JP2020170071A - 固体撮像素子用フィルター、固体撮像素子、固体撮像素子用フィルターの製造方法、および、固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】1つの固体撮像素子で可視光の画像取得と赤外線センサー機能を併せ持つことができる固体撮像素子用フィルター、固体撮像素子、固体撮像素子用フィルターの製造方法、および、固体撮像素子の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】各色用光電変換素子１１Ｇ，１１Ｒ，１１Ｂに対し光の入射側に位置する三色のカラーフィルターと、赤外用光電変換素子１１Ｐに対し光の入射側に位置する赤外パスフィルター１２Ｐと、を備え、赤外パスフィルター１２Ｐは、お互いに一辺を接する位置に配置された二色のフィルター要素１２Ｐ１，１２Ｐ２からなる積層体であり、かつ積層上層の色要素１２Ｐ２は同一色の画素に対し対角の位置に設置された画素であり、各色のフィルター要素は、当該フィルター要素と同一色のカラーフィルター膜厚以下であり、かつ、当該カラーフィルターと同一材料から構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子用フィルター、固体撮像素子用フィルターを備える固体撮像素子、固体撮像素子用フィルターの製造方法、および固体撮像素子の製造方法に関する。

スマートフォンやビデオカメラ、車載カメラ等にはＣＭＯＳイメージセンサーやＣＣＤイメージセンサーなどの固体撮像素子が用いられている。
固体撮像素子は２次元平面上の水平方向、垂直方向に規則的に配置された複数の光電変換素子を備えており、各々対となる色分解用カラーフィルターやマイクロレンズを形成するのが一般的な構造である（例えば特許文献１参照）。
また、固体撮像素子を形成するシリコンフォトダイオードは赤外線にも感度を有するため、各色カラーフィルターを透過する赤外線は光電変換する際のノイズとなってしまうことから、赤外線カットフィルターを用いることが多い（例えば特許文献２参照）。

一方、赤外線を利用したセキュリティシステムとして、高いセキュリティ性を持つ虹彩認識システムや３D顔認証システムが注目され開発が盛んとなっており、特にスマートフォンなど携帯端末等への適用が広がりつつある。

特許第３７１９０３６号公報 特許第４６４４４２３号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２のように、画像取得用のイメージセンサーカメラと赤外線センサーを２個搭載することは、部品点数が増加しコストアップにつながる。またスマートフォンなどでは、昨今のベゼルレス化によって筐体に対するディスプレイ占有率が高まっていることから、画面の一部を犠牲にして固体撮像素子を搭載しなければならず、デザイン面や設計面での自由度が低下するという問題があった。

そこで本発明は、1つの固体撮像素子で可視光の画像取得と赤外線センサー機能を併せ持つことができる固体撮像素子用フィルター、固体撮像素子、固体撮像素子用フィルターの製造方法、および、固体撮像素子の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の固体撮像素子用フィルターは、第１光電変換素子に対し光の入射側に位置する赤色画素および青色画素を含むカラーフィルターと、第２光電変換素子に対し光の入射側に位置する赤外パスフィルターを備え、前記青色画素および前記赤色画素はお互いの一辺を接して隣接し、前記赤外パスフィルターは、赤色と青色の二つのパス要素が積層され、前記赤外パスフィルターにおいて上層に積層されたパス要素は、対角に位置する前記カラーフィルターと同じ色であることを特徴とする。

上記構成によれば、赤外パスフィルター上層に積層されるパス要素が、対角に位置するカラーフィルターと同じ色になるよう配置することで、可視光の画像取得と赤外線センサー機能を併せ持つことができる。また、画素内における膜厚の変動量を極力小さくすることができる。

また本発明の一態様は、前記赤色画素と、前記青色画素と、前記赤外パスフィルターと、さらに緑色画素を含むユニットを一つの単位として、二次元平面上の水平方向および垂直方向に繰り返し配置されてなる。

また本発明の一態様は、前記赤外パスフィルターは、前記赤色画素および前記青色画素以上の厚さである。

また、本発明の固体撮像素子は、光電変換素子と、上記いずれかに記載の固体撮像素子用フィルターを備えることを特徴とする。

また、本発明の固体撮像素子用フィルターの製造方法は、第１光電変換素子に対し光の入射側に位置する赤色画素および青色画素を含むカラーフィルターと、第２光電変換素子に対し光の入射側に位置する赤外パスフィルターとを備えた固体撮像素子用フィルターの製造方法であって、前記赤外パスフィルターは、赤色と青色の二つのパス要素の積層体であり、前記パス要素は、当該パス要素と同一色の前記カラーフィルター以下の膜厚であり、かつ、当該カラーフィルターと同一材料から構成されており、各色の前記カラーフィルターを別々の工程で形成すると共に、各色の前記カラーフィルターと、当該カラーフィルターと同一色の前記パス要素とを同一の工程で形成することを特徴とする。

また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換素子を形成する工程と、上記の固体撮像素子用フィルターの製造方法を用いて、前記光電変換素子の光の入射側に固体撮像素子用フィルターを形成する工程と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、赤外パスフィルターを構成する赤色と青色の二色のパス要素と、それに対応する二色の画素とが、同一の材料から構成される。そのため、カラーフィルターに適した加工条件と、赤外パスフィルターに適した加工条件との間に、構成材料に依存した差異が生じることが抑制される。また、カラーフィルターに適した使用環境と、赤外パスフィルターに適した使用環境との間にも、構成材料に依存した差異が生じることが抑制される。

本発明の一実施形態によれば、1つの固体撮像素子で可視光の画像取得と赤外線センサー機能を併せ持つことができる固体撮像素子用フィルター、固体撮像素子、固体撮像素子用フィルターの製造方法、および、固体撮像素子の製造方法を提供することができる。

第一実施形態における固体撮像素子の層構造を部分的に示す分解斜視図である。 図１中II−II線位置での模式断面図である。 赤外パスフィルターを構成する赤色フィルター要素及び青色フィルター要素による光吸収性及び光透過性を説明するグラフである。 赤外パスフィルターの透過スペクトルの一例を示すグラフである。 従来のベイヤー配列におけるカラーフィルターの製造方法を模式的に示す図である。 従来の固体撮像素子用フィルターの製造方法を模式的に示す図である。 第一実施形態における固体撮像素子用フィルターの製造方法を模式的に示す図である。 第二実施形態における固体撮像素子用フィルターの製造方法を模式的に示す図である。 第三実施形態における固体撮像素子用フィルターの層構造を模式的に示す図である。

（第一実施形態）
以下、本発明に係る固体撮像素子用フィルター、固体撮像素子、固体撮像素子用フィルターの製造方法、および、固体撮像素子の製造方法の第一実施形態を、図１から図８を参照して説明する。図１は、本実施形態における固体撮像素子の層構造を部分的に示す分解斜視図である。図２は、図１中II−II線位置での模式断面図である。

図１および図２に示すように、本実施形態の固体撮像素子は、固体撮像素子用フィルター１０および複数の光電変換素子１１を備える。固体撮像素子用フィルター１０は、緑色用カラーフィルター１２Ｇ、赤色用カラーフィルター１２Ｒ、青色用カラーフィルター１２Ｂ、赤外パスフィルター１２Ｐ、および、マイクロレンズ１５Ｇ，１５Ｒ，１５Ｂ，１５Ｐを備える。赤外パスフィルター１２Ｐは、第１パス要素１２Ｐ１と第２パス要素１２Ｐ２が積層された構造を有している。

緑色用カラーフィルター１２Ｇ、赤色用カラーフィルター１２Ｒおよび青色用カラーフィルター１２Ｂは、それぞれ緑色用光電変換素子１１Ｇ、赤色用光電変換素子１１Ｒおよび青色用光電変換素子１１Ｂとマイクロレンズ１５Ｇ，１５Ｒ，１５Ｂとの間に位置する。赤外パスフィルター１２Ｐは、赤外用光電変換素子１１Ｐとマイクロレンズ１５Ｐとの間に位置する。

光電変換素子１１のうち可視光用の緑色用光電変換素子１１Ｇ、赤色用光電変換素子１１Ｒおよび青色用光電変換素子１１Ｂは、本発明における第１光電変換素子に相当している。光電変換素子１１のうち赤外用光電変換素子１１Ｐは、本発明における第２光電変換素子に相当している。図１および図２では、固体撮像素子における光電変換素子１１の繰り返し単位を示しており、緑色用光電変換素子１１Ｇ、赤色用光電変換素子１１Ｒ、青色用光電変換素子１１Ｂおよび赤外用光電変換素子１１Ｐは複数繰り返して配置されている。したがって固体撮像素子用フィルター１０は、緑色用カラーフィルター１２Ｇ、赤色用カラーフィルター１２Ｒ、青色用カラーフィルター１２Ｂおよび赤外パスフィルター１２Ｐを含むユニットを一つの単位として、二次元平面上の水平方向および垂直方向に複数の単位が繰り返し配置されている。

赤色用カラーフィルター１２Ｒと青色用カラーフィルター１２Ｂは、お互いの一辺を接し隣接するように配置され、赤外パスフィルター１２Ｐの上層に積層される第２パス要素１２Ｐ２と同じ色の画素が対角に位置するように配置されている。図１に示した例では、下層の第１パス要素１２Ｐ１が赤色フィルター要素であり、上層の第２パス要素１２Ｐ２が青色フィルター要素であり、対角に青色用カラーフィルター１２Ｂが配置された例を示している。第１パス要素１２Ｐ１を青色フィルター要素とし、第２パス要素１２Ｐ２を赤色フィルター要素とし、対角に赤色用カラーフィルター１２Ｒを配置するとしてもよい。

三色用のカラーフィルターは、緑色画素の緑色用カラーフィルター１２Ｇ、赤色画素の赤色用カラーフィルター１２Ｒおよび青色画素の青色用カラーフィルター１２Ｂを含んで構成される。緑色用カラーフィルター１２Ｇは、緑色用光電変換素子１１Ｇに対し光の入射側に位置する。赤色用カラーフィルター１２Ｒは、赤色用光電変換素子１１Ｒに対し光の入射側に位置する。青色用カラーフィルター１２Ｂは、青色用光電変換素子１１Ｂに対し光の入射側に位置する。

緑色用カラーフィルター１２Ｇ、赤色用カラーフィルター１２Ｒおよび青色用カラーフィルター１２Ｂは感光性着色組成物を用いたフォトリソグラフィー法で形成される。

感光性着色組成物に含有される顔料としては、有機または無機の顔料を、単独でまたは２種類以上混合して用いることができる。顔料は、発色性が高く、且つ耐熱性の高い顔料、特に耐熱分解性の高い顔料が好ましく、通常は有機顔料が用いられる。使用することができる顔料としては、フタロシアニン系、アゾ系、アントラキノン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、アンサンスロン系、インダンスロン系、ペリレン系、チオインジゴ系、イソインドリン系、キノフタロン系、ジケトピロロピロール系などの有機顔料が挙げられる。以下に、本発明の感光性着色組成物に使用可能な有機顔料の具体例を、カラーインデックス番号で示す。

各色用フィルターにおいて、青色感光性着色組成物に用いられる青色色素としては、例えばC.I. Pigment Blue １５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、２２、６０、６４、８１等の顔料が挙げられ、中でもC.I. Pigment Blue １５：６が好ましい。また必要に応じ調色用として用いられる紫色色素としては、例えばC.I. Pigment Violet １、１９、２３、２７、２９、３０、３２、３７、４０、４２、５０等の顔料が挙げられ、中でもC.I. Pigment Violet ２３が好ましい。

黄色色素としては、C.I. Pigment Yellow １、２、３、４、５、６、１０、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、２４、３１、３２、３４、３５、３５：１、３６、３６：１、３７、３７：１、４０、４２、４３、５３、５５、６０、６１、６２、６３、６５、７３、７４、７７、８１、８３、９３、９４、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、１０６、１０８、１０９、１１０、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０、１２３、１２６、１２７、１２８、１２９、１３８、１３９、１４７、１５０、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１６１、１６２、１６４、１６６、１６７、１６８、１６９、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７９、１８０、１８１、１８２、１８５、１８７、１８８、１９３、１９４、１９８、１９９、２１３、２１４等の顔料が挙げられ、中でもC.I. Pigment Yellow １３、１５０、１８５が好ましい。

赤色の感光性着色組成物に用いられる赤色色素としては、青色色素等の代わりに、例えばC.I. Pigment Red ７、９、１４、４１、４８：１、４８：２、４８：３、４８：４、８１：１、８１：２、８１：３、９７、１２２、１２３、１４６、１４９、１６８、１７７、１７８、１８０、１８４、１８５、１８７、１９２、２００、２０２、２０８、２１０、２１５、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２４０、２４６、２５４、２５５、２６４、２７２、C.I. Pigment Orange ３６、４３、５１、５５、５９、６１、７１、７３等の赤色顔料、および必要に応じ調色用として、C.I. Pigment Yellow １、２、３、４、５、６、１０、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、２４、３１、３２、３４、３５、３５：１、３６、３６：１、３７、３７：１、４０、４２、４３、５３、５５、６０、６１、６２、６３、６５、７３、７４、７７、８１、８３、９３、９４、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、１０６、１０８、１０９、１１０、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０、１２３、１２６、１２７、１２８、１２９、１３８、１３９、１４７、１５０、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１６１、１６２、１６４、１６６、１６７、１６８、１６９、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７９、１８０、１８１、１８２、１８５、１８７、１８８、１９３、１９４、１９８、１９９、２１３、２１４等を用いて得られる組成物である。

また、緑色の感光性着色組成物に用いられる緑色色素としては、青色色素等の代わりに、例えばC.I. Pigment Green ７、１０、３６７、５８等の緑色顔料、および必要に応じ調色用として上記黄色顔料を用いて得られる組成物である。

各色の感光性着色組成物にはさらにバインダー樹脂、光重合開始剤、重合性モノマー、有機溶剤、レベリング剤などが含まれる。バインダー樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ノルボルネン系樹脂である。

光重合開始剤としてはアセトフェノン系光重合開始剤、ベンゾイン光重合開始剤、ベンゾフェノン系光重合開始剤、チオキサンソン系光重合開始剤、トリアジン系光重合開始剤、オキシムエステル系光重合開始剤などが１種を単独で、または２種以上を混合して用いられる。

重合性モノマーとしては、（メタ）アクリル酸、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、tert-ブチル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、フェニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステル類；Ｎ−ビニルピロリドン；スチレンおよびその誘導体、α−メチルスチレン等のスチレン類；（メタ）アクリルアミド、メチロール（メタ）アクリルアミド、アルコキシメチロール（メタ）アクリルアミド、ジアセトン（メタ）アクリルアミド等のアクリルアミド類；（メタ）アクリロニトリル、エチレン、プロピレン、ブチレン、塩化ビニル、酢酸ビニル等のその他のビニル化合物、およびポリメチルメタクリレートマクロモノマー、ポリスチレンマクロモノマーなどのマクロモノマー類などが挙げられる。これらのモノマーは、１種を単独で、または２種以上を混合して用いることができる。

有機溶剤としては、例えば乳酸エチル、ベンジルアルコール、１，２，３−トリクロロプロパン、１，３−ブタンジオール、１，３−ブチレングリコール、１，３−ブチレングリコールジアセテート、１，４−ジオキサン、２−ヘプタノン、２−メチル−１，３−プロパンジオール、３，５，５−トリメチル−２−シクロヘキセン−１−オン、３，３，５−トリメチルシクロヘキサノン、３−エトキシプロピオン酸エチル、３−メチル−１，３−ブタンジオール、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール、３−メトキシ−３−メチルブチルアセテート、３−メトキシブタノール、３−メトキシブチルアセテート、４−ヘプタノン、ｍ−キシレン、ｍ−ジエチルベンゼン、ｍ−ジクロロベンゼン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ｎ−ブチルアルコール、ｎ−ブチルベンゼン、ｎ−プロピルアセテート、ｏ−キシレン、ｏ−クロロトルエン、ｏ−ジエチルベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、ｐ−クロロトルエン、ｐ−ジエチルベンゼン、ｓｅｃ−ブチルベンゼン、ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン、γ−ブチロラクトン、イソブチルアルコール、イソホロン、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノターシャリーブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジイソブチルケトン、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノール、シクロヘキサノールアセテート、シクロヘキサノン、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ダイアセトンアルコール、トリアセチン、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコールフェニルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、ベンジルアルコール、メチルイソブチルケトン、メチルシクロヘキサノール、酢酸ｎ−アミル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソアミル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、二塩基酸エステル等が挙げられる。これらは１種を単独で、若しくは２種以上を混合して用いることができる。

レベリング剤としては、主鎖にポリエーテル構造またはポリエステル構造を有するジメチルシロキサンが好ましい。主鎖にポリエーテル構造を有するジメチルシロキサンの具体例としては、東レ・ダウコーニング社製ＦＺ−２１２２、ビックケミー社製ＢＹＫ−３３３などが挙げられる。ポリエステル構造を有するジメチルシロキサンの具体例としては、ビックケミー社製ＢＹＫ−３１０、ＢＹＫ−３７０などが挙げられる。ポリエーテル構造を有するジメチルシロキサンと、ポリエステル構造を有するジメチルシロキサンとは、併用することもできる。これらは１種を単独で、若しくは２種以上を混合して用いることができる。

赤外パスフィルター１２Ｐは、赤外用光電変換素子１１Ｐに対して入射して検出され得る可視光をカットし、赤外用光電変換素子１１Ｐによる赤外光の検出精度を高める。赤外用光電変換素子１１Ｐが検出し得る可視光は、例えば、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長を有した光である。赤外パスフィルター１２Ｐは、赤外用光電変換素子１１Ｐ上のみに位置する層である。

赤外パスフィルター１２Ｐは、赤色フィルター要素と青色フィルター要素を積層することで、可視光をカットして赤外光を透過する赤外パスフィルター１２Ｐを構成することができる。すなわち、図３に示すように、赤色フィルター要素は４００ｎｍから５５０ｎｍ辺りの光吸収性が高くかつ６００ｎｍ以上の光透過率が高く、青色フィルター要素は５５０ｎｍから７５０ｎｍ辺りの光吸収性が高くかつ８００ｎｍ以上の光透過性が高いため、二つを重ね合わせることで可視光域４００ｎｍから７００ｎｍの光吸収性が高く近赤外領域である８５０ｎｍ以上の光透過性の高い赤外パスフィルターとすることができる。

更に赤外パスフィルター１２Ｐは、カラーフィルターに含まれる緑色用カラーフィルター１２Ｇ、赤色用カラーフィルター１２Ｒおよび青色用カラーフィルター１２Ｂの膜厚と同じかこれらより厚い膜厚となることが望ましい。カラーフィルターと赤外パスフィルター１２Ｐの膜厚段差が０．１μｍ以下、望ましく０．０５μｍ以下であれば、マイクロレンズ形成の際に支障とならない。膜厚段差が大きい場合には、カラーフィルター上に平坦層を適宜形成し段差を平坦化してもよい。

図４は、赤外パスフィルターの透過スペクトルの一例を示すグラフである。図４に示すように、赤外パスフィルター１２Ｐの透過スペクトルは、例えば、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲で１０％以下の透過率を示す。一方、赤外パスフィルター１２Ｐは、例えば、８５０ｎｍ付近をピークとし、８５０ｎｍを超えた範囲では８０％以上の透過率を有する。本実施形態では、第１パス要素１２Ｐ１および第２パス要素１２Ｐ２として赤色フィルター要素と青色フィルター要素を積層することで、可視光をカットして赤外光を透過する赤外パスフィルター１２Ｐを構成している。

８５０ｎｍの波長を有した近赤外光は、大気中に含まれる水蒸気によって吸収される。すなわち、８５０ｎｍの波長を有した近赤外光は太陽光によるノイズを大気中の水蒸気によって取り除かれる光である。赤外用光電変換素子１１Ｐは、これら８５０ｎｍの波長を有した近赤外光を検出対象とする。

マイクロレンズは、緑色用マイクロレンズ１５Ｇ、赤色用マイクロレンズ１５Ｒ、青色用マイクロレンズ１５Ｂおよび赤外用マイクロレンズ１５Ｐから構成される。緑色用マイクロレンズ１５Ｇは、緑色用カラーフィルター１２Ｇに対し光の入射側に位置する。赤色用マイクロレンズ１５Ｒは、赤色用カラーフィルター１２Ｒに対し光の入射側に位置する。青色用マイクロレンズ１５Ｂは、青色用カラーフィルター１２Ｂに対し光の入射側に位置する。赤外用マイクロレンズ１５Ｐは、赤外パスフィルター１２Ｐに対し光の入射側に位置する。

各マイクロレンズ１５Ｇ，１５Ｒ，１５Ｂ，１５Ｐは、外表面である入射面１５Ｓを備える。各マイクロレンズ１５Ｇ，１５Ｒ，１５Ｂ，１５Ｐは、入射面１５Ｓに入る光を各光電変換素子１１Ｇ，１１Ｒ，１１Ｂ，１１Ｐに向けて集めるための屈折率差を外気との間で有する。

次に、本実施形態に係る固体撮像素子用フィルターの製造方法、および、固体撮像素子の製造方法について図５〜図８を用いて説明する。固体撮像素子の製造方法は、各光電変換素子１１を形成する工程と、固体撮像素子用フィルターの製造方法とを含む。

図５は、従来のベイヤー配列におけるカラーフィルター製造方法を模式的に示す図である。カラーフィルターをベイヤー配列で製造する場合には、図５（ａ）に示すように緑色用カラーフィルター１２Ｇと間隙を千鳥状に配置して形成し、図５（ｂ）に示すように間隙の一部に赤色用カラーフィルター１２Ｒを形成し、図５（ｂ）に示すように残りの間隙に青色用カラーフィルター１２Ｂを形成する。その後、カラーフィルター上に緑色用マイクロレンズ１５Ｇ、赤色用マイクロレンズ１５Ｒ、青色用マイクロレンズ１５Ｂおよび赤外用マイクロレンズ１５Ｐを形成する。

一般的なベイヤー配列では、緑色用カラーフィルター１２Ｇを２画素、赤色用カラーフィルター１２Ｒを１画素、青色用カラーフィルター１２Ｂを１画素ずつ含んで構成される。このようなベイヤー配列では、赤色用カラーフィルター１２Ｒと青色用カラーフィルター１２Ｂは、共に四方が緑色用カラーフィルター１２Ｇに隣接するように配置されている。

図６は、従来の固体撮像素子用フィルターの製造方法を模式的に示す図である。はじめに図６（ａ）に示すように、緑色用カラーフィルター１２Ｇを格子状に形成する。次に図６（ｂ）に示すように、緑色用カラーフィルター１２Ｇ間に空いた間隙の一方向に沿って、ストライプ状に赤色用カラーフィルター１２Ｒを埋めるように形成する。次に図６（ｃ）に示すように、赤色用カラーフィルター１２Ｒに直交する方向に沿って、ストライプ状に青色用カラーフィルター１２Ｂを形成して残りの空隙を埋める。最後にカラーフィルター上に緑色用マイクロレンズ１５Ｇ、赤色用マイクロレンズ１５Ｒ、青色用マイクロレンズ１５Ｂおよび赤外用マイクロレンズ１５Ｐを形成する。

しかし、このような製造方法で作成すると、図６（ｄ）にＡ−Ａ’位置での断面図で示すように、赤色用カラーフィルター１２Ｒと青色用カラーフィルター１２Ｂを積層した領域の上層は、両側が空隙であった領域に形成されるため、うねりを生じてしまい画素の膜厚における均一性が損なわれる。

図７は、第一実施形態における固体撮像素子用フィルターの製造方法を模式的に示す図である。本変形例でも、第１工程として図７（ａ）に示すように、緑色用カラーフィルター１２Ｇを格子状に形成する。このとき、緑色用カラーフィルター１２Ｇ同士は行列方向に伸びる間隙によって隔てられる。次に第２工程として図７（ｂ）に示すように、緑色用カラーフィルター１２Ｇ間に空いた間隙の一方向に沿って、ストライプ状に赤色用カラーフィルター１２Ｒを埋めるように形成する。このとき、緑色用カラーフィルター１２Ｇと赤色用カラーフィルター１２Ｒの厚さは略同一とする。

次に第３工程として図７（ｃ）に示すように、残りの空隙部分と、赤色用カラーフィルター１２Ｒのうち緑色用カラーフィルター１２Ｇで挟まれている領域上に青色用カラーフィルター１２Ｂを形成する。第３工程では、残りの空隙部分および赤色用カラーフィルター１２Ｒおよび緑色用カラーフィルター１２Ｇの全領域上に青色用カラーフィルター１２Ｂは形成した後に、フォトリソグラフィー技術を用いて青色用カラーフィルター１２Ｂをパターニングする。最後に第４工程としてカラーフィルター上に緑色用マイクロレンズ１５Ｇ、赤色用マイクロレンズ１５Ｒ、青色用マイクロレンズ１５Ｂおよび赤外用マイクロレンズ１５Ｐを形成する。

図７（ｄ）に、図７（ｃ）中のＢ−Ｂ’位置での断面を模式的示す。赤色用カラーフィルター１２Ｒのうち緑色用カラーフィルター１２Ｇで挟まれている領域上には、赤色用カラーフィルター１２Ｒの上に青色用カラーフィルター１２Ｂ層が形成される。赤色用カラーフィルター１２Ｒと青色用カラーフィルター１２Ｂが重なった領域では、赤外パスフィルター１２Ｐが構成されており、下層の青色用カラーフィルター１２Ｂが第１パス要素１２Ｐ１となり、上層の赤色用カラーフィルター１２Ｒが第２パス要素１２Ｐ２となる。

本実施形態の固体撮像素子用フィルターでは、図５に示した従来のベイヤー配列とは異なり、緑色用カラーフィルター１２Ｇのうちの１画素が赤外パスフィルター１２Ｐに置換され、赤色用フィルター１２Ｒと青色用フィルター１２Ｂが隣接している。赤外パスフィルター１２Ｐを青色用カラーフィルター１２Ｂと対角の位置に設置することで、隣接する４辺に空隙が無く、緑色用カラーフィルター１２Ｇと赤色用カラーフィルター１２Ｒで囲まれた領域上に第２パス要素１２Ｐ２を形成することができ、その結果として第２パス要素１２Ｐ２の膜厚均一性が向上することになる。

第４工程では、緑色用カラーフィルター１２Ｇ、赤色用カラーフィルター１２Ｒ、青色用カラーフィルター１２Ｂおよび、赤外パスフィルター１２Ｐの上に、透明樹脂を含む塗膜を形成する。その後、塗膜に対してフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングと熱処理によるリフロー処理を実施して各マイクロレンズ１５Ｇ，１５Ｒ，１５Ｂ，１５Ｐが形成される。透明樹脂は、例えば、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ノルボルネン系樹脂である。

上述した第１工程〜第４工程は、公知のフォトリソグラフィー技術を用いるが、これに限ったものではない。特に第１工程〜第３工程のカラーフィルター形成においては、感光性着色組成物から光重合開始剤、重合性モノマーを除いた非感光性着色組成物をエッチング方法で形成する方法を採用してもよく、または一部にフォトリソグラフィー技術と組み合わせてもよい。非感光性着色組成物とした場合、膜厚に対する色濃度を高くすることができるため、重ね合わせ時の薄膜化に有利となる。

上述したように、赤外パスフィルター１２Ｐを構成する第１パス要素１２Ｐ１と第２パス要素１２Ｐ２が、青色画素と赤色画素と同一の材料から構成される。そのため、カラーフィルターに適した加工条件と、赤外パスフィルター１２Ｐに適した加工条件との間に、構成材料に依存した差異が生じることが抑制される。また、カラーフィルターに適した使用環境と、赤外パスフィルターに適した使用環境との間にも、構成材料に依存した差異が生じることが抑制される。

なお、赤外パスフィルター１２Ｐによる赤外光の透過機能は、赤外パスフィルター１２Ｐの厚みに応じて変わり得る。カラーフィルター１２Ｇ，１２Ｒ，１２Ｂと、赤外パスフィルター１２Ｐとの間での段差によってマイクロレンズ１５Ｇ，１５Ｒ，１５Ｂ，１５Ｐの加工の精度低下するため、平坦性を確保するために各色用フィルター１２Ｇ，１２Ｒ，１２Ｂの厚みと、赤外パスフィルター１２Ｐの厚みの差は、０．１μｍ以下とすることが好ましく、０．０５μｍ以下とすることがさらに好ましい。

（第二実施形態）
図８は、第二実施形態における固体撮像素子用フィルターの製造方法を模式的に示す図である。本実施形態でも、第１工程として図８（ａ）に示すように、緑色用カラーフィルター１２Ｇを格子状に形成する。次に第２工程として図８（ｂ）に示すように、緑色用カラーフィルター１２Ｇ間に空いた間隙の一方向に沿って、ストライプ状に赤色用カラーフィルター１２Ｒを埋めるように形成する。このとき、赤色用カラーフィルター１２Ｒの厚さを緑色用カラーフィルター１２Ｇよりも薄く形成する。

次に第３工程として図８（ｃ）に示すように、残りの空隙部分と、赤色用カラーフィルター１２Ｒのうち緑色用カラーフィルター１２Ｇで挟まれている領域上に青色用カラーフィルター１２Ｂを形成する。第３工程は第１実施形態と同様に、フォトリソグラフィー技術を用いて青色用カラーフィルター１２Ｂをパターニングする。もしくは膜厚に対する色濃度を高くしたい場合、非感光性着色組成物をエッチング方法で形成する方法を採用してもよい。最後に第４工程としてカラーフィルター上に緑色用マイクロレンズ１５Ｇ、赤色用マイクロレンズ１５Ｒ、青色用マイクロレンズ１５Ｂおよび赤外用マイクロレンズ１５Ｐを形成する。

図８（ｄ）に、図８（ｃ）中のＣ−Ｃ’位置での断面を模式的示す。本実施形態では、
赤外パスフィルター１２Ｐの下層を構成する第１パス要素１２Ｐ１の膜厚が、隣接する緑色用カラーフィルター１２Ｇの膜厚よりも薄くすることで、各カラーフィルター１２Ｇ，１２Ｒ，１２Ｂの厚みと、赤外パスフィルター１２Ｐの厚みの差を低減でき、平坦性を高めることができる。

（第三実施形態）
図９は、第三実施形態における固体撮像素子用フィルターの層構造を模式的に示す図である。本実施形態では図９（ａ）（ｂ）に示すように、各カラーフィルター１２Ｇ，１２Ｒ，１２Ｂおよび赤外パスフィルター１２Ｐ上に、平坦化層１２Ｆを備えている。平坦化層１２Ｆを備えることで、各カラーフィルター１２Ｇ，１２Ｒ，１２Ｂ、および、赤外パスフィルター１２Ｐの段差を埋めて表面を平坦化し、マイクロレンズ１５Ｇ，１５Ｒ，１５Ｂ，１５Ｐを形成するための下地を平坦化できる。さらに、マイクロレンズ１５Ｇ，１５Ｒ，１５Ｂ，１５Ｐを形成する際に、マイクロレンズ１５の材料である塗膜を平坦化層１２Ｆの代わりに用い、各カラーフィルター１２Ｇ，１２Ｒ，１２Ｂおよび、赤外パスフィルター１２Ｐの厚みの違いからなる段差に対し、マイクロレンズ１５の材料を埋めることで平坦化してもよい。

以上、上記実施形態によれば以下に列記する効果が得られる。
（１）第１パス要素１２Ｐ１，第２パス要素１２Ｐ２と、赤色用カラーフィルター１２Ｒ，青色用カラーフィルター１２Ｂとが、同一の材料から構成される。そのため、カラーフィルター１２Ｒ，１２Ｂに適した加工条件と、赤外パスフィルター１２Ｐに適した加工条件との間に、構成材料に依存した差異が生じることが抑制される。

（２）カラーフィルター１２Ｒ，１２Ｂに適した使用環境と、赤外パスフィルター１２Ｐに適した使用環境との間に、構成材料に依存した差異が生じることが抑制される。

（３）カラーフィルター１２Ｒ，１２Ｂと、当該カラーフィルターと同一色の第１パス要素１２Ｐ１，第２パス要素１２Ｐ２とが同一の工程で形成されるため、赤外線センサー機能を併設搭載した固体撮像素子用フィルターの生産性を落とすことなく製造が可能となる。

（４）しかも、カラーフィルター１２Ｒ，１２Ｂを形成するための各色塗膜と、第１パス要素１２Ｐ１，第２パス要素１２Ｐ２を形成するための塗膜とが、単一の塗膜として形成される。それゆえに、カラーフィルター１２Ｒ，１２Ｂ、および、赤外パスフィルター１２Ｐの形成に要する材料を、より有効的に利用することが可能ともなる。

１１…光電変換素子、１１Ｇ…緑色用光電変換素子、１１Ｒ…赤色用光電変換素子、１１Ｂ…青色用光電変換素子、１１Ｐ…赤外用光電変換素子、１２Ｇ…緑色用カラーフィルター、１２Ｒ…赤色用カラーフィルター、１２Ｂ…青色用カラーフィルター、１２Ｐ…赤外パスフィルター、１２Ｐ１…第１パス要素、１２Ｐ２…第２パス要素、１２Ｆ…平坦化層、１５Ｇ…緑色用マイクロレンズ、１５Ｒ…赤色用マイクロレンズ、１５Ｂ…青色用マイクロレンズ、１５Ｐ…赤外用マイクロレンズ

Claims (6)

1. 第１光電変換素子に対し光の入射側に位置する赤色画素および青色画素を含むカラーフィルターと、
   第２光電変換素子に対し光の入射側に位置する赤外パスフィルターを備え、
   前記青色画素および前記赤色画素はお互いの一辺を接して隣接し、
   前記赤外パスフィルターは、赤色と青色の二つのパス要素が積層され、
   前記赤外パスフィルターにおいて上層に積層されたパス要素は、対角に位置する前記カラーフィルターと同じ色であることを特徴とする固体撮像素子用フィルター。
2. 前記赤色画素と、前記青色画素と、前記赤外パスフィルターと、さらに緑色画素を含むユニットを一つの単位として、二次元平面上の水平方向および垂直方向に繰り返し配置されてなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子用フィルター
3. 前記赤外パスフィルターは、前記赤色画素および前記青色画素以上の厚さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像素子用フィルター。
4. 光電変換素子と、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の固体撮像素子用フィルターを備えることを特徴とする固体撮像素子。
5. 第１光電変換素子に対し光の入射側に位置する赤色画素および青色画素を含むカラーフィルターと、第２光電変換素子に対し光の入射側に位置する赤外パスフィルターとを備えた固体撮像素子用フィルターの製造方法であって、
   前記赤外パスフィルターは、赤色と青色の二つのパス要素の積層体であり、
   前記パス要素は、当該パス要素と同一色の前記カラーフィルター以下の膜厚であり、かつ、当該カラーフィルターと同一材料から構成されており、
   各色の前記カラーフィルターを別々の工程で形成すると共に、
   各色の前記カラーフィルターと、当該カラーフィルターと同一色の前記パス要素とを同一の工程で形成することを特徴とする固体撮像素子用フィルターの製造方法。
6. 光電変換素子を形成する工程と、
   請求項５に記載の固体撮像素子用フィルターの製造方法を用いて、前記光電変換素子の光の入射側に固体撮像素子用フィルターを形成する工程と、を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。