JPS623203A - カラ−固体撮像装置およびその製造方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はカラー固体撮像装置およびその製造方法に関す
る。

〔発明の技術的背景〕

カラー固体撮像装置は、光学系を介して入（ト）された
光を赤、青、緑あるいはこれらの補色等に分離し、カラ
ー信号を電気信号として取出すものである。このカラー
固体撮像装置は従来の撮像管に比べて小型軽量、低消費
電力、高信頼性、長寿命などの優れた特徴を有しており
、特にビデオカメラ用として需要が増加している他、広
い用途が期待されている。

従来のカラー固体撮像装置の構成を第３図（ｄ）の断面
図を参照して説明する。半導体基板１中の表面に入射さ
れた光を電気信号に変換する光電変換素子であるフォト
ダイオード２が所定ピッチで形成されて画素領域を形成
しており、その上にはフォトダイオード２の上方のみ薄
く形成された酸化膜等の絶縁ＩＩ！４３、さらにその上
には転送用のＣ０Ｄ（電荷結合素子）を保護するための
パッシベーション膜であるＰＳＧ膜４が形成されている
。なお、フォトダイオード２には走査回路または転送電
極（図示せず）が接続されている。この　　　　　□゛
ＰＳＧＰＳＧ膜４、フォトダイオード２に対応する部分
のみ開口されたアルミニウム遮光膜５が形成され、さら
にその上に素子受光面を平滑化するための平滑層６が形
成されている。この上にシアン染色層７が所定のフォト
ダイオード２の上方に形成され、混色防止のために全面
に形成された中間層８の上にイエロー染色層９が所定の
フォトダイオード２の上方に形成される。また、白色光
を検出するフォトダイオードには染色層は設けられない
。

なお、色フィルタとなる染色層形成領域２４は第４図に
示ずように分割線２２内に形成された画素領域２３と全
く同じ大きさに形成される。

このようなカラー固体搬像装置は第３図を参照して次の
ようにして製造される。

まず、半導体基板１の表面に、光電変換素子であるフォ
トダイオード２を形成する。つづいて、基板１上に、例
えば酸化膜等の絶縁膜３、その上にパッシベーション膜
、例えばＰＳＧ膜４を形成する。次いで、このＰＳＧ１
４上にフォトダイオード２に対応する部分が開口したア
ルミニウム遮光膜５を蒸着およびパターニングにより形
成する。しかる後、全面にアクリル樹脂等の透明高分子
樹脂層よりなる平滑層６を形成する（第３図（ａ））。

次に上記平滑層６の上に水溶性レジストを塗布する。こ
こで、水溶性レジスト材料としては、ゼラチンやカゼイ
ン等の蛋白質またはポリビニルアルコールに感光剤の小
クロム酸アンモニウムを添加したものがある。つづいて
、この水溶性レジストを所定の形状にパターニングし、
染色するための領域を残した後、浸漬等によりシアン（
Ｃｙ）で染色し、第１層目のシアン染色層７を形成する
。

ついで、全面に透明高分子樹脂からなる中間層（混色防
止膜）８を形成する（第３図（ｂ））。　　　−以下同
様に第３図（Ｃ）に示すように第２層目の　　　　　゛
イエロー（Ｙｅ）染色層９を形成した後、保護層（オー
バーコート層）１０を形成し、カラー固体撮像装置が完
成する（第２図（ｄ））。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、従来の製造方法によれば、一般　　　　
　、４゜に染色層形成前の素子の表面は凹凸状になって
いるため、解像性の優れたパターンが得られにくい　　
　　　、・と同時にパターン寸法および膜厚のばらつき
が大きくなるという問題がある。すなわち、第３図に　
　　　　゛示すように、水溶性レジストの塗布後、フォ
トダ　　　　　、４イオ一ド部領域上のみレジストを残
す、いわゆる　　　　“残しパターンで染色層を形成す
る場合、特に第２層目のイエロー染色層９の形成時には
表面の段差　　　　　。

が大きいため、パターン寸法および膜厚のばらつきが大
きくなる傾向がある。従って、上記の水溶性レジストの
残しパターンで色フィルタを形成した固体搬像装置の水
平ラインごとの感度のばらつきに伴いこれから得られる
画質の色特性、例えば色再現性、色フリッカ（１５らつ
き）、横すじ（ビート）などが悪化することになる。

また、水溶性レジストは疎水性の油性有機膜上に塗布、
パターニングされるため、剥離が起りやずく、しかも従
来の残しパターンに形成した場合、面積が小さいため特
に剥離が起りや寸いことになる。

さらに、色フイルタ領域を固体撮像装置の画素領域と同
じ面積にした場合、画素部周辺のアルミニウム表面で入
射光が乱反射し、それが入射光に混入して、出力信号の
黒レベルが上り、画像のコントラストが低下する、いわ
ゆるフレア現象が発生するという問題がある。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、染色層のパ
ターン寸法および膜厚のばらつきを小さくし、色再現性
、色フリッカ、色ムラ等を低減し、画質特性を向上し得
る高品質のカラー固体搬像装置およびこのようなカラー
固体撮像装置を容易か　　　　、）、１つ確実に製造す
ることができる製造方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的達成のため、本発明にかかるカラー固体撮像装
置においては半導体基板表面に形成された複数の感光部
と、この感光部の周囲に配設された引出し電極部と、感
光部の上方に絶縁膜を介して形成され、感光部に対応す
る部分が分離すべき色に応じて開口されると共に感光部
より大きくかつ引出し電極部に重ならないような大きさ
を有する複数の染色層と、これら染色層の上で前記開口
部に対応して形成された透明膜厚調整層ど、を備えてお
り、また、本発明にかかるカラー固体ＲＩ＆装置の製造
方法においては、半導体基板表面に複数の感光部を形成
する工程と、感光部領域よりも広い範囲の全面に絶縁膜
を形成する工程と、絶縁膜上に感光性の被染色層を塗布
形成し感光部が分離ずべき色に応じて前記感光部に対応
する部分を露光および現像により除去し、染色する工程
と、被染色層が除去された部分に対応して透明な膜厚調
整層を形成する工程と、全面に保護膜を形成する工程と
１．を備えている。

すなわち、染色層を抜きパターンで形成すると共にこれ
を感光部領域よりも大きな面積で形成しているので、抜
きパターンの収縮等に伴う感光部に対する悪影響を防止
でき、良好な画像を得ることができる。

〔発明の実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図（ａ）〜（ｄ）を参照
しながら説明する。なお、従来と同一の部材は同符号を
付して説明を省略する。

第１図（ｄ）は本発明にかかるカラー固体撮像装置の完
成状態を示す素子断面図であって半導体基板１中の表面
にフォトダイオード２が所定ピッチで形成されており、
その上にはフォトダイ、オード２に対応する部分のみ薄
く形成された絶縁膜３、ＰＳＧ膜４、フォトダイオード
２に対応する部分のみ開口されたアルミニウム遮光膜５
、平滑層６が従来装置と同様に形成されている。

この平滑層６の上に第１の色フィルタである第１の染色
層７′が形成されている。この層は従来はフォトダイオ
ードに対応する部分のみに染色層が形成された残しパタ
ーンとなっているが、この実施例ではフォトダイオード
に対応する部分が除去された抜きパターンとなっている
。

第１の染色層７′の上には透明な中間層８が形成されて
おり、その上には第２の染色層９′が形成されている。

この第２の染色層９′も抜きパターンとなっている。さ
らに第１の染色層７′および第２の染色層９′の少くと
も一方が除去されたフォトダイオード対応部分には透明
膜（ホワイトパターン）１１が形成され、平滑化が図ら
れている。最上層には保護層（オーバーコート層＞１０
が形成されている。

このようなカラー固体撮像装置においては第２図に示す
ように邑フィルタとなる染色層領域２４はフォトダイオ
ードが配設された画素領域２３よりも縦方向、横方向と
も約１００μｍずつ大きく形成されている。これは染色
層が抜きパターンで大面積に形成されているために、感
光部領域と同じ大きさに形成したのでは染色層の収縮に
より面積が小さくなり、あるいはクラックが周辺感光部
領域で発生することによって、色むらや画像欠陥が生じ
ることを防止するためである。

次にこのようなカラー固体撮像装置の製造工程を説明す
る。

まず、従来と同様に半導体基板１の表面付近のフォトダ
イオード２を所定ピッチで形成した復、その上に絶縁ｌ
ｌｌ３、パッシベーション！Ｉ４およびアルミニウム鴻
光膜５を従来と同様の方法で形成する。つづいて、２μ
ｍの膜厚を有する感光性アクリル樹脂を用いて前記基板
１上に平滑層６を形成する（第１図（ａ））。次いで、
１％の重クロム酸アンモニウムを含んだカゼインレジス
トを、平滑化した基板１上に１．０ｕｍの膜厚で塗布し
、７０℃で４０分間プリベークした後、高圧水銀ランプ
を用いて所定のマスクを介して５０　ｍ　Ｊ　／　ｃＩ
ＩＩの条件で露光する。その後、基板１を純水中に１０
秒間浸漬した侵、メタノールでリンス処理を施し、所定
のフォトダイオードに対応する部分が開口された抜きパ
ターンを形成する。この抜きパターンの色フイルタ領域
２４は前述したように画素部領域２３よりも大きく形成
されている。

続いて基板１を６０℃に保持されたシアン染色液に２分
間浸漬し、これを純水洗浄した後、乾燥することにより
所定のフォトダイオードに対応する部分に開口部を有し
た第１層目のシアン染色層７′が得られる（第１図（ｂ
））。

次に上記基板上にレジスト（商品名ＴＰＲ；東京応化工
業■製）を１．０μｍの膜厚で塗布し、８０’Ｃで２０
分間プリベークした後、高圧水銀ランプにて露光し、こ
れを専用現像液に６０秒間侵浸した後、ボストベークを
行ない、色フイルタ領域全面に中間層（混色防止膜）８
を形成する。次いで、前述のシアン染色層形成工程と同
様にして、所定の感光部が抜けたカゼインのパターンを
形成した後、基板１を６０℃に保持したイエロー染色液
中に３分間浸漬し純水洗浄、乾燥を行なって第２層目の
イエロー染色層９を形成する（第１図（Ｃ））。ここで
シアン染色パターンと同様、第２図に示すように抜きパ
ターンの色フイルタ領域２４は、縦横１００μｍずつ画
素部領ｔｅｌ！２３より大きい面積である。なお、シア
ン染色層７′およびイエロー染色層９′が共に形成され
たフォトダイオード部では緑のフィルタが形成されたの
と同様な結果となる。

つづいて前述の第１層目のシアン染色層用の抜きパター
ンの扱いた部分と、第２染色層の抜き部分に対応する部
分に、前述したのと同様な工程によりカゼインレジスト
の残しパターン（ホワイト層）２１を形成した。次に前
述したのと同様のレジスト（ＴＰＲ）を用いて中間層８
を形成した工程と同様の方法によりオーバーコート層（
保護層）１０を形成し、カラー固体搬像装置が完成する
（第１図（ｄ））。

このようにして完成した本発明によるカラー固体撮像装
置において抜きパターンから成る染色層によって、画素
部領域より大きい色フィルタが形成されているため、染
色層が収縮したとしても画素部領域の周辺部で染色層が
後退することによる色むらや画像欠陥は生じない。また
染色層が扱きパターンであるため下層との接触面積が大
きく水溶性レジストの剥離が生じにくい。さらに染色層
が除去された部分の上方には透明層であるホワイトパタ
ーンが形成されているため素子表面の平担化が図られる
とともにレンズ効果によって膜厚のばらつきに伴う画像
欠陥を防止することができる。

なお、上記実施例では、シアン、イエロー、緑からなる
色フィルタの形成の場合について述べたが、これに限ら
れない。例えば、シアン、イエロー、ホワイト（シアン
、イエローとも抜きパターンとする）の補色方式または
赤、緑、青の３原色方式の染色層を順次積層したカラー
固体撮像素子を形成することも可能である。もちろん、
これらの色フイルタ形成のための染色順序も限定される
ものではない。

また、上記実施例では、ＣＣＤ（電荷結合素子）を用い
た場合について述べたが、これに限らず、ＭＯ８型搬像
素子、ＢＢＤ　（バケツリレー型素子）、またはＣＩＤ
＜電荷注入型素子）にも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づいて詳述したように、本発明によれば
、カラーフィルタとなる染色層を抜きパターンで形成し
、しかもこれを感光部領域よりも大きな面積で形成して
いるので、染色層の収縮による画像および色の欠陥を招
かない。また抜きパターンとなった感光部に対応してホ
ワイトパターンが形成され全体の膜厚が一定となり素子
表面の平坦化が図られているので良好な画質を有するカ
ラー固体撮像装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例に係るカラー
固体搬像装置の製造工程を示す断面図、第２図は第１図
（ｄ）の状態における撮像製品仝体の平面図、第３図は
従来のカラー固体撮像装置製造工程を示す断面図、第４
図は第３図（ｄ）状態における撮像装置全体の平面図で
ある。 １・・・半導体基板、２・・・フォトダイオード、３・
・・絶縁膜、４・・・パッシベーション膜（ＰＳＧ膜）
、５・・・アルミニウム遮光膜、６・・・平滑層、７・
・・シアン染色層、８・・・中間層（混色防止膜）、９
・・・イエロー染色層、１０・・・保護層、１１・・・
透明層、２１・・・ポンディングパッド部、２２・・・
分割線、２３・・・画素部領域、２４・・・色フイルタ
領域。 出願人代理人　　猪　　股　　　　清 第１図 第４図 第３図 手続ネＦＩＴ正書 昭和６１年３　月７３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板表面に形成された複数の感光部と、 この感光部の周囲に配設された引出し電極部と、前記感
   光部の上方に絶縁膜を介して形成され、前記感光部に対
   応する部分が分離すべき色に応じて開口されると共に前
   記感光部より大きくかつ前記引出し電極部に重ならない
   ような大きさを有する複数の染色層と、 これら染色層の上で前記開口部に対応して形成された透
   明薄膜調整層と、 を備えたカラー固体撮像装置。 ２、染色層が染色された水溶性レジスト層である特許請
   求の範囲第１項記載のカラー固体撮像装置。 ３、水溶性レジストが重クロム酸アンモニウムを添加し
   た蛋白質またはポリビニルアルコールである特許請求の
   範囲第２項記載のカラー固体撮像装置。 ４、透明膜厚調整層がパターニングされた水溶性レジス
   ト層である特許請求の範囲第１項記載のカラー固体撮像
   装置。 ５、半導体基板表面に複数の感光部を有する画素領域を
   形成する工程と、 前記画素領域上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜
   上に感光性の被染色層を前記画素領域よりも大きく塗布
   形成し前記感光部が分離すべき色に応じて前記感光部に
   対応する部分を露光および現像により除去し、染色する
   工程と、 被染色層が除去された部分に対応して透明な膜厚調整層
   を形成する工程と、 全面に保護膜を形成する工程と、 を備えたカラー固体撮像装置の製造方法。 ６、被染色層が複数で、各被染色層間に混色防止用の中
   間層が形成される特許請求の範囲第５項記載のカラー固
   体撮像装置の製造方法。 ７、絶縁膜が画素領域よりも大きく形成される特許請求
   の範囲第５項または第６項記載のカラー固体撮像装置の
   製造方法。