JPH02230768A

JPH02230768A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPH02230768A
Application number: JP1051578A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Kimura; 哲司木村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-03-03
Filing date: 1989-03-03
Publication date: 1990-09-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、固体撮像素子に関し、特に、黒レベル基準を
設定するための光学的黒画素を有する固体撮像素子に関
する。

［従来の技術］固体撮像素子においては、光照射時の黒レベル基準を設
定するために、固体撮像素子の、複数のフォトダイオー
ドからなる画素上の一部の領域に光学的黒画素領域を形
成する必要がある。その一例の平面図を第４図に示す。

同図に示すように、固体撮像素子上には、単位画素１３
がマトリクス状に配置された２次元光電変換領域１２が
設けられているが、単位画素１３の中の一部は光学的黒
画素領域１５に含まれる羊位黒画素１３ａとなされ、そ
の他の単位画素は有効画素領域１４に含まれて光電変換
を行う。

従来、このような光学的黒画素領域は、次のような２種
類の方法によって形成されてきた．まず、第１の方法に
よる固体撮像素子の例を第５図（ａ）および（ｂ）に示
す。第５図（ａ）は第４図のＡ−Ａ’線の、第５図（ｂ
）は第４図のＢ−Ｂ’線の断面図である．第５図（ａ）
および（ｂ）において、ｎ型半導体基板１上には、ｐウ
エル領域２が形成されており、このｐウェル領域内には
、該ウェル領域とともにフォトダイオードを構成するｎ
型領域４と、このｎ型領域を分離するチャネルストップ
３が形成されている。半導体基板上には、Ｓ　ｉ　０２
膜やＢＰＳＧ層等を積層することによって形成された基
板保護層５ａ、５ｂが設けられている。そして、光学的
黒画素領域１５を形成すべき部分および有効画素領域１
４におけるチャネルストップ３部分の基板表面上には基
板保護層５ａを介してアルミニウム遮光層７が形成され
ている．次に、第２の方法による固体撮像素子の例を第６図（ａ
）および（ｂ）に示す．第６図（ａ）は第４図のＡ−Ａ
′線断面図、第６図（ｂ）は第４図のＢ−Ｂ’線断面図
である。これらの図において、第５図（ａ＞、（ｂ）に
おける部分と共通の部分には同一の参照番号が付されて
いる。この例では、有効画素領域１４においてはチャネ
ルストップ３上にアルミニウム遮光層が形成されている
が、光学的黒画素領域１５には、これが設けられていな
い．代りに、透明ガラス基板１６上に光透過層１７ａと
クロム遮光層１７ｂが形成された白黒フィルタ１８が、
光透過層１７ａが有効画素領域上を、そして、クロム遮
光層１７ｂが光学的黒画素領域上を覆うように、接着剤
１つによって接着されている．［発明が解決しようとする問題点］さて、このような２種類の方法によって光学的黒画素領
域を形成した固体撮像素子においては、次のような欠点
があった。

まず、第１の方法による固体撮像素子においては、固体
撮像素子全体を光を遮断して動作させた場合、有効画素
領域の単位画素１３からの出力信号と光学的黒画素領域
１５の単位黒画素１３ａの出力信号との間に本来生じて
はならないレベル差が生じるという欠点があった．この
ような差が生じる理由については十分な解明はなされて
いないが、フォトダイオードを構成するｎ型領域４上に
アルミニウム層が存在するか否かによって、熱処理工程
において、基板保護層５ａ内の不純物分布状態とｎ型領
域４の界面状態が影響を受けるがらであると考えられて
いる．そして、このようにして形成された固体撮像素子
をビデオカメラ等で使用した場合、熱処理の条件にも依
存するが、４０℃前後の使用温度環境で士数ｍＶから士
数１０ｍＶのレベル差があらわれ、これは無視しえない
ものである．次に、固体撮像素子上に白黒フィルタ１８を接着した場
合であるが、この場合は、有効画素領域１４上のｎ型領
域も黒画素領域１５上のｎ型領域もアルミニウムで覆わ
れていないので、第１の方法の場合のように熱処理によ
って暗電流に差が生じることはないが、この素子はフレ
アが詔著にあらわれるという欠点がある．これは撮像再
生画像のコントラストの低下を起こし、画質を大きく低
下させるものである。このフレアの生じる理由を第７図
、第８図を用いて説明する。第７図は、固体撮像素子を
パッケージおよびガラスキャップ等によって収納した製
品の平面図であり、第８図はそのｃ−ｃ’線断面図であ
る。第７図および第８図に示すように、透明ガラス基板
１６上に光透過層１７ａとクロム遮光層１７ｂとが形成
された白黒フィルタ１８が半導体基板上に接着された固
体撮像素子１１は、パッケージ２０内にマウントされ、
透明ガラスによるガラスキャップ２１によって気密封止
されている．さて、固体撮像素子、例えばインターライン転送ＣＣＤ
撮像素子では、有効画素領域内の垂直転送ＣＣＤでの光
電変換の防止と各画素への斜光入射を防止するために、
各画素を分離する垂直転送ＣＣＤ上部およびチャネルス
トップ上部には遮光層が必要である〔第６図（ａ）では
、チャネルストップ上部の遮光層部分のみが示されてい
る〕。

このような遮光層は、配線との共通化のためアミニウム
薄膜が用いられるのが一般的である。ところがこのアル
ミニウム薄膜は約９０％の光を反射するため、固体撮像
素子１１の有効画素領域への入射光２２は、固体撮像素
子１１の有効画素領域の約５０％の面積を占めるアルミ
ニウムの遮光層の上面で反射され、その約５０％が反射
光２３となって白黒フィルタ１８へ逆もどりする。反射
光２３はあまり減衰することなく白黒フィルタのガラス
界面１６ａに到達する．この白黒フィルタのガラス界面
１６ａでは、パッケージ２０内が窒素ガスで満たされて
いるとすると、ガラスと窒素ガスの屈折率の差から約４
％の反射を生じるため、アルミニウム遮光層表面からの
反射光２３の一部は再び固体撮像素子１１の有効画素領
域に入射する。このような反射はガラスキャップ界面２
１ａでも生じ、これらの結果、フレアが生じることにな
る。

また、第２の方法による固体撮像素子においては、アル
ミニウム遮光層７の表面で反射した光の一部は光学的黒
画素領域に入射する。この反射光はクロム遮光層１７で
再度反射されて、単位黒画素に入射して基準黒レベルを
変動させる．［問題点を解決するための手段コ本発明による固体撮像素子は、半導体基板表面に複数の
画素が形成され、該複数の画素は有効画素領域に属する
ものと光学的黒画素領域に属するものとに分けられてい
るものであって、前記光学的黒画素領域の半導体基板上
には防染色層を介して黒色染料を用いた黒色フィルタ層
が形成されている。

［実施例］次に、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。

第１図（ａ＞および（ｂ）は、本発明の第１の実施例を
示す図であり、それぞれ、第４図のＡ−Ａ′線およびＢ
−Ｂ′線断面図である。これらの図において、第５図あ
るいは第６図に示した従来例と共通する部分には同一の
参照番号が付されている。この実施例では、基板保護層
５ａを形成した後、有効画素領域上のチャネルストップ
３上にのみアルミニウム遮光層を形成している。このよ
うな固体撮像素子基板上の光学的黒画素領域を形成すべ
き領域に黒色フィルタ層９を形成する。そのために、基
板保護層５ｂを形成するカバー工程が終了した後、まず
下地層として防染色層６を形成し、基板表面の平坦化と
基板内部への防染色効果をはかる。防染色層としては、
光学的黒画素領域の形成後の工程、例えばボンディング
バット部（図示せず）の開孔等を考慮すると、出光性の
ある材料と用いるのが好都合で、例えば、ＰＧＭＡ（ポ
リグリシジルメタクリレート）やＰＭＭＡ　（ポリメチ
ルメタクリレート）等が用いられる。続いて、黒色フィ
ルタＮ９を形成するのであるが、この層は、母材として
一般にカゼインやゼ．ラチン等のたん白質に感光性を与
えた材料を用い、これを光吸収性のよい染料、例えば日
本化薬製ＢＬＡＣＫＯＯ６あるいはＢＬＡＣＫ２０５に
て染色することによって形成する．これらの染料を用い
たフィルタ層はいずれも光の透過率が平均して１％／μ
ｍ程度であり、適当な厚さの黒色フィルタ層を形成する
ことにより、有効な遮光層とすることができる．最後に
保護膜８を形成する．この保護膜８は、後の工程を考慮
して防染色層６と同じく感光性のある材料を用いるのが
望ましい。

本実施例では、単位画素１３と単位黒画素１３ａとはい
ずれもアルミニウム遮光層に覆われていないので、熱処
理工程によって両画素間で暗電流に差が生じることがな
い。また、透明ガラス基板を用いた白黒フィルタは接着
されていないので、このガラス基板表面での反射はなく
なり、フレアは軽減される。但し、この固体撮像素子が
パッケージ内に封入された場合には、ガラスキャップ面
での再反射光によるフレアは発生するが、アルミニウム
遮光層とガラスキャップまでの距離は大きいのでフレア
はそれ程問題にならない。さらに、アルミニウム遮光層
で反射されて光学的黒画素領域に入射した光は、黒色フ
ィルタ層に吸収されるので、この反射光が基準黒レベル
を変動させることはなくなる．次に、本発明の第２の実施例について、第２図（ａ）、
（ｂ）を参照して説明する。第２図（ａ）、（ｂ）は、
それぞれ、第４図のＡ−Ａ′線およびＢ−Ｂ′線断面図
である。この実施例の第１の実施例と異なる点は、有効
画素領域上においても基板保護層５内にアルミニウム遮
光層が形成されておらず、代りに有効画素領域の各画素
を分離するチャネルストップ３上に、防染色層６を介し
て黒色フィルタ層９が形成されている点である。

この実施例によればフレアを更に少なくすることができ
る。

次に、第３図（ａ）、（ｂ）を参照して、本発明のカラ
ー固体撮像素子に関する実施例について説明する。第３
図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、第４図のＡ−Ａ′線お
よびＢ−Ｂ’線断面図である。本実施例の第１の実施例
と異なる点は、防染色層６ａ上の光学的黒画素領域内に
黒色フィルタ層９を形成した後、防染色層６ｂ〜６ｄと
色フィルタ層１０ａ〜１０ｃとを積層した点である。１
０ａ、１０ｂおよび１０ｃは、それぞれ、赤色、緑色お
よび青色のカラーフィルタ層であって、有効画素領域内
の各画素上に配置さている。これらの色フィルタ層は、
黒色フィルタ層と同様、感光性をもたせたカゼインやセ
ラチン等のたん白質を母材として、所定の色に対応する
染料にて染色することにより形成する。

［発明の効果］以上説明したように、本発明は、固体撮像素子の光学的
黒画素領域を、半導体基板上の所定領域に防染色層を介
して黒色染料を用いた黒色フィルタ層を設けることによ
って形成しているので、本発明によれば、アルミニウム
遮光層を用いて光学的黒画素領域を形成している場合と
異なって、製造プロセス中における熱処理によって各画
素間の暗電流に差がでることはない。また、透明ガラス
基板を接着したものではないので、本発明のものは、ガ
ラス基板表面において再反射を起こすことがなく、フレ
ア現象を軽減することができる。さらに、アルミニウム
遮光層で反射した光が光学的黒画素領域に入射した場合
には、この光は、黒色フィルタ層で吸収されるので、こ
の光が基準黒色レベルを変動させることはなくなる。ま
た、有効画素領域の遮光層をも黒色フィルタ層で形成し
た場合には、アルミニウム遮光層の形成工程をなくすこ
とができるほか、フレアを極めて少なくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第４ズは、本発明および従来例を示す平面図、第１図、
第２図および第３図は、それぞれ、本発明の実施例を示
す図であって、第１図乃至第３図において（ａ）、（ｂ
）は、それぞれ、第４図のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ′線断面
図であり、第５図および第６図は、それぞれ、従来例を
示す図であって、第５図および第６図において（ａ）、
（ｂ）は、それぞれ、第４図のＡ−Ａ′線、Ｂ−Ｂ’線
断面図であり、第７図は、従来例素子のパッケージング
状態を示す平面図であり、第８図は、第７図のｃ−ｃ’
線断面図である．１・・・ｎ型半導体基板、　２・・・ｐウエル領域、３
・・・チャネルストップ、　４・・・ｎ型領域、　５、
５ａ、５ｂ・・・基板保護層、　６、６ａ〜６ｄ・・・
防染色層、　７・・・アルミニウム遮光層、　８・・・
保護膜、　９・・・黒色フィルタ層、　１０ａ〜１０ｃ
・・・色フィルタ層、　　１１・・・固体撮像素子、　
　１２・・２次元光電変換領域、　１３・・・単位画素
、　１３ａ・・単位黒画素、　１４・・・有効画素領域
、　１５・・・光学的黒画素領域、　１６・・・透明ガ
ラス基板、１７ａ・・・光透過層、　　１７ｂ・クロム
遮光層、１８・・白黒フィルタ、　　１９・・・接着剤
、　２０・・パッケージ、　２１・・・ガラスキャップ
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板表面に複数の画素が形成され、該複数
の画素は有効画素領域に属するものと光学的黒画素領域
に属するものとに分けられている固体撮像素子において
、前記光学的黒画素領域の半導体基板上には防染色層を
介して黒色染料を用いた黒色フィルタ層が形成されてい
ることを特徴とする固体撮像素子。
（２）半導体基板表面に複数の画素が形成され、該複数
の画素は有効画素領域に属するものと光学的黒画素領域
に属するものとに分けられている固体撮像素子において
、前記有効画素領域の画素部分を除く領域の半導体基板
上および前記光学的黒画素領域の半導体基板上には防染
色層を介して黒色染料を用いた黒色フィルタ層が形成さ
れていることを特徴とする固体撮像素子。