(57)【要約】【課題】感度の向上、混色，スミアの発生などの防止を実現して、画像品質を向上させる。【解決手段】オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づける発散レンズとして、レンズ層５２が機能するように、受光面ＪＳの中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で、レンズ層５２を形成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の撮像面に設けられており、受光面にて入射光を受光する光電変換部と、
前記基板の撮像面において前記受光面の上方に設けられており、前記入射光を集光するオンチップレンズと、
前記基板の撮像面において前記受光面と前記オンチップレンズとの間に介在しているレンズ層と
を具備し、
前記レンズ層は、前記オンチップレンズが前記入射光を集光する焦点位置を前記受光面へ近づける発散レンズとして機能するように、前記受光面の中央に対応する部分が、前記受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている、
固体撮像装置。
【請求項２】
前記レンズ層は、
低屈折率材料部と、
前記低屈折率材料部よりも屈折率が高い高屈折率材料部と
を含み、
前記低屈折率材料部が、前記受光面の中央に対応するように設けられ、
前記高屈折率材料部が、前記受光面の周辺において、前記低屈折率材料部の周りを囲うように設けられている、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記レンズ層は、前記低屈折率材料部と前記高屈折率材料部との界面が、前記受光面に対して垂直になるように形成されている、
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記レンズ層は、前記低屈折率材料部と前記高屈折率材料部との界面が、前記受光面に対して傾斜するように形成されている、
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記レンズ層は、前記低屈折率材料部が前記高屈折率材料部に積層された部分を含むように形成されている、
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記レンズ層は、前記受光面に沿った方向において、前記受光面の中央に対応する部分から前記受光面の周辺に対応する部分へ向かって屈折率が連続的に変化するように形成されている、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記基板の撮像面に設けられており、前記入射光が着色されて前記受光面へ透過するカラーフィルタ
を具備し、
前記光電変換部は、前記撮像面において複数が間を隔てて並んでおり、
前記カラーフィルタは、
前記受光面の上方に設けられており、第１波長帯域において光透過率が高い第１フィルタ層と、
前記第１フィルタ層が設けられた受光面と異なる受光面の上方において前記第１フィルタ層に隣接して並んでおり、前記第１波長帯域と異なる第２波長帯域において光透過率が高い第２フィルタ層と
を少なくとも含み、
前記レンズ層は、
前記第１フィルタ層の上方に設けられている第１レンズ層と、
前記第２フィルタ層の上方に設けられている第２レンズ層と
を少なくとも含み、
前記第１レンズ層と前記第２レンズ層との間においては、前記受光面に沿った面における屈折率分布が互いに異なっている、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記基板の撮像面に設けられており、前記入射光が着色されて前記受光面へ透過するカラーフィルタ
を具備し、
前記光電変換部は、前記撮像面において複数が間を隔てて並んでおり、
前記カラーフィルタは、
前記受光面の上方に設けられており、赤色光を透過するレッドフィルタ層と、
前記レッドフィルタ層が設けられた受光面と異なる受光面の上方において前記レッドフィルタ層に隣接して並んでおり、緑色光を透過するグリーンフィルタ層と、
前記レッドフィルタ層および前記グリーンフィルタ層が設けられた受光面と異なる受光面の上方において前記レッドフィルタ層および前記グリーンフィルタ層に隣接して並んでおり、青色光を透過するブルーフィルタ層と、
を含み、
前記レンズ層は、
前記レッドフィルタ層の上方に設けられている第１レンズ層と、
前記グリーンフィルタ層の上方に設けられている第２レンズ層と、
前記ブルーフィルタ層の上方に設けられている第３レンズ層と、
を含み、
前記第１レンズ層は、前記受光面の中央に対応する部分の屈折率と、前記受光面の周辺に対応する部分の屈折率との屈折率差が、前記第２レンズ層よりも小さく、
前記第２レンズ層は、前記屈折率差が前記第３レンズ層よりも小さい、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記光電変換部は、前記撮像面において複数が間を隔てて並んでおり、
前記レンズ層は、前記複数の光電変換部に対応して複数の凹レンズとして機能するように形成されており、前記撮像面の中心から周辺へ向かうに伴って、当該レンズ層の光軸が、前記受光面の中心に対して、前記撮像面の周辺の側へシフトするように形成されている、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記光電変換部は、前記撮像面において複数が間を隔てて並んでおり、
前記レンズ層は、前記複数の光電変換部に対応するように、複数の前記低屈折率材料部が間を隔てて並んでおり、
当該複数の低屈折率材料部のそれぞれは、前記撮像面の中心から周辺へ向かうに伴って、前記撮像面にて当該低屈折率材料部が設けられた領域の中心が、前記受光面の中心に対して、前記撮像面の周辺の側へシフトするように形成されている、
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記レンズ層は、前記受光面の中心から周辺において同じ厚みになるように形成されている、
請求項１から１０のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
基板の撮像面に設けられており、受光面にて入射光を受光する光電変換部と、
前記基板の撮像面において前記受光面の上方に設けられており、前記入射光を集光するオンチップレンズと、
前記基板の撮像面において前記受光面と前記オンチップレンズとの間に介在しているレンズ層と
を具備し、
前記レンズ層は、前記オンチップレンズが前記入射光を集光する焦点位置を前記受光面へ近づける発散レンズとして機能するように、前記受光面の中央に対応する部分が、前記受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている、
電子機器。
【請求項１３】
受光面にて入射光を受光する光電変換部を、基板の撮像面に設ける光電変換部形成工程と、
前記入射光を集光するオンチップレンズを、前記基板の撮像面において前記受光面の上方に設けるオンチップレンズ形成工程と、
前記受光面と前記オンチップレンズとの間に介在するように、前記基板の撮像面にレンズ層を形成するレンズ層形成工程と
を具備し、
前記レンズ層形成工程においては、
前記オンチップレンズが前記入射光を集光する焦点位置を前記受光面へ近づける発散レンズとして当該レンズ層が機能するように、前記受光面の中央に対応する部分が、前記受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で当該レンズ層を形成する、
固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記レンズ層形成工程は、
低屈折率材料部を前記受光面の中央に対応するように設ける低屈折率材料部形成工程と、
前記低屈折率材料部よりも屈折率が高い高屈折率材料部を、前記受光面の周辺において前記低屈折率材料部の周りを囲うように設ける高屈折率材料部形成工程と
を含む、
請求項１３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記レンズ層形成工程は、
絶縁層を前記受光面の上方に設ける絶縁層形成工程と、
前記絶縁層の上面において、前記受光面の中央部分と周辺部分との間においてレジストパターンが存在する量が異なるように、当該レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンをマスクとして用いて前記絶縁層に対してプラズマを照射することによって、前記レンズ層を形成するプラズマ照射理工程と
を含む、
請求項１３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記レンズ層形成工程は、
絶縁層を前記受光面の上方に設ける絶縁層形成工程と、
前記絶縁層の上面において、前記受光面の中央部分と周辺部分との間においてレジストパターンが存在する量が異なるように、当該レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンをマスクとして用いて前記絶縁層に対してイオン注入を実施するイオン注入工程と、
イオン注入が実施された前記絶縁層について熱処理を実施することで、前記レンズ層を形成する熱処理工程と
を含む、
請求項１３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記レンズ層形成工程は、
低屈折率材料層を前記受光面の上方に設ける低屈折率材料層形成工程と、
前記低屈折率材料層の上面において、前記受光面の中央部分より周辺部分で前記低屈折率材料層よりも屈折率が高い高屈折率材料層が多く存在するように、当該高屈折率材料層を形成する高屈折率材料層形成工程と、
前記高屈折率材料層に含まれる高屈折率成分が前記低屈折率材料層へ拡散するように熱処理を実施することで、前記レンズ層を形成する熱処理工程と
を含む、
請求項１３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの電子機器は、固体撮像装置を含む。たとえば、固体撮像装置として、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｃｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサを含む。
【０００３】
固体撮像装置は、複数の画素がマトリクス状に配列されている撮像領域が、半導体基板の面に設けられている。複数の画素のそれぞれには、光電変換部が設けられている。光電変換部は、たとえば、フォトダイオードであり、外付けの光学系を介して入射する光を受光面で受光し光電変換することによって、信号電荷を生成する。
【０００４】
固体撮像装置では、光電変換部の受光面の上方にオンチップレンズが配置されており、入射光がオンチップレンズによって受光面へ集光される。
【０００５】
上記のオンチップレンズとしては、球面レンズ，フレネルレンズのように、表面での屈折を利用した屈折型レンズが用いられている。
【０００６】
この他に、上記のオンチップレンズとしては、屈折率分布型レンズや回折レンズのように、表面での屈折を利用しないレンズが用いられている。ここでは、断面形状が矩形であるデジタルレンズが、オンチップレンズとして設けられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
たとえば、このオンチップレンズは、屈折率が異なる複数の層を含み、その複数の層が、オンチップレンズの光軸に対して垂直な横方向に交互に配列されている。また、複数の屈折率が異なる層を、オンチップレンズの光軸に沿った深さ方向に設けることによって、オンチップレンズが構成されている。このようなオンチップレンズは、波長オーダーまたはそれよりも小さいサブ波長領域の周期構造を有する集光素子（ＳＷＬＬ：Ｓｕｂｗａｖｅ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｌｅｎｓ）であり、薄膜で、高い集光効率を実現することができる。
【０００８】
固体撮像装置においては、撮像領域の中心部分と周辺部分との間において感度差が生じるために、撮像画像の画像品質が低下する場合がある。
【０００９】
具体的には、撮像領域の中心部分においては、外付けの光学系を介して入射する主光線の角度が、受光面に対して、ほぼ垂直であるのに対して、撮像領域の周辺部分においては、入射する主光線の角度が傾斜している。このため、撮像画像の中心部分が明るい画像になり、周辺部分が暗い画像になる場合があるので、撮像画像の画像品質が低下する場合がある。つまり、いわゆるシェーディング現象が発生して、画像品質が低下する場合がある。
【００１０】
このような不具合を改善するために、「瞳補正」と称して、オンチップレンズ等の配置を補正することが、実施されている。たとえば、撮像領域の周辺において配置されるオンチップレンズの位置が、受光面に対して、撮像領域の中心側へシフトするように、オンチップレンズを設けることが実施されている（たとえば、特許文献２，特許文献３参照）。
【００１１】
この他に、カラー画像を撮像する場合において、入射光が受光面に対して傾斜して入射したときには、その直下の受光面に入射せずに、本来、他の色の着色光を受光する他の受光面へ入射する場合がある。このため、いわゆる「混色」が発生して、撮像したカラー画像において色調のズレが生じ、画像品質が低下する場合がある。
【００１２】
特に、カメラ付き携帯電話のように、小型化されたモバイル用途の電子機器においては、外付けの光学系と、イメージセンサの受光面との間の距離が短いために、上記のような不具合の発生が顕在化する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１６７２２号公報
【特許文献２】特許２６００２５０号
【特許文献３】特許３５５１４３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、固体撮像装置は、画素数の増加とチップの縮小との要求によって、画素が微細化されてきている。このため、固体撮像装置においては、開口率が低下してきており、感度が低下する場合がある。
【００１５】
たとえば、ＣＣＤイメージセンサの場合には、垂直転送路を画素の縮小率に追従して縮小することが、転送電荷数の確保のために困難であるので、開口率が低下している。また、ＣＭＯＳイメージセンサの場合には、混色の防止のために画素の間に配置する遮光膜は、リソグラフィでの形成を実現するため、縮小化することが困難であるために、開口率が低下している。
【００１６】
開口率の低下に伴う感度の低下を防止するためには、オンチップレンズの曲率（厚み）を変えて、光が最も集光された位置でのスポット径を小さくすることが好適である。
【００１７】
光が最も集光された位置でのスポット径ｒは、回折限界を考慮すると、波長λ、焦点距離Ｄ、セル（画素）サイズｐとの間に、下記の関係式が成立する。下記式で、ｋは、係数を示している。
【００１８】
ｒ＝（ｋλＤ）／（πｐ）
【００１９】
このため、画素を微細化した場合（たとえば、セルピッチが、受光する入射光の波長の２〜３倍のオーダーの場合）には、回折限界の影響によって、スポット径を小さくすることが困難になる。よって、感度を向上させることが困難である。
【００２０】
図４９は、スポット径ｒとオンチップレンズの厚みｄとの関係、および、受光面ＪＳからの高さｈとオンチップレンズの厚みｄとの関係をシミュレーションした結果を示す図である。図５０，図５１は、スポット径ｒとオンチップレンズの厚みｄとの関係、または、受光面ＪＳからの高さｈとオンチップレンズの厚みｄとの関係をシミュレーションした様子を説明するための図である。
【００２１】
図４９では、「スポット径ｒとオンチップレンズの厚みｄとの関係」について、オンチップレンズの厚みｄが０．２μｍである場合のスポット径ｒに対する割合Ｒを示している。つまり、下記の関係式で算出された割合Ｒと、オンチップレンズの厚みｄとの関係を示している。なお、下記式において、ｒ（ｄ）は、オンチップレンズの厚みｄのスポット径であり、ｒ（０．２）は、オンチップレンズの厚みｄが０．２μｍである場合のスポット径を示している。
【００２２】
Ｒ＝ｒ（ｄ）／ｒ（０．２）
【００２３】
同様に、図４９では、「受光面ＪＳからの高さｈとオンチップレンズの厚みｄとの関係」についても、オンチップレンズの厚みｄが０．２μｍである場合の高さｈ（０．２）に対する割合Ｒを示している。つまり、下記の関係式で算出された割合Ｈと、オンチップレンズの厚みｄとの関係を示している。なお、下記式において、ｈ（ｄ）は、オンチップレンズの厚みがｄの場合の高さｈであり、ｈ（０．２）は、オンチップレンズの厚みｄが０．２μｍである場合の高さｈを示している。
【００２４】
Ｈ＝ｈ（ｄ）／ｈ（０．２）
【００２５】
図５０においては、固体撮像装置の縦断面において、オンチップレンズＭＬの厚みｄ、スポット径ｒ、受光面ＪＳからの高さｈのそれぞれを示している。図５０では、（ａ）において、オンチップレンズＭＬの厚みｄが薄い場合を示しており、（ｂ）において、オンチップレンズＭＬの厚みｄが厚い場合を示している。図５０に示すように、オンチップレンズＭＬの厚みｄは、凸状に突き出た曲面レンズの中心部分の厚みであり、この厚みｄが厚い場合には、レンズの曲率が大きくなる。また、受光面ＪＳからの高さｈは、受光面ＪＳから、光が最も集光された位置までの高さを示している。図５０では、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサの要部について示している。
【００２６】
そして、図５１では、固体撮像装置の横断面における光の様子を示している。図５１（ａ）においては、ハッチングの間隔の幅を変えることで、光の強度を段階的に示している。ここでは、ハッチングの間隔が狭い場合に、光の強度が高いことを示している。そして、（ｂ）においては、横軸が固体撮像装置の横断面における位置であって、縦軸が光の強度のグラフを示している。図５１（ａ）に示すように、光軸において光の強度が高く、（ｂ）に示すように、その光軸における強度に対して、１／ｅ２（１３．５％）の割合になる幅を、スポット径ｒとしている。
【００２７】
図４９に示すように、オンチップレンズＭＬの厚みｄが厚くなるに伴って、スポット径ｒの割合Ｒが小さくなっている。このため、オンチップレンズＭＬの曲率を大きくすることで、スポット径ｒを小さくすることができる。しかし、オンチップレンズＭＬの厚みｄが厚くなる（曲率が高くなる）に伴って、受光面ＪＳからの高さｈの割合Ｈが大きくなっていることから判るように、焦点距離が短くなる。
【００２８】
短い焦点距離に対応するために、オンチップレンズＭＬと受光面ＪＳとの間の距離を短くすることが考えられる。つまり、オンチップレンズＭＬと受光面ＪＳとの間に介在する各層の厚みを薄くすることが必要になる。
【００２９】
しかしながら、オンチップレンズＭＬと受光面ＪＳとの間に介在する各層の厚みを薄くすることは、困難な場合が多い。
【００３０】
たとえば、図５０に示すように、混色などを防止するために画素の間に遮光膜６０を設ける場合があるが、遮光特性の確保のため、遮光膜６０の厚みを薄くすることは困難である。
【００３１】
また、図５０に示すように、遮光膜６０などの膜による凹凸を平坦化するために、平坦化膜ＨＴを設ける場合があるが、遮光膜６０の膜厚以上の膜厚で、この平坦化膜ＨＴを設ける必要があるので、薄くすることは困難である。
【００３２】
また、カラーフィルタＣＦについては、樹脂に添加する顔料の濃度を著しく高くすることは難しいので、色再現性の確保のために、薄くすることは困難である。
【００３３】
また、カラーフィルタＣＦとオンチップレンズＭＬとの間についても、カラーフィルタＣＦの保護のために、数十から数百μｍの厚みの層を介在させた方が好適であるので、薄くすることは困難である。
【００３４】
この他に、ＣＣＤイメージセンサの場合には、半導体基板上に転送電極などの電極を受光面の近傍に設けるが、電気抵抗などの電気特性を確保するために、電極の層厚を薄くすることは困難である。
【００３５】
このように、オンチップレンズＭＬと受光面ＪＳとの間の距離を短くすることが困難であるので、感度の向上と混色などの不具合の発生の防止とを両立させることが困難であり、撮像画像の画像品質が低下する場合がある。
【００３６】
したがって、本発明は、撮像画像の画像品質を向上可能な、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
本発明の固体撮像装置は、基板の撮像面に設けられており、受光面にて入射光を受光する光電変換部と、前記基板の撮像面において前記受光面の上方に設けられており、前記入射光を集光するオンチップレンズと、前記基板の撮像面において前記受光面と前記オンチップレンズとの間に介在しているレンズ層とを具備し、前記レンズ層は、前記オンチップレンズが前記入射光を集光する焦点位置を前記受光面へ近づける発散レンズとして機能するように、前記受光面の中央に対応する部分が、前記受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。
【００３８】
本発明の電子機器は、基板の撮像面に設けられており、受光面にて入射光を受光する光電変換部と、前記基板の撮像面において前記受光面の上方に設けられており、前記入射光を集光するオンチップレンズと、前記基板の撮像面において前記受光面と前記オンチップレンズとの間に介在しているレンズ層とを具備し、前記レンズ層は、前記受光面の中央に対応する部分が、前記受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されており、前記オンチップレンズが前記入射光を集光する焦点位置を前記受光面へ近づける発散レンズとして機能する。
【００３９】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、受光面にて入射光を受光する光電変換部を、基板の撮像面に設ける光電変換部形成工程と、前記入射光を集光するオンチップレンズを、前記基板の撮像面において前記受光面の上方に設けるオンチップレンズ形成工程と、前記受光面と前記オンチップレンズとの間に介在するように、前記基板の撮像面にレンズ層を形成するレンズ層形成工程とを具備し、前記レンズ層形成工程においては、前記オンチップレンズが前記入射光を集光する焦点位置を前記受光面へ近づける発散レンズとして当該レンズ層が機能するように、前記受光面の中央に対応する部分が、前記受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で当該レンズ層を形成する。
【００４０】
本発明では、受光面とオンチップレンズとの間に介在するように、基板の撮像面にレンズ層を形成する。ここでは、受光面の中央に対応する部分が、その周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で、このレンズ層を形成する。レンズ層は、発散レンズとして機能し、オンチップレンズが入射光を集光する焦点位置が受光面へ近づけられる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、撮像画像の画像品質を向上可能な、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明にかかる実施形態１において、カメラ４０の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の全体構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明にかかる実施形態１において、画素Ｐの回路構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明にかかる実施形態１において、画素Ｐから信号を読み出す際に、各部へ供給するパルス信号を示すタイミングチャートである。
【図５】図５は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図６】図６は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図７】図７は、本発明に係る実施形態１において、レンズ層５２を示す上面図である。
【図８】図８は、本発明にかかる実施形態１において、レンズ層５２が凹レンズとして機能する原理を模式的に説明するための図である。
【図９】図９は、本発明にかかる実施形態１において、カラーフィルタＣＦを示す図である。
【図１０】図１０は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明に係る実施形態１において、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の厚みｄと、感度または混色との関係を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明に係る実施形態１の変形例１−１において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明に係る実施形態１の変形例１−２において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明に係る実施形態１の変形例１−３において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明に係る実施形態１の変形例１−４において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図２４】図２４は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図２５】図２５は、本発明に係る実施形態３の変形例３−１において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図２６】図２６は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図２７】図２７は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図２８】図２８は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図２９】図２９は、本発明に係る実施形態４の変形例４−１において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図３０】図３０は、本発明にかかる実施形態５において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図３１】図３１は、本発明にかかる実施形態５において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図３２】図３２は、本発明に係る実施形態５の変形例５−１において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図３３】図３３は、本発明に係る実施形態５の変形例５−２において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図３４】図３４は、本発明に係る実施形態５の変形例５−３において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図３５】図３５は、本発明に係る実施形態５の変形例５−３において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図３６】図３６は、本発明にかかる実施形態６において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図３７】図３７は、本発明にかかる実施形態６において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図３８】図３８は、本発明にかかる実施形態６において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図３９】図３９は、本発明にかかる実施形態６において、感度の結果を示す図である。
【図４０】図４０は、本発明にかかる実施形態７において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図４１】図４１は、本発明にかかる実施形態７において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図４２】図４２は、本発明にかかる実施形態７において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図４３】図４３は、本発明にかかる実施形態７において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図４４】図４４は、本発明にかかる実施形態８において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図４５】図４５は、本発明にかかる実施形態８において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図４６】図４６は、本発明に係る実施形態８の変形例８−１において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図４７】図４７は、本発明に係る実施形態８の変形例８−２において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図４８】図４８は、本発明に係る実施形態８の変形例８−３において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図４９】図４９は、スポット径ｒとオンチップレンズの厚みｄとの関係、および、受光面ＪＳからの高さｈとオンチップレンズの厚みｄとの関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図５０】図５０は、スポット径ｒとオンチップレンズの厚みｄとの関係、または、受光面ＪＳからの高さｈとオンチップレンズの厚みｄとの関係をシミュレーションした様子を説明するための図である。
【図５１】図５１は、スポット径ｒとオンチップレンズの厚みｄとの関係、または、受光面ＪＳからの高さｈとオンチップレンズの厚みｄとの関係をシミュレーションした様子を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４４】
なお、説明は、下記の順序で行う。
１．実施形態１（裏面照射型ＣＩＳの場合）
２．実施形態２（低屈折率材料部と高屈折率材料部との界面が傾斜している場合）
３．実施形態３（低屈折率材料部と高屈折率材料部とのそれぞれが複数の場合）
４．実施形態４（低屈折率材料部と高屈折率材料部との厚みが異なる場合）
５．実施形態５（低屈折率材料部と高屈折率材料部との間の屈折率が徐々に変化する場合）
６．実施形態６（入射光の色に応じて、レンズ層が異なる場合）
７．実施形態７（レンズ層について瞳補正をした場合）
８．実施形態８（ＣＣＤの場合）
９．その他
【００４５】
＜１．実施形態１＞
（Ａ）装置構成
（Ａ−１）カメラの要部構成
図１は、本発明にかかる実施形態１において、カメラ４０の構成を示す構成図である。
【００４６】
図１に示すように、カメラ４０は、固体撮像装置１と、光学系４２と、制御部４３と、信号処理回路４４とを有する。各部について、順次、説明する。
【００４７】
固体撮像装置１は、光学系４２を介して入射する光（被写体像）を撮像面ＰＳで受光して光電変換することによって、信号電荷を生成する。ここでは、固体撮像装置１は、制御部４３から出力される制御信号に基づいて駆動する。具体的には、信号電荷を読み出して、ローデータとして出力する。
【００４８】
本実施形態では、図１に示すように、固体撮像装置１は、撮像面ＰＳの中心部分においては、光学系４２から出射される主光線Ｈ１が、撮像面ＰＳに対して垂直な角度で入射する。一方で、撮像面ＰＳの周辺部分においては、主光線Ｈ２が、固体撮像装置１の撮像面ＰＳに対して垂直な方向に対して傾斜した角度で入射する。ここでは、撮像面ＰＳの中心から周囲へ向かって入射光の主光線Ｈ２が傾斜する。
【００４９】
光学系４２は、結像レンズや絞りなどの光学部材を含み、入射する被写体像による光を、固体撮像装置１の撮像面ＰＳへ集光するように配置されている。
【００５０】
本実施形態においては、光学系４２は、光軸が固体撮像装置１の撮像面ＰＳの中心に対応するように設けられている。このため、光学系４２は、図１に示すように、固体撮像装置１の撮像面ＰＳの中心部分に対しては、撮像面ＰＳに垂直な角度で主光線Ｈ１を出射する。一方で、撮像面ＰＳの周辺部分に対しては、撮像面ＰＳに垂直な方向に対して傾斜した角度で主光線Ｈ２を出射する。これは、絞りによって形成される射出瞳距離が有限であることに起因する。
【００５１】
制御部４３は、各種の制御信号を固体撮像装置１と信号処理回路４４とに出力し、固体撮像装置１と信号処理回路４４とを制御して駆動させる。
【００５２】
信号処理回路４４は、固体撮像装置１から出力されたローデータについて信号処理を実施することによって、被写体像についてデジタル画像を生成するように構成されている。
【００５３】
（Ａ−２）固体撮像装置の要部構成
固体撮像装置１の全体構成について説明する。
【００５４】
図２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の全体構成を示す図である。図２では、上面を示している。
【００５５】
本実施形態の固体撮像装置１は、ＣＭＯＳ型イメージセンサであり、図２に示すように、半導体基板１０１を含む。この半導体基板１０１は、たとえば、シリコンからなる半導体基板であり、図２に示すように、半導体基板１０１の面においては、撮像領域ＰＡと、周辺領域ＳＡとが設けられている。
【００５６】
撮像領域ＰＡは、図２に示すように、矩形形状であり、複数の画素Ｐが水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれに、配置されている。つまり、画素Ｐがマトリクス状に並んでいる。そして、撮像領域ＰＡにおいては、その中心が、図１に示した光学系４２の光軸に対応するように配置されている。
【００５７】
この撮像領域ＰＡは、図１に示した撮像面ＰＳに相当する。このため、上述したように、撮像領域ＰＡにて中心部分に配置された画素Ｐにおいては、撮像領域ＰＡの面に対して垂直な角度で主光線（図１のＨ１）が入射する。一方で、撮像領域ＰＡにて周辺部分に配置された画素Ｐにおいては、撮像領域ＰＡの面に対して垂直な方向に対して傾斜した角度で主光線（図１のＨ２）が入射する。
【００５８】
図３は、本発明にかかる実施形態１において、画素Ｐの回路構成を示す図である。
【００５９】
図３に示すように、画素Ｐは、フォトダイオード２１と、画素トランジスタＴｒとを含む。ここでは、画素トランジスタＴｒは、転送トランジスタ２２と、増幅トランジスタ２３と、選択トランジスタ２４と、リセットトランジスタ２５とを含み、フォトダイオード２１から信号電荷を読み出す動作を実施するように構成されている。
【００６０】
画素Ｐにおいて、フォトダイオード２１は、被写体像による光を受光し、その受光した光を光電変換することによって信号電荷を生成し蓄積する。ここでは、図３に示すように、フォトダイオード２１は、アノードが接地されており、蓄積した信号電荷（ここでは、電子）が、画素トランジスタＴｒによって読み出され、電気信号として垂直信号線２７へ出力されるように構成されている。具体的には、フォトダイオード２１は、図３に示すように、転送トランジスタ２２を介して、増幅トランジスタ２３のゲートに接続されている。そして、フォトダイオード２１においては、増幅トランジスタ２３のゲートに接続されているフローティングディフュージョンＦＤへ、その蓄積した信号電荷が、転送トランジスタ２２によって出力信号として転送される。
【００６１】
画素Ｐにおいて、転送トランジスタ２２は、フォトダイオード２１にて生成された信号電荷を、増幅トランジスタ２３のゲートへ電気信号として出力するように構成されている。具体的には、転送トランジスタ２２は、図３に示すように、フォトダイオード２１とフローティングディフュージョンＦＤとの間において介在するように設けられている。そして、転送トランジスタ２２は、転送線２６からゲートに転送信号が与えられることによって、フォトダイオード２１において蓄積された信号電荷を、フローティングディフュージョンＦＤに出力信号として転送する。
【００６２】
画素Ｐにおいて、増幅トランジスタ２３は、転送トランジスタ２２から出力された電気信号を増幅して出力するように構成されている。具体的には、増幅トランジスタ２３は、図３に示すように、ゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。また、増幅トランジスタ２３は、ドレインが電源電位供給線Ｖｄｄに接続され、ソースが選択トランジスタ２４に接続されている。増幅トランジスタ２３は、選択トランジスタ２４がオン状態になるように選択されたときには、定電流源Ｉから定電流が供給されて、ソースフォロアとして動作する。このため、増幅トランジスタ２３では、選択トランジスタ２４に選択信号が供給されることによって、フローティングディフュージョンＦＤから出力された出力信号が増幅される。
【００６３】
画素Ｐにおいて、選択トランジスタ２４は、選択信号が入力された際に、増幅トランジスタ２３によって出力された電気信号を、垂直信号線２７へ出力するように構成されている。具体的には、選択トランジスタ２４は、図３に示すように、選択信号が供給されるアドレス線２８にゲートが接続されている。選択トランジスタ２４は、選択信号が供給された際にはオン状態になり、上記のように増幅トランジスタ２３によって増幅された出力信号を、垂直信号線２７に出力する。
【００６４】
画素Ｐにおいて、リセットトランジスタ２５は、増幅トランジスタ２３のゲート電位をリセットするように構成されている。具体的には、リセットトランジスタ２５は、図３に示すように、リセット信号が供給されるリセット線２９にゲートが接続されている。また、リセットトランジスタ２５は、ドレインが電源電位供給線Ｖｄｄに接続され、ソースがフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。そして、リセットトランジスタ２５は、リセット線２９からリセット信号がゲートに供給された際に、フローティングディフュージョンＦＤを介して、増幅トランジスタ２３のゲート電位を、電源電位にリセットする。
【００６５】
周辺領域ＳＡは、図２に示すように、撮像領域ＰＡの周囲に位置している。そして、この周辺領域ＳＡにおいては、周辺回路が設けられている。
【００６６】
具体的には、図２に示すように、垂直駆動回路１３と、カラム回路１４と、水平駆動回路１５と、外部出力回路１７と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１８と、シャッター駆動回路１９とが、周辺回路として設けられている。
【００６７】
垂直駆動回路１３は、図２に示すように、周辺領域ＳＡにおいて、撮像領域ＰＡの側部に設けられており、撮像領域ＰＡの画素Ｐを行単位で選択して駆動させるように構成されている。
【００６８】
カラム回路１４は、図２に示すように、周辺領域ＳＡにおいて、撮像領域ＰＡの下端部に設けられており、列単位で画素Ｐから出力される信号について信号処理を実施する。ここでは、カラム回路１４は、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ；相関二重サンプリング）回路（図示なし）を含み、固定パターンノイズを除去する信号処理を実施する。
【００６９】
水平駆動回路１５は、図２に示すように、カラム回路１４に電気的に接続されている。水平駆動回路１５は、たとえば、シフトレジスタを含み、カラム回路１４にて画素Ｐの列ごとに保持されている信号を、順次、外部出力回路１７へ出力させる。
【００７０】
外部出力回路１７は、図２に示すように、カラム回路１４に電気的に接続されており、カラム回路１４から出力された信号について信号処理を実施後、外部へ出力する。外部出力回路１７は、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路１７ａとＡＤＣ回路１７ｂとを含む。外部出力回路１７においては、ＡＧＣ回路１７ａが信号にゲインをかけた後に、ＡＤＣ回路１７ｂがアナログ信号からデジタル信号へ変換して、外部へ出力する。
【００７１】
タイミングジェネレータ１８は、図２に示すように、垂直駆動回路１３、カラム回路１４、水平駆動回路１５，外部出力回路１７，シャッター駆動回路１９のそれぞれに電気的に接続されている。タイミングジェネレータ１８は、各種のタイミング信号を生成し、垂直駆動回路１３、カラム回路１４、水平駆動回路１５，外部出力回路１７，シャッター駆動回路１９に出力することで、各部について駆動制御を行う。
【００７２】
シャッター駆動回路１９は、画素Ｐを行単位で選択して、画素Ｐにおける露光時間を調整するように構成されている。
【００７３】
図４は、本発明にかかる実施形態１において、画素Ｐから信号を読み出す際に、各部へ供給するパルス信号を示すタイミングチャートである。図４においては、（ａ）が選択信号を示し、（ｂ）がリセット信号を示し、（ｃ）が転送信号を示している。
【００７４】
まず、図４に示すように、第１の時点ｔ１において、選択トランジスタ２４を導通状態にする。そして、第２の時点ｔ２において、リセットトランジスタ２５を導通状態にする。これにより、増幅トランジスタ２３のゲート電位をリセットする。
【００７５】
つぎに、第３の時点ｔ３において、リセットトランジスタ２５を非導通状態にする。そして、この後、リセットレベルに対応した電圧を、カラム回路１４へ読み出す。
【００７６】
つぎに、第４の時点ｔ４において、転送トランジスタ２２を導通状態にし、フォトダイオード２１において蓄積された信号電荷を増幅トランジスタ２３のゲートへ転送する。
【００７７】
つぎに、第５の時点ｔ５において、転送トランジスタ２２を非導通状態にする。そして、この後、蓄積された信号電荷の量に応じた信号レベルの電圧を、カラム回路１４へ読み出す。
【００７８】
カラム回路１４においては、先に読み出したリセットレベルと、後に読み出した信号レベルとを差分処理して、信号を蓄積する。これにより、画素Ｐごとに設けられた各トランジスタのＶｔｈのバラツキ等によって発生する固定的なパターンノイズが、キャンセルされる。
【００７９】
上記のように画素を駆動する動作は、各トランジスタ２２，２４，２５の各ゲートが、水平方向ｘに並ぶ複数の画素からなる行単位で接続されていることから、その行単位にて並ぶ複数の画素について同時に行われる。具体的には、上述した垂直駆動回路１３によって供給される選択信号によって、水平ライン（画素行）単位で垂直な方向に順次選択される。そして、タイミングジェネレータ１８から出力される各種タイミング信号によって各画素のトランジスタが制御される。これにより、各画素における出力信号が垂直信号線２７を通して画素列毎にカラム回路１４に読み出される。
【００８０】
そして、カラム回路１４にて蓄積された信号が、水平駆動回路１５によって選択されて、外部出力回路１７へ順次出力される。
【００８１】
（Ａ−３）固体撮像装置の詳細構成
本実施形態にかかる固体撮像装置１の詳細内容について説明する。
【００８２】
図５，図６は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【００８３】
図５は、画素Ｐの断面図である。そして、図６は、半導体基板に形成された画素Ｐの上面図である。なお、図５は、図２および図６に示すＸ１−Ｘ２部分の断面を示している。
【００８４】
図５に示すように、固体撮像装置１は、半導体基板１０１の内部にフォトダイオード２１が設けられている。たとえば、２〜２０μｍ程度の厚みに薄膜化された半導体基板１０１に設けられている。
【００８５】
この半導体基板１０１の表面（図５では、下面）には、図５では図示していないが、上記の画素トランジスタＴｒが、図６に示すように設けられている。そして、図５に示すように、その画素トランジスタＴｒを被覆するように配線層１１１が設けられており、配線層１１１において、半導体基板１０１の側に対して反対側の面には、支持基板ＳＳが設けられている。
【００８６】
これに対して、半導体基板１０１の裏面（図５では上面）には、パッシベーション膜５１、レンズ層５２、遮光膜６０、平坦化膜ＨＴ、カラーフィルタＣＦ、オンチップレンズＭＬが、受光面ＪＳの上方に設けられている。そして、これらの各部を順次介して入射した入射光Ｈを、フォトダイオード２１が受光面ＪＳで受光するように構成されている。
【００８７】
つまり、本実施形態の固体撮像装置１は、「裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ」であって、裏面（図５では上面）側において、入射光Ｈを受光するように形成されている。
【００８８】
各部の詳細について順次説明する。
【００８９】
（ａ）フォトダイオード２１について
固体撮像装置１において、フォトダイオード２１は、図２に示した複数の画素Ｐに対応するように複数が配置されている。つまり、撮像面（ｘｙ面）において、水平方向ｘと、この水平方向ｘに対して直交する垂直方向ｙとのそれぞれに並んで設けられている。
【００９０】
フォトダイオード２１は、図５に示すように、入射光Ｈを受光面ＪＳで受光し光電変換することによって信号電荷を生成するように構成されている。
【００９１】
図５に示すように、フォトダイオード２１は、単結晶シリコン半導体である半導体基板１０１の内部に設けられている。たとえば、フォトダイオード２１は、半導体基板１０１の内部において、ｎ型の不純物が拡散された電荷蓄積領域（図示なし）を含む。そして、そのｎ型の電荷蓄積領域の上面側と下面側との各界面において、暗電流が発生することを抑制するように、ｐ型の不純物が拡散されたホール蓄積領域（図示なし）が形成されている。
【００９２】
半導体基板１０１の内部には、図５に示すように、複数の画素Ｐの間を電気的に分離するようにｐ型の不純物が拡散された画素分離部１０１ｐｂが設けられており、この画素分離部１０１ｐｂで区画された領域に、フォトダイオード２１が設けられている。
【００９３】
たとえば、図６に示すように、画素分離部１０１ｐｂが複数の画素Ｐの間に介在するように形成されている。つまり、平面形状が格子状になるように画素分離部１０１ｐｂが形成されており、フォトダイオード２１は、この画素分離部１０１ｐｂで区画された領域内に形成されている。
【００９４】
（ｂ）画素トランジスタＴｒについて
固体撮像装置１において、画素トランジスタＴｒは、図２に示した複数の画素Ｐに対応するように複数が配置されている。
【００９５】
画素トランジスタＴｒは、図６に示すように、複数のトランジスタ２２〜２５を含み、撮像面（ｘｙ面）において、フォトダイオード２１の下方に位置するように設けられている。
【００９６】
画素トランジスタＴｒを構成する各トランジスタ２２〜２５は、図５では図示していないが、半導体基板１０１において配線層１１１が設けられる表面に設けられている。たとえば、各トランジスタ２２〜２５は、半導体基板１０１において画素Ｐの間を分離する画素分離部１０１ｐｂに形成されている。たとえば、各トランジスタ２２〜２５は、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタであって、各ゲートが、たとえば、ポリシリコンを用いて形成されている。そして、各トランジスタ２２〜２５は、配線層１１１で被覆されている。
【００９７】
（ｃ）配線層１１１について
固体撮像装置１において、配線層１１１は、図５に示すように、半導体基板１０１において、パッシベーション膜５１などの各部が設けられた裏面（図５では上面）とは反対側の表面（図５では下面）に設けられている。
【００９８】
配線層１１１は、配線１１１ｈと絶縁層１１１ｚとを含み、絶縁層１１１ｚ内において、配線１１１ｈが各素子に電気的に接続するように形成されている。ここでは、各配線１１１ｈは、図３にて示した、転送線２６，アドレス線２８，垂直信号線２７，リセット線２９などの各配線として機能するように、絶縁層１１１ｚ内に積層して形成されている。
【００９９】
そして、配線層１１１において、半導体基板１０１が位置する側に対して反対側の面には、支持基板ＳＳが設けられている。たとえば、厚みが数百μｍのシリコン半導体からなる基板が、支持基板ＳＳとして設けられている。
【０１００】
（ｄ）レンズ層５２について
固体撮像装置１において、レンズ層５２は、図５に示すように、半導体基板１０１において、配線層１１１などの各部が設けられた表面（図５では下面）とは反対側の裏面（図５では下面）に設けられている。
【０１０１】
図５に示すように、半導体基板１０１の裏面には、パッシベーション膜５１が被覆しており、レンズ層５２は、そのパッシベーション膜５１を介在するように、半導体基板１０１の裏面に設けられている。
【０１０２】
具体的には、図５に示すように、半導体基板１０１の裏面において、フォトダイオード２１が形成された部分、および、画素分離部１０１ｐｂが形成された部分を被覆するように、パッシベーション膜５１が一定の厚みで設けられている。たとえば、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＨｆＯ膜などの絶縁膜が、パッシベーション膜５１として設けられている。たとえば、膜厚が５０〜６０ｎｍになるように、パッシベーション膜５１が設けられている。
【０１０３】
そして、レンズ層５２は、そのパッシベーション膜５１の上面において、フォトダイオード２１の形成部分、および、画素分離部１０１ｐｂの形成部分を被覆するように、設けられている。レンズ層５２は、半導体基板１０１の平坦な裏面に沿って、一定の厚みで設けられている。つまり、レンズ層５２は、受光面ＪＳの中心から周辺において同じ厚みになるように形成されている。
【０１０４】
ここでは、レンズ層５２は、図５に示すように、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づける凹レンズとして機能するように設けられている。
【０１０５】
小さなスポット径になるようにオンチップレンズＭＬを形成した場合は、オンチップレンズＭＬの焦点距離が短くなるため、焦点が受光面ＪＳよりも上方に位置する場合がある。しかし、本実施形態では、オンチップレンズＭＬと受光面ＪＳとの間に、凹レンズとして機能するレンズ層５２を介在させている。また、この凹レンズとして機能するレンズ層５２は、オンチップレンズＭＬの焦点よりもオンチップレンズＭＬ側に位置するように形成されている。このため、図５にて太い破線で示すように、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光した光を、レンズ層５２で外側へ発散させて、小さなスポット径になる焦点を受光面ＪＳへ近づけることができる。
【０１０６】
本実施形態においては、レンズ層５２は、図５に示すように、低屈折率材料部５２１と高屈折率材料部５２２とを含み、凹レンズとして機能するように、低屈折率材料部５２１と高屈折率材料部５２２とが配置されている。つまり、レンズ層５２は、屈折率分割型デジタルレンズ（ηレンズ）であって、低屈折率材料部５２１が画素Ｐの中央部に設けられており、高屈折率材料部５２２が画素Ｐの周辺部に設けられている。
【０１０７】
レンズ層５２において、低屈折率材料部５２１は、所定の屈折率である光透過性材料によって形成されている。低屈折率材料部５２１は、高屈折率材料部５２２を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率の材料を用いて形成されている。
【０１０８】
図５に示すように、低屈折率材料部５２１は、撮像面（ｘｙ面）に対して垂直な垂直断面（ｘｚ面）が、矩形状である。つまり、低屈折率材料部５２１は、上面が撮像面（ｘｙ面）に沿うと共に、側面が撮像面（ｘｙ面）に対して垂直な方向ｚへ沿うように形成されている。そして、低屈折率材料部５２１は、この垂直断面の中心が、受光面ＪＳの中心に対応するように設けられている。また、低屈折率材料部５２１は、側面に、高屈折率材料部５２２が設けられている。
【０１０９】
レンズ層５２において、高屈折率材料部５２２は、低屈折率材料部５２１よりも屈折率が高い光透過性材料によって形成されている。
【０１１０】
図５に示すように、高屈折率材料部５２２は、低屈折率材料部５２１の側面を囲うように設けられている。高屈折率材料部５２２は、撮像面（ｘｙ面）に対して垂直な垂直断面（ｘｚ面）において、低屈折率材料部５２１を挟むように設けられている。
【０１１１】
図７は、本発明に係る実施形態１において、レンズ層５２を示す上面図である。図７では、図２に示した撮像領域ＰＡを拡大して示しており、画素Ｐとレンズ層５２との対応関係を示している。
【０１１２】
図７に示すように、レンズ層５２は、撮像領域ＰＡにおいて、水平面（ｘｙ面）に沿った水平断面が矩形状になるように形成されている。
【０１１３】
また、図７に示すように、レンズ層５２は、複数の画素Ｐに対応するように複数設けられている。つまり、レンズ層５２は、複数の画素Ｐに対応するように、水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれに並んでいる。そして、レンズ層５２は、水平断面が、撮像領域ＰＡの中心から周辺に渡って、同じレンズ形状になるように形成されている。
【０１１４】
本実施形態においては、レンズ層５２は、図７に示すように、水平断面において、低屈折率材料部５２１の周囲を高屈折率材料部５２２が囲うように形成されている。そして、レンズ層５２は、撮像領域ＰＡの中心から周辺に渡って、水平面（ｘｙ面）にて低屈折率材料部５２１が形成された領域の大きさが同じになるように形成されている。
【０１１５】
具体的には、低屈折率材料部５２１は、図７に示すように、水平面（ｘｚ面）における水平断面が、正方形状になるように形成されている。そして、低屈折率材料部５２１は、水平断面における中心が、画素Ｐの中心に対応するように設けられている。図７においては図示していないが、図５にて示したように、受光面ＪＳの中心に、低屈折率材料部５２１の中心が対応するように形成されている。水平断面については、正方形状である以外に、矩形形状、円形状など様々な形状になるように、形成してもよい。
【０１１６】
なお、図７では、画素Ｐとレンズ層５２との対応関係を示す都合で、レンズ層５２が画素Ｐごとに分離するように示している。しかし、ここでは、レンズ層５２を構成する高屈折率材料部５２２は、複数の画素Ｐの間において一体になるように形成されている。
【０１１７】
図８は、本発明にかかる実施形態１において、レンズ層５２が凹レンズとして機能する原理を模式的に説明するための図である。
【０１１８】
レンズ層５２においては、低屈折率材料部５２１は、低い屈折率であるのに対して、高屈折率材料部５２２は、高い屈折率である。このため、低屈折率材料部５２１が存在する中心部分では、周辺部分よりも光が速く進行するのに対して、高屈折率材料部５２２が存在する周辺部分では、中心部分よりも光が速く進行する。よって、レンズ層５２の中心部分と周辺部分との間においては、図８に示すように、光が進行する速度が異なり、位相差が生ずる。
【０１１９】
したがって、位相差の発生に起因して、光の波面が湾曲するので、レンズ層５２は、光を発散する凹レンズとして機能する。
【０１２０】
たとえば、下記の材料を適宜選択して、低屈折率材料部５２１または高屈折率材料部５２２を形成することができる。
・ＳｉＯ（屈折率ｎ＝１．５）
・ＳｉＮ（屈折率ｎ＝１．９）
・ＳｉＯＮ（屈折率ｎ＝１．４５〜１．９０）
・酸化亜鉛（屈折率ｎ＝２．０）
・酸化ジルコニウム（屈折率ｎ＝２．４）
・酸化ニオブ（屈折率ｎ＝およそ２．３）
・酸化錫（屈折率ｎ＝２．０）
・酸化タンタル（屈折率ｎ＝２．１）
・酸化ハフニウム（屈折率ｎ＝２．０）
・酸化チタン（屈折率ｎ＝２．５）
・アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの有機材料（屈折率ｎ＝１．４５〜１．７０）
・空気（屈折率ｎ＝１．０）
【０１２１】
たとえば、低屈折率材料部５２１、高屈折率材料部５２２について、セルサイズが１．６５μｍの場合は、下記のような条件で形成することで、凹レンズとして機能するようにレンズ層５２を形成することができる。
（低屈折率材料部５２１）
・材料：ＳｉＯ(屈折率ｎ＝１．４５〜１．５)
・幅：０．６μｍ
・厚み：０．２μｍ
（高屈折率材料部５２２）
・材料：ＳｉＮ（屈折率ｎ＝２．０）
・幅：１．１μｍ
・厚み：０．２μｍ
【０１２２】
（ｅ）遮光膜６０について
固体撮像装置１において、遮光膜６０は、図５に示すように、半導体基板１０１の裏面（図５では上面）の側に設けられている。
【０１２３】
遮光膜６０は、半導体基板１０１の上方から半導体基板１０１の裏面へ向かう入射光Ｈの一部を、遮光するように構成されている。
【０１２４】
図５に示すように、遮光膜６０は、半導体基板１０１の内部に設けられた画素分離部１０１ｐｂの上方に設けられている。これに対して、半導体基板１０１の内部に設けられたフォトダイオード２１の上方においては、フォトダイオード２１に入射光Ｈが入射するように、遮光膜６０は、設けられておらず、開口している。
【０１２５】
つまり、図６では図示をしていないが、遮光膜６０は、画素分離部１０１ｐｂと同様に、平面形状が格子状になるように形成されている。
【０１２６】
本実施形態においては、図５に示すように、遮光膜６０は、レンズ層５２の上面において、凸形状に突き出るように設けられている。そして、遮光膜６０は、平坦化膜ＨＴによって上面が被覆されている。
【０１２７】
遮光膜６０は、光を遮光する遮光材料で形成されている。たとえば、膜厚が１００〜４００ｎｍになるように成膜されたタングステン（Ｗ）膜が、遮光膜６０として形成されている。この他に、アルミニウム膜や、チタン膜などを用いて、遮光膜６０を形成しても好適である。
【０１２８】
また、平坦化膜ＨＴは、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂などの透明な有機材料を用いて形成されている。この他に、ＳｉＯ２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣＮ，ＨｆＯなどのように透明な無機材料を用いて形成しても良い。
【０１２９】
（ｆ）カラーフィルタＣＦについて
固体撮像装置１において、カラーフィルタＣＦは、図５に示すように、半導体基板１０１の裏面（図５では上面）の側に設けられている。
【０１３０】
ここでは、カラーフィルタＣＦは、平坦化膜ＨＴの上面に設けられている。そして、カラーフィルタＣＦは、上面にオンチップレンズＭＬが設けられている。
【０１３１】
カラーフィルタＣＦは、被写体像による入射光を着色して、半導体基板１０１の受光面ＪＳへ透過するように構成されている。たとえば、カラーフィルタＣＦは、着色顔料とフォトレジスト樹脂とを含む塗布液を、スピンコート法などのコーティング方法によって塗布して塗膜を形成後、リソグラフィ技術によって、その塗膜をパターン加工して形成される。
【０１３２】
図９は、本発明にかかる実施形態１において、カラーフィルタＣＦを示す図である。図９においては、カラーフィルタＣＦの上面を示している。
【０１３３】
図９に示すように、カラーフィルタＣＦは、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとを含む。レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとのそれぞれは、隣接しており、いずれかが、複数の画素Ｐのそれぞれに対応して設けられている。
【０１３４】
ここでは、図９に示すように、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとのそれぞれが、ベイヤー配列ＢＨで並ぶように配置されている。すなわち、複数のグリーンフィルタ層ＣＦＧが市松状になるように、対角方向へ並んで配置されている。そして、レッドフィルタ層ＣＦＲとブルーフィルタ層ＣＦＢとが、複数のグリーンフィルタ層ＣＦＧにおいて、対角方向に並ぶように配置されている。
【０１３５】
具体的には、カラーフィルタＣＦにおいて、レッドフィルタ層ＣＦＲは、赤色に対応する波長帯域（たとえば、６２５〜７４０ｎｍ）において光透過率が高く、入射光が赤色に着色されて受光面ＪＳへ透過するように構成されている。レッドフィルタ層ＣＦＲは、平面構造が、四角形状で形成されている。ここでは、レッドフィルタ層ＣＦＲは、水平方向ｘにおける幅と、垂直方向ｙにおける幅とが同じ正方形状になるように形成されている。
【０１３６】
また、カラーフィルタＣＦにおいて、グリーンフィルタ層ＣＦＧは、緑色に対応する波長帯域（たとえば、５００〜５６５ｎｍ）において光透過率が高く、入射光が緑色に着色されて受光面ＪＳへ透過するように構成されている。グリーンフィルタ層ＣＦＧは、平面構造が四角形状で形成されている。ここでは、グリーンフィルタ層ＣＦＧは、水平方向ｘにおける幅と垂直方向ｙにおける幅とが同じ正方形状になるように形成されている。
【０１３７】
カラーフィルタＣＦにおいて、ブルーフィルタ層ＣＦＢは、青色に対応する波長帯域（たとえば、４５０〜４８５ｎｍ）において光透過率が高く、入射光が青色に着色されて受光面ＪＳへ透過するように構成されている。ブルーフィルタ層ＣＦＢは、平面構造が四角形状で形成されている。ここでは、ブルーフィルタ層ＣＦＢは、水平方向ｘにおける幅と、垂直方向ｙにおける幅とが同じ正方形状になるように形成されている。
【０１３８】
（ｇ）オンチップレンズＭＬについて
固体撮像装置１において、オンチップレンズＭＬは、図５に示すように、半導体基板１０１の裏面（図５では上面）の側に設けられている。
【０１３９】
ここでは、オンチップレンズＭＬは、カラーフィルタＣＦの上面において、各画素Ｐに対応するように複数が配置されている。
【０１４０】
このオンチップレンズＭＬは、受光面ＪＳの上方において、中心が縁よりも厚く形成された凸型レンズであり、入射光Ｈをフォトダイオード２１の受光面ＪＳへ集光するように構成されている。たとえば、オンチップレンズＭＬは、平面形状が矩形状であって、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂などの透明な有機材料を用いて形成されている。この他に、ＳｉＯ２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣＮ，ＨｆＯなどのように透明な無機材料を用いて形成しても良い。
【０１４１】
（Ｂ）製造方法
以下より、上記の固体撮像装置１を製造する製造方法の要部について説明する。ここでは、固体撮像装置１においてレンズ層５２を形成する工程について詳細に説明する。
【０１４２】
図１０〜図１４は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。図１０〜図１４のそれぞれは、図５と同様に、撮像領域ＰＡの断面を示している。
【０１４３】
（Ｂ−１）高屈折率材料層５２２Ｓの成膜
まず、図１０に示すように、高屈折率材料層５２２Ｓを成膜する。
【０１４４】
ここでは、高屈折率材料層５２２Ｓの成膜に先立って、フォトダイオード２１等の形成を実施する。
【０１４５】
具体的には、単結晶シリコン半導体からなる半導体基板１０１の表面から不純物をイオン注入することで、フォトダイオード２１，画素分離部１０１ｐｂを形成する。そして、その半導体基板１０１の表面に、画素トランジスタＴｒ（図１０では図示なし）を形成する。この他に、周辺領域ＳＡにおいては、周辺回路を構成する周辺回路素子を設ける。そして、その画素トランジスタＴｒなどの回路素子を被覆するように、配線層１１１を形成する。そして、配線層１１１の表面に支持基板ＳＳを貼り合わせる。この後、半導体基板１０１を、たとえば、１０〜２０μｍ程度の厚みになるように薄膜化する。たとえば、ＣＭＰ法によって半導体基板１０１の裏面を研磨することで薄膜化を実施する。
【０１４６】
そして、半導体基板１０１の裏面に、パッシベーション膜５１を設ける。
【０１４７】
この後、図１０に示すように、パッシベーション膜５１の上面に高屈折率材料層５２２Ｓを成膜する。
【０１４８】
具体的には、図１０に示すように、屈折率が高い光透過性材料を画素Ｐの全体に渡って成膜することで、高屈折率材料層５２２Ｓを形成する。
【０１４９】
たとえば、高屈折率材料層５２２Ｓの成膜においては、上述した高屈折率材料部５２２を構成するＳｉＮやＳｉＯＮなどの各材料を用いることができる。また、樹脂中に、酸化亜鉛，酸化ジルコイウム，酸化ニオブ，酸化錫，酸化タンタル，酸化ハフニウムなどの金属酸化物微粒子を分散させた膜を成膜して、高屈折率材料層５２２Ｓを形成してもよい。
【０１５０】
（Ｂ−２）レジストパターンＲＰの形成
つぎに、図１１に示すように、レジストパターンＲＰを形成する。
【０１５１】
ここでは、高屈折率材料層５２２Ｓの上面にフォトレジスト膜（図示なし）を成膜後、そのフォトレジスト膜についてパターン加工を実施することで、図１１に示すように、レジストパターンＲＰを形成する。
【０１５２】
本実施形態においては、レンズ層５２を構成する高屈折率材料部５２２のパターン形状に対応するように、フォトレジスト膜についてパターン加工を実施して、レジストパターンＲＰを形成する。具体的には、レンズ層５２を構成する高屈折率材料部５２２のパターンに対応したマスクパターン像を露光する露光処理の実施後に現像処理を行って、レジストパターンＲＰを形成する。これにより、高屈折率材料層５２２Ｓの上面において、レンズ層５２を構成する高屈折率材料部５２２の部分（図５参照）の表面を被覆し、それ以外の部分の表面が露出するように、レジストパターンＲＰが形成される。
【０１５３】
（Ｂ−３）高屈折率材料部５２２の形成
つぎに、図１２に示すように、高屈折率材料部５２２について形成する。
【０１５４】
ここでは、図１２に示すように、高屈折率材料部５２２の側面が撮像面（ｘｙ面）に対して垂直な方向ｚへ沿うように、高屈折率材料部５２２を形成する。
【０１５５】
本工程においては、レジストパターンＲＰをマスクとして用いて、高屈折率材料層５２２Ｓ（図１１参照）の一部をエッチング処理によって除去することで、図１２に示すように、高屈折率材料部５２２を形成する。
【０１５６】
そして、レジストパターンＲＰを除去する。
【０１５７】
（Ｂ−４）低屈折率材料層５２１Ｓの成膜
つぎに、図１３に示すように、低屈折率材料層５２１Ｓを成膜する。
【０１５８】
ここでは、図１３に示すように、高屈折率材料部５２２が設けられたパッシベーション膜５１の上面を被覆するように、低屈折率材料層５２１Ｓを成膜する。
【０１５９】
具体的には高屈折率材料部５２２よりも屈折率が低い光透過性材料を画素Ｐの全体に渡って成膜することで、低屈折率材料層５２１Ｓを形成する。
【０１６０】
（Ｂ−５）低屈折率材料部５２１の形成
つぎに、図１４に示すように、低屈折率材料部５２１を形成する。
【０１６１】
ここでは、低屈折率材料層５２１Ｓの表面を平坦化することで、低屈折率材料部５２１を形成する。たとえば、ＣＭＰ処理を実施することによって、低屈折率材料部５２１の上面が高屈折率材料部５２２の上面と一体になるように、平坦化する。ＣＭＰ処理の実施においては、たとえば、高屈折率材料部５２２をストッパーとして機能させて、低屈折率材料層５２１Ｓの上部を除去することで、この平坦化処理を実施し、低屈折率材料部５２１を形成する。これにより、レンズ層５２が形成される。
【０１６２】
なお、ＣＭＰ処理の他に、エッチバック法によって、平坦化処理を実施しても良い。
【０１６３】
（Ｂ−６）その他の部材の形成
つぎに、図５に示したように、遮光膜６０，平坦化膜ＨＴ，カラーフィルタＣＦ，オンチップレンズＭＬを、レンズ層５２の上面に、順次、形成する。
【０１６４】
このようにすることで、固体撮像装置１を完成させる。
【０１６５】
（Ｃ）まとめ
以上のように、本実施形態においては、受光面ＪＳにて入射光Ｈを受光するフォトダイオード２１が、半導体基板１０１の撮像領域ＰＡに設けられている。そして、入射光Ｈを集光するオンチップレンズＭＬが、受光面ＪＳの上方に設けられている。そして、半導体基板１０１の撮像領域ＰＡにおいて受光面ＪＳとオンチップレンズＭＬとの間に介在するように、レンズ層５２が設けられている。
【０１６６】
ここでは、レンズ層５２は、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づける発散レンズとして機能するように、受光面ＪＳの中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。具体的には、レンズ層５２においては、低屈折率材料部５２１が、受光面ＪＳの中央に対応するように設けられ、高屈折率材料部５２２が、受光面ＪＳの周辺において、低屈折率材料部５２１の周りを囲うように設けられている。レンズ層５２は、低屈折率材料部５２１と高屈折率材料部５２２との界面が、受光面ＪＳに対して垂直になるように形成されている。
【０１６７】
図５０（ｂ）で示したように、オンチップレンズＭＬの厚みｄを厚くしてレンズ面の曲率を高くすることでスポット径を小さくした場合には、焦点距離が短くなるために、焦点が受光面ＪＳに合わない場合がある。
【０１６８】
しかし、本実施形態では、発散レンズとして機能するレンズ層５２によって、オンチップレンズＭＬと受光面ＪＳとの間の距離を保持させた状態で、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置が受光面ＪＳへ近づけられる。
【０１６９】
このため、本実施形態では、感度の向上と混色などの不具合の発生の防止とを両立させることが可能であって、撮像画像の画像品質を向上させることができる。
【０１７０】
図１５は、本発明に係る実施形態１において、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の厚みｄと、感度または混色との関係を示す図である。
【０１７１】
図１５においては、（ａ）が、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の厚みｄと、感度との関係を示しており、（ｂ）が、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の厚みｄと、混色との関係を示している。
【０１７２】
図１５では、下記の条件で、各部を形成した場合の結果を示している。そして、図１５では、本実施形態のレンズ層５２に代わって絶縁層を設けた場合を、従来構造として、本実施形態の場合と対比させている。
・オンチップレンズＯＣＬ
材質：アクリル樹脂（屈折率ｎ＝１．５８）
厚み：図１５に記載
・カラーフィルタＣＦ
厚み：０．６μｍ
・平坦化膜ＨＴ
厚み：０．３μｍ
・レンズ層５２
厚み：０．２μｍ
低屈折率材料部５２１の材質：ＳｉＯ（屈折率ｎ＝１．４５〜１．５）
高屈折率材料部５２２の材質：ＳｉＮ（屈折率ｎ＝２．０）
【０１７３】
図１５（ａ）に示すように、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の厚みを厚くした場合には、原則、感度が向上するが、レンズ層５２を設けていない従来構造の場合には、厚くしすぎると、感度が低下している（ｄ＝０．６の部分を参照）。しかしながら、レンズ層５２を設けた本実施形態の場合には、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の各厚みにおいて、従来構造よりも感度が高く、かつ、オンチップレンズ（ＯＣＬ）が厚い場合でも、感度の低下が生じていない。
【０１７４】
また、図１５（ｂ）に示すように、混色の発生については、従来構造の場合において、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の厚みを厚くするに伴って、増加する。しかしながら、レンズ層５２を設けた本実施形態の場合には、オンチップレンズ（ＯＣＬ）を厚くした場合であっても、混色の発生が減少している。
【０１７５】
この結果から判るように、本実施形態は、感度の向上と、混色の発生の防止とを両立することができる。したがって、本実施形態では、撮像画像の画像品質を向上させることができる。
特に、本実施形態では、レンズ層５２は、屈折率が連続的に変化していないため、多段階成膜を行うだけで済み、簡易な製造プロセスで形成することができる。
また、本実施形態では、低屈折率材料部５２１と高屈折率材料部５２２との界面が、受光面ＪＳに対して垂直になるように形成されている。このため、屈折率が急峻に変化するので、レンズ層５２の膜厚が薄い場合でも、効果を得やすい。
【０１７６】
（Ｄ）変形例
上記では、パッシベーション膜５１と平坦化膜ＨＴおよび遮光膜６０との間に、レンズ層５２を設ける場合について説明したが、これに限定されない。オンチップレンズＭＬと、フォトダイオード２１の受光面ＪＳとの間に、上記のレンズ層５２と同様に機能する部分を設ける場合においても、上記と同様な効果を得ることができる。
【０１７７】
（Ｄ−１）変形例１−１
図１６は、本発明に係る実施形態１の変形例１−１において、固体撮像装置の要部を示す図である。図１６は、図５と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０１７８】
図１６に示すように、図５でレンズ層５２を設けていた部分を絶縁層５２Ｚに代えると共に、オンチップレンズＭＬとカラーフィルタＣＦとの間に、レンズ層７０を設けても良い。
【０１７９】
この場合においても、レンズ層７０は、凹レンズとして機能して、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づけるように形成されている。
【０１８０】
具体的には、レンズ層７０が、図１６に示すように、低屈折率材料部７０１と高屈折率材料部７０２とを含み、凹レンズとして機能するように、この低屈折率材料部７０１と高屈折率材料部７０２とが配置されている。
この場合には、低屈折率材料部７０１と高屈折率材料部７０２については、カラーフィルタおよびオンチップレンズＭＬが有機樹脂で形成されており、応力緩和ため有機樹脂で形成するのが好ましく、下記の条件で形成することが好適である。
（低屈折率材料部７０１）
・材料：アクリル樹脂(ｎ＝１．４８)
・厚み：０．６μｍ
（高屈折率材料部７０２）
・材料：スチレン樹脂（ｎ＝１．６３）
・厚み：０．６μｍ
【０１８１】
（Ｄ−２）変形例１−２
図１７は、本発明に係る実施形態１の変形例１−２において、固体撮像装置の要部を示す図である。図１７は、図５と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０１８２】
図１７に示すように、図５でレンズ層５２を設けていた部分を絶縁層５２Ｚに代えると共に、カラーフィルタＣＦをレンズ層として機能するように形成しても良い。
【０１８３】
ここでは、カラーフィルタＣＦは、入射光において特定の波長領域の光を透過することで光を着色すること以外に、凹レンズとして機能して、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づけるように形成されている。
【０１８４】
具体的には、カラーフィルタＣＦは、図１７に示すように、低屈折率材料部ＣＦ１と高屈折率材料部ＣＦ２とを含み、凹レンズとして機能するように、この低屈折率材料部ＣＦ１と高屈折率材料部ＣＦ２とが配置されている。
この場合には、低屈折率材料部ＣＦ１と高屈折率材料部ＣＦ２については、良好な分光特性とパターニング性を両立させる事が出来るため、例えば、下記の条件で形成することが好適である。
（低屈折率材料部ＣＦ１）
・材料：顔料を分散させたアクリル樹脂（ｎ＝１．６８）
・厚み：０．５μｍ
（高屈折率材料部ＣＦ２）
・材料：顔料および微細金属酸化物粒子を分散させたアクリル樹脂（ｎ＝１．９５）
・厚み：０．５μｍ
【０１８５】
（Ｄ−３）変形例１−３
図１８は、本発明に係る実施形態１の変形例１−３において、固体撮像装置の要部を示す図である。図１８は、図５と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０１８６】
図１８に示すように、図５でレンズ層５２を設けていた部分を絶縁層５２Ｚに代えると共に、平坦化膜ＨＴをレンズ層として機能するように形成しても良い。
【０１８７】
ここでは、平坦化膜ＨＴは、凸状に遮光膜６０が設けられた絶縁層５２Ｚの上面を平坦化すること以外に、凹レンズとして機能して、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づけるように形成されている。
【０１８８】
具体的には、平坦化膜ＨＴは、図１８に示すように、低屈折率材料部ＨＴ１と高屈折率材料部ＨＴ２とを含み、凹レンズとして機能するように、この低屈折率材料部ＨＴ１と高屈折率材料部ＨＴ２とが配置されている。
この場合には、低屈折率材料部ＨＴ１と高屈折率材料部ＨＴ２については、簡便なスピン塗布プロセスで良好な平坦化性が得られるため、塗布型の有機樹脂で形成するのが好ましく、例えば、下記の条件で形成することが好適である。
（低屈折率材料部ＨＴ１）
・材料：アクリル樹脂(ｎ＝１．４８)
・厚み：０．４μｍ
（高屈折率材料部ＨＴ２）
・材料：微細金属酸化物粒子を分散させたアクリル樹脂（ｎ＝１．７６）
・厚み：０．４μｍ
【０１８９】
（Ｄ−４）変形例１−４
図１９は、本発明に係る実施形態１の変形例１−４において、固体撮像装置の要部を示す図である。図１９は、図５と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０１９０】
図１９に示すように、図５でレンズ層５２を設けていた部分を絶縁層５２Ｚに代えると共に、パッシベーション膜５１をレンズ層として機能するように形成しても良い。
【０１９１】
ここでは、パッシベーション膜５１は、製造プロセスにおいて受光面ＪＳにダメージが及ぶことを保護すること以外に、凹レンズとして機能して、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づけるように形成されている。
【０１９２】
具体的には、パッシベーション膜５１は、図１９に示すように、低屈折率材料部５１１と高屈折率材料部５１２とを含み、凹レンズとして機能するように、この低屈折率材料部５１１と高屈折率材料部５１２とが配置されている。
この場合には、低屈折率材料部５１１と高屈折率材料部５１２については、受光面を保護する機能を得得るために無機材料で形成するのが好ましく、例えば、下記の条件で形成することが好適である。
（低屈折率材料部５１１）
・材料：ＳｉＯ（ｎ＝１．５）
・厚み：０．０６〜０．１０μｍ
（高屈折率材料部５１２）
・材料：ＳｉＮ（ｎ＝２．０）
・厚み：０．０６〜０．１０μｍ
【０１９３】
＜２．実施形態２＞
（Ａ）装置構成
図２０は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置の要部を示す図である。図２０は、図５と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０１９４】
図２０に示すように、本実施形態においては、レンズ層５２ｂの部分が、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
【０１９５】
レンズ層５２ｂは、図２０に示すように、実施形態１と同様に、低屈折率材料部５２１ｂと高屈折率材料部５２２ｂとを含む。
【０１９６】
しかし、図２０に示すように、本実施形態では、実施形態１と異なり、低屈折率材料部５２１ｂと高屈折率材料部５２２ｂとの境界部分が、受光面ＪＳに対して垂直な面ではない。低屈折率材料部５２１ｂと高屈折率材料部５２２ｂとの境界部分は、受光面ＪＳに垂直な面に対して傾斜した面である。
【０１９７】
具体的には、レンズ層５２ｂにおいて、高屈折率材料部５２２ｂは、図２０に示すように、オンチップレンズＭＬの側から受光面ＪＳの側へ向かうに伴って、開口の面積が狭くなるように、側面が傾斜している。つまり、開口の縦断面がテーパー状になるように形成されている。
【０１９８】
そして、レンズ層５２ｂにおいて、低屈折率材料部５２１ｂは、その開口に埋め込まれるようにして形成されている。
【０１９９】
（Ｂ）製造方法
以下より、上記の固体撮像装置を製造する製造方法の要部について説明する。ここでは、固体撮像装置においてレンズ層５２ｂを形成する工程について詳細に説明する。
【０２００】
図２１は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図２１は、図２０と同様に、画素Ｐの断面であって、レンズ層５２ｂを形成する部分を示しており、（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す各工程を順次経て、レンズ層５２ｂが形成される。
【０２０１】
本実施形態では、実施形態１において、図１０に示した場合と同様にして、高屈折率材料層５２２Ｓを成膜後、図１１に示した場合と同様にして、レジストパターンＲＰを形成する。
【０２０２】
つぎに、図２１（ａ）に示すように、高屈折率材料部５２２ｂを形成する。
【０２０３】
ここでは、レジストパターンＲＰをマスクとして用いて、高屈折率材料層５２２Ｓについて等方的なエッチング処理を実施する（図１１参照）ことで、縦断面がテーパー状の開口を高屈折率材料層５２２Ｓに形成して、高屈折率材料部５２２ｂを設ける。そして、レジストパターンＲＰを除去する。
【０２０４】
つぎに、図２１（ｂ）に示すように、低屈折率材料層５２１Ｓｂを成膜する。
【０２０５】
ここでは、高屈折率材料部５２２ｂが設けられたパッシベーション膜５１の上面を被覆するように、低屈折率材料層５２１Ｓｂを成膜する。
【０２０６】
具体的には、高屈折率材料部５２２ｂよりも屈折率が低い光透過性材料を画素Ｐの全体に渡って成膜することで、低屈折率材料層５２１Ｓｂを形成する。
【０２０７】
つぎに、図２１（ｃ）に示すように、低屈折率材料部５２１ｂを形成する。
【０２０８】
ここでは、低屈折率材料層５２１Ｓｂの表面を平坦化することで、低屈折率材料部５２１ｂを形成する。たとえば、ＣＭＰ処理を実施することによって、低屈折率材料部５２１ｂの上面が高屈折率材料部５２２ｂの上面と一体になるように平坦化する。これにより、レンズ層５２ｂが形成される。
【０２０９】
（Ｃ）まとめ
以上のように、本実施形態においては、実施形態１の場合と同様に、レンズ層５２ｂは、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づける発散レンズとして機能するように形成されている。
【０２１０】
このため、本実施形態では、実施形態１の場合と同様に、感度の向上と混色などの不具合の発生の防止とを両立させることが可能であって、撮像画像の画像品質を向上させることができる。
特に、本実施形態では、実施形態１と異なり、低屈折率材料部５２１と高屈折率材料部５２２との界面が、受光面ＪＳに対して傾斜している。このため、製造プロセスにおいて、形状を安定に形成することができる。例えば、無機材料の真空成膜プロセスを用いて、低屈折率材料層５２１Ｓｂの成膜時に、オーバーハング形状になりにくく、空隙が生じにくい。また、有機塗布材料を用いて、低屈折率材料層５２１Ｓｂを形成する場合、傾斜しているため塗布ムラが生じにくい。いずれも、感度低下や感度ムラの発生を予防できる。
【０２１１】
なお、本実施形態においては、パッシベーション膜５１と平坦化膜ＨＴおよび遮光膜６０との間に、レンズ層５２ｂを設ける場合について説明したが、これに限定されない。オンチップレンズＭＬと、フォトダイオード２１の受光面ＪＳとの間に、上記のレンズ層５２ｂと同様に機能する部分を設ける場合においても、上記と同様な効果を得ることができる。つまり、実施形態１の変形例１−１〜１−４の場合と同様な部分に、本実施形態のレンズ層５２ｂと同様な構成のレンズ層を設けても良い。
【０２１２】
＜３．実施形態３＞
（Ａ）装置構成
図２２は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置の要部を示す図である。図２２は、図５と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２１３】
図２２に示すように、本実施形態においては、レンズ層５２ｃの部分が、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
【０２１４】
レンズ層５２ｃは、図２２に示すように、実施形態１と同様に、低屈折率材料部５２１ｃと高屈折率材料部５２２ｃとを含む。
【０２１５】
図２２に示すように、複数の低屈折率材料部５２１ｃは、いずれも同じ厚みになるように形成されている。しかし、本実施形態では、実施形態１と異なり、低屈折率材料部５２１ｃは、一つの画素Ｐにおいて、複数が間を隔てて設けられている。平面形状については図示していないが、たとえば、四角形状の低屈折率材料部５２１ｃの周囲において、別の低屈折率材料部５２１ｃが四角形を描くように設けられている。そして、その複数の低屈折率材料部５２１ｃの間に、高屈折率材料部５２２ｃが介在するように設けられている。
【０２１６】
ここでは、レンズ層５２ｃは、受光面ＪＳの中心部分において、低屈折率材料部５２１ｃが高屈折率材料部５２２ｃよりも多く存在し、受光面ＪＳの周辺部分において、高屈折率材料部５２２ｃが低屈折率材料部５２１ｃよりも多く存在するように構成されている。
【０２１７】
このため、本実施形態においても、実施形態１で図８を用いて説明した場合と同様な原理で、レンズ層５２ｃが凹レンズとして機能する。
【０２１８】
具体的には、レンズ層５２ｃにおいて、低屈折率材料部５２１ｃが多く存在する受光面ＪＳの中心部分では、周辺部分よりも相対的に屈折率が低いので、周辺部分よりも光が速く進行する。これに対して、高屈折率材料部５２２ｃが多く存在する周辺部分では、中心部分よりも相対的に屈折率が高いので、周辺部分よりも光が遅く進行する。このため、中心部分と、その周辺部分との間においては、光が進行する速度が異なり、位相差が生ずる。
【０２１９】
よって、位相差の発生に起因して、光の波面が湾曲するので、レンズ層５２ｃは、光を発散する凹レンズとして機能する。
【０２２０】
（Ｂ）製造方法
以下より、上記の固体撮像装置を製造する製造方法の要部について説明する。ここでは、固体撮像装置においてレンズ層５２ｃを形成する工程について詳細に説明する。
【０２２１】
図２３，図２４は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図２３，図２４は、図２２と同様に、画素Ｐの断面であって、レンズ層５２ｃを形成する部分を示しており、（ａ），（ｂ），（ｃ）（ｄ）に示す各工程を経て、レンズ層５２ｃが形成される。
【０２２２】
本実施形態では、実施形態１において、図１０に示した場合と同様にして、高屈折率材料層５２２Ｓを成膜する。
【０２２３】
この後、図２３（ａ）に示すように、レジストパターンＲＰｃを形成後、そのレジストパターンＲＰｃをマスクとして用いて、高屈折率材料層５２２Ｓ（図１０参照）をパターン加工することで、高屈折率材料部５２２ｃを形成する。
【０２２４】
ここでは、パッシベーション膜５１の上面において、低屈折率材料部５２１ｃを形成する部分の面が露出するように、高屈折率材料層５２２Ｓ（図１０参照）の一部をエッチング処理で除去して、高屈折率材料部５２２ｃを形成する。
【０２２５】
つぎに、図２３（ｂ）に示すように、高屈折率材料部５２２ｃの上面から、レジストパターンＲＰｃを除去する。
【０２２６】
つぎに、図２４（ｃ）に示すように、低屈折率材料層５２１Ｓｃを形成する。
【０２２７】
ここでは、高屈折率材料部５２２ｃの溝を埋め込むように、低屈折率材料層５２１Ｓｃを高屈折率材料部５２２ｃの上面に成膜する。
【０２２８】
つぎに、図２４（ｄ）に示すように、低屈折率材料部５２１ｃを形成する。
【０２２９】
ここでは、低屈折率材料層５２１Ｓｃの表面を平坦化することで、低屈折率材料部５２１ｃを形成する。たとえば、ＣＭＰ処理を実施することによって、低屈折率材料部５２１ｃの上面が高屈折率材料部５２２ｃの上面と一体になるように平坦化する。これにより、レンズ層５２ｃが形成される。
【０２３０】
（Ｃ）まとめ
以上のように、本実施形態においては、実施形態１の場合と同様に、レンズ層５２ｃは、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づける発散レンズとして機能するように形成されている。
【０２３１】
このため、本実施形態では、実施形態１の場合と同様に、感度の向上と混色などの不具合の発生の防止とを両立させることが可能であって、撮像画像の画像品質を向上させることができる。
【０２３２】
（Ｄ）変形例
上記では、低屈折率材料部５２１ｃと高屈折率材料部５２２ｃとの厚みが同じ場合について説明したが、これに限定されない。低屈折率材料部５２１ｃと高屈折率材料部５２２ｃとの厚みが異なっている場合においても、上記と同様な効果を得ることができる。
【０２３３】
（Ｄ−１）変形例３−１
図２５は、本発明に係る実施形態３の変形例３−１において、固体撮像装置の要部を示す図である。図２５は、図２２と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２３４】
図２５に示すように、レンズ層５２ｃについては、低屈折率材料部５２１ｃと高屈折率材料部５２２ｃとを、互いの厚みが異なるように形成しても良い。
【０２３５】
たとえば、図２５に示すように、高屈折率材料部５２２ｃの上面を、低屈折率材料部５２１ｃが被覆するように構成しても良い。つまり、レンズ層５２ｃについては、低屈折率材料部５２１ｃが高屈折率材料部５２２ｃに積層された部分を含むように形成してもよい。
この場合には、上記と異なり、低屈折率材料部５２１ｃが高屈折率材料部５２２ｃに積層された部分を含んでいるので、製造プロセスが簡便になる。たとえば、低屈折率材料層５２１Ｓｃ形成後に、エッチング等を行う工程を省略できる。
【０２３６】
＜４．実施形態４＞
（Ａ）装置構成
図２６は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置の要部を示す図である。図２６は、図５と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２３７】
図２６に示すように、本実施形態においては、レンズ層５２ｄの部分が、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
【０２３８】
レンズ層５２ｄは、図２６に示すように、実施形態１と同様に、低屈折率材料部５２１ｄと高屈折率材料部５２２ｄとを含む。
【０２３９】
しかし、図２６に示すように、本実施形態では、実施形態１と異なり、低屈折率材料部５２１ｄは、一つの画素Ｐにおいて、複数が間を隔てて設けられている。また、複数の低屈折率材料部５２１ｄは、全てが同じ厚みでなく、異なる厚みのものを含み、最も厚いものは、高屈折率材料部５２２ｄと同じ厚みになるように形成されている。そして、その複数の低屈折率材料部５２１ｄの間に、高屈折率材料部５２２ｄが介在するように設けられている。
【０２４０】
ここでは、レンズ層５２ｄは、受光面ＪＳの中心部分において、低屈折率材料部５２１ｄが高屈折率材料部５２２ｄよりも多く存在し、受光面ＪＳの周辺部分において、高屈折率材料部５２２ｄが低屈折率材料部５２１ｄよりも多く存在するように構成されている。
【０２４１】
具体的には、低屈折率材料部５２１ｄは、受光面ＪＳにおいて、複数が等間隔で設けられているが、その受光面ＪＳの中心に対応する部分では、厚みが薄く、周辺部分に向かうに従って、厚くなるように形成されている。
【０２４２】
このため、本実施形態においても、実施形態１で図８を用いて説明した場合と同様な原理で、レンズ層５２ｄが凹レンズとして機能する。
【０２４３】
詳細に説明すると、レンズ層５２ｄにおいて、低屈折率材料部５２１ｄが多く存在する受光面ＪＳの中心部分では、周辺部分よりも相対的に屈折率が低いので、周辺部分よりも光が速く進行する。これに対して、高屈折率材料部５２２ｄが多く存在する周辺部分では、中心部分よりも相対的に屈折率が高いので、周辺部分よりも光が遅く進行する。このため、中心部分と、その周辺部分との間においては、光が進行する速度が異なり、位相差が生ずる。
【０２４４】
よって、位相差の発生に起因して、光の波面が湾曲するので、レンズ層５２ｄは、光を発散する凹レンズとして機能する。
【０２４５】
（Ｂ）製造方法
以下より、上記の固体撮像装置を製造する製造方法の要部について説明する。ここでは、固体撮像装置においてレンズ層５２ｄを形成する工程について詳細に説明する。
【０２４６】
図２７，図２８は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図２７，図２５は、図２６と同様に、画素Ｐの断面であって、レンズ層５２ｄを形成する部分を示しており、（ａ），（ｂ），（ｃ）（ｄ），（ｅ），（ｆ）に示す各工程を経て、レンズ層５２ｄが形成される。
【０２４７】
本実施形態では、実施形態１において、図１０に示した場合と同様にして、高屈折率材料層５２２Ｓを成膜する。
【０２４８】
この後、図２７（ａ）に示すように、レジストパターンＲＰ１ｄを形成する。
【０２４９】
ここでは、高屈折率材料層５２２Ｓの上面において、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分が露出し、その周辺部分が被覆されるように、レジストパターンＲＰ１ｄを形成する。
【０２５０】
つぎに、図２７（ｂ）に示すように、レジストパターンＲＰ１ｄを変形させる。
【０２５１】
ここでは、レジストパターンＲＰ１ｄについてリフロー処理を実施することで、その表面が曲面になるように、レジストパターンＲＰ１ｄを変形させる。つまり、レジストパターンＲＰ１ｄを熱で軟化させて変形させる。
【０２５２】
これにより、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分の厚みが、その周辺部分の厚みよりも薄くなるように、レジストパターンＲＰ１ｄが形成される。
【０２５３】
つぎに、図２７（ｃ）に示すように、レジストパターンＲＰ１ｄを加工する。
【０２５４】
ここでは、高屈折率材料層５２２Ｓにおいて、低屈折率材料部５２１ｄを形成する部分の上面を被覆し、その他の部分の上面が露出するように、レジストパターンＲＰ１ｄを加工する。
【０２５５】
これにより、複数のレジストパターンＲＰ１ｄが等間隔で設けられていると共に、複数のレジストパターンＲＰ１ｄが、受光面ＪＳの中心に対応する部分で、厚みが薄く、周辺部分に向かうに従って、厚くなるように形成される。
【０２５６】
つぎに、図２８（ｄ）に示すように、高屈折率材料部５２２ｄを形成する。
【０２５７】
ここでは、上記のレジストパターンＲＰ１ｄをマスクとして用いて、高屈折率材料層５２２Ｓ（図２７（ｃ）参照）をパターン加工することで、高屈折率材料部５２２ｄを形成する。
【０２５８】
具体的には、パッシベーション膜５１の上面において、低屈折率材料部５２１ｃを形成する部分の面が露出するように、高屈折率材料層５２２Ｓ（図２７（ｃ）参照）の一部をエッチング処理で除去して、高屈折率材料部５２２ｄを形成する。
【０２５９】
つぎに、図２８（ｅ）に示すように、低屈折率材料層５２１Ｓｄを形成する。
【０２６０】
ここでは、高屈折率材料部５２２ｃの間の溝を埋め込むと共に、高屈折率材料部５２２ｃよりも厚くなるように、低屈折率材料層５２１Ｓｄを成膜する。
【０２６１】
つぎに、図２８（ｆ）に示すように、低屈折率材料部５２１ｄを形成する。
【０２６２】
ここでは、低屈折率材料層５２１Ｓｄの表面を平坦化することで、低屈折率材料部５２１ｄを形成する。たとえば、ＣＭＰ処理を実施することによって、低屈折率材料部５２１ｄの上面が高屈折率材料部５２２ｄの上面と一体になるように平坦化する。これにより、レンズ層５２ｄが形成される。
【０２６３】
（Ｃ）まとめ
以上のように、本実施形態においては、実施形態１の場合と同様に、レンズ層５２ｄは、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づける発散レンズとして機能するように形成されている。
【０２６４】
このため、本実施形態では、実施形態１の場合と同様に、感度の向上と混色などの不具合の発生の防止とを両立させることが可能であって、撮像画像の画像品質を向上させることができる。
【０２６５】
（Ｄ）変形例４−１
上記では、高屈折率材料部５２２ｃの最大厚みと同じ厚みで低屈折率材料部５２１ｄを形成される場合について説明したが、これに限定されない。
【０２６６】
図２９は、本発明に係る実施形態４の変形例４−１において、固体撮像装置の要部を示す図である。図２９は、図２６と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２６７】
図２９に示すように、レンズ層５２ｄについては、高屈折率材料部５２２ｃの最大厚みと異なる厚みで低屈折率材料部５２１ｄを形成しても良い。
【０２６８】
たとえば、図２９に示すように、高屈折率材料部５２２ｃの上面を、低屈折率材料部５２１ｃが被覆するように構成しても良い。つまり、低屈折率材料部５２１ｃが、高屈折率材料部５２２ｃよりも厚くなるように形成しても良い。
【０２６９】
＜５．実施形態５＞
（Ａ）装置構成
図３０は、本発明にかかる実施形態５において、固体撮像装置の要部を示す図である。図３０は、図５と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２７０】
図３０に示すように、本実施形態においては、レンズ層５２ｅの部分が、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
【０２７１】
レンズ層５２ｅは、図３０に示すように、実施形態１と同様に、低屈折率材料部５２１ｅと高屈折率材料部５２２ｅとを含む。
【０２７２】
しかし、低屈折率材料部５２１ｅと高屈折率材料部５２２ｅとの間には、界面が存在せず、受光面ＪＳの中心部分から周辺部分へ向かって、屈折率の分布が所定の割合で変化するように形成されている。つまり、レンズ層５２は、受光面ＪＳに沿った面において、受光面ＪＳの中央に対応する部分から受光面ＪＳの周辺に対応する部分へ向かって屈折率が連続的に変化するように形成されている。低屈折率材料部５２１ｅと高屈折率材料部５２２ｅとの間には、界面が存在しないため、図３０では、両者の間を点線で示している。
【０２７３】
このため、レンズ層５２ｅは、受光面ＪＳの中心部分において、低屈折率であって、受光面ＪＳの周辺部分において、高屈折率である。
【０２７４】
よって、本実施形態においても、実施形態１で図８を用いて説明した場合と同様な原理で、レンズ層５２ｅが凹レンズとして機能する。
【０２７５】
具体的には、レンズ層５２ｅにおいて、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分では、周辺部分よりも相対的に屈折率が低いので、周辺部分よりも光が速く進行する。これに対して、受光面ＪＳの周辺部分に対応する部分では、中心部分よりも相対的に屈折率が高いので、周辺部分よりも光が遅く進行する。このため、中心部分と、その周辺部分との間においては、光が進行する速度が異なり、位相差が生ずる。
【０２７６】
したがって、その位相差の発生に起因して、光の波面が湾曲するので、レンズ層５２ｅは、光を発散する凹レンズとして機能する。
【０２７７】
（Ｂ）製造方法
以下より、上記の固体撮像装置を製造する製造方法の要部について説明する。ここでは、固体撮像装置においてレンズ層５２ｅを形成する工程について詳細に説明する。
【０２７８】
図３１は、本発明にかかる実施形態５において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図３１は、図３０と同様に、画素Ｐの断面であって、レンズ層５２ｅを形成する部分を示している。
【０２７９】
本実施形態では、実施形態１において、図１０に示した場合と同様にして、パッシベーション膜５１を設けた後に、図３１に示すように、絶縁層５２２Ｚを成膜する。
【０２８０】
たとえば、ＳｉＮ膜，ＳｉＯＮ膜，ＳｉＣＮ膜，ＨｆＯ膜を、絶縁層５２２Ｚとして成膜する。
【０２８１】
そして、その絶縁層５２２Ｚの上面に、レジストパターンＲＰｅを設ける。
【０２８２】
ここでは、絶縁層５２２Ｚの上面において、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分の膜厚が厚く、その周辺部分の膜厚が薄くなるように、レジストパターンＲＰｅを設ける。具体的には、上部が円弧状になるように、レジストパターンＲＰｅを設ける。
【０２８３】
その後、そのレジストパターンＲＰｅをマスクとして用いて、絶縁層５２２Ｚに不純物をイオン注入する。たとえば、Ｔｉ，ＴｉＯ，ＺｒＯ，ＨｆＯなどの不純物をイオン注入する。
【０２８４】
絶縁層５２２Ｚにおいては、受光面ＪＳの周辺部分に対応する部分で不純物濃度が高くなり、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分で、不純物濃度が低くなる。
【０２８５】
よって、このように絶縁層５２２Ｚへ不純物をイオン注入することで、図３０に示すように、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分が、その周辺部分に対応する部分よりも、屈折率が低くなるように形成されて、レンズ層５２ｅが設けられる。
【０２８６】
（Ｃ）まとめ
以上のように、本実施形態においては、実施形態１の場合と同様に、レンズ層５２ｅは、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づける発散レンズとして機能するように形成されている。
【０２８７】
このため、本実施形態では、実施形態１の場合と同様に、感度の向上と混色などの不具合の発生の防止とを両立させることが可能であって、撮像画像の画像品質を向上させることができる。
特に、本変形例では、上記の実施形態１と異なり、レンズ層５２は、屈折率が連続的に変化するように形成されているので、急激に屈折率が変化する界面が存在しないため、界面反射が起こらず、感度低下を防止できる。
【０２８８】
（Ｄ）変形例
上記では、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分の膜厚が厚く、その周辺部分の膜厚が薄いレジストパターンＲＰｅを用いて、イオン注入をすることで、レンズ層５２ｅを形成する場合について説明したが、これに限定されない。
【０２８９】
（Ｄ−１）変形例５−１
図３２は、本発明に係る実施形態５の変形例５−１において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図３２は、図３１と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２９０】
図３２に示すように、絶縁層５２２Ｚの上面において、受光面ＪＳの中央部分と周辺部分との間においてレジストパターンＲＰ１ｅが存在する量が異なるように、レジストパターンＲＰ１ｅを形成してもよい。具体的には、絶縁層５２２Ｚの上面において、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分の膜厚が薄く、その周辺部分の膜厚が厚くなるように、レジストパターンＲＰ１ｅを設けてもよい。
【０２９１】
そして、この後、このレジストパターンＲＰ１ｅを介して、絶縁層５２２Ｚに不純物をイオン注入する。この場合には、たとえば、Ｏ（酸素）を不純物としてイオン注入する。そして、熱処理を実施して、酸素を熱拡散させる。
【０２９２】
絶縁層５２２Ｚにおいては、受光面ＪＳの周辺部分に対応する部分で酸素濃度が薄くなり、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分で、酸素濃度が高くなる。
【０２９３】
よって、このように絶縁層５２２Ｚへ酸素を分布させることで、図３０に示すように、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分が、その周辺部分に対応する部分よりも、屈折率が低くなるように形成されて、レンズ層５２ｅが設けられる。
たとえば、１．６５μｍのセルピッチの場合、下記のような製造条件でレンズ層５２ｅが形成される。
・絶縁層材料：ＳｉＮ(ｎ＝２．０)，厚さ０．３０μｍ
・レジストパターン材料：ノボラック樹脂のポジレジストを０．６０μｍの厚みで塗布。パターンマスクを使用して露光し、０．５０μｍの線幅でスペース部分を形成する。１７０℃のオーブンでベイクを行いメルトさせ、連続的に湾曲したレジストパターンを形成する。
・酸素インプラ条件：１２ｋｅＶ
・酸素ドーズ量：１０２０ｃｍ−２程度
【０２９４】
上記のレジストパターンＲＰ１ｅをマスクとして用いて、絶縁層５２２Ｚに対してプラズマを照射することで、レンズ層５２ｅを形成しても良い。
たとえば、下記のような製造条件でレンズ層５２ｅが形成される。
・プラズマ照射条件：３０Ｗ,１２０ｓｅｃ
【０２９５】
（Ｄ−２）変形例５−２
図３３は、本発明に係る実施形態５の変形例５−２において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図３３は、図３１と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２９６】
図３３に示すように、絶縁層５２２Ｚの上面において、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分については、レジストパターンＲＰ２ｅが被覆する面積が狭く、その周辺部分では、その面積が広くなるように、レジストパターンＲＰｅを設けてもよい。
【０２９７】
そして、この後、このレジストパターンＲＰ２ｅを介して、絶縁層５２２Ｚに不純物をイオン注入する。この場合には、たとえば、Ｏ（酸素）を不純物としてイオン注入する。そして、熱処理を実施して、酸素を熱拡散させる。
【０２９８】
絶縁層５２２Ｚにおいては、受光面ＪＳの周辺部分に対応する部分で酸素濃度が薄くなり、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分で、酸素濃度が高くなる。
【０２９９】
よって、このように絶縁層５２２Ｚへ酸素を分布させることで、図３０に示すように、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分が、その周辺部分に対応する部分よりも、屈折率が低くなるように形成されて、レンズ層５２ｅが設けられる。
たとえば、下記のような製造条件でレンズ層５２ｅが形成される。
・絶縁層材料：ＳｉＮ(ｎ＝２．０)厚さ０．３０μｍ
・レジストパターン材料：アクリル樹脂のネガレジストを０．４０μｍの厚みで塗布。パターンマスクを使用して露光し、レジストパターンを形成する。
・酸素インプラ条件：１０ｋｅＶ
・酸素ドーズ量：１０１７ｃｍ−２程度
【０３００】
上記のレジストパターンＲＰ２ｅを介してＡｒ（アルゴン）をイオン注入することで、レンズ層５２ｅを形成しても良い。Ａｒのイオン注入によるノックオンによって、酸素が、ＳｉＮなどの絶縁膜中に注入される。このため、その酸素の含有量によって、屈折率が変化して、レンズ層５２ｅが形成される。
たとえば、下記のような製造条件でレンズ層５２ｅが形成される。
・Ａｒインプラ条件：１５ｋｅＶ
・Ａｒドーズ量：１１００ｃｍ−２程度
【０３０１】
（Ｄ−３）変形例５−３
図３４は、本発明に係る実施形態５の変形例５−３において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図３４は、図３１と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０３０２】
本実施形態では、実施形態１において、図１０に示した場合と同様にして、パッシベーション膜５１を設けた後に、図３４に示すように、低屈折率材料層５２１Ｓを成膜する。
【０３０３】
たとえば、感光性アクリル樹脂を材料として用いて、厚みが０．３０μｍになるように、
低屈折率材料層５２１Ｓを形成する。この際、アクリル樹脂は紫外光を照射して、重合させるが、完全にポリマー化する露光量よりも小さいエネルギーで露光する。
【０３０４】
そして、低屈折率材料層５２２Ｓの上面に、高屈折率材料層５２１Ｓを設ける。
【０３０５】
ここでは、低屈折率材料層５２２Ｓの上面において、受光面ＪＳの中央部分より周辺部分で高屈折率材料層５２１Ｓが多く存在するように、当該高屈折率材料層５２１Ｓを形成する。具体的には、低屈折率材料層５２２Ｓの上面において、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分の膜厚が薄く、その周辺部分の膜厚が厚くなるように、高屈折率材料層５２１Ｓを加工する。たとえば、上部が円弧状になるように、高屈折率材料層５２１Ｓを設ける。
【０３０６】
たとえば、微細金属酸化物粒子を分散させたアクリル樹脂、もしくはスチレン樹脂を材料として用いて、高屈折率材料層５２１Ｓを形成する。
このとき、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分の膜厚が、０．０５μｍであり、その周辺部分の膜厚が、０．５０μｍになるように、高屈折率材料層５２１Ｓを形成する。
【０３０７】
その後、熱処理を実施することによって、その高屈折率材料層５２１Ｓに含まれる高屈折率成分を低屈折率材料層５２２Ｓの内部へ拡散させる。
【０３０８】
たとえば、下記の条件で熱処理を実施する。
・１６０℃,１２０ｓｅｃ
【０３０９】
これにより、低屈折率材料層５２２Ｓにおいては、受光面ＪＳの周辺部分に対応する部分で高屈折率成分の濃度が高くなり、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分で、高屈折率成分の濃度が低くなる。
【０３１０】
よって、図３０に示すように、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分が、その周辺部分に対応する部分よりも、屈折率が低くなるように形成されて、レンズ層５２ｅが設けられる。
【０３１１】
なお、上記においては、高屈折率材料層５２１Ｓについて、上部が円弧状になるように形成する場合に関して示した。しかしながら、これに限定されない。
【０３１２】
図３５は、本発明に係る実施形態５の変形例５−３において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図３５は、図３１と同様に、画素Ｐの断面であって、レンズ層５２ｅを形成する部分を示している。
【０３１３】
図３５（ａ）に示すように、高屈折率材料層５２１Ｓについては、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分に設けずに、周辺部分のみに設けてもよい。
【０３１４】
また、図３５（ｂ）に示すように、高屈折率材料層５２１Ｓについては、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分に設けずに、周辺に向かうに従って、膜厚が段階的に厚くなるように設けてもよい。
【０３１５】
この場合においても、上記と同様に熱処理を実施することで、図３０に示すように、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分が、その周辺部分に対応する部分よりも、屈折率が低くなるように形成されて、レンズ層５２ｅが設けられる。
【０３１６】
＜６．実施形態６＞
（Ａ）装置構成
図３６〜図３８は、本発明にかかる実施形態６において、固体撮像装置の要部を示す図である。図３６〜図３８は、図５と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０３１７】
ここで、図３６は、複数の画素Ｐにおいて、レッドフィルタ層ＣＦＲがカラーフィルタＣＦとして設けられた部分を示している。図３７は、複数の画素Ｐにおいて、グリーンフィルタ層ＣＦＧがカラーフィルタＣＦとして設けられた部分を示している。図３８は、複数の画素Ｐにおいて、ブルーフィルタ層ＣＦＢがカラーフィルタＣＦとして設けられた部分を示している。
【０３１８】
図３６〜図３８に示すように、本実施形態においては、レンズ層５２ｆの部分が、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
【０３１９】
図３６に示すように、レッドフィルタ層ＣＦＲを受光面ＪＳの上方に設けた部分においては、実施形態１の場合と異なり、レッドフィルタ層ＣＦＲと受光面ＪＳとの間に、レンズ層を設けていない。
【０３２０】
図３７に示すように、グリーンフィルタ層ＣＦＧを受光面ＪＳの上方に設けた部分においては、実施形態１の場合と同様に、レンズ層５２Ｇｆが凹レンズとして機能するように、低屈折率材料部５２１Ｇｆと高屈折率材料部５２２Ｇｆとが配置されている。
【０３２１】
図３８に示すように、ブルーフィルタ層ＣＦＢを受光面ＪＳの上方に設けた部分においては、実施形態１の場合と同様に、レンズ層５２Ｂｆが凹レンズとして機能するように、低屈折率材料部５２１Ｂｆと高屈折率材料部５２２Ｂｆとが配置されている。
【０３２２】
グリーンフィルタ層ＣＦＧを設けた部分のレンズ層５２Ｇｆと、ブルーフィルタ層ＣＦＢを設けた部分のレンズ層５２Ｂｆは、低屈折率材料部５２１Ｇｆ，５２１Ｂｆと高屈折率材料部５２２Ｇｆ，５２２Ｂｆとの屈折率の差が、互いに異なるように設けられている。つまり、レンズ層５２Ｇｆ，５２Ｂｆのそれぞれは、受光面ＪＳに沿った面における屈折率分布が互いに異なっている。
【０３２３】
グリーンフィルタ層ＣＦＧに対応するレンズ層５２Ｇｆは、受光面ＪＳの中央に対応する部分の屈折率と、受光面ＪＳの周辺に対応する部分の屈折率との屈折率差が、ブルーフィルタ層ＣＦＢに対応するレンズ層５２Ｂｆよりも小さくなるように形成されている。
【０３２４】
たとえば、グリーンフィルタ層ＣＦＧを設けた部分のレンズ層５２Ｇｆと、ブルーフィルタ層ＣＦＢを設けた部分のレンズ層５２Ｂｆは、下記のように、形成されている。
［グリーンフィルタ層ＣＦＧを設けた部分のレンズ層５２Ｇｆ］
・低屈折率材料部５２１Ｇｆの材料：顔料色素を分散させたアクリル樹脂（屈折率ｎ＝１．６８）
・高屈折率材料部５２２Ｇｆの材料：顔料色素と微細金属酸化物粒子を分散させたアクリル樹脂（屈折率ｎ＝１．７９）
［ブルーフィルタ層ＣＦＢを設けた部分のレンズ層５２Ｂｆ］
・低屈折率材料部５２１Ｂｆの材料：顔料色素を分散させたアクリル樹脂（屈折率ｎ＝１．７０）
・高屈折率材料部５２２Ｂｆの材料：顔料色素と微細金属酸化物粒子を分散させたアクリル樹脂（屈折率ｎ＝１．８０）
【０３２５】
レンズ層５２Ｇｆを設けない場合には、図３６〜図３８にてレンズ層５２Ｇｆの付近に細い点線で示すように、光が進行する。このため、図３６〜図３８のそれぞれを比較して判るように、受光面ＪＳに入射する光の波長に応じて、焦点距離が異なる場合がある。
【０３２６】
たとえば、図３６〜図３８に示すように、短い波長範囲である赤色光について、焦点が受光面ＪＳに合うように形成した場合には、緑色光と青色光について、焦点が受光面ＪＳに合わない場合がある。これは、緑色光と青色光は、波長が長いので、回折限界の影響を受けにくいために、焦点距離が短くなるからである。
【０３２７】
このため、各色の画素Ｐの全てにおいて、感度を向上させることが困難である。また、焦点距離が短いので、混色が発生する場合がある。ＣＣＤ型イメージセンサの場合には、スミアが発生する場合がある。
【０３２８】
しかし、本実施形態では、上記のように光の波長に応じてレンズ層５２Ｇｆの有無、または、構成を変えて、図３６〜図３８にて太い点線で示すように、焦点を受光面ＪＳに合わせている。つまり、色収差を改善している。
【０３２９】
このため、本実施形態は、感度の向上、および、混色の発生の防止を実現することができる。
【０３３０】
図３９は、本発明にかかる実施形態６において、感度の結果を示す図である。
【０３３１】
図３９では、レンズ層５２Ｇｆ，５２Ｂｆを設けない場合を、従来の場合の結果として示している。
【０３３２】
図３９に示すように、レンズ層５２Ｇｆ，５２Ｂｆを設けた本実施形態の場合には、青色光に対する感度（ＢＬＵ感度）および緑色光に対する感度（ＧＲＮ感度）が、従来の場合よりも向上していることが判った。
【０３３３】
上記した従来の場合と本実施形態の場合とについて、緑色の画素から赤色の画素への混色を測定するために、規格化分光における５５０ｎｍでの赤色の画素Ｐの感度を測定した。ここでは、従来の場合が１４％であるのに対して、本実施形態では、９％であった。このため、本実施形態は、混色の発生が従来の場合よりも改善していることが確認された。
【０３３４】
（Ｂ）まとめ
以上のように、本実施形態においては、レンズ層５２Ｇｆ，５２Ｂｆは、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づける発散レンズとして機能するように形成されている。
【０３３５】
本実施形態では、グリーンフィルタ層ＣＦＧに対応するレンズ層５２Ｇｆは、受光面ＪＳの中央部分の屈折率と、受光面ＪＳの周辺部分の屈折率との屈折率差が、ブルーフィルタ層ＣＦＢに対応するレンズ層５２Ｂｆよりも小さくなるように形成されている。
【０３３６】
このように、本実施形態では、受光する光の波長に応じて、レンズ層５２Ｇｆ，５２Ｂｆの屈折率分布を変えている。このため、各色について、感度の向上と混色などの不具合の発生の防止とを両立させることが可能であって、撮像画像の画像品質を向上させることができる。
【０３３７】
＜７．実施形態７＞
（Ａ）装置構成など
図４０，図４１，図４２，図４３は、本発明にかかる実施形態７において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【０３３８】
ここで、図４０は、撮像領域ＰＡの上面であって、オンチップレンズＭＬと画素Ｐとの位置関係を示している。図４１は、撮像領域ＰＡの上面であって、図７と同様に、レンズ層５２と画素Ｐとの位置関係を示している。図４２と図４３は、図５と同様に、画素Ｐの断面を示している。図４２は、撮像領域ＰＡの中心部分であって、図４１に示すＸ１Ｃ−Ｘ２Ｃ部分の断面を示している。そして、図４３は、撮像領域ＰＡの周辺部分であって、図２２に示すＸ１Ｓ−Ｘ２Ｓ部分の断面を示している。
【０３３９】
図４０に示すように、本実施形態においては、オンチップレンズＭＬと画素Ｐとの位置関係が、実施形態１の場合と異なる。また、図４１〜図４３に示すように、本実施形態においては、レンズ層５２ｇが、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
【０３４０】
オンチップレンズＭＬは、撮像領域ＰＡの中心部分においては、図４０に示すように、実施形態１の場合と同様に形成されている。つまり、水平面（ｘｙ面）の中心が、受光面ＪＳの中心に対応するように形成されている。
【０３４１】
しかし、本実施形態では、撮像領域ＰＡの周辺部分においては、図４０に示すように、オンチップレンズＭＬは、画素Ｐに対する位置が、実施形態１の場合と異なっている。
【０３４２】
具体的には、図４０に示すように、オンチップレンズＭＬは、撮像領域ＰＡの中心から周辺へ向かうに伴って、水平面（ｘｙ面）における中心が、受光面ＪＳの中心に対して、撮像領域ＰＡの中心側へシフトするように設けられている。たとえば、撮像領域ＰＡにおいて右側の端部に位置する画素では、オンチップレンズＭＬの中心が、受光面ＪＳの中心に対して左側（撮像領域ＰＡの中心側）へシフトするように形成されている。
【０３４３】
つまり、図４０に示すように、オンチップレンズＭＬは、水平方向ｘにて複数が配列されたピッチＰＭｘが、水平方向ｘにて複数の画素が配列された画素ピッチＰｘよりも小さくなるように設けられている。同様に、垂直方向ｙにて複数が配列されたピッチＰＭｙが、垂直方向ｙにて複数の画素が配列された画素ピッチＰｙよりも小さくなるように設けられている。
【０３４４】
レンズ層５２ｇは、図４１〜図４３に示すように、低屈折率材料部５２１ｇと高屈折率材料部５２２ｇとを含み、実施形態１の場合と同様に、画素Ｐごとに凹レンズとして機能するように構成されている。
【０３４５】
レンズ層５２ｇは、撮像領域ＰＡの中心部分においては、図４１，図４２に示すように、実施形態１の場合と同様に形成されている。つまり、水平面（ｘｙ面）にて低屈折率材料部５２１ｇが形成された領域の中心が、受光面ＪＳの中心に対応するように形成されている。
【０３４６】
しかし、本実施形態では、撮像領域ＰＡの周辺部分においては、図４１，図４３に示すように、レンズ層５２ｇは、実施形態１の場合と異なっている。
【０３４７】
具体的には、図４１，図４３に示すように、低屈折率材料部５２１ｇは、撮像領域ＰＡの中心から周辺へ向かうに伴って、水平面（ｘｙ面）における中心が、受光面ＪＳの中心に対して、撮像領域ＰＡの周辺側へシフトするように設けられている。たとえば、撮像領域ＰＡにおいて右側の端部に位置する画素では、低屈折率材料部５２１ｇの中心が、受光面ＪＳの中心に対して右側（撮像領域ＰＡの中心側）へシフトするように形成されている。
【０３４８】
つまり、図４１に示すように、低屈折率材料部５２１ｇは、水平方向ｘにて複数が配列されたピッチＰ１ｘが、水平方向ｘにて複数の画素が配列された画素ピッチＰｘよりも大きくなるように設けられている。同様に、垂直方向ｙにて複数の低屈折率材料部５２１ｇが配列されたピッチＰ１ｙが、垂直方向ｙにて複数の画素が配列された画素ピッチＰｙよりも大きくなるように設けられている。
【０３４９】
（Ｂ）まとめ
以上のように、本実施形態では、低屈折率材料部５２１ｇは、撮像領域ＰＡの中心から周辺へ向かうに伴って、水平面の中心が、受光面ＪＳの中心に対して、撮像領域ＰＡ面の周辺の側へシフトするように形成されている。つまり、レンズ層５２ｇは、撮像領域ＰＡの中心から周辺へ向かうに伴って、凹レンズとして機能するレンズ層５２ｇの光軸が、受光面ＪＳの中心に対して、撮像領域ＰＡの周辺の側へシフトするように形成されている。
【０３５０】
このため、チップ周辺部においては、一画素に着目すると、画素中央部およびチップの中央部へ向かう方向に高屈折率材料が分布する事になり、傾斜した主光線が入射してきた際、受光面ＪＳに光が入射するよう屈折させることが出来、効率良く集光できる。
【０３５１】
したがって、本実施形態は、実施形態１の場合と同様に、製造効率および製品の信頼性の向上を可能であって、コストダウンを実現できる。そして、これらに伴って、高い集光効率を実現可能であって、撮像画像の画像品質を向上させることができる。
【０３５２】
そして、本実施形態は、「瞳補正」を実現可能であるので、シェーディングの発生を防止し、撮像画像の画像品質を更に向上させることができる。
【０３５３】
＜８．実施形態８＞
（Ａ）装置構成
（Ａ−１）固体撮像装置の要部構成
図４４，図４５は、本発明にかかる実施形態８において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【０３５４】
図４４は、図２と同様に、固体撮像装置１の全体構成を示す図であって、上面を示している。図４５は、画素Ｐの要部を示す図であって、図４４に示すＸ１ｈ−Ｘ２ｈ部分の断面を示している。
【０３５５】
図４４，図４５に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、実施形態１と異なり、インターライン方式のＣＣＤ型イメージセンサであって、撮像領域ＰＡにおいて撮像が行われるように構成されている。ＣＣＤ型イメージセンサとして構成されている点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、適宜、説明を省略する。
【０３５６】
本実施形態においては、図４４に示すように、撮像領域ＰＡに、画素Ｐと電荷読出し部ＲＯと垂直転送レジスタ部ＶＴとが設けられている。
【０３５７】
画素Ｐは、図４４に示すように、撮像領域ＰＡに複数が設けられており、それぞれが、水平方向ｘと垂直方向ｙとにおいて、マトリクス状に並ぶように配置されている。そして、この複数の画素Ｐの周囲においては、各画素Ｐの間を分離するように、素子分離部ＳＢが設けられている。画素Ｐは、受光面ＪＳにおいて、被写体像による光を受光して光電変換を行うことによって、信号電荷を生成するように構成されている。
【０３５８】
電荷読出し部ＲＯは、図４４に示すように、撮像領域ＰＡにおいて、複数の画素Ｐに対応するように複数が設けられており、その画素Ｐが生成した信号電荷を、垂直転送レジスタ部ＶＴへ読み出すように構成されている。
【０３５９】
垂直転送レジスタ部ＶＴは、図４４に示すように、撮像領域ＰＡにおいて、垂直方向ｙに並ぶ複数の画素Ｐに対応するように、垂直方向ｙに延在している。また、垂直転送レジスタ部ＶＴは、垂直方向ｙに複数が並ぶ画素Ｐの列の間に配置されている。垂直転送レジスタ部ＶＴは、複数が撮像領域ＰＡに設けられており、複数の垂直転送レジスタ部ＶＴが、水平方向ｘに並ぶ複数の画素Ｐのそれぞれに対応するように、水平方向ｘに並んでいる。この垂直転送レジスタ部ＶＴは、いわゆる垂直転送ＣＣＤであって、電荷読出し部ＲＯを介して、画素Ｐから読み出された信号電荷を垂直方向ｙへ順次転送する。垂直転送レジスタ部ＶＴは、複数の転送電極（図示無し）が垂直方向ｙに並んで配置されており、その垂直方向に並んだ転送電極に、たとえば、４相の駆動パルス信号を順に供給することによって、この信号電荷の転送を実施する。
【０３６０】
そして、撮像領域ＰＡの下端部においては、図４４に示すように、水平転送レジスタ部ＨＴが配置されている。この水平転送レジスタ部ＨＴは、水平方向ｘへ延在しており、複数の垂直転送レジスタ部ＶＴのそれぞれが、垂直方向ｙへ転送した信号電荷を、水平方向ｘへ、順次、転送する。つまり、水平転送レジスタ部ＨＴは、いわゆる水平転送ＣＣＤであって、たとえば、２相の駆動パルス信号によって駆動されて、１水平ライン（１行の画素）ごとに転送された信号電荷の転送を実施する。
【０３６１】
そして、図４４に示すように、水平転送レジスタ部ＨＴの左端部には、出力部ＯＵＴが形成されており、この出力部ＯＵＴは、水平転送レジスタ部ＨＴによって、水平転送された信号電荷を電圧に変換し、アナログ画像信号として出力する。
【０３６２】
なお、上記の撮像領域ＰＡは、図１に示した撮像面ＰＳに相当する。
【０３６３】
本実施形態においては、固体撮像装置は、図４５に示すように、半導体基板１０１を含む。半導体基板１０１は、たとえば、ｎ型のシリコン半導体基板であり、半導体基板１０１の内部には、実施形態１と同様に、フォトダイオード２１が設けられている。この他に、実施形態１と異なり、半導体基板１０１の内部には、電荷読出しチャネル領域２２Ｒと、電荷転送チャネル領域２３Ｖと、チャネルストッパー領域２４Ｓとが設けられている。
【０３６４】
そして、半導体基板１０１の表面においては、図４５に示すように、パッシベーション膜５１とレンズ層５２と遮光膜６０とカラーフィルタＣＦとオンチップレンズＭＬが、実施形態１と同様に設けられている。この他に、半導体基板１０１の表面においては、実施形態１と異なり、転送電極３１と、配線平坦化層５０が設けられている。
【０３６５】
（Ａ−２）固体撮像装置の詳細構成
固体撮像装置を構成する各部について、順次説明する。
【０３６６】
（ａ）フォトダイオード２１について
フォトダイオード２１は、図４４に示すように、画素Ｐに対応するように、半導体基板１０１に設けられている。フォトダイオード２１は、光を受光面ＪＳで受光し、光電変換することによって信号電荷を生成するように構成されている。
【０３６７】
具体的には、フォトダイオード２１は、半導体基板１０１の内部において表面側に位置する部分に設けられている。図示を省略しているが、フォトダイオード２１は、たとえば、半導体基板１０１内に形成したｐ型半導体ウェル領域（ｐ）（図示無し）上に、ｎ型半導体領域（ｎ）（図示無し）とｐ型半導体領域（ｐ＋）（図示無し）とが順次形成されることによって構成される。ｎ型半導体領域（ｎ）は、信号電荷蓄積領域として機能する。そして、ｐ型半導体領域（ｐ＋）は、正孔蓄積領域として機能し、信号電荷蓄積領域であるｎ型半導体領域（ｎ）において、暗電流が生ずることを抑制するように構成されている。
【０３６８】
フォトダイオード２１上においては、図４５に示すように、パッシベーション膜５１とレンズ層５２とカラーフィルタＣＦとオンチップレンズＭＬとが設けられている。このため、フォトダイオード２１は、上方から、これらの各部を、順次、介して入射する光を、受光面ＪＳにて受光する。
【０３６９】
（ｂ）電荷読出しチャネル領域２２Ｒについて
電荷読出しチャネル領域２２Ｒは、図４５に示すように、電荷読出し部ＲＯに対応するように設けられており、フォトダイオード２１にて生成された信号電荷を読み出すように構成されている。
【０３７０】
具体的には、電荷読出しチャネル領域２２Ｒは、図４５に示すように、半導体基板１０１の内部の表面側に位置する部分において、フォトダイオード２１に隣接するように設けられている。
【０３７１】
ここでは、電荷読出しチャネル領域２２Ｒは、水平方向ｘにおいてフォトダイオード２１の左側に配置されている。たとえば、電荷読出しチャネル領域２２Ｒは、ｐ型半導体領域として構成されている。
【０３７２】
（ｃ）電荷転送チャネル領域２３Ｖについて
電荷転送チャネル領域２３Ｖは、図４５に示すように、垂直転送レジスタ部ＶＴに対応するように設けられている。電荷転送チャネル領域２３Ｖは、電荷読出し部ＲＯによってフォトダイオード２１から読み出された信号電荷を、電荷転送チャネル領域２３Ｖにて転送するように構成されている。
【０３７３】
具体的には、電荷転送チャネル領域２３Ｖは、図４５に示すように、半導体基板１０１の内部の表面側に位置する部分において、電荷読出しチャネル領域２２Ｒに隣接して設けられている。
【０３７４】
ここでは、電荷転送チャネル領域２３Ｖは、水平方向ｘにおいて電荷読出しチャネル領域２２Ｒの左側に配置されている。たとえば、電荷転送チャネル領域２３Ｖは、半導体基板１０１の内部のｐ型半導体ウェル領域（ｐ）（図示無し）上に、ｎ型半導体領域（ｎ）（図示無し）を設けることによって構成されている。
【０３７５】
（ｄ）チャネルストッパー領域２４Ｓについて
チャネルストッパー領域２４Ｓは、図４５に示すように、素子分離部ＳＢに対応するように設けられている。
【０３７６】
具体的には、チャネルストッパー領域２４Ｓは、図４５に示すように、半導体基板１０１の内部の表面側に位置する部分に設けられている。
【０３７７】
ここでは、チャネルストッパー領域２４Ｓは、図４５に示すように、水平方向ｘにおいて電荷読出しチャネル領域２２Ｒの左側に位置し、電荷読出しチャネル領域２２Ｒと、隣の列に配置されたフォトダイオード２１との間に介在するように設けられている。
【０３７８】
また、垂直方向ｙにおいては、図４４に示したように、複数の画素Ｐの間を分離するように素子分離部ＳＢが設けられている。このため、この部分の断面については図示していないが、上述のチャネルストッパー領域２４Ｓが、垂直方向ｙに並ぶ２つのフォトダイオード２１の間に設けられている。
【０３７９】
上記のチャネルストッパー領域２４Ｓは、たとえば、半導体基板１０１の内部のｐ型半導体ウェル領域（ｐ）（図示無し）上に、ｐ型半導体領域（ｐ＋）（図示無し）を設けることによって構成されており、電位障壁を形成して信号電荷の流出入を防止している。
【０３８０】
（ｅ）転送電極３１について
転送電極３１は、図４５に示すように、垂直転送レジスタ部ＶＴに対応するように、半導体基板１０１の上方に設けられており、読み出された信号電荷を垂直方向ｙへ転送する垂直転送電極として機能するように構成されている。この他に、転送電極３１は、電荷読出し部ＲＯに対応するように設けられており、フォトダイオード２１にて生成された信号電荷を読み出す、電荷読出し電極として機能するように構成されている。
【０３８１】
具体的には、転送電極３１は、図４５に示すように、半導体基板１０１の上面において、ゲート絶縁膜（図示なし）を介して、電荷読出しチャネル領域２２Ｒと電荷転送チャネル領域２３Ｖとに対面するように設けられている。
【０３８２】
たとえば、転送電極３１は、ポリシリコンなどの導電材料を用いて形成されており、たとえば、シリコン酸化膜によって形成されたゲート絶縁膜（図示なし）上に設けられている。
【０３８３】
この転送電極３１は、図４５に示すように、複数の画素Ｐの間に介在するように設けられている。図示をしていないが、この複数の転送電極３１は、半導体基板１０１の上面においては、水平方向ｘに延在する部分を含んでおり、水平方向ｘにおいて複数が電気的に接続されている。
【０３８４】
また、図４５に示した転送電極３１の他に、垂直方向ｙに並ぶ複数の画素Ｐの間に介在するように、別途、転送電極（図示無し）が設けられている。そして、この２種類の転送電極が、垂直方向において交互に並んで設けられている。
【０３８５】
（ｆ）遮光膜６０について
遮光膜６０は、図４５に示すように、半導体基板１０１の上方に設けられている。
【０３８６】
ここでは、遮光膜６０は、図４５に示すように、半導体基板１０１の表面上にて、電荷読出しチャネル領域２２Ｒと電荷転送チャネル領域２３Ｖの上方に形成されている。この遮光膜６０は、絶縁膜ＺＺを介して、転送電極３１を被覆するように設けられている。遮光膜６０は、光を遮光する遮光材料であって、たとえば、タングステン，アルミニウムなどの金属材料を用いて形成されている。
【０３８７】
（ｇ）配線平坦化層５０について
配線平坦化層５０は、図４５に示すように、半導体基板１０１の上方に設けられている。
【０３８８】
ここでは、配線平坦化層５０は、図４５に示すように、半導体基板１０１の表面上にて、遮光膜６０を介して、半導体基板１０１の面を被覆するように形成されており、その表面を平坦化している。配線平坦化層５０は、光を透過する絶縁材料で形成されている。
【０３８９】
（ｈ）その他の部材について
【０３９０】
パッシベーション膜５１とレンズ層５２とカラーフィルタＣＦとオンチップレンズＭＬとのそれぞれについては、実施形態１と同様に形成されている。
【０３９１】
パッシベーション膜５１は、図４５に示すように、配線平坦化層５０で被覆された半導体基板１０１の上面に、一定の厚みで設けられている。
【０３９２】
レンズ層５２は、パッシベーション膜５１の上面を被覆するように設けられている。レンズ層５２は、半導体基板１０１の平坦な裏面に沿って、一定の厚みで設けられている。レンズ層５２は、図４５に示すように、低屈折率材料部５２１と高屈折率材料部５２２とを含み、凹レンズとして機能するように、低屈折率材料部５２１と高屈折率材料部５２２とが配置されている。
【０３９３】
カラーフィルタＣＦは、図４５に示すように、半導体基板１０１の上面の側において、レンズ層５２の上面を被覆するように設けられている。カラーフィルタＣＦは、実施形態１と同様に、３原色のフィルタ層を含み、その３原色の各フィルタ層が、画素Ｐに対応して、ベイヤー配列で設けられている。
【０３９４】
オンチップレンズＭＬは、図４５に示すように、カラーフィルタＣＦの上面において、各画素Ｐに対応するように複数が配置されている。オンチップレンズＭＬは、受光面ＪＳの上方において、中心が縁よりも厚く形成された凸型レンズであり、入射光Ｈをフォトダイオード２１の受光面ＪＳへ集光するように構成されている。
【０３９５】
（Ｂ）まとめ
以上のように、本実施形態においては、実施形態１の場合と同様に、レンズ層５２は、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づける発散レンズとして機能するように形成されている。
【０３９６】
このため、本実施形態では、実施形態１の場合と同様に、感度の向上と混色などの不具合の発生の防止とを両立させることが可能である。この他に、スミアの発生についても防止可能である。したがって、本実施形態は、撮像画像の画像品質を向上させることができる。
【０３９７】
（Ｃ）変形例
（Ｃ−１）変形例８−１
上記では、パッシベーション膜５１とカラーフィルタＣＦとの間に、レンズ層５２を設ける場合について説明したが、これに限定されない。実施形態１の場合と同様に、オンチップレンズＭＬと、フォトダイオード２１の受光面ＪＳとの間に、上記のレンズ層５２と同様に機能する部分を設ける場合においても、上記と同様な効果を得ることができる。
【０３９８】
図４６は、本発明に係る実施形態８の変形例８−１において、固体撮像装置の要部を示す図である。図４６は、図４５と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０３９９】
図４６に示すように、図４４でレンズ層５２を設けていた部分を絶縁層５２Ｚに代えると共に、レンズ層５２と同様に、配線平坦化層５０を凹レンズとして機能するように構成しても良い。
【０４００】
つまり、配線平坦化層５０が、レンズ層５２と同様に、凹レンズとして機能して、オンチップレンズＭＬが入射光Ｈを集光する焦点位置を受光面ＪＳへ近づけるように構成しても良い。
【０４０１】
具体的には、レンズ層である配線平坦化層５０が、図４６に示すように、低屈折率材料部５０１と高屈折率材料部５０２とを含み、凹レンズとして機能するように、この低屈折率材料部５０１と高屈折率材料部５０２とを設ける。
この場合には、低屈折率材料部５０１と高屈折率材料部５０２については、受光面ＪＳへの有機物汚染防止のために、無機材料を使う事が好ましく、例えば、１．６５μｍのセルピッチでは、下記の条件で形成することが好適である。
（低屈折率材料部５０１）
・材料：ＳｉＯ（ｎ＝１．４５〜１．５）
・低屈折率材料部の幅：０．４０μｍ
・厚さ：０．６０μｍ
（高屈折率材料部５０２）
・材料：ＳｉＯＮ（ｎ＝１．８）
【０４０２】
なお、配線平坦化層５０の他に、実施形態１の変形例１−１〜１−４の場合と同様に、各部について凹レンズとして機能するように、低屈折率材料部と高屈折率材料部とを設けてもよい。
【０４０３】
（Ｃ−２）変形例８−２
図４７は、本発明に係る実施形態８の変形例８−２において、固体撮像装置の要部を示す図である。図４７は、図４５と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０４０４】
図４７に示すように、上凸レンズ形成層５３Ｌを、さらに有するように構成しても良い。
【０４０５】
ここでは、上凸レンズ形成層５３Ｌを、たとえば、パッシベーション膜５１の上面に形成する。そして、その上凸レンズ形成層５３Ｌが形成されたパッシベーション膜５１の上面の上面を被覆するように、レンズ層５２を設ける。
【０４０６】
上凸レンズ形成層５３Ｌは、たとえば、ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣＮなどの透明な材料で形成される。上凸レンズ形成層５３Ｌは、単一材料で形成する他に、複数の層を席そうして形成しても良い。
【０４０７】
本変形例では、オンチップレンズＭＬ，レンズ層５２，上凸レンズ形成層５３Ｌの各レンズ部材で、入射光Ｈが受光面ＪＳに集光されるように、各部を形成する。
【０４０８】
このため、上記の場合と同様な効果を奏することができる。
【０４０９】
（Ｃ−３）変形例８−３
図４８は、本発明に係る実施形態８の変形例８−３において、固体撮像装置の要部を示す図である。図４８は、図４５と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０４１０】
図４８に示すように、下凸レンズ形成層５０Ｌを、さらに有するように構成しても良い。
【０４１１】
ここでは、下凸レンズ形成層５０Ｌを、たとえば、パッシベーション膜５１の下面に位置するように形成する。下凸レンズ形成層５０Ｌは、たとえば、ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣＮなどの透明材料を用いて形成される。
【０４１２】
この場合には、オンチップレンズＭＬ，レンズ層５２，下凸レンズ形成層５０Ｌの各レンズ部材で、入射光Ｈが受光面ＪＳに集光されるように、各部を形成する。
【０４１３】
このため、上記の場合と同様な効果を奏することができる。
【０４１４】
＜９．その他＞
本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を採用することができる。
【０４１５】
上記の実施形態においては、カメラに本発明を適用する場合について説明したが、これに限定されない。スキャナーやコピー機などのように、固体撮像装置を備える他の電子機器に、本発明を適用しても良い。
【０４１６】
その他、上記の各実施形態を、適宜、組み合わせても良い。
【０４１７】
なお、上記の実施形態において、固体撮像装置１は、本発明の固体撮像装置に相当する。また、上記の実施形態において、フォトダイオード２１は、本発明の光電変換部に相当する。また、上記の実施形態において、カメラ４０は、本発明の電子機器に相当する。また、上記の実施形態において、レンズ層５２，５２Ｂｆ，５２Ｇｆ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ，７０は、本発明のレンズ層に相当する。また、上記の実施形態において、半導体基板１０１は、本発明の基板に相当する。また、上記の実施形態において、低屈折率材料部５０１，５１１，５２１，５２１Ｂｆ，５２１Ｇｆ，５２１ｂ，５２１ｃ，５２１ｄ，５２１ｅ，５２１ｇ，７０１，ＣＦ１，ＨＴ１は、本発明の低屈折率材料部に相当する。また、上記の実施形態において、高屈折率材料部５０２，５１２，５２２，５２２Ｂｆ，５２２Ｇｆ，５２２ｂ，５２２ｃ，５２２ｄ，５２２ｅ，５２２ｇ，７０２，ＣＦ２，ＨＴ２は、本発明の高屈折率材料部に相当する。また、上記の実施形態において、カラーフィルタＣＦは、本発明のカラーフィルタに相当する。また、上記の実施形態において、ブルーフィルタ層ＣＦＢは、本発明のブルーフィルタ層，第１フィルタ層，第２フィルタ層に相当する。また、上記の実施形態において、グリーンフィルタ層ＣＦＧは、本発明のグリーンフィルタ層，第１フィルタ層，第２フィルタ層に相当する。また、上記の実施形態において、レッドフィルタ層ＣＦＲは、本発明のレッドフィルタ層，第１フィルタ層，第２フィルタ層に相当する。また、上記の実施形態において、受光面ＪＳは、本発明の受光面に相当する。また、上記の実施形態において、オンチップレンズＭＬは、本発明のオンチップレンズに相当する。また、上記の実施形態において、撮像面ＰＳは、本発明の撮像面に相当する。
【符号の説明】
【０４１８】
１：固体撮像装置、１３：垂直駆動回路、１４：カラム回路、１５：水平駆動回路、１７：外部出力回路、１７ａ：ＡＧＣ回路、１７ｂ：ＡＤＣ回路、１８：タイミングジェネレータ、１９：シャッター駆動回路、２１：フォトダイオード、２２：転送トランジスタ、２２Ｒ：電荷読出しチャネル領域、２３：増幅トランジスタ、２３Ｖ：電荷転送チャネル領域、２４：選択トランジスタ、２４Ｓ：チャネルストッパー領域、２５：リセットトランジスタ、２６：転送線、２７：垂直信号線、２８：アドレス線、２９：リセット線、３１：転送電極、４０：カメラ、４２：光学系、４３：制御部、４４：信号処理回路、５０：配線平坦化層、５０Ｌ：下凸レンズ形成層、５１：パッシベーション膜、５２，５２Ｂｆ，５２Ｇｆ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ，７０：レンズ層、５３Ｌ：上凸レンズ形成層、６０：遮光膜、１０１：半導体基板、１０１ｐｂ：画素分離部、１１１：配線層、１１１ｈ：配線、１１１ｚ：絶縁層、５０１，５１１，５２１，５２１Ｂｆ，５２１Ｇｆ，５２１ｂ，５２１ｃ，５２１ｄ，５２１ｅ，５２１ｇ，７０１，ＣＦ１：低屈折率材料部、５０２，５１２，５２２，５２２Ｂｆ，５２２Ｇｆ，５２２ｂ，５２２ｃ，５２２ｄ，５２２ｅ，５２２ｇ，７０２，ＣＦ２：高屈折率材料部、ＣＦ：カラーフィルタ、ＣＦＢ：ブルーフィルタ層、ＣＦＧ：グリーンフィルタ層、ＣＦＲ：レッドフィルタ層、ＦＤフローティングディフュージョン、Ｈ：入射光、ＨＴ：平坦化膜、ＨＴ１：低屈折率材料部、ＨＴ２：高屈折率材料部、ＪＳ：受光面、ＭＬ：オンチップレンズ、Ｐ：画素、ＰＡ：撮像領域、ＰＳ：撮像面、ＲＯ：電荷読出し部、ＳＡ：周辺領域、ＳＢ：素子分離部、ＳＳ：支持基板、Ｔｒ：画素トランジスタ、ＶＴ：垂直転送レジスタ部、ＺＺ：絶縁膜
【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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【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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