JP2008300788A - 固体撮像素子、撮像装置、およびカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】リップルの影響を小さくすることが可能で、特性のばらつきを防止でき、画質改善を図ることができる固体撮像素子、撮像装置、およびカメラシステムを提供する。
【解決手段】入射光のうち特定波長の光のみを透過させるカラーフィルタ（第１フィルタ）１０２と、第１フィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換素子１０５と、第１フィルタの透過光の光電変換素子への光路に配置され、積層膜により形成されたＭＬＴ（第２フィルタ）１０４と、第２フィルタの光入射側および光電変換素子への光出射側のうち少なくとも光出射側に配置され、第２フィルタの設計による全構造の波長依存（リップル）の影響を減少させる機能を有する減少層１０６Ｂとを含む
【選択図】図６

Description

本発明は、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの固体撮像素子、撮像装置、およびカメラシステムに関するものである。

能動画素やイメージセンサセルは、セルへの入力光のエネルギーを集めるために用いられる光電変換素子としてフォトダイオードが設けられている。主として、そのようなセルは、可視域の全波長範囲に感応し、色の３原色である赤（Ｒ）セル、緑（Ｇ）セル、青（Ｂ）セルを選定するためのカラーフィルタが用いられる。

イメージセンサの色フィルタの配列としては、色再現性が良好な、色の３原色のうち緑（Ｇ）を２つ、赤（Ｒ）、青（Ｂ）を一つずつ用いた２×２マトリクスのベイヤー配列が知られている。
このベイヤー配列は、色よりも輝度の解像度を重視した配列である。

ところで、このような色フィルタ配列においては、混色等の問題に対して完全ではなく、赤色セルに入射する全ての光が赤色光ではいことから、３つのフィルタを介した入力からより純粋な色を得るような補正アルゴリズムが用いられる。

上記した技術とは別に、上述したようなフィルタが赤外光をカットしないことから、通常、赤外光遮断（ブロックキング）フィルタ（以下、ＩＲフィルタという）が必要とされる。このＩＲフィルタは、標準的に外部のフィルタプレートに形成される。このフィルタプレートは、センサデバイスの全面上に配置される。

しかしながら、そのような領域は、高感度領域であるので、高性能ＣＭＯＳイメージセンサには、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素と一緒にピクセル内に結合する研究を行うことが必要となっている。これはいわゆる画素が、非常に高感度であるからである。
そのような研究としては、画素のセットにおいて、デバイスのコントラストと感度を改善するために赤外光を検出するものが知られている。

この技術は、ＩＲフィルタを持つには、全般的ではなく、むしろ個々の分離した画素に適用することが課題となる。
この一つの方法として、異なる屈折率の材料を交互に積層してなる干渉フィルタとして機能する多重フィルム層を用いる方法がある。
この方法によれば、ＩＲフィルタを構成することが可能となるが、リップルの影響が問題となってくる。このリップルの影響は、波長の変化と共に、画素のピークゲインにおいて周期的な変動として見られる。

リップルの影響の原因は、積層膜（ＭＬＴ）が反射率との全構造の設計の組み合わせであることによる。積層膜（ＭＬＴ）が高反射率であることは、たとえばシリコンセンサ表面と積層膜間に光が捕捉されて、これに伴って多重反射が起こる。その結果、光が捕捉されることは、入射光の波長に依存する光の増大あるいは枯渇を引き起こす。
このことは、一画像でリップルの影響が全構造の膜厚の変化に伴って全体のキャビティで安定し、変化した場合には、リップルが大きな問題となるものとは考えられない。

しかしながら、デバイスチップ内の全体のキャビティの変動により、デバイスチップ内で実質的に変化が見られることは、実験により知られていることである。

また、この種の技術としては、たとえば特許文献１に開示されている固体撮像装置が知られている。

特開２００６−１０２７７８号公報

上述したように、個々の画素（ピクセル）に個々のＩＲフィルタを持つことの利点は理解されているところである。
しかし、この構成の大きな不利益は、リップルの影響が実質的に増大することである。これは真に、ＭＬＴ（積層膜）の高い反射率によるものであり、この問題を解決するべく種々の試みがなされている。

図１は、個々のＩＲフィルタを持つ画素の構成例を示す簡略断面図である。

図１においては、リップルの発生に寄与する主要領域が示されている。
図１において、１はオンチップレンズ（ＯＣＬ）を、２はカラーフィルタを、３は内部チップレンズを、４はＭＬＴ（積層膜）を、５はシリコン光導電領域部（光電変換部）を、それぞれ示している。

図２は、リップルがデバイスの赤画像特性にどのように影響を及ぼすかを説明するための図である。
図２において、横軸が波長を、縦軸が反射率をそれぞれ表している。
図２においては、ＯＣＬ１からシリコンセンサ表面における全体の膜厚の違いに起因して２つの特性曲線間に大きな差異があることが示されている。
このことは、製品を大量に製造しようとするときに、明らかに大きな問題となる。

理想的には、ＭＬＴ４は波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視域において１００％の透過特性を持ち、ＩＲ域において０％の透過特性を持つことが好ましい。このことは、可視域あるいはＩＲ域においてリップルがないことを意味する。第１に可視光を透過し、第２にＩＲ光の完全に遮光すべきだからである。
したがって、図３に示すように、リップルを発生する領域のみ移行（切り替え）領域にあるべきである。

しかしながら、実際には、フィルタ応答はそれを作製する層の数に制約を受ける。層の数が増えるほど、図３に示すような理想的特性に近づく。
ところが、層の数が多いということは、実質的にＯＣＬ１のシリコンセンサ表面に対する高さが高くなることを意味する。このことは、デバイスを使いものにならないようにする極度の混色およびシェーディングの問題を引き起こす。

したがって、フィルタ特性とデバイス特性間でバランスをとる必要があり、その結果、理想的なスペクトルは得られず、図４に示すような特性となる。
この理想的な特性からの逸脱は、全スペクトル域においてリップルの問題を引き起こすことになる。

本発明は、リップルの影響を小さくすることが可能で、特性のばらつきを防止でき、画質改善を図ることができる固体撮像素子、撮像装置、およびカメラシステムを提供することにある。

本発明の第１の観点の固体撮像素子は、入射光のうち特定波長の光のみを透過させる第１フィルタと、上記第１フィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換素子と、上記第１フィルタの透過光の上記光電変換素子への光路に配置され、積層膜により形成された第２フィルタと、上記第２フィルタの光入射側および上記光電変換素子への光出射側のうち少なくとも光出射側に配置され、当該第２フィルタの波長依存の影響を減少させる機能を有する減少層とを含む。

本発明の第２の観点の撮像装置は、光電変換を行う複数の画素が行列状に配列され、上記画素が、入射光のうち特定波長の光のみを透過させる第１フィルタと、上記第１フィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換素子と、上記第１フィルタの透過光の上記光電変換素子への光路に配置され、積層膜により形成された第２フィルタと、上記第２フィルタの光入射側および上記光電変換素子への光出射側のうち少なくとも光出射側に配置され、当該第２フィルタの波長依存の影響を減少させる機能を有する減少層と、を含む。

本発明の第３の観点のカメラシステムは、撮像装置と、上記撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、上記撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を有し、上記記撮像装置は、光電変換を行う複数の画素が行列状に配列され、上記画素が、入射光のうち特定波長の光のみを透過させる第１フィルタと、上記第１フィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換素子と、上記第１フィルタの透過光の上記光電変換素子への光路に配置され、積層膜により形成された第２フィルタと、上記第２フィルタの光入射側および上記光電変換素子への光出射側のうち少なくとも光出射側に配置され、当該第２フィルタの波長依存の影響を減少させる機能を有する減少層と、を含む。

本発明によれば、たとえば減少層により第２フィルタの設計による全構造の波長依存（リップル）の影響が減少される。

本発明によれば、リップルの影響を小さくすることが可能で、特性のばらつきを防止でき、画質改善を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。

図５は、本発明の実施形態に係るＭＯＳ固体撮像装置の要部の構成例を示すブロック図である。なお、ＭＯＳ型固体撮像装置では、多数の単位画素が行列状に配列されることになるが、ここでは、図面の簡略化のために、２行×２列の画素配列として描いている。
また、図６は、本発明の実施形態に係る画素個々にＩＲフィルタを持つ固体撮像素子の構成例を示す簡略断面図である。

以下、まず図５に関連付けて固体撮像装置の基本的な全体構成を説明した後、画素個々にＩＲフィルタを持つ画素の具体的な構成、特に、ＭＬＴ（積層膜）に付加されるリップルを減少させる構成、機能について説明する。

図５において、単位画素１０は、光電変換素子である、たとえばフォトダイオード１１以外に、転送トランジスタ１２、増幅トランジスタ１３およびリセットトランジスタ１４の３つのＮ型ＭＯＳトランジスタを有する３トランジスタ構成となっている。

この画素構成において、フォトダイオード１１は、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷（たとえば、電子）に光電変換して蓄積する。

転送トランジスタ１２は、フォトダイオード１１のカソードとフローティングノードＮ１１との間に接続され、ゲートが垂直選択線２１に接続されており、導通（オン）することによってフォトダイオード１１に蓄積されている信号電荷をフローティングノードＮ１１に転送する機能を有している。

増幅トランジスタ１３は、垂直信号線２２と電源Ｖｄｄとの間に接続され、ゲートがフローティングノードＮ１１に接続されており、フローティングノードＮ１１の電位を垂直信号線２２に出力する機能を有している。
リセットトランジスタ１４は、ドレイン（一方の主電極）がドレイン線（配線）２３に、ソース（他方の主電極）がフローティングノードＮ１１に、ゲートがリセット線２４にそれぞれ接続されており、フローティングノードＮ１１の電位をリセットする機能を有している。

この単位画素１０が行列状に配置されてなる画素領域（撮像領域）において、垂直選択線２１、ドレイン線２３およびリセット線２４の３本の線は、画素配列の各行ごとに水平（Ｈ）方向（図の左右方向）に配線されており、垂直信号線２２は各列ごとに垂直（Ｖ）方向（図の上下方向）に配線されている。
そして、垂直選択線２１、ドレイン線２３およびリセット線２４は、垂直駆動回路（ＶＤＲＶ）を構成するＶシフトレジスタ２５によって駆動される。

垂直選択線２１およびリセット線２４は、Ｖシフトレジスタ２５の垂直選択パルスＴおよびリセットパルスＲを出力する各出力端に各行ごとに直接接続されている。ドレイン線２３は、Ｖシフトレジスタ２５のリセット電圧出力端に対して各行ごとにＰ型ＭＯＳトランジスタ２６を介して接続されている。Ｐ型ＭＯＳトランジスタ２６のゲートは接地されている。

上記画素領域の垂直方向（図中の上下方向）に一方側において、各列ごとに、垂直信号線２２の一端とグランドとの間にＮ型ＭＯＳトランジスタからなる負荷トランジスタ２７が接続されている。この負荷トランジスタ２７は、そのゲートがロード（Ｌｏａｄ）線２８に接続されて定電流源の役目をする。

画素領域の垂直方向の他方側において、垂直信号線２２の他端には、Ｎ型ＭＯＳトランジスタからなるサンプルホールド（ＳＨ）スイッチ２９の一端（一方の主電極）が接続されている。このサンプルホールドスイッチ２９の制御端（ゲート）はＳＨ線３０に接続されている。

サンプルホールドスイッチ２９の他端（他方の主電極）には、サンプルホールド（ＳＨ）／ＣＤＳ(Correlated Double Sampling)回路３１の入力端が接続されている。
サンプルホールド／ＣＤＳ回路３１は、垂直信号線２２の電位Ｖｓｉｇをサンプルホールドし、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）を行う回路である。
ここで、相関二重サンプリングとは、時系列で入力される２つの電圧信号をサンプリングしてその差分を出力する処理を言う。

サンプルホールド／ＣＤＳ回路３１の出力端と水平信号線３２との間には、Ｎ型ＭＯＳトランジスタからなる水平選択スイッチ３３が接続されている。
この水平選択スイッチ３３の制御端（ゲート）には、水平駆動回路（ＨＤＲＶ）を構成するＨシフトレジスタ３４から水平走査時に順次出力される水平走査パルスＨ（Ｈ１，Ｈ２，…）が与えられる。

水平走査パルスＨが与えられ、水平選択スイッチ３３がオンすることで、サンプルホールド／ＣＤＳ回路３１で相関二重サンプリング（ＣＤＳ）された信号が水平選択スイッチ３３を通して水平信号線３２に読み出される。
この読み出された信号Ｈｓｉｇは、水平信号線３２の一端に接続された出力アンプ３５を通して出力端子３６から出力信号Ｖｏｕｔとして導出される。

図５の構成は最も基本的な構成を示しているが、単位画素１０は、実際には可視域の全波長範囲に感応し、色の３原色である赤（Ｒ）セル、緑（Ｇ）セル、青（Ｂ）セルを選定するためのカラーフィルタが用いられる。

以上、固体撮像装置の基本的な全体構成を説明した。
次に、個々にＩＲフィルタを持つ画素の具体的な構成、特に、ＭＬＴ（積層膜）に付加されるリップルを減少させる構成、機能について図６等に関連付けて具体的に説明する。

図６においては、リップルの発生に寄与する主要領域が示されている。
図６の固体撮像素子（画素）１００は、オンチップレンズ（ＯＣＬ）１０１、カラーフィルタ（第１フィルタ）１０２、内部チップレンズ１０３、ＭＬＴ（積層膜、第２フィルタ）１０４、シリコン光導電領域部（フォトダイオード、光電変換部）１０５、およびリップル減少層１０６Ｔ，１０６Ｂを有している。

カラーフィルタ１０２は、特定波長の選択された色光域（Ｒ，Ｇ，またはＢ）を通過（透過）させることが可能に形成されている。

ＭＬＴ１０４は、内部光のバンドパスフィルタとして機能し、異なる屈折率の材料を交互に積層してなる多重フィルム層として形成されている。
ＭＬＴ１０４の形成材料は、高い屈折率ｈｎを持つものとしてＳｉＮ、ＴｉＯ_２、ＮｂＯ_３、あるいはＳｉＣを採用することが可能である。
また、低い屈折率ｌｎを持つものとして、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２、あるいはＭｇＦ_２を採用することが可能である。

屈折率の調和する膜１０５は、シリコン光導電領域部（フォトダイオード、光電変換部）１０７に形成され、図５に示す転送トランジスタ１２、増幅トランジスタ１３およびリセットトランジスタ１４との電気的関係をもつように形成されている。そして、シリコン光導電領域部１０５に平坦化膜１０８を介してリップル減少層１０６Ｂ、ＭＬＴ１０４、およびリップル減少層（第２の減少層）１０６Ｔが形成されている。

リップル減少層１０６Ｔ，１０６Ｂは、それぞれＭＬＴ１０４の光入射側（デバイスとしては上面側）および光をシリコンセンサ表面に出射する光出射側（デバイスとしては底面側）に形成されている。
図６に示すリップル減少層１０６Ｔ，１０６Ｂは、単一層として形成されており、その屈折率は、ＭＬＴ１０４の形成材料より低い。

図６のリップル減少層１０６Ｂ、ＭＬＴ１０４、およびリップル減少層１０６Ｔからなるフィルタ構成は、リップルの影響を完全に取り除くことはできないが、リップルの影響を実質的に減少させることができる。
このように、ＭＬＴ１０４の光入射側（デバイスとしては上面側）および光をシリコンセンサ表面に出射する光出射側（デバイスとしては底面側）の両側にリップル減少層１０６Ｂ、１０６Ｔを形成することにより、最悪な部分を取り除くことができる。

図６のリップル減少層１０６Ｔ，１０６Ｂは、最も簡単な構成を有し、上述したように単一層により形成されており、その膜厚は、おおよそ次式に従って設定される。

［数１］
λ／（４ｎ１）

ここで、ｎ１はリップル減少層を形成する材料の屈折率を、λは波長をそれぞれ示している。

リップル減少層の材料としては、直接的に上および下となる層間の中間の屈折率を有するものが選択される。
たとえば、ＭＬＴ１０４の周囲の材料は通常ＳｉＯ_２（二酸化シリコン）である。ＭＬＴ１０４の上層および底面層は通常ＳｉＮ、ＴｉＯ_２、ＳｉＣ、あるいはＳｉのような高い屈折率の材料である。
したがって、中間の屈折率を持つ材料としてはＳｉ０_ＸＮ_{（１−Ｘ）}を用いることができる。

以上、リップル減少層１０６Ｔ，１０６Ｂは、最も簡単な構成、すなわち単一層により形成された例を説明した。
リップルの影響をより効果的に減少させることができるリップル減少層として、たとえば図７に示すような、多層構造を採用することができる。
図７に示すリップル減少層は、４層構造を採用してリップルの影響を減少させている。
ＭＬＴ１０４の光入射側（上面側）は、リップル減少層１０６Ｔ−１，１０６Ｔ−２，１０６Ｔ−３，１０６Ｔ−４の４層構造に形成されている。
同様に、ＭＬＴ１０４の光出射側（底面側）は、リップル減少層１０６Ｂ−１，１０６Ｂ−２，１０６Ｂ−３，１０６Ｂ−４の４層構造に形成されている。

この４層構造においては、ＭＬＴ１０４の光入射側（上面側）のリップル減少層１０６Ｔ−１，１０６Ｔ−２，１０６Ｔ−３，１０６Ｔ−４は、光入射側からＭＬＴ１０４の上面側（光入射部）に向かって徐々に屈折率が大きくなるような材料により形成される。
同様に、ＭＬＴ１０４の光出射側（底面側）のリップル減少層１０６Ｂ−１，１０６Ｂ−２，１０６Ｂ−３，１０６Ｂ−４は、光出射側からＭＬＴ１０４の底面側（光出射部）に向かって徐々に屈折率が大きくなるような材料により形成される。

たとえば、周囲の絶縁膜（平坦化膜等）を屈折率が１．４５程度のＳｉＯ２により形成され、ＭＬＴ１０４の上層および底面層は屈折率２．０のＳｉＮに形成されていると、４層構造の各リップル減少層は次のように形成される。
たとえば、最も絶縁膜側（外側）のリップル減少層１０６Ｔ−１および１０６Ｂ−４は、屈折率が１．４５より大きい屈折率が１．５程度の材料により形成される。次のリップル減少層１０６Ｔ−２および１０６Ｂ−３は屈折率が１．５程度より大きい屈折率が１．６程度の材料により形成される。次のリップル減少層１０６Ｔ−３および１０６Ｂ−２は屈折率が１．６程度より大きい屈折率が１．７５程度の材料により形成される。そして、最もＭＬＴ側（内側）のリップル減少層１０６Ｔ−４および１０６Ｂ−１は屈折率が１．７５程度より大きく、２．０より小さい屈折率が１．９程度の材料により形成される。

このような多層構造を採用することにより、リップルの影響をより効果的に減少させることができる。
図７の例は４層構造であるが、もちろん層の数が増えるほど、より厚くなることにはなるが効果を大きくなる。ただし、あまり層数を大きくすると、混色の問題やより製造工程が複雑になるおそれがある。

また、複数層で形成する代わりに、たとえば図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、リップル減少層１０６Ｔ−５、１０６Ｂ−５として単一層の成分を調整して屈折率が外側から内側（ＭＬＴ側）に向かって屈折率が略線形に変化するように構成することも可能である。
この構成においても、図６の単純な単一構造よりも、リップルの影響をより効果的に減少させることができる。

上述した図６から図８の構成は、移行領域側のリップルの影響を減少させる効果を有するが、移行領域それ自身についてはその効果が小さい。
移行領域外におけるリップルの影響の減少効果を維持するのと同様に、この移行領域のリップルを制限するには、ＭＬＴ１０４の構成に工夫することで対応可能である。
これには、非対称構成を用いる。
具体的には、ＭＬＴ１０４を、ダイクロイックフィルタ（二色性フィルタ）、すなわちフィルタの入射光に依存して異なる特性を持つフィルタとして形成する。

図９は、模範的な２つの材料により形成されるフィルタの厚さ関係を示す図である。
図９において、横軸が層の番号を、縦軸が層厚をそれぞれ表している。
ここでは、２つの材料ＳｉＯ_２とＳｉＮを図中の矢印の順に積層した場合を示している。また、図９において、Ａで示す線がＳｉＯ_２の厚さを示し、Ｂで示す線がＳｉＮの厚さを示している。

厚さの変化に依存させて特性を得るより、むしろ要求に合致した材料を変えることにより所望のフィルタ特性を得ることも、もちろん可能である。
たとえば層の厚さを一定に保ったままで、層の材料、すなわち屈折率を変えることにより所望のフィルタ特性を得ることができる。

図１０は、２つの材料により形成される他のフィルタの厚さ関係を示す図である。
図１０において、横軸が層の番号を、縦軸が層厚をそれぞれ表している。
この場合も、高い屈折率ｈｎと低い屈折率ｌｎ２つの材料図中の矢印の順に積層した場合を示している。
たとえば、屈折率の高い材料としてはＳｉＮ、ＴｉＯ_２、ＮｂＯ_３あるいはＳｉＣを採用することができ、屈折率の低い材料としては、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２、あるいはＭｇＦ_２を採用することができる。
また、図１０において、Ａで示す線が屈折率の低い材料の厚さを示し、Ｂで示す線が屈折率の高い材料の厚さを示している。
この場合、材料を変えることによるバンドエッジシフトにおける変化はさほど大きくない。しかし、ＩＲおよび可視域の幅は、屈折率ｈｎとｌｎ間の減少と共に縮小する。

図１１は、３つの材料により形成されるフィルタの厚さ関係を示す図である。
図１１において、横軸が層の番号を、縦軸が層厚をそれぞれ表している。
この場合も、高い屈折率ｈｎと低い屈折率ｌｎ２つの材料図中の矢印の順に積層した場合を示している。
また、図１１において、Ａで示す線がＳｉＯ_２の厚さを示し、Ｂで示す線がＳｉＮの厚さを示し、Ｃで示す線がＴｉＯ_２の厚さを示している。
この場合、要求される厚さはより均一で、製造しやすくなるという利点がある。

なお、厚さの変化により依存させて特性を得るより、むしろ要求に合致した材料を変えることにより所望のフィルタ特性を得ることも、もちろん可能である。
たとえば層の厚さを一定に保ったままで、層の材料、すなわち屈折率を変えることにより所望のフィルタ特性を得ることができる。

図１２は、本実施形態に係るダイクロイックフィルタ（二色性フィルタ）の特性を示す図である。
図１２において、横軸が波長を、縦軸が相対的な透過率をそれぞれ表している。
図１２からわかるように、光の入射方向に応じて移行ポイントがシフトする。
フィルタの上面側を通して入射する光は、フィルタの底面側のどの領域において反射されず、このことはリップルが存在できないことを意味している。

以上の技術を採用することにより、図１３に示すように、スペクトルデータの領域から完全にリップルの影響を効果的に取り除くことが可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、リップル減少層１０６Ｔ，１０６Ｂは、それぞれＭＬＴ１０４の光入射側（デバイスとしては上面側）および光をシリコンセンサ表面に出射する光出射側（デバイスとしては底面側）に形成されている。
また、ＭＬＴ１０４の光入射側（上面側）のリップル減少層１０６Ｔ−１，１０６Ｔ−２，１０６Ｔ−３，１０６Ｔ−４は、光入射側からＭＬＴ１０４の上面側に向かって徐々に屈折率が大きくなるような材料により形成され、同様に、ＭＬＴ１０４の光出射側（底面側）のリップル減少層１０６Ｂ−１，１０６Ｂ−２，１０６Ｂ−３，１０６Ｂ−４は、光出射側からＭＬＴ１０４の底面側に向かって徐々に屈折率が大きくなるような材料により形成される。
あるいは、リップル減少層１０６Ｔ−５、１０６Ｂ−５が単一層の成分を調整して屈折率が外側から内側（ＭＬＴ側）に向かって屈折率が略線形に変化するように形成される。
また、ＭＬＴ１０４がダイクロイックフィルタ（二色性フィルタ）として形成される。
その結果、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
すなわち、内部にＩＲフィルタを持つ個体撮像素子のリップルによる影響が著しく改善される。すなわち、重要は波長範囲内において、リップルの影響を大幅に減少させることができる。その結果、内部フィルタを有する高性能なイメージセンサに対応することができる。

なお、以上においては、リップル減少層１０６Ｔ，１０６Ｂは、それぞれＭＬＴ１０４の光入射側（デバイスとしては上面側）および光をシリコンセンサ表面に出射する光出射側（デバイスとしては底面側）の両側に形成されている例について説明した。
しかし、本発明は、この構成に限らず、リップル減少層を、ＭＬＴ１０４のたとえば少なくとも光をシリコンセンサ表面に出射する光出射側（デバイスとしては底面側）のみに形成する場合においても上述したように効果を得ることができる。

図１４は、リップル減少層を、ＭＬＴの光をシリコンセンサ表面に出射する光出射側（デバイスとしては底面側）のみに形成した固体撮像素子を示す図である。
その他の構成は図６と同様であることから、その詳細は省略する。

また、図７の場合と同様に、図１５に示すように、ＭＬＴ１０４の光出射側（底面側）において、リップル減少層１０６Ｂ−１，１０６Ｂ−２，１０６Ｂ−３，１０６Ｂ−４の４層構造（多層構造）に形成することも可能である。
この場合も、図７の場合と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、図８の場合と同様に、図１６（Ａ），（Ｂ）に示すように、リップル減少層１０６Ｂ−５を、単一層の成分を調整して屈折率が外側から内側（ＭＬＴ側）に向かって屈折率が略線形に変化するように形成することも可能である。
この場合も、図８の場合と同様の作用効果を得ることができる。
第１フィルタなしでも内蔵された第２フィルタに効果がある。Ｒ，Ｇ、Ｂを持つイメージセンサだけではなくＲ，Ｇ，Ｂ，Ａ（Ａ＝第１フィルタなし画像）でも効果がある。内蔵された第２フィルタが特にＩＲフィルタである必要はなく、多層膜色ＩＲフィルタでの効果が同じである。

このような効果を有する固体撮像素子は、デジタルカメラやビデオカメラの撮像デバイスとして適用することができる。

図１７は、本発明の実施形態に係るカメラシステムの構成の概略を示すブロック図である。

本カメラシステム２００は、撮像デバイス２１０と、この撮像デバイス２１０の画素領域に入射光を導く光学系、たとえば入射光（像光）を撮像面上に結像させるレンズ２２０と、撮像デバイス２１０を駆動する駆動回路２３０と、撮像デバイス２１０の出力信号を処理する信号処理回路２４０などを有する構成となっている。

このカメラシステム２００において、撮像デバイス２１０として、上記実施形態に係る撮像装置が用いられる。

駆動回路２３０は、タイミング制御部にも相当する回路であって、撮像デバイス２１０を駆動する。
信号処理回路２４０は、撮像デバイス２１０の出力信号Ｖｏｕｔに対して種々の信号処理を施して映像信号として出力する。

このように、本カメラシステムによれば、先述した実施形態に係る撮像装置を撮像デバイス２１０として用いることにより、リップルの影響を大幅に低減することができることから、小回路規模にて雑音の少ない、高画質の撮像画像を得ることができる。

なお、本発明の撮像装置は、１チップとして形成された撮像装置であっても、複数のチップの集合体として形成されたモジュールタイプの撮像装置であってもよい。複数チップの集合体として形成された撮像装置である場合、撮像を行うセンサチップ、デジタル信号処理を行う信号処理チップなどに分かれて形成され、さらに、光学系を含むこともある。

個々にＩＲフィルタを持つ画素の構成例を示す簡略断面図である。 リップルがデバイス特性にどのように影響を及ぼすかを説明するための図である。 理想的なＩＲフィルタの特性を示す図である。 実際のＩＲフィルタの特性を示す図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置の要部の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る画素個々にＩＲフィルタを持つ固体撮像素子の構成例を示す簡略断面図である。 本実施形態に係るリップル減少層を多層構造にした構成例を示す図である。 本実施形態に係るリップル減少層を単一層で屈折率を略線形に変化させた構成例を示す図である。 模範的な２つの材料により形成されるフィルタの厚さ関係を示す図である。 ２つの材料により形成される他のフィルタの厚さ関係を示す図である。 ３つの材料により形成されるフィルタの厚さ関係を示す図である。 本実施形態に係るダイクロイックフィルタ（二色性フィルタ）の特性を示す図である。 本実施形態に係るダイクロイックフィルタ（二色性フィルタ）を採用した場合のスペクトルデータを示す図である。 リップル減少層を、ＭＬＴの光をシリコンセンサ表面に出射する光出射側のみに形成した固体撮像素子を示す図である。 本実施形態に係るリップル減少層を多層構造にした他の構成例を示す図である。 本実施形態に係るリップル減少層を単一層で屈折率を略線形に変化させた他の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係るカメラシステムの構成の概略を示すブロック図である。

符号の説明

１０・・・単位画素、１１・・・フォトダイオード、１２・・・転送トランジスタ、１３・・・増幅トランジスタ、１４・・・リセットトランジスタ、２２・・・垂直信号線、２３・・・ドレイン線、２４・・・リセット線、２５・・・Ｖシフトレジスタ、２６・・・Ｐ型ＭＯＳトランジスタ、３１・・・サンプルホールド／ＣＤＳ回路、３２・・・水平信号線、３４・・・Ｈシフトレジスタ、１００，１００Ａ・・・固体撮像素子、１０１・・・オンチップレンズ（ＯＣＬ）、１０２・・・カラーフィルタ、１０３・・・内部チップレンズ、１０４・・・ＭＬＴ（積層膜）、１０５・・・シリコン光導電領域部（フォトダイオード、光電変換部）、１０６Ｔ,１０６Ｔ−１〜１０６Ｔ−５，１０６Ｂ、１０６Ｂ−１〜１０６Ｂ−５・・・リップル減少層、２００・・・カメラシステム、２１０・・・撮像デバイス、２２０・・・レンズ、２３０・・・駆動回路、２４０・・・信号処理回路。

Claims (10)

1. 入射光のうち特定波長の光のみを透過させる第１フィルタと、
   上記第１フィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換素子と、
   上記第１フィルタの透過光の上記光電変換素子への光路に配置され，積層膜により形成された第２フィルタと、
   上記第２フィルタの光入射側および上記光電変換素子への光出射側のうち少なくとも光出射側に配置され、当該第２フィルタの波長依存の影響を減少させる機能を有する減少層と
   を含む固体撮像素子。
2. 上記光電変換素子への光出射側に配置された減少層は、その屈折率が上記光電変換素子と対向する側から上記第２フィルタの光出射部に向かって徐々に高くなるように形成されている
   請求項１記載の固体撮像素子。
3. 上記第２フィルタの光入射側に配置された第２の減少層をさらに有し、
   上記第２の減少層は、屈折率がその光入射側から上記第２フィルタの光入射部に向かって徐々に高くなるように形成されている
   請求項２記載の固体撮像素子。
4. 上記減少層は屈折率が異なる複数の層の多層構造により形成されている
   請求項２記載の固体撮像素子。
5. 上記各減少層は屈折率が異なる複数の層の多層構造により形成されている
   請求項３記載の固体撮像素子。
6. 上記減少層は、屈折率を徐々に変化させた単一層により形成されている
   請求項２記載の固体撮像素子。
7. 上記各減少層は、屈折率を徐々に変化させた単一層により形成されている
   請求項３記載の固体撮像素子。
8. 上記第２フィルタは、ダイクロイックフィルタにより形成されている。
   請求項１から６のいずれか一に記載の固体撮像素子。
9. 光電変換を行う複数の画素が行列状に配列され、
   上記画素が、
   入射光のうち特定波長の光のみを透過させる第１フィルタと、
   上記第１フィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換素子と、
   上記第１フィルタの透過光の上記光電変換素子への光路に配置され、積層膜により形成された第２フィルタと、
   上記第２フィルタの光入射側および上記光電変換素子への光出射側のうち少なくとも光出射側に配置され、当該第２フィルタの波長依存の影響を減少させる機能を有する減少層と、を含む
   撮像装置。
10. 撮像装置と、
    上記撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
    上記撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を有し、
    上記記撮像装置は、
    光電変換を行う複数の画素が行列状に配列され、
    上記画素が、
    入射光のうち特定波長の光のみを透過させる第１フィルタと、
    上記第１フィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換素子と、
    上記第１フィルタの透過光の上記光電変換素子への光路に配置され、積層膜により形成された第２フィルタと、
    上記第２フィルタの光入射側および上記光電変換素子への光出射側のうち少なくとも光出射側に配置され、当該第２フィルタの波長依存の影響を減少させる機能を有する減少層と、を含む
    カメラシステム。

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