JP2015192015A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】光電変換部が形成された半導体基板を複数段に積層した構成の固体撮像装置において、２段目以降の半導体基板に形成された光電変換部が生成する電気信号を向上させることができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】入射された第１の光線を電気信号に変換する第１の光電変換部が形成された第１の半導体層を有する第１の基板と、第１の基板を透過して入射された第２の光線を電気信号に変換する第２の光電変換部が形成された第２の半導体層を有する第２の基板とを備え、第１の基板は、第１の半導体層に第１の光線が入射する側の面である第１の面に接して形成され、第１の面における第１の光線の反射を低減する第１の反射防止膜と、第１の光線が第１の半導体層を透過して第２の光線として出射される、第１の面と反対側の面である第２の面に接して形成され、第２の面における第２の光線の反射を低減する第２の反射防止膜とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、固体撮像装置に関する。
近年、ビデオカメラや電子スチルカメラなどの撮像装置が広く一般に普及している。これらの撮像装置（以下、「カメラ」という）には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）型の固体撮像装置や、増幅型の固体撮像装置が使用されている。増幅型の固体撮像装置は、光が入射する画素内に設けられたフォトダイオードなどの光電変換部が生成、蓄積した電気信号を、画素内に設けられた増幅部に導き、増幅部が増幅した信号を画素から出力する。増幅型の固体撮像装置では、このような画素が二次元のマトリクス状に複数配置されて、画素アレイ部が形成されている。増幅型の固体撮像装置には、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化膜半導体）トランジスタを用いたＣＭＯＳ型固体撮像装置などがある。
従来のＣＭＯＳ型固体撮像装置は、二次元のマトリクス状に配置された各画素内の光電変換部が生成、蓄積した電気信号を、同一の基板上に設けられた回路部によって行毎に順次読み出す方式を採用している。一般的なモノリシック構造（単一の半導体基板で製造された構造）を有したＣＭＯＳ型固体撮像装置では、光が入射する面から見たとき、入射光を電気信号に変換する複数の画素が形成された画素アレイ部の周囲には、垂直走査回路、水平走査回路、列処理回路や、出力回路などの周辺回路が配置されている。そして、画素アレイ部とこれらの周辺回路との間には、列毎または行毎に、電気信号を伝達するための配線が設けられている。
ところで、近年のＣＭＯＳ型固体撮像装置には、データレートの向上、面内の撮像性能の同一性の向上、高機能化なども要求されている。しかしながら、従来のモノリシック構造を有したＣＭＯＳ型固体撮像装置では、平面方向の電気伝導における速度制限や密度制限などによって性能を向上させることが難しい。また、前述の画素アレイ部分と周辺回路部分では、最適な製造プロセスが異なることから、機能向上を実現するために、コスト・製造プロセスの問題が発生している。このため、複数の半導体基板が積層された状態で動作するＣＭＯＳ型固体撮像装置が提案されている。
そして、このようなＣＭＯＳ型固体撮像装置では、例えば、特許文献１や特許文献２のように、光電変換部を備えた複数の半導体基板を積層することによって、感度向上や機能向上の実現を図る技術が開示されている。特許文献１では、入射光を受光して光電変換する光電変換部が形成された第１の固体撮像素子と、第１の固体撮像素子を透過した光を受光して光電変換する光電変換部が形成された第２の固体撮像素子とを重ね合わせて構成し、少なくとも一方の固体撮像素子を裏面照射（ＢａｃｋＳｉｄｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ：ＢＳＩ）型とする固体撮像装置の技術が開示されている。また、特許文献２では、光を受光して光電変換する光電変換部が形成された複数の半導体チップを複数段に積層して構成し、それぞれの半導体チップが異なる波長の光に応じて光電変換する固体撮像装置の技術が開示されている。
特開２００８−２２７２５０号公報 特開２０１０−１３５７００号公報
ところで、一般的な固体撮像装置では、表面照射（ＦｒｏｎｔＳｉｄｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ：ＦＳＩ）型や裏面照射型に関わらず、半導体基板の上面、すなわち、光電変換部に光が入射する側の半導体基板の面にのみ、入射光の反射を低減する反射防止膜が形成されている。特許文献１に開示された技術でも、裏面照射型とした第１の固体撮像素子において、カラーフィルターやマイクロレンズが形成され、光が入射する裏面側の面にのみ反射防止膜が形成されていることが開示されている。なお、特許文献２に開示された技術には、反射防止膜についての開示はされていない。
このため、光電変換部が形成された半導体基板を複数段に積層した構成の固体撮像装置では、光が入射する１段目の半導体基板を透過する光線が、光の出射する側の界面によって反射されてしまい、２段目以降の半導体基板に十分な光線が届かない。これにより、２段目以降の半導体基板に形成された光電変換部は、１段目の半導体基板における前述の反射の影響によって十分な光量を確保することができず、生成する電気信号のレベルが低下してしまう。この結果、光電変換部が形成された半導体基板を複数段に積層した構成の固体撮像装置では、感度が低下してしまうという問題がある。
本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、光電変換部が形成された半導体基板を複数段に積層した構成の固体撮像装置において、２段目以降の半導体基板に形成された光電変換部が生成する電気信号を向上させることができる固体撮像装置を提供することを目的としている。
上記の課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、光電変換部を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置された画素部を具備した複数の基板が積層される構造の固体撮像装置であって、入射された第１の光線を電気信号に変換する第１の光電変換部が形成された第１の半導体層を有する第１の基板と、前記第１の基板を透過して入射された第２の光線を電気信号に変換する第２の光電変換部が形成された第２の半導体層を有する第２の基板と、を備え、前記第１の基板は、前記第１の半導体層に前記第１の光線が入射する側の面である第１の面に接して形成され、該第１の面における該第１の光線の反射を低減する第１の反射防止膜と、前記第１の半導体層に入射した前記第１の光線が該第１の半導体層を透過して前記第２の光線として出射される、前記第１の面と反対側の面である第２の面に接して形成され、該第２の面における該第２の光線の反射を低減する第２の反射防止膜と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、前記第１の反射防止膜と前記第２の反射防止膜とは、異なる材料によって形成される、ことを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、前記第１の反射防止膜と前記第２の反射防止膜とは、同じ材料によって形成される、ことを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、前記第１の反射防止膜が前記第１の光線を透過する分光透過特性と、前記第２の反射防止膜が前記第２の光線を透過する分光透過特性とは、異なる分光透過特性である、ことを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、前記第２の反射防止膜の分光透過率が最も高い波長は、前記第１の反射防止膜の分光透過率が最も高い波長よりも長波長側にある、ことを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置において、前記第２の基板は、前記第２の半導体層に前記第２の光線が入射する側の面である第３の面に接して形成され、該第３の面における該第２の光線の反射を低減する第３の反射防止膜、を備え、前記第３の反射防止膜の分光透過率が最も高い波長は、前記第２の反射防止膜の分光透過率が最も高い波長と同じ波長である、ことを特徴とする。
また、本発明の固体撮像装置は、前記第２の基板を透過して入射された第３の光線を電気信号に変換する第３の光電変換部が形成された第３の半導体層を有する第３の基板、をさらに備え、前記第２の基板は、前記第２の半導体層に入射した前記第２の光線が該第２の半導体層を透過して前記第３の光線として出射される、前記第３の面と反対側の面である第４の面に接して形成され、該第４の面における該第３の光線の反射を低減する第４の反射防止膜、を備え、前記第３の基板は、前記第３の半導体層に前記第３の光線が入射する側の面である第５の面に接して形成され、該第５の面における該第３の光線の反射を低減する第５の反射防止膜、を備え、前記第４の反射防止膜の分光透過率が最も高い波長は、前記第５の反射防止膜の分光透過率が最も高い波長と同じ波長である、ことを特徴とする。
本発明によれば、光電変換部が形成された半導体基板を複数段に積層した構成の固体撮像装置において、２段目以降の半導体基板に形成された光電変換部が生成する電気信号を向上させることができるという効果が得られる。
本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の概略構成を示した概観図である。 本第１の実施形態の固体撮像装置における第１の基板の概略構成を示した平面図である。 本第１の実施形態の固体撮像装置における第２の基板の概略構成を示した平面図である。 本第１の実施形態の固体撮像装置の構造を示した断面図である。 本発明の第２の実施形態の固体撮像装置に形成された反射防止膜における光の波長に対する透過率を説明する図である。 本発明の第３の実施形態の固体撮像装置の構造を示した断面図である。 本発明の第４の実施形態の固体撮像装置の構造を示した断面図である。 本発明の第５の実施形態の固体撮像装置における第１の基板の概略構成を示した平面図である。 本第５の実施形態の固体撮像装置における第２の基板の概略構成を示した平面図である。 本第５の実施形態の固体撮像装置の構造を示した断面図である。
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本第１の実施形態による固体撮像装置の概略構成を示した概観図である。本第１の実施形態の固体撮像装置１０は、複数の基板を積層することによって構成されている。図１において、固体撮像装置１０は、第１の基板１１と第２の基板１２とが、接続層１３によって接合されている。なお、本第１の実施形態では、第１の基板１１と第２の基板１２との２枚の基板が積層された例を示しているが、積層する基板の枚数は２枚に限らず、さらに多くの枚数の基板を積層する構成であってもよい。
接続層１３は、例えば、樹脂接着剤などの樹脂膜、または表面活性化によるプラズマ接合を行うための少なくとも１層の無機膜で構成され、第１の基板１１と第２の基板１２とを接合する。また、接続層１３には、第１の基板１１と第２の基板１２とを電気的に接続するための接続電極部を含んでいる。
第１の基板１１は、入射された光線を電気信号に変換して出力する半導体基板である。第１の基板１１には、第１の画素アレイ部１１１と、第１の垂直走査回路１１２と、第１の水平走査回路１１３と、ボンディングパッド１１４と、接続電極アレイ部１１５とが配置されている。また、第１の基板１１に入射された光線は、光線が入射した面と反対側の面から出射される。
第２の基板１２は、第１の基板１１から出射された光線を電気信号に変換して出力する半導体基板である。
次に、本第１の実施形態の固体撮像装置１０を構成する第１の基板１１について説明する。図２は、本第１の実施形態の固体撮像装置１０における第１の基板１１の概略構成を示した平面図である。図２に示した第１の基板１１の平面図は、第１の基板１１に光が入射する側から見たときの平面を示している。なお、以下の説明においては、第１の基板１１が、裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置と同様の構成である場合について説明する。しかし、第１の基板１１の構成は、表面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置であってもよく、ＣＣＤ型の固体撮像装置（表面照射型および裏面照射型を含む）と同様の構成であってもよい。上述したように、第１の基板１１には、第１の画素アレイ部１１１と、第１の垂直走査回路１１２と、第１の水平走査回路１１３と、ボンディングパッド１１４と、接続電極アレイ部１１５とが配置されている。
第１の画素アレイ部１１１は、入射された光線を電気信号に変換する光電変換部と複数のトランジスタとから構成される画素（以下、「第１の単位画素」という）が、二次元のマトリクス状に複数配置されている画素部である。
第１の垂直走査回路１１２は、第１の画素アレイ部１１１内のそれぞれの第１の単位画素を駆動し、各第１の単位画素が入射した光を光電変換した電気信号（以下、「第１の画素信号」という）を第１の水平走査回路１１３に出力させる。第１の垂直走査回路１１２には、第１の画素アレイ部１１１内のそれぞれの第１の単位画素を駆動する駆動ドライバが備えられている。そして、第１の垂直走査回路１１２は、第１の画素アレイ部１１１内のそれぞれの第１の単位画素を駆動するための駆動信号を生成し、生成した駆動信号を第１の画素アレイ部１１１に配置された第１の単位画素の行毎に順次出力して、第１の画素アレイ部１１１内のそれぞれの第１の単位画素を行毎に駆動する。
第１の水平走査回路１１３は、第１の垂直走査回路１１２によって駆動された第１の単位画素から出力された第１の画素信号を行毎に読み出し、読み出した第１の画素信号を、第１の画素アレイ部１１１に配置された第１の単位画素の列毎に順次出力する。第１の水平走査回路１１３には、第１の単位画素から第１の画素信号を順次読み出すための読み出し回路が構成されている。なお、読み出し回路には、例えば、読み出した第１の画素信号に対してノイズ除去などの処理を行うＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関二重サンプリング）処理回路や、読み出した第１の画素信号（アナログ信号）をアナログデジタル変換するＡＤ変換器などを備えていてもよい。
ボンディングパッド１１４は、例えば、セラミックパッケージなどに固体撮像装置１０が組み付けられた（パッケージされた）場合に、パッケージの外部の回路と固体撮像装置１０との間で電気信号の送受信を行うための端子である。第１の水平走査回路１１３から順次出力された第１の画素信号は、対応するボンディングパッド１１４を介して外部に出力される。また、外部の回路から入力された電気信号は、対応するボンディングパッド１１４を介して第１の基板１１内のそれぞれの構成要素に入力される。なお、ボンディングパッド１１４は、第１の基板１１内のそれぞれの構成要素と電気的に接続されているが、例えば、接続電極アレイ部１１５を介して第２の基板１２内のそれぞれの構成要素に接続される構成であってもよい。また、ボンディングパッド１１４は、第１の基板１１に配置されるのみではなく、第２の基板１２に配置されてもよい。
接続電極アレイ部１１５は、第１の基板１１内の構成要素と第２の基板１２内の構成要素とを電気的に接続するための接続電極部が、アレイ状に複数配置されている。接合した第１の基板１１および第２の基板１２に配置された構成要素同士は、接続電極アレイ部１１５に配置された対応するそれぞれの接続電極部を介して、それぞれの電気信号の送受信を行う。接続電極部としては、例えば、シリコン貫通電極（ＴＳＶ：Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｖｉａ）の構造が用いられる。なお、接続電極部の構造として、例えば、蒸着法、めっき法で作製されるマイクロバンプの構造や、金属配線層によって接続する構造を用いてもよい。
なお、図２に示した第１の基板１１の平面図では、接続電極アレイ部１１５が第１の水平走査回路１１３と並行に並んで配置されている構成を示しているが、接続電極アレイ部１１５が配置される第１の基板１１内の位置は、図２に示した位置に限定されるものではない。例えば、第１の水平走査回路１１３と並行な第１の画素アレイ部１１１の反対側の位置に配置されてもよく、第１の垂直走査回路１１２と並行に並んだ位置や、第１の垂直走査回路１１２と並行な第１の画素アレイ部１１１の反対側の位置に配置されてもよい。また、例えば、接続電極アレイ部１１５が複数の位置に分散して配置されてもよく、前述した位置の少なくとも一部に配置されてもよい。
次に、本第１の実施形態の固体撮像装置１０を構成する第２の基板１２について説明する。図３は、本第１の実施形態の固体撮像装置１０における第２の基板１２の概略構成を示した平面図である。図３に示した第２の基板１２の平面図は、第１の基板１１から出射された光線が第２の基板１２に入射する側から見たときの平面を示している。なお、以下の説明においては、第２の基板１２が、表面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置と同様の構成である場合について説明する。しかし、第２の基板１２の構成は、裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置であってもよく、ＣＣＤ型の固体撮像装置（表面照射型および裏面照射型を含む）と同様の構成であってもよい。第２の基板１２には、第２の画素アレイ部１２１と、第２の垂直走査回路１２２と、第２の水平走査回路１２３と、接続電極アレイ部１１５とが配置されている。
第２の画素アレイ部１２１は、第１の基板１１を透過して入射された光線を電気信号に変換する光電変換部と複数のトランジスタとから構成される画素（以下、「第２の単位画素」という）が、二次元のマトリクス状に複数配置されている画素部である。なお、第２の画素アレイ部１２１内のそれぞれの第２の単位画素は、第２の基板１２と第１の基板１１とを接合した際に、第１の基板１１の第１の画素アレイ部１１１内に配置された第１の単位画素の位置と同様の位置となるように配置されている。
第２の垂直走査回路１２２は、第１の基板１１に配置された第１の垂直走査回路１１２と同様に、第２の画素アレイ部１２１内のそれぞれの第２の単位画素を行毎に駆動し、各第２の単位画素が入射した光を光電変換した電気信号（以下、「第２の画素信号」という）を第２の水平走査回路１２３に順次出力させる。
第２の水平走査回路１２３は、第１の基板１１に配置された第１の水平走査回路１１３と同様に、第２の垂直走査回路１２２によって駆動された第２の単位画素から出力された第２の画素信号を行毎に読み出して、第２の単位画素の列毎に順次出力する。第２の水平走査回路１２３には、第２の単位画素から第２の画素信号を順次読み出すための読み出し回路が構成されている。なお、第２の水平走査回路１２３に構成された読み出し回路にも、第１の基板１１に配置された第１の水平走査回路１１３に構成された読み出し回路と同様に、例えば、ＣＤＳ処理回路やＡＤ変換器などを備えていてもよい。
接続電極アレイ部１１５は、第１の基板１１に配置された接続電極アレイ部１１５に配置されたそれぞれの接続電極部に対応する接続電極部が、アレイ状に複数配置されている。図２においては、第２の基板１２内の接続電極アレイ部１１５と第１の基板１１内の接続電極アレイ部１１５とが対応していることを表すため、同一の符号を付与している。第２の基板１２内の接続電極アレイ部１１５に配置されたそれぞれの接続電極部の構造は、第１の基板１１内の接続電極アレイ部１１５に配置されたそれぞれの接続電極部の構造と同様である。なお、第２の基板１２内の接続電極アレイ部１１５は、第２の基板１２と第１の基板１１とを接合した際に、第１の基板１１内の接続電極アレイ部１１５と同様の位置となるように配置されている。従って、第２の基板１２内で接続電極アレイ部１１５が配置される位置は、第１の基板１１内で接続電極アレイ部１１５が配置された位置に応じて変更される。
次に、本第１の実施形態の固体撮像装置１０の構造について説明する。図４は、本第１の実施形態の固体撮像装置１０の構造を示した断面図である。図４には、図２に示した第１の基板１１に配置された第１の画素アレイ部１１１内の第１の単位画素と、図３に示した第２の基板１２に配置された第２の画素アレイ部１２１内の第２の単位画素との領域の構造の一部を示している。上述したように、固体撮像装置１０は、第１の基板１１と第２の基板１２とが接続層１３によって接合されており、第１の基板１１の第１の画素アレイ部１１１内に配置された第１の単位画素の位置と、第２の基板１２の第２の画素アレイ部１２１内に配置された第２の単位画素の位置とが同様の位置となるように配置されている。なお、図４に示した固体撮像装置１０において、第１の単位画素と第２の単位画素とを区別しない場合には、単に「単位画素」という。
第１の基板１１は、マイクロレンズ１１１１と、カラーフィルター（色フィルター）１１１２と、透明樹脂層１１１３と、遮光膜１１１４と、シリコン酸化膜１１１５と、第１の反射防止膜１１１６と、第１の半導体層１１１７と、金属配線層１１２０とで構成される。また、接続層１３によって第１の基板１１と接合される第２の基板１２は、金属配線層１２１１と第２の半導体層１２１５とによって構成される。
マイクロレンズ１１１１は、固体撮像装置１０に入射された光線（以下、「第１の光線」という）を集光する。マイクロレンズ１１１１は、固体撮像装置１０に配置されたそれぞれの単位画素に対応する位置に形成される。そして、マイクロレンズ１１１１は、入射された第１の光線を、例えば、第１の半導体層１１１７と第２の半導体層１２１５との間に集光する。
カラーフィルター１１１２は、固体撮像装置１０に入射する第１の光線の分光透過特性を変えることによって、直下に形成されたそれぞれの単位画素毎に、異なる色の第１の光線を入射させる。カラーフィルター１１１２は、マイクロレンズ１１１１および単位画素のそれぞれに対応する位置に形成される。
透明樹脂層１１１３は、第１の基板１１に光が入射する面を平坦化する層である。
遮光膜１１１４は、隣接する単位画素同士の間を遮光する。遮光膜１１１４は、金属材料で構成され、例えば、タングステンまたはアルミを主材料とし、密着層としてチタンやその窒化物を用いた複数の層で形成される。
シリコン酸化膜１１１５は、遮光膜１１１４を形成するために適宜形成される膜である。なお、図４に示した固体撮像装置１０の構成では、遮光膜１１１４の下部、すなわち、固体撮像装置１０に第１の光線が入射してくる方向と反対側の面にのみシリコン酸化膜１１１５を形成している場合を示しているが、遮光膜１１１４の上部、すなわち、固体撮像装置１０に第１の光線が入射してくる方向の面にもシリコン酸化膜を形成してもよい。
第１の反射防止膜１１１６は、固体撮像装置１０に入射された第１の光線の反射を低減する膜である。第１の反射防止膜１１１６は、高誘電体材料によって形成され、例えば、酸化タンタル、酸化ハフニウム、窒化ケイ素を用いた単一の層または複数の層で、第１の半導体層１１１７に接する面（以下、「第１の面」という）に形成される。このとき、第１の反射防止膜１１１６は、入射された第１の光線が予め定めた分光透過特性で第１の半導体層１１１７に入射されるように形成される。例えば、第１の半導体層１１１７に入射される第１の光線の波長を５５０ｎｍ付近に最適化させ、広い波長領域に渡って反射率を低くしたい場合には、酸化ハフニウムを６５ｎｍの厚さの単一の層を第１の反射防止膜１１１６として形成することによって、可視光領域の光の反射率を２０％以下にすることができる。
第１の半導体層１１１７は、第１の単位画素の構成要素を形成する半導体層である。図４に示した固体撮像装置１０の構成では、第１の半導体層１１１７内に、第１の単位画素を構成し、第１の面から入射された第１の光線を電気信号（第１の画素信号）に変換する光電変換部（以下、「第１の光電変換部」という）１１１８が形成されている場合を示している。この第１の半導体層１１１７内に形成された第１の光電変換部１１１８によって、入射された第１の光線の一部が第１の画素信号に変換される。また、第１の半導体層１１１７は、第１の面から入射された第１の光線の一部を透過して、第１の面と反対側の面（以下、「第２の面」という）から第２の基板１２に出射する。このため、第１の半導体層１１１７は、例えば、５ｕｍ以下の厚さにすることが望ましい。以下の説明においては、第１の半導体層１１１７を透過して出射される第１の光線を、「第２の光線」という。
金属配線層１１２０は、第１の単位画素の構成要素同士、または第１の基板１１内に配置されるそれぞれの構成要素同士を接続する金属配線が形成される層である。図４に示した固体撮像装置１０の構成では、金属配線層１１２０内に、金属配線１１２１が形成されている場合を示している。この金属配線層１１２０内に形成されたそれぞれの金属配線１１２１によって、第１の基板１１に配置されたそれぞれの構成要素を構成するそれぞれの回路要素同士が接続される。
また、固体撮像装置１０においては、金属配線層１１２０に、第２の反射防止膜１１１９も形成される。この第２の反射防止膜１１１９は、第１の半導体層１１１７を透過して出射される第２の光線の反射を低減するために、第１の半導体層１１１７に接するように形成される、つまり、第１の半導体層１１１７の第２の面に形成される膜である。第２の反射防止膜１１１９も、第１の反射防止膜１１１６と同様に、第１の半導体層１１１７を透過して出射された第２の光線が、予め定めた分光透過特性で第２の半導体層１２１５に入射されるように選定した材料および膜厚で形成される。なお、第２の反射防止膜１１１９は、第１の反射防止膜１１１６と同様に、例えば、酸化タンタル、酸化ハフニウム、窒化ケイ素などの高誘電体材料を用いた単一の層または複数の層で形成されることが考えられるが、第２の反射防止膜１１１９を形成する材料は、固体撮像装置１０の製造上の観点などを考慮して、第１の反射防止膜１１１６と異なる材料を用いても、同じ材料を用いてもよい。
金属配線層１２１１は、第２の単位画素の構成要素同士、または第２の基板１２内に配置されるそれぞれの構成要素同士を接続する金属配線が形成される層である。図４に示した固体撮像装置１０の構成では、金属配線層１２１１内に、金属配線１２１２が形成されている場合を示している。この金属配線層１２１１内に形成されたそれぞれの金属配線１２１２によって、第２の基板１２に配置されたそれぞれの構成要素を構成するそれぞれの回路要素同士が接続される。
また、固体撮像装置１０においては、金属配線層１２１１に、第３の反射防止膜１２１３も形成される。この第３の反射防止膜１２１３は、第１の基板１１内の第１の半導体層１１１７を透過して第２の半導体層１２１５に入射される第２の光線の反射を低減するために、第２の半導体層１２１５に接する面（以下、「第３の面」という）に形成される膜である。第３の反射防止膜１２１３も、第１の反射防止膜１１１６および第２の反射防止膜１１１９と同様に、第１の半導体層１１１７を透過して出射された第２の光線が、予め定めた分光透過特性で第２の半導体層１２１５に入射されるように選定した材料および膜厚で形成される。なお、第３の反射防止膜１２１３を形成する材料は、第１の反射防止膜１１１６または第２の反射防止膜１１１９と異なる材料であっても、同じ材料であってもよい。ただし、第３の反射防止膜１２１３は、第２の反射防止膜１１１９と同じ分光透過特性であることが望ましい。この場合、固体撮像装置１０の製造上の観点などを考慮すると、第３の反射防止膜１２１３と第２の反射防止膜１１１９との分光透過特性の差は、例えば、±５％以下の差であれば同じ分光透過特性あると考えることができる。
第２の半導体層１２１５は、第２の単位画素の構成要素を形成する半導体層である。図４に示した固体撮像装置１０の構成では、第２の半導体層１２１５内に、第２の単位画素を構成し、第１の基板１１を透過して第３の面から入射された第２の光線を電気信号（第２の画素信号）に変換する光電変換部（以下、「第２の光電変換部」という）１２１４が形成されている場合を示している。この第２の半導体層１２１５内に形成された第２の光電変換部１２１４によって、第１の基板１１を透過して入射された第２の光線が第２の画素信号に変換される。
本第１の実施形態によれば、光電変換部（第１の光電変換部１１１８または第２の光電変換部１２１４）を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置された画素部（第１の画素アレイ部１１１または第２の画素アレイ部１２１）を具備した複数の基板（第１の基板１１および第２の基板１２）が積層される構造の固体撮像装置（固体撮像装置１０）であって、入射された第１の光線を電気信号に変換する第１の光電変換部１１１８が形成された第１の半導体層（第１の半導体層１１１７）を有する第１の基板１１と、第１の基板１１を透過して入射された第２の光線を電気信号に変換する第２の光電変換部１２１４が形成された第２の半導体層（第２の半導体層１２１５）を有する第２の基板１２と、を備え、第１の基板１１は、第１の半導体層１１１７に第１の光線が入射する側の面である第１の面に接して形成され、この第１の面における第１の光線の反射を低減する第１の反射防止膜（第１の反射防止膜１１１６）と、第１の半導体層１１１７に入射した第１の光線がこの第１の半導体層１１１７を透過して第２の光線として出射される、第１の面と反対側の面である第２の面に接して形成され、この第２の面における第２の光線の反射を低減する第２の反射防止膜（第２の反射防止膜１１１９）と、を備える固体撮像装置１０が構成される。
また、本第１の実施形態によれば、第１の反射防止膜１１１６と第２の反射防止膜１１１９とは、異なる材料によって形成される固体撮像装置１０が構成される。
また、本第１の実施形態によれば、第１の反射防止膜１１１６と第２の反射防止膜１１１９とは、同じ材料によって形成される固体撮像装置１０が構成される。
このような構成の固体撮像装置１０に入射された第１の光線は、第１の基板１１に形成されたマイクロレンズ１１１１によって、例えば、第１の半導体層１１１７と第２の半導体層１２１５との間に集光され、カラーフィルター１１１２、透明樹脂層１１１３、シリコン酸化膜１１１５、および第１の反射防止膜１１１６のそれぞれを透過して、第１の半導体層１１１７に入射される。そして、第１の半導体層１１１７に入射された第１の光線は、第１の光電変換部１１１８によって一部の第１の光線が吸収されて第１の画素信号に変換され、一部の第１の光線が第１の半導体層１１１７を透過して、金属配線層１１２０に出射される。ここで、出射された第１の光線は、金属配線層１１２０（第２の反射防止膜１１１９を含む）および接続層１３を透過して、第２の光線として第２の基板１２に入射される。そして、第２の光線は、金属配線層１２１１（第３の反射防止膜１２１３を含む）を透過して、第２の半導体層１２１５に入射され、第２の光電変換部１２１４によって吸収されて第２の画素信号に変換される。
上記に述べたように、本第１の実施形態の固体撮像装置１０では、固体撮像装置１０に入射された第１の光線が第１の基板１１内の第１の光電変換部１１１８に入射する側の第１の半導体層１１１７の第１の面に形成する第１の反射防止膜１１１６に加えて、第１の半導体層１１１７を透過した第２の光線が出射する側の第１の半導体層１１１７の第２の面にも第２の反射防止膜１１１９を形成する。つまり、本第１の実施形態の固体撮像装置１０では、従来の固体撮像装置においても第１の面に形成されていた反射防止膜に対応する第１の反射防止膜１１１６に加えて、第２の面にも第２の反射防止膜１１１９を形成する。言い換えれば、本第１の実施形態の固体撮像装置１０では、第１の基板１１内の第１の半導体層１１１７の両面（第１の面および第２の面）に反射防止膜を形成する。これにより、本第１の実施形態の固体撮像装置１０では、第１の光線が入射する１段目の半導体基板である第１の基板１１を透過して第２の光線が出射する側の第２の面の界面における第２の光線の反射を低減することができ、２段目の半導体基板である第２の基板１２に形成された第２の単位画素に十分な第２の光線を届けることができる。そして、第２の単位画素は、十分な光量が確保された第２の光線を光電変換し、レベルを向上した第２の画素信号を出力することができる。このことにより、本第１の実施形態の固体撮像装置１０は、感度を向上させることができる。
また、本第１の実施形態の固体撮像装置１０では、第２の基板１２内の第２の光電変換部１２１４に第１の基板１１を透過した第２の光線が入射する側の第２の半導体層１２１５の第３の面にも第３の反射防止膜１２１３を形成する。これにより、本第１の実施形態の固体撮像装置１０では、２段目の半導体基板である第２の基板１２に第２の光線が入射する側の第３の面の界面における第２の光線の反射も低減することができ、第２の単位画素が出力する第２の画素信号のレベルをさらに向上することができる。このことにより、本第１の実施形態の固体撮像装置１０は、感度をさらに向上させることができる。
なお、本第１の実施形態の固体撮像装置１０では、それぞれの反射防止膜における分光透過特性、つまり、反射防止膜が透過するそれぞれの光線の波長に対する透過率（いわゆる、分光透過率）に関しては、特に規定しない。しかし、それぞれの反射防止膜が透過する光線（以下、「透過光」ともいう）の分光透過特性（分光透過率）を規定することによって、第１の単位画素が光電変換する第１の光線の波長と、第２の単位画素が光電変換する第２の光線の波長とを異なる波長にするなど、固体撮像装置１０の機能を向上させることができる。
＜第２の実施形態＞
次に、固体撮像装置に形成するそれぞれの反射防止膜において分光透過特性（分光透過率）を規定する場合について説明する。以下の説明においては、本第２の実施形態の固体撮像装置（以下、「固体撮像装置２０」という）に形成された第１の単位画素が可視光領域の第１の光線を光電変換し、第２の単位画素が赤外光領域の第２の光線を光電変換する場合について説明する。なお、本第２の実施形態の固体撮像装置２０の構成は、形成したそれぞれの反射防止膜における分光透過特性（分光透過率）が異なる以外は、図１〜図４に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様の構成である。従って、以下の説明においては、本第２の実施形態の固体撮像装置２０のそれぞれの構成要素について、第１の実施形態の固体撮像装置１０と同一の符号を用いて説明し、本第２の実施形態の固体撮像装置２０の構成やそれぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
図５は、本第２の実施形態の固体撮像装置２０に形成された反射防止膜における光（透過光）の波長に対する透過率（分光透過率）を説明する図である。図５（ａ）には、固体撮像装置２０を構成する第１の基板１１に配置された第１の画素アレイ部１１１内の第１の単位画素と、第２の基板１２に配置された第２の画素アレイ部１２１内の第２の単位画素との領域における一部の構造の断面図を示している。また、図５（ｂ）および図５（ｃ）には、固体撮像装置２０に形成したそれぞれの反射防止膜における透過光の波長毎の透過率を示している。
図５（ａ）に示したように、固体撮像装置２０には、図４に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０の構造と同様に、第１の反射防止膜１１１６と、第２の反射防止膜１１１９と、第３の反射防止膜１２１３とが形成されている。より具体的には、第１の基板１１内の第１の半導体層１１１７に第１の光線が入射する側の第１の面に第１の反射防止膜１１１６が形成され、第１の半導体層１１１７を透過した第１の光線が第２の光線として出射する側の第２の面に第２の反射防止膜１１１９が形成されている。また、第２の基板１２内の第２の半導体層１２１５に第１の基板１１を透過した第２の光線が入射する側の第３の面に第３の反射防止膜１２１３が形成されている。
固体撮像装置２０では、第１の半導体層１１１７に形成された第１の光電変換部１１１８が、可視領域の波長の第１の光線を第１の画素信号に光電変換し、第２の半導体層１２１５に形成された第２の光電変換部１２１４が、赤外光領域の波長の第２の光線を第２の画素信号に光電変換する。このため、固体撮像装置２０に形成するそれぞれの反射防止膜の分光透過率を、第１の光電変換部１１１８および第２の光電変換部１２１４が光電変換するそれぞれの光線の波長に最適化している。つまり、固体撮像装置２０では、形成されたそれぞれの反射防止膜の分光透過率を、第１の実施形態の固体撮像装置１０に形成されたそれぞれの反射防止膜の分光透過率と異ならせている。
より具体的には、第１の光電変換部１１１８に第１の光線を入射させる第１の反射防止膜１１１６は、可視光領域の波長、または可視光と赤外光との中間の領域の波長の第１の光線が透過するように、分光透過率を最適化する。つまり、図５（ｂ）に示したように、可視光領域から赤外光領域まで、まんべんなく透過する分光透過特性（分光透過率）をもった第１の反射防止膜１１１６を形成する。
また、第１の半導体層１１１７を透過した第２の光線を出射させる第２の反射防止膜１１１９は、第２の光電変換部１２１４に第２の光線を入射させることになるため、赤外光領域の波長の第２の光線が最も透過するように、分光透過率を最適化する。つまり、図５（ｂ）に示したように、可視光領域の波長の透過率が低く、赤外光領域の波長の透過率が高い分光透過特性（分光透過率）をもった第２の反射防止膜１１１９を形成する。言い換えれば、分光透過率が最も高い値（ピーク）となる波長（以下、「分光透過率のピーク」という）が、赤外光領域の波長（いわゆる、長波長側）にある第２の反射防止膜１１１９を形成する。
また、第２の光電変換部１２１４に第１の半導体層１１１７を透過した第２の光線を入射させる第３の反射防止膜１２１３も、第２の反射防止膜１１１９と同じ分光透過特性とするため、第２の反射防止膜１１１９と同様に、赤外光領域の波長の第２の光線が最も透過するように、分光透過率を最適化する。つまり、第３の反射防止膜１２１３も、分光透過率のピークが赤外光領域の波長（長波長側）にある、図５（ｂ）に示したような分光透過特性をもつように形成する。なお、固体撮像装置２０の製造上の観点などを考慮した場合、第３の反射防止膜１２１３と第２の反射防止膜１１１９との分光透過特性（分光透過率のピーク）の差は、例えば、±５％以下の差であれば同じ分光透過特性（分光透過率のピーク）あると考えることができる。
本第２の実施形態によれば、第１の反射防止膜１１１６が第１の光線を透過する分光透過特性と、第２の反射防止膜１１１９が第２の光線を透過する分光透過特性とは、異なる分光透過特性である固体撮像装置（固体撮像装置２０）が構成される。
また、本第２の実施形態によれば、第２の反射防止膜１１１９の分光透過率が最も高い波長は、第１の反射防止膜１１１６の分光透過率が最も高い波長よりも長波長側にある固体撮像装置２０が構成される。
また、本第２の実施形態によれば、第２の基板１２は、第２の半導体層１２１５に第２の光線が入射する側の面である第３の面に接して形成され、この第３の面における第２の光線の反射を低減する第３の反射防止膜（第３の反射防止膜１２１３）、を備え、第３の反射防止膜１２１３の分光透過率が最も高い波長は、第２の反射防止膜１１１９の分光透過率が最も高い波長と同じ波長である固体撮像装置２０が構成される。
上記に述べたように、本第２の実施形態の固体撮像装置２０でも、第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様に、第１の基板１１内の第１の半導体層１１１７の両面（第１の面および第２の面）と、第１の基板１１を透過した第２の光線が入射する側の第２の基板１２内の第２の半導体層１２１５の面（第３の面）とのそれぞれに、反射防止膜を形成する。そして、本第２の実施形態の固体撮像装置２０では、第１の基板１１内の第１の半導体層１１１７に第１の光線を入射させる第１の反射防止膜１１１６と、第２の基板１２内の第２の半導体層１２１５に第２の光線を入射させる第２の反射防止膜１１１９および第３の反射防止膜１２１３との分光透過特性（分光透過率のピーク）を異ならせる。つまり、本第２の実施形態の固体撮像装置２０では、第１の基板１１と第２の基板１２とのそれぞれに形成された単位画素が光電変換するそれぞれの光線の波長に、形成する反射防止膜の分光透過特性（分光透過率のピーク）を最適化する。これにより、本第２の実施形態の固体撮像装置２０では、第１の基板１１と第２の基板１２とのそれぞれに形成された単位画素のそれぞれに十分な光線を届けることができ、それぞれの単位画素が、入射されたそれぞれの波長の光線を光電変換することによって、固体撮像装置２０の機能を向上させることができる。
なお、第１の実施形態の固体撮像装置１０および本第２の実施形態の固体撮像装置２０では、第１の基板１１と第２の基板１２とが接続層１３によって接合されている、つまり２枚の基板を積層した固体撮像装置の構成について説明した。しかし、上述したように、固体撮像装置において積層する基板の枚数は２枚に限らず、さらに多くの枚数の基板を積層する構成であってもよい。
＜第３の実施形態＞
次に、固体撮像装置において積層する基板の枚数が２枚よりも多い場合の一例として、積層する基板の枚数が３枚である場合について説明する。図６は、本第３の実施形態の固体撮像装置の構造を示した断面図である。なお、本第３の実施形態の固体撮像装置３０の構成は、積層する基板の枚数が３枚になる以外は、図１〜図４に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様の構成である。すなわち、本第３の実施形態の固体撮像装置３０においてそれぞれの基板内に配置される構成要素のそれぞれの位置は、図２および図３に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０を構成するそれぞれの基板において配置されるそれぞれの構成要素の位置と同様に考えることができる。従って、以下の説明においては、本第３の実施形態の固体撮像装置３０を構成するそれぞれの基板内に配置されるそれぞれの構成要素の位置に関する詳細な説明は省略する。また、以下の説明においては、本第３の実施形態の固体撮像装置３０のそれぞれの構成要素において、第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様の構成要素には、固体撮像装置１０と同一の符号を用いて説明し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
図６において、固体撮像装置３０は、第１の基板１１と第２の基板１２とが接続層１３によって接合され、第２の基板１２と第３の基板３３とが接続層３４によって接合されている。図６には、第１の基板１１に配置された第１の画素アレイ部１１１内の第１の単位画素と、第２の基板１２に配置された第２の画素アレイ部１２１内の第２の単位画素と、第３の基板３３に配置された第３の画素アレイ部（不図示）内に構成される画素（以下、「第３の単位画素」という）との領域の構造の一部を示している。固体撮像装置３０でも、第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様に、第１の基板１１の第１の画素アレイ部１１１内に配置された第１の単位画素の位置と、第２の基板１２の第２の画素アレイ部１２１内に配置された第２の単位画素の位置と、第３の基板３３の第３の画素アレイ部内に配置された第３の単位画素の位置とが同様の位置となるように配置されている。なお、図６に示した固体撮像装置３０においても、第１の単位画素、第２の単位画素、および第３の単位画素のそれぞれを区別しない場合には、単に「単位画素」という。
第１の基板１１は、マイクロレンズ１１１１と、カラーフィルター１１１２と、透明樹脂層１１１３と、遮光膜１１１４と、シリコン酸化膜１１１５と、第１の反射防止膜１１１６と、第１の半導体層１１１７と、金属配線層１１２０とで構成される。
また、接続層１３によって第１の基板１１と接合される第２の基板１２は、透明樹脂層１２１７と、遮光膜１２１８と、第３の反射防止膜１２１３と、第２の半導体層１２１５と、金属配線層１２１１とで構成される。図６に示した固体撮像装置３０では、第２の基板１２が、裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置と同様の構成である場合を示している。なお、第２の基板１２の構成が、表面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置や、ＣＣＤ型の固体撮像装置（表面照射型および裏面照射型を含む）と同様の構成であっても、同様に考えることができる。
また、接続層３４によって第２の基板１２と接合される第３の基板３３は、金属配線層３３１１と第３の半導体層３３１５とによって構成される。図６に示した固体撮像装置３０では、第３の基板３３が、表面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置と同様の構成である場合を示している。なお、第３の基板３３の構成が、裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置や、ＣＣＤ型の固体撮像装置（表面照射型および裏面照射型を含む）と同様の構成であっても、同様に考えることができる。
第１の基板１１の構成は、第１の実施形態の固体撮像装置１０における第１の基板１１の構成と同様である。従って、第１の基板１１に関する詳細な説明は省略する。ただし、固体撮像装置３０においては、マイクロレンズ１１１１が、入射された第１の光線を、例えば、第２の半導体層１２１５と第３の半導体層３３１５との間に集光するように形成してもよい。
透明樹脂層１２１７は、第１の基板１１に形成された透明樹脂層１１１３と同様に、第２の基板１２に光が入射する面を平坦化する層である。
遮光膜１２１８は、第１の基板１１に形成された遮光膜１１１４と同様に、第２の基板１２内で隣接する第２の単位画素同士の間を遮光する。
第３の反射防止膜１２１３は、第１の基板１１内の第１の半導体層１１１７を透過して出射された第２の光線が、予め定めた分光透過特性で第２の半導体層１２１５に入射されるように、第２の半導体層１２１５の界面における第２の光線の反射を低減するために、第２の半導体層１２１５に接する面（以下、この面も「第３の面」という）に形成される膜である。なお、第３の反射防止膜１２１３は、第２の反射防止膜１１１９と同じ分光透過特性である、すなわち、第３の反射防止膜１２１３と第２の反射防止膜１１１９とのそれぞれの分光透過率のピークが同じであることが望ましい。ただし、固体撮像装置３０の製造上の観点などを考慮した場合、第３の反射防止膜１２１３と第２の反射防止膜１１１９との分光透過特性（分光透過率のピーク）の差は、例えば、±５％以下の差であれば同じ分光透過特性（分光透過率のピーク）あると考えることができる。なお、図６に示した固体撮像装置３０の構成には示していないが、第１の基板１１と同様に、第３の反射防止膜１２１３と、透明樹脂層１２１７または遮光膜１２１８との間に、シリコン酸化膜を形成してもよい。
第２の半導体層１２１５は、第１の実施形態の固体撮像装置１０における第２の基板１２内の第２の半導体層１２１５と同様に、第１の基板１１を透過して第３の面から入射された第２の光線を第２の画素信号に変換する第２の光電変換部１２１４などの第２の単位画素が形成される。また、第２の半導体層１２１５は、第３の面から入射された第２の光線の一部を透過して、第３の面と反対側の面（以下、「第４の面」という）から第３の基板３３に出射する。以下の説明においては、第２の半導体層１２１５を透過して出射される第２の光線を、「第３の光線」という。
金属配線層１２１１は、第１の実施形態の固体撮像装置１０における第２の基板１２内の金属配線層１２１１と同様に、第２の単位画素の構成要素同士、または第２の基板１２内に配置されるそれぞれの構成要素同士を接続する金属配線１２１２などの金属配線が形成される。
また、固体撮像装置３０においては、金属配線層１２１１に、第４の反射防止膜１２１６も形成される。この第４の反射防止膜１２１６は、第２の半導体層１２１５を透過して出射される第３の光線の、第２の半導体層１２１５の界面における反射を低減するために、第２の半導体層１２１５に接する第４の面に形成される膜である。第４の反射防止膜１２１６も、第１の反射防止膜１１１６、第２の反射防止膜１１１９、および第３の反射防止膜１２１３と同様に、第２の半導体層１２１５を透過して出射された第３の光線が、予め定めた分光透過特性で第３の半導体層３３１５に入射されるように選定した材料および膜厚で形成される。なお、第４の反射防止膜１２１６を形成する材料は、第１の反射防止膜１１１６、第２の反射防止膜１１１９、または第３の反射防止膜１２１３と異なる材料であっても、同じ材料であってもよい。
金属配線層３３１１は、第３の基板３３に配置された第３の画素アレイ部（不図示）内に構成された第３の単位画素の構成要素同士、または第３の基板３３内に配置されるそれぞれの構成要素同士を接続する金属配線が形成される層である。図６に示した固体撮像装置３０の構成では、金属配線層３３１１内に、金属配線３３１２が形成されている場合を示している。この金属配線層３３１１内に形成されたそれぞれの金属配線３３１２によって、第３の基板３３に配置されたそれぞれの構成要素を構成するそれぞれの回路要素同士が接続される。
また、固体撮像装置３０においては、金属配線層３３１１に、第５の反射防止膜３３１３も形成される。この第５の反射防止膜３３１３は、第１の基板１１内の第１の半導体層１１１７および第２の基板１２内の第２の半導体層１２１５を透過して入射される第３の光線の、第３の半導体層３３１５の界面における反射を低減するために、第３の半導体層３３１５に接する面（以下、「第５の面」という）に形成される膜である。第５の反射防止膜３３１３も、第１の反射防止膜１１１６、第２の反射防止膜１１１９、第３の反射防止膜１２１３、および第４の反射防止膜１２１６と同様に、第１の半導体層１１１７および第２の半導体層１２１５を透過して出射された第３の光線が、予め定めた分光透過特性で第３の半導体層３３１５に入射されるように選定した材料および膜厚で形成される。なお、第５の反射防止膜３３１３を形成する材料は、第１の反射防止膜１１１６、第２の反射防止膜１１１９、第３の反射防止膜１２１３、または第４の反射防止膜１２１６と異なる材料であっても、同じ材料であってもよい。ただし、第５の反射防止膜３３１３は、第４の反射防止膜１２１６と同じ分光透過特性である、すなわち、第５の反射防止膜３３１３と第４の反射防止膜１２１６とのそれぞれの分光透過率のピークが同じであることが望ましい。この場合、固体撮像装置３０の製造上の観点などを考慮すると、第５の反射防止膜３３１３と第４の反射防止膜１２１６との分光透過特性（分光透過率のピーク）の差は、例えば、±５％以下の差であれば同じ分光透過特性（分光透過率のピーク）あると考えることができる。
第３の半導体層３３１５は、第３の単位画素の構成要素を形成する半導体層である。図６に示した固体撮像装置３０の構成では、第３の半導体層３３１５内に、第３の単位画素を構成し、第１の基板１１および第２の基板１２を透過して第５の面から入射された第３の光線を電気信号（第３の画素信号）に変換する光電変換部（以下、「第３の光電変換部」という）３３１４が形成されている場合を示している。この第３の半導体層３３１５内に形成された第３の光電変換部３３１４によって、第１の基板１１および第２の基板１２を透過して入射された第３の光線が第３の画素信号に変換される。
本第３の実施形態によれば、第２の基板１２を透過して入射された第３の光線を電気信号に変換する第３の光電変換部（第３の光電変換部３３１４）が形成された第３の半導体層（第３の半導体層３３１５）を有する第３の基板（第３の基板３３）、をさらに備え、第２の基板１２は、第２の半導体層１２１５に入射した第２の光線がこの第２の半導体層１２１５を透過して第３の光線として出射される、第３の面と反対側の面である第４の面に接して形成され、この第４の面における第３の光線の反射を低減する第４の反射防止膜（第４の反射防止膜１２１６）、を備え、第３の基板３３は、第３の半導体層３３１５に第３の光線が入射する側の面である第５の面に接して形成され、この第５の面における第３の光線の反射を低減する第５の反射防止膜（第５の反射防止膜３３１３）、を備え、第４の反射防止膜１２１６の分光透過率が最も高い波長は、第５の反射防止膜３３１３の分光透過率が最も高い波長と同じ波長である固体撮像装置（固体撮像装置３０）が構成される。
このような構成の固体撮像装置３０に入射された第１の光線は、第１の基板１１に形成されたマイクロレンズ１１１１によって、例えば、第２の半導体層１２１５と第３の半導体層３３１５との間に集光され、カラーフィルター１１１２、透明樹脂層１１１３、シリコン酸化膜１１１５、および第１の反射防止膜１１１６のそれぞれを透過して、第１の半導体層１１１７に入射される。そして、第１の半導体層１１１７に入射された第１の光線は、第１の光電変換部１１１８によって一部の第１の光線が吸収されて第１の画素信号に変換され、一部の第１の光線が第１の半導体層１１１７を透過して、金属配線層１１２０に出射される。ここで、出射された第１の光線は、金属配線層１１２０（第２の反射防止膜１１１９を含む）および接続層１３を透過して、第２の光線として第２の基板１２に入射される。そして、第２の光線は、透明樹脂層１２１７および第３の反射防止膜１２１３のそれぞれを透過して、第２の半導体層１２１５に入射され、第２の光電変換部１２１４によって一部の第２の光線が吸収されて第２の画素信号に変換され、一部の第２の光線が第２の半導体層１２１５を透過して、金属配線層１２１１に出射される。ここで、出射された第２の光線は、金属配線層１２１１（第４の反射防止膜１２１６を含む）および接続層３４を透過して、第３の光線として第３の基板３３に入射される。そして、第３の光線は、金属配線層３３１１（第５の反射防止膜３３１３を含む）を透過して、第３の半導体層３３１５に入射され、第３の光電変換部３３１４によって吸収されて第３の画素信号に変換される。
上記に述べたように、本第３の実施形態の固体撮像装置３０では、第１の基板１１内の第１の半導体層１１１７の両面（第１の面および第２の面）に反射防止膜を形成する。また、本第３の実施形態の固体撮像装置３０では、第２の基板１２内の第２の半導体層１２１５に第２の光線が入射する側の面（第３の面）に第３の反射防止膜１２１３を、第２の半導体層１２１５を透過した第３の光線が出射する側の第２の半導体層１２１５の面（第４の面）に第４の反射防止膜１２１６を、それぞれ形成する。つまり、本第３の実施形態の固体撮像装置３０では、第２の基板１２内の第２の半導体層１２１５の両面（第３の面および第４の面）にも反射防止膜を形成する。さらに、本第３の実施形態の固体撮像装置３０では、第３の基板３３に、第１の基板１１および第２の基板１２のそれぞれを透過した第３の光線が入射する側の第３の半導体層３３１５の面（第５の面）にも第５の反射防止膜３３１３を形成する。これにより、本第３の実施形態の固体撮像装置３０では、第１の光線が入射する１段目の半導体基板である第１の基板１１を透過して第２の光線が出射する側の第２の面の界面と、２段目の半導体基板である第２の基板１２に第２の光線が入射する側の第３の面の界面とにおける第２の光線の反射を低減して、第２の基板１２に形成された第２の単位画素に十分な第２の光線を届けることができる。このことにより、第２の単位画素は、十分な光量が確保された第２の光線を光電変換し、レベルを向上した第２の画素信号を出力することができる。また、本第３の実施形態の固体撮像装置３０では、第２の基板１２を透過して第３の光線が出射する側の第４の面の界面と、３段目の半導体基板である第３の基板３３に第３の光線が入射する側の第５の面の界面とにおける第３の光線の反射を低減して、第３の基板３３に形成された第３の単位画素に十分な第３の光線を届けることができる。このことにより、第３の単位画素は、十分な光量が確保された第３の光線を光電変換し、レベルを向上した第３の画素信号を出力することができる。このことにより、本第３の実施形態の固体撮像装置３０は、感度を向上させることができる。
なお、本第３の実施形態の固体撮像装置３０では、それぞれの反射防止膜における分光透過特性（分光透過率のピーク）に関しては、特に規定しない。しかし、本第３の実施形態の固体撮像装置３０でも、第２の実施形態の固体撮像装置２０と同様に、それぞれの反射防止膜の分光透過特性（分光透過率のピーク）を規定することによって、第１の単位画素が光電変換する第１の光線の波長と、第２の単位画素が光電変換する第２の光線の波長と、第３の単位画素が光電変換する第３の光線の波長とを異なる波長にすることもできる。例えば、第１の反射防止膜１１１６が可視光領域をまんべんなく透過し、第２の反射防止膜１１１９および第３の反射防止膜１２１３が可視光領域内の青色から長波長側の領域をまんべんなく透過し、第４の反射防止膜１２１６および第５の反射防止膜３３１３が可視光領域内の緑色から長波長側の領域をまんべんなく透過するように、それぞれの光線の波長に対する透過率（分光透過率）を最適化したそれぞれの反射防止膜を形成することもできる。これにより、固体撮像装置３０では、第１の単位画素が青色、第２の単位画素が緑色、第３の単位画素が赤色の光線を光電変換する構成にすることができる。
なお、第１の実施形態の固体撮像装置１０および第２の実施形態の固体撮像装置２０では、第１の基板１１内の第１の半導体層１１１７に形成された第１の光電変換部１１１８のそれぞれに対応して、第２の基板１２内の第２の半導体層１２１５に第２の光電変換部１２１４を形成する構成を示した。また、本第３の実施形態の固体撮像装置３０では、さらに、第２の光電変換部１２１４のそれぞれに対応して、第３の基板３３内の第３の半導体層３３１５に第３の光電変換部３３１４を形成する構成を示した。すなわち、それぞれの基板内の半導体層に形成する単位画素のそれぞれが１対１に対応している構成である場合について説明した。しかし、下段の基板に形成する単位画素は、その上段の基板に形成された単位画素に対応するように形成する構成に限定されるものではない。例えば、第２の基板１２に形成する第２の単位画素を、第１の基板１１に形成された複数の第１の単位画素に対応するように形成し、第３の基板３３に形成する第３の単位画素を、第２の基板１２に形成された複数の第２の単位画素に対応するように形成する構成にすることもできる。これにより、第２の単位画素は、第１の単位画素の画素数を少なくした、つまり、第１の画素信号の解像度を低くした第２の画素信号を出力し、第３の単位画素、第１の単位画素の画素数をさらに少なくした、つまり、第１の画素信号の解像度をさらに低くした第３の画素信号を出力する固体撮像装置３０を実現することができる。
＜第４の実施形態＞
次に、固体撮像装置において、下段の基板に形成する単位画素が、その上段の基板に形成された複数の単位画素に対応する構成である場合について説明する。図７は、本第４の実施形態の固体撮像装置の構造を示した断面図である。図７において、固体撮像装置４０は、第１の基板１１と第２の基板４２とが、接続層１３によって接合されている。図７に示した本第４の実施形態の固体撮像装置４０は、第１の基板１１に形成された２つの第１の単位画素に対応する１つの第２の単位画素が、第２の基板４２に形成された構成である。なお、本第４の実施形態の固体撮像装置４０の構成は、第２の基板４２に形成される第２の単位画素が異なる以外は、図１〜図４に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様の構成である。すなわち、本第４の実施形態の固体撮像装置４０は、第１の実施形態の固体撮像装置１０を構成する第２の基板１２が、第２の基板４２に代わった構成であり、本第４の実施形態の固体撮像装置４０においてそれぞれの基板内に配置される構成要素のそれぞれの位置は、図２および図３に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０を構成するそれぞれの基板において配置されるそれぞれの構成要素の位置と同様に考えることができる。従って、以下の説明においては、本第４の実施形態の固体撮像装置４０を構成するそれぞれの基板内に配置されるそれぞれの構成要素の位置に関する詳細な説明は省略する。また、以下の説明においては、本第４の実施形態の固体撮像装置４０のそれぞれの構成要素において、第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様の構成要素には、固体撮像装置１０と同一の符号を用いて説明し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
図７には、第１の基板１１に配置された第１の画素アレイ部１１１内の第１の単位画素と、第２の基板４２に配置された第２の画素アレイ部（不図示）内の第２の単位画素との領域の構造の一部を示している。固体撮像装置４０では、第１の基板１１の第１の画素アレイ部１１１内に配置された複数の第１の単位画素の位置と、第２の基板４２の第２の画素アレイ部内に配置された対応する第２の単位画素の位置とが同様の位置となるように配置されている。なお、図７に示した固体撮像装置４０においても、第１の単位画素と第２の単位画素とを区別しない場合には、単に「単位画素」という。
第１の基板１１は、マイクロレンズ１１１１と、カラーフィルター１１１２と、透明樹脂層１１１３と、遮光膜１１１４と、シリコン酸化膜１１１５と、第１の反射防止膜１１１６と、第１の半導体層１１１７と、金属配線層１１２０とで構成される。第１の基板１１の構成は、第１の実施形態の固体撮像装置１０における第１の基板１１の構成と同様である。従って、第１の基板１１に関する詳細な説明は省略する。
また、接続層１３によって第１の基板１１と接合される第２の基板４２は、金属配線層４２１１と第２の半導体層４２１５とによって構成される。図７に示した固体撮像装置４０では、第２の基板４２が、表面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置と同様の構成である場合を示している。なお、第２の基板４２の構成が、裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置や、ＣＣＤ型の固体撮像装置（表面照射型および裏面照射型を含む）と同様の構成であっても、同様に考えることができる。
金属配線層４２１１は、第２の基板４２に配置された第２の画素アレイ部（不図示）内に構成された第２の単位画素の構成要素同士、または第２の基板４２内に配置されるそれぞれの構成要素同士を接続する金属配線が形成される層である。図７に示した固体撮像装置４０の構成では、金属配線層４２１１内に、金属配線４２１２が形成されている場合を示している。この金属配線層４２１１内に形成されたそれぞれの金属配線４２１２によって、第２の基板４２に配置されたそれぞれの構成要素を構成するそれぞれの回路要素同士が接続される。
また、固体撮像装置４０においては、金属配線層４２１１に、第３の反射防止膜４２１３も形成される。この第３の反射防止膜４２１３は、第１の実施形態の固体撮像装置１０において第２の基板１２内の金属配線層１２１１に形成された第３の反射防止膜１２１３と同様に、第１の基板１１内の第１の半導体層１１１７を透過して出射された第２の光線の、第２の半導体層４２１５の界面における反射を低減するために、第２の半導体層４２１５に接する面（以下、この面も「第３の面」という）に形成される膜である。第３の反射防止膜４２１３も、第１の反射防止膜１１１６および第２の反射防止膜１１１９と同様に、第１の半導体層１１１７を透過して出射された第２の光線が、予め定めた分光透過特性で第２の半導体層４２１５に入射されるように選定した材料および膜厚で形成される。なお、第３の反射防止膜４２１３を形成する材料は、第１の反射防止膜１１１６または第２の反射防止膜１１１９と異なる材料であっても、同じ材料であってもよい。ただし、第３の反射防止膜４２１３は、第２の反射防止膜１１１９と同じ分光透過特性であることが望ましい。この場合、固体撮像装置４０の製造上の観点などを考慮すると、第３の反射防止膜４２１３と第２の反射防止膜１１１９との分光透過特性（分光透過率のピーク）の差は、例えば、±５％以下の差であれば同じ分光透過特性（分光透過率のピーク）あると考えることができる。
第２の半導体層４２１５は、第２の単位画素の構成要素を形成する半導体層である。図７に示した固体撮像装置４０の構成では、第２の半導体層４２１５内に、第２の単位画素を構成し、第１の基板１１を透過して第３の面から入射された第２の光線を電気信号（第２の画素信号）に変換する光電変換部（以下、「第２の光電変換部」という）４２１４が形成されている場合を示している。この第２の半導体層４２１５内に形成された第２の光電変換部４２１４によって、第１の基板１１を透過して入射された第２の光線が第２の画素信号に変換される。
なお、第２の光電変換部４２１４は、第１の基板１１の第１の半導体層１１１７内に形成された２つの第１の光電変換部１１１８に対応して形成されている。このため、第２の光電変換部４２１４のそれぞれが光電変換して出力する第２の画素信号は、第１の基板１１の第１の半導体層１１１７内に形成されたそれぞれの第１の光電変換部１１１８が出力する第１の画素信号の解像度を１／２に低くした画素信号となる。しかし、第２の光電変換部４２１４が第２の光線を受光する受光面の面積は、第１の光電変換部１１１８が第１の光線を受光する受光面の面積よりも大きい。このため、第２の光電変換部４２１４のそれぞれは、第１の基板１１を透過して入射された第２の光線をより多く受光し、レベルを向上した第２の画素信号を出力することができる。
このような構成の固体撮像装置４０に入射された第１の光線は、第１の基板１１に形成されたマイクロレンズ１１１１によって、例えば、第１の半導体層１１１７と第２の半導体層４２１５との間に集光され、カラーフィルター１１１２、透明樹脂層１１１３、シリコン酸化膜１１１５、および第１の反射防止膜１１１６のそれぞれを透過して、第１の半導体層１１１７に入射される。そして、第１の半導体層１１１７に入射された第１の光線は、第１の光電変換部１１１８によって一部の第１の光線が吸収されて第１の画素信号に変換され、一部の第１の光線が第１の半導体層１１１７を透過して、金属配線層１１２０に出射される。ここで、出射された第１の光線は、金属配線層１１２０（第２の反射防止膜１１１９を含む）および接続層１３を透過して、第２の光線として第２の基板４２に入射される。そして、第２の光線は、金属配線層４２１１（第３の反射防止膜４２１３を含む）を透過して、第２の半導体層４２１５に入射され、第２の光電変換部４２１４によって吸収されて第２の画素信号に変換される。
上記に述べたように、本第４の実施形態の固体撮像装置４０では、第１の基板１１内の第１の半導体層１１１７の両面（第１の面および第２の面）に反射防止膜を形成する。また、本第４の実施形態の固体撮像装置４０では、第２の基板４２に、第１の基板１１を透過した第２の光線が入射する側の第２の半導体層４２１５の面（第３の面）にも第３の反射防止膜４２１３を形成する。これにより、本第４の実施形態の固体撮像装置４０では、第１の光線が入射する１段目の半導体基板である第１の基板１１を透過して第２の光線が出射する側の第２の面の界面と、２段目の半導体基板である第２の基板４２に第２の光線が入射する側の第３の面の界面とにおける第２の光線の反射を低減して、第２の基板４２に形成された第２の単位画素に十分な第２の光線を届けることができる。このことにより、第２の単位画素は、十分な光量が確保された第２の光線を光電変換し、レベルを向上した第２の画素信号を出力することができる。このことにより、本第４の実施形態の固体撮像装置４０は、感度を向上させることができる。
また、本第４の実施形態の固体撮像装置４０では、第１の基板１１の第１の半導体層１１１７内に形成された２つの第１の光電変換部１１１８に対応して１つの第２の光電変換部４２１４を、第２の基板４２の第２の半導体層４２１５内に形成する。つまり、本第４の実施形態の固体撮像装置４０では、第１の基板１１に配置される２つの第１の単位画素に対応して１つの第２の単位画素を、第２の基板４２に配置する。これにより、本第４の実施形態の固体撮像装置４０では、第１の基板１１を透過して第２の光電変換部４２１４に入射される第２の光線をより多くすることができ、第２の単位画素が出力する第２の画素信号のレベルをさらに向上することができる。このことにより、本第４の実施形態の固体撮像装置４０は、第２の単位画素の感度をさらに向上させることができる。
なお、本第４の実施形態の固体撮像装置４０では、２つの第１の単位画素を１つの組とし、この１つの組に対応する１つの第２の単位画素を第２の基板４２に配置（形成）した場合について説明した。しかし、第２の基板４２に配置（形成）する１つの第２の単位画素が対応する１つの組に含まれる第１の単位画素の数は、本第４の実施形態の固体撮像装置４０の構成に限定されるものではない。例えば、第１の基板１１において縦と横に隣接して形成された、予め定めた４つの第１の単位画素を１つの組とし、この１つの組に対応して１つの第２の単位画素を第２の基板４２に配置（形成）する構成にすることもできる。このように、１つの第２の単位画素が対応する第１の単位画素の数を多くすることによって、第２の画素信号は、第１の画素信号の解像度をさらに低くすることになるが、その分、第２の単位画素は、第２の光電変換部４２１４の受光面の面積を大きくすることができ、入射された第２の光線をより多く受光してレベルを向上した第２の画素信号を出力することができる。なお、この場合、例えば、カラーフィルター１１１２が透過する色の重心がずれないようにするなど、カラーフィルター１１１２が透過する第１の光線の分光透過特性に基づいて、１つの第２の単位画素が対応する第１の単位画素を定めることが望ましい。
なお、本第４の実施形態の固体撮像装置４０では、それぞれの反射防止膜における分光透過特性（分光透過率のピーク）に関しては、特に規定しない。しかし、本第４の実施形態の固体撮像装置４０でも、第２の実施形態の固体撮像装置２０と同様に、それぞれの反射防止膜の分光透過特性（分光透過率のピーク）を規定することによって、第１の単位画素が光電変換する第１の光線の波長と、第２の単位画素が光電変換する第２の光線の波長とを異なる波長にすることもできる。
なお、第１〜第４の実施形態の固体撮像装置では、それぞれの基板に配置された構成要素が、接続電極アレイ部１１５に配置されたそれぞれの接続電極部を介して電気的に接続される構成について説明した。しかし、上述したように、接続電極部は、マイクロバンプの構造であってもよい。つまり、それぞれの基板の同じ位置に配置された接続電極アレイ部１１５内に形成されたＴＳＶ構造の接続電極部を介してではなく、それぞれの構成要素が配置された位置に形成されたマイクロバンプ構造の接続電極部を介して、固体撮像装置内のそれぞれの構成要素同士が電気的に接続される構成であってもよい。
＜第５の実施形態＞
次に、固体撮像装置を構成する複数の基板がマイクロバンプ構造の接続電極部を介して接続される構成である場合について説明する。以下の説明においては、本第５の実施形態の固体撮像装置（以下、「固体撮像装置５０」という）が、２枚の基板を積層することによって構成されている場合の一例について説明する。なお、本第５の実施形態の固体撮像装置５０の構成は、図１〜図４に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様の構成を含んでいる。従って、以下の説明においては、本第５の実施形態の固体撮像装置５０のそれぞれの構成要素において、第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様の構成要素には、固体撮像装置１０と同一の符号を用いて説明し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
図８は、本第５の実施形態の固体撮像装置５０における第１の基板の概略構成を示した平面図である。図８に示した第１の基板５１の平面図は、第１の基板５１に光が入射する側から見たときの平面を示している。第１の基板５１は、入射された第１の光線を電気信号に変換して出力する半導体基板である。第１の基板５１には、第１の画素アレイ部１１１と、第１の垂直走査回路１１２と、第１の水平走査回路１１３と、ボンディングパッド１１４とが配置されている。また、第１の基板５１に入射された第１の光線は、光線が入射した面と反対側の面から、第２の光線として出射される。
なお、第１の基板５１に配置されたそれぞれの構成要素は、第１の実施形態の固体撮像装置１０における第１の基板１１に配置されたそれぞれの構成要素の構成と同様である。従って、第１の基板５１に配置されたそれぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
図９は、本第５の実施形態の固体撮像装置５０における第２の基板の概略構成を示した平面図である。図９に示した第２の基板５２の平面図は、第１の基板５１から出射された第２の光線が第２の基板５２に入射する側から見たときの平面を示している。第２の基板５２は、第１の基板５１から出射された第２の光線を電気信号に変換して出力する半導体基板である。第２の基板５２には、第２の画素アレイ部１２１と、第２の垂直走査回路１２２と、第２の水平走査回路１２３とが配置されている。
なお、第２の基板５２に配置されたそれぞれの構成要素は、第１の実施形態の固体撮像装置１０における第２の基板１２に配置されたそれぞれの構成要素の構成と同様である。従って、第２の基板５２に配置されたそれぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
図２および図３に示した第１の実施形態の固体撮像装置１０を構成する第１の基板１１および第２の基板１２と、図８および図９に示した第１の基板５１および第２の基板５２とのそれぞれを比べてわかるように、第１の基板５１および第２の基板５２では、第１の実施形態の第１の基板１１と第２の基板１２とのそれぞれに配置されていた接続電極アレイ部１１５が配置されていない。これは、固体撮像装置５０が、マイクロバンプ構造の接続電極部を介して第１の基板５１と第２の基板５２とを電気的に接続する構成であるためである。
次に、本第５の実施形態の固体撮像装置５０の構造について説明する。図１０は、本第５の実施形態の固体撮像装置５０の構造を示した断面図である。図１０には、図８に示した第１の基板５１に配置された第１の画素アレイ部１１１内の第１の単位画素と、図９に示した第２の基板５２に配置された第２の画素アレイ部１２１内の第２の単位画素との領域の構造の一部を示している。固体撮像装置５０では、第１の基板５１と第２の基板５２とが接続層５３によって接合されている。なお、固体撮像装置５０では、第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様に、第１の基板５１の第１の画素アレイ部１１１内に配置された第１の単位画素の位置と、第２の基板５２の第２の画素アレイ部１２１内に配置された第２の単位画素の位置とが同様の位置となるように配置されている。図１０に示した固体撮像装置５０においても、第１の単位画素と第２の単位画素とを区別しない場合には、単に「単位画素」という。
なお、図１０には、第１の基板５１が裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置と同様の構成であり、第２の基板５２が表面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置と同様の構成である場合を示している。しかし、第１の基板５１および第２の基板５２の構成は、第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様に、図１０に示した構成に限定されるものではない。つまり、第１の基板５１および第２の基板５２の構成は、表面照射型または裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置のいずれの構成であっても、ＣＣＤ型の固体撮像装置（表面照射型および裏面照射型を含む）と同様の構成であっても、同様に考えることができる。
第１の基板５１は、マイクロレンズ１１１１と、カラーフィルター１１１２と、透明樹脂層１１１３と、遮光膜１１１４と、シリコン酸化膜１１１５と、第１の反射防止膜１１１６と、第１の半導体層１１１７と、金属配線層５１２０とで構成される。また、第１の基板５１と第２の基板５２とを接合する接続層５３は、接続電極５３１と絶縁部５３２とで構成される。また、接続層５３によって第１の基板５１と接合される第２の基板５２は、金属配線層５２１１と第２の半導体層１２１５とによって構成される。
マイクロレンズ１１１１と、カラーフィルター１１１２と、透明樹脂層１１１３と、遮光膜１１１４と、シリコン酸化膜１１１５と、第１の反射防止膜１１１６と、第１の半導体層１１１７とのそれぞれは、第１の実施形態の固体撮像装置１０において第１の基板１１を構成する対応する構成要素（膜や層など）と同様であるため、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。
金属配線層５１２０は、第１の単位画素の構成要素同士、または第１の基板５１内に配置されるそれぞれの構成要素同士を接続する金属配線が形成される層である。また、金属配線層５１２０は、第１の基板５１に第１の光線が入射した面と反対側の外面に形成される、第２の基板５２と電気的に接続するためのマイクロバンプと接続される金属配線が形成される層でもある。図１０に示した固体撮像装置５０の構成では、金属配線層５１２０内に、金属配線５１２１が形成されている場合を示している。この金属配線層５１２０内に形成された一部の金属配線５１２１は、第１の基板５１に配置された構成要素を構成する回路要素同士を接続する。また、一部の金属配線５１２１は、第１の基板５１に形成されたマイクロバンプおよび第２の基板５２に形成されたマイクロバンプを介して、第１の基板５１に配置された構成要素を構成する回路要素と、第２の基板５２に配置された構成要素を構成する回路要素とを接続する。
また、固体撮像装置５０においては、金属配線層５１２０において第１の半導体層１１１７に接する第２の面に、第２の反射防止膜１１１９も形成される。この第２の反射防止膜１１１９は、第１の実施形態の固体撮像装置１０において第１の基板１１内の金属配線層１１２０に形成された第２の反射防止膜１１１９と同様であるため、第２の反射防止膜１１１９に関する詳細な説明は省略する。
接続電極５３１は、第１の基板５１に形成されたマイクロバンプと第２の基板５２に形成されたマイクロバンプとが接合されることによって形成される電極である。この接続電極５３１を介して、接合した第１の基板５１および第２の基板５２に配置された構成要素同士が、それぞれの電気信号の送受信を行う。なお、接続電極５３１は、固体撮像装置５０に第１の光線が入射する側から見たときに、第１の基板５１の第１の半導体層１１１７内に形成される第１の光電変換部１１１８、および第２の基板５２の第２の半導体層１２１５内に形成される第２の光電変換部１２１４と重複する面積が小さくなるように配置（形成）されることが望ましい。
絶縁部５３２は、第１の基板５１に形成されたマイクロバンプと第２の基板５２に形成されたマイクロバンプとが接続することによって形成されたそれぞれの接続電極５３１同士を絶縁する。絶縁部５３２は、例えば、それぞれの接続電極５３１の間に存在する空間に接着剤などの絶縁部材を充填することによって形成される。
金属配線層５２１１は、第２の単位画素の構成要素同士、または第２の基板５２内に配置されるそれぞれの構成要素同士を接続する金属配線が形成される層である。また、金属配線層５２１１は、固体撮像装置５０に入射され、第１の半導体層１１１７を透過して出射された第２の光線が第２の基板５２に入射する側の外面に形成される、第１の基板５１と電気的に接続するためのマイクロバンプと接続される金属配線が形成される層でもある。図１０に示した固体撮像装置５０の構成では、金属配線層５２１１内に、金属配線５２１２が形成されている場合を示している。この金属配線層５２１１内に形成された一部の金属配線５２１２は、第２の基板５２に配置された構成要素を構成する回路要素同士を接続する。また、一部の金属配線５２１２は、第２の基板５２に形成されたマイクロバンプおよび第１の基板５１に形成されたマイクロバンプを介して、第２の基板５２に配置された構成要素を構成する回路要素と、第１の基板５１に配置された構成要素を構成する回路要素とを接続する。
また、固体撮像装置５０においては、金属配線層５２１１おいて第２の半導体層１２１５に接する第３の面に、第３の反射防止膜１２１３も形成される。この第３の反射防止膜１２１３は、第１の実施形態の固体撮像装置１０において第２の基板１２内の金属配線層１２１１に形成された第３の反射防止膜１２１３と同様であるため、第３の反射防止膜１２１３に関する詳細な説明は省略する。
第２の半導体層１２１５は、第１の実施形態の固体撮像装置１０における第２の基板１２を構成する第２の半導体層１２１５と同様であるため、第２の半導体層１２１５に関する詳細な説明は省略する。
このような構成の固体撮像装置５０に入射された第１の光線は、第１の基板５１に形成されたマイクロレンズ１１１１によって、例えば、第１の半導体層１１１７と第２の半導体層１２１５との間に集光され、カラーフィルター１１１２、透明樹脂層１１１３、シリコン酸化膜１１１５、および第１の反射防止膜１１１６のそれぞれを透過して、第１の半導体層１１１７に入射される。そして、第１の半導体層１１１７に入射された第１の光線は、第１の光電変換部１１１８によって一部の第１の光線が吸収されて第１の画素信号に変換され、一部の第１の光線が第１の半導体層１１１７を透過して、金属配線層５１２０に出射される。ここで、出射された第１の光線は、金属配線層５１２０（第２の反射防止膜１１１９を含む）および接続層５３の絶縁部５３２の領域を透過して、第２の光線として第２の基板５２に入射される。そして、第２の光線は、金属配線層５２１１（第３の反射防止膜１２１３を含む）を透過して、第２の半導体層１２１５に入射され、第２の光電変換部１２１４によって吸収されて第２の画素信号に変換される。
上記に述べたように、本第５の実施形態の固体撮像装置５０でも、第１の基板５１内の第１の半導体層１１１７の両面（第１の面および第２の面）に反射防止膜を形成する。また、本第５の実施形態の固体撮像装置５０でも、第２の基板５２に、第１の基板５１を透過した第２の光線が入射する側の第２の半導体層１２１５の面（第３の面）にも第３の反射防止膜１２１３を形成する。これにより、本第５の実施形態の固体撮像装置５０でも、第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様に、第１の光線が入射する１段目の半導体基板である第１の基板５１を透過して第２の光線が出射する側の第２の面の界面と、２段目の半導体基板である第２の基板５２に第２の光線が入射する側の第３の面の界面とにおける第２の光線の反射を低減して、第２の基板５２に形成された第２の単位画素に十分な第２の光線を届けることができる。このことにより、第２の単位画素は、十分な光量が確保された第２の光線を光電変換し、レベルを向上した第２の画素信号を出力することができる。このことにより、本第５の実施形態の固体撮像装置５０でも、第１の実施形態の固体撮像装置１０と同様に、感度を向上させることができる。
なお、本第５の実施形態の固体撮像装置５０では、それぞれの反射防止膜における分光透過特性（分光透過率のピーク）に関しては、特に規定しない。しかし、本第５の実施形態の固体撮像装置５０でも、第２の実施形態の固体撮像装置２０と同様に、それぞれの反射防止膜の分光透過特性（分光透過率のピーク）を規定することによって、第１の単位画素が光電変換する第１の光線の波長と、第２の単位画素が光電変換する第２の光線の波長とを異なる波長にすることもできる。これにより、本第５の実施形態の固体撮像装置５０の機能を向上させることができる。
また、本第５の実施形態の固体撮像装置５０では、第１の基板５１と第２の基板５２との２枚の基板を積層した構成について説明したが、上述したように、固体撮像装置５０において積層する基板の枚数は２枚に限らず、図６に示した第３の実施形態の固体撮像装置３０と同様に考えて、さらに多くの枚数の基板を積層した構成にすることもできる。
上記に述べたように、本発明を実施するための形態によれば、光電変換部が形成された半導体基板を複数段に積層した構成の固体撮像装置において、光線が入射する側に配置され、入射した光線を透過して出射する基板の半導体層の両面に反射防止膜を形成する。これにより、本発明を実施するための形態では、入射した光線を透過して出射する側の半導体層の界面における光線の反射を低減し、透過した光線が入射される他の基板の半導体層に十分な光線を届けることができる。このことにより、透過した光線が入射される他の基板の半導体層に形成された光電変換部は、十分な光量が確保された光線を光電変換することができ、光電変換した電気信号のレベルを向上し、固体撮像装置の感度を向上させることができる。
また、本発明を実施するための形態では、他の基板を透過した光線が入射する基板の半導体層にも反射防止膜を形成する。このとき、本発明を実施するための形態では、入射した光線を透過して出射する他の基板において透過した光線を出射する側の面に形成する反射防止膜の分光透過特性（分光透過率のピーク）と、この他の基板から出射された光線が入射する基板において光線が入射する側の面に形成する反射防止膜の分光透過特性（分光透過率のピーク）とを、同じ分光透過特性（分光透過率のピーク）にする。これにより、本発明を実施するための形態では、他の基板を透過した光線が入射する側の半導体層の界面における光線の反射を低減し、この基板に形成された半導体層に十分な光線を届けることができる。このことにより、透過した光線が入射されるこの基板の半導体層に形成された光電変換部は、さらに十分な光量が確保された光線を光電変換することができ、光電変換した電気信号のレベルをさらに向上して、固体撮像装置の感度をさらに向上させることができる。
また、本発明を実施するための形態では、他の基板から出射された光線が入射する基板が、入射した光線を透過してさらに出射しない基板である場合には、光線が入射する側の面にのみ反射防止膜を形成する。これにより、本発明を実施するための形態では、入射した光線を透過してさらに出射しない基板に、不要な反射防止膜を形成することがなくなる。
このことにより、本発明を実施するための形態による固体撮像装置を搭載した撮像装置では、感度が向上された電気信号に基づいて、良好な画質の画像を生成（撮影）することができる。
なお、本実施形態においては、複数の基板が電気的に接続されている固体撮像装置の構成の一例について説明した。しかし、固体撮像装置の構成は、本発明を実施するための形態においてに示した構成に限定されるものではない。例えば、画素信号を出力する複数の基板が積層されているが、積層されたそれぞれの基板は電気的に接続されてはおらず、それぞれの基板が独立に動作する、すなわち、それぞれの基板から別々に画素信号を読み出す構成であっても同様に、本発明の考え方を適用することができる。
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
１０，２０，３０，４０，５０・・・固体撮像装置
１１，５１・・・第１の基板
１１１・・・第１の画素アレイ部（画素，画素部）
１１１１・・・マイクロレンズ
１１１２・・・カラーフィルター
１１１３・・・透明樹脂層
１１１４・・・遮光膜
１１１５・・・シリコン酸化膜
１１１６・・・第１の反射防止膜
１１１７・・・第１の半導体層
１１１８・・・第１の光電変換部
１１１９・・・第２の反射防止膜
１１２０，５１２０・・・金属配線層
１１２１，５１２１・・・金属配線
１１２・・・第１の垂直走査回路
１１３・・・第１の水平走査回路
１１４・・・ボンディングパッド
１１５・・・接続電極アレイ部（接続電極部）
１２，４２，５２・・・第２の基板
１２１・・・第２の画素アレイ部（画素，画素部）
１２１１，４２１１，５２１１・・・金属配線層
１２１２，４２１２，５２１２・・・金属配線
１２１３，４２１３・・・第３の反射防止膜
１２１４，４２１４・・・第２の光電変換部
１２１５，４２１５・・・第２の半導体層
１２１６・・・第４の反射防止膜
１２１７・・・透明樹脂層
１２１８・・・遮光膜
１２２・・・第２の垂直走査回路
１２３・・・第２の水平走査回路
１３・・・接続層（接続電極部）
３３・・・第３の基板
３３１１・・・金属配線層
３３１２・・・金属配線
３３１３・・・第５の反射防止膜
３３１４・・・第３の光電変換部
３３１５・・・第３の半導体層
３４・・・接続層（接続電極部）
５３・・・接続層（接続電極部）
５３１・・・接続電極（接続電極部）
５３２・・・絶縁部

Claims (7)

  1. 光電変換部を有する画素が二次元のマトリクス状に複数配置された画素部を具備した複数の基板が積層される構造の固体撮像装置であって、
    入射された第１の光線を電気信号に変換する第１の光電変換部が形成された第１の半導体層を有する第１の基板と、
    前記第１の基板を透過して入射された第２の光線を電気信号に変換する第２の光電変換部が形成された第２の半導体層を有する第２の基板と、
    を備え、
    前記第１の基板は、
    前記第１の半導体層に前記第１の光線が入射する側の面である第１の面に接して形成され、該第１の面における該第１の光線の反射を低減する第１の反射防止膜と、
    前記第１の半導体層に入射した前記第１の光線が該第１の半導体層を透過して前記第２の光線として出射される、前記第１の面と反対側の面である第２の面に接して形成され、該第２の面における該第２の光線の反射を低減する第２の反射防止膜と、
    を備えることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記第１の反射防止膜と前記第２の反射防止膜とは、
    異なる材料によって形成される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記第１の反射防止膜と前記第２の反射防止膜とは、
    同じ材料によって形成される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 前記第１の反射防止膜が前記第１の光線を透過する分光透過特性と、
    前記第２の反射防止膜が前記第２の光線を透過する分光透過特性とは、
    異なる分光透過特性である、
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１の項に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第２の反射防止膜の分光透過率が最も高い波長は、
    前記第１の反射防止膜の分光透過率が最も高い波長よりも長波長側にある、
    ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第２の基板は、
    前記第２の半導体層に前記第２の光線が入射する側の面である第３の面に接して形成され、該第３の面における該第２の光線の反射を低減する第３の反射防止膜、
    を備え、
    前記第３の反射防止膜の分光透過率が最も高い波長は、
    前記第２の反射防止膜の分光透過率が最も高い波長と同じ波長である、
    ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１の項に記載の固体撮像装置。
  7. 前記第２の基板を透過して入射された第３の光線を電気信号に変換する第３の光電変換部が形成された第３の半導体層を有する第３の基板、
    をさらに備え、
    前記第２の基板は、
    前記第２の半導体層に入射した前記第２の光線が該第２の半導体層を透過して前記第３の光線として出射される、前記第３の面と反対側の面である第４の面に接して形成され、該第４の面における該第３の光線の反射を低減する第４の反射防止膜、
    を備え、
    前記第３の基板は、
    前記第３の半導体層に前記第３の光線が入射する側の面である第５の面に接して形成され、該第５の面における該第３の光線の反射を低減する第５の反射防止膜、
    を備え、
    前記第４の反射防止膜の分光透過率が最も高い波長は、
    前記第５の反射防止膜の分光透過率が最も高い波長と同じ波長である、
    ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
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