(57)【要約】  【課題】小型で高画素であって、斜め光による混色を防ぐことができる固体撮像装置及びカメラを提供する。  【解決手段】固体撮像装置１０１は、半導体基板２０１上に、透明膜２０４、カラーフィルタ２０５、平坦化膜２０７及びマイクロレンズ２０８が順次形成されてなる。半導体基板２０１の透明膜２０４側にはフォトダイオード２０２が形成され、透明膜２０４の半導体基板２０１側には遮光膜２０３が形成されている。隣り合う画素セルのカラーフィルタ２０５間は、遮光壁２０６にて区画されている。遮光壁２０６は可視光を反射するλ／４多層膜である。  【選択図】図２
2007220832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配列された画素セルを備え、カラー撮像する固体撮像装置であって、
画素セル毎に所定の波長の光を透過させるカラーフィルタと、
カラーフィルタを画素セル間で区画する遮光壁と、を備え、
遮光壁は、互いに屈折率を異にし、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てなる多層膜を含み、可視光を反射する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
カラーフィルタは多層膜干渉フィルタからなる
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】
遮光壁は、カラーフィルタと層数を同じくする
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】
遮光壁は、カラーフィルタと同じ材料からなる
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５】
カラーフィルタをなす多層膜干渉フィルタは２つのλ／４多層膜にてスペーサ層を挟んでなり、
遮光壁をなす各誘電体層と、カラーフィルタをなすλ／４多層膜の各誘電体層とは、光学膜厚を同じくする
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
遮光壁は２つのλ／４多層膜にてスペーサ層を挟んでなる多層膜干渉フィルタからなる
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】
カラーフィルタをなす多層膜干渉フィルタは２つのλ／４多層膜にてスペーサ層を挟んでなり、
スペーサ層の膜厚は、カラーフィルタが透過させる光色に応じて異なる
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８】
カラーフィルタのスペーサ層の光学膜厚が、遮光壁のスペーサ層の光学膜厚と異なる
ことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
２次元配列された画素セルを備え、カラー撮像する固体撮像装置であって、
画素セル毎に所定の波長の光を透過させるカラーフィルタと、
カラーフィルタを画素セル間で区画する遮光壁と、を備え、
遮光壁は、屈折率を異にし、光学膜厚を同じくする誘電体層を積層してなる多層膜を含み、可視光を反射する固体撮像装置を備える
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、カラーフィルタを透過した光が予定外の光電変換素子に入射するのを防ぐ遮光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、広く普及している固体撮像装置はカラーフィルタを用いて色毎に光強度を検出することによってカラー撮像する。
図５は、従来技術に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。図５に示されるように、固体撮像装置５は、複数の画素セル５０１、垂直シフトレジスタ５０２、垂直信号線５０３、行メモリ５０４、水平シフトレジスタ５０５、水平信号線５０６及び出力アンプ５０７を備えている。
【０００３】
画素セル５０１は２次元配列されており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ１、Ｇ２）、青（Ｂ）の何れかのカラーフィルタがベイヤ配列に従って個々の画素セル５０１に割り当てられている。
画素セル５０１が生成した画素信号は、垂直シフトレジスタ５０２によって行毎に選択され、進捗信号線５０３を経由して、行メモリ５０４に転送される。そして、水平シフトレジスタ５０５によって順次選択された画素信号は、水平信号線５０６を経て、出力アンプ５０７から出力される。
【０００４】
図６は、画素セル５０１の構造を示す断面図である（例えば、特許文献１を参照）。図６に示されるように、固体撮像装置５は、半導体基板６０１上に、透明膜６０４、カラーフィルタ６０５、平坦化膜６０７及びマイクロレンズ６０８が順次形成されてなる。
また、半導体基板６０１の透明膜６０４側にはフォトダイオード６０２が形成され、透明膜６０４の半導体基板６０１側には遮光膜６０３が形成されている。また、隣り合う画素セル５０１のカラーフィルタ６０５間は、樹脂材料からなる遮光壁６０６にて区画されている。
【０００５】
このようにすれば、カラーフィルタ６０５を透過した光が他の画素セル５０１のフォトダイオード６０２に入射しないので、斜め光による混色を防ぐことができる。
【特許文献１】特開２００５−２９４６４７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、固体撮像装置に対しては小型化、高画素化の強い要請がある。一方、樹脂材料からなる遮光壁６０６の横幅を薄くすることが難しい。このため、画素セルのサイズを３μｍ以下にしようとすると、カラーフィルタ６０５の面積を小さくせざるを得ない。その結果、フォトダイオード６０２に入射する光量が減少して、感度が低下するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みて為されたものであって、小型で高画素であって、斜め光による混色を防ぐことができる固体撮像装置及び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次元配列された画素セルを備え、カラー撮像する固体撮像装置であって、画素セル毎に所定の波長の光を透過させるカラーフィルタと、カラーフィルタを画素セル間で区画する遮光壁と、を備え、遮光壁は、互いに屈折率を異にし、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てなる多層膜を含み、可視光を反射することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このようにすれば、斜め光による混色を防ぐ遮光壁を、樹脂材料を用いる場合よりも小型化することができる。従って、画素セルの小型化に伴う感度の低下を抑えることができるので、小型で高画素の固体撮像装置を提供することができる。
本発明に係る固体撮像装置は、カラーフィルタは多層膜干渉フィルタからなることを特徴とする。このようにすれば、カラーフィルタと遮光壁とを共に半導体プロセスにて形成することができるので、製造工程を簡略化して、製造コストを削減することができる。
【００１０】
この場合において、遮光壁は、カラーフィルタと層数を同じくするとすれば更に好適である。
本発明に係る固体撮像装置は、遮光壁は、カラーフィルタと同じ材料からなることを特徴とする。このようにすれば、固体撮像装置を製造するために要する材料の種類を低減することができるので、製造コストを削減することができる。
【００１１】
本発明に係る固体撮像装置は、カラーフィルタをなす多層膜干渉フィルタは２つのλ／４多層膜にてスペーサ層を挟んでなり、遮光壁をなす各誘電体層と、カラーフィルタをなすλ／４多層膜の各誘電体層とは、光学膜厚を同じくすることを特徴とする。このようにすれば、遮光壁をなす各誘電体層と、カラーフィルタをなすλ／４多層膜の各誘電体層とを同じ半導体プロセスで一括して形成することができるので、固体撮像装置の製造コストを低減することができる。
【００１２】
また、遮光壁は２つのλ／４多層膜にてスペーサ層を挟んでなる多層膜干渉フィルタからなるとしても良いし、カラーフィルタをなす多層膜干渉フィルタは２つのλ／４多層膜にてスペーサ層を挟んでなり、スペーサ層の膜厚は、カラーフィルタが透過させる光色に応じて異なるとしても良い。更に、カラーフィルタのスペーサ層の光学膜厚が、遮光壁のスペーサ層の光学膜厚と異なるとしても良い。
【００１３】
本発明に係るカメラは、２次元配列された画素セルを備え、カラー撮像する固体撮像装置であって、画素セル毎に所定の波長の光を透過させるカラーフィルタと、カラーフィルタを画素セル間で区画する遮光壁と、を備え、遮光壁は、屈折率を異にし、光学膜厚を同じくする誘電体層を積層してなる多層膜を含み、可視光を反射する固体撮像装置を備えることを特徴とする。このようにすれば、高画質のカラー撮像を実現するカメラを得ることができる。
【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１は、本実施の形態に係るデジタルカメラの構成を示す断面図である。図１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。
【００１５】
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。
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。
【００１６】
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。
［２］  固体撮像素子１０１の構成
次に、固体撮像素子１０１の構成について説明する。固体撮像素子１０１は従来技術に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、遮光壁の構成において相違している。
図２は、固体撮像装置１０１の画素セル部分の断面図である。図２に示されるように、固体撮像装置１０１は、従来技術に係る固体撮像装置５と同様に、半導体基板２０１上に、透明膜２０４、カラーフィルタ２０５、平坦化膜２０７及びマイクロレンズ２０８が順次形成されてなる。
【００１７】
また、半導体基板２０１の透明膜２０４側にはフォトダイオード２０２が形成され、透明膜２０４の半導体基板２０１側には遮光膜２０３が形成されている。また、隣り合う画素セルのカラーフィルタ２０５間は、遮光壁２０６にて区画されている。
［３］  カラーフィルタ２０５と遮光壁２０６の構造
次に、カラーフィルタ２０５と遮光壁２０６の構造について説明する。
【００１８】
図３は、カラーフィルタ２０５と遮光壁２０６の構造を示す断面図であって、（ａ）はカラーフィルタ２０５の青色光を透過させる部分（以下、「青色フィルタ」という。）、（ｂ）は赤色光を透過させる部分（以下、「赤色フィルタ」という。）、（ｃ）は緑色光を透過させる部分（以下、「緑色フィルタ」という。）、（ｄ）は遮光壁２０６を示す。
図３に示されるように、カラーフィルタ２０５と遮光壁２０６とは何れも二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と二酸化チタン（ＴｉＯ２）との２種類の誘電体材料からなる９層構造を備えている。二酸化シリコン層３０１、３０３Ｓ及び二酸化チタン層３０２は光学膜厚が等しい。一方、二酸化シリコン層３０３Ｒ、３０３Ｇ及び３０３Ｂは互いに膜厚を異にしており、二酸化シリコン層３０１とも膜厚が異なる。
【００１９】
すなわち、カラーフィルタ２０５は赤色光、緑色光及び青色光の何れについても二酸化シリコン層３０３Ｒ、３０３Ｇ及び３０３Ｂをスペーサ層とする多層膜干渉フィルタとなっており、一方、遮光壁２０５は個々の誘電体層の光学膜厚の４倍を設定波長とするλ／４多層膜となっている。
ここで、誘電体層の光学膜厚とはその層の物理膜厚にその誘電体材料の屈折率を乗じた値をいう。また、λ／４多層膜は光学膜厚を同じくし、屈折率が異なる２種類の誘電体層からなるところ、この光学膜厚の４倍の波長を中心とする波長域の光を反射する。この中心波長を設定波長という。
【００２０】
本実施の形態においては、設定波長が可視波長域のほぼ中心にあたる５５０ｎｍで、二酸化シリコン層３０１、３０３Ｓ及び二酸化チタン層３０２の光学膜厚はその１／４の１３７．５ｎｍである。二酸化シリコンの屈折率は１．４５であり、二酸化チタンの屈折率は２．５１であるので、二酸化シリコン層３０１、３０３Ｓ及び二酸化チタン層３０２の物理膜厚はそれぞれ９４．８ｎｍ、５４．７ｎｍである。
【００２１】
また、二酸化シリコン層３０３Ｒ、３０３Ｇ及び３０３Ｂの光学膜厚はそれぞれ２０〜４０ｎｍ、０〜１０ｎｍ及び１２０〜１４０ｎｍであり、何れも二酸化シリコン層３０１と異なる。
このようにすれば、カラーフィルタ２０５を形成する際に併せて遮光壁２０６を形成することができるので、斜め光を防止できる固体撮像装置を安価に製造することができる。
【００２２】
［４］  分光特性
上述のような構成によりカラーフィルタ２０５は入射光を波長分離し、遮光壁２０６は可視光を反射する。
図４は、カラーフィルタ２０５と遮光壁２０６の分光特性を示すグラフであって、（ａ）は赤色フィルタの分光特性を、（ｂ）は緑色フィルタの分光特性を、（ｃ）は青色フィルタの分光特性を、また、（ｄ）は遮光壁２０６の分光特性を示す。
【００２３】
図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように、赤色フィルタ、緑色フィルタ及び青色フィルタはそれぞれ可視波長域において赤色光、緑色光及び青色光を透過させると共に、紫外光と赤外光とを透過させる。一方、遮光壁２０６は紫外光と赤外光とを透過させるものの、可視光をすべて反射する。
すなわち、遮光壁２０６は斜め光のうち可視光成分をすべて反射するので、混色を防止することができる。また、樹脂材料を用いた遮光壁よりも小型化することができるので、固体撮像装置の小型化に伴う感度の低下を防止することができる。
【００２４】
［５］  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。
（１）  上記実施の形態においては、カラーフィルタ２０５として多層膜干渉フィルタ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、これに代えて他のカラーフィルタを用いても良い。カラーフィルタの如何に関わらず、λ／４多層膜を遮光壁とすれば、樹脂材料を用いる場合に比べて遮光壁を小型化することができるので、固体撮像装置の小型化に伴う感度の低下を防ぐことができる。
【００２５】
また、λ／４多層膜の遮光壁は半導体プロセスにて容易に形成することができるので、製造コストを低減することもできる。
（２）  上記実施の形態においては、赤色光、緑色光及び青色光を波長分離するカラーフィルタを遮光壁にて区画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は言うまでもなく、これに代えて他のカラーフィルタを区画しても良い。例えば、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、イエロー（Ｙｅ）、グリーン（Ｇ）の４色の光を波長分離するカラーフィルタを遮光壁にて区画しても良い。カラーフィルタが波長分離する光色によらず、本発明の効果は同じである。
【００２６】
（３）  上記実施の形態においては、遮光壁が９つの誘電体層からな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、これに代えて他の層数としても良い。
ただし、層数が少なすぎると入射光を透過させ易くなり、また、層数を多くすると製造コストが上昇する。従って、製造コストに見合った遮光性能が得られる層数とするのが望ましい。
【００２７】
（４）  上記実施の形態においては、遮光壁がカラーフィルタと層数を同じく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、遮光壁とカラーフィルタの層数が異なっていても良い。ただし、カラーフィルタが遮光壁と材料を同じくする同数の誘電体層からなる場合には特に製造コストを低減することができる。
（５）  上記実施の形態においては、遮光壁の材料として二酸化シリコンと二酸化チタン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）、三酸化二タンタル（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。
【００２８】
上記のうち、窒化シリコンや三酸化二タンタル、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。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、固体撮像装置及びカメラにおいて、カラーフィルタを透過した光が予定外の光電変換素子に入射するのを防ぐ遮光技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施の形態に係るデジタルカメラの構成を示す断面図である。
【図２】固体撮像装置１０１の画素セル部分の断面図である。
【図３】カラーフィルタ２０５と遮光壁２０６の構造を示す断面図であって、（ａ）はカラーフィルタ２０５の青色光を透過させる部分（以下、「青色フィルタ」という。）の構造、（ｂ）は赤色光を透過させる部分（以下、「赤色フィルタ」という。）の構造、（ｃ）は緑色光を透過させる部分（以下、「緑色フィルタ」という。）の構造、（ｄ）は遮光壁２０６の構造を示す。
【図４】カラーフィルタ２０５と遮光壁２０６の分光特性を示すグラフであって、（ａ）は赤色フィルタの分光特性を、（ｂ）は緑色フィルタの分光特性を、（ｃ）は青色フィルタの分光特性を、また、（ｄ）は遮光壁２０６の分光特性を示す。
【図５】従来技術に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図６】従来技術に係る固体撮像装置の画素セル５０１の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１……………………………………………………………デジタルカメラ
５……………………………………………………………固体撮像装置
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、６０１……………………………………………半導体基板
２０２、６０２……………………………………………フォトダイオード
２０３、６０３……………………………………………遮光膜
２０４、６０４……………………………………………透明膜
２０５、６０５……………………………………………カラーフィルタ
２０６、６０６……………………………………………遮光壁
２０７、６０７……………………………………………平坦化膜
２０８、６０８……………………………………………マイクロレンズ
３０１、３０３Ｓ、３０３Ｒ、３０３Ｇ、３０３Ｂ…二酸化シリコン層
３０２………………………………………………………二酸化チタン層
５０１………………………………………………………画素セル
５０２………………………………………………………垂直シフトレジスタ
５０３………………………………………………………垂直信号線
５０４………………………………………………………行メモリ
５０５………………………………………………………水平シフトレジスタ
５０６………………………………………………………水平信号線
５０７………………………………………………………出力アンプ
【図１】
2007220832.tif 000003
【図２】
2007220832.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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