JP2009168872A - レンズの製造方法および固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程数が少ない方法により、レンズ表面に所望の大きさの凹凸を形成することを可能とする。
【解決手段】基体１１上にレンズ形成層１２を形成する工程と、前記レンズ形成層１２表面に金属粒子１４を含む有機膜１３を形成する工程と、前記金属粒子１４を含む有機膜１３上に第１レンズ型１５を形成する工程と、前記第１レンズ型１５と前記有機膜１３とをエッチングして、前記金属粒子１４を含む有機膜１３で前記第１レンズ型１５の表面形状が転写された表面に凹凸を有する第２レンズ型１６を形成する工程と、前記第２レンズ型１６および前記レンズ形成層１２をエッチングして、前記レンズ形成層１２で前記第２レンズ型１５の表面形状が転写された表面に凹凸を有するレンズ１７を形成する工程とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ表面にナノ構造の凹凸を有するレンズの製造方法および固体撮像装置の製造方法に関するものである。

半導体デバイスの高集積化に伴い、固体撮像装置のレンズの小型化が要求されている。
しかしながら、単純なレンズの小型化、すなわち、集光面積の縮小は、固体撮像装置の感度を低下させることになるため、小型化および感度向上の双方を実現できるようなレンズ加工技術が強く求められている。

固体撮像装置においてマイクロレンズは画素ごとに形成された受光部の上方に凸型のドーム型に形成され、光を屈折させて受光部に集光する役割を担う。

現状のマイクロレンズ部の形成は、図６（１）に示すように、基体１１１上にレンズ形成膜１１２を形成し、さらにこのレンズ形成層１１２上にレジストパターン１１３を形成、リフロー処理によってレジストパターン１１３を凸型に変形する。
次に、ドライエッチング法により、上記レジストパターン１１３とともにレンズ形成膜１１２をエッチバックする。

その結果、図６（２）に示すように、上記レジストパターン１１３（前記図６（１）参照）はエッチングにより除去され、そのレジストパターン１１３の表面形状が上記レンズ形成層１１２に転写され、凸レンズ形状のマイクロレンズ１１４が形成される。
上記レンズ形成方法が一般的によく用いられる。

ただし、上記レンズ形状では入射光が数％反射するため、これを低減するためにマイクロレンズの表面に凹凸をつけるような構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
このマイクロレンズの表面の凹凸は、プラズマ処理またはウェットエッチング処理を施すことにより形成している。

しかしながら、プラズマ処理またはウェットエッチング処理を施す方法では所望の大きな凹凸を得ることが難しい。
また高イオンエネルギーのドライエッチング条件であれば凹凸を大きく形成することができるが、この場合、レンズ表面のプラズマダメージが顕著になり、表面の濁り等による劣化、表面の硬化などの副作用を発生させることになる。

そこで、レンズ表面を荒す加工を避けて、レンズの集光効率を向上させる方法が提案されている。
例えば、レンズと屈折率の異なるフッ素系アクリル樹脂層（反射防止膜）をレンズ上に積むことで集光効率を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
また、レンズギャップ間に光吸収樹脂（反射防止膜）を埋め込むことで、レンズ間に入射する光の散乱光や集光効率の良くないレンズの裾部に入射する斜め光を低減させ、この結果、集光効率を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。

しかしながら、これらの反射防止膜を利用した集光効率を向上させる技術では限界がある。
空気とレンズ間の屈折率の勾配をより滑らかにすることが反射光を抑制し、集光効率の更なる向上につながる。反射防止膜を用いる場合、より集光効率を向上させようとすれば、屈折率の異なる反射防止膜をレンズ上に多層に積む必要がある。
この方法ではデバイスの微細化に対して限界がある。
また、製造工程数も集光効率の向上に従って増えるといった製造面においても問題が生じる。

特開２００６−１００７６４号公報 特開２００７-５３１５３号公報 特開２００２-３３４６６号公報

解決しようとする問題点は、反射防止効果を得るためにレンズ表面にプラズマ処理またはウェットエッチング処理を施して凹凸を形成する方法では、所望の大きな凹凸を得ることが難しいため、反射率を十分に低減することが困難な点であり、それを回避するために、レンズ表面に反射防止膜を形成する方法では、屈折率の異なる反射防止膜を多層に形成する必要があり、製造工程数が増加する点である。

本発明は、製造工程数が少ない方法により、レンズ表面に所望の大きさの凹凸を形成することを可能にする。

本発明のレンズの製造方法は、基体上にレンズ形成層を形成する工程と、前記レンズ形成層表面に金属粒子を含む有機膜を形成する工程と、前記金属粒子を含む有機膜上にレンズ型を形成する工程と、前記レンズ型と前記金属粒子を含む有機膜と前記レンズ形成層をエッチングして、前記レンズ形成層で前記レンズ型の表面形状が転写された表面に凹凸を有するレンズを形成する工程とを有することを特徴とする。

本発明のレンズの製造方法では、基体上に形成したレンズ形成層の表面に金属粒子を含む有機膜を形成し、その金属粒子を含む有機膜上にレンズ型を形成してから、レンズ型と金属粒子を含む有機膜とレンズ形成層をエッチングする。このエッチング過程では、まず、レンズ型とともに金属粒子を含む有機膜がエッチングされていく。そして、レンズ型の表面形状が金属粒子を含む有機膜に転写されていくとともに、金属粒子を含む有機膜中の金属粒子がエッチングマスクになるので、金属粒子が残される状態もしくは金属粒子のエッチングが遅れる状態で、金属粒子を含む有機膜中の有機部分がエッチングされる。この結果、金属粒子を含む有機膜にレンズ型の表面形状が転写されていき、金属粒子がエッチングマスクになることで表面に凹凸が形成される。この凹凸形状は、例えば金属粒子の分布密度、大きさ等によって制御することができる。
そして、エッチングを進行させ、レンズ形成層をエッチングし、レンズ形成層によってレンズ型の表面形状が転写されていて、表面に凹凸を有するレンズが形成される。
したがって、上記レンズ表面に形成される凹凸の大きさ、分布密度は、金属粒子の大きさ、材質、分布密度を適宜変更することで、意図的に制御することが可能になる。
なお、エッチングの進行とともに金属粒子もエッチングされる。例えば、金属粒子を含む有機膜のエッチングの進行中に金属粒子がエッチングされて消滅したとしても、そのときには、金属粒子を含む有機膜のエッチング表面に金属粒子による凹凸形状が残されているため、その形状がレンズ形成層に転写されていく。
またレンズが形成されたときにレンズ表面の金属粒子が残っている場合には、残った金属粒子を選択的に除去すればよいので、レンズが形成されたときに金属粒子が残っていても問題にはならない。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、入射光を光電変換する受光部を有し、前記受光部の前記入射光側に入射光を前記受光部に集光するレンズを形成する固体撮像装置の製造方法において、前記レンズの形成工程は、前記受光部が形成された基体上にレンズ形成層を形成する工程と、前記レンズ形成層表面に金属粒子を含む有機膜を形成する工程と、前記金属粒子を含む有機膜上にレンズ型を形成する工程と、前記レンズ型と前記金属粒子を含む有機膜と前記レンズ形成層をエッチングして、前記レンズ形成層で前記レンズ型の表面形状が転写された表面に凹凸を有するレンズを形成する工程とを有することを特徴とする。

本発明の固体撮像装置の製造方法では、本発明のレンズの製造方法を適用しているので、上記説明したように、簡便な方法で、レンズ表面に凹凸が形成される。
その凹凸の大きさ、分布密度は、金属粒子の大きさ、材質、分布密度を適宜変更することで、意図的に制御することが可能になる。

本発明のレンズの製造方法は、レンズ表面に所望の凹凸を制御性よく簡便な方法で形成することができるので、レンズの集光効率を高めることができる。また、簡便な方法でレンズ表面に凹凸を形成することができるので、製造コストが低減できる。したがって、高い集光効率の要求に対して製造工程数の増加を抑えることができ、世代の異なるデバイスに対しても適用することが可能となる。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、レンズ表面に所望の凹凸を制御性よく簡便な方法で形成することができるので、レンズの集光効率を高めることができ、受光感度の向上を図ることができる。また、簡便な方法でレンズ表面に凹凸を形成することができるので、製造コストが低減できる。したがって、高い集光効率の要求に対して製造工程数の増加を抑えることができ、世代の異なる固体撮像装置に対しても適用することが可能となる。

本発明のレンズの製造方法に係る一実施の形態（実施例）を、図１の模式的に示した製造工程断面図および図２の模式的に示した拡大断面図によって説明する。

図１（１）に示すように、基体１１上にレンズを形成するためのレンズ形成層１２を形成する。このレンズ形成層１２は、例えばレンズ用有機膜で形成される。このレンズ用有機膜には、例えばポリスチレン、アクリル系透明樹脂、ノボラック系透明樹脂等を用いることができる。
次に、上記レンズ形成層１２上に金属粒子を含む有機膜１３を形成する。

この金属粒子を含む有機膜１３の有機部分１４は上記レンズ形成層１２よりもエッチング時のプラズマ耐性が高い材料で形成される。例えば、上記有機部分１４は、例えば天然樹脂もしくは合成樹脂を用いることができ、また変性天然物質、塩素化ゴム、ビスコースなどを用いてもよい。

上記金属粒子を含む有機膜１３の金属粒子１５には、例えば、銅（Ｃｕ）粒子を用いる。
上記銅粒子の含有量は、例えば１％以上１０％以下であり、例えば３％とした。
上記金属粒子１５の材料には、他に、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）などの粒子を用いることができ、その含有量は１％以上１０％以下とする。上記金属粒子１５の含有量は、１％未満であると、後に形成するレンズ表面に形成される凹凸が少なすぎて、表面反射を防止するという効果が十分に得られなくなる。一方、金属粒子１５の含有量が１０％を超えると、金属粒子１５が多すぎて、後に形成するレンズの表面形状の転写が十分に行えなくなる。
また、上記金属粒子１５の平均粒径０．０５μｍ以上０．１２μｍ以下とした。金属粒子１５の平均粒径が０．０５μｍよりも小さいと、後に形成するレンズの表面に形成される凹凸が小さくなりすぎる、もしくは凹凸が十分に形成されなくなる。一方、金属粒子１５の平均粒径が０．１２μｍよりも大きくなると、後に形成するレンズ表面の凹凸が大きくなり過ぎて、十分な反射防止効果が得られなくなる。
また、上記金属粒子の基礎材料として、イソインドリン、アゾ、キノフタノン系の有機顔料を用いてもよい。

次に、上記金属粒子を含む有機膜１３上にレンズ型１６を形成する。例えば、上記レンズ型１６は、フォトレジストで形成される。このレンズ型１６は、上記金属粒子を含む有機膜１３の有機部分１４をエッチングするときに、同時にエッチングされる材質で形成されることが好ましい。
上記レンズ型１６の大きさ（径）は、例えば２μｍである。この大きさは、形成しようとするレンズの大きさと同等な大きさであり、例えば数百ｎｍ以上数十μｍ以下とする。もちろん、数百ｎｍより小さいものも、数十μｍより大きいものも作製することは可能である。このレンズ型１６の具体的な形成方法については、後に詳述する。

次に、図１（２）に示すように、まず、上記レンズ型１６（前記図１（１）参照）と上記金属粒子を含む有機膜１３をエッチングする。このエッチングでは、上記レンズ型１６と上記金属粒子を含む有機膜１３の有機部分１４とが同時にエッチングされていき、上記レンズ型１６の表面形状が上記金属粒子を含む有機膜１３に転写されていく。そして、上記金属粒子を含む有機膜１３が凸レンズ形状に形成されていく。このとき、上記金属粒子１５がエッチングマスクになるので、上記金属粒子を含む有機膜１３の表面には凹凸が形成される。やがて、上記レンズ型１６はエッチングにより消滅する。またレンズ形成層１２の一部がエッチングされ始める。

上記金属粒子を含む有機膜１３の有機成分１４のエッチングレートと金属粒子１５のエッチングレートが同等の場合には、図２（１）に示すように、有機成分１４と金属粒子１５とが同時にエッチングされてしまうので、エッチング表面には凹凸が形成されない。このような条件では、表面に凹凸を有するレンズを形成することができない。

そこで、本発明のレンズの製造方法では、図２（２）に示すように、有機成分１４のエッチングレートを金属粒子１５のエッチングレートより早くなる条件にエッチング条件を設定する。この場合には有機成分１４がエッチングされ、金属粒子１５がエッチングされにくくなるので、金属粒子１５がエッチングマスクの機能を果たして、エッチング表面には凹凸が形成される。

さらに、上記エッチングを進める。その結果、図１（３）に示すように、上記レンズ形成層１２で、上記レンズ型１６（前記図１（１）参照）の表面形状が転写された、表面に凹凸を有するレンズ１７が形成される。

上記エッチングは、例えばドライエッチングにより行う。
そのドライエッチングの加工条件は、一例として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用い、エッチング雰囲気の圧力を６．７Ｐａ、ソースパワーを６００Ｗ、バイアスパワーを１００Ｗに設定し、エッチングガスに、酸素（Ｏ₂）（供給流量＝２０ｃｍ³／ｍｉｎ）と塩素（Ｃｌ₂）（供給流量＝５０ｃｍ³／ｍｉｎ）とを用いる。
また、塩素（Ｃｌ₂）のかわりに四フッ化炭素（ＣＦ₄）などのハロゲン元素を有するガスを用いてもよい。

その結果、表面に、径が３ｎｍ〜１０ｎｍ、深さが５ｎｍ〜３０ｎｍ程度の微小な凹凸が形成された上記レンズ１７を得ることができる。
この微小な凹凸は、上記ドライエッチング時において、金属粒子を含む有機膜１３中の金属粒子１５と、金属粒子を含む有機膜１３中の有機部分１５およびレンズ形成層１２とのドライエッチングでの反応性（例えば蒸気圧）が異なるため、金属粒子１５のある部分とない部分でのエッチングレートの差が生じることから形成される。

上記レンズ１７の表面に形成される凹凸のアスペクト比は、上記金属粒子１５の種類によって制御することができる。
例えばチタン（Ｔｉ）などのより大きな原子を用いることで、凸部の横方向の径を大きくするができる。一方、アルミニウム（Ａｌ）などのドライエッチングの反応性の高いものを用いれば凸部の浅くすることができる。

また、これらを制御するために金属粒子１５の含有量を変えてもよい。
金属粒子１５の含有量を大きくすることで、よりアスペクトの低い凸形状を作ることができる。また反応性の違いを利用するためエッチングのガスや条件などを変更しても、凹凸のアスペクト比を制御することができる。

例えば、樹脂等からなるレンズ形成膜１２の上に金属粒子１５としてアルミニウム（Ａｌ）粒子を５％含有させた高分子量の有機物質を塗布して金属粒子を含む有機膜１３を形成する。さらに、金属粒子を含む有機膜１３上にレジストを塗布する。このレジスト材料には、例えばＫｒＦ露光用ポジ型レジストを用いる。そして、ＫｒＦ露光機により紫外領域の光を照射してレンズ型１６のパターン形成を行う。
その後、ドライエッチングを、例えば、ＩＣＰ型ＲＩＥ装置を用い、エッチングｍｉｎの圧力を６．７Ｐａ、ソースパワーを６００Ｗ、バイアスパワーを１００Ｗに設定し、エッチングガスに、酸素（Ｏ₂）（供給流量＝２０ｃｍ³／ｍｉｎ）と塩素（Ｃｌ₂）（供給流量＝５０ｃｍ³／ｍｉｎ）とを用いて、エッチング加工を行う。

ここで最終的なレンズ１７の表面の凹凸を深く形成するためには、エッチング条件として、金属粒子を含む有機膜１３の金属粒子１５と有機部分１４とのエッチングレート差を大きくすることが有効である。そのためには、例えば、エッチングガス中の酸素（Ｏ₂）流量を増やす。
酸素ラジカルは有機膜との化学反応性が強く、また酸素ラジカルの量が酸素（Ｏ₂）流量と比例することから、レンズ１７表面に形成される凹凸を容易に制御することができる。
酸素（Ｏ₂）流量を増やすことにより、感度良く有機部分１４のエッチングレートが増加する一方で、金属粒子１５であるアルミニウム（Ａｌ）のエッチングレートは変わらないため、アルミニウム（Ａｌ）と有機部分１４とのエッチングレート差が大きくなる。この結果、レンズ１７表面の凹凸を深くすることができる。

または、イオンエネルギーを低くすることにより凹凸を深くすることができる。
これは一般的に金属の結合エネルギーの方が有機物に比べて大きく、また金属は有機物より硬いため、イオンエネルギーを低くすれば金属に対するエッチング選択比が向上する。すなわち、有機部分１４のエッチングレート差が大きくなるため、凹凸を深くすることができる。
ちなみに、結合エネルギーは、Ａｌ−Ａｌ結合が７２ｅＶ、Ｃ−Ｃ結合が３．６ｅＶ、Ｃ−Ｈ結合が４．３ｅＶである。

上記イオンエネルギーを低くする具体策としては、バイアスパワーを低下させる、またはエッチング雰囲気の圧力を下げることにより達成できる。
また含有させる金属粒子１５の成分をアルミニウム（Ａｌ）からチタン（Ｔｉ）に変更した場合には、チタンはアルミニウムに比べて蒸気圧が低い（例えば、蒸気圧が１ｍｍＨｇとなる三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）の温度は１００℃であり、三塩化チタン（ＴｉＣｌ₃）の温度は−２５℃である。）ので、エッチングレートを速くすることができる。これによって、金属粒子１５と有機部分１４のエッチレート差を制御するこができる。このように金属粒子１５の種類とエッチング条件次第で、レンズ１７表面における凹凸深さを制御することができる。

また、上記説明したように、レンズ型１６のエッチングから上記レンズ１７を形成するエッチングは、レンズ型１６、金属粒子を含む有機膜１３、レンズ形成層１２のエッチングを連続して行うこともでき、もしくは、上記金属粒子を含む有機膜１３に上記レンズ型１６の表面形状を転写した後、一旦エッチングを停止し、別のエッチング条件で、上記レンズ型１６の表面形状が転写された金属粒子を含む有機膜１３とレンズ形成膜１２をエッチングして、上記レンズ１７を形成することもできる。

上記レンズの製造方法では、基体１１上に形成したレンズ形成層１２の表面に金属粒子を含む有機膜１３を形成し、その金属粒子を含む有機膜１３上にレンズ型１６を形成してから、レンズ型１６と金属粒子を含む有機膜１３とレンズ形成層１２をエッチングする。このエッチング過程では、まず、レンズ型１６とともに金属粒子を含む有機膜１３がエッチングされていく。そして、レンズ型の表面形状が金属粒子を含む有機膜１３に転写されていくとともに、金属粒子を含む有機膜１３中の金属粒子１５がエッチングマスクになるので、金属粒子１５が残される状態もしくは金属粒子のエッチングが遅れる状態で、その金属粒子を含む有機膜１３の有機部分１５がエッチングされる。この結果、金属粒子を含む有機膜１３にレンズ型１６の表面形状が転写されていき、金属粒子１５がエッチングマスクになることで表面に凹凸が形成される。この凹凸形状は、例えば金属粒子１５の分布密度、大きさ等によって制御することができる。

そして、エッチングを進行させ、レンズ形成層１２をエッチングし、レンズ形成層１２によってレンズ型１６の表面形状が転写されていて、表面に凹凸を有するレンズ１７が形成される。
したがって、上記レンズ１７表面に形成される凹凸の大きさ、分布密度は、金属粒子１５の大きさ、材質、分布密度を適宜変更することで、意図的に制御することが可能になる。

なお、エッチングの進行とともに金属粒子１５もエッチングされる。例えば、金属粒子を含む有機膜１３のエッチングの進行中に金属粒子１５がエッチングされて消滅したとしても、そのときには、金属粒子を含む有機膜１３のエッチング表面に金属粒子１５による凹凸形状が残されているため、その形状がレンズ形成層１２に転写されていく。
またレンズ１７が形成されたときにレンズ１７表面の金属粒子１５が残っている場合には、残った金属粒子１５を選択的に除去すればよいので、レンズ１７が形成されたときに金属粒子１５が残っていても問題にはならない。

上記説明したように、本発明のレンズの製造方法によれば、レンズ１７表面に所望の凹凸を制御性よく簡便な方法で形成することができるので、レンズ１７の集光効率を高めることができる。また、簡便な方法でレンズ１７表面に凹凸を形成することができるので、製造コストが低減できる。したがって、高い集光効率の要求に対して製造工程数の増加を抑えることができ、世代の異なるデバイスに対しても適用することが可能となる。

上記実施例において、金属粒子を含む有機膜をレンズ形成層として用い、上記実施例で説明したレンズ形成層は形成しない。この製造方法を、図３の製造工程図によって、以下に説明する。

図３（１）に示すように、基体３１上にレンズを形成するためのレンズ形成層となる金属粒子を含む有機膜３３を形成する。

この金属粒子を含む有機膜３３の有機部分３４は、例えば、天然樹脂もしくは合成樹脂を用いることができ、また変性天然物質、塩素化ゴム、ビスコースなどを用いてもよい。

上記金属粒子を含む有機膜３３の金属粒子３５は、例えば、銅（Ｃｕ）粒子を用いる。
上記銅粒子の含有量は、例えば１％以上１０％以下であり、例えば３％とした。
上記金属粒子３５の材料には、他に、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）などの粒子を用いることができ、その含有量は１％以上１０％以下とする。上記金属粒子３５の含有量は、１％未満であると、後に形成されるレンズ表面の凹凸が少なすぎて、表面反射を防止するという効果が十分に得られなくなる。一方、金属粒子３５の含有量が１０％を超えると、金属粒子３５が多すぎて、光透過率が悪化し、レンズとして用いることができなくなる。
また、上記金属粒子３５の平均粒径０．０５μｍ以上０．１２μｍ以下とした。金属粒子３５の平均粒径が０．０５μｍよりも小さいと、後に形成されるレンズの表面の凹凸が小さくなりすぎて、レンズ表面の反射を防止するという効果が十分に得られなくなる。一方、金属粒子３５の平均粒径が０．１２μｍよりも大きくなると、後に形成するレンズ表面の凹凸が大きくなり過ぎて、十分な反射防止効果が得られなくなる。

次に、上記金属粒子を含む有機膜３３上にレンズ型３６を形成する。例えば、上記レンズ型３５はフォトレジストで形成される。このレンズ型の大きさ（径）は、例えば２μｍである。この大きさは、形成しようとするレンズの大きさと同等な大きさであり、例えば数百ｎｍ以上数十μｍ以下とする。もちろん、数百ｎｍより小さいものも、数十μｍより大きいものも作製することは可能である。

次に、図３（２）に示すように、上記レンズ型３６（前記図３（１）参照）と上記金属粒子を含む有機膜３３の有機部分３４とをエッチングして、上記金属粒子を含む有機膜３３で上記レンズ型３６の表面形状が転写された、表面に凹凸を有するレンズ３７を形成する。

上記エッチングは、例えばドライエッチングにより行う。そのドライエッチングの加工条件は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）型ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用い、エッチングｍｉｎの圧力を６．７Ｐａ、ソースパワーを６００Ｗ、バイアスパワーを１００Ｗに設定し、エッチングガスに、酸素（Ｏ₂）（供給流量＝２０ｃｍ³／ｍｉｎ）と塩素（Ｃｌ₂）（供給流量＝５０ｃｍ³／ｍｉｎ）とを用いる。
また、塩素（Ｃｌ₂）のかわりに四フッ化炭素（ＣＦ₄）などのハロゲン元素を有するガスを用いてもよい。

その結果、上記レンズ３７の表面に、径が３ｎｍ〜１０ｎｍ、深さが５ｎｍ〜３０ｎｍ程度の微小な凹凸が形成される。

上記レンズ３７の表面に形成される凹凸のアスペクト比は、上記説明したのと同様に、上記金属粒子３５の種類によって制御することができる。
例えばチタン（Ｔｉ）などのより大きな原子を用いることで、凸部の横方向の径を大きくするができる。一方、アルミニウム（Ａｌ）などのドライエッチングの反応性の高いものを用いれば凸部の浅くすることができる。
また、これらを制御するために金属粒子３５の含有量を変えてもよい。金属粒子３５の含有量を大きくすることで、よりアスペクトの低い凸形状を作ることができる。また反応性の違いを利用するためエッチングのガスや条件などを変更しても、凹凸のアスペクト比を制御することができる。

また、上記説明したのと同様に、イオンエネルギーを低くすることにより、レンズ３７の表面に形成される凹凸を深くすることができる。

上記図３によって説明したレンズの製造方法では、レンズ３７の内部に金属粒子３５が残るので、光透過性は低下するが、レンズ表面での反射を防止することができる。
また、上記レンズ３７表面の凹凸の大きさ、分布密度は、金属粒子３５の大きさ、材質、分布密度を適宜変更することで、意図的に制御することが可能になる。

次に、本発明の固体撮像装置の製造方法を以下に説明する。本発明の固体撮像装置の製造方法は、固体撮像装置の受光部に入射光を集光させる集光レンズの製造方法に、上記本発明の各レンズの製造方法を適用することを特徴としている。

その一例を、図４および図５の概略構成断面図によって説明する。

図４に示した固体撮像装置はＣＣＤ型固体撮像装置の一例であり、また図４に示した固体撮像装置はＣＭＯＳ型固体撮像装置の一例である。
すなわち、本発明の固体撮像装置の製造方法は、固体撮像装置の受光部に入射光を集光させるレンズの製造方法であれば、いかなる固体撮像装置に対しても適用することができる。

図４に示すように、固体撮像装置５は以下のように構成されている。

半導体基板５１（例えばＮ型シリコン基板）にｐ型ウエル領域６１が形成され、そのｐ型ウエル領域６１に、受光部５２が形成されている。この受光部５２の一方側には、読み出しゲート部５３、垂直電荷転送部５５、チャネルストップ領域５４が形成され、さらに隣接する受光部５２が形成されている。他方側にもチャネルストップ領域５４が形成されている。

上記受光部５２は、ｎ型不純物領域７１と、その上部に形成されたｐ型正孔蓄積領域７３とから構成されている。

また、上記垂直電荷転送部５５は、上記ｐ型ウエル領域６１よりも高濃度のｐ型ウエル領域８１とその上部に形成されたｎ型チャネル領域８２で構成されている。また、ｎ型チャネル領域８２上にはゲート絶縁膜８３を介して転送電極８４が形成されている。この電極８４は、垂直転送電極とともに読み出しゲート電極も兼ねる。

また、上記電極８４を被覆するように、層間絶縁膜９１が形成され、さらに遮光膜９２が形成されている。上記遮光膜９２は、例えばタングステン、アルミニウム等の金属膜で形成されている。この遮光膜９２には受光部５２上に開口部９３が形成されている。さらにパッシベーション膜９４、平坦化膜９５で被覆され、上記平坦化膜９５上にカラーフィルター層９６が形成されている。そして、入射光が効率よく受光部５２に集光されるように、上記カラーフィルター層９６上に集光レンズ９７が設けられている。

上記集光レンズ９７を形成するときに、本発明の各レンズの製造方法を適用することができる。

次に、図５によって、本発明の固体撮像装置の適用する一例として全面開口型ＣＭＯＳイメージセンサを示した。

図５に示すように、半導体基板１１１で形成される活性層１１２には、入射光を電気信号に変換する光電変換部（例えばフォトダイオード）１２２、転送トランジスタ、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ等のトランジスタ群１２３（図面ではその一部を図示）等を有する複数の画素部１２１が形成されている。上記半導体基板１１１には、例えばシリコン基板を用いる。さらに、各光電変換部１２２から読み出した信号電荷を処理する信号処理部（図示せず）が形成されている。

上記画素部１２１の周囲の一部、例えば行方向もしくは列方向の画素部１２１間には、素子分離領域１２４が形成されている。

また、上記光電変換部１２２が形成された半導体基板１１１の表面側（図面では半導体基板１１１の下側）には配線層１３１が形成されている。この配線層１３１は、配線１３２とこの配線１３２を被覆する絶縁膜１３３からなる。上記配線層１３１には、支持基板１３５が形成されている。この支持基板１３５は、例えばシリコン基板からなる。

さらに、上記固体撮像装置６には、半導体基板１１１裏面側に光透過性を有する平坦化膜１４１が形成されている。さらにこの平坦化膜１４１（図面で上面側）には、有機カラーフィルター層１４２が形成されている。また、上記有機カラーフィルター層１４２上には、各光電変換部１２２に入射光を集光させる集光レンズ１５１が形成されている。

上記集光レンズ１５１を形成するときに、本発明の各レンズの製造方法を適用することができる。

なお、図５では、いわゆる、裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置を示したが、本発明の固体撮像装置の製造方法では、配線層側から入射光を光電変換部に取り込む、いわゆる、表面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置の製造方法にも適用することができる。

よって、上記説明したように、簡便な方法で、表面に凹凸が形成された集光レンズ９７（前記図４参照）、集光レンズ１５１（前記図５参照）を形成することができる。
その凹凸の大きさ、分布密度は、ナノ構造体の大きさ、材質、分布密度を適宜変更することで、意図的に制御することが可能になる。
このように、レンズ表面に所望の凹凸を制御性よく形成することができるので、レンズの集光効率を高めることができ、固体撮像装置の受光感度の向上を図ることができる。また、簡便な方法でレンズ表面に凹凸を形成することができるので、製造コストが低減できる。
したがって、高い集光効率の要求に対して製造工程数の増加を抑えることができ、世代の異なる固体撮像装置に対しても適用することが可能となる。

また、本発明のレンズの製造方法は、固体撮像装置のレンズの製造方法に限らず、光学センサのような入射光を受光部に集光するデバイスに設けられた集光レンズの製造方法にも、適用することができる。

本発明のレンズの製造方法に係る一実施の形態（実施例）を模式的に示した製造工程断面図である。 実施例のレンズの製造方法の一部工程を模式的に示した拡大断面図である。 実施例のレンズの製造方法の変形例を模式的に示した製造工程断面図である。 本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（第１実施例）を模式的に示した製造工程断面図である。 本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（第２実施例）を模式的に示した製造工程断面図である。 従来のレンズの製造方法を模式的に示した製造工程断面図である。

符号の説明

１１…基体、１２…レンズ形成層、１３…金属粒子を有する有機膜、１４…金属粒子、１５…第１レンズ型、１６…第２レンズ型、１７…レンズ

Claims (5)

1. 基体上にレンズ形成層を形成する工程と、
   前記レンズ形成層表面に金属粒子を含む有機膜を形成する工程と、
   前記金属粒子を含む有機膜上にレンズ型を形成する工程と、
   前記レンズ型と前記金属粒子を含む有機膜と前記レンズ形成層をエッチングして、前記レンズ形成層で前記レンズ型の表面形状が転写された表面に凹凸を有するレンズを形成する工程と
   を有することを特徴とするレンズの製造方法。
2. 前記金属粒子は前記レンズを形成するときのエッチングマスクとなる
   ことを特徴とする請求項１記載のレンズの製造方法。
3. 前記エッチングはプラズマエッチングであり、
   前記金属粒子は前記有機膜よりエッチング時のプラズマ耐性が高い
   ことを特徴とする請求項１記載のレンズの製造方法。
4. 入射光を光電変換する受光部を有し、前記受光部の前記入射光側に入射光を前記受光部に集光するレンズを形成する固体撮像装置の製造方法において、
   前記レンズの形成工程は、
   前記受光部が形成された基体上にレンズ形成層を形成する工程と、
   前記レンズ形成層表面に金属粒子を含む有機膜を形成する工程と、
   前記金属粒子を含む有機膜上にレンズ型を形成する工程と、
   前記レンズ型と前記金属粒子を含む有機膜と前記レンズ形成層をエッチングして、前記レンズ形成層で前記レンズ型の表面形状が転写された表面に凹凸を有するレンズを形成する工程と
   を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
5. 前記基体の最上層にカラーフィルター層が形成され、
   前記カラーフィルター層上に前記レンズ形成層を形成する
   ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置の製造方法。

Images