JPH06351028A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造工数を増加させることなく吸光層を形成
することができる。 【構成】 複数の光電素子がマトリックス状に形成され
た半導体基板の主表面に、赤、緑、青の各フィルタが形
成され、それぞれの光電変換素子の形成領域には前記
赤、緑、青の各フィルタのうちのいずれか一つが重畳さ
れている固体撮像素子において、前記光電変換素子の形
成領域以外の領域には前記赤、緑、青の各フィルタのう
ちの少なくともいずれか一つが延在されて重畳されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子に係り、
特に、カラー用の固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子は、その半導体基板の主表
面（撮像面）にたとえばフォトダイオードからなる光電
変換素子が複数個マトリックス状に形成され、光照射に
よってそれぞれの光電変換素子に生じた電荷を電気信号
として取り出すようにしたものである。

【０００３】そして、このように光電変換素子が形成さ
れた半導体基板の主表面には、該光電変換素子にのみ光
が照射でき半導体基板内の不要な部分に電荷を発生させ
ないために、該光電変換素子の形成領域以外の領域上に
たとえばＡｌ層からなる光遮光膜が形成されている。

【０００４】さらに、カラー用の固体撮像素子は、その
各光電変換素子が赤、緑、青の分解光を検知できるよう
に、前記遮光膜の上面に赤、緑、青の各フィルタが形成
され、それぞれの光電変換素子の形成領域に前記赤、
緑、青の各フィルタのうちのいずれか一つが重畳される
ようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された固体撮像素子は、その撮像面に光照射が
なされた場合、その光の一部が前記光遮光膜面で反射さ
れてしまうという問題点が指摘されていた。

【０００６】すなわち、光遮光膜での光反射は、その上
層に配置されている材料層等（色フィルタを含む）にさ
らに反射されることになり、半導体基板面の光電変換素
子の形成領域以外の領域に照射されてしまうからであ
る。

【０００７】このため、遮光膜と色フィルタとの間に、
光電変換素子に重畳する部分に孔開けがなされた光吸収
層を介在させることが試みられているが、製造工数が増
大してしまうという問題が発生していた。

【０００８】それ故、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、その目的とするところのもの
は、製造工数を増加させることなく吸光層を形成するこ
とのできる固体撮像素子を提供することにある。

【０００９】

【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、本発明による固体撮像素子は、基本的には、
複数の光電変換素子がマトリックス状に形成された半導
体基板の主表面に、赤、緑、青の各フィルタが形成さ
れ、それぞれの光電変換素子の形成領域には前記赤、
緑、青の各フィルタのうちのいずれか一つが重畳されて
いる固体撮像素子において、前記光電変換素子の形成領
域以外の領域には前記赤、緑、青の各フィルタのうちの
少なくともいずれか一つが延在されて重畳されているこ
とを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】このように構成した固体撮像素子は、光電変換
素子の形成領域以外の領域にも、赤、緑、青の各フィル
タのうちの少なくともいずれか一つが延在されて重畳さ
れたものとなっている。

【００１１】このため、光電変換素子が形成された半導
体基板の主表面はその全域にわたってフィルタが形成さ
れていることになり、その光電変換素子に重畳される部
分はフィルタ本来の機能を有するとともに、光電変換素
子に重畳されていない部分は吸光層の機能を有するよう
になる。

【００１２】このことから、フィルタのみの形成によっ
て吸光層の形成が同時にできることとなり、製造工数を
増加させることなく吸光層を形成することができるよう
になる。

【００１３】

【実施例】図２は、その（ａ）において、本発明による
固体撮像素子が内蔵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IIｂ−
IIｂ線における断面図を示している。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】この固体撮像素子３の主表面(撮像面)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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】次に、図３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。

【００２３】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。

【００２４】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シフト
レジスタ２２があり、これら各垂直シフトレジスタ２２
はＣＣＤ素子から構成されている。

【００２５】これら垂直シフトレジスタ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。

【００２６】なお、各フォトダイオード２１から垂直シ
フトレジスタ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。

【００２７】さらに、各垂直シフトレジスタ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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】図１は、図３のI−I線における断面を示す
断面図である。

【００３１】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。

【００３２】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２１を構成するようになっている。

【００３３】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。

【００３４】前記Ｎ型拡散層３３の上面には透明の半導
体酸化膜を介してたとえばポリシリコン層からなる転送
電極（図示せず）が形成されている。この転送電極は、
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。

【００３５】このうち、前者の転送電極は、フォトダイ
オード２１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２１側の電荷がＣＣＤ素子側に読みだされるように
なる。

【００３６】そして、転送電極が形成された半導体酸化
膜３５面には、この転送電極をも覆って半導体酸化膜３
５Ａ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の上方領域に孔開けされたアルミニュ
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２１が露呈されるようになっている。

【００３７】さらに、前記遮光膜３７が形成された半導
体酸化膜３５Ａ面には、前記遮光膜３７をも覆ってたと
えばアクリル樹脂等の有機性透明保護膜３５Ｂが形成さ
れ、この有機性透明保護膜３５Ｂ面にはたとえば赤フィ
ルタ４０が形成されている。

【００３８】この赤フィルタ４０は、たとえば重クロム
酸アンモニウムを感光剤とするゼラチン水溶液を塗布し
約１μｍの膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を
用いて選択エッチングをすることにより所定のパターン
を形成する。そして、このようなパターンからなるゼラ
チンを赤色染色液に浸積させることにより得られるよう
になっている。

【００３９】そして、この赤フィルタ４０は、赤色の光
を検知するフォトダイオード２１（図中左側に位置づけ
られるフォトダイオード２１）の形成領域、および各フ
ォトダイオード２１の形成領域以外の領域を被って形成
されている。

【００４０】さらに、前記赤フィルタ４０が形成された
有機性透明保護膜３５Ｂ面には、該赤フィルタ４０をも
被ってたとえばアクリル樹脂等の有機性透明保護膜３５
Ｃが形成され、この有機性透明保護膜面３５Ｃには、緑
フィルタ４１が形成されている。

【００４１】この緑フィルタ４１は、赤フィルタ４０と
同様に、たとえば重クロム酸アンモニウムを感光剤とす
るゼラチン水溶液を塗布し約１μｍの膜を形成した後、
フォトリソグラフィ技術を用いて選択エッチングをする
ことにより所定のパターンを形成する。そして、このよ
うなパターンからなるゼラチンを緑色染色液に浸積させ
ることにより得られるようになっている。

【００４２】そして、この緑フィルタ４１は、緑色の光
を検知するフォトダイオード２１（図中真中に位置づけ
られるフォトダイオード２１）の形成領域、および各フ
ォトダイオード２１の形成領域以外の領域を被って形成
されている。

【００４３】さらに、この緑フィルタ４１が形成された
有機性透明保護膜３５Ｃ面には、この緑フィルタ４１を
も被ってたとえばアクリル樹脂等の有機性透明保護膜３
５Ｄが形成され、この有機性透明保護膜３５Ｄ面には、
青フィルタ４２が形成されている。

【００４４】この青フィルタ４２は、緑フィルタ４１と
同様に、たとえば重クロム酸アンモニウムを感光剤とす
るゼラチン水溶液を塗布し約１μｍの膜を形成した後、
フォトリソグラフィ技術を用いて選択エッチングをする
ことにより所定のパターンを形成する。そして、このよ
うなパターンからなるゼラチンを青色染色液に浸積させ
ることにより得られるようになっている。

【００４５】そして、この青フィルタ４２は、青色の光
を検知するフォトダイオード２１（図中右側に位置づけ
られるフォトダイオード２１）の形成領域、および各フ
ォトダイオード２１の形成領域以外の領域を被って形成
されている。

【００４６】ここで、前記赤フィルタ４０、緑フィルタ
４１、および青フィルタ４２のそれぞれにおける色（波
長）に対する透過率は図４に示すようになっている。

【００４７】そして、この青フィルタ４２が形成された
有機性透明保護膜３５Ｄ面には、この青フィルタ４２を
も被ってたとえばアクリル樹脂等の有機性透明保護膜３
５Ｅが形成され、この有機性透明保護膜３５Ｅ面ににお
けるフォトダイオード２１の上方の領域にはマイクロレ
ンズ５０が形成されている。

【００４８】このマイクロレンズ５０は、たとえばゼラ
チン等を図示のように形成した後、このマイクロレンズ
５０を覆って透明膜のトップコート膜５１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。

【００４９】または、このマイクロレンズ５０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５
１は形成しない場合が多い。

【００５０】このように構成した固体撮像素子は、フォ
トダイオード２１の形成領域以外の領域にも、赤、緑、
青の各フィルタ４０、４１、４２の全てを延在させて重
畳させたものとなっている。

【００５１】このため、フォトダイオード２１が形成さ
れた半導体基板の主表面はその全域にわたって（所定の
フォトダイオード２１と重畳する部分は除いて）各フィ
ルタ４０、４１、４２が重畳されて形成されていること
になり、そのフォトダイオード２１に重畳される部分は
フィルタ本来の機能を有するとともに、フォトダイオー
ド２１に重畳されていない部分は光吸収層の機能を有す
るようになる。

【００５２】この場合、図４における光の波長に対する
透過率の関係からも判るように、全ての光を吸収し、各
フィルタ４０、４１、４２の重畳された領域は黒色の層
が形成されているのと同様の効果を奏することになる。

【００５３】このことから、各フィルタ４０、４１、４
２のみの形成によって光吸収層の形成が同時にできるこ
ととなり、製造工数を増加させることなく吸光層を形成
することができるようになる。

【００５４】上述した実施例では、フォトダイオード２
１である光電変換素子の形成領域以外の領域に、赤、
緑、青の各フィルタ４０、４１、４２の全てを延在させ
て重畳させたものである。しかし、これに限定されるこ
とはなく、赤、緑、青の各フィルタ４０、４１、４２の
うちの少なくともいずれか一つを延在させて重畳させる
ようにしてもよいことはいうまでもない。この場合にお
いても充分な吸光を満足できるからである。尚、本実施
例では染色方式フィルタの例を示したが、顔料分散レジ
スト方式等のフィルタでも同様の効果が得られることは
明らかである。

【００５５】

【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、製造工数を増加さ
せることなく吸光層を形成することができる。

【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
面図である。

【図２】（ａ）は本発明による固体撮像素子を内蔵する
固体撮像装置の一実施例を示しす平面図、（ｂ）は
（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面図である。

【図３】本発明による固体撮像素子の一実施例の全体を
概略的に示した説明図である。

【図４】本発明による固体撮像素子に適用される色フィ
ルタのそれぞれの光透過率を示す特性図である。

【符号の説明】

２１ フォトダイオード ３１ 半導体基板 ４０ 赤フィルタ ４１ 緑フィルタ ４２ 青フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久慈 卓見 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者 金坂 和美 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 渡辺 芳久 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイス エンジニアリング株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光電変換素子がマトリックス状に
   形成された半導体基板の主表面に、赤、緑、青の各フィ
   ルタが形成され、それぞれの光電変換素子の形成領域に
   は前記赤、緑、青の各フィルタのうちのいずれか一つが
   重畳されている固体撮像素子において、 前記光電変換素子の形成領域以外の領域には前記赤、
   緑、青の各フィルタのうちの少なくともいずれか一つが
   延在されて重畳されていることを特徴とする固体撮像素
   子。