JP2018116150A

JP2018116150A - 分光素子、固体撮像素子および分光素子の製造方法

Info

Publication number: JP2018116150A
Application number: JP2017006926A
Authority: JP
Inventors: 佳之渡邉; Yoshiyuki Watanabe; 西山　円; Madoka Nishiyama; 円西山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2017-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2018-07-26

Abstract

【課題】遮光膜を備える分光素子を提供する。【解決手段】第１の厚みを有し、入射光のうち第１の波長帯域の光が透過する第１中央部と、第１の厚みとは異なる厚みを有する第１端部とを有する第１分光フィルタと、第１端部の少なくとも一部を覆って設けられ、入射光を遮光する第１遮光膜とを備える分光素子を提供する。また、第１の厚みを有し、入射光のうち第１の波長帯域の光が透過する第１中央部と、第１の厚みとは異なる厚みを有する第１端部とを有する第１分光フィルタを形成することと、入射光を遮光する第１遮光膜を、第１端部の少なくとも一部を覆うように形成することとを含む分光素子の製造方法を提供する。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、分光素子、固体撮像素子および分光素子の製造方法に関する。

従来、多層膜干渉フィルタを有する分光素子において、多層膜干渉フィルタをリフトオフプロセスにより形成することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１特開昭５９−１５２４０７号公報

しかしながら、リフトオフプロセスを用いた分光素子では、多層膜干渉フィルタの端部の膜厚が薄くなることにより分光特性が設計値とずれる場合がある。

本発明の第１の態様においては、第１の厚みを有し、入射光のうち第１の波長帯域の光が透過する第１中央部と、第１の厚みとは異なる厚みを有する第１端部とを有する第１分光フィルタと、第１端部の少なくとも一部を覆って設けられ、入射光を遮光する第１遮光膜とを備える分光素子を提供する。

本発明の第２の態様においては、２次元に連続して配列された複数の光電変換素子を有する受光部と、複数の光電変換素子に対応して設けられた本発明の第１の態様に記載の分光素子とを備える固体撮像素子を提供する。

本発明の第３の態様においては、第１の厚みを有し、入射光のうち第１の波長帯域の光が透過する第１中央部と、第１の厚みとは異なる厚みを有する第１端部とを有する第１分光フィルタを形成することと、入射光を遮光する第１遮光膜を、第１端部の少なくとも一部を覆うように形成することとを含む分光素子の製造方法を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

実施例１に係る固体撮像素子２００の平面図の一例を示す。実施例１に係る固体撮像素子２００のＡ−Ａ'断面図の一例を示す。実施例２に係る固体撮像素子２００の構成の一例を示す。比較例１に係る固体撮像素子５００の一例を示す。実施例３に係る固体撮像素子２００の構成の一例を示す。実施例４に係る固体撮像素子２００の構成の一例を示す。分光フィルタの製造方法の一例を示す。分光フィルタの製造方法の一例を示す。分光フィルタの製造方法の一例を示す。分光フィルタの製造方法の一例を示す。分光フィルタの製造方法の一例を示す。分光フィルタの製造方法の一例を示す。固体撮像素子２００の製造方法の一例を示す。固体撮像素子２００の製造方法の一例を示す。固体撮像素子２００の製造方法の一例を示す。固体撮像素子２００の製造方法の一例を示す。固体撮像素子２００の製造方法の一例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

［実施例１］
図１Ａは、実施例１に係る固体撮像素子２００の平面図の一例を示す。図１Ｂは、実施例１に係る固体撮像素子２００のＡ−Ａ'断面図の一例を示す。本例の固体撮像素子２００は、分光素子１００および受光部１５０を備える。分光素子１００は、第１分光フィルタ１０、第２分光フィルタ２０および遮光膜４０を有する。本例の固体撮像素子２００は、受光部１５０上に分光素子１００を直接形成した場合の一例である。例えば、固体撮像素子２００がＳｉセンサの場合、第１分光フィルタ１０及び第２分光フィルタ２０は、固体撮像素子２００が実質的に感度を有する、およそ３００〜１０００ｎｍの波長帯域のなかで任意の波長帯域の光を透過させる。同様に、固体撮像素子２００がＩｎＧａＡｓセンサの場合、第１分光フィルタ１０及び第２分光フィルタ２０は、およそ９００〜１７００ｎｍの波長帯域のなかで任意の波長帯域の光を透過させる。

第１分光フィルタ１０は、入射光のうち、第１の波長帯域の光を透過させる。第１分光フィルタ１０は、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層させた多層干渉膜である。一例において、第１分光フィルタ１０は、高屈折率材料として窒化シリコン（ＳｉＮ）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、アモルファスシリコン、多結晶シリコンのいずれかを有し、低屈折率材料として酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）のいずれかを有する。但し、第１分光フィルタ１０の材料は、これに限られない。本例では、１画素につき１つの第１分光フィルタ１０が設けられる。第１分光フィルタ１０は、中央部１２および端部１４を含む。

中央部１２は、平面視で、第１分光フィルタ１０の中央に位置する。平面視とは、図１Ａにおいて、紙面手前から紙面奥の観察方向を指す。中央部１２は、第１の厚みを有する。中央部１２は、入射光のうち第１の波長帯域の光を透過させる。第１の波長帯域は、狭帯域でも広帯域でもよく、分光素子１００の用途に応じて適宜変更されてよい。中央部１２は、第１中央部の一例である。なお、中央部１２とは、例えば、平面視における第１分光フィルタ１０の重心を中心とした所定の領域を示す。ここで、所定の領域とは、例えば、中心の厚みである第１の厚みに対して、予め定められた割合（例えば５％）以上に厚みが変化するまでの領域であってもよい。また、第１分光フィルタ１０の表面が外側へ向かうにつれて平面から曲面に変化する場合、面形状の変化率である微分値がある閾値を超えるまでを所定の領域としてもよい。なお、所定の領域の定義はこれらに限らない。

端部１４は、平面視で、第１分光フィルタ１０の端部に位置する。端部１４は、中央部１２よりも外側に設けられ、第１の厚みとは異なる厚みを有する。即ち、端部１４は、第１の波長帯域と異なる波長帯域の光を透過させる。端部１４は、第１端部の一例である。一例において、端部１４は、後述のリフトオフ工程を用いて第１分光フィルタ１０を形成することにより形成される。端部１４の形状は、第１の波長帯域と異なる波長帯域の光を透過させるものであれば特に限定されない。端部１４は、平面に限られず、曲面を有していてよい。本例の端部１４は、中央部１２から第１分光フィルタ１０の外側へ向かうにしたがって厚さが薄くなる傾斜形状を有する。なお、端部１４は、中央部１２よりも外側の領域の全てを示してよい。すなわち、中央部１２を上記のような所定の領域とした場合、所定の領域よりも外側の領域の全てが端部１４となる。

遮光膜４０は、入射光を遮光することにより、入射光が受光部１５０に入射するのを抑制する。例えば、遮光膜４０は、入射光を反射又は吸収することにより遮光する。遮光膜４０は、画素間において、端部１４の少なくとも一部を覆って設けられる。本例の遮光膜４０は、端部１４の少なくとも一部を覆うことにより、端部１４を透過した入射光がフォトダイオード１５２に入射するのを防止する。換言すれば、遮光膜４０は、端部１４の傾斜形状の少なくとも一部を覆うように設けられる。ここで、端部１４の少なくとも一部とは、端部１４のうち、中央部１２の厚みに対して少なくとも８０％、９０％又は９５％の厚みを有する部分よりも外側部分を指してよい。例えば、遮光膜４０が、中央部１２の厚みに対して少なくとも９０％の厚みを有する部分よりも外側部分の端部１４を覆うことにより、中央部１２の厚みの９０％未満の厚みを有する端部１４を透過する入射光が受光されるのを抑制できる。これにより、設計値とのずれが解消される。

遮光膜４０の材料は、第１分光フィルタ１０の透過波長における透過率が、中央部１２上にある材料よりも低い材料である。これにより、端部１４に入射する光の量が、中央部１２に入射する光の量よりも少なくなる。遮光膜４０は、第１分光フィルタ１０を透過する波長帯域の光を完全に遮光することが好ましい。遮光膜４０の材料は、対応する第１分光フィルタ１０を透過する波長帯域に応じて選択される。一例において、遮光膜４０は、金属や有機レジスト等で形成される。本例の遮光膜４０はアルミニウム（Ａｌ）であるがこれに限られない。遮光膜４０は、第１遮光膜の一例である。

遮光膜４０の厚みは、要求される遮光度に応じて設定されてよい。また、遮光膜４０の厚みは、遮光膜４０の材料に応じて適宜変更されてよい。遮光膜４０を厚く形成することにより遮光度が向上する。

遮光膜４０の上面は、中央部１２の上面と同一面となるように形成されている。但し、遮光膜４０の上面の位置は、中央部１２の上面の位置よりも低くてもよい。遮光膜４０の上面の位置は、中央部１２の厚みの９５％の位置よりも高くてよいし、８０％の位置よりも高くてよい。また、遮光膜４０の上面の位置は、中央部１２の上面の位置よりも高くてもよい。なお、本例の遮光膜４０の上面は平面であるが曲面であってもよい。すなわち、端部１４へ入射する光が十分に遮光されるように、遮光膜４０の上面の高さや形状が設定される。なお、光が十分に遮光されているとは、透過率が０％の完全な遮光状態であることが最適だが、材料や製造のばらつきを考慮して、所定の透過率以下であればよい。例えば、透過率が１％以下であることが望ましく、また、３％以下であってもよい。なお、本明細書において、遮光膜４０の厚みとは、遮光膜４０の厚みの平均であってよい。また、遮光膜４０の厚みは、面内の各画素における平均の厚みであってよい。

第２分光フィルタ２０は、入射光のうち、第２の波長帯域の光を透過させる。第２の波長帯域は、第１の波長帯域と異なる波長帯域であってよい。第２分光フィルタ２０は、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層させた多層干渉膜である。第２分光フィルタ２０は、第１分光フィルタ１０と同一の材料で形成されてもよく、異なる材料で形成されてもよい。第２分光フィルタ２０は、第１分光フィルタ１０に隣接して設けられる。第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０は、透過させる入射光の波長に応じて厚みを変更させてもよい。第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０がそれぞれ異なる波長の光を透過させる場合、第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０の厚みが異なっていてもよい。第２分光フィルタ２０は、中央部２２および端部２４を含む。

中央部２２は、第２の厚みを有する。本例の第２の厚みは、第１の厚みと同じである。但し、第２の厚みは、第１の厚みと異なる厚みであってよい。中央部２２は、第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光が透過する。第２の波長帯域は、狭帯域でも広帯域でもよく、分光素子１００の用途に応じて適宜変更されてよい。中央部２２は、第２中央部の一例である。第２分光フィルタ２０は、第１分光フィルタ１０とは多層干渉膜の材料を異ならせたり、膜を交互に積層させる繰り返し回数を変えたりすることで、第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域とすることができる。

端部２４は、中央部２２と異なる厚みを有する。端部２４は、第２端部の一例である。一例において、端部２４は、後述のリフトオフ工程を用いて第２分光フィルタ２０を形成することにより形成される。端部２４は、平面に限られず、曲面を有していてよい。本例の端部２４は、中央部２２から外側へ向かうにしたがって厚さが薄くなる傾斜形状を有する。

第１分光フィルタ１０と第２分光フィルタ２０との間には、遮光膜４０が設けられる。遮光膜４０は、端部１４の少なくとも一部と端部２４の少なくとも一部の両方を覆うように設けられる。

受光部１５０は、２次元に連続して配列された複数のフォトダイオード１５２を有する。フォトダイオード１５２は、入射光を受光する光電変換素子の一例である。複数のフォトダイオード１５２は、第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０のそれぞれに対応して設けられる。例えば、第１分光フィルタ１０に対応して設けられたフォトダイオード１５２は、第１分光フィルタ１０を透過した入射光を受光する。また、第２分光フィルタ２０に対応して設けられたフォトダイオード１５２は、第２分光フィルタ２０を透過した入射光を受光する。

ここで、第１分光フィルタ１０の端部１４を透過する入射光には、第１分光フィルタ１０の設計値と異なる波長帯域の光が含まれる場合がある。この場合に、端部１４を透過した入射光がフォトダイオード１５２で受光されると光学特性が悪化する。本例の分光素子１００は、端部１４への入射光を遮光できるので分光特性の変化を抑制できる。また、分光素子１００は、第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０の間に配置された遮光膜４０を有するので、斜め光による隣接画素間の漏れ光を抑制できる。即ち、分光素子１００は、第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０の間の光学クロストークの抑制にも有効である。

本例の固体撮像素子２００は、受光部１５０上に直接形成された分光素子１００を備える。分光素子１００は、中央部１２の上面側の第１面Ｐ_１と、第１面Ｐ_１と反対側の第２面Ｐ_２とを有する。分光素子１００は、第２面Ｐ_２側から第１面Ｐ_１側に向けて膜を積層することにより形成される。即ち、平面視で、第２面Ｐ_２における端部１４の領域は、第１面Ｐ_１における端部１４の領域よりも大きい。同様に、平面視で、第２面Ｐ_２における端部２４の領域は、第１面Ｐ_１における端部２４の領域よりも大きい。本例の分光素子１００は、第２面Ｐ_２において、受光部１５０と接する。つまり、分光素子１００は、第２面Ｐ_２と対向する受光部１５０の面上に多層干渉膜を積層することにより形成されている。

以上の通り、本例の分光素子１００は、分光フィルタの端部への入射光を遮光する遮光膜４０を有することにより、光学特性の変化を抑制できる。具体的には、分光素子１００は、分光フィルタの端部を透過して入射する光を遮光するので、設計値と異なる波長帯域の光の受光を防止し、分光特性の変化を抑制できる。これにより、分光素子１００が、例えば可視帯域の分光フィルタを有する場合、固体撮像素子２００の色再現性が向上する。また、分光素子１００が分光特性の変化を抑制できるため、固体撮像素子２００を用いた分光測定の精度が向上する。なお、分光素子１００の分光フィルタの種類は２つに限らず、３種類以上であってもよい。また、分光素子１００は、第１分光フィルタ１０だけの配列であっても、分光特性の変化を抑制することができる。

［実施例２］
図２は、実施例２に係る固体撮像素子２００の構成の一例を示す。本例の固体撮像素子２００は、分光素子１００および受光部１５０を備える。分光素子１００は、透明基板５０および分光層１１０を有する。本例の固体撮像素子２００は、透明基板５０上に分光層１１０を積層して分光素子１００を形成した後に、分光素子１００と受光部１５０とを貼り合わせる方式の一例である。本例では、実施例１に係る固体撮像素子２００と異なる構成について特に説明する。

透明基板５０は、入射光を透過する材料で形成される。透明基板５０は、少なくとも第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０が透過させる波長帯域の光を透過させればよい。これにより、透明基板５０への入射光が透明基板５０を透過して、分光層１１０に入射される。

分光層１１０は、透明基板５０上に形成される。分光層１１０の透明基板５０側の面は、第２面Ｐ_２であり、第２面Ｐ_２と反対側の面が第１面Ｐ_１である。透明基板５０上に分光層１１０が形成され、分光層１１０の透明基板５０が形成された面とは反対側の接合面Ｐ_ｃにおいて分光素子１００と受光部１５０とが接合する。つまり、本例では、分光層１１０の第１面Ｐ_１が受光部１５０と対向している。

実施例１および実施例２で開示したように、固体撮像素子２００は、分光層１１０の第１面Ｐ_１を受光部１５０側となるように配置してもよいし、第２面Ｐ_２が受光部１５０側となるように配置してもよい。いずれの場合であっても固体撮像素子２００は、分光フィルタの端部への入射光を遮光できるので、分光特性の変化を抑制できる。

［比較例１］
図３は、比較例１に係る固体撮像素子５００の一例を示す。固体撮像素子５００は、分光素子４００および受光部４５０を備える。分光素子４００は、分光フィルタ５１０、分光フィルタ５２０および保護膜５４０を有する。受光部４５０は、フォトダイオード４５２を有する。しかしながら、本例の固体撮像素子５００は、遮光膜を有さない。分光素子４００は、リフトオフプロセスにより形成されている。

ここで、分光フィルタ５１０には、中央部５１２および端部５１４が形成されている。中央部５１２の厚みは設計値となるように形成される。一方、端部５１４の厚みは、中央部５１２の厚みより薄い。そのため、端部５１４を透過した光が受光されると、分光フィルタ５１０の分光特性が設計値とずれる。また、分光フィルタ５２０には、中央部５２２および端部５２４が形成されている。分光フィルタ５２０の場合も同様に、端部５２４を透過した光が受光されると、分光フィルタ５２０の分光特性が設計値とずれる。このように、分光フィルタ５１０および分光フィルタ５２０の端部に膜厚が設計値と異なる領域が存在すると、波長特性がシフトする場合がある。

［実施例３］
図４は、実施例３に係る固体撮像素子２００の構成の一例を示す。分光素子１００は、分光層１１０および遮光層１２０を有する。本例の固体撮像素子２００は、分光層１１０と受光部１５０との間に遮光層１２０を有する場合の一例である。本例では、実施例１に係る固体撮像素子２００と異なる構成について特に説明する。

遮光層１２０は、分光フィルタを透過した光を遮光する遮光膜１２２と、分光フィルタを透過した光を透過させる透明膜１２４とを備える。遮光層１２０は、第１面Ｐ_１および第２面Ｐ_２の少なくとも一方に対向して設けられる。本例において、遮光層１２０の一方の面は、分光層１１０の第２面Ｐ_２と対向して設けられている。遮光層１２０の他方の面は、受光部１５０と対向して設けられている。

遮光膜１２２は、端部１４の少なくとも一部に対応する領域に設けられる。一例において、遮光膜１２２は、平面視で、遮光膜４０が設けられる領域と同一の領域に設けられる。また、本例の遮光膜１２２は、端部１４および端部２４と同一の領域に設けられる。但し、遮光膜１２２は、分光フィルタの端部と異なる領域に設けられてもよい。例えば、遮光膜１２２の設けられる領域は、遮光膜４０が設けられる領域よりも少ない領域に設けられてよい。遮光膜１２２は、第２遮光膜の一例である。

透明膜１２４は、中央部１２および中央部２２のそれぞれに対応する領域に設けられる。透明膜１２４は、少なくとも第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０を透過する波長帯域の光を透過させる。これにより、中央部１２および中央部２２のそれぞれを透過した入射光が、透明膜１２４を透過してフォトダイオード１５２に受光される。

以上の通り、本例の分光素子１００は、遮光膜４０で分光フィルタの端部を遮光するので、分光特性の変化を抑制できる。また、固体撮像素子２００は、分光層１１０と受光部１５０との間に遮光層１２０を加えることにより、分光特性を更に向上できる。そのため、本例の固体撮像素子２００は、第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０の間の光学クロストークを抑制する効果に優れる。

［実施例４］
図５は、実施例４に係る固体撮像素子２００の構成の一例を示す。分光素子１００は、透明基板５０、分光層１１０および遮光層１２０を有する。本例の固体撮像素子２００は、透明基板５０上に遮光層１２０および分光層１１０を積層して分光素子１００を形成した後に、受光部１５０と貼り合わせる方式の一例である。本例では、実施例３に係る固体撮像素子２００と異なる構成について特に説明する。

透明基板５０は、入射光を透過する材料で形成される。透明基板５０は、少なくとも第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０が透過させる波長帯域の光を透過させればよい。これにより、透明基板５０への入射光が透明基板５０を透過して、遮光層１２０に入射される。

遮光層１２０は、透明基板５０を透過した入射光を遮光する遮光膜１２２と、透明基板５０を透過した入射光を透過させる透明膜１２４とを備える。遮光層１２０は、透明基板５０に積層して設けられる。即ち、遮光層１２０の一方の面は、透明基板５０と対向して設けられている。遮光層１２０の他方の面は、分光層１１０と対向して設けられている。

分光層１１０は、遮光層１２０に積層して設けられる。分光層１１０の第２面Ｐ_２は、遮光層１２０と対向している。分光層１１０は、接合面Ｐ_ｃにおいて、受光部１５０と接合される。即ち、分光層１１０の第１面Ｐ_１は、受光部１５０と対向している。

実施例３および実施例４で開示したように、固体撮像素子２００は、分光層１１０の第１面Ｐ_１を受光部１５０側となるように配置してもよいし、第２面Ｐ_２が受光部１５０側となるように配置してもよい。いずれの場合であっても固体撮像素子２００は、分光フィルタの端部への入射光を遮光できるので、分光特性の変化を抑制できる。

［分光フィルタの製造方法］
図６Ａ〜６Ｆは、分光フィルタの製造方法の一例を示す。本例では、リフトオフプロセスによる第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０の製造方法について説明する。本例の第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０の製造方法は、一例であり、他の製造方法を用いて第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０が形成されてもよい。

図６Ａにおいて、受光部１５０上に犠牲層８２が形成される。一例において、犠牲層８２は、金属犠牲層又はレジスト犠牲層である。本例の犠牲層８２は、金属犠牲層である。

図６Ｂにおいて、犠牲層８２上に、パターニング層８４及びパターニング層８６を積層して形成する。なお、犠牲層８２がレジスト犠牲層である場合は、パターニング層８４は不要である。本例のパターニング層８４は、犠牲層８２よりも薄くなるように形成されるがこれに限られない。本例のパターニング層８４は金属であり、パターニング層８６はレジストである。パターニング層８６は、形成する分光フィルタの形状および配列等に応じたパターンを有する。図６Ｂにおいて、パターニング層８６は、レジストを露光および現像することによりパターニングされている。

図６Ｃにおいて、パターニング層８４は、パターニング層８６をマスクとしてエッチングされる。この際、パターニング層８４は、異方性エッチングされる。次いで、犠牲層８２は、パターニング層８４をマスクとしてエッチングされる。後で形成する第１分光フィルタ１０から犠牲層８２が、リフトオフ工程において容易に剥離できるように、犠牲層８２をエッチングする際は等方性エッチングを行う。これにより、犠牲層８２の上にパターニング層８４が庇として突き出たアンダーカット構造となる。

図６Ｄにおいて、パターニング層８６のパターンの上から第１分光フィルタ１０の積層構造を形成する。第１分光フィルタ１０は、例えばスパッタリングによって単層の膜を成膜させ、これを繰り返すことで積層構造が形成される。通常、スパッタリングによる成膜では犠牲層の側壁にスパッタ膜が付着してしまい、犠牲層が表面に露出しない為、犠牲層を膜から剥離することが難しくなるが、アンダーカット構造の場合は犠牲層８２の側壁にスパッタ膜が付着することがほとんどなく、犠牲層８２を膜から容易に剥離することができる。これにより、パターニング層８６のパターンに応じた第１分光フィルタ１０が形成される。この場合、パターニング層８６のパターンの開口部分では設計値に応じた厚みの多層干渉膜が形成される。ただし、アンダーカット構造で成膜すると、膜を形成するスパッタ粒子が庇の下の部分に入り込んでしまうため、端部が垂直ではなく傾斜のついた形状となってしまう。よって、パターニング層８６のパターンの開口部分の周囲では、設計値よりも厚みの薄い膜が形成される。したがって、第１分光フィルタ１０には、設計値に応じた厚みを有する中央部１２と、設計値よりも厚みの薄い端部１４が形成される。

図６Ｅにおいて、リフトオフ工程により犠牲層８２、パターニング層８４およびパターニング層８６を剥離する。これにより、受光部１５０上の不要部分が除去され、第１分光フィルタ１０が残される。隣接する第１分光フィルタ１０の間には、他の分光フィルタを形成するための領域が残されてよい。本例では、隣接する第１分光フィルタ１０の間に第２分光フィルタ２０を設けるための領域が残されている。

図６Ｆにおいて、第２分光フィルタ２０を第１分光フィルタ１０に隣接して形成する。第２分光フィルタ２０は、第１分光フィルタ１０を形成する場合と同様のリフトオフプロセスを用いて形成されてよい。但し、第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０が異なるプロセスで形成されてもよい。なお、第１分光フィルタ１０と第２分光フィルタ２０との間に隙間を設けることにより、犠牲層のリフトオフが容易となる。

図７Ａ〜図７Ｅは、固体撮像素子２００の製造方法の一例を示す。本例の固体撮像素子２００の製造方法は、一例であり、他の製造方法を用いて固体撮像素子２００が形成されてもよい。

図７Ａは、リフトプロセスにより分光フィルタを形成する工程を示す。受光部１５０上には、第１分光フィルタ１０、第２分光フィルタ２０および第３分光フィルタ３０が形成される。第１分光フィルタ１０、第２分光フィルタ２０および第３分光フィルタ３０は、互いに異なる波長帯域の光を透過させてよい。第３分光フィルタ３０は、第３の波長帯域の光を透過させる多層干渉膜である。第３分光フィルタ３０は、第１分光フィルタ１０および第２分光フィルタ２０と同様の方法で製造されてよい。

図７Ｂは、遮光膜４０を形成する工程を示す。本例の遮光膜４０は、スピンコート法により塗布されるがこれに限られない。遮光膜４０は、第１分光フィルタ１０、第２分光フィルタ２０および第３分光フィルタ３０上に塗布される。これにより、遮光膜４０は、分光フィルタおよび受光部１５０の全面に形成されてよい。例えば、遮光膜４０は、ブラックレジストである。

図７Ｃは、マスク７０を用いたパターニング工程の一例を示す。マスク７０は、遮光膜４０を露光するためのパターンを有する。遮光膜４０がレジストの場合、遮光膜４０を露光および現像することによりパターニングする。

図７Ｄは、現像工程の一例を示す。露光された遮光膜４０を現像することにより、第１分光フィルタ１０、第２分光フィルタ２０および第３分光フィルタ３０のそれぞれに対応する領域の遮光膜４０が除去される。これにより、第１分光フィルタ１０、第２分光フィルタ２０および第３分光フィルタ３０の上面が露出される。

図７Ｅは、保護膜６０の成膜工程の一例を示す。保護膜６０は、第１分光フィルタ１０、第２分光フィルタ２０、第３分光フィルタ３０および遮光膜４０上に形成される。

保護膜６０は、第１分光フィルタ１０〜第３分光フィルタ３０が透過する波長帯域の光を透過する透過膜である。保護膜６０は、第１分光フィルタ１０〜第３分光フィルタ３０および遮光膜４０に重ねて一体として設けられてよい。本例では、保護膜６０の表面が平面となるように形成される。保護膜６０の厚みは、要求される固体撮像素子２００の信頼性等に応じて設定されてよい。なお、本例の製造方法では、第１分光フィルタ１０〜第３分光フィルタ３０の中央部上の遮光膜４０が除去され、露出した分光フィルタ上に保護膜６０が形成されている。

以上の通り、本明細書に開示された分光素子１００は、分光フィルタの端部への入射光を遮光する遮光膜４０を有することにより、光学特性の悪化を抑制できる。具体的には、分光素子１００は、分光フィルタの端部を透過して入射する光を遮光するので、設計値と異なる波長帯域の光の受光を防止し、分光特性の変化を抑制できる。これにより、分光素子１００が、例えば可視帯域の分光フィルタを有する場合、固体撮像素子２００の色再現性が向上する。なお、本明細書に開示された分光素子１００は、固体撮像素子２００の一部として受光部１５０上に直接形成しているが、分光素子１００を単体の光学部品として用いてもよい。

また、本明細書に開示された固体撮像素子２００の製造方法では、多層干渉膜を有する従来の固体撮像素子の製造方法から工程を増やす必要がない。そのため、本例の製造方法を用いることにより、安価で色差再現性の良い固体撮像素子２００を容易に製造できる。

なお、本明細書に開示された分光素子１００は、バンドパスフィルタをさらに備えてもよい。バンドパスフィルタは、多層干渉膜を有する分光フィルタ上に形成される。バンドパスフィルタは、任意の透過バンドを有する。一例において、バンドパスフィルタは、一般的なプロセスによって、任意の画素毎に対応して配置される。これにより、各画素には、バンドパスフィルタの透過バンドに応じた波長帯域の光が入射される。例えば、バンドパスフィルタは、有機膜で形成される。バンドパスフィルタを有機膜とすることで反射光成分による迷光を抑制できる。

ここで、多層干渉膜を有する分光フィルタは、メインの波長ピーク以外に、第２の波長ピークを生じる場合がある。第２の波長ピークの信号が支配的である場合、第２の波長ピークの信号の取り扱いが問題となる。本例の分光素子１００は、バンドパスフィルタを画素毎に配置することにより、メインの波長ピークと第２の波長ピークとを分けて受光できる。

一例において、分光素子１００は、透過バンドの異なる複数のバンドパスフィルタを有する。例えば、分光素子１００は、異なる透過バンドの第１バンドパスフィルタおよび第２バンドパスフィルタを有する。この場合、画素毎に第１バンドパスフィルタおよび第２バンドパスフィルタの何れかを設けることができる。また、一部の画素にのみバンドパスフィルタを設け、他の画素にはバンドパスフィルタを設けなくてもよい。この場合、バンドパスフィルタ有りの出力と、バンドパスフィルタ無しの出力の両方が得られる。例えば、バンドパスフィルタ有りの場合に波長７００〜１２００ｎｍの出力が得られ、バンドパスフィルタ無しの場合に波長３００〜１２００ｎｍの出力が得られた場合、画像処理によって波長３００〜７００ｎｍの出力が得られる。

また、分光素子１００は、透過波長の異なる３バンドのフィルタ構成として、第１分光フィルタ〜第３分光フィルタを有し、それぞれの分光フィルタにバンドパスフィルタの有無を設けてよい。この場合、分光素子１００は、３バンドのフィルタ構成で、６バンド相当の画像を取得できる。即ち、同一画素で２バンドの出力が可能となる。

このように、分光素子１００は、画素毎に設けられたバンドパスフィルタを用いて取得した出力に基づいて信号を処理する。これにより、本例の分光素子１００は、信号処理を最適化できる。また、本例の分光素子１００は、一般的なプロセスを用いて容易に製造できる。フォトダイオード１５２は、ＳｉであってもＩｎＧａＡｓ等の化合物であってもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・・第１分光フィルタ、１２・・・中央部、１４・・・端部、２０・・・第２分光フィルタ、２２・・・中央部、２４・・・端部、３０・・・第３分光フィルタ、４０・・・遮光膜、５０・・・透明基板、６０・・・保護膜、７０・・・マスク、８２・・・犠牲層、８４・・・パターニング層、８６・・・パターニング層、１００・・・分光素子、１１０・・・分光層、１２０・・・遮光層、１２２・・・遮光膜、１２４・・・透明膜、１５０・・・受光部、１５２・・・フォトダイオード、２００・・・固体撮像素子、４００・・・分光素子、４５０・・・受光部、４５２・・・フォトダイオード、５００・・・固体撮像素子、５１０・・・分光フィルタ、５１２・・・中央部、５１４・・・端部、５２０・・・分光フィルタ、５２２・・・中央部、５２４・・・端部、５４０・・・保護膜

Claims

第１の厚みを有し、入射光のうち第１の波長帯域の光が透過する第１中央部と、前記第１中央部よりも外側に設けられ、前記第１の厚みとは異なる厚みを有する第１端部とを有する第１分光フィルタと、
前記第１端部の少なくとも一部を覆って設けられ、前記入射光を遮光する第１遮光膜と
を備える分光素子。
前記第１端部は、前記第１中央部から外側へ向かうにしたがって厚さが薄くなる傾斜形状を有し、
前記第１遮光膜は、前記傾斜形状の少なくとも一部を覆うように設けられる
請求項１に記載の分光素子。
前記第１遮光膜の上面は、前記第１中央部の上面と同一面に形成されている
請求項１又は２に記載の分光素子。
前記第１遮光膜の上面の位置は、前記第１中央部の上面の位置よりも低い
請求項１又は２に記載の分光素子。
前記第１の厚みとは異なる第２の厚みを有し、前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光が透過する第２中央部と、前記第２中央部よりも外側に設けられ、前記第２中央部と異なる厚みを有する第２端部とを有し、前記第１分光フィルタに隣接して設けられる第２分光フィルタを更に備え、
前記第１遮光膜は、前記第１端部の少なくとも一部と前記第２端部の少なくとも一部の両方を覆うように設けられる
請求項１から４のいずれか一項に記載の分光素子。
前記第１分光フィルタ、前記第２分光フィルタおよび前記第１遮光膜に重ねて一体として設けられ、表面が平面である保護膜をさらに備える
請求項５に記載の分光素子。
前記第１分光フィルタが設けられ、前記第１中央部の上面側の第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有する分光層と、
前記第１面および前記第２面の少なくとも一方に対向して設けられ、前記第１分光フィルタに入射する光を遮光する遮光層と
を更に備え、
前記遮光層は、
前記第１端部の少なくとも一部に対応する領域に設けられた第２遮光膜と、
前記第１中央部に対応する領域に設けられた透過膜と
を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の分光素子。
前記第２遮光膜は、前記第１遮光膜が設けられる領域と同一の領域に設けられる
請求項７に記載の分光素子。
２次元に連続して配列された複数の光電変換素子を有する受光部と、
前記複数の光電変換素子に対応して設けられた請求項１から７のいずれか一項に記載の分光素子と
を備える固体撮像素子。
第１の厚みを有し、入射光のうち第１の波長帯域の光が透過する第１中央部と、前記第１中央部よりも外側に設けられ、前記第１の厚みとは異なる厚みを有する第１端部とを有する第１分光フィルタを形成することと、
前記入射光を遮光する第１遮光膜を、前記第１端部の少なくとも一部を覆うように形成することと
を含む分光素子の製造方法。
前記第１分光フィルタを形成することは、
犠牲層とパターニング層を積層して形成することと、
前記パターニング層を露光および現像することと、
前記犠牲層をエッチングしてパターンを形成することと、
前記パターンに応じて、前記第１分光フィルタを形成することと、
リフトオフにより前記犠牲層および前記パターニング層を除去することと
を含む請求項１０に記載の分光素子の製造方法。
前記第１分光フィルタを形成した後に、前記第１中央部と異なる厚みを有し、前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光が透過する第２中央部と、前記第２中央部よりも外側に設けられ、前記第２中央部と異なる厚みを有する第２端部とを有する第２分光フィルタを前記第１分光フィルタに隣接して形成することを更に含み、
前記第１遮光膜を、前記第１端部の少なくとも一部と前記第２端部の少なくとも一部の両方を覆うように形成する
請求項１０又は１１に記載の分光素子の製造方法。
前記第１遮光膜を形成することは、
前記第１分光フィルタおよび前記第２分光フィルタ上に、前記第１遮光膜として有機レジストを塗布することと、
露光および現像により前記第１遮光膜をパターニングすることと
を含み、さらに、
前記第１分光フィルタ、前記第２分光フィルタおよび前記第１遮光膜上に透過膜を形成すること
を含む請求項１２に記載の分光素子の製造方法。