(57)【要約】【課題】より簡易なプロセスでストリエーションの影響を低減しつつ凹部上の下地膜の膜厚を、平坦化を含め任意の膜厚に設定する。【解決手段】被処理基板１上の下地パターン２による表面段差と同程度以上の膜厚で感光性材料をスピンオンして感光性材料膜３ａを成膜するため、その上に設けられる層のストリエーションの影響を低減することができる。光透過率が変化するグレイトーンマスク４を用いたフォトリソ技術により、平坦化膜である感光性材料膜３の膜厚を所望の膜厚に設定することができる。ストリエーションの上層への影響を低減しつつ、このグレイトーンマスク４を用いたフォトリソ技術だけの簡易なプロセスで下地段差を容易に平坦化することができる。【選択図】図２
2011258844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板上の下地パターンによる表面段差と同程度以上の膜厚で感光性材料をスピンオンして感光性材料膜を成膜する感光性材料成膜工程と、
成膜した感光性材料膜の膜厚の一部を、光透過率を変化させたマスクを用いたフォトリソ技術により除去して該感光性材料膜を所定の膜厚とするフォトリソ工程とを有する半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記表面段差と同程度以上の感光性材料膜の膜厚を、該表面段差の１．０倍よりも大きく該表面段差の１．８倍よりも小さい膜厚範囲内に設定する請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記フォトリソ工程で用いるマスクは、前記感光性材料膜の膜厚の所定の一部が除去できるような光透過率を持ったグレイトーンマスクである請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記フォトリソ工程で用いるマスクは、金属膜の膜厚を変化させた膜厚パターンにより光透過率を変化させている請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記膜厚パターンは、前記下地パターン上の前記感光性材料膜の凸部上が平坦となり、該下地パターン間の凹部で、所定膜厚が得られるように該感光性材料膜の表面部が除去されるレイアウトとなっている請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記フォトリソ工程で用いるマスクの光透過率は、前記感光性材料膜の感度特性から得られた設定値が用いられる請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記感光性材料膜に対して熱処理を行って該感光性材料膜を熱硬化させる熱処理工程をさらに有する請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記感光性材料膜は、感光性を持った有機材料膜である請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記フォトリソ工程は、所定領域の感光性材料の膜厚を所定の膜厚に制御可能とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記下地パターン上の感光性材料膜の膜厚の一部または全部を除去することにより、前記配線パターン上と配線スペース部の高低差を低減して平坦化する請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
半導体集積回路素子または固体撮像素子を製造する請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
被処理基板上に下地パターンが設けられ、該下地パターンによる表面段差と同程度以上の膜厚の感光性材料膜から所定の膜厚に設定された半導体素子であって、光透過率を変化させたマスクを用いたフォトリソ技術により、該下地パターン上の該感光性材料膜の表面部が除去されて平坦化され、該下地パターン間の凹部で、所定の膜厚が得られるように該感光性材料膜の表面部が除去されている半導体素子。
【請求項１３】
被処理基板上の下地パターンによる表面段差と同程度以上の膜厚で感光性材料をスピンオンして感光性材料膜を成膜する感光性材料成膜工程と、
成膜した感光性材料膜の膜厚の一部を、光透過率を変化させたマスクを用いたフォトリソ技術により除去して該感光性材料膜を所定の膜厚とするフォトリソ工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
前記下地パターンは、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マトリクス状に配列された撮像領域の周辺部のオプティカルブラック部を構成している遮光膜である請求項１３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
前記感光性材料膜は、前記複数の受光部のそれぞれに対応して所定の色配列で配列されたカラーフィルタおよび、該複数の受光部のそれぞれに対応して配列された集光用のマイクロレンズをそれぞれ上層とする各下地膜かまたは、該カラーフィルタまたは該マイクロレンズを上層とする下地膜に用いる請求項１３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
前記カラーフィルタが各色によって膜厚が異なる場合に、該各色のカラーフィルタの表面が面一になるように、前記下地膜として用いる感光性材料膜に対して該各色毎にその膜厚を変えて段差を形成する請求項１５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
前記感光性材料膜は透明樹脂が主成分である請求項１３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
前記マイクロレンズから前記受光部への集光距離は前記感光性材料膜の膜厚により調整する請求項１５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
被処理基板上に下地パターンが設けられ、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マトリクス状に配列された撮像領域の周辺部では、該下地パターン上の該感光性材料膜の表面部が除去されて平坦化され、該撮像領域では、所定膜厚が得られるように該感光性材料膜の表面部が除去されている固体撮像素子。
【請求項２０】
前記感光性材料膜は、前記複数の受光部のそれぞれに対応して所定の色配列で配列されたカラーフィルタおよび、該複数の受光部のそれぞれに対応して配列された集光用のマイクロレンズをそれぞれ上層とする各下地膜かまたは、該カラーフィルタまたは該マイクロレンズを上層とする下地膜に用いられる請求項１９に記載の固体撮像素子。
【請求項２１】
前記カラーフィルタが各色によって膜厚が異なる場合に、色配列された複数のカラーフィルタの表面が面一になるように、前記下地膜として用いる感光性材料膜が各色毎にその膜厚を変えて該感光性材料膜の表面側に段差が形成されている請求項２０に記載の固体撮像素子。
【請求項２２】
請求項１９〜２１のいずれか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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣ素子、ＬＳＩ素子およびロジック回路素子などの半導体集積回路素子や固体撮像素子などの半導体素子およびその製造方法、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、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、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】
この種の従来の半導体素子の製造、特に、固体撮像素子の製造において、被処理基板の表面に形成された凹凸を平坦化する方法として、有機材料膜のスピンコート法が従来から広く用いられている。この有機材料膜のスピンコート法による表面の平坦化について、以下に詳細に説明する。
【０００３】
特許文献１には、被処理基板表面に半導体膜を凹凸と同程度の膜厚に形成した後、その凹凸パターンと相関のあるレジストパタンを形成し、続いて、凸部をエッチング除去後、スピンオンシリカなどを用いることにより、被処理基板表面を平坦化する方法が提案されている。
【０００４】
図８（ａ）〜図８（ｅ）は、特許文献１に開示されている従来の半導体素子の各製造工程を模式的に示す要部縦断面図である。
【０００５】
まず、図８（ａ）に示すように、従来の半導体素子１００の各製造工程において、下地パターン１０２の凹凸が形成されている被処理基板１０１の表面に、図８（ｂ）に示すように、凹部とほぼ同じ膜厚となる有機材料１０３をスピンコート法にて成膜する。これにより、下地パターン１０２の凹部に厚く有機材料１０３が形成され、また、凸部上には薄く有機材料１０３が形成されることによりその表面が平坦化される。しかしながら、本手法では、凹部のスペースが比較的狭いパターンについては良好に平坦化されるものの、凹部のスペースが比較的広いパターン（例えば固体撮像素子の撮像領域）はなだらかな傾斜を有した形状に平滑化されるのみで、平坦化は出来ず段差は残る。このように、凹部のスペースが比較的広いパターン（例えば固体撮像素子の撮像領域）を平坦化する方法として、この特許文献１に記載されている。
【０００６】
次に、下地パターン１０２の凹凸が形成されている被処理基板１０１の表面に、図８（ｃ）に示すように、凹部とほぼ同じ膜厚となる有機材料１０３を成膜した後の凹パターンよりも少し小さい幅にレジストパターン１０４を形成する。その後、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン１０４をマスクにして、図８（ｄ）に示すように、有機材料１０３が選択的にエッチング除去されて、その凹部内に所定形状の絶縁膜１０３ａを形成し、レジストパターン１０４を除去する。これによって、細い溝を介して下地パターン１０２の絶縁膜と、絶縁膜１０３ａと隣接して形成される。続いて、図８（ｅ）に示すように、スピンオンシリカなどを用いて平坦化膜１０５が形成される。
【０００７】
このように、特許文献１に開示される従来の表面平坦化方法を用いる場合、被処理基板１０１の表面に形成された凹凸を平坦化する効果はあるものの、絶縁膜形成をスピンコート法にて実施した場合に、絶縁膜１０３ａの表面には、液流れによる筋状の膜ムラ（膜厚の不均一なストリエーション）がウェハ中央部から外周方向に向けて放射線状に発生してしまう。
【０００８】
このようなスピンコート法で発生するストリエーション（放射状のすじ）を低減する方法が特許文献２に提案されている。
【０００９】
特許文献２では、下地パターンの凹凸が形成されている被処理基板表面に、凹部とほぼ同じ膜厚となる膜を成膜し、凹部内に形成した膜をフォトリソ・エッチングなどの技術を使用して格子状に形成した後に、スピンコート法にて平坦化膜を成膜する。以下に、図９を用いて、特許文献２に開示されている従来の半導体素子の製造方法について詳細に説明する。
【００１０】
図９（ａ）〜図９（ｄ）は、特許文献２に開示されている従来の半導体素子の各製造工程を模式的に示す要部縦断面図である。
【００１１】
まず、図９（ａ）に示すように、従来の半導体素子２００の各製造工程において、被処理基板２０１上に設けられた下地パターン２０２の凹凸と同程度の膜厚で、図９（ｂ）に示すように、感光性材料２０３をスピンオンして成膜する感光性材料成膜工程と、この感光性材料成膜工程により成膜した感光性材料２０３のうち、下地パターン２０２の広い凹部内（例えば半導体集積回路素子の所定領域）の感光性材料２０３の一部および、下地パターン２０２の凸部上の感光性材料２０３をフォトリソ技術（レクチルなどの原版から選択的に紫外光を照射）により選択的に除去することにより、図９（ｃ）に示すように、下地パターン２０２の広い凹部（例えば半導体集積回路素子の所定領域）内の透明感光性材料２０３を複数の各凸部２０３ａ（断面凸形状部は平面視四角形）に分割する感光性材料パターニング工程と、感光性材料パターニング工程でパターニングした感光性材料２０３の複数の各凸部２０３ａ、被処理基板２０１および下地パターン２０２上に渡って、図９（ｄ）に示すように平坦化用材料膜２０４をスピンオンにて成膜する平坦化用材料膜成膜工程とを有している。
【００１２】
図９（ｂ）に示す感光性材料成膜工程では、被処理基板２０１上に設けられた下地パターン２０２の凹凸と同程度の膜厚で感光性材料２０３を成膜するが、この感光性材料２０３の成膜は、感光性材料２０３の耐熱性および素子へのプラズマダメージ低減のためにピンオンプロセスにより実施する。
【００１３】
次に、図９（ｃ）に示す感光性材料パターニング工程では、下地パターン２０２の凹部内の感光性材料２０３の一部および、下地パターン２０２の凸部上の感光性材料２０３を所望のマスクでのフォトリソ技術により選択的に除去して、画素配列に応じた規則性を有するように実施される。
【００１４】
さらに、図９（ｄ）に示す平坦化用材料成膜工程では、パターニングされた感光性材料２０３の複数の各凸部２０３ａ、被処理基板２０１および下地パターン２０２上に、材料の耐熱性および素子へのプラズマダメージ低減のために、透明平坦化材料膜２０４をスピンオンにより成膜する。このスピンオン工程（平坦化用材料成膜工程）では、構造により初期段差が略平滑化されていることと、さらに、規則的に配列された凹部または凸部構造（ここでは格子状溝構造）が、段差を起点として放射状に発生するレジスト脈動の強い指向性を均等に分散させることにより、液流れによる筋状の膜ムラ（ストリエーションＳ）を抑制する。
【００１５】
なお、ここでは、半導体集積回路素子の所定凹部領域を平坦化する半導体素子の製造方法について説明したが、これに限らず、この半導体素子の製造方法を、所定凹部の撮像領域を平坦化する固体撮像素子の製造方法に適用させることもできる。
【００１６】
この場合、図９（ｄ）を、固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図として用いることができる。
【００１７】
図９（ｄ）において、従来の半導体素子２００としての固体撮像素子は、被処理基板２０１の中央部の撮像領域の周囲にオプティカルブラック部が設けられており、このオプティカルブラック部に対応するように被処理基板２０１上に下地パターン２０２が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開昭６１−５５９４３号公報
【特許文献２】特開２００９−２４６２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記特許文献１、２に開示されている従来の半導体素子の平坦化工程では、感光性材料をスピンオンして成膜した後に、フォトリソ技術により選択的に感光性材料を除去し、さらに、その上から平坦化用材料をスピンオンして成膜して平坦化する必要があり、平坦化工程が複雑であった。また、受光部上の平坦化膜の膜厚を、周囲の段差よりも薄くしたいという要求がある場合に、上記特許文献１、２に開示されている従来の半導体素子の平坦化工程では、実施するのが困難であった。
【００２０】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、より簡易なプロセスでストリエーションの影響を低減しつつ凹部上の下地膜の膜厚を、平坦化を含め任意の膜厚に設定することができる半導体素子の製造方法、この半導体素子としての固体撮像素子の製造方法、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】
【００２１】
本発明の半導体素子の製造方法は、被処理基板上の下地パターンによる表面段差と同程度以上の膜厚で感光性材料をスピンオンして感光性材料膜を成膜する感光性材料成膜工程と、成膜した感光性材料膜の膜厚の一部を、光透過率を変化させたマスクを用いたフォトリソ技術により除去して該感光性材料膜を所定の膜厚とするフォトリソ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。
【００２２】
また、好ましくは、本発明の半導体素子の製造方法における表面段差と同程度以上の感光性材料膜の膜厚を、該表面段差の１．０倍よりも大きく該表面段差の１．８倍よりも小さい膜厚範囲内に設定する。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の半導体素子の製造方法におけるフォトリソ工程で用いるマスクは、前記感光性材料膜の膜厚の所定の一部が除去できるような光透過率を持ったグレイトーンマスクである。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の半導体素子の製造方法におけるフォトリソ工程で用いるマスクは、金属膜の膜厚を変化させた膜厚パターンにより光透過率を変化させている。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の半導体素子の製造方法における膜厚パターンは、前記下地パターン上の前記感光性材料膜の凸部上が平坦となり、該下地パターン間の凹部で、所定膜厚が得られるように該感光性材料膜の表面部が除去されるレイアウトとなっている。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の半導体素子の製造方法におけるフォトリソ工程で用いるマスクの光透過率は、前記感光性材料膜の感度特性から得られた設定値が用いられる。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の半導体素子の製造方法における感光性材料膜に対して熱処理を行って該感光性材料膜を熱硬化させる熱処理工程をさらに有する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の半導体素子の製造方法における感光性材料膜は、感光性を持った有機材料膜である。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の半導体素子の製造方法におけるフォトリソ工程は、所定領域の感光性材料の膜厚を所定の膜厚に制御可能とする。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の半導体素子の製造方法における下地パターン上の感光性材料膜の膜厚の一部または全部を除去することにより、前記配線パターン上と配線スペース部の高低差を低減して平坦化する。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の半導体素子の製造方法において、半導体集積回路素子または固体撮像素子を製造する。
【００３２】
本発明の半導体素子は、被処理基板上に下地パターンが設けられ、該下地パターンによる表面段差と同程度以上の膜厚の感光性材料膜から所定の膜厚に設定された半導体素子であって、光透過率を変化させたマスクを用いたフォトリソ技術により、該下地パターン上の該感光性材料膜の表面部が除去されて平坦化され、該下地パターン間の凹部で、所定の膜厚が得られるように該感光性材料膜の表面部が除去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。
【００３３】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、被処理基板上の下地パターンによる表面段差と同程度以上の膜厚で感光性材料をスピンオンして感光性材料膜を成膜する感光性材料成膜工程と、成膜した感光性材料膜の膜厚の一部を、光透過率を変化させたマスクを用いたフォトリソ技術により除去して該感光性材料膜を所定の膜厚とするフォトリソ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。
【００３４】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における下地パターンは、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マトリクス状に配列された撮像領域の周辺部のオプティカルブラック部を構成している遮光膜である。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における感光性材料膜は、前記複数の受光部のそれぞれに対応して所定の色配列で配列されたカラーフィルタおよび、該複数の受光部のそれぞれに対応して配列された集光用のマイクロレンズをそれぞれ上層とする各下地膜かまたは、該カラーフィルタまたは該マイクロレンズを上層とする下地膜に用いる。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるカラーフィルタが各色によって膜厚が異なる場合に、該各色のカラーフィルタの表面が面一になるように、前記下地膜として用いる感光性材料膜に対して該各色毎にその膜厚を変えて段差を形成する。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における感光性材料膜は透明樹脂が主成分である。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるマイクロレンズから前記受光部への集光距離は前記感光性材料膜の膜厚により調整する。
【００３９】
本発明の固体撮像素子は、被処理基板上に下地パターンが設けられ、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マトリクス状に配列された撮像領域の周辺部では、該下地パターン上の該感光性材料膜の表面部が除去されて平坦化され、該撮像領域では、所定膜厚が得られるように該感光性材料膜の表面部が除去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】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における感光性材料膜は、前記複数の受光部のそれぞれに対応して所定の色配列で配列されたカラーフィルタおよび、該複数の受光部のそれぞれに対応して配列された集光用のマイクロレンズをそれぞれ上層とする各下地膜かまたは、該カラーフィルタまたは該マイクロレンズを上層とする下地膜に用いられる。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるカラーフィルタが各色によって膜厚が異なる場合に、色配列された複数のカラーフィルタの表面が面一になるように、前記下地膜として用いる感光性材料膜が各色毎にその膜厚を変えて該感光性材料膜の表面側に段差が形成されている。
【００４２】
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。
【００４３】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００４４】
本発明においては、被処理基板上の下地パターンによる表面段差と同程度以上の膜厚で感光性材料をスピンオンして感光性材料膜を成膜する感光性材料膜成膜工程と、この成膜した感光性材料膜の表面膜厚の一部を、光透過率を変化させたマスクを用いたフォトリソ技術により除去して感光性材料膜の所定膜厚を得るフォトリソ工程とを有している。
【００４５】
表面段差と同程度以上の感光性材料膜の膜厚Ｔが表面段差の１．０倍よりも大きく表面段差の１．８倍よりも小さい膜厚範囲に設定することにより、ストリエーションが発生しにくい感光性材料膜の膜厚とすることが可能となる。
【００４６】
これによって、被処理基板上の下地パターンによる表面段差と同程度以上の膜厚で感光性材料をスピンオンして感光性材料膜を成膜するので、その上に設けられる上層のストリエーションの影響を低減することが可能となる。光透過率が変化するグレイトーンマスクを用いたフォトリソ技術により、平坦化を含め感光性材料膜の膜厚を所望の膜厚に自在に設定することが可能となる。これによって、ストリエーションの上層への影響を低減しつつ、このグレイトーンマスクを用いたフォトリソ技術だけの簡易なプロセスで下地段差を容易に平坦化したり領域毎に段差を設けたりすることが可能となる。
【発明の効果】
【００４７】
以上により、本発明によれば、光透過率が変化するグレイトーンマスクを用いたフォトリソ技術による簡易なプロセスで、ストリエーションの影響を低減しつつ凹部上の下地膜の膜厚を、平坦化を含め任意の膜厚に設定することができて、下地段差を容易に平坦化したり領域毎に段差を設けたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態１における半導体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）〜（ｄ）は、図１（ａ）および図１（ｂ）の半導体素子の製造方法における平坦化工程を説明するための各工程を示す縦断面図である。
【図３】レジスト膜に露光する照射光エネルギー（光量）に対する残膜量との関係を示す特性曲線図である。
【図４】マスク透過率（Ｂｌａｃｋ  Ｒａｔｉｏ）に対する残膜量との関係を示す特性曲線図である。
【図５】本発明の実施形態２における固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態２における固体撮像素子の別の事例を示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施形態３として、本発明の実施形態２の固体撮像素子のいずれか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８】（ａ）〜（ｅ）は、特許文献１に開示されている従来の半導体素子の各製造工程を模式的に示す要部縦断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、特許文献２に開示されている従来の半導体素子の各製造工程を模式的に示す要部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下に、本発明の半導体素子およびその製造方法の実施形態１および、本発明の半導体素子としての固体撮像素子およびその製造方法の実施形態２、さらに、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の実施形態３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。
【００５０】
（実施形態１）
図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明の実施形態１における半導体素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【００５１】
図１（ａ）において、本実施形態１の半導体素子１０は、ＩＣ素子、ＬＳＩ素子およびロジック回路素子などの半導体集積回路素子や固体撮像素子などに用いられ、下地パターン２の段差（凹凸）が形成されている被処理基板１の表面またはその上方に、レジスト膜などの感光性材料膜３となる感光性材料が、この凹凸（段差）と同程度またはそれ以上の膜厚に成膜された後に、後述するグレートーンマスクを用いたフォトリソ工程により、選択的に所望の膜厚の平坦化膜として形成されている。感光性材料膜３は、感光性を持った有機材料膜である。
【００５２】
この平坦化膜になる感光性材料膜３は、下地パターン２の凹凸と同程度またはそれ以上の膜厚に成膜するので、その表面のストリエーションの影響を低減すると共に、所定の膜厚になるように凸部をエッチング除去しているので、下地パターン２間の広い凹部上の平坦化膜の膜厚を任意の膜厚に設定できて、ストリエーションの影響を低減しつつ下地段差を平坦化することができる。しかも、感光性材料膜の形成後、凹凸パターンと相関のあるレジストパターンを形成し、続いて、下地パターン２上の感光性材料膜の凸部を露光により除去後、スピンオンシリカなどを用いて平坦化膜を別途形成する従来の平坦化膜形成方法に比べて、感光性材料膜３ａの成膜後、フォトリソ工程だけで感光性材料膜３ａの表面の膜厚の一部を削除して所定膜厚の平坦化膜として感光性材料膜３を形成する本実施形態１の平坦化膜形成方法の方が、より簡易なプロセスとなっている。
【００５３】
図１（ｂ）に示すように、感光性材料膜３Ａは、下地パターン２の凹凸（段差）と同程度またはそれ以上の膜厚に成膜してストリエーションの影響を低減しつつ、さらに薄い膜厚になるように下地パターン２上の凸部および、下地パターン２間の凹部内の平坦部をフォトリソ技術を用いて除去して、下地パターン２間の広い凹部上の平坦化膜の膜厚をさらに薄い任意の膜厚に設定できて、ストリエーションの影響を低減しつつ下地段差を平坦化することができる。
【００５４】
これによって、図１（ａ）に示す半導体素子１０および図１（ｂ）に示す半導体素子１０Ａが得られる。
【００５５】
以下に、上記構成の半導体素子１０または１０Ａの製造方法について図２（ａ）〜図２（ｄ）を用いて詳細に説明する。
【００５６】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、図１（ａ）および図１（ｂ）の半導体素子１０の製造方法の平坦化工程を説明するための各工程を示す縦断面図である。
【００５７】
まず、図２（ａ）に示すように、被処理基板１（半導体基板）上に設けられた下地パターン２の段差（凹凸）上に、図２（ｂ）に示すように、被処理基板１の表面の凹凸と同程度以上の感光性材料膜３ａの膜厚（ここでは１．５倍程度の膜厚）、即ち、ストリエーションができにくい膜厚で感光性材料膜３ａをスピンオンにて成膜する。この場合、被処理基板１の凹凸と同程度以上の感光性材料膜３ａの膜厚は、段差（凹凸）の１．０以下ではストリエーションが現れ、段差（凹凸）の１．８倍以上では削除する表面膜厚量が多くなって露光工程での工数が上がる。したがって、被処理基板１の段差（凹凸）と同程度以上の感光性材料膜３の膜厚Ｔは、好ましくは、段差（凹凸）の１．０＜Ｔ＜１．８の膜厚範囲に設定する。
【００５８】
次に、フォトリソ技術を用いて、成膜した感光性材料膜３の表面膜厚の一部を除去して表面を平坦化する。このときに用いるマスク４は、グレイトーンマスクであって、感光性材料膜３の表面膜厚の一部が任意の量だけ除去できるような光透過率を持ったパターンが形成されている。即ち、マスク４は、金属膜の膜厚、例えばＣｒ膜４ａの膜厚を変化させることにより、微細パターンの密度を変化させるなどの既知の技術にて光透過率を変化させている。このときのマスク４の光透過率は、感光性材料膜３の感度特性から得られた設定値を用いる。マスク４のＣｒ膜４ａの膜厚パターンは、例えば周辺回路部では、下地パターン２の凸部上が平坦となり、例えば中央部の画素アレイ部では、必要膜厚が得られるように感光性材料膜３の表面部が除去されるレイアウトとなっている。即ち、例えば概略的に説明すると、露光領域の周辺部の入射光Ｌ１に対する透過光Ｌ２が「大」、露光領域の中央部の入射光Ｌ１に対する透過光Ｌ２が「小」、露光領域の周辺部と中央部の境界部分の入射光Ｌ１に対する透過光Ｌ２が「中」になるように設定されている。
【００５９】
本実施形態１の半導体素子１０が固体撮像素子の場合、露光領域中央部における画素アレイ部の膜厚は、集光が最適となるレンズ−基板間距離から決定される。この露光領域中央部において、被処理基板１の表面の段差（凹凸）と同程度以上の膜厚で感光性材料３をスピンオンにて成膜することにより、感光性材料膜３によるストリエーションが低減できる。また、本プロセスにて、段差（凹凸）は画素アレイ部のみ必要最小限とされていることから、この平坦化膜である感光性材料膜３上の次工程のカラーフィルタに影響するストリエーションを低減することができる。
【００６０】
図３は照射光エネルギーに対する残膜量との関係を示す特性曲線図であり、図４は、マスク透過率（Ｂｌａｃｋ  Ｒａｔｉｏ）に対する残膜量との関係を示す特性曲線図である。
【００６１】
感光性材料膜３を任意の膜厚だけ除去して所望の膜厚を得るためには、図３および図４の感度特性（γ値）を示す特性曲線が緩やかであること（横に寝ていること）が望ましく、より精密な膜厚制御が可能となる。図３では、光量（照射エネルギ）に対する残膜量が決定される特性曲線であり、図４では、マスク４の光透過率の特性曲線である。マスク透過率設定材料の感度特性から、図４に示すように、所望の残膜量が得られるブラック・レイティオ（マスク光透過率；Ｂｌａｃｋ  Ｒａｔｉｏ）を決定する。このときのブラック・レイティオ（マスク光透過率；Ｂｌａｃｋ  Ｒａｔｉｏ）は、マスク４上のＣｒ膜４ａの膜厚を変化させる技術であって、Ｃｒ膜４ａの膜厚パターンの微細パターン密度を変化させる技術を用いる。
【００６２】
次に、図２（ｃ）に示す露光工程後の現像工程で露光された膜厚分を洗い流して、図２（ｄ）に示すように、マスク４の膜厚パターンの領域毎の光透過率に応じて、光量で残したい所望の感光性材料膜３の膜厚に設定することができる。この場合、半導体素子１０が例えば固体撮像素子の場合、受光部上はレンズ−基板間距離を短くしたいという要望もあるため、その短くしたい部分（領域）を多く除去して薄い感光性材料膜３Ａに設定できるように、マスク４によって中央部の撮像領域に光をより多く当てて、受光部上の平坦化膜に所望の膜厚が得られるようにすることができる。
【００６３】
その後、熱処理工程を実施する。熱処理工程は、露光・現像された感光性材料膜３に対して熱処理を、摂氏２００度の雰囲気で４分〜５分間行って、感光性材料膜３を熱硬化させる。
【００６４】
したがって、本実施形態１の半導体素子１０の製造方法は、被処理基板１上の下地パターン２による表面段差と同程度以上の膜厚で感光性材料をスピンオンして感光性材料膜３ａを成膜する感光性材料膜成膜工程と、この成膜した感光性材料膜３ａの表面膜厚の一部を、感光性材料膜３ａの表面膜厚の所定の一部が除去できるような光透過率を持ったグレイトーンマスクを用いたフォトリソ技術により除去して感光性材料膜３の所定膜厚を得るフォトリソ工程と、感光性材料膜３に対して熱処理を行って感光性材料膜３を熱硬化させる熱処理工程とを有している。
【００６５】
以上により、本実施形態１によれば、被処理基板１上の下地パターン２による表面段差と同程度以上の膜厚で感光性材料をスピンオンして感光性材料膜３ａを成膜するため、その上に設けられる層のストリエーションの影響を低減することができる。光透過率が変化するグレイトーンマスク４を用いたフォトリソ技術により、平坦化膜である感光性材料膜３の膜厚を所望の膜厚に設定することができる。ストリエーションの上層への影響を低減しつつ、このグレイトーンマスク４を用いたフォトリソ技術だけの簡易なプロセスで下地段差を容易に平坦化することができる。
【００６６】
なお、本実施形態１において、図２（ａ）に示すように、被処理基板１上に設けられた下地パターン２、半導体素子１０が例えば固体撮像素子であれば、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マトリクス状に配列された撮像領域の周辺部のオプティカルブラック部を構成している遮光膜段差の凹凸上に、被処理基板１の表面の段差（凹凸）と同程度またはそれ以上（ここでは１．５倍程度の膜厚）の感光性材料３（レジスト膜）の膜厚、即ち、ストリエーションが発生しにくい厚い膜厚で感光性材料３をスピンコートにて成膜することができる。また、これらの半導体素子１０または１０Ａは、固体撮像素子の他にも、ＩＣ素子、ＬＳＩ素子およびロジック回路素子などの半導体集積回路素子に用いることができる。
【００６７】
なお、本実施形態１では、特に説明しなかったが、フォトリソ工程は、所定領域の感光性材料膜３の膜厚を所定の膜厚に制御可能とする。このことについて、その一例を、次の実施形態２で詳細に説明する。
【００６８】
（実施形態２）
上記実施形態１では、半導体素子１０または１０Ａおよびその製造方法として、下地パターン２の段差（凹凸）が形成されている被処理基板１の表面またはその上方に、レジスト膜などの感光性材料膜３が、この凹凸（段差）と同程度またはそれ以上の膜厚に平坦化膜として形成する場合について説明したが、本実施形態２では、固体撮像素子２０または２０Ａおよび、その製造方法として、平坦化膜を用いる場合の他、カラーフィルタが各色によって膜厚が異なるが、カラーフィルタの表面が平坦化するように、その下地膜に所望の段差を設ける場合について説明する。
【００６９】
図５は、本発明の実施形態２における固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【００７０】
図５において、本実施形態２の固体撮像素子２０は、半導体基板２１の表面側に、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複数の受光部２２がマトリクス状に配設されている。各受光部２２の上方に、各受光部２２に対応して平坦化膜２３を介して各カラーフィルタ２４ａ，２４ｂがそれぞれ設けられ、各カラーフィルタ２４ａ，２４ｂの上方に各受光部２２に対応して、平坦化膜２５を介して、入射光を各受光部２２にそれぞれ集光する各マイクロレンズ２６が設けられている。カラーフィルタ２４ａ，２４ｂはそれぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色のいずれかである。
【００７１】
この場合の平坦化膜２３および２５がそれぞれ、上記実施形態１のグレイスケールのマスク４を用いてフォトリソ工程（露光工程および現像工程）のみで平坦化した感光性材料膜３に対応している。
【００７２】
図６は、本発明の実施形態２における固体撮像素子の別の事例を示す縦断面図である。
【００７３】
図６において、本実施形態２の固体撮像素子２０Ａは、半導体基板２１の表面側に、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複数の受光部２２がマトリクス状に配設されている。各受光部２２の上方に、各受光部２２に対応した所望の色配列（ベイヤー配列）で、各カラーフィルタ２４ａ，２４ｂの厚さにそれぞれ応じた段差が設けられた透明膜２３Ａが形成されている。所望の色配列（ベイヤー配列）に対応して段差（異なる膜厚）が設けられた透明膜２３Ａ上に、厚さが異なる各カラーフィルタ２４ａ，２４ｂがその表面を面一にして形成されている。各カラーフィルタ２４ａ，２４ｂの上方に各受光部２２に対応して、平坦化膜２５Ａを介して、入射光を各受光部２２にそれぞれ集光する各マイクロレンズ２６が設けられている。カラーフィルタ２４ａ，２４ｂはそれぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色のいずれかである。所望の色配列（ベイヤー配列）に対応して段差（異なる膜厚）が設けられた透明膜２３Ａによって、各カラーフィルタ２４ａ，２４ｂ上の平坦化膜２５Ａの膜厚を、平坦化膜２５に比べて薄くすることができる。これによって、カラーフィルタ−受光部間距離を短縮することができて、混色を抑制できて、色再現性を改善することができる。カラーフィルタ−受光部間距離が短縮する分だけ、各受光部２２における受光感度も向上させることができる。
【００７４】
この場合の透明膜２３Ａは、上記実施形態１のグレイスケールのマスク４を用いてフォトリソ工程（露光工程および現像工程）のみで、各受光部２２に対応した所望の色配列で、各カラーフィルタ２４ａ，２４ｂの膜厚とは逆の所望の膜厚（カラーフィルタ表面が面一になるようにカラーフィルタが厚い場合は透明膜２３Ａは薄くなる）に形成する場合の感光性材料膜３に対応している。
【００７５】
要するに、下地パターン２の段差（凹凸）が形成されている被処理基板１の表面またはその上方に、レジスト膜などの感光性材料膜３が、この凹凸（段差）と同程度またはそれ以上の膜厚に透明膜２３Ａとして形成し、その透明膜２３Ａ上にカラーフィルタ２４ａ，２４ｂを形成する。この場合に、カラーフィルタ２４ａ，２４ｂが各色によって膜厚が異なるが、カラーフィルタ２４ａ，２４ｂの表面が平坦化するように、上記実施形態１のグレイスケールのマスク４を用いてその下地膜としての透明膜２３Ａに所望の段差を付けて所望の厚さにしている。
【００７６】
以上により、本実施形態２によれば、色配列の色に応じてカラーフィルタ２４ａ，２４ｂの下地膜（透明膜２３Ａ）の厚さが変化するが、上記実施形態１のグレイスケールのマスク４を用いて、カラーフィルタの厚みに応じた段差、例えばカラーフィルタが厚い赤色カラーフィルタ２４ｂに対応する位置は、下地膜（透明膜２３Ａ）の厚さを予め低く（薄く）しておくことができる。これによって、カラーフィルタ２４ａ，２４ｂの上面をフラットにすることができて、そのカラーフィルタ２４ａ，２４ｂの上の平坦化膜２５Ａをより薄くすることができて、混色を抑制でき、色再現性をも改善することができる。これによって、カラーフィルタ−受光部間距離が短縮する分だけ、各受光部２２における受光感度も向上させることができる。
【００７７】
（実施形態３）
図７は、本発明の実施形態３として、本発明の実施形態２の固体撮像素子２０または２０Ａ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。
【００７８】
図７において、本実施形態３の電子情報機器９０は、上記実施形態２の固体撮像素子２０または２０Ａからの撮像信号に対して所定の信号処理を行っ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。
【００７９】
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。
【００８０】
したがって、本実施形態３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手段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。
【００８１】
なお、本実施形態１、２では、特に詳細には説明していないが、被処理基板１上の下地パターン２による表面段差と同程度以上の膜厚で感光性材料膜３ａをスピンオンして感光性材料膜を成膜する感光性材料成膜工程と、成膜した感光性材料膜３ａの膜厚の一部を、光透過率を変化させたマスクを用いたフォトリソ技術により除去して感光性材料膜３ａを所定膜厚の感光性材料膜３とするフォトリソ工程とを有することにより、より簡易なプロセスでストリエーションの影響を低減しつつ凹部上の平坦化膜（感光性材料膜３）または下地膜（透明膜２３Ａ）の各膜厚を、平坦化を含め任意の膜厚に設定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。
【００８２】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３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１〜３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１〜３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】
【００８３】
本発明は、ＩＣ素子、ＬＳＩ素子およびロジック回路素子などの半導体集積回路素子や固体撮像素子などの半導体素子およびその製造方法、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、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、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、光透過率が変化するグレイトーンマスクを用いたフォトリソ技術による簡易なプロセスで、ストリエーションの影響を低減しつつ凹部上の下地膜の膜厚を、平坦化を含め任意の膜厚に設定することができて、下地段差を容易に平坦化したり領域毎に段差を設けたりすることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１  被処理基板（半導体基板）
２  下地パターン
３、３Ａ  感光性材料膜（レジスト膜）
３ａ  感光性材料膜
４  マスク（グレイトーンマスク）
４ａ  Ｃｒ膜
１０、１０Ａ  半導体素子
２０、２０Ａ  固体撮像素子
２１  半導体基板
２２  受光部（フォトダイオード）
２３、２５、２５Ａ  平坦化膜
２３Ａ  透明膜（下地）
２４ａ、２４ｂ  カラーフィルタ
２６  マイクロレンズ
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】
2011258844.tif 000003
【図２】
2011258844.tif 000004
【図３】
2011258844.tif 000005
【図４】
2011258844.tif 000006
【図５】
2011258844.tif 000007
【図６】
2011258844.tif 000008
【図７】
2011258844.tif 000009
【図８】
2011258844.tif 000010
【図９】
2011258844.tif 000011