JP2010239073A - 固体撮像素子、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画素を微細化しても、感度や光電変換の効率が充分に得られる固体撮像素子を提供する。
【解決手段】フローティングディフュージョンＦＤを共用する複数個の画素により構成された基本セルと、基本セルを構成する複数個の画素で共用され、複数個の画素の外側に配置されたトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３と、基本セルの各画素で共用されるフローティングディフュージョンＦＤに転送ゲート２を介して接続された受光部１と、ほぼ等しい間隔に配置されているオンチップレンズ５と、平面位置が、受光部１の中心１ＣからトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の側に寄るようにずれて形成された、第１の光導波路３及びその上層の第２の光導波路４とを含む固体撮像素子を構成する。そして、第１の光導波路３は、平面位置が受光部１の内部に含まれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、受光部上に光導波路を設けた構造の固体撮像素子、並びに固体撮像素子を備えた撮像装置に係わる。

固体撮像素子において、撮像素子の中心から画素までの距離が離れるほど、その画素に入射する光は斜めに傾いていく。そのため、最上部のレンズが光電変換部（受光部）の真上にあると、光電変換部（受光部）に入射する光の量が少なくなってしまう。

そこで、撮像素子の中心から画素までの距離に対応して、レンズと光電変換部（受光部）の各水平方向の位置をずらして、レンズを撮像素子の中心に近くした構成が提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照。）。この構成とすることにより、レンズを通過した斜めの入射光が、光電変換部（受光部）に多く入射するようになり、充分な感度が得られる。このように、レンズ等の部品と受光部との各水平方向の位置をずらすことは、瞳補正と呼ばれている。

前記特許文献２では、さらに、レンズと受光部との間に光導波路を設けている。
そして、撮像素子の中心から画素までの位置が離れるに従って、レンズ−光導波路−受光部の順で撮像素子の中心からの距離が遠くなるように、これらの水平位置をずらした構成としている。

ところで、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子において、従来は、１画素毎にそれぞれ、トランジスタやフローティングディフュージョンが設けられていた。
このようにトランジスタやフローティングディフュージョンが画素毎にあるために、画素の微細化を図るときには制約となってしまう。そして、画素を微細化すると、受光部の面積が小さくなって、電荷量が少なくなるため、非常に暗い画素となりやすく、また、ランダムノイズが画像信号に乗りやすくなってしまう。

そこで、トランジスタやフローティングディフュージョンを、複数個の画素で共用することにより、これらの占める面積の割合を低減して、受光部の面積の割合を増やすことが提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００６−２６１２４７号公報 特開２００６−２６１２４９号公報 特開２００６−３２４４３９号公報 特開２００６−３０３４６８号公報

光導波路は、その内部に材料を埋め込む工程が必要であるが、画素を微細化すると光導波路の口径が小さくなって、製造時に空泡が発生しやすくなる等、光導波路の埋め込み性が悪化するため、光導波路を有する画素の微細化には限界がある。
このように光導波路の埋め込み性が悪化することにより、画素によって埋め込み性にばらつきが大きく生じるため、製造歩留まりが低下してしまう。

そこで、光導波路を有する固体撮像素子に対して、前記特許文献４に記載されているような、トランジスタやフローティングディフュージョンを複数個の画素で共用することが考えられる。トランジスタやフローティングディフュージョンを複数個の画素で共用することにより、共用しない場合と比較して、受光部の面積の割合を増やし、受光部の面積を広げることが可能になる。そして、画素を微細化したときの受光部の面積の縮小の度合いを緩和することができるので、光導波路の口径の縮小の度合いも緩和することができる。

従来のトランジスタやフローティングディフュージョンを共用しない場合には、オンチップレンズに対して瞳補正をするか瞳補正をしないかにかかわらず、受光部の間隔はほぼ一定となっている。

しかしながら、トランジスタやフローティングディフュージョンを複数個の画素で共用すると、受光部の間隔が一定でなくなる。これは、受光部が共用するフローティングディフュージョンの側に寄るように配置されると共に、フローティングディフュージョンとは反対側（外側）にトランジスタが配置されるためである。
これに対して、オンチップレンズは、ほぼ等しい間隔で配置することが望ましい。オンチップレンズの間隔が等しくないと、各画素のオンチップレンズを同じ直径及び同じ曲率に形成したときに、オンチップレンズの間隔が広い箇所において、オンチップレンズの間に入射光が集束しない領域、所謂無効領域が広くなってしまう。
従って、間隔が一定でない受光部と、ほぼ等しい間隔で配置されたオンチップレンズとは、平面位置がある程度ずれることになる。オンチップレンズに対して瞳補正を行った場合には、瞳補正の向きとは異なる向きにも平面位置がずれる。

上述のように受光部とオンチップレンズの平面位置がずれた状態で、これらの間に光導波路を設けるときに、オンチップレンズの中心の下に光導波路を配置すると、光導波路の一部が受光部からはみ出ることがある。光導波路の一部が受光部からはみ出ると、はみ出た部分を通った光は光電変換されず、ロスになる。そのため、感度が下がり、光電変換の効率も悪くなる。
また、光導波路の一部が、隣の画素の受光部にかかることがあり、この場合、混色を生じる。
一方、受光部の中心の上に光導波路を配置すると、オンチップレンズの中心から光導波路がずれているので、オンチップレンズで集めた光を光導波路に導きにくくなる。光導波路に導かれなかった光はロスになり、やはり、感度が下がり、光電変換の効率も悪くなる。

前記特許文献１に記載の構成では、光導波路を２層形成しており、瞳補正を行うために、上層の光導波路上段の方が、下層の光導波路よりも固体撮像素子の中心方向に偏心している。このため、上層の光導波路の開口口径を、下層の光導波路の開口口径よりも大きく作製する必要がある。この場合、上層の光導波路を通過した光のうち、下層の光導波路に入らない光を生じることがある。

上述した問題の解決のために、本発明においては、画素を微細化しても、感度や光電変換の効率が充分に得られる固体撮像素子を提供するものである。また、この固体撮像素子を備えた撮像装置を提供するものである。

本発明の固体撮像素子は、画素毎にそれぞれ形成された、光電変換が行われる受光部と、受光部の上方の絶縁層内に埋め込まれて形成され、光を受光部に導く光導波路と、光導波路の上方に形成されたオンチップレンズとを含む固体撮像素子である。そして、フローティングディフュージョンを共用する複数個の画素により構成された基本セルと、この基本セルを構成する複数個の画素で共用され、複数個の画素の外側に配置されたトランジスタとを含む。また、基本セルの各画素で共用されるフローティングディフュージョンに転送ゲートを介して接続された受光部と、ほぼ等しい間隔に配置されているオンチップレンズとを含む。さらに、平面位置が、受光部の中心からトランジスタの側に寄るようにずれて形成され、かつ、受光部の内部に含まれるように形成された、第１の光導波路を含む。さらに、第１の光導波路より上層に形成され、平面位置が、受光部の中心からトランジスタの側に寄るようにずれて形成され、かつ、第１の光導波路の内部及びオンチップレンズの内部に含まれるように形成された、第２の光導波路を含む。

本発明の撮像装置は、入射光を集光する集光光学部と、この集光光学部で集光した入射光を受光して光電変換する固体撮像素子と、この固体撮像素子で光電変換されて得られた信号を処理する信号処理部とを含む。そして、本発明の撮像装置は、固体撮像素子が前記本発明の固体撮像素子の構成であるものである。

上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、基本セルの複数個の画素でフローティングディフュージョンとトランジスタを共用し、フローティングディフュージョンに転送ゲートを介して受光部を接続している。これにより、共用しない場合と比較して、受光部の面積の割合を増やし、受光部の面積を広げることが可能になる。そして、画素を微細化したときの受光部の面積の縮小の度合いを緩和することができる。このため、光導波路の寸法を埋め込み性の限界にならないようにして、かつ限界近くまで画素を微細化することが可能になる。
また、オンチップレンズが等しい間隔に形成されているので、所謂無効領域を少なくすることができ、無効領域によるロスの発生を抑制することができる。
さらに、第２の光導波路の平面位置が、受光部の中心からトランジスタの側に寄るようにずれて形成され、かつ第１の光導波路の内部及びオンチップレンズの内部に含まれるように形成されている。これにより、オンチップレンズで集めた光を充分に第２の光導波路へ導くことができ、第２の光導波路を通った光が確実に第１の光導波路に入射する。
さらにまた、第１の光導波路の平面位置が、受光部の中心からトランジスタの側に寄るようにずれて形成され、かつ受光部の内部に含まれるように形成されている。これにより、第１の光導波路を通った光が確実に受光部に入射する。また、第１の光導波路を通った光が隣の画素の受光部に入射して生じる混色を、防ぐことができる。

上述の本発明の撮像装置の構成によれば、固体撮像素子が前記本発明の撮像装置の構成であるので、固体撮像素子の画素を微細化することができ、無効領域によるロスの発生を抑制することができる。また、オンチップレンズと光導波路を通った光を、確実に受光部に入射させることが可能になる。

上述の本発明によれば、画素を微細化したときの受光部の面積の縮小の度合いを緩和することができるので、画素を微細化して、固体撮像素子の集積度を高めることや、固体撮像素子を備えた撮像装置の多画素化や小型化を図ることができる。
そして、無効領域によるロスの発生を抑制することができ、オンチップレンズで集めた光を充分に第２の光導波路へ導くことができ、第２の光導波路から第１の光導波路を通った光が確実に受光部に入射するので、感度や光電変換の効率を向上することができる。
従って、本発明により、画素を微細化しても感度や光電変換の効率が充分に得られる固体撮像素子、並びに、固体撮像素子を備えた撮像装置を実現することができる。

本発明の固体撮像素子の第１の実施の形態の概略構成図（平面図）である。 図１の固体撮像素子の４つの基本セルの平面図である。 図１のうち、第１の光導波路及び第２の光導波路と受光部とトランジスタ等を示す図である。 図１のうち、オンチップレンズのみを示す図である。 図１のうち、オンチップレンズと第１の光導波路及び第２の光導波路を示す図である。 図１の固体撮像素子の１画素の断面図である。 画素の模式的な平面レイアウト図である。 図１の３６個の画素に対すカラーフィルターの色の配置の一形態を示す図である。 図１の固体撮像素子の基本セルの４個の画素の等価回路図の一形態を示す図である。 基本セルの４個の画素が使用するトランジスタの位置関係を示す図である。 Ａ 第１の例の配線の一形態を示す図である。Ｂ 第２の例の配線の一形態を示す図である。 本発明の固体撮像素子の第２の実施の形態の概略構成図（平面図）である。 図１２の固体撮像素子の２個の基本セルの平面図である。 図１２のうち、オンチップレンズと第１の光導波路及び第２の光導波路を示す図である。 図１２の固体撮像素子の基本セルの２個の画素の等価回路図の一形態を示す図である。 Ａ〜Ｄ 第１の光導波路及び第２の光導波路の断面形状の各形態を示す図である。 第１の変形例のトランジスタ、受光部、第１の光導波路及び第２の光導波路の配置を示す図である。 第２の変形例のトランジスタ、受光部、第１の光導波路及び第２の光導波路の配置を示す図である。 第３の変形例のトランジスタ、受光部、第１の光導波路及び第２の光導波路の配置を示す図である。 撮像素子の中心の位置が異なる変形例の図１に対応する図である。 撮像素子の中心の位置が異なる変形例の図４に対応する図である。 本発明の撮像装置の一実施の形態の概略構成図（ブロック図）である。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像素子の第１の実施の形態
２．固体撮像素子の第２の実施の形態
３．変形例
４．撮像装置の実施の形態

＜１．固体撮像素子の第１の実施の形態＞
本発明の固体撮像素子の第１の実施の形態の概略構成図（平面図）を、図１に示す。
図１に示すように、この固体撮像素子は、多数の画素が縦横にマトリクス状に配置されてなる。図１では、撮像素子の中心Ｃの周囲の縦６個×横６個＝３６個の画素を示している。
各画素は、フォトダイオードからなり、受光した光の光電変換が行われる受光部１と、入射光を受光部へ導く第１の光導波路３及び第２の光導波路４と、入射光を集束させるオンチップレンズ５とを備えている。第１の光導波路３及び第２の光導波路４は、いずれも断面形状が円形であり、第１の光導波路３が下層（受光部１側）にあり、第２の光導波路４が上層（オンチップレンズ５側）にある。そして、下層の第１の光導波路３よりも、上層の第２の光導波路４は、口径が小さくなっている。
また、縦２個×横２個の合計４個の画素において、光で変換して得られた電荷を蓄積することができるフローティングディフュージョンＦＤを共用している。そして、４個の画素のそれぞれにおいて、受光部１と、４個で共用しているフローティングディフュージョンＦＤとの間に、転送ゲート２が設けられている。
さらに、フローティングディフュージョンＦＤを共用する４個の画素の上下に、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３が配置されている。各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の構成は、特に限定されないが、例えば、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ等を含む。

ここで、図１の右下の４個の画素を抽出して、図２に示す。
本実施の形態の固体撮像素子では、フローティングディフュージョンＦＤを共用する４個の画素を基本セルとしており、この図２は、図１の右下の基本セルと撮像素子の中心Ｃとを示している。

図２に示すように、４個の画素のそれぞれにおいて、第１の光導波路３の中心（図示せず）及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃからずれている。
具体的には、図中上側の２個の画素では、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが受光部１の中心１Ｃよりも上側にずれている。図中下側の２個の画素では、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが受光部１の中心１Ｃよりも下側にずれている。
また、撮像素子の中心Ｃから各画素の受光部１の中心１Ｃに線を結んで考えると、上側の２個の画素では、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が近くなっている。下側の２個の画素では、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が遠くなっている。即ち、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が近い画素と、距離が遠い画素とが、混在している。
図１の全体の平面図に戻って考えてみると、全体としても、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が近い画素と、距離が遠い画素とが、混在していることがわかる。第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が近い画素は、上から２行目の各画素と、下から２行目の各画素である。その他の４行の画素では、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が遠くなっている。
前記特許文献１等に記載されている従来例では、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が同じか近い画素ばかりである。そして、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃの方が遠い画素は存在しない。この点で、本実施の形態の構成は、従来例とは全く異なっている。

図１の固体撮像素子の一部の部品を抽出した平面図を、図３〜図５に示す。図３は、第１の光導波路３及び第２の光導波路４と受光部１とトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３等を示している。図４は、オンチップレンズ５のみを示している。図５は、オンチップレンズ５と第１の光導波路３と第２の光導波路４を示している。なお、図３〜図５において、部品と共に、撮像素子の中心Ｃを示している。

図３に示すように、各画素の受光部１は、４つの画素を基本セルとして、規則的に配置されている。
基本セルの４つの画素は、共用するフローティングディフュージョンＦＤの周りに集まっている。
一方、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を挟む上下２つの画素は、間隔が離れている。そして、１行置きに、画素の間隔が変わっている。即ち、同じ基本セル内の画素との画素間隔１ａよりも、トランジスタを挟んだ基本セルの画素との画素間隔１ｃが大きくなっている。
また、隣の基本セルの画素は同じ基本セルの画素よりも間隔が離れている。そして、１列置きに、画素の間隔が変わっている。即ち、同じ基本セル内の画素との画素間隔１ｂよりも、隣の基本セルの画素との画素間隔１ｄが大きくなっている。
以下、第１の光導波路３は、その上下方向の間隔を導波路間隔３ａ及び導波路間隔３ｃとし、その左右方向の間隔を導波路間隔３ｂ及び導波路間隔３ｄとする。また、第２の光導波路４は、その上下方向の間隔を導波路間隔４ａ及び導波路間隔４ｃとし、その左右方向の間隔を導波路間隔４ｂ及び導波路間隔４ｄとする。
第１の光導波路３は、上下方向の間隔が１行置きに異なっている。即ち、同じ基本セル内の画素との導波路間隔３ａと、トランジスタを挟んだ基本セルの画素との導波路間隔３ｃとが異なっている。また、左右方向の間隔は１列置きにわずかに変わっており、同じ基本セル内の画素との導波路間隔３ｂと、トランジスタを挟んだ基本セルの画素との導波路間隔３ｄとがわずかに異なっている。
これに対して、第２の光導波路４は、上下方向に、ほぼ等しい間隔に配置されている。即ち、同じ基本セル内の画素との導波路間隔４ａと、トランジスタを挟んだ基本セルの画素との導波路間隔４ｃとがほぼ等しくなっている。また、左右方向の間隔は１列置きにわずかに変わっており、同じ基本セル内の画素との導波路間隔４ｂと、トランジスタを挟んだ基本セルの画素との導波路間隔４ｄとがわずかに異なっている。
さらに、いずれの画素においても、第１の光導波路３及び第２の光導波路４は、その平面配置が、受光部１の内部に含まれるようになっている。
また、上層の第２の光導波路４は、その平面位置が下層の第１の光導波路３の内部に含まれるようになっている。

図４に示すように、オンチップレンズ５は、上下方向、左右方向とも、ほぼ等しい間隔に配置されている。即ち、同じ基本セル内の画素とのレンズ間隔と、トランジスタを挟んだ基本セルの画素とのレンズ間隔とがほぼ等しい間隔５ａとなっている。また、同じ基本セル内の画素とのレンズ間隔と、隣の基本セルの画素とのレンズ間隔とがほぼ等しい間隔５ｂとなっている。
なお、オンチップレンズの間隔が等しくないと、各画素のオンチップレンズを同じ直径及び同じ曲率に形成したときに、オンチップレンズの間隔が広い箇所において、オンチップレンズの間に入射光が集束しない領域、所謂無効領域が広くなってしまう。

図５に示すように、第１の光導波路３及び第２の光導波路４と、オンチップレンズ５とは、それぞれの相対位置が画素の位置によって変わっている。
撮像素子の中心Ｃから見て、上側の２行の画素では、第１の光導波路３がオンチップレンズ５の上部に寄っていて、第２の光導波路４がオンチップレンズ５の上半分にある。撮像素子の中心Ｃの両側の２行の画素では、第１の光導波路３及び第２の光導波路４がオンチップレンズ５の上下方向の中央付近にある。撮像素子の中心Ｃから見て、下側の２行の画素では、第１の光導波路３がオンチップレンズ５の下部に寄っていて、第２の光導波路４がオンチップレンズ５の下半分にある。
撮像素子の中心Ｃから見て、右側の２列の画素では、第１の光導波路３がオンチップレンズ５の右に寄っていて、第２の光導波路４がオンチップレンズ５の右半分にある。撮像素子の中心Ｃの両側の２列の画素では、第１の光導波路３及び第２の光導波路４がオンチップレンズ５の左右方向の中央付近にある。撮像素子の中心Ｃから見て、左側の２列の画素では、第１の光導波路３がオンチップレンズ５の左に寄っていて、第２の光導波路４がオンチップレンズ５の左半分にある。
さらに、いずれの画素においても、第２の光導波路４は、その平面配置が、オンチップレンズ５に含まれるようになっている。
これに対して、第１の光導波路３は、平面配置がオンチップレンズ５から少しはみ出している画素もある。

この第１の実施の形態では、オンチップレンズ５と受光部１との相対位置が、撮像素子の中心Ｃから見た画素の位置によって変わっている。そして、撮像素子の中心Ｃから画素までの距離に対応して、オンチップレンズ５が受光部１の中心１Ｃから撮像素子の中心Ｃの側にずれている。
即ち、オンチップレンズ５は、瞳補正がなされている。これに対して、第１の光導波路３及び第２の光導波路４は、瞳補正がなされていない。

また、各部品の間隔を見ると、以下のようになっている。
同じ基本セル内の上下の２画素について、画素間隔１ａよりも、導波路間隔３ａが広くなっている。同じ基本セル内の左右の２画素について、導波路間隔３ｂは、画素間隔１ｂより若干広くなっている。
同じ基本セル内の上下の２画素の画素間隔１ａと、トランジスタを挟む２つの基本セルの画素の画素間隔１ｃとは異なっている。
また、導波路間隔３ａと導波路間隔３ｃとは、ほぼ同じになっている。なお、導波路間隔３ａと導波路間隔３ｃとは同じであることが望ましいが、同じでなくてもよい。
縦方向の導波路間隔を等間隔にすると、横方向の入射角度依存性が向上して、横縞やシェーディング等の光学特性を向上させることができる。
導波路間隔３ｂと導波路間隔３ｄとは、わずかに異なっていて、導波路間隔３ｄの方がやや広い。なお、導波路間隔３ｂと導波路間隔３ｄとは同じであることが望ましいが、同じでなくてもよい。
同じ基本セル内の左右の２画素の画素間隔１ｂと比較して、左右に隣接する２つの基本セルの画素の画素間隔１ｄが、やや広くなっている。なお、画素間隔１ｂと画素間隔１ｄとは同じであることが望ましいが、同じでなくてもよい。
導波路間隔３ｂと導波路間隔３ｄとの差が、画素間隔１ｂと画素間隔１ｄとの差とほぼ等しいので、第１の光導波路３の中心が受光部１の中心１Ｃ付近にある。
同じ基本セル内の上下の２画素について、画素間隔１ａよりも、導波路間隔４ａが広くなっている。なお、導波路間隔４ａは、画素間隔１ａと同等又は同等以上であればよい。
導波路間隔４ｃは、導波路間隔４ａよりも大きくなっている。
導波路間隔４ｂと導波路間隔４ｄとは、わずかに異なっていて、導波路間隔４ｄの方がやや広い。
画素間隔１ａと画素間隔１ｃの和は、導波路間隔３ａと導波路間隔３ｃの和と同じであり、導波路間隔４ａと導波路間隔４ｃの和と同じである。これらの和は、基本セルの上下方向のピッチに相当する。
画素間隔１ｂと画素間隔１ｄの和は、導波路間隔３ｂと導波路間隔３ｄの和と同じであり、導波路間隔４ｂと導波路間隔４ｄの和と同じである。これらの和は、基本セルの左右方向のピッチに相当する。

各画素の断面構造は、受光部１と第１の光導波路３と第２の光導波路４とオンチップレンズ５とを備えていれば、その他の構成は特に限定されない。

図１の固体撮像素子の画素の断面構造の一形態の断面図を、図６に示す。
図６に示すように、半導体基板１０の例えばｐウェル領域に、ｎ型の電荷蓄積層１１とその表層のｐ^＋の正電荷蓄積領域１２とが形成されて、受光部１が構成されている。さらに、受光部１の右に隣接して、半導体基板１０上に、ゲート絶縁膜１３及びゲート電極１４が形成されている。ゲート電極１４は、図１の転送ゲート２である。ゲート電極１４の右に隣接して、半導体基板１０内にフローティングディフュージョンＦＤが形成されている。半導体基板１０には、図示しない断面において、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３のソース・ドレイン領域が形成されている。ゲート電極１４への電圧の印加によって、信号電荷が受光部１からフローティングディフュージョンＦＤに転送される。

受光部１を被覆して、半導体基板１０上に、それぞれ例えば酸化シリコンからなる、第１絶縁膜１５、第２絶縁膜１６、第３絶縁膜１７、第４絶縁膜２１、第５絶縁膜２２、第６絶縁膜２６、第７絶縁膜２７、並びに、第８絶縁膜３１が積層されている。また、これらの絶縁膜の層間に、例えば炭化シリコンからなる第１拡散防止膜２０及び第２拡散防止膜２５、並びに、例えば窒化シリコンからなる第３拡散防止膜３０が積層されている。これらの絶縁膜及び拡散防止膜が積層されて、全体として絶縁層が構成されている。

第３絶縁膜１７には、配線用溝が形成されて、この配線用溝にバリアメタル層１８と導電層１９とから構成される第１配線層が埋め込まれている。第５絶縁膜２２においても同様に、配線用溝にバリアメタル層２３と導電層２４とから構成される第２配線層が埋め込まれている。第７絶縁膜２７においても同様に、配線用溝にバリアメタル層２８と導電層２９とから構成される第２配線層が埋め込まれている。バリアメタル層１８，２３，２８には、例えばタンタル／窒化タンタルの積層膜を使用することができる。導電層１９，２４，２９には、銅等の各種配線用金属材料を使用することができる。前述した第１〜第３拡散防止膜は、導電層１９，２４，２９を構成する銅等の金属の拡散を防止するための膜である。
第８絶縁膜３１の上には、酸化シリコンからなる第９絶縁膜３３が形成されている。

そして、受光部１の上方において、上述のように積層形成された、第２絶縁膜１６及び第３絶縁膜１７に対して、これらの膜を貫通するように絶縁膜の酸化シリコン（屈折率１．４５）よりも高い屈折率を有する埋め込み層３２が埋め込まれている。そして、この埋め込み層３２によって下層の第１の光導波路３が構成されている。
また、受光部１の上方において、上述のように積層形成された、第４絶縁膜２１〜第９絶縁膜３３、第２拡散防止膜２５及び第３拡散防止膜３０に対して、これらの膜を貫通する凹部が形成され、第１拡散防止膜２０が凹部の底面を構成している。
凹部の内側の壁面は、基板の主面に垂直な面となっており、さらに、凹部の縁部として第９絶縁膜３３の部分において上方ほど広がる順テーパー状の開口形状部となっている。
凹部の内壁を被覆して、パッシベーション膜３６が形成されている。また、例えば、パッシベーション膜３６の上層において凹部に埋め込まれて、絶縁膜の酸化シリコン（屈折率１．４５）よりも高い屈折率を有する埋め込み層３７が形成されている。埋め込み層３７は凹部の内部を完全に埋めている。

埋め込み層３２や埋め込み層３７には、シロキサン系樹脂（屈折率１．７）やポリイミド等の高屈折率樹脂等を使用することができる。また、これらの樹脂中に、例えば酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウム等の金属酸化物微粒子を含有させて屈折率を高めることも可能である。また、凹部の内部を埋め込むことが可能であれば、高い屈折率を有する無機材料を使用することも可能である。なお、埋め込み層３２と埋め込み層３７とに、それぞれ異なる材料を使用しても構わない。
パッシベーション膜３６には、絶縁膜の酸化シリコンに屈折率が同じか近い材料、或いは、酸化シリコンよりも屈折率が高い材料を、使用することができる。後者の例としては、窒化シリコンや酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）が挙げられる。
パッシベーション膜３６を絶縁膜の酸化シリコンに屈折率が同じか近い材料により形成した場合には、凹部の内部の埋め込み層３７が上層の第２の光導波路４となる。
パッシベーション膜３６を絶縁膜の酸化シリコンよりも屈折率が高い材料により形成した場合には、凹部の内部のパッシベーション膜３６及び埋め込み層３７によって、上層の第２の光導波路４が構成される。

埋め込み層３７の上層に、例えば接着層としても機能する平坦化樹脂層３８が形成され、その上層に、例えば、青色Ｂ、緑色Ｇ、赤色Ｒの各色のカラーフィルター３９が画素毎に形成されている。カラーフィルター３９の上層に、オンチップレンズ５が形成されている。
図６からわかるように、第１の光導波路３は、受光部１よりもやや狭い幅に形成されており、かつ、平面位置が、受光部１の平面位置の内部に含まれるように形成されている。また、第２の光導波路４は、受光部１や第１の光導波路３やオンチップレンズ５よりも狭い幅に形成されており、かつ、平面位置が、受光部１や第１の光導波路３やオンチップレンズ５の平面位置の内部に含まれるように形成されている。
この図６に示す画素構造を基本として、画素の撮像素子の中心Ｃからの位置によって、受光部１と第１の光導波路３と第２の光導波路４とオンチップレンズ５の平面位置をずらして、画素を形成する。

図６に示した画素の断面構造を有する固体撮像素子は、例えば以下のようにして、製造することができる。
半導体基板１０の例えばｐウェル領域に、ｎ型の電荷蓄積層１１とその表層のｐ^＋の正電荷蓄積領域１２とを順次形成して受光部１を形成すると共に、受光部１に隣接してゲート絶縁膜１３及びゲート電極１４を形成する。また、半導体基板１０内にフローティングディフュージョンＦＤやトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３のソース・ドレイン領域を形成する。

次に、例えば、ＣＶＤ（化学的気相成長）法等により、受光部１を被覆して、全面的に酸化シリコンを堆積させて、第１絶縁膜１５を形成する。
次に、例えば、第１絶縁膜１５の上に酸化シリコンを堆積させて第２絶縁膜１６を形成し、さらに酸化シリコンを堆積させて第３絶縁膜１７を形成する。
次に、例えば、エッチング加工により第３絶縁膜１７に配線用溝を形成し、さらにスパッタリングにより配線用溝の内壁を被覆して、例えばタンタル／酸化タンタルを成膜して、バリアメタル層１８を形成する。
続いて、銅のシード層を形成して、電解メッキ処理により全面に銅を成膜し、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法等により配線用溝の外に形成された銅を除去して、導電層１９を形成する。
さらに、導電層１９の表面にバリアメタル層１８を形成し、配線用溝の外に形成されたバリアメタル層１８を除去する。なお、図６では導電層１９の表面にもバリアメタル層１８を形成しているが、導電層１９の表面にバリアメタル層１８を形成しない場合には、この工程は省略される。
このようにして、配線用溝に埋め込まれたバリアメタル層１８と導電層１９からなる第１配線層を形成する。
次に、第２の絶縁膜１６及び第３の絶縁膜１７に対してエッチングを行って、第２の絶縁膜１６及び第３の絶縁膜１７を貫通する穴を形成する。
次に、例えば成膜温度が４００℃程度のスピンコート法により、酸化チタン等の金属酸化物微粒子を含有するシロキサン系樹脂を成膜し、この穴の内部を埋めて、酸化シリコンよりも屈折率が高い埋め込み層３２を形成する。塗布後に、必要に応じて例えば３００℃程度のポストベーク処理を行う。また、ポリイミド樹脂の場合には、例えば３５０℃程度の温度で成膜できる。

次に、第１配線層の上に、例えばＣＶＤ法により炭化シリコンを堆積させ、第１拡散防止膜２０を形成する。
続いて、第２絶縁膜１６、第３絶縁膜１７及びその配線用溝、バリアメタル層１８と導電層１９からなる第１配線層、第１拡散防止膜２０を形成したプロセスと同様のプロセスを繰り返す。これにより、第４絶縁膜２１、第５絶縁膜２２及びその配線用溝、バリアメタル層２３と導電層２４からなる第２配線層、第２拡散防止膜２５、第６絶縁膜２６、第７絶縁膜２７及びその配線用溝、バリアメタル層２８と導電層２９からなる第３配線層を形成する。さらに、例えばＣＶＤ法により窒化シリコンを堆積して第３拡散防止膜３０を形成する。次に、第３拡散防止膜３０の上に、第８絶縁膜３１を形成する。
続いて、全面に、例えば酸化シリコンを堆積させて、第９絶縁膜３３を形成する。

次に、例えば、フォトリソグラフィ工程により、凹部を開口するパターンのレジスト膜をパターン形成して、等方性エッチング或いは異方性エッチング等のエッチングを施し、第９絶縁膜３３に上方ほど広がる順テーパー状の開口形状部を形成する。
次に、レジスト膜を除去して、例えばレジスト膜と同一のパターンの第２のレジスト膜をパターン形成する。そして、反応性イオンエッチング等の異方性エッチングを施して、第４絶縁膜２１〜第９絶縁膜３３、第２拡散防止膜２５、第３拡散防止膜３０に対して、凹部を形成する。このとき、例えば、酸化シリコンと窒化シリコンや炭化シリコン等の材料に応じて条件を変更しながらエッチングを進行させ、開口底部が第１拡散防止膜２０に到達した時点で速やかにエッチングが停止するようにする。これにより、第１拡散防止膜２０が凹部の底面となるので、凹部の深さを一定として、受光部１と第２の光導波路４との距離が一定になる。
このようにして、凹部の縁部として第９絶縁膜３３の部分で順テーパー状の開口形状部となっている凹部を開口することができる。

次に、例えば成膜温度が３８０℃程度のプラズマＣＶＤ法により、凹部の内壁を被覆して、酸化シリコンよりも高い屈折率を有する窒化シリコン又は酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を堆積させて、パッシベーション膜３６を形成する。開口部の縁部が順テーパー形状となっているが、堆積時の異方性により開口部の縁部で厚く堆積し、凹部の底部近くで薄くなるようなプロファイルとなる。
次に、例えば成膜温度が４００℃程度のスピンコート法により、酸化チタン等の金属酸化物微粒子を含有するシロキサン系樹脂を成膜し、パッシベーション膜３６の上層において凹部に埋め込んで、酸化シリコンよりも屈折率が高い埋め込み層３７を形成する。塗布後に、必要に応じて例えば３００℃程度のポストベーク処理を行う。また、ポリイミド樹脂の場合には、例えば３５０℃程度の温度で成膜できる。

次に、埋め込み層３７の上層に例えば接着層としても機能する平坦化樹脂層３８を形成する。その上層に、例えば、青色Ｂ、緑色Ｇ、赤色Ｒの各色のカラーフィルター３９を画素毎に形成する。さらに、その上層にオンチップレンズ５を形成する。
上述した製造方法において、第３配線層の形成工程より後で、埋め込み層の形成工程の前において、半導体中のダングリングボンドを終端化するための水素処理（シンタリング）を行うことができる。
このようにして、図６に示した断面構造を有する固体撮像素子を製造することができる。

続いて、画素の模式的な平面レイアウト図を、図７に示す。
断面円形の第１の光導波路３が形成されており、その内側に断面円形の第２の光導波路４が形成されている。
また、図６における第１〜第３配線層等の配線層が、絶縁膜中において、光導波路３の周囲を囲むようにメッシュ状に形成されている。メッシュ状とは、例えば配線層と絶縁膜が上下に交互に積層した状態を示す。例えば、図中上下方向に延びる配線層Ｗ１，Ｗ２と、左右方向に延びる配線層Ｗ３，Ｗ４により囲まれた領域内において、第１の光導波路３及び第２の光導波路４が設けられている。配線層Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４のそれぞれが、例えばメッシュ状の構造を有している。
なお、図７には受光部１を示していないが、第１の光導波路３よりも外側に受光部１が形成されており、例えば図６の断面構造の場合、配線層Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４の位置付近に、受光部１の外縁がある。

次に、図１に示した３６個の画素に対する、カラーフィルターの色の配置の一形態を、図８に示す。
図８に示す配置では、各基本セルの４個の画素に、赤色Ｒ及び青色Ｂが１つずつ、緑色Ｇ（Ｇｂ，Ｇｒ）が２つずつ、割り当てられている。そして、緑色Ｇ同士と、赤色Ｒ及び青色Ｂとが、それぞれフローティングディフュージョンＦＤを挟んで対向する画素に割り当てられている。

さらに、この第１の実施の形態の固体撮像素子の、基本セルの４個の画素の等価回路図の一形態を、図９に示す。
図９に示すように、４つの画素のフォトダイオードから成る受光部１が、転送ゲート２を介して共通のフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤは、リセットトランジスタＲＳＴの一方のソース・ドレイン領域と、増幅トランジスタＡｍｐのゲートとに接続されている。増幅トランジスタＡｍｐの一方のソース・ドレイン領域には、選択トランジスタＳＥＬの一方のソース・ドレイン領域が接続されている。リセットトランジスタＲＳＴの他方のソース・ドレイン領域と、増幅トランジスタＡｍｐの他方のソース・ドレイン領域とには、電源電位Ｖｄｄが接続されている。選択トランジスタＳＥＬの他方のソース・ドレイン領域には、信号線１００が接続されている。即ち、フローティングディフュージョンＦＤから、３つのトランジスタＲＳＴ，Ａｍｐ，ＳＥＬの側は、通常の４トランジスタ（転送ゲートの転送トランジスタを含む）を有する画素と同様の構成となっている。

次に、図９に示した回路構成を、実際に形成した場合を説明する。
図１０は、説明する２つの例における、基本セルの４個の画素が使用するトランジスタの位置関係を示す図である。基本セルの４個の画素の上側と下側に、それぞれ帯状のトランジスタＴｒが配置されている。
第１の例では、図１０に鎖線で示すように、上側のトランジスタの右半分と、下側のトランジスタの右半分を使用する。各トランジスタの左半分は、上や下の基本セルの４個の画素で使用する。
第２の例では、図１０に破線で示すように、下側のトランジスタ全体を使用する。上側のトランジスタは、上の基本セルの４個の画素で使用する。

第１の例の配線の一形態を、図１１Ａに示す。上側のトランジスタの右半分にリセットトランジスタＲＳＴが形成され、下側のトランジスタの右半分に増幅トランジスタＡｍｐ及び選択トランジスタＳＥＬが形成されている。フローティングディフュージョンＦＤと、リセットトランジスタＲＳＴの一方のソース・ドレイン領域及び増幅トランジスタＡｍｐのゲートとを結んで、上下に配線１１０が形成されている。

第２の例の配線の一形態を、図１１Ｂに示す。下側のトランジスタの右半分にリセットトランジスタＲＳＴが形成され、中央に増幅トランジスタＡｍｐが形成され、左半分に選択トランジスタＳＥＬが形成されている。フローティングディフュージョンＦＤと増幅トランジスタＡｍｐのゲートとを結んで下側に上下に配線１１０が形成されており、その途中から配線１１０が右に分岐して、リセットトランジスタＲＳＴの一方のソース・ドレイン領域に接続されている。

上述の本実施の形態によれば、基本セルの４個の画素でフローティングディフュージョンＦＤやトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を共用している。これにより、フローティングディフュージョンＦＤやトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を共用しない場合と比較して、受光部１の面積の割合を増やし、受光部１の面積を広げることが可能になる。そして、画素を微細化したときの受光部１の面積の縮小の度合いを緩和することができる。このため、第１の光導波路３や第２の光導波路４の寸法を埋め込み性の限界にならないようにして、かつ、限界近くまで画素を微細化することが可能になる。
従って、画素を微細化して、固体撮像素子の集積度を高めることや、固体撮像素子を備えた撮像装置の多画素化や小型化を図ることができる。

また、本実施の形態によれば、オンチップレンズ５が等間隔に形成されているので、所謂無効領域を少なくすることができ、無効領域によるロスの発生を抑制することができる。
さらに、第２の光導波路４の平面位置が、受光部１の中心１ＣからトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の側に寄るようにずれて形成され、かつ、第１の光導波路３の内部及びオンチップレンズ５の内部に含まれるように形成されている。これにより、オンチップレンズ５で集めた光を充分に第２の光導波路４へ導くことができ、第２の光導波路４を通った光が確実に第１の光導波路３に入射する。このように、第２の光導波路４の平面位置が第１の光導波路３の内部に含まれているので、前記特許文献１に記載の構成で生じるような下層の光導波路に入らない光をなくすことができる。
さらにまた、第１の光導波路３の平面位置が、受光部１の中心１ＣからトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の側に寄るようにずれて形成され、かつ、受光部の１の内部に含まれるように形成されている。これにより、第１の光導波路３を通った光を確実に受光部１に入射させることができる。また、第１の光導波路３を通った光が隣の画素の受光部１に入射して生じる混色を防ぐことができる。
従って、感度や光電変換の効率を向上することができるので、画素を微細化しても感度や光電変換の効率が充分に得られる固体撮像素子、並びに、固体撮像素子を備えた撮像装置を実現することができる。

また、本実施の形態によれば、第１の光導波路３と第２の光導波路４の２層の光導波路を設けている。これにより、上層の１層の光導波路だけの場合と比較して、混色の発生やロスを抑制できる。また、受光部１の中心１Ｃからのずらし量を２層に分担させることができるため、光導波路の設計の自由度を広げることや、オンチップレンズ５の受光部１からのずれの量が比較的大きい場合にも対応することが、可能になる。

また、本実施の形態によれば、第２の光導波路４がほぼ等しい間隔に配置されているので、横縞、色むら、シェーディング等の特性を向上することができる。

この第１の実施の形態では、撮像素子の中心Ｃから外側に向かうに従い、オンチップレンズ５の中心から第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心を離した配置となっている。このような配置を有する構成は、光学レンズが短焦点であるカメラ（例えば、携帯電話用のカメラ）に使用することが望ましい。

なお、第１の実施の形態の説明において、図１に示した３６個の画素を有する場合を例示して説明したが、実際には同様の法則を適用して、数万以上の多数の画素を配置して固体撮像素子を構成することができる。
例えば、４画素の基本セルを７５万個集積することによって、３００万個の画素を集積することができる。

上述した第１の実施の形態では、図６や図８に示したように、カラーフィルターを使用したカラー固体撮像素子に適用していた。
本発明は、カラー固体撮像素子だけでなく、カラーフィルターを使用しない白黒の固体撮像素子や赤外光検出用の固体撮像素子、並びに一部の画素にカラーフィルターを設けないで赤外光受光用画素とした固体撮像素にも適用することができる。

＜２．固体撮像素子の第２の実施の形態＞
本発明の固体撮像素子の第２の実施の形態の概略構成図（平面図）を図１２に示す。
図１２に示すように、この固体撮像素子は、多数の画素が縦横にマトリクス状に配置されてなる。図１２では、撮像素子の中心Ｃの周囲の縦６個×横６個＝３６個の画素を示している。
各画素は、フォトダイオードからなり、受光した光の光電変換が行われる受光部１と、入射光を受光部へ導く第１の光導波路３及び第２の光導波路４と、入射光を集束させるオンチップレンズ５とを備えている。第１の光導波路３及び第２の光導波路４は、第１の光導波路３が下層（受光部１側）にあり、第２の光導波路４が上層（オンチップレンズ５側）にある。そして、下層の第１の光導波路３よりも、上層の第２の光導波路４は、口径が小さくなっている。
また、左上の画素及び右下の画素の斜めに並ぶ２個の画素において、フローティングディフュージョンＦＤを共用している。そして、２個の画素のそれぞれにおいて、受光部１と、２個で共用しているフローティングディフュージョンＦＤとの間に、転送ゲート２が設けられている。
さらに、縦２個・横２個の４個の画素の上下に、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３が配置されている。各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の構成は、特に限定されないが、例えば、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ等を含む。

ここで、図１２の右下の４個の画素のうち、フローティングディフュージョンＦＤを共用する２個の画素を抽出して、図１３に示す。
本実施の形態の固体撮像素子では、フローティングディフュージョンＦＤを共用する２個の画素を基本セルとしており、この図１３は、図１２の右下の基本セルと撮像素子の中心Ｃとを示している。

図１３に示すように、２個の画素のそれぞれにおいて、第１の光導波路３の中心（図示せず）及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃからずれている。
具体的には、図中左上の画素では、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが受光部１の中心１Ｃよりも上側にずれている。図中右下の画素では、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが受光部１の中心１Ｃよりも下側にずれている。
また、撮像素子の中心Ｃから各画素の受光部１の中心１Ｃに線を結んで考えると、左上の画素では、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が近くなっている。右下の画素では、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が遠くなっている。即ち、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が近い画素と、距離が遠い画素とが、混在している。
図１２の全体の平面図に戻って考えてみると、全体としても、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が近い画素と、距離が遠い画素とが、混在していることがわかる。第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が近い画素は、上から２行目の各画素と、下から２行目の各画素である。その他の４行の画素では、第１の光導波路３の中心及び第２の光導波路４の中心４Ｃが、受光部１の中心１Ｃよりも撮像素子の中心Ｃからの距離が遠くなっている。この点は、図１の第１の実施の形態と同様である。

図１２の固体撮像素子のオンチップレンズ５と第１の光導波路３と第２の光導波路４を抽出して、図１４に示す。図１４において、部品と共に、撮像素子の中心Ｃを示している。
図１４に示すように、第２の光導波路４とオンチップレンズ５とは、それぞれの相対位置が画素の位置によらず、ほぼ同じになっている。この点は、第１の実施の形態とは異なっている。なお、第１の光導波路３とオンチップレンズ５の相対位置は、画素の位置によって若干変わっている。
そして、各画素において、オンチップレンズ５の中心付近に第２の光導波路４がある。
図１４に示すように、第２の光導波路４とオンチップレンズ５は、それぞれ、上下方向、左右方向とも、等しい間隔に配置されている。
さらに、いずれの画素においても、第２の光導波路４は、その平面配置が、オンチップレンズ５に含まれるようになっている。第１の光導波路３は、その平面配置が、ほぼオンチップレンズ５に含まれるようになっている。

この第２の実施の形態では、オンチップレンズ５と受光部１との相対位置が、若干ずれているが、そのずれの量は撮像素子の中心Ｃからの距離には対応していない。
即ち、オンチップレンズ５は、瞳補正がなされていない。第１の光導波路３及び第２の光導波路４も、瞳補正がなされていない。

この第２の実施の形態においても、各画素の断面構造は、受光部１と第１の光導波路３と第２の光導波路４とオンチップレンズ５とを備えていれば、その他の構成は特に限定されない。
例えば、図６に示した断面構造や、図７に示した平面レイアウトを、使用することができる。

さらに、この第２の実施の形態の固体撮像素子の、基本セルの２つの画素の等価回路図の一形態を、図１５に示す。
図１５に示すように、２つの画素のフォトダイオードから成る受光部１が、転送ゲート２を介して共通のフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤは、リセットトランジスタＲＳＴの一方のソース・ドレイン領域と、増幅トランジスタＡｍｐのゲートとに接続されている。増幅トランジスタＡｍｐの一方のソース・ドレイン領域には、選択トランジスタＳＥＬの一方のソース・ドレイン領域が接続されている。リセットトランジスタＲＳＴの他方のソース・ドレイン領域と、増幅トランジスタＡｍｐの他方のソース・ドレイン領域とには、電源電位Ｖｄｄが接続されている。選択トランジスタＳＥＬの他方のソース・ドレイン領域には、信号線１００が接続されている。即ち、フローティングディフュージョンＦＤから、３つのトランジスタＲＳＴ，Ａｍｐ，ＳＥＬの側は、通常の４トランジスタ（転送ゲートの転送トランジスタを含む）と同様の構成となっている。

なお、この第２の実施の形態において、先に説明した第１の実施の形態と同様の構成については、同一符号を付して、重複説明を省略する。

上述の本実施の形態によれば、基本セルの２個の画素でフローティングディフュージョンＦＤやトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を共用している。これにより、フローティングディフュージョンＦＤやトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を共用しない場合と比較して、受光部１の面積の割合を増やし、受光部１の面積を広げることが可能になる。そして、画素を微細化したときの受光部１の面積の縮小の度合いを緩和することができる。このため、第１の光導波路３や第２の光導波路４の寸法を埋め込み性の限界にならないようにして、かつ、限界近くまで画素を微細化することが可能になる。
従って、画素を微細化して、固体撮像素子の集積度を高めることや、固体撮像素子を備えた撮像装置の多画素化や小型化を図ることができる。

また、本実施の形態によれば、オンチップレンズ５が等間隔に形成されているので、所謂無効領域を少なくすることができ、無効領域によるロスの発生を抑制することができる。
さらに、第２の光導波路４の平面位置が、受光部１の中心１ＣからトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の側に寄るようにずれて形成され、かつ、第１の光導波路３の内部及びオンチップレンズ５の内部に含まれるように形成されている。これにより、オンチップレンズ５で集めた光を充分に第２の光導波路４へ導くことができ、第２の光導波路４を通った光が確実に第１の光導波路３に入射する。このように、第２の光導波路４の平面位置が第１の光導波路３の内部に含まれているので、前記特許文献１に記載の構成で生じるような下層の光導波路に入らない光をなくすことができる。
さらにまた、第１の光導波路３の平面位置が、受光部１の中心１ＣからトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３の側に寄るようにずれて形成され、かつ、受光部の１の内部に含まれるように形成されている。これにより、第１の光導波路３を通った光を確実に受光部１に入射させることができる。また、第１の光導波路３を通った光が隣の画素の受光部１に入射して生じる混色を防ぐことができる。
従って、感度や光電変換の効率を向上することができるので、画素を微細化しても感度や光電変換の効率が充分に得られる固体撮像素子、並びに、固体撮像素子を備えた撮像装置を実現することができる。

また、本実施の形態によれば、第１の光導波路３と第２の光導波路４の２層の光導波路を設けている。これにより、上層の１層の光導波路だけの場合と比較して、混色の発生やロスを抑制できる。また、受光部１の中心１Ｃからのずらし量を２層に分担させることができるため、光導波路の設計の自由度を広げることや、オンチップレンズ５の受光部１からのずれの量が比較的大きい場合にも対応することが、可能になる。

また、本実施の形態によれば、第２の光導波路４がほぼ等しい間隔に配置されているので、横縞、色むら、シェーディング等の特性を向上することができる。

この第２の実施の形態では、第２の光導波路４の中心とオンチップレンズ５の中心とがほぼ一致した配置となっているため、光を効率よく集光することができ、効率良く電荷を得ることができる。このような配置を有する構成は、光学レンズがズームレンズのような複数の焦点を持つカメラに使用することが望ましい。

なお、第２の実施の形態の説明において、図１２に示した３６個の画素を有する場合を例示して説明したが、実際には同様の法則を適用して、数万以上の多数の画素を配置して固体撮像素子を構成することができる。
例えば、２画素の基本セルを４００万個集積することによって、８００万個の画素を集積することができる。

上述の各実施の形態では、２つの画素又は４つの画素の基本セルでフローティングディフュージョンＦＤやトランジスタを共用していた。
本発明では、フローティングディフュージョン等を共用する基本セルの画素数は、複数であれば、特に限定されるものではない。
なお、配線や画素の配置が縦方向と横方向である場合には、基本セルの画素数が偶数であると、画素のレイアウトを考えやすい。

上述の各実施の形態では、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３のある上又は下に、第１の光導波路３及び第２の光導波路４を受光部１の中心１Ｃからずらしている。これに対して、第１の光導波路３及び第２の光導波路４を受光部１の中心１Ｃから左右方向にはごくわずかにずらしているだけか、ずらしていない。即ち、第１の光導波路３及び第２の光導波路４については瞳補正を行っていない。
本発明では、上述の各実施の形態の構成に対して、さらに第１の光導波路３及び／又は第２の光導波路４を、受光部１の中心１Ｃから左又は右にずらした構成としても構わない。例えば、瞳補正を考慮して、第１の光導波路３及び第２の光導波路４を右半分の画素では左にずらし、左半分の画素では右にずらし、ずらす量は撮像素子の中心Ｃからの距離に対応して変えるようにしても良い。
このように、本発明は、オンチップレンズに対して瞳補正を行うだけでなく光導波路に対しても瞳補正を行った構成についても、適用することが可能である。

＜３．変形例＞
固体撮像素子の実施の形態の変形例を、以下にいくつか示す。

まず、第１の光導波路３及び第２の光導波路４の断面形状の各形態を、図１６に示す。
図１６Ａは、図７に示したと同様に円形の光導波路である。図１６Ｂは、楕円形の光導波路である。図１６Ｃは、長方形（矩形）の光導波路である。図１６Ｄは、八角形の光導波路である。
これらの断面形状で、それぞれ実際に光導波路を有する固体撮像素子を作製したところ、いずれの断面形状でも、固体撮像素子として問題なく動作させることができた。
第１の光導波路３及び第２の光導波路４の断面形状を、これら以外の形状とすることも可能である。
なお、第１の光導波路及び第２の光導波路の断面形状は、外側に凸な形状とすることが望ましい。これにより、第１の光導波路及び第２の光導波路用の凹部や埋め込み層を安定して形成することができる。

次に、トランジスタの配置と、受光部１に対する第１の光導波路３及び第２の光導波路４の配置の各形態を、図１７〜図１９に示す。なお、図１７〜図１９においては、フローティングディフュージョンの図示を省略して、簡略化している。

図１７に示す第１の変形例では、フローティングディフュージョンを共用する４個の基本セルの左右に、トランジスタＴｒを配置している。
基本セルの左側の２つの画素では、受光部１の中心から第１の光導波路３及び第２の光導波路４が左にずれている。
基本セルの右側の２つの画素では、受光部１の中心から第１の光導波路３及び第２の光導波路４が右にずれている。

図１８に示す第２の変形例では、フローティングディフュージョンを共用する４個の基本セルの右と下に、トランジスタＴｒを配置している。この場合、上から２段目以降の基本セルでは、基本セルの上下左右にトランジスタＴｒが配置されていることになる。
基本セルの左上の画素では、受光部１の中心から第１の光導波路３及び第２の光導波路４が左上にずれている。
基本セルの右上の画素では、受光部１の中心から第１の光導波路３及び第２の光導波路４が右上にずれている。
基本セルの左下の画素では、受光部１の中心から第１の光導波路３及び第２の光導波路４が左下にずれている。
基本セルの右下の画素では、受光部１の中心から第１の光導波路３及び第２の光導波路４が右下にずれている。

図１９に示す第３の変形例では、上下２個の画素でフローティングディフュージョンを共用して基本セルを構成し、基本セルの上下にトランジスタＴｒが配置されている。
基本セルの上の画素では、受光部１の中心から第１の光導波路３及び第２の光導波路４が上側にずれている。
基本セルの下の画素では、受光部１の中心から第１の光導波路３及び第２の光導波路４が下側にずれている。

上述した第１及び第２の実施の形態では、撮像素子の中心Ｃが、基本セルの各画素の間のフローティングディフュージョンＦＤの位置にある場合を説明した。本発明において、撮像素子の中心の位置は、フローティングディフュージョンＦＤの位置に限定されるものではなく、その他の位置であっても構わない。例えば、受光部の内部等の画素の内部や、トランジスタ付近等の基本セルの間であっても構わない。
ここで、撮像素子の中心Ｃが、受光部の内部にある場合の変形例について、図１及び図４に対応する平面図を、それぞれ、図２０及び図２１に示す。図２０及び図２１に示すように、撮像素子の中心Ｃが、受光部１の内部でオンチップレンズ５の中心付近にある。

＜４．撮像装置の実施の形態＞
次に、本発明の撮像装置の実施の形態を説明する。
本発明の撮像装置の一実施の形態の概略構成図（ブロック図）を、図２２に示す。
この撮像装置としては、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話のカメラ等が挙げられる。

図２２に示すように、撮像装置５００は、固体撮像素子（図示せず）を備えた撮像部５０１を有している。この撮像部５０１の前段には、入射光を集光して像を結像させる結像光学系５０２が備えられている。また、撮像部５０１の後段には、撮像部５０１を駆動する駆動回路、固体撮像素子で光電変換された信号を画像に処理する信号処理回路等を有する信号処理部５０３が接続されている。また、信号処理部５０３によって処理された画像信号は、画像記憶部（図示せず）によって記憶させることができる。
このような撮像装置５００において、固体撮像素子として、前述した実施の形態の固体撮像素子等の、本発明の固体撮像素子を用いることができる。

本実施の形態の撮像装置５００によれば、本発明の固体撮像素子、即ち、前述したように、第１の光導波路３及び第２の光導波路４の平面位置を受光部１からずらして形成して、画素を微細化しても充分な感度や変換効率が得られる固体撮像素子を用いている。これにより、固体撮像素子の画素を微細化して撮像装置５００の多画素化や小型化を図ることができ、比較的暗いところでも撮像を行うことができる、という利点がある。

なお、本発明の撮像装置は、図２２に示した構成に限定されることはなく、固体撮像素子を用いる撮像装置であれば、適用することが可能である。
例えば、固体撮像素子は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
本発明の撮像装置は、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器等、各種の撮像装置に適用することができる。また、「撮像」の広義の意味として、指紋検出装置等も含む。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

１ 受光部、２ 転送ゲート、３ 第１の光導波路、４ 第２の光導波路、５ オンチップレンズ、１０ 半導体基板、１１ 電荷蓄積層、１２ 正電荷蓄積領域、１３ ゲート絶縁膜、１４ ゲート電極、１８，２３，２８ バリアメタル層、１９，２４，２９ 導電層、２０ 第１拡散防止膜、３２，３７ 埋め込み層、３６ パッシベーション膜、３８ 平坦化樹脂層、３９ カラーフィルター、１００ 信号線、１１０ 配線、５００ 撮像装置、５０１ 撮像部、５０２ 光学系、５０３ 信号処理部、ＦＤ フローティングディフュージョン、ＲＳＴ リセットトランジスタ、Ａｍｐ 増幅トランジスタ、ＳＥＬ 選択トランジスタ

Claims (5)

1. 画素毎にそれぞれ形成された、光電変換が行われる受光部と、前記受光部の上方の絶縁層内に埋め込まれて形成され、光を前記受光部に導く光導波路と、前記光導波路の上方に形成されたオンチップレンズとを含む固体撮像素子であって、
   フローティングディフュージョンを共用する複数個の前記画素により構成された基本セルと、
   前記基本セルを構成する複数個の前記画素で共用され、前記複数個の画素の外側に配置されたトランジスタと、
   前記基本セルの各前記画素で共用される前記フローティングディフュージョンに転送ゲートを介して接続された前記受光部と、
   ほぼ等しい間隔に配置されている、前記オンチップレンズと、
   平面位置が、前記受光部の中心から前記トランジスタの側に寄るようにずれて形成され、かつ、前記受光部の内部に含まれるように形成された、第１の光導波路と、
   前記第１の光導波路より上層に形成され、平面位置が、前記受光部の中心から前記トランジスタの側に寄るようにずれて形成され、かつ、前記第１の光導波路の内部及び前記オンチップレンズの内部に含まれるように形成された、第２の光導波路とを含む
   固体撮像素子。
2. 各画素の前記第２の光導波路がほぼ等しい間隔に配置されている、請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記第２の光導波路が、前記絶縁層側の壁面に形成されたパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜の内側の埋め込み層から構成されている、請求項１に記載の固体撮像素子。
4. 前記パッシベーション膜が酸窒化シリコンからなる、請求項３に記載の固体撮像素子。
5. 画素毎にそれぞれ形成された、光電変換が行われる受光部と、前記受光部の上方の絶縁層内に埋め込まれて形成され、光を前記受光部に導く光導波路と、前記光導波路の上方に形成されたオンチップレンズとを含む固体撮像素子を備えた撮像装置であって、
   入射光を集光する集光光学部と、
   フローティングディフュージョンを共用する複数個の前記画素により構成された基本セルと、前記基本セルを構成する複数個の前記画素で共用され、前記複数個の画素の外側に配置されたトランジスタと、前記基本セルの各前記画素で共用される前記フローティングディフュージョンに転送ゲートを介して接続された前記受光部と、ほぼ等しい間隔に配置されている、前記オンチップレンズと、平面位置が、前記受光部の中心から前記トランジスタの側に寄るようにずれて形成され、かつ、前記受光部の内部に含まれるように形成された、第１の光導波路と、前記第１の光導波路より上層に形成され、平面位置が、前記受光部の中心から前記トランジスタの側に寄るようにずれて形成され、かつ、前記第１の光導波路の内部及び前記オンチップレンズの内部に含まれるように形成された、第２の光導波路とを含む前記固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子で光電変換されて得られた信号を処理する信号処理部とを含む
   撮像装置。

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