JP2000164837A - 層内レンズの形成方法 - Google Patents
層内レンズの形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レンズの焦点距離を所望の距離に広範囲で調
節することを可能にする層内レンズの形成方法を提供す
る。 【解決手段】 層内レンズ材料の層１５上にレンズ形状
のレジスト１６によるマスクを形成し、エッチバックし
てマスク１６のレンズ形状を層内レンズ材料の層１５に
転写して層内レンズ７を形成する際に、レジスト１６の
層内レンズ材料１５に対するエッチング選択比を１より
大きくしてレジスト１６の厚さより薄い層内７レンズを
形成する。または、レジスト１６の層内レンズ材料１５
に対するエッチング選択比を１より小さくしてレジスト
１６の厚さより厚い層内レンズ７を形成する。
節することを可能にする層内レンズの形成方法を提供す
る。 【解決手段】 層内レンズ材料の層１５上にレンズ形状
のレジスト１６によるマスクを形成し、エッチバックし
てマスク１６のレンズ形状を層内レンズ材料の層１５に
転写して層内レンズ７を形成する際に、レジスト１６の
層内レンズ材料１５に対するエッチング選択比を１より
大きくしてレジスト１６の厚さより薄い層内７レンズを
形成する。または、レジスト１６の層内レンズ材料１５
に対するエッチング選択比を１より小さくしてレジスト
１６の厚さより厚い層内レンズ７を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば固体撮像素
子や液晶表示素子等の素子の内部に用いて好適な層内レ
ンズの形成方法に係わる。
子や液晶表示素子等の素子の内部に用いて好適な層内レ
ンズの形成方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像素子においては、画素の微細化
に伴い感度を向上させる必要が生じ、従来のカラーフィ
ルタ上のレンズ（オンチップレンズ）のみでは、充分な
感度向上が図れなくなってきている。そこで、カラーフ
ィルターとセンサの半導体部との間の積層構造の内部に
もレンズを形成する、いわゆる層内レンズという技術が
併用して用いられている。
に伴い感度を向上させる必要が生じ、従来のカラーフィ
ルタ上のレンズ（オンチップレンズ）のみでは、充分な
感度向上が図れなくなってきている。そこで、カラーフ
ィルターとセンサの半導体部との間の積層構造の内部に
もレンズを形成する、いわゆる層内レンズという技術が
併用して用いられている。
【０００３】そして、上述の層内レンズの形成方法の１
つとして、層内レンズの材料層とレジストとの積層膜を
ドライエッチングする方法がある。これは、層内レンズ
の材料層を成膜した後、その上に積層したレジストをレ
ンズ形状にパターニングし、その後ドライエッチングに
よりレジストのレンズ形状を層内レンズの材料層に転写
する方法である。
つとして、層内レンズの材料層とレジストとの積層膜を
ドライエッチングする方法がある。これは、層内レンズ
の材料層を成膜した後、その上に積層したレジストをレ
ンズ形状にパターニングし、その後ドライエッチングに
よりレジストのレンズ形状を層内レンズの材料層に転写
する方法である。
【０００４】従来は、ドライエッチングの際に、上層の
レジストのレンズ形状のレンズ厚を正確に転写させるた
めに、レジストと層内レンズ材料とのエッチング選択比
が１になるように設定していた。
レジストのレンズ形状のレンズ厚を正確に転写させるた
めに、レジストと層内レンズ材料とのエッチング選択比
が１になるように設定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにエッチング選択比を１に設定していると、層内レン
ズの厚さが、レジストの厚さ限界の範囲内に制限されて
しまう。レジストの厚さ限界は、例えば良好に成膜でき
る薄さの限界や、曲面のレンズ形状を正しく形成できる
限界、露光による現像が可能な厚さの限界等の条件によ
り規定される。
うにエッチング選択比を１に設定していると、層内レン
ズの厚さが、レジストの厚さ限界の範囲内に制限されて
しまう。レジストの厚さ限界は、例えば良好に成膜でき
る薄さの限界や、曲面のレンズ形状を正しく形成できる
限界、露光による現像が可能な厚さの限界等の条件によ
り規定される。
【０００６】従って、レンズの焦点距離を所望の距離に
調節する等の目的で層内レンズの厚さをレジストの厚さ
限界の範囲外にしたい場合、実際に層内レンズを形成す
ることが不可能であった。
調節する等の目的で層内レンズの厚さをレジストの厚さ
限界の範囲外にしたい場合、実際に層内レンズを形成す
ることが不可能であった。
【０００７】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、レンズの焦点距離を所望の距離に広範囲で調節
することを可能にする層内レンズの形成方法を提供する
ものである。
いては、レンズの焦点距離を所望の距離に広範囲で調節
することを可能にする層内レンズの形成方法を提供する
ものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の層内レンズの形
成方法は、層内レンズ材料の層上にレンズ形状のレジス
トによるマスクを形成し、エッチバックしてマスクのレ
ンズ形状を層内レンズ材料の層に転写して層内レンズを
形成する際に、レジストの層内レンズ材料に対するエッ
チング選択比を１より大きくしてレジストの厚さより薄
い層内レンズを形成するものである。
成方法は、層内レンズ材料の層上にレンズ形状のレジス
トによるマスクを形成し、エッチバックしてマスクのレ
ンズ形状を層内レンズ材料の層に転写して層内レンズを
形成する際に、レジストの層内レンズ材料に対するエッ
チング選択比を１より大きくしてレジストの厚さより薄
い層内レンズを形成するものである。
【０００９】本発明の層内レンズの形成方法は、層内レ
ンズ材料の層上にレンズ形状のレジストによるマスクを
形成し、エッチバックしてマスクのレンズ形状を層内レ
ンズ材料の層に転写して層内レンズを形成する際に、レ
ジストの層内レンズ材料に対するエッチング選択比を１
より小さくしてレジストの厚さより厚い層内レンズを形
成するものである。
ンズ材料の層上にレンズ形状のレジストによるマスクを
形成し、エッチバックしてマスクのレンズ形状を層内レ
ンズ材料の層に転写して層内レンズを形成する際に、レ
ジストの層内レンズ材料に対するエッチング選択比を１
より小さくしてレジストの厚さより厚い層内レンズを形
成するものである。
【００１０】上述の本発明方法によれば、レジストの層
内レンズ材料に対するエッチング選択比を１より大きく
してレジストの厚さより薄い層内レンズを形成すること
により、レジストの厚さの最小限界より薄い層内レンズ
を形成することが可能になる。
内レンズ材料に対するエッチング選択比を１より大きく
してレジストの厚さより薄い層内レンズを形成すること
により、レジストの厚さの最小限界より薄い層内レンズ
を形成することが可能になる。
【００１１】同様に、上記エッチング選択比を１より小
さくしてレジストの厚さより厚い層内レンズを形成する
ことによりレジストの厚さの最大限界より厚い層内レン
ズを形成することが可能になる。
さくしてレジストの厚さより厚い層内レンズを形成する
ことによりレジストの厚さの最大限界より厚い層内レン
ズを形成することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明は、層内レンズ材料の層上
にレンズ形状のレジストによるマスクを形成し、エッチ
バックしてマスクのレンズ形状を層内レンズ材料の層に
転写して層内レンズを形成する際に、レジストの層内レ
ンズ材料に対するエッチング選択比を１より大きくして
レジストの厚さより薄い層内レンズを形成する層内レン
ズの形成方法である。
にレンズ形状のレジストによるマスクを形成し、エッチ
バックしてマスクのレンズ形状を層内レンズ材料の層に
転写して層内レンズを形成する際に、レジストの層内レ
ンズ材料に対するエッチング選択比を１より大きくして
レジストの厚さより薄い層内レンズを形成する層内レン
ズの形成方法である。
【００１３】また本発明は、上記層内レンズの形成方法
において、凹部を形成する工程と、この凹部を埋めるよ
うに層内レンズ材料の層を形成する工程とを行い、その
後層内レンズ材料の層上にレンズ形状のレジストによる
マスクを形成する工程を行う。
において、凹部を形成する工程と、この凹部を埋めるよ
うに層内レンズ材料の層を形成する工程とを行い、その
後層内レンズ材料の層上にレンズ形状のレジストによる
マスクを形成する工程を行う。
【００１４】また本発明は、上記層内レンズの形成方法
において、層内レンズ材料の層を形成する工程の後に、
層内レンズ材料の層の表面を平坦化する工程と、さらに
その上に層内レンズ材料の層を積層形成する工程とを行
って、その後積層形成した層内レンズ材料の層上にレン
ズ形状のレジストによるマスクを形成する。
において、層内レンズ材料の層を形成する工程の後に、
層内レンズ材料の層の表面を平坦化する工程と、さらに
その上に層内レンズ材料の層を積層形成する工程とを行
って、その後積層形成した層内レンズ材料の層上にレン
ズ形状のレジストによるマスクを形成する。
【００１５】本発明は、層内レンズ材料の層上にレンズ
形状のレジストによるマスクを形成し、エッチバックし
てマスクのレンズ形状を層内レンズ材料の層に転写して
層内レンズを形成する際に、レジストの層内レンズ材料
に対するエッチング選択比を１より小さくしてレジスト
の厚さより厚い層内レンズを形成する層内レンズの形成
方法である。
形状のレジストによるマスクを形成し、エッチバックし
てマスクのレンズ形状を層内レンズ材料の層に転写して
層内レンズを形成する際に、レジストの層内レンズ材料
に対するエッチング選択比を１より小さくしてレジスト
の厚さより厚い層内レンズを形成する層内レンズの形成
方法である。
【００１６】また本発明は、上記層内レンズの形成方法
において、凹部を形成する工程と、この凹部を埋めるよ
うに層内レンズ材料の層を形成する工程とを行い、その
後層内レンズ材料の層上にレンズ形状のレジストによる
マスクを形成する工程を行う。
において、凹部を形成する工程と、この凹部を埋めるよ
うに層内レンズ材料の層を形成する工程とを行い、その
後層内レンズ材料の層上にレンズ形状のレジストによる
マスクを形成する工程を行う。
【００１７】また本発明は、上記層内レンズの形成方法
において、層内レンズ材料の層を形成する工程の後に、
層内レンズ材料の層の表面を平坦化する工程と、さらに
その上に層内レンズ材料の層を積層形成する工程とを行
って、その後積層形成した層内レンズ材料の層上にレン
ズ形状のレジストによるマスクを形成する。
において、層内レンズ材料の層を形成する工程の後に、
層内レンズ材料の層の表面を平坦化する工程と、さらに
その上に層内レンズ材料の層を積層形成する工程とを行
って、その後積層形成した層内レンズ材料の層上にレン
ズ形状のレジストによるマスクを形成する。
【００１８】図１は本発明の層内レンズの形成方法に供
するＣＣＤ固体撮像素子の一素子の概略断面図を示す。
このＣＣＤ固体撮像素子１は、半導体基体（半導体部）
１１内にセンサ（受光部）１２、読み出しゲート部１
３、ＣＣＤ転送チャネル１４が形成され、受光部１２以
外の半導体部１１即ち読み出しゲート部１３及びＣＣＤ
転送チャネル１４上に絶縁膜２を介して転送電極３が形
成されている。転送電極３上には層間絶縁膜４を介して
遮光膜５が形成され、この遮光膜５は転送電極３への光
の入射を防止する。また、遮光膜５には受光部１２上に
開口が設けられて、受光部１２に光が入射するようにし
ている。
するＣＣＤ固体撮像素子の一素子の概略断面図を示す。
このＣＣＤ固体撮像素子１は、半導体基体（半導体部）
１１内にセンサ（受光部）１２、読み出しゲート部１
３、ＣＣＤ転送チャネル１４が形成され、受光部１２以
外の半導体部１１即ち読み出しゲート部１３及びＣＣＤ
転送チャネル１４上に絶縁膜２を介して転送電極３が形
成されている。転送電極３上には層間絶縁膜４を介して
遮光膜５が形成され、この遮光膜５は転送電極３への光
の入射を防止する。また、遮光膜５には受光部１２上に
開口が設けられて、受光部１２に光が入射するようにし
ている。
【００１９】そして、遮光膜５を覆って、例えばＢＰＳ
Ｇ（ボロンリンシリケートガラス）膜等のリフロー膜或
いはＨＤＰ（高密度プラズマ）ＣＶＤ膜による第１平坦
化層６が形成されている。この第１平坦化層６は、遮光
膜５による段差に対して表面を平坦化させる層である。
Ｇ（ボロンリンシリケートガラス）膜等のリフロー膜或
いはＨＤＰ（高密度プラズマ）ＣＶＤ膜による第１平坦
化層６が形成されている。この第１平坦化層６は、遮光
膜５による段差に対して表面を平坦化させる層である。
【００２０】さらに、受光部１２の上方の第１平坦化層
６上に、例えばプラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜（屈折率
ｎ＝１．９〜２．０）等の高屈折率材料により上面が曲
面による凸部となった層内レンズ７が形成されている。
６上に、例えばプラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜（屈折率
ｎ＝１．９〜２．０）等の高屈折率材料により上面が曲
面による凸部となった層内レンズ７が形成されている。
【００２１】層内レンズ７上には、例えばアクリル系樹
脂膜（屈折率ｎ＝１．３〜１．４）等から成る第２平坦
化層８が形成され、この第２平坦化層８を形成すること
により表面が平坦化され、その上にカラーフィルタ９が
形成されている。さらにカラーフィルタ９上にはいわゆ
るオンチップレンズとされたマイクロレンズ１０が形成
されている。
脂膜（屈折率ｎ＝１．３〜１．４）等から成る第２平坦
化層８が形成され、この第２平坦化層８を形成すること
により表面が平坦化され、その上にカラーフィルタ９が
形成されている。さらにカラーフィルタ９上にはいわゆ
るオンチップレンズとされたマイクロレンズ１０が形成
されている。
【００２２】この場合、層内レンズ７表面即ち層内レン
ズ（高屈折率層）７と第２平坦化層８との２層の境界面
に入射した光が受光部１２上に集光するように、下地の
層間内レンズ７の材料の屈折率は、上層の第２平坦化層
８の材料の屈折率より大きくなるようにする。
ズ（高屈折率層）７と第２平坦化層８との２層の境界面
に入射した光が受光部１２上に集光するように、下地の
層間内レンズ７の材料の屈折率は、上層の第２平坦化層
８の材料の屈折率より大きくなるようにする。
【００２３】このように、マイクロレンズ１０によるオ
ンチップレンズの下に層内レンズ７を設けることによ
り、入射光を２段階で集光して、より多くの光を受光部
１２に入射させることができる。従って、オンチップレ
ンズのみを形成した場合と比較して、ＣＣＤ固体撮像素
子の感度を向上させることができるものである。
ンチップレンズの下に層内レンズ７を設けることによ
り、入射光を２段階で集光して、より多くの光を受光部
１２に入射させることができる。従って、オンチップレ
ンズのみを形成した場合と比較して、ＣＣＤ固体撮像素
子の感度を向上させることができるものである。
【００２４】次に、本発明の層内レンズの形成方法の一
実施の形態として、図１に示したＣＣＤ固体撮像素子１
の製造工程を図２〜図３に示す。
実施の形態として、図１に示したＣＣＤ固体撮像素子１
の製造工程を図２〜図３に示す。
【００２５】まず、図２Ａに示すように、半導体部１１
内に所要の不純物のイオン注入等を行って、受光部１
２、読み出しゲート部１３、ＣＣＤ転送チャネル（転送
部）１４をそれぞれ形成した後に、表面に絶縁膜２を介
して所定のパターンに転送電極３を形成し、層間絶縁膜
４を介してこの転送電極３を覆って遮光膜５を形成す
る。そして、遮光膜５が受光部１２上に開口を有するよ
うにパターニングする。
内に所要の不純物のイオン注入等を行って、受光部１
２、読み出しゲート部１３、ＣＣＤ転送チャネル（転送
部）１４をそれぞれ形成した後に、表面に絶縁膜２を介
して所定のパターンに転送電極３を形成し、層間絶縁膜
４を介してこの転送電極３を覆って遮光膜５を形成す
る。そして、遮光膜５が受光部１２上に開口を有するよ
うにパターニングする。
【００２６】次に、図２Ｂに示すように、遮光膜５上
に、リフローにより形成した膜例えばＢＰＳＧ膜やＨＤ
Ｐ（高密度プラズマ）ＣＶＤ法によって形成した膜によ
り第１平坦化層６を形成し、表面の平坦化を行う。
に、リフローにより形成した膜例えばＢＰＳＧ膜やＨＤ
Ｐ（高密度プラズマ）ＣＶＤ法によって形成した膜によ
り第１平坦化層６を形成し、表面の平坦化を行う。
【００２７】ＢＰＳＧ膜は、ＢＰＳＧの組成やリフロー
温度を規定することにより、リフロー後に平坦な表面を
有するようにすることができる。
温度を規定することにより、リフロー後に平坦な表面を
有するようにすることができる。
【００２８】このとき、第１平坦化層６の材料に用いら
れる平坦化の方法に対応して、遮光膜５となる材料を選
択して、遮光膜５を形成しておくようにする。例えば、
平坦化のために高温でのリフローが必要な場合には、遮
光膜５に高融点金属例えばタングステン、タングステン
シリサイド、モリブデン、チタン等を形成する。
れる平坦化の方法に対応して、遮光膜５となる材料を選
択して、遮光膜５を形成しておくようにする。例えば、
平坦化のために高温でのリフローが必要な場合には、遮
光膜５に高融点金属例えばタングステン、タングステン
シリサイド、モリブデン、チタン等を形成する。
【００２９】一方、第１平坦化層６にＨＤＰＣＶＤ膜を
使用する場合には、低温で第１平坦化層６を形成するこ
とができるので、遮光膜５はアルミニウム膜等でも構わ
ない。
使用する場合には、低温で第１平坦化層６を形成するこ
とができるので、遮光膜５はアルミニウム膜等でも構わ
ない。
【００３０】次に、図示しないが周辺部の配線を形成し
た後、配線を覆って全体に、図２Ｃに示すように層内レ
ンズ７となる高屈折率の層内レンズ材料の層１５、例え
ばプラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜を０．５〜２．０μｍ
の厚さに形成する。
た後、配線を覆って全体に、図２Ｃに示すように層内レ
ンズ７となる高屈折率の層内レンズ材料の層１５、例え
ばプラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜を０．５〜２．０μｍ
の厚さに形成する。
【００３１】ここで、層内レンズ７の屈折率を１．９〜
２．０とする場合には、層内レンズ材料の層１５として
プラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜を形成する。また、層内
レンズ７の屈折率を１．５〜１．９とする場合には、層
内レンズ材料の層１５としてプラズマＣＶＤによるＳｉ
ＯＮ膜を形成する。
２．０とする場合には、層内レンズ材料の層１５として
プラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜を形成する。また、層内
レンズ７の屈折率を１．５〜１．９とする場合には、層
内レンズ材料の層１５としてプラズマＣＶＤによるＳｉ
ＯＮ膜を形成する。
【００３２】次に、図３Ｄに示すように、レンズ材料層
１５の上にレジスト１６を塗布し、レジスト１６に対し
て所望の層内レンズ７を得るためのパターニングを行
う。さらにレンズ形状を得るために、パターニングした
レジスト１６に対して例えば１４０〜１８０℃でリフロ
ーを行う。
１５の上にレジスト１６を塗布し、レジスト１６に対し
て所望の層内レンズ７を得るためのパターニングを行
う。さらにレンズ形状を得るために、パターニングした
レジスト１６に対して例えば１４０〜１８０℃でリフロ
ーを行う。
【００３３】このレジスト１６には、酸素によりドライ
エッチングが可能である樹脂、例えばノボラック系樹脂
等を用いることができる。
エッチングが可能である樹脂、例えばノボラック系樹脂
等を用いることができる。
【００３４】次に、図３Ｅに示すように、ドライエッチ
ングにより、レジスト１６のレンズ形状をレンズ材料層
１５に転写して層内レンズ７を形成する。
ングにより、レジスト１６のレンズ形状をレンズ材料層
１５に転写して層内レンズ７を形成する。
【００３５】その後は、層内レンズ７を覆って第２平坦
化層８を形成して表面を平坦化した後、カラーフィルタ
９及びマイクロレンズ１０を順次形成して、図１に示し
たＣＣＤ固体撮像素子１を形成することができる。
化層８を形成して表面を平坦化した後、カラーフィルタ
９及びマイクロレンズ１０を順次形成して、図１に示し
たＣＣＤ固体撮像素子１を形成することができる。
【００３６】そして、本発明においては、特に上述の図
３Ｄ〜図３Ｅに示したドライエッチングの際に、レジス
ト１６と層内レンズ７の材料とのエッチング選択比を１
以外の値に変更することにより、凸型の層内レンズ７を
任意の厚さに形成することを可能にする。
３Ｄ〜図３Ｅに示したドライエッチングの際に、レジス
ト１６と層内レンズ７の材料とのエッチング選択比を１
以外の値に変更することにより、凸型の層内レンズ７を
任意の厚さに形成することを可能にする。
【００３７】このとき、ドライエッチング装置及びドラ
イエッチングの条件は、例えばマイクロ波プラズマエッ
チング装置を用いて、プロセスガス（エッチングガス）
としてＳＦ6 及び酸素を混合したガスを用いる。また、
このとき例えばＲＦ（高調波）出力は２０〜１００Ｗ、
マイクロ波の出力は１０００〜２０００Ｗ、圧力は０．
５〜２Ｐａとする。
イエッチングの条件は、例えばマイクロ波プラズマエッ
チング装置を用いて、プロセスガス（エッチングガス）
としてＳＦ6 及び酸素を混合したガスを用いる。また、
このとき例えばＲＦ（高調波）出力は２０〜１００Ｗ、
マイクロ波の出力は１０００〜２０００Ｗ、圧力は０．
５〜２Ｐａとする。
【００３８】このようにＳＦ6 と酸素の混合ガスをエッ
チングガスとして用いる場合には、エッチングガスの混
合比を変更することにより、レジスト１６と層内レンズ
７の材料とのエッチング選択比を変えることができる。
チングガスとして用いる場合には、エッチングガスの混
合比を変更することにより、レジスト１６と層内レンズ
７の材料とのエッチング選択比を変えることができる。
【００３９】次に、本発明の層内レンズの形成方法の具
体的な実施の形態として、図３Ｄ及び図３Ｅに示したド
ライエッチング工程の詳細の２つの形態を、図４と図５
にそれぞれ示す。
体的な実施の形態として、図３Ｄ及び図３Ｅに示したド
ライエッチング工程の詳細の２つの形態を、図４と図５
にそれぞれ示す。
【００４０】まず、上述の混合ガス中の酸素の比率が多
いと、レジスト１６の方がエッチング速度が速く、レジ
スト１６の層内レンズ７の材料に対するエッチング選択
比が１より大きくなるので、図４Ａ及び図４Ｂに示すよ
うに、レンズ形状のレジスト１６の厚さと比較して薄い
層内レンズ７が形成される。
いと、レジスト１６の方がエッチング速度が速く、レジ
スト１６の層内レンズ７の材料に対するエッチング選択
比が１より大きくなるので、図４Ａ及び図４Ｂに示すよ
うに、レンズ形状のレジスト１６の厚さと比較して薄い
層内レンズ７が形成される。
【００４１】一方、酸素の比率が少ないと、レジスト１
６の方がエッチング速度が遅く、レジスト１６の層内レ
ンズ７の材料に対するエッチング選択比が１より小さく
なるので、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、レンズ形状
のレジスト１６の厚さと比較して 厚い層内レンズ７が
形成される。
６の方がエッチング速度が遅く、レジスト１６の層内レ
ンズ７の材料に対するエッチング選択比が１より小さく
なるので、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、レンズ形状
のレジスト１６の厚さと比較して 厚い層内レンズ７が
形成される。
【００４２】そして、ＳＦ6 と酸素との混合比を２対１
〜１対２の間で変化させることにより、レジスト１６の
層内レンズ７の材料に対するエッチング選択比を０．５
〜２．０の間で変化させることができる。
〜１対２の間で変化させることにより、レジスト１６の
層内レンズ７の材料に対するエッチング選択比を０．５
〜２．０の間で変化させることができる。
【００４３】レジスト１６の厚さの限界が例えば０．６
〜２．５μｍの範囲である場合に、従来のようにエッチ
ング選択比が１．０のままであると、ドライエッチング
で得られる凸型の層内レンズ７の厚さは０．６〜２．５
μｍの範囲内しか形成できない。
〜２．５μｍの範囲である場合に、従来のようにエッチ
ング選択比が１．０のままであると、ドライエッチング
で得られる凸型の層内レンズ７の厚さは０．６〜２．５
μｍの範囲内しか形成できない。
【００４４】これに対して、上述の方法により、エッチ
ング選択比が０．５〜２．０の範囲で可変となれば、凸
型の層内レンズ７の厚さを０．３〜５．０μｍの範囲で
形成することができるようになる。
ング選択比が０．５〜２．０の範囲で可変となれば、凸
型の層内レンズ７の厚さを０．３〜５．０μｍの範囲で
形成することができるようになる。
【００４５】エッチング装置には、その他平行平板ＲＩ
Ｅ（反応性イオンエッチング）装置や高圧狭ギャップ型
プラズマエッチング装置、ＥＣＲ（電子サイクロトロン
共鳴）型エッチング装置、マグネトロンＲＩＥ装置、そ
の他の高密度プラズマ型エッチング装置（例えばＴＣＰ
（遷移結合型プラズマ），ＩＣＰ（誘導結合型プラズ
マ），ＨＤＰ（高密度プラズマ），ヘリコン（ヘリコン
波により放電したプラズマ）等のプラズマを利用したエ
ッチング装置）を用いてもよい。
Ｅ（反応性イオンエッチング）装置や高圧狭ギャップ型
プラズマエッチング装置、ＥＣＲ（電子サイクロトロン
共鳴）型エッチング装置、マグネトロンＲＩＥ装置、そ
の他の高密度プラズマ型エッチング装置（例えばＴＣＰ
（遷移結合型プラズマ），ＩＣＰ（誘導結合型プラズ
マ），ＨＤＰ（高密度プラズマ），ヘリコン（ヘリコン
波により放電したプラズマ）等のプラズマを利用したエ
ッチング装置）を用いてもよい。
【００４６】また、エッチングガスは、ＳＦ6 に代えて
ＣＦ4 ，Ｃ2 Ｆ6 ，Ｃ3 Ｆ8 ，Ｃ4Ｆ8 ，ＣＨＦ3 ，Ｃ
Ｈ2 Ｆ2 等のフロン系ガスや、Ｃｌ2 ，ＨＣｌ，ＨＢ
ｒ，ＢＣｌ等のハロゲン系を用いて酸素との混合ガスを
作製してもよい。
ＣＦ4 ，Ｃ2 Ｆ6 ，Ｃ3 Ｆ8 ，Ｃ4Ｆ8 ，ＣＨＦ3 ，Ｃ
Ｈ2 Ｆ2 等のフロン系ガスや、Ｃｌ2 ，ＨＣｌ，ＨＢ
ｒ，ＢＣｌ等のハロゲン系を用いて酸素との混合ガスを
作製してもよい。
【００４７】尚、ＳＦ6 の代わりに他のフッ素系ガスを
用いた場合には、レジスト１６と層内レンズ７の材料と
のエッチング選択比が１になる混合比率が異なる場合が
ある。
用いた場合には、レジスト１６と層内レンズ７の材料と
のエッチング選択比が１になる混合比率が異なる場合が
ある。
【００４８】また、エッチングガスは、上述の２種類の
ガスの混合ガスの他に、例えば酸素と上述のガスの２種
類以上を混合したガス等、３種類以上のガスから成る混
合ガスを用いてもよい。
ガスの混合ガスの他に、例えば酸素と上述のガスの２種
類以上を混合したガス等、３種類以上のガスから成る混
合ガスを用いてもよい。
【００４９】尚、上述のドライエッチングを単体のエッ
チングガスによって行うこともできる。ただし、この場
合はレジスト１６と層内レンズ７の材料とのエッチング
選択比がエッチングガスによって決まる一定の値にな
る。これにより、レンズ形状のレジスト１６の厚さに対
して、エッチング選択比により一意的に決まる厚さの層
内レンズ７が形成される。
チングガスによって行うこともできる。ただし、この場
合はレジスト１６と層内レンズ７の材料とのエッチング
選択比がエッチングガスによって決まる一定の値にな
る。これにより、レンズ形状のレジスト１６の厚さに対
して、エッチング選択比により一意的に決まる厚さの層
内レンズ７が形成される。
【００５０】尚、図１のＣＣＤ固体撮像素子１におい
て、層内レンズ７の材料を高屈折率の樹脂により構成す
ることも可能であるが、この場合にはドライエッチング
で層内レンズ７を形成する際に、エッチングガスの混合
比によらず、レジスト１６と層内レンズ７の材料とのエ
ッチング選択比がほぼ１になる。即ち、この場合には、
層内レンズ７の厚さがレンズ形状のレジスト１６の厚さ
と同一になり、形成可能な層内レンズ７の厚さの範囲
は、レンズ形状のレジスト１６の厚さの範囲となる。
て、層内レンズ７の材料を高屈折率の樹脂により構成す
ることも可能であるが、この場合にはドライエッチング
で層内レンズ７を形成する際に、エッチングガスの混合
比によらず、レジスト１６と層内レンズ７の材料とのエ
ッチング選択比がほぼ１になる。即ち、この場合には、
層内レンズ７の厚さがレンズ形状のレジスト１６の厚さ
と同一になり、形成可能な層内レンズ７の厚さの範囲
は、レンズ形状のレジスト１６の厚さの範囲となる。
【００５１】上述の本実施の形態によれば、レンズ形状
のレジスト１６の層内レンズ７の材料に対するエッチン
グ選択比を１より大きく、或いはこのエッチング選択比
を１より小さくすることによって、層内レンズ７の厚さ
をレンズ形状のレジスト１６の厚さの限界の範囲外とす
ることが可能となり、これにより入射光の焦点距離の範
囲を広げることができる。これにより、層内レンズ７の
焦点距離を、より広い範囲において所望の距離に調節す
ることを可能にする。
のレジスト１６の層内レンズ７の材料に対するエッチン
グ選択比を１より大きく、或いはこのエッチング選択比
を１より小さくすることによって、層内レンズ７の厚さ
をレンズ形状のレジスト１６の厚さの限界の範囲外とす
ることが可能となり、これにより入射光の焦点距離の範
囲を広げることができる。これにより、層内レンズ７の
焦点距離を、より広い範囲において所望の距離に調節す
ることを可能にする。
【００５２】従って、多様な寸法のユニットセルサイズ
を有するＣＣＤ固体撮像素子に対して、感度向上を図る
ことができる。
を有するＣＣＤ固体撮像素子に対して、感度向上を図る
ことができる。
【００５３】次に、本発明方法の他の実施の形態につい
て説明する。図６は本発明の層内レンズの形成方法に供
する他のＣＣＤ固体撮像素子の一素子の概略断面図を示
す。
て説明する。図６は本発明の層内レンズの形成方法に供
する他のＣＣＤ固体撮像素子の一素子の概略断面図を示
す。
【００５４】このＣＣＤ固体撮像素子２１は、図１に示
したＣＣＤ固体撮像素子１の層内レンズ７と同様に上に
凸なレンズ面１９Ａを有し、さらに下層の層間絶縁層１
７の受光部１２上の位置に形成された凹部とこの凹部を
埋める（例えばプラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜等から成
る）層内レンズ材料の層（高屈折率層）１８との境界面
によって形成された下に凸なレンズ面１９Ｂを有して成
る層内レンズ１９が形成されている。
したＣＣＤ固体撮像素子１の層内レンズ７と同様に上に
凸なレンズ面１９Ａを有し、さらに下層の層間絶縁層１
７の受光部１２上の位置に形成された凹部とこの凹部を
埋める（例えばプラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜等から成
る）層内レンズ材料の層（高屈折率層）１８との境界面
によって形成された下に凸なレンズ面１９Ｂを有して成
る層内レンズ１９が形成されている。
【００５５】このように構成することにより、マイクロ
レンズ１０、層内レンズ１９の上側のレンズ面１９Ａ、
層内レンズ１９の下側のレンズ面１９Ｂと３段階で集光
がなされ、図１のＣＣＤ固体撮像素子１と比較してさら
なる感度の向上を図ることができるものである。
レンズ１０、層内レンズ１９の上側のレンズ面１９Ａ、
層内レンズ１９の下側のレンズ面１９Ｂと３段階で集光
がなされ、図１のＣＣＤ固体撮像素子１と比較してさら
なる感度の向上を図ることができるものである。
【００５６】その他の構成は図１のＣＣＤ固体撮像素子
１と同様であるため、同一符号を付して重複説明を省略
する。
１と同様であるため、同一符号を付して重複説明を省略
する。
【００５７】次に、本発明の層内レンズの形成方法の他
の実施の形態として、図６に示したＣＣＤ固体撮像素子
２１の製造工程を図７〜図８に示す。
の実施の形態として、図６に示したＣＣＤ固体撮像素子
２１の製造工程を図７〜図８に示す。
【００５８】まず、前述の図２Ａと同様に、半導体部１
１内に所要の不純物のイオン注入等を行って、受光部１
２、読み出しゲート部１３、ＣＣＤ転送チャネル（転送
部）１４をそれぞれ形成した後に、表面に絶縁膜２を介
して所定のパターンに転送電極３を形成し、層間絶縁膜
４を介してこの転送電極３を覆って遮光膜５を形成す
る。そして、遮光膜５が受光部１２上に開口を有するよ
うにパターニングする。
１内に所要の不純物のイオン注入等を行って、受光部１
２、読み出しゲート部１３、ＣＣＤ転送チャネル（転送
部）１４をそれぞれ形成した後に、表面に絶縁膜２を介
して所定のパターンに転送電極３を形成し、層間絶縁膜
４を介してこの転送電極３を覆って遮光膜５を形成す
る。そして、遮光膜５が受光部１２上に開口を有するよ
うにパターニングする。
【００５９】次に、遮光膜５による段差を覆って全面的
に例えばＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）等に
よる層間絶縁層１７を形成する。このとき、例えばＢＰ
ＳＧの組成を所定の組成とすることにより、層間絶縁層
１７の表面がセンサ部１２上に凹部を有するように形成
される。さらに、図７Ａに示すように、層間絶縁層１７
の凹部を埋めて全面的に層内レンズの材料例えばプラズ
マＣＶＤによるＳｉＮ膜等により高屈折率層１８を形成
する。この高屈折率層１８の表面は、層間絶縁層１７の
凹部に対応する凹部を有する。
に例えばＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）等に
よる層間絶縁層１７を形成する。このとき、例えばＢＰ
ＳＧの組成を所定の組成とすることにより、層間絶縁層
１７の表面がセンサ部１２上に凹部を有するように形成
される。さらに、図７Ａに示すように、層間絶縁層１７
の凹部を埋めて全面的に層内レンズの材料例えばプラズ
マＣＶＤによるＳｉＮ膜等により高屈折率層１８を形成
する。この高屈折率層１８の表面は、層間絶縁層１７の
凹部に対応する凹部を有する。
【００６０】次に、図７Ｂに示すように、高屈折率層１
８の表面を覆って平坦化のためのレジスト２０を形成す
る。このときレジスト２０の表面はレジスト２０の粘性
等の特性により平坦化される。
８の表面を覆って平坦化のためのレジスト２０を形成す
る。このときレジスト２０の表面はレジスト２０の粘性
等の特性により平坦化される。
【００６１】そして、レジスト２０及び高屈折率層１８
に対してドライエッチングを行う。このドライエッチン
グにおいては、レジスト２０の高屈折率層（層内レンズ
材料）１８に対するエッチング選択比が１（１：１）と
なるように、エッチングガス等の条件を設定して行う。
これにより、図７Ｃに示すように、高屈折率層１８の表
面が平坦化される。
に対してドライエッチングを行う。このドライエッチン
グにおいては、レジスト２０の高屈折率層（層内レンズ
材料）１８に対するエッチング選択比が１（１：１）と
なるように、エッチングガス等の条件を設定して行う。
これにより、図７Ｃに示すように、高屈折率層１８の表
面が平坦化される。
【００６２】次に、図７Ｄに示すように、平坦化された
高屈折率層１８上にさらに高屈折率層１８例えばプラズ
マＣＶＤによるＳｉＮ膜等を積層形成する。この２層目
の高屈折率層１８の表面は平坦に形成される。
高屈折率層１８上にさらに高屈折率層１８例えばプラズ
マＣＶＤによるＳｉＮ膜等を積層形成する。この２層目
の高屈折率層１８の表面は平坦に形成される。
【００６３】次に、高屈折率層１８上にレジストを形成
し、このレジストをパターニングした後、リフローを行
って、図７Ｅに示すようなレンズ形状のレジスト１６と
する。
し、このレジストをパターニングした後、リフローを行
って、図７Ｅに示すようなレンズ形状のレジスト１６と
する。
【００６４】そして、前述のエッチング選択比を１より
大又は１より小とした条件でドライエッチングを行っ
て、図７Ｆに示すように、レジスト１６のレンズ形状を
高屈折率層１８に転写する。
大又は１より小とした条件でドライエッチングを行っ
て、図７Ｆに示すように、レジスト１６のレンズ形状を
高屈折率層１８に転写する。
【００６５】尚、上述の製造工程において、層内レンズ
１９間の高屈折率層１８、即ちある画素の層内レンズ１
９と隣の画素の層内レンズ１９との間の高屈折率層（層
内レンズ材料の層）１８の表面は、オンチップレンズ１
０で充分に入射光を絞っていて層内レンズ１９間への入
射がない場合や、層内レンズ１９間に入射した光はほと
んど全て遮光膜５に入射してセンサ部１２に到達しない
場合では、必ずしも完全に平坦になっていなくてもよ
い。
１９間の高屈折率層１８、即ちある画素の層内レンズ１
９と隣の画素の層内レンズ１９との間の高屈折率層（層
内レンズ材料の層）１８の表面は、オンチップレンズ１
０で充分に入射光を絞っていて層内レンズ１９間への入
射がない場合や、層内レンズ１９間に入射した光はほと
んど全て遮光膜５に入射してセンサ部１２に到達しない
場合では、必ずしも完全に平坦になっていなくてもよ
い。
【００６６】本発明のさらに他の実施の形態として、こ
のような場合において有効な、上述の図７に示した製造
工程をより簡略化した製造工程の工程図を図８に示す。
まず、図７Ａに示したように、凹部を有する層間絶縁層
１７上に高屈折率層１８を形成する。
のような場合において有効な、上述の図７に示した製造
工程をより簡略化した製造工程の工程図を図８に示す。
まず、図７Ａに示したように、凹部を有する層間絶縁層
１７上に高屈折率層１８を形成する。
【００６７】次に、高屈折率層１８上にレジストを形成
し、このレジストをパターニングした後、リフローを行
う。これにより、図８Ｂに示すように、高屈折率層１８
の凹部にレンズ形状のレジスト１６が形成される。
し、このレジストをパターニングした後、リフローを行
う。これにより、図８Ｂに示すように、高屈折率層１８
の凹部にレンズ形状のレジスト１６が形成される。
【００６８】次に、レジスト１６の層内レンズの材料に
対するエッチング選択比が所望の選択比となるエッチン
グ条件でドライエッチングを行うことにより、レジスト
１６のレンズ形状を転写して所望の厚さの層内レンズ１
９を形成する。
対するエッチング選択比が所望の選択比となるエッチン
グ条件でドライエッチングを行うことにより、レジスト
１６のレンズ形状を転写して所望の厚さの層内レンズ１
９を形成する。
【００６９】これにより、図７に示した工程より少ない
工程数で層内レンズ１９を形成することができ、製造コ
ストの低減を図ることができる。
工程数で層内レンズ１９を形成することができ、製造コ
ストの低減を図ることができる。
【００７０】尚、この場合には各層内レンズ１９間の高
屈折率層１８に多少の凹凸が残ることがあるので、前述
したように各層内レンズ１９間への入射光の影響がない
場合に適した製造方法である。
屈折率層１８に多少の凹凸が残ることがあるので、前述
したように各層内レンズ１９間への入射光の影響がない
場合に適した製造方法である。
【００７１】尚、上述の各実施の形態においては、ＣＣ
Ｄ固体撮像素子に適用して説明したが、本発明の層内レ
ンズの形成方法は、ＭＯＳ型撮像素子等の他の固体撮像
素子や、液晶表示素子についても適用することができ、
上述の実施の形態と同様にエッチング選択比を規定して
所望の厚さの層内レンズを得ることができる。
Ｄ固体撮像素子に適用して説明したが、本発明の層内レ
ンズの形成方法は、ＭＯＳ型撮像素子等の他の固体撮像
素子や、液晶表示素子についても適用することができ、
上述の実施の形態と同様にエッチング選択比を規定して
所望の厚さの層内レンズを得ることができる。
【００７２】従って、上述の素子において本発明の層内
レンズの形成方法を適用することにより、感度や層内レ
ンズの焦点距離を調節して素子の特性の最適化を図るこ
とができる。
レンズの形成方法を適用することにより、感度や層内レ
ンズの焦点距離を調節して素子の特性の最適化を図るこ
とができる。
【００７３】本発明の層内レンズの形成方法は、上述の
実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【００７４】
【発明の効果】上述の本発明によれば、層内レンズの厚
さを上層のレジストの厚さの限界の範囲外とすることが
可能となり、これにより入射光の焦点距離の範囲を広げ
ることができる。層内レンズの焦点距離を所望の距離に
広範囲で調節することを可能にする。
さを上層のレジストの厚さの限界の範囲外とすることが
可能となり、これにより入射光の焦点距離の範囲を広げ
ることができる。層内レンズの焦点距離を所望の距離に
広範囲で調節することを可能にする。
【００７５】従って、多様な寸法のユニットセルサイズ
を有する固体撮像素子に対して、感度向上を図ることが
できる。また、液晶表示素子等において、感度や層内レ
ンズの焦点距離を広範囲に調節して特性の最適化を図る
ことができる。
を有する固体撮像素子に対して、感度向上を図ることが
できる。また、液晶表示素子等において、感度や層内レ
ンズの焦点距離を広範囲に調節して特性の最適化を図る
ことができる。
【図１】本発明の層内レンズの形成方法に供するＣＣＤ
固体撮像素子の一画素に対応する概略断面図である。
固体撮像素子の一画素に対応する概略断面図である。
【図２】Ａ〜Ｃ 図１のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法
の製造工程図である。
の製造工程図である。
【図３】Ｄ、Ｅ 図１のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法
の製造工程図である。
の製造工程図である。
【図４】Ａ、Ｂ 図３Ｄ及び図３Ｅのドライエッチング
工程の詳細の一形態を示す製造工程図である。
工程の詳細の一形態を示す製造工程図である。
【図５】Ａ、Ｂ 図３Ｄ及び図３Ｅのドライエッチング
工程の詳細の他の形態を示す製造工程図である。
工程の詳細の他の形態を示す製造工程図である。
【図６】本発明の層内レンズの形成方法に供する他のＣ
ＣＤ固体撮像素子の一画素に対応する概略断面図であ
る。
ＣＤ固体撮像素子の一画素に対応する概略断面図であ
る。
【図７】Ａ〜Ｆ 図６のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法
の製造工程図である。
の製造工程図である。
【図８】Ｂ、Ｃ 図６のＣＣＤ固体撮像素子の他の製造
方法の製造工程図である。
方法の製造工程図である。
１，２１ ＣＣＤ固体撮像素子、２ 絶縁膜、３ 転送
電極、４ 層間絶縁膜、５ 遮光膜、６ 第１平坦化
層、７，１９ 層内レンズ、８ 第２平坦化層、９カラ
ーフィルタ、１０ マイクロレンズ（オンチップレン
ズ）、１１ 半導体基体（半導体部）、１２ 受光部
（センサ）、１３ 読み出しゲート部、１４ＣＣＤ転送
チャネル、１５，１８ 高屈折率層（層内レンズの材料
層）、１６，２０ レジスト、１７ 層間絶縁層、１９
Ａ，１９Ｂ レンズ面
電極、４ 層間絶縁膜、５ 遮光膜、６ 第１平坦化
層、７，１９ 層内レンズ、８ 第２平坦化層、９カラ
ーフィルタ、１０ マイクロレンズ（オンチップレン
ズ）、１１ 半導体基体（半導体部）、１２ 受光部
（センサ）、１３ 読み出しゲート部、１４ＣＣＤ転送
チャネル、１５，１８ 高屈折率層（層内レンズの材料
層）、１６，２０ レジスト、１７ 層間絶縁層、１９
Ａ，１９Ｂ レンズ面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 BA01 CA03 CA07 DA02 FA33 GA07 GB03 GB08 GD03 GD07 HA23 5C024 AA01 CA00 CA31 EA04 FA01 GA11 5G435 AA03 AA17 BB12 FF07 GG02 HH02 KK07
Claims (6)
- 【請求項１】 層内レンズ材料の層上にレンズ形状のレ
ジストによるマスクを形 成し、エッチバックして上記マスクの上記レンズ形状を
上記層内レンズ材料の層に転写して層内レンズを形成す
る際に、 上記レジストの上記層内レンズ材料に対するエッチング
選択比を１より大きくして上記レジストの厚さより薄い
上記層内レンズを形成することを特徴とする層内レンズ
の形成方法。 - 【請求項２】 凹部を形成する工程と、該凹部を埋めて
上記層内レンズ材料の層を形成する工程とを行い、その
後上記層内レンズ材料の層上にレンズ形状のレジストに
よるマスクを形成する工程を行うことを特徴とする請求
項１に記載の層内レンズの形成方法。 - 【請求項３】 上記層内レンズ材料の層を形成する工程
の後に、上記層内レンズ材料の層の表面を平坦化する工
程と、さらにその上に層内レンズ材料の層を積層形成す
る工程とを行って、その後積層形成した層内レンズ材料
の層上に上記レンズ形状のレジストによるマスクを形成
することを特徴とする請求項２に記載の層内レンズの形
成方法。 - 【請求項４】 層内レンズ材料の層上にレンズ形状のレ
ジストによるマスクを形成し、 エッチバックして上記マスクの上記レンズ形状を上記層
内レンズ材料の層に転写して層内レンズを形成する際
に、 上記レジストの上記層内レンズ材料に対するエッチング
選択比を１より小さくして上記レジストの厚さより厚い
上記層内レンズを形成することを特徴とする層内レンズ
の形成方法。 - 【請求項５】 凹部を形成する工程と、該凹部を埋める
ように上記層内レンズ材料の層を形成する工程とを行
い、その後上記層内レンズ材料の層上にレンズ形状のレ
ジストによるマスクを形成する工程を行うことを特徴と
する請求項４に記載の層内レンズの形成方法。 - 【請求項６】 上記層内レンズ材料の層を形成する工程
の後に、上記層内レンズ材料の層の表面を平坦化する工
程と、さらにその上に層内レンズ材料の層を積層形成す
る工程とを行って、その後積層形成した層内レンズ材料
の層上に上記レンズ形状のレジストによるマスクを形成
することを特徴とする請求項５に記載の層内レンズの形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33289698A JP4329142B2 (ja) | 1998-11-24 | 1998-11-24 | 層内レンズの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33289698A JP4329142B2 (ja) | 1998-11-24 | 1998-11-24 | 層内レンズの形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000164837A true JP2000164837A (ja) | 2000-06-16 |
| JP4329142B2 JP4329142B2 (ja) | 2009-09-09 |
Family
ID=18260021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33289698A Expired - Fee Related JP4329142B2 (ja) | 1998-11-24 | 1998-11-24 | 層内レンズの形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4329142B2 (ja) |
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