レンズおよびその製造方法、固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
【課題】レンズ形成の工程数を低減して製造プロセスを簡略化することができると共に、所望の高屈折率レンズ形状を容易に形成しかつ高屈折率レンズ間のレンズ形状のバラツキをも抑えて安定したレンズ形状にする。
【解決手段】下地膜としての層間絶縁膜１１上に高屈折率膜のＳｉＮ膜１２ａを形成する高屈折率膜形成工程と、ＳｉＮ膜１２ａ上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜１７のレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、レンズ形状の感光性レジスト膜１７とＳｉＮ膜１２ａとを同時にエッチングすることにより、感光性レジスト膜１７のレンズ形状を反映した同じ高屈折率レンズ形状の層内レンズ１２に形成する高屈折率膜レンズ形状形成工程とを有している。
【解決手段】下地膜としての層間絶縁膜１１上に高屈折率膜のＳｉＮ膜１２ａを形成する高屈折率膜形成工程と、ＳｉＮ膜１２ａ上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜１７のレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、レンズ形状の感光性レジスト膜１７とＳｉＮ膜１２ａとを同時にエッチングすることにより、感光性レジスト膜１７のレンズ形状を反映した同じ高屈折率レンズ形状の層内レンズ１２に形成する高屈折率膜レンズ形状形成工程とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズおよびその製造方法、このレンズが用いられて、被写体からの光が集光されて入射され、この入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に設けられた固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の固体撮像素子およびその製造方法については、特許文献１に開示されており、図１０〜図１５を参照して説明する。
【０００３】
図１０は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【０００４】
図１０において、従来の固体撮像素子１００は、シリコン基板１０１の所定領域に、入射された光を信号電荷に変換する光電変換機能を有する受光部１０２が形成されている。この受光部１０２が形成されたシリコン基板１０１上には、ＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１０３が形成されている。この層間絶縁膜１０３上の所定領域にＡｌからなる遮光膜１０４が形成されている。これらの遮光膜１０４および層間絶縁膜１０３を覆うように層間絶縁膜１０５が形成されている。
【０００５】
さらに、層間絶縁膜１０５上に、上に凸のレンズ形状を有する凸部１０６ａと、その周囲に設けられた平坦部１０６ｂとを有するＳｉＮ膜１０６が形成されている。このＳｉＮ膜１０６の凸部１０６ａは、受光部１０２の上方および遮光膜１０４の開口領域の上方に配置されていると共に、平坦部１０６ｂから所定の曲率半径を持っている。ＳｉＮ膜１０６の平坦部１０６ｂは、遮光膜１０４の遮光領域の上方に配置されていると共に、その上のＳｉＮ膜１０７が、ＳｉＮ膜１０６の平坦部１０６ｂを埋め込むように膜状に形成されている。このＳｉＮ膜１０７上には樹脂層１０８を介して光学レンズ１０９が一体的に形成されている。
【０００６】
図１１〜図１５は、図１０の従来の固体撮像素子１００の製造方法を説明する各製造工程を示す要部縦断面図である。
【０００７】
まず、図１１のＳｉＮ膜形成工程に示すように、光電変換部としての複数の受光部１０２が形成されたシリコン基板１０１上に、ＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１０３を形成する。層間絶縁膜１０３上の所定領域に、Ａｌからなる遮光膜１０４を形成する。その後、遮光膜１０４および層間絶縁膜１０３上を覆うようにＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１０５を形成する。この後、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、層間絶縁膜１０５上に約２．５μｍの厚みを有するＳｉＮ膜１０６ｃを形成する。
【０００８】
次に、図１２のレジスト膜成膜工程に示すように、ＳｉＮ膜１０６ｃ上に約２μｍの厚みを有するレジスト膜１１０を塗布する。
【０００９】
続いて、図１３のレジストパターニング工程に示すように、リソグラフィ技術を用いて、レジスト膜１１０を、約４．８μｍの幅にすると共に、隣接するレジスト膜１１０ａ間の距離を約０．４μｍの間隔にする。その後、アッシングを行うことによって、隣接するレジスト膜１１０ａ間のＳｉＮ膜１０６ｃ上に薄く残ったレジスト部分（図示せず）を除去する。このアッシングの条件としては、Ｏ３ガスを用いて、約１気圧で約摂氏２００度〜約摂氏４００度の温度で、約５秒〜約３０秒間行う。
【００１０】
その後、図１４の熱処理工程（レジストレンズ形状形成工程）に示すように、約摂氏１５０度で約３０分間の熱処理を行うことによって、レジスト膜１１０ａの流動性を向上させて、レジスト膜１１０ａは、表面張力により上に凸のレンズ形状を有するレジスト膜１１０ｂになる。
【００１１】
さらに、図１５のＳｉＮ膜レンズ形状形成工程に示すように、この上から、凸形状のレジスト膜１１０ｂとＳｉＮ膜１０６ｃとを同時にエッチングすることによって、レジスト膜１１０ｂの凸形状を反映した同じ凸形状のレンズ形状を有するＳｉＮ膜１０６を形成する。
【００１２】
具体的には、ＳｉＮ膜１０６を、平坦部１０６ｂからの所定高さの上に凸形状の凸部１０６ａと、所定幅で所定の厚みを有する平坦部１０６ｂとを有する形状に加工する。このエッチング時には、酸素ガスを増量することによって、レジスト膜１１０ｂに対するアッシングも同時に行われるので、このエッチング時に、レジスト膜１１０ｂは除去されることになる。なお、このときの具体的なエッチング条件としては、ガス圧力：約１９．９５Ｐａ〜約３９．９Ｐａ、ガス：ＣＨＦ３ガス（約０ｍｌ／ｓ〜約１５ｍｌ／ｓ）、ＣＦ４ガス（約６０ｍｌ／ｓ〜約１００ｍｌ／ｓ）、Ａｒガス（約６００ｍｌ／ｓ〜約９００ｍｌ／ｓ）およびＯ２ガス（約２５ｍｌ／ｓ〜約３５ｍｌ／ｓ）、高周波電力：約１２０Ｗ〜約２００Ｗである。
【００１３】
さらに、図１０に示すように、膜状ＳｉＮ膜形成工程において、ＣＶＤ法を用いて、凸部１０６ａと平坦部１０６ｂとを有するレンズ形状を有するＳｉＮ膜１０６上に、ＳｉＮ膜１０６の平坦部１０６ｂを埋め込むように、約０．１μｍの厚みを有する膜状のＳｉＮ膜１０７を形成する。これにより、層内のマイクロレンズとしてのＳｉＮ膜１０６および１０７を有する集光レンズが形成される。さらに、この集光レンズ上に樹脂層１０８が形成され、その樹脂層１０８上に光学レンズ１０９が形成される。これによって、固体撮像素子１００が形成される。
【００１４】
この層内のマイクロレンズを構成するＳｉＮ膜１０６の製造方法について、図１６（ａ）〜図１６（ｄ）を用いて更に簡単に説明する。
【００１５】
図１６（ａ）〜図１６（ｄ）は、図１０の層内のマイクロレンズを構成するレンズ形状のＳｉＮ膜１０６の製造方法を簡単に説明するための要部縦断面図である。
【００１６】
まず、図１６（ａ）の高屈折率膜成膜工程に示すように、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜１０５上に高屈折率膜であるＳｉＮ膜１０６ｃを形成する。
【００１７】
次に、図１６（ｂ）のレジスト膜パターニング工程に示すように、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１０６ｃ上にレジスト膜１１０を成膜し、リソグラフィ技術を用いてレジスト膜１１０を所定形状のレジスト膜１１０ａに形成する。
【００１８】
続いて、図１６（ｃ）のレジストレンズ形状形成工程（熱処理工程）に示すように、熱処理により、レジスト膜１１０ａをリフローしてその表面張力により上に凸のレンズ形状のレジスト膜１１０ｂに形成する。
【００１９】
その後、図１６（ｄ）のレジスト膜レンズ形状形成工程に示すように、レンズ形状のレジスト膜１１０ｂと、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１０６ｃとを同時にドライプラズマエッチングすることにより、レジスト膜１１０ｂのレンズ形状を反映した同じレンズ形状のＳｉＮ膜１０６を形成する。これによって、高屈折率膜にレンズ形状を転写することにより層内のマイクロレンズを形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００４−７９６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
特許文献１に開示されている上記従来のレンズ形成方法では、高屈折率膜から層内レンズを形成する場合に、レジスト膜を所定形状にパターニングし、その所定形状をリフローしてその表面張力によってレンズ形状を形成し、そのレジスト膜のレンズ形状を高屈折率膜に形状転写して層内の高屈折率レンズを形成している。この場合、レジスト膜をパターニングした線幅のバラツキや、リフロー時の温度のバラツキなどで、そのレンズ形状の外径やレンズ高さなどの形状にバラツキが生じてしまう。しかも、この上記従来のレンズ形成方法では工程数が多く複雑である。これによって、特に、高画素化した場合に、このレンズ形状のバラツキが顕著になって、受光感度特性のバラツキが顕著になり、画像特性が悪化すると共に、歩留まり低下の原因になるという問題を有していた。
【００２２】
このようなリフロー後のレンズ形状のバラツキは、前述したが、リフロー温度のバラツキによっても起こるし、フォトリソ工程での線幅のバラツキや成膜時の膜厚のバラツキによっても起こる。レンズ形状が画素毎に異なると、レンズ形状により集光が異なって受光部１０２での受光感度のバラツキになる。レンズ形状が異なると、十分に集光しない場合には、集光不良になって歩留まりにも影響する。
【００２３】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、レンズ形成の工程数を低減して製造プロセスを簡略化することができると共に、所望の高屈折率レンズ形状を容易に形成しかつ高屈折率レンズ間のレンズ形状のバラツキをも抑えて安定したレンズ形状にすることができるレンズおよびその製造方法、このレンズが用いられることにより、高屈折率レンズ形状のバラツキを抑えて各画素毎の受光感度特性を安定化させて画像特性が良好で歩留まり低下を抑えることができる固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明のレンズの製造方法は、下地膜上に高屈折率膜を形成する高屈折率膜形成工程と、該高屈折率膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、該感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、該レンズ形状の該感光性レジスト膜と該高屈折率膜とを同時にエッチングすることにより、該感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率膜のレンズ形状に形成する高屈折率膜レンズ形状形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】
また、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における高屈折率膜のレンズ形状は、入射光の利用面積を広げるように隣接レンズ間の端部同士が接した状態でアレイ状に形成する。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における高屈折率膜のレンズ形状は、前記下地膜の所定領域に合わせるように隣接レンズ間を離間して形成する。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における高屈折率膜レンズ形状形成工程の後に、前記高屈折率膜のレンズ形状上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程を更に有する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における反射防止膜形成工程の後に、前記高屈折率膜のレンズ形状を反映した前記反射防止膜のレンズ形状上に、表面が平坦な層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程を更に有する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における高屈折率膜のレンズ形状は、断面が上に凸形状かまたは上下に凸形状である。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における透過率階調マスクは、遮光材のパターン密度によって透過光量が調整されている。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における感光性レジスト膜は、前記透過光量である照射光量の増加に伴ってレジスト残膜量が、パターン形成用の感光性レジスト膜に比べて徐々に低下していく特性を有する。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における高屈折率膜はＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜である。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における高屈折率膜をＳｉＮ膜で形成し、前記反射防止膜をＳｉＯＮ膜で形成する。
【００３４】
本発明のレンズは、本発明の上記レンズの製造方法により製造されたレンズであって、前記高屈折率膜のレンズ形状が平面視多角形または平面視円形、楕円形であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３５】
また、好ましくは、本発明のレンズにおける。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明のレンズにおける高屈折率膜のレンズ形状は、レンズ径とレンズ高さとの関係が、成膜された該高屈折率膜の膜厚以下の該レンズ高さで所定のレンズ径に設定可能である。
【００３７】
本発明のレンズは、高屈折率材料からなるレンズ形状が、入射光の利用面積を広げるように隣接レンズ間の端部同士が接した状態でアレイ状に形成されており、該レンズ形状が平面視多角形または平面視円形、楕円形である。
【００３８】
また、好ましくは、本発明のレンズにおけるレンズ形状は、断面が上に凸形状かまたは上下に凸形状である。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明のレンズにおける高屈折率材料のレンズ形状上に反射防止膜が形成されている。
さらに、好ましくは、本発明のレンズにおける高屈折率材料はＳｉＮまたはＳｉＯＮである。
さらに、好ましくは、本発明のレンズにおける高屈折率材料をＳｉＮで構成し、前記反射防止膜をＳｉＯＮ膜で構成する。
【００４０】
また、好ましくは、本発明のレンズにおける平面視多角形は４角形または６角形である。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明のレンズにおける高屈折率膜または前記高屈折率材料のレンズ形状は単一の樹脂材料で構成されている。
【００４２】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに対して該入射光を集光するレンズがそれぞれ設けられた固体撮像素子の製造方法において、該レンズを、本発明の上記レンズの製造方法により製造するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４３】
本発明の固体撮像素子は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに対して該入射光を集光するレンズがそれぞれ設けられた固体撮像素子において、本発明の上記レンズのそれぞれが該複数の受光部のそれぞれに対応するように形成され、前記高屈折率膜の下地膜上かまたは該下地膜の所定領域上に、該高屈折率膜のレンズが、隣接レンズ間が互いに接するかまたは互いに離間するように形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４４】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記入射光の利用面積を広げるように前記レンズの隣接レンズ曲面端部同士が接した状態で、該レンズのそれぞれが前記受光部のそれぞれに対応するように形成されている。
【００４５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における下地膜は、前記受光部と、該受光部から信号電荷を読み出して転送するための転送ゲート上に形成され該受光部上は開口された遮光膜との段差部上に形成された、表面が平坦な層間絶縁膜である。
【００４６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における下地膜は、前記受光部の各位置に対応した所定の色配列のカラーフィルタ上に形成された平坦化膜である。
【００４７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における下地膜の所定領域は、前記受光部の上方の前記層間絶縁膜に形成された導波路の入口領域である。
【００４８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における下地膜の所定領域は、前記受光部と、該受光部から信号電荷を読み出して転送するための転送ゲート上に形成され該受光部上は開口された遮光膜との段差を反映して該受光部の上方に凹部が形成された層間絶縁膜の凹部領域である。
【００４９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるレンズは、前記高屈折率膜の下地膜上かまたは該下地膜の所定領域上に設けられた層内レンズおよび、該層内レンズの上方に設けられたマイクロレンズのうちの少なくともいずれかである。
【００５０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子はＣＣＤ固体撮像素子またはＣＭＯＳ固体撮像素子である。
【００５１】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５２】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００５３】
本発明のレンズの製造方法においては、下地膜上に高屈折率膜を形成する高屈折率膜形成工程と、高屈折率膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、レンズ形状の感光性レジスト膜と高屈折率膜とを同時にエッチングすることにより、感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率膜のレンズ形状に形成する高屈折率膜レンズ形状形成工程とを有している。
【００５４】
これによって、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するので、レンズ形成の工程数を低減して製造プロセスを簡略化することが可能となると共に、所望の高屈折率レンズ形状を容易に形成することが可能となる。これによって、高屈折率レンズ間のレンズ形状のバラツキをも抑えて安定したレンズ形状にすることが可能となる。したがって、このレンズが固体撮像素子に用いられることにより、高屈折率レンズ形状のバラツキを抑えて各画素毎の受光感度特性を安定化させて画像特性が良好で歩留まり低下を抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００５５】
以上により、本発明によれば、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するため、レンズ形成の工程数を低減して製造プロセスを簡略化することができると共に、所望の高屈折率レンズ形状を容易に形成することができる。これによって、高屈折率レンズ間のレンズ形状のバラツキをも抑えて安定したレンズ形状にすることができる。したがって、このレンズが固体撮像素子に用いられることにより、高屈折率レンズ形状のバラツキを抑えかつ入射光の利用効率を向上させて各画素毎の受光感度特性を安定化かつ向上させて画像特性が良好で歩留まり低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態１におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法における層内レンズ形成工程の要部縦断面図である。
【図３】レンズ形状を形成するグレイスケールの透過率階調マスクを用いてレジスト膜を感光させる状態を説明するためのレジスト膜の縦断面図である。
【図４】照射光量とレジスト残膜量との関係を示すレジスト材料の特性図である。
【図５】（ａ）は、図１の隣接層内レンズが平面視正方形の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡＡ’線断面図および（ｃ）のＢＢ’線断面図、（ｃ）は、図１の隣接層内レンズが平面視円形の平面図、（ｄ）は、従来の隣接層内レンズが互いに離間している様子およびその理由を説明するための平面図、（ｅ）は、（ｄ）のＣＣ’線断面図である。
【図６】本発明の実施形態２におけるＣＭＯＳ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施形態３におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図８】本発明の実施形態４におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図９】本発明の実施形態６として、本発明の実施形態１〜５の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図１０】特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図１１】図１０の従来の固体撮像素子の製造方法におけるＳｉＮ膜形成工程を示す要部縦断面図である。
【図１２】図１０の従来の固体撮像素子の製造方法におけるレジスト膜成膜工程を示す要部縦断面図である。
【図１３】図１０の従来の固体撮像素子の製造方法におけるレジストパターニング工程を示す要部縦断面図である。
【図１４】図１０の従来の固体撮像素子の製造方法における熱処理工程を示す要部縦断面図である。
【図１５】図１０の従来の固体撮像素子の製造方法におけるＳｉＮ膜レンズ形状形成工程を示す要部縦断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は、図１０の層内のマイクロレンズを構成するレンズ形状のＳｉＮ膜の製造方法を簡単に説明するための縦断面図である。
【図１７】（ａ）は、図１のＣＣＤ固体撮像素子における要部積層構成例を模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態５におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部積層構成例を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下に、本発明のレンズおよびその製造方法を固体撮像素子およびその製造方法に適用した場合の実施形態１〜４および、この固体撮像素子の実施形態１〜４のいずれかを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態５について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
【００５８】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【００５９】
図１において、本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１には、複数の画素部が行列方向にマトリクス状に配設されている。その各画素部にはそれぞれ、半導体基板２の表面部に、受光素子として入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードで構成された受光部３が設けられ、この受光部３に隣接して受光部３からの信号電荷を、信号電荷読み出し部を通して読み出して電荷転送するための電荷転送部４が設けられている。この電荷転送部４および信号電荷読み出し部上にはゲート絶縁膜５を介してゲート電極６が配置されている。このゲート電極６は、信号電荷を読み出すと共に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するための電荷転送電極として機能する。これらの受光部３および電荷転送部４からなる半導体基板２の画素部７間（水平方向の間）には画素分離層（素子分離層）としてのストップ層８が設けられている。
【００６０】
このゲート電極６上には、入射光がゲート電極６により反射してノイズが発生するのを防ぐために遮光膜９が絶縁層１０を介して形成されている。また、受光部３の上方は遮光膜９には、入射光用の窓部として開口部９ａが形成されている。
【００６１】
これらの受光部３の表面と遮光膜９との段差部分を平坦化するための層間絶縁膜１１が形成されている。層間絶縁膜１１は高屈折率膜（層内レンズ１２の材料膜、例えばＳｉＮ膜）の下地膜である。この表面が平坦化された層間絶縁膜１１上に、受光部３への集光用の層内レンズ１２が、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２のレンズ曲面下端部同士が接した状態で、受光部３に対応するように形成されている。この各層内レンズ１２上には、各層内レンズ１２間の段差を埋め込んでその表面が平坦化するように層間絶縁膜１３が形成されている。
【００６２】
さらに、この層間絶縁膜１３上には、受光部３毎に配置されたＲ，Ｇ，Ｂ各色の所定の色配列（例えばベイヤー配列）のカラーフィルタ１４が形成され、さらに、その上に平坦化膜１５が形成され、その上に受光部３への集光用のマイクロレンズ１６が更に形成されている。この集光用のマイクロレンズ１６も、上記層内レンズ１２の場合と同様に、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ１６同士が接した状態で、各受光部３および各層内レンズ１２にそれぞれ対応するように形成されている。
【００６３】
上記構成の本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１の製造方法としては、半導体基板２（または半導体層）上に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部３を２次元状に形成する受光部形成工程と、受光部３毎に隣接して電荷転送手段としての電荷転送部４およびその上のゲート電極６をそれぞれ形成する電荷転送手段形成工程と、ゲート電極６上を覆うと共に、受光部３の上方を開口した遮光膜９を形成する遮光膜形成工程と、受光部３および遮光膜９の段差部上に層間絶縁膜１１を形成する第１層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１１上に、上に凸形状の層内レンズ１２を、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ形成工程と、層内レンズ１２間の凹凸を埋め込むように層間絶縁膜１３を形成する第２層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１３上に所定の色配列のカラーフィルタ１４を各受光部３の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ１４上に、平坦化膜１５を介してマイクロレンズ１６を、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ１６同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
【００６４】
この層内レンズ１２を、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２の端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ１２の形成方法について更に詳細に説明する。
【００６５】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１の製造方法における層内レンズ形成工程の要部縦断面図である。
【００６６】
まず、図２（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜１１上に高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａを形成する。
【００６７】
次に、図２（ｂ）に示すように、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａ上に感光性のあるレジスト膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術としてグレイスケールの透過率階調マスクを用いて紫外線の照射光量を平面位置に応じて制御して、レジスト膜を所定のレンズ形状のレジスト膜１７に形成する。これによって、従来のようなリフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を、レンズ径やレンズ高さおよびレンズ曲面を所望のレンズ形状に適宜作ることができる。高屈折率膜のレンズ形状は、レンズ径とレンズ高さとの関係が、成膜された高屈折率膜の膜厚以下のレンズ高さに設定可能でレンズ径は任意に設定可能であって、所望のレンズ形状に適宜作ることができる。この場合、高屈折率膜のレンズ形状は単一の樹脂材料で構成されている。したがって、従来のようなリフロー後のレンズ形状（レンズ高さやレンズ径などの形状）のバラツキをなくすことができる。
【００６８】
続いて、図２（ｃ）に示すように、レンズ形状のレジスト膜１７と、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａとを同時にドライプラズマエッチングすることにより、レジスト膜１７のレンズ形状を反映した同じレンズ形状の層内レンズからなる層内レンズ１２を形成する。このように、高屈折率膜を所望のレンズ形状に転写して層内レンズ１２を形成することができる。
【００６９】
要するに、レンズの形成方法として、下地膜としての層間絶縁膜１１上に高屈折率膜のＳｉＮ膜１２ａを形成する高屈折率膜形成工程と、ＳｉＮ膜１２ａ上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜１７のレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、レンズ形状の感光性レジスト膜１７とＳｉＮ膜１２ａとを同時にエッチングすることにより、感光性レジスト膜１７のレンズ形状を反映した同じ高屈折率レンズ形状の層内レンズ１２に形成する高屈折率膜レンズ形状形成工程とを有している。
【００７０】
このように、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて、従来のようなリフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を作るため、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２のレンズ曲面端部同士が接したレンズ形状にしたり、レンズ厚さを最適な厚さにするなど、所望のレンズ形状に形成することができると共に、レンズ形成工程が簡略化できて、レンズ形状が画素毎のバラツキを大幅に抑制することができ、受光部３での受光感度のバラツキを抑制または防止することができる。
【００７１】
ここで、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて層内レンズ１２を形成する場合についてさらに詳細に説明する。
【００７２】
従来では、マスクにより平面視正方形のレジスト膜を形成し、正方形のレジスト膜を熱処理によってリフローしてその表面張力により転写用のレンズ形状のレジスト膜を作っていたが、本実施形態１では、グレイスケールの透過率階調マスクを用いてリフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を直接作っている。これによって、レンズ形成工程が簡略化できる。さらに、転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を用いて高屈折率膜をエッチングして層内レンズ１２を作っている。このレンズ形成方法は層内レンズ１２に適用できるだけではなく、前述したように、マイクロレンズ１６にも適用することができて、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ１６同士が接した状態でマイクロレンズ１６を各受光部３の位置に対応して形成することができる。
【００７３】
グレイスケールの透過率階調マスクは、図３に示すように、レンズ形状のレジスト膜１７の周囲ほど光透過率がよく、周囲ほど強い光が感光性のレジスト膜１７ａに照射されて、断面が上に凸のレンズ形状に形成されるように透過光量が制御されるようになっている。要するに、この透過率階調マスクでは、レンズ中央部分ほど透過する光量が面積的に少なくなるように構成されており、レンズ周囲部ほど透過する光量が面積的に多くなるように構成（遮光材のクロムのパターン密度、例えばドットパターン密度により透過光量を調整）されて、図３に示すようにレジスト膜１７ａを上に凸のレンズ形状のレジスト膜１７に形成することができる。
【００７４】
一方、レジスト膜１７ａ自体は、図４（ａ）に示すように、レジスト膜のパターニング時に使用する通常の高感度レジスト膜材料のように所定光量で急激にレジスト残膜量が低下して所定パターンを形成し易いものではなく、図４（ｂ）に示すように、レジスト膜１７ａの材質は、照射光量の増加に伴ってレジスト残膜量が徐々に低下していく特性ライン（γカーブ）が横に寝ている低感度レジスト膜材料を用いる。このように、本実施形態１で用いるレジスト膜１７ａは、照射光量に応じてレジスト残膜量が徐々に変化するレジスト膜材料を用いることができる。要するに、この感光性のレジスト膜１７ａは、透過率階調マスクの透過光量である照射光量の増加に伴ってレジスト残膜量が、通常用いられるパターン形成用の感光性レジスト膜に比べて徐々に低下していく特性を有している。
【００７５】
層内レンズ１２のレンズ材料となる高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａの他に、ＳｉＯＮ膜があるが、ＳｉＮ膜１２ａの屈折率２．０に対して、ＳｉＯＮ膜の屈折率１．８〜１．９程度であり、窒化膜系材料を用いる。層内レンズ１２は、グレイスケールの透過率階調マスクを用いてＳｉＮ膜１２ａに対して直に、エッチングを介さずに露光によってレンズ形状を形成することができればそれに越したことがないが、透過率階調マスクでレンズ形状が得られる高屈折率材料がないため、透過率階調マスクでレジスト膜１２ａをレンズ形状にした後に、エッチングを用いてそのレジスト膜のレンズ形状を高屈折率膜に転写して高屈折率の層内レンズ１２を形成している。また、画素サイズは、１辺が１．３μｍ程度であり、これに対応した微細なレンズを所望のレンズ形状で、透過率階調マスクを用いて高屈折率膜でレンズを作ることについてはどの文献にも何ら記載されていない。このレンズ材料については、層内レンズ１２で説明しているが、マイクロレンズ１６にも適用することができる。
【００７６】
層内レンズ１２は、図５（ａ）に示すように平面視正方形（または矩形）である４角形かまたは６角形（蜂の巣形状）の多角形や、図５（ｃ）に示すように平面視円形（楕円形を含む）であるが、入射光をより多く集めることができるように大面積になっており、隣接する層内レンズ１２同士は、レンズ外周端縁部にて互いに接している。したがって、図５（ａ）の平面視正方形の層内レンズ１２のＡＡ’断面および、図５（ｃ）の平面視円形の層内レンズ１２のＢＢ’断面はそれぞれ、図５（ｂ）のように、隣接する層内レンズ１２同士が左右のレンズ面下端部でくっ付いて一体化している。
【００７７】
これに対して、従来のように、リフロー後に転写用のレンズ形状のレジスト膜を作る場合には、所定形状が例えば平面視正方形または矩形に形成されたレジスト膜を熱処理でリフローすると、平面視正方形または矩形の角部分が溶けて丸くなり、さらに溶けて平面視円形のレンズ形状になってしまい、このリフローによっては、平面視正方形または矩形のレンズ形状で転写用のレジスト膜を作ることはできない。この平面視正方形または矩形のレンズ形状の方が、平面視円形のレンズ形状に比べてレンズ間の隙間面積が少なくて済み、その分、入射光の利用効率を面積的に向上させることができて、受光感度の向上にも寄与することができる。
【００７８】
また、従来のように、リフロー後に転写用のレンズ形状のレジスト膜を作る場合、図５（ｄ）に示すように、平面視円形のレンズ形状であって隣接する円形レンズ形状（実線）同士が所定距離だけ離間しているのに対して、図５（ｃ）の本実施形態１の平面視円形の層内レンズ１２では、隣接する円形レンズ形状（図５（ｄ）では点線）の外形同士が互いに接している。仮に、図５（ｄ）の実線に示す従来の円形レンズ形状が、図５（ｄ）の点線に示す大きい円形レンズ形状のように互いに外形同士が接した場合には、図５（ｅ）のように、リフロー時に、円形レンズ形状の裾野の方（レンズ面下端部）で接し、その接した部分Ｘが平らになろうとして上方に浮いてしまって、レンズの使用効率を低下させてしまう。
【００７９】
したがって、層内レンズ１２は、図５（ａ）の平面視正方形（または矩形）および図５（ｃ）の平面視円形（または楕円形）のように、隣接レンズ間のレンズ面外周端部で接して光の利用面積を広げているが、従来のリフローによるレンズ形成方法では前述したように、隣接レンズのレンズ面外周端部間でくっ付けて光の利用面積を広げることができない。これらは、層内レンズ１２で説明しているが、マイクロレンズ１６にも適用することができる。
【００８０】
上記構成により、複数の画素部７が２次元状に配置された撮像領域に入射した光は、まず、マイクロレンズ１６により高屈折率で集光され、さらに層内レンズ１２で高屈折率で集光されてフォトダイオードを構成する受光部３に入射される。このとき、マイクロレンズ１６および層内レンズ１２はそれぞれ、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６の各レンズ面外周端部同士でそれぞれ接した構造であるため、より広いところから光を集めることができて、各受光部３の受光感度を向上させることができる。次に、この各受光部３に入射された光は、各受光部３で光電変換されて信号電荷となる。この信号電荷は電荷転送部４に読み出されて所定方向の垂直方向に順次電荷転送された後に、水平方向に順次電荷転送されて順次増幅されて各画素部毎の撮像信号として順次信号出力される。
【００８１】
このように、入射光の利用面積を広げるようにレンズ面外周端部同士でそれぞれ接したレンズ構造は、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて、従来のようなリフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を形成し、この転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を用いて高屈折率膜をエッチングして層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６を作るレンズ形成方法のみによって、より簡単な製造工程で層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６を作ることができる。
【００８２】
以上により、本実施形態１によれば、グレイスケールの透過率階調マスクを用いてリフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を直接作っているため、レンズ形成工程を簡略化することができ、この転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を用いて高屈折率膜をエッチングして層内レンズ１２を作っているため、高屈折率レンズの形状バラツキを大幅に抑えて、各画素毎の受光感度特性を安定化させて画像特性が良好で歩留まりの低下を抑えることができる。
【００８３】
なお、本実施形態１では、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６を作ったが、これに限らず、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６のいずれかを作ってもよい。残るいずれか一方のレンズはあっても無くてもよく、その一方のレンズは従来のリフローにより形成されていてもよい。
【００８４】
（実施形態２）
上記実施形態１では、ＣＣＤ固体撮像素子１に本発明のレンズ形成方法を適用して製造した場合について説明したが、本実施形態２では、ＣＭＯＳ固体撮像素子に本発明のレンズ形成方法を適用して製造した場合について説明する。
【００８５】
図６は、本発明の実施形態２におけるＣＭＯＳ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【００８６】
図６において、本実施形態２のＣＭＯＳ固体撮像素子１Ａには、複数の画素部が行列方向にマトリクス状に配設されている。その各画素部にはそれぞれ、半導体基板２１の表面部に、受光素子として入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードで構成された受光部２２が設けられ、この受光部２２に隣接して受光部２２からの信号電荷を、電荷転送トランジスタの電荷転送部２３を通して電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンＦＤに電荷転送するための転送ゲート２４がゲート絶縁膜２５を介して設けられている。これらの電荷転送部２３、ゲート絶縁膜２５および転送ゲート２４により、受光部２２からフローティングディフュージョンＦＤに撮像信号を転送する電荷転送手段としての電荷転送トランジスタが構成されている。さらに、この受光部２２毎に、フローティングディフュージョンＦＤに電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅トランジスタ（図示せず）で増幅されて画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路を有している。
【００８７】
この読出回路は、フローティングディヒュージョン部ＦＤを所定電圧（例えば電源電圧）にリセットするためのリセットトランジスタおよび、リセット後にフローティングディヒュージョン部ＦＤの電位に応じてその電位信号を増幅して信号線に撮像信号を出力する増幅トランジスタがロジックトランジスタ領域２６に設けられ、このロジックトランジスタ領域２６が各画素部２７間に素子分離層ＳＴＩを介して設けられている。これらのリセットトランジスタおよび増幅トランジスタはそれぞれ、ソース（Ｓ）／ドレイン（Ｄ）およびゲート（Ｇ）で構成されている。
【００８８】
これらの転送ゲート２４、フローティングディヒュージョン部ＦＤおよびロジックトランジスタ領域２６の上方には、この読出回路の回路配線部や、転送ゲート２４およびフローティングディヒュージョン部ＦＤに接続される回路配線部が設けられている。ゲート絶縁膜２５および転送ゲート２４上には、微細化した配線間の埋め込み性が良好な層間絶縁膜２８が形成され、その上に第１配線層２９が形成され、その上に、微細化した配線間の埋め込み性が良好な層間絶縁膜３０が形成されて、その上に第２配線層３１が形成されることにより、上記した回路配線部が構成されている。
【００８９】
また、これらの配線層２９と転送ゲート２４間、配線層２９とフローティングディヒュージョン部ＦＤ間、配線層２９とロジックトランジスタ領域２６のソース（Ｓ）／ドレイン（Ｄ）およびゲート（Ｇ）間にそれぞれ、導電性材料（例えばタングステン）からなるコンタクトプラグ３２がそれぞれ形成され、また、各配線層２９とその上の各配線層３１間にそれぞれ各コンタクトプラグ３３がそれぞれ形成されて、アルミニュウムや銅などからなる配線層２９、３１と転送ゲート２４、フローティングディヒュージョン部ＦＤおよびロジックトランジスタ領域２６のソース（Ｓ）／ドレイン（Ｄ）およびゲート（Ｇ）との間が電気的にそれぞれ接続されている。
【００９０】
これらの層間絶縁膜３０および各配線層３１上には、段差を埋め込むための層間絶縁膜３４が形成されている。この層間絶縁膜３４上には、受光部２２毎に配置されたＲ，Ｇ，Ｂ各色の所定の色配列（例えばベイヤー配列）のカラーフィルタ３５が形成され、さらに、その上に平坦化膜３６が形成され、その上に受光部２２への集光用のマイクロレンズ３７が更に形成されている。この集光用のマイクロレンズ３７は、上記実施形態１の層内レンズ１２やマイクロレンズ１６の場合と同様に、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ３７同士が接した状態で、各受光部２２にそれぞれ対応するように形成されている。
【００９１】
上記構成の本実施形態２のＣＭＯＳ固体撮像素子１Ａの製造方法としては、半導体基板２１（または半導体層）上に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部２２を形成する受光部形成工程と、この受光部２２毎に隣接して、電荷転送手段としての電荷転送部２３および転送ゲート２４を形成する電荷転送手段形成工程と、受光部２２および転送ゲート２４上に層間絶縁膜２８を形成する第１層間絶縁膜形成工程と、層間絶縁膜２８内に、転送ゲート２４および電荷転送先の電荷電圧変換領域（フローティングディヒュージョン部ＦＤ）にそれぞれ接続する各コンタクトプラグ３２をそれぞれ形成する第１コンタクトプラグ形成工程と、各コンタクトプラグ３２にそれぞれ接続するように各第１配線層２９をそれぞれ層間絶縁膜２８上に形成する第１配線部形成工程と、層間絶縁膜２８および各第１配線層２９上に層間絶縁膜３０を形成する第２層間絶縁膜形成工程と、層間絶縁膜３０内に、各第１配線部２９にそれぞれ接続する各第２コンタクトプラグ３３をそれぞれ形成する第２コンタクトプラグ形成工程と、各第２コンタクトプラグ３３にそれぞれ接続するように各第２配線層３１をそれぞれ形成する第２配線部形成工程と、層間絶縁膜３０および各第２配線層３１上に層間絶縁膜３４を形成する第３層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜３４上に所定の色配列のカラーフィルタ３５を各受光部２２の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ３５上に、平坦化膜３６を介してマイクロレンズ３７を、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ３７のレンズ周囲端部同士が接した状態で各受光部２２の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
【００９２】
このマイクロレンズ３７を、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ３７の端部同士が接した状態で各受光部２２の位置に対応して形成するマイクロレンズ３７の形成方法については、前述した図２（ａ）〜図２（ｃ）の場合と同様である。
【００９３】
まず、図２（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜１１に代えて平坦化膜３６上に高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａを形成する。
【００９４】
次に、図２（ｂ）に示すように、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａ上に感光性のあるレジスト膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術としてグレイスケールの透過率階調マスクを用いて紫外線の照射光量を平面位置に応じて制御して、レジスト膜を所定のレンズ形状のレジスト膜１７に形成する。
【００９５】
続いて、図２（ｃ）に示すように、レンズ形状のレジスト膜１７と、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａとを同時にドライプラズマエッチングすることにより、レジスト膜１７のレンズ形状を反映した同じレンズ形状のＳｉＮ膜からなる層内レンズ１２に代えて、ＳｉＮ膜からなるマイクロレンズ３７を形成する。このように、高屈折率膜をレンズ形状に転写してマイクロレンズ３７を形成することができる。
【００９６】
このように、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて、リフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を作るため、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ３７の端部同士が接したレンズ形状にしたり、レンズ厚さを最適な厚さにするなど、所望のレンズ形状に形成することができると共に、レンズ形成工程が簡略化できて、レンズ形状が画素毎のバラツキを大幅に抑制することができ、受光部３での受光感度のバラツキを抑制または防止することができる。
【００９７】
マイクロレンズ３７は、図５（ａ）に示すように平面視正方形（または矩形）である４角形かまたは、図５（ｃ）に示すように平面視円形（楕円形を含む）であるが、入射光をより多く集めることができるように大面積になっており、隣接するマイクロレンズ３７の端部同士は、レンズ外周端縁部にて互いに接している。したがって、図５（ａ）の平面視正方形のマイクロレンズ３７のＡＡ’断面および、図５（ｃ）の平面視円形のマイクロレンズ３７のＢＢ’断面はそれぞれ、図５（ｂ）のように、隣接するマイクロレンズ３７の端部同士が左右のレンズ面下端部でくっ付いて一体化している。
【００９８】
なお、実施形態２では、層内レンズを設けずにマイクロレンズ３７を設けたが、
（実施形態３）
上記実施形態１，２では受光部の上方に入射光を導く導波路を設けていないが、本実施形態３では受光部の上方に入射光を導く導波路を設けた場合について説明する。
【００９９】
図７は、本発明の実施形態３におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図１の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の番号を付してその説明を省略する。
【０１００】
図７において、本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂと、上記実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１との構成が異なるところは、受光部３の表面と遮光膜９との段差部分に設けられた層間絶縁膜１１Ａに、受光部３に至る導波路１１Ｂが形成されている点である。この層間絶縁膜１１Ａおよび導波路１１Ｂの表面が平坦化された導波路１１Ｂ上に、受光部３への集光用の層内レンズ１２が、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２の端部同士が接した状態で、受光部３に対応するように形成されている。この各層内レンズ１２上には、各層内レンズ１２間の段差を埋め込んでその表面が平坦化するように層間絶縁膜１３が形成されている。
【０１０１】
上記構成の本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法としては、半導体基板２（または半導体層）上に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部３を２次元状に形成する受光部形成工程と、受光部３毎に隣接して電荷転送手段としての電荷転送部４およびその上のゲート電極６をそれぞれ形成する電荷転送手段形成工程と、ゲート電極６上を覆うと共に、受光部３の上方を開口した遮光膜９を形成する遮光膜形成工程と、受光部３および遮光膜９の段差部上に層間絶縁膜１１Ａを形成する第１層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１１Ａに受光部３に至る穴をフォトリソ工程およびエッチングにより形成する穴形成工程と、層間絶縁膜１１Ａの穴内にＳｉＮ膜材料を埋め込んで導波路１１Ｂを形成する導波路形成工程と、層間絶縁膜１１Ａおよび導波路１１Ｂの表面を研磨またはエッチバックにより平坦化する平坦化工程と、この導波路１１Ｂ上に、上に凸形状の層内レンズ１２を、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２の端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ形成工程と、層内レンズ１２間の凹凸を埋め込むように層間絶縁膜１３を形成する第２層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１３上に所定の色配列のカラーフィルタ１４を各受光部３の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ１４上に、平坦化膜１５を介してマイクロレンズ１６を、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ１６の端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
【０１０２】
この層内レンズ１２を、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ１２の形成方法については、前述した上記実施形態１の図２（ａ）〜図２（ｃ）の場合と同様である。
【０１０３】
まず、図２（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜１１に代えて、層間絶縁膜１１Ａに形成されたＳｉＮ膜材料の導波路１１Ｂ上に、同じ高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａを形成する。
【０１０４】
次に、図２（ｂ）に示すように、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａ上に感光性のあるレジスト膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術としてグレイスケールの透過率階調マスクを用いて紫外線の照射光量を平面位置に応じて制御して、レジスト膜を所定のレンズ形状のレジスト膜１７に形成する。
【０１０５】
続いて、図２（ｃ）に示すように、レンズ形状のレジスト膜１７と、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａとを同時にドライプラズマエッチングすることにより、レジスト膜１７のレンズ形状を反映した同じレンズ形状のＳｉＮ膜からなる層内レンズ１２を形成する。これによって、高屈折率膜を所望のレンズ形状に転写して層内レンズ１２を形成することができる。
【０１０６】
したがって、層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６は、図５（ａ）に示すように平面視正方形（または矩形）である４角形かまたは、図５（ｃ）に示すように平面視円形（楕円形を含む）であるが、入射光をより多く集めることができるように大面積になっており、隣接する層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６の各端部同士は、レンズ外周端縁部にて互いに接している。したがって、図５（ａ）の平面視正方形の層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６のＡＡ’断面および、図５（ｃ）の平面視円形の層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６のＢＢ’断面はそれぞれ、図５（ｂ）のように、隣接する層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６の各端部同士が左右のレンズ面下端部でくっ付いて一体化している。
【０１０７】
上記構成により、複数の画素部７が２次元状に配置された撮像領域に入射した光は、まず、マイクロレンズ１６により高屈折率で集光され、さらに層内レンズ１２で高屈折率で集光されてフォトダイオードを構成する受光部３に入射される。このとき、マイクロレンズ１６および層内レンズ１２はそれぞれ、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６の各レンズ面外周端部同士でそれぞれ接した構造であるため、より広いところから光を集めることができて、各受光部３の受光感度を向上させることができる。しかも、この場合に、マイクロレンズ１６からの入射光は層内レンズ１２から導波路１１Ｂに入射して、その入射光をより逃がすことなく受光部３に到達させることができて、受光部３の受光感度をより向上させることができる。次に、この各受光部３に入射された光は、各受光部３で光電変換されて信号電荷となる。この信号電荷は電荷転送部４に読み出されて所定方向の垂直方向に順次電荷転送された後に、水平方向に順次電荷転送されて順次増幅されて各画素部毎の撮像信号として順次信号出力される。
【０１０８】
以上のように、本実施形態３によれば、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて、リフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を作るため、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ３７や層内レンズ１２の各端部同士が接したレンズ形状にしたり、レンズ厚さを最適な厚さにするなど、所望のレンズ形状に形成することができると共に、従来の場合に比べてレンズ形成工程が簡略化できて、レンズ形状の画素毎のバラツキを大幅に抑制することができ、受光部３での受光感度のバラツキを抑制または防止することができる。この場合に、層間絶縁膜１１Ａの穴内にＳｉＮ膜材料を埋め込んで導波路１１Ｂを形成したことにより、入射光をより逃がすことなく受光部３に到達させることができて、受光部３の受光感度をより向上させることができる。
【０１０９】
なお、本実施形態３では、受光部３に到達するように、層間絶縁膜１１Ａに導波路１１Ｂを設けたが、これに限らず、受光部３に離間した状態で、受光部３の上方位置に導波路１１Ｂを設けてもよい。この場合、導波路１１Ｂを設けるために、エッチングにより導波路１１Ｂに穴を形成するが、受光部３上に透明なエッチングストップ膜を設けてエッチングストップ膜まで穴を形成し、そこにレンズ材料を埋め込んで導波路１１Ｂを形成してもよい。エッチングストップ膜は反射防止膜を兼ねていてもよい。
【０１１０】
（実施形態４）
上記実施形態１〜３では、本発明の特徴構成の層内レンズ１２が上に凸のレンズ形状とした場合について説明したが、本実施形態４では、層内レンズ１２Ｃとして上下に凸のレンズ形状とした場合について説明する。
【０１１１】
図８は、本発明の実施形態４におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図１の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の番号を付してその説明を省略する。
【０１１２】
図８において、本実施形態４のＣＣＤ固体撮像素子１Ｃと、上記実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１との構成が異なるところは、受光部３の表面と遮光膜９との段差部分に設けられた層間絶縁膜１１Ｃは、その表面が平坦化されておらず、受光部３の表面と遮光膜９との段差部分を反映して、受光部３の上方が凹状に形成されている点である。この層間絶縁膜１１Ｃの凹部上に、この凹部内をＳｉＮ膜材料で埋め込むように、受光部３への集光用の層内レンズ１２Ｃが、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２Ｃの端部同士が接した状態でかつ上下に凸のレンズ形状として、受光部３に対応するように形成されている。この各層内レンズ１２Ｃ上には、各層内レンズ１２Ｃ間の段差を埋め込んでその表面が平坦化するように層間絶縁膜１３が形成されている。
【０１１３】
上記構成の本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法としては、半導体基板２（または半導体層）上に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部３を２次元状に形成する受光部形成工程と、受光部３毎に隣接して電荷転送手段としての電荷転送部４およびその上のゲート電極６をそれぞれ形成する電荷転送手段形成工程と、ゲート電極６上を覆うと共に、受光部３の上方を開口した遮光膜９を形成する遮光膜形成工程と、受光部３および遮光膜９の段差部上に、この段差部を反映して受光部３の上方に凹部を持つ層間絶縁膜１１Ｃを形成する第１層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１１Ｃの凹部内をレンズ材料で埋め込むように、この層間絶縁膜１１Ｃの凹部上に上下に凸形状の層内レンズ１２Ｃを、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２Ｃの端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ形成工程と、この層内レンズ１２Ｃ間の凹凸を埋め込むように層間絶縁膜１３を形成する第２層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１３上に所定の色配列のカラーフィルタ１４を各受光部３の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ１４上に、平坦化膜１５を介してマイクロレンズ１６を、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ１６の端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
【０１１４】
この層内レンズ１２Ｃを、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２Ｃの端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ１２Ｃの形成方法については、前述した上記実施形態１の図２（ａ）〜図２（ｃ）の場合と同様のレンズ形成方法である。
【０１１５】
まず、図２（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜１１に代えて、層間絶縁膜１１Ｃの凹部上に高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａを形成する。
【０１１６】
次に、図２（ｂ）に示すように、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａ上に感光性のあるレジスト膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術としてグレイスケールの透過率階調マスクを用いて紫外線の照射光量を平面位置に応じて制御して、レジスト膜を上に凸のレンズ形状のレジスト膜１７に形成する。
【０１１７】
続いて、図２（ｃ）に示すように、レンズ形状のレジスト膜１７と、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａとを同時にドライプラズマエッチングすることにより、レジスト膜１７のレンズ形状を反映した同じ上に凸のレンズ形状のＳｉＮ膜からなる層内レンズ１２Ｃを形成する。これによって、高屈折率膜を上下に凸の所望のレンズ形状に転写して層内レンズ１２Ｃを形成することができる。
【０１１８】
したがって、層内レンズ１２Ｃおよびマイクロレンズ１６は、図５（ａ）に示すように平面視正方形（または矩形）である４角形かまたは、図５（ｃ）に示すように平面視円形（楕円形を含む）であるが、入射光をより多く集めることができるように大面積になっており、隣接する層内レンズ１２Ｃおよびマイクロレンズ１６の各端部同士は、レンズ外周端縁部にて互いに接している。したがって、図５（ａ）の平面視正方形の層内レンズ１２Ｃおよびマイクロレンズ１６のＡＡ’断面および、図５（ｃ）の平面視円形の層内レンズ１２Ｃおよびマイクロレンズ１６のＢＢ’断面はそれぞれ、図５（ｂ）のように、隣接する層内レンズ１２Ｃおよびマイクロレンズ１６の各端部同士が左右のレンズ面下端部でくっ付いて一体化している。
【０１１９】
上記構成により、複数の画素部７が２次元状に配置された撮像領域に入射した光は、まず、マイクロレンズ１６により高屈折率で集光され、さらに層内レンズ１２Ｃで高屈折率で集光されてフォトダイオードを構成する受光部３に入射される。このとき、マイクロレンズ１６および層内レンズ１２Ｃはそれぞれ、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２Ｃおよびマイクロレンズ１６の各レンズ面外周端部同士でそれぞれ接した構造であるため、より広いところから光を集めることができて、各受光部３の受光感度を向上させることができる。しかも、この場合に、マイクロレンズ１６からの入射光は、上下が凸の層内レンズ１２に入射して、その入射光をより集光することができて、受光部３の受光感度をより向上させることができる。次に、この各受光部３に入射された光は、各受光部３で光電変換されて信号電荷となる。この信号電荷は電荷転送部４に読み出されて所定方向の垂直方向に順次電荷転送された後に、水平方向に順次電荷転送されて順次増幅されて各画素部毎の撮像信号として順次信号出力される。
【０１２０】
以上のように、本実施形態４によれば、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて、リフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を作るため、入射光の利用面積を広げるように、隣接したマイクロレンズ１６および層内レンズ１２Ｃの端部同士が接したレンズ形状にしたり、レンズ厚さを最適な厚さにするなど、所望のレンズ形状に形成することができると共に、従来の場合に比べてレンズ形成工程が簡略化できて、レンズ形状の画素毎のバラツキを大幅に抑制することができ、受光部３での受光感度のバラツキを抑制または防止することができる。この場合に、層間絶縁膜１１Ａの穴内にＳｉＮ膜材料を埋め込んで導波路１１Ｂを形成したことにより、入射光をより逃がすことなく受光部３に到達させることができて、受光部３の受光感度をより向上させることができる。
【０１２１】
なお、上記実施形態１〜４では、層内レンズ１２、１２Ｃやマイクロレンズ１６、３７ではそれぞれ、入射光の利用面積を広げるように、隣接した層内レンズやマイクロレンズの端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成したが、これに限らず、隣接した層内レンズやマイクロレンズの端部同士が接していなくてもよい。即ち、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて、上記実施形態３では、層間絶縁膜１１Ａに形成された導波路１１Ｂの開口形状およびそのサイズに合わせた形状およびそのサイズの層内レンズを形成することもできるし、層間絶縁膜１１Ａに形成された受光部３の上方の凹部の開口形状およびそのサイズに合わせた形状およびそのサイズの層内レンズを形成することもできる。
【０１２２】
（実施形態５）
上記実施形態１〜４の層内レンズ１２、１２Ｃやマイクロレンズ１６、３７では、それらの表面に反射防止膜を形成していないが、上記実施形態１〜４の層内レンズ１２、１２Ｃやマイクロレンズ１６、３７の表面側に反射防止膜を形成することもできる。本実施形態５では、上記実施形態１の層内レンズ１２の表面側に反射防止膜を形成する場合について詳細に説明する。
【０１２３】
図１７（ａ）は、図１のＣＣＤ固体撮像素子における要部積層構成例を模式的に示す縦断面図であり、図１７（ｂ）は、本発明の実施形態５におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部積層構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図１７（ｂ）の要部積層構成は、図１７（ａ）の要部積層構成に対応している。また、図１の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の番号を付して説明する。
【０１２４】
図１７（ｂ）において、本実施形態５のＣＣＤ固体撮像素子１Ｄには、図１７では図示していない受光部３の表面と遮光膜９との段差部分を平坦化するための層間絶縁膜１１が形成され、層間絶縁膜１１は高屈折率膜（層内レンズ１２の材料膜、例えばＳｉＮ膜）の下地膜である。表面が平坦化された平坦化膜の層間絶縁膜１１上に、受光部３への集光用の層内レンズ１２が、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２のレンズ曲面下端部同士が接した状態で、受光部３に対応するように形成されている。この各層内レンズ１２上には、各層内レンズ１２の表面には所定膜厚の反射防止膜１８が形成されている。この反射防止膜１８上の、各層内レンズ１２上の段差を反映した段差部を埋め込んでその表面が平坦化するように層間絶縁膜１３が形成されている。この層間絶縁膜１３上には、受光部３毎に配置されたＲ，Ｇ，Ｂ各色の所定の色配列（例えばベイヤー配列）のカラーフィルタ１４が形成され、さらに、その上には、図１７では図示していないが、平坦化膜１５、さらにその上に集光用のマイクロレンズ１６が形成されている。
【０１２５】
このように、高高屈折率レンズである層内レンズ１２の表面に反射防止膜１８を積層することにより、屈折率が例えば１．５前後の平坦化膜の層間絶縁膜１３と、屈折率が例えば２．０前後の高高屈折率レンズの層内レンズ１２との界面での反射を抑制する効果がある。この反射防止膜１８は、ＣＶＤ法により成膜され、屈折率が例えば１．８前後のＳｉＯＮ膜を用いるかまたは、屈折率が例えば１．５〜２．０の複数膜を多層積層した積層膜を用いることもできる。
【０１２６】
この場合、本発明のレンズの製造方法を用いたＣＣＤ固体撮像素子１Ｄの製造方法は、半導体基板２（または半導体層）に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部３を２次元状に形成する受光部形成工程と、受光部３毎に隣接して電荷転送手段としての電荷転送部４およびその上のゲート電極６をそれぞれ形成する電荷転送手段形成工程と、ゲート電極６上を覆うと共に、受光部３の上方を開口した遮光膜９を形成する遮光膜形成工程と、受光部３および遮光膜９の段差部上に層間絶縁膜１１を形成する第１層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１１上に、上に凸形状の層内レンズ１２を、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ形成工程と、この層内レンズ１２上に反射防止膜１８を形成する反射防止膜形成工程と、層内レンズ１２のレンズ形状を反映した反射防止膜１８のレンズ形状上に、反射防止膜１８間の凹凸を埋め込むように層間絶縁膜１３を形成する第２層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１３上に所定の色配列のカラーフィルタ１４を各受光部３の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ１４上に、平坦化膜１５を介してマイクロレンズ１６を、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ１６同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
【０１２７】
（実施形態６）
図９は、本発明の実施形態６として、本発明の実施形態１〜５の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【０１２８】
図９において、本実施形態６の電子情報機器９０は、上記実施形態１〜５のいずれかの固体撮像素子１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃまたは１Ｄからの撮像信号に対して所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示部９３と、通信部９４と、プリンタなどの画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
【０１２９】
この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【０１３０】
したがって、本実施形態５によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【０１３１】
なお、上記実施形態１〜５では、本発明のレンズおよびその製造方法を固体撮像素子およびその製造方法に適用した場合について説明したが、これに限らず、本発明のレンズおよびその製造方法は発光素子アレイのレンズおよびその製造方法にも適用することができる。
【０１３２】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜６を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜６に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜６の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明は、レンズおよびその製造方法、このレンズが用いられて、被写体からの光が集光されて入射され、この入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に設けられた固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するため、レンズ形成の工程数を低減して製造プロセスを簡略化することができると共に、所望の高屈折率レンズ形状を容易に形成することができる。これによって、高屈折率レンズ間のレンズ形状のバラツキをも抑えて安定したレンズ形状にすることができる。したがって、このレンズが固体撮像素子に用いられることにより、高屈折率レンズ形状のバラツキを抑えかつ入射光の利用効率を向上させて各画素毎の受光感度特性を安定化かつ向上させて画像特性が良好で歩留まり低下を抑えることができる。
【符号の説明】
【０１３４】
１、１Ｂ、１Ｃ ＣＣＤ固体撮像素子
１Ａ ＣＭＯＳ固体撮像素子
２ 半導体基板
３ 受光部
４ 電荷転送部
５ ゲート絶縁膜
６ ゲート電極
７ 画素部
８ ストップ層
９ 遮光膜
９ａ 開口部
１０ 絶縁層
１１、１１Ａ、１１Ｃ、１３ 層間絶縁膜
１１Ｂ 導波路
１２、１２Ｃ 層内レンズ（レンズ）
１２ａ ＳｉＮ膜（高屈折率膜）
１４ カラーフィルタ
１５ 平坦化膜
１６ マイクロレンズ（レンズ）
１７、１７ａ レンズ形状のレジスト膜
１８ 反射防止膜
２１ 半導体基板
２２ 受光部
２３ 電荷転送部
２４ 転送ゲート
２５ ゲート絶縁膜
２６ ロジックトランジスタ領域
２７ 画素部
２８、３０、３４ 層間絶縁膜
２９ 第１配線層
３１ 第２配線層
３２、３３ コンタクトプラグ
３５ カラーフィルタ
３６ 平坦化膜
３７ マイクロレンズ（レンズ）
９０ 電子情報機器
９１ 固体撮像装置
９２ メモリ部
９３ 表示部
９４ 通信部
９５ 画像出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズおよびその製造方法、このレンズが用いられて、被写体からの光が集光されて入射され、この入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に設けられた固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の固体撮像素子およびその製造方法については、特許文献１に開示されており、図１０〜図１５を参照して説明する。
【０００３】
図１０は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【０００４】
図１０において、従来の固体撮像素子１００は、シリコン基板１０１の所定領域に、入射された光を信号電荷に変換する光電変換機能を有する受光部１０２が形成されている。この受光部１０２が形成されたシリコン基板１０１上には、ＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１０３が形成されている。この層間絶縁膜１０３上の所定領域にＡｌからなる遮光膜１０４が形成されている。これらの遮光膜１０４および層間絶縁膜１０３を覆うように層間絶縁膜１０５が形成されている。
【０００５】
さらに、層間絶縁膜１０５上に、上に凸のレンズ形状を有する凸部１０６ａと、その周囲に設けられた平坦部１０６ｂとを有するＳｉＮ膜１０６が形成されている。このＳｉＮ膜１０６の凸部１０６ａは、受光部１０２の上方および遮光膜１０４の開口領域の上方に配置されていると共に、平坦部１０６ｂから所定の曲率半径を持っている。ＳｉＮ膜１０６の平坦部１０６ｂは、遮光膜１０４の遮光領域の上方に配置されていると共に、その上のＳｉＮ膜１０７が、ＳｉＮ膜１０６の平坦部１０６ｂを埋め込むように膜状に形成されている。このＳｉＮ膜１０７上には樹脂層１０８を介して光学レンズ１０９が一体的に形成されている。
【０００６】
図１１〜図１５は、図１０の従来の固体撮像素子１００の製造方法を説明する各製造工程を示す要部縦断面図である。
【０００７】
まず、図１１のＳｉＮ膜形成工程に示すように、光電変換部としての複数の受光部１０２が形成されたシリコン基板１０１上に、ＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１０３を形成する。層間絶縁膜１０３上の所定領域に、Ａｌからなる遮光膜１０４を形成する。その後、遮光膜１０４および層間絶縁膜１０３上を覆うようにＳｉＯ２からなる層間絶縁膜１０５を形成する。この後、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、層間絶縁膜１０５上に約２．５μｍの厚みを有するＳｉＮ膜１０６ｃを形成する。
【０００８】
次に、図１２のレジスト膜成膜工程に示すように、ＳｉＮ膜１０６ｃ上に約２μｍの厚みを有するレジスト膜１１０を塗布する。
【０００９】
続いて、図１３のレジストパターニング工程に示すように、リソグラフィ技術を用いて、レジスト膜１１０を、約４．８μｍの幅にすると共に、隣接するレジスト膜１１０ａ間の距離を約０．４μｍの間隔にする。その後、アッシングを行うことによって、隣接するレジスト膜１１０ａ間のＳｉＮ膜１０６ｃ上に薄く残ったレジスト部分（図示せず）を除去する。このアッシングの条件としては、Ｏ３ガスを用いて、約１気圧で約摂氏２００度〜約摂氏４００度の温度で、約５秒〜約３０秒間行う。
【００１０】
その後、図１４の熱処理工程（レジストレンズ形状形成工程）に示すように、約摂氏１５０度で約３０分間の熱処理を行うことによって、レジスト膜１１０ａの流動性を向上させて、レジスト膜１１０ａは、表面張力により上に凸のレンズ形状を有するレジスト膜１１０ｂになる。
【００１１】
さらに、図１５のＳｉＮ膜レンズ形状形成工程に示すように、この上から、凸形状のレジスト膜１１０ｂとＳｉＮ膜１０６ｃとを同時にエッチングすることによって、レジスト膜１１０ｂの凸形状を反映した同じ凸形状のレンズ形状を有するＳｉＮ膜１０６を形成する。
【００１２】
具体的には、ＳｉＮ膜１０６を、平坦部１０６ｂからの所定高さの上に凸形状の凸部１０６ａと、所定幅で所定の厚みを有する平坦部１０６ｂとを有する形状に加工する。このエッチング時には、酸素ガスを増量することによって、レジスト膜１１０ｂに対するアッシングも同時に行われるので、このエッチング時に、レジスト膜１１０ｂは除去されることになる。なお、このときの具体的なエッチング条件としては、ガス圧力：約１９．９５Ｐａ〜約３９．９Ｐａ、ガス：ＣＨＦ３ガス（約０ｍｌ／ｓ〜約１５ｍｌ／ｓ）、ＣＦ４ガス（約６０ｍｌ／ｓ〜約１００ｍｌ／ｓ）、Ａｒガス（約６００ｍｌ／ｓ〜約９００ｍｌ／ｓ）およびＯ２ガス（約２５ｍｌ／ｓ〜約３５ｍｌ／ｓ）、高周波電力：約１２０Ｗ〜約２００Ｗである。
【００１３】
さらに、図１０に示すように、膜状ＳｉＮ膜形成工程において、ＣＶＤ法を用いて、凸部１０６ａと平坦部１０６ｂとを有するレンズ形状を有するＳｉＮ膜１０６上に、ＳｉＮ膜１０６の平坦部１０６ｂを埋め込むように、約０．１μｍの厚みを有する膜状のＳｉＮ膜１０７を形成する。これにより、層内のマイクロレンズとしてのＳｉＮ膜１０６および１０７を有する集光レンズが形成される。さらに、この集光レンズ上に樹脂層１０８が形成され、その樹脂層１０８上に光学レンズ１０９が形成される。これによって、固体撮像素子１００が形成される。
【００１４】
この層内のマイクロレンズを構成するＳｉＮ膜１０６の製造方法について、図１６（ａ）〜図１６（ｄ）を用いて更に簡単に説明する。
【００１５】
図１６（ａ）〜図１６（ｄ）は、図１０の層内のマイクロレンズを構成するレンズ形状のＳｉＮ膜１０６の製造方法を簡単に説明するための要部縦断面図である。
【００１６】
まず、図１６（ａ）の高屈折率膜成膜工程に示すように、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜１０５上に高屈折率膜であるＳｉＮ膜１０６ｃを形成する。
【００１７】
次に、図１６（ｂ）のレジスト膜パターニング工程に示すように、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１０６ｃ上にレジスト膜１１０を成膜し、リソグラフィ技術を用いてレジスト膜１１０を所定形状のレジスト膜１１０ａに形成する。
【００１８】
続いて、図１６（ｃ）のレジストレンズ形状形成工程（熱処理工程）に示すように、熱処理により、レジスト膜１１０ａをリフローしてその表面張力により上に凸のレンズ形状のレジスト膜１１０ｂに形成する。
【００１９】
その後、図１６（ｄ）のレジスト膜レンズ形状形成工程に示すように、レンズ形状のレジスト膜１１０ｂと、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１０６ｃとを同時にドライプラズマエッチングすることにより、レジスト膜１１０ｂのレンズ形状を反映した同じレンズ形状のＳｉＮ膜１０６を形成する。これによって、高屈折率膜にレンズ形状を転写することにより層内のマイクロレンズを形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００４−７９６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
特許文献１に開示されている上記従来のレンズ形成方法では、高屈折率膜から層内レンズを形成する場合に、レジスト膜を所定形状にパターニングし、その所定形状をリフローしてその表面張力によってレンズ形状を形成し、そのレジスト膜のレンズ形状を高屈折率膜に形状転写して層内の高屈折率レンズを形成している。この場合、レジスト膜をパターニングした線幅のバラツキや、リフロー時の温度のバラツキなどで、そのレンズ形状の外径やレンズ高さなどの形状にバラツキが生じてしまう。しかも、この上記従来のレンズ形成方法では工程数が多く複雑である。これによって、特に、高画素化した場合に、このレンズ形状のバラツキが顕著になって、受光感度特性のバラツキが顕著になり、画像特性が悪化すると共に、歩留まり低下の原因になるという問題を有していた。
【００２２】
このようなリフロー後のレンズ形状のバラツキは、前述したが、リフロー温度のバラツキによっても起こるし、フォトリソ工程での線幅のバラツキや成膜時の膜厚のバラツキによっても起こる。レンズ形状が画素毎に異なると、レンズ形状により集光が異なって受光部１０２での受光感度のバラツキになる。レンズ形状が異なると、十分に集光しない場合には、集光不良になって歩留まりにも影響する。
【００２３】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、レンズ形成の工程数を低減して製造プロセスを簡略化することができると共に、所望の高屈折率レンズ形状を容易に形成しかつ高屈折率レンズ間のレンズ形状のバラツキをも抑えて安定したレンズ形状にすることができるレンズおよびその製造方法、このレンズが用いられることにより、高屈折率レンズ形状のバラツキを抑えて各画素毎の受光感度特性を安定化させて画像特性が良好で歩留まり低下を抑えることができる固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明のレンズの製造方法は、下地膜上に高屈折率膜を形成する高屈折率膜形成工程と、該高屈折率膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、該感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、該レンズ形状の該感光性レジスト膜と該高屈折率膜とを同時にエッチングすることにより、該感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率膜のレンズ形状に形成する高屈折率膜レンズ形状形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】
また、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における高屈折率膜のレンズ形状は、入射光の利用面積を広げるように隣接レンズ間の端部同士が接した状態でアレイ状に形成する。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における高屈折率膜のレンズ形状は、前記下地膜の所定領域に合わせるように隣接レンズ間を離間して形成する。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における高屈折率膜レンズ形状形成工程の後に、前記高屈折率膜のレンズ形状上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程を更に有する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における反射防止膜形成工程の後に、前記高屈折率膜のレンズ形状を反映した前記反射防止膜のレンズ形状上に、表面が平坦な層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程を更に有する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における高屈折率膜のレンズ形状は、断面が上に凸形状かまたは上下に凸形状である。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における透過率階調マスクは、遮光材のパターン密度によって透過光量が調整されている。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における感光性レジスト膜は、前記透過光量である照射光量の増加に伴ってレジスト残膜量が、パターン形成用の感光性レジスト膜に比べて徐々に低下していく特性を有する。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における高屈折率膜はＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜である。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明のレンズの製造方法における高屈折率膜をＳｉＮ膜で形成し、前記反射防止膜をＳｉＯＮ膜で形成する。
【００３４】
本発明のレンズは、本発明の上記レンズの製造方法により製造されたレンズであって、前記高屈折率膜のレンズ形状が平面視多角形または平面視円形、楕円形であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３５】
また、好ましくは、本発明のレンズにおける。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明のレンズにおける高屈折率膜のレンズ形状は、レンズ径とレンズ高さとの関係が、成膜された該高屈折率膜の膜厚以下の該レンズ高さで所定のレンズ径に設定可能である。
【００３７】
本発明のレンズは、高屈折率材料からなるレンズ形状が、入射光の利用面積を広げるように隣接レンズ間の端部同士が接した状態でアレイ状に形成されており、該レンズ形状が平面視多角形または平面視円形、楕円形である。
【００３８】
また、好ましくは、本発明のレンズにおけるレンズ形状は、断面が上に凸形状かまたは上下に凸形状である。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明のレンズにおける高屈折率材料のレンズ形状上に反射防止膜が形成されている。
さらに、好ましくは、本発明のレンズにおける高屈折率材料はＳｉＮまたはＳｉＯＮである。
さらに、好ましくは、本発明のレンズにおける高屈折率材料をＳｉＮで構成し、前記反射防止膜をＳｉＯＮ膜で構成する。
【００４０】
また、好ましくは、本発明のレンズにおける平面視多角形は４角形または６角形である。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明のレンズにおける高屈折率膜または前記高屈折率材料のレンズ形状は単一の樹脂材料で構成されている。
【００４２】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに対して該入射光を集光するレンズがそれぞれ設けられた固体撮像素子の製造方法において、該レンズを、本発明の上記レンズの製造方法により製造するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４３】
本発明の固体撮像素子は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに対して該入射光を集光するレンズがそれぞれ設けられた固体撮像素子において、本発明の上記レンズのそれぞれが該複数の受光部のそれぞれに対応するように形成され、前記高屈折率膜の下地膜上かまたは該下地膜の所定領域上に、該高屈折率膜のレンズが、隣接レンズ間が互いに接するかまたは互いに離間するように形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４４】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記入射光の利用面積を広げるように前記レンズの隣接レンズ曲面端部同士が接した状態で、該レンズのそれぞれが前記受光部のそれぞれに対応するように形成されている。
【００４５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における下地膜は、前記受光部と、該受光部から信号電荷を読み出して転送するための転送ゲート上に形成され該受光部上は開口された遮光膜との段差部上に形成された、表面が平坦な層間絶縁膜である。
【００４６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における下地膜は、前記受光部の各位置に対応した所定の色配列のカラーフィルタ上に形成された平坦化膜である。
【００４７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における下地膜の所定領域は、前記受光部の上方の前記層間絶縁膜に形成された導波路の入口領域である。
【００４８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における下地膜の所定領域は、前記受光部と、該受光部から信号電荷を読み出して転送するための転送ゲート上に形成され該受光部上は開口された遮光膜との段差を反映して該受光部の上方に凹部が形成された層間絶縁膜の凹部領域である。
【００４９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるレンズは、前記高屈折率膜の下地膜上かまたは該下地膜の所定領域上に設けられた層内レンズおよび、該層内レンズの上方に設けられたマイクロレンズのうちの少なくともいずれかである。
【００５０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子はＣＣＤ固体撮像素子またはＣＭＯＳ固体撮像素子である。
【００５１】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５２】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００５３】
本発明のレンズの製造方法においては、下地膜上に高屈折率膜を形成する高屈折率膜形成工程と、高屈折率膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、レンズ形状の感光性レジスト膜と高屈折率膜とを同時にエッチングすることにより、感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率膜のレンズ形状に形成する高屈折率膜レンズ形状形成工程とを有している。
【００５４】
これによって、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するので、レンズ形成の工程数を低減して製造プロセスを簡略化することが可能となると共に、所望の高屈折率レンズ形状を容易に形成することが可能となる。これによって、高屈折率レンズ間のレンズ形状のバラツキをも抑えて安定したレンズ形状にすることが可能となる。したがって、このレンズが固体撮像素子に用いられることにより、高屈折率レンズ形状のバラツキを抑えて各画素毎の受光感度特性を安定化させて画像特性が良好で歩留まり低下を抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００５５】
以上により、本発明によれば、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するため、レンズ形成の工程数を低減して製造プロセスを簡略化することができると共に、所望の高屈折率レンズ形状を容易に形成することができる。これによって、高屈折率レンズ間のレンズ形状のバラツキをも抑えて安定したレンズ形状にすることができる。したがって、このレンズが固体撮像素子に用いられることにより、高屈折率レンズ形状のバラツキを抑えかつ入射光の利用効率を向上させて各画素毎の受光感度特性を安定化かつ向上させて画像特性が良好で歩留まり低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態１におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法における層内レンズ形成工程の要部縦断面図である。
【図３】レンズ形状を形成するグレイスケールの透過率階調マスクを用いてレジスト膜を感光させる状態を説明するためのレジスト膜の縦断面図である。
【図４】照射光量とレジスト残膜量との関係を示すレジスト材料の特性図である。
【図５】（ａ）は、図１の隣接層内レンズが平面視正方形の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡＡ’線断面図および（ｃ）のＢＢ’線断面図、（ｃ）は、図１の隣接層内レンズが平面視円形の平面図、（ｄ）は、従来の隣接層内レンズが互いに離間している様子およびその理由を説明するための平面図、（ｅ）は、（ｄ）のＣＣ’線断面図である。
【図６】本発明の実施形態２におけるＣＭＯＳ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施形態３におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図８】本発明の実施形態４におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図９】本発明の実施形態６として、本発明の実施形態１〜５の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図１０】特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図１１】図１０の従来の固体撮像素子の製造方法におけるＳｉＮ膜形成工程を示す要部縦断面図である。
【図１２】図１０の従来の固体撮像素子の製造方法におけるレジスト膜成膜工程を示す要部縦断面図である。
【図１３】図１０の従来の固体撮像素子の製造方法におけるレジストパターニング工程を示す要部縦断面図である。
【図１４】図１０の従来の固体撮像素子の製造方法における熱処理工程を示す要部縦断面図である。
【図１５】図１０の従来の固体撮像素子の製造方法におけるＳｉＮ膜レンズ形状形成工程を示す要部縦断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は、図１０の層内のマイクロレンズを構成するレンズ形状のＳｉＮ膜の製造方法を簡単に説明するための縦断面図である。
【図１７】（ａ）は、図１のＣＣＤ固体撮像素子における要部積層構成例を模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態５におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部積層構成例を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下に、本発明のレンズおよびその製造方法を固体撮像素子およびその製造方法に適用した場合の実施形態１〜４および、この固体撮像素子の実施形態１〜４のいずれかを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態５について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
【００５８】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【００５９】
図１において、本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１には、複数の画素部が行列方向にマトリクス状に配設されている。その各画素部にはそれぞれ、半導体基板２の表面部に、受光素子として入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードで構成された受光部３が設けられ、この受光部３に隣接して受光部３からの信号電荷を、信号電荷読み出し部を通して読み出して電荷転送するための電荷転送部４が設けられている。この電荷転送部４および信号電荷読み出し部上にはゲート絶縁膜５を介してゲート電極６が配置されている。このゲート電極６は、信号電荷を読み出すと共に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するための電荷転送電極として機能する。これらの受光部３および電荷転送部４からなる半導体基板２の画素部７間（水平方向の間）には画素分離層（素子分離層）としてのストップ層８が設けられている。
【００６０】
このゲート電極６上には、入射光がゲート電極６により反射してノイズが発生するのを防ぐために遮光膜９が絶縁層１０を介して形成されている。また、受光部３の上方は遮光膜９には、入射光用の窓部として開口部９ａが形成されている。
【００６１】
これらの受光部３の表面と遮光膜９との段差部分を平坦化するための層間絶縁膜１１が形成されている。層間絶縁膜１１は高屈折率膜（層内レンズ１２の材料膜、例えばＳｉＮ膜）の下地膜である。この表面が平坦化された層間絶縁膜１１上に、受光部３への集光用の層内レンズ１２が、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２のレンズ曲面下端部同士が接した状態で、受光部３に対応するように形成されている。この各層内レンズ１２上には、各層内レンズ１２間の段差を埋め込んでその表面が平坦化するように層間絶縁膜１３が形成されている。
【００６２】
さらに、この層間絶縁膜１３上には、受光部３毎に配置されたＲ，Ｇ，Ｂ各色の所定の色配列（例えばベイヤー配列）のカラーフィルタ１４が形成され、さらに、その上に平坦化膜１５が形成され、その上に受光部３への集光用のマイクロレンズ１６が更に形成されている。この集光用のマイクロレンズ１６も、上記層内レンズ１２の場合と同様に、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ１６同士が接した状態で、各受光部３および各層内レンズ１２にそれぞれ対応するように形成されている。
【００６３】
上記構成の本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１の製造方法としては、半導体基板２（または半導体層）上に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部３を２次元状に形成する受光部形成工程と、受光部３毎に隣接して電荷転送手段としての電荷転送部４およびその上のゲート電極６をそれぞれ形成する電荷転送手段形成工程と、ゲート電極６上を覆うと共に、受光部３の上方を開口した遮光膜９を形成する遮光膜形成工程と、受光部３および遮光膜９の段差部上に層間絶縁膜１１を形成する第１層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１１上に、上に凸形状の層内レンズ１２を、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ形成工程と、層内レンズ１２間の凹凸を埋め込むように層間絶縁膜１３を形成する第２層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１３上に所定の色配列のカラーフィルタ１４を各受光部３の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ１４上に、平坦化膜１５を介してマイクロレンズ１６を、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ１６同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
【００６４】
この層内レンズ１２を、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２の端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ１２の形成方法について更に詳細に説明する。
【００６５】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１の製造方法における層内レンズ形成工程の要部縦断面図である。
【００６６】
まず、図２（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜１１上に高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａを形成する。
【００６７】
次に、図２（ｂ）に示すように、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａ上に感光性のあるレジスト膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術としてグレイスケールの透過率階調マスクを用いて紫外線の照射光量を平面位置に応じて制御して、レジスト膜を所定のレンズ形状のレジスト膜１７に形成する。これによって、従来のようなリフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を、レンズ径やレンズ高さおよびレンズ曲面を所望のレンズ形状に適宜作ることができる。高屈折率膜のレンズ形状は、レンズ径とレンズ高さとの関係が、成膜された高屈折率膜の膜厚以下のレンズ高さに設定可能でレンズ径は任意に設定可能であって、所望のレンズ形状に適宜作ることができる。この場合、高屈折率膜のレンズ形状は単一の樹脂材料で構成されている。したがって、従来のようなリフロー後のレンズ形状（レンズ高さやレンズ径などの形状）のバラツキをなくすことができる。
【００６８】
続いて、図２（ｃ）に示すように、レンズ形状のレジスト膜１７と、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａとを同時にドライプラズマエッチングすることにより、レジスト膜１７のレンズ形状を反映した同じレンズ形状の層内レンズからなる層内レンズ１２を形成する。このように、高屈折率膜を所望のレンズ形状に転写して層内レンズ１２を形成することができる。
【００６９】
要するに、レンズの形成方法として、下地膜としての層間絶縁膜１１上に高屈折率膜のＳｉＮ膜１２ａを形成する高屈折率膜形成工程と、ＳｉＮ膜１２ａ上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜１７のレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、レンズ形状の感光性レジスト膜１７とＳｉＮ膜１２ａとを同時にエッチングすることにより、感光性レジスト膜１７のレンズ形状を反映した同じ高屈折率レンズ形状の層内レンズ１２に形成する高屈折率膜レンズ形状形成工程とを有している。
【００７０】
このように、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて、従来のようなリフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を作るため、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２のレンズ曲面端部同士が接したレンズ形状にしたり、レンズ厚さを最適な厚さにするなど、所望のレンズ形状に形成することができると共に、レンズ形成工程が簡略化できて、レンズ形状が画素毎のバラツキを大幅に抑制することができ、受光部３での受光感度のバラツキを抑制または防止することができる。
【００７１】
ここで、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて層内レンズ１２を形成する場合についてさらに詳細に説明する。
【００７２】
従来では、マスクにより平面視正方形のレジスト膜を形成し、正方形のレジスト膜を熱処理によってリフローしてその表面張力により転写用のレンズ形状のレジスト膜を作っていたが、本実施形態１では、グレイスケールの透過率階調マスクを用いてリフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を直接作っている。これによって、レンズ形成工程が簡略化できる。さらに、転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を用いて高屈折率膜をエッチングして層内レンズ１２を作っている。このレンズ形成方法は層内レンズ１２に適用できるだけではなく、前述したように、マイクロレンズ１６にも適用することができて、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ１６同士が接した状態でマイクロレンズ１６を各受光部３の位置に対応して形成することができる。
【００７３】
グレイスケールの透過率階調マスクは、図３に示すように、レンズ形状のレジスト膜１７の周囲ほど光透過率がよく、周囲ほど強い光が感光性のレジスト膜１７ａに照射されて、断面が上に凸のレンズ形状に形成されるように透過光量が制御されるようになっている。要するに、この透過率階調マスクでは、レンズ中央部分ほど透過する光量が面積的に少なくなるように構成されており、レンズ周囲部ほど透過する光量が面積的に多くなるように構成（遮光材のクロムのパターン密度、例えばドットパターン密度により透過光量を調整）されて、図３に示すようにレジスト膜１７ａを上に凸のレンズ形状のレジスト膜１７に形成することができる。
【００７４】
一方、レジスト膜１７ａ自体は、図４（ａ）に示すように、レジスト膜のパターニング時に使用する通常の高感度レジスト膜材料のように所定光量で急激にレジスト残膜量が低下して所定パターンを形成し易いものではなく、図４（ｂ）に示すように、レジスト膜１７ａの材質は、照射光量の増加に伴ってレジスト残膜量が徐々に低下していく特性ライン（γカーブ）が横に寝ている低感度レジスト膜材料を用いる。このように、本実施形態１で用いるレジスト膜１７ａは、照射光量に応じてレジスト残膜量が徐々に変化するレジスト膜材料を用いることができる。要するに、この感光性のレジスト膜１７ａは、透過率階調マスクの透過光量である照射光量の増加に伴ってレジスト残膜量が、通常用いられるパターン形成用の感光性レジスト膜に比べて徐々に低下していく特性を有している。
【００７５】
層内レンズ１２のレンズ材料となる高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａの他に、ＳｉＯＮ膜があるが、ＳｉＮ膜１２ａの屈折率２．０に対して、ＳｉＯＮ膜の屈折率１．８〜１．９程度であり、窒化膜系材料を用いる。層内レンズ１２は、グレイスケールの透過率階調マスクを用いてＳｉＮ膜１２ａに対して直に、エッチングを介さずに露光によってレンズ形状を形成することができればそれに越したことがないが、透過率階調マスクでレンズ形状が得られる高屈折率材料がないため、透過率階調マスクでレジスト膜１２ａをレンズ形状にした後に、エッチングを用いてそのレジスト膜のレンズ形状を高屈折率膜に転写して高屈折率の層内レンズ１２を形成している。また、画素サイズは、１辺が１．３μｍ程度であり、これに対応した微細なレンズを所望のレンズ形状で、透過率階調マスクを用いて高屈折率膜でレンズを作ることについてはどの文献にも何ら記載されていない。このレンズ材料については、層内レンズ１２で説明しているが、マイクロレンズ１６にも適用することができる。
【００７６】
層内レンズ１２は、図５（ａ）に示すように平面視正方形（または矩形）である４角形かまたは６角形（蜂の巣形状）の多角形や、図５（ｃ）に示すように平面視円形（楕円形を含む）であるが、入射光をより多く集めることができるように大面積になっており、隣接する層内レンズ１２同士は、レンズ外周端縁部にて互いに接している。したがって、図５（ａ）の平面視正方形の層内レンズ１２のＡＡ’断面および、図５（ｃ）の平面視円形の層内レンズ１２のＢＢ’断面はそれぞれ、図５（ｂ）のように、隣接する層内レンズ１２同士が左右のレンズ面下端部でくっ付いて一体化している。
【００７７】
これに対して、従来のように、リフロー後に転写用のレンズ形状のレジスト膜を作る場合には、所定形状が例えば平面視正方形または矩形に形成されたレジスト膜を熱処理でリフローすると、平面視正方形または矩形の角部分が溶けて丸くなり、さらに溶けて平面視円形のレンズ形状になってしまい、このリフローによっては、平面視正方形または矩形のレンズ形状で転写用のレジスト膜を作ることはできない。この平面視正方形または矩形のレンズ形状の方が、平面視円形のレンズ形状に比べてレンズ間の隙間面積が少なくて済み、その分、入射光の利用効率を面積的に向上させることができて、受光感度の向上にも寄与することができる。
【００７８】
また、従来のように、リフロー後に転写用のレンズ形状のレジスト膜を作る場合、図５（ｄ）に示すように、平面視円形のレンズ形状であって隣接する円形レンズ形状（実線）同士が所定距離だけ離間しているのに対して、図５（ｃ）の本実施形態１の平面視円形の層内レンズ１２では、隣接する円形レンズ形状（図５（ｄ）では点線）の外形同士が互いに接している。仮に、図５（ｄ）の実線に示す従来の円形レンズ形状が、図５（ｄ）の点線に示す大きい円形レンズ形状のように互いに外形同士が接した場合には、図５（ｅ）のように、リフロー時に、円形レンズ形状の裾野の方（レンズ面下端部）で接し、その接した部分Ｘが平らになろうとして上方に浮いてしまって、レンズの使用効率を低下させてしまう。
【００７９】
したがって、層内レンズ１２は、図５（ａ）の平面視正方形（または矩形）および図５（ｃ）の平面視円形（または楕円形）のように、隣接レンズ間のレンズ面外周端部で接して光の利用面積を広げているが、従来のリフローによるレンズ形成方法では前述したように、隣接レンズのレンズ面外周端部間でくっ付けて光の利用面積を広げることができない。これらは、層内レンズ１２で説明しているが、マイクロレンズ１６にも適用することができる。
【００８０】
上記構成により、複数の画素部７が２次元状に配置された撮像領域に入射した光は、まず、マイクロレンズ１６により高屈折率で集光され、さらに層内レンズ１２で高屈折率で集光されてフォトダイオードを構成する受光部３に入射される。このとき、マイクロレンズ１６および層内レンズ１２はそれぞれ、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６の各レンズ面外周端部同士でそれぞれ接した構造であるため、より広いところから光を集めることができて、各受光部３の受光感度を向上させることができる。次に、この各受光部３に入射された光は、各受光部３で光電変換されて信号電荷となる。この信号電荷は電荷転送部４に読み出されて所定方向の垂直方向に順次電荷転送された後に、水平方向に順次電荷転送されて順次増幅されて各画素部毎の撮像信号として順次信号出力される。
【００８１】
このように、入射光の利用面積を広げるようにレンズ面外周端部同士でそれぞれ接したレンズ構造は、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて、従来のようなリフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を形成し、この転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を用いて高屈折率膜をエッチングして層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６を作るレンズ形成方法のみによって、より簡単な製造工程で層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６を作ることができる。
【００８２】
以上により、本実施形態１によれば、グレイスケールの透過率階調マスクを用いてリフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を直接作っているため、レンズ形成工程を簡略化することができ、この転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を用いて高屈折率膜をエッチングして層内レンズ１２を作っているため、高屈折率レンズの形状バラツキを大幅に抑えて、各画素毎の受光感度特性を安定化させて画像特性が良好で歩留まりの低下を抑えることができる。
【００８３】
なお、本実施形態１では、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６を作ったが、これに限らず、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６のいずれかを作ってもよい。残るいずれか一方のレンズはあっても無くてもよく、その一方のレンズは従来のリフローにより形成されていてもよい。
【００８４】
（実施形態２）
上記実施形態１では、ＣＣＤ固体撮像素子１に本発明のレンズ形成方法を適用して製造した場合について説明したが、本実施形態２では、ＣＭＯＳ固体撮像素子に本発明のレンズ形成方法を適用して製造した場合について説明する。
【００８５】
図６は、本発明の実施形態２におけるＣＭＯＳ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【００８６】
図６において、本実施形態２のＣＭＯＳ固体撮像素子１Ａには、複数の画素部が行列方向にマトリクス状に配設されている。その各画素部にはそれぞれ、半導体基板２１の表面部に、受光素子として入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードで構成された受光部２２が設けられ、この受光部２２に隣接して受光部２２からの信号電荷を、電荷転送トランジスタの電荷転送部２３を通して電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンＦＤに電荷転送するための転送ゲート２４がゲート絶縁膜２５を介して設けられている。これらの電荷転送部２３、ゲート絶縁膜２５および転送ゲート２４により、受光部２２からフローティングディフュージョンＦＤに撮像信号を転送する電荷転送手段としての電荷転送トランジスタが構成されている。さらに、この受光部２２毎に、フローティングディフュージョンＦＤに電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅トランジスタ（図示せず）で増幅されて画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路を有している。
【００８７】
この読出回路は、フローティングディヒュージョン部ＦＤを所定電圧（例えば電源電圧）にリセットするためのリセットトランジスタおよび、リセット後にフローティングディヒュージョン部ＦＤの電位に応じてその電位信号を増幅して信号線に撮像信号を出力する増幅トランジスタがロジックトランジスタ領域２６に設けられ、このロジックトランジスタ領域２６が各画素部２７間に素子分離層ＳＴＩを介して設けられている。これらのリセットトランジスタおよび増幅トランジスタはそれぞれ、ソース（Ｓ）／ドレイン（Ｄ）およびゲート（Ｇ）で構成されている。
【００８８】
これらの転送ゲート２４、フローティングディヒュージョン部ＦＤおよびロジックトランジスタ領域２６の上方には、この読出回路の回路配線部や、転送ゲート２４およびフローティングディヒュージョン部ＦＤに接続される回路配線部が設けられている。ゲート絶縁膜２５および転送ゲート２４上には、微細化した配線間の埋め込み性が良好な層間絶縁膜２８が形成され、その上に第１配線層２９が形成され、その上に、微細化した配線間の埋め込み性が良好な層間絶縁膜３０が形成されて、その上に第２配線層３１が形成されることにより、上記した回路配線部が構成されている。
【００８９】
また、これらの配線層２９と転送ゲート２４間、配線層２９とフローティングディヒュージョン部ＦＤ間、配線層２９とロジックトランジスタ領域２６のソース（Ｓ）／ドレイン（Ｄ）およびゲート（Ｇ）間にそれぞれ、導電性材料（例えばタングステン）からなるコンタクトプラグ３２がそれぞれ形成され、また、各配線層２９とその上の各配線層３１間にそれぞれ各コンタクトプラグ３３がそれぞれ形成されて、アルミニュウムや銅などからなる配線層２９、３１と転送ゲート２４、フローティングディヒュージョン部ＦＤおよびロジックトランジスタ領域２６のソース（Ｓ）／ドレイン（Ｄ）およびゲート（Ｇ）との間が電気的にそれぞれ接続されている。
【００９０】
これらの層間絶縁膜３０および各配線層３１上には、段差を埋め込むための層間絶縁膜３４が形成されている。この層間絶縁膜３４上には、受光部２２毎に配置されたＲ，Ｇ，Ｂ各色の所定の色配列（例えばベイヤー配列）のカラーフィルタ３５が形成され、さらに、その上に平坦化膜３６が形成され、その上に受光部２２への集光用のマイクロレンズ３７が更に形成されている。この集光用のマイクロレンズ３７は、上記実施形態１の層内レンズ１２やマイクロレンズ１６の場合と同様に、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ３７同士が接した状態で、各受光部２２にそれぞれ対応するように形成されている。
【００９１】
上記構成の本実施形態２のＣＭＯＳ固体撮像素子１Ａの製造方法としては、半導体基板２１（または半導体層）上に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部２２を形成する受光部形成工程と、この受光部２２毎に隣接して、電荷転送手段としての電荷転送部２３および転送ゲート２４を形成する電荷転送手段形成工程と、受光部２２および転送ゲート２４上に層間絶縁膜２８を形成する第１層間絶縁膜形成工程と、層間絶縁膜２８内に、転送ゲート２４および電荷転送先の電荷電圧変換領域（フローティングディヒュージョン部ＦＤ）にそれぞれ接続する各コンタクトプラグ３２をそれぞれ形成する第１コンタクトプラグ形成工程と、各コンタクトプラグ３２にそれぞれ接続するように各第１配線層２９をそれぞれ層間絶縁膜２８上に形成する第１配線部形成工程と、層間絶縁膜２８および各第１配線層２９上に層間絶縁膜３０を形成する第２層間絶縁膜形成工程と、層間絶縁膜３０内に、各第１配線部２９にそれぞれ接続する各第２コンタクトプラグ３３をそれぞれ形成する第２コンタクトプラグ形成工程と、各第２コンタクトプラグ３３にそれぞれ接続するように各第２配線層３１をそれぞれ形成する第２配線部形成工程と、層間絶縁膜３０および各第２配線層３１上に層間絶縁膜３４を形成する第３層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜３４上に所定の色配列のカラーフィルタ３５を各受光部２２の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ３５上に、平坦化膜３６を介してマイクロレンズ３７を、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ３７のレンズ周囲端部同士が接した状態で各受光部２２の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
【００９２】
このマイクロレンズ３７を、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ３７の端部同士が接した状態で各受光部２２の位置に対応して形成するマイクロレンズ３７の形成方法については、前述した図２（ａ）〜図２（ｃ）の場合と同様である。
【００９３】
まず、図２（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜１１に代えて平坦化膜３６上に高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａを形成する。
【００９４】
次に、図２（ｂ）に示すように、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａ上に感光性のあるレジスト膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術としてグレイスケールの透過率階調マスクを用いて紫外線の照射光量を平面位置に応じて制御して、レジスト膜を所定のレンズ形状のレジスト膜１７に形成する。
【００９５】
続いて、図２（ｃ）に示すように、レンズ形状のレジスト膜１７と、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａとを同時にドライプラズマエッチングすることにより、レジスト膜１７のレンズ形状を反映した同じレンズ形状のＳｉＮ膜からなる層内レンズ１２に代えて、ＳｉＮ膜からなるマイクロレンズ３７を形成する。このように、高屈折率膜をレンズ形状に転写してマイクロレンズ３７を形成することができる。
【００９６】
このように、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて、リフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を作るため、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ３７の端部同士が接したレンズ形状にしたり、レンズ厚さを最適な厚さにするなど、所望のレンズ形状に形成することができると共に、レンズ形成工程が簡略化できて、レンズ形状が画素毎のバラツキを大幅に抑制することができ、受光部３での受光感度のバラツキを抑制または防止することができる。
【００９７】
マイクロレンズ３７は、図５（ａ）に示すように平面視正方形（または矩形）である４角形かまたは、図５（ｃ）に示すように平面視円形（楕円形を含む）であるが、入射光をより多く集めることができるように大面積になっており、隣接するマイクロレンズ３７の端部同士は、レンズ外周端縁部にて互いに接している。したがって、図５（ａ）の平面視正方形のマイクロレンズ３７のＡＡ’断面および、図５（ｃ）の平面視円形のマイクロレンズ３７のＢＢ’断面はそれぞれ、図５（ｂ）のように、隣接するマイクロレンズ３７の端部同士が左右のレンズ面下端部でくっ付いて一体化している。
【００９８】
なお、実施形態２では、層内レンズを設けずにマイクロレンズ３７を設けたが、
（実施形態３）
上記実施形態１，２では受光部の上方に入射光を導く導波路を設けていないが、本実施形態３では受光部の上方に入射光を導く導波路を設けた場合について説明する。
【００９９】
図７は、本発明の実施形態３におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図１の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の番号を付してその説明を省略する。
【０１００】
図７において、本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂと、上記実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１との構成が異なるところは、受光部３の表面と遮光膜９との段差部分に設けられた層間絶縁膜１１Ａに、受光部３に至る導波路１１Ｂが形成されている点である。この層間絶縁膜１１Ａおよび導波路１１Ｂの表面が平坦化された導波路１１Ｂ上に、受光部３への集光用の層内レンズ１２が、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２の端部同士が接した状態で、受光部３に対応するように形成されている。この各層内レンズ１２上には、各層内レンズ１２間の段差を埋め込んでその表面が平坦化するように層間絶縁膜１３が形成されている。
【０１０１】
上記構成の本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法としては、半導体基板２（または半導体層）上に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部３を２次元状に形成する受光部形成工程と、受光部３毎に隣接して電荷転送手段としての電荷転送部４およびその上のゲート電極６をそれぞれ形成する電荷転送手段形成工程と、ゲート電極６上を覆うと共に、受光部３の上方を開口した遮光膜９を形成する遮光膜形成工程と、受光部３および遮光膜９の段差部上に層間絶縁膜１１Ａを形成する第１層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１１Ａに受光部３に至る穴をフォトリソ工程およびエッチングにより形成する穴形成工程と、層間絶縁膜１１Ａの穴内にＳｉＮ膜材料を埋め込んで導波路１１Ｂを形成する導波路形成工程と、層間絶縁膜１１Ａおよび導波路１１Ｂの表面を研磨またはエッチバックにより平坦化する平坦化工程と、この導波路１１Ｂ上に、上に凸形状の層内レンズ１２を、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２の端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ形成工程と、層内レンズ１２間の凹凸を埋め込むように層間絶縁膜１３を形成する第２層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１３上に所定の色配列のカラーフィルタ１４を各受光部３の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ１４上に、平坦化膜１５を介してマイクロレンズ１６を、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ１６の端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
【０１０２】
この層内レンズ１２を、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ１２の形成方法については、前述した上記実施形態１の図２（ａ）〜図２（ｃ）の場合と同様である。
【０１０３】
まず、図２（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜１１に代えて、層間絶縁膜１１Ａに形成されたＳｉＮ膜材料の導波路１１Ｂ上に、同じ高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａを形成する。
【０１０４】
次に、図２（ｂ）に示すように、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａ上に感光性のあるレジスト膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術としてグレイスケールの透過率階調マスクを用いて紫外線の照射光量を平面位置に応じて制御して、レジスト膜を所定のレンズ形状のレジスト膜１７に形成する。
【０１０５】
続いて、図２（ｃ）に示すように、レンズ形状のレジスト膜１７と、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａとを同時にドライプラズマエッチングすることにより、レジスト膜１７のレンズ形状を反映した同じレンズ形状のＳｉＮ膜からなる層内レンズ１２を形成する。これによって、高屈折率膜を所望のレンズ形状に転写して層内レンズ１２を形成することができる。
【０１０６】
したがって、層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６は、図５（ａ）に示すように平面視正方形（または矩形）である４角形かまたは、図５（ｃ）に示すように平面視円形（楕円形を含む）であるが、入射光をより多く集めることができるように大面積になっており、隣接する層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６の各端部同士は、レンズ外周端縁部にて互いに接している。したがって、図５（ａ）の平面視正方形の層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６のＡＡ’断面および、図５（ｃ）の平面視円形の層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６のＢＢ’断面はそれぞれ、図５（ｂ）のように、隣接する層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６の各端部同士が左右のレンズ面下端部でくっ付いて一体化している。
【０１０７】
上記構成により、複数の画素部７が２次元状に配置された撮像領域に入射した光は、まず、マイクロレンズ１６により高屈折率で集光され、さらに層内レンズ１２で高屈折率で集光されてフォトダイオードを構成する受光部３に入射される。このとき、マイクロレンズ１６および層内レンズ１２はそれぞれ、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２およびマイクロレンズ１６の各レンズ面外周端部同士でそれぞれ接した構造であるため、より広いところから光を集めることができて、各受光部３の受光感度を向上させることができる。しかも、この場合に、マイクロレンズ１６からの入射光は層内レンズ１２から導波路１１Ｂに入射して、その入射光をより逃がすことなく受光部３に到達させることができて、受光部３の受光感度をより向上させることができる。次に、この各受光部３に入射された光は、各受光部３で光電変換されて信号電荷となる。この信号電荷は電荷転送部４に読み出されて所定方向の垂直方向に順次電荷転送された後に、水平方向に順次電荷転送されて順次増幅されて各画素部毎の撮像信号として順次信号出力される。
【０１０８】
以上のように、本実施形態３によれば、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて、リフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を作るため、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ３７や層内レンズ１２の各端部同士が接したレンズ形状にしたり、レンズ厚さを最適な厚さにするなど、所望のレンズ形状に形成することができると共に、従来の場合に比べてレンズ形成工程が簡略化できて、レンズ形状の画素毎のバラツキを大幅に抑制することができ、受光部３での受光感度のバラツキを抑制または防止することができる。この場合に、層間絶縁膜１１Ａの穴内にＳｉＮ膜材料を埋め込んで導波路１１Ｂを形成したことにより、入射光をより逃がすことなく受光部３に到達させることができて、受光部３の受光感度をより向上させることができる。
【０１０９】
なお、本実施形態３では、受光部３に到達するように、層間絶縁膜１１Ａに導波路１１Ｂを設けたが、これに限らず、受光部３に離間した状態で、受光部３の上方位置に導波路１１Ｂを設けてもよい。この場合、導波路１１Ｂを設けるために、エッチングにより導波路１１Ｂに穴を形成するが、受光部３上に透明なエッチングストップ膜を設けてエッチングストップ膜まで穴を形成し、そこにレンズ材料を埋め込んで導波路１１Ｂを形成してもよい。エッチングストップ膜は反射防止膜を兼ねていてもよい。
【０１１０】
（実施形態４）
上記実施形態１〜３では、本発明の特徴構成の層内レンズ１２が上に凸のレンズ形状とした場合について説明したが、本実施形態４では、層内レンズ１２Ｃとして上下に凸のレンズ形状とした場合について説明する。
【０１１１】
図８は、本発明の実施形態４におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図１の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の番号を付してその説明を省略する。
【０１１２】
図８において、本実施形態４のＣＣＤ固体撮像素子１Ｃと、上記実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１との構成が異なるところは、受光部３の表面と遮光膜９との段差部分に設けられた層間絶縁膜１１Ｃは、その表面が平坦化されておらず、受光部３の表面と遮光膜９との段差部分を反映して、受光部３の上方が凹状に形成されている点である。この層間絶縁膜１１Ｃの凹部上に、この凹部内をＳｉＮ膜材料で埋め込むように、受光部３への集光用の層内レンズ１２Ｃが、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２Ｃの端部同士が接した状態でかつ上下に凸のレンズ形状として、受光部３に対応するように形成されている。この各層内レンズ１２Ｃ上には、各層内レンズ１２Ｃ間の段差を埋め込んでその表面が平坦化するように層間絶縁膜１３が形成されている。
【０１１３】
上記構成の本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法としては、半導体基板２（または半導体層）上に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部３を２次元状に形成する受光部形成工程と、受光部３毎に隣接して電荷転送手段としての電荷転送部４およびその上のゲート電極６をそれぞれ形成する電荷転送手段形成工程と、ゲート電極６上を覆うと共に、受光部３の上方を開口した遮光膜９を形成する遮光膜形成工程と、受光部３および遮光膜９の段差部上に、この段差部を反映して受光部３の上方に凹部を持つ層間絶縁膜１１Ｃを形成する第１層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１１Ｃの凹部内をレンズ材料で埋め込むように、この層間絶縁膜１１Ｃの凹部上に上下に凸形状の層内レンズ１２Ｃを、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２Ｃの端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ形成工程と、この層内レンズ１２Ｃ間の凹凸を埋め込むように層間絶縁膜１３を形成する第２層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１３上に所定の色配列のカラーフィルタ１４を各受光部３の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ１４上に、平坦化膜１５を介してマイクロレンズ１６を、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ１６の端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
【０１１４】
この層内レンズ１２Ｃを、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２Ｃの端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ１２Ｃの形成方法については、前述した上記実施形態１の図２（ａ）〜図２（ｃ）の場合と同様のレンズ形成方法である。
【０１１５】
まず、図２（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜１１に代えて、層間絶縁膜１１Ｃの凹部上に高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａを形成する。
【０１１６】
次に、図２（ｂ）に示すように、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａ上に感光性のあるレジスト膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術としてグレイスケールの透過率階調マスクを用いて紫外線の照射光量を平面位置に応じて制御して、レジスト膜を上に凸のレンズ形状のレジスト膜１７に形成する。
【０１１７】
続いて、図２（ｃ）に示すように、レンズ形状のレジスト膜１７と、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａとを同時にドライプラズマエッチングすることにより、レジスト膜１７のレンズ形状を反映した同じ上に凸のレンズ形状のＳｉＮ膜からなる層内レンズ１２Ｃを形成する。これによって、高屈折率膜を上下に凸の所望のレンズ形状に転写して層内レンズ１２Ｃを形成することができる。
【０１１８】
したがって、層内レンズ１２Ｃおよびマイクロレンズ１６は、図５（ａ）に示すように平面視正方形（または矩形）である４角形かまたは、図５（ｃ）に示すように平面視円形（楕円形を含む）であるが、入射光をより多く集めることができるように大面積になっており、隣接する層内レンズ１２Ｃおよびマイクロレンズ１６の各端部同士は、レンズ外周端縁部にて互いに接している。したがって、図５（ａ）の平面視正方形の層内レンズ１２Ｃおよびマイクロレンズ１６のＡＡ’断面および、図５（ｃ）の平面視円形の層内レンズ１２Ｃおよびマイクロレンズ１６のＢＢ’断面はそれぞれ、図５（ｂ）のように、隣接する層内レンズ１２Ｃおよびマイクロレンズ１６の各端部同士が左右のレンズ面下端部でくっ付いて一体化している。
【０１１９】
上記構成により、複数の画素部７が２次元状に配置された撮像領域に入射した光は、まず、マイクロレンズ１６により高屈折率で集光され、さらに層内レンズ１２Ｃで高屈折率で集光されてフォトダイオードを構成する受光部３に入射される。このとき、マイクロレンズ１６および層内レンズ１２Ｃはそれぞれ、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２Ｃおよびマイクロレンズ１６の各レンズ面外周端部同士でそれぞれ接した構造であるため、より広いところから光を集めることができて、各受光部３の受光感度を向上させることができる。しかも、この場合に、マイクロレンズ１６からの入射光は、上下が凸の層内レンズ１２に入射して、その入射光をより集光することができて、受光部３の受光感度をより向上させることができる。次に、この各受光部３に入射された光は、各受光部３で光電変換されて信号電荷となる。この信号電荷は電荷転送部４に読み出されて所定方向の垂直方向に順次電荷転送された後に、水平方向に順次電荷転送されて順次増幅されて各画素部毎の撮像信号として順次信号出力される。
【０１２０】
以上のように、本実施形態４によれば、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて、リフローなしで転写用のレンズ形状のレジスト膜１７を作るため、入射光の利用面積を広げるように、隣接したマイクロレンズ１６および層内レンズ１２Ｃの端部同士が接したレンズ形状にしたり、レンズ厚さを最適な厚さにするなど、所望のレンズ形状に形成することができると共に、従来の場合に比べてレンズ形成工程が簡略化できて、レンズ形状の画素毎のバラツキを大幅に抑制することができ、受光部３での受光感度のバラツキを抑制または防止することができる。この場合に、層間絶縁膜１１Ａの穴内にＳｉＮ膜材料を埋め込んで導波路１１Ｂを形成したことにより、入射光をより逃がすことなく受光部３に到達させることができて、受光部３の受光感度をより向上させることができる。
【０１２１】
なお、上記実施形態１〜４では、層内レンズ１２、１２Ｃやマイクロレンズ１６、３７ではそれぞれ、入射光の利用面積を広げるように、隣接した層内レンズやマイクロレンズの端部同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成したが、これに限らず、隣接した層内レンズやマイクロレンズの端部同士が接していなくてもよい。即ち、グレイスケールの透過率階調マスクを用いて、上記実施形態３では、層間絶縁膜１１Ａに形成された導波路１１Ｂの開口形状およびそのサイズに合わせた形状およびそのサイズの層内レンズを形成することもできるし、層間絶縁膜１１Ａに形成された受光部３の上方の凹部の開口形状およびそのサイズに合わせた形状およびそのサイズの層内レンズを形成することもできる。
【０１２２】
（実施形態５）
上記実施形態１〜４の層内レンズ１２、１２Ｃやマイクロレンズ１６、３７では、それらの表面に反射防止膜を形成していないが、上記実施形態１〜４の層内レンズ１２、１２Ｃやマイクロレンズ１６、３７の表面側に反射防止膜を形成することもできる。本実施形態５では、上記実施形態１の層内レンズ１２の表面側に反射防止膜を形成する場合について詳細に説明する。
【０１２３】
図１７（ａ）は、図１のＣＣＤ固体撮像素子における要部積層構成例を模式的に示す縦断面図であり、図１７（ｂ）は、本発明の実施形態５におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部積層構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図１７（ｂ）の要部積層構成は、図１７（ａ）の要部積層構成に対応している。また、図１の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の番号を付して説明する。
【０１２４】
図１７（ｂ）において、本実施形態５のＣＣＤ固体撮像素子１Ｄには、図１７では図示していない受光部３の表面と遮光膜９との段差部分を平坦化するための層間絶縁膜１１が形成され、層間絶縁膜１１は高屈折率膜（層内レンズ１２の材料膜、例えばＳｉＮ膜）の下地膜である。表面が平坦化された平坦化膜の層間絶縁膜１１上に、受光部３への集光用の層内レンズ１２が、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２のレンズ曲面下端部同士が接した状態で、受光部３に対応するように形成されている。この各層内レンズ１２上には、各層内レンズ１２の表面には所定膜厚の反射防止膜１８が形成されている。この反射防止膜１８上の、各層内レンズ１２上の段差を反映した段差部を埋め込んでその表面が平坦化するように層間絶縁膜１３が形成されている。この層間絶縁膜１３上には、受光部３毎に配置されたＲ，Ｇ，Ｂ各色の所定の色配列（例えばベイヤー配列）のカラーフィルタ１４が形成され、さらに、その上には、図１７では図示していないが、平坦化膜１５、さらにその上に集光用のマイクロレンズ１６が形成されている。
【０１２５】
このように、高高屈折率レンズである層内レンズ１２の表面に反射防止膜１８を積層することにより、屈折率が例えば１．５前後の平坦化膜の層間絶縁膜１３と、屈折率が例えば２．０前後の高高屈折率レンズの層内レンズ１２との界面での反射を抑制する効果がある。この反射防止膜１８は、ＣＶＤ法により成膜され、屈折率が例えば１．８前後のＳｉＯＮ膜を用いるかまたは、屈折率が例えば１．５〜２．０の複数膜を多層積層した積層膜を用いることもできる。
【０１２６】
この場合、本発明のレンズの製造方法を用いたＣＣＤ固体撮像素子１Ｄの製造方法は、半導体基板２（または半導体層）に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部３を２次元状に形成する受光部形成工程と、受光部３毎に隣接して電荷転送手段としての電荷転送部４およびその上のゲート電極６をそれぞれ形成する電荷転送手段形成工程と、ゲート電極６上を覆うと共に、受光部３の上方を開口した遮光膜９を形成する遮光膜形成工程と、受光部３および遮光膜９の段差部上に層間絶縁膜１１を形成する第１層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１１上に、上に凸形状の層内レンズ１２を、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成する層内レンズ形成工程と、この層内レンズ１２上に反射防止膜１８を形成する反射防止膜形成工程と、層内レンズ１２のレンズ形状を反映した反射防止膜１８のレンズ形状上に、反射防止膜１８間の凹凸を埋め込むように層間絶縁膜１３を形成する第２層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜１３上に所定の色配列のカラーフィルタ１４を各受光部３の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ１４上に、平坦化膜１５を介してマイクロレンズ１６を、入射光の利用面積を広げるように隣接マイクロレンズ１６同士が接した状態で各受光部３の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
【０１２７】
（実施形態６）
図９は、本発明の実施形態６として、本発明の実施形態１〜５の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【０１２８】
図９において、本実施形態６の電子情報機器９０は、上記実施形態１〜５のいずれかの固体撮像素子１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃまたは１Ｄからの撮像信号に対して所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示部９３と、通信部９４と、プリンタなどの画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
【０１２９】
この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【０１３０】
したがって、本実施形態５によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【０１３１】
なお、上記実施形態１〜５では、本発明のレンズおよびその製造方法を固体撮像素子およびその製造方法に適用した場合について説明したが、これに限らず、本発明のレンズおよびその製造方法は発光素子アレイのレンズおよびその製造方法にも適用することができる。
【０１３２】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜６を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜６に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜６の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明は、レンズおよびその製造方法、このレンズが用いられて、被写体からの光が集光されて入射され、この入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に設けられた固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するため、レンズ形成の工程数を低減して製造プロセスを簡略化することができると共に、所望の高屈折率レンズ形状を容易に形成することができる。これによって、高屈折率レンズ間のレンズ形状のバラツキをも抑えて安定したレンズ形状にすることができる。したがって、このレンズが固体撮像素子に用いられることにより、高屈折率レンズ形状のバラツキを抑えかつ入射光の利用効率を向上させて各画素毎の受光感度特性を安定化かつ向上させて画像特性が良好で歩留まり低下を抑えることができる。
【符号の説明】
【０１３４】
１、１Ｂ、１Ｃ ＣＣＤ固体撮像素子
１Ａ ＣＭＯＳ固体撮像素子
２ 半導体基板
３ 受光部
４ 電荷転送部
５ ゲート絶縁膜
６ ゲート電極
７ 画素部
８ ストップ層
９ 遮光膜
９ａ 開口部
１０ 絶縁層
１１、１１Ａ、１１Ｃ、１３ 層間絶縁膜
１１Ｂ 導波路
１２、１２Ｃ 層内レンズ（レンズ）
１２ａ ＳｉＮ膜（高屈折率膜）
１４ カラーフィルタ
１５ 平坦化膜
１６ マイクロレンズ（レンズ）
１７、１７ａ レンズ形状のレジスト膜
１８ 反射防止膜
２１ 半導体基板
２２ 受光部
２３ 電荷転送部
２４ 転送ゲート
２５ ゲート絶縁膜
２６ ロジックトランジスタ領域
２７ 画素部
２８、３０、３４ 層間絶縁膜
２９ 第１配線層
３１ 第２配線層
３２、３３ コンタクトプラグ
３５ カラーフィルタ
３６ 平坦化膜
３７ マイクロレンズ（レンズ）
９０ 電子情報機器
９１ 固体撮像装置
９２ メモリ部
９３ 表示部
９４ 通信部
９５ 画像出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地膜上に高屈折率膜を形成する高屈折率膜形成工程と、
該高屈折率膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、該感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、
該レンズ形状の該感光性レジスト膜と該高屈折率膜とを同時にエッチングすることにより、該感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率膜のレンズ形状に形成する高屈折率膜レンズ形状形成工程とを有するレンズの製造方法。
【請求項２】
前記高屈折率膜のレンズ形状は、入射光の利用面積を広げるように隣接レンズ間の端部同士が接した状態でアレイ状に形成する請求項１に記載のレンズの製造方法。
【請求項３】
前記高屈折率膜のレンズ形状は、前記下地膜の所定領域に合わせるように隣接レンズ間を離間して形成する請求項１に記載のレンズの製造方法。
【請求項４】
前記高屈折率膜レンズ形状形成工程の後に、前記高屈折率膜のレンズ形状上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程を更に有する請求項１に記載のレンズの製造方法。
【請求項５】
前記反射防止膜形成工程の後に、前記高屈折率膜のレンズ形状を反映した前記反射防止膜のレンズ形状上に、表面が平坦な層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程を更に有する請求項４に記載のレンズの製造方法。
【請求項６】
前記高屈折率膜のレンズ形状は、断面が上に凸形状かまたは上下に凸形状である請求項１〜３のいずれかに記載のレンズの製造方法
【請求項７】
前記透過率階調マスクは、遮光材のパターン密度によって透過光量が調整されている請求項１〜３のいずれかに記載のレンズの製造方法。
【請求項８】
前記感光性レジスト膜は、前記透過光量である照射光量の増加に伴ってレジスト残膜量が、パターン形成用の感光性レジスト膜に比べて徐々に低下していく特性を有する請求項５に記載のレンズの製造方法。
【請求項９】
前記高屈折率膜はＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜である請求項１に記載のレンズの製造方法。
【請求項１０】
前記高屈折率膜をＳｉＮ膜で形成し、前記反射防止膜をＳｉＯＮ膜で形成する請求項４に記載のレンズの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のレンズの製造方法により製造されたレンズであって、前記高屈折率膜のレンズ形状が平面視多角形または平面視円形、楕円形であるレンズ。
【請求項１２】
前記高屈折率膜のレンズ形状は、レンズ径とレンズ高さとの関係が、成膜された該高屈折率膜の膜厚以下の該レンズ高さで所定のレンズ径に設定可能である請求項１１に記載のレンズ。
【請求項１３】
高屈折率材料からなるレンズ形状が、入射光の利用面積を広げるように隣接レンズ間の端部同士が接した状態でアレイ状に形成されており、該レンズ形状が平面視多角形または平面視円形、楕円形であるレンズ。
【請求項１４】
前記レンズ形状は、断面が上に凸形状かまたは上下に凸形状である請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１５】
前記高屈折率材料のレンズ形状上に反射防止膜が形成されている請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１６】
前記高屈折率材料はＳｉＮまたはＳｉＯＮである請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１７】
前記高屈折率材料をＳｉＮで構成し、前記反射防止膜をＳｉＯＮ膜で構成する請求項１５に記載のレンズ。
【請求項１８】
前記平面視多角形は４角形または６角形である請求項１１または１３に記載のレンズ。
【請求項１９】
前記高屈折率膜または前記高屈折率材料のレンズ形状は単一の樹脂材料で構成されている請求項１１または１３に記載のレンズ。
【請求項２０】
被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに対して該入射光を集光するレンズがそれぞれ設けられた固体撮像素子の製造方法において、
該レンズを、請求項１〜１０のいずれかに記載のレンズの製造方法により製造する固体撮像素子の製造方法。
【請求項２１】
被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに対して該入射光を集光するレンズがそれぞれ設けられた固体撮像素子において、
請求項１１〜１９のいずれかに記載のレンズのそれぞれが該複数の受光部のそれぞれに対応するように形成され、前記高屈折率膜の下地膜上かまたは該下地膜の所定領域上に、該高屈折率膜のレンズが、隣接レンズ間が互いに接するかまたは互いに離間するように形成されている固体撮像素子。
【請求項２２】
前記入射光の利用面積を広げるように前記レンズの隣接レンズ曲面端部同士が接した状態で、該レンズのそれぞれが前記受光部のそれぞれに対応するように形成されている請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２３】
前記下地膜は、前記受光部と、該受光部から信号電荷を読み出して転送するための転送ゲート上に形成され該受光部上は開口された遮光膜との段差部上に形成された、表面が平坦な層間絶縁膜である請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２４】
前記下地膜は、前記受光部の各位置に対応した所定の色配列のカラーフィルタ上に形成された平坦化膜である請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２５】
前記下地膜の所定領域は、前記受光部の上方の前記層間絶縁膜に形成された導波路の入口領域である請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２６】
前記下地膜の所定領域は、前記受光部と、該受光部から信号電荷を読み出して転送するための転送ゲート上に形成され該受光部上は開口された遮光膜との段差を反映して該受光部の上方に凹部が形成された層間絶縁膜の凹部領域である請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２７】
前記レンズは、前記高屈折率膜の下地膜上かまたは該下地膜の所定領域上に設けられた層内レンズおよび、該層内レンズの上方に設けられたマイクロレンズのうちの少なくともいずれかである請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２８】
ＣＣＤ固体撮像素子またはＣＭＯＳ固体撮像素子である請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２９】
請求項２２〜２８のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【請求項１】
下地膜上に高屈折率膜を形成する高屈折率膜形成工程と、
該高屈折率膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、該感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、
該レンズ形状の該感光性レジスト膜と該高屈折率膜とを同時にエッチングすることにより、該感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率膜のレンズ形状に形成する高屈折率膜レンズ形状形成工程とを有するレンズの製造方法。
【請求項２】
前記高屈折率膜のレンズ形状は、入射光の利用面積を広げるように隣接レンズ間の端部同士が接した状態でアレイ状に形成する請求項１に記載のレンズの製造方法。
【請求項３】
前記高屈折率膜のレンズ形状は、前記下地膜の所定領域に合わせるように隣接レンズ間を離間して形成する請求項１に記載のレンズの製造方法。
【請求項４】
前記高屈折率膜レンズ形状形成工程の後に、前記高屈折率膜のレンズ形状上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程を更に有する請求項１に記載のレンズの製造方法。
【請求項５】
前記反射防止膜形成工程の後に、前記高屈折率膜のレンズ形状を反映した前記反射防止膜のレンズ形状上に、表面が平坦な層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程を更に有する請求項４に記載のレンズの製造方法。
【請求項６】
前記高屈折率膜のレンズ形状は、断面が上に凸形状かまたは上下に凸形状である請求項１〜３のいずれかに記載のレンズの製造方法
【請求項７】
前記透過率階調マスクは、遮光材のパターン密度によって透過光量が調整されている請求項１〜３のいずれかに記載のレンズの製造方法。
【請求項８】
前記感光性レジスト膜は、前記透過光量である照射光量の増加に伴ってレジスト残膜量が、パターン形成用の感光性レジスト膜に比べて徐々に低下していく特性を有する請求項５に記載のレンズの製造方法。
【請求項９】
前記高屈折率膜はＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜である請求項１に記載のレンズの製造方法。
【請求項１０】
前記高屈折率膜をＳｉＮ膜で形成し、前記反射防止膜をＳｉＯＮ膜で形成する請求項４に記載のレンズの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のレンズの製造方法により製造されたレンズであって、前記高屈折率膜のレンズ形状が平面視多角形または平面視円形、楕円形であるレンズ。
【請求項１２】
前記高屈折率膜のレンズ形状は、レンズ径とレンズ高さとの関係が、成膜された該高屈折率膜の膜厚以下の該レンズ高さで所定のレンズ径に設定可能である請求項１１に記載のレンズ。
【請求項１３】
高屈折率材料からなるレンズ形状が、入射光の利用面積を広げるように隣接レンズ間の端部同士が接した状態でアレイ状に形成されており、該レンズ形状が平面視多角形または平面視円形、楕円形であるレンズ。
【請求項１４】
前記レンズ形状は、断面が上に凸形状かまたは上下に凸形状である請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１５】
前記高屈折率材料のレンズ形状上に反射防止膜が形成されている請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１６】
前記高屈折率材料はＳｉＮまたはＳｉＯＮである請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１７】
前記高屈折率材料をＳｉＮで構成し、前記反射防止膜をＳｉＯＮ膜で構成する請求項１５に記載のレンズ。
【請求項１８】
前記平面視多角形は４角形または６角形である請求項１１または１３に記載のレンズ。
【請求項１９】
前記高屈折率膜または前記高屈折率材料のレンズ形状は単一の樹脂材料で構成されている請求項１１または１３に記載のレンズ。
【請求項２０】
被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに対して該入射光を集光するレンズがそれぞれ設けられた固体撮像素子の製造方法において、
該レンズを、請求項１〜１０のいずれかに記載のレンズの製造方法により製造する固体撮像素子の製造方法。
【請求項２１】
被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに対して該入射光を集光するレンズがそれぞれ設けられた固体撮像素子において、
請求項１１〜１９のいずれかに記載のレンズのそれぞれが該複数の受光部のそれぞれに対応するように形成され、前記高屈折率膜の下地膜上かまたは該下地膜の所定領域上に、該高屈折率膜のレンズが、隣接レンズ間が互いに接するかまたは互いに離間するように形成されている固体撮像素子。
【請求項２２】
前記入射光の利用面積を広げるように前記レンズの隣接レンズ曲面端部同士が接した状態で、該レンズのそれぞれが前記受光部のそれぞれに対応するように形成されている請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２３】
前記下地膜は、前記受光部と、該受光部から信号電荷を読み出して転送するための転送ゲート上に形成され該受光部上は開口された遮光膜との段差部上に形成された、表面が平坦な層間絶縁膜である請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２４】
前記下地膜は、前記受光部の各位置に対応した所定の色配列のカラーフィルタ上に形成された平坦化膜である請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２５】
前記下地膜の所定領域は、前記受光部の上方の前記層間絶縁膜に形成された導波路の入口領域である請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２６】
前記下地膜の所定領域は、前記受光部と、該受光部から信号電荷を読み出して転送するための転送ゲート上に形成され該受光部上は開口された遮光膜との段差を反映して該受光部の上方に凹部が形成された層間絶縁膜の凹部領域である請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２７】
前記レンズは、前記高屈折率膜の下地膜上かまたは該下地膜の所定領域上に設けられた層内レンズおよび、該層内レンズの上方に設けられたマイクロレンズのうちの少なくともいずれかである請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２８】
ＣＣＤ固体撮像素子またはＣＭＯＳ固体撮像素子である請求項２１に記載の固体撮像素子。
【請求項２９】
請求項２２〜２８のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１０８３２７（Ｐ２０１２−１０８３２７Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５７３２４（Ｐ２０１０−２５７３２４）
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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