固体撮像装置および撮像装置
【課題】多層膜の構造上の問題を克服し、色分離を効率良く行い、感度やＳ／Ｎ比を向上させることができる固体撮像装置および撮像装置を提供する。
【解決手段】所定の第１の色を透過する有機材料のカラーフィルタを有する第１の色分離画素と、前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素と、前記第１および第２の色と異なる第３の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第３の色分離画素とを備え、前記第２および第３の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記第１の色分離画素に隣接するように配列されていることを特徴とする。
【解決手段】所定の第１の色を透過する有機材料のカラーフィルタを有する第１の色分離画素と、前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素と、前記第１および第２の色と異なる第３の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第３の色分離画素とを備え、前記第２および第３の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記第１の色分離画素に隣接するように配列されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、全波長を透過する白画素と、多層膜やフォトニック結晶を用いて分光を行う画素とを有する固体撮像装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像装置において、１画素あたりの面積の縮小に伴い、フォトダイオードの面積が減少し、光電変換される電子（ホール）の数も減少していた。また、画素の面積の縮小は、光の集光においても不利であり、固体撮像装置の感度の低下、Ｓ／Ｎ比の低下を招いていた。
また、図１１に示されるベイヤー配列や補色配列のカラーフィルタを用いた色分離では、カラーフィルタによる感度低下や混色による色分離の不完全さなどが問題になり、固体撮像装置の感度の低下やＳ／Ｎ比の低下を招いていた。
このため、色分離を行いながら、可能な限り多くの光を取り入れる方法が探索されている。この一つの方法として、全波長を透過するW（white；白）画素を用いる方法がある。例えば、図１１に示されるベイヤー配列のＧ（green）画素の代わりに白画素を用いたり、ＲＧＢ（red ,green and blue）画素に加えて白画素を設けたりする（特許文献１）。また、別の方法として、屈折率差を利用した誘電体多層膜やフォトニック結晶を用いて分光を行う方法がある（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０４７０６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】米国特許５３２３２３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、通常の有機材のカラーフィルタで白画素を用いる方法では、カラーコーディングを行っても色分離が十分できず、画作りがうまくできないという問題点があった。また、誘電体多層膜やフォトニック結晶を用いて分光を行う方法では、多層膜の成膜を複数回行うため、通常のベイヤー配列や補色配列では、分光を行うのに十分な多層膜を形成することが困難であった。
【０００６】
図１２は、従来の固体撮像装置の他の例を示す図であり、図１２（Ａ）は平面図、図１２（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
図１２（Ａ）に示すように、この固体撮像装置は、ＲＧＢのカラーフィルタをベイヤー配列で構成したものである。ベイヤー配列は、２行２列の４画素を２つのＧ画素２０１、Ｂ画素２０２およびＲ画素２０３で構成する。図１２（Ｂ）に示すように、Ｇ画素２０１、Ｂ画素２０２およびＲ画素２０３は、それぞれ半導体基板１０１に光電変換領域１０２を形成し、その上部に配線・遮光膜１０３、色分離のための多層膜１０４、ＯＣＬ（オンチップレンズ）１０５を順次に形成することにより構成される。
このようにＧ画素２０１、Ｂ画素２０２およびＲ画素２０３を多層膜１０４を用いて構成すると、先に形成されるＧ画素２０１の多層膜１０４は、半導体基板２０１の表面に対し平行な層が形成されるものの、Ｇ画素２０１に隣接し後に形成されるＢ画素２０２の多層膜１０４は、先に形成された多層膜１０４の上に乗っかり、折れ曲がって埋め込まれたような構造、言い換えれば、多層膜１０４の周囲部が折れ曲がり、その部分は半導体基板２０１の表面に対し平行な方向に多層膜１０４が重なる構造となってしまい、多層膜１０４が色分離の働きをしないか、色分離の特性が悪化してしまう。
【０００７】
本技術は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、全波長を透過する白画素と、多層膜やフォトニック結晶を用いて分光を行う画素とを用い、色分離を効率良く行い、感度やＳ／Ｎ比を向上させることができる固体撮像装置および撮像装置を提供することにある。
また、本技術の目的は、従来の多層膜の構造上の問題を克服し、色分離を効率良く行い、感度やＳ／Ｎ比を向上させることができる固体撮像装置および撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、所定の第１の波長より高い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の波長より高い第２の波長より高い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備えたことを特徴とする。
また、固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、所定の第１の波長より低い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の波長より低い第２の波長より低い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備えたことを特徴とする。
また固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、所定の第１の波長より高い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の波長より低い第２の波長より低い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備えたことを特徴とする。
また撮像装置は、固体撮像装置を用いた撮像部と、前記撮像部を制御する制御部と、前記撮像部を操作する操作部とを有し、前記固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、所定の第１の波長より高い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の波長より高い第２の波長より高い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、所定の第１の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備え、前記第１および第２の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記白画素に隣接するように配列されていることを特徴とする。
また固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、所定の第１の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備え、前記第１および第２の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記白画素に隣接するように配列されていることを特徴とする。
また、撮像装置は、固体撮像装置を用いた撮像部と、前記撮像部を制御する制御部と、前記撮像部を操作する操作部とを有し、前記固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、可視光である第１の色を透過する分光特性を有する多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の色と異なる可視光である第２の色を透過する分光特性を有する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備え、前記第１および第２の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記白画素に隣接するように配列されていることを特徴とする。
【００１０】
そして本技術の固体撮像装置は、所定の第１の色を透過する有機材料のカラーフィルタを有する第１の色分離画素と、前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素と、前記第１および第２の色と異なる第３の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第３の色分離画素とを備え、前記第２および第３の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記第１の色分離画素に隣接するように配列されていることを特徴とする。
また本技術の撮像装置は、固体撮像装置を用いた撮像部と、前記撮像部を制御する制御部と、前記撮像部を操作する操作部とを有し、前記固体撮像装置は、所定の第１の色を透過する有機材料のカラーフィルタを有する第１の色分離画素と、前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素と、前記第１および第２の色と異なる第３の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第３の色分離画素とを備え、前記第２および第３の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記第１の色分離画素に隣接するように配列されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上述した固体撮像装置及び撮像装置によれば、白画素により全波長の光からの信号が得られ、第１の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の波長より高い波長領域がカットされた光からの信号が得られ、第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の波長より高い第２の波長より高い波長領域がカットされた光からの信号が得られる。そして、これら３種類の信号で色分離および画作りを行う。
このため、白画素により明るい信号が得られ、第１および第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により、従来の有機材料のカラーフィルタに比べ、色分離特性の優れた信号を得ることができる。したがって、固体撮像装置の感度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
また上述した固体撮像装置によれば、白画素により全波長の光からの信号が得られ、第１の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の波長より低い波長領域がカットされた光からの信号が得られ、第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の波長より低い第２の波長より低い波長領域がカットされた光からの信号が得られる。そして、これら３種類の信号で色分離および画作りを行う。
このような構成の場合にも、上記と同様の効果を奏する。
また上述した固体撮像装置によれば、白画素により全波長の光からの信号が得られ、第１の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の波長より高い波長領域がカットされた光からの信号が得られ、第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の波長より低い第２の波長より低い波長領域がカットされた光からの信号が得られる。そして、これら３種類の信号で色分離および画作りを行う。
このような構成の場合にも、上記と同様の効果を奏する。
【００１２】
また上述した固体撮像装置及び撮像装置によれば、白画素により全波長の光からの信号が得られ、第１の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の色の信号が得られ、第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第２の色の信号が得られる。そして、これら３種類の信号で色分離および画作りを行う。また、第１および第２の色分離画素は、互いに隣接せずに、白画素に隣接するように配列される。
第１および第２の色分離画素は、白画素に周囲が囲まれることになる。白画素は、色分離の必要がないので、多層膜やフォトニック結晶を形成する必要がなく、前記第１および第２の色分離画素の多層膜やフォトニック結晶が形成される部分には、透明材料を埋め込めば良い。この透明材料は、第１および第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶を形成した後に形成することができる。前記第１および第２の色分離画素は白画素に周囲を囲まれるので、第１および第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶の形成時には、多層膜またはフォトニック結晶を形成すべき部分およびその周囲は平らにすることができる。このため、先に形成された隣接する他の画素の多層膜に後に形成された画素の多層膜が乗っかって、その周辺部の多層膜が折れ曲がり、折れ曲がった部分の多層膜が半導体基板の表面と平行な方向に重なるような従来の問題点を解消し、半導体基板の表面の垂直方向に多層膜またはフォトニック結晶の各層を形成することができる。したがって、所望の色分離特性を有する第１および第２の色分離画素を確実に構成することができるので、固体撮像装置の感度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１３】
そして本技術の固体撮像装置によれば、第１の色分離画素の有機材料のカラーフィルタにより第１の色の信号が得られ、第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第２の色の信号が得られ、第３の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第３の色の信号が得られる。そして、これら３種類の信号で色分離および画作りを行う。また、第２および第３の色分離画素は、互いに隣接せずに、第１の色分離画素に隣接するように配列される。
第２および第３の色分離画素は、第１の色分離画素に周囲が囲まれることになる。第１の色分離画素のカラーフィルタは、第２および第３の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶の形成後に形成することができる。第２および第３の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶の形成時には、多層膜またはフォトニック結晶を形成すべき部分およびその周囲は平らにすることができる。このため、先に形成された隣接する他の画素の多層膜に後に形成された画素の多層膜が乗っかって、その周辺部の多層膜が折れ曲がり、折れ曲がった部分の多層膜が半導体基板の表面と平行な方向に重なるような従来の問題点を解消し、半導体基板の表面の垂直方向に多層膜またはフォトニック結晶の各層を形成することができる。したがって、所望の色分離特性を有する第２および第３の色分離画素を確実に構成することができるので、固体撮像装置の感度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１の固体撮像装置の画素のカラー配列を示す図である。
【図２】実施形態１の固体撮像装置の各画素の分光特性を示す図である。
【図３】実施形態２の固体撮像装置の各画素の分光特性を示す図である。
【図４】実施形態３の固体撮像装置の各画素の分光特性を示す図である。
【図５】実施形態４の固体撮像装置の画素のカラー配列を示す図である。
【図６】実施形態５の固体撮像装置の構成を示す図であり、図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
【図７】実施形態５の固体撮像装置の製造方法を示す図である。
【図８】多層膜またはフォトニック結晶の面積を画素サイズの面積より大きくした例を示す図である。
【図９】実施形態６の固体撮像装置の構成を示す図であり、図９（Ａ）は平面図、図９（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。る。
【図１０】本技術に係る撮像装置の構成を示す図である。
【図１１】従来のカラーフィルタを有する固体撮像装置の一例であり、図１１（Ａ）はベイヤー配列を示す図、図１１（Ｂ）はＲＧＢの画素の分光特性を示す図である。
【図１２】従来の固体撮像装置の他の例を示す図であり、図１２（Ａ）は平面図、図１２（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本技術の固体撮像装置及び撮像装置の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態１
図１は、実施形態１の固体撮像装置の画素のカラー配列を示す図である。図２は、実施形態１の固体撮像装置の各画素の分光特性を示す図である。
この固体撮像装置は、複数行複数列の多数の画素を有し、その配列は、図１に示される２行２列の４画素の繰り返しパターンとなる。その４画素は、２つのＷ画素２１、Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３を有する。Ｗ画素２１、Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３は、それぞれベイヤー配列のＧ画素、Ｂ画素およびＲ画素に対応する。
【００１６】
図２に示すように、Ｗ画素２１は、入射される光の全波長を透過する。Ｗ画素２１は、従来の有機材料のカラーフィルタを有せず、カラーフィルタのあった部分は透明材料で構成される。Ｂ’画素２２は、従来の有機材料のカラーフィルタの代わりとなる誘電体の多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、ある波長Ｘ以上の光をカットする。Ｒ’画素２３は、従来の有機材料のカラーフィルタの代わりとなる誘電体の多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、波長Ｘより高い波長Ｙ以上の光をカットする。
【００１７】
これら３つの色信号で色分離、画作りを行う。Ｗ画素２１、Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３により得られる色信号をそれぞれＷ、Ｂ’およびＲ’で表し、ベイヤー配列のＧ画素、Ｂ画素およびＲ画素により得られる信号をそれぞれＧ、ＢおよびＲで表すと、
Ｂは Ｂ’、
Ｒは Ｗ−Ｒ’、
Ｇは Ｒ’−Ｂ’ または Ｗ−Ｒ−Ｂ
というように対応付けることができる。
Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３の多層膜またはフォトニック結晶は、屈折率差の大きく、分離特性の良いものが好ましい。
【００１８】
このように実施形態１によれば、Ｗ画素２１により全波長の光からの色信号が得られ、Ｂ’画素２２の多層膜またはフォトニック結晶により、ある波長Ｘ以上の波長領域がカットされた光からの色信号が得られ、Ｒ’２３画素の多層膜またはフォトニック結晶により、波長Ｘより高い波長Ｙ以上の波長領域がカットされた光からの色信号が得られる。
このため、Ｗ画素２１により明るい信号が得られ、Ｂ’画素２２およびＲ’２３のそれぞれの多層膜またはフォトニック結晶により、従来の有機材料のカラーフィルタに比べ、色分離特性の優れた信号を得ることができる。したがって、固体撮像装置の感度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１９】
実施形態２
図３は、実施形態２の固体撮像装置の各画素の分光特性を示す図である。
実施形態２の固体撮像装置は、図１に示される実施形態１の固体撮像装置と同様の構成であるが、Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３の多層膜またはフォトニック結晶の分光特性が異なる。
図３に示すように、Ｒ’画素２３は、多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、ある波長Ｙ以下の光をカットする。Ｂ’画素２２は、多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、波長Ｙより低い波長Ｘ以下の光をカットする。
このように実施形態２の固体撮像装置を構成しても、実施形態１の固体撮像装置と同様の効果を奏する。
【００２０】
実施形態３
図４は、実施形態３の固体撮像装置の各画素の分光特性を示す図である。
実施形態３の固体撮像装置は、図１に示される実施形態１の固体撮像装置と同様の構成であるが、Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３の多層膜またはフォトニック結晶の分光特性が異なる。
図４に示すように、Ｒ’画素２３は、多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、ある波長Ｙ以上の光をカットする。Ｂ’画素２２は、多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、波長Ｙより低い波長Ｘ以下の光をカットする。
このように実施形態３の固体撮像装置を構成しても、実施形態１の固体撮像装置と同様の効果を奏する。
【００２１】
実施形態４
図５は、実施形態４の固体撮像装置の画素のカラー配列を示す図である。
図５に示すように、実施形態４の固体撮像装置は、図１に示される実施形態１の固体撮像装置のＷ画素２１、Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３をいわゆるクリアビット配列に構成したものである。
このように実施形態４の固体撮像装置を構成しても、実施形態１の固体撮像装置と同様の効果を奏する。
【００２２】
図６は、実施形態５の固体撮像装置の構成を示す図であり、図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
実施形態５の固体撮像装置は、複数行複数列の多数の画素を有し、その配列は、図６（Ａ）に示される２行２列の４画素の繰り返しパターンとなる。その４画素は、２つのＷ画素３１、Ｂ画素３２およびＲ画素３３を有する。この配列の特徴は、Ｂ画素３２およびＲ画素３３は、互いに隣接せず、かつ、Ｂ画素３２およびＲ画素３３は、Ｗ画素３１に隣接して囲まれる点、言い換えれば、Ｂ画素３２およびＲ画素３３の境界を構成する各辺は、白画素の境界と境界を分かち合う点にある。
Ｗ画素３１は、入射される光の全波長を透過する。Ｂ画素３２は、誘電体の多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、Ｂの波長の光を透過する。Ｒ画素３３は、誘電体の多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、Ｒの波長の光を透過する。
Ｂ画素３２およびＲ３３の多層膜の材料としては、例えばＳｉ０２／ＳｉＮ、ＮｂＯ／Ｓｉ、ＴａＯ／Ｓｉなどの組み合わせが考えられるが、屈折率差を大きくとれる組み合わせが好ましい。
【００２３】
図６（Ｂ）に示すように、Ｗ画素３１、Ｂ画素３２およびＲ画素３３は、それぞれ半導体基板１１に光電変換領域１２を形成し、その上部に配線・遮光膜１３を形成するまでは同じ構成であるが、その上部の構成が異なる。Ｗ画素３１の場合には透明材料１５が形成され、Ｂ画素３２およびＲ画素３３の場合には、色分離のための多層膜またはフォトニック結晶１４が形成される。これらの上部には、同じ構成のそれぞれのＯＣＬ（オンチップレンズ）１６が形成される。
【００２４】
図７は、実施形態５の固体撮像装置の製造方法を示す図である。
図７（Ａ）に示すように、まず、従来良く知られる方法により、半導体基板１１に光電変換領域１２が形成され、その上部に配線・遮光膜１３に形成される。
次に、図７（Ｂ）に示すように、配線・遮光膜１３の上部の全面にＢ画素３２の多層膜またはフォトニック結晶１４Ａが形成され、図７（Ｃ）に示すように、Ｂ画素３２の色分離に必要な部分（多層膜またはフォトニック結晶１４）のみ残し不要な部分がエッチングにより除去される。
次に、Ｒ画素３３に対して図７（Ｂ）および図７（Ｃ）の工程が繰り返される。
次に、Ｗ画素３１に透明材料１５が埋め込まれて、その上部にＯＣＬ（オンチップレンズ）１６が形成される。なお、透明材料１５が埋め込みは、ＯＣＬ１６の形成工程や平坦化工程と兼ねる場合もある。
【００２５】
前述のように、Ｂ画素３２およびＲ画素３３は、互いに隣接せず、Ｗ画素３１に隣接して囲まれる。このため、図７（Ｂ）の多層膜またはフォトニック結晶１４Ａの形成工程では、多層膜またはフォトニック結晶１４を形成すべき部分およびその周囲は平らにすることができる。このため、先に形成された隣接する他の画素の多層膜に後に形成される画素の多層膜の乗っかってその周辺部が折れ曲がり、折れ曲がった部分の多層膜が半導体基板の表面と平行な方向に重なるような従来の問題点を解消し、半導体基板の表面の垂直方向に多層膜またはフォトニック結晶の各層を形成することができる。したがって、確実に所望の色分離特性を実現するＢ画素３２およびＲ画素３３を構成することができるので、固体撮像装置の感度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２６】
なお、図８に示すように、多層膜またはフォトニック結晶の面積を画素サイズの面積より大きくすれば、混色をいっそう低減することができる。
この実施形態６では、Ｂ画素３２およびＲ画素３３は、便宜上、それぞれＢおよびＲの色を透過するものとしている。カラー配列は、２色＋全波長、３色＋全波長など、色の組み合わせは任意である。実施形態４のようなクリアビット配列も良い。
【００２７】
図９は、実施形態６の固体撮像装置の構成を示す図であり、図９（Ａ）は平面図、図９（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
図９に示すように、実施形態６の固体撮像装置は、実施形態５の固体撮像装置のＷ画素３１をＧの有機材料のカラーフィルタ４１を有するＧ画素４０に置き換えたものである。この場合も、Ｂ画素３２およびＲ画素３３は、互いに隣接せず、Ｇ画素４０に隣接して囲まれる。Ｇの有機材料のカラーフィルタ４１は、実施形態５の固体撮像装置のＷ画素３１の透明材料１５と同様に、Ｂ画素３２およびＲ画素３３のそれぞれの多層膜またはフォトニック結晶の後に形成することができる。
したがって、先に形成された隣接する他の画素の多層膜に後に形成される画素の多層膜が乗っかってその周辺部が折れ曲がり、折れ曲がった部分の多層膜が半導体基板の表面と平行な方向に重なるような従来の問題点を解消し、半導体基板の表面の垂直方向に多層膜またはフォトニック結晶の各層を形成することができる。したがって、所望の色分離特性を有するＢ画素３２およびＲ画素３３を確実に構成することができるので、固体撮像装置の感度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２８】
以下、本技術を適用した撮像装置の具体例を説明する。
図１０は本例のＣＭＯＳイメージセンサを用いたカメラ装置の構成例を示すブロック図である。
図１０において、撮像部３１０は、例えば図１〜図９のいずれかに示したイメージセンサを用いて被写体の撮像を行い、撮像信号をメイン基板に搭載されたシステムコントロール部３２０に出力する。すなわち、撮像部３１０では、上述したイメージセンサの出力信号に対し、ＡＧＣ（自動利得制御）、ＯＢ（オプティカルブラック）クランプ、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）、Ａ／Ｄ変換といった処理を行い、デジタル撮像信号を生成して出力する。
なお、本例では、撮像部３１０内で撮像信号をデジタル信号に変換してシステムコントロール部３２０に出力する例について示しているが、撮像部３１０からアナログ撮像信号をシステムコントロール部３２０に送り、システムコントロール部３２０側でデジタル信号に変換する構成であってもよい。また、撮像部３１０内での処理も種々の方法があり、特に限定しないことは勿論である。
【００２９】
また、撮像光学系３００は、鏡筒内に配置されたズームレンズ３０１や絞り機構３０２等を含み、イメージセンサの受光部に被写体像を結像させるものであり、システムコントロール部３２０の指示に基づく駆動制御部３３０の制御により、各部を機械的に駆動してオートフォーカス等の制御が行われる。
【００３０】
また、システムコントロール部３２０には、ＣＰＵ３２１、ＲＯＭ３２２、ＲＡＭ３２３、ＤＳＰ３２４、外部インターフェース３２５等が設けられている。
ＣＰＵ３２１は、ＲＯＭ３２２及びＲＡＭ３２３を用いて本カメラ装置の各部に指示を送り、システム全体の制御を行う。
ＤＳＰ３２４は、撮像部３１０からの撮像信号に対して各種の信号処理を行うことにより、所定のフォーマットによる静止画または動画の映像信号（例えばＹＵＶ信号等）を生成する。
外部インターフェース３２５には、各種エンコーダやＤ／Ａ変換器が設けられ、システムコントロール部３２０に接続される外部要素（本例では、ディスプレイ３６０、メモリ媒体３４０、操作パネル部３５０）との間で、各種制御信号やデータをやり取りする。
【００３１】
ディスプレイ３６０は、本カメラ装置に組み込まれた例えば液晶パネル等の小型表示器であり、撮像した画像を表示する。なお、このようなカメラ装置に組み込まれた小型表示器に加えて、外部の大型表示装置に画像データを伝送し、表示できる構成とすることも勿論可能である。
メモリ媒体３４０は、例えば各種メモリカード等に撮影された画像を適宜保存しておけるものであり、例えばメモリ媒体コントローラ３４１に対してメモリ媒体を交換可能なものとなっている。メモリ媒体３４０としては、各種メモリカードの他に、磁気や光を用いたディスク媒体等を用いることができる。
操作パネル部３５０は、本カメラ装置で撮影作業を行うに際し、ユーザが各種の指示を行うための入力キーを設けたものであり、ＣＰＵ３２１は、この操作パネル部３５０からの入力信号を監視し、その入力内容に基づいて各種の動作制御を実行する。
【００３２】
このようなカメラ装置に、本技術を適用することにより、種々の被写体に関し、高品位の撮影を行うことができる。なお、以上の構成において、システムの構成要素となる単位デバイスや単位モジュールの組み合わせ方、セットの規模等については、製品化の実情等に基づいて適宜選択することが可能であり、本技術の撮像装置は、種々の変形を幅広く含むものとする。
【００３３】
また、本技術の固体撮像装置及び撮像装置において、撮像対象（被写体）としては、人や景色等の一般的な映像に限らず、偽札検出器や指紋検出器等の特殊な微細画像パターンの撮像にも適用できるものである。この場合の装置構成としては、図１０に示した一般的なカメラ装置ではなく、さらに特殊な撮像光学系やパターン解析を含む信号処理系を含むことになり、この場合にも本技術の作用効果を十分発揮して、精密な画像検出を実現することが可能となる。
さらに、遠隔医療や防犯監視、個人認証等のように遠隔システムを構成する場合には、上述のようにネットワークと接続した通信モジュールを含む装置構成とすることも可能であり、幅広い応用が実現可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１１……半導体基板、１２……光電変換領域、１３……配線層・遮光膜、１４……多層膜またはフォトニック結晶、１５……透明材料、１６……オンチップレンズ、２１……Ｗ画素、２２……Ｒ’画素、２３……Ｇ’画素。
【技術分野】
【０００１】
本技術は、全波長を透過する白画素と、多層膜やフォトニック結晶を用いて分光を行う画素とを有する固体撮像装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像装置において、１画素あたりの面積の縮小に伴い、フォトダイオードの面積が減少し、光電変換される電子（ホール）の数も減少していた。また、画素の面積の縮小は、光の集光においても不利であり、固体撮像装置の感度の低下、Ｓ／Ｎ比の低下を招いていた。
また、図１１に示されるベイヤー配列や補色配列のカラーフィルタを用いた色分離では、カラーフィルタによる感度低下や混色による色分離の不完全さなどが問題になり、固体撮像装置の感度の低下やＳ／Ｎ比の低下を招いていた。
このため、色分離を行いながら、可能な限り多くの光を取り入れる方法が探索されている。この一つの方法として、全波長を透過するW（white；白）画素を用いる方法がある。例えば、図１１に示されるベイヤー配列のＧ（green）画素の代わりに白画素を用いたり、ＲＧＢ（red ,green and blue）画素に加えて白画素を設けたりする（特許文献１）。また、別の方法として、屈折率差を利用した誘電体多層膜やフォトニック結晶を用いて分光を行う方法がある（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０４７０６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】米国特許５３２３２３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、通常の有機材のカラーフィルタで白画素を用いる方法では、カラーコーディングを行っても色分離が十分できず、画作りがうまくできないという問題点があった。また、誘電体多層膜やフォトニック結晶を用いて分光を行う方法では、多層膜の成膜を複数回行うため、通常のベイヤー配列や補色配列では、分光を行うのに十分な多層膜を形成することが困難であった。
【０００６】
図１２は、従来の固体撮像装置の他の例を示す図であり、図１２（Ａ）は平面図、図１２（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
図１２（Ａ）に示すように、この固体撮像装置は、ＲＧＢのカラーフィルタをベイヤー配列で構成したものである。ベイヤー配列は、２行２列の４画素を２つのＧ画素２０１、Ｂ画素２０２およびＲ画素２０３で構成する。図１２（Ｂ）に示すように、Ｇ画素２０１、Ｂ画素２０２およびＲ画素２０３は、それぞれ半導体基板１０１に光電変換領域１０２を形成し、その上部に配線・遮光膜１０３、色分離のための多層膜１０４、ＯＣＬ（オンチップレンズ）１０５を順次に形成することにより構成される。
このようにＧ画素２０１、Ｂ画素２０２およびＲ画素２０３を多層膜１０４を用いて構成すると、先に形成されるＧ画素２０１の多層膜１０４は、半導体基板２０１の表面に対し平行な層が形成されるものの、Ｇ画素２０１に隣接し後に形成されるＢ画素２０２の多層膜１０４は、先に形成された多層膜１０４の上に乗っかり、折れ曲がって埋め込まれたような構造、言い換えれば、多層膜１０４の周囲部が折れ曲がり、その部分は半導体基板２０１の表面に対し平行な方向に多層膜１０４が重なる構造となってしまい、多層膜１０４が色分離の働きをしないか、色分離の特性が悪化してしまう。
【０００７】
本技術は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、全波長を透過する白画素と、多層膜やフォトニック結晶を用いて分光を行う画素とを用い、色分離を効率良く行い、感度やＳ／Ｎ比を向上させることができる固体撮像装置および撮像装置を提供することにある。
また、本技術の目的は、従来の多層膜の構造上の問題を克服し、色分離を効率良く行い、感度やＳ／Ｎ比を向上させることができる固体撮像装置および撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、所定の第１の波長より高い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の波長より高い第２の波長より高い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備えたことを特徴とする。
また、固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、所定の第１の波長より低い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の波長より低い第２の波長より低い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備えたことを特徴とする。
また固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、所定の第１の波長より高い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の波長より低い第２の波長より低い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備えたことを特徴とする。
また撮像装置は、固体撮像装置を用いた撮像部と、前記撮像部を制御する制御部と、前記撮像部を操作する操作部とを有し、前記固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、所定の第１の波長より高い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の波長より高い第２の波長より高い波長領域をカットする多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、所定の第１の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備え、前記第１および第２の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記白画素に隣接するように配列されていることを特徴とする。
また固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、所定の第１の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備え、前記第１および第２の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記白画素に隣接するように配列されていることを特徴とする。
また、撮像装置は、固体撮像装置を用いた撮像部と、前記撮像部を制御する制御部と、前記撮像部を操作する操作部とを有し、前記固体撮像装置は、全波長を透過する白画素と、可視光である第１の色を透過する分光特性を有する多層膜またはフォトニック結晶を有する第１の色分離画素と、前記第１の色と異なる可視光である第２の色を透過する分光特性を有する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素とを備え、前記第１および第２の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記白画素に隣接するように配列されていることを特徴とする。
【００１０】
そして本技術の固体撮像装置は、所定の第１の色を透過する有機材料のカラーフィルタを有する第１の色分離画素と、前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素と、前記第１および第２の色と異なる第３の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第３の色分離画素とを備え、前記第２および第３の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記第１の色分離画素に隣接するように配列されていることを特徴とする。
また本技術の撮像装置は、固体撮像装置を用いた撮像部と、前記撮像部を制御する制御部と、前記撮像部を操作する操作部とを有し、前記固体撮像装置は、所定の第１の色を透過する有機材料のカラーフィルタを有する第１の色分離画素と、前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素と、前記第１および第２の色と異なる第３の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第３の色分離画素とを備え、前記第２および第３の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記第１の色分離画素に隣接するように配列されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上述した固体撮像装置及び撮像装置によれば、白画素により全波長の光からの信号が得られ、第１の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の波長より高い波長領域がカットされた光からの信号が得られ、第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の波長より高い第２の波長より高い波長領域がカットされた光からの信号が得られる。そして、これら３種類の信号で色分離および画作りを行う。
このため、白画素により明るい信号が得られ、第１および第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により、従来の有機材料のカラーフィルタに比べ、色分離特性の優れた信号を得ることができる。したがって、固体撮像装置の感度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
また上述した固体撮像装置によれば、白画素により全波長の光からの信号が得られ、第１の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の波長より低い波長領域がカットされた光からの信号が得られ、第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の波長より低い第２の波長より低い波長領域がカットされた光からの信号が得られる。そして、これら３種類の信号で色分離および画作りを行う。
このような構成の場合にも、上記と同様の効果を奏する。
また上述した固体撮像装置によれば、白画素により全波長の光からの信号が得られ、第１の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の波長より高い波長領域がカットされた光からの信号が得られ、第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の波長より低い第２の波長より低い波長領域がカットされた光からの信号が得られる。そして、これら３種類の信号で色分離および画作りを行う。
このような構成の場合にも、上記と同様の効果を奏する。
【００１２】
また上述した固体撮像装置及び撮像装置によれば、白画素により全波長の光からの信号が得られ、第１の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第１の色の信号が得られ、第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第２の色の信号が得られる。そして、これら３種類の信号で色分離および画作りを行う。また、第１および第２の色分離画素は、互いに隣接せずに、白画素に隣接するように配列される。
第１および第２の色分離画素は、白画素に周囲が囲まれることになる。白画素は、色分離の必要がないので、多層膜やフォトニック結晶を形成する必要がなく、前記第１および第２の色分離画素の多層膜やフォトニック結晶が形成される部分には、透明材料を埋め込めば良い。この透明材料は、第１および第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶を形成した後に形成することができる。前記第１および第２の色分離画素は白画素に周囲を囲まれるので、第１および第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶の形成時には、多層膜またはフォトニック結晶を形成すべき部分およびその周囲は平らにすることができる。このため、先に形成された隣接する他の画素の多層膜に後に形成された画素の多層膜が乗っかって、その周辺部の多層膜が折れ曲がり、折れ曲がった部分の多層膜が半導体基板の表面と平行な方向に重なるような従来の問題点を解消し、半導体基板の表面の垂直方向に多層膜またはフォトニック結晶の各層を形成することができる。したがって、所望の色分離特性を有する第１および第２の色分離画素を確実に構成することができるので、固体撮像装置の感度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１３】
そして本技術の固体撮像装置によれば、第１の色分離画素の有機材料のカラーフィルタにより第１の色の信号が得られ、第２の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第２の色の信号が得られ、第３の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶により第３の色の信号が得られる。そして、これら３種類の信号で色分離および画作りを行う。また、第２および第３の色分離画素は、互いに隣接せずに、第１の色分離画素に隣接するように配列される。
第２および第３の色分離画素は、第１の色分離画素に周囲が囲まれることになる。第１の色分離画素のカラーフィルタは、第２および第３の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶の形成後に形成することができる。第２および第３の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶の形成時には、多層膜またはフォトニック結晶を形成すべき部分およびその周囲は平らにすることができる。このため、先に形成された隣接する他の画素の多層膜に後に形成された画素の多層膜が乗っかって、その周辺部の多層膜が折れ曲がり、折れ曲がった部分の多層膜が半導体基板の表面と平行な方向に重なるような従来の問題点を解消し、半導体基板の表面の垂直方向に多層膜またはフォトニック結晶の各層を形成することができる。したがって、所望の色分離特性を有する第２および第３の色分離画素を確実に構成することができるので、固体撮像装置の感度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１の固体撮像装置の画素のカラー配列を示す図である。
【図２】実施形態１の固体撮像装置の各画素の分光特性を示す図である。
【図３】実施形態２の固体撮像装置の各画素の分光特性を示す図である。
【図４】実施形態３の固体撮像装置の各画素の分光特性を示す図である。
【図５】実施形態４の固体撮像装置の画素のカラー配列を示す図である。
【図６】実施形態５の固体撮像装置の構成を示す図であり、図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
【図７】実施形態５の固体撮像装置の製造方法を示す図である。
【図８】多層膜またはフォトニック結晶の面積を画素サイズの面積より大きくした例を示す図である。
【図９】実施形態６の固体撮像装置の構成を示す図であり、図９（Ａ）は平面図、図９（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。る。
【図１０】本技術に係る撮像装置の構成を示す図である。
【図１１】従来のカラーフィルタを有する固体撮像装置の一例であり、図１１（Ａ）はベイヤー配列を示す図、図１１（Ｂ）はＲＧＢの画素の分光特性を示す図である。
【図１２】従来の固体撮像装置の他の例を示す図であり、図１２（Ａ）は平面図、図１２（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本技術の固体撮像装置及び撮像装置の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態１
図１は、実施形態１の固体撮像装置の画素のカラー配列を示す図である。図２は、実施形態１の固体撮像装置の各画素の分光特性を示す図である。
この固体撮像装置は、複数行複数列の多数の画素を有し、その配列は、図１に示される２行２列の４画素の繰り返しパターンとなる。その４画素は、２つのＷ画素２１、Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３を有する。Ｗ画素２１、Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３は、それぞれベイヤー配列のＧ画素、Ｂ画素およびＲ画素に対応する。
【００１６】
図２に示すように、Ｗ画素２１は、入射される光の全波長を透過する。Ｗ画素２１は、従来の有機材料のカラーフィルタを有せず、カラーフィルタのあった部分は透明材料で構成される。Ｂ’画素２２は、従来の有機材料のカラーフィルタの代わりとなる誘電体の多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、ある波長Ｘ以上の光をカットする。Ｒ’画素２３は、従来の有機材料のカラーフィルタの代わりとなる誘電体の多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、波長Ｘより高い波長Ｙ以上の光をカットする。
【００１７】
これら３つの色信号で色分離、画作りを行う。Ｗ画素２１、Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３により得られる色信号をそれぞれＷ、Ｂ’およびＲ’で表し、ベイヤー配列のＧ画素、Ｂ画素およびＲ画素により得られる信号をそれぞれＧ、ＢおよびＲで表すと、
Ｂは Ｂ’、
Ｒは Ｗ−Ｒ’、
Ｇは Ｒ’−Ｂ’ または Ｗ−Ｒ−Ｂ
というように対応付けることができる。
Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３の多層膜またはフォトニック結晶は、屈折率差の大きく、分離特性の良いものが好ましい。
【００１８】
このように実施形態１によれば、Ｗ画素２１により全波長の光からの色信号が得られ、Ｂ’画素２２の多層膜またはフォトニック結晶により、ある波長Ｘ以上の波長領域がカットされた光からの色信号が得られ、Ｒ’２３画素の多層膜またはフォトニック結晶により、波長Ｘより高い波長Ｙ以上の波長領域がカットされた光からの色信号が得られる。
このため、Ｗ画素２１により明るい信号が得られ、Ｂ’画素２２およびＲ’２３のそれぞれの多層膜またはフォトニック結晶により、従来の有機材料のカラーフィルタに比べ、色分離特性の優れた信号を得ることができる。したがって、固体撮像装置の感度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１９】
実施形態２
図３は、実施形態２の固体撮像装置の各画素の分光特性を示す図である。
実施形態２の固体撮像装置は、図１に示される実施形態１の固体撮像装置と同様の構成であるが、Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３の多層膜またはフォトニック結晶の分光特性が異なる。
図３に示すように、Ｒ’画素２３は、多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、ある波長Ｙ以下の光をカットする。Ｂ’画素２２は、多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、波長Ｙより低い波長Ｘ以下の光をカットする。
このように実施形態２の固体撮像装置を構成しても、実施形態１の固体撮像装置と同様の効果を奏する。
【００２０】
実施形態３
図４は、実施形態３の固体撮像装置の各画素の分光特性を示す図である。
実施形態３の固体撮像装置は、図１に示される実施形態１の固体撮像装置と同様の構成であるが、Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３の多層膜またはフォトニック結晶の分光特性が異なる。
図４に示すように、Ｒ’画素２３は、多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、ある波長Ｙ以上の光をカットする。Ｂ’画素２２は、多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、波長Ｙより低い波長Ｘ以下の光をカットする。
このように実施形態３の固体撮像装置を構成しても、実施形態１の固体撮像装置と同様の効果を奏する。
【００２１】
実施形態４
図５は、実施形態４の固体撮像装置の画素のカラー配列を示す図である。
図５に示すように、実施形態４の固体撮像装置は、図１に示される実施形態１の固体撮像装置のＷ画素２１、Ｂ’画素２２およびＲ’画素２３をいわゆるクリアビット配列に構成したものである。
このように実施形態４の固体撮像装置を構成しても、実施形態１の固体撮像装置と同様の効果を奏する。
【００２２】
図６は、実施形態５の固体撮像装置の構成を示す図であり、図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
実施形態５の固体撮像装置は、複数行複数列の多数の画素を有し、その配列は、図６（Ａ）に示される２行２列の４画素の繰り返しパターンとなる。その４画素は、２つのＷ画素３１、Ｂ画素３２およびＲ画素３３を有する。この配列の特徴は、Ｂ画素３２およびＲ画素３３は、互いに隣接せず、かつ、Ｂ画素３２およびＲ画素３３は、Ｗ画素３１に隣接して囲まれる点、言い換えれば、Ｂ画素３２およびＲ画素３３の境界を構成する各辺は、白画素の境界と境界を分かち合う点にある。
Ｗ画素３１は、入射される光の全波長を透過する。Ｂ画素３２は、誘電体の多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、Ｂの波長の光を透過する。Ｒ画素３３は、誘電体の多層膜またはフォトニック結晶を有し、この多層膜またはフォトニック結晶は、Ｒの波長の光を透過する。
Ｂ画素３２およびＲ３３の多層膜の材料としては、例えばＳｉ０２／ＳｉＮ、ＮｂＯ／Ｓｉ、ＴａＯ／Ｓｉなどの組み合わせが考えられるが、屈折率差を大きくとれる組み合わせが好ましい。
【００２３】
図６（Ｂ）に示すように、Ｗ画素３１、Ｂ画素３２およびＲ画素３３は、それぞれ半導体基板１１に光電変換領域１２を形成し、その上部に配線・遮光膜１３を形成するまでは同じ構成であるが、その上部の構成が異なる。Ｗ画素３１の場合には透明材料１５が形成され、Ｂ画素３２およびＲ画素３３の場合には、色分離のための多層膜またはフォトニック結晶１４が形成される。これらの上部には、同じ構成のそれぞれのＯＣＬ（オンチップレンズ）１６が形成される。
【００２４】
図７は、実施形態５の固体撮像装置の製造方法を示す図である。
図７（Ａ）に示すように、まず、従来良く知られる方法により、半導体基板１１に光電変換領域１２が形成され、その上部に配線・遮光膜１３に形成される。
次に、図７（Ｂ）に示すように、配線・遮光膜１３の上部の全面にＢ画素３２の多層膜またはフォトニック結晶１４Ａが形成され、図７（Ｃ）に示すように、Ｂ画素３２の色分離に必要な部分（多層膜またはフォトニック結晶１４）のみ残し不要な部分がエッチングにより除去される。
次に、Ｒ画素３３に対して図７（Ｂ）および図７（Ｃ）の工程が繰り返される。
次に、Ｗ画素３１に透明材料１５が埋め込まれて、その上部にＯＣＬ（オンチップレンズ）１６が形成される。なお、透明材料１５が埋め込みは、ＯＣＬ１６の形成工程や平坦化工程と兼ねる場合もある。
【００２５】
前述のように、Ｂ画素３２およびＲ画素３３は、互いに隣接せず、Ｗ画素３１に隣接して囲まれる。このため、図７（Ｂ）の多層膜またはフォトニック結晶１４Ａの形成工程では、多層膜またはフォトニック結晶１４を形成すべき部分およびその周囲は平らにすることができる。このため、先に形成された隣接する他の画素の多層膜に後に形成される画素の多層膜の乗っかってその周辺部が折れ曲がり、折れ曲がった部分の多層膜が半導体基板の表面と平行な方向に重なるような従来の問題点を解消し、半導体基板の表面の垂直方向に多層膜またはフォトニック結晶の各層を形成することができる。したがって、確実に所望の色分離特性を実現するＢ画素３２およびＲ画素３３を構成することができるので、固体撮像装置の感度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２６】
なお、図８に示すように、多層膜またはフォトニック結晶の面積を画素サイズの面積より大きくすれば、混色をいっそう低減することができる。
この実施形態６では、Ｂ画素３２およびＲ画素３３は、便宜上、それぞれＢおよびＲの色を透過するものとしている。カラー配列は、２色＋全波長、３色＋全波長など、色の組み合わせは任意である。実施形態４のようなクリアビット配列も良い。
【００２７】
図９は、実施形態６の固体撮像装置の構成を示す図であり、図９（Ａ）は平面図、図９（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
図９に示すように、実施形態６の固体撮像装置は、実施形態５の固体撮像装置のＷ画素３１をＧの有機材料のカラーフィルタ４１を有するＧ画素４０に置き換えたものである。この場合も、Ｂ画素３２およびＲ画素３３は、互いに隣接せず、Ｇ画素４０に隣接して囲まれる。Ｇの有機材料のカラーフィルタ４１は、実施形態５の固体撮像装置のＷ画素３１の透明材料１５と同様に、Ｂ画素３２およびＲ画素３３のそれぞれの多層膜またはフォトニック結晶の後に形成することができる。
したがって、先に形成された隣接する他の画素の多層膜に後に形成される画素の多層膜が乗っかってその周辺部が折れ曲がり、折れ曲がった部分の多層膜が半導体基板の表面と平行な方向に重なるような従来の問題点を解消し、半導体基板の表面の垂直方向に多層膜またはフォトニック結晶の各層を形成することができる。したがって、所望の色分離特性を有するＢ画素３２およびＲ画素３３を確実に構成することができるので、固体撮像装置の感度およびＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２８】
以下、本技術を適用した撮像装置の具体例を説明する。
図１０は本例のＣＭＯＳイメージセンサを用いたカメラ装置の構成例を示すブロック図である。
図１０において、撮像部３１０は、例えば図１〜図９のいずれかに示したイメージセンサを用いて被写体の撮像を行い、撮像信号をメイン基板に搭載されたシステムコントロール部３２０に出力する。すなわち、撮像部３１０では、上述したイメージセンサの出力信号に対し、ＡＧＣ（自動利得制御）、ＯＢ（オプティカルブラック）クランプ、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）、Ａ／Ｄ変換といった処理を行い、デジタル撮像信号を生成して出力する。
なお、本例では、撮像部３１０内で撮像信号をデジタル信号に変換してシステムコントロール部３２０に出力する例について示しているが、撮像部３１０からアナログ撮像信号をシステムコントロール部３２０に送り、システムコントロール部３２０側でデジタル信号に変換する構成であってもよい。また、撮像部３１０内での処理も種々の方法があり、特に限定しないことは勿論である。
【００２９】
また、撮像光学系３００は、鏡筒内に配置されたズームレンズ３０１や絞り機構３０２等を含み、イメージセンサの受光部に被写体像を結像させるものであり、システムコントロール部３２０の指示に基づく駆動制御部３３０の制御により、各部を機械的に駆動してオートフォーカス等の制御が行われる。
【００３０】
また、システムコントロール部３２０には、ＣＰＵ３２１、ＲＯＭ３２２、ＲＡＭ３２３、ＤＳＰ３２４、外部インターフェース３２５等が設けられている。
ＣＰＵ３２１は、ＲＯＭ３２２及びＲＡＭ３２３を用いて本カメラ装置の各部に指示を送り、システム全体の制御を行う。
ＤＳＰ３２４は、撮像部３１０からの撮像信号に対して各種の信号処理を行うことにより、所定のフォーマットによる静止画または動画の映像信号（例えばＹＵＶ信号等）を生成する。
外部インターフェース３２５には、各種エンコーダやＤ／Ａ変換器が設けられ、システムコントロール部３２０に接続される外部要素（本例では、ディスプレイ３６０、メモリ媒体３４０、操作パネル部３５０）との間で、各種制御信号やデータをやり取りする。
【００３１】
ディスプレイ３６０は、本カメラ装置に組み込まれた例えば液晶パネル等の小型表示器であり、撮像した画像を表示する。なお、このようなカメラ装置に組み込まれた小型表示器に加えて、外部の大型表示装置に画像データを伝送し、表示できる構成とすることも勿論可能である。
メモリ媒体３４０は、例えば各種メモリカード等に撮影された画像を適宜保存しておけるものであり、例えばメモリ媒体コントローラ３４１に対してメモリ媒体を交換可能なものとなっている。メモリ媒体３４０としては、各種メモリカードの他に、磁気や光を用いたディスク媒体等を用いることができる。
操作パネル部３５０は、本カメラ装置で撮影作業を行うに際し、ユーザが各種の指示を行うための入力キーを設けたものであり、ＣＰＵ３２１は、この操作パネル部３５０からの入力信号を監視し、その入力内容に基づいて各種の動作制御を実行する。
【００３２】
このようなカメラ装置に、本技術を適用することにより、種々の被写体に関し、高品位の撮影を行うことができる。なお、以上の構成において、システムの構成要素となる単位デバイスや単位モジュールの組み合わせ方、セットの規模等については、製品化の実情等に基づいて適宜選択することが可能であり、本技術の撮像装置は、種々の変形を幅広く含むものとする。
【００３３】
また、本技術の固体撮像装置及び撮像装置において、撮像対象（被写体）としては、人や景色等の一般的な映像に限らず、偽札検出器や指紋検出器等の特殊な微細画像パターンの撮像にも適用できるものである。この場合の装置構成としては、図１０に示した一般的なカメラ装置ではなく、さらに特殊な撮像光学系やパターン解析を含む信号処理系を含むことになり、この場合にも本技術の作用効果を十分発揮して、精密な画像検出を実現することが可能となる。
さらに、遠隔医療や防犯監視、個人認証等のように遠隔システムを構成する場合には、上述のようにネットワークと接続した通信モジュールを含む装置構成とすることも可能であり、幅広い応用が実現可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１１……半導体基板、１２……光電変換領域、１３……配線層・遮光膜、１４……多層膜またはフォトニック結晶、１５……透明材料、１６……オンチップレンズ、２１……Ｗ画素、２２……Ｒ’画素、２３……Ｇ’画素。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の第１の色を透過する有機材料のカラーフィルタを有する第１の色分離画素と、
前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素と、
前記第１および第２の色と異なる第３の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第３の色分離画素とを備え、
前記第２および第３の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記第１の色分離画素に隣接するように配列されている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１の色分離画素、前記第２の色分離画素および第３の色分離画素は、ベイヤー配列のＲＧＢ（red ,green and blue）の画素に対応して配列され、前記第１の色分離画素がＧの画素に対応し、前記第１の色分離画素および第２の色分離画素の何れか一方がＲの画素に対応し、何れか他方がＢの画素に対応する
請求項１項記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の色分離画素、前記第２の色分離画素および第３の色分離画素は、クリアビット配列のＲＧＢの画素に対応して配列され、前記第１の色分離画素がＧの画素に対応し、前記第１の色分離画素および第２の色分離画素の何れか一方がＲの画素に対応し、何れか他方がＢの画素に対応する
請求項１項記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１、第２および第３の色と異なる第４の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第４の色分離画素とを備え、
前記第２、第３および第４の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記第１の色分離画素に隣接するように配列されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２および第３の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶の面積は、前記第２および第３の色分離画素のそれぞれの画素サイズの面積より大きい
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
固体撮像装置を用いた撮像部と、前記撮像部を制御する制御部と、前記撮像部を操作する操作部とを有し、
前記固体撮像装置は、
所定の第１の色を透過する有機材料のカラーフィルタを有する第１の色分離画素と、
前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素と、
前記第１および第２の色と異なる第３の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第３の色分離画素とを備え、
前記第２および第３の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記第１の色分離画素に隣接するように配列されている
撮像装置。
【請求項１】
所定の第１の色を透過する有機材料のカラーフィルタを有する第１の色分離画素と、
前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素と、
前記第１および第２の色と異なる第３の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第３の色分離画素とを備え、
前記第２および第３の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記第１の色分離画素に隣接するように配列されている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１の色分離画素、前記第２の色分離画素および第３の色分離画素は、ベイヤー配列のＲＧＢ（red ,green and blue）の画素に対応して配列され、前記第１の色分離画素がＧの画素に対応し、前記第１の色分離画素および第２の色分離画素の何れか一方がＲの画素に対応し、何れか他方がＢの画素に対応する
請求項１項記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の色分離画素、前記第２の色分離画素および第３の色分離画素は、クリアビット配列のＲＧＢの画素に対応して配列され、前記第１の色分離画素がＧの画素に対応し、前記第１の色分離画素および第２の色分離画素の何れか一方がＲの画素に対応し、何れか他方がＢの画素に対応する
請求項１項記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１、第２および第３の色と異なる第４の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第４の色分離画素とを備え、
前記第２、第３および第４の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記第１の色分離画素に隣接するように配列されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２および第３の色分離画素の多層膜またはフォトニック結晶の面積は、前記第２および第３の色分離画素のそれぞれの画素サイズの面積より大きい
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
固体撮像装置を用いた撮像部と、前記撮像部を制御する制御部と、前記撮像部を操作する操作部とを有し、
前記固体撮像装置は、
所定の第１の色を透過する有機材料のカラーフィルタを有する第１の色分離画素と、
前記第１の色と異なる第２の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第２の色分離画素と、
前記第１および第２の色と異なる第３の色を透過する多層膜またはフォトニック結晶を有する第３の色分離画素とを備え、
前記第２および第３の色分離画素は、互いに隣接せずに、前記第１の色分離画素に隣接するように配列されている
撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−９５３１６（Ｐ２０１２−９５３１６Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３６３２（Ｐ２０１１−２６３６３２）
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【分割の表示】特願２００７−４１１０７（Ｐ２００７−４１１０７）の分割
【原出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【分割の表示】特願２００７−４１１０７（Ｐ２００７−４１１０７）の分割
【原出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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