固态图像传感器的制作方法

专利名称：固态图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于数码相机等的固态图像传感器，尤其涉及用于分色的滤膜。
背景技术：
固态图像传感器包括多个像素，并且所述多个像素各包括滤膜和光电转换单元。该滤膜用于光的分色。例如，各红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤膜用作原色滤色片，并且各青色(C)、品色(M)、黄色(Y)和绿色(G)滤膜用作补色滤色片。光电转换单元将透过滤膜的光转换为电荷。所转换的电荷量作为与光电转换单元所接收的光的量相对应的信号向外部输出。(专利文件1)传统的滤膜由诸如丙烯酸树脂的透明树脂等构成，其中散布有作为有机材料的颜料和染料(专利文件2)。也就是说，可以通过根据各个颜色使用颜料和染料来实现分色。
专利文件1日本公开专利申请No.H05-6986专利文件2日本公开专利申请No.H07-311310发明内容本发明解决的技术问题然而，滤膜有以下问题。
第一问题在于因为滤膜由有机材料构成，所以耐光性不足。例如，有机颜料具有暴露于光下会褪色的特点。如果发生褪色，由于滤膜的透过特性改变而不能正确地进行分色。
第二问题在于难于将由散布的颜料等构成的滤膜变薄。对于这种滤膜，滤膜的膜厚越小，透明度越高。所以，滤膜的分色特性将恶化。当使用颜料时，由于颜料的微粒大小而使得滤膜变薄受到限制。通过使滤膜变薄可有效地防止多个像素间的混色。因为近年随着像素的微型化可能发生混色，所以日益要求滤膜的膜厚变小。
本发明的目的在于提供一种固态图像传感器，其包括具有比传统滤膜更优的耐光性并可变薄的滤膜。
解决该问题的手段上述问题通过一种具有多个像素的固态图像传感器得到解决，其中，所述多个像素各包括用于透过预定颜色的光的滤膜，以及用于将透过所述滤膜的光转换为电荷的光电转换单元；所述滤膜为由无机材料构成的单层膜；以及所述单层膜的光学厚度比与所述预定颜色的波长的一半相等的厚度小与由所述无机材料吸收的所述预定颜色的光的量相对应的厚度。
发明效果使用上述结构，滤膜由无机材料构成。所以，滤膜具有比传统滤膜更好的耐光性。另外，单层膜的光学厚度比与所述预定颜色的波长的一半相等的厚度小与由所述无机材料吸收的所述预定颜色的光的量相对应的厚度。这使得光透过率的局部最大值出现在该滤膜的透射光谱中的预定颜色的波长处。所以，滤膜的光学厚度可以变薄到与各个颜色的波长的一半相等的厚度，而不会降低该滤膜的分色特性。
并且，所述无机材料对于所述预定颜色的波长的光的吸收系数越大，所述单层膜的所述光学厚度越小。
这可防止因为大的光吸收系数而降低滤膜的透过率。
并且，所述无机材料的成分对于所述多个像素而言均相同。
使用上述结构，由于各个滤膜由相同材料构成，因此在滤膜的制造工序中没有根据颜色管理材料的必要。所以，可减少滤膜的制造成本。
并且，所述无机材料的成分根据多个颜色中待透过颜色而不同；以及各个所述颜色的波长越短，所述无机材料的折射率越小。
使用上述结构，在各具有不同的待透过颜色的像素之间，滤膜的物理厚度差可以较小。所以，可轻易地平整其中形成有滤膜的层。
另外，所述无机材料的折射率等于或大于3。
因为滤膜的折射率等于或大于3，即使倾斜的入射光进入滤膜，折射角也很小。所以，可以防止像素间的混色。
并且，所述无机材料为非晶硅、多晶硅、单晶硅或主要含有硅的材料。
非晶硅、多晶硅、单晶硅或主要含有硅的材料的吸收系数较大。所以，即使滤膜非常薄，也能够实现分色。
并且，非晶硅、多晶硅、单晶硅或主要含有硅的材料的折射率约为4到5，并大于常规绝缘膜等(例如，二氧化硅膜的折射率为1.46)。所以，即使倾斜的入射光进入滤膜，折射角也很小，并且能够防止混色。
另外，对于非晶硅，膜可在低温度下形成。所以，可在诸如低熔点铝的遮光膜形成之后形成滤膜。结果，可自由地改变制造工序。并且，如果使用非晶硅，可减少光电转换单元上的应力。所以，可减少对光电转换单元的损害。
并且，所述无机材料为钛的氧化物、钽的氧化物或铌的氧化物。
对于钛的氧化物(二氧化钛等)、钽的氧化物(五氧化钽等)或铌的氧化物(五氧化铌等)，在光学波长范围内的光吸收系数较小。所以，可提高滤膜的透过率。结果，可实现具有高灵敏度的固态图像传感器。
另外，钛的氧化物、钽的氧化物或铌的氧化物的折射率等于或大于2，其在电介质材料中相对较大。所以，钛的氧化物、钽的氧化物或铌的氧化物适于作为用于形成干涉滤色片的材料。
并且，所述多个像素还各包括防反射膜，所述防反射膜形成于所述滤膜面对光源的主表面并且具有小于所述滤膜的折射率。
使用上述结构，入射光通过其的介质之间的折射率差较小，并且降低了入射光在滤膜表面上的反射。所以，可实现具有高灵敏度的固态图像传感器。另外，通过改变防反射膜的厚度可控制滤膜的光透过率的峰值波长。结果，可提高分色特性和设计自由度。
并且，所述防反射膜由硅的氮化物、二氧化硅或硅的氮氧化物构成。
使用上述结构，防反射膜可通过半导体工艺制造。所以，可减少滤膜的制造成本。
另外，所述光电转换单元形成于一部分衬底中；所述光电转换单元还各包括遮光膜，所述遮光膜覆盖所述衬底并具有设置在与所述光电转换单元相对应的位置的开口；以及所述滤膜设置于所述遮光膜和所述衬底之间。
使用上述结构，可防止在光电转换单元和滤膜之间的光的干涉。这提高了固态图像传感器的灵敏度。并且，上述结构可作为防止混色的有效方法。由于滤膜的物理厚度非常薄，所以可容易在遮光膜和光电转换单元之间形成滤膜。
并且，所述多个像素各设置为使得所述滤膜面对所述光电转换单元的主表面设置于相同的平面；所述多个像素还各包括设置于所述滤膜面对光源的主表面上的平整层；以及所述滤膜的物理厚度越大，所述平整层的厚度越小。
使用上述结构，在像素间，平整层面对光源的主表面能够为平整的。这可提高了装置的可扩张性。
并且，所述多个像素还各包括设置于所述平整层面对所述光源的主表面上的微透镜。
使用上述结构，可提高光聚焦效率并且能够实现高灵敏度的固态图像传感器。
上述问题还通过一种具有多个像素的固态图像传感器得到解决，其中，所述多个像素各包括用于透过预定颜色的光的滤膜，以及用于将透过所述滤膜透射的光转换为电荷的光电转换单元；所述滤膜为由无机材料构成的单层膜；以及所述单层膜的光学厚度根据在150nm到含400nm的范围内的多个颜色中待透过的颜色设定。
使用上述设置，滤膜由无机材料构成。所以，滤膜具有比传统滤膜更好的耐光性。单层膜的光学厚度在含150nm到含400nm的范围内。这使得光透过率的局部最大值出现在该滤膜的透射光谱中的待透过颜色的波长处。所以，滤膜的光学厚度可以变薄到与各个颜色的波长的一半相等的厚度，而不会降低该滤膜的分色特性。
上述问题通过一种具有多个像素的固态图像传感器得到解决，其中，所述多个像素各包括用于透过预定颜色的光的滤膜，以及用于将透过所述滤膜的光转换为电荷的光电转换单元；所述预定颜色的波长越短，在构成所述滤膜的无机材料的光学波长范围中的光吸收系数越小。
使用上述结构，滤膜由无机材料构成。所以，滤膜具有比传统滤膜更好的耐光性。
并且，所述滤膜的所述光吸收系数通过改变所述无机材料的成分而不同。
使用上述结构，根据颜色的无机材料的材料相同，所以在滤膜的制造工序中没有根据颜色管理材料的必要。另外，能够比传统的滤膜更简单制造滤膜，因为传统滤膜的成分在其形成步骤中根据颜色而改变所以传统的滤膜需要根据颜色将颜料散布到透明树脂中的额外工序。所以，可减少滤膜的制造成本。
并且，所述滤膜的光学厚度比与所述预定颜色的波长的一半相等的厚度小与由所述无机材料吸收的所述预定颜色的光的量相对应的厚度。
使用上述结构，滤膜的光学厚度比与所述预定颜色的波长的一半相等的厚度小与由所述无机材料吸收的所述预定颜色的光的量相对应的厚度。这使得光透过率的局部最大值出现在该滤膜的透射光谱中的预定颜色的波长处。所以，滤膜的光学厚度可以变薄到与各个颜色的波长的一半相等的厚度，而不会降低该滤膜的分色特性。


图1示出了相机系统的结构；图2为示出了第一实施方式的像素(1a、1b和1c)结构的衬底的截面图；图3示出了第一实施方式的滤膜21a、21b和21c的透射光谱；图4示出了信号处理电路的内部结构；图5为用于该信号处理电路的行列式；图6示出了通过处理数字信号而生成的颜色信号光谱；图7为示出了第二实施方式的像素(1a，1b和1c)结构的衬底的截面图；图8示出了第二实施方式的滤膜21a，21b和21c的透射光谱；图9为示出了第三实施方式的像素(1a，1b和1c)结构的衬底的截面图；图10为示出了第四实施方式的滤膜21的制造方法的工序的截面图；图11为通过第四实施方式的制造方法制造的滤膜21的截面图；图12为示出了第五实施方式的滤膜21的制造方法的工序的截面图；图13为通过第五实施方式的制造方法制造的滤膜21的截面图；图14为示出了第五实施方式的像素(1a，1b和1c)结构的衬底的截面图；图15示出了第六实施方式的滤膜51a，51b和51c的透射光谱；图16为示出了第七实施方式的像素(1a，1b和1c)结构的衬底的截面图；图17示出了第七实施方式的滤膜61a，61b和61c的透射光谱；图18为示出了第八实施方式的像素(1a，1b和1c)结构的衬底的截面图；图19示出了第八实施方式的滤膜61a，61b和61c的透射光谱；图20为示出了第九实施方式的像素(1a，1b和1c)结构的衬底的截面图；图21示出了第九实施方式的滤膜71a，71b和71c的透射光谱；图22为示出了第十实施方式的滤膜61的制造方法的工序的截面图。
附图标记说明1固态图像传感器2驱动电路3垂直扫描电路4水平扫描电路5模拟前端6信号处理电路7工作存储器8记录存储器9控制单元11衬底
12光电转换单元形成层13绝缘层14遮光膜形成层15滤色片形成层16P型阱17光电转换单元19遮光膜20开口21、51、61、71滤膜22平整层23微透镜30防反射膜实施本发明的最佳方式以下参照附图描述根据本发明实施方式的固态图像传感器。请注意本发明并不限于以下实施方式。
<第一实施方式>
图1示出了本发明相机系统的结构。
该相机系统安装在数字相机、数字摄像机等上以产生图像数据，并且包括固态图像传感器1、驱动电路2、垂直扫描电路3、水平扫描电路4、模拟前端5、信号处理电路6、工作存储器7、记录存储器、8以及控制单元9。
该固态图像传感器1为MOS型图像传感器，并且具有多个像素(1a、1b、1c等)。在图1中的该多个像素的各个表示为“R”、“RG”或“RGB”。“R”透过在光学波长范围中红色区域的光，并表示在红色区域中具有在该光透射光谱的局部最大值的像素。“RG”透过在光学波长范围中红色和绿色区域的光，并表示在绿色区域中具有光透射光谱的局部最大值的像素。“RGB”透过在光学波长范围中红色、绿色和蓝色区域的光，并表示在蓝色区域中具有光透射光谱的局部最大值的像素。
例如，像素1a具有主要针对红色区域的敏感性，并且输出与所接收的光的量相对应的信号。像素1b具有主要针对绿色和红色区域的敏感性，并且输出与所接收的光的量相对应的信号。像素1c具有主要针对蓝色、绿色和红色区域的敏感性，并且输出与所接收的光的量相对应的信号。
如图1所示，滤色片的排列符合拜耳排列(Bayer arrangement)。
请注意在本说明书中，蓝色区域的波长在400nm到490nm的范围中并且含490nm，绿色区域的波长在490nm到580nm的范围中并且含580nm，以及红色区域的波长在580nm到700nm的范围中并且包含700nm。另外，小于等于400nm的波长范围为紫外区域，并且大于等于700nm的波长范围为红外区域。
驱动电路2基于来自控制单元9的触发信号驱动垂直扫描电路3和水平扫描电路4。
垂直扫描电路3通过来自驱动电路2的驱动指令顺次逐行激活多个像素中的每个，并将一行已激活的像素信号同时传输给水平扫描电路4。
该水平扫描电路4通过来自驱动电路2的驱动指令与垂直扫描电路3同步运行，并顺次逐列地将一行已传输的像素信号输出给模拟前端5。以平面矩阵排列的多个像素的各个像素的信号通过驱动电路2、垂直扫描电路3和水平扫描电路4转换为电压，以串行地输出给模拟前端5。
模拟前端5采样并放大该电压信号，并将该电压信号从模拟信号转换为数字信号，以输出给信号处理电路6。
该信号处理电路6为DSP(数字信号处理器)，并将来自模拟前端5的数字信号转换为红色信号、绿色信号和蓝色信号，以生成图像数据。
具体地，工作存储器7为当信号处理电路6将与该多个像素中每个相对应的数字信号转换为各个颜色的颜色信号时使用的SDRAM。
记录存储器8为记录由信号处理电路6生成的图像数据的SDRAM。
控制单元9控制驱动电路2和信号处理电路6。例如，当用户按下快门按钮，控制单元9将触发信号输出给驱动电路2。
以下描述固态图像传感器1的多个像素中每个的结构。
图2为示出了第一实施方式的像素(1a，1b和1c)结构的衬底的截面图。
各个像素由掺杂N型杂质的硅构成的衬底11上的以下各层组成。
光电转换单元形成层12包括P型阱16和光电转换单元17。该P型阱16是通过在衬底11中的P型杂质的离子注入形成的。作为N型区域的光电转换单元17是通过在P型阱16中的N型杂质的离子注入形成的。
绝缘层13由二氧化硅18构成，并且用于使光电转换单元形成层12与遮光膜形成层14绝缘，以及平整该图像传感器。
遮光膜形成层14包括来自垂直扫描电路3的引线以及将信号电荷转送到水平扫描电路4的引线，并且该引线是通过CVD方法形成的。遮光膜19同样通过CVD方法形成，并且为了平整该图像传感器而形成该二氧化硅18。
滤色片形成层15包括各个滤膜(21a、21b和21c)以及由二氧化硅形成的平整层22。各个滤膜(21a、21b和21c)的物理厚度(da、db和dc)越大，则平整层22的厚度越小。
入射光24从像素的上部进入，通过微透镜23会聚，并透过各个滤膜(21a、21b和21c)和形成在遮光膜19中的开口20到达光电转换单元17。
在进入像素1a的入射光24中，其波长范围在红色区域中具有局部最大值的光透过滤膜21a到达光电转换单元17。在进入像素1b的入射光24中，其波长范围在绿色区域中具有局部最大值的光到达光电转换单元17。在进入像素1c的入射光24中，其波长范围在蓝色区域中具有局部最大值的光到达光电转换单元17。
透过各个滤膜(21a、21b和21c)的入射光24通过形成在遮光膜19中的开口20。
遮光膜19通过CVD等方法形成。为了防止从相邻像素散射的光到达光电转换单元17，在光电转换单元17正上方的部分通过形成开口20而打开，并且遮光膜19遮蔽来自除了开口20以外的部分的光。使用这种结构，只有与衬底11接近垂直的入射光可以到达光电转换单元17，并且遮蔽了斜射光。
光电转换单元17通过带有P型阱16的PN结形成光电二极管，并根据透过各个滤膜(21a、21b和21c)和开口20到达光电转换单元17的光的亮度产生信号电荷。以下是光电转换的结构。
在光电转换单元17中，形成有耗尽区，在该耗尽区中作为载流子的电子与作为P型阱载流子的电子空穴复合并消失的。这相对增加了光电转换单元17的电势，并相对降低了P型阱16的电势。所以，在耗尽区中产生内部电场。
在这种状态中，当入射光24到达光电转换单元17时，通过光电转换产生电子空穴对，并且该电子和电子空穴通过内部电场向相反的方向漂移。换言之，电子向光电转换单元17的中心漂移，而电子空穴向P型阱漂移。结果，电子在光电转换单元17中累积，并且累积的电子变为各个像素的信号电荷。
随后，像素1a根据入射光24中波长范围在红色区域具有局部最大值的光的亮度产生信号电荷。像素1b根据波长范围在绿色区域具有局部最大值的光的亮度产生信号电荷。像素1c根据波长范围在蓝色区域具有局部最大值的光的亮度产生信号电荷。
在第一实施方式中，各个滤膜(21a、21b和21c)为非晶硅构成的单层膜。各个滤膜(21a、21b和21c)的光学厚度小于与待透过颜色的波长的一半相等的厚度，两者相差为与由非晶硅吸收的待透过颜色的光的量相对应的厚度。待透过的颜色为红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)中每个。
仅考虑滤膜中光的干涉效应，在光透射光谱中，透过率的局部最大值出现在与该滤膜的光学厚度nd两倍厚的厚度相对应的波长λ处。换言之，如果滤膜的光学厚度nd等于待透过的颜色的波长的一半，透过率的局部最大值出现在根据关系式nd＝λ/2的波长处。
因为实际上滤膜吸收了光，所以不仅要考虑光的干涉效应，还要考虑吸收效应。关于一般无机材料的吸收系数，光波长越短，吸收系数越大。换言之，随着光波长变短，因为光的吸收，透过率降低。结果，表示光透过率的局部最大值的波长向长波长一侧偏移。所以，通过调整各个滤膜的光学厚度小于与待透过颜色的波长的一半相等的厚度，且两者相差为与由非晶硅吸收的待透过颜色的光的量相对应的厚度，光透过率的局部最大值可出现在待透过颜色的波长处。
这里，红色波长λ为650nm，绿色波长λ为560nm，以及蓝色波长λ为490nm。所以，红色波长λ的一半为325nm，绿色波长λ的一半为280nm，蓝色波长λ的一半为245nm。由于光学厚度比与待透过颜色的波长的一半相等的厚度小与由非晶硅吸收的待透过颜色的光的量相对应的厚度，所以红色滤膜的光学厚度为315nm，绿色滤膜的光学厚度为260nm，以及蓝色滤膜的光学厚度为200nm。光吸收量通过非晶硅的吸收系数和滤膜的光学厚度得到。
在650nm波长处非晶硅的折射率为4.5。在560nm波长处非晶硅的折射率为4.75。在490nm波长处非晶硅的折射率为5.0。所以，各个滤膜(21a、21b和21c)的物理厚度(da、db和dc)分别为da＝70nm，db＝55nm和dc＝40nm。
图3示出了第一实施方式的滤膜21a，21b和21c的透射光谱。曲线31a表示滤膜21a的透射光谱。曲线31b表示滤膜21b的透射光谱。曲线31c表示滤膜21c的透射光谱。
滤膜21a在650nm的红色波长处具有光透过率的局部最大值。滤膜21b在560nm的绿色波长处具有光透过率的局部最大值。滤膜21c在490nm的蓝色波长处具有光透过率的局部最大值。滤膜的光学厚度越大，光透过率为局部最大值的波长越长。由于该原因，可以预料由于光的干涉效应局部最大值出现在光透射光谱中。
滤膜21a的透过率的局部最大值为78％。滤膜21b的透过率的局部最大值为61％。滤膜21c的透过率的局部最大值为38％。
可以预料，因为颜色波长越短，非晶硅的吸收系数越大，所以颜色波长越短，则局部最大值越小。
同样，当关注于一个滤膜的透射光谱时(例如，滤膜21b曲线31b)，其处为局部最大值的波长(560nm)的短波长一侧的曲线(31d)的斜度大于长波长一侧的曲线(31e)的斜度。因为光波长越短，非晶硅的吸收系数越大，所以短波长一侧的透过率降低。由于短波长一侧的光容易截断，该吸收效应提高了分色特性。
如图3所示，任何滤膜可透过在整个可见光波长范围(400nm到700nm)中的光。结果，例如，在由具有滤膜21a的像素1a基于透射光谱31a的比率获得的信号中包括颜色信号(R、G和B)的各个分量。同样地，对于像素1b和1c同样适用。
所以，为了导出用于产生图像数据的颜色信号(R、G和B)，不得不对由像素1a、1b和1c得到的数字信号(Sa、Sb和Sc)进行处理。以下描述其方法。
图4示出了信号处理电路的内部结构。
信号处理电路6包括变换矩阵保持单元61、运算单元62和存储器控制单元63。
变换矩阵保持单元61保持将在模拟前端5中生成的数字信号(Sa、Sb和Sc)转换为颜色信号(R、G和B)的变换矩阵。
在图5(a)中示出了数字信号(Sa、Sb和Sc)与颜色信号(R、G和B)之间的关系。
这里，矩阵中各个元素W11到W33为基于各个滤膜21a、21b和21c的透射光谱的权重因数。
矩阵中各个元素W11到W33逆变换为变换矩阵。在图5(b)中示出了数字信号(Sa、Sb和Sc)与颜色信号(R、G和B)之间的关系。
这里，矩阵中各个元素X11到X33通过对图5(a)中的矩阵进行逆变换得到。
存储器控制单元63控制对工作存储器7和记录存储器8的访问。存储器控制单元63从模拟前端5接收数字信号，并一次将该数字信号存储在工作存储器7中。当在工作存储器7中累积了对应一帧的图像数据，存储器控制单元63从工作存储器7中获取部分图像数据，并将该部分图像数据输入到运算单元62。
运算单元62通过将数字信号(Sa、Sb和Sc)与在变换矩阵保持单元61中保持的变换矩阵相乘得到颜色信号(R、G和B)。
存储器控制单元63将由运算单元62得到的颜色信号(R、G和B)存储在记录存储器8中。结果，对应一帧的图像数据记录在记录存储器8中。
图6示出了通过处理数字信号而生成的颜色信号光谱。
为了接近理想的NTSC光谱学可确定各个参数。
如上所述，在第一实施方式中，各个滤膜的光学厚度根据待透过的颜色做出合适的调整。使用该结构，可得到图3中所示的透射光谱并且各个滤膜作用与滤色片相同。
由于各个滤膜(21a、21b和21c)由相同材料(非晶硅)构成，在滤膜的制造工序中没有根据颜色管理材料的必要。所以，可减少滤膜的制造成本。
各个滤膜(21a、21b和21c)可通过半导体工序制造。如果可使用半导体工序，则没有必要提供专用于有机材料的滤色片生产线。所以，可减少滤膜的制造成本。
近来，要求滤色片变薄以防止像素间的混色。当进入像素的滤色片中的倾斜入射光到达与该像素相邻的像素的光电转换单元时产生混色。通过使滤膜变薄，可防止混色。在第一实施方式中，各个滤膜(21a、21b和21c)的物理厚度非常薄，且最大为70nm。所以，可有效地防止混色。
非晶硅的折射率约为5，其大于常规绝缘膜等(例如，二氧化硅的折射率为1.46)。所以，即使倾斜入射光进入滤膜，折射角也较小并且可防止像素间的混色。
另外，关于非晶硅，可在低温度下形成膜。所以，可在诸如低熔点铝的遮光膜形成之后形成滤膜。结果，可自由地改变制造工序。并且，如果使用非晶硅，可减少光电转换单元上的应力。所以，可减少对光电转换单元的损害。
对于一般的干涉滤色片，如果光的入射角改变，因为光程长度变短，干涉波长向短波长一侧偏移。因此，由于垂直入射光和倾斜入射光各具有不同的分色特性，对于固态图像传感器使用一般的干涉滤色片存在技术问题。当光以30度角进入时，由于非晶硅的折射率约为5且更大，非晶硅的折射角为5.7度。所以，对倾斜入射光稍微有影响。对于一般的干涉滤色片，膜厚度越大，对倾斜入射光的影响越大。然而，第一实施方式的各个滤膜的膜厚度不大于100nm。结果，对倾斜入射光稍微有影响。
请注意，用于各个滤膜(21a、21b和21c)的非晶硅为吸收性材料。在本说明书中，吸收性材料限定为对于在波长400nm到700nm并且包括700nm的范围中的波长其消光系数等于或大于0.1的材料。吸收系数α、消光系数k和波长λ之间的关系为k＝α×λ/4π。
<第二实施方式>
在第二实施方式中，描述了各个滤膜(21a、21b和21c)上面对光源的主表面上形成有防反射膜30的实施例。由于除了防反射膜30以外的其他结构与第一实施方式相同，所以省略了其解释。
图7为示出了第二实施方式的像素(1a，1b和1c)结构的衬底的截面图。
防反射膜30形成在各个滤膜(21a、21b和21c)面对光源的主表面上。防反射膜30由硅的氮化物构成并且其物理厚度为50nm。
请注意，各个滤膜21a、21b和21c的物理厚度与第一实施方式相同并且分别为70nm、55nm和40nm。
图8示出了第二实施方式的滤膜21a，21b和21c的透射光谱。
曲线32a表示滤膜21a的透射光谱。曲线32b表示滤膜21b的透射光谱。曲线32c表示滤膜21c的透射光谱。
滤膜21a在650nm的红色波长处具有光透过率的局部最大值。滤膜21b在560nm的绿色波长处具有光透过率的局部最大值。滤膜21c在490nm的蓝色波长处具有光透过率的局部最大值。
比较第一实施方式和第二实施方式的相同滤膜的透射光谱(例如，滤膜21b曲线31b和32b)，第二实施方式的透过率的局部最大值(65％)大于第一实施方式的透过率的局部最大值(61％)。这是因为防反射膜30降低了光反射。
以下描述入射光24进入的各部分的材料和折射率。请注意，该折射率表示为在入射光的波长为560nm时的值。
开口20二氧化硅，折射率1.46滤膜21非晶硅，折射率4.77绝缘膜13二氧化硅，折射率1.46光电转换单元17N型硅，折射率4入射光24通过微透镜23会聚，并透过开口20和各个滤膜(21a、21b和21c)到达光电转换单元17。通常，当光在一个介质进入到另一介质时，反射率由两个介质的折射率之比决定。以下描述当光从具有折射率n1的介质进入具有折射率n2的介质时的反射率R。
R＝((n1-n2)/(n1+n2))2当光从通常作为平整层的二氧化硅(折射率1.46)进入非晶硅(折射率4.77)时，反射率为28％。另一方面，当光从硅的氮化物(折射率2.00)进入非晶硅(折射率4.77)时，反射率为17％。换言之，由于反射率降低了10％，而增加了透过率。结果，增加了进入各个像素的光电转换单元17的光量，并且提高了固态图像传感器1的灵敏度。这可作为用于防止由于像素的微型化而降低灵敏度的有效方法。
通过在作为各个滤膜(21a、21b和21c)的非晶硅上形成硅的氮化物，不仅有效地提高灵敏度而且增加固态图像传感器1的可靠性和防潮性。
<第三实施方式>
在第三实施方式中，描述了各个滤膜(21a、21b和21c)形成在光电转换单元17和遮光膜19之间的示例。由于其他结构与第一实施方式相同，所以省略其解释。
图9为示出了第三实施方式的像素(1a，1b和1c)结构的衬底的截面图。
各个滤膜(21a、21b和21c)形成在光电转换单元17和遮光膜19之间。请注意，各个滤膜(21a、21b和21c)的物理厚度与第一实施方式相同，并且分别为70nm、55nm和40nm。
滤色片形成层15包括各个滤膜(21a、21b和21c)，并可通过常规的半导体工艺形成。所以，滤色片形成层15可形成在光电转换单元形成层12和遮光膜形成层14之间。
并且，由于滤色片形成层15可在引线工序之前形成，所以可以使用要求在高温下处理的多晶硅。
由于各个滤膜(21a、21b和21c)由非晶硅构成，所以除非滤膜21与光电转换单元形成层12绝缘，否则光电转换单元17中产生的信号电荷可能泄漏到各个滤膜(21a、21b和21c)中。所以，在各个滤膜(21a、21b和21c)与光电转换单元形成层12之间提供绝缘层13。
如上所述，除了第一实施方式的像素的效果以外，在第三实施方式中，由于各个滤膜(21a、21b和21c)形成于光电转换单元17和遮光膜19之间，可防止光电转换单元17与各个滤膜(21a、21b和21c)之间的光的干涉。这提高了固态图像传感器1的灵敏度。
并且，上述结构可作为用于防止由于像素的微型化而产生混色的有效方法。
<第四实施方式>
下面描述在第四实施方式中各个滤膜(21a、21b和21c)的制造方法。
图10为示出了第四实施方式的各个滤膜(21a、21b和21c)的制造方法的工序截面图。
图10(a)示出了在膜形成工序之后的像素。
在膜形成工序中，非晶硅膜201形成在遮光膜形成层14的硅的氧化物膜的整个上部中。关于非晶硅膜，当膜形成时，可使用PVD(物理气相沉积)方法。形成膜的温度设定在从环境温度到400℃并且包括含400℃的范围内。当非晶硅膜201的厚度为70nm时，停止膜的形成。
图10(b)示出了第一涂覆工序之后的像素。
在第一涂覆工序中，在膜形成工序中形成的非晶硅膜201的整个上部上涂覆光刻胶(PR)202。
图10(c)示出了在第一曝光和显影工序之后的像素。
在第一曝光和显影工序中，用一定图案的掩模曝光在第一涂覆工序中涂覆的光刻胶(PR)202。随后，去除已曝光的部分并固化其余部分的光刻胶。使用该结构，仅去除对应于像素1c的光刻胶202。
图10(d)示出了第一蚀刻工序之后的像素。
在第一蚀刻工序中，对于经过第一曝光和显影工序之后的非晶硅膜201进行干刻。结果，对于与像素1c对应的区域的非晶硅膜201进行蚀刻。当像素1c的非晶硅膜201的厚度为40nm时，停止蚀刻。
请注意，通过干刻膜厚度可控制在3％的精度。
图10(e)示出了第二涂覆工序之后的像素。
在第二涂覆工序中，在经过蚀刻的非晶硅膜201的整个上部上涂覆光刻胶(PR)203。
图10(f)示出了第二曝光和显影工序之后的像素。
在第二曝光和显影工序中，仅去除与像素1b对应的光刻胶202。
图10(g)示出了第二蚀刻工序之后的像素。
在第二蚀刻工序中，对于与像素1b对应的区域的非晶硅膜201进行蚀刻。当像素1b的非晶硅膜201的厚度为55nm时，停止蚀刻。
图10(h)示出了光刻胶去除工序之后的像素。
在光刻胶去除工序中，去除不必要的光刻胶203。
如上所述，由于各个滤膜由相同材料(非晶硅)构成，在滤膜的制造工序中没有根据颜色管理材料的必要。所以，可减少滤膜的制造成本。
各个滤膜可通过半导体工艺制造。所以，可减少滤膜的制造成本。
在第四实施方式中，形成膜的温度可设定在从环境温度到包含400℃的范围内。另外，对于非晶硅，膜可在低温下形成。所以，可在诸如低熔点铝的遮光膜形成之后形成滤膜。
图11为通过第四实施方式的制造方法制造的各个滤膜(21a、21b和21c)的截面图。
通过使用上述制造方法，可在非晶硅膜201上形成诸如具有等于或小于10nm厚度的自然氧化膜的氧化膜211。然而，由于氧化膜211的厚度等于或小于10nm并且非常薄，所以氧化膜211对于透射光谱具有很少的影响。通过考虑氧化膜厚度来设计装置，可获得良好的分色特性。
<第五实施方式>
下面描述第五实施方式中各个滤膜(21a、21b和21c)的制造方法。
图12为示出了第五实施方式的各个滤膜(21a、21b和21c)的制造方法的工序截面图。
图12(a)示出了第一膜形成工序之后的像素。
在第一膜形成工序中，在遮光膜形成层14的硅的氧化物膜的整个上部上形成非晶硅膜301。关于非晶硅，当膜形成时，可使用PVD(物理气相沉积)方法。形成膜的温度设定在环境温度到包含400℃的范围内。当非晶硅膜301的厚度为15nm时，停止膜的形成。
图12(b)示出了第一曝光和显影工序之后的像素。
在第一曝光和显影工序中，在第一膜形成工序中形成的非晶硅膜301的整个上部涂覆光刻胶(PR)302。随后，使用步进式光刻机对光刻胶302进行曝光以去除对应于像素1b和1c的光刻胶302。
图12(c)示出了第一蚀刻工序之后的像素。
在第一蚀刻工序中，对于经过第一曝光和显影工序之后的非晶硅膜301进行干刻工序。结果，去除与像素1b和1c对应的区域的非晶硅膜301。
图12(d)示出了第一光刻胶去除工序之后的像素。
在第一光刻胶去除工序中，去除不必要的光刻胶302。使用该结构，具有15nm厚度的非晶硅膜301形成在与像素1a对应的区域。
图12(e)示出了第二膜形成工序之后的像素。
在第二膜形成工序中，在第一光刻胶去除工序之后形成非晶硅膜303。当非晶硅膜的厚度为15nm时，膜形成停止。结果，各个像素1a、1b和1c的非晶硅膜303的厚度分别为30nm、15nm和15nm。
图12(f)示出了第二曝光和显影工序之后的像素。
在第二曝光和显影工序中，在第二膜形成工序中形成的非晶硅膜303的整个上部涂覆光刻胶(PR)304。随后，使用步进式光刻机对光刻胶304进行曝光以去除对应于像素1c的光刻胶304。
图12(g)示出了第二蚀刻工序之后的像素。
在第二蚀刻工序中，去除与像素1c对应的区域的非晶硅膜303。
图12(h)示出了第二光刻胶去除工序之后的像素。
在第二光刻胶去除工序中，在与像素1a对应的区域形成具有30nm厚度的非晶硅膜，并在与像素1b对应的区域形成具有15nm厚度的非晶硅膜。
图12(i)示出了第三膜形成工序之后的像素。
在第三膜形成工序中，形成具有40nm厚度的非晶硅膜。所以，在各个像素1a、1b和1c中的各个滤膜(21a、21b和21c)的厚度分别为70nm、55nm和40nm。
在这种情况下，形成具有三类例如70nm、55nm和40nm的滤膜(21a、21b和21c)。也就是，在与像素1a对应的区域形成具有70nm厚度的非晶硅膜，在与像素1b对应的区域形成具有55nm厚度的非晶硅膜，以及在与像素1c对应的区域形成具有40nm厚度的非晶硅膜。
如上所述，由于各个滤膜由相同材料(非晶硅)构成，在滤膜的制造工序中没有根据颜色管理材料的必要。所以，可减少滤膜的制造成本。
各个滤膜可通过半导体工艺制造。所以，可减少滤膜的制造成本。
在第五实施方式中，由于在膜形成工序中控制膜厚度，相对于第四实施方式所述的通过蚀刻控制厚度的方法，可减少膜厚度的面内(in-plane)变化。结果，可增加膜厚度的精度。
在第五实施方式中，形成膜的温度可设定在环境温度到包含400℃的范围内。另外，对于非晶硅，可在低温下形成膜。所以，可在诸如低熔点铝的遮光膜形成之后形成滤膜。
图13为通过第五实施方式的制造方法制造的各个滤膜(21a、21b和21c)的截面图。
通过使用上述制造方法，可在非晶硅膜301、302和305上形成诸如自然氧化膜的氧化膜211。然而，由于氧化膜211的厚度等于或小于10nm并且非常薄，所以氧化膜211对于透射光谱具有很小的影响。通过考虑氧化膜厚度来设计器件，可获得良好的分色特性。
请注意，在第五实施方式中，在图12(i)的阶段完成滤膜。然而，滤膜可在图12(h)的阶段完成。
在图12(h)的滤膜中，三类膜厚度分别为30nm、15nm和0nm。使用该结构，在像素1a和1b中的两种颜色(30nm和15nm)，以及在像素1c中的白色(0nm)具有不同的透射带，且可实现滤色。对于该滤色片，非晶硅的厚度约为30nm且非常薄，所以光的吸收较少而透射的光量较多。所以，可获得具有高灵敏度的固态图像传感器。
另一方面，在图12(i)的结构中，通过干涉效应和吸收效应来进行分色。相比于图12(h)的结构，由于非晶硅的吸收降低了透射的光量。然而，可获得具有颜色再现性的固态图像传感器。
在图12(h)和图12(i)中，可获得三种不同的透射带，并可实现分色。由于在图12(h)中具有更多的透射光量，图12(h)所示的滤色片可应用于强调高灵敏度的场合。另外，图12(i)所示的滤色片可应用于强调颜色再现性的场合。
<第六实施方式>
在第六实施方式中，描述了由二氧化钛构成的各个滤膜(51a、51b和51c)的实施例。由于其他结构与第一实施方式相同，所以省略其解释。
图14为示出了第六实施方式的像素(1a、1b和1c)结构的衬底的截面图。
在第六实施方式中，各个滤膜(51a、51b和51c)为由二氧化钛构成的单层膜。各个滤膜的光学厚度小于与待透过颜色的波长的一半相等的厚度，两者相差为与由二氧化钛吸收的待透过颜色的光的量相对应的厚度。
如第一实施方式中所述的，使用该结构，光透过率的局部最大值可出现在待透过颜色的波长处。
二氧化钛与非晶硅的不同在于在光学波长范围(400nm到700nm)内具有很小的吸收，并且消光系数接近为0。所以，根据光吸收量的校正也接近为0。
这里，红色波长λ为630nm，绿色波长λ为530nm，以及蓝色波长λ为470nm。所以，红色波长λ的一半为315nm，绿色波长λ的一半为265nm，蓝色波长λ的一半为235nm。由于根据光吸收量的校正接近为0，所以红色滤膜的光学厚度为315nm，绿色滤膜的光学厚度为265nm，以及蓝色滤膜的光学厚度为235nm。
在630nm波长处的二氧化钛的折射率为2.46。在530nm波长处的二氧化钛的折射率为2.53。在470nm波长处的二氧化钛的折射率为2.60。所以，各个滤膜(51a、51b和51c)的物理厚度(da、db和dc)分别为da＝125nm，db＝105nm和dc＝90nm。
图15示出了第六实施方式的滤膜51a、51b和51c的透射光谱。
曲线33a表示滤膜51a的透射光谱。曲线33b表示滤膜51b的透射光谱。曲线33c表示滤膜51c的透射光谱。
滤膜51a在630nm的红色波长处具有光透过率的局部最大值。滤膜51b在530nm的绿色波长处具有光透过率的局部最大值。滤膜51c在470nm的蓝色波长处具有光透过率的局部最大值。滤膜的光学厚度越大，局部最大值所处的波长越长。由于该原因，可以预料由于光的干涉效应在光透射光谱中出现局部最大值。
滤膜51a的透过率的局部最大值为96％。滤膜51b的透过率的局部最大值为96％。滤膜51c的透过率的局部最大值为96％。
可以预见由于二氧化钛的吸收系数为与波长无关的常数，所以局部值为与颜色波长无关的常数。
比较第一实施方式和第六实施方式的相同滤膜的透射光谱，第六实施方式的透过率大于第一实施方式的透过率。这是因为二氧化钛的吸收系数在光学波长范围接近于0。
因为二氧化钛在光学波长范围内具有很小的吸收，所以在非晶硅的透过率降低的短波长一侧可获得高透过率。结果，可提高固态图像传感器的灵敏度。
如上所述，在第六实施方式中，各个滤膜(51a、51b和51c)由作为透明材料的二氧化钛构成。所以，可提高固态图像传感器的灵敏度。另外，其他效果与第一实施方式相同。在本发明书中，该透明材料限定为对于在400nm到含700nm的波长范围内的波长消光系数等于或小于0.05的材料。
<第七实施方式>
在第七实施方式中，描述了各个滤膜(61a、61b和61c)由非晶硅的氧化物构成的实施例。由于其他结构与第一实施方式相同，在此省略其解释。
图16为示出了第七实施方式的像素(1a、1b和1c)结构的衬底的截面图。
第七实施方式与第一实施方式不同在于各个滤膜(61a、61b和61c)由非晶硅的氧化物SiOx构成。另外，第七实施方式与第一实施方式不同在于各个滤膜(61a、61b和61c)的折射率可通过调整非晶硅的氧化物SiOx的成分来调整。
各个滤膜的光学厚度小于与待透过颜色的波长的一半相等的厚度，两者相差为与由非晶硅吸收的待透过颜色的光的量相对应的厚度。这与第一实施方式的相同。使用该结构，光透过率的局部最大值可出现在待透过颜色的波长处。
这里，红色波长λ为650nm，绿色波长λ为560nm，以及蓝色波长λ为490nm。所以，红色波长λ的一半为325nm，绿色波长λ的一半为280nm，蓝色波长λ的一半为245nm。由于光学厚度比与待透过颜色的波长的一半相等的厚度小与由非晶硅吸收的待透过颜色的光的量相对应的厚度，所以红色滤膜的光学厚度为315nm，绿色滤膜的光学厚度为265nm，以及蓝色滤膜的光学厚度为235nm。光吸收量通过非晶硅氧化物SiOx的吸收系数和滤膜的光学厚度得到。
构成滤膜(61a、61b和61c)的非晶硅氧化物SiOx的折射率na、nb和nc分别调整为4.5、4.25和4.0。折射率可以通过调整在非晶硅氧化物SiOx形成时氧的添加量而调整。对于SiOx，氧的添加量越多，折射率越小。
结果，各个滤膜(61a、61b和61c)的物理厚度(da、db和dc)分别为da＝70nm，db＝62nm和dc＝59nm。
比较第七实施方式和第一实施方式的各个滤膜的膜厚度差，第七实施方式的膜厚度差小于第一实施方式的膜厚度差。这是因为随着第七实施方式中待透过颜色的波长越短，各个滤膜的折射率调整地越小。膜厚度差越小，平整层22和微透镜23越容易形成。
图17示出了第七实施方式的滤膜61a、61b和61c的透射光谱。
曲线34a表示滤膜61a的透射光谱。曲线34b表示滤膜61b的透射光谱。曲线34c表示滤膜61c的透射光谱。
滤膜61a在650nm的红色波长处具有光透过率的局部最大值。滤膜61b在560nm的绿色波长处具有光透过率的局部最大值。滤膜61c在490nm的蓝色波长处具有光透过率的局部最大值。
滤膜61a的透过率的局部最大值为79％。滤膜61b的透过率的局部最大值为64％。滤膜61c的透过率的局部最大值为43％。比较第一实施方式和第七实施方式的相同滤膜的透射光谱(例如，曲线34b和31b)，第七实施方式的透过率的局部最大值(64％)大于第一实施方式的透过率的局部最大值(61％)。可以预见因为非晶硅氧化物SiOx的吸收系数小于非晶硅的吸收系数，所以增加了透过率。
请注意，如果滤膜的膜厚度差等于或小于该滤膜(61a、61b和61c)中最大膜厚度的15％，可以轻易地使该图像传感器平整化。
<第八实施方式>
在第八实施方式中，描述了各个滤膜(61a、61b和61c)面对光源的主表面上形成有防反射膜30的实施例。由于其他结构与第七实施方式相同，所以省略了其解释。
图18为示出了第八实施方式的像素(1a，1b和1c)结构的衬底的截面图。
防反射膜30形成在各个滤膜(61a、61b和61c)面对光源的主表面上。防反射膜30由硅的氮化物构成并且其物理厚度为50nm。
请注意，各个滤膜61a、61b和61c的物理厚度与第七实施方式相同并且分别为70nm、62nm和59nm。
图19示出了第八实施方式的滤膜61a，61b和61c的透射光谱。
曲线35a表示滤膜61a的透射光谱。曲线35b表示滤膜61b的透射光谱。曲线35c表示滤膜61c的透射光谱。
滤膜61a在650nm的红色波长处具有光透过率的局部最大值。滤膜61b在560nm的绿色波长处具有光透过率的局部最大值。滤膜61c在490nm的蓝色波长处具有光透过率的局部最大值。
比较第八实施方式和第七实施方式的相同滤膜的透射光谱(例如，滤膜61b曲线35b和34b)，第八实施方式的透过率的局部最大值(67％)大于第七实施方式的透过率的局部最大值(64％)。这是因为防反射膜30降低了光反射。
以下描述入射光24进入的各部分的材料和折射率。请注意，该折射率表示为在入射光的波长为560nm时的值。
开口20二氧化硅，折射率1.46滤膜61非晶硅的氧化物，折射率4到5绝缘膜13二氧化硅，折射率1.46光电转换单元17N型硅，折射率4入射光24通过微透镜23会聚，并透过开口20和各个滤膜(61a、61b和61c)到达光电转换单元17。通常，当光在一个介质进入到另一介质时，反射率由两个介质的折射率之比决定。以下描述当光从具有折射率n1的介质进入具有折射率n2的介质时的反射率R。
R＝((n1-n2)/(n1+n2))2当光从通常作为平整层的二氧化硅(折射率1.46)进入非晶硅的氧化物(折射率4到5)时，反射率约为25％。另一方面，当光从硅的氮化物(折射率2.00)进入非晶硅的氧化物(折射率4到5)时，反射率约为15％。换言之，由于反射率降低了10％，增加了透过率。结果，增加了进入各个像素的光电转换单元17的光量，并且提高了固态图像传感器1的灵敏度。这作为用于防止由于像素的微型化而降低灵敏度有效方法。
通过在作为各个滤膜(61a、61b和61c)的非晶硅的氧化物上形成硅的氮化物，不仅有效地提高固态图像传感器1的灵敏度而且增加可靠性和防潮性。
当由于在各个滤膜(61a、61b和61c)的主表面上形成防反射膜30而降低反射率时，表示各个滤膜(61a、61b和61c)透过率的局部最大值的波长可能向长波长一侧偏移。在这种情况下，有必要校正各个滤膜(61a、61b和61c)的光学厚度，或变换矩阵的权重因数。
<第九实施方式>
在第九实施方式中，描述了各个滤膜(71a、71b和71c)的吸收系数的波长分布不相同的实施例。
图20为示出了第九实施方式的像素(1a、1b和1c)结构的衬底的截面图。
在第九实施方式中，各个滤膜(71a、71b和71c)由非晶硅(a-Si)、多晶硅(p-Si)和二氧化钛(TiO2)分别构成。换言之，具有待透过颜色的更短波长的滤膜由在光学波长范围中具有更小的光吸收系数的无机材料构成。由于构成各个滤膜(71a、71b和71c)的材料在光学波长范围内具有不同的吸收系数，所以光透过率变化更大。
图21示出了第九实施方式的滤膜71a、71b和71c的透射光谱。
曲线36a表示滤膜71a的透射光谱。曲线36b表示滤膜71b的透射光谱。曲线36c表示滤膜71c的透射光谱。
对于非晶硅(a-Si)，光吸收系数的波长分布通过控制生长方法和生长温度而不同。换言之，对于波长的透过率为不同，并且对多晶硅(p-Si)和二氧化钛(TiO2)亦然。所以，如图21所示，透过率在光学波长范围内变化。通过根据该透射光谱确定变换矩阵各个系数X11到X33，可获得红、绿和蓝各信号。
如上所述，对于第九实施方式的滤膜，所透过的光的波长范围可以通过调整光吸收系数使其根据颜色不同来确定。
<第十实施方式>
下面描述第九实施方式中各个滤膜(61a、61b和61c)的制造方法。
图22为示出了第十实施方式的滤膜61的制造方法的工序截面图。
图22(a)示出了第一涂覆工序之后的像素。
在第一涂覆工序中，在遮光膜形成层14的硅的氧化物膜的整个上部涂覆光刻胶(PR)401。
图22(b)示出了在第一曝光和显影工序之后的像素。
在第一曝光和显影工序中，用一定图案的掩模曝光在第一涂覆工序中涂覆的光刻胶(PR)401。随后，去除已曝光的部分并固化其余部分的光刻胶。使用该结构，仅去除对应于像素1a的光刻胶401。
图22(c)示出了第一膜形成工序之后的像素。
在第一膜形成工序中，在第一曝光和显影工序之后形成非晶硅402的氧化物。关于非晶硅的氧化物，当膜形成时，可使用PVD(物理气相沉积)方法。这时，控制氧气流率，从而使得该非晶硅402的氧化物具有折射率为4.5的成分。形成膜的温度设定在环境温度到含400℃的范围内。当非晶硅402的氧化物的厚度为70nm时，停止膜的形成。
图22(d)示出了第一去除工序之后的像素。
在第一去除工序中，去除在第一曝光和显影工序中残留的光刻胶401。同时，也去除形成在光刻胶401上的非晶硅402。
图22(e)示出了第二涂覆工序之后的像素。
在第二涂覆工序中，在第一去除工序之后涂覆光刻胶(PR)403。
图22(f)示出了第二曝光和显影工序之后的像素。
在第二曝光和显影工序中，用一定图案的掩模曝光在第二涂覆工序中涂覆的光刻胶(PR)403。随后，去除已曝光的部分并固化其余部分的光刻胶。使用该结构，仅去除对应于像素1b的光刻胶403。
图22(g)示出了第二膜形成工序之后的像素。
在第二膜形成工序中，在第二曝光和显影工序之后形成非晶硅404的氧化物。关于非晶硅的氧化物，当膜形成时，可使用PVD(物理气相沉积)方法。这时，控制氧气流率，从而使得该非晶硅404的氧化物具有折射率为4.25的成分。形成膜的温度设定在环境温度到含400℃的范围内。当非晶硅404的氧化物的厚度为62nm时，停止膜的形成。
图22(h)示出了第二去除工序之后的像素。
在第二去除工序中，去除在第二曝光和显影工序中残留的光刻胶403。同时，也去除形成在光刻胶403上的非晶硅404。
图22(i)示出了第三去除工序之后的像素。
紧接着第二去除工序，通过进行上述相同的工序形成非晶硅405的氧化物。非晶硅405的氧化物的厚度设定为59nm。
如上所述，由于各个滤膜的不同仅在于成分，在滤膜的制造工序中没有根据颜色管理材料的必要。所以，可减少滤膜的制造成本。
各个滤膜可通过半导体工艺制造。所以，可减少滤膜的制造成本。
至此，通过实施方式已具体地描述了本发明的固态图像传感器。然而，本发明的技术范围并不限于上述实施方式。以下为修改(1)在第一实施方式中，虽然各个滤膜的物理厚度(da、db和dc)分别为da＝70nm、db＝55nm和dc＝40nm，但该物理厚度不限于此。物理厚度(da、db和dc)仅需满足以下条件。该条件为da＞db＞dc，0＜dc＜100，10＜db＜150，并且20＜da＜200。结果，通过控制变换矩阵的权重因数可实现RGB的分色。
同样，在第一实施方式中，虽然使用滤膜21c，但是通过控制变换矩阵的权重因数不使用滤膜21c也可实现RGB的分色。这同样适用于第六实施方式。
并且，通过使得各个物理厚度更薄，可提高光透过率。
(2)在第二实施方式中，在各个滤膜(21a、21b和21c)的主表面上形成防反射膜30。如果形成防反射膜30，则表示各个滤膜(21a、21b和21c)透过率的局部最大值所处的波长可能向长波长一侧偏移。在这种情况下，有必要校正各个滤膜(21a、21b和21c)的光学厚度，或变换矩阵的权重因数。结果可正确地实现分色。
(3)在第四实施方式中，仅使用非晶硅作为滤色片材料。然而，滤色片材料并不限于非晶硅，并且可使用多晶硅、单晶硅或主要含硅的材料。这同样适用于第五实施方式。
(4)在第六实施方式中，虽然使用二氧化钛作为构成滤膜的透明材料，但该透明材料并不限于此。例如，为了实现具有高灵敏度的固态图像传感器也可使用钽的氧化物(五氧化钽等)或铌的氧化物(五氧化铌等)。
(5)在第六实施方式中，可在各个滤膜(51a、51b和51c)的主表面上形成防反射膜。这可更加提高固态图像传感器的灵敏度。硅的氮化物、硅的氮氧化物、硅的氧化物等可用作防反射膜的材料。
当由于防反射膜形成在各个滤膜(51a、51b和51c)的主表面上而降低反射率时，表示各个滤膜(51a、51b和51c)透过率的局部最大值的波长可能向长波长一侧偏移。在这种情况下，有必要校正各个滤膜(51a、51b和51c)的光学厚度，或变换矩阵的权重因数。
(6)在第六实施方式中，虽然各个滤膜的物理厚度(da、db和dc)分别为da＝125nm、db＝105nm和dc＝90nm，但该物理厚度不限于此。物理厚度(da、db和dc)仅需满足以下条件。该条件为da＞db＞dc，0＜dc＜200，50＜db＜250，并且75＜da＜300。结果，通过控制变换矩阵的权重因数可实现RGB的分色。
(7)在实施方式中，仅表示了在光学波长范围内的滤色片的特性。然而，通过恰当地改变滤色片的厚度，具有不同带的光也可在诸如红外区域、紫外区域等的波长范围内透射。
(8)在实施方式中，各个滤膜的光学厚度比与待透过颜色的波长的一半相等的厚度小与由无机材料吸收的待透过颜色的光的量相对应的厚度。当滤膜用于彩色图像传感器时，光学厚度的范围为150nm到含400nm。
工业实用性本发明的固态图像传感器可用作数码相机、摄像机等的固态图像传感器。
权利要求
1.一种具有多个像素的固态图像传感器，其中，所述多个像素各包括用于透过预定颜色的光的滤膜，以及用于将透过所述滤膜的光转换为电荷的光电转换单元；所述滤膜为由无机材料构成的单层膜；以及所述单层膜的光学厚度比与所述预定颜色的波长的一半相等的厚度小与所述无机材料吸收的所述预定颜色的光的量相对应的厚度。
2.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其特征在于，所述无机材料对于所述预定颜色的波长的光的吸收系数越大，所述单层膜的所述光学厚度越小。
3.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其特征在于，所述无机材料的成分对于所述多个像素而言均相同。
4.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其特征在于，所述无机材料的成分根据多个颜色中待透过的颜色而不同；以及各个所述颜色的波长越短，所述无机材料的折射率越小。
5.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其特征在于，所述无机材料的折射率等于或大于3。
6.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其特征在于，所述无机材料为非晶硅、多晶硅、单晶硅或主要含有硅的材料。
7.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其特征在于，所述无机材料为二氧化钛、钽的氧化物或铌的氧化物。
8.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其特征在于，所述多个像素各还包括防反射膜，所述防反射膜形成于所述滤膜面对光源的主表面并且具有小于所述滤膜的折射率。
9.根据权利要求8所述的固态图像传感器，其特征在于，所述防反射膜由硅的氮化物、二氧化硅或硅的氮氧化物构成。
10.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其特征在于，所述光电转换单元形成于一部分衬底中；所述多个像素各还包括遮光膜，所述遮光膜覆盖所述衬底并且具有设置在与所述光电转换单元相对应的位置的开口；以及所述滤膜设置于所述遮光膜和所述衬底之间。
11.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其特征在于，所述多个像素各设置为使得所述滤膜面对所述光电转换单元的主表面设置于相同的平面；所述多个像素各还包括设置于所述滤膜面对光源的主表面上的平整层；以及所述滤膜的物理厚度越大，所述平整层的厚度越小。
12.根据权利要求11所述的固态图像传感器，其特征在于，所述多个像素还各包括设置于所述平整层面对所述光源的主表面上的微透镜。
13.一种具有多个像素的固态图像传感器，其特征在于，所述多个像素各包括用于透过预定颜色的光的滤膜，以及用于将透过所述滤膜的光转换为电荷的光电转换单元；所述滤膜为由无机材料构成的单层膜；以及所述单层膜的光学厚度根据在150nm到含400nm的范围内多个颜色中待透过的颜色设定。
14.一种具有多个像素的固态图像传感器，其特征在于，所述多个像素各包括用于透过预定颜色的光的滤膜，以及用于将透过所述滤膜的光转换为电荷的光电转换单元；所述预定颜色的波长越短，在构成所述滤膜的无机材料的光学波长范围中的光吸收系数越小。
15.根据权利要求14的固态图像传感器，其特征在于，所述滤膜的所述光吸收系数通过改变所述无机材料的成分而不同。
16.根据权利要求14的固态图像传感器，其特征在于，所述滤膜的光学厚度比所述预定颜色的波长的一半相等的厚度小与由所述无机材料吸收的所述预定颜色的光的量相对应的厚度。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种具有良好耐光性并能够薄的滤膜的固态图像传感器。一种具有多个像素的固态图像传感器(1)，其中，所述多个像素各包括用于透过预定颜色的光的滤膜(21)，以及用于将透过所述滤膜(21)的光转换为电荷的光电转换单元(17)；所述滤膜(21)为由无机材料构成的单层膜；以及所述单层膜的光学厚度比与所述预定颜色的波长的一半相等的厚度小与由所述无机材料吸收的所述预定颜色的光的量相对应的厚度。
文档编号G03B11/00GK101015062SQ200580030010
公开日2007年8月8日 申请日期2005年9月7日 优先权日2004年9月9日
发明者笠野真弘, 山口琢己 申请人:松下电器产业株式会社