(57)【要約】【課題】１０μｍ以下のラインピッチあっても、パターン剥がれやエッジ欠けがなく、ノイズや感度ムラが生じにくい形状の良好なカラ−フィルタを有するリニアセンサー用固体撮像素子を提供すること。【解決手段】３原色のストライプ状のカラーフィルタを形成した固体撮像装置において、第１色目に形成したカラーフィルタＧが第２列である中央列の受光素子列ｂの上方であり、その平面形状ｇが第１色目のカラーフィルタのストライプ状部ｆと、ストライプ状部を延長した、第２色目及び第３色目のカラーフィルタのストライプ状部を囲む額縁状部ｅとで構成する平面形状であること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子を一次元配列した受光素子列を平行に３列設け、列順に各受光素子列の上方に緑色、赤色、青色、或いは赤色、緑色、青色の３原色のストライプ状のカラーフィルタを形成したリニアセンサー用固体撮像素子において、第１色目に形成したカラーフィルタが第２列である中央列の受光素子列の上方であり、その平面形状が第１色目のカラーフィルタのストライプ状部と、該ストライプ状部を延長した、第２色目及び第３色目のカラーフィルタのストライプ状部を囲む額縁状部とで構成する平面形状であることを特徴とするリニアセンサー用固体撮像素子。
【請求項２】
前記第２色目又は第３色目のカラーフィルタが青色であり、該カラーフィルタのストライプ状部の周縁部が、第１色目のカラーフィルタの額縁状部に重ね合っていることを特徴とする請求項１に記載のリニアセンサー用固体撮像素子。
【請求項３】
前記第２色目及び第３色目のカラーフィルタの膜厚が、第１色目のカラーフィルタの膜厚の１．３倍以上であることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載のリニアセンサー用固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スキャナーやコピーなどに使われるリニアセンサからなる固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアセンサからなる固体撮像素子は、すでにファクシミリやスキャナー、複写機等の分野において実用化されている。
図４（ａ）は、従来の固体撮像素子の一例の構造を説明する平面図である。図４（ｂ）は、（ａ）に示す固体撮像素子のＸ−Ｘ’線における断面図である。また、図５（ａ）は、他の例の構造を説明する平面図である。（ｂ）は、その断面図である。
【０００３】
図４、及び図５に示すように、入射光のパターンを電気信号に変換する受光素子を一次元的に配置した受光素子列が３列（ａ、ｂ、ｃ）、平行に設けられている。各受光素子列の上方には、図４、及び図５上では省略しているが絶縁層やパッシベーション層がある。さらに透明樹脂からなる平坦化層（３）と、３原色の色信号を得るための赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラ−フィルタ（４）がある。
【０００４】
カラーフィルタの分光特性は、図３に示すような色再現性や色特性を重視した色分離型を採用する場合が多い。色分離型は、赤色、緑色、青色の３原色の分光特性において各色の分光特性における、図３中斜線で示す、重なり部分が少ないことが特徴である。
従って、各色の可視域における吸収帯（青色は５００〜７００ｎｍ、緑色は４００〜５００ｎｍ、及び５９０〜７００ｎｍ、赤色は４００〜５９０ｎｍ）の透過率はゼロに近い方が望ましく、各色の分光特性におけるクロスポイント（ＣＰ）は低い方が良い。
【０００５】
一方、カラーフィルタは，耐熱性や耐光性などの信頼性観点から顔料分散型であることが一般的でフォトリソグラフィーを利用した形成方法を用いている。詳しくは、顔料、樹脂、感光剤、溶剤、添加剤からなる１色目の顔料分散型カラーレジストを、透明樹脂からなる平坦化層（３）に覆われた固体撮像素子デバイス上にスピン塗布し、露光、現像、そして２００〜２５０℃程度の熱処理を経て、１色目のカラーフィルタを形成する。
２色目、３色目も同様にして３色のカラーフィルターを形成する。
【０００６】
【特許文献１】
特公平７−１１８５２３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、固体撮像素子は小型化が加速し、ラインピッチ（図４中（ＬＰで示す）が狭くなる傾向にあり、そのサイズは１０μｍ前後と小さいものである。また、カラーフィルタの位置精度についても±０．５μｍ以下が求められ、露光機は従来のアライナーやミラープロジェクタ−ではなく、位置精度の優れるｉ線（波長：３６５ｎｍ）ステッパーを用いる必要がある。
【０００８】
ところが、リニアセンサー用カラーフィルタは前記したように色分離型を採用するため、露光波長領域での透過率がほとんどない。図３に示すカラーフィルタのｉ線透過率は緑色が約０．５％、赤色が約２％、青色が約０．１％である。
従って、ｉ線のステッパーで露光を実施した場合、青色は露光波長であるｉ線透過率が０．１％と低いため、底部まで露光がほとんど達せず、その結果現像でパターン剥がれやエッジ欠けが生じ易くなる。
【０００９】
また、例えば、緑色、赤色、青色の配列で、入色をその順で実施した場合、後に入色する赤色、青色は、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、前色の影響で膜厚に傾斜がつくため、狙いの膜厚に形成する際の膜厚制御性に欠けることや、１個のリニアセンサー内での、或いは多面付けしたリニアセンサー間のバラツキといったマクロ的な膜厚分布が悪くなり、ノイズや感度ムラの発生によりラインセンサとしての特性が著しく劣化する原因になっていた。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、１０μｍ以下のラインピッチあっても、パターン剥がれやエッジ欠けがなく、ノイズや感度ムラが生じにくい形状の良好なカラ−フィルタを有するリニアセンサー用固体撮像素子を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、受光素子を一次元配列した受光素子列を平行に３列設け、列順に各受光素子列の上方に緑色、赤色、青色、或いは赤色、緑色、青色の３原色のストライプ状のカラーフィルタを形成したリニアセンサー用固体撮像素子において、第１色目に形成したカラーフィルタが第２列である中央列の受光素子列の上方であり、その平面形状が第１色目のカラーフィルタのストライプ状部と、該ストライプ状部を延長した、第２色目及び第３色目のカラーフィルタのストライプ状部を囲む額縁状部とで構成する平面形状であることを特徴とするリニアセンサー用固体撮像素子である。
【００１２】
また、本発明は、上記発明によるリニアセンサー用固体撮像素子において、前記第２色目又は第３色目のカラーフィルタが青色であり、該カラーフィルタのストライプ状部の周縁部が、第１色目のカラーフィルタの額縁状部に重ね合っていることを特徴とするリニアセンサー用固体撮像素子である。
【００１３】
また、本発明は、上記発明によるリニアセンサー用固体撮像素子において、前記第２色目及び第３色目のカラーフィルタの膜厚が、第１色目のカラーフィルタの膜厚の１．３倍以上であることを特徴とするリニアセンサー用固体撮像素子である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明によるリニアセンサー用固体撮像素子の一実施例の平面図である。また、図１（ｂ）は、（ａ）に示すリニアセンサー用固体撮像素子のＸ−Ｘ’線における断面図である。
図２（ａ）は、本発明によるリニアセンサー用固体撮像素子の他の例の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、半導体基板内には、フォトダイオード等より構成された複数の受光素子を一次元配列してなる受光素子列（ａ、ｂ、ｃ）と、図１及び図２上では省略しているがＣＣＤによる転送レジスタ部や転送電極部等が形成されている。また、半導体基板の上面には絶縁膜とパッシベーション層が形成されている。そして、このパッシベーション層上にアクリル樹脂などの透明樹脂からなる平坦化層（３）が設けられ、この平坦化層の上面にカラーフィルタ（１４）が設けられている。
カラーフィルタは赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３原色から構成されており、図１及び図２のように、複数の受光素子を一次元配列してなる３列の受光素子列（ａ、ｂ、ｃ）に対し、カラーフィルタを図１に示す緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、或いは図２に示す赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の順で設けている。
【００１６】
図１（ｃ）は、図１（ａ）に示すカラーフィルタ（１４）の緑色（Ｇ）の平面形状の説明図である。
図１（ｃ）に示すように、第１色目となる緑色（Ｇ）の平面形状（ｇ）は、第１色目のカラーフィルタのストライプ状部（ｅ）と、第２色目及び第３色目のカラーフィルタのストライプ状部を囲む額縁状部（ｆ）とで構成されている。
そして、第１色目に形成するカラーフィルタは、受光素子列の第２列である中央列の受光素子列の上方であるので、２色目，３色目のカラーフィルタは１色目に囲まれた額縁状の中を埋めるように形成されることになる。
【００１７】
これにより２色目以降であっても膜厚のバラツキが小さく、良好な形状のカラーフィルタが得られる。
つまり、前色の影響で膜厚に傾斜がつくことにより、膜厚制御性に欠けることや、マクロ的な膜厚分布が悪くなり色ムラ等の発生によりリニアセンサとしての特性が著しく劣化することを防止できる。
【００１８】
また、第２色目、第３色目に入色するカラーフィルタにおいて、ストライプ状部の全周縁部を１色目に形成するカラーフィルタの額縁部と重ね合わせることで、ストライプ状部の重ね合わせた部分はストライプ状部の中央の膜厚よりもかなり薄くなる。
これにより、パターン剥がれやエッジ欠けがなく、ノイズや感度ムラが生じにくい形状の良好なカラ−フィルタを得ることができる。
【００１９】
すなわち、表１は、青色のカラーフィルタを形成する際に用いる青色レジストの膜厚に対する、露光波長の３６５ｎｍにおける透過率を示すものであるが、青色のカラーフィルタの膜厚は図３に示す分光特性の際に２．０μｍであるため、そのまま形成した場合には露光波長の透過率は０．０１％しかなく、パターン剥がれや欠けが生じてしまう。
しかし、１色目と青色のカラーフィルタの周縁部を重ね合わせれば、重ねた部分の第２色目のカラーフィルタの膜厚は重ねていないカラーフィルタの膜厚よりも薄くなる。
【００２０】
よって、図１に示すように、第２色目のカラーフィルタの第１色目と重ねている部分（Ｙ−Ｙ）と，重ねていない部分（Ｚ−Ｚ）において露光波長域の透過率に差が生じ、重ねている部分（Ｙ−Ｙ）の露光波長の透過率が確保できるのでカラーフィルタに色分離型を採用し、露光を合わせ精度の高いｉ線ステッパーを用いたとしても、パターン剥がれやエッジ欠けがない良好な形状のカラーフィルタを得ることができる。つまり、パターン剥がれやエッジ欠けがない良好な形状のカラーフィルタを収率よく、廉価に製造することができるものとなる。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
さらに、第２色目、第３色目に入色するカラーフィルタの膜厚を第１色目のカラーフィルタの膜厚の１．３倍以上とすれば、有効画素内での膜厚に勾配がつくことなく、その周縁部を１色目のカラーフィルタと重ね合わせても、重ねた部分と画素中央部分との膜厚差を抑えることができる。
表２は、１色目の１．８μｍの膜厚の緑色のカラーフィルタに対し、２色目に赤色のカラーフィルタを５水準の膜厚で形成した時の、赤色のカラーフィルタにおける周縁部と中央部の膜厚差を示すものである。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
赤色及び青色のカラーフィルタは第１色目である緑色のカラーフィルタが額縁状にその周囲を囲んでいるので、ミクロ的には均一な膜厚であるが、表２の通り第２色目、第３色目の膜厚が１色目の緑色のカラーフィルタよりも薄いと中央部と周縁部とで膜厚差が生じ、その断面形状はすりばち状になり、また、周縁部においては角状になるなど形状がいびつになりやすく、ムラの原因になりやすいといった問題がある。
表２に示すように、１色目の緑色のカラーフィルタの膜厚１．８μｍに対して、２色目の赤色のカラーフィルタの膜厚を２．３５μｍと設定した場合、赤色のカラーフィルタにおける膜厚差は０．０８μｍとなり、ストライプ状部内の膜厚分布が向上する。また、その垂直断面形状はほぼ直角となり、均一な形状となるため、ムラの少ない良好な赤色のカラーフィルタを得ることができる。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例により具体的に説明する。
＜実施例１＞
図６（イ）〜（ハ）に示すように、半導体基板（１）の表面を平滑にする平坦化層（３）を形成した上に、第１色目なる緑色の顔料カラーレジスト（５）をスピンナー装置を用いて回転塗布形成した。次いで、ホットプレート上において８０℃、１分間の加熱処理を行った。次いで、ニコン製ｉ線ステッパーを用いて、マスクを介しながら所定の露光量を照射した。次いで、有機アルカリ現像液（ＴＭＡＨを主成分とする水溶液）を用いて、現像を行い、純水によるリンス後、回転による仮乾燥を行った。
【００２６】
次いで、ホットプレート上において２２０℃、６ｍｉｎの条件で加熱処理をおこない、緑色のカラーフィルタ（６）を得た。この緑色のカラ−フィルタの平面形状は、図１（ｃ）のように、緑色のストライプ状部（ｅ）を中心として、その上下に赤色及び青色を入色する部分を除いて額縁状部（ｆ）が連なっている。画素ピッチは１２μｍ，膜厚１．８μｍであった。
【００２７】
次に、第２色目となる青色の顔料カラーレジストを用い、第１色目の緑色のカラーフィルタ同様にフォトリソグラフィによって形成した。この第２色目の青色のカラーフィルタ（７）の周縁部を、第１色目の緑色のカラ−フィルタの額縁状部に約１μｍオーバーラップさせた。
また、青色のカラ−フィルタの中央膜厚は１色目の緑色のカラーフィルタの膜厚である１．８μｍの約１．３倍にあたる２．４μｍであり、緑色と重ね合わせた部分のトータル膜厚は２．５μｍでありその膜厚差は０．１μｍであった（図６（ニ）〜（ヘ））。
【００２８】
次に、第３色目となる赤色の顔料カラーレジストを用い、緑色や青色のカラーフィルタ同様にフォトリソグラフィによって形成した。この第３色目の赤色のカラーフィルタ（８）の周縁部を、第１色目の緑色のカラ−フィルタの額縁状部に約１μｍオーバーラップさせた。
その時のカラ−フィルタの中央膜厚は２．５μｍであり緑色と重ね合わせた部分のトータル膜厚は２．５５μｍでありその膜厚差は０．０５μｍであった（図６（ト）〜（チ））。
【００２９】
得られたカラーフィルタは、２色目以降に入色した青色と赤色の垂直断面形状が、ストライプ状部の垂直方向に対してほぼ同等であり、平面性が高く形状の優れたムラのないカラーフィルタであった。
【００３０】
＜比較例１＞
半導体基板上に平坦化層を形成した後、第１色目となる緑色のカラーフィルタを形成した（図示せず）。この緑色のカラ−フィルタはストライプ状であり、画素ピッチは１２μｍ，膜厚１．７μｍであった。
次に、第２色目となる青色の顔料カラーレジストを第１色目の緑色のカラーフィルタ同様にフォトリソグラフィを使って形成した。この第２色目の青色のカラーフィルタは、１色目の緑色に対し平行に配置したものであり、その中央膜厚は２．０μｍであったが、１色目の緑色周縁部側の膜厚は２．３μｍであり、その一方の周縁部側の膜厚は１．９μｍであり、ストライプ状部に対し垂直方向の膜厚差は０．４μｍであった。また、緑色と接しない側の青色周縁部については、パターン欠けや現像による剥がれが一部生じ外観検査において、著しいムラが生じた。
【００３１】
次に、第３色目となる赤色の顔料カラーレジストも青色のカラーフィルタと同様にフォトリソグラフィを使って形成した。この第３色目の赤色のカラーフィルタの中央膜厚は２．１μｍであったが、１色目の緑色周縁部側の膜厚は２．３μｍであり、その一方の周縁部側の膜厚は２．０５μｍであり、ストライプ状部に対し垂直方向の膜厚差は０．３５μｍであった。
比較例１により得られたカラ−フィルタは、図４に示すように、２色目以降に入色した青色と赤色の断面形状が傾斜しているため、基板内における膜厚（分光）にバラツキがあり、さらに青色のパターン欠けや剥がれがあるためにムラや欠陥が多数生じた。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、３原色のストライプ状のカラーフィルタを形成した固体撮像素子において、第１色目に形成したカラーフィルタが第２列である中央列の受光素子列の上方であり、その平面形状が第１色目のカラーフィルタのストライプ状部と、該ストライプ状部を延長した、第２色目及び第３色目のカラーフィルタのストライプ状部を囲む額縁状部とで構成する平面形状であるので、１０μｍ以下のラインピッチあっても、パターン剥がれやエッジ欠けがなく、ノイズや感度ムラが生じにくい形状の良好なカラ−フィルタを有するリニアセンサー用固体撮像素子となる。
【００３３】
また、本発明は、第２色目，第３色目に入色するカラーフィルタにおいて、周縁部を１色目に形成したカラーフィルタと重ね合わせることで、重ね合わせた周縁部は中央の膜厚よりも薄くなり露光波長域の透過率が確保できるので、カラーフィルタに色分離型を採用し、露光を合わせ精度の高いｉ線ステッパーを用いたとしてもパターン剥がれがなく、位置精度の優れた良好な形状のカラーフィルターが得られる。
さらに、第２色目、第３色目に入色するカラーフィルタの膜厚が第１色目のカラーフィルタの膜厚の１．３倍以上であるので、１色目のカラーフィルターと重ねた２色目、３色目の周縁部に勾配がつくことはなく、ムラを抑えることができる。また、２色目、３色目のパターン内の膜厚、及び基板内における膜厚を均一に形成できるので、膜厚（分光）分布が良好なカラーフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明によるリニアセンサー用固体撮像素子の一実施例の平面図である。
（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。
（ｃ）は、ａ）に示すカラーフィルタの緑色の平面形状の説明図である。
【図２】（ａ）は、本発明によるリニアセンサー用固体撮像素子の他の例の平面図である。
（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図３】色分離型カラーフィルタの分光特性である。
【図４】（ａ）は、従来の固体撮像素子の一例の構造を説明する平面図である。
（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図５】（ａ）は、他の例の構造を説明する平面図である。
（ｂ）は、その断面図である。
【図６】（イ）〜（チ）は、実施例１の工程説明図である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板
２・・・
３・・・平坦化層
４、１４・・・カラ−フィルタ
５・・・緑色の顔料カラーレジスト
６・・・緑色のカラーフィルタ
７・・・青色のカラーフィルタ
８・・・赤色のカラーフィルタ
ｅ・・・ストライプ状部
ｆ・・・額縁状部
ｇ・・・緑色（Ｇ）の平面形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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