JP5710526B2 - 固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法に関する。

現在イメージセンサーに用いられるカラーフィルターは有機顔料により構成されていることが多い。しかしながら、画素の微細化（画素数増大）や裏面照射型にも代表される低背化の技術動向に対して、有機顔料のフィルターでは微細化や薄膜化（低背化に寄与）に対応することが加工的に困難になることが予想される。そこで、有機顔料のフィルターに変わる新規な構造のカラーフィルターの開発が望まれる。さらに、そのような新規な構造のカラーフィルターにおいてフィルター特性を改善することが望まれる。

特開２００８−１７０９７９号公報

１つの実施形態は、例えば、フィルター特性を改善できる固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。

１つの実施形態によれば、複数の画素が２次元状に配列された画素配列を有する固体撮像装置が提供される。複数の画素のそれぞれは、光電変換部と多層干渉フィルターとを有する。多層干渉フィルターは、入射した光のうち特定の色の光を選択的に光電変換部に導くように配されている。複数の画素のそれぞれにおける多層干渉フィルターは、上部積層構造と下部積層構造と制御構造とを有する。上部積層構造は、第１の層と第２の層とが交互に積層されている。第１の層と第２の層とは、互いに屈折率が異なる。下部積層構造は、第１の層と第２の層とが交互に積層されている。制御構造は、多層干渉フィルターのフィルター特性を制御するように、上部積層構造と下部積層構造との間に形成されている。第１の画素における多層干渉フィルターと第２の画素における多層干渉フィルターとは、いずれも、第１の色の光を選択的に光電変換部に導くように配されている。第１の画素は、複数の画素のうちの１つの画素である。第２の画素は、複数の画素のうち第１の画素より画素配列の中心から遠い位置にある画素である。第１の画素における制御構造と第２の画素における制御構造とは、第１の画素における多層干渉フィルターのフィルター特性と第２の画素における多層干渉フィルターのフィルター特性とが均等になるように、互いに形態が異なる。

第１の実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 第１の実施形態の変形例にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第２の実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第２の実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第３の実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第３の実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第４の実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第４の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 比較例を示す図。

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

（第１の実施形態）
実施形態にかかる固体撮像装置１について図１を用いて説明する。図１は、実施形態にかかる固体撮像装置１の構成を例示的に示す図である。

固体撮像装置１は、例えばカメラのレンズ（図示せず）により、画素配列ＰＡ上に被写体の画像が形成される。画素配列ＰＡでは、複数の画素Ｐ−１〜Ｐ−ｎが２次元状に配列されている。各画素Ｐ−１〜Ｐ−ｎは、入射した光に対して光電変換を行い、入射した光量に応じた画素信号を生成する。各画素Ｐ−１〜Ｐ−ｎの画素信号は、画素配列ＰＡの周辺回路（図示せず）により読み出される。これにより、固体撮像装置１は、画素配列ＰＡ上の被写体の画像を撮像して、複数の画素信号を含む画像信号を出力する。

このとき、被写体の画像をカラーで撮像するためには、入射した光のうち例えば３原色（赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ））の波長領域の光を選択的に光電変換する必要がある。そこで、各画素Ｐ−１〜Ｐ−ｎには、例えばベイヤー配列（図８（ａ）参照）に従ってカラーフィルターが設けられている。

カラーフィルターは、一般に、有機顔料により構成されていることが多い。しかしながら、今後ますます進むであろう画素の微細化（つまり画素数増大）や裏面照射型にも代表される低背化の技術動向に対して、有機顔料のカラーフィルターでは微細化や薄膜化（低背化に寄与）に対応することが加工的に困難になることが予想される。

そこで、本実施形態では、カラーフィルターとして、図２に示すように、無機材料を使った多層干渉フィルターを採用する。図２は、固体撮像装置１における、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に対応した３画素分の断面構成を例示的に示す図である。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

制御構造２３ｒは、上部積層構造２４ｒと下部積層構造２５ｒの間に制御層２６ｒを有する。制御層２６ｒの屈折率は、第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４の屈折率より低い。制御層２６ｒは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２、屈折率１．４６）で形成されている。

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

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

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

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

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

制御構造２３ｇは、上部積層構造２４ｇと下部積層構造２５ｇの間に制御層２６ｇを有する。制御層２６ｇの屈折率は、第１の層２１ｇ−１、２１ｇ−２、２１ｇ−３、２１ｇ−４の屈折率より低い。制御層２６ｇは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２、屈折率１．４６）で形成されている。

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

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

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

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

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

制御構造２３ｂは、上部積層構造２４ｂと下部積層構造２５ｂの間に制御層２６ｂを有する。制御層２６ｂの屈折率は、第１の層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３、２１ｂ−４の屈折率より低い。制御層２６ｂは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２、屈折率１．４６）で形成されている。

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

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

図２に示す多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂでは、上部積層構造及び下部積層構造の界面に形成された制御構造が、そのフィルター特性を制御する。具体的には、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂでは、上部積層構造と下部積層構造との界面における制御層の膜厚の違いによってその透過帯域をそれぞれ変化させる。例えば、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂでは、それぞれ、制御層２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの膜厚を例えば１１０ｎｍ、５０ｎｍ、１０ｎｍとすると、図１２（ｂ）に示すように、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになる。

ここで、本発明者は、検討を行って、多層干渉フィルターのフィルター特性が画素配列ＰＡ内の複数の画素Ｐ−１〜Ｐ−ｎの間でばらつく可能性があることを見出した。例えば、カメラのレンズ（図示せず）の光軸が画素配列ＰＡの中心ＰＡＣ近傍を通るように調整されている場合、画素配列ＰＡの中心ＰＡＣから画素までの距離に応じて、画素への光の入射角度が異なる。

例えば、図１２（ａ）に示すように、画素配列ＰＡの中心ＰＡＣに近い画素Ｐ１に対する入射光ＩＬ１の入射角度は、約０°である。このとき、例えば、画素Ｐ１より画素配列ＰＡの中心ＰＡＣから遠い画素Ｐ２に対する入射光ＩＬ２の入射角度は、約１０°である。例えば、画素Ｐ２より画素配列ＰＡの中心ＰＡＣから遠い画素Ｐ３に対する入射光ＩＬ３の入射角度は、約３０°である。

本発明者は、例えば、画素Ｐ１〜Ｐ３がいずれも赤色（Ｒ）用に設計された互いに均等な膜厚の制御層を含む多層干渉フィルター２０ｒを有する場合についてシミュレーションを行った。その結果、図１２（ｂ）に示すように、入射光の入射角度が０°（実線）→１０°（破線）→３０°（一点鎖線）と大きくなるに従って、多層干渉フィルター２０ｒの分光透過率のピークが短波長側にずれていくことが分かった。例えば、入射光の入射角度が０°（実線）の場合に比べて、入射光の入射角度が１０°（破線）の場合に、ピークが例えば３ｎｍ短波長側にずれる。例えば、入射光の入射角度が０°（実線）の場合に比べて、入射光の入射角度が３０°（一点鎖線）の場合に、ピークが例えば３０ｎｍ短波長側にずれる。

また、本発明者は、例えば、画素Ｐ１〜Ｐ３がいずれも緑色（Ｇ）用に設計された互いに均等な膜厚の制御層を含む多層干渉フィルター２０ｇを有する場合についてシミュレーションを行った。その結果、図１２（ｂ）に示すように、入射光の入射角度が０°（実線）→１０°（破線）→３０°（一点鎖線）と大きくなるに従って、多層干渉フィルター２０ｇの分光透過率のピークが短波長側にずれていくことが分かった。例えば、入射光の入射角度が０°（実線）の場合に比べて、入射光の入射角度が１０°（破線）の場合に、ピークが例えば３ｎｍ短波長側にずれる。例えば、入射光の入射角度が０°（実線）の場合に比べて、入射光の入射角度が３０°（一点鎖線）の場合に、ピークが例えば３０ｎｍ短波長側にずれる。

また、本発明者は、例えば、画素Ｐ１〜Ｐ３がいずれも青色（Ｂ）用に設計された互いに均等な膜厚の制御層を含む多層干渉フィルター２０ｂを有する場合についてシミュレーションを行った。その結果、図１２（ｂ）に示すように、入射光の入射角度が０°（実線）→１０°（破線）→３０°（一点鎖線）と大きくなるに従って、多層干渉フィルター２０ｂの分光透過率のピークが短波長側にずれていくことが分かった。例えば、入射光の入射角度が０°（実線）の場合に比べて、入射光の入射角度が１０°（破線）の場合に、ピークが例えば３ｎｍ短波長側にずれる。例えば、入射光の入射角度が０°（実線）の場合に比べて、入射光の入射角度が３０°（一点鎖線）の場合に、ピークが例えば３０ｎｍ短波長側にずれる。

すなわち、多層干渉フィルターは制御層の膜厚でフィルター特性を制御するので、入射光の入射角度が０°から大きくなるに従って、制御層の光学的膜厚が変化して、多層干渉フィルターのフィルター特性も設計されたものからずれていくものと考えられる。このように、光の斜め入射の角度によってピークずれが発生し（特に主光線角度）、多層干渉フィルターのフィルター特性が画素配列ＰＡ内の複数の画素Ｐ−１〜Ｐ−ｎの間でばらつく可能性がある。これにより、例えば、固体撮像装置１で撮像された画像信号により得られる画像の画質が劣化する可能性がある。

そこで、本実施形態では、画素配列ＰＡ内の複数の画素Ｐ−１〜Ｐ−ｎのうち、画素配列ＰＡの中心ＰＡＣに近い画素における制御構造と画素配列ＰＡの中心ＰＡＣから遠い画素における制御構造とで形態を異ならせることで、画素配列ＰＡの中心ＰＡＣに近い画素の多層干渉フィルターのフィルター特性と画素配列ＰＡの中心ＰＡＣから遠い画素におけるフィルター特性とが均等になるようにする。

具体的には、図１に示すように、画素配列ＰＡ内を画素配列ＰＡの中心ＰＡＣ付近の領域とその周辺の領域とに分ける。例えば、画素配列ＰＡ内を、図１に破線の内側の領域として示される、画素配列ＰＡの中心ＰＡＣを含む中心領域ＣＡと、図１に破線の外側の領域として示される、周辺領域ＰＡとに分ける。

そして、図３に示すように、同じ色に対応した画素の間で、周辺領域ＰＡの画素における制御層の厚さを、中心領域ＣＡの画素における制御層の厚さより厚くする。なお、図３では、説明の便宜上及び図示の簡略化のため、多層干渉フィルターにおける下部積層構造及び制御層までしか示されていないが、実際には制御層の上に上部積層構造が形成されている（図２参照）。

例えば、図３に示す画素Ｐ−ｍ、Ｐ−ｋにおける多層干渉フィルター２０ｇは、いずれも、緑色（Ｇ）の光を選択的に光電変換部１１ｇ（図２参照）に導くように配されている。画素Ｐ−ｍは、中心領域ＣＡに含まれ、画素Ｐ−ｋは、周辺領域ＰＡに含まれる（図１参照）。すなわち、画素Ｐ−ｋは、画素Ｐ−ｍより画素配列ＰＡの中心ＰＡＣから遠い位置に配されている。中心領域ＣＡの画素Ｐ−ｍにおける制御構造２３ｇは、上部積層構造２４ｇと下部積層構造２５ｇとの間に膜厚Ｄ１ｇの制御層２６ｇを有する。周辺領域ＰＡの画素Ｐ−ｋにおける制御構造２３ｇは、上部積層構造２４ｇと下部積層構造２５ｇとの間に膜厚Ｄ２ｇ（＞Ｄ１ｇ）の制御層２６ｇを有する。すなわち、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−ｋにおける制御層２６ｇは、中心領域ＣＡの画素Ｐ−ｍにおける制御層２６ｇより厚い。これにより、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−ｋにおける多層干渉フィルター２０ｇの分光透過率のピークは、中心領域ＣＡの画素Ｐ−ｍにおける多層干渉フィルター２０ｇの分光透過率のピークに近づくように、長波長側にシフトさせることができる。すなわち、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−ｋにおける多層干渉フィルター２０ｇのフィルター特性と中心領域ＣＡの画素Ｐ−ｍにおける多層干渉フィルター２０ｇのフィルター特性とを均等なものにすることができる。

また、例えば、図４（ｃ）に示すように、半導体基板１０の表面を基準とした場合に、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−ｋにおける制御層２６ｇの半導体基板１０側の主面の高さＨ２ｇ１と、中心領域ＣＡの画素Ｐ−ｍにおける制御層２６ｇの半導体基板１０側の主面の高さＨ１ｇ１とは、均等である。周辺領域ＰＡの画素Ｐ−ｋにおける制御層２６ｇの半導体基板１０と反対側の主面の高さＨ２ｇ２は、中心領域ＣＡの画素Ｐ−ｍにおける制御層２６ｇの半導体基板１０と反対側の主面の高さＨ１ｇ２より高い。この構造は、後述のように、３次元インプリント技術を用いて製造できる。

例えば、図３に示す画素Ｐ−（ｍ＋１）、Ｐ−（ｋ＋１）における多層干渉フィルター２０ｒは、いずれも、赤色（Ｒ）の光を選択的に光電変換部１１ｒ（図２参照）に導くように配されている。画素Ｐ−（ｍ＋１）は、中心領域ＣＡに含まれ、画素Ｐ−（ｋ＋１）は、周辺領域ＰＡに含まれる（図１参照）。すなわち、画素Ｐ−（ｋ＋１）は、画素Ｐ−（ｍ＋１）より画素配列ＰＡの中心ＰＡＣから遠い位置に配されている。中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋１）における制御構造２３ｒは、上部積層構造２４ｒと下部積層構造２５ｒとの間に膜厚Ｄ１ｒの制御層２６ｒを有する。周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋１）における制御構造２３ｒは、上部積層構造２４ｒと下部積層構造２５ｒとの間に膜厚Ｄ２ｒ（＞Ｄ１ｒ）の制御層２６ｒを有する。すなわち、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋１）における制御層２６ｒは、中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋１）における制御層２６ｒより厚い。これにより、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋１）における多層干渉フィルター２０ｒの分光透過率のピークは、中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋１）における多層干渉フィルター２０ｒの分光透過率のピークに近づくように、長波長側にシフトさせることができる。すなわち、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋１）における多層干渉フィルター２０ｒのフィルター特性と中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋１）における多層干渉フィルター２０ｒのフィルター特性とを均等なものにすることができる。

なお、図３に示す画素Ｐ−（ｍ＋１）、Ｐ−（ｋ＋１）における多層干渉フィルター２０ｒは、いずれも、画素Ｐ−ｍ、Ｐ−ｋにおける多層干渉フィルター２０ｇよりも長波長の光を選択的に光電変換部１１ｒに導くように配されている。これに応じて、画素Ｐ−（ｍ＋１）における制御層２６ｒの膜厚Ｄ１ｒは、画素Ｐ−ｍにおける制御層２６ｇの膜厚Ｄ１ｇより厚くなっている。また、画素Ｐ−（ｋ＋１）における制御層２６ｒの膜厚Ｄ２ｒは、画素Ｐ−ｋにおける制御層２６ｇの膜厚Ｄ２ｇより厚くなっている。

また、例えば、図４（ｃ）に示すように、半導体基板１０の表面を基準とした場合に、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋１）における制御層２６ｒの半導体基板１０側の主面の高さＨ２ｒ１と、中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋１）における制御層２６ｒの半導体基板１０側の主面の高さＨ１ｒ１とは、均等である。周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋１）における制御層２６ｒの半導体基板１０と反対側の主面の高さＨ２ｒ２は、中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋１）における制御層２６ｒの半導体基板１０と反対側の主面の高さＨ１ｒ２より高い。この構造は、後述のように、３次元インプリント技術を用いて製造できる。

例えば、図３に示す画素Ｐ−（ｍ＋２）、Ｐ−（ｋ＋２）における多層干渉フィルター２０ｂは、いずれも、青色（Ｂ）の光を選択的に光電変換部１１ｂ（図２参照）に導くように配されている。画素Ｐ−（ｍ＋２）は、中心領域ＣＡに含まれ、画素Ｐ−（ｋ＋２）は、周辺領域ＰＡに含まれる（図１参照）。すなわち、画素Ｐ−（ｋ＋２）は、画素Ｐ−（ｍ＋２）より画素配列ＰＡの中心ＰＡＣから遠い位置に配されている。中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋２）における制御構造２３ｂは、上部積層構造２４ｂと下部積層構造２５ｂとの間に膜厚Ｄ１ｂの制御層２６ｂを有する。周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋２）における制御構造２３ｂは、上部積層構造２４ｂと下部積層構造２５ｂとの間に膜厚Ｄ２ｂ（＞Ｄ１ｂ）の制御層２６ｂを有する。すなわち、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋２）における制御層２６ｂは、中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋２）における制御層２６ｂより厚い。これにより、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋２）における多層干渉フィルター２０ｂの分光透過率のピークは、中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋２）における多層干渉フィルター２０ｂの分光透過率のピークに近づくように、長波長側にシフトさせることができる。すなわち、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋２）における多層干渉フィルター２０ｂのフィルター特性と中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋２）における多層干渉フィルター２０ｂのフィルター特性とを均等なものにすることができる。

なお、図３に示す画素Ｐ−（ｍ＋２）、Ｐ−（ｋ＋２）における多層干渉フィルター２０ｂは、いずれも、画素Ｐ−ｍ、Ｐ−ｋにおける多層干渉フィルター２０ｇよりも短波長の光を選択的に光電変換部１１ｂに導くように配されている。これに応じて、画素Ｐ−（ｍ＋２）における制御層２６ｂの膜厚Ｄ１ｂは、画素Ｐ−ｍにおける制御層２６ｇの膜厚Ｄ１ｇより薄くなっている。また、画素Ｐ−（ｋ＋２）における制御層２６ｂの膜厚Ｄ２ｂは、画素Ｐ−ｋにおける制御層２６ｇの膜厚Ｄ２ｇより薄くなっている。

また、例えば、図４（ｃ）に示すように、半導体基板１０の表面を基準とした場合に、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋２）における制御層２６ｂの半導体基板１０側の主面の高さＨ２ｂ１と、中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋２）における制御層２６ｂの半導体基板１０側の主面の高さＨ１ｂ１とは、均等である。周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋２）における制御層２６ｂの半導体基板１０と反対側の主面の高さＨ２ｂ２は、中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋２）における制御層２６ｂの半導体基板１０と反対側の主面の高さＨ１ｂ２より高い。この構造は、後述のように、３次元インプリント技術を用いて製造できる。
次に、固体撮像装置１の製造方法について図４を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、固体撮像装置１の製造方法を示す工程断面図である。

上記のような画素配列ＰＡ内で異なる膜厚の混在した制御層を形成する場合、製造方法を工夫する必要がある。そこで、本実施形態では、３次元インプリント技術で、上記の構造に適したテンプレートＴを使って各画素の制御層を形成する。

具体的には、図４（ａ）に示す工程では、半導体基板１０のウエル領域１２内に、イオン注入法などにより、中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋１）、Ｐ−ｍ、Ｐ−（ｍ＋２）、及び周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋１）、Ｐ−ｋ、Ｐ−（ｋ＋２）のそれぞれについて、電荷蓄積領域をそれぞれ含む光電変換部１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを形成する。ウエル領域１２は、第１導電型（例えば、Ｐ型）の不純物を低い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成する。光電変換部１１ｒ、１１ｇ、１１ｂにおける電荷蓄積領域は、例えば、第１導電型と反対導電型である第２導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、半導体基板１０のウエル領域１２内に、ウエル領域１２における第１導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で注入することにより形成する。

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

次に、中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋１）、Ｐ−ｍ、Ｐ−（ｍ＋２）、及び周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋１）、Ｐ−ｋ、Ｐ−（ｋ＋２）のそれぞれについて、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂの下部となるべき下部積層構造２５ｒ、２５ｇ、２５ｂを形成する。具体的には、第１の層２１ｒ−１、２１ｇ−１、２１ｂ−１を同時に堆積し、第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１を同時に堆積し、第１の層２１ｒ−２、２１ｇ−２、２１ｂ−２を同時に堆積する処理を順に行って形成する。各第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２は、スパッタ法などにより、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）で形成する。各第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２は、同じ膜厚で形成する。各第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２は、例えば、その光学的膜厚が中心波長（例えば、５５０ｎｍ）の１／４となるような膜厚で形成する。つまり材料（例えば、ＴｉＯ_２）の屈折率をｎ１とし、中心波長をλとしたとき、各第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２は、
ｎ１×ｄ１＝（１／４）×λ・・・数式１
を満たす膜厚ｄ１で形成する。例えば、ｎ１＝２．５、λ＝５５０ｎｍを数式１に代入すると、ｄ１＝５５ｎｍになる。また、第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１は、ＣＶＤ法などにより、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で形成する。第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１は、例えば、その光学的膜厚が中心波長（例えば、５５０ｎｍ）の１／４となるような膜厚で形成する。つまり材料（例えば、ＳｉＯ_２）の屈折率をｎ２とし、中心波長をλとしたとき、第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１は、
ｎ２×ｄ２＝（１／４）×λ・・・数式２
を満たす膜厚ｄ２で形成する。例えば、ｎ２＝１．４６、λ＝５５０ｎｍを数式２に代入すると、ｄ２＝９４ｎｍになる。

これにより、第１の層２１ｒ−１、第２の層２２ｒ−１、及び第１の層２１ｒ−２が順に積層された下部積層構造２５ｒが中心領域ＣＡ及び周辺領域ＰＡにそれぞれ形成される。第１の層２１ｇ−１、第２の層２２ｇ−１、及び第１の層２１ｇ−２が順に積層された下部積層構造２５ｇが中心領域ＣＡ及び周辺領域ＰＡにそれぞれ形成される。第１の層２１ｂ−１、第２の層２２ｂ−１、及び第１の層２１ｂ−２が順に積層された下部積層構造２５ｂが中心領域ＣＡ及び周辺領域ＰＡにそれぞれ形成される。

そして、中心領域ＣＡ及び周辺領域ＰＡのそれぞれにおける複数の下部積層構造２５ｒ、２５ｇ、２５ｂの上に、塗布系シリコン酸化物を含む粘性溶液を塗布する。塗布系シリコン酸化物を含む粘性溶液は、３次元ナノインプリント技術の加工に適した塗布材である。例えば、塗布系シリコン酸化物を含む粘性溶液は、シリコン酸化物及び熱硬化性成分（例えば、熱硬化性樹脂）が溶剤（例えば有機溶剤）に溶かされた粘性の高い溶液であり、例えばＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）などである。あるいは、例えば、塗布系シリコン酸化物を含む粘性溶液は、シリコン酸化物及び光硬化性成分（例えば、紫外線硬化樹脂）が溶剤（例えば有機溶剤）に溶かされた粘性の高い溶液である。

例えば、回転塗布法により、半導体基板１０を回転させた状態で、ノズル（図示せず）から半導体基板１０に向けて粘性溶液を塗布する（スピンコートする）。これにより、粘性溶液を複数の下部積層構造上に堆積し粘性溶液の膜２６ｉを形成する。なお、粘性溶液の膜２６ｉは、スリットノズル法など回転塗布法以外の方法で、半導体基板１０上に粘性溶液を塗布することで形成されても良い。

図４（ｂ）に示す工程では、３次元ナノインプリントの加工に用いるべきテンプレートＴを用意する。テンプレートＴには、形成すべき制御層の膜厚に対応した凹凸のパターンが形成されている。

例えば、テンプレートＴは、中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋１）、Ｐ−ｍ、Ｐ−（ｍ＋２）に対応した部分が、それぞれ、制御層２６ｒ、２６ｇ、２６ｂに対応した厚さＴＤ１ｒ、ＴＤ１ｇ、ＴＤ１ｂを有している。例えば、厚さＴＤ１ｒ、ＴＤ１ｇ、ＴＤ１ｂは、基準厚さＳＤから、それぞれ、制御層２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの厚さＤ１ｒ、Ｄ１ｇ、Ｄ１ｂを引いたものと均等である。

例えば、テンプレートＴは、周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋１）、Ｐ−ｋ、Ｐ−（ｋ＋２）に対応した部分が、それぞれ、制御層２６ｒ、２６ｇ、２６ｂに対応した厚さＴＤ２ｒ、ＴＤ２ｇ、ＴＤ２ｂを有している。例えば、厚さＴＤ２ｒ、ＴＤ２ｇ、ＴＤ２ｂは、基準厚さＳＤから、それぞれ、制御層２６ｒ、２６ｇ、２６ｂの厚さＤ２ｒ、Ｄ２ｇ、Ｄ２ｂを引いたものと均等である。

そして、３次元ナノインプリント用のテンプレートＴを用いて、複数の下部積層構造上に塗布された粘性溶液の膜２６ｉ（図４（ａ）参照）を３次元的にパターニングする。例えば、粘性溶液の膜２６ｉにテンプレートＴを接触させる。あるいは、例えば、テンプレートＴを粘性溶液の膜２６ｉに押し付ける。すると、毛細管現象によりテンプレートＴに形成されているパターンの凹部に粘性溶液の膜２６ｉが入り込む。粘性溶液の膜２６ｉが凹部に十分に入り込んだ後、凹部に十分に入り込んだ粘性溶液の膜２６ｉを硬化させる。

例えば、粘性溶液が熱硬化性成分を含む場合、図４（ｂ）に示す状態で凹部に十分に入り込んだ粘性溶液の膜２６ｉを加熱することで、粘性溶液の膜２６ｉを硬化させる。このとき、粘性溶液の膜２６ｉに含まれる有機溶剤も揮発させることができる。

あるいは、例えば、粘性溶液が光硬化性成分（例えば、紫外線硬化樹脂）を含む場合、図４（ｂ）に示す状態で凹部に十分に入り込んだ粘性溶液の膜２６ｉに光（例えば、紫外線）を照射することで、粘性溶液の膜２６ｉを硬化させる。その後、所定の熱処理を行うことで、粘性溶液の膜２６ｉに含まれる有機溶剤を揮発させることができる。

粘性溶液の膜２６ｉの硬化後、テンプレートＴが離型される。これにより、図４（ｂ）に示すように、粘性溶液の膜２６ｉに、テンプレートＴに形成されたパターンが転写される。

すなわち、膜厚Ｄ１ｒを有する制御層２６ｒが中心領域ＣＡに形成され、膜厚Ｄ２ｒ（＞Ｄ１ｒ）を有する制御層２６ｒが周辺領域ＰＡに形成される。膜厚Ｄ１ｇを有する制御層２６ｇが中心領域ＣＡに形成され、膜厚Ｄ２ｇ（＞Ｄ１ｇ）を有する制御層２６ｇが周辺領域ＰＡに形成される。膜厚Ｄ１ｂを有する制御層２６ｂが中心領域ＣＡに形成され、膜厚Ｄ２ｂ（＞Ｄ１ｂ）を有する制御層２６ｂが周辺領域ＰＡに形成される。

図４（ｃ）に示す工程では、中心領域ＣＡの画素Ｐ−（ｍ＋１）、Ｐ−ｍ、Ｐ−（ｍ＋２）、及び周辺領域ＰＡの画素Ｐ−（ｋ＋１）、Ｐ−ｋ、Ｐ−（ｋ＋２）のそれぞれについて、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂの上部となるべき上部積層構造２４ｒ、２４ｇ、２４ｂを形成する。具体的には、第１の層２１ｒ−３、２１ｇ−３、２１ｂ−３を同時に堆積し、第２の層２２ｒ−３、２２ｇ−３、２２ｂ−３を同時に堆積し、第１の層２１ｒ−４、２１ｇ−４、２１ｂ−４を同時に堆積する処理を順に行って形成する。各第１の層２１ｒ−３〜２１ｂ−４は、スパッタ法などにより、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）で形成する。第１の層２１ｒ−３〜２１ｂ−４は、第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２（図４（ａ）参照）と同じ膜厚で形成する。第１の層２１ｒ−３〜２１ｂ−４は、例えば、その光学的膜厚が中心波長（例えば、５５０ｎｍ）の１／４となるような膜厚で形成する。つまり、第１の層２１ｒ−３〜２１ｂ−４は、上記の数式１を満たす膜厚ｄ１（例えば、ｄ１＝５５ｎｍ）で形成する。また、第２の層２２ｒ−３〜２２ｂ−３は、ＣＶＤ法などにより、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で形成する。第２の層２２ｒ−３〜２２ｂ−３は、第２の層２２ｒ−１〜２２ｂ−１（図４（ａ）参照）と同じ膜厚で形成する。第２の層２２ｒ−３〜２２ｂ−３は、例えば、その光学的膜厚が中心波長（例えば、５５０ｎｍ）の１／４となるような膜厚で形成する。つまり、第２の層２２ｒ−３〜２２ｂ−３は、上記の数式２を満たす膜厚ｄ２（例えば、ｄ２＝９４ｎｍ）で形成する。

これにより、第１の層２１ｒ−３、第２の層２２ｒ−３、及び第１の層２１ｒ−４が順に積層された上部積層構造２４ｒが制御層２６ｒの上に形成される。すなわち、上部積層構造２４ｒ、制御層２６ｒ、下部積層構造２５ｒを有する多層干渉フィルター２０ｒが中心領域ＣＡ及び周辺領域ＰＡにそれぞれ形成される。第１の層２１ｇ−３、第２の層２２ｇ−３、及び第１の層２１ｇ−４が順に積層された上部積層構造２４ｇが制御層２６ｇの上に形成される。すなわち、上部積層構造２４ｇ、制御層２６ｇ、下部積層構造２５ｇを有する多層干渉フィルター２０ｇが中心領域ＣＡ及び周辺領域ＰＡにそれぞれ形成される。第１の層２１ｂ−３、第２の層２２ｂ−３、及び第１の層２１ｂ−４が順に積層された上部積層構造２４ｂが制御層２６ｂの上に形成される。すなわち、上部積層構造２４ｂ、制御層２６ｂ、下部積層構造２５ｂを有する多層干渉フィルター２０ｂが中心領域ＣＡ及び周辺領域ＰＡにそれぞれ形成される。

以上のように、第１の実施形態では、固体撮像装置１において、中心領域ＣＡの画素における制御構造と周辺領域ＰＡの画素における制御構造とは、中心領域ＣＡの画素における多層干渉フィルターのフィルター特性と周辺領域ＰＡの画素における多層干渉フィルターのフィルター特性とが均等になるように、互いに形態が異なる。これにより、画素配列ＰＡ内の複数の画素Ｐ−１〜Ｐ−ｎの間で、多層干渉フィルターのフィルター特性のばらつきを低減できるので、画素配列ＰＡの全体として、フィルター特性を改善できる。この結果、例えば、固体撮像装置１で撮像された画像信号により得られる画像の画質の劣化を抑制できる。

また、第１の実施形態では、周辺領域ＰＡの画素における制御構造が上部積層構造と下部積層構造との間に有する制御層は、中心領域ＣＡの画素における制御構造が上部積層構造と下部積層構造との間に有する制御層より厚い。これにより、周辺領域ＰＡの画素における多層干渉フィルターの分光透過率のピークは、中心領域ＣＡの画素における多層干渉フィルターの分光透過率のピークに近づくように、長波長側にシフトさせることができる。周辺領域ＰＡの画素における多層干渉フィルターのフィルター特性と中心領域ＣＡの画素における多層干渉フィルターのフィルター特性とを均等なものにすることができる。すなわち、画素配列ＰＡの全体として、斜め入射の角度依存性による特性劣化を改善することが可能である。

また、第１の実施形態では、周辺領域ＰＡの画素における制御層の半導体基板１０側の主面と中心領域ＣＡの画素における制御層の半導体基板１０側の主面とは、半導体基板１０から高さが均等である。周辺領域ＰＡの画素における制御層の半導体基板１０と反対側の主面は、中心領域ＣＡの画素における制御層の半導体基板１０と反対側の主面より、半導体基板１０から高い。この構造は、上記のように、３次元ナノインプリント用のテンプレートＴを用いて、周辺領域ＰＡと中心領域ＣＡとで一括して製造できる。すなわち、第１の実施形態にかかる固体撮像装置１の構成によれば、周辺領域ＰＡと中心領域ＣＡとで異なる形態の制御構造を一括して製造することに適した固体撮像装置１を提供できる。

また、第１の実施形態では、中心領域ＣＡの画素における制御層と周辺領域ＰＡの画素における制御層とが、いずれも、塗布系シリコン酸化物を主成分とする材料で形成されている。この材料は、上記のように、３次元ナノインプリント用のテンプレートＴを用いて、周辺領域ＰＡと中心領域ＣＡとで一括して制御層を製造することに適した材料である。すなわち、この観点からも、周辺領域ＰＡと中心領域ＣＡとで異なる形態の制御構造を一括して製造することに適した固体撮像装置１を提供できる。

また、第１の実施形態では、図４（ｂ）に示す工程において、形成すべき制御層の膜厚に対応した凹凸のパターンが形成された３次元ナノインプリント用のテンプレートＴを用いて、複数の下部積層構造上に塗布された粘性溶液の膜２６ｉを３次元的にパターニングする。具体的には、中心領域ＣＡの画素における制御層に比べて、周辺領域ＰＡの画素における制御層が厚くなるように、粘性溶液の膜２６ｉを３次元的にパターニングする。これにより、周辺領域ＰＡと中心領域ＣＡとで異なる形態の制御構造を一括して製造できる。

なお、第１の実施形態では、中心領域ＣＡの画素における制御層と周辺領域ＰＡの画素における制御層とについて２段階で膜厚を厚くしているが、多段階で膜厚を厚くしてもよい。例えば、図１に示すように、画素配列ＰＡ内を画素配列ＰＡの中心ＰＡＣ付近の領域とその周辺の領域とそのさらに周辺の領域とに分ける。例えば、画素配列ＰＡ内を、図１に破線の内側の領域として示される、画素配列ＰＡの中心ＰＡＣを含む中心領域ＣＡと、図１に破線と１点鎖線との間の領域として示される、周辺領域ＰＡ１と、図１に１点鎖線と２点鎖線との間の領域として示される、周辺領域ＰＡ２とに分ける。すなわち、周辺領域ＰＡ１は、中心領域ＣＡの外側にあり、周辺領域ＰＡ２は、周辺領域ＰＡ１の外側にある。

そして、図５に示すように、同じ色に対応した画素の間で、周辺領域ＰＡ１の画素における制御層の厚さを、中心領域ＣＡの画素における制御層の厚さより厚くする。また、周辺領域ＰＡ２の画素における制御層の厚さを、周辺領域ＰＡ１の画素における制御層の厚さより厚くする。

例えば、図５に示す画素Ｐ−ｍ、Ｐ−ｋ、Ｐ−１における多層干渉フィルター２０ｇは、いずれも、緑色（Ｇ）の光を選択的に光電変換部１１ｇ（図２参照）に導くように配されている。画素Ｐ−ｍは、中心領域ＣＡに含まれ、画素Ｐ−ｋは、周辺領域ＰＡ１に含まれ、画素Ｐ−１は、周辺領域ＰＡ２に含まれる（図１参照）。すなわち、画素Ｐ−ｋは、画素Ｐ−ｍより画素配列ＰＡの中心ＰＡＣから遠い位置に配されている。画素Ｐ−１は、画素Ｐ−ｋより画素配列ＰＡの中心ＰＡＣから遠い位置に配されている。中心領域ＣＡの画素Ｐ−ｍにおける制御構造２３ｇは、上部積層構造２４ｇと下部積層構造２５ｇとの間に膜厚Ｄ１ｇの制御層２６ｇを有する。周辺領域ＰＡ１の画素Ｐ−ｋにおける制御構造２３ｇは、上部積層構造２４ｇと下部積層構造２５ｇとの間に膜厚Ｄ２ｇ（＞Ｄ１ｇ）の制御層２６ｇを有する。周辺領域ＰＡ２の画素Ｐ−１における制御構造２３ｇは、上部積層構造２４ｇと下部積層構造２５ｇとの間に膜厚Ｄ３ｇ（＞Ｄ２ｇ）の制御層２６ｇを有する。すなわち、周辺領域ＰＡ１の画素Ｐ−ｋにおける制御層２６ｇは、中心領域ＣＡの画素Ｐ−ｍにおける制御層２６ｇより厚い。

これにより、周辺領域ＰＡ１の画素Ｐ−ｋにおける多層干渉フィルター２０ｇの分光透過率のピークは、中心領域ＣＡの画素Ｐ−ｍにおける多層干渉フィルター２０ｇの分光透過率のピークに近づくように、長波長側にシフトさせることができる。周辺領域ＰＡ２の画素Ｐ−１における多層干渉フィルター２０ｇの分光透過率のピークは、周辺領域ＰＡ１の画素Ｐ−ｋにおける多層干渉フィルター２０ｇの分光透過率のピークに近づくように、長波長側にシフトさせることができる。すなわち、周辺領域ＰＡ２の画素Ｐ−１における多層干渉フィルター２０ｇのフィルター特性と、周辺領域ＰＡ１の画素Ｐ−ｋにおける多層干渉フィルター２０ｇのフィルター特性と、中心領域ＣＡの画素Ｐ−ｍにおける多層干渉フィルター２０ｇのフィルター特性とを、互いに均等なものにすることができる。

したがって、画素配列ＰＡ内におけるフィルター特性のばらつきを多段階的に低減できるので、画素配列ＰＡの全体として、フィルター特性をさらに改善できる。

あるいは、第１の実施形態では、中心領域ＣＡの画素における制御層と周辺領域ＰＡの画素における制御層とについて２段階で膜厚を厚くしているが、その画素中心の、画素配列ＰＡの中心ＰＡＣからの距離に応じて連続的に膜厚を厚くしてもよい。

例えば、画素配列ＰＡの中心ＰＡＣからの距離Ｌに対する分光透過率のピークのずれ量Ｓを求めるための下記の数式３に示される関数ｆ１を実験的に取得しておく。
Ｓ＝ｆ１（Ｌ）・・・数式３
さらに、分光透過率のピークのずれ量Ｓを補正するための膜厚増加分ΔＤを求めるための下記の数式４に示される関数ｆ２を実験的に取得しておく。
ΔＤ＝ｆ２（Ｓ）・・・数式４

例えば、画素配列ＰＡの中心ＰＡＣ近傍の画素Ｐ−ｍは、画素配列ＰＡの中心から画素中心までの距離Ｌ−ｍがほぼ０であるため、数式３及び数式４により膜厚増加分ΔＤもほぼ０になる。

例えば、画素配列ＰＡの中心ＰＡＣからより遠い画素Ｐ−ｋは、画素配列ＰＡの中心から画素中心までの距離Ｌ−ｋがより大きいため、数式３及び数式４により膜厚増加分ΔＤもより大きくなる。

したがって、数式３及び数式４により、画素配列ＰＡ内におけるフィルター特性のばらつきを連続的に低減できるので、画素配列ＰＡの全体として、フィルター特性をさらに改善できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態にかかる固体撮像装置１ｉについて説明する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

第１の実施形態では、中心領域ＣＡと周辺領域ＰＡとで制御層の厚さを変えることで制御構造の形態を異ならせているが、第２の実施形態では、中心領域ＣＡと周辺領域ＰＡとで制御層の有無により制御構造の形態を異ならせることも行う。

具体的には、固体撮像装置１ｉは、図６に示すように、中心領域ＣＡの青色（Ｂ）に対応した画素Ｐｉ−（ｍ＋２）の制御構造２３ｂｉが、第１の実施形態と異なる。制御構造２３ｂｉは、上部積層構造２４ｂｉと下部積層構造２５ｂｉとを接触させるような構造である。この制御構造２３ｂｉは、上部積層構造２４ｂｉと下部積層構造２５ｂｉとの間に仮想的に膜厚０の制御層を有するものとみなすこともできる。

そして、図７に示すように、同じ色（すなわち、青色（Ｂ））に対応した画素の間で、周辺領域ＰＡの画素Ｐｉ−（ｋ＋２）に制御層２６ｇを設けるのに対して、中心領域ＣＡの画素Ｐｉ−（ｍ＋２）に制御層を設けない。これにより、周辺領域ＰＡの画素Ｐｉ−（ｋ＋２）における多層干渉フィルター２０ｂの分光透過率のピークは、中心領域ＣＡの画素Ｐｉ−（ｍ＋２）における多層干渉フィルター２０ｇの分光透過率のピークに近づくように、長波長側にシフトさせることができる。すなわち、周辺領域ＰＡの画素Ｐｉ−（ｋ＋２）における多層干渉フィルター２０ｂのフィルター特性と中心領域ＣＡの画素Ｐｉ−（ｍ＋２）における多層干渉フィルター２０ｇのフィルター特性とを均等なものにすることができる。

このように、実施の形態２では、制御層の有無により制御構造の形態を異ならせることで、周辺領域ＰＡの画素Ｐｉ−（ｋ＋２）における多層干渉フィルター２０ｂのフィルター特性と中心領域ＣＡの画素Ｐｉ−（ｍ＋２）における多層干渉フィルター２０ｇのフィルター特性とを均等なものにすることができる。

なお、図６に示すように、上部積層構造と下部積層構造とが上部積層構造と下部積層構造との界面に対して互いに非対称な構造を有していてもよい。すなわち、多層干渉フィルターにおいて、上部積層構造と下部積層構造とは、両者における対応する複数の層のうち一部の層が残りの層より薄くなっており、一部の層以外の対応する層の膜厚が互いに等しくなっていてもよい。例えば、上部積層構造と下部積層構造とは、両者における対応する複数の第１の層２１−１〜２１−４のうち１つの第１の層２１−３が残りの第１の層２１−１、２１−２、２１−４より薄く（例えば、膜厚が２５ｎｍに）なっていてもよい。より具体的には、上部積層構造における最下の第１の層２１−３は、上部積層構造における他の第１の層２１−４より薄くなっているとともに、下部積層構造における第１の層２１−１、２１−２より薄くなっている。そして、上部積層構造と下部積層構造とは、第１の層２１−３以外の第１の層２１−１、２１−２、２１−４同士が互いに均等な膜厚（例えば、５５ｎｍの膜厚）を有しており、第２の層２２−１、２２−３が互いに均等な膜厚（例えば、９４ｎｍの膜厚）を有している。すなわち、多層干渉フィルターにおいて、上部積層構造と下部積層構造とは、上部積層構造と下部積層構造との界面に対して互いに対称な構造を基準の構造として、基準の構造に対して１つの第１の層２１−３を薄くする変更を加えたことによる非対称な構造を有している。

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

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態にかかる固体撮像装置１ｋについて説明する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

第１の実施形態では、画素配列ＰＡ内の全体が例えばベイヤー配列に従った色配列である場合を例示しているが、画素配列ＰＡ内では、中心領域ＣＡに比べて周辺領域ＰＡの画質が劣化しやすい傾向にある。

そこで、第３の実施形態では、この中心領域ＣＡと周辺領域ＰＡとの間における画質劣化の傾向の違いを考慮して、画素配列ＰＡ内の中心領域ＣＡと周辺領域ＰＡとで色配列を変える。

具体的には、固体撮像装置１ｋでは、中心領域ＣＡにおいて、図８（ａ）に示すように、ベイヤー配列に従った色配列を行う。ベイヤー配列は、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の４画素を単位として構成される。

一方、周辺領域ＰＡでは、画質劣化を抑制するために、図８（ｂ）に破線で示すように、ベイヤー配列の一部を補色フィルター配列で置き換える。補色フィルター配列は、黄（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、緑（Ｇ）の４画素を単位として構成される。

このとき、例えば、図８（ｂ）に示すように、ベイヤー配列の４画素単位と補色フィルター配列の４画素単位とを、互いに縦横に２画素ピッチでシフトさせた千鳥格子状に配列することで、相補的に画質を向上できる。

そして、図９に示すように、シアン（Ｃｙ）に対応した画素Ｐ−（ｈ＋２）における多層干渉フィルターは、青（Ｂ）に対応した画素Ｐ−（ｋ＋２）における多層干渉フィルターよりも長波長であり、かつ、緑（Ｇ）に対応した画素Ｐ−ｋにおける多層干渉フィルターよりも短波長である光を選択的に光電変換部に導くように配されている。これに応じて、画素Ｐ−（ｈ＋２）における制御層の膜厚Ｄ２ｃは、画素Ｐ−（ｋ＋２）における制御層の膜厚Ｄ２ｂより厚く、画素Ｐ−ｋにおける制御層の膜厚Ｄ２ｇより薄くなっている。

黄（Ｙｅ）に対応した画素Ｐ−ｈにおける多層干渉フィルターは、緑（Ｇ）に対応した画素Ｐ−ｋにおける多層干渉フィルターよりも長波長であり、かつ、赤（Ｒ）に対応した画素Ｐ−（ｋ＋１）における多層干渉フィルターよりも短波長である光を選択的に光電変換部に導くように配されている。これに応じて、画素Ｐ−ｈにおける制御層の膜厚Ｄ２ｙは、画素Ｐ−ｋにおける制御層の膜厚Ｄ２ｇより厚く、画素Ｐ−（ｋ＋１）における制御層の膜厚Ｄ２ｒより薄くなっている。

マゼンタ（Ｍｇ）に対応した画素Ｐ−（ｈ＋１）における多層干渉フィルターは、赤（Ｒ）に対応した画素Ｐ−（ｋ＋１）における多層干渉フィルターよりも長波長の光を選択的に光電変換部に導くように配されている。これに応じて、画素Ｐ−（ｈ＋１）における制御層の膜厚Ｄ２ｍは、画素Ｐ−（ｋ＋１）における制御層の膜厚Ｄ２ｒより厚くなっている。

このように、実施の形態３では、画素配列ＰＡ内の中心領域ＣＡの色配列をベイヤー配列で構成し、周辺領域ＰＡの色配列をベイヤー配列と補色フィルター配列とを混在させて構成する。これにより、中心領域ＣＡと周辺領域ＰＡとで画質を均等なものとすることができる。

なお、実施の形態３では、上記のように、周辺領域ＰＡにおいて６種類の異なる膜厚の制御層を用意する必要があるが、その６種類の異なる膜厚に対応した厚さの部分を周辺領域ＰＡに対応した領域に有するようにテンプレートＴを形成することで、第１の実施形態と同様にして製造できる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態にかかる固体撮像装置１ｊについて説明する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

第１の実施形態では、周辺領域ＰＡの画素における制御層を中心領域ＣＡの画素における制御層より厚くするので、例えば周辺領域ＰＡにおいて隣接画素間の混色が懸念される。そこで、第４の実施形態では、隣接画素間の混色を低減するための構成をさらに追加する。

具体的には、固体撮像装置１ｊは、画素配列ＰＡにおける複数の画素の多層干渉フィルター間を例えば格子状に区切るセパレート領域を有する。例えば、図１０に示すセパレート領域ＳＰＲ−（ｍ＋１）は、画素Ｐｊ−（ｍ＋１）の多層干渉フィルター２０ｒと画素Ｐｊ−ｍの多層干渉フィルター２０ｇとを互いに横方向（すなわち、半導体基板１０の表面に沿った方向）に離間させる。例えば、図１０に示すセパレート領域ＳＰＲ−ｍは、画素Ｐｊ−ｍの多層干渉フィルター２０ｇと画素Ｐｊ−（ｍ＋２）の多層干渉フィルター２０ｂとを互いに横方向（すなわち、半導体基板１０の表面に沿った方向）に離間させる。セパレート領域ＳＰＲ−（ｍ＋１）、ＳＰＲ−ｍには、例えば、空気が充填されていてもよいし、あるいは、所定のガス（例えば、窒素ガス）が充填されていてもよい。
また、固体撮像装置１ｊの製造方法が、図１１に示すように、第１の実施形態と異なる。

図１１（ａ）に示す工程は、図４（ａ）に示す工程の後に行われる。図１１（ａ）に示す工程では、３次元ナノインプリント用のテンプレートＴｊを用いる。テンプレートＴｊは、図４（ｂ）に示す工程で用いられるテンプレートＴの構成を基本として、例えば平面視において格子状（すなわち、図１に示す画素を区切る線に対応した形状）の凸状パターンＴＣ−（ｋ＋１）、ＴＣ−ｋ、ＴＣ−（ｍ＋１）、ＴＣ−ｍ等を追加した構成を有する。テンプレートＴｊを用いて、図４（ｂ）に示す工程と同様にして、複数の下部積層構造上に塗布された粘性溶液の膜２６ｉ（図４（ａ）参照）を３次元的にパターニングする。これにより、図１１（ａ）に示すように、島状の制御層２６ｒ〜２６ｂが中心領域ＣＡ及び周辺領域ＰＡにそれぞれ形成される。

図１１（ｂ）に示す工程では、図４（ｃ）に示す工程と同様にして上部積層構造を形成した後、各上部積層構造の上に、島状の制御層２６ｒ〜２６ｂに対応した島状のレジストパターンＲＰ１を形成する。

図１１（ｃ）に示す工程では、レジストパターンＲＰ１をマスクとして、異方性の高い条件で例えばドライエッチングを行う。これにより、画素配列ＰＡにおける複数の画素の多層干渉フィルター間を例えば格子状に区切るセパレート領域ＳＰＲ−（ｋ＋１）、ＳＰＲ−ｋ、ＳＰＲ−（ｍ＋１）、ＳＰＲ−ｍ等が形成される。その後、レジストパターンＲＰ１を除去する。

このように、実施の形態４では、画素配列ＰＡにおける複数の画素の多層干渉フィルター間を例えば格子状に区切るセパレート領域が、隣接画素の多層干渉フィルター間を横方向（すなわち、半導体基板１０の表面に沿った方向）に離間させる。これにより、隣接画素間の混色を低減できる。

なお、複数の画素の多層干渉フィルター間を例えば格子状に区切るセパレート領域は、中心領域ＣＡに設けられずに、周辺領域ＰＡに選択的に設けられてもよい。この場合、周辺領域ＰＡにおける隣接画素間の混色を低減でき、中心領域ＣＡと周辺領域ＰＡとで混色特性が均等になるようにすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１ｉ、１ｊ、１ｋ 固体撮像装置、１０ 半導体基板、１１ｂ〜１１ｒ 光電変換部、１２ ウエル領域、２０ｂ〜２０ｒ 多層干渉フィルター、２１ｂ−１〜２１ｒ−４ 第１の層、２２ｂ−１〜２２ｒ−３ 第２の層、２３ｂ〜２３ｒ、２３ｂｉ 制御構造、２４ｂ〜２４ｒ、２４ｂｉ 上部積層構造、２５ｂ〜２５ｒ、２５ｂｉ 下部積層構造、２６ｂ〜２６ｒ 制御層、２６ｉ 粘性溶液の膜、３０ｂ〜３０ｒ 多層配線構造、４０ｂ〜４０ｒ 平坦化層、５０ｂ〜５０ｒ マイクロレンズ、Ｐ−１〜Ｐ−ｎ、Ｐｉ−（ｍ＋２）、Ｐｉ−（ｋ＋２） 画素。

Claims (4)

1. 複数の画素が２次元状に配列された画素配列を備え、
   前記複数の画素のそれぞれは、
   光電変換部と、
   入射した光のうち特定の色の光を選択的に前記光電変換部に導くように配された多層干渉フィルターと、
   を有し、
   前記複数の画素のそれぞれにおける多層干渉フィルターは、
   互いに屈折率の異なる第１の層と第２の層とが交互に積層された上部積層構造と、
   前記第１の層と前記第２の層とが交互に積層された下部積層構造と、
   前記多層干渉フィルターのフィルター特性を制御するように、前記上部積層構造と前記下部積層構造との間に形成された制御構造と、
   を有し、
   前記複数の画素のうち第１の画素における前記多層干渉フィルターと、前記複数の画素のうち前記第１の画素より前記画素配列の中心から遠い第２の画素における前記多層干渉フィルターとは、いずれも、第１の色の光を選択的に前記光電変換部に導くように配され、
   前記第１の画素における前記制御構造は、前記上部積層構造と前記下部積層構造との間に第１の制御層を有し、
   前記第２の画素における前記制御構造は、前記上部積層構造と前記下部積層構造との間に前記第１の制御層より厚い第２の制御層を有する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記複数の画素のうち前記第２の画素より前記画素配列の中心から遠い第３の画素における前記多層干渉フィルターは、前記第１の色の光を選択的に前記光電変換部に導くように配され、
   前記第３の画素における前記制御構造は、前記上部積層構造と前記下部積層構造との間に前記第２の制御層より厚い第３の制御層を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記複数の画素のうち前記第１の画素に隣接する第４の画素における前記多層干渉フィルターと、前記複数の画素のうち前記第２の画素に隣接する第５の画素における前記多層干渉フィルターとは、いずれも、前記第１の色の光より長波長の第２の色の光を選択的に前記光電変換部に導くように配され、
   前記第４の画素における前記制御構造は、前記上部積層構造と前記下部積層構造との間に前記第１の制御層より厚い第４の制御層を有し、
   前記第５の画素における前記制御構造は、前記上部積層構造と前記下部積層構造との間に前記第２の制御層より厚くかつ前記第４の制御層より厚い第５の制御層を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 複数の画素が２次元状に配列された画素配列を備えた固体撮像装置の製造方法であって、
   前記複数の画素を形成することは、
   複数の光電変換部を形成することと、
   前記複数の光電変換部の上方に、下部積層構造、制御層、及び上部積層構造をそれぞれ有する複数の多層干渉フィルターを形成することと、
   を含み、
   前記複数の多層干渉フィルターを形成することは、
   前記複数の光電変換部の上方に、互いに屈折率の異なる第１の層と第２の層とを交互に積層して複数の前記下部積層構造を形成することと、
   前記複数の下部積層構造の上に、塗布系シリコン酸化物を含む粘性溶液を塗布することと、
   ３次元ナノインプリント用のテンプレートを用いて、前記塗布された粘性溶液の膜を３次元的にパターニングして複数の前記制御層を形成することと、
   前記パターニングされた粘性溶液の上に、前記第１の層と前記第２の層とを交互に積層して複数の前記上部積層構造を形成することと、
   を含み、
   前記複数の制御層の形成では、
   前記複数の画素のうち第１の画素における第１の制御層に比べて、前記複数の画素のうち前記第１の画素より前記画素配列の中心から遠い第２の画素における第２の制御層が厚くなるように、前記塗布された粘性溶液を３次元的にパターニングする
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。

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