(57)【要約】【課題】  導光部から導光部の外部に漏れ出す光を低減する検討が十分ではなかった。【解決手段】  第１平面と、第２平面と、第３平面のそれぞれにおいて、導光部の第１部分と、第１部分に囲まれ、第１部分よりも屈折率の低い、導光部の第２部分とが含まれ、第１平面において、第２部分の幅の長さは第１の長さであり、第２平面において、第２部分の幅の長さは第２の長さであり、第３平面において、第２部分の幅の長さは第３の長さであり、第２の長さが、第１の長さと、第３の長さのそれぞれよりも短い導光部を備える光電変換素子である。【選択図】  図４
2018107357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、
前記光電変換部の上に設けられた導光部とを備え、
前記光電変換部の受光面に沿った第１平面と、
前記光電変換部の受光面に沿った面であって、前記第１平面よりも前記受光面に近接する第２平面と、
前記光電変換部の受光面に沿った面であって、前記第２平面よりも前記受光面に近接する第３平面とを有し、
前記第１平面と、前記第２平面と、前記第３平面のそれぞれにおいて、前記導光部の第１部分と、前記第１部分に囲まれ、前記第１部分よりも屈折率の低い、前記導光部の第２部分とが含まれ、
前記第１平面において、前記第２部分の幅の長さは第１の長さであり、
前記第２平面において、前記第２部分の幅の長さは第２の長さであり、
前記第３平面において、前記第２部分の幅の長さは第３の長さであり、
前記第２の長さが、前記第１の長さと、前記第３の長さのそれぞれよりも短いことを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
前記第１平面において、前記第１部分の幅の長さは第４の長さであり、
前記第２平面において、前記第１部分の幅の長さは第５の長さであり、
前記第３平面において、前記第１部分の幅の長さは第６の長さであり、
前記第５の長さが、前記第４の長さと、前記第６の長さのそれぞれよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記第１平面から前記第２平面に向かって、前記第２部分の前記光電変換部の受光面に平行な幅が単調に減少し、
前記第２平面から前記第３平面に向かって、前記第２部分の前記光電変換部の受光面に平行な幅が単調に増加することを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記第１の長さが、前記第３の長さ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記第３の長さが、前記第１の長さよりも長いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記光電変換素子は複数の層間膜を有し、
前記複数の層間膜のうち、最も入射面側に位置する層間膜の位置に前記第１平面が位置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記第１部分と、前記第２部分はともにシリコンと窒素を主として含み、前記第２部分の方が、前記第１部分よりも、窒素に対するシリコンの比が低いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記第１部分と、前記第２部分はともにシリコンと窒素を主として含み、
前記第２部分の方が、前記第１部分よりも、シリコンと窒素の密度が低いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項９】
前記光電変換部の電荷を蓄積する電荷蓄積部をさらに有し、
前記第３平面が、第１領域と、前記第１領域よりも前記電荷蓄積部に近接する第２領域とを有し、
前記光電変換部から前記電荷蓄積部への方向である第１方向の、前記第２領域における前記第１部分の長さが、
前記第１方向に対して平面視において交差する第２方向の、前記第１領域における前記第１部分の長さよりも短いことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項１０】
複数の光電変換部を有し、
１つの前記導光部が、前記複数の光電変換部の上部に設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項１１】
前記第２部分は、前記第１部分よりもＡｒを多く含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項１２】
光電変換部と、
前記光電変換部の上に設けられた導光部とを備え、
前記光電変換部の受光面に沿った第１平面と、
前記光電変換部の受光面に沿った面であって、前記第１平面よりも前記受光面に近接する第２平面と、
前記光電変換部の受光面に沿った面であって、前記第２平面よりも前記受光面に近接する第３平面とを有し、
前記第１平面と、前記第２平面と、前記第３平面のそれぞれにおいて、前記導光部の第１部分と、前記第１部分に囲まれた、前記導光部の第２部分とが含まれ、
前記第１部分と、前記第２部分はともにシリコンと窒素を主として含み、前記第２部分の方が、前記第１部分よりも、シリコンと窒素の密度が低く、
前記第１平面において、前記第２部分の幅の長さは第１の長さであり、
前記第２平面において、前記第２部分の幅の長さは第２の長さであり、
前記第３平面において、前記第２部分の幅の長さは第３の長さであり、
前記第２の長さが、前記第１の長さと、前記第３の長さのそれぞれよりも短いことを特徴とする光電変換素子。
【請求項１３】
光電変換部と、
前記光電変換部の上に設けられた導光部とを備え、
前記光電変換部の受光面に沿った第１平面と、
前記光電変換部の受光面に沿った面であって、前記第１平面よりも前記受光面に近接する第２平面と、
前記光電変換部の受光面に沿った面であって、前記第２平面よりも前記受光面に近接する第３平面とを有し、
前記第１平面と、前記第２平面と、前記第３平面のそれぞれにおいて、前記導光部の第１部分と、前記第１部分に囲まれた、前記導光部の第２部分とが含まれ、
前記第１部分と、前記第２部分はともにシリコンと窒素を主として含み、前記第２部分は、前記第１部分よりもＡｒを多く含み、
前記第１平面において、前記第２部分の幅の長さは第１の長さであり、
前記第２平面において、前記第２部分の幅の長さは第２の長さであり、
前記第３平面において、前記第２部分の幅の長さは第３の長さであり、
前記第２の長さが、前記第１の長さと、前記第３の長さのそれぞれよりも短いことを特徴とする光電変換素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光電変換素子と、
前記光電変換素子が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１５】
移動体であって、
請求項１〜１３のいずれかに記載の光電変換素子と、
前記光電変換素子からの信号に基づいて、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子、撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換部に入射光を導く導光部を備えた光電変換素子が知られている。
【０００３】
特許文献１には、導光部の内部において、内側の屈折率を外側の屈折率よりも低くした構造を備える導光部を有する光電変換素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６５２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の導光部の構造では、導光部から、導光部の外部に漏れ出す光を低減する検討が十分ではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の課題を鑑みて為されたものであり、その一の態様は、光電変換部と、前記光電変換部の上に設けられた導光部とを備え、前記光電変換部の受光面に沿った第１平面と、前記光電変換部の受光面に沿った面であって、前記第１平面よりも前記受光面に近接する第２平面と、前記光電変換部の受光面に沿った面であって、前記第２平面よりも前記受光面に近接する第３平面とを有し、前記第１平面と、前記第２平面と、前記第３平面のそれぞれにおいて、前記導光部の第１部分と、前記第１部分に囲まれ、前記第１部分よりも屈折率の低い、前記導光部の第２部分とが含まれ、前記第１平面において、前記第２部分の幅の長さは第１の長さであり、前記第２平面において、前記第２部分の幅の長さは第２の長さであり、前記第３平面において、前記第２部分の幅の長さは第３の長さであり、前記第２の長さが、前記第１の長さと、前記第３の長さのそれぞれよりも短いことを特徴とする光電変換素子である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、導光部から、導光部の外部に漏れ出す光を低減し、より効率的に光電変換部に光を導くことができる導光部を備えた光電変換素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】光電変換素子の構成を示した図
【図２】画素の回路構成を示した図
【図３】画素の断面構造を示した図
【図４】画素の断面構造を示した図と、導光部の上面図
【図５】導光部の断面図と、比較例と実施例との光利用効率の比較図
【図６】画素の断面構造を示した図と、導光部の上面図
【図７】画素の回路構成を示した図
【図８】画素の断面構造を示した図と、導光部の上面図
【図９】画素の回路構成を示した図
【図１０】画素の断面構造を示した図と、導光部の上面図
【図１１】画素の断面構造を示した図と、導光部の上面図
【図１２】導光部の製造方法を示した図
【図１３】撮像システムの構成を示した図
【図１４】撮像システムの構成を示した図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。もちろん、本発明に係る実施例は、以下に説明される実施例のみに限定されるものではない。例えば、以下のいずれかの実施例の一部の構成を他の実施例に追加した例や、他の実施例の一部の構成と置換した例も、本発明の実施例に含まれる。
【００１０】
（実施例１）
（光電変換素子の構成）
図１は、本実施例の光電変換素子を示した図である。本実施例の光電変換素子は、列信号線１０、画素２０を有する。画素２０は、画素アレイ１００において、複数行および複数列に渡って配されている。列信号線１０は、画素２０が配された列に対応して配されている。また、光電変換素子は垂直走査回路１０１を有する。１行の画素２０に、垂直走査回路１０１から共通の信号が供給されるように、行単位で画素２０と垂直走査回路１０１とが制御線３０を介して接続されている。垂直走査回路１０１は、画素２０の蓄積期間を制御する制御部である。
【００１１】
光電変換素子は、列回路部１０２、水平走査回路１０３、出力回路１０４を有する。列回路部１０２は、複数の列回路を備えている。複数の列回路の各々は、複数の列信号線１０の１つに対応して配置されている。複数の列回路の各々は、列信号線１０に出力された信号を増幅した信号を、出力回路１０４に出力する。
【００１２】
水平走査回路１０３は、列回路部１０２が備える複数の列回路を順次選択する。これより、複数の列回路の各々が保持した信号が、順次、出力回路１０４に出力される。出力回路１０４は、光電変換素子の外部に信号を出力する。出力回路１０４の出力する信号は、光電変換素子が出力する信号である。
【００１３】
光電変換素子は、制御回路１０５をさらに有する。制御回路１０５は、垂直走査回路１０１、列回路部１０２、水平走査回路１０３のそれぞれに対し、駆動信号を供給する駆動線を介して接続されている。
【００１４】
（画素の回路構成）
図２は、図１に示した画素２０のうち、２行２列の画素２０の回路を示した回路図である。以下の説明では、光電変換部であるフォトダイオードが蓄積する電荷が電子であるものとする。画素２０が備えるトランジスタは、すべてＮ型のトランジスタであるものとする。一方、フォトダイオードが蓄積する電荷を正孔としてもよく、この場合には、画素２０のトランジスタをＰ型トランジスタとしてもよい。つまり、信号として取り扱う電荷の極性に応じて、以下の説明で用いる導電型の規定を変更することができる。
【００１５】
画素２０は、光電変換部であるフォトダイオードＤ１と、転送トランジスタＭ１と、浮遊拡散容量Ｃ１と、リセットトランジスタＭ３と、増幅トランジスタＭ４と、選択トランジスタＭ５とを有する。転送トランジスタＭ１は、浮遊拡散容量Ｃ１、リセットトランジスタＭ３、増幅トランジスタＭ４が接続されたノードと、フォトダイオードＤ１との間の電気的経路に設けられている。リセットトランジスタＭ３と、増幅トランジスタＭ４には、電源電圧ＶＤＤが与えられている。選択トランジスタＭ５は、増幅トランジスタＭ４と列信号線１０との間の電気的経路に設けられている。
【００１６】
信号ＲＥＳ、信号Ｔｘ＿Ａ、信号ＳＥＬのそれぞれは、図１で示した垂直走査回路１０１から制御線３０を介して供給される信号である。図２では、各信号の末尾に、信号が供給される画素行を付して表している。例えば、信号ＲＥＳ（ｍ）は、ｍ行目の画素に供給される信号ＲＥＳであることを意味している。
【００１７】
列信号線１０には、不図示の電流源が接続されている。信号ＳＥＬ（ｍ）がアクティブレベルとなることによって選択トランジスタＭ５がオンすると、増幅トランジスタＭ４に、電流源から電流が供給される。電源電圧ＶＤＤと、増幅トランジスタＭ４と、列信号線１０に接続された不図示の電流源とによって、ソースフォロワ回路が形成される。このソースフォロワ回路が形成されることによって、増幅トランジスタＭ４は、浮遊拡散容量Ｃ１の電位に基づく信号を、列信号線１０に、トランジスタＭ５を介して出力する。この列信号線１０に出力される信号を、信号Ｖｏｕｔとする。図２では、信号Ｖｏｕｔの末尾に、列信号線１０の列番号を付して表している。ｐ列目の列信号線１０に出力される信号は、信号Ｖｏｕｔ（ｐ）として示している。
【００１８】
（画素の断面構造）
図３は、画素２０の一部の断面構造を示している。
【００１９】
画素２０は、マイクロレンズ１０１を有する。マイクロレンズ１０１は、画素２０に入射した光を集める。平坦化層１０２は、光の反射を抑制するために、通常はマイクロレンズ１０１と近い屈折率の材料が用いられる。
【００２０】
カラーフィルタ１０３は、特定の波長の光を吸収し、画素２０ごとに透過させる光の波長領域を変えることができる。平坦化層１０４は、下部に設けられる層内レンズ１０６の凸面を覆うように配される。コーティング層１０５は、平坦化層１０４と層内レンズ１０６の間の屈折率を有し、入射した光のマイクロレンズ１０１に向かう反射を抑制する役割を有する。
【００２１】
中間屈折率層１０７と中間屈折率層１０９はパッシベーション膜１０８での光の反射を抑制し、さらに素子の保護膜として用いられる。導光部１１０には、層間膜１１１、１１３、１１６よりも高い屈折率の材料が用いられる。これにより、導光部１１０に入射した光を閉じ込める効果が働き、効率よく伝播させることができる。
【００２２】
エッチング停止層２０１は、導光部１１０の形成において、導光部１１０の底面の位置を安定させるために用いられる層である。
【００２３】
配線層１１２、１１４、１１５は画素２０で生じた電気信号の読み出す信号線、あるいは、各トランジスタのゲートに信号を供給する、図１に示した制御線３０として用いられる。
【００２４】
半導体基板２１０には、Ｎ型半導体領域１１８、Ｐ型半導体領域１１９、ブロック層１２０、ウエル１２１が形成されている。
【００２５】
Ｎ型半導体領域１１８、Ｐ型半導体領域１１９によってフォトダイオードＤ１が形成される。Ｎ型半導体領域１１８は、光電変換によってフォトダイオードＤ１に生じた電荷が蓄積される電荷蓄積部として機能する。
【００２６】
受光面２０５はフォトダイオードＤ１が光を受ける面である。
【００２７】
転送ゲート１１７は、ポリシリコンで形成されている。この転送ゲート１１７は、フォトダイオードＤ１で生じた電気信号を、図２に示した浮遊拡散容量Ｃ１に転送するための、転送トランジスタＭ１のゲートである。
【００２８】
ブロック層１２０は、Ｎ型半導体領域１１８、Ｐ型半導体領域１１９の電荷収集の深さを制限する層である。ブロック層１２０により、ポテンシャルの障壁が形成される。この障壁より浅い深さの半導体領域において、光電変換によって生じた電荷が収集される。ウエル１２１は。配線保護膜１２２、１２４は配線の金属の拡散を防止するために用いられる場合がある。また、エッチング停止層１２３、１２５はそれぞれ配線層１１２、１１５を形成するために用いられる場合がある。
【００２９】
（導光部の構造）
図４（ａ）は、本実施例の導光部の断面構造を示した図である。図４（ｂ）は、受光面２０５に平行な面であって、図４（ａ）に示したＨ１〜Ｈ５のそれぞれの面における導光部の上面図である。
【００３０】
図４（ａ）を説明する。図４（ａ）では、図３に示した部材と同じ機能を有する部材には、図３で付した符号と同じ符号が付されている。
【００３１】
導光部１１０は、低屈折率部１２６と、高屈折率部１２７とを有する。低屈折率部１２６は、高屈折率部１２７に対して屈折率が低くなっている。
【００３２】
低屈折率部１２６と、高屈折率部１２７はそれぞれ窒化シリコンで形成することができる。つまり、低屈折率部１２６と、高屈折率部１２７のそれぞれを構成する主となる元素をＳｉとＮとすることができる。低屈折率部１２６の屈折率は１．５から１．９程度、高屈折率部１２７の屈折率は、２．０程度とする。導光部１１０における屈折率の差は、窒素に対するシリコンの比を変更することによって実現できる。つまり、窒素に対するシリコンの比が、低屈折率部１２６の方が、高屈折率部１２７よりも低くなるようにする。これにより、低屈折率部１２６と高屈折率部１２７とを形成することができる。
【００３３】
また、低屈折率部１２６、高屈折率部１２７の他の形成方法として、窒化シリコンの密度を変更することによっても可能である。つまり、窒素とシリコンの密度が、低屈折率部１２６の方が、高屈折率部１２７よりも低くなるようにする。これにより、低屈折率部１２６と高屈折率部１２７とを形成することができる。
【００３４】
そのほかに、低屈折率部１２６、高屈折率部１２７には種々の材料を用いることができる。低屈折率部１２６、高屈折率部１２７を形成する材料は、有機材料（樹脂）でもよいし無機材料でもよい。しかしながら、無機材料は化学的に安定であるために好ましい。樹脂としては、シロキサン系樹脂やポリイミド等が挙げられる。無機材料としては、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）が好適である。低屈折率部１２６、高屈折率部１２７は互いに同じ材料で構成されていてもよいし、複数の材料で構成されていてもよい。低屈折率部１２６、高屈折率部１２７の材料の屈折率の大まかな値を挙げる。
【００３５】
酸化シリコンは１．４〜１．５、酸窒化シリコンは１．６〜１．９、窒化シリコンは１．８〜２．３、酸化チタンは２．５〜２．７、ＢＳＧ、ＰＳＧ、ＢＰＳＧは１．４〜１．６である。なお、ここで述べた屈折率の値の有効数字は２桁であり、小数点２桁目は四捨五入している。上記した値は一例であって、同じ材料であっても、成膜方法を変更することによって、非化学量論的組成比や、材料密度が変化するため、屈折率を適宜設定することが可能である。なお、一般的な樹脂の屈折率は１．３〜１．６、高屈折率樹脂でも１．６〜１．８であるが、金属酸化物等の高屈折率無機材料を含有させることにより、実効的な屈折率を高くすることができる。樹脂に含有させる高屈折率無機材料としては、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウム等が挙げられる。
【００３６】
なお、導光部１１０内の屈折率分布は、導光部１１０の少なくとも一部を成す、同じ材料（同一の材料）で占められた部分（中心部及び側壁部）内に形成することができる。実用的には、光路部材２２０の屈折率は１．６以上であることが好ましい。また、実用的には、上記１つの材料で占められた部分が有する屈折率分布における、屈折率の最大値と最小値との差は０．０２５以上であることが好ましく、０．０５０以上であることがより好ましい。なお、典型的には、屈折率の最大値と最小値との差は０．５０以下であり、実用的には０．２５以下である。屈折率分布において、第１高屈折率領域と第２高屈折率領域の境界を明確に観察できる場合もあるが、明確に観察できない場合もある。例えば、受光面２０５に平行な面において、導光部１１０の中心軸から導光部１１０の外部に向かって、屈折率が緩やかに変化している場合には、高屈折率部１２７と低屈折率部１２６の境界は明確に観察できないであろう。このような場合には、次のようにして、高屈折率部１２７と低屈折率部１２６の境界を決めることができる。すなわち、導光部１１０中の同一材料からなる部分の屈折率の最大値と最小値の中間値（（最大値＋最小値）／２）を求める。そして、導光部１１０内の屈折率分布において、当該中間値となる点を結んだ線を、高屈折率部１２７と低屈折率部１２６との境界に定めることができる。当然、低屈折率部１２６は屈折率が最小である部分を含み、高屈折率部１２７は屈折率が最大である部分を含む。
【００３７】
なお、「同じ材料」とは、化学量論的組成が同じである材料を意味している。そのため、化学量論的組成からずれた（すなわち、非化学量論的組成が異なっている）材料や、結晶性、材料密度、添加物（主材料より少ない）の濃度、不純物（１ｗｔ％以下）およびその濃度が異なっている材料も「同じ材料」とみなすことができる。例えば、窒化シリコンの化学量論的組成比はＳｉ：Ｎ＝３：４であるが、化学量論的組成比が同じである範囲内において、実際のＳｉとＮの比が互いに異なる材料同士も同じ材料とみなす。また、例えば、単結晶シリコンとポリシリコン（多結晶シリコン）は同じ材料とみなす。なお、化学量論的組成が異なる材料は同じ材料ではない。例えば、一酸化チタン（ＴｉＯ）と二酸化チタン（ＴｉＯ２）はいずれも酸素とチタンの化合物（チタン酸化物）ではあるが、化学量論的には異なる材料である。上記したように、窒化シリコンは酸化シリコンよりもかなり高い屈折率を有するとともに、酸窒化シリコンに比べて有し得る屈折率の範囲が広いことから、光路部材２２０の上記屈折率分布を有する材料として好適である。光路部材２２０に窒化シリコンを用いる場合には、窒化シリコンの成膜方法を成膜途中で変えることによって、上記した屈折率分布を形成することが可能である。また、光路部材２２０に、金属酸化物粒子が分散した樹脂を用いる場合には、樹脂に含有させる金属酸化物粒子などの高屈折率無機材料の濃度を変化させることによっても、上記した屈折率分布を形成することが可能である。光路部材２２０の屈折率分布は、互いに異なる材料で形成することもできる。しかしながら、上述したような手法により、同じ材料で屈折率分布を形成することで本発明は顕著な効果を奏し得る。
【００３８】
面Ｈ５は、導光部１１０の入射面であり、面Ｈ１は導光部１１０の出射面である。また、面Ｈ５は、層間膜１１１〜１１６のうち、最も入射面側に位置する層間膜に対応する位置にある面である。
【００３９】
低屈折率部１２６は、面Ｈ５から面Ｈ３にかけて、受光面に平行な方向の幅が単調に減少する。また、低屈折率部１２６は、面Ｈ３から面Ｈ１にかけて、受光面に平行な方向の幅が単調に増加する。
【００４０】
図４（ｂ）を説明する。
【００４１】
面Ｈ５において、導光部１１０の幅はＰ１である。低屈折率部１２６の幅はＣ１である。高屈折率部１２７の幅は、Ｐ１−Ｃ１である。
【００４２】
面Ｈ４において、導光部１１０の幅はＰ２である。低屈折率部１２６の幅はＣ２である。高屈折率部１２７の幅は、Ｐ２−Ｃ２である。
【００４３】
面Ｈ３において、導光部１１０の幅はＰ３である。低屈折率部１２６の幅はＣ３である。高屈折率部１２７の幅は、Ｐ３−Ｃ３である。
【００４４】
面Ｈ２において、導光部１１０の幅はＰ４である。低屈折率部１２６の幅はＣ４である。高屈折率部１２７の幅は、Ｐ４−Ｃ４である。
【００４５】
面Ｈ１において、導光部１１０の幅はＰ５である。低屈折率部１２６の幅はＣ５である。高屈折率部１２７の幅は、Ｐ５−Ｃ５である。
【００４６】
導光部１１０の幅は、入射面から出射面にかけて、単調に減少する。つまり、導光部１１０の幅は、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５の関係にある。
【００４７】
低屈折率部１２６の幅は、入射面から面Ｈ３までは単調に減少し、面Ｈ３から出射面までは単調に増加する。つまり、低屈折率部１２６の幅は、Ｃ１＞Ｃ２＞Ｃ３、Ｃ３＜Ｃ４＜Ｃ５の関係となる。Ｃ１とＣ５、Ｃ２とＣ４は互いに等しい関係としてもよい。この場合には、Ｃ１＝Ｃ５＞Ｃ２＝Ｃ４＞Ｃ３の関係となる。このとき、Ｈ１からＨ５までのそれぞれの面間隔が等しいものとすれば、Ｃ１からＣ３に掛けての幅の減少率と、Ｃ５からＣ３に掛けての幅の減少率が等しいこととなる。
【００４８】
高屈折率部１２７の幅について述べる。高屈折率部１２７の幅は、（Ｐ１−Ｃ１）＜（Ｐ２−Ｃ２）＜（Ｐ３−Ｃ３）の関係にある。つまり、高屈折率部１２７の幅は、入射面から面Ｈ３まで単調に増加する。また、高屈折率部１２７の幅は、（Ｐ３−Ｃ３）＞（Ｐ４−Ｃ４）、かつ（Ｐ４−Ｃ４）＜（Ｐ５−Ｃ５）の関係にある。つまり、高屈折率部１２７の幅は、面Ｈ３から出射面まで単調に減少する。
【００４９】
（本実施例の効果）
図５を用いて、本実施例の効果について説明する。
【００５０】
図５（ａ）は比較例の導光部の断面構造を示した図である。図５（ｂ）は、本実施例の導光部１１０の断面構造を示した図である。図５（ａ）は、入射面から出射面にかけて、低屈折率部１２６の幅が単調に増加する例である。また、入射面から出射面にかけて、高屈折率部１２７の幅が、単調に減少する例でもある。
【００５１】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示した強度分布１０１４、１０１５、１０１７、１０１９、１０２０、１０２２は、それぞれの面Ｈ５、面Ｈ３、面Ｈ１における光強度の分布を示している。面Ｈ５は、受光面に対して平行な面である第１平面である。面Ｈ３は、受光面に対して平行な面であって、第１平面である面Ｈ５よりも受光面に近接する第２平面である。面Ｈ１は、受光面に対して平行な面であって、第２平面である面Ｈ３よりも受光面に近接する第３平面である。
【００５２】
波動光学的には、光は屈折率の高い部分に局在する性質を有する。そのため、図５（ａ）の構造の場合、マイクロレンズ１０１で集光された光は、面Ｈ５において、高屈折率部１２７（導光部１１０の側壁）に局在する傾向となって、強度分布１０１４に示した光強度分布となる。
【００５３】
図５（ａ）では、面Ｈ５において、高屈折率部１２７の幅が図５（ｂ）に示す構造よりも大きくなっている。この結果、図５（ａ）の構造の方が、図５（ｂ）の構造よりも、高屈折率部１２７に光が入射することとなる。
【００５４】
図５（ａ）において、導光部１１０の面Ｈ５を透過した光は面Ｈ３に達する。面Ｈ３において、高屈折率部１２７の幅が面Ｈ５よりも減少する結果、光はさらに導光部１１０の側壁部分に局在する傾向を示す。つまり、強度分布１０１５に示した光強度分布となる。
【００５５】
強度分布１０１６で図示した部分は導光部１１０の外部の領域における光強度分布である。この強度分布１０１６は、高屈折率部１２７の幅が、面Ｈ５から面Ｈ３に掛けて減少した結果、面Ｈ５において高屈折率部１２７に局在していた光が、高屈折率部１２７内にとどまることができなくなり、導光部１１０の外部に漏れ出したことを示している。この光の漏れ出しが生じた結果、フォトダイオードＤ１に入射する光は、この漏れ出した光の分、減少することとなる。
【００５６】
面Ｈ３から面Ｈ１にかけて、光は高屈折率部１２７から低屈折率部１２６に徐々に遷移する。しかし、その際にも、強度分布１０１８で示したように、面Ｈ３において高屈折率部１２７に局在していた光の一部は、導光部１１０の外部に漏れ出すこととなる。この結果、フォトダイオードＤ１に入射する光は、この漏れ出した光の分、さらに減少することとなる。
【００５７】
次に、本実施例である図５（ｂ）について説明する。
【００５８】
まず、面Ｈ５において、図５（ａ）に示した構造よりも、低屈折率部１２６の幅を大きくすることによって、高屈折率部１２７の幅を狭くすることができる。これにより、高屈折率部１２７に入射する光を、図５（ａ）の構造よりも少なくすることができる。
【００５９】
図５（ｂ）において、面Ｈ５から面Ｈ３にかけて低屈折率部１２６の幅が低下することによって、高屈折率部１２７の幅は増加する。これにより、面Ｈ５において高屈折率部１２７に局在していた光の、導光部１１０の外部への漏れ出しを低減することができる。
【００６０】
また、図５（ｂ）において、面Ｈ３から面Ｈ１にかけて低屈折率部１２６の幅が増加する。これにより、面Ｈ３において高屈折率部１２７に局在していた光の、低屈折率部１２６への遷移を、図５（ａ）の構造よりも促進させることができる。特に、面Ｈ３から面Ｈ１にかけての、低屈折率部１２６と高屈折率部１２７の界面の傾斜が、図５（ａ）の構造に比べて大きなものとなっている。これにより、高屈折率部１２７から低屈折率部１２６へ光の遷移をさらに促進させることができる。
【００６１】
図５（ｂ）の構造では、強度分布１０２３で示したように、面Ｈ３において高屈折率部１２７に局在していた光の一部が導光部１１０の外部に漏れ出すことがある。しかし、この漏れ出し量は、図５（ａ）の構造に比べて少ないものとなる。
【００６２】
図５（ｃ）は、図５（ａ）と図５（ｂ）のそれぞれの構造における光利用効率を示した図である。図５（ｃ）は、入射面における光量に対する、出射面における光量の割合を、図５（ａ）の構造の結果を基準として規格化したものである。
【００６３】
図５（ｃ）により、本実施例である図５（ｂ）の構造の方が、図５（ａ）の構造に比べて、高い光利用効率を備えることが分かる。
【００６４】
このように、本実施例では、低屈折率部１２６の幅を、第２平面である面Ｈ３におけるである第２の長さが、第１平面である面Ｈ５におけるである第１の長さと、第３平面である面Ｈ１におけるである第３の長さのそれぞれよりも小さいものとする。これにより、高屈折率部１２７から導光部１１０の外部への光の漏れ出しを低減することができる。
【００６５】
（実施例２）
本実施例について、実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００６６】
図６（ａ）は、本実施例の導光部１１０の断面構造を示した図である。導光部１１０は、面Ｈ４から面Ｈ１にかけて、単調に幅が増加する構成を備えている。
【００６７】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した面Ｈ１〜Ｈ４のそれぞれにおける、導光部１１０の上面図を示している。
【００６８】
本実施例では、導光部１１０の各面における幅は、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４＜Ｐ５の関係となる。低屈折率部１２６の各面における幅は、Ｃ１＞Ｃ２＞Ｃ３、かつＣ３＜Ｃ４＜Ｃ５の関係となる。高屈折率部１２７の各面における幅は、（Ｐ１−Ｃ１）＜（Ｐ２−Ｃ２）＜（Ｐ３−Ｃ３）、かつ（Ｐ３−Ｃ３）＞（Ｐ４−Ｃ４）＞（Ｐ５―Ｃ５）の関係となる。
【００６９】
本実施例の導光部１１０は、入射面において、高屈折率部１２７の幅を、実施例１の導光部１１０に対して小さくしている。これにより、入射面である面Ｈ５において高屈折率部１２７に入射する光を、実施例１の導光部１１０の構成よりも減じることができる。この結果、面Ｈ１〜Ｈ５において、高屈折率部１２７から導光部１１０の外部に漏れ出す光を減少させることができる。これにより、本実施例の導光部１１０は、導光部１１０の光利用効率を、実施例１の導光部１１０よりも増加させることができる効果を有する。
【００７０】
（実施例３）
本実施例の光電変換素子について、実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００７１】
本実施例の光電変換素子の画素は、１つのマイクロレンズに対して、複数のフォトダイオードが配されている。導光部は、この複数のフォトダイオードに光を導くように、上面から見ると楕円の形状を呈している。
【００７２】
図７は、本実施例の光電変換素子が有する画素２０の回路図である。画素２０は、フォトダイオードＤ１、Ｄ２を備える。また、フォトダイオードＤ１は、浮遊拡散容量Ｃ１に、転送トランジスタＭ１を介して接続される。また、フォトダイオードＤ２は、浮遊拡散容量Ｃ１に、転送トランジスタＭ２を介して接続される。
【００７３】
転送トランジスタＭ１のゲートには、信号Ｔｘ＿Ａが垂直走査回路１０１から与えられる。転送トランジスタＭ２のゲートには、信号Ｔｘ＿Ｂが垂直走査回路１０１から与えられる。
【００７４】
信号Ｔｘ＿Ａがアクティブレベルとなることにより、転送トランジスタＭ１がオンする。これにより、浮遊拡散容量Ｃ１にフォトダイオードＤ１が蓄積した電荷が転送される。このフォトダイオードＤ１が蓄積した電荷に基づいて増幅トランジスタＭ４が出力する信号をＡ信号とする。
【００７５】
浮遊拡散容量Ｃ１がフォトダイオードＤ１の電荷を保持した状態で、信号Ｔｘ＿Ｂがアクティブレベルとなることにより、転送トランジスタＭ２がオンする。これにより、浮遊拡散容量Ｃ１には、フォトダイオードＤ１とフォトダイオードＤ２のそれぞれが蓄積した電荷の和が保持される。このフォトダイオードＤ１、Ｄ２のそれぞれが蓄積した電荷の和に基づいて増幅トランジスタＭ４が出力する信号をＡ＋Ｂ信号とする。
【００７６】
その後、列回路部１０２、あるいは、光電変換素子を備える撮像システムにおける、光電変換素子の外部の回路において、Ａ＋Ｂ信号からＡ信号を差し引くことによってＢ信号を得る処理を行う。撮像システムは、この得られたＢ信号と、Ａ信号とを用いて、位相差検出方式のオートフォーカス動作を行うことができる。また、撮像システムは、Ａ＋Ｂ信号を用いて、画像の生成を行うことができる。
【００７７】
図８（ａ）は、本実施例の画素２０の断面構造を示した図である。図８（ａ）では不図示であるが、導光部１１０の上方には、図３で示したように１つのマイクロレンズ１０１が設けられている。したがって、Ｎ型半導体領域１１８−１、Ｎ型半導体領域１１８−２に対して、１つのマイクロレンズが対応して配されている。Ｎ型半導体領域１１８−１とＰ型半導体領域１１９によってフォトダイオードＤ１が形成される。また、Ｎ型半導体領域１１８−２とＰ型半導体領域１１９によってフォトダイオードＤ２が形成される。よって、２つのフォトダイオードが、１つのマイクロレンズに対応して配されていると言える。なお、本実施例では、１つのマイクロレンズに対し、２つのフォトダイオードが対応して配されている例を示している。他の例として、１つのマイクロレンズに対し、さらに多くのフォトダイオードが配されていてもよい。つまり、１つのマイクロレンズに対し、複数のフォトダイオードが配されていればよい。
【００７８】
図８（ｂ）は、面Ｈ１〜Ｈ５のそれぞれの面における、導光部１１０の上面図を示した図である。本実施例の導光部１１０は、楕円形を呈している。これに対応して、低屈折率部１２６もまた、楕円形を呈している。
【００７９】
導光部１１０の幅の長さは、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５の関係になっている。低屈折率部１２６の幅の長さは、Ｃ１＞Ｃ２＞Ｃ３、かつＣ３＜Ｃ４＜Ｃ５の関係になっている。高屈折率部１２７の幅の長さは、（Ｐ１−Ｃ１）＜（Ｐ２−Ｃ２）＜（Ｐ３−Ｃ３）、かつ（Ｐ３−Ｃ３）＞（Ｐ４−Ｃ４）＞（Ｐ５−Ｃ５）の関係になっている。
【００８０】
本実施例においても、各面における低屈折率部１２６、高屈折率部１２７の幅の長さの関係は、実施例１と同じ関係となっている。したがって、１つのマイクロレンズに対し、複数のフォトダイオードを備える構成においても、実施例１と同じ効果を得ることができる。
【００８１】
（実施例４）
本実施例の光電変換素子について、実施例１と異なる点を中心に説明する。本実施例の光電変換素子の画素は、フォトダイオードと、浮遊拡散容量との間の電気的経路に、さらに保持容量を備える。フォトダイオードが電荷の蓄積を開始するタイミングをすべての画素で同時とし、さらにフォトダイオードから保持容量への電荷の転送動作の終了タイミングをすべての画素で同時とする。これにより、本実施例の光電変換素子は、グローバル電子シャッタを実現することができる。
【００８２】
図９は、本実施例の画素の回路図である。本実施例の画素２０は、実施例１の画素２０に対し、保持容量Ｃ２と、トランジスタＭ２をさらに備える。トランジスタＭ１のゲートには信号Ｔｘ１が垂直走査回路１０１から与えられ、トランジスタＭ２のゲートには信号Ｔｘ２が垂直走査回路１０１から与えられる。
【００８３】
全ての画素２０のフォトダイオードＤ１は、電荷の蓄積を同時に開始する。その後、垂直走査回路１０１は、画素２０に供給する信号Ｔｘ１を、全ての行で同時にアクティブレベルとし、全ての行で同時にノンアクティブレベルとする。これにより、全ての画素２０において、フォトダイオードＤ１が蓄積した電荷が保持容量Ｃ２に転送される。この保持容量Ｃ２が蓄積した電荷が対応する電荷蓄積期間の開始と終了のそれぞれのタイミングは、全ての画素２０で揃ったものとなる。このようにして、本実施例の光電変換素子は、グローバル電子シャッタを実現することができる。
【００８４】
その後、垂直走査回路１０１は、信号Ｔｘ２、信号ＳＥＬを行単位で順次アクティブレベルとする。これにより、各行の画素２０から、フォトダイオードＤ１が蓄積した電荷に基づく信号が出力される。
【００８５】
図１０（ａ）は、本実施例の画素２０の断面構造を示した図である。本実施例では、保持容量Ｃ２が設けられている。また、保持容量Ｃ２への光の入射を抑制するための遮光部１２９が設けられている。遮光部１２９は、光を遮る材料であればよく、たとえばタングステンなどの金属材料を用いることができる。
【００８６】
図１０（ｂ）は、面Ｈ１〜Ｈ５のそれぞれの面における、導光部１１０の上面図を示した図である。
【００８７】
導光部１１０の幅の長さは、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５の関係になっている。低屈折率部１２６の幅の長さは、Ｃ１＞Ｃ２＞Ｃ３、かつＣ３＜Ｃ４＜Ｃ５の関係になっている。高屈折率部１２７の幅の長さは、（Ｐ１−Ｃ１）＜（Ｐ２−Ｃ２）＜（Ｐ３−Ｃ３）、かつ（Ｐ３―Ｃ３）＞（Ｐ４−Ｃ４）＞（Ｐ５−Ｃ５）の関係になっている。
【００８８】
本実施例においても、各面における低屈折率部１２６、高屈折率部１２７の幅の長さの関係は、実施例１と同じ関係となっている。したがって、グローバル電子シャッタ動作を可能にする保持容量Ｃ２を備える構成においても、実施例１と同じ効果を得ることができる。
【００８９】
（実施例５）
本実施例の光電変換素子について、実施例４と異なる点を中心に説明する。
【００９０】
本実施例の光電変換素子の画素もまた、実施例４と同じく、グローバル電子シャッタ動作を可能にするための保持容量Ｃ２を有する。本実施例の導光部が、実施例４の導光部に比べて、保持容量Ｃ２に光を入射させにくい構成を有する点で、実施例４とは異なる。
【００９１】
図１１（ａ）は本実施例の画素２０の断面構造を示した図である。保持容量Ｃ２は、フォトダイオードＤ１に対し、Ｘ軸方向に沿う方向に設けられている。
【００９２】
図１１（ｂ）は、面Ｈ１〜Ｈ５のそれぞれの面における、導光部１１０の上面図を示した図である。本実施例の導光部１１０は正円の形状を呈している。一方で、低屈折率部１２６は、楕円形状を呈している。
【００９３】
導光部１１０の幅の長さは、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５の関係になっている。低屈折率部１２６の幅の長さは、Ｃ１＞Ｃ２＞Ｃ３、かつＣ３＜Ｃ４＜Ｃ５の関係になっている。高屈折率部１２７の幅の長さは、（Ｐ１−Ｃ１）＜（Ｐ２−Ｃ２）＜（Ｐ３−Ｃ３）、かつ（Ｐ３−Ｃ３）＞（Ｐ４−Ｃ４）＞（Ｐ５−Ｃ５）の関係になっている。
【００９４】
本実施例においても、各面における低屈折率部１２６、高屈折率部１２７の幅の長さの関係は、実施例４と同じ関係となっている。
【００９５】
さらに、本実施例では、導光部１１０の各面において、高屈折率部１２７のＸ軸方向の長さが、Ｙ軸方向の長さよりも短くなるようにしている。上述した通り、高屈折率部１２７に入射した光は、高屈折率部１２７に局在する傾向がある。高屈折率部１２７において保持容量Ｃ２に近接する第１部分の、フォトダイオードＤ１から保持容量Ｃ２への方向である第１方向の幅を第１の幅とする。高屈折率部１２７の、第１部分よりも保持容量Ｃ２から離れた第２部分の、第１方向に対して平面視において交差する方向である第２方向の幅を第２の幅とする。第２方向は、典型的には、第１方向に対して平面視において直交する方向である。この第１の幅が、第２の幅よりも短くなるようにする。これにより、第１部分に局在する光が、実施例４の導光部１１０の構成に比べて少なくなる。よって、本実施例の導光部１１０は、保持容量Ｃ２に入射する光を、実施例４の導光部１１０の構成に対して少なくすることができる効果をさらに有する。
【００９６】
（実施例６）
本実施例では、図１２を参照しながら導光部１１０の製造方法について説明する。本実施例では、実施例１の導光部１１０の製造方法を主として説明するが、他の実施例の導光部１１０についても本実施例の製造方法を適用することができる。
【００９７】
図１２（ａ）に示すように、半導体基板にウエル１２１、ブロック層１２０、Ｎ型半導体領域１１８、Ｐ型半導体領域１１９を形成する。また、転送ゲート１１７、層間膜１１６、１１３、１１１、エッチング停止層２０１、１２５、１２３、１２２、配線保護膜１２４、１２３、配線層１１５、１１４、１１２を形成する。その後、フォトリソグラフィーによるパターニングを行う。そして、エッチング停止層２０１に至るまで層間膜１１６，１１３，１１１、エッチング停止層１２５、１２３、１２２をエッチングすることで開口部２００が形成される。
【００９８】
次に、図１２（ｂ）に示すように、高密度プラズマ化学気相成長法（ＨＤＰ−ＣＶＤ）にて、Ａｒ、Ｈｅなどのスパッタ性を有するプロセスガスを用いながら、例えばシリコン窒化膜からなる埋め込み部材を開口部２００に埋め込む。これにより、低屈折率部１２６と高屈折率部１２７とが形成される。
【００９９】
この埋め込み工程においては、プロセスガスにＡｒあるいはＨｅなどのスパッタ性を有するものを用いて半導体基板に例えば１３．５６ＭＨｚのバイアスを印加しながら埋め込む。これにより、堆積した埋め込み部材にＡｒあるいはＨｅなどのスパッタ性ガスが衝突する。よって、開口部２００に堆積した埋め込み部材が、スパッタ性ガスによってスパッタされる。この結果、開口部２００の上部から開口部２００の側壁部にかけて、埋め込み部材を再付着させることができる。
【０１００】
埋め込み部材に含まれるプロセスガスの含有率は、開口部２００の中央部分の方が、開口部２００の上部から側壁部にかけて再付着された埋め込み部材に比べて高くなる。例えば、プロセスガスにＡｒを用いた場合には、埋め込み部材中のＡｒの含有率は、開口部２００の中央部分に堆積した埋め込み部材の方が、開口部２００の上部から側壁部にかけて再付着された埋め込み部材に比べて高くなる。これによって、導光部１１０の中央部分が、側壁部に対し屈折率が低くなる。
【０１０１】
開口部２００の形状に合わせて、適切にプロセスガスの比率と印加バイアスを設定することで図１２（ｂ）のようなくびれた形状の低屈折率部１２６を形成することができる。
【０１０２】
次に、図１２（ｃ）に示すように、例えばＣＭＰ（化学的機械的研磨法）により平坦化を行うことによって、低屈折率部１２６と高屈折率部１２７を形成する。これにより、低屈折率部１２６と高屈折率部１２７とを有する導光部１１０を形成することができる。
【０１０３】
上述したように、導光部１１０の中央部分は側壁部分よりも、プロセスガス（例えばＡｒ、Ｈｅ）を多く含む。つまり、低屈折率部１２６は、高屈折率部１２７よりもプロセスガス（例えばＡｒ、Ｈｅ）を多く含むこととなる。
【０１０４】
（実施例７）
本発明に係る撮像システムの実施例について説明する。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などがあげられる。図１３に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
【０１０５】
本実施例は、上述した各実施例の光電変換素子を撮像装置１５０４として有する撮像システムに関する。
【０１０６】
図１３に例示した撮像システムは、レンズの保護のためのバリア１５０１、被写体の光学像を撮像装置１５０４に結像させるレンズ１５０２、レンズ１５０２を通過する光量を可変にするための絞り１５０３を有する。レンズ１５０２、絞り１５０３は撮像装置１５０４に光を集光する光学系である。また、図１３に例示した撮像システムは撮像装置１５０４より出力される出力信号の処理を行う出力信号処理部１５０５を有する。出力信号処理部１５０５は必要に応じて各種の補正、圧縮を行って信号を出力する動作を行う。
【０１０７】
出力信号処理部１５０５は、撮像装置１５０４が出力する信号を用いて、画像を生成する動作を行う。
【０１０８】
図１３に例示した撮像システムはさらに、画像データを一時的に記憶する為のバッファメモリ部１５０６、外部コンピュータ等と通信する為の外部インターフェース部１５０７を有する。さらに撮像システムは、撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１５０９、記録媒体１５０９に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部１５０８を有する。さらに撮像システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御演算部１５１０、撮像装置１５０４と出力信号処理部１５０５に各種タイミング信号を出力するタイミング供給部１５１１を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも撮像装置１５０４と、撮像装置１５０４から出力された出力信号を処理する出力信号処理部１５０５とを有すればよい。
【０１０９】
また、実施例３で説明したように、それぞれの画素２０が、１つのマイクロレンズに対し、複数のフォトダイオードが対応するように設けられている場合がある。この場合には、出力信号処理部１５０５は、複数のフォトダイオードの一部が生成した電荷に基づく信号と、複数のフォトダイオードの他の一部が生成した電荷に基づく信号とを処理する。これにより、撮像装置１５０４から被写体までの距離情報を取得することができる。つまり、出力信号処理部１５０５は、１つのマイクロレンズに対応して設けられた複数の光電変換部の一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号と、他の一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号とを用いる。これにより、出力信号処理部１５０５が撮像装置１５０４から被写体までの距離情報を取得するようにすればよい。この場合、他の一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号を、複数の光電変換部が生成した電荷の和に基づく信号から、一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号を差し引くことで得るようにしてもよい。
【０１１０】
出力信号処理部１５０５は、撮像装置１５０４が形成された第１の半導体基板とは別の第２の半導体基板に設けられている。この第１の半導体基板と第２の半導体基板とはそれぞれ別々のチップとしても良いし、積層して１つのチップとしても良い。
【０１１１】
また、撮像装置１５０４として用いられる光電変換素子がＡＤ変換部２０４を備える例を説明した。他の例として、ＡＤ変換部２０４を、出力信号処理部１５０５が有するようにしてもよい。この場合には、撮像装置１５０４は、アナログ信号を出力信号処理部１５０５に出力することとなる。
【０１１２】
以上のように、本実施例の撮像システムは、撮像装置１５０４を適用して撮像動作を行うことが可能である。
【０１１３】
（実施例８）
図１４（Ａ）は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム１０００は、上述した各実施例の光電変換素子を撮像装置１０１０として備える撮像システムである。撮像システム１０００は、撮像装置１０１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部１０３０と、撮像システム１０００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の取得を行う視差取得部１０４０を有する。
【０１１４】
この視差の取得は、撮像システムが、複数の撮像装置１０１０を有するステレオカメラの形態の場合には、複数の撮像装置１０１０のそれぞれから出力される信号を用いて行うことができる。また、撮像システムが、１つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部を備える撮像装置１０１０を備える場合がある。この場合、視差取得部１０４０は、複数のフォトダイオードの一部が生成した電荷に基づく信号と、複数のフォトダイオードの他の一部が生成した電荷に基づく信号とを処理することによって視差を取得する。つまり、視差取得部１０４０は、１つのマイクロレンズに対応して設けられた複数の光電変換部の一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号と、他の一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号とを用いて視差を取得するようにすればよい。この場合、他の一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号を、複数の光電変換部が生成した電荷の和に基づく信号から、一部の光電変換部が生成した電荷に基づく信号を差し引くことで得るようにしてもよい。
【０１１５】
撮像システム１０００は、取得された視差に基づいて対象物までの距離を取得する距離取得部１０５０と、取得された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部１０６０と、を有する。ここで、視差取得部１０４０や距離取得部１０５０は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部１０６０はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。また、距離情報取得手段は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などによって実現されてもよい。また、距離情報取得手段は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣの組合せによって実現されてもよい。
【０１１６】
撮像システム１０００は車両情報取得装置１３１０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム１０００は、衝突判定部１０６０での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ１４１０と接続されている。また、撮像システム１０００は、衝突判定部１０６０での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置１４２０とも接続されている。例えば、衝突判定部１０６０の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ１４１０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置１４２０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
本実施形態では車両の周囲、例えば前方または後方を撮像システム１０００で撮像する。
【０１１７】
図１４（Ｂ）に、車両前方を撮像する場合の撮像システムを示した。また、上記では、他の車両と衝突しない制御を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【０１１８】
なお、上記実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、これまで述べた各実施例を種々組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０１  マイクロレンズ
１０３  カラーフィルタ
１１０  導光部
１１８  Ｎ型半導体領域
１１９  Ｐ型半導体領域
１２０  ブロック層
１２６  低屈折率部
１２７  高屈折率部
２０５  受光面
Ｈ１  導光部の出射面
Ｈ５  導光部の入射面
２１０  半導体基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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