JPS6022323B2 - 固体カラ−撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、固体力ラー撮像素子に関し、更に詳述すれば
、色フィル夕を備えた固体カラー団体撮像素子に関する
ものである。

最近、工業用あるいは家庭用のＶＴＲの普及に伴って、
４・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ＬＳＩ）を使
用した固体テレビカメラが注目されている。この固体テ
レビカメラは、従来の滋綾管の面板および電子ビーム発
生部分がＩＣ基板に置き換わって、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、消翼磁力が少なく、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。この固体撮像素子は層状に形
成され、半導体基板部分と、色（カラー）フィルタ部分
とからなっている。カラーフィル夕に、褐色フィル夕を
使用する場合、シアン、イエロー、緑、白の４組を使っ
て色再現を計る方式が一般にとられる。

その場合、第１図に示すごとく、緑は、シアン１とイエ
ロー２の積層によって製作する。なお、第１図は固体撮
像素子の要部断面図である。

図において、８は少なくとも受光領域が設けられた半導
体基板である。

４〜７が受光領域で、この上部にカラー・フィルタ部が
設けられ各色フィルター領域が受光領域に対している。

一般に、フィル夕は、重クロム酸アンモニウムやビスア
ジド系等の感光剤を含むゼラチン、ポリビニルアルコー
ル等の水溶性ホトレジストを使用し、これを、マスクを
通して露光し、現像してパターン化し、その後、所定の
染色液に浸澄して染色する。第１色目のパターンを形成
した後、染色液によって染色されない有機物によって被
覆した後、同一工程を繰り返すことによって、第２色目
のフィル夕パターンを形成する。この際、フィル夕の分
光透過特性は、ゼラチン等の膜厚によって大きく変化す
る。

従って良好な色フィル夕の実現には、フィルタ用母材の
膜厚を正確に形成する必要がある。

しかし、フィルタ用母材の製造を上述の如くフィルタ母
材に感光特性を持たせて、この感光特性を利用して行な
う場合、フィルタ母材のパターンを露光する際の光量に
よってフィルタ用母材の膜厚が左右される。固体撮像素
子上に色フィルタ部分をこの様な方法で直接形成する場
合、通常のガラス等の透光性基板上に色フィル夕を形成
する場合と異なって基板面からの反射光が大きな問題と
なる。

これは固体撮像素子の基板はガラス等の透明基板とは異
なってく反射光量が大なるためである。固体撮像素子上
で露光する場合は、光源から直接入射する光の他に基板
面から反射して釆る光の和で露光の光量が決定される。

したがって、第１色目に、紫外線等の射照光を吸収する
色フィル夕（たとえばイエロー）を形成し、第１色目の
上部に第２色目としてシアンを形成すると、下地がシリ
コンの場合シアン用のフィル夕は、イエロー上では、ィ
ヱロ−でない場所と比較して約３０％光量が不足する。
ゼラチンの感光特性は、光量をある程度以上強くすれば
飽和する煩向があるが、この飽和領域ではかぶりが多く
、精度の良いパターンが形成できない。飽和直前の光革
で露光するのが最適となるが、この場合、イエロー上と
そうでない場合でゼラチンの膜厚に約３０％の差が出来
、第２図に示すごとき分光特性を示す。すなわち、単一
層として形成されたシアンフィル夕の分光透過率曲線は
２５であるに対し、イエローフィルタ上では曲線２３に
変化する。そのため、イエローとシアンの積層によって
形成された緑の透過率曲線は本釆２４であるべきものが
長波長側のカーブが長波長にシフトし曲線２２となる。
本発明の目的は、上記欠点を去して、光学的に良好な色
フィル夕を備えた固体力ラー撮像素子を提供することに
ある。

本発明の園体撮像素子の要点は、少なくとも複数の受光
領域を有する固体撮像素子の基体上部に複数の色フィル
夕をとう致し、且つ第１色目と第２色目のフィルタ層の
重複部分により第３色目の色フィル夕を構成する場合、
基体に近い下層に形成するフィル夕をこのフィルタ層の
形成に使用する露光用光線を実質的に透過する分光透過
特性を有するものを配する点にある。

固体撮像素子基板上にゼラチンなどの有機材料を用いフ
オトリングラフィ技術によってカラを形成する場合には
、露光の光童は光源から直接入射する光の他に基板面か
ら反射して来る光の和で決定される。

上記購成のように露光用光線である紫外線などの光を透
過する色例えばシアン色のカラーフィル夕を先に形成し
、その上部に一部重複させて藤光用光線を吸収する色例
えばイエロー色のカラーフィル夕を形成すると、重複部
分があっても上記イエローフィル夕は光源からの直接入
射光と基板からの反射光とにより適切に露光されること
になり重複部分も非重複部分も同じ膜厚に形成できる。
この様に、他のカラーフィル夕との間に重複部分を有し
ていてもカラーフィルタ届の膜厚を均等にできるので、
フィル夕の分光透過特性は良好で高品質の画像を提供す
ることができる。

以下実施例を用いて詳細に説明する。第１図は、本発明
の一実施例としての固体力ラー撮像素子の概略断面図で
ある。半導体基板は、Ｓｉ基板８に、受光素子としての
受光領域４，５，６および７が形成され、さらに上記基
板８上に所定の絶案談漠（図示せず）および金属配線（
図示せず）、必要に応じてパッシベーション膜（図示せ
ず）が形成されてなる。

第３〜７図にキ斑略工程図を示す。

第３図に示す半導体基板上に、ポリグリシジルメタクリ
レート層３０を形成し、次いでシアン色染料で染色され
たシアンカラーフィル夕１をもうける。更にポリグリシ
ジルメタクリレート（略称ＰＧＭＡ）からなる混色防止
保護膜層３０上に、第４図に示す様にゼラチン２１を回
転塗布法で塗布する。ここでゼラチンの感光剤としては
重クロム酸アンモニウム（ＮＨ４仇２０７、一般にＡＤ
Ｃと略称）の５％、４０℃の溢水溶液が用いられる。こ
のゼラチン塗布層の厚さは約１〃とする。次に第５図に
示す様にクロム（Ｃｒ）マスク３１を使用して紫外線弦
光ンを行ない上記ゼラチン層を重合硬化させ、現像処理
することにより染色可能なゼラチパターン層２２を形成
する。次に第６図に示す様にイエロー色用の染色液を約
７０午０に加熱し、この中へ上記素子を浸糟することに
より、上記ゼラチン層２２をイエロー色に染色しイエロ
ーカラーフィル夕２を形成する。上記シアン色染料とし
てはチバク。ンターキツシュフルーの２．２％水溶液を
そしてイエロー色染料としてはカャノールィェローの５
％水溶液を用いる。本例では、カラーフィル夕に補色フ
ィル夕を使用しており、シアン、イエロー、緑、白の４
組を使って色再現を計る方式がとられる。シアンに対応
する受光領域は５、緑は６、イエローは７そして白は４
がそれぞれ対応する。次いで、第７図に示す様に上記フ
ィルタ層１および２上にポリグリシジメタクリレートか
らなる保護膜３を形成し固体カラ−撮像素子用カラーフ
ィル夕を構成する。

上述のカラーフィル夕の材料として、前記ゼラチンの他
に、ポリビニールアルコールあるいはグリュ−なども差
違なく使用できる。

この様にイエローカラーフィル夕２をシアンカラーフィ
ルターの形成の上層部に形成するので、カラーフィル夕
に重複部があっても露光用の紫外線の光量を不足するこ
となく蕗光に使用することができる。

また、基板からの反射光をも有効に露光に使用するので
、直接入射させる紫外光が不必要に光量を増加させ“か
ぶり現象”を発生させることなく精度の良いパターンを
形成することができる。第２図は、本発明と従来の素子
の分光透過特性を示す概略特性図で機軸に光の波長を、
縦軸に分光透過率Ｔを示たものである。

曲線２５はシアンの分光透過率、曲線２６はイエローの
分光透過率である。

今、イエローを下層に、シアンを上層に形成して、緑色
をその重複部分で得る場合を考慮する。フィルタ層形成
のための露光用光線として一般に紫外線や、４３跡ｍ前
後の光を用いるが、この場合イエローの分光特性からみ
てこの露光用光線を透過しない。従って緑色を得るため
に配されたシアン色のフィルタ層は露光光量が減少し、
このフィルタ層の膜厚が薄くなる。結果としてこのシア
ン色の分光透過率は曲線２３の如き特性を示す。この結
果、曲線２４のイエローと曲線２３のシアンで合成され
た緑色は曲線２２の如き分光透過率となる。一方、下層
にイエローを形成されていない部分のシアンの分光透過
率は曲線２５で示される。

色再現の場合はＲ（赤）＝Ｗ（白）−Ｃｙ（シアン）十
Ｙｅ（黄）−Ｇ（緑）８（青）＝Ｗ（白）−Ｙｅ（黄）
十Ｃｙ（シアン）一Ｇ（緑）Ｇ（緑）＝Ｇ（緑） なる演算によって三原色を再現するのであるが、この演
算は、Ｃｙ（シアン）＝Ｂ（青）十Ｇ（緑） Ｙｅ（黄）＝Ｇ（緑）十Ｒ（赤） なる関係が成立していないと成り立たない。

すなわち、三原色中の緑色がシアン、黄色中に含まれて
いる緑成分と整合がとれない特性の場合、Ｒ，Ｇ，Ｂの
表示が所望に行なえない。一方、本発明の如く、露光用
光線を透過するシアンを下層に配した場合、各フィル夕
の特性曲線は第２図の曲線２５（シアン）、２４（緑）
、２６（イエロー）の如くとなる。

シアンを下層に配した場合、この上部に形成するフィル
夕は所定の露光がなされ所望の膜厚が得ることができる
からである。本発明の素子では撮像の際にも膜厚の相違
によって影響を受けないため波長がずれることなく良好
な分光特性が得られた。

本実施例では、イエローとシアンのカラーフィル夕につ
いてのみ述べたが、他の色のカラーフィル夕の組み合わ
せであっても重複部のフィルタ膜厚を非重複部と均等に
させる場合は本発明が適用されることは言うまでもない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての固体力ラー撮像素子
の概略断面図、第２図は本発明による素子の千鱗略特性
図、第３乃至７図は本発明の素子の概略部分工程図であ
る。 １…カラーフイルタ（Ｃｙ）、２…カラーフイルタ（Ｙ
ｅ）、３・・・混合防止保護膜、４〜７・・・受光領域
、８・・・Ｓｉ基板。 牙ー図 対２図 治３函 弟ム図 第３図 冴Ｓ図 静７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の受光部を少なくとも有する半導体基体と、該
   基板上に上記受光部に対応してカラーフイルタ層が配置
   され、該フイルタ層の各々は少なくとも二種の相異なる
   分光透過性を有し、且上記受光部に対応して設けるフイ
   ルタの分光透過特性として第１および第２のフイルタ層
   の分光透過特性の合成によつて第３の分光透過特性を得
   ている構成少なくとも有する固体カラー撮像素子であつ
   て、上記第１および第２のフイルタ層の積層を行なうに
   当つて当該フイルタ層の加工に用いるところの露光用光
   線を実質的に透過する分光透過特性を有するフイルタ層
   を下層に配してなることを特徴とする固体カラー撮像素
   子。 ２ 前記下層に配されるフイルタ層はシアン色、上層に
   配されるフイルタ層は黄色なることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の固体カラー撮像素子。 ３ 複数の受光部を少なくとも有する前記半導体基体は
   その表面に透光性有機高分子層を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項〜第２項記載の固体カラー撮像
   素子。 ４ 複数の受光部を少なくとも有する半導体基体上に、
   所定の感光特性を有する第１のフイルタ母材を形成する
   工程、この第１のフイルタ母材を所定形状に露光し加工
   する工程、該第１のフイルタ母材に所定の分光透過特性
   を有せしめ第１のフイルタ要素となす工程、前工程迄に
   準備された半導体基体上に透光性有機高分子樹脂層を形
   成する工程、該樹脂層上に所定の感光特性を有する第２
   のフイルタ母材を形成する工程、前記第１のフイルタ母
   材と重複する部分を少なくとも持つところの所定形状に
   この第２のフイルタ母材を露光し加工する工程、該第２
   のフイルタ母材に所定の分光透過特性を有せしめ第２の
   フイルタ要素となす工程を少なくとも有し、且つ前記第
   １のフイルタ要素の分光透過特性は前記フイルタ母材の
   露光用光線を実質的に透過する特性なることを特徴とす
   る固体カラー撮像素子の製造方法。 ５ 複数の受光部を少なくとも有する前記半導体基体は
   その表面に透光性有機高分子層が形成されて成ることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載の固体カラー撮像
   素子の製造方法。 ６ 前記第１のフイルタ要素はシアン色、第２のフイル
   タ要素は黄色なるとを特徴とする特許請求の範囲第４項
   〜第５項記載の固体カラー撮像素子の製造方法。