(57)【要約】固体撮像装置１はＮ型半導体層１０１上にＰ型半導体層１０２、絶縁層１０４、カラーフィルタ１０６、透光層１０７及び集光層１０８を順次積層させて成る。Ｐ型半導体層１０２の絶縁層１０４側にはフォトダイオード１０３が形成されている。絶縁層１０４の内部には遮光膜１０５が形成されている。フォトダイオード１０３は偏りをもって二次元配置されることによって高密度実装されており、近接配置されたフォトダイオード１０３が透光層１０７及び集光層１０８を共用することによって集光効率を向上させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元配置された複数の光電変換手段と、
入射光を光電変換手段に集光する複数の集光手段と、を備え、
前記複数の光電変換手段のうち、一部の光電変換手段どうしが他の光電変換手段に比べて互いに近接配置されており、
互いに近接配置されている光電変換手段はひとつの集光手段を共用する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記集光手段は、
入射光を透過させる透光手段と、
前記透光手段の周囲に入射した光を前記透光手段側へ屈折させる屈折手段と
を備えることを特徴とする第１の請求の範囲に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記透光手段の屈折率は前記屈折手段の屈折率よりも大きい
ことを特徴とする第２の請求の範囲に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記屈折手段の屈折率は前記透光手段から遠いほど低い
ことを特徴とする第２の請求の範囲に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記屈折手段は、
高屈折率部分と低屈折率部分とが前記透光手段から離れるに従って交互に配置されてなる
ことを特徴とする第２の請求の範囲に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記屈折手段の実効屈折率は前記透光手段から遠いほど低い
ことを特徴とする第２の請求の範囲に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
受光素子に入射光を集光する集光層を備える固体撮像装置の製造方法であって、
受光素子が形成された半導体層上に透光層を形成する第１工程と、
前記透光層上に第１のマスクを形成する第２工程と、
前記透光層にイオンを注入して屈折率を増大させる第３工程と、
前記第１のマスクを除去する第４工程と、
前記透光層上の前記イオンが注入された領域を含む領域に第２のマスクを形成する第５工程と、
前記第２のマスクを形成した前記透光層をエッチングして前記集光層とする第６工程と、
前記第２のマスクを除去する第７工程と、を含み、
前記マスクは前記受光素子上の前記透光層の少なくとも一部が露出するように形成される
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記透光層は低屈折率材料からなる
ことを特徴とする第７の請求の範囲に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記イオンはリン又は砒素である
ことを特徴とする第７の請求の範囲に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
受光素子に入射光を集光する集光層を備える固体撮像装置の製造方法であって、
受光素子が形成された半導体層上に高屈折率材料からなる透光層を形成する第１工程と、
前記半導体層及び前記透光層上に低屈折率材料からなる屈折層を形成する第２工程と、
前記透光層をエッチングストッパーとして、前記屈折層をエッチングする第３工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
二次元配置された複数の光電変換手段と、
入射光を光電変換手段に集光する複数の集光手段と、を備え、
前記複数の光電変換手段のうち、一部の光電変換手段どうしが他の光電変換手段に比べて互いに近接配置されており、
互いに近接配置されている光電変換手段はひとつの集光手段を共用する固体撮像装置
を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、固体撮像装置に関し、特に、受光素子を高密度実装した固体撮像装置の集光率を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  固体撮像装置は、多数の受光素子を二次元状に配列することによって撮像する装置である。図１は、従来技術に係る固体撮像装置の概略構成を例示する平面図である。図１に示されるように、固体撮像装置７は受光素子７０１、垂直シフトレジスタ７０３、水平シフトレジスタ７０２、駆動回路７０４を備えている。受光素子７０１は碁盤の目状に等間隔に配置されている。【０００３】  垂直シフトレジスタ７０３が受光素子７０２の何れかの行を選択し、水平シフトレジスタ７０２がその行の行信号を選択すると、受光素子毎の撮像信号が出力される。駆動回路７０４は垂直シフトレジスタ７０３、水平シフトレジスタ７０２を駆動する。なお、図示しないが、各受光素子７０１はフォトダイオードに信号電圧を増幅するためにアンプを備えている。【０００４】  図２は、従来技術に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。図２に示されるように、固体撮像装置７はＮ型半導体層８０１上に、Ｐ型半導体層８０２、絶縁層８０４、カラーフィルタ８０６を順次積層した構造となっている。Ｐ型半導体層８０２の絶縁層８０４側にはフォトダイオード８０３が、絶縁層８０４中には遮光膜８０５がそれぞれ形成されている。カラーフィルタ８０６上にはマイクロレンズ８０７が配されている。【０００５】  マイクロレンズ８０７は入射光をフォトダイオード８０３上に集光する。カラーフィルタ８０６は入射光のうち特定の波長の光のみを透過させる。フォトダイオード８０３は入射光の強度に応じた電荷を発生させる。
【特許文献１】「ＣＣＤ／ＭＯＳイメージセンサーの基礎と応用」、ＣＱ出版社、米本和也著、Ｐ．９５−１０１．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  このような固体撮像装置に対して、より高い解像度を実現するために更なる高画素化が求められており、これに伴って受光素子の高密度実装が必要不可欠となっている。
しかしながら、受光素子はそれぞれ入射光を光電変換する光電変換部や、光電変換によって得られた撮像信号を増幅する増幅部、撮像信号を出力するための配線部、或いは信号をオン、オフするトランジスタ等を備えている。このうち光電変換領域や増幅部は小型化が難しいため、受光素子を高密度実装（例えば、２００万画素以上。）しようとすると、フォトダイオードを等間隔にすることができず、配置に偏りが生じる。【０００７】  フォトダイオードが密集して配置するとマイクロレンズを小さくせざるを得ず、十分な集光力を得ることができなくなり、結局、固体撮像装置の受光感度が低下してしまう。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、受光素子が高密度実装されており、かつ集光効率が高い固体撮像装置、当該固体撮像装置の製造方法及び当該固体撮像装置を用いたカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、二次元配置された複数の光電変換手段と、入射光を光電変換手段に集光する複数の集光手段と、を備え、前記複数の光電変換手段のうち、一部の光電変換手段どうしが他の光電変換手段に比べて互いに近接配置されており、互いに近接配置されている光電変換手段はひとつの集光手段を共用することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】  このようにすれば、光電変換手段が偏りをもって高密度に二次元配置されている場合であっても、互いに近接配置されている光電変換手段どうしで集光手段を共用するので、高い集光効率を達成することができる。この場合において、前記集光手段は、入射光を透過させる透光手段と、前記透光手段の周囲に入射した光を前記透光手段側へ屈折させる屈折手段とを備えれば尚好適である。【００１０】  本発明に係る固体撮像装置は、前記透光手段の屈折率は前記屈折手段の屈折率よりも大きいことを特徴とする。更に、前記屈折手段の屈折率は前記透光手段から遠いほど低いことを特徴とする。このようにすれば、光電変換手段の周辺に向かう光を光電変換手段に導いて、集光効率を高めることができる。
本発明に係る固体撮像装置は、前記屈折手段は、高屈折率部分と低屈折率部分とが前記透光手段から離れるに従って交互に配置されてなることを特徴とする。このようにすれば、前記屈折手段をより高精度に形成することができ、また、前記屈折手段をより小型化することができる。この場合において、前記屈折手段の実効屈折率は前記透光手段から遠いほど低いとすれば、更に集光効率を向上させることができる。【００１１】  本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、受光素子に入射光を集光する集光層を備える固体撮像装置の製造方法であって、受光素子が形成された半導体層上に透光層を形成する第１工程と、前記透光層上に第１のマスクを形成する第２工程と、前記透光層にイオンを注入して屈折率を増大させる第３工程と、前記第１のマスクを除去する第４工程と、前記透光層上の前記イオンが注入された領域を含む領域に第２のマスクを形成する第５工程と、前記第２のマスクを形成した前記透光層をエッチングして前記集光層とする第６工程と、前記第２のマスクを除去する第７工程と、を含み、前記マスクは前記受光素子上の前記透光層の少なくとも一部が露出するように形成されることを特徴とする。このようにすれば、本発明に係る固体撮像装置の集光層をより少ない工数で形成することができるので、固体撮像装置の製造コストを低減し、また、工期を短縮することができる。【００１２】  この場合において、前記透光層は低屈折率材料からなるとすれば、高い集光効率を得ることができる。また、前記イオンはリン又は砒素であるとすれば尚好適である。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、受光素子に入射光を集光する集光層を備える固体撮像装置の製造方法であって、受光素子が形成された半導体層上に高屈折率材料からなる透光層を形成する第１工程と、前記半導体層及び前記透光層上に低屈折率材料からなる屈折層を形成する第２工程と、前記透光層をエッチングストッパーとして、前記屈折層をエッチングする第３工程とを含むことを特徴とする。このようにすれば、より少ない工数で集光層を形成することができる。【００１３】  本発明に係るカメラは、二次元配置された複数の光電変換手段と、入射光を光電変換手段に集光する複数の集光手段と、を備え、前記複数の光電変換手段のうち、一部の光電変換手段どうしが他の光電変換手段に比べて互いに近接配置されており、互いに近接配置されている光電変換手段はひとつの集光手段を共用する固体撮像装置を備えることを特徴とする。このようにすれば、集光効率を高めつつ画素数を増大させることができるので、より鮮明なデジタル画像を撮影することができるカメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術に係る固体撮像装置の概略構成を例示する平面図である。
【図２】従来技術に係る固体撮像装置の詳細構成の一部を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態の変形例に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図１１】本発明の変形例（４）に係る電子スチルカメラの機能構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１５】１、４、５、６、７…固体撮像装置
１０１、４０１、５０１、６０１、８０１…Ｎ型半導体層
１０２、４０２、５０２、６０２、８０２…Ｐ型半導体層
１０３、４０３、５０３、６０３、８０３…フォトダイオード
１０４、４０４、５０４、６０４、８０４…絶縁層
１０５、４０５、５０５、６０５、８０５…遮光膜
１０６、４０６、５０６、６０６、８０６…カラーフィルタ
１０７、５０７、６０７…透光層
１０８、５０８、６０８…集光層
３０１、３０２、４０８、７０１、８０１、８０２…レジストマスク
４０７…二酸化シリコン層
７０１…受光素子
７０２…水平シフトレジスタ
７０３…垂直シフトレジスタ
７０４…駆動回路
８０７…マイクロレンズ
９…電子スチルカメラ
９００…絞り機構
９０１…光学レンズ
９０２…ＩＲカットフィルタ
９０３…イメージセンサ
９０４…アナログ信号処理回路
９０５…Ａ／Ｄ変換器
９０６…デジタル信号処理回路
９０７…メモリカード
９０８…ドライブ回路
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置は、近接配置された複数のフォトダイオードが集光手段を共有することを特徴とする。【００１７】  （１）固体撮像装置の構成
図３は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。図３に示されるように、固体撮像装置１はＮ型半導体層１０１、Ｐ型半導体層１０２、フォトダイオード１０３、絶縁層１０４、遮光膜１０５、カラーフィルタ１０６、透光層１０７及び集光層１０８を備えている。【００１８】  Ｐ型半導体層１０２はＮ型半導体層１０１上に積層されており、その絶縁層１０４側には複数のフォトダイオード１０３が形成されている。絶縁層１０４はＰ型半導体層１０２及びフォトダイオード１０３上に積層されており、その内部に遮光膜１０５が形成されている。
遮光膜１０５はフォトダイオード１０３と対応関係に無いカラーフィルタ１０６を透過した光が当該フォトダイオード１０３に入射しないように遮光する。このため、遮光膜１０５はＰ型半導体層１０２上のフォトダイオード１０３が形成されていない領域に対向配置される。【００１９】  カラーフィルタ１０６はそれぞれ対応するフォトダイオード１０３に入射すべき波長の光を透過させる。カラーフィルタ１０６は、例えば、透過させる光の色に応じてベイヤ配列される。透光層１０７は二酸化チタン（ＴｉＯ２）からなっている。二酸化チタンは可視光について透光性、屈折率共に高い誘電体材料である。透光層１０７は入射光の速度を遅くさせる。【００２０】  集光層１０８は誘電体層が透光層１０７を何重にも囲むように配されて成る。
（２）集光層１０８の構成
図４は固体撮像装置１の構成を示す平面図である。図４に示されるように、透光層１０７は複数のフォトダイオード１０３を覆っており、その周囲に集光層１０８が形成されている。集光層１０８は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる環状の誘電体層を複数備えている。二酸化シリコンは可視光について透光性が高い。二酸化シリコンは、二酸化チタンよりは低く、空気よりも高い屈折率を有している。【００２１】  誘電体層の間隔は透光層１０７から離れるに従って大きくなる。また、誘電体層は高屈折率であり、誘電体層間に存する空気は低屈折率であるので、集光層１０８の実効屈折率は透光層１０７に近いほど高くなり、透光層１０７から遠いほど低くなる。集光層１０８の実効屈折率は透光層１０７の屈折率よりも小さい。
更に、フォトダイオードによって入射させるべき光の波長が異なるので、同じ透光層１０７を囲繞していても近傍のフォトダイオードに入射させる光の波長に応じて誘電体層の間隔は異なっている。【００２２】  以上のように、集光層１０８は透光層１０７の周囲に入射する光を屈折させて、透光層１０７側へ導き、フォトダイオード１０３に入射させることによって集光効率を向上させる。
（３）固体撮像装置１の製造方法
次に、固体撮像装置１の製造方法を説明する。図５は固体撮像装置１の製造工程を示す図である。Ｎ型半導体層１０１、Ｐ型半導体層１０２、フォトダイオード１０３、絶縁層１０４、遮光膜１０５及びカラーフィルタ１０６が形成された状態から説明を始める。先ず、図５（ａ）に示されるように、スパッタ法又はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、カラーフィルタ１０６上一面に透光層１０７を形成する。次に、図５（ｂ）に示されるように、透光層１０７上にレジストマスク３０１を形成する。そして、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって、透光層１０７を整形する（図５（ｃ））。【００２３】  続いて、図５（ｄ）に示されるように、スパッタ法又はＣＶＤ法を用いて、カラーフィルタ１０６及び透光層１０７上に集光層１０８を形成し、これをＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程により平坦化する（図５（ｅ））。次に、集光層１０８上にレジストマスク３０２を形成し（図５（ｆ））、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって、集光層１０８を整形する（図５（ｇ））。このドライエッチング工程には、例えば、四フッ化炭素（ＣＦ４）を用いれば良い。このようにすれば、透光層１０７を囲繞する集光層１０８に入射した光をフォトダイオード１０３に導くことができる（図５（ｈ））。【００２４】  ［２］第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置は、上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、透光層の材質において異なっている。以下、専ら相違点に着目して説明する。
図６は、本実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。図６に示されるように、固体撮像装置４はＮ型半導体層４０１、Ｐ型半導体層４０２、フォトダイオード４０３、絶縁層４０４、遮光膜４０５及びカラーフィルタ４０６を備えている。この状態で、先ず、図６（ａ）に示されるように、スパッタ法又はＣＶＤ法を用いて、カラーフィルタ４０６上一面に二酸化シリコン層４０７を形成する。次に、図６（ｂ）に示されるように、透光層４０７上にレジストマスク４０８を形成する。そして、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって、二酸化シリコン層４０７を整形する（図６（ｃ））。このようにすれば、上記第１の実施の形態おける透光層１０７及び集光層１０８と同等の機能を有する二酸化シリコン層４０７をより少ない工数で製造することができる。【００２５】  ［３］第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置は上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、集光層の形状において相違している。以下、専ら相違点を中心に説明する。
図７は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。図７に示されるように、固体撮像装置５はＮ型半導体層５０１、Ｐ型半導体層５０２、フォトダイオード５０３、絶縁層５０４、遮光膜５０５、カラーフィルタ５０６、透光層５０７及び集光層５０８を備えている。【００２６】  集光層５０８は、第１の実施の形態に係る集光層１０８と同様に二酸化シリコンからなる環状の誘電体層を複数備え、透光層５０７を囲繞している。しかしながら、第１の実施の形態に係る集光層１０８の誘電体層はいずれも同一の膜厚を有しているところ、集光層５０８の誘電体層は透光層５０７から離れるに従って膜厚を減ずる。
このようにすれば、集光層５０８の実効屈折率を透光層５０７から離れるに従って低くすることができる。従って、集光層５０８の屈折率効果を向上させることができるので、固体撮像装置の集光特性を高めることができる。【００２７】  ［４］第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置は上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、集光層の形状において相違している。以下、専ら相違点を中心に説明する。
（１）固体撮像装置の構成
図８は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。図８に示されるように、固体撮像装置６はＮ型半導体層６０１、Ｐ型半導体層６０２、フォトダイオード６０３、絶縁層６０４、遮光膜６０５、カラーフィルタ６０６、透光層６０７及び集光層６０８を備えている。【００２８】  集光層６０８は、透光層６０７を囲繞する環状の誘電体層からなっている。また、集光層６０８は透光層６０７から離れるに従って滑らかに膜厚を減ずる。更に、透光層６０７も集光層６０８に近づくに連れて滑らかに膜厚を減ずる。
このようにしても、上記実施の形態と同様に複数の受光素子が透光層並びに集光層を共用するので、受光素子が高密度実装されている場合であっても高い集光効率を実現することができる。【００２９】  （２）固体撮像装置６の製造方法
次に、固体撮像装置６の製造方法を説明する。図９は固体撮像装置６の製造工程を示す図である。Ｎ型半導体層６０１、Ｐ型半導体層６０２、フォトダイオード６０３、絶縁層６０４、遮光膜６０５及びカラーフィルタ６０６が形成された状態から説明を始める。先ず、カラーフィルタ６０６上一面に透光層６０７を形成し（図９（ａ））、その上にレジストマスク７０１を形成する（図９（ｂ））。そして、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって、透光層６０７を整形する（図９（ｃ））。【００３０】  続いて、カラーフィルタ６０６及び透光層６０７上に集光層６０８を形成し（図９（ｄ））、ＣＭＰ工程等の平坦化プロセスを用いて集光層６０８を選択的に除去する。なお、透光層６０７は二酸化チタンから成っており、これをエッチングストッパーとして集光層６０８を選択的に除去することができるので、集光層６０８作製プロセスを安定させることができる。以上のようにして、集光機能を有する透光層６０７及び集光層６０８を得る（図９（ｅ））。図９（ｆ）は固体撮像装置６の一部を平面視した図である。【００３１】  （３）第４の実施の形態の変形例
固体撮像装置６の製造方法には上述の他に以下が考えられる。図１０は、本変形例に係る固体撮像装置６の製造工程を示す図である。Ｎ型半導体層６０１、Ｐ型半導体層６０２、フォトダイオード６０３、絶縁層６０４、遮光膜６０５及びカラーフィルタ６０６が形成された状態から説明を始める。先ず、カラーフィルタ６０６上一面に集光層６０８を形成し（図１０（ａ））、その上にレジストマスク８０１を形成する（図１０（ｂ））。集光層６０８は二酸化シリコン等の低屈折率材料からなっている。【００３２】  そして、イオン注入法によって、透光層６０７を形成する（図１０（ｃ））。当該イオン注入法に用いるイオンは、例えば、リン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）といった通常のシリコンプロセスで用いる材料で良い。
レジストマスク８０１を除去した後（図１０（ｄ））、透光層６０７上にレジストマスク８０２を形成し（図１０（ｅ））、フォトリソプロセス及びドライエッチングプロセスによりＣＭＰ工程等の平坦化プロセスを用いて集光層６０８を選択的に除去する。このようにすれば、半導体プロセスを簡略化して、集光機能を有する透光層６０７及び集光層６０８を得るための半導体プロセスを安定化させことができ、また、製造コストを低減することができる（図１０（ｆ））。【００３３】  ［５］変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）上記実施の形態においては特に言及しなかったが、透光層は複数の受光素子を覆い尽すとしても良いし、逆に透光層だけでは複数の受光素子を覆い尽くしていなくても、集光層と共にであれば覆い尽くしているとしても良い。何れの場合であって、本発明の効果は同じである。また、透光層の形状は上記実施の形態に示す形状には限定されず、直方体形状や円柱形状等、受光素子の配置を考慮した適当な形状とすれば良い。【００３４】  （２）上記実施の形態においては透光層を共用する受光素子間の隙間上にも透光層を形成するとしたが、これに代えて次のようにしても良い。
すなわち、このような位置への入射光を屈折させて直近の受光素子に入射させるとしても良い。このようにすれば、前記遮光膜に入射して集光効率に寄与しない入射光を受光素子に導くことができるので、更に集光効率を向上させることができる。なお、受光素子間の隙間は狭小であるので、上記第１の実施の形態の集光層１０８のように誘電体層を形成して屈折率を調節すると好適である。【００３５】  （３）上記実施の形態においては特に言及しなかったが、一般に物質の屈折率は透過光の波長によって異なる。また、入射すべき光の波長は受光素子毎に異なるので、これに合わせて集光層の屈折率を調整すれば更に好適である。第１の実施の形態では集光層を構成する誘電体層の間隔を調整することによって集光層の実効屈折率を調整することができる。また、第４の実施の形態では、イオン注入方によって注入するイオン量を調整することによって屈折率を調整すれば良い。このようにすれば、色毎に集光効率を調整してより高い画質を得ることができる。【００３６】  （４）上記実施の形態においては、専ら本発明に係る固体撮像装置についてのみ説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、電子スチルカメラ（ＤＳＣ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｔｉｌｌ  Ｃａｍｅｒａ）に適用することによっても本発明の効果を得ることができる。
図１１は、本変形例に係る電子スチルカメラの機能構成を示すブロック図である。図１１に示されるように、電子スチルカメラ９は絞り機構９００、光学レンズ９０１、ＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｒａｙｓ）カットフィルタ９０２、イメージセンサ９０３、アナログ信号処理回路９０４、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇｕｅ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器９０５、デジタル信号処理回路９０６、メモリカード９０７及びドライブ回路９０８を備えている。【００３７】  絞り機構９００は光学レンズ９０１に入射する光量を調節する。絞り機構９００は２枚の絞り羽根を備えており、絞り羽根どうしを離間させると光学レンズ９０１に入射する光量が増加し、イメージセンサ９０３への入射光量が増加する。逆に、絞り羽根どうしを近づけると、イメージセンサ９０３への入射光量が減少する。
光学レンズ９０１は被写体からの入射光をイメージセンサ９０３上に結像させる。ＩＲカットフィルタはイメージセンサ９０３に入射する光の長波長成分を除去する。イメージセンサ９０３はいわゆる単板式ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサであって、二次元状に配置された光電変換素子のそれぞれに入射光を濾光するカラーフィルタが設けられている。カラーフィルタは例えばベイヤ配列されている。イメージセンサ９０３は、ドライブ回路９０８からの駆動信号に応じて電荷を読み出し、アナログ撮像信号を出力する。【００３８】  なお、イメージセンサ９０３が備える受光素子は偏りをもって二次元配置されている。すなわち、イメージセンサ９０３が備える受光素子の一部は他の受光素子に比べて近接して配置されている。これによって高い解像度が実現される。また、上記第１の実施の形態等にて説明したように互いに近接配置されている受光素子は透光層と集光層とを共用する。【００３９】  アナログ信号処理回路９０４は、イメージセンサ９０３が出力したアナログ撮像信号に対して相関二重サンプリングや信号増幅等の処理を施す。Ａ／Ｄ変換器９０５はアナログ信号処理回路９０４の出力信号をデジタル撮像信号に変換する。デジタル信号処理回路９０６はデジタル撮像信号の色ずれを補正した後、デジタル映像信号を生成する。メモリカード９０７はデジタル映像信号を記録する。こうして記録されたデジタル映像信号が所謂デジタル写真である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】  本発明に係る固体撮像装置は、受光素子を高密度実装した固体撮像装置の集光率を向上させる技術として有用である。
【図１】
2006046421.tif 000002
【図２】
2006046421.tif 000003
【図３】
2006046421.tif 000004
【図４】
2006046421.tif 000005
【図５】
2006046421.tif 000006
【図６】
2006046421.tif 000007
【図７】
2006046421.tif 000008
【図８】
2006046421.tif 000009
【図９】
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【図１０】
2006046421.tif 000011
【図１１】
2006046421.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月25日(2007.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元配置された複数の光電変換手段と、
入射光を光電変換手段に集光する複数の集光手段と、を備え、
前記複数の光電変換手段のうち、一部の光電変換手段どうしが他の光電変換手段に比べて互いに近接配置されており、
互いに近接配置されている光電変換手段はひとつの集光手段を共用する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記集光手段は、
入射光を透過させる透光手段と、
前記透光手段の周囲に入射した光を前記透光手段側へ屈折させる屈折手段と
を備えることを特徴とする第１の請求の範囲に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記透光手段の屈折率は前記屈折手段の屈折率よりも大きい
ことを特徴とする第２の請求の範囲に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記屈折手段の屈折率は前記透光手段から遠いほど低い
ことを特徴とする第２の請求の範囲に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記屈折手段は、
高屈折率部分と低屈折率部分とが前記透光手段から離れるに従って交互に配置されてなる
ことを特徴とする第２の請求の範囲に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記屈折手段の実効屈折率は前記透光手段から遠いほど低い
ことを特徴とする第２の請求の範囲に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
受光素子に入射光を集光する集光層を備える固体撮像装置の製造方法であって、
受光素子が形成された半導体層上に透光層を形成する第１工程と、
前記透光層上に第１のマスクを形成する第２工程と、
前記透光層にイオンを注入して屈折率を増大させる第３工程と、
前記第１のマスクを除去する第４工程と、
前記透光層上の前記イオンが注入された領域を含む領域に第２のマスクを形成する第５工程と、
前記第２のマスクを形成した前記透光層をエッチングして前記集光層とする第６工程と、
前記第２のマスクを除去する第７工程と、を含み、
前記マスクは前記受光素子上の前記透光層の少なくとも一部が露出するように形成される
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記透光層は低屈折率材料からなる
ことを特徴とする第７の請求の範囲に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記イオンはリン又は砒素である
ことを特徴とする第７の請求の範囲に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
受光素子に入射光を集光する集光層を備える固体撮像装置の製造方法であって、
受光素子が形成された半導体層上に高屈折率材料からなる透光層を形成する第１工程と、
前記半導体層及び前記透光層上に低屈折率材料からなる屈折層を形成する第２工程と、
前記透光層をエッチングストッパーとして、前記屈折層をエッチングする第３工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
二次元配置された複数の光電変換手段と、
入射光を光電変換手段に集光する複数の集光手段と、を備え、
前記複数の光電変換手段のうち、一部の光電変換手段どうしが他の光電変換手段に比べて互いに近接配置されており、
互いに近接配置されている光電変換手段はひとつの集光手段を共用する固体撮像装置
を備えることを特徴とするカメラ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、受光素子を高密度実装した固体撮像装置の集光率を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、多数の受光素子を二次元状に配列することによって撮像する装置である。図１は、従来技術に係る固体撮像装置の概略構成を例示する平面図である。図１に示されるように、固体撮像装置７は受光素子７０１、垂直シフトレジスタ７０３、水平シフトレジスタ７０２、駆動回路７０４を備えている。受光素子７０１は碁盤の目状に等間隔に配置されている。
【０００３】
垂直シフトレジスタ７０３が受光素子７０２の何れかの行を選択し、水平シフトレジスタ７０２がその行の行信号を選択すると、受光素子毎の撮像信号が出力される。駆動回路７０４は垂直シフトレジスタ７０３、水平シフトレジスタ７０２を駆動する。なお、図示しないが、各受光素子７０１はフォトダイオードに信号電圧を増幅するためにアンプを備えている。
【０００４】
図２は、従来技術に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。図２に示されるように、固体撮像装置７はＮ型半導体層８０１上に、Ｐ型半導体層８０２、絶縁層８０４、カラーフィルタ８０６を順次積層した構造となっている。Ｐ型半導体層８０２の絶縁層８０４側にはフォトダイオード８０３が、絶縁層８０４中には遮光膜８０５がそれぞれ形成されている。カラーフィルタ８０６上にはマイクロレンズ８０７が配されている。
【０００５】
マイクロレンズ８０７は入射光をフォトダイオード８０３上に集光する。カラーフィルタ８０６は入射光のうち特定の波長の光のみを透過させる。フォトダイオード８０３は入射光の強度に応じた電荷を発生させる。
【非特許文献１】「ＣＣＤ／ＭＯＳイメージセンサーの基礎と応用」、ＣＱ出版社、米本和也著、Ｐ．９５−１０１．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような固体撮像装置に対して、より高い解像度を実現するために更なる高画素化が求められており、これに伴って受光素子の高密度実装が必要不可欠となっている。
しかしながら、受光素子はそれぞれ入射光を光電変換する光電変換部や、光電変換によって得られた撮像信号を増幅する増幅部、撮像信号を出力するための配線部、或いは信号をオン、オフするトランジスタ等を備えている。このうち光電変換領域や増幅部は小型化が難しいため、受光素子を高密度実装（例えば、２００万画素以上。）しようとすると、フォトダイオードを等間隔にすることができず、配置に偏りが生じる。
【０００７】
フォトダイオードが密集して配置するとマイクロレンズを小さくせざるを得ず、十分な集光力を得ることができなくなり、結局、固体撮像装置の受光感度が低下してしまう。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、受光素子が高密度実装されており、かつ集光効率が高い固体撮像装置、当該固体撮像装置の製造方法及び当該固体撮像装置を用いたカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、二次元配置された複数の光電変換手段と、入射光を光電変換手段に集光する複数の集光手段と、を備え、前記複数の光電変換手段のうち、一部の光電変換手段どうしが他の光電変換手段に比べて互いに近接配置されており、互いに近接配置されている光電変換手段はひとつの集光手段を共用することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このようにすれば、光電変換手段が偏りをもって高密度に二次元配置されている場合であっても、互いに近接配置されている光電変換手段どうしで集光手段を共用するので、高い集光効率を達成することができる。この場合において、前記集光手段は、入射光を透過させる透光手段と、前記透光手段の周囲に入射した光を前記透光手段側へ屈折させる屈折手段とを備えれば尚好適である。
【００１０】
本発明に係る固体撮像装置は、前記透光手段の屈折率は前記屈折手段の屈折率よりも大きいことを特徴とする。更に、前記屈折手段の屈折率は前記透光手段から遠いほど低いことを特徴とする。このようにすれば、光電変換手段の周辺に向かう光を光電変換手段に導いて、集光効率を高めることができる。
本発明に係る固体撮像装置は、前記屈折手段は、高屈折率部分と低屈折率部分とが前記透光手段から離れるに従って交互に配置されてなることを特徴とする。このようにすれば、前記屈折手段をより高精度に形成することができ、また、前記屈折手段をより小型化することができる。この場合において、前記屈折手段の実効屈折率は前記透光手段から遠いほど低いとすれば、更に集光効率を向上させることができる。
【００１１】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、受光素子に入射光を集光する集光層を備える固体撮像装置の製造方法であって、受光素子が形成された半導体層上に透光層を形成する第１工程と、前記透光層上に第１のマスクを形成する第２工程と、前記透光層にイオンを注入して屈折率を増大させる第３工程と、前記第１のマスクを除去する第４工程と、前記透光層上の前記イオンが注入された領域を含む領域に第２のマスクを形成する第５工程と、前記第２のマスクを形成した前記透光層をエッチングして前記集光層とする第６工程と、前記第２のマスクを除去する第７工程と、を含み、前記マスクは前記受光素子上の前記透光層の少なくとも一部が露出するように形成されることを特徴とする。このようにすれば、本発明に係る固体撮像装置の集光層をより少ない工数で形成することができるので、固体撮像装置の製造コストを低減し、また、工期を短縮することができる。
【００１２】
この場合において、前記透光層は低屈折率材料からなるとすれば、高い集光効率を得ることができる。また、前記イオンはリン又は砒素であるとすれば尚好適である。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、受光素子に入射光を集光する集光層を備える固体撮像装置の製造方法であって、受光素子が形成された半導体層上に高屈折率材料からなる透光層を形成する第１工程と、前記半導体層及び前記透光層上に低屈折率材料からなる屈折層を形成する第２工程と、前記透光層をエッチングストッパーとして、前記屈折層をエッチングする第３工程とを含むことを特徴とする。このようにすれば、より少ない工数で集光層を形成することができる。
【００１３】
本発明に係るカメラは、二次元配置された複数の光電変換手段と、入射光を光電変換手段に集光する複数の集光手段と、を備え、前記複数の光電変換手段のうち、一部の光電変換手段どうしが他の光電変換手段に比べて互いに近接配置されており、互いに近接配置されている光電変換手段はひとつの集光手段を共用する固体撮像装置を備えることを特徴とする。このようにすれば、集光効率を高めつつ画素数を増大させることができるので、より鮮明なデジタル画像を撮影することができるカメラを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］  第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置は、近接配置された複数のフォトダイオードが集光手段を共有することを特徴とする。
【００１５】
（１）  固体撮像装置の構成
図３は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。図３に示されるように、固体撮像装置１はＮ型半導体層１０１、Ｐ型半導体層１０２、フォトダイオード１０３、絶縁層１０４、遮光膜１０５、カラーフィルタ１０６、透光層１０７及び集光層１０８を備えている。
【００１６】
Ｐ型半導体層１０２はＮ型半導体層１０１上に積層されており、その絶縁層１０４側には複数のフォトダイオード１０３が形成されている。絶縁層１０４はＰ型半導体層１０２及びフォトダイオード１０３上に積層されており、その内部に遮光膜１０５が形成されている。
遮光膜１０５はフォトダイオード１０３と対応関係に無いカラーフィルタ１０６を透過した光が当該フォトダイオード１０３に入射しないように遮光する。このため、遮光膜１０５はＰ型半導体層１０２上のフォトダイオード１０３が形成されていない領域に対向配置される。
【００１７】
カラーフィルタ１０６はそれぞれ対応するフォトダイオード１０３に入射すべき波長の光を透過させる。カラーフィルタ１０６は、例えば、透過させる光の色に応じてベイヤ配列される。透光層１０７は二酸化チタン（ＴｉＯ２）からなっている。二酸化チタンは可視光について透光性、屈折率共に高い誘電体材料である。透光層１０７は入射光の速度を遅くさせる。
【００１８】
集光層１０８は誘電体層が透光層１０７を何重にも囲むように配されて成る。
（２）  集光層１０８の構成
図４は固体撮像装置１の構成を示す平面図である。図４に示されるように、透光層１０７は複数のフォトダイオード１０３を覆っており、その周囲に集光層１０８が形成されている。集光層１０８は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる環状の誘電体層を複数備えている。二酸化シリコンは可視光について透光性が高い。二酸化シリコンは、二酸化チタンよりは低く、空気よりも高い屈折率を有している。
【００１９】
誘電体層の間隔は透光層１０７から離れるに従って大きくなる。また、誘電体層は高屈折率であり、誘電体層間に存する空気は低屈折率であるので、集光層１０８の実効屈折率は透光層１０７に近いほど高くなり、透光層１０７から遠いほど低くなる。集光層１０８の実効屈折率は透光層１０７の屈折率よりも小さい。
更に、フォトダイオードによって入射させるべき光の波長が異なるので、同じ透光層１０７を囲繞していても近傍のフォトダイオードに入射させる光の波長に応じて誘電体層の間隔は異なっている。
【００２０】
以上のように、集光層１０８は透光層１０７の周囲に入射する光を屈折させて、透光層１０７側へ導き、フォトダイオード１０３に入射させることによって集光効率を向上させる。
（３）  固体撮像装置１の製造方法
次に、固体撮像装置１の製造方法を説明する。図５は固体撮像装置１の製造工程を示す図である。Ｎ型半導体層１０１、Ｐ型半導体層１０２、フォトダイオード１０３、絶縁層１０４、遮光膜１０５及びカラーフィルタ１０６が形成された状態から説明を始める。先ず、図５（ａ）に示されるように、スパッタ法又はＣＶＤ（ChemicalVapor Deposition）法を用いて、カラーフィルタ１０６上一面に透光層１０７を形成する。次に、図５（ｂ）に示されるように、透光層１０７上にレジストマスク３０１を形成する。そして、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって、透光層１０７を整形する（図５（ｃ））。
【００２１】
続いて、図５（ｄ）に示されるように、スパッタ法又はＣＶＤ法を用いて、カラーフィルタ１０６及び透光層１０７上に集光層１０８を形成し、これをＣＭＰ（ChemicalMechanical Polishing）工程により平坦化する（図５（ｅ））。次に、集光層１０８上にレジストマスク３０２を形成し（図５（ｆ））、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって、集光層１０８を整形する（図５（ｇ））。このドライエッチング工程には、例えば、四フッ化炭素（ＣＦ４）を用いれば良い。このようにすれば、透光層１０７を囲繞する集光層１０８に入射した光をフォトダイオード１０３に導くことができる（図５（ｈ））。
【００２２】
［２］  第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置は、上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、透光層の材質において異なっている。以下、専ら相違点に着目して説明する。
図６は、本実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。図６に示されるように、固体撮像装置４はＮ型半導体層４０１、Ｐ型半導体層４０２、フォトダイオード４０３、絶縁層４０４、遮光膜４０５及びカラーフィルタ４０６を備えている。この状態で、先ず、図６（ａ）に示されるように、スパッタ法又はＣＶＤ法を用いて、カラーフィルタ４０６上一面に二酸化シリコン層４０７を形成する。次に、図６（ｂ）に示されるように、透光層４０７上にレジストマスク４０８を形成する。そして、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって、二酸化シリコン層４０７を整形する（図６（ｃ））。このようにすれば、上記第１の実施の形態おける透光層１０７及び集光層１０８と同等の機能を有する二酸化シリコン層４０７をより少ない工数で製造することができる。
【００２３】
［３］  第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置は上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、集光層の形状において相違している。以下、専ら相違点を中心に説明する。
図７は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。図７に示されるように、固体撮像装置５はＮ型半導体層５０１、Ｐ型半導体層５０２、フォトダイオード５０３、絶縁層５０４、遮光膜５０５、カラーフィルタ５０６、透光層５０７及び集光層５０８を備えている。
【００２４】
集光層５０８は、第１の実施の形態に係る集光層１０８と同様に二酸化シリコンからなる環状の誘電体層を複数備え、透光層５０７を囲繞している。しかしながら、第１の実施の形態に係る集光層１０８の誘電体層はいずれも同一の膜厚を有しているところ、集光層５０８の誘電体層は透光層５０７から離れるに従って膜厚を減ずる。
このようにすれば、集光層５０８の実効屈折率を透光層５０７から離れるに従って低くすることができる。従って、集光層５０８の屈折率効果を向上させることができるので、固体撮像装置の集光特性を高めることができる。
【００２５】
［４］  第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置は上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、集光層の形状において相違している。以下、専ら相違点を中心に説明する。
（１）  固体撮像装置の構成
図８は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。図８に示されるように、固体撮像装置６はＮ型半導体層６０１、Ｐ型半導体層６０２、フォトダイオード６０３、絶縁層６０４、遮光膜６０５、カラーフィルタ６０６、透光層６０７及び集光層６０８を備えている。
【００２６】
集光層６０８は、透光層６０７を囲繞する環状の誘電体層からなっている。また、集光層６０８は透光層６０７から離れるに従って滑らかに膜厚を減ずる。
このようにしても、上記実施の形態と同様に複数の受光素子が透光層並びに集光層を共用するので、受光素子が高密度実装されている場合であっても高い集光効率を実現することができる。
【００２７】
（２）  固体撮像装置６の製造方法
次に、固体撮像装置６の製造方法を説明する。図９は固体撮像装置６の製造工程を示す図である。Ｎ型半導体層６０１、Ｐ型半導体層６０２、フォトダイオード６０３、絶縁層６０４、遮光膜６０５及びカラーフィルタ６０６が形成された状態から説明を始める。先ず、カラーフィルタ６０６上一面に透光層６０７を形成し（図９（ａ））、その上にレジストマスク７０１を形成する（図９（ｂ））。そして、フォトリソグラフィ工程及びドライエッチング工程によって、透光層６０７を整形する（図９（ｃ））。
【００２８】
続いて、カラーフィルタ６０６及び透光層６０７上に集光層６０８を形成し（図９（ｄ））、ＣＭＰ工程等の平坦化プロセスを用いて集光層６０８を選択的に除去する。なお、透光層６０７は二酸化チタンから成っており、これをエッチングストッパーとして集光層６０８を選択的に除去することができるので、集光層６０８作製プロセスを安定させることができる。以上のようにして、集光機能を有する透光層６０７及び集光層６０８を得る（図９（ｅ））。図９（ｆ）は固体撮像装置６の一部を平面視した図である。
【００２９】
（３）  第４の実施の形態の変形例
固体撮像装置６の製造方法には上述の他に以下が考えられる。図１０は、本変形例に係る固体撮像装置６の製造工程を示す図である。Ｎ型半導体層６０１、Ｐ型半導体層６０２、フォトダイオード６０３、絶縁層６０４、遮光膜６０５及びカラーフィルタ６０６が形成された状態から説明を始める。先ず、カラーフィルタ６０６上一面に集光層６０８を形成し（図１０（ａ））、その上にレジストマスク８０１を形成する（図１０（ｂ））。集光層６０８は二酸化シリコン等の低屈折率材料からなっている。
【００３０】
そして、イオン注入法によって、透光層６０７を形成する（図１０（ｃ））。当該イオン注入法に用いるイオンは、例えば、リン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）といった通常のシリコンプロセスで用いる材料で良い。
レジストマスク８０１を除去した後（図１０（ｄ））、透光層６０７上にレジストマスク８０２を形成し（図１０（ｅ））、フォトリソプロセス及びドライエッチングプロセスによりＣＭＰ工程等の平坦化プロセスを用いて集光層６０８を選択的に除去する。このようにすれば、半導体プロセスを簡略化して、集光機能を有する透光層６０７及び集光層６０８を得るための半導体プロセスを安定化させことができ、また、製造コストを低減することができる（図１０（ｆ））。
【００３１】
［５］  変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）  上記実施の形態においては特に言及しなかったが、透光層は複数の受光素子を覆い尽すとしても良いし、逆に透光層だけでは複数の受光素子を覆い尽くしていなくても、集光層と共にであれば覆い尽くしているとしても良い。何れの場合であって、本発明の効果は同じである。また、透光層の形状は上記実施の形態に示す形状には限定されず、直方体形状や円柱形状等、受光素子の配置を考慮した適当な形状とすれば良い。
【００３２】
（２）  上記実施の形態においては透光層を共用する受光素子間の隙間上にも透光層を形成するとしたが、これに代えて次のようにしても良い。
すなわち、このような位置への入射光を屈折させて直近の受光素子に入射させるとしても良い。このようにすれば、前記遮光膜に入射して集光効率に寄与しない入射光を受光素子に導くことができるので、更に集光効率を向上させることができる。なお、受光素子間の隙間は狭小であるので、上記第１の実施の形態の集光層１０８のように誘電体層を形成して屈折率を調節すると好適である。
【００３３】
（３）  上記実施の形態においては特に言及しなかったが、一般に物質の屈折率は透過光の波長によって異なる。また、入射すべき光の波長は受光素子毎に異なるので、これに合わせて集光層の屈折率を調整すれば更に好適である。第１の実施の形態では集光層を構成する誘電体層の間隔を調整することによって集光層の実効屈折率を調整することができる。また、第４の実施の形態では、イオン注入方によって注入するイオン量を調整することによって屈折率を調整すれば良い。このようにすれば、色毎に集光効率を調整してより高い画質を得ることができる。
【００３４】
（４）  上記実施の形態においては、専ら本発明に係る固体撮像装置についてのみ説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、電子スチルカメラ（DSC:Digital Still Camera）に適用することによっても本発明の効果を得ることができる。
図１１は、本変形例に係る電子スチルカメラの機能構成を示すブロック図である。図１１に示されるように、電子スチルカメラ９は絞り機構９００、光学レンズ９０１、ＩＲ（InfraredRays）カットフィルタ９０２、イメージセンサ９０３、アナログ信号処理回路９０４、Ａ／Ｄ（Analogue to Digital）変換器９０５、デジタル信号処理回路９０６、メモリカード９０７及びドライブ回路９０８を備えている。
【００３５】
絞り機構９００は光学レンズ９０１に入射する光量を調節する。絞り機構９００は２枚の絞り羽根を備えており、絞り羽根どうしを離間させると光学レンズ９０１に入射する光量が増加し、イメージセンサ９０３への入射光量が増加する。逆に、絞り羽根どうしを近づけると、イメージセンサ９０３への入射光量が減少する。
光学レンズ９０１は被写体からの入射光をイメージセンサ９０３上に結像させる。ＩＲカットフィルタはイメージセンサ９０３に入射する光の長波長成分を除去する。イメージセンサ９０３はいわゆる単板式ＣＣＤ（ChargeCoupled Device）イメージセンサであって、二次元状に配置された光電変換素子のそれぞれに入射光を濾光するカラーフィルタが設けられている。カラーフィルタは例えばベイヤ配列されている。イメージセンサ９０３は、ドライブ回路９０８からの駆動信号に応じて電荷を読み出し、アナログ撮像信号を出力する。
【００３６】
なお、イメージセンサ９０３が備える受光素子は偏りをもって二次元配置されている。すなわち、イメージセンサ９０３が備える受光素子の一部は他の受光素子に比べて近接して配置されている。これによって高い解像度が実現される。また、上記第１の実施の形態等にて説明したように互いに近接配置されている受光素子は透光層と集光層とを共用する。
【００３７】
アナログ信号処理回路９０４は、イメージセンサ９０３が出力したアナログ撮像信号に対して相関二重サンプリングや信号増幅等の処理を施す。Ａ／Ｄ変換器９０５はアナログ信号処理回路９０４の出力信号をデジタル撮像信号に変換する。デジタル信号処理回路９０６はデジタル撮像信号の色ずれを補正した後、デジタル映像信号を生成する。メモリカード９０７はデジタル映像信号を記録する。こうして記録されたデジタル映像信号が所謂デジタル写真である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る固体撮像装置は、受光素子を高密度実装した固体撮像装置の集光率を向上させる技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来技術に係る固体撮像装置の概略構成を例示する平面図である。
【図２】従来技術に係る固体撮像装置の詳細構成の一部を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態の変形例に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図１１】本発明の変形例（４）に係る電子スチルカメラの機能構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、４、５、６、７…固体撮像装置
１０１、４０１、５０１、６０１、８０１…Ｎ型半導体層
１０２、４０２、５０２、６０２、８０２…Ｐ型半導体層
１０３、４０３、５０３、６０３、８０３…フォトダイオード
１０４、４０４、５０４、６０４、８０４…絶縁層
１０５、４０５、５０５、６０５、８０５…遮光膜
１０６、４０６、５０６、６０６、８０６…カラーフィルタ
１０７、５０７、６０７…透光層
１０８、５０８、６０８…集光層
３０１、３０２、４０８、７０１、８０１、８０２…レジストマスク
４０７…二酸化シリコン層
７０１…受光素子
７０２…水平シフトレジスタ
７０３…垂直シフトレジスタ
７０４…駆動回路
８０７…マイクロレンズ
９…電子スチルカメラ
９００…絞り機構
９０１…光学レンズ
９０２…ＩＲカットフィルタ
９０３…イメージセンサ
９０４…アナログ信号処理回路
９０５…Ａ／Ｄ変換器
９０６…デジタル信号処理回路
９０７…メモリカード
９０８…ドライブ回路
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
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2006046421.tif 000025
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