DE69917111T2

DE69917111T2 - Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69917111T2
Application number: DE69917111T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Shinagawa-ku Endo; Taichi Shinagawa-ku Natori
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: DE69917111D1; JPH11284158A; EP0945743A1; US6255640B1; EP0945743B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung bzw. -Bildabtastvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung.. Beschreibung der verwandten Technik:
In den letzten Jahren ist eine Festkörper-Bildabtastvorrichtung miniaturisiert worden, und ihre Pixel werden zunehmend verdichtet, wodurch ein Lichtempfangsbereich reduziert wird und eine Verschlechterung von Charakteristiken wie beispielsweise ein Absinken der Empfindlichkeit oder dgl. verursacht wird.
Es wurde als Maßnahmen gegen das Absinken von Empfindlichkeit vorgeschlagen, eine Lichtsammeleffizienz bei einer Lichtempfangssensoreinheit durch Vorsehen beispielsweise einer Mikrolinse, die als eine chipintegrierte Linse (On-chip-Linse) und eine Intraschichtlinse bezeichnet wird, zu fördern.
Die europäische Patentanmeldung EP 0 744 778 A offenbart eine Festkörper-Bilddarstellungsvorrichtung mit hoher Empfindlichkeit und reduzierter Verschmierung bzw. Unschärfe, die eine untere Mikrolinse und obere Mikrolinse, die durch Schichten mit niedrigerem Brechungsindex getrennt sind, aufweist. Diese Vorrichtung weist außerdem einen Interschicht- bzw. Zwischenschichtfilm auf, der eine Aussparung bzw. Vertiefung auf der Lichtempfangssensoreinheit und ein Intraschicht-Farbfilter auf dem einen Höcker bzw. Vorsprung aufweisenden Zwischenchichtfilm aufweist.
Eine andere Struktur der herkömmlichen Festkörper-Bildabtastvorrichtung wird nachstehend beschrieben.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen Festkörper-Bildabtastvorrichtung 100 in der Festkörper-Bildabtastvorrichtung mit einer eine Intraschichtlinse aufweisenden Struktur.
Wie in 1 gezeigt sind eine große Zahl Lichtempfangssensoreinheiten 102 zur Ausführung der photoelektrischen Wandlung in einem Array auf einem Siliziumsubstrat 101 ausgebildet.
Auf einer Seite der Lichtempfangssensoreinheit 102 ist ein Ladungsübertragungselement 104 durch ein Auslesetor bzw. -gate 103 ausgebildet. Auf ihrer anderen Seite ist ein Ladungsübertragungselement 104 zur anderen Lichtempfangssensoreinheit 102 durch einen Kanalstopp 105 ausgebildet.
Eine von der photoelektrischen Wandlung durch die Lichtempfangssensoreinheit 102 abgeleitete Signalladung wird zum einen Ladungsübertragungselement 104 durch das Auslesegate 103 ausgelesen und durch das Ladungsübertragungselement 104 weiter übertragen.
Außerdem ist auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 101 ein SiO₂-Isolatorfilm 106 durch das thermische Oxidationsverfahren oder CVD-Verfahren (CVD = Chemical Vapor Deposition = chemische Dampfabscheidung) usw. gebildet.
Auf dem Isolatorfilm 106 nahezu gerade bzw. genau über dem Ladungsübertragungselement 104 ist eine aus Polysilizium gebildete Übertragungselektrode 107 ausgebildet, und außerdem ist eine andere Übertragungselektrode (nicht gezeigt) derart ausgebildet, dass sie sich mit der Übertragungselektrode 107 partiell überlappt.
Auf der Oberfläche dieser Übertragungselektroden 107, das heißt auf ihrer oberen Fläche und ihrer Seitenfläche ist ein Zwischenschicht-Isolatorfilm 108 ausgebildet, der die Übertragungselektrode 107 bedeckt und außerdem den Isolatorfilm 106 auf der Lichtempfangssensoreinheit 102, die zwischen den Übertragungselektroden 107 gegenüberliegt, bedeckt.
Auf dem Zwischenschicht-Isolatorfilm 108 ist ein Lichtabschirmfilm 109 ausgebildet, der die Übertragungselektrode 107 bedeckt. Der Lichtabschirmfilm 109 weist einen überhän genden bzw. vorstehenden Abschnitt 109a auf, der gerade über die Lichtempfangssensoreinheit 107 vorsteht, um eine Verschmierung bzw. Unschärfe zu beschränken. Gerade bzw. genau über der Lichtempfangssensoreinheit 102 ist eine Öffnung 110 derart ausgebildet, dass sie vom vorstehenden Abschnitt 109a umgeben ist. Außerdem ist der Lichtabschirmfilm 109 durch ein Metall hohen Schmelzpunkts, beispielsweise Wolfram, gebildet.
Auf dem Lichtabschirmfilm 109 ist ein aus BPSG (Borphosphorsilikatglas (boron phosphorus silicate glass)) gefertigter Zwischenschichtfilm 111 ausgebildet, der den Lichtabschirmfilm 109 und den der Öffnung 110 gegenüberliegenden Zwischenschicht-Isolatorfilm 108 bedeckt. Der Zwischenschichtfilm 111 wird der Rückfluss- bzw. Aufschmelz- bzw. Wiederaufschmelzverarbeitung unterworfen, um eine auf der Lichtempfangssensoreinheit 102 zwischen den Übertragungselektroden 107 ausgebildete Aussparung bzw. Vertiefung 111a zu bilden.
Auf diesem Zwischenschichtfilm 111 ist ein seine Oberfläche bedeckender Passivierungsfilm 112 ausgebildet.
Die Vertiefung 111a des Zwischenschichtfilms 111 ist mit einem Intraschichtlinsenmaterial gefüllt, das eine Intraschichtlinse 114 über dem Passivierungsfilm 112 bildet, wobei die Linse einen Höcker bzw. Vorsprung mit der erforderlichen Krümmung entsprechend der Vertiefung 111a aufweist.
Diese Intraschichtlinse 114 ist an ihrer Oberfläche durch den bekannten sogenannten Abdeckungs- bzw. Resist-Rückätzprozess (resist etch back process) oder den CMP-Prozess (CMP = chemo-mechanical polishing process (chemomechanischer Polierprozess)) flach gemacht.
Auf der flach gemachten Intraschichtlinse 114 ist eine Farbfilterschicht 116 ausgebildet. Diese Farbfilterschicht 116 kann durch einen bekannten Prozess, der ein solches Harz usw., in welchem ein Pigment dispergiert ist, verwendet, gebildet sein.
Auf der Farbfilterschicht 116 ist eine aus transparentem Harz und/oder dgl. gebildete Mikrolinse 117 ausgebildet. Die Mikrolinse 117 leitet einfallendes Licht durch die Intra schichtlinse 114 zur Öffnung 109a des Lichtabschirmfilms 109, so dass das Licht auf die Lichtempfangssensoreinheit 102 einfallen kann. Deshalb ist die Krümmung der Mikrolinse 117 so gewählt, dass sie einen von einem Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit 102 zur unteren Ebene bzw. Bodenebene der Mikrolinse 117 in der in 1 gezeigten Festkörper-Bildabtastvorrichtung 100 abhängigen gewünschten Wert aufweist.
Jedoch verursacht die Festkörper-Bildabtastvorrichtung mit der in 1 gezeigten Anordnung die folgende Unvorteilhaftigkeit.
Da insbesondere die Festkörper-Bildabtastvorrichtung 100 mit der die in 1 gezeigte Intraschichtlinse 114 aufweisenden Struktur jeweils mit der Intraschichtlinse 114 und der Farbfilterschicht 116 versehen ist, erreicht eine Gesamtdicke von der Lichtempfangssensoreinheit 102 zur Bodenebene der Mikrolinse 117 das Ausmaß von 4 bis 5 μm. Dies bedeutet, dass ein großer Abstand zwischen der Lichtempfangssensoreinheit 102 und der Mikrolinse 117 vorhanden ist.
Wenn der Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit 102 zur Mikrolinse auf diese Weise groß wird, weicht in dem Fall, bei dem relativ zur Mikrolinse 117 geneigtes einfallendes Licht zunimmt, wenn die Blende einer Bildabtastlinse der Kamera wie in 2 gezeigt geöffnet ist, das von der Mikrolinse 117 gesammelte Licht vom Zentrum der Öffnung des Lichtabschirmfilms 109 wie in 2 durch gestrichelte Linien gezeigt ab, wodurch verursacht wird, dass die Rate der Sammlung des Lichts auf der Lichtempfangssensoreinheit 102 erniedrigt wird. In anderen Worten verschlechtert sich die Abhängigkeit vom F-Wert, und so wird die Empfindlichkeit für paralleles Licht zufriedenstellend, wohingegen die Empfindlichkeit in Richtung zur geöffneten Blende beträchtlich absinkt. Wenn sich außerdem das gesammelte Licht einem Öffnungsende des Lichtabschirmfilms 109 nähert, wird bewirkt, dass eine Signalladung in der benachbarten Lichtempfangssensoreinheit 102 oder einem Ladungsübertragungsbereich (nicht gezeigt) gemischt wird, wodurch entsteht, was als Auftreten einer Verschmierung bzw. Unschärfe genannt wird.
Da überdies wie vorstehend beschrieben die Krümmung der Mikrolinse 117 abhängig vom Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit 102 zur Mikrolinse 117 bestimmt ist, ist es, wenn der Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit 102 zur Mikrolinse 117 zunimmt, notwendig, die Krümmung der Mikrolinse entsprechend größer zu machen.
Wenn die Krümmung der Mikrolinse 117 auf dem Farbfilter 116 auf diese Weise groß wird, wird von der Mikrolinse 117 gesammeltes Licht L von einem Rand des wie in 1 gezeigten Farbfilters 116 zurückgewiesen. Dies bewirkt eine Zunahme winziger schwarzer Flecke, und dies verursacht die Verschlechterung der Bildqualität.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der vorstehenden Umstände ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung bzw. -Bildabtastvorrichtung bereitzustellen, die eine Struktur aufweist, in welcher der Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit 102 zur Mikrolinse 117 kürzer gemacht ist, um die vorstehend genannte Unvorteilhaftigkeit zu eliminieren.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung bzw. -Bildabtastvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: eine eine photoelektrische Wandlung ausführende Lichtempfangssensoreinheit auf einem Substrat, einen eine Aussparung bzw. Vertiefung aufweisenden Interschicht- bzw. Zwischenschichtfilm über der Lichtempfangssensoreinheit und ein Intraschicht-Farbfilter auf dem Zwischenschichtfilm, das einen durch Füllen der Vertiefung und Folgen der gekrümmten Fläche der Vertiefung gebildeten Höcker bzw. Vorsprung aufweist, wobei der Vorsprung eine zum Sammeln des auf die Lichtempfangssensoreinheit einfallenden Lichts erforderliche Krümmung aufweist. Das Intraschicht-Farbfilter hat beide Funktionen sowohl der Intraschichtlinse zum Sammeln des auf die Lichtempfangssensoreinheit einfallenden Lichts als auch des Farbfilters und spielt so beide dieser zwei Rollen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Festkörper-Bildauf nahmevorrichtung bzw. -Bildabtastvorrichtung bereitgestellt, das die Schritte aufweist: Bilden einer Lichtempfangssensoreinheit auf einem Substrat, Bilden einer Übertragungselektrode auf dem Substrat, Bilden eines Zwischenschicht-Isolatorfilms über der Übertragungselektrode, Bilden eines Lichtabschirmfilms, Ansammeln zum Bilden eines Zwischenschichtfilms über dem Lichtabschirmfilm, Bilden einer Aussparung bzw. Vertiefung auf dem Zwischenschichtfilm und Bilden eines Intraschicht-Farbfilters auf dem Zwischenschichtfilm, das einen durch Füllen der Vertiefung und Folgen der gekrümmten Fläche der Vertiefung gebildeten Höcker bzw. Vorsprung aufweist, wobei der Vorsprung eine zum Sammeln des auf die Lichtempfangssensoreinheit einfallenden Lichts erforderliche Krümmung aufweist.
Gemäß der Struktur der Festkörper-Bildabtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung hat das Intraschicht-Farbfilter beide Funktionen sowohl der Intraschichtlinse als auch des Farbfilters.
Gemäß der Struktur der Festkörper-Bildabtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung besteht, da das Intraschicht-Farbfilter die Funktion des Farbfilters hat und außerdem die Funktion der den Vorsprung mit der zum Sammeln des auf die Lichtempfangssensoreinheit einfallenden Lichts erforderlichen Krümmung aufweisenden Intraschichtlinse hat, keine Notwendigkeit die Intraschichtlinse und das Farbfilter separat vorzusehen, was bewirkt, dass der Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit zur Mikrolinse verringert ist.
Aus diesem Grund wird, auch wenn relativ zur Mikrolinse schräg einfallendes Licht zunimmt, wenn die Blende der Bildaufnahmelinse bzw. Bildabtastlinse der Kamera geöffnet wird, das von der Mikrolinse gesammelte Licht nie vom Zentrum der Öffnung des Lichtabschirmfilms abweichen.
Da außerdem der Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit zur Mikrolinse klein gemacht werden kann, wird die Krümmung der Mikrolinse so gewählt, dass sie klein ist. Dies macht es möglich zu vermeiden, dass das von der Mikrolinse gesammelte Licht L vom Rand des Farbfilters zurückgewiesen wird.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Festkörper-Bildabtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es möglich zu eliminieren, dass die Intraschichtlinse und das Farbfilter im Herstellungsprozess der Festkörper-Bildabtastvorrichtung separat gebildet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittdarstellung, welche die herkömmliche Festkörper-Bildabtastvorrichtung zeigt;
2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung, wie das auf die Linse einfallende Licht von der herkömmlichen Festkörper-Bildabtastvorrichtung gesammelt wird;
3 ist eine schematische Schnittdarstellung, welche die Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine schematische Darstellung, welche die Relation zwischen der Wellenlänge und dem Brechungsindex eines das Intraschicht-Farbfilter bildenden roten photoempfindlichen Harzes zeigt;
5 ist eine schematische Darstellung, welche die Relation zwischen der Wellenlänge und dem Brechungsindex eines das Intraschicht-Farbfilter bildenden grünen photoempfindlichen Harzes zeigt;
6 ist eine schematische Darstellung, welche die Relation zwischen der Wellenlänge und dem Brechungsindex eines das Intraschicht-Farbfilter bildenden blauen photoempfindlichen Harzes zeigt;
7 ist eine schematische Darstellung, welche die Relation zwischen der Wellenlänge und dem Brechungsindex eines das Intraschicht-Farbfilter bildenden photoempfindlichen Magentaharzes zeigt;
8 ist eine schematische Darstellung, welche die Relation zwischen der Wellenlänge und dem Brechungsindex eines das Intraschicht-Farbfilter bildenden photoempfindlichen Cyanharzes zeigt;
9 ist eine schematische Darstellung, welche die Relation zwischen der Wellenlänge und dem Brechungsindex eines das Zwischenschicht-Farbfilter bildenden gelben photoempfindlichen Harzes zeigt;
10 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung, wie das auf die Linse einfallende Licht von der Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gesammelt wird;
11 ist eine schematische Darstellung, welche die Relationen zwischen dem F-Wert einer Kameralinse und der relativen Empfindlichkeit in Bezug auf die Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und der herkömmlichen Festkörper-Bildabtastvorrichtung zeigt;
12 ist eine schematische Darstellung, welche einen Herstellungsprozess für die Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist eine schematische Darstellung, welche einen Herstellungsprozess für die Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist eine schematische Darstellung, welche einen Herstellungsprozess für die Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
15 ist eine schematische Darstellung, welche einen Herstellungsprozess für die Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Lichtabtastsensoreinheit auf dem Substrat zum Ausführen der photoelektrischen Umwandlung, eine Ladungsübertragungseinheit zur Übertragung einer von der Lichtempfangssensoreinheit ausgelesenen Signalladung und eine nahezu gerade bzw. genau über der Ladungsübertragungseinheit auf dem Substrat durch einen Isolatorfilm vorgesehene Übertragungselektrode, die einen die Aussparung bzw. Vertiefung mit einer vorbestimmten Krümmung aufweisenden Zwischenschichtfilm auf der Ladungsübertragungseinheit aufweist, umfasst ein den durch Füllen der Vertiefung und Folgen der ge krümmten Fläche der Vertiefung gebildeten Höcker bzw. Vorsprung aufweisendes Intraschicht-Farbfilter auf dem Zwischenschichtfilm, wobei der Vorsprung die zum Sammeln des auf die Lichtempfangssensoreinheit einfallenden Lichts erforderliche Krümmung aufweist, und umfasst eine Mikrolinse auf dem Intraschicht-Farbfilter. Dieses Intraschicht-Farbfilter hat beide Funktionen sowohl der Intraschichtlinse zum Sammeln des auf die Lichtempfangssensoreinheit einfallenden Lichts als auch des Farbfilters.
Ein Beispiel der Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das folgende Beispiel beschränkt.
3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Beispiels einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in der 3 gezeigt ist, sind auf einem aus beispielsweise Silizium gefertigten Substrat 11 in einem Array eine große Zahl Lichtempfangssensoreinheiten 12 zum Ausführen der photoelektrischen Umwandlung ausgebildet.
Auf dem Siliziumsubstrat 11 ist auf einer Seite des Photosensors 12 eine Ladungsübertragungseinheit 14 durch ein Auslesetor bzw. -gate 13 gebildet, und auf seiner anderen Seite ist eine andere Ladungsübertragungseinheit 14 durch einen Kanalstopp 15 gebildet.
Es ist so eingerichtet, dass eine von der von der Lichtempfangssensoreinheit 12 ausgeführten photoelektrischen Umwandlung abgeleitete Signalladung durch das Auslesegate 13 in die andere Ladungsübertragungseinheit 14 ausgelesen und von der Ladungsübertragungseinheit 14 weiter übertragen wird.
Außerdem ist auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 11 ein aus durch beispielsweise den thermischen Oxidationsprozess oder den CVD-Prozess gebildetem SiO₂ gefertigter Isolatorfilm 16 vorgesehen.
Auf dem Isolatorfilm 16 ist nahezu gerade bzw. genau über der Ladungsübertragungseinheit 14 eine aus beispielsweise Polysilizium gefertigte Übertragungselektrode 17 ausgebil det, und außerdem ist eine andere Übertragungselektrode (nicht gezeigt) derart ausgebildet, dass sie sich mit der Übertragungselektrode 17 partiell überlappt.
Auf der Oberfläche dieser Übertragungselektroden 17, das heißt auf ihrer oberen Fläche und ihrer Seitenfläche, ist ein Zwischenschicht-Isolatorfilm 18 ausgebildet, der die Übertragungselektrode 17 und außerdem den Isolatorfilm 16 auf der Lichtempfangssensoreinheit 12, die zwischen den Übertragungselektroden 17 gegenüberliegt, bedeckt.
Auf dem Zwischenschicht-Isolatorfilm 18 ist ein Lichtabschirmfilm 19 ausgebildet, der die Übertragungselektrode 17 bedeckt und aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, beispielsweise Wolfram (W) oder dgl., gefertigt ist. Der Lichtabschirmfilm 19 weist einen überhängenden bzw. vorstehenden Abschnitt 19a auf, der gerade über der Lichtempfangssensoreinheit 12 vorsteht, um eine Verschmierung bzw. Unschärfe einzuschränken. Eine Öffnung 20 ist direkt über der Lichtempfangssensoreinheit 12 derart ausgebildet, dass sie vom vorstehenden Abschnitt 19a umgeben ist.
Auf dem Lichtabschirmfilm 19 ist ein aus beispielsweise BPSG (Borphosporsilikatglas (boron phosphorus silicate glass))) gefertigter Zwischenschichtfilm 21 ausgebildet, der den Lichtabschirmfilm 19 und den der Öffnung 20 gegenüberliegenden Zwischenschicht-Isolatorfilm 18 bedeckt.
Der Zwischenschichtfilm 21 ist der Rückfluss- bzw. Aufschmelz- bzw. Wiederaufschmelzbehandlung zur Bildung einer Aussparung bzw. Vertiefung 21a über der Lichtempfangssensoreinheit 12 zwischen den Übertragungselektroden 17 unterworfen. Die Vertiefung 21a wird so berarbeitet, dass sie eine erforderliche Krümmung aufweist.
Auf diesem Zwischenschichtfilm 21 ist ein seine Oberfläche bedeckender Passivierungsfilm 22 durch Herstellung beispielsweise eines SiN-Films oder SiON-Films unter Verwendung des Plasma-CVD-Prozesses ausgebildet.
Auf dem Passivierungsfilm 22 ist ein Intraschicht-Farbfilter 24 in einem vorbestimmten Muster von Film durch Füllen der Vertiefung 21a auf dem Zwischenschichtfilm 22 mit bei spielsweise einem beispielsweise ein Pigment enthaltenden photohärtenden Harz ausgebildet.
Da das Intraschicht-Farbfilter 24 durch Füllen der Vertiefung 21a des Zwischenschichtfilms gebildet ist, ist ein Höcker bzw. Vorsprung 24a mit einer zum Sammeln von auf die Lichtempfangssensoreinheit 12 einfallenden Licht erforderlichen Krümmung entsprechend der gekrümmten Fläche der Vertiefung 21a gebildet.
Das Intraschicht-Farbfilter 24 spielt auch eine Rolle der Intraschichtlinse bei der in 1 dargestellten herkömmlichen Festkörper-Bildabtastvorrichtung, und deshalb muss das Farbfilter einen größeren Brechungsindex als den des den Zwischenschichtfilm 21 bildenden BPSG aufweisen. In dieser Hinsicht ist der Brechungsindex von BPSG des Zwischenschichtfilms 21
etwa 1,45 bis 1,5.
Dieses Intraschicht-Farbfilter 24 ist aus Materialien gefertigt, deren mittlerer Brechungsindex in einem sichtbaren Lichtdurchdringungsbereich beispielsweise 1,55 oder mehr ist.
Außerdem bedeutet der sichtbare Lichtdurchdringungsbereich des Farbfilters den folgenden Wellenlängenbereich.

Rot: 590–640 nm,

Grün: 500–580 nm,

Blau: 420–480 nm,

Magenta: 420–500 nm und 580–640 nm,

Cyan: 420–580 nm,

Gelb: 500–640 nm.
Als die das Intraschicht-Farbfilter 24 bildenden Materialien können beispielsweise solche, bei denen ein Pigment in einem negativen Acrylresist aus Photopolymer dispergiert ist, oder solche, bei denen ein Farbstoff in einem positiven Resist eines Novolaksystems gelöst ist, verwendet werden.
Jede der 4 bis 9 zeigen eine Relation zwischen der Wellenlänge (nm) und dem Brechungsindex in den jeweiligen Materialien für Rot, Grün, Blau, Magenta, Cyan, Gelb, die das Intraschicht-Farbfilter 24 bilden.
Wie in diesen 4 bis 9 gezeigt ist zu sehen, dass jeder mittlere Brechungsindex gleich 1,55 oder mehr im sichtbaren Lichtdurchdringungsbereich des Farbfilters ist.
Auf dem Intraschicht-Farbfilter 24 ist eine aus einem transparenten Harz und/oder dgl. gefertigte konvexe Mikrolinse 27 ausgebildet.
Diese Mikrolinse 27 führt einfallendes Licht durch das Intraschicht-Farbfilter 24 zur Öffnung 19a des Lichtabschirmfilms 19, um das Licht auf der Lichtempfangssensoreinheit 12 zu sammeln. Deshalb ist die Krümmung der Mikrolinse 27 so gewählt, dass sie einen vom Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit 12 zur Mikrolinse 27 in der in 3 gezeigten Festkörper-Bildabtastvorrichtung 10 abhängigen erforderlichen Wert aufweist.
Da bei der in 3 gezeigten Festkörper-Bildabtastvorrichtung 10 die Intraschichtlinse und das Farbfilter nicht separat ausgebildet sind, sondern nur das Intraschicht-Farbfilter 24 ausgebildet ist, ist es möglich, den Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit zur Mikrolinse klein zu machen, beispielsweise etwa 2,5 bis 3,0 μm, was bewirkt, dass die Krümmung der Mikrolinse kleiner als die der Mikrolinse der in 1 gezeigten herkömmlichen Festkörper-Bildabtastvorrichtung 100 zu wählen ist.
Da wie oben beschrieben die in 3 gezeigte Festkörper-Bildabtastvorrichtung 10 erlaubt, dass der Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit zur Anordnungsebene der Mikrolinse kleiner als jener der in 1 gezeigten herkömmlichen Festkörper-Bildabtastvorrichtung 100 ist, fällt, selbst wenn schräg einfallendes Licht in Bezug auf die Mikrolinse 27 wie wenn die Blende der Bildabtastlinse der Kamera wie in 10 gezeigt geöffnet ist zunimmt, das von der Mikrolinse 27 gesammelte Licht auf die Lichtempfangssensoreinheit 12, selbst wenn es wie in 10 durch gestrichelte Linien gezeigt vom Zentrum der Öffnung des Lichtabschirmfilms 19 abweicht, was zu einer Verbesserung der Lichtsammelrate im Vergleich zur herkömmlichen Festkörper-Bildabtastvorrichtung führt.
In anderen Worten kann selbst auf der geöffneten Seite der Blende der Abfall der Empfindlichkeit reduziert werden.
Da außerdem vermieden werden kann, dass das gesammelte Licht bewirkt, dass eine Signalladung in die benachbarte Lichtempfangssensoreinheit 12 und einen Ladungsübertragungsbereich (nicht gezeigt) gemischt wird, kann verhindert werden, dass auftritt, was als eine Verschmierung bzw. Unschärfe bezeichnet wird.
11 zeigt die Relation zwischen dem F-Wert einer Kameralinse und der relativen Empfindlichkeit, das heißt die Abhängigkeit der Empfindlichkeit vom F-Wert, wenn die in 1 gezeigte herkömmliche Festkörper-Bildabtastvorrichtung 100 und die in 3 gezeigte Festkörper-Bildabtastvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine Festkörper-Bildabtastvorrichtung, die eine Größe von 1/4 Zoll (1/4 inch) und dreihundertundachzigtausend Pixel aufweist, angewendet sind.
In 11 stellt eine Kurve 91 die Relation zwischen dem F-Wert der Kameralinse und der relativen Empfindlichkeit in der Festkörper-Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar, und eine Kurve 92 stellt die Relation zwischen dem F-Wert der Kameralinse und der relativen Empfindlichkeit in der herkömmlichen Festkörper-Bildabtastvorrichtung dar.
Gemäß 11 ist zu sehen, dass im Vergleich mit der herkömmlichen Festkörper-Bildabtastvorrichtung 100 die Festkörper-Bildabtastvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt, dass der Abfall der Empfindlichkeit reduziert wird, selbst wenn der F-Wert klein eingestellt ist, das heißt die Linse geöffnet ist.
Nun wird nachstehend das Verfahren zur Herstellung einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch den Prozess hergestellt, der die Schritte aufweist: Bilden der Lichtempfangssensoreinheit und der Übertragungselektrode auf dem Substrat, Bilden des die Übertragungselektrode bedeckenden Zwischenschicht-Isolator films, Bilden des Lichtabschirmfilms, Ansammeln zum Bilden des den Lichtabschirmfilm bedeckenden Zwischenschichtfilms, Bilden der Aussparung bzw. Vertiefung auf dem Zwischenschichtfilm, Bilden des Intraschicht-Farbfilters auf dem Zwischenschichtfilm, das einen durch Füllen der Vertiefung entsprechend der gekrümmten Fläche der Vertiefung gebildeten Vorsprung aufweist, wobei der Vorsprung eine zum Sammeln des auf die Lichtempfangssensoreinheit einfallenden Lichts erforderliche Krümmung aufweist, und Bilden der Mikrolinse auf dem Intraschicht-Farbfilter.
Eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für die in 3 gezeigte Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Ausführungsform beschränkt.
Zuallererst werden gemäß dem bekannten herkömmlichen Prozess beispielsweise auf dem Siliziumsubstrat 11 jeweils die Lichtempfangssensoreinheit 12, das Auslesetor bzw. -gate 13, die Ladungsübertragungseinheit 14, der Kanalstopp 15, der Isolatorfilm 16 und die Übertragungselektrode 17 gebildet. Des Weiteren wird der die Übertragungselektrode 17 bedeckende Zwischenschicht-Isolatorfilm 18 gebildet. Danach wird der Lichtabschirmfilm 19 durch Beschichten mit dem Hochschmelzpunktmetall, beispielsweise Wolfram (W) oder dgl., durch den CVD-Prozess gebildet.
Als nächstes wird, wie in 12 gezeigt, der Zwischenschichtfilm 21 durch Verwendung beispielsweise von BPGS und Ansammeln dieses entsprechend dem CVD-Prozess derart, dass der Lichtabschirmfilm 19 und dgl. bedeckt sind, gebildet.
Als nächstes, wird wie in 13 gezeigt, der Zwischenschichtfilm 21 der Rückfluss- bzw. Aufschmelz- bzw. Wiederaufschmelzbehandlung, das heißt einer Thermoerweichungsbehandlung unter einer vorbestimmten Bedingung, beispielsweise bei einer Temperatur von etwa 700 bis 800°C unterworfen, um die Vertiefung 21a auf dem Zwischenschichtfilm 21 zu bilden.
Da zu dieser Zeit das Intraschicht-Farbfilter 24 danach auf der Vertiefung 21a gebildet wird, das die Funktion der Intraschichtlinse haben soll, wird die Vertiefung 21a so gebildet, dass sie eine Krümmung aufweist, die für das darauf ausgebildete Intraschicht-Farbfilter notwendig ist, um als die Intraschichtlinse zu funktionieren.
Als nächstes wird auf der Zwischenschichtfilmvertiefung 21a der Passivierungsfilm 22 durch Herstellen beispielsweise eines SiN-Films oder SiON-Films unter Verwendung des Plasma-CVD-Prozesses gebildet. Dieser Passivierungsfilm 22 verhindert die Mischung eines Ions aus der oberen Schicht in die untere Schicht oder den Zwischenschichtfilm 21.
Wie in der 14 gezeigt ist, wird auf dem Passivierungsfilm 22 das Intraschicht-Farbfilter 24 durch Füllen der Zwischenschichtfilmvertiefung 21a mit beispielsweise einem Farbstoff enthaltenden photohärtenden Harz zum Herstellen eines Films eines vorbestimmten Musters entsprechend der gekrümmten Fläche der Vertiefung 21a gebildet, wobei das Intraschicht-Farbfilter den Höcker bzw. Vorsprung mit der zum Sammeln des auf die Lichtempfangssensoreinheit 12 einfallenden Lichts erforderlichen Krümmung aufweist.
Da das Intraschicht-Farbfilter 24 auch die Rolle der Intraschichtlinse spielt, werden Materialien, die einen größeren Brechungsindex als der von dem den Zwischenschichtfilm 21 bildenden BRSG aufweisen, darauf angewendet. Beispielsweise kann was das Pigment im negativen Acrylresist dispergiert ist oder was der Farbstoff im positiven Resist eines Novalaksystems gelöst ist, darauf angewendet werden.
Das Intraschicht-Farbfilter 24 wird in einer solchen Form gebildet, um das einfallende Licht annähernd abhängig von seiner Orientierung und seinem Einfallswinkel zu brechen, so dass das auf das Intraschicht-Farbfilter 24 durch die darauf ausgebildete Mikrolinse 27 einfallende Licht zur Öffnung 20 des Lichtabschirmfilms 19 geführt werden kann.
Als nächstes wird, wie in der 15 gezeigt, auf dem Intraschicht-Farbfilter 24 die aus beispielsweise einem transparenten Harz für das einfallende Licht hergestellte Mikrolinse 27 gebildet.
Diese Mikrolinse 27 kann durch eine sogenannte Rückätzumsetzung usw., bei der ein photohärtendes transparentes Harz usw. auf der oberen Fläche des Intraschicht-Farbfilters 24 angesammelt wird, darauf ein Restistmuster weiter vorgesehen wird, der Resist dann rückfluss- bzw. aufschmelz- bzw. wiederaufschmelzbehandelt wird, um in eine konvexe Linsenform geformt zu werden, welche die gewünschte Krümmung aufweist, und die angesammelte Schicht des transparenten Harzes mit derselben als Maske geätzt wird, wodurch schließlich die zu bildende gewünschte Mikrolinse hergestellt wird, gebildet werden.
Die Krümmung der Mikrolinse 27 wird so gewählt, dass sie den vom Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit 12 zur Anordnungsebene der Mikrolinse 27 in der in 3 gezeigten Festkörper-Bildabtastvorrichtung 10 erforderlichen Wert aufweist. Bei der in 3 gezeigten Festkörper-Bildabtastvorrichtung ist es, da nur das zu bildende Intraschicht-Farbfilter angeordnet ist, möglich, den Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit zur Anordnungsebene der Mikrolinse kleiner als den der herkömmlichen Struktur zu machen, beispielsweise 2,5–3,0 μm. Infolgedessen kann die Krümmung der Mikrolinse so gewählt werden, dass sie kleiner als die der Mikrolinse der in 1 gezeigten herkömmlichen Festkörper-Bildabtastvorrichtung 100 ist. Auf diese Weise kann die in 3 gezeigte Festkörper-Bildabtastvorrichtung hergestellt werden.
Bei der in 3 gezeigten Festkörper-Bildabtastvorrichtung 10 wird das einfallende Licht L von der Mikrolinse 27 gesammelt und fällt weiter auf das Intraschicht-Farbfilter 24 ein. Das Intraschicht-Farbfilter 24 sammelt das Licht wieder, da es die Rolle der Intraschichtlinse hat. Das einfallende Licht L geht in die Öffnung 20 des Lichtabschirmfilms 19, durchdringt den Zwischenschicht-Isolatorfilm 18 und den Isolatorfilm 16 und erreicht die Lichtempfangssensoreinheit 12, wo die photoelektrische Umwandlung durchgeführt wird.
Nach Beschreibung der Ausführungsform, bei der die Aussparung bzw. Vertiefung 21a des Zwischenschichtfilms durch Anwendung der Thermoerweichungsbehandlung des Zwischenschichtfilms 21 gebildet ist, ist zu sagen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Beispielsweise kann sie auch durch eine chemische Technik, welche den Zwischenschichtfilm 21 auflöst, oder durch Beschichten des Zwischenschichtfilms mit einem Harz zur Bildung der erforderlichen Krümmung gebildet werden.
Wenn außerdem die Ausführungsform, bei welcher der Zwischenschichtfilm 21 aus dem BPGS gebildet ist, beschrieben worden ist, so ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern herkömmliche Materialien wie beispielsweise PSG oder dgl. können darauf angewendet werden.
Gemäß der in 3 gezeigten Festkörper-Bildabtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann, da das Intraschicht-Farbfilter 24 ausgebildet ist, das beide Rollen der die in die 1 gezeigten herkömmlichen Festkörper-Bildabtastvorrichtung mit der Intraschichtlinse bildenden Intraschichtlinse und dem Farbfilter spielt und auf diese Weise die separate Herstellung der Intraschichtlinse und des Farbfilters abschafft, der Abstand von der die photoelektrische Umwandlung ausführenden Lichtempfangssensoreinheit zur Anordnungsebene der Mikrolinse 27 klein gemacht werden.
Aus diesem Grund kommt, wie in 10 gezeigt, obgleich das relativ zur Mikrolinse 27 schräg einfallende Licht zunimmt, wenn die Blende der Bildabtastlinse der Kamera geöffnet ist, das von der Mikrolinse 27 gesammelte Licht nie dazu, vom Zentrum der Öffnung des Lichtabschirmfilms abzuweichen. Dies hat die Verbesserung der auszuführenden Lichtsammelrate ermöglicht.
Außerdem kann bei der in 3 gezeigten Festkörper-Bildabtastvorrichtung 10, da es möglich ist, den Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit 12 zur Anordnungsebene der Mikrolinse 27 kleiner als vorher zu machen, die Krümmung der Mikrolinse klein gewählt werden. Dies hat es möglich gemacht, zu vermeiden, dass, wie in 3 gezeigt, das von der Mikrolinse 27 gesammelte einfallende Licht L vom Rand des Intra schicht-Farbfilters 27 zurückgewiesen wird, was zur Verbesserung der Bildqualität führt.
Außerdem reicht es gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung der in 3 gezeigten Festkörper-Bildabtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung, da beide der Intraschichtlinse und des Farbfilters nicht unabhängig hergestellt werden, aus, nur die beide dieser Funktionen aufweisende Intraschicht-Farbfilter 24 zu bilden, wodurch die Vereinfachung des Herstellungsprozesses für die Festkörper-Bildabtastvorrichtung durchgeführt werden kann.
Gemäß der Festkörper-Bildabtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann, da sie so ausgebildet ist, dass nur das Intraschicht-Farbfilter ausgebildet ist, das beide Funktionen sowohl der Intraschichtlinse als auch des Farbfilters aufweist und beide Rollen spielt, der Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit zur Anordnungsebene der Mikrolinse klein gemacht werden.
Aus diesem Grund kommt, obgleich das relativ zur Mikrolinse schräg einfallende Licht zunimmt, wenn die Blende der Bildabtastlinse der Kamera geöffnet ist, das von der Mikrolinse gesammelte Licht nie dazu, vom Zentrum der Öffnung des Lichtabschirmfilms abzuweichen, wodurch das Absinken der Lichtsammelrate effektiv vermieden werden kann.
Da außerdem der Abstand von der Lichtempfangssensoreinheit zur Anordnungsebene der Mikrolinse klein gemacht werden kann, kann die Krümmung der Mikrolinse klein gewählt werden. Dies hat es möglich gemacht, zu vermeiden, dass durch die Mikrolinse gesammeltes Licht L vom Rand des Farbfilters zurückgewiesen wird, was zur Verbesserung der Bildqualität führt.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Festkörper-Bildabtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es nicht notwendig, die Intraschichtlinse und das Farbfilter separat herzustellen, es reicht aus, nur das Intraschicht-Farbfilter zu bilden und dadurch zu erlauben, dass die Vereinfachung des Herstellungsprozesses für die Festkörper-Bildabtastvorrichtung ausgeführt wird.
Wenn bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden sind, ist dies so zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass verschiedene Änderungen und Modifikationen von einem Fachmann darin ohne Verlassen des Schutzbereichs der wie in den beigefügten Ansprüchen definierten vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können.

Claims

Festkörper-Bildabtastvorrichtung mit einer eine photoelektrische Wandlung ausführenden Lichtempfangssensoreinheit (12) auf einem Substrat (11), aufweisend: einen eine Vertiefung (21a) aufweisenden Zwischenschichtfilm (21) auf der Lichtempfangssensoreinheit (12), und ein Intraschicht-Farbfilter (24) auf dem Zwischenschichtfilm (21), das einen durch Füllen der Vertiefung (21a) entsprechend einer gekrümmten Fläche der Vertiefung (21a) gebildeten Vorsprung (24a) aufweist, wobei der Vorsprung (24a) eine zum Sammeln von auf die Lichtempfangssensoreinheit (12) einfallendem Licht erforderliche Krümmung aufweist, wobei das Intraschicht-Farbfilter (24) auch die Rolle einer Intraschichtlinse zum Sammeln von auf die Lichtempfangssensoreinheit (12) einfallendem Licht spielt.
Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Intraschicht-Farbfilter (24) eine Mikrolinse (27) darauf aufweist.
Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer Brechungsindex des Intraschicht-Farbfilters (24) in einem sichtbaren Lichtdurchdringungsbereich so gewählt ist, dass er ein Wert größer als ein Brechungsindex des Zwischenschichtfilms (21) ist.
Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Brechungsindex des Intraschicht-Farbfilters (24) in einem sichtbaren Lichtdurchdringungsbereich gleich 1,55 oder mehr ist.
Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, die eine CCD (ladungsgekoppelte Einrichtung) ist.
Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 1, die ein CMOS-Sensor ist.
Verfahren zur Herstellung einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung, aufweisend die Schritte: Bilden einer Lichtempfangssensoreinheit (12) auf einem Substrat (11), Bilden einer Übertragungselektrode (17) auf dem Substrat (11), Bilden eines die Übertragungselektrode (17) bedeckenden Zwischenschicht-Isolatorfilms (18), Bilden eines Lichtabschirmfilms (19), Bilden eines den Lichtabschirmfilm (19) bedeckenden Zwischenschichtfilms (21) in anhäufender Weise, Bilden einer Vertiefung (21a) auf dem Zwischenschichtfilm (21), und Bilden eines Intraschicht-Farbfilters (24) auf dem Zwischenschichtfilm (21), das einen durch Füllen der Vertiefung (21a) entsprechend einer gekrümmten Fläche der Vertiefung (21a) gebildeten Vorsprung (24a) aufweist, wobei der Vorsprung (24a) eine zum Sammeln von auf die Lichtempfangssensoreinheit (12) einfallendem Licht erforderliche Krümmung aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 7, ferner aufweisend den Schritt des Bildens einer Mikrolinse auf dem Intraschicht-Farbfilter (24).
Verfahren zur Herstellung einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vertiefung (21a) auf dem Zwischenschichtfilm (21) durch eine Thermoerweichungsbehandlung des Zwischenschichtfilms (21) gebildet wird.