(57)【要約】【課題】ゴーストの発生を低減することができる固体撮像素子を提供する。【解決手段】マイクロレンズ１７の表面と半導体基板１１の表面との間の往復の空気換算の光路長を、赤外カットフィルタの遮断周波数の波長で割って得られる、波数の値の小数部分が０．２５〜０．７５の範囲内となるように、半導体基板１１の表面とマイクロレンズ１７の表面との間の各膜１４，１５，１６，１７の膜厚及び屈折率が選定されている固体撮像素子を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ部のフォトダイオードが形成された半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成されたマイクロレンズとを含み、
前記マイクロレンズの表面と前記半導体基板の表面との間の往復の空気換算の光路長を、赤外カットフィルタの遮断周波数の波長で割って得られる、波数の値の小数部分が０．２５〜０．７５の範囲内となるように、前記半導体基板の表面と前記マイクロレンズの表面との間の各膜の膜厚及び屈折率が選定されている
固体撮像素子。
【請求項２】
前記波数の値の小数部分がほぼ０．５である、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記半導体基板の表面からの反射光と前記マイクロレンズの表面からの反射光のそれぞれの単独の反射強度が同等である、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記半導体基板上、又は、前記マイクロレンズの表面上に、反射防止膜が形成されていることにより、それぞれの前記反射光の反射強度が同等とされている、請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
入射光を集光する集光光学部と、
センサ部のフォトダイオードが形成された半導体基板と、前記半導体基板の上方に形成されたマイクロレンズとを含み、前記マイクロレンズの表面と前記半導体基板の表面との間の往復の空気換算の光路長を、赤外カットフィルタの遮断周波数の波長で割って得られる、波数の値の小数部分が０．２５〜０．７５の範囲内となるように、前記半導体基板の表面と前記マイクロレンズの表面との間の各膜の膜厚及び屈折率が選定されている固体撮像素子と、
前記固体撮像素子で光電変換されて得られた信号を処理する信号処理部とを含む
撮像装置。
【請求項６】
前記集光光学部が赤外領域の光をカットする前記赤外カットフィルタを含む、請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
センサ部のフォトダイオードが形成された半導体基板と、前記半導体基板の上方に形成されたマイクロレンズとを含む固体撮像素子を製造する方法であって、
前記半導体基板の上に、前記半導体基板の表面と前記マイクロレンズの表面との間のそれぞれの膜のうち、一部の膜を形成する工程と、
形成した前記一部の膜の膜厚及び屈折率を測定する工程と、
測定して得られた前記一部の膜の膜厚及び屈折率の測定値に基づいて、前記マイクロレンズの表面と前記半導体基板の表面との間の往復の空気換算の光路長を、赤外カットフィルタの遮断周波数の波長で割って得られる、波数の値の小数部分が０．２５〜０．７５の範囲内となるように、前記半導体基板の表面と前記マイクロレンズの表面との間のそれぞれの膜のうち、残りの膜の膜厚及び屈折率を算出する工程と、
算出して得られた前記残りの膜の膜厚及び屈折率で、前記残りの膜を形成する工程とを含む
固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記波数の値の小数部分がほぼ０．５となるように前記残りの膜の膜厚及び屈折率を算出する、請求項７に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及び固体撮像素子を備えた撮像装置、並びに固体撮像素子の製造方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子において、入射した光がマイクロレンズの表面で反射して、この反射した光が結像に無関係な光となって、受光部に入射することにより、有害な光として撮像した画像に表示されるという、いわゆるゴーストを生じて画質を損なうことがある。
例えば、太陽光等の高輝度光源が視野に写りこんだ場合に、その光源の像の周りに格子状に、多くは丸く赤く色のついた像が写りこむ。
【０００３】
ここで、ゴーストの発生原理について、簡単に説明する。
固体撮像素子に入射した光（白色光）は、表面のマイクロレンズで反射し、波長ごとにマイクロレンズの間隔に対応した角度、即ち画素ピッチに対応した角度に、強い強度を持つ回折光を生じる。
この回折光は、固体撮像素子用のパッケージのシールガラス、固体撮像素子の外部にあるレンズや赤外カットフィルタ等で反射して、再び固体撮像素子の受光部に戻り、画像に写りこむことになる。
【０００４】
上述した部品のうち、パッケージのシールガラスは、通常高い透過特性を持つため、反射は極めて少なく、問題はほとんど生じない。
一方、赤外カットフィルタは、その特性である透過反射境界端の波長領域において、反射率が高くなっている。この境界端の波長領域の光は、一部が赤外カットフィルタで反射する。そのため、この境界端の波長領域の光が、赤外カットフィルタで反射して受光部に戻ることになる。特に、赤外カットフィルタが固体撮像素子に近いところに設置された場合に、この反射光が画像として写りこむ。
【０００５】
なお、赤外カットフィルタは、境界端の波長領域以外の波長の可視光線は透過するため、白色光を入れても、この境界端の波長領域の光のみが写りこむため、赤い像となる。
この赤い像が、光源の周りに、格子状に規則的に並び、画質の劣化を引き起こす。
【０００６】
上述のゴーストを低減する方法として、従来、マイクロレンズの表面に酸化膜等の反射防止膜を形成する方法（例えば、特許文献１を参照）や、マイクロレンズの表面に凹凸を形成する方法（例えば、特許文献２や特許文献３を参照）が提案されている。
また、この他に、マイクロレンズ自身の形状、特に厚さを、一定の寸法にすることにより、回折を低減する方法（例えば、特許文献４を参照）等が知られている。
【０００７】
これらの方法では、いずれも、マイクロレンズからの反射を防止して、ゴーストを低減している。
これは、マイクロレンズ表面からの反射光が、回折の原因とされているからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−２２３３７１号公報
【特許文献２】特開２００３−３７２５７号公報
【特許文献３】特開２００６−３３２４３３号公報
【特許文献４】特開２００８−６６６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、マイクロレンズの表面に低反射の材料による反射防止膜を形成する方法では、樹脂からなる通常のマイクロレンズ（屈折率１．６）である場合、空気との界面で５．５％程度の反射がある。
このため、反射防止膜として、屈折率１．４５の酸化膜を形成した程度では、反射が３．３％程度は残る。従って、ゴーストは幾分低減されるが、まだ充分ではない。
【００１０】
また、マイクロレンズの上面に凹凸を形成する方法は、凹凸を形成することにより本来の集光特性を損なうこと、凹凸を形成する加工が困難であることから、実現が難しい。特に、数μｍ以下の画素サイズとなると、凹凸がマイクロレンズのサイズに近いものとなるため、事実上凹凸の形成ができなくなる。
【００１１】
上述した問題の解決のために、本発明においては、ゴーストの発生を低減することができる固体撮像素子を提供するものである。また、この固体撮像素子を備えた撮像装置、並びに、固体撮像素子の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の固体撮像素子は、センサ部のフォトダイオードが形成された半導体基板と、この半導体基板の上方に形成されたマイクロレンズとを含む。また、マイクロレンズの表面と半導体基板の表面との間の往復の空気換算の光路長を、赤外カットフィルタの遮断周波数の波長で割って得られる、波数の値の小数部分が０．２５〜０．７５の範囲内となっている。そして、波数の小数部分がこの範囲内となるように、半導体基板の表面とマイクロレンズの表面との間の各膜の膜厚及び屈折率が選定されている。
【００１３】
本発明の撮像装置は、入射光を集光する集光光学部と、この集光光学部で集光した入射光を受光して光電変換する固体撮像素子と、この固体撮像素子で光電変換されて得られた信号を処理する信号処理部とを含む。そして、本発明の撮像装置は、固体撮像素子が前記本発明の固体撮像素子の構成であるものである。
【００１４】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、センサ部のフォトダイオードが形成された半導体基板と、この半導体基板の上方に形成されたマイクロレンズとを含む固体撮像素子を製造する方法である。そして、半導体基板の上に、この半導体基板の表面とマイクロレンズの表面との間のそれぞれの膜のうち、一部の膜を形成する工程と、形成した一部の膜の膜厚及び屈折率を測定する工程とを含む。さらに、測定して得られた一部の膜の膜厚及び屈折率の測定値に基づいて、半導体基板の表面とマイクロレンズの表面との間のそれぞれの膜のうち、残りの膜の膜厚及び屈折率を算出する工程を含む。この工程では、マイクロレンズの表面と半導体基板の表面との間の往復の空気換算の光路長を、赤外カットフィルタの遮断周波数の波長で割って得られる、波数の値の小数部分が０．２５〜０．７５の範囲内となるように、残りの膜の膜厚及び屈折率を算出する。さらにまた、算出して得られた残りの膜の膜厚及び屈折率で、残りの膜を形成する工程を含む。
【００１５】
上述の本発明の固体撮像素子によれば、マイクロレンズの表面と半導体基板の表面との間の往復の空気換算の光路長を、赤外カットフィルタの遮断周波数の波長で割って得られる、波数の値の小数部分が０．２５〜０．７５の範囲内となっている。そして、波数の小数部分がこの範囲内となるように、半導体基板の表面とマイクロレンズの表面との間の各膜の膜厚及び屈折率が選定されている。これにより、マイクロレンズの表面において反射した光による回折光と、半導体基板の表面において反射した光による回折光とが、互いに打ち消し合って、もとの回折光の和よりも強度が低減される。これにより、回折光に起因するゴーストの発生を低減することが可能になる。
【００１６】
上述の本発明の撮像装置によれば、固体撮像素子が前記本発明の固体撮像素子の構成であることにより、固体撮像素子においてゴーストの発生を抑制することができる。
【００１７】
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、半導体基板の表面とマイクロレンズの表面との間のそれぞれの膜のうち、一部の膜を形成して、形成した一部の膜の膜厚及び屈折率を測定する。さらに、この一部の膜の膜厚及び屈折率の測定値に基づいて、半導体基板の表面とマイクロレンズの表面との間のそれぞれの膜のうち、残りの膜の膜厚及び屈折率を算出して、算出して得られた残りの膜の膜厚及び屈折率を形成する。マイクロレンズの表面と半導体基板の表面との間の往復の空気換算の光路長を、そして、赤外カットフィルタの遮断周波数の波長で割って得られる、波数の値の小数部分が０．２５〜０．７５の範囲内となるように、残りの膜の膜厚及び屈折率を算出する。これにより、マイクロレンズの表面において反射した光による回折光と、半導体基板の表面において反射した光による回折光とが、互いに打ち消し合って、もとの回折光の和よりも強度が低減される固体撮像素子を製造することができる。また、一部の膜の膜厚及び屈折率の測定値に基づいて残りの膜の膜厚及び屈折率を算出するので、２つの回折光が互いに打ち消し合うように、残りの膜の膜厚及び屈折率を容易に制御することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上述の本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法によれば、回折光に起因するゴーストの発生を抑制することができる。
そして、工程を追加することなく、従来の構造の一部の膜厚を計算により最適化するだけで、実現することができる。
【００１９】
また、上述の本発明の撮像装置によれば、固体撮像素子においてゴーストの発生を抑制することができる。
従って、良好な画質の画像が得られる撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）である。
【図２】本発明の撮像装置の一実施の形態の概略構成図（ブロック図）である。
【図３】表１の場合の位相差と合成光の光強度との関係を示す図である。
【図４】回折光の発生原理を説明する断面図である。
【図５】回折光によるゴースト発生を説明する図である。
【図６】赤外カットフィルタの反射透過分光特性を示す図である。
【図７】固体撮像素子の一例の断面図である。
【図８】シリコン表面での反射前後の光の位相の関係を示す図である。
【図９】２つの回折光の位相の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．本発明の概要
２．固体撮像素子の実施の形態
３．固体撮像素子の変形例
４．撮像装置の実施の形態
【００２２】
＜１．本発明の概要＞
本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要について説明する。
まず、図面を参照して、ゴーストの発生原因を説明する。
【００２３】
図４に断面図を示すように、固体撮像素子の上部には、マイクロレンズ（オンチップマイクロレンズ）１１１が形成されている。
入射光１００のうち、大部分の光はマイクロレンズ１１１内に入射するが、一部の光はマイクロレンズ１１１の表面で反射する。そして、マイクロレンズ１１１の表面において反射した反射光のうち、下記の式（１）を満足する角度θの方向に、回折光１０１が強く発生する。
ｓｉｎ（θ）＝ｄ／（マイクロレンズの間隔）    （１）
ここで、ｄは光路長であり、光路長ｄが入射光１００の波長λの整数倍（ｄ＝λ、２λ、３λ・・・）となったときに、回折光１０１が強く発生する。
以上のことは、回折の発生メカニズムとして良く知られている。
【００２４】
また、図５に示すように、通常の固体撮像素子では、半導体基板１１０の上方のマイクロレンズ１１１のさらに上方には、赤外線を除去するための赤外カットフィルタ１１２が設けられている。
図４で説明したようにして発生した回折光１０１は、図５に示すように、赤外カットフィルタ１１２に当たると、赤外カットフィルタ１１２で反射されて、半導体基板１１０側に向かい、半導体基板１１０のフォトダイオードに入射して像となる。その結果、ゴーストと呼ばれる現象が発生する。
このとき、赤外カットフィルタ１１２では、全ての回折光１０１が反射されるのではなく、赤外カットフィルタ１１２の分光反射特性に対応して、特定の波長帯の光が、赤外カットフィルタ１１２で反射されて半導体基板１１０に向かう。
【００２５】
ここで、赤外カットフィルタの反射透過分光特性を、図６に示す。
図６に示すように、赤側の斜線を付した領域（６２０〜６６０ｎｍ程度）と、青側の斜線を付した領域（３７０〜４２０ｎｍ程度）とにおいては、透過率が０と１の間であり、この波長の光は、一部の光が赤外カットフィルタで反射される。他の光は、赤外カットフィルタを透過する。
上述した斜線を付した２つの領域の間の波長の光は、透過率が１であり、可視光のほとんどは赤外カットフィルタを透過する。しかし、上述した斜線を付した、反射吸収特性が０〜１の間で変化している領域（遮断周波数）の波長の光は、一部の光が赤外カットフィルタで反射されて、固体撮像素子のフォトダイオードに入射する。
即ち、マイクロレンズ１１１の表面で反射して、回折により強められた反射光のうち、上述した遮断周波数の領域の光は、その一部が赤外カットフィルタ１１２で反射されて、半導体基板１１０側に戻ることになる。マイクロレンズ１１１の表面で反射した光のうち、その他の波長領域の可視光は、赤外カットフィルタ１１２を透過するため、半導体基板（センサ部）１１０側には戻ってこない。
以上のことから、この場合のゴーストは、遮断周波数の領域の光に起因して、赤や青い色となる。
【００２６】
ところで、上述したオンチップマイクロレンズの表面での反射光だけでなく、センサ部の半導体基板の表面等での反射によって戻る光も、回折光の原因となる。
このことは、あまり知られていないため、前記特許文献１〜特許文献４に開示されているように、従来は、オンチップマイクロレンズ自身への反射抑制のみが行われており、ゴーストを効果的に低減できなかった。
【００２７】
次に、センサ部の半導体基板の表面における反射について説明する。
固体撮像素子の一例の断面図を、図７に示す。
図７に示すように、シリコン基板５１上に、配線層５２と絶縁層５３が形成され、この絶縁層５３上に、プラズマシリコン窒化膜５４を介して、カラーフィルタ５５や、マイクロレンズ５６が形成されている。シリコン基板５１には、図示しないが、センサ部のフォトダイオードが形成されている。
なお、図中、６１はシリコン基板５１と絶縁層５３との界面（シリコン基板５１の表面）であり、６２はマイクロレンズ５６の表面である。
【００２８】
この図７に示す固体撮像素子において、マイクロレンズ５６の表面６２からの反射による回折光（第１の回折光）が発生すると同時に、フォトダイオードが形成されたシリコン基板５１の表面からの反射光による回折光（第２の回折光）が発生する。
即ち、図８に示すように、入射光１００がマイクロレンズ５６を透過して、界面（シリコン基板５１の表面）６１で反射されて、反射光２００となる。このとき、反射する前の入射光１００と反射光２００とは、位相が半周期ずれる。
そして、図９に示すように、界面６１における反射光２００がマイクロレンズ５６を透過して、マイクロレンズ５６の表面６２における反射光による回折光（第１の回折光）１０１と平行な方向に回折光（第２の回折光）２０１を生じる。
この回折光（第２の回折光）２０１が、赤外カットフィルタにおいて反射されることによっても、ゴーストが発生する。
【００２９】
一般に、反射を起こすのは異なる屈折率の界面である。そして、反射の強度は、屈折率差の大きい面で顕著である。
入射側の媒質の屈折率をｎ１、透過側の媒質の屈折率をｎ２、シリコンの減衰係数をｋとして、簡単に垂直入射の場合で考えると、異なる屈折率の界面における反射率は、下記の式（２）（３）で表わされる。
なお、式（２）は、膜に吸収がないときである。式（３）は、シリコンとの界面の場合である。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
ここで、半導体技術で一般に使用される材料と構造を考慮して、主要な界面での反射率を計算すると、以下に示すようになる。ただし、シリコンの減衰係数ｋ＝０．００１７とする。
空気／マイクロレンズ用樹脂    ：屈折率＝１／１．６前後、反射率＝５．３％
カラーフィルタ／シリコン窒化膜：屈折率＝１．７／２．０、反射率＝０．７％
シリコン酸化膜／シリコン      ：屈折率＝１．４５／４前後、反射率＝２１％
【００３２】
これらの値より、反射光の強度が最も大きいのは、シリコンとの界面であり、その次がマイクロレンズの表面である。そこで、まずは主要なこの２成分の反射光による回折光の強度を低減する。
【００３３】
図８において、光１００がマイクロレンズ５６を通り、各膜を通過し、シリコン基板５１との界面６１で反射し、マイクロレンズ５６の表面６２まで戻る反射光２００の位相と光路長を考える。図８では位相を波線で示している。
この反射光２００のマイクロレンズ５６下での実効的な光路長は、各膜の膜厚に屈折率を掛けた値の往復分で算出することができ、この算出した光路長は空気換算の光路長となる。また、この空気換算の光路長を、該当する光の波長で割った値が波数である。そして、この場合の波長は、図６に示した、赤外カットフィルタの遮断周波数である。
【００３４】
ここで、シリコン基板５１との界面６１において反射すると、反射光の位相は入射光の位相から０．５周期シフトする。
よって、シリコン基板５１との界面６１における反射光（戻り光）２００の、マイクロレンズ５６の表面６２での位相（空気換算の位相）は、下記の式（４）で表わされる。
（Σ（膜の膜厚×屈折率））×２／波長±０．５    （４）
ただし、式（４）において、Σは、シリコン基板５１よりも上にある、マイクロレンズ５６までの各膜の和を取ることを表す。分母の（Σ（膜の膜厚×屈折率））×２は、入射光と反射光とを合わせた、シリコン基板５１との界面６１からマイクロレンズ５６の表面６２までの往復の空気換算の光路長である。
この式（４）で表わされる位相をもって、マイクロレンズ５６の表面６２から光２００は透過する。そして、図９に示すように、最終的には透過型の回折光２０１となって、特定方向に強い強度をもって進行していく。
このとき、マイクロレンズ５６の表面６２における直接的な反射光についても位相を考えると、これも反射型であるので、位相が±０．５周期分、元の入射光１００からシフトして、回折光１０１になる。
従って、これら２つの回折光２０１，２０２の位相差は、下記の式（５）の値の小数部分（０以上１未満）となる。
（Σ（膜の膜厚×屈折率））×２／波長    （５）
即ち、位相差は、入射光及び反射光の往復の空気換算の光路長を、赤外カットフィルタの遮断周波数の波長で割って得られる、波数の値の小数部分となる。
この位相差が０であると、２つの回折光１０１，２０１が最も強め合い、位相差が０．５であると、２つの回折光１０１，２０１が最も大きく打ち消し合うことになる。
【００３５】
そして、図９に示すように、異なる経路で進んできた回折光１０１と回折光２０１が同じ角度に回折することにより、干渉作用が発生する。
ここで、それぞれの反射光の強度も考慮すると、２つの回折光１０１，２０１の合成回折光の強度は、下記の式（６）で表わされる。
合成回折光強度＝Ａ＋Ｂ・ｃｏｓ（Δω）    （６）
ここで、Ａは回折光１０１の強度、Ｂは回折光２０１の強度、Δωは位相差（ラジアン）である。
【００３６】
通常、回折光１０１の強度Ａと回折光２０１の強度Ｂとは、回折した光の強度であるため、求めることが困難である。
しかしながら、位相差による打ち消し合いの効果は、求めることが可能である。位相が同じである（位相差が０である）場合には、回折光の強度が強め合うことになる。逆に、位相が半位相異なる（位相差が０．５である）場合には、回折光が互いに打ち消し合うことになる。
上述した２つの回折光の関係は、必ず成り立つ。
特に、位相差が０．２５〜０．７５の間であれば、合成した回折光が、各単独の回折光の強度より小さくなる。
【００３７】
ここで、回折光１０１の強度Ａの相対値が１であり、回折光２０１の強度Ｂの相対値が０．５であり、位相ωを０〜１の間で変化させたときの、２つの回折光１０１，２０１の合成回折光の強度を計算したところ、表１に示すようになる。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
また、表１に示す結果から、位相差と合成回折光の光強度との関係を、図３に示す。
図３から、位相差が０．２５〜０．７５の間であれば、合成回折光の光強度が、それぞれの回折光の強度の和（１．５）よりも小さくなることがわかる。そして、位相差が０．５のときに、合成回折光の光強度が極小となることがわかる。
【００４０】
以上説明したように、反射の多い界面からの反射光の総光路長の位相を計算し、０．２５〜０．７５位相ずれるように総膜厚を制御することにより、回折光を効果的に低減することが可能となる。
特に、位相差が０．５の場合には、強度を極小とすることができる。
【００４１】
そこで、本発明では、第２の回折光の原因となる反射光の光路長を考慮して、第１の回折光と第２の回折光とが互いに振幅を打ち消すように、反射光が通過する各膜の膜厚を設計する。これにより、従来は消せなかった回折像を、全く異なる原理で効果的に抑制することができる。
即ち、センサ部のフォトダイオードが形成された半導体基板の表面とマイクロレンズの表面との間の各膜の膜厚及び屈折率を、上述した位相差が０．２５〜０．７５の範囲内となるように、より好ましくは、ほぼ０．５となるように選定する。位相差は、マイクロレンズの表面と半導体基板の表面との間の往復の空気換算の光路長を、赤外カットフィル他の遮断周波数の波長で割って得られる、波数の値の小数部分で表される。
【００４２】
さらに好ましくは、抑制効果が最大となるように、第１の回折光及び第２の回折光について、その振幅を同じ強度にする。これにより、理論上回折光を０とすることも可能である。
【００４３】
各膜の膜厚の制御は、例えば、以下に説明する手順によって行うことができる。
一般に、各膜の総膜厚が厚いと、各膜の誤差が積み重なってしまうため、膜厚の制御が困難となる。そのため、膜厚の制御が容易な膜の膜厚を変化させて最適化することが望ましい。
そして、例えば、各膜を成長させる毎に、それぞれの膜厚と屈折率を測定しておき、後半で形成する、制御が容易な膜を、最適な膜厚に成長させればよい。成長させた各膜の膜厚と屈折率は、例えば、エリプソメトリーによって測定することができる。
例えば、プラズマ窒化膜（屈折率２）の膜厚で制御する場合には、位相が＋１となる膜厚が、６５０ｎｍ／屈折率２×半位相０．５＝１６３ｎｍであることから、他の各膜による光路長に対応して、０〜１６３ｎｍまでの間で膜厚を変化させればよい。
【００４４】
また、半導体基板の上に、半導体基板の表面とマイクロレンズの表面との間のそれぞれの膜のうち、一部の膜を形成する工程を行った後に、形成した一部の膜の膜厚及び屈折率を測定する工程を行ってもよい。この場合、さらに、測定して得られた一部の膜の膜厚及び屈折率に基づいて、位相差の条件（０．２５〜０．７５、もしくは、ほぼ０．５）を満たすように残りの膜の膜厚及び屈折率を算出する工程を行い、その後残りの膜を形成する工程を行う。
【００４５】
なお、２つの反射光の位相差を０．５に制御しても、それぞれの反射光の強度が異なると、差分が残る。
そのため、２つの反射光の強度を同一にした場合が、最もゴーストの低減効果が高くなる。
２つの反射光の強度を同一にするためには、例えば、シリコン基板５１上に低反射膜を設けて、該当する回折波長での反射光の強度をマイクロレンズ表面の反射光の強度と同じにしておけばよい。
また例えば、前記特許文献１に提案されているマイクロレンズの表面に低反射膜を形成することによっても、マイクロレンズ表面の反射光の強度を調整して、２つの反射光の強度を同一にすることが可能である。
【００４６】
このような反射光の強度を調整する低反射膜としては、例えば、誘電体多層膜を使用することができる。この場合、多層膜のシミュレーション等によって、容易に多層膜を構成するそれぞれの膜の膜厚を求めることができる。
また、マイクロレンズ自体が多層になっている場合も、同様にシミュレーションでマイクロレンズを構成する各膜の膜厚を求めておけばよい。
【００４７】
ところで、各画素にカラーフィルタが設けられている場合には、その画素のカラーフィルタの種類によって透過する波長帯が異なるため、シリコン基板との界面で反射する反射光は、そのカラーフィルタを透過した波長帯となる。
このことに対応して、シリコン基板との界面で反射した光による回折光の強度を、マイクロレンズの表面で反射した光による回折光の強度に同等もしくは近づける場合には、それぞれのカラーフィルタの比率（空間的に占める割合）を考慮すると良い。
【００４８】
また、赤の光と青の光とで、それぞれ空気換算の光路長の最適値が異なるので、カラーフィルタの種類が異なる画素毎に膜厚を変えることも有効である。
その方法は、図７〜図９に示した構成ではプラズマシリコン窒化膜５４の膜厚を、総厚さと位相差とをそれぞれの波長で計算して、膜厚を制御すればよい。プラズマシリコン窒化膜は他の膜よりも屈折率が高いので、光路長を調整するために必要となる膜厚の変化が小さくなり、膜厚の制御がしやすい。
【００４９】
以上の考え方は、オンチップマイクロレンズが、屈折率の異なる複数の層の積層構造となっていても、反射の大きい界面に置き換えて考えると成立する。
【００５０】
また、本発明の撮像装置は、入射光を集光する集光光学部と、固体撮像素子と、固体撮像素子で光電変換されて得られた信号を処理する信号処理部とを含み、固体撮像素子として本発明の固体撮像素子を備えて撮像装置を構成する。これにより、固体撮像素子においてゴーストの発生を抑制することができるため、良好な画質の画像が得られる撮像装置を実現することができる。
より好ましくは、集光光学部に赤外領域の光をカットする赤外カットフィルタを含む構成とする。
【００５１】
＜２．固体撮像素子の実施の形態＞
本発明の固体撮像素子の一実施の形態の概略構成図（断面図）を、図１に示す。
本実施の形態は、本発明をＣＭＯＳ型固体撮像素子に適用したものである。
【００５２】
この固体撮像素子は、シリコン基板１１内に、センサ部のフォトダイオード１２が形成されている。そして、シリコン基板１１上に、配線層１３と、シリコン酸化膜等の絶縁層１４とが形成されている。さらに、この絶縁層１４上に、プラズマシリコン窒化膜１５を介して、カラーフィルタ１６及びマイクロレンズ（オンチップマイクロレンズ）１７が形成されている。
【００５３】
本実施の形態においては、特に、シリコン基板１１の表面にある受光面よりも上方にある、絶縁層１４からマイクロレンズ１７までの各膜が、前述した２つの反射光の位相差が０．２５〜０．７５を満たすように膜厚が設定された構成とする。
即ち、シリコン基板１１の界面における反射光と、マイクロレンズ１７の表面における反射光との位相差が０．２５〜０．７５の範囲内となるように、各膜１４，１５，１６，１７の膜厚を設定する。
これにより、マイクロレンズ１７の表面からの反射による回折光と、シリコン基板１１の界面からの反射による回折光とが、少なくとも一部互いに打ち消し合って、その結果回折光の強度が低減される。
【００５４】
より好ましくは、シリコン基板１１の界面における反射光と、マイクロレンズ１７の表面における反射光との位相差が０．５となるように、各膜１４，１５，１６，１７の膜厚を設定する。
【００５５】
また、本実施の形態の固体撮像素子を製造する際に、絶縁層１４からマイクロレンズ１７までの各膜のうち、一部の膜を形成する工程の後に、形成した一部の膜の膜厚及び屈折率を測定する工程を行ってもよい。この場合、測定して得られた一部の膜の膜厚及び屈折率の測定値に基づき、２つの反射光の位相差が上述の条件（０．２５〜０．７５、もしくは、ほぼ０．５）を満たすように、残りの膜の膜厚及び屈折率を算出する工程を行う。そして、算出した膜厚及び屈折率で残りの膜を形成する工程を行う。
例えば、絶縁層１４を形成した後に、絶縁層１４の膜厚及び屈折率を測定する工程を行い、この測定値に基づき、残りのプラズマシリコン窒化膜１５からの各膜１５，１６，１７の膜厚及び屈折率を算出して、これら残りの膜１５，１６，１７を形成してもよい。
例えば、絶縁層１４及びプラズマシリコン窒化膜１５を形成した後に、これらの膜１４，１５の膜厚及び屈折率を測定する工程を行い、この測定値に基づき、残りの各膜１６，１７の膜厚及び屈折率を算出して、これら残りの膜１６，１７を形成してもよい。
【００５６】
上述の本実施の形態の固体撮像素子の構成によれば、シリコン基板１１の界面における反射光と、マイクロレンズ１７の表面における反射光との位相差が０．２５〜０．７５の範囲内となるように、各膜１４，１５，１６，１７の膜厚が設定されている。これにより、回折光に起因するゴーストを低減することができる。
【００５７】
また、シリコン基板１１の界面における反射光と、マイクロレンズ１７の表面における反射光との位相差が０．５となるように、各膜１４，１５，１６，１７の膜厚を設定したときには、ゴーストをほぼゼロにすることができる。
【００５８】
また、本実施の形態によれば、従来の構造の一部の膜の膜厚を変えて最適化するだけで、工程を追加することなく、ゴーストの低減を実現することができる。
【００５９】
（比較例１）
ここで、本発明に対する比較例として、図１に示す固体撮像素子において、各層の膜厚を以下のようにした場合を考える。絶縁層１４としては、シリコン酸化膜を使用する。
シリコン酸化膜（絶縁層１４）：膜厚２．０μｍ  屈折率１．４５
プラズマシリコン窒化膜１５  ：膜厚０．４μｍ  屈折率２．０
カラーフィルタ（樹脂）１６  ：膜厚０．５μｍ  屈折率１．７
マイクロレンズ１７          ：厚さ０．４μｍ  屈折率１．６
【００６０】
ゴーストの原因となる波長を６５０ｎｍとした場合、総光路長は各膜厚と屈折率より計算すると１５．９７となり、この場合は位相差がほとんど無いため、２つの回折光が強め合い、ゴーストの発生により画像の質が悪化する。
【００６１】
（実施例１）
そこで、本発明の実施例１として、プラズマシリコン窒化膜１５の膜厚を３２５ｎｍ（０．３２５μｍ）にして、その他の３つの層１４，１６，１７は比較例１と同じ膜厚とした場合を考える。即ち、各層の膜厚を以下のようにする。
シリコン酸化膜（絶縁層１４）：膜厚２．０μｍ      屈折率１．４５
プラズマシリコン窒化膜１５  ：膜厚０．３２５μｍ  屈折率２．０
カラーフィルタ（樹脂）１６  ：膜厚０．５μｍ      屈折率１．７
マイクロレンズ１７          ：厚さ０．４μｍ      屈折率１．６
【００６２】
この実施例１の場合、総光路長は１５．５０となり、２つの回折光の位相差が０．５であるため、ゴーストの強度を限界まで下げることができる。
【００６３】
このとき、光学光路長の位相差を０．５に近づければよいので、実施例１のプラズマシリコン窒化膜１５の膜厚を変化させる手法に限定されるものではない。
基本的に各膜１４，１５，１６，１７のうち、どの膜の膜厚又は屈折率を変化させても構わない。
【００６４】
上述の実施の形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳ型固体撮像素子）に本発明を適用したが、ＣＣＤイメージセンサ等、その他の構成の固体撮像素子にも本発明を適用することができる。
なお、イメージセンサに限らず、他の回折が問題となる各種の構造物にも、本発明の技術を適用すれば、複数の界面からの反射により発生する回折光を干渉で抑制させることが可能になる。
【００６５】
＜３．固体撮像素子の変形例＞
次に、固体撮像素子の変形例を説明する。
前述したように、各画素にカラーフィルタが設けられている場合には、それぞれのカラーフィルタの比率（空間的に占める割合）を考慮すると良い。
【００６６】
例えば、赤・緑・青のカラーフィルタからなり、カラーフィルタの配列がベイヤー配列である固体撮像素子の場合には、赤のカラーフィルタの画素と青のカラーフィルタの画素がそれぞれ１／４ずつである。
赤外カットフィルタで反射する回折光は、赤外カットフィルタの遮断周波数の光（赤、青）である。
赤の光の場合について考えると、赤のカラーフィルタの画素は全体の１／４であるため、シリコン基板との界面で反射した反射光に起因する回折光（図９の回折光２０１）の強度を、１／４を前提に見積もれば良い。
同様に、青の光の場合について考えると、青のカラーフィルタの画素は全体の１／４であるため、シリコン基板との界面で反射した反射光に起因する回折光（図９の回折光２０１）の強度を、１／４を前提に見積もれば良い。
【００６７】
また、上述の実施の形態では、フォトダイオード１２が形成されたシリコン基板１１への光入射側に配線層１３が配置された、いわゆる表面照射型構造の固体撮像素子に本発明を適用した場合であった。
本発明は、フォトダイオードが形成された半導体層の、光が入射する側と反対の側に、配線層や転送電極を形成した、いわゆる裏面照射型構造の固体撮像素子にも適用することが可能である。
【００６８】
上述の実施の形態及び変形例では、センサ部のフォトダイオードが形成された基板をシリコン基板とした場合を説明した。
本発明は、センサ部のフォトダイオードが形成された基板がシリコン基板である場合に限らず、適用することができる。例えば、化合物半導体基板やＧｅ基板等、他の半導体基板を使用した固体撮像素子にも、同様に本発明を適用することが可能である。
【００６９】
＜４．撮像装置の実施の形態＞
次に、本発明の撮像装置の実施の形態を説明する。
本発明の撮像装置の一実施の形態の概略構成図（ブロック図）を、図２に示す。
この撮像装置としては、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話のカメラ等が挙げられる。
【００７０】
図２に示すように、撮像装置５００は、固体撮像素子（図示せず）を備えた撮像部５０１を有している。この撮像部５０１の前段には、入射光を集光して像を結像させる結像光学系５０２が備えられている。前述した赤外カットフィルタは、図示しないが、この結像光学系５０２に付属して設けられる。また、撮像部５０１の後段には、撮像部５０１を駆動する駆動回路、固体撮像素子で光電変換された信号を画像に処理する信号処理回路等を有する信号処理部５０３が接続されている。また、信号処理部５０３によって処理された画像信号は、画像記憶部（図示せず）によって記憶させることができる。
このような撮像装置５００において、固体撮像素子として、前述した実施の形態の固体撮像素子等、本発明の固体撮像素子を用いることができる。
【００７１】
本実施の形態の撮像装置５００によれば、本発明の固体撮像素子、即ち、前述したように、回折光によるゴーストの発生が抑制された固体撮像素子を用いているので、画質が良好な画像が得られるという利点がある。
【００７２】
なお、本発明の撮像装置は、図２に示した構成に限定されることはなく、固体撮像素子を用いる撮像装置であれば、適用することが可能である。
例えば、固体撮像素子は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
本発明の撮像装置は、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器等、各種の撮像装置に適用することができる。また、「撮像」の広義の意味として、指紋検出装置等も含む。
【００７３】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【符号の説明】
【００７４】
１１  シリコン基板、１２  フォトダイオード（センサ部）、１３  配線層、１４  絶縁層、１５  プラズマシリコン窒化膜、１６  カラーフィルタ、１７  マイクロレンズ（オンチップマイクロレンズ）、５００  撮像装置、５０１  撮像部、５０２  結像光学系、５０３  信号処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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