JP2007147738A - カラーフィルタ、その製造方法、これを用いた固体撮像素子、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】フォトダイオードなどの光電変換部への光量の増大をはかるとともに、混色や色シェーディングの発生を抑制することの可能なカラーフィルタを提供する。高感度でかつ、混色や色シェーディングの発生を抑制することの可能な固体撮像素子を提供する。
【解決手段】本発明のカラーフィルタは、画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、前記光電変換領域に入射する光を画素毎に色分離するためのカラーフィルタであって、前記カラーフィルタは第1の色を選択的に透過する第1のカラーフィルタと、前記第1の色とは異なる第2の色を選択的に透過する第2のカラーフィルタとが並列配置され、前記第1および第2のカラーフィルタは、周囲に透光性領域を介して隣接するように配置される。
【選択図】図1
【解決手段】本発明のカラーフィルタは、画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、前記光電変換領域に入射する光を画素毎に色分離するためのカラーフィルタであって、前記カラーフィルタは第1の色を選択的に透過する第1のカラーフィルタと、前記第1の色とは異なる第2の色を選択的に透過する第2のカラーフィルタとが並列配置され、前記第1および第2のカラーフィルタは、周囲に透光性領域を介して隣接するように配置される。
【選択図】図1
Description
本発明は、カラーフィルタ、その製造方法、これを用いた固体撮像素子、およびその製造方法にかかり、特に高感度のカラーセンサを形成するためのカラーフィルタに関する。
近年、固体撮像素子の高精細化は進む一方であり、この高精細化に伴う感度の低下を防ぐ為に、半導体基板上の複数の光電変換領域に対応して設けられるマイクロレンズやカラーフィルタ同士の配置間隔を極力狭くすることが求められている。このような固体撮像素子では、マイクロレンズやカラーフィルタの境界の部分に入射される光までをも有効利用しようとするが、マイクロレンズやカラーフィルタ同士の配置間隔が狭いために、マイクロレンズの境界とカラーフィルタの境界との位置のわずかなずれが混色を生み出したり、色シェーディング(色ムラ)の原因となってしまうことがある。
そこでこのような問題を解決するため、カラーフィルタの隣接する2色のカラーフィルタ同士の間に、当該2つのカラーフィルタの各々の分光特性をあわせ持つカラーフィルタを形成する方法が提案されている(特許文献1)。
この構成により、複数の光電変換領域の上方に複数の光電変換領域の各々に対応して1つずつ形成された少なくとも3色のカラーフィルタの隣接する2つのカラーフィルタ同士の間に、当該2つのカラーフィルタの各々の分光特性をあわせ持つカラーフィルタが形成されているため、各光電変換領域に斜め方向から入射してくる光の出力低下を防ぐことができ、色シェーディングの発生を抑制することができる。
また、光電変換部に対する入射光量のばらつきを抑制して撮像画像の悪化を防止すべく、入射隣接するカラーフィルタ間を平坦化材料で埋めることにより、表面の平坦化をはかるという方法も提案されている(特許文献2)
しかしながら、特許文献1の構造では、合計6色のカラーフィルタの形成工程が必要となり、パターン精度の低下も免れえず、またそれら各色間の相互の乗り上げに起因する特性劣化のリスクも増大し、製造の安定性を得るのは極めて困難であった。
また、特許文献2では、重なり部分の上に平坦化膜が形成されることになり、感度の低下は免れ得ないものとなっており、また、カラーフィルタ間の隙間を通過した入射光を画像情報として利用することは考えられていなかった。
また、特許文献2では、重なり部分の上に平坦化膜が形成されることになり、感度の低下は免れ得ないものとなっており、また、カラーフィルタ間の隙間を通過した入射光を画像情報として利用することは考えられていなかった。
このような状況の中で、固体撮像素子においては、高感度化、高解像度化、への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。このような状況の中で、チップサイズを大型化することなく高解像度を得るためには、混色や色シェーディングを防ぎつつ、単位画素あたりの面積を縮小し、高集積化を図る一方で、高感度化つまりは、カラーフィルタの透過率を向上し、フォトダイオードに導く光量の増大を図ることが、極めて重要な課題となっている。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、透過率の向上をはかり、フォトダイオードなどの光電変換部への光量の増大をはかるとともに、混色や色シェーディングの発生を抑制することの可能なカラーフィルタを提供することを目的とする。
また、高感度でかつ、混色や色シェーディングの発生を抑制することの可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。
また、高感度でかつ、混色や色シェーディングの発生を抑制することの可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。
そこで本発明のカラーフィルタは、画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、前記光電変換領域に入射する光を画素毎に色分離するためのカラーフィルタであって、前記カラーフィルタは第1の色を選択的に透過する第1のカラーフィルタと、前記第1の色とは異なる第2の色を選択的に透過する第2のカラーフィルタとが並列配置され、前記第1および第2のカラーフィルタは、周囲に透光性領域を介して隣接するように配置される。
この構成によれば、画素の周縁部は透光性領域で構成され、カラーフィルタがすべての画素の中心部にのみ設けられていることで、各画素に到達する光量を増大することができることから、感度の向上をはかることができる。
この構成によれば、画素の周縁部は透光性領域で構成され、カラーフィルタがすべての画素の中心部にのみ設けられていることで、各画素に到達する光量を増大することができることから、感度の向上をはかることができる。
また、隣接する色のカラーフィルタが透光性領域によって分離されているため、染色系のカラーフィルタを用いても混色を防止することができる。さらにまた、パターニングに際してカラーフィルタ材料自体に感光性をもたせることは不要であるため、フィルタとしての使用時に不要な感光基の含有率を低減することができ、透光性が向上し、かつ染料や顔料などの色材の含有率をあげることができるため、全体としての膜厚を低減することができ、微細化に際しても光量の損失を低減し、高感度の素子を形成することが可能となる。
ここで透光性領域とは、可視波長領域全域に渡って光を透過する領域をいうものとする。
1画素の面積をSとすると、中心部の面積cにカラーフィルタ(R,G,Bのいずれか)を配置し、その周辺領域(面積:S−c)には同じ膜厚の透光性領域(透光性フィルタ)を配置する。
1画素の面積をSとすると、中心部の面積cにカラーフィルタ(R,G,Bのいずれか)を配置し、その周辺領域(面積:S−c)には同じ膜厚の透光性領域(透光性フィルタ)を配置する。
ここで透光性フィルタの面積比:(S−c)/Sは0.6以下、好ましくは0.4以下である。この画素のフィルタの総分光透過率はTW(λ)*(S−c)/S+T(λ)*c/Sである。但し、TW(λ)は透光性フィルタの分光透過率であって、近似的には一定数であるが、TW(λ)=K(定数)、TW(λ)は可視波長域において透過率70%以上、望ましくは90%以上である。
なお、このように画素の周縁部を透光性領域で構成することにより、カラーフィルタを薄膜化して透過率の向上をはかる場合に比べ、半値幅の広がりを防止することができ、かつもれ部分の平坦化をはかることができ、色分離特性が良好で、また蛍光灯下での肌色の色相が悪化しにくい。
また各画素の境界部は、透光性領域すなわち色選択性を持たない領域となっているため、隣接画素のフィルタによる混色が生じにくいという特徴がある。
またこれはいいかえるとカラーフィルタの位置ずれに対する許容度が高いことになる。
ここで透光性フィルタの幅は、各色共通でもよく、また色毎に違っていてもよい。さらにエリアセンサの場合エリア中央から周辺に向かって透光性フィルタの幅(面積)を大きくしてもよい。
ここで透光性フィルタの幅は、各色共通でもよく、また色毎に違っていてもよい。さらにエリアセンサの場合エリア中央から周辺に向かって透光性フィルタの幅(面積)を大きくしてもよい。
本発明は、上記カラーフィルタにおいて、前記透光性領域が、前記第1および第2のカラーフィルタの周囲全体にわたって同一幅となるように構成されたものを含む。
この構成により、カラーフィルタが各画素のフォトダイオードへの入射光路の中心部に配置されることになり、カラーフィルタの位置ずれに関する許容度が高くなる。
この構成により、カラーフィルタが各画素のフォトダイオードへの入射光路の中心部に配置されることになり、カラーフィルタの位置ずれに関する許容度が高くなる。
本発明は、前記カラーフィルタが、光電変換部の上層に平坦化膜を介して形成されたものを含む。
この構成により、高精度のカラーフィルタのパターン形成が可能となる。
この構成により、高精度のカラーフィルタのパターン形成が可能となる。
本発明は、上記カラーフィルタにおいて、前記第1および第2のカラーフィルタが、それぞれ、前記透光性領域を構成する透光性材料で構成された膜上に形成された凹部に充填されたものを含む。
この構成により、容易に位置精度の高いカラーフィルタを形成することが可能となる。即ち、各画素への入射光路の中心に高精度にすべてのカラーフィルタを形成することができ、シェーディング特性が良好となる。
この構成により、容易に位置精度の高いカラーフィルタを形成することが可能となる。即ち、各画素への入射光路の中心に高精度にすべてのカラーフィルタを形成することができ、シェーディング特性が良好となる。
本発明は、上記カラーフィルタにおいて、前記第1および第2のカラーフィルタは、それぞれ、周囲および上面を、前記透光性領域を構成する透光性材料で被覆されたものを含む。
この構成により、上記効果に加えて、確実で集光性の高いカラーフィルタを形成することが可能となる。
この構成により、上記効果に加えて、確実で集光性の高いカラーフィルタを形成することが可能となる。
本発明は、上記カラーフィルタにおいて、前記第1および第2のカラーフィルタは、前記光電変換部に近づくにつれて幅または径が小さくなるようなテーパ面を構成するものを含む。
この構成により、フィルタの位置ずれに対する許容性がさらに向上する。
この構成により、フィルタの位置ずれに対する許容性がさらに向上する。
本発明は、前記カラーフィルタは、さらに第3の色を選択的に透過する第3のカラーフィルタを含むものである。
この構成により、フルカラー化が可能となる。
この構成により、フルカラー化が可能となる。
本発明は、上記カラーフィルタにおいて、前記カラーフィルタは、前記透光性領域が、色毎に異なる面積を持つように構成されたものを含む。
この構成により、この面積比を変えることで、各種補正を行うことができる。
この構成により、この面積比を変えることで、各種補正を行うことができる。
本発明は、上記カラーフィルタにおいて、前記第1乃至第3のカラーフィルタは、色毎に互いに異なる面積を持つように構成されたものを含む。
この構成により、色毎にあらかじめフォトダイオードの感度を測定しておき、この感度差を補正するように面積比を調整するようにすれば、色による感度差を補正することができる。
この構成により、色毎にあらかじめフォトダイオードの感度を測定しておき、この感度差を補正するように面積比を調整するようにすれば、色による感度差を補正することができる。
本発明は、上記カラーフィルタにおいて、前記カラーフィルタは、周縁部と中心部とで、前記透光性領域と前記カラーフィルタとの面積比が異なるものを含む。
この構成により、色毎のシェーディングやシェーディングの色間差をきわめて小さくすることができる。
この構成により、色毎のシェーディングやシェーディングの色間差をきわめて小さくすることができる。
本発明は、上記カラーフィルタを備え、画素を構成する複数の光電変換領域を備えた光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを具備し、少なくとも光電変換部の上層に前記カラーフィルタを形成してなる。
この構成により、上述したように高感度の固体撮像素子を得ることができる。
この構成により、上述したように高感度の固体撮像素子を得ることができる。
本発明は、上記固体撮像素子において、前記光電変換領域ごとの特性に応じて前記カラーフィルタを構成する第1乃至第3のカラーフィルタの前記透光性領域との面積比が異なるように調整されたものを含む。
すなわち、面積比を変えて領域毎に感度調整を行うことができ、固体撮像素子の特性の均一化をはかることができる。
すなわち、面積比を変えて領域毎に感度調整を行うことができ、固体撮像素子の特性の均一化をはかることができる。
本発明は、上記固体撮像素子において、前記固体撮像素子を構成する画像撮像領域の中心部と周縁部とで、前記カラーフィルタを構成する第1乃至第3のカラーフィルタの前記透光性領域との面積比が異なるように調整されものを含む。
この構成により、1固体撮像素子内の特性の均一化をはかることができる。
この構成により、1固体撮像素子内の特性の均一化をはかることができる。
本発明は、上記固体撮像素子において、前記カラーフィルタは、前記光電変換部および電荷転送部上を覆う平坦化膜上に形成されたものを含む。
この構成により、高精度のパターニングが可能でありかつ、特性も良好となる。
この構成により、高精度のパターニングが可能でありかつ、特性も良好となる。
本発明は、上記固体撮像素子において、前記カラーフィルタは、前記透光性領域を構成する透光性材料で構成された膜上に形成された凹部に充填されたものを含む。
この構成により、位置合せも容易で信頼性の高いものとなる。
この構成により、位置合せも容易で信頼性の高いものとなる。
本発明は、上記固体撮像素子において、前記カラーフィルタは、それぞれ、周囲および上面を前記透光性領域を構成する透光性材料で被覆されたものを含む。
この構成により、各色の色フィルタが形成工程中に接触することがないため、染料などの溶出・混入による混色を防止することができる。
この構成により、各色の色フィルタが形成工程中に接触することがないため、染料などの溶出・混入による混色を防止することができる。
本発明は、上記固体撮像素子において、前記透光性材料は最上部でレンズ面を構成するものを含む。
この構成により、より薄型化をはかることが可能となる。
この構成により、より薄型化をはかることが可能となる。
本発明は、上記固体撮像素子において、前記第1および第2のカラーフィルタは、前記光電変換部に近づくにつれて幅または径が小さくなるようなテーパ面を構成するものを含む。
この構成により、フィルタ位置ずれに関する許容度の高い、固体撮像素子を提供することができる。
この構成により、フィルタ位置ずれに関する許容度の高い、固体撮像素子を提供することができる。
本発明は、上記固体撮像素子において、前記第1および第2のカラーフィルタは、光導波路を構成する。
この構成により、より小型で高効率の固体撮像素子を得ることができる。
この構成により、より小型で高効率の固体撮像素子を得ることができる。
本発明は、上記固体撮像素子において、基体表面に、第1の色のカラーフィルタを構成する第1のカラーフィルタと、前記第1の色とは異なる第2の色のカラーフィルタを構成する第2のカラーフィルタとを配列してなるカラーフィルタを製造する方法であって、前記基体表面に、各色のカラーフィルタを囲む透光性領域となる透光性膜を形成する工程と、前記透光性膜にカラーフィルタを形成するための開口を形成する工程と、前記開口の形成された基体表面にカラーフィルタ材料を充填する工程とを含む。
この構成により、透光性膜に形成された開口にカラーフィルタを充填するようにしているため、位置合わせも容易で信頼性の高いものとなる。
この構成により、透光性膜に形成された開口にカラーフィルタを充填するようにしているため、位置合わせも容易で信頼性の高いものとなる。
また、この方法により、透光性領域を形成するための透光性膜を形成しておき、各色の形成領域に開口を形成しながら、対応する色のカラーフィルタ材料を形成し、平坦化するようにしているため、高精度に位置決めされたカラーフィルタを形成することが可能となる。また、透光性領域によって隣接する色のカラーフィルタが分離されているため、膜中の染料含有率を高めた薄型化に際しても混色のおそれもなく高精度のパターン形成が可能となる。さらにまた、ドライエッチングにより第1の色のカラーフィルタ材料をパターニングすれば、基体表面に残留部が形成されたり、残渣が付着したりすることもなく、急峻なパターンエッジを持つ高精度のパターンを形成することが可能となる。また、平坦化工程により、上層に第1の色のカラーフィルタ材料が付着している場合にも確実に除去され、残留を防止することができる。隣接する色のカラーフィルタ同士の段差をより低減することができ、さらなる混色の防止や薄型化が可能となる。
本発明は、上記カラーフィルタの製造方法において、前記透光性膜の一部を残すように開口を形成する工程を含む。
この構成によれば、すべてのカラーフィルタの位置を1つの工程で決定できるので精度の向上をはかることができるという効果がある。
この構成によれば、すべてのカラーフィルタの位置を1つの工程で決定できるので精度の向上をはかることができるという効果がある。
本発明は、基体表面に、第1の色のカラーフィルタを構成する第1のカラーフィルタと、前記第1の色とは異なる第2の色のカラーフィルタを構成する第2のカラーフィルタとを配列してなるカラーフィルタを製造する方法であって、前記基体表面に、第1のカラーフィルタおよび第2のカラーフィルタが離間するように配列されたカラーフィルタのパターンを形成する工程と、各色のカラーフィルタのパターンを覆うように透光性領域を形成する透光性材料を形成する工程とを含む。
この構成によれば、容易にカラーフィルタの上層を透光性領域が覆う構造のカラーフィルタを容易に形成することができる
この構成によれば、容易にカラーフィルタの上層を透光性領域が覆う構造のカラーフィルタを容易に形成することができる
本発明は、上記固体撮像素子の製造方法であって、画素を構成する複数の光電変換領域を備えた光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを形成した基体表面に、透光性膜を形成し、前記光電変換領域に対応するように、開口を形成する工程と、前記開口内に前記透光性膜との間で光導波路を構成するようにカラーフィルタを形成する工程とを含む。
この構成によれば、より薄型化をはかることができ、またカラーフィルタと光電変換部との距離を縮減することができ、かつ光導波路構造で光の閉じ込めが有用となるため、さらなる高感度化をはかることができる。
この構成によれば、より薄型化をはかることができ、またカラーフィルタと光電変換部との距離を縮減することができ、かつ光導波路構造で光の閉じ込めが有用となるため、さらなる高感度化をはかることができる。
本発明は、上記固体撮像素子の製造方法であって、画素を構成する複数の光電変換領域を備えた光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを形成した基体表面に、前記基体表面に、第1のカラーフィルタおよび第2のカラーフィルタが離間するように配列されたカラーフィルタのパターンを形成する工程と、各色のカラーフィルタのパターンを覆うように透光性領域を形成する透光性材料を形成する工程とを含む。
この構成によれば、表面の平坦化をはかることができ、上層に、別途平坦化膜を形成することなく、マイクロレンズを形成することもできる。
この構成によれば、表面の平坦化をはかることができ、上層に、別途平坦化膜を形成することなく、マイクロレンズを形成することもできる。
本発明は、上記固体撮像素子の製造方法であって、前記透光性材料の一部がレンズ面を構成するように、レンズ加工を行う工程とを含む。その際、透光性材料としてレンズを構成するレンズ材を使用しても良い。
この構成によれば、レンズと透光性材料とが一体化されるため、より薄型化をはかることができる。
この構成によれば、レンズと透光性材料とが一体化されるため、より薄型化をはかることができる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第1の色が、例えば青色であり、前記第2の色が、例えば赤色であり、前記第3の色が、緑色であるものを含む。
この方法により、フルカラーの固体撮像素子を効率よく形成することができる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、画素を構成する複数の光電変換領域を備えた光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを形成した基体表面に、前記基体表面に、第1のカラーフィルタを形成する工程と、この上層に透光性材料を形成し、この透光性材料に第2のカラーフィルタを形成するための開口を形成する開口形成工程と、この開口に、第2のカラーフィルタを形成する工程とを含む。
この方法により、1つの色のカラーフィルタを形成した後に透光性材料で構成された透光性膜で覆って、次に形成するカラーフィルタの部分の透光性膜に開口を形成するというプロセスの繰り返しで形成でき、これにより各色のフィルタが形成工程中に接触することがないため、染料などの溶出・混入による混色を防止することができる。
この方法により、1つの色のカラーフィルタを形成した後に透光性材料で構成された透光性膜で覆って、次に形成するカラーフィルタの部分の透光性膜に開口を形成するというプロセスの繰り返しで形成でき、これにより各色のフィルタが形成工程中に接触することがないため、染料などの溶出・混入による混色を防止することができる。
本発明のカラーフィルタによれば、透過率の向上をはかることができる。
すなわち、製造が容易で、薄く、透過損失の少ないカラーフィルタを得ることができるとともに、透光性領域を備えているため、混色のないカラーフィルタを形成することができる。
また各色のカラーフィルタの領域は透光性領域に形成する開口のパターンで規定されるため、パターンエッジを垂直(急峻)にすることができ、パターン精度の向上をはかることができ、混色の抑制をはかることができる。
加えてカラーフィルタの顔料や染料の付着(残渣)に伴う、しみ、むらの改善をはかることができる。
このカラーフィルタの製造方法を用いた固体撮像素子の製造方法によれば、カラーフィルタ層の薄膜化による感度の向上に比べ、半値幅の広がりを防止することができることともれ部分が平坦化するため、色相分離特性が良好でまた蛍光灯下で肌色の色相が悪化しにくくなる。
また、カラーフィルタの混色を防ぐとともに薄型化を実現することができ、薄型で微細な高感度の固体撮像素子を提供することができる。
さらにまた色シェーディングの補正が容易である。
さらにまたカラーフィルタの位置ずれに対する許容度も大きい。
すなわち、製造が容易で、薄く、透過損失の少ないカラーフィルタを得ることができるとともに、透光性領域を備えているため、混色のないカラーフィルタを形成することができる。
また各色のカラーフィルタの領域は透光性領域に形成する開口のパターンで規定されるため、パターンエッジを垂直(急峻)にすることができ、パターン精度の向上をはかることができ、混色の抑制をはかることができる。
加えてカラーフィルタの顔料や染料の付着(残渣)に伴う、しみ、むらの改善をはかることができる。
このカラーフィルタの製造方法を用いた固体撮像素子の製造方法によれば、カラーフィルタ層の薄膜化による感度の向上に比べ、半値幅の広がりを防止することができることともれ部分が平坦化するため、色相分離特性が良好でまた蛍光灯下で肌色の色相が悪化しにくくなる。
また、カラーフィルタの混色を防ぐとともに薄型化を実現することができ、薄型で微細な高感度の固体撮像素子を提供することができる。
さらにまた色シェーディングの補正が容易である。
さらにまたカラーフィルタの位置ずれに対する許容度も大きい。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施の形態で説明するカラーフィルタは、例えば固体撮像素子に用いられるものである。
本実施の形態で説明するカラーフィルタは、例えば固体撮像素子に用いられるものである。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1を説明するための固体撮像素子の断面概略説明図、図2は断面図、図3は平面模式図である(図2は、図3のA−A線断面模式図)。図4(a)および(b)はこのカラーフィルタを説明する模式図(図4(a)は図4(b)のB−B線断面図)、図5乃至図9はこの固体撮像素子におけるカラーフィルタの製造工程を示す工程断面図である。
この固体撮像素子は、図1に示すように、フォトダイオード30の上方には、カラーフィルタ50がフレーム状の透光性領域50Tを介して各色のカラーフィルタ50R,50G,50Bが離間するように分離形成されてなることを特徴とする。各色のカラーフィルタ材料は、各フォトダイオード30に対向するように、透光性領域50Tを構成する樹脂膜に形成された第1乃至第3の開口にそれぞれ各色のカラーフィルタ材料が充填され、第1乃至第3のカラーフィルタとしての赤色のカラーフィルタ50Rと、緑色のカラーフィルタ50Gと、青色のカラーフィルタ50Bとを構成している。ここでは透光性領域50Tを構成する樹脂膜としては、可視光に対して透光性を有するレジスト材料(例えば、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製Cシリーズ)や熱硬化性(非感光性)材料などを用いる。そしてこの透光性領域50Tに対しフォトリソグラフィまたはドライエッチングでパターニングされた高精度の第1乃至第3の開口パターンが配列されている。このカラーフィルタは、図2および図3に示すように、各フォトダイオード30それぞれに対応するように赤色のカラーフィルタ50Rと、緑色のカラーフィルタ50Gと、青色のカラーフィルタ50Bとが、フィルタ下平坦化膜74上で各パターンエッジが垂直となるように形成され、かつ表面が平坦面を構成したことを特徴とするものである。図3では、各フォトダイオード30に対し、その上方に形成される各色カラーフィルタを示す符号(R,G,B)を付した。
図1は、本発明の実施の形態1を説明するための固体撮像素子の断面概略説明図、図2は断面図、図3は平面模式図である(図2は、図3のA−A線断面模式図)。図4(a)および(b)はこのカラーフィルタを説明する模式図(図4(a)は図4(b)のB−B線断面図)、図5乃至図9はこの固体撮像素子におけるカラーフィルタの製造工程を示す工程断面図である。
この固体撮像素子は、図1に示すように、フォトダイオード30の上方には、カラーフィルタ50がフレーム状の透光性領域50Tを介して各色のカラーフィルタ50R,50G,50Bが離間するように分離形成されてなることを特徴とする。各色のカラーフィルタ材料は、各フォトダイオード30に対向するように、透光性領域50Tを構成する樹脂膜に形成された第1乃至第3の開口にそれぞれ各色のカラーフィルタ材料が充填され、第1乃至第3のカラーフィルタとしての赤色のカラーフィルタ50Rと、緑色のカラーフィルタ50Gと、青色のカラーフィルタ50Bとを構成している。ここでは透光性領域50Tを構成する樹脂膜としては、可視光に対して透光性を有するレジスト材料(例えば、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製Cシリーズ)や熱硬化性(非感光性)材料などを用いる。そしてこの透光性領域50Tに対しフォトリソグラフィまたはドライエッチングでパターニングされた高精度の第1乃至第3の開口パターンが配列されている。このカラーフィルタは、図2および図3に示すように、各フォトダイオード30それぞれに対応するように赤色のカラーフィルタ50Rと、緑色のカラーフィルタ50Gと、青色のカラーフィルタ50Bとが、フィルタ下平坦化膜74上で各パターンエッジが垂直となるように形成され、かつ表面が平坦面を構成したことを特徴とするものである。図3では、各フォトダイオード30に対し、その上方に形成される各色カラーフィルタを示す符号(R,G,B)を付した。
図4(a)および(b)にカラーフィルタを模式的に示す。図4(a)は図4(b)のB−B断面図である。透光性領域50Tはドライエッチングにより高精度にパターニングされており、この開口に形成されるカラーフィルタ材料は、感光性を有していなくてもよい。その場合、色材が高密度に充填されており、パターンエッジは垂直となっている。
他は通例の構造をなすものであるが、n型のシリコン基板1表面部に光電変換部であるフォトダイオード30が配列形成され、各フォトダイオード30で発生した信号電荷を列方向(図3中のY方向)に転送するための電荷転送部40が、列方向に配設された複数のフォトダイオード30からなる複数のフォトダイオード列の間を蛇行して形成される。そして、奇数列のフォトダイオード列が、偶数列のフォトダイオード列に対して、列方向に配列されるフォトダイオード30の配列ピッチの略1/2列方向にずれるように形成されている。
電荷転送部40は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板1表面部の列方向に形成された複数本の電荷転送チャネル33と、電荷転送チャネル33の上層に形成された電荷転送電極3(第1層電極3a、第2層電極3b)と、フォトダイオード30で発生した電荷を電荷転送チャネル33に読み出すための電荷読み出し領域34とを含む。電荷転送電極3は、行方向に配設された複数のフォトダイオード30からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向(図3中のX方向)に延在する蛇行形状となっている。ここで電荷転送電極3は第1層電極上に電極間絶縁膜を介して第2層電極を形成しCMPにより平坦化して単層電極構造としたものであるが、単層電極構造に限らず、第1層電極の一部を第2層電極が覆うように形成した二層電極構造であっても良い。
図2に示すように、シリコン基板1の表面にはpウェル層1Pが形成され、pウェル層1P内に、pn接合を形成するn領域30bが形成されると共に表面にp領域30aが形成され、フォトダイオード30を構成しており、このフォトダイオード30で発生した信号電荷は、n領域30bに蓄積される。
そしてこのフォトダイオード30の右方には、少し離間してn領域からなる電荷転送チャネル33が形成される。n領域30bと電荷転送チャネル33の間のpウェル層1Pに電荷読み出し領域34が形成される。
シリコン基板1表面にはゲート酸化膜2が形成され、電荷読み出し領域34と電荷転送チャネル33の上には、ゲート酸化膜2を介して、第1の電極3aと第2の電極3bが形成される。第1の電極3aと第2の電極3bの間は電極間絶縁膜5が形成されている。垂直転送チャネル33の右側にはp+領域からなるチャネルストップ32が設けられ、隣接するフォトダイオード30との分離がなされている。
電荷転送電極3の上層には酸化シリコン膜などの絶縁膜6、反射防止層7が形成され、更にその上に中間層70が形成される。中間層70のうち、71は遮光膜、72はBPSG(borophospho silicate glass)からなる絶縁膜、73はP−SiNからなる絶縁膜(パッシベーション膜)、74は透光性樹脂等からなるフィルタ下平坦化膜である。遮光膜71は、フォトダイオード30の開口部分を除いて設けられる。中間層70上方には、カラーフィルタとマイクロレンズ60が設けられる。カラーフィルタとマイクロレンズ60との間には、絶縁性の透光性樹脂等からなるフィルタ上平坦化膜61が形成される。
本実施の形態の固体撮像素子は、フォトダイオード30で発生した信号電荷がn領域30bに蓄積され、ここに蓄積された信号電荷が、電荷転送チャネル33によって列方向に転送され、転送された信号電荷が図示しない水平電荷転送路(HCCD)によって行方向に転送され、転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力されるように構成されている。すなわちシリコン基板1上に、光電変換部、電荷転送部、HCCD、及びアンプを含む領域である固体撮像素子部と、固体撮像素子の周辺回路(PAD部等)が形成される領域である周辺回路部とが形成されて固体撮像素子を構成している。
次に上述した固体撮像素子の製造工程を説明する。
まず、カラーフィルタ形成前までの製造工程について説明する。
n型のシリコン基板1表面に、不純物を導入し、pウェル層1P、電荷転送チャネル33、電荷読み出し領域34、チャネルストップ層32などを形成した後、ゲート酸化膜2を成膜する。続いて、このゲート酸化膜2上に、第1層電極3aを構成する第1導電性膜を成膜し、パターニングを行って第1層電極3a及び周辺回路の配線を形成する。次に、第1層電極3aの周囲に酸化シリコン膜からなる絶縁膜5を成膜し、その上に第2層電極3bを構成する第2導電性膜を成膜する。次に、CMPにより第2導電性膜3bの平坦化を行い、パターニングし、第2層電極3bを形成する。次に、これら電荷転送電極3を覆うように絶縁膜6を成膜した後、フォトダイオード領域のn領域30bおよびp領域30aを形成した後、フォトダイオード領域の受光領域に開口するように遮光膜71を形成する。次に、絶縁膜72を成膜し、これを高温リフローにより平坦化を行う。
まず、カラーフィルタ形成前までの製造工程について説明する。
n型のシリコン基板1表面に、不純物を導入し、pウェル層1P、電荷転送チャネル33、電荷読み出し領域34、チャネルストップ層32などを形成した後、ゲート酸化膜2を成膜する。続いて、このゲート酸化膜2上に、第1層電極3aを構成する第1導電性膜を成膜し、パターニングを行って第1層電極3a及び周辺回路の配線を形成する。次に、第1層電極3aの周囲に酸化シリコン膜からなる絶縁膜5を成膜し、その上に第2層電極3bを構成する第2導電性膜を成膜する。次に、CMPにより第2導電性膜3bの平坦化を行い、パターニングし、第2層電極3bを形成する。次に、これら電荷転送電極3を覆うように絶縁膜6を成膜した後、フォトダイオード領域のn領域30bおよびp領域30aを形成した後、フォトダイオード領域の受光領域に開口するように遮光膜71を形成する。次に、絶縁膜72を成膜し、これを高温リフローにより平坦化を行う。
次に、この絶縁膜72の周辺回路上部にコンタクトホールを形成した後、金属材料を成膜し、パターニングしてボンディングパッド(図示せず)を形成する。そして、CVD法により窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜73を成膜し、ボンディングパッド上のパッシベーション膜を選択的にエッチング除去して開口を形成し、ボンディングパッドを露出させる。この後、H2を含む不活性ガス雰囲気内でシンタリングを行った後、スピンコート法により、平坦化膜を成膜する。ここでは他の平坦化膜との混同を避けるために、この平坦化膜をフィルタ下平坦化膜74と指称する。ここまでの製造工程は、通例の方法である。このフィルタ下平坦化膜74としては、前記透光性領域と同様、可視光に対して透光性のレジスト材料(例えば、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製Cシリーズ)などを用いる。
なお、フィルタ下平坦化膜74は下層が平坦である場合には必須ではなく、以下の工程ではフィルタ下平坦化膜74を用いない例について説明する。
次に、カラーフィルタの製造工程について図5乃至図9を参照して詳細に説明する。
これらは、本実施の形態のカラーフィルタの各製造工程を示す図であり、各図において赤色のカラーフィルタ50Rには“R”、緑色のカラーフィルタ50Gには“G”、青色のカラーフィルタ50Bには“B”の文字を付した。本実施の形態では、平坦化のためのCMP処理を行うが、RGBの各カラーフィルタ材料として、CMP処理において研磨レートがレジストと1:1程度となるような材料を用いる。尚、本実施の形態における“B”は、第1の色に該当し、“R”と“G”は、第2の色および第3の色に該当するものとする。各平面図において絶縁膜72よりも下層は省略するものとする。
これらは、本実施の形態のカラーフィルタの各製造工程を示す図であり、各図において赤色のカラーフィルタ50Rには“R”、緑色のカラーフィルタ50Gには“G”、青色のカラーフィルタ50Bには“B”の文字を付した。本実施の形態では、平坦化のためのCMP処理を行うが、RGBの各カラーフィルタ材料として、CMP処理において研磨レートがレジストと1:1程度となるような材料を用いる。尚、本実施の形態における“B”は、第1の色に該当し、“R”と“G”は、第2の色および第3の色に該当するものとする。各平面図において絶縁膜72よりも下層は省略するものとする。
まず、図5(a)に示すように、平坦化膜72上に配線層(図示せず)を形成した後、プラズマCVD法により窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜73を形成し、このパッシベーション膜73上に、図5(b)に示すように、塗布法により透光性領域50Tを形成するための樹脂膜を形成する。
そして図6(a)に示すように、フォトリソグラフィにより、レジストパターンR1を形成する。この後図6(b)に示すように、レジストパターンR1をマスクとして反応性イオンエッチング(RIE)により、第1の開口O1を形成する。
そして、第1の色のカラーフィルタ材料として青色カラーフィルタ材料を0.5〜2.0μmとなるように塗布する。このカラーフィルタ材料は感光性を有しないものとする。この工程により、青色カラーフィルタ材料が第1の開口O1に充填される。そしてこの状態で、青色のカラーフィルタ材料のパターンに熱処理及び紫外線照射を行うことによって硬化し(図6(c))、CMPにより平坦化を行い、青色カラーフィルタ50Bが形成される(図6(d))。
この後、図7(a)に示すように、赤色のカラーフィルタパターンを形成するためのレジストパターンR2をフォトリソグラフィにより形成する。ここでは、赤色のカラーフィルタとなる領域に開口を有する形状となっている。
この後、図7(b)に示すように、このレジストパターンR2をマスクとして異方性ドライエッチングである反応性イオンエッチング(RIE)を行い、赤色のカラーフィルタ材料のパターンを形成するための第2の開口O2を形成する。ここでも下層の窒化シリコン膜73がエッチングストッパとして作用する。
そして、レジストパターンR2を残したまま、赤色のカラーフィルタ材料Rを膜厚0.5〜2.0μmとなるように塗布し、赤色のカラーフィルタ材料のパターンに熱処理及び紫外線照射を行うことによって硬化する(図7(c))。
この後CMPを行い表面を平坦化して、赤色のカラーフィルタ50Rを形成する(図8(a))。
この後CMPを行い表面を平坦化して、赤色のカラーフィルタ50Rを形成する(図8(a))。
この後、図8(b)に示すように、緑色のカラーフィルタパターンを形成するためのレジストパターンR3をフォトリソグラフィにより形成する。ここでは、緑色のカラーフィルタとなる領域に開口を有する形状となっている。
この後、図8(c)に示すように、このレジストパターンR3をマスクとして異方性ドライエッチングである反応性イオンエッチング(RIE)を行い、緑色のカラーフィルタ材料のパターンを形成するための第3の開口O3を形成する。ここでも下層の窒化シリコン膜73がエッチングストッパとして作用する。
そして、レジストパターンR3を残したまま、緑色のカラーフィルタ材料50G(G)を塗布し、緑色のカラーフィルタ材料のパターンに熱処理及び紫外線照射を行うことによって硬化する(図9(a))。
この後CMPを行い表面を平坦化して、緑色のカラーフィルタ50Gを形成する(図9(b))。
この後CMPを行い表面を平坦化して、緑色のカラーフィルタ50Gを形成する(図9(b))。
このCMP処理により、各色のカラーフィルタの表面が平坦であり、残渣もなく高精度のカラーフィルタパターンの形成が可能となる。
そして、このカラーフィルタの上に、可視光に対して透光性のレジスト材料(例えば富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製Cシリーズ)を塗布し、平坦化膜61を形成する。その後、この平坦化膜61の上に、マイクロレンズ60をエッチング法又はメルト法等によって形成する(図9(c))ことで、図2に示すような固体撮像素子が形成される。
このように、隣接するカラーフィルタの間には透光性領域50Tが存在しているため、感度の向上をはかることができるとともに、混色の発生を確実に防ぐことができる。また、本実施の形態の製造方法によれば、透光性領域50Tとなる樹脂膜に対してフォトリソグラフィにより形成したレジストパターンをマスクとしてドライエッチングして開口を形成し、順次カラーフィルタ材料を充填していくため、カラーフィルタ材料としては感光性が不要なので、より薄型のカラーフィルタの形成が可能である。また、カラーフィルタのパッシベーション膜73(平坦化膜74)表面からの高さを従来よりも低くすることができるため、固体撮像素子の薄型化が可能となる。この結果、斜め入射光に対するマージンが広がり、シェーディングの少ない固体撮像素子を製造することが可能となる。
又、カラーフィルタ材料として、染料系あるいは顔料分散型のカラーフィルタ材料を用いた場合には、カラーフィルタ材料のパターンを形成後、水洗時に残渣が発生し、これが他の色のカラーフィルタ上に付着して、光学特性、特に画質を劣化させる要因となってしまうが、本実施の形態によれば、CMP処理によって上記残渣も除去することができるため、画質劣化を防ぐことができる。特に染料系のカラーフィルタ材料の場合には染料の染み出しなどが問題になるが本発明によれば透光性領域により各色のカラーフィルタが分離されているため、確実に染み出しを防ぐことができる。
又、本実施の形態の方法で得られたカラーフィルタは、隣接するカラーフィルタ同士の境界が急峻な垂直断面を持ち、かつその表面はほぼ平坦化されているため、上述した平坦化膜61を形成せずに、カラーフィルタ表面にマイクロレンズ60を直接形成することも可能である。この構成によれば、固体撮像素子を更に薄くすることができると共に、製造工程を1工程減らすことができ、高感度の固体撮像素子を低コストで製造することが可能となる。
又、本実施の形態では、すでに形成した青色Bのカラーフィルタ50BなどをストッパとしてCMP処理を行っているが、ストッパを用いないでCMP処理を行うことも可能である。この場合は、公知の終点検出機能又は時間研磨を利用して、青色Bのカラーフィルタ50Bの平坦化膜74の位置と、Rのカラーフィルタ50R及び緑色Gのカラーフィルタ50Gの表面の位置との差が50nm以下になるようにCMP処理を行えば良い。この50nmは段差として許容しうる範囲の値である。又、いずれの場合においても、カラーフィルタの形成順序は上述したものに限定されることなく適宜変更可能である。
又、本実施の形態では、フォトダイオードがハニカム状に配設された構成の固体撮像素子について説明したが、これに限定されることなく、複数のフォトダイオードが正方格子状に配設された構成の固体撮像素子にも本発明を適用可能である。
又、本実施の形態では、RGBの原色系のカラーフィルタを例にしたが、シアン、マゼンタ、イエローの補色系のカラーフィルタであっても本発明を適用可能である。
次に、このようにして形成されたカラーフィルタの特性を検証するために、透光性フィルタの面積比と透過率とをシミュレーション計算した。その結果を図10に示す。透光性フィルタの面積比を0.14(赤R)、0.295(緑G)、0.2(青B)としたときの透過率をR1,G1,B1として表示した。また、透光性領域を設けることなく、各色のカラーフィルタを隙間なく配列した場合の透過率を比較例R0,G0,B0として表示した。
この例では、比較例に比べてカメラ感度は40%高い。
この例では、比較例に比べてカメラ感度は40%高い。
次に、比較のために比較例の膜厚を48%(赤R)、47.5%(緑G)、53%(青B)としたときの透過率(薄膜法)をRt,Gt,Btとして表示した。その結果を図11に示す。また、前記比較例R0,G0,B0も表示している。この薄膜法でも比較例R0,G0,B0に比べてカメラ感度は40%高くなっている。
上記3者の、肌色の撮影光源依存性について説明する。
ここではD65での肌色の再現色相角を基準にして、各種光源での再現肌色の色相角を計算したその結果を図12に示す。Rがカラーフィルタを隙間なく配置した比較例、1が本発明のように透光性領域を介して各色のカラーフィルタが隣接するように構成したもの、tがカラーフィルタの膜厚を上述したように薄くしたもの、それぞれについて各種光源での再現肌色の色相角を計算した結果を示す。縦軸は色相角のD65(人工太陽光)との差を示す。この図から、黄緑がかった不快な肌色となるF6(普通型白色蛍光灯)、F12(3波長型電球色蛍光灯)、A(白熱灯)で、膜厚を薄く形成したtと本発明1とで顕著な差が出ていることがわかる。
ここではD65での肌色の再現色相角を基準にして、各種光源での再現肌色の色相角を計算したその結果を図12に示す。Rがカラーフィルタを隙間なく配置した比較例、1が本発明のように透光性領域を介して各色のカラーフィルタが隣接するように構成したもの、tがカラーフィルタの膜厚を上述したように薄くしたもの、それぞれについて各種光源での再現肌色の色相角を計算した結果を示す。縦軸は色相角のD65(人工太陽光)との差を示す。この図から、黄緑がかった不快な肌色となるF6(普通型白色蛍光灯)、F12(3波長型電球色蛍光灯)、A(白熱灯)で、膜厚を薄く形成したtと本発明1とで顕著な差が出ていることがわかる。
次に、Greenの分光特性がまったく違う場合について説明する。透光性フィルタの面積比を変化させ、透過率を計算した。透光性フィルタの面積比を0.163(赤R)、0.275(緑G)、0.205(青B)としたときの透過率をR1,G1,B1として表示した。その結果を図13に示す。また、透光性領域を設けることなく、各色のカラーフィルタを隙間なく配列した場合の透過率を比較例R0,G0,B0として表示した。
この場合も比較例に比べてカメラ感度は40%高い。
この場合も比較例に比べてカメラ感度は40%高い。
また、比較のために膜厚を53%(赤R)、57(緑G)、54%(青B)とした薄膜法の透過率をRt,Gt,Btとして表示した。この薄膜化したものも比較例R0,G0,B0に比べて感度が40%高くなっている。
さらにこのときの、肌色の撮影光源依存性について説明する。
ここでもD65での肌色の再現色相角を基準にして、各種光源での再現肌色の色相角を計算したその結果を図14に示す。Rがカラーフィルタを隙間なく配置したもの、1が本発明のように透光性領域を介して各色のカラーフィルタが隣接するように構成したもの、tがカラーフィルタの膜厚を上述したように薄くしたもの、それぞれについて各種光源での再現肌色の色相角を計算した結果を示す。縦軸は色相角のD65(人工太陽光)との差を示す。この図から、F6(普通型白色蛍光灯)、F12(3波長型電球色蛍光灯)、A(白熱灯)で、本発明1はむしろ改善しているが、薄膜法は悪化していることがわかる。
これらの結果から、本発明のようにカラーフィルタの周縁に透光性領域を設けたことにより、肌色の色相再現性を良好に保ちつつ感度を40%も向上できることがわかる。
ここでもD65での肌色の再現色相角を基準にして、各種光源での再現肌色の色相角を計算したその結果を図14に示す。Rがカラーフィルタを隙間なく配置したもの、1が本発明のように透光性領域を介して各色のカラーフィルタが隣接するように構成したもの、tがカラーフィルタの膜厚を上述したように薄くしたもの、それぞれについて各種光源での再現肌色の色相角を計算した結果を示す。縦軸は色相角のD65(人工太陽光)との差を示す。この図から、F6(普通型白色蛍光灯)、F12(3波長型電球色蛍光灯)、A(白熱灯)で、本発明1はむしろ改善しているが、薄膜法は悪化していることがわかる。
これらの結果から、本発明のようにカラーフィルタの周縁に透光性領域を設けたことにより、肌色の色相再現性を良好に保ちつつ感度を40%も向上できることがわかる。
さらにまた、膜厚を変化させたときの感度の変動を計算した結果を図15(a)および(b)に示す。図15(a)は、本発明のカラーフィルタの場合、図15(b)は、薄膜化により形成した比較例のカラーフィルタの場合を示す図である。図中横軸は膜厚比、縦軸は感度である。これらの比較から本発明のカラーフィルタによれば、膜厚の変動に対する感度のばらつきが大幅に低減されることがわかる。
さらにまた、膜厚が変動したときの分光透過率を図16(a)および(b)に示す。図16(a)は、本発明のカラーフィルタの場合、図16(b)は、薄膜化により形成した比較例のカラーフィルタの場合を示す図である。図中横軸は波長、縦軸は透過率である。これらの比較から本発明のカラーフィルタによれば、膜厚の変動に対するもれの変動が大幅に低減されることがわかる。
(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2の固体撮像素子について説明する。
実施の形態2では、図17に示すように、カラーフィルタ層50G,50B,50Rを、透光性領域50Tに形成された凹部に充填した構造に特徴を有する。他は前記実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
次に本発明の実施の形態2の固体撮像素子について説明する。
実施の形態2では、図17に示すように、カラーフィルタ層50G,50B,50Rを、透光性領域50Tに形成された凹部に充填した構造に特徴を有する。他は前記実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
製造に際しては、透光性領域50Tを形成し、フォトリソグラフィにより、カラーフィルタ形成用の凹部を形成する際、下層を一部残すようにエッチングすることによって形成する。他は前記実施の形態1と同様である。
(実施の形態3)
次に本発明の実施の形態3の固体撮像素子について説明する。
実施の形態3では、図18に示すように、カラーフィルタ層50G,50B,50Rの上層をも、透光性領域50Tで被覆した構造に特徴を有する。他は前記実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
次に本発明の実施の形態3の固体撮像素子について説明する。
実施の形態3では、図18に示すように、カラーフィルタ層50G,50B,50Rの上層をも、透光性領域50Tで被覆した構造に特徴を有する。他は前記実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
製造に際しては、まず、第1のカラーフィルタとして例えば青色カラーフィルタ50Bを、ドライエッチングまたはフォトリソグラフィにより、パターニングし、その上から透光性材料膜を第1のカラーフィルタよりも厚く形成し、さらにフォトリソグラフィにより、パターニングし、第2および第3のカラーフィルタ用の開口を形成する。(下記第3のカラーフィルタ用の開口を開けるのがドライエッチングの場合は、この時点では第3のカラーフィルタ用の開口は形成しなくても良い)。
次に第2のカラーフィルタを形成して、フォトリソグラフィにより、パターニングし第2のカラーフィルタ用の開口部のみに第2のカラーフィルタを残す。さらにその上から透光性材料膜を積み増した後、ドライエッチングもしくはフォトリソグラフィにより少なくとも第1および第2のカラーフィルタ上の透光性膜は残し、かつ第3のカラーフィルタ用の開口部を開ける。次に第2のカラーフィルタ膜を形成して、フォトリソグラフィにより、パターニングし、第3のカラーフィルタ用の開口を形成する。次に第3のカラーフィルタを形成して、フォトリソグラフィにより、パターニングし開口部のみに第3のカラーフィルタを残す。他は前記実施の形態1と同様である。
次に第2のカラーフィルタを形成して、フォトリソグラフィにより、パターニングし第2のカラーフィルタ用の開口部のみに第2のカラーフィルタを残す。さらにその上から透光性材料膜を積み増した後、ドライエッチングもしくはフォトリソグラフィにより少なくとも第1および第2のカラーフィルタ上の透光性膜は残し、かつ第3のカラーフィルタ用の開口部を開ける。次に第2のカラーフィルタ膜を形成して、フォトリソグラフィにより、パターニングし、第3のカラーフィルタ用の開口を形成する。次に第3のカラーフィルタを形成して、フォトリソグラフィにより、パターニングし開口部のみに第3のカラーフィルタを残す。他は前記実施の形態1と同様である。
この方法により、1つの色のカラーフィルタを形成した後に透光性材料で構成された透光性膜で覆って、次に形成するカラーフィルタの部分の透光性膜に開口を形成するというプロセスの繰り返しで形成できるため、これにより各色のフィルタが形成工程中に接触することがないため、染料などの溶出・混入による混色を防止することができる。
なお、上記方法に限定されることなく、以下のような工程を用いてもよい。
まず、透光性膜を形成し、ドライエッチングもしくはフォトリソグラフィによって第1乃至第3のカラーフィルタ用の開口をすべて形成する。次に第1のカラーフィルタ膜を形成してフォトリソグラフィによってパターニングし、第1のカラーフィルタ用の開口部のみに第1のカラーフィルタを残し、さらにその上から透光性膜を薄く形成してフォトリソグラフィによってパターニングし少なくとも第1のカラーフィルタ上に透光性膜を残す。以下同様に第2のカラーフィルタとその上に透光性膜を形成する。次に同様にして第3のカラーフィルタを形成し、最後に上平坦化膜(透光性膜)を形成する。
まず、透光性膜を形成し、ドライエッチングもしくはフォトリソグラフィによって第1乃至第3のカラーフィルタ用の開口をすべて形成する。次に第1のカラーフィルタ膜を形成してフォトリソグラフィによってパターニングし、第1のカラーフィルタ用の開口部のみに第1のカラーフィルタを残し、さらにその上から透光性膜を薄く形成してフォトリソグラフィによってパターニングし少なくとも第1のカラーフィルタ上に透光性膜を残す。以下同様に第2のカラーフィルタとその上に透光性膜を形成する。次に同様にして第3のカラーフィルタを形成し、最後に上平坦化膜(透光性膜)を形成する。
この方法によっても、1つの色のカラーフィルタを形成した後に透光性材料で構成された透光性膜で覆って、次に形成するカラーフィルタの部分の透光性膜に開口を形成するというプロセスの繰り返しで形成できるため、これにより各色のフィルタが形成工程中に接触することがないため、染料などの溶出・混入による混色を防止することができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、図19に示すように、カラーフィルタのエッジを垂直ではなくテーパ面としたことを特徴とするもので、他は実施の形態2のカラーフィルタと同様である。
ここで、上記固体撮像素子において、前記第1および第2のカラーフィルタは、前記光電変換部に近づくにつれて幅または径が小さくなるようなテーパ面を構成する。
この構成により、集光性も向上し信頼性の高い、固体撮像素子を提供することができる。
本実施の形態では、図19に示すように、カラーフィルタのエッジを垂直ではなくテーパ面としたことを特徴とするもので、他は実施の形態2のカラーフィルタと同様である。
ここで、上記固体撮像素子において、前記第1および第2のカラーフィルタは、前記光電変換部に近づくにつれて幅または径が小さくなるようなテーパ面を構成する。
この構成により、集光性も向上し信頼性の高い、固体撮像素子を提供することができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、図20に示すように、図18に示した実施の形態3のカラーフィルタにおける前記透光性材料で構成される透光性領域50Tの一部がレンズ面を構成するようにしたことを特徴とするもので、他は実施の形態3と同様に形成される。
製造に際しては、透光性材料でカラーフィルタ上を被覆した後、透光性材料の上面部にのみトレンチを形成し、リフローにより溝のエッジを丸くし、エッチバックを行うことによりレンズ面を形成するようにすれば、容易にレンズを形成することができる。この構成によれば、レンズと透光性材料とが一体化されるため、より薄型化をはかることができる。
本実施の形態では、図20に示すように、図18に示した実施の形態3のカラーフィルタにおける前記透光性材料で構成される透光性領域50Tの一部がレンズ面を構成するようにしたことを特徴とするもので、他は実施の形態3と同様に形成される。
製造に際しては、透光性材料でカラーフィルタ上を被覆した後、透光性材料の上面部にのみトレンチを形成し、リフローにより溝のエッジを丸くし、エッチバックを行うことによりレンズ面を形成するようにすれば、容易にレンズを形成することができる。この構成によれば、レンズと透光性材料とが一体化されるため、より薄型化をはかることができる。
この構成によれば、高感度でかつ混色を防止し薄型のカラーフィルタ層を形成することができることから、より薄型化が可能であり、携帯端末などの電子機器における固体撮像素子として有用である。
1 n型シリコン基板
2 ゲート酸化膜
3a 第1層電極
3b 第2層電極
5 電極間絶縁膜
6 絶縁膜
7 反射防止層
60 マイクロレンズ
61 平坦化膜
71 遮光膜
72 絶縁(BPSG)膜
73 パッシベーション膜
74 平坦化膜
50B,50R,50G カラーフィルタ
50T 透光性領域
2 ゲート酸化膜
3a 第1層電極
3b 第2層電極
5 電極間絶縁膜
6 絶縁膜
7 反射防止層
60 マイクロレンズ
61 平坦化膜
71 遮光膜
72 絶縁(BPSG)膜
73 パッシベーション膜
74 平坦化膜
50B,50R,50G カラーフィルタ
50T 透光性領域
Claims (26)
- 画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、前記光電変換領域に入射する光を画素毎に色分離するためのカラーフィルタであって、
前記カラーフィルタは第1の色を選択的に透過する第1のカラーフィルタと、前記第1の色とは異なる第2の色を選択的に透過する第2のカラーフィルタとが並置され、
前記第1および第2のカラーフィルタは、周囲に透光性領域を介して隣接するように配置されたカラーフィルタ。 - 請求項1に記載のカラーフィルタであって、
前記透光性領域が、前記第1および第2のカラーフィルタの周囲全体にわたって配置されたカラーフィルタ。 - 請求項1または2に記載のカラーフィルタであって、
前記カラーフィルタは、光電変換部の上層に平坦化膜を介して形成されたカラーフィルタ。 - 請求項1または2に記載のカラーフィルタであって、
前記第1および第2のカラーフィルタは、それぞれ、前記透光性領域を構成する透光性材料で構成された膜に形成された凹部に充填されたカラーフィルタ。 - 請求項1または2に記載のカラーフィルタであって、
前記第1および第2のカラーフィルタは、それぞれ、周囲および上面を前記透光性領域を構成する透光性材料で被覆されたカラーフィルタ。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載のカラーフィルタであって、
前記第1および第2のカラーフィルタは、前記光電変換部に近づくにつれて幅または径が小さくなるようなテーパ面を構成するものであるカラーフィルタ。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載のカラーフィルタであって、
前記カラーフィルタは、さらに第3の色を選択的に透過する第3のカラーフィルタを含むものであるカラーフィルタ。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載のカラーフィルタであって、
前記カラーフィルタは、前記透光性領域が、色毎に異なる面積を持つように構成されたカラーフィルタ。 - 請求項1乃至8のいずれかに記載のカラーフィルタであって、
前記第1乃至第3のカラーフィルタは、色毎に互いに異なる面積を持つように構成されたカラーフィルタ。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載のカラーフィルタであって、
前記カラーフィルタは、周縁部と中心部とで、前記透光性領域と前記カラーフィルタとの面積比が異なるカラーフィルタ。 - 請求項1乃至10のいずれかに記載のカラーフィルタを備え、
画素を構成する複数の光電変換領域を備えた光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを具備し、少なくとも光電変換部の上層に前記カラーフィルタを形成してなる固体撮像素子。 - 請求項11に記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換領域ごとの特性に応じて前記カラーフィルタを構成する第1乃至第3のカラーフィルタの前記透光性領域との面積比が異なるように調整された固体撮像素子。 - 請求項11に記載の固体撮像素子であって、
前記固体撮像素子を構成する画像撮像領域の中心部と周縁部とで、前記カラーフィルタを構成する第1乃至第3のカラーフィルタの前記透光性領域との面積比が異なるように調整された固体撮像素子。 - 請求項11に記載の固体撮像素子であって、
前記カラーフィルタは、前記光電変換部および電荷転送部上を覆う平坦化膜上に形成された固体撮像素子。 - 請求項11に記載の固体撮像素子であって、
前記カラーフィルタは、前記透光性領域を構成する透光性材料で構成された膜に形成された凹部に充填された固体撮像素子。 - 請求項11に記載の固体撮像素子であって、
前記カラーフィルタは、それぞれ、周囲および上面を前記透光性領域を構成する透光性材料で被覆された固体撮像素子。 - 請求項16に記載の固体撮像素子であって、
前記透光性材料は最上部でレンズ面を構成する固体撮像素子。 - 請求項11に記載の固体撮像素子であって、
前記第1および第2のカラーフィルタは、前記光電変換部に近づくにつれて幅または径が小さくなるようなテーパ面を構成するものである固体撮像素子。 - 請求項18に記載の固体撮像素子であって、
前記第1および第2のカラーフィルタが、光導波路もしくはその一部を構成する固体撮像素子。 - 基体表面に、第1の色のカラーフィルタを構成する第1のカラーフィルタと、前記第1の色とは異なる第2の色のカラーフィルタを構成する第2のカラーフィルタとを配列してなる請求項1に記載のカラーフィルタの製造方法であって、
前記基体表面に、各色のカラーフィルタを囲む透光性領域となる透光性膜を形成する工程と、
前記透光性膜にカラーフィルタを形成するための開口を形成する工程と、
前記開口の形成された基体表面にカラーフィルタ材料を充填する工程とを含むカラーフィルタの製造方法。 - 請求項20に記載のカラーフィルタの製造方法であって、
前記開口を形成する工程は、
前記開口の底部に前記透光性膜の一部を残すように開口を形成する工程であるカラーフィルタの製造方法。 - 基体表面に、第1の色のカラーフィルタを構成する第1のカラーフィルタと、前記第1の色とは異なる第2の色のカラーフィルタを構成する第2のカラーフィルタとを配列してなる請求項1に記載のカラーフィルタを製造する方法であって、
前記基体表面に、第1のカラーフィルタおよび第2のカラーフィルタが離間するように配列されたカラーフィルタのパターンを形成する工程と、
各色のカラーフィルタのパターンを覆うように透光性領域を形成する透光性材料を形成する工程とを含むカラーフィルタの製造方法。 - 請求項11乃至19のいずれかに記載の固体撮像素子を製造する方法であって、
画素を構成する複数の光電変換領域を備えた光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを形成した基体表面に、
透光性膜を形成し、
前記光電変換領域に対応するように、開口を形成する工程と、
前記開口内に前記透光性膜との間で光導波路を構成するようにカラーフィルタを形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項11乃至19のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
画素を構成する複数の光電変換領域を備えた光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを形成した基体表面に、
前記基体表面に、第1のカラーフィルタおよび第2のカラーフィルタが離間するように配列されたカラーフィルタのパターンを形成する工程と、
各色のカラーフィルタのパターンを覆うように透光性領域を形成する透光性材料を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項24に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記透光性材料の一部がレンズ面を構成するように、レンズ加工を行う工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項11乃至19のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
画素を構成する複数の光電変換領域を備えた光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される配線層を含む周辺回路部とを形成した基体表面に、
前記基体表面に、第1のカラーフィルタを形成する工程と、
この上層に透光性材料を形成し、この透光性材料に第2のカラーフィルタを形成するための開口を形成する開口形成工程と、
この開口に、第2のカラーフィルタと第1のカラーフィルタとが離間するように配列された第2のカラーフィルタのパターンを形成する工程と、
各色のカラーフィルタのパターンを覆うように透光性領域を形成する透光性材料を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2005
- 2005-11-24 JP JP2005338832A patent/JP2007147738A/ja active Pending
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