(57)【要約】  画質を向上させることができる裏面照射型の固体撮像素子を提供すること。  半導体基板と、該半導体基板の表裏面のうちの一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、該半導体基板と該有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、を少なくとも備える、裏面照射型の固体撮像素子を提供する。
2017169314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
該半導体基板の一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、
該半導体基板と該有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、
を少なくとも備える、裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項２】
前記有機光電変換膜の下部に設けられた下部電極と、
前記有機光電変換膜の光電変換によって変換された電荷を前記半導体基板の他方の面側に転送するための前記半導体基板を貫く貫通電極と、を備え、
該下部電極と該貫通電極とが接続されている、
請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項３】
前記有機光電変換膜の下部に設けられた下部電極と、
前記有機光電変換膜の光電変換によって変換された電荷を前記半導体基板の他方の面側に転送するための前記半導体基板を貫く貫通電極と、
該下部電極と該貫通電極とを接続する少なくとも１つの配線層と、を備える、
請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項４】
前記半導体基板は第１のフォトダイオードを備えており、
前記有機光電変換膜により光電変換されない入射光の少なくとも一部の光が該第１のフォトダイオードにより光電変換される、
請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項５】
前記半導体基板は第２のフォトダイオードを備えており、
該第２のフォトダイオードが、前記第１のフォトダイオードと前記半導体基板の他方の面との間に設けられ、前記有機光電変換膜及び前記第１のフォトダイオードにより光電変換されない入射光の少なくとも１部の光は該第２のフォトダイオードにより光電変換される、
請求項４に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項６】
前記半導体基板と前記有機光電変換膜との間に形成されている第１の絶縁膜を更に備える、請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項７】
前記光導波路と前記第１の絶縁膜とが垂直方向に分離されている、請求項６に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項８】
前記光導波路の屈折率が、前記第１の絶縁膜の屈折率よりも大きい、請求項６に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項９】
前記光導波路がＳｉＮを含み、
前記光導波路の屈折率が１．８〜２．１あり、
前記第１の絶縁膜がＳｉＯを含み、
前記第１の絶縁膜の屈折率が１．３〜１．５である、請求項６に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記光導波路が低誘電率材料で形成されている、請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項１１】
縦方向分光は２層又は３層である、請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記半導体基板から前記有機光電変換膜までの厚さが１μｍ以下である、請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記光導波路が有機膜を含む、請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記光導波路の下部に形成されている第２の絶縁膜を更に備える、請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記光導波路の下部に形成されている低誘電率材料層を更に備える、請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項１６】
前記有機光電変換膜と前記光導波路との間に形成されているインナーレンズを更に備える、請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項１７】
第１の下部電極と、
該第１の下部電極と接続されて、該第１の下部電極より下側に形成されている第２の下部電極と、
該第１の下部電極と該第２の下部電極とを接続するビアと、
該第２の下部電極より下側に形成されているフォトダイオードと、を更に備え、
画角中心の該フォトダイオードの中心と該ビアの中心との第１の距離と、画角端の該フォトダイオードの中心と該ビアの中心との第２の距離とは異なる、請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
【請求項１８】
裏面照射型の固体撮像素子が搭載された電子装置において、
該裏面照射型の固体撮像素子が、
半導体基板と、
該半導体基板の一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、
該半導体基板と該有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、
を少なくとも備える、電子装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像素子、及び電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサやＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの固体撮像素子は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに広く用いられている。【０００３】
近年、固体撮像素子の小型化及び画質の向上を図るために様々な開発が行われている。【０００４】
例えば、半導体基板の表面側に入射した光を光電変換して第１光電変換信号を生成し、前記半導体基板の表面側に形成された配線層を介して前記第１光電変換信号を出力する第１撮像素子と、前記第１撮像素子の前記表面側に積層配置され、赤外光を吸収し可視光を透過する有機光電膜を用いて赤外光を光電変換して第２光電変換信号を生成し、前記配線層を介して前記第２光電変換信号を出力する第２撮像素子と、前記第２撮像素子の前記第１撮像素子とは反対側に積層配置され、複数のマイクロレンズが二次元状に配列されたマイクロレンズアレイと、を備え、
前記第１撮像素子は、前記マイクロレンズの各々に対応して設けられ、前記第１光電変換信号を出力する第１画素を複数有し、前記第２撮像素子は、前記マイクロレンズの各々に対応して設けられ、前記第２光電変換信号を出力する第２画素を複数有し、前記第２画素は、瞳分割位相差方式により結像光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出信号を出力する焦点検出用の画素であり、前記第２撮像素子と前記第１撮像素子との間には、前記第２撮像素子の前記第２画素を透過した可視光を前記第１撮像素子の前記第１画素に導光する光導波路が形成されていることを特徴とする撮像装置が提案されている（特許文献１を参照）。【０００５】
特許文献１で提案された技術によれば、光導波路が第１撮像素子と第２撮像素子との間で形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１６２５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１で提案された技術は、いわゆる表面照射型の撮像素子であり、光導波路は、配線層と同一の位置（同一層）で形成（積層）されているので、画質が低下し、画質の向上を図れないおそれがある。【０００８】
そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、画質を向上させることができる裏面照射型の固体撮像素子、及び裏面照射型の固体撮像素子を搭載した電子装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上述の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、半導体基板と有機光電変換膜との間に光導波路を形成させることによって、画質を飛躍的に向上させることに成功し、本技術を完成するに至った。【００１０】
すなわち、本技術では、まず、半導体基板と、該半導体基板の表裏面のうちの一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、該半導体基板と該有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、を少なくとも備える、裏面照射型の固体撮像素子を提供する。【００１１】
前記有機光電変換膜の下部に設けられた下部電極と、前記有機光電変換膜の光電変換によって変換された電荷を前記半導体基板の表裏面のうちの他方の面側に転送するための前記半導体基板を貫く貫通電極と、を備え、該下部電極と該貫通電極とが接続されていてよい。
また、前記有機光電変換膜の下部に設けられた下部電極と、前記有機光電変換膜の光電変換によって変換された電荷を前記半導体基板の表裏面のうちの他方の面側に転送するための前記半導体基板を貫く貫通電極と、該下部電極と該貫通電極とを接続する少なくとも１つの配線層と、を備えていてもよい。【００１２】
前記半導体基板は第１のフォトダイオードを備えており、前記有機光電変換膜により光電変換されない入射光の少なくとも一部の光が該第１のフォトダイオードにより光電変換されてもよい。
前記半導体基板は第２のフォトダイオードを備えており、該第２のフォトダイオードが、前記第１のフォトダイオードと前記半導体基板の表裏面のうちの他方の面との間に設けられ、前記有機光電変換膜及び前記第１のフォトダイオードにより光電変換されない入射光の少なくとも１部の光は該第２のフォトダイオードにより光電変換されてもよい。【００１３】
前記半導体基板と前記有機光電変換膜との間に形成されている第１の絶縁膜を更に備えていてもよい。
また、前記光導波路と前記第１の絶縁膜とが垂直方向に分離されていてよい。
さらに、前記光導波路の屈折率が、前記第１の絶縁膜の屈折率よりも大きくてよい。
またさらに、前記光導波路がＳｉＮを含み、前記光導波路の屈折率が１．８〜２．１あり、前記第１の絶縁膜がＳｉＯを含み、前記第１の絶縁膜の屈折率が１．３〜１．５であってよい。【００１４】
前記光導波路が低誘電率材料で形成されていてよい。
また、縦方向分光は２層又は３層でよい。
さらに、前記半導体基板から前記有機光電変換膜までの厚さが１μｍ以下でよい。
またさらに、前記光導波路が有機膜を含んでよい。【００１５】
また、前記光導波路の下部に形成されている第２の絶縁膜を更に備えていてよい。
さらに、前記光導波路の下部に形成されている低誘電率材料層を更に備えていてよい。
またさらに、前記有機光電変換膜と前記光導波路との間に形成されているインナーレンズを更に備えていてよい。【００１６】
第１の下部電極と、該第１の下部電極と接続されて、該第１の下部電極より下側に形成されている第２の下部電極と、該第１の下部電極と該第２の下部電極とを接続するビアと、該第２の下部電極より下側に形成されているフォトダイオードと、を更に備え、画角中心の該フォトダイオードの中心と該ビアの中心との第１の距離と、画角端の該フォトダイオードの中心と該ビアの中心との第２の距離とは異なっていてよい。【００１７】
また、本技術では、裏面照射型の固体撮像素子が搭載された電子装置において、該裏面照射型の固体撮像素子が、半導体基板と、該半導体基板の表裏面のうちの一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、該半導体基板と該有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、を少なくとも備える、電子装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本技術によれば、画質を向上させることができる。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、本技術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】
【００１９】
【図１】本技術を適用した第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図２】本技術を適用した第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図３】光導波路を説明するための図である。
【図４】図１の部分拡大図である。
【図５】本技術を適用した第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図６】本技術を適用した第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図７】本技術を適用した第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図８】本技術を適用した第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図９】本技術を適用した第２の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図１０】本技術を適用した第２の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図１１】本技術を適用した第３の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図１２】本技術を適用した第３の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図１３】本技術を適用した第４の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図１４】本技術を適用した第４の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図１５】本技術を適用した第５の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図１６】本技術を適用した第５の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図１７】本技術を適用した第５の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す断面図である。
【図１８】本技術を適用した第５の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の構成例を示す平面図である。
【図１９】本技術を適用した第１〜第５の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子の使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。
【００２１】
なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施形態（裏面照射型の固体撮像素子）
２．第２の実施形態（裏面照射型の固体撮像素子）
３．第３の実施形態（裏面照射型の固体撮像素子）
４．第４の実施形態（裏面照射型の固体撮像素子）
５．第５の実施形態（裏面照射型の固体撮像素子）
６．第６の実施形態（電子装置）
７．本技術を適用した裏面照射型の固体撮像素子の使用例
【００２２】
＜１．第１の実施形態（裏面照射型の固体撮像素子）＞
本技術に係る第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子は、半導体基板と、半導体基板の表裏面のうちの一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、半導体基板と有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、を少なくとも備える、裏面照射型の固体撮像素子である。
【００２３】
図１〜８に本技術に係る第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子１（図１〜８中では固体撮像素子１−１である。）を示す。
【００２４】
固体撮像素子１−１は、半導体基板１０と、半導体基板１０の表裏面のうちの一方の面側に形成されている有機光電変換膜１１と、半導体基板１０と有機光電変換膜１１との間に形成されている光導波路１２とを少なくとも備える。
【００２５】
固体撮像素子１−１は、更に、第１の絶縁膜１６（１６−１）を備え、光導波路１２と第１の絶縁膜１６−１とは垂直方向（図１中の上下方向）に分離されている。第１の絶縁膜１６−１は、例えば、シリコン酸化膜、ＴＥＯＳなどの絶縁性を有する誘電体を採用することができる。
【００２６】
図１は、光入射側からみた図２の平面図に示される裏面照射型の固体撮像素子１−１のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図（Ａ−Ａ’（Ｒ列））とＢ−Ｂ’線に沿って切断した断面図（Ｂ−Ｂ’（Ｂ列））と、を左右に並列にした図であり、固体撮像素子１−１の４画素分の画素２（画素２−１〜２−４）を示す。
【００２７】
図３は、図１の部分拡大図であり、光導波路１２を説明するための図である。光導波路１２は、撮像面に対して様々な角度で入射される光を、光導波路１２の屈折率と第１の絶縁膜１６−１の屈折率差を利用して、光導波路１２と第１の絶縁膜１６−１との界面で光を反射させることができる。したがって、光導波路１２は、隣接画素への光の侵入を防止することができる。
【００２８】
本技術に係る第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子１−１に光導波路１２が形成されることで、上記のとおり、光導波路１２と第１の絶縁膜１６−１との界面の反射により隣接画素への光の侵入が防止されるので、画質の向上効果、特には感度や、シェーディングや、混色の改善の効果が奏される。有機光電変換膜を用いた従来の固体撮像素子は、半導体基板１０と有機光電変換膜１１との間の距離を大きくすると、例えば画素への入射光が斜めに入射する場合には、混色やシェーディングが発生しやすい。このため、従来の固体撮像素子は、半導体基板１０と有機光電変換膜１１との間の距離を小さくする方が、混色やシェーディングを低減する観点から好ましい。一方、有機光電変換膜を用いた従来の固体撮像素子は、半導体基板１０と有機光電変換膜１１との間の距離を小さくすると、有機光電変換膜から信号電荷を読み出す下部電極に付く寄生容量が大きくなる。この寄生容量が増加すると、有機光電変換膜１１から信号電荷を読み出した際に、得られる信号が小さくなる。このため従来の固体撮像素子は、有機光電変換膜から読み出す信号のシグナルノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が低下してしまう。これに対して、第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子１−１は、半導体基板１０と有機光電変換膜１１との間に光導波路１２が形成されている。これにより感度や、シェーディングや、混色の改善の効果が奏されるので、半導体基板１０から有機光電変換膜１１の間を薄膜化する必要がなく、すなわち厚膜化することができる。そして、半導体基板１０から有機光電変換膜１１の間を厚膜化することによって、半導体基板１０と有機光電変換１１用の下部電極１４との容量低減が可能となり、変換効率低下や、ランダムノイズ（ＲＮ）の悪化が防止され得る。
【００２９】
さらには、本技術に係る第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子１−１に光導波路１２が導入されることによって、本技術に係る第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子１−１は、感度、シェーディング及び混色の改善の効果と、変換効率低下及びランダムノイズ（ＲＮ）の悪化の防止効果とを両立することができる。
【００３０】
図４は、図１の左側に示されるＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図（Ａ−Ａ’（Ｒ列））の拡大図である。図５は、図４に示される同一層である下部電極１４、シールド電極２１及び配線層１９−１について、固体撮像素子１−１の４画素分の平面レイアウトを表す図である。図６は、図４に示される同一層であるビア２０−１及びビア２０−２について、固体撮像素子１−１の４画素分の平面レイアウトを表す図である。図７は、図４に示される同一層である配線層１９−２及び配線層１９−４について、固体撮像素子１−１の４画素分の平面レイアウトを表す図である。図８は、図４に示される左側の貫通電極１５の上部及び右側の貫通電極の上部（但し、左側の貫通電極１５の上部及び右側の貫通電極の上部は同一の高さである。）について、固体撮像素子１−１の４画素分の平面レイアウトを表す図である。図４と図５乃至図８とにおいて、同じ構成物には同じ符号を付してある。
【００３１】
図４〜図８を参照する。固体撮像素子１−１は、有機光電変換膜１１の下部に設けられた下部電極１４と、有機光電変換膜１１の光電変換によって変換された電荷を半導体基板１０の表裏面のうちの他方の面側に転送するための半導体基板１０を貫く貫通電極１５（図２の右側の貫通電極）と、下部電極１４と貫通電極１５とを接続する配線層１９−４と、を備えている。配線層１９−４と、下部電極１４とはビア２０−２を介して接続されている。下部電極１４と貫通電極１５（図２の右側の貫通電極）とは１つの配線層１９−４で接続されている。配線層１９−４は後述する瞳補正用の配線（第２の下部電極）として用いられてもよく、その場合、配線層１９−４を、瞳補正量に応じて延在させてもよい。下部電極１４、ビア２０−２、及び配線層１９−４は、例えば、酸化インジウム錫膜、酸化インジワム亜鉛膜等の透明導電膜等でよい。また、貫通電極１５（図２の右側の貫通電極）と、配線層１９−４、ビア２０−２及び下部電極１４とはスパッタリング法又は化学蒸着法（ＣＶＤ）によって形成することができる。
【００３２】
貫通電極１５（図２の右側の貫通電極）は、径が一定の導電体で形成されていてよく、導電体としては、例えばＰＤＡＳ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｄｏｐｅｄ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ)等のドープされたシリコン材料の他、アルミニウム、タングステン、チタン、コバルト、ハフニウム、タンタル等の金属材料を採用することができる。
【００３３】
下部電極１４と貫通電極１５（図２の右側の貫通電極）とは複数の配線層で接続されていてもよい。下部電極１４と貫通電極１５（図２の右側の貫通電極）とが、単層の配線層又は複数の配線層で接続することによって、半導体基板１０から有機光電変換膜１１までの厚さを厚膜化して、下部電極１４と半導体基板１０とを遠ざけることによって、対地容量を低減して、変換効率低下やランダムノイズ（ＲＮ）の悪化を防止することができる。半導体基板１０から有機光電変換膜１１までの厚さを厚膜化した分は光導波路１２により隣接画素への光の侵入を防止することができるので、感度、シェーディング及び混色の改善をすることができる。特には、感度、シェーディング及び混色の改善の効果と、変換効率低下及びランダムノイズ（ＲＮ）の悪化の防止効果とが両立され得る。
【００３４】
なお、第１の実施形態の固体撮像素子１は、図２に記載の４画素を繰り返し単位として、かつ図４に記載の貫通電極１５がのりしろとなるように重ね合わせながら、図２に記載の４画素を２次元状となる行方向と列方向のそれぞれに複数個配列して画素アレイを形成している。このため、図２内のＡ−Ａ’線上の左側に記載の貫通電極１５は、画素アレイにおいて図２の左側に配置される別の４画素における右上の画素の下部電極１４に接続される貫通電極となる。同様に、図４内の左側に記載の貫通電極１５、配線層１９−２、ビア２０−１、配線層１９−１も、図４の左に配置される別の画素の下部電極１４に接続される。
【００３５】
シールド電極２１は下部電極１４及び配線層１９−１と同一層で形成されており、シールド電極２１は透明電極となる。配線層１９−３は配線層１９−２及び配線層１９−４と同一の層で形成されており、配線層１９−３は金属材料で形成されており、画素間の遮光効果を有する。配線層１９−３は、シールト電極２１からの信号を排出する配線であってもよい。
【００３６】
固体撮像素子１−１は、有機光電変換膜１１の下部に設けられた下部電極１４と、有機光電変換膜１１の光電変換によって変換された電荷を半導体基板１０の表裏面のうちの他方の面側に転送するための半導体基板１０を貫く貫通電極１５と、を備え、下部電極１４と貫通電極１５（図２の右側の貫通電極）とが接続されていてもよい。この場合、下部電極１４と貫通電極１５（図２の右側の貫通電極）とは、配線層を介さないで直接接続されている。
【００３７】
貫通電極１５（図２の右側の貫通電極）は、有機光電変換膜１１への方向（図２中の上方向）に引き伸ばされて、半導体基板１０から有機光電変換膜１１までの厚さを厚膜化して、下部電極１４と半導体基板１０とを遠ざけることによって、対地容量を低減して、変換効率低下やランダムノイズ（ＲＮ）の悪化を防止することができる。
【００３８】
図１に示される画素２（２−１〜２−４）においては、半導体基板１０に、フォトダイオード（不図示）及び電荷保持部（不図示）が形成され、半導体基板１０のシリコン（Ｓｉ）層に埋め込まれる。また、半導体基板１０上には、光導波路１２（１２−１〜１２−４）及び有機光電変換膜１１の順で積層され、さらに、保護膜１７、カラーフィルタ３（３−１〜３−４）、オンチップレンズ１８（１８−１〜１８−４）がこの順で積層されている。有機光電変換膜１１はその上下両面を上部電極１３と下部電極１４で挟まれている。上部電極１３は、例えば、酸化インジウム錫膜、酸化インジワム亜鉛膜等の透明導電膜等で形成される。
【００３９】
また、画素２（２−１〜２−４）のうち、画素２−１には、光が入射する側に対して、有機光電変換膜１１の上側にイエロ−（Ｙｅ）カラーフィルタ３−１が形成され、画素２−２には、光が入射する側に対して、有機光電変換膜１１の上側にホワイト（Ｗ）カラーフィルタ３−２が形成され、画素２−３には、光が入射する側に対して、有機光電変換膜１１の上側にシアン（Ｃｙ）カラーフィルタ３−３が形成され、画素２−４には、光が入射する側に対して、有機光電変換膜１１の上側にホワイト（Ｗ）カラーフィルタ３−４が形成される。
【００４０】
ここでは、色の組み合わせとして、有機光電変換膜１１を緑色（Ｇ）用、画素２−１のフォトダイオード（不図示）を赤色（Ｒ）用、画素２−２のフォトダイオード（不図示）をマゼンタ色（Ｍ＝Ｒ＋Ｂ）用、画素２−３のフォトダイオード（不図示）を青色（Ｂ）用及び画素２−４のフォトダイオード（不図示）をマゼンタ色（Ｍ＝Ｒ＋Ｂ）用とすることができるが、その他の任意の色の組み合わせも可能である。例えば、有機光電変換膜１１を青色（Ｂ）用又は赤色（Ｒ）用とすることができる。その場合、画素２−１〜２−４の４つのフォトダイオードのそれぞれは、有機光電変換膜１１が青色（Ｂ）用又は赤色（Ｒ）用に応じて、４つのフォトダイオードの色の用途を設定することができる。この場合、色に応じて４つのフォトダイオードの深さ方向の位置が設定される。
【００４１】
有機光電変換膜１１及びフォトダイオードによって、画素２（２−１〜２−４）に生成された信号電荷は、複数の画素トランジスタからなる読み出し部により読み出されて、信号処理部により処理されることで、画像データとして出力される。
【００４２】
光導波路１２の屈折率は、第１の絶縁膜１６−１の屈折率よりも大きいことが好ましい。この好ましい態様により、光導波路１２と第１の絶縁膜１６−１との界面の反射により隣接画素への光の侵入を更に効果的に防止することができる。
【００４３】
光導波路１２がＳｉＮを含み、光導波路１２の屈折率が１．８〜２．１あり、第１の絶縁膜１６−１がＳｉＯを含み、第１の絶縁膜１６−１の屈折率が１．３〜１．５であることが好ましい。この好ましい態様により、光導波路１２と第１の絶縁膜１６−１との界面の反射により隣接画素への光の侵入を更に効果的に防止することができる。
【００４４】
光導波路１２は特に限定されることなく、任意の材料で形成されてよいが、低誘電率材料で形成されても良い。光導波路１２の材料として、低誘電率材料を用いた場合には、容量を更に低減することができる。この更なる容量低減分を低背化にまわすことができるので、感度や、混色や、シェーディングの改善の効果が更に奏される。低誘電率材料の屈折率は、第１の絶縁膜１６−１の屈折率より大きく、１．６〜１．８であることが好ましい。低誘電率材料の誘電率は、特に限定されないが、３、４〜３．６であることが好ましい。
【００４５】
低誘電率材料は、特に限定されないが、例えば、ＳｉＯＣ膜やＳｉＯＣＨ膜等の透明材料等が挙げられる。
【００４６】
固体撮像素子１−１は、例えば、一画素内に有機光電変換膜１１とフォトダイオード（不図示）とが半導体基板１０の厚み方向に積層され、互いに異なる波長域の光（例えば、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光等）を選択的に検出して光電変換を行う、いわゆる縦方向分光型のものでもよく、縦方向分光は２層又は３層であることが好ましい。
【００４７】
半導体基板１０から有機光電変換膜１１までの厚さは、特に限定されず任意の厚さでよいが、１μｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
また、半導体基板１０から有機光電変換膜１１までの厚さは、容量を低減させる観点からは、特に限定されないが、２．０μｍ程度のセルサイズの場合は３００ｎｍ以上であることが好ましく、１．４μｍ程度のセルサイズの場合は５００ｎｍ以上であることが好ましい。また、瞳補正が必要となる観点からは、半導体基板１０から有機光電変換膜１１までの厚さは特に限定されないが、１００ｎｍ以上の場合に瞳補正をしてもよい。
【００４９】
光導波路１２は有機膜を含んでもよい。有機膜の屈折率は、特に限定されないが、１．５〜１．７であることが好ましい。有機膜の誘電率は、特に限定されないが、３．４〜３．６であることが好ましい。
【００５０】
光導波路１２は、公知の方法で製造することができる。例えば、絶縁膜１６を平坦に形成した後、光導波路１２となる部分を、穴状（あるいは円柱状あるいは円錐台状）に掘り込む。掘り込んだ穴に、絶縁膜よりも屈折率が大きな材料を、穴に埋め込む。その屈折率が大きな材料を埋め込んだ穴状（あるいは円柱状あるいは円錐台状）の部分が、光導波路１２となる。
【００５１】
なお、図示しないが、半導体基板１０（シリコン）の内部のフォトダイオードは、２層構造になっていてもよい。その場合、光入射側から順に（図１中の上から下に）、有機光電変換膜１１、半導体基板１０に備えられる第１のフォトダイオード及び第２のフォトダイオード、並びに配線層（図１中の最下方の３つの配線層）が配され、入射光のうち緑色の光が有機光電変換膜により光電変換され、２層構造の上層(有機光電変換膜側の層)の第１のフォトダイオードにより青色の光が光電変換され、２層構造の下層(配線層側であって、第１フォトダイオードと配線層が形成されている半導体基盤１０の他方の面との間に配される層)の第２のフォトダイオードにより赤色の光が光電変換されるように構成されてもよい。なお、その場合は、カラーフィルタを設けなくてもよい。
【００５２】
本技術に係る第１の実施形態の固体撮像素子１−１は、バルクシリコンフォトダイオード（不図示）の受光量を大きくできる、裏面照射型である。しかし、裏面照射型の固体撮像素子１−１は、有機光電変換膜１１の下部電極１４の電荷を読み出すために、半導体基板１０（シリコン基板）を貫通する貫通電極１５を、下部電極１４の電荷読み出し経路に備える必要がある。このため、有機光電変換膜１１とバルクシリコンフォトダイオードを用いた裏面照射型の固体撮像素子１−１を、光電変換膜とバルクシリコンフォトダイオードを用いた表面照射型固体撮像素子と比較すると、裏面照射型の固体撮像素子１−１の方が有機光電変換膜の下部電極１４の寄生容量が大きく、これにより下部電極１４の信号電荷を読み出す際の信号が小さく、これにより読み出される信号のＳ／Ｎが悪くなる可能性がある。裏面照射型の固体撮像素子１−１を、表面照射型の固体撮像素子と比較すると、本技術に係る第１の実施形態の固体撮像素子１−１の構造は、バルクシリコンフォトダイオードを裏面照射型にすることでバルクシリコンフォトダイオードの受光量を大きくしてかつ光導波路１２を用いて有機光電変換膜１１からの信号のＳ／Ｎを大きくするという作用効果をもたらす。
【００５３】
＜２．第２の実施形態（裏面照射型の固体撮像素子）＞
本技術に係る第２の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子は、半導体基板と、半導体基板の表裏面のうちの一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、半導体基板と有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、を少なくとも備え、光導波路の下部に形成されている第２の絶縁膜を更に備える、裏面照射型の固体撮像素子である。
【００５４】
図９〜図１０に本技術に係る第２の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子１（図９〜図１０中では固体撮像素子１−２である。）を示す。
【００５５】
固体撮像素子１−２は、半導体基板１０と、半導体基板の一方の面側に形成されている有機光電変換膜１１と、半導体基板１０と有機光電変換膜１１との間に形成されている光導波路１２と、第１の絶縁膜１６−１とを備え、光導波路１２と第１の絶縁膜１６−１とは垂直方向（図９の上下方向）に分離され、光導波路１２の下部に形成されている第２の絶縁膜１６−２を更に備える。
【００５６】
第２の絶縁膜１６−２は、例えばシリコン酸化膜、ＴＥＯＳ、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜などの絶縁性を有する誘電体を採用することができる。
【００５７】
図９は、光入射側からみた図１０の平面図に示される裏面照射型の固体撮像素子１−２のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図（Ａ−Ａ’（Ｒ列））とＢ−Ｂ’線に沿って切断した断面図（Ｂ−Ｂ’（Ｂ列））と、を左右に並列にした図であり、固体撮像素子１−２の４画素分の画素２（画素２−１〜２−４）を示す。
【００５８】
図９を参照すると、光導波路１２と半導体基板１０とを第２の絶縁膜１６−２で分離することによって、光導波路１２（例えば、ＳＩＮ）の固定電化によるピニングはずれで白点悪化を防ぐことができる。
【００５９】
固体撮像素子１−２の画素２（画素２−１〜２−４）の内容については、上記で述べた、第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子１−１の画素２（画素２−１〜２−４）の内容と同様である。
【００６０】
＜３．第３の実施形態（裏面照射型の固体撮像素子）＞
【００６１】
本技術に係る第３の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子は、半導体基板と、半導体基板の表裏面のうちの一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、半導体基板と有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、を少なくとも備え、光導波路の下部に形成されている低誘電率材料層を更に備える、裏面照射型の固体撮像素子である。
【００６２】
図１１〜図１２に本技術に係る第３の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子１（図１１〜図１２中では固体撮像素子１−３である。）を示す。固体撮像素子１−３は、半導体基板１０と、半導体基板の一方の面側に形成されている有機光電変換膜１１と、半導体基板１０と有機光電変換膜１１との間に形成されている光導波路１２と、第１の絶縁膜１６−１と第２の絶縁膜１６−２とを備え、光導波路１２と第１の絶縁膜１６−１とは垂直方向（図１１の上下方向）に分離され、第２の絶縁膜１６−２は光導波路１２の下部に形成され、光導波路１２と第２の絶縁膜１６−２との間に形成されている低誘電率材料層２２を更に備える。
【００６３】
図１１は、光入射側からみた図１２の平面図に示される裏面照射型の固体撮像素子１−３のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図（Ａ−Ａ’（Ｒ列））とＢ−Ｂ’線に沿って切断した断面図（Ｂ−Ｂ’（Ｂ列））と、を左右に並列にした図であり、固体撮像素子１−３の４画素分の画素２（画素２−１〜２−４）を示す。
【００６４】
光導波路１２と第２の絶縁膜１６−２との間に低誘電率材料層２２を形成させることで、容量を更に低減することができる。この更なる容量低減分を低背化にまわすことができるので、画質の更なる向上効果、特には感度や、混色や、シェーディングの改善の効果が更に奏される。
【００６５】
低誘電率材料層２２は、低誘電率材料を含む層でもよいし、又は低誘電率材料からなる層でもよい。低誘電率材料の屈折率は、特に限定されないが、１．６〜１．８であることが好ましい。低誘電率材料の誘電率は、特に限定されないが、３、４〜３．６であることが好ましい。
【００６６】
低誘電率材料は、特に限定されないが、例えば、ＳｉＯＣ膜やＳｉＯＣＨ膜等の透明材料等が挙げられる。
【００６７】
固体撮像素子１−３の画素２（画素２−１〜２−４）の内容については、上記で述べた、第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子１−１の画素２（画素２−１〜２−４）の内容と同様である。
【００６８】
＜４．第４の実施形態（裏面照射型の固体撮像素子）＞
本技術に係る第４の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子は、半導体基板と、半導体基板の表裏面のうちの一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、半導体基板と有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、を少なくとも備え、有機光電変換膜と光導波路との間に形成されているインナーレンズを更に備える、裏面照射型の固体撮像素子である。
【００６９】
図１３〜図１４に本技術に係る第４の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子１（図１３〜図１４中では固体撮像素子１−４である。）を示す。
【００７０】
固体撮像素子１−４は、半導体基板１０と、半導体基板の一方の面側に形成されている有機光電変換膜１１と、半導体基板１０と有機光電変換膜１１との間に形成されている光導波路１２と、第１の絶縁膜１６−１と第２の絶縁膜１６−２とを備え、光導波路１２と第１の絶縁膜１６−１とは垂直方向（図１３の上下方向）に分離され、また、第１の絶縁膜１６−１は光導波路１２の上部にも形成され、さらに第２の絶縁膜１６−２は光導波路１２の下部に形成され、有機光電変換膜１１（及び第１の絶縁膜１６−１）と光導波路１２との間に形成されているインナーレンズ２３（２３−１〜２３−４）を更に備える。
【００７１】
図１３は、光入射側からみた図１４の平面図に示される裏面照射型の固体撮像素子１−４のＡ−Ａ’線に沿って切断した断面図（Ａ−Ａ’（Ｒ列））とＢ−Ｂ’線に沿って切断した断面図（Ｂ−Ｂ’（Ｂ列））と、を左右に並列にした図であり、固体撮像素子１−４の４画素分の画素２（画素２−１〜２−４）を示す。
【００７２】
有機光電変換膜１１と光導波路１２との間、すなわち、第１の絶縁膜１６−１と光導波路１２との間にインナーレンズ２３（２３−１〜２３−４）を挿入することによって、オンチップレンズ１８（１８−１〜１８−４）からの光を、画素２−１〜２−４のそれぞれの画素毎に。より効率良く集光させることができる。したがって、光導波路１２とインナーレンズ２３との両方が固体撮像素子１−４に形成されることによって、隣接画素の混色の改善の相乗的な効果が奏される。また、インナーレンズ２３を挿入することによって、上記のとおり、隣接画素の混色の改善の相乗的な効果が奏されるので、図１３に示すとおり第１の絶縁膜１６−１を更に厚くすることができ、半導体基板１０から有機光電変換膜１１の間を厚膜化することできる。この厚膜化によって、半導体基板１０と有機光電変換１１用の下部電極１４との容量低減が可能となり、変換効率低下や、ランダムノイズ（ＲＮ）の悪化が防止され得る。そして、特には、感度、シェーディング及び混色の改善の効果と、変換効率低下及びランダムノイズ（ＲＮ）の悪化の防止効果とが両立され得る。
【００７３】
インナーレンズ２３は、例えば、プラズマ窒化シリコン（Ｐ−ＳｉＮ；屈折率約１．９〜２．０）等で、形成することができる。インナーレンズ２３の形状は、任意の形状でよいが、図１３に示したようなオンチップレンズ１８と同じく、半球形状としてもよい、他の形状でもよい。例えば、インナーレンズ２３を矩形にしてもよい。
【００７４】
固体撮像素子１−４の画素２（画素２−１〜２−４）の内容については、上記で述べた、第１の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子１−１の画素２（画素２−１〜２−４）の内容と同様である。
【００７５】
＜５．第５の実施形態（裏面照射型の固体撮像素子）＞
本技術に係る第５の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子は、半導体基板と、半導体基板の表裏面のうちの一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、半導体基板と有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、を少なくとも備え、第１の下部電極と接続されて、第１の下部電極より下側に形成されている第２の下部電極と、第１の下部電極と第２の下部電極とを接続するビアと、第２の下部電極より下側に形成されているフォトダイオードと、を更に備え、画角中心のフォトダイオードの中心とビアの中心との第１の距離と、画角端のフォトダイオードの中心とビアの中心との第２の距離とは異なる、裏面照射型の固体撮像素子である。
【００７６】
図１５〜図１８に本技術に係る第５の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子１（図１５〜図１８では固体撮像素子１−５である。）を示す。
【００７７】
固体撮像素子１−５は、瞳補正を考慮した構造を有する。
【００７８】
図１５及び図１６は、画角中心の固体撮像素子１−５の構造を示し、図１７及び図１８は、画角端の固体撮像素子１−５の構造を示す。以下の説明においては、画角中心に配置された瞳補正に関わる構造には、“ａ" という符号を付し、画角端に配置された瞳補正に関わる構造には、“ｂ" との符号を付して説明を行う。
【００７９】
固体撮像素子１−５は、半導体基板１０と、半導体基板の一方の面側に形成されている有機光電変換膜１１と、半導体基板１０と有機光電変換膜１１との間に形成されている光導波路１２とを備え、第１の下部電極１４１（１４１−１〜１４１−４）と、第１の下部電極１４１（１４１−１〜１４１−４）と接続されて、第１の下部電極１４１（１４１−１〜１４１−４）より下側に形成されている第２の下部電極１４２（１４２−１〜１４２−４）と、第１の下部電極１４１（１４１−１〜１４１−４）と第２の下部電極１４２（１４２−１〜１４２−４）と、を接続するビア２０１（２０１−１〜２０１−４）と、第２の下部電極１４２（１４２−１〜１４２−４）より下側に形成されているフォトダイオード２４（２４−１〜２４−４）と、を更に備える。
【００８０】
固体撮像素子１−５は、画角中心のフォトダイオード２４（２４−１ａ〜２４−４ａ）の中心とビア２０１（２０１−１ａ〜２０１−４ａ）の中心との第１の距離と、画角端のフォトダイオード２４（２４−１ｂ〜２４−４ｂ）の中心とビア２０１（２０１−１ｂ〜２０１−４ｂ）の中心との第２の距離とが異なる。
【００８１】
オンチップレンズ１８（１８−１〜１８−４）への光は、撮像面に対してさまざまな角度で入ってくるため、画角中心の画素２（２−１〜２−４）と画角端の画素２（２−１〜２−４）を同様の構造とすると、効率良く集光できず、画角中心の画素２と画角端の画素２とで感度差が生じてしまう。
【００８２】
画角中心の画素２と画角端の画素２とで感度差が生じず、一定の感度とするために、例えば、撮像面の中央(画角中心)では、オンチップレンズ１８（１８−１〜１８−４）の光軸とフォトダイオード２４（２４−１〜２４−４）の開口を合わせ、画角端に向かうにつれて、フォトダイオード２４（２４−１〜２４−４）の位置を主光線の向きに合わせてずらす瞳補正等と称される技術がある。
【００８３】
画角中心部分の配置された画素２においては、図１５に矢印で示したように、フォトダイオード２４−３ａに対して略垂直に入射光が入射するが、画角端部分の配置された画素２においては、図１７に矢印で示したように、フォトダイオード２４−３ｂに対して斜め方向から入射光が入射する。
【００８４】
オンチップレンズ１８−３ｂやシアン（Ｃｙ）カラーフィルタ３−３ｂには、斜め光に対しても効率良く集光できるように、瞳補正が加えられている。その瞳補正量は、上記画角中心(例えば画素部中心)より画角端に向かうにしたがって大きくなる。
【００８５】
図１５を参照するに、画角中心の画素２−３ａでは、例えば、オンチップレンズ１８−３ａの中心軸方向から入射光が入射されるので、オンチップレンズ１８−３ａによって集光された入射光は、シアンカラーフィルタ３−３ａを透過して分光されて、フォトダイオード２４−３ａに入射される。
【００８６】
すなわち、画角中心の画素２−３ａにおいては、オンチップレンズ１８−３ａの中心を透過した入射光は、シアン（Ｃｙ）カラーフィルタ３−３ａの中心を透過し、フォトダイオード２４−３ｓの中心に照射される。したがって、画角中心の画素２−３ａにおいては、瞳補正は行われない。
【００８７】
図１７を参照するに、画角中心から外れる画角端の画素２−３ｂでは、オンチップレンズ１８−３ｂやシアン（Ｃｙ）カラーフィルタ３−３ｂには、斜め光に対しても効率良く集光できるように、瞳補正が加えられている。図１７においては、フォトダイオード２４−３ｂの関口部に対して、シアン（Ｃｙ）カラーフィルタ３−３ｂは、図中左方向に所定の量だけずれた位置に配置されている。さらに、オンチップレンズ１８−３ｂは、シアン（Ｃｙ）カラーフィルタ３−３ｂよりも左方向に所定の量だけずれた位置に配置されている。
【００８８】
オンチップレンズ１８やカラーフィルタ３のずれ量は、画角中心部から画角端方向に向かって大きくなる。オンチップレンズ１８−３ｂやシアン（Ｃｙ）カラーフィルタ３−３ｂだけでなく、上部電極１４１−３ｂ（透明電極）の位置も、オンチップレンズ１８−３ｂやシアン（Ｃｙ）カラーフィルタ３−３ｂに合わせ、ずれた位置に配置されている。
【００８９】
図１６及び１８は、オンチップレンズ１８側から画素２をみたときの平面図である。図１６は、画角中心における画素２の平面図であり、図１８は、画角端における画素２の平面図である。
【００９０】
図１５を参照するに、画角中心に位置する例えば画素２−３ａの第１の下部電極１４１−３ａは、ビア２０１−３ａを介して、第２の下部電極１４２−３ａと接続され、第２の下部電極１４２−３ａは、貫通電極１５−３ａと接続されている。同様に、図１７を参照するに、画角端に位置する例えば画素２−３ｂの第１の下部電極１４１−３ｂは、ビア２０１−３ｂを介して、第２の下部電極１４２−３ｂと接続され、第２の下部電極１４２−３ｂは、貫通電極１５−３ｂと接続されている。
【００９１】
このように、各画素２の第１の下部電極１４１は、ビア２０１を介して、第２の下部電極１４２と接続され、第２の下部電極１４２は、貫通電極１５と接続されている。
【００９２】
ビア２０１は、製造時にビアとして設けられ、例えば、第１の下部電極１４１と同一の材料が充填されることで第１の下部電極１４１と接続された電極を形成する。第１の下部電極１４１を透明な材料で構成される透明電極とした場合、ビア２０１内に充填される材料も、透明電極を形成できる材料であり、第１の下部電極１４１を構成する材料と同一の材料とすることができる。
【００９３】
貫通電極１５は、製造時に貫通孔が形成され、その貫通孔に、電極の材料となる材料が充填されることで形成される。第２の下部電極１４２は、貫通電極１５が形成された後に、フォトリソグラフィなどの技術でエッチングされ、電極として機能する材料、例えば、貫通電極１５と同様の材料が充填されることで形成される。
【００９４】
または、第２の下部電極１４２は、第１の下部電極１４１と同じ材料で構成されるようにしてもよい。第１の下部電極１４１が透明電極とされる場合、第２の下部電極１４２も透明電極とすることができる。
【００９５】
なお、貫通電極１５は、画素間に設けられ、隣接する画素への光の漏れを防ぐ遮光壁として機能させることも可能であり、そのような機能を貫通電極１５4に持たせる場合、遮光性を有する材料で貫通電極１５は構成される。貫通電極１５に対して、第２の下部電極１４２は、フォトダイオード２４の一部にかぶる位置にあるため、フォトダイオード２４への入射光を遮ってしまう可能性があるため、そのような可能性を低減させるために、第１の下部電極１４１と同じく透明電極としてもよい。
【００９６】
図１６及び１８を参照する。フォトダイオード２４は、等間隔に形成されている。画角中心においては、図１６に示すように、フォトダイオード２４−３ａの中心部分に第１の下部電極１４１−３ａが配置されているのに対して、画角端においては、図１８に示すように、フォトダイオード２４−３ｂの中心部分より左方向(画角中心方向)にずれた位置に第１の下部電極１４１−３ｂが配置されている。
【００９７】
上記したように、画角端においては、瞳補正のために、第１の下部電極１４１−３ｂ(透明電極１４１−３ｂ)は、半導体基板１０のシリコン層に設けられた受光部(フォトダイオード２４−３ｂ)よりずれた位置に配置することで、斜め方向から入射される入射光の感度低下が抑制される構成とされている。
【００９８】
画角中心においては、図１５及び１６に示すように、ビア２０１−３ａと貫通電極１５−３ａは、略同じ位置に形成される。これに対して、画角端においては、図１７及び１８に示すように、ビア２０１−３ｂと貫通電極１５−３ｂとは、異なる位置に形成される。このように、画素の位置に応じて、ビア２０１と貫通電極１５との位置関係は異なる。
【００９９】
仮に、ビア２０１−３ｂと貫通電極１５−３ｂとを異なる位置に形成するのではなく、同一の位置、すなわち、画角中心に位置する画素２と同じく、ビア２０１−３ｂと貫通電極１５−３ｂを同一の位置に形成した場合、ビア２０１−３ｂ’(以下、画角端においてビア２０１−３ｂと貫通電極１５−３ｂを同一の位置に形成した場合のビア２０１−３ｂと貫通電極１５−３ｂは、ダッシュを付して記述する)は、第２の下部電極１４２と接続できない可能性がある。
【０１００】
画角端においては、第１の下部電極１４１−３ｂは、画角中心における第１の下部電極１４１−３ａよりも、ずれた位置に配置されているため、ビア２０１−３ｂ’を貫通電極１５−３ｂ’と同一の位置に形成した場合、第１の下部電極１４１−３ｂ外にビア２０１−３ｂ’が形成されてしまう可能性がある。
【０１０１】
このような場合、第１の下部電極１４１−３ｂとビア２０１−３ｂ’は接続されない状態となり、第１の下部電極１４１−３ｂと貫通電極１５−３ｂ’が接続されない状態になるため、この画素２−３ｂからの読み出しは行えないことになる。
【０１０２】
すなわち、有機光電変換膜１１の下に位置する第１の下部電極１４１を、フォトダイオード２４からずらして形成することで斜入射光の感度低下を抑制することができるが、瞳補正量が大きい場合は、第１の下部電極１４１が、半導体基板１０のシリコン層内の単位画素からはみ出してしまう可能性がある。そのような場合、有機光電変換膜１１の読出し回路は、シリコン基板内の単位画素内に配置されるため、有機光電変換膜１１の電位を単位画素内に伝達できなくなる可能性がある。このような可能性を低減させるために、瞳補正量を制限し、第１の下部電極１４１が、シリコン層内の単位画素からはみ出すことがないように構成される必要がある。
【０１０３】
瞳補正量に制限をかけず、適切に瞳補正ができるようにするために、図１６及び１８に示すように、１つの画素２において、有機光電変換膜１１と接する透明の第１の下部電極１４１−３ｂと、第１の下部電極１４１−３ｂに接続される第２の下部電極１４２−３ｂを備え、光学中心からの位置に応じて第１の下部電極１４１−３ｂと、第１の下部電極１４１−３ｂと第２の下部電極１４２−３ｂをつなぐビア２０１−３ｂの位置が、シリコン基板内の単位画素からずれて形成される構成とする。
【０１０４】
このように、第１の下部電極１４１−３ｂと連動してビア２０１−３ｂが移動することで、半導体基板１０の単位画素から第１の下部電極１４１−３ｂがずれても、第２の下部電極１４２−３ｂによって、半導体基板１０（シリコン基板）内の単位画素内に信号を伝達することができるようになる。
【０１０５】
固体撮像素子１−５は、光導波路１２（１２−１〜１２−４）をさらに備える。光導波路１２を備えずに、斜めに入射する光の進行方向に従ってオンチップレンズとカラーフィルタと下部電極とフォトダイオードの位置を直線的に補正する瞳補正を行う形態と比較すると、下部電極とフォトダイオードとの間に光導波路を備える固体撮像素子１−５は、光の進行を下方すなわちフォトダイオード方向へ導くことができるので、光導波路１２を備えない形態よりも、下部電極とフォトダイオードとの間の瞳補正の量を小さくすることができる。下部電極とフォトダイオードとの間の瞳補正の量を小さくすることができることにより、第２の下部電極１４２の大きさを小さくすることができる。第２の下部電極１４２の大きさを小さくすることにより、下部電極から貫通電極にいたる間の寄生容量を小さくすることができる。この寄生容量を小さくすることにより、固体撮像素子１−５は、変換効率低下や、ランダムノイズ（ＲＮ）の悪化を低減することができる。
【０１０６】
＜６．第６の実施形態（電子装置）＞
本技術に係る第６の実施形態の電子装置は、裏面照射型の固体撮像素子が搭載された電子装置において、裏面照射型の固体撮像素子が、半導体基板と、該半導体基板の表裏面のうちの一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、該半導体基板と該有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、を少なくとも備える、電子装置である。また、本技術に係る第６の実施形態の電子装置は、本技術に係る第１の実施形態〜第５の実施形態の裏面照射型の固体撮像素子が搭載された電子装置でもよい。
【０１０７】
＜７．本技術を適用した裏面照射型固体撮像素子の使用例＞
図１９は、上述した裏面照射型の固体撮像素子を使用する使用例を示す図である。上述した裏面照射型の固体撮像素子は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
【０１０８】
・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置。
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置。
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、ＴＶや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置。
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置。
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置。
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置。
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやワェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置。
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置。
【０１０９】
なお、本技術に係る実施形態は、上述した実施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。
【０１１０】
また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
【０１１１】
また、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
［１］
半導体基板と、
該半導体基板の表裏面のうちの一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、
該半導体基板と該有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、
を少なくとも備える、裏面照射型の固体撮像素子。
［２］
前記有機光電変換膜の下部に設けられた下部電極と、
前記有機光電変換膜の光電変換によって変換された電荷を前記半導体基板の表裏面のうちの他方の面側に転送するための前記半導体基板を貫く貫通電極と、を備え、
該下部電極と該貫通電極とが接続されている、
［１］に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［３］
前記有機光電変換膜の下部に設けられた下部電極と、
前記有機光電変換膜の光電変換によって変換された電荷を前記半導体基板の表裏面のうちの他方の面側に転送するための前記半導体基板を貫く貫通電極と、
該下部電極と該貫通電極とを接続する少なくとも１つの配線層と、を備える、［１］に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［４］
前記半導体基板は第１のフォトダイオードを備えており、
前記有機光電変換膜により光電変換されない入射光の少なくとも一部の光が該第１のフォトダイオードにより光電変換される、
［１］から［３］のいすれか１つに記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［５］
前記半導体基板は第２のフォトダイオードを備えており、
該第２のフォトダイオードが、前記第１のフォトダイオードと前記半導体基板の表裏面のうちの他方の面との間に設けられ、前記有機光電変換膜及び前記第１のフォトダイオードにより光電変換されない入射光の少なくとも１部の光は該第２のフォトダイオードにより光電変換される、
［４］に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［６］
前記半導体基板と前記有機光電変換膜との間に形成されている第１の絶縁膜を更に備える、［１］から［５］のいずれか１つに記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［７］
前記光導波路と前記第１の絶縁膜とが垂直方向に分離されている、［６］に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［８］
前記光導波路の屈折率が、前記第１の絶縁膜の屈折率よりも大きい、［６］又は［７］に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［９］
前記光導波路がＳｉＮを含み、
前記光導波路の屈折率が１．８〜２．１あり、
前記第１の絶縁膜がＳｉＯを含み、
前記第１の絶縁膜の屈折率が１．３〜１．５である、［６］から［８］のいずれか１つに記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［１０］
前記光導波路が低誘電率材料で形成されている、［１］から［９］のいずれか１つに記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［１１］
縦方向分光は２層又は３層である、［１］から［１０］のいずれか１つに記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［１２］
前記半導体基板から前記有機光電変換膜までの厚さが１μｍ以下である、［１］から［１１］のいずれか１つに記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［１３］
前記光導波路が有機膜を含む、［１］から［１２］のいずれか１つに記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［１４］
前記光導波路の下部に形成されている第２の絶縁膜を更に備える、［１］から［１３］のいずれか１つに記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［１５］
前記光導波路の下部に形成されている低誘電率材料層を更に備える、［１］から［１４］のいずれか１つに記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［１６］
前記有機光電変換膜と前記光導波路との間に形成されているインナーレンズを更に備える、［１］から［１５］のいずれか１つに記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［１７］
第１の下部電極と、
該第１の下部電極と接続されて、該第１の下部電極より下側に形成されている第２の下部電極と、
該第１の下部電極と該第２の下部電極とを接続するビアと、
該第２の下部電極より下側に形成されているフォトダイオードと、を更に備え、
画角中心の該フォトダイオードの中心と該ビアの中心との第１の距離と、画角端の該フォトダイオードの中心と該ビアの中心との第２の距離とは異なる、［１］から［１６］のいずれか１つに記載の裏面照射型の固体撮像素子。
［１８］
裏面照射型の固体撮像素子が搭載された電子装置において、
該裏面照射型の固体撮像素子が、
半導体基板と、
該半導体基板の表裏面のうちの一方の面側に形成されている有機光電変換膜と、
該半導体基板と該有機光電変換膜との間に形成されている光導波路と、
を少なくとも備える、電子装置。
［１９］
［２］から［１７］のいずれか１つに記載の裏面照射型の固体撮像素子が搭載された電子装置。
【符号の説明】
【０１１２】
１（１−１〜１−５）…固体撮像素子、２（２−１〜２−４）…画素、３（３−１〜３−４）カラーフィルタ、１０…半導体基板、１１…有機光電変換膜、１２（１２−１〜１２−４）…光導波路
【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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【国際調査報告】
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