JPS59224169A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、固体撮像素子に関し、さらに詳述す蜆ば１色
フィルターを備えたカラー固体撮像素子に使用してさら
に有効なるものである。

〔発明の背景〕

最近、工業用あるいは家庭用のＶＴＲの普及に伴なって
、小型、軽量で使い易いテレビカメラの需要が高まって
きている。そこで、半導体集積回路（一般にＩＣ又はＬ
ＳＩと称している）を使用した固体テレビカメ゛′うが
注目されている。この固体テレビカメラは、従来の撮像
管の面板および蓄積電荷を電気信号として取り出す手段
がＩＣ基板に設けられ、独立した固体撮像素子になって
いる。

これは電子ビームを使用しないため、安定性がよく、消
費電力が少なく、取り扱いが簡便であるなどの点で撮像
管より優れており、次代のテレビカメラとして期待され
ている。

しかし、上記撮像素子はスイッチング素子の出力用配線
層５と、スイッチング領域への入射光阻止のための金属
薄膜層７（以下遮光用金属膜と略称する）との間に第１
図に示した如く光導波路が形成されてしまうため、光３
が回り込み、不要感光領域１への遮光が不完全になると
いう欠点があった。図で、１は不要感光領域、２は受光
領域、３は入射光、４は半導体基体、５は導体配線、６
は保護膜、７は遮光用金属膜である。

これらの技術に関して、フィルターの一部の光透過率を
低くする手法が特開昭５３−１４２１２４号公報に開示
されている。

しかし、上記手法では、満足な特性を得ることは困難で
あった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記欠点を除去して入射光に基づく雑
音が少なく、且解像度の高い鮮明な固体撮像素子を提供
すること群ある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するための本発明の構成は、出力端子用
配線層と遮光用金属薄膜層との間に黒色のゼラチン膜で
代表される光吸収層を設けることにある。

上記端子用配線層は遮光用金属膜との間に回り込んでく
る入射光は上記光吸収層によって吸収されるため不要感
光領域に到達しない。入射光が不要感光領域に到達しな
いため、Ｓｉ基板内での不必要なフォトキャリアの発生
が従来の１／１ｏに低減される。従って、不必要なフォ
トキャリアによる雑音の全くない解像度の高い鮮明な画
像が提供できる。

〔発明の実施例〕

以下実施例を用いて詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例として固体撮像素子の部分的
概略断面図である。

スイッチング回路、伝送回路などの電子回路を備えた半
導体基体４上に、上記スイッチング回路からの出力端子
に接続させて設けられたストライプ状の導体配線層５が
形成されている。上記導体配線層は一般にＡｎなどの金
属薄膜層により形成されている。上記配線層５および上
記基体４上に酸化膜（Ｓｉｎ２）からなる保護膜６が形
成されている。上記保護膜６上に上記導体配線５に対応
させて黒色に染色されたゼラチンからなる光吸収層８が
形成されている。この光吸収層に照射された光は該層内
で急激に減衰してしまうので周辺から回り込む光は吸収
されてしまう。上記保護膜６上の周知の技術でカラーフ
ィルタ（図示せず）が形成されて固体カラー撮像素子が
構成される。この素子の製法については後述する。入射
光が直接不要感光領域１を照射するのを防止する゛だめ
上記光吸収層８上に遮光用金属膜７が設けられる。この
金属膜は一般にＡＱで形成されるが、遮光効果を完全な
らしめる為には５０〜３０００ｎｍあることが望ましい
。普通１μｍ程度である。また遮光効果があればよく、
Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐｂ、Ｆｅなどの他の金属あるいは有機材
、無機材などの非金属であってもよいことは云うまでも
ない。普通モノクロの撮像装置は所定の保護被膜を冠し
て使用される。カラー撮像用では、上記金属膜７上に後
述する様に公知の方法でカラーフィルタが形成され固体
カラー撮像素子が構成される。以下固体カラー撮像素子
の場合について述べるがモノクロの場合についても本発
明は全く同様に適用される。

上述の様に光吸収層８が金属層５および７の間に介在す
るので入射光３は層５で反射したのち上記光吸収層８で
吸収され金属層７に到達しない。

従って、上記金属層５および７は光導波路となり得ない
。また、上記金属相互間に限らず、基体４表面と金属層
７との間における光導波路にもなり得ない。この光吸収
層としては厚さ１００〜２０００ｎｍあればよい。又、
このパターンは上記遮光用金属膜よりやや大きめに形成
されるが必ずしもこれにこだわらない普通幅２〜１０μ
ｍである。このため、不要感光領域１が感光されること
がなく光による雑音信号が著しく低減されて鮮明な映像
画像が得られた。

第３図および第５図は本発明の他の実施例としての固体
撮像素子の概略断面図である。符号、動作等は第２図の
場合と同じである。

光吸収Ｍ８と金属層７の間に有機物薄膜９（ポリグリシ
ジルメタクリレート）を設けたものである。この様に光
吸収層８が上記絶縁膜中に形成されてあっても全く同様
の遮光効果が得られた。

第４図は本発明のさらに他の実施例としての固体撮像素
子の概略断面図で欺る。符号、動作等は、第２図の場合
と同じである。

金属層７と有機物薄膜９の間に光吸収層８を設けたもの
である。この様に有機物薄膜層が介在されてあっても遮
光効果は全く同様である。

次いで本発明の製造方法について述べる。

所定の受光領域および所定の回路構成に形成された半導
体集積回路を有する半導体基体４を準備する。この受光
領域および半導体集積回路部は通常の半導体装置の製造
方法に従かえば良い。

第２図に示すごとく半導体基体には、Ｓｉ基板に設けら
れたウェル（素子形成領域）内に、受光素子としての受
光領域が形成され、さらに、上記基体および上記受光領
域２上に酸化膜（図示せず）が形成され、非受光領域（
受光領域２以外のＳｉ基板に該当する）上に厚さ１μ、
幅３μ他のＡｆｌ配線との間隔が４μ程度の形状を持っ
た２本のＡＱ配線層５が形成され、上記酸化膜およびＡ
Ω配線層５上にパッシベーション膜としてのシラン膜（
Ｓ　ｉ　Ｏ，）からなる絶縁保護膜６が形成されてなる
。なお、受光領域の周縁に、上記受光領域をドレイン領
域として共用し、ソース領域との間に多結晶Ｓｉゲート
電極を備えたＭＯＳトランジスタがスイッチング素子（
図示せず）として形成されている。

この半導体基体４上に、ゼラチンを回転塗布法で塗布す
る。ここで硬化剤としては重クロム酸アンモニウム（Ｎ
Ｈ，Ｃｒ２０７ｊ一般にＡＤＣと略称）の５％、４０℃
の温水溶液が用いられる。このゼラチン塗布層の厚さは
約１μとする。次に、Ｃｒマスクを使用して紫外線露光
を行ない上記ゼラチン層を重合硬化させ、現象処理する
ことにより染色可能なゼラチンパターン８を形成する。

ゼラチン層は幅は２μｍないし１０μｍ程度、長さは約
１３〜１４μｍである。次に、赤色、黄色、および青色
の各染料を混合して得られる黒色染色液を約７０℃に加
熱し、この中へ上記素子を浸漬することにより、ゼラチ
ン層を黒色に染色する。

この黒色に染色されたゼラチン層が光吸収層８となる。

上記赤色染料としては、ダイアシト１１（商品名）の２
％水溶液、上記黄色染料としては、カヤノールイエロー
（商品名）の０．７％水溶液、そして、上記青色染料と
しては、メチルブルー（商品弔）の２％水溶液を用いる
。

本発明では黒色染料を、一般に有彩色の色染料を混合さ
せて形成させたが、赤、黄、青に限らず赤、緑、青でも
よく、また３色に限らず２色の染料の混合であっても、
組合せることにより透過（光）率が大幅に低下するよう
なもので゛あればよい。また、順次各色染料毎に染めて
いってもよい。

なお、スミノール・ミリング・ブラック（商品名）の１
％水溶液などのように固有の黒色染料であってもよいこ
とは云うまでもない。

次いで上記黒色の光吸収層８上に、厚さ１μｍのＡＱ膜
を蒸着した後、ホトエツチング法によりＡＱパターンを
形成する。このＡＱパターンは不要感光領域を直接入射
光より遮蔽するための遮光用金属薄膜Ｎ７となる。上記
薄膜層の平面的形状は適宜上記配線層５との兼ね合いで
遮光できる形状に形成される。

次いで、上記遮光用金属薄膜層７および絶縁保護膜６上
にポリグリシジメタクリレート（略称ＰＧＭＡ）からな
る混色防止保護膜（図示せず）を形成し、上記受光領域
に対応した領域に所定のパターンで厚さ１μｍのゼラチ
ンからなる色フイルタ−（図示せず）を形成する。

この色フィルターは、ゼラチンに感光性を付与した感光
液を回転塗布法などで均一に塗布し、乾燥させ、感光膜
を形成した後、マスク露光法で所定の受光領域の部分だ
け光硬化させ、現象し、該受光領域部分以外の感光膜を
除去する。所定の分光特性を有する染料で、該受光領域
を含む所定部分を染色し、黄色フィルターを形成する。

その後、透明な混色防止保護膜（中間層とも別称）を被
覆する。この色フィルターの材料として、上述のゼラチ
ンの他に、ポリビニールアルコール、カゼインあるいは
グリユーなども差違なく使用できる。

勿論、前述の光吸収層の材料としても、ポリビニールア
ルコール、カゼインあるいはグリユーなども使用できる
ことは言うまでもない。

次いで再び混色防止保護層を上記黄色フィルターの厚さ
程度に塗布し、固化後、緑色の受光領域４４に対応した
上記混色防止保護層上に所定のパターンのゼラチンから
なるシアン色のカラーフィルターを形成し、次いで再圧
、保護層な上記シアン色フィルターの厚さ程度に塗布し
固化させる。

必要ならば、上記保護層上に反射防止膜（図示せず）を
形成し受光効率を上昇せしめることも可能である。

この実施例では、第１色目に黄色、第２色目にシアン色
のフィルターを配置せしめたが、この順序は必ずしもこ
の実施例に限定されないことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は、配線用金属導電層と遮光
用金属層との間に光吸収層を介在せしめたことにより、
撮像時の入射光の回折およびＡＱ配線からの反射光の影
響を受けることなく、正確にパターンを撮像することが
でき、電気的特性の良好な撮像素子を提供できた。

以上、本発明は撮像素子として説明を行なってきたが、
撮像装置は一般に最も不要光による雑音特性に鋭敏であ
ることによる。従って、単なるＩＣやＬＳＩなどの装置
に在っても不要光の入射を防止するた′めには本発明が
充分適用されることは当業者であれば容易に類推し得る
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来・の固体撮像素子の部分概略断面図、第２
図は本発明の一実施例としての固体撮像素子の部分概略
断面図、第３〜５図は本発明の他の実施例どしての固体
撮像素子の部分概略断面図である。 ４・・・半導体基体、５・・・導体配線層（ＡＱ）、６
・・・保護膜（ＳｉＯ２）、７・・・遮光用金属膜、８
・・・兄弟　１　図 刀　　？　　図 嘉３図 第４図 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０発　明　者　谷口彬雄 国分寺市東恋ケ窪１丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０発　明　者　泉章也 茂原市早野３３００番地株式会社日 立製作所茂原工場内 ３３７−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ■、少くとも感光素子とスイッチング素子とを備えた光
   電変換機能を有する半導体基体と、該基体上に形成され
   た上記スイッチング素子出力導体配線と、上記導体配線
   上に形成された金属薄膜層とを備えた固体撮像素子にお
   いて、上記導体配線層と上記金属薄膜層との間に光吸収
   層を設けてなることを特徴とする固体撮像素子。