(57)【要約】  固体撮像装置は、第１の層と、第２の層と、複数の第１のマイクロレンズと、複数の第２のマイクロレンズとを有する。前記第１の層は、第１の主面と、第２の主面と、複数の光電変換素子と、第１の光透過層とを有する。前記第２の層は、第３の主面と、第４の主面と、第１の遮光膜と、第２の光透過層とを有する。前記第１の遮光膜は、前記複数の光電変換素子と対応する領域に配置されている。前記複数の第１のマイクロレンズは、前記第１の主面において、前記複数の光電変換素子と対応する領域に配置されている。前記複数の第２のマイクロレンズは、前記第４の主面のうち前記第１の遮光膜と対応する領域と異なり、かつ前記第１の光透過層と対応する領域に配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と、第２の主面と、複数の光電変換素子と、第１の光透過層とを有し、前記第１の主面および前記第２の主面は互いに反対方向を向き、前記複数の光電変換素子は、前記第１の主面に入射した光を受光し、前記第１の光透過層は、前記第２の主面のうち前記複数の光電変換素子と対応する第１の領域と異なる第２の領域に入射した光を前記第１の主面から出射させる第１の層と、
第３の主面と、第４の主面と、第１の遮光膜と、第２の光透過層とを有し、前記第３の主面および前記第４の主面は互いに反対方向を向き、前記第３の主面は、前記第２の主面と対向し、前記第１の遮光膜は、前記複数の光電変換素子と対応する第３の領域に配置され、かつ前記第４の主面に入射した光を遮光し、前記第２の光透過層は、前記第４の主面のうち前記第１の遮光膜と対応する第４の領域と異なり、かつ前記第１の光透過層と対応する第５の領域に入射した光を前記第３の主面から出射させる第２の層と、
前記第１の主面において、前記複数の光電変換素子と対応する第６の領域に配置され、かつ前記第１の主面の外側に向かって凸形状である複数の第１のマイクロレンズと、
前記第４の主面において、前記第５の領域に配置され、かつ前記第４の主面の外側に向かって凸形状である複数の第２のマイクロレンズと、
を有する固体撮像装置。
【請求項２】
第３の層と支持基板とをさらに有し、
前記第３の層は、前記複数の第２のマイクロレンズを有し、前記第３の層は、前記第４の主面と対向し、前記第３の層は、前記第２の層と前記支持基板との間に配置され、かつ前記第３の層に入射した光を透過させ、
前記支持基板は、第５の主面と第６の主面とを有し、かつ前記支持基板に入射した光を透過させ、前記第５の主面および前記第６の主面は互いに反対方向を向き、前記第５の主面は、前記第３の層と対向する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記複数の第１のマイクロレンズは、前記第１の主面において、前記第６の領域のみに配置され、
前記複数の第２のマイクロレンズは、前記第４の主面において、前記第５の領域のみに配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記複数の第１のマイクロレンズは、前記第１の主面において、前記第６の領域および前記第１の光透過層と対応する第７の領域に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記複数の第２のマイクロレンズは、前記第４の主面において、前記第５の領域および前記第４の領域に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
複数のトランジスタをさらに有し、前記複数のトランジスタは、前記複数の光電変換素子と電気的に接続され、かつ前記複数の光電変換素子と前記第４の主面との間に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第２の層は、金属を含む複数の配線をさらに有する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記複数の第１のマイクロレンズの焦点距離は、前記複数の第２のマイクロレンズの焦点距離よりも小さい
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
隣接する２つの前記光電変換素子の間に配置された前記第１の光透過層の幅は、隣接する２つの前記光電変換素子の各々に対応する前記第１の遮光膜の間隔よりも大きい
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の光透過層は、前記複数の光電変換素子の各々の間に形成された溝に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第１の層は、第２の遮光膜をさらに有し、前記第２の遮光膜は、前記溝の側面に配置され、かつ前記第１の光透過層に入射した光を遮光する
請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
複数のカラーフィルタをさらに有し、前記複数のカラーフィルタは、前記第１の主面において、前記第６の領域に配置され、かつ前記複数の光電変換素子と前記複数の第１のマイクロレンズとの間に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
第３の層とフィルタとをさらに有し、
前記第３の層は、前記複数の第２のマイクロレンズを有し、前記第３の層は、前記第４の主面と対向し、前記第３の層は、前記第２の層と前記フィルタとの間に配置され、かつ前記第３の層に入射した光を透過させ、
前記フィルタは、誘電体を含む複数の膜が積層された構造を有する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
フィルタをさらに有し、前記フィルタは、誘電体を含む複数の膜が積層された構造を有し、かつ前記第２の層と前記複数の第２のマイクロレンズとの間に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記第１の遮光膜は、導電材料を含み、電源電圧またはグランド電圧が前記第１の遮光膜に印加される
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
発光素子をさらに有し、
前記発光素子は、第１の電極と第２の電極と発光層とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極と前記発光層とは、前記支持基板の厚さ方向に積層され、前記第１の電極は、前記第６の主面と対向し、前記発光層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されている
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
第３の層と支持基板と発光素子とをさらに有し、
前記第３の層は、前記複数の第２のマイクロレンズを有し、前記第３の層は、前記第４の主面と対向し、前記第３の層は、前記第２の層と前記発光素子との間に配置され、かつ前記第３の層に入射した光を透過させ、
前記支持基板は、第５の主面と第６の主面とを有し、前記第５の主面および前記第６の主面は互いに反対方向を向き、
前記発光素子は、第１の電極と第２の電極と発光層とを有し、前記第１の電極と前記第２の電極と前記発光層とは、前記支持基板の厚さ方向に積層され、前記第１の電極は、前記第３の層と対向し、前記第２の電極は、前記第５の主面と対向し、前記発光層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
前記発光層は、有機発光材料を含む
請求項１６または請求項１７に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラおよび電子スチルカメラなどが広く一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型および増幅型の固体撮像装置が使用されている。増幅型の固体撮像装置では、光が入射する画素の光電変換素子が生成および蓄積した信号電荷が、画素に設けられた増幅部に転送される。増幅型の固体撮像装置は、増幅部が増幅した信号を画素から出力する。増幅型の固体撮像装置では、このように構成された複数の画素が行列状に配置されている。ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタを用いたＣＭＯＳ型固体撮像装置等が、増幅型の固体撮像装置の例である。【０００３】
例えば、固体撮像装置がデジタルスキャナとして使用される場合、固体撮像装置が撮影対象に対して密着した状態で撮影が行われることが多い。このような接触型固体撮像装置が有するセンサの表面にライトガイドが設けられている。ライトガイドは、被写体で反射した光を伝送する。センサは、ライトガイドによって伝送された光を検出する。接触型固体撮像装置の近傍に光源が設けられる必要がある。接触型固体撮像装置において、光電変換素子が１次元に配置されたラインセンサが一般的に使用される。このような構成では、ライトガイドおよび光源の配置が制限され、かつデジタルスキャナの小型化が制限される。また、ラインセンサを使用して２次元にスキャンを行うためには、固体撮像装置を機械的に駆動する必要がある。【０００４】
上記の事情を考慮して、配置の制限が緩和された接触型固体撮像装置が開示されている。例えば、特許文献１に開示された技術において、被写体と対向する基板の表面に複数のマイクロレンズが配置されている。基板の裏面に入射した光は、基板を透過し、かつ被写体に照射される。被写体で反射した光は、複数のマイクロレンズを透過し、かつシリコン薄膜内のセンサすなわち光電変換素子に入射する。この構成により、分解能の向上が期待される。基板の裏面側において、光電変換素子に対応する位置に遮光膜が配置されている。基板の裏面に入射した光の一部は、遮光膜によって遮光される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開平６−２６０６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術において、光電変換素子が配置されている領域の裏面に対して垂直に入射した光は、遮光膜によって遮光されやすい。しかし、光電変換素子が配置されている領域の裏面に対して垂直に入射した光のうち、遮光膜の端部において散乱した光が光電変換素子に直接入射する可能性がある。あるいは、光電変換素子が配置されている領域の裏面に対して斜めに入射した光が光電変換素子に直接入射する可能性がある。被写体に照射されずに光電変換素子に入射した光によりノイズが発生する。さらに、被写体に照射される光が減るため、撮像性能が低下する。【０００７】
本発明は、被写体に照射されずに光電変換素子に入射する光を低減することができる固体撮像装置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】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、固体撮像装置は、第１の層と、第２の層と、複数の第１のマイクロレンズと、複数の第２のマイクロレンズとを有する。前記第１の層は、第１の主面と、第２の主面と、複数の光電変換素子と、第１の光透過層とを有する。前記第１の主面および前記第２の主面は互いに反対方向を向く。前記複数の光電変換素子は、前記第１の主面に入射した光を受光する。前記第１の光透過層は、前記第２の主面のうち前記複数の光電変換素子と対応する第１の領域と異なる第２の領域に入射した光を前記第１の主面から出射させる。前記第２の層は、第３の主面と、第４の主面と、第１の遮光膜と、第２の光透過層とを有する。前記第３の主面および前記第４の主面は互いに反対方向を向く。前記第３の主面は、前記第２の主面と対向する。前記第１の遮光膜は、前記複数の光電変換素子と対応する第３の領域に配置され、かつ前記第４の主面に入射した光を遮光する。前記第２の光透過層は、前記第４の主面のうち前記第１の遮光膜と対応する第４の領域と異なり、かつ前記第１の光透過層と対応する第５の領域に入射した光を前記第３の主面から出射させる。前記複数の第１のマイクロレンズは、前記第１の主面において、前記複数の光電変換素子と対応する第６の領域に配置され、かつ前記第１の主面の外側に向かって凸形状である。前記複数の第２のマイクロレンズは、前記第４の主面において、前記第５の領域に配置され、かつ前記第４の主面の外側に向かって凸形状である。【０００９】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記固体撮像装置は、第３の層と支持基板とをさらに有してもよい。前記第３の層は、前記複数の第２のマイクロレンズを有してもよい。前記第３の層は、前記第４の主面と対向してもよい。前記第３の層は、前記第２の層と前記支持基板との間に配置され、かつ前記第３の層に入射した光を透過させてもよい。前記支持基板は、第５の主面と第６の主面とを有し、かつ前記支持基板に入射した光を透過させてもよい。前記第５の主面および前記第６の主面は互いに反対方向を向いてもよい。前記第５の主面は、前記第３の層と対向してもよい。【００１０】
本発明の第３の態様によれば、第１の態様において、前記複数の第１のマイクロレンズは、前記第１の主面において、前記第６の領域のみに配置されてもよい。前記複数の第２のマイクロレンズは、前記第４の主面において、前記第５の領域のみに配置されてもよい。【００１１】
本発明の第４の態様によれば、第１の態様において、前記複数の第１のマイクロレンズは、前記第１の主面において、前記第６の領域および前記第１の光透過層と対応する第７の領域に配置されてもよい。【００１２】
本発明の第５の態様によれば、第１の態様において、前記複数の第２のマイクロレンズは、前記第４の主面において、前記第５の領域および前記第４の領域に配置されてもよい。【００１３】
本発明の第６の態様によれば、第１の態様において、前記固体撮像装置は、複数のトランジスタをさらに有してもよい。前記複数のトランジスタは、前記複数の光電変換素子と電気的に接続され、かつ前記複数の光電変換素子と前記第４の主面との間に配置されてもよい。【００１４】
本発明の第７の態様によれば、第１の態様において、前記第２の層は、金属を含む複数の配線をさらに有してもよい。【００１５】
本発明の第８の態様によれば、第１の態様において、前記複数の第１のマイクロレンズの焦点距離は、前記複数の第２のマイクロレンズの焦点距離よりも小さくてもよい。【００１６】
本発明の第９の態様によれば、第１の態様において、隣接する２つの前記光電変換素子の間に配置された前記第１の光透過層の幅は、隣接する２つの前記光電変換素子の各々に対応する前記第１の遮光膜の間隔よりも大きくてもよい。【００１７】
本発明の第１０の態様によれば、第１の態様において、前記第１の光透過層は、前記複数の光電変換素子の各々の間に形成された溝に配置されてもよい。【００１８】
本発明の第１１の態様によれば、第１の態様において、前記第１の層は、第２の遮光膜をさらに有してもよい。前記第２の遮光膜は、前記溝の側面に配置され、かつ前記第１の光透過層に入射した光を遮光してもよい。【００１９】
本発明の第１２の態様によれば、第１の態様において、前記固体撮像装置は、複数のカラーフィルタをさらに有してもよい。前記複数のカラーフィルタは、前記第１の主面において、前記第６の領域に配置され、かつ前記複数の光電変換素子と前記複数の第１のマイクロレンズとの間に配置されてもよい。【００２０】
本発明の第１３の態様によれば、第１の態様において、前記固体撮像装置は、第３の層とフィルタとをさらに有してもよい。前記第３の層は、前記複数の第２のマイクロレンズを有してもよい。前記第３の層は、前記第４の主面と対向してもよい。前記第３の層は、前記第２の層と前記フィルタとの間に配置され、かつ前記第３の層に入射した光を透過させてもよい。前記フィルタは、誘電体を含む複数の膜が積層された構造を有してもよい。【００２１】
本発明の第１４の態様によれば、第１の態様において、前記固体撮像装置は、フィルタをさらに有してもよい。前記フィルタは、誘電体を含む複数の膜が積層された構造を有し、かつ前記第２の層と前記複数の第２のマイクロレンズとの間に配置されてもよい。【００２２】
本発明の第１５の態様によれば、第１の態様において、前記第１の遮光膜は、導電材料を含み、電源電圧またはグランド電圧が前記第１の遮光膜に印加されてもよい。【００２３】
本発明の第１６の態様によれば、第２の態様において、前記固体撮像装置は、発光素子をさらに有してもよい。前記発光素子は、第１の電極と第２の電極と発光層とを有してもよい。前記第１の電極と前記第２の電極と前記発光層とは、前記支持基板の厚さ方向に積層されてもよい。前記第１の電極は、前記第６の主面と対向してもよい。前記発光層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されてもよい。【００２４】
本発明の第１７の態様によれば、第１の態様において、前記固体撮像装置は、第３の層と支持基板と発光素子とをさらに有してもよい。前記第３の層は、前記複数の第２のマイクロレンズを有してもよい。前記第３の層は、前記第４の主面と対向してもよい。前記第３の層は、前記第２の層と前記発光素子との間に配置され、かつ前記第３の層に入射した光を透過させてもよい。前記支持基板は、第５の主面と第６の主面とを有してもよい。前記第５の主面および前記第６の主面は互いに反対方向を向いてもよい。前記発光素子は、第１の電極と第２の電極と発光層とを有してもよい。前記第１の電極と前記第２の電極と前記発光層とは、前記支持基板の厚さ方向に積層されてもよい。前記第１の電極は、前記第３の層と対向してもよい。前記第２の電極は、前記第５の主面と対向してもよい。前記発光層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置されてもよい。【００２５】
本発明の第１８の態様によれば、第１６または第１７の態様において、前記発光層は、有機発光材料を含んでもよい。
【発明の効果】
【００２６】
上記の各態様によれば、固体撮像装置は、第４の主面のうち第１の遮光膜と対応する第４の領域と異なり、かつ第１の光透過層と対応する第５の領域に配置された複数の第２のマイクロレンズを有する。このため、固体撮像装置は、被写体に照射されずに光電変換素子に入射する光を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態の固体撮像装置の平面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態の固体撮像装置の平面図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態の変形例の固体撮像装置の断面図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態の変形例の固体撮像装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。以下の各実施形態において、接触型固体撮像装置の例を説明する。各実施形態の固体撮像装置は、必ずしも被写体に接触した状態で使用されなくてもよい。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の固体撮像装置１０の構成を示している。図１において、固体撮像装置１０の断面が示されている。固体撮像装置１０を構成する部分の寸法は、図１に示される寸法に従うとは限らない。固体撮像装置１０を構成する部分の寸法は任意であってよい。図１以外の断面図における寸法についても同様である。固体撮像装置１０は、光源８００が発生した光を被写体９００に照射する。固体撮像装置１０は、被写体９００で反射した光を受光する。
【００３０】
図１に示すように、固体撮像装置１０は、第１の層１００と、第２の層２００と、複数の第１のマイクロレンズ３００と、複数の第２のマイクロレンズ３１０とを有する。第１の層１００は、第１の主面１００ａと、第２の主面１００ｂと、複数の光電変換素子１１０と、第１の光透過層１２０とを有する。第１の主面１００ａおよび第２の主面１００ｂは互いに反対方向を向く。複数の光電変換素子１１０は、第１の主面１００ａに入射した光Ｌ２を受光する。第１の光透過層１２０は、第２の主面１００ｂのうち複数の光電変換素子１１０と対応する第１の領域Ｓ１と異なる第２の領域Ｓ２に入射した光Ｌ１を第１の主面１００ａから出射させる。第２の層２００は、第３の主面２００ａと、第４の主面２００ｂと、第１の遮光膜２１０と、第２の光透過層２２０とを有する。第３の主面２００ａおよび第４の主面２００ｂは互いに反対方向を向く。第３の主面２００ａは、第２の主面１００ｂと対向する。第１の遮光膜２１０は、複数の光電変換素子１１０と対応する第３の領域Ｓ３に配置され、かつ第４の主面２００ｂに入射した光Ｌ１を遮光する。第２の光透過層２２０は、第４の主面２００ｂのうち第１の遮光膜２１０と対応する第４の領域Ｓ４と異なり、かつ第１の光透過層１２０と対応する第５の領域Ｓ５に入射した光を第３の主面２００ａから出射させる。複数の第１のマイクロレンズ３００は、第１の主面１００ａにおいて、複数の光電変換素子１１０と対応する第６の領域Ｓ６に配置され、かつ第１の主面１００ａの外側に向かって凸形状である。複数の第２のマイクロレンズ３１０は、第４の主面２００ｂにおいて、第５の領域Ｓ５に配置され、かつ第４の主面２００ｂの外側に向かって凸形状である。
【００３１】
図１に示す構成の詳細を説明する。第１の層１００および第２の層２００は、第１の層１００の厚さ方向Ｄｒ１に積層されている。第１の層１００の厚さ方向Ｄｒ１は、第１の主面１００ａに垂直な方向である。
【００３２】
第１の主面１００ａおよび第２の主面１００ｂは、第１の層１００の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。第１の主面１００ａの第６の領域Ｓ６は、複数の光電変換素子１１０と重なる。第２の主面１００ｂの第１の領域Ｓ１は、複数の光電変換素子１１０と重なる。第２の主面１００ｂの第２の領域Ｓ２は、第１の光透過層１２０と重なる。
【００３３】
図１において、代表として１つの光電変換素子１１０と１つの第１の光透過層１２０との符号が示されている。複数の光電変換素子１１０（フォトダイオード）は、半導体材料で構成されている。例えば、複数の光電変換素子１１０を構成する半導体材料は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、ヒ素（Ａｓ）、およびホウ素（Ｂ）の少なくとも１つである。複数の光電変換素子１１０は、光を信号に変換する。複数の光電変換素子１１０の一部は、光の強度を測定するために機能してもよい。つまり、第１の光透過層１２０に入射した光Ｌ１が複数の光電変換素子１１０の一部のみに直接入射してもよい。
【００３４】
例えば、第１の光透過層１２０は、複数の光電変換素子１１０を構成する半導体材料よりも不純物濃度が低い半導体材料で構成されている。第１の光透過層１２０に入射した光Ｌ１により発生する電荷が光電変換素子１１０に移動することを避けるために、光電変換素子１１０と第１の光透過層１２０との間に素子分離が形成されてもよい。例えば、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）またはＤＴＩ（Ｄｅｅｐ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）が素子分離として利用されてもよい。あるいは、不純物の打ち込みによる素子分離が利用されてもよい。第１の光透過層１２０は、半導体材料以外の材料で構成されてもよい。複数の光電変換素子１１０および第１の光透過層１２０は、第１の主面１００ａと平行な方向Ｄｒ２に交互に配置されている。
【００３５】
複数の光電変換素子１１０は、第１の主面１００ａの一部および第２の主面１００ｂの一部を構成する。第１の光透過層１２０が複数の光電変換素子１１０の上側を覆うことにより、第１の主面１００ａが第１の光透過層１２０のみで構成されてもよい。第１の光透過層１２０が複数の光電変換素子１１０の下側を覆うことにより、第２の主面１００ｂが第１の光透過層１２０のみで構成されてもよい。
【００３６】
第３の主面２００ａおよび第４の主面２００ｂは、第２の層２００の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。第３の主面２００ａは、第２の主面１００ｂと接触する。第４の主面２００ｂの第４の領域Ｓ４は、第１の遮光膜２１０と重なる。第４の主面２００ｂの第５の領域Ｓ５は、第１の光透過層１２０と重なる。
【００３７】
図１において、代表として１つの第１の遮光膜２１０の符号が示されている。第１の遮光膜２１０は、薄膜であり、かつ第４の主面２００ｂの近傍に配置されている。第１の遮光膜２１０の位置は、図１に示す位置に限らない。例えば、第１の遮光膜２１０は、第３の主面２００ａの近傍に配置されてもよい。第１の遮光膜２１０は、複数の光電変換素子１１０と接触してもよい。第１の遮光膜２１０は、遮光性を有する材料で構成されている。第１の遮光膜２１０は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、およびタングステン（Ｗ）のような金属で構成されてもよい。
【００３８】
第２の光透過層２２０は、第２の層２００のうち第１の遮光膜２１０以外の部分を占める。第２の光透過層２２０は、絶縁材料で構成されている。例えば、第２の光透過層２２０を構成する絶縁材料は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、シリコン炭酸化膜（ＳｉＯＣ）、およびシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ）の少なくとも１つである。第２の層２００の第３の領域Ｓ３は、複数の光電変換素子１１０と重なる。
【００３９】
図１において、代表として１つの第１のマイクロレンズ３００と１つの第２のマイクロレンズ３１０との符号が示されている。複数の第１のマイクロレンズ３００は、第１の主面１００ａと接触する。複数の第１のマイクロレンズ３００は、複数の光電変換素子１１０の被写体９００側に配置されている。複数の第２のマイクロレンズ３１０は、第４の主面２００ｂと接触する。複数の第２のマイクロレンズ３１０は、第１の遮光膜２１０の光源８００側に配置されている。
【００４０】
複数の第１のマイクロレンズ３００は、第１の主面１００ａにおいて、第６の領域Ｓ６のみに配置されている。複数の第２のマイクロレンズ３１０は、第４の主面２００ｂにおいて、第５の領域Ｓ５のみに配置されている。
【００４１】
例えば、第１のマイクロレンズ３００の焦点位置は、光電変換素子１１０の内部にある。第１のマイクロレンズ３００の焦点位置は、光電変換素子１１０の下端の光源８００側にあってもよい。例えば、第２のマイクロレンズ３１０の焦点位置は、第２の主面１００ｂの被写体９００側にある。第２のマイクロレンズ３１０の焦点位置は、光電変換素子１１０の下端の被写体９００側にあってもよい。
【００４２】
光源８００からの光Ｌ１の一部は、第４の主面２００ｂに入射し、かつ第１の遮光膜２１０によって遮光される。このため、光源８００からの光Ｌ１が光電変換素子１１０に直接入射しにくい。光源８００からの光Ｌ１の一部は、第２のマイクロレンズ３１０を透過し、かつ第４の主面２００ｂに入射する。第４の主面２００ｂに入射した光Ｌ１は、第２のマイクロレンズ３１０の集光能力により、第１の遮光膜２１０に当たりにくく、かつ光電変換素子１１０に直接入射しにくい。このため、被写体９００に照射されずに光電変換素子１１０に入射する光が低減される。第２のマイクロレンズ３１０によって第２の光透過層２２０を透過した光Ｌ１は、第２の主面１００ｂに入射する。第２の主面１００ｂに入射した光Ｌ１は、第１の光透過層１２０を透過し、かつ第１の主面１００ａから被写体９００に照射される。被写体９００で反射した光Ｌ２は、第１のマイクロレンズ３００を透過し、かつ第１の主面１００ａに入射する。第１の主面１００ａに入射した光Ｌ２は、複数の光電変換素子１１０に入射する。
【００４３】
例えば、隣接する２つの光電変換素子１１０の間に配置された第１の光透過層１２０の幅Ｄ１は、隣接する２つの光電変換素子１１０の各々に対応する第１の遮光膜２１０の間隔Ｄ２と同一である。幅Ｄ１は、間隔Ｄ２よりも大きくてもよい。これによって、第２のマイクロレンズ３１０を透過し、かつ第４の主面２００ｂに入射した光Ｌ１は、光電変換素子１１０に対して、より入射しにくい。幅Ｄ１および間隔Ｄ２は、第１の主面１００ａと平行な方向Ｄｒ２の寸法である。
【００４４】
例えば、第１の遮光膜２１０の幅Ｄ３は、光電変換素子１１０の幅Ｄ４と同一である。幅Ｄ３は、幅Ｄ４よりも大きくてもよい。これによって、光源８００からの光Ｌ１が、光電変換素子１１０に対して、より入射しにくい。幅Ｄ３および幅Ｄ４は、第１の主面１００ａと平行な方向Ｄｒ２の寸法である。
【００４５】
例えば、第１のマイクロレンズ３００の径Ｄ５は、光電変換素子１１０の幅Ｄ４と同一である。径Ｄ５は、幅Ｄ４よりも大きくてもよい。これによって、固体撮像装置１０は、被写体９００からの光Ｌ２を光電変換素子１１０において効率的に受光することができる。径Ｄ５は、第１の主面１００ａと平行な方向Ｄｒ２の寸法である。
【００４６】
例えば、第２のマイクロレンズ３１０の径Ｄ６は、第１の光透過層１２０の幅Ｄ１および第１の遮光膜２１０の間隔Ｄ２と同一である。径Ｄ６は、幅Ｄ１および間隔Ｄ２よりも大きくてもよい。これによって、固体撮像装置１０は、光源８００からの光Ｌ１を被写体９００に効率的に照射することができる。径Ｄ６は、第１の主面１００ａと平行な方向Ｄｒ２の寸法である。
【００４７】
図２および図３は、複数の光電変換素子１１０と、複数の第１のマイクロレンズ３００と、第１の光透過層１２０と、第１の遮光膜２１０との位置を示している。図２は第１の例を示し、かつ図３は第２の例を示す。図２および図３において、第１の主面１００ａに垂直な方向に固体撮像装置１０を見たときの状態が示されている。つまり、図２および図３において、第１の層１００の正面から固体撮像装置１０を見たときの状態が示されている。第１の遮光膜２１０は、第２の層２００の内部に配置されているが、図２および図３において第１の遮光膜２１０は透過的に示されている。
【００４８】
図２および図３において、代表として１つの光電変換素子１１０と、１つの第１のマイクロレンズ３００と、１つの第１の光透過層１２０との符号が示されている。複数の光電変換素子１１０と、複数の第１のマイクロレンズ３００と、第１の光透過層１２０とは、行列状に配置されている。複数の光電変換素子１１０の各々は、１つの画素ＰＩＸを構成する。固体撮像装置１０は、複数の画素ＰＩＸを有する。図２および図３において、代表として１つの画素ＰＩＸの符号が示されている。複数の画素ＰＩＸは、行列状に配置されている。図２および図３に示されていない複数の第２のマイクロレンズ３１０は、複数の第１のマイクロレンズ３００と重なる。
【００４９】
第１の主面１００ａに垂直な方向に固体撮像装置１０を見たとき、複数の光電変換素子１１０の各々は、複数の第１のマイクロレンズ３００のいずれか１つおよび複数の第２のマイクロレンズ３１０のいずれか１つと重なる。１つの光電変換素子１１０と１つの第１のマイクロレンズ３００とが互いに対応する。１つの光電変換素子１１０と１つの第２のマイクロレンズ３１０とが互いに対応する。第１の主面１００ａに垂直な方向に固体撮像装置１０を見たとき、光電変換素子１１０の中心および第１のマイクロレンズ３００の中心は一致する。第１の主面１００ａに垂直な方向に固体撮像装置１０を見たとき、光電変換素子１１０の中心および第２のマイクロレンズ３１０の中心は一致する。図２において、第１の遮光膜２１０は、１つの薄膜で構成され、かつ複数の開口部を有する。図２において、第１の光透過層１２０は、第１の遮光膜２１０の開口部と対応する領域に配置されている。図３において、複数の第１の遮光膜２１０が配置されている。
【００５０】
第１の実施形態の固体撮像装置１０は、第４の主面２００ｂのうち第１の遮光膜２１０と対応する第４の領域Ｓ４と異なり、かつ第１の光透過層１２０と対応する第５の領域Ｓ５に配置された複数の第２のマイクロレンズ３１０を有する。このため、固体撮像装置１０は、被写体９００に照射されずに光電変換素子１１０に入射する光を低減することができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態の固体撮像装置１１の構成を示している。図４において、固体撮像装置１１の断面が示されている。図４に示す構成について、図１に示す構成と異なる点を説明する。
【００５２】
図１に示す固体撮像装置１０における第２の層２００は、第２の層２０１に変更される。第２の層２０１は、第３の主面２０１ａと、第４の主面２０１ｂと、第１の遮光膜２１０と、第２の光透過層２２０と、配線２３０と、複数のトランジスタ２４０と、複数のビア２５０とを有する。図４において、代表として１つの第１の遮光膜２１０と、１つの配線２３０と、１つのトランジスタ２４０と、１つのビア２５０との符号が示されている。
【００５３】
第３の主面２０１ａは、図１に示す固体撮像装置１０における第３の主面２００ａと同様に構成されている。第４の主面２０１ｂは、図１に示す固体撮像装置１０における第４の主面２００ｂと同様に構成されている。
【００５４】
第２の層２０１（配線層）は、金属を含む複数の配線２３０を有する。例えば、配線２３０の主要な材料は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、およびタングステン（Ｗ）のような金属である。配線２３０は、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、およびクロム（Ｃｒ）の少なくとも１つまたはこれらの窒化物を含んでもよい。配線２３０は、配線パターンが形成された薄膜である。配線２３０は、光電変換素子１１０によって生成された信号を伝送する。１層のみの配線２３０が配置されていてもよいし、複数層の配線２３０が配置されていてもよい。図４に示す例では、２層の配線２３０が配置されている。
【００５５】
第１の遮光膜２１０は、導電材料を含んでもよい。電源電圧またはグランド電圧が第１の遮光膜２１０に印加されてもよい。第１の遮光膜２１０を構成する導電材料は、配線２３０を構成する材料と同一であってもよい。第１の遮光膜２１０に一定電圧が印加されることにより、第１の遮光膜２１０が配線２３０に与える影響が低減される。第１の遮光膜２１０は、電源配線またはグランド配線として機能することができる。第１の遮光膜２１０は、配線２３０の一部であってもよい。
【００５６】
複数のトランジスタ２４０は、複数の光電変換素子１１０と電気的に接続され、かつ複数の光電変換素子１１０と第４の主面２０１ｂとの間に配置されている。図４において、トランジスタ２４０のゲート電極のみが示されている。トランジスタ２４０は、ソース領域とドレイン領域とを有するが、図４においてソース領域およびドレイン領域は省略されている。
【００５７】
複数のトランジスタ２４０の各々は、ビア２５０に接続されている。ビア２５０は、配線２３０に接続されている。したがって、複数のトランジスタ２４０は、配線２３０に電気的に接続されている。複数のトランジスタ２４０は、複数の光電変換素子１１０によって生成された信号を読み出し、かつ読み出された信号を配線２３０に出力する。例えば、ビア２５０を構成する材料は、配線２３０を構成する材料と同一である。異なる層の配線２３０は、ビア２５０と同様のビアによって接続されている。
【００５８】
固体撮像装置１１は、第３の層４００と支持基板５００とをさらに有する。第３の層４００は、複数の第２のマイクロレンズ３１０を有する。第３の層４００は、第４の主面２０１ｂと対向する。第３の層４００は、第２の層２０１と支持基板５００との間に配置されている。第３の層４００は、第３の層４００に入射した光を透過させる。支持基板５００は、第５の主面５００ａと第６の主面５００ｂとを有し、かつ支持基板５００に入射した光を透過させる。第５の主面５００ａおよび第６の主面５００ｂは互いに反対方向を向く。第５の主面５００ａは、第３の層４００と対向する。
【００５９】
第１の層１００と、第２の層２０１と、第３の層４００と、支持基板５００とは、第１の層１００の厚さ方向Ｄｒ１に積層されている。第３の層４００は、第７の主面４００ａおよび第８の主面４００ｂを有する。第７の主面４００ａおよび第８の主面４００ｂは、第３の層４００の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。第７の主面４００ａおよび第８の主面４００ｂは互いに反対方向を向く。第７の主面４００ａは、第４の主面２０１ｂと対向し、かつ第４の主面２０１ｂと接触する。例えば、第３の層４００は、樹脂接着剤または無機薄膜で構成されている。例えば、第３の層４００を構成する樹脂接着剤は、ベンゾシクロブテンを主要な材料とする高耐熱有機接着剤である。例えば、第３の層４００を構成する無機薄膜は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、シリコン炭酸化膜（ＳｉＯＣ）、およびシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ）の少なくとも１つである。第３の層４００は、第８の主面４００ｂに入射した光を第７の主面４００ａから出射させる。例えば、プラズマによる表面活性化接合または直接接合により第３の層４００と支持基板５００とが接合される。
【００６０】
第５の主面５００ａおよび第６の主面５００ｂは、支持基板５００の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。第５の主面５００ａは、第８の主面４００ｂと対向し、かつ第８の主面４００ｂと接触する。支持基板５００は、透明材料で構成されている。例えば、支持基板５００を構成する透明材料は、ガラスである。支持基板５００は、第６の主面５００ｂに入射した光を第５の主面５００ａから出射させる。支持基板５００は、支持基板５００の側面に入射した光が第５の主面５００ａから出射するように構成されてもよい。
【００６１】
光源８００からの光は、第６の主面５００ｂに入射する。第６の主面５００ｂに入射した光は、支持基板５００を透過し、かつ第８の主面４００ｂに入射する。第８の主面４００ｂに入射した光は、複数の第２のマイクロレンズ３１０に入射する。
【００６２】
１つの光電変換素子１１０と、１つのトランジスタ２４０と、配線２３０の一部とは、画素を構成する。固体撮像装置１１は、駆動回路と、読み出し回路と、信号処理回路と、出力回路と、電極とを有してもよい。駆動回路は、画素を駆動する。読み出し回路は、画素から信号を読み出す。信号処理回路は、画素から読み出された信号を処理する。出力回路は、信号処理回路によって処理された信号を固体撮像装置１１の外部に出力する。電極は、第１の主面１００ａと第６の主面５００ｂとの少なくとも１つに配置される。電極は、固体撮像装置１１の外部と信号の入出力を行う。ワイヤーボンディング法によってワイヤーが電極に接続されてもよい。バンピング法によってバンプが電極に設けられてもよい。
【００６３】
上記以外の点については、図４に示す構成は、図１に示す構成と同様である。
【００６４】
固体撮像装置１１は、配線２３０と、複数のトランジスタ２４０と、ビア２５０との少なくとも１つを有していなくてもよい。固体撮像装置１１は、複数の第２のマイクロレンズ３１０以外の第３の層４００と、支持基板５００とを有していなくてもよい。
【００６５】
第２の実施形態の固体撮像装置１１は、被写体９００に照射されずに光電変換素子１１０に入射する光を低減することができる。
【００６６】
複数のトランジスタ２４０は、複数の光電変換素子１１０と第４の主面２０１ｂとの間に配置されている。複数のトランジスタ２４０が、複数の光電変換素子１１０の被写体９００側に配置されている場合と比較して、複数の光電変換素子１１０に入射する光が増加する。
【００６７】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態の固体撮像装置１２の構成を示している。図５において、固体撮像装置１２の断面が示されている。図５に示す構成について、図４に示す構成と異なる点を説明する。
【００６８】
複数の第１のマイクロレンズ３００は、第１の主面１００ａにおいて、複数の光電変換素子１１０と対応する第６の領域Ｓ６および第１の光透過層１２０と対応する第７の領域Ｓ７に配置されている。第１の主面１００ａの第６の領域Ｓ６は、複数の光電変換素子１１０と重なる。第１の主面１００ａの第７の領域Ｓ７は、第１の光透過層１２０と重なる。
【００６９】
複数の第２のマイクロレンズ３１０は、第４の主面２０１ｂにおいて、第１の光透過層１２０と対応する第５の領域Ｓ５および第１の遮光膜２１０と対応する第４の領域Ｓ４に配置されている。第４の主面２００ｂの第５の領域Ｓ５は、第１の光透過層１２０と重なる。第４の主面２００ｂの第４の領域Ｓ４は、第１の遮光膜２１０と重なる。
【００７０】
複数の第１のマイクロレンズ３００が第６の領域Ｓ６および第７の領域Ｓ７に配置され、かつ複数の第２のマイクロレンズ３１０が第５の領域Ｓ５のみに配置されてもよい。複数の第２のマイクロレンズ３１０が第５の領域Ｓ５および第４の領域Ｓ４に配置され、かつ複数の第１のマイクロレンズ３００が第６の領域Ｓ６のみに配置されてもよい。
【００７１】
上記以外の点については、図５に示す構成は、図４に示す構成と同様である。
【００７２】
固体撮像装置１２は、配線２３０と、複数のトランジスタ２４０と、ビア２５０との少なくとも１つを有していなくてもよい。固体撮像装置１２は、複数の第２のマイクロレンズ３１０以外の第３の層４００と、支持基板５００とを有していなくてもよい。
【００７３】
第３の実施形態の固体撮像装置１２は、被写体９００に照射されずに光電変換素子１１０に入射する光を低減することができる。
【００７４】
複数の第１のマイクロレンズ３００が第７の領域Ｓ７に配置されることにより、固体撮像装置１２は、第１の光透過層１２０を透過した光を被写体９００に効率的に照射することができる。複数の第２のマイクロレンズ３１０が第４の領域Ｓ４に配置されることにより、固体撮像装置１２は、不要な光を第１の遮光膜２１０によって効率的に遮光することができる。
【００７５】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態の固体撮像装置１３の構成を示している。図６において、固体撮像装置１３の部分断面が示されている。図６において、第３の層４００の一部と支持基板５００とは省略されている。図６に示す構成について、図４に示す構成と異なる点を説明する。
【００７６】
図４に示す固体撮像装置１１における第１の層１００は、第１の層１０１に変更される。第１の層１０１は、第１の主面１０１ａと、第２の主面１０１ｂと、複数の光電変換素子１１０と、第１の光透過層１２０と、第２の遮光膜１３０と、反射防止膜１４０と、半導体層１５０と、溝１６０とを有する。図６において、代表として１つの光電変換素子１１０と、１つの第１の光透過層１２０と、１つの第２の遮光膜１３０と、１つの半導体層１５０との符号が示されている。
【００７７】
第１の主面１０１ａは、図４に示す固体撮像装置１１における第１の主面１００ａと同様に構成されている。第２の主面１０１ｂは、図４に示す固体撮像装置１１における第２の主面１００ｂと同様に構成されている。
【００７８】
第１の光透過層１２０は、複数の光電変換素子１１０の各々の間に形成された溝１６０に配置されている。溝１６０は、第１の層１０１の一部が除去されることにより形成された領域である。溝１６０は、底面１６１と側面１６２とを有する。図６において、溝１６０は第１の層１０１を貫通している。このため、底面１６１は、第２の層２０２の第３の主面２０２ａである。溝１６０は第１の層１０１を貫通しなくてもよい。
【００７９】
第１の光透過層１２０は、溝１６０に充填された透明材料で構成されている。第１の光透過層１２０を構成する透明材料は、半導体材料よりも光の吸収率が小さい材料である。例えば、第１の光透過層１２０を構成する透明材料は、ノボラック系樹脂のような透明樹脂である。第１の光透過層１２０を構成する透明材料は、無機材料、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、およびシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の少なくとも１つであってもよい。第１の光透過層１２０としてシリコン酸化膜が使用される場合、シリコン酸化膜が形成された後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などの表面平坦化技術によりシリコン酸化膜の表面が平坦化される。
【００８０】
第２の遮光膜１３０は、溝１６０の側面１６２に配置され、かつ第１の光透過層１２０に入射した光を遮光する。第２の遮光膜１３０は、側面１６２を覆う。具体的には、第２の遮光膜１３０は、側面１６２に配置された反射防止膜１４０を覆う。第２の遮光膜１３０は、遮光性を有する材料で構成されている。例えば、第２の遮光膜１３０の主要な材料は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、およびタングステン（Ｗ）のような金属である。第２の遮光膜１３０は、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、およびクロム（Ｃｒ）の少なくとも１つまたはこれらの窒化物を含んでもよい。
【００８１】
反射防止膜１４０は、溝１６０の底面１６１および側面１６２に配置されている。反射防止膜１４０は、第１の主面１０１ａにおいて、光電変換素子１１０と対応する第６の領域Ｓ６に配置されている。反射防止膜１４０は、第１の主面１０１ａの一部を構成する。反射防止膜１４０は、厚さが数十ｎｍ以上かつ１００ｎｍ以下である薄膜状の高誘電材料で構成されている。例えば、反射防止膜１４０を構成する高誘電材料は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（ＴａＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）の少なくとも１つである。反射防止膜１４０を構成する高誘電材料は、屈折率が高い有機材料であってもよい。反射防止膜１４０は、第１の主面１０１ａに入射する光の反射を防止する。
【００８２】
半導体層１５０は、第１の層１０１において、光電変換素子１１０に対応する領域に配置されている。光電変換素子１１０は、半導体層１５０の内部に配置されている。例えば、半導体層１５０は、複数の光電変換素子１１０を構成する半導体材料よりも不純物濃度が低い半導体材料で構成されている。
【００８３】
図４に示す固体撮像装置１１における第２の層２０１は、第２の層２０２に変更される。第２の層２０２は、第３の主面２０２ａと、第４の主面２０２ｂと、第１の遮光膜２１０と、第２の光透過層２２０と、配線２３０と、複数のビア２５０とを有する。図６において、代表として１つの第１の遮光膜２１０と、１つの配線２３０と、１つのビア２５０との符号が示されている。
【００８４】
第３の主面２０２ａは、図４に示す固体撮像装置１１における第３の主面２０１ａと同様に構成されている。第４の主面２０２ｂは、図４に示す固体撮像装置１１における第４の主面２０１ｂと同様に構成されている。
【００８５】
第２の層２０２は、図４に示す固体撮像装置１１におけるトランジスタ２４０を有していない。複数の光電変換素子１１０は、ビア２５０によって配線２３０と電気的に接続されている。
【００８６】
複数の第１のマイクロレンズ３００の焦点距離は、複数の第２のマイクロレンズ３１０の焦点距離よりも小さい。例えば、第１のマイクロレンズ３００の曲率半径は、第２のマイクロレンズ３１０の曲率半径よりも小さく設定されている。第１のマイクロレンズ３００と半導体層１５０との屈折率の差が、第２のマイクロレンズ３１０と第２の光透過層２２０との屈折率の差よりも大きく設定されてもよい。
【００８７】
上記以外の点については、図６に示す構成は、図４に示す構成と同様である。
【００８８】
固体撮像装置１３は、複数のトランジスタ２４０を有してもよい。固体撮像装置１３は、反射防止膜１４０と、半導体層１５０と、配線２３０と、ビア２５０との少なくとも１つを有していなくてもよい。固体撮像装置１３は、複数の第２のマイクロレンズ３１０以外の第３の層４００と、支持基板５００とを有していなくてもよい。複数の第１のマイクロレンズ３００は、図５に示す固体撮像装置１２における複数の第１のマイクロレンズ３００と同様であってもよい。複数の第２のマイクロレンズ３１０は、図５に示す固体撮像装置１２における複数の第２のマイクロレンズ３１０と同様であってもよい。
【００８９】
第４の実施形態の固体撮像装置１３は、被写体９００に照射されずに光電変換素子１１０に入射する光を低減することができる。
【００９０】
第１の光透過層１２０が溝１６０に配置されているため、第１の光透過層１２０を半導体材料以外の材料で構成することができる。第１の光透過層１２０が、半導体材料よりも光の吸収率が小さい透明材料で構成されることにより、被写体９００に照射される光が増加する。その結果、複数の光電変換素子１１０に入射する光が増加する。
【００９１】
第２の遮光膜１３０が溝１６０の側面１６２に配置されているため、第１の光透過層１２０に入射した光は、光電変換素子１１０に対して、より入射しにくい。
【００９２】
複数の第１のマイクロレンズ３００の焦点距離は、複数の第２のマイクロレンズ３１０の焦点距離よりも小さい。このため、固体撮像装置１３は、第１の光透過層１２０を透過した光を被写体９００に効率的に照射することができ、かつ被写体９００からの光を光電変換素子１１０において効率的に受光することができる。
【００９３】
（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態の固体撮像装置１４の構成を示している。図７において、固体撮像装置１４の部分断面が示されている。図７において、第３の層４００の一部と支持基板５００とは省略されている。図７に示す構成について、図６に示す構成と異なる点を説明する。
【００９４】
固体撮像装置１４は、フィルタ層６００をさらに有する。フィルタ層６００は、複数の光電変換素子１１０と複数の第１のマイクロレンズ３００との間に配置されている。フィルタ層６００は、第９の主面６００ａと、第１０の主面６００ｂと、複数のカラーフィルタ６１０とを有する。第９の主面６００ａおよび第１０の主面６００ｂは、フィルタ層６００の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。第９の主面６００ａおよび第１０の主面６００ｂは互いに反対方向を向いている。複数の第１のマイクロレンズ３００は、第９の主面６００ａに配置され、かつ第９の主面６００ａと接触する。第１０の主面６００ｂは、第１の主面１０１ａと対向し、かつ第１の主面１０１ａと接触する。
【００９５】
複数のカラーフィルタ６１０は、第１の主面１０１ａにおいて、複数の光電変換素子１１０と対応する第６の領域Ｓ６に配置され、かつ複数の光電変換素子１１０と複数の第１のマイクロレンズ３００との間に配置されている。例えば、フィルタ層６００は、透明材料で構成されている。例えば、複数のカラーフィルタ６１０を構成する透明材料は、所定の波長帯の光を吸収する色素が添加された透明樹脂である。
【００９６】
被写体９００で反射した光は、第１のマイクロレンズ３００を透過し、かつ第９の主面６００ａに入射する。第９の主面６００ａに入射した光は、複数のカラーフィルタ６１０に入射する。複数のカラーフィルタ６１０は、可視光のうち所定の色に対応する波長の光のみを透過させる。複数のカラーフィルタ６１０を透過した光は、第１の主面１０１ａに入射する。第１の主面１０１ａに入射した光は、反射防止膜１４０および半導体層１５０を透過し、かつ複数の光電変換素子１１０に入射する。
【００９７】
上記以外の点については、図７に示す構成は、図６に示す構成と同様である。
【００９８】
図８および図９は、複数の光電変換素子１１０と、複数の第１のマイクロレンズ３００と、第１の光透過層１２０と、第１の遮光膜２１０と、複数のカラーフィルタ６１０との位置を示している。図８は第１の例を示し、かつ図９は第２の例を示す。図８および図９において、第１の主面１０１ａに垂直な方向に固体撮像装置１４を見たときの状態が示されている。つまり、図８および図９において、第１の層１０１の正面から固体撮像装置１４を見たときの状態が示されている。第１の遮光膜２１０は、第２の層２０２の内部に配置されているが、図８および図９において第１の遮光膜２１０は透過的に示されている。
【００９９】
図８および図９において、複数のカラーフィルタ６１０は、カラーフィルタ６１０ｒと、カラーフィルタ６１０ｇと、カラーフィルタ６１０ｂとを含む。図８および図９において、代表として１つのカラーフィルタ６１０ｒと、１つのカラーフィルタ６１０ｇと、１つのカラーフィルタ６１０ｂとの符号が示されている。カラーフィルタ６１０ｒは、赤に対応する波長の光のみを透過させる。カラーフィルタ６１０ｇは、緑に対応する波長の光のみを透過させる。カラーフィルタ６１０ｂは、青に対応する波長の光のみを透過させる。
【０１００】
図８において、複数の光電変換素子１１０と、複数の第１のマイクロレンズ３００と、第１の光透過層１２０と、第１の遮光膜２１０との位置は、図２に示す各構成の位置と同様である。図９において、複数の光電変換素子１１０と、複数の第１のマイクロレンズ３００と、第１の光透過層１２０と、第１の遮光膜２１０との位置は、図３に示す各構成の位置と同様である。図８および図９において、カラーフィルタ６１０ｒと、カラーフィルタ６１０ｇと、カラーフィルタ６１０ｂとは、行列状に配置されている。
【０１０１】
第１の主面１０１ａに垂直な方向に固体撮像装置１４を見たとき、複数の光電変換素子１１０の各々は、複数のカラーフィルタ６１０のいずれか１つと重なる。１つの光電変換素子１１０と１つのカラーフィルタ６１０とが互いに対応する。第１の主面１０１ａに垂直な方向に固体撮像装置１４を見たとき、光電変換素子１１０の中心およびカラーフィルタ６１０の中心は一致する。カラーフィルタ６１０ｒを透過した光が入射する光電変換素子１１０は、赤に対応する信号を生成する。カラーフィルタ６１０ｇを透過した光が入射する光電変換素子１１０は、緑に対応する信号を生成する。カラーフィルタ６１０ｂを透過した光が入射する光電変換素子１１０は、青に対応する信号を生成する。
【０１０２】
固体撮像装置１４は、複数のトランジスタ２４０を有してもよい。固体撮像装置１４は、反射防止膜１４０と、半導体層１５０と、配線２３０と、ビア２５０との少なくとも１つを有していなくてもよい。固体撮像装置１４は、複数の第２のマイクロレンズ３１０以外の第３の層４００と、支持基板５００とを有していなくてもよい。複数の第１のマイクロレンズ３００は、図５に示す固体撮像装置１２における複数の第１のマイクロレンズ３００と同様であってもよい。複数の第２のマイクロレンズ３１０は、図５に示す固体撮像装置１２における複数の第２のマイクロレンズ３１０と同様であってもよい。
【０１０３】
第５の実施形態の固体撮像装置１４は、被写体９００に照射されずに光電変換素子１１０に入射する光を低減することができる。
【０１０４】
複数のカラーフィルタ６１０が配置されているため、固体撮像装置１４は、カラー信号を取得することができる。
【０１０５】
（第６の実施形態）
図１０は、本発明の第６の実施形態の固体撮像装置１５の構成を示している。図１０において、固体撮像装置１５の断面が示されている。図１０に示す構成について、図４に示す構成と異なる点を説明する。
【０１０６】
固体撮像装置１５は、第３の層４００とフィルタ６２０とを有する。第３の層４００は、複数の第２のマイクロレンズ３１０を有する。第３の層４００は、第４の主面２０１ｂと対向する。第３の層４００は、第２の層２０１とフィルタ６２０との間に配置されている。第３の層４００は、第３の層４００に入射した光を透過させる。フィルタ６２０は、誘電体を含む複数の膜が積層された構造を有する。
【０１０７】
フィルタ６２０は、薄膜である。フィルタ６２０は、第８の主面４００ｂと対向し、かつ第８の主面４００ｂと接触する。フィルタ６２０は、第５の主面５００ａと対向し、かつ第５の主面５００ａと接触する。例えば、フィルタ６２０は、高誘電材料の膜と低誘電材料の膜とが交互に積層された構造を有する。例えば、フィルタ６２０を構成する高誘電材料は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（ＴａＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）の少なくとも１つである。フィルタ６２０を構成する高誘電材料は、屈折率が高い有機材料であってもよい。例えば、フィルタ６２０を構成する低誘電材料は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。フィルタ６２０を構成する低誘電材料は、屈折率が低い有機材料であってもよい。
【０１０８】
第６の主面５００ｂに入射した光は、支持基板５００を透過し、かつフィルタ６２０に入射する。フィルタ６２０は、所定の波長に対応する光のみを透過させる。フィルタ６２０を透過した光は、第８の主面４００ｂに入射する。
【０１０９】
例えば、フィルタ６２０は、特殊光を透過させる。例えば、特殊光は、蛍光である。医療現場では、カラー画像と蛍光画像とを用いた病変部の観察が行われている。例えば、励起光がインドシアニングリーン（ＩＣＧ）に照射され、かつ病変部からの蛍光が検出される。ＩＣＧは、蛍光物質である。ＩＣＧは、予め検査対象者の体内に投与される。ＩＣＧは、励起光によって赤外領域で励起され、かつ蛍光を発する。投与されたＩＣＧは、癌などの病変部に集積される。病変部から強い蛍光が発生するため、検査者は撮像された蛍光画像に基づいて病変部の有無を判断することができる。複数の光電変換素子１１０は、蛍光に基づく信号を生成する。
【０１１０】
特殊光は、狭帯域光であってもよい。血液中のヘモグロビンに吸収されやすい波長の光を血管に照射することにより、血管が強調された画像を取得することができる。例えば、青色の狭帯域光または緑色の狭帯域光が血管に照射される。複数の光電変換素子１１０は、狭帯域光に基づく信号を生成する。
【０１１１】
上記以外の点については、図１０に示す構成は、図４に示す構成と同様である。
【０１１２】
固体撮像装置１５は、配線２３０と、複数のトランジスタ２４０と、ビア２５０との少なくとも１つを有していなくてもよい。固体撮像装置１５は、支持基板５００を有していなくてもよい。複数の第１のマイクロレンズ３００は、図５に示す固体撮像装置１２における複数の第１のマイクロレンズ３００と同様であってもよい。複数の第２のマイクロレンズ３１０は、図５に示す固体撮像装置１２における複数の第２のマイクロレンズ３１０と同様であってもよい。第１の層１００は、図６に示す固体撮像装置１３における第１の層１０１に変更されてもよい。
【０１１３】
第６の実施形態の固体撮像装置１５は、被写体９００に照射されずに光電変換素子１１０に入射する光を低減することができる。
【０１１４】
フィルタ６２０が配置されているため、固体撮像装置１５は、所定の波長の光に対応する信号を取得することができる。フィルタ６２０は、第２のマイクロレンズ３１０の光源８００側に配置されている。このため、所定の波長に対応する光のみが、複数の第２のマイクロレンズ３１０を透過し、かつ第２の光透過層２２０に入射しやすい。この結果、所定の波長に対応する光以外の光が光電変換素子１１０に直接入射しにくい。つまり、光電変換素子１１０において、所定の波長に対応する光以外の光によるノイズが発生しにくい。
【０１１５】
（第６の実施形態の変形例）
図１１は、本発明の第６の実施形態の変形例の固体撮像装置１６の構成を示している。図１１において、固体撮像装置１６の断面が示されている。図１１に示す構成について、図１０に示す構成と異なる点を説明する。
【０１１６】
フィルタ６２０が配置される位置が、図１０に示す固体撮像装置１５においてフィルタ６２０が配置される位置と異なる。フィルタ６２０は、第２の層２０１と複数の第２のマイクロレンズ３１０との間に配置されている。フィルタ６２０は、第４の主面２０１ｂと対向し、かつ第４の主面２０１ｂと接触する。フィルタ６２０は、第７の主面４００ａと対向し、かつ第７の主面４００ａと接触する。
【０１１７】
複数の第２のマイクロレンズ３１０を透過した光は、フィルタ６２０に入射する。フィルタ６２０は、所定の波長に対応する光のみを透過させる。フィルタ６２０を透過した光は、第４の主面２０１ｂに入射する。
【０１１８】
上記以外の点については、図１１に示す構成は、図１０に示す構成と同様である。
【０１１９】
固体撮像装置１６は、配線２３０と、複数のトランジスタ２４０と、ビア２５０との少なくとも１つを有していなくてもよい。固体撮像装置１６は、複数の第２のマイクロレンズ３１０以外の第３の層４００と、支持基板５００とを有していなくてもよい。複数の第１のマイクロレンズ３００は、図５に示す固体撮像装置１２における複数の第１のマイクロレンズ３００と同様であってもよい。複数の第２のマイクロレンズ３１０は、図５に示す固体撮像装置１２における複数の第２のマイクロレンズ３１０と同様であってもよい。第１の層１００は、図６に示す固体撮像装置１３における第１の層１０１に変更されてもよい。
【０１２０】
（第７の実施形態）
図１２は、本発明の第７の実施形態の固体撮像装置１７の構成を示している。図１２において、固体撮像装置１７の断面が示されている。図１２に示す構成について、図４に示す構成と異なる点を説明する。
【０１２１】
固体撮像装置１７は、発光素子７００をさらに有する。発光素子７００は、第１の電極７１０と第２の電極７２０と発光層７３０とを有する。第１の電極７１０と第２の電極７２０と発光層７３０とは、支持基板５００の厚さ方向ＤＲ３に積層されている。第１の電極７１０は、第６の主面５００ｂと対向する。発光層７３０は、第１の電極７１０と第２の電極７２０との間に配置されている。
【０１２２】
発光素子７００は、光源である。支持基板５００の厚さ方向ＤＲ３は、第５の主面５００ａに垂直な方向である。支持基板５００の厚さ方向ＤＲ３は、第１の層１００の厚さ方向Ｄｒ１と同一である。第１の電極７１０と第２の電極７２０と発光層７３０とは、薄膜である。例えば、第１の電極７１０は、導電性を有する透明材料で構成されている。例えば、第１の電極７１０を構成する透明材料は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、およびＩＧＺＯの少なくとも１つである。第１の電極７１０は、第６の主面５００ｂと接触する。第２の電極７２０は、導電材料で構成されている。例えば、第２の電極７２０を構成する導電材料は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、および銀（Ａｇ）である。例えば、発光層７３０は、半導体積層膜を有する無機発光デバイスで構成されている。発光層７３０は、有機発光材料を含んでもよい。例えば、第１の電極７１０と第２の電極７２０と発光層７３０とは、薄膜の積層プロセスにより一括で形成される。
【０１２３】
第１の電極７１０と第２の電極７２０とに異なる電圧が印加されることにより、発光層７３０は発光する。発光層７３０が発生した光は、第１の電極７１０を透過し、かつ支持基板５００に入射する。
【０１２４】
上記以外の点については、図１２に示す構成は、図４に示す構成と同様である。
【０１２５】
固体撮像装置１７は、配線２３０と、複数のトランジスタ２４０と、ビア２５０との少なくとも１つを有していなくてもよい。複数の第１のマイクロレンズ３００は、図５に示す固体撮像装置１２における複数の第１のマイクロレンズ３００と同様であってもよい。複数の第２のマイクロレンズ３１０は、図５に示す固体撮像装置１２における複数の第２のマイクロレンズ３１０と同様であってもよい。第１の層１００は、図６に示す固体撮像装置１３における第１の層１０１に変更されてもよい。固体撮像装置１７は、図７に示す固体撮像装置１４におけるフィルタ層６００を有してもよい。固体撮像装置１７は、図１０に示す固体撮像装置１５または図１１に示す固体撮像装置１６におけるフィルタ６２０を有してもよい。
【０１２６】
第７の実施形態の固体撮像装置１７は、被写体９００に照射されずに光電変換素子１１０に入射する光を低減することができる。
【０１２７】
発光素子７００が配置されているため、光源と固体撮像装置とが分離しているデバイスと比較して、固体撮像装置１７が小型化される。
【０１２８】
（第７の実施形態の変形例）
図１３は、本発明の第７の実施形態の変形例の固体撮像装置１８の構成を示している。図１３において、固体撮像装置１８の断面が示されている。図１３に示す構成について、図１２に示す構成と異なる点を説明する。
【０１２９】
固体撮像装置１８は、第３の層４００と支持基板５００と発光素子７００とを有する。第３の層４００は、複数の第２のマイクロレンズ３１０を有する。第３の層４００は、第４の主面２０１ｂと対向する。第３の層４００は、第２の層２０１と発光素子７００との間に配置されている。第３の層４００は、第３の層４００に入射した光を透過させる。支持基板５００は、第５の主面５００ａと第６の主面５００ｂとを有する。第５の主面５００ａおよび第６の主面５００ｂは互いに反対方向を向く。発光素子７００は、第１の電極７１０と第２の電極７２０と発光層７３０とを有する。第１の電極７１０と第２の電極７２０と発光層７３０とは、支持基板５００の厚さ方向Ｄｒ３に積層されている。第１の電極７１０は、第３の層４００と対向する。第２の電極７２０は、第５の主面５００ａと対向する。発光層７３０は、第１の電極７１０と第２の電極７２０との間に配置されている。
【０１３０】
第１の電極７１０は、第８の主面４００ｂと対向し、かつ第８の主面４００ｂと接触する。第２の電極７２０は、第５の主面５００ａと接触する。第１の電極７１０と第２の電極７２０とに異なる電圧が印加されることにより、発光層７３０は発光する。発光層７３０が発生した光は、第１の電極７１０を透過し、かつ第３の層４００に入射する。
【０１３１】
支持基板５００は光を透過させる必要がない。このため、支持基板５００を構成する材料は、透明材料でなくてもよい。
【０１３２】
上記以外の点については、図１３に示す構成は、図１２に示す構成と同様である。
【０１３３】
固体撮像装置１８は、配線２３０と、複数のトランジスタ２４０と、ビア２５０との少なくとも１つを有していなくてもよい。複数の第１のマイクロレンズ３００は、図５に示す固体撮像装置１２における複数の第１のマイクロレンズ３００と同様であってもよい。複数の第２のマイクロレンズ３１０は、図５に示す固体撮像装置１２における複数の第２のマイクロレンズ３１０と同様であってもよい。第１の層１００は、図６に示す固体撮像装置１３における第１の層１０１に変更されてもよい。固体撮像装置１８は、図７に示す固体撮像装置１４におけるフィルタ層６００を有してもよい。固体撮像装置１８は、図１０に示す固体撮像装置１５または図１１に示す固体撮像装置１６におけるフィルタ６２０を有してもよい。フィルタ６２０が第３の層４００と支持基板５００との間に配置される場合、フィルタ６２０は、第３の層４００と発光素子７００との間に配置される。
【０１３４】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明の各実施形態によれば、固体撮像装置は、被写体に照射されずに光電変換素子に入射する光を低減することができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８  固体撮像装置
１００，１０１  第１の層
１００ａ，１０１ａ  第１の主面
１００ｂ，１０１ｂ  第２の主面
１１０  光電変換素子
１２０  第１の光透過層
１３０  第２の遮光膜
１４０  反射防止膜
１５０  半導体層
１６０  溝
１６１  底面
１６２  側面
２００，２０１，２０２  第２の層
２００ａ，２０１ａ，２０２ａ  第３の主面
２００ｂ，２０１ｂ，２０２ｂ  第４の主面
２１０  第１の遮光膜
２２０  第２の光透過層
２３０  配線
２４０  トランジスタ
２５０  ビア
３００  第１のマイクロレンズ
３１０  第２のマイクロレンズ
４００  第３の層
４００ａ  第７の主面
４００ｂ  第８の主面
５００  支持基板
５００ａ  第５の主面
５００ｂ  第６の主面
６００  フィルタ層
６００ａ  第９の主面
６００ｂ  第１０の主面
６１０，６１０ｒ，６１０ｇ，６１０ｂ  カラーフィルタ
６２０  フィルタ
７００  発光素子
７１０  第１の電極
７２０  第２の電極
７３０  発光層
【図１】
2017104045.tif 000003
【図２】
2017104045.tif 000004
【図３】
2017104045.tif 000005
【図４】
2017104045.tif 000006
【図５】
2017104045.tif 000007
【図６】
2017104045.tif 000008
【図７】
2017104045.tif 000009
【図８】
2017104045.tif 000010
【図９】
2017104045.tif 000011
【図１０】
2017104045.tif 000012
【図１１】
2017104045.tif 000013
【図１２】
2017104045.tif 000014
【図１３】
2017104045.tif 000015
【国際調査報告】
2017104045.tif 000016
2017104045.tif 000017