JP2013055202A - 固体撮像素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】色ずれの抑制を図ることができる固体撮像素子を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る固体撮像素子は、複数の光電変換部が設けられた基板と、前記複数の光電変換部毎に設けられ、特定の波長帯域の光を選択的に透過させるカラーフィルタと、を備えている。そして、前記カラーフィルタは、屈折率の異なる層が積層された積層構造部と、複数の要素が前記特定の波長帯域および光の入射角度に応じて異なる周期で設けられた周期構造部と、を有する。
【選択図】図１

Description

後述する実施形態は、概ね、固体撮像素子に関する。
近年、固体撮像素子の応用範囲は、デジタルカメラ、携帯電話などの各種モバイル端末や、監視カメラ、インターネットを介したチャット用のウェブカメラなど、広範な範囲に拡がりつつある。
この様な固体撮像素子には、無機材料を用いたフォトニックカラーフィルターが用いられる場合がある。
ここで、フォトニックカラーフィルター（以下、単にカラーフィルタと称する）を用いるものとすれば、画素の微細化や低背化に対応することができる。
しかしながら、入射する光の角度が大きくなると色ずれが大きくなるという問題がある。
特開２０１０−２２５９４４号公報
本発明が解決しようとする課題は、色ずれの抑制を図ることができる固体撮像素子を提供することである。
実施形態に係る固体撮像素子は、複数の光電変換部が設けられた基板と、前記複数の光電変換部毎に設けられ、特定の波長帯域の光を選択的に透過させるカラーフィルタと、を備えている。そして、前記カラーフィルタは、屈折率の異なる層が積層された積層構造部と、複数の要素が前記特定の波長帯域および光の入射角度に応じて異なる周期で設けられた周期構造部と、を有する。
実施形態に係る固体撮像素子を例示するための模式断面図である。 周期構造部を例示するための模式斜視図である。（ａ）は周期構造部がドット状の要素を有するものとした場合、（ｂ）は周期構造部がホール状の要素を有するものとした場合、（ｃ）は周期構造部がストライプ状（筋状）の要素を有するものとした場合である。 光の入射角度がカラーフィルタの特性に与える影響を例示するための模式グラフ図である。（ａ）は、青色帯域の光の場合、（ｂ）は緑色帯域の光の場合、（ｃ）は赤色帯域の光の場合である。 基板の領域に応じて周期構造部が有する周期性を変化させた場合を例示するための模式図である。 基板の領域に応じて周期構造部が有する周期性を変化させた効果を例示するための模式グラフ図である。（ａ）は、青色帯域の光の場合、（ｂ）は緑色帯域の光の場合、（ｃ）は赤色帯域の光の場合である。 光の入射方向と周期性との関係を例示するための模式図である。（ａ）はストライプ状の要素の配設方向と、入射光の基板の主面に対して平行な方向における成分の方向とが平行となる場合、ストライプ状の要素の配設方向と、入射光の基板の主面に対して平行な方向における成分の方向とが直交する場合である。 図６（ｂ）に例示をした場合の効果を例示するための模式グラフ図である。 ストライプ状の要素の配設形態を例示するための模式図である。 ストライプ状の要素の他の配設形態を例示するための模式図である。 ストライプ状の要素の他の配設形態を例示するための模式図である。 ストライプ状の要素の他の配設形態を例示するための模式図である。 他の実施形態に係る固体撮像素子を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る固体撮像素子を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る固体撮像素子を例示するための模式断面図である。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
また、図中に示すＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交する方向を表している。Ｘ方向、Ｙ方向は基板１０の主面に対して平行な方向を表し、Ｚ方向は基板１０の主面に対して垂直な方向（積層方向）を表している。
図１は、実施形態に係る固体撮像素子を例示するための模式断面図である。
図１に示すように、固体撮像素子１には、基板１０、配線部１３、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒ、マイクロレンズ５１が設けられている。
基板１０は、例えば、シリコン基板とすることができる。基板１０は、画素領域と、画素領域の周辺に形成された図示しない周辺回路領域とを有する。
なお、図１は、画素領域における１画素の断面を表している。
基板１０には、複数の光電変換部が設けられている。
すなわち、基板１０における画素領域には、光電変換部としてフォトダイオード１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒが設けられている。基板１０の表面を光の入射方向から見た場合に、複数のフォトダイオード１１Ｂと、複数のフォトダイオード１１Ｇと、複数のフォトダイオード１１Ｒとが、マトリクス状（碁盤目状、ハニカム状等）に２次元配列されているようにすることができる。フォトダイオード１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒの平面形状は、例えば、正方形とすることができる。フォトダイオード１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒは、ｐｎ接合を有するものとすることができる。
例えば、フォトダイオード１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒの１組が１画素に対応する。フォトダイオード１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒは、後述するカラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒの作用によって、受光する光の波長帯域が異なるものとなる。例えば、フォトダイオード１１Ｂは青色帯域の光を、フォトダイオード１１Ｇは緑色帯域の光を、フォトダイオード１１Ｒは赤色帯域の光を、それぞれ受光する。
基板１０における図示しない周辺回路領域には、信号処理回路や、駆動制御回路などを構成するトランジスタが設けられている。信号処理回路は、フォトダイオード１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒにより光電変換されて出力される電気信号（画素信号）を処理する。駆動制御回路は、フォトダイオード１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒの駆動の制御を行う。
基板１０の上には、配線部１３が設けられている。配線部１３は、配線１４と層間絶縁膜１５とを有する。配線１４は、複数層（図１では２層であるが、これに限らない）設けられている。なお、配線１４は、単層であってもよい。層間絶縁膜１５は、配線１４と配線１４との間、基板１０と最下層の配線１４との間、および最上層の配線１４とカラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒとの間に設けられている。
配線１４は、フォトダイオード１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒと、周辺回路とを電気的に接続する。配線１４の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の高融点金属、あるいはＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、ＷＳｉ等の高融点金属のシリサイドを用いることができる。層間絶縁膜１５の材料としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いることができる。
なお、配線１４は、金属材料などからなり遮光体となるので、フォトダイオード１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒの受光領域への光の入射を遮る位置には設けられていない。また、配線部１３内に、配線１４以外の遮光膜や、図示しない電荷転送部への転送電極を設けてもよい。
配線部１３の上には、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒが設けられている。カラーフィルタ２０Ｂは、フォトダイオード１１Ｂの上方に設けられ、フォトダイオード１１Ｂに向けて特定の波長帯域（青色帯域）の光を透過させる。カラーフィルタ２０Ｇは、フォトダイオード１１Ｇの上方に設けられ、フォトダイオード１１Ｇに向けて特定の波長帯域（緑色帯域）の光を透過させる。カラーフィルタ２０Ｒは、フォトダイオード１１Ｒの上方に設けられ、フォトダイオード１１Ｒに向けて特定の波長帯域（赤色帯域）の光を透過させる。
すなわち、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒは、複数のフォトダイオード１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒ毎に設けられ、特定の波長帯域の光を選択的に透過させる。
カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒの上には、層間膜４１が設けられている。カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒの厚みは異なるものとなるので、層間膜４１を設けることで上面に段差ができないようにされている。層間膜４１の上面は平坦面となっており、その上にはマイクロレンズ５１が設けられている。
マイクロレンズ５１は、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒごとに設けられている。
マイクロレンズ５１は、例えば、凸型レンズとすることができ、マイクロレンズ５１により入射光が集光されるようにすることができる。マイクロレンズ５１により集光された入射光は、カラーフィルター２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒによって分光され、フォトダイオード１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒに入射する。
フォトダイオード１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒに入射した光は、光電変換される。この光電変換により発生した電気信号（画素信号）は、図示しない配線１４などを介して周辺回路に送られる。
次に、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒについてさらに例示をする。
カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒは、屈折率の異なる層が積層された積層構造部２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒと、複数の要素が特定の波長帯域および光の入射角度に応じて異なる周期で設けられた周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒと、を有する。
カラーフィルタ２０Ｂは、積層構造部２１Ｂと周期構造部３１Ｂとを有する。カラーフィルタ２０Ｇは、積層構造部２１Ｇと周期構造部３１Ｇとを有する。カラーフィルタ２０Ｒは、積層構造部２１Ｒと周期構造部３１Ｒとを有する。
周期構造部３１Ｂは、フォトダイオード１１Ｂの上方の配線部１３上に設けられている。周期構造部３１Ｇは、フォトダイオード１１Ｇの上方の配線部１３上に設けられている。周期構造部３１Ｒは、フォトダイオード１１Ｒの上方の配線部１３上に設けられている。
積層構造部２１Ｂは、周期構造部３１Ｂ上に設けられている。積層構造部２１Ｇは、周期構造部３１Ｇ上に設けられている。積層構造部２１Ｒは、周期構造部３１Ｒ上に設けられている。
積層構造部２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒは、上部ミラー層２４と下部ミラー層２５とを有する。上部ミラー層２４と下部ミラー層２５とは、積層方向に対称的な構造を有している。 上部ミラー層２４は、相対的に屈折率の異なる第１の層２６と第２の層２７との積層構造を有する。第１の層２６は、第２の層２７よりも屈折率が高くなっている。第１の層２６と第２の層２７の積層数は、任意の数とすることができる。
上部ミラー層２４と下部ミラー層２５との間には、制御層２８が設けられている。制御層２８は、透過波長ごとに厚みが異なるか、もしくは屈折率が異なっている。また、図１におけるカラーフィルタ２０Ｂのように、制御層２８の厚みがゼロの場合、すなわち、制御層２８が設けられない場合は、上部ミラー層２４と下部ミラー層２５との境界において隣接する第１の層２６からなる積層体が制御層として機能する。
上部ミラー層２４と下部ミラー層２５は、それぞれ、互いに反射面を対向させた誘電体多層膜ミラーとして機能する。第１の層２６及び第２の層２７の膜厚Ｄは、以下の（１）式により規定することができる。
Ｄ＝λ／（４×ｎ） ・・・（１）
ここで、λは、例えば、可視領域の中心波長（例えば５５０ｎｍ）であり、ｎは屈折率である。なお、透過特性を最適化するために、各層の膜厚が（１）式により求められる値と異なるものとすることもできる。
制御層２８は、上部ミラー層２４と下部ミラー層２５との間に設けられている。制御層２８の厚みと屈折率とを適切に設計することにより、上部ミラー層２４及び下部ミラー層２５の反射面で多重反射した光のうち特定の波長だけを透過させることができる。すなわち、積層構造部２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒにおいては、ファブリーペロー干渉計と同じ原理に基づいて透過波長を規定することができる。
第１の層２６、第２の層２７、制御層２８は、無機材料から形成されるものとすることができる。第１の層２６、第２の層２７、制御層２８の材料は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、シリコン（Ｓｉ）、多結晶シリコン、非晶質シリコンなどとすることができる。
周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒは、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒよりも屈折率が低い下地層３０中に設けられている。
周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒ、下地層３０は、無機材料から形成されるものとすることができる。周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒ、下地層３０の材料は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、多結晶シリコン、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などとすることができる。
図２は、周期構造部を例示するための模式斜視図である。
図２（ａ）は周期構造部がドット状の要素を有するものとした場合、図２（ｂ）は周期構造部がホール状の要素を有するものとした場合、図２（ｃ）は周期構造部がストライプ状（筋状）の要素を有するものとした場合である。
図２（ａ）に示すように、周期構造部３１１はドット状の要素を有するものとすることができる。この場合、周期構造部３１１は円柱状の要素３１ａが周期的に配置されたものとすることができる。円柱状の要素３１ａが周期的に配置された周期構造部３１１は、前述した周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒに対応する。
図２（ｂ）に示すように、周期構造部３１２はホール状の要素を有するものとすることができる。この場合、周期構造部３１２はホール状の要素３１ｂが周期的に配置されたものとすることができる。ホール状の要素３１ｂが周期的に配置された周期構造部３１２は前述した周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒに対応する。ホール状の要素３１ｂの内部は下地層３０が埋め込まれているようにすることができる。
図２（ｃ）に示すように、周期構造部３１３はストライプ状の要素を有するものとすることができる。この場合、周期構造部３１３はストライプ状の要素３１ｃが周期的に配置されたものとすることができる。ストライプ状の要素３１ｃが周期的に配置された周期構造部３１３は、前述した周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒに対応する。
また、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒは、透過波長ごとに特定の周期性を有している。すなわち、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒには、複数の要素が特定の波長帯域に応じて異なる周期で設けられている。
この場合、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒにおける要素の周期を適切に設計することにより、特定の波長帯域以外の光（フォトダイオードに導きたくない波長帯域の光）を反射及び吸収させることができる。
例えば、周期構造部３１Ｂは、緑色帯域と赤色帯域の光の反射率及び吸収率が高くなるようになっている。周期構造部３１Ｇは、青色帯域と赤色帯域の光の反射率及び吸収率が高くなるようになっている。周期構造部３１Ｒは、青色帯域と緑色帯域の光の反射率及び吸収率が高くなるようになっている。
積層構造部２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒと、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒとの相乗的効果によって、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒの透過スペクトルが所望の特性となるように制御することができる。
ところが、本発明者らの得た知見によれば、入射する光の角度が変化すると、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒの透過スペクトルが変化することが判明した。
図３は、光の入射角度θがカラーフィルタの特性に与える影響を例示するための模式グラフ図である。なお、図３（ａ）は、青色帯域の光の場合、図３（ｂ）は緑色帯域の光の場合、図３（ｃ）は赤色帯域の光の場合である。
また、「Ｂ０、Ｇ０、Ｒ０」は入射角度θが０°の場合、「Ｂ１０、Ｇ１０、Ｒ１０」は入射角度θが１０°の場合、「Ｂ２０、Ｇ２０、Ｒ２０」は入射角度θが２０°の場合、「Ｂ３０、Ｇ３０、Ｒ３０」は入射角度θが３０°の場合、「Ｂ４０、Ｇ４０、Ｒ４０」は入射角度θが４０°の場合である。
なお、入射角度θは、基板１０の主面に対して垂直な方向（Ｚ方向）と入射光の方向とがなす角度である。例えば、入射角度θが０°の場合は基板１０の主面に対して垂直な方向から光が入射する場合である。
また、透過率は、ＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis）法を用いたシミュレーションを行い求めた。
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、光の入射角度θが変化すると透過率が最大となる波長が変化する。すなわち、光の入射角度θが変化すると色ずれが生ずることになる。またこのことは、入射角度θが大きくなるほど顕著なものとなる。
そのため、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒには、複数の要素が光の入射角度に応じて異なる周期で設けられている。
例えば、基板１０の周縁側の領域（第２の領域の一例に相当する）に入射する光の入射角度は、基板１０の中心側の領域（第１の領域の一例に相当する）に入射する光の入射角度よりも大きくなる。そのため、基板１０の中心側の領域の上方に設けられる周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒが有する周期性と、基板１０の周縁側の領域の上方に設けられる周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒが有する周期性とが異なるものとなっている。
この場合、基板１０の中心側の領域よりも光の入射角度が大きくなる基板１０の周縁側の領域に設けられる要素の周期は、基板１０の中心側の領域に設けられる要素の周期よりも短くなっている。
図４は、基板の領域に応じて周期構造部が有する周期性を変化させた場合を例示するための模式図である。なお、周期構造部はドット状の要素を有するものとしている。
図４に示すように、基板１０の中心側の領域の上方に設けられる周期構造部３１１には、円柱状の要素３１ａが周期的に配置されている。基板１０の周縁側の領域の上方に設けられる周期構造部３１１ａには、円柱状の要素３１ａ１が周期的に配置されている。
そして、要素３１ａと要素３１ａ１とでは、周期が異なるものとなっている。
例えば、要素３１ａ１の配設ピッチ寸法Ｐ１は、要素３１ａの配設ピッチ寸法Ｐよりも小さくなっている。また、要素３１ａ１の大きさは、要素３１ａの大きさよりも小さくなっている。
例えば、要素３１ａの配設ピッチ寸法Ｐは、カラーフィルタ２０Ｂにおいて０．１７±０．２μｍ、カラーフィルタ２０Ｇにおいて０．２５±０．２μｍ、カラーフィルタ２０Ｒにおいて０．１５μｍ以上、０．３５μｍ以下とすることができる。
そして、要素３１ａ１の配設ピッチ寸法Ｐ１は、以下の（２）式を満足するようにすることができる。
Ｐ１＝Ｐ・ｃｏｓθ ・・・（２）
ここで、Ｐ１は要素３１ａ１の配設ピッチ寸法、Ｐは要素３１ａの配設ピッチ寸法、θは光の入射角度である。
なお、一例として、周期構造部が要素３１ａを有する場合（ドット状の要素を有する場合）を例示したが、（２）式は、周期構造部がストライプ状の要素３１ｃを有する場合にも適用することができる。
図５は、基板の領域に応じて周期構造部が有する周期性を変化させた効果を例示するための模式グラフ図である。すなわち、図４に例示をした場合の効果を例示するための模式グラフ図である。なお、図５（ａ）は、青色帯域の光の場合、図５（ｂ）は緑色帯域の光の場合、図５（ｃ）は赤色帯域の光の場合である。
また、「Ｂ０、Ｇ０、Ｒ０」は入射角度θが０°の場合、「Ｂ１０、Ｇ１０、Ｒ１０」は入射角度θが１０°の場合、「Ｂ２０、Ｇ２０、Ｒ２０」は入射角度θが２０°の場合、「Ｂ３０、Ｇ３０、Ｒ３０」は入射角度θが３０°の場合、「Ｂ４０、Ｇ４０、Ｒ４０」は入射角度θが４０°の場合である。
なお、入射角度θは、基板１０の主面に対して垂直な方向（Ｚ方向）と入射光の方向とがなす角度である。例えば、入射角度θが０°の場合は基板１０の主面に対して垂直な方向から光が入射する場合である。
また、透過率は、ＲＣＷＡ法を用いたシミュレーションを行い求めた。
図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、光の入射角度θが変化することで透過率が最大となる波長が変化することを抑制することができる。すなわち、光の入射角度θが変化することで色ずれが生ずることを抑制することができる。
ここで、周期構造部３１３がストライプ状の要素３１ｃが周期的に配置されたものである場合には、光の入射方向によって周期性が異なるものとなる。
図６は、光の入射方向と周期性との関係を例示するための模式図である。
なお、図６（ａ）はストライプ状の要素３１ｃの配設方向Ｓｂと、入射光Ｌの基板１０の主面に対して平行な方向における成分Ｌｘｙの方向とが平行となる場合である。すなわち、入射光Ｌの成分Ｌｘｙの方向と、ストライプ状の要素３１ｃが伸びている方向とが直交する場合である。
図６（ｂ）はストライプ状の要素３１ｃの配設方向Ｓａと、入射光Ｌの基板１０の主面に対して平行な方向における成分Ｌｘｙの方向とが直交する場合である。すなわち、入射光Ｌの成分Ｌｘｙの方向と、ストライプ状の要素３１ｃが伸びている方向とが平行となる場合である。
図６（ａ）に例示をしたものにおいては、入射光Ｌの成分Ｌｘｙの方向に対して周期構造部３１３は周期性を有することになる。この場合、入射光Ｌの入射角度θが変化すると成分Ｌｘｙの大きさが変化することになる。そのため、図６（ａ）に例示をしたものにおいては、入射角度θにより共鳴効果が変化するため色ずれの抑制効果が低減するおそれがある。
一方、図６（ｂ）に例示をしたものにおいては、入射光Ｌの成分Ｌｘｙの方向に対して周期構造部３１３は周期性を有さないことになる。この場合、入射光Ｌの入射角度θが変化すると成分Ｌｘｙの大きさが変化することになる。しかしながら、入射光Ｌの成分Ｌｘｙの方向に対して周期構造部３１３は周期性を有さないため、成分Ｌｘｙの大きさが変化しても共鳴効果が変化することがない。そのため、図６（ｂ）に例示をしたものにおいては、入射角度θが変化しても色ずれの抑制効果が低減するおそれが少ない。
図７は、図６（ｂ）に例示をした場合の効果を例示するための模式グラフ図である。
なお、図７は緑色帯域の光の場合であり、Ｇ０は入射角度θが０°の場合、Ｇ１０は入射角度θが１０°の場合、Ｇ２０は入射角度θが２０°の場合、Ｇ３０は入射角度θが３０°の場合である。
入射角度θは、基板１０の主面に対して垂直な方向（Ｚ方向）と入射光の方向とがなす角度である。例えば、入射角度θが０°の場合は基板１０の主面に対して垂直な方向から光が入射する場合である。
また、透過率は、ＲＣＷＡ法を用いたシミュレーションを行い求めた。
図７に示すように、図５（ｂ）に例示をしたものと比べて、光の入射角度θが変化することで透過率が最大となる波長が変化することをさらに抑制することができる。すなわち、図５（ｂ）に例示をしたものと比べて、光の入射角度θが変化することで色ずれが生ずることをさらに抑制することができる。
この場合、入射光Ｌの成分Ｌｘｙの方向に対して周期構造部３１３が周期性を有さないようにするためには、平面視において、ストライプ状の要素３１ｃが基板１０の中心側から外側に向けて伸びているような配置とすればよい。
図８は、ストライプ状の要素３１ｃの配設形態を例示するための模式図である。
図８に示すように、平面視において、ストライプ状の要素３１ｃが基板１０の中心側から外側に向けて伸びているような配置とすれば、入射光Ｌの成分Ｌｘｙの方向に対して周期構造部３１３が周期性を有さないようにすることができる。そのため、光の入射角度θが変化することで色ずれが生ずることをさらに抑制することができる。
図９〜図１１は、ストライプ状の要素３１ｃの他の配設形態を例示するための模式図である。
図９〜図１１は、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒが設けられた領域６０を分割し、分割された領域毎に適切な周期構造部を設ける場合を例示するための模式図である。 なお、図９〜図１１は、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒがベイヤ(Bayer)配列となるように配列された場合である。
図９は、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒが設けられた領域６０を９分割した場合である。
前述したように、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒに設けられるストライプ状の要素３１ｃは、透過波長ごとに特定の周期性を有するように設けられている。
透過波長ごとに特定の周期性を有する要素３１ｃを設けるようにすれば、特定の波長帯域以外の光を反射及び吸収させることができるので、特定の波長帯域の光をフォトダイオードに導くことができる。
また、領域６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄにおいて、領域６０の周縁により近くなるほどストライプ状の要素３１ｃやドット状の要素３１ｄの配設ピッチ寸法が小さくなるようになっている。
領域６０の周縁により近くなるほど要素３１ｃや要素３１ｄの配設ピッチ寸法が小さくなるようにすれば、光の入射角度θが大きくなっても色ずれが大きくなることを抑制することができる。
また、本実施の形態においては、以下のような構成とすることで、色ずれが大きくなることをさらに抑制するようにしている。
領域６０の周縁側の領域となる領域６０ａ、６０ｂ、６０ｃにおいては、平面視においてストライプ状の要素３１ｃが基板１０（領域６０）の中心側から外側に向けて伸びているような配置となっている。例えば、領域６０ａ、６０ｃにおいては、ストライプ状の要素３１ｃが領域６０の縁に垂直な方向に伸びているような配置となっている。また、領域６０ｂにおいては、ストライプ状の要素３１ｃが領域６０の対角線に平行な方向に伸びているような配置となっている。
要素３１ｃが領域６０の中心側から外側に向けて伸びているような配置とすれば、入射光Ｌの成分Ｌｘｙの方向に対して周期構造部が有する周期性を小さくすることができる。そのため、光の入射角度θが変化することで色ずれが生ずることをさらに抑制することができる。
また、領域６０の中心側の領域となる領域６０ｄにおいては、ドット状の要素３１ｄが設けられている。この場合、領域６０ｄにおいても、ストライプ状の要素３１ｃが領域６０の中心側から外側に向けて伸びているような配置となるようにすることもできる。
ここで、中心側の領域となる領域６０ｄにストライプ状の要素３１ｃを設けるようにすれば、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒの製造が難しくなる。一方、領域６０ｄにドット状の要素３１ｄを設けるようにすれば、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒの製造を容易にすることができる。
そのため、本実施の形態においては、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒの製造を容易にするため、領域６０ｄにドット状の要素３１ｄを設けるようにしている。
図１０は、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒが設けられた領域６０を４分割した場合である。図１０は、領域６０の対角線６０１により４分割した場合である。
図９において例示をしたものと同様に、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒに設けられるストライプ状の要素３１ｃは、透過波長ごとに特定の周期性を有するように設けられている。
また、領域６０ａ１、６０ｃ１において、領域６０の周縁により近くなるほど要素３１ｃの配設ピッチ寸法が小さくなるようになっている。
そして、本実施の形態においても、領域６０ａ１、６０ｃ１においては、平面視においてストライプ状の要素３１ｃが基板１０（領域６０）の中心側から外側に向けて伸びているような配置となっている。例えば、領域６０ａ１、６０ｃ１においては、ストライプ状の要素３１ｃが領域６０の縁に垂直な方向に伸びているような配置となっている。
この場合、対角線６０１の近傍においては、図９に例示をした領域６０ｂと同様の要素３１ｃの配置とすることができる。
ここで、対角線６０１の近傍において領域６０ｂと同様の要素３１ｃの配置となるようにすれば、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒの製造が難しくなる。一方、要素３１ｃの配置が領域６０ａ１、６０ｃ１毎に同様となるようにすれば、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒの製造を容易にすることができる。
そのため、本実施の形態においては、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒの製造を容易にするため、要素３１ｃの配置が領域６０ａ１、６０ｃ１毎に同様となるようにしている。
図１１は、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒが設けられた領域６０を８分割した場合である。
図９において例示をしたものと同様に、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒに設けられるストライプ状の要素３１ｃは、透過波長ごとに特定の周期性を有するように設けられている。
また、領域６０ａ２、６０ｂ２、６０ｃ２において、領域６０の周縁により近くなるほど要素３１ｃの配設ピッチ寸法が小さくなるようになっている。
そして、本実施の形態においても、領域６０ａ２、６０ｂ２、６０ｃ２においては、平面視においてストライプ状の要素３１ｃが基板１０（領域６０）の中心側から外側に向けて伸びているような配置となっている。例えば、領域６０ａ２、６０ｃ２においては、ストライプ状の要素３１ｃが領域６０の縁に垂直な方向に伸びているような配置となっている。また、領域６０ｂ２においては、ストライプ状の要素３１ｃが領域６０の対角線に平行な方向に伸びているような配置となっている。
ここで、ストライプ状の要素３１ｃは、平面視において基板１０（領域６０）の中心から放射状に伸びているような配置とすることが好ましい。
しかしながら、平面視においてストライプ状の要素３１ｃが基板１０（領域６０）の中心から放射状に伸びているような配置とすれば、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒの製造が難しくなる。一方、図９〜図１１に例示をした場合のように、要素３１ｃの配置が分割された領域毎に同じ形態を有するものとすれば、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒの製造を容易にすることができる。
この場合、平面視においてストライプ状の要素３１ｃが放射方向と交差する方向に伸びていても、基板１０（領域６０）の中心側から外側に向けて伸びているようになっていれば、入射光Ｌの成分Ｌｘｙの方向に対して周期構造部が有する周期性を小さくすることができる。そのため、光の入射角度θが変化することで色ずれが生ずることを抑制することができる。
図１２〜図１４は、他の実施形態に係る固体撮像素子を例示するための模式断面図である。
図１２に示すように、基板１０の上にカラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒを設け、カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒの上に配線層１３を設けてもよい。この場合、マイクロレンズ５１は、配線層１３の上に設けられる。カラーフィルタ２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒにおける周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒは、基板１０の上に設けられ、その周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒの上に積層構造部２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒが設けられる。
また、図１３に示すように、基板１０の上に周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒを設け、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒの上に配線層１３を設けてもよい。この場合、配線層１３の上に積層構造部２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒが設けられる。マイクロレンズ５１は、積層構造部２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒ上に設けられる。
また、図１４に示すように、いわゆる裏面照射型の構造としてもよい。基板１０の上に周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒを設け、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒの上に積層構造部２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒを設けてもよい。この場合、マイクロレンズ５１は、積層構造部２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒの上に設けられる。
図１２〜図１４に例示をするいずれの構造においても、前述した周期構造部を設けることで、色ずれの抑制を図ることができる。
また、図１２〜図１４に例示をする構造では、基板１０の上に周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒを設けている。この構造の場合、周期構造部３１Ｂ、３１Ｇ、３１Ｒを、周辺回路等のトランジスタのゲート電極と同時に形成することができるので、工程数の削減によるコスト低下を図ることができる。
以上に例示をした実施形態によれば、色ずれの抑制を図ることができる固体撮像素子を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
１ 固体撮像素子、１０ 基板、１１Ｂ フォトダイオード、１１Ｇ フォトダイオード、１１Ｒ フォトダイオード、２０Ｂ カラーフィルタ、２０Ｇ カラーフィルタ、２０Ｒ カラーフィルタ、２１Ｂ 積層構造部、２１Ｇ 積層構造部、２１Ｒ 積層構造部、３１Ｂ 周期構造部、３１Ｇ 周期構造部、３１Ｒ 周期構造部、３１ａ 要素、３１ａ１ 要素、３１ｂ 要素、３１ｃ 要素、６０ 領域、６０ａ 領域、６０ｂ 領域、６０ｃ 領域、６０ｄ 領域、３１１ 周期構造部、３１１ａ 周期構造部、３１２ 周期構造部、３１３ 周期構造部、Ｌ 入射光、Ｌｘｙ 成分、θ 入射角度

Claims (5)

  1. 複数の光電変換部が設けられた基板と、
    前記複数の光電変換部毎に設けられ、特定の波長帯域の光を選択的に透過させるカラーフィルタと、
    を備え、
    前記カラーフィルタは、屈折率の異なる層が積層された積層構造部と、複数の要素が前記特定の波長帯域および光の入射角度に応じて異なる周期で設けられた周期構造部と、を有することを特徴とする固体撮像素子。
  2. 第１の領域よりも光の入射角度が大きくなる第２の領域に設けられる要素の周期は、前記第１の領域に設けられる要素の周期よりも短いことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
  3. 前記基板の周縁側に設けられる要素の周期は、前記基板の中心側に設けられる要素の周期よりも短いことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
  4. 前記複数の要素は、以下の式を満足するように設けられることを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。
    Ｐ１＝Ｐ・ｃｏｓθ
    ここで、Ｐは第１の領域における要素の配設ピッチ寸法、Ｐ１は第１の領域よりも光の入射角度が大きくなる第２の領域における要素の配設ピッチ寸法、θは光の入射角度である。
  5. 前記複数の要素は、ストライプ状を呈し、平面視において、前記基板の中心側から外側に向けて伸びていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
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