JP4835719B2 - 固体撮像装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
また、本発明は、かかる固体撮像装置を備えた電子機器を提供するものである。
第1色目フィルタ成分、または第2色目フィルタ成分及び第3色目フィルタ成分のいずれかに少なくとも表面にフィルタ成分の耐光性を向上するための無機膜が形成されるので、表面に無機膜を有するフィルタ成分は、耐光性が改善され、分光特性に優れた染料系の色素を含むフィルタ材料で形成することができる。一方、表面に無機膜を有しないフィルタ成分は耐光性に優れた顔料系の色素を含むフィルタ材料で形成することができる。
本発明に係る電子機器によれば、カラーフィルタの加工精度の向上、混色の抑制等を可能にした固体撮像装置を備えるので、高画質、高性能の電子機器を提供することができる。
出力回路は、カラム信号処理回路の各々から水平信号線を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。
[固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの構成例]
図1に、本発明に係る固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの第1実施の形態を示す。第1実施の形態に係る固体撮像装置は、前述したように撮像領域が形成された後、平坦化膜を介して図1に示すカラーフィルタ1が形成されて成る。このカラーフィルタ1は、レッドフィルタ成分2Rと、グリーンフィルタ成分2Gと、ブルーフィルタ成分2Bが、いわゆるベイヤー配列されて構成される。つまり、カラーフィルタ1は、グリーンフィルタ成分2Gが市松状に配列され、レッドフィルタ成分2R及びブルーフィルタ成分2Bが線順次に配列されたパターンを有する。
次に、図2〜図7を用いて、第1実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法、特にそのカラーフィルタ1の形成方法の実施の形態を説明する。図2〜図4の断面は、図1のa−a′線上(グリーン−レッド列)、b−b′線上(グリーン−ブルー列)の断面に対応する。
すなわち、図2Aに示すように、基板5上の全面に所要の厚み、すなわち各色のフィルタ成分の厚さに対応した厚みtのハードマスク6を成膜する。図は撮像領域を示している。基板5は、この上にカラーフィルタを形成するために、最表面に平坦化膜が形成されている。ハードマスク6としては、例えばポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいはシリコン酸窒化膜などが用いられる。
ハードマスク6がパターニングされ、凹凸が形成されるので(図2参照)、グリーン、レッド、ブルーの各フィルタ材料の密着性が増大する。また、各フィルタ材料は、露光によるパターニングを行う必要がなく、充分な露光や、熱処理のみで硬化される。従って、各色フィルタ成分2G、2R、2Bの密着性が向上する。
[カラーフィルタの構成例]
図8に、本発明の固体撮像装置に適用されるカラーフィルタの第2実施の形態を示す。本実施の形態に係るカラーフィルタ21は、各色フィルタ成分2R、2G及び2Bをいわゆる斜め配列して構成される。本実施の形態のカラーフィルタ21は、水平・垂直方向に対して45度斜めに傾斜するように、一列置きにグリーンフィルタ成分2Gの列が配置され形成される。また、この列と直交するように即ち水平・垂直方向に対して−45度に斜めに傾斜するように、一列置きにグリーンフィルタ成分2Gが配置される。さらに各交叉するグリーンフィルタ成分2Gに囲まれた空間領域に配置されるように、それぞれ垂直方向に沿って一行置きに交互にレッドフィルタ成分2R、ブルーフィルタ成分2Bが形成される。
第2実施の形態のカラーフィルタ21の形成は、前述した第1実施の形態に係るカラーフィルタ形成方法を用いて形成することができる。このカラーフィルタ21及びその形成方法においても、前述した第1実施の形態と同様の効果を奏する。
[固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの構成例]
図9に、本発明に係る固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの第3実施の形態を示す。第3実施の形態に係る固体撮像装置は、前述したように撮像領域が形成された後、平坦化膜を介して図9に示すカラーフィルタ23が形成されて成る。このカラーフィルタ23は、第1実施の形態で説明したと同様に、レッドフィルタ成分2Rと、グリーンフィルタ成分2Gと、ブルーフィルタ成分2Bが、いわゆるベイヤー配列されて構成される。
次に、図10〜図15を用いて、第3実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法、特にそのカラーフィルタ23の形成方法の実施の形態を説明する。図10〜図12の断面は、図9のa―a′線上(グリーンーレッド列)、b−b′線上(グリーンーブルー列)の断面に対応する。
すなわち、図10Aに示すように、基板5上の全面にカラーフィルタの厚さに対応した厚みtのハードマスク6を成膜する。基板5は、この上にカラーフィルタを形成するために、最表面に平坦化膜が形成されている。ハードマスク6としては、例えばポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいはシリコン酸窒化膜などの無機膜が用いられる。
ハードマスク6がパターニングされ、凹凸が形成されるので(図10参照)、グリーンフィルタ成分2Gは、第1実施の形態と同様に、密着性が向上する。レッドフィルタ成分2R、ブルーフィルタ成分2Bは、フリーンフィルタ成分2Gの形成後に開口部15に埋め込まれる。このため、レッドフィルタ成分2R、ブルーフィルタ成分2Bは、その底面、側面に密着面が存在し、接着面積が増大するので、密着性が向上する。
[固体撮像装置、特にカラーフィルタの構成例]
図16に、本発明に係る固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの第4実施の形態を示す。第4実施の形態に係る固体撮像装置は、前述したように撮像領域が形成された後、平坦化膜を介して図16に示すカラーフィルタ26が形成されて成る。このカラーフィルタ26は、第1実施の形態で説明したと同様に、レッドフィルタ成分2Rと、グリーンフィルタ成分2Gと、ブルーフィルタ成分2Bが、いわゆるベイヤー配列されて構成される。
次に、図17〜図18を用いて、第4実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法、特にそのカラーフィルタ26の形成方法の実施の形態を説明する。図17〜図18の断面は、図16のa−a′線上(グリーンーレッド列)、b−b′線上(グリーンーブルー列)の断面に対応する。
レッドフィルタ成分2R、ブルーフィルタ成分2Bは、ハードマスク6の開口部9の底面、側面に密着面が存在するので、密着性が向上する。グリーンフィルタ成分2Gは、レッド及びブルーのフィルタ成分2R及び2B間の開口部15内に無機膜24を介して埋め込まれる。従って、グリーンフィルタ成分2Gは、底面、側面に密着面が存在し、密着面積が増大する。加えて、グリーンフィルタ成分2Gは、露光によるパターニングを行う必要がなく、充分な露光で硬化するので、密着性が向上する。
[固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの構成例]
図19に、本発明に係る固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの第5実施の形態を示す。第5実施の形態に係る固体撮像装置は、前述したように撮像領域が形成された後、平坦化膜を介して図19に示すカラーフィルタ28が形成されて成る。このカラーフィルタ28は、第1実施の形態で説明したと同様に、レッドフィルタ成分2Rと、グリーンフィルタ成分2Gと、ブルーフィルタ成分2Bが、いわゆるベイヤー配列されて構成される。
次に、図20〜図22を用いて第5実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法、特にそのカラーフィルタ28の形成方法の実施の形態を説明する。図20〜図22の断面は、図19のa−a′線上(グリーンーレッド列)、b−b′線上(グリーンーブルー列)の断面に対応する。
すなわち、図20Aに示すように、前述と同様の方法により、基板5上の全面にグリーンフィルタ成分を形成すべき部分に開口部9を有するハードマスク6を形成する。
また、グリーンフルタ成分2G、レッドフィルタ成分2R、ブルーフィルタ成分2Bは、第1、第3、第4の実施の形態で説明したと略同じ理由で、密着性が向上する。
[固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの構成例]
図23に、本発明に係る固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの第6実施の形態を示す。第6実施の形態に係る固体撮像装置は、前述したように撮像領域が形成された後、平坦化膜を介して図23に示すカラーフィルタ31が形成されて成る。このカラーフィルタ31は、第1実施の形態で説明したと同様に、レッドフィルタ成分2Rと、グリーンフィルタ成分2Gと、ブルーフィルタ成分2Bが、いわゆるベイヤー配列されて構成される。
次に、図24〜図26を用いて、第6実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法、特にそのカラーフィルタの形成方法の実施の形態を説明する。図24〜図26の断面は、図23のa−a′線上(グリーンーレッド列)、b−b′線上(グリーンーブルー列)の断面に対応する。
すなわち、図24Aに示すように、前述と同様の方法により、基板5上の全面にグリーンフィルタ成分を形成すべき部分に開口部9を有するハードマスク6を形成する。
また、グリーンフルタ成分2G、レッドフィルタ成分2R、ブルーフィルタ成分2Bは、第1、第3、第4の実施の形態で説明したと略同じ理由で、密着性が向上する。
[固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの構成例]
図27に、本発明に係る固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの第7実施の形態を示す。第7実施の形態に係る固体撮像装置は、前述したように撮像領域が形成された後、平坦化膜を介して図27に示すカラーフィルタ37が形成されて成る。このカラーフィルタ37は、第1実施の形態で説明したと同様に、レッドフィルタ成分2Rと、グリーンフィルタ成分2Gと、ブルーフィルタ成分2Bが、いわゆるベイヤー配列されて構成される。
次に、図28〜図30を用いて、第7実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法、特にそのカラーフィルタ37の形成方法の実施の形態を説明する。図28〜図30の断面は、図27のa−a′線上(グリーンーレッド列)、b−b′線上(グリーンーブルー列)の断面に対応する。
また、グリーンフルタ成分2G、レッドフィルタ成分2R、ブルーフィルタ成分2Bは、第1、第3、第4の実施の形態で説明したと略同じ理由で、密着性が向上する。
このような有機膜を用いた場合にも、第7実施の形態の金属膜を用いた例で説明したと同様の効果を奏する。
[固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの構成例]
図31に、本発明に係る固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの第8実施の形態を示す。第8実施の形態に係る固体撮像装置は、前述したように撮像領域が形成された後、平坦化膜を介して図31に示すカラーフィルタ47が形成されて成る。このカラーフィルタ47は、第1実施の形態で説明したと同様に、レッドフィルタ成分2Rと、グリーンフィルタ成分2Gと、ブルーフィルタ成分2Bが、いわゆるベイヤー配列されて構成される。
次に、図32を用いて、第8実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法、特にそのカラーフィルタの形成方法の実施の形態を説明する。図32の断面は、図31のa−a′線上(グリーンーレッド列)、b−b′線上(グリーンーブルー列)の断面に対応する。
このグリーンフィルタ成分材料膜11Gmは、基板5の全面、すなわちチップに切断する前の半導体ウェハの全面にわたって形成する。
また、グリーンフルタ成分2G、レッドフィルタ成分2R、ブルーフィルタ成分2Bは、第1、第3、第4の実施の形態で説明したと略同じ理由で、密着性が向上する。
[固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの構成例]
図33に、本発明に係る固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの第9実施の形態を示す。第9実施の形態に係る固体撮像装置は、前述したように撮像領域が形成された後、平坦化膜を介して図33に示すカラーフィルタ54が形成されて成る。このカラーフィルタ54は、第1実施の形態で説明したと同様に、レッドフィルタ成分2Rと、グリーンフィルタ成分2Gと、ブルーフィルタ成分2Bが、いわゆるベイヤー配列されて構成される。
次に、図34を用いて、第9実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法、特にそのカラーフィルタの形成方法の実施の形態を説明する。図34の断面は、図33のa−a′線上(グリーンーレッド列)、b−b′線上(グリーンーブルー列)の断面に対応する。
また、グリーンフルタ成分2G、レッドフィルタ成分2R、ブルーフィルタ成分2Bは、第1、第3、第4の実施の形態で説明したと略同じ理由で、密着性が向上する。
[固体撮像装置の製造方法例、特にそのカラーフィルタの形成方法例]
図35に、本発明に係る固体撮像装置の製造方法、特にそのカラーフィルタの形成方法の第10実施の形態を示す。本実施の形態は、前述の第9実施の形態のカラーフィルタの形成方法の変形例に相当するもので、最終的に得られるカラーフィルタの構成は図33と同様である。図35の断面は、図33のa−a′線上(グリーンーレッド列)、b−b′線上(グリーンーブルー列)の断面に対応する。
[固体撮像装置の製造方法、特にそのカラーフィルタの形成方法]
図36に、本発明に係る固体撮像装置の製造方法、特にそのカラーフィルタの形成方法の第11実施の形態を示す。本実施の形態は、前述の第9実施の形態のカラーフィルタの形成方法の変形例に相当するもので、最終的に得られるカラーフィルタの構成は図33と同様である。図36の断面は、図33のa−a′線上(グリーンーレッド列)、b−b′線上(グリーンーブルー列)の断面に対応する。第11実施の形態は、第10実施の形態と比較して、ブルーフィルタ成分材料に前述した材料固形分中に感光成分を含まない材料を用いている点を除いて、同じである。尚、本ブルーフィルタ成分材料には、感光成分を含む材料を用いても構わない。
[固体撮像装置の構成例]
図37に、本発明に係る固体撮像装置の第11実施の形態を示す。第12実施の形態に係る固体撮像装置61は、撮像領域62と周辺回路部63とを有し、撮像領域62上のカラーフィルタ64は、上述の各実施の形態で説明したカラーフィルタで構成される。そして、本実施の形態では、フレアを抑制するために、ブルーフィルタ成分2B、あるいはブルーフィルタ成分2Bとレッドフィルタ成分2Rの積層膜を撮像領域62から周辺回路部63上まで延長して形成される(フレア防止膜)。その際、ブルーフィルタ成分2B、あるいは上記積層膜は、その終端のコーナ部65が曲線状となるように、丸みを付けて形成される。ブルーフィルタ成分2B、あるいは上記積層膜の電極パッド66に近い部分のコーナ部も、曲線状にすることが望ましい。
本発明に係る固体撮像装置、特にそのカラーフィルタは、図示しないが、次のようにして形成することもできる。先ず、基板上の全面に第2色目及び第3色目の例えばレッドフィルタ成分及びブルーフィルタ成分を形成すべき部分に開口部を有するハードマスクを形成する。次に、選択的に開口部内に、第2色目のフィルタ成分材料、及び第3色目フィルタ成分材料を塗布して、第2色目のレッドフィルタ成分、及び第3色目のブルーフィルタ成分を形成する。次に、ハードマスクを除去し、除去された開口部内に第1色目の例えばグリーンフィルタ成分材料を塗布してグリーンフィルタ成分を形成する。このようにして、レッドフィルタ成分及びブルーフィルタ成分の周囲がグリーンフィルタ成分で囲まれた図1に示す原色ベイヤー配列のカラーフィルタを形成する。
また、グリーンフルタ成分2G、レッドフィルタ成分2R、ブルーフィルタ成分2Bは、第1、第3、第4の実施の形態で説明したと略同じ理由で、密着性が向上する。
[固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの構成例]
図39に、本発明に係る固体撮像装置、特にそのカラーフィルタの第14実施の形態を示す。本実施の形態に係るカラーフィルタ68は、グリーンフィルタ成分2G、レッドフィルタ成分2R及びブルーフィルタ成分2Bがそれぞれ独立に形成される。そして、各色フィルタ成分2G,2R及び2Bの境界に形成された、上述の第3、第4実施の形態の無機膜24、第5実施の形態の遮光膜29、第7実施の形態の遮光膜38、第9〜第11実施の形態の無機膜55が縦横に連続して形成される。カラーフィルタ68の形成方法は、第3,4実施の形態、第5実施の形態、第7実施の形態、第9〜第11実施の形態に準ずる。
グリーンフィルタ成分材料膜11Gmの成膜を含む、感光性フィルタ材料による色フィルタ成分の成膜に用いる材料には、例えば顔料内添型光重合系ネガ型レジストを用いる。成膜条件は次の通りである。ウェハ上に上記ネガ型レジストをスピン塗布した後、プリベーキングし、光源にi線を用いた縮小投影型ステッパーを用いてウェハを全面露光する。次いでポストベーキングして成膜を完了する。
第1色目にグリーンフィルタ成分をドライエッチにて形成する場合、アライメント精度を向上する為に、あらかじめアライメントマーク上のグリーンフィルタ成分材料を除去しておき、その後、画素領域部の精密アライメントを行う。その後に形成されるレッドフィルタ成分や、ブルーフィルタ成分は、基本的にグリーンフィルタ成分に対してセルフアライメントで形成される。この適用は、他の実施の形態についても同様である。
更に述べるならば、図示しないが、グリーンフィルタ成分材料に対するパターニングの際に形成するレジストマスクの位置精度、すなわちアライメント精度を向上させるために、アライメントマーク上部のグリーンフィルタ成分材料膜11Gmを予め除去しておく。あるいは、グリーンフィルタ成分材料膜11Gmの成膜後、レジストマスクを介してアライメントマーク上部のグリーンフィルタ成分材料膜11Gmを除去しておく。もしくは感光成分を含む材料を用い、光学的マスクを介してグリーンフィルタに対して露光し、現像してライメントマーク上部のグリーンフィルタ成分材料膜11Gmを除去しておいてもよい。アライメンマーク上部のグリーンフィルタ成分材料膜11Gmの位置精度は、撮像領域での位置精度に比べて粗くてよい。アライメントマークは、基板5のスクライブライン上などに形成される。
[電子機器の構成例]
本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像装置を備えたカメラ、カメラ付き携帯機器、固体撮像装置を備えたその他の機器、等の電子機器に適用することができる。
図40に、本発明の電子機器の一例としてカメラに適用した実施の形態を示す。本実施の形態に係るカメラ71は、光学系(光学レンズ)72と、固体撮像装置73と、信号処理回路74とを備えてなる。固体撮像装置73は、上述したカラーフィルタのいずれかを備えた固体撮像装置が適用される。光学系72は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置73の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置73の光電変換素子において一定期間信号電荷が蓄積される。信号処理回路74は、固体撮像装置73の出力信号に対して種々の信号処理を施して出力する。本実施の形態のカメラ71は、光学系72、固体撮像装置73、信号処理回路74がモジュール化したカメラモジュールの形態を含む。
さらに、図40の構成は、光学系72、固体撮像装置73、信号処理回路74がモジュール化した撮像機能を有するモジュール、いわゆる撮像機能モジュ−ルとして構成することができる。本発明は、このような撮像機能モジュールを備えた電子機器を構成することができる。
Claims (2)
- 光電変換素子を有する複数の画素が配列された撮像領域と、
互いに隣接する四隅部が接触して連続した第1色目フィルタ成分、周囲が前記第1色目フィルタ成分で囲まれセルファライメントで形成された第2色目フィルタ成分、及び周囲が前記第1色目フィルタ成分で囲まれセルファライメントで形成された第3色目フィルタ成分とから成るカラーフィルタと、
前記第1色目フィルタ成分、または前記第2色目フィルタ成分及び前記第3色目フィルタ成分のいずれかに少なくとも表面に形成されたフィルタ成分の耐光性を向上するための無機膜とを有し、
表面に前記無機膜を有するフィルタ成分が染料系の色素を含むフィルタ材料で形成され、表面に前記無機膜を有しないフィルタ成分が顔料系の色素を含むフィルタ材料で形成される
固体撮像装置。 - 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の光電変換素子に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、
前記固体撮像装置は、
光電変換素子を有する複数の画素が配列された撮像領域と、
互いに隣接する四隅部が接触して連続した第1色目フィルタ成分、周囲が前記第1色目フィルタ成分で囲まれた第2色目フィルタ成分、及び周囲が前記第1色目フィルタ成分で囲まれた第3色目フィルタ成分とから成るカラーフィルタと、
前記第1色目フィルタ成分、または前記第2色目フィルタ成分及び前記第3色目フィルタ成分のいずれかに少なくとも表面に形成されたフィルタ成分の耐光性を向上するための無機膜とを有し、
表面に前記無機膜を有するフィルタ成分が染料系の色素を含むフィルタ材料で形成され、表面に前記無機膜を有しないフィルタ成分が顔料系の色素を含むフィルタ材料で形成される
電子機器。
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