(57)【要約】【課題】信頼性を保持しつつ、有機光電変換層への集光効率を向上させることが可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置は、各々が有機光電変換層を含む複数の画素と、複数の画素を覆って設けられた封止層と、封止層の有機光電変換層側に、画素毎に設けられると共に封止層と一体的に形成された第１のレンズ部とを備えたものである。【選択図】図１
2014078673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が有機光電変換層を含む複数の画素と、
前記複数の画素を覆って設けられた封止層と、
前記封止層の前記有機光電変換層側に、前記画素毎に設けられると共に前記封止層と一体的に形成された第１のレンズ部と
を備えた固体撮像装置。
【請求項２】
各画素は、半導体基板上に、前記画素毎に設けられた第１電極、開口を有する絶縁膜、前記有機光電変換層、第２電極および塗布膜をこの順に有し、
前記封止層は、前記塗布膜に隣接して設けられている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１のレンズ部は、前記塗布膜の光入射側の面形状に倣った曲面形状を有する
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記塗布膜は、前記封止層よりも低屈折率の材料により構成されている
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記塗布膜は、ＳＯＧ、ＳＯＤ、フォトレジスト、ポリイミドまたはポリベンゾオキサゾールにより構成されている
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記封止層は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化チタン、シリコーン樹脂、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、アクリル樹脂およびポリスチレンのうちの一種よりなる単層膜またはそれらのうちの２種以上よりなる積層膜である
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記封止層の光入射側に、前記画素毎に設けられると共に前記封止層と一体的に形成された第２のレンズ部を更に備えた
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記有機光電変換層は半導体基板上に１または複数積層され、
前記半導体基板内には、１または複数の無機光電変換層が設けられている
請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記１または複数の無機光電変換層の受光波長が、前記有機光電変換層の受光波長よりも短波長である
請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第１および第２のレンズ部のうちの一方または両方を用いて瞳補正がなされている
請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
各画素は、半導体基板上に、層間絶縁膜、前記画素毎に設けられた第１電極、開口を有する絶縁膜、前記有機光電変換層および第２電極をこの順に有し、
前記層間絶縁膜は、
前記絶縁膜の前記開口に非対向な領域に設けられた第１の屈折率層と、
前記絶縁膜の前記開口に対向する領域に設けられ、前記第１の屈折率層よりも高屈折率を有する第２の屈折率層とを含む
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
各々が有機光電変換層を含む複数の画素を形成する工程と、
前記複数の画素を覆って、封止層を形成する工程とを含み、
前記封止層を形成する工程では、前記有機光電変換層側に、前記封止層と一体化された第１のレンズ部を画素毎に形成する
固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記複数の画素を形成する工程では、半導体基板上に、画素毎に設けられた第１電極、開口を有する絶縁膜、前記有機光電変換層、第２電極および塗布膜を、この順に形成し、
前記封止層を形成する工程では、前記塗布膜上に隣接して前記封止層を形成する
請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記封止層を形成する工程では、
前記封止層の光入射側に、前記画素毎に前記封止層と一体化された第２のレンズ部を形成する
請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記封止層を形成する工程では、
前記塗布膜上に前記封止層を堆積させることにより、前記塗布膜の表面形状に対応した曲面を有する前記第１のレンズ部を形成し、
堆積させた封止層の表面を加工することにより、前記第２のレンズ部を形成する
請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記複数の画素を形成する工程では、半導体基板上に、層間絶縁膜、画素毎に設けられた第１電極、開口を有する絶縁膜、前記有機光電変換層および第２電極を、この順に形成し、
前記層間絶縁膜は、
前記絶縁膜の前記開口に非対向な領域に設けられた第１の屈折率層と、
前記絶縁膜の前記開口に対向する領域に設けられ、前記第１の屈折率層よりも高屈折率を有する第２の屈折率層とを含む
請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
各々が有機光電変換層を含む複数の画素と、
前記複数の画素を覆って設けられた封止層と、
前記封止層の前記有機光電変換層側に、前記画素毎に設けられると共に前記封止層と一体的に形成された第１のレンズ部と
を備えた固体撮像装置を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光電変換素子を画素として含む固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法ならびに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像装置として、１つの画素内に複数色（例えばＲ，Ｇ，Ｂ）の光電変換層を積層し、１画素から３色の信号を得るものが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の固体撮像装置では、例えば、シリコン基板上に、緑色光を検出してこれに応じた信号電荷を発生する有機光電変換部を設け、シリコン基板内に赤色光および青色光をそれぞれ検出するフォトダイオード（無機光電変換部）を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２９３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような固体撮像装置において、有機光電変換材料の劣化による信頼性低下を招くことなく、有機光電変換層への集光効率を向上させることが望まれている。
【０００５】
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、信頼性を保持しつつ、有機光電変換層への集光効率を向上させることが可能な固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の固体撮像装置は、各々が有機光電変換層を含む複数の画素と、複数の画素を覆って設けられた封止層と、封止層の有機光電変換層側に、画素毎に設けられると共に封止層と一体的に形成された第１のレンズ部とを備えたものである。
【０００７】
本開示の固体撮像装置の製造方法は、各々が有機光電変換層を含む複数の画素を形成する工程と、複数の画素を覆って封止層を形成する工程とを含み、封止層を形成する工程では、有機光電変換層側に、封止層と一体化された第１のレンズ部を画素毎に形成するものである。
【０００８】
本開示の電子機器は、上記本開示の固体撮像装置を有するものである。
【０００９】
本開示の固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法並びに電子機器では、封止層の有機光電変換層側において、第１のレンズ部が封止層と一体的に設けられることにより、製造プロセスにおける有機光電変換層へのダメージが軽減されると共に、封止層のカバレッジが良好となる。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法並びに電子機器によれば、封止層の有機光電変換層側において、第１のレンズ部を封止層と一体的に設けるようにしたので、信頼性を保持しつつ、有機光電変換層への集光効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の光電変換素子（画素）の概略構成例を表す断面図である。
【図２】本開示の一実施の形態の光電変換素子の要部構成を表す断面図である。
【図３Ａ】無機光電変換部の構成例を表す断面図である。
【図３Ｂ】無機光電変換部の構成例を表す断面図である。
【図４】有機光電変換部の電荷（電子）蓄積層の構成例を表す断面図である。
【図５】図２に示した有機光電変換部の積層構造の拡大図である。
【図６】図１，２に示した光電変換素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程を表す断面図である。
【図８Ａ】図７に続く工程を表す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに続く工程を表す断面図である。
【図９Ａ】図８Ｂに続く工程を表す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ａに続く工程を表す断面図である。
【図１０】図９Ｂに続く工程を表す断面図である。
【図１１】図１０に続く工程を表す断面図である。
【図１２】図１１に続く工程を表す断面図である。
【図１３】図１２に続く工程を表す断面図である。
【図１４】図１３に続く工程を表す断面図である。
【図１５】比較例に係る光電変換素子の集光効率について説明するための断面模式図である。
【図１６】図１，２に示した光電変換素子の集光効率について説明するための断面模式図である。
【図１７】変形例１に係る光電変換素子（画素）の要部構成を表す断面図である。
【図１８】変形例３に係る光電変換素子（画素）の要部構成を表す断面図である。
【図１９】固体撮像装置の機能ブロック図である。
【図２０】適用例に係る電子機器の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、説明する順序は、下記の通りである。
１．実施の形態（下凸レンズ部が封止層と一体形成された光電変換素子の例）
２．変形例１（受光波長と屈折率の関係を考慮して設計した場合の例）
３．変形例２（瞳補正を行う場合の例）
４．固体撮像装置の全体構成例
５．適用例（電子機器（カメラ）の例）
【００１３】
＜実施の形態＞
［構成］
図１は、本開示の固体撮像装置における画素（光電変換素子１０）の概略断面構成を表すものである。固体撮像装置は、詳細は後述するが、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどである。光電変換素子１０では、半導体基板１１の表面（受光面と反対側の面Ｓ２）側に、画素トランジスタ（後述の転送トランジスタＴｒ１〜３を含む）が形成されると共に多層配線層（多層配線層５１）が設けられている。
【００１４】
光電変換素子１０は、例えば、互いに異なる波長の光を選択的に検出して光電変換を行う有機光電変換部１０ａと無機光電変換部１０ｂとを縦方向に積層した構造を有している。有機光電変換部１０ａは、半導体基板１１上に形成されており、有機光電変換層（有機光電変換層１７）を含む。無機光電変換部１０ｂは、半導体基板１１内に形成されている。これにより後述の固体撮像装置では、カラーフィルタを用いることなく、１画素において複数種類の色信号を取得可能となる。
【００１５】
本実施の形態では、図２に示したように、光電変換素子１０が、１つの有機光電変換部１１Ｇと２つの無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒとを縦方向に積層させた構造を有しており、これにより、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色信号を取得する。有機光電変換部１１Ｇは、例えば緑色光を検出する（緑色光の光電変換を行う）有機光電変換層１７Ｇを有し、無機光電変換部１０ｂは、例えば青色光を検出する無機光電変換層１１Ｂと、赤色光を検出する無機光電変換層１１Ｒとを有している。
【００１６】
（半導体基板１１）
半導体基板１１は、例えばｎ型のシリコン（Ｓｉ）層１１０の所定の領域に、無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒと緑用蓄電層１１０Ｇとが埋め込まれたものである。半導体基板１１には、また、有機光電変換部１１Ｇからの電荷（電子または正孔（ホール））の伝送経路となる導電性プラグ１２０ａ１が埋設されている。本実施の形態では、この半導体基板１１の裏面（面Ｓ１）が受光面となっている。半導体基板１１の表面（面Ｓ２）側には、有機光電変換部１１Ｇ，無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒのそれぞれに対応する複数の画素トランジスタ（転送トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３を含む）が形成されると共に、ロジック回路等からなる周辺回路が形成されている。
【００１７】
画素トランジスタとしては、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタおよび選択トランジスタが挙げられる。これらの画素トランジスタは、いずれも例えばＭＯＳトランジスタにより構成され、面Ｓ２側のｐ型半導体ウェル領域に形成されている。このような画素トランジスタを含む回路が、赤、緑、青の光電変換部毎に形成されている。各回路では、これらの画素トランジスタのうち、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタおよび増幅トランジスタからなる、計３つのトランジスタを含む３トランジスタ構成を有していてもよいし、これに選択トランジスタを加えた４トランジスタ構成であってもよい。ここでは、これらの画素トランジスタのうち、転送トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３についてのみ図示している。但し、図１には、転送トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３のうちのゲート電極（ゲート電極ＴＧ１〜ＴＧ３）のみ示している。尚、転送トランジスタ以外の他の画素トランジスタについては、光電変換部間あるいは画素間において共有することもできる。また、フローティングディフージョンを共有する、いわゆる画素共有構造を適用することもできる。
【００１８】
転送トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３は、ゲート電極（ゲート電極ＴＧ１〜ＴＧ３）と、フローティングディフージョン（ＦＤ１１３，１１４，１１６）とを含んで構成されている。転送トランジスタＴｒ１は、有機光電変換部１１Ｇにおいて発生し、緑用蓄電層１１０Ｇに蓄積された、緑色に対応する信号電荷（本実施の形態では電子）を、後述の垂直信号線Ｌsigへ転送するものである。転送トランジスタＴｒ２は、無機光電変換層１１Ｂにおいて発生し、蓄積された、青色に対応する信号電荷（本実施の形態では電子）を、後述の垂直信号線Ｌsigへ転送するものである。同様に、転送トランジスタＴｒ３は、無機光電変換層１１Ｒにおいて発生し、蓄積された、赤色に対応する信号電荷（本実施の形態では電子）を、後述の垂直信号線Ｌsigへ転送するものである。
【００１９】
無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒはそれぞれ、ｐｎ接合を有するフォトダイオード（Photo Diode）であり、半導体基板１１内に、例えば、面Ｓ１側（光入射側）から無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒの順に形成されている。これらのうち、無機光電変換層１１Ｂは、青色光を選択的に検出して青色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、例えば半導体基板１１の面Ｓ１に沿った選択的な領域から、多層配線層５１との界面近傍の領域にかけて延在して形成されている。無機光電変換層１１Ｒは、赤色光を選択的に検出して赤色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、例えば無機光電変換層１１Ｂよりも下層（面Ｓ２側）の領域に形成されている。尚、青（Ｂ）は、例えば４５０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長域、赤（Ｒ）は、例えば６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長域にそれぞれ対応する色であり、無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒはそれぞれ、上記波長域のうちの一部または全部の波長域の光を検出可能であればよい。
【００２０】
図３Ａ，図３Ｂは、無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒの詳細構成例を表したものである。これらの図３Ａ，図３Ｂは、互いに異なる断面における構成を表したものである。尚、本実施の形態では、光電変換によって生じる電子およびホールの対のうち、電子を信号電荷として読み出す場合（ｎ型半導体領域を光電変換層とする場合）について説明を行う。また、図中において、「ｐ」「ｎ」に上付きで記した「＋（プラス）」は、ｐ型またはｎ型の不純物濃度が高いことを表している。また、画素トランジスタのうち、転送トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３のゲート電極ＴＧ２，ＴＧ３についても示している。
【００２１】
無機光電変換層１１Ｂは、例えば、ホール蓄積層となるｐ型半導体領域（以下、単にｐ型領域という、ｎ型の場合についても同様。）１１１ｐと、電子蓄積層となるｎ型光電変換層（ｎ型領域）１１１ｎとを含んで構成されている。ｐ型領域１１１ｐおよびｎ型光電変換層１１１ｎはそれぞれ、面Ｓ１近傍の選択的な領域に形成されると共に、その一部が屈曲し、面Ｓ２との界面に達するように延在形成されている。ｐ型領域１１１ｐは、面Ｓ１側において、図示しないｐ型半導体ウェル領域に接続されている。ｎ型光電変換層１１１ｎは、青色用の転送トランジスタＴｒ２のＦＤ１１３（ｎ型領域）に接続されている。尚、ｐ型領域１１１ｐおよびｎ型光電変換層１１１ｎの面Ｓ２側の各端部と面Ｓ２との界面近傍には、ｐ型領域１１３ｐ（ホール蓄積層）が形成されている。
【００２２】
無機光電変換層１１Ｒは、例えば、ｐ型領域１１２ｐ１，１１２ｐ２（ホール蓄積層）間に、ｎ型光電変換層１１２ｎ（電子蓄積層）を挟み込んで形成されている（ｐ−ｎ−ｐの積層構造を有する）。ｎ型光電変換層１１２ｎは、その一部が屈曲し、面Ｓ２との界面に達するように延在形成されている。ｎ型光電変換層１１２ｎは、赤色用の転送トランジスタＴｒ３のＦＤ１１４（ｎ型領域）に接続されている。尚、少なくともｎ型光電変換層１１１ｎの面Ｓ２側の端部と面Ｓ２との界面近傍にはｐ型領域１１３ｐ（ホール蓄積層）が形成されている。
【００２３】
図４は、緑用蓄電層１１０Ｇの詳細構成例を表したものである。尚、ここでは、有機光電変換部１１Ｇによって生じる電子およびホールの対のうち、電子を信号電荷として、下部電極１４側から読み出す場合について説明を行う。また、図４には、画素トランジスタのうち、転送トランジスタＴｒ１のゲート電極ＴＧ１についても示している。
【００２４】
緑用蓄電層１１０Ｇは、電子蓄積層となるｎ型領域１１５ｎを含んで構成されている。ｎ型領域１１５ｎの一部は、導電性プラグ１２０ａ１に接続されており、下部電極１４側から導電性プラグ１２０ａ１を介して供給される電子を蓄積するようになっている。このｎ型領域１１５ｎは、また、緑色用の転送トランジスタＴｒ１のＦＤ１１６（ｎ型領域）に接続されている。尚、ｎ型領域１１５ｎと面Ｓ２との界面近傍には、ｐ型領域１１５ｐ（ホール蓄積層）が形成されている。
【００２５】
導電性プラグ１２０ａ１は、後述の導電性プラグ１２０ａ２と共に、有機光電変換部１１Ｇと半導体基板１１とのコネクタとして機能すると共に、有機光電変換部１１Ｇにおいて生じた電子またはホールの伝送経路を形成するものである。ここでは、導電性プラグ１２０ａ１は、有機光電変換部１１Ｇの下部電極１４と導通すると共に、緑用蓄電層１１０Ｇと接続されている。
【００２６】
この導電性プラグ１２０ａ１は、例えば導電型の半導体層により構成され、半導体基板１１に埋め込み形成されたものである。この場合、電子の伝送経路となることから、導電性プラグ１２０ａ１はｎ型とするとよい。あるいは、導電性プラグ１２０ａ１は、例えば貫通ビアにタングステン等の導電膜材料が充填されたものであってもよい。この場合、例えばシリコンとの短絡を抑制するために、酸化シリコン（ＳｉＯ2）または窒化シリコン（ＳｉＮ）などの絶縁膜でビア側面が覆われていることが望ましい。
【００２７】
上記のような半導体基板１１の面Ｓ２側には、図１に示したように、多層配線層５１を介して、例えばシリコンよりなる支持基板５３が貼り合わせられている。多層配線層５１では、複数の配線５１ａおよび配線５１ｂが層間絶縁膜５２を介して配設されている。このように、光電変換素子１０では、多層配線層５１が受光面とは反対側に形成されており、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置を実現可能となっている。
【００２８】
（有機光電変換部）
有機光電変換部１０ａ（ここでは、有機光電変換部１１Ｇ）は、有機半導体を用いて、選択的な波長の光（ここでは、緑色光）を吸収して、電子・ホール対を発生させる有機光電変換素子である。この有機光電変換部１０ａ（１１Ｇ）は、信号電荷を取り出すための一対の電極（下部電極１４，上部電極１８）間に有機光電変換層１７（１７Ｇ）を挟み込んだ構成を有している。下部電極１４（第１電極）は、半導体基板１１内に埋設された導電性プラグ１２０ａ１に電気的に接続されている。上部電極１８（第２電極）は、例えば固体撮像装置の周縁部において、図示しないコンタクト部を介して多層配線層５１内の配線５１ａに接続されており、これにより電荷（ここではホール）が排出されるようになっている。
【００２９】
有機光電変換部１１Ｇは、半導体基板１１の面Ｓ１上に、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂを介して形成されている。層間絶縁膜１２Ａには、導電性プラグ１２０ａ１と対向する領域に導電性プラグ１２０ａ２が埋設され、層間絶縁膜１２Ｂには、導電性プラグ１２０ａ２と対向する領域に、配線層１３ａが埋設されている。この層間絶縁膜１２Ｂ上に、下部電極１４が配設されている。下部電極１４上には、開口Ｈ１を有する絶縁膜１５が設けられている。
【００３０】
この絶縁膜１５上に、有機光電変換層１７Ｇおよび上部電極１８がこの順に設けられている。絶縁膜１５の開口Ｈ１では、下部電極１４の表面が露出しており、有機光電変換層１７Ｇは、その開口Ｈ１内において下部電極１４と接触している。ここで、本実施の形態のように、下部電極１４から信号電荷の取り出しがなされる場合には、下部電極１４が画素毎に設けられると共に、絶縁膜１５により下部電極１４が画素毎に電気的に分離される。有機光電変換層１７Ｇおよび上部電極１８は、下部電極１４上に、そのような絶縁膜１５を介して形成されるため、有機光電変換層１７Ｇおよび上部電極１８には、絶縁膜１５の開口Ｈ１に対応する凹みが生じる。言い換えると、有機光電変換層１７Ｇおよび上部電極１８の各上面形状（光入射側の面形状）は、絶縁膜１５の凹凸形状（開口Ｈ１に起因する段差）に倣って形成されている（絶縁膜１５の凹凸形状が反映されたものである）。上部電極１８上には、塗布膜１９が設けられ、この塗布膜に隣接して封止層２０が形成されている。この封止層２０の具体的な構成については後述する。
【００３１】
導電性プラグ１２０ａ２は、上述のように導電性プラグ１２０ａ１と共にコネクタとして機能すると共に、導電性プラグ１２０ａ１および配線層１３ａと共に、下部電極１４から緑用蓄電層１１０Ｇへの電荷（電子）の伝送経路を形成するものである。導電性プラグ１２０ａ２は、遮光膜として機能させてもよく、この場合には、例えばチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）およびタングステンなどの金属材料の積層膜により構成されることが望ましい。
【００３２】
層間絶縁膜１２Ａは、半導体基板１１（シリコン層１１０）との界面準位を低減させると共に、シリコン層１１０との界面からの暗電流の発生を抑制するために、界面準位の小さな絶縁膜から構成されることが望ましい。このような絶縁膜としては、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜と酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜との積層膜を用いることができる。層間絶縁膜１２Ｂは、例えば酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等のうちの１種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。
【００３３】
下部電極１４は、半導体基板１１内に形成された無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒの受光面と正対して、これらの受光面を覆う領域に設けられている。この下部電極１４は、光透過性を有すると共に、例えば屈折率１．８〜２．０の導電膜、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）から構成されている。但し、この他にも、酸化錫（ＴＯ）、ドーパントを添加した酸化スズ（ＳｎＯ2）系材料、あるいは酸化亜鉛（ＺｎＯ）にドーパントを添加してなる酸化亜鉛系材料が用いられてもよい。酸化亜鉛系材料としては、例えば、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）を添加したアルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、ガリウム（Ｇａ）添加のガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、インジウム（Ｉｎ）添加のインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が挙げられる。また、この他にも、ＣｕＩ、ＩｎＳｂＯ4、ＺｎＭｇＯ、ＣｕＩｎＯ2、ＭｇＩＮ2Ｏ4、ＣｄＯ、ＺｎＳｎＯ3等が用いられてもよい。尚、本実施の形態では、上述のように下部電極１４から信号電荷（電子）の取り出しがなされるので、光電変換素子１０を画素として用いた後述の固体撮像装置では、下部電極１４が、絶縁膜１５によって画素毎に分離される。
【００３４】
絶縁膜１５は、例えば酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等のうちの１種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの２種以上よりなる積層膜により構成されている。これらの絶縁膜１５は、光電変換素子１０が、固体撮像装置の画素として用いられる場合に、各画素の下部電極１４を電気的に分離する機能を有している。この絶縁膜１５の開口Ｈ１の縁部分はテーパを有しており、このテーパの角度（後述のテーパ角θ）は、後述するように封止層２０の下凸レンズ２０Ｂにおいて必要とされる曲率に応じて適宜設定されればよいが、例えば３０°以下であることが望ましい。
【００３５】
有機光電変換層１７は、選択的な波長域の光を吸収して光電変換する一方、他の波長域の光を透過させる有機半導体により構成されている。有機半導体としては、有機ｐ型半導体および有機ｎ型半導体のうちの一方または両方を含んで構成されることが望ましい。このような有機半導体としては、キナクリドン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、およびフルオランテン誘導体のうちのいずれか１種が好適に用いられる。あるいは、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン、ジアセチレン等の重合体やその誘導体が用いられていてもよい。加えて、金属錯体色素、ローダーミン系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、フェニルキサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、ロダシアニン系色素、キサンテン系色素、大環状アザアヌレン系色素、アズレン系色素、ナフトキノン、アントラキノン系色素、アントラセンおよびピレン等の縮合多環芳香族および芳香環ないし複素環化合物が縮合した鎖状化合物、または、スクアリリウム基およびクロコニツクメチン基を結合鎖として持つキノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等の二つの含窒素複素環、または、スクアリリウム基およびクロコニツクメチン基により結合したシアニン系類似の色素等を好ましく用いることができる。尚、上記金属錯体色素としては、ジチオール金属錯体系色素、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素、またはルテニウム錯体色素が好ましいが、これに限定されるものではない。本実施の形態では、有機光電変換層１７Ｇが、例えば４９５ｎｍ〜５７０ｎｍの波長域の一部または全部の波長域に対応する緑色光を光電変換可能であり、上記材料のうちの１または２種以上の材料を含んで構成されている。このような有機光電変換層１７Ｇの厚みは、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００３６】
尚、２種以上の有機半導体（例えばｐ型有機半導体とｎ型有機半導体）を同時に蒸着させることにより、それらの有機半導体の複合膜である有機共蒸着膜を有機光電変換層１７として用いてもよい。また、有機光電変換層１７の下部電極１４との間、および上部電極１８との間には、図示しない他の層が設けられていてもよい。例えば、下部電極１４側から順に、下引き膜、電子ブロッキング膜、有機光電変換層１７、正孔ブロッキング膜、バッファ膜および仕事関数調整膜等が積層されていてもよい。
【００３７】
上部電極１８は、下部電極１４と同様の光透過性を有する無機導電膜により構成されている。尚、本実施の形態のように、下部電極１４側から信号電荷の取り出しを行う場合には、この上部電極１８は、各画素に共通して設けられている。
【００３８】
塗布膜１９は、例えばＳＯＧ（Spin on Glass）、フォトレジスト、ＳＯＤ（Spin on Dielectric）等のLow-k（低誘電率）材料、ポリイミドまたはポリベンゾオキサゾール等の塗布型の（塗布法により成膜可能な）材料により構成されている。また、塗布膜１９は、封止層２０の構成材料（後述の無機材料）よりも低屈折率の材料により構成されていることが望ましく、これにより下凸レンズ部２０Ｂの集光効率を高めることができる。本実施の形態では、塗布膜１９は、上部電極１８の上面を覆って形成され、この塗布膜１９の上面に隣接して封止層２０が設けられている。塗布膜１９の膜厚は、後述するように封止層２０の下凸レンズ２０Ｂにおいて必要とされる曲率に応じて設定されるが、例えば１００ｎｍである。
【００３９】
封止層２０は、例えば光透過性を有する無機材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウムおよび酸化チタン等の金属酸化物および金属窒化物、シリコーン樹脂等のうちのいずれかよりなる単層膜、あるいはそれらのうちの２種以上よりなる積層膜である。または、封止層２０は、上記無機材料に限らず、例えば光透過性を有する有機材料、例えばポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、アクリル樹脂およびポリスチレン等のうちのいずれかよりなる単層膜あるいはそれらのうちの２種以上よりなる積層膜であってもよい。あるいは、封止層２０は、上記材料よりなる無機膜と有機膜とが積層されたものでもよい。本実施の形態では、この封止層２０と一体的に、上凸レンズ部２０Ａおよび下凸レンズ２０Ｂが設けられている（封止層２０の一部が、上凸レンズ部２０Ａおよび下凸レンズ２０Ｂを構成する）。上凸レンズ部２０Ａは、いわゆるオンチップレンズに相当するものであり、封止層２０の上面（光入射側の面）に形成されている。下凸レンズ２０Ｂは、封止層２０の下面（有機光電変換層１７Ｇ側の面）に形成されている。換言すると、封止層２０の上面が光入射側に凸のレンズ形状を、封止層２０の下面が有機光電変換層１７Ｇ側に凸のレンズ形状をそれぞれ有している。
【００４０】
図５は、有機光電変換部１１Ｇの積層構造の一部を拡大したものである。塗布膜１９は、上記のような凹凸形状を有する上部電極１８を覆って形成されるが、この塗布膜１９の上面形状（光入射側の面形状）は、上部電極１８の上面形状に概ね沿った曲面形状となっている。即ち、塗布膜１９の上面は、角部や屈曲部分を有さず、全体が滑らかな曲面によって形成されている。このため、塗布膜１９に隣接形成される封止層２０の下面形状（下凸レンズ部２０Ｂの面形状）は、塗布膜１９の曲面形状に倣った曲面形状となる。ここで、塗布膜１９の曲面形状は、開口Ｈ１の形状，大きさおよびテーパ角θ、絶縁膜１５，有機光電変換層１７および上部電極１８の各膜厚、塗布膜１９の膜厚および粘度等の設計条件により決まるが、特に塗布膜１９の膜厚によって制御可能である。従って、塗布膜１９の膜厚を制御することにより、下凸レンズ部２０Ｂにおいて所望の面形状（曲率）を得ることができる。
【００４１】
上凸レンズ２０Ａおよび下凸レンズ２０Ｂは、上方から入射した光を、有機光電変換層１７Ｇ、無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒの各受光面へ集光させるものである。本実施の形態では、多層配線層５１が半導体基板１１の面Ｓ２側に形成される（裏面照射型である）ことから、有機光電変換層１７Ｇ、無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒの各受光面間の距離が近く、オンチップレンズ２１のＦ値に依存して生じる各色間の感度のばらつきを低減することができる。また、上凸レンズ２０Ａに加えて下凸レンズ２０Ｂが設けられていることにより、より各色光の集光効率を向上させ易くなる。上凸レンズ２０Ａおよび下凸レンズ２０Ｂの各集光点は、互いに同一であってもよいが、最適な集光効率が得られるように、各集光点が設定されていることが望ましい。例えば、上凸レンズ２０Ａおよび下凸レンズ２０Ｂのうちの一方の集光点が有機光電変換層１７Ｇに、他方の集光点が無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒにそれぞれ合うように設計することができる。また、波長により集光点が異なることから、後述の変形例のように、各色の光電変換層の積層順序を入れ替えた構成としてもよい。
【００４２】
［製造方法］
上記のような光電変換素子１０は、例えば次のようにして製造することができる。図６〜図１４は、光電変換素子１０の製造方法を工程順に表したものである。但し、ここでは、光電変換素子１０の要部構成のみを図示し、半導体基板１１の面Ｓ１側に、有機光電変換部１１Ｇ、塗布膜１９および封止層２０を形成する際の手順について具体的に説明する。
【００４３】
尚、図示はしないが、有機光電変換部１１Ｇを形成する前に、無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒを有する半導体基板１１を形成し、この半導体基板１１の面Ｓ２側に、多層配線層５１および支持基板５３を形成しておく。具体的には、まず、例えばシリコン酸化膜等よりなる仮基板上にシリコン層１１０を形成し、このシリコン層１１０に、導電性プラグ１２０ａ１、緑用蓄積層１１０Ｇおよび無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒを、例えばイオン注入により埋め込むことにより、半導体基板１１を形成する。この後、半導体基板１１の面Ｓ２側に、転送トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３を含む画素トランジスタと、ロジック回路などの周辺回路および多層配線層５１を形成する。続いて、多層配線層５１上に支持基板５３を貼り合わせた後、半導体基板１１の面Ｓ１側から上記仮基板を剥離し、半導体基板１１の面Ｓ１を露出させる。
【００４４】
まず、図６に示したように、半導体基板１１の面Ｓ１上に、層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂを形成する。具体的には、まず、半導体基板１１の面Ｓ１上に、上述したような酸化ハフニウム膜と酸化シリコン膜との積層膜よりなる層間絶縁膜１２Ａを形成する。この際、例えば、ＡＬＤ（原子層堆積）法により酸化ハフニウム膜を成膜した後、例えばプラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜を成膜する。この後、層間絶縁膜１２Ａの導電性プラグ１２０ａ１に対向する領域を開口し、上述した材料よりなる導電性プラグ１２０ａ２を形成する。続いて、層間絶縁膜１２Ａ上に、上述した材料よりなる層間絶縁膜１２Ｂを、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜する。次いで、層間絶縁膜１２Ｂの導電性プラグ１２０ａ２に対向する領域を開口し、上述した材料よりなる配線層１３ａを形成する。
【００４５】
次いで、図７に示したように、層間絶縁膜１２Ｂ上に下部電極１４を形成する。具体的には、まず、層間絶縁膜１２Ｂ上の全面にわたって、上述した透明導電膜を成膜する。成膜手法としては、例えばゾルゲル法、スピンコーティング法、スプレー法、ロールコーティング法、イオンビーム蒸着（Ion Beam Deposition）法、電子ビーム蒸着（electron beam deposition）法、レーザーアブレーション（laser ablation）法、ＣＶＤ法またはスパッタリング法などが挙げられる。但し、特に大面積かつ均一な厚みの下部電極１４を成膜するためには、上記手法のうちスパッタリング法を用いることが望ましい。この後、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチング（またはウェットエッチング）を用いて、パターニングすることにより、下部電極１４を形成する。この際、下部電極１４を、配線層１３ａに対向する領域に形成することにより、下部電極１４が配線層１３ａおよび導電性プラグ１２０ａ１，１２０ａ２を介して緑用蓄電層１１０Ｇに電気的に接続されるようにする。
【００４６】
続いて、図８Ａに示したように、絶縁膜１５を形成する。具体的には、半導体基板１１上の全面にわたって、層間絶縁膜１２Ｂおよび下部電極１４を覆うように、上述した材料よりなる絶縁膜１５を、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜する。次いで、成膜した絶縁膜１５の表面を、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）法を用いて平坦化する。
【００４７】
この後、図８Ｂに示したように、絶縁膜１５に開口Ｈ１を形成する。具体的には、絶縁膜１５の下部電極１４に対向する領域の一部を、例えばフォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングにより選択的に除去する。これにより、下部電極１４の表面を絶縁膜１５から露出させる。
【００４８】
続いて、図９Ａに示したように、上述した材料等よりなる有機光電変換層１７Ｇを、例えば真空蒸着法を用いて形成する。これにより、有機光電変換層１７Ｇが、開口Ｈ１において下部電極１４と接して形成される。
【００４９】
この後、図９Ｂに示したように、上部電極１８を形成する。具体的には、有機光電変換層１７上に、上述した導電膜を、例えば真空蒸着法、スパッタリング法等により、半導体基板１１の全面にわたって成膜する。この際、導電膜を、有機光電変換層１７と真空雰囲気において連続的に（真空一貫プロセスで）形成することが望ましい。このようにして導電膜を成膜した後、導電膜を例えばフォトリソグラフィ法を用いたエッチングによりパターニングすることにより、上部電極１８を形成する。尚、この際、有機光電変換層１７Ｇを同時にパターニングしてもよい。
【００５０】
次に、図１０に示したように、上述した材料（例えばＳＯＧ）よりなる塗布膜１９を、例えばスピンコート法、ディップコート法等の塗布法により所定の膜厚で成膜する。これにより、所定の曲面形状を有する塗布膜１９を形成する。
【００５１】
続いて、封止層２０を形成する。具体的には、まず、図１１に示したように、塗布膜１９上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、上述した無機材料よりなる封止層２０を成膜する。これにより、封止層２０の下面に、下凸レンズ部２０Ｂが形成される。この後、図１２に示したように、封止層２０の表面を、例えばＣＭＰ法を用いて平坦化する。次いで、封止層２０の上面に上凸レンズ部２０Ａを形成する（封止層２０の上面をレンズ形状に加工する）。この際、まず図１３に示したように、封止層２０上に、フォトレジスト２１０をパターン形成した後、図１４に示したように、形成したフォトレジスト２１０をリフローする。この後、封止層２０の上面側の全面を例えばドライエッチングによりエッチバックすることにより、封止層２０の上面に、上凸レンズ部２０Ａが形成される。このようにして、図１に示した光電変換素子１０を形成する。
【００５２】
［作用、効果］
本実施の形態の光電変換素子１０では、例えば固体撮像装置の画素として、次のようにして信号電荷が取得される。即ち、光電変換素子１０へ光が入射すると、その光は、封止層２０の上凸レンズ部２０Ａおよび下凸レンズ部２０Ｂを通過した後、有機光電変換部１０ａ（１１Ｇ）、無機光電変換部１０ｂ（無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒ）のいずれかにおいて波長毎に光電変換される。
【００５３】
ここでは、まず、緑色光が、有機光電変換部１１Ｇにおいて選択的に検出（吸収）され、光電変換される。これにより、発生した電子・ホール対のうち、例えば電子が下部電極１４側から取り出された後、配線層１３ａおよび導電性プラグ１２０ａ１，１２０ａ２を介して緑用蓄電層１１０Ｇへ蓄積される。尚、ホールは、上部電極１８側から、図示しない配線層を介して排出される。この後、有機光電変換部１１Ｇを透過した光のうち、青色光は無機光電変換層１１Ｂ、赤色光は無機光電変換層１１Ｒにおいて、それぞれこの順に吸収され、光電変換される。無機光電変換層１１Ｂでは、青色光に対応した電子がｎ型領域（ｎ型光電変換層１１１ｎ）に蓄積される。同様に、無機光電変換層１１Ｒでは、赤色光に対応した電子がｎ型領域（ｎ型光電変換層１１２ｎ）に蓄積される。
【００５４】
読み出し動作の際には、転送トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３がオン状態となり、緑用蓄電層１１０Ｇおよびｎ型光電変換層１１１ｎ，１１２ｎにそれぞれ蓄積された電子が、ＦＤ１１３，１１４，１１６に転送される。これにより、各色の受光信号がそれぞれ、図示しない他の画素トランジスタを通じて後述の垂直信号線Ｌsigに読み出される。このように、縦方向に有機光電変換部１１Ｇ、無機光電変換層１１Ｂ，１１Ｒを積層することにより、カラーフィルタを設けることなく、赤、緑、青の色光を分離して検出し、各色の信号電荷を得ることができる。
【００５５】
（比較例）
図１５は、本実施の形態の比較例に係る光電変換素子（光電変換素子１００）の要部構成を表したものである。光電変換素子１００においても、本実施の形態の光電変換素子１０と同様、半導体基板１１内に無機光電変換部１０ｂが形成され、半導体基板１１上に有機光電変換部１１Ｇが形成されている。但し、光電変換素子１００では、有機光電変換部１１Ｇ上に、封止層１０１，平坦化膜１０２およびオンチップレンズ１０３がこの順に設けられている。封止層１０１は、例えば無機材料よりなり、平坦化膜１０２およびオンチップレンズ１０３は、有機材料より構成されている。このように、比較例の光電変換素子１００では、封止層１０１が、上部電極１８の上面形状に倣って形成されており、本実施の形態のような下凸レンズ２０Ｂが設けられていない。比較例では、入射光Ｌのうちオンチップレンズ１０３によって屈折された光が、有機光電変換層１７Ｇ、無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒにおいて受光されるが、特にオンチップレンズ１０３から離れた位置に配置された無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒでは、集光されにくく、これによって集光効率が低下し易い。
【００５６】
これに対し、本実施の形態では、上述したように、オンチップレンズとして機能する上凸レンズ部２０Ａに加え、下凸レンズ部２０Ｂを有している。これにより、図１６に示したように、入射光Ｌは上凸レンズ部２０Ａおよび下凸レンズ部２０Ｂによって屈折されることから、特にオンチップレンズ１０３から離れた位置に配置された無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｒにおいても集光され易くなる。よって、集光効率が向上する。
【００５７】
また、本実施の形態では、下凸レンズ部２０Ｂが、封止層２０と一体的に設けられていることから、製造プロセスにおける有機光電変換層１７Ｇへのダメージが軽減されると共に、封止層２０のカバレッジが良好となる。これは次のような理由による。即ち、本実施の形態では、上述のように、上部電極１８を覆って塗布膜１９が設けられ、この塗布膜１９の上面形状が、上部電極１８の凹凸形状（絶縁膜１５の開口Ｈ１に起因する凹凸形状）に概ね沿って形成された曲面となっている。このため、塗布膜１９上に隣接して形成される封止層２０の下面の形状も、塗布膜１９の曲面形状に対応した曲面となり、この曲面が下凸レンズ部２０Ｂを構成する。
【００５８】
ここで、いわゆるインナーレンズとして下凸型のレンズを形成する手法としては、例えばリフロー法やＨＤＰ（High Density Plasma）スパッタ法等が挙げられるが、これらの手法を用いた場合には、成膜温度が有機光電変換材料の耐熱温度（１００〜２００℃程度）よりも高くなることがある。従って、製造プロセスにおいて有機光電変換膜に熱的（あるいは物理的）ダメージを与え、特性劣化を引き起こすことから、有機光電変換膜を用いた固体撮像装置には不向きである。
【００５９】
本実施の形態では、上述のように、塗布膜１９上に封止層２０を堆積させることによって下凸レンズ部２０Ｂを形成可能であるため、製造プロセスにおける有機光電変換層１７Ｇへのダメージを軽減できる。また、封止層２０が、上記のような曲面上に形成されることにより、屈曲部分や角部分を有する面上に形成される場合に比べ、シームや歪みが発生しにくい。このため、封止層２０のカバレッジが良好となる。
【００６０】
以上説明したように本実施の形態では、封止層２０の下面に、下凸レンズ部２０Ｂが封止層２０と一体的に設けられることにより、製造プロセスにおける有機光電変換層１７Ｇへのダメージが軽減されると共に、封止層２０のカバレッジが良好となる。よって、信頼性を保持しつつ、有機光電変換層１７Ｇへの集光効率を向上させることが可能となる。
【００６１】
＜変形例１＞
上記第１の実施の形態では、有機光電変換部１０ａ（１１Ｇ）において、緑色光の光電変換を行い、無機光電変換部１０ｂ（１１Ｂ，１１Ｒ）において、青色光，赤色光の光電変換を行う場合について説明したが、各光電変換部における色の組み合わせ（Ｒ，Ｇ，Ｂの割り振り）はこれに限定されない。即ち、有機光電変換部１０ａに、青色光（または赤色光）の光電変換を行う有機光電変換層を設け、無機光電変換部１０ｂに、緑色光および赤色光（または青色光および緑色光）の光電変換を行う２つの無機光電変換層を設けるようにしてもよい。
【００６２】
例えば、図１７に示したように、有機光電変換部１０ａ（１１Ｒ）として赤色光の光電変換を行う有機光電変換層１７Ｒを設け、無機光電変換部１０ｂとして、青色光および緑色光の光電変換を行う無機光電変換部１１Ｂ，１１Ｇを設けるようにしてもよい。波長が短い程、屈折率が高くなることから、より近い位置により長波長（例えば赤色）、より離れた位置により短波長（例えば、青色，緑色）の光電変換部を設けることにより、集光効率をより高めることができる。このように、波長と屈折率の関係を利用して、上凸レンズ２０Ａおよび下凸レンズ部２０Ｂの各曲率（焦点距離，集光点）および各色の光電変換部の積層順序を設定することが望ましい。
【００６３】
＜変形例２＞
また、後述の固体撮像装置において、上凸レンズ部２０Ａおよび下凸レンズ部２０Ｂのうちのいずれか一方または両方を用いて、瞳補正が施されていてもよい。具体的には、画素位置に応じて、上凸レンズ部２０Ａおよび下凸レンズ部２０Ｂのうちのいずれか一方または両方の光軸をシフトさせる。あるいは、画素位置に応じて、上凸レンズ部２０Ａおよび下凸レンズ部２０Ｂのうちの一方または両方の曲率を変化させてもよい。また、これらの各構成を組み合わせてもよい。
【００６４】
＜変形例３＞
更に、図１８に示したように、半導体基板１１と下部電極１４との間に設けられる絶縁膜（上記実施の形態等の層間絶縁膜１２Ａ，１２Ｂに相当する絶縁膜）として、低屈折率層１２Ｃ（第１の屈折率層）と高屈折率層１２Ｄ（第２の屈折率層）とによる導波路構造を形成してもよい。具体的には、開口Ｈ１に非対向の領域に低屈折率層１２Ｃが形成され、開口Ｈ１に対向する領域には、高屈折率層１２Ｄが形成されている。低屈折率層１２Ｃは、例えばＳｉＯ2，ＳＯＧ，ＳＯＤ，low-K等の無機または有機の絶縁材料から構成されている。高屈折率層１２Ｄは、そのような低屈折率層１２Ｃよりも屈折率の高い絶縁材料から構成されている。また望ましくは、下部電極１４の屈折率（下部電極１４としてＩＴＯが用いられる場合には２．０）と同程度以上の屈折率を有する材料から構成されている。このような高屈折率層１２Ｄは、例えば窒化シリコン（例えばプラズマＣＶＤ法により成膜されたＰ−ＳｉＮ），酸化ハフニウム，酸化アルミニウムおよび酸化タンタルのうちの１種よりなる単層膜か、あるいはそれらのうちの２種以上からなる積層膜からなる。また、高屈折率層１２Ｄには、有機材料が用いられてもよいし、有機材料と上記無機材料との積層膜あるいはそれらを混合させたものが用いられてもよい。このような低屈折率層１２Ｃおよび高屈折率層１２Ｄからなる導波路構造は、例えば次のようにして形成することができる。即ち、まず、半導体基板１１の全面に亘って、高屈折率層１２Ｄを成膜した後、フォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより、開口Ｈ１に非対向な領域を選択的に除去する。この後、低屈折率層１２Ｃを成膜した後、表面を例えばＣＭＰ法等により平坦化（研磨）することにより、上記のような導波路構造を形成することができる。あるいは逆に、低屈折率層１２Ｃを所定の領域に形成しておき、その後に高屈折率層１２Ｄを成膜後、平坦化してもよい。尚、低屈折率層１２および高屈折率層１２Ｄの成膜手法としては、例えばＰＥ―ＣＶＤ法、ＨＤＰ−ＣＶＤ法、スパッタ法および塗布法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、ＣＭＰ法による平坦化処理については、必要に応じて行えばよく、必ずしも実施しなくともよい。
【００６５】
本変形例では、上記導波路構造により、入射光Ｌにおいて、下部電極１４および半導体基板１１間の界面反射が抑制され（図１８中の反射光Ｌ100の発生が抑制され）、隣接画素への光漏れ等を軽減することができる。特に、高屈折率層１２Ｄが、下部電極１４と同等の屈折率を有する絶縁材料からなる場合、下部電極１４および層間絶縁膜間の界面反射を効果的に抑制できる。また、半導体基板１１が例えばシリコンからなる場合、シリコンの屈折率は約４．０であることから、層間絶縁膜に酸化シリコン等の低屈折率材料を用いた場合に比べ、半導体基板１１および層間絶縁膜間の界面反射の抑制効果も得られる。また、ここで、高屈折率材料を層間絶縁膜に用いた場合、容量増加が懸念されるが、開口Ｈ１に非対向な領域は低屈折率層１２Ｃであることから、容量増加を抑えつつ、上記のような導波路構造を実現できる。
【００６６】
＜固体撮像装置の全体構成＞
図１９は、上記実施の形態において説明した光電変換素子を各画素に用いた固体撮像装置（固体撮像装置１）の機能ブロック図である。この固体撮像装置１は、ＣＭＯＳイメージセンサであり、撮像エリアとしての画素部１ａを有すると共に、例えば行走査部１３１、水平選択部１３３、列走査部１３４およびシステム制御部１３２からなる回路部１３０を有している。この画素部１ａの周辺領域あるいは画素部１ａと積層されて、回路部１３０は、画素部１ａの周辺領域に設けられていてもよいし、画素部１ａと積層されて（画素部１ａに対向する領域に）設けられていてもよい。
【００６７】
画素部１ａは、例えば行列状に２次元配置された複数の単位画素Ｐ（光電変換素子１０に相当）を有している。この単位画素Ｐには、例えば画素行ごとに画素駆動線Ｌread（具体的には行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線Ｌsigが配線されている。画素駆動線Ｌreadは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Ｌreadの一端は、行走査部１３１の各行に対応した出力端に接続されている。
【００６８】
行走査部１３１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１ａの各画素Ｐを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３１によって選択走査された画素行の各画素Ｐから出力される信号は、垂直信号線Ｌsigの各々を通して
水平選択部１３３に供給される。水平選択部１３３は、垂直信号線Ｌsigごとに設けられ
たアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
【００６９】
列走査部１３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１３３の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部１３４による選択走査により、垂直信号線Ｌsigの各々を通して伝送される各画素の信号が
順番に水平信号線１３５に伝送され、当該水平信号線１３５を通して外部へ出力される。
【００７０】
システム制御部１３２は、外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、固体撮像装置１の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部１３２はさらに、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を有し、当該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行走査部１３１、水平選択部１３３および列走査部１３４などの駆動制御を行う。
【００７１】
＜適用例＞
上述の固体撮像装置１は、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図２０に、その一例として、電子機器２（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器２は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像装置１と、光学系（光学レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、固体撮像装置１およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３と、信号処理部３１２とを有する。
【００７２】
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の画素部１ａへ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１は、固体撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部３１３は、固体撮像装置１の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、固体撮像装置１から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄoutは、メモリなどの記憶媒体
に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。
【００７３】
以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、１つの画素内に有機光電変換部と無機光電変換部とが縦方向に積層された構成を例示したが、本開示の固体撮像装置の画素の構成はこれに限定されるものではない。例えば、有機光電変換部と無機光電変換部とが受光面内に２次元配列されたものであってもよいし、有機光電変換部のみが設けられた構成であってもよい。
【００７４】
また上記実施の形態等では、裏面照射型の固体撮像装置を例に挙げて説明したが、表面照射型のものにも本開示内容は適用可能である。
【００７５】
また、本開示の光電変換素子では、上記実施の形態等で説明した各構成要素を全て備えている必要はなく、また逆に他の層を備えていてもよい。
【００７６】
尚、本開示は、以下のような構成であってもよい。
（１）
各々が有機光電変換層を含む複数の画素と、
前記複数の画素を覆って設けられた封止層と、
前記封止層の前記有機光電変換層側に、前記画素毎に設けられると共に前記封止層と一体的に形成された第１のレンズ部と
を備えた固体撮像装置。
（２）
各画素は、半導体基板上に、前記画素毎に設けられた第１電極、開口を有する絶縁膜、前記有機光電変換層、第２電極および塗布膜をこの順に有し、
前記封止層は、前記塗布膜に隣接して設けられている
上記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記第１のレンズ部は、前記塗布膜の光入射側の面形状に倣った曲面形状を有する
上記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記塗布膜は、前記封止層よりも低屈折率の材料により構成されている
上記（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記塗布膜は、ＳＯＧ、ＳＯＤ、フォトレジスト、ポリイミドまたはポリベンゾオキサゾールにより構成されている
上記（４）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記封止層は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化チタン、シリコーン樹脂、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、アクリル樹脂およびポリスチレンのうちの一種よりなる単層膜またはそれらのうちの２種以上よりなる積層膜である
上記（４）または（５）に記載の固体撮像装置。
（７）
前記封止層の光入射側に、前記画素毎に設けられると共に前記封止層と一体的に形成された第２のレンズ部を更に備えた
上記（１）〜（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）
前記有機光電変換層は半導体基板上に１または複数積層され、
前記半導体基板内には、１または複数の無機光電変換層が設けられている
上記（１）〜（７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）
前記１または複数の無機光電変換層の受光波長が、前記有機光電変換層の受光波長よりも短波長である
上記（８）に記載の固体撮像装置。
（１０）
前記第１および第２のレンズ部のうちの一方または両方を用いて瞳補正がなされている
上記（７）〜（９）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１１）
各画素は、半導体基板上に、層間絶縁膜、前記画素毎に設けられた第１電極、開口を有する絶縁膜、前記有機光電変換層および第２電極をこの順に有し、
前記層間絶縁膜は、
前記絶縁膜の前記開口に非対向な領域に設けられた第１の屈折率層と、
前記絶縁膜の前記開口に対向する領域に設けられ、前記第１の屈折率層よりも高屈折率を有する第２の屈折率層とを含む
上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１２）
各々が有機光電変換層を含む複数の画素を形成する工程と、
前記複数の画素を覆って、封止層を形成する工程とを含み、
前記封止層を形成する工程では、前記有機光電変換層側に、前記封止層と一体化された第１のレンズ部を画素毎に形成する
固体撮像装置の製造方法。
（１３）
前記複数の画素を形成する工程では、半導体基板上に、画素毎に設けられた第１電極、開口を有する絶縁膜、前記有機光電変換層、第２電極および塗布膜を、この順に形成し、
前記封止層を形成する工程では、前記塗布膜上に隣接して前記封止層を形成する
上記（１２）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（１４）
前記封止層を形成する工程では、
前記封止層の光入射側に、前記画素毎に前記封止層と一体化された第２のレンズ部を形成する
上記（１２）または（１３）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（１５）
前記封止層を形成する工程では、
前記塗布膜上に前記封止層を堆積させることにより、前記塗布膜の表面形状に対応した曲面を有する前記第１のレンズ部を形成し、
堆積させた封止層の表面を加工することにより、前記第２のレンズ部を形成する
上記（１４）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（１６）
前記複数の画素を形成する工程では、半導体基板上に、層間絶縁膜、画素毎に設けられた第１電極、開口を有する絶縁膜、前記有機光電変換層および第２電極を、この順に形成し、
前記層間絶縁膜は、
前記絶縁膜の前記開口に非対向な領域に設けられた第１の屈折率層と、
前記絶縁膜の前記開口に対向する領域に設けられ、前記第１の屈折率層よりも高屈折率を有する第２の屈折率層とを含む
上記（１２）〜（１５）のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
（１７）
各々が有機光電変換層を含む複数の画素と、
前記複数の画素を覆って設けられた封止層と、
前記封止層の前記有機光電変換層側に、前記画素毎に設けられると共に前記封止層と一体的に形成された第１のレンズ部と
を備えた固体撮像装置を有する電子機器。
【符号の説明】
【００７７】
１０…光電変換素子、１１…半導体基板、１０ａ（１１Ｇ，１１Ｒ）…有機光電変換部、１０ｂ（１１Ｂ，１１Ｒ，１１Ｇ）…無機光電変換部、１２Ａ，１２Ｂ…層間絶縁膜、１３ａ…配線層、１４…下部電極、１５…絶縁膜、１７（１７Ｇ，１７Ｒ）…有機光電変換層、１８…上部電極、１９…塗布膜、２０…封止層、２０Ａ…上凸レンズ部、２０Ｂ…下凸レンズ部、１１０…シリコン層、１１０Ｇ…緑用蓄電層、１２０ａ１，１２０ａ２…導電性プラグ、５１…多層配線層、５３…支持基板、１…固体撮像装置、２…電子機器。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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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