JP2011040468A

JP2011040468A - 固体撮像素子用の反射防止膜

Info

Publication number: JP2011040468A
Application number: JP2009184495A
Authority: JP
Inventors: Kenji Imai; 憲次今井; Yuichi Inaba; 雄一稲葉; Masao Kirihara; 昌男桐原; Yusuke Hashimoto; 裕介橋本
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: JP5413040B2

Abstract

【課題】固体撮像素子の受光部以外の箇所に被膜される遮光用金属膜上に設けられる反射防止膜において、近赤外領域の光に対する反射防止効果を向上させる。
【解決手段】反射防止膜１は、遮光用金属膜３の上層にある位相反転用絶縁層４と、この位相反転用絶縁層４の上層にある表層金属層５と、表層金属層５の上層にある保護膜層６と、を備える。また、位相反転用絶縁層４は、その屈折率をｎ、対象波長の波長をλとしたときに、略λ／４ｎとなる膜厚に成膜され、表層金属層５は、シート抵抗が略１００〜４５０Ω／□となる膜厚に成膜される。この構成によれば、遮光用金属膜３の表面に入射した光の一部を、位相反転用絶縁層４の表面と遮光用金属膜３の表面との間で、位相反転させながら繰り返し再反射させて消衰させることにより、高い反射防止効果を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子の遮光用金属膜上に設けられる固体撮像素子用の反射防止膜に関する。

従来から、対象となる空間に光を照射して、その光が反射して返ってくるまでの到達時間を画素毎に計測すると共に、それらの画像情報を重ねることで、対象となる画像と、その対象までの距離とを画素毎に出力する距離画像センサが知られている。一般に、この種の距離画像センサにおいては、人の目視等や通常の撮像に影響を与えないように、計測用の照射光として近赤外線が用いられる。

例えば、ＣＣＤ撮像素子を用いた周囲光消去型の距離画像センサにおける撮像部は、複数の画素を構成する光電変換部（受光部）と、各画素の仕切りとなる周囲光消去機能領域とが設けられている。そして、この周囲光消去機能領域といった、受光部を除く所定箇所には遮光用金属膜が選択的に成膜されている。

しかし、これら遮光用金属膜で反射した近赤外線は、パッケージ封止ガラスやレンズ等といった光学部材で再反射して、当該画素以外の画素の受光部に入射してしまい、各画素における距離情報の取得を阻害することがある。そのため、このような遮光用金属膜上には、所定波長の光の反射を防止するための反射防止膜が設けられている。例えば、特許文献１には、遮光用金属膜上に、窒化チタン（ＴｉＮ）から成る反射防止膜を、その膜厚が２５ｎｍ以上となるように形成した例が記載されている。

特開２０００−２９４７５５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された反射防止膜は、波長４５０〜５５０ｎｍの入射光に対する相対反射率が５０％以下であるが、長波長側へ向かうほど相対反射率が増加する。すなわち、長波長の光に対する反射防止効果が低下する。しかも、近赤外線領域、特に距離画像センサで頻用される短波長側の近赤外線領域（一般に波長７５０〜１１００ｎｍ）においては、相対反射率が６０％以上であり、距離画素センサ用の反射防止膜としては、その反射防止効果が十分でない。

本発明は、上記課題を解決するものであり、距離画素センサ等に用いられる固体撮像素子の遮光用金属膜上に設けられ、所望の波長領域の光に対する反射率を効果的に低下させることができる反射防止膜を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、固体撮像素子の受光部以外の箇所に選択的に被膜される遮光用金属膜上に設けられる固体撮像素子用の反射防止膜であって、前記遮光用金属膜の上層に設けられる位相反転用絶縁層と、該位相反転用絶縁層の上層に設けられる表層金属層と、該表層金属層の上層に設けられる保護膜層と、を備え、前記位相反転用絶縁層は、その屈折率をｎ、対象波長の波長をλとしたときに、略λ／４ｎとなる膜厚に成膜され、前記表層金属層は、シート抵抗が略１００〜４５０Ω／□となる膜厚に成膜されたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の固体撮像素子用の反射防止膜において、前記表層金属層が窒化チタン又はチタンを含む材料から成るものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の固体撮像素子用の反射防止膜において、前記位相反転用絶縁層と前記遮光メタル層との間に、窒化チタンを含む材料から成る層を更に設けたものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の固体撮像素子用の反射防止膜において、前記保護膜層の上層に、樹脂保護層を更に設けたものである。

請求項１及び請求項２の発明によれば、遮光用金属膜の表面に入射した光の一部を、位相反転用絶縁層の表面と遮光用金属膜の表面との間で、位相反転させながら繰り返し再反射させて消衰させることにより、高い反射防止効果を実現できる。

請求項３の発明によれば、窒化チタンを含む材料から成る内層金属層に入射した光の一部が全反射し、位相反転用絶縁層に戻されるので、上述した再反射の繰り返しによる反射光の消衰効果を更に高めることができる。

請求項４の発明によれば、アクリル保護層が設けられることにより、反射防止膜の膜強度が向上する。

本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子用の反射防止膜の側断面図。本発明の第２の実施形態に係る固体撮像素子用の反射防止膜の側断面図。本発明の第３の実施形態に係る固体撮像素子用の反射防止膜の側断面図。従来の反射防止膜の側断面図。本発明の実施例１〜３及び比較例に係る反射防止膜の相対反射率の示す図。

本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子用の反射防止膜（以下、反射防止膜１という）について、図１を参照して説明する。本実施形態の反射防止膜１は、固体撮像素子の受光部を除く箇所、ここではＳｉＯ_２等から成る基材２上に、選択的に被膜される遮光用金属膜３上に設けられるものである。反射防止膜１は、上記遮光用金属膜３の上層に設けられる位相反転用絶縁層４と、この位相反転用絶縁層４の上層に設けられる表層金属層５と、この表層金属層５の上層に設けられる保護膜層６とを備える。

遮光用金属膜３には、基材２との接着性が良く、反射率が高い金属材料、例えばアルミニウム（Ａｌ）等が用いられる。

位相反転用絶縁層４は、その屈折率がｎ、対象波長の波長をλであるときに、略λ／４ｎとなる膜厚に成膜され、好ましくは、窒化シリコン（例えばＳｉ_３Ｎ_４）又は酸化シリコン（例えばＳｉＯ_２）等を含む透光性材料から形成されるものである。

表層金属層５は、シート抵抗が略１００〜４００Ω／□となる膜厚に成膜され、好ましくは、窒化チタン（ＴｉＮ）又はチタン（Ｔｉ）を含む透光性材料から形成される。

保護膜層６は、成膜時における膜厚制御が可能であり、比較的屈折率が低い透光性材料であれば特に限定されないが、好ましくは、酸化シリコン等を含む透光性材料から形成される。表層金属層５は、光の透過率が確保されるように、位相反転用絶縁層４や遮光用金属膜３に比べて薄く形成されているので、耐久性が低い。そのため、保護膜層６が設けられることにより、物理的又は化学的ダメージから表層金属層５を保護することができる。

本実施形態の反射防止膜１においては、位相反転用絶縁層４の上層に表層金属層５が設けられるので、遮光用金属膜３の表面で反射されて、位相反転用絶縁層４の表面（位相反転用絶縁層４と表層金属層５との界面）に入射した光の一部は、この界面で全反射し、遮光用金属膜３の表面に再入射する。すなわち、遮光用金属膜３の表面に入射した光の一部は、位相反転用絶縁層４の表面と遮光用金属膜３の表面との間で、位相反転しながら反射を繰り返す。このようにして、本実施形態の反射防止膜１は、位相反転用絶縁層４内で光を導波させて、これを消衰させることにより、反射防止効果を実現する。

また、上述したように、位相反転用絶縁層４は、略λ／４ｎとなる膜厚に成膜されている。そのため、遮光用金属膜３の表面（位相反転用絶縁層４と遮光用金属膜３との界面）に入射した光は、位相反転用絶縁層４の表面（表層金属層５と位相反転用絶縁層４との界面）で反射した光に対して、位相が反転された状態で反射する。こうして、遮光用金属膜３の表面及び位相反転用絶縁層４の夫々の表面で反射した光が打ち消しあうことにより、一般の反射防止膜と同様の反射防止効果が実現される。すなわち、上述したように、位相反転用絶縁層４内で光を消衰させると共に、位相反転された光の打ち消しにより、より効果的な反射防止効果が得られる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る反射防止膜について、図２を参照して説明する。本実施形態の反射防止膜１は、上述した第１の実施形態の反射防止膜１において、位相反転用絶縁層４と遮光金属膜３との間に、窒化チタンを含む材料から成る内層金属層７が更に設けられたものである。この内層金属層７の膜厚は、２５ｎｍ以下であることが望ましい。この構成によれば、内層金属層７に入射した光の一部が全反射し、位相反転用絶縁層４に戻される。そのため、上述した再反射の繰り返しによる反射光の消衰効果を更に高めることができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る反射防止膜について、図３を参照して説明する。本実施形態の反射防止膜１は、上述した第２の実施形態の反射防止膜１において、保護膜層６の上層に、樹脂保護層８が更に設けられたものである。樹脂保護層８としては、例えば、マイクロレンズ用のアクリル膜等が用いられる。この樹脂保護層８が設けられることにより、反射防止膜１の膜強度が向上する。なお、樹脂保護層８を構成する樹脂材料中に、例えば、染料等を添加して反射防止膜１に着色性を持たせてもよいし、紫外線吸収剤等を添加して、基材２等の外光による劣化を抑制できるようにしてもよい。

以下、上述した第１〜第３の実施形態の夫々に対応する実施例１〜３について、比較例と対比して説明する。なお、これら実施例１〜３及び比較例は、近赤外領域にある波長８７０ｎｍの光を反射防止の対象とする。

（実施例１）
実施例１に係る反射防止膜１は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等から成る基材２上に膜厚１μｍのアルミニウムから成る遮光用金属膜３を形成しておき、この遮光用金属膜３上に形成される。より具体的には、この反射防止膜１は、位相反転用絶縁層４として膜厚１１０ｎｍの窒化シリコン（ＳｉＮ）から成る層（屈折率ｎ＝２．０）と、表層金属層５として膜厚１０ｎｍ（シート抵抗２００Ω／□に相当する）の窒化チタン（ＴｉＮ）から成る層と、保護膜層６として膜厚４００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）から成る層とが遮光用金属膜３上に積層されたものである。

（実施例２）
実施例２に係る反射防止膜１は、位相反転用絶縁層４と遮光金属膜３との間に、内層金属層７として、膜厚１５ｎｍのＴｉＮを設けた点が上記実施例１と異なる。

（実施例３）
実施例２に係る反射防止膜１は、保護膜層６上に、樹脂保護層８として、マイクロレンズ用樹脂膜を３μｍ形成した点が上記実施例２と異なる。

（比較例）
比較例に係る反射防止膜１０１の構成を図４に示す。反射防止膜１０１は、位相反転用絶縁層４が設けられておらず、表層金属層１０５として膜厚１００ｎｍの窒化チタン（ＴｉＮ）から成る層と、保護膜層１０６として膜厚４００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）から成る層と、樹脂保護層１０８として膜厚３μｍの樹脂膜とが遮光用金属層３上に積層されたものである。他の構成は、実施例１と同様である。

図５は、上述した実施例１〜３及び比較例における相対反射率のスペクトルを示す。これら相対反射率は、表層金属層１０５の膜厚が１５ｎｍである例（従来構造の反射防止膜（図４参照））の反射率を１００％とした場合の相対反射率を示す。比較例に係る反射防止膜は、波長９００ｎｍの光における相対反射率が約７０％であった。すなわち、特許文献１（特開２０００−２９４７５５号公報）に示されるような、遮光金属膜上に形成される表層金属層（ＴｉＮ）の膜厚を２５ｎｍ以上にした場合であっても、波長９００ｎｍの光に対する反射防止効率はあまり向上しないことが示された。これに対して、実施例１に係る反射防止膜は、波長９００ｎｍの光における相対反射率が約８％であり、比較例に比べて反射防止効率が大幅に向上した。

また、実施例２に係る反射防止膜１は、波長９００ｎｍの光における相対反射率は約６％であり、比較例に対して反射防止効率が向上した。この実施例２は、実施例１に比べて、波長略９００ｎｍ以上の相対的に長波長側の光の反射防止効果に優れていた。

実施例３に係る反射防止膜１は、波長９００ｎｍの光における相対反射率は約８％であり、比較例に対して反射防止効率が向上した。この実施例３は、波長によって相対反射率がやや低くなる領域と、やや高くなる領域とがあり、その反射防止特性として波長依存性を有するものの、概して実施例１，２と同等の反射防止効果を有するものであった。

上記実施例１〜３は、いずれも波長９００ｎｍの光における相対反射率が１０％以下であり、比較例に比べて優れた反射防止効果を示した。また、波長７５０ｎ〜１１００ｎｍの光に対しても優れた反射防止効果を示した。これらの結果は、近赤外線を用いて距離情報を取得する固体撮像素子にとって、好適な反射防止膜を実現するものである。ただし、上述した反射防止膜１は、固体撮像素子以外の用途に対しても当然に適用し得るものである。なお、本発明は、位相反転用絶縁層４の表面と遮光用金属膜３の表面との間で、再反射を繰り返させてこれを消衰させるよう構成されたものであれば、必ずしも上述の実施形態に示す構成に限られるものではない。

１反射防止膜
２基材
３遮光用金属膜
４位相反転用絶縁層
５表層金属層
６保護膜層
７内層金属層
８樹脂保護層

Claims

固体撮像素子の受光部以外の箇所に選択的に被膜される遮光用金属膜上に設けられる固体撮像素子用の反射防止膜であって、
前記遮光用金属膜の上層に設けられる位相反転用絶縁層と、該位相反転用絶縁層の上層に設けられる表層金属層と、該表層金属層の上層に設けられる保護膜層と、を備え、
前記位相反転用絶縁層は、その屈折率をｎ、対象波長の波長をλとしたときに、略λ／４ｎとなる膜厚に成膜され、
前記表層金属層は、シート抵抗が略１００〜４５０Ω／□となる膜厚に成膜されたことを特徴とする固体撮像素子用の反射防止膜。
前記表層金属層がチタン及び窒化チタン又はチタンを含む材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子用の反射防止膜。
前記位相反転用絶縁層と前記遮光メタル層との間に、窒化チタンを含む材料から成る層を更に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体撮像素子用の反射防止膜。
前記保護膜層の上層に、樹脂保護層を更に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の固体撮像素子用の反射防止膜。