JP5773582B2 - パターン形成方法、および固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォトリソグラフィ技術によるパターン形成方法に関し、特にパターン形成時のアライメントに関するものである。

従来、光学機能デバイスである固体撮像装置や液晶表示装置の製造方法において、フォトリソグラフィ技術を用いて、青色フィルタや黒色フィルタ等のパターンを形成する工程がある。青色フィルタや黒色フィルタ等は、光の多くの波長において透過率が低い材料からなる。このような青色フィルタや黒色フィルタ等のパターンを形成するためのアライメント（位置合わせ）時には、次のような問題が生じる場合がある。アライメントマークを検出するためのアライメント用の光が青色フィルタや黒色フィルタの材料を透過しなくてはならず、アライメントマークから反射してくる光が微弱なものとなってしまう。その結果、アライメントマークの検出が困難となってしまう。

このような問題に対して、特許文献１では、アライメント用の光の透過率が高い材料を用いてアライメントマークを新たに形成する。この新たなアライメントマークを用いることによって光の透過率が低い材料のパターン形成のための位置合わせを行う手法が提案されている。

また、特許文献２では、アライメントマーク上に存在する光の透過率が低い材料を選択的に除去してからアライメントマークの検出を行う手法が提案されている。

特開平１１−２１１９０８号公報 特開２００７−００４０８２号公報

特許文献１に記載の技術を用いた場合には、アライメントマークを新たに作り直すため、新たなアライメントマークには元のアライメントマークとのずれ成分が含まれている。更に、新たなアライメントマークを基準にパターンを形成するため、アライメント精度が悪化してしまう。

また、特許文献２に記載の技術を用いた場合には、アライメントマーク上に存在する光の透過率が低い材料をフォトリソグラフィ技術によって除去するため、除去のためのフォトレジストマスクパターンの形成等の工程が必要となる。つまり、特許文献２に記載の技術では、工程数が増加してしまう。

そこで、本発明では、高いアライメント精度、および少ない工程数でアライメント用の光の透過率が低い材料のパターン形成方法を提供することを目的とする。また、高いアライメント精度、および少ない工程数でアライメント用の光の透過率が低い材料のパターンの形成を可能とするアライメントマークの構造を提供することを目的とする。

本発明のパターン形成方法は、基板の上に凹部または凸部を有するアライメントマークを含む第１のパターンを形成する工程と、前記第１のパターンの上に平坦化層を形成する工程と、前記平坦化層のうち、前記アライメントマークの上に形成された一部を除去する工程と、前記一部が除去された平坦化層の上に、被加工層を形成する工程と、前記アライメントマークの位置を前記被加工層の上から光を用いて光学的に検出し、位置合わせを行う工程と、前記位置合わせに基づき前記被加工層をパターニングして第２のパターンを形成する工程と、を含み、前記被加工層を形成する工程において、前記被加工層は前記位置合わせを行う工程の前記光の波長域における平均分光透過率が５％以下の材料であり、かつ、前記被加工層の上面が前記アライメントマークの形状を踏襲した段差を有するように形成される。さらに、本発明のパターン形成方法は、前記第２のパターンを形成する工程において、前記被加工層の前記アライメントマークの上に形成された部分を除去すること、あるいは、前記第１のパターンを形成する工程と前記平坦化層を形成する工程との間に、パッシベーション膜を形成する工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、高いアライメント精度、および少ない工程数でアライメント用の光の透過率が低い材料のパターン形成が可能となる。

実施例１のパターンの形成方法を説明する断面模式図である。 実施例１におけるパターンの断面模式図である。 実施例２のパターンの形成方法を説明する断面模式図である。 固体撮像装置の平面模式図である。

以下、図面を参照して詳細に説明する。

（実施例１）
本実施例では、三板式カムコーダに適用されるＣＭＯＳ型固体撮像装置を例に、図１、図２および図４を用いて説明を行う。

まず、図４は、本実施例の固体撮像装置を説明する平面模式図である。図４において、１００は三板式の固体撮像装置、１０１は有効画素領域、１０２は有効画素領域外、１０３は遮光パターン、１０４はパッドである。有効画素領域には、光電変換部（例えば、フォトダイオード）を含む画素が複数配置されている。有効画素領域外１０２は有効画素領域１０１以外の領域である。有効画素領域外１０２には、画素が遮光されたオプティカルブラック部（ＯＢ部）や、固体撮像装置から信号を読み出すための駆動、信号処理等を行う周辺回路部などが配置されている。遮光パターン１０３は、有効画素領域外１０２に配置され、有効画素領域外１０２に配置されたＯＢ部や周辺回路部を遮光する。また、遮光パターン１０３は、パッド１０４の接続のため、パッド１０４上には配置されない。なお、遮光パターン１０３は、光電変換部以外に光が入らないように有効画素領域１０１に配置されていてもよい。ここで、本実施例における光の透過率が低い材料からなるパターンとは遮光パターン１０３である。次に、遮光パターン１０３の形成方法を、図１を用いて説明する。

図１は、本実施例のパターン形成方法を説明するための断面模式図である。図１の各断面模式図は図４のＡＡ’線に対応し、また、固体撮像装置の要部一部のみを抜粋している。

図１（ａ）において、１０５は絶縁層、１０６はパッシベーション層、１０７はアライメントマーク、１０８は有効画素領域外１０２に存在する金属パターンである。絶縁層１０５の下部には、複数の配線層、絶縁層、素子が形成された半導体基板（基板）が配置されている（不図示）。絶縁層１０５は、例えばシリコン酸化膜であり、パッシベーション層１０６は、例えばシリコン窒化膜である。金属パターン１０８は、例えばアルミニウムを主成分とするパターンである。また、パッシベーション層１０６は、有効画素領域１０１において層内レンズを有する。ここで、アライメントマーク１０７は、絶縁層１０５の上部に、有効画素領域１０１や有効画素外領域１０２において用いられている配線層（金属パターン）と同一層である。よって、アライメントマーク１０７は、配線層（金属パターン）等を形成する際に、同時に形成することが出来る（第１のパターンの形成）。

図１（ａ）の構成において、絶縁層１０５の上面は、配線層（不図示）による凹凸が生じる場合がある。また、パッシベーション層１０６の上面には、有効画素領域１０１と有効画素領域外１０２の金属パターン１０８の有無によって、有効画素領域１０１と有効画素領域外１０２の境界部に凹凸が存在する場合がある。また、パッシベーション層１０６が層内レンズを有する場合には、パッシベーション層１０６の上面には凹凸が存在する。次の工程以降に様々なパターンを安定して形成するためにも、この凹凸を埋めて平坦にする（平坦化）必要がある。

図１（ｂ）では、前述の凹凸のある上面を平坦化するため、平坦化層１０９を成膜する。この平坦化層１０９は感光性材料である。感光性材料であれば、ポジ型でもネガ型でもよく、感光性材料の感光波長も問わない。

そして、図１（ｃ）において、フォトリソグラフィ技術を用いて感光性材料である平坦化層１０９のパターニングを行い、アライメントマーク１０７の上部に成膜された平坦化層１０９を選択的に除去する。例えば、平坦化層１０９にポジ型レジストを用いた場合には、アライメントマーク１０７の上部に露光光が照射されるようなマスクパターンのフォトマスクを用いて露光し、現像を行う。このような処理によって、アライメントマーク１０７の上部の平坦化層１０９を選択的に除去することが可能である。

次に、アライメント用の光の透過率が低い材料（被加工層）を成膜する。アライメント用の光の透過率が低い材料としては、例えば、アライメント用の光の波長域における平均分光透過率をＴとした場合、Ｔ≦５％の材料である。アライメント用の光としてＨｅ−Ｎｅレーザーを用いた場合（波長６３３ｎｍ付近）である。このＨｅ−Ｎｅレーザーを用いた場合における平均透過率Ｔが５％以下である材料とは、例えば青色レジストや黒色レジスト等である。本実施例では、青色レジストを用い、図１（ｄ）に示すように、有効画素領域１０１および有効画素領域外１０２に青色レジスト層１１０を成膜する。

そして、図１（ｄ）の青色レジスト層１１０の上部からアライメント用の光によってアライメントマーク１０７を検出し、位置合わせを行う。アライメントマーク１０７の周囲には、平坦化層１０９を除去してあるため、青色レジスト層１１０の上面（表面）にはアライメントマーク１０７の形状を踏襲した段差が存在する。この青色レジスト層１１０の表面の段差（表面段差）にアライメント用の光が入射すると、入射光が散乱し、アライメントマーク１０７を検出することが可能となる。その後、アライメントマーク１０７の検出結果に基づいて位置合わせを行い、フォトリソグラフィ技術を用いて青色レジスト層１１０を露光、現像してパターニングする。そして、有効画素領域外１０２に青色の遮光パターン１０３（第２のパターン）が形成される（図１（ｅ））。

ここで、図２を用いて、アライメントマーク１０７の検出方法について詳細に説明する。図２は図１（ｄ）におけるアライメントマーク１０７の周辺を拡大した断面図である。図２に示されるように、アライメントマーク１０７の上部およびその周辺の平坦化層１０９が除去されているため、青色レジスト層１１０の表面には段差（ｔ１＞０）が形成される。そして、図２のように、青色レジスト層１１０の上部から光を用いて光学的に検出する。つまり、青色レジスト層１１０の表面段差が生じた部分にアライメント用の光が入射すると、アライメント用の光は表面段差によって散乱する。この散乱によって、露光装置のアライメントマークの検出光学系においてアライメントマーク１０７の輪郭のコントラストを向上させることができる。よって。アライメントマーク１０７が検出可能となる。

このアライメントマークの検出方法は、アライメントマーク１０７上に成膜した材料を透過してくるアライメント用の光の反射光を利用する方法ではなく、アライメントマーク１０７上に成膜した材料の表面形状（表面段差）による散乱光を利用した方法である。よって、アライメントマーク１０７上に成膜した材料の透過率によらず、アライメントマーク１０７を正しく検出することができる。したがって、アライメントマーク１０７上にアライメント用の光の透過率が低い青色レジスト層１１０を成膜した場合であっても、アライメントマーク１０７を正しく検出することが可能となる。

以上のように、本実施例によれば、三板式の固体撮像装置において、アライメント用の光の透過率が低い材料のアライメント（位置合わせ）を容易に行うことが可能となる。また、工程も簡便であるため、低コストで高いスループットを確保することができる。更には、アライメント用の光の透過率が低い材料のパターニングする際には、新たに設けたアライメントマークではなく、元のアライメントマーク１０７を用いることが可能となるため、アライメント精度の低下を抑制することが可能となる。

また、本実施例のアライメントマーク構造、すなわちアライメントマーク１０７の周囲に平坦化層１０９が除去された構造によって、高いアライメント精度少ない工程数で形成可能であり、高いアライメント精度を得ることが可能となる。

また、本実施例のアライメントマーク１０７は絶縁層１０５の上に配置されているが、配置場所はこれに限らない。また、アライメントマーク１０７は図４におけるパッド１０４よりも固体撮像装置１００の外周に配置されていてもよく、例えばスクライブ領域に配置されていてもよい。アライメントマーク１０７がスクライブ領域に配置されている場合には、固体撮像装置１００として完成する際に除去されうる。

（実施例２）
本実施例では、単板式のＣＭＯＳ型の固体撮像装置を例に説明を行う。本実施例では複数の色のカラーフィルター層を有することが実施例１と異なる。本実施例における光の透過率が低い材料からなるパターンとは、複数の色のカラーフィルター層に含まれる青色レジストパターンである。以下、実施例１と同様の構成については、説明を省略する。

本実施例の固体撮像装置は、実施例１と同様な図４の平面模式図を有している。このような固体撮像装置におけるパターンの形成方法を、図３および図１の一部を用いて説明する。図３は本実施例のパターン形成方法を説明するための断面模式図であり、実施例１と同様に図４のＡＡ’線に対応し、固体撮像装置の要部一部のみを抜粋したものである。

本実施例のパターン形成方法は、絶縁層１０５上に平坦化層１０９を成膜した後、除去する工程（図１（ｃ））までは、実施例１と同様である。

図１（ｃ）の次に、図３（ａ）に示すように、アライメント用の光の透過率が高い材料を成膜する。アライメント用の光の透過率が高い材料としては、緑色レジストや赤色レジスト等が挙げられる。本実施例では、緑色レジストを用い、図３（ａ）に示すように、有効画素領域１０１および有効画素領域外１０２に緑色レジスト層１１１を成膜する。

そして、フォトリソグラフィ技術を用いて緑色レジスト層１１１を露光、現像してパターニングし、有効画素領域１０１に緑色レジストパターン１１２を形成する（図３（ｂ））。緑色レジスト層１１１の場合は、アライメント用の光の透過率が高いため、アライメントマーク１０７の検出は一般的な方法で行っても問題は生じない。

次に、アライメント用の光の透過率が低い材料を成膜する。アライメント用の光の透過率が低い材料は、実施例１と同様に青色レジストとする。図３（ｃ）に示すように、有効画素領域１０１および有効画素領域外１０２に緑色レジストパターン１１２を覆って青色レジスト層１１０を成膜する。

そして、フォトリソグラフィ技術を用いて青色レジスト層１１０を露光、現像してパターニングし、有効画素領域外に青色の遮光パターン１０３を形成し、同時に有効画素領域に青色レジストパターン１１３を形成する（図３（ｄ））。ここで、アライメントマークの検出時には、実施例１と同様に青色レジスト層１１０の表面段差を利用して行うことで、精度よい青色レジストパターン１１３を形成することが可能となる。

以上のように、単板式の固体撮像装置においても、本発明のパターン形成方法は工数を増大させることなく、高い精度でのアライメントを行うことが可能となる。また、本発明のアライメントマークの構造は、単板式の固体撮像装置においても、高いアライメント精度少ない工程数で形成可能であり、高いアライメント精度を得ることが可能となる。

なお、本実施例では、緑色レジスト層のパターニング後に、青色レジスト層のパターニングを行っているが、この工程の順序は入れ替わっても構わない。また、アライメント用の光の透過率が高い材料として緑色レジストを例に挙げたが、その他の色（赤色、補色系）の材料でも当然構わない。同様に、アライメント用の光の透過率が低い材料として青色レジストを例に挙げているが、露光アライメント光の波長域における平均分光透過率をＴとした場合、Ｔ≦５％の材料であれば、その他の色の材料でも構わない。また、カラーフィルター層が有する色は緑および青の２色に限らず、また２色以上であってもよい。

なお、実施例１および２においては、アライメント用の光の透過率が低い材料として、感光性材料を例に挙げたが、例えばアルミニウム等の遮光性金属についても適用することが可能である。例えば、アルミニウムを用いた場合には、実施例１および２と同様に、アルミニウム層を成膜した後に生じる表面段差を利用すればよい。また、アライメントマークは金属パターン等の凸形形状（凸部）に限らず、絶縁層をエッチングすることで形成する凹部であってもよい。また、実施例１および２においては、アライメントマークの上部に配されたアライメント用の光の透過率が低い材料を除去しているが、残したままであってもよい。

また、本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ型などの固体撮像装置に限定されず、カラーフィルター層や遮光層を有するその他の光学機能デバイスにも適用可能であり、例えば液晶表示装置などの表示装置にも適用することができる。

１０１ 有効画素領域
１０２ 有効画素領域外
１０３ 遮光パターン
１０５ 絶縁層
１０６ パッシベーション層
１０７ アライメントマーク
１０８ 金属パターン
１０９ 平坦化層
１１０ 青色レジスト層

Claims (9)

1. 基板の上に凹部または凸部を有するアライメントマークを含む第１のパターンを形成する工程と、
   前記第１のパターンの上に平坦化層を形成する工程と、
   前記平坦化層のうち、前記アライメントマークの上に形成された一部を除去する工程と、
   前記一部が除去された平坦化層の上に、被加工層を形成する工程と、
   前記アライメントマークの位置を前記被加工層の上から光を用いて光学的に検出し、位置合わせを行う工程と、
   前記位置合わせに基づき前記被加工層をパターニングして第２のパターンを形成する工程と、を含み、
   前記被加工層を形成する工程において、前記被加工層は、前記位置合わせを行う工程の前記光の波長域における平均分光透過率が５％以下の材料であり、かつ、前記被加工層の上面が前記アライメントマークの形状を踏襲した段差を有するように形成され、
   前記第２のパターンを形成する工程において、前記被加工層の前記アライメントマークの上に形成された部分を除去することを特徴としたパターン形成方法。
2. 前記平坦化層は感光性材料であり、
   前記一部を除去する工程は、前記平坦化層に露光をする工程と、前記露光された後の平坦化層を現像する工程とを含む請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記被加工層は青色のレジスト層である請求項１または２に記載のパターン形成方法。
4. 前記被加工層は遮光性金属層である請求項１または２に記載のパターン形成方法。
5. 前記第１のパターンは配線層である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
6. 前記平坦化層の前記一部を除去する工程と前記被加工層を形成する工程との間に、前記アライメントマークを用いた位置合わせに基づき、前記第１のパターンとは別のパターンを前記平坦化層の上に形成する工程を含み、
   前記被加工層を形成する工程において、前記別のパターンを覆って前記被加工層を性膜する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
7. 基板の上に凹部または凸部を有するアライメントマークを含む第１のパターンを形成する工程と、
   前記第１のパターンの上に平坦化層を形成する工程と、
   前記平坦化層のうち、前記アライメントマークの上に形成された一部を除去する工程と、
   前記一部が除去された平坦化層の上に、被加工層を形成する工程と、
   前記アライメントマークの位置を前記被加工層の上から光を用いて光学的に検出し、位置合わせを行う工程と、
   前記位置合わせに基づき前記被加工層をパターニングして第２のパターンを形成する工程と、を含み、
   前記被加工層を形成する工程において、前記被加工層は、前記位置合わせを行う工程の前記光の波長域における平均分光透過率が５％以下の材料であり、かつ、前記被加工層の上面が前記アライメントマークの形状を踏襲した段差を有するように形成され、
   前記第１のパターンを形成する工程と前記平坦化層を形成する工程との間に、パッシベーション膜を形成する工程を有することを特徴とするパターン形成方法。
8. 請求項７に記載のパターン形成方法を用いた固体撮像装置の製造方法であって、
   前記第１のパターンを形成する工程において、前記基板は光電変換部を有しており、
   前記パッシベーション膜を形成する工程において、前記パッシベーション膜は、前記光電変換部に対応して設けられた層内レンズを含んで形成されることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 複数の光電変換部が配置された有効画素領域と、前記有効画素領域以外の有効画素領域外と、を有する基板の上に凹部または凸部を有するアライメントマークを含む第１のパターンを形成する工程と、
   前記第１のパターンの上に平坦化層を形成する工程と、
   前記平坦化層のうち、前記アライメントマークの上に形成された一部を除去する工程と、
   前記一部を除去する工程の後に、前記平坦化層の上に青色レジスト層を形成する工程と、
   前記アライメントマークの位置を前記青色レジスト層の上から光を用いて光学的に検出し、位置合わせを行う工程と、
   前記位置合わせに基づき前記青色レジスト層をパターニングして青色の遮光パターンを含む第２のパターンを形成する工程と、を含み、
   前記青色レジスト層を形成する工程において、前記青色レジスト層は、前記青色レジスト層の上面が前記アライメントマークの形状を踏襲した段差を有するように形成され、
   前記第２のパターンを形成する工程において、前記遮光パターンは前記有効画素領域外に形成され、前記遮光パターンと同時に前記有効画素領域に青色レジストパターンが形成されることを特徴とした固体撮像装置の製造方法。

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