(57)【要約】【課題】集光効率を向上させることができるようにする。【解決手段】光検出部を有する画素を複数配置した画素部と、画素ごとに、光検出部の光入射面側に形成されるマイクロレンズと、マイクロレンズの周囲に形成され、光を遮光する遮光部とを備え、マイクロレンズは、遮光部に設けられた開口部の内側に形成される固体撮像装置が提供される。本技術は、例えば、CMOSイメージセンサに適用することができる。【選択図】図２
2019114728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出部を有する画素を複数配置した画素部と、
前記画素ごとに、前記光検出部の光入射面側に形成されるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズの周囲に形成され、光を遮光する遮光部と
を備え、
前記マイクロレンズは、前記遮光部に設けられた開口部の内側に形成される
固体撮像装置。
【請求項２】
前記開口部は、円形の形状を有し、
前記マイクロレンズは、光入射面側から見た場合に円形で、２次元方向で均一な曲率を有する球面形状のレンズである
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記開口部は、多角形の形状を有し、
前記マイクロレンズは、光入射面側から見た場合に多角形の形状を有するレンズである
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記開口部は、光入射面側から見た場合に、前記マイクロレンズが行列方向に等間隔に配置されるように設けられる
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記開口部は、光入射面側から見た場合に、前記マイクロレンズの間隔を狭めて規則的に配置されるように設けられる
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記光検出部は、アバランシェフォトダイオード（APD）、又は単一光子アバランシェフォトダイオード（SPAD）である
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記光検出部は、フォトダイオード（PD）である
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記画素は、Ｒ画素、Ｇ画素、又はＢ画素である
請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記開口部は、所定の径を有する第１の開口部と、前記第１の開口部が設けられた領域を除いた領域に設けられ、前記第１の開口部の径よりも小さい径を有する第２の開口部を含み、
前記第１の開口部の内側に形成される第１のマイクロレンズは、前記Ｒ画素、前記Ｇ画素、又は前記Ｂ画素に対して形成され、
前記第２の開口部の内側に形成される第２のマイクロレンズは、IR画素に対して形成される
請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記遮光部は、金属からなり、前記光検出部の光入射面側の引き回し配線として用いられる
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記遮光部の上部に、反射防止膜を形成している
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記遮光部は、金属、又は絶縁膜からなる
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
光検出部を有する画素を複数配置した画素部と、
前記画素ごとに、前記光検出部の光入射面側に形成されるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズの周囲に形成され、光を遮光する遮光部と
を有し、
前記マイクロレンズは、前記遮光部に設けられた開口部の内側に形成される
受光部を備える
距離計測装置。
【請求項１４】
遮光部に設けられた開口部の内側に、レンズ材のパターンを形成し、
前記開口部の内側に形成されたレンズ材を熱リフローしてマイクロレンズを形成する際に、前記開口部の内壁をストッパとして、セルフアラインで、前記マイクロレンズを形成する
固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像装置、距離計測装置、及び製造方法に関し、特に、集光効率を向上させることができるようにした固体撮像装置、距離計測装置、及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子の各画素上に、マイクロレンズを形成することによって、例えば、光の集光効率を改善したり、感度を向上させたりすることができる。
【０００３】
特許文献１には、隣接するマイクロレンズのギャップ（非レンズ部分）をできるだけ縮小しつつ、２次元方向から見て均一な曲率形状を有するレンズアレイの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2008-52004号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、固体撮像素子においては、一般的に、各画素に入射される光の集光効率を向上させるための技術が求められている。
【０００６】
本技術はこのような状況に鑑みてなされたものであり、集光効率を向上させることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術の一側面の固体撮像装置は、光検出部を有する画素を複数配置した画素部と、前記画素ごとに、前記光検出部の光入射面側に形成されるマイクロレンズと、前記マイクロレンズの周囲に形成され、光を遮光する遮光部とを備え、前記マイクロレンズは、前記遮光部に設けられた開口部の内側に形成される固体撮像装置である。
【０００８】
本技術の一側面の距離計測装置は、光検出部を有する画素を複数配置した画素部と、前記画素ごとに、前記光検出部の光入射面側に形成されるマイクロレンズと、前記マイクロレンズの周囲に形成され、光を遮光する遮光部とを有し、前記マイクロレンズは、前記遮光部に設けられた開口部の内側に形成される受光部を備える距離計測装置である。
【０００９】
なお、本技術の一側面の固体撮像装置又は距離計測装置は、独立した装置であってもよいし、１つの装置を構成している内部ブロックであってもよい。
【００１０】
本技術の一側面の固体撮像装置の製造方法は、遮光部に設けられた開口部の内側に、レンズ材のパターンを形成し、前記開口部の内側に形成されたレンズ材を熱リフローしてマイクロレンズを形成する際に、前記開口部の内壁をストッパとして、セルフアラインで、前記マイクロレンズを形成する固体撮像装置の製造方法である。
【００１１】
本技術の一側面の製造方法においては、遮光部に設けられた開口部の内側に、レンズ材のパターンが形成され、前記開口部の内側に形成されたレンズ材を熱リフローしてマイクロレンズを形成する際に、前記開口部の内壁をストッパとして、セルフアラインで、前記マイクロレンズが形成される。
【発明の効果】
【００１２】
本技術の一側面によれば、集光効率を向上させることができる。
【００１３】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す要部断面図である。
【図２】第１の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す模式図である。
【図３】第１の実施の形態の固体撮像装置の製造工程の流れを説明する図である。
【図４】第１の実施の形態の固体撮像装置の製造工程の流れを説明する図である。
【図５】第１の実施の形態の固体撮像装置の製造工程の流れを説明する図である。
【図６】第１の実施の形態の固体撮像装置の画素の光学的な特性を説明する図である。
【図７】従来の固体撮像装置の製造工程の流れを説明する図である。
【図８】従来の固体撮像装置の製造工程の流れを説明する図である。
【図９】従来の固体撮像装置の製造工程の流れを説明する図である。
【図１０】従来の固体撮像装置の製造工程の流れを説明する図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の画素の光学的な特性を説明する図である。
【図１２】第２の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す要部平面図である。
【図１３】第３の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す模式図である。
【図１４】第４の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す模式図である。
【図１５】第５の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す第１の要部断面図である。
【図１６】第５の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す第２の要部断面図である。
【図１７】第５の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す模式図である。
【図１８】第６の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す模式図である。
【図１９】第７の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す要部断面図である。
【図２０】本開示に係る技術を適用した固体撮像装置の構成を示す図である
【図２１】本開示に係る技術を適用した距離計測装置の構成を示す図である。
【図２２】TOF方式を用いた距離計測について説明する図である。
【図２３】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図２４】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本技術の実施の形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行うものとする。
【００１６】
１．第１の実施の形態：基本構造
２．第２の実施の形態：開口部を多角形とした構造
３．第３の実施の形態：開口部の間隔を狭めて配置した構造
４．第４の実施の形態：RGB画素とIR画素を有する構造
５．第５の実施の形態：遮光部を引き回し配線として用いた構造
６．第６の実施の形態：遮光部の上部に反射防止膜を形成した構造
７．第７の実施の形態：画素間の遮光部を設けない構造
８．変形例
９．固体撮像装置への適用例
１０．距離計測装置への適用例
１１．移動体への応用例
【００１７】
＜１．第１の実施の形態＞
【００１８】
（固体撮像装置の構造）
図１は、第１の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す要部断面図である。以下、この要部断面図を参照して、第１の実施の形態の固体撮像装置の構造を説明する。
【００１９】
第１の実施の形態の固体撮像装置は、複数の画素１００を２次元状に配置した画素部（画素領域）を有している。画素１００は、光信号を検出するための光検出部（光電変換部）として、アバランシェフォトダイオード（APD：Avalanche Photo Diode）を含む画素である。ここで、APDは、アバランシェ増倍と呼ばれる現象を利用して受光感度を向上させたフォトダイオードである。
【００２０】
APDの使用モードには、逆バイアス電圧を降伏電圧（ブレークダウン電圧）未満で動作させるリニアモードと、降伏電圧以上で動作させるガイガモードがある。ガイガモードでは、単一の光子（フォトン）の入射でもアバランシェ現象を起こすことができる。このようなフォトダイオードを、単一光子アバランシェフォトダイオード（SPAD：Single Photon Avalanche Diode）という。
【００２１】
SPADは、１光子を検出できるように、半導体領域内に、アバランシェ部（増倍領域）を形成し、１光子から光電変換された電子が、この部分を通過することで、数万倍の電子に増倍される構造からなる。以下、第１の実施の形態の固体撮像装置の構造では、光検出部として、APDのうち、SPADを含む画素１００を一例に説明する。
【００２２】
画素１００において、ウェル層１０３内に、ｎ型半導体領域１０１とｐ型半導体領域１０２が形成されている。ウェル層１０３は、低濃度のｐ型又はｎ型の半導体領域である。ｎ型半導体領域１０１は、例えばシリコン（Si）からなり、不純物濃度が高い導電型がｎ型の半導体領域である。ｐ型半導体領域１０２は、不純物濃度が高い導電型がｐ型の半導体領域である。
【００２３】
ｐ型半導体領域１０２は、ｎ型半導体領域１０１との界面で、pn接合を構成している。ｐ型半導体領域１０２は、被検出光の入射によって生じた電子（キャリア）を、アバランシェ増倍する増倍領域を有する。
【００２４】
ｎ型半導体領域１０１は、カソードとして機能し、コンタクト１１１を介して、銅（Cu）等の配線１１２に接続されている。このカソードに対するアノードは、例えば、ｎ型半導体領域１０１と同層であって、ｎ型半導体領域１０１と、SPADを分離するための分離領域（の遮光部１２４）との間などに形成され、コンタクト１１３を介して配線１１４と接続されている。
【００２５】
図１において、ウェル層１０３の両側には、隣接する画素１００のSPADを分離するための分離領域が設けられている。この分離領域としては、ｐ型半導体領域１２１とｐ型半導体領域１２２との間に、溝部（トレンチ）が形成され、その溝部に、絶縁膜１２３と遮光部１２４が埋め込まれている。
【００２６】
絶縁膜１２３としては、例えば、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜を用いることができる。また、遮光部１２４としては、例えば、タングステン（W）やアルミニウム（Al）等の金属を用いることができる。なお、遮光部１２４として、絶縁膜１２３と同一の材料の絶縁膜を用いることで、絶縁膜１２３と遮光部１２４が一体に形成されるようにしてもよい。
【００２７】
また、画素１００の光入射面側（受光面側）には、オンチップレンズ１３３が形成されている。オンチップレンズ１３３は、マイクロレンズであって、画素１００上に形成することで、例えば、光の集光効率を改善したり、感度を向上させたりすることができる。
【００２８】
オンチップレンズ１３３とウェル層１０３との間には、反射防止膜１３１と絶縁膜１３２が形成されている。また、オンチップレンズ１３３の光入射面側の表面にも、反射防止膜１３４が形成されている。
【００２９】
ここで、オンチップレンズ１３３は、遮光部１２４に設けられた開口部の内側に形成され、オンチップレンズ１３３の周囲に、遮光部１２４が形成されている。なお、遮光部１２４の上部には、絶縁膜１３２と反射防止膜１３４が積層されている。
【００３０】
図２は、遮光部１２４に設けられた開口部１２４Ｃの内側に形成されたオンチップレンズ１３３の構造を模式的に表している。
【００３１】
なお、画素１００は、画素領域に２次元状に配置されているため、図２のＡには、画素領域に配置される複数の画素１００のうち、一部の画素（３×３画素）に対応した光入射面側から見た場合の平面図を示している。また、図２のＡに示した平面図におけるＸ−Ｘ'断面を、図２のＢの断面図に示している。
【００３２】
図２のＡに示すように、遮光部１２４には、画素１００ごとに、円形の形状からなる開口部１２４Ｃが設けられている。この開口部１２４Ｃの内側には、オンチップレンズ１３３が形成されている。オンチップレンズ１３３は、図２のＡ，Ｂに示すように、光入射面側から見た場合に円形で、２次元方向で均一な曲率を有する球面形状のレンズ（レンズアレイ）となる。
【００３３】
このように、画素１００上に形成されるオンチップレンズ１３３が、２次元方向で均一な曲率を有する球面形状のレンズとなることで、深さ方向（積層方向）の収差を抑えることが可能となるため、結果として集光効率を向上させることができる。また、詳細は後述するが、特に、SPADを含む画素１００では、タイミングジッタ（Timing Jitter）特性を向上させることが可能となる。
【００３４】
なお、図１及び図２に示した固体撮像装置（固体撮像素子）の構造は、基板上の配線層が形成される側とは反対側（基板の裏面側）から光を入射させる、裏面照射型の構造となっている。また、図２のＢに示した断面図は、図１に示した断面図を簡略化した模式図となっているが、図１の断面図の構造と実質的に変わるものではない。
【００３５】
例えば、図２において、半導体領域１４０は、図１のウェル層１０３に対応し、増倍領域１４１は、図１のｐ型半導体領域１０２の増倍領域に対応している。また、パッシベーション膜１４２は、図１の反射防止膜１３１や絶縁膜１３２等の保護膜に対応している。さらに、配線１４６は、図１の配線１１２等に対応している。これらの対応関係は、後述する図３乃至図５や、図６等の他の模式図においても同様である。
【００３６】
（製造工程の流れ）
次に、図３乃至図５の模式図を参照して、第１の実施の形態の固体撮像装置の画素１００ごとに形成されるオンチップレンズ１３３の製造工程の流れを説明する。
【００３７】
なお、図３乃至図５において、各図のＡは、画素領域における一部の画素（３×３画素）に対応した光入射面側から見た場合の平面図を示し、各図のＢは、各図のＡに示した平面図におけるＸ−Ｘ'断面の断面図を示している。
【００３８】
まず、第１の工程として、図３に示すように、半導体領域１４０に対し、開口部１２４Ｃを有する遮光部１２４が形成される。なお、図示は省略しているが、遮光部１２４を形成する工程の前段の工程として、例えば、基板の表面にパッシベーション膜１４２を形成する工程や、基板（シリコン）に不純物注入によって、SPAD等の光検出部を形成する工程などが行われている。
【００３９】
ここでは、例えば、基板を掘り込むことで溝部（トレンチ）を形成して、その溝部にタングステン（W）等の金属を埋め込むとともに、基板の裏面側に、円形の開口が形成されるようにタングステン（W）等の金属を加工することで、円形の開口部１２４Ｃを有する遮光部１２４が形成される。
【００４０】
なお、遮光部１２４の材料としては、タングステン（W）等の金属の代わりに、例えば、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜を用いるようにしてもよい。
【００４１】
次に、第２の工程として、図４に示すように、フォトリソグラフィ工程が行われ、遮光部１２４に設けられた開口部１２４Ｃの内側に、円柱状のレンズ材１３３Ａのパターンが形成される。なお、レンズ材１３３Ａの材料としては、例えば、感光性樹脂等の樹脂材料を用いることができる。
【００４２】
次に、第３の工程として、図５に示すように、熱リフロー工程が行われ、開口部１２４Ｃの内側に形成されたレンズ材１３３Ａを熱リフローすることで、半球状のオンチップレンズ１３３が形成される。
【００４３】
すなわち、円形の開口部１２４Ｃの内側に形成された円柱状のレンズ材１３３Ａを熱リフローすると、レンズ材１３３Ａが溶けて流動するが、開口部１２４Ｃの内壁をストッパ（stopper）として、表面張力を利用して、いわばセルフアライン的に、半球状のオンチップレンズ１３３が形成されることになる。
【００４４】
このオンチップレンズ１３３は、画素１００ごとに形成され、図５に示すように、光入射面側から見た場合に円形で、２次元方向で均一な曲率を有する球面形状のレンズ（レンズアレイ）となる。
【００４５】
以上のような工程を含む製造工程が行われることで、図１に示した構造を有する固体撮像装置を製造することができる。
【００４６】
図６は、第１の実施の形態の固体撮像装置の画素１００の光学的な特性を示している。ここでは、オンチップレンズ１３３を光入射面側から見た場合において、その斜め方向のＸ１−Ｘ１'断面を、図６のＡの断面図に示す一方で、その横方向のＸ２−Ｘ２'断面を、図６のＢの断面図に示している。
【００４７】
上述した製造工程で製造される固体撮像装置では、画素１００ごとに形成されるオンチップレンズ１３３が、２次元方向で均一な曲率を有する球面形状のレンズとなるため、図６のＡに示したＸ１−Ｘ１'断面と、図６のＢに示したＸ２−Ｘ２'断面とが、同一の断面となって、図中の点線で示す入射光（被検出光）が同一の点に集光され（集光ポイントが一致しており）、深さ方向の収差を抑えることができる。
【００４８】
このように、第１の実施の形態の固体撮像装置では、各画素１００での深さ方向での収差がなくなって、集光効率を向上させることが可能となる。
【００４９】
なお、実際には、オンチップレンズ１３３は、その屈折率に応じてレンズ幅とレンズ厚が、（ほぼ）半球に近い曲率になるように設計されるが、レンズの曲率は、被検出光が、増倍領域１４１内に収まりつつ、かつ、その下部に設けられる金属反射板（配線１４６）内にも収まるように調整される。すなわち、集光径が、光検出部下に広く形成された第１層目の配線に収まるように集光することで、光を金属反射板（配線１４６）で反射させて、より効率的に光を取り込むことができる。
【００５０】
ここで、例えば、第１の実施の形態の固体撮像装置を、距離計測装置（例えば、TOF(Time Of Flight)型センサ等の測距装置）に適用する場合において、SPADを含む画素１００では、タイミングジッタの特性を向上させることが、測距の精度を向上させるための重要な要因の１つとなっている。
【００５１】
具体的には、後述の図２１に示すように、TOF型センサでは、自己が発した光が、対象物に当たり、反射して戻ってくるまでの時間を計測することで、対象物までの距離を計測するが、第１の実施の形態の固体撮像装置を用いる場合には、SPADを含む画素１００によって、反射光（被検出光）が受光されると、フォトンが発生する。
【００５２】
その際に、画素１００では、１フォトンの入射で発生した電子が増倍領域１４１に運ばれることで、アバランシェ増倍が生じるが、例えば、電子の発生位置が、画素１００の半導体領域１４０の端の方の領域であると、増倍領域１４１に運ばれるまでに時間がかかってしまう。このように、電子が増倍領域１４１に運ばれるまでの時間にバラツキ（光電変換箇所のバラツキ）があると、タイミングジッタのぶれ幅が大きくなってしまう（例えば、画素１００の半導体領域１４０の端の方の領域で発生した電子が誤差の要因になっている）。
【００５３】
そこで、第１の実施の形態の固体撮像装置では、画素１００ごとに形成されるオンチップレンズ１３３を、２次元方向で均一な曲率を有する球面形状のレンズ（レンズアレイ）とすることで、集光ポイントが深さ方向で一致するようにして深さ方向の収差を抑制し、電子が増倍領域１４１に運ばれるまでの時間のバラツキ（光電変換箇所のバラツキ）を抑えるようにしている。
【００５４】
すなわち、増倍領域１４１への光の集光のされかたが均一になって、光電変換された電子が、アバランシェ増倍されるまでにかかる時間のバラツキを抑制することができる。その結果として、第１の実施の形態の固体撮像装置を、距離計測装置に適用した場合に、SPADを含む画素１００では、タイミングジッタの特性が向上して、測距の精度を向上させることが可能となる。
【００５５】
また、第１の実施の形態の固体撮像装置では、オンチップレンズ形成をエッチバックによる転写ではなく、オンチップレンズ１３３を、遮光部１２４の開口部１２４Ｃに囲まれた部分に、熱リフローによって形成しているため、レンズの曲率を有する部分を、遮光部１２４よりも低い位置に形成することができ、光入射面側（受光面側）からのクロストーク（Cross Talk）を抑制することができる。
【００５６】
さらに、第１の実施の形態の固体撮像装置では、遮光部１２４の開口部１２４Ｃの内側に、オンチップレンズ１３３を形成しているため、製造時に、オンチップレンズ同士のショートを抑制することができる。そのため、生産性の高いオンチップレンズ形成を行うことができる。
【００５７】
なお、比較のために、図７乃至図１０に、従来のオンチップレンズの製造工程の流れを示している。この従来の製造工程では、まず、第１の工程として、遮光部９２４を埋め込んだ半導体領域９４０に対し、レンズ材９３３Ａが積層される（図７）。次に、第２の工程として、レンズ材９３３Ａの上部に、矩形状のレジスト材９５１のパターンが形成される（図８）。
【００５８】
次に、第３の工程として、熱リフローによって、レジスト材９５１の形状が、光入射面側から見た場合に角の丸い四角状に変形される（図９）。そして、第４の工程として、レジスト材９５１のパターンを取り除くことで、オンチップレンズ９３３が形成される（図１０）。
【００５９】
このオンチップレンズ９３３は、画素ごとに形成され、図１０のＡに示すように、光入射面側から見た場合に角の丸い四角状のレンズ（レンズアレイ）となる。また、図１０のＢに示すように、オンチップレンズ９３３は、光入射面側の半球状の部分だけでなく、光入射面側とは反対面側に平坦状の部分を含んで形成されている。
【００６０】
ここで、図１１は、従来の固体撮像装置の画素の光学的な特性を示している。ここでも、上述した図６と同様に、オンチップレンズ９３３を光入射面側から見た場合において、その斜め方向のＸ１−Ｘ１'断面を、図１１のＡの断面図に示す一方で、その横方向のＸ２−Ｘ２'断面を、図１１のＢの断面図に示している。
【００６１】
上述した従来の製造工程で製造される固体撮像装置では、画素ごとに形成されるオンチップレンズ９３３が、光入射面側から見た場合に角の丸い四角状のレンズとなるため、図１１のＡに示したＸ１−Ｘ１'断面と、図１１のＢに示したＸ２−Ｘ２'断面とが、異なる断面となって、図中の点線で示す入射光（被検出光）が異なる点に集光される（集光ポイントが一致していない）。
【００６２】
すなわち、Ｘ１−Ｘ１'断面とＸ２−Ｘ２'断面とでは、同一のオンチップレンズ９３３であっても、図中の横方向の幅が異なるため、その深さ方向の集光位置がＺ１とＺ２とで異なっている。このように、従来の固体撮像装置では、オンチップレンズ９３３が、上述したオンチップレンズ１３３（図６）のように、２次元方向で均一な曲率を有する球面形状のレンズとなっていないため、深さ方向の集光位置（Ｚ１，Ｚ２）の差Ｄによって、収差が発生している。
【００６３】
そのため、従来の固体撮像装置では、深さ方向に収差が発生することで、集光効率を向上させることができず、その結果として、タイミングジッタの特性を向上させることができない。また、従来の固体撮像装置では、オンチップレンズ９３３にて、レンズの曲率を有する部分が、遮光部９２４よりも高い位置に形成されることから、クロストークを抑制することが困難となる。
【００６４】
以上のように、第１の実施の形態の固体撮像装置では、遮光部１２４に設けられた円形の開口部１２４Ｃにて、感光性樹脂を円柱状にパターニングして熱リフローすることで、セルフアライン的に、２次元方向に均一な曲率を有する球面形状のレンズ（レンズアレイ）を形成している。これにより、画素１００ごとに、オンチップレンズ１３３を形成するに際して、深さ方向の収差を抑えることが可能となるため、結果として集光効率を向上させることができる。
【００６５】
なお、第１の実施の形態の固体撮像装置において、SPADを含む画素１００は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)プロセス技術のような半導体集積技術を用いることで、大規模なアレイ構造を実現することができる。すなわち、第１の実施の形態の固体撮像装置は、例えば、CMOSイメージセンサとして構成することができる。
【００６６】
＜２．第２の実施の形態＞
【００６７】
（固体撮像装置の構造）
図１２は、第２の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す要部平面図である。以下、この要部平面図を参照して、第２の実施の形態の固体撮像装置の構造を説明する。
【００６８】
上述した第１の実施の形態の固体撮像装置では、遮光部１２４の開口部１２４Ｃの形状を、円形の形状とすることで、その内壁をストッパとして、セルフアラインによって、半球状のオンチップレンズ１３３を形成する場合を説明したが、遮光部１２４に設けられる開口部の形状を、例えば多角形などの円形以外の他の形状としてもよい。
【００６９】
（第１の例）
図１２のＡは、遮光部１２４に、四角形の形状からなる開口部１２４Ｑを設けた構造を示している。
【００７０】
図１２のＡにおいては、第２の実施の形態の固体撮像装置の製造時に、フォトリソグラフィ工程にて、開口部１２４Ｑの内側に、感光性樹脂等のレンズ材１３３Ａのパターンを形成した後に、熱リフロー工程にて、開口部１２４Ｑの内側に形成されたレンズ材１３３Ａを熱リフローする。
【００７１】
これによって、レンズ材１３３Ａが溶けて流動するが、四角形の形状からなる開口部１２４Ｑの内壁をストッパとして、セルフアラインで、オンチップレンズ１３３が形成される。このオンチップレンズ１３３は、光入射面側から見た場合に四角形の形状を有するレンズ（レンズアレイ）となる。
【００７２】
（第２の例）
図１２のＢは、遮光部１２４に、八角形の形状からなる開口部１２４Ｏを設けた構造を示している。
【００７３】
図１２のＢにおいては、第２の実施の形態の固体撮像装置の製造時に、開口部１２４Ｏの内側に、レンズ材１３３Ａを形成した後に、熱リフローすることで、レンズ材１３３Ａが溶けて流動するが、八角形の形状からなる開口部１２４Ｏの内壁をストッパとして、セルフアラインで、オンチップレンズ１３３が形成される。このオンチップレンズ１３３は、光入射面側から見た場合に八角形の形状を有するレンズ（レンズアレイ）となる。
【００７４】
以上のように、第２の実施の形態の固体撮像装置では、遮光部１２４に設けられる開口部の形状として、例えば、四角形や八角形等の多角形の形状を採用した場合でも、当該開口部の内壁をストッパとして、セルフアラインで、オンチップレンズ１３３を形成することができる。なお、ここでは、円形以外の開口部の形状として、四角形や八角形等の多角形の形状を例示したが、それ以外の形状を採用してもよい。
【００７５】
＜３．第３の実施の形態＞
【００７６】
（固体撮像装置の構造）
図１３は、第３の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す模式図である。以下、この模式図を参照して、第３の実施の形態の固体撮像装置の構造を説明する。なお、図１３のＡは、画素領域の一部の画素の平面図を示し、図１３のＢは、Ｘ−Ｘ'断面の断面図を示している。
【００７７】
上述した第１の実施の形態の固体撮像装置では、遮光部１２４において、開口部１２４Ｃが、光入射面側から見た場合に、行列方向に等間隔で（一定の隙間（ギャップ）を有して）設けられる場合を説明したが、遮光部１２４に設けられる開口部１２４Ｃの配置を、一定の規則に従った所定の形状の配列の組み合わせからなる配置としてもよい。
【００７８】
例えば、図１３のＡ，Ｂに示すように、画素領域における各画素１００の間の隙間（ギャップ）を可能な限り減らして、７つの画素１００をひとまとまりとして、六角形状の配列の組み合わせからなるようにすることができる。この場合、画素１００の配列に対応して、遮光部１２４における開口部１２４Ｃも、７つの開口部１２４Ｃがまとまって六角形状の配列を組み合わせた配置（六角形状に最密充填した構造）となっている。
【００７９】
このような配置を採用することで、図１３のＡに示すように、オンチップレンズ１３３の間隔（ギャップ）を狭めることが可能となり、遮光部１２４において、より多くの開口部を設けることができる。
【００８０】
ここで、第３の実施の形態の固体撮像装置の製造時には、フォトリソグラフィ工程にて、六角形状に配列される開口部１２４Ｃの内側に、レンズ材１３３Ａのパターンを形成した後に、熱リフロー工程にて、開口部１２４Ｃの内側に形成されたレンズ材１３３Ａを熱リフローする。
【００８１】
これによって、レンズ材１３３Ａが溶けて流動するが、開口部１２４Ｃの内壁をストッパとして、セルフアラインで、オンチップレンズ１３３が形成される。このオンチップレンズ１３３は、２次元方向で均一な曲率を有する球面形状のレンズとなる。
【００８２】
なお、図１３の例では、開口部１２４Ｃが７つごとに、六角形状に配列されるようにすることで（換言すれば、偶数列又は奇数列の開口部１２４Ｃを、列方向に半ピッチずつずらしているとも言える）、オンチップレンズ１３３の間隔（ギャップ）を狭める例を示したが、遮光部１２４における開口部１２４Ｃが、他の規則に従い、所定の形状の配列の組み合わせで配置されるようにしてもよい。
【００８３】
以上のように、第３の実施の形態の固体撮像装置では、遮光部１２４における開口部１２４Ｃの配置を、一定の規則に従った所定の形状の配列の組み合わせからなる配置とすることで、オンチップレンズ１３３の間隔（ギャップ）を狭めて、遮光部１２４において、より多くの開口部１２４Ｃを設けることができる（開口部を無駄なく配列することができる）。その結果として、開口率を上げることができるため、PDE(Photon Detection Efficiency)と称される、検出効率を向上させることもできる。
【００８４】
＜４．第４の実施の形態＞
【００８５】
上述した第１の実施の形態の固体撮像装置では、光検出部（光電変換部）として、アバランシェフォトダイオード（APD）、又は単一光子アバランシェフォトダイオード（SPAD）を含む画素１００を説明したが、光検出部（光電変換部）としては、フォトダイオード（PD）を含むようにしてもよい。
【００８６】
フォトダイオード（PD）を含む画素１００としては、オンチップレンズ１３３とフォトダイオード（PD）との間にカラーフィルタを設けることで、例えば、Ｒ画素、Ｇ画素、及びＢ画素を、ベイヤー配列などの配列パターンで配置することができる。
【００８７】
ここで、Ｒ画素は、赤（Ｒ：Red）の波長成分を透過するカラーフィルタを透過した光から、赤（Ｒ）成分の光に対応した電荷を得る画素である。また、Ｇ画素は、緑（Ｇ：Green）の波長成分を透過するカラーフィルタを透過した光から、緑（Ｇ）成分の光に対応した電荷を得る画素である。Ｂ画素は、青（Ｂ：Blue）の波長成分を透過するカラーフィルタを透過した光から、青（Ｂ）成分の光に対応した電荷を得る画素である。
【００８８】
なお、ベイヤー配列とは、Ｇ画素が市松状に配され、残った部分に、Ｒ画素と、Ｂ画素とが一列ごとに交互に配される配列パターンである。また、ここでは、例えば、白（Ｗ：White）に対応したＷ画素や、赤外線（IR：infrared）に対応したIR画素など、RGB画素以外の画素が含まれるようにしてもよい。
【００８９】
ただし、Ｗ画素には、カラーフィルタを設ける必要はなく、具体的には、カラーフィルタが塗布されていない画素、又はカラーフィルタの代わりに全可視光領域で透過率の高い材料が塗布された画素が、Ｗ画素とされる。すなわち、Ｗ画素は、全波長領域の光を透過させる一方で、他のRGB画素（例えば、Ｒ画素やＢ画素）は、特定波長のみを透過させることになる。また、IR画素は、赤外線（IR）を透過し、赤外光の波長帯に対して感度を有する画素である。
【００９０】
（固体撮像装置の構造）
図１４は、第４の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す模式図である。以下、この模式図を参照して、第４の実施の形態の固体撮像装置の構造を説明する。なお、図１４のＡは、画素領域の一部の画素の平面図を示し、図１４のＢは、Ｘ−Ｘ'断面の断面図を示している。
【００９１】
図１４のＡに示すように、遮光部１２４において、開口部１２４Ｌが、行列方向に等間隔で（一定の隙間を有して）設けられる場合に、その隙間の領域に、開口部１２４Ｓを設けている。図１４のＡでは、４つの開口部１２４Ｌの中心位置を含む領域ごとに、１つの開口部１２４Ｓを設けている。なお、開口部１２４Ｓは、開口部１２４Ｌと同様に、円形の形状からなるが、その径が、開口部１２４Ｌの径よりも小さくなっている。
【００９２】
ここで、第４の実施の形態の固体撮像装置の製造時には、フォトリソグラフィ工程にて、開口部１２４Ｌと開口部１２４Ｓのそれぞれの内側に、各開口部の径に応じたレンズ材１３３Ａを形成した後に、熱リフロー工程にて、開口部１２４Ｌの内側に形成されたレンズ材１３３Ａと、開口部１２４Ｓの内側に形成された開口部１２４Ｓをそれぞれ、熱リフローする。
【００９３】
これによって、レンズ材１３３Ａが溶けて流動するが、開口部１２４Ｌの内壁をストッパとして、セルフアラインで、オンチップレンズ１３３Ｌが形成され、開口部１２４Ｓの内壁をストッパとして、セルフアラインで、オンチップレンズ１３３Ｓが形成される。これらのオンチップレンズ１３３Ｌ，１３３Ｓは共に、２次元方向で均一な曲率を有する球面形状のレンズとなるが、オンチップレンズ１３３Ｓの径は、オンチップレンズ１３３Ｌの径よりも小さくなる。
【００９４】
また、ここでは、図１４のＢに示すように、オンチップレンズ１３３Ｌに対応する画素１００Ｌを、Ｒ画素、Ｇ画素、又はＢ画素とし、オンチップレンズ１３３Ｓに対応する画素１００Ｓを、IR画素とすることができる。すなわち、図１４の例では、４つのRGB画素に対し、１つのIR画素が設けられることになる。
【００９５】
以上、第４の実施の形態の固体撮像装置では、画素１００（１００Ｌ，１００Ｓ）として、Ｒ画素、Ｇ画素、及びＢ画素や、IR画素などの画素を、所定の配列パターンで配置することができる。このように、アバランシェフォトダイオード（APD）や単一光子アバランシェフォトダイオード（SPAD）ではなく、フォトダイオード（PD）を含む画素であっても、画素１００ごとに形成されるオンチップレンズ１３３を、２次元方向で均一な曲率を有する球面形状のレンズとすることができる。
【００９６】
そのため、上述したように、深さ方向の収差がなくなって、集光効率を向上させることができる。また、オンチップレンズ１３３Ｌ，１３３Ｓを、遮光部１２４の開口部１２４Ｌ，１２４Ｓに囲まれた部分に、熱リフローによって形成することで、レンズの曲率を有する部分を、遮光部１２４よりも低い位置に形成することができるため、光入射面側（受光面側）からの混色を抑制することができる。
【００９７】
さらに、図１４のＡに示したレイアウトのパターンの例では、RGB画素を所定の配列パターンで配置した際にできるスペース（領域）に、IR画素を配置しているため、無効な領域を減らして、開口率を上げることができる。
【００９８】
なお、第４の実施の形態の固体撮像装置は、CMOSイメージセンサのほか、例えば、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ等としても構成することができる。また、Ｒ画素、Ｇ画素、及びＢ画素などの画素１００が、第３の実施の形態と同様に、一定の規則に従った所定の形状の配列の組み合わせからなる配置（例えば、六角形状に最密充填した構造）となるようにしてもよい。
【００９９】
＜５．第５の実施の形態＞
【０１００】
（固体撮像装置の構造）
図１５は、第５の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す要部断面図である。以下、この要部断面図を参照して、第５の実施の形態の固体撮像装置の構造を説明する。
【０１０１】
第５の実施の形態の固体撮像装置では、SPADを分離するための分離領域に埋め込まれる遮光部１２４の材料として、例えばタングステン（W）やアルミニウム（Al）等の金属を用いる場合に、遮光部１２４を、光入射面側の引き回し配線として用いるようにする。
【０１０２】
すなわち、図１５においては、画素１００の右側の分離領域に形成された溝部に、タングステン（W）等の金属を埋め込むとともに、さらにその分離領域の右側のウェル層１０３に貫通ビアを通して、そこにタングステン（W）等の金属を埋め込んで、右側の分離領域に埋め込まれた金属と繋げることで、遮光部２２１を形成している。
【０１０３】
遮光部２２１の上部には、酸化膜２２２と、遮光膜２２３と、反射防止膜２２４が積層されている。また、遮光部２２１は、コンタクト１１５を介して配線１１６と接続されている。
【０１０４】
また、図１５においては、遮光部１２４にてアノードコンタクトを落として、ｐ型のアノードのコンタクト領域２１１を形成することで、ｐ型半導体領域１０２の増倍領域に対し、図中の上側から電界をかけることが可能となる。このように、第５の実施の形態の固体撮像装置では、遮光部１２４，２２１を、遮光機能としてだけでなく、アノードコンタクトの引き回し配線としても同時に利用することで、各画素１００のSPADに対し、共通のアノードを落とすことができるようにしている。
【０１０５】
また、図１５に示した構造では、引き回し配線として用いられる遮光部２２１に対してのみ、その上部に、遮光膜２２３が形成されるとして説明したが、図１６に示すように、遮光部１２４の上部に、遮光膜２２３が形成されるようにしてもよい。なお、遮光膜２２３は、遮光部１２４と同一の材料を用いることで、一体となって形成されるようにしてもよい。また、遮光部１２４と遮光膜２２３との間に、酸化膜が形成されるようにしてもよい。
【０１０６】
ここで、図１６においては、図中の縦方向の点線の左側が、画素領域Ａ１であることを表し、点線の右側が、周辺領域Ａ２であることを表している。すなわち、点線の左側の遮光膜２２３は、画素領域遮光膜である一方で、点線の右側の遮光膜２２３は、周辺領域遮光膜であると言える。
【０１０７】
なお、実際には、画素領域Ａ１には、複数の画素１００が２次元状に配置されているため、引き回し配線として用いられる遮光部２２１は、図１７に示すように、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２との境界を含む領域に形成されることになる。この画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２との関係の詳細は、図２０を参照して後述する。
【０１０８】
以上、第５の実施の形態の固体撮像装置では、遮光部１２４，２２１を、アノードコンタクトの引き回し配線としても用い、各画素１００のSPADにコンタクトを落とすことで、各画素１００のSPADに対し、共通のアノードを落とすことができる。
【０１０９】
＜６．第６の実施の形態＞
【０１１０】
（固体撮像装置の構造）
図１８は、第６の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す模式図である。以下、この模式図を参照して、第６の実施の形態の固体撮像装置の構造を説明する。
【０１１１】
図１８に示すように、第６の実施の形態の固体撮像装置では、隣接する画素１００のSPADを分離するための分離領域に形成された遮光部１２４の上部に、反射防止膜１８１が形成（成膜）されている。ここでは、例えば、遮光部１２４の材料として、タングステン（W）やアルミニウム（Al）等の金属を用いた場合には、その表面での反射が大きくなってしまう懸念があるが、反射防止膜１８１を、遮光部１２４に被せることで、表面反射を抑制するようにしている。
【０１１２】
なお、上述した他の実施の形態においても、反射防止膜を成膜した構造を示しているが、ここでは、遮光部１２４の上部に形成される反射防止膜の効果を明示するために、別の実施の形態として、その構造を、図１８の断面図に示した。
【０１１３】
以上、第６の実施の形態の固体撮像装置では、遮光部１２４の上部に、反射防止膜１８１を形成することで、遮光部１２４の上部表面での光の反射を低減することができるため、反射光によるクロストークを抑制することができる。また、フレアによる影響を低減することができる。
【０１１４】
＜７．第７の実施の形態＞
【０１１５】
（固体撮像装置の構造）
図１９は、第７の実施の形態の固体撮像装置の構造の一部を示す要部断面図である。以下、この要部断面図を参照して、第７の実施の形態の固体撮像装置の構造を説明する。
【０１１６】
上述した第１の実施の形態の固体撮像装置では、画素１００の間の分離領域に、遮光部１２４が形成される構造を示したが、遮光部１２４を設けない構造としてもよい。
【０１１７】
図１９に示すように、第７の実施の形態の固体撮像装置では、ウェル層１０３の両側には、隣接する画素１００のSPADを分離するための分離領域として、ｐ型半導体領域１２１，１２２に形成された溝部（トレンチ）に、酸化膜３２１が埋め込まれている。また、酸化膜３２１の上部には、遮光部３２２が形成されている。この遮光部３２２には、画素１００ごとに、円形の形状からなる開口部が設けられている。
【０１１８】
ここで、第７の実施の形態の固体撮像装置の製造時には、フォトリソグラフィ工程にて、遮光部３２２の開口部の内側に、レンズ材１３３Ａのパターンを形成した後に、熱リフロー工程にて、レンズ材１３３Ａを熱リフローする。これによって、セルフアラインで、２次元方向で均一な曲率を有する球面形状のオンチップレンズ１３３が形成される。
【０１１９】
以上、第７の実施の形態の固体撮像装置では、分離領域に形成される溝部（トレンチ）に、遮光部１２４の代わりに、酸化膜３２１を埋め込んだ場合でも、酸化膜３２１の上部に形成された遮光部３２２の内壁をストッパとして、セルフアラインで、オンチップレンズ１３３を形成することができる。
【０１２０】
＜８．変形例＞
【０１２１】
（他の構造の例）
上述した第１の実施の形態などにおいて、SPADを分離するための分離領域とウェル層１０３との間に（分離領域の側壁に）、ホール（hole）を蓄積するためのホール蓄積領域が形成されるようにしてもよい。あるいは、上述した第１の実施の形態などにおいて、分離領域に形成される遮光部１２４を、タングステン（W）等の金属で形成されるようにして、遮光部１２４に電圧を印加することで、遮光部１２４の付近に、ホール蓄積領域が形成されるようにしてもよい。
【０１２２】
また、上述した第１の実施の形態などにおいて、ウェル層１０３の厚さ（深さ）を、さらに深く（厚く）した構造を採用してもよい。このような構造を採用した場合において、例えば、分離領域内には、遮光部１２４を形成するとともに、ウェル層１０３の側面側に、固定電荷膜を形成することができる。また、この固定電荷膜のウェル層１０３側の側面の一部に、ホール蓄積領域を形成することもできる。
【０１２３】
さらに、上述した第１の実施の形態などにおいて、ｎ型半導体領域１０１の形状を、他の形状とするようにしてもよい。例えば、ｎ型半導体領域１０１の断面の形状として、コンタクトが接続される部分以外は、ウェル層１０３内に埋め込んで形成することで、凸部を有するような形状とすることができる。なお、この凸部は、連続的に又は不連続に形成することができる。また、この場合のｎ型半導体領域１０１の平面の形状としては、例えば、輪状の形状とすることができる。
【０１２４】
なお、上述した第１の実施の形態などにおいて、分離領域（の遮光部１２４）は、積層方向で、ウェル層１０３の上面側から下面側まで貫通して形成されているが、上面側から下面側まで全部貫通する構造以外、例えば、一部のみ貫通し、基板の途中まで、分離領域（の遮光部１２４）が挿入されている構造などであってもよい。
【０１２５】
（ｐｎ反転）
また、上述した実施の形態に示したSPADの極性は一例であって、異なる極性を有するようにしてもよい（すなわち、ｐｎ反転してもよい）。例えば、第１の実施の形態では、ウェル層１０３内に、ｎ型半導体領域１０１とｐ型半導体領域１０２が形成されるとして説明したが、導電型がｐ型のｐ型半導体領域１０１と、導電型がｎ型のｎ型半導体領域１０２が形成されるようにしてもよい。また、ウェル層１０３は、導電型がｎ型の半導体領域であってもよいし、導電型がｐ型の半導体領域であってもよい。
【０１２６】
このような構造を採用した場合には、ｐ型半導体領域１０１は、アノードとして機能し、コンタクト１１１を介して配線１１２に接続される。また、このアノードに対するカソードは、例えば、ｐ型半導体領域１０１と同層であって、ｐ型半導体領域１０１と分離領域（の遮光部１２４）との間などに形成される。
【０１２７】
なお、上述した実施の形態において説明した各層の材料及び厚み、又は成膜方法及び成膜条件などは、上述の説明に限定されるものではなく、他の材料及び厚み、又は他の成膜方法及び成膜条件としてもよい。また、上述した実施の形態などでは、画素１００の構成を具体的に説明したが、全ての層を有する必要はなく、また、他の層をさらに有するようにしてもよい。
【０１２８】
＜９．固体撮像装置への適用例＞
【０１２９】
上記した実施の形態においては、アバランシェフォトダイオード（APD）や単一光子アバランシェフォトダイオード（SPAD）、フォトダイオード（PD）を含む画素１００について説明した。図２０に示すように、画素１００は、固体撮像装置１０を構成するセンサチップ１１に設けられている画素領域Ａ１にアレイ状に配置されている。
【０１３０】
この画素１００が配置されているセンサチップ１１の下面（光入射面とは反対側の面）には、ロジックチップ（不図示）が接続されている。このロジックチップには、画素１００からの信号を処理したり、画素１００に電力を供給したりする回路が形成されている。
【０１３１】
画素領域Ａ１の外側には、周辺領域Ａ２が配置されている。さらに周辺領域Ａ２の外側には、パッド領域Ａ３が配置されている。
【０１３２】
パッド領域Ａ３は、センサチップ１１の上端から配線層の内部まで達する垂直方向の孔であって、電極パッドへの配線用の孔であるパッド開口部が、一直線に並ぶように形成されている。画素領域Ａ１とパッド領域Ａ３との間に設けられる周辺領域Ａ２は、ｎ型半導体領域とｐ型半導体領域で構成されている。
【０１３３】
＜１０．距離計測装置への適用例＞
【０１３４】
上述した固体撮像装置は、距離を測定する距離計測装置（測距装置）に適用することができる。図２１は、本技術を適用した距離計測装置の構成の例を示す図である。
【０１３５】
図２１に示した距離計測装置１０００は、光源としての光パルス送信機１０１１と、受光部としての光パルス受信機１０１２と、RSフリップフロップ１０１３を含む構成とされる。
【０１３６】
ここでは、距離を測定する方法として、TOF（Time Of Flight）方式を用いた場合を例に挙げて説明する。TOF型センサは、自己が発した光が、対象物に当たり、反射して戻ってくるまでの時間を計測することで、対象物までの距離を計測するセンサである。TOF型センサは、例えば、図２２のタイミングチャートに示したタイミングで動作する。
【０１３７】
図２２を参照して、距離計測装置１０００の動作について説明する。光パルス送信機１０１１は、そこに供給されるトリガパルスに基づき、光を発光する（光送信パルス）。そして、発光された光が対象物に当たり、反射されてきた反射光は、光パルス受信機１０１２により受光される。
【０１３８】
送信光パルスが発光された時刻と、受信光パルスが受光された時刻との差分が、対象物との距離に応じた時間、すなわち光飛行時間TOFに相当する。
【０１３９】
トリガパルスは、光パルス送信機１０１１に供給されるとともに、RSフリップフロップ１０１３にも供給される。トリガパルスが光パルス送信機１０１１に供給されることで、短時間光パルスが送信され、RSフリップフロップ１０１３に供給されることで、RSフリップフロップ１０１３がリセットされる。
【０１４０】
ここで、TOF型センサを構成する光パルス受信機１０１２として、例えばSPAD等のAPDを含む画素１００を有する固体撮像装置１０（図２０）を用いることができる。光パルス受信機１０１２に、上述した固体撮像装置１０（図２０）を用いた場合、SPADを含む画素１００によって、受信光パルスが受信されると、フォトンが発生する。その発生したフォトン（電気パルス）により、RSフリップフロップ１０１３がリセットされる。
【０１４１】
このような動作により、光飛行時間TOFに相当するパルス幅をもったゲート信号を生成することができる。この生成されるゲート信号を、クロック信号などを用いてカウントすることで、光飛行時間TOFを算出（デジタル信号として出力）することができる。
【０１４２】
このような処理が行われることで、距離計測装置１０００では、距離情報が生成される。そして、例えば、この距離情報を用い、距離画像を得ることができる。
【０１４３】
＜１１．移動体への応用例＞
【０１４４】
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【０１４５】
図２３は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【０１４６】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２３に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
【０１４７】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【０１４８】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【０１４９】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【０１５０】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【０１５１】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【０１５２】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１５３】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１５４】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０３０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【０１５５】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２３の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【０１５６】
図２４は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０１５７】
図２４では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
【０１５８】
撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【０１５９】
なお、図２４には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０１６０】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【０１６１】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１６２】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【０１６３】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【０１６４】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、図１等の固体撮像装置（図２１の距離計測装置）は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、集光効率を向上させることができるため、例えば、より高精度な撮像画像（距離画像）を取得して、より正確に歩行者等の障害物を認識することが可能になる。
【０１６５】
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１６６】
また、本技術は、以下のような構成をとることができる。
【０１６７】
（１）
光検出部を有する画素を複数配置した画素部と、
前記画素ごとに、前記光検出部の光入射面側に形成されるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズの周囲に形成され、光を遮光する遮光部と
を備え、
前記マイクロレンズは、前記遮光部に設けられた開口部の内側に形成される
固体撮像装置。
（２）
前記開口部は、円形の形状を有し、
前記マイクロレンズは、光入射面側から見た場合に円形で、２次元方向で均一な曲率を有する球面形状のレンズである
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記開口部は、多角形の形状を有し、
前記マイクロレンズは、光入射面側から見た場合に多角形の形状を有するレンズである
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記開口部は、光入射面側から見た場合に、前記マイクロレンズが行列方向に等間隔に配置されるように設けられる
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（５）
前記開口部は、光入射面側から見た場合に、前記マイクロレンズの間隔を狭めて規則的に配置されるように設けられる
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６）
前記光検出部は、アバランシェフォトダイオード（APD）、又は単一光子アバランシェフォトダイオード（SPAD）である
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）
前記光検出部は、フォトダイオード（PD）である
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）
前記画素は、Ｒ画素、Ｇ画素、又はＢ画素である
前記（７）に記載の固体撮像装置。
（９）
前記開口部は、所定の径を有する第１の開口部と、前記第１の開口部が設けられた領域を除いた領域に設けられ、前記第１の開口部の径よりも小さい径を有する第２の開口部を含み、
前記第１の開口部の内側に形成される第１のマイクロレンズは、前記Ｒ画素、前記Ｇ画素、又は前記Ｂ画素に対して形成され、
前記第２の開口部の内側に形成される第２のマイクロレンズは、IR画素に対して形成される
前記（８）に記載の固体撮像装置。
（１０）
前記遮光部は、金属からなり、前記光検出部の光入射面側の引き回し配線として用いられる
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１１）
前記遮光部の上部に、反射防止膜を形成している
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１２）
前記遮光部は、金属、又は絶縁膜からなる
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１３）
光検出部を有する画素を複数配置した画素部と、
前記画素ごとに、前記光検出部の光入射面側に形成されるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズの周囲に形成され、光を遮光する遮光部と
を有し、
前記マイクロレンズは、前記遮光部に設けられた開口部の内側に形成される
受光部を備える
距離計測装置。
（１４）
遮光部に設けられた開口部の内側に、レンズ材のパターンを形成し、
前記開口部の内側に形成されたレンズ材を熱リフローしてマイクロレンズを形成する際に、前記開口部の内壁をストッパとして、セルフアラインで、前記マイクロレンズを形成する
固体撮像装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１６８】
１０  固体撮像装置，１１  センサチップ，  １００  画素，  １００Ｌ，１００Ｓ  画素，  １０１  ｎ型半導体領域，  １０２  ｐ型半導体領域，  １０３  ウェル層，  １２１  ｐ型半導体領域，  １２２  ｐ型半導体領域，  １２３  絶縁膜，  １２４  遮光部，  １２４Ｃ  開口部，  １２４Ｏ，１２４Ｑ  開口部，  １２４Ｌ，１２４Ｓ  開口部，  １３１  反射防止膜，  １３２  絶縁膜，  １３３  オンチップレンズ，  １３３Ｌ，１３３Ｓ  オンチップレンズ，  １３４  反射防止膜，  １０００  距離計測装置，  １０１１  光パルス送信機，  １０１２  光パルス受信機，  １０１３  RSフリップフロップ，  １２０３１  撮像部
【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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