JP2003086778A

JP2003086778A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置

Info

Publication number: JP2003086778A
Application number: JP2001275283A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Aoki; 徹郎青木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2003-03-20

Abstract

(57)【要約】【課題】高性能で、信頼性の高い半導体装置を、製造
工程の増加を防止して、安価に提供することを目的とす
る。【解決手段】少なくとも光電変換部、転送電極及び遮光
膜が形成された半導体基板上であって、前記光電変換部
の上方に転送電極及び遮光膜に起因する凹部を有する層
間膜を形成し、高屈折率及び感光性を有する材料膜を、
前記光電変換部の上方に残存するようにパターニング
し、該材料膜を熱処理により変形させて、両面に凸部を
有する層内レンズを形成することを特徴とする半導体装
置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法及び半導体装置に関し、更に詳しくは、マイクロレ
ンズを備えた光学素子を含む半導体装置の製造方法及び
半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ（Charge Coupled Device，電荷
結合素子）イメージセンサー（以下、ＣＣＤと称する）
及びＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconduc
tor）イメージセンサー等の半導体を用いた撮像素子
は、デジタル・カメラをはじめ、スキャナ、デジタル複
写機、ファクシミリなど様々な用途に利用されている。
また、その普及につれて、画素数の増大、受光感度の向
上などの高機能化、高性能化はもとより、小型化、低価
格化などの要請がますます強まってきている。このよう
に、半導体撮像素子の小型化、多画素化が進むと、固体
撮像素子に組み込まれる画素の大きさは、ますます縮小
される。画素の大きさの縮小化に伴い、固体撮像素子の
基本性能の一つである受光感度は低下し、照度が低いと
ころでの鮮明な像の撮影は困難となる。

【０００３】一方、素子の小型化に伴ってカメラ本体の
小型化が進み、撮像モジュールを携帯電話に装備すると
いうように、撮像素子が取り込まれる光学系が極端に小
型化する傾向が急速に進んでいる。その結果、必然的に
レンズの瞳位置が短くなり、撮像面に入射する光の斜め
入射成分が増大し、特に撮像面の周縁部でその傾向が強
くなる。画素単位で考えた場合、断面形状からも分かる
ように、光の進入角度が大きければ大きいほど、光電変
換部に直接入射する光の量は減少する。これによって、
再生された画面にみられる輝度のひずみ等のいわゆるシ
ェーディング効果が発生しやすくなり、画質を高いレベ
ルに維持・改善していくことは非常に困難である。そこ
で、ＣＣＤの表面にマイクロレンズを形成することによ
り受光感度を向上させたＣＣＤが提案されている。

【０００４】このようなＣＣＤは、図９に示したよう
に、半導体基板２１の表面に形成されたＣＣＤ領域や光
電変換部１２の間に転送電極１３を有しており、その上
には層間膜を介して遮光膜１４が形成されている。遮光
膜１４の上には、ＢＰＳＧ（Boro-Phospho-Silicate Gr
ass）等による層間絶縁膜１５、パッシベーション膜１
６及びアクリル系樹脂等による平坦化膜１７が積層さ
れ、その上に、Ｒ．Ｇ．Ｂ．が組み合わされたカラーフ
ィルタ１８が形成され、さらに保護膜１９を介して、受
光領域１２の上方に位置するようにマイクロレンズ２０
が形成されてなる。マイクロレンズ２０は、マイクロレ
ンズ材料膜を保護膜１９上に堆積し、フォトリソグラフ
及びエッチング技術を用いて、光電変換部１２上方にマ
イクロレンズ材料膜が残存するようにパターニングし、
加熱によってマイクロレンズ材料膜を溶融することによ
り、その表面張力によって半球状のレンズ形状に加工す
ることができる。１個のマイクロレンズ２０の大きさ
は、通常、直径２〜１００μｍ程度である。

【０００５】なお、図９のようなＣＣＤは、チップ状に
分割され、適当な筐体に実装されて、半導体撮像装置を
構成する。この装置は、光電変換部１２上方に形成され
たマイクロレンズ２０により、集光効率が増大するた
め、ＣＣＤなどの固体撮像装置の受光感度が大幅に向上
する。そのため、マイクロレンズのない固体撮像装置で
は撮像が困難な照度のもとでも、鮮明な像を撮影するこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、固体撮
像装置の小型化、多画素化がますます急速に進み、それ
に伴って各画素の大きさが縮小されるが、光電変換部の
単位面積あたりの量子光電変換効率が飛躍的に改善され
ない限り、標準入射光量当たりの信号電荷量も減少して
いく。同時に、マイクロレンズ自体も微小化する必要が
あるが、集光効率を高レベルで維持しながら、加工上及
び量産時の精度を再現性よく実現することは困難となり
つつある。

【０００７】また、固体撮像装置の製造プロセスを考え
た場合、加工最小寸法を縮小すると、リソグラフィ技術
によるパターニングの位置合わせ精度（下地パターンと
の合わせ精度）を、その縮小率に応じて高めていく必要
がある。固体撮像素子の場合、光電変換部の開口を決定
する層と、最上層のマイクロレンズとの位置合わせずれ
が生じると、上記のような入射光の偏りにより、光電変
換部に入射する光の左右及び上下のバランスが、位置合
わせのずれた方向に応じて強調され、著しい画質劣化を
招く。これは、素子の微細化が進むにつれて、その許容
度（位置合わせずれ）を極端に小さくする。そこで、レ
ンズの焦点距離を広範囲に調節することができる層内レ
ンズを形成する方法が、例えば、特開平２０００−１６
４８３７号公報に提案されている。

【０００８】この方法によれば、まず、図１０に示すよ
うに、半導体基板２１の表面に形成されたＣＣＤ領域や
光電変換部２２の間に転送電極２３を形成し、その上に
層間膜を介して遮光膜２４を形成する。遮光膜２４の上
には、ＢＰＳＧによる層間絶縁膜２５、パッシベーショ
ン膜２６を形成し、さらにその上に高屈折率を有する無
機材料のＳｉＮ膜２７ａを段差が緩和される程度に堆積
させる。

【０００９】次いで、図１１に示すように、ＳｉＮ膜２
７ａ上に厚膜のレジスト膜２８を塗布し、その表面をエ
ッチバックして平坦化し、図１２に示すように、フォト
リソグラフィ及びエッチング工程により、光電変換部２
２の上方にのみレジスト膜２８ａが残存するようにパタ
ーニングし、続いて、図１３に示すように、熱リフロー
により、レジスト膜２８ａを半球状のレジストパターン
２８ｂに加工する。その後、図１４に示すように、異方
性エッチングにより、レジストパターン２８ｂの形状を
ＳｉＮ膜２７ａへ転写して、マイクロレンズ２７を形成
する。

【００１０】しかし、このような層内レンズの加工には
きわめて厳しい加工精度（例えば、エッチバックによる
レンズ形状の転写）が必要とされるとともに、マイクロ
レンズ形成までの工程数が多く、製造コストを削減する
ことができないという課題がある。特に、製品の信頼
性、加工再現性を向上させる観点から、製造工程数を削
減して製造コストの低減を図ることができないのが現状
である。また、マイクロレンズと光電変換部との距離
は、加工上の制約（残膜などのマージン）で縮小できな
いという課題がある。さらに、マイクロレンズの材料と
して、高屈折率を有する膜を使用すると、屈折率の増加
に伴って透過率が低下し、特に、可視光領域で高い屈折
率を有する材料では透過率が低いという逆相関があり、
両方の要求を満たす材料を得ることが困難であるという
問題がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも光
電変換部、転送電極及び遮光膜が形成された半導体基板
上に、前記光電変換部の上方に転送電極及び遮光膜に起
因する凹部を有する層間膜を形成し、高屈折率及び感光
性を有する材料膜を前記層間膜上に形成し、該材料膜を
前記光電変換部の上方に残存するようにパターニング
し、熱処理により変形させて、両面に凸部を有する層内
レンズを形成する半導体装置の製造方法を提供する。ま
た、本発明は、上記方法により、光電変換部、転送電
極、遮光膜及び層間膜が形成された半導体基板上であっ
て、前記光電変換部の上方に、高屈折率材料によって両
面に凸部を有する層内レンズが形成されてなる半導体装
置を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明における半導体装置の製造
方法では、まず、半導体基板上に、光電変換部、転送電
極及び遮光膜を形成する。半導体基板としては、通常半
導体装置を形成するための基板として使用される基板で
あれば特に限定されるものではなく、例えば、シリコ
ン、ゲルマニウム等の半導体、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ａｌ
ＧａＡｓ等の化合物半導体等からなる基板を使用するこ
とができる。なかでも、シリコン基板が好ましい。この
半導体基板は、通常ｎ型又はｐ型の不純物がドーピング
されてなるが、さらに、ｎ型又はｐ型のウェルを１以上
有していてもよい。なお、半導体基板表面には、光電変
換部（発光部又は受光部）のほかに、電荷転送領域、分
離領域、コンタクト領域、チャネルストッパ領域等とし
て、高濃度のｎ型又はｐ型の不純物を含有する領域が形
成されていてもよいし、他の半導体装置や回路等が組み
合わせられていてもよい。

【００１３】光電変換部としては、受光部又は発光部が
挙げられる。受光部としては、代表的には、半導体基板
表面に形成されるｐｎ接合ダイオードが挙げられる。こ
の場合の半導体基板表面に形成されるｐ型又はｎ型の不
純物層の大きさ、形状、数、不純物層の不純物濃度等
は、得ようとする半導体装置の性能に応じて適宜設定す
ることができる。また、発光部としては、例えば、発光
ダイオード等が挙げられる。半導体基板表面に光電変換
部を形成する方法としては、公知の方法、例えば、フォ
トリソグラフィ及びエッチング工程により所望の領域に
開口を有するマスクを形成し、このマスクを用いてイオ
ン注入する方法が挙げられる。

【００１４】光電変換部の間には、通常、絶縁膜を介し
て転送電極、転送電極上に絶縁膜を介して遮光膜が形成
されている。転送電極は、電極として使用される材料で
あればどのような材料でも使用することができる。この
場合の膜厚は特に限定されるものではなく、例えば、３
００〜６００ｎｍ程度が挙げられる。遮光膜は、可視光
及び／又は赤外光をほぼ完全にさえぎることができる材
料及び膜厚であれば特に限定されるものではなく、たと
えば、金属膜、合金膜等による５００〜１０００ｎｍ程
度の膜厚のものが挙げられる。絶縁膜は特に限定され
ず、通常用いられているものの全てを利用することがで
きる。例えば、ＣＶＤ法によるプラズマＴＥＯＳ（Tetr
a-Ethoxy Silane）膜、ＬＴＯ（Low Temperature Oxid
e）膜、ＨＴＯ（High Temperature Oxide）膜、ＮＳＧ
（None-Doped Silicate Glass）膜又はスピンコート法
により塗布形成したＳＯＧ（Spin On Glass）膜、ＣＶ
Ｄ法によるシリコン窒化膜等の単層膜又はこれらの積層
膜等が挙げられる。なお、絶縁膜、転送電極及び遮光膜
は、その上に形成される層内レンズの凸部の厚さ、形状
等を決定する一要件となることがあるため、その上に形
成される層間膜等の厚さ、材料等を考慮して、全膜厚が
１５００〜２０００ｎｍ程度に調整されることが好まし
い。

【００１５】さらに、半導体基板上には、光電変換部の
上方に転送電極及び遮光膜に起因する凹部を有する層間
膜が形成されている。層間膜としては、上記において絶
縁膜として例示したような単層膜又は積層膜が挙げら
れ、なかでもＢＰＳＧが好ましい。膜厚は、例えば、１
００〜３０００ｎｍ程度が挙げられる。なお、凹部の形
状、深さ等は、層内レンズの凸部の厚さ、形状等を決定
する一要件となることがあるため、適切に調整すること
が好ましい。これらの絶縁膜、転送電極、遮光膜及び層
間膜は、スパッタ法、減圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法等種々のＣＶＤ法、スピンコート法、真
空蒸着法、ＥＢ法等、当該分野で公知の方法を適宜選択
して形成することができる。

【００１６】次に、得られた半導体基板上に、高屈折率
及び感光性を有する材料膜を形成し、この材料膜を、前
記光電変換部の上方に残存するようにパターニングす
る。高屈折率及び感光性を有する材料膜としては、例え
ば、可視光領域での屈折率が１．６程度以上のものが挙
げられる。具体的には、ポリイミド、ポリアルキル（メ
タ）アクリレート（例えば、ポリメチル（メタ）アクリ
レート、ポリエチル（メタ）アクリレート、ポリプロピ
ル（メタ）アクリレート等）、ポリスチレン、ポリカー
ボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニ
ル、ポリビニルナフタレン、ポリビニルカルバゾール等
の１種又は２種以上の混合物等が挙げられる。また、さ
らに屈折率を向上させるために、これらの材料よりも高
い屈折率を有する材料、例えば、屈折率が２．０程度以
上の材料、具体的には、無機材料、さらには無機酸化
物、より具体的には酸化亜鉛、酸化チタン、酸化錫等を
添加してもよい。これらの材料は、例えば、２０ｎｍ程
度以下、さらには１０ｎｍ程度以下の大きさの微粒子状
であることが好ましい。このような材料を用いる場合に
は、ポリイミド等の材料と微粒子状の材料との混合比
は、系全休の透過率、系全体の屈折率、感光性
能、リフロー時の変形状態、表面のモホロジー及び
現像後残渣等のファクターを最適化できるように設定
することが適当である。例えば、１：０．１〜１．５程
度、好ましくは０．５〜１．５程度、より好ましくは
０．８〜１．２程度である。

【００１７】これらの材料を用いて、層間膜上に、例え
ば、ロールコート法、スプレーコート法、リップコート
法、ディップコート法、スピンコート法、バーコート
法、スクリーンコート法等のそれ自体公知の方法により
高屈折率及び感光性を有する材料膜を形成することがで
きる。この材料膜の膜厚は、用いる材料による透過率等
を考慮して適宜調整することができ、例えば、１０００
〜１５００ｎｍ程度が挙げられる。

【００１８】形成された高屈折率及び感光性を有する材
料膜は、公知の方法、例えば、フォトリソグラフィ及び
エッチング工程により、ほぼ光電変換部の上方にのみ残
存するように、所望の形状に、パターニングすることが
できる。なお、この材料膜は、後工程により、熱処理に
より変形させて、層内レンズを形成するために用いるも
のであることから、熱変形した場合に、隣接する材料膜
がくっついてその表面が平坦にならず、凸レンズとして
機能できる形状が確保される大きさ、間隔でパターニン
グすることが好ましい。

【００１９】さらに、この材料膜を熱処理により変形さ
せる。この場合の熱処理は、使用する材料、膜厚等によ
り適宜調整することができるが、例えば、大気中、３０
０〜６００℃程度の温度範囲で、６０〜１２０分間程度
行うことが適当である。これにより、その下側において
は、転送電極及び遮光膜等による段差に起因する凸部
と、熱処理による丸みがかった形状への変形とにより、
両面に凸部を有する層内レンズを形成することができ
る。なお、得られた層内レンズは、もっとも厚い部分と
薄い部分との差が５００〜１０００ｎｍ程度、具体的に
は、もっとも厚い部分で１０００〜２０００ｎｍ程度の
厚み、もっとも薄い部分で０〜５００ｎｍ程度の厚みが
挙げられる。

【００２０】また、本発明においては、層内レンズ上
に、さらに透明で低屈折率を有する材料膜を形成しても
よい。このような材料膜としては、上記の高屈折率を有
する材料膜よりも屈折率が０．５以上小さいものが挙げ
られる。具体的には、例えば、可視光領域での屈折率が
１．６程度より小さいもの、具体的には、フルオロオレ
フィン系共重合体、含フッ素脂肪族環構造を有するポリ
マー、パーフルオロアルキルエーテル系コポリマー、含
フッ素（メタ）アクリレートポリマーの１種又は２種以
上の混合物等が挙げられる。さらに、フッ化物、具体的
にはフッ化マグネシウム等を添加してもよい。これらの
材料は、例えば、２０ｎｍ程度以下、さらには１０ｎｍ
程度以下の大きさの微粒子状であることが好ましい。こ
のような材料を用いる場合には、フルオロオレフィン系
共重合体等の材料と微粒子状の材料との混合比は、例え
ば、１：０．１〜１．５程度、好ましくは０．５〜１．
５程度、より好ましくは０．８〜１．２程度である。

【００２１】これらの材料を用いて、例えば、ロールコ
ート法、スプレーコート法、ディップコート法、スピン
コート法、バーコート法、スクリーンコート法等のそれ
自体公知の方法により、層内レンズ上に低屈折率材料膜
を形成することができる。この材料膜の膜厚は、用いる
材料等を考慮して適宜調整することができ、例えば、１
０００〜１５００ｎｍ程度が挙げられる。なお、このよ
うに形成された低屈折率材料膜の表面は、各画素間にお
いて数十Åオーダーで平坦であることが好ましい。

【００２２】さらに、本発明においては、層内レンズの
上方に透明で低屈折率を有する材料膜を介してマイクロ
レンズを形成することがより好ましい。透明で低屈折率
を有する材料膜は、上記方法により単層膜又は積層膜と
して形成することができる。また、任意に、その上に、
カラーフィルタ、パッシベーション膜、保護膜、平坦化
膜、層間膜等として機能する膜等の１種又は２種以上
を、任意の材料で、任意の膜厚で形成してもよい。その
上に、マイクロレンズを形成する。マイクロレンズは、
当該分野で公知の方法により、公知の材料を用いて形成
することができる。なお、マイクロレンズの形状は、下
層の低屈折率を有する材料膜、パッシベーション膜、保
護膜、平坦化膜、層間膜等により、底部が平坦で上に凸
の形状、アーチ型の形状等に加工されることが適当であ
る。

【００２３】また、本発明における半導体装置は、上記
の方法により、光電変換部、転送電極、遮光膜及び層間
膜が形成された半導体基板上であって、前記光電変換部
の上方に、高屈折率材料によって両面に凸部を有する層
内レンズが形成されて構成される。ここで、半導体装置
は、ＣＣＤ及びＣＭＯＳイメージ・センサ、ＣＭＤ、チ
ャージインジェクションデバイス、バイポーライメージ
センサ、光導電膜イメージセンサ、積層型ＣＣＤ、赤外
イメージセンサ等のいわゆる固体撮像素子のみならず、
半導体集積回路の製造工程において製造される受光素
子、発光ダイオード等の発光素子又は液晶パネル等の光
透過制御素子等の種々の装置として形成されるものの全
てが含まれる。以下に、本発明の光学素子及びその製造
方法の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。

【００２４】本発明の光学素子は、図１に示したよう
に、半導体基板１の表面に形成されたＣＣＤ領域や光電
変換部２の間に転送電極３を有しており、その上には層
間膜を介して転送部への光漏れを防止するための遮光膜
４が形成されている。遮光膜４の上には、ＢＰＳＧから
なる層間絶縁膜５、パッシベーション膜６が積層され、
その上に、光電変換部２の上方に位置するように高屈折
率の層内レンズ７が形成されており、さらにその上に、
透明低屈折率の有機膜からなる平坦化膜８、Ｒ．Ｇ．
Ｂ．が組み合わされたカラーフィルタ９、透明な有機膜
からなる保護膜１０を介して、光電変換部２及び層内レ
ンズ７の上方に位置するようにマイクロレンズ１１が形
成されて構成される。

【００２５】この光学素子は、以下の方法により形成す
ることができる。まず、図２に示すように、半導体基板
１の表面に不純物拡散層からなる光電変換部２を形成
し、光電変換部２の間に転送電極３及び遮光膜４を順次
形成する。得られた基板１の全表面に、転送電極３及び
遮光膜４で発生した段差を平坦化するために、層間絶縁
膜５としてＢＰＳＧを、ＣＶＤ法により、例えば、０．
９μｍ程度堆積し、熱溶融させる。これにより、光電変
換部２上方、つまり画素部分における層間絶縁膜５の表
面形状は、光電変換部２を中心に凹レンズ形状となる。
なお、再現性の高い集光効果を確保するためには、層間
絶縁膜５の凹レンズ形状は、メルト温度及び時間と、ホ
ウ素及びリンの濃度とを厳密に制御することにより厳密
な再現性が確保される。

【００２６】その後、コンタクト工程を行い、得られた
基板１の全表面にバッシベーション膜６を形成する。こ
れによって、マイクロレンズやカラーフィルタのない固
体撮像素子（白黒の固体撮像素子）が完結する。続い
て、得られた基板１の表面に、層内レンズを形成するた
めの高屈折率材料膜７ａを、１μｍ程度の膜厚で形成す
る。高屈折率材料膜７ａは、可視光領域で屈折率の高い
（１．６以上）ポリイミドからなるベース樹脂１重量部
に、ベース樹脂よりも高い屈折率（２．０以上）を有す
るTiO₂の微粒子（６ｎｍ）を、例えば、０．８〜１．２
重量部の割合で溶解又は分散させたものにより形成す
る。

【００２７】ベース樹脂に対するTiO₂微粒子の混合割合
ごとの屈折率の変化を、図６に示す。図６から、ポリイ
ミド樹脂にTiO₂の微粒子を添加することにより、屈折率
が上昇することが分かる。また、ベース樹脂とTiO₂微粒
子との混合割合が１：１の場合に、５３０ｎｍ付近の波
長で、１．８０程度の屈折率を有することから、この混
合割合が最適であることが分かる。また、上記したベー
ス樹脂とTiO₂微粒子との混合割合が１：１の高屈折率材
料における波長と透過率との関係を図7に示す。図７か
ら、可視光の大部分の領域において、９０％程度以上の
光の透過率を確保できることが分かる。

【００２８】次いで、図３に示すように、フォトリソグ
ラフィ及びエッチング工程により、高屈折率材料膜７ａ
を、光電変換部２の上方に残存するように所定の形状に
パターニングする。なお、このパターニングでは、フォ
トリソグラフィ工程時のステッパーのフォーカス制御
が、層内レンズの凸形状の精度を決める要因となるた
め、厳格に制御する必要がある。続いて、図４に示すよ
うに、パターニングされた高屈折率材料膜７ａを４００
℃程度でベークすることによりイミド化させて緻密化を
図りながら、柱状パターンであった高屈折率材料膜７ａ
を、リフローにより半球形状の層内レンズ７に加工す
る。

【００２９】次に、図５に示すように、層内レンズ７上
に、低屈折率材料膜８を形成し、平坦化する。これによ
り、マイクロレンズの集光効率を向上させることができ
る。低屈折率材料膜８は、透明のフッ化炭素樹脂又は一
部をフッ素に置換したアクリル樹脂をベース材料とし、
このベース材料にMgF₂の微粒子を分散又は溶解させて
（屈折率：約１．３７）、膜厚１５００ｎｍ程度で、ス
ピンコート法により形成する。続いて、図１に示すよう
に、低屈折率材料膜８上に、画素ごとにカラーフィルタ
９を形成し、その上に透明アクリル膜からなる保護膜１
０を形成し、さらに最終的に画素毎にマイクロレンズ１
１を形成することにより、埋め込み型マイクロレンズ構
造ＣＣＤを完成させる。

【００３０】このようにして形成された埋め込み型マイ
クロレンズ構造ＣＣＤの光の入射角度に対する光電変換
部２に入る相対入射光量を、図８（ａ）に示す。なお、
上記のＣＣＤにおいて、層内レンズ７が形成されてない
以外は、上記と同様に形成したＣＣＤについての相対入
射光量を、比較のために、図８（ｂ）に示す。また、図
８（ａ）及び（ｂ）においては、光電変換部２に入るト
ータルの光量を、入射角と相対入射光量との積分で表
す。

【００３１】図８によれば、アライメントズレが生じた
場合と生じない場合との光電変換部に入射するトータル
光量の差が、層内レンズを有しないＣＣＤよりも、層内
レンズが形成された本発明のＣＣＤの方が、小さいこと
が分かる。つまり、アライメントの余裕が、層内レンズ
がない場合よりも、ある場合の方が大きいことが分か
る。

【００３２】

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、高屈折率の材料膜の堆積、レジスト膜の堆積、レジ
スト膜のパターニング、レジスト膜のリフロー、レジス
ト膜を用いた高屈折率材料膜の形状転写という従来の一
連の工程に対して、高屈折率の材料膜の堆積、パターニ
ング、リフローというシンプルかつ簡便な方法により、
複雑な工程を経ることなしに層内レンズを形成すること
ができる。よって、製造コストの低減を図ることが可能
になるとともに、層内レンズの制御性を向上させること
ができる。

【００３３】また、層内レンズを、高屈折率材料膜フォ
トリソグラフィによって直接形成することができるた
め、光電変換部にきわめて近接した位置に形成すること
ができ、その上層に形成されるカラーフィルタや最表面
の凸型マイクロレンズに対して、高い屈折率を保有する
ことができる。よって、本来であれば光電変換部上にオ
ーバーラップする転送電極等により入射を遮断されるべ
き光束が、光電変換部上の層内レンズによって光屈折を
受け、光電変換部へ誘導され、従来問題となっていた、
光電変換部周縁部での感度落ち（シェーディング効果）
を有効に防止することが可能となる。

【００３４】しかも、層内レンズは可能な限り薄膜化す
ることができるため、高い透過率を保持可能である。よ
って、光に対する感度の低下を防止することができる。
さらに、光の入射角度に対する相対入射光量の関係にお
いて、例えば最表面にマイクロレンズを形成する場合の
アライメントマージンを増大させることが可能となる。
また、層内レンズの上に、低屈折率の材料膜を形成する
ことにより、層内レンズの集光効率を向上させることが
可能となる。本発明の半導体装置によれば、高性能で、
信頼性の高い装置を安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子である半導体撮像素子を示す
要部概略断面図である。

【図２】図１の光学素子の製造方法を説明するための要
部の概略断面工程図である。

【図３】図１の光学素子の製造方法を説明するための要
部の概略断面工程図である。

【図４】図１の光学素子の製造方法を説明するための要
部の概略断面工程図である。

【図５】図１の光学素子の製造方法を説明するための要
部の概略断面工程図である。

【図６】層内レンズの材料による屈折率を示す図であ
る。

【図７】層内レンズ材料膜の透過率を示す図である。

【図８】アライメントずれの有無による相対入射光量を
示す図である。

【図９】従来の撮像素子を示す要部の概略断面図であ
る。

【図１０】従来の別の撮像素子を製造するための断面工
程図である。

【図１１】従来の別の撮像素子を製造するための断面工
程図である。

【図１２】従来の別の撮像素子を製造するための断面工
程図である。

【図１３】従来の別の撮像素子を製造するための断面工
程図である。

【図１４】従来の別の撮像素子を製造するための断面工
程図である。

【符号の説明】

１半導体基板２光電変換部３転送電極４遮光膜５層間絶縁膜（層間膜）６パッシベーション膜７層内レンズ７ａ高屈折率材料膜（高屈折率及び感光性を有する材
料膜）８平坦化膜（透明で低屈折率を有する材料膜）９カラーフィルタ１０保護膜１１マイクロレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも光電変換部、転送電極及び遮
光膜が形成された半導体基板上に、前記光電変換部の上
方に転送電極及び遮光膜に起因する凹部を有する層間膜
を形成し、高屈折率及び感光性を有する材料膜を前記層間膜上に形
成し、該材料膜を前記光電変換部の上方に残存するよう
にパターニングし、該材料膜を熱処理により変形させて、両面に凸部を有す
る層内レンズを形成することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
【請求項２】高屈折率及び感光性を有する材料膜が、
透明高屈折率材料と該材料の屈折率よりも高い屈折率を
有する無機酸化物微粒子とを含んでなる請求項１に記載
の方法。
【請求項３】層内レンズ上に、さらに透明で低屈折率
を有する材料膜を形成する請求項１又は２に記載の方
法。
【請求項４】高屈折率及び感光性を有する材料膜と透
明で低屈折率を有する材料膜との屈折率の差が０．５以
上である請求項３に記載の方法。
【請求項５】さらに、層内レンズの上方に透明で低屈
折率を有する材料膜を介してマイクロレンズを形成する
請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】請求項１〜５に記載の方法により、光電
変換部、転送電極、遮光膜及び層間膜が形成された半導
体基板上であって、前記光電変換部の上方に、高屈折率
材料によって両面に凸部を有する層内レンズが形成され
てなる半導体装置。
【請求項７】高屈折率材料が、該高屈折率材料の屈折
率よりも高い屈折率を有する無機酸化物微粒子を含んで
なる請求項６に記載の装置。
【請求項８】層内レンズ上に、さらに透明で低屈折率
を有する材料膜が形成されてなる請求項６又は７に記載
の装置。
【請求項９】高屈折率材料膜と透明で低屈折率を有す
る材料膜との屈折率の差が０．５以上である請求項８に
記載の装置。
【請求項１０】さらに、層内レンズの上方に透明で低
屈折率を有する材料膜を介してマイクロレンズが形成さ
れてなる請求項６〜９のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１１】マイクロレンズが、凸状又はアーチ形
状である請求項１０に記載の装置。