JP2004356503A

JP2004356503A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2004356503A
Application number: JP2003154363A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Kusaka; 俊也久坂
Original assignee: Toshiba Corp; Iwate Toshiba Electronics Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Japan Semiconductor Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】隣接画素からの光の漏れ込みを低減し、良質な画像特性を得ることができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】半導体基板２１に複数の画素２３ａ，２３ｂを隣接配置すると共に、画素２３ａ，２３ｂ前方に色層３４を設けて該画素２３ａ，２３ｂに光を入射させるようにしたもので、画素２３ａ，２３ｂと色層３４の間に、画素２３ａ，２３ｂ前方部分に第２開口部３１ａ，３１ｂを有するカゼイン系レジスト材料を黒染料で染色してなる黒層３２を設ける。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色フィルタ（色層）を備えた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、例えばＣＣＤ（電荷結合デバイス）カラーイメージセンサ等の固体撮像装置においては、その色フィルタの形成方法について、画素の光入射方向前方側に色フィルタを貼り付ける方法や透明レジスト材料を予め塗布し染料で染色しパターニングする方法、色付きレジストを塗布しパターニングする方法など種々の方法が採用されている。さらに固体撮像装置には、こうした方法で形成した所定の波長を透過させるための色フィルタ（以下、色層と記す）の他に、不要な光の漏れ込みを防止する目的で、黒フィルタ（以下、黒層と記す）が設けられている。
【０００３】
以下、従来の固体撮像装置を、図３の要部の断面図を参照して説明する。
【０００４】
図３において、１は上部にＰ形ウェル領域２が設けられたＮ形シリコン半導体基板であり、３ａ，３ｂはＰ形ウェル領域２上部の所定位置にＮ形領域を形成して所定ピッチで隣接するよう設けられた画素である。また、４は半導体基板１上に画素３ａ，３ｂの上方に第１開口部５ａ，５ｂを形成し、第１開口部５ａ，５ｂ以外の領域は覆い、遮光するように設けられたＡｌ（アルミニウム）配線層であり、６は第１開口部５ａ，５ｂを埋め込むように設けられた透明な層間絶縁膜である。
【０００５】
さらに、７はＡｌ配線層４、層間絶縁膜６上に例えば膜厚が１μｍとなるよう形成されたアクリル系レジスト材料の第１の透明層であり、８は第１の透明層７上に形成された例えば膜厚が約１．５μｍの所定色に染色されてなる所定パターンの色層である。また、９は色層８上に例えば膜厚が１μｍとなるよう形成されたアクリル系レジスト材料の第２の透明層であり、１０は画素３ａ，３ｂ上方を開口し、第２開口部１１ａ，１１ｂを形成するようにして第２の透明層９上に形成された例えば膜厚が約２．０μｍの黒色に染色された所定パターンの黒層である。
【０００６】
そして、こうした構成のものでは、半導体基板１上方からの光が、黒層１０の第２開口部１１ａ，１１ｂを介して画素３ａ，３ｂ上方に入射し、さらに第２の透明層９、色層８、第１の透明層７を透過してＡｌ配線層４の第１開口部５ａ，５ｂを介し、対応する画素３ａ，３ｂに入射する。また光が入射することで各画素３ａ，３ｂに発生した信号電荷は、図示しない転送レジスタ部等を介して読み出される。
【０００７】
また、こうした構成のものの製造工程については、半導体基板１上に画素３ａ，３ｂ及びＡｌ配線層４、層間絶縁膜６を形成した後の第１の透明層７、色層８、第２の透明層９、黒層１０を形成する工程が、次のようなものとなる。
【０００８】
すなわち、先ずＡｌ配線層４及び層間絶縁膜６上にレジスト材料を塗布して第１の透明層７を形成し、その後に色層８となる色層用レジスト層を塗布形成する。さらに、形成した色層用レジスト層を、写真蝕刻技術を用いて所定パターンとなるようパターニングする。続いて所定パターンとなった色層用レジスト層を染色し、色層８を形成する。
【０００９】
次に、所定パターンの色層８等の上にレジスト材料を塗布して第２の透明層９を形成し、その後に黒層１０となる黒層用レジスト層を塗布形成する。さらに、形成した黒層用レジスト層を、写真蝕刻技術を用いて所定パターンとなるようパターニングする。続いて所定パターンとなった黒層用レジスト層を染色し、黒層１０を形成する。その後、図示しないが黒層１０等の上にレジスト材料を塗布して透明層を形成し、パッド形成のためのパッド抜き工程等が実施される。
【００１０】
しかしながら上記の従来技術においては、高解像度化の動向に伴い小サイズ、例えば２．７μｍ角の画素３ａ，３ｂを狭ピッチで、稠密に配置することが行われるようになってきた。このため、黒層１０の第２開口部１１ａ，１１ｂとＡｌ配線層４の第１開口部５ａ，５ｂの間に合計膜厚が３．５μｍとなる第２の透明層９、色層８、第１の透明層７を設けているので、隣接画素３ａ，３ｂからの光の漏れ込みによるクロストークの問題、特にデュアル転送の場合には、奇数領域の画素と偶数領域の画素の間での感度不均一の問題などが生じるようになり、隣接画素３ａ，３ｂからの光の漏れ込みを低減することが、非常に重要なものとなってきた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは隣接画素からの光の漏れ込みを低減し、良質な画像特性を得ることができる固体撮像装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、半導体基板に複数の画素を隣接配置すると共に、前記画素前方に色層を設けて該画素に光を入射させるようにした固体撮像装置において、前記画素と前記色層の間に、前記画素前方部分に開口部を有する黒層を設けたことを特徴とするものであり、
さらに、前記黒層は、カゼイン系レジスト材料を黒染料で染色したものであることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。図１は要部のレイアウトを示す図であり、図２は要部の断面図である。
【００１４】
図１及び図２において、２１は上部にＰ形ウェル領域２２が設けられたＮ形シリコン半導体基板であり、この半導体基板２１のＰ形ウェル領域２２の上部には、図１に示すように横方向に、例えば２．７μｍ角に形成された複数の奇数領域の画素２３ａと偶数領域の画素２３ｂとが、それぞれ所定ピッチで配列されると共に、互いに横方向に１／２ピッチずれた状態の千鳥配列となるように配置されている。なお、２４ａ，２４ｂは奇数領域及び偶数領域のレジスタ部で、２５ａ，２５ｂは転送ゲートであり、２６ａ，２６ｂは転送レジスタである。
【００１５】
また、半導体基板２１上に形成された画素２３ａ，２３ｂの上には、各画素２３ａ，２３ｂの前方側となる上方に第１開口部２７ａ，２７ｂを形成するようにし、また第１開口部２７ａ，２７ｂ以外の領域は覆い、遮光するようにしてＡｌ（アルミニウム）配線層２８が設けられている。そして半導体基板２１とＡｌ配線層２８の間や第１開口部２７ａ，２７ｂ内には、これらを埋め込むようして二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）系の材料、例えば二酸化シリコンあるいはＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）等でなる透明な層間絶縁膜２９が設けられている。
【００１６】
さらに、Ａｌ配線層２８及び第１開口部２７ａ，２７ｂ内の層間絶縁膜２９等の上には、アクリル系レジスト材料でなる第１の透明層３０が、例えばＡｌ配線層２８上での膜厚が１μｍとなるように塗布形成されている。また第１の透明層３０上には、各画素２３ａ，２３ｂ上方に第２開口部３１ａ，３１ｂを形成するようにし、第２開口部３１ａ，３１ｂ以外の領域は覆い、遮光するようにしてカゼイン系レジスト材料を黒色染料で染色してなる所定パターンの黒層３２が、例えば膜厚が約２．０μｍとなるように塗布形成されている。
【００１７】
またさらに、第２開口部３１ａ，３１ｂ内の第１の透明層３０及び黒層３２上には、アクリル系レジスト材料でなる第２の透明層３３が、例えば黒層３２上での膜厚が１μｍとなるように塗布形成されている。また第２の透明層３３上には、カゼイン系レジスト材料を染料によって所定色に染色してなる所定パターンの色層３４が、例えば膜厚が約１．５μｍとなるように塗布形成されている。
【００１８】
一方、上記構成を有するものの製造工程は、半導体基板２１上に画素２３ａ，２３ｂ及びＡｌ配線層２８、層間絶縁膜２９を形成した後の第１の透明層３０、黒層３２、第２の透明層３３、色層３４の各形成工程が、次のようなものとなる。
【００１９】
すなわち、先ずＡｌ配線層２８及び層間絶縁膜２９上にアクリル系レジスト材料を塗布して所定膜厚の第１の透明層３０を形成する。その後に黒層３２となる黒層用レジスト層を、カゼイン系レジスト材料を所定膜厚となるよう塗布し形成する。さらに、形成した黒層用レジスト層を、写真蝕刻技術を用いて各画素２３ａ，２３ｂ上方に第２開口部３１ａ，３１ｂが形成された所定パターンとなるようにパターニングする。続いて所定パターンとなった黒層用レジスト層を黒色染料で染色し、黒層３２を形成する。
【００２０】
次に、所定パターンの黒層３２等の上にアクリル系レジスト材料を塗布して所定膜厚の第２の透明層３３を形成する。その後に色層３４となる色層用レジスト層を、カゼイン系レジスト材料を所定膜厚となるよう塗布し形成する。さらに、形成した色層用レジスト層を、写真蝕刻技術を用いて所定パターンとなるようパターニングする。続いて所定パターンとなった色層用レジスト層を染料によって所定色となるよう染色し、色層３４を形成する。
【００２１】
その後、図示しないが色層３４等の上にレジスト材料を塗布して透明層を形成し、パッド形成のためのパッド抜き工程等が実施される。
【００２２】
また、上記のような構成のものでは、半導体基板２１上方からの光が、先ず所定色に染色された色層３４を透過し、第２の透明層３３を透過して黒層３２の第２開口部３１ａ，３１ｂに入射する。さらに第２開口部３１ａ，３１ｂに入射した光は、第１の透明層３０を透過し、Ａｌ配線層２８の第１開口部２７ａ，２７ｂに入射、層間絶縁膜２９を透過して、対応するそれぞれの画素２３ａ，２３ｂに入射する。また光が入射することで各画素２３ａ，２３ｂには、入射光量に応じて信号電荷が発生する。そして、各画素２３ａ，２３ｂに発生した信号電荷は、レジスタ部２４ａ，２４ｂによって奇数領域の画素２３ａの信号電荷が図示しない出力部に読み出された後、続いて偶数領域の画素２３ｂの信号電荷が出力部に読み出される。
【００２３】
以上の通り、黒層３２を画素２３ａ，２３ｂと色層３４の間に設けることによって、黒層３２の第２開口部３１ａ，３１ｂが画素２３ａ，２３ｂの上方のより近い位置に配置されることになり、黒層３２の第２開口部３１ａ，３１ｂとＡｌ配線層２８の第１開口部２７ａ，２７ｂの間に膜厚が１μｍの第１の透明層３０を挟むだけで、第２開口部３１ａ，３１ｂと第１開口部２７ａ，２７ｂ間の間隔が狭いものとなって、この間で隣接画素２３ａ，２３ｂに漏れ込む光の量が少なくなる。そして、高解像度化に伴い小サイズとなり、狭ピッチで稠密に配置された画素２３ａ，２３ｂを有する固定撮像装置においても、隣接画素２３ａ，２３ｂ間の光の漏れ込みによるクロストークの問題や、デュアル転送の場合における奇数領域の画素２３ａと偶数領域の画素２３ｂの間での感度不均一の問題が発生し難くなる。この結果、隣接画素２３ａ，２３ｂからの光の漏れ込みが低減され、良質な画像特性を得ることができることになる。
【００２４】
なお、上記の実施形態においては黒層３２や色層３４を染色によって所定の色とするようにしたが、これに限るものでなく、色付きレジストを塗布しパターニングする方法などによってもよく、また黒層３２は黒色に染色するようにしたが、低反射、高吸収率の色に着色してもよい。さらに、上記の実施形態においては全ての画素２３ａ，２３ｂに対してそれぞれ独立に黒層３２の第２開口部３１ａ，３１ｂを設けるようにしたが、クロストークに対する規制が緩い装置においては、例えば隣接する２つの画素２３ａ，２３ｂに対し、１つの第２開口部が設けられるようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、隣接画素からの光の漏れ込みが低減し、良質な画像特性を得ることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における要部のレイアウトを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態における要部の断面図である。
【図３】従来技術に係る要部の断面図である。
【符号の説明】
２１…半導体基板
２３ａ，２３ｂ…画素
２７ａ，２７ｂ…第１開口部
２８…Ａｌ配線層
３１ａ，３１ｂ…第２開口部
３２…黒層
３４…色層

Claims

半導体基板に複数の画素を隣接配置すると共に、前記画素前方に色層を設けて該画素に光を入射させるようにした固体撮像装置において、前記画素と前記色層の間に、前記画素前方部分に開口部を有する黒層を設けたことを特徴とする固体撮像装置。
前記黒層は、カゼイン系レジスト材料を黒染料で染色したものであることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。