JP2002051350A - 補色顔料を用いたカラー撮像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】分光特性と耐光性がマゼンタ染料より優れてい
るが、耐熱性が劣るロ一ダミン構造の顔料を用いてカラ
ー撮像素子を製造しても、製造プロセス中の熱によって
分光特性が悪化しない、補色顔料を用いたカラー撮像素
子の製造方法を提供すること。 【解決手段】カラー撮像素子の製造方法において、マゼ
ンタの補色顔料がローダミン構造の顔料であって、最後
の入色としてローダミン構造の顔料を入色すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｃ−ＭＯＳ、ＣＣ
Ｄなどに代表される撮像素子に関するものであり、特
に、感度向上に効果のある補色系カラー撮像素子の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤなどの撮像素子の光電変換に寄与
する領域（開口部）は、素子サイズや画素数にも依存す
るが、その全面積に対し２０〜４０％程度に限られてし
まう。開口部が小さいことは、そのまま感度低下につな
がるので、これを補うために受光素子上に集光用のマイ
クロレンズを形成することが一般的である。しかし、高
精細化、高画素化の進展にともないマイクロレンズの集
光効果のみでは、十分な感度を得られなくなってきた。

【０００３】また、撮像素子のカラー化は、その受光素
子上にＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）の加法混合の原色
のカラーフィルタをそれぞれ配設することによって行わ
れるのが一般的であり、カラー化された撮像素子はこの
カラーフィルタで色分解をする。この加法混合の原色の
カラーフィルタを用いることにより、色分解の容易さと
良好な色再現が得られるものの、Ｂ（青）、Ｇ（緑）、
Ｒ（赤）のカラーフィルタは、それぞれ主波長付近の狭
い範囲での光の透過領域しかなく感度低下の原因の一つ
となっていた。

【０００４】図３は、このような撮像素子の一例を示す
部分断面図である。図３に示すように、撮像素子は、そ
の表面に受光素子（３７）、遮光層（３６）、バリアー
膜（３９）などが形成された半導体基板（３８）上に、
平坦化層（３４）、原色のカラーフィルタ（３３Ｂ、３
３Ｇ、３３Ｒ）、平坦化層（３５）、マイクロレンズ
（３０）が順次形成されたものである。図３に示す撮像
素子を構成する原色のカラーフィルタ（３３Ｂ、３３
Ｇ、３３Ｒ）は、例えば、図４に示すような分光特性を
有しており、各々のカラーフィルタは波長領域４００〜
７００ｎｍの略１／３の領域を光が透過するものであ
る。

【０００５】これに対し、高精細撮像素子では、図５に
示すような補色のＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ
（シアン）を用いることが多くなってきた。この補色
は、Ｂ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）の補色に相当し、補
色のカラーフィルタ（補色顔料を用いたカラーフィル
タ）では、原色のカラーフィルタと異なり波長領域４０
０〜７００ｎｍの略２／３の領域を光が透過するため、
原色のカラーフィルタの略２倍の感度が得られることに
なる。３００万画素、６００万画素と言った高精細撮像
素子、及び、半導体ウェハーに多面付けでコストダウン
を狙う低コスト（小さいチップの素子をできるだけ多く
とる）撮像素子では、補色のカラーフィルタを採用する
方向にある。

【０００６】一方、色素を用いてカラーフィルタを製造
する方法としては、大きく染色法（染料により樹脂を染
着）と顔料分散法（顔料を樹脂に分散）に分類できる。
染料は、比較的高い透過率と自由度の高い分光特性（色
目）を得やすい。顔料（有機顔料）は、この点、いくら
か見劣りするものの、染料より高い耐熱性、高い耐光性
を有し、使い勝手や撮像素子の信頼性の点で有利であ
る。近時、ＰＤＡ（パ−ソナルユースの情報端末機）、
屋外用途のデジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話な
どに撮像素子を搭載することが多くなり、このため、耐
光性をはじめとして高い信頼性をもつ顔料を用いたカラ
ーフィルタが使われることが次第に多くなってきた。

【０００７】しかしながら、補色のカラーフィルタに用
いる補色顔料となると、選択できる補色顔料の範囲が極
めて狭いので、優れた分光特性を有する補色顔料は得に
くく、これが補色のカラーフィルタを採用した撮像素子
として優れた色再現性が得にくい理由の一つになってい
た。特に、マゼンタの分光特性（色目）が不十分であ
り、例えば、図６に示すＰＩＮＫ−Ｅと呼ばれるマゼン
タ顔料は、短波長側（４００〜５００ｎｍ）の透過率が
低く、色バランスを崩してしまう傾向にあった。また、
補色のカラーフィルタに用いる染料となると、上記のよ
うに、原色のカラーフィルタに用いる染料と同様にマゼ
ンタにおいても耐光性が極めて乏しく、高い信頼性が求
められるＰＤＡ、デジタルカメラなどの用途には不十分
であった。

【０００８】本発明者らは、鋭意検討の結果、ロ一ダミ
ン構造の顔料（不溶化したもの）が、分光特性と耐光性
の点で従来のマゼンタ染料より優れていることを見いだ
したが、ロ一ダミン構造の顔料は、撮像素子上にカラー
フィルタを形成する従来の製造プロセスにおいては耐熱
性にやや乏しいことも合わせ見いだした。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、分光特性と
耐光性の点で従来のマゼンタ染料より優れているが、受
光素子上にカラーフィルタを配設する従来のカラーフィ
ルタの製造プロセスでは、その耐熱性が劣るために分光
特性が悪化してしまうローダミン構造の顔料をマゼンタ
の補色顔料として用いてカラー撮像素子を製造しても、
製造プロセス中の熱処理によって分光特性が悪化してし
まうことのない、補色顔料を用いたカラー撮像素子の製
造方法を提供することを課題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の受光素
子と、各受光素子の光入射側に設けられたカラーフィル
タを備える補色顔料を用いたカラー撮像素子の製造方法
において、マゼンタの補色顔料がローダミン構造の顔料
であって、カラーフィルタを設ける工程の最後の入色と
してローダミン構造の顔料を入色することを特徴とする
補色顔料を用いたカラー撮像素子の製造方法である。

【００１１】また、本発明は、上記発明による補色顔料
を用いたカラー撮像素子の製造方法において、前記ロー
ダミン構造の顔料が、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ
Ｒｈｏｄａｍｉｎｅであることを特徴とする補色顔料
を用いたカラー撮像素子の製造方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明による補色顔料を用
いたカラー撮像素子の製造方法を、その実施形態に基づ
いて説明する。図１は、本発明による補色顔料を用いた
カラー撮像素子の製造方法によって製造されたカラー撮
像素子の一実施例を示す部分断面図である。

【００１３】図１に示すように、カラー撮像素子は、そ
の表面に受光素子（１７）、遮光層（１６）、バリアー
膜（１９）などが形成された半導体基板（１８）上に、
平坦化層（１４）、補色のカラーフィルタ（１３Ｙ、１
３Ｍ、１３Ｃ）、平坦化層（１５）、マイクロレンズ
（１０）が順次形成されたものである。図１に示すカラ
ー撮像素子においては、補色のカラーフィルタ（１３
Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ）は、各補色顔料を用い、Ｃ（シア
ン）、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）の順に、すなわ
ち、Ｍ（マゼンタ）の補色顔料が最後の入色として受光
素子上に配設されたことを特徴とするものである。Ｍ
（マゼンタ）の補色顔料の入色を最後にすることによ
り、熱処理による分光特性の悪化が最小限に抑えられ良
好な分光特性を得ることができるものとなる。

【００１４】本発明においては受光素子上に配設するＣ
（シアン）とＹ（イエロー）の形成順序は逆でも良い。
また、上記３色の他に、Ｗ（ホワイト）、Ｇ（グリー
ン）、その他の色を加えても良いが、Ｍ（マゼンタ）が
最後の入色となる。各色の構成比や配置は、目的によっ
て変えても良い。例えば、Ｇ（グリーン）を多く加えて
も良いし、市松状に交互に入れても良いし、２色ずつの
組で配設しても良い。また、受光素子が、ＣＣＤの場
合、Ｇ（グリーン）を加えて、Ｃ（シアン）、Ｙ（イエ
ロー）、Ｍ（マゼンタ）の４色を正方状に４個組み合わ
せこれを一画素（受光素子は４個）としても良い。或い
は、Ｇ（グリーン）をＣ（シアン）とＹ（イエロー）の
２色の色重ねで作成しても良い。

【００１５】パターン形状も、四角形、六角形などの多
角形、あるいは円形、ストライプ、その他の形状でも良
い。また、画素ピッチが粗く、開口率が大きい受光素子
や受光感度の著しく高い受光素子の場合はマイクロレン
ズを省いた構成でも良い。また、平坦化層の一部を省い
た構成でも良く、逆に、マイクロレンズ下部に層内レン
ズなどの他の光学機能素子を挿入した構成であっても良
い。

【００１６】図７に、本発明者らが製作したローダミン
顔料のカラーフィルタのデータを示した。実線のレファ
レンスは、耐光性試験を施す前の分光特性を表している
が、短波長側（４００〜５００ｎｍ）の透過率が高く、
マゼンタ顔料として優れた分光特性を有することが示さ
れている。点線は、耐光性試験を施した後の分光特性を
表しているが、１０００万ｌｘ・ｈｒといった過酷な耐
光性試験にも関わらず、高い耐光性を持っていることが
示された。

【００１７】参考データとして、図８にマゼンタ染料を
用いたカラーフィルタの耐光性試験の結果を示した。実
線のレファレンスは、耐光性試験を施す前の分光特性を
表している。耐光性試験後は点線で示すように、波長５
４０ｎｍ付近のボトム（透過率の低いところ）が５０％
前後に浮き上がり、耐光性が低いことが理解できる。な
お、耐光性試験器は、照度７万１ｘのキセノンフェード
メータを用い、ＵＶカットフィルトを併用したものであ
る。

【００１８】図９に、本発明者らが選択したローダミン
顔料であるＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ Ｒｈｏｄａ
ｍｉｎｅをアクリル系樹脂に分散させたカラーフィルタ
の耐熱性を示す。実線のレファレンスは、熱処理を施す
前の分光特性を表したものである。２３０℃・６０分の
熱処理によって、点線で示すように透過率に１０％程度
の変化があり、耐熱性が十分でないことを示している。
また、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ Ｒｈｏｄａｍ
ｉｎｅは、２１０℃前後の熱処理でも若干の色差変動が
あるため経熱処理は最小限にする必要の有ることを本発
明者らは見いだした。

【００１９】フォトリソグラフィー法で製造されるカラ
ーフィルタにおいては、その製造工程での現像後のポス
トベーク（硬膜）は、１６０℃〜２３０℃、好ましくは
２００℃前後の熱処理で各色毎に行われる。本発明者ら
が選択したＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ Ｒｈｏｄ
ａｍｉｎｅは、２１０℃前後の熱処理で分光特性に若干
の変化があるので、この顔料を用いたカラーフィルタの
製造においては、この顔料の入色順序を最後にすること
によって、熱処理による分光特性の悪化が抑制され、優
れた分光特性を得ることができるものとなる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明による補色顔料を用いたカラー
撮像素子の製造方法について詳細に説明する。 ＜実施例１＞図２（イ）〜（ホ）は、本発明による補色
顔料を用いたカラー撮像素子の製造方法の一実施例を工
程順に示す説明図である。まず、受光素子（２７）、遮
光膜（２６）、バリヤー膜（保護膜）（２９）が形成さ
れた半導体基板（２８）上に熱硬化性アクリル系の透明
樹脂をスピンコートし、硬膜処理して平坦化層（２４）
を設けた。（図２（イ））

【００２１】次に、図２（ロ）に示すように、１色目の
シアンフィルタ（２１）をフォトリソグラフィー法で膜
厚０．９μｍにて形成した。塗布後のプレベ−クは、８
０℃、露光は２００ｍＪ／ｃｍ² 、現像は有機アルカリ
を用い、ポストベーク（硬膜）は、２１０℃・５分とし
た。次に、図２（ハ）に示すように、２色目のイエロー
フィルタ（２２）を、上記シアンフィルタ（２１）と同
様に形成した。ポストベーク（硬膜）条件、膜厚も同様
である。次に、最終色としてマゼンタフイルタ（２３）
を、上記２色と同じプロセスで形成した。（図２
（ニ））

【００２２】さらに、図２（ホ）に示すように、透明樹
脂による平坦化層（２５）を形成した後、熱フロー性を
有するノボラック系感光性樹脂を用いて、上記と同様な
フォトリソグラフィー法と、１８０℃の熱フロープロセ
スを加えて、マイクロレンズ（２０）を形成し、補色顔
料を用いたカラー撮像素子を得た。上記、本発明による
補色顔料を用いたカラー撮像素子の製造方法で製作した
マゼンタカラーフィルタの分光特性を測定したところ、
図１０実線に示すように可視域短波長側（４００〜５０
０ｎｍ）の透過率高く、良好な分光特性を持っているこ
とが確認できた。図１０の点線で示すように、１０００
万１ｘ・ｈｒの耐光性試験での分光特性の変化は小さ
く、十分な耐光性を持っていることが示された。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、複数の受光素子と、各受光素
子の光入射側に設けられたカラーフィルタを備える補色
顔料を用いたカラー撮像素子の製造方法において、マゼ
ンタの補色顔料としてローダミン構造の顔料を用い、カ
ラーフィルタを設ける工程の最後の入色としてローダミ
ン系顔料を入色するので、製造プロセス中の熱処理によ
って分光特性が悪化してしまうことなく、従って、分光
特性と耐光性の点で従来のマゼンタ染料より優れた補色
顔料を用いたカラー撮像素子となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による補色顔料を用いたカラー撮像素子
の製造方法によって製造されたカラー撮像素子の一実施
例を示す部分断面図である。

【図２】（イ）〜（ホ）は、本発明による補色顔料を用
いたカラー撮像素子の製造方法の一実施例を工程順に示
す説明図である。

【図３】原色のカラーフィルタを用いた撮像素子の一例
を示す部分断面図である。

【図４】原色のカラーフィルタ分光特性の説明図であ
る。

【図５】補色のカラーフィルタ分光特性の説明図であ
る。

【図６】従来のマゼンタ顔料の分光特性の説明図であ
る。

【図７】ローダミン顔料を用いたカラーフィルタの耐光
性の説明図である。

【図８】マゼンタ染料を用いたカラーフィルタの耐光性
の説明図である。

【図９】Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ Ｒｈｏｄａ
ｍｉｎｅを用いたカラーフィルタの耐熱性の説明図であ
る。

【図１０】実施例１におけるカラーフィルタの耐光性の
説明図である。

【符号の説明】

１０、２０、３０…マイクロレンズ １３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ…補色のカラーフィルタ １４、１５、２４、２５、３４、３５…平坦化層 １６、２６、３６…遮光層 １７、２７、３７…受光素子 １８、２８、３８…半導体基板 １９、２９、３９…バリアー膜 ２１…シアンフィルタ ２２…イエローフィルタ ２３…マゼンタフィルタ ３３Ｂ、３３Ｇ、３３Ｒ…原色のカラーフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H048 BA45 BA47 BB02 BB08 BB47 4M118 AA10 AB01 GB03 GC07 GC08 GD04 5C065 BB42 CC01 DD02 EE07

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の受光素子と、各受光素子の光入射側
   に設けられたカラーフィルタを備える補色顔料を用いた
   カラー撮像素子の製造方法において、マゼンタの補色顔
   料がローダミン構造の顔料であって、カラーフィルタを
   設ける工程の最後の入色としてローダミン構造の顔料を
   入色することを特徴とする補色顔料を用いたカラー撮像
   素子の製造方法。
2. 【請求項２】前記ローダミン構造の顔料が、Ｃ．Ｉ．Ｐ
   ｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ Ｒｈｏｄａｍｉｎｅであること
   を特徴とする請求項１記載の補色顔料を用いたカラー撮
   像素子の製造方法。