JP5534981B2

JP5534981B2 - 固体撮像装置

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Publication number: JP5534981B2
Application number: JP2010150106A
Authority: JP
Inventors: 弘一国分; 一史塩澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: JP2012015308A; US20120001285A1; US8461659B2

Description

本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。

現在イメージセンサーに用いられるカラーフィルターは有機顔料により構成されていることが多い。今後ますます進むであろう画素の微細化（つまり画素数増大）や裏面照射型にも代表される低背化の技術動向に対して、有機顔料のフィルターでは微細化や薄膜化（低背化に寄与）に対応するように加工することが困難になることが予想される。その一つの解決方法として、近年、１次元のフォトニック結晶（高屈折率材料と低屈折率材料とが周期的に積層された構造）を利用した無機材料の干渉フィルタータイプのカラーフィルターが提案されている。

この干渉フィルタータイプのカラーフィルターでは、可視領域の中央部の波長を中心波長に設定している。このカラーフィルターにおいて、中心波長より短波長側に分光透過率のピークを持たせようとした場合、分光透過率のピークとして、１次のピークを用いることができず、１次よりも高次のピークしか用いることができないため、透過率のスペクトル幅が狭くなる傾向にある。これにより、イメージセンサー（固体撮像装置）において、中心波長より短波長側の色のカラーフィルター（多層干渉フィルター）に対応した光電変換層は、要求される感度に対して不十分な量の光しか受光できず、感度が弱くなる可能性が高い。

特開２００７−３１７７５０号公報特開２００７−１９１４３号公報

本発明の一つの実施形態は、中心波長より短波長側の色の多層干渉フィルターに対応した光電変換層の感度を向上できる固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、光電変換層と、入射した光のうち特定の色の光を選択的に前記光電変換層に導くように配された多層干渉フィルターとを備え、前記多層干渉フィルターは、互いに屈折率の異なる第１の層と第２の層とが交互に積層された上部積層構造と、前記第１の層と前記第２の層とが交互に積層された下部積層構造とを有し、前記上部積層構造の積層数と前記下部積層構造の積層数とは、等しく、前記上部積層構造の最下層と前記下部積層構造の最上層とは、いずれも前記第１の層であり、前記上部積層構造と前記下部積層構造とは、対応する位置にある２つの層をそれぞれ有する複数の組のうち一部の組における２つの層の一方の層が他方の層より薄くなっており、互いに非対称な構造を有していることを特徴とする固体撮像装置が提供される。

実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。多層干渉フィルターの構成及び特性を示す図。実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。実施形態の変形例における多層干渉フィルターの構成および特性を示す図。実施形態の他の変形例における多層干渉フィルターの構成および特性を示す図。比較例を示す図。他の比較例を示す図。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

（実施形態）
実施形態にかかる固体撮像装置１について図１を用いて説明する。図１は、実施形態にかかる固体撮像装置１における３画素分の断面構成を例示的に示す図である。

固体撮像装置１は、光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、多層配線構造３０ｒ、３０ｇ、３０ｂ、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂ、平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂ、及びマイクロレンズ５０ｒ、５０ｇ、５０ｂを備える。

光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、半導体基板１０におけるウエル領域１２内に配されている。光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、それぞれ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の波長領域の光を受光する。光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、それぞれ、受けた光に応じた電荷を発生させて蓄積する。光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、例えば、フォトダイオードであり、電荷蓄積領域を含む。

ウエル領域１２は、第１導電型（例えば、Ｐ型）の不純物を低い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されている。Ｐ型の不純物は、例えば、ボロンである。光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂにおける電荷蓄積領域は、それぞれ、第１導電型と反対導電型である第２導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、ウエル領域１２における第１導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されている。Ｎ型の不純物は、例えば、リン又は砒素である。

多層配線構造３０ｒ、３０ｇ、３０ｂは、半導体基板１０の上に配されている。多層配線構造３０ｒ、３０ｇ、３０ｂは、層間絶縁膜中を複数層の配線パターンが延びている。これにより、多層配線構造３０ｒ、３０ｇ、３０ｂは、それぞれ、光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂに対応した開口領域ＯＲｒ、ＯＲｇ、ＯＲｂを規定する。層間絶縁膜は、例えば、酸化シリコンで形成されている。配線パターンは、例えば金属で形成されている。

多層干渉フィルター２０ｒは、光電変換層１１ｒの上方に配されている。これにより、多層干渉フィルター２０ｒは、入射した光のうち赤色（Ｒ）の波長領域の光を選択的に光電変換層１１ｒに導く。すなわち、多層干渉フィルター２０ｒは、赤色（Ｒ）用のカラーフィルターとして機能する。多層干渉フィルター２０ｒは、無機物で形成されている。多層干渉フィルター２０ｒは、例えば、無機材料（低屈折率材料、高屈折率材料）が積層されたフォトニック結晶型の赤用のフィルターである。

具体的には、多層干渉フィルター２０ｒは、上部積層構造２４ｒ、干渉層２３ｒ、及び下部積層構造２５ｒを有する。上部積層構造２４ｒ及び下部積層構造２５ｒは、それぞれ、互いに反射面の対向したミラーとして機能する。このとき、上部積層構造２４ｒ及び下部積層構造２５ｒは、可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域）の中央部の波長（例えば、５５０ｎｍ）を中心波長（すなわち、ミラーの反射率がピークとなる波長）として有する。干渉層２３ｒは、上部積層構造２４ｒ及び下部積層構造２５ｒの界面に配され、上部積層構造２４ｒ及び下部積層構造２５ｒの反射面で多重反射した光の干渉（多光束干渉）を行わせる。すなわち、多層干渉フィルター２０ｒは、ファブリーペロー干渉計と同じ原理に基づいて機能する。

上部積層構造２４ｒでは、互いに屈折率の異なる第１の層２１ｒ−３、２１ｒ−４と第２の層２２ｒ−３とが交互に積層されている。上部積層構造２４ｒでは、例えば、第１の層２１ｒ−３、第２の層２２ｒ−３、及び第１の層２１ｒ−４が順に積層されている。

下部積層構造２５ｒでは、互いに屈折率の異なる第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２と第２の層２２ｒ−１とが交互に積層されている。上部積層構造２４ｒでは、例えば、第１の層２１ｒ−１、第２の層２２ｒ−１、及び第１の層２１ｒ−２が順に積層されている。

第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４の屈折率は、例えば、第２の層２２ｒ−１、２２ｒ−３の屈折率より高い。第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２、屈折率２．５）で形成されている。第２の層２２ｒ−１、２２ｒ−３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２、屈折率１．４６）で形成されている。

干渉層２３ｒの屈折率は、第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４の屈折率より低い。干渉層２３ｒは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２、屈折率１．４６）で形成されている。

上部積層構造２４ｒの積層数と下部積層構造２５ｒの積層数とは、等しく、例えばともに３である。すなわち、多層干渉フィルター２０ｒでは、干渉層２３ｒ以外の層数が６層である。上部積層構造２４ｒの最下層（干渉層２３ｒの上面に接している層）と下部積層構造２５ｒの最上層（干渉層２３ｒの下面に接している層）とは、いずれも第１の層（２１ｒ−３、２１ｒ−２）である。

上部積層構造２４ｒと下部積層構造２５ｒとは、両者における対応する複数の層のうち一部の層が残りの層より薄くなっている。すなわち、上部積層構造２４ｒと下部積層構造２５ｒとは、両者における複数の第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４のうち１つの第１の層２１ｒ−３が残りの第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−４より薄くなっている。残りの第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−４同士は互いに均等な膜厚を有する。上部積層構造２４ｒと下部積層構造２５ｒとは、両者における複数の第２の層２２ｒ−１、２２ｒ−３が互いに均等な膜厚を有する。

多層干渉フィルター２０ｇは、光電変換層１１ｇの上方に配されている。これにより、多層干渉フィルター２０ｇは、入射した光のうち緑色（Ｇ）の波長領域の光を選択的に光電変換層１１ｇに導く。すなわち、多層干渉フィルター２０ｇは、緑色（Ｇ）用のカラーフィルターとして機能する。多層干渉フィルター２０ｇは、無機物で形成されている。多層干渉フィルター２０ｇは、例えば、無機材料（低屈折率材料、高屈折率材料）が積層されたフォトニック結晶型の緑用のフィルターである。

具体的には、多層干渉フィルター２０ｇは、上部積層構造２４ｇ、干渉層２３ｇ、及び下部積層構造２５ｇを有する。上部積層構造２４ｇ及び下部積層構造２５ｇは、それぞれ、互いに反射面の対向したミラーとして機能する。このとき、上部積層構造２４ｇ及び下部積層構造２５ｇは、可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域）の中央部の波長（例えば、５５０ｎｍ）を中心波長（すなわち、ミラーの反射率がピークとなる波長）として有する。干渉層２３ｇは、上部積層構造２４ｇ及び下部積層構造２５ｇの界面に配され、上部積層構造２４ｇ及び下部積層構造２５ｇの反射面で多重反射した光の干渉（多光束干渉）を行わせる。すなわち、多層干渉フィルター２０ｇは、ファブリーペロー干渉計と同じ原理に基づいて機能する。

上部積層構造２４ｇでは、互いに屈折率の異なる第１の層２１ｇ−３、２１ｇ−４と第２の層２２ｇ−３とが交互に積層されている。上部積層構造２４ｇでは、例えば、第１の層２１ｇ−３、第２の層２２ｇ−３、及び第１の層２１ｇ−４が順に積層されている。

下部積層構造２５ｇでは、互いに屈折率の異なる第１の層２１ｇ−１、２１ｇ−２と第２の層２２ｇ−１とが交互に積層されている。上部積層構造２４ｇでは、例えば、第１の層２１ｇ−１、第２の層２２ｇ−１、及び第１の層２１ｇ−２が順に積層されている。

第１の層２１ｇ−１、２１ｇ−２、２１ｇ−３、２１ｇ−４の屈折率は、例えば、第２の層２２ｇ−１、２２ｇ−３の屈折率より高い。第１の層２１ｇ−１、２１ｇ−２、２１ｇ−３、２１ｇ−４は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２、屈折率２．５）で形成されている。第２の層２２ｇ−１、２２ｇ−３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２、屈折率１．４６）で形成されている。

干渉層２３ｇの屈折率は、第１の層２１ｇ−１、２１ｇ−２、２１ｇ−３、２１ｇ−４の屈折率より低い。干渉層２３ｇは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２、屈折率１．４６）で形成されている。

上部積層構造２４ｇの積層数と下部積層構造２５ｇの積層数とは、等しく、例えばともに３である。すなわち、多層干渉フィルター２０ｇでは、干渉層２３ｇ以外の層数が６層である。上部積層構造２４ｇの最下層（干渉層２３ｇの上面に接している層）と下部積層構造２５ｇの最上層（干渉層２３ｇの下面に接している層）とは、いずれも第１の層（２１ｇ−３、２１ｇ−２）である。

上部積層構造２４ｇと下部積層構造２５ｇとは、両者における対応する複数の層のうち一部の層が残りの層より薄くなっている。すなわち、上部積層構造２４ｇと下部積層構造２５ｇとは、両者における複数の第１の層２１ｇ−１、２１ｇ−２、２１ｇ−３、２１ｇ−４のうち１つの第１の層２１ｇ−３が残りの第１の層２１ｇ−１、２１ｇ−２、２１ｇ−４より薄くなっている。残りの第１の層２１ｇ−１、２１ｇ−２、２１ｇ−４同士は互いに均等な膜厚を有する。上部積層構造２４ｇと下部積層構造２５ｇとは、両者における複数の第２の層２２ｇ−１、２２ｇ−３が互いに均等な膜厚を有する。

多層干渉フィルター２０ｂは、光電変換層１１ｂの上方に配されている。これにより、多層干渉フィルター２０ｂは、入射した光のうち青色（Ｂ）の波長領域の光を選択的に光電変換層１１ｂに導く。すなわち、多層干渉フィルター２０ｂは、青色（Ｂ）用のカラーフィルターとして機能する。多層干渉フィルター２０ｂは、無機物で形成されている。多層干渉フィルター２０ｂは、例えば、無機材料（低屈折率材料、高屈折率材料）が積層されたフォトニック結晶型の赤用のフィルターである。

具体的には、多層干渉フィルター２０ｂは、上部積層構造２４ｂ、干渉層２３ｂ、及び下部積層構造２５ｂを有する。上部積層構造２４ｂ及び下部積層構造２５ｂは、それぞれ、互いに反射面の対向したミラーとして機能する。このとき、上部積層構造２４ｂ及び下部積層構造２５ｂは、可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域）の中央部の波長（例えば、５５０ｎｍ）を中心波長（すなわち、ミラーの反射率がピークとなる波長）として有する。干渉層２３ｂは、上部積層構造２４ｂ及び下部積層構造２５ｂの界面に配され、上部積層構造２４ｂ及び下部積層構造２５ｂの反射面で多重反射した光の干渉（多光束干渉）を行わせる。すなわち、多層干渉フィルター２０ｂは、ファブリーペロー干渉計と同じ原理に基づいて機能する。

上部積層構造２４ｂでは、互いに屈折率の異なる第１の層２１ｂ−３、２１ｂ−４と第２の層２２ｂ−３とが交互に積層されている。上部積層構造２４ｂでは、例えば、第１の層２１ｂ−３、第２の層２２ｂ−３、及び第１の層２１ｂ−４が順に積層されている。

下部積層構造２５ｂでは、互いに屈折率の異なる第１の層２１ｂ−１、２１ｂ−２と第２の層２２ｂ−１とが交互に積層されている。上部積層構造２４ｂでは、例えば、第１の層２１ｂ−１、第２の層２２ｂ−１、及び第１の層２１ｂ−２が順に積層されている。

第１の層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３、２１ｂ−４の屈折率は、例えば、第２の層２２ｂ−１、２２ｂ−３の屈折率より高い。第１の層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３、２１ｂ−４は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２、屈折率２．５）で形成されている。第２の層２２ｂ−１、２２ｂ−３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２、屈折率１．４６）で形成されている。

干渉層２３ｂの屈折率は、第１の層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３、２１ｂ−４の屈折率より低い。干渉層２３ｂは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２、屈折率１．４６）で形成されている。

上部積層構造２４ｂの積層数と下部積層構造２５ｂの積層数とは、等しく、例えばともに３である。すなわち、多層干渉フィルター２０ｂでは、（仮想的な干渉層２３ｂ以外の）層数が６層である。上部積層構造２４ｂの最下層（干渉層２３ｂの上面に接している層）と下部積層構造２５ｂの最上層（干渉層２３ｂの下面に接している層）とは、いずれも第１の層（２１ｂ−３、２１ｂ−２）である。

上部積層構造２４ｂと下部積層構造２５ｂとは、両者における対応する複数の層のうち一部の層が残りの層より薄くなっている。すなわち、上部積層構造２４ｂと下部積層構造２５ｂとは、両者における複数の第１の層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３、２１ｂ−４のうち１つの第１の層２１ｂ−３が残りの第１の層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−４より薄くなっている。残りの第１の層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−４同士は互いに均等な膜厚を有する。上部積層構造２４ｂと下部積層構造２５ｂとは、両者における複数の第２の層２２ｂ−１、２２ｂ−３が互いに均等な膜厚を有する。

平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂは、それぞれ、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂを覆っている。これにより、平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂは、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂ間の段差を緩和し平坦な表面を提供する。平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂは、例えば所定の樹脂又は酸化膜（例えば、ＳｉＯ_２）で形成されている。

マイクロレンズ５０ｒ、５０ｇ、５０ｂは、それぞれ、平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂの上に配されている。これにより、マイクロレンズ５０ｒ、５０ｇ、５０ｂは、それぞれ、入射した光を多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂ経由で光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂに集める。マイクロレンズ５０ｒ、５０ｇ、５０ｂは、例えば、所定の樹脂で形成されている。

このように、各多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂにおいて、上部積層構造と下部積層構造とは、両者における対応する複数の層のうち一部の層が残りの層より薄くなっており、一部の層以外の対応する層の膜厚が互いに等しくなっている。例えば、多層干渉フィルター２０ｒにおいて、上部積層構造２４ｒと下部積層構造２５ｒとは、両者における対応する複数の第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４のうち１つの第１の層２１ｒ−３が残りの第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−４より薄くなっている。そして、上部積層構造２４ｒと下部積層構造２５ｒとは、残りの第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−４同士が互いに均等な膜厚を有しており、第２の層２２ｒ−１、２２ｒ−３が互いに均等な膜厚を有している。すなわち、各多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂにおいて、上部積層構造と下部積層構造とは、上部積層構造と下部積層構造との界面に対して互いに対称な構造を基準の構造として、基準の構造に対して１つの第１の層を薄くする変更を加えたことによる非対称な構造を有している。
言い換えれば、各多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂにおいて、上部積層構造と下部積層構造とは、対応する位置にある２つの層をそれぞれ有する複数の組のうち一部の組における２つの層のうち一方の層が他方の層より薄くなっている。例えば、多層干渉フィルター２０ｒ内の上部積層構造２４ｒと下部積層構造２５ｒとは、対応する位置にある第１の層２１ｒ−３と第１の層２１ｒ−２とを有する第１の組、対応する位置にある第２の層２２ｒ−１と第１の層２２ｒ−３とを有する第２の組、及び対応する位置にある第１の層２１ｒ−１と第１の層２１ｒ−４とを有する第３の組を有する。この第１の組〜第３の組のうち第１の組における２つの層の一方の層である第１の層２１ｒ−３が他方の層である第１の層２１ｒ−２より薄くなっている。一方、第２の組及び第３の組では、２つの層が互いに均等な膜厚を有している。これにより、上部積層構造２４ｒと下部積層構造２５ｒとは、上部積層構造２４ｒと下部積層構造２５ｒとの界面に対して互いに非対称な構造を有している。

なお、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂでは、上部積層構造と下部積層構造との界面における干渉層の有無及び干渉層の膜厚の違いによってその透過帯域をそれぞれ変化させる。例えば、干渉層がない場合も仮想的に膜厚０ｎｍの干渉層があるものとみなす場合、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂでは、例えば、それぞれ、干渉層の膜厚を８５ｎｍ、３５ｎｍ、０ｎｍとすると、赤色、緑色、青色の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになる（図２参照）。

次に、実施形態にかかる固体撮像装置１の製造方法について図３、図４、及び図１を用いて説明する。図３（ａ）〜（ｃ）及び図４（ａ）、（ｂ）は、実施形態にかかる固体撮像装置１の製造方法を示す工程断面図である。図１は、図４（ｂ）に続く工程断面図として流用する。

図３（ａ）に示す工程では、半導体基板１０のウエル領域１２内に、イオン注入法などにより、電荷蓄積領域をそれぞれ含む光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを形成する。ウエル領域１２は、第１導電型（例えば、Ｐ型）の不純物を低い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成する。光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂにおける電荷蓄積領域は、例えば、第１導電型と反対導電型である第２導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、半導体基板１０のウエル領域１２内に、ウエル領域１２における第１導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で注入することにより形成する。

半導体基板１０を覆う層間絶縁膜を、ＣＶＤ法などにより、例えばＳｉＯ_２を堆積して形成する。そして、層間絶縁膜の上に配線パターンをスパッタ法及びリソグラフィ法などにより例えば金属で形成し、層間絶縁膜及び配線パターンを覆う層間絶縁膜をＣＶＤ法により例えばＳｉＯ_２で形成する処理を繰り返し行う。これにより、多層配線構造３０ｒ、３０ｇ、３０ｂを形成する。

次に、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂの下部となるべき下部積層構造２５ｒ、２５ｇ、２５ｂを形成する。具体的には、第１の層２１ｒ−１、２１ｇ−１、２１ｂ−１を同時にデポし、第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１を同時にデポし、第１の層２１ｒ−２、２１ｇ−２、２１ｂ−２を同時にデポする処理を順に行って形成する。各第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２は、スパッタ法などにより、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）で形成する。各第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２は、同じ膜厚で形成する。各第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２は、例えば、その光学的膜厚が中心波長（例えば、５５０ｎｍ）の１／４となるような膜厚で形成する。つまり材料（例えば、ＴｉＯ_２）の屈折率をｎ１とし、中心波長をλとしたとき、各第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２は、

ｎ１×ｄ１＝（１／４）×λ・・・（数式１）
を満たす膜厚ｄ１で形成する。例えば、ｎ１＝２．５、λ＝５５０ｎｍを数式１に代入すると、ｄ１＝５５ｎｍになる。また、第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１は、ＣＶＤ法などにより、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で形成する。第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１は、例えば、その光学的膜厚が中心波長（例えば、５５０ｎｍ）の１／４となるような膜厚で形成する。つまり材料（例えば、ＳｉＯ_２）の屈折率をｎ２とし、中心波長をλとしたとき、第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１は、
ｎ２×ｄ２＝（１／４）×λ・・・（数式２）
を満たす膜厚ｄ２で形成する。例えば、ｎ２＝１．４６、λ＝５５０ｎｍを数式２に代入すると、ｄ２＝９４ｎｍになる。

これにより、第１の層２１ｒ−１、第２の層２２ｒ−１、及び第１の層２１ｒ−２が順に積層された下部積層構造２５ｒが形成される。第１の層２１ｇ−１、第２の層２２ｇ−１、及び第１の層２１ｇ−２が順に積層された下部積層構造２５ｇが形成される。第１の層２１ｂ−１、第２の層２２ｂ−１、及び第１の層２１ｂ−２が順に積層された下部積層構造２５ｂが形成される。

そして、ＣＶＤ法などにより、第１の層２１ｒ−１、２１ｇ−１、２１ｂ−１の上に、干渉層２３ｒ、２３ｇとなるべき層２３ｉを形成する。この層２３ｉは、赤色の波長帯に対応した膜厚（例えば、８５ｎｍ）で形成する。リソグラフィー法により、層２３ｉにおける光電変換層１１ｒの上方に対応した部分（干渉層２３ｒ）を覆うレジストパターンＲＰ１を形成する。このとき、層２３ｉにおける光電変換層１１ｇ、１１ｂの上方に対応した部分２３ｉａは露出されている。

図３（ｂ）に示す工程では、ドライエッチング法により、レジストパターンＲＰ１をマスクとして層２３ｉ１における光電変換層１１ｇ、１１ｂの上方に対応した部分２３ｉａ１を緑色の波長帯に対応した膜厚（例えば、３５ｎｍ）までエッチング（ハーフエッチング）して薄膜化する。これにより、層２３ｉ１において、光電変換層１１ｇに対応した部分に干渉層２３ｇが形成される。その後、レジストパターンＲＰ１を除去する。

図３（ｃ）に示す工程では、リソグラフィー法により、層２３ｉ１における光電変換層１１ｒ、１１ｇの上方に対応した部分（干渉層２３ｒ及び干渉層２３ｇ）を覆うレジストパターンＲＰ２を形成する。このとき、層２３ｉ１における光電変換層１１ｂの上方に対応した部分２３ｉｂ１は露出されている。

図４（ａ）に示す工程では、ドライエッチング法により、レジストパターンＲＰ２をマスクとして層２３ｉ１における光電変換層１１ｂの上方に対応した部分２３ｉｂ１をエッチングして除去する。これにより、層２３ｉ２において、干渉層２３ｒ及び干渉層２３ｇを残しながら、光電変換層１１ｂに対応した部分に膜厚が０ｎｍの仮想的な干渉層２３ｂが形成される。その後、レジストパターンＲＰ２を除去する。

図４（ｂ）に示す工程では、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂの上部となるべき上部積層構造２４ｒ、２４ｇ、２４ｂを形成する。具体的には、第１の層２１ｒ−３、２１ｇ−３、２１ｂ−３を同時にデポし、第２の層２２ｒ−３、２２ｇ−３、２２ｂ−３を同時にデポし、第１の層２１ｒ−４、２１ｇ−４、２１ｂ−４を同時にデポする処理を順に行って形成する。各第１の層２１ｒ−３〜２１ｂ−４は、スパッタ法などにより、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）で形成する。第１の層２１ｒ−３、２１ｇ−３、２１ｂ−３は、第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２（図３（ａ）参照）や第１の層２１ｒ−４、２１ｇ−４、２１ｂ−４より薄い膜厚で形成する。第１の層２１ｒ−４、２１ｇ−４、２１ｂ−４は、第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２（図３（ａ）参照）と同じ膜厚で形成する。第１の層２１ｒ−３、２１ｇ−３、２１ｂ−３は、例えば、その光学的膜厚が中心波長（例えば、５５０ｎｍ）の１／４となるような膜厚より薄い膜厚で形成する。第１の層２１ｒ−４、２１ｇ−４、２１ｂ−４は、例えば、その光学的膜厚が中心波長（例えば、５５０ｎｍ）の１／４となるような膜厚で形成する。つまり、第１の層２１ｒ−３、２１ｇ−３、２１ｂ−３は、上記の数式１を満たす膜厚ｄ１より薄い膜厚（例えば、２５ｎｍ）で形成し、第１の層２１ｒ−４、２１ｇ−４、２１ｂ−４は、上記の数式１を満たす膜厚ｄ１（例えば、ｄ１＝５５ｎｍ）で形成する。また、第２の層２２ｒ−３、２２ｇ−３、２２ｂ−３は、ＣＶＤ法などにより、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で形成する。第２の層２２ｒ−３、２２ｇ−３、２２ｂ−３は、第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１（図３（ａ）参照）と同じ膜厚で形成する。第２の層２２ｒ−３、２２ｇ−３、２２ｂ−３は、例えば、その光学的膜厚が中心波長（例えば、５５０ｎｍ）の１／４となるような膜厚で形成する。つまり、第２の層２２ｒ−３、２２ｇ−３、２２ｂ−３は、上記の数式２を満たす膜厚ｄ２（例えば、ｄ２＝９４ｎｍ）で形成する。

これにより、第１の層２１ｒ−３、第２の層２２ｒ−３、及び第１の層２１ｒ−４が順に積層された上部積層構造２４ｒが干渉層２３ｒの上に形成される。すなわち、上部積層構造２４ｒ、干渉層２３ｒ、下部積層構造２５ｒを有する多層干渉フィルター２０ｒが形成される。第１の層２１ｇ−３、第２の層２２ｇ−３、及び第１の層２１ｇ−４が順に積層された上部積層構造２４ｇが干渉層２３ｇの上に形成される。すなわち、上部積層構造２４ｇ、干渉層２３ｇ、下部積層構造２５ｇを有する多層干渉フィルター２０ｇが形成される。第１の層２１ｂ−３、第２の層２２ｂ−３、及び第１の層２１ｂ−４が順に積層された上部積層構造２４ｂが第１の層２１ｂ−２の上に（膜厚が０ｎｍの仮想的な干渉層２３ｂの上に）形成される。上部積層構造２４ｂ、（干渉層２３ｂ、）下部積層構造２５ｂを有する多層干渉フィルター２０ｂが形成される。

図１に示す工程では、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂを覆う膜を例えば所定の樹脂又は酸化膜（例えば、ＳｉＯ_２）を堆積して形成し、形成された膜の表面をＣＭＰ法により平坦化する。これにより、平坦な表面を有する平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂが形成される。そして、平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂの上に、マイクロレンズ５０ｒ、５０ｇ、５０ｂを例えば、所定の樹脂で形成する。

このようにして、上部積層構造と下部積層構造とが上部積層構造と下部積層構造との界面に対して互いに非対称な構造を有する多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂを備えた固体撮像装置１が形成される。

ここで、仮に、図７（ａ）に示すように、固体撮像装置に備えられた多層干渉フィルター７２０において、可視領域の中央部の波長（例えば、５５０ｎｍ）を中心波長として有するとともに、上部積層構造７２４と下部積層構造７２５とが上部積層構造７２４と下部積層構造７２５との界面（に配された干渉層７２３）に対して互いに対称な構造を有する場合について考える。この場合、上部積層構造７２４と下部積層構造７２５とは、両者における複数の第１の層７２１−１〜７２１−４が互いに均等な膜厚（光学的膜厚が中心波長の１／４となる膜厚）を有するとともに、両者における複数の第２の層７２２−１〜７２２−４が互いに均等な膜厚（光学的膜厚が中心波長の１／４となる膜厚）を有する。

この構成において、干渉層７２３の厚さを０ｎｍ、０．０３ｎｍ、０．１３ｎｍにすると、それぞれ、図７（ｂ）に示すように、多層干渉フィルター７２０の分光透過率の１次のピークが緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）、赤外の波長帯域に現れる。すなわち、干渉層７２３の厚さを０．１３ｎｍにした場合、多層干渉フィルター７２０の分光透過率の１次より高次（例えば、２次）のピークが青色（Ｂ）の波長帯域に現れる。このように、中心波長より短波長側に分光透過率のピークを持たせようとした場合、分光透過率のピークとして、１次のピークを用いることができず、１次よりも高次のピークしか用いることができないため、透過率のスペクトル幅が狭くなる傾向にある。これにより、固体撮像装置において、中心波長より短波長側の色の多層干渉フィルターに対応した光電変換層は、要求される感度に対して不十分な量の光しか受光できず、感度が弱くなる可能性が高い。

それに対して、実施形態では、図２に示すように、固体撮像装置１に備えられた多層干渉フィルター２０において、可視領域の中央部の波長（例えば、５５０ｎｍ）を中心波長として有するとともに、上部積層構造７２４と下部積層構造７２５とが上部積層構造７２４と下部積層構造７２５との界面（に配された干渉層７２３）に対して互いに非対称な構造を有する。すなわち、多層干渉フィルター２０において、上部積層構造と下部積層構造とは、両者における対応する複数の層のうち一部の層が残りの層より薄くなっており、一部の層以外の対応する層の膜厚が互いに等しくなっている。具体的には、上部積層構造２４と下部積層構造２５とは、両者における対応する複数の第１の層２１−１〜２１−４のうち１つの第１の層２１−３が残りの第１の層２１−１、２１−２、２１−４より薄く（例えば、膜厚が２５ｎｍに）なっている。より具体的には、上部積層構造２４における最下の第１の層２１−３は、上部積層構造２４における他の第１の層２１−４より薄くなっているとともに、下部積層構造２５における第１の層２１−１、２１−２より薄くなっている。そして、上部積層構造２４と下部積層構造２５とは、第１の層２１−３以外の第１の層２１−１、２１−２、２１−４同士が互いに均等な膜厚（例えば、５５ｎｍの膜厚）を有しており、第２の層２２−１、２２−３が互いに均等な膜厚（例えば、９４ｎｍの膜厚）を有している。すなわち、多層干渉フィルター２０において、上部積層構造と下部積層構造とは、上部積層構造と下部積層構造との界面に対して互いに対称な構造を基準の構造として、基準の構造に対して１つの第１の層２１−３を薄くする変更を加えたことによる非対称な構造を有している。

この構成において、干渉層２３の厚さを０ｎｍ、３５ｎｍ、０．８５ｎｍにすると、それぞれ、図２（ｂ）に示すように、多層干渉フィルター２０の分光透過率の１次のピークが青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の波長帯域に現れる。すなわち、干渉層２３を設けなかった場合（仮想的に厚さを０ｎｍにした場合）、多層干渉フィルター２０の分光透過率の１次のピークが青色（Ｂ）の波長帯域に現れる。このように、中心波長より短波長側に分光透過率のピークを持たせようとした場合、分光透過率のピークとして、１次のピークを用いることができるため、透過率のスペクトル幅を広くできる。これにより、固体撮像装置１において、中心波長より短波長側の色（例えば、青色）の多層干渉フィルターに対応した光電変換層は、要求される感度に対して十分な量の光を受光でき、感度を向上できる。すなわち、中心波長より短波長側の色（例えば、青色）の多層干渉フィルターに対応した光電変換層の感度を向上できる。

あるいは、仮に、図８（ａ）に示すように、固体撮像装置に備えられた多層干渉フィルター８２０において、可視領域の短波長側の波長（例えば、４５０ｎｍ）を中心波長として有するとともに、上部積層構造８２４と下部積層構造８２５とが上部積層構造８２４と下部積層構造８２５との界面（に配された干渉層８２３）に対して互いに対称な構造を有する場合について考える。この場合、上部積層構造８２４と下部積層構造８２５とは、両者における複数の第１の層８２１−１〜８２１−４が互いに均等な膜厚（光学的膜厚が中心波長の１／４となる膜厚）を有するとともに、両者における複数の第２の層７２２−１、７２２−３が互いに均等な膜厚（光学的膜厚が中心波長の１／４となる膜厚）を有する。

この構成において、干渉層７２３の厚さを０ｎｍ、３０ｎｍ、７０ｎｍにすると、それぞれ、図８（ｃ）に示すように、多層干渉フィルター８２０の分光透過率の１次のピークが青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の波長帯域に現れるが、各透過率のスペクトルにおける長波長側のクロストークレベルが上がってしまい分光特性が悪化する傾向にある。この傾向は、図８（ｂ）、（ｄ）に示すように、多層干渉フィルター９２０における上部積層構造９２４と下部積層構造９２５との間の対称性を保ちながら上部積層構造９２４の積層数（６層）と下部積層構造９２５の積層数（６層）とを増やすと、より顕著になる。すなわち、可視領域における中央部より短波長側の分光透過率のピークを持たせるために、中心波長自体をその短波長側に設定すると、要求される分光特性を満たすことができなくなる。

それに対して、実施形態では、固体撮像装置１に備えられた多層干渉フィルター２０において、可視領域の中央部の波長（例えば、５５０ｎｍ）を中心波長として有するので、各透過率のスペクトルにおける長波長側のクロストークレベルが少なく抑えられており、要求される分光特性を満たすことができる。

また、多層干渉フィルター２０において、上部積層構造と下部積層構造とは、上部積層構造と下部積層構造との界面に対して互いに対称な構造を基準の構造として、基準の構造に対して１つの第１の層２１−３を薄くする変更を加えたことによる非対称な構造を有している。これにより、基準の構造に比べて、多層干渉フィルター２０全体の膜厚が薄くなっており、混色などのノイズ劣化に対して有利な構造となっている。さらに、基準の構造を製造する場合に比べて、製造する一部の膜の厚さの変更すれば製造方法における工数が増加させずに製造できるので、製造コストの増加も抑制されている。

また、図７（ａ）に示す構造と比べた場合も、多層干渉フィルター２０における層数が少なく多層干渉フィルター２０全体の膜厚が薄くなっており、混色などのノイズ劣化に対して有利な構造となっている。

なお、固体撮像装置１では、複数の画素が１次元的に配列された構成であってもよいし、複数の画素が２次元的に配列された構成であってもよい。複数の画素が２次元的に配列された構成である場合、イメージセンサーの仕様にあわせて所望なサイズ及びレイアウトで多層干渉フィルターを加工形成すればよい。例えば、図１に示されたＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素がベイヤー配列に従ってレイアウトされていてもよい。

また、光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、フォトダイオード以外の構造であってもよく、例えば、半導体基板１０と多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂとの間に配された光電変換特性を有する無機膜又は有機膜であってもよい。

さらに、上記の実施形態では、固体撮像装置が表面照射型のイメージセンサーである場合について例示的に説明しているが、固体撮像装置が裏面照射型のイメージセンサーである場合も、上記の実施形態における多層干渉フィルターを適用可能である。

また、図５に示すように、固体撮像装置に備えられた多層干渉フィルター１２０において、上部積層構造１２４の積層数と下部積層構造１２５の積層数とがともに４であってもよい。すなわち、多層干渉フィルター１２０では、干渉層１２３以外の層数が８層であってもよい。具体的には、下部積層構造１２５では、第２の層１２２−１、第１の層１２１−１、第２の層１２２−２、第１の層１２１−２が順に積層されている。上部積層構造１２４では、第１の層１２１−３、第２の層１２２−３、第１の層１２１−４、第２の層１２２−４が順に積層されている。

この多層干渉フィルター１２０においても、上部積層構造１２４と下部積層構造１２５とは、両者における対応する複数の層のうち一部の層が残りの層より薄くなっており、一部の層以外の対応する層の膜厚が互いに等しくなっている。具体的には、上部積層構造１２４と下部積層構造１２５とは、両者における対応する複数の第１の層１２１−１〜１２１−４のうち１つの第１の層１２１−３が残りの第１の層１２１−１、１２１−２、１２１−４より薄く（例えば、膜厚が２５ｎｍに）なっている。そして、上部積層構造１２４と下部積層構造１２５とは、残りの第１の層１２１−１、１２１−２、１２１−４同士が互いに均等な膜厚（例えば、５５ｎｍの膜厚）を有しており、第２の層１２２−１、１２２−２、１２２−３、１２２−４が互いに均等な膜厚（例えば、９４ｎｍの膜厚）を有している。すなわち、多層干渉フィルター１２０において、上部積層構造と下部積層構造とは、上部積層構造と下部積層構造との界面に対して互いに対称な構造を基準の構造として、基準の構造に対して１つの第１の層１２１−３を薄くする変更を加えたことによる非対称な構造を有している。

この構成においても、干渉層１２３の厚さを０ｎｍ、３５ｎｍ、８５ｎｍにすると、それぞれ、図５（ｂ）に示すように、多層干渉フィルター１２０の分光透過率の１次のピークが青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の波長帯域に現れる。すなわち、このような構成によっても、固体撮像装置１において、中心波長より短波長側の色（例えば、青色）の多層干渉フィルターに対応した光電変換層は、要求される感度に対して十分な量の光を受光でき、感度を向上できる。すなわち、中心波長より短波長側の色（例えば、青色）の多層干渉フィルターに対応した光電変換層の感度を向上できる。

あるいは、図６に示すように、固体撮像装置に備えられた多層干渉フィルター２２０において、下部積層構造２２５における最上の第１の層２２１−２は、下部積層構造２２５における他の第１の層２２１−１より薄くなっているとともに、上部積層構造２２４における第１の層２２１−３、２２１−４より薄くなっていてもよい。この場合、上部積層構造２２４と下部積層構造２２５とは、第１の層２２１−２以外の第１の層２２１−１、２２１−３、２２１−４同士が互いに均等な膜厚（例えば、５５ｎｍの膜厚）を有しており、第２の層２２２−１、２２２−３が互いに均等な膜厚（例えば、９４ｎｍの膜厚）を有している。すなわち、多層干渉フィルター２２０において、上部積層構造と下部積層構造とは、上部積層構造と下部積層構造との界面に対して互いに対称な構造を基準の構造として、基準の構造に対して１つの第１の層２２１−２を薄くする変更を加えたことによる非対称な構造を有している。

この構成においても、干渉層２２３の厚さを０ｎｍ、３５ｎｍ、８５ｎｍにすると、それぞれ、図６（ｂ）に示すように、多層干渉フィルター２２０の分光透過率の１次のピークが青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の波長帯域に現れる。すなわち、このような構成によっても、固体撮像装置において、中心波長より短波長側の色（例えば、青色）の多層干渉フィルターに対応した光電変換層は、要求される感度に対して十分な量の光を受光でき、感度を向上できる。すなわち、中心波長より短波長側の色（例えば、青色）の多層干渉フィルターに対応した光電変換層の感度を向上できる。

あるいは、干渉層の厚さを０ｎｍにしたときに多層干渉フィルターの分光透過率の１次のピークが青色（Ｂ）の波長帯域に現れるようにできれば、多層干渉フィルター内の上部積層構造と下部積層構造とにおいて、両者における複数の第１の層における一部である２以上の第１の層が残りの絶縁膜より薄くなっていてもよい。

あるいは、干渉層の厚さを０ｎｍにしたときに多層干渉フィルターの分光透過率の１次のピークが青色（Ｂ）の波長帯域に現れるようにできれば、多層干渉フィルター内の上部積層構造と下部積層構造とにおいて、両者における複数の第１の層のうち一部の第１の層が残りの第１の層より薄くなっているとともに、両者における複数の第２の層のうち一部の第２の層が残りの第２の層より薄くなっていてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。

１固体撮像装置、１０半導体基板、１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ光電変換層、１２ウエル領域、２０、２０ｒ、２０ｇ、２０ｂ、１２０、２２０、７２０、８２０、９２０多層干渉フィルター、２１−１、２１−２、２１−３、２１−４、２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４、２１ｇ−１、２１ｇ−２、２１ｇ−３、２１ｇ−４、２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３、２１ｂ−４、１２１−１、１２１−２、１２１−３、１２１−４、２２１−１、２２１−２、２２１−３、２２１−４、７２１−１、７２１−２、７２１−３、７２１−４、８２１−１、８２１−２、８２１−３、８２１−４第１の層、２２−１、２２−３、２２ｒ−１、２２ｒ−３、２２ｇ−１、２２ｇ−３、２２ｂ−１、２２ｂ−３、１２２−１、１２２−２、１２２−３、１２２−４、２２２−１、２２２−３、７２２−１、７２２−２、７２２−３、７２２−４、８２２−１、８２２−３第２の層、２３、２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ、１２３、２２３、７２３、８２３、９２３干渉層、２３ｉ、２３ｉ１、２３ｉ２層、２４、２４ｒ、２４ｇ、２４ｂ、１２４、２２４、７２４、８２４、９２４上部積層構造、２５、２５ｒ、２５ｇ、２５ｂ、１２５、２２５、７２５、８２５、９２５下部積層構造、３０ｒ、３０ｇ、３０ｂ多層配線構造、４０ｒ、４０ｇ、４０ｂ平坦化層、５０ｒ、５０ｇ、５０ｂマイクロレンズ、ＯＲｒ、ＯＲｇ、ＯＲｂ開口領域、ＲＰ１、ＲＰ２レジストパターン。

Claims

光電変換層と、
入射した光のうち特定の色の光を選択的に前記光電変換層に導くように配された多層干渉フィルターと、
を備え、
前記多層干渉フィルターは、
互いに屈折率の異なる第１の層と第２の層とが交互に積層された上部積層構造と、
前記第１の層と前記第２の層とが交互に積層された下部積層構造と、
を有し、
前記上部積層構造の積層数と前記下部積層構造の積層数とは、等しく、
前記上部積層構造の最下層と前記下部積層構造の最上層とは、いずれも前記第１の層であり、
前記第１の層の屈折率は、前記第２の層の屈折率より高く、
前記上部積層構造と前記下部積層構造とは、対応する位置にある２つの前記第１の層をそれぞれ有する複数の組のうち一部の組における２つの前記第１の層が互いに同じ材料で形成されているとともに前記一部の組における２つの前記第１の層の一方の前記第１の層が他方の前記第１の層より薄くなっており、互いに非対称な構造を有している
ことを特徴とする固体撮像装置。
前記一部の組は、前記複数の組のうちの１つの組である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記一方の前記第１の層は、前記上部積層構造における最下の前記第１の層である
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
前記一方の前記第１の層は、前記下部積層構造における最上の前記第１の層である
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
前記上部積層構造と前記下部積層構造とは、両者における複数の前記第１の層のうち前記一方の前記第１の層と前記他方の前記第１の層とが前記複数の組のうちの残りの組における前記第１の層より薄くなっている
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。