(57)【要約】【課題】固体撮像装置の光電変換効率を向上する。【解決手段】固体撮像装置１は、受光面４１に複数の光電変換部６１が形成された半導体基板１１と、光電変換部６１についての半導体基板１１の他面側に形成された反射部３１とを有する。複数の光電変換部６１は、受光面４１に入射する光についての複数の色成分毎に設けられる。反射部３１は、複数の色成分のうちで光電変換領域が他の色成分より深い光電変換部６１Ｒに対して、他の色成分の光電変換部６１Ｂ，６１Ｇよりも多くの光を反射するように形成されている。【選択図】図５
2011114150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面に複数の光電変換部が形成された半導体基板と、
前記光電変換部についての前記半導体基板の他面側に形成された反射部と
を有し、
前記複数の光電変換部は、
前記受光面に入射する光についての複数の色成分毎に設けられ、
前記反射部は、
前記複数の色成分のうちで光電変換領域が他の色成分より深い光電変換部に対して、他の色成分の光電変換部よりも多くの光を反射するように形成されている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像装置は、
前記複数の光電変換部の各々に対応して設けられ、少なくとも赤フィルタを含む複数の色成分の複数の色フィルタを有し、
前記反射部は、
赤フィルタが対応付けられた光電変換部に対して、他の色成分の色フィルタが対応付けられた光電変換部よりも多くの光を反射するように形成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記複数の色フィルタは、
赤フィルタ、青フィルタおよび緑フィルタで構成され、
前記複数の光電変換部は、
前記赤フィルタに対応する赤用光電変換部、前記青フィルタに対応する青用光電変換部、前記緑フィルタに対応する緑用光電変換部で構成され、
前記反射部は、
前記半導体基板の受光面を基準として、前記青フィルタを透過した青色成分および前記緑フィルタを透過した緑色成分と比べて、前記赤フィルタを透過した赤色成分を反射する深さに形成されている
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記反射部は、
前記赤フィルタに対応する光電変換部に対応する位置に凹面部を有する
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記赤フィルタ、前記青フィルタおよび前記緑フィルタは、前記赤フィルタの周囲に他の前記赤フィルタが隣接しないようにベイヤー配列され、
前記凹面部は、
前記赤フィルタに対応する光電変換部の幅より広く、かつ、当該光電変換部の周囲の光電変換部の間隔より狭いサイズに形成されている
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記複数の色フィルタは、
赤フィルタ、青フィルタおよび緑フィルタで構成され、
前記複数の光電変換部は、
前記赤フィルタに対応する赤用光電変換部、前記青フィルタに対応する青用光電変換部、前記緑フィルタに対応する緑用光電変換部で構成され、
前記反射部は、
前記複数の光電変換部の各々に対応する複数の凹部を有し、
赤フィルタに対応する凹部は、
他の色のフィルタに対応する凹部より幅広に形成されている
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記複数の色フィルタは、
赤フィルタ、青フィルタおよび緑フィルタで構成され、
前記複数の光電変換部は、
前記赤フィルタに対応する赤用光電変換部、前記青フィルタに対応する青用光電変換部、前記緑フィルタに対応する緑用光電変換部で構成され、
前記反射部は、
前記赤フィルタに対応する位置に凹部を有する
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記反射部は、
前記青フィルタおよび緑フィルタに対応する位置に、前記凹部より浅い凹面部を有する
請求項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記複数の色フィルタは、
赤フィルタ、青フィルタおよび緑フィルタで構成され、
前記複数の光電変換部は、
前記赤フィルタに対応する赤用光電変換部、前記青フィルタに対応する青用光電変換部、前記緑フィルタに対応する緑用光電変換部で構成され、
前記反射部は、
前記複数の色フィルタの各々に対応する位置に複数の凹部を有し、
前記赤フィルタに対応する凹部は、
その他の色フィルタに対応する凹部より深く形成されている
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記赤用光電変換部は、
前記赤フィルタに対応する凹部内に配設され、当該凹部より囲まれている
請求項６から９のいずれか一項記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置へ光を集光する光学部と
を有し、
前記固体撮像装置は、
受光面に複数の光電変換部が形成された半導体基板と、
前記光電変換部についての前記半導体基板の他面側に形成された反射部と
を有し、
前記複数の光電変換部は、
前記受光面に入射する光についての複数の色成分毎に設けられ、
前記反射部は、
前記複数の色成分のうちで光電変換領域が他の色成分より深い光電変換部に対して、他の色成分の光電変換部よりも多くの光を反射するように形成されている
撮像装置。
【請求項１２】
半導体基板の受光面に複数の光電変換部を形成する工程と、
前記受光面に前記複数の光電変換部が形成された前記半導体基板についての裏面を研磨する工程と、
研磨された前記半導体基板の裏面に反射部を形成する工程と
を有し、
前記光電変換部を形成する工程では、
前記複数の光電変換部を、前記受光面に入射する光についての複数の色成分毎に形成し、
前記反射部を形成する工程では、
前記複数の色成分のうちで光電変換領域が他の色成分より深い光電変換部に対して、他の色成分の光電変換部よりも多くの光を反射するように前記反射部を形成する
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、複数の光電変換部を有する固体撮像装置、撮像装置、および固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から３は、複数の光電変換部を有する固体撮像装置を開示する。
そして、特許文献１では、複数の光電変換部の全体に対して一枚板形状の反射部を形成している。
また、特許文献２、３では、各光電変換部に対して反射部を形成している。
これにより、特許文献１から３では、各光電変換部の光電変換効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０５４２６２号公報
【特許文献２】特開平６−１７７４１４号公報
【特許文献３】特開平９−２５２１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１から３のように、すべての光電変換部に対して同じ形状の反射部を形成した場合、以下のような課題が生じる。
すなわち、固体撮像装置では、赤フィルタ、青フィルタ、緑フィルタなどの色フィルタを用いる。複数の色フィルタは、複数の光電変換部に１対１に対応付けられる。光電変換部は、それぞれに対応する色フィルタを透過した色成分を光電変換する。
そして、固体撮像装置に形成された複数の光電変換部により、複数の色成分を色成分毎に光電変換する場合、色成分毎に効率良く吸収されて光電変換される深さが異なる。
具体的にはたとえば、シリコン基板に複数の光電変換部を形成した場合、青色成分（波長４５０ｎｍ）は、約０．３２マイクロメートルの深さにおいて半分が吸収される。緑色成分（波長５３０ｎｍ）は、約０．７９マイクロメートルの深さにおいて半分が吸収される。赤色成分（波長７００ｎｍ）は、約３．０マイクロメートルの深さにおいて半分が吸収される（参考文献：CCD/CMOSイメージ・センサの基礎と応用、p.40および表3-1）。
また、光電変換により発生した電荷を半導体基板の受光面側から取り出す場合、赤色成分は他の色成分に比べて深い位置において吸収されるため、赤色成分による電荷は他の色成分による電荷よりも、光電変換部内で再結合しやすく、減ってしまう。
【０００５】
この結果、特許文献１から３のようにすべての光電変換部に対して同じ形状の反射部を一律に形成した場合、他の色成分の実効的な光電変換効率に対する赤色成分の実効的な光電変換効率の低さが顕著となる可能性がある。
そして、赤色成分の実効的な光電変換効率の低さが顕著になると、撮像した画像のカラーバランスが原画のカラーバランスと異なるようになる。
【０００６】
また、固体撮像装置としての光電変換効率は、最も光電変換効率が低い赤色成分の光電変換効率より律せられる。
その結果、特許文献１から３のようにすべての光電変換部に対して同じ形状の反射部を一律に形成したとしても、固体撮像装置の光電変換効率は、格段に向上することにならない。
【０００７】
そして、これらの課題は、高集積化のために光電変換部を微細化し、光電変換部の幅に対する高さのアスペクト比を高く形成するほど、顕在化しやすい。
すなわち、これらの課題は、光電変換部を微細化するほど、赤色成分の感度低下が顕著となる。
【０００８】
このように固体撮像装置では、固体撮像装置の光電変換効率を向上することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点の固体撮像装置は、受光面に複数の光電変換部が形成された半導体基板と、光電変換部についての半導体基板の他面側に形成された反射部とを有し、複数の光電変換部は、受光面に入射する光についての複数の色成分毎に設けられ、反射部は、複数の色成分のうちで光電変換領域が他の色成分より深い光電変換部に対して、他の色成分の光電変換部よりも多くの光を反射するように形成されている。
【００１０】
第１の観点では、反射部は、複数の色成分毎に設けられた複数の光電変換部のうち、光電変換される深さが他の色成分より深い光電変換部に対して、他の色成分の光電変換部よりも多くの光を反射するように形成される。
よって、固体撮像装置の光電変換効率を底上げすることができる。
【００１１】
本発明の第２の観点の撮像装置は、固体撮像装置と、固体撮像装置へ光を集光する光学部とを有し、固体撮像装置は、受光面に複数の光電変換部が形成された半導体基板と、光電変換部についての半導体基板の他面側に形成された反射部とを有し、複数の光電変換部は、受光面に入射する光についての複数の色成分毎に設けられ、反射部は、複数の色成分のうちで光電変換領域が他の色成分より深い光電変換部に対して、他の色成分の光電変換部よりも多くの光を反射するように形成されている。
【００１２】
本発明の第３の観点の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の受光面に複数の光電変換部を形成する工程と、受光面に複数の光電変換部が形成された半導体基板についての裏面を研磨する工程と、研磨された半導体基板の裏面に反射部を形成する工程とを有し、光電変換部を形成する工程では、複数の光電変換部を、受光面に入射する光についての複数の色成分毎に形成し、反射部を形成する工程では、複数の色成分のうちで光電変換領域が他の色成分より深い光電変換部に対して、他の色成分の光電変換部よりも多くの光を反射するように反射部を形成する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、固体撮像装置の光電変換効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの電子回路のブロック図である。
【図２】図２は、図１の画素回路の一例の回路図である。
【図３】図３は、一行分の読出期間での信号波形を示すタイミングチャートである。
【図４】図４は、図１の画素回路の模式的なレイアウト図である。
【図５】図５は、複数の画素回路の部分断面図である。
【図６】図６は、図５のフォトダイオードと凹曲面部との対応関係の模式的な説明図である。
【図７】図７は、図６のフォトダイオードおよび反射部の製造工程図である。
【図８】図８は、比較例の複数の画素回路の部分断面図である。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態に係る画素回路の部分断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３実施形態に係る画素回路の部分断面図である。
【図１１】図１１は、図１０のフォトダイオードおよび反射部の製造工程図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４実施形態に係る画素回路の部分断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第５実施形態に係る画素回路の部分断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第６実施形態に係る画素回路の部分断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第７実施形態に係るカメラシステムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に関連付けて説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施形態（赤色成分に有効な深さに反射部を設け、反射部に赤色成分用の凹曲面部を形成した固体撮像装置の例。）
２．第２実施形態（凹曲面部の替わりに、凹面部を設けた例。）
３．第３実施形態（反射部に各色成分用の凹部を形成した例。）
４．第４実施形態（反射部に赤色成分用の凹部を形成した例。）
５．第５実施形態（反射部に赤色成分用の凹部を形成し、その他の色成分に凹曲面部を形成した例。）
６．第６実施形態（反射部に各色成分用の凹部を形成し、赤色成分用の凹部を他の色成分の凹部より幅広に形成した例。）
７．第７実施形態（撮像装置の例。）
【００１６】
＜１．第１実施形態＞
［ＣＭＯＳイメージセンサ１の構成］
本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置は、カラムＡＤ（Analog to Digital）変換方式のＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである。
第１実施形態では、後述するように、赤色成分に有効な深さに反射部３１を設け、反射部３１に赤色成分用の凹曲面部３２を形成することにより、ＣＭＯＳイメージセンサ１の全体での光電変換効率を向上する。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１の電子回路のブロック図である。
ＣＭＯＳイメージセンサ１は、半導体基板１１を有する。
半導体基板１１の一面には、受光エリア４１が設定される。
受光エリア４１が設定された半導体基板１１の一面は、受光面となる。
受光エリア４１は、縦横比がたとえば３：４または９：１６の長方形のエリアであればよい。
受光エリア４１には、フォトダイオード６１を有する複数の画素回路４２が行列状に二次元に配列される。
そして、ＣＭＯＳイメージセンサ１は、撮影する像の光を受光エリア４１により受ける。
受光エリア４１により受光された光は、受光エリア４１に配列された複数のフォトダイオード６１により光電変換される。
ＣＭＯＳイメージセンサ１は、受光エリア４１における複数のフォトダイオード６１の配列と、複数のフォトダイオード６１の光電変換の電荷量とに応じた撮像信号を出力する。
撮像信号には、撮影した像の受光強度分布を示す情報が含まれる。
【００１８】
図１のＣＭＯＳイメージセンサ１は、複数の画素回路４２の他に、行走査回路５１、カラムＡＤ変換回路５２、列走査回路５３、通信タイミング制御部５４、および信号処理部５５を有する。
受光エリア４１に二次元配列される複数の画素回路４２は、１行毎に共通する行信号線４４に接続される。また、複数の画素回路４２は、１列毎に共通する列信号線（読出信号線）４３に接続される。
【００１９】
図２は、図１の画素回路４２の一例の回路図である。
図２の画素回路４２は、フォトダイオード（光電変換部）６１、転送トランジスタ６２、リセットトランジスタ６３、増幅トランジスタ６４、および選択トランジスタ６５を有する。
【００２０】
フォトダイオード６１は、不図示の電源配線と、転送トランジスタ６２のソース電極との間に接続される。フォトダイオード６１は、光を受光すると、電荷を蓄積する。フォトダイオード６１は、光電変換効果により、受光光量に応じた電荷量を蓄積する。
転送トランジスタ６２のドレイン電極は、増幅トランジスタ６４のゲート電極に接続される。この転送トランジスタ６２のドレイン電極とリセットトランジスタ６３のソース電極の共通領域は、フローティングディフュージョンＦＤと呼ばれる。
そして、転送トランジスタ６２は、ゲート電極１３がたとえばハイレベルに制御されると、オン状態となり、フォトダイオード６１をフローティングディフュージョンＦＤに接続する。
これによりフローティングディフュージョンＦＤの電圧レベルは、フォトダイオード６１に蓄積された電荷量に応じた電圧レベルになる。
【００２１】
増幅トランジスタ６４のソース電極は、行信号線４４に接続される。ドレイン電極は、選択トランジスタ６５のソース電極に接続される。
そして、増幅トランジスタ６４は、ゲート電極に接続されたフローティングディフュージョンＦＤの電圧レベルに応じた電流を、選択トランジスタ６５へ流す。
選択トランジスタ６５のドレイン電極は、列信号線４３に接続される。
そして、選択トランジスタ６５は、ゲート電極１３がたとえばハイレベルに制御されると、オン状態となり、増幅トランジスタ６４を列信号線４３に接続する。
これにより、増幅トランジスタ６４から列信号線４３へ電流が流れる。
【００２２】
そして、フォトダイオード６１の光電変換の電荷量を読み出す場合、画素回路４２は、フォトダイオード６１に所定の時間で電荷を蓄積させた後、たとえば転送トランジスタ６２および選択トランジスタ６５をオン状態に制御する。
これによりフォトダイオード６１に蓄積された電荷は、オン状態の転送トランジスタ６２を通じてフローティングディフュージョンＦＤに流れる。
また、増幅トランジスタ６４は、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた電流を、オン状態の選択トランジスタ６５を通じて列信号線４３に流す。
これにより、列信号線４３の電圧は、フォトダイオード６１に蓄積された電荷量に応じた電圧レベルになる。
【００２３】
また、いわゆるｋＴＣノイズなどを除去する場合、画素回路４２は、リセットトランジスタ６３および選択トランジスタ６５をオン状態に制御する。
リセットトランジスタ６３がオン状態になると、フローティングディフュージョンＦＤが行信号線４４に接続される。
また、行信号線４４に接続された状態でのフローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた電流が、増幅トランジスタ６４から列信号線４３へ流れる。
これにより、列信号線４３の電圧は、フローティングディフュージョンＦＤのリセット電位に応じた電圧レベルになる。
なお、フォトダイオード６１に蓄積された電荷量に応じた電圧レベルから、リセット電位に応じた電圧レベルを減算することにより、ｋＴＣノイズなどを除去できる。
【００２４】
図１のＣＭＯＳイメージセンサ１は、複数の画素回路４２の他に、行走査回路５１、カラムＡＤ変換回路５２、列走査回路５３、通信タイミング制御部５４、および信号処理部５５を有する。
【００２５】
通信タイミング制御部５４は、行走査回路５１、列走査回路５３、参照信号出力回路５７などに接続される。
そして、通信タイミング制御部５４は、複数の画素回路４２から光電変換の電荷量に応じたカウント値を順番に読み出しするために、行走査回路５１、列走査回路５３、参照信号出力回路５７などを制御する。
【００２６】
行走査回路５１は、複数の行信号線４４に接続される。
そして、画像を読みだす場合、行走査回路５１は、複数の行信号線４４を順番にたとえばハイレベルに制御する。これにより、複数の画素回路４２は、一行毎に選択される。
【００２７】
カラムＡＤ変換回路５２は、参照信号出力回路５７、複数の比較器５８、および複数のカウンタ５９を有する。
参照信号出力回路５７は、参照信号線に接続される。
そして、参照信号出力回路５７は、ランプ波形で変化する参照信号を、参照信号線へ出力する。
比較器５８は、参照信号線と、列信号線４３とに接続される。
そして、列信号線４３の電圧より参照信号線の参照信号の電圧が高い場合、比較器５８は、出力端子からハイレベルの信号を出力する。
また、列信号線４３の電圧より参照信号の電圧が低い場合、比較器５８は、出力端子からローレベルの信号を出力する。
カウンタ５９は、比較器５８と、出力信号線５６に接続される。
そして、カウンタ５９は、所定のタイミングからカウントを開始する。カウンタ５９は、比較器５８の出力信号が反転するまでカウントを継続する。カウンタ５９は、カウントしたカウント値を含む信号を、出力信号線５６へ出力する。
これにより、カウンタ５９は、画素回路４２から読み出した光電変換の電荷量に対応するカウント値を含む信号を生成し、出力信号線５６へ出力する。
【００２８】
列走査回路５３は、カラムＡＤ変換回路５２の複数のカウンタ５９に接続される。
そして、列走査回路５３は、複数のカウンタ５９に対して順番に出力タイミング信号を出力する。出力タイミング信号が入力されたカウンタ５９は、カウント値を含む信号を出力信号線５６へ出力する。
【００２９】
信号処理部５５は、出力信号線５６に接続される。
そして、信号処理部５５は、たとえば後述する読取期間（Ｄ相）でのカウント値からリセット期間（Ｐ相）でのカウント値を減算する。
この減算の演算値が、フォトダイオード６１の光電変換の電荷量を示す値として利用される。
【００３０】
［ＣＭＯＳイメージセンサ１の読み出し動作］
次に、図１のＣＭＯＳイメージセンサ１における受光から撮像信号の出力までの読出し動作を説明する。
【００３１】
ＣＭＯＳイメージセンサ１は、光学系で集光された被写体の光を、複数のフォトダイオード６１が配列された受光エリア４１により受光する。
ＣＭＯＳイメージセンサ１が生成する被写体の撮像画像は、複数のフォトダイオード６１の受光光量で表される二次元の光量分布（輝度分布）に基づいて生成される。
１枚の画像を撮像する場合、通信タイミング制御部５４の制御の下で、行走査回路５１は、複数の行信号線４４を１本ずつ順番にハイレベルに制御する。
また、たとえば列走査回路５３は、ハイレベルに制御された行信号線４４に接続される複数の画素回路４２の複数の選択トランジスタ６５を、オン状態に制御する。
これにより、複数の画素回路４２は１行ずつ選択される。
選択された１行の複数の画素回路４２は、複数の列信号線４３へフォトダイオード６１の受光光量に応じたレベルの電圧を出力する。
【００３２】
図３は、一行分の読出期間での信号波形を示すタイミングチャートである。
図３（Ａ）に、参照信号出力回路５７が出力する参照信号のランプ波形と、画素信号（画素回路４２が列信号線４３へ出力する電圧レベルの信号）の波形とを示す。
図３（Ｂ）に、比較器５８の出力信号の波形を示す。
図３に示すように、参照信号出力回路５７は、行走査回路５１が各行信号線４４をハイレベルに制御する一行分の読出期間毎に、ハイレベルからローレベルへ変化するランプ波形の参照信号を２回出力する。
１番目のランプ波形は、リセット期間（Ｐ相）に出力される。
２番目のランプ波形は、読出期間（Ｄ相）に出力される。
また、列走査回路５３は、参照信号出力回路５７が各参照信号を出力し始めるタイミングに同期して、複数のカウンタ５９に対してカウント開始のタイミング信号を出力する。
【００３３】
そして、Ｐ相およびＤ相の各期間において、参照信号の電圧レベルは、画素信号の電圧レベルと一致する。この一致タイミングにおいて、比較器５８は、出力電圧をハイレベルからローレベルへ反転する。
また、カウンタ５９は、たとえば参照信号がハイレベルに制御されたタイミングから、比較器５８の出力が反転するまでの期間において、カウントアップ動作する。
カウンタ５９は、一行分の読出期間毎に、Ｐ相のカウント値とＤ相のカウント値との２個のカウント値をカウントする。
【００３４】
また、Ｐ相のランプ波形を出力する期間では、選択された一行分の複数の画素回路４２において、複数のリセットトランジスタ６３がオン状態に制御される。
したがって、画素信号（列信号線４３）の電圧レベルは、選択された一行中の画素回路４２のフローティングディフュージョンＦＤのリセット電位に応じた電圧レベルになる。
また、このＰ相でのカウント処理において、カウンタ５９は、フローティングディフュージョンＦＤによる列信号線４３の電位と参照信号の電位とが一致するまでの期間を示すカウント値をカウントする。
【００３５】
Ｄ相のランプ波形を出力する期間では、選択された一行分の複数の画素回路４２において、複数の転送トランジスタ６２がオン状態とされる。
したがって、画素信号（列信号線４３）の電圧レベルは、選択された一行中の画素回路４２のフォトダイオード６１の受光光量に応じた電圧レベルとなる。
また、このＤ相でのカウント処理において、カウンタ５９は、フォトダイオード６１の受光光量に応じた列信号線４３の電位と参照信号の電位とが一致するまでの期間を示すカウント値をカウントする。
複数のカウンタ５９は、それぞれがカウントした２個のカウント値を、出力信号線５６を通じて信号処理部５５へ出力する。
【００３６】
信号処理部５５は、各カウンタ５９のＤ相のカウント値から、Ｐ相のカウント値を減算する。
これにより、各画素回路４２での雑音成分を除去した、１行分の光量分布情報が得られる。
そして、行走査回路５１は複数の行信号線４４を１本ずつ順番にハイレベルに制御し、その一行分の読出期間ごとに図３の制御を繰り返す。
これにより、１枚の画像についての光量分布情報が得られる。
【００３７】
信号処理部５５は、この１枚の光量分布の画像から、図示しないカラーフィルタの色成分の不足分を補ってフルカラー画像を生成する。
信号処理部５５は、信号処理によって像の強調処理を実行する。
信号処理部５５は、フルカラー画像の撮像信号を出力する。
【００３８】
［画素回路４２の概略レイアウト］
次に、ＣＭＯＳイメージセンサ１の受光エリア４１に二次元的に配列される画素回路４２の構造について詳しく説明する。
【００３９】
図４は、半導体基板１１における１個の画素回路４２の模式的なレイアウト図である。
図４は、１個の画素回路４２の形成領域Ａ１を、半導体基板１１の受光面側から見た図である。
【００４０】
図２の画素回路４２は、回路素子として、フォトダイオード６１、転送トランジスタ６２、フローティングディフュージョンＦＤ、リセットトランジスタ６３、増幅トランジスタ６４、および選択トランジスタ６５を有する。
１個の画素回路４２の形成領域Ａ１には、これら複数の回路素子と、複数の回路素子を電気的に接続する配線部とが形成される。
【００４１】
図４の四角形の形成領域Ａ１の右半分には、フォトダイオード６１が配置される。
形成領域Ａ１の上部には、フローティングディフュージョンＦＤが配置される。フローティングディフュージョンＦＤは、形成領域Ａ１の上部に形成される。
フローティングディフュージョンＦＤと、フォトダイオード６１との間には、転送トランジスタ６２のゲート電極１３が形成される。
また、形成領域Ａ１の左半分には、リセットトランジスタ６３のゲート電極、増幅トランジスタ６４のゲート電極、選択トランジスタ６５のゲート電極が配置される。
【００４２】
［画素回路４２の積層構造］
図５は、複数の画素回路４２の断面構造を示す半導体基板１１の部分断面図である。
図５は、４個の画素回路４２の断面図である。
【００４３】
図５の半導体基板１１は、シリコンなどを用いたＮ型の半導体基板１１である。
半導体基板１１には、図２の回路素子が形成される。
半導体基板１１の表面側から、当該表面側からたとえば約１マイクロメートルまでの深さの範囲の表面部１２は、図２の回路素子を形成するための素子形成領域として使用される。表面部１２には、その領域内に回路素子を形成するための不純物が注入される。
図５の断面図には、表面部１２に形成される回路素子として、フローティングディフュージョンＦＤと、転送トランジスタ６２のゲート電極１３とが図示されている。
図５のフローティングディフュージョンＦＤは、隣接する２個の画素回路４２により共用される。
【００４４】
また、半導体基板１１には、画素回路４２毎のフォトダイオード６１が形成される。
フォトダイオード６１は、半導体基板１１の表面（光の受光面）側に形成されるN型拡散領域１５と、N型拡散領域１５より深い位置に形成された、N型拡散領域１５より濃いＮ+型拡散領域１６とを有する。フォトダイオード６１は、埋め込み型のフォトダイオード６１である。
Ｎ+型拡散領域１６は、約３．０マイクロメートルの深さまで形成される。隣接するＮ+型拡散領域１６の間には、Ｐ型分離部１７が形成される。Ｐ型分離部１７は、たとえば受光エリア４１の全体に形成される。
また、図５のフォトダイオード６１は、半導体基板１１の一面側にＰ＋拡散領域１４を有する。これによりフォトダイオード６１は、ＨＡＤ（Ｈｏｌｅ-Ａｃｃｕｍｕｌａｔａｔｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）構造となる。
【００４５】
また、半導体基板１１の表面（図５において上面側）には、層間膜２１が形成される。
層間膜２１内には、画素回路４２毎の色フィルタ２３が形成される。また、色フィルタ２３に対応する層間膜２１の表面は、凸レンズ形状２２に形成される。
色フィルタ２３は、緑フィルタ２３Ｇ、赤フィルタ２３Ｒ、および青フィルタ２３Ｂで構成される。色フィルタ２３は、ベイヤー配列されている。このため、図５では、左側から順番に、緑フィルタ２３Ｇ、赤フィルタ２３Ｒ、青フィルタ２３Ｂ、赤フィルタ２３Ｒが並んでいる。
この構造により、各画素回路４２のフォトダイオード６１には、層間膜２１の凸レンズ形状２２により集光された光のうち、色フィルタ２３を透過した色成分が入射する。
すなわち、赤フィルタ２３Ｒを有する画素回路４２のフォトダイオード６１には、赤色成分が入射され、赤色成分を吸収して光電変換する。
青フィルタ２３Ｂを有する画素回路４２のフォトダイオード６１には、青色成分が入射され、青色成分を吸収して光電変換する。
緑フィルタ２３Ｇを有する画素回路４２のフォトダイオード６１には、緑色成分が入射され、緑色成分を吸収して光電変換する。
以下、色を区別する場合、赤用フォトダイオード６１Ｒ、青用フォトダイオード６１Ｂ、緑用フォトダイオード６１Ｇと呼ぶ。
【００４６】
また、半導体基板１１の裏面には、反射部３１が形成される。
反射部３１は、たとえばアルミニウム、金などの高反射率材料を半導体基板１１に蒸着して形成する。
反射部３１は、半導体基板１１の表面から約３．０マイクロメートルの深さに形成される。
シリコン製の半導体基板１１にフォトダイオード６１を形成した場合、青色成分（波長４５０ｎｍ）は、約０．３２マイクロメートルの深さにおいて半分が吸収される。緑色成分（波長５３０ｎｍ）は、約０．７９マイクロメートルの深さにおいて半分が吸収される。赤色成分（波長７００ｎｍ）は、約３．０マイクロメートルの深さにおいて半分が吸収される。各色成分は、主に当該深さの光電変換領域において光電変換される。
このため、反射部３１を約３．０マイクロメートルの深さに形成することにより、青色成分および緑色成分は、殆ど反射部３１に到達しない。青色成分および緑色成分は、反射部３１に到達する前に、フォトダイオード６１により吸収される。
これに対して、赤色成分は、反射部３１に到達する。赤色成分は、反射部３１により反射される。
【００４７】
また、反射部３１は、複数の凹曲面部３２を有する。
凹曲面部３２は、赤用フォトダイオード６１Ｒの下に形成される。
図６は、図５のフォトダイオード６１と凹曲面部３２との対応関係を模式的に示す説明図である。図６は、半導体基板１１を受光エリア４１側から見た図である。
図６において、複数の画素回路４２のフォトダイオード６１は、ベイヤー配列とされている。
【００４８】
そして、凹曲面部３２は、たとえば図６の上下に隣接する緑用フォトダイオード６１Ｇから緑用フォトダイオード６１Ｇまでの幅に形成される。
このように反射部３１に凹曲面部３２を形成することにより、反射部３１で反射される赤色成分の殆どは、赤用フォトダイオード６１Ｒに再入射する。
たとえば図５に示すように、赤用フォトダイオード６１Ｒの中間部分から赤用フォトダイオード６１Ｒ外へ出射された赤色成分についても、赤用フォトダイオード６１Ｒへ再入射させることができる。
そして、赤用フォトダイオード６１Ｒに再入射した赤色成分は、赤用フォトダイオード６１Ｒに吸収される。
また、反射された赤色成分が、隣接する緑用フォトダイオード６１Ｇまたは青用フォトダイオード６１Ｂに再入射し難くなる。
これにより、赤色成分が緑用フォトダイオード６１Ｇまたは青用フォトダイオード６１Ｂにおいて吸収され難くなる。混色を抑制できる。
【００４９】
［画素回路４２の製造方法］
図７は、半導体基板１１に図６のフォトダイオード６１および反射部３１を形成するための製造工程図である。
【００５０】
半導体基板１１に図６のフォトダイオード６１を形成する場合、まず、イオン注入などにより、図７（Ａ）に示すように、半導体基板１１の一面に、複数のフォトダイオード６１を形成する。
また、図７（Ａ）では、半導体基板１１の表面側に素子形成領域１２が形成され、半導体基板１１の表面上に層間膜２１および色フィルタ２３が形成されている。
これにより、複数のフォトダイオード６１は、半導体基板１１の受光面に入射する光についての複数の色成分毎に形成される。
【００５１】
次に、受光面に複数のフォトダイオード６１が形成された半導体基板１１についての裏面を研磨する。
具体的には例えば、半導体基板１１の裏面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）研磨した後、化学的エッチングする。
これにより、半導体基板１１の裏面から、フォトダイオード６１の下端までの半導体基板１１の厚さが薄くなる。
また、半導体基板１１の裏面の仕上げを化学的エッチングとすることにより、裏面の機械的な損傷を抑え、裏面を平面かつ欠陥を少なく形成できる。
なお、フォトダイオード６１の下端は、半導体基板１１の裏面に露出してもよい。
これにより、図７（Ａ）に示すように、複数のフォトダイオード６１を有する半導体基板１１が形成される。
【００５２】
次に、図７（Ｂ）に示すように、半導体基板１１の裏面にレジスト膜７１を形成する。
レジスト膜７１は、リゾグラフィ技術により、赤用フォトダイオード６１Ｒの形成領域に対応する位置に形成される。レジスト膜７１は、エッチングのマスクとして利用される。
【００５３】
次に、図７（Ｃ）に示すように、半導体基板１１の裏面側をエッチングする。
具体的には、半導体基板１１の裏面側を等方性エッチングする。
また、レジスト膜７１を後退させながら、等方性エッチングを繰り返す。
最後に、残ったレジスト膜７１を除去する。
これにより、最終的には、図７（Ｄ）に示すように、半導体基板１１の裏面には、円弧形状の断面を有する凸曲面形状７２が形成される。
【００５４】
半導体基板１１の裏面の凸曲面形状７２は、赤用フォトダイオード６１Ｒ毎に形成される。
また、図７（Ｄ）では、赤用フォトダイオード６１Ｒの周囲の緑用フォトダイオード６１Ｇの下端と、青用フォトダイオード６１Ｂの下端とは、半導体基板１１の裏面に露出する。
緑用フォトダイオード６１Ｇの下端から、半導体基板１１の表面までの距離は約３．０マイクロメートルである。
そして、凸曲面は、図６に示すように、赤用フォトダイオード６１Ｒに隣接する一方の緑用フォトダイオード６１Ｇから他方の緑用フォトダイオード６１Ｇまでにかけて形成される。
【００５５】
次に、半導体基板１１の裏面に、金、アルミニウムなどの金属を蒸着する。
なお、半導体基板１１の裏面に金属を堆積してもよい。
これにより、半導体基板１１の裏面に反射部３１が形成される。
また、凸曲面形状７２の形状にならって、赤用フォトダイオード６１Ｒに対応する位置に、凹曲面部３２が形成される。
反射部３１および凹曲面部３２は、半導体基板１１の表面から約３．０マイクロメートル離れた深さに形成される。
【００５６】
以上のように、第１実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１では、図５に示すように、反射部３１を基板表面から３．０マイクロメートルの深さに形成する。
そのため、第１実施形態では、青色成分および緑色成分は、殆どが反射部３１に到達する前に吸収される。そして、赤色成分、青色成分および緑色成分のうち、主に赤色成分のみが反射部３１に到達する。
このように第１実施形態では、赤色成分のみが反射部３１により反射され、赤用光電変換部に再入射して吸収される。
これにより、第１実施形態では、赤色成分の光電変換効率を向上でき、ＣＭＯＳイメージセンサ１の全体での光電変換効率を向上できる。
【００５７】
しかも、第１実施形態の反射部３１には、赤用フォトダイオード６１Ｒに対応する位置に凹曲面部３２を形成する。
凹曲面部３２は、凹曲面形状により、赤フィルタ２３Ｒを通過した赤色成分を、赤用フォトダイオード６１Ｒに向けて反射する。
特に、凹曲面部３２を、赤用フォトダイオード６１Ｒの幅より広く、かつ、当該赤用フォトダイオード６１Ｒの周囲のフォトダイオード６１の間隔より狭いサイズに形成している。
このため、凹曲面部３２は、赤用フォトダイオード６１Ｒからまっすぐに入射する赤色成分のみならず、赤用フォトダイオード６１Ｒから斜めに入射する赤色成分についても、赤用フォトダイオード６１Ｒに再入射させることができる。
これにより、仮に例えば反射部３１が平面である場合に比べて、赤色成分の変換効率は向上する。
また、反射部３１により反射された赤色成分は、赤用フォトダイオード６１Ｒの周囲の他の色用のフォトダイオード６１へ入射し難くなる。
これにより、複数の色成分の配列が、赤フィルタ２３Ｒの周囲に他の色のフィルタが隣接するベイヤー配列であったとしても、混色を防止できる。
【００５８】
図８は、比較例のＣＭＯＳイメージセンサ１での画素回路４２の積層構造を示す半導体基板１１の部分断面図である。
図８では、説明の簡便化のために、実施形態と同一の符号を使用する。
図８の比較例の反射部３１は、たとえば約１〜２マイクロメートルの深さに、反射部３１が形成される。
この場合、反射部３１は、赤用フォトダイオード６１Ｒを透過した赤色成分を反射し、青用フォトダイオード６１Ｂを透過した青色成分を反射し、緑用フォトダイオード６１Ｇを透過した緑成分を反射する。
また、図８の比較例の反射部３１は、一枚板形状に形成される。
このように反射部３１が平面形状である場合、図８に示すように、赤用フォトダイオード６１Ｒを透過した赤色成分の一部は、反射部３１により反射された後、隣接する緑用フォトダイオード６１Ｇに再入射する。赤色成分は、緑用フォトダイオード６１Ｇにおいて吸収される。これにより、混色が生じる。
【００５９】
このように第１実施形態では、複数の色成分毎のフォトダイオード６１のうち、光電変換される深さが最も深い赤色成分のフォトダイオード６１に対して、他の色成分のフォトダイオード６１よりも多くの光を反射するように反射部３１を形成する。
よって、第１実施形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ１の全体での光電変換効率を底上げすることができる。
その結果、第１実施形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ１の全体での光電変換効率を向上できる。
また、たとえば画素数を増やす場合、たとえばフォトダイオード６１の面積を微細化して、センサー領域の不純物設計に高いアスペクト比が必要となる。アスペクト比が高くなることにより、赤色の感度が低下する。
そして、第１実施形態では、このような高いアスペクト比に形成する場合であっても、赤色の感度低下を最大限に防ぎ、ＣＭＯＳイメージセンサ１の全体での光電変換効率を向上できる。
【００６０】
＜２．第２実施形態＞
［ＣＭＯＳイメージセンサ１の構成］
本発明の第２実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１は、半導体基板１１を有する。
この半導体基板１１には、複数のフォトダイオード６１、反射板などが形成される。
また、第２実施形態では、反射部３１に対して、第１実施形態の凹曲面部３２の替わりに、凹面部３３が形成されている。
【００６１】
図９は、本発明の第２実施形態における画素回路４２の積層構造を示す半導体基板１１の部分断面図である。
図９は、４個の画素回路４２の断面図である。
図９の半導体基板１１は、シリコンなどを用いたＮ型の半導体基板１１である。
そして、半導体基板１１には、フォトダイオード６１を有する複数の画素回路４２が形成される。
また、半導体基板１１の表面には、層間膜２１が形成される。
層間膜２１内には、各フォトダイオード６１に対応する位置に、色フィルタ２３が設けられる。
【００６２】
また、半導体基板１１の裏面には、反射部３１が設けられる。
反射部３１は、複数の凹面部３３を有する。
凹面部３３は、赤用フォトダイオード６１Ｒの下に形成される。
凹面部３３は、赤用フォトダイオード６１Ｒの幅より広く形成される。
凹面部３３は、半導体基板１１の表面と平行な底面と、底面に対して傾斜する傾斜側面とを有する。凹面部３３の断面形状は、台形を逆さにした形状になる。
なお、逆さ台形形状の凹面部３３は、図７（Ｃ）の裏面エッチング工程において、レジスト膜７１を後退させることなく、比較的長時間の等方性エッチングを実施することにより、形成することができる。
第２実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１についてのこれ以外の構成は、第１実施形態と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６３】
［反射部３１の機能］
そして、図９の半導体基板１１では、赤用フォトダイオード６１Ｒを透過した赤色成分は、反射部３１の凹面部３３により反射される。これにより、反射部３１で反射される赤色成分の殆どは、赤用フォトダイオード６１Ｒに再入射する。
そして、赤用フォトダイオード６１Ｒに再入射した赤色成分は、赤用フォトダイオード６１Ｒに吸収される。
また、反射された赤色成分は、隣接する緑用フォトダイオード６１Ｇまたは青用フォトダイオード６１Ｂに再入射し難くなる。
これにより、赤色成分は、緑用フォトダイオード６１Ｇまたは青用フォトダイオード６１Ｂにおいて吸収され難くなる。混色を抑制できる。
【００６４】
以上のように、第２実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１では、図５に示すように、反射部３１を基板表面から３．０マイクロメートルの深さに形成する。
そして、凹面部３３は、底面および傾斜側面により、赤フィルタ２３Ｒを通過した赤色成分を、赤用フォトダイオード６１Ｒに向けて反射する。
特に、凹面部３３は、赤用フォトダイオード６１Ｒの幅より広く、かつ、当該赤用フォトダイオード６１Ｒの周囲のフォトダイオード６１の間隔より狭いサイズに形成されている。
このため、凹面部３３は、赤色成分をより効率よく赤用フォトダイオード６１Ｒに再入射させることができる。
これにより、仮に例えば反射部３１が平面である場合に比べて赤色成分の変換効率を向上できる。
また、反射部３１により反射された赤色成分が、赤用フォトダイオード６１Ｒの周囲の他の色用のフォトダイオード６１へ入射しないようにできる。
これにより、複数の色成分の配列が、赤フィルタ２３Ｒの周囲に他の色のフィルタが隣接するベイヤー配列であったとしても、反射部３１が平面である場合に比べて混色を防止できる。
【００６５】
＜３．第３実施形態＞
［ＣＭＯＳイメージセンサ１の構成］
本発明の第３実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１は、半導体基板１１を有する。
この半導体基板１１に、複数のフォトダイオード６１、反射板などが形成される。
また、第３実施形態では、反射部３１がフォトダイオード６１毎の複数の凹部３４を有する。
また、赤用フォトダイオード６１Ｒの凹部３４は、他の色用のフォトダイオード６１の凹部３４より深く形成されている。
【００６６】
図１０は、本発明の第３実施形態における画素回路４２の積層構造を示す半導体基板１１の部分断面図である。
図１０は、４個の画素回路４２の断面図である。
図１０の半導体基板１１は、シリコンなどを用いたＮ型の半導体基板１１である。
そして、半導体基板１１には、フォトダイオード６１を有する複数の画素回路４２が形成される。
また、半導体基板１１の表面には、層間膜２１が形成される。
層間膜２１内には、各フォトダイオード６１に対応する位置に、色フィルタ２３が設けられる。
【００６７】
また、半導体基板１１の裏面には、反射部３１が設けられる。
反射部３１の表面は、たとえば１〜２マイクロメートルの深さに形成される。
反射部３１は、複数の凹部３４を有する。
凹部３４は、フォトダイオード６１毎に設けられる。
そして、凹部３４は、フォトダイオード６１の下端部の周囲を囲んでいる。
また、赤用フォトダイオード６１Ｒの凹部３４は、他の色用のフォトダイオード６１の凹部３４より深く形成されている。
赤用フォトダイオード６１Ｒは、約３．０マイクロメートルの深さに形成される。
第３実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１についてのこれ以外の構成は、第１実施形態と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
［画素回路４２の製造方法］
図１１は、半導体基板１１に図１０のフォトダイオード６１および反射部３１を形成するための製造工程図である。
【００６９】
半導体基板１１に図１０のフォトダイオード６１を形成する場合、まず、図１１（Ａ）に示すように、半導体基板１１の一面に、複数のフォトダイオード６１を形成する。
また、図１１（Ａ）では、半導体基板１１の一面側に素子形成領域が形成され、半導体基板１１の一面上に層間膜２１および色フィルタ２３が形成されている。
これにより、複数のフォトダイオード６１は、半導体基板１１の受光面に入射する光についての複数の色成分毎に形成される。
【００７０】
次に、受光面に複数のフォトダイオード６１が形成された半導体基板１１についての裏面を研磨する。
具体的には例えば、半導体基板１１の裏面をＣＭＰ研磨した後、化学的エッチングする。
これにより、半導体基板１１の裏面から、フォトダイオード６１の下端までの半導体基板１１の厚さを薄くする。
なお、フォトダイオード６１の下端は、半導体基板１１の裏面に露出してもよい。
これにより、図１１（Ａ）に示すように、複数のフォトダイオード６１を有する半導体基板１１が形成される。
【００７１】
次に、図１１（Ｂ）に示すように、半導体基板１１の裏面にレジスト膜７２を形成する。
レジスト膜７２は、赤用フォトダイオード６１Ｒの形成領域に対応する位置に形成される。
【００７２】
次に、半導体基板１１の裏面側を異方性エッチングする。
これにより、図１１（Ｃ）に示すように、レジスト膜７２が形成されなかった半導体基板１１、青用フォトダイオード６１Ｂおよび緑用フォトダイオード６１Ｇがエッチングされる。
【００７３】
次に、図１１（Ｄ）に示すように、半導体基板１１の裏面にレジスト膜７３を追加する。
追加するレジスト膜７３は、露出した青色フォトダイオード６１および緑用フォトダイオード６１Ｇの上に形成する。
【００７４】
次に、半導体基板１１の裏面側を再度異方性エッチングする。
これにより、図１１（Ｅ）に示すように、レジスト膜７２，７３が形成されなかった半導体基板１１がエッチングされる。
半導体基板１１は、フォトダイオード６１を残してエッチングされる。
なお、半導体基板１１は、回路素子が形成される表面部１２に到達しない深さまでにエッチングすればよい。
【００７５】
次に、半導体基板１１の裏面に、アルミニウム、金などの金属を蒸着する。
なお、半導体基板１１の裏面に金属を堆積してもよい。
これにより、半導体基板１１の裏面に反射部３１が形成される。
反射部３１は、フォトダイオード６１の間にも形成される。反射部３１は、フォトダイオード６１の下端部を囲む。
【００７６】
［反射部３１の機能］
そして、図１０の半導体基板１１では、赤用フォトダイオード６１Ｒを透過した赤色成分は、反射部３１の凹面部３３により反射される。
これにより、反射部３１で反射される赤色成分の殆どは、赤用フォトダイオード６１Ｒに再入射する。
特に、各フォトダイオード６１の下端部を反射部３１に形成した凹部３４により囲んでいるため、各フォトダイオード６１の下端部から赤色成分が出射されなくなる。
そして、反射部３１および凹部３４により反射された各色成分は、各フォトダイオード６１に吸収される。
また、たとえば反射された赤色成分は、隣接する緑用フォトダイオード６１Ｇまたは青用フォトダイオード６１Ｂに再入射し難くなる。
これにより、赤色成分は、緑用フォトダイオード６１Ｇまたは青用フォトダイオード６１Ｂにおいて吸収され難くなる。混色を抑制できる。
【００７７】
以上のように、第３実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１では、図５に示すように、反射部３１に凹部３４を形成し、この凹部３４によりフォトダイオード６１の下端部を囲む。
これにより、各色フィルタ２３を通過した色成分は、凹部３４により反射され、各々のフォトダイオード６１に再入射する。これにより、各色成分の変換効率を向上できる。赤色成分だけでなく、青色成分および緑色成分についても高効率化を図ることができる。
しかも、赤フィルタ２３Ｒに対応する凹部３４は、他の色のフィルタに対応する凹部３４より深く形成されている。
この結果、浅い位置に反射部３１を形成するために赤用フォトダイオード６１Ｒの高さを低くする必要がなくなり、赤色成分は十分な光路長により反射されて、フォトダイオード６１に再入射する。赤色成分が赤用フォトダイオード６１Ｒにおいて吸収される光量は、他の色成分と同等となる。
これにより、この実施形態では、仮に例えば反射部３１が平面である場合に比べて全ての色成分の光電変換効率を同時に大きく向上できる。
【００７８】
＜４．第４実施形態＞
［ＣＭＯＳイメージセンサ１の構成］
本発明の第４実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１は、半導体基板１１を有する。
この半導体基板１１に、複数のフォトダイオード６１、反射板などが形成される。
また、第４実施形態では、反射部３１が複数の凹部３４を有する。
そして、凹部３４は、赤用フォトダイオード６１Ｒの周囲を囲む。
【００７９】
図１２は、本発明の第４実施形態における画素回路４２の積層構造を示す半導体基板１１の部分断面図である。
図１２は、４個の画素回路４２の断面図である。
図１２の半導体基板１１は、シリコンなどを用いたＮ型の半導体基板１１である。
そして、半導体基板１１には、フォトダイオード６１を有する複数の画素回路４２が形成される。
また、半導体基板１１の表面には、層間膜２１が形成される。層間膜２１内には、各フォトダイオード６１に対応する位置に、色フィルタ２３が設けられる。
【００８０】
また、半導体基板１１の裏面には、反射部３１が設けられる。
反射部３１の表面は、たとえば１〜２マイクロメートルの深さに形成される。
反射部３１は、複数の凹部３４を有する。
凹部３４は、赤用フォトダイオード６１Ｒ毎に設けられる。
そして、凹部３４は、赤用フォトダイオード６１Ｒの下端部の周囲を囲んでいる。
また、赤用フォトダイオード６１Ｒは、約３．０マイクロメートルの深さに形成される。
なお、図１２の形状の反射部３１は、図１１（Ｂ）のレジスト膜７２を形成した後に、図１１（Ｃ）および図１１（Ｄ）の工程を経ることなく一気にエッチングし、半導体基板１１の裏面側に反射部３１を形成することにより形成することができる。
第４実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１についてのこれ以外の構成は、第３実施形態と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８１】
［反射部３１の機能］
そして、図１２の半導体基板１１では、赤用フォトダイオード６１Ｒを透過した赤色成分は、反射部３１の凹面部３３により反射される。
これにより、反射部３１で反射される赤色成分の殆どは、赤用フォトダイオード６１Ｒに再入射する。
特に、各フォトダイオード６１の下端部を反射部３１に形成した凹部３４により囲んでいるため、各フォトダイオード６１の下端部から赤色成分が出射されなくなる。
また、青用フォトダイオード６１Ｂを透過した青色成分は、反射部３１の表面で反射されて、青用フォトダイオード６１Ｂに再入射する。
緑用フォトダイオード６１Ｇを透過した緑色成分は、反射部３１の表面で反射されて、緑用フォトダイオード６１Ｇに再入射する。
このように反射部３１および凹部３４により反射された各色成分は、各フォトダイオード６１に吸収される。
また、たとえば反射された赤色成分は、隣接する緑用フォトダイオード６１Ｇまたは青用フォトダイオード６１Ｂに再入射し難くなる。
これにより、赤色成分は、緑用フォトダイオード６１Ｇまたは青用フォトダイオード６１Ｂにおいて吸収され難くなる。混色を抑制できる。
また、赤色のみならず、青色および緑色についても光電変換効率を向上できる。
【００８２】
＜５．第５実施形態＞
［ＣＭＯＳイメージセンサ１の構成］
本発明の第５実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１は、半導体基板１１を有する。
この半導体基板１１に、複数のフォトダイオード６１、反射板などが形成される。
また、第５実施形態では、反射部３１が複数の凹部３４と、複数の凹曲面部３５とを有する。
そして、凹部３４は、赤用フォトダイオード６１Ｒに対応して設けられ、赤用フォトダイオード６１Ｒの周囲を囲む。
また、複数の凹曲面部３５は、青用フォトダイオード６１Ｂおよび緑用フォトダイオード６１Ｇに対応して設けられる。
【００８３】
図１３は、本発明の第５実施形態における画素回路４２の積層構造を示す半導体基板１１の部分断面図である。
図１３は、４個の画素回路４２の断面図である。
図１３の半導体基板１１は、シリコンなどを用いたＮ型の半導体基板１１である。
そして、半導体基板１１には、フォトダイオード６１を有する複数の画素回路４２が形成される。
また、半導体基板１１の表面には、層間膜２１が形成される。
層間膜２１内には、各フォトダイオード６１に対応する位置に、色フィルタ２３が設けられる。
【００８４】
また、半導体基板１１の裏面には、反射部３１が設けられる。
反射部３１の表面は、たとえば１〜２マイクロメートルの深さに形成される。
反射部３１は、複数の凹部３４と、複数の凹曲面部３５とを有する。
凹部３４は、赤用フォトダイオード６１Ｒ毎に設けられる。
そして、凹部３４は、赤用フォトダイオード６１Ｒの下端部の周囲を囲んでいる。
また、赤用フォトダイオード６１Ｒは、約３．０マイクロメートルの深さに形成される。
【００８５】
凹曲面部３５は、青用フォトダイオード６１Ｂおよび緑用フォトダイオード６１Ｇに対応して設けられる。
なお、図１３の形状の反射部３１を形成するためには、図１１（Ｂ）の追加のレジスト膜７２を形成し、レジスト膜７２を後退させながらエッチングを繰り返し、半導体基板１１の裏面側に反射部３１を形成すればよい。
第５実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１についてのこれ以外の構成は、第４実施形態と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８６】
［反射部３１の機能］
そして、図１３の半導体基板１１では、赤用フォトダイオード６１Ｒを透過した赤色成分は、反射部３１の凹面部３３により反射される。
これにより、反射部３１で反射される赤色成分の殆どは、赤用フォトダイオード６１Ｒに再入射する。
特に、各フォトダイオード６１の下端部を反射部３１に形成した凹部３４により囲んでいるため、各フォトダイオード６１の下端部から赤色成分が出射されなくなる。
また、青用フォトダイオード６１Ｂを透過した青色成分は、凹曲面部３５で反射されて、青用フォトダイオード６１Ｂに再入射する。
緑用フォトダイオード６１Ｇを透過した緑色成分は、凹曲面部３５で反射されて、緑用フォトダイオード６１Ｇに再入射する。
このように凹部３４および凹曲面部３５により反射された各色成分は、各フォトダイオード６１に吸収される。
また、たとえば反射された赤色成分は、隣接する緑用フォトダイオード６１Ｇまたは青用フォトダイオード６１Ｂに再入射し難くなる。
これにより、赤色成分は、緑用フォトダイオード６１Ｇまたは青用フォトダイオード６１Ｂにおいて吸収され難くなる。混色を抑制できる。
【００８７】
特に、反射部３１は、青用フォトダイオード６１Ｂおよび緑用フォトダイオード６１Ｇに対応する位置に、凹部３４より浅い凹面部３３を有する。
これにより、青色成分および緑色成分の変換効率も、赤色成分と異なる効率により向上できる。
【００８８】
＜６．第６実施形態＞
［ＣＭＯＳイメージセンサ１の構成］
本発明の第６実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１は、半導体基板１１を有する。
この半導体基板１１に、複数のフォトダイオード６１、反射板などが形成される。
また、第６実施形態では、反射部３１が複数の広幅凹部３６と、複数の狭幅凹部３７とを有する。
そして、広幅凹部３６は、赤用フォトダイオード６１Ｒに対応して設けられ、赤用フォトダイオード６１Ｒの周囲を囲む。
また、狭幅凹部３７は、青用フォトダイオード６１Ｂおよび緑用フォトダイオード６１Ｇに対応して設けられる。
【００８９】
図１４は、本発明の第６実施形態における画素回路４２の積層構造を示す半導体基板１１の部分断面図である。
図１４は、４個の画素回路４２の断面図である。
図１４の半導体基板１１は、シリコンなどを用いたＮ型の半導体基板１１である。
そして、半導体基板１１には、フォトダイオード６１を有する複数の画素回路４２が形成される。
また、半導体基板１１の表面には、層間膜２１が形成される。
層間膜２１内には、各フォトダイオード６１に対応する位置に、色フィルタ２３が設けられる。
【００９０】
また、半導体基板１１の裏面には、反射部３１が設けられる。
反射部３１の表面は、たとえば１〜２マイクロメートルの深さに形成される。
反射部３１は、複数の広幅凹部３６と、複数の狭幅凹部３７とを有する。
広幅凹部３６は、赤用フォトダイオード６１Ｒ毎に設けられる。
そして、広幅凹部３６は、赤用フォトダイオード６１Ｒの下端部の周囲を囲んでいる。
また、赤用フォトダイオード６１Ｒは、約３．０マイクロメートルの深さに形成される。
【００９１】
狭幅凹部３７は、青用フォトダイオード６１Ｂおよび緑用フォトダイオード６１Ｇに対応して設けられる。
なお、図１４の形状の反射部３１を形成するためには、図１１（Ｄ）の追加のレジスト膜７３を形成する場合に、露出した青色フォトダイオード６１および緑用フォトダイオード６１Ｇの幅より狭い幅にレジスト膜７３を形成する。そして、図１１（Ｅ）の状態になるまで一気にエッチングし、半導体基板１１の裏面側に反射部３１を形成すればよい。
第６実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサ１についてのこれ以外の構成は、第３実施形態と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９２】
［反射部３１の機能］
そして、図１４の半導体基板１１では、赤用フォトダイオード６１Ｒを透過した赤色成分は、反射部３１の広幅凹部３６により反射される。
これにより、反射部３１で反射される赤色成分の殆どは、赤用フォトダイオード６１Ｒに再入射する。
特に、各フォトダイオード６１の下端部を反射部３１に形成した広幅凹部３６により囲んでいるため、各フォトダイオード６１の下端部から赤色成分が出射されなくなる。
また、青用フォトダイオード６１Ｂを透過した青色成分は、狭幅凹部３７で反射されて、青用フォトダイオード６１Ｂに再入射する。
緑用フォトダイオード６１Ｇを透過した緑色成分は、狭幅凹部３７で反射されて、緑用フォトダイオード６１Ｇに再入射する。
このように広幅凹部３６および狭幅凹部３７により反射された各色成分は、各フォトダイオード６１に吸収される。
また、たとえば反射された赤色成分は、隣接する緑用フォトダイオード６１Ｇまたは青用フォトダイオード６１Ｂに再入射し難くなる。
これにより、赤色成分は、緑用フォトダイオード６１Ｇまたは青用フォトダイオード６１Ｂにおいて吸収され難くなる。混色を抑制できる。
特に、反射部３１は、青用フォトダイオード６１Ｂおよび緑用フォトダイオード６１Ｇに対応する位置に、赤用フォトダイオード６１Ｒの広幅凹部３６より狭い狭幅凹部３７を有する。
この結果、赤色成分が赤用光電変換部に再入射する量は、他の色成分より多くなる。
これにより、仮に例えば反射部３１が平面である場合に比べて赤色成分の変換効率を向上できる。
しかも、反射部３１には光電変換部毎に凹部３４を形成し、各光電変換部が凹部３４により囲まれている。
このため、各色フィルタ２３を通過して反射部３１により反射された光は、各色フィルタ２３に対応する光電変換部に効率よく再入射する。混色を防止できる。
【００９３】
＜７．第７実施形態＞
［撮像装置の構成］
図１５は、本発明の第７実施形態に係る撮像装置を適用したカメラシステム１０１の概略構成図である。
このカメラシステム１０１は、上述したいずれかの実施形態のＣＭＯＳイメージセンサ１を搭載したデジタルスチルカメラまたはデジタルビデオカメラである。
なお、カメラシステム１０１は、カメラモジュールなどとして、携帯電話機などのモバイル機器に組み込まれてもよい。
図１５のカメラシステム１０１は、光学系を構成するレンズ群１０２、ＣＭＯＳイメージセンサ１、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路１０３、表示装置１０４、操作系装置１０５、フレームメモリ１０６、記録装置１０７、および電源系装置１０８を有する。
【００９４】
ＤＳＰ回路１０３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１に接続される。ＤＳＰ回路１０３は、ＣＭＯＳイメージセンサ１で撮像された画像を加工する。
ＤＳＰ回路１０３、表示装置１０４、操作系装置１０５、フレームメモリ１０６、記録装置１０７、および電源系装置１０８は、バスライン１０９で接続される。
レンズ群１０２は、被写体からの入射光（像光）をＣＭＯＳイメージセンサ１の受光エリア４１に集光する。これにより、受光エリア４１で、被写体が結像する。
表示装置１０４は、たとえば液晶表示パネル、有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネルを有する。表示装置１０４は、取り込んだ画像を表示する。
操作系装置１０５は、たとえばタッチパネル、操作ボタンを有する。操作系装置１０５は、ＣＭＯＳイメージセンサ１、ＤＳＰ回路１０３、表示装置１０４、記録装置１０７または電源系装置１０８へ制御指令を出力する。
電源系装置１０８は、たとえばバッテリなどを有する。電源系装置１０８は、ＣＭＯＳイメージセンサ１、ＤＳＰ回路１０３、表示装置１０４、操作系装置１０５および記録装置１０７へ電力を供給する。
記録装置１０７は、たとえば半導体メモリ、光記録媒体などを有する。記録装置１０７は、半導体メモリ、光記録媒体に撮像画像のデータを記録する。なお、半導体メモリ、光記録媒体などは、カメラシステム１０１から着脱可能でもよい。
【００９５】
［動作説明］
たとえば、静止画または動画を撮像する場合、ＣＭＯＳイメージセンサ１は、複数の画素回路４２から読み出した、受光光量の分布データを出力する。
ＤＳＰ回路１０３は、この受光光量の分布データを加工し、カメラシステム１０１で要求されている１フレームの撮像画像のデータを生成する。
フレームメモリ１０６は、撮像画像のデータを記憶する。
表示装置１０４は、フレームメモリ１０６からデータを読み込んで表示する。
また、操作系装置１０５の指令に基づいて、記録装置１０７は、フレームメモリ１０６から撮像画像のデータを取り込んで、撮影モードに応じたフォーマットで記憶する。
この他にもたとえば、撮影した静止画または動画を表示する場合、表示装置１０４は、記録装置１０７からデータを読み込んで表示する。
【００９６】
以上のように、この実施形態では、固体撮像装置として、上述したいずれかの実施形態のＣＭＯＳイメージセンサ１を使用しているため、赤色成分、青色成分および緑色成分の混色を防止できる。
しかも、ＣＭＯＳイメージセンサ１の反射部３１は、赤色成分を他の色成分に比べて優先的に反射するので、ＣＭＯＳイメージセンサ１の全体での光電変換効率を底上げすることができる。
その結果、この実施形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ１の全体での光電変換効率を向上し、高画質の画像を撮像することができる。
そして、ＣＭＯＳイメージセンサ１の全体での光電変換効率が向上することにより、この実施形態では、暗い場所での撮像が可能になる。
また、ＣＭＯＳイメージセンサ１の全体での光電変換効率が向上することにより、この実施形態では、ＤＳＰ回路１０３などの信号処理によって像を強調する必要がなくなり、ノイズの少ない画像もしくは映像が得られる。
【００９７】
以上の各実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。
【００９８】
たとえば上記実施形態の固体撮像装置では、赤フィルタ２３Ｒ、青フィルタ２３Ｂおよび緑フィルタ２３Ｇの３色の色フィルタ２３がベイヤー配列されている。
この他にも例えば、複数種類の色フィルタ２３は、ベイヤー配列以外の配列とされてもよい。
また、色フィルタ２３は、２色であっても、４色以上であってもよい。
たとえば青フィルタ２３Ｂと、緑フィルタ２３Ｇとの組み合わせである場合、反射部３１は、光電変換される深さが深い緑色成分のフォトダイオード６１に対して、他の青色成分のフォトダイオード６１よりも多くの光を反射するように形成すればよい。
【００９９】
上記実施形態では、半導体基板１１の裏面に反射部３１を形成するために、アルミニウム、金などの高反射率材料を半導体基板１１に蒸着させている。
この他にも例えば、半導体基板１１の裏面にシリサイドなどの高屈折率材料の層を形成し、これにより反射部３１を形成してもよい。
更に他にも例えば、半導体基板１１の裏面に、屈折率が異なる材料を重ねた２層構造により形成し、これにより反射部３１を形成してもよい。
屈折率が異なる材料としては、たとえば酸化シリコンと窒化シリコンとがある。窒化シリコンは、酸化シリコンより屈折率が高い。
屈折率が異なる材料を重ねた２層構造により、光を多重反射し、フォトダイオード６１に光を再入射させることができる。
【０１００】
なお、上記実施形態には、反射部３１をフォトダイオード６１の上に直接接触するように形成する例が含まれている。
このように反射部３１がフォトダイオード６１に直接接触することにより、フォトダイオード６１と反射部３１との間での電荷の流れが問題となる場合には、反射部３１とフォトダイオード６１との間に絶縁膜を形成すればよい。
絶縁膜としては、たとえば酸化シリコン膜などを用いることができる。
【０１０１】
上記実施形態の固体撮像装置は、ＣＭＯＳイメージセンサ１の例である。
この他にも例えば、固体撮像装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサでもよい。
【０１０２】
上記実施形態の固体撮像装置は、半導体基板１１の回路形成面を、光が入射する受光面とするＣＭＯＳイメージセンサ１の例である。
この他にも例えば、固体撮像装置は、半導体基板１１の回路形成面の裏面を、光が入射する受光面とする裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサでもよい。
【０１０３】
上記実施形態の撮像装置は、カメラシステムである。
この他にも例えば、撮像装置は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、監視用カメラ、光センサなどのシステムであってもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１…ＣＭＯＳイメージセンサ（固体撮像装置）、１１…半導体基板、２３…色フィルタ、２３Ｒ…赤フィルタ、２３Ｂ…青フィルタ、２３Ｇ…緑フィルタ、３１…反射部、３２…凹曲面部（凹面部）、３３…凹面部、３４…凹部、３５…凹面部、４１…受光エリア（受光面）、６１…フォトダイオード（光電変換部）、６１Ｒ…赤用フォトダイオード（赤用光電変換部）、６１Ｂ…青用フォトダイオード（青用光電変換部）、６１G…緑用フォトダイオード（緑用光電変換部）、１０１…カメラシステム（撮像装置）、１０２…光学部
【図１】
2011114150.tif 000003
【図２】
2011114150.tif 000004
【図３】
2011114150.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011114150.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011114150.tif 000011
【図１０】
2011114150.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2011114150.tif 000014
【図１３】
2011114150.tif 000015
【図１４】
2011114150.tif 000016
【図１５】
2011114150.tif 000017