JPH0582766A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遮光膜での反射光が他の部分で反射したのち
にフォトダイオードに入射して偽信号を発生させるのを
防止する。 【構成】 半導体基板１上に、フォトダイオード２上に
開口を有する遮光膜５を設ける。緑検出用フォトダイオ
ード上および赤検出用フォトダイオード上に開口を有す
る青色フィルタ８を設け、その上に、青検出用フォトダ
イオード上および赤検出用フォトダイオード上に開口を
有する緑色フィルタ９を設け、さらにその上に、青検出
用フォトダイオード上および緑検出用フォトダイオード
上に開口を有する赤色フィルタ１０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子に関し、
特に受光素子上に色フィルタを有するカラー固体撮像素
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】色フィルタを有するリニア型固体撮像素
子はすでにカラー複写器、カラーイメージスキャナ等の
分野において実用化されている。図７の（ａ）は、この
種従来の固体撮像素子の平面図である。同図に示される
ように、カラー固体撮像素子は、それぞれ青色フィルタ
８、緑色フィルタ９、赤色フィルタ１０が形成されてい
る３本のリニアイメージセンサによって構成される。

【０００３】各イメージセンサは、アレイ状に配置され
た、光電変換を行うフォトダイオード２と、フォトダイ
オードアレイの両側に配置され、転送ゲート４を介して
フォトダイオード２内の信号電荷を受け取りこれを転送
するＣＣＤ３ａと、各ＣＣＤ３ａの終端に配置された、
ＣＣＤ３ａによって転送されてきた電荷を電圧信号に変
換して出力する出力アンプ１３と、色フィルタ８乃至１
０により構成されている。

【０００４】図７の（ｂ）は、図７の（ａ）のＢ−Ｂ線
断面図である。同図に示されるように、半導体基板１の
表面領域内には、フォトダイオード２が形成され、その
両側にＣＣＤの電荷転送領域３が形成されている。フォ
トダイオード２と電荷転送領域３との間の半導体基板上
には転送ゲート４が形成されている。実際には、電荷転
送領域３上にはＣＣＤの電荷転送電極が形成されている
のであるが、その図示は省略されている。

【０００５】半導体基板１上には、フォトダイオード２
上に開口を有する遮光膜５が設けられ、その上には、転
送ゲート４および遮光膜５による段差を解消するために
平坦化層６が形成されている。各フォトダイオード２上
には、即ち、遮光膜５の開口上には青色フィルタ８、緑
色フィルタ９および赤色フィルタ１０が設けられてお
り、各色フィルタは中間層７で覆われている。最上層の
中間層７上には各色フィルタを保護するための保護膜１
１が形成されている。

【０００６】ここで、遮光膜５は金属膜（通常はＡ１
膜）によって形成され、また、平坦化層６、中間層７お
よび保護膜１１は光透過性の高い樹脂材料によって形成
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の固体撮
像素子では、遮光膜は反射率の高い材料で、また、保護
膜、中間層、平坦化層は光透過率の高い材料を用いて形
成されていたので、チップ上面から入射した光は殆ど減
衰することなく遮光膜に到達し、その開口部を透過する
光を除きここで反射される。この反射光は、平坦化層、
中間層、保護膜を再び透過し、パッケージ内面や光学窓
のガラス面等により反射され、その後更に反射を繰り返
し、散乱してフォトダイオード内に入射する。この現象
は、正常な光信号に対し、フレア信号（光偽信号）を発
生させ、画像品質を低下させる。

【０００８】特に、フォトダイオードが一次元的に配列
されたラインセンサでは、例えば、幅１ｍｍのチップで
フォトダイオード幅が数〜数十μｍ程度であるように、
受光部の占める面積に対して、受光部以外つまり遮光膜
の面積が大きいので、散乱光によるフレア信号が発生し
やすくなっている。

【０００９】従来の、白黒画像を撮像するラインセンサ
では、出力を「０」または「１」の２値により信号を扱
っていたので、多少のフレア信号があっても、あまり問
題とならなかった。しかし、カラーラインセンサでは、
普通２５６階調の信号出力を得ようとするのでフレアは
重大な問題となる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、複数の受光素子と、前記受光素子上に開口を有する
遮光膜と、前記遮光膜の前記開口を覆って形成された色
フィルタと、を具備するものであり、そして前記遮光膜
が該遮光膜の前記開口上に開口を有する色フィルタによ
って覆われていることを特徴としている。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１の（ａ）は、本発明の第１の実施例を
示す平面図であり、図１の（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図
である。図１の（ａ）に示されるように、チップ上には
３本のフォトダイオードアレイ２ａが配置されており、
各ダイオードアレイ上には、赤色フィルタ１０、緑色フ
ィルタ９、青色フィルタ８が設けられる。本実施例の特
徴的な点は、各フィルタが単独で存在しているフォトダ
イオードアレイ以外の領域では赤、緑、青の３層のフィ
ルタが積層されている点である。この点は、図１の
（ｂ）を参照することにより一層明らかになる。

【００１２】図１の（ｂ）に示されるように、本実施例
でも平坦化層６の下層の構造は、図７の（ｂ）に示され
た従来例の場合と同様である。平坦化層６により下層の
段差を解消してこの後塗布する色フィルタのむらを防止
する。平坦化層６上に、緑用フォトダイオードアレイ上
および赤用フォトダイオードアレイ上に開口を有する青
色フィルタ８を形成する。その上を中間層７で覆った
後、青用フォトダイオードアレイ上および赤用フォトダ
イオードアレイ上に開口を有する緑色フィルタ９を形成
し、さらにその上に中間層７を介して、青用フォトダイ
オードアレイ上および緑用フォトダイオードアレイ上に
開口を有する赤色フィルタ１０を形成する。最後に中間
層７と、各色フィルタを保護する保護膜１１を形成し
て、本実施例素子の製造を完了する。

【００１３】このように各フィルタ層を形成すると、青
信号を検出するフォトダイオード上には青色フィルタ８
のみが、緑信号を検出するフォトダイオード上には緑色
フィルタ９のみが、赤信号を検出するフォトダイオード
上には赤色フィルタ１０のみが形成されることになり、
また、受光部でない領域上には、青・緑・赤色の３フィ
ルタが重なって形成される。

【００１４】これによって、それぞれのフォトダイオー
ドは目的とする色の信号を検出することができ、また、
フォトダイオード以外の領域に入射した光は、赤、緑、
青の各色フィルタによってほぼ完全に吸収されてしま
う。よって、遮光膜での反射光は消滅し、フレア偽信号
が発生することはなくなる。

【００１５】この点に関して図２を参照してより詳しく
説明する。図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞ
れ、青、緑、赤色フィルタの透過率曲線を示し、また、
図２の（ｄ）は、これら３色のフィルタが重なった場合
の透過曲線示す。青フィルタの透過率は、波長４００〜
５００［ｎｍ］の領域で１０〜６０％、５００〜７００
［ｎｍ］の領域で５〜１０％、緑色フィルタの透過率
は、４００〜４５０［ｎｍ］と６２５〜７００［ｎｍ］
の領域で５〜１０％、４５０〜６２５［ｎｍ］の領域で
１０〜８０％、赤色フィルタの透過率は、４００〜５５
０［ｎｍ］の領域で５％、５５０〜７００［ｎｍ］の領
域で１０〜８０％となっている。

【００１６】３色の色フィルタを重ねた場合の透過率
は、それぞれの透過率を乗じて、０．０１２５〜０．９
％と求めることができ、これは実用上、０％とみなすこ
とができる。したがって、３色のフィルタを重ねること
によってチップ上の遮光膜による反射は防止できる。な
お、この実施例の素子は、従来例の場合と同様の工程に
より作製が可能であり、何ら工数の増加を伴うものでは
ない。

【００１７】図３は、本発明の第２の実施例を示す断面
図である。本実施例では、平坦化層６上に各色色フィル
タを設け、それぞれの色フィルタを中間層７で被覆する
ところまでは図７の（ｂ）に示した従来例の場合と同様
である。本実施例では、最上層の中間層７上に、遮光膜
５の開口部分に開口を有する黒色フィルタ１２を形成
し、その上を保護膜１１で被覆している。

【００１８】次に、図４を参照して、本実施例の効果に
ついて説明する。図４の（ａ）は黒色フィルタの透過
率、図４の（ｂ）は遮光膜の反射率、図４の（ｃ）は黒
色フィルタを２回透過した場合の透過率をそれぞれ示す
図である。黒色フィルタの透過率は、波長４００〜７０
０［ｎｍ］の領域で１０％となっている。黒色フィルタ
１２を透過した光は遮光膜５で全反射し、黒色フィルタ
を再度透過する。黒色フィルタを２回透過するともとの
光量の１％にまで減衰するので、本実施例により多重反
射光によるフレア信号を問題にならないレベルにまで抑
制することができる。

【００１９】図５は、本発明の第３の実施例を示す断面
図である。この実施例も、平坦化層６を形成する段階ま
では他の実施例の場合と同様である。平坦化層６を形成
した後、その上に青信号を検出するフォトダイオードア
レイ上に青色フィルタ８を形成し、さらにその上を中間
層７で覆う。次に、緑信号を検出するフォトダイオード
アレイ上および遮光膜５上に緑色フィルタ９を形成し、
さらにその上を中間層７で覆う。次に、赤信号を検出す
るフォトダイオードアレイ上に赤色フィルタ１０を形成
し、さらにその上を中間層７および保護膜１１で覆う。
従って、本実施例では各色信号を検出するフォトダイオ
ード上には各色の色フィルタが、受光部以外の領域には
緑色フィルタが載置された構造となっている。

【００２０】次に、図６を参照して、本実施例の効果に
ついて説明する。図６の（ａ）は緑色フィルタの透過
率、図６の（ｂ）は遮光膜の反射率、図６の（ｃ）は緑
色フィルタを２回透過したときの透過率をそれぞれ示す
図である。緑色フィルタの透過率は、波長４００〜４５
０［ｎｍ］と６２５〜７００［ｎｍ］の領域で５〜１０
％、４５０〜６２５［ｎｍ］の領域で１０〜８０％とな
っている。ここを透過した光は遮光膜で全反射し、再び
緑色フィルタに入射する。この場合の光の透過率は、波
長４５０〜６２５［ｎｍ］の領域で１〜６４％、それ以
外の領域で１％以下となる。

【００２１】光の強度分布をＩ（λ）、緑色フィルタの
透過率をＴ_G （λ）とすると、従来の反射光量Ｒ₀ とこ
の実施例の反射光量Ｒ₃ は、それぞれ Ｒ₀ ＝∫１・Ｉ（λ）ｄλ Ｒ₃ ＝∫Ｔ_G ²（λ）Ｉ（λ）ｄλ となる（積分は、いずれも４００［ｎｍ］から７００
［ｎｍ］までの定積分、以下も同じ）。ここでＩ（λ）
＝１、つまり白色光源の場合を考えると、Ｒ₃ ／Ｒ₀
は、 Ｒ₃ ／Ｒ₀ ＝∫Ｔ_G ²（λ）ｄλ／∫１・ｄλ ＝４０００／３００００＝０．１３ となり、反射光量は従来の１３％程度にまで削減され
る。

【００２２】以上、好ましい実施例について説明した
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
例えば、遮光膜の開口を、フォトダイオードアレイ上に
形成されたスリット状のものに代えて、個々のフォトダ
イオード上に方形に近い形状に形成することができる。
また、本発明はリニア型のみならずエリア型の固体撮像
素子にも適用できるものであり、さらに、色フィルタに
ついては原色系に代えて補色系のものを用いてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、遮光膜
上を、遮光膜の開口部上に開口を有する色フィルタによ
って覆ったものであるので、本発明によれば、遮光膜を
介した多重反射光の光強度を十分に減衰させることがで
きる。したがって、本発明によれば、多重反射光の受光
部への入射によって生じるフレア信号の発生を防止する
ことができ、良好な画質の画像信号を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例を示す平面図と断面
図。

【図２】 本発明の第１の実施例の効果を説明するため
の特性図。

【図３】 本発明の第２の実施例を示す断面図。

【図４】 本発明の第２の実施例の効果を説明するため
の特性図。

【図５】 本発明の第３の実施例を示す断面図。

【図６】 本発明の第３の実施例の効果を説明するため
の特性図。

【図７】 従来例の平面図と断面図。

【符号の説明】

１…半導体基板、 ２…フォトダイオード、 ２ａ
…フォトダイオードアレイ、 ３…電荷転送領域、
３ａ…ＣＣＤ、 ４…転送ゲート、 ５…遮光
膜、 ６…平坦化層、 ７…中間層、 ８…青色
フィルタ、 ９…緑色フィルタ、 １０…赤色フィ
イルタ、 １１…保護膜、 １２…黒色フィルタ、
１３…出力アンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の受光素子と、前記受光素子上に
   開口を有する遮光膜と、前記遮光膜の前記開口を覆って
   形成された色フィルタと、を具備する固体撮像素子にお
   いて、 前記遮光膜が該遮光膜の前記開口上に開口を有する色フ
   ィルタによって覆われていることを特徴とする固体撮像
   素子。