多層干渉フィルタおよび固体撮像装置
【課題】セルサイズに関わらず、優れた光学特性を有し、且つ、高い歩留まりおよび低い製造コストでの製造が可能な多層干渉フィルタおよび固体撮像装置を提供する。
【解決手段】多層干渉フィルタ１６は、複数の二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３と、複数の二酸化シリコン層１６２、１６７、１７２と、複数のスペーサ層１６４、１６５、１６９、１７０とから構成されている。固体撮像装置１０では、領域Ａ、Ｂ、Ｃごとの層構成により、多層干渉フィルタ１６の膜厚が相違している。タンタルのドープ量については、組成式Ｔｉ（１−ｘ）ＴａｘＯ２において、０＜ｘ≦０．１の関係を満たすように設定されている。
【解決手段】多層干渉フィルタ１６は、複数の二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３と、複数の二酸化シリコン層１６２、１６７、１７２と、複数のスペーサ層１６４、１６５、１６９、１７０とから構成されている。固体撮像装置１０では、領域Ａ、Ｂ、Ｃごとの層構成により、多層干渉フィルタ１６の膜厚が相違している。タンタルのドープ量については、組成式Ｔｉ（１−ｘ）ＴａｘＯ２において、０＜ｘ≦０．１の関係を満たすように設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層干渉フィルタおよび固体撮像装置に関し、特に層を構成する誘電体材料の組成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディジタルスティルカメラやディジタルムービカメラ等の撮像デバイスとして固体撮像装置が広く普及している。固体撮像装置では、入射される可視光から所定の波長の成分だけを選択的に透過させる光学フィルタが色分離用として採用されている。光学フィルタの一種としては、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層と二酸化チタン（ＴｉＯ２）層とが交互に積層され、光の干渉効果を利用する、所謂、干渉フィルタが提案されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
また、光学フィルタとしては、λ／４以外の光学膜厚を有するスペーサ層（ＳｉＯ２）の厚み方向両側を、２つのλ／４多層膜により挟んだ構成の干渉フィルタも提案されている（特許文献２、３）。ここで、上記２つのλ／４多層膜の各々は、複数の誘電体層（ＳｉＯ２、ＴｉＯ２）から構成されている。このような干渉フィルタでは、上記特許文献１で提案されている干渉フィルタほど各膜の膜厚精度を厳密に確保しなくても高精度な波長選択機能を有する。具体的には、図９に示すように、干渉フィルタでは、ＴｉＯ２層９０３、９０６、９０８、９１１、９１３とＳｉＯ２層とが所定の順序で積層された構造を有する。そして、領域Ｄでは、スペーサ層９１０が介挿されることにより、領域Ｅとの間で透過波長の差異が設けられている。
【０００４】
図９に示すように、特許文献２、３で提案されている干渉フィルタにおいては、スペーサ層９１０の介挿数などにより透過させる波長が規定される。よって、干渉フィルタの形成においては、透過させようとする波長に基づき、一部領域（図９では、領域Ｅ）に対しては、スペーサ層９１０の除去が実行される。スペーサ層９１０の除去工程においては、スペーサ層９１０とその下層に配されるＴｉＯ２層との互いの構成材料であるＳｉＯ２とＴｉＯ２とのエッチング選択比を確保すべく、ウェットエッチングがドライエッチングと併用される。
【特許文献１】特開２０００−１８０６２１号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ／２００５／０６９３７６号公報
【特許文献３】特開２００７−０１９１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２、３で提案されている干渉フィルタでは、製造過程におけるウェットエッチングに起因して光学特性の低下という問題を生じることがある。即ち、ウェットエッチングを用いてスペーサ層９１０の除去を実施する場合に、エッチング液が除去するスペーサ層９１０の下に配されているＴｉＯ２層９０８の粒界にしみ込み、これがさらに下に配されたＳｉＯ２層９０７の界面から一部を侵食してしまう（図１０のＦ部分を参照）。そして、スペーサ層９１０の除去に伴い、ＳｉＯ２層９０７が不所望に侵食されてしまうと、当該部分での光学距離（構成膜の膜厚と屈折率との積で規定される距離）に変動を生じ、光学特性が低下してしまうことになる。
【０００６】
なお、従来においては、上記スペーサ層９１０の除去における不所望な下層の侵食を抑制すべく、同一の領域での繰り返してのウェットエッチングを避けるべく、複数のスペーサ層９１０の互いの配置を変えるという手段も講じられているが、更なるセルの微細化を図るに際して、このような手段を採用することができない。
本発明は、上述のような問題を解決しようとなされたものであって、セルサイズに関わらず、優れた光学特性を有し、且つ、高い歩留まりおよび低いコストでの製造が可能な多層干渉フィルタおよび固体撮像装置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】
【０００７】
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。
（１）本発明に係る多層干渉フィルタは、複数の層が積層され、面内に膜厚が他よりも薄い領域を有する。そして、上記複数の層は、互いに屈折率が異なる少なくとも２種類の層から構成されており、上記他よりも厚みが薄い領域においては、その内の１種類の層として、Ｔｉ（１−ｘ）ＡｘＯ２の組成式で表される材料からなる層が含まれている。
【０００８】
上記１種類の層を構成する材料の組成式では、Ａが、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｚｒ（ジルコニウム）およびＷ（タングステン）からなる群から選択される少なくとも一種の元素であることを特徴とする。
（２）上記本発明に係る多層干渉フィルタでは、組成式中の”ｘ”が、０＜ｘ≦０．１の関係を満たすことを特徴とする。
【０００９】
（３）上記本発明に係る多層干渉フィルタでは、Ｔｉ（１−ｘ）ＡｘＯ２の組成式で表される材料からなる層が、アモルファス状態で形成されていることを特徴とする。
（４）上記本発明に係る多層干渉フィルタでは、上記少なくとも２種類の層の中に、ＳｉＯ２からなる層が含まれていることを特徴とする。
（５）本発明に係る固体撮像装置は、上記（１）〜（４）の何れかの多層干渉フィルタをカラーフィルタとして備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記（１）のように、本発明に係る多層干渉フィルタでは、膜厚が他よりも薄い領域において、Ｔｉ（１−ｘ）ＡｘＯ２の組成式で表される材料からなる層が含まれている。そして、組成式中のＡが、Ｔａ、Ｎｂ、ＺｒおよびＷからなる群から選択される少なくとも一種の元素であるという特徴を有する。即ち、本発明に係る多層干渉フィルタでは、従来のＴｉＯ２層に代えて、ＴｉＯ２にＴａ、Ｎｂ、ＺｒおよびＷからなる群から選択される少なくとも一種の元素がドープされてなる層を備える。これにより、本発明に係る多層干渉フィルタでは、上記一種の元素がドープされてなる層での粒子サイズをＴｉＯ２よりも大きくすることができる。
【００１１】
よって、本発明に係る多層干渉フィルタでは、ＴｉＯ２よりも粒子サイズの大きな粒子から形成された層において、粒界の分布密度の低減を図ることができ、ＴｉＯ２層を採用する場合に比して、形成過程中のウェットエッチングの際のエッチング液のしみ込み量の低減を図ることができる。また、本発明に係る多層干渉フィルタの構成では、画素セルのサイズに関わらずエッチング液のしみ込み量を低減することができる。
【００１２】
従って、本発明に係る多層干渉フィルタは、セルサイズに関わらず、優れた光学特性を有し、且つ、高い歩留まりおよび低いコストでの製造が可能である。なお、ＴｉＯ２に対するドープ元素としてＴａ、Ｎｂ、ＺｒおよびＷからなる群から選択される少なくとも一種の元素を採用するのは、Ｔｉよりも高い融点を有することに起因する。特に、Ｔａを採用する場合には、Ｔａの酸化物の屈折率が”２．３”であって、ＴｉＯ２の屈折率”２．４５”と近く、層における屈折率の低下を抑えることができるという観点からも優れている。
【００１３】
また、本発明に係る多層干渉フィルタでは、上記（２）のように、組成式において、０＜ｘ≦０．１の関係を満たすようにすることが、屈折率の低下を抑制できるという観点からより望ましい。
また、本発明に係る多層干渉フィルタでは、Ｔｉ（１−ｘ）ＡｘＯ２の組成式で表される材料からなる層を、アモルファス状態で形成することが望ましい。これは、光学異方性の少ないアモルファス状態とすることにより、当該層における屈折率の高い均一化を図ることができるためである。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像装置は、上記本発明に係る多層干渉フィルタを光学フィルタとして備えるので、優れた色分離特性を有し、且つ、コストの観点およびセルサイズの更なる微細化という観点から優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しながら説明する。なお、以下で用いる実施の形態については、本発明の構成的特徴および作用・効果を分かりやすく説明するための一例であって、本発明はその要旨とする部分以外について、これに限定を受けるものではない。
１．カメラ１の構成
本実施の形態に係るカメラ１について、図１（ａ）を用い説明する。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、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により固体撮像領域１０の画素領域に集光される。固体撮像装置１０では、角撮像画素ごとに、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。
【００１７】
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
図１（ｂ）に示すように、固体撮像装置１０は、半導体基板１１を共通のベースとして、複数の画素１０１と、各回路部１０２〜１０とが形成されてなる構成を有する。複数の画素１０１は、マトリクス状に配され、画素領域を構成している。
【００１８】
垂直シフトレジスタおよび水平シフトレジスタ１０３は、ともにダイナミック回路であり、駆動回路１０５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１０１を順次駆動する。
各画素１０１から出力された画素信号は、出力アンプ１０４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）。
【００１９】
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。
【００２０】
層間絶縁膜１４中であって、隣り合うフォトダイオード１３どうしの間に相当する箇所には、遮光膜１５が形成されている。遮光膜１５は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）などの金属材料から構成されている。さらに、層間絶縁膜１４上には、多層干渉フィルタ１６、平坦化膜１８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１９が形成されている。平坦化膜１８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。
【００２１】
多層干渉フィルタ１６は、領域Ａ、Ｂ、Ｃごとに厚みが相違しており、これにより透過帯域が規定されている。
４．多層干渉フィルタ１６の構成
多層干渉フィルタ１６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。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、多層干渉フィルタ１６の領域Ａにおいては、複数の二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３と、複数の二酸化シリコン層１６２、１６７、１７２と、二酸化シリコン層からなる複数のスペーサ層１６４、１６５、１６９、１７０とから構成されており、これにより、スペーサ層１６４、１６５、１６９、１７０の各々を、λ／４多層膜で挟んだ構成となっている。なお、領域Ｃでは、スペーサ層１６４、１６５、１６９、１７０は、存在しない。具体的には、領域Ｃでは、二酸化チタンタンタル層１６１、１６３と二酸化シリコン層１６２とから構成されるλ／４多層膜、同様に、二酸化チタンタンタル層１６６、１６８と二酸化シリコン層１６７とから構成されるλ／４多層膜、二酸化チタンタンタル層１７１、１７３と二酸化シリコン層１７２とから構成されるλ／４多層膜が順次積層されている。
【００２３】
領域Ｂにおいては、スペーサ層は二酸化シリコン層１６５、１７０で形成されている。このような構成により、多層干渉フィルタ１６では、領域Ａ、Ｂ、Ｃごとにスペーサ層の膜厚を変える事で緑色、青色、赤色の各帯域の光を透過させる。
一般に、多層干渉フィルタがλ／４多層膜のみで構成されている場合には、当該多層干渉フィルタは、波長λを中心波長とする広い帯域で光を反射することになる。しかし、本実施の形態に係る多層干渉フィルタ１６のようにλ／４多層膜でスペーサ層を挟む構成を採用する場合には、波長λを中心波長とする広い帯域で光を反射しながら、スペーサ層１６４、１６５、１６９、１７０の厚みに応じた波長を中心波長とする狭い帯域で光を透過させることができる。
【００２４】
従って、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１６では、スペーサ層１６４、１６５、１６９、１７０の膜厚を異ならせることにより、異なる透過特性を実現可能である。
５．多層干渉フィルタ１６の形成方法
次に、本実施の形態に係る多層干渉フィルタ１６の形成方法について、図３〜図５を用い説明する。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、層間絶縁膜１４の表面に対し、スパッタ装置を用いて、二酸化チタンタンタル層１６１、二酸化シリコン層１６２、二酸化チタンタンタル層１６３を順次積層する。これら３層１６１〜１６３によりλ／４多層膜が構成される。さらに、二酸化チタンタンタル層１６３の上面に対し、スパッタ装置を用いて、二酸化シリコン準備層１６４０を積層する（工程ａ）。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように、上記のように積層形成された二酸化シリコン準備層１６４０の表面上の領域Ａに対し、マスク５０１を積層形成する（工程ｂ）。この後、４弗化メタン系のエッチングガスを用いたドライエッチングとバッファード弗酸を用いたウェットエッチングにより、領域Ａを除く領域（図２（ｂ）における領域Ｂ、Ｃ）の二酸化シリコン準備層１６４０を除去する（工程ｃ）。エッチング後においては、図３（ｃ）に示すように、領域Ａの二酸化チタンタンタル層１６３上にだけ、二酸化シリコン層１６４が残留した状態となる。
【００２７】
次に、図３（ｄ）に示すように、二酸化シリコン層１６４および二酸化チタンタンタル層１６３の各表面に対し、二酸化シリコンを構成材料とする、スペーサ準備層１６５０を積層形成する（工程ｄ）。この後、図４（ａ）に示すように、領域Ａ、Ｂにおけるスペーサ準備層１６５０の表面に対し、マスク５０２を形成する（工程ｅ）。この状態で、上記（工程ｃ）と同様に、４弗化メタン系のエッチングガスを用いたドライエッチングとバッファード弗酸を用いたウェットエッチングにより、領域Ａ、Ｂを除く領域（領域Ｃ）のスペーサ準備層１６５０を除去する（工程ｆ）。その後、マスク５０２を除去すると、図４（ｂ）に示すように、領域Ａ、Ｂにだけスペーサ層１６５が形成された状態となる。なお、以下では、スペーサ層１６５を、便宜上、「第１のスペーサ層１６５」と記載する。
【００２８】
次に、図４（ｃ）に示すように、領域Ａ、Ｂにおける第１のスペーサ層１６５および領域Ｃにおける二酸化チタンタンタル層１６３の各表面に対し、スパッタ装置を用い、二酸化チタンタンタル層１６６、二酸化シリコン層１６７、二酸化チタンタンタル層１６８を順次積層する。これら３層１６６〜１６８によりλ／４多層膜が形成される。さらに、二酸化チタンタンタル層１６８の表面に対し、スパッタ装置を用いて、二酸化シリコン準備層１６９０を積層形成するとともに、領域Ａにおいては、さらにマスク５０３を積層形成する（工程ｇ）。
【００２９】
上記（工程ｇ）の実行後において、４弗化メタン系のエッチングガスを用いたドライエッチングとバッファード弗酸を用いたウェットエッチングを行い、領域Ａにだけ二酸化シリコン層１６９を残留させる。さらに、図４（ｃ）に示すように、マスク５０３を除去した後、二酸化シリコンを構成材料とするスペーサ準備層１７００を全面形成する（工程ｈ）。
【００３０】
次に、図５（ａ）に示すように、領域Ａ、Ｂにおけるスペーサ準備層１７００の表面に対し、マスク５０４を積層形成する（工程ｉ）。この状態で、４弗化メタン系のエッチングガスを用いたドライエッチングとバッファード弗酸を用いたウェットエッチングを実行し、マスク５０４を除去する（工程ｊ）。当該工程の実行により、図５（ｂ）に示すように、領域Ａ、Ｂにだけスペーサ層１７０が形成された状態となる。なお、上位第１のスペーサ層１６５との関係から、スペーサ層１７０を、「第２のスペーサ層１７０」と記載する
図５（ｃ）に示すように、領域Ａ、Ｂにおける第２のスペーサ層１７０および領域Ｃにおける二酸化チタンタンタル層１６８の各表面に対し、二酸化チタンタンタル層１７１、二酸化シリコン層１７２、二酸化チタンタンタル層１７３を順次積層する。これら３層１７１〜１７３についても、λ／４多層膜を構成する。
【００３１】
上記において、二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３における二酸化チタンタンタルの組成式は、Ｔｉ（１−ｘ）ＴａｘＯ２で表される。そして、前記組成式においては、０＜ｘ≦０．１の関係を満たす。
なお、上記製造過程におけるマスク５０１〜５０４の形成には、例えば、レジスト剤を塗布し、露光前ベーク（プリベーク）の後、ステッパなどの露光装置によって露光を行い、レジスト現像及び最終ベーク（ポストベーク）をする、という手段を採用することができる。
【００３２】
また、二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３、および二酸化シリコン層１６２、１６４、１６７、１６９、１７２は、それぞれがアモルファス構造となっている。
以上のようにして、多層干渉フィルタ１６が形成される。
６．二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３、および二酸化シリコン層１６２、１６４、１６７、１６９、１７２の成膜
上述のように、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１６における二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３、および二酸化シリコン層１６２、１６４、１６７、１６９、１７２の各々は、アモルファス構造となっているのであるが、これは次のような成膜方法を採用することで実現される。
【００３３】
本実施の形態における成膜工程では、ＤＣスパッタリング装置を用い、プラズマの発生とイオンの加速とを一緒に実行する反応性マグネトロンＤＣスパッタリング法を採用する。そして、成膜条件は、二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３の成膜の場合、例えば次のような条件とすることができる。
・スパッタチャンバ内の雰囲気；酸素雰囲気
・印加電圧；パルス周波数が１〜１００［Ｈｚ］（例えば、５０［Ｈｚ］）のＤＣ電圧
・ターゲット；チタンタンタル合金ターゲット
・酸素；１０〜２０［ｓｃｃｍ］（例えば、１５［ｓｃｃｍ］）
・アルゴン；２５〜５０［ｓｃｃｍ］（例えば、３５［ｓｃｃｍ］）
・圧力；０．１〜０．８［Ｐａ］（例えば、０．４［Ｐａ］）
・パワー；３〜１２［ｋＷ］（例えば、９［ｋＷ］）
なお、上述のように、二酸化シリコン層１６２、１６４、１６７、１６９、１７２の成膜においても、反応性マグネトロンスパッタリング法を採用することができ、成膜条件については適宜設定できる。
【００３４】
７．優位性
（１）多層干渉フィルタ１６の構成要素として二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３を採用することによる優位性
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１６では、その構成要素の一つとして、従来の二酸化チタン層に代えて、二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３を採用している。このような構成を採ることにより、多層干渉フィルタ１６では、二酸化チタンタンタル層における各構成粒子の粒子サイズを二酸化チタン層に比べて大きくすることができる。
【００３５】
よって、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１６では、二酸化チタンよりも粒子サイズの大きいニ酸化チタンタンタルを構成粒子とする層を有することに起因して、当該層における粒界の分布密度の低減を図ることができる。粒界の分布密度の低減は、二酸化チタンタンタル層１６３、１６８が実質的にエッチングストッパとして機能するスペーサ準備層１６５０、１７００のエッチング時（工程ｆ、工程ｊ）において、さらに下層へのエッチング液のしみ込み量の低減を図ることができる。
【００３６】
図６に示すように、二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３を採用する本実施の形態では、ウェットエッチングの際のエッチング液のしみ込みがほとんどないことが分かる。特に、二酸化チタン層を採用する図１０に示す従来の場合との比較においては、その差異は明らかである。
従って、多層干渉フィルタ１６を有する固体撮像装置１０では、各画素１０１のサイズに関わらず、優れた光学特性を有し、且つ、高い歩留まりおよび低いコストでの製造が可能である。なお、本実施の形態においては、二酸化チタンに対するドープ元素としてタンタル（Ｔａ）を採用したが、この他に、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タングステン（Ｗ）などを採用することもでき、さらに、それらを複合的にドープすることでも効果を得ることができる。
【００３７】
酸化チタンに対しドープすることが望ましい元素は、Ｔｉよりも大きい原子量と高い融点を有することが条件でありる。なお、酸化チタンの屈折率が”２．４５”であることを考慮するときには、タンタル（Ｔａ）の酸化物の屈折率が”２．３”であって、層における屈折率の低下を抑えることができるという観点から、ドープ元素として最も優れている。
【００３８】
（２）Ｔａのドープ量を上記範囲とすることによる優位性
本実施の形態に係る多層干渉フィルタ１６の二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３では、上記組成式において、０＜ｘ≦０．１の関係を満たすように設定している。このように数値範囲を規定することにより、各層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３における屈折率の低下を抑制できるという優位性を有する。Ｔａのドープ量と粒子サイズおよび屈折率との関係について、図７および図８に示す。
【００３９】
図７に示すように、Ｔａが少しでもドープされることによって、粒子サイズが非常に大きくなることが分かる。一方、図８に示すように、Ｔａの酸化物の屈折率は、二酸化チタンの屈折率に比べて０．１５ポイント小さいことから、Ｔａのドープ量を増やせば増やすほど屈折率は低下する。そして、ｘ＝０．１のときの屈折率は、”２．４”である。
図７および図８に示す両結果を総合的に判断し、上記組成式において、０＜ｘ≦０．１の関係を満たすように設定することが望ましい、といえる。
【００４０】
（３）反応性マグネトロンＤＣスパッタリング法を採用することによる優位性
上記のように、本実施の形態に係る成膜においては、反応性マグネトロンＤＣスパッタリング法を採用している。これより、本実施の形態では、成膜中にターゲット表面に生成される反応生成物（非導電物である酸化物）をパルスの立ち下がり時に除去することができ、成膜均一性の確保とともに、エロージョンの抑制とターゲット表面より剥離するパーティクルの抑制とを図ることが可能であり、歩留まりの向上を図ることができる。
【００４１】
成膜均一性に関しては、例えば、直径φ２００［ｍｍ］の基板を用いる場合、膜厚および屈折率の面内均一性を、±１．５［％］以下とすることができる。具体的には、青色領域の低波長領域での消衰効果が少ないアモルファス構造の膜（アモルファス膜）を基板上の全面に形成することができる。本実施の形態に係る製造方法のように、アモルファス構造の二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３を成膜する場合には、膜厚の面内均一性をそれぞれ±１．０［％］とすることができる。また、屈折率の面内均一性については、±０．３［％］とすることができる。
【００４２】
また、この膜厚および屈折率の均一性が確保された多層干渉フィルタ１６を備える固体撮像装置１０では、蒸着法を用いた成膜によって形成された多層干渉フィルタを有する従来の固体撮像装置に対し、感度が２倍に向上し、白キズの数が１／３に低減することができる。
さらに、本実施の形態に係る上記成膜方法では、パルス状のＤＣ電圧を印加するので、印加されるＤＣ電圧のパルス波形に合わせて成膜も断続的になされ、成膜の際に発生する膜中ストレスを緩和することができる。これより、本実施の形態に係る成膜方法では、多層干渉フィルタ１６の形成の際のフォトダイオード１３などへのダメージを低減することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、ＤＣスパッタリング法を用い二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３を成膜する際に、ターゲットとして、チタンターゲットとタンタルターゲットとの２つのターゲットを使用するコスパッタ成膜法を用いることもできる。
また、上記実施の形態においては、ＤＣスパッタリング法を採用したが、高周波交流電源を用いプラズマの発生とイオンの加速とを一緒に行う高周波（ＲＦ）スパッタリング法を用いることも可能である。このように多層干渉フィルタ１６を構成する膜１６１〜１７３の形成に、ＲＦスパッタリング法を用いた場合にあっても、上記ＤＣスパッタリング法を用いた場合と同様に、膜厚および屈折率の面内均一性の向上を図ることができるとともに、エロージョンの抑制およびパーティクルの抑制を効果的にすることができる。また、成膜にＲＦスパッタリング法を用いる場合には、形成された多層干渉フィルタ１６における膜応力の低減を図ることができる。
【００４４】
ＲＦスパッタリング法を採用する場合においても、上記ＤＣスパッタリング法を採用する場合と同様に、例えば、直径φ２００［ｍｍ］以上の基板に対しても高い面内均一性を以って形成された多層干渉フィルタ１６を備える固体撮像装置１０を、高い歩留まりで製造することができる。なお、ＲＦスパッタリング法を用い層を形成する場合には、スパッタ成膜中にターゲット表面に生成される反応生成物（非導電物）を、逆バイアス印加の際に除去することができ、成膜均一性の確保とともに、ターゲットのエロージョンの抑制およびパーティクルの抑制とが可能となる。
【００４５】
また、ＲＦスパッタリング法を用い二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３を成膜する場合には、ターゲットとして、二酸化チタンタンタルのセラミックターゲットを用いることもできる。
（その他の事項）
上記実施の形態では、ＭＯＳ型の固体撮像装置１０を一例として採用したが、ＣＣＤ型の固体撮像装置に対して採用することも当然可能である。また、本発明に係る多層干渉フィルタは、固体撮像装置に限らず、種々のデバイスの光学フィルタとして適用することが可能である。
【００４６】
また、上記実施の形態においては、成膜条件などについて、一例を示したが、本発明は、何らこれらの条件に限定を受けるものではない。
なお、図１（ｂ）では、固体撮像装置１０における画素領域に４×４の画素１０１が形成されている形態を模式的に表しているが、実際の固体撮像装置１０における画素１０１の形成数は、より多い。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、優れた光学特性を有する多層干渉フィルタを備える固体撮像装置を、高い歩留まりで、且つ、低コストに製造するのに有効な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【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１０１部分の構造を示す断面図であり、（ｂ）は、その内の多層干渉フィルタ１６の構造を示す断面図である。
【図３】多層干渉フィルタ１６の製造過程を示す工程断面図である。
【図４】多層干渉フィルタ１６の製造過程を示す工程断面図である。
【図５】多層干渉フィルタ１６の製造過程を示す工程断面図である。
【図６】多層干渉フィルタ１６における二酸化チタンタンタル層１６８の断面を示すＴＥＭ写真である。
【図７】二酸化チタンタンタル層におけるタンタルのドープ量割合とグレインサイズとの関係を示す特性図である。
【図８】二酸化チタンタンタル層におけるタンタルのドープ量割合と屈折率との関係を示す特性図である。
【図９】従来技術に係る多層干渉フィルタの一部断面を示すＴＥＭ写真である。
【図１０】従来技術に係る多層干渉フィルタにおける二酸化チタン層９０４の断面を示すＴＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００４９】
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．遮光膜
１６．多層干渉フィルタ
１８．平坦化膜
１９．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
１０１．画素
１０２．垂直シフトレジスタ
１０３．水平シフトレジスタ
１０４．出力アンプ
１０５．駆動回路
１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３．二酸化チタンタンタル層
１６２、１６７、１７２．二酸化シリコン層
１６４、１６５、１６９、１７０．スペーサ層
５０１、５０２、５０３、５０４．マスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層干渉フィルタおよび固体撮像装置に関し、特に層を構成する誘電体材料の組成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディジタルスティルカメラやディジタルムービカメラ等の撮像デバイスとして固体撮像装置が広く普及している。固体撮像装置では、入射される可視光から所定の波長の成分だけを選択的に透過させる光学フィルタが色分離用として採用されている。光学フィルタの一種としては、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層と二酸化チタン（ＴｉＯ２）層とが交互に積層され、光の干渉効果を利用する、所謂、干渉フィルタが提案されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
また、光学フィルタとしては、λ／４以外の光学膜厚を有するスペーサ層（ＳｉＯ２）の厚み方向両側を、２つのλ／４多層膜により挟んだ構成の干渉フィルタも提案されている（特許文献２、３）。ここで、上記２つのλ／４多層膜の各々は、複数の誘電体層（ＳｉＯ２、ＴｉＯ２）から構成されている。このような干渉フィルタでは、上記特許文献１で提案されている干渉フィルタほど各膜の膜厚精度を厳密に確保しなくても高精度な波長選択機能を有する。具体的には、図９に示すように、干渉フィルタでは、ＴｉＯ２層９０３、９０６、９０８、９１１、９１３とＳｉＯ２層とが所定の順序で積層された構造を有する。そして、領域Ｄでは、スペーサ層９１０が介挿されることにより、領域Ｅとの間で透過波長の差異が設けられている。
【０００４】
図９に示すように、特許文献２、３で提案されている干渉フィルタにおいては、スペーサ層９１０の介挿数などにより透過させる波長が規定される。よって、干渉フィルタの形成においては、透過させようとする波長に基づき、一部領域（図９では、領域Ｅ）に対しては、スペーサ層９１０の除去が実行される。スペーサ層９１０の除去工程においては、スペーサ層９１０とその下層に配されるＴｉＯ２層との互いの構成材料であるＳｉＯ２とＴｉＯ２とのエッチング選択比を確保すべく、ウェットエッチングがドライエッチングと併用される。
【特許文献１】特開２０００−１８０６２１号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ／２００５／０６９３７６号公報
【特許文献３】特開２００７−０１９１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２、３で提案されている干渉フィルタでは、製造過程におけるウェットエッチングに起因して光学特性の低下という問題を生じることがある。即ち、ウェットエッチングを用いてスペーサ層９１０の除去を実施する場合に、エッチング液が除去するスペーサ層９１０の下に配されているＴｉＯ２層９０８の粒界にしみ込み、これがさらに下に配されたＳｉＯ２層９０７の界面から一部を侵食してしまう（図１０のＦ部分を参照）。そして、スペーサ層９１０の除去に伴い、ＳｉＯ２層９０７が不所望に侵食されてしまうと、当該部分での光学距離（構成膜の膜厚と屈折率との積で規定される距離）に変動を生じ、光学特性が低下してしまうことになる。
【０００６】
なお、従来においては、上記スペーサ層９１０の除去における不所望な下層の侵食を抑制すべく、同一の領域での繰り返してのウェットエッチングを避けるべく、複数のスペーサ層９１０の互いの配置を変えるという手段も講じられているが、更なるセルの微細化を図るに際して、このような手段を採用することができない。
本発明は、上述のような問題を解決しようとなされたものであって、セルサイズに関わらず、優れた光学特性を有し、且つ、高い歩留まりおよび低いコストでの製造が可能な多層干渉フィルタおよび固体撮像装置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】
【０００７】
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。
（１）本発明に係る多層干渉フィルタは、複数の層が積層され、面内に膜厚が他よりも薄い領域を有する。そして、上記複数の層は、互いに屈折率が異なる少なくとも２種類の層から構成されており、上記他よりも厚みが薄い領域においては、その内の１種類の層として、Ｔｉ（１−ｘ）ＡｘＯ２の組成式で表される材料からなる層が含まれている。
【０００８】
上記１種類の層を構成する材料の組成式では、Ａが、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｚｒ（ジルコニウム）およびＷ（タングステン）からなる群から選択される少なくとも一種の元素であることを特徴とする。
（２）上記本発明に係る多層干渉フィルタでは、組成式中の”ｘ”が、０＜ｘ≦０．１の関係を満たすことを特徴とする。
【０００９】
（３）上記本発明に係る多層干渉フィルタでは、Ｔｉ（１−ｘ）ＡｘＯ２の組成式で表される材料からなる層が、アモルファス状態で形成されていることを特徴とする。
（４）上記本発明に係る多層干渉フィルタでは、上記少なくとも２種類の層の中に、ＳｉＯ２からなる層が含まれていることを特徴とする。
（５）本発明に係る固体撮像装置は、上記（１）〜（４）の何れかの多層干渉フィルタをカラーフィルタとして備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記（１）のように、本発明に係る多層干渉フィルタでは、膜厚が他よりも薄い領域において、Ｔｉ（１−ｘ）ＡｘＯ２の組成式で表される材料からなる層が含まれている。そして、組成式中のＡが、Ｔａ、Ｎｂ、ＺｒおよびＷからなる群から選択される少なくとも一種の元素であるという特徴を有する。即ち、本発明に係る多層干渉フィルタでは、従来のＴｉＯ２層に代えて、ＴｉＯ２にＴａ、Ｎｂ、ＺｒおよびＷからなる群から選択される少なくとも一種の元素がドープされてなる層を備える。これにより、本発明に係る多層干渉フィルタでは、上記一種の元素がドープされてなる層での粒子サイズをＴｉＯ２よりも大きくすることができる。
【００１１】
よって、本発明に係る多層干渉フィルタでは、ＴｉＯ２よりも粒子サイズの大きな粒子から形成された層において、粒界の分布密度の低減を図ることができ、ＴｉＯ２層を採用する場合に比して、形成過程中のウェットエッチングの際のエッチング液のしみ込み量の低減を図ることができる。また、本発明に係る多層干渉フィルタの構成では、画素セルのサイズに関わらずエッチング液のしみ込み量を低減することができる。
【００１２】
従って、本発明に係る多層干渉フィルタは、セルサイズに関わらず、優れた光学特性を有し、且つ、高い歩留まりおよび低いコストでの製造が可能である。なお、ＴｉＯ２に対するドープ元素としてＴａ、Ｎｂ、ＺｒおよびＷからなる群から選択される少なくとも一種の元素を採用するのは、Ｔｉよりも高い融点を有することに起因する。特に、Ｔａを採用する場合には、Ｔａの酸化物の屈折率が”２．３”であって、ＴｉＯ２の屈折率”２．４５”と近く、層における屈折率の低下を抑えることができるという観点からも優れている。
【００１３】
また、本発明に係る多層干渉フィルタでは、上記（２）のように、組成式において、０＜ｘ≦０．１の関係を満たすようにすることが、屈折率の低下を抑制できるという観点からより望ましい。
また、本発明に係る多層干渉フィルタでは、Ｔｉ（１−ｘ）ＡｘＯ２の組成式で表される材料からなる層を、アモルファス状態で形成することが望ましい。これは、光学異方性の少ないアモルファス状態とすることにより、当該層における屈折率の高い均一化を図ることができるためである。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像装置は、上記本発明に係る多層干渉フィルタを光学フィルタとして備えるので、優れた色分離特性を有し、且つ、コストの観点およびセルサイズの更なる微細化という観点から優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しながら説明する。なお、以下で用いる実施の形態については、本発明の構成的特徴および作用・効果を分かりやすく説明するための一例であって、本発明はその要旨とする部分以外について、これに限定を受けるものではない。
１．カメラ１の構成
本実施の形態に係るカメラ１について、図１（ａ）を用い説明する。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、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により固体撮像領域１０の画素領域に集光される。固体撮像装置１０では、角撮像画素ごとに、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。
【００１７】
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
図１（ｂ）に示すように、固体撮像装置１０は、半導体基板１１を共通のベースとして、複数の画素１０１と、各回路部１０２〜１０とが形成されてなる構成を有する。複数の画素１０１は、マトリクス状に配され、画素領域を構成している。
【００１８】
垂直シフトレジスタおよび水平シフトレジスタ１０３は、ともにダイナミック回路であり、駆動回路１０５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１０１を順次駆動する。
各画素１０１から出力された画素信号は、出力アンプ１０４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）。
【００１９】
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。
【００２０】
層間絶縁膜１４中であって、隣り合うフォトダイオード１３どうしの間に相当する箇所には、遮光膜１５が形成されている。遮光膜１５は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）などの金属材料から構成されている。さらに、層間絶縁膜１４上には、多層干渉フィルタ１６、平坦化膜１８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１９が形成されている。平坦化膜１８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。
【００２１】
多層干渉フィルタ１６は、領域Ａ、Ｂ、Ｃごとに厚みが相違しており、これにより透過帯域が規定されている。
４．多層干渉フィルタ１６の構成
多層干渉フィルタ１６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。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、多層干渉フィルタ１６の領域Ａにおいては、複数の二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３と、複数の二酸化シリコン層１６２、１６７、１７２と、二酸化シリコン層からなる複数のスペーサ層１６４、１６５、１６９、１７０とから構成されており、これにより、スペーサ層１６４、１６５、１６９、１７０の各々を、λ／４多層膜で挟んだ構成となっている。なお、領域Ｃでは、スペーサ層１６４、１６５、１６９、１７０は、存在しない。具体的には、領域Ｃでは、二酸化チタンタンタル層１６１、１６３と二酸化シリコン層１６２とから構成されるλ／４多層膜、同様に、二酸化チタンタンタル層１６６、１６８と二酸化シリコン層１６７とから構成されるλ／４多層膜、二酸化チタンタンタル層１７１、１７３と二酸化シリコン層１７２とから構成されるλ／４多層膜が順次積層されている。
【００２３】
領域Ｂにおいては、スペーサ層は二酸化シリコン層１６５、１７０で形成されている。このような構成により、多層干渉フィルタ１６では、領域Ａ、Ｂ、Ｃごとにスペーサ層の膜厚を変える事で緑色、青色、赤色の各帯域の光を透過させる。
一般に、多層干渉フィルタがλ／４多層膜のみで構成されている場合には、当該多層干渉フィルタは、波長λを中心波長とする広い帯域で光を反射することになる。しかし、本実施の形態に係る多層干渉フィルタ１６のようにλ／４多層膜でスペーサ層を挟む構成を採用する場合には、波長λを中心波長とする広い帯域で光を反射しながら、スペーサ層１６４、１６５、１６９、１７０の厚みに応じた波長を中心波長とする狭い帯域で光を透過させることができる。
【００２４】
従って、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１６では、スペーサ層１６４、１６５、１６９、１７０の膜厚を異ならせることにより、異なる透過特性を実現可能である。
５．多層干渉フィルタ１６の形成方法
次に、本実施の形態に係る多層干渉フィルタ１６の形成方法について、図３〜図５を用い説明する。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、層間絶縁膜１４の表面に対し、スパッタ装置を用いて、二酸化チタンタンタル層１６１、二酸化シリコン層１６２、二酸化チタンタンタル層１６３を順次積層する。これら３層１６１〜１６３によりλ／４多層膜が構成される。さらに、二酸化チタンタンタル層１６３の上面に対し、スパッタ装置を用いて、二酸化シリコン準備層１６４０を積層する（工程ａ）。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように、上記のように積層形成された二酸化シリコン準備層１６４０の表面上の領域Ａに対し、マスク５０１を積層形成する（工程ｂ）。この後、４弗化メタン系のエッチングガスを用いたドライエッチングとバッファード弗酸を用いたウェットエッチングにより、領域Ａを除く領域（図２（ｂ）における領域Ｂ、Ｃ）の二酸化シリコン準備層１６４０を除去する（工程ｃ）。エッチング後においては、図３（ｃ）に示すように、領域Ａの二酸化チタンタンタル層１６３上にだけ、二酸化シリコン層１６４が残留した状態となる。
【００２７】
次に、図３（ｄ）に示すように、二酸化シリコン層１６４および二酸化チタンタンタル層１６３の各表面に対し、二酸化シリコンを構成材料とする、スペーサ準備層１６５０を積層形成する（工程ｄ）。この後、図４（ａ）に示すように、領域Ａ、Ｂにおけるスペーサ準備層１６５０の表面に対し、マスク５０２を形成する（工程ｅ）。この状態で、上記（工程ｃ）と同様に、４弗化メタン系のエッチングガスを用いたドライエッチングとバッファード弗酸を用いたウェットエッチングにより、領域Ａ、Ｂを除く領域（領域Ｃ）のスペーサ準備層１６５０を除去する（工程ｆ）。その後、マスク５０２を除去すると、図４（ｂ）に示すように、領域Ａ、Ｂにだけスペーサ層１６５が形成された状態となる。なお、以下では、スペーサ層１６５を、便宜上、「第１のスペーサ層１６５」と記載する。
【００２８】
次に、図４（ｃ）に示すように、領域Ａ、Ｂにおける第１のスペーサ層１６５および領域Ｃにおける二酸化チタンタンタル層１６３の各表面に対し、スパッタ装置を用い、二酸化チタンタンタル層１６６、二酸化シリコン層１６７、二酸化チタンタンタル層１６８を順次積層する。これら３層１６６〜１６８によりλ／４多層膜が形成される。さらに、二酸化チタンタンタル層１６８の表面に対し、スパッタ装置を用いて、二酸化シリコン準備層１６９０を積層形成するとともに、領域Ａにおいては、さらにマスク５０３を積層形成する（工程ｇ）。
【００２９】
上記（工程ｇ）の実行後において、４弗化メタン系のエッチングガスを用いたドライエッチングとバッファード弗酸を用いたウェットエッチングを行い、領域Ａにだけ二酸化シリコン層１６９を残留させる。さらに、図４（ｃ）に示すように、マスク５０３を除去した後、二酸化シリコンを構成材料とするスペーサ準備層１７００を全面形成する（工程ｈ）。
【００３０】
次に、図５（ａ）に示すように、領域Ａ、Ｂにおけるスペーサ準備層１７００の表面に対し、マスク５０４を積層形成する（工程ｉ）。この状態で、４弗化メタン系のエッチングガスを用いたドライエッチングとバッファード弗酸を用いたウェットエッチングを実行し、マスク５０４を除去する（工程ｊ）。当該工程の実行により、図５（ｂ）に示すように、領域Ａ、Ｂにだけスペーサ層１７０が形成された状態となる。なお、上位第１のスペーサ層１６５との関係から、スペーサ層１７０を、「第２のスペーサ層１７０」と記載する
図５（ｃ）に示すように、領域Ａ、Ｂにおける第２のスペーサ層１７０および領域Ｃにおける二酸化チタンタンタル層１６８の各表面に対し、二酸化チタンタンタル層１７１、二酸化シリコン層１７２、二酸化チタンタンタル層１７３を順次積層する。これら３層１７１〜１７３についても、λ／４多層膜を構成する。
【００３１】
上記において、二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３における二酸化チタンタンタルの組成式は、Ｔｉ（１−ｘ）ＴａｘＯ２で表される。そして、前記組成式においては、０＜ｘ≦０．１の関係を満たす。
なお、上記製造過程におけるマスク５０１〜５０４の形成には、例えば、レジスト剤を塗布し、露光前ベーク（プリベーク）の後、ステッパなどの露光装置によって露光を行い、レジスト現像及び最終ベーク（ポストベーク）をする、という手段を採用することができる。
【００３２】
また、二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３、および二酸化シリコン層１６２、１６４、１６７、１６９、１７２は、それぞれがアモルファス構造となっている。
以上のようにして、多層干渉フィルタ１６が形成される。
６．二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３、および二酸化シリコン層１６２、１６４、１６７、１６９、１７２の成膜
上述のように、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１６における二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３、および二酸化シリコン層１６２、１６４、１６７、１６９、１７２の各々は、アモルファス構造となっているのであるが、これは次のような成膜方法を採用することで実現される。
【００３３】
本実施の形態における成膜工程では、ＤＣスパッタリング装置を用い、プラズマの発生とイオンの加速とを一緒に実行する反応性マグネトロンＤＣスパッタリング法を採用する。そして、成膜条件は、二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３の成膜の場合、例えば次のような条件とすることができる。
・スパッタチャンバ内の雰囲気；酸素雰囲気
・印加電圧；パルス周波数が１〜１００［Ｈｚ］（例えば、５０［Ｈｚ］）のＤＣ電圧
・ターゲット；チタンタンタル合金ターゲット
・酸素；１０〜２０［ｓｃｃｍ］（例えば、１５［ｓｃｃｍ］）
・アルゴン；２５〜５０［ｓｃｃｍ］（例えば、３５［ｓｃｃｍ］）
・圧力；０．１〜０．８［Ｐａ］（例えば、０．４［Ｐａ］）
・パワー；３〜１２［ｋＷ］（例えば、９［ｋＷ］）
なお、上述のように、二酸化シリコン層１６２、１６４、１６７、１６９、１７２の成膜においても、反応性マグネトロンスパッタリング法を採用することができ、成膜条件については適宜設定できる。
【００３４】
７．優位性
（１）多層干渉フィルタ１６の構成要素として二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３を採用することによる優位性
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１６では、その構成要素の一つとして、従来の二酸化チタン層に代えて、二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３を採用している。このような構成を採ることにより、多層干渉フィルタ１６では、二酸化チタンタンタル層における各構成粒子の粒子サイズを二酸化チタン層に比べて大きくすることができる。
【００３５】
よって、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１６では、二酸化チタンよりも粒子サイズの大きいニ酸化チタンタンタルを構成粒子とする層を有することに起因して、当該層における粒界の分布密度の低減を図ることができる。粒界の分布密度の低減は、二酸化チタンタンタル層１６３、１６８が実質的にエッチングストッパとして機能するスペーサ準備層１６５０、１７００のエッチング時（工程ｆ、工程ｊ）において、さらに下層へのエッチング液のしみ込み量の低減を図ることができる。
【００３６】
図６に示すように、二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３を採用する本実施の形態では、ウェットエッチングの際のエッチング液のしみ込みがほとんどないことが分かる。特に、二酸化チタン層を採用する図１０に示す従来の場合との比較においては、その差異は明らかである。
従って、多層干渉フィルタ１６を有する固体撮像装置１０では、各画素１０１のサイズに関わらず、優れた光学特性を有し、且つ、高い歩留まりおよび低いコストでの製造が可能である。なお、本実施の形態においては、二酸化チタンに対するドープ元素としてタンタル（Ｔａ）を採用したが、この他に、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タングステン（Ｗ）などを採用することもでき、さらに、それらを複合的にドープすることでも効果を得ることができる。
【００３７】
酸化チタンに対しドープすることが望ましい元素は、Ｔｉよりも大きい原子量と高い融点を有することが条件でありる。なお、酸化チタンの屈折率が”２．４５”であることを考慮するときには、タンタル（Ｔａ）の酸化物の屈折率が”２．３”であって、層における屈折率の低下を抑えることができるという観点から、ドープ元素として最も優れている。
【００３８】
（２）Ｔａのドープ量を上記範囲とすることによる優位性
本実施の形態に係る多層干渉フィルタ１６の二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３では、上記組成式において、０＜ｘ≦０．１の関係を満たすように設定している。このように数値範囲を規定することにより、各層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３における屈折率の低下を抑制できるという優位性を有する。Ｔａのドープ量と粒子サイズおよび屈折率との関係について、図７および図８に示す。
【００３９】
図７に示すように、Ｔａが少しでもドープされることによって、粒子サイズが非常に大きくなることが分かる。一方、図８に示すように、Ｔａの酸化物の屈折率は、二酸化チタンの屈折率に比べて０．１５ポイント小さいことから、Ｔａのドープ量を増やせば増やすほど屈折率は低下する。そして、ｘ＝０．１のときの屈折率は、”２．４”である。
図７および図８に示す両結果を総合的に判断し、上記組成式において、０＜ｘ≦０．１の関係を満たすように設定することが望ましい、といえる。
【００４０】
（３）反応性マグネトロンＤＣスパッタリング法を採用することによる優位性
上記のように、本実施の形態に係る成膜においては、反応性マグネトロンＤＣスパッタリング法を採用している。これより、本実施の形態では、成膜中にターゲット表面に生成される反応生成物（非導電物である酸化物）をパルスの立ち下がり時に除去することができ、成膜均一性の確保とともに、エロージョンの抑制とターゲット表面より剥離するパーティクルの抑制とを図ることが可能であり、歩留まりの向上を図ることができる。
【００４１】
成膜均一性に関しては、例えば、直径φ２００［ｍｍ］の基板を用いる場合、膜厚および屈折率の面内均一性を、±１．５［％］以下とすることができる。具体的には、青色領域の低波長領域での消衰効果が少ないアモルファス構造の膜（アモルファス膜）を基板上の全面に形成することができる。本実施の形態に係る製造方法のように、アモルファス構造の二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３を成膜する場合には、膜厚の面内均一性をそれぞれ±１．０［％］とすることができる。また、屈折率の面内均一性については、±０．３［％］とすることができる。
【００４２】
また、この膜厚および屈折率の均一性が確保された多層干渉フィルタ１６を備える固体撮像装置１０では、蒸着法を用いた成膜によって形成された多層干渉フィルタを有する従来の固体撮像装置に対し、感度が２倍に向上し、白キズの数が１／３に低減することができる。
さらに、本実施の形態に係る上記成膜方法では、パルス状のＤＣ電圧を印加するので、印加されるＤＣ電圧のパルス波形に合わせて成膜も断続的になされ、成膜の際に発生する膜中ストレスを緩和することができる。これより、本実施の形態に係る成膜方法では、多層干渉フィルタ１６の形成の際のフォトダイオード１３などへのダメージを低減することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、ＤＣスパッタリング法を用い二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３を成膜する際に、ターゲットとして、チタンターゲットとタンタルターゲットとの２つのターゲットを使用するコスパッタ成膜法を用いることもできる。
また、上記実施の形態においては、ＤＣスパッタリング法を採用したが、高周波交流電源を用いプラズマの発生とイオンの加速とを一緒に行う高周波（ＲＦ）スパッタリング法を用いることも可能である。このように多層干渉フィルタ１６を構成する膜１６１〜１７３の形成に、ＲＦスパッタリング法を用いた場合にあっても、上記ＤＣスパッタリング法を用いた場合と同様に、膜厚および屈折率の面内均一性の向上を図ることができるとともに、エロージョンの抑制およびパーティクルの抑制を効果的にすることができる。また、成膜にＲＦスパッタリング法を用いる場合には、形成された多層干渉フィルタ１６における膜応力の低減を図ることができる。
【００４４】
ＲＦスパッタリング法を採用する場合においても、上記ＤＣスパッタリング法を採用する場合と同様に、例えば、直径φ２００［ｍｍ］以上の基板に対しても高い面内均一性を以って形成された多層干渉フィルタ１６を備える固体撮像装置１０を、高い歩留まりで製造することができる。なお、ＲＦスパッタリング法を用い層を形成する場合には、スパッタ成膜中にターゲット表面に生成される反応生成物（非導電物）を、逆バイアス印加の際に除去することができ、成膜均一性の確保とともに、ターゲットのエロージョンの抑制およびパーティクルの抑制とが可能となる。
【００４５】
また、ＲＦスパッタリング法を用い二酸化チタンタンタル層１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３を成膜する場合には、ターゲットとして、二酸化チタンタンタルのセラミックターゲットを用いることもできる。
（その他の事項）
上記実施の形態では、ＭＯＳ型の固体撮像装置１０を一例として採用したが、ＣＣＤ型の固体撮像装置に対して採用することも当然可能である。また、本発明に係る多層干渉フィルタは、固体撮像装置に限らず、種々のデバイスの光学フィルタとして適用することが可能である。
【００４６】
また、上記実施の形態においては、成膜条件などについて、一例を示したが、本発明は、何らこれらの条件に限定を受けるものではない。
なお、図１（ｂ）では、固体撮像装置１０における画素領域に４×４の画素１０１が形成されている形態を模式的に表しているが、実際の固体撮像装置１０における画素１０１の形成数は、より多い。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、優れた光学特性を有する多層干渉フィルタを備える固体撮像装置を、高い歩留まりで、且つ、低コストに製造するのに有効な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【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１０１部分の構造を示す断面図であり、（ｂ）は、その内の多層干渉フィルタ１６の構造を示す断面図である。
【図３】多層干渉フィルタ１６の製造過程を示す工程断面図である。
【図４】多層干渉フィルタ１６の製造過程を示す工程断面図である。
【図５】多層干渉フィルタ１６の製造過程を示す工程断面図である。
【図６】多層干渉フィルタ１６における二酸化チタンタンタル層１６８の断面を示すＴＥＭ写真である。
【図７】二酸化チタンタンタル層におけるタンタルのドープ量割合とグレインサイズとの関係を示す特性図である。
【図８】二酸化チタンタンタル層におけるタンタルのドープ量割合と屈折率との関係を示す特性図である。
【図９】従来技術に係る多層干渉フィルタの一部断面を示すＴＥＭ写真である。
【図１０】従来技術に係る多層干渉フィルタにおける二酸化チタン層９０４の断面を示すＴＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００４９】
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．遮光膜
１６．多層干渉フィルタ
１８．平坦化膜
１９．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
１０１．画素
１０２．垂直シフトレジスタ
１０３．水平シフトレジスタ
１０４．出力アンプ
１０５．駆動回路
１６１、１６３、１６６、１６８、１７１、１７３．二酸化チタンタンタル層
１６２、１６７、１７２．二酸化シリコン層
１６４、１６５、１６９、１７０．スペーサ層
５０１、５０２、５０３、５０４．マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の層が積層され、面内に膜厚が他よりも薄い領域を有する多層干渉フィルタであって、
前記複数の層は、互いに屈折率が異なる少なくとも２種類の層から構成されており、
前記薄い領域においては、前記少なくとも２種類の層の内の１種類の層が、Ｔｉ（１−ｘ）ＡｘＯ２の組成式で表される材料からなり、
前記組成式中のＡが、Ｔａ、Ｎｂ、ＺｒおよびＷからなる群から選択される少なくとも１種の元素である
ことを特徴とする多層干渉フィルタ。
【請求項２】
前記組成式において、０＜ｘ≦０．１の関係を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載の多層干渉フィルタ。
【請求項３】
前記Ｔｉ（１−ｘ）ＡｘＯ２の組成式で表される材料からなる層は、アモルファス状態で形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の多層干渉フィルタ。
【請求項４】
前記少なくとも２種類の層の中には、ＳｉＯ２からなる層が含まれている
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の多層干渉フィルタ。
【請求項５】
請求項１から４の何れかの多層干渉フィルタをカラーフィルタとして備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１】
複数の層が積層され、面内に膜厚が他よりも薄い領域を有する多層干渉フィルタであって、
前記複数の層は、互いに屈折率が異なる少なくとも２種類の層から構成されており、
前記薄い領域においては、前記少なくとも２種類の層の内の１種類の層が、Ｔｉ（１−ｘ）ＡｘＯ２の組成式で表される材料からなり、
前記組成式中のＡが、Ｔａ、Ｎｂ、ＺｒおよびＷからなる群から選択される少なくとも１種の元素である
ことを特徴とする多層干渉フィルタ。
【請求項２】
前記組成式において、０＜ｘ≦０．１の関係を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載の多層干渉フィルタ。
【請求項３】
前記Ｔｉ（１−ｘ）ＡｘＯ２の組成式で表される材料からなる層は、アモルファス状態で形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の多層干渉フィルタ。
【請求項４】
前記少なくとも２種類の層の中には、ＳｉＯ２からなる層が含まれている
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の多層干渉フィルタ。
【請求項５】
請求項１から４の何れかの多層干渉フィルタをカラーフィルタとして備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２９９２４８（Ｐ２００８−２９９２４８Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４７９４１（Ｐ２００７−１４７９４１）
【出願日】平成１９年６月４日（２００７．６．４）
【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２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月４日（２００７．６．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]