(57)【要約】【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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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に境界に、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１１１２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
また、隔壁の屈折率を１．４以下とすることができる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
また、隔壁を、空間によって形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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２】図１に示す撮像素子の上面図
【図３】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
【図４】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
【図５】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
【図６】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
【図７】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
【図８】第１の着色層が形成されている状態を示す概略図
【図９】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
【図１０】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
【図１１】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
【図１２】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
【図１３】ＲＧＢ３色からなるカラーフィルタアレイを示す概略図
【図１４】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
【図１５】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
【図１６】カラーフィルタ層のその他の例を示す図
【図１７】隔壁上にマスク部材を設けた撮像素子の上面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
以下、上述した各工程について、より具体的に説明する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
［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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
［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。
【００６６】
［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。
【００６７】
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。
【００６８】
［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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【符号の説明】
【００７９】
２０   撮像素子
２２   半導体基板
２１Ｒ 赤フィルタ
２１Ｇ 緑フィルタ
２１Ｂ 青フィルタ
２３   デバイス保護膜
２４   カラーフィルタ層
２５   マイクロレンズアレイ
２６   隔壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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