专利名称：固态成像装置和照相机的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种固态成像装置和照相机，尤其是涉及用于扩展由在固态成像装置中提供的滤色器透射的光的带宽的技术。
背景技术：
近年来，固态成像装置的应用范围已快速地发展，且包括数字照相机和移动电话。在任一个应用领域中色化处理都是必需的。
图1是关于常规技术的固态成像装置的像素部分的截面图。如图1所示，固态成像装置8的像素部分具有其中P型半导体层802、层间绝缘膜804、有机颜料滤色器806和聚光透镜807依次层叠在N型半导体层801上的结构。注意到光电二极管803形成在层间绝缘膜804一侧上的P型半导体层802中，遮光膜805形成在层间绝缘膜804中。
入射在固态成像装置8上的光在入射到相应的光电二极管之前被聚光透镜807聚集并且由滤色器806分离成特定的颜色(例如，参见“Introduction to Solid-State Imaging Devices”，Ando和Komobuchi，Ed.Institute of Image and television Engineers，Nihon Riko Shuppankai，1999年12月，第183-188页)。
然而，由于一直在探索为固态成像装置提高画面质量这一事实，所以必须增加像素数以及颜色再现性。响应该需要，关于常规技术的固态成像装置使用有机颜料滤色器，但颜色再现性下降了，这是因为滤色器的颜色选择性随着像素做得越小而减小。换句话说，常规的结构不能获得高的像素数和颜色再现性。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的第一目的在于提供一种具有高像素数且包括具有高颜色再现性的滤色器的固态成像装置。
为了实现上述目的，关于本发明的固态成像装置包括透射预定波长入射光的多层干涉滤光器，该多层干涉滤光器包括N个λ/4多层膜，每个λ/4多层膜都由交替层叠的、具有相同光学厚度、且具有不同折射率的两种类型的介电层构成；以及M个绝缘层，与N个λ/4多层膜交替地层叠，且M个绝缘层中的每一个都具有与构成N个λ/4多层膜的每一个介电层的光学厚度不同的光学厚度，其中N是大于或等于3的值，以及M是大于1且小于N的值。
根据该结构，使用多层干涉滤光器能够实现滤色器的小型化和像素数的增加。而且，通过关于每一种颜色的光扩展通带宽度，在多层干涉滤光器中提供多个绝缘层(间隔物层)能够提高颜色再现。
在该情况下，N可具有在N的可能值中的最低值。根据该结构，能够进一步小型化滤色器并提高颜色再现。
而且，关于本发明的固态成像装置可进一步包括多个二维排列的像素，该多个像素中的每一个都检测三原色中的一种，其中该多层干涉滤光器可包括在从所述多个像素之中的检测蓝光的像素中。而关于蓝光的通带宽度在多层干涉滤光器中尤其倾向于变窄，以该方式提供多个间隔物层能够实现关于蓝光的通带宽度扩展。因此能够消除对于每一种颜色光量的变化以提高颜色再现。在该情况下，关于其它颜色在多层干涉滤光器中可仅存在单个间隔物层。
而且，关于本发明的固态成像装置可进一步包括多个二维排列的像素，其中该多层干涉滤光器可包括在每一个所述像素中，在每一个所述像素中，包括于其中的多层干涉滤光器选择性地透射将由该像素检测到的颜色的光，以及不管将要透射的光的颜色如何，该多层干涉滤光器的膜厚度可以基本上相同。根据该结构，能够在多层干涉滤光器上容易地形成聚光透镜等。
而且，在关于本发明的固态成像装置中，该M个绝缘层可由在N个λ/4多层膜中使用的材料构成。根据该结构，能够减小多层干涉滤光器的制造成本。
关于本发明的照相机包括固态成像装置，该固态成像装置包括透射预定波长入射光的多层干涉滤光器，该多层干涉滤光器包括N个λ/4多层膜，每个λ/4多层膜都由交替层叠的、具有相同光学厚度、且具有不同折射率的两种类型的介电层构成；以及M个绝缘层，与N个λ/4多层膜交替地层叠，且M个绝缘层中的每一个都具有与构成N个λ/4多层膜的每一个介电层的光学厚度不同的光学厚度，其中M是小于N的值。根据该结构，可以使该照相机小型化，由此能够将照相机应用于移动电话和其中当包括照相机时尺寸成为问题的其它装置中。还能够拍摄具有更好颜色再现的图像。
结合附图，通过以下的描述，本发明的这些和其它目的、优点和特征将变得显而易见，其示例了本发明的具体实施例。
在图中图1是关于常规技术的固态成像装置的像素部分的截面图；图2是示出关于本发明实施例的数字照相机的主要功能结构的框图；图3示出了包括在关于本发明实施例的数字照相机中的固态成像装置102结构的概观；图4是示出关于本发明实施例的固态成像装置102的像素部分的截面图；图5A和5B是示出多层干涉滤光器的光谱特性的图，由此图5A示出了包括在关于本发明实施例的固态成像装置102中的多层干涉滤光器306的光谱特性，图5B示出了其中存在单个间隔层的多层干涉滤光器的光谱特性；图6A至6E示出了关于本发明实施例的多层干涉滤光器306的制造工艺；图7是示出关于本发明的变型2的多层干涉滤光器结构的截面图；以及图8是示出多层干涉滤光器6的光谱特性的图。
具体实施例方式
以下以数字照相机为例且参考
本发明的实施例。
1.数字照相机的结构首先描述关于本发明实施例的数字照相机的结构。
图2是示出关于本实施例的数字照相机的主要功能结构的框图。
如图2所示，关于本实施例的数字照相机1包括透镜101、固态成像装置102、颜色信号合成单元103、图像信号产生单元104和装置驱动单元105。
透镜101使入射光聚焦在固态成像装置102的成像区上。固态成像装置102对该入射光进行光电转换以产生颜色信号。该装置驱动单元105从固态成像装置102中提取颜色信号。颜色信号合成单元103对从固态成像装置102接收到的颜色信号进行颜色阴影处理(colorshading)。图像信号产生单元104从已被颜色信号合成单元103进行颜色阴影处理的颜色信号中产生颜色图像信号。最终将颜色图像信号记录到记录介质作为颜色图像数据。
2.固态成像装置的结构接下来描述固态成像装置102的结构。
图3示出了固态成像装置102的示意结构。如图3所示，作为选择一行二维排列的单元像素201的垂直移位寄存器202和从所选行中选择信号的水平移位寄存器203的结果，从固态成像装置102中的输出放大器204中输出用于每个像素的颜色信号。注意到固态成像装置102使用驱动电路205来驱动垂直移位寄存器202、水平移位寄存器203和输出放大器204。
图4是示出关于本实施例的固态成像装置102的像素部分的截面图。如图4所示，固态成像装置102具有其中P型半导体层302、层间绝缘膜304、多层干涉滤光器306和聚光透镜307依次层叠在N型半导体层301上的结构。注意到在层间绝缘膜304一侧上的P型半导体层302中每像素都形成有其中已离子注入了N型杂质的光电二极管303。P型半导体层302分离相邻的光电二极管303，且这些区域称为器件分离区。
而且，在层间绝缘膜304中形成遮光膜305。光电二极管303的每一个都对应于各自的一个聚光透镜307，且遮光膜305防止由聚光透镜307透射的光入射在不对应的光电二极管303上。
多层干涉滤光器306具有包括λ/4多层膜和夹在其中间的间隔物层306a和306b的结构，且由11个介电层构成。λ/4多层膜中的每一个都由两种类型的介电层构成，其是交替层叠的且具有基本上等于1/4预定波长λ的光学厚度，但具有不同的折射率。在两种类型的介电层中，高折射率层由二氧化钛(TiO2)构成，低折射率层由二氧化硅(SiO2)构成。在此，光学厚度指的是由物理膜厚度乘以折射率得到的指数。
由于间隔物层中的每一个都具有对应于将被透射的光的颜色的光学厚度，多层干涉滤光器306的总物理膜厚度对于将被透射的每种颜色的光不同。红色区域、绿色区域和蓝色区域分别具有691nm、682nm和874nm的物理膜厚度。
注意到在绿色区域中没有包括间隔物层306a。代替地，其每一个都构成λ/4多层膜的两个二氧化钛层被邻接，以产生具有λ/2光学厚度的二氧化钛层。换句话说，红色区域和蓝色区域中的间隔物层都由二氧化硅构成，绿色区域中的其中一个间隔物层由二氧化钛构成。
红色区域和蓝色区域中的间隔物层306a的膜厚度分别为30nm和120nm。而且，红色区域、绿色区域和蓝色区域中的间隔物层306b的膜厚度分别为30nm、182nm和120nm。
3.多层干涉滤光器306的光谱特性接下来描述关于本实施例的多层干涉滤光器306的光谱特性的评估结果。利用矩阵法计算了评估结果。
图5A和5B是示出多层干涉滤光器的光谱特性的图。图5A示出了多层干涉滤光器306的光谱特性，图5B示出了其中间隔物层为单层的多层干涉滤光器的光谱特性。在两个图中，垂直轴表示透射率，水平轴表示透射光的波长。
在图5A中，图401、402和403分别示出了蓝色区域、绿色区域和红色区域的光谱特性。在图5B中，图404、405和406分别示出了蓝色区域、绿色区域和红色区域的光谱特性。
注意到当计算光谱特性时，多层干涉滤光器由图5A中的11层和图5B中的8层构成。而且，中心波长设定为530nm。
如图5B所示，当间隔物层是单层时，蓝色区域的通带宽度相比绿色区域和红色区域的通带宽度很窄。相反，如果间隔物层由两层构成，则蓝色区域的通带宽度可以如图5A中所示被扩展。
而且，如果使用多层干涉滤光器306，则可以减小关于在所希望波长区域外部的光的透射率。例如，在蓝色区域(图401)中，关于具有500nm波长或更大的光的透射率相比图404减小了。
因此数字照相机1可以拍摄忠实地再现颜色的数字图像，这是因为多层干涉滤光器306具有良好的颜色分离特性。
4.多层干涉滤光器306的制造方法接下来描述多层干涉滤光器306的制造方法。图6A至6E示出了制造多层干涉滤光器306的工艺。在这些图中，多层干涉滤光器306的制造工艺从图6A进行至图6E。而且，已省略了N型半导体层301、P型半导体层302、光电二极管303和遮光膜305的描述。
首先，使用RF(射频)溅射装置在层间绝缘膜304上依次层叠二氧化钛层501、二氧化硅层502和二氧化钛层503以形成λ/4多层膜，并且在二氧化钛层503上形成间隔物层306a(图6A)。
接下来，蚀刻间隔物层306a以便其膜厚度与将要透射的光的波长区域相一致。换句话说，在间隔物层306a上形成抗蚀剂504，并且蚀刻间隔物层306a的红色区域以设定该膜厚度(图6B)。
然后，在间隔物层306a上形成抗蚀剂505，并且蚀刻并移除间隔物层306a的绿色区域(图6C)。
例如，通过将抗蚀剂施加在晶片表面上、进行预曝光烘焙(预烘焙)、然后利用光刻装置如步进机来曝光抗蚀剂、显影该抗蚀剂、以及进行最后的烘焙(后烘焙)，可形成抗蚀剂504和505。还可以利用四氟甲烷(CF4)蚀刻气体来蚀刻间隔物层306。
接下来，在对应于绿色区域的二氧化钛层503和间隔物层306a上依次层叠二氧化钛层506、二氧化硅507和二氧化钛层508，以形成λ/4多层膜，并且在二氧化钛层508上形成间隔物层306b(图6D)。
在通过蚀刻设定间隔物层306b的绿色区域和蓝色区域的膜厚度之后，在间隔物层306b上依次层叠二氧化钛层509、二氧化硅层510和二氧化钛511以形成λ/4多层膜，由此完成多层干涉膜306。
5.变型尽管基于实施例已经进行了描述，但本发明当然不限于上述的实施例。还可实施以下的变型。
(1)尽管在以上实施例中描述了利用二氧化钛作为具有高折射率的层材料的情况，但本发明当然不限于此。可代替地实施以下方案。
代替利用二氧化钛，可使用另一材料如氮化硅(Si3N4)、氧化钽(Ta2O3)、或二氧化锆(ZrO2)作为具有高折射率的层材料。而且，可使用除了二氧化硅以外的材料作为具有低折射率的层材料。利用具有不同折射率的材料的任意组合可以获得本发明的效果。
(2)尽管在以上实施例中描述了多层干涉滤光器的膜厚度对于将要透射的每种颜色的光而不同的情况，但本发明当然不限于此。代替地可实施以下方案。
图7是示出关于本变型的多层干涉滤光器的结构的截面图。如图7所示，不管将要透射的光的颜色如何，多层干涉滤光器6的膜厚度都是恒定的。间隔物层601的膜厚度在红色区域中为324nm、在绿色区域中为182nm，在蓝色区域中为252nm。间隔物层602的膜厚度在红色区域中为40nm、在绿色区域中为182nm，在蓝色区域中为112nm。
因此，间隔物层601和602的总膜厚度在所有的区域中为364nm，且多层干涉滤光器6的膜厚度是恒定的。作为该结构的结果，在多层干涉滤光器上可以容易地形成聚光透镜等。
图8是示出多层干涉滤光器6的光谱特性的图。显然通带宽已被扩展，与关于以上实施例的多层干涉滤光器306相同，并且多层干涉滤光器6具有令人满意的颜色分离特性。
不必说，在以上实施例和本变型中的膜厚度仅仅是实例，且即使使用了其它膜厚度，本发明的效果也不变。
(3)尽管在以上实施例中描述了不管将要透射的光的颜色如何而提供两个间隔物层的情况，但本发明当然不限于此。代替地，可根据将要透射的光的颜色改变间隔物层的数目。例如，由于如果仅存在一个间隔物层时，关于蓝光的通带宽度比其它颜色的光的带通宽度更窄这一事实，可仅在蓝色区域中提供两个间隔物层以扩展通带宽度。
(4)尽管在以上实施例中描述了其中多层干涉滤光器主要由11层构成的情况，但本发明当然不限于此。代替11层，可使用由15层、19层、23层或者甚至更多层构成的多层干涉滤光器。
而且，尽管在以上实施例中描述了其中多层干涉滤光器包括两个间隔物层的情况，但本发明不限于此。代替地，可包括三个或更多的间隔物层。
(5)尽管在以上实施例中描述了使用二氧化硅作为间隔物层材料的情况，但本发明当然不限于此。代替地可使用另外的材料。而且，间隔物层材料可与构成λ/4多层膜的高折射率层或低折射率层相同，或者与这些中的任意一个都不同。而且，如上所提到的，对于两个间隔物层中的每一个都可使用不同的材料。
(6)尽管在以上实施例中未提及，但每种颜色的像素都可设置成Bayer图案。在该情况下，构成矩形区域的四个像素中的两个可设置为光谱特性具有最窄通带宽度的颜色。这能够实现通过增加相应像素的数目来补偿由窄通带宽度所产生的不足量的光。
尽管已参考附图借助实例全面地描述了本发明，但要注意的是，对于本领域技术人员来说各种改变和修改将是显而易见的。因此，除非这种改变和修改脱离了本发明的范围，否则它们都应当解释为包括于其中。
权利要求
1.一种固态成像装置，包括透射预定波长入射光的多层干涉滤光器，该多层干涉滤光器包括N个λ/4多层膜，每个λ/4多层膜都由交替层叠的、具有相同光学厚度、且具有不同折射率的两种类型的介电层构成；以及M个绝缘层，与该N个λ/4多层膜交替地层叠，且M个绝缘层中的每一个都具有与构成该N个λ/4多层膜的每个介电层的光学厚度不同的光学厚度，其中N是大于或等于3的值，以及M是大于1且小于N的值。
2.如权利要求1的固态成像装置，其中N具有在N的可能值中的最低值。
3.如权利要求1的固态成像装置，进一步包括多个二维排列的像素，该多个像素中的每一个检测三原色中的一种，其中该多层干涉滤光器包括在从所述多个像素之中的检测蓝光的像素中。
4.如权利要求1的固态成像装置，进一步包括多个二维排列的像素，其中该多层干涉滤光器包括在每一个所述像素中，在每一个所述像素中，包括在其中的多层干涉滤光器选择性地透射将由该像素检测到的颜色的光，以及不管将要透射的光的颜色如何，该多层干涉滤光器的膜厚度基本上相同。
5.如权利要求1的固态成像装置，其中该M个绝缘层由在N个λ/4多层膜中使用的材料构成。
6.一种包括固态成像装置的照相机，该固态成像装置包括透射预定波长入射光的多层干涉滤光器，该多层干涉滤光器包括N个λ/4多层膜，每个λ/4多层膜都由交替层叠的、具有相同光学厚度、且具有不同折射率的两种类型的介电层构成；以及M个绝缘层，与该N个λ/4多层膜交替地层叠，且M个绝缘层中的每一个都具有与构成该N个λ/4多层膜的每一个介电层的光学厚度不同的光学厚度，其中M是小于N的值。
全文摘要
一种固态成像装置，由已依次层叠在N型半导体层上的P型半导体层、层间绝缘膜、多层干涉滤光器和聚光透镜构成。在层间绝缘膜一侧上的P型半导体层中，对于每个像素都形成其中已离子注入N型杂质的光电二极管。多层干涉滤光器具有包括λ/4多层膜和夹在其间的多个间隔物层的组成。λ/4多层膜由具有相同光学厚度的交替层叠的二氧化钛层和二氧化硅层构成。间隔物层具有对应于它们将要透射的光的颜色的光学厚度。在绿色区域中不包括间隔物层。代替地，每个都构成λ/4多层膜的两个二氧化钛层相邻接，以制备具有λ/2光学厚度的二氧化钛层。
文档编号H01L27/14GK1881604SQ200610093688
公开日2006年12月20日 申请日期2006年6月15日 优先权日2005年6月15日
发明者稻叶雄一, 笠野真弘 申请人:松下电器产业株式会社