JP2018166159A - デバイスおよび電子機器、輸送機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光学特性を向上したデバイスを提供する。【解決手段】 カラーフィルタ層１０および透光層２０には、溝１６が、カラーフィルタ１１とカラーフィルタ１２との間、および、第１透光部２１と第２透光部２２との間に位置するように設けられており、溝１６の中には、少なくともカラーフィルタ１１と第２カラーフィルタ１２との間に位置する部材１７が配されており、部材１７の屈折率は１．０よりも高い。【選択図】 図１
Description
本発明は、カラーフィルタ層を有するデバイスに関する。
特許文献１には、カラーフィルタ層の隣接するカラーフィルタ間の境界に対応した位置に空隙が配された固体撮像装置が開示されている。空隙は平坦化層まで延在しており、空隙及び第２の平坦化層上に空隙を封止する封止層が配されている。
特許文献２には、カラーフィルタ層及びカラーフィルタ層間を隔てて分離する分離壁を有するカラーフィルタアレイが開示されている。
特許文献１の技術は光利用効率が低く、特許文献２は光学的な均一性が良くないため、光学特性の向上を十分に果たすことはできないという課題がある。そこで、本発明は、光学特性を向上したデバイスを提供することを目的とする。
上記課題を解決するための手段は、基板と、前記基板の上に配された、第１カラーフィルタおよび第２カラーフィルタを含むカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層に対して前記基板とは反対側に配され、前記第１カラーフィルタの上に位置する第１透光部および前記第２カラーフィルタの上に位置する第２透光部を含む透光層と、を備えるデバイスであって、前記カラーフィルタ層および前記透光層には、溝が、前記第１カラーフィルタと前記第２カラーフィルタとの間、および、前記第１透光部と前記第２透光部との間に位置するように設けられており、前記溝の中には、少なくとも前記第１カラーフィルタと前記第２カラーフィルタとの間に位置する部材が配されており、前記部材の屈折率は１．０よりも高いこと、および／または、前記部材は固体であることを特徴とする。
本発明によれば、光学特性を向上したデバイスを提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
図１（ａ）は本実施形態に係るデバイスの一例の断面模式図である。デバイス１００は、構造としては、半導体デバイス等の電子デバイスであり、用途としては、撮像デバイスや表示デバイス等の光学デバイスである。本例のデバイス１００は撮像デバイスである。
デバイス１００は基板１０１と、基板１０１の上に配されたカラーフィルタ層１０と、カラーフィルタ層１０に対して基板１０１とは反対側に配された透光層２０と、を備える。カラーフィルタ層１０は第１色の第１カラーフィルタ１１、第２色の第２カラーフィルタ１２、および、第３色の第３カラーフィルタ１３を含む。例えば第１色は赤色、例えば第２色は青色、第３色は緑色に対しであるが、この組み合わせでなくてもよい。透光層２０は、第１透光部２１、第２透光部２２および第３透光部２３を含む。第１透光部２１は透光層２０のうちの第１カラーフィルタ１１の上に位置する部分である。第２透光部２２は、透光層２０のうちの第２カラーフィルタ１２の上に位置する部分である。第３透光部２３は、透光層２０のうちの第３カラーフィルタ１３の上に位置する部分である。
カラーフィルタ層１０および透光層２０には、溝１６が、第１カラーフィルタ１１と第２カラーフィルタ１２との間、および、第１透光部２１と第２透光部２２との間に位置するように設けられている。また、カラーフィルタ層１０および透光層２０には、溝１８が、第２カラーフィルタ１２と第３カラーフィルタ１３との間、および、第２透光部２２と第３透光部２３との間に位置するように設けられている。
溝１６の中には、少なくとも第１カラーフィルタ１１と第２カラーフィルタ１２との間に位置する隔壁部材１７が配されている。溝１８の中には、少なくとも第２カラーフィルタ１２と第３カラーフィルタ１３との間に位置する隔壁部材１９が配されている。隔壁部材１７、１８の屈折率は１．０よりも高い。隔壁部材１７、１８は液体または固体であり、固体であることが好ましい。隔壁部材１７、１８が液体、または、固体であれば、隔壁部材１７、１８の屈折率は１．０よりも高くなる。カラーフィルタ１１、１２、１３は顔料を含む樹脂材料でありうる。隔壁部材１７、１８を設けることで、光利用効率が向上し、撮像デバイスとしての感度が向上する。
隔壁部材１７の屈折率は、第１カラーフィルタ１１の屈折率および第２カラーフィルタ１２の屈折率よりも低いことが好ましい。光利用効率向上のため、隔壁部材１９の屈折率は、第２カラーフィルタ１２の屈折率および第３カラーフィルタ１３の屈折率よりも低いことが好ましい。カラーフィルタ１１、１２、１３の屈折率は１．６〜１．８でありうる。隔壁部材１７、１８は、酸化シリコンを含む材料、酸窒化シリコンを含む材料、または、複数の空隙を有する材料でありうる。複数の空隙を有する材料としては、中空粒子をバインダに分散したもの材料や、中実粒子を鎖状にして中実粒子間に空隙を持たせた材料、あるいは、多孔質材料を用いることができる。
典型的には、第１カラーフィルタ１１の厚さＴ１１が第２カラーフィルタ１２の厚さＴ１２よりも大きい（Ｔ１１＞Ｔ１２）。また、第２カラーフィルタ１２の厚さＴ１２が第３カラーフィルタ１３の厚さＴ２３よりも大きい（Ｔ１２＞Ｔ１３）。つまり、Ｔ１１＞Ｔ１２＞Ｔ１３の関係となっている。
一方、第１透光部２１の厚さＴ２１が第２透光部２２の厚さＴ２２よりも小さい（Ｔ２１＜Ｔ２２）。第２透光部２２の厚さＴ２２が第３透光部２３の厚さＴ２３よりも小さい（Ｔ２２＜Ｔ２３）。つまり、Ｔ２１＜Ｔ２２＜Ｔ２３の関係となっている。典型的な透光層２０はカラーフィルタ層１０のカラーフィルタ１１、１２、１３の各々の厚さの違いによる凹凸を平坦化する平坦化層である。そのため、本例ではＴ１１＋Ｔ２１＝Ｔ１２＋Ｔ２２＝Ｔ１３＋Ｔ２３の関係にある。
本例では、隔壁部材１７は第１透光部２１と第２透光部２２との間に延在している。また、隔壁部材１９は第２透光部２２と第３透光部２３との間に延在している。本例では、基板１０１から隔壁部材１７、１９の上端までの距離は、基板１０１の主面１０２から透光層２０の上面までの距離に等しい。隔壁部材１７を第１透光部２１と第２透光部２２との間に延在させつつも、基板１０１から隔壁部材１７の上端までの距離を、基板１０１の主面１０２から透光層２０の上面までの距離よりも小さくしてもよい。隔壁部材１９についても同様である。
隔壁部材１７、１９の上端とは、隔壁部材１７、１９の基板１０１とは反対側の端である。隔壁部材１７、１９の下端は、隔壁部材１７、１９の上端とは反対側の端であって、隔壁部材１７、１９の基板１０１側の端である。本例では隔壁部材１７、１９の下端が溝１６、１８の底に接するが、隔壁部材１７、１９の下端は溝１６、１８の底から離れていてもよい。基板１０１からの距離の基準は基板１０１の主面１０２に設定すればよい。撮像デバイスにおいて、基板１０１の主面１０２は受光面となる。透光層２０の上面とは、透光層２０のカラーフィルタ層１０や基板１０１とは反対側の面である。透光層２０の下面とは、透光層２０の上面とは反対側の面であって、カラーフィルタ層１０側の面である。基板１０１から透光層２０の下面までの距離は、透光層２０の第１透光部２１、第２透光部２２、第３透光部２３によって異なる。本例では、基板１０１から透光層２０の上面までの距離は、透光層２０の第１透光部２１、第２透光部２２、第３透光部２３によって異ならないが、異なっていてもよい。ただし、基板１０１から透光層２０の上面までの距離の、第１透光部２１、第２透光部２２、第３透光部２３による違いは、基板１０１から透光層２０の下面までの距離の第１透光部２１、第２透光部２２、第３透光部２３による違いよりも小さい。透光層２０の上面と下面との距離が上述した厚さＴ２１、Ｔ２３、Ｔ２３となる。
透光層２０の下面はカラーフィルタ層１０に接しうる。溝１６、１８のうち、第１透光部２１と第２透光部２２との間の部分や第２透光部２２と第３透光部２３との間の部分に隔壁部材１７、１９を設けずに、当該部分を空洞にすることもできる。その場合は、基板１０１の主面１０２から隔壁部材１７、１９の上端までの距離は、基板１０１の主面１０２から透光層２０の上面までの距離よりも小さくなる。光利用効率向上のため、隔壁部材１７の屈折率は、第１透光部２１の屈折率および第２透光部２２の屈折率よりも低いことが好ましい。
デバイス１００は、カラーフィルタ層１０の上には透光層２０を介して配されたマイクロレンズ層３０を更に備えることができる。マイクロレンズ層３０は第１カラーフィルタ１１の上に配された第１マイクロレンズ３１、第２カラーフィルタ１２の上に配された第２マイクロレンズ３２、および、第３カラーフィルタ１３の上に配された第３マイクロレンズ３３を含む。第１透光部２１は第１マイクロレンズ３１と第１カラーフィルタ１１との間に位置する。第２透光部２２は第２マイクロレンズ３２と第２カラーフィルタ１２との間に位置する。第３部２３２は第３マイクロレンズ３３と第３カラーフィルタ１３との間に位置する。本例のマイクロレンズ層３０は透光層２０に接しているが、マイクロレンズ層３０と透光層２０との間に別の層が有ってもよい。マイクロレンズ層３０を無くすることもできる。
デバイス１００は、カラーフィルタ層１０と基板１０１との間に配された透光膜１１１を更に備えることができる。溝１６、１８は透光膜１１１にも設けられている。透光膜１１１には、溝１６、１８が設けられていなくてもよい。本例では溝１６、１８のうち、透光膜１１１に設けられた部分にも隔壁部材１７、１９が延在している。光利用効率向上のため、隔壁部材１７，１９の屈折率は、透光膜１１１の屈折率よりも低いことが好ましい。溝１６、１８のうち、透光膜１１１に設けられた部分に隔壁部材１７、１９を設けずに、当該部分を空洞にすることもできる。透光膜１１１を無くすることもできる。
デバイス１００は、カラーフィルタ層１０と基板１０１との間に配された層内レンズ層４０を更に備えることができる。層内レンズ層４０は、第１層内レンズ４１、第２層内レンズ４２、および、第３層内レンズ４３を含む。
第１層内レンズ４１は、第１カラーフィルタ１１と基板１０１との間に配されている。第２層内レンズ４２は、第２カラーフィルタ１２と基板１０１との間に配されている。第３層内レンズ４３は、第３カラーフィルタ１３と基板１０１との間に配されている。透光膜１１１は第１層内レンズ４１、第２層内レンズ４２、第３層内レンズ４３によって形成された凹凸を平坦化する平坦化膜である。透光膜１１１に設けられた溝１６は第１層内レンズ４１と第２層内レンズ４２との間に延在する。透光膜１１１に設けられた溝１８は第２層内レンズ４２と第３層内レンズ４３との間に延在する。溝１６、１８のうち、層内レンズ間に設けられた部分に隔壁部材１７、１９を設けずに、当該部分を空洞にすることもできる。層内レンズ層４０を無くすることもできる。
透光膜１１１と層内レンズ層４０との間には、反射防止層１１０が設けられている。反射防止層１１０は層内レンズ層４０の凹凸に沿った薄いコーティング層であり、透光膜１１１と層内レンズ層４０との間の反射を低減する機能を有する。層内レンズ層４０が窒化シリコン層であり、透光膜１１１が樹脂層である場合、反射防止層１１０は酸窒化シリコン層であることが好ましい。本例では、反射防止層１１０が溝１６、１８の底を成している、層内レンズ層４０が溝１６、１８の底を成してもよい。
カラーフィルタ層１０と基板１０１との間には、層間絶縁膜１０４と、多層配線１０３が配置されている。層間絶縁膜１０４は複数の層間絶縁層を有する複層膜である。多層配線１０３は、コンタクトプラグ、複数の配線層、複数のビアプラグで構成されている。複数の配線層の間に、層間絶縁膜１０４を構成する層間絶縁層が位置し、コンタクトプラグや複数のビアプラグが層間絶縁層を貫通する。多層配線１０３は、配線層とビアプラグが一体化したデュアルダマシン構造を有することができる。配線層が銅を主成分とする場合、層間絶縁膜１０４は層間絶縁層に加えて銅の拡散防止層（不図示）を含むことができる。隔壁部材１７、１９の屈折率は層間絶縁膜１０４の屈折率よりも低いことが光利用効率の向上の観点で好ましい。少なくとも、隔壁部材１７、１９の屈折率は層間絶縁膜のうちの層間絶縁層の屈折率よりも低いことが好ましい。層間絶縁膜１０４のうち、酸化シリコンを主成分とする層間絶縁層の屈折率は１．４〜１．５でありうる。
基板１０１の中には複数の光電変換素子６１、６２、６３が設けられている。複数の光電変換素子６１、６２、６３を光電変換素子６０と総称する。光電変換素子６０はフォトダイオードでありうる。
デバイス１００は、カラーフィルタ層１０と基板１０１との間に配列された複数の導光部５１、５２、５３を更に備えることができる。導光部５１は光電変換素子６１の上に配され、導光部５２は光電変換素子６２の上に配され、導光部５３は光電変換素子６３の上に配されている。複数の導光部５１、５２、５３を導光部５０と総称する。導光部５０は層間絶縁膜１０４に設けられた開口の中に埋め込まれた、層間絶縁膜１０４よりも高い屈折率を有する高屈折率材料１０５によって構成される。これにより、導光部５０が層間絶縁膜１０４で囲まれる。導光部５０の屈折率は層間絶縁膜１０４の屈折率よりも高い。導光部５０がコアとなり、導光部５０を囲む層間絶縁膜１０４がクラッドとなる、コア−クラッド構造を有する光導波路構造を形成する。カラーフィルタ１１、１２、１３の屈折率と隔壁部材１７、１９の屈折率との差は、導光部５０の屈折率と層間絶縁膜１０４の屈折率との差よりも小さいことが、カラーフィルタ層１０および導光部５０での光利用効率の向上の観点で好ましい。
第１マイクロレンズ３１、第１透光部２１、第１カラーフィルタ１１、第１層内レンズ４１、導光部５１、光電変換素子６１の組が第１画素ユニットを構成する。第２マイクロレンズ３２、第２透光部２２、第２カラーフィルタ１２、第２層内レンズ４２、導光部５２、光電変換素子６２の組が第２画素ユニットを構成する。第３マイクロレンズ３３、第３透光部２３、第３カラーフィルタ１３、第３層内レンズ４３、導光部５３、光電変換素子６３の組が第３画素ユニットを構成する。
詳細は後述するが、図１（ｂ）は、デバイス１００を備える機器の一例を示している。撮像装置ＡＰＲは電子デバイスＩＣを備える。電子デバイスＩＣに上記した実施形態のデバイス１００を適用可能である。機器ＥＱＰは撮像装置ＡＰＲを備える。
また、隔壁部材１７、１９を含む平面図を図２（ａ）、（ｂ）に示す。図２（ａ）に示す例では、隔壁部材１７、１９は、ベイヤー配列で並んだカラーフィルタ１１、１２、１３の間を通り、連続した格子状の隔壁部材１５の一部である。カラーフィルタ１１、１２、１３にはマイクロレンズ層３０が配置されており、隔壁部材１５を覆う位置まで延在している。この時、図２（ａ）中に示す通り隔壁部材１５の幅をＸ、Ｙと定義すると光電変換部上の開口面積を可能な範囲で広くし尚且つＸ＝Ｙとなるような隔壁部材１５が好適な形態となる。または、光学混色が問題になっている場合、ＸとＹの値を色々調整することで光学混色低減にも寄与できるためＸ≠Ｙとなる設計値でも問題ない場合も有りうる。図２（ｂ）のような格子状の代わりに、図２（ｂ）に示すように、隔壁部材１７、１９を不連続に配置してもよい。
図３を用いて本実施形の効果を説明する。図３（ａ）は基板１０１の主面に対して垂直に光を入射した際のセンサ感度と隔壁部材１７、１９の屈折率の関係を示している。センサ感度は隔壁部材１７、１９の屈折率１．０で規格化した値である。隔壁部材１７、１９の屈折率が１．４〜１．５の間でセンサ感度が最大値を持つことが分かる。また、図３（ｂ）は基板１０１の主面に対して垂直から１５°傾いた角度で光を入射した際のセンサ感度と隔壁部材１７、１９の屈折率の関係を示している。光電変換部に対して垂直に光を入射した際のセンサ感度とほぼ同様の傾向を示しており隔壁部材１７、１９の屈折率が１．４〜１．５の間で感度の最大値を持つことが分かる。溝１６、１８に固体（あるいは液体）を配置して、溝１６、１８内の屈折率を１．０よりも高くしたことにより、カラーフィルタ間の境界で損失していた光の利用効率を向上させセンサ感度を向上させることができる。
溝１６、１８の中を空隙（屈折率＝１．０）とすると、カラーフィルタ層と空隙との屈折率差が大きくなる。そのため、光電変換素子までの光路が不適切になる場合がある。カラーフィルタ層１０と透光層２０と空隙との界面で全反射した光が隣接画素に漏れたり、光電変換素子６０の側とは反対側に反射したりするなどが、感度低下の原因であると推測される。
また、透光層２０を設けないと、カラーフィルタ１１、１２、１３の各々の表面の微小な凹凸によって、光の挙動の制御が難しくなり、溝１６、１８の中に入り込んでしまう光が増加する可能性がある。また、透光層２０を設けないと、カラーフィルタ１１、１２、１３の各々の厚さＴ１１、１２、Ｔ１３の違いによって、溝１６、１８の高さが面内でばらつき、色むらを生じさせる場合がある。透光層２０を設けることで、溝１６、１８の深さのばらつきを低減できる。
図４、図５を用いて図１（ａ）の実施形態に係るデバイス１００の製造方法を説明する。図４（ａ）に示す工程ａでは、カラーフィルタ層１０を形成するための基体を用意する。まず、光電変換素子６０が設けられた基板１０１を用意する。半導体基板である基板１０１の中には電荷蓄積領域を含む光電変換素子６０が形成されている。基板１０１にはＬＯＣＯＳ分離、ＳＴＩ分離等の絶縁膜分離や、ＰＮ接合分離（拡散分離）などの不図示の素子分離部が設けられている。また、基板１０１には光電変換素子６０の信号電荷を検出するための浮遊拡散領域（フローティングディフュージョン）、光電変換素子６０の信号電荷を浮遊拡散領域に転送する転送ゲートを設けることができる。浮遊拡散領域に接続された増幅トランジスタや浮遊拡散領域の信号電荷をリセットするリセットトランジスタも設けることができる。
基板１０１の上に、層間絶縁膜１０４を介して複数の多層配線１０３を形成する。多層配線１０３の配線を構成する材料の主成分としてアルミニウムや銅、タングステンなどを用いることができる。光電変換素子６０の上において、層間絶縁膜１０４に開口を設ける。この開口の中に層間絶縁膜１０４より高い屈折率を有する高屈折率材料１０５を埋め込む。これにより、コアクラッド構造を有する光導波路としての導光部５０が形成される。
高屈折率材料１０５の上に反射防止層１０６及び層間絶縁層１０７を積層する。層間絶縁層１０７には、図示しない周辺回路領域のビアプラグを形成するために必要である。
またさらに反射防止層１０８を形成した後、層内レンズ層４０を形成し、反射防止層１１０をさらに形成する。ここで反射防止層１０６、１０８、１１０を構成する材料としては例えば酸窒化シリコンなどが用いられる。また、層内レンズ１０９の材質は例えば例えば窒化シリコンを用いることができる。
図４（ｂ）に示す工程ａでは、層内レンズ１０９の凹凸を平坦化するための平坦化膜としての透光膜１１１を形成する。は例えばカラーフィルタ層の下地膜として機能させることができる。
図４（ｃ）に示す工程ｃでは、透光膜１１１の上にカラーフィルタ層１０を形成する。例えば、第１カラーフィルタ１１が赤色、第２カラーフィルタ１２が緑色、第３カラーフィルタ１３が赤色である。各カラーフィルタは所望の分光特性を得るために異なる厚さになることが多い。
図４（ｄ）に示す工程ｄでは、カラーフィルタ層１０の上に平坦化層としての透光層２０を形成する。透光層２０が、カラーフィルタ１１、１２、１３の各々の厚さの違いにより生じる段差を、低減させている。
図５（ｅ）に示す工程ｅでは、カラーフィルタ１１、１２、１３間の境界位置の上にギャップを有するマスク１１６を形成する。マスク１１６は、フォトレジストのフォトリソグラフィによるパターニングにより形成できる。そして、このマスク１１６を用いてカラーフィルタ層１０をエッチングして、カラーフィルタ１１、１２、１３間に溝１６、１８を形成する。カラーフィルタ層１０のエッチングにはドライエッチングが好適である。
ここで、溝１６、１８は、透光層２０、カラーフィルタ層１０および透光膜１１１を貫通する様な形状をしている。溝１６、１８の底は反射防止層１１０で形成される。これにより、透光層２０は第１透光部２１、第２透光部２２、第３透光部２３に分離される。
図５（ｆ）に示す工程ｆでは、溝１６、１８を埋めるような隔壁材料１１８を成膜する。この隔壁材料１１８の成膜にはプラズマＣＶＤ法やＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）等の塗布法を用いる事ができる。また、隔壁材料１１８は、例えば酸化シリコンや酸窒化シリコン、中空構造を有する材料を用いることができる。
図５（ｇ）に示す工程ｇでは、溝１６、１８に隔壁材料１１８が残るように、上の余分な隔壁材料１１８を除去する。隔壁材料１１８のうち、溝１６に位置した部分から隔壁部材１７が形成され、溝１８に位置した部分から隔壁部材１９が形成される。余分な隔壁材料１１８の除去にはＣＭＰ法を用いることができるが、エッチバックプロセスが好適である。透光層２０の露出は、エッチバックプロセスにおいて使用するドライエッチング装置内での、プラズマの発光強度をモニタリングすることで確認できる。
図５（ｇ）に示す工程ｇの後、透光層２０の上に、エッチバック法、面積階調法、リフロー法およびインプリント法のいずれか、または、これらの組合せによって、マイクロレンズ層３０を形成する。
以上のように、図１（ａ）で説明したデバイス１００を製造することができる。
他の実施形態を説明する。図６（ａ）の形態では、隔壁部材１７が第１透光部２１と第２透光部２２との間に延在していない。代わりに、マイクロレンズ層３０が第１透光部２１と第２透光部２２との間に延在している。同様に、マイクロレンズ層３０が第１透光部２１と第２透光部２２との間に延在している。本例では、基板１０１の主面１０２から隔壁部材１７、１９の上端までの距離は、基板１０１の主面１０２から透光層２０の上面までの距離よりも小さくなる。
図６（ａ）の形態では、隔壁部材１７とマイクロレンズ層３０との界面が第１カラーフィルタ１１と第２カラーフィルタ１２との間に位置する。しかし、隔壁部材１７とマイクロレンズ層３０との界面を第１透光部２１と第２透光部２２との間に位置するようにしてもよい。その場合、隔壁部材１７とマイクロレンズ層３０の双方が第１透光部２１と第２透光部２２との間に位置することになる。隔壁部材１９についても同様である。
図６（ｂ）の形態では、隔壁部材１７、１９が第１マイクロレンズ３１と第１透光部２１との間と、第２マイクロレンズ３２と第２透光部２２との間と、第３マイクロレンズ３３と第３透光部２３との間とに、それぞれ連続して延在している。そのため、マイクロレンズ層３０は透光層２０に接していない。また、そのため、基板１０１の主面１０２から隔壁部材１７、１９の上端までの距離は、基板１０１の主面１０２から透光層２０の上面までの距離よりも多くなる。隔壁部材１７、１９を成すマイクロレンズ層３０と透光層２０との間に位置すると、隔壁材料がマイクロレンズ層３０に入射した光の一部を反射するためセンサ感度を低下する要因になる。一方、図５（ｇ）で説明した工程ｇにおけるエッチバックによるエッチングばらつきの影響を低減できるため、均一性を重視したセンサに対しては効果的な場合がある。
図６（ｃ）の形態では、カラーフィルタ層１０と基板１０１との間に配された透光膜３００備えている。透光膜３００はパッシベーション膜として機能する。本実施形態では、図１（ａ）の層内レンズ層４０の凹凸がないため、図１（ａ）の平坦化膜としての透光膜１１１もない。そして、透光膜３００がカラーフィルタ層１０に接している。本実施形態では、透光膜３００が溝１６、１８の底を成している。透光膜３００は酸窒化シリコン層３０３、窒化シリコン層３０２、酸窒化シリコン層３０１の３層構造の複層膜である。窒化シリコン層３０２は、酸窒化シリコン層３０１および酸窒化シリコン層３０３よりも厚い。窒化シリコン層３０２の代わりに、酸窒化シリコン層３０１および酸窒化シリコン層３０３よりも窒素濃度が高い酸窒化シリコン層を用いてもよい。
図６（ｂ）、（ｃ）は導光部５０がない形態である。導光部５０が無くてもカラーフィルタ層１０に隔壁部材１７、１９を配置することで光利用効率を向上できるが、導光部５０を設ける際には、導光部５０と隔壁部材１７、１９との組み合わせの相乗効果によって光利用効率のさらなる向上を図ることができる。
図７（ｃ）の形態では、隔壁部材１７が第１マイクロレンズ３１と第２マイクロレンズ３２との間に延在している。また、隔壁部材１９が第２マイクロレンズ３２と第３マイクロレンズ３３との間に延在している。そのため、基板１０１の主面１０２から隔壁部材１７、１９の上端までの距離は、基板１０１の主面１０２から透光層２０の上面までの距離よりも多くなる。図７（ｃ）の実施形態に係るデバイス１００の製造方法を説明する。図５（ｆ）の段階で、隔壁材料１１８を厚めに成膜する。
図７（ａ）では隔壁材料１１８を成膜し、フォトリソグラフィによりフォトレジストをマスク１１９としてパターンニングする。マスク１１９を用いてドライエッチングにより隔壁材料１１８を除去する。これにより、図７（ｂ）の隔壁部材１７、１９が形成される。次に、図７（ｃ）に示すように隔壁部材１７、１９間にマイクロレンズ３１、３２、３３を形成する。マイクロレンズ層３０と隔壁部材１７、１９の境界では屈折率の関係から反射が増大するため、感度を向上することができる。
上記した例では、デバイス１００は表面照射型の撮像デバイスである。本発明は、裏面照射型の撮像デバイスにも適用可能である。図８（ａ）に示した裏面照射型の撮像デバイス４００においては、光電変換素子６１、６２、６３を有する基板１０１の上に、透光膜４０２を介してカラーフィルタ層１０、透光層２０、マイクロレンズ層３０が配される。一方、多層配線１０３は基板１０１に対してカラーフィルタ層１０とは反対側に配される。基板１０１は１〜１０μｍ程度の薄い半導体層である。基板１０１およびカラーフィルタ層１０は、多層配線１０３に対して基板１０１とは反対側に配置された支持基板４０１によって支持される。カラーフィルタ層１０と透光層２０には溝１６，１８が配され、溝１６、１８の中には隔壁部材１７、１９が配される。
また、本発明は、光電変換膜型の撮像デバイスにも適用可能である。図８（ｂ）に示した光電変換膜型の撮像デバイス５００では、画素回路を有する基板１０１の上に光電変換膜５０２を配置する。光電変換膜５０２と基板１０１との間に配された画素電極５０１により、多層配線１０３を介して光電変換膜５０２で生じた電荷を読み出す。光電変換膜型の撮像デバイス５００では、光電変換膜５０２に対して画素電極５０１とは反対側に透明電極５０３が配置される。透明電極５０３の上にカラーフィルタ層１０、透光層２０、マイクロレンズ層３０が配される。カラーフィルタ層１０と透光層２０には溝１６，１８が配され、溝１６、１８の中には隔壁部材１７、１９が配される。
また、撮像デバイスだけでなく、表示デバイス６００にも適用可能である。図８（ｃ）に示した有機ＥＬ型の表示デバイス６００では、基板１０１の上には画素電極６０１と発光層６０２と透明電極６０３が重ねられる。発光層６０２は有機材料層でもよいし無機材料層でもよい。画素電極６０１、発光層６０２、透明電極６０３を含む発光素子の上に透光膜６０４が形成される。透光膜６０４の上にカラーフィルタ層１０、透光層２０が配される。カラーフィルタ層１０と透光層２０には溝１６，１８が配され、溝１６、１８の中には隔壁部材１７、１９が配される。
図１（ｂ）は、撮像装置ＡＰＲを備える機器ＥＱＰの構成の一例を示している。光電変換エリアＰＸを有する撮像デバイスＩＣには、周辺回路が設けられた周辺回路エリアＰＲを更に設けることができる。周辺回路を別の半導体チップに設けることもできる。周辺回路が設けられた別の半導体チップと光電変換エリアＰＸを有する半導体チップとを積層することもできる。
撮像装置ＡＰＲは基板１０１を有する撮像デバイスＩＣの他に、撮像デバイスＩＣを収容するパッケージＰＫＧを含みうる。パッケージＰＫＧは、撮像デバイスＩＣが固定された基体と、撮像デバイスＩＣに対向するガラス等の蓋体と、基体に設けられた端子と撮像デバイスＩＣに設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプ等の接続部材と、を含みうる。
機器ＥＱは、光学系ＯＰＴ、制御装置ＣＴＲＬ、処理装置ＰＲＣＳ、表示装置ＤＳＰＬ、記憶装置ＭＭＲＹの少なくともいずれかをさらに備え得る。光学系ＯＰＴは撮像装置ＡＰＲに結像するものであり、例えばレンズやシャッター、ミラーである。制御装置ＣＴＲＬは撮像装置ＡＰＲを制御するものであり、例えばＡＳＩＣなどの半導体装置である。処理装置ＰＲＣＳは撮像装置ＡＰＲから出力された信号を処理するものであり、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）あるいはＤＦＥ（デジタルフロントエンド）を構成するための、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの撮像装置である。表示装置ＤＳＰＬは撮像装置ＡＰＲで得られた情報（画像）を表示する、ＥＬ表示装置や液晶表示装置である。記憶装置ＭＭＲＹは、撮像装置ＡＰＲで得られた情報（画像）を記憶する、磁気装置や半導体装置である。記憶装置ＭＭＲＹＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、あるいは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリである。機械装置ＭＣＨＮはモーターやエンジン等の可動部あるいは推進部を有する。このほか、上述した表示装置ＤＳＰＬに本発明を適用した撮像デバイスを用いることもできる。その場合、処理装置ＰＲＣＳで処理された信号が表示装置ＤＳＰＬに入力される。
図１（ｂ）に示した機器ＥＱＰは、撮影機能を有する情報端末やカメラなどの電子機器でありうる。カメラにおける機械装置ＭＣＨＮは光学系ＯＰＴの部品を駆動することができる。また、機器ＥＱＰは、車両や船舶、飛行体などの輸送機器でありうる。輸送機器における機械装置ＭＣＨＮは移動装置として用いられうる。輸送機器としての機器ＥＱＰは、撮像装置ＡＰＲを輸送するものや、撮影機能により運転（操縦）の補助および／または自動化を行うものに好適である。運転（操縦）の補助および／または自動化のための処理装置ＰＲＣＳは、撮像装置ＡＰＲで得られた情報に基づいて移動装置としての機械装置ＭＣＨＮを操作するための処理を行うことができる。
本実施形態による撮像装置ＡＰＲを用いれば、太陽光や車両のヘッドライトのような強い光に対しても、光利用効率を向上させつつ、混色の発生を抑制できる。そのため、撮像装置ＡＰＲを輸送機器に搭載して輸送機器の外部の撮影や外部環境の測定を行う際に優れた画質や測定精度を得ることができる。よって、輸送機器の製造、販売を行う上で、輸送機器に本実施形態の撮像装置ＡＰＲの搭載を決定することは、輸送機器の性能を高める上で有利である。
以上、説明した実施形態は、本発明の思想を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。
１０１ 基板
１０ カラーフィルタ層
２０ 透光層
１６、１８ 溝
１７，１９ 隔壁部材
１０ カラーフィルタ層
２０ 透光層
１６、１８ 溝
１７，１９ 隔壁部材
Claims (20)
- 基板と、
前記基板の上に配された、第１カラーフィルタおよび第２カラーフィルタを含むカラーフィルタ層と、
前記カラーフィルタ層に対して前記基板とは反対側に配され、前記第１カラーフィルタの上に位置する第１透光部および前記第２カラーフィルタの上に位置する第２透光部を含む透光層と、
を備えるデバイスであって、
前記カラーフィルタ層および前記透光層には、溝が、前記第１カラーフィルタと前記第２カラーフィルタとの間、および、前記第１透光部と前記第２透光部との間に位置するように設けられており、
前記溝の中には、少なくとも前記第１カラーフィルタと前記第２カラーフィルタとの間に位置する部材が配されており、
前記部材の屈折率は１．０よりも高いこと、および／または、前記部材は固体であることを特徴とするデバイス。 - 前記第１カラーフィルタの厚さが前記第２カラーフィルタの厚さよりも大きく、前記第１透光部の厚さが前記第２透光部の厚さよりも小さい、請求項１に記載のデバイス。
- 前記第１カラーフィルタの上に配された第１マイクロレンズおよび前記第２カラーフィルタの上に配された第２マイクロレンズを含むマイクロレンズ層をさらに備える、請求項１または２に記載のデバイス。
- 前記第１透光部は第１マイクロレンズと前記第１カラーフィルタとの間に位置し、前記第２透光部は第２マイクロレンズと前記第２カラーフィルタとの間に位置する、請求項３に記載のデバイス。
- 前記マイクロレンズ層は前記透光層に接する、請求項３または４のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記部材の前記基板とは反対側の端と前記基板との距離は、前記透光層の前記基板とは反対側の面と前記基板との距離に等しい、または、前記透光層の前記基板とは反対側の面と前記基板との距離よりも小さい、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記マイクロレンズ層は前記第１透光部と前記第２透光部との間に延在している、請求項３乃至５のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記部材は、前記第１マイクロレンズと前記第２マイクロレンズとの間に延在する、請求項３乃至５のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記部材は、前記第１透光部と前記第２透光部との間に延在している、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記カラーフィルタ層と前記基板との間に配された透光膜を更に備え、
前記溝は前記透光膜にも設けられている、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のデバイス。 - 前記カラーフィルタ層と前記基板との間に配され、前記カラーフィルタ層に接した透光膜を更に備え、
前記透光膜は前記溝の底を成している、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のデバイス。 - 前記第１カラーフィルタと前記基板との間に配された第１層内レンズおよび前記第２カラーフィルタと前記基板との間に配された第２層内レンズを含む層内レンズ層を更に備える、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記溝は、前記第１層内レンズと前記第２層内レンズとの間に延在する、請求項１２に記載のデバイス。
- 前記部材の屈折率は、前記第１カラーフィルタの屈折率および前記第２カラーフィルタの屈折率よりも低い、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記部材の屈折率は、前記第１透光部の屈折率および前記第２透光部の屈折率よりも低い、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記カラーフィルタ層と前記基板との間には、各々が層間絶縁膜で囲まれた複数の導光部が配列されており、前記第１カラーフィルタの屈折率と前記部材の屈折率との差が、前記層間絶縁膜と前記複数の導光部との屈折率の差よりも小さい、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記部材は、酸化シリコンを含む材料、酸窒化シリコンを含む材料、または、複数の空隙を有する材料である、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のデバイス。
- 前記基板の中には光電変換素子が設けられている、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のデバイス。
- 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のデバイスと、
前記デバイスへ入力する信号、または、前記デバイスから出力された信号を処理する処理装置と、を備えることを特徴とする電子機器。 - 移動装置と、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のデバイスと、
前記デバイスから出力された信号を、前記移動装置を制御するために処理する処理装置と、を備えることを特徴とする輸送機器。
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