JP2008170979A - 固体撮像装置、その製造方法およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像装置、その製造方法およびカメラを提供する。
【解決手段】固体撮像装置１０２のカラーフィルタ３０６は、所定の波長λの１／４に略等しい光学膜厚を有し、屈折率が異なる２種類の層（第１の層４０４、４０６、及び第２の層４０５）で構成した３層だけを積層した構造をスペーサ層である第３の層４０７及び第４の層４０３で挟み、さらに、その構造を上記λ／４にほぼ等しい膜（第１の層４０２、４０８）で挟んだ構造を備えている。屈折率が異なる２種類の層のうち、第１の層４０２、４０４、４０６及び４０８は、高屈折率材料で構成されており、第２の層４０５は、低屈折率材料で構成されている。第３の層４０７および第４の層４０３は、透過対象の光に応じた光学膜厚を有しており、カラーフィルタ３０６全体の物理膜厚も透過させる光色毎に異なっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像装置およびこれを用いたカメラ等に関し、特に、固体撮像装置が備えるカラーフィルタに関する。

近年、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラおよび携帯電話機など、固体撮像装置の適用範囲が爆発的に拡大しつつあり、いずれの分野においてもカラー化が必須の技術となっている。

図２２は、従来の固体撮像装置６の一部（具体的には、３つの単位画素）の断面図である。図２２に示されるように、固体撮像装置６の画素部分は、Ｎ型半導体層６０１上にＰ型半導体層６０２、層間絶縁膜６０４、多層膜構造のカラーフィルタ６０６及び集光レンズ６０７を順次積層した構成となっている。なお、Ｐ型半導体層６０２の層間絶縁膜６０４側にはフォトダイオード６０３が形成されており、層間絶縁膜６０４中には遮光膜６０５が形成されている。

固体撮像装置６に入射した光は、集光レンズ６０７によって集光され、カラーフィルタ６０６において特定の色の光に分光された後、フォトダイオード６０３に入射する（例えば、特許文献１参照）。

上記のカラーフィルタにより、色分離が実現され、全ての単位画素における上記の光電変換された信号を収集することで、１枚分の撮像データを生成する事ができる（例えば、特許文献１、特許文献２又は特許文献３参照）。

このような固体撮像装置には、画素部や回路部の保護のために、通常、バリア膜（「保護膜」ともいう。）としてシリコン窒化膜が形成される。そして、例えば、固体撮像装置のカラーフィルタをシリコン酸化窒化膜とシリコン窒化膜を積層して構成することで、入射光の反射を抑制することもできる（例えば、特許文献４参照）。
国際公開第０５／０６９３７６号パンフレット 特開平７−３１１３１０号公報 特開２０００−１８０６２１号公報 特開２０００−２５２４５１号公報

従来、固体撮像装置には、常に画質の向上が求められており、高画素化、かつ、高い色の再現性が要求されている。

しかしながら、従来の固体撮像装置６には、十分な色の再現性が得られないという問題がある。以下、この問題について、図面を用いながら説明する。

図４（ｃ）は、従来の固体撮像装置６が備えるカラーフィルタ６０６の構造の概略を示す図である。また、図４（ｄ）は、そのカラーフィルタ６０６の分光特性を示す図である。

図４（ｃ）に示す従来のカラーフィルタ６０６においては、図４（ｄ）に示される分光特性のように、特に、青色（特性曲線４２４）の透過帯域が狭く、色の再現性が低い。即ち、従来のカラーフィルタ６０６の構成では、薄膜化は実現できるものの、十分な色の再現性が得られないという問題がある。

さらに、カラーフィルタとして、保護膜を有する多層膜干渉フィルタ（例えば、特許文献１参照）を用いた場合には（一般に、カラーフィルタは低屈折率材料と高屈折率材料の積層膜を用いて形成されるが、カラーフィルタ以外にバリア膜などの保護膜も形成される。）、保護膜がカラーフィルタの分光特性に特に悪影響を与える場合がある（例えば、特許文献１参照）。

また、カラーフィルタの設定波長とバリア膜の膜厚が適切でない場合には、いわゆる「干渉」が発生し、入射光に対する分光特性（「透過特性」ともいう。）に影響を与える。また、バリア膜の位置も分光特性に大きな影響を及ぼす。

さらにまた、素子の平坦化膜等をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を用いて形成する場合、膜厚ばらつきが大きくなってしまうため、分光特性もばらついてしまうという課題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みて為されたものであって、色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像装置等を提供することを第１の目的とする。

さらに、本発明は、カラーフィルタとして多層膜干渉フィルタを用いた場合において、特に顕著に現れる、平坦化膜やバリア膜による干渉の影響を低減し、さらに、平坦化膜の膜厚ばらつきによる分光特性のばらつきを抑制し得るカラーフィルタを備える固体撮像装置を提供することを第２の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、入射光のうち所定の色の光を透過させるカラーフィルタを備える単位画素が２次元状に配列された固体撮像装置であって、前記カラーフィルタは、設定波長をλとした場合に、λ／４の第１の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第１の層と、前記第１の光学膜厚と等しいλ／４の第２の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第２の層と、前記第１の光学膜厚および第２の光学膜厚とは異なる、透過させる光を制御するための、誘電体層とを備え、前記第１の層、前記誘電体層及び前記第１の層の順に積層された３層膜が複数配置されていることを特徴とする。

これにより、色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像装置を提供することが可能となる。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、入射光のうち所定の色の光を透過させるカラーフィルタを備える単位画素が２次元状に配列された固体撮像装置の製造方法であって、第１の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第１の層を形成する第１工程と、第２の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第２の層を形成する第２工程と、前記第１の光学膜厚および第２の光学膜厚とは異なる、透過させる光を制御するための第３の光学膜厚を有する第３の層を形成する第３工程と、前記第１の光学膜厚および第２の光学膜厚とは異なる、透過させる光を制御するための第４の光学膜厚を有する第４の層を形成する第４工程とを含むことを特徴とする。さらに、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、前記第３の層と前記第４の層の光学膜厚を略等しく形成することを特徴とする。

これにより、色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像装置を製造することができる。

また、本発明に係る固体撮像装置は、光学膜厚がλ／２に略等しいバリア膜をさらに備えることを特徴とする。

上記構成とすることで、カラーフィルタ以外のバリア膜による干渉の影響を低減することができ、カラーフィルタ以外にバリア膜を含めた場合に、トータルデバイスとして優れたカメラを実現することができる。

また、前記バリア膜は、前記カラーフィルタに隣接していることを特徴とする。上記構成とすることで、屈折率が異なる材料がカラーフィルタに隣接していることにより、カラーフィルタとカラーフィルタ以外のバリア膜の間で発生する干渉に対する平坦化膜の影響を無くすことができ、優れた分光特性を実現することができる。

また、前記バリア膜の上面および下面の少なくとも一方に、光学膜厚がλ／４に略等しい反射抑制膜が形成されていることを特徴とする。上記構成とすることで、素子の平坦化工程（ＣＭＰ工程）に起因する膜厚ばらつきによる透過特性のばらつきを抑制することができる。さらに、反射抑制膜の効果により、透過率を向上させることが可能となり、高感度な固体撮像装置を実現することができる。

また、前記バリア膜の前記カラーフィルタ側には、光学膜厚がλ／４に略等しい反射抑制膜が形成されていることを特徴とする。上記構成とすることで、素子の平坦化工程に起因する膜厚ばらつきによる分光特性のばらつきを抑制することができる。さらに、反射抑制膜をフィルタ側にのみ形成することで、さらに透過率を向上させることが可能となり、高感度な固体撮像装置を実現することができる。

また、前記バリア膜は、前記カラーフィルタの入射光側の第１バリア膜と、前記カラーフィルタの出射光側の第２バリア膜からなり、前記第１バリア膜および前記第２バリア膜の各膜厚は等しいことを特徴とする。上記構成とすることで、カラーフィルタの対称性を向上させることが可能となり、光透過率を改善することができる。したがって、高感度な固体撮像装置を実現することができる。

また、前記バリア膜は、シリコン窒化膜であることを特徴とする。上記構成とすることにより、シリコン窒化膜の持つバリア効果により高信頼性の固体撮像装置を実現することができる。さらに、バリア膜は、エッチング時にエッチングストップ膜としての機能を実現することができる。

また、前記反射抑制膜はシリコン酸化窒化膜であることを特徴とする。上記構成とすることにより、シリコン酸化窒化膜はシリコン窒化膜よりも屈折率が低く、平坦化膜などで用いられる二酸化珪素より屈折率が大きいため、反射抑制膜として有効である。

また、前記バリア膜はシリコン酸化窒化膜であることを特徴とする。上記構成とすることにより、シリコン酸化窒化膜は、シリコン窒化膜よりも平坦化膜などで用いられる二酸化珪素と屈折率差が小さいため、膜厚ばらつきによるに二酸化珪素の界面での反射率を小さくすることが可能となり、干渉の影響を低減することができる。

なお、本発明は、上記固体撮像装置を有するカメラとして実現することもできる。

本発明によれば、カラーフィルタにおいて、予め規定した所定のλ／４とは異なる膜厚の第３の層と第４の層２つのスペーサ層を設けたので、光色毎の透過帯域幅を拡大して色の再現性を向上させることができる。

また、本発明は、第３の層と第４の層の光学膜厚が同じになるように構成したので、カラーフィルタの透過率の最大値を上げることが可能となり、高感度な固体撮像装置を実現することができる。

また、本発明に係るカラーフィルタは、上下対称構造になるように構成したので、カラーフィルタの透過率を最大値１００％にすることが可能となり、高感度な固体撮像装置を実現することができる。

さらに、本発明に係る固体撮像装置は、カラーフィルタとして多層膜干渉フィルタを用いた場合において、バリア膜の膜厚をλ／２に設定することで平坦化膜やバリア膜による干渉の影響を低減し、さらに、バリア膜に反射抑制膜を形成することで平坦化膜の膜厚ばらつきによる特性のばらつきを抑制し得る、優れた色分離特性を実現する固体撮像装置を実現することができる。

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、デジタルスチルカメラを例にとり、図面を参照しながら説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態および添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。

（実施の形態１）
先ず、本発明に係るデジタルスチルカメラの構成について説明する。図１は、本発明に係るデジタルスチルカメラ１の主要な機能構成を示すブロック図である。

図１に示されるように、デジタルスチルカメラ１は、レンズ１０１、固体撮像装置１０２、色信号合成部１０３、映像信号作成部１０４及び素子駆動部１０５を備えている。

レンズ１０１は、デジタルスチルカメラ１に入射した光（入射光１００）を固体撮像装置１０２の撮像領域上に結像させるための集光素子である。固体撮像装置１０２は、レンズ１０１によって集光された光を光電変換して色信号を生成するユニットである。素子駆動部１０５は、固体撮像装置１０２から色信号を取り出すユニットである。色信号合成部１０３は、固体撮像装置１０２から受け付けた色信号に色シェーディングを施すユニットである。映像信号作成部１０４は、色信号合成部１０３において色シェーディングが施された色信号からカラー映像信号を生成するユニットである。なお、カラー映像信号は、最終的にカラー画像データとして、ＲＡＭ又はメモリーカード等の記録媒体に記録される。

次に、本発明に係る固体撮像装置１０２の構成について説明する。
図２は、固体撮像装置１０２の構成の概略を示す図である。図２に示されるように、固体撮像装置１０２は、２次元状に配列された単位画素２０１（図２には、模式的に１６個の単位画素２０１が示されている。）の各行を垂直シフトレジスタ２０２により選択し、その行信号を水平シフトレジスタ２０３により選択して、単位画素２０１毎のカラー信号を出力アンプ２０４から出力する。なお、駆動回路２０５が、垂直シフトレジスタ２０２、水平シフトレジスタ２０３及び出力アンプ２０４を駆動する。

図３は、本発明に係る固体撮像装置１０２の一部（具体的には、３個の単位画素２０１）の断面図である。図３に示されるように、固体撮像装置１０２は、Ｎ型半導体層３０１上にＰ型半導体層３０２、層間絶縁膜３０４、カラーフィルタ（「多層膜干渉フィルタ」ともいう。）３０６及び集光レンズ３０７が順次積層されて形成される。なお、Ｐ型半導体層３０２の層間絶縁膜３０４側には、Ｎ型不純物がイオン注入されてなるフォトダイオード３０３が単位画素毎に形成されている。さらに、隣り合うフォトダイオード３０３の間にはＰ型半導体層が介在しており、これを素子分離領域という。

また、層間絶縁膜３０４中には遮光膜３０５が形成されている。さらに、個々のフォトダイオード３０３と集光レンズ３０７とは対応関係にあり、遮光膜３０５は集光レンズ３０７を透過した光が対応関係に無い（即ち、隣の）フォトダイオード３０３に入射するのを防ぐために形成される。

カラーフィルタ３０６は下記に示す層構成からなる。入射光の設定波長をλ（例えば、５３０［ｎｍ］）としたとき、その１／４に略等しい光学膜厚を有し、屈折率が異なる２種類の層（第１の層４０４、４０６、及び第２の層４０５）で構成した３層からなる誘電体層を、スペーサ層（「欠陥層」又は「共振層」ともいう。）である第３の層４０７及び第４の層４０３で挟み、さらに、その構造を上記λ／４膜である第１の層４０２、４０８挟んだ構造となっている。

言い換えると、スペーサ層である第３の層４０７及び第４の層４０３のそれぞれを、第１の層の間に形成し、第１の層４０６、第３の層４０７、第１の層４０８で構成される３層膜と、第１の層４０２、第４の層４０３、第１の層４０４で構成される３層膜を形成する。そして、上記の２つの３層膜の間に第２の層４０５が形成されている。図３に示されるように、本実施例の場合、層数は７層となっている。ここで、「光学膜厚」とは、物理膜厚に屈折率を乗じて得られる数値をいう。

屈折率が異なる２種類の層のうち、第１の層４０２、４０４、４０６及び４０８は、高屈折率材料（具体的には二酸化チタン（ＴｉＯ₂））で構成されており、第２の層４０５
は、低屈折材料（具体的には二酸化珪素（ＳｉＯ₂））で構成されている。

第３の層４０７および第４の層４０３は、透過させる光に応じた光学膜厚を有している。また、カラーフィルタ３０６全体の物理的な膜厚も透過させる光毎に異なっており、赤色領域、緑色領域及び青色領域のそれぞれが、３８９［ｎｍ］、６６９［ｎｍ］及び５７９［ｎｍ］となっている。即ち、スペーサ層である第３の層４０７および第４の層４０３は、透過対象の光を制御するために用いられる層であり、その膜厚を変えることによって、赤色では、青色又は緑色の光を透過させる。

次に、本発明に係るカラーフィルタ３０６の分光特性について、マトリクス法を用いて算出された設計結果を用いながら説明する。

図４（ａ）は、本発明に係る、スペーサ層が２層のカラーフィルタ３０６の構造の概略を示す図であり、図４（ｂ）は、その分光特性を示す図である。また、図４（ｃ）は、従来のスペーサ層が１層のカラーフィルタ６０６の構造の概略を示す図であり、図４（ｄ）は、その分光特性を示す図である。図４（ｂ）及び図４（ｄ）のいずれにおいても、縦軸が透過率を表わし、横軸が透過光の波長を表している。

カラーフィルタ３０６は下記に示す層構成からなる。つまり、何れの領域においても光学膜厚が等しく、高屈折率材料である二酸化チタンからなる第１の層４０４、４０６および低屈折率材料である二酸化珪素からなる第２の層で誘電体層４０４〜４０６（４０４：二酸化チタン５２［ｎｍ］、４０５：二酸化珪素９１［ｎｍ］、４０６：二酸化チタン５２［ｎｍ］）を構成し、その両側に、スペーサ層であり、互いに膜厚が等しく、低屈折率材料である二酸化珪素からなる第３の層４０７および第４の層４０３（第３の層４０７、第４の層４０３：二酸化珪素（青色領域：１４０［ｎｍ］、赤色領域：４５［ｎｍ］、緑色領域：１８５［ｎｍ］））が形成されている。さらにその両側には、高屈折率材料である二酸化チタンからなる第１の層４０８、４０２（共に、５２［ｎｍ］）が形成されている。

以上のように、固体撮像装置１０２のカラーフィルタ３０６は、基板４０１上に形成されており、さらに、カラーフィルタ３０６上にはＴＥＯＳ平坦化膜４０９が形成されている。ここで、上記の設定波長である「λ」は、５３０［ｎｍ］である。カラーフィルタ３０６を上記の構成とすることで、第３の層４０７と第４の層４０３の膜厚を変化させることのみで色分離を実現することができる。

なお、図４（ｃ）に示されるように、従来のカラーフィルタ６０６は、基板４１１上に誘電体層４１２〜４１４（４１２：二酸化チタン５２［ｎｍ］、４１３：二酸化珪素９１［ｎｍ］、４１４：二酸化チタン５２［ｎｍ］）が形成されており、さらに、各単位画素で膜厚の異なるスペーサ層４１５（二酸化珪素（青色領域：１３３［ｎｍ］、赤色領域：３１［ｎｍ］、緑色領域：０［ｎｍ］））が形成されている。スペーサ層４１５上には、誘電体層４１６〜４１８（４１６：二酸化チタン５２［ｎｍ］、４１７：二酸化珪素９１［ｎｍ］、４１８：二酸化チタン５２［ｎｍ］）が形成されている。なお、カラーフィルタ６０６上にもＴＥＯＳ平坦化膜４１９が形成されている。

図４（ｂ）において、特性曲線４２１、４２２及び４２３は、それぞれカラーフィルタ３０６の青色領域、緑色領域及び赤色領域の分光特性を示す。また、図４（ｄ）において、特性曲線４２４、４２５及び４２６は、それぞれ従来のカラーフィルタ６０６の青色領域、緑色領域及び赤色領域の分光特性を示す。

なお、分光特性の算出にあたって、図４（ａ）及び図４（ｃ）において、設定波長「λ」は５３０［ｎｍ］とした。

ここで、第３の層４０７および第４の層４０３を前述のような構成としたが、赤色領域に対応する第３の層４０７および第４の層４０３の光学膜厚は、０〜λ／４、青色領域に対応する第３の層４０７および第４の層４０３の光学膜厚は、λ／４〜λ／２、緑色領域に対応する第３の層４０７および第４の層４０３の光学膜厚は、λ／２に略等しい光学膜厚としている。第３の層４０７と第４の層４０３を以上の膜厚に設定することで、優れた透過特性を実現することができる。

図４（ｃ）に示される従来のスペーサ層が１層の場合は、図４（ｄ）に示されるように、緑色領域や赤色領域の透過帯域幅に比べて青色領域の透過帯域幅が狭くなっている。さらに、緑色領域の特性曲線４２５のスペクトルは、緑色以外の色（特に赤色）で透過率が高くなっている。

これに対して、図４（ａ）に示されるように、スペーサ層を２層とする本発明の構成とすれば、層数は７層と従来と同じでありながら、図４（ｂ）に示されるように、全ての色において透過帯域幅を拡大（改善）することが可能となる。

さらに、本発明に係るカラーフィルタ３０６を用いれば、透過させたい波長域以外の光の透過率を低減することができる。例えば、緑色領域（特性曲線４２２）であれば、波長６００［ｎｍ］以上または４５０［ｎｍ］以下の光の透過率が特性曲線４２５と比べると、低減されている。

以上のように、本発明に係るカラーフィルタ３０６は、優れた色分離特性（分光特性）を有するので、デジタルスチルカメラ１は、忠実に色を再現するデジタル画像を撮像することができる。

次に、本発明に係るカラーフィルタ３０６の製造方法について説明する。
図５（ａ）〜（ｉ）は、カラーフィルタ３０６を製造する際の諸工程を示す図である。図５において、カラーフィルタ３０６の製造工程は（ａ）から（ｉ）へと進む。また、Ｎ型半導体層３０１、Ｐ型半導体層３０２、フォトダイオード３０３及び遮光膜３０５は図示を省略した。

先ず、層間絶縁膜３０４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、二酸化珪素層５０２を形成する（図５（ａ））。ここで、二酸化チタン層５０１は、λ／４膜であり、膜厚は５２［ｎｍ］、また、二酸化珪素層５０２は４５［ｎｍ］である。

次に、各単位画素における二酸化珪素層５０２を選択的に除去するためにレジスト５０３を緑色に対応する単位画素領域上に形成する（図５（ｂ））。

レジスト５０３を形成するためには、例えば、ウエハ一面にレジスト剤を塗布し、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）を行えばよい。そして、４フッ化メタン（ＣＦ₄
）系のエッチングガスを用いれば、二酸化珪素層５０２選択的にエッチングすることができる。

次に、緑色に対応する単位画素領域以外の二酸化珪素層５０２をエッチングし、除去する（図５（ｃ））。

次に、レジスト５０３を除去し、二酸化珪素層５０２上に、高周波スパッタ装置を用いて、二酸化珪素層５０４を形成する（図５（ｄ））。ここで、二酸化珪素層５０４は９５［ｎｍ］である。

次に、各単位画素における二酸化珪素層５０４を選択的に除去するためにレジスト５０５を青色領域上および緑色領域上に形成する（図５（ｅ））。

さらに、レジスト５０５を除去し、二酸化珪素層５０４上に、高周波スパッタ装置を用いて、二酸化珪素層５０６を形成する（図５（ｆ））。ここで、二酸化珪素層５０６は４５［ｎｍ］である。この二酸化珪素層５０６と二酸化珪素層５０２の膜厚は同一とする。これにより、成膜プロセスを共通化することができ、コストを低減することができる。これで、各単位画素に応じた第４の層４０３（青色領域：１４０［ｎｍ］、緑色領域：１８５［ｎｍ］、赤色領域：４５［ｎｍ］）が形成される。

次に、二酸化珪素層５０６上に、高周波スパッタ装置を用いて、二酸化チタン層５０７、二酸化珪素層５０８及び二酸化チタン層５０９を順次積層して誘電体層を形成する（図５（ｇ））。ここで、二酸化チタン層５０７、５０９はλ／４膜であり、膜厚は５２［ｎｍ］、また、二酸化珪素層５０８はλ／４膜であり、膜厚は９１［ｎｍ］である。

この後、図５（ａ）〜（ｆ）と同様にして、第３の層５１０を形成し、二酸化チタン層５１１を形成する（図５（ｈ））。これで第３の層４０７が形成され、各画素に応じた第３の層４０７（青色領域：１４０［ｎｍ］、緑色領域：１８５［ｎｍ］、赤色領域：４５［ｎｍ］）が形成される。第３の層４０７および第４の層４０３の各膜厚は、各色の領域で同じである。二酸化チタン層５１１は、λ／４膜であり、膜厚は５２［ｎｍ］とする。そして、集光レンズ（マイクロレンズ）６０７を形成するために、ＴＥＯＳ平坦化膜５１２が形成される。

以上のプロセスを用いることでカラーフィルタ３０６を形成する。

（変形例）
以上、本発明に係る実施の形態につ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、以下に示す変形例によって本発明に係るカラーフィルタを実現してもよい。

（１）上記の実施の形態においては、高屈折率材料として二酸化チタンを用いた実施例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、これに代えて次のようにしてもよい。

すなわち、高屈折率材料として、二酸化チタン（屈折率：２．５３）に代えて、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）（屈折率：２．００）や五酸化二タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）（屈折率：２．１６）、五酸化二ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）（屈折率：２．３３）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）（屈折率：２．０５）等、他の材料を用いてもよい。また、低屈折率材料についても二酸化珪素以外の低屈折率材料を用いてもよい。

（２）上記の実施の形態においては、誘電体層は、第１の層４０４、第２の層４０５及び第１の層４０６の３層構成としたが、二酸化チタンの第１の層の１層のみであっても、第１の層と第２の層を交互に積層させた５層もしくは７層であってもよい。なお、３層を超える場合は、色分離性能が向上し、また、１層とすると高い透過率を得ることができる。

（３）上記の実施の形態においては、透過させる光の色に関わらずスペーサ層として、第３の層と第４の層の２層設け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、透過させる光の色に応じてスペーサ層の層数を異ならせてもよい。

（４）上記の実施の形態においては、専らカラーフィルタが７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、７層に代えて７層未満もしくは７層を超える層数であってよい。なお、７層を超える場合は、透過スペクトルにおいて欠陥準位に起因するピークが出現し、７層とした場合に比べ、透過特性の点でやや劣る場合がある。

（５）上記の実施の形態においては、２種類（即ち、第３の層及び第４の層）のスペーサ層の膜厚は各単位画素で同一としたが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、第３の層と第４の層の膜厚が異なっていても構わない。

（６）上記の実施の形態においては、カラーフィルタが第１の層と第２の層からなる誘電体層を中心として対称な構造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、非対称な構造でも構わない。

（７）上記の実施の形態においては、スペーサ層の材料として二酸化珪素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、これに代えて他の光透過材料を用いてもよい。また、スペーサ層の材料は、誘電体層を構成する高屈折率層と低屈折率層との何れと同じ材料を用いてもよいし、何れとも異なる材料を用いてもよい。また、上述のように、２つのスペーサ層で異なる材料を用いてもよい。

（８）上記の実施の形態においては、特に言及しなかったが、色毎の単位画素は、例えばベイヤ配列にすればよい。この場合において、４画素からなる矩形領域のうち２画素を占める色は分光特性において最も透過帯域幅が狭い色としてもよい。このようにすれば、透過帯域幅が狭いことにより生じる光量の不足を、画素を増やして補うことができる。

（実施の形態２）
図６（ａ）は、本発明に係る、スペーサ層が３層のカラーフィルタ７００の構造の概略を示す図であり、図６（ｂ）は、その分光特性を示す図である。また、図６（ｃ）は、図６（ａ）の構造における変形例の分光特性を示している。図６（ｂ）及び図６（ｃ）の何れにおいても、縦軸が透過率を表わし、横軸が透過光の波長を表している。本実施の形態では、カラーフィルタ７００の構造が３層のスペーサ層となっており、上記実施の形態１とは異なる。その他の構成要素に関しては、上記実施の形態１と同じであるため、その説明は省略する。

カラーフィルタ７００は、何れの領域においても光学膜厚がλ／４（λ：５３０［ｎｍ］）に等しく、高屈折率材料である二酸化チタンからなる第１の層７０２、７０４、７０６、７０８、７１０、７１２（第１の層７０２、７０４、７０６、７０８、７１０、７１２：二酸化チタン５２［ｎｍ］）および低屈折率材料である二酸化珪素からなる第２の層７０５、７０９（第２の層７０５、７０９：二酸化珪素９１［ｎｍ］）、および、スペーサ層であり、互いに膜厚が等しく、低屈折率材料である二酸化珪素からなる第５の層７０７、第６の層７１１および第７の層７０３（第５の層７０７、第６の層７１１および第７の層７０３：二酸化珪素（青色領域：１３０［ｎｍ］、赤色領域：４５［ｎｍ］、緑色領域：１８２［ｎｍ］））で構成されている。

カラーフィルタ７００の構成としては、図６（ａ）に示すように、第５の層７０７の両側に第１の層７０８、７０６が配置され、さらにその両側には第２の層７０９、７０５が配置され、さらにその両側には第１の層７１０、７０４が配置され、さらにその両側には、第６の層７１１および第７の層７０３が配置され、さらにその両側には、第１の層７１２、７０２が配置されている。

以上のように、カラーフィルタ７００は基板７０１上に形成されており、さらに、カラーフィルタ７００上にはＴＥＯＳ平坦化膜７１３が形成されている。ここで、本実施の形態においても、設定波長である「λ」は５３０［ｎｍ］である。上記の構成とすることで、第５の層７０７と第６の層７１１と第７の層７０３の膜厚を変化させることのみで色分離を実現することができる。

図６（ｂ）において、特性曲線７２１、７２２及び７２３は、それぞれカラーフィルタ７００の青色領域、緑色領域及び赤色領域の分光特性を示す。なお、分光特性の算出にあたって、図６（ａ）においても設定波長「λ」は５３０［ｎｍ］である。

ここで、第５の層７０７、第６の層７１１及び第７の層７０３を前述のような構成としたが、赤色領域に対応する第５の層７０７、第６の層７１１および第７の層７０３の光学膜厚は、０〜λ／４、青色領域に対応する第５の層７０７、第６の層７１１及び第７の層７０３の光学膜厚は、λ／４〜λ／２、緑色領域に対応する第５の層７０７、第６の層７１１及び第７の層７０３の光学膜厚は、λ／２に略等しい光学膜厚としている。このように、第５の層７０７、第６の層７１１及び第７の層７０３を以上の膜厚に設定することで、優れた色分離特性を備えるカラーフィルタを実現することができる。

図４（ｃ）に示される従来のスペーサ層が１層の場合は、図４（ｄ）に示されるように、緑色領域や赤色領域の透過帯域幅に比べて青色領域の透過帯域幅が狭くなっている。さらに、緑色領域の特性曲線４２５のスペクトルは、緑色以外の色（特に赤色）で透過率が高くなっている。

これに対して、図６（ｂ）に示されるように、スペーサ層が３層のカラーフィルタ７００においては、スペーサ層が２層の図３のカラーフィルタ３０６と比較すると、緑色領域の特性曲線７２１のスペクトルは、緑色以外の色（青色、赤色）で透過率が略０となっており、さらに色分離特性が向上していることが分かる。

（変形例）
以上、本実施の形態に係るカラーフィルタにつ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、以下に示す変形例によって本発明に係るカラーフィルタを実現してもよい。

図６（ｃ）は、上記実施の形態２におけるスペーサ層が３層のカラーフィルタにおいて、スペーサ層の膜厚を、それぞれ以下の膜厚に設定した場合の特性を示している。

即ち、赤色領域の第５の層７０７、青色領域の第５の層７０７及び緑色領域の第５の層７０７の膜厚は、それぞれ５５［ｎｍ］、１２５［ｎｍ］、１８２［ｎｍ］である。また、赤色領域の第６の層７１１、青色領域の第６の層７１１及び緑色領域の第６の層７１１は、それぞれ４０［ｎｍ］、１３５［ｎｍ］、１８２［ｎｍ］である。さらに、赤色領域の第７の層７０３、青色領域の第７の層７０３及び緑色領域の第７の層７０３は、それぞれ４０［ｎｍ］、１３５［ｎｍ］、１８２［ｎｍ］である。ここで、第６の層７１１と第７の層７０３の膜厚は、少なくとも全ての色において同じ膜厚としている。また、緑色領域においては、すべての膜厚を同じ膜厚としている。

上記の膜厚とすることで、上下対称構造のカラーフィルタが実現可能となり、最大透過率を１００％にすることが可能となる。さらに、第６の層７１１と第７の層７０３の膜厚を同じ膜厚とし、第５の層７０７の膜厚を異ならせることで、図６（ｂ）で赤色及び青色において発生していた透過帯域における透過率の減少を抑制することができる。

（１）上記の実施の形態においては、高屈折率材料として二酸化チタンを用いた実施例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、これに代えて次のようにしてもよい。

すなわち、高屈折率材料として、二酸化チタン（屈折率：２．５３）に代えて、窒化珪素（Ｓi₃Ｎ₄）（屈折率：２．００）や三酸化二タンタル（Ｔａ₂Ｏ₃）（屈折率：２．１６）、五酸化二ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）（屈折率：２．３３）、二酸化ジルコニウム（ＺrＯ₂）（屈折率：２．０５）等、他の材料を用いてもよい。また、低屈折率材料についても二酸化珪素以外の低屈折率材料を用いてもよい。

（２）上記の実施の形態においては、透過させる光の色に関わらずスペーサ層として、第５の層と第６の層と第７の層の３層設け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、透過させる光の色に応じてスペーサ層の層数を異ならせてもよい。

（３）上記の実施の形態においては、専らカラーフィルタが１１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、１１層に代えて１１層未満もしく１１層を超える層数であってよい。また、上記の実施の形態においては、カラーフィルタが３層のスペーサ層を備えるに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、これに代えてスペーサ層を４層以上備えることとしてもよい。

（４）上記の実施の形態においては、３種類（即ち、第５の層、第６の層及び第７の層）のスペーサ層の膜厚は各単位画素で同一としたが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、第５の層と第６の層と第７の層の膜厚が異なっていても構わない。

（５）上記の実施の形態においては、カラーフィルタが第５の層を中心とする対称な構造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、非対称な構造でも構わない。

（６）上記の実施の形態においては、スペーサ層の材料として二酸化珪素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、これに代えて他の光透過材料を用いてもよい。また、スペーサ層の材料は、誘電体層を構成する高屈折率層と低屈折率層との何れと同じ材料を用いてもよいし、何れとも異なる材料を用いてもよい。また、上述のように、３つのスペーサ層で異なる材料を用いてもよい。

（７）上記の実施の形態においては、特に言及しなかったが、色毎の単位画素は、例えばベイヤ配列すればよい。

（実施の形態３）
なお、本実施の形態に係るデジタルスチルカメラの構成及び固体撮像装置の構成の概略は、上記実施の形態１の図１又は図２の内容と同じである。

図７は、本実施の形態に係る固体撮像装置１１０２の一部（具体的には、３個の単位画素１００１ａ、１００１ｂおよび１００１ｃ）の構造を示す基板断面図である。各単位画素１００１ａ〜１００１ｃは、Ｎ型不純物が添加されたシリコンからなる基板１０１１を基礎として形成され、以下の各層を有している。

光電変換層１０１２は、基板１０１１にＰ型不純物をイオン注入することで形成したＰ型ウェル１０２１と、Ｐ型ウェル１０２１にＮ型不純物をイオン注入することで形成したＮ型領域である光電変換部１０２２を含む。

金属層１０１３は、垂直シフトレジスタ２０２からの配線や、信号電荷を水平シフトレジスタ２０３に転送する配線などがＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法などにより形成される層である。また、ＣＶＤ法を利用して遮光膜１０２４も形成され、遮光膜１０２４の開口部にＣＶＤ法などにより、素子の平坦化のため二酸化珪素１０２３も形成される。遮光膜１０２４には単位画素に光を導くための開口部を有する。

フィルタ層１０１４は、バリア膜であるシリコン窒化膜１０２６、素子の平坦化のための二酸化珪素１０２８、多層膜干渉フィルタからなるカラーフィルタ１０２９、カラーフィルタ１０２９の段差を平坦化するための二酸化珪素１０３０、及びマイクロレンズ１０３４の形成時におけるエッチバック時のバリア膜であるシリコン窒化膜１０３２を含む。

なお、入射光１０３５は、単位画素の上部から入射する光であり、マイクロレンズ１０３４により集光され、フィルタ層１０１４及び金属層１０１３を経て光電変換部１０２２に到達する。

次に、本実施の形態に係る固体撮像装置１１０２の分光特性について説明する。
図８（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態に係る固体撮像装置１１０２における各単位画素１００１ａ〜１００１ｃの分光特性を示す図である。図８（ａ）は、第１のバリア膜１０２６および第２のバリア膜１０３２の膜厚は同じ膜厚とし、カラーフィルタ１０２９の設定波長（λ）である５３０［ｎｍ］に対する、λ／２膜の厚さを１３３［ｎｍ］とした場合の固体撮像装置１１０２の分光特性である。

カラーフィルタ１０２９においては、設定波長（λ）を５３０［ｎｍ］とし、λ／４膜である二酸化チタンの膜厚が５２［ｎｍ］、λ／４膜である二酸化珪素の膜厚が９１［ｎｍ］である。分光後のＲ（Red）、Ｇ（Green）およびＢ（Blue）の各色の光に対応する多層干渉フィルタの構成としては、Ｒ光に対応する単位画素１００１ｂの場合は、ＴiＯ₂（５２［ｎｍ］）／ＳiＯ₂（９１［ｎｍ］）／ＴiＯ₂（５２［ｎｍ］）／ＳiＯ₂（３０［ｎｍ］）／ＴiＯ₂（５２［ｎｍ］）／ＳiＯ₂（９１［ｎｍ］）／ＴiＯ₂（５２［ｎｍ］）である。また、Ｇ光に対応する単位画素１００１ｃの場合は、ＴiＯ₂（５２［ｎｍ］）／ＳiＯ₂（９１［ｎｍ］）／ＴiＯ₂（５２［ｎｍ］）／ＳiＯ₂（０［ｎｍ］）／ＴiＯ₂（５２［ｎｍ］）／ＳiＯ₂（９１［ｎｍ］）／ＴiＯ₂（５２［ｎｍ］）である。さらに、Ｂ光に対応する単位画素１００１ａの場合は、ＴiＯ₂（５２［ｎｍ］）／ＳiＯ₂（９１［ｎｍ］）／ＴiＯ₂（５２［ｎｍ］）／ＳiＯ₂（１３３［ｎｍ］）／ＴiＯ₂（５２［ｎｍ］）／ＳiＯ₂（９１［ｎｍ］）／ＴiＯ₂（５２［ｎｍ］）である。

スペーサ層であるＳiＯ₂の１層のみの膜厚変化（単位画素１００１ａ（Ｂ）において１３３［ｎｍ］、単位画素１００１ｂ（Ｒ）において３０［ｎｍ］、単位画素１００１ｃ（Ｇ）において０［ｎｍ］）でＲＧＢの色分離を実現することができる。

なお、図８（ｂ）〜（ｄ）は、本実施の形態に係る固体撮像装置１１０２における、Ｂ光の単位画素１００１ａ、Ｒ光の単位画素１００１ｂ及びＧ光の単位画素１００１ｃにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素１０３０の膜厚（５００［ｎｍ］）を、−２００［ｎｍ］、−１００［ｎｍ］、０［ｎｍ］、＋１００［ｎｍ］及び＋２００［ｎｍ］それぞれ変化させたときの分光特性を示している。

図９（ａ）は、上記図７の固体撮像装置１１０２において、第１のバリア膜であるシリコン窒化膜１０３２の膜厚を１３３［ｎｍ］から５０［ｎｍ］に変化した場合（第２のバリア膜であるシリコン窒化膜１０２６の膜厚は１３３［ｎｍ］で変化なし。）の分光特性を示している。この場合には、シリコン窒化膜の干渉の影響によりスペクトルにリップルが影響し、優れた分光特性を実現することができない。なお、図９（ｂ）〜（ｄ）は、上記図９（ａ）と同じく、シリコン窒化膜１０３２の膜厚を１３３［ｎｍ］から５０［ｎｍ］に変化させた場合の、Ｂ光の単位画素１００１ａ、Ｒ光の単位画素１００１ｂ、Ｇ光の単位画素１００１ｃにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素１０３０の膜厚（５００［ｎｍ］）を、−２００［ｎｍ］、−１００［ｎｍ］、０［ｎｍ］、＋１００［ｎｍ］及び＋２００［ｎｍ］それぞれ変化させたときの分光特性を示している。

以上のように、本実施の形態に係るカラーフィルタを構成することにより、特にＧ光の分光特性において干渉の影響を低減することができ、優れた分光特性を有する固体撮像装置を実現することができる。

（実施の形態４）
図１０は、本実施の形態に係る固体撮像装置１２０２の単位画素（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）の構造を示す基板断面図である。本実施の形態に係る単位画素１００１ａ〜１００１ｃは、第１のバリア膜１０２６および第２のバリア膜１０３２において、反射抑制膜であるシリコン酸化窒化膜１０２５、１０２７、およびシリコン酸化窒化膜１０３１、１０３３を各バリア膜の上面と下面に形成している点で、上記実施の形態３に係る単位画素１００１ａ〜１００１ｃとは異なる。その他の構成要素の関しては、上記実施の形態３と同じ内容であるため、その説明は省略する。

ここで、上記のシリコン酸化窒化膜１０２５、１０２７、１０３１、１０３３の屈折率は「１．５６」である。また、これらの膜厚はすべて同じであり、カラーフィルタ１０２９の設定波長５３０［ｎｍ］のλ／４膜の膜厚である８５［ｎｍ］である。

図１１（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態に係る固体撮像装置１２０２における各単位画素（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）の分光特性を示した図である。

図１１（ａ）と上記実施の形態３で示した分光特性である図８（ａ）とを比較すると、反射抑制膜の効果により、本実施の発明に係る固体撮像装置１２０２の分光特性が、さらに干渉の影響を低減できていることが分かる。

なお、図１１（ｂ）〜（ｄ）は、上記図１１（ａ）の構成において、Ｂ光の単位画素１００１ａ、Ｒ光の単位画素１００１ｂ、Ｇ光の単位画素１００１ｃにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素１０３０の膜厚（５００［ｎｍ］）を、−２００［ｎｍ］、−１００［ｎｍ］、０［ｎｍ］、＋１００［ｎｍ］及び＋２００［ｎｍ］それぞれ変化させたときの分光特性を示している。

ここで、二酸化珪素１０３０は、カラーフィルタ１０２９を平坦化する層であり、一般的にＣＭＰを用いて形成される。ＣＭＰ技術の膜厚ばらつきは、一般的に±２００［ｎｍ］程度であるので、これらの図１１（ｂ）〜（ｄ）を比較すれば分かるように、二酸化珪素１０３０の膜厚が変化した場合であっても、本実施の形態における固体撮像装置１２０２は、膜厚ばらつきの影響を低減することができる。同様に、二酸化珪素１０２８は、遮光膜１０２４による段差を平坦化する層であり、同様に反射抑制膜を形成することで、膜厚ばらつきの影響を低減することができる。

（実施の形態５）
図１２は、本実施の形態に係る固体撮像装置１３０２の単位画素（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）の構造を示す基板断面図である。本実施の形態に係る単位画素１００１ａ〜１００１ｃは、第２のバリア膜であるシリコン窒化膜１０２６が、カラーフィルタ１０２９に隣接しているという点で、上記実施の形態３とは異なる。その他の構成要素に関しては、上記実施の形態３と同じ内容であるため、その説明は省略する。

図１３（ａ）は、本実施の形態に係る固体撮像装置１３０２における各単位画素（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）の分光特性を示した図である。なお、図１３（ｂ）〜（ｄ）は、上記図１２の構成において、Ｂ光の単位画素１００１ａ、Ｒ光の単位画素１００１ｂ、Ｇ光の単位画素１００１ｃにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素１０３０の膜厚（５００［ｎｍ］）を、−２００［ｎｍ］、−１００［ｎｍ］、０［ｎｍ］、＋１００［ｎｍ］及び＋２００［ｎｍ］それぞれ変化させたときの分光特性を示している。

上記実施の形態３では、カラーフィルタ１０２９とシリコン窒化膜１０２６の間に二酸化珪素１０２８が存在していたため膜厚ばらつきの影響があったが、図１２に示す構成とすることにより、二酸化珪素からなる平坦化膜１０２８は、遮光膜１０２４の形成直後に成膜され、第１のバリア膜１０２６とカラーフィルタ１０２９が隣接して形成されるため、ＣＭＰによる膜厚ばらつきが分光特性に与える影響を無くすことが可能となる。したがって、優れた分光特性を実現することができる。

（実施の形態６）
図１４は、実施の形態６に係る固体撮像装置１４０２の単位画素（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）の構造を示す基板断面図である。本実施の形態に係る単位画素１００１ａ〜１００１ｃは、第１のバリア膜１０２６および第２のバリア膜１０３２において、反射抑制膜としてシリコン酸化窒化膜１０２５、１０２７、およびシリコン酸化窒化膜１０３１、１０３３を各バリア膜の上面と下面に形成している点で上記実施の形態５とは異なる。その他の構成要素の関しては、上記実施の形態５と同じであるため、その説明は省略する。

図１５（ａ）は、本実施の形態に係る固体撮像装置１４０２における各単位画素（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）の分光特性を示した図である。上記図１４の構成とすることによっても、さらに干渉の影響を低減することができ、優れた分光特性を実現することができる。

なお、図１５（ｂ）〜（ｄ）は、本実施の形態に係る固体撮像装置１４０２において、Ｂ光の単位画素１００１ａ、Ｒ光の単位画素１００１ｂ、Ｇ光の単位画素１００１ｃにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素１０３０の膜厚（５００［ｎｍ］）を、−２００［ｎｍ］、−１００［ｎｍ］、０［ｎｍ］、＋１００［ｎｍ］及び＋２００［ｎｍ］それぞれ変化させたときの分光特性を示している。

上記実施の形態５に係る図１３（ｂ）〜（ｄ）と図１５（ｂ）〜（ｄ）を比較すると、本実施の形態における固体撮像装置１４０２を用いることで、二酸化珪素１０３０の膜厚ばらつきが分光特性に与える影響を低減し得ることが分かる。

（実施の形態７）
図１６は、実施の形態７に係る固体撮像装置１５０２の単位画素（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）の構造を示す基板断面図である。本実施の形態に係る単位画素１００１ａ〜１００１ｃは、第１のバリア膜１０２６において、反射抑制膜としてシリコン酸化窒化膜１０２５を除去している点で、上記実施の形態６とは異なる。その他の構成要素の関しては、上記実施の形態６と同じ内容であるため、その説明は省略する。

図１７（ａ）は、本実施の形態に係る固体撮像装置１５０２における各単位画素（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）の分光特性を示した図である。上記図１６に示す構成とすることで、上記実施の形態６の場合の分光特性である図１５（ａ）と比較してみると、透過帯域の幅を広げることができることがわかる。なお、図１７（ｂ）〜（ｄ）は、本実施の形態における固体撮像装置１５０２において、Ｂ光の単位画素１００１ａ、Ｒ光の単位画素１００１ｂ、Ｇ光の単位画素１００１ｃにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素１０３０の膜厚（５００［ｎｍ］）を、−２００［ｎｍ］、−１００［ｎｍ］、０［ｎｍ］、＋１００［ｎｍ］及び＋２００［ｎｍ］それぞれ変化させたときの分光特性を示している。

図１６に示す固体撮像装置１５０２の第２のバリア膜１０３２には反射抑制膜１０３１、１０３３が形成されており、反射抑制膜１０２７と第１のバリア膜１０２６がカラーフィルタ１０２９に隣接していることにより、平坦化する必要が無く、平坦化層の膜厚ばらつきが分光特性に与える影響を無くすことを可能としている。

したがって、本実施の形態における固体撮像装置１５０２を用いることで、高感度かつ優れた分光特性を実現することができる。

また、図１６に示す固体撮像装置１５０２の変形例として、上記実施の形態６における図１４の構造において反射抑制膜１０２７を除去した構造（即ち、反射抑制膜１０２５のみを形成した場合）の固体撮像装置における各単位画素（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）の分光特性を図１８（ａ）に示す。なお、図１８（ｂ）〜（ｄ）は、この場合のＢ光の単位画素１００１ａ、Ｒ光の単位画素１００１ｂ、Ｇ光の単位画素１００１ｃにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素１０３０の膜厚（５００［ｎｍ］）を、−２００［ｎｍ］、−１００［ｎｍ］、０［ｎｍ］、＋１００［ｎｍ］及び＋２００［ｎｍ］それぞれ変化させたときの分光特性を示している。

同様に、図１６に示す固体撮像装置１５０２の変形例として、上記実施の形態６における図１４の構造において、反射抑制膜１０２５、１０２７の両方を除去した構造（即ち、第１のバリア膜１０２６のみを形成した場合）の固体撮像装置における各単位画素（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）の分光特性を図１９（ａ）に示す。なお、図１９（ｂ）〜（ｄ）は、この場合のＢ光の単位画素１００１ａ、Ｒ光の単位画素１００１ｂ、Ｇ光の単位画素１００１ｃにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素１０３０の膜厚（５００［ｎｍ］）を、−２００［ｎｍ］、−１００［ｎｍ］、０［ｎｍ］、＋１００［ｎｍ］及び＋２００［ｎｍ］それぞれ変化させたときの分光特性を示している。

上記の変形例の両構造においては、透過帯域の幅は小さくなっているが、二酸化珪素１０３０の膜厚ばらつきが分光特性に与える影響はほとんど無いことが分かる。

したがって、感度を重要視する場合の用途では図１５及び図１７における分光特性を有する構造を採用し、単色性を求める用途では図１８及び図１９における分光特性を有する構造を採用すればよいことが分かる。

以上、どの構造においても、二酸化珪素１０３０の膜厚ばらつきが分光特性に与える影響が低減されていることがわかる。

（実施の形態８）
図２０は、実施の形態８に係る固体撮像装置１６０２の単位画素（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）の構造を示す基板断面図である。本実施の形態に係る単位画素１００１ａ〜１００１ｃは、エッチング制止する膜をシリコン酸化窒化膜１０３７のみで構成している点で、上記実施の形態６とは異なる。その他の構成要素の関しては、上記実施の形態６と同じ内容であるため、その説明は省略する。

ここで、シリコン酸化窒化膜１０３７の膜厚は、カラーフィルタ１０２９の設定波長である５３０［ｎｍ］のλ／２膜である１７０［ｎｍ］としている。

図２１（ａ）は、本実施の形態に係る固体撮像装置１６０２における各単位画素（１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ）の分光特性を示した図である。また、図２１（ｂ）〜（ｄ）は、本実施の形態の固体撮像装置１６０２における、Ｂ光の単位画素１００１ａ、Ｒ光の単位画素１００１ｂ、Ｇ光の単位画素１００１ｃにおける、各々の平坦化層である二酸化珪素１０３０の膜厚（５００［ｎｍ］）を、−２００［ｎｍ］、−１００［ｎｍ］、０［ｎｍ］、＋１００［ｎｍ］及び＋２００［ｎｍ］それぞれ変化させたときの分光特性を示している。

図２０の構成とすることで、二酸化珪素１０３０（ｎ＝１．４６）とシリコン酸化窒化膜１０３７（ｎ＝１．５６）の屈折率差が「０．１０」となり、二酸化珪素１０３０（ｎ＝１．４６）とバリア膜であるシリコン窒化膜（ｎ＝２．０）の屈折率差「０．５４」よりも小さくなっているため、反射率が小さくなる。したがって、二酸化珪素１０３０での膜厚ばらつきが分光特性に与える影響が低減される。

したがって、本実施の形態における構造を用いることで、高感度で分光特性の優れた固体撮像装置を実現することができる。

なお、上記図２０では示していないが、実施の形態７で示したのと同様に、シリコン酸化窒化膜からなる反射抑制膜１０２５、１０２７はあってもなくても構わない。

また、上記実施の形態３〜８においては、カラーフィルタ１０２９は、スペーサ層を１層設けた構成例を示したが、これに代えて上記実施の形態１又は２に示すような、スペーサ層を２層又は３層設けて構成しても、本発明の効果を奏することができる。

本発明に係る固体撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ又は携帯電話機などに利用が可能であり、固体撮像装置が備えるカラーフィルタが透過させる光の帯域幅を拡大して、より忠実に色を再現する技術として有用である。

本発明に係るデジタルスチルカメラの機能構成を示すブロック図である。 本発明に係るデジタルスチルカメラが備える固体撮像装置の構成の概略を示す図である。 本発明に係る固体撮像装置の一部の断面図である。 （ａ）は、本発明に係る固体撮像装置が備えるカラーフィルタの構造の概略を示す図である。（ｂ）は、本発明に係るカラーフィルタの分光特性を示す図である。（ｃ）は、従来の固体撮像装置が備えるカラーフィルタの構造の概略を示す図である。（ｄ）は、従来のカラーフィルタの分光特性を示す図である。 （ａ）〜（ｉ）は、本発明に係るカラーフィルタを製造する諸工程を示す図である。 （ａ）は、本発明に係る固体撮像装置が備えるカラーフィルタの構造の概略を示す図である。（ｂ）は、本発明に係るカラーフィルタの分光特性を示す図である。（ｃ）は、本発明に係るカラーフィルタの変形例における分光特性を示す図である。 実施の形態３に係る単位画素の構造を示す基板断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態３に係る単位画素における分光特性を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態３においてシリコン窒化膜の膜厚を変化させたときの分光特性を示す図である。 実施の形態４に係る単位画素の構造を示す基板断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態４に係る単位画素における分光特性を示す図である。 実施の形態５に係る単位画素の構造を示す基板断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態５に係る単位画素における分光特性を示す図である。 実施の形態６に係る単位画素の構造を示す基板断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態６に係る単位画素における分光特性を示す図である。 実施の形態７に係る単位画素の構造を示す基板断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態７に係る単位画素における分光特性を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態７に係る単位画素における変形例の分光特性を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態７に係る単位画素におけるその他の変形例の分光特性を示す図である。 実施の形態８に係る単位画素の構造を示す基板断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態８に係る単位画素における分光特性を示す図である。 従来の固体撮像装置の一部の断面図である。

符号の説明

１ デジタルスチルカメラ
６、１０２ 固体撮像装置
１００ 入射光
１０１ レンズ
１０３ 色信号合成部
１０４ 映像信号作成部
１０５ 素子駆動部
２０１ 単位画素
２０２ 垂直シフトレジスタ
２０３ 水平シフトレジスタ
２０４ 出力アンプ
２０５ 駆動回路
３０１、６０１ Ｎ型半導体層
３０２、６０２ Ｐ型半導体層
３０３、６０３ フォトダイオード
３０４、６０４ 層間絶縁膜
３０５、６０５ 遮光膜
３０６、６０６ カラーフィルタ
３０７、６０７ 集光レンズ
４０１、４１１、７０１ 基板
４０２、４０４、４０６、４０８ 第１の層
４０３ 第４の層
４０５ 第２の層
４０７、５１０ 第３の層
４０９、４１９、５１２、７１３ ＴＥＯＳ平坦化膜
４１２、４１４、４１６、４１８ 誘電体層
４１３、４１７ 二酸化珪素層
４１５ スペーサ層
４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６ 特性曲線
５０１、５０７、５０９、５１１ 二酸化チタン層
５０２、５０４、５０６、５０８ 二酸化珪素層
５０３、５０５ レジスト
７０２、７０４、７０６、７０８、７１０、７１２ 第１の層
７０３ 第７の層
７０５、７０９ 第２の層
７０７ 第５の層
７１１ 第６の層
１００１ａ 単位画素
１００１ｂ 単位画素
１００１ｃ 単位画素
１０１１ 基板
１０１２ 光電変換層
１０１３ 金属層
１０１４ フィルタ層
１０２１ Ｐ型ウェル
１０２２ 光電変換部
１０２３ 二酸化珪素
１０２４ 遮光膜
１０２５ シリコン酸化窒化膜（反射抑制膜）
１０２６ シリコン窒化膜（第１のバリア膜）
１０２７ 反射抑制膜
１０２８ 二酸化珪素（平坦化膜）
１０２９ カラーフィルタ
１０３０ 二酸化珪素
１０３１ シリコン酸化窒化膜（反射抑制膜）
１０３２ シリコン窒化膜（第２のバリア膜）
１０３４ マイクロレンズ
１０３５ 入射光
１０３７ シリコン酸化窒化膜
１１０２ 固体撮像装置
１２０２ 固体撮像装置
１３０２ 固体撮像装置
１４０２ 固体撮像装置
１５０２ 固体撮像装置
１６０２ 固体撮像装置

Claims (22)

1. 入射光のうち所定の色の光を透過させるカラーフィルタを備える単位画素が２次元状に配列された固体撮像装置であって、
   前記カラーフィルタは、設定波長をλとした場合に、
   λ／４の第１の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第１の層と、
   前記第１の光学膜厚と等しいλ／４の第２の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第２の層と、
   前記第１の光学膜厚及び第２の光学膜厚とは異なる、透過させる光を制御するための誘電体層とを備え、
   前記第１の層、前記誘電体層及び前記第１の層の順に積層された３層膜が複数配置されている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記カラーフィルタでは、
   前記第２の層は複数の前記３層膜の間に配設されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記カラーフィルタでは、
   複数の前記誘電体層は、第３の光学膜厚を有する第３の層及び第４の光学膜厚を有する第４の層からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記カラーフィルタでは、
   前記第３の層の光学膜厚と前記第４の層の光学膜厚は同一である
   ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 透過対象の色が異なる第１の単位画素および第２の単位画素において、
   前記第１の単位画素における前記誘電体層の光学膜厚と、前記第２の単位画素における前記誘電体層の光学膜厚とは異なっている
   ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 前記カラーフィルタでは、
   複数の前記誘電体層は、第３の光学膜厚を有する第３の層、第４の光学膜厚を有する第４の層及び第５の光学膜厚を有する第５の層からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
7. 前記カラーフィルタでは、
   前記第３の層又は前記第４の層の光学膜厚と、前記第５の層の光学膜厚とは異なっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
8. 前記カラーフィルタは、上下対称構造である
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
9. 前記固体撮像装置は、第１の単位画素および第２の単位画素および第３の単位画素を備え、
   前記第１の層及び前記第２の層から構成される誘電体層は、所定の光学膜厚を有し、
   複数の前記誘電体層は、前記第１の単位画素〜第３の単位画素において、それぞれ異なる３種類の光学膜厚を有し、
   前記第１の単位画素における前記誘電体層は、０以上λ／４以下の光学膜厚を有し、
   前記第２の単位画素における前記誘電体層は、λ／４以上λ／２以下の光学膜厚を有し、
   前記第３の単位画素における前記誘電体層は、λ／２に略等しい光学膜厚を有すること
   を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
10. 複数の前記誘電体層は、前記第１の層又は前記第２の層の何れか一方の材料と同一の材料から構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
11. 前記高屈折率材料は、二酸化チタン、窒化珪素、五酸化二タンタル、五酸化ニオブ又は二酸化ジルコニウムであり、
    前記低屈折率材料は、二酸化珪素である
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
12. 光学膜厚がλ／２に略等しいバリア膜をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
13. 前記バリア膜は、前記カラーフィルタに隣接している
    ことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
14. 前記バリア膜の上面および下面の少なくとも一方に、光学膜厚がλ／４に略等しい反射抑制膜が形成されている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
15. 前記バリア膜の前記カラーフィルタ側には、光学膜厚がλ／４に略等しい反射抑制膜が形成されている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
16. 前記バリア膜は、
    前記カラーフィルタの入射光側の第１バリア膜と、
    前記カラーフィルタの出射光側の第２バリア膜からなり、
    前記第１バリア膜および前記第２バリア膜の各膜厚は等しい
    ことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
17. 前記バリア膜はシリコン窒化膜である
    ことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
18. 前記反射抑制膜はシリコン酸化窒化膜である
    ことを特徴とする請求項１４に記載の固体撮像装置。
19. 前記バリア膜はシリコン酸化窒化膜である
    ことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
20. 入射光のうち所定の色の光を透過させるカラーフィルタを備える単位画素が２次元状に配列された固体撮像装置を有するカメラであって、
    前記カラーフィルタは、
    第１の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第１の層と、
    第２の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第２の層と、
    前記第１の光学膜厚及び前記第２の光学膜厚とは異なる、透過させる光を制御するための、誘電体層とを備え、
    前記第１の層、前記誘電体層及び前記第１の層の順に積層された３層膜が複数配置されている
    ことを特徴とするカメラ。
21. 入射光のうち所定の色の光を透過させるカラーフィルタを備える単位画素が２次元状に配列された固体撮像装置の製造方法であって、
    第１の光学膜厚を有する高屈折率材料からなる第１の層を形成する第１工程と、
    第２の光学膜厚を有する低屈折率材料からなる第２の層を形成する第２工程と、
    前記第１の光学膜厚および第２の光学膜厚とは異なる、透過させる光を制御するための第３の光学膜厚を有する第３の層を形成する第３工程と、
    前記第１の光学膜厚および第２の光学膜厚とは異なる、透過させる光を制御するための第４の光学膜厚を有する第４の層を形成する第４工程と
    を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
22. 前記第３の層と前記第４の層の光学膜厚を略等しく形成すること
    を特徴とする請求項２１記載の固体撮像装置の製造方法。

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