(57)【要約】      （修正有）【課題】混色を防ぎつつ光感度を向上させるレイアウト設計を可能にする裏面照射型の固体撮像装置を提供する。【解決手段】半導体層２２には複数の光電変換部２１が配列されており、層間絶縁膜３３には、各々が光を反射する複数の反射部３２が配列されており、固体撮像装置のレンズ部を経て前記光電変換部２１へ入射した光束が、前記半導体層２２の表面Ｃを通過し前記反射部３２の反射面Ｒで反射されて、再び前記表面Ｃから前記光電変換部２１へ入射する光束において、前記光束の前記反射面Ｒにおける断面積Ｓ３が、前記光電変換部２１から前記反射部３２へ向かう光束の、前記光電変換部２１と前記反射部３２との間の部分における断面積Ｓ２よりも小さく、前記反射部３２から前記光電変換部２１へ向かう光束の、前記光電変換部２１と前記反射部３２との間の部分における断面積Ｓ４よりも大きくなる構造を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに反対側の面である第１面および第２面を有する半導体層と、前記半導体層の前記第１面の側に設けられた第１領域と、前記半導体層の前記第２面の側に設けられた第２領域と、を備える固体撮像装置であって、
前記半導体層には複数の光電変換部が配列されており、前記第１領域には、各々が光を集束する複数のレンズ部が前記第１面に沿って配列されており、前記第２領域には、各々が光を反射する複数の反射部が前記第１面に沿って配列されており、
前記固体撮像装置は、前記レンズ部を経て前記第１面の側から前記光電変換部へ入射した光束が、前記第２面を通過し前記反射部の反射面で反射されて、前記第２面の側から前記光電変換部へ入射する画素を含み、
前記画素において、前記光束の前記反射面における断面積が、前記光電変換部から前記反射部へ向かう光束の、前記光電変換部と前記反射部との間の部分における断面積よりも小さく、前記反射部から前記光電変換部へ向かう光束の、前記光電変換部と前記反射部との間の部分における断面積よりも大きくなる構造を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記反射部から前記光電変換部へ向かう光束の前記第２面における断面積が前記光電変換部から前記反射部へ向かう光束の前記第２面における断面積よりも小さい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】
前記反射部から前記光電変換部へ向かう光束の前記第２面における断面積が前記光束の前記反射面における断面積よりも小さい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１領域には赤色光を選択的に透過する赤色光選択部、緑色光を選択的に透過する緑色光選択部、および青色光を選択的に透過する青色光選択部が設けられており、前記光束は、前記赤色光選択部または前記緑色光選択部を経ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記青色光選択部を経た光束が入射する光電変換部を含む画素では、前記半導体層からの距離が前記反射部と等しい金属パターンの面積が前記反射面の面積よりも小さい、または、前記半導体層からの距離が前記反射部と等しい位置に金属パターンが存在しないことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１領域は、光を遮光する遮光部を含むことを特徴とする請求項１乃至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領域は、複数の光透過部と、前記光透過部よりも屈折率が低く前記光透過部同士の間に配された低屈折率部と、を含むことを特徴とする請求項１乃至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１領域は、波長選択部と、前記波長選択部と前記光電変換部との間に設けられたレンズ部と、をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記反射面は、凹面であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、前記固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と、を備えることを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置および撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
裏面照射型の固体撮像装置は、一般に、光電変換部の厚さが表面照射型より薄いため、入射した光（特に、波長が長い光）は光電変換部において十分に吸収されずに透過しうる。特許文献１および特許文献２には、光電変換部を透過した光を当該光電変換部に向けて反射させる反射部が曲率を有する構造が開示されている。特許文献１の構造によると、マイクロレンズ（１１０）は入射光を光電変換部（１３０）の内部に集光させ、曲率を有する反射部（１５０）は反射光を光電変換部の内部に集光させている。また、特許文献２の構造によると、固体撮像装置に対して垂直に入射した光（Ｌ１およびＬ３）は、反射部（１２８）の表面（１２６）において集光されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１８４１２号公報
【特許文献２】米国特許第７７５５１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
反射部による光の反射効率を向上させ、光感度を向上させるために、面積の大きい反射部を配置する方法が考えられるが、電源供給用、画素駆動用ないし信号読出用の配線パターンを配置することが難しくなる。よって、反射部は、レイアウト設計の観点から、その大きさを抑えつつ配置されることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、小面積の反射部を配置した構成の下では、特許文献１のように、入射光の集光位置が光電変換部の内部に位置するように固体撮像装置を設計すると、入射光のうち、反射部において反射されないことによって迷光が生じる。このことは、隣接画素の間で混色をもたらしうる。また、同構成の下では、特許文献２のように、集光位置が反射部の表面に位置するように固体撮像装置を設計すると、反射部からの反射光のうち、隣接画素に向かって進む光が存在し、これが混色をもたらしうる。
【０００６】
本発明の目的は、裏面照射型の固体撮像装置において、混色を防ぎつつ光感度を向上させるレイアウト設計に有利な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの側面は固体撮像装置にかかり、前記固体撮像装置は、互いに反対側の面である第１面および第２面を有する半導体層と、前記半導体層の前記第１面の側に設けられた第１領域と、前記半導体層の前記第２面の側に設けられた第２領域と、を備える固体撮像装置であって、前記半導体層には複数の光電変換部が配列されており、前記第１領域には、各々が光を集束する複数のレンズ部が前記第１面に沿って配列されており、前記第２領域には、各々が光を反射する複数の反射部が前記第１面に沿って配列されており、前記固体撮像装置は、前記レンズ部を経て前記第１面の側から前記光電変換部へ入射した光束が、前記第２面を通過し前記反射部の反射面で反射されて、前記第２面の側から前記光電変換部へ入射する画素を含み、前記画素において、前記光束の前記反射面における断面積が、前記光電変換部から前記反射部へ向かう光束の、前記光電変換部と前記反射部との間の部分における断面積よりも小さく、前記反射部から前記光電変換部へ向かう光束の、前記光電変換部と前記反射部との間の部分における断面積よりも大きくなる構造を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、裏面照射型の固体撮像装置において、混色を防ぎつつ光感度を向上させるレイアウト設計を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の構成例を説明する図。
【図２】本実施形態の構成例を説明する図。
【図３】他の構成例との比較結果を説明する図。
【図４】他の実施形態の構成例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１および２を参照しながら、第１実施形態の固体撮像装置Ｉを説明する。固体撮像装置Ｉは、図１（ａ）に示されるように、裏面照射型の構造を有しており、光の入射側の面である前面Ａと、その反対側の面である後面Ｂとを有する。固体撮像装置Ｉは前面Ａから後面Ｂに向かって、光学領域１０、半導体領域２０、および配線領域３０を含む。半導体領域２０は、表面Ｃ（第２面）と裏面Ｄ（第１面）とを有する半導体層２２を含む。固体撮像装置Ｉは、各々が光学領域１０の一部と、半導体領域２０の一部と、配線領域３０の一部とで構成された画素Ｐが光の入射面である前面Ａの延在方向に沿って配列されて構成される。後面Ｂの側には支持基板４０が配されている。
【００１１】
光学領域１０は、前面Ａを成すマイクロレンズアレイ１１を含む（第１領域）。マイクロレンズアレイ１１は、各々が光を集束する複数のレンズ部が裏面Ｄに沿って配されて構成される。また、光学領域１０は、光を透過させる材料（例えば、酸化シリコンや窒化シリコン）で構成された中間膜１２（光透過部ないし光通過部）を含みうる。また、さらに、光学領域１０は、マイクロレンズアレイ１１と中間膜１２との間に配されたカラーフィルタアレイ１３を含む。
【００１２】
中間膜１２は、半導体領域２０とマイクロレンズアレイ１１との距離を調整する役割を有しうる。また、中間膜１２は、保護膜（パッシベーション膜）や反射防止膜、平坦化膜としての役割も有しうる。中間膜１２は、単層膜であってもよいし、多層膜であってもよい。
【００１３】
半導体領域２０の半導体層２２には、複数の光電変換部２１が表面Ｃおよび裏面Ｄに沿って配されている。典型的な光電変換部２１はＰ型不純物領域とＮ型不純物領域とを有するフォトダオードである。前面Ａから入射して光学領域１０を通過した光は、裏面Ｄから半導体層２２に入射し、光電変換部２１において光電変換が為され、入射光量に応じた電気信号が得られる。
【００１４】
半導体領域２０は、光電変換部２１以外にトランジスタなどの半導体素子を含む。半導体領域２０は、ＭＯＳトランジスタを構成するべく、半導体層２２の表面Ｃの上に設けられたゲート電極をも含みうる。また、半導体領域２０は光電変換部２１や半導体素子などを電気的に分離する素子分離を含みうる。
【００１５】
また、配線領域３０は、例えば、ＳｉＯ２で構成された層間絶縁膜３３の内部に形成され、アルミニウムや銅等の金属材料で構成された配線パターン３１を含む。配線パターン３１は、例えば、電源を供給するために用いられ、又は、各種トランジスタを駆動して信号を読み出すために用いられる。
【００１６】
図１（ｂ）は、固体撮像装置Ｉのレイアウト上面図を模式的に示している。複数の画素Ｐは、複数の種類で構成されうる。各画素Ｐの種類は、例えば、当該画素Ｐにおけるカラーフィルタアレイ１３の光選択部が異なる。青色光（波長λＲ＝４３０〜４８０［ｎｍ］程度）を選択的に透過する青色光選択部（青色フィルタ）に対応する画素を青色画素ＰＢとする。緑色光（波長λＧ＝５００〜５７０［ｎｍ］程度）を選択的に透過する緑色光選択部（緑色フィルタ）に対応する画素を緑色画素ＰＧとする。赤色光（波長λＲ＝６１０〜７８０［ｎｍ］程度）を選択的に透過する赤色光選択部（赤色フィルタ）に対応する画素を赤色画素ＰＲとする。これら青色フィルタ、緑色フィルタ、赤色フィルタはベイヤ配列に従って配列することができる。なお、図１（ａ）および（ｂ）では、説明の簡易化のために３種類のまたは４つの画素Ｐを例示している。
【００１７】
各画素Ｐには、光電変換部２１に対応して、当該電気信号を読み出すためのトランジスタ（画素トランジスタ）が配されている。画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタＭＴＸ、リセットトランジスタＭＲＥＳ、ソースフォロワトランジスタＭＳＦを含む。転送トランジスタＭＴＸのゲート端子には制御信号ＴＸを伝達する信号線が接続されうる。制御信号ＴＸが活性化されると、転送トランジスタＭＴＸにより、光電変換部２１において受光によって発生し蓄積された電荷が、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。ソースフォロワトランジスタＭＳＦに流れる電流量は、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷による電位変動に応じて変化しうる。このようにして、各画素Ｐから画素信号が読み出されうる。リセットトランジスタＭＲＥＳのゲート端子には、制御信号ＲＥＳを伝達する信号線が接続されうる。制御信号ＲＥＳが活性化されると、リセットトランジスタＭＲＥＳはフローティングディフュージョンＦＤの電位をリセットしうる。また、各画素Ｐには、画素信号の出力を選択的に行うために選択トランジスタ（不図示）が配されてもよい。なお、図１（ａ）には、転送トランジスタＭＴＸのゲート電極ＧＴＸを例示している。
【００１８】
裏面照射型の固体撮像装置は、一般に、表面照射型と比較して、半導体層２２の厚さが薄く、１〜１０［μｍ］であり、２〜５［μｍ］程度である。よって、例えば、赤色光のように波長が長い光については、裏面Ｄから半導体層２２に入射した光のうちの一部は光電変換されずに透過しうる。シリコン単結晶に対して、波長が７００［ｎｍ］の赤色光の半分が吸収される深さは３［μｍ］である。つまり、３［μｍ］のシリコン層に入射した赤色光はその半分がシリコン層を透過する。そこで、例えば、赤色画素ＰＲについては、図１（ａ）の左側および中央に示した画素Ｐのように、配線領域３０に反射部３２を配置するとよい（第２領域）。
【００１９】
反射部３２は、第１層目の配線層（半導体層２２に最も近い配線層）または第２層目以上の配線層に形成されてもよいし、配線パターン３１を形成するための配線層とは異なる層に形成されてもよい。反射率を向上するために、反射部３２の反射面Ｒをアルミニウムで構成することが好ましい。配線層の材料にはアルミニウムよりも導電率の高い銅を用い、反射部３２の材料には銅よりも反射率の高いアルミニウムを用いることもできる。緑色画素ＰＧについては、緑色光に対する感度が、赤色光や青色光に対する感度に比べて、固体撮像装置で得られる画質に大きく影響することから、反射部３２を設けることが好ましい。
【００２０】
青色画素ＰＢについては、反射部３２を設ける構成にしてもよいが、反射部３２を省略して、例えば代わりに、必要に応じて配線パターンを配置することもできる。これは、青色光のように波長が短い光については、裏面Ｄから半導体層２２に入射した光のうちの一部が表面Ｃに達する前に半導体層２２に吸収され、半導体層２２をほとんど透過しないためである。シリコン単結晶に対して、波長が４６０［ｎｍ］の青色光の半分が吸収される深さは約０．３［μｍ］である。反射部３２を必要としない青色画素ＰＢに、反射部として機能しうる金属パターンを、半導体層２２からの距離が反射部３２と等しい位置に設けることも考えられる。しかし、ほかの色の画素からの迷光が青色画素ＰＢの金属パターンで反射し、混色の原因となることが考えらえる。そのため、青色画素ＰＢでは半導体層２２からの距離が反射部３２と等しい位置には金属パターンを存在させないか、ほかの色の画素の反射部３２に比べて金属パターンの面積を小さくして、反射部３２を省略することが好ましい。
【００２１】
反射部３２が設けられた赤色画素ＰＲ（および緑色画素ＰＧ）では、マイクロレンズアレイ１１のレンズ部を経て形成された光束が半導体層２２の裏面Ｄから光電変換部２１へ入射する。上述したように、この光束は半導体層２２を透過しうる。本実施形態では、反射部３２の反射面Ｒは半導体層２２から離れて位置している。そして、半導体層２２の表面Ｃから出射した光束は、層間絶縁膜３３の、反射部３２と半導体層２２との間の部分（表面Ｃと反射面Ｒの間の部分）である中間部３３３を透過して、光電変換部２１から反射部３２へ向かう。光束は反射部３２の反射面で反射されて、反射部３２から光電変換部２１へ向かう。そして、半導体層２２の表面から光電変換部２１へ入射する。このように、裏面Ｄを通過した後に表面Ｃを通過し、反射面Ｒで反射され、再び表面Ｃを通過する光束が存在しうる。この光束について、図２（図２（ａ）および（ｂ））を用いてより詳細に説明する。
【００２２】
図２は、層間絶縁膜３３の、反射部３２と半導体層２２との間に位置する部分の近傍の拡大図である。図２の一点鎖線は光電変換部２１から反射部３２へ向かう光束（以下、往路光束と称する）の輪郭を示している。図２の二点鎖線は反射部３２から光電変換部２１へ向かう光束（以下、復路光束と称する）の輪郭を示している。往路光束と復路光束は、ポインティングベクトルが逆向きの光束である。往路光束の、半導体層２２の表面Ｃにおける断面積をＳ１とする。往路光束の、中間部３３３における断面積をＳ２とする。往路光束（および復路光束）の、反射面Ｒにおける断面積をＳ３とする。復路光束の、中間部３３３における断面積をＳ４とする。復路光束の、半導体層２２の表面Ｃにおける断面積をＳ５とする。
【００２３】
図２では便宜的に光束の幅に相当する部分を断面積として示している。反射部３２を含む赤色画素ＰＲ（および緑色画素ＰＧ）は、反射面Ｒにおける往路光束の断面積Ｓ３が、中間部３３３における往路光束の断面積Ｓ２よりも小さく、中間部３３３における復路光束の断面積Ｓ４よりも大きくなる構造（Ｓ２＞Ｓ３＞Ｓ４）を有する。また、復路光束の表面Ｃにおける断面積Ｓ５が、表面Ｃにおける往路光束の断面積Ｓ１よりも小さい（Ｓ１＞Ｓ５）。上述において、図２（ａ）は、Ｓ４＜Ｓ３かつＳ４＜Ｓ５となるものを示している。また、図２（ｂ）は、Ｓ３＞Ｓ４＞Ｓ５となるものを示している。また、表面Ｃにおける復路光束の断面積Ｓ５が、反射面Ｒにおける復路光束の断面積Ｓ３よりも小さい（Ｓ３＞Ｓ５）とよい。これにより、復路光束が往路光束とは別の光電変換部２１に入射することに起因する混色が抑制されうる。
【００２４】
固定撮像装置Ｉでは、半導体層２２の表面Ｃ側（第２面の側）に電源供給用、画素駆動用または信号読出用の配線が設けられる。そのため、表面Ｃの全面積と同程度の大きさの反射面Ｒを有する反射部を設けることは困難である。反射部を複数に分けて設ければ、それら反射部の間に上述した配線を構成する配線パターンやプラグを配置することができる。複数種類の画素に渡って、比較的大面積の反射面を有する複数の反射部を設けることもできる。光電変換部２１に対して面積の大きい反射面を有する反射部３２を複数の画素にわたって配置することによって入射光の利用効率は向上し、固体撮像装置Ｉの光感度が向上しうるが、または配線レイアウトの制約が生じることに加えて、迷光による混色も増加しうる。よって、反射部３２は、その面積Ｓ０を極力小さくすることが好ましい。反射面Ｒの面積Ｓ０は、往路光束の表面Ｃにおける断面積Ｓ１よりも大きい（Ｓ０＞Ｓ１）ことが好ましい。
【００２５】
図３（ａ）では、集光点Ｘの位置が互いに異なる５つの例を示している。
第１例は、Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３の関係を例示している。即ち、第１例は、集光点Ｘが光電変換部２１の内部に形成される場合を模式的に示している。第２例は、Ｓ２＜Ｓ１かつＳ２＜Ｓ３の関係を例示しており、第２例は、集光点Ｘが光電変換部２１と反射部３２との間に形成される場合を模式的に示している。即ち、第２例は、中間部３３３の少なくとも一部においてＳ２＜Ｓ１かつＳ２＜Ｓ３が成立する場合を示す。第３例は、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の関係が成り立つ場合のうち、集光点Ｘが反射部３２の表面に形成されるものを模式的に示している。
【００２６】
第４例は、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の関係が成り立つ場合のうち、Ｓ２＞Ｓ３＞Ｓ４が成立し、Ｓ４＜Ｓ３かつＳ４＜Ｓ５となるもの（即ち、集光点Ｘが光電変換部２１と反射部３２との間に形成される場合）を模式的に示している。ここで、Ｓ４＜Ｓ３かつＳ４＜Ｓ５は、中間部３３３の少なくとも一部において成立する場合を示す。第５例は、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の関係が成り立つ場合のうち、Ｓ２＞Ｓ３＞Ｓ４が成立し、Ｓ３＞Ｓ４＞Ｓ５となるもの（即ち、集光点Ｘが光電変換部２１の内部に形成される場合）を模式的に示している。
【００２７】
集光点Ｘは、垂直入射光の光束の断面積が、当該光が光学領域１０を通過した後、かつ、反射部３２において反射される前または反射された時に、最も小さくなる点を示している。同様に、集光点Ｙは、斜入射光の光束の断面積が、当該光が光学領域１０を通過した後、かつ、反射部３２において反射される前または反射された時に、最も小さくなる点を示している。集光点ＸまたはＹは、垂直入射光または斜入射光の光束の断面積が、固体撮像装置Ｉの全体の光学系によって最も小さくなる点である。上述の光束の断面積の大小関係は、垂直入射光においてのみならず、斜入射光においても同様に成立しうる。
【００２８】
集光点ＸまたはＹの位置は、マイクロレンズアレイ１１の１つのレンズ部の焦点距離のみによって決定されるものではない。即ち、垂直入射光または斜入射光は光学系を構成する部材の各界面において屈折し、当該光が反射部３２において反射される前または反射された時に、その光束の断面積が最も小さくなった点を集光点ＸまたはＹとする。裏面Ｃや表面Ｄでの屈折は、集光点Ｘ、Ｙの位置に大きな影響を与えうる。これは、絶縁体層に用いられる酸化シリコンまたは窒化シリコンと半導体層に用いられるシリコンとの屈折率差が、酸化シリコンと窒化シリコンとの屈折率差に比べて大きいためである。なお、裏面Ｃは光学領域１０と半導体領域２０との界面でありうる。表面Ｄは、半導体領域２０と配線領域３０との界面でありうる。
【００２９】
図３（ｂ）は、垂直入射光および斜入射光のそれぞれについて、固体撮像装置Ｉにおいて隣接する画素との間で生じる混色率の計算結果を示している。ここでは、垂直入射光は、表面Ｃに対して垂直な方向から入射面である前面Ａに入射した光（入射角０°）を例示し、斜入射光は、表面Ｃに対して斜めの方向から入射面である前面Ａに入射した光（入射角１５°）を例示している。同様にして、図３（ｃ）は、垂直入射光および斜入射光のそれぞれについて、固体撮像装置Ｉの光の感度の計算結果を示している。これらの計算結果は、波長λ＝５５０［ｎｍ］の緑色光について例示している。
【００３０】
ここで、第１例〜第３例においては、垂直入射光は反射部３２において画素Ｐの外側に向かって反射されるため、隣接画素に入射する迷光が生じ、隣接画素との間で混色をもたらしうる。
【００３１】
また、前述のとおり、反射部３２の面積は極力小さいことが好ましい。しかし、第１例のように集光点Ｘ、Ｙが半導体層２２内にあると、反射面Ｒの近傍での光束の断面積が反射面Ｒの面積Ｓ０を上回り、反射部３２で反射されない光が生じうる。また、斜入射光の集光点Ｙは垂直入射光の集光点Ｘからずれるため、反射面Ｒを外す光の割合が増加してしまう。その結果、第１例によると、斜入射光のうち反射部３２において反射されない光が多くなってしまい、光感度を低下させうる。
【００３２】
また、第３例においては、斜入射光が反射部３２において反射されなくなってしまい、光感度を低下させる場合がある。第３例では反射面Ｒにおける光束の断面積Ｓ３がきわめて小さいため、わずかでも反射面Ｒを外すと光のほとんどが反射されないことになるからである。
【００３３】
一方、第４例および第５例においては、垂直入射光は反射部３２において画素Ｐの内側（ないし光電変換部２１の内部）に向かって反射されるため、隣接画素との間で混色を抑制する。特に、第４比較例においては、入射光および反射光の光電変換部２１における光電変換の効率が最も良く、固体撮像装置Ｉの光感度が向上するという結果が得られた。また、斜入射光についても、上記構造の下では、当該光は反射部３２において光電変換部２１に向かって効果的に反射され、光感度の低下を抑制することができる。
【００３４】
よって、本実施形態によると、裏面照射型の固体撮像装置Ｉにおいて、垂直入射光および斜入射光のいずれに対しても混色を防ぎつつ光感度を向上させることができる。よって、固体撮像装置Ｉは、撮像システムにおける良好なＦ値比例性を実現することを可能にする。また、固体撮像装置Ｉの撮像領域の中央部と周辺部とでの感度差を低減して良好な画面内均一性を実現することも可能となる。
【００３５】
固体撮像装置Ｉは、即ち、垂直入射光が光学領域１０を通過して、反射部３２において反射された後に、その光束の断面積が最も小さくなるという条件をみたすように設計されればよい。このことは、例えば、緑色画素ＰＧに対しては緑色光について上述の設計が為されればよいし、赤色画素ＰＲに対しては赤色光について上述の設計が為されればよい。
【００３６】
固体撮像装置Ｉ中での光の挙動は、時間領域差分法（ＦＤＴＤ法：Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  ｍｅｔｈｏｄ）を用いた三次元波動光学解析シミュレーターを用いて検討することができる。往路光束と復路光束とは、ポインティングベクトルの向きによって区別が可能である。集光点Ｘ、Ｙはポインティングベクトルの強度によって判定が可能である。
【００３７】
固体撮像装置Ｉは、公知の半導体製造プロセスを用いて製造されうる。具体的には、例えば、まず、Ｐ型の半導体基板の表面Ｃ側からＮ型不純物を注入して光電変換部２１を形成する。次に、表面Ｃの上に、例えば、層間絶縁膜３３と、その内部に設けられる各配線層および反射部３２とを含む配線領域３０を形成する。次に、光電変換部２１が形成された半導体基板の表面Ｃとは反対側から研磨し、適切な厚さの半導体層２２を得る。
【００３８】
その後、半導体層２２における研磨を行った側の面である裏面Ｄの上（第１面の側）に、光学領域１０を設ける。光学領域１０の構成、半導体層２２の厚さ、これらを構成する部材の屈折率等を考慮して、上述の集光点Ｘ、Ｙの条件をみたすように、反射部３２の位置や大きさを設計することもできる。また、例えば、中間膜１２は、光透過性を有する複数の層で構成されてもよいし、画素Ｐの種類に対応する光の波長について上述の条件をみたすように、画素Ｐの種類ごとに中間膜１２を設計してもよい。
【００３９】
以上、実施形態を述べたが、本発明はこれらに限られるものではなく、目的、状態、用途及び機能その他の仕様に応じて、適宜、変更が可能であり、他の実施形態によっても為されうる。例えば、図４（ａ）に示されるように、光学領域１０は、隣接する画素Ｐとの境界に、光を遮光する遮光部１４を備えてもよい。この構成によると、画素Ｐのマイクロレンズ１１に入射した光が、対応する光電変換部２１に入射せずに、それに隣接する画素に入射することを防止し、隣接画素との間における混色を防ぐことができる。
【００４０】
また、図４（ｂ）に例示されるように、光学領域１０においては、隣接する画素Ｐとの境界に、光通過部よりも屈折率が低い部分（低屈折率部１５）が形成されてもよい。図４（ｂ）の例において光通過部はカラーフィルタアレイ１３の波長選択部であるが、マイクロレンズアレイ１１や中間膜１２の光通過部であってもよい。低屈折率部１５は、例えば、気体や樹脂、酸化シリコンによって構成されうる。低屈折率部１５は、図４（ｂ）に例示されるように、カラーフィルタアレイ１３の光通過部同士（光透過部同士）の間に配されている。この構造に限られず、例えば、中間膜１２において、窒化シリコン部を光通過部として複数配列し、この窒化シリコン部同士の間に低屈折率部としての酸化シリコン部を配してもよい。このように、低屈折率部を有する構成によると、画素Ｐのマイクロレンズ１１に入射した光のうち低屈折率部１５に向かう光は、低屈折率部１５により当該画素Ｐの光電変換部２１に向けて全反射され易いため、隣接画素との間における混色を防ぐことができる。
【００４１】
また、図４（ｃ）に例示されるように、中間膜１２は、互いに屈折率が異なる少なくとも２つの部材（または層）で構成されてもよい。また、当該少なくとも２つの部材（または層）の境界が曲面（または所定の曲率）を有することによって中間膜１２において層内レンズアレイ１６を形成してもよい。層内レンズアレイ１６は光電変換部２１が配列された半導体領域２０とマイクロレンズアレイ１１との間に設けられることになる。また、層内レンズアレイ１６は光電変換部２１が配列された半導体領域２０とカラーフィルタアレイ１３との間に設けられることになる。１つの画素において、マイクロレンズアレイ１１が第１のレンズ部を構成し、層内レンズアレイ１６が第２のレンズ部を構成しうる。
【００４２】
さらに、図４（ｄ）に例示されるように、反射部３２の反射面は、光電変換部２１の中心に向けて光を反射するような凹面形状を有しうる。反射面の形状は、例えば、所定の曲率を有する曲面形状でもよいし、三角形形状でもよい。この構成によると、光電変換部２１を透過した光は、反射部３２において効果的に当該光電変換部２１に向けて反射されるため、反射面を平面にする場合に比べて光感度がより向上しうる。
【００４３】
以上説明した固体撮像装置を用いて撮像システムを構築することができる。撮像システムは、撮影を主目的とするカメラのみならず、撮影機能を補助的に備える電子機器（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も包含する。撮像システムは、上記の実施形態として例示された固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含みうる。処理部は、例えば、光電変換部２１で生じた信号電荷に基づくデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。デジタルデータを生成するＡ／Ｄ変換器は、固体撮像装置にオンチップで搭載することもできるし、別のチップにすることもできる。また、支持基板４０にプロセッサなどの集積回路を形成して、ＳＩＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）を構成してもよい。撮像システムは、固体撮像装置から得られた画像を表示する表示部や画像データを記憶する記憶部を含みうる。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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