(57)【要約】  【課題】  カラーフィルタの製造において色別に異なる顔料等の材料管理を必要としない低コストのイメージセンサを提供することを目的とする。  【解決手段】  受光装置は、半導体基板に複数の受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）を形成し、各受光セルは、受光セル毎に定められた波長域の光を透過するフィルタ膜２０と、フィルタ膜２０を透過した光の輝度に応じて信号電荷を生成する光電変換部１７とを備えている。ここで、全ての受光セルに備えられたフィルタ膜２０は、受光セル毎に定められた波長域に相応する膜厚（ｔａ、ｔｂ、ｔｃ）に調整されていることを特徴とする。【選択図】  図２
2005175430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に複数の受光セルが形成され、各受光セルは、受光セル毎に定められた波長域の光を透過させるフィルタ膜と、当該フィルタ膜を透過した光の輝度に応じて信号電荷を生成する光電変換部とを備えてなる受光素子であって、
各受光セルに備えられたフィルタ膜は、受光セル毎に定められた波長域に相応する膜厚に調整されていること
を特徴とする受光素子。
【請求項２】
前記フィルタ膜は、膜厚から定まるカットオフ波長よりも短い波長域の光の透過率が、前記カットオフ波長よりも長い波長域の光の透過率よりも小さくなる部材からなること
を特徴とする請求項１に記載の受光素子。
【請求項３】
前記フィルタ膜は、光の吸収により透過率が小さくなる部材からなること
を特徴とする請求項２に記載の受光素子。
【請求項４】
前記フィルタ膜は、ポリシリコン、アモルファスシリコン又はシリコンを主成分とすること
を特徴とする請求項２に記載の受光素子。
【請求項５】
前記光電変換部は、シリコン基板にＮ型不純物が添加されることにより形成されており、
前記フィルタ膜は、
前記光電変換部にＰ型不純物が添加されることにより形成されること
を特徴とする請求項３に記載の受光素子。
【請求項６】
前記フィルタ膜は、さらに、膜厚が厚いほど前記カットオフ波長が大きくなる部材からなること
を特徴とする請求項２に記載の受光素子。
【請求項７】
前記フィルタ膜は、第１の膜厚、第２の膜厚及び第３の膜厚のいずれかに調整されており、
前記第１の膜厚は、そのカットオフ波長が赤色領域と緑色領域との境界の波長となる膜厚であり、
前記第２の膜厚は、そのカットオフ波長が緑色領域と青色領域との境界の波長となる膜厚であり、
前記第３の膜厚は、そのカットオフ波長が青色領域と紫外線領域との境界の波長となる膜厚であること
を特徴とする請求項２に記載の受光素子。
【請求項８】
前記フィルタ膜は、ポリシリコン、アモルファスシリコン又はシリコンを主成分とすること
を特徴とする請求項１に記載の受光素子。
【請求項９】
前記光電変換部は、シリコン基板にＮ型不純物が添加されることにより形成されており、
前記フィルタ膜は、
前記光電変換部にＰ型不純物が添加されることにより形成されること
を特徴とする請求項１に記載の受光素子。
【請求項１０】
前記各受光セルは、さらに、前記フィルタ膜の光源側の主面上に当該フィルタ膜の屈折率よりも小さな屈折率の材料からなる反射抑制膜が形成されること
を特徴とする請求項１に記載の受光素子。
【請求項１１】
前記フィルタ膜は、ポリシリコン、アモルファスシリコン又はシリコンを主成分とし、
前記反射抑制膜は、窒化シリコン、酸化シリコン又は窒化酸化シリコンからなること
を特徴とする請求項１０に記載の受光素子。
【請求項１２】
前記受光セルは、さらに、
前記光電変換部の直上を開口しそれ以外の部分を遮光する遮光膜を備え、
前記フィルタ膜は、前記遮光膜と前記光電変換部との間にあること
を特徴とする請求項１に記載の受光素子。
【請求項１３】
前記受光セルは、さらに、
前記フィルタ膜と前記光電変換部との間に膜厚が１ｎｍから１５０ｎｍまでの酸化シリコン膜を備えること
を特徴とする請求項１２に記載の受光素子。
【請求項１４】
前記受光セルは、さらに、
前記信号電荷の非転送時には、前記光電変換部と転送先との間に光電変換部の電位よりも低いゲート電位を生成するゲート部と、
前記光電変換部と前記フィルタ膜との間に、前記ゲート電位よりも低い障壁電位が生成される電位障壁部とを備えること
を特徴とする請求項１２に記載の受光素子。
【請求項１５】
半導体基板に複数の受光セルが形成され、各受光セルは、光の輝度に応じて信号電荷を生成する光電変換部を備えてなる受光素子であって、
一部の受光セルは、受光セル毎に定められた波長域に相応する膜厚に調整されたフィルタ膜を、当該フィルタ膜を透過した光が各受光セルの光電変換部に到達することとなる位置に備え、前記一部の受光セル以外の受光セルは、前記フィルタ膜を備えないこと
を特徴とする受光素子。
【請求項１６】
前記フィルタ膜は、膜厚から定まるカットオフ波長よりも短い波長域の光の透過率が、前記カットオフ波長よりも長い波長域の光の透過率よりも小さくなる部材からなること
を特徴とする請求項１５に記載の受光素子。
【請求項１７】
前記フィルタ膜は、第１の膜厚及び第２の膜厚のいずれかに調整されており、
前記第１の膜厚は、そのカットオフ波長が赤色領域と緑色領域との境界の波長となる膜厚であり、
前記第２の膜厚は、そのカットオフ波長が緑色領域と青色領域との境界の波長となる膜厚であること
を特徴とする請求項１６に記載の受光素子。
【請求項１８】
第１波長域の光の輝度に対応する第１源信号と、前記第１波長域を含む第２波長域の光の輝度に対応する第２源信号とから、第２波長域のうちの第１波長域を除く領域の光の輝度に対応する色信号を得る信号処理装置であって、
第１源信号及び第２源信号にそれぞれ対応する重み係数を保持している保持手段と、
前記重み係数を第１源信号及び第２源信号のそれぞれに乗じた後に、それらの差分をとることにより色信号を得る演算手段と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項１９】
赤色領域と緑色領域との境界の波長よりも光の波長が長い領域の光の輝度に対応する第１源信号と、緑色領域と青色領域との境界の波長よりも光の波長が長い領域の光の輝度に対応する第２源信号と、青色領域と紫外線領域との境界の波長よりも光の波長が長い領域の光の輝度に対応する第３源信号とから、赤色領域の光の輝度に対応する赤色信号、緑色領域の光の輝度に対応する緑色信号及び青色領域の光の輝度に対応する青色信号を得る信号処理装置であって、
第１源信号、第２源信号及び第３源信号の組から、赤色信号、緑色信号及び青色信号の組に変換する変換行列を保持する保持手段と、
前記第１源信号、第２源信号及び第３源信号の組に前記変換行列を作用させる演算手段と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２０】
半導体基板に複数の受光セルが形成され、各受光セルは、受光セル毎に定められた波長域の光を透過するフィルタ膜と、当該フィルタ膜を透過した光の輝度に応じて信号電荷を生成する光電変換部とを備えてなる受光素子を製造する製造方法であって、
各受光セルに前記光電変換部を形成する形成ステップと、
前記形成ステップにより形成された光電変換部の上部に、膜厚に応じて異なる波長域の光を透過する素材を、各受光セルにおいて均一の膜厚に成膜する成膜ステップと、
前記成膜ステップにより成膜された素材を、受光セル毎に定められた膜厚となるようにエッチング加工するエッチングステップと
を含むことを特徴とする受光素子の製造方法。
【請求項２１】
半導体基板に複数の受光セルが形成され、各受光セルは、受光セル毎に定められた波長域の光を透過するフィルタ膜と、当該フィルタ膜を透過した光の輝度に応じて信号電荷を生成する光電変換部とを備えてなる受光素子を製造する製造方法であって、
各受光セルにＮ型不純物を添加することにより前記光電変換部を形成する形成ステップと
前記形成ステップにより形成された光電変換部に、受光セル毎に定められた膜厚となるようにＰ型不純物を注入する注入ステップと
を含むことを特徴とする受光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサなどの受光素子に関し、特に、受光素子中の各受光セルが備えるカラーフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な受光素子は、半導体基板に複数の受光セルが形成され、各受光セルがカラーフィルタとフォトダイオードとを備える構造となっている。カラーフィルタは、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の３色があり、各受光セルにそのいずれかが割り当てられる。フォトダイオードは、カラーフィルタを透過した光の輝度に応じて信号電荷を生成する。したがって、受光セルは、入射光のうちの特定の色成分に応じた信号電荷を生成することができる。これらの信号電荷が収集されることにより、１枚分の撮像データが生成される（例えば、日本国特開平５−６９８６号公報参照。）。
【０００３】
従来のカラーフィルタは、通常、アクリル系樹脂に色別の顔料又は染料を混入することにより製造されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−３１１３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のカラーフィルタは、その製造工程において、色別に異なる顔料又は染料の材料管理が必要となり、受光素子のコスト削減の妨げとなっている。そこで、本発明は、カラーフィルタの製造工程において色別に異なる顔料又は染料の材料管理を必要としない、低コストの受光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】
上記課題を解決するために、本発明に係る受光素子は、半導体基板に複数の受光セルが形成され、各受光セルは、受光セル毎に定められた波長域の光を透過させるフィルタ膜と、当該フィルタ膜を透過した光の輝度に応じて信号電荷を生成する光電変換部とを備えてなる受光素子であって、各受光セルに備えられたフィルタ膜は、受光セル毎に定められた波長域に相応する膜厚に調整されている。
【発明の効果】
【０００６】
上記構成によれば、フィルタ膜による透過光の波長域は、色別に異なる顔料又は染料ではなく、色別に異なる膜厚により定められる。したがって、その製造工程において色別に異なる顔料又は染料の材料管理が不要となり、コストを削減することができる。
また、前記フィルタ膜は、膜厚から定まるカットオフ波長よりも短い波長域の光の透過率が、前記カットオフ波長よりも長い波長域の光の透過率よりも小さくなる部材からなることとしてもよい。
【０００７】
上記構成によれば、フィルタ膜に、カットオフ波長よりも長い波長域の光を主に透過させるフィルタとして機能させることができる。
また、前記フィルタ膜は、光の吸収により透過率が小さくなる部材からなることとしてもよい。
光の透過率を小さくするには２種類の方法が考えられる。第１は、フィルタ膜に光を吸収させる方法であり、第２は、フィルタ膜に光を反射させる方法である。第２の方法は、反射光が受光素子内で散乱することがあるので第１の方法に比べてフレア現象が発生しやすい。フレア現象とは、他の光電変換部からの反射光が到達することにより、正規の信号に擬似信号が重畳される現象である。本発明は、第１の方法を採用することにより、フレア現象の発生率を低減させている。
【０００８】
また、前記フィルタ膜は、ポリシリコン、アモルファスシリコン又はシリコンを主成分とすることとしてもよい。
上記構成によれば、フィルタ膜は、半導体プロセスにより製造され得る。例えば、全ての受光セル上にＣＶＤ法によりポリシリコンを成膜し、その後、ドライエッチングにより受光セル毎に膜厚を調整することで、各受光セルに所望の膜厚のフィルタ膜を形成することができる。
【０００９】
したがって、アクリル系樹脂を扱うカラーフィルタ製造プロセスが不要となる。その結果、製造設備の流用及び製造工程の簡易化を図ることができる。
また、前記光電変換部は、シリコン基板にＮ型不純物が添加されることにより形成されており、前記フィルタ膜は、前記光電変換部にＰ型不純物が添加されることにより形成されることとしてもよい。
【００１０】
上記構成によれば、フィルタ膜は、半導体プロセスにより製造され得る。例えば、Ｐ型不純物の加速エネルギーを受光セル毎に調整することで、各受光セルに所望の膜厚のフィルタ膜を形成することができる。
したがって、アクリル系樹脂を扱うカラーフィルタ製造プロセスが不要となる。その結果、製造設備の流用及び製造工程の簡易化を図ることができる。
【００１１】
また、前記フィルタ膜は、さらに、膜厚が厚いほど前記カットオフ波長が大きくなる部材からなることとしてもよい。
これにより、膜厚を調整することで、透過光の波長域を任意に調整することができる。
また、前記フィルタ膜は、第１の膜厚、第２の膜厚及び第３の膜厚のいずれかに調整されており、前記第１の膜厚は、そのカットオフ波長が赤色領域と緑色領域との境界の波長となる膜厚であり、前記第２の膜厚は、そのカットオフ波長が緑色領域と青色領域との境界の波長となる膜厚であり、前記第３の膜厚は、そのカットオフ波長が青色領域と紫外線領域との境界の波長となる膜厚であることとしてもよい。
【００１２】
上記構成によれば、各受光セルに備えられたフィルタ膜は、その膜厚に応じて以下の波長域の光を透過することができる。
第１膜厚：赤色領域
第２膜厚：赤色領域、緑色領域
第３膜厚：赤色領域、緑色領域、青色領域
即ち、第１膜厚のフィルタ膜を備える第１受光セルは、赤色領域の透過光により信号電荷を生成する。第２膜厚のフィルタ膜を備える第２受光セルは、赤色領域及び緑色領域の透過光により信号電荷を生成する。第３膜厚のフィルタ膜を備える第３受光セルは、赤色領域、緑色領域及び青色領域の透過光により信号電荷を生成する。
【００１３】
したがって、赤色信号は、第１受光セルの信号電荷から得られる。また、緑色信号は、第２受光セルと第１受光セルとの信号電荷の差分により得られる。さらに、青色信号は、第３受光セルと第２受光セルとの信号電荷の差分により得られる。
また、前記各受光セルは、さらに、前記フィルタ膜の光源側の主面上に当該フィルタ膜の屈折率よりも小さな屈折率の材料からなる反射抑制膜が形成されることとしてもよい。
【００１４】
上記構成によれば、フィルタ膜とガスと間に反射抑制膜が設けられるので、入射光の反射率を低減することができる。したがって、受光素子の感度を向上することができる。
また、前記フィルタ膜は、ポリシリコン、アモルファスシリコン又はシリコンを主成分とし、前記反射抑制膜は、窒化シリコン、酸化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることとしてもよい。
【００１５】
上記構成によれば、フィルタ膜及び反射抑制膜は半導体プロセスにより製造することができる。したがって、製造設備の流用及び製造工程の簡易化を図ることができる。
また、前記受光セルは、さらに、前記光電変換部の直上を開口しそれ以外の部分を遮光する遮光膜を備え、前記フィルタ膜は、前記遮光膜と前記光電変換部との間にあることとしてもよい。
【００１６】
上記構成によれば、各受光セルは、隣接する受光セルからの散乱光が光電変換部に到達することを防止する。これにより、各受光セルは、隣接する受光セルからの散乱光によるノイズを防止することができる。
また、前記受光セルは、さらに、前記フィルタ膜と前記光電変換部との間に膜厚が１ｎｍから１５０ｎｍまでの酸化シリコン膜を備えることとしてもよい。
【００１７】
上記構成によれば、フィルタ膜と光電変換部とを絶縁することができる。これにより、光電変換部の信号電荷がフィルタ膜へリークすることを防止することができる。
また、一般的に入射光は、酸化シリコン膜と光電変換部との間で反射を起こす。しかし、酸化シリコン膜の膜厚を１ｎｍから１５０ｎｍまでとすることで、反射率を抑制できることが知られている。したがって、酸化シリコン膜を挿入することによる受光セルの感度の低下を抑制することができる。
【００１８】
また、前記受光セルは、さらに、前記信号電荷の非転送時には、前記光電変換部と転送先との間に光電変換部の電位よりも低いゲート電位を生成するゲート部と、前記光電変換部と前記フィルタ膜との間に、前記ゲート電位よりも低い障壁電位が生成される電位障壁部とを備えることとしてもよい。
上記構成によれば、非転送時における各受光セルの各部の電位は、ゲート部、光電変換部、電位障壁部の順に、低、高、低と並んでいる。これにより、光電変換部で生成された電子は電位の高い光電変換部に蓄積される。また、蓄積された電子が電位障壁部を越えてフィルタ膜にリークすることを防止することができる。
【００１９】
上記目的を達成するために、受光素子は、半導体基板に複数の受光セルが形成され、各受光セルは、光の輝度に応じて信号電荷を生成する光電変換部を備えてなる受光素子であって、一部の受光セルは、受光セル毎に定められた波長域に相応する膜厚に調整されたフィルタ膜を、当該フィルタ膜を透過した光が各受光セルの光電変換部に到達することとなる位置に備え、前記一部の受光セル以外の受光セルは、前記フィルタ膜を備えない。
【００２０】
上記構成によれば、前述の受光素子と同様に、その製造工程において色別に異なる顔料又は染料の材料管理が不要となり、コストを削減することができる。
また、前記フィルタ膜は、膜厚から定まるカットオフ波長よりも短い波長域の光の透過率が、前記カットオフ波長よりも長い波長域の光の透過率よりも小さくなる部材からなることとしてもよい。
【００２１】
上記構成によれば、フィルタ膜に、カットオフ波長よりも長い波長域の光を主に透過させるフィルタとして機能させることができる。
また、前記フィルタ膜は、第１の膜厚及び第２の膜厚のいずれかに調整されており、前記第１の膜厚は、そのカットオフ波長が赤色領域と緑色領域との境界の波長となる膜厚であり、前記第２の膜厚は、そのカットオフ波長が緑色領域と青色領域との境界の波長となる膜厚であることとしてもよい。
【００２２】
これは、予め紫外線がカットされた光を受光素子が受光する場合に適用可能である。例えば、カメラシステムでは、レンズにより集光された入射光は、光学ローパスフィルタ及び赤外線カットフィルタを通過した後に、受光素子へと到達する。このカメラシステムにおいて、さらに紫外線カットフィルタが備えられていれば、青色領域と紫外線領域との境界の波長よりも長い波長域の光を透過するフィルタとなる。したがって、その波長域の光から信号電荷を生成する受光セルにはフィルタ膜がもはや必要なくなる。
【００２３】
したがって、当該受光素子には３色分ではなく２色分のフィルタ膜を形成すればよいので、フィルタ膜の製造工程を短縮することができる。
本発明に係る信号処理装置は、第１波長域の光の輝度に対応する第１源信号と、前記第１波長域を含む第２波長域の光の輝度に対応する第２源信号とから、第２波長域のうちの第１波長域を除く領域の光の輝度に対応する色信号を得る信号処理装置であって、第１源信号及び第２源信号にそれぞれ対応する重み係数を保持している保持手段と、前記重み係数を第１源信号及び第２源信号のそれぞれに乗じた後に、それらの差分をとることにより色信号を得る演算手段とを備える。
【００２４】
上記構成によれば、信号処理装置は、第２波長域のうちの第１波長域を除く領域の光の輝度に対応する色信号を得ることができる。当該信号処理装置は、受光素子が上記の第１源信号及び第２源信号を出力する仕様である場合に、適用される。
本発明に係る信号処理装置は、赤色領域と緑色領域との境界の波長よりも光の波長が長い領域の光の輝度に対応する第１源信号と、緑色領域と青色領域との境界の波長よりも光の波長が長い領域の光の輝度に対応する第２源信号と、青色領域と紫外線領域との境界の波長よりも光の波長が長い領域の光の輝度に対応する第３源信号とから、赤色領域の光の輝度に対応する赤色信号、緑色領域の光の輝度に対応する緑色信号及び青色領域の光の輝度に対応する青色信号を得る信号処理装置であって、第１源信号、第２源信号及び第３源信号の組から、赤色信号、緑色信号及び青色信号の組に変換する変換行列を保持する保持手段と、前記第１源信号、第２源信号及び第３源信号の組に前記変換行列を作用させる演算手段とを備える。
【００２５】
各源信号は、以下の波長域の光の輝度に対応する信号である。
第１源信号：赤色領域
第２源信号：赤色領域、緑色領域
第３源信号：赤色領域、緑色領域、青色領域
上記構成によれば、信号処理装置は、第１源信号、第２源信号及び第３源信号の組から赤色信号、緑色信号及び青色信号の組を得ることができる。即ち、以下の各色信号を得ることができる。
【００２６】
赤色信号：赤色領域
緑色信号：緑色領域
青色信号：青色領域
本発明に係る受光素子の製造方法は、半導体基板に複数の受光セルが形成され、各受光セルは、受光セル毎に定められた波長域の光を透過するフィルタ膜と、当該フィルタ膜を透過した光の輝度に応じて信号電荷を生成する光電変換部とを備えてなる受光素子を製造する製造方法であって、各受光セルに前記光電変換部を形成する形成ステップと、前記形成ステップにより形成された光電変換部の上部に、膜厚に応じて異なる波長域の光を透過する素材を、各受光セルにおいて均一の膜厚に成膜する成膜ステップと、前記成膜ステップにより成膜された素材を、受光セル毎に定められた膜厚となるようにエッチング加工するエッチングステップとを含む。
【００２７】
上記構成によれば、フィルタ膜は、色別に異なる顔料又は染料ではなく、色別に異なる膜厚により透過光の波長域を定める。したがって、その製造工程において色別に異なる顔料又は染料の材料管理が不要となり、コストを削減することができる。
また、フィルタ膜の素材として、ポリシリコン又はアモルファスシリコンを採用すれば、フィルタ膜は、半導体プロセスにより製造され得る。したがって、アクリル系樹脂を扱うカラーフィルタ製造プロセスが不要となる。その結果、製造設備の流用及び製造工程の簡易化を図ることができる。
【００２８】
本発明に係る受光素子の製造方法は、半導体基板に複数の受光セルが形成され、各受光セルは、受光セル毎に定められた波長域の光を透過するフィルタ膜と、当該フィルタ膜を透過した光の輝度に応じて信号電荷を生成する光電変換部とを備えてなる受光素子を製造する製造方法であって、各受光セルにＮ型不純物を添加することにより前記光電変換部を形成する形成ステップと、前記形成ステップにより形成された光電変換部に、受光セル毎に定められた膜厚となるようにＰ型不純物を注入する注入ステップとを含む。
【００２９】
上記構成によれば、フィルタ膜は、色別に異なる顔料又は染料ではなく、色別に異なる膜厚により透過光の波長域を定める。したがって、その製造工程において色別に異なる顔料又は染料の材料管理が不要となり、コストを削減することができる。
また、フィルタ膜は、半導体プロセスにより製造される。したがって、アクリル系樹脂を扱うカラーフィルタ製造プロセスが不要となる。その結果、製造設備の流用及び製造工程の簡易化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
（実施の形態１）
＜概要＞
実施の形態１では、フィルタ膜は、全ての画素セルにおいて単一素材のポリシリコンにより形成される。ポリシリコンは、その膜厚に応じて異なる波長域の光を通過させる性質があるので、受光セル毎に異なる膜厚とすることでカラーフィルタの役割を果たすことができる。
【００３１】
このように、フィルタ膜は、色別に異なる顔料又は染料ではなく、色別に異なる膜厚により透過光の波長域を定める。したがって、その製造工程において色別に異なる顔料又は染料の材料管理が不要となり、コストを削減することができる。
また、フィルタ膜は、半導体プロセスにより製造され得る。したがって、アクリル系樹脂を扱うカラーフィルタ製造プロセスが不要となる。その結果、製造設備の流用及び製造工程の簡易化を図ることができる。
【００３２】
＜構成＞
図１は、本発明に係るカメラシステムの構成を示す図である。
カメラシステムは、受光素子１、駆動回路２、垂直走査回路３、水平走査回路４、アナログフロントエンド５、信号処理回路６、作業用メモリ７、記録用メモリ８及び制御部９を備える。
【００３３】
受光素子１は、いわゆるＭＯＳ型イメージセンサであり、半導体基板に形成された複数の受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）の集合体である。各受光セルは、受光セル毎に定められた波長域の光の輝度に応じて信号電荷を生成する。図１の各受光セルには「Ｒ」、「ＲＧ」、「ＲＧＢ」と表記されている。これは、「Ｒ」が赤色領域の光を透過するカラーフィルタを備え、「ＲＧ」が赤色領域及び緑色領域の光を透過するカラーフィルタを備え、「ＲＧＢ」が赤色領域、緑色領域及び青色領域の光を透過するカラーフィルタを備えることを示す。即ち、受光セル１ａは、赤色領域の光から信号電荷を生成する。また、受光セル１ｂは、赤色領域及び緑色領域の光から信号電荷を生成する。さらに、受光セル１ｃは、赤色領域、緑色領域及び青色領域の光から信号電荷を生成する。また、図１に示すようにカラーフィルタの配列は、ベイヤ（Ｂａｙｅｒ）配列に準じている。ベイヤ配列の場合、４画素セルに３種類のカラーフィルタを割り当てる。しかし、これに限らず、４画素セルに４種類のカラーフィルタを割り当ててもよい。
【００３４】
なお、本明細書では、青色領域の波長を４００ｎｍから４９０ｎｍまで、緑色領域の波長を４９０ｎｍから５８０ｎｍまで、また、赤色領域の波長を５８０ｎｍから７００ｎｍまでと定義する。さらに、４００ｎｍ以下の波長域を紫外線領域とし、７００ｎｍ以上の波長域を赤外線領域とする。
駆動回路２は、制御部９からのトリガ信号に基づいて、垂直走査回路３及び水平走査回路４を駆動する回路である。
【００３５】
垂直走査回路３は、駆動回路２からの駆動信号により受光素子１の各受光セルを行毎に順次アクティブ状態とし、アクティブ状態となった１行分の受光セルの信号電荷を一斉に水平走査回路４に転送させる回路である。
水平走査回路４は、駆動回路２からの駆動信号により垂直走査回路３と同期して動作しており、転送されてきた１行分の信号電荷を１列分ごとに順次アナログフロントエンド５に出力する回路である。上記の駆動回路２、垂直走査回路３及び水平走査回路４により、２次元状に配列された各受光セルの信号電荷が、信号電圧に変換されてシリアルにアナログフロントエンド５に出力される。
【００３６】
アナログフロントエンド５は、信号電圧をサンプリングし、増幅し、アナログ信号をデジタル信号へとＡＤ変換して出力する。
信号処理回路６は、いわゆるＤＳＰ（Ｄｉｄｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）であり、アナログフロントエンド５からのデジタル信号を、赤色信号、緑色信号、青色信号に変換して撮像データを生成する。
【００３７】
作業用メモリ７は、具体的にはＳＤＲＡＭであり、信号処理回路６が各受光セルに対応するデジタル信号を各色の色信号に変換する作業を行う際に利用される。
記録用メモリ８は、具体的にはＳＤＲＡＭであり、信号処理回路６が生成した撮影データを記録するメモリである。
制御部９は、駆動回路２及び信号処理回路６の制御を行う。例えば、ユーザからシャッタボタン押下を受け付けて、駆動回路２へトリガ信号を出力する。
【００３８】
以下、受光素子１における各受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）の構造について詳細に説明する。
図２は、実施の形態１に係る受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）の断面図である。
各受光セルは、Ｎ型不純物が添加されたシリコン基板１１上に、以下に説明する各層が形成されてなる。
【００３９】
フォトダイオード層１２は、基板１１にＰ型不純物を注入することでＰ型ウェル１６を形成し、さらに、Ｐ型ウェル１６にＮ型不純物を注入することでＮ型領域である光電変換部１７を形成した層である。
絶縁層１３は、フォトダイオード層１２と遮光膜形成層１４とを絶縁するために設けられた酸化シリコンの層である。
【００４０】
遮光膜形成層１４は、アルミニウムやタングステンなどの金属からなる遮光膜１８を形成するための層である。遮光膜１８は、開口部１９を形成すべき部分をマスクした後に金属蒸着あるいはスパッタリングをすることにより形成される。また、遮光膜形成層１４には、遮光膜１８だけでなく、垂直走査回路３からの配線や、信号電荷を水平走査回路４に転送するための配線を形成してもよい。
【００４１】
フィルタ形成層１５は、ポリシリコンからなるフィルタ膜２０を形成する層である。
入射光２２は、受光セル上部から入射され、マイクロレンズ２１により集光され、フィルタ膜２０、開口部１９を経て光電変換部１７に到達する。なお、入射光２２は、受光セル上部にある赤外線カットフィルタ（図示せず）により赤外線領域の光がカットされているものとする。
【００４２】
フィルタ膜２０は、受光セル毎に決められた膜厚（ｔａ、ｔｂ、ｔｃ）を有する。
一般的に、一定の膜厚を有するポリシリコンは、その膜厚に応じてカットオフ波長が決まり、カットオフ波長よりも長い波長の光を透過させ、カットオフ波長よりも短い波長の光を透過させない性質をもつ。ここで、カットオフ波長とは、透過率のピークから一定の割合だけ透過率が低下する点における波長のことをいう。なお、厳密にはカットオフ波長よりも短い波長の光も多少透過するが、その分における信号電荷への寄与は小さいために、その透過を無視することができる。本明細書では説明を簡略化するために、カットオフ波長よりも短い波長の光については「透過しない」と表現する。
【００４３】
ポリシリコンにおいては、膜厚が厚ければカットオフ波長が長波長側に移動し、膜厚が薄ければカットオフ波長が短波長側に移動する。
つまり、各受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）におけるフィルタ膜２０の膜厚を調整することにより、カットオフ波長（λａ、λｂ、λｃ）を、それぞれ赤色領域、緑色領域、青色領域、紫外線領域の境界の波長とすることができる。
【００４４】
そうすると、受光セル１ａは、赤色領域の光から信号電荷を生成し、また、受光セル１ｂは、赤色領域及び緑色領域の光から信号電荷を生成し、さらに、受光セル１ｃは、赤色領域、緑色領域及び青色領域の光から信号電荷を生成することになる。
具体的には、各受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）におけるフィルタ膜２０のカットオフ波長（λａ、λｂ、λｃ）を、以下のようにする。
【００４５】
λａ：５８０ｎｍ
λｂ：４９０ｎｍ
λｃ：４００ｎｍ
このカットオフ波長に対応するフィルタ膜２０の膜厚（ｔａ、ｔｂ、ｔｃ）は次のようになる。
【００４６】
ｔａ：０．５μｍ
ｔｂ：０．３μｍ
ｔｃ：０．１μｍ
即ち、各受光セルにおいてフィルタ膜２０を透過する光の波長は以下のようになる。
受光セル１ａ：５８０ｎｍ以上（赤色領域）
受光セル１ｂ：４９０ｎｍ以上（緑色領域、赤色領域）
受光セル１ｃ：４００ｎｍ以上（青色領域、緑色領域、赤色領域）
これを示したのが図３である。
【００４７】
図３は、ポリシリコンの透過率と赤外線カットフィルタの透過率とを示す図である。
２０ａは、膜厚が０．５μｍのポリシリコンの透過特性である。波長が５８０ｎｍ以上の光が透過する。
２０ｂは、膜厚が０．３μｍのポリシリコンの透過特性である。波長が４９０ｎｍ以上の光が透過する。
【００４８】
２０ｃは、膜厚が０．１μｍのポリシリコンの透過特性である。波長が４００ｎｍ以上の光が透過する。
実施の形態１では、ｔａ＝０．５μｍ、ｔｂ＝０．３μｍ、ｔｃ＝０．１μｍとしているが、実際には、ｔａ＝０．０１〜２．０μｍ、ｔｂ＝０．０１〜１．５μｍ、ｔｃ＝０〜１．０μｍの範囲で調整することができる。
【００４９】
膜厚を全体的に薄くする場合には感度が改善するというメリットがあるが、各膜厚ｔａ、ｔｂ及びｔｃの差分が小さくなることにより分光の差が小さくなるため色の分離が少し難しくなるというデメリットがある。逆に、各膜厚の差分が大きくなるように調整する場合には、感度が低下するというデメリットがあるが、色の分離が容易になるというメリットがある。
【００５０】
２０ｄは、赤外線カットフィルタの透過特性である。波長が７００ｎｍ以上の赤外線をカットしている。
これにより、受光セル１ａへの入射光２２は、そのうちの赤色領域の光のみがフィルタ膜２０を透過して光電変換部１７に到達する。また、受光セル１ｂへの入射光２２は、そのうちの緑色領域及び赤色領域の光が光電変換部１７に到達し、受光セル１ｃへの入射光は、そのうちの青色領域、緑色領域及び赤色領域の光が光電変換部１７に到達する。
【００５１】
フィルタ膜２０を透過した入射光２２は、遮光膜１８の開口部１９を通過する。
遮光膜１８は、隣接する受光セルからの散乱光が光電変換部１７に到達することを防止する目的で、光電変換部１７の直上のみに開口部１９を設け、その他の部分を遮光するものである。これにより光電変換部１７には、基板１１にほぼ垂直な入射光のみが到達し、斜めからの光は遮られることになる。
【００５２】
光電変換部１７は、Ｐ型ウェル１６とのＰＮ接合によりフォトダイオードを形成しており、フィルタ膜２０と開口部１９とを経て到達した光の輝度に応じて信号電荷を生成する。その光電変換の機構は次のようになる。
光電変換部１７では、キャリアとなる電子がＰ型ウェルのキャリアである正孔と結合して消滅する空乏領域が形成されている。これにより、光電変換部１７の電位が相対的に上昇し、Ｐ型ウェル１６の電位が相対的に下降するため、空乏領域では内部電場が発生している状態となる。
【００５３】
この状態において、入射光２２が光電変換部１７に到達すれば、光電変換により電子正孔対が生成され、内部電場により電子と正孔とが反対方向にドリフトする。即ち、電子が光電変換部１７の中心に向かってドリフトし、正孔がＰ型ウェルに向かってドリフトする。その結果、光電変換部１７に電子が蓄積され、この蓄積された電子が各受光セルの信号電荷となる。
【００５４】
これにより、受光セル１ａは、入射光２２のうちの赤色領域の光の輝度に応じて信号電荷を生成する。また、受光セル１ｂは、赤色領域及び緑色領域の光の輝度に応じて信号電荷を生成し、受光セル１ｃは、赤色領域、緑色領域及び青色領域の光の輝度に応じて信号電荷を生成する。
しかし、これによれば、受光セル１ｂ及び受光セル１ｃの信号電荷は、色信号が混在していることになる。したがって、各受光セルの信号電荷から撮像データを生成するには、受光セル１ａ、１ｂ、１ｃの信号電荷に基づくデジタル信号（Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ）を加工して色信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を導出しなければならない。その方法を以下に示す。
＜信号処理＞
図４は、信号処理回路の内部構成を示す図である。
【００５５】
信号処理回路６は、変換行列保持部６１、演算部６２、メモリ制御部６３を備える。
変換行列保持部６１は、アナログフロントエンド５において生成されたデジタル信号（Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ）を色信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に変換する変換行列を保持する。
演算部６２は、デジタル信号（Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ）に、変換行列を作用させて色信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を得る。
【００５６】
メモリ制御部６３は、作業用メモリ７及び記録用メモリ８へのアクセスを制御する。
図５は、変換行列保持部６１が保持している変換行列とその逆行列を示す図である。
デジタル信号（Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ）と、色信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）とは、図５（ａ）の関係がある。
ここで、Ｗ１１等は、フィルタ膜２０の特性に基づく重み係数である。例えば、白色光を受光セル１ｃに入射したとき、青色光、緑色光、赤色光が吸収されずに完全に透過する場合、Ｗ１１＝０．３３３、Ｗ１２＝０．３３３、Ｗ１３＝０．３３３とする。また、青色光が若干吸収される場合には、上記のＷ１１の比率を若干小さく設定するというように補正してもよい。また、図５では、変換行列とその逆行列にゼロとなる項があるが、実際には、各項は、完全にゼロではなく多少の数値をとる場合が多い。
【００５７】
図５（ａ）に示す行列は、変換行列保持部６１が保持している変換行列の逆行列に相当する。したがって、変換行列は、図５（ａ）の行列を逆変換することにより得ることができる。図５（ｂ）に示す行列は、図５（ａ）の逆行列であり、即ち変換行列保持部６１が保持している変換行列である。
＜メモリ制御部６３の動作＞
メモリ制御部６３は、アナログフロントエンド５からのデジタル信号を受けて、一旦、作業用メモリ７に格納する。作業用メモリ７に１枚分の撮影データが蓄積されたら、メモリ制御部６３は、撮影データの一部を作業用メモリ７から取得して演算部６２へ入力する。
【００５８】
演算部６２は、入力されたデータを変換行列保持部６１に保持されている行列を作用させて色信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を得る。
メモリ制御部６３は、演算部６２が得た色信号を記録用メモリ８へ格納して、色信号で表された一枚分の撮影データを蓄積させる。
これにより、１枚分の撮像データは、記録用メモリ８に記録される。
＜製造方法＞
次に、フィルタ膜２０の製造方法について説明する。
【００５９】
図６は、フィルタ膜２０の製造方法の一例を示す図である。
図６（ａ）は、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程後の受光セルを示す。
ＣＶＤ工程とは、遮光膜形成層１４の酸化シリコン膜までが形成された各受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）において、当該酸化シリコン膜の上部全体に、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜２０１を形成する工程である。なお、ポリシリコン膜２０１は、０．５μｍの膜厚に設定される。
【００６０】
図６（ｂ）は、フォトレジスト塗布工程後の受光セルを示す。
フォトレジスト塗布工程とは、ＣＶＤ工程により形成されたポリシリコン膜２０１の上部全体にフォトレジスト（ＰＲ）２０２を塗布する工程である。
図６（ｃ）は、露光・現像工程後の受光セルを示す。
露光・現像工程とは、フォトレジスト塗布工程により形成されたフォトレジスト２０２に、一定パターンのマスクをかけて露光し、感光部分を除去し、残留部分のフォトレジストを硬化させる工程である。これにより、ドライエッチング工程によりエッチングを行わない領域（受光セル１ａの領域）のみフォトレジスト２０２が残留した状態となる。
【００６１】
図６（ｄ）は、ドライエッチング工程後の受光セルを示す。
ドライエッチング工程とは、露光・現像工程後のポリシリコン膜２０１に、エッチングを施す工程である。これにより、ポリシリコン膜２０１のうちフォトレジスト２０２が残留していない領域がエッチングされて膜厚が薄くなる。ここで、エッチングされた領域（受光セル１ｂの領域、受光セル１ｃの領域）のポリシリコン膜２０１の膜厚は、０．３μｍになるように設定される。
【００６２】
なお、ドライエッチングによる膜厚制御は、対象がポリシリコンの場合、±３０ｎｍの精度で行うことができる。
図６（ｅ）は、フォトレジスト塗布工程後の受光セルを示す。
これにより、図６（ｂ）と同様にポリシリコン膜２０１の上部全体にフォトレジスト（ＰＲ）２０３が塗布される。
【００６３】
図６（ｆ）は、露光・現像工程後の受光セルを示す。
これにより、ドライエッチング工程によりエッチングを行わない領域（受光セル１ａの領域、受光セル１ｂの領域）のフォトレジスト２０３が残留した状態となる。
図６（ｇ）は、ドライエッチング工程後の受光セルを示す。
これにより、ポリシリコン膜２０１のうちフォトレジスト２０３が残留していない領域がエッチングされる。ここで、エッチングされた領域（受光セル１ｃの領域）のポリシリコン膜２０１の膜厚が０．１μｍになるように設定される。
【００６４】
図６（ｈ）は、フォトレジスト除去工程後の受光セルを示す。
フォトレジスト除去工程とは、不要となったフォトレジスト２０３を除去する工程である。
これにより、生成されたポリシリコン膜２０１が、図２に示すフィルタ膜２０となる。
以上説明したように、実施の形態１に係るフィルタ膜は、色別に異なる顔料又は染料ではなく、色別に異なる膜厚により透過光の波長域を定める。したがって、その製造工程において色別に異なる顔料又は染料の材料管理が不要となり、コストを削減することができる。
【００６５】
また、フィルタ膜は、半導体プロセスにより製造され得る。したがって、アクリル系樹脂を扱うカラーフィルタ製造プロセスが不要となる。その結果、製造設備の流用及び製造工程の簡易化を図ることができる。
なお、光を透過させないようにするには２種類の方法が考えられる。第１は、フィルタ膜に光を吸収させる方法であり、第２は、フィルタ膜に光を反射させる方法である。本発明は、材料管理の簡略化及びフレア現象の発生率の観点から第１の方法を採用している。フレア現象とは、他の光電変換部からの反射光が到達することにより、正規の信号に擬似信号が重畳される現象である。
【００６６】
第２の方法は、例えば、異なる屈折率の材料からなる層を交互に積層した構造により実現することができる。一方、第１の方法では、既に説明したようにフィルタ膜は、１種類の材料（ポリシリコン、アモルファスシリコン又はシリコン）を用いて製造される。したがって、第１の方法が材料管理の簡略化の観点において第２の方法より優れている。
第２の方法では、透過しない光はフィルタ膜で反射されて受光素子内で散乱することにより他の光電変換部に到達することがある。一方、第１の方法では、透過しない光はフィルタ膜で吸収されるのでそのようなことが起こりにくい。したがって、第１の方法がフレア現象の発生率の観点において第２の方法より優れている。
【００６７】
なお、実施の形態１では、フィルタ膜２０よりも屈折率が小さな酸化シリコン膜でフィルタ膜２０の光源側の主面が覆われている。これにより、入射光の反射率を低減させることができる。通常、受光素子は空気などのガス中にあるので、光はガスを通過した後にフィルタ膜に達する。ここで、ガスとフィルタ膜２０とが直接触れていると、これらの屈折率の差が大きいのでこれらの界面での反射率が高くなる。そこで、実施の形態１は、ガスとフィルタ膜２０との間に酸化シリコン膜を介挿することにより、反射率を低減させて感度の向上を図っている。
（実施の形態２）
＜概要＞
実施の形態２では、フィルタ形成層１５を遮光膜形成層１４よりも下部に形成し、フィルタ形成層１５とフォトダイオード層１２とを絶縁する絶縁層１３の層厚を１ｎｍから１５０ｎｍとする。これにより、各受光セルは、各層の界面における入射光２２の反射を軽減し、その結果、感度の低下を抑制することができる。
【００６８】
＜構成＞
図７は、実施の形態２に係る受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）の断面図である。
各受光セルは、基板１１、フォトダイオード層１２、絶縁層１３、遮光膜形成層１４、フィルタ形成層１５からなる。ここで、フィルタ形成層１５が遮光膜形成層１４と絶縁層１３との層間に存在するのが実施の形態１に係る受光セルと異なる。それ以外の部分については実施の形態１と同様なので説明を省略する。
【００６９】
フィルタ形成層１５は、ポリシリコンからなるフィルタ膜２０を備え、通常の半導体プロセスにより形成することができる。したがって、フォトダイオード層１２と遮光膜形成層１４との層間に形成することができる。
また、フィルタ膜２０は、上述のようにポリシリコンであるためフォトダイオード層１２と絶縁しなければ、光電変換部１７で生成した信号電荷がフィルタ膜２０にリークする可能性がある。そこで、フィルタ膜２０とフォトダイオード層１２との間に、１ｎｍから１５０ｎｍ程度の絶縁層１３を設けている。
【００７０】
この１ｎｍから１５０ｎｍ程度の絶縁層１３が、実施の形態２に係る受光セルの特徴となっている。
入射光２２は、マイクロレンズ２１により集光され、開口部１９、フィルタ膜２０を経て光電変換部１７に到達する。一般的に、光が屈折率の低い媒質から屈折率の高い媒質に入射する場合、その界面において一定の割合で反射が起こる。
【００７１】
受光セルにおいて入射光２２が通過する各部の材質及び屈折率は、以下の通りとなる。
開口部１９：  酸化シリコン  屈折率１．４５
フィルタ膜２０：  ポリシリコン  屈折率４
絶縁層１３：  酸化シリコン  屈折率１．４５
光電変換部１７：  Ｎ型シリコン  屈折率４
つまり、入射光２２は、フィルタ膜２０の界面Ｓ１、フィルタ膜２０と絶縁層１３との界面Ｓ２、絶縁層１３と光電変換部１７との界面Ｓ３を通過するが、界面Ｓ１及びＳ３を通過する際に一定の割合で反射が起こる。したがって、光電変換部１７に到達する光量が反射により減少して受光セルの感度低下を招く。
【００７２】
しかし、絶縁層１３を１ｎｍから１５０ｎｍ程度にすれば、絶縁層１３と光電変換部１７との界面における反射率が抑制されることが知られている。これにより、受光セルの感度低下を抑制することができる。
以上説明したように、実施の形態２に係る受光セルは、実施の形態１に係る受光セルの効果に加えて、絶縁層１３の層厚を１ｎｍから１５０ｎｍ程度にすることにより、入射光２２の反射を軽減し、受光セルの感度低下を抑制する効果を有する。
（実施の形態３）
＜概要＞
実施の形態３では、さらに受光セルの感度向上を図るべく、フィルタ膜２０とフォトダイオード層１２とを絶縁する絶縁層１３を取り去ることとする。しかし、単に絶縁層１３を取り去るだけでは、光電変換部１７で生成された信号電荷がフィルタ膜２０にリークしてしまうという問題があるので、光電変換部１７とフィルタ膜２０との間に信号電荷のリークを防止する電位障壁部２３を設けることとする。これにより、絶縁層１３とフォトダイオード層１２との界面における反射を完全に防止することができる。
＜構成＞
図８は、実施の形態３に係る受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）の断面図である。
【００７３】
各受光セルは、基板１１、フォトダイオード層１２、遮光膜形成層１４、フィルタ形成層１５からなる。ここで、絶縁層１３が存在しないことが実施の形態２に係る各受光セルと異なる。また、光電変換部１７とフィルタ膜２０とが電位障壁部２３を介して接触しており、光電変換部１７で生成された信号電荷の転送又は非転送を切り替える転送トランジスタ２４が図示されている。それ以外の部分については実施の形態２と同様なので説明を省略する。
【００７４】
電位障壁部２３は、光電変換部１７にＰ型不純物を注入することにより形成されており、光電変換部１７とフィルタ膜２０との間に障壁電位を生成するものである。これにより、光電変換部１７で生成された信号電荷のフィルタ膜２０へのリークが防止される。また、電位障壁部２３は上述のようにシリコンなので、その屈折率は、フィルタ膜２０及び光電変換部１７の屈折率とほぼ一致する。したがって、これらの界面（Ｓ４、Ｓ５）における入射光２２の反射はほとんどない。
【００７５】
転送トランジスタ２４は、ドレイン電極が光電変換部１７と接続され、ソース電極２４Ｓが水平走査回路４側に接続され、ゲート電極２４Ｇが垂直走査回路３に接続される。したがって、垂直走査回路３の制御信号により光電変換部１７で生成された信号電荷の転送又は非転送を切り替えることができる。
なお、転送トランジスタ２４は、受光セル１ｂ、１ｃについても同様に設けられている（図示せず）。さらに、他の実施の形態に係る各受光セルについても同様に設けられているが、説明の必要がないため省略している。
【００７６】
このように、各受光セルは、電位障壁部２３の障壁電位により光電変換部１７の信号電荷がフィルタ膜２０へリークすることを防止している。以下に、障壁電位について説明する。
図９は、受光セルのフィルタ膜２０、電位障壁部２３、光電変換部１７、転送トランジスタ２４における電位を示す図である。
【００７７】
図９（ａ）は、非転送時における各部の電位を示している。
電位障壁部２３は、Ｐ型半導体なのでＮ型半導体である光電変換部１７とのＰＮ接合により相対的に電位が低くなる（障壁電位ｐ２）。一方、光電変換部１７は、相対的に電位が高くなる（光電変換部電位ｐ３）。また、非転送時には、垂直走査回路３により、転送トランジスタ２４のゲート電位ｐ５は低くなるように制御される。これにより、光電変換部１７の位置に井戸型ポテンシャルが形成される。
【００７８】
光電変換部１７において光電変換により生成された電子は、井戸型ポテンシャルに信号電荷Ｑ１として蓄積され、それに従って信号電位ｐ４が低下する。
図９（ｂ）は、転送時における各部の電位を示している。
転送時には、垂直走査回路３により、転送トランジスタ２４のゲート電位ｐ５が光電変換部電位ｐ３程度まで高められる。これにより、信号電荷Ｑ１がソース電極２４Ｓ側へ転送される。
【００７９】
このように、電位障壁部２３は、障壁電位ｐ２を形成することにより信号電荷Ｑ１がフィルタ膜２０にリークすることを防止することができる。もし仮に電位障壁部２３がなければ、信号電位ｐ４がフィルタ膜電位ｐ１まで低下すれば信号電荷Ｑ１がフィルタ膜電位ｐ１にリークすることになる。
また、障壁電位ｐ２は、非転送時のゲート電位ｐ５と共に井戸型ポテンシャルを形成するものなので、ゲート電位ｐ５と同様か又はそれよりも障壁が高くなる（電位は低くなる）ようにするのが望ましい。
【００８０】
以上に説明したように、実施の形態３に係る受光セルは、実施の形態１に係る受光セルの効果に加えて、フィルタ膜２０とフォトダイオード層１２とを絶縁する絶縁層１３を取り去ることで、絶縁層１３とフォトダイオード層１２との界面における反射をほぼ完全に防止し、受光セルの感度向上を図る効果を有する。
（実施の形態４）
＜概要＞
実施の形態４に係るフィルタ膜２０は、フォトダイオード層１２の光電変換部１７の上部にＰ型不純物を注入することで形成される。これにより、ＣＶＤ法により一定膜厚のポリシリコンを成膜し、受光セル毎に定められた膜厚になるようにエッチング加工を行う方法に比べて製造工程を大幅に削減することができる。
＜構成＞
図１０は、実施の形態４に係る受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）の断面図である。
【００８１】
各受光セルは、基板１１、フォトダイオード層１２、絶縁層１３、遮光膜形成層１４からなる。ここで、フィルタ膜２０がフォトダイオード層１２の光電変換部１７の上部に形成されることが実施の形態１に係る受光セルと異なる。それ以外の部分については実施の形態１と同様なので説明を省略する。
フィルタ膜２０は、光電変換部１７にＰ型不純物を注入することで形成される。各受光セルにおけるフィルタ膜２０の膜厚（ｔａ、ｔｂ、ｔｃ）は、実施の形態１と同様に以下のようになる。
【００８２】
ｔａ：０．５μｍ
ｔｂ：０．３μｍ
ｔｃ：０．１μｍ
図１１は、受光セルの絶縁層１３とフォトダイオード層１２との界面（Ｓ６）からの深さと電位との関係を示す図である。
【００８３】
図１１（ａ）は、受光セル１ａを示している。
受光セル１ａは、フィルタ膜２０の膜厚が０．５μｍであり、入射光２２のうちの波長が５８０ｎｍ以上の光（赤色領域）のみが光電変換部１７に到達する。
光電変換部１７では、電位勾配（内部電場）が存在するので、光電変換により生じた電子は光電変換部１７の中心へとドリフトし、正孔はフィルタ膜２０へとドリフトする。これにより光電変換部１７に信号電荷となる電子が蓄積する。
【００８４】
一方、フィルタ膜２０もシリコンからなるので、入射光２２のうちの青色領域及び緑色領域の光により電子正孔対が生成される。しかし、図１１（ａ）に示すように、フィルタ膜２０では電位勾配がないので電子正孔対はドリフトせず、一定時間経過後に再結合して消滅する。
したがって、受光セル１ａの光電変換部１７は、赤色領域の光のみによる信号電荷を生成し、蓄積することができる。
【００８５】
図１１（ｂ）は、受光セル１ｂを示している。
受光セル１ｂは、フィルタ膜２０の膜厚が０．３μｍであり、入射光２２のうちの波長が４９０ｎｍ以上の光（緑色領域、赤色領域）のみが光電変換部１７に到達する。
したがって、受光セル１ｂの光電変換部１７は、緑色領域及び赤色領域の光による信号電荷を生成し、蓄積することができる。
【００８６】
図１１（ｃ）は、受光セル１ｃを示している。
受光セル１ｃは、フィルタ膜２０の膜厚が０．１μｍであり、入射光２２のうちの波長が４００ｎｍ以上の光（青色領域、緑色領域、赤色領域）のみが光電変換部１７に到達する。
したがって、受光セル１ｃの光電変換部１７は、青色領域、緑色領域及び赤色領域による信号電荷を生成し、蓄積することができる。
＜製造方法＞
次に、フィルタ膜２０の製造方法について説明する。
【００８７】
図１２は、フィルタ膜２０の製造方法の一例を示す図である。
フィルタ膜２０は、光電変換部１７を形成した後に、Ｐ型不純物をイオン注入することで形成される。
図１２（ａ）は、イオン注入工程後の受光セルを示す。
イオン注入工程とは、Ｎ型不純物（リン、ヒ素等）又はＰ型不純物（ボロン等）をイオン化し、電場により加速してシリコン基板などに打ち込む工程である。なお、イオンの注入を行わない領域は、フォトレジスト４０１で覆われて保護される。
【００８８】
ここでは、Ｐ型ウェル１６にＮ型不純物を注入することで光電変換部１７を形成している。
図１２（ｂ）は、イオン注入工程後の受光セルを示す。
ここでは、光電変換部１７を形成するためのフォトレジスト４０１をそのまま流用して、光電変換部１７にＰ型不純物をイオン注入することで膜厚が０．１μｍのＰ型領域４０２を形成している。これにより、受光セル１ｃのフィルタ膜が形成される。
【００８９】
なお、イオン注入による膜厚制御は、注入されるイオン種によって異なるが、例えば、Ｐ型不純物としてボロンが選択された場合、±３ｎｍの精度で行うことができる。
図１２（ｃ）は、フォトレジスト塗布工程後の受光セルを示す。
これにより、基板上部全体にフォトレジスト４０３が塗布される。
フォトレジスト４０３は、その後、露光・現像工程によりイオン注入を行う領域のみフォトレジストが除去される。
【００９０】
図１２（ｄ）は、イオン注入工程後の受光セルを示す。
光電変換部１７にＰ型不純物を注入することで膜厚が０．３μｍのＰ型領域４０４を形成している。これにより、受光セル１ｂのフィルタ膜が形成される。なお、受光セル１ｃについては、フォトレジストで保護されているのでイオン注入が行われない。
図１２（ｅ）は、フォトレジスト塗布工程後の受光セルを示す。
【００９１】
これにより、基板上部全体にフォトレジスト４０５が塗布される。
フォトレジスト４０５は、その後、露光・現像工程によりイオン注入を行う領域のみフォトレジストが除去される。
図１２（ｆ）は、イオン注入工程後の受光セルを示す。
光電変換部１７にＰ型不純物を注入することで膜厚が０．５μｍのＰ型領域４０６を形成している。これにより、受光セル１ａのフィルタ膜が形成される。なお、受光セル１ｂ、１ｃについては、フォトレジストで保護されているのでイオン注入が行われない。
【００９２】
図１２（ｇ）は、フォトレジスト除去工程後のフィルタ膜を示す。
フォトレジスト除去工程とは、不要となったフォトレジスト４０５を除去する工程である。
これにより、フィルタ膜２０が生成される。
以上説明したように、実施の形態３に係る受光セルは、実施の形態１に係る受光セルの効果に加えて、光電変換部１７を形成したものと同じフォトレジストを用いてフィルタ膜２０を形成することができるので、製造工程を大幅に削減する効果を有する。
（変形例）
本発明に係るカメラシステムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
（１）実施の形態では、ＭＯＳ型イメージセンサを用いて説明したが、本発明は、ＣＣＤ型イメージセンサにも適用可能である。
（２）フィルタ膜２０の素材は、膜厚に応じて異なる波長域の光を通過させる素材であれば、ポリシリコンに限らない。例えば、アモルファスシリコンであってもよい。
（３）フィルタ膜２０は、ポリシリコンのみの単一素材により形成されているが、所定の波長より短い波長の吸収率を高くし、当該所定の波長よりも長い波長の吸収率を低くすることができれば、これに限らない。例えば、異なる素材が積層され複数層からなるフィルタ膜としてもよい。
（４）受光セル１ｃに係るフィルタ膜２０は、可視光領域を透過して紫外線領域をカットする役割を果たしている。したがって、カメラシステム内に、紫外線をカットする手段を有している場合には、受光セル１ｃに係るフィルタ膜２０を不要としてもよい。例えば、カメラシステムでは、レンズにより集光された入射光は、光学ローパスフィルタ及び赤外線カットフィルタを通過した後に、受光素子１へと到達する。このカメラシステムにおいて、紫外線カットフィルタが備えられていれば、受光素子１の受光セル１ｃにおいて紫外線をカットする必要がない。
【００９３】
図１３は、カメラシステム内に紫外線カットフィルタがある場合における受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）の断面図である。
図１３に示すように、フィルタ膜２０は、受光セル１ａでは膜厚０．５μｍ、受光セル１ｂでは膜厚０．３μｍとなっており、受光セル１ｃではフィルタ膜２０が存在しない。
（５）実施の形態１から実施の形態３では、フィルタ膜２０は全ての受光セルにおいて一体となっている。したがって、フィルタ膜２０の一端をグラウンド電位（０Ｖ）に接続し、他端を電源電位（例えば、３Ｖ）に接続することでフィルタ膜２０内部に電位勾配をつくり、入射光が通過する際にフィルタ膜２０にて生成される電子正孔対の電子を電源側に、正孔をグラウンド側に吸収させてもよい。
（６）各受光セルに係るフィルタ膜２０は、一般的なデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに適用するために、３種類の膜厚をそれぞれｔａ：０．５μｍ、ｔｂ：０．３μｍ、ｔｃ：０．１μｍと規定している。しかし、他の用途に適用する場合には、特にこの組み合わせに限らない。
（７）なお、図３に示すように、厳密には膜厚が０．５μｍのフィルタ膜は、カットオフ波長５８０ｎｍよりも短い波長の光を多少透過する。即ち、受光セル１ａのフィルタ膜は、赤色領域のみではなく、緑色領域あるいは青色領域の光も多少ながら透過することになる。しかしながら、カットオフ波長よりも短い光による信号電荷への寄与は小さいために、その透過を無視することができる。したがって、本明細書では説明を簡略化するために受光セル１ａのフィルタ膜は、赤色領域のみを透過するとして説明している。同様に、受光セル１ｂ及び受光セル１ｃも、カットオフ波長よりも短い波長の光を多少透過するが、この透過を無視して説明している。
【００９４】
上述の理由により数１及び数２の行列の一部の項は０となっているが、その透過を無視しない場合には、それらは０以外の数値になることがある。
（８）実施の形態では、受光セル１ａ、１ｂ、１ｃの各フィルタ膜が一体構造となっているが、これに限らず、各フィルタ膜が分離した構造であってもよい。
（９）実施の形態では、フィルタ膜２０の光源側の主面に反射抑制膜の材料として酸化シリコンを採用しているが、フィルタ膜２０よりも屈折率が小さな材料であれば酸化シリコンに限らない。例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコンを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像部に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明に係るカメラシステムの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）の断面図である。
【図３】ポリシリコンの透過率と赤外線カットフィルタの透過率とを示す図である。
【図４】信号処理回路の内部構成を示す図である。
【図５】変換行列保持部６１が保持している変換行列とその逆行列を示す図である。
【図６】フィルタ膜２０の製造方法の一例を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）の断面図である。
【図８】実施の形態３に係る受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）の断面図である。
【図９】受光セルのフィルタ膜２０、電位障壁部２３、光電変換部１７、転送トランジスタ２４における電位を示す図である。
【図１０】実施の形態４に係る受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）の断面図である。
【図１１】受光セルの絶縁層１３とフォトダイオード層１２との界面（Ｓ６）からの深さと電位との関係を示す図である。
【図１２】フィルタ膜２０の製造方法の一例を示す図である。
【図１３】変形例における受光セル（１ａ、１ｂ、１ｃ）の断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１    撮像部
１ａ  １ｂ  １ｃ  受光セル
２    駆動回路
３    垂直走査回路
４    水平走査回路
５    アナログフロントエンド
６    信号処理回路
７    作業用メモリ
８    記録用メモリ
９    制御部
１１    基板
１２    フォトダイオード層
１３    絶縁層
１４    金属層
１５    フィルタ層
１６    Ｐ型ウェル
１７    光電変換部
１８    遮光膜
１９    開口部
２０    フィルタ膜
２１    マイクロレンズ
２２    入射光
２３    電位障壁部
２４    転送トランジスタ
６１    変換行列保持部
６２    演算部
６３    メモリ制御部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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