JPH03180071A - カラー固体撮像装置およびその製造方法 - 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〕 本発明はカラー固体撮像装置の構造に関し、特に、オン
チップ型カラーフィルタの構造およびその製造方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

第５図は、従来のカラー固体撮像装置の一例であるオン
チップ型カラーフィルタを持つＣＣＤイメージセンサの
概略断面図である。第５図において、ｌはシリコンなど
の基板、２は基板ｌ上に形成されたフォトダイオード、
３はフォトダイオード２で光入射により発生した電荷を
ＣＣＤ部へ読み出すためのゲート電極、４はＣＣＤ部の
ベリラドチャネル、５はベリノドチャネル４上に配置さ
れたゲート電極であり、ベリラドチャネル４．ゲート電
極５によりＣＣＤ部が構成されている。また、６は分離
酸化膜であり、これらの上部には絶縁酸化膜７を介して
Ａ１遮光膜８が形成されている。また、そのさらに上部
にはオンチップ型カラーフィルタ膜１０が積層されてお
り、これは透明樹脂材料から威る下地膜１）．中間膜１
２．保護膜１３と色分解のため着色されたパターンとに
より構成されている。この着色パターンとしては原色系
のものと補色系のものがあるが、この例ではシアンフィ
ルタ２１ａおよびイエローフィルタ２２ａとの組合せか
ら成る補色系のカラーフィルタを示している。

以上のような構造の従来のカラー固体撮像装置において
は、Ａｌ遮光膜８は、受光領域であるフォトダイオード
２の上部のみが開口されており、この領域以外たとえば
ベリラドチャネル４およびゲート電極５などのＣＯＤ領
域への光入射を防止し、不要電荷の発生を防いでいる。

また、上記Ａｌ遮光膜８の開口部へ入射した光は、シア
ンフィルタ２１ａもしくはイエローフィルタ２２ａある
いはこれらの積み重ねによるグリーンフィルタ（図示せ
ず）の有無に応じて色分解され、フォトダイオード２へ
入射し、入射光強度に応じた信号電荷を発生している。

ここで、以上説明したようなオンチップ型カラーフィル
タ膜１０を用いた従来のカラー固体撮像装置の製造方法
について若干の説明を行なう。

第６図（ａ）〜（ｆ）は従来の製造方法の中でカラーフ
ィルタ膜の形成工程を示す概略断面図である。第６図（
ａ）はカラーフィルタ膜１０が形威される前の状態を示
しており、よく知られているシリコン半導体プロセスに
よりフォトダイオード２、ベリラドチャネル４、ゲート
電極３．５等が形威されている。カラーフィルタ膜１０
の形成工程においては、まず第６図ｉａｌに示したよう
な基板ｌ上に第６図（ｂ）に示すようにアクリル系樹脂
などの透明材料を例えばスピン塗布法により塗布し下地
膜１）を形成する。この際、下地膜ｌｌ自体が紫外線な
どに対し感光性を持っていれば、ポンディングパッドや
ダイシングライン（いずれも図示せず）などの上の不要
な下地膜１）を写真製版法により除去する。続いて、第
６図（Ｃ１に示すように、着色パターンの母材となる水
溶性のゼラチンあるいはカゼインなどの天然高分子材料
もしくはＰＶＡ　（ポリビニルアルコール）などの合成
高分子材料に重クロム酸アンモニウム塩などの添加によ
り例えばネガ型の感光性を付与した材料を塗布し、１色
目のフィルタ膜２１を形成する。このフィルタ膜２１を
マスク３１を用いて紫外線により露光し、続いて現像処
理を施すことにより、第６図（ｄ）に示すように、光の
当たった部分のみ即ちフォトダイオード２上にのみフィ
ルタ膜２１が残される。引き続き、これをシアン色の染
料で染色することにより第６図（ｅ）に示すようにシア
ンフィルタ２１ａが形威される。

この後、中間膜工２および２色目のイエローフィルタ２
２ａを第６図（ｂ）〜（ｅ）に示した工程と同様の工程
を繰り返して形威し、最後に保護膜１３を下地膜１）．
中間膜１２と同様の方法で形成する。

この際、ポンディングパッドやダイシングライン（共に
図示せず）などの上の不要なこれらの膜は、膜自体が感
光性を有する場合には写真製版法により、また感光性を
持たない場合には、更にこれらの膜の上部にレジスト膜
を形威し、これをマスクとして酸素プラズマなどにより
エツチングして除去し、最後にレジスト膜を除去して第
６図（ｆ）に示すカラーフィルタ膜１０を得ていた。

以上のような方法により製造されていた従来のカラー固
体撮像装置においては、その表面すなわちカラーフィル
タ膜１０の保護膜１３の表面が緩やかな凹凸はあるもの
の多くの場合滑らかで概ね平らな形状をしている。また
、Ａｌ遮光膜８上に積層された下地膜１）．中間膜１２
および保護膜１３は、同時にフォトダイオード２上にも
形成されるため、透明な材料が用いられ、このためＡ７
！遮光膜８上の領域に入射した光は容易にこれらの膜を
透過するとともに、Ａ１遮光膜８により反射され、光が
減衰されにくいという特徴を有していた。このような反
射光の生成は／ｌ遮光膜８上のみならず、滑らかな表面
形状を持つ保護膜１３の表面でも起こっており、これら
の反射光がカラー固体撮像装置の性能低下に結びついて
いた。

以下に、この性能低下に関して説明する。

第７図は、パンケージに収納された状態にある従来のカ
ラー固体撮像装置の概略断面図である。

同図において、４０はカラー固体撮像装置チップ、４１
はセラミック製パッケージであり、グイボンド樹脂（図
示せず）を介してチップ４０がそのセラミック製パンケ
ージ４１の内底面上に固定されている。４２はパッケー
ジ４１に取り付けられたリードであり、ワイヤ４３によ
り固体撮像装置チツブ４０上のボンディングパソド（図
示せず）と電気的に接続されている。また、パッケージ
４１の上部は開口されており、この開口部にはガラス１
４４が接着剤（図示せず）により固定されている。

第８図は、第７図のガラス蓋４４と固体撮像装置チップ
４０との間の空間を部分的に拡大した部分拡大図である
。以下、第７図および第８図を用いて上記性能低下に関
して説明する。

固体撮像装置チップ４０の主面すなわちフォトダイオー
ド２の形成されている面の前方より結像光学（図示せず
）を通して入射してくる光４５　（第７図）は、主面に
対して垂直な光もあれば、また成る傾きをもって入射し
てくる光もある。これらの入射光のうちＡあるいはＡ’
　　（第８図）のように直接フォトダイオード２へ入射
するもののみが信号電荷となるのであれば問題ないが、
従来の固体撮像装置においては上述のようにＡ７！遮光
膜８上で反射された光Ｂあるいは保護膜１３の表面で反
射された光Ｃがガラス蓋４４の下面もしくは上面で反射
されフォトダイオード２へ入射することがあった。同様
に、ＡＩ！遮光膜８あるいは保護膜１３の表面とガラス
蓋４４の下面もしくは上面との間で反射を数回繰り返し
た後フォトダイオード２に入射する光もあった。

以上のような反射によりフォトダイオード２に入射する
光は一種のフレア成分となり、固体撮像装置の分解能等
の性能低下を引き起こすなどの問題を生じていた。

この対策として、特にＡ１ｇ光膜８上からの反射を防止
するため、従来は以下のような手法が用いられたことが
ある。

第９図および第１０図はそれぞれ従来の対策例を説明す
るための概略断面図である。第９図において、シアンフ
ィルタ２１ａは、フォトダイオード２上のみならず、イ
エロー用フォトダイオード２上を除＜Ａｌ遮光膜８上に
も形成されている。

同様にイエローフィルタ２２ａもシアン用フォトダイオ
ード２上を除くすべての領域にまで形成されている。こ
れによりＡｌ遮光膜８上にはシアン、イエローの両フィ
ルタ２１ａ、２２ａが形成され、Ａｌｆｌ光膜８上へ到
達する光の一部を吸収し、同時に反射光の強度を低下さ
せている。

一方、第１０図に示す従来例においては、シアンフィル
タ２１ａ１イエローフイルタ２２ａとは別にＡ１遮光膜
８上の位置にブラックフィルタ２３ａが形成されている
。ブランクフィルタ２３ａはシアン、イエローの両フィ
ルタと同様の染色法で形成が可能であり、Ａ１遮光膜８
上へ入射してくる光のうちの多くを吸収する。

以上のような従来の対策例においては、Ａｌ遮光膜８か
らの反射を抑えるためには何れの場合も各色フィルタの
染色濃度を高める必要があり、強い染色条件を必要とし
ていた。しかしながら、第９図の構造のものでは、フォ
トダイオード２上のシアン、イエローの両フィルタ２１
ａ、２２ａの分光特性にも影響が及ぶため、必要十分な
染色濃度にすることができず若干の反射成分が残り、ま
た第１０図の構造のものにおいてもブラックフィルタ２
３ａでの光吸収は完全とは言えなかった。

さらに、このようにＡＩＢ光膜８からの反射光強度を低
下させることはできたとしても、保護膜１３表面からの
反射光は依然として残っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の固体撮像装置は以上のように構成されているため
、固体撮像装置表面の画素領域以外の部分に入射した光
がその上層のカラーフィルタ膜の表面あるいはその下部
のＡｌ遮光膜８やＡｌ配線などの表面で反射され、その
反射光がパッケージ内部でさらに反射されることにより
、これらの反射光が画素領域へ入射するなどして、これ
によりフレア成分を発生し、このため画像のボケを発生
したり、画像全体が白味がかったり、分解能を低下させ
るといった問題を起こしていた。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、画素領域以外の領域へ入射した
光がカラーフィルタ膜あるいはＡｌ遮光膜などの表面で
反射されることがなく、不要な光が画素領域に入射する
ことのないカラー固体撮像装置とその製造方法を得るこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

このような課題を解決するために本発明の第１の発明は
、基板上に形成されたカラーフィルタ膜の表面に選択的
に微細な凹凸形状を形成するようにしたものである。

また本発明の第２の発明は、基板上にカラーフィルタ膜
を形成する工程と、カラーフィルタ膜の表面上であって
その下部の画素に対応した位置にある受光部領域にレジ
ストパターンを形成する工程と、氷微粒子をカラーフィ
ルタ膜表面に吹き付ける工程と、レジストパターンを除
去する工程とを含むようにしたものである。

〔作用〕

本発明によるカラー固体撮像装置においては、カラーフ
ィルタ膜上に形成された微細な凹凸により、表面での入
射光の正反射を防止すると同時に光を散乱し強度を低下
させる。

また、本発明によるカラー固体撮像装置の製造方法にお
いては、レジストパターンが形成された領域以外のカラ
ーフィルタ膜の表面上に氷微粒子を衝突させることによ
り微細な凹凸を表面上に形成する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。

第１図は、本発明の第１の発明によるカラー固体撮像装
置の一実施例を示す概略断面図であり、同図において第
５図と同一部分又は相当部分には同一符号が付しである
。第１図と第５図の相違点はカラーフィルタ膜１０の保
護膜１３の表面形状にある。

この保護膜１３は受光領域であるフォトダイオード２上
に位置する部分のみが滑らかな表面形状をしており、そ
の他の領域、特にＡｌ遮光膜８上の部分が微細で不規則
な大きさ、形状の凹凸を持っている。その他のカラーフ
ィルタ膜１０の各部分は従来のものと変わらない。

このようにＡｌ遮光膜８上の保ｊ！１）１３の表面に微
細な凹凸を設けることにより、この領域へ入射してきた
光が散乱され、まず保護膜１３表面での光の反射が抑制
される。また、入射光はこの位置ですでに一部吸収され
ると共に散乱されているため、光強度が低下し、はじめ
と同一人射角あるいはそれに近い角度でＡｌ返光膜８表
面にまで到達し、ここで反射されたとしても、その反射
光は保護膜１３表面の凹凸により更に吸収、散乱される
ことになり、さらに光強度を低下させる。このため、第
７図および第８図を用いて説明したようなガラス蓋４４
の下面もしくは上面で反射されてフォトダイオード２に
入射する光は殆ど無くなると共に、その光強度が大きく
低下しているため、フレア成分として作用することがな
くなる。一方、受光領域１４においては、このような凹
凸面はフォトダイオード２への入射光の強度低下に繋が
り、固体撮像装置の感度低下を引き起こすため、このよ
うな凹凸形状は設けず、従来同様の滑らかな表面として
いる。

以上のような構造により、カラー固体撮像装置のその他
の特性に悪影響を及ぼすことなく、フレア成分となる反
射光の発生を防止できる。

次に、上述のようにカラーフィルタ膜ｌＯの表面上に選
択的に微細な凹凸形状を設ける方法について以下説明す
る。

第２図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の発明によるカ
ラー固体撮像装置の製造方法の一実施例を説明するため
の概略工程図である。同図において、２４はレジスト膜
、３２はマスク、５０は氷微粒子である。

本実施例の工程は、第６図（ａ）〜（ｆ）を用いて説明
した従来の製造方法の工程の後より引き続き実施される
もので、第６図（ｆ）においてオンチップ型カラーフィ
ルタｌＯが形成された後の工程を示している。第２図（
ａｌに示すように、カラーフィルタ膜１０上に例えばフ
ェノール・ノボラック系のポジ型レジストを塗布し、レ
ジスト膜２４を形成する。

続いて、マスク３２を用いてフォトダイオード２上の領
域にレジスト膜が残るように他の領域を紫外線により露
光する。次いで、現像処理を施すと、露光部のレジスト
膜２４は溶出し、第２図（ｂ）に示すように、未露光部
のレジスト膜２４のみが残る。

適当なベータ処理の後、第２図（Ｃ１に示すように、純
水の氷の微粒子５０を高速でカラーフィルタ膜１０の表
面上に衝突させる。氷は純水などの木取外にも、例えば
アルコールなどの有機溶剤あるいは過酸化水素水などの
氷（固体状態にあるもの）を必要に応じて用いてもよい
。また、氷の粒径としては数百ｎｍ〜数百μｍ程度の範
囲のものを用いる。氷微粒子５０の衝突入射角はカラー
フィルタ膜１０表面に対して垂直に近いほど表面を変形
させる効果が大きくなり、逆に平行に近づけると、カラ
ーフィルタ膜１０の材料を除去する効果が増大してくる
。

以上のように、氷微粒子５０の高速衝突によりカラーフ
ィルタ膜ｌＯの保護膜１３あるいはレジスト膜２４の表
面は変形し、微細で不規則な凹凸が形成されるが、レジ
スト膜２４下の保護膜１３の表面はこの作用を受けない
。

所望時間の氷微粒子衝突処理の後、カラーフィルタ膜１
０表面上に残存した氷微粒子は、常温の水、望ましくは
純水を用いて水洗すれば容易に溶解し、また簡単に乾燥
させることができるので、カラーフィルタ膜１０表面上
に不要な残渣を残すことがないという利点がある。

以上の処理の後、例えばアルコールやケトンなどの有Ｊ
ａ溶剤を用いてレジスト膜２４を除去し、第２図（ｄ）
のような構造のカラー固体撮像装置が得られる。

なお、上記第１の発明の第１の実施例のカラー固体撮像
装置に限らず、例えば第３図および第４図に示すように
、Ａ１ｇ光膜８上にまでシアンフィルタ２１ａおよびイ
エローフィルタ２２ａを伸ばしたような構造のもの、あ
るいはブランクフィルタ２３ａを形成したものについて
も、第１の実施例のように保護膜１３の受光領域以外の
表面上に微細な凹凸を形成しておけば、さらに確実にＡ
Ｉ！遮光膜８上からの反射を防止できるとともに、保護
膜１３表面での反射をも防止できる。なお、第４図にお
いて、１２ａ、１２ｂは中間膜である。

更に、上記実施例では、カラーフィルタ膜ｌＯとしてシ
アンフィルタ２１ａ、イエローフィルタ２２ａの組合せ
からなる補色系のオンチップ型カラーフィルタ１０を用
いた例を示したが、さらにマゼンタフィルタ、グリーン
フィルタが付加されたものであってもよく、また原色系
のカラーフィルタであってもよく、フィルタの種類によ
り限定されるものではない。

さらに、カラーではなく、白黒用の固体撮像装置の上に
保護膜１３のみを形成し、受光領域以外の部分に微細な
凹凸を形成すれば同様の効果を得ることができるのは言
うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の第１の発明は、受光領域以
外のカラーフィルタ膜の表面上に微細な凹凸を形成した
ことにより、この部分での入射光の反射を抑えられると
同時にＡ１ｇ光膜での反射をも防止できるので、フレア
成分の発生を防止でき、分解能の高いものが得られる効
果がある。

また、本発明の第２の発明は、受光領域に対応したカラ
ーフィルタ膜上にレジスト膜を設けて氷微粒子を吹き付
けることにより、フォトダイオード上の受光領域のカラ
ーフィルタ膜に何ら損傷を与えることなく、その他の部
分に容易に微細な凹凸を形成できるとともに、表面に残
存した氷微粒子も簡単に洗浄除去でき、欠陥を残すこと
のない方法が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の発明によるカラー固体撮像装置
の第１の実施例を示す概略断面図、第２図は本発明の第
２の発明によるカラー固体撮像装置の製造方法の一実施
例を説明するための概略断面図、第３図および第４図は
本発明の第１の発明の他の実施例を示す概略断面図、第
５図、第９図および第１０図は従来のカラー固体撮像装
置を示す概略断面図、第６図は従来のカラーフィルタ膜
の形成工程を示す概略断面図、第７図および第８図は従
来のカラー固体撮像装置の問題点の説明図である。 ｌ・・・基板、２・・・フォトダイオード、３．５・・
・ゲート電極、４・・・ベリラドチャネル、６・・・分
離酸化膜、７・・・絶縁酸化膜、８・・・Ａｌ遮光膜、
１０・・・カラーフィルタ膜、１）・・・下地膜、１２
・・・中間膜、１ ３・・・保護膜、 ４・・・受光領域、 ａ・・・シアン フィルタ、 ｂ・・・イエローフィルタ。 代 理 人 大 岩 増 雄 第１図 ２ニ アオド　ダイオード １）： 下地膜 ７： ８： ＃！参象ｄ窮５イヒｊ０（ Ａｔ東り暎 ２１ｏ：　シ７ンフィＩレグ ２１ｂ＝　　イエロー　フィｒレグ 第２図 （Ｑ） ２４：　　レジスト膜 ３２：　　マスク 第２図 （ｂ） 第２図 （Ｃ） 第２図 （ｄ） 第３図 第４図 第５図 第６図 （Ｇ） 第６図 （Ｃ） 第６図 （ｄ） 第６図 （ｅ） 第６図 （ｆ） 第９図 第１０図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成されたカラーフィルタ膜の表面に選
   択的に微細な凹凸形状を形成したことを特徴とするカラ
   ー固体撮像装置。
2. （２）基板上にカラーフィルタ膜を形成する工程と、前
   記カラーフィルタ膜の表面上であってその下部の画素に
   対応した位置にある受光部領域にレジストパターンを形
   成する工程と、氷微粒子を前記カラーフィルタ膜表面に
   吹き付ける工程と、前記レジストパターンを除去する工
   程とを含むことを特徴とするカラー固体撮像装置の製造
   方法。