(57)【要約】【課題】一辺４μｍ以下の画素サイズであっても、着色画素の形状のビリツキや膜厚によるノイズや感度ムラや感度低下が生じにくい固体撮像素子を提供すること。【解決手段】第１色目に配設する着色画素の膜厚が０．６〜１．２μｍの範囲であり、第１色目に配設する着色画素の膜厚に対し、水平及び垂直に隣接して配設する第２色目以降の着色画素の中央部の膜厚が、第１色目に配設する着色画素の膜厚より０．１μｍ〜０．３μｍの範囲で薄いこと。着色画素が赤、青、緑の３原色から成り、第１色目は緑色であること。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス状に複数の受光素子が形成されたデバイス基板上に、受光素子と一対に一辺４μｍ以下の四角形の着色画素が複数色で形成された固体撮像素子において、第１色目に配設する着色画素の膜厚に対し、水平及び垂直に隣接して配設する第２色目以降の着色画素の中央部の膜厚が薄いことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１色目に配設する着色画素の膜厚が０．６〜１．２μｍの範囲であり、第２色目以降の着色画素の中央部の膜厚が、第１色目に配設する着色画素の膜厚より０．１μｍ〜０．３μｍの範囲で薄いことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記着色画素が赤、青、緑の３原色から成り、第１色目は緑色であることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子に関するものであり、特に、４μｍ以下の画素サイズであっても、ノイズや感度ムラのない固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルスチルカメラや携帯電話などに搭載されるＣＣＤやＣＭＯＳデバイス等の固体撮像素子は、高画素化，高精細化が進み、特にデジタルスチルカメラ用途にあっては銀塩カメラと同等の解像度を得る為に画素数は３００万画素以上であり、その画素サイズは５μｍ以下である。特に微細なものは３μｍ程度である。また、携帯電話の用途においても、小型化が進む一方で画素数は増える方向であり、デジタルカメラ同様に画素サイズは５μｍ以下である。
【０００３】
この固体撮像素子には、その受光素子と一対にカラ−フィルタを備えてカラ−化を図っている。
カラ−フィルタを形成するには、顔料分散法、染色法、染料分散法などの方式があるが、これらは、原色（赤、青、緑）或いは補色（シアン、マゼンタ、イエロ−）の顔料または染料の色素を透明樹脂中に分散したカラ−レジストを用いてフォトリソグラフィによりパタ−ン（着色画素）を形成する方式である。
【０００４】
このような固体撮像素子では、画素の一辺が４μｍ以下になってくると感度が著しく低下する。特に、着色画素の開口率や膜厚が感度に与える影響は大きく、例えば、開口率においては、着色画素の形状にビリツキがあるとノイズの原因になりやすく、また開口率が低下し、感度に影響を及ぼす。
また、膜厚においては、膜厚が厚いと、図４に示すように、斜めに入射する光を遮光することになるため、その分感度が落ちるか、或いは混色となる可能性がある。この斜めに入射する光、すなわち、カメラレンズの取りこみ光の入射角は、およそ２０°であるが、微細な画素ほど入射角を考慮する必要がある。
【０００５】
特に、第２色目以降の着色画素のエッジ部は、第１色目の着色画素の影響によって盛り上がるため、所定の分光特性を得るための膜厚で色間の画素膜厚を揃えると、エッジ部分だけそり上がり着色画素の形状にビリツキが生じ、その部分だけ膜厚が厚くなるので、画素の開口率が低下することになる。
【０００６】
図３は、着色画素の断面の一例を示す説明図である。図３において、第１色目の緑色の着色画素Ｇに対し、第２色目の赤色の着色画素Ｒは、ほぼ同一の膜厚としたものである。
第１色目の緑色の着色画素Ｇは平坦性に優れた形状を有しているが、第２色目の赤色の着色画素Ｒは、図３（ａ）に示すように、そのカラ−レジストを塗布した段階で、第１色目の緑色の着色画素Ｇの影響を受け、第２色目の赤色の着色画素Ｒのエッジ部がそり上がり膜厚差が生じてしまう。そして、フォトリソグラフィによって第２色目となる赤色の着色画素Ｒをパタ−ン形成した後も、図３（ｂ）に示すように、エッジ部がそり上がったままの形状となってしまう。
【０００７】
第３色目の青色の着色画素Ｂも赤色同様の形状となってしまう。このエッジ部のそり上がりは、第１色目の、例えば、１．３μｍ膜厚の緑色の着色画素Ｇに対し、０．２〜０．４μｍとなるため、カラーフィルタの実質的な膜厚は１．５〜１．７μｍとなり、この上に形成される保護膜の平坦性に支障を与えてしまう。
また、画素サイズが４μｍ以下では、このエッジ部のそり上がりにより斜めに入射する光が遮光されるため、感度低下につながる。さらに、エッジ部が厚くなるため、解像性が低下し、形状のビリツキが発生し易くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、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、一辺４μｍ以下の画素サイズであっても、着色画素の形状のビリツキや膜厚によるノイズや感度ムラや感度低下が生じにくい固体撮像素子を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マトリックス状に複数の受光素子が形成されたデバイス基板上に、受光素子と一対に一辺４μｍ以下の四角形の着色画素が複数色で形成された固体撮像素子において、第１色目に配設する着色画素の膜厚に対し、水平及び垂直に隣接して配設する第２色目以降の着色画素の中央部の膜厚が薄いことを特徴とする固体撮像素子である。
【００１０】
また、本発明は、上記発明による固体撮像素子において、前記第１色目に配設する着色画素の膜厚が０．６〜１．２μｍの範囲であり、第２色目以降の着色画素の中央部の膜厚が、第１色目に配設する着色画素の膜厚より０．１μｍ〜０．３μｍの範囲で薄いことを特徴とする固体撮像素子である。
【００１１】
また、本発明は、上記発明による固体撮像素子において、前記着色画素が赤、青、緑の３原色から成り、第１色目は緑色であることを特徴とする固体撮像素子である。
【００１２】
【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は、本発明における配色の例を示す平面図である。また、図２（ａ）は、図１におけるＰ−Ｐ’線の断面図、（ｂ）は、Ｑ−Ｑ’線の断面図である。
本発明におけるカラーフィルタは、例えば、図１に示す一般的な原色系の配色パターンの場合、第１色目の緑色が市松状に配色されているため、第２色目と第３色目の赤色、青色の配色は、緑色に対して水平、垂直の位置にくる。
素子上面は平坦化層などにより平滑化されているため、第１色目の緑色の着色画素Ｇは、平面性の高い画素形状の優れた緑色のパターンを得ることができる。
【００１３】
次いで、図２（ａ）に示すように、第２色目の赤色の着色画素Ｒの中央部の膜厚を第１色目の緑色の着色画素Ｇよりも薄く形成することで、第１色目の緑色の着色画素Ｇに対し、エッジ部がそり上がらない第２色目の赤色の着色画素Ｒを得ることができる。
第３色目の青色についても、第２色目の赤色と同様にして、図２（ｂ）に示すように、第１色目の緑色の着色画素Ｇよりも薄く形成することで、第１色目の緑色の着色画素Ｇに対しエッジ部がそり上がらない第３色目の青色の着色画素Ｂを得ることができる。このようにして得られた３色の着色画素を配設したカラーフィルタは、色間段差が少なく平滑性に優れている。
【００１４】
本発明者らは鋭意検討した結果、第１色目に配設する着色画素の膜厚が０．６〜１．２μｍの範囲であり、その第１色目に配設する着色画素と水平及び垂直に隣接して配設する第２色目以降の着色画素の中央部の膜厚が、第１色目に配設する着色画素の膜厚より０．０５μｍ〜０．４μｍの範囲で、望ましくは０．１μｍ〜０．３μｍの範囲で薄ければ問題ないことを見出した。
【００１５】
つまり、一般的なカメラの入射角は２０°であり、例えば、一辺５μｍの画素におけるカラーフィルタの膜厚は１．３μｍであるが、第２色目以降の着色画素のエッジ部が０．２μｍほどそり上がるため、実質１．５μｍとなる。この時、５μｍの画素の開口率は６１．１％と算出される。
しかし、下記の表１に示すように、画素サイズを５μｍから２μｍへとシュリンクした場合、５μｍと同等の開口率６１．１％と保つには、０．６μｍの膜厚が着色画素には必要である。尚、本発明における開口率は、下記の数式（１）で求める（図５参照）。
【００１６】
【表１】
2005005419.tif 000003
【００１７】
【数１】
2005005419.tif 000004
【００１８】
カラーフィルタの解像性は、色素が染料の場合は染色法にて１．０μｍを解像するが、色によって着色力が異なるため膜厚を薄膜化できない制約がある。顔料の場合は、顔料の含有量を上げることによって薄膜化できるが、約１．５μｍの解像が限界である。
【００１９】
色間段差が大きいと図２（ｃ）に点線で示すように、第２色目の形状がすり鉢状になり、同一着色画素間でその程度が変化し、例えば、分光特性に差が生じるなどの不具合がある。
従って、４μｍ以下の画素サイズにおいては、第１色目の着色画素の膜厚を０．５〜１．２μｍの間に設定し、第１色目の着色画素と水平及び・垂直に隣接して配置する第２色目以降の着色画素の中央部の膜厚が０．０５〜０．４μｍの範囲で、望ましくは０．１〜０．３μｍの範囲で薄ければ問題ない。
【００２０】
また、入色順は色の配置配色が市松状で、緑色２画素に対し、赤色、青色が各１画素の単位セルの場合には、画素数の多い緑色を第１色目に形成することが望ましい。これは、求められる位置精度が０．１μｍ以下であり、また微妙な画素形状の差が感度に影響を及ぼすことがあるためである。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
＜実施例１＞
デバイス基板上に、その表面を平滑にする平坦化層を形成し、第１色目となる緑色の顔料カラーレジスト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（株）製のｉ線ステッパーを用いて、マスクを介し所定の露光量を照射した。次いで、有機アルカリ現像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。
【００２２】
次いで、ホットプレート上において２２０℃、６分間の条件で加熱処理をおこない、緑色の着色画素を得た。このカラ−フィルタは市松状のパターン配列であり、画素ピッチは３．３μｍ，膜厚１．０μｍであった。
次に、第２色目となる赤色の顔料カラーレジストを第１色目の緑色の着色画素と同様にフォトリソグラフィにより形成した。この第２色目の赤色の着色画素は、市松状にパターン配列した第１色目の緑色の着色画素に対し、垂直及び水平の隣接した位置に配色したものであり、着色画素の中央部の膜厚は０．８μｍでエッジ部はそり上がることなく、画素隙間のない良好な画素形状であった。
【００２３】
次に、第３色目となる青色の顔料カラーレジストを緑色や赤色の着色画素と同様にフォトリソグラフィにより形成した。この第３色目の青色の着色画素は、市松状にパターン配列した第１色目の緑色の着色画素に対し、垂直及び水平の隣接した位置に配色したものであり、画素の中央部の膜厚は０．９μｍでエッジ部のそり上がりは０．０５μｍ程度の軽度のものであり、画素隙間のない良好な画素形状であった。
【００２４】
実施例１によるカラ−フィルタを、顕微鏡（１０００倍）で観察したところ、第２色目以降に入色した赤色と青色の着色画素の形状は、第１色目に入色した緑色の着色画素の形状とほぼ同等であり、平面性が高く、また、ビリツキもなく画素形状の優れた着色画素で構成されるカラーフィルタであることがわかった。
【００２５】
＜比較例１＞
デバイス基板上に平坦化層を形成した後、前記実施例１同様に、第１色目となる緑色の着色画素を形成した。このカラ−フィルタは市松状のパターン配列であり、画素ピッチは４．２μｍ，膜厚１．３μｍであった。
次に、第２色目となる赤色の顔料カラーレジストを第１色目の緑色の着色画素と同様にフォトリソグラフィにより形成した。この第２色目の赤色の着色画素は、市松状にパターン配列した第１色目の緑色の着色画素に対し、垂直及び水平の隣接した位置に配色したものであり、その画素の中心部の膜厚は１．３μｍでエッジ部はそり上がり緑色の着色画素に対して０．２μｍの膜厚差が生じた。
【００２６】
次に、第３色目となる青色の顔料カラーレジストを緑色や赤色の着色画素と同様にフォトリソグラフィにより形成した。この第３色目の青色の着色画素は、市松状にパターン配列した第１色目の緑色の着色画素に対し、垂直及び水平の隣接した位置に配色したものであり、その画素の中心部の膜厚は１．３μｍでエッジ部はそり上がり緑色の着色画素に対して０．３μｍの膜厚差が生じた。
得られたカラ−フィルタは、第２色目の赤色及び第３色目の青色の着色画素の形状が悪く、シミ状の外観むらが発生した。これにより感度むらを生じ撮像素子の特性を著しく劣化させた。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、４μｍ以下の着色画素が複数色で形成された固体撮像素子において、第１色目に配設する着色画素の膜厚が０．６〜１．２μｍの範囲であり、第２色目以降の着色画素の中央部の膜厚が、第１色目に配設する着色画素の膜厚より０．１μｍ〜０．３μｍの範囲で薄いので、第２色目以降の画素のエッジ部にビリツキがなく、また開口率を５μｍ画素と同等レベルに保つことができ、着色画素の形状のビリツキや膜厚に起因するノイズや感度ムラや感度低下が生じにくい固体撮像素子となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における配色の例を示す平面図である。
【図２】（ａ）は、図１におけるＰ−Ｐ’線の断面図である。（ｂ）は、Ｑ−Ｑ’線の断面図である。（ｃ）は、色間段差が大きい際のすり鉢状の説明図である。
【図３】着色画素の断面の一例を示す説明図である。
【図４】斜めに入射する光による遮光の説明図である。
【図５】数式（１）を算出する説明図である。
【符号の説明】
Ａ・・・画素の一辺の長さ
Ｂ・・・青色の着色画素
Ｄ・・・画素の膜厚
Ｇ・・・緑色の着色画素
Ｒ・・・赤色の着色画素
【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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