固体撮像装置およびカメラ
【課題】画素のサイズにかかわらず、斜め入射光に起因する混色を確実に抑制し、高い色分離機能、低い雑音、および高い波長感度を有する固体撮像装置およびカメラを提供する。
【解決手段】多層干渉フィルタ１５は、フォトダイオード１３の配置方向に沿う方向において、濾光領域Ａ、Ｂ、Ｃと境界領域Ｄ、Ｅとを有する。多層干渉フィルタ１５では、境界領域Ｄ、Ｅにおいて、λ／４多層膜（層１５１〜１５３の積層体および層１５８〜１６０の積層体）で挟まれる層１５６、１５７の膜厚が、合計で９１［ｎｍ］に設定されている。ここで、多層干渉フィルタ１５では、層１５６、１５７が領域Ｄ、Ｅにおけるスペーサ層に相当する。
【解決手段】多層干渉フィルタ１５は、フォトダイオード１３の配置方向に沿う方向において、濾光領域Ａ、Ｂ、Ｃと境界領域Ｄ、Ｅとを有する。多層干渉フィルタ１５では、境界領域Ｄ、Ｅにおいて、λ／４多層膜（層１５１〜１５３の積層体および層１５８〜１６０の積層体）で挟まれる層１５６、１５７の膜厚が、合計で９１［ｎｍ］に設定されている。ここで、多層干渉フィルタ１５では、層１５６、１５７が領域Ｄ、Ｅにおけるスペーサ層に相当する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびカメラに関し、特に、多層干渉フィルタの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディジタルカメラや携帯電話機などで固体撮像装置が広く用いられている。固体撮像装置の構造、特に画素領域の構造について、図１１を用い説明する。
図１１に示すように、固体撮像装置の画素領域では、ｎ型の半導体基板９１上にｐ型半導体層９２が形成され、さらに、層間絶縁膜９４ａ、９４ｂ、多層干渉フィルタ９５、平坦化膜９６、マイクロレンズ９７が順に積層・形成されている。ｐ型半導体層９２と層間絶縁膜９４ａとの境界部分からｐ型半導体層９２の厚み方向内方に向けて、互いに間隔をあけた状態でフォトダイオード９３が形成されている。固体撮像装置においては、各フォトダイオード９３に対応して画素が構成される。
【０００３】
層間絶縁膜９４ａと層間絶縁膜９４ｂとの境界部分であって、各フォトダイオード９３の間に相当する領域には、遮光膜９８が形成されている。そして、多層干渉フィルタ９５は、例えば、二酸化チタンと二酸化シリコンとの積層構成が採用されており、その積層構成の差異により、透過光の波長が規定される（特許文献１）。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０６９３７６Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置では、画素領域において、隣接画素間での混色という問題を生じることがある。マイクロレンズ９７を介して入射された光は、多層干渉フィルタ９５で各画素に応じた波長帯域だけが透過されるのであるが、斜め入射された光Ｌが隣接する画素のフォトダイオード９３へと入射することがある。即ち、従来の固体撮像装置においては、多層干渉フィルタ９５と遮光膜９８とが、その間に層間絶縁膜９４ｂが介挿され基板厚み方向に距離をおいているため、光Ｌが隣接する画素のフォトダイオードへと入射してしまう。このような固体撮像装置では、色分離機能の低下、雑音の増加、あるいは波長感度の低下といった問題を有する。
【０００５】
特に、上記混色の問題は、画素のサイズを小さくしようとすればするほど顕在化してくる。
本発明は、上記課題を解決しようとなされたものであって、画素のサイズにかかわらず、斜め入射光に起因する混色を確実に抑制し、高い色分離機能、低い雑音、および高い波長感度とを有する固体撮像装置およびカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、次の構成を採用する。
本発明に係る固体撮像装置は、複数のフォトダイオードが、互いに間隔をあけた状態で二次元配置されてなる半導体基板と、当該半導体基板の厚み方向上方に配された多層干渉フィルタとを有する。そして、本発明に係る固体撮像装置では、多層干渉フィルタが、その厚み方向において、スペーサ層（絶縁体層）の両側がλ／４多層膜により挟まれてなる積層構造を有する。ここで、λ／４多層膜は、互いに屈折率が異なる誘電体層が積層された積層体である。
【０００７】
また、本発明に係る固体撮像装置の多層干渉フィルタは、フォトダイオードの配置方向に沿う方向において、複数のフォトダイオードの各々の上方に相当する濾光領域と、隣接する濾光領域間の境界領域とを有するものであって、積層構造におけるスペーサ層の膜厚が、濾光領域では、入射された光の可視波長帯域から対応するフォトダイオードに応じた波長帯域成分を選択的に透過する値であって、境界領域では、少なくとも可視波長帯域について、何れの濾光領域よりも透過光量が抑制される値に規定されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るカメラは、上記本発明に係る固体撮像装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上述のように、本発明に係る固体撮像装置では、多層干渉フィルタの境界領域において、積層構造におけるスペーサ層の膜厚（物理的膜厚）が、何れの濾光領域よりも可視波長帯域の透過光量が抑制される値に規定されている。即ち、本発明に係る固体撮像装置では、多層干渉フィルタにおける境界領域で確実に可視光の透過を抑制することができ、隣接するフォトダイオードに不所望の波長帯域成分の光が入射し難く、混色を生じ難い。また、本発明に係る固体撮像装置では、隣接するフォトダイオードへの可視光の漏洩を抑制できるので、高い波長感度を有する。
【００１０】
また、本発明に係る固体撮像装置では、多層干渉フィルタにおける境界領域で可視波長帯域の透過光量を抑制するので、小さな画素サイズを採用する場合にも、確実に可視光の漏洩を抑制することができる。
従って、本発明に係る固体撮像装置では、画素のサイズにかかわらず、斜め入射光に起因する混色を確実に抑制し、高い色分離機能、低い雑音、および高い波長感度とを有する。
【００１１】
また、本発明に係るカメラは、上記本発明に係る固体撮像装置を備えるので、上述の効果を得ることができる。
本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、次のようなバリエーションを採用することができる。
上記本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、多層干渉フィルタにおけるスペーサ層の膜厚を、濾光領域ではλ／４以外の光学膜厚とし、境界領域ではλ／４の光学膜厚とする構成を採用することができる。
【００１２】
また、上記本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、多層干渉フィルタにおけるスペーサ層が、少なくとも２層の要素膜が積層されてなる構成を備える、という構成を採用することができる。
また、上記本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、多層干渉フィルタの濾光領域が、入射された光から赤色の波長帯域成分を選択的に透過させる赤色透過部と、緑色の波長帯域成分を選択的に透過させる緑色透過部と、青色の波長帯域成分を透過させる青色透過部とを有し、赤色透過部および緑色透過部および青色透過部では、互いにスペーサ層の膜厚が相違する、という構成を採用することができる。
【００１３】
また、上記本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、λ／４多層膜の設定中心波長λを５３０［ｎｍ］とするとき、多層干渉フィルタの境界領域におけるスペーサ層の膜厚が９１［ｎｍ］である、という構成を採用することができる。
また、上記本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、多層干渉フィルタと半導体基板との間に遮光膜が形成されていない、という構成を採用することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態）
１．カメラ１の構成
本実施の形態に係るカメラ１の構成について、図１（ａ）を用い説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係るカメラ１は、固体撮像装置１０、レンズ２０、色信号合成部３０、映像信号作成部４０および駆動部５０などから構成されている。カメラ１に入射した光は、レンズ２０により固体撮像装置１０の画素領域に集光される。固体撮像装置１０では、各画素ごとに、入射光量に応じた色信号を生成し色信号合成部３０へと出力する。固体撮像装置１０および色信号合成部３０は、駆動部５０からの駆動信号に応じて駆動される。
【００１５】
色信号合成部３０では、入力された色信号に対し、色シェーディングを施し、当該色信号を映像信号作成部４０へと出力する。映像信号作成部４０では、色シェーディングが施された色信号からカラー映像信号を作成する。
２．固体撮像装置１０の構成
固体撮像装置１０の構成について、図１（ｂ）を用い説明する。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、固体撮像装置１０は、半導体基板を共通のベースとして、複数の画素１００と、各回路部１０１〜１０４とが形成されてなる構成を有する。複数の画素１００は、マトリクス状に配され、画素領域を構成している。
垂直シフトレジスタ１０１および水平シフトレジスタ１０２は、ともにダイナミック回路であり、駆動回路１０４からの駆動信号（電圧信号、タイミング信号）に基づき、複数の画素１００を順次駆動する。
【００１７】
各画素１００から出力された画素信号は、出力アンプ１０３で増幅されて色信号合成部３０へと出力される（図１（ａ）を参照）。
３．固体撮像装置１０における画素領域の構成
次に、固体撮像装置１における画素領域の構成について、図２（ａ）を用い説明する。
図２（ａ）に示すように、固体撮像装置１０における画素領域では、ｎ型の半導体基板１１上にｐ型半導体層１２が積層され、さらにその上には、層間絶縁膜１４が積層されている。ｐ型半導体層１２と層間絶縁膜１４との境界から、ｐ型半導体層１２の厚み方向（Ｚ軸方向）下向きには、互いに間隔をあけた状態で複数のフォトダイオード１３が形成されている。フォトダイオード１３は、半導体基板１１の主面に沿う方向（Ｚ軸に直交する方向）において、例えば、マトリクス状などの形態をもって二次元配置されている（図１（ｂ）における画素配列に相当）。
【００１８】
層間絶縁膜１４上には、多層干渉フィルタ１５、平坦化膜１６が順に積層され、その上には、各フォトダイオード１３に対応してマイクロレンズ１７が形成されている。平坦化膜１６は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの透明材料から構成されている。
多層干渉フィルタ１５は、各フォトダイオード１３に対応して厚みが相違しているとともに、フォトダイオード１３に対応して領域ごとに透過帯域が規定されている。
【００１９】
４．多層干渉フィルタ１５の構成
多層干渉フィルタ１５は、λ／４多層膜とスペーサ層との積層構成を有している。その構成について、図２（ｂ）を用い説明する。
図２（ｂ）に示すように、多層干渉フィルタ１５は、フォトダイオード１３の配置方向（Ｚ軸に直交する方向）において、領域Ａ〜領域Ｅに分けられる。領域Ａ〜Ｃは、フォトダイオード１３に対応してその上方に設けられ、領域Ｄおよび領域Ｅは、領域Ａと領域Ｂとの間、および領域Ｂと領域Ｃとの間にそれぞれ設けられている。
【００２０】
各領域Ａ〜Ｅは、多層干渉フィルタ１５の厚み方向（Ｚ軸方向）において、スペーサ層の両側がλ／４多層膜で挟まれた構造となっており、領域Ａ〜Ｅごとにスペーサ層の膜厚が相違する。ここで、λ／４多層膜は、所定の波長λの１／４に略等しい光学膜厚を有し、屈折率が互いに異なる２種類の誘電体層の積層構造を有する。具体的には、本実施の形態において、低屈折率層１５２、１５９の厚み方向の各両側が高屈折率層１５１、１５３および高屈折率層１５８、１６０でそれぞれ挟まれた構成を有する。なお、λ／４多層膜は、中心波長λを５３０［ｎｍ］として、その光学膜厚が設定されている。
【００２１】
上記において、「光学膜厚」とは、物理膜厚に屈折率を乗じて得られる指数を意味する。
領域Ａでは、Ｚ軸方向下側に配されたλ／４多層膜（層１５１〜１５３の積層体であって、以下では、「下側λ／４多層膜」と記載する。）の高屈折率層１５３と、Ｚ軸方向上側に配されたλ／４多層膜（層１５８〜１６０の積層体であって、以下では、「上側λ／４多層膜」と記載する。）の高屈折率層１５８との間に、４層の低屈折率層１５４〜１５７が介挿されている。また、領域Ａでは、上側λ／４多層膜の高屈折率層１６０の上に、４層の低屈折率層１６１〜１６４と高屈折率層１６５とが順に積層されている。
【００２２】
領域Ｂでは、下側λ／４多層膜の高屈折率層１５３と上側λ／４多層膜の高屈折率層１５８との間に、低屈折率層１５７が介挿されており、上側λ／４多層膜の高屈折率層１６０の上に、１層の低屈折率層１６４と高屈折率層１６５とが順に積層されている。
領域Ｃでは、下側λ／４多層膜の高屈折率層１５３と上側λ／４多層膜の高屈折率層１５８との間に、３層の低屈折率層１５５〜１５７が介挿されており、上側λ／４多層膜の高屈折率層１６０の上に、３層の低屈折率層１６２〜１６４と高屈折率層１６５とが順に積層されている。
【００２３】
領域Ｄ、Ｅでは、下側λ／４多層膜の高屈折率層１５３と上側λ／４多層膜の高屈折率層１５８との間に、２層の低屈折率層１５６、１５７が介挿されており、上側λ／４多層膜の高屈折率層１６０の上に、２層の低屈折率層１６３、１６４と高屈折率層１６５とが順に積層されている。
各層１５１〜１６５の構成材料およびその膜厚について、表１に示す。
【００２４】
【表１】
表１にも示す通り、多層干渉フィルタ１５において、領域Ａ〜Ｃでは、下側λ／４多層膜と上側λ／４多層膜とに挟まれる低屈折率層、即ち、スペーサ層の膜厚が領域Ａ〜Ｃごとに透過させる光色に応じた光学膜厚を有する。具体的には、領域Ａでは低屈折率層１５４〜１５７がスペーサ層として介挿され、領域Ｂでは低屈折率層１５７がスペーサ層として介挿され、領域Ｃでは低屈折率層１５５〜１５７がスペーサ層として介挿されている。
【００２５】
また、高屈折率層１６０と高屈折率層１６５との間には、領域Ａにおいて、低屈折率層１６１〜１６４がスペーサ層として介挿され、領域Ｂにおいて、低屈折率層１６４がスペーサ層として介挿され、領域Ｃにおいて、低屈折率層１６２〜１６４がスペーサ層として介挿されている。なお、スペーサ層の物理膜厚は、領域Ａが１８５［ｎｍ］、領域Ｂが４５［ｎｍ］、領域Ｃが１４０［ｎｍ］であり、それぞれの領域において、スペーサ層が２段形成されている。
【００２６】
領域Ａ〜Ｃでは、全体での物理膜厚ｔＡ〜ｔＣも透過させる光色に応じて異なっており、ｔＡ＝８１２［ｎｍ］、ｔＢ＝５３２［ｎｍ］、ｔＣ＝７２２［ｎｍ］に設定されている。なお、本実施の形態では、領域Ａが緑色領域であり、領域Ｂが赤色領域であり、領域Ｃが青色領域である。
一方、多層干渉フィルタ１５における領域Ｄ、Ｅでは、下側λ／４多層膜と上側λ／４多層膜との間に、低屈折率層１５６、１５７がスペーサ層として介挿されている。低屈折率層１５６、１５７の合計の物理膜厚は、９１［ｎｍ］（＝４６［ｎｍ］＋４５［ｎｍ］）であり、可視光を反射させる特性を実現するように調整されている。
【００２７】
また、領域Ｄ、Ｅでは、高屈折率層１６０と高屈折率層１６５との間にも、スペーサ層としての低屈折率層１６３、１６４が介挿されている。低屈折率層１６３、１６４の合計も物理膜厚も、９１［ｎｍ］（＝４６［ｎｍ］＋４５［ｎｍ］）となっている。即ち、領域Ｄ、Ｅでは、各スペーサ層がλ／４の光学膜厚に設定されており、スペーサ層が２段形成されている。
【００２８】
なお、領域Ｄ、Ｅでは、全体での物理膜厚ｔＤ、ｔＥがともに６２４［ｎｍ］となっている。
４．多層干渉フィルタ１５の形成方法
本実施の形態に係る多層干渉フィルタ１５の形成方法について、図３〜図７を用い説明する。なお、図３〜図７では、層間絶縁膜１４よりも下の構成については、簡略のため図示を省略している。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、層間絶縁膜１４の一方の表面上に、高屈折率層１５１、低屈折率層１５２、高屈折率層１５３および低屈折率準備層１５４０を順に積層する。これらの層１５１〜１５３、１５４０の積層には、高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）スパッタ装置によるスパッタリング法、若しくは、電子線や抵抗加熱による蒸着法などを用いることができる。高屈折率層１５１、１５３の構成材料には、上記表１のように、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を適用し、低屈折率層１５２および低屈折率準備層１５４０の構成材料には、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を適用する。
【００３０】
なお、図３（ａ）に示すように、高屈折率層１５１、１５３と低屈折率層１５２との積層体によって下側λ／４多層膜が構成される。
図３（ｂ）に示すように、低屈折率準備層１５４０上における領域Ａに、マスク６０１を形成する。マスク６０１の形成では、レジストの塗布、所謂、プリベークと呼ばれる熱処理、ステッパなどの露光装置を用いた露光、有機溶剤等によるレジストの現像、そして、ポストベークと呼ばれる熱処理を順次実行する。本実施の形態に係る形成方法では、マスク６０１の膜厚は、例えば、１［μｍ］である。
【００３１】
次に、ドライエッチングを施し、領域Ａを除く部分の低屈折率準備層１５４０を除去する。ドライエッチングの条件は、例えば、次の通りである。
・エッチングガス：ＣＦ系ガス
・ガス流量：４０［ｓｃｃｍ］
・ＲＦパワー：２００［Ｗ］
・真空度：０．０５０［Ｔｏｒｒ］（＝６．６６６［Ｐａ］）
図３（ｃ）に示すように、ドライエッチングの実行後では、領域Ａにだけ低屈折率層１５４が残る。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、マスク６０１を除去した後、露出面全体にＳｉＯ２からなる低屈折率準備層１５５０を積層する。低屈折率準備層１５５０の形成にも、例えば、高周波スパッタ装置を用いることができる。なお、低屈折率準備層１５５０の膜厚は、４９［ｎｍ］とする。そして、図４（ｂ）に示すように、領域Ａ、Ｃにおける低屈折率準備層１５５０上にマスク６０２を形成する。そして、この状態において、ドライエッチングを実行する。
【００３３】
図４（ｃ）に示すように、領域Ａ、Ｃでは、低屈折率層１５５が残り、他の部分では、高屈折率層１５３が露出した状態となる。続いて、図４（ｄ）に示すように、露出面全体にＳｉＯ２からなる低屈折率準備層１５６０を積層し、さらに、図５（ａ）に示すように、領域Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおける低屈折率準備層１５６０上に、マスク６０３を形成する。そして、ドライエッチングを施し、その後にマスク６０３を除去することにより、図５（ｂ）に示すように、領域Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅでは、最上面に低屈折率層１５６が残り、他の部分（領域Ｂに相当する部分）では高屈折率層１５３が露出する状態となる。
【００３４】
上記において、低屈折率準備層１５６０の膜厚は、上記表１に示す通り、４６［ｎｍ］である。
図５（ｃ）に示すように、低屈折率層１５７、高屈折率層１５８、低屈折率層１５９、高屈折率層１６０および低屈折率準備層１６１０を順に積層する。これらの層１５７〜１６０、１６１０の積層に際しても、スパッタリング法または蒸着法を採用することができる。ここで、高屈折率層１５８と高屈折率層１６０とで低屈折率層１５９を挟んだ積層体が、上側λ／４多層膜を構成する。
【００３５】
図６（ａ）に示すように、領域Ａにおける低屈折率準備層１６１０上にマスク６０４を形成する。そして、この状態でドライエッチングを実行することにより、領域Ａを除く部分の低屈折率準備層１６１０を除去する。図６（ｂ）に示すように、ドライエッチングの実行により、領域Ａでは、低屈折率層１６１が残り、他の部分では、高屈折率層１６０が露出した状態となる。
【００３６】
図６（ｃ）に示すように、 露出面全体にＳｉＯ２からなる低屈折率準備層１６２０を積層し、さらに、図６（ｄ）に示すように、領域Ａ、Ｃにおける低屈折率準備層１６２０上に、マスク６０５を形成する。そして、この状態でドライエッチングを施し、領域Ａ、Ｃを除く部分の低屈折率層１６２０を除去する。マスク６０５を除去すると、図７（ａ）に示すように、領域Ａ、Ｃでは、低屈折率層１６２が露出し、他の部分では、高屈折率層１６０が露出する。
【００３７】
次に、上述の積層工程と同様に、露出面全体にＳｉＯ２からなる低屈折率準備層を積層し、マスクを形成してドライエッチングを施す。これにより、領域Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅを除く部分における上記低屈折率準備層を除去し、図７（ｂ）に示すように、領域Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおいて低屈折率層１６３が露出し、領域Ｂにおいて高屈折率層１６０が露出する。
続いて、図７（ｃ）に示すように、露出面全体にＳｉＯ２からなる低屈折率層１６４とＴｉＯ２からなる高屈折率層１６５を順に積層する。
【００３８】
以上のようにして、本実施の形態に係る固体撮像装置１０の多層干渉フィルタ１５が形成される。
５．固体撮像装置１０およびこれを備えるカメラ１の優位性
本実施の形態に係る固体撮像装置１０およびこれを備えるカメラ１の優位性について、図８および図９を用い説明する。図８（ａ）は、多層干渉フィルタ１５における光の透過状態を示す模式図であり、図８（ｂ）は、多層干渉フィルタ１５の分光特性を、マトリクス法を用い算出した評価結果を示す特性図である。
【００３９】
先ず、図８（ａ）に示すように、多層干渉フィルタ１５においては、領域Ａでは、緑色の波長帯域成分を透過し、領域Ｂでは、赤色の波長帯域成分を透過し、領域Ｃでは、青色の波長帯域成分を透過する。即ち、これら濾光領域Ａ、Ｂ、Ｃでは、各々の領域の下に形成されているフォトダイオード１３に応じて透過する光の波長帯域成分が調整されている。
【００４０】
具体的に、領域Ａでは、図８（ｂ）に示すように、５３０［ｎｍ］にピークを有する波長帯域成分が透過するように、スペーサ層が１８５［ｎｍ］の２段構成となっている。同じように、領域Ｂでは、６１０［ｎｍ］にピークを有する波長帯域成分が透過するように、スペーサ層が４５［ｎｍ］の２段構成となり、領域Ｃでは、４５０［ｎｍ］の波長帯域成分が透過するように、スペーサ層が１４０［ｎｍ］の２段構成となっている。
【００４１】
一方、領域Ｄ、Ｅでは、スペーサ層が９１［ｎｍ］の２段構成となっており、図８（ｂ）にも示す通り、可視波長域の略全域で透過率が低減される。具体的に、領域Ａ、Ｂについては、緑色以外の波長領域における透過率が１０［％］まで低減され、赤色の波長領域における透過率が５［％］まで低減されている。また、領域Ｃでは、短波長側の帯域幅が増加している。
【００４２】
波長選択性という観点からは、透過させようとする波長域以外の透過率としては、より低い方が波長選択性がよいということになる。また、領域Ｄ、Ｅについても、可視光領域の透過率が５［％］に抑えられている。
以上のように、本実施の形態に係る固体撮像装置１０では、多層干渉フィルタ１５における領域Ｄ、Ｅに、上述のような、遮光機能をもたせ、これにより層間絶縁膜１４中に従来のような遮光膜を形成しなくても、十分に混色の防止が図られる。特に、本実施の形態に係る多層干渉フィルタ１５の構成を採用することにより、特に、画素サイズの微細化が図られる場合に、特に顕著な優位性となる。
【００４３】
次に、製造上における優位性について、図９を用い説明する。
図９（ａ）に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１０では、層間絶縁膜１４中に遮光膜を形成する必要がなく、このため、層間絶縁膜１４の平坦化を実施する必要がない。このため、層間絶縁膜１４の平坦化を行うことなく多層干渉フィルタ１５を形成し、続いて平坦化準備膜１６６０を形成する。なお、平坦化準備膜１６６０の表面１６６０ｆは、多層干渉フィルタ１５の表面形状に沿って凹凸を有する。
【００４４】
マイクロレンズ１７を形成するために（図２（ａ）を参照。）、平坦化準備膜１６６０の表面１６６０ｆを平坦化し、図９（ｂ）に示すような、平坦な表面１６を有する平坦化膜１６とする。
一方、図１１に示す従来技術に係る固体撮像装置の製造においては、層間絶縁膜９４ａ上に金属材料からなる遮光膜９８を形成し、層間絶縁膜９４ｂを積層する。この状態では、層間絶縁膜９４ｂの表面には遮光膜９８に起因する凹凸が表面に存在する。このため、多層干渉フィルタ９５を形成する前に、一旦その表面を平坦化する必要がある。多層干渉フィルタ９５上の平坦化膜９６の表面を平坦化するのは、上記本実施の形態と同様である。即ち、従来技術に係る固体撮像装置の製造においては、遮光膜９８の形成に起因して、本実施の形態に係る固体撮像装置１０の製造よりも１回多く平坦化を実施する必要がある。
【００４５】
以上より、本実施の形態に係る固体撮像装置１０では、多層干渉フィルタ１５の領域Ｄ、Ｅに遮光膜としての機能を担わせているので、その製造において、従来技術に係る固体撮像装置よりも平坦化工程を１回少なくできる。
（変形例）
変形例に係る固体撮像装置およびカメラについて、図１０を用い説明する。なお、本変形例に係る固体撮像装置およびカメラは、多層干渉フィルタ２５の構成を除き、上記実施の形態に係る固体撮像装置１０およびカメラ１と同一構造を有するので、差異部分である多層干渉フィルタ２５の構造および特性だけを以下で説明する。
【００４６】
図１０（ａ）に示すように、本変形例に係る多層干渉フィルタ２５でも、フォトダイオードの配列方向に沿う方向において、各フォトダイオードの上方に相当する領域Ｆ、Ｇ、Ｈと、領域Ｆと領域Ｇとの境界領域である領域Ｉ、領域Ｇと領域Ｈとの境界領域である領域Ｊとを有している。領域Ｆ、Ｇ、Ｈでは、λ／４多層膜とλ／４多層膜との間のスペーサ層の有無、およびスペーサ層の膜厚により、透過波長帯域が設定されている。なお、本変形例では、領域Ｆが青色領域であり、領域Ｇが緑色領域であり、領域Ｈが赤色領域であり、領域Ｉ、Ｊが遮光領域である。
【００４７】
図１０（ａ）に示すように、本変形例においても、高屈折率層２５１、２５３と低屈折率層２５２の積層体、および高屈折率層２５８、２６０と低屈折率層２５９との積層体でλ／４多層膜が各々構成されている。λ／４多層膜の中心波長は、上記実施の形態と同様に、５３０［ｎｍ］に設定されている。
領域Ｇでは、上下のλ／４多層膜の間にはスペーサ層が介挿されていない構造となっている。領域Ｆでは、下側λ／４多層膜と上側λ／４多層膜との間に３層の低屈折率層２５４、２５５、２５６が介挿されている。領域Ｈでは、下側λ／４多層膜と上側λ／４多層膜との間に１層の低屈折率層２５６が介挿されている。
【００４８】
一方、境界領域である領域Ｉ、Ｊでは、下側λ／４多層膜と上側λ／４多層膜との間に２層の低屈折率層２５５、２５６が介挿されている。低屈折率層２５５と低屈折率層２５６との合計膜厚は、９１［ｎｍ］に設定されている。
なお、本変形例に係る多層干渉フィルタ２５においても、高屈折率層２５１、２５３、２５８、２６０の構成材料としてＴｉＯ２が用いられ、低屈折率層２５２、２５４、２５５、２５６、２５９の構成材料としてＳｉＯ２が用いられている。
【００４９】
本変形例に係る多層干渉フィルタ２５では、領域Ｉ、Ｊにおいて、低屈折率層２５５、２５６で構成される１段のスペーサ層を採用している。この場合の分光特性を図１０（ｂ）に示す。
図１０（ｂ）に示すように、本変形例に係る多層干渉フィルタ２５では、領域Ｉ、Ｊにおいて、合計膜厚９１［ｎｍ］のスペーサ層を含むことで可視波長域（波長が４００［ｎｍ］〜７００［ｎｍ］の範囲）での透過率の低減がなされる。なお、分光帯域幅や波長選択性などの分光特性という観点からは、上記実施の形態に係る多層干渉フィルタ１５の方が優れるが、本変形例に係る多層干渉フィルタ２５は、その絶対的な物率的膜厚を薄くすることができる。よって、本変形例に係る多層干渉フィルタ２５を備える固体撮像装置では、入射光がフォトダイオードに到達するまでの減衰という観点から優位である。よって、高い感度特性を有する。
【００５０】
（その他の事項）
上記実施の形態に係る多層干渉フィルタ１５の形成においては、低屈折率準備層１５４０、１５５０、１５６０、１６１０、１６２０の除去にドライエッチングを採用することとしているが、これに限らず、ウェットエッチングを採用することも可能である。即ち、ＳｉＯ２とＴｉＯ２とは、フッ化水素酸に対する選択比が大きいため、低屈折率準備層１５４０のエッチングに、フッ化水素酸等を用いたウェットエッチングを採用することもできる。なお、このようにウェットエッチングを採用する場合には、フッ化水素酸とフッ化アンモニウム溶液とを１：４の割合で混合したものを用いることが望ましい。
【００５１】
ウェットエッチングを採用する場合には、ワークを上記混合溶液に５［秒］浸してエッチングを行い、有機溶剤等を用いてレジストの除去を行うことが望ましい。
また、上記実施の形態および変形例では、高屈折率層１５１、１５３、１５８、１６０、１６５、２５１、２５３、２５８、２６０の構成材料としてＴｉＯ２を採用し、低屈折率層 １５２、１５４、１５５、１５６、１５７、１５９、１６１、１６２、１６３、１６４、２５２、２５４、２５５、２５６、２５９の構成材料としてＳｉＯ２を採用したが、本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、多層干渉フィルタの構成材料がこれに限定されるものではない。例えば、高屈折率層の構成材料として、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）や三酸化ニタンタル（Ｔａ２Ｏ３）や二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）などを採用することも可能であり、低屈折率層の構成材料についても、同様に他の材料を採用することができる。
【００５２】
また、上記実施の形態および変形例では、スペーサ層の構成材料にもＳｉＯ２を採用したが、本発明では、これ以外の材料を用いてスペーサ層を構成することもできる。
さらに、上記実施の形態に係る多層干渉フィルタ１５のように２段以上の構成のスペーサ層を介挿させる場合には、互いに異なる材料からスペーサ層を構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、固体撮像装置およびこれを備えるカメラにおいて、優れた分光特性を維持しながら微細な画素構成を実現するのに有効な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】（ａ）は、実施の形態に係るカメラ１の構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、固体撮像装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、固体撮像装置１０の画素領域の構成を示す模式断面図であり、（ｂ）は、多層干渉フィルタ１５の構成を示す模式断面図である。
【図３】多層干渉フィルタ１５の形成方法を示す工程図である。
【図４】多層干渉フィルタ１５の形成方法を示す工程図である。
【図５】多層干渉フィルタ１５の形成方法を示す工程図である。
【図６】多層干渉フィルタ１５の形成方法を示す工程図である。
【図７】多層干渉フィルタ１５の形成方法を示す工程図である。
【図８】（ａ）は、多層干渉フィルタ１５における光透過状態を示す模式断面図であり、（ｂ）は、その分光特性を示す特性図である。
【図９】多層干渉フィルタ１５上の平坦化膜１６の形成方法を示す工程図である。
【図１０】（ａ）は、変形例に係る多層干渉フィルタ２５における光透過状態を示す模式断面図であり、（ｂ）は、その分光特性を示す特性図である。
【図１１】従来技術に係る固体撮像装置の構成を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１．カメラ
１０．固体撮像装置
１１．半導体基板
１２．ｐ型半導体層
１３．フォトダイオード
１４．層間絶縁膜
１５、２５．多層干渉フィルタ
１６．平坦化膜
１７．マイクロレンズ
２０．レンズ
３０．色信号合成部
４０．映像信号作成部
５０．駆動部
１００．撮像画素
１０１．垂直シフトレジスタ
１０２．水平シフトレジスタ
１０３．出力アンプ
１０４．駆動回路
１５１、１５３、１５８、１６０、１６５、２５１、２５３、２５８、２６０．高屈折率層
１５２、１５４、１５５、１５６、１５７、１５９、１６１、１６２、１６３、１６４、２５２、２５４、２５５、２５６、２５９．低屈折率層
６０１、６０２、６０３、６０４、６０５．レジストマスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびカメラに関し、特に、多層干渉フィルタの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディジタルカメラや携帯電話機などで固体撮像装置が広く用いられている。固体撮像装置の構造、特に画素領域の構造について、図１１を用い説明する。
図１１に示すように、固体撮像装置の画素領域では、ｎ型の半導体基板９１上にｐ型半導体層９２が形成され、さらに、層間絶縁膜９４ａ、９４ｂ、多層干渉フィルタ９５、平坦化膜９６、マイクロレンズ９７が順に積層・形成されている。ｐ型半導体層９２と層間絶縁膜９４ａとの境界部分からｐ型半導体層９２の厚み方向内方に向けて、互いに間隔をあけた状態でフォトダイオード９３が形成されている。固体撮像装置においては、各フォトダイオード９３に対応して画素が構成される。
【０００３】
層間絶縁膜９４ａと層間絶縁膜９４ｂとの境界部分であって、各フォトダイオード９３の間に相当する領域には、遮光膜９８が形成されている。そして、多層干渉フィルタ９５は、例えば、二酸化チタンと二酸化シリコンとの積層構成が採用されており、その積層構成の差異により、透過光の波長が規定される（特許文献１）。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／０６９３７６Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置では、画素領域において、隣接画素間での混色という問題を生じることがある。マイクロレンズ９７を介して入射された光は、多層干渉フィルタ９５で各画素に応じた波長帯域だけが透過されるのであるが、斜め入射された光Ｌが隣接する画素のフォトダイオード９３へと入射することがある。即ち、従来の固体撮像装置においては、多層干渉フィルタ９５と遮光膜９８とが、その間に層間絶縁膜９４ｂが介挿され基板厚み方向に距離をおいているため、光Ｌが隣接する画素のフォトダイオードへと入射してしまう。このような固体撮像装置では、色分離機能の低下、雑音の増加、あるいは波長感度の低下といった問題を有する。
【０００５】
特に、上記混色の問題は、画素のサイズを小さくしようとすればするほど顕在化してくる。
本発明は、上記課題を解決しようとなされたものであって、画素のサイズにかかわらず、斜め入射光に起因する混色を確実に抑制し、高い色分離機能、低い雑音、および高い波長感度とを有する固体撮像装置およびカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、次の構成を採用する。
本発明に係る固体撮像装置は、複数のフォトダイオードが、互いに間隔をあけた状態で二次元配置されてなる半導体基板と、当該半導体基板の厚み方向上方に配された多層干渉フィルタとを有する。そして、本発明に係る固体撮像装置では、多層干渉フィルタが、その厚み方向において、スペーサ層（絶縁体層）の両側がλ／４多層膜により挟まれてなる積層構造を有する。ここで、λ／４多層膜は、互いに屈折率が異なる誘電体層が積層された積層体である。
【０００７】
また、本発明に係る固体撮像装置の多層干渉フィルタは、フォトダイオードの配置方向に沿う方向において、複数のフォトダイオードの各々の上方に相当する濾光領域と、隣接する濾光領域間の境界領域とを有するものであって、積層構造におけるスペーサ層の膜厚が、濾光領域では、入射された光の可視波長帯域から対応するフォトダイオードに応じた波長帯域成分を選択的に透過する値であって、境界領域では、少なくとも可視波長帯域について、何れの濾光領域よりも透過光量が抑制される値に規定されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るカメラは、上記本発明に係る固体撮像装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上述のように、本発明に係る固体撮像装置では、多層干渉フィルタの境界領域において、積層構造におけるスペーサ層の膜厚（物理的膜厚）が、何れの濾光領域よりも可視波長帯域の透過光量が抑制される値に規定されている。即ち、本発明に係る固体撮像装置では、多層干渉フィルタにおける境界領域で確実に可視光の透過を抑制することができ、隣接するフォトダイオードに不所望の波長帯域成分の光が入射し難く、混色を生じ難い。また、本発明に係る固体撮像装置では、隣接するフォトダイオードへの可視光の漏洩を抑制できるので、高い波長感度を有する。
【００１０】
また、本発明に係る固体撮像装置では、多層干渉フィルタにおける境界領域で可視波長帯域の透過光量を抑制するので、小さな画素サイズを採用する場合にも、確実に可視光の漏洩を抑制することができる。
従って、本発明に係る固体撮像装置では、画素のサイズにかかわらず、斜め入射光に起因する混色を確実に抑制し、高い色分離機能、低い雑音、および高い波長感度とを有する。
【００１１】
また、本発明に係るカメラは、上記本発明に係る固体撮像装置を備えるので、上述の効果を得ることができる。
本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、次のようなバリエーションを採用することができる。
上記本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、多層干渉フィルタにおけるスペーサ層の膜厚を、濾光領域ではλ／４以外の光学膜厚とし、境界領域ではλ／４の光学膜厚とする構成を採用することができる。
【００１２】
また、上記本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、多層干渉フィルタにおけるスペーサ層が、少なくとも２層の要素膜が積層されてなる構成を備える、という構成を採用することができる。
また、上記本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、多層干渉フィルタの濾光領域が、入射された光から赤色の波長帯域成分を選択的に透過させる赤色透過部と、緑色の波長帯域成分を選択的に透過させる緑色透過部と、青色の波長帯域成分を透過させる青色透過部とを有し、赤色透過部および緑色透過部および青色透過部では、互いにスペーサ層の膜厚が相違する、という構成を採用することができる。
【００１３】
また、上記本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、λ／４多層膜の設定中心波長λを５３０［ｎｍ］とするとき、多層干渉フィルタの境界領域におけるスペーサ層の膜厚が９１［ｎｍ］である、という構成を採用することができる。
また、上記本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、多層干渉フィルタと半導体基板との間に遮光膜が形成されていない、という構成を採用することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態）
１．カメラ１の構成
本実施の形態に係るカメラ１の構成について、図１（ａ）を用い説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係るカメラ１は、固体撮像装置１０、レンズ２０、色信号合成部３０、映像信号作成部４０および駆動部５０などから構成されている。カメラ１に入射した光は、レンズ２０により固体撮像装置１０の画素領域に集光される。固体撮像装置１０では、各画素ごとに、入射光量に応じた色信号を生成し色信号合成部３０へと出力する。固体撮像装置１０および色信号合成部３０は、駆動部５０からの駆動信号に応じて駆動される。
【００１５】
色信号合成部３０では、入力された色信号に対し、色シェーディングを施し、当該色信号を映像信号作成部４０へと出力する。映像信号作成部４０では、色シェーディングが施された色信号からカラー映像信号を作成する。
２．固体撮像装置１０の構成
固体撮像装置１０の構成について、図１（ｂ）を用い説明する。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、固体撮像装置１０は、半導体基板を共通のベースとして、複数の画素１００と、各回路部１０１〜１０４とが形成されてなる構成を有する。複数の画素１００は、マトリクス状に配され、画素領域を構成している。
垂直シフトレジスタ１０１および水平シフトレジスタ１０２は、ともにダイナミック回路であり、駆動回路１０４からの駆動信号（電圧信号、タイミング信号）に基づき、複数の画素１００を順次駆動する。
【００１７】
各画素１００から出力された画素信号は、出力アンプ１０３で増幅されて色信号合成部３０へと出力される（図１（ａ）を参照）。
３．固体撮像装置１０における画素領域の構成
次に、固体撮像装置１における画素領域の構成について、図２（ａ）を用い説明する。
図２（ａ）に示すように、固体撮像装置１０における画素領域では、ｎ型の半導体基板１１上にｐ型半導体層１２が積層され、さらにその上には、層間絶縁膜１４が積層されている。ｐ型半導体層１２と層間絶縁膜１４との境界から、ｐ型半導体層１２の厚み方向（Ｚ軸方向）下向きには、互いに間隔をあけた状態で複数のフォトダイオード１３が形成されている。フォトダイオード１３は、半導体基板１１の主面に沿う方向（Ｚ軸に直交する方向）において、例えば、マトリクス状などの形態をもって二次元配置されている（図１（ｂ）における画素配列に相当）。
【００１８】
層間絶縁膜１４上には、多層干渉フィルタ１５、平坦化膜１６が順に積層され、その上には、各フォトダイオード１３に対応してマイクロレンズ１７が形成されている。平坦化膜１６は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの透明材料から構成されている。
多層干渉フィルタ１５は、各フォトダイオード１３に対応して厚みが相違しているとともに、フォトダイオード１３に対応して領域ごとに透過帯域が規定されている。
【００１９】
４．多層干渉フィルタ１５の構成
多層干渉フィルタ１５は、λ／４多層膜とスペーサ層との積層構成を有している。その構成について、図２（ｂ）を用い説明する。
図２（ｂ）に示すように、多層干渉フィルタ１５は、フォトダイオード１３の配置方向（Ｚ軸に直交する方向）において、領域Ａ〜領域Ｅに分けられる。領域Ａ〜Ｃは、フォトダイオード１３に対応してその上方に設けられ、領域Ｄおよび領域Ｅは、領域Ａと領域Ｂとの間、および領域Ｂと領域Ｃとの間にそれぞれ設けられている。
【００２０】
各領域Ａ〜Ｅは、多層干渉フィルタ１５の厚み方向（Ｚ軸方向）において、スペーサ層の両側がλ／４多層膜で挟まれた構造となっており、領域Ａ〜Ｅごとにスペーサ層の膜厚が相違する。ここで、λ／４多層膜は、所定の波長λの１／４に略等しい光学膜厚を有し、屈折率が互いに異なる２種類の誘電体層の積層構造を有する。具体的には、本実施の形態において、低屈折率層１５２、１５９の厚み方向の各両側が高屈折率層１５１、１５３および高屈折率層１５８、１６０でそれぞれ挟まれた構成を有する。なお、λ／４多層膜は、中心波長λを５３０［ｎｍ］として、その光学膜厚が設定されている。
【００２１】
上記において、「光学膜厚」とは、物理膜厚に屈折率を乗じて得られる指数を意味する。
領域Ａでは、Ｚ軸方向下側に配されたλ／４多層膜（層１５１〜１５３の積層体であって、以下では、「下側λ／４多層膜」と記載する。）の高屈折率層１５３と、Ｚ軸方向上側に配されたλ／４多層膜（層１５８〜１６０の積層体であって、以下では、「上側λ／４多層膜」と記載する。）の高屈折率層１５８との間に、４層の低屈折率層１５４〜１５７が介挿されている。また、領域Ａでは、上側λ／４多層膜の高屈折率層１６０の上に、４層の低屈折率層１６１〜１６４と高屈折率層１６５とが順に積層されている。
【００２２】
領域Ｂでは、下側λ／４多層膜の高屈折率層１５３と上側λ／４多層膜の高屈折率層１５８との間に、低屈折率層１５７が介挿されており、上側λ／４多層膜の高屈折率層１６０の上に、１層の低屈折率層１６４と高屈折率層１６５とが順に積層されている。
領域Ｃでは、下側λ／４多層膜の高屈折率層１５３と上側λ／４多層膜の高屈折率層１５８との間に、３層の低屈折率層１５５〜１５７が介挿されており、上側λ／４多層膜の高屈折率層１６０の上に、３層の低屈折率層１６２〜１６４と高屈折率層１６５とが順に積層されている。
【００２３】
領域Ｄ、Ｅでは、下側λ／４多層膜の高屈折率層１５３と上側λ／４多層膜の高屈折率層１５８との間に、２層の低屈折率層１５６、１５７が介挿されており、上側λ／４多層膜の高屈折率層１６０の上に、２層の低屈折率層１６３、１６４と高屈折率層１６５とが順に積層されている。
各層１５１〜１６５の構成材料およびその膜厚について、表１に示す。
【００２４】
【表１】
表１にも示す通り、多層干渉フィルタ１５において、領域Ａ〜Ｃでは、下側λ／４多層膜と上側λ／４多層膜とに挟まれる低屈折率層、即ち、スペーサ層の膜厚が領域Ａ〜Ｃごとに透過させる光色に応じた光学膜厚を有する。具体的には、領域Ａでは低屈折率層１５４〜１５７がスペーサ層として介挿され、領域Ｂでは低屈折率層１５７がスペーサ層として介挿され、領域Ｃでは低屈折率層１５５〜１５７がスペーサ層として介挿されている。
【００２５】
また、高屈折率層１６０と高屈折率層１６５との間には、領域Ａにおいて、低屈折率層１６１〜１６４がスペーサ層として介挿され、領域Ｂにおいて、低屈折率層１６４がスペーサ層として介挿され、領域Ｃにおいて、低屈折率層１６２〜１６４がスペーサ層として介挿されている。なお、スペーサ層の物理膜厚は、領域Ａが１８５［ｎｍ］、領域Ｂが４５［ｎｍ］、領域Ｃが１４０［ｎｍ］であり、それぞれの領域において、スペーサ層が２段形成されている。
【００２６】
領域Ａ〜Ｃでは、全体での物理膜厚ｔＡ〜ｔＣも透過させる光色に応じて異なっており、ｔＡ＝８１２［ｎｍ］、ｔＢ＝５３２［ｎｍ］、ｔＣ＝７２２［ｎｍ］に設定されている。なお、本実施の形態では、領域Ａが緑色領域であり、領域Ｂが赤色領域であり、領域Ｃが青色領域である。
一方、多層干渉フィルタ１５における領域Ｄ、Ｅでは、下側λ／４多層膜と上側λ／４多層膜との間に、低屈折率層１５６、１５７がスペーサ層として介挿されている。低屈折率層１５６、１５７の合計の物理膜厚は、９１［ｎｍ］（＝４６［ｎｍ］＋４５［ｎｍ］）であり、可視光を反射させる特性を実現するように調整されている。
【００２７】
また、領域Ｄ、Ｅでは、高屈折率層１６０と高屈折率層１６５との間にも、スペーサ層としての低屈折率層１６３、１６４が介挿されている。低屈折率層１６３、１６４の合計も物理膜厚も、９１［ｎｍ］（＝４６［ｎｍ］＋４５［ｎｍ］）となっている。即ち、領域Ｄ、Ｅでは、各スペーサ層がλ／４の光学膜厚に設定されており、スペーサ層が２段形成されている。
【００２８】
なお、領域Ｄ、Ｅでは、全体での物理膜厚ｔＤ、ｔＥがともに６２４［ｎｍ］となっている。
４．多層干渉フィルタ１５の形成方法
本実施の形態に係る多層干渉フィルタ１５の形成方法について、図３〜図７を用い説明する。なお、図３〜図７では、層間絶縁膜１４よりも下の構成については、簡略のため図示を省略している。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、層間絶縁膜１４の一方の表面上に、高屈折率層１５１、低屈折率層１５２、高屈折率層１５３および低屈折率準備層１５４０を順に積層する。これらの層１５１〜１５３、１５４０の積層には、高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）スパッタ装置によるスパッタリング法、若しくは、電子線や抵抗加熱による蒸着法などを用いることができる。高屈折率層１５１、１５３の構成材料には、上記表１のように、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を適用し、低屈折率層１５２および低屈折率準備層１５４０の構成材料には、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を適用する。
【００３０】
なお、図３（ａ）に示すように、高屈折率層１５１、１５３と低屈折率層１５２との積層体によって下側λ／４多層膜が構成される。
図３（ｂ）に示すように、低屈折率準備層１５４０上における領域Ａに、マスク６０１を形成する。マスク６０１の形成では、レジストの塗布、所謂、プリベークと呼ばれる熱処理、ステッパなどの露光装置を用いた露光、有機溶剤等によるレジストの現像、そして、ポストベークと呼ばれる熱処理を順次実行する。本実施の形態に係る形成方法では、マスク６０１の膜厚は、例えば、１［μｍ］である。
【００３１】
次に、ドライエッチングを施し、領域Ａを除く部分の低屈折率準備層１５４０を除去する。ドライエッチングの条件は、例えば、次の通りである。
・エッチングガス：ＣＦ系ガス
・ガス流量：４０［ｓｃｃｍ］
・ＲＦパワー：２００［Ｗ］
・真空度：０．０５０［Ｔｏｒｒ］（＝６．６６６［Ｐａ］）
図３（ｃ）に示すように、ドライエッチングの実行後では、領域Ａにだけ低屈折率層１５４が残る。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、マスク６０１を除去した後、露出面全体にＳｉＯ２からなる低屈折率準備層１５５０を積層する。低屈折率準備層１５５０の形成にも、例えば、高周波スパッタ装置を用いることができる。なお、低屈折率準備層１５５０の膜厚は、４９［ｎｍ］とする。そして、図４（ｂ）に示すように、領域Ａ、Ｃにおける低屈折率準備層１５５０上にマスク６０２を形成する。そして、この状態において、ドライエッチングを実行する。
【００３３】
図４（ｃ）に示すように、領域Ａ、Ｃでは、低屈折率層１５５が残り、他の部分では、高屈折率層１５３が露出した状態となる。続いて、図４（ｄ）に示すように、露出面全体にＳｉＯ２からなる低屈折率準備層１５６０を積層し、さらに、図５（ａ）に示すように、領域Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおける低屈折率準備層１５６０上に、マスク６０３を形成する。そして、ドライエッチングを施し、その後にマスク６０３を除去することにより、図５（ｂ）に示すように、領域Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅでは、最上面に低屈折率層１５６が残り、他の部分（領域Ｂに相当する部分）では高屈折率層１５３が露出する状態となる。
【００３４】
上記において、低屈折率準備層１５６０の膜厚は、上記表１に示す通り、４６［ｎｍ］である。
図５（ｃ）に示すように、低屈折率層１５７、高屈折率層１５８、低屈折率層１５９、高屈折率層１６０および低屈折率準備層１６１０を順に積層する。これらの層１５７〜１６０、１６１０の積層に際しても、スパッタリング法または蒸着法を採用することができる。ここで、高屈折率層１５８と高屈折率層１６０とで低屈折率層１５９を挟んだ積層体が、上側λ／４多層膜を構成する。
【００３５】
図６（ａ）に示すように、領域Ａにおける低屈折率準備層１６１０上にマスク６０４を形成する。そして、この状態でドライエッチングを実行することにより、領域Ａを除く部分の低屈折率準備層１６１０を除去する。図６（ｂ）に示すように、ドライエッチングの実行により、領域Ａでは、低屈折率層１６１が残り、他の部分では、高屈折率層１６０が露出した状態となる。
【００３６】
図６（ｃ）に示すように、 露出面全体にＳｉＯ２からなる低屈折率準備層１６２０を積層し、さらに、図６（ｄ）に示すように、領域Ａ、Ｃにおける低屈折率準備層１６２０上に、マスク６０５を形成する。そして、この状態でドライエッチングを施し、領域Ａ、Ｃを除く部分の低屈折率層１６２０を除去する。マスク６０５を除去すると、図７（ａ）に示すように、領域Ａ、Ｃでは、低屈折率層１６２が露出し、他の部分では、高屈折率層１６０が露出する。
【００３７】
次に、上述の積層工程と同様に、露出面全体にＳｉＯ２からなる低屈折率準備層を積層し、マスクを形成してドライエッチングを施す。これにより、領域Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅを除く部分における上記低屈折率準備層を除去し、図７（ｂ）に示すように、領域Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおいて低屈折率層１６３が露出し、領域Ｂにおいて高屈折率層１６０が露出する。
続いて、図７（ｃ）に示すように、露出面全体にＳｉＯ２からなる低屈折率層１６４とＴｉＯ２からなる高屈折率層１６５を順に積層する。
【００３８】
以上のようにして、本実施の形態に係る固体撮像装置１０の多層干渉フィルタ１５が形成される。
５．固体撮像装置１０およびこれを備えるカメラ１の優位性
本実施の形態に係る固体撮像装置１０およびこれを備えるカメラ１の優位性について、図８および図９を用い説明する。図８（ａ）は、多層干渉フィルタ１５における光の透過状態を示す模式図であり、図８（ｂ）は、多層干渉フィルタ１５の分光特性を、マトリクス法を用い算出した評価結果を示す特性図である。
【００３９】
先ず、図８（ａ）に示すように、多層干渉フィルタ１５においては、領域Ａでは、緑色の波長帯域成分を透過し、領域Ｂでは、赤色の波長帯域成分を透過し、領域Ｃでは、青色の波長帯域成分を透過する。即ち、これら濾光領域Ａ、Ｂ、Ｃでは、各々の領域の下に形成されているフォトダイオード１３に応じて透過する光の波長帯域成分が調整されている。
【００４０】
具体的に、領域Ａでは、図８（ｂ）に示すように、５３０［ｎｍ］にピークを有する波長帯域成分が透過するように、スペーサ層が１８５［ｎｍ］の２段構成となっている。同じように、領域Ｂでは、６１０［ｎｍ］にピークを有する波長帯域成分が透過するように、スペーサ層が４５［ｎｍ］の２段構成となり、領域Ｃでは、４５０［ｎｍ］の波長帯域成分が透過するように、スペーサ層が１４０［ｎｍ］の２段構成となっている。
【００４１】
一方、領域Ｄ、Ｅでは、スペーサ層が９１［ｎｍ］の２段構成となっており、図８（ｂ）にも示す通り、可視波長域の略全域で透過率が低減される。具体的に、領域Ａ、Ｂについては、緑色以外の波長領域における透過率が１０［％］まで低減され、赤色の波長領域における透過率が５［％］まで低減されている。また、領域Ｃでは、短波長側の帯域幅が増加している。
【００４２】
波長選択性という観点からは、透過させようとする波長域以外の透過率としては、より低い方が波長選択性がよいということになる。また、領域Ｄ、Ｅについても、可視光領域の透過率が５［％］に抑えられている。
以上のように、本実施の形態に係る固体撮像装置１０では、多層干渉フィルタ１５における領域Ｄ、Ｅに、上述のような、遮光機能をもたせ、これにより層間絶縁膜１４中に従来のような遮光膜を形成しなくても、十分に混色の防止が図られる。特に、本実施の形態に係る多層干渉フィルタ１５の構成を採用することにより、特に、画素サイズの微細化が図られる場合に、特に顕著な優位性となる。
【００４３】
次に、製造上における優位性について、図９を用い説明する。
図９（ａ）に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１０では、層間絶縁膜１４中に遮光膜を形成する必要がなく、このため、層間絶縁膜１４の平坦化を実施する必要がない。このため、層間絶縁膜１４の平坦化を行うことなく多層干渉フィルタ１５を形成し、続いて平坦化準備膜１６６０を形成する。なお、平坦化準備膜１６６０の表面１６６０ｆは、多層干渉フィルタ１５の表面形状に沿って凹凸を有する。
【００４４】
マイクロレンズ１７を形成するために（図２（ａ）を参照。）、平坦化準備膜１６６０の表面１６６０ｆを平坦化し、図９（ｂ）に示すような、平坦な表面１６を有する平坦化膜１６とする。
一方、図１１に示す従来技術に係る固体撮像装置の製造においては、層間絶縁膜９４ａ上に金属材料からなる遮光膜９８を形成し、層間絶縁膜９４ｂを積層する。この状態では、層間絶縁膜９４ｂの表面には遮光膜９８に起因する凹凸が表面に存在する。このため、多層干渉フィルタ９５を形成する前に、一旦その表面を平坦化する必要がある。多層干渉フィルタ９５上の平坦化膜９６の表面を平坦化するのは、上記本実施の形態と同様である。即ち、従来技術に係る固体撮像装置の製造においては、遮光膜９８の形成に起因して、本実施の形態に係る固体撮像装置１０の製造よりも１回多く平坦化を実施する必要がある。
【００４５】
以上より、本実施の形態に係る固体撮像装置１０では、多層干渉フィルタ１５の領域Ｄ、Ｅに遮光膜としての機能を担わせているので、その製造において、従来技術に係る固体撮像装置よりも平坦化工程を１回少なくできる。
（変形例）
変形例に係る固体撮像装置およびカメラについて、図１０を用い説明する。なお、本変形例に係る固体撮像装置およびカメラは、多層干渉フィルタ２５の構成を除き、上記実施の形態に係る固体撮像装置１０およびカメラ１と同一構造を有するので、差異部分である多層干渉フィルタ２５の構造および特性だけを以下で説明する。
【００４６】
図１０（ａ）に示すように、本変形例に係る多層干渉フィルタ２５でも、フォトダイオードの配列方向に沿う方向において、各フォトダイオードの上方に相当する領域Ｆ、Ｇ、Ｈと、領域Ｆと領域Ｇとの境界領域である領域Ｉ、領域Ｇと領域Ｈとの境界領域である領域Ｊとを有している。領域Ｆ、Ｇ、Ｈでは、λ／４多層膜とλ／４多層膜との間のスペーサ層の有無、およびスペーサ層の膜厚により、透過波長帯域が設定されている。なお、本変形例では、領域Ｆが青色領域であり、領域Ｇが緑色領域であり、領域Ｈが赤色領域であり、領域Ｉ、Ｊが遮光領域である。
【００４７】
図１０（ａ）に示すように、本変形例においても、高屈折率層２５１、２５３と低屈折率層２５２の積層体、および高屈折率層２５８、２６０と低屈折率層２５９との積層体でλ／４多層膜が各々構成されている。λ／４多層膜の中心波長は、上記実施の形態と同様に、５３０［ｎｍ］に設定されている。
領域Ｇでは、上下のλ／４多層膜の間にはスペーサ層が介挿されていない構造となっている。領域Ｆでは、下側λ／４多層膜と上側λ／４多層膜との間に３層の低屈折率層２５４、２５５、２５６が介挿されている。領域Ｈでは、下側λ／４多層膜と上側λ／４多層膜との間に１層の低屈折率層２５６が介挿されている。
【００４８】
一方、境界領域である領域Ｉ、Ｊでは、下側λ／４多層膜と上側λ／４多層膜との間に２層の低屈折率層２５５、２５６が介挿されている。低屈折率層２５５と低屈折率層２５６との合計膜厚は、９１［ｎｍ］に設定されている。
なお、本変形例に係る多層干渉フィルタ２５においても、高屈折率層２５１、２５３、２５８、２６０の構成材料としてＴｉＯ２が用いられ、低屈折率層２５２、２５４、２５５、２５６、２５９の構成材料としてＳｉＯ２が用いられている。
【００４９】
本変形例に係る多層干渉フィルタ２５では、領域Ｉ、Ｊにおいて、低屈折率層２５５、２５６で構成される１段のスペーサ層を採用している。この場合の分光特性を図１０（ｂ）に示す。
図１０（ｂ）に示すように、本変形例に係る多層干渉フィルタ２５では、領域Ｉ、Ｊにおいて、合計膜厚９１［ｎｍ］のスペーサ層を含むことで可視波長域（波長が４００［ｎｍ］〜７００［ｎｍ］の範囲）での透過率の低減がなされる。なお、分光帯域幅や波長選択性などの分光特性という観点からは、上記実施の形態に係る多層干渉フィルタ１５の方が優れるが、本変形例に係る多層干渉フィルタ２５は、その絶対的な物率的膜厚を薄くすることができる。よって、本変形例に係る多層干渉フィルタ２５を備える固体撮像装置では、入射光がフォトダイオードに到達するまでの減衰という観点から優位である。よって、高い感度特性を有する。
【００５０】
（その他の事項）
上記実施の形態に係る多層干渉フィルタ１５の形成においては、低屈折率準備層１５４０、１５５０、１５６０、１６１０、１６２０の除去にドライエッチングを採用することとしているが、これに限らず、ウェットエッチングを採用することも可能である。即ち、ＳｉＯ２とＴｉＯ２とは、フッ化水素酸に対する選択比が大きいため、低屈折率準備層１５４０のエッチングに、フッ化水素酸等を用いたウェットエッチングを採用することもできる。なお、このようにウェットエッチングを採用する場合には、フッ化水素酸とフッ化アンモニウム溶液とを１：４の割合で混合したものを用いることが望ましい。
【００５１】
ウェットエッチングを採用する場合には、ワークを上記混合溶液に５［秒］浸してエッチングを行い、有機溶剤等を用いてレジストの除去を行うことが望ましい。
また、上記実施の形態および変形例では、高屈折率層１５１、１５３、１５８、１６０、１６５、２５１、２５３、２５８、２６０の構成材料としてＴｉＯ２を採用し、低屈折率層 １５２、１５４、１５５、１５６、１５７、１５９、１６１、１６２、１６３、１６４、２５２、２５４、２５５、２５６、２５９の構成材料としてＳｉＯ２を採用したが、本発明に係る固体撮像装置およびカメラでは、多層干渉フィルタの構成材料がこれに限定されるものではない。例えば、高屈折率層の構成材料として、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）や三酸化ニタンタル（Ｔａ２Ｏ３）や二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）などを採用することも可能であり、低屈折率層の構成材料についても、同様に他の材料を採用することができる。
【００５２】
また、上記実施の形態および変形例では、スペーサ層の構成材料にもＳｉＯ２を採用したが、本発明では、これ以外の材料を用いてスペーサ層を構成することもできる。
さらに、上記実施の形態に係る多層干渉フィルタ１５のように２段以上の構成のスペーサ層を介挿させる場合には、互いに異なる材料からスペーサ層を構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、固体撮像装置およびこれを備えるカメラにおいて、優れた分光特性を維持しながら微細な画素構成を実現するのに有効な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】（ａ）は、実施の形態に係るカメラ１の構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、固体撮像装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、固体撮像装置１０の画素領域の構成を示す模式断面図であり、（ｂ）は、多層干渉フィルタ１５の構成を示す模式断面図である。
【図３】多層干渉フィルタ１５の形成方法を示す工程図である。
【図４】多層干渉フィルタ１５の形成方法を示す工程図である。
【図５】多層干渉フィルタ１５の形成方法を示す工程図である。
【図６】多層干渉フィルタ１５の形成方法を示す工程図である。
【図７】多層干渉フィルタ１５の形成方法を示す工程図である。
【図８】（ａ）は、多層干渉フィルタ１５における光透過状態を示す模式断面図であり、（ｂ）は、その分光特性を示す特性図である。
【図９】多層干渉フィルタ１５上の平坦化膜１６の形成方法を示す工程図である。
【図１０】（ａ）は、変形例に係る多層干渉フィルタ２５における光透過状態を示す模式断面図であり、（ｂ）は、その分光特性を示す特性図である。
【図１１】従来技術に係る固体撮像装置の構成を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１．カメラ
１０．固体撮像装置
１１．半導体基板
１２．ｐ型半導体層
１３．フォトダイオード
１４．層間絶縁膜
１５、２５．多層干渉フィルタ
１６．平坦化膜
１７．マイクロレンズ
２０．レンズ
３０．色信号合成部
４０．映像信号作成部
５０．駆動部
１００．撮像画素
１０１．垂直シフトレジスタ
１０２．水平シフトレジスタ
１０３．出力アンプ
１０４．駆動回路
１５１、１５３、１５８、１６０、１６５、２５１、２５３、２５８、２６０．高屈折率層
１５２、１５４、１５５、１５６、１５７、１５９、１６１、１６２、１６３、１６４、２５２、２５４、２５５、２５６、２５９．低屈折率層
６０１、６０２、６０３、６０４、６０５．レジストマスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフォトダイオードが、互いに間隔をあけた状態で二次元配置されてなる半導体基板と、当該半導体基板の厚み方向上方に配された多層干渉フィルタとを有する固体撮像装置であって、
前記多層干渉フィルタは、その厚み方向において、スペーサ層の両側がλ／４多層膜により挟まれてなる積層構造を有するとともに、前記フォトダイオードの配置方向に沿う方向において、前記複数のフォトダイオードの各々の上方に相当する濾光領域と、隣接する濾光領域間の境界領域とを有し、
前記λ／４多層膜は、互いに屈折率が異なる誘電体層の積層体であり、
前記積層構造における前記スペーサ層の膜厚は、前記濾光領域において、入射された光の可視波長帯域から、対応する前記フォトダイオードに応じた波長帯域成分を選択的に透過する値であって、前記境界領域において、少なくとも可視波長帯域について、何れの前記濾光領域よりも透過光量が抑制される値に規定されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記多層干渉フィルタでは、
前記濾光領域における前記スペーサ層の膜厚がλ／４以外の光学膜厚に設定され、
前記境界領域における前記スペーサ層の膜厚がλ／４の光学膜厚に設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記多層干渉フィルタにおける前記スペーサ層は、少なくとも２層の要素膜が積層されてなる構成である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記多層干渉フィルタの前記濾光領域は、入射された光から赤色の波長帯域成分を選択的に透過させる赤色透過部と、緑色の波長帯域成分を選択的に透過させる緑色透過部と、青色の波長帯域成分を透過させる青色透過部とを有し、
前記赤色透過部および前記緑色透過部および前記青色透過部では、互いに前記スペーサ層の膜厚が相違する
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記多層干渉フィルタでは、λ／４多層膜の中心波長λが５３０ｎｍに設定されているとき、前記境界領域における前記スペーサ層の膜厚は、９１ｎｍに設定されている
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記多層干渉フィルタと前記半導体基板との間には、光を遮蔽する遮光膜が形成されていない
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れかに記載の固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラ。
【請求項１】
複数のフォトダイオードが、互いに間隔をあけた状態で二次元配置されてなる半導体基板と、当該半導体基板の厚み方向上方に配された多層干渉フィルタとを有する固体撮像装置であって、
前記多層干渉フィルタは、その厚み方向において、スペーサ層の両側がλ／４多層膜により挟まれてなる積層構造を有するとともに、前記フォトダイオードの配置方向に沿う方向において、前記複数のフォトダイオードの各々の上方に相当する濾光領域と、隣接する濾光領域間の境界領域とを有し、
前記λ／４多層膜は、互いに屈折率が異なる誘電体層の積層体であり、
前記積層構造における前記スペーサ層の膜厚は、前記濾光領域において、入射された光の可視波長帯域から、対応する前記フォトダイオードに応じた波長帯域成分を選択的に透過する値であって、前記境界領域において、少なくとも可視波長帯域について、何れの前記濾光領域よりも透過光量が抑制される値に規定されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記多層干渉フィルタでは、
前記濾光領域における前記スペーサ層の膜厚がλ／４以外の光学膜厚に設定され、
前記境界領域における前記スペーサ層の膜厚がλ／４の光学膜厚に設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記多層干渉フィルタにおける前記スペーサ層は、少なくとも２層の要素膜が積層されてなる構成である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記多層干渉フィルタの前記濾光領域は、入射された光から赤色の波長帯域成分を選択的に透過させる赤色透過部と、緑色の波長帯域成分を選択的に透過させる緑色透過部と、青色の波長帯域成分を透過させる青色透過部とを有し、
前記赤色透過部および前記緑色透過部および前記青色透過部では、互いに前記スペーサ層の膜厚が相違する
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記多層干渉フィルタでは、λ／４多層膜の中心波長λが５３０ｎｍに設定されているとき、前記境界領域における前記スペーサ層の膜厚は、９１ｎｍに設定されている
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記多層干渉フィルタと前記半導体基板との間には、光を遮蔽する遮光膜が形成されていない
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れかに記載の固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−４６８０（Ｐ２００９−４６８０Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６６０８１（Ｐ２００７−１６６０８１）
【出願日】平成１９年６月２５日（２００７．６．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２５日（２００７．６．２５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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