JP5486838B2 - レンズの形成方法、半導体装置の製造方法および電子情報機器 - Google Patents

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Description

本発明は、光を電気信号に変換したりまたは／および電気信号を光に変換する光電変換部に対応した位置にレンズを形成するレンズの形成方法、このレンズの形成方法により形成したレンズが用いられ、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部で構成された固体撮像素子や、発光部およびの受光部などの半導体装置の製造方法、この半導体装置の製造方法により製造された半導体装置として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、監視カメラや車載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または、この半導体装置としての発光部および受光部を情報記録再生部に用いたピックアップ装置などの電子情報機器に関する。
この種の従来の半導体装置としての固体撮像装置は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ，電荷結合素子）イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどがある。これらは、デジタルカメラを始めとして、ビデオカメラ、スキャナ装置、デジタル複写機、ファクシミリ装置およびカメラ付き携帯電話装置など様々な用途に利用されている。
また、このような従来の固体撮像装置を用いた製品が普及するにつれて、固体撮像装置に対して、画素数の増大、受光感度の向上などの高機能化、高性能化に加えて、小型化、低価格化などに対する要求がますます強まってきている。
このように、従来の固体撮像装置の小型化および高画素化が進み、これと同時に低価格化が要求されると、その画素サイズはますます縮小化される。このような画素サイズの縮小化に伴って、固体撮像装置の基本性能の一つである受光部での受光感度が低下するため、照度が低いところで鮮明な画像を撮影することが困難となる。したがって、単位画素当りの受光感度を如何にして向上させるかということが重要な問題になっている。
そこで、従来の固体撮像装置の受光感度を向上させる方法として、各受光部の集光効率を高めるために、各受光部上に集光用凸レンズであるマイクロレンズが設けられている。このようなマイクロレンズの製造方法には種々の方法があり、従来技術の第１の方法として、所望のマイクロレンズ形状を再現性よく、かつ低コストに形成できる方法が特許文献１に開示されている。
この特許文献１に開示されたマイクロレンズの形成方法について図６および図７を用いて説明する。
図６は、特許文献１に開示されている従来のＣＣＤのマイクロレンズ形成工程を示す要部縦断面図であり、図７は、図６のマイクロレンズ形成工程を経て形成されたマイクロレンズ間の無効領域を示すＣＣＤの要部縦断面図である。
図６および図７に示すように、従来のＣＣＤ１００の各画素部には、半導体基板１０１上に、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部１０２が設けられ、各フォトダイオード１０２に隣接してフォトダイオード１０２からの信号電荷を読み出しゲート部１０３を介して読み出して、所定方向に電荷転送するための電荷転送部１０４が配設されている。
また、これらの読み出しゲート部１０３および電荷転送部１０４上にこれを電荷転送制御するための電荷転送電極としてのゲート電極１０５がゲート絶縁膜１０６を介して配置されている。
このゲート電極１０５上には、入射光がゲート電極１０５により反射してノイズ（スミア）が発生するのを防ぐために遮光膜１０７がゲート絶縁膜１０８を介して形成されている。また、フォトダイオード１０２（受光部）の上方には、層間絶縁膜１０９から遮光膜１０７の開口部１０７ａを介して、フォトダイオード１０２に光を集光させるための層内レンズ１１０が配置されている。さらに、この層内レンズ１１０上に平坦化膜１１１が形成されている。
この平坦化膜１１１上には、感光性を有しかつ熱硬化性を有するマイクロレンズ用の熱可塑性樹脂が塗布される。このように、平坦化膜１１１上に塗布されたマイクロレンズ用の熱可塑性樹脂層を所定のパターンを有するフォトマスクを用いて露光し現像して、図６に示すように各受光部に対応する位置に矩形パターン形状の熱可塑性樹脂層１１２を形成する。この後、この熱可塑性樹脂層１１２の透明度を上げるために適当量の紫外線をこの熱可塑性樹脂層１１２に照射する。
続いて、この熱可塑性樹脂層１１２の軟化点以上に加熱処理を施して熱可塑性樹脂層１１２を熱流動させ、さらに硬化点以上に加熱して、この熱可塑性樹脂の表面張力とそれにかかる重力、およびこの熱可塑性樹脂の硬化性とのバランスにより、図７に示すような所望の凸レンズ形状を持つマイクロレンズ１１２ａを形成する。なお、１１３は素子分利用のストッパ層である。
次に、特許文献２に開示された転写によるマイクロレンズの形成方法について図８を用いて詳細に説明する。
図８は、特許文献２に開示されている従来のＣＣＤの要部構成例を示す縦断面図である。なお、図７の構成部材と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
図８に示すように、特許文献２のＣＣＤ１２０において、平坦化膜１１１上にマイクロレンズ用樹脂層１２１を設けてこれを平坦化し、その上に感光性レジスト膜材料を塗布する。さらに、ドット密度を段階的に変化させた遮光膜パターンを形成したフォトマスクを用いて、塗布した感光性レジスト膜を露光、現像して、マイクロレンズ形状にパターニングした感光性レジスト膜１２２を形成する。続いて、感光性レジスト膜１２２を含むウェハ全面を有機膜がエッチングされる雰囲気に晒して（エッチバック法）、上記マイクロレンズ形状にパターニングされた感光性レジスト膜１２２の形状を下地のマイクロレンズ用樹脂層１２１に転写させると同時にその感光性レジスト膜１２２を除去する。
次に、特許文献３に開示されたマイクロレンズの形成方法について図９を用いて詳細に説明する。
図９は、特許文献３に開示されている従来のＣＣＤの要部構成例を示す縦断面図である。なお、図７の構成部材と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
特許文献３では、フォトマスクおよびこれを用いたパターンデータの作製方法が開示されており、図９に示すように、特許文献３のＣＣＤ１３０において、平坦化膜１１１上にマイクロレンズ１３２を形成するために、露光量に応じて残膜厚の変化するレジストを用いて、現像後に所望のプロファイルを得るための、フォトマスクのパターンの露光量分布を求め、フォトマスクのパターン形成平面をＸ−Ｙ座標として、その座標値ｘ、ｙを関数として、目的とするフォトマスクの透過光量（露光量）分布を、Ｚ座標上のｚ値として表す。この透過光量（露光量）分布把握処理により、ドットパターンの配置を決め、パターンの配置が有と決められたＸ−Ｙ座標の領域には、ドットパターンを生成配置する処理を行う。
これによって、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサの受光部上側への微小な集光レンズアレイ（マイクロレンズ１３２）を作製するためのフォトマスクを形成するためのパターンデータの作製方法として、目的とする現像後のレジストの形状を再現性良く、正確に形成することができるフォトマスクを作製することができる。
特許第２９４５４４０号公報 特許３１５８２９６号公報 特開２００４−７００８７号公報
しかしながら、上述した従来のマイクロレンズでは、下記（１）および（２）に示すような問題が生じる。
（１）特許文献１の第１のマイクロレンズの形成方法の課題
マイクロレンズ材料として、図６に示すように、感光性を有しかつ熱硬化性を有する熱可塑性樹脂材料を用い、それを所定形状にパターニングした熱可塑性樹脂１１２に、図７のマイクロレンズ１１２ａのように、熱流動によってその表面を凸レンズ形状に加工する方法であるために、隣接するマイクロレンズ１１２ａ間は一定以上の無効領域（距離Ｘ）を設定する必要がある。さもなくば、熱流動中に部分的にでもマイクロレンズ１１２ａ同士の距離が狭くなり、端部どうしが互いに接触して一体化してしまうと、互いにくっついたレンズ部分が硬化時に引っ張られたりして、その箇所のマイクロレンズ１１２ａの集光率が周辺と異なり、確実にＣＣＤ１００のフォトダイオード１０２が画素欠陥となってしまう。上記一定以上の距離Ｘを大きく取れば取るほど、安定した製造ができるものの、その反対にマイクロレンズ１１２ａ間の無効領域（距離Ｘ）が増えてしまい、マイクロレンズ１１２ａの集光率が低下し、ＣＣＤ１００のフォトダイオード１０２に所望の感度を得ることができなくなる。特に、ＣＣＤ１００の小型化、高画素化が進むにつれて、画素サイズが小さくなり、上記の無効領域（距離Ｘ）の縮小が益々重要となって来ている。
（２）特許文献２の転写による第２のマイクロレンズの形成方法の課題
マイクロレンズの形成にエッチバック法を用いるために、異方性イオンエッチング装置などの高額な設備が必要となり、さらに、図８に示すようにマイクロレンズ用樹脂層１２１と感光性レジスト膜１２２の均一な縦と横のエッチング特性を同時に得ることができる条件を見付けることが非常に困難であって、所望のレンズ表面形状を得るのが困難である。また、エッチング時のダストなどによるパターン欠陥も発生しやすく、それが原因でマイクロレンズ形成の歩留り低下を起こしてしまうという問題もある。
（３）特許文献３の第３のマイクロレンズの形成方法の課題
特許文献３ではフォトマスク自体の作製方法が開示されているものであって、露光量に応じて残膜厚の変化するレジストを用いたとしても、図９に示すようにレンズ表面形状がデバイスの要求性能に応じた所望のレンズ表面形状通りになりにくいという問題がある。
本発明は上記従来の問題を解決するもので、デバイスの要求性能に応じた所望のレンズ表面形状を容易に得ることができて集光効率を向上させることができる高品質でかつ高性能のマイクロレンズを再現性よくかつ低コストで形成することができるレンズの形成方法、このレンズの形成方法により形成したレンズが用いられ、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子などの半導体装置の製造方法、この半導体装置の製造方法により製造された半導体装置として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または、この半導体装置としての発光素子および受光素子を情報記録再生部に用いたピックアップ装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。
本発明のレンズの形成方法は、半導体装置を構成する複数の光電変換部に対してそれぞれ集光可能とするレンズを形成するレンズの形成方法において、熱流動による表面張力のレンズ表面形状に比べてなだらかなレンズ表面形状を得るように、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料に、露光マスクとしてレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスクを用いて露光して該レンズ形成用材料の表面を当該レンズ表面形状に形成するレンズ形成工程を有し、該フォトマスクは、レンズを形成する際の露光波長では解像できない該露光波長よりも微細なドットパターンからなっているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
本発明のレンズの形成方法は、半導体装置を構成する複数の光電変換部に対してそれぞれ集光可能とするレンズを形成するレンズの形成方法において、熱流動による表面張力のレンズ表面形状に比べてなだらかなレンズ表面形状を得るように、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、照射光量５５ｍＪ〜１３７ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料に、露光マスクとしてレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスクを用いて露光して該レンズ形成用材料の表面を当該レンズ表面形状に形成するレンズ形成工程を有し、
該フォトマスクは、レンズを形成する際の露光波長では解像できない該露光波長よりも微細なドットパターンからなっているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
さらに、好ましくは、本発明のレンズの形成方法におけるγ曲線の平均傾きが−１５〜−２ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料を用いる。
さらに、好ましくは、本発明のレンズの形成方法におけるγ曲線の平均傾きが−１０〜−２ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料を用いる。また、好ましくは、本発明のレンズの形成方法におけるγ曲線の平均傾きが−１５〜−３ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料を用いる。
さらに、好ましくは、本発明のレンズの形成方法における露光波長は、レンズを形成する際のｉ線露光波長３６５ｎｍである。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板内の所定領域に選択的に不純物イオン注入を行って、各画素毎に光電変換部を形成する光電変換部形成工程と、該光電変換部からの信号電荷を転送するためのゲート電極を、該光電変換部に隣接した半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成するゲート電極形成工程と、該ゲート電極および該ゲート絶縁膜上に層間絶縁膜を介して平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、該平坦化膜上に前記レンズを形成する請求項１または２に記載のレンズの形成方法におけるレンズ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。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板内の所定領域に選択的に不純物イオン注入を行って、各画素毎に光電変換部、読み出しゲート部、転送チャネル部およびチャネルストッパ部をこの順隣接してそれぞれ形成する拡散領域形成工程と、該光電変換部からの信号電荷を、該読み出しゲート部を介して転送チャネル部に読み出して電荷転送するためのゲート電極を、該読み出しゲート部および該転送チャネル部上にゲート絶縁膜を介して形成するゲート電極形成工程と、該ゲート電極上に層間絶縁膜を介して、該ゲート電極の端面側を被覆しかつ該光電変換部上方に開口部を有する遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、該ゲート絶縁膜および該遮光膜上に層間絶縁膜を介して平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、該平坦化膜上に前記レンズを形成する請求項１または２に記載のレンズの形成方法におけるレンズ形成工程とを有する。
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置の製造方法において、前記平坦化膜形成工程における前記層間絶縁膜と前記平坦化膜との間に層内レンズを形成する層内レンズ形成工程を更に有する。
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置の製造方法において、前記平坦化膜形成工程における前記層間絶縁膜の表面を平坦化した後に、該平坦化した表面に前記層内レンズを形成する請求項１または２に記載のレンズの形成方法におけるレンズ形成工程を層内レンズ形成工程として更に有する。
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置の製造方法において、前記平坦化膜と前記レンズとの間に、画素毎に所定の色配列されたカラーフィルタおよびその上の平坦化膜を形成するカラーフィルタ形成工程を更に有する。
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置の製造方法において、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が配設されたＣＭＯＳ型固体撮像素子を製造する。
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置の製造方法において、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が配設されたＣＣＤ型固体撮像素子を製造する。
さらに、好ましくは、本発明の半導体装置の製造方法において、出射光を発生させるための発光素子および入射光を受光するための受光素子を製造する。
本発明の電子情報機器は、本発明の上記半導体装置の製造方法により製造された発光素子および受光素子を情報記録再生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。
本発明の電子情報機器は、本発明の上記半導体装置の製造方法により製造された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。
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
本発明においては、半導体装置を構成する複数の光電変換部に対してそれぞれ集光可能とするレンズを形成するレンズの形成方法において、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料に、露光マスクとしてレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスクを用いて該レンズ表面形状を加工するレンズ形成工程を有する。また、半導体装置を構成する複数の光電変換部に対してそれぞれ集光可能とするレンズを形成するレンズの形成方法において、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、照射光量５５ｍＪ〜１３７ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料に、露光マスクとしてレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスクを用いて該レンズ表面形状を加工するレンズ形成工程を有する。
このように、レンズを有する固体撮像素子や、テレビジョン電話装置などに用いられるカメラ付き液晶表示素子およびピックアップ装置などの半導体装置の製造方法において、ポジ型の感光性レジスト材料のγ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内または照射光量５５ｍＪ〜１３７ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料を、レンズを形成する際の露光波長では解像し得ない微細なドットパターンからなるフォトマスクを用いて加工する方法でレンズを形成する。これによって、デバイスの要求性能に応じて、表面形状がなだらかな所望の凸レンズ形状を得ることができて集光効率を向上させることができる高品質でかつ高性能のレンズを再現性よくかつ低コストで形成することが可能となる。
以上により、本発明によれば、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内または照射光量５５ｍＪ〜１３７ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料を、レンズを形成する際の露光波長では解像し得ない微細なドットパターンからなるフォトマスクを用いて加工する方法でレンズを形成するため、デバイスの要求性能に応じて、表面形状がなだらかな所望の凸レンズ形状を得ることができて集光効率を向上させることができる高品質でかつ高性能のマイクロレンズを再現性よくかつ低コストで形成することができる。
本発明の実施形態１におけるＣＣＤ型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。 ポジ型の感光性レジスト材料のγ曲線を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１のＣＣＤ型の固体撮像素子の製造方法を説明するための層内レンズ・平坦化膜形成工程までの各製造工程を模式的に示す縦断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図４（ｃ）の層内レンズ・平坦化膜形成工程に続くマイクロレンズ形成工程を模式的に示す縦断面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１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り、（ｂ）は、本実施形態２の変形例の発光素子および受光素子を情報記録再生部に用いたピックアップ装置などの電子情報機器の概略構成を示すブロック図である。 特許文献１に開示されている従来のＣＣＤのマイクロレンズ形成工程を示す要部縦断面図である。 図６のマイクロレンズ形成工程を経て形成されたマイクロレンズ間の無効領域を示すＣＣＤの要部縦断面図である。 特許文献２に開示されている転写による従来のＣＣＤの要部構成例を示す縦断面図である。 特許文献３に開示されている従来のＣＣＤの要部構成例を示す縦断面図である。
以下に、本発明のマイクロレンズの形成方法を含む固体撮像素子の製造方法の実施形態１および、このマイクロレンズの形成方法により形成されたマイクロレンズを用いた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の実施形態２について図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるＣＣＤ型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１において、本実施形態１の半導体装置としての固体撮像素子１は、半導体基板２の表面側に、画素毎に、光電変換部３、読み出しゲート部４、転送チャネル５およびチャネルストッパ１４がこの順に設けられており、これらの読み出しゲート部４および転送チャネル５上にゲート絶縁膜７を介してゲート電極６が設けられている。
光電変換部３は、入射光を電気信号に変換したり電気信号を光に変換したりするものであり、ここでは入射光を光電変換して撮像する複数の受光部、例えば複数のｐｎ接合ダイオードが半導体基板２の表面側にマトリックス状に複数個形成されており、光電変換部３に入射された入射光は信号電荷に光電変換される。光電変換部３で光電変換した信号電荷は、読出しゲート部４を介して光電変換部３の一方側（図１では左側）に設けられた垂直電荷転送部である転送チャネル５に供給され、所定方向（垂直方向から水平方向）に電荷転送されて最終的に図示しない電荷検出部にて電荷検出され、画素毎の撮像信号として増幅されて出力される。光電変換部３の他方側（図１では右側）に設けられた隣の転送チャネル５との間には素子分離のためのチャネルストッパ１４が設けられている。このため、この光電変換部３からチャネルストッパ１４を超えて隣の転送チャネル５に信号電荷が供給されることはない。
ゲート電極６上には、層間絶縁膜９を介して遮光膜８が設けられている。この遮光膜８は、電荷転送部（転送チャネル５）への光漏れ防止のために設けられており、光電変換部３上方の外周端縁部も遮光膜８で覆われている。光電変換部３の上方の外周端縁部以外は光電変換部３の上方が光学的に開口している。
ゲート絶縁膜７および遮光膜８上には、第１透明膜としてＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜１０が積層されており、その上に、光電変換部３の上方に位置するように高屈折率の第２透明膜からなる集光用の層内レンズ１１が形成されている。
この層内レンズ１１は、光電変換部３に光を集光させるために設けられており、その下面または上面の少なくとも一方面が凸レンズ形状に形成されていればよい。ここでは、下面のみを凸レンズ形状（下に凸状）に形成した場合を示している。
この層内レンズ１１上を覆うように、表面を平坦化するための第３透明膜として平坦化膜１２が設けられている。その平坦化膜１２を形成する前に、必要とあれば、レッド（赤）、グリーン（緑）、ブルー（青）が組み合わされた所定の色配列（例えばベイヤ配列）のカラーフィルタ（図示せず）およびその上に透明な有機膜からなる保護膜（図示せず）を形成してもよい。何れにしても透明膜で覆われた状態（図１では平坦化膜１２で覆った状態）で、光電変換部３および層内レンズ１１の上方に位置するように光電変換部３への集光用のマイクロレンズ１３が形成されている。
上記本実施形態１のマイクロレンズ１３の形成方法により形成されるマイクロレンズ１３を用いた固体撮像素子１について更に詳細に説明する。
半導体基板２の表面側に、不純物拡散層として、入射光を撮像する複数の光電変換部３をマトリクス状に形成する。半導体基板２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、シリコンやゲルマニウムなどの半導体、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓなどの化合物半導体などからなる基板を使用することができる。特に、シリコン基板を用いることが好ましい。この半導体基板２は、不純物拡散層として、通常、ｎ型またはｐ型の不純物がドーピングされているが、さらに、ｎ型またはｐ型のウェル領域を１以上有していてもよい。また、半導体基板２の表面には、図１に示すように光電変換部２（発光部または受光部）の他に、電荷転送領域、素子分離領域、コンタクト領域、チャネルストッパ領域など、高濃度のｎ型またはｐ型の不純物を含有する不純物拡散領域が形成されていてもよい。さらに、他の半導体装置や回路（例えば撮像領域を駆動させるための周辺駆動回路）などが組み合わせられて設けられていてもよい。
光電変換部３は、受光部または／および発光部が挙げられるが、ここでは受光部として用いている。この光電変換部３としての受光部は、例えば、半導体基板２の表面に形成されるｐｎ接合ダイオード（フォトダイオード）が挙げられる。このｐｎ接合ダイオードにおいて、半導体基板２の表面に形成されるｐ型またはｎ型の不純物層の大きさ、形状、数、不純物層の不純物濃度などは、必要とされ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。なお、発光部として、例えば、発光ダイオード素子や半導体レーザ素子などが挙げられる。また、半導体基板２の表面側に光電変換部３を形成する不純物拡散層形成方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、フォトリソグラフィ・エッチング工程により半導体基板２の所望の領域に開口部を有する所定パターンのフォトマスクを形成し、このフォトマスクを用いてその開口部に対応した半導体基板２の所定領域にイオン注入することにより、マトリクス状に配列された複数の光電変換部３を形成することができる。
また、例えばＣＣＤの場合、通常、隣接する各光電変換部３（ここでは受光部）の間の半導体基板２上に、ゲート絶縁膜７を介してゲート電極６が形成される。このゲート電極６上に層間絶縁膜９を介して遮光膜８が形成される。このゲート電極６は、電極として使用される材料であれば特に限定されず、例えば多結晶シリコンやタングステンシリサイドなどが挙げられる。このゲート電極６の膜厚は特に限定されるものではなく、例えば３００〜６００ｎｍ程度が挙げられる。遮光膜８は、可視光および／または赤外光をほぼ完全に遮ることができる材料および膜厚であれば特に限定されるものではなく、例えば、タングステンシリサイドやチタンタングステンなどの金属膜、合金膜などからなる膜厚１００〜１，０００ｎｍ程度のものが挙げられる。
これらのゲート絶縁膜７および層間絶縁膜９は、通常、使用されている材料であれば特に限定されず、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によるプラズマＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｏｘｙ Ｓｉｌａｎｅ）膜、ＬＴＯ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅ）膜、ＨＴＯ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅ）膜、ＮＳＧ（Ｎｏｎｅ−Ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜またはスピンコート法により塗布形成したＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜、ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜などの単層膜またはこれらの積層膜などが挙げられる。
さらに、半導体基板２上には、光電変換部３（受光部）の上方に、ゲート電極６および遮光膜８と光電変換部３上のゲート絶縁膜７とによる凹凸に起因して、凹部を上面に持つ第１透明膜としての層間絶縁膜１０が形成される。但し、必ずしも凹部を有さず、透明な層間絶縁膜１０の表面が平滑であってもよい。この第１透明膜は、材料や膜厚などにもよるが、光の透過率が８０〜１００パーセント程度であることが好ましい。第１透明膜の材料としては、上記絶縁膜として例示したような単層膜または積層膜が挙げられ、特に、ＢＰＳＧ膜が好ましい。
これらのゲート絶縁膜７、層間絶縁膜９、ゲート電極６、遮光膜８および第１透明膜の層間絶縁膜１０は、スパッタリング法や、減圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法およびプラズマＣＶＤ法などの種々のＣＶＤ法、さらに、スピンコート法、真空蒸着法およびＥＢ法など、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。
この第１透明膜である層間絶縁膜１０の表面に層内レンズ１１を形成し、必要があれば、後に形成するカラーフィルタとの密着性をよくし、さらに下地を平坦化するために、一般的に熱硬化性アクリル樹脂など透明膜である平坦化膜を形成し、その上にカラーフィルタを形成してもよい。そのカラーフィルタ上または層内レンズ１１上に透明膜である平坦化膜１２を形成し、この平坦化膜１２上に、光電変換部３に対応させてマイクロレンズ１３を形成する。このように、層内レンズ１１と平坦化膜１２との間に、平坦化膜およびカラーフィルタ、さらに保護膜や層間絶縁膜などとして機能する１種または２種以上の膜を、任意の材料で任意の膜厚にて形成することができる。
このマイクロレンズ１３を形成する場合、露光マスクとしてマイクロレンズ１３のレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させた図４（ａ）で後述するフォトマスク２０を用いて、ポジ型の感光性レジスト材料のγ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるマイクロレンズ形成用材料を使用する。上記のようなフォトマスク２０自体の作製方法としては、前述したように特許文献３などで開示されている。このフォトマスク２０は、マイクロレンズ１３を形成する際の露光波長のｉ線の３６５ｎｍでは解像できない露光波長３６５ｎｍよりも微細なドットパターンからなっている。
また、ここで使用するマイクロレンズ形成用材料のγ曲線（照射光量に対する残膜厚）の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであることが必要である。この範囲を外れた材料、γ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で、例えばが−１７.７ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪのような材料であれば、照射光量の変化に対する残膜厚の変化が大き過ぎるために、図９に示すマイクロレンズ１３２のように、図１に示す表面形状がなだらかな所望の凸形状のマイクロレンズ１３を得ることができない。
図２は、ポジ型の感光性レジスト材料のγ曲線を示す図である。
図２には、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で、マイクロレンズ形成用材料のγ曲線（照射光量に対する残膜厚）の平均傾きが−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪのうちの−４．２ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪのγ曲線１を示している。このようなγ曲線１を持つマイクロレンズ形成用材料を使えば、レンズ表面形状がなだらかな所望の凸形状のマイクロレンズ１３を形成することができる。図２に示すように、残膜厚８００ｎｍの１０〜５０パーセントは残膜厚８０〜４００ｎｍで、γ曲線１に対応した領域１において照射光量は５５〜１３５ｃｍ２／ｍＪ程度である。また、ポジ型の感光性レジスト材料のγ曲線（照射光量に対する残膜厚）の平均傾きが、照射光量５５ｍＪ〜１３７ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるマイクロレンズ形成用材料であるということもできる。
一方、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で、マイクロレンズ形成用材料のγ曲線（照射光量に対する残膜厚）の平均傾きが−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪを外れた−１７．７ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪのγ曲線２の場合、残膜厚８００ｎｍの１０〜５０パーセントは残膜厚８０〜４００ｎｍで、γ曲線２に対応した領域２において照射光量は３０〜５０ｃｍ２／ｍＪ程度である。
したがって、γ曲線２に比べてγ曲線１の方が傾きがなだらかであって、残膜厚８０〜４００ｎｍを変化させるのに、γ曲線１では照射光量は５５〜１３７ｃｍ２／ｍＪ程度で、γ曲線２では照射光量は３０〜５０ｃｍ２／ｍＪ程度で、マイクロレンズ形成用材料の表面形状をより高精度に形成することができる。
残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で、マイクロレンズ形成用材料のγ曲線（照射光量に対する残膜厚）の平均傾きが−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪを外れると、図９に示すマイクロレンズ１３２のように、デバイスの要求性能に応じたレンズ表面形状がなだらかな所望の凸形状のマイクロレンズ１３を得ることができない。
より好ましくは、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で、マイクロレンズ形成用材料のγ曲線の平均傾きが−１５〜−２ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであり、更により好ましくは、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で、マイクロレンズ形成用材料のγ曲線の平均傾きが−１０〜−２ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪである。また、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で、マイクロレンズ形成用材料のγ曲線の平均傾きが−１５〜−３ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪとすることもできる。
以下に、本実施形態１のマイクロレンズ１３の形成方法の一例を含むＣＣＤ型の固体撮像素子１の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で挙げている材料や装置などは、通常の半導体装置の製造工程で用いられている材料や装置をそのまま使用することができ、ここではその材料や装置の詳細な説明については省略する。
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、図１のＣＣＤ型の固体撮像素子の製造方法を説明するための層内レンズ・平坦化膜形成工程までの各製造工程を模式的に示す縦断面図であり、図４（ａ）および図４（ｂ）は、図３（ｃ）の層内レンズ・平坦化膜形成工程に続くマイクロレンズ形成工程を模式的に示す縦断面図である。なお、ここではＣＣＤの１画素分の構成を示している。
まず、図３（ａ）の撮像素子形成工程に示すように、半導体基板１内に所定の不純物イオン注入などを行って、半導体基板２の表面側に、各画素毎に、光電変換部３、読み出しゲート部４、転送チャネル５およびチャネルストッパ１４をこの順にそれぞれ形成する。
次に、半導体基板１の表面側に、例えば熱酸化によりシリコン酸化膜などのゲート絶縁膜７を形成し、読み出しゲート部４および転送チャネル５上にゲート絶縁膜７を介して、ポリシリコン材料からなる所定パターンのゲート電極６（転送電極）を形成する。さらに、このゲート電極６上に、層間絶縁膜９を介して、ゲート電極６の端面側を被覆しかつ光電変換部３上に開口部８ａを有する遮光膜８を、例えば、タングステンシリサイドなどの金属材料により形成する。
さらに、図３（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜７および遮光膜８の凹凸部上を覆うようにＢＰＳＧ膜材料を常圧ＣＶＤ法により膜厚６００ｎｍに堆積する。この場合、ＢＰＳＧ膜中に含まれるリンおよびボロンの濃度と、後に行なわれるリフロー温度とを調節して、表面が平滑で、かつ、光電変換部２上に凹部を有するように設定してもよい。本実施形態１では、リンの濃度を４．２ｗｔ％（重量パーセント）、ボロンの濃度を３．８ｗｔ％（重量パーセント）に設定する。
これに続いて、リフロー温度を摂氏９５０度にして２０分間、熱処理を行ない、ゲート絶縁膜７および遮光膜８上に、光電変換部２上に凹部を有する透明なＢＰＳＧ膜の層間絶縁膜１０を形成する。
さらに、図３（ｃ）の層内レンズ・平坦化膜形成工程に示すように、ＮＨ３とＳｉＨ４に微量のＯ２を加えた反応ガスを使用して、この層間絶縁膜１０上に、Ｓｉ３Ｎ４膜を膜厚６００ｎｍの透明膜を成膜して、光電変換部３の上方にレンズ形状の凹部（下に凸形状）が位置するように高屈折率の透明膜からなる層内レンズ１１を形成する。さらに、この層内レンズ１１上に、表面を平坦化した透明膜としての平坦化膜１２を形成する。
その後、図４（ａ）のマイクロレンズ形成工程に示すように、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で、マイクロレンズ形成用材料のγ曲線（照射光量に対する残膜厚）の平均傾きが−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪのうちの−４．２ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪのγ曲線１であるようなポジ型フォトレジスト膜１３ａを上記平坦化膜１２上に塗布し、微細なドットパターン、ここでは露光後のサイズが６０ｎｍ□のドットパターンからなるフォトマスクを用いてｉ線露光装置で露光、現像してパターニングを行う。さらに、必要とあればできたレジストパターン全体を、紫外線照射装置によってｉ線を含む紫外線を１０秒間照射し、摂氏１５０度の熱処理により１分間、レジストパターン全体を乾燥して、図４（ｂ）に示すように、上に凸レンズ形状を有するマイクロレンズ１３を形成する。
このマイクロレンズ形成工程は、半導体装置の電子素子としての光電変換部３に対して集光可能とするマイクロレンズ１３を形成するマイクロレンズの形成方法において、照射光量に対する残膜厚を示す図４（ａ）のポジ型フォトレジスト膜１３ａ（ポジ型感光性レジスト材料）のγ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料を、露光マスクとしてレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスク２０を用いてレンズ表面形状を加工するものである。
以上により、本発明の実施形態１によれば、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内または照射光量５５ｍＪ〜１３７ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料を、マイクロレンズ１３を形成する際の露光波長では解像し得ない微細なドットパターンからなるフォトマスク２０を用いて加工する方法でレンズを形成するため、デバイスの要求性能に応じて、表面形状がなだらかな所望の凸レンズ形状を得ることができて集光効率を向上させることができる高品質でかつ高性能のマイクロレンズ１３を再現性よくかつ低コストで形成することができる。したがって、固体撮像素子１の小型化、高画素化が進むにつれて画素サイズが小さくなり、マイクロレンズ１３による集光時の無効領域の縮小が益々重要となっていくというニーズに応えられる高品質かつ無効領域のない高性能のマイクロレンズ１３を再現性よくかつ低コストで形成することができる。
なお、本実施形態１では、電子素子としてのＣＣＤ型の固体撮像素子１に本発明のマイクロレンズ１３を適用した例について説明したが、これに限らず、例えばＣＭＯＳ型の固体撮像素子を含む固体撮像装置や、電子素子としての液晶表示素子および受光素子および発光素子（光電変換部は、光―電気変換部および電気―光変換部を含む）などについても本発明のマイクロレンズに適用することができ、本実施形態１の場合と同様に、層内レンズ１１、平坦化膜１２、カラーフィルタ（図示せず）、保護膜（図示せず）およびマイクロレンズ１３の厚さなどとその形成条件などを適宜調整することによって、所望のレンズ形状のマイクロレンズを持つ半導体装置を得ることができる。
（実施形態２）
図５（ａ）は、本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１の固体撮像素子１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５（ａ）において、本実施形態２の電子情報機器８０は、上記実施形態１の固体撮像素子１からの撮像信号を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８１と、この固体撮像装置８１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８２と、この固体撮像装置８１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手段８３と、この固体撮像装置８１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手段８４と、この固体撮像装置８１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手段８５とを有している。なお、この電子情報機器８０として、これに限らず、固体撮像装置８１の他に、メモリ部８２と、表示手段８３と、通信手段８４と、プリンタなどの画像出力手段８５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
この電子情報機器８０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、テレビジョン電話装置、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。
したがって、本実施形態２によれば、この固体撮像装置８１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手段８５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８２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。
なお、上記実施形態２の電子情報機器８０に限らず、図５（ｂ）に示すように、本実施形態２の変形例の半導体装置としての発光素子および受光素子３０を情報記録再生部９１に用いたピックアップ装置などの電子情報機器９０であってもよい。この場合のピックアップ装置の光学素子としては、出射光を直進させて出射させると共に、入射光を曲げて所定方向に入射させる光学機能素子（例えばホログラム光学素子）または、発光素子からの光を出射させるレンズおよび受光素子に集光させるためのレンズである。また、ピックアップ装置の電子素子としては、光ディスク側に出射光を発生させるための発光素子（例えば半導体レーザ素子またはレーザチップ）および／または光ディスク側からの情報を含む入射光を受光するための受光素子（例えばフォトＩＣ）を有している。
本実施形態２の変形例の電子情報機器９０は、上記発光素子および受光素子３０の受光素子からの情報を含む出力信号を所定の信号処理をして再生情報を得る情報記録再生部９１と、この情報記録再生部９１からの再生情報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、この情報記録再生部９１からの再生情報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手段９３と、この情報記録再生部９１からの再生情報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手段９４と、この情報記録再生部９１からの再生情報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手段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、情報記録再生部９１の他に、メモリ部９２と、表示手段９３と、通信手段９４と、プリンタなどの画像出力手段９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
なお、上記実施形態１の半導体装置の製造方法では、特に説明しなかったが、半導体基板２内の所定領域に選択的に不純物イオン注入を行って、各画素毎に光電変換部３を形成する光電変換部形成工程と、光電変換部３からの信号電荷を転送するためのゲート電極６を、光電変換部３に隣接した半導体基板２の所定領域上にゲート絶縁膜７を介して形成するゲート電極形成工程と、ゲート電極６およびゲート絶縁膜７上に層間絶縁膜１０を介して平坦化膜１２を形成する平坦化膜形成工程と、平坦化膜１２上にマイクロレンズ１３を形成するレンズ形成工程とを有していてもよく、デバイスの要求性能に応じて、表面形状がなだらかな所望の凸レンズ形状を得ることができて集光効率を向上させることができる高品質でかつ高性能のマイクロレンズを再現性よくかつ低コストで形成することができる本発明の目的を達成することができる。
この場合、レンズ形成工程は、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料に、露光マスクとしてレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスクを用いてレンズ表面形状を加工するものであってもよく、または、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、照射光量５５ｍＪ〜１３７ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料に、露光マスクとしてレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスクを用いてレンズ表面形状を加工するものであってもよい。上記実施形態１の半導体装置の製造方法は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が配設されたＣＭＯＳ型固体撮像素子を製造するものであっても、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が配設されたＣＣＤ型固体撮像素子を製造するものであってもよい。
なお、上記実施形態１の半導体装置の製造方法を、更に詳細に説明すると、半導体基板２内の所定領域に選択的に不純物イオン注入を行って、各画素毎に光電変換部３、読み出しゲート部４、転送チャネル部５およびチャネルストッパ１４をこの順隣接してそれぞれ形成する拡散領域形成工程と、光電変換部３からの信号電荷を、読み出しゲート部４を介して転送チャネル部５に読み出して電荷転送するためのゲート電極６を、読み出しゲート部４および転送チャネル部５上にゲート絶縁膜７を介して形成するゲート電極形成工程と、ゲート電極６上に層間絶縁膜９を介して、ゲート電極６の端面側を被覆しかつ光電変換部３上方に開口部８ａを有する遮光膜８を形成する遮光膜形成工程と、ゲート絶縁膜７および遮光膜８上に層間絶縁膜１０を介して平坦化膜１２を形成する平坦化膜形成工程と、平坦化膜１２上にマイクロレンズ１３を形成するレンズ形成工程とを有している。
この場合、レンズ形成工程は、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料に、露光マスクとしてレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスクを用いてレンズ表面形状を加工するものであってもよく、または、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、照射光量５５ｍＪ〜１３７ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料に、露光マスクとしてレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスクを用いてレンズ表面形状を加工するものであってもよい。この半導体装置の製造方法は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が配設されたＣＣＤ型固体撮像素子を製造するものである。
なお、上記実施形態１では、上記平坦化膜形成工程における層間絶縁膜１０と平坦化膜１２との間に層内レンズ１１を形成する層内レンズ形成工程を有する場合について説明したが、これに限らず、上記平坦化膜形成工程における層間絶縁膜１０の表面を平坦化した後に、平坦化した表面に上に凸状の層内レンズ１１を形成する層内レンズ形成工程を有していてもよい。
この場合、層内レンズ形成工程は、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪである層内レンズ形成用材料に、露光マスクとしてレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスクを用いて層内レンズ表面形状を加工するものであってもよく、または、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、照射光量５５ｍＪ〜１３７ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪである層内レンズ形成用材料に、露光マスクとして層内レンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスクを用いてレンズ表面形状を加工するものであってもよい。
また、平坦化膜１２とマイクロレンズ１３との間に、画素毎に所定の色配列されたカラーフィルタおよびその上の平坦化膜を形成するカラーフィルタ形成工程を更に有していてもよい。
以上のように、本発明の好ましい実施形態１、２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、２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、２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。
本発明は、光を電気信号に変換したりまたは／および電気信号を光に変換する光電変換部に対応した位置にマイクロレンズを形成するマイクロレンズの形成方法、このマイクロレンズの形成方法により形成したマイクロレンズが用いられ、画像光を光電変換して撮像する複数の受光部で構成された固体撮像素子や、発光部およびの受光部などの半導体装置の製造方法、この半導体装置の製造方法により製造された半導体装置として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、監視カメラや車載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または、この半導体装置としての発光部および受光部を情報記録再生部に用いたピックアップ装置などの電子情報機器の分野において、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内または照射光量５５ｍＪ〜１３７ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料を、マイクロレンズ１３を形成する際の露光波長では解像し得ない微細なドットパターンからなるフォトマスクを用いて加工する方法でレンズを形成するため、デバイスの要求性能に応じて、表面形状がなだらかな所望の凸レンズ形状を得ることができて集光効率を向上させることができる高品質でかつ高性能のマイクロレンズ１３を再現性よくかつ低コストで形成することができる。
１ 固体撮像素子
２ 半導体基板
３ 光電変換部
４ 読み出しゲート部
５ 転送チャネル
６ ゲート電極
７ ゲート絶縁膜
８ 遮光膜
９ 層間絶縁膜
１０ 層間絶縁膜（第１透明膜）
１１ 層内レンズ（第２透明膜）
１２ 平坦化膜（第３透明膜）
１３ マイクロレンズ
１３ａ ポジ型フォトレジスト材料膜
１４ チャネルストッパ
２０ フォトマスク
３０ 発光素子および受光素子
８０、９０ 電子情報機器
８１ 固体撮像装置
８２、９２ メモリ部
８３、９３ 表示手段
８４、９４ 通信手段
８５、９５ 画像出力手段
９１ 情報記録再生部

Claims (15)

  1. 半導体装置を構成する複数の光電変換部に対してそれぞれ集光可能とするレンズを形成するレンズの形成方法において、熱流動による表面張力のレンズ表面形状に比べてなだらかなレンズ表面形状を得るように、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、残膜率１０〜５０パーセントの範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料に、露光マスクとしてレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスクを用いて露光して該レンズ形成用材料の表面を当該レンズ表面形状に形成するレンズ形成工程を有し、
    該フォトマスクは、レンズを形成する際の露光波長では解像できない該露光波長よりも微細なドットパターンからなっているレンズの形成方法。
  2. 半導体装置を構成する複数の光電変換部に対してそれぞれ集光可能とするレンズを形成するレンズの形成方法において、熱流動による表面張力のレンズ表面形状に比べてなだらかなレンズ表面形状を得るように、照射光量に対する残膜厚を示すγ曲線の平均傾きが、照射光量５５ｍＪ〜１３７ｍＪ／ｃｍ２の範囲内で−１５〜−０．８ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料に、露光マスクとしてレンズ表面形状に対応して光透過率を変化させたフォトマスクを用いて露光して該レンズ形成用材料の表面を当該レンズ表面形状に形成するレンズ形成工程を有し、
    該フォトマスクは、レンズを形成する際の露光波長では解像できない該露光波長よりも微細なドットパターンからなっているレンズの形成方法。
  3. 前記γ曲線の平均傾きが−１５〜−２ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料を用いる請求項１または２に記載のマイクロレンズの形成方法。
  4. 前記γ曲線の平均傾きが−１０〜−２ｎｍ・ｃｍ２／ｍＪであるレンズ形成用材料を用いる請求項１または２に記載のマイクロレンズの形成方法。
  5. 前記露光波長は、レンズを形成する際のｉ線露光波長３６５ｎｍである請求項１または２に記載のレンズの形成方法。
  6. 半導体基板内の所定領域に選択的に不純物イオン注入を行って、各画素毎に光電変換部を形成する光電変換部形成工程と、
    該光電変換部からの信号電荷を転送するためのゲート電極を、該光電変換部に隣接した半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成するゲート電極形成工程と、
    該ゲート電極および該ゲート絶縁膜上に層間絶縁膜を介して平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、
    該平坦化膜上に前記レンズを形成する請求項１または２に記載のレンズの形成方法におけるレンズ形成工程とを有する半導体装置の製造方法。
  7. 半導体基板内の所定領域に選択的に不純物イオン注入を行って、各画素毎に光電変換部、読み出しゲート部、転送チャネル部およびチャネルストッパ部をこの順隣接してそれぞれ形成する拡散領域形成工程と、
    該光電変換部からの信号電荷を、該読み出しゲート部を介して転送チャネル部に読み出して電荷転送するためのゲート電極を、該読み出しゲート部および該転送チャネル部上にゲート絶縁膜を介して形成するゲート電極形成工程と、
    該ゲート電極上に層間絶縁膜を介して、該ゲート電極の端面側を被覆しかつ該光電変換部上方に開口部を有する遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、
    該ゲート絶縁膜および該遮光膜上に層間絶縁膜を介して平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、
    該平坦化膜上に前記レンズを形成する請求項１または２に記載のレンズの形成方法におけるレンズ形成工程とを有する半導体装置の製造方法。
  8. 前記平坦化膜形成工程における前記層間絶縁膜と前記平坦化膜との間に層内レンズを形成する層内レンズ形成工程を更に有する請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記平坦化膜形成工程における前記層間絶縁膜の表面を平坦化した後に、該平坦化した表面に前記層内レンズを形成する請求項１または２に記載のレンズの形成方法におけるレンズ形成工程を層内レンズ形成工程として更に有する請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記平坦化膜と前記レンズとの間に、画素毎に所定の色配列されたカラーフィルタおよびその上の平坦化膜を形成するカラーフィルタ形成工程を更に有する請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が配設されたＣＭＯＳ型固体撮像素子を製造する請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が配設されたＣＣＤ型固体撮像素子を製造する請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 出射光を発生させるための発光素子および入射光を受光するための受光素子を製造する請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 請求項１１または１２に記載の半導体装置の製造方法により製造された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。
  15. 請求項１３に記載の半導体装置の製造方法により製造された発光素子および受光素子を情報記録再生部に用いた電子情報機器。
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