WO2014041742A1 - 固体撮像装置及びカメラモジュール - Google Patents

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尚志 渡邉
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Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device and a camera module.
  • Patent Document 1 describes a camera module including a solid-state imaging device and an infrared cut filter.
  • an infrared cut filter is used as a color filter that is conventionally used as a color filter that transmits only the three primary colors of blue, green, and red in the visible light region. This is because the light of the region is weak in light shielding performance and transmits near infrared light.
  • Near-infrared light which is not sensitive to human eyes, has sensitivity in the wavelength region up to ⁇ 1100 nm in a silicon substrate used in a solid-state imaging device. For this reason, if an infrared cut filter is not used, a photo with an unnatural color is generated by mixing near-infrared light signals with red, green, and blue signals due to the influence of infrared light.
  • near-infrared light contains an abundance of information
  • there is a use for acquiring near-infrared images For example, there are uses such as monitoring and inspection of food, agricultural products, medicines, banknotes and the like.
  • a solid-state imaging device dedicated to infrared light is often used, but there is a strong demand for acquiring a near-infrared light image simultaneously with a visible light image. This is for realizing downsizing, low cost and simplicity of the apparatus.
  • a near-infrared filter that transmits only near-infrared light (sometimes called a black filter because there is no transmission in the visible light region). ) Is formed on the light receiving unit.
  • a solid-state imaging device has a problem that a normal color image cannot be obtained because infrared light is incident on red, green, and blue pixels as described above.
  • Patent Document 2 a method of forming an infrared cut filter only on red, green and blue pixels has been proposed.
  • a color filter made of an organic color material equivalent to a normal color filter is used.
  • Patent Documents 3 and 4 an interference filter made of an inorganic multilayer film is used as an infrared cut filter.
  • Patent Documents 2 and 3 do not describe detailed optical characteristics of the infrared filter and the infrared cut filter.
  • the infrared cut filter has characteristics that shield near-infrared light having a wavelength of about 600 to 800 nm or more, and the infrared transmission filter has 750 nm or more.
  • transmits the near-infrared light of the wavelength of is specified.
  • the present invention can simultaneously capture visible light and near-infrared light, and can capture a beautiful and natural visible light photograph, and at the same time, can independently measure the visible light spectrum and near-infrared spectrum,
  • An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a camera module that can be used for various inspection applications.
  • a solid-state imaging device is formed corresponding to each of a substrate having a plurality of light receiving portions and a plurality of the light receiving portions, and above the corresponding light receiving portions.
  • the infrared cut filter layer includes the visible light transmitting filter. It is formed above the light receiving part, and is opened above the light receiving part on which the infrared transmission filter is formed.
  • the plurality of light receiving units include the four light receiving units arranged adjacent to each other in a 2 ⁇ 2 matrix, and the color filter layer of the four light receiving units includes one infrared transmission filter. And four said filters of the three visible light transmission filters of a red color filter, a green color filter, and a blue color filter.
  • the plurality of light receiving units includes eight light receiving units arranged adjacent to each other in a 4 ⁇ 2 matrix, and the eight light receiving units are arranged adjacent to each other in a 2 ⁇ 2 matrix. Two of the four light receiving units are included, and the color filter layer of the four light receiving units includes four of the filters of the one infrared transmission filter and the three visible light transmission filters, and the eight In the four light receiving parts that constitute the light receiving part, the infrared light transmittance characteristics of the infrared transmission filter may be different.
  • the infrared transmission filter may be made of a color filter material containing a violet pigment and a yellow pigment as main components.
  • the infrared cut filter layer may be composed of a multilayer film in which a layer composed of a silicon oxide film and a layer composed of a titanium oxide film are laminated.
  • the infrared cut filter layer may be composed of a multilayer film in which a layer composed of a silicon oxide film and a layer composed of a silicon-rich silicon nitride film are laminated.
  • a solid-state imaging device includes a substrate having a plurality of light receiving units and a visible light formed above each of the plurality of light receiving units.
  • a color filter layer including a plurality of visible light transmission filters that transmit light, and an infrared cut wavelength of 610 to 710 nm that is formed above a light receiving portion on which the visible light transmission filter is formed and has a transmittance of 50% or less. It is characterized by comprising an infrared cut filter layer and an ultraviolet light cut filter layer which is formed so as to cover the plurality of light receiving portions and cuts ultraviolet light.
  • the ultraviolet light cut filter layer may be formed of a silicon nitride film having a thickness of 0.5 microns or more.
  • the plurality of light receiving units includes four light receiving units arranged adjacent to each other in a 2 ⁇ 2 matrix, and the color filter layers of the four light receiving units include a cyan color filter, a yellow color filter, Including one of the four visible light transmission filters of a green color filter and a white color filter, and the three visible light transmission filters of a cyan color filter, a yellow color filter, and a white color filter, and the infrared cut filter layer
  • the white color filter may be opened above the light receiving unit.
  • a camera module includes the solid-state imaging device.
  • the camera module may further include an illumination device capable of emitting infrared light simultaneously with visible light.
  • the solid-state imaging device includes four signals of red, green, blue, and infrared, four signals of white including red, green, blue, and infrared, cyan, yellow, green, and 4 signals of white including infrared, 3 signals of white including cyan, yellow and infrared, and 5 colors of red, green, blue, first infrared and second infrared
  • a signal processing circuit that acquires any one of the signals by the plurality of light receiving units and converts the signals into signals of three colors of red, green, and blue may be provided.
  • the camera module further includes four color signals of red, green, blue and infrared, four color signals of white including red, green, blue and infrared, cyan, yellow, green, And four signals of white including infrared, three signals of white including cyan, yellow and infrared, and five colors of red, green, blue, first infrared and second infrared May be provided with a signal processing circuit that receives any of the above signals from the solid-state imaging device and converts the signals into signals of three colors of red, green, and blue.
  • an infrared cut filter and an infrared transmission filter suitable for human visual sensitivity are formed in a solid-state imaging device, so that visible light and near infrared light can be imaged simultaneously, which is beautiful and natural. A visible light photograph can be taken. Further, since the visible light spectrum and the near-infrared spectrum can be measured independently, it is possible to realize a solid-state imaging device that can be used not only for various photography but also for various applications.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view showing a pixel array of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the transmittance characteristics of a normal color filter.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating transmittance characteristics of the infrared transmission filter according to the first embodiment and a normal infrared transmission filter.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a configuration of an example of an infrared cut filter layer according to the first embodiment.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a transmittance characteristic of an example of the infrared cut filter layer according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a reflectance spectrum diagram showing a change with time of the cucumber obtained by the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an image showing the change over time of the cucumber obtained by the solid-state imaging device of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a change in freshness parameter calculated from a cucumber image obtained by the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 9B is a plan view showing a pixel array of the solid-state imaging device according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device according to the second embodiment.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 11B is a plan view illustrating a pixel array of the solid-state imaging device according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device according to the third embodiment.
  • FIG. 13A is a plan view showing a pixel array of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13B is a diagram illustrating spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 11B is a plan view illustrating a pixel array of the solid-state imaging device according to the third embodiment.
  • FIG. 14A is a plan view showing a pixel array of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14B is a diagram illustrating spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a block diagram of a camera module according to the sixth embodiment.
  • FIG. 16A is a diagram illustrating a configuration of a modified example of the infrared cut filter layer according to the embodiment.
  • FIG. 16B is a diagram illustrating a transmittance characteristic of a modified example of the infrared cut filter layer according to the embodiment.
  • a solid-state imaging device is formed so as to cover a substrate having a plurality of light receiving portions, a plurality of color filter layers periodically formed on the light receiving portions, and a part of the color filter layers. And an infrared cut filter layer.
  • the infrared cut filter layer and the color filter layer are formed so as to cover a part of the light receiving portions according to a regular plane pattern.
  • the light receiving units are arranged in a matrix, and the infrared cut filter layer and the color filter layer repeat a unit pattern covering three light receiving units among the four light receiving units arranged in a 2 ⁇ 2 matrix. You may have the repeating pattern comprised by arranging.
  • the three light receiving units in the 2 ⁇ 2 matrix may be repeated, and the remaining two light receiving units may have a repeated pattern.
  • the infrared cut filter layer may be a multilayer film in which a layer composed of SiO and a layer composed of SiN or TiO 2 are stacked.
  • the infrared cut filter layer may be a multilayer film in which a layer composed of SiO and a layer composed of TiO are laminated.
  • the light shielding wavelength (infrared cut wavelength) of the infrared cut filter and the transmission wavelength (infrared transmission wavelength) of the infrared transmission filter may overlap each other at substantially the same wavelength.
  • an infrared cut filter and an infrared transmission filter suitable for human visibility are formed in the solid-state imaging device, it is possible to capture visible light and near infrared light at the same time. A visible light photograph can be taken.
  • the red, green, and blue spectra and the near-infrared spectrum can be measured independently, it is possible to realize a solid-state imaging device that can be used for various applications as well as various photography.
  • an infrared cut filter layer for cutting infrared rays is provided in the solid-state imaging device. Accordingly, a camera module (camera system) or electronic device in which the solid-state imaging device is incorporated does not require a separate filter for cutting infrared rays, and thus the camera module can be reduced in size and cost.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment
  • FIG. 1B illustrates a pixel layout (arrangement of color filters) of the solid-state imaging device according to the first embodiment. It is a top view.
  • FIG. 1A shows a cross-sectional view of a part of the alternate long and short dash line (AA ′ plane) in FIG. 1B.
  • Each rectangle shown in FIG. 1B represents a region corresponding to each pixel.
  • each of “R”, “G”, and “B” represents each pixel that detects red, green, and blue light
  • “IR” represents infrared rays (particularly near infrared rays).
  • each of the pixels that detect red, green, and blue light is referred to as a red pixel, a green pixel, and a blue pixel
  • a pixel that detects infrared light is referred to as an infrared pixel.
  • the arrangement of the color filters in FIG. 1B can be realized by replacing one of the green pixels in the Bayer array widely used in the solid-state imaging device with an infrared pixel.
  • a method for manufacturing a solid-state image pickup device a method for manufacturing a standard solid-state image pickup device except for the steps of forming an infrared cut filter (particularly a near infrared cut filter) and an infrared transmission filter (particularly a near infrared transmission filter). Therefore, detailed description is omitted here, and a method for forming the infrared cut filter and the infrared transmission filter will be described in detail.
  • the solid-state imaging device has a wiring layer 5, an infrared cut filter layer 6, a color filter layer 7, and a plurality of layers on a semiconductor substrate 1 on the surface of which an insulating film 3, a gate 4 and an element isolation 2 constituting a plurality of pixels are formed.
  • the microlens 8 is provided.
  • Each of the pixels formed on the semiconductor substrate 1 includes a light receiving unit (light receiving element, photodiode) that photoelectrically converts incident light, and a readout circuit for reading a signal output from the light receiving unit.
  • the semiconductor substrate 1 has a plurality of light receiving portions (pixels) on the surface, and each of the pixels is formed to be aligned in a matrix when the surface of the semiconductor substrate 1 is viewed in plan.
  • the infrared cut filter layer 6 includes pixels other than the infrared pixel in which the infrared transmission filter 7a is formed, that is, a blue pixel in which the blue color filter 7b is formed, a green pixel in which the green color filter is formed, and a red color filter. Is formed under the color filter layer 7 on the wiring layer 5 so as to cover the red pixel in which is formed.
  • the color filter layer 7 is formed so as to cover the surface of the infrared cut filter layer 6. Details of the configuration of the infrared cut filter layer 6 will be described later.
  • the color filter layer 7 is formed corresponding to each of the plurality of light receiving portions, and includes a plurality of filters formed above the corresponding light receiving portions.
  • the plurality of filters include a visible light transmission filter that transmits visible light, and an infrared transmission filter 7a having an infrared transmission wavelength of 650 nm at which the transmittance is 50%.
  • the plurality of light receiving portions include four light receiving portions arranged adjacent to each other in a 2 ⁇ 2 matrix, and the color filter layer 7 of the four light receiving portions includes one infrared transmission filter 7a and a red color filter. (Not shown), a green color filter (not shown), and four filters including a blue color filter 7b and three visible light transmission filters.
  • the color filter layer 7 made of an organic material has spectral characteristics in order to extract light of four colors of infrared (IR), blue (B), red (R), and green (G). It includes four different types of color filters, that is, an infrared transmission filter 7a, a blue color filter 7b as a visible light transmission filter, a green color filter, and a red color filter. Each color filter can be patterned by a lithography process.
  • each of the four types of color filters is arranged so as to cover the pixels one by one according to the pattern shown in FIG. 1B in plan view.
  • each of the four types of color filters is formed corresponding to each of the pixels and covers the corresponding pixels.
  • the filters other than the infrared transmission filter 7a in the color filter layer 7, that is, the red color filter, the green color filter, and the blue color filter 7b are photosensitive elements used in an imaging device (camera module) including a normal solid-state imaging device.
  • Organic color filter resist can be used.
  • the photosensitive organic color filter resist is a resist containing a pigment as a color material and sensitive to ultraviolet rays.
  • the normal red color filter, green color filter, and blue color filter 7b have transmittance characteristics as shown in FIG. 2, and transmit infrared light.
  • FIG. 2 is a diagram showing the transmittance characteristics of a normal color filter.
  • the infrared cut filter layer 6 described above needs to be formed on the red pixel, the green pixel, and the blue pixel.
  • the infrared transmission filter 7a requires spectral characteristics different from those of conventionally used color filters.
  • the infrared transmission filter 7a has an optical characteristic that the wavelength at which the transmittance is 50% is about 650 nm, and more A characteristic that transmits infrared light of a wavelength with a transmittance of 50% or more is required.
  • FIG. 3 is a diagram showing the transmittance characteristics of the infrared transmission filter according to the first embodiment and a normal infrared transmission filter.
  • a blue color filter and a red color filter are laminated to form an infrared transmission filter.
  • the transmittance is 50%.
  • the infrared transmission wavelength becomes approximately 800 nm, and is greatly deviated from the boundary between the visible region (visible light) and the near infrared region (infrared light).
  • an optical characteristic that an infrared transmission wavelength at which the transmittance is 50% is around 750 to 800 nm is shown as an optical characteristic of the infrared transmission filter. The wavelength at which the rate is 50% deviates from the boundary between the visible region and the near infrared region.
  • the infrared transmission filter 7a is a C.I. I. Pigment Violet 23 (Dioxazine) and C.I. I. Pigment Yellow 139 (Isindoline) and a new color filter material containing pigments as main components.
  • the infrared transmission wavelength at which the transmittance is 50% can be set around 650 nm, and the optical characteristics of the infrared transmission filter 7a are adapted to the boundary of human visibility.
  • a new color filter material for the infrared transmission filter 7a in addition to the above-mentioned pigment, it is composed of an acrylic resin as a base polymer, a polyfunctional acrylic monomer, a photopolymerization initiator, a sensitizer and a solvent, and has a photosensitivity.
  • the material which has can be used. Since this material has photosensitivity, a pattern can be formed by a normal lithography process.
  • Pigment Violet 23 is used as a purple pigment and Pigment Yellow 139 is used as a yellow pigment.
  • Pigment violet 19 or 37 can be used as the purple pigment.
  • pigment yellow 83, 138, 150 or 185 can be used as yellow pigment.
  • Pigment Violet 23 has a strong and steep absorption peak in the wavelength range of 500 to 650 nm, and is therefore an optimal material for realizing a transmittance of 50% at a wavelength near 650 nm.
  • the infrared cut filter layer 6 has an infrared cut wavelength of 650 nm at which the transmittance is 50%, and is formed so as to cover the light receiving part (pixel) above the light receiving part (pixel) on which the visible light transmission filter is formed. Then, the aperture is opened above the light receiving portion (pixel) on which the infrared transmission filter 7a is formed.
  • the infrared cut filter layer 6 is configured such that infrared light having a wavelength equal to or greater than the infrared cut wavelength has a transmittance of 50% or less.
  • the infrared cut filter layer 6 is composed of an inorganic multilayer film in which a low refractive index layer 6a composed of an inorganic low refractive index material and a high refractive index layer 6b composed of an inorganic high refractive index material are laminated.
  • a multilayer structure in which laminated structures of low refractive index layers 6a and high refractive index layers 6b are alternately laminated is provided.
  • the low refractive index layer 6a is composed of a silicon oxide film (SiO 2 )
  • the high refractive index layer 6b is composed of a titanium oxide film (TiO).
  • the high refractive index layer 6b may be made of SiN instead of TiO.
  • the infrared cut filter layer 6 is composed of a multilayer film in which a low refractive index layer 6a composed of a silicon oxide film and a high refractive index layer 6b composed of a silicon-rich silicon nitride film are laminated. Also good.
  • a reactive sputtering method can be used for film formation. By using a multi-chamber reactive sputtering apparatus, it is possible to efficiently deposit laminated films continuously.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a configuration of an example of an infrared cut filter layer according to the first embodiment
  • FIG. 4B illustrates transmittance characteristics of an example of an infrared cut filter layer according to the first embodiment.
  • FIG. 4A shows an example of the infrared cut filter layer 6 shown in FIG. 1A
  • FIG. 4B shows the red color when the infrared cut filter layer 6 has a multilayer film structure of an eight-layer structure.
  • the transmittance characteristic (transmittance distribution) of the outer cut filter layer 6 is shown.
  • the thicknesses of the low refractive index layer 6a and the high refractive index layer 6b are set in the range of 50 nm to 200 nm, for example.
  • the infrared cut filter layer 6 is designed so that the infrared cut wavelength at which the transmittance is 50% is around 650 nm.
  • the transmittance spectrum is wavy due to interference, but the transmittance averaged in the range of about 50 nm is designed to be about 50% near 650 nm.
  • the film thickness of each layer constituting the infrared cut filter layer 6 is designed so as to have optimum optical characteristics according to the layer configuration and the number of layers.
  • the infrared cut filter layer 6 is formed by laminating a total of nine layers of low refractive index layers 6a and high refractive index layers 6b alternately.
  • the number of layers to be stacked may be set as appropriate depending on the required infrared optical characteristics, materials, and the like.
  • the layer to be formed may be in the range of 6 to 12 layers. The optical characteristics can be improved as the number of layers constituting the infrared cut filter layer 6 is increased. However, since the manufacturing process becomes complicated, it is preferable to design with 12 layers as the upper limit.
  • the solid-state imaging device is characterized in that an infrared cut filter layer 6 formed as a multilayer film of an inorganic material is provided on a pixel other than the infrared pixel on which the infrared transmission filter 7a is formed.
  • an infrared cut filter layer 6 formed as a multilayer film of an inorganic material is provided on a pixel other than the infrared pixel on which the infrared transmission filter 7a is formed.
  • the infrared cut filter layer 6 is formed between the microlens 8 and the semiconductor substrate 1 in the manufacturing process of the solid-state imaging device. The presence or absence can be controlled.
  • the color filter layer 7 is formed of an organic material, it is not easy to stack an inorganic material on the surface of the organic material. Therefore, it is more preferable to form the infrared cut filter layer 6 under the color filter layer 7, that is, between the semiconductor substrate 1 and the color filter layer 7.
  • the material constituting the infrared cut filter layer 6 is preferably SiO, SiN, TiO, SiON, TaO, ZrO or the like generally used in a semiconductor manufacturing process.
  • the infrared cut filter layer 6 preferably has a multilayer structure.
  • Each of the plurality of microlenses 8 is formed on the surface of the color filter layer 7 so as to correspond to each of the light receiving portions (pixels). Each of the microlenses 8 is provided for condensing incident light to a corresponding light receiving portion efficiently.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • An apparatus (dotted line in FIG. 3) was prototyped, and the spectral sensitivity characteristics (spectral sensitivity curve) obtained by each were compared with FIG.
  • the spectral sensitivity of the infrared pixel when using the infrared transmission filter 7 a according to the present embodiment corresponding to FIG. 3 is indicated by a thick solid line (infrared 1 in FIG.
  • the spectral sensitivity of the infrared pixel when an infrared transmission filter (blue-red multilayer filter) in which a blue color filter is laminated is used is indicated by a dotted line (infrared 2 in FIG. 5). Further, the spectral sensitivity of visible light pixels of red pixels (red in FIG. 5), blue pixels (blue in FIG. 5), and green pixels (green in FIG. 5) when the infrared transmission filter 7a according to the present embodiment is used. Is indicated by a broken line.
  • the spectral characteristics of visible light pixels are the same in the solid-state imaging device according to the present embodiment and the solid-state imaging device according to the comparison.
  • the infrared sensitivity is improved about three times by using the new infrared transmission filter 7a according to the present embodiment as compared with the case of using the red-blue multilayer filter.
  • the sensitivity of the visible light pixel corresponds to the human visual sensitivity.
  • the infrared cut wavelength at which the transmittance of the infrared cut filter layer 6 is 50% is in the vicinity of 650 nm.
  • the blue, green, red, and infrared pixels are separated with appropriate overlap.
  • the infrared pixel When a blue-red multilayer filter is used as the infrared cut filter layer 6, the infrared pixel has sensitivity only at a wavelength of 800 nm or more. For this reason, it has a dead region in a wavelength region of 650 nm to 800 nm. This is undesirable as a multispectral sensor. Further, as already described, since the sensitivity decreases as the wavelength of light increases due to the light absorption characteristics of silicon, when the infrared transmission filter 7a having a transmission region at a wavelength of 800 nm or more is used, the transmission region is set at a wavelength of 650 nm or more. There is a problem that the infrared sensitivity is reduced to about 1/3 compared with the case of using an infrared transmission filter.
  • the infrared cut wavelength of the infrared cut filter layer 6 and the infrared transmission wavelength of the infrared transmission filter 7a are substantially the same wavelength, and the wavelength is the visible wavelength of humans. It is desirable to match. For this reason, in this embodiment, the infrared cut wavelength (50%) of the infrared cut filter layer 6 and the infrared transmission wavelength (50%) of the infrared transmission filter 7a are designed to be 650 nm.
  • the solid-state imaging device since the solid-state imaging device includes the infrared cut filter layer 6, a separate infrared cut filter is not required in a camera module or the like in which the solid-state imaging device is used as in the related art. . Therefore, by using the solid-state imaging device according to the present embodiment, it is possible to reduce the thickness of an electronic device having a camera module and an imaging function.
  • FIG. 6 is a reflectance spectrum diagram showing a change with time of cucumber obtained by the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is an image showing the change over time of the cucumber obtained by the solid-state imaging device of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a reflectance spectrum obtained by measuring the cucumber with the reflectance measuring instrument using the solid-state imaging device of the present embodiment after the harvest date, 4 days after the harvest date, and 10 days after the harvest date. is there.
  • FIG. 7 is an image obtained by photographing the cucumber using the solid-state imaging device of this embodiment after the harvest date, 4 days after the harvest date, and 10 days after the harvest date.
  • FIG. 6 shows that the reflectance of visible light does not change greatly with the passage of days from the harvest date, but the reflectance spectrum of the long wavelength region outside the red region changes greatly.
  • the display device Since the display device is displayed in RGB, it cannot display infrared light (even if there is a display device that can display infrared light, humans cannot recognize it).
  • a false color display that is normally performed by a multi-spectral scanner such as Landsat is used to display infrared light.
  • blue is assigned to the green light band
  • green is assigned to the red light band
  • red is assigned to the infrared band, and these are combined to display a color image to enable visual inspection.
  • Cucumber has a high reflection intensity of infrared light, so the display color is close to reddish orange.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating changes in freshness parameters calculated from cucumber images obtained by the solid-state imaging device according to the first embodiment. Specifically, FIG. 8 is a diagram illustrating the ratio of the infrared output and the red output obtained by imaging the cucumber by the solid-state imaging device of the present embodiment with respect to the elapsed date.
  • Fig. 8 shows that the cucumber freshness can be quantified.
  • the solid-state imaging device of the present embodiment it is possible to easily evaluate the freshness and safety of food with a mobile device such as a mobile phone equipped with a camera module.
  • a mobile device such as a mobile phone equipped with a camera module.
  • the content of the calculation varies depending on the food, it is easy to install the application program on a mobile device that can communicate, so it can be used in a wide range of applications.
  • the solid-state imaging device In order to improve the accuracy of evaluation by the solid-state imaging device, it is desirable to shoot with a flash when shooting. This is because the reflectivity can be evaluated with higher accuracy because the spectrum of the light source for strobe light emission is known. In addition, it is desirable that the strobe light source used for imaging of the solid-state imaging device of the present embodiment has a configuration that emits not only visible light but also infrared light.
  • the drug check is intended to prevent accidents in which most drugs are white and patients who take many drugs accidentally take another drug. Even if the medicine is white when viewed with visible light, the reflectance of infrared light is often greatly different, and the risk of wrong medication can be reduced by checking the color with a false color display using infrared light.
  • signal processing color processing
  • signal processing color processing
  • a red (R) signal, a green (G) signal, and a blue (B) signal of a solid-state imaging device are converted into a color conversion matrix expressed by the following Equation 1.
  • a red (X) output signal, a green (Y) output signal, and a blue (Z) output signal are converted into a red (X) output signal, a green (Y) output signal, and a blue (Z) output signal to the display.
  • the signal of the solid-state imaging device is 4 of the infrared signal (Ir) in addition to the red signal (R), the green signal (G), and the blue signal (B).
  • the output signal to the display is an output signal of three colors: a red output signal (X), a green output signal (Y), and a blue output signal (Z). Therefore, the color conversion matrix for converting the signal of the solid-state imaging device into the output signal from the solid-state imaging device to the display is a 3 ⁇ 4 color conversion matrix represented by the following Expression 2.
  • the imaging device uses a color conversion matrix as shown in the following Equation 3 to convert the RGB signals of the solid-state imaging device into a red output signal (X), a green output signal (Y), and a blue output signal, respectively. Output as an output signal (Z).
  • a signal for assigning blue display to the green light band, green display to the red light band, and red display to the infrared band As a false color display for displaying the infrared signal (Ir) obtained by the solid-state imaging device according to the present embodiment, a signal for assigning blue display to the green light band, green display to the red light band, and red display to the infrared band.
  • the processing color conversion matrix is as shown in the following equation 4.
  • the red output signal (X) is assigned to the infrared signal (Ir), and the blue signal (B) is not used.
  • the color conversion matrix is as shown in Equation 5 below.
  • the elements of the color conversion matrix are set to 0 and 1.
  • the elements in the color conversion matrix are You may adjust so that it may become a value containing a negative numerical value instead of 0 and 1.
  • Such color conversion signal processing is performed by adding a signal processing block (signal processing circuit) in the solid-state imaging device, and outputting a red output signal (X), a green output signal (Y), And a blue output signal (Z) can be converted into an output signal of three colors and output.
  • the solid-state imaging device outputs light reception signals of four colors, a red signal (R), a green signal (G), a blue signal (B), and an infrared signal (Ir), so that solid-state imaging is performed. It is also possible to convert the output signal into three output signals of a red output signal (X), a green output signal (Y), and a blue output signal (Z) by a semiconductor chip outside the apparatus. Even when an external chip is used, the basic concept of signal processing is the same as described above.
  • the application range of the solid-state imaging device of the present embodiment is very wide, and different evaluations are possible by changing the imaging target. For this reason, the solid-state imaging device of the present embodiment is particularly compatible with a portable device that can easily install various application programs.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the second embodiment
  • FIG. 9B is a plan view illustrating a pixel layout of the solid-state imaging device according to the second embodiment.
  • FIG. 9A shows a cross-sectional view of a part of the alternate long and short dash line (AA ′ plane) in FIG. 9B.
  • Each rectangle shown in FIG. 9B represents a region corresponding to each pixel.
  • each of the notations “R”, “G”, and “B” represents each of a red pixel, a green pixel, and a blue pixel, and the notations “IR” and “IR ′” are different.
  • the 1st infrared pixel and 2nd infrared pixel of a spectral characteristic are represented.
  • the basic structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment is the same as that according to the first embodiment, the following description will focus on the differences between the first and second embodiments. To do.
  • the solid-state imaging device of the present embodiment is the same as the solid-state imaging device of the first embodiment in that the infrared cut filter layer 6 and the color filter layer 7 are formed on the surface of the semiconductor substrate 1. There is a difference in having two types of first and second infrared pixels IR and IR ′ having different spectral sensitivities.
  • the plurality of light receiving units include eight light receiving units arranged adjacent to each other in a 4 ⁇ 2 matrix, and the eight light receiving units are adjacent to each other in a 2 ⁇ 2 matrix.
  • Two sets of light receiving units each including four light receiving units arranged in the same manner are included.
  • the color filter layer 7 of this set of light receiving section group includes four filters of one infrared transmission filter 7a and three visible light transmission filters, and eight light receptions arranged in a 4 ⁇ 2 matrix.
  • the infrared light transmittance characteristics of the infrared transmission filter 7a are different in the two sets of light receiving unit groups constituting the unit.
  • the infrared transmission filter 7a formed in the first infrared pixel IR is made of a material similar to that of the first embodiment. I. Pigment violet 23, C.I. I. Pigment yellow 139, C.I. I. It is comprised with the coloring resin composition containing each pigment with pigment red 254.
  • the infrared transmission filter 7a of this embodiment differs from the infrared transmission filter 7a of the first embodiment in that C.I. I. Pigment Red 254 is added. This is to further suppress light transmission on the short wavelength side of 450 nm or less, and the infrared cut wavelength at which the transmittance is 50% is still 650 nm.
  • an acrylic resin as a base polymer, a polyfunctional acrylic monomer, a photopolymerization initiator, a sensitizer, and a solvent are mixed.
  • the photosensitive color filter resist can be used as in the infrared transmission filter 7a of the first embodiment.
  • Pigment Red 254 is used as a red pigment, but the present invention is not limited to this, and azo pigments such as Pigment Red 177, 242, and 252 can be used. is there.
  • a second infrared pixel IR ′ is added as a new infrared pixel.
  • the color filter of the second infrared pixel IR ' has a laminated structure of a blue color filter 7b and a red color filter 7d.
  • the color filter is formed by forming the color filter layer 7 in the order of the green color filter (not shown), the blue color filter 7b, the red color filter 7d, and the infrared transmission filter 7a.
  • the color filter 7d and the blue color filter 7b can be formed without any additional process only by changing the mask layout.
  • the spectral sensitivity characteristic (output spectral waveform) of this solid-state imaging device is shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device according to the second embodiment.
  • the spectral sensitivity of the first infrared pixel IR (IR in FIG. 10) is indicated by a thick solid line
  • the spectral sensitivity of the second infrared pixel IR ′ (IR ′ in FIG. 10) is indicated by a dotted line
  • the red pixel The spectral sensitivities of the visible light pixels of red (red in FIG. 10), blue pixels (blue in FIG. 10), and green pixels (green in FIG. 10) are indicated by broken lines.
  • the signal of the solid-state imaging device of the present embodiment includes the first infrared pixel IR.
  • Signal first infrared signal
  • second infrared pixel IR ′ signal second infrared signal
  • the first infrared pixel IR is not clearly shown in FIG. I. It can be confirmed that the addition of pigment red 254 reduces the signal in the wavelength region of 400 to 450 nm.
  • the signal of the second infrared pixel IR ' is a spectrum having sensitivity in a wavelength region of 800 nm or more.
  • oxyhemoglobin in blood strongly absorbs infrared light in a wavelength region of 800 nm or more
  • reduced hemoglobin strongly absorbs infrared light in a wavelength region of 650 to 800 nm. Therefore, it is possible to measure the relative concentrations of reduced hemoglobin and oxyhemoglobin from the sensitivity ratio of the first infrared pixel IR and the second infrared pixel IR ′.
  • sugar content and acidity of fruits it is possible to measure sugar content with high accuracy from the ratio of absorption of infrared light in the wavelength region of 800 nm or more and absorption of infrared light in the wavelength region of 650 to 800 nm. is there.
  • the taste of rice, nitrogen in soil, and the like can be estimated by using near-infrared spectroscopy. Therefore, it is considered that the application range of a camera system that can easily obtain an infrared spectral image is expanded simultaneously with acquisition of a normal color image.
  • an infrared spectroscopy function is added to a mobile device such as a portable camera in addition to an imaging function as a camera module. Therefore, it is possible not only for analytical use by specialists but also for general consumers to check the quality of food and to perform health checks easily by individuals.
  • the input signal is a red signal (R), a green signal (G), a blue signal (B), a first infrared signal (IR), and a second infrared signal.
  • the image output has three colors: a red output signal (X), a green output signal (Y), and a blue output signal (Z).
  • the color conversion matrix has 3 rows and 5 columns, but the basic concept of the color conversion processing is the same as that in the first embodiment, and is omitted here.
  • a 3 ⁇ 5 color conversion matrix can be expressed as shown in Equation 6 below.
  • k is a constant determined from the sensitivity ratio between IR and IR '.
  • the strobe light source used is configured to emit not only visible light but also infrared light having two types of wavelengths corresponding to the sensitivity of the two types of infrared pixels.
  • the two types of wavelengths are 650 to 800 nm and 800 to 900 nm.
  • the light source has a broad light emission characteristic, it is not necessary to mount a plurality of light sources.
  • the light source has a broad emission wavelength from visible to near infrared (for example, a wavelength of 400 to 1000 nm), only one type of light source may be used, and if the light source has an emission wavelength extending from 600 to 800 nm,
  • the light source for infrared and the light source for infrared (IR light source) can be shared.
  • an infrared light source (IR light source) and an infrared light source (IR ′ light source) can be used in common as long as the light emission wavelength is spread in a wavelength region of 650 to 900 nm.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging device according to the third embodiment
  • FIG. 11B is a plan view illustrating a layout of pixels of the solid-state imaging device according to the third embodiment.
  • FIG. 11A shows a cross-sectional view of a part of the alternate long and short dash line (AA ′ plane) in FIG. 11B.
  • Each rectangle shown in FIG. 11B represents a region corresponding to each pixel.
  • each of “R”, “G”, and “B” represents red, green, and blue pixels
  • “W” represents infrared and visible light. Represents a white pixel.
  • the basic structure of the solid-state imaging device according to this embodiment is the same as that according to the first and second embodiments, the differences between the first and second embodiments will be described below. Briefly explain.
  • the solid-state imaging device of the present embodiment differs from the solid-state imaging devices of the first and second embodiments in that the infrared transmission filter 7a is not provided. For this reason, there is no infrared pixel, and the infrared pixel is replaced with a white pixel having sensitivity to infrared light and visible light. In order to align the height of the white pixel with that of other visible light pixels, a transparent acrylic polymer pattern is formed at the location where the infrared transmission filter was formed. In the white pixel, the filter of the color filter layer 7 and the infrared cut filter layer 6 are not provided.
  • the infrared cut filter layer 6 has a multilayer film structure in which laminated structures of a low refractive index layer 6a made of a low refractive index material and a high refractive index layer 6b made of a high refractive index material are alternately laminated.
  • a low refractive index layer 6a made of a low refractive index material
  • a high refractive index layer 6b made of a high refractive index material are alternately laminated.
  • SiO 2 which is widely used is most suitable as a semiconductor material constituting the low refractive index layer 6a
  • titanium oxide is a high refractive index material constituting the high refractive index layer 6b from the viewpoint of refractive index. Most appropriate.
  • the stoichiometric silicon nitride film (Si 4 N 3 ) has a refractive index of about 2.0 at a wavelength of 633 nm, and when combined with SiO 2 , sufficient characteristics as the infrared cut filter layer 6 can be obtained. I can't.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device according to the third embodiment.
  • the spectral sensitivity of the white pixel W (W in FIG. 12) is indicated by a thick solid line for red pixels (red in FIG. 12), blue pixels (blue in FIG. 12), and green pixels (green in FIG. 12).
  • the spectral sensitivity of the visible light pixel is indicated by a broken line.
  • the solid-state imaging device according to the present embodiment including the white pixel W has very high sensitivity and is dark. It can be applied to monitoring applications and in-vehicle applications that require high sensitivity.
  • the solid-state imaging device according to this embodiment is further different from the solid-state imaging devices of the first and second embodiments. That is that an ultraviolet light absorption film (ultraviolet light cut filter layer) 9 is added between the wiring layer 5 and the infrared cut filter layer 6. The reason for this will be described below.
  • an ultraviolet light absorption film (ultraviolet light cut filter layer) 9 is added between the wiring layer 5 and the infrared cut filter layer 6. The reason for this will be described below.
  • the wavelength range that can be imaged and measured is expanded to the infrared light region by mounting the infrared cut filter layer 6 inside the solid-state imaging device. For this reason, when the solid-state imaging device of this embodiment is used for a camera module (camera system), there is an advantage that an infrared cut filter outside the solid-state imaging device required in a normal imaging system can be omitted. .
  • infrared and ultraviolet cut filters UV / IR cut filters
  • UV / IR cut filters that do not transmit not only infrared light but also ultraviolet light are generally used as infrared cut filters used in ordinary camera systems.
  • an ultraviolet light cut filter is stacked as the ultraviolet light absorption film 9 in the solid-state imaging device.
  • the ultraviolet light absorbing film 9 is made of, for example, a silicon nitride film having a thickness of 0.5 microns or more, and is formed so as to cover the entire area of the plurality of light receiving parts, and cuts ultraviolet light.
  • the ultraviolet light absorption film 9 can be formed, for example, by depositing a silicon nitride film (SiN) of 1000 nm by low pressure CVD. Since SiN formed by low-pressure CVD absorbs light having a wavelength of 420 nm or less, which is short wavelength light, it can be used as the ultraviolet light absorbing film 9.
  • the spectral sensitivity characteristics shown in FIG. 12 are compared with the spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device having the structure without the ultraviolet light absorbing film 9 shown in FIGS. 5 and 10, the sensitivity at a wavelength of 400 to 420 nm is reduced. It can be seen that the influence of is reduced.
  • the ultraviolet light absorbing film 9 can be applied not only to the solid-state imaging device of this embodiment but also to the solid-state imaging devices of the first and second embodiments, and the same effect can be obtained.
  • SiN is used as the ultraviolet light absorbing film 9, but is not limited to this, and any other inorganic film or any other film can be used as long as it has absorption with respect to a wavelength of 450 nm or less.
  • An organic film can be used.
  • a TiN film, a TiO 2 film, a styrene resin, a novolac resin, or the like can be used.
  • the ultraviolet light absorbing film 9 is laminated on all the pixels, and all the pixels include the ultraviolet light absorbing film 9, but actually the incidence of ultraviolet light is a problem. Since only the blue pixel is formed, the ultraviolet light absorbing film 9 may be laminated only on the blue pixel, and only the blue pixel may include the ultraviolet light absorbing film 9.
  • the ultraviolet light absorbing film 9 is desirably a film having optical characteristics of a transmittance of 30% or less for a wavelength of 400 nm and a transmittance of 70% or more for a wavelength of 450 nm. Furthermore, it is more desirable if the optical characteristics of a transmittance of 15% or less for a wavelength of 400 nm and a transmittance of 85% or more for a wavelength of 450 nm can be provided.
  • a mixed gas of nitrogen, silane and ammonia is used for the formation of SiN by low pressure CVD in the formation of the ultraviolet light absorption film 9.
  • the gas ratio of this mixed gas By changing the gas ratio of this mixed gas, the ultraviolet light of the ultraviolet light absorption film 9 is obtained.
  • the gas ratio and the film thickness satisfying the above conditions can be set.
  • RGB may be output as it is, as shown in the first embodiment.
  • black-and-white display is performed around the signal of the white pixel W.
  • the signal processing uses a color conversion matrix expressed by the following Expression 7.
  • an output signal (output image) obtained by adding all RGB is output to the display. Since RGB displayed on the display has the same value, it is displayed in black and white (gray).
  • the brightness of the scene is determined. If the brightness is less than or equal to the threshold value, the above gray display is switched. Image processing that prioritizes brightness is effective even when the resolution is reduced in a scene with a brightness below a certain level. If such processing is performed inside the solid-state imaging device and output to the outside, a day / night monitoring system can be realized using an existing image signal processing system.
  • FIG. 13A is a plan view illustrating a layout of pixels of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13B is a diagram illustrating spectral sensitivity characteristics obtained by the solid-state imaging device according to the fourth embodiment.
  • Each rectangle shown in FIG. 13A represents a region corresponding to each pixel.
  • “Cy”, “G”, and “Ye” represent each of cyan, green, and yellow pixels
  • “W” represents infrared and visible light.
  • the spectral sensitivity of the white pixel W (W in FIG. 13B) is indicated by a thick solid line
  • the spectral sensitivity of the visible pixel of the cyan pixel cyan in FIG.
  • the solid-state imaging device of this embodiment is different from the solid-state imaging devices of the first to third embodiments in that a complementary color filter is used as the color filter of the color filter layer 7.
  • a complementary color filter is used as the color filter of the color filter layer 7.
  • the solid-state imaging device of this embodiment includes a color filter layer 7 including a cyan color filter, a yellow color filter, a green color filter, and a white color filter.
  • the manufacturing method of the solid-state imaging device of this embodiment is the same as that of the first to third embodiments, and only the color filter material used for the color filter layer 7 is different.
  • the complementary color material constituting the color filter layer 7 of the present embodiment all commercially available color filter resist materials can be used.
  • the plurality of light receiving units of the solid-state imaging device include four light receiving units arranged adjacent to each other in a 2 ⁇ 2 matrix, and the color filter layer 7 of the four light receiving units includes a cyan color filter, a yellow color filter, Four visible light transmission filters including a green color filter and a white color filter are included.
  • the infrared cut filter layer is opened above the light receiving unit on which the white color filter is formed.
  • FIG. 13B shows that the sensitivity of the solid-state imaging device to visible light is greatly improved.
  • the white pixel W since the infrared cut filter is not formed in the white pixel W portion, the white pixel W has sensitivity to visible light and infrared light. In particular, when the white pixel W is used, the sensitivity is greatly different between the white pixel W and the other visible light pixels. Therefore, the brightness range (dynamic range) in which the white pixel W is saturated first and a normal image can be captured.
  • using a complementary color filter for the color filter layer 7 has an advantage that not only the sensitivity can be improved but also the dynamic range can be expanded.
  • yellow, green, and cyan filters are used as the complementary color filters of the color filter layer 7 instead of the three primary colors yellow, magenta, and cyan. This is because image signal processing was examined, and the result that color reproducibility was improved by using green rather than using complementary magenta was obtained. This is because the color performance is deteriorated because the characteristics of the magenta color filter obtained at present are not good (low transmittance on the blue side and high transmittance on the green side). Further, since the sensitivity of silicon is in the vicinity of a wavelength of 500 nm, a decrease in sensitivity can be suppressed even when green is used. For this reason, if a high-performance magenta color filter can be used, it is possible to form a solid-state imaging device with yellow, magenta, cyan, and white color filter configurations.
  • FIG. 14A is a plan view illustrating a layout of pixels of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14B is a diagram illustrating spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment.
  • Each of the rectangles shown in FIG. 14A represents a region corresponding to each pixel.
  • “Cy” and “Ye” represent each of a cyan pixel and a yellow pixel
  • “W ′” represents a white pixel that detects visible light and does not detect infrared light.
  • the notation “W” represents a white pixel that detects infrared light and visible light.
  • the spectral sensitivity of the white pixel W (W in FIG.
  • the solid-state imaging device of this embodiment is different from the solid-state imaging devices of the first to third embodiments in that a complementary color filter is used as the color filter of the color filter layer 7.
  • a complementary color filter is used as the color filter of the color filter layer 7.
  • the plurality of light receiving units of the solid-state imaging device include four light receiving units arranged adjacent to each other in a 2 ⁇ 2 matrix, and the color filter layers of the four light receiving units include a cyan color filter, a yellow color filter, and a white color filter. It includes three visible light transmission filters of color filters.
  • white color filters are formed in the color filter layers of the two light receiving portions.
  • the infrared cut filter layer is formed above the light receiving portion where one of the two white color filters is formed, but is opened above the light receiving portion where the other is formed.
  • the solid-state imaging device includes a color filter layer 7 including a cyan color filter formed on a cyan pixel, a yellow color filter formed on a yellow pixel, and a white color filter formed on a white pixel W. Is provided. An infrared cut filter is formed on the cyan pixel, the yellow pixel, and the white pixel W ′, and no infrared cut filter is formed on the remaining white pixels W. For this reason, the solid-state imaging device of this embodiment has spectral sensitivity characteristics as shown in FIG. 14B.
  • white + infrared (W ′) is used for creating a luminance signal, and three colors of cyan, yellow, and white (W ′) are used for color calculation.
  • the pixel arrangement can be selected according to the required color performance and sensitivity.
  • FIG. 15 is a block diagram of a camera module according to the sixth embodiment.
  • This camera module includes a lens 90, a solid-state imaging device 91 according to any of the first to fifth embodiments, a drive circuit 92, a signal processing unit (signal processing circuit) 93, and an external interface unit 94. .
  • processing until a signal is output to the outside is performed in the following order.
  • the light passes through the lens 90 and enters the solid-state imaging device 91.
  • the signal processing unit 93 drives the solid-state imaging device 91 through the drive circuit 92 and takes in an output signal from the solid-state imaging device 91.
  • the signal processed by the signal processing unit 93 is output to the outside through the external interface unit 94.
  • the signal processing unit 93 includes four color signals of red, green, blue, and infrared, four color signals of white including red, green, blue, and infrared, and cyan, yellow, green, and red.
  • the signal processing unit 93 performs an operation of converting the signals into red, green, and blue signals, and outputs the converted signals to the outside through the external interface unit 94.
  • the camera module of the present embodiment may include an illumination device that can emit infrared light simultaneously with visible light as an illumination light source of the solid-state imaging device 91.
  • the signal processing unit 93 may be formed as a semiconductor LSI element on a separate chip from the solid-state imaging device 91, or may be formed on the same chip.
  • the solid-state imaging device 91 may perform signal conversion by the signal processing unit 93.
  • the solid-state imaging device 91 has four signals of red, green, blue, and infrared, four signals of white including red, green, blue, and infrared, cyan, yellow, green, And four signals of white including infrared, three signals of white including cyan, yellow and infrared, and five colors of red, green, blue, first infrared and second infrared Is obtained by a plurality of light receiving units of the solid-state imaging device 91, and is provided with a signal processing circuit that performs an operation of converting the signals into signals of three colors of red, green, and blue.
  • the present invention is not limited to these embodiments.
  • the present invention includes various modifications made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Moreover, you may combine each component in several embodiment arbitrarily in the range which does not deviate from the meaning of invention.
  • the multilayer film composed of nine layers of TiO 2 / SiO 2 described in FIG. 4A is illustrated as the infrared cut filter layer 6, but the infrared cut filter layer 6 is limited to this structure. It is not something. In general, as the number of layers increases, the optical characteristics improve, but there is a problem that the manufacturing process becomes complicated and the yield decreases. Therefore, the configuration of the infrared cut filter layer 6 is appropriately set according to the number of layers and materials It is necessary to design to.
  • FIG. 16A is a diagram showing the structure of the infrared cut filter layer 6 having a TiO 2 / SiO 2 structure when the total number of layers is changed (when the total number of layers is 6, 8, and 10).
  • FIG. 16B is a diagram showing the transmittance characteristics of the infrared cut filter layer 6 having the structure of FIG. 16A.
  • the infrared cut wavelength at which the transmittance of the infrared cut filter layer 6 is 50% and the infrared transmission wavelength at which the transmittance of the infrared transmission filter 7a is 50% are both 650 nm. Designed. As described above, this design is most desirable, but these values may vary due to material limitations of the infrared transmission filter 7a and variations in manufacturing of the infrared cut filter layer 6. As a range of optical characteristics acceptable in terms of characteristics, the infrared cut wavelength at which the transmittance of the infrared cut filter layer 6 is desirably 50% or less (particularly 50%) is 610 nm to 710 nm.
  • the infrared transmission wavelength at which the transmittance is 50% or more (particularly 50%) is 590 to 690 nm.
  • the infrared cut wavelength at which the transmittance of the infrared cut filter layer 6 is 50% or less (particularly 50%) is 630 nm to 690 nm, and the transmittance of the infrared transmission filter 7a is 50% or more (particularly, 50%), the infrared transmission wavelength is 610 nm to 670 nm. If the infrared cut wavelength of the infrared cut filter layer 6 deviates from this range, the color reproducibility of a color photograph is deteriorated, and the performance as a solid-state imaging device cannot be sufficiently exhibited.
  • the reduction of the red saturation range is significant.
  • the infrared transmission wavelength of the infrared transmission filter 7a exceeds 670 nm, the reduction in IR sensitivity exceeds 10%.
  • the overlap with the red pixel is large, the separation of the spectrum of the red light and the spectrum of the infrared light becomes insufficient, and the accuracy of evaluation and measurement using the infrared light decreases. End up.
  • the infrared cut filter layer 6 becomes a laminated structure of the low refractive index layer 6a comprised from a low refractive index material, and the high refractive index layer 6b comprised from a high refractive index material.
  • SiO 2 which is widely used as a semiconductor material for the low refractive index layer 6a
  • the high refractive index layer 6b made of a high refractive index material is made of titanium oxide from the viewpoint of refractive index. Is most appropriate.
  • SiN and SiON for the high refractive index layer 6b. This is because processing is easy and no special equipment or gas is required for film formation.
  • the stoichiometric silicon nitride film (Si 4 N 3 ) has a refractive index of about 2.0 at a wavelength of 633 nm, and when combined with SiO 2 , sufficient characteristics as an infrared cut filter 7a are obtained. I can't.
  • the refractive index of SiN can be increased.
  • the refractive index of SiN can be increased by reducing the partial pressure of nitrogen gas and increasing the power to form a film.
  • the refractive index is 2.2 or less, the visible light transmittance of the infrared cut filter layer 6 is increased to about 20%, and the characteristics as a sufficient infrared cut filter layer 6 are insufficient. .
  • the refractive index is 2.4 or more, absorption of light having a wavelength of 500 nm or less increases, and it is difficult to use as a color sensor.
  • the film forming conditions it is possible to adjust the refractive index at a wavelength of 633 nm in the range of 2.2 to 2.4 to form a good infrared cut filter layer 6.
  • the solid-state imaging device is configured using the CMOS image sensor.
  • the present invention is not limited to this, and it goes without saying that the same performance can be realized by any image sensor including a CCD image sensor.
  • the present invention can be used as, for example, a solid-state imaging device used in a portable device such as a digital camera or a mobile phone.

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Abstract

　固体撮像装置は、半導体基板（１）の複数の受光部のそれぞれに対応して形成され、対応する受光部の上方に形成された複数のフィルタを含むカラーフィルタ層（７）と、透過率が５０％以下となる赤外カット波長が６１０～７１０ｎｍである赤外カットフィルタ層（６）とを備え、複数のフィルタは、可視光を透過する可視光透過フィルタと、透過率が５０％以上となる赤外透過波長が５９０～６９０ｎｍである赤外透過フィルタ（７ａ）とを含み、赤外カットフィルタ層（６）は、赤外透過フィルタ（７ａ）が形成された受光部の上方で開口され、可視光透過フィルタが形成された受光部の上方に形成される。

Description

固体撮像装置及びカメラモジュール
　本発明は、固体撮像装置及びカメラモジュールに関する。
　一般に、固体撮像装置（イメージセンサ）を用いたカメラ（カメラモジュール）によって、カラー画像を撮像するためには、光路の途中に赤外カットフィルタを挿入することが不可欠である。例えば、特許文献１には、固体撮像装置と赤外カットフィルタとを備えるカメラモジュールが記載されている。赤外カットフィルタを用いるのは、図２に示すように従来用いられているカラーフィルタが、可視光領域では青、緑、赤の三原色のみを透過するカラーフィルタとして機能するが、近赤外光領域の光に対しては遮光性能が弱く近赤外光を透過してしまうためである。人間の眼が感度を持たない近赤外光は、固体撮像装置に用いられるシリコン基板では～１１００ｎｍまでの波長域に感度を持っている。このため、赤外カットフィルタを用いないと、赤外光の影響で、赤、緑及び青色の信号に近赤外光の信号が混じって不自然な色合いの写真が生成される。
　しかしながら、近赤外光には豊富な情報量が含まれるため、近赤外画像を取得したいという用途が存在する。例えば、監視や、食品、農産物、薬品及び紙幣等の検査のような用途である。このような用途には赤外光専用の固体撮像装置が用いられることが多いが、可視光のイメージと同時に近赤外光のイメージを取得したいという要求が強い。これは装置の小型化、低価格及び簡便性を実現するためである。そのような要求に応えるために、従来の赤、緑及び青色の画素に加えて近赤外光のみを透過する近赤外フィルタ（可視光領域での透過がないためブラックフィルタと呼ぶ場合もある）を受光部上に形成するような固体撮像装置が作られている。しかしながら、このような固体撮像装置には、既に述べたように赤、緑及び青色の画素に赤外光が入射してしまうために、正常なカラー画像を得ることができないという問題がある。
　この問題を解決するために、赤、緑及び青色の画素上だけに赤外カットフィルタを形成する方法が提案されている。特許文献２では赤外カットフィルタとして詳細は明示されていないが、通常のカラーフィルタと同等の有機色材からなるカラーフィルタが用いられている。一方、特許文献３及び４では赤外カットフィルタとして無機多層膜からなる干渉フィルタが用いられている。特許文献２及び３では赤外フィルタ及び赤外カットフィルタの詳細な光学特性については述べられていない。特許文献４ではフィルタの光学特性については厳しい制約は必要ないとし、赤外カットフィルタについては６００～８００ｎｍ程度以上の波長の近赤外光を遮蔽するような特性、赤外透過フィルタについては７５０ｎｍ以上の波長の近赤外光を透過するような特性が明示されている。
特開２００２－１８２２７０号公報 特開平１０－６５１３５号公報 特開２００７－１８９３７６号公報 特開２００７－５３７３１号公報
　デジタルカメラや携帯電話等の機器が高性能化するにつれて、これらの機器に従来にない機能が求められており、単一の固体撮像装置で美しい可視光写真だけでなく近赤外光写真を取得でき、可視光から近赤外光までを同時に表示できるような固体撮像装置が要望されている。
　しかしながら、可視光と近赤外光とを同時に撮像できる従来の固体撮像装置では、近赤外光の影響により美しく自然な可視光写真を撮像することは困難である。発明者らの詳細な検討によれば、近赤外光の存在下で美しく自然なカラー画像（可視光写真）を撮像するためには、形成する赤外透過フィルタの光学特性と赤外カットフィルタの光学特性とを人間の視感度に合わせて正確に制御する必要があることを見出した。
　本発明は、可視光と近赤外光とを同時に撮像でき、美しく自然な可視光写真を撮像することができると同時に、可視光のスペクトルと近赤外のスペクトルとを独立して測定でき、種々の検査用途に活用できる固体撮像装置及びカメラモジュールを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、複数の受光部を有する基板と、複数の前記受光部のそれぞれに対応して形成され、対応する前記受光部の上方に形成された複数のフィルタを含むカラーフィルタ層と、透過率が５０％以下となる赤外カット波長が６１０～７１０ｎｍである赤外カットフィルタ層とを備え、前記複数のフィルタは、可視光を透過する可視光透過フィルタと、透過率が５０％以上となる赤外透過波長が５９０～６９０ｎｍである赤外透過フィルタとを含み、前記赤外カットフィルタ層は、前記可視光透過フィルタが形成された受光部の上方に形成され、前記赤外透過フィルタが形成された受光部の上方で開口されることを特徴とする。
　ここで、複数の前記受光部は、２×２の行列状に隣接して配列された４つの前記受光部を含み、前記４つの受光部の前記カラーフィルタ層は、１つの前記赤外透過フィルタと、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ及び青色カラーフィルタの３つの前記可視光透過フィルタとの４つの前記フィルタを含んでもよい。
　また、複数の前記受光部は、４×２の行列状に隣接して配列された８つの前記受光部を含み、前記８つの受光部は、２×２の行列状に隣接して配列された４つの前記受光部を２つ含み、前記４つの受光部の前記カラーフィルタ層は、１つの前記赤外透過フィルタと、３つの前記可視光透過フィルタとの４つの前記フィルタを含み、前記８つの受光部を構成する２つの前記４つの受光部において、前記赤外透過フィルタの赤外光透過率特性が異なってもよい。
　また、前記赤外透過フィルタは、紫色顔料と黄色顔料とを主成分として含むカラーフィルタ材料から構成されてもよい。
　また、前記赤外カットフィルタ層は、シリコン酸化膜から構成される層と、酸化チタン膜から構成される層とが積層された多層膜から構成されてもよい。
　また、前記赤外カットフィルタ層は、シリコン酸化膜から構成される層と、シリコンリッチなシリコン窒化膜から構成される層とが積層された多層膜から構成されてもよい。
　また、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、複数の受光部を有する基板と、複数の前記受光部のそれぞれに対応して形成され、対応する前記受光部の上方に形成された可視光を透過する複数の可視光透過フィルタを含むカラーフィルタ層と、前記可視光透過フィルタが形成された受光部の上方に形成され、透過率が５０％以下となる赤外カット波長が６１０～７１０ｎｍである赤外カットフィルタ層と、前記複数の受光部を覆うように形成され、紫外光をカットする紫外光カットフィルタ層とを備えることを特徴とする。
　ここで、前記紫外光カットフィルタ層は、０．５ミクロン以上の膜厚のシリコン窒化膜から構成されてもよい。
　また、複数の前記受光部は、２×２の行列状に隣接して配列された４つの前記受光部を含み、前記４つの受光部の前記カラーフィルタ層は、シアンカラーフィルタ、黄色カラーフィルタ、緑カラーフィルタ及び白色カラーフィルタの４つの前記可視光透過フィルタと、シアンカラーフィルタ、黄色カラーフィルタ及び白色カラーフィルタの３つの前記可視光透過フィルタとのいずれかを含み、前記赤外カットフィルタ層は、前記白色カラーフィルタが形成された受光部の上方で開口されてもよい。
　また、本発明の一態様に係るカメラモジュールは、上記固体撮像装置を備えることを特徴とする。
　ここで、前記カメラモジュールは、さらに、可視光と同時に赤外光を発光可能な照明装置を備えてもよい。
　また、前記固体撮像装置は、赤、緑、青及び赤外の４色の信号と、赤、緑、青、及び、赤外を含む白の４色の信号と、シアン、黄、緑、及び、赤外を含む白の４色の信号と、シアン、黄、及び、赤外を含む白の３色の信号と、赤、緑、青、第１赤外及び第２赤外の５色の信号とのいずれかを複数の前記受光部により取得し、赤、緑及び青の３色の信号に変換する信号処理回路を備えてもよい。
　また、前記カメラモジュールは、さらに、赤、緑、青及び赤外の４色の信号と、赤、緑、青、及び、赤外を含む白の４色の信号と、シアン、黄、緑、及び、赤外を含む白の４色の信号と、シアン、黄、及び、赤外を含む白の３色の信号と、赤、緑、青、第１赤外及び第２赤外の５色の信号とのいずれかを前記固体撮像装置から受け、赤、緑及び青の３色の信号に変換する信号処理回路を備えてもよい。
　本発明によれば、固体撮像装置内に人間の視感度に適合した赤外カットフィルタと赤外透過フィルタとが形成されるため、可視光と近赤外光とを同時に撮像でき、美しく自然な可視光写真を撮像することができる。また、可視光のスペクトルと近赤外のスペクトルとを独立して測定できるため、種々の写真撮影だけでなく種々の用途に活用できる固体撮像装置を実現することができる。
図１Ａは、第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す断面図である。 図１Ｂは、第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素配列を示す平面図である。 図２は、通常のカラーフィルタの透過率特性を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る赤外透過フィルタと通常の赤外透過フィルタとの透過率特性を示す図である。 図４Ａは、第１の実施形態に係る赤外カットフィルタ層の一例の構成を示す図である。 図４Ｂは、第１の実施形態に係る赤外カットフィルタ層の一例の透過率特性を示す図である。 図５は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の分光感度特性を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係る固体撮像装置により得られたキュウリの経時変化を示す反射率スペクトル図である。 図７は、第１の実施形態の固体撮像装置により得られたキュウリの経時変化を示す画像である。 図８は、第１の実施形態の固体撮像装置により得られたキュウリの画像から算出された鮮度パラメータの変化を示す図である。 図９Ａは、第２の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す断面図である。 図９Ｂは、第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素配列を示す平面図である。 図１０は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の分光感度特性を示す図である。 図１１Ａは、第３の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す断面図である。 図１１Ｂは、第３の実施形態に係る固体撮像装置の画素配列を示す平面図である。 図１２は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の分光感度特性を示す図である。 図１３Ａは、第４の実施形態に係る固体撮像装置の画素配列を示す平面図である。 図１３Ｂは、第４の実施形態に係る固体撮像装置の分光感度特性を示す図である。 図１４Ａは、第５の実施形態に係る固体撮像装置の画素配列を示す平面図である。 図１４Ｂは、第５の実施形態に係る固体撮像装置の分光感度特性を示す図である。 図１５は、第６の実施形態に係るカメラモジュールのブロック図である。 図１６Ａは、実施形態に係る赤外カットフィルタ層の変形例の構成を示す図である。 図１６Ｂは、実施形態に係る赤外カットフィルタ層の変形例の透過率特性を示す図である。
　以下、図面を参照しながら、各実施形態について説明する。尚、以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、並びにステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。また、各図中において、実質的に同一の構成、動作、及び効果を表す要素については、同一符号を付示す。
　本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、複数の受光部を有する基板と、受光部上に周期的に形成される複数のカラーフィルタ層と、カラーフィルタ層の一部を覆うように形成される赤外カットフィルタ層とを備える。赤外カットフィルタ層及びカラーフィルタ層は、規則的な平面パターンに従って、一部の受光部を覆うように形成されている。
　ここで、受光部は、行列状に配列され、赤外カットフィルタ層及びカラーフィルタ層は、２×２の行列に配列される４つの受光部のうち３つの受光部を覆う単位パターンを、繰り返し配列することによって構成される繰り返しパターンを有していても良い。
　また、４×２の行列に配列される８つの受光部のうち２×２の行列の３つの受光部は繰り返され、残りの２つの受光部が異なるような繰り返しパターンを有していても良い。
　また、赤外カットフィルタ層は、ＳｉＯから構成される層と、ＳｉＮあるいはＴｉＯ２から構成される層とが積層された多層膜であっても良い。
　また、赤外カットフィルタ層は、ＳｉＯから構成される層と、ＴｉＯから構成される層とが積層された多層膜であっても良い。
　また、赤外カットフィルタの遮光波長（赤外カット波長）と赤外透過フィルタの透過波長（赤外透過波長）とがほぼ同じ波長で重なるような特性であっても良い。
　本態様によれば、固体撮像装置内に人間の視感度に適合した赤外カットフィルタと赤外透過フィルタとが形成されるため、可視光と近赤外光とを同時に撮像でき、美しく自然な可視光写真を撮像することができる。また、赤、緑及び青のスペクトルと近赤外のスペクトルとを独立して測定できるため、種々の写真撮影だけでなく種々の用途に活用できる固体撮像装置を実現することができる。
　また、固体撮像装置内に赤外線をカットする赤外カットフィルタ層を備えている。従って、固体撮像装置が組み込まれるカメラモジュール（カメラシステム）または電子機器には、赤外線をカットするための別途のフィルタが不要となるため、カメラモジュールの小型化及び低コスト化が可能となる。
　以下に詳細を説明する。
　（第１の実施形態）
　図１Ａは、第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す断面図であり、図１Ｂは、第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素のレイアウト（カラーフィルタの配列）を示す平面図である。なお、図１Ａは、図１Ｂの一点鎖線（Ａ－Ａ’面）の一部における断面図を示している。また、図１Ｂに示される矩形の各々は、画素の各々に対応する領域を表している。また、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の表記の各々は、赤、緑、及び青の光を検出する画素の各々を表し、「ＩＲ」の表記は、赤外線（特に近赤外線）を検出する画素を表している。以下においては、説明を簡略化するために、赤、緑及び青の光を検出する画素の各々を、赤画素、緑画素及び青画素といい、赤外線を検出する画素を赤外画素という。
　図１Ｂのカラーフィルタの配列は、固体撮像装置で広く用いられるベイヤー配列の緑画素の一つを赤外画素に置き換える方法により実現できる。固体撮像装置の製造方法に関しては、赤外カットフィルタ（特に近赤外カットフィルタ）と赤外透過フィルタ（特に近赤外透過フィルタ）の形成工程を除いては標準的な固体撮像装置の製造方法と共通であるため、ここでは詳細な説明は省略し、赤外カットフィルタと赤外透過フィルタの形成方法について詳説する。
　固体撮像装置は、複数の画素を構成する絶縁膜３、ゲート４及び素子分離２が表面に形成された半導体基板１上に、配線層５、赤外カットフィルタ層６、カラーフィルタ層７及び複数のマイクロレンズ８を備える。半導体基板１に形成された画素の各々は、入射光を光電変換する受光部（受光素子、フォトダイオード）と、受光部から出力される信号を読み出すための読み出し回路とを含む。半導体基板１は、複数の受光部（画素）を表面に有し、画素の各々は、半導体基板１の表面を平面視したとき行列状に整列するように形成されている。
　赤外カットフィルタ層６は、赤外透過フィルタ７ａが形成された赤外画素以外の画素、つまり青色カラーフィルタ７ｂが形成された青画素、緑色カラーフィルタが形成された緑画素、及び赤色カラーフィルタが形成された赤画素を覆うように配線層５の上でカラーフィルタ層７の下に形成されている。カラーフィルタ層７は、赤外カットフィルタ層６の表面を覆うように形成されている。尚、赤外カットフィルタ層６の構成の詳細については後述する。
　カラーフィルタ層７は、複数の受光部のそれぞれに対応して形成され、対応する受光部の上方に形成された複数のフィルタを含む。この複数のフィルタは、可視光を透過する可視光透過フィルタと、透過率が５０％となる赤外透過波長が６５０ｎｍである赤外透過フィルタ７ａとを含む。複数の受光部は、２×２の行列状に隣接して配列された４つの受光部を含み、この４つの受光部のカラーフィルタ層７は、１つの赤外透過フィルタ７ａと、赤色カラーフィルタ（図外）、緑色カラーフィルタ（図外）及び青色カラーフィルタ７ｂの３つの可視光透過フィルタとの４つのフィルタを含む。
　具体的に、有機材料から構成されるカラーフィルタ層７は、赤外（ＩＲ）、青（Ｂ）、赤（Ｒ）、及び緑（Ｇ）の４色の光を取り出すために、分光特性の異なる４種類のカラーフィルタ、つまり赤外透過フィルタ７ａと、可視光透過フィルタとしての青色カラーフィルタ７ｂ、緑色カラーフィルタ及び赤色カラーフィルタとを含む。各々のカラーフィルタは、リソグラフィ工程によってパターン形成することができる。
　カラーフィルタ層７において、４種類のカラーフィルタの各々は、平面視において図１Ｂに示されるようなパターンに従って、画素を１つずつ覆うように配列されている。言い換えると、４種類のカラーフィルタの各々は、画素のそれぞれに対応して形成され、対応する画素を覆っている。カラーフィルタ層７における、赤外透過フィルタ７ａ以外のフィルタつまり赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、及び青色カラーフィルタ７ｂには、通常の固体撮像装置を備える撮像装置（カメラモジュール）に用いられている感光性有機カラーフィルタレジストを使用できる。ここで、感光性有機カラーフィルタレジストとは、顔料を色材として含む、紫外線に感度を有するレジストである。
　通常の赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ及び青色カラーフィルタ７ｂは、図２に示すような透過率特性を持っており、赤外光を透過してしまう。図２は、通常のカラーフィルタの透過率特性を示す図である。この赤外光の影響を防ぐために上述の赤外カットフィルタ層６を赤画素、緑画素及び青画素上に構成する必要がある。これに対し、赤外透過フィルタ７ａは、従来、通常用いられているカラーフィルタとは異なる分光特性が必要とされる。詳細は後述するように、人間の視感度と適合させて自然な色合いを実現するために赤外透過フィルタ７ａの光学特性は、透過率が５０％となる波長が約６５０ｎｍであり、それ以上の波長の赤外光を５０％以上の透過率で透過するような特性が必要となる。
　図３は、第１の実施形態に係る赤外透過フィルタと通常の赤外透過フィルタとの透過率特性を示す図である。
　なお、一般的な固体撮像装置では、青色カラーフィルタと赤色カラーフィルタとを積層して赤外透過フィルタを形成しているが、その場合、図３の点線に示すように、透過率が５０％となる赤外透過波長は８００ｎｍ付近となり可視領域（可視光）と近赤外領域（赤外光）との境界から大きくずれてしまう。また、さらに異なる一般的な固体撮像装置では、透過率が５０％となる赤外透過波長が７５０～８００ｎｍ付近である光学特性が赤外透過フィルタの光学特性として示されており、この特性でも透過率が５０％となる波長は可視領域と近赤外領域との境界からずれている。
　これは、従来、可視光の長波長側の光吸収にはフタロシアニン系の青色顔料Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：６が用いられていることに基づく。この材料の吸収波長は５５０～８００ｎｍの広範囲に及ぶため、透過率が５０％となる赤外透過波長が８００ｎｍ付近になってしまうのである。より赤外領域の透過率を上げるためには、新たな赤外透過フィルタの探求が必要とされている。
　本実施の形態において、赤外透過フィルタ７ａをＣ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３（Ｄｉｏｘａｚｉｎｅ）とＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９(Ｉｓｉｎｄｏｌｉｎｅ)との各顔料を主成分として含む新しいカラーフィルタ材料により構成している。この材料を用いることにより、図３の実線に示すように透過率が５０％となる赤外透過波長を６５０ｎｍ付近に設定でき、赤外透過フィルタ７ａの光学特性を人間の視感度の境界に適合した光学特性とできる。赤外透過フィルタ７ａの赤外透過波長が、可視領域と近赤外領域との境界位置に近いことが赤外光の感度を上げるためにきわめて重要である。
　赤外透過フィルタ７ａの新規のカラーフィルタ材料としては、上述の顔料以外に、ベースポリマとしてのアクリル樹脂、多官能アクリルモノマー、光重合開始剤、増感剤及び溶剤から構成され、光感光性を有する材料を用いることができる。この材料は光感光性を有しているため、通常のリソグラフィプロセスによりパターンを形成することができる。
　なお、本実施の形態では、紫顔料としてピグメントバイオレット２３、黄色顔料としてピグメントイエロー１３９を用いたが、特にこの顔料に限定されるものではない。紫顔料としてはピグメントバイオレット１９又は３７などが使用可能である。また黄色顔料としては、ピグメントイエロー８３、１３８、１５０又は１８５などの使用も可能である。
　発明者は、種々の顔料について検討を行ったうえで、光学特性、カラーフィルタとしての安定性、レジストとしての性能を比較して、ピグメントバイオレット２３とピグメントイエロー１３９とを選択した。特に、ピグメントバイオレット２３は、５００～６５０ｎｍの波長域に強く急峻な吸収ピークを持っているため、６５０ｎｍ付近の波長で５０％の透過率を実現するために最適の材料である。
　赤外カットフィルタ層６は、透過率が５０％となる赤外カット波長が６５０ｎｍであり、可視光透過フィルタが形成された受光部（画素）の上方に受光部（画素）を覆うように形成され、赤外透過フィルタ７ａが形成された受光部（画素）の上方で開口される。赤外カットフィルタ層６は、赤外カット波長以上の波長の赤外光が５０％以下の透過率になるように構成される。
　赤外カットフィルタ層６は、無機の低屈折率材料から構成される低屈折率層６ａと無機の高屈折率材料から構成される高屈折率層６ｂとが積層された無機の多層膜から構成され、低屈折率層６ａ及び高屈折率層６ｂの積層構造体が交互に積層された多層膜構造を有する。例えば、低屈折率層６ａは、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）によって構成され、高屈折率層６ｂは、酸化チタン膜（ＴｉＯ）によって構成される。なお、高屈折率層６ｂは、ＴｉＯの代わりに、ＳｉＮによって構成されていても良い。つまり、赤外カットフィルタ層６は、シリコン酸化膜から構成される低屈折率層６ａと、シリコンリッチなシリコン窒化膜から構成される高屈折率層６ｂとが積層された多層膜から構成されても良い。膜形成には反応性スパッタリング法を用いることができる。マルチチャンバーの反応性スパッタ装置を用いることで効率的に積層膜を連続的に堆積することが可能である。
　図４Ａは、第１の実施形態に係る赤外カットフィルタ層の一例の構成を示す図であり、図４Ｂは、第１の実施形態に係る赤外カットフィルタ層の一例の透過率特性を示す図である。具体的には、図４Ａは、図１Ａに示される赤外カットフィルタ層６の一例を示しており、図４Ｂは、赤外カットフィルタ層６が８層構造の多層膜構造であるときの赤外カットフィルタ層６の透過率特性（透過率分布）を示している。
　図４Ａの赤外カットフィルタ層６において、低屈折率層６ａ及び高屈折率層６ｂの各々の厚みは、一例として、５０ｎｍ～２００ｎｍの範囲に設定されている。赤外カットフィルタ層６は、透過率が５０％となる赤外カット波長が６５０ｎｍ付近となるように設計されている。図４Ｂでは、干渉によって透過率スペクトルはうねっているが、５０ｎｍ程度の範囲で平均化した透過率が６５０ｎｍ付近でほぼ５０％となるように設計されている。赤外カットフィルタ層６を構成する各々の層の膜厚は、層構成と層数に応じて最適な光学特性となるように設計される。
　図４Ａの構成において、赤外カットフィルタ層６は、低屈折率層６ａと高屈折率層６ｂとを交互に計９層を積層することによって形成されている。ただし、積層される層の数は、要求される赤外線の光学特性や、材料等によって適宜設定されれば良く、２種類の層を順に積層して赤外カットフィルタ層６を構成する場合、積層される層は６～１２層の範囲であれば良い。赤外カットフィルタ層６を構成する層の数を増やすほど光学特性を改善することができるが、製造工程が複雑になることから１２層を上限として設計することが好ましい。
　本実施形態に係る固体撮像装置は、無機材料の多層膜として形成された赤外カットフィルタ層６を赤外透過フィルタ７ａが形成された赤外画素以外の画素上に備える点に特徴を有する。通常のカメラモジュールでは赤外カットフィルタは固体撮像装置上に設置されるため、画素毎に赤外カットフィルタの有無を選択できない。それに対し本実施形態に係る固体撮像装置では、固体撮像装置の製造プロセスにおいて、赤外カットフィルタ層６をマイクロレンズ８と半導体基板１との間に形成するため、画素毎に赤外カットフィルタの有無を制御することが可能となる。カラーフィルタ層７は、有機材料によって形成されるため、有機材料の表面に無機材料を積層することは容易ではない。したがって、赤外カットフィルタ層６を、カラーフィルタ層７の下、つまり半導体基板１とカラーフィルタ層７との間に形成することがより好ましい。
　赤外カットフィルタ層６を構成する材料には、半導体製造プロセスにおいて一般に用いられるＳｉＯ、ＳｉＮ、ＴｉＯ、ＳｉＯＮ、ＴａＯ、及びＺｒＯ等が好適である。また、赤外線を分光するために、赤外カットフィルタ層６が多層膜構造を有していることが好ましい。
　複数のマイクロレンズ８のそれぞれは、受光部（画素）の各々と対応するように、カラーフィルタ層７の表面に形成されている。マイクロレンズ８の各々は、入射光を効率よく対応する受光部へと集光するために設けられている。
　図５は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の分光感度特性を示す図である。本実施形態に係る新規の赤外透過フィルタ（図３の実線）７ａを用いた固体撮像装置と、赤色カラーフィルタと青色カラーフィルタとを積層した赤外透過フィルタを用いた比較のための固体撮像装置（図３の点線）とを試作し、それぞれで得られた分光感度特性（分光感度曲線）を図５に比較して示した。なお、図５において、図３と対応させて本実施形態に係る赤外透過フィルタ７ａを用いた場合の赤外画素の分光感度を太い実線（図５において赤外１）で、赤色カラーフィルタと青色カラーフィルタとを積層した赤外透過フィルタ（青赤積層フィルタ）を用いた場合の赤外画素の分光感度を点線（図５において赤外２）で示している。また、本実施形態に係る赤外透過フィルタ７ａを用いた場合の赤画素（図５において赤）、青画素（図５において青）、緑画素（図５において緑）の可視光画素の分光感度は破線で示している。
　図５に示されるように、可視光画素の分光特性は本実施形態に係る固体撮像装置及び比較に係る固体撮像装置で同等である。しかし、赤青積層フィルタを用いた場合に比べて、本実施形態に係る新しい赤外透過フィルタ７ａを用いることで赤外感度が約３倍向上する。
　図５を用いて赤外カットフィルタ層６及び赤外透過フィルタ７ａの分光設計の重要性について述べる。
　まず、自然で美しい画像を得るために可視光画素の感度は人間の視感度に対応していることが望ましい。このため、赤外カットフィルタ層６の透過率が５０％となる赤外カット波長は６５０ｎｍ近傍にあることが望ましい。分析及び検査用途では青画素、緑画素、赤画素、及び赤外画素のそれぞれの画素が適切な重なりをもって分離していることが必要である。
　赤外カットフィルタ層６として青赤積層フィルタを用いた場合、赤外画素は８００ｎｍ以上の波長にしか感度を持たない。このため、６５０ｎｍ～８００ｎｍの波長領域で不感領域を持ってしまう。これはマルチスペクトルセンサとして望ましくない。また既に述べたようにシリコンの光吸収特性により長波長の光ほど感度が低下するため、８００ｎｍ以上の波長で透過領域を持つ赤外透過フィルタ７ａを用いた場合、６５０ｎｍ以上の波長で透過領域を持つ赤外透過フィルタを用いた場合に比べて赤外感度が１／３程度まで低下してしまうという問題を有する。このため、赤外カットフィルタ層６の赤外カット波長と赤外透過フィルタ７ａの赤外透過波長（透過率が５０％となる波長）とがほぼ同じ波長であり、その波長が人間の可視波長と一致していることが望ましい。このため、本実施形態では赤外カットフィルタ層６の赤外カット波長（５０％）と赤外透過フィルタ７ａの赤外透過波長（５０％）とが６５０ｎｍとなるように設計される。
　本実施形態に係る固体撮像装置では、固体撮像装置が赤外カットフィルタ層６を備えるため、同固体撮像装置が用いられるカメラモジュール等において、従来のように、別途赤外カットフィルタが必要とされない。したがって、本実施形態に係る固体撮像装置を用いることにより、カメラモジュール及び撮像機能を有する電子機器の薄型化を実現することが可能となる。
　本実施形態の固体撮像装置の応用例について以下に述べる。
　本実施形態の固体撮像装置を用いることで、果実、野菜及び食肉等の新鮮度の評価が可能になる。以下にキュウリの鮮度測定に本実施形態の固体撮像装置を用いた例について示す。
　図６は、第１の実施形態に係る固体撮像装置により得られたキュウリの経時変化を示す反射率スペクトル図である。また、図７は、第１の実施形態の固体撮像装置により得られたキュウリの経時変化を示す画像である。具体的には、図６は、キュウリを収穫日、収穫日から４日後、及び収穫日から１０日後に本実施形態の固体撮像装置を用いた反射率測定器を用いて測定した反射率スペクトルである。また、図７は、キュウリを収穫日、収穫日から４日後、及び収穫日から１０日後に本実施形態の固体撮像装置を用いて撮影して得られた画像である。
　図６から、収穫日からの日数の経過に対して、可視光の反射率に大きな変化はないが、赤領域の外の長波長領域の反射率スペクトルが大きく変化していることがわかる。
　表示機器はＲＧＢで表示されるため赤外光の表示はできない（赤外光の表示が可能な表示機器があっても人間は認識できない）。図７の測定では、赤外光を表示するためにランドサット等のマルチスペクトラル・スキャナーで通常行われている偽色表示を採用した。これは、緑色光バンドに青、赤色光バンドに緑、赤外線バンドに赤の表示を割り当て、それを合成してカラー画像を表示し目視検査を可能にする方式である。キュウリでは赤外光の反射強度が高いため赤色系のオレンジに近い表示色となる。
　図７から、収穫から日が経つにつれ、赤外光の反射率が低下し、表示色における赤色の比率が下がるため、画像は黒ずんでくるのがわかる。この色合いからキュウリの鮮度を評価することが可能となる。また、鮮度が画像で得られるため、目視では確認しづらい果実や野菜の傷んでいる部位の検出も可能となる。キュウリの経時変化によりクロロフィルの反射に起因する赤外光の反射が減少する。偽色表示では赤外光の成分は赤色に表示されるため、色合いは橙色から茶色、焦茶色と変化する。偽色表示により、新鮮度を直感的に認識することが可能となる。このような、経時変化によるクロロフィルの急激な減少とそれに伴う赤外光の反射の低下は植物（野菜及び果物）では一般的に発生する現象であるため、他の野菜及び果物にも適用可能である。
　さらに赤外光の信号強度と赤色の信号強度との比からキュウリの鮮度の数値評価も可能である。
　図８は、第１の実施形態の固体撮像装置により得られたキュウリの画像から算出された鮮度パラメータの変化を示す図である。具体的には、図８は、本実施形態の固体撮像装置によるキュウリの撮像により得られた赤外出力と赤色出力との比を経過日に対して示した図である。
　図８より、キュウリの鮮度の数値化が可能であることがわかる。図８では、キュウリの鮮度を示すパラメータとして赤外光の信号と赤色の信号との比率Ｋｓｐ＝ＩＲ（赤外光の信号）／Ｒ（赤色の信号）を定義した。Ｋｓｐの数値により鮮度が評価できることがわかる。
　本実施形態の固体撮像装置を用いることによりカメラモジュールを備える携帯電話等のモバイル機器で簡単に食品の鮮度や安全性の評価が可能になる。モバイル機器で評価を行う場合には、写真撮影、偽色表示の選択を行うことで容易に画像から肉眼での評価が可能となる。数値評価を行う場合には、計算を行うアプリケーションプログラムを起動し、画像中で評価する被写体（この場合はキュウリ）を選択する必要がある。食品ごとに計算の内容が異なるが、通信可能なモバイル機器であればアプリケーションプログラムのインストールは容易であるため、幅広い用途での活用が可能となる。
　なお、固体撮像装置による評価の精度をより上げるためには、撮影時にストロボ発光させて撮影することが望ましい。これはストロボ発光の光源のスペクトルが既知であるため、より高精度に反射率の評価が可能となるためである。また、本実施形態の固体撮像装置の撮像に用いるストロボ光源は、可視光だけでなく赤外光が発光されるような構成であることが望ましい。
　本評価で用いたキュウリの場合、もとの色が緑であるため強い強度を持つ赤外信号が赤色に表示される画像には違和感がある。一般に植物及び動物は赤外光の反射率が高いために赤外光をどの色で表示するかが重要になる。植物の場合、ナチュラルカラー表示と呼ばれる、緑のバンド、赤のバンド及び赤外線バンドに、青、赤及び緑をそれぞれ割り当てると、やや自然の色に近く表示することができる。
　アプリケーションプログラムの中で評価物体（評価対象）に応じてその物体の色に近い形で表示を選択することも可能である。いずれにせよ、人間の眼に見えない赤外光を可視部に表示するため完全に自然な表示を行うことは原理的にできないが、実際に近い色相表示、あるいは、注意を要するときに注意を喚起し易い表示を行う等の工夫が可能である。
　ここではキュウリの鮮度評価の例を示したが、他の果実、野菜、食肉及び卵等でも鮮度を赤外光の反射スペクトルを用いて評価できることが示されており、本実施形態の固体撮像装置を用いた評価は、幅広い用途に応用が可能である。食品検査以外の用途としては、紙幣の偽造判定や薬品の間違い防止の用途が考えられる。
　これは、印刷に用いられるインクが可視光の反射率を真似ても赤外光に対する反射率まで真似ることが困難であること、また最近は積極的に偽造防止のために赤外インクが採用されている紙幣もあることに基づく。したがって、赤外光を用いて簡単に偽造紙幣の判定ができることは有用であると考えられる。
　薬品チェックについては、ほとんどの薬剤が白色であり、多くの薬剤を服用するような患者が誤って別の薬剤を服用してしまうような事故を防止することを目的としている。薬剤は可視光で見ると白色であっても赤外光の反射率は大きく異なることが多く、赤外光を用いた偽色表示で色を確認することにより服用間違いのリスクを低減できる。
　上述したように、本実施形態の固体撮像装置では、本来眼に見えない赤外光を可視化して画像として表示するために、従来とは異なる信号処理（色処理）が必要となる。以下に信号処理の基本的な考え方について述べる。
　通常の撮像装置（カメラモジュール）では、固体撮像装置の赤（Ｒ）色の信号、緑（Ｇ）色の信号、及び青（Ｂ）色の信号を、以下の式１に示される色変換マトリックスを用いてディスプレイへの赤（Ｘ）の出力信号、緑（Ｙ）の出力信号、及び青（Ｚ）の出力信号に変換する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　しかしながら、本実施形態の固体撮像装置では、固体撮像装置の信号は赤色の信号（Ｒ）、緑色の信号（Ｇ）、及び青色の信号（Ｂ）に加えて赤外の信号（Ｉｒ）の４色の信号となるのに対し、ディスプレイへの出力信号は赤の出力信号（Ｘ）、緑の出力信号（Ｙ）、及び青の出力信号（Ｚ）の３色の出力信号である。したがって、固体撮像装置の信号を、固体撮像装置からディスプレイへの出力信号に変換するための色変換マトリックスは、以下の式２に示される３行４列の色変換マトリックスとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここでは、信号処理の原理を説明するため簡素化して、主として使われる色信号のみを表示する例を示す。本実施形態に係る固体撮像装置で通常のカラー写真を表示するためには、赤外の信号（Ｉｒ）は用いる必要がない。したがって、撮像装置は、以下の式３に示されるような色変換マトリックスを用いて、固体撮像装置のＲＧＢの信号をそれぞれ赤の出力信号（Ｘ）、緑の出力信号（Ｙ）、及び青の出力信号（Ｚ）として出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　本実施形態に係る固体撮像装置で得られた赤外の信号（Ｉｒ）を表示するための偽色表示として、緑色光バンドに青、赤色光バンドに緑、赤外線バンドに赤の表示を割り当てる信号処理の色変換マトリックスは以下の式４に示されるようになる。赤外の信号（Ｉｒ）に赤色の出力信号（Ｘ）が割り当てられ、青色の信号（Ｂ）は使われない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　一方、ナチュラルカラー表示として、緑色光バンド、赤色光バンド及び赤外線バンドに、青、赤及び緑をそれぞれ割り当てる場合には、色変換マトリックスは以下の式５に示されるようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここでは簡単のため、色変換マトリックスの要素を０及び１としたが、微妙な色合いを表現したり、検査物体に合わせて特定の波長領域を強調したりするために色変換マトリックス内の要素は０及び１でなく、マイナスの数値を含む値となるように調整してもよい。
　なお、このような色変換の信号処理は、固体撮像装置内に信号処理ブロック（信号処理回路）を追加して、固体撮像装置から赤の出力信号（Ｘ）、緑の出力信号（Ｙ）、及び青の出力信号（Ｚ）の３色の出力信号に変換処理して出力することが可能である。また、固体撮像装置からは、赤色の信号（Ｒ）、緑色の信号（Ｇ）、青色の信号（Ｂ）、及び赤外の信号（Ｉｒ）の４色の受光信号を出力して、固体撮像装置外部の半導体チップで赤の出力信号（Ｘ）、緑の出力信号（Ｙ）、及び青の出力信号（Ｚ）の３色の出力信号に変換することでも可能である。外部チップを用いる場合も信号処理の基本的な考え方は上述と同じである。
　以上のように、本実施形態の固体撮像装置の応用範囲は非常に広く、撮像対象物を変えて異なる評価が可能である。このため、本実施形態の固体撮像装置は、種々のアプリケーションプログラムを容易にインストール可能な携帯機器との相性が特に良い。
　（第２の実施形態）
　図９Ａは、第２の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す断面図であり、図９Ｂは、第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素のレイアウトを示す平面図である。なお、図９Ａは、図９Ｂの一点鎖線（Ａ－Ａ’面）の一部における断面図を示している。また、図９Ｂに示される矩形の各々は、画素の各々に対応する領域を表している。また、図９Ｂにおいて、「Ｒ」、「Ｇ」、及び「Ｂ」の表記の各々は、赤画素、緑画素及び青画素の各々を表し、「ＩＲ」及び「ＩＲ’」の表記は、異なる分光特性の第１赤外画素及び第２赤外画素を表している。また、本実施形態に係る固体撮像装置の基本的な構造は、第１の実施形態に係るものと同様であるので、以下においては、第１及び第２の実施形態の相違点を中心に説明する。
　本実施形態の固体撮像装置は、第１の実施形態の固体撮像装置に対し、赤外カットフィルタ層６とカラーフィルタ層７とが半導体基板１の表面に対して形成されている点は同じであるが、異なる分光感度の２種類の第１赤外画素ＩＲ及び第２赤外画素ＩＲ’を有している点が異なる。
　本実施形態の固体撮像装置では、複数の受光部は、４×２の行列状に隣接して配列された８つの受光部を含み、この８つの受光部は、２×２の行列状に隣接して配列された４つの受光部から構成される１組の受光部群を２つ含む。この１組の受光部群のカラーフィルタ層７は、１つの赤外透過フィルタ７ａと、３つの可視光透過フィルタとの４つのフィルタを含み、４×２の行列状に配列された８つの受光部を構成する２組の受光部群において、赤外透過フィルタ７ａの赤外光透過率特性が異なる。
　第１赤外画素ＩＲに形成された赤外透過フィルタ７ａは、第１の実施形態と類似した材料で構成され、Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３と、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１３９と、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４との各顔料を含む着色樹脂組成物で構成される。本実施形態の赤外透過フィルタ７ａが第１の実施形態の赤外透過フィルタ７ａに対して異なるのは、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４が追加されている点である。これは４５０ｎｍ以下の短波長側の光透過をより抑制するためであり、透過率が５０％となる赤外カット波長が６５０ｎｍであることは変わらない。本実施形態の赤外透過フィルタ７ａのカラーフィルタ材料として、前述した顔料以外に、ベースポリマとしてのアクリル樹脂、多官能アクリルモノマー、光重合開始剤、増感剤及び溶剤が混合されて構成された感光性カラーフィルタレジストを用いることができるのは第１の実施形態の赤外透過フィルタ７ａと同様である。また、本実施形態の赤外透過フィルタ７ａでは、赤色顔料としてピグメントレッド２５４を使用したが、これに限られるのもではなく、ピグメントレッド１７７、２４２、及び２５２などのアゾ顔料の使用が可能である。
　本実施形態の固体撮像装置においては、新たな赤外画素として第２赤外画素ＩＲ’が追加されている。この第２赤外画素ＩＲ’のカラーフィルタは、青色カラーフィルタ７ｂと赤色カラーフィルタ７ｄとの積層構造となっている。このようなカラーフィルタの形成は、カラーフィルタ層７が、緑色カラーフィルタ（図外）、青色カラーフィルタ７ｂ、赤色カラーフィルタ７ｄ、赤外透過フィルタ７ａの順に形成することにより形成されるため、赤色カラーフィルタ７ｄと青色カラーフィルタ７ｂとのマスクレイアウトを変更するだけで、追加工程なしに形成可能である。この固体撮像装置の分光感度特性（出力分光波形）を図１０に示す。
　図１０は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の分光感度特性を示す図である。なお、図１０において、第１赤外画素ＩＲ（図１０においてＩＲ）の分光感度を太い実線で、第２赤外画素ＩＲ’（図１０においてＩＲ’）の分光感度を点線で、赤画素（図１０において赤）、青画素（図１０において青）及び緑画素（図１０において緑）の可視光画素の分光感度は破線で示している。
　本実施形態の固体撮像装置の信号は、赤画素の信号（赤色の信号）、青画素の信号（青色の信号）、緑画素の信号（緑色の信号）に加えて、第１赤外画素ＩＲの信号（第１赤外の信号）及び第２赤外画素ＩＲ’の信号（第２赤外の信号）の５種類の信号がある。第１赤外画素ＩＲでは、図１０では明確ではないが、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４の追加により４００～４５０ｎｍの波長領域での信号が減少していることが確認できる。第２赤外画素ＩＲ’の信号は８００ｎｍ以上の波長領域で感度を持つ分光となっている。このように、光強度の波長分布の異なる２種類の赤外光（ＩＲ，ＩＲ’）が検出できることは、検査用途での応用範囲を広げることができる。
　例えば、血液中の酸化ヘモグロビンは、８００ｎｍ以上の波長領域の赤外光の吸収が強く、還元ヘモグロビンは、６５０～８００ｎｍの波長領域の赤外光を強く吸収する。このため、第１赤外画素ＩＲ及び第２赤外画素ＩＲ’の感度比から還元ヘモグロビンと酸化ヘモグロビンとの相対濃度の測定が可能となる。また、果実の糖度及び酸度の測定においても、８００ｎｍ以上の波長領域の赤外光の吸収と、６５０～８００ｎｍの波長領域の赤外光の吸収との比から、高精度に糖度測定が可能である。これ以外にも、近赤外線の分光に用いることで、米の食味、土壌中の窒素等が推定可能である。したがって、通常のカラー画像の取得と同時に、赤外線の分光画像が容易なカメラシステムの応用範囲が広がっていくと考えられる。
　また、本実施形態の固体撮像装置をカメラモジュールに用いることにより、携帯カメラ等のモバイル機器にカメラモジュールとしての撮像機能に加えて赤外分光機能が追加される。したがって、専門家による分析用途だけでなく、一般消費者が食品の品質をチェックしたり、健康チェックを個人で簡易に行ったりすることが可能になる。
　本実施形態の固体撮像装置では、入力信号が赤色の信号（Ｒ）、緑色の信号（Ｇ）、青色の信号（Ｂ）、第１赤外の信号（ＩＲ）、及び第２赤外の信号（ＩＲ’）の５種類となるのに対し、画像出力は赤の出力信号（Ｘ）、緑の出力信号（Ｙ）、及び青の出力信号（Ｚ）の３色となる。このため色変換マトリックスは３行５列となるが、基本的な色変換処理の考え方は第１の実施形態と同じなのでここでは省略する。３行５列の色変換マトリックスは以下の式６に示すように表現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　また、この場合にも画素毎の画像信号を演算することによって定量的な評価が可能になる。例えば先に述べた、血液中の酸素化度測定の場合であれば、酸素化ヘモグロビンは８００ｎｍの波長の吸収が強く、還元ヘモグロビンは８００ｎｍ以下の赤外波長の吸収が強い。したがって、血中酸素化濃度パラメータＢｓｐを第１赤外の信号（ＩＲ）と第２赤外の信号（ＩＲ’）との比率で定義でき、Ｂｓｐ＝（ＩＲ－ｋＩＲ’）／ＩＲと表すことができる。ここでｋはＩＲとＩＲ’との感度比から決まる定数である。
　Ｂｓｐの数値により血液中の酸素化度の定量評価が可能となる。血液中の酸素量が一定レベルを下回ると、立ちくらみ、めまい及び卒倒などの症状が発生する。このため、倒れた患者を救急病院へ移送するか、応急手当て様子を見るかを判断する目安として血中酸素量が利用できる。また、運動時の酸素飽和度を簡易的に測定してトレーニングに役立てるなどの用途が考えられる。
　また、本実施形態においても、必須ではないが、より測定（評価）の精度を上げるためには、撮影時にストロボ発光させて撮影することが望ましい。その際、使用されるストロボ光源は可視光だけでなく、２種類の赤外画素の感度に対応する２種類の波長の赤外光が発光されるような構成であることが望ましい。本実施形態で示した構成では、この２種類の波長は、６５０～８００ｎｍ及び８００～９００ｎｍである。ただし、光源がブロードな発光特性を持っている場合には、複数の光源を搭載する必要はない。例えば、可視から近赤外（例えば波長４００～１０００ｎｍ）までのブロードな発光波長を持つ光源であれば、光源は１種類でよく、波長６００～８００ｎｍに広がる発光波長を持つ光源であれば、赤用の光源と赤外用の光源（ＩＲ用の光源）とは共用できる。また、６５０～９００ｎｍの波長領域に発光波長が広がるような光源であれば、赤外用の光源（ＩＲ用の光源）と赤外用の光源（ＩＲ’用の光源）とは共用できる。
　（第３の実施形態）
　図１１Ａは、第３の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す断面図であり、図１１Ｂは、第３の実施形態に係る固体撮像装置の画素のレイアウトを示す平面図である。なお、図１１Ａは、図１１Ｂの一点鎖線（Ａ－Ａ’面）の一部における断面図を示している。また、図１１Ｂに示される矩形の各々は、画素の各々に対応する領域を表している。また、図１１Ｂにおいて、「Ｒ」、「Ｇ」、及び「Ｂ」の表記の各々は、赤画素、緑画素及び青画素の各々を表し、「Ｗ」の表記は、赤外線及び可視光を検出する白色画素を表している。また、本実施形態に係る固体撮像装置の基本的な構造は、第１及び第２の実施形態に係るものと同様であるので、以下においては、第１及び第２の実施形態の相違点を簡潔に説明する。
　本実施形態の固体撮像装置は、赤外透過フィルタ７ａを備えていない点で、第１及び第２の実施形態の固体撮像装置とは異なる。このため赤外画素は無く、赤外画素が赤外光と可視光とに感度を有する白色画素に置き換えられている。白色画素の高さを他の可視光画素とそろえるため、赤外透過フィルタが形成されていた箇所に、透明なアクリル系ポリマーのパターンが形成されている。白色画素では、カラーフィルタ層７のフィルタ及び赤外カットフィルタ層６が設けられていない。
　赤外カットフィルタ層６は、低屈折率材料から構成される低屈折率層６ａと高屈折率材料から構成される高屈折率層６ｂとの積層構造体が交互に積層された多層膜構造を有する。このうち、低屈折率層６ａを構成する半導体材料としては広く使われるＳｉＯ２が最も適切であるが、高屈折率層６ｂを構成する高屈折率材料としては屈折率という観点からは酸化チタンが最も適切である。
　しかしながら、半導体プロセスとの適合性を考えた場合。ＳｉＮ及びＳｉＯＮを用いることの利点が多い。これは加工が容易であること、製膜に特殊な装置、ガスを必要としないためである。但し、化学量論的なシリコン窒化膜（Ｓｉ４Ｎ３）は波長６３３ｎｍでの屈折率が２．０程度であり、ＳｉＯ２と組み合わせた場合、赤外カットフィルタ層６として十分な特性が得られない。
　図１２は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の分光感度特性を示す図である。なお、図１２において、白色画素Ｗ（図１２においてＷ）の分光感度を太い実線で、赤画素（図１２において赤）、青画素（図１２において青）及び緑画素（図１２において緑）の可視光画素の分光感度は破線で示している。
　図１２に示されるように、白色画素Ｗは可視光から赤外領域までの感度を有するため、この白色画素Ｗを備える本実施形態に係る固体撮像装置は、非常に高感度であり、暗時の感度が必要な監視用途や車載用途での応用が可能である。
　本実施形態に係る固体撮像装置は、さらに別に一点、第１及び第２の実施形態の固体撮像装置と異なる点がある。それは、配線層５と赤外カットフィルタ層６との間に紫外光吸収膜（紫外光カットフィルタ層）９が追加されている点である。この理由について以下説明する。
　本実施形態の固体撮像装置では、固体撮像装置の内部に赤外カットフィルタ層６を搭載することで、撮像及び計測できる波長範囲を赤外光領域に拡大している。このため、本実施形態の固体撮像装置をカメラモジュール（カメラシステム）に用いた場合には、通常の撮像システムで必要とされる固体撮像装置の外部の赤外カットフィルタを省略できるという利点がある。ただし、通常のカメラシステムに用いられる赤外カットフィルタは実際には赤外光だけでなく紫外光も透過しない赤外及び紫外カットフィルタ（ＵＶ／ＩＲカットフィルタ）を用いることが一般的である。このため、より忠実な色再現のためには、赤外及び紫外カットフィルタは不要となっても、新たに紫外光カットフィルタが必要となり、コスト削減とカメラシステムの小型化というメリットを実現できない。本実施形態の固体撮像装置では、この問題を解決するために、固体撮像装置内に紫外光カットフィルタを紫外光吸収膜９として積層した。
　紫外光吸収膜９は、例えば０．５ミクロン以上の膜厚のシリコン窒化膜から構成され、複数の受光部の全域を覆うように形成され、紫外光をカットする。紫外光吸収膜９は、例えば低圧ＣＶＤでシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を１０００ｎｍ堆積することで形成できる。低圧ＣＶＤで製膜したＳｉＮは短波長光である４２０ｎｍ以下の光を吸収するため、紫外光吸収膜９として活用できる。
　図１２に示す分光感度特性を、図５及び１０に示した紫外光吸収膜９のない構造の固体撮像装置の分光感度特性と比較すると、波長４００～４２０ｎｍの感度が低下しており、紫外光の影響が低減されていることがわかる。紫外光吸収膜９は本実施形態の固体撮像装置だけでなく、第１及び第２の実施形態の固体撮像装置でも適用することができ、同様の効果を得ることができる。
　また、本実施形態の固体撮像装置では、紫外光吸収膜９としてＳｉＮを用いたが、これに限られるものでなく、４５０ｎｍ以下の波長に対して吸収を有する膜であれば他の無機膜又は有機膜を利用できる。例えばＴｉＮ膜、ＴｉＯ２膜、スチレン系樹脂、及びノボラック樹脂などが利用可能である。
　また、本実施形態の固体撮像装置では、全画素に対して紫外光吸収膜９を積層し、全画素が紫外光吸収膜９を含むように構成したが、実際に紫外光の入射が問題になるのは青画素のみであるので、青画素上にのみ紫外光吸収膜９を積層し、青画素のみが紫外光吸収膜９を含むように構成しても良い。
　なお、紫外光吸収膜９を別途設けることなく、青色カラーフィルタに紫外線吸収顔料を加えることで、カラーフィルタ層７のカラーフィルタに紫外線吸収性能を付与することも可能である。
　また、紫外光吸収膜９としてＳｉＯＮ膜を用い、シリコン、酸素及び窒素の組成比を変えることで、紫外光吸収膜９の吸収と膜厚とを制御することができる。紫外光吸収膜９としては、４００ｎｍの波長に対し透過率３０％以下、４５０ｎｍの波長に対し透過率７０％以上の光学特性を持つ膜であることが望ましい。さらに、４００ｎｍの波長に対し透過率１５％以下、４５０ｎｍの波長に対し透過率８５％以上の光学特性をもたせることができればさらに望ましい。紫外光吸収膜９の形成における低圧ＣＶＤでのＳｉＮの製膜には、窒素、シラン及びアンモニアの混合気体を用いるが、この混合気体のガス比を変えることで、紫外光吸収膜９の紫外光の吸収特性を変化させることができ、上記条件を満たすようなガス比と膜厚を設定することができる。
　次に、本実施形態の固体撮像装置の信号処理について説明する。
　十分な明るさのある撮像シーンでのカラーイメージについては、第１の実施形態で示したのと同じく、ＲＧＢをそのまま出力すればよい。一方、暗い撮像シーンでは、白色画素Ｗの信号を中心に白黒表示を行う。この場合の信号処理は、以下の式７で示す色変換マトリックスを用いたものになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　固体撮像装置からは、ＲＧＢを全て足し合わせた出力信号（出力画像）がディスプレイに出力される。ディスプレイで表示されるＲＧＢは同じ値であるため、白黒（グレー）の表示となる。信号処理の際には、シーンの明るさを判定し、閾値以下の明るさの場合には上記のグレー表示に切り替えを行う。一定以下の明るさのシーンでは解像度は低下しても、輝度を優先するような画像処理が有効となる。固体撮像装置内部でこのような処理を行い外部に出力すれば、既存の画像信号処理システムを用いて昼夜兼用の監視システムを実現することができる。
　（第４の実施形態）
　図１３Ａは、第４の実施形態に係る固体撮像装置の画素のレイアウトを示す平面図である。図１３Ｂは、第４の実施形態に係る固体撮像装置による分光感度特性を示す図である。なお、図１３Ａに示される矩形の各々は、画素の各々に対応する領域を表している。また、図１３Ａにおいて、「Ｃｙ」、「Ｇ」、及び「Ｙｅ」の表記の各々は、シアン画素、緑画素及び黄色画素の各々を表し、「Ｗ」の表記は、赤外線及び可視光を検出する白色画素を表している。また、図１３Ｂにおいて、白色画素Ｗ（図１３ＢにおいてＷ）の分光感度を太い実線で、シアン画素（図１３Ｂにおいてシアン）の可視光画素の分光感度を細い点線で、緑画素（図１３Ｂにおいて緑）の可視光画素の分光感度は破線で、黄色画素（図１３Ｂにおいて黄色）の可視光画素の分光感度は太い点線で示している。また、本実施形態に係る固体撮像装置の基本的な構造は、第１～第３の実施形態に係るものと同様であるので、以下においては、第１～第３の実施形態の相違点を簡潔に説明する。
　本実施形態の固体撮像装置は、カラーフィルタ層７のカラーフィルタに補色フィルタを用いている点で、第１～第３の実施形態の固体撮像装置と異なる。補色フィルタを用いることにより入射光の光利用率を向上することができる。これは、補色である黄色＝緑＋赤、シアン＝青＋緑、マゼンタ＝青＋赤であり、青、赤及び緑の原色では入射する白色光（＝青＋緑＋赤）のうち１／３だけを利用していたのに対し、補色フィルタを用いることで２／３の光を利用できるようになるためである。
　本実施形態の固体撮像装置は、シアンカラーフィルタ、黄色カラーフィルタ、緑カラーフィルタ、及び白色カラーフィルタから構成されるカラーフィルタ層７を備える。本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、第１～第３の実施形態と同様でありカラーフィルタ層７に用いるカラーフィルタ材料が異なるのみである。本実施形態のカラーフィルタ層７を構成する補色材料としては、全て市販のカラーフィルタレジスト材料を用いることができる。
　固体撮像装置の複数の受光部は、２×２の行列状に隣接して配列された４つの受光部を含み、この４つの受光部のカラーフィルタ層７は、シアンカラーフィルタ、黄色カラーフィルタ、緑カラーフィルタ及び白色カラーフィルタの４つの可視光透過フィルタを含む。赤外カットフィルタ層は、白色カラーフィルタが形成された受光部の上方で開口される。
　図１３Ｂから、固体撮像装置の可視光に対する感度が大幅に向上していることがわかる。本実施形態の固体撮像装置においても、白色画素Ｗの部分には赤外カットフィルタが形成されていないため、白色画素Ｗは可視光と赤外光とに対して感度を有している。特に白色画素Ｗを用いた場合、白色画素Ｗと他の可視光画素とで感度が大きく異なるため、白色画素Ｗが先に飽和してしまい正常な画像が撮像できる明るさの範囲（ダイナミックレンジ）が狭くなるという問題があるが、カラーフィルタ層７に補色フィルタを用いることで感度を向上できるだけでなくダイナミックレンジを拡大できるという利点がある。
　本実施形態の固体撮像装置では、あえてカラーフィルタ層７の補色フィルタとして補色の３原色である黄色、マゼンタ及びシアンではなく、黄色、緑及びシアンのフィルタを用いている。これは、画像信号処理を検討し、補色のマゼンタを用いるよりも緑を用いたほうが色再現性を向上できるという結果が得られたためである。これは、現在得られるマゼンタのカラーフィルタの特性が良くない（青色側の透過率が低く、緑色の透過率が高い）ために、色性能が悪化するためである。また、シリコンの感度が波長５００ｎｍ付近にあるため、緑を用いても感度の低下が抑えられるためである。このため、高性能なマゼンタカラーフィルタが利用できれば、黄色、マゼンタ、シアン及び白のカラーフィルタ構成で固体撮像装置を形成することも可能である。
　（第５の実施形態）
　図１４Ａは、第５の実施形態に係る固体撮像装置の画素のレイアウトを示す平面図である。図１４Ｂは、第５の実施形態に係る固体撮像装置による分光感度特性を示す図である。なお、図１４Ａに示される矩形の各々は、画素の各々に対応する領域を表している。また、図１４Ａにおいて、「Ｃｙ」、及び「Ｙｅ」の表記の各々は、シアン画素及び黄色画素の各々を表し、「Ｗ’」の表記は、可視光を検出し赤外線を検出しない白色画素を表し、「Ｗ」の表記は、赤外線及び可視光を検出する白色画素を表している。また、図１４Ｂにおいて、白色画素Ｗ（図１４ＢにおいてＷ）の分光感度を太い実線で、白色画素Ｗ’（図１４ＢにおいてＷ’）の分光感度を細い実線で、シアン画素（図１４Ｂにおいてシアン）の可視光画素の分光感度を細い点線で、黄色画素（図１４Ｂにおいて黄色）の可視光画素の分光感度は太い点線で示している。また、本実施形態に係る固体撮像装置の基本的な構造は、第１～第３の実施形態に係るものと同様であるので、以下においては、第１～第３の実施形態の相違点を簡潔に説明する。
　本実施形態の固体撮像装置は、カラーフィルタ層７のカラーフィルタに補色フィルタを用いている点で、第１～第３の実施形態の固体撮像装置と異なる。補色フィルタを用いることにより、入射光の光利用率を向上させ、高感度化することができる。
　固体撮像装置の複数の受光部は、２×２の行列状に隣接して配列された４つの受光部を含み、この４つの受光部のカラーフィルタ層は、シアンカラーフィルタ、黄色カラーフィルタ及び白色カラーフィルタの３つの可視光透過フィルタを含む。４つの受光部において、２つの受光部のカラーフィルタ層に白色カラーフィルタが形成される。そして、赤外カットフィルタ層は、この２つの白色カラーフィルタのうちの一方が形成された受光部の上方に形成されるが、他方が形成された受光部の上方で開口される。
　本実施形態の固体撮像装置は、シアン画素に形成されたシアンカラーフィルタと、黄色画素に形成された黄色カラーフィルタと、白色画素Ｗに形成された白色カラーフィルタとから構成されるカラーフィルタ層７を備える。シアン画素、黄色画素、及び白色画素Ｗ’には、赤外カットフィルタが形成され、残りの白色画素Ｗには、赤外カットフィルタが形成されていない。このため、本実施形態の固体撮像装置は、図１４Ｂに示すような分光感度特性を有する。シアン画素、黄色画素、並びに白色画素Ｗ’及びＷの４画素からの出力は、シアン画素のシアン、黄色画素の黄色、白色画素Ｗ’の白色（Ｗ’＝赤＋緑＋青）、及び白色画素Ｗの白色＋赤外（Ｗ＝赤＋緑＋青＋赤外）の４色となる。色信号処理としては、詳細はここでは省略するが、輝度信号作成には白色＋赤外（Ｗ’）を用い、色演算にはシアン、黄色及び白色（Ｗ’）の３色を用いる。この構成により、カラー表示が可能で最も感度の高い固体撮像装置を実現することができる。
　上述したように、赤外信号を用いた固体撮像装置の場合いろいろな画素構成が可能である。これは、用途によって選択される。
　赤外光を検査用途に用いる場合、スペクトルの分離が最も重要視されるため、青画素、緑画素、赤画素、及び赤外画素ＩＲの４色の画素構成が望ましい。これに対し、より感度が重視される用途では、より高い光利用効率を実現するために白色画素を活用し、また補色フィルタを活用する画素構成が好ましい。この場合、感度と色忠実性とはトレードオフの関係にあるため、応用分野で求められる性能に応じて適切に画素構成を決定する必要がある。
　色性能の高い順に、青、緑、赤及びＩＲ＞青、緑、赤及び白＋赤外＞シアン、緑、黄色及び白＋赤外＞シアン、黄、白及び白＋赤外、のような順番になる。必要な色性能と感度とに応じて画素配列を選択可能である。
　（第６の実施形態）
　図１５は、第６の実施形態に係るカメラモジュールのブロック図である。
　このカメラモジュールは、レンズ９０と、第１～５の実施形態のいずれかに係る固体撮像装置９１と、駆動回路９２と、信号処理部（信号処理回路）９３と、外部インターフェイス部９４とを備える。
　上記構成を有するカメラモジュールにおいて、外部に信号が出力されるまでの処理は以下のような順序に沿っておこなわれる。
　（１）レンズ９０を光が通過し、固体撮像装置９１に入る。
　（２）信号処理部９３は、駆動回路９２を通して固体撮像装置９１を駆動し、固体撮像装置９１からの出力信号を取り込む。
　（３）信号処理部９３で処理した信号を、外部インターフェイス部９４を通して外部に出力する。
　信号処理部９３は、赤、緑、青及び赤外の４色の信号と、赤、緑、青、及び、赤外を含む白の４色の信号と、シアン、黄、緑、及び、赤外を含む白の４色の信号と、シアン、黄、及び、赤外を含む白の３色の信号と、赤、緑、青、第１赤外及び第２赤外の５色の信号とのいずれかを固体撮像装置９１から出力信号として受ける。そして信号処理部９３は、赤、緑及び青の３色の信号に変換する演算を行い、変換された信号を外部インターフェイス部９４を通して外部に出力する。
　なお、本実施形態のカメラモジュールは、可視光と同時に赤外光を発光可能な照明装置を、固体撮像装置９１の照明光源として備えてもよい。
　また、本実施形態のカメラモジュールにおいて、信号処理部９３は、固体撮像装置９１と別チップ上に半導体ＬＳＩ素子として形成されてもよいし、同一チップ上に形成されてもよい。
　また、本実施形態のカメラモジュールにおいて、上記信号処理部９３による信号の変換を固体撮像装置９１が行ってもよい。この場合、固体撮像装置９１は、赤、緑、青及び赤外の４色の信号と、赤、緑、青、及び、赤外を含む白の４色の信号と、シアン、黄、緑、及び、赤外を含む白の４色の信号と、シアン、黄、及び、赤外を含む白の３色の信号と、赤、緑、青、第１赤外及び第２赤外の５色の信号とのいずれかを固体撮像装置９１の複数の受光部により取得し、赤、緑及び青の３色の信号に変換する演算を行う信号処理回路を備える。
　以上、本発明の固体撮像装置及びカメラモジュールについて、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　例えば、上記実施形態では、赤外カットフィルタ層６として図４Ａに記載した９層のＴｉＯ２／ＳｉＯ２で構成される多層膜を例示したが、赤外カットフィルタ層６はこの構造に限定されるものではない。一般に、層数が増えるに従って、光学特性は良くなるが、製造工程が複雑になり歩留まりが低下するという問題があるこのため、層数と材料とに応じて赤外カットフィルタ層６の構成を適切に設計する必要がある。
　図１６Ａは、総層数を変えた場合（総層数が６、８及び１０の場合）のＴｉＯ２／ＳｉＯ２構造の赤外カットフィルタ層６の構造を示す図である。図１６Ｂは、図１６Ａの構造の赤外カットフィルタ層６の透過率特性を示す図である。
　図１６Ａ及び図１６Ｂから、層数が増加するにつれて、透過領域と遮光領域とのコントラストが高くなり急峻に透過率が変化することがわかる。
　また、上記実施形態では、赤外カットフィルタ層６の透過率が５０％となる赤外カット波長と赤外透過フィルタ７ａの透過率が５０％となる赤外透過波長とがともに６５０ｎｍとなるように設計した。既に述べたように、この設計が最も望ましいが、赤外透過フィルタ７ａの材料の制約や、赤外カットフィルタ層６の製造上の変動から、これらの値が変動する場合がある。特性上許容できる光学特性の範囲として、望ましくは赤外カットフィルタ層６の透過率が５０％以下（特に５０％）となる赤外カット波長は、６１０ｎｍ～７１０ｎｍであり、赤外透過フィルタ７ａの透過率が５０％以上（特に５０％）となる赤外透過波長は、５９０ｎｍ～６９０ｎｍである。特に望ましくは、赤外カットフィルタ層６の透過率が５０％以下（特に５０％）となる赤外カット波長は、６３０ｎｍ～６９０ｎｍであり、赤外透過フィルタ７ａの透過率が５０％以上（特に５０％）となる赤外透過波長は、６１０ｎｍ～６７０ｎｍである。赤外カットフィルタ層６の赤外カット波長がこの範囲からずれると、カラー写真の色再現性が劣化して固体撮像装置としての性能が十分に発揮できない。特に赤色の彩度範囲の減少が顕著となる。また、赤外透過フィルタ７ａの赤外透過波長が６７０ｎｍを超えると、ＩＲ感度の低下が１０％を超えてしまう。一方、６１０ｎｍよりも低いと、赤画素との重なりが大きく、赤色光のスペクトルと赤外光のスペクトルとの分離が不十分になり、赤外光を用いた評価、計測の精度が低下してしまう。このため、上記実施形態の固体撮像装置の製造に当たっては、バラツキを含めて上記の光学特性を実現できるよう赤外カットフィルタ層６及び赤外透過フィルタ７ａの設計及び製造プロセスの管理が特に重要である。
　また、上記実施形態では、赤外カットフィルタ層６は、低屈折率材料から構成される低屈折率層６ａと高屈折率材料から構成される高屈折率層６ｂとの積層構造体となっている。このうち、低屈折率層６ａには半導体材料として広く使われるＳｉＯ２を用いるのが最も適切であるが、高屈折率材料から構成される高屈折率層６ｂには屈折率という観点から酸化チタンを用いるのが最も適切である。しかしながら、半導体プロセスとの適合性を考えた場合、高屈折率層６ｂにＳｉＮ及びＳｉＯＮを用いることの利点が多い。これは加工が容易であるため、及び、製膜に特殊な装置やガスを必要としないためである。但し、化学量論的なシリコン窒化膜（Ｓｉ４Ｎ３）は、６３３ｎｍ波長での屈折率が２．０程度であり、ＳｉＯ２と組み合わせた場合、赤外カットフィルタ７ａとして十分な特性が得られない。
　このため、高屈折率層６ｂの高屈折率材料にＳｉＮあるいはＳｉＯＮを用いる場合には、より屈折率の高い条件で高屈折率材料の製膜を行う必要がある。シリコン窒化膜を、よりシリコンリッチな方向になるように製膜することで、ＳｉＮの屈折率を高めることができる。具体的には、シリコンをターゲットしたスパッタ装置において、窒素ガスの分圧を下げ、パワーを上げて製膜する条件とすることで、ＳｉＮの屈折率を上げることが可能となる。既に述べたように、屈折率が２．２以下では、赤外カットフィルタ層６の可視光の透過率が２０％程度まで上がり、十分な赤外カットフィルタ層６としての特性が不十分である。一方、屈折率２．４以上の条件では、５００ｎｍ以下の波長の光の吸収が大きくなり、カラー用のセンサーとしては使用することは困難である。製膜条件を制御することにより、６３３ｎｍの波長での屈折率を２．２～２．４の範囲で調整して良好な赤外カットフィルタ層６を形成することが可能である。
　また、上記実施形態ではＣＭＯＳイメージセンサを用いて固体撮像装置を構成したが、これに限られるものでなく、ＣＣＤイメージセンサを含めたいかなるイメージセンサでも同様の性能が実現できることは言うまでもない。
　本発明は、例えば、デジタルカメラや携帯電話などの携帯機器等に用いられる固体撮像装置として利用できる。
　　１　　半導体基板
　　２　　素子分離
　　３　　絶縁膜
　　４　　ゲート
　　５　　配線層
　　６　　赤外カットフィルタ層
　　６ａ　　低屈折率層
　　６ｂ　　高屈折率層
　　７　　カラーフィルタ層
　　７ａ　　赤外透過フィルタ
　　７ｂ　　青色カラーフィルタ
　　７ｄ　　赤色カラーフィルタ
　　８　　マイクロレンズ
　　９　　紫外光吸収膜
　　９０　　レンズ
　　９１　　固体撮像装置
　　９２　　駆動回路
　　９３　　信号処理部
　　９４　　外部インターフェイス部

Claims (13)

  1. 　複数の受光部を有する基板と、
    　前記複数の受光部のそれぞれに対応して形成され、対応する前記受光部の上方に形成された複数のフィルタを含むカラーフィルタ層と、
    　透過率が５０％以下となる赤外カット波長が６１０～７１０ｎｍである赤外カットフィルタ層とを備え、
    　前記複数のフィルタは、可視光を透過する可視光透過フィルタと、透過率が５０％以上となる赤外透過波長が５９０～６９０ｎｍである赤外透過フィルタとを含み、
    　前記赤外カットフィルタ層は、前記可視光透過フィルタが形成された受光部の上方に形成され、前記赤外透過フィルタが形成された受光部の上方で開口される
    　固体撮像装置。
  2. 　前記複数の受光部は、２×２の行列状に隣接して配列された４つの前記受光部を含み、
    　前記４つの受光部の前記カラーフィルタ層は、１つの前記赤外透過フィルタと、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ及び青色カラーフィルタの３つの前記可視光透過フィルタとの４つの前記フィルタを含む
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記複数の受光部は、４×２の行列状に隣接して配列された８つの前記受光部を含み、
    　前記８つの受光部は、２×２の行列状に隣接して配列された４つの前記受光部を２つ含み、
    　前記４つの受光部の前記カラーフィルタ層は、１つの前記赤外透過フィルタと、３つの前記可視光透過フィルタとの４つの前記フィルタを含み、
    　前記８つの受光部を構成する２つの前記４つの受光部において、前記赤外透過フィルタの赤外光透過率特性が異なる
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記赤外透過フィルタは、紫色顔料と黄色顔料とを主成分として含むカラーフィルタ材料から構成される
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記赤外カットフィルタ層は、シリコン酸化膜から構成される層と、酸化チタン膜から構成される層とが積層された多層膜から構成される
    　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  6. 　前記赤外カットフィルタ層は、シリコン酸化膜から構成される層と、シリコンリッチなシリコン窒化膜から構成される層とが積層された多層膜から構成される
    　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  7. 　複数の受光部を有する基板と、
    　前記複数の受光部のそれぞれに対応して形成され、対応する前記受光部の上方に形成された可視光を透過する複数の可視光透過フィルタを含むカラーフィルタ層と、
    　前記可視光透過フィルタが形成された受光部の上方に形成され、透過率が５０％以下となる赤外カット波長が６１０～７１０ｎｍである赤外カットフィルタ層と、
    　前記複数の受光部を覆うように形成され、紫外光をカットする紫外光カットフィルタ層とを備える
    　固体撮像装置。
  8. 　前記紫外光カットフィルタ層は、０．５ミクロン以上の膜厚のシリコン窒化膜から構成される
    　請求項７に記載の固体撮像装置。
  9. 　前記複数の受光部は、２×２の行列状に隣接して配列された４つの前記受光部を含み、
    　前記４つの受光部の前記カラーフィルタ層は、
    　シアンカラーフィルタ、黄色カラーフィルタ、緑カラーフィルタ及び白色カラーフィルタの４つの前記可視光透過フィルタと、
    　シアンカラーフィルタ、黄色カラーフィルタ及び白色カラーフィルタの３つの前記可視光透過フィルタとのいずれかを含み、
    　前記赤外カットフィルタ層は、前記白色カラーフィルタが形成された受光部の上方で開口される
    　請求項７又は請求項８に記載の固体撮像装置。
  10. 　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備える
    　カメラモジュール。
  11. 　前記カメラモジュールは、さらに、
    　可視光と同時に赤外光を発光可能な照明装置を備える
    　請求項１０に記載のカメラモジュール。
  12. 　前記固体撮像装置は、
    　赤、緑、青及び赤外の４色の信号と、
    　赤、緑、青、及び、赤外を含む白の４色の信号と、
    　シアン、黄、緑、及び、赤外を含む白の４色の信号と、
    　シアン、黄、及び、赤外を含む白の３色の信号と、
    　赤、緑、青、第１赤外及び第２赤外の５色の信号とのいずれかを前記複数の受光部により取得し、赤、緑及び青の３色の信号に変換する信号処理回路を備える
    　請求項１０又は請求項１１に記載のカメラモジュール。
  13. 　前記カメラモジュールは、さらに、
    　赤、緑、青及び赤外の４色の信号と、
    　赤、緑、青、及び、赤外を含む白の４色の信号と、
    　シアン、黄、緑、及び、赤外を含む白の４色の信号と、
    　シアン、黄、及び、赤外を含む白の３色の信号と、
    　赤、緑、青、第１赤外及び第２赤外の５色の信号とのいずれかを前記固体撮像装置から受け、赤、緑及び青の３色の信号に変換する信号処理回路を備える
    　請求項１０又は請求項１１に記載のカメラモジュール。
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