(57)【要約】【課題】分光特性を向上させることができる固体撮像装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る固体撮像装置１０は、受光部１７を有する半導体基板１３、カラーフィルタ層１２、および波長選択反射層１９、を具備する。カラーフィルタ層１２は、半導体基板１３の裏面上に設けられており、青色光を透過させる透過帯域を有し、透過帯域外の光を吸収する青色カラーフィルタ部１２Ｂを含む。波長選択反射層１９は、半導体基板１３の裏面と青色カラーフィルタ層１２Ｂとの間に設けられており、波長選択反射部１９Ｂを有する。波長選択反射部１９Ｂは、青色カラーフィルタ部１２Ｂに接するように設けられ、透過帯域内において青色カラーフィルタ部１２Ｂと実質的に同一の屈折率を有し、透過帯域外において青色カラーフィルタ部１２Ｂと実質的に異なる屈折率を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部を有する半導体基板と、
この半導体基板の第１面上に設けられ、青色光を透過させる透過帯域を有し、この透過帯域外の光を吸収する青色カラーフィルタ部、緑色光を透過させる透過帯域を有し、この透過帯域外の光を吸収する緑色カラーフィルタ部、および赤色光を透過させる透過帯域を有し、この透過帯域外の光を吸収する赤色カラーフィルタ部、を有するカラーフィルタ層と、
前記半導体基板の前記第１の面と前記カラーフィルタ層との間に設けられ、複数の波長選択反射部を有する波長選択反射層と、
を具備し、
前記複数の波長選択反射部は、前記青色カラーフィルタ部に接するように設けられ、前記青色光の透過帯域内において前記青色カラーフィルタ部と実質的に同一の屈折率を有し、前記青色光の透過帯域外において前記青色カラーフィルタ部と実質的に異なる屈折率を有する波長選択反射部、
前記緑色カラーフィルタ部に接するように設けられ、前記緑色光の透過帯域内において前記緑色カラーフィルタ部と実質的に同一の屈折率を有し、前記緑色光の透過帯域外において前記緑色カラーフィルタ部と実質的に異なる屈折率を有する波長選択反射部、
および前記赤色カラーフィルタ部に接するように設けられ、前記赤色光の透過帯域内において前記赤色カラーフィルタ部と実質的に同一の屈折率を有し、前記赤色光の透過帯域外において前記赤色カラーフィルタ部と実質的に異なる屈折率を有する波長選択反射部、
によって構成されたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
受光部を有する半導体基板と、
所定の波長帯域の光を透過させる透過帯域を有し、前記透過帯域外の光を吸収するカラーフィルタ部を含み、前記半導体基板の第１面上に設けられたカラーフィルタ層と、
前記カラーフィルタ部に接するように設けられ、前記透過帯域内において前記カラーフィルタ部と実質的に同一の屈折率を有するとともに、前記透過帯域外において前記カラーフィルタ部と実質的に異なる屈折率を有する波長選択反射部を含み、前記半導体基板の前記第１の面と前記カラーフィルタ層との間に設けられた波長選択反射層と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
前記半導体基板は、前記受光部を複数有し、
前記カラーフィルタ層は、互いに異なる前記透過帯域をそれぞれが有する複数の前記カラーフィルタ部を有し、
前記波長選択反射層は、前記波長選択反射部を複数有し、
複数の前記波長選択反射部のそれぞれは、対応する前記カラーフィルタ部に接するように設けられ、対応する前記カラーフィルタ部の前記透過帯域内において前記カラーフィルタ部と実質的に同一の屈折率を有し、対応する前記カラーフィルタ部の前記透過帯域外において前記カラーフィルタ部と実質的に異なる屈折率を有することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記複数のカラーフィルタ部は、前記透過帯域が青色の波長帯域である青色カラーフィルタ部、前記透過帯域が緑色の波長帯域である緑色カラーフィルタ部、および前記透過帯域が赤色の波長帯域である赤色カラーフィルタ部、であることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記カラーフィルタ層は、前記青色カラーフィルタ部、前記緑色カラーフィルタ部、および前記赤色カラーフィルタ部がベイヤー配列されることによって構成されることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＣＭＯＳイメージセンサ等に用いられる従来の固体撮像装置は、光を受光する受光部および受光部に光を集光するマイクロレンズをそれぞれが有する複数の画素が配列されたものである。
【０００３】
このような複数の画素を有する固体撮像装置においてカラー画像を撮像する場合、光の透過帯域が互いに異なる複数のカラーフィルタ部（例えば青色光を透過させる青色カラーフィルタ部、緑色光を透過させる緑色カラーフィルタ部、および赤色光を透過させる赤色カラーフィルタ部）を有するカラーフィルタ層を、受光部とマイクロレンズとの間に設け、各カラーフィルタ部において、透過帯域内の光を透過させ、透過帯域外の光を吸収させることによって、画素毎に異なる色の光を受光させればよい。
【０００４】
ここで、カラーフィルタ部は一般に、パターニング可能な透明樹脂に対して、適当な顔料、染料を選定して含有させ、光の透過帯域や透過帯域外における光の吸収率を制御することにより形成される。
【０００５】
しかしながら、このように形成されるカラーフィルタ部を有する固体撮像装置の各画素の分光特性（所定の波長帯域内の光とそれ以外の波長帯域の光とを分け、所定の波長帯域内の光のみを画素の受光部に到達させる特性）は、透明樹脂に含有させる顔料、染料の材料に制限され、より一層の分光特性の向上は困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１６５７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実施形態は、分光特性を向上させることができる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】
【０００８】
実施形態に係る固体撮像装置は、受光部を有する半導体基板、カラーフィルタ層、および波長選択反射層、を具備する。前記カラーフィルタ層は、前記半導体基板の第１面上に設けられており、カラーフィルタ部を含む。前記カラーフィルタ部は、所定の波長帯域の光を透過させる透過帯域を有し、前記透過帯域外の光を吸収する。前記波長選択反射層は、前記半導体基板の前記第１の面と前記カラーフィルタ層との間に設けられており、波長選択反射部を含む。前記波長選択反射部は、前記カラーフィルタ部に接するように設けられており、前記透過帯域内において前記カラーフィルタ部と実質的に同一の屈折率を有するとともに、前記透過帯域外において前記カラーフィルタ部と実質的に異なる屈折率を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置を模式的に示す上面図である。
【図２】図１の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った固体撮像装置の断面図である。
【図３】図１の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った固体撮像装置の断面図である。
【図４】青色カラーフィルタ部と波長選択反射部との関係について説明するための説明図であり、同図（ａ）は、青色カラーフィルタ部における光の吸収率の波長依存性を示す図であり、同図（ｂ）は、波長選択反射部の屈折率の波長依存性を示す図であり、同図（ｃ）は、青色カラーフィルタ部と波長選択反射部との界面における反射率の波長依存性を示す図である。
【図５】青色カラーフィルタ部および波長選択反射部を有する青色画素内の受光部に到達する光の波長依存性を示す図である。
【図６】第１の実施形態の第１の変形例に係る固体撮像装置の図２に対応する断面図である。
【図７】第１の実施形態の第１の変形例に係る固体撮像装置の図３に対応する断面図である。
【図８】緑色カラーフィルタ部と波長選択反射部との関係について説明するための説明図であり、同図（ａ）は、緑色カラーフィルタ部における光の吸収率の波長依存性を示す図であり、同図（ｂ）は、波長選択反射部の屈折率の波長依存性を示す図であり、同図（ｃ）は、緑色カラーフィルタ部と波長選択反射部との界面における反射率の波長依存性を示す図である。
【図９】緑色カラーフィルタ部および波長選択反射部を有する緑色画素内の受光部に到達する光の波長依存性を示す図である。
【図１０】第１の実施形態の第２の変形例に係る固体撮像装置の図２に対応する断面図である。
【図１１】第１の実施形態の第２の変形例に係る固体撮像装置の図３に対応する断面図である。
【図１２】赤色カラーフィルタ部と波長選択反射部との関係について説明するための説明図であり、同図（ａ）は、赤色カラーフィルタ部における光の吸収率の波長依存性を示す図であり、同図（ｂ）は、波長選択反射部の屈折率の波長依存性を示す図であり、同図（ｃ）は、赤色カラーフィルタ部と波長選択反射部との界面における反射率の波長依存性を示す図である。
【図１３】赤色カラーフィルタ部および波長選択反射部を有する緑色画素内の受光部に到達する光の波長依存性を示す図である。
【図１４】第２の実施形態に係る固体撮像装置の図２に対応する断面図である。
【図１５】第２の実施形態に係る固体撮像装置の図３に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を模式的に示す上面図である。なお、図１においては、後述するマイクロレンズを省略している。
【００１２】
図１に示すように、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０は、複数の画素が格子状に配列されたものである。複数の画素は、青色カラーフィルタ部１２Ｂを有する青色画素１１Ｂ、緑色カラーフィルタ部１２Ｇを有する緑色画素１１Ｇ、および赤色カラーフィルタ部１３Ｒを有する赤色画素１１Ｒ、のいずれかからなる。このような複数の画素１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒは、青色カラーフィルタ部１２Ｂ、緑色カラーフィルタ部１２Ｇ、および赤色カラーフィルタ部１２Ｒがベイヤー配列されるように設けられている。
【００１３】
図２は、図１の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った固体撮像装置１０の断面図、図３は、図１の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った固体撮像装置１０の断面図、である。
【００１４】
図２および図３に示すように、実施形態に係る固体撮像装置１０は、半導体基板１３の第１の面である裏面上にカラーフィルタ層１２、マイクロレンズ１４等を有するとともに、半導体基板１３の第２の面である表面上に絶縁膜１５を介して形成された配線層１６を有する、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置である。
【００１５】
なお、配線層１６は、後述する受光部１７において生じた電荷を読み出すためのゲートトランジスタ等（図示せず）に接続される配線１６ａを含む複数の配線層が、層間絶縁膜１６ｂによって互いに絶縁されたものである。
【００１６】
この固体撮像装置１０において、半導体基板１３には、複数の受光部１７が設けられている。各々の受光部１７は、例えば、半導体基板１３に不純物を注入することによって形成されたフォトダイオード層である。このような複数の受光部１７は、図１に示す画素毎にそれぞれ設けられている。従って、複数の受光部１７は、複数の画素１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒの配列に応じて、格子状に配列形成されている。
【００１７】
このような複数の受光部１７を有する半導体基板１３の裏面上には、第１の平坦化層１８−１が設けられている。第１の平坦化層１８−１は、例えば、少なくとも可視光を透過させることができる透明樹脂層からなり、半導体基板１３の裏面の凹凸を吸収し、表面が平坦になるように設けられている。
【００１８】
この第１の平坦化層１８−１の表面上には、波長選択反射層１９およびカラーフィルタ層１２が、この順に積層されている。
【００１９】
カラーフィルタ層１２は、例えば複数の青色カラーフィルタ部１２Ｂ、複数の緑色カラーフィルタ部１２Ｇ、および複数の赤色カラーフィルタ部１２Ｒ、を含む。青色カラーフィルタ部１２Ｂは、青色の波長帯域（４５０〜４９５ｎｍ程度）を透過帯域として有し、この透過帯域外の光を吸収するものである。緑色カラーフィルタ部１２Ｇは、緑色の波長帯域（４９５〜５７０ｎｍ程度）を透過帯域として有し、この透過帯域外の光を吸収するものである。そして、赤色カラーフィルタ部１２Ｒは、赤色の波長帯域（６２０〜７５０ｎｍ程度）を透過帯域として有し、この透過帯域外の光を吸収するものである。
【００２０】
これらのカラーフィルタ部１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒのそれぞれは、例えばパターニング可能な透明樹脂に所定の顔料または染料等の有機物を混入させ、透過帯域、および透過帯域外の光の吸収率、を制御することによって形成される。
【００２１】
このような複数のカラーフィルタ部１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒのそれぞれは、上述したように、複数の画素１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒのいずれかに含まれている。従って、カラーフィルタ層１２において、上述の複数のカラーフィルタ部１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒは、格子状に配列されるとともに、ベイヤー配列されている。
【００２２】
また、波長選択反射層１９は、半導体基板１１の裏面と前記カラーフィルタ層１２との間に、カラーフィルタ層１２に接するように設けられている。この波長選択反射層１９は、例えば少なくともに青色カラーフィルタ部１２Ｂに接するように設けられた一層の波長選択反射部１９Ｂからなり、青色カラーフィルタ部１２Ｂを透過した青色光を透過させるとともに、青色カラーフィルタ部１２Ｂとの界面において、青色光以外の光を反射させる。
【００２３】
以下に、図４を参照して、青色カラーフィルタ部１２Ｂと波長選択反射部１９Ｂとの関係について説明する。図４は、青色カラーフィルタ部１２Ｂと波長選択反射部１９Ｂとの関係について説明するための説明図であり、同図（ａ）は、青色カラーフィルタ部１２Ｂにおける光の吸収率の波長依存性を示す図であり、同図（ｂ）は、波長選択反射部１９Ｂの屈折率の波長依存性を示す図であり、同図（ｃ）は、青色カラーフィルタ部１２Ｂと波長選択反射部１９Ｂとの界面における反射率の波長依存性を示す図である。
【００２４】
図４（ａ）に示すように、青色カラーフィルタ部１２Ｂは、青色の波長帯域λＢ（λＢは、４５０〜４９５ｎｍ程度）において光の吸収率が低く、青色の波長帯域λＢ外において光の吸収率が高くなるように、含有される含有物を選定して形成されたものである。これは、例えば透明樹脂に、青色顔料を含有させることにより形成することができる。この結果、青色カラーフィルタ部１２Ｂは、青色光を透過させ、青色光以外の光をほとんど吸収する。
【００２５】
次に、図４（ｂ）に示すように、波長選択反射部１９Ｂは、青色の波長帯域λＢ内における屈折率が、青色カラーフィルタ部１２Ｂの屈性率ｎＢに実質的に一致し、青色の波長帯域λＢ外における屈折率が、青色カラーフィルタ部１２Ｂの屈性率ｎＢと実質的に異なるように、例えば青色カラーフィルタ部１２Ｂの屈性率ｎＢより高くなる設けられたものである。これは、例えばパターニング可能な透明樹脂に、所定の金属等の有機物または無機物を混入させ、屈折率を制御することによって形成することができる。
【００２６】
例えば青色顔料を含有する青色カラーフィルタ部１２Ｂの屈折率ｎＢは、およそ１．４〜１．６程度であり、このような青色カラーフィルタ部１２Ｂが設けられた場合、波長選択反射部１９Ｂは、例えば透明樹脂に、フィラーを含有させることにより形成することができる。このように形成された波長選択反射部１９Ｂは、青色の波長帯域λＢ内における屈折率が青色カラーフィルタ部１２Ｂに近くなり（青色カラーフィルタ部１２Ｂに実質的に一致し）、青色の波長帯域λＢ外における屈折率が青色カラーフィルタ部１２Ｂから遠くなる（青色カラーフィルタ部１２Ｂより高くなる）。
【００２７】
ここで、屈折率ｎａの物体Ａと屈折率ｎｂの物体Ｂとの界面に入射される光の、界面における反射率はホイヘンスの原理及びスネルの法則により、物体Ａの屈折率ｎａと物体Ｂの屈折率ｎｂが等しいときに反射は最少となり、物体Ａの屈折率ｎａと物体Ｂの屈折率ｎｂとに差があれば、両物体間の界面において反射が生じることがわかる。そして、物体Ａの屈折率ｎａと物体Ｂの屈折率ｎｂとの差が大きいほど、反射が大きくなることがわかる。
【００２８】
以上の関係によれば、上述のように波長選択反射部１９Ｂを設けた結果、青色の波長帯域λＢ内における、青色カラーフィルタ部１２Ｂおよび波長選択反射部１９Ｂの屈折率は、実質的に一致する。従って、図４（ｃ）に示すように、青色カラーフィルタ部１２Ｂを透過した青色光は、青色カラーフィルタ部１２Ｂと波長選択反射部１９Ｂとの界面において反射せず、波長選択反射部１９Ｂに侵入する。
【００２９】
また、青色の波長帯域λＢ外における、青色カラーフィルタ部１２Ｂおよび波長選択反射部１９Ｂの屈折率は、実質的に互いに異なる。従って、図４（ｃ）に示すように、青色カラーフィルタ部１２Ｂにおいて吸収されず、このカラーフィルタ部１２Ｂを透過した青色光以外の光は、青色カラーフィルタ部１２Ｂと波長選択反射部１９Ｂとの界面において反射される。
【００３０】
すなわち、波長選択反射部１９Ｂは、図４（ｂ）に示すような屈折率特性を有するように設けることにより、青色カラーフィルタ部１２Ｂを透過した青色光を透過させることができるとともに、青色カラーフィルタ部１２Ｂとの界面において、青色光以外の光を反射させることができる。
【００３１】
そして、青色の波長帯域λＢ外における、青色カラーフィルタ部１２Ｂと波長選択反射部１９Ｂとの屈折率差を大きくするほど、これらの界面において反射される青色光以外の光の反射量を大きくすることができる。
【００３２】
以上に説明したように、波長選択反射部１９Ｂは、青色カラーフィルタ部１２Ｂとの屈折率差によって、これらの界面において、青色光以外の光を反射させるものであるが、このような効果を奏するために、波長選択反射部１９Ｂは、少なくとも一波長（例えば青色画素１１Ｂ中の波長選択反射部１９Ｂであれば、青色光の一波長）分程度の厚さを有する必要がある。
【００３３】
なお、上述のように、波長選択反射部１９Ｂは、青色の波長帯域λＢ外における、青色カラーフィルタ部１２Ｂおよび波長選択反射部１９Ｂの屈折率が互いに異なるように設けられればよい。従って、図４（ｂ）に点線で示すように、波長選択反射部１９Ｂは、青色の波長帯域λＢ外における屈折率が、青色カラーフィルタ部１２Ｂの屈性率ｎＢより低くなるように設けられてもよい。
【００３４】
図５は、青色カラーフィルタ部１２Ｂおよび波長選択反射部１９Ｂを有する青色画素１１Ｂ内の受光部１７に到達する光の光強度の波長依存性を示す図である。上述のように波長選択反射部１９Ｂを設けた結果、青色カラーフィルタ部１２Ｂを透過した青色光は、波長選択反射部１９Ｂを透過し、受光部１７に到達する。従って、図５に示すように、青色画素１１Ｂにおいて、青色光は、高い光強度で受光部１７に到達する。
【００３５】
また、青色カラーフィルタ部１２Ｂにおいて吸収されず、このカラーフィルタ部１２Ｂを透過した青色光以外の光は、青色カラーフィルタ部１２Ｂと波長選択反射部１９Ｂとの界面において反射される。従って、図５に示すように、青色画素１１Ｂにおいて、受光部１７に到達する青色光以外の光の光強度は、小さい。
【００３６】
一方、従来の固体撮像装置のように、波長選択反射部を有さない場合、青色画素において、青色カラーフィルタ部を透過した青色光以外の光のほぼ全ては、受光部に到達する。従って、図５に点線で示すように、従来の固体撮像装置の青色画素において、受光部に到達する青色光以外の光の光強度は、本実施形態に係る固体撮像装置１０における青色画素１１Ｂと比較して、高くなる。これが、青色画素における分光特性を低下させる要因の一つとなっている。
【００３７】
図２および図３を参照する。上述のように設けられた波長選択反射層１９の表面上には、第２の平坦化層１８−２が設けられている。第２の平坦化層１８−２は、例えば、少なくとも可視光を透過させることができる透明樹脂層からなり、波長選択反射層１９の表面の凹凸を吸収し、表面が平坦になるように設けられている。
【００３８】
この第２の平坦化層１８−２の表面上には、複数のマイクロレンズ１４が、画素１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒ毎に設けられている。各々のマイクロレンズ１４は、これに入射された光を、対応する画素１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒ内の受光部１７に集光する。
【００３９】
このような第１の実施形態に係る固体撮像装置１０は、例えば以下のように製造される。すなわち、まず、半導体基板１３に選択的にイオン注入することにより複数の受光部１７を形成する。この後、半導体基板１１の表面上に絶縁膜１５を介して配線層１６を形成するとともに、半導体基板１１の裏面上に第１の平坦化層１８−１、波長選択反射層１９をこの順に形成する。続いて、青色カラーフィルタ部１２Ｂ、緑色カラーフィルタ部１２Ｇ、および赤色カラーフィルタ部１２Ｒ、をそれぞれ別工程において、例えばパターニングにより形成する。このようにしてカラーフィルタ層１２を形成した後、第２の平坦化層１８−２を形成し、最後に、マイクロレンズ１４を形成することにより、上述の固体撮像装置１０が製造される。
【００４０】
以上に説明した第１の実施形態に係る固体撮像装置１０によれば、半導体基板１３の裏面と青色カラーフィルタ部１２Ｂとの間に、青色カラーフィルタ部１２Ｂに接するように、波長選択反射部１９Ｂが設けられている。波長選択反射部１９Ｂは、青色カラーフィルタ部１２Ｂを透過する青色光の波長帯域λＢ内（透過帯域内）において、青色カラーフィルタ部１２Ｂの屈折率ｎＢに実質的に一致する屈折率を有し、透過帯域λＢ外において、青色カラーフィルタ部１２Ｂの屈折率と実質的に異なる屈折率を有する。従って、少なくとも青色画素１１Ｂにおける分光特性を向上させることができる。
【００４１】
第１の実施形態に係る固体撮像装置１０において、波長選択反射層１９は、青色カラーフィルタ部１２Ｂを透過した青色光を透過させるとともに、青色カラーフィルタ部１２Ｂとの界面において、青色光以外の光を反射させる、一層の波長選択反射部１９Ｂからなるものであった。しかし、波長選択反射層１９は、緑色カラーフィルタ部１２Ｇを透過した緑色光を透過させるとともに、緑色カラーフィルタ部１２Ｇとの界面において、緑色光以外の光を反射させる、一層の波長選択反射部１９Ｇからなるものであってもよいし、赤色カラーフィルタ部１２Ｒを透過した赤色光を透過させるとともに、赤色カラーフィルタ部１２Ｒとの界面において、赤色光以外の光を反射させる、一層の波長選択反射部１９Ｒからなるものであってもよい。前者を第１の変形例、後者を第２の変形例として、以下に説明する。
【００４２】
（第１の変形例）
図６および図７は、第１の実施形態の第１の変形例に係る固体撮像装置を示す断面図である。図６は、第１の変形例に係る固体撮像装置の、図２に対応する断面図であり、図７は、第１の変形例に係る固体撮像装置の、図３に対応する断面図である。なお、第１の変形例に係る固体撮像装置の上面図は図１と同様であるため、図示は省略する。また、以下の説明において、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と同一箇所については、説明を省略する。
【００４３】
図６および図７に示すように、第１の変形例に係る固体撮像装置２０において、波長選択反射層２９は、上述のように、緑色カラーフィルタ部１２Ｇを透過した緑色光を透過させるとともに、緑色カラーフィルタ部１２Ｇとの界面において、緑色光以外の光を反射させる、一層の波長選択反射部２９Ｇからなるものである。
【００４４】
以下に、図８を参照して、緑色カラーフィルタ部１２Ｇと波長選択反射部２９Ｇとの関係について説明する。図８は、緑色カラーフィルタ部１２Ｇと波長選択反射部２９Ｇとの関係について説明するための説明図であり、同図（ａ）は、緑色カラーフィルタ部１２Ｇにおける光の吸収率の波長依存性を示す図であり、同図（ｂ）は、波長選択反射部２９Ｇの屈折率の波長依存性を示す図であり、同図（ｃ）は、緑色カラーフィルタ部１２Ｇと波長選択反射部２９Ｇとの界面における反射率の波長依存性を示す図である。
【００４５】
図８（ａ）に示すように、緑色カラーフィルタ部１２Ｇは、緑色の波長帯域λＧ（λＧは、４９５〜５７０ｎｍ程度）において光の吸収率が低く、緑色の波長帯域λＧ外において光の吸収率が高くなるように、含有される含有物を選定して形成されたものである。これは、例えば透明樹脂に、緑色顔料を含有させることにより形成することができる。この結果、緑色カラーフィルタ部１２Ｇは、緑色光を透過させ、緑色光以外の光をほとんど吸収する。
【００４６】
次に、図８（ｂ）に示すように、波長選択反射部２９Ｇは、緑色の波長帯域λＧ内における屈折率が、緑色カラーフィルタ部１２Ｇの屈性率ｎＧに実質的に一致し、緑色の波長帯域λＧ外における屈折率が、緑色カラーフィルタ部１２Ｇの屈性率ｎＧと実質的に異なるように、例えば緑色カラーフィルタ部１２Ｇの屈性率ｎＧより高くなる設けられたものである。これは、例えばパターニング可能な透明樹脂に、青色カラーフィルタ部１２Ｂに含有される含有物とは異なる所定の金属等の有機物または無機物を混入させ、屈折率を制御することによって形成することができる。
【００４７】
例えば緑色顔料を含有する緑色カラーフィルタ部１２Ｇの屈折率ｎＧは、およそ１．４〜１．６程度であり、このような緑色カラーフィルタ部１２Ｇが設けられた場合、波長選択反射部２９Ｇは、例えば透明樹脂にフィラーを含有させることにより形成することができる。このように形成された波長選択反射部２９Ｇは、緑色の波長帯域λＧ内における屈折率が緑色カラーフィルタ部１２Ｇに近くなり（緑色カラーフィルタ部１２Ｇに実質的に一致し）、緑色の波長帯域λＧ外における屈折率が緑色カラーフィルタ部１２Ｇから遠くなる（緑色カラーフィルタ部１２Ｇより高くなる）。
【００４８】
このように波長選択反射部２９Ｇを設けた結果、緑色の波長帯域λＧ内における、緑色カラーフィルタ部１２Ｇおよび波長選択反射部２９Ｇの屈折率はともにｎＧにおいて実質的に一致する。従って、図８（ｃ）に示すように、緑色カラーフィルタ部１２Ｇを透過した緑色光は、緑色カラーフィルタ部１２Ｇと波長選択反射部２９Ｇとの界面において反射せず、波長選択反射部２９Ｇに侵入する。
【００４９】
また、緑色の波長帯域λＧ外における、緑色カラーフィルタ部１２Ｇおよび波長選択反射部２９Ｇの屈折率は、実質的に互いに異なる。従って、図８（ｃ）に示すように、緑色カラーフィルタ部１２Ｇにおいて吸収されず、このカラーフィルタ部１２Ｇを透過した緑色光以外の光は、緑色カラーフィルタ部１２Ｇと波長選択反射部２９Ｇとの界面において反射される。
【００５０】
すなわち、波長選択反射部２９Ｇは、図８（ｂ）に示すような屈折率特性を有するように設けることにより、緑色カラーフィルタ部１２Ｇを透過した緑色光を透過させることができるとともに、緑色カラーフィルタ部１２Ｇとの界面において、緑色光以外の光を反射させることができる。
【００５１】
そして、緑色の波長帯域λＧ外における、緑色カラーフィルタ部１２Ｇと波長選択反射部２９Ｇとの屈折率差を大きくするほど、これらの界面において反射される緑色光以外の光の反射量を大きくすることができる。
【００５２】
なお、上述のように、波長選択反射部２９Ｇは、緑色の波長帯域λＧ外における、緑色カラーフィルタ部１２Ｇおよび波長選択反射部２９Ｇの屈折率が互いに異なるように設けられればよい。従って、図８（ｂ）に点線で示すように、波長選択反射部２９Ｇは、緑色の波長帯域λＧ外における屈折率が、緑色カラーフィルタ部１２Ｇの屈性率ｎＧより低くなるように設けられてもよい。
【００５３】
図９は、緑色カラーフィルタ部１２Ｇおよび波長選択反射部２９Ｇを有する緑色画素１１Ｇ内の受光部１７に到達する光の光強度の波長依存性を示す図である。上述のように波長選択反射部２９Ｇを設けた結果、図９に示すように、緑色カラーフィルタ部１２Ｇを透過した緑色光は、波長選択反射部２９Ｇを透過し、受光部１７に到達する。従って、緑色画素１１Ｇにおいて、緑色光は、高い光強度で受光部に到達する。
【００５４】
また、緑色カラーフィルタ部１２Ｇにおいて吸収されず、このカラーフィルタ部１２Ｇを透過した緑色光以外の光は、緑色カラーフィルタ部１２Ｇと波長選択反射部２９Ｇとの界面において反射される。従って、緑色画素１１Ｇにおいて、受光部１７に到達する緑色光以外の光の光強度は、小さい。
【００５５】
一方、従来の固体撮像装置のように、波長選択反射部を有さない場合、緑色画素において、緑色カラーフィルタ部を透過した緑色光以外の光のほぼ全ては、受光部に到達する。従って、図９に点線で示すように、従来の固体撮像装置の緑色画素において、受光部に到達する緑色光以外の光の光強度は、第１の変形例に係る固体撮像装置２０における緑色画素１１Ｇと比較して、高くなる。これが、緑色画素における分光特性を低下させる要因の一つとなっている。
【００５６】
以上に説明した第１の変形例に係る固体撮像装置２０においては、半導体基板１３の裏面と緑色カラーフィルタ部１２Ｇとの間に、緑色カラーフィルタ部１２Ｇに接するように、波長選択反射部２９Ｇが設けられている。波長選択反射部２９Ｇは、緑色カラーフィルタ部１２Ｇを透過する緑色光の波長帯域λＧ内（透過帯域内）において、緑色カラーフィルタ部１２Ｇの屈折率に実質的に一致する屈折率を有し、透過帯域外において、緑色カラーフィルタ部１２Ｇの屈折率と実質的に異なる屈折率を有する。従って、少なくとも緑色画素１１Ｇにおける分光特性を向上させることができる。
【００５７】
（第２の変形例）
図１０および図１１は、第１の実施形態の第２の変形例に係る固体撮像装置を示す断面図である。図１０は、第２の変形例に係る固体撮像装置の、図２に対応する断面図であり、図１１は、第２の変形例に係る固体撮像装置の、図３に対応する断面図である。なお、第２の変形例に係る固体撮像装置の上面図は図１と同様であるため、図示は省略する。また、以下の説明において、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と同一箇所については、説明を省略する。
【００５８】
図１０および図１１に示すように、第２の変形例に係る固体撮像装置３０において、波長選択反射層３９は、赤色カラーフィルタ部１２Ｒを透過した赤色光を透過させるとともに、赤色カラーフィルタ部１２Ｒとの界面において、赤色光以外の光を反射させる、一層の波長選択反射部３９Ｒからなるものである。
【００５９】
以下に、図１２を参照して、赤色カラーフィルタ部１２Ｒと波長選択反射部３９Ｒとの関係について説明する。図１２は、赤色カラーフィルタ部１２Ｒと波長選択反射部３９Ｒとの関係について説明するための説明図であり、同図（ａ）は、赤色カラーフィルタ部１２Ｒにおける光の吸収率の波長依存性を示す図であり、同図（ｂ）は、波長選択反射部３９Ｒの屈折率の波長依存性を示す図であり、同図（ｃ）は、赤色カラーフィルタ部１２Ｒと波長選択反射部３９Ｒとの界面における反射率の波長依存性を示す図である。
【００６０】
図１２（ａ）に示すように、赤色カラーフィルタ部１２Ｒは、赤色の波長帯域λＲ（λＲは、６２０〜７５０ｎｍ程度）において光の吸収率が低く、赤色の波長帯域λＲ外において光の吸収率が高くなるように、含有される含有物を選定して形成されたものである。これは、例えば透明樹脂に、赤色顔料を含有させることにより形成することができる。この結果、赤色カラーフィルタ部１２Ｒは、赤色光を透過させ、赤色光以外の光をほとんど吸収する。
【００６１】
次に、図１２（ｂ）に示すように、波長選択反射部３９Ｒは、赤色の波長帯域λＲ内における屈折率が、赤色カラーフィルタ部１２Ｒの屈性率ｎＲに実質的に一致し、赤色の波長帯域λＲ外における屈折率が、赤色カラーフィルタ部１２Ｒの屈性率ｎＲと実質的に異なり、例えば赤色カラーフィルタ部１２Ｒの屈性率ｎＲより高くなるように設けられたものである。これは、例えばパターニング可能な透明樹脂に、青色カラーフィルタ部１２Ｂおよび緑色カラーフィルタ部１２Ｇに含有される含有物とは異なる所定の金属等の有機物または無機物を混入させ、屈折率を制御することによって形成することができる。
【００６２】
例えば赤色顔料を含有する赤色カラーフィルタ部１２Ｒの屈折率ｎＲは、およそ１．４〜１．６程度であり、このような赤色カラーフィルタ部１２Ｒが設けられた場合、波長選択反射部３９Ｒは、例えば透明樹脂にフィラーを含有させることにより形成することができる。このように形成された波長選択反射部３９Ｒは、赤色の波長帯域λＲ内における屈折率が赤色カラーフィルタ部１２Ｒに近くなり（赤色カラーフィルタ部１２Ｒに実質的に一致し）、赤色の波長帯域λＲ外における屈折率が赤色カラーフィルタ部１２Ｒから遠くなる（赤色カラーフィルタ部１２Ｒより高くなる）。
【００６３】
このように波長選択反射部３９Ｒを設けた結果、赤色の波長帯域λＲ内における、赤色カラーフィルタ部１２Ｒおよび波長選択反射部３９Ｒの屈折率はともにｎＲにおいて実質的に一致する。従って、図１２（ｃ）に示すように、赤色カラーフィルタ部１２Ｒを透過した赤色光は、赤色カラーフィルタ部１２Ｒと波長選択反射部３９Ｒとの界面において反射せず、波長選択反射部３９Ｒに侵入する。
【００６４】
また、赤色の波長帯域λＲ外における、赤色カラーフィルタ部１２Ｒおよび波長選択反射部３９Ｒの屈折率は、実質的に互いに異なる。従って、図１２（ｃ）に示すように、赤色カラーフィルタ部１２Ｒにおいて吸収されず、このカラーフィルタ部１２Ｒを透過した赤色光以外の光は、赤色カラーフィルタ部１２Ｒと波長選択反射部３９Ｒとの界面において反射される。
【００６５】
すなわち、波長選択反射部３９Ｒは、図１２（ｂ）に示すような屈折率特性を有するように設けることにより、赤色カラーフィルタ部１２Ｒを透過した赤色光を透過させることができるとともに、赤色カラーフィルタ部１２Ｒとの界面において、赤色光以外の光を反射させることができる。
【００６６】
そして、赤色の波長帯域λＲ外における、赤色カラーフィルタ部１２Ｒと波長選択反射部３９Ｒとの屈折率差を大きくするほど、これらの界面において反射される赤色光以外の光の反射量を大きくすることができる。
【００６７】
なお、上述のように、波長選択反射部３９Ｒは、赤色の波長帯域λＲ外における、赤色カラーフィルタ部１２Ｒおよび波長選択反射部３９Ｒの屈折率が互いに異なるように設けられればよい。従って、図１２（ｂ）に点線で示すように、波長選択反射部３９Ｒは、赤色の波長帯域λＲ外における屈折率が、赤色カラーフィルタ部１２Ｒの屈性率ｎＲより低くなるように設けられてもよい。
【００６８】
図１３は、赤色カラーフィルタ部１２Ｒおよび波長選択反射部３９Ｒを有する赤色画素１１Ｒ内の受光部１７に到達する光の光強度の波長依存性を示す図である。上述のように波長選択反射部３９Ｒを設けた結果、図１３に示すように、赤色カラーフィルタ部１２Ｒを透過した赤色光は、波長選択反射部３９Ｒを透過し、受光部１７に到達する。従って、赤色画素１１Ｒにおいて、赤色光は、高い光強度で受光部に到達する。
【００６９】
また、赤色カラーフィルタ部１２Ｒにおいて吸収されず、このカラーフィルタ部１２Ｒを透過した赤色光以外の光は、赤色カラーフィルタ部１２Ｒと波長選択反射部３９Ｒとの界面において反射される。従って、赤色画素１１Ｒにおいて、受光部１７に到達する赤色光以外の光の光強度は、小さい。
【００７０】
一方、従来の固体撮像装置のように、波長選択反射部を有さない場合、赤色画素において、赤色カラーフィルタ部を透過した赤色光以外の光のほぼ全ては、受光部に到達する。従って、図１３に点線で示すように、従来の固体撮像装置の赤色画素において、受光部に到達する赤色光以外の光の光強度は、第２の変形例に係る固体撮像装置３０における赤色画素１１Ｒと比較して、高くなる。これが、赤色画素における分光特性を低下させる要因の一つとなっている。
【００７１】
以上に説明した第２の変形例に係る固体撮像装置３０によれば、半導体基板１３の裏面と赤色カラーフィルタ部１２Ｒとの間に、赤色カラーフィルタ部１２Ｒに接するように、波長選択反射部３９Ｒが設けられている。波長選択反射部３９Ｒは、赤色カラーフィルタ部１２Ｒを透過する赤色光の波長帯域λＲ内（透過帯域内）において、赤色カラーフィルタ部１２Ｒの屈折率に実質的に一致する屈折率を有し、透過帯域外において、赤色カラーフィルタ部１２Ｒの屈折率と実質的に異なる屈折率を有する。従って、少なくとも赤色画素１１Ｒにおける分光特性を向上させることができる。
【００７２】
（第２の実施形態）
図１４および図１５は、第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す断面図である。図１４は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の、図２に対応する断面図であり、図１５は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の、図３に対応する断面図である。なお、第２の実施形態に係る固体撮像装置の上面図は図１と同様であるため、図示は省略する。また、以下の説明において、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と同一箇所については、説明を省略する。
【００７３】
第２の実施形態に係る固体撮像装置４０は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と比較して、波長選択反射層４９の構造が異なっている。
【００７４】
図１４および図１５に示すように、第２の実施形態に係る固体撮像装置４０において、波長選択反射層４９は、画素１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒ毎に設けられた複数の波長選択反射部４９Ｂ、４９Ｇ、４９Ｒからなる。複数の波長選択反射部４９Ｂ、４９Ｇ、４９Ｒのそれぞれは、対応するカラーフィルタ部１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒの透過帯域内においてカラーフィルタ部１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒと実質的に同一の屈折率を有し、透過帯域外においてカラーフィルタ部と実質的に異なる屈折率を有する。
【００７５】
すなわち、半導体基板１３の裏面と青色カラーフィルタ部１２Ｂとの間には、図４（ｂ）に示す屈折率特性の波長選択反射部４９Ｂが、青色カラーフィルタ部１２Ｂに接するように設けられており、半導体基板１３の裏面と緑色カラーフィルタ部１２Ｇとの間には、図８（ｂ）に示す屈折率特性の波長選択反射部４９Ｇが、緑色カラーフィルタ部１２Ｇに接するように設けられている。そして、半導体基板１３の裏面と赤色カラーフィルタ層１２Ｒとの間には、図１１（ｂ）に示す屈折率特性の波長選択反射部４９Ｒが、赤色カラーフィルタ１２Ｒに接するように設けられている。第２の実施形態に係る固体撮像装置４０における波長選択反射層４９は、このような３種類の波長選択反射部４９Ｂ、４９Ｇ、４９Ｒによって構成されている。
【００７６】
このような第２の実施形態に係る固体撮像装置４０によれば、半導体基板１３の裏面と各色のカラーフィルタ部１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒとの間に、各色のカラーフィルタ部１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒに接するようにそれぞれ、波長選択反射部４９Ｂ、４９Ｇ、４９Ｒが設けられている。各々の波長選択反射部４９Ｂ、４９Ｇ、４９Ｒは、対応するカラーフィルタ部１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒを透過する光の波長帯域λＲ内（透過帯域内）において、対応するカラーフィルタ部１２Ｒの屈折率に実質的に一致する屈折率を有し、透過帯域外において、対応するカラーフィルタ部１２Ｒの屈折率と実質的に異なる屈折率を有する。従って、各画素１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒにおける分光特性を向上させることができる。
【００７７】
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７８】
例えば、上述の実施形態は全て、裏面照射型の固体撮像装置であったが、本発明は、半導体基板の第１面である表面上に、配線層を介してカラーフィルタ層およびマイクロレンズが設けられた、いわゆる表面照射型の固体撮像装置においても、同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１０、２０、３０、４０・・・固体撮像装置
１１Ｂ・・・青色画素
１１Ｇ・・・緑色画素
１１Ｒ・・・赤色画素
１２・・・カラーフィルタ層
１２Ｂ・・・青色カラーフィルタ部
１２Ｇ・・・緑色カラーフィルタ部
１２Ｒ・・・赤色カラーフィルタ部
１３・・・半導体基板
１４・・・マイクロレンズ
１５・・・絶縁膜
１６・・・配線層
１６ａ・・・配線
１６ｂ・・・層間絶縁膜
１７・・・受光部
１８−１・・・第１の平坦化層
１８−２・・・第２の平坦化層
１９、２９、３９、４９・・・波長選択反射層
１９Ｂ、２９Ｇ、３９Ｒ、４９Ｂ、４９Ｇ、４９Ｒ・・・波長選択反射部
【図１】
2015037095.tif 000003
【図２】
2015037095.tif 000004
【図３】
2015037095.tif 000005
【図４】
2015037095.tif 000006
【図５】
2015037095.tif 000007
【図６】
2015037095.tif 000008
【図７】
2015037095.tif 000009
【図８】
2015037095.tif 000010
【図９】
2015037095.tif 000011
【図１０】
2015037095.tif 000012
【図１１】
2015037095.tif 000013
【図１２】
2015037095.tif 000014
【図１３】
2015037095.tif 000015
【図１４】
2015037095.tif 000016
【図１５】
2015037095.tif 000017