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JP2010128382A - カラーフィルタ、カラーフィルタの製造方法、固体撮像装置、及び、電子機器 - Google Patents

カラーフィルタ、カラーフィルタの製造方法、固体撮像装置、及び、電子機器 Download PDF

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JP2010128382A
JP2010128382A JP2008305569A JP2008305569A JP2010128382A JP 2010128382 A JP2010128382 A JP 2010128382A JP 2008305569 A JP2008305569 A JP 2008305569A JP 2008305569 A JP2008305569 A JP 2008305569A JP 2010128382 A JP2010128382 A JP 2010128382A
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Kensaku Maeda
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Abstract

【課題】入射光の混色の発生を抑制することができるカラーフィルタを提供する。
【解決手段】青色光を透過する領域(BLU)31、緑色光を透過する領域(GRE)33、及び、赤色光を透過する領域(RED)32を備えるカラーフィルタ30を構成する。そして、青色光を透過する領域(BLU)31、緑色光を透過する領域GRE)33、及び、赤色光を透過する領域(RED)32のうち、隣接する少なくとも2つの領域を、補色光を透過する補色フィルタ34,35,36の組み合わせにより構成する。さらに、隣接する領域において、光の入射面側に同色光を透過する補色フィルタ34,35,36が設けられている。
【選択図】図8

Description

本発明は、カラーフィルタ及びカラーフィルタの製造方法、このカラーフィルタを用いた固体撮像装置、及び、この固体撮像装置を用いた電子機器に係わる。
近年、固体撮像装置の高微細化が進んでいる。高微細化された固体撮像装置では、感度の低下を防ぐため、マイクロレンズの境界の部分に入射される光までも有効利用することが試みられている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
特開2005−159016号公報 特開2007−147738号公報
しかしながら、高微細化された固体撮像装置では、マイクロレンズやカラーフィルタ同士の配置間隔が狭いために、マイクロレンズの境界とカラーフィルタの境界との位置のわずかなずれが混色を生み出してしまう。このため、固体撮像装置において、色再現性悪化および色シェーディング(ムラ)悪化などの問題を生じる。
また、固体撮像装置の画素が極めて小さいことから、例えば、斜めからの入射光による隣接カラーフィルタを通過した光が画素に入射される可能性が高くなる。特に、裏面照射型イメージセンサなど、遮光膜構造を有しない固体撮像装置の場合は、その影響がさらに顕著なものとなる。この場合にも、色再現性・色シェーディングなどの悪化が特に問題となってくる。
上述した問題の解決のため、本発明においては、入射光の混色の発生を抑制することができるカラーフィルタを提供するものである。
また、カラーフィルタに入射する入射光の混色を防ぐことにより、色再現性に優れる固体撮像装置を提供するものである。
本発明のカラーフィルタは、青色光を透過する領域、緑色光を透過する領域、及び、赤色光を透過する領域を備える。そして、青色光を透過する領域、緑色光を透過する領域、及び、赤色光を透過する領域のうち、隣接する少なくとも2つの領域が、補色光を透過する補色フィルタの組み合わせにより構成されている。さらに、隣接する領域において、光の入射面側に同色光を透過する補色フィルタが設けられている。
本発明のカラーフィルタの製造方法は、三原色光の何れかを透過する、第1の領域、第2の領域、及び第3の領域を、第1〜3の補色フィルタにより形成するカラーフィルタの製造方法である。即ち、第1の領域の第2の領域と隣接する部分に、第1の補色フィルタを形成する工程と、第2の領域及び第3の領域に、第2の補色フィルタを形成する工程とを含む。また、第1の領域及び第2の領域に、第3の補色フィルタを形成する工程と、第1の領域の第1の補色フィルタを形成していない部分及び第3の領域に、第1の補色フィルタを形成する工程とを含む。
また、本発明のカラーフィルタの製造方法は、三原色光の何れかを透過する、第1の領域、第2の領域、及び第3の領域を、第1〜3の補色フィルタにより形成するカラーフィルタの製造方法である。即ち、第1の領域に、第1の補色フィルタを形成する工程と、
第2の領域に、第2の補色フィルタを形成する工程と、第1の領域及び第2の領域に、第3の補色フィルタを形成する工程とを含む。また、第3の領域に原色フィルタを形成する工程を含む。
本発明の固体撮像装置は、画素を構成する複数の光電変換領域を備える光電変換部と、光電変換部で得られた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、電荷転送部に接続される周辺回路部とを備える。そして、光電変換部の上層に上述のカラーフィルタを備える。
本発明の電子機器は、上述の固体撮像装置と、固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、固体撮像装置を駆動する駆動回路とを備える。
本発明のカラーフィルタは、赤色、緑色、青色の何れか2つ以上の隣接する領域が、補色フィルタを組み合わせることで構成され、光の入射側が同じ色の補色フィルタで構成される。このため、この光の入射側の補色フィルタに入射した光は、隣接する領域間で同じ分光特性を有する。従ってカラーフィルタに斜め方向から入射する入射光が、光の入射側の補色フィルタに入射し、隣接する領域の境界を通過する場合にも、隣接する画素間での混色が発生しない。
また、本発明のカラーフィルタの製造方法によれば、製造工程数を大幅に増加させることなく、上述のカラーフィルタを製造することができる。
また、本発明の固体撮像装置及び電子機器によれば、上述のカラーフィルタを備えることにより、混色の発生を抑制することができ、色再現性を向上することができる。
本発明によれば、カラーフィルタにおいて、入射光の混色の発生を抑制することができる。また、カラーフィルタに入射する入射光の混色を防ぐことにより、固体撮像装置の色再現性を向上させることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.従来のカラーフィルタの概要の説明
2.カラーフィルタの第1の実施の形態
3.第1の実施の形態のカラーフィルタの製造方法
4.カラーフィルタの第2の実施の形態
5.第2の実施の形態のカラーフィルタの製造方法
6.第1の実施の形態のカラーフィルタを適用した固体撮像装置の実施の形態
7.実施の形態の固体撮像装置を適用した電子機器
〈1.従来のカラーフィルタの概要の説明〉
まず、本発明の説明に先立ち、従来用いられているカラーフィルタの概要について説明する。
図1にカラーフィルタ10の平面図を示す。また、図1のカラーフィルタ10の破線部分での断面図を図2に示す。
カラーフィルタ10は、青色光を透過する領域(BLU)11、緑色光を透過する領域(GRE)12、及び、赤色光を透過する領域(RED)13が図示するように配列されている。
図2に示すように、カラーフィルタ10は、青色光を透過する領域(BLU)11、緑色光を透過する領域(GRE)12、赤色光を透過する領域(RED)13を備える。また、カラーフィルタ10上にマイクロレンズ15を備える。また、図2ではカラーフィルタ10のGRE12とRED13の境界部分を通過する入射光14を矢印で示している。
図3に、カラーフィルタ10のGRE12を透過する入射光の分光特性を破線16で示す。また、RED13を透過する入射光の分光特性を破線17で示し、GRE12とRED13の境界を通過する入射光14の分光特性を実線18で示す。
図3に示すように、GRE12のみを透過する入射光、及び、RED13のみを透過する入射光の分光特性は、破線16,17に示すように、それぞれ独立したピークを有する特性を示す。しかし、GRE12とRED13の境界を通過する入射光14の分光特性は、実線18で示すように、破線16と破線17との平均した特性を有する。この入射光14は、例えば、固体撮像装置において、GRE12のみを透過する入射光と同じ画素に入射する。このため、GRE12のみを透過する入射光の分光特性に、RED13のみを透過する入射光の分光特性が混ざることになる。このため、固体撮像装置の受光部において混色が発生する。
このため、例えば、図4に示す構造のカラーフィルタ20が提案されている。
このカラーフィルタ20は、青色光を透過する領域(BLU)21、緑色光を透過する領域(GRE)22、赤色光を透過する領域(RED)23、及び、カラーフィルタ20を備える。また、カラーフィルタ上にマイクロレンズ15を備える。さらに、BLU21とGRE22との間、及び、GRE22とRED23との間に透光領域26を備える。
また、図4において、カラーフィルタ20のGRE22と、GRE22とRED23との間の透光領域26の境界部分を通過する入射光24を矢印で示す。
入射光24は、まず、透光領域26に入射した後、GRE22に入射する。このため、入射光24がRED23を通過せず、GRE22の下部の受光部において混色が発生しない。しかし、入射光24は、GRE22のみを通過する入射光よりも、GRE22内を通過する距離が短くなる。
図5にGRE22の分光特性を実線27で示す。図5に示すように、図4に示す構成のカラーフィルタ20では、図3に破線16で示したGREの分光特性に比べ、全体的に高くなる。このため、固体撮像装置に適用した場合に色再現性及び色シェーディングが悪化する。
上述のように、図4に示す構成のカラーフィルタ20では、色吸収領域部分が減少するため、所望の分光特性を得ることが難しく、固体撮像装置に適用した場合の色再現性及び色シェーディングに劣る。
〈2.カラーフィルタの第1の実施の形態〉
次に、本発明のカラーフィルタの具体的な実施の形態について説明する。
図6に、本発明の第1の実施の形態として、カラーフィルタ30の平面図を示す。
図6に示すように、第1の実施の形態のカラーフィルタ30では、三原色光のうち、青色光を透過する領域(BLU)31、赤色光を透過する領域(RED)32、及び、緑色光を透過する領域(GRE)33が設けられている。
また、カラーフィルタ30は、BLU31とRED32の間に、GRE33が配置されている。このため、BLU31及びRED32は、その周囲にGRE33が形成され、BLU31及びRED32の隣接する領域は、すべてGRE33が配置されている。
このカラーフィルタ30は、図7Aと図7Bに示す配列で構成される、第1のカラーフィルタ30A、及び、第2のカラーフィルタ30Bの2層からなる。つまり、第1のカラーフィルタ30A上に、第2のカラーフィルタ30Bを積層することにより、カラーフィルタ30が構成されている。
第1のカラーフィルタ30Aは、マゼンダ色光を透過する領域(MG)34、シアン色光を透過する領域(CY)35、及び、イエロー色光を透過する領域(YL)36とから構成されている。また、第2のカラーフィルタ30Bは、シアン色光を透過する領域(CY)35、及び、イエロー色光を透過する領域(YL)36とから構成されている。つまり、補色光を透過するカラーフィルタを積層することにより、図6に示すカラーフィルタ30が構成されている。
第1のカラーフィルタ30Aは、図6に示したカラーフィルタ30においてBLU31及びRED32が形成される領域に、MG34が形成されている。そして、図6に示したカラーフィルタ30において、GRE33が形成される領域では、CY35とYL36が形成されている。つまり、GRE33が形成される領域において、RED32が形成される領域に隣接する部分にCY35が形成され、BLU31が形成される領域に隣接する部分ではYL36が形成されている。このとき、GRE33が形成される領域において、RED32が形成される領域から、BLU31が形成される領域とRED32が形成される領域の中間位置まで、CY35が形成されている。また、GRE33が形成される領域において、BLU31が形成される領域から、BLU31が形成される領域とRED32が形成される領域の中間位置まで、YL36が形成されている。従って、GRE33が形成される領域において、BLU31と隣接する領域にはCY35が形成され、RED32と隣接する領域には、YL36が形成されている。このとき、GRE33が形成される領域において、CY35とYL36の面積が同じになるように構成される。
第2のカラーフィルタ30Bは、図6に示したカラーフィルタ30においてBLU31が形成される領域に、CY35が形成されている。また、図6に示したカラーフィルタ30においてRED32が形成される領域に、YL36が形成されている。
また、第2のカラーフィルタ30Bは、図6に示したカラーフィルタ30においてGRE33が形成される領域に、CY35とYL36が形成されている。つまり、図7Aに示した第1のカラーフィルタ30AでCY35が形成される部分には、第2のカラーフィルタ30BにYL36が形成されている。また、第1のカラーフィルタ30AでYL36が形成される部分には、第2のカラーフィルタ30BにCY35が形成されている。つまり、GRE33が形成される領域のみを見ると、第1のカラーフィルタ30Aにおいて、CY35が形成されている領域では、第2のカラーフィルタ30BにおいてYL36が形成される。そして、第1のカラーフィルタ30Aにおいて、YL36が形成されている領域では、第2のカラーフィルタ30BにおいてCY35が形成される。
次に、図6に示すカラーフィルタ30のA−A’線断面図を図8に示す。
図8に示すように、カラーフィルタ30は、異なる補色光を透過する領域が積層され、原色光を透過する領域を構成する。つまり、BLU31は、MG34とCY35からなる。また、RED32は、MG34とYL36とからなる。
また、GRE33は、CY35とYL36とからなるが、GRE33の中央においてその上下の構成が逆になる。つまり、GRE33の中央において、第1のカラーフィルタ30Aに構成されているCY35及びYL36と、第2のカラーフィルタ30Bに構成されているCY35及びYL36が、互い違いになるように配置されている。
このように、カラーフィルタ30は、BLU31、RED32及びGRE33の隣接する領域において、光の入射面側に同色光を透過する補色フィルタが設けられている。
上述のように、第1の実施の形態のカラーフィルタ30では、異なる色光を透過する補色フィルタを組み合わせることにより、三原色のカラーフィルタが形成される。つまり、MG34、CY35、及び、YL36からなる補色光を透過する補色フィルタが、それぞれ組み合わされて、BLU31、RED32及びGRE33が形成されている。
このような構成とすることにより、斜めからの入射光による混色を防ぐことができる。
例えば、図8に示すRED32からGRE33に斜め方向から入射する入射光37は、まず、RED32のYL36に入射する。そして、RED32のYL36を通過した後、GRE33のYL36とCY35を通過する。
この場合、GRE33の上層、つまり第2のカラーフィルタ30Bにおいて、RED32に隣接する部分には、RED32の上層と同じ補色であるYL36が形成されている。このため、RED32の上部を斜めに通過する入射光に対しては、GRE33の上層のYL36を通過したものと同様の分光特性を有する。
同様に、BLU31からGRE33は斜めに入射する入射光38に対しても、混色の発生を防ぐことができる。これは、GRE33BLU31の上層、つまり第2のカラーフィルタ30Bにおいて、BLU31と隣接する部分には、BLU31の上層と同じCY35が形成されている。このため、BLU31のCY35を通過し、GRE33のCY35及びYL36を通過する入射光38は、GRE33のみを通過する入射光と同じ分光特性を有する。
従って、上述の構成のカラーフィルタを構成することにより、隣接する異なる色光を透過する領域から斜めに入射する入射光による混色の発生を抑制することができる。このため、例えば、このカラーフィルタを固体撮像装置に適用した場合には、画素に入射する光の混色を防ぐことができる。そして、このカラーフィルタを用いることにより、色再現性に優れ、色シェーディングの悪化を防ぐことができる固体撮像装置を提供することができる。
なお、上述の実施の形態のカラーフィルタにおいて、各領域における厚さや、面積、形状等は、混色の程度などを考慮の上で、任意に調整することが可能である。また、シェーディングによる影響を低減するために、固体撮像装置に適用した場合には、装置の中心と外周とで、カラーフィルタの各領域の幅、面積等を変更することも可能である。
〈3.第1の実施の形態のカラーフィルタの製造方法〉
次に、上述の第1の実施の形態のカラーフィルタの製造方法について、図9〜図12を用いて説明する。なお、図9〜図12において、Aはカラーフィルタの平面図であり、Bは、Aに示すカラーフィルタのA−A’線断面図である。
以下で説明するカラーフィルタの製造方法は、三原色光の何れかを透過する、第1の領域、第2の領域、及び第3の領域を、それぞれ異なる補色光を透過する第1〜3の補色フィルタを組み合わせて形成するカラーフィルタの製造方法である。以下の説明において、三原色光の何れかを透過する第1の領域は、GRE33に対応する。また、三原色光の何れかを透過する第2の領域はBLU31に対応し、第3の領域はRED32に対応する。また、第1の補色フィルタはYL36に対応し、第2の補色フィルタはMG34に対応し、第3の補色フィルタはCY35に対応する。
まず、図9A及び図9Bに示すように、カラーフィルタのBLU31が形成される領域の周囲の基体39上に、YL36を形成する。このYL36は、GRE33を形成する領域のBLU31が形成される領域に隣接する部分において、BLU31が形成される領域から、BLU31が形成される領域とRED32が形成される領域の中間位置まで形成する。
ここで形成するYL36は、第1のカラーフィルタを構成するYL36である。
次に、図10A及び図10Bに示すように、BLU31及びRED32が形成される領域に、MG34を形成する。この工程において、BLU31及びRED32が形成される領域において、第1のカラーフィルタを構成するMG34がすべて形成される。
次に、図11A及び図11Bに示すように、BLU31が形成される領域、及び、GRE33が形成される領域に、CY35を形成する。このようにCY35を形成することにより、BLU31を構成する領域において、第1のカラーフィルタを構成するMG34上にCY35を形成する。また、GRE33が形成される領域において、第1のカラーフィルタを構成するYL36上にCY35を形成する。また、GRE33が形成される領域において、YL36を形成していない部分に第1のカラーフィルタを構成するCY35を形成する。
このとき、BLU31が形成される領域、及び、GRE33が形成される領域のYL36上のCY35は、第2のカラーフィルタを構成する。
次に、図12A及び図12Bに示すように、RED32が形成される領域、及び、GRE33が形成される領域内で図9に示す工程でYL36を形成していない部分に、YL36を形成する。GRE33が形成される領域の図9に示す工程でYL36を形成していない部分とは、GRE33が形成される領域において、第1のカラーフィルタを構成するCY35の上層にあたる。
このとき、RED32が形成される領域、及び、GRE33が形成される領域のCY35の上層のYL36は、第2のカラーフィルタを構成する。また、この工程のYL36の形成により、CY35及びYL36からなる第2のカラーフィルタが形成される。
上述のように、第1の工程及び第4の工程においてYL36を形成し、第2の工程において、MG34を形成し、第3の工程においてCY35を形成することにより、4工程でカラーフィルタを製造することができる。
例えば、従来のRED、GRE及びBLUの3原色により構成されるカラーフィルタの製造方法では、色毎に製造するため3工程必要となる。このため、上述のカラーフィルタの製造方法によれば、製造工程数を大幅に増加させることなく、第1の実施の形態のカラーフィルタを製造することができる。
なお、上述の製造方法では、三原色光の何れかを透過する第1〜第3の領域及び第1〜第3の補色フィルタを、GRE33、BLU31、RED32、YL36、MG34及びCY35に対応させて説明したが、これらの組み合わせは任意に変更することができる。つまり、製造するカラーフィルタの構成に応じて、三原色光の何れかを透過する第1〜第3の領域、及び、第1〜第3の領域を構成する第1〜第3の補色フィルタを任意に適用することが可能である。
〈4.カラーフィルタの第2の実施の形態〉
次に、本発明のカラーフィルタの第2の実施の形態について説明する。
図13に、本発明の第2の実施の形態として、カラーフィルタ40の平面図を示す。なお、図6〜12おいて示した第1の実施の形態のカラーフィルタ30の構成と同様の構成は、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
図13に示すように、第2の実施の形態のカラーフィルタ40では、三原色光のうち、青色光を透過する領域(BLU)31、赤色光を透過する領域(RED)32、及び、緑色光を透過する領域(GRE)33が設けられている。
また、カラーフィルタ40のBLU31、RED32及びGRE33の配列は、いわゆるベイヤ配列である。
このカラーフィルタ40は、図14Aと図14Bに示す配置で構成される、第3のカラーフィルタ40A、及び、第4のカラーフィルタ40Bの2層からなる。つまり、第3のカラーフィルタ40A上に、第4のカラーフィルタ40Bを積層することにより、カラーフィルタ40が構成されている。
第3のカラーフィルタ40Aは、マゼンダ色光を透過する領域(MG)34、シアン色光を透過する領域(CY)35、及び、青色光を透過する領域(BLU)41とから構成されている。また、第4のカラーフィルタ40Bは、イエロー色光を透過する領域(YL)36、及び、と青色光を透過する領域(BLU)41から構成されている。
つまり、図13に示したカラーフィルタ40のRED32とGRE33が、補色光を透過するカラーフィルタを積層することにより構成される。また、カラーフィルタ40のBLU31は、第3のカラーフィルタ40A及び第4のカラーフィルタ40Bにおいて、青色光を透過する領域(BLU)41により形成される。
第3のカラーフィルタ40Aは、図13に示したカラーフィルタ40においてRED32が形成される領域に、MG34が形成されている。そして、図13に示したカラーフィルタ40において、GRE33が形成される領域に、CY35が形成されている。また、図13に示したカラーフィルタ40においてBLU31が形成される領域に、BLU41が形成されている。
第4のカラーフィルタ40Bは、図13に示したカラーフィルタ40においてRED32及びGRE33が形成される領域に、YL36が形成されている。また、図13に示したカラーフィルタ40においてBLU31が形成される領域に、BLU41が形成されている。
図13に示したカラーフィルタ40のGRE33が形成される領域では、図14Aに示した第3のカラーフィルタ40AでCY35が形成され、第4のカラーフィルタ40BでYL36が形成される。
また、図13に示したカラーフィルタ40のRED32が形成される領域では、図14Aに示した第3のカラーフィルタ40AでMG34が形成され、第4のカラーフィルタ40BでYL36が形成されている。
このように、カラーフィルタ40は、隣接する2つの領域が、異なる色光を透過する補色フィルタが組み合わされて構成され、1つの領域が原色フィルタにより構成されている。
次に、図13に示すカラーフィルタ40のB−B’線断面図を図15Aに示す。また、図13に示すカラーフィルタ40のC−C’線断面図を図15Bに示す。
図15Aに示すように、カラーフィルタ40のRED32とGRE33は、異なる色(補色)光を透過する領域が積層され、原色光を透過する領域を構成する。つまり、RED32は、MG34とYL36とからなる。また、GRE33は、CY35とYL36とからなる。
上述のように、第2の実施の形態のカラーフィルタ40では、隣接する2つの領域において、異なる色光を透過する補色フィルタを組み合わせることにより、三原色のカラーフィルタが形成される。つまり、MG34、CY35、及び、YL36からなる補色光を透過するカラーフィルタがそれぞれ組み合わされて、三原色のRED32とGRE33のカラーフィルタが形成されている。
また、図15Bに示すように、カラーフィルタ40のBLU31は、BLU41が積層された構成である。
なお、カラーフィルタ40のBLU31は、例えば、第3のカラーフィルタ40AのBLU41と第4のカラーフィルタ40BのBLU41とに分けずに形成することもできる。この場合には、カラーフィルタ40のRED32とGRE33のみ、第3のカラーフィルタ40A及び第4のカラーフィルタ40Bの2層から形成される。そして、BLU41は第3のカラーフィルタ40A及び第4のカラーフィルタ40Bに分けずに、1層で形成する。
また、カラーフィルタ40のBLU31は、第1の実施の形態のカラーフィルタと同様に、BLU31をMG34とCY35からなる2層構造とすることもできる。
上述のカラーフィルタ40の構成によれば、ベイヤ配列のカラーフィルタにおいても、斜めからの入射光による混色を低減することができる。
例えば、図15Aに示すRED32からGRE33に斜め方向から入射する入射光42は、まず、RED32のYL36に入射する。そして、RED32のYL36を通過した後、GRE33のYL36とCY35を通過する。
この場合、GRE33の上層、つまり第4のカラーフィルタ40Bにおいて、RED32に隣接する部分には、RED32の上層と同じ補色であるYL36が形成されている。このため、RED32の上部を斜めに通過する入射光に対しては、GRE33の上層のYL36を通過したものと同様の分光特性を有する。
このように、カラーフィルタの隣接する異なる色光を透過する領域において、上層が同じ補色を透過することにより、斜めからの入射光による混色の発生を防ぐことができる。そして、上層の補色フィルタと下層の補色フィルタとを組み合わせることにより、三原色光を透過するカラーフィルタを構成することができる。
従って、上述の構成のカラーフィルタを構成することにより、補色により構成された隣接する異なる色の光を透過する領域から斜めに入射する入射光による混色の発生を抑制することができる。
なお、上述の第2の実施の形態のカラーフィルタ40においては、BLU31を原色により構成するか、又は、MG及びCYの補色により構成する。このため、BLU31と隣接するGRE33において、同じ補色を透過するカラーフィルタによって上層を構成することができない。このため、BLU31からGRE33に斜めに入射する入射光、又は、GRE33からBLU31に斜めに入射する入射光に対しては、混色の発生を防ぐことができない。
しかし、例えば、BLU31をMG34とCY35からなる2層構造し、GRE33をCY35とYL36とからなる2層構造し、さらに、BLU31とGRE33の上層を同じCY35としたカラーフィルタを構成する。この構造のカラーフィルタによれば、BLU31からGRE33に斜めに入射する入射光、及び、GRE33からBLU31に斜めに入射する入射光に対して、混色の発生を防ぐことができる。
但し、このカラーフィルタをこの構成とした場合には、RED32において、上述の第2の実施の形態のBLU31と同じ理由で、RED32からGRE33、又は、GRE33からRED32に斜めに入射する入射光の混色の発生を防ぐことができない。
第2の実施の形態のカラーフィルタでは、例えば、BLU又はREDにおいて、GREとの混色による問題が発生しやすい方の領域を選択して、上述の補色を用いた構造を適用することが好ましい。
従って、例えば、第2の実施の形態のカラーフィルタを固体撮像装置に適用した場合には、画素に入射する光の混色を防ぐことができる。そして、このカラーフィルタを用いることにより、色再現性に優れ、色シェーディングの悪化を防ぐことができる固体撮像装置を提供することができる。
〈5.第2の実施の形態のカラーフィルタの製造方法〉
次に、上述の第2の実施の形態のカラーフィルタの製造方法について、図16〜図19を用いて説明する。なお、図16〜図19において、Aはカラーフィルタの平面図であり、Bは、Aに示すカラーフィルタのB−B’線断面図である。
以下で説明するカラーフィルタの製造方法は、三原色光の何れかを透過する、第1の領域、第2の領域、及び第3の領域を、それぞれ異なる補色光を透過する第1〜3の補色フィルタにより形成するカラーフィルタの製造方法である。以下の説明において、三原色光の何れかを透過する第1の領域は、GRE33に対応する。また、三原色光の何れかを透過する第2の領域はRED32に対応し、第3の領域はBLU31に対応する。また、第1の補色フィルタはCY35に対応し、第2の補色フィルタはMG34に対応し、第3の補色フィルタはYL36に対応する。
まず、図16A及び図16Bに示すように、カラーフィルタのGRE33が形成される領域の基体39上に、CY35を形成する。そして、図17A及び図17Bに示すように、RED32が形成される領域に、MG34を形成する。ここで形成するCY35及びMG34は、第3のカラーフィルタを構成するCY35及びMG34である。
次に、図18A及び図18Bに示すように、カラーフィルタのRED32及びGRE33が形成される領域において、第3のカラーフィルタを構成するCY35及びMG34上に、YL36を形成する。このYL36は、第4のカラーフィルタを構成するYL36である。
次に、カラーフィルタにBLU31が形成される領域、つまり、図19A及び図19Bに示すRED32及びGRE33が形成されていない領域に、BLU31を形成する。
なお、この工程では、BLU31は、原色のBLU31の色素を用いて第3のカラーフィルタ40A及び第4のカラーフィルタ40BのBLU41を共通して形成している。
上述のように、第1の工程においてCY35を形成し、第2の工程において、MG34を構成し、第3の工程においてYL36を形成することにより、カラーフィルタのRED32及びGRE33を形成することができる。また、第4の工程でBLU31を第3のカラーフィルタ及び第4のカラーフィルタに共通して形成することにより、4工程でカラーフィルタを製造することができる。
例えば、従来のRED、GRE及びBLUの3原色により構成されるカラーフィルタの製造方法では、色毎に製造するため3工程必要となる。このため、上述のカラーフィルタの製造方法によれば、製造工程数を大幅に増加させることなく、第2の実施の形態のカラーフィルタを製造することができる。
なお、上述のように、第2の実施の形態のカラーフィルタのBLU31を、第1の実施の形態のカラーフィルタと同様に、MG34とCY35からなる2層構造とすることもできる。この場合には、第2の工程でRED32を形成する領域にMG34を形成する際、併せてBLU31を形成する領域にMG34を形成する。そして、第4の工程でBLU31を形成する領域にCYを形成する。
この製造方法においても、カラーフィルタを4工程で製造することができる。このため、製造工程数を大幅に増加させることなく、第2の実施の形態のカラーフィルタを製造することができる。
なお、上述の製造方法では、三原色光の何れかを透過する第1〜第3の領域及び第1〜第3の補色フィルタを、GRE33、RED32、BLU31、CY35、MG34及びYL36に対応させて説明したが、これらの組み合わせは任意に変更することができる。つまり、製造するカラーフィルタの構成に応じて、三原色光の何れかを透過する第1〜第3の領域、及び、第1〜第3の領域を構成する第1〜第3の補色フィルタを任意に適用することが可能である。
〈6.第1の実施の形態のカラーフィルタを適用した固体撮像装置の実施の形態〉
次に、上述の第1の実施の形態のカラーフィルタを適用した固体撮像装置について説明する。
本実施の形態の固体撮像装置の一例として、図20に第1の実施の形態のカラーフィルタを適用したCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ50の断面図を示す。
CCCDイメージセンサ50は、シリコン等からなる基体51の表面の一部にフォトダイオード(PD)52が形成されている。このPD52は、基体51の第1導電型、例えばp型の不純物領域に、第2導電型、例えば、リン(P)やヒ素(As)等のn型の不純をイオン注入し、熱拡散することによりに形成される。
また、基体51の表面のPD52とは異なる領域に、PD52よりn型不純物濃度の高い不純物拡散層からなる垂直電荷転送部53を備える。
この垂直電荷転送部53はPやAs等のn型不純物をイオン注入した後、熱処理を行うことにより形成される。垂直電荷転送部53は、PD52が入射光を受けることにより発生した電荷を転送する縦方向のBuried Channel層(CCD)の役割を果たす。
本実施の形態では、基体51のp型不純物領域をp型不純物層、PD52および垂直電荷転送部53を、n型不純物層としているが、基体51の不純物領域をn型不純物層、PD52及び垂直電荷転送部53をp型不純物層として実施することもできる。
基体51、PD52及び垂直電荷転送部3上には、SiOまたはSiO/SiN/SiO等の絶縁層55を介してポリシリコン、タングステン、タングステンシリサイド、Al、Cu等からなる垂直電荷転送電極54が形成される。垂直電荷転送電極54はPD52に発生した電荷を垂直電荷転送部53に転送するための転送ゲートとしての役割と、垂直電荷転送部53に転送された電荷を素子の縦方向に転送するための転送電極としての役割を果たす。
垂直電荷転送電極54の上方および側面には、絶縁層55を介して遮光層56が形成されている。遮光層56はタングステン、タングステンシリサイド、または、Al、Cu等の金属からなり、入射光が垂直電荷転送電極54や垂直電荷転送部53に入り込むことを防ぐ。また、遮光層56の側面のうち、PD52の上方には遮光層56に張り出し部56Aを設け、入射光が垂直電荷転送部53に漏れこむのを防ぐこともできる。
遮光層56の上方にはB−PSG(Boron-Phosphorus Silicon Glass)層57、及び、プラズマ−シリコン窒化層(P−SiN層)58が形成されている。B−PSG層57とP−SiN層58とは、界面がPD52の上方でPD52側に湾曲する形状になるように形成されている。この形状により、入射光を効率よくPD52に導くための層内レンズの効果を備えることができる。
P−SiN層58上には、P−SiN膜58表面又は画素領域以外の凹凸部を平坦化するための平坦化層59が形成されている。
次に、この平坦化層59上に、カラーフィルタ30を形成する。カラーフィルタ30は、例えば、上述の図9〜12を用いて説明した製造方法によって形成することができる。
さらに、カラーフィルタ30上に、固体撮像装置のPD52に入射する光を効率良く集光させるためのマイクロレンズ15が形成されている。
本実施の形態の固体撮像装置は、PD52で発生した信号電荷が、垂直電荷転送部53によって列方向に転送される。そして、列方向に転送された信号電荷が図示しない水平電荷転送路(HCCD)により行方向に転送される。転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力される陽に構成されている。
このように、本実施の形態の固体撮像装置は、光電変換部、電荷転送部、HCCD、及び、アンプを含む固体撮像素子部と、固体撮像素子部のPDA部等の周辺回路が形成される、周辺回路部とが形成される構成である。
上述の構成の固体撮像装置によれば、例えば、隣接する画素から斜め方向から入射する入射光37,38に対して、第1の実施の形態のカラーフィルタにおいて説明したように、混色の発生を抑制することができる。従って、本実施の形態の固体撮像装置によれば、画素に入射する光の混色を防ぐことができ、色再現性に優れ、色シェーディングの悪化を防ぐことができる固体撮像装置を提供することができる。
なお、本実施の形態では、固体撮像装置の例として、CCDイメージセンサに第1の実施の形態のカラーフィルタを適用した場合について説明したが、固体撮像装置には、例えば第2の実施の形態のカラーフィルタを適用することも可能である。また、固体撮像装置として、CCDイメージセンサの他に、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを適用することも可能である。この場合にも、隣接する画素から斜め方向から入射する入射光に対して、混色の発生を抑制して混色を抑制し、色再現性に優れ、色シェーディングの悪化を防ぐことができる固体撮像装置を提供することができる。
また、固体撮像素子に適用するカラーフィルタとして、上述の第1の実施の形態のカラーフィルタを用いているが、このカラーフィルタに替えて、例えば、上述の第2の実施の形態のカラーフィルタを適用することもできる。この場合にも、隣接する画素から斜め方向から入射する入射光に対して、混色の発生を抑制して混色を抑制し、色再現性に優れ、色シェーディングの悪化を防ぐことができる固体撮像装置を提供することができる。
〈7.実施の形態の固体撮像装置を適用した電子機器〉
上述の実施の形態の固体撮像装置は、例えば、この撮像装置を備えたカメラ、カメラ付き携帯機器、撮像装置を備えたその他の機器等の電子機器に適用することができる。図21に、上述の実施の形態の固体撮像装置を適用した電子機器の一例として、カメラシステムに適用した実施の形態を示す。
図21に示すカメラシステム60は、光学系(光学レンズ)61と、固体撮像装置としてのCCDイメージセンサ62と、信号処理回路63と、イメージセンサ駆動回路64とを備える。
CCDイメージセンサ62は、上述した固体撮像素子の実施の形態として示したCCDイメージセンサが適用される。
光学系61は、被写体からの像光(入射光)をCCDイメージセンサ62の撮像面上に結像させる。これにより、CCDイメージセンサ62の光電変換素子において一定期間信号電荷が蓄積される。信号処理回路63は、CCDイメージセンサ62の出力信号に対して種々の信号処理を施して出力する。
また、CCDイメージセンサ62は、イメージセンサ駆動回路64により駆動される。
なお、カメラシステム60は、光学系61、CCDイメージセンサ62、信号処理回路63及びイメージセンサ駆動回路64がモジュール化したカメラモジュールの形態を含む。また、電子機器62を構成する固体撮像装置としてCCDイメージセンサを用いたが、CCDイメージセンサの代りに、CMOSイメージセンサを適用することもできる。
本実施の形態の電子機器は、図21のカメラ、あるいはカメラモジュールを備えた例えば携帯電話に代表されるカメラ付き携帯機器などを構成することができる。
さらに、図21の構成は、光学系51、半導体撮像素子52、信号処理回路53がモジュール化した撮像機能を有するモジュール、いわゆる撮像機能モジュ−ルとして構成することができる。本実施の形態の電子機器は、このような撮像機能モジュールを備えた電子機器を構成することができる。
本実施の形態に係る電子機器によれば、斜め方向から入射する入射光に対して混色の発生を抑制することができるカラーフィルタを用いることにより、色再現性に優れ、色シェーディングの悪化を防ぐことができる、電子機器を提供することができる。
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
従来のカラーフィルタの概略構成を示す平面図である。 図1に示すカラーフィルタにおける断面図である。 図1に示すカラーフィルタを透過する入射光の分光特性を示す図である。 従来のカラーフィルタの概略構成を示す断面図である。 図4に示すカラーフィルタを透過する入射光の分光特性を示す図である。 本発明の第1の実施の形態のカラーフィルタの概略構成を示す平面図である。 Aは、本発明の第1の実施の形態のカラーフィルタを構成する第1のカラーフィルタの概略構成を示す平面図である。Bは、本発明の第1の実施の形態のカラーフィルタを構成する第2のカラーフィルタの概略構成を示す平面図である。 図6に示すカラーフィルタのA−A’線における断面図である。 Aは、図6に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための平面図である。Bは、図6に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図である。 Aは、図6に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための平面図である。Bは、図6に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図である。 Aは、図6に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための平面図である。Bは、図6に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図である。 Aは、図6に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための平面図である。Bは、図6に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第2の実施の形態のカラーフィルタの概略構成を示す平面図である。 Aは、本発明の第2の実施の形態のカラーフィルタを構成する第3のカラーフィルタの概略構成を示す平面図である。Bは、本発明の第1の実施の形態のカラーフィルタを構成する第4のカラーフィルタの概略構成を示す平面図である。 Aは、図13に示すカラーフィルタのB−B’線における断面図である。Bは、図13に示すカラーフィルタのC−C’線における断面図である。 Aは、図13に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための平面図である。Bは、図13に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図である。 Aは、図13に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための平面図である。Bは、図13に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図である。 Aは、図13に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための平面図である。Bは、図13に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図である。 Aは、図13に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための平面図である。Bは、図13に示すカラーフィルタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態の固体撮像装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の電子機器の実施の形態のカメラシステムの概略構成を示す図である。
符号の説明
10,20,30,40 カラーフィルタ、11,21,31,41 青色光を透過する領域(BLU)、12,22,33 緑色光を透過する領域(GRE)、13,23,32 赤色光を透過する領域(RED)、14,24,37,38 入射光、15 マイクロレンズ、16,17 破線、18,27 実線、26 透光領域、30A 第1のカラーフィルタ、30B 第2のカラーフィルタ、34 マゼンダ色光を透過する領域(MG)、35 シアン色光を透過する領域(CY)、36 イエロー色光を透過する領域(YL)、39,51 基体、40A 第3のカラーフィルタ、40B 第4のカラーフィルタ、50,62 CCDイメージセンサ、52 フォトダイオード(PD)、53 垂直電荷転送部、54 垂直電荷転送電極、55 絶縁層、56 遮光層、56A 張り出し部、57 B−PSG層、58 P−SiN層、59 平坦化層、60 カメラシステム、61 光学系(光学レンズ)、63 信号処理回路、64 イメージセンサ駆動回路

Claims (9)

  1. 青色光を透過する領域、緑色光を透過する領域、及び、赤色光を透過する領域を備え、
    前記青色光を透過する領域、前記緑色光を透過する領域、及び、前記赤色光を透過する領域のうち、隣接する少なくとも2つの領域が、補色光を透過する補色フィルタの組み合わせにより構成され、
    前記隣接する領域において、光の入射面側に同色光を透過する前記補色フィルタが設けられている
    カラーフィルタ。
  2. 前記青色光を透過する領域が、シアン光を透過する前記補色フィルタと、マゼンダ光を透過する前記補色フィルタから構成され、
    前記赤色光を透過する領域が、イエロー光を透過する前記補色フィルタと、マゼンダ光を透過する前記補色フィルタから構成され、
    前記緑色光を透過する領域が、シアン光を透過する前記補色フィルタと、イエロー光を透過する前記補色フィルタとから構成される
    請求項1に記載のカラーフィルタ。
  3. 前記青色光を透過する領域、前記緑色光を透過する領域、及び、前記赤色光を透過する領域のうち、1つの領域が他の2つの領域と隣接し、前記1つの領域内で、隣接する領域の光の入射側の面の前記補色フィルタに併せ、前記1つの領域内の光の入射側の面の前記補色フィルタを分割する請求項2に記載のカラーフィルタ。
  4. 前記青色光を透過する領域、前記緑色光を透過する領域、及び、前記赤色光を透過する領域のうち、隣接する2つの領域が補色フィルタであり、他の1つの領域が原色フィルタである請求項1に記載のカラーフィルタ。
  5. 前記青色光を透過する領域は、光の入射面側に前記シアン光を透過する補色フィルタが設けられ、
    前記赤色光を透過する領域は、光の入射面側に前記イエロー光を透過する補色フィルタが設けられ、
    前記緑色光を透過する領域は、前記青色光を透過する領域と隣接する部分の光の入射面側に前記シアン光を透過する補色フィルタが設けられ、前記赤色光を透過する領域と隣接する部分の光の入射面側に前記イエロー光を透過する補色フィルタが設けられている請求項2に記載のカラーフィルタ。
  6. 三原色光の何れかを透過する、第1の領域、第2の領域、及び第3の領域を、第1〜3の補色フィルタにより形成するカラーフィルタの製造方法であって、
    前記第1の領域の前記第2の領域と隣接する部分に、前記第1の補色フィルタを形成する工程と、
    前記第2の領域及び前記第3の領域に、第2の補色フィルタを形成する工程と、
    前記第1の領域及び前記第2の領域に、第3の補色フィルタを形成する工程と、
    前記第1の領域の前記第1の補色フィルタを形成していない部分及び前記第3の領域に、第1の補色フィルタを形成する工程と
    を含むカラーフィルタの製造方法。
  7. 三原色光の何れかを透過する、第1の領域、第2の領域、及び第3の領域を、第1〜3の補色フィルタにより形成するカラーフィルタの製造方法であって、
    前記第1の領域に、前記第1の補色フィルタを形成する工程と、
    前記第2の領域に、前記第2の補色フィルタを形成する工程と、
    前記第1の領域及び前記第2の領域に、第3の補色フィルタを形成する工程と、
    前記第3の領域に原色フィルタを形成する工程と
    を含むカラーフィルタの製造方法。
  8. 画素を構成する複数の光電変換領域を備える光電変換部と、
    前記光電変換部で得られた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、
    前記電荷転送部に接続される周辺回路部と、
    前記光電変換部の上層に青色光を透過する領域、緑色光を透過する領域、及び、赤色光を透過する領域の隣接する少なくとも2つの領域が、補色光を透過する補色フィルタの組み合わせにより構成され、前記隣接する領域において、光の入射面側に同色光を透過する前記補色フィルタが設けられているカラーフィルタを備える
    固体撮像装置。
  9. 画素を構成する複数の光電変換領域を備える光電変換部と、前記光電変換部で得られた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される周辺回路部と、前記光電変換部の上層に青色光を透過する領域、緑色光を透過する領域、及び、赤色光を透過する領域の隣接する少なくとも2つの領域が、補色光を透過する補色フィルタの組み合わせにより構成され、前記隣接する領域において、光の入射面側に同色光を透過する前記補色フィルタが設けられているカラーフィルタを備える固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
    前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と
    前記固体撮像装置を駆動する駆動回路
    とを備える電子機器。
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