(57)【要約】【課題】孤立したカラーフィルタパターン配列によるフィルタ膜の剥がれを防止する。【解決手段】ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像装置において、センサチップ上に設けるフィルタ層を、可視光から近赤外領域の光を分光せずに透過する無フィルタ部と、可視光領域で分光を行うカラーフィルタ部とで構成する。そして、無フィルタ部を、カラーフィルタ材料と同一組成の樹脂から色素を取り除いた透明樹脂パターンで形成する。カラーフィルタ材料と同一組成樹脂を用いた透明樹脂パターンにより、各画素のパターン同士の密着性の向上を図る。さらに、透明樹脂パターンをカラーフィルタ形成前にパターン形成することにより、透明樹脂パターンの側壁面が孤立したカラーフィルタパターン形成における密着面を提供する。【選択図】図４
2008091384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ光電変換部を有する複数の画素より構成され、入射光を分光した光を受光する複数の第１の画素と、入射光を分光せずに受光する複数の第２の画素とを規則的に配列してなる画素アレイ部と、
前記画素アレイ部上に配置される上層膜と、
前記上層膜上に配置され、前記画素アレイ部の各画素毎にフィルタを設けた光学フィルタ層とを有し、
前記光学フィルタ層は、前記第１の画素に対応する分光フィルタ部と、前記第２の画素に対応する無フィルタ部とを有し、前記無フィルタ部は透明樹脂膜より形成されている、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記無フィルタ部は分光フィルタ部と同一組成を有するフィルタ材から色素を除去した透明樹脂膜より形成されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記分光フィルタは入射光を可視光領域で分光して所定の色成分光を画素に供給する色フィルタであることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記無フィルタ部と分光フィルタが隣接して配置されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
それぞれ光電変換部を有する複数の画素より構成され、入射光を分光した光を受光する複数の第１の画素と、入射光を分光せずに受光する複数の第２の画素とを規則的に配列してなる画素アレイ部と、
前記画素アレイ部上に配置される上層膜と、
前記上層膜上に配置され、前記画素アレイ部の各画素毎にフィルタを設けた光学フィルタ層とを有する固体撮像装置を具備し、
前記光学フィルタ層は、前記第１の画素に対応する分光フィルタ部と、前記第２の画素に対応する無フィルタ部とを有し、前記無フィルタ部は透明樹脂膜より形成されている、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
前記無フィルタ部は分光フィルタ部と同一組成を有するフィルタ材から色素を除去した透明樹脂膜より形成されていることを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
前記分光フィルタは入射光を可視光領域で分光して所定の色成分光を画素に供給する色フィルタであることを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項８】
前記無フィルタ部と分光フィルタが隣接して配置されていることを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項９】
それぞれ光電変換部を有する複数の画素より構成され、入射光を分光した光を受光する複数の第１の画素と、入射光を分光せずに受光する複数の第２の画素とを規則的に配列してなる画素アレイ部と、
前記画素アレイ部上に配置される上層膜と、
前記上層膜上に配置され、前記画素アレイ部の各画素毎にフィルタを設けた光学フィルタ層とを有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記上層膜の平坦化膜上に前記第２の画素に対応する前記光学フィルタ層の無フィルタ部を透明樹脂膜より形成する工程と、
前記無フィルタ部の形成後、前記第１の画素に対応する前記光学フィルタ層の分光フィルタ部をフィルタ材より形成する工程と、
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記無フィルタ部は分光フィルタ部と同一組成を有するフィルタ材から色素を除去した透明樹脂膜より形成することを特徴とする請求項９記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の画素に対応して特性の異なる光学フィルタを搭載した固体撮像装置及びその製造方法、並びにその固体撮像装置を用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像装置において、複数の画素毎に特定の色成分光を透過するカラーフィルタを配置したものが提供されている。
また、このような固体撮像装置では、集光手段によって各画素のフォトダイオード（光電変換手段）に外光を効率的に入射させる構成となっており、集光手段として、オンチップレンズ、層内凹レンズ、層内凸レンズなどにより、集光効率を改善する技術が提案されてきている。
しかし近年では、レンズを組み合わせた集光技術をもってしても、単位画素サイズの縮小に伴う入射光の絶対量減少により、固体撮像装置の出力信号の元になる画素毎の電子数の減少を補うことはできなくなってきており、固体撮像装置の感度は低下してしまう傾向にある。そして、この感度低下は、信号出力と画素内で発生する固有のノイズである光ショットノイズや暗電流ノイズ、転送時に混入するノイズなどとの比（Ｓ／Ｎ比）を悪化させるため、画質の低下を招いている。
そこで、この感度低下を補うために、電子を電圧に変換する割合、いわゆる変換効率を高めているが、光ショットノイズや暗電流ノイズ、転送時などに混入するノイズも増幅してしまうため、Ｓ／Ｎ比は改善しないという問題がある。
【０００３】
一方、感度を向上させる手法として、カラーフィルタで分光しない画素の信号を輝度信号として用いたり、Ｓ／Ｎ比が低い画素の信号をその画素の近くに存在する可視光だけでなく近赤外領域の波長の光も透過するカラーフィルタ無し画素から得られるＳ／Ｎ比の高い信号に置き換える（いわゆるＩＲフィッティングという）などの手法が提案されている。これらの手法を用いるためには、例えば図５（ａ）に示すように、３種類の色フィルタ１１、１２、１３の間にフィルタの存在しない無フィルタ部１４を配置したり、図５（ｂ）に示すように、２種類の色フィルタ２１、２２の間にフィルタの存在しない無フィルタ部２３を配置したカラーフィルタ配列を用いることになる。
【０００４】
ところで、カラーフィルタ材料としては、一般的に顔料を分散させたアクリル系樹脂に感光性を持たせたネガ型カラーレジストが用いられている。このカラーレジストは、露光光によって感光組成物の系の重合が進むが、下地との界面付近での重合度合いが形成パターンの密着性を左右する。特に、カラーレジストは色素を含有するために、露光光が下地との界面まで十分に到達しにくく、重合不十分なために密着性が不足し、パターンが剥がれ易いという問題を有している。
【０００５】
図６は一般的なＲＧＢ３原色カラーフィルタ配置を示している。
このカラーフィルタ配列では、Ｇｒｅｅｎフィルタ３１が市松模様状に配置され、その間にＲｅｄフィルタ３２、Ｂｌｕｅフィルタ３３が配置されている。
このようなフィルタでは、Ｇｒｅｅｎを１色目にパターン形成を行うことで、下地との密着だけでなく、パターン同士が四隅で接触しているために、密着性が向上し、剥れにくくなっている。さらに、２色目、３色目は、Ｇｒｅｅｎのパターンの側壁とも密着するため、剥れない程度に十分な密着性が確保できている。
【０００６】
しかし、図５に示すようなカラーフィルタ配列の場合には、カラーフィルタが無フィルタ部を挟んで孤立して存在する部位が生じ、密着性不足によりカラーフィルタに剥がれが生じてしまう。また、画素サイズ縮小に伴うカラーフィルタパターンの密着面積縮小により、密着性不足を助長している。
カラーフィルタの密着性向上に関しては、例えば下地層の表面をエッチングした後に、フィルタを形成する方法（例えば特許文献１参照）など、これまでにも様々な方法が提案されているが、微細孤立パターンに対する効果は十分でない。
【特許文献１】特開２００１−２８４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、感度向上のために、カラーフィルタの無い画素を配置した構成では、カラーフィルタと下地層との密着性が低下し、剥がれ易いという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、孤立したカラーフィルタパターン配列においても剥がれが生じず、容易に感度の向上を実現できる撮像装置、固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、それぞれ光電変換部を有する複数の画素より構成され、入射光を分光した光を受光する複数の第１の画素と、入射光を分光せずに受光する複数の第２の画素とを規則的に配列してなる画素アレイ部と、前記画素アレイ部上に配置される上層膜と、前記上層膜上に配置され、前記画素アレイ部の各画素毎にフィルタを設けた光学フィルタ層とを有し、前記光学フィルタ層は、前記第１の画素に対応する分光フィルタ部と、前記第２の画素に対応する無フィルタ部とを有し、前記無フィルタ部は透明樹脂膜より形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また本発明の撮像装置は、それぞれ光電変換部を有する複数の画素より構成され、入射光を分光した光を受光する複数の第１の画素と、入射光を分光せずに受光する複数の第２の画素とを規則的に配列してなる画素アレイ部と、前記画素アレイ部上に配置される上層膜と、前記上層膜上に配置され、前記画素アレイ部の各画素毎にフィルタを設けた光学フィルタ層とを有する固体撮像装置を具備し、前記光学フィルタ層は、前記第１の画素に対応する分光フィルタ部と、前記第２の画素に対応する無フィルタ部とを有し、前記無フィルタ部は透明樹脂膜より形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の製造方法は、それぞれ光電変換部を有する複数の画素より構成され、入射光を分光した光を受光する複数の第１の画素と、入射光を分光せずに受光する複数の第２の画素とを規則的に配列してなる画素アレイ部と、前記画素アレイ部上に配置される上層膜と、前記上層膜上に配置され、前記画素アレイ部の各画素毎にフィルタを設けた光学フィルタ層とを有する固体撮像装置の製造方法であって、前記上層膜の平坦化膜上に前記第２の画素に対応する前記光学フィルタ層の無フィルタ部を透明樹脂膜より形成する工程と、前記無フィルタ部の形成後、前記第１の画素に対応する前記光学フィルタ層の分光フィルタ部をフィルタ材より形成する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の固体撮像装置及び撮像装置によれば、入射光を分光した光を受光する画素と入射光を分光せずに受光する画素とを有する固体撮像装置において、通常のフィルタ材よりなる分光フィルタ部と透明樹脂膜よりなる無フィルタ部とで光学フィルタ層を構成したことにより、下地層とフィルタ層との密着性、及び各フィルタ部同士の密着性を向上でき、フィルタの剥離を防止して、信頼性の高い固体撮像装置及び撮像装置を得ることが可能である。
また、本発明の製造方法では、光学フィルタ層の無フィルタ部を透明樹脂膜より形成した後、光学フィルタ層の分光フィルタ部をフィルタ材より形成することにより、新規プロセスを導入することなく、光学フィルタの密着性を向上させ、製造過程での剥離をなくすことができ、安定した固体撮像装置の製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像装置において、センサチップ上に設けるフィルタ層を、可視光から近赤外領域の光を分光せずに透過する無フィルタ部と、可視光領域で分光を行うカラーフィルタ部とで構成したものであり、無フィルタ部を、カラーフィルタ材料と同一組成の樹脂から色素を取り除いた透明樹脂パターンで形成したことを特徴とする。
このように、カラーフィルタ材料と同一組成樹脂を用いることにより、各画素のパターン同士の密着性の向上を図ることができるとともに、露光、現像などカラーフィルタ形成工程と同一プロセスを用いたパターン形成が可能である。さらに、この透明樹脂パターンをカラーフィルタ形成前にパターン形成することにより、透明樹脂パターンの側壁面が孤立したカラーフィルタパターン形成における密着面を提供することとなり、密着性の向上を図ることができる。また、無フィルタ部の透明樹脂は色素を含まないため、露光光が十分に下地との界面に到達し、パターン表面から最下層まで十分に光重合が起こるため、非常に密着性が高く剥がれが発生しにくい。
本実施の形態により、新規プロセスを導入することなく、カラーフィルタの密着性を向上させ、カラーフィルタの製造工程においてカラーフィルタパターンの剥がれが無く、安定したカラーフィルタ製造が可能となる。
【００１４】
以下、本発明の具体例を図面に基づいて説明する。
図１は本実施の形態で採用する固体撮像装置の概要を示すブロック図であり、ＣＭＯＳイメージセンサの例を示している。
また図２は図１に示すＣＭＯＳイメージセンサの画素周辺の素子構造を示す断面図である。
まず、図１において、本例のＣＭＯＳイメージセンサは、同一チップ上に、フォトダイオード（光電変換部）を含む複数の画素１１０を２次元方向に配置して画素アレイ部を構成した撮像領域１００と、この撮像領域１００の外部に形成された周辺回路領域２００とを設けたものである。
そして、周辺回路領域２００には、画素アレイ部に各種の制御パルスを供給して画素列毎に画素信号の読み出しを行う垂直選択駆動回路２１０と、画素アレイ部から読み出された列信号に対してノイズ処理等の信号処理を行う列信号処理部２２０と、この列信号処理部２２０で処理した画素信号を水平信号線２６０に転送する水平走査回路２３０と、水平走査回路２３０から転送される画素信号を映像信号に変換して出力する出力処理部２４０と、各部にタイミング信号を供給するタイミングジェネレータ２５０等が設けられている。
【００１５】
次に図２に示すように、シリコン基板３００上には、各種の配線や絶縁膜を積層した積層膜３１０が配置され、その上にカラーフィルタ３２１及びマイクロレンズ３２２が配置されている。
シリコン基板３００の上層部には、素子分離部３０１によって分離された領域に、フォトダイオード（ＰＤ）３０２が形成され、その周辺にＦＤ３０３や各種トランジスタ（Ｔｒ）３０４等が形成されている。また、シリコン基板３００の上面には、ゲート絶縁膜３０５を介して各トランジスタ３０４のゲート電極３０４Ａが形成され、その上部に層間絶縁膜３１１を介して各種の配線３１２が多層構造で形成されている。
また、層間絶縁膜３１１の上に平坦化膜３１７を介してカラーフィルタ３２１、マイクロレンズ３２２が配置されている。
【００１６】
次に本発明の特徴となるカラーフィルタ層の構成について説明する。
図３は本例のイメージセンサで用いるカラーフィルタの画素配置を示す平面図である。また、図４は図３に示すカラーフィルタの層構造を示す断面図であり、図４（ａ）は図３のＡ−Ｂ線断面を示し、図４（ｂ）は図３のＣ−Ｄ線断面を示している。
図３に示すように、本例のカラーフィルタは、図５（ａ）に示したフィルタ配置と同様に、ＲＧＢ３原色フィルタの３種類の色フィルタ４１、４２、４３が縦横１画素おきに配置されている。
また、各色フィルタ４１、４２、４３の間には、色フィルタの存在しない画素部が配置されているが、本例では従来の無フィルタ部１４ではなく、カラーフィルタ材と同一組成材料による無色透明の樹脂膜４４が配置されている。
【００１７】
このような構成のカラーフィルタ層は、図４に示すように、まず樹脂や無機膜によって形成された下地の平坦化膜４５の上に、カラーフィルタ材と同一組成樹脂から色素を取り除いた透明樹脂膜４４が形成され、その樹脂膜４４の上面から各色フィルタ４１、４２、４３を埋め込む状態でパターン形成することによって形成されている。
この結果、各色フィルタ４１、４２、４３は、平坦化膜４５の界面と透明樹脂膜４４の側壁に密着面を有しており、従来例の孤立したカラーフィルタパターンを形成する場合よりも密着性が向上し、パターン形成時のパターン剥がれを抑制することが可能となる。
【００１８】
次に、このようなカラーフィルタ層の製造方法について説明する。
まず、下地平坦化膜上に透明樹脂パターンをリソグラフィ技術を用いることにより形成する。これは透明樹脂をスピン塗布し、ステップアンドリピート露光装置にて所望のパターンのマスクを用いて露光を行った後、アルカリ水溶液により現像を行う。
このときの塗布膜厚は、次工程のカラーフィルタ材料塗布時に塗布ムラが発生したり、形成されたカラーフィルタの表面が大きく窪んだ形状となったりするため、形成されるカラーフィルタパターンの膜厚以下となるように調整することが望ましい。
ここで、透明樹脂は、ネガ型光重合型カラーレジストやネガ型化学増幅型カラーレジストやポジ型カラーレジストやポジ型化学増幅型カラーレジストから色素を取り除いたもので、例えば、アクリル系やノボラック系樹脂の感光材料であり、例えば富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製ＣＴ（商品名）は、それに相当する材料である。なお、材料によっては、この後光を照射するなどのブリーチング処理が必要なものもある。
【００１９】
これ以降、従来と同様にカラーフィルタを形成していく。まず、スピンコート法によって、フィルタ材となるレジスト材を上述した透明樹脂パターンと下地平坦化膜上に塗布した後、プリベークを行う。次に、露光光にｉ線（ｎｍ）を用いたステッパ露光を行った後、パドル現像を行う。以上の工程を、Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄ、Ｂｌｕｅの順に繰り返して行った後、ポストベークを行ことで、３色のカラーフィルタをパターン形成する。
【００２０】
以上説明したように、本例のイメージセンサでは、可視光から近赤外領域の光を分光せずに透過する無フィルタ部と、可視光領域で分光を行うカラーフィルタ部とでカラーフィルタ層を構成する場合に、無フィルタ部には、カラーフィルタ材料から色素を取り除いた透明樹脂パターンを形成し、さらに、この透明樹脂パターンをカラーフィルタ画素部の形成前に形成することにより、新規プロセスを導入することなく、カラーフィルタの密着性を向上させ、カラーフィルタの製造工程においてカラーフィルタパターンの剥がれが無く、安定したカラーフィルタ製造が可能となる。
この結果、イメージセンサに入射してきた光を効率良く利用した固体撮像素子の製造が可能となり、Ｓ／Ｎ比の高い固体撮像システムを提供することが可能となる。
【００２１】
なお、以上は本発明をＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合を説明したが、本発明は必ずしもＣＭＯＳイメージセンサに限定されず、ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像装置にも適用できるものである。
また、固体撮像装置は１チップ上にＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサを構成したものに限らず、撮像部や信号処理部等の複数のチップをまとめてパッケージ化したモジュールであってもよい。
また本発明は、固体撮像装置として構成される装置に限らず、この固体撮像装置を他の機能部（例えば制御部、操作部、表示部、画像ファイル部、通信部等）と組み合わせた各種の撮像装置（例えばカメラ装置、防犯システム、さらには携帯電話器等）として構成される装置であってもよい。また、撮像対象として、指紋検出等を行うものも含むものとする。
これらの撮像装置に本発明を適用することにより、撮像部の耐久性や信頼性の向上、製造歩留りの改善による低廉化等の効果を得ることができ、高品位の装置を安価に提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態で採用する固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の概要を示すブロック図である。
【図２】図１に示すＣＭＯＳイメージセンサの画素周辺の素子構造を示す断面図である。
【図３】図１に示すイメージセンサで用いるカラーフィルタの画素配置を示す平面図である。
【図４】図３に示すカラーフィルタの層構造を示す断面図であり、（ａ）は図３のＡ−Ｂ線断面を示し、（ｂ）は図３のＣ−Ｄ線断面を示している。
【図５】無フィルタ部を含むカラーフィルタの画素配置を示す平面図である。
【図６】一般的なＲＧＢ３原色カラーフィルタの画素配置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
４１、４２、４３……色フィルタ、４４……透明樹脂膜、４５……平坦化膜、１００……撮像領域、１１０……画素、２００……周辺回路領域、２１０……垂直選択駆動回路、２２０……列信号処理部、２３０……水平走査回路、２４０……出力処理部、２５０……タイミングジェネレータ、３００……シリコン基板、３０２……フォトダイオード、３１０……積層膜、３２１……カラーフィルタ、３２２……マイクロレンズ。
【図１】
2008091384.tif 000003
【図２】
2008091384.tif 000004
【図３】
2008091384.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008091384.tif 000007
【図６】
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