(57)【要約】【課題】高画素で、かつ、色再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子を提供する。【解決手段】複数の分布屈折率レンズ１と、複数の分布屈折率レンズ１のそれぞれ（１１１、１１２、１１３）に対応して設けられ、対応する分布屈折率レンズ１で集光された光を受光する複数の受光素子６と、電気配線３とを有する固体撮像素子１００であって、複数の分布屈折率レンズ１のそれぞれは、対応する受光素子６ごとに異なる複数の種類の分光機能を有し、複数の分布屈折率レンズ１は、金属を含む粒径１００ｎｍ以下の粒子が分散されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の集光素子と、前記複数の集光素子のそれぞれに対応して設けられ、対応する集光素子で集光された光を受光する複数の受光素子と、電気配線とを有する固体撮像素子であって、
前記複数の集光素子のそれぞれは、対応する前記受光素子ごとに異なる複数の種類の分光機能を有し、
前記複数の集光素子は、金属を含む粒子が分散されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記複数の集光素子は、屈折率１．４以上の該固体撮像素子が受光する可視光から赤外光を５０％以上透過する媒質であって、かつ、前記媒質中に粒径５ｎｍ〜５０ｎｍの前記粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記複数の集光素子には、被分散粒子として、少なくとも金、銅、クロム又は鉄クロム酸化物を含む第１の種類の集光素子と、少なくともコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物、コバルトチタン酸化物、ニッケルチタン亜鉛酸化物又はコバルト亜鉛酸化物を含む第２の種類の集光素子と、少なくともコバルトアルミ酸化物又はコバルトクロム酸化物を含む第３の種類の集光素子とが含まれることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記複数の集光素子には、少なくとも一種類の有機分子からなる粒子を含むことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記複数の集光素子は、凸形状であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記複数の集光素子は、集光の対象となる入射光の波長と同程度かそれよりも短い線幅で分割された同心構造の光透過膜で生じる実効屈折率分布を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記複数の集光素子は、前記媒質と異なる屈折率をもち、かつ、可視光から赤外光を５０％以上透過する光透過膜で覆われていることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記光透過膜は、金属を含む粒子を含むことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記媒質に含有される粒子と、前記光透過膜に含有される粒子には、同一の金属が含まれることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記複数の集光素子は、同心構造の波長吸収特性の分布を備えることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記複数の集光素子の媒質は、シリコンと酸素を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記複数の集光素子は、屈折率１．７以上の該固体撮像素子が受光する可視光から赤外光を５０％以上透過する媒質であって、前記集光素子の最上層が前記媒質で覆われていることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記複数の集光素子は、対応する前記受光素子ごとに、異なる屈折率分布をもつことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記複数の集光素子の表面においては、隣接する前記集光素子の表面どうしの間の段差は、いずれも、前記固体撮像素子の高さ方向に、前記集光素子が透過する光の中心波長の５０％未満であることを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記複数の集光素子の上部は、前記媒質より小さい屈折率を持つ材料で覆われていることを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
前記複数の集光素子は、隣接する前記集光素子との間に設けられた、可視光から赤外光を５０％以上吸収する材料で分離されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
前記複数の集光素子の可視光から赤外光までの反射率は、１５％以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１８】
前記複数の集光素子は、前記受光素子および前記電気配線から絶縁されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１９】
前記媒質および前記粒子は、いずれも、無機材料からなることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項２０】
固体撮像素子の製造方法であって、
基板上に受光素子、配線、遮光層、信号伝送部および反射防止膜からなる半導体集積回路を形成するステップと、
形成された半導体集積回路上に、複数の色分離を形成するステップと、
形成された複数の色分離で挟まれる複数の領域に、金属を含む粒子が分散され赤色透過膜、緑色透過膜および青色透過膜を形成するステップと、
形成された赤色透過膜、緑色透過膜および青色透過膜を、同心円状にエッチング又はパターニングするステップと
を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ等に使用される固体撮像素子に関し、特に高画素数や小チップ面積を実現するために不可欠な微細な画素を有する固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやカメラ付携帯電話の普及に伴い、固体撮像素子の市場は著しく拡大してきた。そして、近年はデジタルスチルカメラの薄型化に対する要望が強くなっている。これは言い換えれば、カメラ部分に用いるレンズが短焦点になるということであり、固体撮像素子に入射する光は広角（固体撮像素子の入射面の垂直軸から測定して大きな角度）になることを意味する。また、広角から望遠まで、さまざまなレンズを交換して使用する１眼レフのデジタルカメラが普及してきている。
【０００３】
ＣＣＤやＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子では、複数の受光部分を有する半導体集積回路を２次元に配列して、被写体からの光信号を電気信号に変換している。固体撮像素子の感度は、入射光量に対する受光素子の出力電流の大きさによって定義されていることから、入射した光を確実に受光素子に導入することが感度向上のため重要な要素となっている。
【０００４】
図２２は、従来の一般的な画素の基本構造の一例を示す図である。図２２に示すように、マイクロレンズ５７に垂直に入射した光５３（破線で示した光）は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のいずれかのカラーフィルタ２によって色分離された後、受光素子６において電気信号への変換がなされ、電気信号伝送部４で伝送される。比較的高い集光効率が得られることから、マイクロレンズ５７は、ほとんど全ての固体撮像素子において使用されている。
【０００５】
しかしながら、このようなマイクロレンズ５７では、集光効率が信号光の入射角度に依存して低下する。つまり、レンズに垂直に入射してくる光５３については高効率に集光することができるが、斜め入射の光５６に対しては集光効率が減少する。これは、斜め入射の光５６が、画素中の電気配線３に遮光されてしまい、受光素子６まで到達できないためである。
【０００６】
固体撮像装置は常に画質の向上が求められているため、高画素化することが常に求められている。しかし、固体撮像装置の実装上の制約からチップの大きさが制約されているため、一般に高画素化に対応するために、画素サイズの微細化にて対応している。それと合わせて、高画素化に対応するため周辺回路の回路規模が大きくなるため電気配線３の数も増えてそのため受光素子６からマイクロレンズ５７までの距離が長くなる。すなわち、高画素化により、受光素子６からマイクロレンズ５７までの距離と受光素子６の大きさの比であるアスペクト比がおおきくなり、斜入射光を効率的に受光素子６に導入することが出来なくなる。
【０００７】
また、固体撮像素子は、複数の画素の２次元配列で構成されているため、広がり角を持つ入射光の場合、中央の画素と周辺の画素とでは入射角が異なる。その結果、周辺の画素の集光効率が中央の画素より低下するという問題が起こる。
【０００８】
このような入射角度の増加に伴う、固体撮像素子の感度減少を防ぐためには、入射角度に対応したマイクロレンズの設計が必要となる。しかしながら、現在の固体撮像素子の画素サイズが２．２μｍと非常に微細な構造であるにもかかわらず、将来的には、高画素化のためにより微小なセルサイズが必要とされている。このため、マイクロレンズの加工はサブミクロンオーダーとなり、形成プロセスは複雑になる。
【０００９】
このような固体撮像素子における課題に対して、従来、マイクロレンズおよびカラーフィルタに関する様々な改良技術が提案されている（例えば、特許文献１〜８、非特許文献１参照）。
【００１０】
特許文献１では、屈折率分布を、入射光波長の半分程度の領域で離散化することによって、同様の効果を得ることができる分布屈折率レンズが提案されている。このレンズの構造では、屈折率分布型レンズと膜厚分布型レンズ両方の集光特性を備えることとなり、集光効率は、従来の屈折率分布型レンズよりも高くすることができる。
【００１１】
特許文献２、３、４、５では、入射光の集光と分光を同一の素子で行う方法が提案されている。
【００１２】
特許文献６、７、８と非特許文献１では金属微粒子を用いたカラーフィルタが提案されている。
【特許文献１】特開２００６−３５１９７２号公報
【特許文献２】特開昭６４−００３６０３号公報
【特許文献３】特開平４−０９３８０１号公報
【特許文献４】特開平５−２０６４２９号公報
【特許文献５】特開平１０−２０００８３号公報
【特許文献６】特許第３１８９６６６号公報
【特許文献７】特開２０００−２８５８２１号公報
【特許文献８】特開２００４−１５１３１３号公報
【非特許文献１】伊藤征司郎監修、「機能性顔料とナノテクノロジー」、シーエムシー出版、２００６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、集光効率の高い屈折率分布型レンズが実現されるものの、入射光を集光させるためのレンズとは別に、レンズと受光素子との間に入射光を分光させるためのカラーフィルタが必要となる。その分レンズから受光素子との距離が長くなることによる、斜入射光の感度低減や、集光された光が遮光膜の開口端に近づくことにより、隣接画素である隣の光電変換領域や電荷転送部への信号電荷の混入が発生してしまう。
【００１４】
また、特許文献２の技術では、直交回折格子が提案されているが、集光をするためのレンズの一部を組み合わせたリニアフレネルレンズを持つ回折格子と併せて分光をするための等ピッチの回折格子を形成しなければならず非常に複雑な工法が必要となる。
【００１５】
また、特許文献３の技術では、レンズ形成後に別に各画素ごとにレンズを各色ごとに染色していかなければならず、非常に複雑な工法が必要となる。
【００１６】
また、特許文献４の技術では、レンズ形状のマスクを一度形成し、そのマスクを用いてカラーフィルタをエッチングしレンズ形状にするので、非常に複雑な工法が必要となる。
【００１７】
また、特許文献５の技術ででは、色ごとにカラーレジスト形成とレンズ形成を繰り返して行う必要があり、非常に複雑な工法が必要となる。
【００１８】
また、これらの特許文献２〜５で開示された方法では、熱処理によりレンズ形状を形成するために、フィルタ材料として熱処理により軟化する樹脂材料を選択することとなり、屋外使用で必要となる高温耐性や有機成分の分解による紫外線耐性が課題となる。
【００１９】
また、特許文献６と７の技術では、ガラス基板上に形成する顔料粒子カラーフィルタが提案されているが、リソグラフィ法によるフィルタ形成のために有機感光基が必要であり、紫外線耐性が課題となる。
【００２０】
さらに、特許文献８や非特許文献１の技術では、樹脂中に金属ナノ粒子を拡散したフィルタが提案されているが、青色や緑色など任意の分光特性を実現するための具体的な方法が開示されていない。
【００２１】
ところで、近年では、固体撮像装置は常に画質の向上が求められているため、高画素化し、かつ色の再現性を高めてゆかねばならない。このような要請に対して、上記従来技術に係る固体撮像装置は、レンズとカラーフィルタを別に作成し、かつ、有機材料からなるカラーフィルタを用いており、画素を小型化すると斜め入射光での集光効率の減少やカラーフィルタの色選択性が低下するので、色の再現性が低下する。すなわち、従来技術の構成では高画素化と色の再現性とを両立させることができないという問題がある。
【００２２】
本発明は、上記のような問題に鑑みて為されたものであって、高画素で、かつ、色再現性が高いカラーフィルタを備えた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】
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明の固体撮像素子は、複数の集光素子と、前記複数の集光素子のそれぞれに対応して設けられ、対応する集光素子で集光された光を受光する複数の受光素子と、電気配線とを有する固体撮像素子であって、前記複数の集光素子のそれぞれは、対応する前記受光素子ごとに異なる複数の種類の分光機能を有し、前記複数の集光素子は、金属を含む粒子が分散されていることを特徴とする固体撮像素子。このようにすることにより、微細画素においても、受光素子からレンズまでの距離を短くすることができ、斜め入射光での集光効率の増加や、解像度および感度の向上が図られ、高画素で、かつ、色の再現性が高い固体撮像素子が実現される。集光と分光を同一素子で行うことにより、レンズを透過させたい領域以外の入射光はレンズ材料で吸収されるため、選択透過光以外の領域の光が、レンズ材料の屈折率が空気より大きいことによってレンズ表面で反射されてしまうことが抑制され、色再現性の悪化が防止される。
【００２４】
ここで、前記複数の集光素子は、屈折率１．４以上の該固体撮像素子が受光する可視光から赤外光を５０％以上透過する媒質であって、かつ、前記媒質中に粒径５ｎｍ〜５０ｎｍの前記粒子を含むことが好ましい。このようにすることにより、小粒径の金属を含む粒子の表面プラズモンと可視光とのカップリングによるプラズモン吸収と、金属や金属酸化物の電子遷移吸収により、優れた分光特性が実現できる。
【００２５】
また、前記複数の集光素子には、被分散粒子として、少なくとも金、銅、クロム又は鉄クロム酸化物を含む第１の種類の集光素子と、少なくともコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物、コバルトチタン酸化物、ニッケルチタン亜鉛酸化物又はコバルト亜鉛酸化物を含む第２の種類の集光素子と、少なくともコバルトアルミ酸化物又はコバルトクロム酸化物を含む第３の種類の集光素子とが含まれていてもよい。このようにすることにより、金属を含む粒子は媒質中に凝集なく均質に分散され、画素間の色ばらつきのない良好な色再現性が実現され得る。また、第１の種類の分散粒子を用いると主に赤色領域の透過フィルタを、第２の種類の分散粒子を用いると主に緑色領域の透過フィルタを、第３の種類の分散粒子を用いると主に青色領域の透過フィルタが実現される。また、第１、２、３の種類の分散粒子の混合し、かつ、その割合を選択することにより、任意領域の分光特性が実現される。
【００２６】
また、前記複数の集光素子には、少なくとも一種類の有機分子からなる粒子を含んでいてもよい。この有機分子により、任意領域の分光特性が実現される。
【００２７】
また、前記複数の集光素子は、凸形状であってもよい。このようにすることにより、製造プロセスが容易になる。
【００２８】
また、前記複数の集光素子は、集光の対象となる入射光の波長と同程度かそれよりも短い線幅で分割された同心構造の光透過膜で生じる実効屈折率分布を備えることが好ましい。このようにすることにより、斜入射光に対する集光効率の高い固体撮像素子が実現される。
【００２９】
また、前記複数の集光素子は、前記媒質と異なる屈折率をもち、かつ、可視光から赤外光を５０％以上透過する光透過膜で覆われている構成としてもよい。こうすることで、分光特性が向上される。
【００３０】
また、光透過膜に金属を含む粒子を含むことが好ましい。このようにすることで光透過膜にも、分光機能を有することができる。
【００３１】
また、前記媒質に含有される粒子と、前記光透過膜に含有される粒子には、同一の金属が含まれていてもよい。このようにすることで、レンズ全ての領域で同一特性の分光が実現されるので、分光機能と集光機能を兼ね備えることができる。
【００３２】
また、前記複数の集光素子は、同心構造の波長吸収特性の分布を備えることが好ましい。レンズ中央部と端部とで透過率を最適化することにより、集光効率の高い固体撮像素子が実現される。
【００３３】
また、前記複数の集光素子の媒質は、シリコンと酸素を含んでもよい。このような無機材料で構成することにより、耐熱性や紫外線耐性に優れたレンズが実現される。
【００３４】
また、前記複数の集光素子は、屈折率１．７以上の該固体撮像素子が受光する可視光から赤外光を５０％以上透過する媒質であって、前記集光素子の最上層が前記媒質で覆われていてもよい。このようにすることにより、簡便に屈折率分散レンズが実現される。
【００３５】
また、前記複数の集光素子は、対応する前記受光素子ごとに、異なる屈折率分布をもつこと構成としてもよい。このようにすることにより、異なる屈折率を持つ材料を使用してレンズにおいても焦点位置を受光素子に揃えることができる。
【００３６】
また、前記複数の集光素子の表面においては、隣接する前記集光素子の表面どうしの間の段差は、いずれも、前記固体撮像素子の高さ方向に、前記集光素子が透過する光の中心波長の５０％未満であることが好ましい。このようにすることにより、隣接するフィルタを透過した斜入射光による混色が防止される。
【００３７】
また、前記複数の集光素子の上部は、前記媒質より小さい屈折率を持つ材料で覆われていてもよい。このようにすることにより、集光素子表面からの反射が防止される。
【００３８】
また、前記複数の集光素子は、隣接する前記集光素子との間に設けられた、可視光から赤外光を５０％以上吸収する材料で分離されていることが好ましい。このようにすることにより隣接するフィルタを透過した斜入射光による混色が防止される。
【００３９】
また、前記複数の集光素子の可視光から赤外光までの反射率は、１５％以下であることを特徴とする。このようにすることにより、レンズからの反射光が迷光することが防止される。
【００４０】
また、前記複数の集光素子は、前記受光素子および前記電気配線から絶縁されていることが好ましい。このようにすることにより、受光素子あるいは電気配線が意図しない箇所に導通しまうことが防止される。
【００４１】
また、前記媒質および前記粒子は、いずれも、無機材料からなっていてもよい。
【００４２】
なお、本発明は、上記のような固体撮像装置として実現できるだけでなく、その製造方法、つまり、基板上に受光素子、配線、遮光層、信号伝送部および反射防止膜からなる半導体集積回路を形成するステップと、形成された半導体集積回路上に、複数の色分離を形成するステップと、形成された複数の色分離で挟まれる複数の領域に、金属を含む粒子が分散され赤色透過膜、緑色透過膜および青色透過膜を形成するステップと、形成された赤色透過膜、緑色透過膜および青色透過膜を、同心円状にエッチング又はパターニングするステップとを含む固体撮像素子の製造方法として実現することもできる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、カラーフィルタを別に形成するのではなくレンズとフィルタを同一素子で形成することで、固体撮像素子が低背化され、高集光効率を有する微細画素で、かつ、色の再現性が高いカラーフィルタを備えた微細な画素を有する固体撮像素子が実現される。
【００４４】
よって、小型で、かつ、薄型のデジタルカメラが求められる今日における本発明の実用的価値は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を用いて具体的に説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態およ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。
【００４６】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１における固体撮像素子について説明する。
【００４７】
図１は、本実施の形態に係る固体撮像素子１００の基本構造を示す図である。図１に示されるように、固体撮像素子１００は、２次元状に配列されたサイズが２．２５μｍ角の画素１００ａの集まりであり、分布屈折率レンズ１、色分離６１、反射防止膜６０、遮光膜を兼ねた電気配線３、層間絶縁膜５、受光素子（Ｓｉフォトダイオード）６、Ｓｉ基板７を備える（なお、図１に示すように、電気配線３からＳｉ基板７までを「半導体集積回路８」ともいう。）。
【００４８】
分布屈折率レンズ１は、マイクロレンズ（つまり、集光機能）とカラーフィルタ（つまり、分光機能）の両方の機能を備えるものであり、透過させる光の領域に対応する複数の集光素子（赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３）で構成される。
【００４９】
この分布屈折率レンズ１は、上記３色に対応した分光機能を実現するために、金属を含む粒径１００ｎｍ以下の粒子が分散されている。本実施の形態では、分散粒子として、無機材料の粒子が用いられ、具体的には、赤色透過領域１１１には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：１５ｎｍ）の金が、緑色透過領域１１２には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２５ｎｍ）のコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物が、青色透過領域１１３には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２０ｎｍ）のコバルトアルミ酸化物が酸化シリコン中に分散されている。なお、酸化シリコン（屈折率ｎ＝１．４５）は、屈折率１．４以上で、この固体撮像素子１００が受光する可視光から赤外光を５０％以上透過する媒質の一例、つまり、集光機能を発揮し得る透明な無機媒質の一例である。
【００５０】
なお、分布屈折率レンズ１は、電気配線３から、層間絶縁膜５と窒化シリコン膜を窒酸化シリコン膜の上下に積層した反射防止膜６０とで、電気絶縁されている。
【００５１】
色分離６１は、隣接する集光素子（赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３）の間に設けられ、隣接する集光素子間で光が漏れることを防止するものであり、可視光から赤外光を５０％以上吸収する材料からなる。その材料は、分散粒子として、粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２５ｎｍ）の酸化銅が酸化シリコン中に分散されたものである。
【００５２】
図２に、上記図１における分布屈折率レンズ１の上面図を示す。この分布屈折率レンズ１は、屈折率が異なる２つの材料からなり、光軸を横断する断面（上面）が同心円構造である。この分布屈折率レンズ１の同心円構造は、上記図１のように、膜厚が０．４μｍ（ｔ１）と０．８μｍ（ｔ２）の２段同心円構造である。なお、本文中では、上段／下段の同心円構造を、上段／下段光透過膜と定義している。図２において、膜厚が１．２μｍの部分１０は「ハッチング」で示し、膜厚０．８μｍの部分１１は「ドットパターン」で示している。なお、膜厚が０μｍの部分１２（本実施の形態では空気）は「パターンなし：白」で示している。また、本実施の形態に係る分布屈折率レンズ１は、後述するゾーン領域の幅１３が等ピッチ（ここでは、０．２μｍ）となるように、酸化シリコンを同心円形状に掘り込んだ円柱構造（あるいは、円筒構造）であり、周りの媒質は空気（屈折率ｎ＝１）である。
【００５３】
ここで、分布屈折率レンズ１を形成する領域は、各画素の開口に合わせて四角形状としている。一般に、入射窓の領域が円形の場合、レンズとレンズの間に隙間ができるため、漏れ光が発生し、集光ロスが増大する原因となる。しかしながら、入射窓の領域を四角形状とすると、画素の全領域で入射光を集光することができるので、漏れ光は無くなり、集光ロスを低減させることが可能となる。
【００５４】
図３は、本実施の形態に係る分布屈折率レンズ１のより詳細な断面図の一例である。一般的な分布屈折率レンズでは、その屈折率は光学中心で最も高くなる。図３に示すように、本実施の形態の場合においても、光学中心１４の付近では酸化シリコンが密に集まり、外側のゾーン領域になるに従って疎へと変わっていく。このとき、各ゾーン領域の幅（以下「線幅」という。）１３が入射光の波長と同程度かそれよりも小さければ、光が感じる有効屈折率は、そのゾーン領域内の高屈折率材料（本実施の形態では、酸化シリコン）と低屈折率材料（本実施の形態では、空気）の体積比によって決まる。つまり、ゾーン領域内の高屈折率材料を増やせば有効屈折率は高くなり、ゾーン領域内の高屈折率材料を減らせば、有効屈折率は低くなる。
【００５５】
図４（ａ）〜（ｆ）は、２段同心円構造の各ゾーン領域における高屈折率材料と低屈折率材料の体積比の基本パターン（１つのゾーン領域を構成する基本構造の断面）を示す図である。図４（ａ）が最も密な構造、つまり有効屈折率が最も高くなる構造であり、図４（ｂ）〜（ｆ）になるに従って、有効屈折率は低くなる。このとき、光入射側の上段膜厚ｔ１（１５）と基板側の下段膜厚ｔ２（１６）はそれぞれ０．４μｍ、０．８μｍであり、膜厚比（上段／下段）は０．５である。ここで、上記体積比を変化させることにより、有効屈折率を制御することができる。例えば、体積比を高くすれば、基本構造の変化（図４（ａ）→図４（ｆ））による、高屈折率材料の体積減少が大きいため、有効屈折率が高い領域における屈折率の減少が大きくなる。一方、体積比を低くすれば、高屈折率材料の体積減少が小さいため、有効屈折率が低い領域における屈折率の減少が大きくなる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、分りやすく説明するために、図４（ａ）〜（ｆ）のような基本構造を例としたが、その他の構造を用いても勿論よい。例えば、図４（ｃ）と図４（ｂ）とを組み合わせた凸形状の構造を用いたり、図４（ｂ）と図４（ｄ）を組み合わせた凹形状の構造を、基本構造として、用いることもできる。このとき、入射光の半波長程度の領域で、これらを基本構造とすれば、同様の集光特性を得ることができる。
【００５７】
このような分布屈折率レンズ１は、それぞれ赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３ごとに異なる粒子が分散されているため分布屈折率レンズ１を形成する材料の屈折率がそれぞれ異なる。そのため、分布屈折率レンズ１の焦点位置を受光素子６に合せるためには、特許文献１で開示しているように、屈折率の大きいものでは酸化シリコンが疎になるように、屈折率が小さいものでは酸化シリコンが密になるように形成しなければならない。
【００５８】
また、この分布屈折率レンズ１は、入射光の波長と同程度かそれよりも短い線幅で分割された同心構造の媒質（高屈折率材料）で構成されるため、粒径がミクロン程度ある従来の顔料材料では線幅よりも大きいため形成することができない。
【００５９】
なお、この分布屈折率レンズ１は、層間絶縁膜５により受光素子６および電気配線３から電気絶縁されている。
【００６０】
図５は、本実施の形態による固体撮像素子１００の受光感度特性（赤色透過領域の画素の感度特性１４１、緑色透過領域の画素の感度特性１４２、青色透過領域の画素の感度特性１４３）を示す。本図において、３つの色の中心波長のそれぞれをピークとする３つのカーブから分かるように、この実施の形態における固体撮像素子１００は、赤色領域、緑色領域、青色領域で優れた分光特性を有している。
【００６１】
図６は、本実施の形態における固体撮像素子１００の反射特性を示す。３つの色のいずれの透過領域でも反射率は１０％以下の低い値となっている。
【００６２】
本実施の形態により、高画素で、かつ色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子が実現できる。
【００６３】
（実施の形態１の製造方法）
次に、本実施の形態における固体撮像素子１００の製造方法について説明する。
【００６４】
図７（ａ）〜（ｆ）は、本実施の形態における固体撮像素子１００の製造工程を示す図である。
【００６５】
まず、通常の半導体プロセスを用いて、Ｓｉ基板上に受光素子、および配線、遮光層、信号伝送部、反射防止膜からなる半導体集積回路２４を形成する。１画素のサイズは、例えば、２．２５μｍ角であり、受光部は１．５μｍ角である。
【００６６】
次に、図７（ａ）〜（ｆ）に示されるように、半導体集積回路２４上に、色分離６１、赤色透過膜１３１、緑色透過膜１３２、青色透過膜１３３を形成する。
【００６７】
具体的には、まず、半導体集積回路２４上にＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）溶液中に分散させた酸化銅粒子溶液をスピンオン法で塗布し、４００℃で焼成し、光吸収材料１２０を形成する。光吸収材料１２０の上にレジスト２２を塗布する。その後、光露光２５によって、レジスト２２をパターニングする（以上、図７（ａ））。
【００６８】
現像した後、ドライエッチ法とウェットエッチ法で、色分離６１を形成し、レジストを除去する（図７（ｂ））。
【００６９】
続いて、ＳＯＧ溶液中に分散させた金粒子溶液をスピンオン法で塗布し、２５０℃で仮焼成し、赤色透過材料１２１を形成し、レジストを塗布した後、再び光露光によってレジストをパターニングする（図７（ｃ））。ドライエッチ法やウェットエッチ法で、赤色透過膜１３１を形成し、レジストを除去し、４００℃で焼成する。
【００７０】
続いて、ＳＯＧ溶液中に分散させたコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物粒子溶液をスピンオン法で塗布し、２５０℃で仮焼成し、緑色透過材料１２２を形成し、レジストを塗布した後、再び光露光によってレジストをパターニングする（図７（ｄ））。ドライエッチ法とウェットエッチ法で、緑色透過膜１３２を形成する。ここで、４００℃焼成をしている赤色透過膜１３１は、２５０℃焼成のみで十分結晶化していない緑色透過材料１２２と比べドライエッチレートとウェットエッチレートが低いので、赤色透過膜１３１はほとんどエッチングされない。その後、レジストを除去し、４００℃で焼成する。
【００７１】
続いて、ＳＯＧ溶液中に分散させたコバルトアルミ酸化物粒子溶液をスピンオン法で塗布し、２５０℃で仮焼成し、青色透過材料１２３を形成し、レジストを塗布した後、再び光露光によってレジストをパターニングする（図７（ｅ））。ここで、４００℃焼成をしている赤色透過膜１３１、緑色透過膜１３２は、２５０℃焼成のみで十分結晶化していない青色透過材料１２３と比べドライエッチレートとウェットエッチレートが低いので、赤色透過膜１３１、緑色透過膜１３２はほとんどエッチングされない。
【００７２】
その後、レジストを除去し、４００℃で焼成する（図７（ｆ））。
【００７３】
図８（ａ）〜（ｇ）は、任意の光透過膜１３４上の分布屈折率レンズ１の製造工程を示す図である。図８では簡便のため、１種類の光透過膜１３４上での製造工程のみ図示しているが、赤色透過膜１３１、緑色透過膜１３２、青色透過膜１３３において同時に形成している。分布屈折率レンズ１は、２段同心円構造とし、その形成は２回のフォトリソグラフィとエッチングによって行った。光透過膜１３４の上にレジスト２２を塗布する。その後、光露光２５によって、レジスト２２をパターニングする（以上、図８（ａ））。なお、光透過膜（ここでは、酸化シリコン膜）１３４とレジスト２２の厚みは、それぞれ、１．２μｍと０．５μｍである。
【００７４】
現像した後、ドライエッチ法とウェットエッチ法によるエッチングを行い（図８（ｂ））、画素表面に微細構造を形成する（図８（ｃ））。レジスト２２を除去した後、バーク２７を埋め込み、平坦化する（図８（ｄ））。レジストを塗布した後、再び光露光２５によってパターニングを行う（図８（ｅ））。ドライエッチ法とウェットエッチ法によるエッチングの後（図８（ｆ））、レジストとバークを取り除くことによって本発明のレンズが形成される。（図８（ｇ））。
【００７５】
なお、本実施の形態では、２段同心円構造のレンズ形成を試みたが、図８（ａ）〜（ｇ）に示した、フォトリソグラフィとエッチングを組み合わせた工程を用いることにより、さらなる段数（即ち、３段以上）のレンズを構成することが可能である。段数が多ければ多いほど、屈折率分布の諧調数が増加することから、集光効率は向上する。
【００７６】
なお、分布屈折率レンズ１をナノインプリント法を用いて形成しても良い。
【００７７】
なお、赤色透過領域１１１に分散する粒子として金を例示したが、これに代えて、あるいは、これと共に、銅、クロム又は鉄クロム酸化物を含む材料でもよく、また、緑色透過領域１１２に分散する粒子としてコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物を例示したが、これに代えて、あるいは、これと共に、コバルトチタン酸化物、ニッケルチタン亜鉛酸化物又はコバルト亜鉛酸化物を含む材料でもよく、また、青色透過領域１１３に分散する粒子としてコバルトアルミ酸化物を例示したが、これに代えて、あるいは、これと共に、コバルトクロム酸化物を含む材料でも良い。
【００７８】
なお、実施の形態１では、３種類の光透過領域をもつ固体撮像素子を例示したが、金、銅、クロム、鉄クロム酸化物、コバルトチタンニッケル亜鉛酸化物、コバルトチタン酸化物、ニッケルチタン亜鉛酸化物、コバルト亜鉛酸化物、コバルトアルミ酸化物、コバルトクロム酸化物の少なくも２種類からなる粒子を混合した、その他の種類の光透過領域を形成しても良い。
【００７９】
なお、分布屈折率レンズ１を構成する材料の一つとして酸化シリコンを例示したが、高屈折率材料である窒化シリコン、酸化チタン又は酸化タンタルでも良い。
【００８０】
なお、色分離６１を構成する材料として酸化シリコン中に酸化銅粒子を分散させた材料を例示したが、酸化シリコンの代わりに窒化シリコン、酸化チタン又は酸化タンタルを使用し、この媒質に対して、酸化銅の代わりに、酸化スズ又は酸化コバルトの粒子を分散したものでも良い。
【００８１】
以上のように、本実施の形態における固体撮像素子１００によれば、集光と分光とが同一素子で行われることから、受光素子とマイクロレンズとの距離が縮小され、アスペクト比が抑制されることによって高画素化が容易になるとともに、レンズを透過させたい領域以外の入射光がレンズ材料で吸収されるため、選択透過光以外の領域の光が、レンズ材料の屈折率が空気より大きいことによってレンズ表面で反射されてしまうことが抑制されて高い色の再現性が確保され、これによって、高画素で、かつ、色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子が実現される。
【００８２】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る固体撮像素子について説明する。
【００８３】
図９は、本実施の形態に係る固体撮像素子１０１の基本構造を示す図である。図９に示されるように、固体撮像素子１０１は、２次元状に配列されたサイズが２．２５μｍ角の画素１００ａの集まりであり、分布屈折率レンズ１ａ、色分離６１ａ、反射防止膜６０、電気配線３、層間絶縁膜５、受光素子（Ｓｉフォトダイオード）６、Ｓｉ基板７を備える（なお、図９に示すように、電気配線３からＳｉ基板７までを「半導体集積回路８」ともいう。）。
【００８４】
本実施の形態における固体撮像素子１０１は、基本的には実施の形態１と同様の構成を有するが、分布屈折率レンズ１ａの素材（有機媒質に有機分子からなる粒子が分散されている）と、色分離６１ａの素材において実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００８５】
分布屈折率レンズ１ａは、マイクロレンズ（つまり、集光機能）とカラーフィルタ（つまり、分光機能）の両方の機能を備えるものであり、透過させる光の領域に対応する複数の集光素子（赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３）で構成される。
【００８６】
この分布屈折率レンズ１ａは、上記３色に対応した分光機能を実現するために、金属を含む粒径１００ｎｍ以下の粒子が分散されている。本実施の形態では、分散粒子として、金属を含む有機分子からなる粒子が用いられ、具体的には、赤色透過領域１１１には粒径分布２０ｎｍ〜１００ｎｍ（メジアン値：５０ｎｍ）のアントラキシレン（ＰＲ１７７）が、緑色透過領域１１２には粒径分布２０ｎｍ〜１００ｎｍ（メジアン値：７５ｎｍ）の塩臭化銅フタロシアニンが、青色透過領域１１３には粒径分布２０ｎｍ〜１００ｎｍ（メジアン値：２０ｎｍ）のε型銅フタロシアニンがアクリルやポリカーボネイトやポリスチレン等の透明樹脂中に分散されている。なお、透明樹脂（屈折率ｎ＝１．５のアクリル、屈折率ｎ＝１．５９のポリカーボネイト、屈折率ｎ＝１．６のポリスチレン）は、屈折率１．４以上で、この固体撮像素子１０１が受光する可視光から赤外光を５０％以上透過する媒質の一例、つまり、集光機能を発揮し得る透明な有機媒質の一例である。
【００８７】
色分離６１ａは、隣接する集光素子（赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３）の間に設けられ、隣接する集光素子間で光が漏れることを防止するものであり、可視光から赤外光を５０％以上吸収する材料からなる。その材料は、分散粒子として、粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２５ｎｍ）のカーボンブラックが酸化シリコン中に分散されたものである。
【００８８】
図１０は、本実施の形態による固体撮像素子１０１の受光感度特性（赤色透過領域の画素の感度特性１４１、緑色透過領域の画素の感度特性１４２、青色透過領域の画素の感度特性１４３）を示す。本図において、３つの色の中心波長のそれぞれをピークとする３つのカーブから分かるように、この実施の形態における固体撮像素子１０１は、赤色領域、緑色領域、青色領域で優れた分光特性を有している。
【００８９】
（実施の形態２の製造方法）
次に、本実施の形態における固体撮像素子１０１の製造方法について説明する。
【００９０】
図１１（ａ）〜（ｈ）は、本実施の形態における固体撮像素子１０１の製造工程を示す図である。
【００９１】
まず、通常の半導体プロセスを用いて、Ｓｉ基板上に受光素子、および配線、遮光層、信号伝送部、反射防止膜からなる半導体集積回路２４を形成する。１画素のサイズは、２．２５μｍ角であり、受光部は１．５μｍ角である。
【００９２】
次に、図１１（ａ）〜（ｈ）に示されるように、半導体集積回路上に色分離６１ａ、赤色透過膜１３１、緑色透過膜１３２、青色透過膜１３３を形成する。
【００９３】
まず、半導体集積回路２４上にアクリルやポリカーボネイトやポリエチレン等の透明樹脂中に分散させた感光性カーボンブラック粒子溶液をスピンオン法で塗布し、光吸収材料１２０を形成する。その後、光露光２５、によりパターニングする（以上、図１１（ａ））。現像し色分離６１ａを形成した後、透明樹脂中に分散させた感光性アントラキシレン溶液をスピンオン法で塗布し、赤色透過材料１２１を形成し、再び光露光２５によって赤色透過材料１２１をパターニングする（図１１（ｂ））。現像処理で、１段目の赤色透過膜１３１を形成した後、透明樹脂中に分散させた感光性アントラキシレン溶液を再度スピンオン法で塗布し、赤色透過材料１２１を形成する。再び光露光２５によって赤色透過材料１２１をパターニングする（図１１（ｃ））。
【００９４】
現像処理で、２段目の赤色透過膜１３１を形成した後、透明樹脂中に分散させた感光性塩臭化銅フタロシアニン溶液をスピンオン法で塗布し、緑色透過材料１２２を形成する。再び光露光２５によって緑色透過材料１２２をパターニングする（図１１（ｄ））。現像処理で、１段目の緑色透過膜１３２を形成した後、透明樹脂中に分散させた感光性塩臭化銅フタロシアニン溶液を再度スピンオン法で塗布し、緑色透過材料１２２を形成する。再び光露光２５によって緑色透過材料１２２をパターニングする（図１１（ｅ））。
【００９５】
現像処理で、２段目の緑色透過膜１３２を形成した後、透明樹脂中に分散させた感光性ε型銅フタロシアニン溶液をスピンオン法で塗布し、青色透過材料１２３を形成する。再び光露光２５によって青色透過材料１２３をパターニングする（図１１（ｆ））。現像処理で、１段目の青色透過膜１３３を形成した後、透明樹脂中に分散させた感光性青色透過材料１２３溶液を再度スピンオン法で塗布し、青色透過材料１２３を形成する。再び光露光２５によって青色透過材料１２３をパターニングする（図１１（ｇ））。
【００９６】
その後、現像処理することで、２段目の青色透過膜１３３を形成し、赤色、緑色、青色分布屈折率レンズが形成できる（図１１（ｈ））。
【００９７】
なお、分布屈折率レンズ１ａをナノインプリント法を用いて形成しても良い。
【００９８】
なお、分布屈折率レンズ１ａを構成する材料の一つとして透明樹脂を例示したが、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン、酸化タンタルでも良い。
【００９９】
なお、色分離６１ａを構成する材料として透明樹脂中にカーボンブラック粒子を分散させた材料を例示したが、透明樹脂の代わりに酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン又は酸化タンタルを使用し、この媒質に対して、カーボンブラックの代わりに、酸化銅、酸化スズ又は酸化コバルトの粒子を分散したものでも良い。
【０１００】
以上のように、本実施の形態における固体撮像素子１０１によれば、集光と分光とが同一素子で行われることから、受光素子とマイクロレンズとの距離が縮小され、アスペクト比が抑制されることによって高画素化が容易になるとともに、レンズを透過させたい領域以外の入射光がレンズ材料で吸収されるため、選択透過光以外の領域の光がレンズ表面で反射されてしまうことが抑制されて高い色の再現性が確保され、これによって、高画素で、かつ、色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子が実現される。
【０１０１】
また、本実施の形態では、分布屈折率レンズは、有機媒質と有機の分散粒子で構成され、パターニングによって簡易に製造できる。
【０１０２】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３における固体撮像素子について説明する。
【０１０３】
図１２は、実施の形態３に係る凹型構造の分布屈折率レンズ１ｂをもつ固体撮像素子１０２を示す図であり、図１３は、凹型構造の分布屈折率レンズ１ｂを示す図である。この固体撮像素子１０２は、２次元状に配列された画素１００ａの集まりであり、分布屈折率レンズ１ｂ、色分離６１ｂ、反射防止膜６０、電気配線３、層間絶縁膜５、受光素子６、Ｓｉ基板７を備える。
【０１０４】
本実施の形態における固体撮像素子１０２は、基本的には実施の形態１と同様の構成を有するが、分布屈折率レンズ１ｂの素材（高屈折率材料および低屈折率材料）および構造（下方向に凸型）と、色分離６１ｂの素材において実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【０１０５】
分布屈折率レンズ１ｂは、マイクロレンズ（つまり、集光機能）とカラーフィルタ（つまり、分光機能）の両方の機能を備えるものであり、透過させる光の領域に対応する複数の集光素子（赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３）で構成される。この分布屈折率レンズ１は、上記３色に対応した分光機能を実現するために、金属を含む粒径１００ｎｍ以下の粒子が分散されている。本実施の形態では、分散粒子として、赤色透過領域１１１には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：１５ｎｍ）の金が、緑色透過領域１１２には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２５ｎｍ）のコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物が、青色透過領域１１３には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２０ｎｍ）のコバルトアルミ酸化物が酸化チタン中に分散されている。なお、酸化チタン（屈折率ｎ＝２．５）は、屈折率１．７以上で、この固体撮像素子１０２が受光する可視光から赤外光を５０％以上透過する媒質の一例、つまり、集光機能を発揮し得る透明な無機媒質の一例である。この分布屈折率レンズ１ｂは、構造的には、実施の形態１における分布屈折率レンズ１の天地をひっくり返した構造を有し、その結果、屈折率１．７以上の該固体撮像素子が受光する可視光から赤外光を５０％以上透過する媒質であって、集光素子の最上層が前記媒質で覆われている。
【０１０６】
色分離６１ｂは、隣接する集光素子（赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３）の間に設けられ、隣接する集光素子間で光が漏れることを防止するものであり、可視光から赤外光を５０％以上吸収する材料からなる。その材料は、分散粒子として、粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２５ｎｍ）の酸化銅が窒化シリコン中に分散されたものである。
【０１０７】
分布屈折率レンズ最表面には、分布屈折率レンズ１ｂより屈折率の小さい酸窒化シリコンが反射防止膜６２として形成されている。
【０１０８】
本構造のレンズの特長の１点目は、光入射面側の構造が大きく、基板側の構造が小さいということである。このような凹型構造では、レンズ表面の平坦度が高くなるため、入射光の表面での散乱ロスが低下し、集光効率が向上する。また、本レンズの特長の２点目は、製造プロセスの簡素化が可能な点と微細加工の容易化が可能な点である。
【０１０９】
また、この分布屈折率レンズ１ｂは分光機能を有するため、隣接する分布屈折率レンズ１ｂを透過した斜入射光による混色を防ぐために、隣接する分布屈折率レンズ１ｂの表面は、隣接する分布屈折率レンズ１ｂの表面との間に固体撮像素子１０２の高さ方向に集光素子が透過する光の中心波長の５０％以上の段差がない。つまり、隣接する集光素子の表面どうしの間の段差は、いずれも、固体撮像素子の高さ方向に、集光素子が透過する光の中心波長の５０％未満である。レンズ表面の平坦度を上げるためには、分布屈折率レンズ１ｂの厚さを揃える必要がある。単純に厚くすると所望の分光特性から外れるので、分布屈折率レンズ１ｂを厚くする場合は粒子濃度を薄く、逆に分布屈折率レンズ１ｂを薄くするときには粒子濃度を多くし、分散する粒子の濃度を調整する。
【０１１０】
次に反射特性を図１４に示す。分布屈折率レンズ１ｂの表面が平滑であるが、赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３でそれぞれ選択した透過光以外の入射光を吸収するため、いずれの透過領域でも反射率は略１５％以下の低い値となっている。
【０１１１】
本実施の形態により、高画素で、かつ色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子が実現できる。
【０１１２】
（実施の形態３の製造方法）
次に、本実施の形態における固体撮像素子１０２の製造方法について説明する。
【０１１３】
図１５（ａ）〜（ｄ）に、本実施の形態に係る分布屈折率レンズの製造工程を示す。まず、通常の半導体プロセスを用いて、シリコン基板上に受光素子、および配線、遮光層、信号伝送部からなる半導体集積回路２４を形成する。１画素のサイズは、２．２５μｍ角であり、受光部は１．５μｍ角である。その後に、プラズマＣＶＤを用いて、低屈折率材料として酸化シリコン膜２３を形成し、その上にレジスト２２を塗布した後、光リソグラフィによってパターニングする（以上、図１５（ａ））。酸化シリコン膜とレジストの厚みはそれぞれ、１．２μｍと０．５μｍである。上記実施の形態１の図８に記載した工程と同様に、パターニングとバークの埋め込み、エッチング２６を繰り返し、２段同心円構造を形成する（図１５（ｂ））。レジストとバークを除去することで、低屈折率材料としての酸化シリコン２３を残した後（図１５（ｃ））、高屈折率材料４２として、実施の形態１に例示した製造方法と同様に赤色透過膜１３１、緑色透過膜１３２、青色透過膜１３３を埋め込む（図１５（ｄ））。最後にレンズ表面をＣＭＰ法あるいはエッチバック法で、隣接する分布屈折率レンズ１ｂの表面との間に固体撮像素子１０２の高さ方向に集光素子が透過する光の中心波長の５０％以上の段差がないように平坦化することによって、酸化シリコン２３中に埋め込まれた分布屈折率レンズ１ｂが形成される。つまり、屈折率１．７以上の媒質で集光素子の最上層が覆われた分布屈折率レンズ１ｂが完成される。
【０１１４】
形成した分布屈折率レンズ１ｂ上に、酸窒化シリコンをＣＶＤ法で成膜し反射防止膜６２を形成する。
【０１１５】
図１５の工程を採用することにより、比較的に微細加工が容易であるシリカ系材料、樹脂材料をテンプレートとして、一般的に微細加工が困難であるとされている、高屈折率材料（窒化シリコン、酸化シリコン等）のレンズを形成することができる。また、上段と下段の光透過材料の埋め込みを一括で実行できるため、工程数を減少させ、生産コストを抑えることができる。
【０１１６】
なお、酸化シリコンの埋め込み（図１５（ｃ））をナノインプリント法を用いて形成しても良い。
【０１１７】
なお、赤色透過領域１１１に分散する粒子として金を例示したが、これに代えて、あるいは、これと共に、銅、クロム又は鉄クロム酸化物を含む材料でもよく、緑色透過領域１１２に分散する粒子としてコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物を例示したが、これに代えて、あるいは、これと共に、コバルトチタン酸化物、ニッケルチタン亜鉛酸化物又はコバルト亜鉛酸化物を含む材料でもよく、青色透過領域１１３に分散する粒子としてコバルトアルミ酸化物を例示したが、これに代えて、あるいは、これと共に、コバルトクロム酸化物を含む材料でも良い。
【０１１８】
なお、実施の形態３では３種類の光透過領域をもつ固体撮像素子を例示したが、金、銅、クロム、鉄クロム酸化物、コバルトチタンニッケル亜鉛酸化物、コバルトチタン酸化物、ニッケルチタン亜鉛酸化物、コバルト亜鉛酸化物、コバルトアルミ酸化物、コバルトクロム酸化物の少なくも２種類からなる粒子を混合した、その他の種類の光透過領域を形成しても良い。
【０１１９】
なお、分布屈折率レンズ１ｂを構成する材料の一つとして酸化チタンを例示したが、高屈折率材料である窒化シリコン又は酸化タンタルでも良い。
【０１２０】
なお、色分離６１ｂを構成する材料として窒化シリコン中に酸化銅粒子を分散させた材料を例示したが、窒化シリコンの変わりに酸化シリコン、酸化チタン又は酸化タンタルを使用し、この媒質に対して、酸化銅の変わりに、炭素、酸化スズ又は酸化コバルトの粒子を分散したものでも良い。
【０１２１】
以上のように、本実施の形態における固体撮像素子１０２によれば、集光と分光とが同一素子で行われることから、受光素子とマイクロレンズとの距離が縮小され、アスペクト比が抑制されることによって高画素化が容易になるとともに、レンズを透過させたい領域以外の入射光がレンズ材料で吸収されるため、選択透過光以外の領域の光がレンズ表面で反射されてしまうことが抑制されて高い色の再現性が確保され、これによって、高画素で、かつ、色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子が実現される。
【０１２２】
また、本実施の形態における分布屈折率レンズでは、隣接するレンズの表面との間に固体撮像素子の高さ方向に集光素子が透過する光の中心波長の５０％以上の段差がない構造となっているので、隣接するフィルタを透過した斜入射光による混色が防止される。
【０１２３】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４における固体撮像素子について説明する。
【０１２４】
図１６は、本実施の形態に係る固体撮像素子１０３の基本構造を示す図である。この固体撮像素子１０３は、２次元状に配列された画素１００ａの集まりであり、分布屈折率レンズ１ｃ、色分離６１、反射防止膜６０、電気配線３、層間絶縁膜５、受光素子６、Ｓｉ基板７を備える。
【０１２５】
本実施の形態における固体撮像素子１０３は、基本的には実施の形態１と同様の構成を有するが、分布屈折率レンズ１ｃの素材（高屈折率材料の媒質および低屈折率材料）において実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【０１２６】
図１６に示されるように、分布屈折率レンズ１ｃは、マイクロレンズ（つまり、集光機能）とカラーフィルタ（つまり、分光機能）の両方の機能を備えるものであり、透過させる光の領域に対応する複数の集光素子（赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３）からなり、低屈折率材料として、空気で形成された実施の形態１と異なり、低屈折率の赤色透過材料１５１、低屈折率の緑色透過材料１５２、低屈折率の青色透過材料１５３で覆われ（充填され）ている。
【０１２７】
この分布屈折率レンズ１ｃは、上記３色に対応した分光機能を実現するために、金属を含む粒径１００ｎｍ以下の粒子が分散されている。本実施の形態では、高屈折率材料の部分では、分散粒子として、赤色透過領域１１１には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：１５ｎｍ）の金が、緑色透過領域１１２には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２５ｎｍ）のコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物が、青色透過領域１１３には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２０ｎｍ）のコバルトアルミ酸化物が酸化チタン中に分散されている。なお、酸化チタン（屈折率ｎ＝２．５）は、屈折率１．７以上で、この固体撮像素子１０３が受光する可視光から赤外光を５０％以上透過する媒質の一例、つまり、集光機能を発揮し得る透明な無機媒質の一例である。
【０１２８】
また、分布屈折率レンズ１ｃの低屈折率材料の部分では、分散粒子として低屈折率の赤色透過材料１５１には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：１５ｎｍ）の金が、低屈折率の緑色透過材料１５２には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２５ｎｍ）のコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物が、低屈折率の青色透過材料１５３には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２０ｎｍ）のコバルトアルミ酸化物が酸化シリコン中に分散されている。
【０１２９】
このように、本実施の形態における分布屈折率レンズ１ｃでは、高屈折率材料および低屈折率材料は異なる媒質からなるが、両媒質に分散される粒子は同一である。  分布屈折率レンズ１ｃは、電気配線３から層間絶縁膜５と窒化シリコン膜を窒酸化シリコン膜の上下に積層した反射防止膜６０とで、電気絶縁されている。
【０１３０】
色分離６１は、隣接する集光素子（赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３）の間に設けられ、隣接する集光素子間で光が漏れることを防止するものであり、可視光から赤外光を５０％以上吸収する材料からなる。その材料は、分散粒子として、粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２５ｎｍ）の酸化銅が酸化シリコン中に分散されたものである。
【０１３１】
本実施の形態により、高画素で、かつ色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子が実現できる。
【０１３２】
（実施の形態４の製造方法）
次に、本実施の形態における固体撮像素子の製造方法について説明する。
【０１３３】
図１７（ａ）〜（ｅ）に製作工程を示す。まず、実施の形態１あるいは２の製造方法のように、半導体集積回路上に色分離６１、分布屈折率レンズ１ｃの高屈折率材料の部分（赤色透過膜１３１、緑色透過膜１３２、青色透過膜１３３）を形成する（以上、図１７（ａ））。
【０１３４】
続いて、分布屈折率レンズ１ｃの低屈折率材料の部分を形成するために、まず、ＳＯＧ溶液中に分散させた金粒子溶液をスピンオン法で塗布し、２５０℃で仮焼成し、赤色透過材料１５１を形成し、レジストを塗布した後、再び光露光によってレジストをパターニングする（図１７（ｂ））。ドライエッチ法やウェットエッチ法で、低屈折率の赤色透過材料１５１を形成し、レジストを除去し、４００℃で焼成する。続いて、ＳＯＧ溶液中に分散させたコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物粒子溶液をスピンオン法で塗布し、２５０℃で仮焼成し、緑色透過材料１５２を形成し、レジストを塗布した後、再び光露光によってレジストをパターニングする（図１７（ｃ））。ドライエッチ法とウェットエッチ法で、低屈折率の緑色透過材料１５２を形成する。ここで、４００℃焼成をしている低屈折率の赤色透過材料１５１は、２５０℃焼成のみで十分結晶化していない低屈折率の緑色透過材料１５２と比べドライエッチレートとウェットエッチレートが低いので、低屈折率の赤色透過材料１５１はほとんどエッチングされない。その後、レジストを除去し、４００℃で焼成する。続いて、ＳＯＧ溶液中に分散させたコバルトアルミ酸化物粒子溶液をスピンオン法で塗布し、２５０℃で仮焼成し、青色透過材料１５３を形成し、レジストを塗布した後、再び光露光によってレジストをパターニングする（図１７（ｄ））。ここで、４００℃焼成をしている低屈折率の赤色透過材料１５１、低屈折率の緑色透過材料１５２は、２５０℃焼成のみで十分結晶化していない青色透過材料１５３と比べドライエッチレートとウェットエッチレートが低いので、低屈折率の赤色透過材料１５１、低屈折率の緑色透過材料１５２はほとんどエッチングされない。その後、レジストを除去し、４００℃で焼成する（図１７（ｅ））。
【０１３５】
なお、赤色透過領域１１１に分散する粒子として金を例示したが、これに代えて、あるいは、これと共に、銅、クロム又は鉄クロム酸化物を含む材料でもよく、緑色透過領域１１２に分散する粒子としてコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物を例示したが、これに代えて、あるいは、これと共に、コバルトチタン酸化物、ニッケルチタン亜鉛酸化物又はコバルト亜鉛酸化物を含む材料でもよく、青色透過領域１１３に分散する粒子としてコバルトアルミ酸化物を例示したが、これに代えて、あるいは、これと共に、コバルトクロム酸化物を含む材料でも良い。
【０１３６】
なお、実施の形態４では３種類の光透過領域をもつ固体撮像素子を例示したが、金、銅、クロム、鉄クロム酸化物、コバルトチタンニッケル亜鉛酸化物、コバルトチタン酸化物、ニッケルチタン亜鉛酸化物、コバルト亜鉛酸化物、コバルトアルミ酸化物、コバルトクロム酸化物の少なくも２種類からなる粒子を混合した、その他の種類の光透過領域を形成しても良い。
【０１３７】
なお、分布屈折率レンズ１ｃの高屈折率材料の部分を構成する材料の一つとして酸化チタンを例示したが、高屈折率材料である窒化シリコン又は酸化タンタルでも良い。
【０１３８】
なお、低屈折率の赤色透過材料１５１、低屈折率の緑色透過材料１５２、低屈折率の青色透過材料１５３を構成する材料として酸化シリコンを例示したが、透明樹脂でも良い。
【０１３９】
なお、色分離６１を構成する材料として酸化シリコン中に酸化銅粒子を分散させた材料を例示したが、酸化シリコンの代わりに窒化シリコン、酸化チタン又は酸化タンタルを使用し、この媒質に対して、酸化銅の代わりに、酸化スズ又は酸化コバルトの粒子を分散したものでも良い。
【０１４０】
以上のように、本実施の形態における固体撮像素子１０３によれば、集光と分光とが同一素子で行われることから、受光素子とマイクロレンズとの距離が縮小され、アスペクト比が抑制されることによって高画素化が容易になるとともに、レンズを透過させたい領域以外の入射光がレンズ材料で吸収されるため、選択透過光以外の領域の光がレンズ表面で反射されてしまうことが抑制されて高い色の再現性が確保され、これによって、高画素で、かつ、色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子が実現される。
【０１４１】
また、本実施の形態における分布屈折率レンズでは、媒質（高屈折率材料の）に含有される粒子と、光透過膜（低屈折率材料）に含有される粒子が同一の金属を含むので、レンズ全ての領域で同一特性の分光が実現される。
【０１４２】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５における固体撮像素子について説明する。
【０１４３】
図１８は、本実施の形態に係る固体撮像素子１０４の基本構造を示す図である。この固体撮像素子１０４は、２次元状に配列された画素１００ａの集まりであり、分布屈折率レンズ１ｄ、色分離６１、反射防止膜６０、電気配線３、層間絶縁膜５、受光素子６、Ｓｉ基板７を備える。
【０１４４】
本実施の形態における固体撮像素子１０４は、基本的には実施の形態１と同様の構成を有するが、分布屈折率レンズ１ｄの素材（高屈折率材料の媒質および低屈折率材料）において実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【０１４５】
図１８に示されるように、分布屈折率レンズ１ｄは、マイクロレンズ（つまり、集光機能）とカラーフィルタ（つまり、分光機能）の両方の機能を備えるものであり、透過させる光の領域に対応する複数の集光素子（赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３）からなりは、低屈折率材料として、空気で形成された実施の形態１と異なり、透明低屈折率材料１６１で覆われ（充填され）ている。
【０１４６】
この分布屈折率レンズ１ｄは、上記３色に対応した分光機能を実現するために、金属を含む粒径１００ｎｍ以下の粒子が分散されている。本実施の形態では、高屈折率材料の部分では、分散粒子として、赤色透過領域１１１には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：１５ｎｍ）の金が、緑色透過領域１１２には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２５ｎｍ）のコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物が、青色透過領域１１３には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２０ｎｍ）のコバルトアルミ酸化物が酸化チタン中に分散されている。なお、酸化チタン（屈折率ｎ＝２．５）は、屈折率１．７以上で、この固体撮像素子１０４が受光する可視光から赤外光を５０％以上透過する媒質の一例、つまり、集光機能を発揮し得る透明な無機媒質の一例である。
【０１４７】
また、分布屈折率レンズ１ｄの低屈折率材料の部分である透明低屈折率材料１６１はＳＯＧである。
【０１４８】
このように、本実施の形態における分布屈折率レンズ１ｄでは、高屈折率材料および低屈折率材料は異なる媒質からなり、かつ、両媒質に分散される粒子も異なる。
【０１４９】
分布屈折率レンズ１ｄは、電気配線３から層間絶縁膜５と窒化シリコン膜を窒酸化シリコン膜の上下に積層した反射防止膜６０とで、電気絶縁されている。
【０１５０】
本実施の形態により、高画素で、かつ色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子が実現できる。
【０１５１】
（実施の形態５の製造方法）
次に、本実施の形態における固体撮像素子の製造方法について説明する。
【０１５２】
図１９（ａ）〜（ｂ）に製作工程を示す。まず、実施の形態１あるいは２の製造方法のように、半導体集積回路上に色分離６１、分布屈折率レンズ１ｄの高屈折率材料の部分（赤色透過膜１３１、緑色透過膜１３２、青色透過膜１３３）を形成する（以上、図１９（ａ））。
【０１５３】
続いて、分布屈折率レンズ１ｄの低屈折率材料の部分を形成するために、透明樹脂中に分散させた酸化シリコン粒子溶液をスピンオン法で塗布し、２５０℃で焼成し、透明低屈折率材料１６１を形成する（図１９（ｂ））。
【０１５４】
なお、赤色透過領域１１１に分散する粒子として金を例示したが、これに代えて、あるいは、これと共に、銅、クロム又は鉄クロム酸化物を含む材料でもよく、緑色透過領域１１２に分散する粒子としてコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物を例示したが、これに代えて、あるいは、これと共に、コバルトチタン酸化物、ニッケルチタン亜鉛酸化物又はコバルト亜鉛酸化物を含む材料でもよく、青色透過領域１１３に分散する粒子としてコバルトアルミ酸化物を例示したが、これに代えて、あるいは、これと共に、コバルトクロム酸化物を含む材料でも良い。
【０１５５】
なお、実施の形態５では３種類の光透過領域をもつ固体撮像素子を例示したが、金、銅、クロム、鉄クロム酸化物、コバルトチタンニッケル亜鉛酸化物、コバルトチタン酸化物、ニッケルチタン亜鉛酸化物、コバルト亜鉛酸化物、コバルトアルミ酸化物、コバルトクロム酸化物の少なくも２種類からなる粒子を混合した、その他の種類の光透過領域を形成しても良い。
【０１５６】
なお、透明低屈折率材料１６１は、分散粒子として粒径分布５ｎｍ〜１００ｎｍ（メジアン値：３０ｎｍ）の酸化シリコンが、アクリルやポリカーボネイトやポリスチレン等の透明樹脂中に分散された材料でも良い。
【０１５７】
なお、分布屈折率レンズ１ｄを構成する材料の一つとして酸化チタンを例示したが、高屈折率材料である窒化シリコン又は酸化タンタルでも良い。
【０１５８】
なお、色分離６１を構成する材料として酸化シリコン中に酸化銅粒子を分散させた材料を例示したが、酸化シリコンの代わりに窒化シリコン、酸化チタン又は酸化タンタルを使用し、この媒質に対して、酸化銅の代わりに、酸化スズ又は酸化コバルトの粒子を分散したものでも良い。
【０１５９】
以上のように、本実施の形態における固体撮像素子１０４によれば、集光と分光とが同一素子で行われることから、受光素子とマイクロレンズとの距離が縮小され、アスペクト比が抑制されることによって高画素化が容易になるとともに、レンズを透過させたい領域以外の入射光がレンズ材料で吸収されるため、選択透過光以外の領域の光がレンズ表面で反射されてしまうことが抑制されて高い色の再現性が確保され、これによって、高画素で、かつ、色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子が実現される。
【０１６０】
また、本実施の形態における分布屈折率レンズでは、媒質（高屈折率材料の）に含有される粒子と、光透過膜（低屈折率材料）に含有される粒子が異なるので、分光特性の実現における設計の自由度が大きくなり、所望の特性の分光が実現される。
【０１６１】
（実施の形態６）
次に、実施の形態６における固体撮像素子について説明する。
【０１６２】
図２０は、本実施の形態に係る固体撮像素子１０５の基本構造を示す図である。この固体撮像素子１０５は、２次元状に配列された画素１００ａの集まりであり、分布屈折率レンズ１ｅ、色分離６１、反射防止膜６０、電気配線３、層間絶縁膜５、受光素子６、Ｓｉ基板７を備える。
【０１６３】
本実施の形態における固体撮像素子１０５は、基本的には実施の形態１と同様の構成を有するが、分布屈折率レンズ１ｅの各透過領域１１１〜１１３に透過率の低い領域１７１〜１７３が形成されている点で、実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【０１６４】
図２０に示されるように、分布屈折率レンズ１ｅは、マイクロレンズ（つまり、集光機能）とカラーフィルタ（つまり、分光機能）の両方の機能を備えるものであり、透過させる光の領域に対応する複数の集光素子（赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３）からなりは、周縁部に、それぞれ透過率の低い領域１７１、１７２、１７３を有する。
【０１６５】
この分布屈折率レンズ１ｅは、上記３色に対応した分光機能を実現するために、金属を含む粒径１００ｎｍ以下の粒子が分散されている。本実施の形態では、分散粒子として、赤色透過領域１１１には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：１５ｎｍ）の金が、緑色透過領域１１２には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２５ｎｍ）のコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物が、青色透過領域１１３には粒径分布５ｎｍ〜５０ｎｍ（メジアン値：２０ｎｍ）のコバルトアルミ酸化物が酸化シリコン中に分散されている。なお、酸化シリコン（屈折率ｎ＝１．４５）は、屈折率１．４以上で、この固体撮像素子１０５が受光する可視光から赤外光を５０％以上透過する媒質の一例、つまり、集光機能を発揮し得る透明な無機媒質の一例である。
【０１６６】
赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３からなる分布屈折率レンズ１ｅは、それぞれ透過率の低い領域１７１、１７２、１７３とそれ以外の領域とで、透過率の低い領域のほうが金属粒子の濃度がおおむね５倍多くすることにより、分光プロファイルは同一のまま透過率のみを低くしている。これによって、本実施の形態における分布屈折率レンズ１ｅは、同心構造の光（波長）吸収特性の分布を有する。
【０１６７】
以上のように、本実施の形態における固体撮像素子１０５によれば、集光と分光とが同一素子で行われることから、受光素子とマイクロレンズとの距離が縮小され、アスペクト比が抑制されることによって高画素化が容易になるとともに、レンズを透過させたい領域以外の入射光がレンズ材料で吸収されるため、選択透過光以外の領域の光がレンズ表面で反射されてしまうことが抑制されて高い色の再現性が確保され、これによって、高画素で、かつ、色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子が実現される。
【０１６８】
また、本実施の形態における分布屈折率レンズは、各色の透過領域の周縁部に透過率の低い領域が形成され、同心構造の光（波長）吸収特性の分布を備えるようにレンズ中央部と端部とで透過率を最適化することが容易となり、これによって、集光効率の高い固体撮像素子が実現される。
【０１６９】
（実施の形態７）
次に、実施の形態７における固体撮像素子について説明する。
【０１７０】
図２１は、実施の形態７に係る凸型構造の分布屈折率レンズ１ｆをもつ固体撮像素子１０６を示す図である。この固体撮像素子１０６は、２次元状に配列された画素１００ａの集まりであり、分布屈折率レンズ１ｆ、色分離６１ｃ、反射防止膜６０、電気配線３、層間絶縁膜５、受光素子６、Ｓｉ基板７を備える。
【０１７１】
本実施の形態における固体撮像素子１０６は、基本的には実施の形態１と同様の構成を有するが、分布屈折率レンズ１ｆの素材および構造と、色分離６１ｃの素材において実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【０１７２】
分布屈折率レンズ１ｆは、マイクロレンズ（つまり、集光機能）とカラーフィルタ（つまり、分光機能）の両方の機能を備えるものであり、透過させる光の領域に対応する複数の集光素子（赤色透過領域１１１、緑色透過領域１１２、青色透過領域１１３）で構成され、凸曲面の上面を有する点に特徴を有する。本構造の特長は、分布屈折率レンズ１ｆの形状を形成するためのリソグラフィ工程やエッチ工程が不要となり製造プロセスの簡素化が可能な点である。
【０１７３】
赤色透過領域１１１に分散する粒子として少なくとも金、銅、クロム又は鉄クロム酸化物を含む材料であり、緑色透過領域１１２に分散する粒子として少なくともコバルトチタンニッケル亜鉛酸化物、コバルトチタン酸化物、ニッケルチタン亜鉛酸化物又はコバルト亜鉛酸化物を含む材料であり、青色透過領域１１３に分散する粒子として少なくともコバルトアルミ酸化物又はコバルトクロム酸化物を含む材料である。
【０１７４】
なお、本実施の形態の固体撮像素子１０６は３種類の光透過領域だけでなく、金、銅、クロム、鉄クロム酸化物、コバルトチタンニッケル亜鉛酸化物、コバルトチタン酸化物、ニッケルチタン亜鉛酸化物、コバルト亜鉛酸化物、コバルトアルミ酸化物、コバルトクロム酸化物の少なくも２種類からなる粒子を混合した、その他の種類の光透過領域を形成しても良い。
【０１７５】
分布屈折率レンズ１ｆを構成する材料して少なくとも酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン又は酸化タンタルを含む材料である。
【０１７６】
色分離６１ｃを構成する材料としては、媒質として少なくとも酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン又は酸化タンタルを含む材料であり、分散する粒子として少なくとも酸化銅、炭素、酸化スズ又は酸化コバルトの粒子を含むものである。
【０１７７】
本実施の形態により、高画素で、かつ色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子が実現できる。
【０１７８】
（実施の形態７の製造方法）
次に、本実施の形態における固体撮像素子の製造方法について説明する。
【０１７９】
赤色透過膜１３１、緑色透過膜１３２、青色透過膜１３３の形成までは、実施の形態１に例示した製造方法と同様に行う。
【０１８０】
赤色透過膜１３１、緑色透過膜１３２、青色透過膜１３３形成後、４５０℃の熱処理を加えることにより凸レンズ形状への成形を行う。このときに紫外線を照射させながら行っても良い。
【０１８１】
なお、凸レンズ形状の形成にナノインプリント法を用いて形成しても良い。
【０１８２】
以上のように、本実施の形態における固体撮像素子１０６によれば、集光と分光とが同一素子で行われることから、受光素子とマイクロレンズとの距離が縮小され、アスペクト比が抑制されることによって高画素化が容易になるとともに、レンズを透過させたい領域以外の入射光がレンズ材料で吸収されるため、選択透過光以外の領域の光がレンズ表面で反射されてしまうことが抑制されて高い色の再現性が確保され、これによって、高画素で、かつ、色の再現性が高いカラーフィルタを備えた固体撮像素子が実現される。
【０１８３】
また、本実施の形態における分布屈折率レンズは、その形状を形成するためのリソグラフィ工程やエッチ工程が不要となり、製造プロセスが簡素化される。
【０１８４】
以上、本発明に係る固体撮像素子について、実施の形態１〜７に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。実施の形態１〜７における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の形態や、実施の形態１〜７に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る固体撮像素子を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１８５】
本発明の固体撮像素子は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のデジタルカメラに使用される固体撮像素子として、特に高画素数や小チップ面積を実現するために不可欠な微細な画素を有する固体撮像素子として、有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１８６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における固体撮像素子の断面構造を示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態における分布屈折率レンズの上面構造を示す図
【図３】本発明の第１の実施の形態における分布屈折率レンズの断面構造を示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態における分布屈折率レンズ（等ピッチ）を構成する基本構造を示す図
【図５】本発明の第１の実施の形態における固体撮像素子の感度特性のグラフ
【図６】本発明の第１の実施の形態における固体撮像素子の反射率特性のグラフ
【図７】本発明の第１の実施の形態における光透過膜の製造工程を示す図
【図８】本発明の第１の実施の形態における集光素子の製造工程を示す図
【図９】本発明の第２の実施の形態における固体撮像素子の断面構造を示す図
【図１０】本発明の第２の実施の形態における固体撮像素子の感度特性のグラフ
【図１１】本発明の第２の実施の形態における集光素子の製造工程を示す図
【図１２】本発明の第３の実施の形態における固体撮像素子の断面構造を示す図
【図１３】本発明の第３の実施の形態における分布屈折率レンズの断面構造を示す図
【図１４】本発明の第３の実施の形態における固体撮像素子の反射率特性のグラフ
【図１５】本発明の第３の実施の形態における分布屈折率レンズの製造工程を示す図
【図１６】本発明の第４の実施の形態における固体撮像素子の断面構造を示す図
【図１７】本発明の第４の実施の形態における分布屈折率レンズの製造工程を示す図
【図１８】本発明の第５の実施の形態における固体撮像素子の断面構造を示す図
【図１９】本発明の第５の実施の形態における分布屈折率レンズの製造工程を示す図
【図２０】本発明の第６の実施の形態における固体撮像素子の断面構造を示す図
【図２１】本発明の第７の実施の形態における固体撮像素子の断面構造を示す図
【図２２】従来に係る固体撮像素子の基本構造の一例
【符号の説明】
【０１８７】
１、１ａ〜１ｆ    分布屈折率レンズ（同心円構造）
２    カラーフィルタ
３    電気配線  兼  遮光膜
４    電気信号伝送部
５    層間絶縁膜
６    受光素子（Ｓｉフォトダイオード）
７    Ｓｉ基板
８    半導体集積回路（前記２〜７によって構成）
９    入射光
１０  酸化シリコン層（膜厚１．２μｍ；ｎ＝１．４５）
１１  酸化シリコン層（膜厚０．８μｍ）
１２  酸化シリコン層（膜厚０μｍ＝空気（ｎ＝１．０））
１３  等ピッチ（０．２μｍ）
１４  光学中心
１５  総膜厚（１．２μｍ）
１６  上段膜厚（０．４μｍ）
２２  レジスト
２３  酸化シリコン
２４  半導体集積回路（前記要素２〜７によって構成される）
２５  光リソグラフィ
２６  エッチング
２７  バーク
４２  高屈折率材料（赤色透過膜、緑色透過膜、青色透過膜）の埋め込み
５３  入射光
５４  光学レンズ
５５  固体撮像素子
５６  斜め入射光
５７  マイクロレンズ
６０  反射防止膜
６１、６１ａ〜６１ｃ  色分離
６２  反射防止膜
１００〜１０６  固体撮像素子
１００ａ  画素
１１１  赤色透過領域
１１２  緑色透過領域
１１３  青色透過領域
１２０  光吸収材料
１２１  赤色透過材料
１２２  緑色透過材料
１２３  青色透過材料
１３１  赤色透過膜
１３２  緑色透過膜
１３３  青色透過膜
１３４  任意の光透過膜
１４１  赤色透過領域の画素の感度特性
１４２  緑色透過領域の画素の感度特性
１４３  青色透過領域の画素の感度特性
１５１  低屈折率の赤色透過材料
１５２  低屈折率の緑色透過材料
１５３  低屈折率の青色透過材料
１６１  透明低屈折率材料
１７１  透過率の低い赤色透過材料
１７２  透過率の低い緑色透過材料
１７３  透過率の低い青色透過材料
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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