(57)【要約】【課題】レンズの肩部や頭頂部が平坦になることがない、レジストマスクのレンズ形状をその下層のレンズ材料層に正確に転写することが可能なレンズ形成方法を提供する。【解決手段】レンズ材料層上にレンズ形状のレジストマスクを形成するマスク形成工程と、レジストマスク及びレンズ材料層をドライエッチングによりそれぞれエッチバックし、レンズ材料層にレジストマスクの形状を転写させてレンズを形成するドライエッチング工程とを有するレンズ形成方法であって、ドライエッチング工程は、レンズ材料層及びレジストマスクを収容する反応チェンバ内のガス圧力を複数の値に設定しつつドライエッチングを行う。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ材料層上にレンズ形状のレジストマスクを形成するマスク形成工程と、
前記レジストマスク及び前記レンズ材料層にドライエッチングを行い、前記レンズ材料層に前記レジストマスクの形状を転写させてレンズを形成するドライエッチング工程と、
を有するレンズ形成方法であって、
前記ドライエッチング工程は、
前記レンズ材料層及び前記レジストマスクを収容する反応チェンバ内のガス圧力を複数の値に設定しつつ前記ドライエッチングを行うレンズ形成方法。
【請求項２】
前記ガス圧力を、前記反応チェンバ内で発生するイオンが前記レンズ材料層に対して略垂直方向に照射される低圧力から、前記反応チェンバ内で発生するイオンが散乱して前記レンズ材料層に照射される高圧力に推移させる請求項１記載のレンズ形成方法。
【請求項３】
前記ガス圧力を、６７Ｐａから２００Ｐａ以上まで推移させる請求項２記載のレンズ形成方法。
【請求項４】
前記レンズの肩部を形成する際の前記ガス圧力と、前記レンズの頭頂部を形成する際の前記ガス圧力とを異なる値に設定する請求項１記載のレンズ形成方法。
【請求項５】
前記レンズの肩部を形成する際の前記ガス圧力は６７Ｐａ〜１３３Ｐａであり、
前記レンズの頭頂部を形成する際の前記ガス圧力は１３３Ｐａ〜３３３Ｐａである請求項４記載のレンズ形成方法。
【請求項６】
前記レンズ材料層は、
透明絶縁膜である請求項１記載のレンズ形成方法。
【請求項７】
前記レンズ材料層は、
シリコン窒化膜である請求項６記載のレンズ形成方法。
【請求項８】
前記レンズ材料層は、
有機樹脂である請求項６記載のレンズ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光を集光するレンズを形成するためのレンズ形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、固体撮像装置は、光電変換効率を向上させるため、入射光量に応じて信号電荷を発生する受光部（光電変換部）に対して外部からの光を集光するレンズを備えている。レンズは、シリコン窒化膜や有機樹脂等の透明絶縁膜を用いて形成され、例えば、受光部を含む基板上に順次積層された配線、層間絶縁膜、カラーフィルタ、及び平坦化層等の上に形成される。このレンズの形成方法として、従来、特許文献１に転写エッチング法が提案されている。
【０００３】
転写エッチング法は、レンズとなるレンズ材料層上に選択的にレジストマスクを形成し、熱処理を加えて該レジストマスクをそれぞれレンズ形状に変形（リフロー）させる。そして、ドライエッチングの一種である反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いてレジストマスク及びレンズ材料層にエッチングを行うことで、レジストマスクを除去すると共にレジストマスクの形状をレンズ材料層に転写してレンズを形成する手法である。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６４−１０６６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記したような従来のレンズ形成方法では、反応性イオンエッチング工程において、レンズ材料層及びレジストマスクが積層された基板を収容する反応チェンバ内のガス圧力が１３３Ｐａ以下の状態では、プラズマ放電によって発生したイオンが基板に対してほぼ垂直方向に照射される。そのため、イオン照射方向に対して被エッチング面が斜めに位置するレジストマスクの肩部のイオン密度が疎になり、イオン照射方向に対して被エッチング面が略垂直に位置するレジストマスクの頭頂部のイオン密度が密になる。したがって、このような条件下でレンズ材料層に転写エッチングを行うと、図１１に示すように頭頂部が平坦な形状のレンズが形成されてしまう。
【０００６】
一方、反応チェンバ内のガス圧力が１３３Ｐａより大きい状態では、プラズマ放電によって発生したイオンどうしの衝突確率が高くなり、イオンが散乱して基板に照射されるため、レジストマスクの肩部のイオン密度が密になり、レジストマスクの頭頂部のイオン密度が疎になる。したがって、このような条件下でレンズ材料層に転写エッチングを行うと、図１２に示すように肩部が平坦な山状のレンズが形成されてしまう。
【０００７】
本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、レンズの肩部や頭頂部が平坦になることがない、レジストマスクのレンズ形状をその下層のレンズ材料層に正確に転写することが可能なレンズ形成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のレンズ形成方法は、レンズ材料層上にレンズ形状のレジストマスクを形成するマスク形成工程と、
前記レジストマスク及び前記レンズ材料層にドライエッチングを行い、前記レンズ材料層に前記レジストマスクの形状を転写させてレンズを形成するドライエッチング工程と、
を有するレンズ形成方法であって、
前記ドライエッチング工程は、
前記レンズ材料層及び前記レジストマスクを収容する反応チェンバ内のガス圧力を複数の値に設定しつつ前記ドライエッチングを行う方法である。
【０００９】
このとき、前記ガス圧力を、前記反応チェンバ内で発生するイオンが前記レンズ材料層に対して略垂直方向に照射される低圧力から、前記反応チェンバ内で発生するイオンが散乱して前記レンズ材料層に照射される高圧力に推移させてもよく、
前記ガス圧力を、６７Ｐａから２００Ｐａ以上まで推移させることが好ましい。
【００１０】
また、前記レンズの肩部を形成する際の前記ガス圧力と、前記レンズの頭頂部を形成する際の前記ガス圧力とを異なる値に設定してもよく、
前記レンズの肩部を形成する際の前記ガス圧力は６７Ｐａ〜１３３Ｐａであり、
前記レンズの頭頂部を形成する際の前記ガス圧力は１３３Ｐａ〜３３３Ｐａであるのが好ましい。
【００１１】
なお、前記レンズ材料層は、
透明絶縁膜であってもよく、
シリコン窒化膜、または有機樹脂であることが好ましい。
【００１２】
上記のようなレンズ形成方法では、ドライエッチング工程において、反応チェンバ内のガス圧力を複数の値に設定しつつドライエッチングを行うことで、反応チェンバ内で発生するイオンのレジストマスクに対する照射方向を、その形状に応じて適宜変化させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１〜４は本発明のレンズ形成方法の製造工程を模式的に示す側断面図である。
【００１５】
本実施形態のレンズ形成方法では、まず、図１に示すように半導体基板１上に周知のプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や減圧ＣＶＤ法等を用いてレンズとなるシリコン窒化膜２を成膜する。
【００１６】
続いて、シリコン窒化膜２上にレジスト膜を堆積し、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて該レジスト膜を所望の形状にパターニングした後、熱処理を加えて該レジスト膜を変形させ、レンズ形状のレジストマスク３を形成する。なお、本実施形態では半導体基板１上にレンズを形成する例を示すが、半導体基板１に代えて、例えば、ＰＧＭＡ（ポリグリシジルメタアクリレート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）、あるいはポリイミド等の有機樹脂を用いてもよい。有機樹脂を基板として用いる場合は、基板表面を周知のＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いて平坦化した後、その上にシリコン窒化膜２を形成すればよい。
【００１７】
次に、周知の反応性イオンエッチング法を用いてレジストマスク３及びシリコン窒化膜２にエッチングを行うことで、レジストマスク３を除去すると共にレジストマスク３の形状をシリコン窒化膜２に転写してレンズを形成する。なお、エッチング処理には、例えば、周知の平行平板型のＲＩＥエッチング装置を使用する。
【００１８】
本実施形態では、転写エッチングの開始初期においては、ＲＩＥエッチング装置の反応チェンバ内のガス圧力を１３３Ｐａ以下（例えば６７Ｐａ）に設定し、図２に示すようにプラズマ放電によって発生したイオン４を半導体基板１に対してほぼ垂直方向に照射させてレンズの肩部を形成する。そして、反応チェンバ内のガス圧力を除々に上昇させて１３３Ｐａ以上（好ましくは２００Ｐａ以上）に設定する。上述したように反応チェンバ内のガス圧力を１３３Ｐａ以上に設定すると、プラズマ放電によって発生したイオンどうしの衝突確率が高くなり、図３に示すようにイオン４が散乱して半導体基板１に照射される。したがって、シリコン窒化膜２に転写されるレンズの肩部及び頭頂部のそれぞれが平坦にならず、図４に示すようなレンズ形状に形成される。
【００１９】
本実施形態のレンズ形成方法によれば、反応チェンバ内のガス圧力を複数の値に設定しつつ反応性イオンエッチングを行うことで、反応チェンバ内で発生するイオンのレジストマスク３に対する照射方向を、その形状に応じて適宜変化させることができるため、レジストマスク３の形状をその下層のシリコン窒化膜２（レンズ材料層）に正確に転写することが可能になる。よって、肩部や頭頂部が平坦にならない良質なレンズを得ることができる。
【００２０】
【実施例】
次に本発明のレンズ形成方法の実施例について、固体撮像装置を例にして説明する。
【００２１】
図５は本発明のレンズ形成方法で形成したレンズを備える固体撮像装置の構造を示す側断面図である。
【００２２】
図５に示すように、固体撮像装置は、半導体基板１の表面近傍に、入射光量に応じた信号電荷を発生する受光部７を備えた構成である。受光部７は格子状に配列された複数の画素毎に設けられ、各画素は半導体基板１の表面近傍に設けられた素子分離領域６によってそれぞれ分離されている。なお、半導体基板１上には、一般に受光部７と共に不図示の能動素子が形成される。
【００２３】
半導体基板１上には、ポリシリコン等を用いて所望の形状にパターニングされた第１の配線８、及び受光部７上に開口を備えたＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅｄ  Ｇｌａｓｓ）膜等から成る第１の層間絶縁膜９が成膜され、第１の層間絶縁膜９上にはＡｌ（アルミニウム）等を用いて所望の形状にパターニングされた第２の配線１０が形成される。
【００２４】
また、第１の層間絶縁膜９上にはプラズマＣＶＤ法等で形成されたＳｉＯ２膜から成る第２の層間絶縁膜１２、Ａｌ等を用いて所望の形状にパターニングされた第３の配線１３、プラズマＣＶＤ法等で形成されたＳｉＯ２膜から成る第３の層間絶縁膜１５、及びＡｌ等を用いて所望の形状にパターニングされた第４の配線１６が回路パターンに対応して順次形成される。
【００２５】
第１の配線８と第２の配線１０とは第１の層間絶縁膜９に設けられた第１のスルーホール１１を介して接続され、第２の配線１０と第３の配線１３とは第２の層間絶縁膜１２に設けられた第２のスルーホール１４を介して接続され、第３の配線１３と第４の配線１６とは第３の層間絶縁膜１５に設けられた第３のスルーホール１７を介して接続される。これらの層間絶縁膜及び配線は図５に示した４層構造である必要はなく、３層、２層、１層、あるいは４層以上の構造であってもよい。
【００２６】
第３の層間絶縁膜１６上には、第３の配線１６を覆うようにして、プラズマＣＶＤ法等で形成されたＳｉＯ２膜からなる保護膜１８が成膜され、その上に、本発明のレンズ形成方法で形成された層内レンズ１９と、有機膜等からなる第１の平坦化層２０とが形成される。
【００２７】
第１の平坦化膜２０上には、各画素に対応して入射光を分光するカラーフィルタ２１が形成される。カラーフィルタ２１は、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の顔料を含むフォトレジストを用いて形成される。カラーフィルタ２１上には、光透過性を有する有機膜等から成る第２の平坦化層１２が形成される。
【００２８】
このような構成において、次に本実施例の固体撮像装置の製造方法について図６〜１０を用いて説明する。
【００２９】
図６〜９は本発明のレンズ形成方法を適用する固体撮像装置の製造手順を工程順に示す側断面図であり、図１０は反応性イオンエッチング処理時に設定するエッチング時間と反応チェンバ内のガス圧力との関係を示すグラフである。
【００３０】
本実施例では、まず、図６に示すように、受光部７を含む半導体基板１上に、第１の配線８、第１の層間絶縁膜９、第２の配線１０、第２の層間絶縁膜１２、第３の配線１３、第３の層間絶縁膜１５、第４の配線１６、及び保護膜１８を順次形成した後、保護膜１８の表面をＣＭＰ法により平坦化する。
【００３１】
続いて、図７に示すように、プラズマＣＶＤ法あるいは減圧ＣＶＤ法により、保護膜１８上に層内レンズ１９となるシリコン窒化膜２を成膜した後、図８に示すように、シリコン窒化膜２上にレジスト膜を成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いて該レジスト膜を選択的にパターニングする。さらに、熱処理を加えて該レジスト膜を変形させ、レンズ形状のレジストマスク３を形成する。
【００３２】
次に、図９に示すように、反応性イオンエッチングによりレジストマスク３及びシリコン窒化膜２にエッチングを行い、レジストマスク３を除去すると共にレジストマスク３の形状をシリコン窒化膜２に転写してレンズを形成する。このとき、本実施例では、図１０に示すように、反応チェンバ内のガス圧力を６７Ｐａから３３３Ｐａまで変化させて転写エッチングを行う。すなわち、反応性イオンエッチングの開始初期時においてはガス圧力を６７Ｐａに設定して主として層内レンズ１９の肩部を形成し、その後、ガス圧力を漸次上昇させて３３３Ｐａに設定し、主として層内レンズ１９の頭頂部を形成する。
【００３３】
最後に、有機膜等から成る第１の平坦化膜２０、カラーフィルタ２１、及び有機膜等から成る第２の平坦化層２２を順次成膜して図５に示した固体撮像素子を形成する。
【００３４】
本実施例のように反応性イオンエッチング時に反応チェンバ内のガス圧力を６７Ｐａから３３３Ｐａまで変化させて転写エッチングを行うことで、肩部や頭頂部が平坦にならない良質な層内レンズを備えた固体撮像装置を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【００３６】
ドライエッチング工程において、反応チェンバ内のガス圧力を複数の値に設定しつつドライエッチングを行うことで、反応チェンバ内で発生するイオンのレジストマスクに対する照射方向を、その形状に応じて適宜変化させることができるため、レジストマスクの形状をレンズ材料層に正確に転写することが可能になり、肩部や頭頂部が平坦にならない良質なレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレンズ形成方法の製造工程を模式的に示す側断面図である。
【図２】本発明のレンズ形成方法の製造工程を模式的に示す側断面図である。
【図３】本発明のレンズ形成方法の製造工程を模式的に示す側断面図である。
【図４】本発明のレンズ形成方法の製造工程を模式的に示す側断面図である。
【図５】本発明のレンズ形成方法で形成したレンズを備える固体撮像装置の構造を示す側断面図である。
【図６】本発明のレンズ形成方法を適用する固体撮像装置の製造手順を工程順に示す側断面図である。
【図７】本発明のレンズ形成方法を適用する固体撮像装置の製造手順を工程順に示す側断面図である。
【図８】本発明のレンズ形成方法を適用する固体撮像装置の製造手順を工程順に示す側断面図である。
【図９】本発明のレンズ形成方法を適用する固体撮像装置の製造手順を工程順に示す側断面図である。
【図１０】反応性イオンエッチング処理時に設定するエッチング時間と反応チェンバ内のガス圧力との関係を示すグラフである。
【図１１】従来のレンズ形成方法で形成されるレンズ形状の一例を示す側断面図である。
【図１２】従来のレンズ形成方法で形成されるレンズ形状の他の例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１    半導体基板
２    シリコン窒化膜
３    レジストマスク
４    イオン
６    素子分離領域
７    受光部
８    第１の配線
９    第１の層間絶縁膜
１０    第２の配線
１１    第１のスルーホール
１２    第２の層間絶縁膜
１３    第３の配線
１４    第２のスルーホール
１５    第３の層間絶縁膜
１６    第４の配線
１７    第３のスルーホール
１８    保護膜
１９    層内レンズ
２０    第１の平坦化層
２１    カラーフィルタ
２２    第２の平坦化層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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