(57)【要約】【課題】輝度信号を減らすことなく人間の視感度のフィルタ特性を実現する薄膜の色フィルタを実現可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の固体撮像素子は、２次元状に配置された複数の受光部１０２と、複数の受光部１０２のそれぞれの上に配置され、互いに異なる光吸収特性を有する色フィルタとを備え、複数の色フィルタは、青色領域に透過中心波長を有する第１の色フィルタ１０８と、緑色領域に透過中心波長を有する第２の色フィルタ１０９と、赤色領域に透過中心波長を有する第１の透過帯と、青色領域に透過中心波長を有する第２の透過帯とを有する第３の色フィルタ１１０とを含み、第３の色フィルタ１１０は、誘電率が１より大きく５より小さい媒質と、前記媒質中に分散された平均粒径１００ｎｍ以下の金属微粒子とから構成される。【選択図】図２
2010258114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元状に配置された複数の受光部と、
前記複数の受光部のそれぞれの上に配置され、互いに異なる光吸収特性を有する色フィルタとを備え、
複数の前記色フィルタは、
青色領域に透過中心波長を有する第１の色フィルタと、
緑色領域に透過中心波長を有する第２の色フィルタと、
赤色領域に透過中心波長を有する第１の透過帯と、青色領域に透過中心波長を有する第２の透過帯とを持つ第３の色フィルタとを含み、
前記第３の色フィルタは、誘電率が１より大きく５より小さい媒質と、前記媒質中に分散された平均粒径１００ｎｍ以下の金属微粒子とから構成される
固体撮像素子。
【請求項２】
前記第２の透過帯の最大透過率は、前記第１の透過帯の最大透過率に対し、１０〜５０％である
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記媒質は、シリコン及び酸素を含む
請求項１又は２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記第１の色フィルタは、青色素を含む顔料又は染料系のカラーレジストから構成され、
前記第２の色フィルタは、緑色素を含む顔料又は染料系のカラーレジストから構成される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第１の色フィルタは、該第１の色フィルタの周囲の媒質より屈折率が高く、該第１の色フィルタの青色領域の透過中心波長の光を５０％以上透過する第１材料から構成され、前記第１材料の屈折率をｎ１、該第１の色フィルタの周囲の媒質の屈折率をｎ２、該第１の色フィルタへの入射光が該第１の色フィルタの光入射面の法線となす角度をθ１とするとき、下記の式を満足し、
θ１＜ｃｏｓ-1（ｎ２／ｎ１）
前記第２の色フィルタは、該第２の色フィルタの周囲の媒質より屈折率が高く、該第２の色フィルタの緑色領域の透過中心波長の光を５０％以上透過する第２材料から構成され、前記第２材料の屈折率をｎ３、該第２の色フィルタの周囲の媒質の屈折率をｎ４、該第２の色フィルタへの入射光が該第２の色フィルタの光入射面の法線となす角度をθ２とするとき、下記の式を満足し、
θ２＜ｃｏｓ-1（ｎ４／ｎ３）
前記第３の色フィルタは、該第３の色フィルタの周囲の媒質より屈折率が高く、該第３の色フィルタの第１の透過帯及び第２の透過帯の透過中心波長の光を５０％以上透過する第３材料から構成され、前記第３材料の屈折率をｎ５、該第３の色フィルタの周囲の媒質の屈折率をｎ６、該第３の色フィルタへの入射光が該第３の色フィルタの光入射面の法線となす角度をθ３とするとき、下記の式を満足する
θ３＜ｃｏｓ-1（ｎ６／ｎ５）
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記固体撮像素子は、さらに、前記受光部の光入射面と反対側の面上方に配置された配線層を備え、
前記第１の色フィルタ、第２の色フィルタ及び第３の色フィルタは、前記受光部の光入射面上方に配置される
請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記金属微粒子は、金、銀、銅、クロム及び鉄クロム酸化物の少なくとも１つから構成される
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記第１の色フィルタ、第２の色フィルタ及び第３の色フィルタにより得られる分光特性は、等色条件を満たす
請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記第１の色フィルタ、第２の色フィルタ及び第３の色フィルタは、それぞれＸＹＺ表色系のＺフィルタ、Ｙフィルタ及びＸフィルタである
請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に関し、特にデジタルカメラ等に使用される固体撮像素子のフィルタリング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体撮像素子においては、ＲＧＢ三原色を透過させるための色フィルタが積層されており（例えば、特許文献１参照）、殆どの色についての表現を可能にしている。しかし、従来のＲＧＢを原色として色を表す方式では、人間の目に感じるような自然な色を表現することについては十分とは云えない。特に、青緑色の一部に表現できない色が生じてしまう。
【０００３】
そこで、ＸＹＺ表色系という概念の色フィルタ特性が提案されている。これは、人間の目の赤色を感じる視神経が青緑色に対して負の感度を持つことを考慮した色フィルタ特性である。このようなフィルタ特性を持つ色フィルタを固体撮像素子に採用することで、より人間の目に近い撮像をすることができる。
【０００４】
このとき、ＸＹＺ表色系のＸフィルタは、赤色及び青色に透過中心波長を有する。しかし、単純に赤色透過フィルタと青色透過フィルタとを重ね合わせてもＸＹＺ表色系のＸフィルタに近似したフィルタ特性は得られない。というのは、２つの色フィルタを重ね合わせるとフィルタ特性が掛け合わされ、光が透過しなくなるからである。
【０００５】
そこで、ＸＹＺ表色系に適用可能な色フィルタとして反射型色フィルタが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この反射型色フィルタは具体的には無機の誘電体多層膜フィルタを用いるものであり、誘電体多層膜フィルタは周期的に高屈折率の膜と低屈折率の膜とを交互に積層してなり、ある膜厚条件で特定の波長の光が透過する色フィルタである。このような誘電体多層膜フィルタを用いることで、ある波長領域の光が透過できない、光の禁止帯を生じさせることができる。従って、膜の構成を変えた誘電体多層膜フィルタを複数重ねることで、ある特定波長の光だけが透過できるような色フィルタを実現できる。このような色フィルタを用いると、所望の三原色の光を透過させる３種類の色フィルタを実現することが可能になる。
【０００６】
しかし、反射型色フィルタでＸＹＺ表色系に適用可能な色フィルタを実現しようとした場合、複数の誘電体多層膜フィルタを重ねる必要等があり、色フィルタの膜厚が４μｍ程度と非常に厚くなるため、固体撮像素子のアスペクト比が高くなり、集光効率が低下してしまうという課題が生じる。さらに、反射型色フィルタが所望の光以外を全て反射することによりフレアが引き起こされるという課題も生じる。
【０００７】
そこで、負の視感度となる青緑色の光だけを透過する吸収型のエメラルドフィルタを用い、このエメラルドフィルタに対応するエメラルド画素で得られる信号成分を赤色の信号成分から差分することで、赤色フィルタの負の視感度を実現する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第３９７１０６５号明細書
【特許文献２】米国特許第７１３２６４４号明細書
【特許文献３】特開２００４−２００３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、一般に、輝度信号は、「Ｙ＝０．１１Ｂ＋０．５９Ｇ＋０．３０Ｒ」で表わされる。ここで、Ｂ、Ｇ及びＲは、それぞれ青色信号、緑色信号及び赤色信号を表わす。これに関し、輝度を大きく取るために「ベイヤー配列」と呼ばれるＲＧＧＢ画素から成る４画素を単位セルとした画素配置が最も輝度信号を効率よく取得できることが知られている。従って、エメラルドフィルタを用いた場合の画素配置としては、ＲＧＧＢ画素の１つのＧ画素をエメラルド画素に代えて用いることが考え得る。
【００１０】
しかしながら、ＲＧＧＢ画素の１つのＧ画素をエメラルド画素に代えて用いると、輝度に最も占める割合が大きい緑色信号が半減してしまう（即ち、２画素から１画素になってしまう）ため、輝度信号を効率よく取得できない。その結果、輝度信号を効率よく取得しつつ、人間の視感度の特に赤色の視感度が５００ｎｍ付近の波長の光に対して負の感度を持つようなフィルタ特性を有する薄膜の色フィルタは、まだない。
【００１１】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、輝度信号を減らすことなく人間の視感度のフィルタ特性を実現する薄膜の色フィルタを実現可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の固体撮像素子は、２次元状に配置された複数の受光部と、前記複数の受光部のそれぞれの上に配置され、互いに異なる光吸収特性を有する色フィルタとを備え、複数の前記色フィルタは、青色領域に透過中心波長を有する第１の色フィルタと、緑色領域に透過中心波長を有する第２の色フィルタと、赤色領域に透過中心波長を有する第１の透過帯と、青色領域に透過中心波長を有する第２の透過帯とを持つ第３の色フィルタとを含み、前記第３の色フィルタは、誘電率が１より大きく５より小さい媒質と、前記媒質中に分散された平均粒径１００ｎｍ以下の金属微粒子とから構成されることを特徴とする。
【００１３】
このような構成とすることにより、第３の色フィルタはプラズモン吸収とバンド間吸収との双方を有し、その分光特性がＸＹＺ表色系のＸフィルタの透過特性に非常に近い特性となる。従って、反射型色フィルタ及びエメラルドフィルタを用いることなく、人間の視感度のフィルタ特性を実現する色フィルタを実現することができる。その結果、輝度信号を減らすことなく人間の視感度のフィルタ特性を実現する薄膜の色フィルタを実現することができる。
【００１４】
さらに上記課題を解決するため、本発明の固体撮像素子は、前記第２の透過帯の最大透過率は、前記第１の透過帯の最大透過率に対し、１０〜５０％であることを特徴とする。
【００１５】
このような構成とすることにより、人間の視感度のフィルタ特性を高精度で実現する色フィルタが実現可能となる。
【００１６】
さらに上記課題を解決するため、本発明の固体撮像素子は、前記媒質は、シリコン及び酸素を含むことを特徴とする。
【００１７】
このような構成とすることにより、金属微粒子を媒質中に均一に分散させることが可能となるため、人間の視感度のフィルタ特性を高精度で実現する色フィルタが実現可能となる。
【００１８】
さらに上記課題を解決するため、本発明の固体撮像素子は、前記第１の色フィルタは、青色素を含む顔料又は染料系のカラーレジストから構成され、前記第２の色フィルタは、緑色素を含む顔料又は染料系のカラーレジストから構成されることを特徴とする。
【００１９】
このような構成とすることにより、現行プロセスを用いても容易に第１の色フィルタ及び第１の色フィルタを形成することが可能となり、開発コストが低下する。
【００２０】
さらに上記課題を解決するため、本発明の固体撮像素子は、前記第１の色フィルタは、該第１の色フィルタの周囲の媒質より屈折率が高く、該第１の色フィルタの青色領域の透過中心波長の光を５０％以上透過する第１材料から構成され、前記第１材料の屈折率をｎ１、該第１の色フィルタの周囲の媒質の屈折率をｎ２、該第１の色フィルタへの入射光が該第１の色フィルタの光入射面の法線となす角度をθ１とするとき、下記の式を満足し、
θ１＜ｃｏｓ-1（ｎ２／ｎ１）
前記第２の色フィルタは、該第２の色フィルタの周囲の媒質より屈折率が高く、該第２の色フィルタの緑色領域の透過中心波長の光を５０％以上透過する第２材料から構成され、前記第２材料の屈折率をｎ３、該第２の色フィルタの周囲の媒質の屈折率をｎ４、該第２の色フィルタへの入射光が該第２の色フィルタの光入射面の法線となす角度をθ２とするとき、下記の式を満足し、
θ２＜ｃｏｓ-1（ｎ４／ｎ３）
前記第３の色フィルタは、該第３の色フィルタの周囲の媒質より屈折率が高く、該第３の色フィルタの第１の透過帯及び第２の透過帯の透過中心波長の光を５０％以上透過する第３材料から構成され、前記第３材料の屈折率をｎ５、該第３の色フィルタの周囲の媒質の屈折率をｎ６、該第３の色フィルタへの入射光が該第３の色フィルタの光入射面の法線となす角度をθ３とするとき、下記の式を満足する
θ３＜ｃｏｓ-1（ｎ６／ｎ５）
ことを特徴とする。
【００２１】
このような構成とすることにより、色フィルタが入射光を受光部に導く光導波路として機能するため、固体撮像素子の感度が向上する。
【００２２】
さらに上記課題を解決するため、本発明の固体撮像素子は、前記固体撮像素子は、さらに、前記受光部の光入射面と反対側の面上方に配置された配線層を備え、前記第１の色フィルタ、第２の色フィルタ及び第３の色フィルタは、前記受光部の光入射面上方に配置されることを特徴とする。
【００２３】
このような構成とすることにより、入射光が配線層に遮られることなく受光部に届くため、固体撮像素子の感度が向上する。
【００２４】
さらに上記課題を解決するため、本発明の固体撮像素子は、前記金属微粒子は、金、銀、銅、クロム及び鉄クロム酸化物の少なくとも１つから構成されることを特徴とする。
【００２５】
このような構成とすることにより、耐熱性、耐光性及び耐環境性に優れたＸフィルタが実現可能となる。
【００２６】
さらに上記課題を解決するため、本発明の固体撮像素子は、前記第１の色フィルタ、第２の色フィルタ及び第３の色フィルタにより得られる分光特性は、等色条件を満たすことを特徴とする。
【００２７】
このような構成とすることにより、人間の視感度のフィルタ特性を高精度で実現する色フィルタが実現可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように本発明によれば、輝度信号を減らすことなく人間の視感度のフィルタ特性を実現する薄膜の色フィルタを備えた固体撮像素子を実現できるので、撮像画像の色再現性及び画質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】Ａｕ微粒子の透過特性（周囲媒質の誘電率依存性）を示すグラフである。
【図２】本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の構造を示す断面図である。
【図３】同実施の形態に係る第３の色フィルタの透過特性を示す図である。
【図４Ａ】同実施の形態に係る第１の色フィルタ、第２の色フィルタ及び第３の色フィルタによって得られる分光特性を示す図である。
【図４Ｂ】同実施の形態に係る色フィルタによって得られるｘ−ｙ色度分布及び人間の視感度のフィルタ特性が有する色域を示す図である。
【図５Ａ】従来のＲＧＢフィルタによって得られる分光特性を示す図である。
【図５Ｂ】従来のＲＧＢフィルタによって得られるｘ−ｙ色度分布及び人間の視感度のフィルタ特性が有する色域を示す図である。
【図６Ａ】同実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図６Ｂ】同実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図６Ｃ】同実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図６Ｄ】同実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】変形例１に係る固体撮像素子の構造を示す断面図である。
【図８】変形例２に係る固体撮像素子の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態における固体撮像素子について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態及び添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明はこれらに限定されることを意図しない。
【００３１】
金属微粒子は、外部電場と自由電子の集団運動との共鳴現象により金属固有のプラズマ周波数に対応した波長の光を吸収することが知られている（「機能性顔料とナノテクノロジー」、２００６年１０月発行、（株）シーエムシー出版）。このような金属微粒子のプラズモン吸収は金属微粒子の周囲媒質に大きく依存し、周囲媒質によって吸収特性が大きく異なる。
【００３２】
図１は、Ａｕ微粒子の透過特性（周囲媒質の誘電率依存性）を示すグラフである。
なお、図１のグラフはＡｕ微粒子の周囲媒質の誘電率εｍが異なる場合の透過特性を表している。また、図１のグラフは下記の式（１）に示すＭｉｅ理論による吸収係数の式から導かれている。式（１）において、α（ω）は吸収係数、ωは角振動数、ｃは光速、ｑはＡｕ微粒子の体積、ε１（ω）はＡｕ微粒子の複素誘電率の実部、ε２（ω）はＡｕ微粒子の複素誘電率の虚部である。Ａｕ微粒子の複素誘電率については数々のモデルが提案されているが、図１のグラフの導出において我々はドルーデ・ローレンツモデルを用いて計算を行った（Applied Optics Vol.37 No.22“Optical poperties of metallic films for vertical-cavity optoelectronic devices”）。
【００３３】
【数１】
2010258114.tif 000003
【００３４】
図１から、εｍが小さいほど短波長側へ、またεｍが大きいほど長波長側へプラズモン吸収端がシフトすることがわかる。
【００３５】
以上より、εｍを任意の値に設定することで金属微粒子に対しさまざまな分光特性をもたせることが可能であるのがわかる。特に、Ａｕ微粒子のεｍ＝２．１付近で得られる分光特性は、ＸＹＺ表色系のＸフィルタの透過特性に非常に近い特性となっている。従って、εｍ＝２．１付近の媒質（例えば、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｇｌａｓｓ））にＡｕ微粒子を分散させれば、Ｘフィルタの分光特性を実現可能である。
【００３６】
このとき、εｍ＝１以下では、２つの吸収ピークを持つ透過特性が得られなないためＸフィルタとしての機能を十分満足することが困難である。また、εｍ＝５以上では、波長６００ｎｍ付近まで吸収ピークがシフトするためＸフィルタとしての機能を十分満足することが困難である。従って、Ｘフィルタとしての機能を十分満足可能なεｍとしては１より大きく５より小さいことが望ましい。
【００３７】
図２は、本実施の形態に係る固体撮像素子１００の構造を示す断面図である。
この固体撮像素子１００は、ｐ型Ｓｉ基板１０１、複数の受光部１０２、層間絶縁膜１０３、信号線に相当する配線層１０４、複数の色フィルタ、平坦化膜１０６、及び集光素子（オンチップマイクロレンズ）１０７より構成されている。なお、固体撮像素子１００は、ｐ型Ｓｉ基板１０１の代わりにｐ型半導体層を備えてもよいし、又はｐ型Ｓｉ基板１０１の上に形成されたｐ型半導体層を更に備えてもよい。この場合には、受光部１０２は半導体層に形成される。
【００３８】
ｐ型Ｓｉ基板１０１には、各受光部１０２に入射した光によって発生した電気信号を読み出すトランジスタ等の読出し部（図外）が設けられている。受光部１０２は、ｎ型領域であり、ｐ型Ｓｉ基板１０１表面に２次元状に配置されている。なお、ｐ型Ｓｉ基板１０１の厚さは、固体撮像素子１００によって異なるが、例えば５〜１０μｍとされる。
【００３９】
色フィルタは、複数の受光部１０２のそれぞれの上に配置されている。複数の色フィルタは、可視光域において異なる光吸収特性を有する３種類の色フィルタ、つまりＸＹＺ表色系のＸフィルタ、Ｙフィルタ及びＺフィルタを含む。具体的に、複数の色フィルタは、Ｚフィルタとしての青色領域（４１０〜５１０ｎｍの波長域）に透過中心波長を有する（透過率５０％以上の透過ピークを有する）第１の色フィルタ（青色フィルタ）１０８と、Ｙフィルタとしての緑色領域（４７０〜６５０ｎｍの波長域）に透過中心波長を有する第２の色フィルタ（緑色フィルタ）１０９と、Ｘフィルタとしての赤色領域（５２０〜６７０ｎｍの波長域）に透過中心波長を有する第１の透過帯と、青色領域に透過中心波長を有する第２の透過帯とを持つ第３の色フィルタ１１０とを含む。なお、ＸＹＺ表色系とは、１９３１年にＣＩＥ（国際照明委員会）で標準表色系として承認された表色系である。
【００４０】
第１の色フィルタ１０８、第２の色フィルタ１０９及び第３の色フィルタ１１０は、１つの第１の色フィルタ１０８、１つの第２の色フィルタ１０９、及び２つの第３の色フィルタ１１０を１つの単位セルとして２次元状に配置される。
【００４１】
第１の色フィルタ１０８は青色素を含む顔料が分散されてなり、第２の色フィルタ１０９は緑色素を含む顔料が分散されてなる。なお、第１の色フィルタ１０８及び第２の色フィルタ１０９は、顔料ではなく染料系のカラーレジストで構成されても構わない。
【００４２】
第３の色フィルタ１１０は、誘電率が１より大きく５より小さい媒質と、この媒質中に分散されたナノオーダの金、銀、銅、クロム及び鉄クロム酸化物等から構成される金属微粒子とから構成される。このとき、金属微粒子の平均粒径が入射した光の波長と同程度かそれよりも大きくなると、金属微粒子に入射した光が反射してしまうため、金属微粒子の平均粒径は入射波長よりも小さく、１００ｎｍ以下であることが望ましい。例えば、第３の色フィルタ１１０は、シリコン及び酸素を含むＳＯＧと、ＳＯＧに分散された粒径分布が５〜５０ｎｍのＡｕ微粒子とにより構成されている。
【００４３】
図３は、本実施の形態に係る固体撮像素子１００に搭載された第３の色フィルタ１１０の透過特性の実測値を示す図である。なお、第３の色フィルタ１１０としては、粒径分布が５〜５０ｎｍ（メジアン値１５ｎｍ）のＡｕ微粒子がＳＯＧに分散されてなるフィルタが用いられている。
【００４４】
第３の色フィルタ１１０については、図３からもわかるように、計算結果と良く一致した透過特性が得られている。そして、第３の色フィルタ１１０において第２の透過帯の最大透過率が第１の透過帯の最大透過率に対し１０〜５０％となっている。従って、第３の色フィルタ１１０によりＸＹＺ表色系のＸフィルタの透過特性を実現することができる。
【００４５】
図４Ａは本実施の形態に係る固体撮像素子１００の第１の色フィルタ１０８、第２の色フィルタ１０９及び第３の色フィルタ１１０によって得られる分光感度特性を示す図である。また、図４Ｂは本実施の形態に係る固体撮像素子１００の色フィルタによって得られるｘ−ｙ色度分布（図４Ｂの点線で囲まれた斜線で示した領域）及び人間の視感度のフィルタ特性が有する色域（図４Ｂの実線で囲まれた領域）を示す図である。また、図５Ａは従来の一般的なＲＧＢフィルタによって得られる分光感度特性を示す図である。また、図５Ｂは従来の一般的なＲＧＢフィルタのｘ−ｙ色度分布（図５Ｂの点線で囲まれた斜線で示した領域）及び人間の視感度のフィルタ特性が有する色域（図５Ｂの実線で囲まれた領域）を示す図である。
【００４６】
図４Ａ及び図４Ｂからわかるように、第１の色フィルタ１０８、第２の色フィルタ１０９及び第３の色フィルタ１１０により得られる分光特性は等色条件を満たすので、固体撮像素子１００の色フィルタによって人間の視感度のフィルタ特性を有する色フィルタを実現することができる。これに対して、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、従来の一般的なＲＧＢフィルタの分光感度特性及びｘ−ｙ色度分布は、人間の視感度に対し、非常に狭い領域でしかない。
【００４７】
図６Ａ〜図６Ｄは本実施の形態に係る固体撮像素子１００の色フィルタの製造方法を説明するための断面図である。
【００４８】
まず、通常の半導体プロセスを用いて、ｐ型Ｓｉ基板１０１に、受光部１０２、層間絶縁膜１０３及び配線層１０４が形成される。
【００４９】
次に、図６Ａに示すように、スピンオン法で粒径分布が５〜５０ｎｍの金属微粒子が分散された誘電率が１より大きく５より小さい溶液１５２が層間絶縁膜１０３表面に塗布され、約４００℃で焼結される。その後、レジスト１５３が塗布され、溶液１５２に対してリソグラフィーとドライエッチング及びウェットエッチング等のエッチング１５５とが行われ、第３の色フィルタ１１０が形成される。
【００５０】
次に、図６Ｂに示すように、スピンオン法で緑色素を含むネガ型の顔料が分散された溶液１５６が層間絶縁膜１０３表面に塗布され、リソグラフィー１５４により溶液１５６の所望の領域のみが硬化される。その後、溶液１５６に対してＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液等でウェットエッチングが行われ、第２の色フィルタ１０９が形成される。ここで、図６Ａの工程で形成されている第３の色フィルタ１１０は既に熱焼結しているため、ウェットエッチングの影響を受けない。
【００５１】
次に、図６Ｃに示すように、スピンオン法で青色素を含むネガ型の顔料が分散された溶液１５７が層間絶縁膜１０３表面に塗布され、リソグラフィー１５４により溶液１５７の所望の領域のみが硬化される。その後、溶液１５７に対してＴＭＡＨ溶液等でウェットエッチングが行われ、第１の色フィルタ１０８が形成される。ここで、図６Ｂの工程で形成されている第２の色フィルタ１０９は既に熱焼結しているため、ウェットエッチングの影響を受けない。
【００５２】
最後に、図６Ｄに示すように、ＣＶＤ法を用いて色フィルタ上に平坦化膜１０６が成膜され、平坦化膜１０６上に集光素子１０７が形成される。
【００５３】
なお、本実施の形態に係る固体撮像素子１００の製造工程では、色フィルタを構成する材料としてネガ型の顔料カラーレジストを仮定しているが、ポジ型の顔料カラーレジストでも構わない。また、第１の色フィルタ１０８、第２の色フィルタ１０９及び第３の色フィルタ１１０の形成工程の順番を変更されても問題ない。
【００５４】
以上のように本実施の形態の固体撮像素子１００は、反射型色フィルタ及びエメラルドフィルタを用いることなく、誘電率が１より大きく５より小さい媒質に平均粒径１００ｎｍ以下の金属微粒子が分散されてなる第３の色フィルタ１１０を用いてＸＹＺ表色系のＸフィルタに対応する分光特性を実現している。従って、輝度信号を減らすことなく人間の視感度のフィルタ特性を実現する薄膜の色フィルタを実現することができる。
【００５５】
（変形例１）
ここで、本実施の形態における変形例１について説明する。上記実施の形態では、配線層１０４は第１の色フィルタ１０８、第２の色フィルタ１０９及び第３の色フィルタ１１０と共に受光部１０２の光入射面の上方に配置されるとした。しかし、本変形例では、配線層１０４が受光部１０２の光入射面と反対側の面の上方に配置される。つまり、配線層１０４がｐ型Ｓｉ基板１０１の受光部１０２が形成された面とは反対側の面側に配置される。
【００５６】
図７は、本変形例に係る固体撮像素子２００の構造を示す断面図である。
この固体撮像素子２００は、ｐ型Ｓｉ基板１０１、複数の受光部１０２、層間絶縁膜１０３、配線層１０４、複数の色フィルタ、平坦化膜１０６、集光素子１０７、及び支持基板２０２より構成されている。複数の色フィルタは、第１の色フィルタ１０８、第２の色フィルタ１０９及び第３の色フィルタ１１０を含む。
【００５７】
支持基板２０２は、ｐ型Ｓｉ基板１０１の強度を補強するための基板であり、例えば、ｐ型Ｓｉ基板１０１と同じ材料のＳｉ基板により形成される。
【００５８】
配線層１０４はｐ型Ｓｉ基板１０１の一方面上方（光入射面と反対側の面上方）に形成されている。ｐ型Ｓｉ基板１０１の他方面上方（光入射面上方）には、層間絶縁膜１０３、色フィルタ、平坦化膜１０６及び集光素子１０７が形成されている。
【００５９】
以上のように本変形例の固体撮像素子２００によれば、配線層１０４により受光部１０２への入射光が反射されるのを防止し、配線層１０４による感度低下を防止することができる。
【００６０】
（変形例２）
また、本実施の形態における変形例２について説明する。本変形例では、色フィルタが光導波路として機能する。
【００６１】
図８は、本変形例に係る固体撮像素子３００の構造を示す断面図である。
この固体撮像素子３００は、ｐ型Ｓｉ基板１０１、複数の受光部１０２、層間絶縁膜１０３、配線層１０４、複数の色フィルタ、平坦化膜１０６、及び集光素子１０７より構成されている。複数の色フィルタは、第１の色フィルタ１０８、第２の色フィルタ１０９及び第３の色フィルタ１１０を含む。
【００６２】
第１の色フィルタ１０８は、第１の色フィルタ１０８の周囲の媒質（層間絶縁膜１０３）より屈折率が高く、第１の色フィルタ１０８の青色領域の透過中心波長の光を５０％以上透過する第１材料から構成され、第１材料の屈折率をｎ１、第１の色フィルタ１０８の周囲の媒質（層間絶縁膜１０３）の屈折率をｎ２、第１の色フィルタ１０８への入射光が第１の色フィルタ１０８の光入射面の法線となす角度をθ１とするとき、θ１＜ｃｏｓ-1（ｎ２／ｎ１)を満足する。
【００６３】
第２の色フィルタ１０９は、第２の色フィルタ１０９の周囲の媒質（層間絶縁膜１０３）より屈折率が高く、第２の色フィルタ１０９の緑色領域の透過中心波長の光を５０％以上透過する第２材料から構成され、第２材料の屈折率をｎ３、第２の色フィルタ１０９の周囲の媒質（層間絶縁膜１０３）の屈折率をｎ４、第２の色フィルタ１０９への入射光が第２の色フィルタ１０９の光入射面の法線となす角度をθ２とするとき、θ２＜ｃｏｓ-1（ｎ４／ｎ３）を満足する。
【００６４】
第３の色フィルタ１１０は、第３の色フィルタ１１０の周囲の媒質（層間絶縁膜１０３）より屈折率が高く、第３の色フィルタ１１０の第１の透過帯及び第２の透過帯の透過中心波長の光を５０％以上透過する第３材料から構成され、第３材料の屈折率をｎ５、第３の色フィルタ１１０の周囲の媒質（層間絶縁膜１０３）の屈折率をｎ６、第３の色フィルタ１１０への入射光が第３の色フィルタ１１０の光入射面の法線となす角度をθ３とするとき、θ３＜ｃｏｓ-1（ｎ６／ｎ５）を満足する。
【００６５】
例えば、層間絶縁膜１０３として屈折率１．４５のＳｉＯ2を主成分とする絶縁膜が用いられ、第１の色フィルタ１０８、第２の色フィルタ１０９及び第３の色フィルタ１１０として屈折率１．８５のポリベンゾオキサゾールを含むフィルタが用いられる。
【００６６】
以上のように本変形例の固体撮像素子３００によれば、色フィルタが光導波路として機能し、導波路構造により入射光を受光部１０２に導くことができるので、固体撮像素子の感度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、固体撮像素子に利用可能であり、特にデジタルカメラ、携帯電話、一眼レフカメラ及びスキャナ等に利用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１００、２００、３００    固体撮像素子
１０１    Ｓｉ基板
１０２    受光部
１０３    層間絶縁膜
１０４    配線層
１０６    平坦化膜
１０７    集光素子
１０８    第１の色フィルタ
１０９    第２の色フィルタ
１１０    第３の色フィルタ
１５２、１５６、１５７    溶液
１５３    レジスト
１５４    リソグラフィー
１５５    エッチング
２０２    支持基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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