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JPH10163462A - マス型フィルタ構造による固体撮像素子及び製造方法 - Google Patents

マス型フィルタ構造による固体撮像素子及び製造方法

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Publication number
JPH10163462A
JPH10163462A JP8320024A JP32002496A JPH10163462A JP H10163462 A JPH10163462 A JP H10163462A JP 8320024 A JP8320024 A JP 8320024A JP 32002496 A JP32002496 A JP 32002496A JP H10163462 A JPH10163462 A JP H10163462A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
solid
metal thin
mass type
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8320024A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Fukusho
孝 福所
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP8320024A priority Critical patent/JPH10163462A/ja
Publication of JPH10163462A publication Critical patent/JPH10163462A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感度ムラや画像ムラを低減し、かつ高感度で
小型化可能な固体撮像素子及び製造方法を提供する。 【解決手段】 CCDを含む固体撮像素子において受光
部のフォトシールド(遮光膜)8上層部に、ユニットセ
ル区画ごとに格子状のマス型に形成されたメタル薄膜1
1を備え、各マス型メタル薄膜11の内部に各カラーフ
ィルタ13を配設し、さらに上層に各マイクロレンズ1
4を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マス型フィルタ構
造による固体撮像素子に関し、とりわけCCDを代表す
る固体撮像素子において、受光部のメタル遮光膜上層部
にメタル薄膜で各画素をマス型に区画形成し、その内部
にカラーフィルタとマイクロレンズを形成した構造と製
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】CCDに代表される固体撮像素子は、近
年、画素数の増大と装置の小型化において著しい向上が
実現されてきた。さらに、多色再現性と色むら防止を目
的としたカラーフィルタとマイクロレンズの構造および
配設技術においても種々の工夫が試みられるに至ってい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような従来の固体撮像素子には、以下のような問題が課
題となっている。先ず、固体撮像素子の小型化と画素の
高密度化とに伴い、受光エリアが縮小される結果として
感度低下を招いている。またスミア、画素毎感度ムラと
の両立が難しいという問題がある。その対策として、フ
ィルタ上層に画素毎のレンズを形成させて集光する構成
が適用されているが、形状の下地依存性が強いために感
度の均一な確保が難しいという問題がある。さらに、上
層フィルタの形成加工において、画素間近接により微小
な感度ムラや横縞フリッカやレンズショートによる画像
ムラが発生するという不具合があった。
【0004】本発明は、前記のような従来技術における
問題点を解決するためなされたもので、感度ムラや画像
ムラを低減し、かつ高感度で小型化可能な固体撮像素子
及び製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明に係る固体撮像素子は、CCDを含む固体撮像素
子において受光部のフォトシールド(遮光膜)上層部
に、ユニットセル区画ごとに格子状のマス型に形成され
たメタル薄膜を備え、前記マス型メタル薄膜の内部にカ
ラーフィルタを配設したことを特徴とする。あるいは、
前記の区画化された上層にマイクロレンズを形成したこ
とを特徴とする。
【0006】前記の構成を有する本発明にかかる固体撮
像素子によれば、マス型メタル薄膜によって画素毎に区
画化されたセンサ開口部が筒状となることで、集光効率
の向上がなされ、撮像感度が改善される。さらに混色成
分がなくなることで、色ムラや横縞フリッカをはじめ、
フィルタの構成に起因する微小感度ムラが低減される。
【0007】さらに、センサ開口部内部にフィルタとマ
イクロレンズが形成されることにより、固体撮像素子の
小型/高密度に対応した高感度特性が実現される。
【0008】また本発明に係る固体撮像素子の製造方法
は、メタル薄膜によるマス型区画内を平坦化する構成で
あり、よってフィルタ下層への平坦化膜の挿入工程が不
要になり、製造工程が簡素化される上、フィルタ全体が
低層化される。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を説
明する。図1は、本発明に係る固体撮像素子の一実施形
態の模式断面図である。図2は、図1に示す固体撮像素
子の全体構成の上面図である。さらに図3は、本発明に
係る固体撮像素子の他の実施形態の模式断面図であり、
また図4は本発明に係る固体撮像素子の別の実施形態の
模式断面図である。
【0010】図1に示されるように、本発明に係る固体
撮像素子Cは、Si基板1上にMOSゲート絶縁膜2が
堆積され、さらに層間絶縁膜6が表面に堆積された第1
ゲート電極3が、Si基板1上に受光部を隔てて配設さ
れている。これら第1ゲート電極3および受光部の上に
は、PSG等のリフロー膜7が堆積され、リフロー膜7
の上に、第1ゲート電極3を覆うように遮光メタル膜8
(フォトシールド)が堆積され、さらにその上全面に、
P−SiN等のパッシベーション膜9が堆積され、また
遮光メタル膜8にはSi基板に垂直方向に立ち上がる、
格子状のマス型に形成されたメタル薄膜11が形成され
ている。
【0011】このように、マス型メタル薄膜11は、ユ
ニットセル区画ごとに格子状のマス型に形成されてい
て、その内側がセグメント化された受光部領域となる。
さらに、これらマス型メタル薄膜11の内側の各受光部
領域には、カラーフィルタ層13が形成され、さらにカ
ラーフィルタ層13上にマイクロレンズ14が形成され
ている。このように、カラーフィルタ層13およびマイ
クロレンズ14は、区画化された各受光部セグメント毎
に独立して配設される構成となっている。
【0012】あるいは、図3に示される固体撮像素子C
2のように、カラーフィルタ層23の下部に平坦化層1
2を設ける構成とすることもできる。この構成によれ
ば、カラーフィルタの土台が高平坦度で形成されること
になり、特性改善が容易になる。
【0013】あるいは、図4に示される固体撮像素子C
3のように、先端の尖った構成のマス型メタル薄膜21
で構成することもできる。尖った先端は、光遮断成分の
発生を抑制する効果がある。
【0014】つぎに、本発明に係る固体撮像素子の製造
方法を説明する。図1および図2で示すように、Si基
板1にイオン注入等で所望の不純物拡散層を形成させた
後に、熱酸化やCVD法によりMOSゲート絶縁膜2を
堆積させる。この場合SiシリコンONO(SiO2
SiN−SiO2 )構造もとり得る。
【0015】この後、第1ゲート電極3をCVD法によ
り堆積させ、フォトリソグラフィーとドライエッチング
プロセス等により、必要なパターンを形成させる。続け
て電極絶縁膜を酸化/CVD等により堆積させた後、第
2ゲート電極5の堆積、加工を行う。3層以上の電極構
造の場合はこれを繰り返すことになる。ついで、これら
二層に構成された電極上に、酸化/CVDにより層間絶
縁膜6を堆積させ、ついでこの上とセンサ上に、PSG
(フォスフォ・シリケート・グラス)等のリフロー膜7
を堆積させる。
【0016】この後、センサ部を除くエリアに遮光メタ
ル膜8を堆積加工後、P−SiN等のパッシベーション
膜9を全面に堆積させる。なお、このパッシベーション
膜9は、後の工程で上層部平坦化で使用するSiO2
膜の除去エッチャント(例えばHF系薬液)に対してス
トッパになりうる膜を選択することが望ましい。
【0017】その後、上層部の平坦化がなされる。すな
わち、SOG等の樹脂膜塗布か、TEOS系SiO2
BPSGや、バイアス高密度プラズマ法によるSiO2
系CVD膜によって平坦化膜を堆積させ、エッチバック
やCMP等で平坦化加工を施す。
【0018】さらに、各画素毎の境界部に、幅1μ以下
の格子状溝をフォトリソグラフィーとドライエッチング
プロセスにより形成させる。その後、CVD法かスパッ
タ法(高圧リフロー等の高アスペクト埋め込み性向上手
法を用いる)によりメタル薄膜11を溝部に埋め込み、
エッチバックやCMP等で平坦化膜上部のメタル薄膜を
除去させる。すなわち、SiO2 系で平坦化した後、1
μ以下線幅のマス型格子状パターニングとエッチングで
溝堀した所に、メタル薄膜をCVDまたはスパッタで堆
積エッチバックかCMP等で溝部のメタル薄膜のみ残
す。この製法はCu等の平線メタル加工におけるダマシ
ン法と同様なものである。なお、メタル薄膜は高反射率
のアルミなどが最適である。
【0019】続けて、マス型メタル薄膜11内部のSi
2 系平坦化膜に、HF系エッチング等の下地選択性を
保った除去処理を施す。あるいはここで、図3に示され
るように、屈折率がパッシベーション膜9とカラーフィ
ルタ膜13の中間となる平坦化層12を挿入する構成と
することもできる。
【0020】ついで、カラーフィルタ層13を染色法や
カラーレジスト塗布により堆積加工させる。この場合、
カラーコーディングに沿った三層〜四層を順次繰り返す
が、フィルタ層を残さないセンサ上はフィルタ残さがな
く、マス型メタル薄膜を境界にフィルタ層がパターニン
グされるため、他層の乗り上げや層間ギャップが存在し
ない。
【0021】最後に、カラーフィルタ層13の上層にマ
イクロレンズ14を熱溶融性透明樹脂やその上部のレジ
スト熱リフロー転写により堆積形成する。この場合も、
マス型メタル薄膜内でレンズ形成されるため、レンズ間
のショートやギャップムラの発生は軽微となる。
【0022】前記構成において、マス型メタル薄膜11
の線幅により、感度に影響する程度の光遮断成分が発生
する場合には、図4の固体撮像素子C3に示されるよう
に、先細り加工がなされたマス型メタル薄膜21とす
る。あるいは、マスの高さをカラーフィルタ層までにと
どめるように構成する。即ちレンズギャップをなくす構
造をとることにより、高感度化を図ることができる。
【0023】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の請求項1
に係る固体撮像素子は、CCDを含む固体撮像素子にお
いて受光部のフォトシールド(遮光膜)上層部に、ユニ
ットセル区画ごとに格子状のマス型に形成されたメタル
薄膜を備え、マス型メタル薄膜の内部にカラーフィルタ
を配設して構成するものであるから、センサ開口部がマ
ス型メタル薄膜で筒状になり、集光効率が向上し撮像感
度が改善されると同時に混色成分がなくなり、色ムラや
横縞フリッカやフィルタ起因の微小感度ムラが低減さ
れ、あるいは解消されるという効果がある。
【0024】あるいは、筒状マス型メタル膜内部のフィ
ルタ埋め込み形成等により、入射光が導波管同等の全反
射を繰り返し集光されるため、上層レンズの搭載を不要
にできることも可能になる。
【0025】本発明の請求項2に係る固体撮像素子は、
前記の区画化された上層にマイクロレンズを形成する構
成とするものであるから、画素毎に区画化された内部で
フィルタ・レンズを形成することにより、固体撮像素子
の小型/高密度に対応した高感度特性を得ることができ
る。
【0026】本発明の請求項3に係る固体撮像素子の製
造方法は、前記のユニットセル区画毎に、遮光膜上層に
パッシベーション膜形成後に平坦化を施し、溝堀ののち
にメタル薄膜を堆積させ、ついで溝部のメタル薄膜のみ
残す工程を有する構成とするものであるから、マス型メ
タル薄膜を高精度で形成させることが可能となる。
【0027】本発明の請求項4に係る固体撮像素子の製
造方法は、前記マス型メタル薄膜の加工後に、マス型メ
タル薄膜以外のSiO2 系をHFエッチ等で除去し、マ
ス型内部にカラーフィルタおよびマイクロレンズを搭載
させる構成とするものであるから、フィルタ下層への平
坦化膜の挿入が不要で、フィルタ全体が低層化されその
上層レンズの曲率最適化でカメラ絞りに依存しない感度
の確保が可能となる。
【0028】前記のように、本発明によれば、マス型メ
タル膜形成後に、各色フィルタをフォトリソグラフィー
法でパターニングするが、露光の合わせ精度や線幅精度
等の要求が緩くできマス型メタル膜の加工精度のみでそ
の上層パターニング精度が決まるため、フィルタ形成依
存性がない撮像ばらつき低減による歩留り向上が期待で
きるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像素子の一実施形態の模式
断面図である。
【図2】図1に示す固体撮像素子の全体構成の上面図で
ある。
【図3】本発明に係る固体撮像素子の他の実施形態の模
式断面図である。
【図4】本発明に係る固体撮像素子の一別の実施形態の
模式断面図である。
【符号の説明】
S……本発明に係る固体撮像素子、1……シリコン基
板、2……ゲート絶縁膜、3……第1ゲート電極、5…
…第2ゲート電極、6……層間絶縁膜、7……リフロー
膜、8……遮光メタル膜、9……パッシベーション膜、
11……マス型メタル薄膜、13……カラーフィルタ
層、14……レンズ層。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CCDを含む固体撮像素子において受光
    部のフォトシールド(遮光膜)上層部に、ユニットセル
    区画ごとに格子状のマス型に形成されたメタル薄膜を備
    え、前記マス型メタル薄膜の内部にカラーフィルタを配
    設したことを特徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項2】 前記の区画化された上層にマイクロレン
    ズを形成したことを特徴とする請求項1記載の固体撮像
    素子。
  3. 【請求項3】 前記のユニットセル区画毎に、遮光膜上
    層にパッシベーション膜形成後に平坦化を施し、溝堀の
    のちにメタル薄膜を堆積させ、ついで溝部のメタル薄膜
    のみ残す工程を有することを特徴とする請求項1または
    2記載の固体撮像素子の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記マス型メタル薄膜の加工後に、マス
    型メタル薄膜以外のSiO2 系をHFエッチ等で除去
    し、前記マス型内部に前記カラーフィルタおよび前記マ
    イクロレンズを搭載させることを特徴とする請求項3記
    載の固体撮像素子の製造方法。
JP8320024A 1996-11-29 1996-11-29 マス型フィルタ構造による固体撮像素子及び製造方法 Pending JPH10163462A (ja)

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