JPH09172154A - 埋め込まれたカラーフィルタ要素を有するｃｃｄ用の平坦なカラーフィルタ配列 - Google Patents

埋め込まれたカラーフィルタ要素を有するｃｃｄ用の平坦なカラーフィルタ配列

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JPH09172154A
JPH09172154A JP8306850A JP30685096A JPH09172154A JP H09172154 A JPH09172154 A JP H09172154A JP 8306850 A JP8306850 A JP 8306850A JP 30685096 A JP30685096 A JP 30685096A JP H09172154 A JPH09172154 A JP H09172154A
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JP8306850A
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Gilbert Allan Hawkins
アラン ホーキンズ ギルバート
David Lawrence Losee
ローレンス ルーズ デーヴィッド
Robert Leroy Nielsen
ルロイ ニールセン ロバート
Ronald W Wake
ダブリュ ウェイク ロナルド
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Eastman Kodak Co
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Eastman Kodak Co
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    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/148—Charge coupled imagers
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  • Optical Filters (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーフィルタ要素間にギャップ、重複のな
いイメージセンサ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 そのセンサは光学的に平坦な上面を有す
る半導体基板と；基板に形成された離間した複数の画素
と；その上面及び下面が共平面であり、隣接するカラー
フィルタ要素間のカラーフィルタ層の重複がない基板に
埋め込まれた物理的に連続したカラーフィルタ要素の配
列とからなる一体化したカラーフィルタ配列を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】関連する出願の相互参照 Ｈａｗｋｉｎｓ等により１９９４年１１月７日に出願さ
れた米国特許出願０８／５５４８８４、「染色され、媒
染された層からなるＣＣＤ用の平坦なカラーフィルタ配
列」を参考として引用する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は平坦な上面及び下面
を有する配列内の半導体基板に埋め込まれた複数のカラ
ーフィルタ要素を含む固体カラーイメージ（画像）セン
サに関する。
【０００３】
【従来の技術】固体画像化器は光電性の領域を含む多数
の側方にオフセットした画素を含むように見える。可視
スペクトルの選択された部分を透過し、固体画像化器の
画素と重ね合わされるように配置されるカラーフィルタ
要素の配列は当業者に良く知られており、種々の形を取
りうる。各カラーフィルタ要素はカラー感応化する手段
を有する画像化器を提供するために画像化器の対応する
画素に入射する光のカラースペクトルの一部を透過す
る。リニアセンサを含む全ての可視的な画像センサは光
電性領域が全画素領域を含むか否かにかかわらずカラー
フィルタを用いうる。典型的にはカラーフィルター要素
は赤、緑、青のような原色の組又はシアン、黄色、マゼ
ンタのような補色の組又は白を透過する。通常はフォト
リソグラフィー的に画成されたポリマーの熱変形により
形成される画像センサに一体化されているレンズ配列は
光線をカラーフィルタ要素を通して光電性領域に向ける
ようしばしばカラーフィルタ配列上に設けられる。
【０００４】図１は半導体基板１２、ゲート電極１６、
光遮蔽１８内で形成されているカラーフィルタ配列、レ
ンズ２２、フォトダイオード１４を部分的に含むカラー
フィルタ要素２４ａ、２４ｂと重なる典型的なインター
ライン画像センサの単一画素１０を示す。ゲート電極と
光遮蔽は典型的には電気的に相互に隔離され、示されて
いない隔離酸化物により基板から隔離される。カラーフ
ィルタ配列は典型的にはそれぞれが異なるスペクトル領
域を透過する３以上の要素のパターンを設けられる複数
のカラーフィルタ要素２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（図示せ
ず）を含む。フォトダイオード１４、半導体基板１２、
ゲート電極１６、光遮蔽１８は画像化器の半導体部分４
０を形成する。
【０００５】図１に示される画素を有する従来技術のイ
メージセンサはカラーフィルタ要素２４ａをフォトダイ
オード１４からオフセットするために部分的に平坦な層
２０ａを有する。従来は部分的に平坦な層は典型的には
有機材料を塗布されるＮｏｍｕｒａの米国特許第５３２
１２４９号に記載されるカラーフィルタ配列のようなカ
ラーフィルタ配列の堆積のためのより簡単な処理条件を
提供するために平坦化のある度合いを達成するようスピ
ンコートされた有機スペーサ層を含む。部分的に平坦な
層２０ａはカラーフィルタ要素の厚さのよりよいプロセ
ス制御を可能にする。光学的に動作する固体画像センサ
のその様な平坦な層の使用と限界は重合可能なモノマー
についてのＭｃＣｏｌｇｉｎの米国特許第４５５３１５
３号に記載されている。図１の上の偏光層２０ｂはレン
ズ２２をフォトダイオード１４から離間し、従来のカラ
ーフィルタ要素の不規則な幾何形状を部分的に補正する
よう用いられる。
【０００６】図１に示されるように従来技術のフィルタ
配列はそれらがその上に形成される基板（図１、図２、
図３の領域６０）の平坦さの欠如とカラーフィルタ要素
（図１、図２、図３の領域６２）の相互間の相対的な平
坦さの欠如の両方により、平坦さの欠如に対してある程
度影響を受ける。基板の平坦さの欠如は基盤上にコート
されているカラーフィルタ要素材料の厚さの変動を形成
し、これはまた各要素内で光学的透過特性での局部的な
差を引き起こす。カラーフィルタ要素（図１、図２、図
３の領域６２）の間の平坦さの欠如はまた画素間の不均
一を生じ、加えて順に画成されたカラーフィルタ要素が
予め画成されたカラーフィルタ要素に重なる領域で望ま
しくない光パイピング及びカラー混合を引き起こす。Ｈ
ａｒｔｍａｎの米国特許第４３１５９７８号はカラーフ
ィルタ要素が色素を透過しないポリマーにより分離され
る染色可能なアイランドを形成することにより形成され
るカラーフィルタ配列を作る方法が記載されている。し
かしながら隣接するカラーフィルタ要素はある程度重な
り、カラーフィルタ要素のスペクトル透過特性及び典型
的にはマスク配列精度に関するプロセスを変え、それに
よりプロセスの許容範囲を減少する。スペクトル特性は
特に画素の大きさが小さいときは同様に制御することは
困難である。何故ならば誤配列の領域は適切なカラー分
解能を維持するために画素の大きさと共に減少させなけ
ればならない。加えて重複領域は続くコーティングを平
滑にコートすることを困難にする。
【０００７】種々の方策がカラーフィルタ配列とその上
にそれらが形成される基板の平坦さを改善するためにな
されてきたが、完全に満足できるものはなかった。Ｎｏ
ｍｕｒａの米国特許第５３２１２４９号はある程度自己
平坦化するスピンオンカラーフィルタ材料を用いてい
る。第二又は第三のカラーフィルタ要素に対する材料が
コートされるときにこの技術は前に堆積されたカラーフ
ィルタ要素（図３の領域６２）上に残されたスピンオン
材料の厚さを顕著に減少する。何故ならば前に堆積され
た要素はスピンオン平坦化の技術で良く知られているよ
うに幾何的に高いからである。しかしながら全ての材料
が除去されるわけではない。Ｈｏｒａｋの米国特許第４
２０４８６６号は単一の媒染層がフォトレジスト内の開
口を通して染色されるカラーフィルタ要素を形成する方
法を記載し、このプロセスは平行するカラーフィルタ要
素を提供するために異なるカラーの色素を用いて反復さ
れる。しかしながらカラーフィルタ要素は自己整列せ
ず、それによりプロセスはマスク同士の誤整列許容度に
敏感である。また媒染剤は染色時に膨張する。当業者に
良く知られているように単一の媒染層の表面は平坦でな
くなるために；色素の側方拡散は非常に小さな画素に対
して非常に大きいために媒染層の厚さは少なくとも典型
的に数ミクロンである。
【０００８】Ｂｒａｕｌｔの米国特許第４０８１２７７
号は熱色素をフォトレジストマスクを用いて受容層に繰
り返し転写することを記載するが、この方法はまた色素
の側方位置決めが不足し、小さい画素での使用はなされ
ない。Ｄｒｅｘｈａｇｅの米国特許第４２４７７９９号
は光漂白可能な単一の染色されたポリマー層を記載し、
それにより異なる色の主要な領域は異なる波長で光学的
に露光されることにより形成可能であるが、カラーフィ
ルタ要素の端は数十ミクロンの尺度で光散乱とビームの
合焦によりこのプロセスでははっきりと画成されない。
この方法は特殊な露光装置の必要と光漂白可能でかつそ
のスペクトル特性が画像化器に対して最適である色素を
見つけることが困難であるために受け入れられていな
い。ＰａｃｅとＢｌｏｏｄの米国特許第４７６４６７０
号は色相と濃度の正確な制御を提供し、各層で必要とさ
れる色の数を減少する２層の減法混色システムを記載し
ている。その概略図はカラーフィルタ要素の完全な重ね
合わせを示すが、完全な重ね合わせを達成する方法は提
供されておらず、第一と第二の染色された層の側方の長
さとそれらの重複を画成するためになおフォトリソグラ
フィの整列の必要があり、媒染剤の吸水もまた防止され
ない。この技術は大きな画素の大きさに対しては利点で
ある一方で平坦さの欠如は例えば１０ミクロン以下の画
素の大きさの小さな画像センサに対しては欠点である。
Ｓｎｏｗ等による米国特許第４８７６１６７号は光学的
に露光された媒染剤の特定の領域で色素の堆積を可能に
する種々の光架橋可能な媒染剤を記載しているが、これ
らの材料はまた適切な空間解像度、残余の色素不安定、
媒染剤の膨張を被る。Ｂｌａｚｅｙの米国特許第４３０
７１６５号及びＷｈｉｔｍｏｒｅの米国特許第４３８７
１４６号はセル内の色素の制限を記載するが、フォトリ
ソグラフィ的に又はエンボス的に形成された厚いセル壁
を有する有機セル構造を用いる製造方法は米国特許第４
３８７１４６号及び米国特許第４３０７１６５号に記載
されるセルの場合のように染色された領域間のギャップ
及び薄い壁はそれらの間の材料により支持されていない
ときに歪む傾向にあるという事実により小さな画素の画
像化器に対しての利点は証明されていない。これは当業
者に良く知られているその表面張力が支持されない薄い
壁を歪ませる流体浴（ｆｌｕｉｄ ｂａｔｈ）の使用に
より半導体プロセス環境に対して特に当てはまる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は配列の
全てのカラーフィルタ要素が完全な共平面で、隣接する
要素間で最小のギャップ又はギャップを有さない上面及
び下面を有することを許容することにより上記問題を減
少又は除去した固体画像化器用のカラーフィルタ配列を
提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は配列が形成される材料
と実質的に独立なその様な配列を作る方法を提供するこ
とにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】これらの目的は （ａ）光学的に平坦な上面を有する半導体基板と； （ｂ）基板に形成された離間した複数の画素と； （ｃ）その上面及び下面が共平面であり、隣接するカラ
ーフィルタ要素間のカラーフィルタ層の重複がない基板
に埋め込まれた物理的に連続したカラーフィルタ要素の
配列とからなる一体化したカラーフィルタ配列を含むイ
メージセンサにより達成される。
【００１２】これらの目的は更に （ａ）光学的に平坦な上面を有する半導体基板を設け； （ｂ）基板に形成された離間した複数の画素を設け； （ｃ）平坦な上面に染色されたカラーフィルタ要素の第
一の組を埋め込み； （ｄ）染色されたカラーフィルタ要素の第一の組に隣接
する上面に開口を設け； （ｅ）染色されたカラーフィルタ要素の第一の組の間の
少なくとも開口に染色された第二のカラーフィルタ層を
均一に塗布し； （ｆ）カラーフィルタ要素の第二の組を形成するために
カラーフィルタ要素の第一の組から染色されたカラーフ
ィルタ層全体を除去する各段階からなる固体画像化器内
で一体化したカラーフィルタ配列を製造する方法により
達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】図４−１８に示される本発明の好
ましい実施例では連続したカラーフィルタ要素の完全に
平坦なカラーフィルタ配列が透明な誘電層からなる平坦
な支持層に埋め込まれ、連続したカラーフィルタ要素は
重なる領域を有さないことにより提供される。この方法
は得られるカラーフィルタ要素はカラーフィルタ配列を
完全に満たし、平坦で、均一な厚さを有するという利点
を有する。カラーフィルタ配列の多様性はカラーフィル
タ要素を設けるために用いられる。
【００１４】図４を参照するに光電性領域１４、電極１
６、光遮蔽１８からなる半導体部分４０は固体画像化器
の半導体部分の典型的な要素を表すものとして示され
る。半導体部分４０に重なり、光電性領域１４に重ね合
わされる支持層１００（図７−１８）に埋め込まれた平
坦なカラーフィルタ層１５０（図１８）を設けることが
望ましい。本発明によればこの配列は最初に好ましくは
下の透明誘電層９０（図５）、エッチストップ層９２
（図７）、上の透明誘電層９４（図７）からなる３層の
形を取る支持層１００により作られる。下の透明誘電層
９０は好ましくは化学蒸着により堆積された酸化物であ
り；エッチストップ層９２は好ましくはプラズマ増強Ｃ
ＶＤにより堆積されたチッ化物又はポリシリコン、ダイ
アモンドに似た炭素の薄層であり；上の透明誘電層９４
は好ましくは化学蒸着により堆積された酸化物である。
下の透明誘電層９０は典型的には２分の１から２ミクロ
ンの範囲で半導体部分４０の幾何形状を覆うのに充分な
厚さで堆積されているのが図５に示される。典型的には
５００オングストローム以下の厚さのエッチストップ層
９２は図７に均一に堆積されているのが示される。図６
に示されるように下の透明誘電層９０は好ましくは化学
的機械的研磨により光学的に平坦に平坦化され、それに
より光学的に平坦な表面９１に向かう光線は理想的に平
坦な誘電体表面に対して予測されるように反射する。エ
ッチストップ層９２は典型的には５００オングストロー
ムより薄く、図７に均一に堆積されるのが示される。上
の透明誘電層９４は典型的には０．１から１．０ミクロ
ンの範囲の厚さで図７にまた示される。上の透明誘電層
９４の厚さは設けられるカラーフィルタ要素の望ましい
厚さが少なくともエッチストップ層９２と上の透明誘電
層９４との和に等しいように選択され、それによりエッ
チストップ層９２を除去してもなおカラーフィルタ要素
の高さが表面１０１よりも高く堆積されて残る。本発明
の特徴はエッチストップ層９２、上の透明誘電層９４、
表面１０１が堆積されるように光学的に平坦であること
である。何故ならばそれらは光学的に平坦な表面９１上
に均一に堆積されたからである。
【００１５】表面１０１を有する支持層１００は半導体
部分４０内の光電性領域１４に重ね合わされる従来技術
のフォトレジスト１０２ａをパターン化する段階の後、
好ましくは反応性イオンエッチングにより上の透明誘電
層９４を除去し、エッチングは開口１０８ａを形成する
ように自動的にエッチストップ層９２で停止した後に図
８に示される。
【００１６】次に図９に示されるように開口１０８ａを
少なくとも全体的に満たすように充分な厚さで構造にわ
たって第一のカラーフィルタ層４１０を塗布することが
望ましい。第一のカラーフィルタ層４１０は染色された
ポリイミドである好ましい場合にはスピンコートされ、
カラーフィルタ層が顔料などの蒸着可能な場合には蒸着
などの他の手段により堆積される。それから第一のカラ
ーフィルタ層４１０は好ましくは酸化アルミのスラリー
を用いて化学的機械的研磨により第一のカラーフィルタ
要素にわたり開口１０８ａを除き表面１０１から除去さ
れ、斯くして第一の埋め込まれたカラーフィルタ要素４
１０ａが形成される（図１０）。第一のカラーフィルタ
要素４１０ａの表面４１１ａは図１０で支持層１００の
表面１０１に実質的に共平面であるように示される。こ
れは開口１０８ａ間の表面１０１からの第一のカラーフ
ィルタ層４１０の除去に必要な時間を越えて研磨の時間
を延長することにより達成され、一方で化学的機械的研
磨の当業者に良く知られているように平坦な表面１１１
ａはなお維持される。
【００１７】次にフォトレジスト１０２ｂは塗布され
（図１１）、第二の開口が支持層１００に形成されるよ
うパターン化され（図１２）、エッチングの過程は開口
１０８ａの形成に関して説明したのと類似である。開口
１０８ａの左端でフォトレジスト１０２ｂの端の正確な
整列は臨界的ではない。何故ならば開口１０８ｂを作る
ために用いたエッチングは好ましくは上の透明誘電層９
４を選択的にエッチングするために選択され、一方で第
一のカラーフィルタ要素４１０ａをエッチングしないか
らである。その様なエッチングは好ましくはフッ化炭水
化物を含む反応性イオンエッチングである。
【００１８】図１３に示されるように、フォトレジスト
１０２ｂは第一のカラーフィルタ要素４１０ａと異なる
透過スペクトル特性を有する第二のカラーフィルタ要素
４２０ａ（図１５）を埋め込むための準備のために除去
されている。第二のカラーフィルタ要素４２０ａの埋込
は第一のカラーフィルタ要素４１０ａの埋込と同様の方
法で進行し、第二のカラーフィルタ層４２０（図１４）
の塗布を含み、第二のカラーフィルタ要素４２０ａ（図
１５）を設けるために好ましくは化学的機械的研磨によ
り開口１０８ｂを除いてこの層全体を除去する。第二の
カラーフィルタ層４２０は染色されたポリイミドである
好ましい場合にはスピンコートされ、カラーフィルタ層
が顔料などの蒸着可能な場合には蒸着などの他の手段に
より堆積される。第二のカラーフィルタ要素４２０ａの
埋込の結果は図１５に示される。第一と第二のカラーフ
ィルタ要素４１０ａ、４２０ａの表面４１１ａ，４２１
ａは表面支持層１００に埋め込まれるのが示され、化学
的機械的研磨により技術的に達成可能であることが良く
知られているように表面１０１に対して典型的には±１
００オングストローム以内で実質的に共平面である。
【００１９】次に第一と第二のカラーフィルタ要素を設
けるのに用いられたのと同様な方法で埋め込まれた第三
のカラーフィルタ要素を形成することが望ましい。段階
は図１２−１５に示されるように第一と第二のカラーフ
ィルタ要素を埋め込むために前になされた説明と同様に
なされる。フォトレジスト１０２ｃ（図１６）は第一と
第二のカラーフィルタ要素４１０ａ、４２０ａの間の上
の透明誘電層９４で開口１０８ｃ（図１７）をエッチン
グするためのマスクを設けるためにパターン化される。
フォトレジスト１０２ｃの端の正確な整列は臨界的では
ない。何故ならば開口１０８ｃを作るために用いたエッ
チングは好ましくは上の透明誘電層９４を選択的にエッ
チングするために選択され、一方で第一又は第二のカラ
ーフィルタ要素４１０ａ，４２０ａをエッチングしない
からである。フォトレジスト１０２ｃの使用はカラーフ
ィルタ配列の領域の外側の画像センサ構造が開口１０８
ｃを形成するために用いられるエッチングから保護され
る必要がない場合には全く必要ない。フォトレジスト１
０２ｃを除去した後に第三のカラーフィルタ層４３０が
表面４２１ａを有する第二のカラーフィルタ要素４２０
ａを設けるために用いられるのと同様な方法で表面４３
１を有する第三のカラーフィルタ要素４３０ａを形成す
るために塗布され（図示せず）、平坦化される（図１
８）。平坦なカラーフィルタ配列の最終的な構造（図１
８）はそれぞれが異なるスペクトル透過特性を有し、表
面４１１ａ，４２１ａ，４３１ａは平坦なカラーフィル
タ配列１５０を形成するカラーフィルタ要素４１０ａ，
４２０ａ，４３０ａが埋め込まれた支持層１００の表面
１０１と共平面である隣接する一連のカラーフィルタ要
素４１０ａ，４２０ａ，４３０ａを示す。カラーフィル
タ要素の上面と下面の両方は相互に共平面であり、全て
の要素の厚さは化学的機械的研磨中に生ずるどのような
過度のエッチングよりも少ない上の透過誘電層９４の厚
さにより決定される。カラーフィルタ要素は検出可能な
垂直の重複なしに本発明の方法により全ての側面上で連
続して設けられる。
【００２０】本発明により作られた支持層に埋め込まれ
たカラーフィルタ要素の配列を作るための第二の好まし
い実施例は次に記載され、この方法の目的はその厚さが
より正確に選択可能であり、続く処理中の内部攪拌を防
ぐための無機拡散障壁により側方にカプセル化されたカ
ラーフィルタを提供することにある。第二の好ましい実
施例はまた本発明の両方の実施例で利用可能なある処理
選択を示す。
【００２１】図１９を参照するに前の実施例のように表
面１０１を有する支持層１００は光が理想的な平坦な誘
電層から予想される如く反射するように化学的機械的研
磨により光学的に平坦化され、固体画像化器の半導体部
分４０にわたり設けられる。支持層１００は化学蒸着に
より堆積された酸化物のような透明な誘電材料の単層で
あり、化学的機械的研磨により光学的に平坦化され、又
は支持層１００は下の透明誘電層は好ましくは化学蒸着
により堆積され、光学的に平坦な酸化物であり；エッチ
ストップ層は好ましくはプラズマ増強ＣＶＤにより堆積
されたチッ化物又はポリシリコンであり；上の透明誘電
層は好ましくは化学蒸着により堆積された酸化物である
三層からなり、前の実施例で説明した支持層１００に対
する場合と同様である。対応する類似の部分については
同じ符号が残りの図で用いられる。
【００２２】図１９では開口１０８ａは従来技術のフォ
トレジスト１０２ａをパターン化し、基板層１００の上
の透明誘電層９４を好ましくは開口１０８ａの側壁が実
質的に垂直なように反応性イオンエッチングにより異方
的にエッチングすることにより形成される。エッチング
は前の実施例の場合のようにエッチストップ層９２まで
進行し、又はエッチングはエッチング速度に依存する
が、画像センサ構造とは独立の深さに到達するよう時間
設定される。エッチングの深さは第一のカラーフィルタ
要素の所望の厚さとエッチングの完了及びフォトレジス
ト１０２ａの除去後に堆積される第一の保護層１０４ａ
（図２０）の和に等しく選択される。好ましくはプラズ
マ堆積されたチッ化物のような同様に堆積された無機薄
膜である保護層１０４ａは図２０に示される。保護層１
０４ａの好ましい厚さの範囲は無機材料の好ましい場合
に対して０．１ミクロンより小さい。最小の厚さは典型
的には約５０−１００オングストロームである形成され
たカラーフィルタ要素で用いられる色素に対する拡散障
壁として作用することで充分である。
【００２３】次に図２１に示されるように第一のカラー
フィルタ要素４１０ａは前の実施例と同様な方法で形成
され、即ち第一のカラーフィルタ層（図示せず）を塗布
し、それから化学的機械的研磨により開口１０８ａを除
き画像センサ構造から全体的にそれを除去することによ
り層を平坦化して形成される（図２１）。第一のカラー
フィルタ要素４１０ａは染色されたポリイミドである好
ましい場合にはスピンコートされ、カラーフィルタ層が
顔料などの蒸着可能な場合には蒸着などの他の手段によ
り堆積される。
【００２４】第一のカラーフィルタ要素４１０ａと異な
る透過スペクトル特性を有する第二のカラーフィルタ要
素４２０ａが埋め込まれるように支持層１００に第二の
開口１０８ｂを形成することが望ましい。これはフォト
レジスト１０２ｂ（図２２）を第一のカラーフィルタ要
素４１０ａにわたり設け、更に第一の保護層１０４ａ又
はエッチストップ９２をエッチングすることなしに基板
層１００を選択的にエッチングすることにより達成され
る。エッチングできない保護層１０４ａの存在故に、パ
ターン化されたフォトレジスト層１０２ｂのエッジの正
確な配置は図２２で表面１０１上のパターン化されたフ
ォトレジストの重複１０３により示されるように、そう
でない程には臨界的でない。次に図２３で開口１０８ｂ
はプラズマエッチングにより形成され、異方性エッチン
グの必要性はエッチングできないカプセル化層１０４ａ
の存在により緩和される。基板層１００がそれ自体エッ
チストップ層を含む場合にはエッチングは等方的である
よう選択されるという利点を有する。エッチングがカラ
ーフィルタ要素も同様に充分選択的な場合にはフォトレ
ジスト１０２ｂは必要なく、図２２、２３で示される段
階は省略可能である。
【００２５】第二のカラーフィルタ要素４２０ａは第二
のカラーフィルタ層４２０（図示せず）の堆積の前に第
二のカラー層２２０の深さは第一と第二のカプセル化層
１０４ａ、１０４ｂの厚さの和より小さい開口１０８ｂ
の深さと等しいように選択される厚さに同様に堆積され
る。これは開口１０８ａ、１０８ｂのエッチング深さが
エッチストップ層９２の存在により制御される場合でさ
えもカラーフィルタ要素４２０ａの厚さの独立な調整を
可能にする。
【００２６】図２５に示すように表面４２１ａを有する
第二のカラーフィルタ要素４２０ａは第二のカラーフィ
ルタ層４２０（図示せず）を塗布し、それからそれが化
学的機械的研磨により開口１０８ｂを除いて画像センサ
構造から除去されるように平坦化することにより開口１
０８ｂ内に形成される。第二のカラーフィルタ層４２０
は染色されたポリイミドである好ましい場合にはスピン
コートされ、カラーフィルタ層が顔料などの蒸着可能な
場合には蒸着などの他の手段により堆積される。
【００２７】製造のこの段階で第三のカラーフィルタ要
素を形成することが望ましく、これは第一に一連のフォ
トレジスト１０２ｃ（図２６）のパターン化をなし、第
二のカラーフィルタ要素４２０ａ（図２７）内の開口１
０８ｃをエッチングすることにより設けられる。故に第
二のカラーフィルタ要素４２０ａは図２７に示されるよ
うに改善された第二のカラーフィルタ要素４２０ｂを形
成するよう短かくされる。この改善は上記の第一の実施
例では生じない。何故ならばその実施例の開口１０８ｂ
は第二の実施例でなされた選択と同様に望ましい第二の
カラーフィルタ要素の正確な大きさであるよう選択さ
れ、一般的な選択は順次のカラーフィルタ要素の性質と
数により最も良く決定されるからである。
【００２８】第三のカラーフィルタ要素は第一と第二の
カラーフィルタ要素を形成するプロセスと同一の方法で
次に設けられ、即ち第三の保護層１０４ｃ（図２８）を
同様に堆積し、それから第三のカラーフィルタ層４３０
（図示せず）を堆積し、その次に第三のカラーフィルタ
層を化学的機械的研磨により開口１０８ｃを除いて構造
から全体的に除去する。最終的に保護層１０４ａ，１０
４ｂ，１０４ｃがシリカを基本としたスラリーを用いた
化学的機械的研磨によりその様に形成された構造の上面
から除去され、それにより図２９の１５０の平坦なカラ
ーフィルタ配列が設けられ、そのカラーフィルタ要素４
１０ａ、４２０ａ、４３０ａは表面１０１と共平面であ
る上面４１１ａ、４２１ａ、４３１ａを有する支持層１
００内に埋め込まれる。
【００２９】本発明はある好ましい実施例の用語で説明
されてきた一方で当業者には明らかであり、本発明の範
囲及び精神と等しい種々の選択された材料を含むこれら
の実施例の多くの変形及び組合せが存在する。特に好ま
しい実施例で記載されたもの以外の材料は当業者には明
らかな同様の機能を達成するために用いられる。例えば
他の好ましい実施例では上及び下の透明誘電層９０、９
４は好ましくは酸化ガラスのようなガラス上でスピンオ
ンガラスで作られる。他の好ましい実施例では薄い保護
フィルム１０４ａ、１０４ｂ，１０４ｃ用に用いられる
材料はオキシニトリド（ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）、酸化
錫、インジウム錫酸化物、アモルファス炭素又はダイヤ
モンド様の炭素の群から選択される。更に他の好ましい
実施例ではエッチストップ層９２は不透明であり、各カ
ラーフィルタ層を塗布する直前に選択的にエッチングす
ることにより下の透明誘電層９０から完全に除去され
る。
【００３０】更に他の好ましい実施例では薄い保護フィ
ルム１０４ａ、１０４ｂ，１０４ｃは各カラーフィルタ
層を塗布する直前に異方性エッチングにより開口１０８
ａ、１０８ｂ，１０８ｃの底でそれぞれエッチストップ
層９２から全体的に除去される。この場合には薄い保護
フィルム１０４ａ、１０４ｂ，１０４ｃ用に用いられる
材料は好ましくはタングステン、珪素化タングステン、
アルミニウム、チタン、チッ化チタン、又は他の耐熱性
金属の群から選択される隣接したカラーフィルタ要素間
の光散乱を制限するために不透明である。
【００３１】更に他の好ましい実施例は図２５の構造は
変更されないままであり、それにより２つの異なるスペ
クトル透過特性のみのカラーフィルタ要素からなるカラ
ーフィルタ配列を設け、構造は当業者に減法混色フィル
タシステム用の２つのカラーフィルタ配列の一つを設け
るのに有用であると知られている。本発明はその特定の
好ましい実施例を特に参照して詳細に説明されてきた
が、変更及び改良は本発明の精神及び範囲内で有効であ
る。
【００３２】
【発明の効果】本発明により作られたイメージセンサの
利点はカラーフィルタ要素間のギャップは最小又は完全
に消滅する。カラーフィルタ要素間に重複がないことは
また利点である。他の利点はカラーフィルタ要素は相互
に自己配列され、それによりマスク間の誤配列は性能又
は歩留まりの劣化を生じない。
【００３３】本発明の更に他の利点はカラーフィルタ配
列が堆積された表面は光学的に平坦にされ、それにより
光線は理想的な誘電境界から予想されるように反射され
るのみである。他の利点は実質的に同一のプロセスは種
々の材料から配列を作るよう用いられる。本発明により
作られるイメージセンサの特徴はカラーフィルタ配列の
上面は完全に平坦である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のイメージセンサの部分断面図を示
す。
【図２】従来技術のイメージセンサの部分断面図を示
す。
【図３】従来技術のイメージセンサの部分断面図を示
す。
【図４】本発明による画素を形成する種々の段階の断面
図を示す。
【図５】本発明による画素を形成する種々の段階の断面
図を示す。
【図６】本発明による画素を形成する種々の段階の断面
図を示す。
【図７】本発明による画素を形成する種々の段階の断面
図を示す。
【図８】本発明による画素を形成する種々の段階の断面
図を示す。
【図９】本発明による画素を形成する種々の段階の断面
図を示す。
【図１０】本発明による画素を形成する種々の段階の断
面図を示す。
【図１１】本発明による画素を形成する種々の段階の断
面図を示す。
【図１２】本発明による画素を形成する種々の段階の断
面図を示す。
【図１３】本発明による画素を形成する種々の段階の断
面図を示す。
【図１４】本発明による画素を形成する種々の段階の断
面図を示す。
【図１５】本発明による画素を形成する種々の段階の断
面図を示す。
【図１６】本発明による画素を形成する種々の段階の断
面図を示す。
【図１７】本発明による画素を形成する種々の段階の断
面図を示す。
【図１８】本発明による画素を形成する種々の段階の断
面図を示す。
【図１９】本発明による画素を形成する第二の実施例の
種々の段階の断面図を示す。
【図２０】本発明による画素を形成する第二の実施例の
種々の段階の断面図を示す。
【図２１】本発明による画素を形成する第二の実施例の
種々の段階の断面図を示す。
【図２２】本発明による画素を形成する第二の実施例の
種々の段階の断面図を示す。
【図２３】本発明による画素を形成する第二の実施例の
種々の段階の断面図を示す。
【図２４】本発明による画素を形成する第二の実施例の
種々の段階の断面図を示す。
【図２５】本発明による画素を形成する第二の実施例の
種々の段階の断面図を示す。
【図２６】本発明による画素を形成する第二の実施例の
種々の段階の断面図を示す。
【図２７】本発明による画素を形成する第二の実施例の
種々の段階の断面図を示す。
【図２８】本発明による画素を形成する第二の実施例の
種々の段階の断面図を示す。
【図２９】本発明による画素を形成する第二の実施例の
種々の段階の断面図を示す。
【符号の説明】
１０ 画素 １２ 半導体基板 １４ フォトレジスト領域 １６ 電極 １８ 光遮蔽 ２０ａ，ｂ 平坦な層 ２２ レンズ ２４ａ、ｂ カラーフィルタ要素 ４０ 半導体部分 ６０、６２ 領域 ９０ 下の透明誘電層 ９１ 光学的に平坦な表面 ９２ エッチストップ層 ９４ 上の透明誘電層 １００ 支持層 １０１、４１１ａ、４３１ａ 表面 １０２ａ、ｂ，ｃ フォトレジスト １０４ａ、ｂ，ｃ 保護層 １０８ａ、ｂ，ｃ 開口 １５０ 平坦なカラーフィルタ配列 ４１０ 第一のカラーフィルタ層 ４１０ａ 第一のカラーフィルタ要素 ４２０ 第二のカラーフィルタ層 ４２０ａ 第二のカラーフィルタ要素 ４３０ 第三のカラーフィルタ層 ４３０ａ 第三のカラーフィルタ要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート ルロイ ニールセン アメリカ合衆国，ニューヨーク 14534, ピッツフォード，コパーウッズ 30 (72)発明者 ロナルド ダブリュ ウェイク アメリカ合衆国，ニューヨーク 14468, ヒルトン，ライトハウス・ロード 303

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）光学的に平坦な上面を有する半導体
    基板と； （ｂ）基板に形成された離間した複数の画素と； （ｃ）その上面及び下面が共平面であり、隣接するカラ
    ーフィルタ要素間のカラーフィルタ層の重複がない基板
    に埋め込まれた物理的に連続したカラーフィルタ要素の
    配列とからなる一体化したカラーフィルタ配列を含むイ
    メージセンサ。
  2. 【請求項２】（ａ）光学的に平坦な上面を有する半導体
    基板と； （ｂ）基板に形成された離間した複数の画素と； （ｃ）その上面及び下面が共平面である基板に埋め込ま
    れ、２つのカラーフィルタ層の重複がない隣接するカラ
    ーフィルタ要素を分離する無機色素拡散障壁を含む連続
    したカラーフィルタ要素の配列とからなる一体化したカ
    ラーフィルタ配列を含むイメージセンサ。
  3. 【請求項３】（ａ）光学的に平坦な上面を有する半導体
    基板を設け； （ｂ）基板に形成された離間した複数の画素を設け； （ｃ）平坦な上面に染色されたカラーフィルタ要素の第
    一の組を埋め込み； （ｄ）染色されたカラーフィルタ要素の第一の組に隣接
    する上面に開口を設け； （ｅ）染色されたカラーフィルタ要素の第一の組の間の
    少なくとも開口に染色された第二のカラーフィルタ層を
    均一に塗布し； （ｆ）カラーフィルタ要素の第二の組を形成するために
    カラーフィルタ要素の第一の組から染色されたカラーフ
    ィルタ層全体を除去する各段階からなる固体画像化器内
    で一体化したカラーフィルタ配列を製造する方法。
JP8306850A 1995-11-20 1996-11-18 埋め込まれたカラーフィルタ要素を有するｃｃｄ用の平坦なカラーフィルタ配列 Pending JPH09172154A (ja)

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