JPH0284766A - カラー固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は色分解能の向上を図った多層膜構造の色フィル
タを備えたカラー固体撮像装置に関する。

（従来の技術） 近時、ＣＯＤ等の固体撮像素子を用いたカラー撮像装置
が注目されている。この種のカラー撮像装置は、基本的
には固体撮像素子の撮像面上にその受光画素領域に所定
の配列で対応した複数種の色フィルタ層を形成した構造
を有する。具体的には固体撮像素子の撮像面の２次元配
列された複数の受光画素領域に、例えば市松状に対応さ
せて緑（Ｇ）の色フィルタ層を配設形成し、残された受
光画素領域に赤（Ｒ）と青（Ｂ）の色フィルタ層を交互
に配設形成した構造を有する。尚、シアン（Ｃ）、黄（
Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）からなる色フィルタ層を上記受光
画素領域に所定の配列でそれぞれ対応させて配設形成す
る場合もある。

このように固体撮像素子の撮像面上にその受光画素領域
にそれぞれ対応した色フィルタ層をオンチップ形成して
なるカラー固体撮像装置によれば、色フィルタと受光画
素領域との位置ずれがなく、その小型化（コンパクト化
）を図って取扱い易いものとすることができる等の利点
がある。

ところでこの種の色フィルタ層は、例えば固体撮像索子
の撮像面に塗布した可染性樹脂層を所定の受光画素領域
に対応させて所定の色に染色して形成される。ところが
受光画素領域にそれぞれ対応させ、且つ隣接受光画素領
域毎に色を変えなから可染性樹脂層をそれぞれ染色する
には多大な困難が伴い、その染色境界部を受光画素領域
にそれぞれ高精度に位置合せすることも困難である。こ
のような位置ずれは隣接受光画素領域間での混色等の原
因となる。

そこで従来では、例えば可染性樹脂層を所定の受光画素
領域に対応させてパターニングし、このパターニングに
よって残された可染性樹脂層を所定の色に染色する処理
を繰返すことで、所定の受光画素領域にそれぞれ対応す
る色フィルタ層を精度良く生成し、上述した位置ずれに
起因する混色等の問題を回避することが行なわれている
。また特開昭５５−１９８８５号公報等に開示されるよ
うに、色フイルタ層上の感光部以外の領域に遮光性物質
を設けることで、色フィルタ層の色フィルタとして機能
する領域を規定し、これによって受光画素領域の境界を
明確にし、上述した混色等の問題を回避する技術も提唱
されている。

ところがこのような構造のカラー固体撮像装置に入射す
る光（撮像入力する画像）は、必ずしもその撮像面に対
して垂直に、且つ平行に入射するとは限らない。しかも
可染性樹脂層を染色してなる色フィルタ層が、例えば２
〜３ＡａＲの厚みを持つ為、斜め方向から入射した光が
上記色フィルタ層の内部を斜めに透過して隣接受光画素
領域に入込むと云う不具合がある。更には斜めからの入
射光が色フィルタ層の内部で異常屈折や乱反射を引起こ
して隣接受光画素領域に到達することがある。

この為、色フイルタ層上に設けた遮光性物質だけでは、
上述した混色等の問題を本質的に解決することができず
、撮像画信号の色分解能を高める上での大きな課題とな
っている。

また特開昭ｆ３１−１４１０５号公報や特開昭８２−５
２５０３号公報等には、色フィルタ層を形成した可染性
樹脂層の未染色領域（例えば受光画素領域境界部）を黒
色に染色したり、色フィルタ層の側面部に遮光膜を形成
することが開示されている。しかし未染色領域を選択的
に、しかも精度良く黒色に染色することは異種染料によ
る染め分は技術の点で非常に困難であり、また色フィル
タ層の側面部に遮光膜を形成しても色フィルタ層の前面
から斜めに入射した光に対しては同等効果がないと云う
問題がある。

（発明が解決しようとする課題） このように固体撮像素子の撮像面上に色フィルタ層を直
接形成した構造のカラー固体撮像装置にあっては、可染
性樹脂層を精度良く染め分けて受光画素領域に対応した
色フィルタ層と画素境界部の遮光膜を形成することが困
難であり、色フィルタ層を透過する光の異常屈折や乱反
射や、斜め方向から入射する光に起因する混色等の問題
を解消することが困難であった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、混色等の不具合を生じることの
ない簡易な色フィルタ構造を持つカラー固体撮像装置を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は固体撮像索子の撮像面上に、所定の配列で受光
画素領域に対向する透過色成分を異にした複数の色フィ
ルタを形成してなるカラー固体撮像装置に係り、 特に所定の受光画素領域に対応してパターニングした可
染性層を所定の色に染色してなる色フィルタ層と、受光
画素領域の境界部に対応してバターニングされて上記色
フィルタ層をそれぞれ区画する可染性層を黒色に染色し
てなる遮光膜とを、防染膜を介してそれぞれ交互に形成
したことを特徴とするものである。

また或いは受光画素領域の境界部に対応してバターニン
グされた可染性層を黒色に染色してなる遮光膜により区
画された受光画素領域上に、所定の受光画素領域に対応
してバターニングした可染性層を所定の色に染色してな
る色フィルタ層を、防染膜をそれぞれ介して順に形成し
たことを特徴とするものである。

つまり防染膜を介して遮光膜と色フィルタ層とをそれぞ
れ形成することにより、可染性樹脂に対する染め分けの
問題を解消して受光画素領域に対応する色フィルタ層を
それぞれ高精度に形成すると共に、その画素境界部に上
記色フィルタ層と一体的な層構造をなす遮光膜を形成し
たことを特徴とするものである。

（作用） 本発明によれば、遮光膜と色フィルタ層とを防染膜を介
して形成していくので、所望とする膜厚の可染性樹脂を
それぞれ精度良く染め分けていくことができ、また層の
厚み方向全域（最下部から最上部）に掛けて、つまり色
フィルタ層と一体的に遮光膜を形成することが可能とな
る。そしてこの層の厚み方向全域（最下部から最上部）
に亙る遮光膜により、例えば多層膜構造の色フィルタ層
を受光画素領域にそれぞれ対応して区切ることができ、
色フィルタ層を透過する光の隣接受光画素領域への漏れ
を効果的に阻止することが可能となる。この結果、混色
の問題を効果的に防ぎ、また斜め方向に伝播しようとす
る光成分を上記遮光膜により吸収することができるので
、光の異常屈折や乱反射を効果的に抑えることができ、
フレア等の発生を抑制することが可能となる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例につき説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係るカラー固体撮像装
置のカラーフィルタ部の構造を模式的に示す図で、■は
半導体基板表面に複数の受光画素領域（ＰＤ）２を形成
してなる固体撮像素子である。この固体撮像素子ｌの撮
像面上に、所定の配列で上記受光画素領域２にそれぞれ
対応させて色透過特性の異なる色フィルタ層３，４．５
を多層形成して多層膜構造のカラーフィルタが構成され
る。

尚、第１図においてＲ，Ｇ、Ｂは可染性樹脂を受光画素
領域２にそれぞれ対応させてバターニングし、赤、緑、
青の染料を用いてそれぞれ個別に染色してなる色フィル
タ層３．４．５である。またＢｋは画素境界部に対応さ
せて可染性樹脂をバターニングし、黒の染料を用いて染
色してなる遮光膜６である。この第１図に示す実施例で
は３つの遮光膜８ａ、θｂ、　Ｂｅが示される。また７
、８．９は前記可染性樹脂をそれぞれ染色してなる色フ
ィルタ層３，４゜５の染色膨用後の膜厚差を補償し、多
層膜形成される各色フイルタ部の厚みを均一化する作用
を呈する透明中間層であり、染色層（色フィルタ層３゜
４．５．遮光膜６）に対する防染膜としても機能する。

しかして本装置が特徴とするところは、受光画素領域２
の境界部に対応してバターニングされた可染性層を黒色
に染色してなる所定膜厚の遮光膜６ａ、　８ｂ、　Ｂｅ
と、所定の受光画素領域に対応してバターニングした可
染性層を所定の色に染色してなる所定膜厚の色フィルタ
層３．４．５とを、防染膜７゜８．９を介してそれぞれ
交互に形成して多層膜構造のカラーフィルタを固体撮像
素子ｌの撮像面上に形成した点にある。

即ち、固体撮像素子１の撮像面上の画素境界部に第１の
遮光膜６ａを所定の膜厚で形成し、この遮光膜６ａで区
画された受光素子領域２中の予め定められた受光素子領
域２上に可染性樹脂をバターニング形成する。そしてこ
の可染性樹脂を赤色に染色してＲの色フィルタ層３を形
成する。

しかる後、遮光膜６ａおよび色フィルタ層３を形成した
受光面上に透明中間層を構成する防染膜７を形成し、そ
の上の前記画素境界部の部位に第２の遮光膜６ｂを所定
の膜厚で形成する。つまり前記第１の遮光膜６ａ上に第
２の遮光膜６ｂを重ねて形成する。

その後、この第１および第２の遮光膜８ａ、　６ｂで区
画された受光素子領域２中の予め定められた別の受光素
子領域２上に可染性樹脂をパターニング形成し、この可
染性樹脂を緑色に染色してＧの色フィルタ層４を形成す
る。

その上で、これらの遮光膜６ａ、８ｂ、色フィルタ層３
．４．および防染膜７を形成した受光面上に再度透明中
間層を構成する防染膜８を形成し、その上の前記画素境
界部の部位に第３の遮光膜６Ｃを所定の膜厚で形成する
。つまり前記第１および第２の遮光膜６ａ上に、更に第
３の遮光膜６Ｃを重ねて形成する。

その後、この第１□第２および第３の遮光膜６ａ。

６ｂ、　６ｃで区画された受光素子領域２中の残された
受光素子領域２上に可染性樹脂をパターニング形成し、
この可染性樹脂を青色に染色してＢの色フィルタ層５を
形成し、最後にその上に防染膜９を透明保護層として形
成する。

かくしてこのようなフィルタ構造を持つ本装置によれば
、色フィルタ層３，４．５がそれぞれ形成される受光画
素領域２をそれぞれ高精度に区画して、そのフィルタ層
の膜厚方向のほぼ全域に亙って遮光膜８ａ、　ｆｉｂ、
　８ｃからなる遮光部を形成し、且つこれらの遮光膜６
ａ、θｂ、　Ｓｃを画素境界とする色フィルタ層３．４
．５をそれぞれ防染膜７，８を介して精度良く形成する
ことが可能となる。しかも防染膜７゜８を介して可染性
樹脂層を順に形成し、これを染色していくので、個々の
色に染め分けることが必要な可染性樹脂膜間での、所謂
染色にじみの問題を生じることがない。この結果、受光
画素領域２に対応してパターニングされた可染性樹脂膜
をそれぞれ高精度に染色し、色フィルタ層３，４．５お
よび遮光膜６とすることができる。

またこのようなフィルタ構造によれば、多層膜構造のフ
ィルタ層の画素領域境界部にその膜厚方向のほぼ全域に
亙って、各受光画素領域をそれぞれ区画する壁状の遮光
部６を設けることが可能となるので、この遮光部６によ
り斜め方向からカラーフィルタに入射する光の隣接画素
領域への漏れが効果的に阻止することができ、隣接受光
画素領域間での混色の問題を効果的に解消することが可
能となる。また上述した遮光部Ｂを形成することなしに
多層膜構造の色フィルタ層３．４．５を形成した場合、
その受光画素境界部で色フィルタ層３，４゜５が形成す
る段差部分において入射光の不本意な乱反射や異常屈折
が生じることが否めないが、遮光部６の存在によって色
フィルタ層３，４．５間に段差部が形成されることがな
くなる。この結果、画素境界部での光の乱反射や異常屈
折が未然に防がれ、且つその迷光成分が黒色の遮光部６
により効果的に吸収される。

従って上述したフィルタ構造によれば、各受光素子領域
にそれぞれ到達する光成分を隣接受光素子間での混じり
のないものとすることが可能となる。つまり各受光画素
領域には、その領域上に形成させた色フィルタ層を透過
した光だけを導くことが可能となる。しかも受光画素領
域境界部におけるカラーフィルタの厚み方向全域に亙る
遮光部Ｂによって、上記受光画素領域境界部での入射光
の異常屈折や乱反射を効果的に防ぎ得るので、迷光に起
因するフレア等の不具合のない純粋な入射光成分だけを
受光画素領域に導くことが可能となり、鮮明な撮像画像
を得ることが可能となる。

ところで上述した実施例では、遮光膜８ａ、　６ｂ。

６ｃを色フィルタ層３．４．５と共に順に形成するよう
にしたが、第２図に示すように予め所定の膜厚を持つ遮
光膜６を形成し、しかる後、この遮光膜６により区画さ
れた受光画素領域２上に色フィルタ層３，４．５を所定
の配列で形成していくようにしても良い。

即ち、第２図に本発明の第２の実施例を示すように、先
ず固体撮像素子１４の受光面上の画素境界部に、最終的
な色フィルタ層の膜厚を見込んで遮光膜６を形成する。

この遮光膜６は、画素境界部に対応してパターニングさ
れた可染性樹脂膜を黒色に染色することにより形成され
る。

その上で、遮光膜６が形成された受光面上に第１の防染
膜７を形成し、上記遮光膜６で区画された受光画素領域
２中の所定の受光画素領域２上に可染性樹脂膜をパター
ニング形成し、これを赤色に染色して色フィルタ層３と
する。その後、その上に第２の防染膜８を形成し、上記
遮光膜６で区画された受光画素領域２中の予め定められ
た別の受光画素領域２上に可染性樹脂膜をパターニング
形成し、これを緑色に染色して色フィルタ層４とする。

更にその上に第３の防染膜９を形成し、残された受光画
素領域２上に可染性樹脂膜をパターニング形成し、これ
を青色に染色して色フィルタ層５とした後、その全域に
透明な表面保護層１０を形成する。

このようにして遮光膜６により区画された受光画素領域
２上に、所定の受光画素領域に対応してパターニングし
た可染性層を所定の色に染色してなる色フィルタ層３，
４．５を、防染膜７，８．９をそれぞれ介して順に形成
した構造のカラーフィルタであっても、先の実施例と同
様にフィルタの膜厚方向のほぼ全域に亙る遮光部を画素
境界部上に形成することができるので、隣接画素間での
混色の問題を効果的に解消することができる。また遮光
膜６により領域区画し、且っ防染膜７，８．９をそれぞ
れ介して色フィルタ層３，４．５を順に形成するので、
可染性樹脂に対する染め分けの問題を生じることもない
。

第３図は本発明の第３の実施例を示すものである。この
実施例は遮光膜６ａにて受光画素領域を区画した後、そ
の上に防染膜７を形成し、この防染膜７上の受光画素領
域２に対向する部位にそれぞれ色フィルタ層３．４．５
を個別に形成したものである。そしてこれらの色フィル
タ層３．４．５の境界部に更に可染性樹脂をパターニン
グ形成し、これを黒色に染色して前記遮光膜６ａにつな
がる遮光膜６ｂとし、これらの遮光膜６ａ、　６ｂを以
てフィルタ層の膜厚方向全域に亙って形成された遮光部
としたものである。

このようなフィルタ構造としても、膜厚方向のほぼ全域
に亙る遮光部を画素境界部に形成することができるので
、先の実施例と同様な効果を期待することができる。

尚、本発明は上述した各実施例に限定されるものではな
い。例えば色フィルタ層３，４．５の形成順序は上述し
た実施例に限られるものではない。またＲ、Ｇ、Ｂ以外
の色フィルタ層を形成することも可能であり、その要旨
を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる
。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、固体撮像素子上に
形成されるフィルタの膜厚方向のほぼ全域を通して受光
画素領域にそれぞれ対応して色フィルタを分離する遮光
部を設けるので、隣接受光画素領域間での混色や、カラ
ーフィルタを透過する光の異常屈折や乱反射に起因する
フレアのない撮像を可能とするカラー固体撮像装置を実
現することが可能となる。しかも色フィルタ層および遮
光膜を防染膜を介して順に形成するので、可染性樹脂膜
を染色する際の染め分は精度の問題が生じることがない
等の効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれは本発明の異なる実施例に
係るカラー固体撮像装置のカラーフィルタ部構造を模式
的に示す図である。 ｌ・・・固体撮像素子、２・・・受光画素領域、３，４
．５・・・色フィルタ層、Ｌ８ａ、６ｂ、ｅｃ・・・遮
光膜、？、８．９・・・防染膜、１０・・・・・・表面
保護膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体撮像素子の撮像面上に、所定の配列で受光画
   素領域に対向する透過色成分を異にした複数の色フィル
   タを形成してなるカラー固体撮像装置において、 所定の受光画素領域に対応してパターニングした可染性
   層を所定の色に染色してなる色フィルタ層と、受光画素
   領域の境界部に対応してパターニングされて上記色フィ
   ルタ層をそれぞれ区画する可染性層を黒色に染色してな
   る遮光膜とを、防染膜を介してそれぞれ交互に形成した
   ことを特徴とするカラー固体撮像装置。
2. （２）固体撮像素子の撮像面上に、所定の配列で受光画
   素領域に対向する透過色成分を異にした複数の色フィル
   タを形成してなるカラー固体撮像装置において、 受光画素領域の境界部に対応してパターニングされた可
   染性層を黒色に染色してなる遮光膜により区画された受
   光画素領域上に、所定の受光画素領域に対応してパター
   ニングした可染性層を所定の色に染色してなる色フィル
   タ層を、防染膜をそれぞれ介して順に形成したことを特
   徴とするカラー固体撮像装置。