JP2016021488A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度かつ高感度の多色センシングが可能な固体撮像素子を提供する。
【解決手段】画素１Ａ及び１Ｂを含む固体撮像素子１００であって、画素１Ａは、シリコン基板１０、配線層２０、下部電極３０Ａ、第１の波長帯域の光を光電変換する光電変換膜４０、上部電極５０、第１の波長帯域の光を透過する透過膜７１Ａ、及び入射光のうち第１の波長帯域の光を選択的に透過させる波長フィルタ８１Ａをこの順で備える。また、画素１Ｂは、シリコン基板１０、配線層２０、下部電極３０Ｂ、光電変換膜４０、上部電極５０、第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光を第１の波長帯域の光に変換して出射する波長変換膜７２Ｂ、及び入射光のうち第２の波長帯域の光を選択的に透過させる波長フィルタ８２Ｂをこの順で備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子に関する。

従来の固体撮像素子では、半導体基板に形成されたフォトダイオードで入射光に応じた信号電荷が生成され、当該信号電荷が画像信号に変換される。また、カラー画像を得る構成として、入射光を、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、及びＢ（青色）の３原色成分に分離するカラーフィルタなどがフォトダイオード上に設けられた構成が挙げられる。

特許文献１に開示された固体撮像素子では、青色成分に対する感度を高めるべく、フォトダイオードの入射光側に波長変換部が設けられている。波長変換部は、青色波長域を吸収し、当該青色波長域よりも長波長側の波長域で発光する。また、フォトダイオードは、入射した青色光よりも長波長域に高感度域を有する。これにより、特許文献１に開示された固体撮像素子は、青感度を高めることが可能となる。

特開平１０−１５０１７７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された固体撮像素子では、半導体基板の表面に形成されたフォトダイオードと波長変換部との間に、ゲート電極、配線及び層間膜で形成された配線層が介在するため、当該配線層による遮光及び当該配線層での迷光が生じる。これにより、隣接画素間でのクロストークが増大する。また、クロストークを低減させるため、隣接画素間に遮光膜が設けられているが、当該遮光膜の配置により入射光を受光する波長変換部の面積が制限され、光の取り込み角度が制限される。つまり、隣接画素間でのクロストークの低減と光の取り込み角度の確保とを両立させることは困難であり、高精度かつ高感度な多色センシングは困難である。

本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであって、高精度かつ高感度の多色センシングが可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、複数の画素が配置された固体撮像素子であって、前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを含み、前記第１の画素は、基板と、前記基板の上に形成された配線層と、前記配線層の上に形成された第１の下部電極と、前記第１の下部電極の上に形成され、第１の波長帯域の光を光電変換する光電変換部と、前記光電変換部の上に形成された第１の上部電極と、前記第１の上部電極の上方に形成され、前記第１の波長帯域の光を透過する透過部と、前記透過部の上方に形成され、入射光のうち前記第１の波長帯域の光を選択的に透過させる第１の波長フィルタとを備え、前記第２の画素は、前記基板と、前記基板の上に形成された前記配線層と、前記配線層の上に形成された第２の下部電極と、前記第２の下部電極の上に形成された前記光電変換部と、前記光電変換部の上に形成された前記第２の上部電極と、前記第２の上部電極の上方に形成され、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光を第１の波長帯域の光に変換して出射する波長変換部と、前記波長変換部の上方に形成され、前記入射光のうち前記第２の波長帯域の光を選択的に透過させる第２の波長フィルタとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、高精度かつ高感度の多色センシングが可能な固体撮像素子を提供することが可能となる。

実施の形態１に係る固体撮像素子の構造を示す断面図である。 実施の形態に係る固体撮像素子の多色センシングの原理を説明する図である。 実施の形態１に係る波長変換膜及び光電変換膜の光学特性の一例を表す図である。 実施の形態２に係る固体撮像素子の構造を示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係る固体撮像素子の構造を示す断面図である。 実施の形態３に係る固体撮像素子の構造の第一例を示す断面図である。 実施の形態３に係る固体撮像素子の構造の第二例を示す断面図である。 実施の形態３に係るリブの構造を示す斜視図である。 実施の形態３に係る固体撮像素子の多色センシングの原理を説明する図である。 実施の形態４に係る固体撮像素子の構造の第一例を示す断面図である。 実施の形態４に係る固体撮像素子の構造の第二例を示す断面図である。 実施の形態４に係る固体撮像素子が奏する効果を説明する図である。

以下、図面を参照しながら、本実施の形態に係る固体撮像素子の詳細を説明する。なお、以下の実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものであり、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定するものではない。

（実施の形態１）
［固体撮像素子の構成］
図１は、実施の形態１に係る固体撮像素子の構造を示す断面図である。同図に示すように、固体撮像素子１００は、画素１Ａと画素１Ｂとを備える。

画素１Ａは、シリコン基板１０と、配線層２０と、下部電極３０Ａと、光電変換膜４０と、上部電極５０と、透過膜７１Ａと、波長フィルタ８１Ａと、マイクロレンズ９０Ａとを備えた第１の画素である。また、画素１Ｂは、シリコン基板１０と、配線層２０と、下部電極３０Ｂと、光電変換膜４０と、上部電極５０と、波長変換膜７２Ｂと、波長フィルタ８２Ｂと、マイクロレンズ９０Ｂとを備えた第２の画素である。

シリコン基板１０は、画素１Ａ及び画素１Ｂに共通して配置されている。なお、図示していないが、シリコン基板１０は、光電変換膜４０で生成された信号電荷を蓄積する電荷蓄積ノード、電荷蓄積ノードに蓄積された信号電荷を増幅する増幅トランジスタ、及び電荷蓄積ノードをリセットするリセットトランジスタなどを含む。

配線層２０は多層配線構造を有し、シリコン基板１０上において画素１Ａ及び画素１Ｂに共通して形成されている。配線層２０は、下部電極３０Ａ及び下部電極３０Ｂとシリコン基板１０の電荷蓄積ノードとを電気的に接続し、光電変換膜４０で生成された信号電荷を電荷蓄積ノードに伝達する。層間絶縁膜は、例えば、シリコン酸化膜である。

下部電極３０Ａ及び３０Ｂは、配線層２０の上であって、互いに分離形成されている。これにより、画素１Ａ内の光電変換膜４０で生成された信号電荷は、下部電極３０Ａで集電されて配線層２０へ伝達される。また、画素１Ｂ内の光電変換膜４０で生成された信号電荷は、下部電極３０Ｂで集電されて配線層２０へ伝達される。下部電極３０Ａと下部電極３０Ｂとは、例えば、銅、アルミニウム、チタン、タンタルからなる金属層をリソグラフィ技術にてパターニングすることにより、同一層に形成される。

光電変換膜４０は、下部電極３０Ａ及び下部電極３０Ｂの上であって、画素１Ａ及び画素１Ｂに共通して形成され、第１の波長帯域の光を光電変換する光電変換部である。つまり、光電変換膜４０が複数の画素で連続形成されているため、画素間で光電変換膜の材料及び形状を同一にできる。よって、光電変換膜４０の上層において不要な段差が発生しないので、簡素化された製造工程により光学精度を向上させることが可能となる。

光電変換膜４０に用いる材料としては、光電変換効率が高い有機材料または無機材料など、あらゆる材料を用いることができる。特に、有機材料により光電変換膜を形成した場合、受光すべき入射光の波長帯域に応じて最適材料を選択することも可能である。この場合であっても、光電変換膜の膜厚や形状を画素ごとに調整する必要がない。このため、画素間で、波長帯域に対応させて光電変換膜及びその周辺のマイクロレンズ及びカラーフィルタなどの形状を変化させる必要がない。

上部電極５０は、光電変換膜４０の上であって、画素１Ａ及び画素１Ｂに共通して形成されている。上部電極５０は、上方から入射する光を下方に配置された光電変換膜４０へ損失なく入射させるため、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＳｎＯ_２（酸化錫）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等からなる透明電極が用いられる。なお、上部電極５０は、画素１Ａ及び画素１Ｂに共通して形成されていなくてもよい。画素１Ａが第１の上部電極を備え、画素１Ｂが当該第１の上部電極とは独立に形成された第２の上部電極を備えてもよい。

封止膜６０は、下方に配置された光電変換膜４０等の吸湿及び酸化を防止する保護膜である。なお、封止膜６０はなくてもよく、本実施の形態に係る固体撮像素子１００の必須構成要素ではない。

透過膜７１Ａは、画素１Ａ内の上部電極５０の上方であって封止膜６０の上に形成され、第１の波長帯域の光を透過する透過部である。透過膜７１Ａは、第１の波長帯域の光を低損失で透過させる膜であればよく、さらに、第１の波長帯域以外の光の透過及び遮断は問わない。

波長変換膜７２Ｂは、画素１Ｂ内の上部電極５０の上方であって封止膜６０の上に形成され、第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光を第１の波長帯域の光に変換して出射する波長変換部である。波長変換膜７２Ｂは、例えば、蛍光顔料を含む蛍光発光膜である。

波長フィルタ８１Ａは、透過膜７１Ａの上方に形成され、入射光のうち第１の波長帯域の光を選択的に透過させる第１の波長フィルタである。波長フィルタ８２Ｂは、波長変換膜７２Ｂの上方に形成され、入射光のうち第２の波長帯域の光を選択的に透過させる第２の波長フィルタである。

マイクロレンズ９０Ａは、波長フィルタ８１Ａの上方に配置され、入射光を画素１Ａ内に集光する第１の集光素子である。マイクロレンズ９０Ｂは、波長フィルタ８２Ｂの上方に配置され、入射光を画素１Ｂ内に集光する第２の集光素子である。

上記構成により、マイクロレンズ９０Ａ及び９０Ｂならびに波長フィルタ８１Ａ及び８２Ｂを介して入射した光により、光電変換膜４０では電子正孔対が発生する。なお、光電変換膜４０が、例えば代表的な有機光電変換材料であるＰ３ＨＴ（Ｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ （Ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−２，５−ｄｉｙｌ）））／ＰＣＢＭ６０（［６，６］−ｐｈｅｎｙｌ Ｃ_６１ ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｍｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒ）を含む光電変換膜であり、上部電極５０がｎ型の導電体（ＩＴＯなど）である場合、上部電極５０には正のバイアス電圧が印加されている。ここで、発生した電子正孔対のうち、正孔が下部電極３０Ａ及び３０Ｂへ移動する。上記正孔は、画素ごとに下部電極３０Ａ及び３０Ｂで集められ、配線層２０を介してシリコン基板１０内の電荷蓄積ノードに蓄積される。

［多色センシングの原理］
図２は、実施の形態１に係る固体撮像素子の多色センシングの原理を説明する図である。同図には、固体撮像素子１００の断面図とともに、固体撮像素子１００が有する各構成要素の光学特性が示されている。

まず、画素１Ａの受光特性について説明する。マイクロレンズ９０Ａで集光された光が波長フィルタ８１Ａに入射する。波長フィルタ８１Ａは、波長λ_Ｌを中心波長とする第１の波長帯域（λ_１〜λ_２）の光を選択的に透過させ、それ以外の帯域光を遮断する。波長フィルタ８１Ａを透過した光は、透過膜７１Ａを透過し、光電変換膜４０に入射する。ここで、光電変換膜４０は、第１の波長帯域を含む帯域の光を光電変換する。よって、画素１Ａでは、画素１Ａに入射した光のうち、第１の波長帯域（λ_１〜λ_２）の光を、高感度に光電変換する。

次に、画素１Ｂの受光特性について説明する。マイクロレンズ９０Ｂで集光された光が波長フィルタ８２Ｂに入射する。波長フィルタ８２Ｂは、波長λ_ｓ（＜λ_Ｌ）を中心波長とする第２の波長帯域の光を選択的に透過させ、それ以外の帯域光を遮断する。波長フィルタ８２Ｂを透過した光は、波長変換膜７２Ｂに入射する。ここで、波長変換膜７２Ｂは、第２の波長帯域の光を吸収し、これにより、第２の波長帯域よりも長波長側にある第１の波長帯域の光を発光する。よって、波長変換膜７２Ｂに入射した第２の波長帯域の光は、波長変換膜７２Ｂにより、第１の波長帯域の光へと波長変換されて光電変換膜４０に入射する。ここで、光電変換膜４０は、波長λ_ｓ（＜λ_Ｌ）を中心波長とする第２の波長帯域の光に対して光電変換感度を有さないが、第１の波長帯域を含む帯域の光を光電変換する。よって、画素１Ｂは、画素１Ｂに入射した光のうち第２の波長帯域の光を、高感度に光電変換することが可能となる。

図３は、実施の形態１に係る波長変換膜及び光電変換膜の光学特性の一例を表す図である。

図３の（ａ）は、波長変換膜７２Ｂの光吸収及び発光特性の一例を表すグラフである。図３の（ａ）の光学特性を示す波長変換膜７２Ｂは、ＱＴＤ（［１，２，５］ｔｈｉａｄｉａｚｏｌｏ［３，４−ｇ］ｑｕｉｎｏｘａｌｉｎｅ）及びＭＴＰＥ（２，２−ｂｉｓ（４−ｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）−１−ｐｈｅｎｙｌｅｔｈｅｎｅ）で形成された蛍光色素分子（４，９−Ｂｉｓ｛４−［２，２−ｂｉｓ（４−ｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌ）−１−ｐｈｅｎｙｌｖｉｎｙｌ］ｐｈｅｎｙｌ｝［１，２，５］ｔｈｉａｄｉａｚｏｌｏ−［３，４−ｇ］ｑｕｉｎｏｘａｌｉｎｅ）を含む（非特許文献１：Ｘｉａｏｂｏ Ｄｕ，ｅｔ ａｌ．，“Ｅｆｆｅｃｔ Ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ Ｎｅａｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒｅｓ ｗｉｔｈ Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ”， Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ｖｏｌ．２４，ｐｐ．２１７８−２１８５，２０１２．）。上記蛍光色素分子は有機材料であり、当該蛍光色素分子を含む波長変換膜７２Ｂは、非導電性の波長変換部である。上記蛍光色素分子を含む波長変換膜７２Ｂは、例えば４４０ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域の光を吸収し、６５０ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外光を発光する。

図３の（ｂ）は、バイアス電圧を変化させたときの光電変換膜４０の変換効率特性の一例を表すグラフである。図３の（ｂ）の変換効率特性を示す光電変換膜４０は、ｐ型有機半導体であるＤａＳＱ（Ｄｉｇｕａｊａｚｕｌｅｎｅｓｑｕａｒａｉｎｅ）とｎ型有機半導体であるフラーレン誘導体（ＰＣＢＭ）とで生成されたＢＨＪ（バルクヘテロ接合）膜であり、有機材料を含む光電変換部である（非特許文献２：Ｆ．Ａｒｃａ，ｅｔ ａｌ．，“Ｎｅａｒ−Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ”， ＩＥＥＥ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， ｖｏｌ．４９，ｎｏ．１２，ｐｐ．１０１６−１０２５，Ｄｅｃ．２０１３．）。上記ＢＨＪ膜を含む光電変換膜４０は、概ね６５０ｎｍ〜９００ｎｍの近赤外光を光電変換することが可能である。

図３の（ｃ）は、上記波長変換膜７２Ｂの発光特性及び上記光電変換膜４０の変換効率特性を重ね合わせたグラフである。つまり、第１の波長帯域を６５０ｎｍ〜１０００ｎｍとし、第２の波長帯域を４４０ｎｍ〜７００ｎｍとすることにより、固体撮像素子１００は、４４０ｎｍ〜１０００ｎｍまでの広帯域の光を受光することが可能となる。よって、高精度かつ高感度な広帯域センシングが可能となる。

なお、本実施の形態に係る画素１Ａ及び１Ｂにおいて、第１の波長帯域及び第２の波長帯域は、図３に示された波長帯域６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ及び４４０ｎｍ〜７００ｎｍに限定されない。例えば、第１の波長帯域及び第２の波長帯域は、可視光領域に限らず、赤外領域または紫外領域であってもよい。また、波長変換膜７２Ｂ及び光電変換膜４０は、センシングする波長帯域に応じて、適宜材料選択すればよい。

（実施の形態２）
本実施の形態に係る固体撮像素子２００は、実施の形態１に係る固体撮像素子１００と比較して、波長変換膜が透過膜を兼ねる点が構成として異なる。以下、固体撮像素子２００について、固体撮像素子１００と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。

［固体撮像素子の構成］
図４は、実施の形態２に係る固体撮像素子の構造を示す断面図である。同図に示すように、固体撮像素子２００は、画素２Ａと画素２Ｂとを備える。

画素２Ａは、シリコン基板１０と、配線層２０と、下部電極３０Ａと、光電変換膜４０と、波長変換膜７３と、波長フィルタ８１Ａと、マイクロレンズ９０Ａとを備えた第１の画素である。また、画素２Ｂは、シリコン基板１０と、配線層２０と、下部電極３０Ｂと、光電変換膜４０と、波長変換膜７３と、波長フィルタ８２Ｂと、マイクロレンズ９０Ｂとを備えた第２の画素である。

シリコン基板１０は、画素２Ａ及び画素２Ｂに共通して配置されている。

配線層２０は、シリコン基板１０上であって画素２Ａ及び画素２Ｂに共通して形成され、配線、配線の層間を接続するプラグ、及び隣接する配線間に充填された層間絶縁膜が形成された多層配線構造を有する。

下部電極３０Ａ及び３０Ｂは、配線層２０の上であって、互いに分離形成されている。これにより、画素２Ａ内の光電変換膜４０で生成された信号電荷は、下部電極３０Ａで集電されて配線層２０へ伝達される。また、画素２Ｂ内の光電変換膜４０で生成された信号電荷は、下部電極３０Ｂで集電されて配線層２０へ伝達される。

光電変換膜４０は、下部電極３０Ａ及び下部電極３０Ｂの上であって、画素２Ａ及び画素２Ｂに共通して形成され、第１の波長帯域の光を光電変換する光電変換部である。本実施の形態に係る光電変換膜４０は、例えば、有機材料であるアズレノシアニン（Ａｚｕｌｅｎｏｃｙａｎｉｎｅ）を含む光電変換部である（非特許文献３：Ａｔｓｕｙａ Ｍｕｒａｎａｋａ，ｅｔ ａｌ．，“Ａｚｕｌｅｎｏｃｙａｎｉｎｅ：Ａ Ｎｅｗ Ｆａｍｉｌｙ ｏｆ Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｎｓｅ Ｎｅａｒ−ＩＲ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ｖｏｌ．１３２，ｐｐ．７８４４−７８４５，２０１０．）。上記アズレノシアニンをｐ型有機半導体として含む光電変換膜４０は、９００ｎｍ〜１１００ｎｍの近赤外域において、光電変換効率を有する。

また、本実施の形態に係る光電変換膜４０は、例えば、有機材料である拡張型フタロシアニン類縁体を含む光電変換部である（非特許文献４：Ｏｓａｍｕ Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ，ｅｔ ａｌ．，“Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ−Ｓｈａｐｅｄ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅｓ ｗｉｔｈ Ｔｗｏ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｍｅｔａｌ Ａｔｏｍｓ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ｖｏｌ．１３４，ｐｐ．３４１１−３４１８，２０１２．）。上記拡張型フタロシアニン類縁体をｐ型有機半導体として含む光電変換膜４０は、９００ｎｍ〜１１００ｎｍの近赤外域において、光電変換効率を有する。

波長変換膜７３は、光電変換膜４０の上であって、画素２Ａ及び画素２Ｂに共通して形成されている。波長変換膜７３は、第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光を第１の波長帯域の光に変換して出射し、また、第１の波長帯域の光を透過する波長変換部である。さらに、波長変換膜７３は、下部電極３０Ａ及び３０Ｂとの間にバイアス電圧を印加する上部電極としての機能を兼ねるため導電性を有する。また、波長変換膜７３は、上方から入射する光を下方に配置された光電変換膜４０へ損失なく入射させる透明電極である。波長変換膜７３は、例えば、ペロブスカイト構造のＣｓＣｎＩ_３を含む蛍光発光膜である（非特許文献５：Ｉｎ Ｃｈｕｎｇ，ｅｔ ａｌ．，“ＣｓＣｎＩ_３：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｒ Ｍｅｔａｌ？ Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ Ｓｔｒｏｎｇ Ｎｅａｒ−Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｆｒｏｍ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ． Ｈｉｇｈ Ｈｏｌｅ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｐｈａｓｅ−Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ｖｏｌ．１３４，ｐｐ．８５７９−８５８７，２０１２．）。上記ペロブスカイト構造のＣｓＣｎＩ_３は無機材料かつ高導電性を有し、当該ＣｓＣｎＩ_３を含む波長変換膜７３は、高導電性の波長変換部である。波長変換膜７３は、９００ｎｍ以下の波長帯域の光を吸収し、９００ｎｍ〜１１００ｎｍの近赤外光を発光する。

つまり、本実施の形態に係る固体撮像素子２００において、実施の形態１に係る固体撮像素子１００と比較すると、画素１Ａの備える第１の上部電極（上部電極５０）、画素１Ｂの備える第２の上部電極（上部電極５０）、画素１Ａの備える透過膜７１Ａ及び画素１Ｂの備える波長変換膜７２Ｂが、波長変換膜７３として同一材料で一体的に形成されている。言い換えれば、本実施の形態に係る波長変換膜７３は、実施の形態１に係る上部電極５０、透過膜７１Ａ及び波長変換膜７２Ｂの機能を兼備している。

上記構成により、マイクロレンズ９０Ａ及び９０Ｂならびに波長フィルタ８１Ａ及び８２Ｂを介して入射した光により、光電変換膜４０では電子正孔対が発生する。波長変換膜７３にはバイアス電圧が印加されている。ここで、発生した電子正孔対のうち、バイアス電圧が正の場合には正孔が下部電極３０Ａ及び３０Ｂへ移動する。負の場合には電子が下部電極３０Ａ及び３０Ｂに移動する。上記正孔もしくは電子は、画素ごとに下部電極３０Ａ及び３０Ｂで集められ、配線層２０を介してシリコン基板１０内の電荷蓄積ノードに蓄積される。

例えば、ペロブスカイト構造のＣｓＣｎＩ_３を含む波長変換膜７３と、アズレノシアニンまたは拡張型フタロシアニン類縁体を含む光電変換膜４０とを組み合わせ、第１の波長帯域を９００ｎｍ〜１１００ｎｍとし、第２の波長帯域を９００ｎｍ以下とする。これにより、固体撮像素子２００は、可視光帯域から近赤外帯域までの広帯域の光を受光することが可能となる。よって、高精度かつ高感度な広帯域センシングが可能となる。

また、本実施の形態に係る固体撮像素子２００では、波長変換膜７３が上部電極を兼ねているので、波長変換後の光が光電変換膜４０に到達するまでの光路を短縮できるため、隣接画素間での迷光を抑制できクロストークを低減できる。さらに、実施の形態１に係る固体撮像素子１００と比較して、上部電極５０及び透過膜７１Ａの形成工程を省略できるので、製造工程の簡素化を図ることができる。

また、波長変換膜７３が画素２Ａ及び画素２Ｂに共通に設けられているので、屈折率や誘電率や光路長の違いを光学設計で補正する必要が無く、光学特性が画素毎にばらつきにくい。

なお、固体撮像素子２００では、波長変換膜７３が画素２Ａ及び２Ｂの上部電極の機能を有するものとしたがこれに限られない。

図５は、実施の形態２の変形例に係る固体撮像素子の構造を示す断面図である。同図に示すように、固体撮像素子２５０は、画素１２Ａと画素１２Ｂとを備える。

画素１２Ａは、画素２Ａと比較して、波長変換膜７３の代わりに、上部電極５０と封止膜６０と波長変換膜７４とが積層された構造を有している。画素１２Ｂは、画素２Ｂと比較して、波長変換膜７３の代わりに、上部電極５０と封止膜６０と波長変換膜７４とが積層された構造を有している。なお、上部電極５０は、画素１２Ａ及び画素１２Ｂに共通して形成されていなくてもよい。画素１２Ａが第１の上部電極を備え、画素１２Ｂが当該第１の上部電極とは独立に形成された第２の上部電極を備えてもよい。また、封止膜６０はなくてもよく、本変形例に係る固体撮像素子２５０の必須構成要素ではない。

波長変換膜７４は、上部電極５０の上方であって封止膜６０の上に形成され、第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光を第１の波長帯域の光に変換して出射し、また、第１の波長帯域の光を透過する波長変換部である。よって、波長変換膜７４は、波長変換膜７２Ｂまたは７３と同じ材料であってもよい。

つまり、本実施の形態の変形例に係る固体撮像素子２５０において、実施の形態１に係る固体撮像素子１００と比較すると、画素１Ａの備える透過膜７１Ａ及び画素１Ｂの備える波長変換膜７２Ｂが、波長変換膜７４として同一材料で一体的に形成されている。言い換えれば、本実施の形態に係る波長変換膜７４は、実施の形態１に係る透過膜７１Ａ及び波長変換膜７２Ｂの機能を兼備している。

本変形例によれば、固体撮像素子２５０は、可視光帯域から近赤外帯域までの広帯域の光を受光することが可能となる。よって、高精度かつ高感度な広帯域センシングが可能となる。

さらに、実施の形態１に係る固体撮像素子１００と比較して、透過膜７１Ａの形成工程を省略できるので、製造工程の簡素化を図ることができる。

また、波長変換膜７４が画素１２Ａ及び画素１２Ｂに共通に設けられているので、光学特性が画素毎にばらつきにくい。

なお、本実施の形態に係る画素２Ａ、２Ｂ、１２Ａ及び１２Ｂにおいて、第１の波長帯域及び第２の波長帯域は、上述した波長帯域９００ｎｍ〜１１００ｎｍ及び９００ｎｍ以下に限定されない。例えば、第１の波長帯域及び第２の波長帯域は、可視光領域に限らず、赤外領域または紫外領域であってもよい。また、波長変換膜７３及び７４、ならびに光電変換膜４０は、センシングする波長帯域に応じて、適宜材料選択すればよい。

（実施の形態３）
本実施の形態に係る固体撮像素子３００Ａ及び３００Ｂは、波長変換層で波長変換された光が、より低損失かつ高効率に光電変換膜４０へ入射されるための構成を有する。以下、固体撮像素子３００Ａ及び３００Ｂについて、固体撮像素子１００と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。

［固体撮像素子の構成］
図６Ａは、実施の形態３に係る固体撮像素子の構造の第一例を示す断面図であり、図６Ｂは、実施の形態３に係る固体撮像素子の構造の第二例を示す断面図である。

図６Ａに示すように、固体撮像素子３００Ａは、画素３Ａと画素３Ｂとを備える。画素３Ａは、シリコン基板１０（図６Ａに図示せず）と、配線層２０（図６Ａに図示せず）と、下部電極３０Ａと、光電変換膜４０と、上部電極５０と、封止膜６０と、透過膜７１Ａと、波長フィルタ８１Ａと、マイクロレンズ９０Ａとを備えた第１の画素である。また、画素３Ｂは、シリコン基板１０（図６Ａに図示せず）と、配線層２０（図６Ａに図示せず）と、下部電極３０Ｂと、光電変換膜４０と、上部電極５０と、封止膜６０と、波長変換膜７２Ｂと、誘電体フィルタ８３Ｂと、波長フィルタ８２Ｂと、マイクロレンズ９０Ｂとを備えた第２の画素である。

誘電体フィルタ８３Ｂは、波長変換膜７２Ｂと波長フィルタ８２Ｂとの間に配置され、第１の波長帯域の光を反射し第２の波長帯域の光を透過させる帯域通過フィルタである。誘電体フィルタ８３Ｂは、誘電体材料で形成され、波長フィルタ８２Ｂと比較して、通過帯域において低挿入損失、遮断帯域において高減衰、かつ急峻な帯域通過（遮断）特性を有する。

また、図６Ｂに示すように、固体撮像素子３００Ｂは、画素４Ａと画素４Ｂとを備える。画素４Ａは、画素３Ａと同じ構成である。また、画素４Ｂは、画素３Ｂと比較して、誘電体フィルタ８４Ｂの配置位置のみが異なる。

誘電体フィルタ８４Ｂは、波長フィルタ８２Ｂとマイクロレンズ９０Ｂとの間に配置され、第１の波長帯域の光を反射し第２の波長帯域の光を透過させる帯域通過フィルタである。誘電体フィルタ８４Ｂは、誘電体材料で形成され、波長フィルタ８２Ｂと比較して、通過帯域において低挿入損失、遮断帯域において高減衰、かつ急峻な帯域通過（遮断）特性を有する。

なお、固体撮像素子３００Ａは、さらに、画素３Ａ、３Ｂ、４Ａ及び４Ｂの周囲であって、波長フィルタ８１Ａと波長フィルタ８２Ｂとの間、及び、透過膜７１Ａと波長変換膜７２Ｂとの間に配置されたリブ９２を備える。リブ９２は、第１の波長帯域の光及び第２の波長帯域の光を反射する隔壁部材である。

図６Ｃは、実施の形態３に係るリブの構造を示す斜視図である。同図に示すように、リブ９２は、平面視において各画素を取り囲むように、光の入射方向に沿って形成された側壁である。また、リブ９２は、その断面形状が下方ほど幅広な形状となっており、上方から下方へ入射してきた光がリブ側面で反射して画素中央へ集光し易い構造となっている。リブ９２により、隣接画素間でのクロストークを低減できる。また、従来の固体撮像素子のように隣接画素間に遮光膜が配置された構成と比較して、隣接画素間を省スペース化できる。よって、各画素における受光面積（光電変換膜の形成面積）を大きく確保できるので、光の取り込み角度を大きく確保できる。

［多色センシングの原理］
図７は、実施の形態３に係る固体撮像素子の多色センシングの原理を説明する図である。同図には、固体撮像素子３００Ａの断面図とともに、固体撮像素子３００Ａが有する各構成要素の光学特性が示されている。

画素３Ａの受光特性については、画素１Ａの受光特性と同じであるため、詳細な説明は省略する。画素３Ａでは、画素３Ａに入射した光のうち、第１の波長帯域（λ_１〜λ_２）の光を高感度に光電変換する。

次に、画素３Ｂの受光特性について説明する。マイクロレンズ９０Ｂで集光された光が波長フィルタ８２Ｂに入射する。波長フィルタ８２Ｂは、波長λ_ｓ（＜λ_Ｌ）を中心波長とする第２の波長帯域の光を選択的に透過させ、それ以外の帯域光を遮断する。波長フィルタ８２Ｂを透過した光は、誘電体フィルタ８３Ｂに入射する。ここで、誘電体フィルタ８３Ｂは、第２の波長帯域の光を透過させる。よって、誘電体フィルタ８３Ｂに入射した第２の波長帯域の光は、誘電体フィルタ８３Ｂを透過して波長変換膜７２Ｂに入射する。ここで、波長変換膜７２Ｂは、第２の波長帯域の光を、第２の波長帯域よりも長波長側にある第１の波長帯域の光に変換して発光する。よって、波長変換膜７２Ｂに入射した第２の波長帯域の光は、波長変換膜７２Ｂにより、第１の波長帯域の光へと波長変換されて等方的に散乱する。

ここで、誘電体フィルタ８３Ｂは、第１の波長帯域の光を反射する。よって、波長変換膜７２Ｂで散乱した第１の波長帯域の光のうち、誘電体フィルタ８３Ｂへ向かって上方へ出射した光は、誘電体フィルタ８３Ｂで反射されて下方へ出射される。また、波長変換膜７２Ｂで散乱した第１の波長帯域の光のうち、リブ９２の側壁へ向かって出射した光は、当該側壁で反射される。その結果、波長変換膜７２Ｂで散乱した第１の波長帯域の光は、殆どが下方に配置された光電変換膜４０へと入射する。ここで、光電変換膜４０は、波長λ_ｓ（＜λ_Ｌ）を中心波長とする第２の波長帯域の光に対して光電変換感度を有さないが、第１の波長帯域を含む帯域の光を光電変換する。よって、画素３Ｂは、画素３Ｂに入射した光のうち第２の波長帯域の光を高感度に光電変換することが可能となる。

なお、画素４Ｂが画素３Ｂと異なる点は、波長変換膜７２Ｂで散乱した第１の波長帯域の光のうち、波長フィルタ８２Ｂへ向かって上方へ出射した光が一部波長フィルタ８２Ｂを透過した場合であっても誘電体フィルタ８３Ｂで反射されて下方へ出射される点である。結果的には、波長変換膜７２Ｂで散乱した第１の波長帯域の光は、殆どが下方に配置された光電変換膜４０へと入射する。ここで、光電変換膜４０は、波長λ_ｓ（＜λ_Ｌ）を中心波長とする第２の波長帯域の光に対して光電変換感度を有さないが、第１の波長帯域を含む帯域の光を光電変換する。よって、画素４Ｂは、画素４Ｂに入射した光のうち第２の波長帯域の光を高感度に光電変換することが可能となる。

上述した画素３Ａ及び３Ｂ、ならびに、画素４Ａ及び４Ｂの光センシング原理により、固体撮像素子３００Ａ及び３００Ｂは、第１の波長帯域の光と第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光とを分離して受光することが可能となる。また、画素３Ｂ及び４Ｂに配置された誘電体フィルタ８３Ｂ及び８４Ｂ、ならびに、画素間に配置されたリブ９２により、固体撮像素子１００と比較して、第１の波長帯域及び第２の波長帯域を含む光を、より高精度かつより高感度に受光できる。

なお、本実施の形態に係る固体撮像素子３００Ａ及び３００Ｂが備える誘電体フィルタ及びリブは、実施の形態２に係る固体撮像素子２００に適用することが可能である。

（実施の形態４）
本実施の形態に係る固体撮像素子４００Ａ及び４００Ｂは、実施の形態１〜３に係る固体撮像素子と比較して、より画素間のクロストークを抑制した構成を有する。以下、固体撮像素子４００Ａ及び４００Ｂについて、固体撮像素子３００Ａ及び３００Ｂと同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。

［固体撮像素子の構成］
図８Ａは、実施の形態４に係る固体撮像素子の構造の第一例を示す断面図であり、図８Ｂは、実施の形態４に係る固体撮像素子の構造の第二例を示す断面図である。

図８Ａに示すように、固体撮像素子４００Ａは、画素５Ａと画素５Ｂとを備える。画素５Ａは、シリコン基板１０（図８Ａに図示せず）と、配線層２０（図８Ａに図示せず）と、下部電極３０Ａと、光電変換膜４０と、上部電極５０と、封止膜６０と、導光路９５Ａと、透過膜７１Ａと、波長フィルタ８１Ａと、マイクロレンズ９０Ａとを備えた第１の画素である。また、画素５Ｂは、シリコン基板１０（図８Ａに図示せず）と、配線層２０（図８Ａに図示せず）と、下部電極３０Ｂと、光電変換膜４０と、上部電極５０と、封止膜６０と、導光路９５Ｂと、波長変換膜７２Ｂと、誘電体フィルタ８３Ｂと、波長フィルタ８２Ｂと、マイクロレンズ９０Ｂとを備えた第２の画素である。

導光路９５Ａは、上部電極５０と透過膜７１Ａとの間に形成され、透過膜７１Ａから出射された光を下方へ導く第１の導光路である。また、導光路９５Ｂは、上部電極５０と波長変換膜７２Ｂとの間に形成され、波長変換膜７２Ｂから出射された光を下方へ導く第２の導光路である。具体的には、導光路９５Ａ及び９５Ｂは、第１の波長帯域の光を低損失で透過させる材料で構成され、上部電極５０と波長変換膜７２Ｂ及び透過膜７１Ａとの距離を確保する部材である。

また、図８Ｂに示すように、固体撮像素子４００Ｂは、画素６Ａと画素６Ｂとを備える。画素６Ａは、画素５Ａと同じ構成である。また、画素６Ｂは、画素５Ｂと比較して、誘電体フィルタ８４Ｂの配置位置のみが異なる。

導光路９６Ａは、上部電極５０と透過膜７１Ａとの間に形成され、透過膜７１Ａから出射された光を下方へ導く第１の導光路である。また、導光路９６Ｂは、上部電極５０と波長変換膜７２Ｂとの間に形成され、波長変換膜７２Ｂから出射された光を下方へ導く第２の導光路である。具体的には、導光路９６Ａ及び９６Ｂは、第１の波長帯域の光を低損失で透過させる材料で構成され、上部電極５０と波長変換膜７２Ｂ及び透過膜７１Ａとの距離を確保する部材である。

ここで、図９を用いて、導光路９５Ａ（９６Ａ）及び９５Ｂ（９６Ｂ）の配置による効果を説明する。

図９は、実施の形態４に係る固体撮像素子が奏する効果を説明する図である。画素５Ａでは、マイクロレンズ９０Ａに入射した光は、マイクロレンズ９０Ａで集光された後、波長フィルタ８１Ａ及び透過膜７１Ａにおいて下方へ直進的に進行し光電変換膜４０の領域４０Ａで受光される。一方、画素５Ｂでは、マイクロレンズ９０Ａに入射した光は、マイクロレンズ９０Ａで集光された後、波長変換膜７２Ｂにおいて全方向へと散乱する。ここで、導光路９５Ｂが設けられていない場合、波長変換膜７２Ｂから出射した光は拡散しつつ光電変換膜４０へと到達する。この場合、光電変換膜４０が受光する領域は、隣接する画素５Ａの受光領域まで広がり領域４０Ａと重複する恐れがある。

これに対して、導光路９５Ｂが設けられている場合、波長変換膜７２Ｂから出射した光は拡散するが、導光路９５Ｂにより光電変換膜４０表面では下方への直進成分が支配的となる。これにより、画素５Ｂにおける光電変換膜４０が受光する領域４０Ｂは、画素５Ａにおける領域４０Ａと重複しない。これにより、例えば、異なる表示色の光を受光する隣接画素において、混色を抑制できるので固体撮像素子の色解像度を向上させることが可能となる。

（効果など）
以上のように、上記実施の形態に係る固体撮像素子の一態様は、画素１Ａ及び１Ｂを含む固体撮像素子１００であって、画素１Ａは、シリコン基板１０と、シリコン基板１０の上に形成された配線層２０と、配線層２０の上に形成された下部電極３０Ａと、下部電極３０Ａの上に形成され第１の波長帯域の光を光電変換する光電変換膜４０と、光電変換膜４０の上に形成された上部電極５０と、上部電極５０の上方に形成され第１の波長帯域の光を透過する透過膜７１Ａと、透過膜７１Ａの上方に形成され入射光のうち第１の波長帯域の光を選択的に透過させる波長フィルタ８１Ａとを備える。また、画素１Ｂは、シリコン基板１０と、シリコン基板１０の上に形成された配線層２０と、配線層２０の上に形成された下部電極３０Ｂと、下部電極３０Ｂの上に形成された光電変換膜４０と、光電変換膜４０の上に形成された上部電極５０と、上部電極５０の上方に形成され第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光を第１の波長帯域の光に変換して出射する波長変換膜７２Ｂと、波長変換膜７２Ｂの上方に形成され入射光のうち第２の波長帯域の光を選択的に透過させる波長フィルタ８２Ｂとを備える。

これによれば、入射光を受光する光電変換膜４０が、シリコン基板１０内、または、シリコン基板表面上に配置されておらず、シリコン基板１０と離間して配置されている。つまり、光電変換膜４０は、配線層２０を介さずに入射光を受光する。これにより、入射光が光電変換膜４０に到達するまでの光路を短縮できるので、隣接画素間での迷光を抑制できクロストークを低減できる。また、光電変換膜４０の周辺に遮光膜を配置する必要がないので、光電変換膜４０の開口を大きくとれる。よって、高精度かつ高感度なセンシングが可能となる。また、固体撮像素子１００は、第１の波長帯域の光と第２の波長帯域の光とを分離して受光することが可能となる。これにより、固体撮像素子１００は、第１の波長帯域及び第２の波長帯域を含む光を高精度かつ高感度に受光できる。例えば、第１の波長帯域が赤色波長帯域（６００〜８００ｎｍ）であり、第２の波長帯域が青色波長帯域（３８０〜５００ｎｍ）である場合、固体撮像素子１００は多色センシングが可能となる。

ここで、透過膜と波長変換膜とは、同一材料で一体的に形成されていてもよい。

これにより、例えば透過膜の形成工程を省略できるので、製造工程の簡素化を図ることができる。また、波長変換膜が第１の画素及び第２の画素に共通に設けられているので、光学特性が画素毎にばらつきにくい。

画素５Ａ及び６Ａは導光路９５Ａ及び９６Ａを、画素５Ｂ及び６Ｂは導光路９５Ｂ及び９６Ｂを備えてもよい。ここで導光路９５Ａ及び９６Ａは上部電極５０と透過膜７１Ａとの間に形成され、透過膜７１Ａから出射された光を下方へ導く。導光路９５Ｂ及び９６Ｂは上部電極５０と波長変換膜７２Ｂとの間に形成され波長変換膜７２Ｂから出射された光を下方へ導く。

これにより、波長変換膜７２Ｂから出射した光は拡散するが、導光路９５Ｂ及び９６Ｂにより、光電変換膜４０表面では下方への直進成分が支配的となる。このため、画素５Ｂ及び６Ｂにおける光電変換膜４０が受光する領域４０Ｂは、画素５Ａ及び６Ａが受光する領域４０Ａと重複しない。よって、例えば、異なる表示色の光を受光する隣接画素において、混色を抑制できるので、固体撮像素子の色解像度を向上させることが可能となる。

また、上部電極、透過膜及び波長変換膜は、同一材料で一体的に形成されていてもよい。

これにより、波長変換膜７３が上部電極を兼ねていることになり、入射光が光電変換膜４０に到達するまでの光路を短縮できるので、隣接画素間での迷光を抑制できクロストークを低減できる。また、光電変換膜４０の周辺に遮光膜を配置する必要がないので、光電変換膜４０の開口を大きくとれる。よって、高精度かつ高感度なセンシングが可能となる。さらに、固体撮像素子１００と比較して、上部電極５０及び透過膜７１Ａの形成工程を省略できるので、製造工程の簡素化を図ることができる。また、波長変換膜７３が画素２Ａ及び画素２Ｂに共通に設けられているので、光学特性が画素毎にばらつきにくい。

ここで、さらに、画素３Ａと画素３Ｂとの間には、リブ９２が設けられていてもよい。

これにより、隣接画素間でのクロストークを低減できる。また、従来の固体撮像素子のように隣接画素間に遮光膜が配置された構成と比較して、リブ９２の配置によれば隣接画素間を省スペース化できる。よって、各画素における受光面積（光電変換膜４０の形成面積）を大きく確保できるので、光の取り込み角度を大きく確保できる。

ここで、画素３Ｂは、波長フィルタ８２Ｂと波長変換膜７２Ｂとの間に配置され第１の波長帯域の光を反射し第２の波長帯域の光を透過させる誘電体フィルタ８３Ｂを備えてもよい。また、画素４Ｂは、波長フィルタ８２Ｂの上に配置され第１の波長帯域の光を反射し第２の波長帯域の光を透過させる誘電体フィルタ８４Ｂを備えてもよい。

これにより、第１の波長帯域の光と第２の波長帯域の光とを分離して受光することが可能となる。また、画素１Ａ及び１Ｂと比較して、第１の波長帯域及び第２の波長帯域を含む光を、より高精度かつより高感度に受光できる。

（その他の実施の形態）
以上、本開示の固体撮像素子について、実施の形態１〜４に基づいて説明してきたが、本開示に係る固体撮像素子は、実施の形態１〜４に限定されるものではない。実施の形態１〜４における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態１〜４に対して本開示の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本開示に係る固体撮像素子を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。

例えば、実施の形態３に係る固体撮像素子３００Ａ及び３００Ｂが備える誘電体フィルタ及びリブ９２は、実施の形態２に係る固体撮像素子２００に適用することが可能である。

すなわち、画素２Ｂは、シリコン基板１０と、シリコン基板１０の上に形成された配線層２０と、配線層２０の上に形成された下部電極３０Ｂと、下部電極３０Ｂの上に形成された光電変換膜４０と、光電変換膜４０の上に形成された波長変換膜７３と、波長変換膜７３の上に形成された誘電体フィルタ８３Ｂと、誘電体フィルタ８３Ｂの上に形成され入射光のうち第２の波長帯域の光を選択的に透過させる波長フィルタ８２Ｂとを備えてもよい。また、画素２Ｂは、シリコン基板１０と、シリコン基板１０の上に形成された配線層２０と、配線層２０の上に形成された下部電極３０Ｂと、下部電極３０Ｂの上に形成された光電変換膜４０と、光電変換膜４０の上に形成された波長変換膜７３と、波長変換膜７３の上に形成され入射光のうち第２の波長帯域の光を選択的に透過させる波長フィルタ８２Ｂと、波長フィルタ８２Ｂの上に形成された誘電体フィルタ８４Ｂとを備えてもよい。

また、固体撮像素子２００は、画素２Ａと画素２Ｂとの間に配置され、第１の波長帯域の光及び第２の波長帯域の光を反射するリブ９２を備えてもよい。

これらにより、第１の波長帯域の光と第２の波長帯域の光とを分離して受光することが可能となる。また、画素１Ａ及び１Ｂと比較して、第１の波長帯域及び第２の波長帯域を含む光を、より高精度かつより高感度に受光できる。また、隣接画素間でのクロストークを低減できる。また、従来の固体撮像素子のように隣接画素間に遮光膜が配置された構成と比較して、リブの配置によれば隣接画素間を省スペース化できる。よって、各画素における受光面積（光電変換膜４０の形成面積）を大きく確保できるので、光の取り込み角度を大きく確保できる。

なお、上記実施の形態１〜４では、各構成要素がシリコン基板１０を起点として順次積層された構成を説明したがこれに限られない。例えば、光電変換膜４０、透過膜７１Ａならびに波長変換膜７２Ｂ、７３及び７４は、膜形状ではなく、所定位置に配置される前にすでに成型されているシート状の素子またはバルク形状などであってもよい。

本発明は、特にデジタルスチルカメラやビデオカメラに有用であり、高精細かつ高画質のカラー画像や滑らかな動画像が必要な固体撮像装置及びカメラに用いるのに最適である。

１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ 画素
１０ シリコン基板
２０ 配線層
３０Ａ、３０Ｂ 下部電極
４０ 光電変換膜
４０Ａ、４０Ｂ 領域
６０ 封止膜
７１Ａ 透過膜
７２Ｂ、７３、７４ 波長変換膜
８１Ａ、８２Ｂ 波長フィルタ
８３Ｂ、８４Ｂ 誘電体フィルタ
９０Ａ、９０Ｂ マイクロレンズ
９２ リブ
９５Ａ、９５Ｂ、９６Ａ、９６Ｂ 導光路
１００、２００、２５０、３００Ａ、３００Ｂ、４００Ａ、４００Ｂ 固体撮像素子

Claims (6)

1. 複数の画素が配置された固体撮像素子であって、
   前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを含み、
   前記第１の画素は、
   基板と、
   前記基板の上に形成された配線層と、
   前記配線層の上に形成された第１の下部電極と、
   前記第１の下部電極の上に形成され、第１の波長帯域の光を光電変換する光電変換部と、
   前記光電変換部の上に形成された第１の上部電極と、
   前記第１の上部電極の上方に形成され、前記第１の波長帯域の光を透過する透過部と、
   前記透過部の上方に形成され、入射光のうち前記第１の波長帯域の光を選択的に透過させる第１の波長フィルタとを備え、
   前記第２の画素は、
   前記基板と、
   前記基板の上に形成された前記配線層と、
   前記配線層の上に形成された第２の下部電極と、
   前記第２の下部電極の上に形成された前記光電変換部と、
   前記光電変換部の上に形成された前記第２の上部電極と、
   前記第２の上部電極の上方に形成され、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域の光を第１の波長帯域の光に変換して出射する波長変換部と、
   前記波長変換部の上方に形成され、前記入射光のうち前記第２の波長帯域の光を選択的に透過させる第２の波長フィルタとを備える、
   固体撮像素子。
2. 前記透過部と前記波長変換部とは、同一材料で一体的に形成されている、
   請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記第１の画素は、さらに、
   前記上部電極と前記透過部との間に形成され、前記透過部から出射された光を下方へ導く第１の導光路を備え、
   前記第２の画素は、さらに、
   前記上部電極と前記波長変換部との間に形成され、前記波長変換部から出射された光を下方へ導く第２の導光路を備える、
   請求項１または２に記載の固体撮像素子。
4. 前記第１の上部電極、前記第２の上部電極、前記透過部及び前記波長変換部は、同一材料で一体的に形成されている、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
5. 前記第１の画素と前記第２の画素との間には、隔壁部材が設けられている、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
6. 前記第２の画素は、さらに、
   前記第２の波長フィルタと前記波長変換部との間、または、前記第２の波長フィルタの上に配置され、前記第１の波長帯域の光を反射し前記第２の波長帯域の光を透過させる誘電体フィルタを備える、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像素子。

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