(57)【要約】  波長分離フィルタ２０６は多層膜干渉フィルタ３０１上にλ／４多層膜３０２〜３０４が順次積層されてなる。多層膜干渉フィルタ３０１は２つのλ／４多層膜にて誘電体層を挟んだ構造をとっている。また、青色光を透過させる部分３０１Ｂ、緑色光を透過させる部分３０１Ｇ及び赤色光を透過させる部分３０１Ｒからなっており、可視光を波長分離する。λ／４多層膜３０２〜３０４はそれぞれ波長８００ｎｍ、９００ｎｍ及び１０００ｎｍを中心とする波長域の光、すなわち近赤外線を反射する。
2007094092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配列された複数の画素セルを有し、可視光によってカラー撮像する固体撮像装置であって、
所定波長域の可視光を主に透過させる多層膜干渉フィルタからなる可視光フィルタと、
設定波長を異にする複数のλ／４多層膜からなり、赤外線を反射する赤外線フィルタと、を備え、
赤外線フィルタと可視光フィルタとは互いに上下に接するように積層されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
赤外線フィルタは誘電体材料からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
可視光フィルタと赤外線フィルタとは同じ誘電体材料からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
可視光フィルタと赤外線フィルタとをなす誘電体材料のうち、
高屈折率材料は二酸化チタンであり、
低屈折率材料は二酸化シリコンである
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】
可視光フィルタは赤外線フィルタ上に積層されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
可視光フィルタをなす多層膜干渉フィルタは可視波長域に設定波長を有するλ／４多層膜を含み、
赤外線フィルタは赤外波長域に設定波長を有するλ／４多層膜からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
赤外線フィルタを構成するλ／４多層膜の設定波長は７００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲内にある
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
可視光フィルタをなす多層膜干渉フィルタは、２つのλ／４多層膜に誘電体層を挟んでなる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
２次元配列された複数の画素セルを有し、可視光によってカラー撮像する固体撮像装置を備えたカメラであって、
固体撮像装置は、
所定波長域の可視光を主に透過させる多層膜干渉フィルタからなる可視光フィルタと、
設定波長を異にする複数のλ／４多層膜からなり、赤外線を反射する赤外線フィルタと、を備え、
赤外線フィルタと可視光フィルタとは互いに上下に接するように積層されている
ことを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びカメラに関し、特に、入射光に含まれる赤外線を遮断する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラや携帯電話機等、固体撮像装置の適用範囲が爆発的に拡大しつつある。このため、可視光によるカラー撮像に加えて、赤外線や紫外線といった非可視光によっても撮像できる固体撮像装置の需要が高まっている。
図１は、従来技術に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である（例えば、特許文献１参照）。図１に示されるように、固体撮像装置８は、シリコン基板８０１上に平坦化層８０４、８０５及び非可視光カットフィルタ８０６が順次積層されてなる。【０００３】
非可視光カットフィルタ８０６は誘電体層と金属層を交互に積層した多層膜である。また、シリコン基板８０１の平坦化層８０４側にはフォトダイオード８０２並びにＣＣＤ（charge coupled device）８０３が形成されている。
平坦化層８０４内には、赤色光と非可視光とを透過させるフィルタ８０７が形成されている。平坦化層８０５内には、色分解フィルタ８０８が形成されている。【０００４】
フォトダイオード８０２は赤外領域にも感度を有するところ、非可視光カットフィルタ８０６にて非可視光成分を遮断すれば、赤外線による信号電荷の発生を防ぐことができる。これによって、可視光による撮像を精度良く行うことができる。
また、非可視光カットフィルタ８０６を経ずに色分解フィルタ８０８を透過した入射光は青色光と非可視光との波長成分のみとなる。この入射光が更にフィルタ８０７を透過すると、青色光が遮断されるので、非可視光成分のみがフォトダイオード８０２に入射する。これによって、非可視光による撮像を実現することができる。【０００５】
このようにすれば、可視光によるカラー撮像に加えて、赤外線による撮像を行うことができる固体撮像装置を実現することができる。
【特許文献１】特許第３０７８４５８号
【特許文献２】国際公開番号 ＷＯ２００５／０６９３７６ Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、色分解フィルタ８０７の膜厚、並びに色分解フィルタを除く平坦化層８０４、８０５の膜厚は何れもほぼ１μｍであり、非可視光カットフィルタ８０６の膜厚はほぼ３μｍである。このため、フィルタ部分の膜厚は６μｍ以上にもなる。
かかる場合に、画素の大きさを２μｍ以下にすると、色分解フィルタ８０８に斜めに入射した光（以下、「斜め光」という。）が個々の色分解フィルタ８０８に対応するフォトダイオード８０２以外のフォトダイオード８０２に入射する。この結果、色分解機能が低下したり、ノイズが増加したり、或いは波長感度が低下するといった問題が生じる。【０００７】
また、製造プロセスが複雑であり、製造コストが高いという問題もある。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、赤外線を遮断することができる固体撮像装置であって、高い波長分離機能を有し、製造コストが低い固体撮像装置、並びにそのような固体撮像装置を備えたカメラ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】
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、２次元配列された複数の画素セルを有し、可視光によってカラー撮像する固体撮像装置であって、所定波長域の可視光を主に透過させる多層膜干渉フィルタからなる可視光フィルタと、設定波長を異にする複数のλ／４多層膜からなり、赤外線を反射する赤外線フィルタと、を備え、赤外線フィルタと可視光フィルタとは互いに上下に接するように積層されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このようにすれば、特許文献１に係る従来技術とは異なって金属層を要することなく赤外線フィルタを構成することができるので、固体撮像装置の厚みを減じて小型化を図ることができる。また、斜め光を防いで高い波長分離機能を実現することができる。
なお、特許文献２に示されるように多層膜干渉フィルタを用いたカラーフィルタは可視領域における色分離機能は有するものの、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの赤外線を遮断することができないので、赤外線を遮断する光学フィルタを用いざるを得ない。一方、本発明のように、λ／４多層膜を複数積層すれば、光学フィルタ無しに赤外線を遮断することができる。【００１０】
なお、所定波長域の可視光を主に透過させるとは、多層膜干渉フィルタをカラーフィルタとした場合、所定波長域の可視光に加えて非可視光を透過させ得ることをいう。
本発明に係る固体撮像装置は、赤外線フィルタは誘電体材料からなることを特徴とする。このようにすれば、特許文献１に係る従来技術のような平坦化層を要することなく赤外線フィルタを形成することができるので、固体撮像装置を小型化することができる。また、固体撮像装置の製造プロセスから工程数を減じて製造コストを低減することができる。【００１１】
本発明に係る固体撮像装置は、可視光フィルタと赤外線フィルタとは同じ誘電体材料からなることを特徴とする。このようにすれば、特許文献１に係る従来技術のように赤外線フィルタに金属材料を要しないので、より少ない種類の材料で固体撮像装置を製造することができる。従って、固体撮像装置の製造コストを削減することができる。
この場合において、可視光フィルタと赤外線フィルタとをなす誘電体材料のうち、高屈折率材料は二酸化チタンであり、低屈折率材料は二酸化シリコンであるとしても良い。このようにすれば、λ／４多層膜の高屈折率層と低屈折率層との間の屈折率差を大きくして、高い波長分離性能を達成することができる。【００１２】
本発明に係る固体撮像装置は、可視光フィルタは赤外線フィルタ上に積層されていることを特徴とする。このようにすれば、固体撮像装置を小型化することができ、かつ、固体撮像装置の製造コストを低減することができる。
具体的には、可視光フィルタをなす多層膜干渉フィルタは可視波長域に設定波長を有するλ／４多層膜を含み、赤外線フィルタは赤外波長域に設定波長を有するλ／４多層膜からなるとすれば良く、赤外線フィルタを構成するλ／４多層膜の設定波長は７００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲内にあるとすれば、優れた波長分離性能を実現することができる。この場合において、可視光フィルタをなす多層膜干渉フィルタは、２つのλ／４多層膜に誘電体層を挟んでなるとすれば好適である。【００１３】
本発明に係るカメラは、２次元配列された複数の画素セルを有し、可視光によってカラー撮像する固体撮像装置を備えたカメラであって、固体撮像装置は、所定波長域の可視光を主に透過させる多層膜干渉フィルタからなる可視光フィルタと、設定波長を異にする複数のλ／４多層膜からなり、赤外線を反射する赤外線フィルタと、を備え、赤外線フィルタと可視光フィルタとは互いに上下に接するように積層されていることを特徴とする。このようにすれば、可視光によるカラー撮像時に赤外線による影響を排除して高い波長分離性能を達成すると共に、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るデジタルカメラの主要な構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子１０１の主要な構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は波長分離フィルタ２０６全体の透過率特性を示し、（ｂ）は多層膜干渉フィルタ３０１の透過率特性を示す。
【図６】本発明の実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６の製造工程を示す図である。
【図７】λ／４多層膜３０２〜３０４の層数と波長分離特性の関係を示すグラフであって、（ａ）はｘ、ｙが何れも２の場合（全１１層）、（ｂ）はｘ、ｙが何れも４の場合（全１９層）、（ｃ）はｘ、ｙが何れも６の場合（全２７層）をそれぞれ示す。
【図８】本発明の変形例（３）に係る波長分離フィルタの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１…………………………………………………デジタルカメラ
８…………………………………………………従来技術に係る固体撮像装置
７、２０６………………………………………波長分離フィルタ
１０１……………………………………………固体撮像素子
１０２……………………………………………撮像レンズ
１０３……………………………………………カバーガラス
１０４……………………………………………ギヤ
１０５……………………………………………光学ファインダ
１０６……………………………………………ズームモータ
１０７……………………………………………ファインダ接眼部
１０８……………………………………………ＬＣＤモニタ
１０９……………………………………………回路基板
２０１……………………………………………Ｎ型半導体層
２０２……………………………………………Ｐ型半導体層
２０３、８０２…………………………………フォトダイオード
２０４……………………………………………層間絶縁膜
２０５……………………………………………遮光膜
２０７……………………………………………集光レンズ
３０１、７０１…………………………………多層膜干渉フィルタ
３０２〜３０４、７０２〜７０４……………λ／４多層膜
４０１、４１１、６０１、６１１、６２１…青色フィルタの透過率特性
４０２、４１２、６０２、６１２、６２２…緑色フィルタの透過率特性
４０３、４１３、６０３、６１３、６２３…赤色フィルタの透過率特性
５０１、５０３、５０７、５０９……………二酸化チタン層
５０２、５０４、５０８………………………二酸化シリコン層
５０５、５０６…………………………………レジスト
８０１……………………………………………シリコン基板
８０３……………………………………………ＣＣＤ
８０４、８０５…………………………………平坦化層
８０６……………………………………………非可視光カットフィルタ
８０７……………………………………………赤色フィルタ
８０８……………………………………………色分解フィルタ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る固体撮像装置及びカメラの実施の形態について、デジタルカメラを例にとり、図面を参照しながら説明する。
［１］  デジタルカメラの構成
先ず、本実施の形態に係るデジタルカメラの構成について説明する。
図２は、本実施の形態に係るデジタルカメラの主要な構成を示す断面図である。【００１７】
図２に示されるように、デジタルカメラ１は固体撮像素子１０１、撮像レンズ１０２、カバーガラス１０３、ギヤ１０４、光学ファインダ１０５、ズームモータ１０６、ファインダ接眼部１０７、ＬＣＤ（liquid crystal display）モニタ１０８及び回路基板１０９を備えている。
デジタルカメラ１のユーザはファインダ接眼部１０７から光学ファインダ１０５を覗いて被写体を観察し、カメラアングルを定める。また、ズームモータ１０６を作動させるとギヤ１０４を介して撮像レンズ１０２のズームが調整される。【００１８】
被写体からの光はカバーガラス１０３、撮像レンズ１０２を経て固体撮像素子１０１に入射する。固体撮像素子１０１にて得られた撮像信号は回路基板１０９にて信号処理され、ＬＣＤモニタ１０８に表示される。ＬＣＤモニタ１０８には撮影モードなども表示される。
カバーガラス１０３は撮影レンズ１０２を保護すると共に防水機能を果たす。【００１９】
［２］  固体撮像素子１０１の構成
次に、本実施の形態に係る固体撮像素子１０１の構成について説明する。固体撮像素子は２次元配置された画素セルを備え、画素セル毎に受光量を検出することによって撮像する。
図３は、本実施の形態に係る固体撮像素子１０１の主要な構成を示す断面図である。図３に示されるように、固体撮像素子１０１は、Ｎ型半導体層２０１上にＰ型半導体層２０２、層間絶縁膜２０４、波長分離フィルタ２０６及び集光レンズ２０７が順次積層されてなる。【００２０】
Ｐ型半導体層２０２の層間絶縁膜２０４側には砒素（As）等のＮ型不純物がイオン注入によって画素セル毎にフォトダイオード２０３が形成されている。フォトダイオード２０３どうしはＰ型半導体層２０２を素子分離領域として互いに分離されている。
また、層間絶縁膜２０４は、酸化シリコン（SiO2）や窒化シリコン（SiN）、ホウ素リンケイ酸ガラス（BPSG: Borophosphosilicate glass）といった透光性の材料からなっている。層間絶縁膜２０４の内部には金属配線を兼ねた遮光膜２０５が形成されている。遮光膜２０５は個々のフォトダイオード２０３に対応する開口を有する。【００２１】
波長分離フィルタ２０６は画素セル毎に所定の波長域の光を透過させることによってカラー撮像を実現する。本実施の形態においては、波長分離フィルタ２０６は画素セル毎に赤色光、緑色光及び青色光の何れかを透過させる。また、波長分離フィルタ２０６は非可視光を遮断する。
集光レンズ２０７は画素セル毎に設けられ、入射光を対応するフォトダイオード２０３上に集光する。この場合において、遮光膜は集光レンズ２０７にて集光された入射光が対応するフォトダイオード２０３以外のフォトダイオード２０３に入射しないように遮光する。【００２２】
［３］  波長分離フィルタ２０６の構成
次に、波長分離フィルタ２０６の構成について更に詳述する。
波長分離フィルタ２０６は赤色光、緑色光及び青色光の何れかを透過させる可視光フィルタ上に赤外線を遮断する赤外線フィルタを積層した構成をとっており、可視光フィルタは多層膜干渉フィルタからなり、赤外線フィルタは複数のλ／４多層膜からなっている。【００２３】
図４は、波長分離フィルタ２０６の構成を示す断面図である。図４に示されるように、波長分離フィルタ２０６は多層膜干渉フィルタ３０１上にλ／４多層膜３０２〜３０４が順次積層されてなる。なお、図３に示されるように、波長分離フィルタ２０６の上下には集光レンズ２０７や層間絶縁膜２０４があるが、図４では省略されている。
多層膜干渉フィルタ３０１は青色光を透過させる部分（以下、「青色フィルタ」という。）３０１Ｂ、緑色光を透過させる部分（以下、「緑色フィルタ」という。）３０１Ｇ及び赤色光を透過させる部分（以下、「赤色フィルタ」という。）３０１Ｒからなっている。【００２４】
多層膜干渉フィルタ３０１は２つのλ／４多層膜にて誘電体層（以下、「スペーサ層」という。）を挟んだ構造をとっている。λ／４多層膜は屈折率を異にし、光学膜厚を同じくする２種類の誘電体層を交互に積層した多層膜であって、個々の誘電体層の光学膜厚の４倍の波長（以下、「設定波長」という。）を中心とする波長域の光を反射する。ここで、光学膜厚とは誘電体層の物理膜厚にその屈折率を乗じた数である。設定波長が５３０ｎｍのλ／４多層膜では誘電体層ごとの光学膜厚は１３２．５ｎｍとなる。【００２５】
本実施の形態においては高屈折率層の材料として二酸化チタン（TiO2）を、低屈折率層の材料として二酸化シリコン（SiO2）を用いている。二酸化チタンの屈折率は２．５１なので高屈折率層の物理膜厚は５２．８ｎｍとなり、二酸化シリコンの屈折率は１．４５なので低屈折率層の物理膜厚は９１．４ｎｍとなる。
スペーサ層は二酸化シリコンからなる透光性の絶縁体層であって、波長分離フィルタ２０６が透過させるべき光の波長に応じた膜厚を有する。スペーサ層の物理膜厚は青色フィルタ３０１Ｂで１３０ｎｍ、緑色フィルタ３０１Ｇで０ｎｍ、赤色フィルタ３０１Ｒで３０ｎｍである。【００２６】
多層膜干渉フィルタ３０１の層数は、青色フィルタと赤色フィルタとは何れも８層、緑色フィルタは６層である。
λ／４多層膜３０２〜３０４の設定波長は何れも８００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で、かつ、互いに異なる。本実施の形態においては、λ／４多層膜３０２〜３０４の設定波長はそれぞれ８００ｎｍ、９００ｎｍ及び１０００ｎｍである。λ／４多層膜３０２〜３０４の膜厚は多層膜干渉フィルタ３０１が透過させる光色に関わらず一定である。【００２７】
λ／４多層膜３０２〜３０４は何れも多層膜干渉フィルタ３０１と同じく、二酸化シリコン層と二酸化チタン層が交互に積層されてなる。λ／４多層膜３０２〜３０４の層構成は以下のように表わされる。
（0.5L1・H1・0.5L1）ｘ（0.5L2・H2・0.5L2）（0.5L3・H3・0.5L3）ｙ
Ｌ1、Ｌ2及びＬ3はそれぞれλ／４多層膜３０２〜３０４の低屈折率層を表わし、Ｈ1、Ｈ2及びＨ3はそれぞれλ／４多層膜３０２〜３０４の高屈折率層を表わす。０．５Ｌi（以下、i=1〜3である。）は光学膜厚が半分の低屈折率層を表わす。【００２８】
（0.5Li・Hi・0.5Li）は光学膜厚が設定波長の８分の１の低屈折率層０．５Ｌi上に順次、光学膜厚が設定波長の４分の１の高屈折率層Ｈi、光学膜厚が設定波長の８分の１の低屈折率層０．５Ｌiを積層した構造を表わす。
また、（0.5Li・Hi・0.5Li）ｎは、積層構造（0.5Li・Hi・0.5Li）をｎ回繰り返した積層構造を表わす。なお、積層構造（0.5Li・Hi・0.5Li）が複数回繰り返された場合、下位の積層構造（0.5Li・Hi・0.5Li）中の最上位層０．５Ｌiと上位の積層構造（0.5Li・Hi・0.5Li）中の最下位層０．５Ｌiとは光学膜厚が設定波長の４分の１の低屈折率層Ｌiをなす。【００２９】
同様に、λ／４多層膜３０２の最上位層０．５Ｌ1とλ／４多層膜３０３の最下位層０．５Ｌ2とは１つの二酸化シリコン層をなし、λ／４多層膜３０３の最上位層０．５Ｌ2とλ／４多層膜３０４の最下位層０．５Ｌ3とは１つの二酸化シリコン層をなす。また、上記ｘ、ｙは何れも１１である。従って、本実施の形態においては、λ／４多層膜３０２〜３０４全体で２３層となる。【００３０】
［４］  透過率特性
次に、波長分離フィルタ２０６の透過率特性について説明する。
図５は、本実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は波長分離フィルタ２０６全体の透過率特性を示し、（ｂ）は多層膜干渉フィルタ３０１の透過率特性を示す。【００３１】
図５において、グラフ４０１、４１１は青色フィルタ３０１Ｂに係る透過率特性を示す。また、グラフ４０２、４１２は緑色フィルタ３０１Ｇに係る透過率特性を、グラフ４０３、４１３は赤色フィルタ３０１Ｒに係る透過率特性を示す。
さて、図５（ａ）に示されるように、本実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６によれば、可視光領域における３つの波長域ごとに入射光を波長分離することができる。また、赤色フィルタ３０１Ｒ、緑色フィルタ３０１Ｇ及び青色フィルタ３０１Ｂの何れについても、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長域内の光の透過率を２％以下に抑えることができる。【００３２】
一方、図５（ｂ）に示されるように、多層膜干渉フィルタ３０１だけの場合には、可視光領域における３つの波長域ごとに入射光を波長分離することができるものの、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長域内の透過率が高くなる。例えば、青色フィルタ３０１Ｂは波長８００ｎｍ以上の赤外線の透過率が８０％以上にもなっている。
フォトダイオード２０３はこのような赤外線を受光すると信号電荷を発生させるので、可視光によるカラー撮像の場合に多層膜干渉フィルタ３０１だけを用いると十分な波長分離機能を得ることができない。【００３３】
一方、本実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６によれば、フォトダイオード２０３に赤外線が入射しないので、高い波長分離機能を得ることができる。
［５］  波長分離フィルタ２０６の製造方法
次に、波長分離フィルタ２０６の製造方法について説明する。
図６は、本実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６の製造工程を示す図である。図６において、波長分離フィルタ２０６の製造工程は（ａ）から（ｈ）へと進む。また、Ｎ型半導体層１０１、Ｐ型半導体層１０２、フォトダイオード１０３及び遮光膜１０５は図示を省略した。【００３４】
先ず、図６（ａ）に示されるように、層間絶縁膜２０４上に、高周波（RF: radio frequency）スパッタ装置を用いて、二酸化チタン層５０１、二酸化シリコン層５０２、二酸化チタン層５０３及び二酸化シリコン層５０４の順に積層する。
二酸化チタン層５０１、５０３並びに二酸化シリコン層５０２の光学膜厚は１３２．５ｎｍであり、λ／４多層膜をなす。また、二酸化シリコン層５０４の物理膜厚は青色フィルタ３０１Ｂのスペーサ層の物理膜厚に等しい。【００３５】
次に、二酸化シリコン層５０４上の青色フィルタ３０１Ｂに対応する箇所にレジスト５０５が形成され（図６（ｂ））、二酸化シリコン層５０４のレジスト５０５に覆われていない箇所がエッチングによって膜厚を減じられた後（図６（ｃ））、レジスト５０５が除去される（図６（ｄ））。
更に、二酸化シリコン層５０４上の赤色フィルタ３０１Ｒ及び青色フィルタ３０１Ｂに対応する箇所以外の箇所にレジスト５０６が形成され（図６（ｅ））、エッチングされた後（図６（ｆ））、レジスト５０６が除去される。【００３６】
なお、二酸化シリコン層５０４をエッチングするには、例えば、ウエハ一面にレジストを塗布し、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、および最終ベーク（ポストベーク）によって、レジスト５０５や５０６を形成する。その後、４フッ化メタン（CF4）系のエッチングガスを用いて、物理的にスペーサ層５０４のエッチングを行えば良い。【００３７】
その後、二酸化シリコン層５０４上、並びに緑色フィルタ３０１Ｇに対応する箇所にあっては二酸化チタン層５０３上に、高周波スパッタ装置を用いて、二酸化チタン層５０７、二酸化シリコン層５０８及び二酸化チタン層５０９が順次形成される（図６（ｇ））。これによって、青色フィルタ３０１Ｂ並びに赤色フィルタ３０１Ｒ部分は８層にとなり、緑色フィルタ３０１Ｇ部分については二酸化チタン層５０３に二酸化チタン層５０７を積層した二酸化チタン層を１層と数えれば６層になる。【００３８】
そして、二酸化チタン層５０９上に二酸化シリコン層と二酸化チタン層が交互に積層されることによって、λ／４多層膜３０２〜３０４が形成される（図６（ｈ））。上述のように、λ／４多層膜３０２〜３０４の設定波長はそれぞれ８００ｎｍ、９００ｎｍ及び１０００ｎｍである。
［６］  変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。【００３９】
（１）  上記実施の形態においては、専らλ／４多層膜３０２〜３０４の層数が２３層である場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて異なる層数のλ／４多層膜を用いても良い。
図７は、λ／４多層膜３０２〜３０４の層数と波長分離特性の関係を示すグラフであって、（ａ）はｘ、ｙが何れも２の場合（全１１層）、（ｂ）はｘ、ｙが何れも４の場合（全１９層）、（ｂ）はｘ、ｙが何れも６の場合（全２７層）をそれぞれ示す。【００４０】
なお、λ／４多層膜３０２〜３０４の設定波長は何れも上記実施の形態と同様である。また、図７において、グラフ６０１、６１１及び６２１は青色フィルタ３０１Ｂに係る透過率特性を示す。また、グラフ６０２、６１２及び６２２は緑色フィルタ３０１Ｇに係る透過率特性を、グラフ６０３、６１３及び６２３は赤色フィルタ３０１Ｒに係る透過率特性を示す。【００４１】
図７に示されるように、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長域における透過率が、（ａ）では１０％を超え、（ｂ）では５％以下となり、（ｃ）では１％以下に抑えられる。このように、λ／４多層膜３０２〜３０４の層数が多いほど７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長域における透過率が低減されるので、より良い波長分離特性を得ることができる。
ただし、層数を増やすとコストの増大や歩留まりの低下が予想される。従って、コスト等に見合った波長分離特性が得られるように層数を決定するのが望ましい。【００４２】
（２）  上記実施の形態においては、専ら設定波長が相異なる３種類のλ／４多層膜を用いて赤外線を遮断する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて、２種類、或いは４種類以上の設定波長のλ／４多層膜を用いても良いし、上記実施の形態と異なる設定波長を用いても良い。
ただし、λ／４多層膜の設定波長は赤外線を遮断できるように決定すべきなのは言うまでも無く、少なくとも７００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外線を遮断できなければならない。【００４３】
（３）  上記実施の形態においては、専ら多層膜干渉フィルタ３０１上にλ／４多層膜を形成する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えてλ／４多層膜上に多層膜干渉フィルタを形成しても良い。
図８は、本変形例に係る波長分離フィルタの構成を示す断面図である。図８に示されるように、本変形例に係る波長分離フィルタ７はλ／４多層膜７０２上に、λ／４多層膜７０３、７０４及び多層膜干渉フィルタ７０１が順次積層されてなる。【００４４】
このようにすれば、λ／４多層膜７０２〜７０４において、画素セル間の段差が無くなる。すなわち、２次元配置された複数の画素セルに亘って、λ／４多層膜７０２〜７０４を構成する各誘電体層を平坦にすることができる。したがって、画素セルを微細化すると顕著になる斜め光による特性劣化を抑えることができる。
（４）  上記実施の形態においては、専ら誘電体材料として二酸化シリコンと二酸化チタンとを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これらに代えて酸化マグネシウム（MgO）、五酸化二タンタル（Ta2O5）、二酸化ジルコニウム（ZrO2）、一窒化シリコン（SiN）、窒化シリコン（Si3N4）、酸化アルミニウム（Al2O3）、弗化マグネシウム（MgF2）、酸化ハフニウム（HfO3）を用いても良い。【００４５】
上記のうち、窒化シリコンや五酸化二タンタル、二酸化ジルコニウムは高屈折率材料として用いるのが望ましい。誘電体材料の如何に関わらず本発明の効果を得ることができる。
（５）  上記実施の形態においては、可視光フィルタたる多層膜干渉フィルタを構成するλ／４多層膜が８層である場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて４層や１２層、１６層、或いはそれ以上としても良い。【００４６】
また、スペーサ層にはλ／４多層膜の高屈折率層と同じ材料を用いても良いし、低屈折率層と同じ材料を用いても良い。また、λ／４多層膜を構成する何れの層の材料とも異なる材料を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る固体撮像装置及びカメラは、入射光に含まれる赤外線を遮断する技術として有用である。
【図１】
2007094092.tif 000003
【図２】
2007094092.tif 000004
【図３】
2007094092.tif 000005
【図４】
2007094092.tif 000006
【図５】
2007094092.tif 000007
【図６】
2007094092.tif 000008
【図７】
2007094092.tif 000009
【図８】
2007094092.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月10日(2008.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配列された複数の画素セルを有し、可視光によってカラー撮像する固体撮像装置であって、
所定波長域の可視光を主に透過させる多層膜干渉フィルタからなる可視光フィルタと、
設定波長を異にする複数のλ／４多層膜からなり、赤外線を反射する赤外線フィルタと、を備え、
赤外線フィルタと可視光フィルタとは互いに上下に接するように積層されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
赤外線フィルタは誘電体材料からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
可視光フィルタと赤外線フィルタとは同じ誘電体材料からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
可視光フィルタと赤外線フィルタとをなす誘電体材料のうち、
高屈折率材料は二酸化チタンであり、
低屈折率材料は二酸化シリコンである
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】
可視光フィルタは赤外線フィルタ上に積層されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
可視光フィルタをなす多層膜干渉フィルタは可視波長域に設定波長を有するλ／４多層膜を含み、
赤外線フィルタは赤外波長域に設定波長を有するλ／４多層膜からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
赤外線フィルタを構成するλ／４多層膜の設定波長は７００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲内にある
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
可視光フィルタをなす多層膜干渉フィルタは、２つのλ／４多層膜に誘電体層を挟んでなる
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
２次元配列された複数の画素セルを有し、可視光によってカラー撮像する固体撮像装置を備えたカメラであって、
固体撮像装置は、
所定波長域の可視光を主に透過させる多層膜干渉フィルタからなる可視光フィルタと、
設定波長を異にする複数のλ／４多層膜からなり、赤外線を反射する赤外線フィルタと、を備え、
赤外線フィルタと可視光フィルタとは互いに上下に接するように積層されている
ことを特徴とするカメラ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びカメラに関し、特に、入射光に含まれる赤外線を遮断する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラや携帯電話機等、固体撮像装置の適用範囲が爆発的に拡大しつつある。このため、可視光によるカラー撮像に加えて、赤外線や紫外線といった非可視光によっても撮像できる固体撮像装置の需要が高まっている。
図１は、従来技術に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である（例えば、特許文献１参照）。図１に示されるように、固体撮像装置８は、シリコン基板８０１上に平坦化層８０４、８０５及び非可視光カットフィルタ８０６が順次積層されてなる。
【０００３】
非可視光カットフィルタ８０６は誘電体層と金属層を交互に積層した多層膜である。また、シリコン基板８０１の平坦化層８０４側にはフォトダイオード８０２並びにＣＣＤ（chargecoupled device）８０３が形成されている。
平坦化層８０４内には、赤色光と非可視光とを透過させるフィルタ８０７が形成されている。平坦化層８０５内には、色分解フィルタ８０８が形成されている。
【０００４】
フォトダイオード８０２は赤外領域にも感度を有するところ、非可視光カットフィルタ８０６にて非可視光成分を遮断すれば、赤外線による信号電荷の発生を防ぐことができる。これによって、可視光による撮像を精度良く行うことができる。
また、非可視光カットフィルタ８０６を経ずに色分解フィルタ８０８を透過した入射光は青色光と非可視光との波長成分のみとなる。この入射光が更にフィルタ８０７を透過すると、青色光が遮断されるので、非可視光成分のみがフォトダイオード８０２に入射する。これによって、非可視光による撮像を実現することができる。
【０００５】
このようにすれば、可視光によるカラー撮像に加えて、赤外線による撮像を行うことができる固体撮像装置を実現することができる。
【特許文献１】特許第３０７８４５８号
【特許文献２】国際公開番号 ＷＯ２００５／０６９３７６ Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、色分解フィルタ８０７の膜厚、並びに色分解フィルタを除く平坦化層８０４、８０５の膜厚は何れもほぼ１μｍであり、非可視光カットフィルタ８０６の膜厚はほぼ３μｍである。このため、フィルタ部分の膜厚は６μｍ以上にもなる。
かかる場合に、画素の大きさを２μｍ以下にすると、色分解フィルタ８０８に斜めに入射した光（以下、「斜め光」という。）が個々の色分解フィルタ８０８に対応するフォトダイオード８０２以外のフォトダイオード８０２に入射する。この結果、色分解機能が低下したり、ノイズが増加したり、或いは波長感度が低下するといった問題が生じる。
【０００７】
また、製造プロセスが複雑であり、製造コストが高いという問題もある。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、赤外線を遮断することができる固体撮像装置であって、高い波長分離機能を有し、製造コストが低い固体撮像装置、並びにそのような固体撮像装置を備えたカメラ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】
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、２次元配列された複数の画素セルを有し、可視光によってカラー撮像する固体撮像装置であって、所定波長域の可視光を主に透過させる多層膜干渉フィルタからなる可視光フィルタと、設定波長を異にする複数のλ／４多層膜からなり、赤外線を反射する赤外線フィルタと、を備え、赤外線フィルタと可視光フィルタとは互いに上下に接するように積層されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このようにすれば、特許文献１に係る従来技術とは異なって金属層を要することなく赤外線フィルタを構成することができるので、固体撮像装置の厚みを減じて小型化を図ることができる。また、斜め光を防いで高い波長分離機能を実現することができる。
なお、特許文献２に示されるように多層膜干渉フィルタを用いたカラーフィルタは可視領域における色分離機能は有するものの、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの赤外線を遮断することができないので、赤外線を遮断する光学フィルタを用いざるを得ない。一方、本発明のように、λ／４多層膜を複数積層すれば、光学フィルタ無しに赤外線を遮断することができる。
【００１０】
なお、所定波長域の可視光を主に透過させるとは、多層膜干渉フィルタをカラーフィルタとした場合、所定波長域の可視光に加えて非可視光を透過させ得ることをいう。
本発明に係る固体撮像装置は、赤外線フィルタは誘電体材料からなることを特徴とする。このようにすれば、特許文献１に係る従来技術のような平坦化層を要することなく赤外線フィルタを形成することができるので、固体撮像装置を小型化することができる。また、固体撮像装置の製造プロセスから工程数を減じて製造コストを低減することができる。
【００１１】
本発明に係る固体撮像装置は、可視光フィルタと赤外線フィルタとは同じ誘電体材料からなることを特徴とする。このようにすれば、特許文献１に係る従来技術のように赤外線フィルタに金属材料を要しないので、より少ない種類の材料で固体撮像装置を製造することができる。従って、固体撮像装置の製造コストを削減することができる。
この場合において、可視光フィルタと赤外線フィルタとをなす誘電体材料のうち、高屈折率材料は二酸化チタンであり、低屈折率材料は二酸化シリコンであるとしても良い。このようにすれば、λ／４多層膜の高屈折率層と低屈折率層との間の屈折率差を大きくして、高い波長分離性能を達成することができる。
【００１２】
本発明に係る固体撮像装置は、可視光フィルタは赤外線フィルタ上に積層されていることを特徴とする。このようにすれば、固体撮像装置を小型化することができ、かつ、固体撮像装置の製造コストを低減することができる。
具体的には、可視光フィルタをなす多層膜干渉フィルタは可視波長域に設定波長を有するλ／４多層膜を含み、赤外線フィルタは赤外波長域に設定波長を有するλ／４多層膜からなるとすれば良く、赤外線フィルタを構成するλ／４多層膜の設定波長は７００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲内にあるとすれば、優れた波長分離性能を実現することができる。この場合において、可視光フィルタをなす多層膜干渉フィルタは、２つのλ／４多層膜に誘電体層を挟んでなるとすれば好適である。
【００１３】
本発明に係るカメラは、２次元配列された複数の画素セルを有し、可視光によってカラー撮像する固体撮像装置を備えたカメラであって、固体撮像装置は、所定波長域の可視光を主に透過させる多層膜干渉フィルタからなる可視光フィルタと、設定波長を異にする複数のλ／４多層膜からなり、赤外線を反射する赤外線フィルタと、を備え、赤外線フィルタと可視光フィルタとは互いに上下に接するように積層されていることを特徴とする。このようにすれば、可視光によるカラー撮像時に赤外線による影響を排除して高い波長分離性能を達成すると共に、製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る固体撮像装置及びカメラの実施の形態について、デジタルカメラを例にとり、図面を参照しながら説明する。
［１］  デジタルカメラの構成
先ず、本実施の形態に係るデジタルカメラの構成について説明する。
図２は、本実施の形態に係るデジタルカメラの主要な構成を示す断面図である。
【００１５】
図２に示されるように、デジタルカメラ１は固体撮像素子１０１、撮像レンズ１０２、カバーガラス１０３、ギヤ１０４、光学ファインダ１０５、ズームモータ１０６、ファインダ接眼部１０７、ＬＣＤ（liquidcrystal display）モニタ１０８及び回路基板１０９を備えている。
デジタルカメラ１のユーザはファインダ接眼部１０７から光学ファインダ１０５を覗いて被写体を観察し、カメラアングルを定める。また、ズームモータ１０６を作動させるとギヤ１０４を介して撮像レンズ１０２のズームが調整される。
【００１６】
被写体からの光はカバーガラス１０３、撮像レンズ１０２を経て固体撮像素子１０１に入射する。固体撮像素子１０１にて得られた撮像信号は回路基板１０９にて信号処理され、ＬＣＤモニタ１０８に表示される。ＬＣＤモニタ１０８には撮影モードなども表示される。
カバーガラス１０３は撮影レンズ１０２を保護すると共に防水機能を果たす。
【００１７】
［２］  固体撮像素子１０１の構成
次に、本実施の形態に係る固体撮像素子１０１の構成について説明する。固体撮像素子は２次元配置された画素セルを備え、画素セル毎に受光量を検出することによって撮像する。
図３は、本実施の形態に係る固体撮像素子１０１の主要な構成を示す断面図である。図３に示されるように、固体撮像素子１０１は、Ｎ型半導体層２０１上にＰ型半導体層２０２、層間絶縁膜２０４、波長分離フィルタ２０６及び集光レンズ２０７が順次積層されてなる。
【００１８】
Ｐ型半導体層２０２の層間絶縁膜２０４側には砒素（As）等のＮ型不純物がイオン注入によって画素セル毎にフォトダイオード２０３が形成されている。フォトダイオード２０３どうしはＰ型半導体層２０２を素子分離領域として互いに分離されている。
また、層間絶縁膜２０４は、酸化シリコン（SiO2）や窒化シリコン（SiN）、ホウ素リンケイ酸ガラス（BPSG:Borophosphosilicate glass）といった透光性の材料からなっている。層間絶縁膜２０４の内部には金属配線を兼ねた遮光膜２０５が形成されている。遮光膜２０５は個々のフォトダイオード２０３に対応する開口を有する。
【００１９】
波長分離フィルタ２０６は画素セル毎に所定の波長域の光を透過させることによってカラー撮像を実現する。本実施の形態においては、波長分離フィルタ２０６は画素セル毎に赤色光、緑色光及び青色光の何れかを透過させる。また、波長分離フィルタ２０６は非可視光を遮断する。
集光レンズ２０７は画素セル毎に設けられ、入射光を対応するフォトダイオード２０３上に集光する。この場合において、遮光膜は集光レンズ２０７にて集光された入射光が対応するフォトダイオード２０３以外のフォトダイオード２０３に入射しないように遮光する。
【００２０】
［３］  波長分離フィルタ２０６の構成
次に、波長分離フィルタ２０６の構成について更に詳述する。
波長分離フィルタ２０６は赤色光、緑色光及び青色光の何れかを透過させる可視光フィルタ上に赤外線を遮断する赤外線フィルタを積層した構成をとっており、可視光フィルタは多層膜干渉フィルタからなり、赤外線フィルタは複数のλ／４多層膜からなっている。
【００２１】
図４は、波長分離フィルタ２０６の構成を示す断面図である。図４に示されるように、波長分離フィルタ２０６は多層膜干渉フィルタ３０１上にλ／４多層膜３０２〜３０４が順次積層されてなる。なお、図３に示されるように、波長分離フィルタ２０６の上下には集光レンズ２０７や層間絶縁膜２０４があるが、図４では省略されている。
多層膜干渉フィルタ３０１は青色光を透過させる部分（以下、「青色フィルタ」という。）３０１Ｂ、緑色光を透過させる部分（以下、「緑色フィルタ」という。）３０１Ｇ及び赤色光を透過させる部分（以下、「赤色フィルタ」という。）３０１Ｒからなっている。
【００２２】
多層膜干渉フィルタ３０１は２つのλ／４多層膜にて誘電体層（以下、「スペーサ層」という。）を挟んだ構造をとっている。λ／４多層膜は屈折率を異にし、光学膜厚を同じくする２種類の誘電体層を交互に積層した多層膜であって、個々の誘電体層の光学膜厚の４倍の波長（以下、「設定波長」という。）を中心とする波長域の光を反射する。ここで、光学膜厚とは誘電体層の物理膜厚にその屈折率を乗じた数である。設定波長が５３０ｎｍのλ／４多層膜では誘電体層ごとの光学膜厚は１３２．５ｎｍとなる。
【００２３】
本実施の形態においては高屈折率層の材料として二酸化チタン（TiO2）を、低屈折率層の材料として二酸化シリコン（SiO2）を用いている。二酸化チタンの屈折率は２．５１なので高屈折率層の物理膜厚は５２．８ｎｍとなり、二酸化シリコンの屈折率は１．４５なので低屈折率層の物理膜厚は９１．４ｎｍとなる。
スペーサ層は二酸化シリコンからなる透光性の絶縁体層であって、波長分離フィルタ２０６が透過させるべき光の波長に応じた膜厚を有する。スペーサ層の物理膜厚は青色フィルタ３０１Ｂで１３０ｎｍ、緑色フィルタ３０１Ｇで０ｎｍ、赤色フィルタ３０１Ｒで３０ｎｍである。
【００２４】
多層膜干渉フィルタ３０１の層数は、青色フィルタと赤色フィルタとは何れも８層、緑色フィルタは６層である。
λ／４多層膜３０２〜３０４の設定波長は何れも８００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で、かつ、互いに異なる。本実施の形態においては、λ／４多層膜３０２〜３０４の設定波長はそれぞれ８００ｎｍ、９００ｎｍ及び１０００ｎｍである。λ／４多層膜３０２〜３０４の膜厚は多層膜干渉フィルタ３０１が透過させる光色に関わらず一定である。
【００２５】
λ／４多層膜３０２〜３０４は何れも多層膜干渉フィルタ３０１と同じく、二酸化シリコン層と二酸化チタン層が交互に積層されてなる。λ／４多層膜３０２〜３０４の層構成は以下のように表わされる。
（0.5L1・H1・0.5L1）ｘ（0.5L2・H2・0.5L2）（0.5L3・H3・0.5L3）ｙ
Ｌ1、Ｌ2及びＬ3はそれぞれλ／４多層膜３０２〜３０４の低屈折率層を表わし、Ｈ1、Ｈ2及びＨ3はそれぞれλ／４多層膜３０２〜３０４の高屈折率層を表わす。０．５Ｌi（以下、i=1〜3である。）は光学膜厚が半分の低屈折率層を表わす。
【００２６】
（0.5Li・Hi・0.5Li）は光学膜厚が設定波長の８分の１の低屈折率層０．５Ｌi上に順次、光学膜厚が設定波長の４分の１の高屈折率層Ｈi、光学膜厚が設定波長の８分の１の低屈折率層０．５Ｌiを積層した構造を表わす。
また、（0.5Li・Hi・0.5Li）ｎは、積層構造（0.5Li・Hi・0.5Li）をｎ回繰り返した積層構造を表わす。なお、積層構造（0.5Li・Hi・0.5Li）が複数回繰り返された場合、下位の積層構造（0.5Li・Hi・0.5Li）中の最上位層０．５Ｌiと上位の積層構造（0.5Li・Hi・0.5Li）中の最下位層０．５Ｌiとは光学膜厚が設定波長の４分の１の低屈折率層Ｌiをなす。
【００２７】
同様に、λ／４多層膜３０２の最上位層０．５Ｌ1とλ／４多層膜３０３の最下位層０．５Ｌ2とは１つの二酸化シリコン層をなし、λ／４多層膜３０３の最上位層０．５Ｌ2とλ／４多層膜３０４の最下位層０．５Ｌ3とは１つの二酸化シリコン層をなす。また、上記ｘ、ｙは何れも１１である。従って、本実施の形態においては、λ／４多層膜３０２〜３０４全体で２３層となる。
【００２８】
［４］  透過率特性
次に、波長分離フィルタ２０６の透過率特性について説明する。
図５は、本実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は波長分離フィルタ２０６全体の透過率特性を示し、（ｂ）は多層膜干渉フィルタ３０１の透過率特性を示す。
【００２９】
図５において、グラフ４０１、４１１は青色フィルタ３０１Ｂに係る透過率特性を示す。また、グラフ４０２、４１２は緑色フィルタ３０１Ｇに係る透過率特性を、グラフ４０３、４１３は赤色フィルタ３０１Ｒに係る透過率特性を示す。
さて、図５（ａ）に示されるように、本実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６によれば、可視光領域における３つの波長域ごとに入射光を波長分離することができる。また、赤色フィルタ３０１Ｒ、緑色フィルタ３０１Ｇ及び青色フィルタ３０１Ｂの何れについても、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長域内の光の透過率を２％以下に抑えることができる。
【００３０】
一方、図５（ｂ）に示されるように、多層膜干渉フィルタ３０１だけの場合には、可視光領域における３つの波長域ごとに入射光を波長分離することができるものの、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長域内の透過率が高くなる。例えば、青色フィルタ３０１Ｂは波長８００ｎｍ以上の赤外線の透過率が８０％以上にもなっている。
フォトダイオード２０３はこのような赤外線を受光すると信号電荷を発生させるので、可視光によるカラー撮像の場合に多層膜干渉フィルタ３０１だけを用いると十分な波長分離機能を得ることができない。
【００３１】
一方、本実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６によれば、フォトダイオード２０３に赤外線が入射しないので、高い波長分離機能を得ることができる。
［５］  波長分離フィルタ２０６の製造方法
次に、波長分離フィルタ２０６の製造方法について説明する。
図６は、本実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６の製造工程を示す図である。図６において、波長分離フィルタ２０６の製造工程は（ａ）から（ｈ）へと進む。また、Ｎ型半導体層１０１、Ｐ型半導体層１０２、フォトダイオード１０３及び遮光膜１０５は図示を省略した。
【００３２】
先ず、図６（ａ）に示されるように、層間絶縁膜２０４上に、高周波（RF: radio frequency）スパッタ装置を用いて、二酸化チタン層５０１、二酸化シリコン層５０２、二酸化チタン層５０３及び二酸化シリコン層５０４の順に積層する。
二酸化チタン層５０１、５０３並びに二酸化シリコン層５０２の光学膜厚は１３２．５ｎｍであり、λ／４多層膜をなす。また、二酸化シリコン層５０４の物理膜厚は青色フィルタ３０１Ｂのスペーサ層の物理膜厚に等しい。
【００３３】
次に、二酸化シリコン層５０４上の青色フィルタ３０１Ｂに対応する箇所にレジスト５０５が形成され（図６（ｂ））、二酸化シリコン層５０４のレジスト５０５に覆われていない箇所がエッチングによって膜厚を減じられた後（図６（ｃ））、レジスト５０５が除去される（図６（ｄ））。
更に、二酸化シリコン層５０４上の赤色フィルタ３０１Ｒ及び青色フィルタ３０１Ｂに対応する箇所以外の箇所にレジスト５０６が形成され（図６（ｅ））、エッチングされた後（図６（ｆ））、レジスト５０６が除去される。
【００３４】
なお、二酸化シリコン層５０４をエッチングするには、例えば、ウエハ一面にレジストを塗布し、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、および最終ベーク（ポストベーク）によって、レジスト５０５や５０６を形成する。その後、４フッ化メタン（CF4）系のエッチングガスを用いて、物理的にスペーサ層５０４のエッチングを行えば良い。
【００３５】
その後、二酸化シリコン層５０４上、並びに緑色フィルタ３０１Ｇに対応する箇所にあっては二酸化チタン層５０３上に、高周波スパッタ装置を用いて、二酸化チタン層５０７、二酸化シリコン層５０８及び二酸化チタン層５０９が順次形成される（図６（ｇ））。これによって、青色フィルタ３０１Ｂ並びに赤色フィルタ３０１Ｒ部分は８層にとなり、緑色フィルタ３０１Ｇ部分については二酸化チタン層５０３に二酸化チタン層５０７を積層した二酸化チタン層を１層と数えれば６層になる。
【００３６】
そして、二酸化チタン層５０９上に二酸化シリコン層と二酸化チタン層が交互に積層されることによって、λ／４多層膜３０２〜３０４が形成される（図６（ｈ））。上述のように、λ／４多層膜３０２〜３０４の設定波長はそれぞれ８００ｎｍ、９００ｎｍ及び１０００ｎｍである。
［６］  変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
【００３７】
（１）  上記実施の形態においては、専らλ／４多層膜３０２〜３０４の層数が２３層である場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて異なる層数のλ／４多層膜を用いても良い。
図７は、λ／４多層膜３０２〜３０４の層数と波長分離特性の関係を示すグラフであって、（ａ）はｘ、ｙが何れも２の場合（全１１層）、（ｂ）はｘ、ｙが何れも４の場合（全１９層）、（ｂ）はｘ、ｙが何れも６の場合（全２７層）をそれぞれ示す。
【００３８】
なお、λ／４多層膜３０２〜３０４の設定波長は何れも上記実施の形態と同様である。また、図７において、グラフ６０１、６１１及び６２１は青色フィルタ３０１Ｂに係る透過率特性を示す。また、グラフ６０２、６１２及び６２２は緑色フィルタ３０１Ｇに係る透過率特性を、グラフ６０３、６１３及び６２３は赤色フィルタ３０１Ｒに係る透過率特性を示す。
【００３９】
図７に示されるように、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長域における透過率が、（ａ）では１０％を超え、（ｂ）では５％以下となり、（ｃ）では１％以下に抑えられる。このように、λ／４多層膜３０２〜３０４の層数が多いほど７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長域における透過率が低減されるので、より良い波長分離特性を得ることができる。
ただし、層数を増やすとコストの増大や歩留まりの低下が予想される。従って、コスト等に見合った波長分離特性が得られるように層数を決定するのが望ましい。
【００４０】
（２）  上記実施の形態においては、専ら設定波長が相異なる３種類のλ／４多層膜を用いて赤外線を遮断する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて、２種類、或いは４種類以上の設定波長のλ／４多層膜を用いても良いし、上記実施の形態と異なる設定波長を用いても良い。
ただし、λ／４多層膜の設定波長は赤外線を遮断できるように決定すべきなのは言うまでも無く、少なくとも７００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外線を遮断できなければならない。
【００４１】
（３）  上記実施の形態においては、専ら多層膜干渉フィルタ３０１上にλ／４多層膜を形成する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えてλ／４多層膜上に多層膜干渉フィルタを形成しても良い。
図８は、本変形例に係る波長分離フィルタの構成を示す断面図である。図８に示されるように、本変形例に係る波長分離フィルタ７はλ／４多層膜７０２上に、λ／４多層膜７０３、７０４及び多層膜干渉フィルタ７０１が順次積層されてなる。
【００４２】
このようにすれば、λ／４多層膜７０２〜７０４において、画素セル間の段差が無くなる。すなわち、２次元配置された複数の画素セルに亘って、λ／４多層膜７０２〜７０４を構成する各誘電体層を平坦にすることができる。したがって、画素セルを微細化すると顕著になる斜め光による特性劣化を抑えることができる。
（４）  上記実施の形態においては、専ら誘電体材料として二酸化シリコンと二酸化チタンとを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これらに代えて酸化マグネシウム（MgO）、五酸化二タンタル（Ta2O5）、二酸化ジルコニウム（ZrO2）、一窒化シリコン（SiN）、窒化シリコン（Si3N4）、酸化アルミニウム（Al2O3）、弗化マグネシウム（MgF2）、酸化ハフニウム（HfO3）を用いても良い。
【００４３】
上記のうち、窒化シリコンや五酸化二タンタル、二酸化ジルコニウムは高屈折率材料として用いるのが望ましい。誘電体材料の如何に関わらず本発明の効果を得ることができる。
（５）  上記実施の形態においては、可視光フィルタたる多層膜干渉フィルタを構成するλ／４多層膜が８層である場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて４層や１２層、１６層、或いはそれ以上としても良い。
【００４４】
また、スペーサ層にはλ／４多層膜の高屈折率層と同じ材料を用いても良いし、低屈折率層と同じ材料を用いても良い。また、λ／４多層膜を構成する何れの層の材料とも異なる材料を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る固体撮像装置及びカメラは、入射光に含まれる赤外線を遮断する技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来技術に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るデジタルカメラの主要な構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子１０１の主要な構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は波長分離フィルタ２０６全体の透過率特性を示し、（ｂ）は多層膜干渉フィルタ３０１の透過率特性を示す。
【図６】本発明の実施の形態に係る波長分離フィルタ２０６の製造工程を示す図である。
【図７】λ／４多層膜３０２〜３０４の層数と波長分離特性の関係を示すグラフであって、（ａ）はｘ、ｙが何れも２の場合（全１１層）、（ｂ）はｘ、ｙが何れも４の場合（全１９層）、（ｃ）はｘ、ｙが何れも６の場合（全２７層）をそれぞれ示す。
【図８】本発明の変形例（３）に係る波長分離フィルタの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…………………………………………………デジタルカメラ
８…………………………………………………従来技術に係る固体撮像装置
７、２０６………………………………………波長分離フィルタ
１０１……………………………………………固体撮像素子
１０２……………………………………………撮像レンズ
１０３……………………………………………カバーガラス
１０４……………………………………………ギヤ
１０５……………………………………………光学ファインダ
１０６……………………………………………ズームモータ
１０７……………………………………………ファインダ接眼部
１０８……………………………………………ＬＣＤモニタ
１０９……………………………………………回路基板
２０１……………………………………………Ｎ型半導体層
２０２……………………………………………Ｐ型半導体層
２０３、８０２…………………………………フォトダイオード
２０４……………………………………………層間絶縁膜
２０５……………………………………………遮光膜
２０７……………………………………………集光レンズ
３０１、７０１…………………………………多層膜干渉フィルタ
３０２〜３０４、７０２〜７０４……………λ／４多層膜
４０１、４１１、６０１、６１１、６２１…青色フィルタの透過率特性
４０２、４１２、６０２、６１２、６２２…緑色フィルタの透過率特性
４０３、４１３、６０３、６１３、６２３…赤色フィルタの透過率特性
５０１、５０３、５０７、５０９……………二酸化チタン層
５０２、５０４、５０８………………………二酸化シリコン層
５０５、５０６…………………………………レジスト
８０１……………………………………………シリコン基板
８０３……………………………………………ＣＣＤ
８０４、８０５…………………………………平坦化層
８０６……………………………………………非可視光カットフィルタ
８０７……………………………………………赤色フィルタ
８０８……………………………………………色分解フィルタ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
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2007094092.tif 000020
2007094092.tif 000021
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