JP2005116841A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受光部とマイクロレンズとの位置的なずれを防いで、マイクロレンズによる受光部への集光効率を向上させる。
【解決手段】半導体基板上に複数のフォトダイオード１と、フォトダイオード１からの電荷を転送する電荷転送部２とが設けられた固体撮像装置において、遮光膜３の開口部３ｂ（受光部）を形成し、マイクロレンズ７Ａまたは７Ｂの下地である層間膜５Ｂまたは８の凹部形成のために同一のフォトレジストパターン６を用いる。遮光膜３および層間膜５を連続して積層し、フォトレジストパターン６を用いて遮光膜３の開口部３ｂを形成すると共に層間膜５を加工し、層間膜５Ａまたは８を流動させて、断面が半円形状の凹部を形成する。凹部内を埋め込むようにマイクロレンズ７Ａまたは７Ｂの透明材料を堆積し、断面が半円形状の凸型マイクロレンズ７Ａまたは７Ｂを遮光膜３の開口部３ｂ（受光部）に対応させて形成する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、例えば携帯電話用カメラなどのデジタルカメラ装置などに用いられ、光電変換する受光部に光像を結像させるためのレンズが設けられた固体撮像装置およびその製造方法に関する。

この種の固体撮像装置は、一般に、半導体基板上に受光部と、この受光部から電荷を転送する電荷転送部とが設けられており、受光面の１００％の領域を受光部として利用することができない。このため、電荷転送部に向かって入射される光を光学的に屈折させて受光部に入射させるために、複数のマイクロレンズを設けて集光効果を高めるような工夫が為されている。

このマイクロレンズとしては、受光部に対して逆方向に丸みを持たせた上方に凸型のものや、特許文献１〜３に提案されているような受光部の方向に丸みを持たせた下方に凸型のもの、または特許文献４，５に提案されているような両方向に凸型の形状を併せ持つものなどがある。

このうち、受光部に対して逆方向に丸みを持たせた上方に凸型のマイクロレンズの形成方法としては、受光部が形成された基板上に層間絶縁膜を形成した後、その上にマイクロレンズ材料を受光部に対応させて堆積し、フォトリソグラフィーによるパターニング、エッチングおよび熱処理を行ってマイクロレンズ材料を所望の断面略半円形状に形成するという方法が知られている。また、例えば屈折率など、マイクロレンズとして必要な特性を付与したレジスト材料を用いて、層間絶縁膜上にそのレジスト材料をフォトリソグラフィーによりパターニングし、熱処理を行って断面略半円形状に形成するという方法も用いられている。

一方、受光部の方向に丸みを持たせた下方に凸型のマイクロレンズの形成方法としては、受光部上に積層された層間絶縁膜を凹型形状に加工し、その上部にマイクロレンズ材料を堆積する方法が知られている。この場合、層間絶縁膜の凹型形状への加工処理は、フォトリソグラフィーによるパターニングおよびエッチングにより行われている。以下に、この凸型のマイクロレンズの形成方法について、図３Ａおよび図３Ｂを用いて詳細に説明する。

まず、図３Ａ（ａ）に示すように、半導体基板上にフォトダイオード１が形成され、電荷転送部２の一部がこのフォトダイオード１に対して交互に配設されている。この電荷転送部２はフォトダイオード１にて発生された電荷を所定位置まで転送する。

次に、図３Ａ（ｂ）に示すように、図３（ａ）の基板上に遮光膜３を積層する。この遮光膜３は、電荷転送部２に光が入射されることを防止するために設けられる。この遮光膜３を設ける理由は、電荷転送部２に光が入射すると、不必要な電荷が発生して、電荷転送特性が大きく劣化するからである。

さらに、図３Ａ（ｃ）に示すように、遮光膜３の加工用マスクとして、フォトレジストを積層する。このフォトレジストは、フォトリソグラフィー技術により、フォトレジスト材にI線露光やエキシマレーザ露光が施され、現像工程を経て所定の平面形状にパターニングされる。ここでは、受光部（フォトダイオード１）上を開口した開口部４ａを持つフォトレジストパターン４が形成される。

さらに、図３Ａ（ｄ）に示すように、フォトレジストパターン４をマスクとして、ドライエッチング技術により遮光膜３を加工し、受光部（フォトダイオード１）上に遮光膜３の開口部３ａを形成する。

次に、フォトレジストパターン４を除去し、その上に、図３Ｂ（ｅ）に示すように層間膜５を積層する。この層間膜５はマイクロレンズと受光部（フォトダイオード１）との距離を確保することを主目的として形成する。

その後、図３Ｂ（ｆ）に示すように、層間膜５の加工用マスクとして、層間膜５上にフォトレジストを積層し、これを所定平面形状にパターンニングしてフォトレジストパターン６を形成する。このフォトレジストパターン６は、フォトレジストパターン４と同様に、フォトリソグラフィー技術により、フォトレジスト材にI線露光やエキシマレーザ露光が施され、現像工程を経て所定の平面形状にパターニングされる。ここでは、受光部（フォトダイオード１）の上方において層間膜５が断面凹型形状に加工される凹部５ａの中央部分が開口した開口部６ａを持つフォトレジストパターン６となっている。

このフォトレジストパターン６をマスクとして、ドライエッチング技術により層間膜５を所定の凹型形状に加工し、断面が略半円形状の凹部５ａを形成する。

最後に、フォトレジストパターン６を除去し、図３Ｂ（ｇ）に示すように、断面凹状の凹部５ａを持つ層間膜５上にマイクロレンズ材料を堆積させる。これにより、層間膜５に形成された凹部５ａ内にマイクロレンズ材料が埋め込まれ、断面略半円形状の下方に凸型のマイクロレンズ７が形成される。

また、特許文献１には、受光部に対して自己整合的にレンズを形成する方法が開示されている。この方法では、図３Ａ（ｄ）に示す遮光膜３の開口部３ａを形成後、その上にＢＰＳＧなどの流動化可能な絶縁膜材料を堆積し、この絶縁膜材料を流動化させることにより、遮光膜３と電荷転送部２とで形成される凹状段差部に沿って絶縁膜の凹部が形成される。この凹部内にマイクロレンズ材料が埋め込まれて、断面略半円形状の下方に凸型のマイクロレンズとしている。
特開平２−６５１７１号公報 特開平４−６８５７０号公報 特開平５−２５９４２５号公報 特開平８−１９４１１４号公報 特開平７−１４９９７号公報 特開平１１−８７６７２号公報

上述したように、上記従来のマイクロレンズは、電荷転送部２に向かって入射される画像光を屈折させて受光部に導いて入射させることによって、集光効果を高めるという目的で設けられている。近年、固体撮像装置の微細化に伴って、受光部１の面積は大幅に縮小されてきており、マイクロレンズ自体の集光性をさらに向上させる手法について論じられることが多くなってきている。このため、マイクロレンズの材料および形状については様々な提案が為されている。

しかしながら、集光性を低下させる大きな要因となる受光部とマイクロレンズとの位置的なずれに対しては、検討が不充分であり、未だ決定的な解決策は見い出されていない。

例えば図３Ａおよび図３Ｂに示す従来のマイクロレンズ７の形成方法では、遮光膜３の開口部３ａを形成するためのマスクであるフォトレジストパターン４と、層間膜５の凹部形成のためのマスクであるフォトレジストパターン６として、別々のマスクが用いられている。このため、これらの各マスクの位置合わせずれ（アライメントずれ）によって、図４（ａ）に示すように遮光膜３の開口部（受光部）３ａの中心軸位置と凹型マイクロレンズ７の中心軸位置とがずれてしまう。

また、特許文献６に提案されている従来技術では、マイクロレンズ用の凹部はその両側の２個の電荷転送部で形成される段差で位置決めされている。このため、遮光膜の開口部を形成するためのフォトリソグラフィ工程において位置合わせずれ(アライメントずれ）が生じると、図４（ａ）に示すように、電荷転送部２の段差中心部であるレンズ凹部の中心軸と、遮光膜３の開口部３ａの中心軸とがずれてしまう。また、電荷転送部２の位置ずれによっても、２個の段差の中心軸と遮光膜３の開口部３ａの中心軸とがずれるため、マイクロレンズ７のレンズ凹部の中心軸と遮光膜３の開口部３ａ（受光部）の中心軸との位置ずれが生じる。なお、この他にも、位置ずれの原因としてデザイン上の制約もある。

このような受光部１とマイクロレンズ７との位置ずれが生じると、マイクロレンズ７の集光性が低下し、固体撮像装置の感度が低下する。例えば、図５（ａ）および図５（ｂ）は、光学的シミュレーションを行って、受光部１とマイクロレンズ７との位置ずれがない場合とその位置ずれがある場合とによって生ずる入射光の乱反射について求めたものである。

図５では、受光部１以外の場所である電荷転送部２への光入射を防止するために、受光部１以外、例えば電荷転送部２上には金属製の遮光膜３が設けられており、図５（ａ）は遮光膜３の開口部３ａの中心軸（受光部１の中心軸）とマイクロレンズ７の下地である凹部中心軸との間に位置ずれがない場合を示しており、図５（ｂ）は受光部１の中心軸とマイクロレンズ７の下地である凹部中心軸との間に位置ずれが０．１５μｍである場合を示しており、ここでは、縦軸はｚ軸方向の位置、横軸はｘ軸方向の位置を示している。

図５から、遮光膜３の開口部３ａ（受光部）の中心軸とマイクロレンズ７の中心軸との位置ずれにより、入射光が受光部１からずれて遮光膜３に入射し、乱反射が生じていることが分かる。これによって、受光部１への入射光が大幅に減少し、固体撮像装置の感度劣化が生じている。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、受光部とマイクロレンズとの位置的なずれを防いで、マイクロレンズによる受光部への集光効率を向上できる固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像装置は、基板上に、複数の受光部と、該複数の受光部からの電荷をそれぞれ転送する各電荷転送部とが設けられ、該受光部および電荷転送部上を覆う遮光膜に、該受光部が開口された開口部が、該遮光膜上の層間膜のホールと共に形成され、該層間膜のホールを用いて形成された断面曲面状の凹部内に凸型マイクロレンズが該遮光膜の開口部に対向するように配置されており、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の固体撮像装置における断面曲面状の凹部は断面半円形状の凹部である。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、請求項１に記載の固体撮像装置を製造する固体撮像装置の製造方法であって、同一のマスクを用いて、前記遮光膜の開口部と前記層間膜のホールとを加工する工程と、該層間膜のホールを用いて前記断面曲面状の凹部を形成する凹部形成工程と、該層間膜上の凹部内を埋め込むようにマイクロレンズ材料を堆積してマイクロレンズを形成する工程とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における凹部形成工程は、前記層間膜の材料として流動化可能な材料を用い、前記マスクを用いた加工後に該層間膜の材料を流動化させて前記マイクロレンズの下地である凹部を形成する。この場合、層間膜の流動化は熱処理により行うことができる。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における凹部形成工程は、前記層間膜およびそのホール上に、流動性を有する層間膜材料を堆積し、該層間膜材料を流動させて前記マイクロレンズの下地である凹部を形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、マスクを用いた加工工程前に、光電変換する各受光部および、各受光部から電荷をそれぞれ転送する各電荷転送部が設けられた半導体基板上に、遮光膜および層間膜を順次積層する工程を有する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、流動化可能な材料は、ＢＰＳＧ（Borophoshosilicate glass）膜材料、ＳＯＧ（Spin On Glass）膜材料、ポリイミド材料およびフェノール樹脂材料のいずれかである。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、流動性を有する層間膜材料は、ＳＯＧ膜材料、ポリイミド材料およびフェノール樹脂材料のいずれかである。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法におけるマイクロレンズは遮光膜の開口部に対して自己整合的に形成されている。

上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。

受光部とマイクロレンズとの位置ずれは、受光部上の遮光膜の開口部形成およびマイクロレンズ形成（レンズ下地の凹部形成）のための各マスク（フォトレジストパターン）形成時に、各マスクパターンの位置合わせのずれによって生じる。

このマスク形成時には、ステッパーやスキャナーなどの露光機が用いられることが多く、その露光機の性能上、位置合わせ精度を向上させることは不可能ではないものの、位置合わせずれを完全に解消することは容易ではない。

そこで、本発明の固体撮像装置においては、断面が略半円状である下方に凸型のマイクロレンズを、遮光膜の開口部（受光部）に対して自己整合的（セルフアライン）に形成する。

同一マスク（フォトレジストパターン）を用いて受光部上の遮光膜の開口部形成およびマイクロレンズ下地となる層間膜加工を行うことにより、マスクパターンの位置合わせずれ（アライメントずれ）が生じず、受光部に対するマイクロレンズの位置をセルフアライメントで位置決めすることが可能となる。

遮光膜と層間膜を続けて積層し、遮光膜および層間膜を同時に加工することによって、同一マスクを用いて遮光膜の開口部およびマイクロレンズの凹形状を形成することができる。

また、層間膜材料として加熱などにより流動化（メルト）可能な材料を用いることにより、加工後に層間膜材料を流動化させて、断面が略半円形状である凹部を形成することができる。この凹部内を埋め込むようにマイクロレンズ材料を堆積させることにより、下方に凸型のマイクロレンズを位置ずれなく受光部に対向させて形成することができる。

また、層間膜上に流動性を有する材料を堆積させることにより、その材料を流動させて、断面が略半円形状である凹部を形成することができる。その凹部内を埋め込むようにマイクロレンズ材料を堆積させることにより、下方に凸型のマイクロレンズを位置ずれなく受光部に対向させて形成することができる。

以上により、本発明によれば、受光部とマイクロレンズとの位置的なずれを防いで、マイクロレンズによる受光部への集光効率を向上でき、集光率のばらつきをも低減することができる。これによって、固体撮像装置の微細化に伴って受光部の面積が縮小化されても、集光率の確保・安定化を図ることができる。このため、固体撮像装置の微細化により、高画素化を図ることができる。さらに、固体撮像装置の製造においても、歩留りの向上およびコスト削減が可能になる。

以下に、本発明の固体撮像装置およびその製造方法の実施形態１，２について、図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の固体撮像装置の各製造工程における実施形態１を説明するための要部断面図である。

図１Ｂ（ｆ）において、本実施形態１の固体撮像装置は、半導体基板上に、複数の受光部１（ここではフォトダイオード１とする）と、その各フォトダイオード１で発生した電荷をそれぞれ転送する各電荷転送部２と、その上の遮光膜３と、さらにその上の層間膜５Ｂと、断面形状が略半円形状の下方に凸型のマイクロレンズ７Ａとを有している。なお、図１（ｆ）には、電荷転送部２の一部が断面として示されており、ここでは、フォトダイオード１と電荷転送部２の一部とが交互に配置されている。

フォトダイオード１上は、フォトダイオード１（受光部）上のみ開口する開口部３ｂを有する遮光膜３で覆われている。

遮光膜３は、電荷転送部２に光が入射することを防止するために設けられている。これは、電荷転送部２に光が入射すると、不必要な電荷が発生し、電荷転送特性が大きく劣化するからである。

層間膜５Ｂは、フォトダイオード１および遮光膜３上を覆うように設けられている。層間膜５Ｂは、マイクロレンズ７Ａとフォトダイオード１（受光部）との距離を確保することを主目的として形成されている。また、この層間膜５Ｂには、遮光膜３の開口部３ｂと自己整合的に、断面が半円形状である凹部が形成されており、この凹部がマイクロレンズ７Ａの凸部の位置決めとされている。

マイクロレンズ７Ａは、層間膜５Ｂ上面の凹部を埋め込むように設けられている。このマイクロレンズ７Ａは、断面が曲面状（ここでは半円形状）の下方に凸型である。フォトダイオード１の受光部に効率よく光を集光させるために、マイクロレンズ７Ａの凸部中央軸位置が受光部中央軸位置と一致するように対向配置している。

このように構成された本実施形態１の固体撮像装置は、例えば以下のようにして製造することができる。

まず、図１Ａ（ａ）に示すようにフォトダイオード１および電荷転送部２が設けられた半導体基板上に、図１Ａ（ｂ）に示すように、遮光膜３および層間膜５を順次積層する。この遮光膜３は、電荷転送部２に光が入射することを防止するために、タングステン膜など、反射率の高い材料（例えば金属材料）が用いられる。また、層間膜５は、後の工程においてマイクロレンズ７Ａの凸形状を決定する凹部を形成するために、流動化可能な材料を用いることが好ましい。例えば、ＢＰＳＧ膜、ＳＯＧ膜やポリイミド、フェノール樹脂などの合成樹脂の各種材料が挙げられるが、固体撮像装置の層間絶縁膜材料としての機能を有する材料であれば、上記材料に限定されるものではない。

次に、図１Ａ（ｃ）に示すように、遮光膜３および層間膜５の加工用マスクとして、フォトレジストパターン６を形成する。このフォトレジストパターン６は、フォトリソグラフィー技術により、レジスト材にI線露光やエキシマレーザ露光が施され、現像工程を経て平面視で所定の形状にパターニングされる。ここでは、受光部（フォトダイオード１上の開口部３ｂ）上において遮光膜３が除去される部分（開口部３ｂ）が形成される。

さらに、図１Ａ（ｄ）に示すように、同一のフォトレジストパターン６をマスクとして、ドライエッチング技術により層間膜５にホールを加工して受光部（フォトダイオード１上の開口部３ｂ）上を除去し、さらに連続して、遮光膜３を加工して開口部３ｂを形成する。その後で、フォトレジストパターン６を除去する。層間膜５および遮光膜３は、異方性除去を行う必要があり、例えばマグネトロン型ＲＩＥやＩＣＰ型ＲＩＥを用いて異方性除去を行うことができる。また、レジストパターン６の除去は、例えばダウンフロー型のアッシング装置を用いて行うことができる。以上により、受光部（フォトダイオード１上の開口部３ｂ）上に遮光膜３の開口部３ｂが形成される。なお、層間膜５Ａはフォトレジストパターン６によりホールが加工されたものを示している。

さらに、図１Ｂ（ｅ）に示すように、断面が略半円形状の下方に凸型状であるマイクロレンズ７Ａの形状を形成するために、層間膜５Ａを加工してマイクロレンズ７Ａの下地の層間膜５Ｂとする。この形状は、図１Ａ（ｄ）にて遮光膜３と同一フォトレジストパターン６をマスクとして加工したホールを用いて層間膜５Ａを流動化（メルト）させることにより形成される。これにより、層間膜５Ｂが受光部（開口部３ｂ）およびホールに対して流動し、セルフアラインで、受光部の中央軸と層間膜５Ｂの凹部の中央軸との位置がずれることなく、断面が略半円形状の凹部を受光部（開口部３ｂ）側に対向させて形成することができる。ここでは、例えば熱処理により層間膜５Ａを溶融・流動化させることができる。例えば、層間膜材料としてＢＰＳＧ膜を用いた場合、熱拡散装置（炉）にてＮ_２雰囲気下、８５０℃で１時間の熱処理を行うことによって、図１Ｂ（ｅ）に示すような断面が略半円形状の凹型状である凹部を形成することができる。

最後に、図１Ｂ（ｆ）に示すように、マイクロレンズ７Ａの透明材料を層間膜５Ｂ上に堆積させる。これにより、層間膜５Ｂに形成された凹部内にマイクロレンズ７Ａの透明材料が埋め込まれ、断面が略半円形状の凸型マイクロレンズ７Ａが形成される。ここで、セルフアラインで形成される凸型マイクロレンズ７Ａの特性を活かすためには、マイクロレンズ７Ａの上面を平坦化させることが好ましい。このためには、例えばマイクロレンズ７Ａの透明材料としてアクリル樹脂を用い、塗布・焼成により層間膜５Ｂ上にマイクロレンズ７Ａを形成することができる。マイクロレンズ７Ａの透明材料としては、屈折率が２前後のものが用いられることが多い。なお、マイクロレンズ材料としては、固体撮像装置のマイクロレンズ材料として用いられるものであれば、これらの材料に限定されるものではない。

このようにして作製された本実施形態１の固体撮像装置は、断面が半円形状である凸型マイクロレンズ７Ａがセルフアラインで受光部（フォトダイオード１上の開口部３ｂ）と対向するように形成されており、図４（ｂ）に示すように、マイクロレンズ７Ａの凸部中央軸と受光部（フォトダイオード１の開口部３ｂ）の中央軸とが位置ずれすることなく配置されている。これによって、電荷転送部２へ向かって入射される光をマイクロレンズ７Ａによって、より効率よく受光部（フォトダイオード１上の開口部３ｂ）に集光させて、より感度が良好な本実施形態１の固体撮像装置を得ることができる。

（実施形態２）
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の固体撮像装置の各製造工程における実施形態２を説明するための要部断面図である。

図２Ｂ（ｆ）において、本実施形態２の固体撮像装置は、半導体基板上に、複数のフォトダイオード１と、その各フォトダイオード１で発生した電荷をそれぞれ転送する各電荷転送部２と、その上の遮光膜３と、さらにその上の層間膜５Ｃ，８と、断面形状が略半円形状の下方に凸型のマイクロレンズ７Ｂとを有している。なお、図２Ｂ（ｆ）には、図１Ｂ（ｆ）の場合と同様に、電荷転送部２の一部が示されており、ここでは、フォトダイオード１と電荷転送部２の一部とが交互に配置されている。

フォトダイオード１（受光部）上のみ開口部３ｂを有する遮光膜３が電荷転送部２上を覆っている。

そのフォトダイオード１および遮光膜３上を覆うように、層間膜５Ｃが設けられている。この層間膜５Ｃは、遮光膜３の開口部３ｂと自己整合的に、フォトダイオード１（受光部）上のみ除去されたホールおよび開口部３ｂを形成している。さらに、層間膜５Ｃ上には、層間膜５Ｃの除去部（ホール）と自己整合的に、断面が半円形状である凹部が形成された層間膜８が設けられており、この層間膜８の凹部によってマイクロレンズ７Ｂの凸部が位置決めされている。

マイクロレンズ７Ｂが層間膜８上の凹部内を埋め込むように設けられている。このマイクロレンズ７Ｂは、断面が半円形状の凸型マイクロレンズである。フォトダイオード１の受光部（フォトダイオード１上の開口部３ｂ）に光を集光させるために、マイクロレンズ７Ｂの凹部中央軸位置が受光部（フォトダイオード１上の開口部３ｂ）の中央軸位置とずれることなく対向配置している。

このように構成された本実施形態２の固体撮像装置は、例えば以下のようにして形成される。なお、図２Ａ（ａ）〜図２Ａ（ｄ）については、上記実施形態１の図１Ａ（ａ）〜図１Ａ（ｄ）と同様の工程であるため、以下では図２Ｂ（ｅ）および図２Ｂ（ｆ）の各工程についてのみ説明する。

図２（ｅ）に示すように、断面が略半円形状の凹型状であるマイクロレンズ７Ｂの形状を形成するために、層間膜５Ａ上に流動性を有する層間膜材料８を堆積させる。これにより、遮光膜３の開口部３ｂ（受光部）と同一のフォトレジストパターン６で加工された層間膜５Ａの空洞部（ホール部）に対して、層間膜材料８が対象性を有して流動し、セルフアラインで、受光部（フォトダイオード１上の開口部３ｂ）の中央軸部と凹部の中央軸部との位置がずれることなく、断面が略半円形状の凹部を受光部（フォトダイオード１の開口部３ｂ）に対向させて形成することができる。このような流動性を有する層間膜材料としては、例えば、ＳＯＧ膜などを用いることができ、塗布・焼成により層間膜８を形成することができる。なお、流動性を有する層間膜材料８としては、ＳＯＧ膜の他にも、ポリイミド、フェノール樹脂などの合成材料が挙げられるが、固体撮像装置の層間膜材料としての機能を有するものであれば、これらの材料に限定されるものでない。

最後に、図２Ｂ（ｆ）に示すように、透明なマイクロレンズ材料を層間膜８上に堆積させる。これにより、層間膜８に形成された凹部内にマイクロレンズ材料が埋め込まれ、断面が略半円形状の下方に凸型のマイクロレンズ７Ｂが形成される。

このようにして作製された本実施形態２の固体撮像装置は、断面が半円形状である凸型マイクロレンズ７Ｂがセルフアラインで受光部（フォトダイオード１の開口部３ｂ）と対向するように形成されており、マイクロレンズ７Ｂの凹部中央と受光部（フォトダイオード１の開口部３ｂ）の中央とが位置ずれすることなく配置されている。これによって、電荷転送部２へ向かって入射される光をマイクロレンズ７Ｂによって効率良く受光部（フォトダイオード１の開口部３ｂ）に導いて集光させ、感度が良好な固体撮像装置を得ることができる。

また、上記実施形態１の固体撮像装置の製造方法では、層間膜５Ａの材料としてＢＰＳＧなどを用いた場合に、かなり高温で溶融・流動化させる必要があったが、本実施形態２によれば、層間膜８を流動化させる必要がないため、高温処理（熱処理）が不要である。この場合に、層間膜５Ａとして、高温で溶融・流動化する材料を用いたが、この層間膜５Ａ以外の透明絶縁材料であってもよい。

以上により、上記実施形態１，２によれば、半導体基板上に複数のフォトダイオード１と、各フォトダイオード１からの電荷をそれぞれ転送する各電荷転送部２とが設けられた固体撮像装置において、遮光膜３の開口部３ｂ（受光部）を形成し、マイクロレンズ７Ａまたは７Ｂの下地である層間膜５Ｂまたは８の凹部形成のために同一のフォトレジストパターン６を用いる。遮光膜３および層間膜５を連続して積層し、同一のフォトレジストパターン６を用いて遮光膜３の開口部３ｂを形成すると共に層間膜５を加工し、層間膜５Ａまたは８を流動させて、断面が半円形状の凹部を形成する。この凹部内を埋め込むようにマイクロレンズ７Ａまたは７Ｂの透明材料を堆積し、断面が半円形状の凸型マイクロレンズ７Ａまたは７Ｂを遮光膜３の開口部３ｂ（受光部）に対応させて形成する。これによって、遮光膜３の開口部３ｂ（受光部）とマイクロレンズ７Ａまたは７Ｂとの位置的なずれを防いで、マイクロレンズ７Ａまたは７Ｂによる遮光膜３の開口部３ｂ（受光部）への集光効率をより向上させることができる。

例えば携帯電話用カメラなどのデジタルカメラ装置などに用いられ、光電変換する受光部に光像を結像させるためのレンズが設けられた固体撮像装置およびその製造方法の分野において、受光部とマイクロレンズとの位置的なずれを防いで、マイクロレンズによる受光部への集光効率を向上させることができる。

（ａ）〜（ｄ）は、本発明の固体撮像装置の各製造工程（その１）における実施形態１を説明するための要部断面図である。 （ｅ）および（ｆ）は、本発明の固体撮像装置の各製造工程（その２）における実施形態２を説明するための要部断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の固体撮像装置の各製造工程（その１）における実施形態２を説明するための要部断面図である。 （ｅ）および（ｆ）は、本発明の固体撮像装置の各製造工程（その２）における実施形態２を説明するための要部断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、従来の固体撮像装置の各製造工程（その１）を説明するための要部断面図である。 （ｅ）〜（ｇ）は、従来の固体撮像装置の各製造工程（その２）を説明するための要部断面図である。 （ａ）は特許文献６の従来の固体撮像装置の製造方法により受光部とマイクロレンズとの位置ずれが生じた状態を示す要部断面図、（ｂ）は本発明の固体撮像装置の製造方法により受光部とマイクロレンズとが自己整合的に形成されて位置ずれが生じていない状態を示す要部断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、従来の固体撮像装置において、光学的シミュレーションによって、受光部とマイクロレンズとが位置ずれしない場合と、受光部とマイクロレンズとが位置ずれする場合によって生ずる入射光の乱反射について説明するための図である。

符号の説明

１ フォトダイオード
２ 電荷転送部の一部
３ 遮光膜
３ｂ 開口部
５，５Ａ 層間膜
６ フォトレジストパターン
７Ａ，７Ｂ マイクロレンズ
８ 流動性を有する層間膜

Claims (10)

1. 基板上に、複数の受光部と、該複数の受光部からの電荷をそれぞれ転送する各電荷転送部とが設けられ、該受光部および電荷転送部上を覆う遮光膜に、該受光部が開口された開口部が、該遮光膜上の層間膜のホールと共に形成され、該層間膜のホールを用いて形成された断面曲面状の凹部内に凸型マイクロレンズが該遮光膜の開口部に対向するように配置されている固体撮像装置。
2. 前記断面曲面状の凹部は断面半円形状の凹部である請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 請求項１に記載の固体撮像装置を製造する固体撮像装置の製造方法であって、
   同一のマスクを用いて、前記遮光膜の開口部と前記層間膜のホールとを加工する工程と、
   該層間膜のホールを用いて前記断面曲面状の凹部を形成する凹部形成工程と、
   該層間膜上の凹部内を埋め込むようにマイクロレンズ材料を堆積してマイクロレンズを形成する工程とを有する固体撮像装置の製造方法。
4. 前記凹部形成工程は、前記層間膜の材料として流動化可能な材料を用い、前記マスクを用いた加工後に該層間膜の材料を流動化させて前記マイクロレンズの下地である凹部を形成する請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 前記層間膜の流動化は熱処理により行う請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
6. 前記凹部形成工程は、前記層間膜およびそのホール上に、流動性を有する層間膜材料を堆積し、該層間膜材料を流動させて前記マイクロレンズの下地である凹部を形成する請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
7. 前記マスクを用いた加工工程前に、光電変換する各受光部および、各受光部から電荷をそれぞれ転送する各電荷転送部が設けられた半導体基板上に、遮光膜および層間膜を順次積層する工程を有する請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 前記流動化可能な材料は、ＢＰＳＧ（Borophoshosilicate glass）膜材料、ＳＯＧ（Spin On Glass）膜材料、ポリイミド材料およびフェノール樹脂材料のいずれかである請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 前記流動性を有する層間膜材料は、ＳＯＧ膜材料、ポリイミド材料およびフェノール樹脂材料のいずれかである請求項６に記載の固体撮像装置の製造方法。
10. 前記マイクロレンズは遮光膜の開口部に対して自己整合的に形成されている請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。