JPH0350867A - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、素子基板上に色分離フィルタが設けられるカ
ラー固体撮像素子及びその製造方法に関する。

（ロ）従来の技術 ＣＯＤ固体撮像素子を用いた撮像装置に於いて、カラー
撮像を行う場合、ＣＣＤの受光面にモザイク状やストラ
イブ状の色分離フィルタが装着される。このような色分
離フィルタは、三原色或いはその補色の組合せからなり
、ＣＣＤの各画素に各色のフィルタが対応付けられる。

ところで、撮像素子の小型軽量化と共に低コストが望ま
れるのに対応し、ＣＣＤの受光部上に色分離フィルタ、
を直接形成することが考えられている。このような色分
離フィルタは、オンチップフィルタと呼ばれ、例えば特
開昭５９−１７５７１６号公報に開示されている。

第５図は、オンチップフィルタを備えたＣＯＤ固体撮像
素子の要部断面図である。

Ｐ型のＳｉ基板（１〉の−面には、ＬＯＧＯ８に依って
チャネルストップ領域（２）が一定の間隔をおいて形成
され、チャネルストップ領域（２）の間にＮ型の拡散領
域（３）が形成される。このチャネルストップ領域（２
）に挾まれた拡散領域（３）が１つの受光画素を構成す
る。そして、拡散領域（３）上にチャネルストップ領域
（２）と直交する転送電極（図示せず）が設けられ、さ
らに表面保護膜（４）が形成されて素子基板（１０）を
成している。

素子基板（１０〉の表面には透光性の第１アクリル層（
１１）が形成され、この第１アクリル居（１１）上にゼ
ラチン等の感光性高分子材料からなる第１染色層（１２
）が形成される。この第１染色層（１２）は、例えばシ
アン色に染色され、１画素の間隔をおいて２画素づつを
覆うように形成される。さらに第１染色層（１２）を覆
うように第２アクリル層（１３）が形成され、この第２
アクリル層（１３）上に第２染色層（１４）が形成きれ
る。第２染色層（１４）は、例えばイエロー色に染色さ
れ、第１染色層（１２）と１画素分重なって２画素を覆
うように形成される。そして、第２染色層（１４）を覆
って第３アクリル層（１５）が形成され、色分離フィル
タ（２０）を成している。

以上のような色分離フィルタ（２０）に依れば、第１染
色層（１２）に覆われた受光画素がシアン（Ｃｙ）、第
２染色層（１４）に覆われた受光画素がイエロー（Ｙｅ
）成分を示し、第１及び第２染色１５（１２）（１４）
に覆われた受光画素がグリーン（Ｇ）成分を示す。この
ようにシアン（Ｃｙ）とイエロー（Ｙｅ）この重ね合せ
に依ってグリーン（Ｇ）を得るように構成することで、
２層構造の色分離フィルタでありながら３種類の色成分
を得ることができ、色分離フィルタの構造、即ち製造工
程の簡略化が図られている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上述の如き色分離フィルタ（２０）の染色層（１２）　
（１４）は、アクリル層（１１）（１３）上に感光性高
分子材料を均一に塗布し、素子基板（１０）の受光画素
に対応するパターンに露光して所望の領域にのみ高分子
材料を残すことに依って形成する。このとき、各染色層
（１２）（１４）の端部は、露光時の光の回折に依って
第５図に示すようなテーパー状を成す。即ち、感光性高
分子材料として用いるゼラチン、グリユー等は、照射さ
れた光量に応じて感光量が異なるため、光の回折に依っ
て少量の光が照射される染色層（１２）（１４＞の端部
領域は、その光量に応じて感光して高分子材料が薄く残
ることになる。

従って、各画素間の色分離が不十分となり、解像度の低
下を招くといった問題がある。

また、第２染色届（１４＞は第１染色層（１２）の存在
する領域から存在しない領域に亘って形成されるため、
層厚が不均一になる虞れがある。即ち、第２アクリルＪ
ｌ（１４）は第１染色Ｊ’！（１２）の存在しない領域
で低くなっており、この領域に感光性高分子材料が留り
易いため、第２染色層（１４）は第１染色層（１２）に
重なる部分より重ならない部分で厚くなり、各画素の分
光感度のバランスが悪くなる。第６図に、その分光感度
特性を示す。この図に於いて横軸は波長、縦軸は感度を
示している。グリーン（Ｇ）の分光感度は、長波側でシ
アン（Ｃｙ）に従い、短波長側でイエロー（Ｙｅ）に従
うことが好ましいが、この分光感度特性では短波長側で
イエロー（Ｙｅ）に従っていない。これは、イエロー（
Ｙｅ）を得る画素上の染色層（１４）とグリーン（Ｇ）
を得ている画素上の染色層（１４）この層厚が異なるこ
とに起因する。このため、イエロー（Ｙｅ）とグリーン
（Ｇ）この分光感度のずれに依って色再現性が低下する
ことになる。

そこで本発明は色分離フィルタの色分離を確実にして解
像度の低下を防止すると共に、各染色層の層厚を均一に
して分光感度のバランスを保ち、色再現性の向上を目的
とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、
第１の手段の特徴は、複数の受光画素が行列配置された
素子基板上に透光性樹脂層を形成し、この透光性樹脂層
表面に受光画素に対応する凹所を適数画素の間隔をおい
て形成し、この凹所内に染色層を形成することにある。

そして第２の手段の特徴は、同じく素子基板上に透光性
樹脂層を形成し、この透光性樹脂層上に色分離層となる
ＳＯＧ層を形成した後、このＳ。

Ｇ層を受光画素に対応して適数画素の間隔をおいてエツ
チング除去して間隙を形成し、この間隙に染色層を形成
することにある。

（ネ）作用 本発明に依れば、染色層をアクリル層に設けた凹所内或
いはＳＯＧ層に設けた間隙内に形成することで、染色層
の端部が凹所或いは間隙に従って所望の形状となり、端
部近傍に薄い染色膜が残ることはなくなる。

また、染色層の存在する領域と存在しない領域この段差
が減少し、染色層上に形成される透光性樹脂が平坦に形
成される。従って、染色層を多層に形成しても上層側の
染色層が層厚が均一になり、良好な分光感度を得られる
。

（へ）実施例 本発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明カラー固体撮像素子の要部断面図である
。この図に於いて、素子基板（１０）は第５図と同一で
あり、同一部分には同一符号を付しである。

素子基板（１０）上には、受光画素を覆って透光性の第
１アクリル層（２１）が形成され、この第１アクノル層
（２１）表面に設けられた凹所（２１ａ）に感光性高分
子材料よりなる第１染色層（２２）が形成される。第１
アクリル層（２１）の凹所（２１ａ）は、１画素の間隔
をおいて２画素に亘って設けられており、従って第１染
色層（２２）は受光画素を２画素毎に覆うように形成き
れる。第１アクリル層（２１）上には、第１染色層（２
２）を覆って第２アクリル層（２３）が形成され、この
第２アクリル；Ｂ（２３）表面に設けられた凹所（２３
ａ）に第２染色層（２４）が形成される。第２アクリル
層（２３）の凹所（２３ａ）は、第１アグリル層（２１
）の凹所（２１ａ）と同様に１画素の間隔をおいて２画
素に亘って設けられ、このうち１画素分が第１染色層（
２２）に重なって設けられる。

従って、第２染色層（２４）は、第１染色層（２２）で
覆われていない１画素と第１染色層（２２）で覆われた
１画素とを覆うよう形成される。そして、第２アクリル
層（２３）上には、第２染色層（２４）を覆う第３アク
リル層（２５）が形成され、色分離フィルタ（３０）を
成している。

上述の色分離フィルタ（３０）は、第１染色層（２２）
及び第２染色層（２４）が、例えば第５図と同様にシア
ン色及びイエロー色に夫々染色され、両染色層（２２）
（２４）の重ね合せに依ってグリーン（Ｇ）を得ている
。このように、アクリル層（２１）（２３）に設けた凹
所（２１ａ）（２３ａ）内に染色層（２２）（２４）を
設ければ、染色層（２２）（２４）の形状が凹所（２１
ａ）（２３ａ）の形状に従って所定の形状となり、染色
層（２２）（２４）の端部に薄い染色層は形成きれない
と共に、染色層（２２）（２４）を形成することに依る
段差が極めて小さくなり、その上に形成するアクリル層
（２３）（２５＞が平坦となる。

第２図は第１図カラー固体撮像素子の製造方法を示す工
程順断面図である。

先ず、アセテート系溶剤で溶融したアクリルを素子基板
（１０）上に塗布し、熱硬化して第１アクリル！（２１
）を形成する（第２図イ）。このとき、溶剤で溶融され
たアクリルは、塗布されてから硬化するまでの間にアク
リル自体の流動性に依って高い領域から低い領域に流れ
て表面が平坦化する。

そこで、カルピトールアセテート（沸点２１８℃）等の
ように沸点の高い溶剤を用いてアクリルを溶融すれば、
硬化に長時間を要するためにアクリル層の表面はより平
坦化される。この溶剤にはカルピトールアセテート コールモノメチルエーテル（沸点２４９”Ｃ）、トリエ
チレングリフール（沸点２７６℃）、トリエチレングリ
コールエチルエーテル（１点２５５。

６℃）、テトラエチレングリコール（沸点３２７、６℃
）等があげられる。溶剤の沸点は、高ければ高いほどア
クリル層の平坦化が望めるが、必要以上に沸点が高いと
アクリルの硬化速度が極端に遅くなるため、２００℃〜
４００℃程度が好ましい。

次に、第１アクリル層（２１）上にポジ型レジスト（２
６）を塗布し、第１染色層（２２〉を形成する領域（２
６ａ）、即ち１画素の間隔をおいて２画素毎の領域（２
６ａ）を露光してレジスト（２６）を分解する（第２図
口）。そして、残ったレジスト（２６）をマスクにして
第１アクリル層（２１）をエツチングする（第２図ハ）
。このエツチングは異方性の強いプラズマエツチングを
用いる。エツチングに依って凹所（２１ａ）を形成した
後、メチルエチルケトンやメチルイソブチルケトン等の
アクリルを溶解しない溶液を用いてレジスト（２６）を
除去し、感光基を含むゼラチン等の感光性高分子材料（
２７）を塗布する（第２図二）。さらに、凹所（２１ａ
）内の高分子材料（２７）を露光して染色層（２２）を
形成し、この染色層（２２）を所定の色、例えばシアン
色に染色する。そして、染色層（２２）を第２アクリル
層（２３）で覆い、第１層の染色層（２２）を保護する
（第２図ホ）。以下、第２層の染色層を形成する場合、
第２図イ〜ホの工程が繰り返えされる。

第３図は、他の実施例を示す要部断面図である。

素子基板（１０）上には、第１図と同様透光性の第１ア
クリル層〈３１）が形成され、この第１アクリル層（３
１）上にＳＯＧからなる第１分離層（３２）が形成され
る．この第１分離層（３２）には、２画素に対応する間
隙（３２ａ）が１画素の間隔をおいて設けられており、
この間隙（３２ａ）内にゼラチン、グリユー等の感光性
高分子材料からなる第１染色層（３３）が形成される。

そして、第１染色層（３３）上に第２アクリル層（３４
）が形成され、この第２アクリル層（３４）上に第２分
離層（３５）が形成される。第２分離層（３５）には、
第１アクリル層（３１）上の第１分離層（３２）と同様
に、２画素に対応する間隙（３５ａ）が１画素の間隔を
おいて形成されており、両間隙（３２ａ）（３５ａ）の
１画素分が重なり合っている。第２分離層〈３５）の間
隙（３５ａ）内には第２染色着（３６）が形成され、さ
らに第３アクリル層（３７）が形成され、色分離フィル
タ（４０）を成している。上述の如き色分離フィルタ（
４０）は、例えば第１染色層（３３）がシアン色、第２
染色層（３６）がイエロー色に染色され、第１染色層＜
３３）で覆われた受光画素でシアン（Ｃｙ）、第２染色
層（３６）で覆われた受光画素でイエロー（Ｙｅ）の各
色成分を得ると共に、両染色ＪＷ　（３３）（３６）に
覆われた受光画素でグリーン（Ｇ）の色成分を得る。こ
のように、第１及び第２分離層（３２）（３５）に依っ
て染色層（３３）（３６）の各画素間の分離がきれてい
ると、染色層（３３）（３６）の端部が分離層（３２）
（３５）の間隙（３２ａ）（３５ａ）に従って所望の形
状となり、染色層（３３）（３６）の端部に薄い染色層
は残らず、色分離が確実となる。

第４図は、第３図カラー固体撮像素子の製造方法を示す
工程順断面図である。

先ず、素子基板（１０）上に第２図イと同様にして第１
アクリル層（３１）を形成した後、ＳＯＧを塗布して熱
硬化し、分離層（３２）を形成する（第４図イ）。続い
て、分離Ｍ（３２）上にポジ型レジスト（３８）を塗布
し、第１染色層（３３）を形成する領域（３８ａ）を露
光してレジスト（３８）を分解する（第４図口）。そし
て、残ったレジスト（３８）をマスクとして分離層（３
２）をエツチング除去して２画索車位の間隙（３２ａ）
を形成する（第４図ハ）。分離層（３２）を形成するＳ
ＯＧは、アクリルこのエツチングの選択性が良いことか
ら、第１アクリル層（３１）の表面をエツチングするこ
となく、分離層（３２）のみを確実に除去できる。

次に、レジスト（３８）を除去した後、感光基を含むゼ
ラチン等の感光性高分子材料（３９）を塗布し、分離層
（３２）の間隙（３２ａ）に従って感光性高分子材料（
３９〉を露光する（第４図二）。間隙（３２ａ）内に残
された感光性高分子材料（３９）は、所定の色、例えば
シアン色に染色されて染色層（３３〉となり、きらに第
２アクリル層（３４）に覆われて保護キれる（第４図ホ
）。以下、同様の工程を繰り返すことに依って第２層の
染色層が形成される。

以上の実施例に於いては、２届構造の色分離フィルタに
ついて例示したが、３層以上の多層構造とすることも可
能である。特に、アクリル層の平坦化が望めることから
、多層構造の色分離フィルタに対して有効となる。

（ト）発明の効果 本発明に依れば、染色層を所定の範囲に均一な層厚で形
成することができるため、各画素間の色分離を確実にで
き、解像度の低下を防止することができると共に、良好
な分光感度特性を得られ、色再現性の向上が図れる。

また、染色層を形成した後の段差を減少できることから
、染色層を覆うアクリル層表面を平坦化でき、多層構造
の色分離フィルタに対して高い信頓性が望める。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明カラー固体撮像素子に係り、
第１図は一実施例を示す要部断面図、第２図はその製造
方法を示す工程順断面図、第３図は他の実施例を示す要
部断面図、第４図はその製造方法を示す工程順断面図で
ある。第５図は従来のカラー固体撮像素子の要部断面図
、第６図は分光感度の特性を示す図である。 （１０）・・・素子基板、　（１１）（２１）（３１）
・・・第１アクリル層、　（１２）（２２）（３３）・
・・第１染色層、　（１３）（２３）（３４）・・・第
２アクリル層、　（１４）（２４）　（３６）・・・第
２染色層、　　（１５）（２５）（３７）・・・第３ア
クリル層。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）一主面に複数の受光画素が行列配置された素子基
   板と、 この素子基板上に上記受光画素を覆って形成され上記受
   光画素に対応する複数の凹所を適数画素の間隔をおいて
   有する第１の透光性樹脂層と、上記凹所に対応して設け
   られ上記受光画素を画素単位で覆う染色された高分子材
   料層と、 この高分子材料層を覆い上記第１の透光性樹脂層上に形
   成された第２の透光性樹脂層と、 を備えたことを特徴とするカラー固体撮像素子。
2. （２）一主面に複数の受光画素が行列配置された素子基
   板と、 この素子基板上に上記受光画素を覆って形成された第１
   の透光性樹脂層と、 この透光性樹脂層上に形成され上記受光画素に対応する
   複数の間隙を適数画素の間隔をおいて有する色分離層と
   、 この色分離層の間隙に対応して設けられ上記受光画素を
   画素単位で覆う染色された高分子材料層と、 上記色分離層上に上記高分子材料層を覆って形成される
   第２の透光性樹脂層と、 を備えたことを特徴とするカラー固体撮像素子。
3. （３）上記高分子材料層が透孔性樹脂層を介して多層に
   形成されて成ることを特徴とする請求項第１項或いは第
   ２項記載のカラー固体撮像素子。
4. （４）複数の受光画素が配列形成された素子基板上に上
   記受光画素を覆って第１の透光性樹脂層を形成する工程
   、 この透光性樹脂層表面に上記受光画素に対応し適数画素
   の間隔をおいて複数の凹所を形成する工程、 上記第１の透光性樹脂層上に感光性高分子材料を塗布し
   、上記凹所に対応して露光する工程、上記凹所内に残さ
   れた上記高分子材料を所定の色に染色する工程、 染色された上記高分子材料を覆って第２の透光性樹脂層
   を形成する工程、 を有することを特徴とするカラー固体撮像素子。
5. （５）複数の受光画素が配列形成された素子基板上に上
   記受光画素を覆って第１の透光性樹脂層を形成する工程
   、 この透光性樹脂層上にＳＯＧ（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌａ
   ｓｓ）層を形成する工程、 このＳＯＧ層を上記受光画素に対応し適数画素の間隔を
   おいてエッチング除去して複数の間隔を形成する工程、 上記ＳＯＧ層上に感光性高分子材料を塗布し、上記間隙
   に対応して露光する工程、 上記ＳＯＧ層の間隙に残された上記高分子材料を所定の
   色に染色する工程、 染色された上記高分子材料を覆って第２の透光性樹脂層
   を形成する工程、 を有することを特徴とするカラー固体撮像素子の製造方
   法。
6. （６）複数の受光画素が配列形成された素子基板上に透
   光性樹脂層を形成し、この透光性樹脂層上に上記受光画
   素に応じた染色層を形成するカラー固体撮像素子の製造
   方法に於いて、２００℃〜４００℃程度の沸点を有する
   溶剤で透光性樹脂を溶融し、 この透光性樹脂を上記素子基板上に塗布した後、熱硬化
   して透光性樹脂層を形成することを特徴とするカラー固
   体撮像素子の製造方法。