(57)【要約】【課題】固体撮像装置の解像度が近赤外光の解像度によって制限される度合いを低減する。【解決手段】固体撮像装置は、受光する光のピーク波長が第１波長であるフォトダイオード（１１１ａ）に対応する光学部材（１１７ａ）と、受光する光のピーク波長が第１波長よりも短い第２波長であるフォトダイオード（１１１ｂ）に対応する光学部材（１１７ｂ）とを備え、光学部材（１１７ａ）の屈折率は、光学部材（１１７ｂ）の屈折率よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光する光のピーク波長が第１波長である第１受光部と、
受光する光のピーク波長が前記第１波長よりも短い第２波長である第２受光部と、
前記第１受光部に対して光を集束させる第１マイクロレンズと、
前記第２受光部に対して光を集束させる第２マイクロレンズと、
を備える固体撮像装置であって、
前記第１マイクロレンズの、光が入射する側および出射する側の少なくとも一方に、１．０よりも大きい屈折率を有する第１光学部材が配置され、
前記第２マイクロレンズの、光が入射する側および出射する側の少なくとも一方に、１．０よりも大きい屈折率を有する第２光学部材が配置され、
前記第１光学部材の屈折率は、前記第２光学部材の屈折率よりも大きいことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１光学部材の屈折率は、前記第２光学部材の屈折率の１．１６倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１光学部材は前記第１マイクロレンズと接していることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２受光部の光軸は前記第１受光部の光軸と一致し、
前記第２マイクロレンズは前記第１マイクロレンズと同一であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１光学部材は、前記固体撮像装置の撮像レンズと、前記第１マイクロレンズとの間に充填されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１マイクロレンズ上に光学フィルタを備え、
光が前記光学フィルタから前記第１マイクロレンズへ向かう光路に、１．０よりも大きい屈折率を有する第３光学部材が配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１波長は近赤外領域の波長であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２波長は可視光領域の波長であり、
前記第１受光部および前記第２受光部は複数であり、
単位面積当たりの前記第１受光部の密度と、単位面積当たりの前記第２受光部の密度とは、同一であることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１受光部が受光した光により近赤外光画像を撮像し、
前記第２受光部が受光した光により可視光画像を撮像し、
前記近赤外光画像および前記可視光画像を同時に撮像することを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第１受光部を含む第１受光部アレイと、前記第２受光部を含む第２受光部アレイとは、互いに離隔していることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第１受光部および前記第２受光部は複数であり、
前記第１受光部および前記第２受光部は、一定周期で配列されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、画像を撮像する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、撮像レンズと、センサ基板と、マイクロレンズと、平坦化層とを備える固体撮像装置が開示されている。平坦化層は、マイクロレンズの光が入射する側に設けられ、屈折率が空気の屈折率（１．０）よりも高く、且つ、マイクロレンズの屈折率の１／１．３倍以下である。上記固体撮像装置は、平坦化層を備えることで、撮像レンズの分解能を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２５３３４号公報（２０１６年２月８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光が開口を透過すると、回折という光の物理現象が生じる。固体撮像装置は、開口を透過した上記光の回折光の集まりを信号強度で捕え、画像にしている。
【０００５】
開口をもつ撮像レンズなどによる回折により、固体撮像装置の分解能は、波長に比例する。また、固体撮像装置の感度は、受光材料の吸収特性で決まる波長をピークとする曲線をとる。具体的には、波長が長い光の方が、分解能が低くなる。このため、可視光に対する分解能よりも近赤外光に対する分解能の方が低くなる。また、シリコン撮像素子では、可視光に対する感度よりも近赤外に対する感度の方が低くなる。このため、特許文献１に開示されている固体撮像装置によって可視光画像および近赤外光の両方を撮影する場合、固体撮像装置の解像度が近赤外光の解像度によって制限されるという問題が生じる。また、固体撮像装置の感度が近赤外光に対する感度によって制限されることで、当該固体撮像装置のシャッター速度および撮像速度が制限されるという問題も生じる。
【０００６】
本開示の一態様は、固体撮像装置の解像度、シャッター速度および撮像速度が近赤外光の解像度および感度によって制限される度合いを低減する、すなわち固体撮像装置の能力を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る固体撮像装置は、受光する光のピーク波長が第１波長である第１受光部と、受光する光のピーク波長が前記第１波長よりも短い第２波長である第２受光部と、前記第１受光部に対して光を集束させる第１マイクロレンズと、前記第２受光部に対して光を集束させる第２マイクロレンズと、を備える固体撮像装置であって、前記第１マイクロレンズの、光が入射する側および出射する側の少なくとも一方に、１．０よりも大きい屈折率を有する第１光学部材が配置され、前記第２マイクロレンズの、光が入射する側および出射する側の少なくとも一方に、１．０よりも大きい屈折率を有する第２光学部材が配置され、前記第１光学部材の屈折率は、前記第２光学部材の屈折率よりも大きい。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様に係る固体撮像装置によれば、装置全体の解像度が近赤外光の解像度によって制限される度合いを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に係る固体撮像装置が備える画素アレイ部の構成を示す断面図である。
【図２】実施形態１に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態１に係る固体撮像装置が備える画素アレイ部の概要を示す平面図である。
【図４】（ａ）は、画素アレイ部の別の例を示す断面図であり、（ｂ）は、画素アレイ部のさらに別の例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、従来の固体撮像装置の画素における集光の例を示す図であり、（ｂ）は、マイクロレンズの上側に光学部材を有する画素における集光の例を示す図であり、（ｃ）は、マイクロレンズの下側に光学部材を有する画素における集光の例を示す図である。
【図６】（ａ）は、画素アレイ部の第１の変形例の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、画素アレイ部の第２の変形例の構成を示す断面図である。
【図７】固体撮像装置の構成の変形例を示す断面図である。
【図８】撮像面の中心から各フォトダイオードまでの距離に対する、フォトダイオードの配置周期とマイクロレンズの配置周期とのズレ量を示すグラフである。
【図９】エアリーディスクの半径の、波長に対する依存性を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は、実施形態２に係る固体撮像装置が備える画素アレイ部の構成の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、実施形態２に係る固体撮像装置が備える画素アレイ部の構成の、別の例を示す断面図である。
【図１１】固体撮像装置の構成の、図７に示した例とは別の変形例を示す断面図である。
【図１２】実施形態３に係る固体撮像装置における画素アレイの構造を示す断面図である。
【図１３】（ａ）は、実施形態４に係る固体撮像装置の一例の概要を示す図であり、（ｂ）は、実施形態４に係る固体撮像装置の、別の例の概要を示す図である。
【図１４】実施形態１に係る画素アレイの構成の一例であって、マイクロレンズの上に光学部材を備える例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〔実施形態１〕
以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。
【００１１】
（固体撮像装置１０の構成）
図２は、本実施形態に係る固体撮像装置１０の構成を示すブロック図である。以下では、固体撮像装置１０について、増幅型固体撮像装置の一種である、裏面照射型のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであるものとして説明する。ただし、本開示は、表面照射型のＣＭＯＳイメージセンサまたは他の増幅型固体撮像装置、あるいはＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等の電荷転送型の固体撮像装置にも適用可能である。
【００１２】
図２に示すように、固体撮像装置１０は、画素アレイ部１１、垂直駆動部１２、カラム処理部１３、水平駆動部１４、システム制御部１５、信号処理部１８およびデータ格納部１９を備える。画素アレイ部１１と垂直駆動部１２との間は、画素駆動線１６により接続されている。画素アレイ部１１とカラム処理部１３と水平駆動部１４との間は、垂直信号線１７により接続されている。
【００１３】
画素アレイ部１１は、被写体により反射された光（以下、被写体光と記す）を受光し、当該被写体光に基づいて撮像画像を生成するための複数の画素を有する。複数の画素はそれぞれ、入射光の強度に応じた電気信号を生成する光電変換部を有する。画素アレイ部１１においては、複数の画素は、行列状に二次元配置されている。画素アレイ部１１の具体的な構成については後述する。
【００１４】
垂直駆動部１２は、画素アレイ部１１に含まれる各画素を全画素同時または行単位等で駆動する。垂直駆動部１２は、シフトレジスタおよびアドレスデコーダなどによって構成される。
【００１５】
垂直駆動部１２は、具体的な構成については図示しないが、一般に、読出し走査系と掃出し走査系の２つの走査系を有する。読出し走査系は、単位画素から信号を読み出すために、画素アレイ部１１の単位画素を行単位で順に選択走査する。単位画素から読み出される信号はアナログ信号である。
【００１６】
一方、掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりもシャッタースピードの時間分だけ先行して掃出し走査を行う。掃出し走査により、読出し行の画素の光電変換部から不要な電荷が掃出されることで、光電変換部がリセットされる。すなわち、掃出し走査系により、電子シャッター動作が行われる。ここで、電子シャッター動作とは、光電変換部の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する（光電荷の蓄積を開始する）動作のことをいう。
【００１７】
読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッター動作以降に光電変換部が受光した光量に対応するものである。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッター動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の露光期間となる。垂直駆動部１２によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、画素列毎に垂直信号線１７の各々を通してカラム処理部１３に入力される。
【００１８】
カラム処理部１３は、画素アレイ部１１の画素列毎に、選択行の各画素から垂直信号線１７を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行う。また、カラム処理部１３は、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
【００１９】
具体的には、カラム処理部１３は、信号処理として、少なくともノイズ除去処理、例えばＣＤＳ（Correlated Double Sampling）処理を行う。カラム処理部１３によるＣＤＳ処理により、リセットノイズや画素内の増幅トランジスタの閾値ばらつき等の、画素固有の固定パターンノイズが除去される。カラム処理部１３には、ノイズ除去処理以外に、例えば、ＡＤ（Analog-Digital）変換機能を持たせ、アナログの画素信号をデジタル信号に変換して出力させることも可能である。 
【００２０】
水平駆動部１４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部１３の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。水平駆動部１４による選択走査により、カラム処理部１３において単位回路毎に信号処理された画素信号が順番に出力される。
【００２１】
システム制御部１５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等によって構成され、そのタイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に、垂直駆動部１２、カラム処理部１３、および水平駆動部１４等の駆動制御を行う。
【００２２】
信号処理部１８は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部１３から出力される画素信号に対して演算処理などの信号処理を行う。データ格納部１９は、信号処理部１８における信号処理に必要なデータを格納する。
【００２３】
なお、信号処理部１８およびデータ格納部１９は、上述した他の部材と同じ基板（半導体基板）に搭載されてもよく、別の基板に搭載されてもよい。また、固体撮像装置１０自体は信号処理部１８およびデータ格納部１９を備えず、固体撮像装置１０と接続された装置（例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路、または信号処理部１８およびデータ格納部１９として機能するソフトウェアを組み込まれたコンピュータなど）が信号処理部１８およびデータ格納部１９として機能してもよい。
【００２４】
（画素アレイ部１１の構成）
図３は、画素アレイ部１１の概要を示す平面図である。本実施形態の画素アレイ部１１は、図３に示すように、近赤外光受光領域１１ａと可視光受光領域１１ｂとを備える。
【００２５】
図１は、固体撮像装置１０が備える画素アレイ部１１の構成を示す断面図である。具体的には、図１は、図３に示したＡ−Ａ線における断面の、近赤外光受光領域１１ａと可視光受光領域１１ｂとの境界近傍の断面図である。図１に示すように、画素アレイ部１１は、近赤外光受光領域１１ａに存在する複数の画素ＰＡと、可視光受光領域１１ｂに存在する複数の画素ＰＢとを備える。複数の画素ＰＡおよびＰＢは、配線層１１０上に配されている。
【００２６】
配線層１１０は、フォトダイオード１１１ａおよび１１１ｂ（後述）から電荷の読出しおよび掃出しを行うための配線である。配線層１１０は、上述した画素駆動線１６および垂直信号線１７を含んでいる。
【００２７】
（画素ＰＡの構成）
個々の画素ＰＡは、配線層１１０に、フォトダイオード１１１ａ（第１受光部）、遮光膜１１２、第１保護層１１３、フィルタ１１４ａ、第２保護層１１５、マイクロレンズ１１６ａ（第１マイクロレンズ）および光学部材１１７ａ（第１光学部材）が、この順番で配された構成を有する。
【００２８】
以下の説明では、配線層１１０からマイクロレンズ１１６ａに向かう方向を「上方向」と称する。
【００２９】
フォトダイオード１１１ａは、光を受光して光電変換を行う光電変換部として動作する素子である。
【００３０】
遮光膜１１２は、光を遮断する膜である。遮光膜１１２は、隣接する画素との境界の近傍にのみ設けられる。遮光膜１１２により、画素同士の境界付近に入射する光が遮断されることで、画素どうしの境界が明確になる。
【００３１】
遮光膜１１２の材料は、光を遮断するものであればよいが、遮光性が強く、かつエッチングなどにより精度よく微細加工できる材料であることが好ましい。遮光膜１１２は、例えばタングステン、アルミニウム、アルミニウムとシリコンの合金、アルミニウムと銅の合金、銅、窒化チタン、モリブデン、またはニッケルなどの金属膜であってよい。
【００３２】
第１保護層１１３は、フォトダイオード１１１ａを保護する。また、第２保護層１１５は、フィルタ１１４ａを保護する。第１保護層１１３および第２保護層１１５は、それぞれフォトダイオード１１１ａおよびフィルタ１１４ａの表面を平坦化する機能も有する。
【００３３】
第１保護層１１３および第２保護層１１５は、例えば樹脂などの有機材料をフォトダイオード１１１ａおよびフィルタ１１４ａの表面にそれぞれ回転塗布することによって形成される。また、第１保護層１１３および第２保護層１１５は、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコンなどの無機膜をフォトダイオード１１１ａおよびフィルタ１１４ａの表面に形成し、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により平坦化することによって形成されてもよい。
【００３４】
第１保護層１１３上に、フィルタ１１４ａが配置されている。フィルタ１１４ａは、透過光のピーク波長が近赤外領域の波長である光学フィルタである。したがって、フォトダイオード１１１ａが受光する光のピーク波長は近赤外光の波長（第１波長）である。フィルタ１１４ａは、例えば顔料または染料などの色素を含んだ感光性樹脂を、第１保護層１１３上に回転塗布することにより形成される。また、フィルタ１１４ａは、画素ごとに配置されていてもよい。
【００３５】
マイクロレンズ１１６ａは、フォトダイオード１１１ａに対して光を集束させる。マイクロレンズ１１６ａは、１．４〜１．６程度の屈折率を有する。具体的には、マイクロレンズ１１６ａは、例えばフェノール系ポジ型の紫外線感光材で形成される。また、マイクロレンズ１１６ａは、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル共重合体、またはシロキサン系樹脂などで形成される。
【００３６】
マイクロレンズ１１６ａの表面を被覆するように、反射防止膜が形成されていてもよい。反射防止膜の屈折率は、当該反射防止膜の外部の、媒質の屈折率（例えば、空気の屈折率（１．０））以上、かつマイクロレンズ１１６ａの屈折率以下であることが好ましい。具体的には、反射防止膜は、例えば酸化シリコン（例えばＳｉＯ）、窒化シリコン（例えばＳｉＮ）、または酸窒化シリコン（例えばＳｉＯＮ）により形成される。
【００３７】
光学部材１１７ａは、空気の屈折率（１．０）よりも大きい屈折率を有する光学部材である。光学部材１１７ａは、マイクロレンズ１１６ａと接している。このため、光学部材１１７ａとマイクロレンズ１１６ａとの間に空気などが介在する場合と比較して、後述するエアリーディスク径の縮小効果が向上する。光学部材１１７ａの具体的な構成などについては後述する。
【００３８】
（画素ＰＢの構成）
また、個々の画素ＰＢは、フォトダイオード１１１ｂ（第２受光部）、遮光膜１１２、第１保護層１１３、カラーフィルタ１１４ｂ、第２保護層１１５、マイクロレンズ１１６ｂ（第２マイクロレンズ）および光学部材１１７ｂ（第２光学部材）が、この順番で配された構成を有する。
【００３９】
フォトダイオード１１１ｂは、フォトダイオード１１１ａと同様、光を受光して光電変換を行う素子である。フォトダイオード１１１ｂの直上に、カラーフィルタ１１４ｂが配置されている。カラーフィルタ１１４ｂは、透過させる光のピーク波長（第２波長）が、フィルタ１１４ａが透過させる光のピーク波長よりも短いフィルタである。カラーフィルタ１１４ｂは、例えば、画素ごとに、赤色光、緑色光および青色光のうち、いずれかを透過させるフィルタである。したがって、フォトダイオード１１１ｂは、カラーフィルタ１１４ｂの光透過特性に対応したピーク波長の光のみを受光する。
【００４０】
カラーフィルタ１１４ｂの形成方法は、上述したフィルタ１１４ａの形成方法と同様である。カラーフィルタ１１４ｂにおいては、赤色光、緑色光および青色光のそれぞれを透過させるフィルタが、例えばベイヤ配列で形成されていてよいが、別の配列であってもよい。
【００４１】
マイクロレンズ１１６ｂは、フォトダイオード１１１ｂに対して光を集束させる。マイクロレンズ１１６ｂ自体の材質などについてはマイクロレンズ１１６ａと同様である。
【００４２】
光学部材１１７ｂは、空気の屈折率（１．０）よりも大きい屈折率を有する光学部材である。光学部材１１７ｂの具体的な構成などについては後述する。
【００４３】
上述したとおり、フィルタ１１４ａは、透過光のピーク波長が近赤外光である光学フィルタである。したがって、固体撮像装置１０は、フォトダイオード１１１ａが受光した光により近赤外光画像を撮像することができる。
【００４４】
また、上述したとおり、カラーフィルタ１１４ｂは、赤色光、緑色光および青色光のうち、いずれかのみを透過させるフィルタである。すなわち、カラーフィルタ１１４ｂが透過させる光のピーク波長は、可視光領域の波長である。したがって、固体撮像装置１０によれば、フォトダイオード１１１ｂが受光した光により可視光画像を撮像することができる。
【００４５】
また、本実施形態では、フォトダイオード１１１ａおよび１１１ｂは複数である。さらに、単位面積当たりのフォトダイオード１１１ａの密度と、単位面積当たりのフォトダイオード１１１ｂの密度とは同一である。したがって、固体撮像装置１０によれば、近赤外光画像および可視光画像を同じ解像度で撮像することができる。
【００４６】
さらに、固体撮像装置１０は、近赤外光画像および可視光画像を同時に撮像する。したがって、近赤外光画像および可視光画像とで、被写体の状態に変化のない画像を撮像することができる。
【００４７】
（光学部材１１７ａおよび１１７ｂ）
光学部材１１７ａおよび１１７ｂを構成する光学材料は、高屈折率（屈折率が１.０よりも大きい）である。また、光学部材１１７ａの屈折率は、光学部材１１７ｂの屈折率よりも大きい。
【００４８】
光学部材１１７ａおよび１１７ｂを構成する光学材料は、可視光領域〜近赤外光領域の光をできるだけ吸収しないことが好ましい。また、光学材料は、使用温度によって材質が変化しないように、材質安定性が高い（転移温度が高い）ことが好ましい。また、光学材料は、熱による基板へのダメージを低減するため、形成プロセスを低温にできることが好ましい。さらに、光学材料は、暗電流を低減するため、熱伝導性が高いことが好ましい。
【００４９】
上記の条件を満たす光学材料の具体例として、例えば、多孔質シリカまたは中空シリカなどと呼ばれる、内部に気泡を有する酸化シリコンであってよい。また、光学材料は、（ｉ）Ｐ−ＳｉＮ（プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）窒化シリコン）、または、（ｉｉ）Ｃ（炭素）および／またはＮ（窒素）を含む、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、および窒化アルミニウムのうちのいずれか、であってもよい。
【００５０】
このような光学材料の屈折率は、１．４〜１．７程度である。画素アレイ部１１の設計時には、上記の材料から、光学部材１１７ａを構成する光学材料の屈折率が、光学部材１１７ｂを構成する光学材料の屈折率よりも大きくなるように光学材料を選択すればよい。
【００５１】
また、光学部材１１７ａおよび１１７ｂを構成する光学材料は、上記の光学材料を微粒子化して有機系樹脂に分散した、塗布可能な材料でもよい。この場合、有機系樹脂の例としては、（ｉ）遷移金属アルコキシドをゾル‐ゲル反応によってｉｎ−ｓｉｔｕ重合することで生成したエポキシ樹脂、（ｉｉ）ＬＥＤ（Light Emitting Diode）モジュールアセンブリ用のシリコーン封止材またはガラスフリット封止材、または（ｉｉｉ）有機硫黄化合物の合成技術を利用した高屈折率モノマーを用いて合成した樹脂組成物のいずれかであってもよい。
【００５２】
このような光学材料の屈折率は、１．７〜２．０程度である。画素アレイ部１１の設計時には、上記の材料から、光学部材１１７ａを構成する光学材料の屈折率が、光学部材１１７ｂを構成する光学材料の屈折率よりも大きくなるように光学材料を選択すればよい。
【００５３】
（画素アレイ部１１の製造方法）
画素アレイ部１１の製造方法について、以下に説明する。なお、以下の説明では、光学部材１１７ａおよび１１７ｂを構成する光学材料は、上述の塗布可能な材料であるものとする。
【００５４】
画素アレイ部１１の製造に当たり、配線層１１０、フォトダイオード１１１ａおよび１１１ｂ、遮光膜１１２、第１保護層１１３、フィルタ１１４ａまたはカラーフィルタ１１４ｂ、および第２保護層１１５については、例えば、一般的なＣＭＯＳセンサの製造プロセスを用いて形成される。
【００５５】
マイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂは、以下の方法で形成される。まず、第２保護層１１５の表面に、マイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂの材料であるレジストを塗布してレジスト膜を形成する。次に、フォトマスクを用いてレジスト膜を露光および現像することにより、レジスト膜に所定のパターンを形成する。その後、加熱処理によりレジストパターンを溶融させることで、レジスト膜の表面にマイクロレンズとして機能する半球を形成する。
【００５６】
光学部材１１７ａは、マイクロレンズ１１６ａの表面に、光学部材１１７ａを構成する光学材料を塗布することで形成される。また、光学部材１１７ｂは、マイクロレンズ１１６ｂの表面に、光学部材１１７ｂを構成する光学材料を塗布することで形成される。光学材料は、例えばスピン塗布法により塗布されてよい。
【００５７】
図４の（ａ）は、画素アレイ部１１の別の例を示す断面図である。図４の（ａ）に示す例では、画素アレイ部１１は、光学部材１１７ａおよび１１７ｂを備えず、マイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂと第２保護層１１５との間に光学部材１１８ａ（第１光学部材）または１１８ｂ（第２光学部材）を備える点で、図１に示した画素アレイ部１１と相違する。光学部材１１８ａは、空気の屈折率（１．０）よりも大きい屈折率を有する光学部材である。また、光学部材１１８ｂは、空気の屈折率（１．０）よりも大きい屈折率を有する光学部材である。光学部材１１８ａの屈折率は、光学部材１１８ｂの屈折率よりも大きい。
【００５８】
図４の（ａ）に示す画素アレイ部１１の製造方法は、以下の通りである。図１に示した画素アレイ部１１と同様の方法で配線層１１０〜第２保護層１１５を形成した後、第２保護層１１５に、上述した光学材料を塗布する。続けて、フォトリソグラフィ法により、画素ＰＡの領域にのみレジストパターンを形成する。レジストパターンをレンズ材料に転写することで、ドライエッチングを行い、光学部材１１８ａを形成する。また、同様の方法で光学部材１１８ｂも形成する。その後に上述した方法でマイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂを形成すればよい。
【００５９】
なお、光学部材１１８ａおよび１１８ｂの表面に、例えば酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンなどの無機膜を成膜して、当該無機膜のウェハ全面を、ドライエッチングによりエッチバックすることで平坦化してもよい。または、光学部材１１８ａおよび１１８ｂの表面に、アクリル樹脂などの有機材料を回転塗布し、エッチバックにより平坦化してもよい。
【００６０】
また、画素アレイ部１１が光学部材１１７ａおよび１１７ｂを備えず、光学部材１１８ａまたは１１８ｂを備える場合においても、マイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂの表面に反射防止膜が形成されていてもよい。この場合、反射防止膜の屈折率は、マイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂの屈折率以上、かつ光学部材１１８ａおよび１１８ｂの屈折率以下であることが好ましい。
【００６１】
図４の（ｂ）は、画素アレイ部１１のさらに別の例を示す断面図である。図４の（ｂ）に示す例では、画素アレイ部１１は、（ｉ）マイクロレンズ１１６の上側に光学部材１１７ａまたは１１ｂを備え、かつ（ｉｉ）マイクロレンズ１１６と第２保護層１１５との間に光学部材１１８ａまたは１１８ｂを備えている。
【００６２】
図４の（ｂ）に示す画素アレイ部１１の製造方法は、以下の通りである。図１に示した画素アレイ部１１と同様の方法で配線層１１０〜第２保護層１１５を形成した後、（ｉ）光学部材１１８ａおよび１１８ｂ、（ｉｉ）マイクロレンズ１１６、（ｉｉｉ）光学部材１１７ａおよび１１７ｂ、の順で形成すればよい。光学部材１１７ａ、１１７ｂ、１１８ａおよび１１８ｂの形成方法は上述したとおりである。
【００６３】
以上のとおり、本実施形態の画素アレイ部１１においては、マイクロレンズ１１６ａの、光が入射する側および出射する側の少なくとも一方に光学部材（光学部材１１７ａまたは１１８ａ）が配置されていればよく、マイクロレンズ１１６ａに接していなくてもよい。また、マイクロレンズ１１６ｂの、光が入射する側および出射する側の少なくとも一方に光学部材（光学部材１１７ｂまたは１１８ｂ）が配置されていればよく、マイクロレンズ１１６ｂに接していなくてもよい。
【００６４】
（画素における集光）
従来の画素、および本実施形態の画素における集光について以下に説明する。以下の説明および図５では、簡単のため、フォトダイオード１１１の上方にマイクロレンズ１１６が形成されているものとする。
【００６５】
図５の（ａ）は、従来の固体撮像装置の画素における集光の例を示す図である。図５の（ａ）に示すように、画素の正面からの光Ｌ１は、画素のマイクロレンズ１１６を通過してフォトダイオード１１１に入射する。
【００６６】
従来の固体撮像装置の画素は、マイクロレンズ１１６の上下いずれにも光学部材を備えない。このため、画素に対して斜めの方向から入射する光Ｌ２およびＬ３は、図５の（ａ）に示すように、画素の直上のマイクロレンズ１１６ではなく、隣接するマイクロレンズ１１６により屈折され、遮光膜１１２に入射する。このため、光Ｌ２およびＬ３は、フォトダイオード１１１には入射しない。
【００６７】
図５の（ｂ）は、マイクロレンズ１１６の上側に光学部材１１７を有する画素における集光の例を示す図である。光学部材１１７は、上述した光学部材１１７ａまたは１１７ｂと同様のものである。図５の（ｂ）に示す例では、画素に対して斜めの方向から入射する光Ｌ２およびＬ３は、光学部材１１７により屈折され、画素の直上のマイクロレンズ１１６に入射する。その結果、光Ｌ２およびＬ３もフォトダイオード１１１に入射する。換言すれば、図５の（ｂ）に示す例では、フォトダイオード１１１は、垂直方向および斜め方向からの光を受光する。
【００６８】
図５の（ｃ）は、マイクロレンズ１１６の下側に光学部材１１８を有する画素における集光の例を示す図である。光学部材１１８は、上述した光学部材１１８ａまたは１１８ｂと同様のものであってよい。図５の（ｂ）に示す例では、画素に対して斜めの方向から入射する光Ｌ２およびＬ３は、画素に隣接するマイクロレンズ１１６に入射する。しかし、光Ｌ２およびＬ３は、マイクロレンズ１１６で屈折された後、光学部材１１８によってさらに屈折され、フォトダイオード１１１に入射する。換言すれば、図５の（ｂ）に示す例でも、フォトダイオード１１１は、垂直方向および斜め方向からの光を受光する。
【００６９】
図５の（ｂ）および（ｃ）に示すように、マイクロレンズ１１６の上側または下側に光学部材１１７または１１８が配置される場合、後述するエアリーディスク径を小さくするとともに、焦点深度を拡大できる。したがって、固体撮像装置１０においては、（ｉ）マイクロレンズ１１６ａの上側または下側に光学部材１１７ａまたは１１８ａが配置され、（ｉｉ）マイクロレンズ１１６ｂの上側または下側に光学部材１１７ｂまたは１１８ｂが配置されればよい。または、（ｉ）マイクロレンズ１１６ａの上側および下側にそれぞれ光学部材１１７ａおよび１１８ａが配置され、（ｉｉ）マイクロレンズ１１６ｂの上側および下側にそれぞれ光学部材１１７ｂおよび１１８ｂが配置されてもよい。光学部材１１７ａ、１１８ａ、１１７ｂおよび１１８ｂは、各画素のフォトダイオード１１１上に配されていればよく、マイクロレンズ１１６ａまたは１１６ｂの無い固体撮像装置１０においても同様の効果を有する。
【００７０】
また、図１４は、本実施形態に係る画素アレイの構成の一例であって、マイクロレンズ１１６ａの上に光学部材１１７ａを備える例を示す図である。図１４に示す、特許文献１と異なる本開示の構造の一例においては、マイクロレンズ１１６ａの上に、選択的に光学部材１１７ａを配置する。なお、本開示の構造の一例においては、マイクロレンズ１１６ｂの上に、選択的に光学部材１１７ｂを配置してもよい。
【００７１】
上述したとおり、光学部材１１７ａまたは１１７ｂの屈折率は、空気の屈折率（１．０）よりも高い。このため、マイクロレンズ１１６ａまたは１１６ｂの表面で反射した光は、スネルの法則およびフレネルの法則による光の閉じ込め効果より、光学部材１１７ａまたは１１７ｂの光の入射界面で反射し、マイクロレンズ１１６ａまたは１１６ｂへ再入射する。マイクロレンズ１１６ａまたは１１６ｂへ再入射した光の一部は、マイクロレンズ１１６ａまたは１１６ｂを通過し、フォトダイオード１１１ａまたは１１１ｂへ入射する。その結果、フォトダイオード１１１ａの受光感度をさらに向上させることができる。
【００７２】
光学部材１１７ａまたは１１７ｂの屈折率が高ければ高い程、光学部材１１７ａまたは１１７ｂの光の入射界面での屈折率の差が大きくなる。したがって、フォトダイオード１１１ａへ再入射する光が増加し、受光感度が向上する。
【００７３】
（第１の変形例）
図６の（ａ）は、画素アレイ部１１の第１の変形例に係る画素アレイ部２１の構成を示す断面図である。画素アレイ部２１においては、画素ＰＡおよびＰＢが、画素アレイ部２１の全体にわたって交互に配列されている。具体的には、画素アレイ部２１においては、近赤外光透過フィルタ、赤色光透過フィルタ、緑色光透過フィルタ、および青色光透過フィルタが、ベイヤ配列を基にした配列で配列されていてよい。さらに、画素ＰＡおよびＰＢは、マイクロレンズ１１６の上側に、それぞれ光学部材１１７ａまたは１１７ｂを備える。
【００７４】
画素アレイ部２１の製造方法は、以下の通りである。画素アレイ部１１と同様の方法で配線層１１０〜マイクロレンズ１１６を形成した後、マイクロレンズ１１６の表面全体に、光学部材１１７ａの光学材料により高屈折率材料膜を形成する。さらに、高屈折率材料膜の表面にレジストを塗布してレジスト膜を形成し、フォトマスクを用いて露光および現像することにより、レジストパターンを形成する。
【００７５】
その後、ドライエッチングにより高屈折率材料膜を加工することで、光学部材１１７ａを画素ＰＡにのみ形成する。光学部材１１７ｂについても同様の方法で、画素ＰＢにのみ形成する。
【００７６】
このような画素アレイ部２１を備える固体撮像装置も、上述した固体撮像装置１０と同様の効果を奏する。なお、画素アレイ部２１において、画素ＰＡおよびＰＢはそれぞれ一定周期で配列されていればよく、交互に配列されるものに限定されない。すなわち、画素アレイ部２１において、フォトダイオード１１１ａおよび１１１ｂは、一定周期で配列されていればよい。
【００７７】
（第２の変形例）
図６の（ｂ）は、画素アレイ部１１の第２の変形例に係る画素アレイ部２２の構成を示す断面図である。画素アレイ部２２は、画素アレイ部２１と比較して、光学部材１１７ａおよび１１７ｂを備えず、光学部材１１８ａおよび１１８ｂを備える点で相違する。
【００７８】
光学部材１１８ａおよび１１８ｂの製造方法については、光学部材１１７ａおよび１１７ｂと同様にすればよい。
【００７９】
このような画素アレイ部２２を備える固体撮像装置も、上述した固体撮像装置１０と同様の効果を奏する。なお、画素アレイ部２２においても、画素アレイ部２１と同様、画素ＰＡおよびＰＢはそれぞれ一定周期で配列されていればよく、交互に配列されるものに限定されない。すなわち、画素アレイ部２２においても、フォトダイオード１１１ａおよび１１１ｂは、一定周期で配列されていればよい。
【００８０】
（第３の変形例）
図７は、固体撮像装置１０の構成の変形例を示す断面図である。図７に示す固体撮像装置１０は、画素アレイ部１１と、複数のレンズからなるレンズ群である撮像レンズ３００と、撮像レンズ３００を支持するハウジング３１０と、ハウジング３１０および画素アレイ部１１が載置されるプリント基板３２０とを備える。ただし、図７においては、画素アレイ部１１のうち、フォトダイオード１１１ａおよび１１１ｂ、マイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂ、並びに光学部材１１７ａおよび１１７ｂ以外は省略されている。
【００８１】
図７に示す固体撮像装置１０では、一般的な固体撮像装置と比較して、画素アレイ部１１と撮像レンズ３００との距離が近くなっている。このような固体撮像装置１０の撮像面（フォトダイオード１１１ａおよび１１１ｂの受光面）の、中央から離隔した領域においては、主光線角度が３０度を超える場合が少なくない。このため、当該領域においては、減光および隣接画素への光の漏れが生じ易くなる。
【００８２】
そこで、本変形例では、撮像面の中央から離隔するに従い、マイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂの周期を、フォトダイオード１１１ａおよび１１１ｂの周期よりもわずかに小さくなるように配置する。さらに、光学部材１１７ａおよび１１７ｂの、光が入射する面（すなわち撮像レンズ３００と対向する面）が、図７に示すような凹凸のある形状を有していてもよい。
【００８３】
図８は、撮像面の中心から各フォトダイオード１１１ａ（または１１１ｂ）までの距離に対する、フォトダイオード１１１ａ（または１１１ｂ）の配置周期とマイクロレンズ１１６ａ（または１１６ｂ）の配置周期とのズレ量を示すグラフである。図８において、横軸は撮像面の中心からの距離、縦軸は前記ズレ量を示す。
【００８４】
フォトダイオード１１１ａ（または１１１ｂ）の配置周期に対するマイクロレンズ１１６ａ（または１１６ｂ）の配置周期のズレ量をａとした場合、ａは以下の式（１）により表される。
【００８５】
ａ＝Ｈ×tanθ２  ・・・  （１）
Ｈ：マイクロレンズ１１６ａ（または１１６ｂ）の頂点からフォトダイオード１１１ａ（または１１１ｂ）までの距離
θ２：マイクロレンズ１１６ａ（または１１６ｂ）による屈折角
（＝sin-1（（１／ｎ）×sinθ１））
θ１：マイクロレンズ１１６ａ（または１１６ｂ）の光軸に対して光が入射する入射角
（撮像面の中心からの距離をｄ、射出瞳距離をＬとした場合にtan-1（ｄ／Ｌ）となる値）
ｎ：マイクロレンズ１１６ａ（または１１６ｂ）の屈折率
式（１）から明らかなように、各マイクロレンズ１１６ａ（または１１６ｂ）において、ズレ量ａは、受光部アレイの中心からの距離ｄのみを変数とし、他は定数で表される。
【００８６】
（画素サイズの下限について）
光には、波のように広がる性質がある。このため、収差のない高性能なレンズを使用した場合でも、光を１点に集束させることはできず、円盤状に広がった状態となる。この円盤はエアリーディスクと呼ばれる。固体撮像素子により鮮明な画像を得るためには、エアリーディスクが画素サイズよりも小さいことが必要となる。エアリーディスクが画素サイズよりも大きい場合には、エアリーディスクが複数の画素にまたがることで、画像がぼやけることとなる。
【００８７】
図９は、エアリーディスクの半径ｒの、波長に対する依存性を示すグラフである。具体的には、図９には、エアリーディスクの半径ｒの、波長に対する依存性が、レンズと撮像素子との間の媒質の屈折率ｎごとに別個のグラフで示されている。図９のグラフから、光の波長が長い程、エアリーディスクの半径ｒが大きくなることが読み取れる。また、媒質の屈折率が大きい程、エアリーディスクの半径ｒが小さくなることが読み取れる。
【００８８】
画素サイズの下限は、最大受光波長におけるエアリーディスクの半径ｒによって決定される。半径ｒは、波長に比例し、媒質の屈折率に反比例する。このため、近赤外光画像および可視光画像の両方を撮像可能な固体撮像装置において、媒質の屈折率が一様である場合には、当該固体撮像装置の解像度の限界は、近赤外光のエアリーディスクの半径ｒによって決定される。
【００８９】
本実施形態の固体撮像装置１０においては、光学部材１１７ａの屈折率は光学部材１１７ｂの屈折率よりも大きい。このため、固体撮像装置１０の解像度が近赤外光の解像度によって制限される度合いを低減することができる。
【００９０】
また、一般的な近赤外光のうち、最も波長が短いものの波長は８１０ｎｍである。一方、一般的な赤色光のピーク波長は７００ｎｍである。このため、固体撮像装置１０において、光学部材１１７ａまたは光学部材１１８ａの屈折率が、光学部材１１７ｂまたは光学部材１１８ｂの屈折率の１．１６（≒８１０／７００）倍以上であれば、画素サイズの下限が近赤外光のエアリーディスク径によって制限されなくなる。
【００９１】
例えば、光学部材１１７ｂが空気（屈折率１．０）の場合、光学部材１１７ａは、屈折率１．１６以上の材料（例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミ、酸窒化アルミまたは窒化アルミ）であることが好ましい。
【００９２】
なお、上述した例では、フォトダイオード１１１ａは近赤外光を受光し、フォトダイオード１１１ｂは可視光（赤色光、緑色光および青色光）を受光した。しかし、本開示の一態様においては、フォトダイオード１１１ｂが受光する光のピーク波長が、フォトダイオード１１１ａが受光する光のピーク波長よりも短ければよい。例えば、フォトダイオード１１１ａが赤色光、緑色光または青色光を受光し、フォトダイオード１１１ｂが（ｉ）緑色光および青色光、（ｉｉ）青色および紫外光、または（ｉｉｉ）紫外光を受光してもよい。
【００９３】
〔実施形態２〕
本開示の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００９４】
図１０の（ａ）は、本実施形態に係る固体撮像装置が備える画素アレイ部３１の構成の一例を示す断面図である。
【００９５】
図１０の（ａ）に示すように、画素アレイ部３１においては、近赤外光を受光するフォトダイオード１１１ａが、可視光を受光するフォトダイオード１１１ｂの下側に配されている。フォトダイオード１１１ｂの光軸は、フォトダイオード１１１ａの光軸と一致している。
【００９６】
より詳細には、画素アレイ部３１においては、配線層１１０の上側に、接着層１１９を介して、別の配線層１１０ｂが設けられている。配線層１１０ｂから上方向に向かって、フォトダイオード１１１ｂ、遮光膜１１２、第１保護層１１３、カラーフィルタ１１４ｂ、第２保護層１１５、マイクロレンズ１１６ａおよび光学部材１１７ａがこの順で配されている。さらに、配線層１１０の下側に遮光膜１１２およびフォトダイオード１１１ａが配されている。第１保護層１１３または第２保護層１１５は、実施形態１における光学部材１１８ｂと同様の機能を備える。図１０の（ａ）に示しているように、配線層１１０と接着層１１９の間に光学部材１１８ａを設けても良い。画素アレイ部３１は、上記実施例１のマイクロレンズ１１６ａとマイクロレンズ１１６ｂを同一にした構成になる 。
【００９７】
画素アレイ部３１においては、フォトダイオード１１１ａに入射する光を集束させるマイクロレンズ１１６ａと、フォトダイオード１１１ｂに入射する光を集束させるマイクロレンズ１１６ｂとは別個の部材であった。これに対し、画素アレイ部３１においては、マイクロレンズ１１６ａが、フォトダイオード１１１ａに入射する光およびフォトダイオード１１１ｂに入射する光の両方を集束させる。
【００９８】
画素アレイ部３１においては、可視光は、フォトダイオード１１１ａよりも上側に配されたフォトダイオード１１１ｂにより受光される。一方、近赤外光の波長は、可視光の波長よりも長い。このため、画素アレイ部３１においては、近赤外光は、フォトダイオード１１１ｂを透過し、フォトダイオード１１１ａで受光される。
【００９９】
したがって、画素アレイ部３１においては、近赤外光のみを透過させるフィルタを設ける必要がなくなり、部品点数を削減することができる。さらに、画素アレイ部３１の面積が小さくなるため、固体撮像装置自体を小型化することができる。
【０１００】
図１０の（ｂ）は、画素アレイ部３１の構成の、別の例を示す断面図である。図１０の（ｂ）に示す例では、画素アレイ部３１は、図１０の（ａ）に示した構成に加えて、マイクロレンズ１１６ａの下側に配された光学部材１１８ａを備える。
【０１０１】
図１０の（ａ）または（ｂ）に示すような構成を有する画素アレイ部３１を備える固体撮像装置も、本開示の一態様に含まれる。
【０１０２】
また、画素アレイ部３１と撮像レンズ（レンズ群を含む）との短焦点距離化において、実施形態１の変形例３で説明したように、撮像面の中央から離隔するに従い、マイクロレンズ１１６ａの周期を、フォトダイオード１１１ａの周期よりもわずかに小さくなるように配置してもよい。また、光学部材１１７ａへの主光線角度を低角にするために、図７に示したように、光学部材１１７ａの入射面が凹凸のある形状を有していてもよい。
【０１０３】
図１１は、固体撮像装置１０の構成の、図７に示した例とは別の変形例を示す断面図である。図１１に示す例では、光学部材１１７ａは、撮像レンズ３００、ハウジング３１０およびプリント基板３２０で囲まれた空間において、撮像レンズ３００と、マイクロレンズ１１６ａとの間に充填されている。固体撮像装置１０は、図１１に示すような構成を有していてもよい。
【０１０４】
〔実施形態３〕
本開示の他の実施形態について、以下に説明する。
【０１０５】
図１２は、本実施形態に係る固体撮像装置における画素アレイ部４１の構造を示す断面図である。画素アレイ部４１では、上述した画素アレイ部２１などと同様、フォトダイオード１１１ａおよび１１１ｂが交互に配列されている。また、マイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂの上側に、光学フィルタ１２０ａおよび１２０ｂを含む光学フィルタアレイ１２０が貼り付けられている。光学フィルタ１２０ａおよび１２０ｂはそれぞれ、所定の波長範囲内の光のみを透過させるフィルタである。
【０１０６】
具体的には、画素アレイ部４１は、マイクロレンズ１１６ａ上に光学フィルタ１２０ａを備える。また、画素アレイ部４１は、マイクロレンズ１１６ｂ上に光学フィルタ１２０ｂを備える。光学フィルタ１２０ｂは、光学フィルタ１２０ａとは異なる光透過特性を有する。光学フィルタアレイ１２０全体では画素単位で光透過特性が異なっている。
【０１０７】
光学フィルタアレイ１２０は、接着層１２１を介してマイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂに貼り付けられる。接着層１２１は、例えばアクリル樹脂などであってよい。接着層１２１は、（ｉ）マイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂの表面を保護する保護層としての機能、並びに、（ｉｉ）マイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂの表面の凹凸を平坦化する平坦化膜としての機能も果たす。
【０１０８】
光学フィルタ１２０ａおよび１２０ｂにおける光透過領域の大きさは、例えば画素の大きさと同じであってよい。ただし、光透過領域の大きさは、画素の大きさおよび接着層の厚さによって適宜決定されてよい。例えば、光学フィルタ１２０ａおよび１２０ｂによる光の回折を考慮し、光透過領域の大きさを、画素の大きさよりも小さくしてもよい。その場合には、光透過領域の周囲に画素ごとに光を透過させない遮光領域を設けるなどして、光学フィルタ１２０ａおよび１２０ｂの大きさを画素の大きさと一致させる。
【０１０９】
本実施形態では、光学部材１１７ａおよび１１７ｂは、光学フィルタアレイ１２０の上に配されている。このため、光学フィルタ１２０ａおよび１２０ｂに入射する光のエアリーディスクを小さくすることができる。
【０１１０】
また、光が光学フィルタ１２０ａからマイクロレンズ１１６ａへ向かう光路に、空気の屈折率よりも大きい屈折率を有する光学部材１２２（第３光学部材）が配されている。光学部材１２２の材料は光学部材１１７ａの材料とは同じであっても異なっていてもよい。光学部材１２２により、光学フィルタ１２０ａを透過した光が、回折により隣接するフォトダイオード１１１ｂに入射することを防止できる。
【０１１１】
なお、図１２に示す例ではマイクロレンズ１１６ａの上にのみ光学部材１２２が配されているが、マイクロレンズ１１６ｂの上にも光学部材が配されていてもよい。この場合、マイクロレンズ１１６ｂの上に配される光学部材の屈折率は、光学部材１２２の屈折率よりも小さいことが好ましい。
【０１１２】
光学フィルタ１２０ａおよび１２０ｂは、例えば周期構造を有する金属膜を用いた金属膜フィルタを含んでよい。この場合、光学フィルタ１２０ａおよび１２０ｂは、複数の開口が周期的に配置された金属膜フィルタと、この金属膜フィルタの表面を被覆するとともに、金属膜フィルタの開口内を被覆または充填するように形成された誘電体層からなる。
【０１１３】
金属膜フィルタにおいて、金属膜は、例えばＡｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、ＴｉＮｘ、Ａｌ‐Ｃｕ、Ａｌ-Ｓｉまたはその合金で形成される。また、誘電体層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウムまたは窒化アルミニウムで形成される。可視光線の波長より小さいサイズの開口またはスペースが２次元的に周期的に配置された金属膜フィルタは、その開口の周期パターンに対応した波長成分を高い効率で透過させる性質をもつ。
【０１１４】
このような金属膜フィルタにおいては、開口のサイズ、形状、および周期パターンにより、透過させたい色、波長成分、透過特性および偏光依存性等が制御される。その金属膜フィルタの透過特性を支配する物理的なメカニズムは、金属表面の自由電子が電磁波と結合した表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）を媒介として、電磁波が透過する点である。このような周期的な微細加工が施された金属膜フィルタは、プラズモニックフィルタとして広く知られている。
【０１１５】
プラズモニックフィルタは、シンプルな金属膜からなるフィルタであり、リソグラフィ等の２次元平面上で微細な構造を形成する手法と親和性が高く、さらに、光学特性の設計の自由度が高いという長所がある。
【０１１６】
プラズモニックフィルタの透過特性は、様々な電磁波の透過モードの合成によって決定される。例えば、プラズモニックフィルタの１つであるホールアレイフィルタには、表面（局在）を媒介とする透過モード（以下、プラズモニックモードという）の他に、光が光学的に透過する透過モード（以下、フォトニックモードという）がある。本フィルタに配置されている開口サイズに対して長い波長の場合、光はホールアレイフィルタを透過することができない。一方、開口サイズに対して短い波長の場合、光はホールアレイフィルタを透過することができる。
【０１１７】
また、光学フィルタ１２０ａおよび１２０ｂは、例えば無機材料を積層した多層膜干渉フィルタであってもよい。多層膜干渉フィルタは、高屈折率材料および低屈折率材料を交互に積層させて形成される、λ／４多層膜である。多層膜干渉フィルタでは、高屈折率材料および低屈折率材料の材料間の屈折率差を適切に設定すること、および／または異なる膜厚の膜を挿入することにより、透過波長帯域および透過率を制御することができる。
【０１１８】
高屈折率材料としては二酸化チタンが用いられる。また、低屈折率材料としては半導体プロセスにおいて広く用いられている二酸化ケイ素が用いられる。または、所望の透過波長帯域などに応じて、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、一窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム、酸化ハフニウムおよび酸化マグネシウムのうち、何れか２種類を用いてもよい。
【０１１９】
また、光学フィルタ１２０ａおよび１２０ｂは、有機カラー材料で構成されるカラーフィルタであってもよい。有機カラー材料としては、一般的に、固体撮像素子で用いられている有機材料を用いることができる。
【０１２０】
画素アレイ部４１は、従来の固体撮像素子が備える画素アレイに、接着層１２１、光学部材１２２、光学フィルタ１２０ａおよび１２０ｂ、並びに光学部材１１７ａおよび１１７ｂを貼り付けることで作製できる。このため、画素アレイ部４１は、実施形態１で説明した画素アレイ部１１と比較して、低コストで作製可能である。また、画素アレイ部４１においては、光学フィルタ１２０ａまたは１２０ｂを、カラーフィルタまたは近赤外光透過フィルタとは異なるフィルタ、例えば偏光フィルタまたは狭帯域バンドパスフィルタとすることもできる。
【０１２１】
〔実施形態４〕
本開示の他の実施形態について、以下に説明する。本実施形態に係る固体撮像装置は、互いに離隔している近赤外光受光画素アレイ部５１Ａ（第１受光部アレイ）と、可視光受光画素アレイ部５１Ｂ（第２受光部アレイ）とを備える。近赤外光受光画素アレイ部５１Ａは画素ＰＡの集合である。可視光受光画素アレイ部５１Ｂは画素ＰＢの集合である。
【０１２２】
図１３の（ａ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の一例である、固体撮像装置５０Ａの概要を示す図である。図１３の（ａ）に示すように、固体撮像装置５０Ａは、近赤外光受光画素アレイ部５１Ａと、可視光受光画素アレイ部５１Ｂと、単一の撮像レンズ５２と、ダイクロイックミラー５３とを備える。
【０１２３】
ダイクロイックミラー５３は、可視光を透過させ、近赤外光を反射する。ダイクロイックミラー５３は、撮像レンズ５２の光軸に対して傾斜して配置される。近赤外光受光画素アレイ部５１Ａは、ダイクロイックミラー５３により反射された光が入射する位置に配置される。可視光受光画素アレイ部５１Ｂは、ダイクロイックミラー５３を透過した光が入射する位置に配置される。
【０１２４】
図１３の（ｂ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の別の例である、固体撮像装置５０Ｂの概要を示す図である。図１３の（ｂ）に示すように、固体撮像装置５０Ｂは、近赤外光受光画素アレイ部５１Ａと、可視光受光画素アレイ部５１Ｂと、撮像レンズ５２Ａおよび５２Ｂとを備える。
【０１２５】
近赤外光受光画素アレイ部５１Ａは、撮像レンズ５２Ａにより集束された光を受光する位置に配置される。可視光受光画素アレイ部５１Ｂは、撮像レンズ５２Ｂにより集束された光を受光する位置に配置される。
【０１２６】
以上のように、本開示の一態様に係る固体撮像装置において、近赤外光受光画素アレイ部５１Ａと可視光受光画素アレイ部５１Ｂとは、互いに離隔していてもよい。
【０１２７】
画素アレイ部と撮像レンズ（レンズ群を含む）との短焦点距離化において、マイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂ、光学部材１１７ａ、１１７ｂ、１１８ａ、１１８ｂ、および１２２へ入射する光の主光線角（ＣＲＡ）を考慮し、これらのマイクロレンズおよび光学部材（符号省略）の周期が各画素の周期よりもわずかに小さくなるよう配置してもよい。この場合、マイクロレンズ１１６ａおよび１１６ｂ、光学部材１１７ａおよび１１７ｂ、光学部材１１８ａおよび１１８ｂ、または光学部材１２２の光軸が、フォトダイオード１１１ａおよび１１１ｂの光軸（中心）と一致しない画素があってもよい。
【０１２８】
本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１０  固体撮像装置
５１Ａ  近赤外光受光画素アレイ部（第１受光部アレイ）
５１Ｂ  可視光受光画素アレイ部（第２受光部アレイ）
１１１ａ  フォトダイオード（第１受光部）
１１１ｂ  フォトダイオード（第２受光部）
１１６ａ  マイクロレンズ（第１マイクロレンズ）
１１６ｂ  マイクロレンズ（第２マイクロレンズ）
１１７ａ、１１８ａ  光学部材（第１光学部材）
１１７ｂ、１１８ｂ  光学部材（第２光学部材）
１２０ａ  光学フィルタ
１２２  光学部材（第３光学部材）
３００  撮像レンズ
【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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