(57)【要約】【課題】  解像感が高く色の再現性が良い画像データを得ることが可能であるとともに、小型化が容易である固体撮像素子を提供する。【解決手段】  固体撮像素子１は、それぞれの画素領域ＰＡについて入射する光を光電変換する光電変換部１１〜１３を複数備える基板１０と、基板１０の表面Ｓ上に設けられそれぞれの画素領域ＰＡについて入射する光を分光して複数の光電変換部１１〜１３のそれぞれに対して出射する分光部２０と、を備える。分光部２０は、それぞれの画素領域ＰＡについて、伝搬する光の波長帯域が異なる複数の導波路２１〜２３を備える【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの画素領域について、入射する光を光電変換する光電変換部を複数備える基板と、
前記基板の表面上に設けられ、それぞれの前記画素領域について、入射する光を分光して複数の前記光電変換部のそれぞれに対して出射する分光部と、を備え、
それぞれの前記画素領域について、前記分光部が、伝搬する光の波長帯域が異なる複数の導波路を備えることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
それぞれの前記画素領域について、前記分光部が、幅及び屈折率の少なくともいずれか一方が異なる複数の前記導波路を備える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】
前記導波路の下端と、当該導波路に対応する前記光電変換部の上端と、が対向していることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
それぞれの前記画素領域について、前記分光部が備える複数の前記導波路は、
ある導波路に入射するとともに当該ある導波路に伝搬されずに透過した光が、当該ある導波路よりも伝搬する光の波長帯域の上限波長が大きい他の導波路に入射するように、形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
それぞれの前記画素領域について、前記分光部が備える複数の前記導波路は、
前記分光部内における少なくとも一部の光の進行方向に対して、ある導波路が、当該ある導波路よりも伝搬する光の波長帯域の上限波長が大きい他の導波路を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記導波路の少なくとも一部が、前記基板の前記表面に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項４または５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記導波路は、前記基板に近い側が前記基板の前記表面に対して垂直となり、前記基板から遠い側が前記基板の前記表面に垂直な方向に対して傾斜し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】
それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記導波路は、前記基板から遠い側の幅が、前記基板に近い側の幅よりも大きくなっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記導波路は、前記基板から遠い側の幅が、前記基板に近い側に向かって漸減してい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】
それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記導波路の、前記基板から遠い側が、複数に枝分かれしていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
それぞれの前記画素領域について、前記分光部が、伝搬する光の波長帯域が等しい複数の前記導波路を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記導波路が、平面視で回転対称となる形状であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
それぞれの前記画素領域について、前記基板が備える複数の前記光電変換部は、
前記分光部から出射される光の波長が大きいものほど、前記基板の前記表面から離れた深い位置まで形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記光電変換部の、前記基板の前記表面から離れた側が、前記基板の前記表面に平行な方向に対して広がっていることを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記分光部が、前記画素領域の境界に、光を反射または吸収する画素分離部を備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
それぞれの前記画素領域について、前記分光部が備える複数の前記導波路の、伝搬する光の波長帯域の上限波長を決定づける幅が、伝搬する光の波長帯域の上限波長が小さいほど小さくなっていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
それぞれの前記画素領域について、前記分光部が備える複数の前記導波路の、伝搬する光の波長帯域の上限波長を決定づける幅が、伝搬する光の波長帯域の上限波長の半分の長さを当該導波路の屈折率で割った長さとなっていることを特徴とする請求項１６に記載の固体撮像素子。
【請求項１８】
それぞれの前記画素領域について、前記分光部が備える複数の前記導波路の、伝搬する光の波長帯域の上限波長を決定づける幅が、伝搬する光の波長帯域の上限波長の半分の長さを当該導波路の屈折率で割った長さから、エバネセント波の染み出し長を減じた長さであることを特徴とする請求項１６に記載の固体撮像素子。
【請求項１９】
それぞれの前記画素領域について、前記分光部が備える複数の前記導波路の屈折率が、伝搬する光の波長帯域の上限波長が小さいほど大きくなっていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項２０】
それぞれの前記画素領域について、前記分光部が、青色の光を伝搬する前記導波路と、緑色の光を伝搬する前記導波路と、赤色の光を伝搬する前記導波路と、のそれぞれ備えることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記導波路を備えた前記分光部が、化学蒸着によって形成される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、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどに代表される固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子が、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置や、カメラ付き携帯電話機などの撮像機能を備えた様々な電子機器に用いられている。特に、装置の小型化や簡素化、低コスト化などの観点から、単板式の固体撮像素子が広く用いられている。単板式の固体撮像素子では、例えば、ベイヤ配列のカラーフィルタを用いて画素毎に赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）のいずれかの色（波長）の光を取得するとともに、画素毎に取得した光を光電変換することで電荷を生成し、さらに生成した電荷に応じた信号を生成することで、画像データを生成する。
【０００３】
単板式の固体撮像素子では、１つの画素において１色の光の光電変換を行うことから、色毎の画素のピッチが大きくなるため、ナイキスト周波数が小さくなり、モアレが発生しやすくなる。そこで、単板式の固体撮像素子では、このモアレの発生を抑制するべく、入射する光の空間周波数を低減するためのローパスフィルタを備えることが多い。また、最終的にはそれぞれの画素に対して３色のデータを割り当てる必要があるため、単板式の固体撮像素子によって生成される画像データ（ＲＡＷデータ）については、それぞれの色毎に補間処理（デモザイキング）が必要になる。
【０００４】
しかしながら、ローパスフィルタを用いて固体撮像素子に入射する光の空間周波数を低下させると、それに伴い解像感が低下するため、問題となる。また、補間処理は、データ処理によって各画素における色のデータを増やすだけであるため、解像感を向上させることはできず、場合によっては偽色等が生じ得るため、問題となる。
【０００５】
そこで、特許文献１では、シリコンにおける赤緑青のそれぞれの色の光の吸収深さの違いを利用して、青色の光を光電変換するためのフォトダイオードと、緑色の光を光電変換するためのフォトダイオードと、赤色の光を光電変換するためのフォトダイオードと、を基板の深さ方向に対して並べて形成することによって、１つの画素領域において赤緑青のそれぞれの色の光を別々に光電変換することを可能にする固体撮像素子が提案されている。なお、シリコンでは、青色の光の「大部分」が０．２μｍ〜０．５μｍの深さで吸収され、赤色の光の「大部分」が１．５μｍ〜３．０μｍの深さで吸収されることが、特許文献１において示されている。
【０００６】
また、この固体撮像素子では、光が入射する基板の表面から順に、浅いｎ型の半導体から成る領域、浅いｐ型の半導体から成る領域、深いｎ型の半導体から成る領域、深いｐ型の半導体から成る領域が、それぞれ形成されている。そして、浅いｎ型の半導体から成る領域と、浅いｐ型の半導体から成る領域とによって、青色の光を光電変換するためのフォトダイオードが構成されている。また、浅いｐ型の半導体から成る領域と、深いｎ型の半導体から成る領域とによって、緑色の光を光電変換するためのフォトダイオードが構成されている。また、深いｎ型の半導体から成る領域と、深いｐ型の半導体から成る領域とによって、赤色の光を光電変換するためのフォトダイオードが構成されている。
【０００７】
また、特許文献２では、ノコギリ刃状の表面を有したプリズムと、当該プリズムで分光された光を光電変換する固体撮像素子と、を備える撮像装置が提案されている。この撮像装置が備える固体撮像素子では、光が入射する基板表面に形成されたそれぞれの画素領域において、赤色の光を光電変換する光電変換部、緑色の光を光電変換する光電変換部、青色の光を光電変換する光電変換部が、所定の方向に沿って並んで形成される。また、プリズムの１つの刃によって分光されて１つの画素領域に照射される光は、上記の所定の方向に沿って波長が小さくなる（赤から青へと変化する）一連のパターンを有している。したがって、画素領域において、赤色の光を光電変換する光電変換部には赤色の光が照射され、緑色の光を光電変換する光電変換部には緑色の光が照射され、青色の光を光電変換する光電変換部には青色の光が照射されることになるため、１つの画素領域において、赤緑青のそれぞれの色の光を別々に光電変換することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００２−５１３１４５号公報
【特許文献２】特開平８−１８２００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１で提案されている固体撮像素子では、入射する光から所定の色の光を選択的に光電変換することで、他の色の光を分離するものであるため、所定の色の光を光電変換する時に、他の色の光の「一部分」（「大部分」以外の部分）が光電変換されてしまう。具体的に例えば、青色の光を光電変換するためのフォトダイオードで、緑色や赤色の光の「一部分」が光電変換されたり、青色の光を光電変換するためのフォトダイオードを透過した青色の光が、緑色や赤色の光を光電変換するためのフォトダイオードで光電変換されたりしてしまう。したがって、特許文献１で提案されている固体撮像素子では、画像データにおける色の再現性が悪くなるため、問題となる。
【００１０】
これに対して、特許文献２で提案されている撮像装置では、固体撮像素子において光電変換をする前に、プリズムによって分光するため、色の再現性が良い画像データを得ることができる。しかしながら、特許文献２で提案されている撮像装置では、適切に分光するために、マイクロレンズ及びプリズム間の距離と、プリズム及び固体撮像素子間の距離と、のそれぞれを十分に確保する必要がある。さらに、プリズムのそれぞれの刃によって分光されたそれぞれの光（上記の一連のパターンを有する光）は、固体撮像素子の表面に対して分散されて照射されるため、画素領域の間隔を狭めることが困難である。したがって、特許文献２で提案されている撮像装置及び固体撮像素子では、小型化が困難になるため、問題となる。
【００１１】
そこで、本発明は、解像感が高く色の再現性が良い画像データを得ることが可能であるとともに、小型化が容易である固体撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、それぞれの画素領域について、入射する光を光電変換する光電変換部を複数備える基板と、前記基板の表面上に設けられ、それぞれの前記画素領域について、入射する光を分光して複数の前記光電変換部のそれぞれに対して出射する分光部と、を備え、それぞれの前記画素領域について、前記分光部が、伝搬する光の波長帯域が異なる複数の導波路を備えることを特徴とする固体撮像素子を提供する。
【００１３】
この固体撮像素子によれば、基板の表面上に設けた分光部において、プリズムやカラーフィルタ等を用いることなく、導波路を用いて分光することが可能になる。
【００１４】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、前記分光部が、幅及び屈折率の少なくともいずれか一方が異なる複数の前記導波路を備えると、好ましい。
【００１５】
この固体撮像素子によれば、導波路の幅及び屈折率の少なくともいずれか一方を異ならせるだけで、伝搬する光の波長帯域が異なる複数の導波路を、容易に形成することが可能になる。
【００１６】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記導波路の下端と、当該導波路に対応する前記光電変換部の上端と、が対向していると、好ましい。
【００１７】
この固体撮像素子によれば、それぞれの導波路が出射する光を、導波路に対応する光電変換部に対して精度良く入射させることが可能になる。
【００１８】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、前記分光部が備える複数の前記導波路は、ある導波路に入射するとともに当該ある導波路に伝搬されずに透過した光が、当該ある導波路よりも伝搬する光の波長帯域の上限波長が大きい他の導波路に入射するように、形成されていると、好ましい。
【００１９】
特に、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、前記分光部が備える複数の前記導波路は、前記分光部内における少なくとも一部の光の進行方向に対して、ある導波路が、当該ある導波路よりも伝搬する光の波長帯域の上限波長が大きい他の導波路を覆うように形成されていると、好ましい。
【００２０】
この固体撮像素子によれば、伝搬する光の波長帯域の上限波長が小さい導波路に、波長が小さい光が選択的に取り込まれた後、残った波長が大きい光が、伝搬する光の波長帯域の上限波長が大きい導波路に取り込まれることになる。そのため、導波路による分光の精度を、高めることが可能になる。
【００２１】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記導波路の少なくとも一部が、前記基板の前記表面に垂直な方向に対して傾斜していると、好ましい。
【００２２】
この固体撮像素子によれば、分光部内を進行する光が、導波路に入射し易くなる。そのため、導波路が、分光部内を進行する光を効率良く取り込むことが可能になる。
【００２３】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記導波路は、前記基板に近い側が前記基板の前記表面に対して垂直となり、前記基板から遠い側が前記基板の前記表面に垂直な方向に対して傾斜していると、好ましい。
【００２４】
この固体撮像素子によれば、導波路から出射される光が、基板の表面に対して垂直に入射する。そのため、導波路が出射した光を、効率良く光電変換部に入射させることが可能になる。
【００２５】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記導波路は、前記基板から遠い側の幅が、前記基板に近い側の幅よりも大きくなっていると、好ましい。
【００２６】
この固体撮像素子によれば、基板から遠い側において、分光部内を進行する光を導波路に効率良く取り込ませるとともに、基板から近い側において、精度良く分光することが可能になる。
【００２７】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記導波路は、前記基板から遠い側の幅が、前記基板に近い側に向かって漸減している
【００２８】
この固体撮像素子によれば、導波路の幅が急峻に変化しないため、導波路の内部で光の散乱等が発生することを、抑制することが可能になる。
【００２９】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記導波路の、前記基板から遠い側が、複数に枝分かれしていると、好ましい。
【００３０】
この固体撮像素子によれば、導波路が有するそれぞれの枝から、分光部内を進行する光を効率良く取り込むことが可能になる。さらに、マイクロレンズ等の集光用の部材を用いる代わりに、枝分かれした導波路を用いて集光することが可能になるため、集光用の部材を不要にして固体撮像素子の小型化及び簡素化を図ることが可能になる。
【００３１】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、前記分光部が、伝搬する光の波長帯域が等しい複数の前記導波路を備えると、好ましい。
【００３２】
この固体撮像素子によれば、同様の導波路を複数備えることによって、分光の精度を高めることが可能になる。
【００３３】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記導波路が、平面視で回転対称となる形状であると、好ましい。
【００３４】
この固体撮像素子によれば、分光部内のあらゆる方向から進行してくる光を、導波路が精度良く分光することが可能になる。
【００３５】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、前記基板が備える複数の前記光電変換部は、前記分光部から出射される光の波長が大きいものほど、前記基板の前記表面から離れた深い位置まで形成されていると、好ましい。
【００３６】
この固体撮像素子によれば、基板の深い位置まで進入する波長が大きい光を、当該光に対応させるべく基板の深い位置まで形成した光電変換部によって、選択的に光電変換することが可能になる。したがって、導波路だけでなく、光電変換部においても分光することが可能になるため、精度良く分光することが可能になる。
【００３７】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、少なくとも１つの前記光電変換部の、前記基板の前記表面から離れた側が、前記基板の前記表面に平行な方向に対して広がっていると、好ましい。
【００３８】
この固体撮像素子によれば、基板の深い位置まで進入する波長が大きい光を、当該光に対応させるべく基板の深い位置で広がるように形成した光電変換部によって、選択的に光電変換することが可能になる。したがって、導波路だけでなく、光電変換部においても分光することが可能になるため、精度良く分光することが可能になる。
【００３９】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記分光部が、前記画素領域の境界に、光を反射または吸収する画素分離部を備えると、好ましい。
【００４０】
この固体撮像素子によれば、画素分離部を設けることで、導波路に取り込まれず分光部内を意図しない方向に進行する光が、隣接する画素領域に進入することを、抑制することが可能になる。そのため、解像感が高い画像データを得ることが可能になる。
【００４１】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、前記分光部が備える複数の前記導波路の、伝搬する光の波長帯域の上限波長を決定づける幅が、伝搬する光の波長帯域の上限波長が小さいほど小さくなるようにしてもよい。
【００４２】
具体的に例えば、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、前記分光部が備える複数の前記導波路の、伝搬する光の波長帯域の上限波長を決定づける幅が、伝搬する光の波長帯域の上限波長の半分の長さを当該導波路の屈折率で割った長さとしてもよい。
【００４３】
また例えば、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、前記分光部が備える複数の前記導波路の、伝搬する光の波長帯域の上限波長を決定づける幅が、伝搬する光の波長帯域の上限波長の半分の長さを当該導波路の屈折率で割った長さから、エバネセント波の染み出し長を減じた長さとしてもよい。
【００４４】
また、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、前記分光部が備える複数の前記導波路の屈折率が、伝搬する光の波長帯域の上限波長が小さいほど大きくなるようにしてもよい。
【００４５】
これらの固体撮像素子によれば、波長が小さい光を伝搬する導波路の幅がより狭くなり、波長が大きい光を伝搬する導波路の幅がより広くなるため、これらの差を大きくすることが可能になる。そのため、導波路による分光の精度を、高めることが可能になる。
【００４６】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、それぞれの前記画素領域について、前記分光部が、青色の光を伝搬する前記導波路と、緑色の光を伝搬する前記導波路と、赤色の光を伝搬する前記導波路と、のそれぞれ備えるようにすると、好ましい。
【００４７】
この固体撮像素子によれば、単板式の固体撮像素子であっても、デモザイキング等の処理を要することなく、青色、緑色及び赤色の三原色の値を含む画像データを得ることが可能になる。
【００４８】
また、本発明は、上記特徴の固体撮像素子の製造方法であって、前記導波路を備えた前記分光部が、化学蒸着によって形成されることを特徴とする固体撮像素子の製造方法を提供する。
【００４９】
この固体撮像素子の製造方法によれば、幅を精度良く制御して導波路を形成することが可能になる。即ち、導波路が伝搬する光の波長帯域を、精度良く制御することが可能になる。
【発明の効果】
【００５０】
上記特徴の固体撮像素子によれば、基板の表面上に設けた分光部において、プリズムやカラーフィルタ等を用いることなく、導波路を用いて分光することが可能になる。したがって、解像感が高く色の再現性が良い画像データを得ることが可能になるとともに、容易に小型化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の導波路について示す要部断面図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の導波路について示す要部断面図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る固体撮像素子の導波路について示す要部断面図。
【図５】本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図。
【図６】本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子の導波路の構造の具体例について示す要部断面図。
【図７】本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子の導波路の構造の別の具体例について示す要部断面図。
【図８】本発明の第５実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図。
【図９】本発明の第６実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図。
【図１０】本発明の第７実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図。
【図１１】本発明の第８実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図。
【図１２】固体撮像素子の製造方法の一例について説明するための要部断面図。
【図１３】電荷の読出構造の一例について説明するための基板の要部平面図。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明に係る固体撮像素子の第１〜第８実施形態について、以下図面を参照して説明する。なお、それぞれの実施形態は、本発明に係る固体撮像素子の具体例を示すものであり、それぞれの実施形態における特徴は、矛盾無き限り組み合わせて実施することが可能である。
【００５３】
＜第１実施形態＞
最初に、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図である。なお、本願の図面は、図示の明確化のために、断面を示すハッチングを一部省略している。
【００５４】
図１に示すように、固体撮像素子１は、基板１０と、基板１０の表面Ｓ（図中上側の面）上に設けられる分光部２０と、分光部２０上に設けられ入射する光を集光して分光部２０に対して出射するマイクロレンズ３０と、を備える。
【００５５】
基板１０は、例えばシリコンから成る。また、画素領域ＰＡにおいて、基板１０内の光電変換によって生じた電荷を蓄積する複数の蓄積部１１〜１３が、基板１０の内部に形成されている。蓄積部１１〜１３は、その周囲の領域とは逆の導電型の半導体から成っている。そのため、蓄積部１１〜１３のそれぞれと、それぞれの周囲の領域と、によってそれぞれフォトダイオード（光電変換部）を構成している。なお、図１では、基板１０がｐ型の半導体から成るとともに、蓄積部１１〜１３がｎ型の半導体から成る場合について例示しているが、基板１０がｎ型の半導体から成るとともに、蓄積部１１〜１３がｐ型の半導体から成っていてもよい。また、図１に例示するように基板１０の全体が単一の導電型の半導体から成っていてもよいし、基板１０内の素子構造を形成するための一部の領域（ウエル）のみが当該導電型の半導体から成っていてもよい。
【００５６】
分光部２０は、入射する光を伝搬する複数の導波路２１〜２３と、画素領域ＰＡの境界に設けられる配線部２４と、画素領域ＰＡの境界かつ表面Ｓの近傍に設けられ蓄積部１１〜１３のそれぞれに蓄積された電荷の移動などを制御する回路部２５と、を備える。導波路２１〜２３は、分光部２０の母材２０１よりも屈折率（絶対屈折率、以下同じ）が高い材料から成り、それぞれが伝搬する光の波長帯域が異なっている。
【００５７】
例えば、分光部２０の母材２０１は、ＳｉＯ２（屈折率約１．４５）から成り、導波路２１〜２３のそれぞれは、ＳｉＮ（屈折率約２．０）から成る。また例えば、分光部２０の母材２０１は、屈折率が約１．３から約１．５程度となるように組成等を調整した樹脂類から成り、導波路２１〜２３のそれぞれは、屈折率が約１．５から約１．７程度となるように組成等を調整した樹脂類から成る。また、配線部２４や回路部２５は、例えば金属材料から成る。
【００５８】
画素領域ＰＡは、固体撮像素子１内で所定の周期性を有して配置される。例えば、画素領域ＰＡは、固体撮像素子１内で基板１の表面Ｓと平行な方向に対して、マトリクス状に配置される。
【００５９】
固体撮像素子１の画素領域ＰＡにおいて、マイクロレンズ３０によって集光された光が、分光部２０に入射する。分光部２０に入射した光は、分光部２０内を進行するが、伝搬する波長帯域が異なる導波路２１〜２３によって選択的に伝搬されることによって、分光される（詳細は後述）。
【００６０】
そして、導波路２１が伝搬する光（例えば、青色の光）が、導波路２１の下端に対して上端が対向する基板１０内の蓄積部１１に対して出射される。同様に、導波路２２が伝搬する光（例えば、緑色の光）が、導波路２２の下端に対して上端が対向する基板１０内の蓄積部１２に対して出射される。同様に、導波路２３が伝搬する光（例えば、赤色の光）が、導波路２２の下端に対して上端が対向する基板１０内の蓄積部１３に対して出射される。
【００６１】
これにより、蓄積部１１〜１３を備えるそれぞれのフォトダイオードにおいて、光電変換が行なわれる。その結果、導波路２１が伝搬した光に対応した電荷が蓄積部１１に蓄積され、導波路２２が伝搬した光に対応した電荷が蓄積部１２に蓄積され、導波路２３が伝搬した光に対応した電荷が蓄積部１３に蓄積され、それぞれの蓄積部１１〜１３に蓄積された電荷に応じた信号を生成することで、画像データが得られる。
【００６２】
以上のように、固体撮像素子１では、基板１０の表面Ｓ上に設けた分光部２０において、プリズムやカラーフィルタ等を用いることなく、導波路２１〜２３を用いて分光することが可能になる。したがって、解像感が高く色の再現性が良い画像データを得ることが可能になるとともに、容易に小型化を図ることが可能になる。
【００６３】
次に、導波路２１〜２３の詳細について、図１に加えて図２を参照して説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の導波路について示す要部断面図である。なお、図２中の下側に基板１０が存在し、図２中の上側にマイクロレンズ３０が存在している（図１参照）。
【００６４】
図２に示すように、導波路２１は、青色の光（例えば、波長が４９０ｎｍ以下の光）を伝搬する。また、導波路２２は、緑色の光（例えば、波長が４９０ｎｍより大きく５８０ｎｍ以下の光）を伝搬する。また、導波路２３は、赤色の光（例えば、波長が５８０ｎｍより大きい光）を伝搬する。
【００６５】
導波路２１〜２３が伝搬する光の波長帯域について、その上限波長（遮断波長）λｃｕｔｏｆｆは、理論上、下記式（１）によって決定される。なお、下記式（１）中、「ｎ」は、導波路２１〜２３の屈折率であり、「ａ」は、光の伝搬方向に対して垂直な導波路の断面（以下、垂直断面と称する）において、導波路２１〜２３が伝搬する光の波長帯域の上限波長を決定づける幅である（以下、単に幅と称する）。具体的に、例えば導波路の垂直断面が長方形であれば、幅「ａ」はその長辺の長さであり、例えば導波路の垂直断面が円形であれば、幅「ａ」はその直径である。
【００６６】
【数１】
2014027091.tif 000003
・・・（１）
【００６７】
上記式（１）より、導波路２１〜２３の屈折率「ｎ」を大きくするほど、上限波長λｃｕｔｏｆｆを大きくすることができる。同様に、導波路２１〜２３の幅「ａ」を大きくするほど、上限波長λｃｕｔｏｆｆを大きくすることができる。なお、以下では説明の具体化のため、導波路２１〜２３が、その幅が異なるように形成されることで、伝搬する光の波長帯域が異なっているものとする。具体的には、導波路２１、導波路２２、導波路２３の順番で、幅が大きくなる（即ち、上限波長λｃｕｔｏｆｆが大きくなる）ものとする。
【００６８】
ただし、導波路の垂直断面の形状によっては、厳密には上記式（１）が成立しない（所定の係数等を乗じる必要がある）場合もあり得る。しかし、このような場合でも、屈折率「ｎ」及び幅「ａ」の少なくともいずれか一方を大きくすれば、上限波長λｃｕｔｏｆｆを大きくすることが可能である。
【００６９】
上記式（１）は、例えば下記式（２）から導出される。下記式（２）は、導波路の垂直断面が長方形（長辺ａ、短辺ｂ）である場合において、導波路が伝搬し得る波長λを示すものである。下記式（２）において、「ｘ」及び「ｙ」は、導波モードを示す数であり、それぞれ０以上の整数である。下記式（２）において、ｘ＝１及びｙ＝０のときに波長λが最大値を取り、当該最大値が上記式（１）における上限波長λｃｕｔｏｆｆに相当する。
【００７０】
【数２】
2014027091.tif 000004
・・・（２）
【００７１】
図１及び図２に示すように、導波路２１〜２３は、基板１０に近い側が表面Ｓに対して垂直となり、基板１０から遠い側が表面Ｓに垂直な方向に対して傾斜している。導波路２１〜２３をこのような形状にすると、分光部２０内を進行する光が、導波路２１〜２３に入射し易くなり、導波路２１〜２３が分光部２０内を進行する光を効率良く取り込むことが可能になるため、好ましい。また、導波路２１〜２３から出射される光が、基板１０の表面Ｓに対して垂直に入射することで、導波路２１〜２３が出射した光を、蓄積部１１〜１３を備えるそれぞれのフォトダイオード対して、効率良く入射させることが可能になる。
【００７２】
また、図１及び図２に示すように、導波路２１〜２３のそれぞれにおける、基板１０から遠い側は、同じ方向に対して平行に傾斜している。即ち、導波路２１は、分光部２０内における少なくとも一部の光の進行方向（例えば、図２中の上下方向）に対して、導波路２１の上限波長λｃｕｔｏｆｆが大きい導波路２２を覆うように形成されていることになる。同様に、導波路２２は、分光部２０内における少なくとも一部の光の進行方向（例えば、図２中の上下方向）に対して、導波路２２よりも上限波長λｃｕｔｏｆｆが大きい導波路２３を覆うように形成されていることになる。
【００７３】
この場合、図２に示すように、導波路２１に入射するとともに導波路２１内を伝搬せずに透過した光（即ち、導波路２１の上限波長λｃｕｔｏｆｆよりも大きい波長の光）は、次に導波路２２に入射する。そして、導波路２２に入射するとともに導波路２２内を伝搬せずに透過した光（即ち、導波路２２の上限波長λｃｕｔｏｆｆよりも大きい波長の光）は、次に導波路２３に入射する。
【００７４】
具体的に例えば、導波路２１の上限波長λｃｕｔｏｆｆが４９０ｎｍであれば、導波路２１は青色の光を伝搬することになる。また、導波路２２の上限波長λｃｕｔｏｆｆが５８０ｎｍであれば、導波路２２は緑色の光を伝搬することになる。そして、導波路２３の上限波長λｃｕｔｏｆｆが十分に大きい値（例えば、７５０ｎｍ以上）であれば、導波路２３は赤色の光を伝搬することになる。このように、導波路２１〜２３を用いることで、例えば赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の光に分光することが可能になる。
【００７５】
なお、図２では、導波路２１〜２３の幅「ａ」が、紙面（基板１０の表面Ｓに対して垂直な面であって、導波路２１〜２３が隣接する方向に対して平行な面）に対して平行な方向の長さである場合について例示しているが、この方向以外の長さであってもよい。例えば、導波路２１〜２３の幅「ａ」が、紙面に対して垂直な方向（紙面奥行方向）の長さであってもよい。
【００７６】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子の導波路について示す要部断面図である。なお、ここでは、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子について、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と異なる部分のみ説明し、同様となる部分については本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１の説明を参酌するものとして、その説明を省略する。
【００７７】
図３に示すように、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と同様に、導波路２１ａ〜２３ａを備える。ただし、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子では、導波路２１ａ，２２ａの基板１０から遠い側の幅が、導波路２１ａ，２２ａの基板１０に近い側の幅よりも、大きくなっている。さらに、導波路２１ａ，２２ａは、基板１０から遠い側の幅が、基板１０に近い側に向かって漸減している。
【００７８】
このように、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子では、導波路２１ａ，２２ａが、基板１０から遠い側において分光部２０内を進行する光を効率良く取り込むとともに、基板１０から近い側において精度良く分光することが可能になる。さらに、導波路２１ａ，２２ａでは、幅が急峻に変化しないため、導波路２１ａ，２２ａの内部で光の散乱等が発生することを、抑制することが可能になる。
【００７９】
なお、図３に示す例では、導波路２１ａ〜２３ａの中の２つの導波路２１ａ，２２ａが、上述のように基板１０から遠い側の幅が基板１０に近い側の幅よりも大きくなるものとしたが、導波路２１ａ〜２３ａの少なくとも１つがこのような形状であれば、上述した効果を得ることが可能である。
【００８０】
また、図３では、紙面（基板１０の表面Ｓに対して垂直な面であって、導波路２１ａ〜２３ｃが隣接する方向に対して平行な面）に対して平行な方向に、導波路２１ａ，２２ａの幅を変化させる場合について例示しているが、当該方向に加えて（または代えて）、他の方向に幅を変化させてもよい。例えば、導波路２１ａ，２２ａの幅を、紙面に対して垂直な方向（紙面奥行方向）に変化させてもよい。
【００８１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係る固体撮像素子の導波路について示す要部断面図である。なお、ここでは、本発明の第３実施形態に係る固体撮像素子について、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と異なる部分のみ説明し、同様となる部分については本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１の説明を参酌するものとして、その説明を省略する。
【００８２】
図４に示すように、本発明の第３実施形態に係る固体撮像素子は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と同様に、導波路２１ｂ〜２３ｂを備える。ただし、本発明の第３実施形態に係る固体撮像素子は、導波路２１ｂを３つ、導波路２２ｂを２つ、導波路２３ｂを１つ備えている。なお、３つの導波路２１ｂは、伝搬する光の波長帯域が等しくなっており、２つの導波路２２ｂも、伝搬する光の波長帯域が等しくなっている。
【００８３】
このように、本発明の第３実施形態に係る固体撮像素子は、同様の導波路２１ｂ，２２ｂを複数備えることによって、分光の精度を高めることが可能になる。
【００８４】
なお、図４に示す例では、導波路２１ｂ〜２３ｂの中の２種類の導波路２１ｂ，２２ｂが、上述のように複数備えられるものとしたが、導波路２１ａ〜２３ａの少なくとも１種類がこのように複数備えられていれば、上述した効果を得ることが可能である。
【００８５】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。図５は、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図である。また、図６は、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子の導波路の構造の具体例について示す要部断面図である。なお、図６は、図５のＡ―Ａ断面を示すものであり、導波路２１ｃ〜２３ｃの垂直断面を示すものである。また、ここでは、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子について、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と異なる部分のみ説明し、同様となる部分については本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１の説明を参酌するものとして、その説明を省略する。
【００８６】
図５に示すように、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子１ｃは、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と同様に、導波路２１ｃ〜２３ｃと、蓄積部１１ｃ〜１３ｃと、を備える。ただし、図６に示すように、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子１ｃでは、導波路２１ｃ，２２ｃのそれぞれの垂直断面が円環状となり、導波路２３ｃの垂直断面が円形状となる。さらに、導波路２１ｃ〜２３ｃは、同心状に配置されている。具体的に、導波路２１ｃの内側に導波路２２ｃが配置され、導波路２２ｃの内側に導波路２３ｃが配置されている。また、図５に示すように、蓄積部１１ｃ〜１３ｃは、基板１０内において、導波路２１ｃ〜２３ｃに対応する位置に形成されている。
【００８７】
このように、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子１ｃは、導波路２１ｃ〜２３ｃが、平面視で回転対称となる形状になる。そのため、分光部２０内のあらゆる方向から進行する光を、導波路２１ｃ〜２３ｃが精度良く分光することが可能になる。
【００８８】
なお、図６に示す例では、導波路２１ｃ，２２ｃのそれぞれの垂直断面が円環状であり、導波路２３ｃの垂直断面が円形状となっているが、導波路２１ｃ〜２３ｃの少なくとも１つが平面視で回転対称となる形状であれば、上述した効果を得ることが可能である。また、導波路２１ｃ〜２３ｃの形状は、平面視で回転対称となる形状であれば、例えば長方形や正方形など、どのような形状であってもよい。
【００８９】
また、導波路２１ｃ〜２３ｃは、その垂直断面の形状が、図６に示したような連続的なものでなくてもよい。この具体例について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子の導波路の構造の別の具体例について示す要部断面図である。また、図７も図６と同様に、図５のＡ―Ａ断面を示すものであり、導波路２１ｃ〜２３ｃの垂直断面を示すものである。
【００９０】
図７に示す例では、導波路２１ｃ，２２ｃのそれぞれの垂直断面が、複数箇所で分断された円環状となっており、導波路２３ｃの垂直断面が円形状となっている。このような導波路２１ｃ〜２３ｃであっても、平面視の形状が回転対称であれば、上述した効果を得ることができる。さらに、図７に示す導波路２１ｃ，２２ｃのように、導波路を垂直断面において分断すると、伝搬する光の波長帯域を精度良く制御することが可能になるため、好ましい。
【００９１】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。図８は、本発明の第５実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図である。なお、ここでは、本発明の第５実施形態に係る固体撮像素子１ｄについて、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と異なる部分のみ説明し、同様となる部分については本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１の説明を参酌するものとして、その説明を省略する。
【００９２】
図８に示すように、本発明の第５実施形態に係る固体撮像素子１ｄは、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と同様に、導波路２１ｄ〜２３ｄと、蓄積部１１ｄ〜１３ｄと、を備える。ただし、図８に示すように、本発明の第５実施形態に係る固体撮像素子１ｄは、上述した本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子１ｃが備える導波路２１ｃ〜２３ｃ（図６参照）と同様の導波路２１ｄ〜２３ｄを備えるとともに、基板１０内において形成される深さ（基板１０の表面Ｓからの距離）が異なる蓄積部１１ｄ〜１３ｄと、を備える。
【００９３】
蓄積部１１ｄ〜１３ｄは、分光部２０（導波路２１ｄ〜２３ｄ）から出射される光の波長が大きいものほど、基板１０の表面Ｓから離れた深い位置まで形成されている。具体的に例えば、導波路１１ｄ、導波路１２ｄ、導波路１３ｄの順番で、基板１０の表面Ｓから深い位置まで延びるように形成されている。さらに、蓄積部１２ｄ，１３ｄは、基板１０の表面Ｓから離れた側が、基板１０の表面Ｓに平行な方向に対して広がっている。
【００９４】
このように、本発明の第５実施形態に係る固体撮像素子１ｄでは、基板１０の表面Ｓから離れた深い位置まで進入する波長が大きい光を、当該光に対応させるべく基板１０の表面Ｓから離れた深い位置で広がるように形成した蓄積部１２ｄ，１３ｄを備えるフォトダイオードによって、選択的に光電変換することが可能になる。したがって、導波路２１ｄ〜２３ｄだけでなく、蓄積部１１ｄ〜１３ｄを備えるフォトダイオードにおいても分光することが可能になるため、精度良く分光することが可能になる。
【００９５】
なお、図８に示す例では、蓄積部１１ｄ〜１３ｄの中の２つの蓄積部１２ｄ，１３ｄが、上述のように基板１０の表面Ｓから遠い側が広がるものとしたが、蓄積部１１ｄ〜１３ｄの少なくとも１つ（特に、波長が大きい光を光電変換するもの）がこのような形状であれば、上述した効果を得ることが可能である。
【００９６】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。図９は、本発明の第６実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図である。なお、ここでは、本発明の第６実施形態に係る固体撮像素子１ｅについて、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と異なる部分のみ説明し、同様となる部分については本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１の説明を参酌するものとして、その説明を省略する。
【００９７】
図９に示すように、本発明の第６実施形態に係る固体撮像素子１ｅは、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と同様に、導波路２１ｅ〜２３ｅと、フォトダイオードと、を備える。ただし、図９に示すように、本発明の第６実施形態に係る固体撮像素子１ｄは、上述した本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子１ｃが備える導波路２１ｃ〜２３ｃ（図６参照）と同様の導波路２１ｅ〜２３ｅを備えるとともに、基板１０中にフォトダイオードを構成する各領域１４１〜１４４を備える。
【００９８】
具体的に、固体撮像素子１ｄは、基板１０内において、ｎ型の半導体から成る領域である第１領域１４１と、第１領域に隣接するｐ型半導体から成る領域である第２領域１４２と、第２領域１４２に隣接するｎ型半導体から成る領域である第３領域１４３と、第３領域１４３に隣接するｐ型半導体から成る領域である第４領域１４４と、を備える。
【００９９】
そして、第１領域１４１及び第２領域１４２によって構成されるフォトダイオードの上端は、導波路２１ｅの下端に対向するように設けられている。また、第２領域１４２及び第３領域１４３によって構成されるフォトダイオードの上端は、導波路２２ｅの下端に対向するように設けられている。また、第３領域１４３及び第４領域１４４によって構成されるフォトダイオードの上端は、導波路２３ｅの下端に対向するように設けられている。この場合、固体撮像素子１ｅは、上述した特許文献１と同様に、それぞれのフォトダイオードを流れる電流を検出することで、画像データを生成することができる。
【０１００】
上述のように、特許文献１の固体撮像素子では、複数のフォトダイオードを用いた選択的な光電変換のみで複数色の画像データを得るため、得られる画像データにおける色の再現性が悪くなる。しかしながら、本発明の第６実施形態に係る固体撮像素子１ｅのように、フォトダイオードに入射する前に光を分光することによって、色の再現性が良い画像データを得ることが可能になる。
【０１０１】
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。図１０は、本発明の第７実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図である。なお、ここでは、本発明の第７実施形態に係る固体撮像素子１ｆについて、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と異なる部分のみ説明し、同様となる部分については本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１の説明を参酌するものとして、その説明を省略する。
【０１０２】
図１０に示すように、本発明の第７実施形態に係る固体撮像素子１ｆは、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と同様に、導波路２１ｆ〜２３ｆと、蓄積部１１ｆ〜１３ｆと、を備える。ただし、図１０に示すように、本発明の第７実施形態に係る固体撮像素子１ｆは、上述した本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子１ｃが備える導波路２１ｃ〜２３ｃ（図６参照）と同様に平面視において回転対称の形状である導波路２１ｆ〜２３ｆと、上述した本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子１ｃが備える蓄積部１１ｃ〜１３ｃ（図６参照）と同様の蓄積部１１ｆ〜１３ｆと、を備える。また、本発明の第７実施形態に係る固体撮像素子１ｆは、マイクロレンズ３０を備えていない。
【０１０３】
導波路２１ｆ，２２ｆは、基板１０から遠い側が枝分かれしている。また、導波路２３ｆは、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子が備える導波路２１ａ，２２ａ（図３参照）と同様に、導波路２３ｆの基板１０から遠い側の幅が、導波路２３ｆの基板１０に近い側の幅よりも大きくなるとともに、基板１０から遠い側の幅が、基板１０に近い側に向かって漸減している。
【０１０４】
このように、本発明の第７実施形態に係る固体撮像素子１ｆでは、導波路２１ｆ，２２ｆが有するそれぞれの枝から、分光部２０内を進行する光を効率良く取り込むことが可能になる。また、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子について説明したように、導波路２３ｆも、分光部２０内を進行する光を効率良く取り込むことが可能である。さらに、マイクロレンズ３０の代わりに、枝分かれした導波路２１ｆ，２２ｆを用いて集光することが可能になるため、マイクロレンズ３０を不要にして固体撮像素子１ｆの小型化及び簡素化を図ることが可能になる。
【０１０５】
なお、図１０に示す例では、導波路２１ｆ〜２３ｆの中の２つの導波路２１ｆ，２２ｆが、上述のように基板１０から遠い側が枝分かれするものとしたが、導波路２１ｆ〜２３ｆの少なくとも１つがこのような形状であれば、上述した効果を得ることが可能である。また、特に必要であれば、固体撮像素子１ｆにマイクロレンズ３０を設けてもよい。
【０１０６】
＜第８実施形態＞
次に、本発明の第８実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。図１１は、本発明の第８実施形態に係る固体撮像素子の全体構造の一例を示す断面図である。なお、ここでは、本発明の第８実施形態に係る固体撮像素子１ｇについて、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１と異なる部分のみ説明し、同様となる部分については本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１の説明を参酌するものとして、その説明を省略する。
【０１０７】
図１１に示すように、本発明の第８実施形態に係る固体撮像素子１ｇは、分光部２０の内部であり画素領域ＰＡの境界に沿って延びるように形成される遮光部２６（画素分離部）を備える。遮光部２６は、例えば金属などから成り、分光部２０内を進行する光を反射または吸収する。なお、図１１に示す固体撮像素子１ｇでは、配線部２４について図示していないが、配線部２４は、遮光部２６の一部であってもよいし、図１に示す固体撮像素子１とは異なる場所に配置されてもよい。
【０１０８】
このように、本発明の第８実施形態に係る固体撮像素子１ｇでは、分光部２０内に遮光部２６を設けることによって、導波路２１ｇ〜２３ｇに取り込まれず分光部内を意図しない方向に進行する光が、隣接する画素領域ＰＡに進入することを、抑制することが可能になる。そのため、解像感が高い画像データを得ることが可能になる。
【０１０９】
なお、程度の差はあり得るが、分光部２０内に設けられる配線部２４や回路部２５（図１参照）も、遮光部２６と同様に、隣接する画素領域ＰＡに光が進入することを抑制し得る。したがって、配線部２４や回路部２５を、遮光部２６（画素分離部）の一部として解釈してもよい。
【０１１０】
＜変形等＞
［１］  上述した本発明のそれぞれの実施形態に係る固体撮像素子の製造方法（特に、分光部２０の製造方法）の一例について、図面を参照して説明する。図１２は、固体撮像素子の製造方法の一例について説明するための要部断面図である。
【０１１１】
図１２に例示する製造方法では、化学蒸着（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）を適用する。この場合、例えば、上限波長λｃｕｔｏｆｆが最大となる導波路の一部（または全部）である芯部２０Ａを形成した後、分光部２０の母材２０１を成す膜２０Ｂと、導波路を成す膜２０Ｃと、を交互に成膜する。
【０１１２】
このように、導波路を備えた分光部２０の製造に化学蒸着を適用すると、幅を精度良く制御しながら導波路を形成することが可能になる。即ち、導波路が伝搬する光の波長帯域を、精度良く制御することが可能になる。特に、芯部２０Ａを形成した後に、化学蒸着によって膜２０Ｂ，２０Ｃの成膜を行うと、基板１０の表面Ｓに対して垂直な方向（図１２中の上下方向）における導波路の幅（例えば、膜２０Ｃの膜厚）についても、容易に精度良く制御することが可能になる。
【０１１３】
なお、膜２０Ｂ，２０Ｃを単純に交互に成膜するのみでは、所望の形状の導波路を備えた分光部２０を得ることができない場合は、膜の一部を除去したり継ぎ足したりする工程を、適宜追加すればよい。また、図１２は、化学蒸着により分光部２０を製造することの直感的な理解のために例示したものに過ぎず、本発明のそれぞれの実施形態に係る固体撮像素子の製造の際に、必ずしも図１２に例示する形状を経由する必要はない。
【０１１４】
［２］  上述した本発明のそれぞれの実施形態に係る固体撮像素子では、主として導波路の幅を異ならせることで、伝搬する光の波長帯域の上限波長を異ならせる場合について例示したが、これに加えて（または、代えて）、導波路の屈折率を異ならせることで、伝搬する光の波長帯域の上限波長を異ならせてもよい。例えば、第１実施形態に係る固体撮像素子１において、導波路２３、導波路２２、導波路２１の順番で、屈折率が大きくなるようにしてもよい。この場合、波長が小さい光を伝搬する導波路２１の幅がより狭くなり、波長が大きい光を伝搬する導波路２３の幅がより広くなるため、これらの差を大きくすることが可能になる。そのため、導波路２１〜２３による分光の精度を、高めることが可能になる。
【０１１５】
［３］  導波路内を伝搬する光は、境界で反射するときに、当該境界から外部に対してわずかに染み出す。この染み出す電磁波がエバネセント波であるが、上述した本発明のそれぞれの実施形態に係る固体撮像素子において、導波路の幅を決定する際に、このエバネセント波の染み出し長を考慮してもよい。具体的に例えば、上記式（１）によって求められる幅「ａ」から、エバネセント波の染み出し長を減じた長さを、導波路の長さとしてもよい。
【０１１６】
［４］  上述した本発明のそれぞれの実施形態に係る固体撮像素子における、基板中の蓄積部に蓄積した電荷の読出構造の一例について、図面を参照して説明する。図１３は、電荷の読出方法の一例について説明する基板の要部平面図である。なお、図１３は、上述した本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１の基板１０を、表面Ｓ側から見た場合の平面図であって、読出構造に関する部分のみを示したものである。また、図１３は、上述した図１と同様に、蓄積部１１〜１３がｎ型である場合について例示したものである。
【０１１７】
図１３に示すように、基板１０内には、上述の蓄積部１１〜１３と、基板１０内で蓄積部１１に対向する読出部１４と、基板１０内で蓄積部１２に対向する読出部１５と、基板１０内で蓄積部１３に対向する読出部１６と、がそれぞれ形成されている。読出部１４〜１６は、蓄積部１１〜１３と同じ導電型（ｎ型）の半導体から成り、読出部１４〜１６の不純物濃度（ｎ＋）は、蓄積部１１〜１３の不純物濃度（ｎ−）よりも高くなっている。
【０１１８】
また、基板１０の表面Ｓ上には、不図示の絶縁膜を介して転送ゲート電極４０が形成されている。転送ゲート電極４０は、蓄積部１１及び読出部１４の間と、蓄積部１２及び読出部１５の間と、蓄積部１３及び読出部１６の間と、のそれぞれを覆うように形成される。そして、この読出構造において、転送ゲート電極４０に所定の電位を与えると、蓄積部１１〜１３に蓄積されている電荷（電子）が、対向する読出部１４〜１６に読み出される。
【０１１９】
なお、図１３では、対向する蓄積部１１〜１３及び読出部１４〜１６が成すそれぞれの組に対して、一体的な転送ゲート電極４０を形成することによって、蓄積部１１〜１３から読出部１４〜１６に向けて一斉に電荷（電子）を読み出すことが可能な読出構造について例示しているが、当該組のそれぞれに対して、転送ゲート電極を個別的に形成してもよい。
【０１２０】
また、図１３では、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子１における、電荷の読出構造について例示したが、同様の読出構造は、本発明の第１実施形態以外の実施形態に係る固体撮像素子にも適用することが可能である。ただし、本発明の第４，第５，第７及び第８実施形態に係る固体撮像素子１ｃ，１ｄ，１ｆ，１ｇにおいて、垂直断面が円環状となる導波路に合わせて、蓄積部の平面視の形状を円環状にする場合は、内側の蓄積部から電荷を取り出すための電荷の通路を形成しておくと、好ましい。
【０１２１】
［５］  上述した本発明のそれぞれの実施形態に係る固体撮像素子では、配線部２４や回路部２５が、基板１０の光が入射する表面Ｓ側に配置されるものとして説明したが、配線部２４や回路部２５を、基板１０の裏面側（表面Ｓの反対側）に配置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法は、例えば撮像機能を有する各種電子機器に搭載されるＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等に、好適に利用され得る。
【符号の説明】
【０１２３】
１      ：  固体撮像素子
１０    ：  基板
１１〜１３  ：  蓄積部
２０    ：  分光部
２０１  ：  母材
２１〜２３  ：  導波路
２４    ：  配線部
２５    ：  回路部
３０    ：  マイクロレンズ
４０    ：  転送ゲート電極
ＰＡ    ：  画素領域
Ｓ      ：  表面
【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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