JP7227226B2 - 撮像素子および撮像素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像素子および撮像素子の製造方法に関する。詳しくは、赤外光を減衰するフィルタを有する撮像素子および当該撮像素子の製造方法に関する。
従来、撮像素子は、入射光をオンチップレンズで集光し、該入射光に応じて光電変換を行う。この集光された入射光のうち赤外光および所定の波長の可視光を透過させるカラーフィルタと集光された入射光のうち可視光を透過するとともに赤外光を減衰する赤外光減衰フィルタとを備える撮像素子が使用されている。
このような技術として、例えば、特許文献１がある。
特開２０１６－１７７２７３号公報
上述の従来技術には、光電変換部に赤外光減衰フィルタ、可視光のカラーフィルタおよびオンチップレンズを順に積層し、オンチップレンズを通して可視光および赤外光を透過させる構成の固体撮像装置が記載されている。赤外光減衰フィルタには分光設計の自由度が高い有機色素を原料とする色材が使用されることが多い。この固体撮像装置では、積層の工程において、赤外光減衰フィルタに表面荒れを生じるという問題がある。赤外光減衰フィルタを加工する際に赤外光減衰フィルタの色材が薬液に溶出し、赤外光減衰フィルタに抜け穴を生じる。この赤外光減衰フィルタにカラーフィルタを積層すると、カラーフィルタ材が抜け穴に入り込み、点欠陥を生じて画質が低下するという問題がある。
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、赤外光減衰フィルタの欠陥の発生を防ぎ、画質の低下を防止することを目的としている。
本開示は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の態様は、入射光に応じて光電変換を行う光電変換部と、上記入射光を上記光電変換部に集光するオンチップレンズと、上記集光された入射光のうち赤外光および所定の波長の可視光を透過するカラーフィルタと、上記集光された入射光のうち可視光を透過するとともに赤外光を減衰する赤外光減衰フィルタと、上記赤外光減衰フィルタに隣接して配置されて上記赤外光減衰フィルタを保護する保護膜とを具備する撮像素子である。
また、この第１の態様において、上記保護膜は、上記カラーフィルタに隣接して配置され、上記赤外光減衰フィルタは、上記カラーフィルタを透過した赤外光を減衰してもよい。
また、この第１の態様において、上記保護膜は、上記カラーフィルタの形成の際に上記赤外光減衰フィルタを保護してもよい。
また、この第１の態様において、上記保護膜は、上記カラーフィルタと略同じ屈折率に構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記保護膜は、上記オンチップレンズに隣接して配置され、上記カラーフィルタは、上記赤外光減衰フィルタに隣接して配置されて、上記赤外光減衰フィルタを透過した上記入射光のうち上記所定の波長の可視光を透過してもよい。
また、この第１の態様において、上記保護膜は、上記オンチップレンズの形成の際に上記赤外光減衰フィルタを保護してもよい。
また、この第１の態様において、上記光電変換部、上記オンチップレンズ、上記カラーフィルタ、上記赤外光減衰フィルタおよび上記保護膜を備える画素と、上記集光された入射光のうち赤外光を透過する赤外光透過フィルタ、上記光電変換部および上記オンチップレンズを備える赤外光画素とを具備し、上記保護膜は、上記赤外光減衰フィルタの上記赤外光画素に隣接する面にさらに配置されてもよい。
また、この第１の態様において、上記保護膜は、有機材料により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記保護膜は、無機材料により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記保護膜は、有機材料および無機材料が積層されて構成されてもよい。
また、本開示の第２の態様は、入射光に応じて光電変換を行う光電変換部を形成する工程と、上記入射光を上記光電変換部に集光するオンチップレンズを形成する工程と、上記集光された入射光のうち赤外光および所定の波長の可視光を透過するカラーフィルタを形成する工程と、上記集光された入射光のうち可視光を透過するとともに赤外光を減衰する赤外光減衰フィルタを形成する工程と、上記赤外光減衰フィルタに隣接して配置されて上記赤外光減衰フィルタを保護する保護膜を形成する工程とを具備する撮像素子の製造方法である。
このような態様により、本開示の撮像素子は、赤外光減衰フィルタの表面に保護膜が配置されるという作用をもたらす。保護膜による赤外光減衰フィルタの保護が想定される。
本開示によれば、赤外光減衰フィルタの欠陥の発生を防ぎ、画質の低下を防止するという優れた効果を奏する。
本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の実施の形態に係る保護膜の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第２の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第２の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第３の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第４の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第５の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。
次に、図面を参照して、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）を説明する。以下の図面において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。また、以下の順序で実施の形態の説明を行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．第４の実施の形態
５．第５の実施の形態
６．カメラへの応用例
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像素子の構成］
図１は、本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。同図の撮像素子１は、画素アレイ部１０と、垂直駆動部２０と、カラム信号処理部３０と、制御部４０とを備える。
画素アレイ部１０は、画素１００が２次元格子状に配置されて構成されたものである。ここで、画素１００は、照射された光に応じた画像信号を生成するものである。この画素１００は、照射された光に応じた電荷を生成する光電変換部を有する。また画素１００は、画素回路をさらに有する。この画素回路は、光電変換部により生成された電荷に基づく画像信号を生成する。画像信号の生成は、後述する垂直駆動部２０により生成された制御信号により制御される。画素アレイ部１０には、信号線１１および１２がＸＹマトリクス状に配置される。信号線１１は、画素１００における画素回路の制御信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の行毎に配置され、各行に配置される画素１００に対して共通に配線される。信号線１２は、画素１００の画素回路により生成された画像信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の列毎に配置され、各列に配置される画素１００に対して共通に配線される。これら光電変換部および画素回路は、半導体基板に形成される。
垂直駆動部２０は、画素１００の画素回路の制御信号を生成するものである。この垂直駆動部２０は、生成した制御信号を同図の信号線１１を介して画素１００に伝達する。カラム信号処理部３０は、画素１００により生成された画像信号を処理するものである。このカラム信号処理部３０は、同図の信号線１２を介して画素１００から伝達された画像信号の処理を行う。カラム信号処理部３０における処理には、例えば、画素１００において生成されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するアナログデジタル変換が該当する。カラム信号処理部３０により処理された画像信号は、撮像素子１の画像信号として出力される。制御部４０は、撮像素子１の全体を制御するものである。この制御部４０は、垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０を制御する制御信号を生成して出力することにより、撮像素子１の制御を行う。制御部４０により生成された制御信号は、信号線４１および４２により垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０に対してそれぞれ伝達される。
［画素の構成］
図２は、本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、画素アレイ部１０に配置された画素１００の構成を表す模式断面図である。なお、同図の画素アレイ部１０には、赤外光画素２００がさらに配置される。
画素１００は、オンチップレンズ１７１と、カラーフィルタ１６１と、保護膜１５１と、赤外光減衰フィルタ１４１と、遮光膜１３１と、半導体基板１１１と、絶縁層１１３と、配線層１１４と、支持基板１１５とを備える。
半導体基板１１１は、図１において説明した画素１００の光電変換部や画素回路の半導体部分が形成される半導体の基板である。また、半導体基板１１１には、垂直駆動部２０、カラム信号処理部３０および制御部４０の半導体部分がさらに形成される。同図においては、これらのうち、画素１００の光電変換部１０１を記載している。同図の半導体基板１１１は、便宜上、ｐ型のウェル領域に構成されるものと想定する。光電変換部１０１は、ｎ型半導体領域１１２と当該ｎ型半導体領域１１２の周囲のｐ型のウェル領域とにより構成される。ｎ型半導体領域１１２およびｐ型のウェル領域の界面に形成されるｐｎ接合において入射光に応じた光電変換が行われ、この光電変換により生成された電荷がｎ型半導体領域１１２に保持される。この光電変換部１０１の光電変換により生成された電荷に基づいて、不図示の画素回路により画像信号が生成される。
なお、半導体基板１１１における画素１００の間には、画素分離部１２１が配置される。この画素分離部１２１は、画素１００の間における電荷の移動を防ぐ領域である。また、半導体基板１１１の裏面には絶縁膜１５５が配置される。光電変換部１０１および画素回路のほか、垂直駆動部２０、カラム信号処理部３０および制御部４０（何れも不図示）が半導体基板１１１に形成される。
配線層１１４は、画素１００において生成された画像信号や画素回路を制御する制御信号を伝達する配線である。この配線層１１４は、図１において説明した信号線１１および１２を構成する。また、配線層１１４は、絶縁層１１３により相互に絶縁される。なお、同図の画素１００を備える撮像素子１は、配線層１１４が半導体基板１１１における光が入射される面とは異なる面に配置される裏面照射型の撮像素子である。
オンチップレンズ１７１は、入射光を光電変換部１０１に集光するレンズである。このオンチップレンズ１７１は、カラーフィルタ１６１および赤外光減衰フィルタ１４１を介して入射光を光電変換部１０１に入射させる。オンチップレンズ１７１は、例えば、樹脂により構成することができる。
カラーフィルタ１６１は、可視光のうち所定の波長の可視光を透過する光学的なフィルタである。ここで、可視光には、例えば、３８０ｎｍ乃至７５０ｎｍの波長の光が該当する。このカラーフィルタ１６１として、例えば、赤色光（波長７００ｎｍ）、緑色光（波長５４６ｎｍ）および青色光（４３６ｎｍ）をそれぞれ透過させる３種のカラーフィルタを使用することができる。これらのカラーフィルタ１６１は、対応する波長の可視光を透過させる。一方、カラーフィルタ１６１は、赤外光を透過する。ここで、赤外光には、例えば、７５０ｎｍ乃至１２００ｎｍの波長の光が該当する。同図のカラーフィルタ１６１に記載された文字は、カラーフィルタ１６１の種類を表す文字である。具体的には、「Ｒ」、「Ｇ」および「Ｂ」が記載されたカラーフィルタ１６１は、それぞれ赤色光、緑色光および青色光を透過するカラーフィルタ１６１に該当する。
赤外光減衰フィルタ１４１は、赤外光のうち特定の波長の赤外光を減衰する光学的なフィルタである。この赤外光減衰フィルタ１４１として、例えば、８５０ｎｍまたは９４０ｎｍの波長の赤外光を減衰させる赤外光減衰フィルタ１４１を使用することができる。これらの赤外光減衰フィルタ１４１は、対応する波長の赤外光を減衰させて除去する。すなわち、赤外光減衰フィルタ１４１は、赤外光のうち対応する波長以外の波長の赤外光を透過する。一方、赤外光減衰フィルタ１４１は、可視光を透過する。
この赤外光減衰フィルタ１４１を画素１００に配置することにより、赤外光に起因する混色を防ぐことができる。ここで、混色とは、所望の波長とは異なる波長の光が画素１００に入射することにより、画像信号に誤差を生じる現象である。カラーフィルタ１６１および赤外光減衰フィルタ１４１を積層して画素１００に配置することより、画素１００に入射する光に対して所定の波長の可視光を透過するとともに特定の波長の赤外光を減衰させることができる。また、画素１００において、赤外光減衰フィルタ１４１およびカラーフィルタ１６１を積層することにより、後述する赤外光画素２００および画素１００の膜厚を等しくすることができ、段差の発生を防止することができる。このため、輝度むらを低減することができる。
赤外光減衰フィルタ１４１には、例えば、有機色素を原料とする染料系の色材を樹脂に分散させた赤外光減衰フィルタを使用することができる。このような赤外光減衰フィルタを使用することにより、分光設計の自由度を向上させることが可能となる。しかし、この赤外光減衰フィルタ１４１は、樹脂の硬化時に色材が凝集し、比較的大きな凝集体を形成する。この凝集体が形成された赤外光減衰フィルタ１４１を加工すると、凝集体が溶出して抜け穴が形成される。そこにカラーフィルタ１６１を積層すると、カラーフィルタ１６１が抜け穴に入り込み、可視光における点欠陥が増加する。また、色材の溶出にともない赤外光減衰フィルタ１４１の実効膜厚が薄くなる。赤外光減衰フィルタ１４１の凝集体の溶出の詳細については後述する。
保護膜１５１は、赤外光減衰フィルタ１４１の表面に配置され、赤外光減衰フィルタ１４１を保護するものである。同図の保護膜１５１は、赤外光減衰フィルタ１４１にカラーフィルタ１６１を形成する際に赤外光減衰フィルタ１４１を保護する。この保護膜１５１には、赤外光減衰フィルタ１４１等を加工する際に使用するレジストの現像液や剥離液に対して不溶な材料により構成する必要がある。また、保護膜１５１は、波長４００ｎｍ乃至７００ｎｍの可視域において８０％以上の透過率を有するものが好適である。画素１００の感度の低下を防ぐためである。保護膜１５１の膜厚は、例えば、１ｎｍより厚い膜厚に構成することができる。
保護膜１５１は、無機材料、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮおよびＳｉＯＣ等により構成することができる。この際、保護膜１５１は、ＡＬＤ（Atomic Layer
Deposition）、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）ならびにスパッタリングおよび真空蒸着等のＰＶＤ（PhysicalVapor Deposition）により形成することができる。無機材料により構成された保護膜１５１を使用することにより、赤外光減衰フィルタ１４１への酸素の侵入を防ぐことができ、赤外光減衰フィルタ１４１の劣化を抑制することができる。なお、無機材料により保護膜１５１を構成する際には、例えば、成膜時の温度が２６０℃以下の材料や製造方法を採用すると好適である。加熱による赤外光減衰フィルタ１４１の劣化を防止することができるためである。
また、保護膜１５１は、有機材料、例えば、アクリル系、スチレン系、シロサン系、エポキシ系および環状オレフィン系の樹脂により構成することもできる。この際、保護膜１５１は、熱硬化型または光硬化型の樹脂を使用することができる。
なお、保護膜１５１は、多層に構成することもでき、無機材料および有機材料による複合膜にすることもできる。
また、保護膜１５１は、カラーフィルタ１６１と略同じ屈折率の材料により構成すると、好適である。カラーフィルタ１６１および保護膜１５１の界面における入射光の反射を低減することができ、感度を向上させることができるためである。また、保護膜１５１の屈折率をカラーフィルタ１６１および赤外光減衰フィルタ１４１の屈折率の中間の値にした場合にも、入射光の反射を低減することができる。
遮光膜１３１は、半導体基板１１１の表面における画素１００の境界に配置され、隣接する画素１００のカラーフィルタ１６１を透過した光を遮光する膜である。
赤外光画素２００は、入射光のうちの赤外光に応じた画像信号を生成する画素である。この赤外光画素２００にはカラーフィルタ１６１および赤外光減衰フィルタ１４１の代わりに可視光減衰フィルタ１８１が配置される点で、画素１００と異なる。同図の可視光減衰フィルタ１８１は、複数のカラーフィルタが積層されて構成される。具体的には、可視光減衰フィルタ１８１は、赤外光減衰フィルタ１４１と同層に形成された青色光を透過するカラーフィルタとカラーフィルタ１６１と同層に形成された赤色光を透過するカラーフィルタとにより構成される。
［保護膜］
図３は、本開示の実施の形態に係る保護膜の構成例を示す図である。同図は、赤外光減衰フィルタ１４を加工する際およびカラーフィルタ１６１を形成する際の保護膜１５１の効果を説明する図である。同図におけるａは、絶縁膜１５５の上に赤外光減衰フィルタ１４１が形成された状態を表す。この赤外光減衰フィルタ１４１は、絶縁膜１５５の上に赤外光減衰フィルタ１４１の材料となる樹脂が塗布された後、加熱硬化させることにより形成される。この硬化の際に、同図におけるａに表した色材の凝集体１４２が形成される。
次に、上述の可視光減衰フィルタ１８１を形成するため、赤外光減衰フィルタ１４１に開口部４０６を形成する。これは、開口部４０６を形成する位置に開口部を有するレジストを赤外光減衰フィルタ１４１の表面に形成し、このレジストをマスクとして赤外光減衰フィルタ１４１をエッチングすることにより行うことができる。赤外光減衰フィルタ１４１のエッチング後に、レジストを溶剤により除去する。このレジスト除去の工程において、凝集体１４２が溶剤に溶出する。同図におけるｂの抜け穴１４３は、凝集体１４２の溶出により生じた穴である。なお、赤外光減衰フィルタ１４１の加工を行わない場合であっても、後述するカラーフィルタ１６１を形成する際に使用される溶剤により抜け穴１４３が形成される。
次に、開口部４０６にカラーフィルタを配置し、カラーフィルタ１６１を積層する。この工程により、抜け穴１４３にカラーフィルタの材料が入り込む。同図におけるｃはこの様子を表したものであり、同図におけるｃの抜け穴１４４は、カラーフィルタが入り込んだ抜け穴を表す。この抜け穴１４４は点欠陥となり、画素１００により生成される画像信号に輝度むらを生じる。また、凝集体１４２の溶出が画素１００毎に不均一な場合においても輝度むらが発生する。この結果、画質が低下することとなる。また、色材が溶出すると、赤外光減衰フィルタ１４１の実効膜厚が薄くなる。このため、この膜厚の低下を見込んだ膜厚の赤外光減衰フィルタ１４１を形成する必要が生じる。赤外光減衰フィルタ１４１が厚膜化すると、感度が低下するとともに隣接する画素１００からの斜め入射光の増加に伴う混色が増えることとなる。この場合においても画質の低下を招くこととなる。
そこで、本開示では、赤外光減衰フィルタ１４１の表面に保護膜１５１を配置し、赤外光減衰フィルタ１４１を保護する。同図におけるｄは、保護膜１５１が配置された場合を表したものである。保護膜１５１を赤外光減衰フィルタ１４１の表面に積層した後に、開口部４０６を形成することにより、赤外光減衰フィルタ１４１の表面からの凝集体１４２の溶出を防ぐことができる。上述の抜け穴１４３が形成されないため、点欠陥の増加等を防止することが可能となる。また、赤外光減衰フィルタ１４１の膜厚を薄くすることができるため、感度の低下および混色の増加を防止することができる。
また、保護膜１５１をカラーフィルタ１６１の下層に配置することにより、カラーフィルタ１６１の密着強度を向上させることができる。カラーフィルタ１６１の剥離等の不具合の発生を低減することが可能となる。特に、アクリル系樹脂等の有機材料により保護膜１５１を構成する場合には、カラーフィルタ１６１との間において高い密着強度を得ることができる。
［撮像素子の製造方法］
図４乃至６は、本開示の第１の実施の形態における撮像素子の製造方法を示す図である。図４乃至６を使用して、図２において説明した撮像素子１の製造工程を説明する。なお、保護膜１５１には、有機材料により構成された保護膜１５１を想定する。
まず、図４におけるａに示すように、光電変換部１０１が形成された半導体基板１１１に画素分離部１２１および絶縁膜１５５を形成する。これは、例えば、次のように行うことができる。まず、半導体基板１１１の画素１００の間の領域にトレンチを形成する。次に、トレンチを形成した半導体基板１１１の表面に絶縁物の膜を成膜する。この成膜には、例えば、ＣＶＤを使用することができる。これにより、トレンチに絶縁物を配置するとともに半導体基板１１１の表面に絶縁物の膜を形成することができ、画素分離部１２１および絶縁膜１５５を同時に形成することができる。次に、絶縁膜１５５の表面に遮光膜１３１を配置する。これは、例えば、遮光膜１３１の材料膜を絶縁膜１５５の表面に成膜し、画素１００の境界の領域以外の材料膜をエッチングして除去することにより行うことができる。
次に、図４におけるｂに示すように、絶縁膜１５５および遮光膜１３１の表面に赤外光減衰フィルタ１４１を形成する。これは、例えば、赤外光減衰フィルタ１４１の材料となる樹脂を塗布して硬化させることにより行うことができる。当該工程は、請求の範囲に記載の赤外光減衰フィルタ形成工程の一例である。
次に、図４におけるｃに示すように、赤外光減衰フィルタ１４１に隣接して保護膜１５１を形成する。当該工程は、請求の範囲に記載の保護膜形成工程の一例である。なお、保護膜１５１を形成する前に、赤外光減衰フィルタ１４１の表面の改質を行うこともできる。これは、例えば、灰化処理により行うことができる。
次に、図４におけるｄに示すように、保護膜１５１に隣接してレジスト４０１を塗布する。次に、レジスト４０１に開口部４０２を形成する。これは、リソグラフィにより行うことができる。
次に、図５におけるｅに示すように、レジスト４０１をマスクとして使用し、保護膜１５１および赤外光減衰フィルタ１４１のエッチングを行う。これは、ドライエッチングにより行うことができる。なお、エッチングは、レジスト４０１が除去されるまで実行する。これにより、保護膜１５１および赤外光減衰フィルタ１４１に開口部４０３が形成される。
次に、図５におけるｆに示すように、開口部４０４に青色光を透過するカラーフィルタを形成する。これは、感光性を有するカラーフィルタの材料樹脂を塗布し、露光および現像を行うことにより形成することができる。
次に、図５におけるｇに示すように、カラーフィルタ１６１を形成する。これは、感光性を有するカラーフィルタの材料樹脂の塗布、露光および現像の工程をカラーフィルタ１６１の種類毎に行うことにより形成することができる。当該工程は、請求の範囲に記載のカラーフィルタ形成工程の一例である。
次に、図６におけるｈに示すように、オンチップレンズの材料となる樹脂膜４０５を塗布する。次に図６におけるｉ示すように、樹脂膜４０５の表面を半球形状に加工する。これは、例えば、オンチップレンズ１７１と同じ形状に構成されたレジストを樹脂膜４０５の表面に形成してドライエッチングを行い、レジストの形状を樹脂膜４０５に転写することにより行うことができる。当該工程は、請求の範囲に記載のオンチップレンズ形成工程の一例である。
以上の工程により、撮像素子１を製造することができる。図５におけるｅ、ｆおよびｇの工程において、赤外光減衰フィルタ１４１の表面は、保護膜１５１により保護される。
以上説明したように、本開示の第１の実施の形態の撮像素子１は、保護膜１５１を赤外光減衰フィルタ１４１に隣接して配置することにより、赤外光減衰フィルタ１４１の欠陥の発生を防ぎ、画質の低下を防止することができる。
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、保護膜１５１を赤外光減衰フィルタ１４１に隣接して配置していた。これに対し、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、保護膜１５２をさらに備える点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図７は、本開示の第２の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図の画素１００は、保護膜１５２をさらに備える点で、図２において説明した画素１００と異なる。
保護膜１５２は、保護膜１５１とカラーフィルタ１６１との間に配置され、赤外光減衰フィルタ１４１を保護するものである。この保護膜１５２は、赤外光減衰フィルタ１４１の赤外光画素２００と隣接する面にさらに配置され、赤外光減衰フィルタ１４１を加工する際の赤外光減衰フィルタ１４１の側面を保護する。保護膜１５２は、保護膜１５１と同様の材料により構成することができる。例えば、保護膜１５１をＳｉＯ２により構成し、保護膜１５２をＳｉＮにより構成することができる。また、保護膜１５１および１５２をそれぞれ無機材料および有機材料により構成することもできる。この場合には、後述する赤外光減衰フィルタ１４１をエッチングする工程において、無機材料により構成された保護膜１５１をマスクとして使用することができる。また、有機材料により構成された保護膜１５２を使用することにより、カラーフィルタ１６１との密着強度を向上させることができる。
［撮像素子の製造方法］
図８および９は、本開示の第２の実施の形態における撮像素子の製造方法を示す図である。図８および９を使用して、図７において説明した撮像素子１の製造工程を説明する。なお、図８は、図４におけるｃに続けて実行する工程である。なお、保護膜１５１には、無機材料により構成された保護膜１５１を想定する。
まず、図８におけるａに示すように、保護膜１５１の表面にレジスト４１１を配置し、開口部４１２を形成する。このレジスト４１１は、図４におけるｄにおいて説明したレジスト４０１より薄い膜厚に構成することができる。
次に、図８におけるｂに示すように、レジスト４１１をマスクとして使用し、保護膜１５１をエッチングする。このエッチングは、ドライエッチングにより行うことができる。エッチングは、レジスト４１１が除去されるまで実行する。図５におけるｅと異なり、赤外光減衰フィルタ１４１のエッチングを行わないため、薄いレジスト４１１を使用することができる。
次に、図８におけるｃに示すように、保護膜１５１をマスクとして使用し、赤外光減衰フィルタ１４１をエッチングする。このエッチングにはドライエッチングを使用し、赤外光減衰フィルタ１４１を選択的にエッチングする条件により行うことができる。これにより、開口部４１４を形成することができる。このように、無機材料により構成された保護膜１５１を使用することにより、赤外光減衰フィルタ１４１を形成する際のマスク４１１を薄膜化することができ、製造工程を簡略化することができる。
次に、図９におけるｄに示すように、保護膜１５２を積層する。これにより、保護膜１５１の表面に保護膜１５２が積層される。同時に、開口部４１４に保護膜１５２が配置される。すなわち、赤外光画素２００における絶縁膜１５５の表面に保護膜１５２が配置されるとともに画素１００の赤外光減衰フィルタ１４１の側面にも保護膜１５２が配置される。
次に、図９におけるｅに示すように、開口部４１４に青色光を透過させるカラーフィルタ４１５を形成する。
次に、図９におけるｆに示すように、カラーフィルタ１６１を形成する。次に、図６におけるｈおよびｉにおいて説明した工程により、オンチップレンズ１７１を形成する。
以上の工程により、撮像素子１を製造することができる。保護膜１５２を配置することにより、図９におけるｅの工程の際に、赤外光画素２００に隣接する画素１００の赤外光減衰フィルタ１４１の側面からの凝集体の溶出を防ぐことができる。これにより、赤外光画素２００に隣接する画素１００の赤外光減衰フィルタ１４１における欠陥の発生を防止することができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、保護膜１５２を配置することにより、赤外光減衰フィルタ１４１の側面を保護することができ、画質の低下をさらに防止することができる。
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、画素１００の境界において連続して形成された赤外光減衰フィルタ１４１を使用していた。これに対し、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、赤外光減衰フィルタ１４１を分離する分離壁を画素１００の境界に配置する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図１０は、本開示の第３の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図の画素１００は、分離壁１３２を備える点で、図２において説明した画素１００と異なる。
分離壁１３２は、隣接する画素１００同士ならびに画素１００および赤外光画素２００の境界に配置されて赤外光減衰フィルタ１４１を分離するものである。分離壁１３２を画素１００の間に配置することにより、隣接する画素１００から斜めに入射する光を減衰させ、混色の発生を軽減することができる。また、分離壁１３２を画素１００および赤外光画素２００の間に配置することにより、赤外光画素２００に隣接する赤外光減衰フィルタ１４１の側面を保護することもできる。この分離壁１３２は、例えば、酸化物により構成することができる。
なお、撮像素子１の構成はこの例に限定されない。例えば、カラーフィルタ１６１が配置される領域における画素１００の境界にも分離壁を備える構成にすることもできる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、分離壁１３２を備えることにより、混色の発生を軽減することができる。
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１１１に形成された絶縁膜１５５の表面に赤外光減衰フィルタ１４１およびカラーフィルタ１６１が順に積層されていた。これに対し、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、赤外光減衰フィルタ１４１およびカラーフィルタ１６１を入れ替えて配置する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図１１は、本開示の第４の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図の画素１００は、絶縁膜１５５の表面にカラーフィルタ１６１および赤外光減衰フィルタ１４１が順に配置される点で、図２において説明した画素１００と異なる。
同図のカラーフィルタ１６１には、赤外光減衰フィルタ１４１を透過した可視光が入射する。同図の保護膜１５１は、赤外光減衰フィルタ１４１を加工する工程およびオンチップレンズ１７１を形成する工程において赤外光減衰フィルタ１４１を保護することができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、カラーフィルタ１６１および赤外光減衰フィルタ１４１が順に積層されて構成された撮像素子１において赤外光減衰フィルタ１４１を保護することができる。
＜５．第５の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、積層されたカラーフィルタを赤外光画素２００の可視光減衰フィルタ１８１として使用していた。これに対し、本開示の第５の実施の形態の撮像素子１は、単層の可視光減衰フィルタを使用する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図１２は、本開示の第５の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図の画素１００は、赤外光画素２００の可視光減衰フィルタ１８１の代わりに可視光減衰フィルタ１８２を備える点で、図２において説明した画素１００と異なる。
同図の可視光減衰フィルタ１８２は、可視光を減衰するとともに赤外光を透過するフィルタである。この可視光減衰フィルタ１８２には、例えば、カラーフィルタ１６１に使用される複数の色材が混合されて構成されたフィルタを使用することができる。この可視光減衰フィルタ１８２を形成する際においても、保護膜１５１により赤外光減衰フィルタ１４１を保護することができる。可視光減衰フィルタ１８２は単層構成であるため、図２において説明した可視光減衰フィルタ１８１と比較して製造工程を簡略化することができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、単層の可視光減衰フィルタ１８２を使用する場合において、赤外光減衰フィルタ１４１を保護することができる。
＜６．カメラへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品に応用することができる。例えば、本技術は、カメラ等の撮像装置に搭載される撮像素子として実現されてもよい。
図１３は、本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。同図のカメラ１０００は、レンズ１００１と、撮像素子１００２と、撮像制御部１００３と、レンズ駆動部１００４と、画像処理部１００５と、操作入力部１００６と、フレームメモリ１００７と、表示部１００８と、記録部１００９とを備える。
レンズ１００１は、カメラ１０００の撮影レンズである。このレンズ１００１は、被写体からの光を集光し、後述する撮像素子１００２に入射させて被写体を結像させる。
撮像素子１００２は、レンズ１００１により集光された被写体からの光を撮像する半導体素子である。この撮像素子１００２は、照射された光に応じたアナログの画像信号を生成し、デジタルの画像信号に変換して出力する。
撮像制御部１００３は、撮像素子１００２における撮像を制御するものである。この撮像制御部１００３は、制御信号を生成して撮像素子１００２に対して出力することにより、撮像素子１００２の制御を行う。また、撮像制御部１００３は、撮像素子１００２から出力された画像信号に基づいてカメラ１０００におけるオートフォーカスを行うことができる。ここでオートフォーカスとは、レンズ１００１の焦点位置を検出して、自動的に調整するシステムである。このオートフォーカスとして、撮像素子１００２に配置された位相差画素により像面位相差を検出して焦点位置を検出する方式（像面位相差オートフォーカス）を使用することができる。また、画像のコントラストが最も高くなる位置を焦点位置として検出する方式（コントラストオートフォーカス）を適用することもできる。撮像制御部１００３は、検出した焦点位置に基づいてレンズ駆動部１００４を介してレンズ１００１の位置を調整し、オートフォーカスを行う。なお、撮像制御部１００３は、例えば、ファームウェアを搭載したＤＳＰ（Digital Signal Processor）により構成することができる。
レンズ駆動部１００４は、撮像制御部１００３の制御に基づいて、レンズ１００１を駆動するものである。このレンズ駆動部１００４は、内蔵するモータを使用してレンズ１００１の位置を変更することによりレンズ１００１を駆動することができる。
画像処理部１００５は、撮像素子１００２により生成された画像信号を処理するものである。この処理には、例えば、画素毎の赤色、緑色および青色に対応する画像信号のうち不足する色の画像信号を生成するデモザイク、画像信号のノイズを除去するノイズリダクションおよび画像信号の符号化等が該当する。画像処理部１００５は、例えば、ファームウェアを搭載したマイコンにより構成することができる。
操作入力部１００６は、カメラ１０００の使用者からの操作入力を受け付けるものである。この操作入力部１００６には、例えば、押しボタンやタッチパネルを使用することができる。操作入力部１００６により受け付けられた操作入力は、撮像制御部１００３や画像処理部１００５に伝達される。その後、操作入力に応じた処理、例えば、被写体の撮像等の処理が起動される。
フレームメモリ１００７は、１画面分の画像信号であるフレームを記憶するメモリである。このフレームメモリ１００７は、画像処理部１００５により制御され、画像処理の過程におけるフレームの保持を行う。
表示部１００８は、画像処理部１００５により処理された画像を表示するものである。この表示部１００８には、例えば、液晶パネルを使用することができる。
記録部１００９は、画像処理部１００５により処理された画像を記録するものである。この記録部１００９には、例えば、メモリカードやハードディスクを使用することができる。
以上、本発明が適用され得るカメラについて説明した。本技術は以上において説明した構成のうち、撮像素子１００２に適用され得る。具体的には、図１において説明した撮像素子１は、撮像素子１００２に適用することができる。撮像素子１００２に撮像素子１を適用することにより混色の発生が軽減され、カメラ１０００により生成される画像の画質の低下を防止することができる。
なお、ここでは、一例としてカメラについて説明したが、本発明に係る技術は、その他、例えば監視装置等に適用されてもよい。
以上、本発明が適用され得るカメラについて説明した。本開示は以上において説明した構成のうち、撮像素子１００２に適用され得る。具体的には、図１において説明した撮像素子１は、撮像素子１００２に適用することができる。撮像素子１００２に撮像素子１を適用することにより、カメラ１０００により生成される画像の画質の低下を防止することができる。
なお、ここでは、一例としてカメラについて説明したが、本発明に係る技術は、その他、例えば監視装置等に適用されてもよい。
最後に、上述した各実施の形態の説明は本開示の一例であり、本開示は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）入射光に応じて光電変換を行う光電変換部と、
前記入射光を前記光電変換部に集光するオンチップレンズと、
前記集光された入射光のうち赤外光および所定の波長の可視光を透過するカラーフィルタと、
前記集光された入射光のうち可視光を透過するとともに赤外光を減衰する赤外光減衰フィルタと、
前記赤外光減衰フィルタに隣接して配置されて前記赤外光減衰フィルタを保護する保護膜と
を具備する撮像素子。
（２）前記保護膜は、前記カラーフィルタに隣接して配置され、
前記赤外光減衰フィルタは、前記カラーフィルタを透過した赤外光を減衰する
前記（１）に記載の撮像素子。
（３）前記保護膜は、前記カラーフィルタの形成の際に前記赤外光減衰フィルタを保護する前記（２）に記載の撮像素子。
（４）前記保護膜は、前記カラーフィルタと略同じ屈折率に構成される前記（２）または（３）に記載の撮像素子。
（５）前記保護膜は、前記オンチップレンズに隣接して配置され、
前記カラーフィルタは、前記赤外光減衰フィルタに隣接して配置されて、前記赤外光減衰フィルタを透過した前記入射光のうち前記所定の波長の可視光を透過する
前記（１）から（４）の何れかに記載の撮像素子。
（６）前記保護膜は、前記オンチップレンズの形成の際に前記赤外光減衰フィルタを保護する前記（５）に記載の撮像素子。
（７）前記光電変換部、前記オンチップレンズ、前記カラーフィルタ、前記赤外光減衰フィルタおよび前記保護膜を備える画素と、
前記集光された入射光のうち赤外光を透過する赤外光透過フィルタ、前記光電変換部および前記オンチップレンズを備える赤外光画素と
を具備し、
前記保護膜は、前記赤外光減衰フィルタの前記赤外光画素に隣接する面にさらに配置される
前記（１）から（６）の何れかに記載の撮像素子。
（８）前記保護膜は、有機材料により構成される前記（１）から（７）の何れかに記載の撮像素子。
（９）前記保護膜は、無機材料により構成される前記（１）から（７）の何れかに記載の撮像素子。
（１０）前記保護膜は、有機材料および無機材料が積層されて構成される前記（１）から（７）の何れかに記載の撮像素子。
（１１）入射光に応じて光電変換を行う光電変換部を形成する工程と、
前記入射光を前記光電変換部に集光するオンチップレンズを形成する工程と、
前記集光された入射光のうち赤外光および所定の波長の可視光を透過するカラーフィルタを形成する工程と、
前記集光された入射光のうち可視光を透過するとともに赤外光を減衰する赤外光減衰フィルタを形成する工程と、
前記赤外光減衰フィルタに隣接して配置されて前記赤外光減衰フィルタを保護する保護膜を形成する工程と
を具備する撮像素子の製造方法。
１ 撮像素子
１０ 画素アレイ部
１００ 画素
１０１ 光電変換部
１４１ 赤外光減衰フィルタ
１５１、１５２ 保護膜
１６１ カラーフィルタ
１７１ オンチップレンズ
１８１、１８２ 可視光減衰フィルタ
２００ 赤外光画素
１００２ 撮像素子

Claims (9)

  1. 複数の画素が２次元格子状に配置されて構成された画素アレイ部を備え、
    前記画素アレイ部は、前記画素として、
    入射光に応じて光電変換を行う光電変換部と、
    前記入射光を前記光電変換部に集光するオンチップレンズと、
    前記集光された入射光のうち赤外光および所定の波長の可視光を透過するカラーフィルタと、
    前記集光された入射光のうち可視光を透過するとともに赤外光を減衰する赤外光減衰フィルタと、
    前記赤外光減衰フィルタの表面に形成されて前記赤外光減衰フィルタを保護する保護膜と、備える画素と、
    前記集光された入射光のうち赤外光を透過する赤外光透過フィルタ、前記光電変換部および前記オンチップレンズを備える赤外光画素と、を具備し、
    前記赤外光画素は、前記赤外光透過フィルタとして、
    前記赤外光減衰フィルタおよび前記保護膜と同層に形成された第１の可視光減衰フィルタと、
    前記カラーフィルタと同層に形成された第２の可視光減衰フィルタと、を有する
    撮像素子。
  2. 前記保護膜は、前記カラーフィルタに隣接して配置され、
    前記赤外光減衰フィルタは、前記カラーフィルタを透過した赤外光を減衰する
    請求項１記載の撮像素子。
  3. 前記保護膜は、前記カラーフィルタと略同じ屈折率に構成される請求項２記載の撮像素子。
  4. 前記保護膜は、前記オンチップレンズに隣接して配置され、
    前記カラーフィルタは、前記赤外光減衰フィルタに隣接して配置されて、前記赤外光減衰フィルタを透過した前記入射光のうち前記所定の波長の可視光を透過する
    請求項１記載の撮像素子。
  5. 前記保護膜は、前記赤外光減衰フィルタの前記赤外光画素に隣接する面にさらに配置される
    請求項１記載の撮像素子。
  6. 前記保護膜は、有機材料により構成される請求項１記載の撮像素子。
  7. 前記保護膜は、無機材料により構成される請求項１記載の撮像素子。
  8. 前記保護膜は、有機材料および無機材料が積層されて構成される請求項１記載の撮像素子。
  9. 入射光に応じて光電変換を行う光電変換部が形成された半導体基板に画素分離部および絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜の表面に、前記入射光のうち可視光を透過するとともに赤外光を減衰する赤外光減衰フィルタを形成する工程と、
    前記赤外光減衰フィルタに隣接して配置されて前記赤外光減衰フィルタを保護する保護膜を形成する工程と、
    前記保護膜および前記赤外光減衰フィルタに開口部を形成する工程と、
    前記開口部に、前記赤外光減衰フィルタおよび前記保護膜と同層に位置するように第１の可視光減衰フィルタを形成する工程と、
    前記保護膜上に前記入射光のうち赤外光および所定の波長の可視光を透過するカラーフィルタを形成するとともに、前記第１の可視光減衰フィルタ上に、前記カラーフィルタと同層に位置するように第２の可視光減衰フィルタを形成する工程と、
    前記カラーフィルタ上および前記第２の可視光減衰フィルタ上に、前記入射光を前記光電変換部に集光するオンチップレンズを形成する工程と、
    を具備する撮像素子の製造方法。
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