(57)【要約】【課題】  カメラシステムを大型化することなく、コンパクトかつ低コストでオプティカルローパスフィルタを搭載した固体撮像素子を提供する。【解決手段】  ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子において、オプティカルローパスフィルタを基板上の積層膜に作りこむことにより、カメラシステムの小型化を図る。例えば、周期性のある凹凸パターンを積層膜中に作りこむことによって回折格子を作成し、これをオプティカルローパスフィルタとして機能させる。これにより、通常の絶縁膜材を用いてオプティカルローパスフィルタを実現でき、かつ、通常のフォトリソグラフィ技術を利用して容易に作成できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部を形成した基板と、
前記基板上に積層される積層膜と、
前記積層膜上に積層されたオプティカルローパスフィルタと、
を有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記積層膜上に形成されるマイクロレンズを有し、前記オプティカルローパスフィルタはマイクロレンズ上に積層されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記オプティカルローパスフィルタは回折格子よりなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記回折格子は積層膜に形成された周期性のある凹凸パターンよりなることを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記回折格子の凹凸パターンは屈折率の異なる２つの膜材料の積層面に形成されていることを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記回折格子の凹凸パターンは最上層の積層膜の外表面に形成されていることを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記オプティカルローパスフィルタは複屈折性材料膜よりなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子に関し、特にオプティカルローパスフィルタを設けた固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、撮像半導体を利用して種々の被写体を撮像するＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子が販売されている（例えば非特許文献１参照）。
そして、このような固体撮像素子を各種のカメラシステム等に組み込む場合、ある一定の周期で存在する区画された固体撮像素子の光電変換領域に光を集めるため、空間周波数的に破綻をきたすような光信号が入射した場合、偽信号（モアレ）が発生してしまうことが知られている。
そこで、従来のカメラシステムではイメージセンサとオプティカルローパスフィルタを組み合わせて搭載することが行われており、センサチップとして組立あげられた固体撮像素子上に、回折格子、または水晶、方解石、ルチル等、光学的異方性を有する複屈折性材料等によるローパスフィルタ板を貼り付けるなどして、オプティカルローパスフィルタを形成し、偽信号が発生してしまう現象を緩和している。
【非特許文献１】米本和也著ＣＱ出版社「ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージ・センサの基礎と応用」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術では、組み立てられたセンサチップの上に、さらに厚みのあるローパスフィルタ板を乗せることになるため、カメラシステムが大きなものとなってしまう。
また、光学的異方性（偏光現象）を利用したオプティカルローパスフィルタの場合、水晶、ルチル、方解石等の複屈折性を有する結晶性の材料を用いなければならないため、使用できる材料が限定されてしまう。さらに、これらの材料は大量生産向きの製品ではなく、コスト的にも大きくなってしまうという欠点があった。
【０００４】
そこで本発明は、カメラシステムを大型化することなく、コンパクトかつ低コストでオプティカルローパスフィルタを搭載することが可能な固体撮像素子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】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明の固体撮像素子は、光電変換部を形成した基板と、前記基板上に積層される積層膜と、前記積層膜上に積層されたオプティカルローパスフィルタとを有することを特徴とする。
また本発明は、前記積層膜上に形成されるマイクロレンズを有し、前記オプティカルローパスフィルタはマイクロレンズ上に積層されることを特徴とする。
また、前記オプティカルローパスフィルタは回折格子よりなり、前記回折格子は積層膜中に屈折率の異なる膜材料によって周期性のある凹凸パターンを形成したものである。
さらに本発明は、前記オプティカルローパスフィルタは複屈折性材料膜よりなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の固体撮像素子によれば、光電変換部を形成した基板上に積層される積層膜上にオプティカルローパスフィルタを積層したことから、従来はセンサチップの別に配置されていたオプティカルローパスフィルタをセンサチップ内に組み込むことにより、カメラシステムの組立てに際し、センサチップとは別にオプティカルローパスフィルタを設けるスペースが不要となり、カメラシステムの小型化が可能となる。
【０００７】
またオプティカルローパスフィルタをマイクロレンズ上に積層することにより、マイクロレンズから光電変換部までの従来の構成を変更することなく実施できる。
また、オプティカルローパスフィルタを屈折率の異なる２つの透光性膜材料の積層面に周期性のある凹凸パターンを形成した回折格子によって構成することにより、高価な複屈折性材料を利用することなく、容易にオプティカルローパスフィルタを形成することができる。特に、凹凸パターンによる回折格子は、従来から既存のリソグラフィ技術等を用いて形成でき、特殊な工程が不要で、容易に実現できる効果がある。
なお、２つの膜材料の積層面に凹凸パターンを形成する代わりに、最上層の膜の外表面に凹凸パターンを形成し、空気との屈折率の差を利用した回折格子としてもよい。
さらに本発明では、オプティカルローパスフィルタを複屈折性材料膜より形成してもよく、この場合には、使用する材料に制約は受けるものの、センサチップ内にオプティカルローパスフィルタを内蔵することで、カメラシステムを小型化できる点では十分な効果を得ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施の形態では、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子において、オプティカルローパスフィルタを基板上の積層膜に作りこむことにより、カメラシステムの小型化を図る。例えば、周期性のある凹凸パターンを積層膜中に作りこむことによって回折格子を作成し、これをオプティカルローパスフィルタとして機能させる。これにより、偏光現象を利用した従来のオプティカルローパスフィルタのような制約の大きい材料を用いることなく、通常の透光性絶縁膜材を用いて実現でき、かつ、通常のフォトリソグラフィ技術を利用して容易に作成できる。なお、回折格子を作成する以外にも、複屈折性材料を積層させてオプティカルローパスフィルタとする構成も可能である。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の実施例による固体撮像素子（センサチップ）の積層構造を示す断面図である。
本実施例の固体撮像素子は、シリコン基板１０の上層部に画素センサ部となる光電変換部（フォトダイオード）１２が形成されており、その上面にゲート絶縁膜１４を介して転送電極１６が形成されている。そして、その転送電極１６の上面に絶縁膜１８を介して遮光膜２０が配置されている。この遮光膜２０は、光電変換部１２に対応する開口部２０Ａを有し、光電変換部１２の受光面に光を導くとともに、その他の領域を遮光している。
さらに、遮光膜２０の上層には、平坦化や保護等のための絶縁膜２２が積層され、その上にマイクロレンズ２４が配置されている。なお、図では省略しているが、実際の固体撮像素子における積層構造には種々の形態があり、絶縁膜２２の間にはカラーフィルタや場合によっては配線等が配置されることもあるが、ここでは本発明に直接関係しないため説明は省略する。
【００１０】
そして、本実施例ではマイクロレンズ２４の上層にさらに絶縁膜２６、２８を追加し、その内部に回折格子３０を形成することにより、従来は組み立てられた固体撮像素子のセンサチップ上に別体で設けていたオプティカルローパスフィルタをセンサチップの積層膜上に形成したものである。
すなわち、絶縁膜２６、２８は異なる屈折率を有する透光性材料より形成され、下層の絶縁膜２６の上面に周期的な凹凸パターンを形成し、その上に上層の絶縁膜２８を積層することにより、積層面に周期的な凹凸パターンによる回折格子３０を形成している。屈折率の異なる絶縁膜２６、２８としては、例えば一般的によく利用されるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の組み合わせを用いることが可能であるが、その他の膜材であってもよい。
また、凹凸パターンの形成には一般的なフォトリソグラフィ技術を用いることができ、絶縁膜の積層や平坦化にはＣＶＤ法やＣＭＰ法を用いることができ、全て既存の微細加工技術を用いて容易に形成できる。
【００１１】
なお、以上の実施例では、２つの膜材料の積層面に凹凸パターンを形成して回折格子としたが、この代わりに、最上層の膜の外表面に凹凸パターンを形成し、空気との屈折率の差を利用した回折格子としてもよい。このようにすれば、上述の実施例に比べて膜数が減少し、成膜工程が少なくなり、かつ、さらなる薄型化を達成できる利点がある。
また、実施例ではオプティカルローパスフィルタとしてセンサチップの積層膜上に回折格子を形成したが、この代わりに、光学的異方性を有する複屈折材料膜をセンサチップの積層膜上に積層させることによってオプティカルローパスフィルタとすることも可能である。
また、本発明の固体撮像素子は、図１に示した素子構造に限らず、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等、種々の固体撮像素子に広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例による固体撮像素子の積層構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１０……シリコン基板、１２……光電変換部（フォトダイオード）、１４……ゲート絶縁膜、１６……転送電極、１８、２２、２６、２８……絶縁膜、２０……遮光膜、２０Ａ……開口部、２４……マイクロレンズ、３０……回折格子。
【図１】
2006229116.tif 000003