnormal sputtering did not occur even when the substrate bias was further increased than in Example 2. The etch back was completed before the color filter layer on the surface of the base substrate 11 was exposed, and as a result, the on-chip lens 14 in which the surface shape of the reflow resist pattern 13a was accurately transferred was formed. The etching rate was 800 nm / min, which was higher than that in Example 2.
【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。According to the present embodiment, by adopting the etch back condition using the S 2 Cl 2 / O 2 mixed gas, it is possible to stably manufacture an on-chip lens having a very good surface shape and a high throughput. Is. As described above, if N 2 gas is further added to the S 2 Cl 2 / O 2 mixed gas, the deposition of polythiazyl can be utilized, and the effect of preventing shape abnormality is further enhanced.
【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。Although the present invention has been described with reference to the three examples, the present invention is not limited to these examples. For example, if the resist pattern is composed of a two-layer resist pattern and an upper layer resist having a good resolution and a lower layer resist having an excellent reflow property are used in combination, it is possible to cope with miniaturization of the on-chip lens. The etchback method using the mixed gas of the present invention is extremely effective also in the etchback of such a fine on-chip lens.
【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。A substrate bias application type ECR plasma etching apparatus has been exemplified as the plasma etching apparatus.
Even an etching apparatus such as a parallel plate type RIE apparatus, a magnetron RIE apparatus, an inductively coupled plasma etching apparatus or a helicon wave plasma etching apparatus can be preferably used.
【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。Besides, the structure of the CCD image pickup device is not limited to the illustrated one. The method of manufacturing an on-chip lens of the present invention can be applied not only to CCDs but also to various OEICs using a microlens made of an organic polymer material layer or a diffraction grating.
【0031】[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。As is apparent from the above description, according to the method for manufacturing an on-chip lens of the present invention, the surface shape of the reflow resist pattern can be accurately transferred to the organic polymer material layer, and the on-shape having an excellent shape can be obtained. Since it becomes possible to stably manufacture the chip lens, it is possible to contribute to improvement in sensitivity and reliability of the CCD image pickup device.
【図1】本発明を適用した実施例1ないし3のオンチッ
プレンズの製造方法を説明する概略断面図であり、
(a)は有機高分子材料層上にレジストパターンを形成
した状態、(b)はレジストパターンを熱溶融してリフ
ローレジストパターンを形成した状態、(c)はリフロ
ーレジストパターンと有機高分子材料層を共にエッチバ
ックしてオンチップレンズを形成した状態である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an on-chip lens according to Examples 1 to 3 to which the present invention is applied,
(A) is a state where a resist pattern is formed on an organic polymer material layer, (b) is a state where a reflow resist pattern is formed by heat melting the resist pattern, (c) is a reflow resist pattern and an organic polymer material layer Are both etched back to form an on-chip lens.
【図2】オンチップレンズを採用したCCD撮像素子の
垂直レジスタ方向の概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view in the vertical register direction of a CCD image pickup element adopting an on-chip lens.
【図3】従来のオンチップレンズの製造方法を説明する
概略断面図であり、(a)は有機高分子材料層上にリフ
ローレジストパターンを形成した状態、(b)はリフロ
ーレジストパターンと有機高分子材料層を共にエッチバ
ックして形状異常のオンチップレンズが形成された状態
である。3A and 3B are schematic cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing an on-chip lens, where FIG. 3A is a state in which a reflow resist pattern is formed on an organic polymer material layer, and FIG. This is a state in which an on-chip lens having an abnormal shape is formed by etching back the molecular material layers together.
1 半導体基板 2 センサ部 3 第1層ポリシリコンゲート 4 第2層ポリシリコンゲート 5 遮光層 6 保護層 7 平坦化層 8 カラーフィルタ層 11 下地基板 12 有機高分子材料層 13 レジストパターン 13a リフローレジストパターン 14 オンチップレンズ 14a 形状異常のオンチップレンズ 1 Semiconductor Substrate 2 Sensor Part 3 First Layer Polysilicon Gate 4 Second Layer Polysilicon Gate 5 Light Shielding Layer 6 Protective Layer 7 Flattening Layer 8 Color Filter Layer 11 Base Substrate 12 Organic Polymer Material Layer 13 Resist Pattern 13a Reflow Resist Pattern 14 On-chip lens 14a On-chip lens with abnormal shape
Claims (2)
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。1. A step of forming a resist pattern on an organic polymer material layer, a step of reflowing the resist pattern to form a reflow resist pattern, and a step of etching back both the reflow resist pattern and the organic polymer material layer. Then, in the method for forming an on-chip lesbian having a step of removing the reflow resist pattern and transferring the surface shape of the reflow resist pattern to the organic polymer layer, the etch back step generates oxygen-based chemical species. Method for producing an on-chip lens, which is a step of performing plasma etching using a mixed gas containing a gas that can generate a halogen-based chemical species other than a fluorine-based chemical species.
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。2. The gas capable of generating halogen-based chemical species other than fluorine-based chemical species is a gas capable of generating free sulfur in plasma under discharge dissociation conditions. On-chip lens manufacturing method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15884595A JP3355874B2 (en) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | Manufacturing method of on-chip lens |
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