JPH04364071A - 固体撮像素子 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子に係り、
特に、該素子に形成されている遮光膜による弊害を防止
した固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の固体撮像素子は、まず、半導体
基板の主表面の光像投影領域に複数のフォトダイオード
がマトリックス状に形成され、光像投影の光強度に応じ
て各フォトダイオードにそれぞれ電荷が蓄積されるよう
になっている。

【０００３】そして、マトリックス状に配置されたフォ
トダイオードの各列毎のフォトダイオード群にそれぞれ
近接させてＣＣＤ素子からなる電荷転送素子が形成され
、各フォトダイオードからの各電荷を前記光像投影領域
の下側に転送させるようになっている。

【０００４】また、光像投影領域の下側には、行方向に
配置されたＣＣＤ素子からなる電荷転送素子があり、こ
の電荷転送素子により転送された各電荷は、電圧変換器
により電圧に変換されて出力されるようになっている。

【０００５】そして、このような構成からなる固体撮像
素子は、各フォトダイオードの間の領域には遮光膜が形
成されており、フォトダイオード以外の領域に光が照射
して不要な電荷が発生するのを防止している。

【０００６】また、近年、カラー用のものも開発され、
前記遮光膜から露呈される各フォトダイオードの上層に
色分解用フィルタを形成したものが知られている。

【０００７】なお、従来の固体撮像素子としては、たと
えば「映像情報，ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ，１９８６．５
月号、産業開発機構ＫＫ」等で知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記色分解用
フィルタを形成する場合、図８に示すように、色分解用
フィルタ３９を構成するレジスト膜を有機性透明保護膜
３５Ｂ面の全域に形成したあと、このレジスト膜を所定
形状になるように選択的に除去することになるが、この
際に、遮光膜３７による弊害が生じることが判明した。

【０００９】すなわち、該レジスト膜を選択露光する際
、ガラス基板８０面にクロム膜８１が被着されたマスク
を介して光照射することになるが、この光が前記遮光膜
３７で反射して、光照射されるべきでないレジスト膜領
域（露光がマスクされている領域）に反射光が照射して
しまっていた。

【００１０】このため、形成されてはならない領域に色
分解用フィルタ３９が形成されてしまうという問題点が
あった。

【００１１】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたものであり、遮光膜による弊害を除去した固体撮像
素子を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、基本的には、請求項１記載の発明
のように、半導体基板の主表面の光像投影領域に散在的
に形成された複数の光電変換素子と、これら各光電変換
素子が形成された半導体基板の主表面に前記光電変換素
子をも覆って被着された第１の透明絶縁膜を介して前記
各光電変換素子の間の領域に形成された遮光膜と、この
遮光膜が形成された前記第１の透明絶縁膜の主表面に前
記遮光膜をも覆って被着された第２の透明絶縁膜上に前
記光電変換素子と重畳して形成した色分解用フィルタと
を備える固体撮像素子において、前記第２の透明絶縁膜
内に前記遮光膜に重畳するように光反射防止層を介在さ
せ、この光反射防止膜はボンディングパッド形成領域を
除いて半導体基板の端辺部にまで延在されていることを
特徴とするものである。

【００１３】また、請求項２記載の発明のように、半導
体基板の主表面の光像投影領域に散在的に形成された複
数の光電変換素子と、これら各光電変換素子が形成され
た半導体基板の主表面に前記光電変換素子をも覆って被
着された第１の透明絶縁膜を介して前記各光電変換素子
の間の領域に形成された遮光膜と、この遮光膜が形成さ
れた前記第１の透明絶縁膜の主表面に前記遮光膜をも覆
って被着された第２の透明絶縁膜とを備える固体撮像素
子において、前記第２の透明絶縁膜内に前記遮光膜に重
畳するように光反射防止層を介在させていることを特徴
とするものである。

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明によれば、遮光膜のすぐ上
層に光反射防止膜が形成された構成となっているもので
ある。このため、色分解用フィルタを構成するレジスト
膜を形成した後、マスクを用いて選択露光した場合、特
に遮光膜の方向に照射される光は前記光反射防止膜によ
りカットされるため、該遮光膜によって反射する光は存
在しなくなる。

【００１５】このため、従来見られたように、遮光膜に
よる反射光が、前記レジスト膜の光照射がなされてはな
らない領域に、照射されるというようなことはなくなる
。したがって、前記色分解用フィルタは所定領域におい
て所定形状に形成することができる。

【００１６】また、請求項２記載の発明によれば、各光
電変換素子の間に照射された光は、遮光膜に入射される
のを光反射防止膜によってカットするようにしているも
のである。このようにすれば、遮光膜に反射された光が
その上方に形成されたたとえばパッケージのガラス基板
等に反射して光電変換素子の形成領域に照射されるのを
防止することができる。

【００１７】

【実施例】図６は、その（ａ）において、本発明による
固体撮像素子が適用される固体撮像装置の一実施例を示
す平面図を示している。また（ｂ）は、（ａ）のＩｂ−
Ｉｂ線における断面図を示している。

【００１８】同図において、たとえばエポキシからなる
樹脂材もしくはセラミック材の枠体１がある。この枠体
１はたとえば成形によって形成されるものである。そし
て、この枠体１は後述するガラス基板７とともに筐体を
構成するものとなっている。

【００１９】枠体１は、その主表面の中央部に凹陥部２
が設けられたものとなっており、この凹陥部２内には、
固体撮像素子３が搭載されている。

【００２０】この固体撮像素子３の主表面には前記ガラ
ス基板７を通して光像が結像されるようになっている。

【００２１】固体撮像素子３の構成としては、後におい
ても詳述するが、その主表面の中央部において複数のフ
ォトダイオードがマトリックス状に形成され、これら各
フォトダイオードにおいて発生した電荷をたとえばＣＣ
Ｄ素子からなるシフトレジスタにより転送して出力させ
るようになっているものである。

【００２２】この固体撮像素子３の主表面の周囲には電
極４が並設されて設けられ、これら各電極４はボンディ
ングワイヤ５を介してリード６に接続されている。

【００２３】このリード６は、その基部においてボンデ
ィングワイヤ５の接続部となっており、前記枠体１を貫
通して該枠体１の外部に延材されたものとなっている。

【００２４】このように枠体１の外部に取り出された外
部リード６Ａは、枠体１の一辺とこの一辺と対向する他
の一辺のそれぞれの側に並設されて形成されている。

【００２５】さらに、固体撮像素子３の主表面に対向し
て枠体１の凹陥部２を閉塞するガラス基板７が形成され
ている。このガラス基板７は接着材を介して前記枠体１
に固着されたものとなっている。

【００２６】次に、図７は、前記固体撮像素子３の一実
施例を示す概略構成図である。

【００２７】同図は、一チップの半導体基板の主表面に
図示のような配列で各素子が形成されたものとなってい
る。同図において、前記半導体基板の主表面の光像投影
領域に複数のフォトダイオード２１がマトリックス状に
配列されて形成されている。

【００２８】また、列方向に配列されたフォトダイオー
ド２１の群毎に該列方向に沿って形成された垂直レジス
タ２２があり、これら各垂直レジスタ２２はＣＣＤ素子
から構成されている。

【００２９】これら垂直レジスタ２２は、それぞれ列方
向に配列された各フォトダイオード２１にて発生した電
荷を読出すとともに列方向に沿って前記光像投影領域外
に転送させるものとなっている。

【００３０】なお、各フォトダイオード２１から垂直レ
ジスタ２２への電荷読出しは、図示しない電荷読出しゲ
ートによりなされるようになっている。

【００３１】さらに、各垂直レジスタ２２からそれぞれ
転送されてきた電荷は、水平シフトレジスタ２４に出力
され、この水平シフトレジスタ２４によって水平方向に
転送されるようになっている。この水平シフトレジスタ
２４は、前記各垂直シフトレジスタ２２と同様にＣＣＤ
素子により構成されている。

【００３２】水平シフトレジスタ２４からの出力は、出
力回路２５に入力され、この出力回路２５において例え
ば電圧に変換され、外部に取り出されるようになってい
る。

【００３３】そして、このように各素子が形成された半
導体基板の主表面には、各フォトダイオード２１が形成
されている領域において開口が形成されることにより、
各フォトダイオード２１のみを露呈させる遮光膜（図示
せず）が形成されている。

【００３４】図１は、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線における
断面を示す断面図である。

【００３５】同図において、まず、Ｐ型半導体基板３１
がある。このＰ型半導体基板３１の主表面側は、光像投
影領域となっており、この光像投影領域側の前記Ｐ型半
導体基板面３１には、複数のＮ型拡散層３２が散在的に
（平面的に観た場合、マトリックス状に）形成されてい
る。

【００３６】これらＮ型拡散層３２は、それぞれ、Ｐ型
半導体基板３１との間にＰＮ接合面を形成し、フォトダ
イオードを構成するようになっている。

【００３７】また、図中、Ｎ型拡散層３２の間には、図
面の表面から裏面に走行する濃度の小さいＮ型拡散層３
３が形成されている。このＮ型拡散層３３は、ＣＣＤ素
子の電荷転送路を構成するものであり、いわゆるスミア
電流の発生を防止するためにＰ型半導体基板３１面に形
成されたＰウェル層３４面に形成されている。

【００３８】前記Ｎ型拡散層３３の上面には透明の半導
体酸化膜３５を介してたとえばポリシリコン層からなる
転送電極３６（ＣＣＤ素子の）が形成されている。この
転送電極３６は、一つのフォトダイオード２１に対して
たとえば図面表側に形成される図示しない他の転送電極
とともに２相駆動電極構造を構成するようになっている
。

【００３９】このうち、転送電極３６は、フォトダイオ
ードを構成するＮ型拡散層３２の領域にまで延在され、
電荷読出電極を兼ねているようになっている。すなわち
、転送電極３６に電圧が印加されるとＰウェル層３４の
表面にＮ型拡散層３２とＮ型拡散層３３を接続させるＮ
チャンネル層が形成されることになり、フォトダイオー
ド側の電荷がＣＣＤ素子側に読みだされるようになる。

【００４０】そして、転送電極３６が形成された半導体
酸化膜３５面には、前記転送電極３６をも覆って半導体
酸化膜３５Ａが形成され、この半導体酸化膜３５Ａ面に
は、フォトダイオード２１上方領域を除いてたとえばア
ルミニュウからなる遮光膜３７が形成されている。これ
により、この遮光膜３７からは半導体酸化膜３５Ａを通
してフォトダイオードが露呈されるようになっている。

【００４１】さらに、この実施例では、特に、遮光膜３
７が形成された半導体酸化膜３５Ａ面には、前記遮光膜
３７をも覆って有機性透明保護膜３５Ｂが形成され、こ
の有機性透明保護膜３５Ｂ面には、前記遮光膜３７に重
畳するようにして光反射防止膜３８が形成されている。

【００４２】この光反射防止膜３８は、たとえば黒色の
着色からなる膜から構成され、たとえこの膜の表面に光
が照射されても反射されることなく吸収されてしまうも
のとなっている。

【００４３】そして、この光反射防止膜３８は、図２に
示すように、ボンディングパッド４（図６に示す電極４
に相当する）の形成領域を除いて固体撮像素子３の端辺
部にまで延在して（この結果、図中散点で示した領域全
域）形成されるようになっている。

【００４４】さらに、光反射防止膜３８が形成された半
導体酸化膜３５面には、前記光防止膜３８をも覆って有
機性透明保護膜３５Ｂが形成され、この有機性透明保護
膜３５Ｂ面には、フォトダイオードの上方の領域に色分
解用フィルタ膜３９が形成されている。

【００４５】色分解用フィルタ膜３９が形成された有機
性透明保護膜３５Ｂ面には、前記色分解用フィルタ膜３
９をも覆って有機性透明保護膜３５Ｂが形成され、この
有機性透明保護膜３５Ｂ面には、フォトダイオードの上
方の領域に、すなわち、前記色分解用フィルタ膜３９に
重畳させてマイクロレンズ４０が形成されている。

【００４６】このマイクロレンズ４０は、たとえばゼラ
チン等を図示のように形成した後、マイクロレンズ４０
を覆って透明膜のトップコート膜４１を形成し、図示の
ように曲率をもたせて形成されたものとなっている。

【００４７】または、このマイクロレンズ４０は有機樹
脂などを熱軟化して、図示のように曲率をもたせて形成
されたものとなっている。この場合、トップコート膜４
１は無い場合が多い。

【００４８】このように構成した実施例では、図３に示
すように、色分解用フィルタ３９を構成するレジスト膜
を形成した後、マスクを用いて選択露光した場合、特に
遮光膜３７の方向に照射される光は光反射防止膜３８に
よりカットされるため、該遮光膜３７によって反射する
光は事実上無視できる程度まで減少する。

【００４９】このため、従来見られたように、遮光膜３
７による反射光が、前記レジスト膜の光照射がなされて
はならない領域に、照射されるというようなことはなく
なる。

【００５０】したがって、前記色分解用フィルタは所定
形状に形成することができる。

【００５１】図４は、本発明による固体撮像素子の他の
実施例を説明するための断面構成図である。

【００５２】同図は、上述の図１と同じ符号のものは同
材料および同機能を有するものである。

【００５３】図１と異なる構成は、光反射防止膜３８Ａ
にある。すなわち、図１に示した光反射防止膜３８は、
その光反射防止膜３８の形成後に形成する色分解用フィ
ルタ膜３９の被る弊害を防止するために、該色分解用フ
ィルタ膜３９とアルミニュウムからなる遮光膜３７との
間に介層させるような構成となっているものである。

【００５４】図４に示す実施例では、光反射防止膜３８
Ａは、色分解用フィルタ膜３９とマイクロレンズ４０と
の間に介層させるような構成となっているものである。

【００５５】すなわち、色分解用フィルタ膜３９を覆う
有機性透明保護膜３５Ｂの上面に前記光反射防止膜３８
Ａが遮光膜３７に重畳されるようにして形成され、さら
に、この光反射防止膜３８Ａを覆う有機性透明保護膜３
５Ｂの上面にマイクロレンズ４０が形成されるようにな
っている。

【００５６】このように構成した固体撮像素子の効果を
図５を用いて説明する。

【００５７】図５は、上述した光反射防止膜３８Ａが全
く形成されていない固体撮像素子を、図６に示すように
、枠体１に組み込んだ状態のものを示しており、ガラス
基板７がマイクロレンズ４０の上方に位置付けられてい
る。

【００５８】光が、ガラス基板７を介して、各マイクロ
レンズ４０の間に照射された場合、アルミニュウムから
なる遮光膜３７に入射し、その後反射されることになる
。この反射光は、マイクロレンズ４０を介して前記ガラ
ス基板７に入射し、その後反射される。そして、この反
射光は、前記遮光膜３７が形成されていない領域、すな
わちフォトダイオード形成領域に入射してしまうことに
なって、不要な光をとらえてしまうことになる。

【００５９】しかし、図４に示すような光反射防止膜３
８Ａが形成されていることにより、各マイクロレンズ４
０の間に照射される光は、即、前記光反射防止膜３８Ａ
によりカットされ、上述したようにフォトダイオード形
成領域に照射されることはなくなる。

【００６０】上述した他の実施例（図４）においては、
色分解用フィルタ３９は特に形成されていなくても同様
の効果が得られることから、この色分解用フィルタ３９
は必ずしも存在しなくてもよいことはもちろんである。

【００６１】なお、上述した実施例では、図１および図
４に示す構成を別個に説明したものであるが、これらの
各構成を一の固体撮像装置に組み込んで構成するように
してもよいことはいうまでもない。

【００６２】また、本発明は、マイクロレンズが形成さ
れていなくても適用できることはもちろんである。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による固体撮像素子によれば、遮光膜による弊害
を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による固体撮像素子の一実施例を示す断
面図で、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である
。

【図２】本発明による固体撮像素子の一実施例を示す平
面図で、光反射防止膜の形成領域を明確にするための図
である。

【図３】本発明による固体撮像素子の一実施例の効果を
説明するための説明図である。

【図４】本発明による固体撮像素子の他の実施例を示す
断面図である。

【図５】本発明による固体撮像素子の他の実施例の効果
を示す説明図である。

【図６】本発明による固体撮像素子が組み込まれる固体
撮像装置の一実施例を示す構成図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。

【図７】本発明による固体撮像素子の一実施例を示す概
略平面図である。

【図８】従来の固体撮像素子の問題点を明らかにした説
明図である。

【符号の説明】

３６　　　　転送電極 ３７　　　　遮光膜 ３８　　　　光反射防止膜 ３８Ａ　　光反射防止膜 ３９　　　　色分解用フィルタ ４０　　　　マイクロレンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板の主表面の光像投影領域に
   散在的に形成された複数の光電変換素子と、これら各光
   電変換素子が形成された半導体基板の主表面に前記光電
   変換素子をも覆って被着された第１の透明絶縁膜を介し
   て前記各光電変換素子の間の領域に形成された遮光膜と
   、この遮光膜が形成された前記第１の透明絶縁膜の主表
   面に前記遮光膜をも覆って被着された第２の透明絶縁膜
   上に前記光電変換素子と重畳して形成した色分解用フィ
   ルタとを備える固体撮像素子において、前記第２の透明
   絶縁膜内に前記遮光膜に重畳するように光反射防止層を
   介在させ、この光反射防止膜はボンディングパッド形成
   領域を除いて半導体基板の端辺部にまで延在されている
   ことを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】　　半導体基板の主表面の光像投影領域に
   散在的に形成された複数の光電変換素子と、これら各光
   電変換素子が形成された半導体基板の主表面に前記光電
   変換素子をも覆って被着された第１の透明絶縁膜を介し
   て前記各光電変換素子の間の領域に形成された遮光膜と
   、この遮光膜が形成された前記第１の透明絶縁膜の主表
   面に前記遮光膜をも覆って被着された第２の透明絶縁膜
   とを備える固体撮像素子において、前記第２の透明絶縁
   膜内に前記遮光膜に重畳するように光反射防止層を介在
   させていることを特徴とする固体撮像素子。