(57)【要約】【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】平面視正方形状の層内レンズ１２の角部分で膜厚が、光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定され、かつ、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径が、受光部３の平面視正方形状の４角部分に受光ロスなく効率よく集光されるのに必要な曲率半径になっている。即ち、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であって平面視４角形の中心を通るＸ方向および中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて、平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であって該平面視４角形の中心を通るＸ方向および該中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて、該平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されているレンズ。
【請求項２】
前記レンズ形状の外周端部の膜厚が、光波長に対して光が直線状に透過せず屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定されている請求項１に記載のレンズ。
【請求項３】
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請求項１または２に記載の複数のレンズがそれぞれ設けられた固体撮像素子であって、
該受光部の平面視４角形状の４角部分に効率よく集光されるように該レンズの平面視４角形における対角方向の曲率半径が設定されている固体撮像素子。
【請求項４】
請求項３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５】
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、レンズ形状の外周端部の膜厚が光波長に対して光が直線状に透過せず屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定され、平面視４角形の中心を通るＸ方向および該中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて該平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されたレンズ形状に該感光性レジスト膜を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。
【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、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】
この種の従来のレンズが集光用に用いられた固体撮像素子については、特許文献１に開示されており、図１７〜図２２を参照して説明する。
【０００３】
図１７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１７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１０４ａ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１８〜図２２は、図１７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１８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を成膜した後に、受光部１０２の上方の遮光膜１０４に開口領域１０４ａ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１９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２０のレジストパターニング工程に示すように、フォト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２１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は溶融して表面張力により、上に凸の一部球状のレンズ形状を有するレジスト膜１１０ｂになる。
【００１１】
さらに、図２２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。
【００１３】
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。
【００１４】
さらに、図１７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。
【００１５】
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。
【００１６】
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２３（ａ）〜図２３（ｄ）を用いて更に簡単に説明する。
【００１７】
図２３（ａ）〜図２３（ｄ）は、図１７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。
【００１８】
まず、図２３（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。
【００１９】
次に、図２３（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、フォト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。
【００２０】
続いて、図２３（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一部球状のレンズ形状を有するレジスト膜１１０ｂに形成する。
【００２１】
その後、図２３（ｄ）のレジスト膜レンズ形状形成工程に示すように、一部球状で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を層間絶縁膜１０５上に形成する。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。
【００２２】
以上のように、特許文献１の高屈折率レンズを構成するＳｉＮ膜１０６の製造方法であって、高屈折率膜のＳｉＮ膜１０６ｃからなる層内レンズを形成する際に、レジスト膜１１０を所定形状にパターニングし、そのパターニングした所定形状のレジスト膜１１０ａをリフローしてその表面張力によってレンズ形状のレジスト膜１１０ｂを形成する。そのレジスト膜１１０ｂのレンズ形状を高屈折率膜のＳｉＮ膜１０６ｃに形状転写して層内の高屈折率レンズを形成している。
【００２３】
このように、リフローの場合、所定レンズ形状のレジスト膜１１０ｂの面積を隣のレンズ形状のＳｉＮ膜１１０ｂにくっ付くまでレンズ形状を大きくすると、後述する図５（ｄ）のように接した部分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。
【００２４】
また、レジスト膜１１０を所定形状のレジスト膜１１０ａにパターニングする際の線幅のバラツキや、リフロー時の温度のバラツキなどにより、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が有った。
【００２５】
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。
【００２６】
上記従来の問題を解決するために、特許文献２として本発明者によって、レンズ面積を広げて隣のレンズ形状と接触しても浮き上がらずレンズ使用効率の低下を来たさず、形状の制御性に優れた透過率階調マスクを用いてレンズを製造するレンズ製造方法が提案されている。
【００２７】
図２４（ａ）〜図２４（ｃ）は、特許文献２に開示されている従来の固体撮像素子に用いるレンズ形状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。
【００２８】
従来の固体撮像素子に用いるレンズ形状の製造方法は、まず、図２４（ａ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜２０５上に高屈折率膜であるＳｉＮ膜２０６ａを形成する。
【００２９】
次に、図２４（ｂ）に示すように、高屈折率膜であるＳｉＮ膜２０６ａ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２１０に形成する。
【００３０】
これによって、特許文献１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２１０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。
【００３１】
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）のバラツキを無くすことができる。
【００３２】
続いて、図２４（ｃ）に示すように、レンズ形状のレジスト膜２１０と、高屈折率膜であるＳｉＮ膜２０６ａ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２１０のレンズ形状を反映した同じレンズ形状の層内レンズ２０６を形成する。このように、高屈折率膜のＳｉＮ膜２０６ａを所望のレンズ形状に転写して層内レンズ２０６を形成することができる。
【００３３】
このようにして、形状の制御性に優れた透過率階調マスクを用いて形成したレンズ形状のレジスト膜２１０をドライプラズマエッチングにより高屈折率膜のＳｉＮ膜２０６ａに転写して層内レンズ２０６を得ることによって、レンズ形成の工程数を特許文献１の場合に比べて低減して製造プロセスを簡略化すると共に、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】特開２００４−７９６０８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０８３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
ところが、特許文献２に開示されている上記従来の固体撮像素子では、透過率階調マスクを用いて所望の高屈折率レンズ形状を所望のレンズ形状にバラツキなく安定的に形成することにより受光感度を安定的に確保し、かつ入射光の利用面積を広げて入射光量を増やすように隣接層内レンズ２０６の端部同士が接するように形成しているものの、理想的なレンズ形状の曲率半径でレンズを形成しても、特に、レンズ外周端部で光波長に対してある程度の膜厚がないと光が理想的に内側に屈折せずに透過してしまい入射光の利用効率が低下してしまうことから、受光感度の更なる向上には至っていない。また、レンズの平面視形状が円形で受光部の平面視形状が正方形のときに受光部の４角部分の受光ロスがあって更なる受光感度の向上には至っていない。また、レンズの平面視形状が正方形で受光部の平面視形状も正方形のときにも、レンズの外周端縁側で光が理想的に屈折せずに透過してしまうために、受光部の平面視正方形状から外れたり、平面視正方形状の４角部分での受光ロスがあって更なる受光感度の向上には至っていない。
【００３６】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、受光感度を更に向上させ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た固体撮像素子、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】
【００３７】
本発明のレンズは、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であって該平面視４角形の中心を通るＸ方向および該中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて、該平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されている。
【００３８】
また、好ましくは、本発明のレンズおけるレンズ形状の外周端部の膜厚が、光波長に対して光が直線状に透過せず屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定されている。
【００３９】
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本発明の上記レンズがそれぞれ設けられた固体撮像素子であって、該受光部の平面視４角形状の４角部分に効率よく集光されるように該レンズの平面視４角形における対角方向の曲率半径が設定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。
【００４０】
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、レンズ形状の外周端部の膜厚が光波長に対して光が直線状に透過せず屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定され、平面視４角形の中心を通るＸ方向および該中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて該平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されたレンズ形状に該感光性レジスト膜を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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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４角形であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５２】
また、好ましくは、本発明のレンズにおける。
【００５３】
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。
【００５４】
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４角形である。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００７０】
本発明においては、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であって平面視４角形の中心を通るＸ方向および該中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて、平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されている。この場合、レンズ形状の外周端部の膜厚が、光波長に対して光が直線状に透過せず屈折するのに必要な膜厚以上に設定されている。
【００７１】
これによって、受光部の平面視４角形状の４角部分に効率よく集光されるように対角方向の曲率半径が設定されているので、受光部の受光領域から外れたり、受光領域の４角部分で効率的に受光感度を更に向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００７２】
以上により、本発明によれば、受光部の平面視４角形状の４角部分に効率よく集光されるように対角方向の曲率半径が設定されているため、受光部の受光領域から外れたり、受光領域の４角部分で効率的に受光感度を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【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、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、（ｄ）は、（ｄ）のＣＣ’線断面図である。
【図６】（ａ）は、本実施形態１の層内レンズが上下左右に４個連続配置された状態を示す平面図、（ｂ）は、層内レンズの全方向曲率半径が同一で中心を通る横方向Ａ１または縦方向Ｂ１の断面図、（ｃ）は、（ｂ）の層内レンズの全方向曲率半径が同一で中心を通る対角方向Ｃ１の断面図、（ｄ）は、本実施形態１の層内レンズの曲率半径が異なり中心を通る横方向Ａ１または縦方向Ｂ１の断面図、（ｅ）は、（ｄ）の層内レンズの一方向で曲率半径が異なり中心を通る対角方向Ｃ１の断面図である。
【図７】本実施形態１の対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径を設定するための条件を説明するための層内レンズと受光部との対応関係を示す模式図である。
【図８】（ａ）は、本実施形態１の受光部が平面視正方形状に対して層内レンズによる集光領域の外周端を示す平面図、（ｂ）は、本実施形態１の受光部が平面視矩形状（長方形）に対して層内レンズによる集光領域の外周端を示す平面図である。
【図９】図８（ｂ）の平面視矩形（長方形）の層内レンズの３つの異なる曲率半径を示すレンズ断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、層内レンズの製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】本実施形態１の層内レンズによる受光部の受光感度向上効果を説明するための図である。
【図１２】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１３】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１４】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１５】（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。
【図１６】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１７】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１８】図１７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１９】図１７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２０】図１７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２１】図１７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２２】図１７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２３】（ａ）〜（ｄ）は、図１７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２４】（ａ）〜（ｃ）は、特許文献２に開示されている従来の固体撮像素子に用いるレンズ形状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。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
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１〜５および、この固体撮像素子の実施形態１〜５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６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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
層内レンズ１２は、レンズ外周端部における入射光の利用効率の低下を防止するために、そのレンズ外周端部で光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚に設定されている。また、層内レンズ１２の平面視４角形状として平面視形状が正方形で受光部３の平面視形状も正方形のときに、受光部３の平面視正方形状の４角部分での受光ロスを防止するように、層内レンズ１２の平面視正方形状の対角方向の曲率半径をその以外の曲率半径よりも大きく設定して受光部３の平面視正方形状の４角部分にも入射光が集光するようにしている。これらは後述するマイクロレンズ１６の場合も同様である。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
この層内レンズ１２を、入射光の利用面積を広げて入射光量を増やす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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
次に、図２（ｂ）に示すように、高屈折率膜であるＳｉＮ膜１２ａ上に感光性のレジスト膜（図示せず）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。この場合、入射光の利用面積を広げて入射光量を増やすように隣接レジスト膜１７の端部同士が屈折が可能な膜厚で互いに接するように形成している。
【００８７】
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サイズ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。
【００８８】
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、高屈折率膜に所望のレンズ形状を転写して層内レンズ１２を形成することができる。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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角形であるが、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、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いる。
【００９９】
したがって、図５（ａ）の平面視正方形の層内レンズ１２のＡＡ’断面は、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。
【０１００】
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、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。
【０１０１】
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（ｃ）の実線に示すように、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）の点線で示すように、本実施形態１において平面視円形と仮定した場合の層内レンズでは、隣接する円形レンズ形状の外形同士が互いに接することができる。仮に、図５（ｃ）の実線に示す従来の円形レンズ形状が、図５（ｃ）の点線に示す径が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（ｄ）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。
【０１０２】
したがって、本実施形態１の層内レンズ１２では、図５（ａ）のように平面視正方形（または矩形）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い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。
【０１０３】
ここで、本実施形態１の平面視正方形（または矩形）の層内レンズ１２の特徴構成について説明する。
【０１０４】
図６（ａ）は、本実施形態１の層内レンズ１２が上下左右に４個連続配置された状態を示す平面図、図６（ｂ）は、層内レンズの全方向曲率半径が同一で中心を通る横方向Ａ１または縦方向Ｂ１の断面図、図６（ｃ）は、図６（ｂ）の層内レンズの全方向曲率半径が同一で中心を通る対角方向Ｃ１の断面図、図６（ｄ）は、本実施形態１の層内レンズ１２の曲率半径が異なり中心を通る横方向Ａ１または縦方向Ｂ１の断面図、図６（ｅ）は、図６（ｄ）の層内レンズ１２の一方向で曲率半径が異なり中心を通る対角方向Ｃ１の断面図である。
【０１０５】
図６（ａ）に示すように、入射光の利用面積を広げるように、上下左右に隣接した平面視正方形状の層内レンズ１２が隣接レンズ間のレンズ外周端部で隙間なく互いに接している。これによって、レンズ間の隙間面積が発生せず、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、受光部３の受光感度の向上に寄与することができる。
【０１０６】
図６（ｂ）および図６（ｃ）は、本実施形態１の層内レンズ１２と比較するためのものであって、中心を通る横方向Ａ１、縦方向Ｂ１および対角方向Ｃ１（斜め方向）の全方向において曲率半径が同一の場合を示している。
【０１０７】
この場合、図６（ｃ）に示す対角方向Ｃ１（斜め方向）の断面図のように、平面視正方形状の層内レンズの角部分で膜厚がなくなっている。これでは、平面視正方形状の層内レンズの角部分において光波長に対してある程度の膜厚がないと光が理想的に内側に屈折せずに透過してしまい入射光の利用効率が低下してしまう。このように、層内レンズの平面視形状が正方形で受光部３の平面視形状も正方形のときに、平面視正方形状の層内レンズの角部分で光が理想的に屈折せずに透過してしまうために、受光部３の平面視正方形状から入射光が外れたり、平面視正方形状の４角部分での入射光の受光ロスがあって受光感度を向上させることができなくなっている。
【０１０８】
これに対して、図６（ｄ）および図６（ｅ）では、本実施形態１の層内レンズ１２であり、中心を通る横方向Ａ１、縦方向Ｂ１および対角方向Ｃ１（斜め方向）の全方向のうちの少なくとも対角方向Ｃ（斜め方向）の曲率半径がそれ以外の方向の曲率半径よりも大きく設定されている。要するに、図６（ｄ）に示す横方向Ａ１または縦方向Ｂ１の曲率半径は、図６（ｂ）に示す横方向Ａ１または縦方向Ｂ１の曲率半径と同一に設定されている。図６（ｅ）に示す対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径は、図６（ｃ）に示す対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径よりも大きく設定されている。したがって、Ｘ方向断面（横方向Ａ１）およびＹ方向断面（縦方向Ｂ１）の各曲率半径に対して、対角方向断面（対角方向Ｃ１で斜め方向）の曲率半径を大きく形成している。
【０１０９】
この場合、図６（ｅ）に示す対角方向Ｃ１（斜め方向）の断面図のように、平面視正方形状の層内レンズ１２の角部分で膜厚が、光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚、例えば４００ｎｍに設定されている。これによって、層内レンズ１２は、平面視正方形状の層内レンズの角部分で入射光の利用効率の低下を防止することができる。また、層内レンズ１２の平面視形状が正方形で受光部３の平面視形状も正方形のときに、受光部３の平面視正方形状の４角部分での受光ロスを防止するように、層内レンズ１２の平面視正方形状の対角方向の曲率半径をそれ以外の曲率半径よりも大きく設定して受光部３の平面視正方形状の４角部分にも入射光が集光するようにしている。これはマイクロレンズ１６の場合も同様である。
【０１１０】
要するに、平面視正方形状の層内レンズ１２の角部分で膜厚が、光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚に設定され、かつ、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径が、受光部３の平面視正方形状の４角部分に受光ロスなく効率よく集光されるのに必要な曲率半径になっている。
【０１１１】
対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径は、受光部３の平面視正方形状の４角部分に受光ロスなく効率よく集光されるように、Ｘ方向（横方向Ａ１）およびＹ方向（縦方向Ｂ１）の曲率半径に対して大きく設定している。
【０１１２】
図７は、本実施形態１の対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径を設定するための条件を説明するための層内レンズ１２と受光部３との対応関係を示す模式図である。
【０１１３】
図７に示すように、本実施形態１の対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径を設定するための条件は、層内レンズ１２から受光部３までの距離をＨと、平面視正方形の受光部３の１辺の長さがｄ１の受光部３のサイズである。要するに、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径は、層内レンズ１２から受光部３までの距離Ｈと、受光部３の平面視正方形状の４角部分を含む受光部３のサイズ内に受光ロスなく効率よく入射光が集光されて入るように、Ｘ方向（横方向Ａ１）およびＹ方向（縦方向Ｂ１）の曲率半径に対して曲率半径を大きく設定している。
【０１１４】
図８（ａ）は、本実施形態１の受光部３が平面視正方形状に対して層内レンズ１２による集光領域の外周端を示す平面図、図８（ｂ）は、本実施形態１の受光部３Ａが平面視矩形状（長方形）に対して層内レンズ１２Ａによる集光領域の外周端を示す平面図である。
【０１１５】
図８（ａ）に示すように、１辺の長さがｄ１の平面視正方形状の受光部３に対して層内レンズ１２による集光領域の外周端１８を受光部３の４角部を占めるように表面全体に広げることができる。この場合、平面視正方形状の層内レンズ１２の角部分で膜厚が、光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚に設定され、かつ、中心Ｐ１（対角線の中心）を通る横方向Ａ１、縦方向Ｂ１および対角方向Ｃ１（斜め方向）の全方向のうちの対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径がそれ以外の横方向Ａ１および縦方向Ｂ１の曲率半径よりも大きく設定されている。
【０１１６】
これによって、矢印に示すように、集光領域の外周端１８が受光部３の４角部を占めるように集光領域を受光部３の表面全体に広げることができる。
【０１１７】
平面視正方形状の受光部３では、横方向Ａ１および縦方向Ｂ１の曲率半径は同じであり、これよりも対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径を大きく設定している。これによって、受光部３の表面全体に入射光の集光を広げることができるから、平面視正方形状の受光部３に対する層内レンズ１２による集光効率が向上させることができる。
【０１１８】
平面視正方形状の受光部３では、層内レンズ１２の平面視形状も平面視正方形状である。これらは、平面視正方形状の層内レンズ１２で説明しているが、平面視正方形状のマイクロレンズ１６にも適用することができる。
【０１１９】
さらに、平面視正方形状の層内レンズ１２の断面曲率半径は、中心Ｐ１（対角線の中心）に対して点対称である。しかも、平面視正方形状の層内レンズ１２の断面曲率半径は、辺中央に対して直交した横方向Ａ１および辺中央に対して直交した縦方向Ｂ１に対してそれぞれ線対称である。
【０１２０】
次に、図８（ｂ）に示すように、短辺と長辺を持つ平面視矩形状（長方形）の受光部３Ａに対して層内レンズ１２Ａによる集光領域の外周端１８Ａを受光部３Ａの４角部を占めるように表面全体に広げることができる。この結果、中心Ｐ２（対角線の中心）を通る横方向Ａ２、縦方向Ｂ２および対角方向Ｃ２（斜め方向）の全方向のうちの対角方向Ｃ２（斜め方向）の曲率半径がそれ以外の横方向Ａ２および縦方向Ｂ２の曲率半径よりも大きく設定されている。これによって、矢印に示すように、集光領域の外周端１８Ａが受光部３の４角部を占めるように集光領域を受光部３Ａの表面全体に広げることができる。
【０１２１】
平面視矩形状（長方形）の受光部３Ａでは、短辺に対応した横方向Ａ２の曲率半径と、長辺に対応した縦方向Ｂ１の曲率半径と、対角方向Ｃ２（斜め方向）の曲率半径とが全て異なっており、これらのうちで対角方向Ｃ２（斜め方向）の曲率半径が最も大きく、短辺に対応した横方向Ａ２の曲率半径が最も小さく設定されている。これによって、受光部３Ａの表面全体に入射光の集光を広げることができることから平面視矩形状（長方形）の受光部３Ａに対する層内レンズ１２Ａによる集光効率を向上させることができる。
【０１２２】
また、平面視矩形状（長方形）の受光部３Ａでは、層内レンズ１２Ａの平面視形状も平面視矩形状（長方形）である。これらは、平面視矩形状（長方形）の層内レンズ１２Ａで説明しているが、平面視矩形状（長方形）のマイクロレンズ１６Ａにも適用することができる。
【０１２３】
さらに、平面視矩形状（長方形）の層内レンズ１２Ａの断面曲率半径は、中心Ｐ２（対角線の中心）に対して点対称である。しかも、平面視矩形状（長方形）の層内レンズ１２Ａの断面曲率半径は、短辺中央に対して直交した横方向Ａ２および長辺中央に対して直交した縦方向Ｂ２に対してそれぞれ線対称である。
【０１２４】
図９は、図８（ｂ）の平面視矩形（長方形）の層内レンズ１２Ａの３つの異なる曲率半径を示すレンズ断面図である。
【０１２５】
図９に示すように、平面視矩形状（長方形）の層内レンズ１２Ａの断面曲率半径は３種類ある。対角方向Ｃ２（斜め方向）の曲率半径が最も大きく最も上側にありその端部の膜厚（高さ）がｈ３である。短辺に対応した横方向Ａ２の曲率半径が最も小さく最も下側にありその端部の膜厚（高さ）がｈ１である。また、長辺に対応した縦方向Ｂ２の曲率半径がそれらの間にありその端部の膜厚（高さ）がｈ２である。この場合、横方向Ａ２の曲率半径に対応したその端部の膜厚（高さ）ｈ１は、入射光が透過せず理想的に屈折するのに必要な少なくとも最小の膜厚を有しており、これ以外の膜厚（高さ）ｈ２、ｈ３は膜厚（高さ）ｈ１よりも厚く設定されているため、入射光が透過せず理想的に屈折するのに十分な膜厚を有している。
【０１２６】
要するに、平面視矩形状（長方形）の層内レンズ１２Ａの角部分で膜厚が、光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚に設定され、かつ、中心Ｐ１（対角線の中心）を通る横方向Ａ１、縦方向Ｂ１および対角方向Ｃ１（斜め方向）の全方向のうちの対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径がそれ以外の横方向Ａ１および縦方向Ｂ１の曲率半径よりも大きく設定されている。
【０１２７】
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）はそれぞれ、層内レンズ１２または１２Ａの製造方法を説明するための断面図である。
【０１２８】
図２（ａ）〜図２（ｃ）でも説明したが、ＣＶＤ法で層間絶縁膜１１上に高屈折率膜のＳｉＮ膜１２ａを形成し、ＳｉＮ膜１２ａ上に感光性のレジスト膜（図示せず）を成膜し、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または１２Ａを形成している。
【０１２９】
図１０（ａ）では、所定膜厚のレジスト膜１７のレンズ形状をＳｉＮ膜１２または１２Ａに形状転写した場合を示している。
【０１３０】
図１０（ｂ）では、所定膜厚（光が透過せず屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚）のＳｉＮ膜を形成し、その上にさらに所定膜厚のＳｉＮ膜を形成し、破線より上のレンズ形状１２’または１２Ａ’にレジスト膜１７のレンズ形状を転写した場合を示している。
【０１３１】
図１０（ｃ）では、先に、破線より下のレンズ形状１２’または１２Ａ’になるようにレジスト膜１７のレンズ形状を転写した後に、その上から所定膜厚（光が透過せず屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚）のＳｉＮ膜を形成する場合を示している。
【０１３２】
図１１は、本実施形態１の層内レンズ１２による受光部３の受光感度向上効果を説明するための図である。
【０１３３】
図１１に示すように、グレイ色の左側の棒グラフは、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径が横方向Ａ１の曲率半径および縦方向Ｂ２の曲率半径と同等、つまり層内レンズの全ての曲率が同等の場合を示しており、これを受光感度変化率１００パーセントとする。黒色の右側の棒グラフは、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径が横方向Ａ１の曲率半径および縦方向Ｂ２の曲率半径よりも大きく設定した場合を示しており、グレイ色の左側の棒グラフの受光感度変化率１００パーセントに対して受光感度変化率が１０３．７パーセントとなって受光感度が３．７パーセント向上している。
【０１３４】
一方、右側にあるグレイ色と黒色の棒グラフは、左側にあるグレイ色と黒色の棒グラフに比べて曲率半径が小さい場合を示しており、このとき、全体的に受光感度変化率が低下している。このとき、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径が横方向Ａ１の曲率半径および縦方向Ｂ２の曲率半径よりも大きく設定した場合に受光感度変化率が１０２パーセントとなって受光感度が２パーセントだけ向上している。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
以上により、本実施形態１によれば、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であってレンズ形状の外周端部の膜厚が、光波長に対して光が直線状に透過せず屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚（反射に必要な膜厚）に設定されている。即ち、平面視正方形状の層内レンズ１２または１２Ａと、マイクロレンズ１６または１６Ａの角部分で膜厚が、光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定され、かつ、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径が、受光部３の平面視正方形状の４角部分に受光ロスなく効率よく集光されるのに必要な曲率半径になっている。即ち、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であって平面視４角形の中心を通るＸ方向および中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて、平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されている。
【０１３９】
これによって、受光部３または３Ａの平面視正方形状（または矩形状）から外れることなく、その平面視正方形状（または矩形状）の４角部分での受光ロスを起こすこともなく受光感度を更に向上させることができる。
【０１４０】
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または１２Ａ、およびマイクロレンズ１６または１６Ａ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または１２Ａと、マイクロレンズ１６または１６Ａとのうち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必要に応じてあっても無くてもよいし、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。
【０１４１】
（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。
【０１４２】
図１２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。
【０１４３】
図１２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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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または１２Ａやマイクロレンズ１６または１６Ａ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。
【０１４９】
マイクロレンズ３７は、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であってレンズ形状の外周端部の膜厚が、光波長に対して光が透過せず屈折するのに必要な膜厚以上（ここでは４００ｎｍ）に設定されている。即ち、平面視正方形状のマイクロレンズ３７の角部分で膜厚が、光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定され、かつ、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径が、受光部２２の平面視正方形状の４角部分に受光ロスなく効率よく集光されるのに必要な曲率半径になっている。即ち、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であって平面視４角形の中心を通るＸ方向および中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて、平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されている。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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’断面は、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。
【０１５７】
以上により、本実施形態２によれば、本実施形態２のＣＭＯＳ固体撮像素子１Ａにおいても、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であってレンズ形状の外周端部の膜厚が、光波長に対して光が直線状に透過せず屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定されている。即ち、平面視正方形状のマイクロレンズ３７の角部分で膜厚が、光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定され、かつ、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径が、受光部３の平面視正方形状の４角部分に受光ロスなく効率よく集光されるのに必要な曲率半径になっている。即ち、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であって平面視４角形の中心を通るＸ方向および中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて、平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されている。
【０１５８】
これによって、受光部２２の平面視正方形状（または矩形状）から外れることなく、その平面視正方形状（または矩形状）の４角部分での受光ロスを起こすことなく受光感度を更に向上させることができる。
【０１５９】
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、上記実施形態１のマイクロレンズ１６または１６Ａと同様の構成のマイクロレンズ３７と同様に上記実施形態１の層内レンズ１２または１２Ａを設けてもよいことは自明である。
【０１６０】
（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。
【０１６１】
図１３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。
【０１６２】
図１３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１２Ｂが受光部３に対応するように形成されている。この各層内レンズ１２Ｂ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。
【０１６３】
層内レンズ１２Ｂ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してもよいが、下地膜の導波路１１Ｂ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してもよい。
【０１６４】
層内レンズ１２Ｂは、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であってレンズ形状の外周端部の膜厚が、光波長に対して光が透過せず屈折するのに必要な膜厚以上（ここでは４００ｎｍ）に設定されている。即ち、平面視正方形状の層内レンズ１２Ｂの角部分で膜厚が、光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定され、かつ、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径が、受光部３の平面視正方形状の４角部分に受光ロスなく効率よく集光されるのに必要な曲率半径になっている。即ち、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であって平面視４角形の中心を通るＸ方向および中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて、平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されている。
【０１６５】
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１２Ｂを、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２Ｂ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１２Ｂ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。
【０１６６】
この層内レンズ１２Ｂを、入射光の利用面積を広げるように隣接層内レンズ１２Ｂ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１２Ｂ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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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１２Ｂ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１２Ｂを形成することができる。
【０１７０】
したがって、層内レンズ１２Ｂ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１２Ｂ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１２Ｂおよびマイクロレンズ１６のＡＡ’断面は、図５（ｂ）のように、隣接する層内レンズ１２Ｂ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。
【０１７１】
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１２Ｂ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１２Ｂ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１２Ｂ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１２Ｂ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。
【０１７２】
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や層内レンズ１２Ｂ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。
【０１７３】
以上により、本実施形態３によれば、ＣＣＤ固体撮像素子１Ｂにおいても、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であってレンズ形状の外周端部の膜厚が、光波長に対して光が直線状に透過せず屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定されている。即ち、平面視正方形状の層内レンズ１２Ｂやマイクロレンズ１６または１６Ａの角部分で膜厚が、光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定され、かつ、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径が、受光部３または３Ａの平面視正方形状の４角部分に受光ロスなく効率よく集光されるのに必要な曲率半径になっている。即ち、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であって平面視４角形の中心を通るＸ方向および中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて、平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されている。
【０１７４】
これによって、受光部３または３Ａの平面視正方形状（または矩形状）から外れることなく、その平面視正方形状（または矩形状）の４角部分での受光ロスを起こすことなく受光感度を更に向上させることができる。
【０１７５】
なお、本実施形態３では、受光部３または３Ａ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または３Ａに離間した状態で、受光部３または３Ａ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または３Ａ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。
【０１７６】
（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。
【０１７７】
図１４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。
【０１７８】
図１４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。
【０１７９】
層内レンズ１２Ｃ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したが、これに限らず、層内レンズ１２Ｃはその隣接レンズ間を離間して形成してもよい。
【０１８０】
層内レンズ１２Ｃは、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であってレンズ形状の外周端部の膜厚が、光波長に対して光が透過せず屈折するのに必要な膜厚以上（ここでは４００ｎｍ）に設定されている。即ち、平面視正方形状の層内レンズ１２Ｃの角部分で膜厚が、光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定され、かつ、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径が、受光部３の平面視正方形状の４角部分に受光ロスなく効率よく集光されるのに必要な曲率半径になっている。即ち、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であって平面視４角形の中心を通るＸ方向および中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて、平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されている。
【０１８１】
上記構成の本実施形態４のＣＣＤ固体撮像素子１Ｃ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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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’断面は、図５（ｂ）の場合と同様に、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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
これによって、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。
【０１８９】
以上により、本実施形態４によれば、ＣＣＤ固体撮像素子１Ｃにおいても、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であってレンズ形状の外周端部の膜厚が、光波長に対して光が直線状に透過せず屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定されている。即ち、平面視正方形状の層内レンズ１２Ｃやマイクロレンズ１６または１６Ａの角部分で膜厚が、光波長に対して光が透過せず理想的に内側に屈折するのに必要な膜厚以上の膜厚に設定され、かつ、対角方向Ｃ１（斜め方向）の曲率半径が、受光部３または３Ａの平面視正方形状の４角部分に受光ロスなく効率よく集光されるのに必要な曲率半径になっている。即ち、高屈折率膜のレンズ形状が平面視４角形であって平面視４角形の中心を通るＸ方向および中心を通りこれに直交するＹ方向の各曲率半径に比べて、平面視４角形の対角方向の曲率半径が大きく設定されている。
【０１９０】
これによって、受光部３または３Ａの平面視正方形状（または矩形状）から外れることなく、その平面視正方形状（または矩形状）の４角部分での受光ロスを起こすことなく受光感度を更に向上させることができる。
【０１９１】
なお、上記実施形態１〜４では、層内レンズ１２、１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃやマイクロレンズ１６、１６Ａおよび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または３Ａの位置に対応して形成したが、これに限らず、繰り返し説明するが、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。
【０１９２】
（実施形態５）
上記実施形態１〜４の層内レンズ１２、１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃやマイクロレンズ１６、１６Ａおよび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、１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃやマイクロレンズ１６、１６Ａおよび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している。
【０１９３】
図１５（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１５（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１５（ｂ）の要部積層構成は、図１５（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。
【０１９４】
図１５（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１９が形成されている。この反射防止膜１９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１５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。
【０１９５】
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１９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１９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。
【０１９６】
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１９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１９のレンズ形状上に、反射防止膜１９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。
【０１９７】
（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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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】
【０２０３】
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】
【０２０４】
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、３Ａ  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、１２Ａ、１２’、１２Ａ’、１２Ｂ、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、１６Ａ  マイクロレンズ（レンズ）
１７、１７ａ  レンズ形状のレジスト膜
１８、１８Ａ  集光領域の外周端
１９  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
【図１】
2014072208.tif 000003
【図２】
2014072208.tif 000004
【図３】
2014072208.tif 000005
【図４】
2014072208.tif 000006
【図５】
2014072208.tif 000007
【図７】
2014072208.tif 000008
【図８】
2014072208.tif 000009
【図９】
2014072208.tif 000010
【図１０】
2014072208.tif 000011
【図１３】
2014072208.tif 000012
【図１４】
2014072208.tif 000013
【図１５】
2014072208.tif 000014
【図１６】
2014072208.tif 000015
【図２３】
2014072208.tif 000016
【図２４】
2014072208.tif 000017
【図６】
2014072208.tif 000018
【図１１】
2014072208.tif 000019
【図１２】
2014072208.tif 000020
【図１７】
2014072208.tif 000021
【図１８】
2014072208.tif 000022
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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