WO2012004934A1 - 固体撮像装置 - Google Patents

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WO2012004934A1
WO2012004934A1 PCT/JP2011/003265 JP2011003265W WO2012004934A1 WO 2012004934 A1 WO2012004934 A1 WO 2012004934A1 JP 2011003265 W JP2011003265 W JP 2011003265W WO 2012004934 A1 WO2012004934 A1 WO 2012004934A1
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refractive index
layer
filter
state imaging
imaging device
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PCT/JP2011/003265
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French (fr)
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繁 齋藤
田中　圭介
小野澤　和利
学 薄田
一夫 藤原
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パナソニック株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
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    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses

Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device used for a digital camera or the like, and more particularly to a solid-state imaging device that detects visible light and near-infrared light.
  • FIG. 10 is a graph showing spectral characteristics of pixels in a conventional solid-state imaging device.
  • This figure shows a transmission characteristic 901 of a B (blue transmission) filter, a transmission characteristic 902 of a G (green transmission) filter, and a transmission characteristic 903 of an R (red transmission) filter.
  • an IR (infrared light transmission) filter that transmits only an infrared component (hereinafter referred to as an IR component) in incident light is configured by stacking an R filter and a B filter. is doing.
  • the B filter transmission characteristics 901, the G filter transmission characteristics 902, and the R filter transmission characteristics 903 shown in FIG. There are variations in the transmission characteristics at 850 nm. Therefore, the influence of the IR component included in the pixel signal output from the RGB pixel cannot be removed uniformly. That is, the IR component may not be completely removed from the pixel signal output from the RGB pixel, or the IR component may be excessively different.
  • an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device with high color reproducibility and sensitivity.
  • a solid-state imaging device is a solid-state imaging device having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and has a predetermined wavelength corresponding to each pixel of incident light.
  • a color separation filter that transmits light in the visible region and a near-red region in which a high refractive index layer and a low refractive index layer having a lower refractive index than the high refractive index layer are alternately stacked.
  • the multilayer interference filter has a transmission band in an outer region, and an area of at least one high refractive index layer of the plurality of high refractive index layers is smaller than an area of the plurality of low refractive index layers.
  • the solid-state imaging device can achieve high color reproducibility and sensitivity.
  • each of the at least one high refractive index layer may be surrounded by at least one of the plurality of low refractive index layers.
  • the at least one high refractive index layer may be disposed at the center of each pixel.
  • the solid-state imaging device can prevent color mixing.
  • the at least one high refractive index layer may include a plurality of high refractive index layers formed at different positions in the stacking direction and having different areas.
  • the areas of the plurality of high refractive index layers formed at different positions in the stacking direction and having different areas are such that one high refractive index layer located on the light incident surface side faces the light incident surface. You may reduce toward another high refractive index layer located in the surface side.
  • the solid-state imaging device can further improve the light collection efficiency.
  • the substrate includes a substrate having a plurality of light receiving portions corresponding to the plurality of pixels, which is provided on a surface facing the light incident surface of the color separation filter, and the area of each of the at least one high refractive index layer is S. If the area of each pixel is S1 and the area of each light receiving portion is S2, S2 ⁇ S ⁇ S1 may be satisfied.
  • the color separation filter includes a visible / near infrared filter having a transmission band in a visible region and a near-infrared region, and a near-infrared normalizing filter laminated on the visible / near-infrared filter, infrared filter, when the setting wavelength and lambda 1, a plurality of three-layer film including a plurality of first layer is the high refractive index layer having a first optical thickness of lambda 1/4, the plurality of And a second layer that is the low-refractive index layer having the first optical film thickness, and each of the plurality of three-layer films includes two first layers.
  • a first spacer layer which is a low refractive index layer for controlling light to be transmitted, formed between the two first layers, and the near-infrared normalizing filter includes: Substantially transparent in the visible region and the first near-infrared wavelength band in the near-infrared region, and Serial substantially opaque in a second infrared wavelength band between the visible region and the first near-infrared wavelength band, when the setting wavelength and lambda 2, the second optical of lambda 2/4 A plurality of layers including a third layer that is the high refractive index layer having a film thickness and a fourth layer that is the low refractive index layer having the second optical film thickness stacked on the third layer. And a second spacer layer that is formed between the plurality of ⁇ / 4 multilayer films and that is the low refractive index layer for controlling light to be transmitted.
  • a solid-state imaging device with high color reproducibility and sensitivity can be realized.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of the configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a graph showing spectral characteristics of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a graph showing spectral characteristics of the near-infrared normalizing filter of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a light condensing pattern based on an electromagnetic field simulation result of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of the configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to Comparative Example 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration and spectral characteristics of a visible near-infrared filter and a near-infrared normalization filter of the solid-state imaging device according to Comparative Example 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing the spectral characteristics of the solid-state imaging device according to Comparative Example 1 of the present invention.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to Comparative Example 2 of the present invention.
  • FIG. 8B is a graph showing the transmission characteristics of the color separation filter of the solid-state imaging device according to Comparative Example 2 of the present invention.
  • FIG. 9A is a diagram illustrating an example of a process of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a diagram showing an example of a process subsequent to FIG. 9A according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9C is a diagram showing an example of a process subsequent to FIG. 9B according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9D is a diagram showing an example of a process subsequent to FIG. 9C according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9E is a diagram showing an example of a process continued from FIG. 9D according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9F is a diagram showing an example of a process continued from FIG. 9E according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph showing spectral characteristics of pixels in a conventional solid-state imaging device
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of the configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
  • the solid-state imaging device 100 shown in the figure eliminates an infrared cut filter and includes incident light in addition to pixels in which color filters that transmit light components of R (red), G (green), and B (blue) are arranged.
  • An infrared light filter (IR filter) that transmits only the IR (near infrared) component therein is disposed, and has a pixel that detects only the IR component.
  • the solid-state imaging device 100 shown in the figure is, for example, a CCD (Charge Coupled Device) image sensor including an imaging unit 110, a storage unit 120, a horizontal transfer unit 130, and an output unit 140.
  • CCD Charge Coupled Device
  • the imaging unit 110 generates signal charges by photoelectrically converting incident light.
  • the imaging unit 110 includes two-dimensionally arranged R (red light reception) pixels 111R, G (green light reception) pixels 111G, B (blue light reception) pixels 111B, and IR (infrared light reception) pixels 111IR.
  • R red light reception
  • G green light reception
  • B blue light reception
  • IR infrared light reception
  • the R pixel 111R, the G pixel 111G, the B pixel 111B, and the IR pixel 111IR may be referred to as pixels 111R, 111G, 111B, and 111IR, respectively.
  • the imaging unit 110 has an array in which the pixels 111R arranged in a staggered pattern among the pixels 111R in the Bayer array are replaced with the pixels 111IR.
  • the storage unit 120 selectively performs either of storing the signal charge generated by the imaging unit 110 and transferring the signal charge to the horizontal transfer unit 130.
  • the horizontal transfer unit 130 outputs the signal charge to the output unit 140 by transferring the signal charge transferred from the storage unit 120 in the horizontal direction.
  • the output unit 140 converts the signal charge transferred from the horizontal transfer unit 130 into a voltage signal, and outputs the changed voltage signal.
  • the voltage signal output from the output unit 140 includes a red signal corresponding to the light received by the R pixel 111R, a green signal corresponding to the light received by the G pixel 111G, and a light received by the B pixel 111B. And a blue signal corresponding to the IR signal and an infrared signal corresponding to the light received by the IR pixel 111IR.
  • the infrared signal corresponding to the light received by the IR pixel 111IR is the light received by each light receiving pixel (R pixel 111R, G pixel 111G, B pixel 111B). It is used as a reference signal that gives information on the amount of signal generated due to the IR component for the red, green and blue signals according to. Using this reference signal, it is possible to perform color signal processing that removes the influence of the IR component included in each color signal (red signal, green signal, and blue signal). For example, by subtracting the reference signal from each of the red signal, the green signal, and the blue signal, the influence of the IR component included in the red signal, the green signal, and the blue signal can be eliminated. As a result, high color reproducibility can be realized.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment. Specifically, FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the imaging unit 110. For the sake of explanation, the configuration of the B pixel 111B, the R pixel 111R, the G pixel 111G, and the IR pixel 111IR is shown in FIG.
  • the solid-state imaging device 100 shown in the figure includes a color separation filter that transmits light of a predetermined wavelength corresponding to the R pixel 111R, the G pixel 111G, the B pixel 111B, and the IR pixel 111IR among the incident light.
  • the color separation filter is a multilayer interference filter having a transmission band in the visible region and the near infrared region in which a high refractive index layer and a low refractive index layer having a lower refractive index than the high refractive index layer are alternately laminated. .
  • At least one high refractive index layer area of the plurality of high refractive index layers is smaller than the plurality of low refractive index layer areas.
  • the incident light is collected by the diffraction effect of light due to the refractive index difference between the high refractive index layer and the low refractive index layer of the color separation filter. Therefore, even when a thick color filter is used, it is possible to suppress a decrease in sensitivity. As a result, high color reproducibility and sensitivity can be realized.
  • a P-type semiconductor layer 102, an interlayer insulating film 103, a color separation filter 104, and a condenser lens (also referred to as a microlens) 105 are sequentially stacked on an N-type semiconductor layer 101.
  • a photodiode 106 formed by ion implantation of an N-type impurity is formed for each pixel on the side of the interlayer insulating film 103 of the P-type semiconductor layer 102.
  • a P-type semiconductor layer is interposed between adjacent photodiodes 106, and this is called an element isolation region.
  • the color separation filter 104 includes a visible and near infrared filter 104a which is a multilayer interference filter that separates incident light into R, G, B, and IR light, and multilayer interference that transmits visible light and near infrared light.
  • the filter has a configuration in which a near-infrared normalization filter 104b that is a filter is stacked.
  • a light shielding film 107 is formed in the interlayer insulating film 103.
  • the individual photodiodes 106 and the condensing lens 105 have a corresponding relationship, and the light shielding film 107 prevents the light transmitted through the condensing lens 105 from entering the photodiode 106 that has no corresponding relationship.
  • N-type semiconductor layer 101 and the P-type semiconductor layer 102 correspond to the substrate of the present invention
  • the photodiode 106 corresponds to the light receiving portion of the present invention.
  • Each of the visible and near-infrared filters 104a has a set of ⁇ / 4 multilayer films formed of two kinds of materials having different refractive indexes.
  • Each ⁇ / 4 multilayer includes a first layer formed of a high refractive index material and a second layer formed of a low refractive index material.
  • Each of the first layer and the second layer has an optical film thickness substantially equal to 1 ⁇ 4 of the set wavelength ⁇ 1 when the set wavelength is ⁇ 1 (for example, 530 [nm]).
  • the optical film thickness is a value obtained by multiplying the physical film thickness by the refractive index.
  • the set wavelength ⁇ 1 is the peak wavelength of the visible band of the visible and near infrared filter 104a.
  • the visible / near infrared filter 104a includes a ⁇ / 4 multilayer film in which a first layer 304, a second layer 305, and a first layer 306 are stacked in this order, and ⁇ / 4. sandwiching the multilayer film, the first spacer layer (also referred to as a "defect layer” or "resonant layer”) having a 303 and 307, further, the structure, the first layer 302 and within the above lambda 1/4 film The structure is sandwiched between 308.
  • the first spacer layers 303 and 307 are formed between the first layers 302 and 304 and the first layers 306 and 308, respectively.
  • the visible and near infrared filter 104a includes a three-layer film including a first layer 306, a first spacer layer 307, and a first layer 308, a first layer 302, a first spacer layer 303, A three-layer film composed of the first layer 304, and a second layer 305 formed between the two three-layer films.
  • the visible / near infrared filter 104a includes a second layer 309 for flattening the light incident surface on the first layer 308.
  • the first layers 302, 304, 306, and 308 have the same film thickness in any of the R pixel 111R, the G pixel 111G, the B pixel 111B, and the IR pixel 111IR, for example, titanium dioxide that is a high refractive index material. (TiO 2 ).
  • the second layer 305 has the same film thickness in any of the R pixel 111R, the G pixel 111G, the B pixel 111B, and the IR pixel 111IR, and is made of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ) that is a low refractive index material. ing.
  • the respective optical thickness of three layers consisting of first and second layers becomes 132.5 nm. Since the refractive index of titanium dioxide at a wavelength of 530 nm is 2.53 and the refractive index of silicon dioxide is 1.48, the physical thickness of the first layers 304 and 306 made of titanium dioxide is 52 nm and made of silicon dioxide. The physical thickness of the second layer 305 is 91 nm.
  • a set of ⁇ / 4 multilayer films is formed.
  • the first refractive index material made of a low refractive index material having a different optical film thickness for each of the pixels 111R, 111G, 111B, and 111IR.
  • a spacer layer 303 is formed on the other hand, on the condenser lens 105 side of the ⁇ / 4 multilayer film, a first spacer layer 307 made of a low refractive index material having a different optical thickness for each of the pixels 111R, 111G, 111B, and 111IR is formed. Yes.
  • each of the first spacer layers 303 and 307 has an optical film thickness corresponding to light transmitted through the pixels 111R, 111G, 111B, and 111IR of the visible and near infrared filter 104a. That is, the first spacer layers 303 and 307 are layers used for controlling light to be transmitted, and transmit R, G, B, or IR light by changing the film thickness thereof.
  • each of the first spacer layers 303 and 307 is 45 nm for the R pixel 111R, 182 nm for the G pixel 111G, 140 nm for the B pixel 111B, and 91 nm for the IR pixel 111IR.
  • the film thickness of each of the first layers 302 and 308 is 52 nm.
  • the second layer 309 is, for example, a TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) planarization film.
  • TEOS Tetra Ethyl Ortho Silicate
  • the visible and near infrared filter 104a configured as described above can achieve color separation only by changing the film thicknesses of the first spacer layers 303 and 307.
  • Each of the near-infrared normalizing filters 104b has a set of ⁇ / 4 multilayer films formed of two kinds of materials having different refractive indexes.
  • Each ⁇ / 4 multilayer includes a third layer formed of a high refractive index material and a fourth layer formed of a low refractive index material.
  • Each of the third layer and the fourth layer has an optical film thickness approximately equal to 1 ⁇ 4 of the set wavelength ⁇ 2 when the set wavelength is ⁇ 2 (for example, 850 [nm]).
  • ⁇ 2 for example, 850 [nm]
  • a third layer 422, a fourth layer 423, a third layer 424, a fourth layer 425, and a third layer 426 are stacked in this order.
  • a first set of ⁇ / 4 multilayer films, a third layer 427, a fourth layer 428, a third layer 429, a fourth layer 430, and a third layer 431 are sequentially stacked.
  • a second spacer layer 433 made of a low refractive index material is formed between the two sets of ⁇ / 4 multilayer films.
  • the setting wavelength lambda 2 is the peak wavelength of the transmission band of the near-infrared region having a near-infrared normalization filter 104b.
  • each of the third layer 422 on the N-type semiconductor layer 101 side and the third layer 431 on the condenser lens 105 side is formed of a low refractive index material. / 8 films 421 and 432 are formed.
  • the number of layers of the near-infrared normalization filter 104b in the R pixel 111R, the G pixel 111G, the B pixel 111B, and the IR pixel 111IR is eleven.
  • the third layers 422, 424, 426, 427, 429 and 431 are specifically high refractive index materials containing titanium dioxide (TiO 2 ).
  • the fourth layers 423, 425, 428, and 430 are made of a low refractive index material containing silicon dioxide (SiO 2 ).
  • the ⁇ / 8 films 421 and 432 and the second spacer layer are also specifically made of a low refractive index material containing silicon dioxide (SiO 2 ).
  • the third layers 422, 424, 426, 427, 429, and 431 and the fourth layers 423, 425, 428, and 430 respectively include an R pixel 111R, a G pixel 111G, a B pixel 111B, and an IR.
  • the optical film thickness is the same in any of the pixels 111IR.
  • lambda 2/4 for setting wavelength lambda 2 that determines the thickness of the film is 850 nm
  • Each optical film thickness of 430 is 212.5 nm. Since the refractive index of titanium dioxide at a wavelength of 850 nm is 2.41 and the refractive index of silicon dioxide is 1.44, the physical thickness of the third layer made of titanium dioxide is 88 nm, and the physical properties of the fourth layer The film thickness is 148 nm.
  • the layers 423 and 425 form a set of ⁇ / 4 multilayer films.
  • 430 form another set of ⁇ / 4 multilayer films.
  • ⁇ / 8 of a low refractive index material made of silicon dioxide having a physical film thickness of 148 nm is provided on the N-type semiconductor layer 101 side of the third layer 422 and the condenser lens 105 side of the third layer 431.
  • Films 421 and 432 are formed on the N-type semiconductor layer 101 side of the third layer 422 and the condenser lens 105 side of the third layer 431.
  • Films 421 and 432 are formed.
  • a second spacer layer 433 made of low refractive index material made of silicon dioxide having a physical thickness of 0 nm is formed between the two sets of ⁇ / 4 multilayer films.
  • FIG. 3A is a graph showing the spectral characteristics of the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment, and shows a design result calculated using the matrix method.
  • the vertical axis represents the light collection efficiency of the color separation filter 104
  • the horizontal axis represents the wavelength of transmitted light.
  • FIG. 3B is a graph showing the spectral characteristics of the near-infrared normalization filter 104b of the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment.
  • the vertical axis represents the transmittance of the near-infrared normalization filter 104b
  • the horizontal axis represents the wavelength of transmitted light.
  • the near-infrared normalization filter 104b substantially includes a first near-infrared wavelength band (800 to 850 nm) in the near-infrared region (700 to 850 nm) and a band in the visible region. It is transparent. As shown in FIG. 3B, the near-infrared normalizing filter 104b is not substantially transparent in the second near-infrared wavelength band (700 to 750 nm) in the near-infrared region (700 to 850 nm). That is, the near-infrared normalization filter 104b is not substantially transparent in the second near-infrared wavelength band between the visible region and the first near-infrared wavelength band.
  • substantially transparent means that the transmittance for transmitting light is 80% or more, and “not substantially transparent” means that the transmittance is 20% or less.
  • the solid-state imaging device 100 includes the color separation filter 104 that transmits light having a predetermined wavelength corresponding to each of the pixels 111R, 111G, 111B, and 111IR among incident light.
  • the color separation filter 104 includes a visible near infrared filter 104a having a transmission band in the visible region and the near infrared region, and a near infrared normalization filter 104b stacked on the visible near infrared filter 104a.
  • VIS-NIR filter 104a includes a plurality of first layers 302, 304, 306 and 308 is a high refractive index layer having when the setting wavelength and lambda 1, the first optical film thickness of lambda 1/4 A plurality of three-layer films, and a second layer 305 formed between the plurality of three-layer films and having a first optical film thickness.
  • Each of the plurality of three-layer films is formed between two first layers and a first spacer layer 303 that is a low-refractive index layer for controlling light to be transmitted and 307.
  • the near-infrared normalization filter 104b is substantially transparent in the visible region and the first near-infrared wavelength band in the near-infrared region, and between the visible region and the first near-infrared wavelength band.
  • the second is substantially opaque in the near-infrared wavelength band between, when the setting wavelength and lambda 2, the third layer having a second optical thickness of ⁇ 2/4 422,424,426,427 429 and 431, and a plurality of ⁇ / 4 multilayer films composed of the fourth layers 423, 425, 428, and 430 having the second optical film thickness stacked on the third layer, and a plurality of ⁇ / 4
  • the second spacer layer 433 formed between the multilayer films for controlling the transmitted light.
  • the near-infrared normalization filter 104b can selectively transmit visible light and near-infrared light in a wide wavelength region with the above configuration.
  • the areas of the third layers 422, 424, 426, 427, 429 and 431 made of the high refractive index material of the near-infrared normalization filter 104b are from the light incident surface side. As it goes to the N-type semiconductor layer 101 and the P-type semiconductor layer 102 side, it becomes smaller.
  • the periphery of the third layers 422, 424, 426, 427, 429 and 431 made of a high refractive index material is a fourth layer made of a low refractive index material of the near-infrared normalization filter 104b. Layers 423, 425, 428, and 430 and ⁇ / 8 films 421 and 432 of low refractive index material are formed.
  • each of the third layers 422, 424, 426, 427, 429 and 431 composed of a high refractive index material is composed of a fourth layer 423, 425, 428 composed of a low refractive index material.
  • 430 and ⁇ / 8 films 421 and 432 of a low refractive index material are composed of a low refractive index material.
  • the third layers 422, 424, 426, 427, 429, and 431 are formed at different positions in the stacking direction and have different areas. Furthermore, the areas of the third layers 422, 424, 426, 427, 429 and 431 of the high refractive index materials which are formed at different positions in the stacking direction and have different areas are located on the light incident surface side. It decreases from the one third layer 431 toward the other third layer 422 located on the opposite surface side of the light incident surface. That is, the third layers 422, 424, 426, 427, 429, and 431 have a tapered structure in the stacking direction. Thereby, the light collection efficiency is further improved.
  • FIG. 4 shows the result of electromagnetic field simulation by the finite element method. As shown in FIG. 4, it can be seen that a light diffraction effect is generated by the tapered structure. Thus, the light is collected on the photodiode 106.
  • the high refractive index layers shown in the figure are the third layers 422, 424, 426, 427, 429 and 431, and the low refractive index layers are the fourth layers 423, 425, 428 and 430.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the solid-state imaging device according to Comparative Example 1.
  • the solid-state imaging device 200 shown in the figure is different from the solid-state imaging device 100 according to the embodiment in that it includes a near-infrared normalization filter 204b instead of the near-infrared normalization filter 104b.
  • the near-infrared normalization filter 204b includes a first layer ⁇ in which a third layer 222, a fourth layer 223, a third layer 224, a fourth layer 225, and a third layer 226 are stacked in this order.
  • / 4 multilayer film a second set of ⁇ / 4 multilayer films in which a third layer 227, a fourth layer 228, a third layer 229, a fourth layer 230, and a third layer 231 are sequentially stacked,
  • a second spacer layer 233 made of a low refractive index material is formed between the two sets of ⁇ / 4 multilayer films.
  • each of the third layer 222 on the N-type semiconductor layer 101 side and the third layer 231 on the condenser lens 105 side is made of a low refractive index material.
  • / 8 films 221 and 232 are formed. The materials and thicknesses of the third layer, the fourth layer, and the ⁇ / 8 film are the same as those in the embodiment.
  • the near-infrared normalization filter 204b has a third layer 222, 224, 226, 227, 229 and 231 of a high refractive index material formed in a solid film shape as compared with the near-infrared normalization filter 104b. Is different.
  • the solid-state imaging device 200 according to the comparative example 1 is spectrally separated by a laminated configuration of two filters of a visible near-infrared filter 104a and a near-infrared normalization filter 204b as shown in FIGS.
  • the spectral characteristics of 700 nm or more of the color separation filter can be made substantially the same in the R, G, B, and IR pixels as shown in FIG. With such a configuration, high color reproducibility can be obtained without causing a color shift even when illumination with a low color temperature is used.
  • 6C shows the spectral characteristics of the visible near infrared filter 104a
  • FIG. 6D shows the spectral characteristics of the near infrared normalization filter 204b.
  • the amount of light reaching the light-receiving unit (photodiode 106) of the solid-state imaging device 200 is reduced, resulting in a reduction in sensitivity.
  • the collected light spreads due to the light diffraction effect. As a result, damage due to wiring occurs.
  • FIG. 7 is a graph showing the spectral characteristics of the solid-state imaging device 200 according to Comparative Example 1.
  • the condensed light spreads due to the light diffraction effect.
  • the light collection efficiency is reduced even when the transmittance of the color separation filter is 100% due to the occurrence of scratches due to the wiring.
  • the light collection efficiency was about 60% in each color separation filter, but in the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment, the light collection efficiency is about 80%. That is, in the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment, the light collection efficiency is improved by 1.3 to 1.4 times compared to Comparative Example 1.
  • the third layers 422, 424, 426, 427, 429, and 431 are tapered in the stacking direction as compared with the first comparative example. High condensing efficiency can be realized.
  • the solid-state imaging device according to this comparative example is different from the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment in that the color separation filter is formed thin. Specifically, the solid-state imaging device according to this comparative example does not include a near-infrared normalization filter.
  • FIG. 8A is a diagram showing a cross-sectional configuration of a solid-state imaging device according to Comparative Example 2 in which a dielectric multilayer film 510 is used as a color separation filter (color filter).
  • FIG. 8B is a graph showing the transmission characteristics of the color separation filter (color filter) shown in FIG. 8A.
  • the color separation filter (color filter) of the solid-state imaging device according to Comparative Example 2 can also perform R, G, B, and IR color separation.
  • the IR pixel reference signal is differentiated from the signal output from the RGB pixel, as shown in FIG. 8B, since the spectral characteristics of RGB of 700 nm to 850 nm in each pixel vary, the IR signal in the RGB pixel differs. I can't finish it. This causes a color shift, particularly for low color temperature illumination.
  • the solid-state imaging device 100 has a small variation in RGB spectral characteristics of 700 nm to 850 nm, so that color shift can be reduced. In other words, high color reproducibility can be realized.
  • the solid-state imaging device 100 has a condensing effect due to the refractive index difference between the high refractive index material and the low refractive index material of the color separation filter, even when a thick color filter is used. It is possible to suppress a decrease in sensitivity.
  • FIGS. 9A to 9F are diagrams showing an example of a method for manufacturing the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment. Here, only the points different from the conventional one are described, and the same steps as the conventional one are omitted.
  • the low refraction of the near-infrared normalization filter 104b is reduced.
  • the rate layer is formed by a film forming method used in a normal semiconductor process such as CVD or sputtering (for example, silicon dioxide).
  • CVD chemical vapor deposition
  • sputtering for example, silicon dioxide
  • the high refractive index layer of the near-infrared normalizing filter 104b is formed by a film forming method used in a normal semiconductor process such as CVD or sputtering (for example, titanium dioxide).
  • a film forming method used in a normal semiconductor process such as CVD or sputtering (for example, titanium dioxide).
  • the high refractive index layer 422a made of a high refractive index material is formed.
  • a resist 610 is patterned on the high refractive index layer 422a by lithography.
  • the third layer 422 made of a high refractive index material is formed by patterning the high refractive index layer 422a using wet etching or dry etching.
  • a desired pattern can be obtained by removing the resist 610.
  • the fourth layer 423 is formed by a film forming method used in a normal semiconductor process such as CVD or sputtering.
  • the near-infrared normalizing filter 104b is formed by repeating the above process. Note that the visible and near infrared filter 104a can be realized by performing the same process.
  • the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment can be manufactured.
  • all of the third layers 422, 424, 426, 427, 429 and 431 made of the high refractive index material of the near-infrared normalization filter 104b are patterned by the above process.
  • the number of layers is not limited.
  • the solid-state imaging device 100 includes a plurality of pixels (R pixel 111R, G pixel 111G, B pixel 111B, and IR pixel arranged in a two-dimensional manner. 111IR), and includes a color separation filter 104 that transmits light having a predetermined wavelength corresponding to each of the pixels 111R, 111G, 111B, and 111IR in incident light, and the color separation filter 104 has a high refractive index.
  • the first layers 302, 304, 306 and 308 made of the material, the third layers 422, 424, 426, 427, 429 and 431, and the low refractive index material having a lower refractive index than the high refractive index material.
  • the second layers 305 and 309 and the fourth layers 423, 425, 428 and 430 are alternately stacked and have a transmission band in the visible region and the near infrared region.
  • the third layer 422, 424, 426, 427, 429 and 431 has an area larger than that of the second layer 305 and 309 and the fourth layer 423, 425, 428 and 430. small.
  • the area of each of the third layers 422, 424, 426, 427, 429, and 431 is smaller than the area of the fourth layer adjacent to the third layer.
  • each of the first layers 302, 304, 306, and 308 and the third layers 422, 424, 426, 427, 429, and 431 is the high refractive index layer of the present invention
  • Each of 309 and the fourth layers 423, 425, 428, and 430 is the low refractive index layer of the present invention.
  • third layers 422, 424, 426, 427, 429, and 431 are arranged at the center of each pixel (R pixel 111R, G pixel 111G, B pixel 111B, and IR pixel 111IR).
  • a plurality of photodiodes 106 corresponding to a plurality of pixels (R pixel 111R, G pixel 111G, B pixel 111B, and IR pixel 111IR) provided on the surface opposite to the light incident surface of the color separation filter 104 are provided.
  • the third layers 422, 424, 426, 427, 429, and 431 have an area S, and the area of each pixel (R pixel 111R, G pixel 111G, B pixel 111B, and IR pixel 111IR). Is S1, and the area of each photodiode 106 is S2, S2 ⁇ S ⁇ S1 is satisfied.
  • the present invention is not limited to this embodiment. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which carried out the various deformation
  • titanium dioxide used as the high refractive index material.
  • the present invention is not limited to this, and the following may be used instead. That is, instead of titanium dioxide, other materials such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), tantalum trioxide (Ta 2 O 3 ), or zirconium dioxide (ZrO 2 ) may be used as the high refractive index material. Good. Moreover, you may use materials other than silicon dioxide also about a low refractive index material. The effects of the present invention can be obtained regardless of the material used for the multilayer interference filter.
  • the present invention is not limited to this, and other materials are used instead. It may be used.
  • the material of the first and second spacer layers the same material as either the high refractive index layer or the low refractive index layer constituting the dielectric layer may be used, or a different material may be used. Further, as described above, different materials may be used for the two defect layers.
  • the solid-state imaging device 100 is a CCD image sensor.
  • a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type image sensor may be used.
  • the solid-state imaging device according to the present invention can be used for imaging devices such as digital cameras and digital video cameras.
  • Solid-state imaging device 101 N-type semiconductor layer 102 P-type semiconductor layer 103 Interlayer insulating film 104 Color separation filter 104a Visible and near-infrared filter 104b and 204b Near-infrared normalization filter 105 Condensing lens 106 Photodiode 107 Light-shielding film 110 Imaging unit 111B B pixel (pixel) 111G G pixel (pixel) 111IR IR pixel (pixel) 111R R pixel (pixel) 120 Storage unit 130 Horizontal transfer unit 140 Output unit 221, 232, 421, 432 ⁇ / 8 film 222, 224, 226, 227, 229, 231, 422, 424, 426, 427, 429, 431 Third layer 223, 225, 228, 230, 423, 425, 428, 430 Fourth layer 233, 433 Second spacer layer 302, 304, 306, 308 First layer 303, 307 First spacer layer 305, 309 Second Layer 422a High refractive index layer

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Abstract

　本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素（１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ及び１１１ＩＲ）を有する固体撮像装置であって、入射光のうち各画素（１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ及び１１１ＩＲ）に対応する所定波長の光を透過させる色分離フィルタ（１０４）を備え、色分離フィルタ（１０４）は、高屈折率材料で構成される第１の層（３０２、３０４、３０６及び３０８）と第３の層（４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１）と、低屈折率材料で構成される第２の層（３０５及び３０９）と第４の層（４２３、４２５、４２８及び４３０）とが交互に積層された、可視領域及び近赤外領域に透過帯域を有する多層膜干渉フィルタであり、第３の層（４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１）の面積は、第２の層（３０５及び３０９）と第４の層（４２３、４２５、４２８及び４３０）との面積よりも小さい。

Description

固体撮像装置
　本発明は、デジタルカメラ等に使用される固体撮像装置に関し、特に、可視光及び近赤外光を検知する固体撮像装置に関する。
　近年、デジタルカメラ及び携帯電話機等、固体撮像装置の適用範囲が爆発的に拡大しつつあり、いずれの分野においてもカラー化が必須となっている。そこで、カラーフィルタの材料として顔料及び染料などの有機材料を用いる構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　図１０は、従来の固体撮像素子における画素の分光特性を示すグラフである。
　同図には、Ｂ（青色透過）フィルタの透過特性９０１、Ｇ（緑色透過）フィルタの透過特性９０２及びＲ（赤色透過）フィルタの透過特性９０３が示されている。特許文献１の固体撮像素子では、ＲフィルタとＢフィルタとを積層することにより、入射光中の赤外成分（以降、ＩＲ成分と記載）のみを透過するＩＲ（赤外光透過）フィルタを構成している。
　そして、特許文献１の固体撮像素子は、ＩＲフィルタを有する画素から出力された参照信号を用いて、Ｒフィルタを有するＲ画素、Ｇフィルタを有するＧ画素及びＢフィルタを有するＢ画素から出力された画素信号に含まれるＩＲ成分の影響を除去する色信号処理を行うことにより、高い色再現性を実現している。
　また、別のカラーフィルタの構成としては、誘電体多層膜を用いたカラーフィルタの構成も提案されている。
特開２００６－２３７７３７号公報
　しかしながら、カラーフィルタの材料として有機材料を用いる場合、図１０に示すＢフィルタの透過特性９０１、Ｇフィルタの透過特性９０２及びＲフィルタの透過特性９０３における、赤外領域（ＩＲ領域）である７００～８５０ｎｍの透過特性にバラつきがある。よって、ＲＧＢ画素から出力される画素信号に含まれるＩＲ成分の影響を一様に除去することができない。すなわち、ＲＧＢ画素から出力される画素信号からＩＲ成分を完全には除去できない、又は、ＩＲ成分を差分しすぎてしまうことがある。
　これにより、ＲＧＢ画素の発光色が、本来視認されるべき発光色からずれてしまう色ずれが生じる。つまり、色再現性が悪いという課題がある。
　一方、カラーフィルタとして誘電体多層膜を用いる場合、カラーフィルタの膜厚が厚くなることにより、感度が低下するという課題がある。
　上記課題を鑑み、本発明は、色再現性及び感度の高い固体撮像装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、２次元状に配列された複数の画素を有する固体撮像装置であって、入射光のうち各画素に対応する所定波長の光を透過させる色分離フィルタを備え、前記色分離フィルタは、高屈折率層と、前記高屈折率層より低い屈折率の低屈折率層とが交互に積層された、可視領域及び近赤外領域に透過帯域を有する多層膜干渉フィルタであり、複数の前記高屈折率層の少なくとも１つの高屈折率層の面積は、複数の前記低屈折率層の面積よりも小さい。
　これにより、色分離フィルタの高屈折率層と低屈折率層との屈折率差による光の回折効果により入射した光が集光される。よって、膜厚の厚いカラーフィルタを用いた場合でも、感度の低下を抑制することが可能となる。その結果、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、高い色再現性及び感度を実現できる。
　また、前記少なくとも１つの高屈折率層それぞれは、前記複数の低屈折率層の少なくとも１つに囲まれていてもよい。
　これにより、光の回折効果が強く生じるので、集光効率が一層向上する。
　また、各画素の中心には、前記少なくとも１つの高屈折率層が配置されていてもよい。
　これにより、各画素に対応しない光による影響を低減できる。つまり、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、混色を防止できる。
　また、前記少なくとも１つの高屈折率層は、積層方向に互いに異なる位置に形成され、かつ、互いに異なる面積を有する複数の高屈折率層を含んでもよい。
　また、積層方向に互いに異なる位置に形成され、かつ、互いに異なる面積を有する前記複数の高屈折率層の面積は、光入射面側に位置する一の高屈折率層から前記光入射面の対向面側に位置する他の一の高屈折率層に向かって減少してもよい。
　これにより、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、集光効率を一層向上できる。
　また、さらに、色分離フィルタの光入射面の対向面側に設けられた、前記複数の画素に対応する複数の受光部を有する基板を備え、前記少なくとも１つの高屈折率層それぞれの面積をＳ、各画素の面積をＳ１、各受光部の面積をＳ２とすると、Ｓ２≦Ｓ≦Ｓ１を満たしてもよい。
　また、前記色分離フィルタは、可視領域及び近赤外領域に透過帯域を有する可視近赤外フィルタと、前記可視近赤外フィルタに積層された近赤外正規化フィルタとを備え、前記可視近赤外フィルタは、設定波長をλ１とすると、λ１／４の第１の光学膜厚を有する前記高屈折率層である第１の層を複数含む複数の３層膜と、前記複数の３層膜の間に形成され、前記第１の光学膜厚を有する前記低屈折率層である第２の層とを備え、前記複数の３層膜のそれぞれは、２つの前記第１の層と、２つの前記第１の層の間に形成された、透過させる光を制御するための前記低屈折率層である第１のスペーサ層とを含み、前記近赤外正規化フィルタは、前記可視領域と前記近赤外領域内の第１の近赤外波長帯域とにおいて実質的に透明であり、かつ、前記可視領域と前記第１の近赤外波長帯域との間の第２の近赤外波長帯域において実質的に不透明であり、設定波長をλ２とすると、λ２／４の第２の光学膜厚を有する前記高屈折率層である第３の層と、前記第３の層に積層された前記第２の光学膜厚を有する前記低屈折率層である第４の層とを含む複数のλ／４多層膜と、前記複数のλ／４多層膜の間に形成された、透過させる光を制御するための前記低屈折率層である第２のスペーサ層とを備えてもよい。
　これにより、広い波長領域の可視光と近赤外光とを選択的に透過させることができる。
　本発明によれば、色再現性及び感度の高い固体撮像装置を実現できる。
図１は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一例を示す平面概略図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一例を示す断面図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の分光特性を示すグラフである。 図３Ｂは、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の近赤外正規化フィルタの分光特性を示すグラフである。 図４は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の電磁界シミュレーション結果による集光模様を示す図である。 図５は、本発明の比較例１に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。 図６は、本発明の比較例１に係る固体撮像装置の可視近赤外フィルタ及び近赤外正規化フィルタの構成及び分光特性を示す図である。 図７は、本発明の比較例１に係る固体撮像装置の分光特性を示すグラフである。 図８Ａは、本発明の比較例２に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。 図８Ｂは、本発明の比較例２に係る固体撮像装置の色分離フィルタの透過特性を示すグラフである。 図９Ａは、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の工程の一例を示す図である。 図９Ｂは、本発明の実施の形態に係る、図９Ａの続きの工程の一例を示す図である。 図９Ｃは、本発明の実施の形態に係る、図９Ｂの続きの工程の一例を示す図である。 図９Ｄは、本発明の実施の形態に係る、図９Ｃの続きの工程の一例を示す図である。 図９Ｅは、本発明の実施の形態に係る、図９Ｄの続きの工程の一例を示す図である。 図９Ｆは、本発明の実施の形態に係る、図９Ｅの続きの工程の一例を示す図である。 図１０は、従来の固体撮像素子における画素の分光特性を示すグラフである。
　以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら、具体的に説明する。
　図１は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一例を示す平面概略図である。
　同図に示す固体撮像装置１００は、赤外カットフィルタを無くし、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の光成分を透過するカラーフィルタが配置された画素に加えて、入射光中のＩＲ（近赤外）成分のみを透過する赤外光フィルタ（ＩＲフィルタ）が配置され、ＩＲ成分のみを検出する画素を有する。
　具体的な構成としては、同図に示す固体撮像装置１００は、撮像部１１０、蓄積部１２０、水平転送部１３０及び出力部１４０を備える、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサである。
　撮像部１１０は、入射光を光電変換することにより信号電荷を生成する。この撮像部１１０は、２次元状に配列されたＲ（赤色受光）画素１１１Ｒ、Ｇ（緑色受光）画素１１１Ｇ、Ｂ（青色受光）画素１１１Ｂ及びＩＲ（赤外受光）画素１１１ＩＲを含む。なお、以降、Ｒ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、Ｂ画素１１１Ｂ及びＩＲ画素１１１ＩＲをそれぞれ画素１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ、１１１ＩＲと記載する場合もある。撮像部１１０は、ベイヤー配列における画素１１１Ｒのうち、千鳥格子状に配置された画素１１１Ｒを画素１１１ＩＲに置き換えた配列となっている。
　蓄積部１２０は、撮像部１１０で生成された信号電荷を蓄積する、及び、水平転送部１３０へ転送する、のいずれかを選択的に行う。
　水平転送部１３０は、蓄積部１２０から転送された信号電荷を水平方向に転送することにより、当該信号電荷を出力部１４０へ出力する。
　出力部１４０は、水平転送部１３０から転送された信号電荷を電圧信号に変換し、変化した電圧信号を出力する。
　このように出力部１４０から出力された電圧信号は、Ｒ画素１１１Ｒで受光された光に応じた赤色信号、Ｇ画素１１１Ｇで受光された光に応じた緑色信号、Ｂ画素１１１Ｂで受光された光に応じた青色信号、及び、ＩＲ画素１１１ＩＲで受光された光に応じた赤外信号を含む。
　このように構成された固体撮像装置１００においては、ＩＲ画素１１１ＩＲで受光された光に応じた赤外信号は、各受光画素（Ｒ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、Ｂ画素１１１Ｂ）で受光された光に応じた赤色信号、緑色信号及び青色信号に対して、ＩＲ成分に起因して生じる信号量に関する情報を与える参照信号として用いられる。この参照信号を用いて、各色信号（赤色信号、緑色信号、青色信号）に含まれるＩＲ成分の影響を除去する色信号処理を行うことができる。例えば、赤色信号、緑色信号及び青色信号のそれぞれから参照信号を減算することにより、赤色信号、緑色信号及び青色信号に含まれるＩＲ成分の影響を排除することができる。その結果、高い色再現性を実現できる。
　次に、撮像部１１０の詳細な構成について説明する。
　図２は、本実施の形態に係る固体撮像装置１００の構成の一例を示す断面図である。具体的には、図２は、撮像部１１０の断面構成を示す図である。説明のために図中左からＢ画素１１１Ｂ、Ｒ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、ＩＲ画素１１１ＩＲの構成が図２に示されている。
　同図に示す固体撮像装置１００は、入射光のうちＲ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、Ｂ画素１１１Ｂ及びＩＲ画素１１１ＩＲに対応する所定波長の光を透過させる色分離フィルタを備える。色分離フィルタは、高屈折率層と、高屈折率層より低い屈折率の低屈折率層とが交互に積層された、可視領域及び近赤外領域に透過帯域を有する多層膜干渉フィルタである。複数の高屈折率層の少なくとも１つの高屈折率層面積は、複数の低屈折率層面積よりも小さい。
　これにより、本実施の形態に係る固体撮像装置１００では、色分離フィルタの高屈折率層と低屈折率層との屈折率差による光の回折効果により、入射した光が集光される。よって、膜厚の厚いカラーフィルタを用いた場合でも、感度の低下を抑制することが可能となる。その結果、高い色再現性及び感度を実現できる。
　以下、図２を参照しながら具体的な構成について説明する。
　図２に示されるように、固体撮像装置１００は、Ｎ型半導体層１０１上にＰ型半導体層１０２、層間絶縁膜１０３、色分離フィルタ１０４及び集光レンズ（マイクロレンズとも言う）１０５が順次積層されている。なお、Ｐ型半導体層１０２の層間絶縁膜１０３側にはＮ型不純物がイオン注入されることにより形成されるフォトダイオード１０６が画素毎に形成されている。隣り合うフォトダイオード１０６の間にはＰ型半導体層が介在しており、これを素子分離領域という。ここで、色分離フィルタ１０４は入射光をＲ、Ｇ、Ｂ、ＩＲ光に色分離する多層膜干渉フィルタである可視近赤外フィルタ１０４ａと、可視光及び近赤外光を透過する多層膜干渉フィルタである近赤外正規化フィルタ１０４ｂとを積層した構成となっている。
　また、層間絶縁膜１０３中には遮光膜１０７が形成されている。個々のフォトダイオード１０６と集光レンズ１０５とは対応関係にあり、遮光膜１０７は集光レンズ１０５を透過した光が対応関係に無いフォトダイオード１０６に入射するのを防ぐ。
　なお、Ｎ型半導体層１０１及びＰ型半導体層１０２は本発明の基板に相当し、フォトダイオード１０６は本発明の受光部に相当する。
　［可視近赤外フィルタ］
　ここで、可視近赤外フィルタ１０４ａ及び近赤外正規化フィルタ１０４ｂの具体的な構成について説明する。
　まず、可視近赤外フィルタ１０４ａの構成について説明する。
　可視近赤外フィルタ１０４ａは、各々が、屈折率が異なる２種類の材料で形成されたλ／４多層膜を１組有する。各λ／４多層膜は、高屈折率材料で形成される第１の層と低屈折率材料で形成される第２の層とを含む。第１の層及び第２の層の各々は、設定波長をλ１（例えば５３０［ｎｍ］）としたとき、その設定波長λ１の１／４に略等しい光学膜厚を有する。以下、これらをλ１／４膜とも呼ぶ。ここで、光学膜厚とは物理膜厚に屈折率を乗じて得られる値である。設定波長λ１とは可視近赤外フィルタ１０４ａが有する可視領域の透過帯のピーク波長である。
　具体的には、可視近赤外フィルタ１０４ａは、第１の層３０４、第２の層３０５、第１の層３０６がこの順で積層されたλ／４多層膜を有し、さらにλ／４多層膜を挟み込む、第１のスペーサ層（「欠陥層」又は「共振層」ともいう）３０３及び３０７を有し、さらに、その構造を、上記λ１／４膜である第１の層３０２及び３０８で挟んだ構造となっている。言い換えると、第１のスペーサ層３０３及び３０７のそれぞれは、第１の層３０２及び３０４と第１の層３０６及び３０８との間に形成されている。すなわち、可視近赤外フィルタ１０４ａは、第１の層３０６、第１のスペーサ層３０７、第１の層３０８で構成される３層膜と、第１の層３０２、第１のスペーサ層３０３、第１の層３０４で構成される３層膜とを有し、さらにその２つの３層膜の間に形成された第２の層３０５を有する。また、可視近赤外フィルタ１０４ａは、第１の層３０８上に、光入射面を平坦化するための第２の層３０９を有する。
　第１の層３０２、３０４、３０６、及び３０８は、Ｒ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、Ｂ画素１１１Ｂ及びＩＲ画素１１１ＩＲのいずれにおいても同じ膜厚を有し、例えば、高屈折率材料である二酸化チタン（ＴｉＯ２）で構成されている。
　第２の層３０５は、Ｒ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、Ｂ画素１１１Ｂ及びＩＲ画素１１１ＩＲのいずれにおいても同じ膜厚を有し、例えば、低屈折率材料である二酸化珪素（ＳｉＯ２）で構成されている。
　ここで、λ１／４膜の膜厚を決定する設定波長λ１は５３０ｎｍであるため、第１及び第２の層で構成される３層のそれぞれの光学膜厚は１３２．５ｎｍとなる。波長５３０ｎｍにおける二酸化チタンの屈折率は２．５３、二酸化珪素の屈折率は１．４８であるため、二酸化チタンで構成される第１の層３０４及び３０６の物理膜厚は５２ｎｍ、二酸化珪素で構成される第２の層３０５の物理膜厚は９１ｎｍとなる。言い換えると、物理膜厚５２ｎｍの二酸化チタンで構成される高屈折率材料の第１の層３０４及び３０６と物理膜厚９１ｎｍの二酸化珪素で構成される低屈折率材料の第２の層３０５とにより１組のλ／４多層膜が形成されている。
　そして、当該λ／４多層膜のＮ型半導体層１０１及びＰ型半導体層１０２側には、画素１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ、１１１ＩＲ毎に光学膜厚が異なる低屈折率材料で構成される第１のスペーサ層３０３が形成されている。一方、当該λ／４多層膜の集光レンズ１０５側には、画素１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ、１１１ＩＲ毎に光学膜厚が異なる低屈折率材料で構成される第１のスペーサ層３０７が形成されている。
　ここで、第１のスペーサ層３０３及び３０７それぞれは、可視近赤外フィルタ１０４ａの画素１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ及び１１１ＩＲにおける透過させる光に応じた光学膜厚を有している。すなわち、第１のスペーサ層３０３及び３０７は、透過対象の光を制御するために用いられる層であり、その膜厚を変えることによって、Ｒ、Ｇ、Ｂ又はＩＲの光を透過させる。
　具体的には、第１のスペーサ層３０３及び３０７それぞれの膜厚は、Ｒ画素１１１Ｒで４５ｎｍ、Ｇ画素１１１Ｇで１８２ｎｍ、Ｂ画素１１１Ｂで１４０ｎｍ、ＩＲ画素１１１ＩＲで９１ｎｍである。
　また、第１の層３０２及び３０８それぞれの膜厚は、５２ｎｍである。
　また、第２の層３０９は、例えば、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ　Ｅｔｈｙｌ　Ｏｒｔｈｏ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ）平坦化膜である。
　以上のように構成された可視近赤外フィルタ１０４ａは、第１のスペーサ層３０３及び３０７の膜厚を変化させることのみで色分離を実現することができる。
　［近赤外正規化フィルタの構成及び透過特性］
　次に、近赤外正規化フィルタ１０４ｂの構成について説明する。
　近赤外正規化フィルタ１０４ｂは、各々が、屈折率が異なる２種類の材料で形成されたλ／４多層膜を１組有する。各λ／４多層膜は、高屈折率材料で形成される第３の層と低屈折率材料で形成される第４の層とを含む。第３の層及び第４の層の各々は、設定波長をλ２（例えば、８５０［ｎｍ］）としたとき、その設定波長λ２の１／４に略等しい光学膜厚を有する。以下、これらをλ２／４膜とも呼ぶ。具体的には、近赤外正規化フィルタ１０４ｂは、第３の層４２２、第４の層４２３、第３の層４２４、第４の層４２５及び第３の層４２６がこの順で積層された１組目のλ／４多層膜と、第３の層４２７、第４の層４２８、第３の層４２９、第４の層４３０及び第３の層４３１が順次積層された２組目のλ／４多層膜とを有する。この２組のλ／４多層膜間には、低屈折率材料で構成される第２のスペーサ層４３３が形成される。
　ここで、設定波長λ２とは近赤外正規化フィルタ１０４ｂが有する近赤外領域の透過帯のピーク波長である。
　また、短波長領域の透過率向上のため、第３の層４２２のＮ型半導体層１０１側及び第３の層４３１の集光レンズ１０５側のそれぞれには、低屈折率材料で構成されるλ／８膜４２１及び４３２が形成されている。
　ここで、図２に示されるように、Ｒ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、Ｂ画素１１１Ｂ及びＩＲ画素１１１ＩＲにおける近赤外正規化フィルタ１０４ｂの層数は１１層である。
　また、屈折率が異なる２種類の材料の層のうち、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１は、具体的には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含む高屈折率材料で構成されており、第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０は、具体的には、二酸化珪素（ＳｉＯ２）を含む低屈折率材料で構成されている。また、λ／８膜４２１及び４３２と、第２のスペーサ層も、具体的には、二酸化珪素（ＳｉＯ２）を含む低屈折率材料で構成されている。
　また、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１のそれぞれと、第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０のそれぞれとは、Ｒ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、Ｂ画素１１１Ｂ及びＩＲ画素１１１ＩＲのいずれにおいても光学膜厚が等しい。
　ここで、λ２／４膜の膜厚を決定する設定波長λ２は８５０ｎｍであるため、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１と第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０のそれぞれの光学膜厚は２１２．５ｎｍとなる。波長８５０ｎｍにおける二酸化チタンの屈折率は２．４１、二酸化珪素の屈折率は１．４４であるため、二酸化チタンで構成される第３の層の物理膜厚は８８ｎｍとなり、第４の層の物理膜厚は１４８ｎｍとなる。
　具体的には、物理膜厚８８ｎｍの二酸化チタンで構成される高屈折率材料の第３の層４２２、４２４及び４２６と、物理膜厚１４８ｎｍの二酸化珪素で構成される低屈折率材料の第４の層４２３及び４２５とにより１組のλ／４多層膜が形成されている。また、物理膜厚８８ｎｍの二酸化チタンで構成される高屈折率材料の第３の層４２７、４２９及び４３１と、物理膜厚１４８ｎｍの二酸化珪素で構成される低屈折率材料の第４の層４２８及び４３０とによりもう１組のλ／４多層膜が形成されている。さらに、第３の層４２２のＮ型半導体層１０１側及び第３の層４３１の集光レンズ１０５側のそれぞれには、物理膜厚１４８ｎｍの二酸化珪素で構成される低屈折率材料のλ／８膜４２１及び４３２が形成されている。また、２組のλ／４多層膜間には、物理膜厚０ｎｍの二酸化珪素で構成される低屈折率材料の第２のスペーサ層４３３が形成されている。
　図３Ａは、本実施の形態に係る固体撮像装置１００の分光特性を示すグラフであり、マトリクス法を用いて算出された設計結果を示している。図３Ａに示すグラフでは、縦軸は色分離フィルタ１０４の集光効率を表わし、横軸は透過光の波長を表している。
　図３Ｂは、本実施の形態に係る固体撮像装置１００の近赤外正規化フィルタ１０４ｂの分光特性を示すグラフである。図３Ｂに示すグラフでは、縦軸は近赤外正規化フィルタ１０４ｂの透過率を表し、横軸は透過光の波長を表している。
　図３Ｂに示されるように、近赤外正規化フィルタ１０４ｂは、近赤外領域（７００～８５０ｎｍ）内の第１の近赤外波長帯域（８００～８５０ｎｍ）と可視領域との帯域で実質的に透明である。また、図３Ｂに示すように近赤外正規化フィルタ１０４ｂは、近赤外領域（７００～８５０ｎｍ）内の第２の近赤外波長帯域（７００～７５０ｎｍ）では実質的に透明でない。つまり、近赤外正規化フィルタ１０４ｂは、可視領域と第１の近赤外波長帯域との間の第２の近赤外波長帯域では、実質的に透明でない。ここで実質的に透明とは、光を透過する透過率が８０％以上ある場合を意味し、実質的に透明でない場合とは、透過率が２０％以下である場合を意味する。
　以上のように、固体撮像装置１００は、入射光のうち各画素１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ及び１１１ＩＲに対応する所定波長の光を透過させる色分離フィルタ１０４を備える。色分離フィルタ１０４は、可視領域及び近赤外領域に透過帯域を有する可視近赤外フィルタ１０４ａと、可視近赤外フィルタ１０４ａに積層された近赤外正規化フィルタ１０４ｂとを備える。可視近赤外フィルタ１０４ａは、設定波長をλ１とすると、λ１／４の第１の光学膜厚を有する高屈折率層である複数の第１の層３０２、３０４、３０６及び３０８を含む複数の３層膜と、複数の３層膜の間に形成され、第１の光学膜厚を有する第２の層３０５とを備える。複数の３層膜のそれぞれは、２つの第１の層と、２つの第１の層の間に形成され、透過させる光を制御するための低屈折率層である第１のスペーサ層３０３及び３０７とで構成される。近赤外正規化フィルタ１０４ｂは、可視領域と近赤外領域内の第１の近赤外波長帯域とにおいて実質的に透明であり、かつ、可視領域と第１の近赤外波長帯域との間の第２の近赤外波長帯域において実質的に不透明であり、設定波長をλ２とすると、λ２／４の第２の光学膜厚を有する第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１と、第３の層に積層された第２の光学膜厚を有する第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０とで構成される複数のλ／４多層膜と、複数のλ／４多層膜の間に形成された、透過させる光を制御するための第２のスペーサ層４３３とを備える。
　近赤外正規化フィルタ１０４ｂは、上記の構成により、広い波長領域の可視光と近赤外光とを選択的に透過させることができる。
　また、図２に示すように、近赤外正規化フィルタ１０４ｂの高屈折率材料で構成されている第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１の面積が、光入射面側からＮ型半導体層１０１及びＰ型半導体層１０２側にいくにつれ、小さくなっている。また、高屈折率材料で構成されている第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１の周囲は、近赤外正規化フィルタ１０４ｂの低屈折率材料で構成されている第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０と、低屈折率材料のλ／８膜４２１及び４３２とが形成されている。このような構成とすることで、高屈折率材料と低屈折率材料との屈折率差による光の回折効果により光が集光される。よって、膜厚の厚い色分離フィルタを用いた場合でも、感度の低下を抑制することが可能となる。
　言い換えると、高屈折率材料で構成されている第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１のそれぞれは、低屈折率材料で構成されている第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０と、低屈折率材料のλ／８膜４２１及び４３２とに囲まれている。これにより、回折効果が強く生じるので、集光効率が一層向上する。
　また、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１は、積層方向に互いに異なる位置に形成され、かつ、互いに異なる面積を有する。さらに、積層方向に互いに異なる位置に形成され、かつ、互いに異なる面積を有する高屈折率材料の第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１の面積は、光入射面側に位置する一の第３の層４３１から光入射面の対向面側に位置する他の一の第３の層４２２に向かって減少する。つまり、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１は、積層方向にテーパー構造を成している。これにより、集光効率がより一層向上する。
　図４は、有限要素法による電磁界シミュレーションを行った結果を示す。図４に示すように、上記テーパー構造によって、光の回折効果が生じていることがわかる。よって、光がフォトダイオード１０６に集光される。なお、同図に示す高屈折率層は第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１であり、低屈折率層は第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０である。
　（比較例１）
　以下、テーパー構造による光の集光効率の向上について、比較例１を用いて説明する。
　図５は、比較例１に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。
　同図に示す固体撮像装置２００は、実施の形態に係る固体撮像装置１００と比較して、近赤外正規化フィルタ１０４ｂに代わり近赤外正規化フィルタ２０４ｂを有する点が異なる。
　近赤外正規化フィルタ２０４ｂは、第３の層２２２、第４の層２２３、第３の層２２４、第４の層２２５及び第３の層２２６がこの順で積層された１組目のλ／４多層膜と、第３の層２２７、第４の層２２８、第３の層２２９、第４の層２３０及び第３の層２３１が順次積層された２組目のλ／４多層膜とを有する。この２組のλ／４多層膜間には、低屈折率材料で構成される第２のスペーサ層２３３が形成される。また、短波長領域の透過率向上のため、第３の層２２２のＮ型半導体層１０１側及び第３の層２３１の集光レンズ１０５側のそれぞれには、低屈折率材料で構成されるλ／８膜２２１及び２３２が形成されている。これら第３の層、第４の層及びλ／８膜の、材料及び膜厚は、実施の形態と同じである。
　この近赤外正規化フィルタ２０４ｂは、近赤外正規化フィルタ１０４ｂと比較して、高屈折率材料の第３の層２２２、２２４、２２６、２２７、２２９及び２３１がベタ膜状に形成されている点が異なる。
　つまり、比較例１に係る固体撮像装置２００は、図６（ａ）、（ｂ）に示すような可視近赤外フィルタ１０４ａと近赤外正規化フィルタ２０４ｂとの２つのフィルタの積層構成による分光特性により、色分離フィルタの７００ｎｍ以上の分光特性を図６（ｅ）に示すようにＲ、Ｇ、Ｂ、ＩＲ画素においてほぼ同じにすることを可能としている。このような構成とすることで、低色温度の照明を用いたときにおいても色ずれが起こることなく、高い色再現性が得られる。なお、図６（ｃ）は可視近赤外フィルタ１０４ａの分光特性であり、図６（ｄ）は近赤外正規化フィルタ２０４ｂの分光特性である。
　しかし、この場合、高い色再現性を実現するためには、誘電体多層膜の積層数を増やす必要があり、カラーフィルタの膜厚が厚くなってしまう。これにより、固体撮像装置２００の受光部（フォトダイオード１０６）と固体撮像装置２００の表面との距離が大きくなる。
　これにより、固体撮像装置２００の受光部（フォトダイオード１０６）に到達する光量が低下することで、感度の低下が生じる。この場合、図５に示すように、固体撮像装置２００の表面に集光レンズ１０５を形成し、当該集光レンズ１０５で光を集光しようとしても、当該集光レンズ１０５と受光部（フォトダイオード１０６）との距離が大きいために光の回折効果により集光された光が広がる。これにより、配線によるけられなどが発生してしまう。
　図７は、比較例１に係る固体撮像装置２００の分光特性を示すグラフである。
　同図に示す比較例１に係る固体撮像装置２００の分光特性と、図４に示す実施の形態に係る固体撮像装置１００の分光特性とを比較すると、実施の形態に係る固体撮像装置１００の分光特性が比較例１に係る固体撮像装置２００の分光特性より高くなっていることは明白である。
　つまり、比較例１に係る固体撮像装置２００では、光の回折効果により集光された光が広がる。これにより、配線によるけられなどが発生することにより、色分離フィルタの透過率が１００％であっても、集光効率が低下する。
　言い換えると、比較例１では、各色の色分離フィルタにおいても、集光効率が６０％程度であったが、本実施の形態に係る固体撮像装置１００では、集光効率が８０％程度である。つまり、本実施の形態に係る固体撮像装置１００は、比較例１と比較して集光効率が１．３～１．４倍向上している。
　このように、本実施の形態に係る固体撮像装置１００では、比較例１と比較して、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１を、積層方向にテーパー構造とすることにより、高い集光効率を実現できる。
　（比較例２）
　一方、集光効率を向上するために、薄く形成された色分離フィルタを用いる固体撮像装置の構成が考えられる。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の比較例２に係る固体撮像装置を説明する。
　本比較例に係る固体撮像装置は、本実施の形態に係る固体撮像装置１００と比較して、色分離フィルタが薄く形成されている点が異なる。具体的には、本比較例に係る固体撮像装置は、近赤外正規化フィルタを備えない。
　図８Ａは、色分離フィルタ（カラーフィルタ）として誘電体多層膜５１０を用いた場合の比較例２に係る固体撮像装置の断面構成を示す図である。図８Ｂは、図８Ａに示す色分離フィルタ（カラーフィルタ）の透過特性を示すグラフである。
　図８Ｂに示すように、比較例２に係る固体撮像装置の色分離フィルタ（カラーフィルタ）においてもＲ、Ｇ、Ｂ、ＩＲの色分離が可能となる。
　しかしながら、ＲＧＢ画素からの信号出力からＩＲ画素の参照信号を差分する際に、図８Ｂに示すように各画素における７００ｎｍ～８５０ｎｍのＲＧＢの分光特性にばらつきがあるため、ＲＧＢ画素におけるＩＲ信号が差分しきれない。これにより、特に低色温度の照明に対して色ずれが起こる。
　これに対して、本実施の形態に係る固体撮像装置１００は、７００ｎｍ～８５０ｎｍのＲＧＢの分光特性にばらつきが小さいので、色ずれを低減できる。言い換えると、高い色再現性を実現できる。
　また、本実施の形態に係る固体撮像装置１００は、色分離フィルタの高屈折率材料と低屈折率材料との屈折率差による集光効果により、膜厚の厚いカラーフィルタを用いた場合でも、感度の低下を抑制することが可能となる。
　次に、上記のような構成を有する本実施の形態に係る固体撮像装置１００の製造方法について説明する。
　図９Ａ～９Ｆは、本実施の形態に係る固体撮像装置１００の製造方法の一例を示す図である。なお、ここでは、従来と異なる点のみを述べており、従来と同様の工程については省略する。
　まず、図９Ａに示すように、Ｎ型半導体層１０１上にＰ型半導体層１０２、フォトダイオード１０６、層間絶縁膜１０３、及び遮光膜１０７を形成した後、近赤外正規化フィルタ１０４ｂの低屈折率層をＣＶＤ又はスパッタなどの通常の半導体プロセスで用いられる成膜方法により、形成する（例えば二酸化珪素）。具体的には、近赤外正規化フィルタ１０４ｂの、低屈折率材料で構成されるλ／８膜４２１を形成する。
　その後、図９Ｂに示すように、近赤外正規化フィルタ１０４ｂの高屈折率層をＣＶＤ又はスパッタなどの通常の半導体プロセスで用いられる成膜方法により、形成する（例えば二酸化チタン）。言い換えると、高屈折率材料で構成される高屈折率層４２２ａを形成する。
　その後、図９Ｃに示すように、リソグラフィーにより、高屈折率層４２２ａ上にレジスト６１０をパターニングする。
　その後、図９Ｄに示すように、ウェットエッチ又はドライエッチを用いて高屈折率層４２２ａをパターニングすることにより、高屈折率材料で構成される第３の層４２２を形成する。
　その後、図９Ｅに示すように、レジスト６１０を除去することで所望のパターンを得ることができる。
　その後、図９Ｆに示すように、ＣＶＤ又はスパッタなどの通常の半導体プロセスで用いられる成膜方法で第４の層４２３を形成する。
　以降、上記プロセスを繰り返し行うことで、近赤外正規化フィルタ１０４ｂが形成される。なお、可視近赤外フィルタ１０４ａについても同様のプロセスを実施することで実現可能である。
　以上の工程により、本実施の形態に係る固体撮像装置１００が製造できる。
　なお、本実施の形態では、近赤外正規化フィルタ１０４ｂの高屈折率材料で構成される第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１の全てにおいて、上記プロセスによりパターニングされているが、この層数に限定されるものではない。
　以上、図面を用いて説明したように、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、２次元状に配列された複数の画素（Ｒ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、Ｂ画素１１１Ｂ及びＩＲ画素１１１ＩＲ）を有する固体撮像装置であって、入射光のうち各画素１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ及び１１１ＩＲに対応する所定波長の光を透過させる色分離フィルタ１０４を備え、色分離フィルタ１０４は、高屈折率材料で構成される第１の層３０２、３０４、３０６及び３０８と第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１と、高屈折率材料より屈折率が低い低屈折率材料で構成される第２の層３０５及び３０９と第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０とが交互に積層された、可視領域及び近赤外領域に透過帯域を有する多層膜干渉フィルタであり、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１の面積は、第２の層３０５及び３０９と第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０との面積よりも小さい。
　これによって、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置では、色分離フィルタ１０４の高屈折率材料と低屈折率材料との屈折率差による光の回折効果により光が集光される。よって、膜厚の厚いカラーフィルタを用いた場合でも、感度の低下を抑制することが可能となる。
　好ましくは、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１のそれぞれの面積は、当該第３の層に隣接する第４の層の面積よりも小さい。
　なお、第１の層３０２、３０４、３０６及び３０８と第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１とのそれぞれは、本発明の高屈折率層であり、第２の層３０５及び３０９と第４の層４２３、４２５、４２８及び４３０とのそれぞれは、本発明の低屈折率層である。
　また、各画素（Ｒ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、Ｂ画素１１１Ｂ及びＩＲ画素１１１ＩＲ）の中心には、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１が配置されている。
　これにより、各画素（Ｒ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、Ｂ画素１１１Ｂ及びＩＲ画素１１１ＩＲ）に対応しない光による影響を低減できる。つまり、混色を防止できる。
　また、さらに、色分離フィルタ１０４の光入射面の対向面側に設けられた、複数の画素（Ｒ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、Ｂ画素１１１Ｂ及びＩＲ画素１１１ＩＲ）に対応する複数のフォトダイオード１０６を有するＰ型半導体層１０２を備え、第３の層４２２、４２４、４２６、４２７、４２９及び４３１の面積をＳ、各画素（Ｒ画素１１１Ｒ、Ｇ画素１１１Ｇ、Ｂ画素１１１Ｂ及びＩＲ画素１１１ＩＲ）の面積をＳ１、各フォトダイオード１０６の面積をＳ２とすると、Ｓ２≦Ｓ≦Ｓ１を満たす。
　以上、本発明に係る固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
　例えば、上記実施の形態においては、高屈折率材料として二酸化チタンを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしてもよい。すなわち、高屈折率材料として、二酸化チタンに代えて、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、三酸化二タンタル（Ｔａ２Ｏ３）、又は二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等、他の材料を用いてもよい。また、低屈折率材料についても二酸化珪素以外の材料を用いてもよい。多層膜干渉フィルタに用いる材料の如何に関わらず本発明の効果を得ることができる。
　また、上記実施の形態においては、第１及び第２のスペーサ層の材料として二酸化珪素を用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて他の材料を用いてもよい。第１及び第２のスペーサ層の材料は誘電体層を構成する高屈折率層と低屈折率層とのいずれかと同じ材料を用いてもよいし、いずれとも異なる材料を用いてもよい。また、上述のように、２つの欠陥層で異なる材料を用いてもよい。
　また、上記実施の形態においては、固体撮像装置１００はＣＣＤイメージセンサであるとしたが、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサであってもよい。
　本発明に係る固体撮像装置は、例えば、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の撮像装置に利用することができる。
　１００、２００　　固体撮像装置
　１０１　　Ｎ型半導体層
　１０２　　Ｐ型半導体層
　１０３　　層間絶縁膜
　１０４　　色分離フィルタ
　１０４ａ　　可視近赤外フィルタ
　１０４ｂ、２０４ｂ　　近赤外正規化フィルタ
　１０５　　集光レンズ
　１０６　　フォトダイオード
　１０７　　遮光膜
　１１０　　撮像部
　１１１Ｂ　　Ｂ画素（画素）
　１１１Ｇ　　Ｇ画素（画素）
　１１１ＩＲ　　ＩＲ画素（画素）
　１１１Ｒ　　Ｒ画素（画素）
　１２０　　蓄積部
　１３０　　水平転送部
　１４０　　出力部
　２２１、２３２、４２１、４３２　　λ／８膜
　２２２、２２４、２２６、２２７、２２９、２３１、４２２、４２４、４２６、４２７、４２９、４３１　　第３の層
　２２３、２２５、２２８、２３０、４２３、４２５、４２８、４３０　　第４の層
　２３３、４３３　　第２のスペーサ層
　３０２、３０４、３０６、３０８　　第１の層
　３０３、３０７　　第１のスペーサ層
　３０５、３０９　　第２の層
　４２２ａ　　高屈折率層
　５１０　　誘電体多層膜
　６１０　　レジスト
　９０１　　Ｂフィルタの透過特性
　９０２　　Ｇフィルタの透過特性
　９０３　　Ｒフィルタの透過特性

Claims (7)

  1. 　２次元状に配列された複数の画素を有する固体撮像装置であって、
    　入射光のうち各画素に対応する所定波長の光を透過させる色分離フィルタを備え、
    　前記色分離フィルタは、高屈折率層と、前記高屈折率層より低い屈折率の低屈折率層とが交互に積層された、可視領域及び近赤外領域に透過帯域を有する多層膜干渉フィルタであり、
    　複数の前記高屈折率層の少なくとも１つの高屈折率層の面積は、複数の前記低屈折率層の面積よりも小さい
    　固体撮像装置。
  2. 　前記少なくとも１つの高屈折率層それぞれは、前記複数の低屈折率層の少なくとも１つに囲まれている
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　各画素の中心には、前記少なくとも１つの高屈折率層が配置されている
    　請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記少なくとも１つの高屈折率層は、積層方向に互いに異なる位置に形成され、かつ、互いに異なる面積を有する複数の高屈折率層を含む
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  5. 　積層方向に互いに異なる位置に形成され、かつ、互いに異なる面積を有する前記複数の高屈折率層の面積は、光入射面側に位置する一の高屈折率層から前記光入射面の対向面側に位置する他の一の高屈折率層に向かって減少する
    　請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 　さらに、色分離フィルタの光入射面の対向面側に設けられた、前記複数の画素に対応する複数の受光部を有する基板を備え、
    　前記少なくとも１つの高屈折率層それぞれの面積をＳ、各画素の面積をＳ１、各受光部の面積をＳ２とすると、Ｓ２≦Ｓ≦Ｓ１を満たす
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  7. 　前記色分離フィルタは、
    　可視領域及び近赤外領域に透過帯域を有する可視近赤外フィルタと、
    　前記可視近赤外フィルタに積層された近赤外正規化フィルタとを備え、
    　前記可視近赤外フィルタは、設定波長をλ１とすると、
    　λ１／４の第１の光学膜厚を有する前記高屈折率層である第１の層を複数含む複数の３層膜と、
    　前記複数の３層膜の間に形成され、前記第１の光学膜厚を有する前記低屈折率層である第２の層とを備え、
    　前記複数の３層膜のそれぞれは、２つの前記第１の層と、２つの前記第１の層の間に形成された、透過させる光を制御するための前記低屈折率層である第１のスペーサ層とを含み、
    　前記近赤外正規化フィルタは、
    　前記可視領域と前記近赤外領域内の第１の近赤外波長帯域とにおいて実質的に透明であり、かつ、前記可視領域と前記第１の近赤外波長帯域との間の第２の近赤外波長帯域において実質的に不透明であり、
    　設定波長をλ２とすると、
    　λ２／４の第２の光学膜厚を有する前記高屈折率層である第３の層と、前記第３の層に積層された前記第２の光学膜厚を有する前記低屈折率層である第４の層とを含む複数のλ／４多層膜と、
    　前記複数のλ／４多層膜の間に形成された、透過させる光を制御するための前記低屈折率層である第２のスペーサ層とを備える
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
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