JPH08335686A - カラー固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易に焦点距離を合わせることができるばか
りではなく、隣り合うカラーフィルター層間の昆色を防
止できるカラー固体撮像素子及びその製造方法を提供す
ること。 【構成】 本発明はカラーフィルター層をマイクロレン
ズ上部に直接形成させた。その際マイクロレンズの周縁
部にはカラーフィルター層を形成させない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラー固体撮像素子に係
り、特に感度の向上と昆色の防止に適したカラー固体撮
像素子及びその製造方法に関する。

【０００２】図１（Ａ）〜（Ｄ）は従来のカラー固体撮
像素子の製造工程図を示す。まず図１（Ａ）を参照す
る。通常の工程により基板１０上に入射される光の強度
に応じて信号電荷を発生するためのフォトダイオード１
１と、フォトダイオード１１よりの信号電荷を電荷転送
領域のＶＣＣＤ１２とを交互に複数個形成し、フォトダ
イオードとＶＣＣＤが形成された部分を除いた基板の一
部にパッド１３を形成して黒／白の固体撮像素子を形成
する。フォトダイオード１１のうち、１１−１は第１の
色に該当するフォトダイオード、１１−２は第２の色に
該当するフォトダイオード、１１−３は第３の色に該当
するフォトダイオードである。固体撮像素子が形成され
た基板１０上に第１の平坦化膜１４を全面形成する。次
に、第１の平坦化膜１４上にカラーフィルター層１５を
形成する。即ち、第１の平坦化膜１４上に樹脂層を形成
し、樹脂層を第１の色に染色及び固着させ、着色された
樹脂層をフォトエッチングして第１のカラーフィルター
層１５−１を形成する。前記工程を繰り返して第２及び
第３のカラーフィルター層１５−２，１５−３を各々第
１の平坦化膜１４上に形成する。これにより、第１の平
坦化膜１４上に順次３色のカラーフィルター層を形成し
てカラーフィルター層１５の形成工程を完了する。カラ
ーフィルター層１５の形成工程が完了した後、カラーフ
ィルター層１５を含んだ第１の平坦化膜１４上に第２の
平坦化膜１６を形成して基板を再び平坦化させる。

【０００３】次に図１（Ｂ）を参照する。第２の平坦化
膜１６上にマイクロレンズ用物質１７でフォトレジスト
膜を塗布し、フォトエッチング工程により各フォトダイ
オード領域１１の上部にのみマイクロレンズ用物質１７
が残るようにマイクロレンズ用物質１７をパターニング
する。

【０００４】図１（Ｃ）を参照する。第２の平坦化膜１
６上のパターニングされたマイクロレンズ用物質１７を
熱フローさせて凸レンズ状のマイクロレンズ１８をそれ
ぞれのフォトダイオード１１の上側に形成する。

【０００５】最後に図１（Ｄ）を参照する。マイクロレ
ンズ１８が形成された第２の平坦化膜１６上にフォトレ
ジスト膜１９を塗布し、フォトエッチング工程によりパ
ッド１３の上部のフォトレジスト膜１９を除去して第２
の平坦化膜１６を露出させる。フォトレジスト膜１９を
マスクにして露出された第２の平坦化膜１６及びその下
部の第１の平坦化膜１４を順次エッチングしてパッド１
３を露出させる。最終的にパッド１３を露出させた後、
残存のフォトレジスト膜１９を除去すると、従来のカラ
ー固体撮像素子が製作される。

【０００６】前記方法により製作されたカラー固体撮像
素子をカメラに応用し、カメラレンズを通って入射され
る光はマイクロレンズ１８により集束され、マイクロレ
ンズ１８により集束された光はカラーフィルター層１５
を通る。即ち、カラーフィルター層１５のうち、第１の
カラーフィルター層１５−１は、マイクロレンズにより
集束された光のうち、第１の色の光のみを選択透過させ
て、複数個のフォトダイオード１１のうちの第１の色に
該当するフォトダイオード１１−１に第１の色の光を入
射させ、第２のカラーフィルター層１５−２は第２の色
の光のみを選択透過させて、第２の色に該当するフォト
ダイオード１１−２に第２の色の光を入射させ、第３の
カラーフィルター層１５−３は第３の色の光のみを選択
透過させて第３の色に対応するフォトダイオード１１−
３に第３の色の光を入射させる。

【０００７】従って、各フォトダイオード１１に入射さ
れた光は光電変換され、各フォトダイオードは信号電荷
を発生する。フォトダイオード１１から生成された電荷
は通常の固体撮像素子の信号転送動作によりＶＣＣＤ１
２に転送された後、ＨＣＣＤ（図示せず）に転送され
る。次に、ＨＣＣＤに転送された信号電荷は、素子の末
端の浮動拡散（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｉｏ
ｎ）により検知された後、増幅器（図示せず）を通って
増幅されて周辺回路に転送される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のカラー
固体撮像素子の製造方法は次の問題があった。 １．カラーフィルター層を形成するために３回のフォト
エッチング工程を行うが、その際、カラーフィルター層
を形成するためのフォトエッチング工程で所望しない部
分にフォトレジスト膜が残存すると昆色の現象が生じ
る。その結果隣り合うカラーフィルター層の間に光が透
過して昆色の現象が生じるという問題があった。

【０００９】２．マイクロレンズとカラーフィルター層
との間に第２の平坦化膜が存在するため、光が散乱し易
く、且つ前記マイクロレンズとカラーフィルター層との
間の距離の誤差によりフォトダイオードまでの焦点距離
を合わせ難いという問題があった。

【００１０】３．カラーフィルター層を形成した後第２
の平坦化膜を形成しなければならないから全体的に工程
が複雑であり、製造時間が長くなり、素子の厚さが厚く
なるという問題があった。

【００１１】本発明は従来の技術のかかる問題点を解決
するためのもので、容易に焦点距離を合わせることがで
きるばかりではなく、隣り合うカラーフィルター層間の
昆色を防止できるカラー固体撮像素子及びその製造方法
を提供することを目的とする。本発明の他の目的は素子
全体の厚さを減少させて素子のスリム化を図ることので
きるカラー固体撮像素子及びその製造方法を提供するこ
とにある。本発明の別の目的はマイクロレンズのエッジ
部分が露出されるようにマイクロレンズ上にカラーフィ
ルター層を形成させて、マイクロレンズの周辺（エッジ
部分）に白色光を透過させることにより、カラー固体撮
像素子の感度を向上させることのできるカラー固体撮像
素子及びその製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明のカラー固体撮像素子は、半導体基板と、半導
体基板に一定の間隔を置いて形成された複数個の電荷転
送領域と、この電荷転送領域と交互に配列されるように
形成された第１乃至第３の色に該当する複数個の光検出
器と、光検出器と電荷転送領域とを除いた半導体基板の
一部に形成されたパッドと、パッドを除いた基板上に形
成された平坦化膜と、各光検出器の上部の平坦化膜上に
形成された複数個のマイクロレンズと、第１乃至第３の
色の光検出器に対応して、各マイクロレンズ上にそれぞ
れのエッジ部分を除いて直接形成された第１乃至第３の
色のカラーフィルター層と、を含む。

【００１３】本発明方法は、基板上に第１乃至第３の色
に該当する光検出器と電荷転送領域を交互に複数個形成
する工程と、光検出器と電荷転送領域とが形成された部
分を除いた基板の一部にパッドを形成する工程と、パッ
ド上部を除いた基板上に平坦化膜を形成する工程と、平
坦化膜上にマイクロレンズ用物質を塗布し、光検出器の
上側にのみマイクロレンズ用物質が残るようにパターニ
ングする工程と、マイクロレンズ用物質を熱フローさせ
て光検出器の上側の平坦化膜上にマイクロレンズを形成
する工程と、ハードベーキング工程を行って第１乃至第
３の色の光検出器に対応するマイクロレンズ上に直接第
１乃至第３のカラーフィルター層を形成する工程と、を
含む。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例によるカラー固体撮像
素子について説明する。図２は本発明の実施例によるカ
ラー固体撮像素子の断面構造を示す。本発明の実施例に
よるカラー固体撮像素子は、半導体基板２０と、基板２
０上に一定の間隔を置いて形成された複数個の電荷転送
用ＶＣＣＤ２２と、前記ＶＣＣＤ２２と交互に配列され
るように、ＶＣＣＤ２２の間に形成された第１乃至第３
の色に該当する複数個の光検出用フォトダイオード２１
と、フォトダイオード２１とＶＣＣＤ２２とを除いた半
導体基板２０の一部に形成されたパッド２３と、パッド
２３の部分を除いた基板２０上に形成された平坦化膜２
４と、各フォトダイオード２１の上部の平坦化膜２４上
に形成された複数個のマイクロレンズ２６と、各マイク
ロレンズ２６上にそれらのエッジ部分を除いて形成され
た第１乃至第３の色に該当する複数個のカラーフィルタ
ー層２８を含む。

【００１５】前記したような構造を有する本発明のカラ
ー固体撮像素子は、各マイクロレンズ２６上にマイクロ
レンズと直接接触するように第１乃至第３の色に該当す
るカラーフィルター層２８が形成されており、エッジ部
分は白色光Ｃが透過するように露出された。

【００１６】各カラーフィルター層はエッジ部分がラウ
ンド状になっており、又、複数個のカラーフィルター層
２８のうち、第１のカラーフィルター層２８−１は第１
の色のフォトダイオード２１−１に対応してマイクロレ
ンズ２６上に形成され、第２の色のカラーフィルター層
２８−２は第２の色のフォトダイオード２１−２に対応
してマイクロレンズ２６上に形成され、第３の色のカラ
ーフィルター層２８−３は第３の色のフォトダイオード
２１−３に対応してマイクロレンズ２６上に形成され
る。

【００１７】図３，図４は本発明の一実施例によるカラ
ー固体撮像素子の製造工程図である。図３の一実施例で
は熱フロー工程とハードベーキング工程を別に行ってマ
イクロレンズ上にカラーフィルター層を形成するカラー
固体撮像素子の製造方法を提示する。

【００１８】図３（Ａ）を参照する。通常の方法によ
り、先ず基板２０上にフォトダイオード２１とＶＣＣＤ
２２を交互に複数個形成し、これらのフォトダイオード
とＶＣＣＤが形成された部分を除いた基板２１の一部に
パッド２３を形成してまず黒白の固体撮像素子を製造す
る。図３（Ａ）では複数個のフォトダイオード２１のう
ち、第１の色に該当するフォトダイオードは２１−１、
第２の色に該当するフォトダイオードは２１−２、第３
の色に該当するフォトダイオードは２１−３と各々表し
ている。次に、フォトダイオード２１、ＶＣＣＤ２２及
びパッド２３が形成された基板上に平坦化膜２４を全面
に形成する。

【００１９】図３（Ｂ）を参照する。フォトエッチング
工程によりパッド２３の上部の平坦化膜２４を除去して
パッド２３の上部表面を露出させる。

【００２０】図３（Ｃ）を参照する。パッド２３の上部
表面を含んだ平坦化膜２４上にマイクロレンズ用物質２
５を塗布し、フォトエッチング工程によりフォトダイオ
ード２１に対応する平坦化膜２４上にのみマイクロレン
ズ用物質が残るようにマイクロレンズ用物質２５をパタ
ーニングする。

【００２１】次に、パターニングされたマイクロレンズ
用物質２５を熱フローさせて、図３（Ｄ）のように平坦
化膜２４上のフォトダイオードに対応する位置にマイク
ロレンズ２６を形成する。マイクロレンズ２６を形成し
た後、図３（Ｅ）のように基板の全面にわたって第１の
染色層２７を塗布した後、通常の染色工程により第１の
染色層を第１の色に染色及び固着させる。

【００２２】次に、図３（Ｆ）のように染色工程を行っ
た後、着色された第１の染色層２７をパターニングする
が、複数個のフォトダイオード２１のうち、第１の色に
該当するフォトダイオード２１−１の上に位置するマイ
クロレンズ２６にのみ第１の染色層を残し、残存の第１
の染色層は全て除去する。この際、図３（Ｆ）に示すよ
うに第１の色に該当するフォトダイオード２１−２の上
に残っている第１の染色層２７は、マイクロレンズ２６
の全体を覆うように形成されるのではなく、マイクロレ
ンズ２６のエッジ部分が露出されるように形成される。

【００２３】図４（Ｅ）において、第１の染色層２７は
スピン塗布法で塗布されるので、第１の染色層２７はマ
イクロレンズ２６の中央部分よりマイクロレンズの周縁
部分でさらに厚く塗布される。従って、第１の染色層２
７をパターニングすると、図４（Ｆ）のように、第１の
染色層２７は中央部分Ｂよりエッジ部分Ａにおいて厚く
形成されることになる。

【００２４】第１の染色層２７をパターニングした後、
ハードベーキング（ｈａｒｄ ｂａｋｉｎｇ）を施す
と、図４（Ｇ）のように第１のカラーフィルター層２８
−１が形成される。このようにマイクロレンズ２６のエ
ッジ部分が一定の間隔だけ露出されるように第１の染色
層を形成する理由は、白色光を透過させるためである。
ハードベーキングを施すと、第１染色層２７の厚い両エ
ッジ部分が中央部分よりさらにフローされて第１のカラ
ーフィルター層はラウンド上に形成され、マイクロレン
ズ２６のエッジ部分が一定の間隔ｄだけ露出されるよう
に形成される。

【００２５】第１のカラーフィルター層２８−１を形成
した後、第１のカラーフィルター層２８−１を形成する
工程と同一の工程によって、基板の全面にわたって第２
の染色層を塗布し、第２の染色層を第２の色に染色及び
固着させ、複数個のフォトダイオード２１のうち、第２
の色に該当するフォトダイオード２１−２の上側にのみ
第２の染色層が残るようにパターニングし、パターニン
グされた第２の染色層をハードベーキングして図４
（Ｈ）のように第２のカラーフィルター層２８−２を形
成する。次に、前記方法により第３のカラーフィルター
層２８−３を形成すると、マイクロレンズ２６の上部に
第３のカラーフィルター層２８−３が形成されてカラー
フィルター層２８が形成される。これにより本発明の一
実施例によるカラー固体撮像素子が得られる。

【００２６】前記カラー固体撮像素子はマイクロレンズ
２６上に直接カラーフィルター層２８が形成されている
ので昆色防止の効果があり、マイクロレンズ２６のエッ
ジ部分を通って白色光Ｃが透過するようにマイクロレン
ズ２６のエッジ部分にはカラーフィルター層が形成され
ていないので、カラー固体撮像素子の感度を向上させる
効果がある。

【００２７】図５，図６は本発明の他の実施例によるカ
ラー固体撮像素子の製造工程図である。図５，６の実施
例では熱フロー工程とハードベーキング工程を同時に行
って、マイクロレンズ上にカラーフィルター層を形成す
るカラー固体撮像素子の製造方法を提示する。

【００２８】図５（Ａ）を参照すると、先の実施例と同
様に、基板３０上にフォトダイオード３１とＶＣＣＤ３
２とを交互に複数個形成し、基板３１の一部にパッド３
３を形成し、その後基板の全面にわたって平坦化膜３４
を形成する。複数個のフォトダイオード３１は第１の色
に該当するフォトダイオード３１−１と、第２の色に該
当するフォトダイオード３１−２と、第３の色に該当す
るフォトダイオード３１−３とからなる。

【００２９】図５（Ｂ）のように、フォトエッチング工
程によりパッド３３の上部の平坦化膜３４を除去してパ
ッド３３の上部表面を露出させる。図５（Ｃ）のよう
に、パッド３３の上部表面を含んだ平坦化膜３４上にマ
イクロレンズ用物質３５を蒸着し、フォトエッチング工
程により各フォトダイオード３１の上部の平坦化膜３４
上にのみマイクロレンズ用物質が残るようにマイクロレ
ンズ用物質３５をパターニングする。

【００３０】図５（Ｄ）のように、マイクロレンズ用物
質３５を含んだ基板３０上に第１の染色層３６を塗布す
る。通常の染色工程により第１の染色層３６を第１の色
に染色及び固着させる。

【００３１】染色工程を行った後、フォトエッチング工
程により着色された第１の染色層３６を図６（Ｅ）のよ
うにパターニングして、複数個のフォトダイオード３１
のうち、第１の色に該当するフォトダイオード３１−１
の上側にのみ第１の染色層３６−１を残す。

【００３２】図５（Ｄ）と図６（Ｅ）の工程を繰り返し
行って複数個のフォトダイオード３１のうち、第２の色
及び第３の色に該当するフォトダイオード３１−２，３
１−３の上側の平坦化膜３４上に第２及び第３の染色層
３６−２，３６−３を各々形成すると、図６（Ｆ）のよ
うになる。即ち、基板の全面にわたって第２の染色層を
塗布し、塗布された第２の染色層を染色及び固着させ、
第２の色に該当するフォトダイオード３１−２の上側に
のみ第２の染色層が残るように第２の染色層３６−２を
パターニングする。次に、基板の全面にわたって第３の
染色層を塗布し、塗布された第３の染色層を第３の色に
染色及び固着させ、着色された第３染色層をパターニン
グして第３の色に該当するフォトダイオード３１−３の
上側にのみ第３の染色層３６−３を形成する。染色層の
形成後、マイクロレンズ用物質３５とその上に形成され
た第１乃至第３の染色層３６−１〜３６−３を同時に熱
フローさせ、次に同時にハードベーキングを行う。従っ
て、マイクロレンズ用物質３５がフローし、それぞれの
フォトダイオード３１に対応するマイクロレンズ３７が
形成され、マイクロレンズ３７上には第１乃至第３のカ
ラーフィルター層３８−１〜３８−３が形成させること
になる。これにより、マイクロレンズ３７上にカラーフ
ィルター３８が形成されたこの実施例によるカラー固体
撮像素子が得られる。

【００３３】図６（Ｇ）を参照すると、この実施例も同
様に、マイクロレンズ３７のエッジ部分が一定の間隔ｄ
だけ露出されるようにマイクロレンズ３７上に直接各カ
ラーフィルター層３８−１〜３８−３が形成される。

【００３４】マイクロレンズ用物質３５と染色層３６を
同時に熱フローさせる場合にも、前の実施例と同様にマ
イクロレンズ３７のエッジ部分が露出されるように各カ
ラーフィルター層が形成されるが、これは各染色層３６
の熱フローされる程度がマイクロレンズ用物質３５の熱
フローされる程度よりは小さいためである。

【００３５】前記の二つの実施例ではカラーフィルター
層を形成するために、染色層を塗布し、塗布された染色
層を該当する色に染色し固着させたが、第１乃至第３の
色が含まれた顔料層を使用する場合には顔料層自体に色
が含まれているために染色及び固着工程を行うことな
く、フォトエッチング工程のみを行ってカラーフィルタ
ー層を形成することもできる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
の効果が得られる。 １．マイクロレンズを形成した後その上にカラーフィル
ター層を形成することにより、隣り合うカラーフィルタ
ー層間の昆色を防止することができる。そして、マイク
ロレンズのエッジ部分が露出されるようにマイクロレン
ズ上にカラーフィルター層を形成して、露出されたマイ
クロレンズを通って白色光を透過させることにより、固
体撮像素子の感度を向上させることができる。

【００３７】２．工程の初期にパッドを露出させること
により、工程の末期にパッドを露出させるためのエッチ
ング工程及び残存のフォトレジスト除去工程等が排除さ
れて、それによる粒子発生を防止し、且つ粒子発生によ
る素子の損傷を防止することができる。さらに、一つの
平坦化膜のみを用いて一回のフォトエッチング工程でパ
ッドを露出させているので、従来のパッドを露出させる
ための複雑な工程が排除されて工程の単純さを図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のカラー固体撮像素子の製造工程図であ
る。

【図２】 本発明のカラー固体撮像素子の製造工程図で
ある。

【図３】 本発明の一実施例によるカラー固体撮像素子
の製造工程図である。

【図４】 本発明の一実施例によるカラー固体撮像素子
の製造工程図である。

【図５】 本発明の他の実施例によるカラー固体撮像素
子の製造工程図である。

【図６】 本発明の他の実施例によるカラー固体撮像素
子の製造工程図である。

【符号の説明】

２０，３０…半導体基板、２１，３１…フォトダイオー
ド、２２，３２…電荷転送領域（ＶＣＣＤ）、２３，３
３…パッド、２４，３４…平坦化膜、２５，３５…マイ
クロレンズ用物質、２６，３７…マイクロレンズ、２
７，３６…カラーフィルター用染色層、２８，３８…カ
ラーフィルター層。

フロントページの続き (72)発明者 ジン・ソプ・シム 大韓民国・チュンチョンブク−ド・チョン ズ−シ・ガギョン−ドン・1190・セオンア パートメント 101−303 (72)発明者 ガン・ボク・ソン 大韓民国・ソウル−シ・ドンデムン−グ・ リムン２−ドン・264−227

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、 半導体基板上に一定の間隔を置いて形成された複数個の
   電荷転送領域と、 前記電荷転送領域と交互に配列されるように、電荷転送
   領域の間の半導体基板上に形成された第１乃至第３の色
   に該当する複数個の光検出器と、 光検出器と電荷転送領域とを除いた半導体基板の一部に
   形成されたパッドと、 パッドを除いた基板上に形成された平坦化膜と、 各光検出器の上側の平坦化膜上に形成された複数個のマ
   イクロレンズと、 第１乃至第３の色の光検出器に対応して、各マイクロレ
   ンズ上にそれぞれのエッジ部分を除いて直接形成された
   第１乃至第３の色のカラーフィルター層と、を含むこと
   を特徴とするカラー固体撮像素子。
2. 【請求項２】 基板上に第１乃至第３の色に該当する光
   検出器と電荷転送領域とを交互に複数個形成する工程
   と、 光検出器と電荷転送領域とが形成された部分を除いた基
   板の一部にパッドを形成する工程と、 パッド上部を除いた基板上に平坦化膜を形成する工程
   と、 平坦化膜上にマイクロレンズ用物質を塗布し、光検出器
   の上側にのみマイクロレンズ用物質が残るようにパター
   ニングする工程と、 マイクロレンズ用物質を熱フローさせて光検出器の上部
   の平坦化膜上にマイクロレンズを形成する工程と、 ハードベーキング工程を行って第１乃至第３の色の光検
   出器に対応するマイクロレンズ上に直接第１乃至第３の
   カラーフィルター層を形成する工程と、を含むことを特
   徴とするカラー固体撮像素子の製造方法。
3. 【請求項３】 各カラーフィルター層はエッジ部分に白
   色光を透過させるために、エッジ部分を除いたマイクロ
   レンズ上にのみ形成されることを特徴とする請求項２記
   載のカラー固体撮像素子の製造方法。
4. 【請求項４】 半導体基板上に第１乃至第３の色に該当
   する複数個の光検出器と電荷転送領域を交互に複数個形
   成する工程と、 光検出器と電荷転送領域とが形成された部分を除いた基
   板の一部にパッドを形成する工程と、 パッドを除去した基板上に平坦化膜を形成する工程と、 熱フロー工程とハードベーキング工程を同時に行って、
   平坦化膜上にマイクロレンズと第１乃至第３の色のカラ
   ーフィルター層を形成する工程と、を含むことを特徴と
   するカラー固体撮像素子の製造方法。