JPH0338063A - カラー固体撮像素子及びその製造方法 - 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、カラー固体撮像素子及びその製造方法に関し
、特に固体撮像素子の中に直接色分解カラーフィルター
を組み込んで形成したカラー固体撮像素子及びその製造
方法に関する。

〔従来の技術〕

今日、カラー固体撮像素子は、小型軽量、低電圧駆動の
条件のみならず、種々の特性において、カラー撮像管と
同等又はそれ以上の性能のものとなり、大きな広がりを
みせている。そして、さらにハイビジボンを想定した高
画素化が急がれている。

このカラー固体撮像素子には様々な製造方法が提案され
ているが、固体撮像素子に色分解カラーフィルターを貼
り合わせる方法（貼り合わせ法）、又は、固体撮像素子
上に直接色分解カラーフィルターを形成する方法（オン
チップ法）によりカラー化する方法が一般的である。従
来は、色分解カラーフィルター〇形成及び分光特性管理
が容易な貼り合わせ法によるものが多かったが、高画素
化対応のために、高い位置合わせ精度、より大きな開口
率が必要となり、オンチップ法によるカラー固体撮像素
子の形成が主流になりつつある。

従来のオンチップ法によるカラー固体撮像素子の製造方
法の工程の１例を第２図に示す。これを説明すると、先
ず、第２図（ａ）の固体撮像素子２１に、第２図中）に
示すように平坦化剤２２を塗布し、これを硬化させる。

平坦化剤としては、可視光に対して透明で、かつ耐熱性
１．・耐水性に冨む樹脂、例えば、ポリウレタン樹脂、
シリコン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミ
ド樹脂等が用いられる。

次に、第２図（Ｃ）に示すように、周知の方法により、
所定の着色画素２３を所定のパターンで、固体撮像素子
の上に正確に位置合わせして順次形成し、さらに第２図
（ｄ）に示すよう保護膜２４を塗布、硬化させ、さらに
、第２図（ｅ）に示すように、感光性樹脂２５（図中で
はポジ型）を塗布し、所望のパターンのマスク２６を用
いて、固体撮像素子２１と正確に位置合わせして製版す
る。製版された感光性樹脂２５をレジストとして、酸素
プラズマ等を利用してドライエツチングし、所望箇所の
上、例えば、電極パッドやスクライプライン上の平坦化
剤を灰化除去する（第２図（ｆ））。最後に感光性樹脂
２５を剥離すれば、第２図（８）に示すようなオンチッ
プ法によるカラー固体撮像素子が得られる。

第３図は従来のオンチップ法によるカラー固体撮像素子
の１例の模式的断面を示しており、ｐ型シリコン基板３
１の所要部にｎ゛拡散層３２を形成し、その上のＳｉｎ
ｇ等の透明絶縁膜３４中にポリシリコン等の透明電極３
３が形成されている。さらに、ＡＩから成る遮光層、電
極ＪｉＮ３５を形成し、パッシベーション膜３６を形成
して、モノクロの固体撮像素子が形成される。この上に
平坦化層３６、着色画素３７、保護膜３８を形成し、カ
ラー固体撮像素子が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

貼り合わせ法及びオンチップ法によるカラー固体撮像素
子は、いずれも光強度に応じた電気信号を蓄え、転送す
るデバイス、つまりモノクロの固体撮像素子を形成し、
次いで、色分解カラーフィルターを形成する方法であっ
た。貼り合わせ法によるカラー固体撮像素子は、前述の
ように高画素化への対応が困難な欠点があったが、オン
チップ法を採用しても依然として以下のような問題が残
っていた。

すなわち、モノクロの固体撮像素子は、エツチング、蒸
着等によりその表面に凹凸が生じ、均一な色特性を有す
る色分解カラーフィルターの形成は困難であること、さ
らに、凹凸上に色分解カラーフィルター画素が形成され
るため、これらがレンズ状になり、各感光素子の開口率
に差が出ること、また、色分解カラーフィルター製造工
程中に電極パッド部が薬液等により侵されること等の問
題点を有していた。

また、カラー固体撮像素子の構造上、感光層と色分解カ
ラーフィルターとの間にパッシベーション膜、平坦化層
が存在するため、受光部と着色画素間の距離が大きくな
り、光のクロストークが生じ易い問題もあった。

したがって、本発明は、上記した従来のカラー固体撮像
素子の問題点を解決し、固体撮像素子の撮像光を受光し
て光電変換する層（感光層又は受光部）上に直接色分解
カラーフィルターを組み込むこと、すなわち、半導体基
板上にイオン拡散した後の平坦な基板に直接色分解カラ
ーフィルターを設けることにより、均一な色特性、開口
率を１することができ、さらには、光のクロストークの
ない優れた品質の新規なカラー固体撮像素子及びその製
造方法を提供することを目的とするものであり、従来の
ようにモノクロの固体撮像素子を形成し、別途作成した
色分解カラーフィルターを貼り行わせたり、このような
完成したモノクロの固体撮像素子上に直接色分解カラー
フィルターを形成するのではなく、いわばこのようなモ
ノク〔１の固体撮像素子の中に色分解カラーフィルター
を組み込んだ新規なカラー固体撮像素子及びその製造方
法を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段〕 このような目的は、以下のような本発明によって解決さ
れる。

すなわち、第１の発明は、固体撮像素子の撮像光を受光
して光電変換する層上に直接色分解カラーフィルターを
設けたことを特徴とするカラー固体撮像素子であり、 第２の発明は、前記固体撮像素子がＣＣＤであることを
特徴とするカラー固体撮像素子であり、第３の発明は、
前記色分解カラーフィルターが多層干渉膜によって構成
されていることを特徴とするカラー固体撮像素子であり
、 第４の発明は、前記色分解カラーフィルターを構成する
多層干渉膜の表面に透明電極層を設けたことを特徴とす
るカラー固体撮像素子であり、第５の発明は、前記色分
解カラーフィルターを構成する多層干渉膜中に透明電極
層を設けたことを特徴とするカラー固体撮像素子であり
、第６の発明は、半導体基板の所望部にイオン拡散する
工程、該基板の撮像光を受光して光電変換する層上に直
接多層干渉膜を形威する工程、前記多層干渉膜の表面又
は中に透明電極層を形成する工程、遮光層を形威する工
程からなることを特徴とするカラー固体撮像素子の製造
方法である。

〔作　用〕

本発明のカラー固体撮像素子においては、撮像光を受光
して光電変換する凹凸のない平坦な層上に直接色分解カ
ラーフィルターが設けられているので、色分解カラーフ
ィルターは均一な色特性を有するものとなり、また、色
分解カラーフィルターは凹凸のない平坦なものとなり、
レンズ状なることによって起こる開口率の不均一が生し
ない。

さらに、従来のもののように撮像光を受光して光電変換
する層と色分解カラーフィルターとの間にパッシベーシ
ョン膜、平坦化層が存在しないので、光のクロストーク
が最小限になる。

さらに、本発明のカラー固体撮像素子の製造方法におい
ては、色分解カラーフィルター形成工程が固体撮像素子
製造工程の中に組み込まれるため、製造工程が簡単にな
り、収率が向上する。また、製造されたカラー固体撮像
素子の精度、信頼性が向上する。

〔実施例〕

第１図は、本発明によるカラー固体撮像素子の１例の模
式的断面図であり、固体撮像素子としてＣＣＤを例にと
っているが、必ずしもＣＣＤに限られるものではなく、
ＢＢＤ等の他の固体撮像素子であってもよい。このカラ
ー固体撮像素子は、ｐ型シリコン基板１１の所要部にＢ
゛等のｎ゛イオン拡散して電荷の出力部１２等が形威さ
れている。

そして、撮像光を受光して光電変換する基板１１の上に
は直接分光特性を有する多層干渉膜１４．１４’が形成
されている。多層干渉膜１４．１４′　間にポリシリコ
ン層からなる透明電極層１３が形成される。

多層干渉膜１４上にはアルミ遮光層１５、電極層（図示
なし）が形成され、さらに、パッシベーション膜１６が
形成されている。第１図においては、上記したように、
多層干渉膜１４．１４’間に透明電極層１３が形成され
ているが、この層１３は多層干渉膜１４の上に形威され
ていてもよい、また、図において、出力部１２及び透明
電極層１３から上に伸びている線ば引き出し線を模式的
に示したもので、実際にはこのようには配線されていな
い。

上記のカラー固体撮像素子における色分解カラーフィル
ターとしては、多層干渉膜を用いているが、デバイス内
に直接これ以外の種々の色分解カラーフィルターを設け
ることもできる。しかしながら、その場合、デバイスの
イオン汚染を極力排除する構成としなければならない。

第１図のカラー固体撮像素子において、多層干渉膜１４
の上に透明電極層１３を形成する場合の製造方法をさら
に詳しく説明すると、ｐ型半導体基板ｉｔを洗浄後、熱
酸化して表面にＳｉＯ□膜を形威し、その上にポジ型の
フォトレジストを塗布、製版し、フッ化アンモニウム水
溶液で電荷出力部１２等のためのＳｉＯ□膜の窓開けを
し、ポジ型のフォトレジストを灰化除去した後にＢ゛イ
オン埋込み、拡散を行い、再度フッ化アンモニウム水溶
液でＳｉＯ□膜をエツチング除去する。

次いで、Ｓｉｎ、とＴｉ０１からなる７層の多層干渉膜
を蒸着し、その上にポジ型のフォトレジストを塗布、製
版し、ＣＦ４ガスによるドライエツチングによってパタ
ーニングし、シアン画素を形成する。

同様にして、イエロー画素を形成する。この際、シアン
画素との重ね合わせ部を設け、グリーン画素とする（以
上、多層干渉膜１４′）。

さらに、ＣＶＤ法によってＳ　ｉ　ｌ（、ガスを用いて
多結晶Ｓｉの成膜をし、その上にポジ型のフォトレジス
トを塗布、製版し、フッ化アンモニウム水溶液でエツチ
ングし、ポジ型のフォトレジストを灰化除去し、多結晶
Ｓｉによる透明電極層１３を形成する。

その上に透明絶縁膜を介してＡＩを蒸着して成膜し、そ
の上にポジ型のフォトレジストを塗布、製版し、リン酸
水溶液でエツチングし、ポジ型のフォトレジストを灰化
除去し、遮光部１５及び配線部位を形成する。

最後に、ＣＶＤ法によって５ｉｎｓガスと０２ガスを用
いてＳｉＯ□膜を気相成長させ、この上にポジ型のフォ
トレジストを塗布、製版し、フッ化アンモニウム水溶液
によってエツチングした後、ポジ型のフォトレジストを
灰化除去し、所望のカラー固体撮像素子が得られる。

このようにして得られたカラー固体撮像素子を撮像回路
に組み込み、レンズ系を介して撮影したところ、優れた
画質の映像が得られた。

なお、上記における７層のシアンの多層干渉膜としては
、例えば、 基　、板 Ｔｉ（ｈ　　（７００人） ＳｉＯｚ　　（１２５０人） Ｔ　ｉ　Ｏｚ　　（７００人） Ｓｉｆｔ　　（１２５０人） ＴｉＯ□　（７００人） Ｓｉｎｇ　　（１２５０人） Ｔ　ｉ　Ｏｔ　　（７００人） の順で積層されたものを用いる。また、イエローの多層
干渉膜としては、例えば、上記のシアンの多層干渉膜の
約１．５倍の膜厚のものを用いる。

本発明においては、透明電極層１３と多層干渉膜１４．
１４’　は同時に加工することができるため、電極の加
工工程を別々に行う必要はない。例えば、フッソ系ガス
を用いて、ポリシリコン電極層と多層干渉膜（ＴｉＯ２
−５ｉｆｔ）を同時にドライエツチングすることができ
る。

〔発明の効果〕

本発明のカラー固体撮像素子においては、感光素子に直
接色分解カラーフィルターが設けられていて色分解カラ
ーフィルターに凹凸がなく、また、従来のもののように
感光層と色分解カラーフィルターとの間にパッシベーシ
ョン膜、平坦化層が存在しないので、色ムラや開口率の
不均一、光のクロストーク等を最小限におさえることが
できる効果がある。

さらに、本発明のカラー固体撮像素子の製造方法によれ
ば、色分解カラーフィルター形成工程が固体撮像素子製
造工程の中に組み込まれるため、製造工程が簡単になる
だけでなく、同じ焼き付は装置等を用いることにより、
収率が向上する、製造されたカラー固体撮像素子の精度
、信頼性が向上する等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカラー固体撮像素子の１例の模式
的断面図、第２図は従来のオンチップ法によるカラー固
体撮像素子の製造方法の１例の工程図、第３図は従来の
オンチップ法によるカラー固体撮像素子の１例の模式的
断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固体撮像素子の撮像光を受光して光電変換する層上
   に直接色分解カラーフィルターを設けたことを特徴とす
   るカラー固体撮像素子。 ２、前記固体撮像素子がＣＣＤであることを特徴とする
   請求項１記載のカラー固体撮像素子。 ３、前記色分解カラーフィルターが多層干渉膜によって
   構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の
   カラー固体撮像素子。 ４、前記色分解カラーフィルターを構成する多層干渉膜
   の表面に透明電極層を設けたことを特徴とする請求項３
   記載のカラー固体撮像素子。 ５、前記色分解カラーフィルターを構成する多層干渉膜
   中に透明電極層を設けたことを特徴とする請求項３記載
   のカラー固体撮像素子。 ６、半導体基板の所望部にイオン拡散する工程、該基板
   の撮像光を受光して光電変換する層上に直接多層干渉膜
   を形成する工程、前記多層干渉膜の表面又は中に透明電
   極層を形成する工程、遮光層を形成する工程からなるこ
   とを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方法。