JP4272392B2

JP4272392B2 - Solid-state imaging device and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP4272392B2
Application number: JP2002224943A
Authority: JP
Inventors: 岳志三沢
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: JP2004071632A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子カメラ等に用いられる固体撮像素子に関し、特に、シェーディング補正機能を有する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ビデオカメラ等の撮像装置には被写界の撮像用に固体撮像素子が搭載されている。固体撮像素子としては、CCD (Charge Coupled Device: 電荷結合デバイス)型撮像素子やMOS (Metal Oxide Semiconductor; 金属酸化膜半導体)型撮像素子等が知られている。固体撮像素子には多数の受光素子、たとえばフォトダイオードが配置されており、撮影光学系によって固体撮像素子の受光面に結像された画像は、フォトダイオードによって光電変換される。電気信号に変換された画像信号は画像処理を施されて、ＩＣカード等の記録媒体に格納され、あるいはモニタ装置に表示される。
【０００３】
撮影対象が均一な明るさを有するとき、固体撮像素子の出力は、固体撮像素子を構成する各受光素子の位置が中央部であるか周辺部であるかにかかわらず、同一であることが望まれる。しかし撮影光学系を通って固体撮像素子の受光素子に入射する光は、固体撮像素子の周辺部では傾斜して入射する。このため、受光面の中央部と比べると、周辺部において受光素子の受光量が少なくなり、撮像素子の全体にわたって受光量が均一であるということはない。固体撮像素子から出力された画像信号のレベルは画像の周辺部において低くなり、最終的に得られる画像は、中央部よりも周辺部において暗くなる。この現象はシェーディングと呼ばれる。
【０００４】
さらに、固体撮像素子の周辺部では傾斜して光が入射するために、けられも生じ、けられによっても周辺部の受光量が減る。けられとは、斜めに入射する光が、絞りの前後にあるレンズ枠やレンズフード等によってさえぎられることをいう。従来、撮像装置では、シェーディングやけられによる周辺部での受光量の低減を補正するための処理（以下では、これをシェーディング補正と呼ぶ）が行なわれてきた。
【０００５】
従来技術に係るシェーディング補正としては、特開平5−199453号、特開平7−335853号、特開平11−150254号に記載されたものがある。
【０００６】
特開平5−199453号には、撮像素子を構成する受光素子の感度特性とバイアス電圧との関係を利用して、シェーディング補正を行なう技術が記載されている。すなわち、撮像素子の中央部分と周辺部分とにおける受光素子の感度分布と逆の分布を有するシェーディング補正データを用いて、受光素子のバイアス電圧を制御する。シェーディング補正データとして、撮像素子各部のバイアス電圧の設定値を保持し、設定値に従って、バイアス電圧を中央部において低くし、周辺部において高くする。これにより、撮像素子の中央部における感度特性を下げ、周辺部における感度特性を上げる技術が記載されている。
【０００７】
特開平7−335853号には、フォトダイオードからなる単位画素を２次元配列した固体撮像素子において、フォトダイオードの感度特性を、固体撮像素子の中心を中心として同心円状に変化させ、周辺部ほど感度を高める技術が開示されている。フォトダイオードの感度特性を変化させる方法として、撮像素子の製造時に、中央部のフォトダイオードへの特定のイオン注入量を増やすことにより、感度特性を低下させる方法を採用している。
【０００８】
特開平11−150254号には、受光面に配置された複数のフォトダイオード上にマイクロレンズが設けられ、マイクロレンズの直径を、受光面の中央部から周辺部に向かって、次第に大きくすることが記載されている。
【０００９】
これらの技術によれば、中央部分と周辺部分とにおいて、同等の信号出力が得られるため、シェーディング補正が可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平5−199453号に記載された技術の場合、撮像素子の周辺部において感度は向上するが、撮像素子の周辺部において、撮像素子のバイアス電圧を高くしているために、撮像素子の出力飽和レベルが従来技術に比べて低下するという問題がある。すなわち、撮像素子の出力は、従来技術に比べて周辺部で低下する。
【００１１】
また、特開平7−335853号に記載された技術の場合、中央部のフォトダイオードの感度特性を、イオン注入量を増やすことにより低下させている。この方式は、周辺部の感度特性を基準にして中央部の感度特性を相対的に低下させており、中央部の感度特性を従来技術のレベルに維持したまま、周辺部の感度特性をそれよりも高くするということはできない。すなわち、中央部の感度特性は、従来技術のレベルよりも低下している。
【００１２】
さらに、特開平11−150254号に記載された技術の場合、マイクロレンズの直径を、受光面の中央部から周辺部に向かって、次第に大きくしている。この技術は、周辺部の集光量を基準にして、中央部の集光量を相対的に減らしている。この技術では、中央部の集光量を従来技術のレベルに維持したまま、周辺部の集光量をそれよりも大きくするということはできない。すなわち、中央部の集光量は、従来技術のレベルよりも低下している。
【００１３】
本発明は、このような従来技術の欠点を解消し、固体撮像素子により撮像される画像の周辺部に生じる信号レベルの落ち込み、すなわちシェーディングの発生を抑えるとともに、中央部および周辺部の両方において、撮像素子の出力、感度特性、および集光量を従来技術のレベルと比較して、減少させることがない固体撮像素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、受光面に配置された複数の受光素子と、受光素子上に設けられたカラーフィルタとを含む固体撮像素子において、固体撮像素子の周辺部におけるカラーフィルタの透過濃度は、固体撮像素子の中央部におけるカラーフィルタの透過濃度と異なることを特徴とする。
【００１５】
透過濃度とは、物質を光が透過する程度を表す量であり、次式で定義される量である。
【００１６】
【数１】
D=log₁₀(I₀/I)
ここでＤは透過濃度、I₀は、物質に入射する光の強度、Ｉは、透過光の強度である。この式からわかるように、透過濃度が大きいということは、透過光が少ないということを意味する。透過光が少ない場合とは、たとえば膜厚が厚い場合や吸収係数が大きい場合である。
【００１７】
本発明によれば、撮像素子の周辺部におけるカラーフィルタの透過濃度を、中央部における透過濃度と異ならせているため、周辺部の受光量を変えることができる。たとえば、周辺部の光量を増加させることができる。すなわちシェーディングの発生を抑えることができる。さらに、本発明のように、カラーフィルタの透過濃度を中央部と周辺部で異ならせる場合、中央部の透過濃度を従来技術と同じレベルに維持した状態で、周辺部の透過濃度を変える、たとえば低下させることができる。したがって、中央部および周辺部における撮像素子の出力、感度特性、および集光量は、従来技術のレベルと比較して、減少することがない。
【００１８】
また本発明の固体撮像素子において、カラーフィルタの透過濃度は、中央部から周辺部に向かうに従って小さいことが好ましい。これによれば、シェーディング補正量を、連続的に変えることができる。
【００１９】
なお、本発明の固体撮像素子においては、カラーフィルタの透過濃度を変える１つの方法として、カラーフィルタの膜厚を変える方法がある。たとえば、周辺部の透過濃度を小さくするときは、周辺部の膜厚を薄くする。
【００２０】
さらに、カラーフィルタの透過濃度を変える別の方法として、カラーフィルタの吸収係数を変える方法がある。たとえば、周辺部の透過濃度を小さくするときは、周辺部の吸収係数を小さくすればよい。
【００２１】
吸収係数とは、次式で定義される量である。
【００２２】
【数２】
I=I₀exp(-αd)
ここで、Ｉはカラーフィルタを透過する光の強度、I₀はカラーフィルタに入射する光の強度、αはカラーフィルタの吸収係数、dはカラーフィルタの膜厚である。数２から次式の関係がわかる。
【００２３】
【数３】
I₀/I=exp(αd)
この式と数１より、透過濃度を小さくするためには、I₀/Iを小さくすればよく、そのためには、カラーフィルタの吸収係数αおよび／またはカラーフィルタの膜厚dを小さくすればよいことがわかる。
【００２４】
また、カラーフィルタの吸収係数をたとえば周辺部で小さくする場合、カラーフィルタの膜厚は、固体撮像素子の周辺部および中央部において実質的に同一としても、透過濃度を小さくすることができる。
【００２５】
なお、本発明は上述の課題を解決するために、受光面に配置された複数の受光素子と、受光素子上に設けられたカラーフィルタとを含む固体撮像素子の製造方法において、固体撮像素子の周辺部におけるカラーフィルタの透過濃度を、固体撮像素子の中央部におけるカラーフィルタの透過濃度と異ならせる工程を含むことを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の製造方法において、カラーフィルタの膜厚を周辺部で小さく形成する際に、カラーフィルタの表面張力を用いて、カラーフィルタを形成することが可能である。これによれば、カラーフィルタの膜厚を、中央部から周辺部に向かって連続的に薄くしていくことが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像素子の実施例を詳細に説明する。なお、本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。本発明は、CCD型撮像素子やMOS型撮像素子等の固体撮像素子一般に用いることができる。
【００２８】
本実施例では、受光面に配置された複数の受光素子と、受光素子上に設けられたカラーフィルタとを含む固体撮像素子において、固体撮像素子の周辺部におけるカラーフィルタの透過濃度を、固体撮像素子の中央部におけるカラーフィルタの透過濃度よりも小さくする。その際にカラーフィルタの透過濃度は、中央部から周辺部に向かうに従って連続的に小さくする。カラーフィルタの透過濃度を小さくする方法として、カラーフィルタの膜厚を薄くする方法を採用する。
【００２９】
図１に、本実施例のカラーフィルタの厚みが、撮像素子の中央部から周辺部に向かって、どのように変化するかを概念的に示す。図１は、本実施例の撮像素子のカラーフィルタ10の部分のみを示し、図1(a)は、カラーフィルタ10の平面図、図1(b)は、側面図である。図1(a)においては、膜厚が同じである部分を結ぶ等高線12を、参考として示す。
【００３０】
本図に示すように、カラーフィルタ10の膜厚は、撮像素子の中央部から周辺部に向かって連続的に薄くなっている。カラーフィルタの種類には、原色フィルタや補色フィルタがあり、３色や４色から構成されている。本図では、色の違いは表示していない。本発明は、カラーフィルタが原色フィルタであるか、補色フィルタであるかを問わず適用できる。
【００３１】
周辺部において膜厚を薄くした理由は、シェーディングにより、たとえば図２に示すように、周辺部において、カラーフィルタ10に入射する光量が低下するからである。図２は、図１の直線AA上における、カラーフィルタに入射する光量を示すグラフである。縦軸が光量、横軸が直線AA上の位置を示す。カラーフィルタ10の中央部14における光量16は、端部20における光量18より大きい。
【００３２】
カラーフィルタ10に入射する光量が低下する周辺部において、カラーフィルタ10は薄いため、カラーフィルタ10を通過した後の光量は、中央部と周辺部において差が少なくなっている。このため、シェーディング補正が達成されて、撮像素子の出力が周辺部において減少することを防止できる。
【００３３】
次に、このようなカラーフィルタ10の製造方法について説明する。カラーフィルタの製造方法としては、基板上にゼラチン、カゼイン、グリューあるいはポリビニルアルコールなどの親水性高分子物質からなる媒染層を設け、その媒染層を色素で染色して着色層を形成する染色カラーフィルタ法が知られている。
【００３４】
また、別の製造方法として、着色材料が透明樹脂中に分散されている着色樹脂を用いたカラーフィルタ製造方法が知られている。例えば、感光性樹脂に着色材料を混合した感光性着色樹脂膜を用いて、フォトリソ工程によりカラーフィルタを形成することができる。
【００３５】
本実施例では、フォトリソ工程による方法を用いる。本実施例で使用するカラーフィルタのベース材料として感光性樹脂を用いる。感光性樹脂の種類は、特に制限する必要はないが、好ましくは耐熱性、透明性に優れた感光性ポリアミド樹脂が用いられる。
【００３６】
そして、この感光性樹脂中に着色材料、例えば有機顔料を分散して感光性着色樹脂を作成する。使用される有機顔料としては、たとえば溶性アゾ系、不溶性アゾ系、縮合アゾ系等のアゾ系顔料やフタロシアニン系顔料、インジゴ系、アントラキノン系、ペリレン系、ジオキサジン系、その他金属錯体系を含む縮合多環系顔料が用いられる。
【００３７】
次に、この感光性着色樹脂材料を用いてカラーフィルタ10を形成するプロセスを説明する。最初に製造方法の概略を述べる。図3(a)〜(g)は、本実施例のカラーフィルタの製造方法の一例を示す説明図である。図3(a)〜(g)は、１枚のシリコンウェーハ上に同時に形成される多数の撮像素子のうちの１個の撮像素子の部分を示す。まず、図3(a)に示すように、基板22上の撮像素子の周辺部に、突起部24をフォトリソ工程により形成する。突起部24は、表面張力によりカラーフィルタを周辺部で薄くするためのものである。次に、基板22上に第１色目の感光性着色樹脂膜26を形成し、プリベーク乾燥する（図3(b)参照）。成膜方法としては、スピンコーティング法、印刷法等があげられる。樹脂膜26を塗布した後にプリベーク乾燥するときに、表面張力により中央部が盛り上がる。プリベーク乾燥後、フォトマスク28を用いて紫外光で露光する（図3(c)参照）。露光により、露光部30は現像液に不溶となり、非露光部32は現像液に可溶となる。（図3(d)参照）。その後、現像液により非露光部32を溶解除去した後、リンス処理を行い、ポストベークを行なって第１色目のパターン30を形成する（図3(e)参照）。以下同様にして第２色のパターン34、第３色のパターン36を形成する（図3(f)参照）。その後、保護膜（パッシベーション）38を設けることによりカラーフィルタ10を得ることができる（図3(g)参照）。次にこれらの各工程を詳述する。
【００３８】
先ず、図3(a)に示すように、基板22上の撮像素子の周辺部に、突起部24をフォトリソ工程により形成する。具体的には、印刷により感光性樹脂膜を基板上に塗布し、プリベークする。次に、突起部24用パターンを形成するためのフォトマスクを用いて、突起部24を形成する部分のみ紫外光により露光する。露光部は現像液に不溶になり、非露光部は現像液に可溶なままである。現像液に浸漬して、非露光部を除去する。最後にクリーンオーブン中で、ポストベークをして突起部24を形成する。なお、本工程の前に受光素子52は基板22に形成されており、受光素子52の表面には、カラーフィルタ10を形成するための平坦化膜(図示せず)も形成されている。したがって、カラーフィルタ10や突起部24は、平坦な表面上に形成される。受光素子52は、図3(b)〜3(f)では図示を省略する。
【００３９】
突起部24は、撮像素子ごとにその周辺部に形成される。これを図４に示す。図４は、シリコンウェーハ上の複数の撮像素子(図４では３個)の断面図を示す。
【００４０】
周辺部に突起部24があると、感光性着色樹脂膜を基板22上に塗布してベークを行なったときに、表面張力により、突起部24を縁にして感光性着色樹脂膜が盛り上がって形成される。すなわち周辺部が薄く形成される。厚みの制御に関しては、中央部で適正な厚みが形成されるように突起部24の高さを決める。また、表面張力は、温度、溶質の種類や濃度に依存するため、これらを制御することにより、厚みを制御することもできる。
【００４１】
図3(b)に戻ると、基板22上にスピンナーにより感光性赤色着色樹脂26をコーティングし、着色樹脂膜26を形成する。そして、ホットプレート上で、プリベークを行う。突起部24があるため、表面張力により樹脂膜26は中央部が盛り上がった凸形状になる。
【００４２】
その後、フォトマスク28とマスクアライナー(図示しない)を用いて露光する（図3(c)参照）。この露光により、露光部の感光性着色樹脂30は光硬化し、現像液に不溶な露光部30となり、非露光部32は現像液に可溶なままである（図3(d)参照）。その後、現像液に浸漬したのち、キシレンや酢酸ブチルなどの現像液中で非露光部分32を溶解除去する。
【００４３】
次に、洗浄、残渣除去のためのリンス処理として、純水などのリンス液中に浸漬した後に、乾燥を行う。その後、クリーンオーブン中で100〜200℃のポストベークを行なう。こうして赤色パターン状着色樹脂層30を得る（図3(e)参照）。以後同様にして、緑色パターン状着色樹脂層34、青色パターン状着色樹脂層36を順次形成する（図3(f)参照）。
【００４４】
以上のように３色30, 34, 36を形成した後に、印刷により保護層38を設け、ホットプレートによりプリベークし、紫外光により全面露光する。そして、最後にクリーンオーブン中で、ポストベークをし、赤、緑、青の３原色カラーフィルタを得る（図3(g)参照）。この後、保護膜38上にマイクロレンズ(図示せず)が形成される。
【００４５】
本実施例によれば、カラーフィルタの周辺部の膜厚を薄く形成したため、固体撮像素子により撮像される画像の周辺部に生じる信号レベルの落ち込みを抑えることができるとともに、中央部および周辺部の両方において、撮像素子の出力、感度特性、および集光量を従来技術のレベルと比較して、減少させることがない。
【００４６】
本実施例では、カラーフィルタの周辺部の膜厚を薄く形成しているが、膜厚を変えることなく、シェーディング補正を行なうこともできる。すなわち、カラーフィルタの周辺部において、入射光の吸収係数を低下させてもよい。膜厚を変えずに、吸収係数を低下させると、入射光の吸収量が減少し、透過濃度を小さくすることができるからである。
【００４７】
吸収係数を低下させる方法は、種々ある。たとえば、吸収係数が低い材料をカラーフィルタの周辺部で用いる方法がある。吸収係数を低下させる他の方法として、感光性樹脂と混合する顔料の濃度を下げる方法もある。これらの場合、１つの撮像素子に含まれる複数の受光素子をいくつかのブロックに分けて、中央部のブロックから周辺部のブロックに向かって、カラーフィルタの材料を吸収係数の低い材料に変えていけばよい。
【００４８】
この場合の製造方法に関しては、たとえば、上述の実施例では、１色について１回のフォトリソ工程を行ったが、吸収係数を変えた複数の材料を用いる場合は、１色について複数の感光性樹脂材料を用意し、材料を変えるごとに、フォトリソ工程を繰り返して、カラーフィルタを形成することができる。
【００４９】
ところで、上述の実施例では、周辺部として、水平垂直両方向における周辺部を考慮したが、水平方向における周辺部のみ、もしくは垂直方向における周辺部のみにおいて、透過濃度を低下させることとしてもよい。
【００５０】
なお、本実施例のように、カラーフィルタを形成した撮像素子は、素子の周辺部で、カラーフィルタが薄くなる等の理由から、入射光の透過スペクトルがブロードになる、すなわち広くなる。このため、色の彩度が落ちる。これを図５に示す。
【００５１】
図５は、上記のようにして形成したカラーフィルタの周辺部の透過率の特性40, 42, 44を示す。さらに、比較のために、従来技術に係る膜厚が薄くない撮像素子の周辺部の透過率の特性46, 48, 50も示す。横軸は波長(nm)であり、縦軸は透過率(%)を示す。特性40, 46は青色、特性42, 48は緑色、特性44, 50は赤色に関する透過率を表す。
【００５２】
同図から明らかなように、本発明のカラーフィルタの分光特性は透過率が高く、かつスペクトルの幅が広い。スペクトルの幅が広くなるため、色の混合が増えて彩度が低下する。しかしながら、画面の周辺部では、シェーディングのために光量が低下している。したがって彩度の補正をしなくても問題はない。
【００５３】
なお、理想的には、彩度の低下を補うために補正を行なうことが望ましい。補正の方式としては、クロマ補正方式等があり、これらの方式を用いて、彩度を上げることができる。補正に際して、彩度だけを補正してもよいし、色相等も同時に補正することとしてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
このように本発明によれば、固体撮像素子により撮像される画像の周辺部に生じる信号レベルの落ち込み、すなわちシェーディングの発生を抑えるとともに、中央部および周辺部の両方において、撮像素子の出力、感度特性、および集光量を従来技術のレベルと比較して、減少させることがない固体撮像素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像素子の一実施例の色フィルタの厚みが、撮像素子の中央部から周辺部に向かって、どのように変化するかを示す説明図である。
【図２】シェーディングによる受光量の低下の様子を示す説明図である。
【図３】本発明に係る撮像素子の製造方法の一実施例を示す説明図である。
【図４】図３の実施例におけるシリコンウェーハ上の撮像素子の断面図を示す。
【図５】本発明の一実施例における透過率のスペクトルと、従来技術のスペクトルとを比較して示すグラフである。
【符号の説明】
10 カラーフィルタ
22 基板
24 突起部
26 感光性着色樹脂膜
30 露光部
32 非露光部
34 緑色パターン状着色樹脂層
36 青色パターン状着色樹脂層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device used for an electronic camera or the like, and more particularly to a solid-state imaging device having a shading correction function.
[0002]
[Prior art]
An imaging apparatus such as a digital still camera or a video camera is equipped with a solid-state imaging device for imaging an object scene. Known solid-state imaging devices include CCD (Charge Coupled Device) type imaging devices and MOS (Metal Oxide Semiconductor) type imaging devices. A large number of light receiving elements, for example, photodiodes, are arranged in the solid-state imaging element, and an image formed on the light receiving surface of the solid-state imaging element by the photographing optical system is photoelectrically converted by the photodiodes. The image signal converted into the electrical signal is subjected to image processing and stored in a recording medium such as an IC card or displayed on a monitor device.
[0003]
When the object to be imaged has a uniform brightness, the output of the solid-state image sensor is desirably the same regardless of whether the position of each light-receiving element constituting the solid-state image sensor is the central part or the peripheral part. It is. However, the light incident on the light receiving element of the solid-state image sensor through the photographing optical system is inclined and incident on the peripheral portion of the solid-state image sensor. For this reason, compared with the center part of a light-receiving surface, the light-receiving amount of a light receiving element decreases in a peripheral part, and the light receiving amount is not uniform over the whole image pick-up element. The level of the image signal output from the solid-state imaging device is lower in the peripheral portion of the image, and the finally obtained image is darker in the peripheral portion than in the central portion. This phenomenon is called shading.
[0004]
Furthermore, since light is incident on the periphery of the solid-state image sensor at an inclination, the light is distorted, and the amount of light received at the periphery is reduced due to the light. “Kera” means that obliquely incident light is interrupted by lens frames, lens hoods, and the like before and after the stop. 2. Description of the Related Art Conventionally, in an imaging apparatus, a process for correcting a reduction in the amount of light received at a peripheral portion due to shading or blurring (hereinafter referred to as shading correction) has been performed.
[0005]
As shading correction according to the prior art, there are those described in JP-A-5-199453, JP-A-7-335853, and JP-A-11-150254.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-199453 describes a technique for performing shading correction using the relationship between the sensitivity characteristic of a light receiving element constituting an image sensor and a bias voltage. That is, the bias voltage of the light receiving element is controlled using shading correction data having a distribution opposite to the sensitivity distribution of the light receiving element in the central portion and the peripheral portion of the image pickup device. As the shading correction data, the set value of the bias voltage of each part of the image sensor is held, and the bias voltage is lowered in the central part and increased in the peripheral part according to the set value. Thus, a technique is described in which the sensitivity characteristic in the central portion of the image sensor is lowered and the sensitivity characteristic in the peripheral portion is increased.
[0007]
In Japanese Patent Laid-Open No. 7-335853, in a solid-state imaging device in which unit pixels composed of photodiodes are two-dimensionally arranged, the sensitivity characteristics of the photodiode are changed concentrically around the center of the solid-state imaging device. A technique for enhancing the above is disclosed. As a method of changing the sensitivity characteristic of the photodiode, a method of reducing the sensitivity characteristic by increasing a specific ion implantation amount into the photodiode at the center when the image sensor is manufactured is adopted.
[0008]
In Japanese Patent Laid-Open No. 11-150254, microlenses are provided on a plurality of photodiodes arranged on a light receiving surface, and the diameter of the microlens is gradually increased from the central portion to the peripheral portion of the light receiving surface. Are listed.
[0009]
According to these techniques, since the same signal output can be obtained in the central portion and the peripheral portion, shading correction can be performed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-199453, the sensitivity is improved in the peripheral portion of the image sensor, but the bias voltage of the image sensor is increased in the peripheral portion of the image sensor. There is a problem that the output saturation level is lower than that of the prior art. That is, the output of the image sensor is reduced at the peripheral portion as compared with the prior art.
[0011]
In the case of the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-335853, the sensitivity characteristic of the photodiode at the center is lowered by increasing the ion implantation amount. This method lowers the sensitivity characteristic of the central part relative to the sensitivity characteristic of the peripheral part, and maintains the sensitivity characteristic of the central part at the level of the prior art while maintaining the sensitivity characteristic of the central part. Can't be too high. That is, the sensitivity characteristic at the center is lower than that of the prior art.
[0012]
Further, in the case of the technique described in JP-A-11-150254, the diameter of the microlens is gradually increased from the central part to the peripheral part of the light receiving surface. This technique relatively reduces the amount of light collected at the center with reference to the amount of light collected at the periphery. With this technology, it is impossible to increase the amount of light collected at the peripheral portion while maintaining the amount of light collected at the central portion at the level of the prior art. That is, the amount of light collected at the center is lower than that of the prior art.
[0013]
The present invention eliminates such disadvantages of the prior art, suppresses signal level drop that occurs in the peripheral portion of the image captured by the solid-state imaging device, that is, prevents occurrence of shading, and at both the central portion and the peripheral portion. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device in which the output, sensitivity characteristics, and light collection amount of the imaging device are not reduced as compared with the level of the prior art.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a solid-state imaging device including a plurality of light-receiving elements arranged on a light-receiving surface and a color filter provided on the light-receiving element, and a color filter in a peripheral portion of the solid-state imaging element The transmission density is different from the transmission density of the color filter in the center of the solid-state imaging device.
[0015]
The transmission density is an amount that represents the degree to which light is transmitted through a substance, and is an amount defined by the following equation.
[0016]
[Expression 1]
D = log ₁₀ (I ₀ / I)
Here, D is the transmission density, I ₀ is the intensity of light incident on the substance, and I is the intensity of the transmitted light. As can be seen from this equation, a high transmission density means that there is little transmitted light. The case where the transmitted light is small is, for example, a case where the film thickness is large or a case where the absorption coefficient is large.
[0017]
According to the present invention, since the transmission density of the color filter in the peripheral part of the imaging device is different from the transmission density in the central part, the amount of light received in the peripheral part can be changed. For example, the amount of light in the peripheral part can be increased. That is, the occurrence of shading can be suppressed. Furthermore, when the transmission density of the color filter is made different between the central part and the peripheral part as in the present invention, the transmission density of the peripheral part is changed in a state where the transmission density of the central part is maintained at the same level as that of the prior art. Can be reduced. Therefore, the output of the image sensor, the sensitivity characteristics, and the light collection amount in the central part and the peripheral part do not decrease as compared with the level of the prior art.
[0018]
In the solid-state imaging device of the present invention, it is preferable that the transmission density of the color filter decreases as it goes from the central part to the peripheral part. According to this, the shading correction amount can be continuously changed.
[0019]
In the solid-state imaging device of the present invention, there is a method of changing the film thickness of the color filter as one method of changing the transmission density of the color filter. For example, when the transmission density in the peripheral part is reduced, the film thickness in the peripheral part is reduced.
[0020]
Furthermore, as another method of changing the transmission density of the color filter, there is a method of changing the absorption coefficient of the color filter. For example, when the transmission density in the peripheral portion is reduced, the absorption coefficient in the peripheral portion may be reduced.
[0021]
The absorption coefficient is an amount defined by the following equation.
[0022]
[Expression 2]
I = I ₀ exp (-αd)
Here, I is the intensity of light passing through the color filter, I ₀ is the intensity of light incident on the color filter, α is the absorption coefficient of the color filter, and d is the film thickness of the color filter. From Equation 2, the relationship of the following equation is known.
[0023]
[Equation 3]
I ₀ / I = exp (αd)
From this equation and Equation 1, in order to reduce the transmission density, I ₀ / I may be reduced, and for that purpose, the absorption coefficient α of the color filter and / or the thickness d of the color filter may be reduced. I understand that.
[0024]
Further, when the absorption coefficient of the color filter is reduced, for example, in the peripheral portion, the transmission density can be reduced even if the film thickness of the color filter is substantially the same in the peripheral portion and the central portion of the solid-state imaging device.
[0025]
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a method for manufacturing a solid-state imaging device including a plurality of light-receiving elements arranged on a light-receiving surface and a color filter provided on the light-receiving element. The method includes a step of making the transmission density of the color filter in the peripheral portion different from the transmission density of the color filter in the central portion of the solid-state imaging device.
[0026]
In the production method of the present invention, when the color filter is formed to have a small film thickness at the periphery, the color filter can be formed using the surface tension of the color filter. According to this, the film thickness of the color filter can be continuously reduced from the central portion toward the peripheral portion.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of a solid-state imaging device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that illustration and description of portions not directly related to the present invention are omitted. The present invention can be generally used for a solid-state imaging device such as a CCD type imaging device or a MOS type imaging device.
[0028]
In the present embodiment, in a solid-state imaging device including a plurality of light-receiving elements arranged on the light-receiving surface and a color filter provided on the light-receiving element, the transmission density of the color filter in the peripheral portion of the solid-state imaging element is determined by solid-state imaging. The transmission density of the color filter in the central portion of the element is made smaller. At that time, the transmission density of the color filter is continuously reduced from the central portion toward the peripheral portion. As a method of reducing the transmission density of the color filter, a method of reducing the thickness of the color filter is adopted.
[0029]
FIG. 1 conceptually shows how the thickness of the color filter of this embodiment changes from the center to the periphery of the image sensor. FIG. 1 shows only a portion of the color filter 10 of the image sensor of this embodiment, FIG. 1 (a) is a plan view of the color filter 10, and FIG. 1 (b) is a side view. In FIG. 1 (a), a contour line 12 connecting portions having the same film thickness is shown for reference.
[0030]
As shown in the figure, the film thickness of the color filter 10 is continuously reduced from the central part to the peripheral part of the image sensor. Types of color filters include primary color filters and complementary color filters, which are composed of three colors or four colors. In this figure, the color difference is not displayed. The present invention can be applied regardless of whether the color filter is a primary color filter or a complementary color filter.
[0031]
The reason why the film thickness is reduced in the peripheral portion is that the amount of light incident on the color filter 10 is reduced in the peripheral portion due to shading, for example, as shown in FIG. FIG. 2 is a graph showing the amount of light incident on the color filter on the straight line AA in FIG. The vertical axis indicates the amount of light, and the horizontal axis indicates the position on the straight line AA. The light quantity 16 at the central portion 14 of the color filter 10 is larger than the light quantity 18 at the end portion 20.
[0032]
Since the color filter 10 is thin in the peripheral portion where the amount of light incident on the color filter 10 decreases, the difference in the amount of light after passing through the color filter 10 is small between the central portion and the peripheral portion. For this reason, shading correction is achieved, and the output of the image sensor can be prevented from decreasing in the peripheral portion.
[0033]
Next, a method for manufacturing such a color filter 10 will be described. As a method for producing a color filter, a dyed color filter in which a mordant layer made of a hydrophilic polymer material such as gelatin, casein, mulberry or polyvinyl alcohol is provided on a substrate and the mordant layer is dyed with a dye to form a colored layer. The law is known.
[0034]
As another manufacturing method, a color filter manufacturing method using a colored resin in which a coloring material is dispersed in a transparent resin is known. For example, a color filter can be formed by a photolithography process using a photosensitive colored resin film in which a coloring material is mixed with a photosensitive resin.
[0035]
In this embodiment, a method using a photolithography process is used. A photosensitive resin is used as the base material of the color filter used in this embodiment. The type of the photosensitive resin is not particularly limited, but a photosensitive polyamide resin excellent in heat resistance and transparency is preferably used.
[0036]
Then, a coloring material, for example, an organic pigment is dispersed in the photosensitive resin to prepare a photosensitive coloring resin. Examples of the organic pigment used include condensed azo pigments such as soluble azo pigments, insoluble azo pigments, condensed azo pigments, phthalocyanine pigments, indigo pigments, anthraquinone pigments, perylene pigments, dioxazine pigments, and other metal complex pigments. Cyclic pigments are used.
[0037]
Next, a process for forming the color filter 10 using this photosensitive colored resin material will be described. First, an outline of the manufacturing method will be described. 3 (a) to 3 (g) are explanatory views showing an example of a method for producing a color filter of the present embodiment. FIGS. 3A to 3G show a part of one image sensor among a large number of image sensors simultaneously formed on one silicon wafer. First, as shown in FIG. 3 (a), the protrusion 24 is formed on the periphery of the image sensor on the substrate 22 by a photolithography process. The protrusion 24 is for thinning the color filter at the periphery by surface tension. Next, a photosensitive colored resin film 26 of the first color is formed on the substrate 22 and prebaked and dried (see FIG. 3B). Examples of the film forming method include a spin coating method and a printing method. When pre-baking and drying after applying the resin film 26, the central portion rises due to surface tension. After pre-baking, exposure is performed with ultraviolet light using a photomask 28 (see FIG. 3C). By exposure, the exposed portion 30 becomes insoluble in the developer, and the non-exposed portion 32 becomes soluble in the developer. (See Figure 3 (d)). Thereafter, the non-exposed portion 32 is dissolved and removed with a developing solution, followed by rinsing and post-baking to form a first color pattern 30 (see FIG. 3 (e)). In the same manner, a second color pattern 34 and a third color pattern 36 are formed (see FIG. 3 (f)). Thereafter, a color filter 10 can be obtained by providing a protective film (passivation) 38 (see FIG. 3 (g)). Next, each of these steps will be described in detail.
[0038]
First, as shown in FIG. 3 (a), the protrusion 24 is formed on the periphery of the image sensor on the substrate 22 by a photolithography process. Specifically, a photosensitive resin film is applied on a substrate by printing and prebaked. Next, using a photomask for forming the pattern for the protrusion 24, only the portion where the protrusion 24 is formed is exposed to ultraviolet light. The exposed area becomes insoluble in the developer and the non-exposed area remains soluble in the developer. Immerse in a developer to remove unexposed areas. Finally, the protrusion 24 is formed by post-baking in a clean oven. Prior to this step, the light receiving element 52 is formed on the substrate 22, and a planarizing film (not shown) for forming the color filter 10 is also formed on the surface of the light receiving element 52. Therefore, the color filter 10 and the protrusion 24 are formed on a flat surface. The light receiving element 52 is not shown in FIGS. 3 (b) to 3 (f).
[0039]
The protrusion 24 is formed on the periphery of each image sensor. This is shown in FIG. FIG. 4 shows a cross-sectional view of a plurality of image sensors (three in FIG. 4) on the silicon wafer.
[0040]
If there is a protrusion 24 on the periphery, when the photosensitive colored resin film is applied to the substrate 22 and baked, the photosensitive colored resin film rises with the protrusion 24 as the edge due to surface tension. Is done. That is, the peripheral portion is formed thin. Regarding the thickness control, the height of the protrusion 24 is determined so that an appropriate thickness is formed at the center. Further, since the surface tension depends on the temperature and the kind and concentration of the solute, the thickness can be controlled by controlling them.
[0041]
Returning to FIG. 3B, the photosensitive red colored resin 26 is coated on the substrate 22 by a spinner to form a colored resin film 26. Then, pre-baking is performed on a hot plate. Since the protrusion 24 is present, the resin film 26 has a convex shape with a raised central portion due to surface tension.
[0042]
Thereafter, exposure is performed using a photomask 28 and a mask aligner (not shown) (see FIG. 3C). By this exposure, the photosensitive colored resin 30 in the exposed portion is photocured to become the exposed portion 30 insoluble in the developer, and the non-exposed portion 32 remains soluble in the developer (see FIG. 3 (d)). Thereafter, after being immersed in the developer, the non-exposed portion 32 is dissolved and removed in a developer such as xylene or butyl acetate.
[0043]
Next, as a rinsing treatment for cleaning and residue removal, the substrate is dipped in a rinsing solution such as pure water and then dried. Thereafter, post-baking is performed at 100 to 200 ° C. in a clean oven. In this way, a red patterned colored resin layer 30 is obtained (see FIG. 3 (e)). Thereafter, similarly, a green pattern colored resin layer 34 and a blue pattern colored resin layer 36 are sequentially formed (see FIG. 3 (f)).
[0044]
After forming the three colors 30, 34, and 36 as described above, the protective layer 38 is provided by printing, prebaked with a hot plate, and exposed to the whole surface with ultraviolet light. Finally, post baking is performed in a clean oven to obtain three primary color filters of red, green, and blue (see FIG. 3 (g)). Thereafter, a microlens (not shown) is formed on the protective film 38.
[0045]
According to the present embodiment, since the film thickness of the peripheral portion of the color filter is formed thin, it is possible to suppress a drop in the signal level that occurs in the peripheral portion of the image picked up by the solid-state imaging device, and the central portion and the peripheral portion. In both cases, the output of the image sensor, the sensitivity characteristics, and the light collection amount are not reduced compared to the level of the prior art.
[0046]
In this embodiment, the film thickness in the peripheral portion of the color filter is thin, but shading correction can also be performed without changing the film thickness. That is, the absorption coefficient of incident light may be reduced at the periphery of the color filter. This is because if the absorption coefficient is lowered without changing the film thickness, the amount of incident light absorbed is reduced and the transmission density can be reduced.
[0047]
There are various ways to reduce the absorption coefficient. For example, there is a method of using a material having a low absorption coefficient in the periphery of the color filter. As another method for reducing the absorption coefficient, there is a method for reducing the concentration of the pigment mixed with the photosensitive resin. In these cases, a plurality of light receiving elements included in one image sensor are divided into several blocks, and the color filter material is changed to a material having a low absorption coefficient from the central block toward the peripheral block. I'll do it.
[0048]
Regarding the manufacturing method in this case, for example, in the above-described embodiment, one photolithography process is performed for one color. However, when a plurality of materials having different absorption coefficients are used, a plurality of photosensitive resins for one color are used. Each time the material is prepared and the material is changed, the photolithography process can be repeated to form a color filter.
[0049]
By the way, in the above-described embodiment, the peripheral portion in both the horizontal and vertical directions is considered as the peripheral portion. However, the transmission density may be decreased only in the peripheral portion in the horizontal direction or only in the peripheral portion in the vertical direction.
[0050]
Note that, as in this embodiment, the imaging device in which the color filter is formed has a broader transmission spectrum of incident light, that is, becomes wider because the color filter becomes thinner at the periphery of the device. For this reason, the color saturation falls. This is shown in FIG.
[0051]
FIG. 5 shows transmittance characteristics 40, 42, and 44 in the periphery of the color filter formed as described above. Further, for comparison, the transmittance characteristics 46, 48, and 50 of the peripheral portion of the imaging device according to the related art in which the film thickness is not thin are also shown. The horizontal axis represents wavelength (nm), and the vertical axis represents transmittance (%). Characteristics 40 and 46 represent the transmittance for blue, characteristics 42 and 48 for green, and characteristics 44 and 50 for red.
[0052]
As is clear from the figure, the spectral characteristics of the color filter of the present invention have high transmittance and a wide spectrum. Since the spectrum becomes wider, color mixture increases and saturation decreases. However, the amount of light is reduced due to shading at the periphery of the screen. Therefore, there is no problem even if the saturation is not corrected.
[0053]
Ideally, it is desirable to perform correction to compensate for the decrease in saturation. As a correction method, there are a chroma correction method and the like, and the saturation can be increased by using these methods. At the time of correction, only the saturation may be corrected, or the hue and the like may be corrected at the same time.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the signal level drop that occurs in the peripheral portion of the image captured by the solid-state image sensor, that is, the occurrence of shading is suppressed, and the output and sensitivity of the image sensor in both the central portion and the peripheral portion. It is possible to provide a solid-state imaging device in which characteristics and light collection amount are not reduced as compared with the level of the prior art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing how the thickness of a color filter of an embodiment of an image sensor according to the present invention changes from the center to the periphery of the image sensor.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing how the amount of received light decreases due to shading.
FIG. 3 is an explanatory view showing an embodiment of a method for manufacturing an image sensor according to the present invention.
4 shows a cross-sectional view of an image sensor on a silicon wafer in the embodiment of FIG.
FIG. 5 is a graph showing a comparison between a transmittance spectrum and a prior art spectrum in one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Color filter
22 Board
24 Protrusion
26 Photosensitive colored resin film
30 Exposure section
32 Non-exposed area
34 Green pattern colored resin layer
36 Blue pattern colored resin layer

Claims

In a solid-state imaging device including a plurality of light receiving elements arranged on a light receiving surface and a color filter provided on the light receiving element,
The film thickness of the color filter of the solid-state imaging device is such that the film thickness in the peripheral part is thinner than the film thickness in the central part of the color filter and is continuously reduced from the central part toward the peripheral part. The transmission density of the color filter provided on the solid-state image sensor decreases as it goes from the central part to the peripheral part ,
To change the transmission density of the color filter, a solid-state imaging further with the absorption coefficient of the color filter is the central portion large, and to reduce the peripheral portion, and wherein the small to Rukoto toward the peripheral portion from the central portion element.

In a solid-state imaging device including a plurality of light receiving elements arranged on a light receiving surface and a color filter provided on the light receiving element,
By reducing the absorption coefficient of the color filter of the solid-state image pickup device in the peripheral part to be smaller than the absorption coefficient in the central part of the color filter and continuously decreasing from the central part toward the peripheral part, A solid-state image pickup device, wherein a transmission density of the color filter provided on the solid-state image pickup device decreases from a central portion toward a peripheral portion.

3. The solid-state imaging device according to claim 2 , wherein the film thickness of the color filter is the same in a peripheral portion and a central portion of the solid-state imaging device.

In a manufacturing method of a solid-state imaging device including a plurality of light receiving elements arranged on a light receiving surface and a color filter provided on the light receiving element, the method includes:
Protruding portions are provided in the peripheral portion of the solid-state imaging device, and when forming the peripheral portion of the color filter, by using the surface tension of the color filter generated by the protruding portions, the film thickness of the color filter is reduced to the central portion. Forming the film so as to become thinner toward the periphery from
The film thickness of the color filter of the solid-state imaging device is such that the film thickness in the peripheral part is thinner than the film thickness in the central part of the color filter and is continuously reduced from the central part toward the peripheral part. A method for manufacturing a solid-state image pickup device, comprising: a step of forming the color filter provided on the solid-state image pickup device so that the transmission density of the color filter decreases from the central portion toward the peripheral portion.

5. The method according to claim 4 , further comprising: decreasing the transmission density of the color filter from the central portion toward the peripheral portion by decreasing the absorption coefficient of the color filter from the central portion toward the peripheral portion. Manufacturing method of imaging device.

In a manufacturing method of a solid-state imaging device including a plurality of light receiving elements arranged on a light receiving surface and a color filter provided on the light receiving element, the method includes:
By reducing the transmission density of the color filter of the solid-state image pickup device so that the absorption coefficient in the peripheral portion is smaller than the absorption coefficient in the central portion of the color filter and decreases from the central portion toward the peripheral portion. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising: forming a transmission density of the color filter so as to decrease from a central portion toward a peripheral portion.