JPH088344B2 - カラー固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、色分解能の向上を図った多層膜構造の色フ
ィルタを備えたカラー固体撮像装置に関する。

（従来の技術） 近時、CCD等の固体撮像素子を用いたカラー撮像装置
が注目されている。この種のカラー撮像装置は、基本的
には、固体撮像素子の撮像面上にその受光画素領域に所
定の配列で対応した複数種の色フィルタ層を形成した構
造を有する。具体的には、固体撮像素子の撮像面の二次
元配列された複数の受光画素領域に、例えば市松上に対
応させて緑（Ｇ）の色フィルタ層を配設形成し、残され
た受光画素領域に赤（Ｒ）と青（Ｂ）の色フィルタ層を
交互に配設形成した構造を有する。尚、シアン（Ｃ）、
黄（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）からなる色フィルタ層を上記
受光画素領域に所定の配列でそれぞれ対応させて配設形
成する場合もある。

このように固体撮像素子の撮像面上にその受光画素領
域にそれぞれ対応した色フィルタ層をオンチップ形成し
てなるカラー固体撮像装置によれば、色フィルタと受光
画素領域との位置ずれがなく、その小型化（コンパクト
化）を図って取扱易いものとすることができる等の利点
がある。

ところでこの種の色フィルタ層は、例えば固体撮像素
子の撮像面上に塗布した可染性樹脂層を所定の受光画素
領域に対応させて所定の色に染色して形成される。とこ
ろが、受光画素領域にそれぞれ対応させ、かつ隣接受光
画素領域毎に色を変えながら可染性樹脂層をそれぞれ染
色するには多大な困難が伴い、その染色境界部を受光素
子領域にそれぞれ高精度に位置合わせすることも困難で
ある。このような位置ずれは、隣接受光画素領域間での
混色等の原因となる。

そこで、従来では、例えば可染性樹脂層を所定の受光
画素領域に対応させてパターニングし、このパターニン
グによって残された可染性樹脂層を所定の色に染色する
処理を繰り返すことで、所定の受光画素領域にそれぞれ
対応する色フィルタ層を精度よく生成し、上述した位置
ずれに起因する混色等の問題を回避することが行われて
いる。また、特開昭55−19885号公報等に開示されるよ
うに、色フィルタ層上の感光部以外の領域に遮光性物質
を設けることにより、色フィルタ層の色フィルタとして
機能する領域を規定し、これによって受光画素領域の境
界を明確にし、上述した混色等の問題を回避する技術も
提唱されている。

ところが、このような構造のカラー固体撮像装置に入
射する光（撮像入力する画像）は、必ずしもその撮像面
に対して垂直にかつ平行に入射するとは限らない。しか
も、可染性樹脂層を染色してなる色フィルタ層が、例え
ば２〜3mmの厚みを持つため、斜め方向から入射した光
が上記色フィルタ層の内部を斜めに透過して隣接受光画
素領域に入り込むという不具合がある。さらには、斜め
からの入射光が色フィルタ層の内部で異常屈折や乱反射
を引き起こして隣接受光画素領域に到達することがあ
る。このため、色フィルタ層上に設けた遮光性物質だけ
では上述した混色等の問題を本質的に解決することがで
きず、撮像画信号の色分解能を高める上での大きな課題
となっている。

また、特開昭62−14105号公報や特開昭62−52503号公
報等には、色フィルタ層を形成した可染性樹脂層の未染
色領域（例えば、受光画素領域境界部）を黒色に染色し
たり、色フィルタ層の側面部に遮光膜を形成することが
開示されている。しかし、未染色領域を選択的に、しか
も精度よく黒色に染色することが、異種染料による染め
分け技術の点で非常に困難であり、また色フィルタ層の
側面部に遮光膜を形成しても、色フィルタ層の前面から
斜めに入射した光に対しては何等効果がないという問題
がある。

（発明が解決しようとする課題） このように、固体撮像素子の撮像面上に色フィルタ層
を直接形成した構造のカラー固体撮像装置にあっては、
可染性樹脂層を精度よく染め分けて受光画素領域に対応
した色フィルタ層と画素境界部の遮光膜を形成すること
が困難であり、色フィルタ層を透過する光の異常屈折や
乱反射や、斜め方向から入射する光に起因する混色等の
問題を解消することが困難であった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもの
で、その目的とするところは、混色等の不具合を生じる
ことのない簡易な色フィルタ構造を持つカラー固体撮像
装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、本発明は、互いに境界部を隔てて形成され
た少なくとも第１および第２の受光画素領域を有する固
体撮像素子の撮像面上に、該第１および第２の受光画素
領域のそれぞれに対応して透過色成分を異にした少なく
とも第１および第２の色フィルタ層を所定の配列で形成
してなるカラー固体撮像装置に係り、 該境界部に対応して可染性層を黒色に染色してなる第
１の遮光膜、および上記第１の遮光膜により区画化され
た、上記第１の受光画素領域に対応する第１の領域に可
染性層を第１の色に染色してなる第１の色フィルタ層を
含む第１層と、該第１の遮光膜上に設けられ可染性層を
黒色に染色してなる第２の遮光膜、および上記第２の遮
光膜により区画化された、上記第２の受光画素領域に対
応する第２の領域に可染性層を第２の色に染色してなる
第２の色フィルタ層を含む第２層とを防染膜を膜を介し
て形成したことを特徴とするものである。

すなわち、本発明は、可染性樹脂に対する染め分けの
問題を解消して受光画素領域に対応する色フィルタ層を
それぞれ高精度に形成するとともに、その画素境界部に
上記色フィルタ層と一体的な層構造をなす遮光膜を形成
したことを特徴とする。

（作用） 本発明によれば、上記境界部に対応して可染性層を黒
色に染色してなる第１の遮光膜、および上記第１の遮光
膜により区画化された、上記第１の受光画素領域に対応
する第１の領域に可染性層を第１の色に染色してなる第
１の色フィルタ層を含む第１層と、上記第１の遮光膜上
に設けられ可染性層を黒色に染色してなる第２の遮光
膜、および上記第２の遮光膜により区画化された、上記
第２の受光画素領域に対応する第２の領域に可染性層を
第２の色に染色してなる第２の色フィルタ層を含む第２
層とを防染膜を膜を介して形成するので、所望の膜厚の
可染性樹脂をそれぞれ精度よく染め分けることができ、
また、層の厚み方向全域（最下部から最上部）にかけ
て、つまり色フィルタ層と一体的に、遮光膜を形成する
ことが可能となる。そして、この層の厚み方向全域（最
下部から最上部）に亙る遮光膜により、例えば多層膜構
造の色フィルタ層を受光画素領域にそれぞれ対応して区
切ることができ、色フィルタ層を透過する光の隣接受光
画素領域への漏れを効果的に阻止することが可能とな
る。その結果、混色の問題を効果的に防ぎ、また斜め方
向に伝播しようとする光成分を上記遮光膜により吸収す
ることができるので、光の異常屈折や乱反射を効果的に
抑えることができ、フレア等の発生を抑制することが可
能となる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例につき説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例に係るカラー固体撮像装
置のカラーフィルタ部の構造を模式的に示す図であり、
半導体基板表面に複数の受光画素領域（PD）２が形成さ
れた固体撮像素子１が示されている。この素子１の撮像
面上に、所定の配列で受光画素領域２にそれぞれ対応さ
せて色透過特性の異なる色フィルタ層3,4,5を多層形成
して多層構造のカラーフィルタが構成されている。

尚、第１図において、R,G,Bは、可染性樹脂を受光画
素領域２にそれぞれ対応させてパターニングし、赤、
緑、青の染料を用いてそれぞれ個別に染色した色フィル
タ層3,4,5である。また、BKは、画素境界部に対応させ
て可染性樹脂をパターニングし、黒の染料を用いて染色
した遮光膜６である。第１図に示す実施例では、３つの
遮光膜6a,6b,6cが示されている。また、7,8,9は、色フ
ィルタ層3,4,5の染色膨潤後の膜厚差を補償し、多層膜
形成される各色フィルタ部の厚みを均一化する作用を呈
する透明中間層であり、染色層（色フィルタ層3,4,5、
遮光膜６）に対する防染膜としても機能する。

しかして、本装置が特徴とするところは、受光画素領
域２の境界部に対応して可染性層を黒色に染色してなる
所定膜厚の第１の遮光膜6a、およびこの遮光膜6aにより
区画化された、上記第１の受光画素領域に対応する第１
の領域に可染性層を第１の色に染色してなる第１の色フ
ィルタ層３を含む第１層と、第１の遮光膜6a上に設けら
れ可染性層を黒色に染色してなる第２の遮光膜6b、およ
びこの遮光膜6bにより区画化された、上記第２の受光画
素領域に対応する第２の領域に可染性層を第２の色に染
色してなる第２の色フィルタ層４を含む第２層とを防染
膜７を膜を介して形成した点にある。第３層以降も同様
に形成される。

すなわち、固体撮像素子１の撮像面上の画素境界部に
第１の遮光膜6aを所定の膜厚で形成し、この遮光膜6aで
区画された受光素子領域２中のあらかじめ定められた受
光素子領域上に可染性樹脂をパターニング形成する。つ
いで、この可染性樹脂を赤色に染色してＲの色フィルタ
層３を形成する。

しかる後、遮光膜6aおよび色フィルタ層３を形成した
受光面上に透明中間層を構成する防染膜７を形成し、そ
の上の前期画素境界部の部位に第２の遮光膜6bを所定の
膜厚で形成する。つまり、前記第１の遮光膜6a上に第２
の遮光膜6bを形成する。

その後、上記第１および第２の遮光膜6a,6bで区画さ
れた受光素子領域２中のあらかじめ定められた別の受光
素子領域２上に可染性樹脂をパターニング形成し、この
可染性樹脂を緑色に染色してＧの色フィルタ層４を形成
する。

その上で、これらの遮光膜6a,6b、色フィルタ層3,4、
および防染膜７を形成した受光面上に再度透明中間層を
構成する防染膜８を形成し、その上の前記画素境界部の
部位に第３の遮光膜6cを所定の膜厚で形成する。つま
り、前記第２の遮光膜6b上にさらに第３の遮光膜6cを形
成する。

その後、上記第１、第２および第３の遮光膜6a,6b,6c
で区画された受光素子領域２中の残された受光素子領域
２上に可染性樹脂をパターニング形成し、この可染性樹
脂を青色に染色してＢの色フィルタ層５を形成し、最後
にその上に防染膜９を透明保護層として形成する。

かくして、このようなフィルタ構造を持つ本装置によ
れば、色フィルタ層3,4,5がそれぞれ形成される受光画
素領域２をそれぞれ高精度に区画して、そのフィルタ層
の膜厚方向のほぼ全域に亙って遮光膜6a,6b,6cからなる
遮光部を形成し、かつこれら遮光膜6a,6b,6cと色フィル
タ層3,4,5をそれぞれ含む各層が防染膜7,8を介して精度
よく形成することが可能となる。しかも、防染膜7,8を
介して可染性樹脂層を順に形成し、これを染色していく
ので、個々の色に染め分けることが必要な可染性樹脂膜
間での、所謂染色にじみの問題を生じることがない。そ
の結果、受光画素領域２に対応してパターニングされた
可染性樹脂膜をそれぞれ高精度に染色し、色フィルタ層
3,4,5および遮光膜６とすることができる。

また、このようなフィルタ構造によれば、多層膜構造
のフィルタ層の画素領域境界部にその膜厚方向のほぼ全
域に亙って、各受光画素領域をそれぞれ区画する壁状の
遮光部６を設けることが可能となるので、この遮光部６
により斜めか方向からカラーフィルタに入射する光の隣
接画染領域への漏れが効果的に阻止され、隣接受光画素
領域間での混色の問題を効果的に解消することが可能と
なる。また、上述した遮光部６を形成することなしに多
層構造の色フィルタ層3,4,5を形成した場合、その受光
画素境界部で色フィルタ層3,4,5が形成する段差部分に
おいて入射光の不本意な乱反射や異常屈折が未然に防が
れ、かつその迷光成分が黒色の遮光部６により効果的に
吸収される。

従って、上述したフィルタ構造によれば、各受光素子
領域にそれぞれ到達する光成分を隣接受光素子間での混
じりのないものとすることが可能となる。つまり、各受
光画素領域には、その領域上に生成させた色フィルタ層
を透過した光だけを導くことが可能となる。しかも、受
光画素領域境界部におけるカラーフィルタの厚み方向全
域に亙る遮光部６によって、上記受光画素領域境界部で
の入射光の異常屈折や乱反射を効果的に防ぎ得るので、
迷光に起因するフレアなどの不具合のない純粋な入射光
成分だけを受光画素領域に導くことが可能となり、鮮明
な撮像が層を得ることが可能となる。

ところで、上述した実施例では、遮光膜6a,6b,6cを色
フィルタ層3,4,5と共に順に形成するようにしたが、第
２図に第１の参考例として示すように、予め所定の膜厚
を持つ遮光膜６を形成し、しかる後この遮光膜６により
区画された受光画素領域２上に色フィルタ層3,4,5を所
定の配列で形成していくようにしてもよい。

すなわち、第２図（第１の参考例）に示すように、ま
ず、固体撮像素子14の受光面上の画素境界部に、最終的
な色フィルタ層の膜厚を見込んで遮光膜６を形成する。
この遮光膜６は、画素境界部に対応してパターニングさ
れた可染性樹脂膜を黒色に染色することにより形成され
る。

その上で、遮光膜６が形成された受光面上に第１の防
染膜７を形成し、遮光膜６で区画された受光画素領域２
中の所定の受光画素領域２上に可染性樹脂膜をパターニ
ング形成し、これを赤色に染色して色フィルタ層３とす
る。その後、その上に第２の防染膜８を形成し、上記遮
光膜６で区画された受光画素領域２中の予め定められた
別の受光画素領域２上に可染性樹脂膜をパターニング形
成し、これを緑色に染色して色フィルタ層４とする。さ
らにその上に、第３の防染膜を形成し、残された受光画
素領域２上に可染性樹脂膜をパターニング形成し、これ
を青色に染色して色フィルタ層５とした後、その全域に
透明な表面保護層10を形成する。

このようにして遮光膜６により区画された受光画素領
域２上に所定の受光画素領域に対応してパターニングし
た可染性層を所定の色に染色した色フィルタ層3,4,5を
防染膜7,8,9をそれぞれ介して順に形成した構造のカラ
ーフィルタであっても、本発明の上記実施例と同様にフ
ィルタの膜厚方向のほぼ全域に亙る遮光部を画素境界部
上に形成することができるので、隣接画素間での混色の
問題を効果的に解消することができる。また、遮光膜６
により領域区画し、かつ防染膜7,8,9をそれぞれ介して
色フィルタ層3,4,5を順に形成するので、可染性樹脂に
対する染め分けの問題を生じることもない。

第３図は、第２の参考例を示すものである。この参考
例は、遮光膜6aにより受光画素領域を区画した後、その
上に防染膜７を形成し、この防染膜７上の受光画素領域
２に対向する部位にそれぞれ色フィルタ層3,4,5を個別
に形成したものである。そしてこれらの色フィルタ層3,
4,5の境界部にさらに可染性樹脂をパターニング形成
し、これを黒色に染色して前記遮光膜6aにつながる遮光
膜6bとし、これらの遮光膜6a,6bをもってフィルタ層の
膜厚方向全域に亙って形成された遮光部としたものであ
る。

このような構成としても、膜厚方向のほぼ全域に亙る
遮光部を画素境界部に形成することができるので、上記
実施例と同様な効果を期待することができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるもので
はない。例えば、色フィルタ層3,4,5の形成順序は、上
述した実施例に限られるものではない。また、R,G,B以
外の色フィルタ層を形成することも可能であり、その趣
旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、固体撮像素子
上に形成されるフィルタの膜厚方向のほぼ全域を通して
受光画素領域にそれぞれ対応して色フィルタを分離する
遮光部を設けるので、隣接受光画素領域間での混色や、
カラーフィルタを透過する光の異常屈折や乱反射に起因
するフレアのない撮像を可能とするカラー固体撮像装置
を実現することが可能となる。しかも、色フィルタ層お
よび遮光膜を含む各層を防染膜を介して順に形成するの
で、可染性樹脂を染色する際の染め分け精度の問題が生
じることがない等の効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るカラー固体撮像装置
のカラーフィルタ部構造を模式的に示す図、第２図ない
し第３図は、それぞれ異なる参考例に係る同カラーフィ
ルタ部構造を模式的に示す図。 １……固体撮像素子、２……受光画素領域、3,4,5……
色フィルタ層、6,6a,6b,6c……遮光膜、7,8,9……防染
膜、10……表面保護膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 英三郎 東京都台東区台東１丁目５番１号 凸版印 刷株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−185005（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−163802（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−106404（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに境界部を隔てて形成された少なくと
   も第１および第２の受光画素領域を有する固体撮像素子
   の撮像面上に、該第１および第２の受光画素領域のそれ
   ぞれに対応して透過色成分を異にした少なくとも第１お
   よび第２の色フィルタ層を所定の配列で形成してなるカ
   ラー固体撮像装置において、 該境界部に対応して可染性層を黒色に染色してなる第１
   の遮光膜、および上記第１の遮光膜により区画化され
   た、上記第１の受光画素領域に対応する第１の領域に可
   染性層を第１の色に染色してなる第１の色フィルタ層を
   含む第１層と、該第１の遮光膜上に設けられ可染性層を
   黒色に染色してなる第２の遮光膜、および上記第２の遮
   光膜により区画化された、上記第２の受光画素領域に対
   応する第２の領域に可染性層を第２の色に染色してなる
   第２の色フィルタ層を含む第２層とを防染膜を膜を介し
   て形成したことを特徴とするカラー固体撮像装置。