(57)【要約】【課題】マイクロレンズや層内レンズの位置ずれによる影響を受けにくく、かつ感度のばらつきやスミアの悪化を生じることのない固体撮像素子を提供する。【解決手段】半導体基板表面に、光電変換部を形成する工程と、前記光電変換部上に光学系を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法であって、前記光学系を形成する工程が、前記光電変換部および前記光電変換部に接続された回路部の形成された基板表面に光学系材料を成膜する工程と、前記半導体基板の裏面側から露光を行うことにより、前記光学系材料をパターニングする工程とを含む。【選択図】図１
2007305683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面に、光電変換部を形成する工程と、
前記光電変換部上に光学系を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法であって、
前記光学系を形成する工程が、前記光電変換部および前記光電変換部に接続された回路部の形成された基板表面に光学系材料を成膜する工程と、
前記半導体基板の裏面側から露光を行うことにより、前記光学系材料をパターニングする工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記回路部として、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記光学系材料をパターニングする工程に先立ち、
前記光電変換部に開口を有するように遮光部を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記遮光部を形成する工程は、
前記電荷転送電極上に絶縁膜を介して、遮光膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記遮光部を形成する工程は、
前記電荷転送電極を遮光性の金属膜を含む導電性膜で構成し、前記電荷転送電極間の距離が、前記半導体基板の裏面からの光が前記電荷転送電極上に到達しない程度に小さくなるように、前記金属膜をパターニングする工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記電荷転送電極を形成する工程は、金属膜と多結晶シリコン膜との積層膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記光学系材料をパターニングする工程は、
パターニングすべき光学系材料上に感光性樹脂を形成し、
前記感光性樹脂に対し、前記半導体基板の裏面側から露光を行うことにより、
感光性樹脂のパターンを形成する工程と、
前記感光性樹脂のパターンを前記光学系材料に転写する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記光学系材料をパターニングする工程は、
感光性樹脂を形成し、
前記感光性樹脂に対し、前記半導体基板の裏面側から露光を行うことにより、
感光性樹脂のパターンを形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記光学系材料は、マイクロレンズである固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項７または８に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記光学系材料は、層内レンズである固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記光学系材料をパターニングする工程に先立ち、
絶縁膜を形成する工程を含み、
前記絶縁膜上に前記感光性樹脂のパターンを形成し、
この感光性樹脂のパターンをマスクとしてエッチングを行い光導波路を形成すべき開口を形成する工程を含み、
前記開口内に光導波路を構成する高屈折率材料を充填する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記絶縁膜を形成する工程は、ＢＰＳＧ膜を成膜し、加熱により平坦化する工程を含み、
前記ＢＰＳＧ膜上に感光性樹脂層を形成する工程と、
前記半導体基板側からの露光により、前記感光性樹脂層をパターニングし、開口を形成する工程と、
前記感光性樹脂層をマスクとして前記ＢＰＳＧ膜をエッチングし、光導波路を形成すべき開口を形成する工程と、
前記開口内に光導波路としての窒化シリコン膜を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法を用いて形成された固体撮像素子。
【請求項１４】
請求項１３に記載の固体撮像素子であって、
前記電荷転送電極は、遮光性の金属膜を含み、前記電荷転送電極の電極間距離は、０．１μｍ以下である固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子にかかり、特に固体撮像素子の光学系のパターニングに関する。
【背景技術】
【０００２】
エリアセンサ等に用いられるＣＣＤを用いた固体撮像素子は、フォトダイオードなどからなる光電変換部と、この光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個隣接して配置され、順次駆動される。
【０００３】
近年、カメラの小型化に伴い、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。
【０００４】
そこで、感度を向上させるために、画素表面にマイクロレンズを設け、フォトダイオードへの集光効率を高める構造が種々提案されている。
【０００５】
そのひとつに例えば、図１５に示すように光電変換部を構成するフォトダイオード部３０の直上位置の平坦化層１０上にパッシベーション膜を兼ねた層内レンズ２０を形成し、さらにその上層に平坦化膜(透光性膜２２)、カラーフィルタ５０、平坦化膜６１、オンチップレンズ６０とを順次形成した構造が提案されている（電荷転送部４０、フォトダイオード部３０については実施の形態で後述する）。通常マイクロレンズや層内レンズなどの光学系は、光電変換部を形成した後この光電変換部に対してフォトリソグラフィにより位置あわせを行いパターニングがなされるが、例えば、破線に示すような本来の位置からわずかにずれた場合、集光すべき光が反射されてしまい、十分に集光がなされないことがあった。
【０００６】
すなわち、フォトリソグラフィにより、パターニングするためわずかな位置ずれにより、マイクロレンズや層内レンズの位置ずれで集光位置が変わり、ケラレによる感度のばらつきや、低下が発生するという問題がある。また、遮光膜の、光電変換部の開口に対する位置ずれはスミアの悪化の原因となる。スミアは、固体撮像素子に強い光が照射された場合、電荷転送部に光が到達し、そこで電荷が発生するため、画面上に帯状の撮像欠陥が現れる現象であり、高画素化に際して、電荷転送部を遮光膜で覆うとともに、光電変換部の開口部をしっかりと開口することは重要な課題となっている。
【０００７】
そこで、スミアおよび感度ばらつきの少ない固体撮像素子を提供すること目的とし、電荷転送電極の側面にサイドウォールを設けて第１の遮光膜とし、さらに電荷転送電極上に絶縁膜を介して第２および第３の遮光膜を形成する構成が提案されている（特許文献１）。
【０００８】
この方法では電極側壁の遮光膜をセルフアラインで形成しているため位置ずれによる感度ばらつきやスミアの悪化はないが、マイクロレンズや層内レンズ、あるいは光導波路の位置ずれの影響でケラレによる感度のばらつきや低下が生じ易く、安定した感度を得るのが困難であるという問題があった。
【０００９】
また、パターン精度の向上をはかるべくレーザ描画法を用いた露光方法も提案されている（特許文献２）。
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２６０６２９号公報
【特許文献２】特開２００３−７５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、図１５に示した従来の固体撮像素子では、本来破線で示す位置にあるべき層内レンズ２０のわずかな位置ずれにより、感度のばらつきやスミアの悪化を生じることがあった。細部については実施の形態で詳述するが、同一部位には同一符合を付した。
また、特許文献１に示された技術では、スミアの悪化を生じることはないが、マイクロレンズや層内レンズを形成する場合、フォトリソグラフィを用いる必要があり、これらの位置ずれによる影響を受け易いという問題があった。
また特許文献２の方法によっても、パターン精度の向上をはかることはできるが、位置ずれは免れ得ないものとなっている。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、マイクロレンズや層内レンズあるいは光導波路などの光学系の位置ずれによる影響を受けにくく、かつ感度のばらつきやスミアの悪化を生じることのない固体撮像素子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】
【００１２】
そこで本発明は、半導体基板表面に、光電変換部を形成する工程と、前記光電変換部上に光学系を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法であって、前記光学系を形成する工程が、前記光電変換部および前記光電変換部に接続された回路部の形成された基板表面に光学系材料を成膜する工程と、前記半導体基板の裏面側から露光を行うことにより、前記光学系材料をパターニングする工程とを含む。
【００１３】
この構成によれば、マイクロレンズや層内レンズあるいは光導波路などの光学系のパターニングを、裏面からの露光により、電荷転送部を覆う遮光膜などの遮光部に対してセルフアラインでパターン形成がなされるため、位置ずれはなく、感度のばらつきやスミアの悪化を防ぐことができる。また、集光性が高められ、光導波路、マイクロレンズや層内レンズの位置ずれによる影響をうけることがなく、ケラレによる感度のばらつきがない、固体撮像素子を提供することが可能となる。
【００１４】
また本発明は、前記固体撮像素子の製造方法において、前記回路部として、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部を形成する工程を含む。
【００１５】
また本発明は、前記固体撮像素子の製造方法において、前記光学系材料をパターニングする工程に先立ち、前記光電変換部に開口を有する遮光部を形成する工程を含む。
この構成により、なんら構造を変更することなく、そのまま裏面側すなわち半導体基板側から露光することにより、マスク合わせも不要で、自己整合的に光電変換部にあわせた光学系を効率よく形成することが可能となる。
【００１６】
また本発明は、前記固体撮像素子の製造方法において、前記遮光部を形成する工程は、前記電荷転送電極上に絶縁膜を介して、遮光膜を形成する工程を含む。
この構成により、電荷転送電極への光の入射による誤動作を防止することができ、かつ確実に自己整合的に光学系を形成することが可能となる。
【００１７】
また本発明は、前記固体撮像素子の製造方法において、前記遮光部を形成する工程は、前記電荷転送電極を遮光性の金属膜を含む導電性膜で構成し、前記電荷転送電極間の距離が、前記半導体基板の裏面からの光が前記電荷転送電極上に到達しない程度に小さくなるように、前記金属膜をパターニングする工程を含む。
この構成によれば、電荷転送電極を遮光性材料で構成することによって、別に遮光膜を形成することなく、電極間距離を前記半導体基板の裏面からの光が前記電荷転送電極上に到達しない程度に小さくなるように、形成することで、極めて容易に効率よく自己整合的に、光学系をパターニングすることが可能となる。
【００１８】
また本発明は、前記固体撮像素子の製造方法において、前記電荷転送電極を形成する工程は、金属膜と多結晶シリコン膜との積層膜を形成する工程を含む。
【００１９】
また本発明は、前記固体撮像素子の製造方法において、前記光学系材料をパターニングする工程は、パターニングすべき光学系材料上に感光性樹脂を形成し、前記感光性樹脂に対し、前記半導体基板の裏面側から露光を行うことにより、感光性樹脂のパターンを形成する工程と、前記感光性樹脂のパターンを前記光学系材料に転写する工程とを含む。
この構成によれば、容易に所望の光学系材料のパターニングを行うことが可能となる。
【００２０】
また本発明は、前記固体撮像素子の製造方法において、前記光学系材料をパターニングする工程は、感光性樹脂を形成し、前記感光性樹脂に対し、前記半導体基板の裏面側から露光を行うことにより、感光性樹脂のパターンを形成する工程とを含む。
この構成によれば、感光性樹脂そのものでマイクロレンズなどの光学系を形成することができるため、極めて容易にパターン形成を行うことが可能となる。
【００２１】
また本発明は、前記固体撮像素子の製造方法において、前記光学系材料は、マイクロレンズである。
【００２２】
また本発明は、前記固体撮像素子の製造方法において、前記光学系材料は、層内レンズである。
【００２３】
また本発明は、前記固体撮像素子の製造方法において、前記光学系材料をパターニングする工程に先立ち、絶縁膜を形成する工程を含み、前記絶縁膜上に前記感光性樹脂のパターンを形成し、この感光性樹脂のパターンをマスクとしてエッチングを行い光導波路を形成すべき開口を形成する工程を含み、前記開口内に光導波路を構成する高屈折率材料を充填する工程を含む。
この構成により、光導波路を形成するための開口の形成が裏面露光により実現できるため、極めて容易に位置精度よく光導波路を形成することが可能となる。
【００２４】
また本発明は、前記固体撮像素子の製造方法において、前記絶縁膜を形成する工程は、ＢＰＳＧ膜を成膜し、加熱により平坦化する工程を含み、前記ＢＰＳＧ膜上に感光性樹脂層を形成する工程と、前記半導体基板側からの露光により、前記感光性樹脂層をパターニングし、開口を形成する工程と、前記感光性樹脂層をマスクとして前記ＢＰＳＧ膜をエッチングし、光導波路を形成すべき開口を形成する工程と、前記開口内に光導波路としての窒化シリコン膜を形成する工程とを含む。
【００２５】
また本発明は、前記固体撮像素子の製造方法を用いて形成された固体撮像素子である。
【００２６】
また本発明は、前記固体撮像素子において、前記電荷転送電極は、遮光性の金属膜を含み、前記電荷転送電極の電極間距離は、０．１μｍ以下である。
この構成により、遮光膜を形成することなく、電荷転送電極をそのまま遮光部として使用できるため、信頼性の高い光学系の形成が可能となる。そして光軸をあわせることができ、上方から大量の光を取り込み、光のとじこめを行うことにより、集光効率の高い光導波路構造を形成することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、マイクロレンズや層内レンズや光導波路などを自己整合的に形成することができるため、位置ずれによる影響を受けることなく、ケラレによる感度のばらつきや低下のない、高い信頼性を備えた固体撮像素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつ説明する。
（第１の実施の形態）
この固体撮像素子は、図１および図２に示すように、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した固体撮像素子において、層内レンズ２０が、基板１の裏面からの露光によって自己整合的にパターニングされるようにしたことを特徴とするものである。本実施の形態では、前記電荷転送電極は、シリコン基板１表面に形成されたゲート絶縁膜２上に電極間絶縁膜４をはさんで並置して構成された、導電性膜からなる電荷転送電極３が上部絶縁膜５を介して、前記電荷転送電極の周りに形成され、タングステン薄膜からなる遮光膜７を具備し、前記電荷転送電極の上層に形成された、ＢＰＳＧ（borophospho  silicate  glass）膜からなる絶縁膜１０上に、裏面露光によって前記遮光膜７に自己整合的に層内レンズ２０が形成されている。そして、層内レンズ２０の上層に平坦化膜２２、カラーフィルタ５０、フィルタ上平坦化膜６１、レンズ６０が順次積層されている。ここで図１は断面概要図、図２は平面概要図であり、図１は図２のＡ−Ａ断面図である。
【００２９】
上記構成によれば、電荷転送電極３の周りを覆う遮光膜７をマスクとして裏面露光によりセルフアラインで層内レンズ２０がパターニングされているため、位置ずれはなく、感度のばらつきやスミアの悪化を防ぐことができると共に、集光性が高められ、ケラレによる感度のばらつきがない、固体撮像素子を提供することが可能となる。
【００３０】
他の構造は通例の固体撮像素子と同様であり、光電変換部３０と、前記光電変換部３０で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部４０とを具備し、光電変換部に開口を持つように形成された遮光膜７の上層に、表面がほぼ平坦となるように前記光電変換部に充填されたＢＰＳＧ膜からなる絶縁膜１０が形成されており、絶縁膜１０の上層は、層内レンズ２０、透光性の有機系膜からなる平坦化膜２２を形成し、さらにこの上に、カラーフィルタ５０およびレンズ６０が形成される。６１はフィルタ上平坦化膜である。
【００３１】
これにより、良好に表面の平坦化をはかることができる。
【００３２】
なおこのゲート酸化膜２は、酸化シリコン膜２ａと窒化シリコン膜２ｂと酸化シリコン膜２ｃとの３層構造膜で構成される。
【００３３】
また、シリコン基板１には、複数のフォトダイオード領域からなる光電変換部３０が形成され、光電変換部３０で検出した信号電荷を転送するための電荷転送部４０が、光電変換部３０の間に形成される。
【００３４】
電荷転送電極によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネルは、図２では図示していないが、電荷転送部４０が延在する方向と交差する方向に、形成される。
【００３５】
なお、図２においては、電極間絶縁膜の内、フォトダイオード領域３０と電荷転送部４０との境界近傍に形成されるものの記載を省略してある。
【００３６】
また図１に示すように、シリコン基板１内には、フォトダイオード領域３０を構成する光電変換部（３０ａ、３０ｂ）、電荷転送チャネル３３、チャネルストップ領域３２、電荷読み出し領域３４が形成され、シリコン基板１表面には、ゲート酸化膜２が形成される。ゲート酸化膜２表面には、電荷転送電極（第１層導電性膜からなる第１層電極、第２層導電性膜からなる第２層電極）が、電極間絶縁膜４をはさんで並置されるように形成され、単層電極構造を構成している。５は電荷転送電極上を覆う上部絶縁膜である。
【００３７】
また、この例では、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子を示しているが、正方格子型の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。
【００３８】
次にこの固体撮像素子の製造工程について図３乃至図７を参照しつつ詳細に説明する。
まず、通例の方法で、シリコン基板１上に光電変換部と電荷転送部とを形成する。例えば電荷転送部は以下のように形成される。不純物濃度１．０×１０１６ｃｍ−３程度のｎ型のシリコン基板１表面に、膜厚１５ｎｍの酸化シリコン膜２ａと、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜２ｂと、膜厚１０ｎｍの酸化シリコン膜２ｃを形成し、３層構造のゲート酸化膜２を形成する。
【００３９】
続いて、このゲート酸化膜２上に、第１層多結晶シリコン膜と第２層多結晶シリコン膜とを酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜４を介して並置し、このまわりに酸化シリコン膜５を形成する（図３（ａ））。なお図示しないが光電変換部上に窒化シリコン膜からなる反射防止膜が形成される。
【００４０】
この後、ＣＶＤ法によりタングステン薄膜７を形成する（図３（ｂ））。
【００４１】
そして、フォトリソグラフィにより、フォトダイオード領域３０に開口を有するレジストパターンＲ１を形成する（図３（ｃ））。そしてこのフォトレジストＲ１をマスクとして異方性エッチング（反応性イオンエッチング）によりタングステン薄膜をパターニングする（図４（ａ））。
【００４２】
そしてフォトレジストＲ１を除去し（図４（ｂ））、続いて、この上層にＢＰＳＧ膜を形成し、加熱リフローすることにより、平坦化膜１０を形成する（図４（ｃ））。
【００４３】
そしてこの上層にＣＶＤ法により層内レンズ材としての窒化シリコン膜２０を形成する（図５（ａ））。
【００４４】
そしてこの上層にレジストＲ２を塗布する（図５（ｂ））。
この状態でシリコン基板の裏面から露光することにより、遮光膜７に自己整合的に露光領域ＲＡが形成される（図６（ａ））。
そして現像処理を行うことにより、フォトダイオード領域３０上にのみレジストパターンＲ２が形成される（図６（ｂ））。
さらにこの状態で加熱しレジストパターンＲ２を溶融し、表面張力により半球状に成形する（図７（ａ））。
そしてこの半球状に成形されたレジストパターンＲ３をマスクとしてエッチバックを行い（図７（ｂ））、レジストパターンＲ３の形状を転写し、窒化シリコン膜からなる層内レンズ２０を形成する（図７（ｃ））。
【００４５】
続いて、有機膜を塗布し平坦化膜２２を形成した後、カラーフィルタ５０、フィルタ上平坦化膜６１を形成し、最後にマイクロレンズ６０を形成して、図１に示した固体撮像素子が形成される。
【００４６】
この方法によれば、層内レンズ２０は、電荷転送電極を覆う遮光膜７に自己整合的に形成されるため、位置ずれの低減をはかることができるとともに、集光性が良好で高精度で信頼性の高い固体撮像素子の形成が可能となる。
【００４７】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について説明する。
前記実施の形態１では、電荷転送電極３上を覆う遮光膜７を形成し、この遮光膜７に対して自己整合的に層内レンズ２０のパターニングを行うようにしたが、本実施の形態では、図８に露光工程を示すように、電荷転送電極３そのものをマスクとして裏面露光により、層内レンズ形成のためのレジストＲ４をパターニングするようにしたことを特徴とする。すなわち、本実施の形態では、電荷転送電極３を多結晶シリコン層３Ｓ、遮光性のタングステン層３Ｍとの２層膜とすると共に、電極間距離を０．１μｍとし、前記半導体基板の裏面からの光Ｌが前記電荷転送電極上に到達しない程度に小さくなるように形成し、遮光膜ではなく、電荷転送電極自体をマスクとして、裏面露光により、感光性樹脂すなわちフォトレジストをパターニングし、このフォトレジストのパターンをマスクとして窒化シリコン膜からなるレンズ基材をパターニングし、層内レンズ２０を形成している。
このようにして形成された固体撮像素子を図９に示す。
【００４８】
この構成によれば、電荷転送電極３を、遮光性材料で構成することによって、別に遮光膜を形成することなく、電極間距離を前記半導体基板の裏面からの光が前記電荷転送電極上に到達しない程度に小さくなるように、形成することで、極めて容易に効率よく自己整合的に、光学系をパターニングすることが可能となる。ここで電荷転送電極の膜厚を２００ｎｍ程度としたとき、電極間距離は０．１μｍ以下であると、半導体基板裏面からの光は電荷転送電極上にはほとんど到達しない。
【００４９】
ここで、電極間距離については、使用する露光用光源の波長に応じて許容範囲が決定される。
【００５０】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３について説明する。
前記実施の形態１、２では、層内レンズ２０の形成に際し、裏面露光を用いたが、本実施の形態では、光導波路の形成に裏面露光を用いた例について説明する。
本実施の形態では、前記実施の形態１の図４（ｃ）の工程までを実施し、ＢＰＳＧ膜１０を平坦化した後（図４（ｃ））、層内レンズの形成に先立ち、ネガタイプのフォトレジストＲ５を塗布し（図１０（ａ））、裏面露光を行うことにより、光導波路形成領域に開口をもつフォトレジストＲ５のパターンを形成し（図１０（ｂ））、これをマスクとしてＢＰＳＧ膜１０をパターニングし（図１１（ａ））、光導波路形成用の開口を自己整合的に形成し、この開口に窒化シリコン膜などの高屈折率膜８を充填し、光導波路を構成する。
他は通例の方法で形成する。図１２はこのようにして形成された固体撮像素子を示す断面図である。
【００５１】
以下、本実施の形態３の光導波路構造の固体撮像素子の形成工程について詳述する。
【００５２】
実施の形態１の図３（ａ）から図４（ｃ）の工程までを実施し、遮光膜７のパターニングのなされた基板表面にＢＰＳＧ膜を形成し、加熱リフローすることにより、平坦化膜１０を形成する。
そして、層内レンズの形成に先立ち、平坦化膜１０上にネガタイプのフォトレジストＲ５を塗布する（図１０（ａ））。そして、裏面露光を行うことにより、光導波路形成領域に開口をもつフォトレジストＲ５のパターンを形成する（図１０（ｂ））。これをマスクとしてＢＰＳＧ膜１０をパターニングし（図１１（ａ））、光導波路形成用の開口を自己整合的に形成する。
続いて、ＣＶＤ法によりこの開口に窒化シリコン膜などの高屈折率膜２０を充填するように成膜する。
そして、ＣＭＰにより平坦化し、光導波路を構成する（図１１（ｂ））。
【００５３】
そしてこの上層にレジストＲ６を塗布する。
この状態で実施の形態１と同様に、シリコン基板の裏面から露光することにより、遮光膜７に自己整合的に露光領域が形成される（図１２（ａ））。
そして現像処理を行うことにより、フォトダイオード領域３０上にのみレジストパターンＲ６が形成される（図１２（ｂ））。
さらにこの状態で加熱しレジストパターンＲ６を溶融し、表面張力により半球状に成形する（図１３（ａ））。
そしてこの半球状に成形されたレジストパターンＲ３をマスクとしてエッチバックを行い（図１３（ｂ））、レジストパターンＲ３の形状を転写し、窒化シリコン膜からなる層内レンズ２０を形成する（図１３（ｃ））。
【００５４】
続いて、有機膜を塗布し平坦化膜２２を形成した後、カラーフィルタ５０、フィルタ上平坦化膜６１を形成し、最後にマイクロレンズ６０を形成して、図１４に示すように固体撮像素子が形成される。
【００５５】
この方法によれば、光導波路および層内レンズ２０は、電荷転送電極を覆う遮光膜７に自己整合的に形成されるため、位置ずれの低減をはかることができるとともに、集光性が良好で高精度で信頼性の高い固体撮像素子の形成が可能となる。
【００５６】
また本発明は、前記固体撮像素子において、光導波路が遮光膜に自己整合的に形成されているため、前記開口部に透光性材料が充填されるようにすれば、開口部に透光性材料が充填されているため、大量の光を取り込むことができ、集光効率の高い光導波路構造を形成することができる。
【００５７】
また本発明は、前記固体撮像素子において、前記透光性材料は有機系材料とするのが望ましく、この構成によれば、低温形成が可能である。
【００５８】
また本発明は、前記固体撮像素子において、光導波路を構成する窒化シリコンに代えてＢＰＳＧ膜の開口部にカラーフィルタ材料が充填され、カラーフィルタを構成してもよい。この構成によれば、別途フィルタ層を設ける必要がなく、より薄型化をはかることができ、集光部にのみフィルタが形成されているため、効率よく集光のなされた光を選択的に波長調整され、また遮光膜で囲まれているため、混色を防ぐことができる。
【００５９】
また本発明は、前記固体撮像素子において、前記開口部に蛍光剤を充填するようにしてもよい。この構成によれば、別途蛍光体層を設ける必要がなく、より薄型化をはかることができ、集光部にのみ蛍光体が形成されているため、効率よく集光された光量に応じた蛍光を発光させることができ、高感度化をはかることができる。
【００６０】
また本発明は、前記固体撮像素子において、前記遮光膜はタングステンであってもよく、この構成によれば、ＣＶＤ法により容易に形成可能でかつ遮光性の高い遮光膜を形成することが可能となる。また、電極などの配線取り出しと同一工程で形成可能となる。
【００６１】
なお遮光性の金属膜としてはタングステンに限定されることなくチタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）など適宜変更可能である。
また、前記固体撮像素子において、遮光膜はアルミニウム薄膜またはアルミニウム合金薄膜を用いてもよい。この構成によれば、周辺回路の配線と同一工程で形成することができ、加工性も容易で、高精度で信頼性の高い光導波路構造を形成することが可能となる。なお、この遮光膜はアルミニウム薄膜またはアルミニウム合金薄膜に限定されることなくＷなどの遮光性を有する金属膜であればよい。
【００６２】
なお、製造方法については前記実施の形態に限定されることなく適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上説明してきたように、本発明によれば、マイクロレンズや光導波路、層内レンズの位置ずれによる影響を受けることなく、ケラレによる感度のばらつきや低下のない、固体撮像素子を提供することが可能となることから、小型カメラなど、微細でかつ高感度の固体撮像装置の形成に有効である。また、光導波路内にカラーフィルタ材料や蛍光剤などを充填することにより、混色を防ぐと共に縦方向のシュリンクをはかることができ光入射角に対するマージンを減少することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態１の固体撮像素子を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の固体撮像素子を示す上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２の固体撮像素子を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態３の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１５】従来例の固体撮像素子の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  シリコン基板
２  ゲート酸化膜
３ａ  第１層多結晶シリコン膜
３ｂ  第２層多結晶シリコン膜
４  電極間絶縁膜
５  酸化シリコン膜（絶縁膜）
７  遮光膜
８  反射防止膜
１０  平坦化膜（ＢＰＳＧ膜）
２２  透光性膜
３０  光電変換部
４０  電荷転送部
５０  カラーフィルタ
６０  マイクロレンズ
６１  平坦化膜
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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