(57)【要約】【課題】大がかりな光学系や複雑な演算処理を使用しなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能な固体撮像素子を提供する。【解決手段】光電変換がなされるセンサ部の上方に、各画素のセンサ部に対応して、カラーフィルターと、入射光を集光するオンチップレンズとが、それぞれ形成され、画素領域のうち一部の画素には、カラーフィルターが形成されておらず、画素領域のうちカラーフィルターが形成された画素には、可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜２１が形成され、この赤外光カット膜２１が、画素の角部において、隣接する画素で連続したパターンに形成されている固体撮像素子を構成する。【選択図】図３
2007242878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換がなされるセンサ部の上方に、各画素の前記センサ部に対応して、カラーフィルターと、入射光を集光するオンチップレンズとが、それぞれ形成され、
画素領域のうち、一部の画素においては、前記カラーフィルターが形成されていると共に、さらに可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成され、
前記赤外光カット膜が、画素の角部において、隣接する画素で連続したパターンに形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記画素領域のうち、前記一部の画素以外の画素においては、前記カラーフィルター及び前記赤外光カット膜がいずれも形成されていないことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記赤外光カット膜が、屈折率の異なる膜を積層した多層膜から成ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
光電変換がなされるセンサ部の上方に、各画素の前記センサ部に対応して、カラーフィルターと、入射光を集光するオンチップレンズとが、それぞれ形成され、
画素領域のうち、一部の画素においては、前記カラーフィルターが形成されていると共に、さらに可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成され、
前記赤外光カット膜が、画素の角部に対応するエッジ部を除いたパターンに形成されていることにより、隣接する画素で間隔をあけて形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
前記画素領域のうち、前記一部の画素以外の画素においては、前記カラーフィルター及び前記赤外光カット膜がいずれも形成されていないことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記赤外光カット膜が、屈折率の異なる膜を積層した多層膜から成ることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
光電変換がなされるセンサ部の上方に、各画素の前記センサ部に対応して、カラーフィルターと、入射光を集光するオンチップレンズとが、それぞれ形成され、
画素領域のうち、一部の画素においては、前記カラーフィルターが形成されていると共に、さらに可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成され、
前記赤外光カット膜が、前記画素のサイズよりも大きいパターンに形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項８】
前記画素領域のうち、前記一部の画素以外の画素においては、前記カラーフィルター及び前記赤外光カット膜がいずれも形成されていないことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記赤外光カット膜が、屈折率の異なる膜を積層した多層膜から成ることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
光電変換がなされるセンサ部の上方に、各画素の前記センサ部に対応して、カラーフィルターと、入射光を集光するオンチップレンズとが、それぞれ形成され、
画素領域のうち、一部の画素においては、前記カラーフィルターが形成されていると共に、さらに可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成され、
前記画素領域の端部において、前記赤外光カット膜が、半導体部の画素の位置に対して、前記画素領域の中央部側に平面位置を相対的にずらして形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１１】
前記画素領域のうち、前記一部の画素以外の画素においては、前記カラーフィルター及び前記赤外光カット膜がいずれも形成されていないことを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記赤外光カット膜が、屈折率の異なる膜を積層した多層膜から成ることを特徴とする請求項１０に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、可視光だけでなく、赤外光も受光検出することが可能な固体撮像素子に係わる。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子において、多画素化に伴い、画素サイズが縮小されて、１画素当たりのフォトダイオード（ＰＤ）の面積が減少していく。
フォトダイオードの面積が減少することにより、フォトダイオードの光電変換部に到達する光量も減少するため、感度が低下することになる。
【０００３】
このように感度が低下することから、ノイズ対策を行わないと、Ｓ／Ｎの低下を招くことになる。
【０００４】
このＳ／Ｎの改善のために、従来から利用している可視光線だけでなく、赤外光をも利用して画像を作製する方法が提案されている。
【０００５】
一つの構成として、半導体の深さ方向における吸収係数の入射光の波長帯による違いを利用する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、他の構成として、入力光学系に波長分離用のミラーやプリズム等の波長分解光学系を使用して、可視光と赤外光とをそれぞれ個別の撮像素子で受光する多板式の構成が提案されている（例えば、特許文献２〜特許文献４参照）。
また、他の構成として、入力光学系に回転式の波長分解光学系を使用して、可視光と赤外光とを同一の撮像素子で受光する構成が提案されている（例えば、特許文献５参照）。具体的には、例えば、回転機構を利用して赤外光カットフィルタの挿入及び抜き出しを行うことにより、赤外光カットフィルタを挿入している場合には近赤外光及び赤外光の影響のない可視光カラー画像を得て、赤外光カットフィルタを抜き出している場合には可視光及び近赤外光の光強度を加算した画像を得ることができる。
また、他の構成として、入力光学系に波長分解機能を有する絞り光学系を使用することにより、可視光と赤外光とを同一の撮像素子で受光する構成が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された構成では、青色光を検知する層では赤色光や緑色光が通過するときにある程度吸収を受けるために、それらの光が青色光として検知されてしまう。このため、青の信号が本来ない場合でも緑や赤の信号が入ることで青の画素で偽信号が生じてしまうことになる。この偽信号のために、充分な色再現性が得られなくなる。
また、色再現性を実現するためには、偽信号の分を信号処理で補正する必要があり、この信号処理の計算を行うための回路を必要とすることから、回路構成が複雑・大規模になる。
さらに、赤外光のみを、或いは可視光と赤外光とを、信号として受け取って撮像するためには、通常の固体撮像素子で使用されている赤外線カットフィルタを外したり、赤外線カットフィルタのカット率を低くしたりする必要がある。しかし、このようにすると、赤外光が可視光に混じってセンサ部に入射することになって、可視光の像の色合いが本来のものとは異なることになる。
【０００７】
また、上記特許文献２〜特許文献４に記載された構成は、波長分離用のミラーやプリズム等の波長分解光学系を使用するため、入力光学系が大がかりとなってしまう。そのため、固体撮像素子を供えた撮像装置が複雑化したり大型化したりする。
同様に、上記特許文献５に記載された構成は、赤外光カットフィルタの挿入／抜き出し機構が必要となるため、撮像装置が大型化する。
さらに、赤外光カットフィルタの挿入／抜き出しの操作は、自動的に行うことができない。
【０００８】
また、上記特許文献６に記載された構成は、波長分解機能を持つ絞り光学系を使用するため、撮像装置が大型化する。
さらに、赤外線画像と可視光線画像の両方を同時に得ることができるが、出力される画像はこれら可視光線画像及び赤外線画像を合成した画像となってしまい、可視光線画像のみを、或いは、赤外線画像のみを、個別に出力することができない。
【０００９】
そこで、上述した問題に対して、さらに他の構成として、可視光及び赤外光に感度を有する撮像素子の各画素に、それぞれ異なるフィルタ特性を有する４種類の色フィルタを規則的に配置して、４種類の色フィルタを設けた各画素の出力をマトリクス演算することにより、可視光カラー画像及び近赤外光画像を、それぞれ独立に求める構成が提案されている（例えば、特許文献７参照）。
【００１０】
このような構成とすることにより、４種類の色フィルタを配設することで波長分離を行うので、入力光学系が大がかりとなる問題を生じない。
また、別個のフィルタ特性を有する４種類の色フィルタを配設した各画素の出力をマトリクス演算することによって、可視光カラー画像及び近赤外光画像をそれぞれ独立に求めるため、可視光線画像と赤外線画像とを個別かつ同時に出力することができる。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１０３９６４号公報
【特許文献２】特開平１０−２１０４８６号公報
【特許文献３】特開２００２−３６９０４９号公報
【特許文献４】特開平６−１２１３２５号公報
【特許文献５】特開平９−１６６４９３号公報
【特許文献６】特開平９−１３０６７８号公報
【特許文献７】特開２００２−１４２２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献７に記載された構成では、可視光線画像を得る際にも、赤外光成分との間での演算処理が必要になることから、全体としての演算処理が複雑になる。
【００１３】
上述した問題の解決のために、本発明においては、大がかりな光学系や複雑な演算処理を使用しなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能な固体撮像素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の固体撮像素子は、光電変換がなされるセンサ部の上方に、各画素のセンサ部に対応して、カラーフィルターと、入射光を集光するオンチップレンズとが、それぞれ形成され、画素領域のうち、一部の画素においては、カラーフィルターが形成されていると共に、さらに可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成され、この赤外光カット膜が、画素の角部において、隣接する画素で連続したパターンに形成されているものである。
【００１５】
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、画素領域のうち、一部の画素においては、カラーフィルターが形成されていると共に、さらにオンチップレンズの上方に、可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成されていることにより、この画素では可視光だけを受光検出することができる。これにより、この赤外光カット膜が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができる。
一方、画素領域のうち、残りの画素においては、赤外光カット膜が形成されていないことにより、この残りの画素においては、可視光と赤外光とを受光検出することができる。
また、赤外光カット膜が形成されていない画素から得られた画像信号と、赤外光カット膜が形成された画素から得られた画像信号とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。
さらに、赤外光カット膜が、画素の角部において、隣接する画素で連続したパターンに形成されていることにより、赤外光カット膜の密着性を向上して、赤外光カット膜のパターンのパターン飛びやパターン剥がれを防止することができる。
【００１６】
本発明の固体撮像素子は、光電変換がなされるセンサ部の上方に、各画素のセンサ部に対応して、カラーフィルターと、入射光を集光するオンチップレンズとが、それぞれ形成され、画素領域のうち、一部の画素においては、カラーフィルターが形成されていると共に、さらに可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成され、この赤外光カット膜が、画素の角部に対応するエッジ部を除いたパターンに形成されていることにより、隣接する画素で間隔をあけて形成されているものである。
【００１７】
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、画素領域のうち、一部の画素においては、カラーフィルターが形成されていると共に、さらにオンチップレンズの上方に、可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成されていることにより、この画素では可視光だけを受光検出することができる。これにより、この赤外光カット膜が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができる。
一方、画素領域のうち、残りの画素においては、赤外光カット膜が形成されていないことにより、この残りの画素においては、可視光と赤外光とを受光検出することができる。
また、赤外光カット膜が形成されていない画素から得られた画像信号と、赤外光カット膜が形成された画素から得られた画像信号とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。
さらに、赤外光カット膜が、画素の角部に対応するエッジ部を除いたパターンに形成されていることにより、隣接する画素で間隔をあけて形成されているため、赤外光カット膜のパターンに微小パターンがなくなることから、赤外光カット膜の密着性を向上することができ、これにより、赤外光カット膜のパターンのパターン飛びやパターン剥がれを防止することができる。
【００１８】
本発明の固体撮像素子は、光電変換がなされるセンサ部の上方に、各画素のセンサ部に対応して、カラーフィルターと、入射光を集光するオンチップレンズとが、それぞれ形成され、画素領域のうち、一部の画素においては、カラーフィルターが形成されていると共に、さらに可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成され、この赤外光カット膜が、画素のサイズよりも大きいパターンに形成されているものである。
【００１９】
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、画素領域のうち、一部の画素においては、カラーフィルターが形成されていると共に、さらにオンチップレンズの上方に、可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成されていることにより、この画素では可視光だけを受光検出することができる。これにより、この赤外光カット膜が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができる。
一方、画素領域のうち、残りの画素においては、赤外光カット膜が形成されていないことにより、この残りの画素においては、可視光と赤外光とを受光検出することができる。
また、赤外光カット膜が形成されていない画素から得られた画像信号と、赤外光カット膜が形成された画素から得られた画像信号とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。
さらに、赤外光カット膜が、画素のサイズよりも大きいパターンに形成されていることにより、隣接する赤外光を光電変換したい画素から、赤外光カット膜が設けられた可視光を光電変換したい画素への赤外光の入射による、混色を防止することができる。
【００２０】
本発明の固体撮像素子は、光電変換がなされるセンサ部の上方に、各画素のセンサ部に対応して、カラーフィルターと、入射光を集光するオンチップレンズとが、それぞれ形成され、画素領域のうち、一部の画素においては、カラーフィルターが形成されていると共に、さらに可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成され、画素領域の端部において、この赤外光カット膜が、半導体部の画素の位置に対して、画素領域の中央部側に平面位置を相対的にずらして形成されているものである。
【００２１】
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、画素領域のうち、一部の画素においては、カラーフィルターが形成されていると共に、さらにオンチップレンズの上方に、可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜が形成されていることにより、この画素では可視光だけを受光検出することができる。これにより、この赤外光カット膜が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができる。
一方、画素領域のうち、残りの画素においては、赤外光カット膜が形成されていないことにより、この残りの画素においては、可視光と赤外光とを受光検出することができる。
また、赤外光カット膜が形成されていない画素から得られた画像信号と、赤外光カット膜が形成された画素から得られた画像信号とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。
さらに、赤外光カット膜が、半導体部の画素の位置に対して、画素領域の中央部側に平面位置を相対的にずらして形成されていることにより、隣接する赤外光を光電変換したい画素から、赤外光カット膜が設けられた、可視光を光電変換したい画素への赤外光の入射による混色を防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
上述した各構成の本発明の固体撮像素子によれば、赤外光カット膜が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができることにより、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
これにより、複雑な演算処理を行うための演算回路を必要としないため、回路構成が複雑にならないですむ。
また、カラーフィルター及び赤外光カット膜の有無により、赤外光を受光する画素と、赤外光が入射しない（赤外光を受光しない）画素とを振り分けることができるため、大がかりな光学系を設けなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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）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場合である。
【００２４】
この固体撮像素子は、シリコン基板１１の表面側に、光電変換が行われるセンサ部１２が形成されている。
センサ部１２は、図示しないが第１導電型、例えばｎ型の半導体領域から成り、シリコン基板１１に形成された第２導電型、例えばｐ型の半導体領域とによってフォトダイオードＰＤが構成される。
各画素のセンサ部１２の間には、図示しないが、例えば第２導電型（ｐ型）の素子分離領域が形成されていることにより、隣接する画素が分離されている。
【００２５】
シリコン基板１１の上方には、絶縁層１４を介して配線層１３が設けられている。図１では、３層の配線層１３が形成されている。
配線層１３の上方には、絶縁層１４上に平坦化膜１５が形成され、この平坦化膜１５上にカラーフィルター１６が形成されている。
【００２６】
カラーフィルター１６は、図１に示す４つの画素のうち、１つ置きの２つの画素にそれぞれ設けられている。
図中左側のカラーフィルター１６は赤色Ｒのカラーフィルターであり、図中右側のカラーフィルター１６は青色Ｂのカラーフィルターである。
【００２７】
カラーフィルター１６は、絶縁層１７で覆われていて、この絶縁層１７上にさらにオンチップレンズ１８が形成されている。
オンチップレンズ１８は、各画素に対応して、表面が上側に凸な曲面となっている。これにより、オンチップレンズ１８に入射した光を集光して、センサ部１２に導くことができる。
【００２８】
本実施の形態においては、特に、カラーフィルター１６が形成されている画素に、赤外光カット膜２１が形成されている。
この赤外光カット膜２１は、可視光を透過し、赤外光をカットする特性を有し、赤外光を全く透過させない、或いは、ほとんど透過させない。これにより、赤外光カット膜２１の下方のセンサ部１２に、赤外光が入射することを抑制することができる。
そして、この赤外光カット膜２１は、多数の画素のうち、カラーフィルター１６が設けられている画素に形成され、カラーフィルター１６が設けられていない画素には形成されていない。
本実施の形態では、赤外光カット膜２１を、カラーフィルター１６と配線層１３との間の、絶縁層１４内に形成している。
【００２９】
カラーフィルター１６の各画素への配置を図２の平面図に示す。
図２に示すように、カラーフィルター１６は、縦２画素×横４画素の８画素を繰り返し単位として、周期的に配置されている。上から１行目と３行目（奇数行目）の画素では、左から１画素置きに、赤色Ｒのカラーフィルター１６、青色Ｂのカラーフィルター１６が配置されている。即ち、図１に示した断面図は、この奇数行目の断面図を示している。上から２行目と４行目（偶数行目）の画素では、左から１画素置きに緑色Ｇのカラーフィルター１６が配置されている。そして、各行及び各列の画素において、カラーフィルター１６が１画素置きに配置されている。また、各行及び各列の画素において、１画素置きに、カラーフィルター１６が形成されていない画素がある。
【００３０】
また、本実施の形態においては、図３の平面図に示すように、赤外光カット膜２１を、斜めに隣接する画素で連続するように形成する。
図３にドットを付して示すように、赤外光カット膜２１は、各行及び各列の画素において１画素置きに配置されており、即ち、カラーフィルター１６が配置されていた画素に配置されている。一方、カラーフィルター１６が形成されていなかった画素には、赤外光カット膜２１が設けられていない。
そして、赤外光カット膜２１が、斜めに隣接する画素で連続するように、画素の角部にブリッジパターン２１Ｂを有している。
【００３１】
ブリッジパターン２１Ｂの幅ＷＢは、例えば、０．１〜２．０μｍ程度の範囲内で、画素のサイズに対応して設定する。
例えば、画素が一辺２．５μｍの正方形である場合に、ｉ線の露光装置を使用して赤外光カット膜２１のパターン形成を行う場合には、ブリッジパターン２１Ｂの幅ＷＢは０．４μｍ程度が最適と考えられる。
【００３２】
ところで、近年、固体撮像素子の小型化や高解像度化に対応して、画素サイズの微細化が進んでおり、これに伴い、赤外光カット膜２１のパターンも微細化されることになる。
ここで、比較構成として、図２に示したカラーフィルター１６と同じパターンで赤外光カット膜２１を形成した構成を、図９の平面図に示す。
図９に示す構成では、赤外光カット膜２１のパターンを、図２に示したカラーフィルター１６と同じパターンで形成しているので、画素の角部（図中破線で囲んだ部分）で微小パターンが発生する。この微小パターンの発生により、赤外光カット膜２１のめくれや剥離による、パターン飛びやパターン剥がれを発生して、赤外光カット膜２１の欠陥不良となることがある。
【００３３】
これに対して、本実施の形態のように、赤外光カット膜２１が、斜めに隣接する画素で連続するように、画素の角部にブリッジパターン２１Ｂを有していれば、赤外光カット膜２１の密着性を向上させることができるため、パターン飛びやパターン剥がれを防止することができる。
【００３４】
さらに、本実施の形態においては、赤外光カット膜２１を、屈折率の異なる複数の膜を積層した多層膜から構成する。
これにより、多層膜の各層における反射光を干渉させて、赤外光を下方に透過させずに上方に反射させることができる。
なお、赤外光カット膜２１の多層膜を構成する各層の材料及び膜厚は、赤外光をカットできる限り、任意に設定することが可能である。
【００３５】
赤外光カット膜２１の多層膜に使用する材料としては、例えば、ＳｉＯ（ＳｉＯ２等のシリコン酸化物），ＳｉＮ（Ｓｉ３Ｎ４等のシリコン窒化物），Ｓｉ，ＮｂＯ，ＴｉＯ，ＴａＯ，ＮｂＯ等や、誘電体多層膜から成る光学膜に一般的に用いられているその他の誘電体材料を使用することができる。これらの材料に限定されるものではなく、可視光を透過する材料であれば、その他の材料も使用することが可能である。
そして、これら各種の材料から、屈折率が異なる複数の材料を選定して、それぞれの材料の膜を積層して多層膜を形成する。好ましくは、それぞれの膜の屈折率差が大きくなるように材料を組み合わせる。
屈折率差の異なる２つの材料の組み合わせとしては、例えば、ＳｉＯ／ＳｉＮ，Ｓｉ／ＮｂＯ，Ｓｉ／ＴｉＯ，Ｓｉ／ＴａＯ，ＳｉＯ／ＮｂＯ，ＳｉＯ／ＴｉＯ，ＳｉＯ／ＴａＯ等が挙げられる。
【００３６】
また、それぞれの膜の膜厚を固定して、規則的に２回以上繰り返し周期的に積層することも可能である。
【００３７】
赤外光カット膜２１の多層膜について、膜構成の一形態の断面図を図４に示す。
図４に示す膜構成は、屈折率の異なる第１の膜１と第２の膜２とを、交互に４回繰り返し合計８層積層した多層膜によって、赤外光カット膜２１が構成されている。
それぞれの第１の膜１の膜厚は同一であり、それぞれの第２の膜２の膜厚は同一である。
【００３８】
好ましくは、カットしたい赤外光の中心波長をλ０、膜の屈折率をｎとしたとき、膜厚ｔ＝ｘ・λ０／４ｎ（ｘ＝０．９〜１．１）を満たすように、第１の膜１の膜厚と第２の膜２の膜厚とを設定する。
上述の条件を満たすように膜厚を設定することにより、多層膜の赤外光に対する反射率を有効に高くすることができる。
【００３９】
例えば、ＳｉＯ膜（シリコン酸化膜）／ＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）の積層では、ＳｉＯ膜を膜厚１３１ｎｍとして、ＳｉＮ膜を膜厚９５ｎｍとする。
【００４０】
なお、第１の膜１に、赤外光カット膜２１に下層や上層で接する層（絶縁層等）の材料と、同じ材料、又は、屈折率がほぼ等しい材料を使用する場合には、他の形態として、図５の断面図に示すように、第１の膜１を最上層及び最下層に配置して、最上層及び最下層は、規則的な部分の第１の膜１よりも厚く形成してもよい。
【００４１】
積層する膜は２種類に限らず、３種類以上でもよい。また、積層する膜の数も、合計３層以上であれば特に限定されない。合計２層の積層とした場合には、赤外光に対して充分な反射率を得ることが難しく、赤外光を充分にカットすることが難しくなる。
【００４２】
本実施の形態の固体撮像素子は、例えば、以下のようにして製造することができる。
まず、最上層の配線層１３までの各層を形成し、最上層の配線層１３を絶縁層１４で覆う。
次に、例えば、低温スパッタ装置を用いて、多層膜を構成するそれぞれの膜を連続して順次成膜することにより、多層膜から成る赤外光カット膜２１を形成する。このとき、多層膜のそれぞれの膜の成膜温度は、既に成膜した下層の各層に影響しないように、２５０℃以下とすることが好ましく、より好ましくは１５０℃以下とする。
その後、赤外光カット膜２１を絶縁層１４で覆って、平坦化膜１５、カラーフィルター１６、オンチップレンズ１８を順次形成する。
【００４３】
低温スパッタ等の低温の成膜技術を用いて、赤外光カット膜２１を成膜することにより、低温での成膜が可能となる。これにより、成膜時に他の各層に影響しないため、赤外光カット膜２１の場所に捉われることなく、赤外光カット膜２１を配置することが可能となる。
また、赤外光カット膜２１の多層膜を構成するそれぞれの膜は、屈折率差の出来るだけ大きな、複数の材料を使用することが好ましいが、低温スパッタ装置は、こういった屈折率差の大きな材料を連続的に成膜することにも適している。
【００４４】
上述の本実施の形態の固体撮像素子の構成によれば、カラーフィルター１６が形成された画素に、可視光を透過するが赤外光を透過しない赤外光カット膜２１が形成されていることにより、この画素では可視光だけを受光検出することができる。これにより、カラーフィルター１６が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができる。
また、カラーフィルター１６が形成されていない画素には、赤外光カット膜２１も形成されていないので、この画素においては、可視光と赤外光とを受光検出することができる。
従って、カラーフィルター１６が形成されていない画素から得られた画像信号（可視光＋赤外光）と、カラーフィルターが形成された画素から得られた画像信号（可視光のみ）とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。この場合の演算処理は、前述した特許文献７に記載された構成と比較して、簡単な演算処理で済む。
【００４５】
そして、カラーフィルター１６が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができることにより、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
これにより、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
【００４６】
また、カラーフィルター１６及び赤外光カット膜２１の有無により、赤外光を受光する画素と、赤外光が入射しない（赤外光を受光しない）画素とを振り分けることができるため、大がかりな光学系を設けなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能になる。
【００４７】
さらに、本実施の形態によれば、赤外光カット膜２１が、斜めに隣接する画素で連続するように、画素の角部にブリッジパターン２１Ｂを有していることにより、赤外光カット膜２１の密着性を向上して、赤外光カット膜２１のパターンのパターン飛びやパターン剥がれを防止することができる。
【００４８】
なお、上述の実施の形態を変形して、カラーフィルター１６のパターンにもブリッジパターンを設けるようにしてもよい。
ただし、カラーフィルター１６を図２に示した配列とする場合には、隣接するカラーフィルターが異なる色（緑色Ｇと、赤色Ｒ又は青色Ｂ）であるため、ブリッジパターンの途中に異なる色のカラーフィルターの境界が形成される。
これに対して、隣接するカラーフィルターが同じ色である場合には、赤外光カット膜２１と同様にブリッジパターンで連続して形成することができる。
【００４９】
次に、本発明の他の実施の形態の固体撮像素子における、赤外光カット膜のパターンの平面図を、図６に示す。
本実施の形態では、図６に示すように、赤外光カット膜２１のパターンのうち、画素の角部に対応するエッジ部を除いたパターンとして、各パターンの間隔をあけている。
その他の構成は、図１〜図３に示した先の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。赤外光カット膜２１は、先の実施の形態と同様に、好ましくは、屈折率の異なる複数の膜を積層した多層膜により構成する。
【００５０】
赤外光カット膜２１のパターンの間隔は、先の実施の形態のブリッジパターン２１Ｂの幅と同様に、例えば、０．１μｍ〜２．０μｍ程度の範囲内で、画素のサイズに対応して設定する。
なお、赤外光カット膜２１のパターンの間隔をあける場合には、パターンの間隔を広げ過ぎると、隣接する画素から斜めに入射した赤外光による、混色の問題を生じやすくなるため、好ましくない。
【００５１】
上述の本実施の形態によれば、先の実施の形態と同様に、カラーフィルター１６が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができ、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
これにより、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
また、カラーフィルター１６が形成されていない画素から得られた画像信号（可視光＋赤外光）と、カラーフィルターが形成された画素から得られた画像信号（可視光のみ）とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。
そして、カラーフィルター１６及び赤外光カット膜２１の有無により、赤外光を受光する画素と、赤外光が入射しない（赤外光を受光しない）画素とを振り分けることができるため、大がかりな光学系を設けなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能になる。
【００５２】
さらにまた、本実施の形態によれば、赤外光カット膜２１のパターンのうち、画素の角部に対応するエッジ部を除いたパターンとして、各パターンの間隔をあけていることにより、赤外光カット膜２１のパターンに微小パターンがなくなることから、赤外光カット膜２１の密着性を向上することができ、これにより、赤外光カット膜のパターンのパターン飛びやパターン剥がれを防止することができる。
【００５３】
なお、上述の実施の形態を変形して、カラーフィルター１６のパターンにも間隔を設けるようにしてもよい。
【００５４】
次に、本発明のさらに他の実施の形態の固体撮像素子における、赤外光カット膜のパターンの平面図を、図７に示す。
本実施の形態では、図７に示すように、赤外光カット膜２１のパターンを、図中破線で示す画素２２のサイズ（ピッチ）よりも、大きく形成している。これにより、画素の角部付近でパターンが重なり、斜めに隣接する画素でパターンが連続して形成されている。
その他の構成は、図１〜図３に示した先の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。赤外光カット膜２１は、先の実施の形態と同様に、好ましくは、屈折率の異なる複数の膜を積層した多層膜により構成する。
【００５５】
赤外光カット膜２１のパターンを、画素２２のサイズに対応して、画素２２のサイズよりも、例えば、０．０５μｍ〜５．０μｍ程度大きくする。
例えば、画素が一辺２．５μｍの正方形である場合に、ｉ線の露光装置を使用して赤外光カット膜２１のパターン形成を行う場合には、赤外光カット膜２１のパターンを画素２２のサイズよりも０．１μｍ〜０．５μｍ程度大きくした、２．６μｍ〜３．５μｍ程度が最適と考えられる。
【００５６】
なお、赤外光カット膜２１のパターンを画素２２のサイズよりも大きくすると、隣接する赤外光を光電変換したい画素では、大きくした赤外光カット膜２１によって端部に入射した赤外光が一部カットされるため、その分感度が低下することになる。
そのため、赤外光カット膜２１のパターンを画素２２のサイズよりも大きくする量は、隣接する赤外光を光電変換したい画素からの混色量と、赤外光を光電変換したい画素における赤外光の感度とを、それぞれ考慮して設定する。
【００５７】
上述の本実施の形態によれば、図１〜図３に示した先の実施の形態と同様に、カラーフィルター１６が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができ、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
これにより、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
また、カラーフィルター１６が形成されていない画素から得られた画像信号（可視光＋赤外光）と、カラーフィルターが形成された画素から得られた画像信号（可視光のみ）とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。
そして、カラーフィルター１６及び赤外光カット膜２１の有無により、赤外光を受光する画素と、赤外光が入射しない（赤外光を受光しない）画素とを振り分けることができるため、大がかりな光学系を設けなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能になる。
【００５８】
さらにまた、赤外光カット膜２１のパターンを、画素２２のサイズよりも、大きく形成していることにより、隣接する赤外光を光電変換したい画素から、赤外光カット膜２１が設けられた、可視光を光電変換したい画素への赤外光の入射による混色を防止することができる。
従って、カラー画素の色再現性を向上することができ、また、解像度の低下を防ぐことができる。
【００５９】
なお、上述の実施の形態を変形して、カラーフィルター１６のパターンも画素のサイズよりも大きくしてもよい。
ただし、カラーフィルター１６を図２に示した配列とする場合には、隣接するカラーフィルターが異なる色（緑色Ｇと、赤色Ｒ又は青色Ｂ）であるため、異なる色のカラーフィルターの境界を適切な位置に形成する。
これに対して、隣接するカラーフィルターが同じ色である場合には、赤外光カット膜２１と同様に連続して形成することができる。
【００６０】
また、本実施の形態の構成と、前述した先の各実施の形態の構成（ブリッジパターンにより隣接画素と連続したパターンを形成した構成、画素の角部でパターンに間隔を設けた構成）とを組み合わせることも可能である。
【００６１】
続いて、本発明の別の実施の形態の固体撮像素子について説明する。
本実施の形態では、赤外光を光電変換したい画素からの混色を防ぐために、赤外光カット膜２１のパターンを、画素の画角に対応して、画素サイズ（ピッチ）とは異なるピッチでずらす。
つまり、赤外光カット膜２１のパターンに瞳補正をかける。
具体的には、後述するように、画素領域の端部の画素において、赤外光カット膜２１のパターンを、半導体部の画素の位置から、画素領域の中央部側にずらす。
その他の構成は、図１〜図３に示した先の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。赤外光カット膜２１は、先の実施の形態と同様に、好ましくは、屈折率の異なる複数の膜を積層した多層膜により構成する。
【００６２】
赤外光カット膜２１の瞳補正量は、画素領域内の画素の位置によるが、例えば、〜２．０μｍ程度とする。
【００６３】
なお、カラーフィルター１６やオンチップレンズ１８も、赤外光カット膜２１と同様に、半導体部の画素の位置からずらす。
ただし、これらは図１に示したように赤外光カット膜２１よりも高い所に形成されているので、補正量を赤外光カット膜よりも大きくすることが望ましく、それぞれのシリコン基板１１表面からの高さに対応して、補正量を設定する。
【００６４】
本実施の形態の固体撮像素子の画素領域の右端部の画素における、赤外光カット膜のパターンの平面図を、図８に示す。
右端部の画素では、左から斜めに光が入射するので、図８に示すように、赤外光カット膜２１のパターンを、図中破線で示す、図１のシリコン基板１１に対応する半導体部の画素２２の位置よりも、左に（即ち、画素領域の中央部側に）ずらしている。
【００６５】
図示しないが同様にして、画素領域の左端部の画素においては、赤外光カット膜２１のパターンを半導体部の画素２２の位置よりも右に（即ち、画素領域の中央部側に）ずらす。画素領域の上端部の画素においては、赤外光カット膜２１のパターンを半導体部の画素２２の位置よりも下に（即ち、画素領域の中央部側に）ずらし、画素領域の下端部の画素においては、赤外光カット膜２１のパターンを半導体部の画素２２の位置よりも上に（即ち、画素領域の中央部側に）ずらす。
【００６６】
上述の本実施の形態によれば、図１〜図３に示した先の実施の形態と同様に、カラーフィルター１６が形成された画素から得られた画像信号を利用して、可視光の画像を得ることができ、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
これにより、複雑な演算を行わなくても、通常の可視光のみを受光検出する固体撮像素子と同様の演算処理により、可視光の画像を得ることができる。
また、カラーフィルター１６が形成されていない画素から得られた画像信号（可視光＋赤外光）と、カラーフィルターが形成された画素から得られた画像信号（可視光のみ）とを演算することにより、赤外光の画像を得ることができる。
そして、カラーフィルター１６及び赤外光カット膜２１の有無により、赤外光を受光する画素と、赤外光が入射しない（赤外光を受光しない）画素とを振り分けることができるため、大がかりな光学系を設けなくても、可視光と赤外光とを共に受光検出することが可能になる。
【００６７】
また、本実施の形態によれば、画素領域の端部の画素において、赤外光カット膜２１のパターンを半導体部の画素２２の位置よりも画素領域の中央部側にずらしていることにより、隣接する赤外光を光電変換したい画素から、赤外光カット膜２１が設けられた、可視光を光電変換したい画素への赤外光の入射による混色を防止することができる。
従って、カラー画素の色再現性を向上することができ、また、解像度の低下を防ぐことができる。
【００６８】
本実施の形態のように瞳補正を行う場合には、赤外光カット膜やオンチップレンズと半導体部とを相対的にずらせばよいので、これらのどちらをずらしてもよいが、半導体部の間隔を画素領域の中央部と周辺部で変えると画素のフォトダイオードやトランジスタ特性に影響することが有り得ることから、赤外光カット膜やオンチップレンズの間隔を変えることが好ましい。
【００６９】
また、本実施の形態の構成と、前述した先の各実施の形態の構成（ブリッジパターンにより隣接画素と連続したパターンを形成した構成、画素の角部でパターンに間隔を設けた構成、画素サイズよりも大きいパターンとした構成）とを、組み合わせることも可能である。
【００７０】
図１では、赤外光カット膜２１を配線層１３とカラーフィルター１６との間の絶縁層１４内に形成しているが、本発明では、赤外光カット膜２１を形成する場所を、その他の場所としてもよい。例えば、カラーフィルターとオンチップレンズの間の絶縁層内や、オンチップレンズの上や、オンチップレンズの上方に、形成してもよい。
【００７１】
図２では、正方形の画素をマトリクス状に配置しているが、本発明は、画素の形状や配置は、その他の構成としてもよい。例えば、行及び列に対して斜めにダイヤ型の四辺形にした画素やハニカム構造の六角形や八角形等、その他の形状としてもよく、また、１行毎に画素の位置を互い違いにずらした配置としてもよい。ハニカム構造の画素にも適用される。
【００７２】
上述の各実施の形態では、カラーフィルター１６として、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの原色系の３色のカラーフィルターを使用した場合を説明したが、補色系のカラーフィルター（シアンＣｙ、マゼンタＭｇ、イエローＹｅ）等、他の色のカラーフィルターを使用してもよい。
【００７３】
また、上述の各実施の形態では、赤外光カット膜２１のない、可視光及び赤外光を受光検出する画素には、カラーフィルター１６を形成していないが、本発明においては、可視光及び赤外光を受光する画素にカラーフィルターを形成することも可能である。
例えば、可視光のみを受光する画素に形成しているカラーフィルターのうち、いずれかの色のカラーフィルターと同一のカラーフィルターを、可視光及び赤外光を受光する画素に形成することが可能である。このように構成すると、同一のカラーフィルターが形成されている可視光のみを受光する画素からの画像信号を、可視光及び赤外光を受光する画素からの画像信号から減算することにより、赤外光の画像信号が得られる。
従って、赤外光の画像信号を得るための演算処理を単純化することができる利点を有する。
【００７４】
また、上述の各実施の形態では、いずれもシリコン基板を使用した場合を示したが、本発明は、シリコン基板以外の半導体基板を使用した場合にも適用することが可能である。
また、シリコン基板の表面側に、シリコンエピタキシャル層を形成し、センサ部をこのシリコンエピタキシャル層内に形成した構成としてもよい。
【００７５】
また、上述の各実施の形態では、ＣＭＯＳ型固体撮像素子に適用した場合を説明したが、その他の構成の固体撮像素子、例えばＣＣＤ固体撮像素子にも、同様に本発明を適用することができる。
【００７６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【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】図１のカラーフィルターの配置を示す平面図である。
【図３】図１の赤外光カット膜の配置を示す平面図である。
【図４】図１の赤外光カット膜の多層膜の一形態を示す断面図である。
【図５】図１の赤外光カット膜の多層膜の他の形態を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の固体撮像素子の赤外光カット膜の配置を示す平面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態の固体撮像素子の赤外光カット膜の配置を示す平面図である。
【図８】本発明の別の実施の形態の固体撮像素子の画素領域の右側の画素における赤外光カット膜の配置を示す平面図である。
【図９】赤外光カット膜のパターンを画素のパターンとほぼ同一とした構成の固体撮像素子の赤外光カット膜の配置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  第１の膜、２  第２の膜、１１  シリコン基板、１２  センサ部、１４，１７  絶縁層、１５  平坦化膜、１６  カラーフィルター、１８  オンチップレンズ、２１  赤外光カット膜、２１Ｂ  ブリッジパターン
【図１】
2007242878.tif 000003
【図２】
2007242878.tif 000004
【図３】
2007242878.tif 000005
【図４】
2007242878.tif 000006
【図５】
2007242878.tif 000007
【図６】
2007242878.tif 000008
【図７】
2007242878.tif 000009
【図８】
2007242878.tif 000010
【図９】
2007242878.tif 000011