JP2020122902A - 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】良品率の低下やコストの上昇を抑制可能にした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。【解決手段】各色用光電変換素子１１Ｒ，１１Ｇ，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、三色のフィルター要素からなる積層体であり、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よりも薄く、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。

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は、光の強度を電気信号に変換する光電変換素子を備える。固体撮像素子は、複数の光電変換素子の他に、各色用の光電変換素子上に位置するカラーフィルターを備え、さらには赤外線センサー機能を併設搭載した個体撮像素子は赤外用の光電変換素子上に位置する赤外パスフィルターとを備える（例えば、特許文献１を参照）。

カラーフィルターは、受光された光の色を、赤色、緑色、青色からなる光の三原色系、あるいは、シアン色、マゼンタ色、イエロー色からなる色の三原色系に変換する。各色用の光電変換素子は、カラーフィルターが変換した各色の光の強度を電気信号に変換する。

赤外パスフィルターは、赤外用の光電変換素子が検出し得る可視光を遮蔽して、赤外用の光電変換素子による赤外光の検出精度を高める。赤外パスフィルターの構成材料では、例えば、特許文献１に記載のように、顔料および染料の少なくとも１種から、単独の化合物もしくは複数の化合物の組み合せを用いて、赤外パスフィルター用の着色組成物とする。または、特許文献２に記載のように、ビスベンゾフラノン系顔料、アゾメチン系顔料、ペリレン系顔料、アゾ系染料などの黒色色材を赤外パスフィルター用の着色組成物とする。あるいは、特許文献３に記載のように、黒色色材と、赤、青、緑、黄などの色顔料とを組み合わせたものが知られている。

特開２０１４−１３０３３８号公報 特開２０１４−１３０１７３号公報 特開２０１６−１７７０７９号公報

カラーフィルターと赤外パスフィルターとを備える固体撮像素子は、可視光検出と赤外光検出とを可能にする一方で、特許文献１から３に記載の製造方法のように、可視光検出と赤外光検出とを別々の構成材料から製造している。各別の構成材料を製造に用いることは、固体撮像素子の製造過程や使用過程を煩雑なものとして、良品率の低下やコストの上昇という課題を招いている。

本発明の目的は、良品率の低下やコストの上昇を抑制可能にした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である。

上記課題を解決するため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用フィルター、緑色用フィルター、青色用フィルターの三色の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、前記赤外パスフィルターは、赤色と青色とを少なくとも含む二色以上のフィルター要素の積層体であり、各色の前記フィルター要素は、当該フィルター要素と同一色の前記カラーフィルターよりも薄く、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。

上記構成によれば、赤外パスフィルターを構成する二色以上のフィルター要素と、それに対応する二色以上のカラーフィルターとが、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。ひいては、加工条件の差異が生じることや、使用環境の差異が生じることに起因する良品率の低下やコストの上昇を抑制することができる。

上記固体撮像素子用フィルターにおいて、前記赤外パスフィルターは、さらに緑色のフィルター要素を含み、前記緑色のフィルター要素は、当該フィルター要素と同一色の前記カラーフィルターよりも薄く、かつ、当該カラーフィルターと同一材料から構成されてもよい。この構成であれば、緑色のフィルター要素を備える固体撮像素子用フィルターにおいても、上述した加工条件の差異が生じること、および、使用環境の差異が生じることを抑制することができる。

上記固体撮像素子用フィルターにおいて、前記赤外パスフィルターの厚さは、前記カラーフィルターの厚さ以上であってもよい。この構成であれば、各フィルター要素が受ける薄膜化の制約が軽減可能であるから、赤外パスフィルターにおいて可視光の非透過性が向上可能でもある。

上記固体撮像素子用フィルターは、前記第１光電変換素子に対し光の入射側に位置する赤外カットフィルターをさらに備えてもよい。この構成であれば、第１光電変換素子による可視光の検出精度が高められると共に、赤外パスフィルターとカラーフィルターとの間に生じる段差が赤外カットフィルターで軽減可能ともなる。なお、前記第２光電変換素子に対し光の入射側に位置する赤外カットフィルターを備えてもよい。

上記固体撮像素子用フィルターにおいて、前記赤外カットフィルターの前記赤外パスフィルターに対応する位置に貫通孔を備えてもよい。この構成であれば、赤外カットフィルターによってカットされる赤外光を第２光電変換素子で検出することが可能である。

上記課題を解決するための固体撮像素子は、光電変換素子と、上記固体撮像素子用フィルターとを備える。
上記課題を解決するため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三色の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、赤色と青色とを少なくとも含む二色以上のフィルター要素の積層体であり、各色の前記フィルター要素は、当該フィルター要素と同一色の前記カラーフィルターよりも薄く、かつ、当該カラーフィルターと同一材料から構成されて、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フィルター要素とを同一の工程で形成する。

上記方法によれば、赤外パスフィルターを構成する二色以上のフィルター要素と、それに対応する二色以上のカラーフィルターとが、同一の材料から形成される。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。そのうえ、各色のカラーフィルターと、当該カラーフィルターと同一色のフィルター要素とが同一の工程で形成されるため、固体撮像素子用フィルターの生産性が向上可能ともなる。

上記課題を解決するため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。

固体撮像素子の一実施形態における層構造を部分的に示す分解斜視図。 図１のII−II線断面図。 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。 （ａ）（ｂ）（ｃ）固体撮像素子の一実施形態における各工程を示す断面図。 固体撮像素子の変更例における層構造を部分的に示す分解斜視図。 図５のVI−VI線断面図。

以下、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一実施形態を、図１から図４を参照して説明する。図１は、固体撮像素子の一部における各層を分離して示す概略構成図である。

図１が示すように、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、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ、赤外パスフィルター１２Ｐ、および、各マイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，１５Ｐを備える。

各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、三色用の光電変換素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂとマイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，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。

三色用の光電変換素子１１は、第１光電変換素子の一例であり、赤色用光電変換素子１１Ｒ、緑色用光電変換素子１１Ｇ、および、青色用光電変換素子１１Ｂから構成される。赤外用光電変換素子１１Ｐは、第２光電変換素子の一例である。固体撮像素子は、複数の赤色用光電変換素子１１Ｒ、複数の緑色用光電変換素子１１Ｇ、複数の青色用光電変換素子１１Ｂ、および、複数の赤外用光電変換素子１１Ｐを備える。図１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す。

三色用のカラーフィルターは、赤色用フィルター１２Ｒ、緑色用フィルター１２Ｇ、および、青色用フィルター１２Ｂから構成される。赤色用フィルター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。緑色用フィルター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。青色用フィルター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。

赤色用フィルター１２Ｒ、緑色用フィルター１２Ｇ、および、青色用フィルター１２Ｂの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、か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、有機顔料が用いられる。顔料には、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、本実施形態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。
各色用フィルターの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などの顔料が挙げられ、なかでもC.I. Pigment Blue １５：６が好ましい。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などの顔料が挙げられ、なかでも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などの顔料が挙げられ、なかでも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など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は、青色色素などの代わりに、例えばC.I. Pigment Green ７、１０、３６７、５８などの緑色顔料、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、例えば、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の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、第１パス要素１２Ｐ１、第３パス要素１２Ｐ３を少なくとも備える。また、図２が示すように、第２パス要素１２Ｐ２をさらに備えていてもよい。第１パス要素１２Ｐ１、第２パス要素１２Ｐ２、および、第３パス要素１２Ｐ３は三色のフィルター要素の一例である。以下では、赤外パスフィルター１２Ｐが、第１パス要素１２Ｐ１、第２パス要素１２Ｐ２、および、第３パス要素１２Ｐ３の三色のフィルター要素を備えた場合について説明する。

赤外パスフィルター１２Ｐは、三色のフィルター要素の積層体である。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よりも薄く、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。すなわち、第１パス要素１２Ｐ１は、赤色用フィルター１２Ｒよりも薄く、かつ、赤色用フィルター１２Ｒと同一材料から構成される。第２パス要素１２Ｐ２は、緑色用フィルター１２Ｇよりも薄く、かつ、緑色用フィルター１２Ｇと同一材料から構成される。第３パス要素１２Ｐ３は、青色用フィルター１２Ｂよりも薄く、かつ、青色用フィルター１２Ｂと同一材料から構成される。

なお、第１パス要素１２Ｐ１、第２パス要素１２Ｐ２、第３パス要素１２Ｐ３の積層順序は、第１パス要素１２Ｐ１、第２パス要素１２Ｐ２、第３パス要素１２Ｐ３の順でもよいし、第１パス要素１２Ｐ１、第３パス要素１２Ｐ３、第２パス要素１２Ｐ２の順でもよい。また、第１パス要素１２Ｐ１、第２パス要素１２Ｐ２、第３パス要素１２Ｐ３の積層順序は、第２パス要素１２Ｐ２、第１パス要素１２Ｐ１、第３パス要素１２Ｐ３の順でもよいし、第２パス要素１２Ｐ２、第３パス要素１２Ｐ３、第１パス要素１２Ｐ１の順でもよい。また、第１パス要素１２Ｐ１、第２パス要素１２Ｐ２、第３パス要素１２Ｐ３の積層順序は、第３パス要素１２Ｐ３、第１パス要素１２Ｐ１、第２パス要素１２Ｐ２の順でもよいし、第３パス要素１２Ｐ３、第２パス要素１２Ｐ２、第１パス要素１２Ｐ１の順でもよい。

赤外パスフィルター１２Ｐは、赤外用光電変換素子１１Ｐが検出し得る可視光を、赤外用光電変換素子１１Ｐに対しカットし、それによって、赤外用光電変換素子１１Ｐによる可視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、４５０ｎｍ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。

図３が示すように、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、９００ｎｍ付近をピークとして１０％以上の透過率を有し、９００ｎｍを超えた範囲では９０％以上の透過率を有する。

８５０ｎｍの波長を有した近赤外光、および、９４０ｎｍ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、および、９４０ｎｍ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、および、９４０ｎｍの波長を有した近赤外光の少なくとも一方を検出対象とする。

マイクロレンズは、赤色用マイクロレンズ１５Ｒ、緑色用マイクロレンズ１５Ｇ、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。赤色用マイクロレンズ１５Ｒは、赤色用フィルター１２Ｒに対し光の入射側に位置する。緑色用マイクロレンズ１５Ｇは、緑色用フィルター１２Ｇ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１５Ｒ，１５Ｇ，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１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，１５Ｐは、入射面１５Ｓに入る光を各光電変換素子１１Ｒ，１１Ｇ，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、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。

固体撮像素子用フィルターの製造方法は、赤色用フィルター１２Ｒと、赤色用フィルター１２Ｒと同一色の第１パス要素１２Ｐ１とを形成する第１工程を備える。また、固体撮像素子用フィルターの製造方法は、緑色用フィルター１２Ｇと、緑色用フィルター１２Ｇと同一色の第２パス要素１２Ｐ２とを形成する第２工程を備える。また、固体撮像素子用フィルターの製造方法は、青色用フィルター１２Ｂと、青色用フィルター１２Ｂと同一色の第３パス要素１２Ｐ３とを形成する第３工程を備える。そして、固体撮像素子用フィルターの製造方法は、各マイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，１５Ｐを形成する第４工程を備える。

図４（ａ）が示すように、第１工程では、各光電変換素子１１の上に、赤色感光性樹脂を含む塗膜１２ＲＤが形成され、フォトリソグラフィー法を用いた塗膜１２ＲＤのパターニングによって、赤色用フィルター１２Ｒ、および、第１パス要素１２Ｐ１が形成される。

例えば、赤色用感光性樹脂を含む塗膜１２ＲＤは、赤色用感光性樹脂を含む塗布液の塗布、および、塗膜１２ＲＤの乾燥によって形成される。赤色用フィルター１２Ｒは、塗膜１２ＲＤに対し、赤色用フィルター１２Ｒの領域に相当する範囲への露光、および、現像を施して形成される。また、第１パス要素１２Ｐ１は、赤色用フィルター１２Ｒを形成するための露光時にハーフトーンマスク、もしくは、階調マスクが用いられ、第１パス要素１２Ｐ１の領域に相当する範囲への露光、および、現像を施して形成される。なお、緑色用光電変換素子１１Ｇ、および、青色用光電変換素子１１Ｂの上に位置する塗膜１２ＲＤは、上述した露光、および、現像によって取り除かれる。

図４（ｂ）が示すように、第２工程では、赤色用フィルター１２Ｒ、および、第１パス要素１２Ｐ１の上、並びに、緑色用光電変換素子１１Ｇ、および、青色用光電変換素子１１Ｂの上に、緑色感光性樹脂を含む塗膜１２ＧＤが形成され、フォトリソグラフィー法を用いた塗膜１２ＧＤのパターニングによって、緑色用フィルター１２Ｇ、および、第２パス要素１２Ｐ２が形成される。

例えば、緑色用感光性樹脂を含む塗膜１２ＧＤは、緑色用感光性樹脂を含む塗布液の塗布、および、塗膜１２ＧＤの乾燥によって形成される。緑色用フィルター１２Ｇは、塗膜１２ＧＤに対し、緑色用フィルター１２Ｇの領域に相当する範囲への露光、および、現像を施して形成される。また、第２パス要素１２Ｐ２は、緑色用フィルター１２Ｇを形成するための露光時にハーフトーンマスク、もしくは、階調マスクが用いられ、第２パス要素１２Ｐ２の領域に相当する範囲への露光、および、現像を施して形成される。なお、青色用光電変換素子１１Ｂ、および、赤色用フィルター１２Ｒの上に位置する塗膜１２ＧＤは、上述した露光、および、現像によって取り除かれる。

図４（ｃ）が示すように、第３工程では、赤色用フィルター１２Ｒ、緑色用フィルター１２Ｇ、および、第２パス要素１２Ｐ２の上、青色感光性樹脂を含む塗膜１２ＢＤが形成され、フォトリソグラフィー法を用いた塗膜１２ＢＤのパターニングによって、青色用フィルター１２Ｂ、および、第３パス要素１２Ｐ３が形成される。

例えば、青色用感光性樹脂を含む塗膜１２ＢＤは、青色用感光性樹脂を含む塗布液の塗布、および、塗膜１２ＢＤの乾燥によって形成される。青色用フィルター１２Ｂは、塗膜１２ＢＤに対し、青色用フィルター１２Ｂの領域に相当する範囲への露光、および、現像を施して形成される。また、第３パス要素１２Ｐ３は、青色用フィルター１２Ｂを形成するための露光時にハーフトーンマスク、もしくは、階調マスクが用いられ、第３パス要素１２Ｐ３の領域に相当する範囲への露光、および、現像を施して形成される。なお、赤色用フィルター１２Ｒ、および、緑色用フィルター１２Ｇの上に位置する塗膜１２ＢＤは、上述した露光、および、現像によって取り除かれる。

第４工程では、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，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が形成される。そして、透明樹脂から構成される塗膜に対し、フォトリソグラフィー法を用いた塗膜のパターニング、および、熱処理によるリフローが施されて、各マイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，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。

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。そして、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ上のマイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂや、赤外パスフィルター１２Ｐ上のマイクロレンズ１５Ｐは、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと、赤外パスフィルター１２Ｐとの間での段差によって、その加工の精度を低下させ得る。そこで、各マイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，１５Ｐの下地での平坦性が高められる観点から、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの厚みと、赤外パスフィルター１２Ｐの厚みとは、相互にほぼ等しいことが好ましい。

あるいは、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ、および、赤外パスフィルター１２Ｐと、マイクロレンズ１５Ｐとの間に、平坦化層を備えた構成とすることも可能である。平坦化層を備える構成であれば、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ、および、赤外パスフィルター１２Ｐの厚み差を軽減し、それによって、マイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，１５Ｐの下地を平坦化できる。

さらに、各マイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，１５Ｐを形成する際にマイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，１５Ｐの材料を平坦化層の代わりに利用してもよい。各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ、および、赤外パスフィルター１２Ｐの厚みの違いからなる高低差に対し、マイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，１５Ｐ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）三色の各パス要素１２Ｐ１，１２Ｐ２，１２Ｐ３と、三色のカラーフィルターとが、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）各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，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）各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと、当該色用フィルターと同一色のパス要素１２Ｐ１，１２Ｐ２，１２Ｐ３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低下させることなく製造が可能となる。

（４）しかも、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを形成するための塗膜１２ＲＤ，１２ＧＤ，１２ＢＤと、各パス要素１２Ｐ１，１２Ｐ２，１２Ｐ３を形成するための塗膜１２ＲＤ，１２ＧＤ，１２ＢＤとが、単一の塗膜として形成される。それゆえに、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，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。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施できる。
［赤外カットフィルター］
・固体撮像素子は、赤外カットフィルター１３を別途備えることが可能でもある。赤外カットフィルター１３は、各光電変換素子１１がノイズとして検出し得る波長帯の赤外光を、光電変換素子１１に対しカットする。それによって、光電変換素子１１の検出精度を高める。

赤外カットフィルター１３は、例えば、図５が示すように、赤外パスフィルター１２Ｐに対する光の入射側に貫通孔１３Ｈを備え、赤外パスフィルター１２Ｐに対する光の入射側には位置しない構成としてもよい。赤外カットフィルター１３は、赤色用フィルター１２Ｒ、緑色用フィルター１２Ｇ、および、青色用フィルター１２Ｂに共通する。

各光電変換素子１１が検出し得る赤外光は、例えば、７００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の波長を有した近赤外光である。赤外カットフィルター１３は、赤色用フィルター１２Ｒ、緑色用フィルター１２Ｇ、および、青色用フィルター１２Ｂに共通する層である。

また、赤外カットフィルター１３を赤外パスフィルター１２Ｐに対し光の入射側に位置するように備えてもよい。すなわち、赤外カットフィルター１３は貫通孔１３Ｈを備えていなくてもよい。赤外カットフィルター１３は例えば、７００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長を有した近赤外光を遮断する。この構成であれば、赤外用光電変換素子１１Ｐにおいても９４０ｎｍの波長を有した近赤外光を効率的に検出することができる。

赤外カットフィルター１３の構成材料は、赤外吸収色素を含む透明樹脂である。赤外吸収色素は、例えば、アントラキノン系色素、シアニン系色素、フタロシアニン系色素、ジチオール系色素、ジイモニウム系色素、スクアリリウム系色素、クロコニウム系色素である。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。赤外カットフィルター１３は、塗布法などを用いた成膜によって形成される。

赤外吸収色素を含む透明樹脂は、感光性を持たせることが可能であって、各着色組成物と同様に、光重合開始剤、重合性モノマー、有機溶剤、レベリング剤などを混合して感光性赤外線吸収透明樹脂組成物とすることができる。パターニング方法はカラーフィルター製造方法と同様の方法で行われる。

図６が示すように、赤外パスフィルター１２Ｐは、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂよりも厚くてもよい。この構成であれば、各パス要素１２Ｐ１，１２Ｐ２，１２Ｐ３が受ける厚みの制約が軽減可能であるから、赤外パスフィルター１２Ｐにおいて可視光の非透過性が向上可能でもある。

なお、マイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，１５Ｐは、それが形成される下地での段差によって、その加工の精度を低下させ得る。赤外カットフィルター１３を備える構成においては、各マイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，１５Ｐの下地での平坦性が高められる観点から、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの厚みと、赤外カットフィルター１３の厚みとの合計が、赤外パスフィルター１２Ｐの厚みとほぼ等しいことが好ましい。

赤外カットフィルター１３の透過スペクトルは、下記［Ａ１］および［Ａ２］の条件を満たすことが好ましい。
［Ａ１］４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲で平均透過率が８０％以上である。

［Ａ２］７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲に最大吸収（λmax）を有し、透過率が２０％以下である。
［Ａ１］を満たす構成であれば、可視光が赤外カットフィルター１３で吸収されてしまうことが十分に抑制される。［Ａ２］を満たす構成であれば、各色用の光電変換素子１１で検出され得る近赤外光が赤外カットフィルター１３で十分にカットされ、かつ、可視光までがカットされてしまうことが十分に抑制される。

［赤外パスフィルター］
・赤外パスフィルター１２Ｐは、第１パス要素１２Ｐ１、および、第３パス要素１２Ｐ３の二色のフィルター要素の積層体で構成されていてもよい。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よりも薄く、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。すなわち、第１パス要素１２Ｐ１は、赤色用フィルター１２Ｒよりも薄く、かつ、赤色用フィルター１２Ｒと同一材料から構成される。第３パス要素１２Ｐ３は、青色用フィルター１２Ｂよりも薄く、かつ、青色用フィルター１２Ｂと同一材料から構成される。なお、第１パス要素１２Ｐ１、第３パス要素１２Ｐ３の積層順序は、第１パス要素１２Ｐ１、第３パス要素１２Ｐ３の順でもよいし、第３パス要素１２Ｐ３、第１パス要素１２Ｐ１の順でもよい。

上記変更例によれば、赤外パスフィルター１２Ｐの積層数を少なくしつつ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
・複数の光電変換素子１１と、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ、および、赤外パスフィルター１２Ｐとの間に、ブラックマトリックス、および、平坦化層を備えた構成とすることも可能である。ブラックマトリックスは、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂが選択した各色の光が他の光電変換素子１１に入ることを抑制する。平坦化層は、ブラックマトリックスが有する段差を埋めて、各色用フィルター１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの下地、および、赤外パスフィルター１２Ｐの下地を平坦化し、それによって、マイクロレンズ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ，１５Ｐの下地を平坦化する。

１０…固体撮像素子用フィルター、１１…光電変換素子、１１Ｒ…赤色用光電変換素子、１１Ｇ…緑色用光電変換素子、１１Ｂ…青色用光電変換素子、１１Ｐ…赤外用光電変換素子、１２Ｒ…赤色用フィルター、１２Ｇ…緑色用フィルター、１２Ｂ…青色用フィルター、１２Ｐ…赤外パスフィルター、１２Ｐ１…第１パス要素、１２Ｐ２…第２パス要素、１２Ｐ３…第３パス要素、１３…赤外カットフィルター、１５Ｒ…赤色用マイクロレンズ、１５Ｇ…緑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 (8)

1. 第１光電変換素子に対し光の入射側に位置する赤色用フィルター、緑色用フィルター、青色用フィルターの三色の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、
   前記赤外パスフィルターは、赤色と青色とを少なくとも含む二色以上のフィルター要素の積層体であり、
   各色の前記フィルター要素は、当該フィルター要素と同一色の前記カラーフィルターよりも薄く、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
   固体撮像素子用フィルター。
2. 前記赤外パスフィルターは、さらに緑色のフィルター要素を含み、
   前記緑色のフィルター要素は、当該フィルター要素と同一色の前記カラーフィルターよりも薄く、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
   請求項１に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の厚さは、前記カラーフィルターの厚さ以上である
   請求項１又は２に記載の固体撮像素子用フィルター。
4. 前記第１光電変換素子に対し光の入射側に位置する赤外カットフィルターをさらに備える
   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。
5. 前記赤外カットフィルターの前記赤外パスフィルターに対応する位置に貫通孔を備える
   請求項４に記載の固体撮像素子用フィルター。
6. 光電変換素子と、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の固体撮像素子用フィルターと、を備える
   固体撮像素子。
7. 第１光電変換素子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、
   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、赤色と青色とを少なくとも含む二色以上のフィルター要素の積層体であり、
   各色の前記フィルター要素は、当該フィルター要素と同一色の前記カラーフィルターよりも薄く、かつ、当該カラーフィルターと同一材料から構成されて、
   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フィルター要素とを同一の工程で形成する
   固体撮像素子用フィルターの製造方法。
8. 光電変換素子を形成する工程と、
   請求項７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
   固体撮像素子の製造方法。