WO2013121742A1 - 撮像素子 - Google Patents

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WO2013121742A1
WO2013121742A1 PCT/JP2013/000658 JP2013000658W WO2013121742A1 WO 2013121742 A1 WO2013121742 A1 WO 2013121742A1 JP 2013000658 W JP2013000658 W JP 2013000658W WO 2013121742 A1 WO2013121742 A1 WO 2013121742A1
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green
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PCT/JP2013/000658
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納谷　昌之
谷　武晴
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富士フイルム株式会社
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    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
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    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements

Definitions

  • the present invention relates to an image sensor provided with a color filter layer having a red filter, a green filter, and a blue filter.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • CCD Charge Coupled Device
  • an image sensor provided with a primary color filter composed of a combination of a red filter, a blue filter and a green filter is known.
  • the light incident on the image sensor provided with the color filter as described above is not necessarily perpendicular to the light receiving surface and parallel to each other. Therefore, light incident from the oblique direction with respect to the light receiving surface may be incident on adjacent color filters and photoelectric conversion elements after passing through one color filter obliquely. In such a case, so-called crosstalk may occur. There is a problem that will occur.
  • Patent Document 1 a material having a refractive index lower than that of a color filter is formed at the boundary of each color filter provided corresponding to each photoelectric conversion element. It has been proposed to provide a separate partition.
  • partition walls are provided on all the boundaries of the red filter, the blue filter, and the green filter, it is necessary to provide the partition walls on all four sides of a narrow area of about the pixel size. Loss is likely to increase and costs increase.
  • the present invention provides an imaging device that can suppress crosstalk of light transmitted through each color filter and improve light receiving efficiency without incurring an increase in cost.
  • An image sensor includes a plurality of photoelectric conversion elements that receive light irradiation and converts the light into electric charges, and a color filter having a red filter, a green filter, and a blue filter provided for each photoelectric conversion element.
  • An image sensor including a layer, wherein a partition wall having a lower refractive index than that of a red filter, a green filter, and a blue filter is provided only around the red filter.
  • a mask member that absorbs or reflects light can be provided on the surface of the partition wall on the light receiving side.
  • the difference between the refractive index of the blue filter and the refractive index of the green filter can be made 0.05 or less in the entire wavelength region of 500 nm to 650 nm.
  • the difference between the refractive index of the blue filter and the refractive index of the red filter can be 0.15 or less in the entire wavelength region of 500 nm to 650 nm.
  • the refractive index of the partition wall can be set to 1.4 or less.
  • the wall thickness of the partition wall in the direction orthogonal to the thickness direction of the color filter layer can be 50 nm or more and 200 nm or less.
  • the color filter layer is a red filter in which a plurality of green filters arranged in a row, a red filter set made up of two red filters, and a blue filter set made up of two blue filters are alternately arranged in a row.
  • the blue filter rows may be arranged alternately in a direction perpendicular to the length direction of the green filter rows and the red-blue filter rows.
  • the partition wall can be made of a low refractive material having a lower refractive index than that of the red filter, the green filter and the blue filter.
  • the partition can be formed by a space.
  • the imaging device of the present invention has a plurality of photoelectric conversion devices that receive light irradiation and converts the light into electric charges, and a red filter, a green filter, and a blue filter that are provided for each photoelectric conversion device.
  • a partition wall having a lower refractive index than that of the red filter, the green filter, and the blue filter is provided only around the red filter. The light receiving efficiency can be improved as compared with the case where partition walls are provided at all the boundaries.
  • process loss due to barrier rib defects can be reduced, and costs can be reduced.
  • the influence of crosstalk due to the incidence of light from the green filter and the blue filter to the red filter is much greater than the influence of crosstalk between the green filter and the blue filter. Therefore, even if a partition is provided only around the red filter as in the image sensor of the present invention, a sufficient effect of suppressing crosstalk can be obtained.
  • the light incident on the partition wall is a red filter, a green filter, or a blue filter. It is possible to prevent crosstalk due to leakage.
  • Sectional drawing which shows schematic structure of one Embodiment of the image pick-up element of this invention Top view of the image sensor shown in FIG.
  • the figure which shows an example of the result of having simulated the light incident efficiency of a red filter, a green filter, and a blue filter when a partition is provided only around the red filter
  • the figure which shows an example of the result of having simulated the light incident efficiency of a red filter, a green filter, and a blue filter when no partition is provided
  • the figure which shows an example of the result of having simulated the light incident efficiency of a red filter, a green filter, and a blue filter when a partition is provided in the boundary of all the filters
  • the figure which shows the refractive index of the red filter, the green filter and the blue filter in the general image sensor
  • Schematic which shows the state in which the 1s
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an image sensor according to the present embodiment.
  • the imaging element 20 of the present embodiment includes a semiconductor substrate 22 including photodiodes (photoelectric conversion elements) 26 ⁇ / b> R, 26 ⁇ / b> G, and 26 ⁇ / b> B that generate charges when irradiated with light, and on the semiconductor substrate 22.
  • a color filter layer 24 having a device protection film 23 formed on the surface, a red filter 21R, a green filter 21G, a blue filter 21B, and a partition wall 26 formed around the red filter 21R, a red filter 21R, a green filter 21G, and And a microlens array 25 including a large number of lenses provided corresponding to each of the blue filters 21B.
  • the light irradiated to the image sensor 20 is collected by each lens of the microlens array 25, the light is incident on the red filter 21R, the green filter 21G, and the blue filter 21B corresponding to each lens, and the red filter 21R, The light passing through the green filter 21G and the blue filter 21B is configured to enter the corresponding photodiodes 26R, 26G, and 26B.
  • the semiconductor substrate 22 includes a plurality of photodiodes 26R, 26G, and 26B constituting a light receiving area as described above, and a transfer electrode 29 made of polysilicon or the like. Further, a light shielding film (not shown) is provided on the semiconductor substrate 22 so that only the light receiving surfaces of the photodiodes 26R, 26G, and 26B are opened, and this light shielding film is formed of tungsten or the like.
  • the color filter layer 24 includes the red filter 21R, the green filter 21G, and the blue filter 21B as described above, and the partition wall 26 provided only around the red filter 21R.
  • the partition wall 26 is formed of a low refractive material having a refractive index lower than that of the red filter 21R, the green filter 21G, and the blue filter 21B, and reflects light when oblique light is incident. It is.
  • the partition wall 26 is formed by a dry etching method as will be described later, and is processed and formed so that its wall surface is substantially parallel to the normal direction of the semiconductor substrate 22. In the present embodiment, the partition wall 26 is provided only around the red filter 21R. The reason will be described in detail later.
  • FIG. 2 is a plan view of the color filter layer 24 of the present embodiment as viewed from above the semiconductor substrate 22 (normal direction).
  • the red filter 21R, the green filter 21G, and the blue filter 21B are shown in a line, but this is for easy understanding. In practice, the red filter 21R in the present embodiment is used.
  • the green filter 21G and the blue filter 21B are arranged as shown in FIG.
  • the refractive indexes of the red filter 21R, the green filter 21G, and the blue filter 21B formed by coloring and curing are about 1.55 to 1.85. Therefore, it is desirable that the refractive index of the low refractive material forming the partition wall 26 is refractive index n ⁇ 1.5. Thereby, a difference in refractive index from the color filter can be provided, and a partition wall effective for light reflection can be obtained.
  • the refractive index n of the partition wall 26 is more preferably 1.45 or less, and most preferably 1.4 or less from the viewpoint of obtaining a larger refractive index difference from the color filter.
  • a coating material in which a porous layer matrix is formed by using a sol-gel method an OPSTAR low refractive index manufactured by JSR which is a fluorine-based polymer
  • JSR OPSTAR low refractive index manufactured by JSR which is a fluorine-based polymer
  • JN series of materials NR series manufactured by Toray Industries, Inc. which is a siloxane polymer.
  • the wall thickness d (see FIG. 1) of the partition wall 26 in the direction orthogonal to the thickness direction of the color filter layer 24 be 50 nm or more and 200 nm or less.
  • the wall thickness is preferably 80 nm or more and 150 nm or less.
  • the red filter 21R, the green filter 21G, and the blue filter 21B are formed of a colored composition, and it is preferable to use a thermosetting composition.
  • a photocurable composition when used, it is necessary to contain an alkali-soluble resin in a photosensitive curing component such as a photoinitiator or a monomer, and the content of the colorant in the total solid content is There is a demerit that the film thickness is relatively increased and as a result, the film thickness is increased. Moreover, since it has a photocurable component, the thickness of the composition affects the film thickness of the color filter, and it is difficult to realize a thin film. As a result, there are problems that color shading is deteriorated and color mixing is likely to occur.
  • thermosetting composition when used as the coloring composition, the use of the photocurable component can be reduced or eliminated.
  • concentration of the colorant can be increased by reducing or removing the photocurable component. Therefore, a thinned pattern can be formed while maintaining transmission spectroscopy.
  • the imaging device 20 itself can be made thin, and the light collection efficiency of incident light can be improved. Moreover, by reducing the thickness of the color filter layer 24, the color shading characteristics can be improved and the device characteristics can be improved.
  • the colored composition described above can be selected from any known curable composition.
  • thermosetting composition for example, those described in JP2009-111225A can be used.
  • the image pickup device of the present invention simply uses a thermosetting composition, and does not prevent the use of the photocurable composition.
  • the partition wall 26 is provided only around the red filter 21R as described above, and the partition wall 26 is not provided at the boundary between the green filter 21G and the blue filter 21B. Hereinafter, this reason will be described.
  • the refractive index for light is higher for the red filter 21R than for the other colors because of the material. For this reason, it discovered that the influence of the crosstalk by incidence
  • FIG. 3 shows the result of simulating the light incident efficiency of the red filter 21R, the green filter 21G, and the blue filter 21B when the partition wall 26 is provided only around the red filter 21R.
  • the light incident efficiency refers to the ratio of the light incident on each filter that passes through each filter and reaches the photodiode.
  • the curve drawn only with the thin continuous line shown in FIG. 3 shows the ideal spectral transmittance of a red filter, a green filter, and a blue filter.
  • FIG. 4 shows a result of simulating the light incident efficiency of the red filter, the green filter, and the blue filter when no partition is provided
  • FIG. 5 shows that the partition 26 is provided at the boundary of all the filters. The simulation result of the light incident efficiency of the red filter, the green filter, and the blue filter is shown.
  • the partition wall 26 is preferably provided only around the red filter 21R as in the present embodiment.
  • the refractive indexes of the red filter, the blue filter, and the green filter have a relationship as shown in FIG. 6, that is, in the region of 500 nm to 650 nm. This is because the refractive index of the red filter> the refractive index of the green filter> the refractive index of the blue filter, and light is easily coupled from blue to green and from blue to red.
  • the refractive index difference between the green filter 21G and the blue filter 21B is 0.05 or less in the entire region of 500 nm to 650 nm. It is desirable to use one. Furthermore, it is desirable to use a filter in which the refractive index difference between the red filter 21R and the blue filter 21B is 0.15 or less in the entire region of 500 nm to 650 nm.
  • a known material can be used as a filter material having such a refractive index difference.
  • FIG. 7 shows a simulation result when the refractive index of the blue filter in the simulation shown in FIG. 3 is further increased by +0.15. As shown in FIG. 7, the light incident efficiency of the blue filter can be further improved by reducing the refractive index difference between the green filter and the blue filter and the refractive index difference between the red filter and the blue filter.
  • the device protective film 23 is formed as a film for protecting the surface from external damage after the wiring process of the semiconductor substrate 22 is completed, and is protected from mechanical damage, chemical damage, and electrical damage. This serves to protect the semiconductor substrate 22.
  • the device protective film 23 is formed, for example, so as to cover the entire surface of the light shielding film (not shown) on the semiconductor substrate 22.
  • the device protective film 23 is formed of silicon nitride or the like using a CVD method or the like at a high temperature (for example, 500 to 800 ° C.).
  • silicon nitride Si 3 N 4
  • silicon oxide SiO 2
  • glass PSG
  • polyimide or the like can be used as the device protection film 23.
  • silicon nitride suppresses impurity diffusion and ions. It is particularly preferable from the viewpoints of the suppression of the entry of water and the high moisture resistance.
  • the imaging device 20 of the present embodiment is not particularly limited as long as it is a manufacturing method that can be configured as described above, and can be manufactured by any manufacturing method, but in the present embodiment, the following steps are included. It can be suitably produced by a production method.
  • the image sensor 20 of the present embodiment forms a red filter 21R, a green filter 21G, and a blue filter 21B (hereinafter also referred to as a color filter array) on a semiconductor substrate 22 (hereinafter referred to as “array formation”).
  • a step of forming a photosensitive resin layer on the color filter array (hereinafter also referred to as a “photosensitive layer forming step”), and exposing the formed photosensitive resin layer in a pattern, Developing and patterning so that a portion around the red filter 21R is exposed (hereinafter also referred to as “patterning step”), and using the patterned photosensitive resin layer as a mask, the color filter array is subjected to a dry etching process.
  • a step of forming a gap by removing a portion around the red filter 21R (hereinafter also referred to as “gap forming step”). It can be produced by Ukoto.
  • a desired semiconductor substrate 22 is prepared. As shown in FIG. 1, a plurality of photodiodes 26R, 26G, and 26B constituting the light receiving area of the image sensor 20 are formed on the semiconductor substrate 22, and a transfer electrode 29 and a photodiode made of polysilicon or the like are further formed. A light-shielding film (not shown) made of tungsten or the like whose only light-receiving surface is opened is formed.
  • a device protection film 23 made of silicon nitride is formed on the light shielding film of the semiconductor substrate 22 so as to cover the entire surface of the light shielding film.
  • the device protective film 23 shown in FIG. 1 is formed of silicon nitride with a thickness of 0.70 ⁇ m.
  • a color filter array including a red filter 21R, a green filter 21G, and a blue filter 21B is formed on the semiconductor substrate 22 on which the device protection film 23 is provided.
  • the first colored layer 32 is formed by heating for 5 minutes so that the temperature of the coating film formed by coating or the atmospheric temperature is 220 ° C., and curing the coating film.
  • a positive photoresist is applied onto the first colored layer 32 by a spin coater and prebaked to form a photoresist layer 34.
  • the photoresist layer in the region where the second colored layer (second color; for example, blue) is to be formed is used as an i-line stepper.
  • paddle development processing is performed with a developer, and post-baking processing is further performed to remove the photoresist in the region where the second colored layer is to be formed, and an opening 33 is formed as shown in FIG. .
  • anisotropic etching is performed using the photoresist layer 34 as a mask under a desired etching condition using a mixed gas (plasma gas) in which a fluorocarbon gas and an oxygen gas are mixed in a dry etching apparatus,
  • the colored layer 32 in the region where the colored layer is to be formed is etched.
  • the etching conditions at this time are as follows: a first etching process in which the first colored layer is processed halfway with a mixed gas of fluorocarbon gas and oxygen; and a second gas mainly containing nitrogen gas and oxygen gas. It is good also as etching conditions which provide and form the 2nd etching process etched to a board
  • a photoresist stripping process is performed, and the photoresist remaining on the first colored layer 32 is removed. Thereafter, a dehydration bake treatment for solvent removal and dehydration treatment can be performed. In this way, as shown in FIG. 10, the first colored layer 32 in the region where the second colored layer is to be formed is removed, and the opening 35 is formed.
  • the entire first colored layer 32 and the opening 35 are covered and embedded in the opening 35, and the second colored layer (second color; For example, after the coloring composition for forming blue) is applied, the coating film is post-baked using a hot plate to form the second colored layer 36.
  • the second colored layer second color; For example, after the coloring composition for forming blue
  • the coating film is post-baked using a hot plate to form the second colored layer 36.
  • the second colored layer 36 is formed in a pattern.
  • a slurry in which silica fine particles are dispersed is used, slurry flow rate: 100 to 250 ml / min, wafer pressure: 0.2 to 5.0 psi, retainer ring pressure: 1.0 to 2.5 psi, from polishing cloth A polishing apparatus can be used.
  • the polishing time is the time until the first colored layer 32 is exposed, the overpolishing rate is set to 20%, for example, and the polishing process is completed.
  • the formation of the third colored layer can be performed by repeating the same operation as the formation of the second colored layer 36 described above. Specifically, a positive-type photoresist is formed again on the first colored layer 32, exposed and developed to remove the photoresist in the region where the third colored layer is to be formed, and the openings are formed. Form in a pattern. Then, anisotropic etching is performed using the photoresist layer as a mask, thereby removing the first colored layer 32 in the region where the third colored layer is to be formed, and further forming an opening.
  • a third colored layer (third color; for example, red) is applied by a spin coater.
  • the coating film is post-baked using a hot plate to form a third colored layer.
  • polishing is performed by a CMP apparatus until the first and second colored layers 32 and 36 and the third colored layer are exposed.
  • a color filter array including the red filter 21R, the green filter 21G, and the blue filter 21B as shown in FIG. 13 is formed.
  • Photosensitive layer forming step Next, a positive type photoresist is applied to the entire surface of the color filter array formed as described above to form a photoresist layer (photosensitive resin layer).
  • the formed photoresist layer is preferably pre-baked.
  • the positive photoresist a known positive photoresist can be used.
  • the photoresist layer is exposed in a pattern through a mask and developed to be patterned so that only the portion around the red filter is exposed.
  • the positive photoresist layer is exposed in a pattern by a photolithography method using i-line, KrF, and ArF, and developed to form a space pattern 41 as shown in FIG. . Thereafter, PEB, alkali development, and post-baking are performed to obtain a desired mask pattern.
  • the photolithography process is preferably performed by forming a pattern as a KrF or ArF light source, so that fine processing can be performed, and more preferably, the ArF process is performed from the viewpoint of miniaturization.
  • the color filter array is etched by plasma etching (dry etching process) mainly using a fluorocarbon-based gas to remove a portion around the red filter 21R by a desired width. .
  • the etching treatment includes a first etching step in which a part of the colored layer is removed by a dry etching method using a first mixed gas containing a fluorine-based gas and an oxygen gas, and a residual after the first etching step. It is desirable to provide a second etching step for removing the colored layer to be removed by a dry etching process using a second gas containing nitrogen gas and oxygen gas to form the substrate exposed portion in a pattern. In this way, by setting the second etching step to the etching condition using the second gas containing nitrogen gas and oxygen gas, it is possible to suppress the substrate from being scraped, and as a result, the substrate scraping can be accurately controlled. Can be managed.
  • the photoresist is dissolved and removed with an organic solvent or the like to obtain a color filter array in which the gap 42 is formed only in the peripheral portion of the red filter 21R as shown in FIG.
  • the mask resist photosensitive resin layer after curing
  • the photoresist layer can be more easily removed with a remover or an organic solvent.
  • a material having a refractive index lower than that of the red filter 21R, the green filter 21G, and the blue filter 21B (for example, a fluorine-based coating material) is applied on the color filter array so that the gap 42 is embedded, for example, at 200 ° C. for 10 minutes.
  • a low refractive index partition wall 26 can be formed only around the red filter 21R.
  • the partition wall 26 is formed of a low refractive material as described above.
  • the present invention is not limited to this, and the partition wall 26 may be formed of air.
  • the red filter 21R, the green filter 21G, and the blue filter 21B are so-called Bayer arrays, but the present invention is not limited to this, and other arrays may be used.
  • a green filter row in which a plurality of green filters G are arranged in a row
  • a red filter set consisting of two red filters R
  • a blue filter consisting of two blue filters B
  • the red-blue filter rows in which the sets are alternately arranged in a row are alternately arranged in a direction orthogonal to the length direction of the row, and the length direction of the row is inclined by 45 ° with respect to the horizontal direction. It is good also as an arrangement.
  • the partition wall 40 may be provided only around the red filter set composed of two red filters.
  • the red filter R not only contacts the green filter G but also the blue filter B as in the Bayer arrangement, and the red filter R and the green filter G Since the contact is made in units of two pixels, the incidence of light from the green filter G and the blue filter B to the red filter R becomes a more severe condition. That is, in other words, as compared with the Bayer arrangement, the effect of providing the partition 40 only around the red filter set as described above can be obtained more remarkably.
  • the image sensor 20 of the above embodiment it is desirable to provide a mask member 27 that absorbs or reflects light on the surface of the partition wall 26 on the light receiving side.
  • a mask member 27 for example, a metal film or carbon can be used.
  • the image sensor 20 of the above embodiment is an application of the present invention to a so-called front-illuminated image sensor, but the present invention is not only applied to a front-illuminated image sensor, but also to a so-called back-illuminated image sensor. Is possible.
  • the back-illuminated image sensor is obtained by cutting the image sensor thinly to 10 ⁇ m and receiving light from the back surface of the image sensor, and is a high-sensitivity image sensor due to high quantum efficiency.
  • the cause of crosstalk is almost determined by the color filter layer, so by applying the color filter layer of the present invention, there is little color mixing and excellent color reproducibility, A highly sensitive imaging device can be obtained.
  • the microlens array 25 is provided on the color filter layer 24.
  • the color filter layer 24 may be configured as a condensing unit without providing the microlens array.
  • a condensing unit such as a convex or concave inner lens may be provided between the color filter layer 24 and the device protective film 23. It may be.
  • the image pickup device of the above embodiment is an application of the present invention to a so-called CMOS sensor, it can also be applied to sensors having other structures, and may be applied to a CCD sensor.

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Abstract

【課題】赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタを有するカラーフィルタ層を備えた撮像素子において、コストアップを招くことなく、各カラーフィルタを透過した光のクロストークを抑制するとともに、受光効率を向上させる。 【解決手段】光の照射を受けてその光を電荷に変換する複数の光電変換素子（２６Ｒ），（２６Ｇ），（２６Ｂ）と、その各光電変換素子（２６Ｒ），（２６Ｇ），（２６Ｂ）に対してそれぞれ設けられる赤フィルタ（２１Ｒ）、緑フィルタ（２１Ｇ）および青フィルタ（２１Ｂ）を有するカラーフィルタ層（２４）とを備えた撮像素子（２０）において、赤フィルタ（２１Ｒ）、緑フィルタ（２１Ｇ）および青フィルタ（２１Ｂ）よりも低い屈折率を有する隔壁（２６）を、赤フィルタ（２１Ｒ）の周囲のみに設ける。

Description

撮像素子
　本発明は、赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタを有するカラーフィルタ層を備えた撮像素子に関するものである。
　従来、光を電荷に変換する光電変換素子が複数配列されたＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサなどの撮像素子が種々提案されている。
　そして、このような撮像素子として、赤フィルタ、青フィルタおよび緑フィルタの組み合わせからなる原色カラーフィルタが設けられた撮像素子が知られている。
　ここで、上述したようなカラーフィルタが設けられた撮像素子に入射される光は、必ずしも、その受光面に対して垂直かつ互いに並行であるとは限らない。したがって、受光面に対して斜め方向から入射した光が１つのカラーフィルタを斜めに透過した後、隣接するカラーフィルタおよび光電変換素子に入射する場合もあり、このような場合には、いわゆるクロストークが生じてしまう問題がある。
　このようなクロストークの問題を解決するため、たとえば、特許文献１においては、各光電変換素子に対応して設けられた各カラーフィルタの境界に、カラーフィルタよりも屈折率の低い材料で形成された隔壁を設けることが提案されている。
特開２００９－１１１２２５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のように、赤フィルタ、青フィルタおよび緑フィルタに境界の全てに隔壁を設けるようにしたのでは、撮像素子の受光面のうち隔壁が占める面積の分だけ受光光量の損失を生じる問題がある。
　また、赤フィルタ、青フィルタおよび緑フィルタの境界の全てに隔壁を設けるようにした場合、画素サイズ程度の狭い領域の全ての４辺に隔壁を設ける必要があるため、隔壁の欠陥などによるプロセスのロスが出やすくなってコストアップとなる。
　本発明は、上記の問題に鑑み、コストアップを招くことなく、各カラーフィルタを透過した光のクロストークを抑制することができるとともに、受光効率を向上させることができる撮像素子を提供することを目的とする。
　本発明の撮像素子は、光の照射を受けてその光を電荷に変換する複数の光電変換素子と、その各光電変換素子に対してそれぞれ設けられる赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタを有するカラーフィルタ層とを備えた撮像素子であって、赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタよりも低い屈折率を有する隔壁が赤フィルタの周囲のみに設けられていることを特徴とする。
　また、上記本発明の撮像素子においては、光の受光側の隔壁の面に光を吸収または反射するマスク部材を設けることができる。
　また、青フィルタの屈折率と緑フィルタの屈折率との差を、５００ｎｍ～６５０ｎｍの全波長領域で０．０５以下とすることができる。
　また、青フィルタの屈折率と赤フィルタの屈折率との差を、５００ｎｍ～６５０ｎｍの全波長領域で０．１５以下とすることができる。
　また、隔壁の屈折率を１．４以下とすることができる。
　また、カラーフィルタ層の厚み方向に直交する方向についての隔壁の壁厚を、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。
　また、カラーフィルタ層を、複数の緑フィルタを１列に配列した緑フィルタ列と、２つの赤フィルタからなる赤フィルタセットと２つの青フィルタからなる青フィルタセットとを一列に交互に配した赤－青フィルタ列とを、緑フィルタ列および赤－青フィルタ列の長さ方向に直交する方向に交互に配列したものとすることができる。
　また、隔壁を、赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタよりも低い屈折率の低屈折材料から形成されたものとできる。
　また、隔壁を、空間によって形成することができる。
　本発明の撮像素子によれば、光の照射を受けてその光を電荷に変換する複数の光電変換素子と、その各光電変換素子に対してそれぞれ設けられる赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタを有するカラーフィルタ層とを備えた撮像素子において、赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタよりも低い屈折率を有する隔壁を、赤フィルタの周囲のみに設けるようにしたので、赤フィルタ、青フィルタおよび緑フィルタの境界の全てに隔壁を設ける場合と比較すると、受光効率の向上を図ることができる。
　また、隔壁の欠陥などによるプロセスのロスを減少させることができ、コストの削減を図ることができる。
　また、後で詳述するように、緑フィルタと青フィルタとの間のクロストークの影響よりも、緑フィルタおよび青フィルタから赤フィルタへの光の入射によるクロストークの影響の方が非常に大きいので、本発明の撮像素子のように赤フィルタの周囲のみに隔壁を設けたとしても、クロストークの抑制効果を十分に得ることができる。
　また、上記本発明の撮像素子において、光の受光側の隔壁の面に光を吸収または反射するマスク部材を設けるようにした場合には、隔壁に入射した光が赤フィルタ，緑フィルタまたは青フィルタに漏れ出すことによるクロストークを防止することができる。
本発明の撮像素子の一実施形態の概略構成を示す断面図 図１に示す撮像素子の上面図 赤フィルタの周囲のみに隔壁を設けた場合における赤フィルタ，緑フィルタおよび青フィルタの光入射効率をシミュレーションした結果の一例を示す図 隔壁を全く設けない場合における赤フィルタ，緑フィルタおよび青フィルタの光入射効率をシミュレーションした結果の一例を示す図 全てのフィルタの境界に隔壁を設けた場合における赤フィルタ，緑フィルタおよび青フィルタの光入射効率をシミュレーションした結果の一例を示す図 一般的な撮像素子における赤フィルタ，緑フィルタおよび青フィルタの屈折率を示す図 赤フィルタの周囲のみに隔壁を設けた場合における赤フィルタ，緑フィルタおよび青フィルタの光入射効率をシミュレーションした結果のその他の例を示す図 第１の着色層が形成されている状態を示す概略図 第１の着色層上のフォトレジストに開口部が形成されている状態を示す概略図 第１の着色層に第２の着色層を形成しようとする領域に開口部が形成されている状態を示す概略図 第１の着色層および開口部を覆って第２の着色層が形成された状態を示す概略図 第１および第２の着色層がパターン状に形成されているところを示す概略図 ＲＧＢ３色からなるカラーフィルタアレイを示す概略図 カラーフィルタアレイ上に格子状のスペースパターンが形成された状態を示す断面図 カラーフィルタ層間に間隙が形成された状態を示す断面図 カラーフィルタ層のその他の例を示す図 隔壁上にマスク部材を設けた撮像素子の上面図
　以下、図面を参照して本発明の撮像素子の一実施形態について詳細に説明する。図１は、本実施形態の撮像素子の概略構成を示す断面図である。
　本実施形態の撮像素子２０は、図１に示すように、光の照射を受けて電荷を発生するフォトダイオード（光電変換素子）２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂを備えた半導体基板２２と、半導体基板２２上に形成されたデバイス保護膜２３と、赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂと赤フィルタ２１Ｒの周囲に形成された隔壁２６とを有するカラーフィルタ層２４と、赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂのそれぞれに対応して設けられた多数のレンズからなるマイクロレンズアレイ２５とを備えている。
　そして、撮像素子２０に照射された光が、マイクロレンズアレイ２５の各レンズによって集光された後、各レンズに対応する赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂに入射され、赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂを通過した光がそれぞれ対応するフォトダイオード２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂに入射されるように構成されている。
　半導体基板２２は、上述したように受光エリアを構成する複数のフォトダイオード２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂを備えるとともに、ポリシリコンなどで構成された転送電極２９を備えている。さらに、半導体基板２２には、フォトダイオード２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂ受光面のみが開口するように不図示の遮光膜が設けられており、この遮光膜はタングステンなどで形成されている。
　カラーフィルタ層２４は、上述したように赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂと、赤フィルタ２１Ｒの周囲のみに設けられた隔壁２６とを有している。
　隔壁２６は、赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折材料で形成されたものであり、斜め光が入射した場合にはその光を反射するものである。そして、隔壁２６は、後述するようにドライエッチング法により形成されるものであり、その壁面が半導体基板２２の法線方向と略平行になるように加工形成されるものである。なお、本実施形態においては、隔壁２６を赤フィルタ２１Ｒの周囲にのみ設けるようにしているが、その理由は後で詳述する。
　図２は、本実施形態のカラーフィルタ層２４を半導体基板２２の上方（法線方向）からみた平面図である。なお、図１においては、赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂを一列に並べて記載しているが、これは説明を分かりやすくするためであり、実際には、本実施形態における赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂは、図２に示すように配列されているものとする。
　着色、硬化されて形成された赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂの屈折率は、１．５５～１．８５程度である。したがって、隔壁２６を形成する低屈折材料の屈折率としては、屈折率ｎ≦１．５とすることが望ましい。これによりカラーフィルタとの屈折率差を設けることができ、光の反射に効果的な隔壁とすることができる。隔壁２６の屈折率ｎとしては、より好ましくは１．４５以下であり、カラーフィルタとの屈折率差をより大きくとる観点から、最も好ましくは１．４以下である。
　上述したような屈折率を有する低屈折材料としては、ガラス（ｎ＝１．５２）、ＳｉＯ２膜の多孔質層（シリカ；ｎ＝１．３～１．３５）、フッ素系ポリマー（ｎ＝１．３～１．４）、シロキサンポリマー（ｎ＝１．５）などがある。また、上述したＳｉＯ２膜の多孔質層を形成するための材料としては、ゾルゲル法を利用して多孔質層マトリックスが形成されたコーティング材、フッ素系ポリマーであるＪＳＲ社製のオプスター低屈折率材料ＪＮシリーズ、シロキサンポリマーである東レ社製のＮＲシリーズなどがある。
　また、カラーフィルタ層２４の厚み方向と直交する方向について隔壁２６の壁厚ｄ（図１参照）は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることが望ましい。隔壁２６の壁厚ｄが上記範囲内である場合には、光が透過する全領域に対するカラーフィルタの面積比率を確保することができ、各カラーフィルタの色純度を向上させることができる。壁厚は、好ましくは８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。
　また、赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇ，青フィルタ２１Ｂは、着色組成物により形成されるものであり、好ましくは熱硬化性組成物を用いることが望ましい。
　たとえば、光硬化性組成物を用いるようにした場合、光開始剤、モノマーなどの感光性硬化成分にアルカリ可溶の樹脂を含有させる必要があり、全固形分中に占める着色剤の含有量が相対的に低下してしまうことになり、結果として膜厚が厚くなるデメリットがある。また、光硬化性成分を有するため、その組成分の厚みがカラーフィルタの膜厚に影響し、薄膜化を実現するのが困難である。その結果、色シェーディングを悪化させたり、混色が発生しやすくなったりする問題がある。
　これに対し、着色組成物として熱硬化性組成物を用いた場合には、光硬化性成分の使用を軽減または除去することができる。光硬化性成分を少なくしたり、あるいは除いたりすることで着色剤の濃度を高めることができる。したがって、透過分光を維持しながら薄膜化されたパターンを形成することができる。
　これにより撮像素子２０自体を薄膜化でき、入射した光の集光効率を向上することができる。また、カラーフィルタ層２４を薄膜化することにより、色シェーディング特性が改善され、デバイス特性を向上することができる。
　上述した着色組成物としては、公知の任意の硬化性組成物の中から選択することができる。熱硬化性組成物については、たとえば特開２００９－１１１２２５号公報に記載のものを使用することができる。ただし、本発明の撮像素子は、熱硬化性組成物を用いることが望ましいというだけであり、光硬化性組成物の使用を妨げるものではない。
　また、本実施形態の撮像素子２０においては、上述したように赤フィルタ２１Ｒの周囲のみに隔壁２６を設けており、緑フィルタ２１Ｇと青フィルタ２１Ｂとの境界には隔壁２６を設けていない。以下、この理由について説明する。
　通常、光に対する屈折率は、材料の都合上、赤フィルタ２１Ｒが、他の色のフィルタよりも高くなる。このため、光の導波効果により、緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂから赤フィルタ２１Ｒへの光の入射によるクロストークの影響が非常に大きいことを発見した。そして、緑フィルタ２１Ｇと青フィルタ２１Ｂとの間のクロストークの影響は比較的少ないことから、本実施形態においては赤フィルタ２１Ｒの周囲のみに隔壁２６を設けるようにしている。これにより隔壁２６を設けることによる光損失は、赤フィルタ２１Ｒの画素のみとなり、撮像素子全体の受光効率の向上を図ることができる。また、隔壁２６の欠陥を少なくすることができ、コストの削減も図ることができる。
　ここで、図３に、赤フィルタ２１Ｒの周囲のみに隔壁２６を設けた場合における赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂの光入射効率をシミュレーションした結果を示す。なお、ここでいう光入射効率とは、各フィルタへ入射した光のうち各フィルタを透過してフォトダイオードへ到達する光の割合のことをいう。また、図３に示す細い実線のみで描かれる曲線は、赤フィルタ，緑フィルタおよび青フィルタの理想的な分光透過率を示すものである。
　また、比較のため、図４に、隔壁を全く設けない場合における赤フィルタ，緑フィルタおよび青フィルタの光入射効率をシミュレーションした結果を示し、図５に、全てのフィルタの境界に隔壁２６を設けた場合における赤フィルタ，緑フィルタおよび青フィルタの光入射効率をシミュレーションした結果を示す。
　図３から図５に示すシミュレーション結果から、赤フィルタ，緑フィルタおよび青フィルタの光入射効率という観点からいうと、全てのフィルタの境界に隔壁２６を設けた方が良いことがわかるが（図５）、本実施形態のように赤フィルタ２１Ｒの周囲のみに隔壁２６を設けた場合（図３）においても、隔壁を全く設けない場合のシミュレーション結果（図４）と比較すると、緑フィルタ２１Ｇの光入射効率は十分改善していることがわかる。また、隔壁を全く設けない場合における赤フィルタ２１Ｒの混色についても改善していることがわかる。
　したがって、光入射効率だけでなく、隔壁２６を設けることによる光損失や隔壁２６の欠陥も考慮すると、本実施形態のように赤フィルタ２１Ｒの周囲のみに隔壁２６を設けることが好ましいことがわかる。
　なお、赤フィルタ２１Ｒの周囲のみに隔壁２６を設けた場合、図３に示すシミュレーション結果から分かるように、青フィルタ２１Ｂの光入射効率の改善が少ない。これは、一般的には、赤フィルタと青フィルタと緑フィルタの屈折率が、図６に示すような関係となっており、すなわち５００ｎｍ～６５０ｎｍの領域で、
赤フィルタの屈折率＞緑フィルタの屈折率＞青フィルタの屈折率
という関係となっており、青から緑、青から赤に光が結合しやすい状態になっているからである。
　したがって、青フィルタ２１Ｂの光入射効率の改善を図るため、青フィルタ２１Ｂの材料としては、緑フィルタ２１Ｇと青フィルタ２１Ｂとの屈折率差が、５００ｎｍ～６５０ｎｍの全領域で０．０５以下であるものを用いることが望ましい。さらに、赤フィルタ２１Ｒと青フィルタ２１Ｂとの屈折率差が、５００ｎｍ～６５０ｎｍの全領域で０．１５以下であるものを用いることが望ましい。このような屈折率差となるフィルタの材料としては公知のものを用いることができる。
　図７は、図３に示したシミュレーションにおける青フィルタの屈折率をさらに＋０．１５を上げた場合におけるシミュレーション結果である。図７に示すように、緑フィルタと青フィルタとの屈折率差、赤フィルタと青フィルタとの屈折率差を小さくすることによって、青フィルタの光入射効率をさらに改善することができる。
　デバイス保護膜２３は、半導体基板２２の配線工程などが完了した後に、表面を外的な損傷から保護するための被膜として形成されるものであり、機械的損傷や化学的損傷、電気的損傷から半導体基板２２を保護する役割を果たすものである。
　そして、デバイス保護膜２３は、たとえば半導体基板２２上の図示しない遮光膜全面を覆うように形成されるものである。デバイス保護膜２３は、高温（たとえば５００～８００℃）下において、ＣＶＤ法などを用いて窒化シリコンなどにより形成される。なお、デバイス保護膜２３としては、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）以外に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、ガラス（ＰＳＧ）、ポリイミドなどを用いることができ、特に窒化シリコンが不純物の拡散抑制、イオンの進入の抑制、高耐湿性の観点から特に好ましい。
　次に、本実施形態の撮像素子２０の製造方法について説明する。
　本実施形態の撮像素子２０は、上述した構成とすることができる製造方法であれば特に制限はなく、いずれの製造方法によっても作製することができるが、本実施形態においては、下記工程を有する製造方法により好適に作製することができる。
　具体的には、本実施形態の撮像素子２０は、半導体基板２２上に、赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂ（以下、カラーフィルタアレイともいう）を形成する工程（以下、「アレイ形成工程」ともいう。）と、カラーフィルタアレイ上に感光性樹脂層を形成する工程（以下、「感光性層形成工程」ともいう。）と、形成された感光性樹脂層をパターン状に露光、現像し、赤フィルタ２１Ｒの周囲の部分が露出するようにパターニングする工程（以下、「パターニング工程」ともいう。）と、パターニングされた感光性樹脂層をマスクとして、カラーフィルタアレイにドライエッチング処理を施し、赤フィルタ２１Ｒの周囲の部分を除去することにより間隙を形成する工程（以下、「間隙形成工程」ともいう。）とを行うことによって作製することができる。
　以下、上述した各工程について、より具体的に説明する。
　まず、所望の半導体基板２２を用意する。この半導体基板２２には、図１に示すように、撮像素子２０の受光エリアを構成する複数のフォトダイオード２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂが形成され、さらにポリシリコンなどで構成された転送電極２９とフォトダイオードの受光面のみが開口したタングステンなどで構成された遮光膜（不図示）とが形成されている。
　半導体基板２２のフォトダイオード２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂが形成された側の反対側には、半導体基板２２の遮光膜上に遮光膜全面を覆うように、窒化シリコンで形成されたデバイス保護膜２３が形成されている。図１に示すデバイス保護膜２３は、窒化シリコンにより厚み０．７０μｍにて形成されている。
　［アレイ形成工程］
次に、デバイス保護膜２３が設けられた半導体基板２２上に、赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂからなるカラーフィルタアレイを形成する。
　図８に示すように、デバイス保護膜２３上に、スピンコーターにて第１の着色層（第１色目；たとえば緑）を形成するための着色組成物を塗布した後、ホットプレートを用いて、塗布形成された塗布膜の温度または雰囲気温度が２２０℃となるように５分間加熱し、塗布膜を硬化させて第１の着色層３２を形成する。
　次に、図示しないが、第１の着色層３２上にポジ型のフォトレジストをスピンコーターにて塗布し、プリベークを実施して、フォトレジスト層３４を形成する。続いて、第１の着色層３２上に形成されたフォトレジスト層３４の上方から、第２の着色層（第２色目；たとえば青）を形成しようとする領域におけるフォトレジスト層をｉ線ステッパーにて露光し、ＰＥＢ処理を行なう。その後、現像液でパドル現像処理を行ない、更にポストベーク処理を実施し、第２の着色層を形成しようとする領域のフォトレジストを除去し、図９に示すように、開口部３３を形成する。
　次いで、ドライエッチング装置にて、フルオロカーボンガスと酸素ガスとを混合した混合ガス（プラズマガス）を用いて所望のエッチング条件により、フォトレジスト層３４をマスクとして異方性エッチングを実施し、第２の着色層を形成しようとする領域の着色層３２をエッチング処理する。このときのエッチング条件は、フルオロカーボンガスと酸素との混合ガスにより第１の着色層を途中まで加工する第１のエッチング工程と、窒素ガスと酸素ガスとを主に含む第２のガスを用いて基板までエッチングする第２のエッチング工程とを設けて形成するエッチング条件としてもよい。
　次に、溶剤もしくはフォトレジスト剥離液を使用して、フォトレジスト剥離処理を実施し、第１の着色層３２上に残存するフォトレジストの除去を行なう。その後、脱溶剤、脱水処理の脱水ベーク処理を行なうことができる。このようにして、図１０に示すように第２の着色層を形成しようとする領域の第１の着色層３２を除去し、開口部３５を形成する。
　続いて、図１１に示すように、第１の着色層３２と開口部３５との全体を覆うとともに、開口部３５に埋め込むようにして、スピンコーターにて第２の着色層（第２色目；たとえば青）を形成するための着色組成物を塗布した後、ホットプレートを用いて塗布膜をポストベーク処理し、第２の着色層３６を形成する。
　次に、図１２に示すように、ＣＭＰ装置にて、第１の着色層３２の表面が露出するまで研磨することにより、第２の着色層３６をパターン状に形成する。研磨剤には、シリカ微粒子を分散したスラリーを使用し、スラリー流量：１００～２５０ml／min、ウエハ圧：０．２～５．０psi、リテーナーリング圧：１．０～２．５psi、研磨布からなる研磨装置を使用することができる。研磨時間は、第１の着色層３２が露出するまでの時間とし、オーバーポリッシング率をたとえば２０％と設定し、研磨処理を完了させる。
　第３の着色層（第３色目）の形成は、上述した第２の着色層３６の形成と同様の操作を繰り返し行なうことにより行なえる。具体的には、第１の着色層３２上に再びポジ型のフォトレジストを形成し、露光、現像を行なって第３の着色層を形成しようとする領域のフォトレジストを除去し、開口部をパターン状に形成する。そして、フォトレジスト層をマスクとして異方性エッチングを実施することによって、第３の着色層を形成しようとする領域の第１の着色層３２を除去し、さらに開口部を形成する。続いて、第１および第２の着色層３２、３６と開口部との全体を覆うと共に、開口部に埋め込むようにして、スピンコーターにて第３の着色層（第３色目；たとえば赤）を形成するための着色組成物を塗布した後、ホットプレートを用いて塗布膜をポストベーク処理し、第３の着色層を形成する。その後、ＣＭＰ装置により、第１および第２の着色層３２、３６と第３の着色層とが露出するまでポリッシングする。
　以上のようにして、図１３に示すような、赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂからなるカラーフィルタアレイが形成される。
　［感光性層形成工程］
次に、上記のようにして形成されたカラーフィルタアレイ上の全面に、ポジ型のフォトレジストを塗布し、フォトレジスト層（感光性樹脂層）を形成する。形成されたフォトレジスト層は、プリベークが施されることが好ましい。ポジ型のフォトレジストには、公知のポジ型フォトレジストを使用することができる。
　［パターニング工程］
次に、フォトレジスト層を、マスクを介してパターン状に露光し、現像することにより、赤フィルタの周囲の部分のみが露出するようにパターニングする。
　具体的には、ｉ線、ＫｒＦ、ＡｒＦを用いたフォトリソグラフィ法により、ポジ型のフォトレジスト層をパターン状に露光し、現像することで、図１４に示すように、スペースパターン４１を形成する。その後、ＰＥＢ、アルカリ現像、ポストベーク処理を行なって、所望のマスクパターンを得る。なお、フォトリソプロセスとしては、好ましくはＫｒＦ、ＡｒＦ光源としてパターン形成することにより微細な加工が行なえ、より好ましくは、微細化の観点からＡｒＦプロセスで実施することが好ましい。
　［間隙形成工程］
次に、上述したスペースパターン４１をマスクとして、カラーフィルタアレイにフルオロカーボン系ガスを主体としたプラズマエッチング（ドライエッチング処理）によりエッチング加工し、赤フィルタ２１Ｒの周囲の部分を所望の幅長だけ除去する。
　なお、エッチング処理は、フッ素系ガスと酸素ガスとを含む第１の混合ガスを用いたドライエッチング法により着色層の一部を除去する第１のエッチング工程と、第１のエッチング工程後に、残存する着色層を窒素ガスと酸素ガスを含む第２のガスを用いたドライエッチング処理により除去する第２のエッチング工程とを設けてパターン様に基板露出部を形成する形態が望ましい。このように、第２のエッチング工程を窒素ガスと酸素ガスを含む第２のガスを用いたエッチング条件にすることにより、基板の削れを抑制することができ、結果として基板の削れのコントロールを正確に管理することができる。
　次に、ドライエッチングが終了した後、フォトレジストを有機溶剤などで溶解除去し、図１５のように、赤フィルタ２１Ｒの周囲部分のみに間隙４２が形成されたカラーフィルタアレイが得られる。エッチング終了後は、マスクのレジスト（硬化後の感光性樹脂層）は、専用の剥離液や有機溶剤によって除去される。窒素ガスと酸素ガスとを含む第２のガスを使用する第２のエッチング工程を行なう場合には、剥離液や有機溶剤によるフォトレジスト層の剥離をより容易に行なえる。
　その後、赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂより屈折率の低い材料（たとえばフッ素系コーティング材）を、間隙４２が埋め込まれるようにカラーフィルタアレイ上に塗布し、たとえば２００℃で１０分間、ベーク処理を施すことで、図２に示すように、赤フィルタ２１Ｒの周囲のみに低屈折率の隔壁２６を形成することができる。
　また、上記実施形態の撮像素子２０においては、上述したように隔壁２６を低屈折材料によって形成するようにしたが、これに限らず、隔壁２６を空気から形成するようにしてもよい。
　また、上記実施形態の撮像素子２０においては、赤フィルタ２１Ｒ，緑フィルタ２１Ｇおよび青フィルタ２１Ｂをいわゆるベイヤー配列としたが、これに限らず、その他の配列としても良い。具体的には、たとえば、図１６に示すように、複数の緑フィルタＧを１列に配列した緑フィルタ列と、２つの赤フィルタＲからなる赤フィルタセットと２つの青フィルタＢからなる青フィルタセットとを一列に交互に配した赤－青フィルタ列とを、その列の長さ方向に直交する方向に交互に配列するとともに、その列の長さ方向が水平方向に対して４５°傾くような配列としてもよい。そして、この場合においても、２つの赤フィルタからなる赤フィルタセットの周囲のみに隔壁４０を設けるようにすればよい。
　図１６に示す配列とした場合には、ベイヤー配列のように赤フィルタＲが緑フィルタＧに接するだけでなく、青フィルタＢにも接することになり、また、赤フィルタＲと緑フィルタＧとが２画素単位で接することになるので、緑フィルタＧと青フィルタＢから赤フィルタＲへの光の入射がより厳しい条件となる。すなわち、逆に言えば、ベイヤー配列の場合と比較すると、上述したように赤フィルタセットの周囲のみに隔壁４０を設けることによる効果をより顕著に得ることができる。
　また、上記実施形態の撮像素子２０において、図１７に示すように、光の受光側の隔壁２６の面に、光を吸収または反射するマスク部材２７を設けることが望ましい。マスク部材２７としては、たとえば金属膜やカーボンなどを用いることができる。このようにマスク部材２７を設けることによって、隔壁２６に入射した光が赤フィルタＲ，緑フィルタＧまたは青フィルタＢに漏れ出すことによるクロストークを防止することができる。
　また、上記実施形態の撮像素子２０は、本発明をいわゆる表面照射型撮像素子に適用したものであるが、本発明は、表面照射型撮像素子だけではなく、いわゆる裏面照射型撮像素子にも適用可能である。裏面照射型撮像素子は、撮像素子を１０μｍまで薄く切削し、撮像素子の裏面から受光するようにしたものであって、高い量子効率により、高感度な撮像素子である。半導体層に隔壁がない裏面照射型撮像素子においては、クロストークの原因がほとんどカラーフィルタ層で決まってしまうため、本発明のカラーフィルタ層を適用することによって、混色が少なく色再現性に優れ、高感度な撮像素子を得ることができる。
　また、上記実施形態の撮像素子においては、カラーフィルタ層２４上にマイクロレンズアレイ２５を設けるようにしたが、マイクロレンズアレイを設けずにカラーフィルタ層２４を集光手段として構成するようにしてもよいし、もしくは、たとえば特開２００９－１１１２２５号公報に記載のように、カラーフィルタ層２４とデバイス保護膜２３との間に、たとえば凸型または凹型のインナーレンズのような集光手段を設けるようにしてもよい。
　また、上記実施形態の撮像素子は、本発明をいわゆるＣＭＯＳセンサに適用したものであるが、その他の構造のセンサに適用することも可能であり、たとえＣＣＤセンサに適用するようにしてもよい。

Claims (9)

  1. 　光の照射を受けて該光を電荷に変換する複数の光電変換素子と、該各光電変換素子に対してそれぞれ設けられる赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタを有するカラーフィルタ層とを備えた撮像素子であって、
    　前記赤フィルタ、前記緑フィルタおよび前記青フィルタよりも低い屈折率を有する隔壁が前記赤フィルタの周囲のみに設けられていることを特徴とする撮像素子。
  2. 　前記光の受光側の前記隔壁の面に前記光を吸収または反射するマスク部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
  3. 　前記青フィルタの屈折率と緑フィルタの屈折率との差が、５００ｎｍ～６５０ｎｍの全波長領域で０．０５以下であることを特徴とする請求項１または２記載の撮像素子。
  4. 　前記青フィルタの屈折率と赤フィルタの屈折率との差が、５００ｎｍ～６５０ｎｍの全波長領域で０．１５以下であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の撮像素子。
  5. 　前記隔壁の屈折率が、１．４以下であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の撮像素子。
  6. 　前記カラーフィルタ層の厚み方向に直交する方向についての前記隔壁の壁厚が、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の撮像素子。
  7. 　前記カラーフィルタ層が、複数の前記緑フィルタを１列に配列した緑フィルタ列と、２つの前記赤フィルタからなる赤フィルタセットと２つの前記青フィルタからなる青フィルタセットとを一列に交互に配した赤－青フィルタ列とを、前記緑フィルタ列および前記赤－青フィルタ列の長さ方向に直交する方向に交互に配列したものであることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の撮像素子。
  8. 　前記隔壁が、前記赤フィルタ、前記緑フィルタおよび前記青フィルタよりも低い屈折率の低屈折材料から形成されたものであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の撮像素子。
  9. 　前記隔壁が、空間によって形成されるものであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の撮像素子。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018107324A (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 凸版印刷株式会社 固体撮像素子およびその製造方法
US10063816B2 (en) 2014-06-26 2018-08-28 Sony Corporation Solid state imaging device, electronic apparatus, and method for manufacturing solid state imaging device
WO2023243252A1 (ja) * 2022-06-15 2023-12-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150076874A (ko) * 2013-12-27 2015-07-07 삼성전자주식회사 칼라필터 어레이 및 이를 포함하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 표시 장치
US9564462B2 (en) * 2014-10-01 2017-02-07 Visera Technologies Company Limited Image-sensor structures
KR20160082199A (ko) 2014-12-31 2016-07-08 인천대학교 산학협력단 컬러 필터 어레이 성능 검증 방법
KR20160095315A (ko) * 2015-02-02 2016-08-11 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치
US10462431B2 (en) * 2015-04-10 2019-10-29 Visera Technologies Company Limited Image sensors
JP6566734B2 (ja) * 2015-06-11 2019-08-28 キヤノン株式会社 固体撮像素子
WO2017051451A1 (ja) * 2015-09-24 2017-03-30 オリンパス株式会社 固体撮像素子および内視鏡システム
JP6809215B2 (ja) * 2016-12-27 2021-01-06 凸版印刷株式会社 固体撮像素子およびその製造方法
EP3565000B1 (en) * 2016-12-27 2022-02-16 Toppan Printing Co., Ltd. Solid-state imaging element and method for manufacturing same
CN107529046B (zh) * 2017-02-23 2024-03-08 思特威(深圳)电子科技有限公司 一种色彩滤镜阵列及图像传感器
CN107680979A (zh) * 2017-09-26 2018-02-09 德淮半导体有限公司 一种图像传感器、彩色滤光片阵列及其制备方法
CN108364966B (zh) * 2018-02-06 2021-03-02 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN108336103B (zh) * 2018-02-27 2020-12-18 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
JP2018133575A (ja) * 2018-03-08 2018-08-23 ソニー株式会社 固体撮像装置、電子機器、及び、固体撮像装置の製造方法
JP7103385B2 (ja) 2020-05-21 2022-07-20 ソニーグループ株式会社 固体撮像装置及び電子機器
KR20240037943A (ko) * 2021-08-06 2024-03-22 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 촬상 장치
JP7417819B1 (ja) 2022-11-17 2024-01-19 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法及び電子機器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6391603A (ja) * 1986-10-06 1988-04-22 Fujitsu Ltd 固体カラ−撮像デバイスおよびその製造方法
JP2005340299A (ja) * 2004-05-24 2005-12-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置およびその製造方法並びにカメラ
JP2010232537A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Fujifilm Corp 撮像素子
JP2010272654A (ja) * 2009-05-20 2010-12-02 Panasonic Corp 固体撮像装置およびその製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4576679A (en) * 1981-03-27 1986-03-18 Honeywell Inc. Method of fabricating a cold shield
JP2005079338A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置とその製造方法
KR100731131B1 (ko) * 2005-12-29 2007-06-22 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
KR101367136B1 (ko) * 2007-07-27 2014-02-25 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치 및 이의 제조 방법
JP4835719B2 (ja) * 2008-05-22 2011-12-14 ソニー株式会社 固体撮像装置及び電子機器
JP2012074521A (ja) * 2010-09-28 2012-04-12 Sony Corp 固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置、および電子機器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6391603A (ja) * 1986-10-06 1988-04-22 Fujitsu Ltd 固体カラ−撮像デバイスおよびその製造方法
JP2005340299A (ja) * 2004-05-24 2005-12-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置およびその製造方法並びにカメラ
JP2010232537A (ja) * 2009-03-27 2010-10-14 Fujifilm Corp 撮像素子
JP2010272654A (ja) * 2009-05-20 2010-12-02 Panasonic Corp 固体撮像装置およびその製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10063816B2 (en) 2014-06-26 2018-08-28 Sony Corporation Solid state imaging device, electronic apparatus, and method for manufacturing solid state imaging device
JP2018107324A (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 凸版印刷株式会社 固体撮像素子およびその製造方法
WO2023243252A1 (ja) * 2022-06-15 2023-12-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置

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