DE4120966A1 - Farbfilter und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Farbfilter und ein Verfahren
zur Herstellung desselben und insbesondere ein Farbfilter,
das die Empfindlichkeit und die Spektraleigenschaften von
Bildelementen verbessert, indem sie eine Rückstreuung und
diffuse Reflexion verhindert.
In jüngster Zeit können
Festkörper-Bildsensoreinrichtungen, die in der Lage sind,
Elektronenröhren zu ersetzen, und daher als die
Bildsensorvorrichtungen der nächsten Generation angesehen
werden, die Farbe erzielen, indem Farbfilter an der
Oberseite des opto-elektrischen Umsetzerbereichs gebildet
werden.
Ferner konnen Anzeigeeinrichtungen, wie beispielsweise
eine Flüssigkristallanzeige (LCD), ebenfalls die
Farbgebung in gleicher Weise erreichen.
Die Farbfilter sind in zwei Typen eingeteilt: einer ist
ein organisches Filter, das durch Färben von organischem
Material, wie beispielsweise Kasein oder Gelatine,
hergestellt wird, und der andere ist ein unorganisches
Filter, das die optische Interferenzerscheinung ausnützt.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Farbfilters
für eine übliche ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD).
In der in Fig. 1 dargestellten CCD hat ein Substrat 1 eine
konkave und konvexe Oberfläche, und an der konkaven
Oberfläche werden Photodioden 2, 3 und 4 gebildet, während
an der konvexen Oberfläche eine leitende Schicht 5 und
eine Isolierschicht 7 gebildet werden.
Auf der CCD werden eine Abflachungsschicht 9 und viele
Zwischenschichten, 13, 17 und 21 hergestellt, indem ein
transparentes Material, wie beispielsweise Polyimid,
abgeschieden wird.
Auf der Oberfläche der Abflachungsschicht 9 und den
Zwischenschichten 13 und 17 werden angefärbte Schichten
11, 15 und 19, die jeweils den Photodioden 2, 3 und 4
entsprechen, gebildet. Die angefärbten Schichten 11, 15
und 19 bestehen aus organischem Material, wie
beispielsweise Kasein oder Gelatine, die einen bestimmten
Anteil von Ammonium enthalten und die mit Farbstoffen, wie
beispielsweise Magenta, Zyan und Gelb, zur Erzielung eines
jeden Spektrums gefärbt sind.
Ferner ist eine Linsenschicht 23 auf der gesamten
Oberfläche der Anordnung gebildet und auf dieser
Linsenschicht 23 sind Linsen 25, 26 und 27 jeweils
entsprechend den Photodioden 2, 3 und 4 hergestellt.
Es wird nunmehr ein Verfahren zur Herstellung eines
vorstehend beschriebenen Farbfilters kurz erläutert.
Die Halbleitervorrichtung 1 hat eine konkave und konvexe
Oberflächenstruktur und an der konvexen Oberfläche werden
die metallische leitende Schicht 5 und die Isolierschicht
7 hergestellt.
Auf dieser CCD wird die Abflachungsschicht 9 (flating
layer) aus transparentem Material, wie beispielsweise
Polyimid, gebildet und anschließend wird auf dieser
Abflachungsschicht 9 die angefärbte Schicht 11
entsprechend der Photodiode 2 hergestellt.
Die angefärbte Schicht 11 ist mit Magenta oder Zyan oder
Gelb gefärbt.
Anschließend wird die Zwischenschicht 13 gebildet, indem
das Polyimid auf der gesamten Oberfläche der Anordnung
aufgebracht wird.
In gleicher Weise werden die angefärbten Schichten 15 und
19 und die Zwischenschicht 17 hergestellt.
Die Zwischenschichten 13 und 19 dienen dazu, ein
Vermischen von Farben mit der vorausgehend gebildeten
angefärbten Schicht zu verhindern, wenn eine weitere
angefärbte Schicht hergestellt wird.
Anschließend werden die höchste Zwischenschicht 21 und die
Linsenschicht 23 gebildet.
Dabei wird die höchste Zwischenschicht 21 mit dem gleichen
Werkstoff wie die unteren Zwischenschichten 13 und 17
hergestellt, und die Linsenschicht 23 besteht aus einem
organischen Material.
Nach Aufbringen des gleichen oder eines ähnlichen
Materials wie die Linsenschicht 23 auf der gesamten
Oberfläche der Anordnung werden die Linsen 25, 26 und 27
entsprechend einer jeden Photodiode durch ein
photolithographisches Verfahren und ein thermisches
Verfahren gebildet.
In dem vorstehend beschriebenen Farbfilter wird das auf
den Linsen unter einem normalen Winkel einfallende Licht
auf jeder angefärbten Schicht fokussiert und das Licht
einer jeden vorgeschriebenen Farbe wird durch jede
Photodiode erfaßt.
Doch verschlechtert das bisher beschriebene, bekannte
Farbfilter die Empfindlichkeit der Photodioden, da alle
auf die Linsen einfallenden Lichtstrahlen nicht auf die
angefärbten Schichten fokussiert werden, bedingt durch die
Oberfächenkrümmung der Linsen, und die rückgestreuten
Lichtanteile wirken aufeinander über benachbarte Linsen
ein und verschlechtern das Spektralverhalten einer jeden
Photodiode.
Da es ferner schwierig ist, einander berührende Linsen
herzustellen und somit die höchste Zwischenschicht
zwischen den Linsen freiliegt, verschlechtern die auf den
freiliegenden Abschnitt der höchsten Zwischenschicht
einfallenden Lichtstrahlen die Spektraleigenschaften der
benachbarten Photodioden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Farbfilter
zu schaffen, das die Empfindlichkeit und das
Spektralverhalten von Dioden durch Verhinderung einer
Rückstreuung verbessert.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Farbfilter zu schaffen, das das Spektralverhalten von
Photodioden verbessert, indem ein Eindringen von
Lichtstrahlen im Abschnitt zwischen benachbarten
Photodioden verhindert wird.
Schließlich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen
Farbfilters zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß wird ein Farbfilter geschaffen, das auf
einem Halbleitersubstrat mit einer Matrix von
Bildelementen gebildet wird und das gekennzeichnet ist
durch:
eine auf dem Halbleitersubstrat gebildete Abflachungsschicht,
mindestens zwei Zwischenschichten die auf der Abflachungsschicht gebildet werden,
mindestens zwei unter den Zwischenschichten gebildete angefärbte Schichten für Spektren einfallenden Lichts ensprechend einem jeden Bildelement,
eine auf der höchsten Zwischenschicht gebildete Linsenschicht,
eine Anzahl Linsen mit einer vorgeschriebenen Krümmung, die auf der Linsenschicht entsprechend jeden Bildelements gebildet werden, und
eine eine Rückstreuung verhindernde Schicht, die dünn auf den Linsen gebildet wird.
eine auf dem Halbleitersubstrat gebildete Abflachungsschicht,
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eine auf der höchsten Zwischenschicht gebildete Linsenschicht,
eine Anzahl Linsen mit einer vorgeschriebenen Krümmung, die auf der Linsenschicht entsprechend jeden Bildelements gebildet werden, und
eine eine Rückstreuung verhindernde Schicht, die dünn auf den Linsen gebildet wird.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Herstellung
eines Farbfilters auf einem Halbleitersubstrat mit einer
Matrix von Bildelementen geschaffen, das gekennzeichnet
ist durch folgende Schritte:
Bildung einer Abflachungsschicht auf dem Halbleitersubstrat,
Bildung einer angefärbten Schicht auf der Abflachungsschicht entsprechend einem der Bildelemente und Bildung einer Zwischenschicht auf der angefärbten Schicht, wobei der vorausgehende Schritt mindestens zweimal wiederholt wird,
Bildung einer Linsenschicht auf der höchsten Zwischenschicht,
Bildung von Linsen mit vorgeschriebener Krümmung auf der Linsenschicht entsprechend jedem Bildelement, und,
Bildung von einer Rückstreuung verhindernden Schichten auf den Linsen.
Bildung einer Abflachungsschicht auf dem Halbleitersubstrat,
Bildung einer angefärbten Schicht auf der Abflachungsschicht entsprechend einem der Bildelemente und Bildung einer Zwischenschicht auf der angefärbten Schicht, wobei der vorausgehende Schritt mindestens zweimal wiederholt wird,
Bildung einer Linsenschicht auf der höchsten Zwischenschicht,
Bildung von Linsen mit vorgeschriebener Krümmung auf der Linsenschicht entsprechend jedem Bildelement, und,
Bildung von einer Rückstreuung verhindernden Schichten auf den Linsen.
Die genannten und weitere Aufgabenstellungen, Merkmale und
Vorteile der Erfindung ergeben sich im einzelnen aus der
nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines bekannten
Farbfilters,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen
Farbfilters, und
Fig. 3 (A)-(C) eine Reihe von Querschnittsansichten, die zur
Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen Farbfilters dienen.
Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die
anliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines auf einer CCD
hergestellten Farbfilters.
Ein Halbleitersubstrat 31 hat eine konkave und konvexe
Oberflächenstruktur.
An der konkaven Oberfläche sind eine erste, zweite und
dritte Photodiode 32, 33 und 34 in einer Matrixform
ausgebildet, während an der konvexen Oberfläche eine
leitende Schicht 35 und eine Isolierschicht 37 gebildet
werden.
Auf dieser CCD wird eine Abflachungsschicht 39 gebildet,
um den Stufenunterschied zwischen den konkaven und
konvexen Oberflächen zu beseitigen, und eine erste, zweite
und dritte Zwischenschicht 43, 47 und 51 werden
aufeinander folgend auf der Abflachungsschicht 39 gebildet.
Die Abflachungsschicht 39 und die Zwischenschichten 43, 47
und 51 bestehen aus einem Werkstoff, der 90% des
einfallenden Lichts durchläßt, wenn die Wellenlänge im
Bereich von 400 bis etwa 700 nm liegt und der keine
Änderung der Werkstoffeigenschaften im Temperaturbereich
von 150 bis 200°C hat.
Ferner werden auf der Abflachungsschicht 39 und der ersten
und zweiten Zwischenschicht 43 und 47 eine erste, zweite
und dritte angefärbte Schicht 41, 45 und 49 entsprechend
den Photodioden 32, 33 und 34 gebildet.
Die angefärbten Schichten 41, 45 und 49 bestehen aus
Kasein oder Gelatine, die einen bestimmten Betrag von
Ammonium enthalten und die teils mit Magenta, Zyan und
Gelb gefärbt sind.
Auf der dritten Zwischenschicht 51 wird eine Linsenschicht
53 aus Polyimid oder Acryl gebildet.
Anschließend werden auf dieser Linsenschicht 53 eine
erste, zweite und dritte Linsenschicht 55, 56 und 57
entsprechend der ersten, zweiten und dritten Photodiode
31, 33 und 34 gebildet.
Die Linsen 55, 56 und 57 liegen um einen bestimmten Betrag
voneinander entfernt und auf diesen Linsen werden
Schichten 59 zur Verhinderung einer Rückstreuung gebildet.
Die Schichten 59 zur Verhinderung einer Rückstreuung
bestehen aus einem entspiegelnden Werkstoff.
Ferner sind die eine Rückstreuung verhindernden Schichten
59 einander überlappend ausgebildet um die auf den
Abschnitt zwischen den Linsen liegenden Bereich
einfallender Lichtstrahlen auf die erste, zweite und
dritte Photodiode 32, 33 und 34 zu fokussieren.
Fig. 3 (A)-(C) stellen eine Folge der
Verarbeitungsstufen dar.
In Fig. 3 (A) werden an der vertieften Fläche des
Siliziumsubstrats 31 die Photodioden 32, 33 und 34
gebildet, während an der konvexen Oberfläche die leitende
Schicht 35 aus Aluminium und die Isolierschicht 37 aus
SiO2 gebildet werden.
Auf dieser CCD wird die Abflachungsschicht 39 in einer
Dicke von 0,3 bis etwa 3,0 µm durch Aufbringen von
Polyimid gebildet.
Als nächstes wird nach dem Aufbringen des Kaseins oder der
Gelatine mit einer bestimmten Menge von Ammonium und einer
Musterherstellung des aufgebrachten Films mittels üblicher
Photolitographie, die erste angefärbte Schicht durch
Aufbringen eines Färbemittels auf der gesamten Oberfläche
der Anordnung gebildet.
Das Färbemittel reagiert mit dem Muster der angefärbten
Schicht, aber nicht mit der Abflachungsschicht 39.
Als nächstes wird das Färbemittel auf der
Abflachungsschicht 39 mittels eines entionisierten Wassers
entfernt.
Dabei wird die erste angefärbte Schicht 39 durch das
Magenta gefärbt, um das Magentaspektrum zu erhalten.
Als nächstes wird die erste Zwischenschicht mit einer
Dicke von 1 µm auf der Abflachungsschicht 39 durch
Aufbringen des gleichen Werkstoffs, wie sie die
Abflachungsschicht 39 aufweist, auf die gesamte Fläche der
Anordnung gebildet.
In Fig. 3 (B) werden auf der ersten Zwischenschicht 43 die
zweite und dritte gefärbte Schicht 45 und 49 in gleicher
Weise hergestellt.
Die erste und zweite angefärbte Schicht 45 und 49 werden
jeweils durch Zyan und Gelb angefärbt, damit jeweils das
Zyan- und das Gelb-Spektrum erhalten werden.
Ferner werden auf der zweiten und dritten angefärbten
Schicht 45 und 49 die zweite und dritte Zwischenschicht 47
und 51 in gleicher Weise wie bei der ersten
Zwischenschicht 43 gebildet.
In Fig. 3 (C) wird die Linsenschicht 53 aus Polyimid oder
Acryl auf der dritten Zwischenschicht 51 gebildet.
Als nächstes werden die erste, zweite und dritte Linse 55,
56 und 57 jeweils auf der Linsenschicht 53 entsprechend
der ersten, zweiten und dritten Photodiode 32, 33 und 34
gebildet.
Die Linsen 55, 56 und 57 werden durch thermische
Verarbeitung nach Belichtung und Entwicklung unter
Verwendung einer Photomaske hergestellt.
Dabei müssen die Linsen mit einem bestimmten Abstand zur
Verhinderung der Überlappung gebildet werden.
Als nächstes werden an diesen Linsen die Schichten 59 zur
Verhinderung einer Rückstreuung gebildet.
Die Schichten 59 zur Verhinderung einer Rückstreuung
werden gebildet, indem ein entspiegelnder Werkstoff, wie
beispielsweise Xylol oder Gase, aufgebracht werden.
Durch Ausbildung der eine Rückstreuung verhindernden
Schichten 59 ohne überlappenden Abschnitt haben die
Abschnitte zwischen den Linsen eine vorgeschriebene
Krümmung.
Somit können die auf Abschnitte zwischen benachbarten
Linsen einfallenden Lichtstrahlen auf die Photodioden 32,
33 und 34 fokussiert werden.
Wie bereits erwähnt wurde, verhindert die Erfindung eine
Rückstreuung der einfallenden Lichtstrahlen als Folge der
Krümmung der Linsen, indem der entspiegelnde Werkstoff auf
der Oberfläche der Linsen gebildet wird, wodurch das
Ausmaß der Konzentration des einfallenden Lichts erhöht
und eine Verschlechterung des Spektralverhaltens der
Photodioden infolge einer Streuung verhindert wird.
Ferner haben durch die Ausbildung der die Rückstreuung
verhindernden Schichten mit entsprechendem Abstand die
Abschnitte zwischen den benachbarten Linsen eine
vorgeschriebene Krümmung, womit die Empfindlichkeit und
das Spektralverhalten der Photodioden verbessert wird,
indem die einfallenden Lichtstrahlen auf diese Abschnitte
fokussiert werden.
Somit hat die Erfindung den Vorteil, daß die einfallenden
Lichtstrahlen mittels der eine Rückstreuung verhindernden
Schichten an einer Streuung gehindert werden und die
Empfindlichkeit und das Spektralverhalten der Photodioden
kann verbessert werden, indem die einfallenden
Lichtstrahlen auf die Abschnitte zwischen den benachbarten
Linsen fokussiert werden.
Die Erfindung ist in keiner Weise auf die vorstehend
beschriebene Ausführungsform beschränkt. Verschiedene
Abänderungen der angegebenen Ausführungsform, sowie
weitere Ausführungsformen der Erfindung sind nach
Bezugnahme auf die Beschreibung der Erfindung für den
Fachmann offensichtlich. Daher werden derartige
Abänderungen oder Ausführungsformen im Rahmen der
anliegenden Ansprüche von der Erfindung mitumfaßt.
Claims (8)
1. Farbfilter, das auf einem Halbleitersubstrat mit einer
Matrix von Bildelementen gebildet wird,
gekennzeichnet durch:
eine auf dem Halbleitersubstrat (31) gebildete Abflachungsschicht (39),
mindestens zwei Zwischenschichten (43, 47), die auf der Abflachungsschicht gebildet werden,
mindestens zwei unter den Zwischenschichten gebildete angefärbte Schichten (41, 45, 49) für Spektren einfallenden Lichts ensprechend einem jeden Bildelement,
eine auf der höchsten Zwischenschicht gebildete Linsenschicht (53),
eine Anzahl Linsen (55, 56, 57) mit einer vorgeschriebenen Krümmung, die auf der Linsenschicht entsprechend jeden Bildelements gebildet werden, und
eine eine Rückstreuung verhindernde Schicht (59), die dünn auf den Linsen gebildet wird.
eine auf dem Halbleitersubstrat (31) gebildete Abflachungsschicht (39),
mindestens zwei Zwischenschichten (43, 47), die auf der Abflachungsschicht gebildet werden,
mindestens zwei unter den Zwischenschichten gebildete angefärbte Schichten (41, 45, 49) für Spektren einfallenden Lichts ensprechend einem jeden Bildelement,
eine auf der höchsten Zwischenschicht gebildete Linsenschicht (53),
eine Anzahl Linsen (55, 56, 57) mit einer vorgeschriebenen Krümmung, die auf der Linsenschicht entsprechend jeden Bildelements gebildet werden, und
eine eine Rückstreuung verhindernde Schicht (59), die dünn auf den Linsen gebildet wird.
2. Farbfilter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die eine Rückstreuung verhindernden Schichten (59) in
Berührung miteinander gebildet werden.
3. Farbfilter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die eine Rückstreuung verhindernden Schichten (59) aus
einem entspiegelnden Werkstoff bestehen.
4. Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters auf einem
Halbleitersubstrat mit einer Matrix von Bildelementen,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bildung einer Abflachungsschicht (39) auf dem Halbleitersubstrat,
Bildung einer angefärbten Schicht (41, 45, 49) auf der Abflachungsschicht entsprechend einem der Bildelemente und Bildung einer Zwischenschicht (43, 47) auf der angefärbten Schicht, wobei der vorausgehende Schritt mindestens zweimal wiederholt wird,
Bildung einer Linsenschicht (53) auf der höchsten Zwischenschicht,
Bildung von Linsen (55, 56, 57) mit vorgeschriebener Krümmung auf der Linsenschicht entsprechend jedem Bildelement, und,
Bildung von einer Rückstreuung verhindernden Schichten (59) auf den Linsen.
Bildung einer Abflachungsschicht (39) auf dem Halbleitersubstrat,
Bildung einer angefärbten Schicht (41, 45, 49) auf der Abflachungsschicht entsprechend einem der Bildelemente und Bildung einer Zwischenschicht (43, 47) auf der angefärbten Schicht, wobei der vorausgehende Schritt mindestens zweimal wiederholt wird,
Bildung einer Linsenschicht (53) auf der höchsten Zwischenschicht,
Bildung von Linsen (55, 56, 57) mit vorgeschriebener Krümmung auf der Linsenschicht entsprechend jedem Bildelement, und,
Bildung von einer Rückstreuung verhindernden Schichten (59) auf den Linsen.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Rückstreuung verhindernden Schichten (59) aus
einem entspiegelnden Werkstoff bestehen.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die eine Rückstreuung verhindernden Schichten (59)
mittels eines Beschichtungsverfahrens oder eines
Aufdampfverfahrens gebildet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die eine Rückstreuung verhindernden Schichten (59) in
Bildung miteinander gebildet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die eine Rückstreuung verhindernden Schichten (59)
eine vorgeschriebene Krümmung an den in Berühung
miteinander befindlichen Abschnitten haben.
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KR1019910000266A KR920015461A (ko) | 1991-01-10 | 1991-01-10 | 칼라필터 및 그 제조방법 |
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CN110612606B (zh) * | 2018-04-06 | 2023-08-22 | 汉阳大学校产学协力团 | 包括量子点层的双重图像传感器 |
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GB2251721A (en) | 1992-07-15 |
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GB9113673D0 (en) | 1991-08-14 |
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