JP2021015869A - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】裏面照射型の光電変換素子の反射光を低減する。【解決手段】光電変換素子は、オンチップレンズ、基板、表面側反射膜および裏面側反射膜を具備する。オンチップレンズは、入射光を集光する。基板は、集光された入射光の光電変換を行う光電変換部が配置されて裏面側に集光された入射光が照射される。表面側反射膜は、基板の裏面側とは異なる側である表面側に配置されて光電変換部を透過した入射光である透過光を反射する。裏面側反射膜は、基板の裏面側に配置されて集光された入射光の集光サイズと略同じ大きさの開口部を備えて反射された透過光をさらに反射する。【選択図】図２

Description

本開示は、撮像素子および撮像装置に関する。詳しくは、半導体基板の裏面から入射光が照射される撮像素子および当該撮像素子を使用する撮像装置に関する。
従来、入射光を光電変換するフォトダイオード等の光電変換部が形成された半導体基板の裏面側に入射光が照射される撮像素子が使用されている。半導体基板の表面に形成される配線領域を介することなく入射光が光電変換部に照射されるため、感度を向上させることができる。
このような撮像素子として、例えば、シリコン基板に中間層およびシリコン層が順に積層されて構成されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板のシリコン層にフォトダイオード等が形成される撮像素子が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。この撮像素子においては、フォトダイオード等の受光センサ部が形成されたシリコン層の表面に配線部（配線領域）が配置される。この配線領域に支持基板が接着された後に、シリコン基板および中間層が除去される。シリコン層には、１０μｍ以下の厚さの薄膜シリコンを使用することができる。研削等による半導体基板の薄肉化の工程が不要であるため、厚さが安定したシリコン層を歩留まりよく製造することができる。
特開２００７−３３５９０５号公報
上述の従来技術では、撮像素子からの反射光が多いという問題がある。フォトダイオード等が形成される半導体基板として薄膜のシリコン層を使用するため、入射光のうち半導体基板にて吸収されなかった入射光が配線領域に到達して反射され、多くの反射光を生じる。この反射光が再度撮像素子に入射するとフレア等を生じて画質が低下するという問題がある。
本開示は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、裏面照射型の撮像素子の反射光を低減することを目的としている。
本開示は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の態様は、入射光を集光するオンチップレンズと、上記集光された入射光の光電変換を行う光電変換部が配置されて裏面側に上記集光された入射光が照射される基板と、上記基板の裏面側とは異なる側である表面側に配置されて上記光電変換部を透過した上記入射光である透過光を反射する表面側反射膜と、上記基板の裏面側に配置されて上記集光された入射光の集光サイズと略同じ大きさの開口部を備えて上記反射された透過光をさらに反射する裏面側反射膜とを具備する光電変換素子である。
また、この第１の態様において、上記裏面側反射膜は、上記開口部の上記オンチップレンズ側の開口面積と上記基板側の開口面積とが異なってもよい。
また、この第１の態様において、上記裏面側反射膜は、テーパ形状に構成された上記開口部を備えてもよい。
また、この第１の態様において、上記基板の裏面に形成されて上記集光された入射光を散乱させる基板裏面散乱部をさらに具備してもよい。
また、この第１の態様において、上記基板裏面散乱部は、上記裏面側反射膜の上記開口部の近傍に形成される凹凸部により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記開口部における上記裏面側反射膜の端部の近傍における上記基板の裏面に形成されて上記反射された透過光を反射する基板反射部をさらに具備してもよい。
また、この第１の態様において、上記基板反射部は、上記基板の裏面に形成された溝により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記基板反射部は、上記基板の裏面に形成された溝に金属が埋め込まれて構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記基板の表面側近傍に配置されて上記反射された透過光を散乱する基板表面側散乱部をさらに具備してもよい。
また、この第１の態様において、上記基板表面側散乱部は、上記表面側反射膜に配置されてもよい。
また、この第１の態様において、上記基板表面側散乱部は、上記表面側反射膜に形成された凹凸部により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記基板表面側散乱部は、上記基板の表面に配置されてもよい。
また、この第１の態様において、上記基板表面側散乱部は、上記基板の表面に形成された凹凸部により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記表面側反射膜は、上記光電変換部の信号を伝達する配線と同時に形成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記表面側反射膜は、上記光電変換部に信号を印加する電極により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記表面側反射膜は、上記透過光の反射を調整する反射調整部を備えてもよい。
また、この第１の態様において、上記反射調整部は、上記表面側反射膜に配置された開口部により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記反射調整部は、上記表面側反射膜に配置された薄膜部により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記オンチップレンズ、上記基板、上記表面側反射膜および上記裏面側反射膜により構成される複数の画素を備えてもよい。
また、この第１の態様において、上記画素は、上記入射光のうちの所定の波長の入射光を透過させるカラーフィルタをさらに備えてもよい。
また、この第１の態様において、上記カラーフィルタは、長波長の上記入射光を透過させてもよい。
また、この第１の態様において、上記裏面側反射膜は、上記画素への上記入射光の入射角度に応じて上記開口部の位置が偏移して配置されてもよい。
また、この第１の態様において、上記裏面側反射膜は、上記画素への上記入射光の入射角度に応じて上記開口部が展延された形状に構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記オンチップレンズおよび上記裏面側反射膜の間に配置されて上記反射された透過光を吸収する吸収膜をさらに具備してもよい。
また、この第１の態様において、上記基板は、半導体基板により構成され、上記光電変換部は、半導体素子により構成されてもよい。
また、この第１の態様において、上記光電変換部は、有機光電変換膜により構成されてもよい。
また、本開示の第２の態様は、入射光を集光するオンチップレンズと、上記集光された入射光の光電変換を行う光電変換部が配置されて裏面側に上記集光された入射光が照射される基板と、上記基板の裏面側とは異なる側である表面側に配置されて上記光電変換部を透過した上記入射光である透過光を反射する表面側反射膜と、上記基板の裏面側に配置されて上記集光された入射光の集光サイズと略同じ大きさの開口部を備えて上記反射された透過光をさらに反射する裏面側反射膜と、上記光電変換部により生成される信号を処理する処理回路とを具備する光電変換装置である。
以上説明した態様を採ることにより、集光される入射光を透過させながら半導体基板を透過した入射光が半導体基板側に反射されるという作用をもたらす。
本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る入射光の反射の一例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。 本開示の第２の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第３の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第４の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第４の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。 本開示の第４の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。 本開示の第５の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第５の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。 本開示の第６の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第７の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第７の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第７の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。 本開示の第７の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。 本開示の第８の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第８の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。 本開示の第９の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第１０の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第１１の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第１２の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。 本開示の第１２の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。 本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。
次に、図面を参照して、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）を説明する。以下の図面において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。また、以下の順序で実施の形態の説明を行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．第４の実施の形態
５．第５の実施の形態
６．第６の実施の形態
７．第７の実施の形態
８．第８の実施の形態
９．第９の実施の形態
１０．第１０の実施の形態
１１．第１１の実施の形態
１２．第１２の実施の形態
１３．カメラへの応用例
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像素子の構成］
図１は、本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。同図の撮像素子１は、画素アレイ部１０と、垂直駆動部２０と、カラム信号処理部３０と、制御部４０とを備える。
画素アレイ部１０は、画素１００が２次元格子状に配置されて構成されたものである。ここで、画素１００は、照射された光に応じた画像信号を生成するものである。この画素１００は、照射された光に応じた電荷を生成する光電変換部を有する。また画素１００は、画素回路をさらに有する。この画素回路は、光電変換部により生成された電荷に基づく画像信号を生成する。画像信号の生成は、後述する垂直駆動部２０により生成された制御信号により制御される。画素アレイ部１０には、信号線１１および１２がＸＹマトリクス状に配置される。信号線１１は、画素１００における画素回路の制御信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の行毎に配置され、各行に配置される画素１００に対して共通に配線される。信号線１２は、画素１００の画素回路により生成された画像信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の列毎に配置され、各列に配置される画素１００に対して共通に配線される。これら光電変換部および画素回路は、半導体基板に形成される。
垂直駆動部２０は、画素１００の画素回路の制御信号を生成するものである。この垂直駆動部２０は、生成した制御信号を同図の信号線１１を介して画素１００に伝達する。カラム信号処理部３０は、画素１００により生成された画像信号を処理するものである。このカラム信号処理部３０は、同図の信号線１２を介して画素１００から伝達された画像信号の処理を行う。カラム信号処理部３０における処理には、例えば、画素１００において生成されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するアナログデジタル変換が該当する。カラム信号処理部３０により処理された画像信号は、撮像素子１の画像信号として出力される。制御部４０は、撮像素子１の全体を制御するものである。この制御部４０は、垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０を制御する制御信号を生成して出力することにより、撮像素子１の制御を行う。制御部４０により生成された制御信号は、信号線４１および４２により垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０に対してそれぞれ伝達される。
なお、同図の撮像素子１は、特許請求の範囲に記載の撮像装置の一例である。同図の画素アレイ部１０は、特許請求の範囲に記載の撮像素子の一例である。同図のカラム信号処理部３０は、特許請求の範囲に記載の処理回路の一例である。
［画素の構成］
図２は、本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、画素１００の構成例を表す断面図である。同図の画素１００は、半導体基板１０１と、配線領域１１０と、表面側反射膜１２０と、裏面側反射膜１４０と、保護膜１６０と、オンチップレンズ１８０とを備える。
半導体基板１０１は、前述の光電変換部や画素回路を構成する素子の半導体領域（拡散領域）が形成される半導体の基板である。この半導体基板１０１は、シリコン（Ｓｉ）により構成することができる。光電変換部等の半導体素子は、半導体基板１０１に形成されたウェル領域に配置される。便宜上、同図の半導体基板１０１は、ｐ型のウェル領域を構成するものと想定する。このｐ型のウェル領域にｎ型の半導体領域を形成することにより、素子の拡散領域を形成することができる。同図の半導体基板１０１には、素子の例として光電変換部を構成するｎ型の半導体領域１０２を記載した。このｎ型の半導体領域１０２と周囲のｐ型のウェル領域との界面のｐｎ接合によるフォトダイオードが光電変換部に該当する。このｎ型の半導体領域１０２に入射光が照射されると光電変換を生じる。この光電変換により生成された電荷がｎ型の半導体領域１０２に蓄積される。この蓄積された電荷に基づいて不図示の画素回路により画像信号が生成される。
なお、半導体基板１０１は、特許請求の範囲に記載の基板の一例である。撮像素子１は、特許請求の範囲に記載の光電変換素子の一例である。
なお、同図の半導体基板１０１における画素１００の境界には、分離領域１３０を配置することができる。この分離領域１３０は、画素１００を光学的に分離するものである。具体的には、分離領域１３０として入射光を反射する膜を画素１００の間に配置することにより、隣接する画素１００への入射光の漏洩を防止する。これにより、画素１００の間のクロストークを防ぐことができる。分離領域１３０は、例えば、タングステン（Ｗ）等の金属により構成することができる。なお、分離領域１３０と半導体基板１０１との間には、固定電荷膜および絶縁膜を配置することができる。固定電荷膜は、半導体基板１０１の界面に配置されて半導体基板１０１の表面準位をピニングする膜である。また、絶縁膜は、固定電荷膜および分離領域１３０の間に配置されて分離領域１３０を絶縁する膜である。このような分離領域１３０は、半導体基板１０１に形成された溝の表面に固定電荷膜および絶縁膜を形成し、Ｗ等の金属を埋め込むことにより形成することができる。このような絶縁膜を備える分離領域１３０を配置することにより、画素１００を電気的に分離することもできる。
配線領域１１０は、半導体基板１０１の表面に隣接して配置され、信号を伝達する配線が形成される領域である。同図の配線領域１１０は、配線層１１２および絶縁層１１１を備える。配線層１１２は、半導体基板１０１の素子に信号を伝達する導体である。この配線層１１２は、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ）等の金属により構成することができる。絶縁層１１１は、配線層１１２を絶縁するものである。この絶縁層１１１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）により構成することができる。なお、配線層１１２および絶縁層１１１は、多層に構成することができる。同図は、２層に構成された配線の例を表したものである。異なる層に配置された配線層１１２同士は不図示のビアプラグにより接続することができる。
なお、同図の撮像素子１は、半導体基板１０１の裏面側から光電変換部に入射光が照射される裏面照射型の撮像素子に該当する。後述するオンチップレンズ１８０および裏面側反射膜１４０を介して半導体基板１０１に入射する被写体からの入射光は、半導体基板１０１に吸収されて光電変換される。しかし、半導体基板１０１に吸収されなかった入射光は、半導体基板１０１を透過して透過光となり、配線領域１１０に入射する。
表面側反射膜１２０は、半導体基板１０１の表面側に配置されて透過光を反射するものである。同図の表面側反射膜１２０は、配線領域１１０に配置され、絶縁層１１１を介して半導体基板１０１に隣接して配置される。この表面側反射膜１２０は、画素１００の半導体基板１０１の表面側を覆う形状に構成される。表面側反射膜１２０を配置することにより、半導体基板１０１を透過した透過光を半導体基板１０１側に反射することができる。これにより、光電変換に寄与する入射光を増加させることができる。画素１００の変換効率の向上が可能となる。この表面側反射膜１２０は、ＷやＣｕ等の金属により構成することができる。また、配線層１１２により表面側反射膜１２０を構成することもできる。この場合には、表面側反射膜１２０を配線層１１２と同時に形成することができる。
裏面側反射膜１４０は、半導体基板１０１の裏面側に配置されて被写体からの入射光を透過させるとともに反射光をさらに反射するものである。同図の裏面側反射膜１４０は、後述する保護膜１６０を介して半導体基板１０１に隣接して配置される。この裏面側反射膜１４０は、中央部に開口部１４９を備え、この開口部１４９を介して後述するオンチップレンズ１８０により集光された入射光を透過させる。また、裏面側反射膜１４０は、上述の反射光を再度反射して半導体基板１０１に入射させ、画素１００の外部への反射光の漏洩を軽減する。この裏面側反射膜１４０は、表面側反射膜１２０や分離領域１３０と同様にＷやＣｕ等の金属により構成することができる。
また、裏面側反射膜１４０は、分離領域１３０と同時に形成することができる。具体的には、半導体基板１０１に形成された溝に分離領域１３０の材料となる金属を埋め込む際に、半導体基板１０１の裏面にも材料膜を形成する。この形成された材料膜に開口部１４９を形成することにより、裏面側反射膜１４０を製造することができる。開口部１４９は、オンチップレンズ１８０による入射光の集光サイズと略同じ大きさに構成することができる。
保護膜１６０は、半導体基板１０１の裏面側を絶縁するとともに保護する膜である。同図の保護膜１６０は、裏面側反射膜１４０を覆う形状に構成され、裏面側反射膜１４０が配置された半導体基板１０１の裏面側の平坦化をさらに行う。この保護膜１６０は、例えば、ＳｉＯ２により構成することができる。なお、保護膜１６０のうち、半導体基板１０１の表面に隣接する部分には、前述の固定電荷膜を配置することができる。固定電荷膜には、例えば、ハフニウム、アルミニウムおよびタンタル等の金属の酸化物を使用することができる。
オンチップレンズ１８０は、画素１００毎に配置されて半導体基板１０１の光電変換部に被写体からの入射光を集光するレンズである。このオンチップレンズ１８０は、凸レンズ形状に構成され、入射光を集光する。同図のオンチップレンズ１８０は、上述の裏面側反射膜１４０の開口部１４９を介して入射光を光電変換部に集光する。同図の矢印は、オンチップレンズ１８０による集光の様子を表したものである。オンチップレンズ１８０は、例えば、樹脂等の有機材料や窒化シリコン（ＳｉＮ）等の無機材料により構成することができる。
同図に表したように、入射光はオンチップレンズ１８０により集光され、半導体基板１０１の領域に焦点が形成される。オンチップレンズ１８０に入射した光は、オンチップレンズ１８０から半導体基板１０１に至る間に徐々に絞られ、水平方向の入射光の照射範囲である集光サイズが狭くなる。裏面側反射膜１４０の開口部１４９を入射光の集光サイズに略等しい大きさに構成することにより、オンチップレンズ１８０により集光された入射光の裏面側反射膜１４０による遮蔽（ケラレ）を防ぐことができる。開口部１４９が縮小されるため、開口部１４９からの反射光の漏洩を低減することができる。
［画素の構成］
図３は、本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、画素アレイ部１０に配置される画素１００の構成例を表す上面図であり、オンチップレンズ１８０および裏面側反射膜１４０の配置を表す図である。同図において、１点鎖線は、オンチップレンズ１８０の底面の形状を表す。
同図におけるＡは、円形状の底面に構成されるオンチップレンズ１８０が配置される画素１００の例を表した図である。同図におけるＡの実線の円は、裏面側反射膜１４０の開口部１４９を表す。
同図におけるＢは、矩形形状の底面に構成されるオンチップレンズ１８０が配置される画素１００の例を表した図である。同図におけるＢにおいて、裏面側反射膜１４０の開口部１４９は、矩形形状に構成することができる。
このように、裏面側反射膜１４０の開口部１４９は、オンチップレンズ１８０の底面の形状に応じて変更することができる。
［画素の他の構成］
図４は、本開示の第１の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す図である。同図は、画素アレイ部１０に配置される画素１００の他の構成例を表す上面図である。同図の画素１００は、紙面の横方向に隣接する画素１００同士において紙面の縦方向に画素１００の半分の大きさだけずれて配置される例を表した図である。
同図におけるＡは、矩形形状の画素１００の例を表した図である。同図におけるＡのオンチップレンズ１８０は、端部が紙面の横方向に隣接する画素１００の領域に掛かる形状に構成される。これにより、画素１００の隅におけるオンチップレンズ１８０が配置されない領域を縮小することができる。オンチップレンズ１８０により集光される入射光を増加させることができる。
同図におけるＢは、六角形状の画素１００の例を表した図である。画素１００を六角形の形状に構成して配列することにより、画素１００の隅におけるオンチップレンズ１８０が配置されない領域を縮小することができる。円形状のオンチップレンズ１８０を配置しながら画素１００のサイズを縮小することが可能となる。なお、開口部１４９を六角形状に構成することもできる。
［入射光の反射］
図５は、本開示の第１の実施の形態に係る入射光の反射の一例を示す図である。同図は、簡略化した画素１００を表した図であり、画素１００における入射光や反射光の軌跡を表した図である。同図の実線の矢印は入射光を表し、点線および破線の矢印は反射光を表す。また、同図の入射光３０１は、半導体基板１０１を透過した後に表面側反射膜１２０および裏面側反射膜１４０により繰り返し反射される例を表したものである。反射光は、反射を繰り返すうちに光電変換を生じて徐々に減衰し、画素１００の外部に漏洩することなく吸収される。入射光を半導体基板１０１の内部に閉じ込めることが可能となり、感度を向上させることができる。また、裏面側反射膜１４０の開口部１４９を狭くすることにより、表面側反射膜１２０からの反射光の開口部１４９の通過を低減することができる。画素１００の外部への反射光の漏洩を低減することができる。反射光が画素１００の外部に漏洩した後、近傍の画素１００に再度入射するとフレア等のノイズの原因となる。開口部１４９を狭くすることにより、ノイズを低減して画質の低下を防止することができる。
［画素の他の構成］
図６は、本開示の第１の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。同図は、簡略化した画素１００の他の構成例を表す断面図である。
同図におけるＡは、裏面側反射膜１４１をさらに備える場合の例を表した図である。この裏面側反射膜１４１は、裏面側反射膜１４０とは異なる材料の金属により構成され、裏面側反射膜１４０に積層して配置することができる。例えば、裏面側反射膜１４１をＷにより構成し、半導体基板１０１に隣接する側の裏面側反射膜１４０をチタン（Ｔｉ）により構成する。Ｔｉにより構成された裏面側反射膜１４０をＷにより構成された裏面側反射膜１４１の下地金属として使用することができ、裏面反射膜の密着強度を向上させることができる。
同図におけるＢは、開口部１４９に樹脂を配置する場合の例を表した図である。この樹脂には、オンチップレンズ１８０を構成する樹脂を使用することができる。同図におけるＢにおいては、保護膜１６０は、開口部１４９における裏面側反射膜１４０の表面を覆う形状に構成される。
以上説明したように、本開示の第１の実施の形態の撮像素子１は、画素１００の半導体基板に開口部１４９を備える裏面側反射膜１４０および表面側反射膜１２０を配置して開口部１４９を介して入射される入射光に基づく透過光を交互に反射する。これにより、入射光を画素１００の半導体基板１０１内部に閉じ込めることができ、撮像素子１からの反射光を低減することができる。
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、円筒形状の開口部１４９を備える裏面側反射膜１４０が配置されていた。これに対し、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、オンチップレンズ１８０の集光に応じた形状の開口部を備える裏面側反射膜が配置される点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図７は、本開示の第２の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、画素１００の構成を簡略化した図であり、図２と同様に画素１００の構成例を表す断面図である。裏面側反射膜１４０の代わりに裏面側反射膜１４２を備える点で、図２において説明した画素１００と異なる。
同図の裏面側反射膜１４２は、オンチップレンズ１８０側の開口面積と半導体基板１０１側の開口面積とが異なる開口部を備える。同図におけるＡは、テーパ形状の開口部１４８を備える裏面側反射膜１４２が配置される例を表した図である。この開口部１４８は、オンチップレンズ１８０に近接する側より半導体基板１０１に近接する側の開口面積を小さくしたものである。このようにオンチップレンズ１８０に近接する面の開口面積を広くし、対向する面の開口面積を狭くすることにより、オンチップレンズ１８０による集光サイズの縮小に応じた開口部の形状にすることができる。開口部１４８の半導体基板１０１に近接する側の開口径は、入射光の波長と同程度の大きさに形成することが可能となる。半導体基板１０１に近接する側の開口面積が縮小されるため、入射光のケラレを防ぎながら、より多くの透過光を反射することができる。
同図におけるＢは、逆テーパ形状の開口部１４７を備える裏面側反射膜１４２が配置される例を表した図である。この開口部１４７は、半導体基板１０１に近接する側よりオンチップレンズ１８０に近接する側の開口面積を小さくしたものである。同図におけるＢのオンチップレンズ１８０は、オンチップレンズ１８０に近接する側の開口部１４７の近傍に焦点を形成する形状に構成する。これにより、開口部１４７は、焦点位置に集光された入射光が拡散する際の軌跡に略等しい形状になる。このように、同図におけるＢの画素１００においては、半導体基板１０１に近接する面の開口面積を広くし、対向する面の開口面積を狭くする。開口部１４７のオンチップレンズ１８０に近接する側の開口径は、入射光の波長と同程度の大きさに形成することが可能となる。同図におけるＡと同様に、入射光のケラレを防ぎながら、より多くの透過光を反射することができる。
このように、同図の画素１００には、オンチップレンズ１８０側の開口面積と半導体基板１０１側の開口面積とが異なる開口部１４８および１４７の何れかを備える裏面側反射膜１４２が配置される。これらの開口部をオンチップレンズ１８０により集光される入射光の軌跡に応じた形状に構成することにより、裏面側反射膜を厚く構成した場合であっても、入射光のケラレを防ぐことができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、オンチップレンズ１８０側の開口面積と半導体基板１０１側の開口面積とが異なる裏面側反射膜が配置される。これにより、入射光のケラレを防ぎながら、開口面積を縮小することができる。反射光の漏洩をさらに低減することができる。
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、反射光の一部が裏面側反射膜１４０の開口部１４９から漏洩していた。これに対し、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、開口部１４９から漏洩する反射光を散乱させる点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図８は、本開示の第３の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図２と同様に画素１００の構成例を表す断面図である。半導体基板１０１に基板裏面散乱部１０９が配置される点で、図２において説明した画素１００と異なる。
基板裏面散乱部１０９は、半導体基板１０１の裏面に形成されて入射光や反射光を散乱するものである。この基板裏面散乱部１０９は、半導体基板１０１の裏面に形成された凹凸により構成することができる。同図の基板裏面散乱部１０９は、裏面側反射膜１４０の開口部１４９の近傍に配置される。開口部１４９を通って画素１００の外部に漏洩する反射光は、基板裏面散乱部１０９により散乱されるため、広い範囲に分散して照射される。このため、フレア等を目立たなくすることができる。基板裏面散乱部１０９は、例えば、半導体基板１０１の裏面を部分的にエッチングすることにより形成することができる。例えば、半導体基板１０１の裏面に対して異方性のエッチングを行って同図に表したＶ字の凹部を複数形成することにより、基板裏面散乱部１０９を形成することができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１０１の裏面側に基板裏面散乱部１０９を配置することにより、画素１００の外部に漏洩する反射光を散乱させる。これにより、画質を向上させることができる。
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第３の実施の形態の撮像素子１は、裏面側反射膜１４０の開口部１４９の近傍に基板裏面散乱部１０９を備えて漏洩する反射光を散乱していた。これに対し、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、開口部１４９の近傍の半導体基板１０１に反射光を反射させる基板反射部を備える点で、上述の第３の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図９は、本開示の第４の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図８と同様に、画素１００の構成例を表す断面図である。開口部１４９の近傍の半導体基板１０１の裏面側に基板反射部をさらに備える点で、図８において説明した画素１００と異なる。
同図におけるＡは、半導体基板１０１の裏面に形成された溝形状の基板反射部１０８を備える場合の例を表した図である。この基板反射部１０８は、開口部１４９における裏面側反射膜１４０の端部の近傍に形成される。基板反射部１０８は、半導体基板１０１の裏面を開口部１４９の輪郭に沿ってエッチングすることにより溝を形成し、保護膜１６０等の半導体基板１０１とは屈折率が異なる部材を配置することにより構成することができる。基板反射部１０８における保護膜１６０との界面において反射光が再度反射される。これにより、開口部１４９に到達する反射光が減少する。開口部１４９から漏洩する反射光を削減することができる。
同図におけるＢは、金属の部材が配置される基板反射部１０７の例を表した図である。この基板反射部１０７は、上述の基板反射部１０８と同様に半導体基板１０１に溝を形成し、この溝に金属を埋め込むことにより構成することができる。同図の裏面側反射膜１４３は、裏面側反射膜を構成する金属が上述の溝の部分に展延されて構成される裏面側反射膜である。開口部１４９の近傍の半導体基板１０１に埋め込まれた金属である基板反射部１０７により、反射光が再度反射される。
［画素の他の構成］
図１０および１１は、本開示の第４の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。図１０におけるＡは、基板反射部１０６を備える場合の例を表した図である。この基板反射部１０６は、基板裏面散乱部１０９と同様のＶ字の凹部により構成され、基板裏面散乱部１０９より深くエッチングされて形成されたものである。図１０におけるＢは、基板反射部１０５を備える場合の例を表した図である。この基板反射部１０５は、上述の基板反射部１０６と同様のＶ字の凹部に金属を埋め込むことにより構成することができる。図１０におけるＢの裏面側反射膜１４３は、裏面側反射膜を構成する金属が上述のＶ字の凹部に展延されて構成される。
図１１におけるＡは、複数の基板反射部１０７を備える場合の例を表した図である。図１１におけるＡの半導体基板１０１は、裏面に開口部１４９を囲う同心円状の溝が形成される。図１１におけるＡの裏面側反射膜１４４は、これらの溝に自身を構成する金属が展延されて構成されたものである。
図１１におけるＢは、テーパ形状に構成された溝形状の基板反射部１０４を備える場合の例を表した図である。図１１におけるＢの裏面側反射膜１４５は、半導体基板１０１の裏面のテーパ形状の溝に自身を構成する金属が展延されて構成されたものである。この裏面側反射膜１４５の開口部１４６においてもテーパ形状に構成される。入射光が半導体基板１０１内部を進行する際、半導体基板１０１の比誘電率に応じて伝播速度が低下し、波長が短くなる。そこで、テーパ形状の基板反射部１０４を配置することにより、基板反射部１０４による入射光のケラレを防ぎながら開口部１４６の半導体基板１０１側の開口径をさらに縮小することができる。反射光の漏洩をさらに低減することができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第３の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、基板反射部１０４乃至１０８を配置することにより、裏面側反射膜１４０の開口部１４９に向かう反射光を再度反射する。これにより、開口部１４９から漏洩する反射光をさらに低減することができる。
＜５．第５の実施の形態＞
上述の第３の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１０１の裏面側に基板裏面散乱部１０９を配置していた。これに対し、本開示の第５の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１０１の表面側に散乱部を配置する点で、上述の第３の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図１２は、本開示の第５の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図２と同様に、画素１００の構成例を表す断面図である。半導体基板１０１の表面側に基板表面側散乱部１２１が配置される点で、図２において説明した画素１００と異なる。
基板表面側散乱部１２１は、半導体基板１０１を透過した入射光を反射するとともに散乱するものである。同図の基板表面側散乱部１２１は、凹凸が形成された表面側反射膜により構成することができる。具体的には、配線領域１１０に配置された配線層１１２に凹凸を形成することにより、基板表面側散乱部１２１を構成することができる。基板表面側散乱部１２１を配置することにより、半導体基板１０１を透過した入射光が反射されるとともに散乱されて半導体基板１０１に再度入射する。これにより、裏面側反射膜１４０の開口部１４９から画素１００の外部に照射される反射光を散乱させることができ、フレア等を目立たなくすることができる。
［画素の他の構成］
図１３は、本開示の第５の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。同図におけるＡは、基板表面側散乱部１２１の端部に壁部１２２がさらに配置される例を表した図である。この壁部１２２は、分離領域１３０により分離された半導体基板１０１を囲繞する形状に構成され、透過光を反射するものである。壁部１２２は、基板表面側散乱部１２１と同様の部材により構成することができる。壁部１２２を配置することにより、基板表面側散乱部１２１の端部近傍を通る透過光を反射することができ、配線領域１１０を透過する透過光を低減することができる。画素１００の感度をさらに向上させることができる。
同図におけるＢは、基板表面側散乱部１２３を備える場合の例を表した図である。この基板表面側散乱部１２３は、複数のスリット１２４が配置された金属膜により構成することができる。スリット１２４は、透過光の波長より短い幅に構成する。この複数のスリット１２４により、基板表面側散乱部１２３の反射光を散乱させることができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第３の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第５の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１０１の表面側に配置された基板表面側散乱部１２１および１２３により反射光を散乱させる。画素１００の外部に漏洩する反射光が散乱されるため、画質を向上させることができる。
＜６．第６の実施の形態＞
上述の第５の実施の形態の撮像素子１は、配線領域１１０に基板表面側散乱部１２１等を配置していた。これに対し、本開示の第６の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１０１の表面に散乱部を形成する点で、上述の第５の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図１４は、本開示の第６の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図２と同様に、画素１００の構成例を表す断面図である。半導体基板１０１の表面に基板表面側散乱部１０３が配置される点で、図２において説明した画素１００と異なる。
基板表面側散乱部１０３は、半導体基板１０１の表面に形成された凹凸部により構成される散乱部である。この基板表面側散乱部１０３の凹凸部は、図８において説明した基板裏面散乱部１０９の凹凸部と同様に透過光や表面側反射膜１２０による反射光を散乱するものである。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第６の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１０１の表面側に形成された基板表面側散乱部１０３により反射光を散乱する。画素１００の外部に漏洩する反射光が散乱されて、画質を向上させることができる。
＜７．第７の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、表面側反射膜１２０により透過光を反射していた。これに対し、本開示の第７の実施の形態の撮像素子１は、表面側反射膜により反射する透過光を調整する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図１５は、本開示の第７の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図２と同様に、画素の構成例を表す断面図である。表面側反射膜１２０に反射調整部１２５が配置される点で、図２の撮像素子１と異なる。
反射調整部１２５は、表面側反射膜１２０により反射される透過光を調整するものである。この反射調整部１２５は、表面側反射膜１２０に入射する透過光の一部をさらに透過させることにより、反射される透過光を調整する。同図の反射調整部１２５は、表面側反射膜１２０に形成された開口部により構成される。反射調整部１２５を配置することにより、画素１００の感度を調整することができる。
［画素の平面の構成］
図１６は、本開示の第７の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、画素１００の表面側反射膜１２０における反射調整部１２５の構成例を表す図である。
同図におけるＡは、円形状に構成される反射調整部１２５の例を表した図である。同図におけるＢは、矩形形状に構成される反射調整部１２５の例を表した図である。同図におけるＣは、スリット形状に構成される反射調整部１２５の例を表した図である。このように、各種の形状の反射調整部１２５を採用することができる。
なお、反射調整部１２５は、配線領域１１０に配置される配線層１１２と重ならない位置に配置すると好適である。これを同図におけるＡにより説明する。同図におけるＡにおいて、点線は配線層１１２の領域を表す。反射調整部１２５は、この配線層１１２とは重ならない位置に配置される。これにより、反射調整部１２５を透過した光は、配線層１１２により反射されることなく配線領域１１０を通過する。反射調整部１２５により反射が調整された透過光の半導体基板１０１への入射を低減することができる。
［画素の他の構成］
図１７および１８は、本開示の第７の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。図１７におけるＡは、表面側反射膜１２０に形成された凹部により構成される反射調整部１２６を表した図である。この凹部を形成することにより、当該箇所の表面側反射膜１２０が薄膜化され、表面側反射膜１２０に入射する透過光の一部をさらに透過させることができる。反射調整部１２６は、例えば、多層に構成される表面側反射膜１２０の一部の層を省略することにより形成することができる。具体的には、表面側反射膜１２０を配線層１１２と同様のバリア層、めっきのためのシード層およびＣｕ層により構成する場合においてＣｕ層を省略することにより形成することができる。
図１７におけるＢは、薄膜化した金属膜により構成される表面側反射膜１２７の例を表した図である。この表面側反射膜１２７においても入射した透過光の一部をさらに透過させることができる。なお、表面側反射膜１２７は、特許請求の範囲に記載の反射調整部の一例である。
図１８は、導波路１２８を備える反射調整部１２５の例を表した図である。導波路１２８は、反射調整部１２５を囲繞する円筒形状に構成され、反射調整部１２５を透過した透過光を配線領域１１０の外部に導光するものである。この導波路１２８を配置することにより、配線領域１１０等において反射された透過光の反射調整部１２５への入射を防ぐことができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第７の実施の形態の撮像素子１は、反射調整部を配置することにより表面側反射膜１２０における透過光の反射を調整する。これにより、画素１００の感度を調整することができる。
＜８．第８の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、全ての波長の入射光が画素１００の光電変換部に入射していた。これに対し、本開示の第８の実施の形態の撮像素子１は、画素１００にカラーフィルタを配置して入射光を選択する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図１９は、本開示の第８の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図２と同様に、画素の構成例を表す断面図である。カラーフィルタ１７０を備える画素１００を備え、画素２００をさらに備える点で、図２において説明した撮像素子と異なる。
同図の画素１００は、カラーフィルタ１７０を備える。カラーフィルタ１７０は、入射光のうち所定の波長の入射光を透過する光学的なフィルタである。このカラーフィルタ１７０には、例えば、赤色光、緑色光および青色光を透過するカラーフィルタ１７０を使用することができる。画素１００には、これらの何れかに対応するカラーフィルタ１７０を配置することができる。同図の画素１００は、カラーフィルタ１７０を裏面側反射膜１４０の開口部１４９に配置する例を表したものである。同図のオンチップレンズ１８０は、カラーフィルタ１７０を介して入射光を光電変換部に集光する。光電変換部は、カラーフィルタ１７０が対応する波長の入射光の画像信号を生成する。カラーフィルタ１７０を備える画素１００を配置することにより、カラーの画像を得ることができる。また、カラーフィルタ１７０として、赤外光を透過するカラーフィルタを配置することもできる。
なお、画素１００のカラーフィルタ１７０には、比較的波長が長い入射光を透過するカラーフィルタ１７０を配置することができる。具体的には、赤外光や赤色光を透過するカラーフィルタ１７０を画素１００に配置することができる。赤外光および赤色光等の比較的波長が長い入射光は、半導体基板１０１に吸収され難いため半導体基板１０１の深部に到達する。同図の裏面照射型の撮像素子１のように半導体基板１０１の厚さが薄い場合には、波長が長い入射光は半導体基板１０１を透過し、反射光を生じ易くなる。このため、このような画素１００には、前述の裏面側反射膜１４０および表面側反射膜１２０を配置して反射光を低減する。
画素２００は、カラーフィルタ１７０を備えるとともに裏面側反射膜１４０および表面側反射膜１２０が省略された画素である。裏面側反射膜１４０の領域には、カラーフィルタ１７０が配置される。画素２００のカラーフィルタ１７０には、比較的波長が短い入射光を透過するカラーフィルタ１７０を配置することができる。具体的には、緑色光および青色光を透過するカラーフィルタ１７０を画素１００に配置することができる。緑色光および青色光等の比較的波長が短い入射光は、半導体基板１０１に吸収されやすく、半導体基板１０１を透過する透過光を生じる比率が低い。このため、緑色光および青色光に対応するカラーフィルタ１７０が配置される画素２００の裏面側反射膜１４０および表面側反射膜１２０を省略することができる。
また、同図に表したように、画素１００および２００においてカラーフィルタ１７０を裏面側反射膜１４０と同層に配置することにより、撮像素子１の高背化を防ぐことができる。
［画素の他の構成］
図２０は、本開示の第８の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。同図の画素２００は、赤外光遮蔽フィルタ１７１を備える点で、図１９において説明した画素２００と異なる。
赤外光遮蔽フィルタ１７１は、入射光のうちの赤外光を遮蔽するフィルタである。この赤外光遮蔽フィルタ１７１を画素２００に配置することにより、画素２００からの画像信号の赤外光成分を除去し、可視光に基づく画像信号を生成することができる。可視光の画像信号のノイズを低減することができる。
なお、撮像素子１の構成は、この例に限定されない。例えば、全ての画素に裏面側反射膜１４０および表面側反射膜１２０を配置する構成にすることもできる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第８の実施の形態の撮像素子１は、カラーフィルタ１７０を備えることにより、カラーの画像信号を出力することができる。
＜９．第９の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、画素１００の中央部に裏面側反射膜１４０の開口部１４９が配置されていた。これに対し、本開示の第９の実施の形態の撮像素子１は、入射光の入射角度に応じて開口部１４９の位置や形状を調整する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図２１は、本開示の第９の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、図３と同様に、画素１００の構成例を表す上面図である。オンチップレンズ１８０の位置および裏面側反射膜１４０の開口部１４９の位置等が異なる画素１００を備える点で、図３において説明した画素１００と異なる。
同図は、図１において説明した画素アレイ部１０の中央部の行の左右の端部および中央に配置される画素１００を表した図である。同図におけるＡにおいて、画素アレイ部１０の中央部に配置される画素１００は、図３において説明した画素１００と同様の構成にすることができる。これに対し、端部に配置される画素１００は、オンチップレンズ１８０が画素アレイ部１０の中央部の方向に偏移して配置される。裏面側反射膜１４０の開口部１４９も同様に、画素アレイ部１０の中央部に偏移して配置される。
撮像素子１の画素アレイ部１０には、撮影レンズ等により被写体が結像される。この際、画素アレイ部１０の中央部の画素１００には、被写体からの光が略垂直に入射する。一方、画素アレイ部１０の周縁部の画素１００には、被写体からの光が斜めに入射する。このため、オンチップレンズ１８０による入射光の集光位置と光電変換部の位置とにずれを生じ、感度が低下する。そこで、オンチップレンズ１８０を入射光の入射角度に応じて偏移して配置することにより、集光位置を調整することができる。このような、オンチップレンズ１８０の位置の調整は、瞳補正と称される。裏面側反射膜１４０の開口部１４９もオンチップレンズ１８０と同様に、入射光の入射角度に応じて偏移して配置する。これにより、集光位置が調整された入射光のケラレを防止することができる。
同図におけるＢは、開口部１４９の代わりに開口部４４９を裏面側反射膜１４０に配置する場合の例を表した図である。同図におけるＢの画素１００は、入射光の入射角度に応じて形状が調整された開口部４４９を備える。具体的には、画素アレイ部１０の周縁部に配置される画素１００の開口部４４９は、画素アレイ部１０の中央部に向かう方向に展延された楕円の形状に構成される。これにより、斜めに入射する入射光のケラレを防止することができる。
なお、撮像素子１の構成は、この例に限定されない。例えば、図３におけるＢにおいて説明した矩形形状の開口部１４９を適用することもできる。この場合には、矩形形状の開口部１４９の位置や形状を入射光の入射角度に応じて調整する。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第９の実施の形態の撮像素子１は、瞳補正を行うことにより、画素アレイ部１０の周縁部の画素１００の感度の低下を防止することができる。
＜１０．第１０の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、裏面側反射膜１４０および表面側反射膜１２０を備えて半導体基板１０１の透過光を反射していた。これに対し、本開示の第１０の実施の形態の撮像素子１は、反射された透過光を吸収する吸収膜をさらに備える点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図２２は、本開示の第１０の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図２と同様に、画素１００の構成例を表す断面図である。吸収膜１５０をさらに備える点で、図２において説明した画素１００と異なる。
吸収膜１５０は、半導体基板１０１の裏面に配置されて被写体からの入射光を透過させるとともに反射光を吸収するものである。この吸収膜１５０は、中央部に開口部１５９を備え、この開口部１５９を介してオンチップレンズ１８０により集光された入射光を透過させる。また、吸収膜１５０は、反射光を吸収して画素１００の外部への反射光の漏洩を軽減する。同図の吸収膜１５０は、オンチップレンズ１８０および裏面側反射膜１４０の間に配置され、裏面側反射膜１４０の開口部１４９を透過した反射光を吸収する。吸収膜１５０は、例えば、入射光を吸収する吸収部材が分散された膜により構成することができる。例えば、カーボンブラックや酸化チタン等の光を吸収する顔料を吸収部材として使用し、この顔料が樹脂等に分散された膜により吸収膜１５０を構成することができる。このような吸収膜１５０は、顔料が分散された樹脂膜を裏面側反射膜１４０に隣接して成膜し、開口部１５９を形成することにより製造することができる。なお、開口部１５９の形成は、ドライエッチングや薬液を使用するウェットエッチングにより行うことができる。なお、赤外光吸収剤等の染料系の吸収部材を有する吸収膜１５０を使用することもできる。
吸収膜１５０を配置することにより、裏面側反射膜１４０の開口部１４９を斜めに通過する反射光や入射光を開口部１５９における吸収膜１５０の壁面に入射させて吸収させることができる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第１０の実施の形態の撮像素子１は、吸収膜１５０を備えて裏面側反射膜１４０を透過する反射光を吸収することにより、画素１００の外部に照射される反射光を低減することができる。フレア等の発生を防止し、画質をさらに向上させることができる。
＜１１．第１１の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、フォトダイオードにより構成される光電変換部を備えていた。これに対し、本開示の第１１の実施の形態の撮像素子１は、アバランシェフォトダイオードにより構成される光電変換部を備える点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図２３は、本開示の第１１の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図２と同様に、画素１００の構成例を表す断面図である。フォトダイオードの代わりにアバランシェフォトダイオードによる光電変換部が半導体基板に形成される点で、図２において説明した画素１００と異なる。
同図の画素１００は、半導体基板１９１を備える。この半導体基板１９１は、低不純物濃度のウェル領域を構成する。半導体基板１９１にアバランシェフォトダイオードからなる光電変換部が形成される。アバランシェフォトダイオードは、内部にｐｎ接合領域および低不純物濃度の領域を備え、ｐｎ接合部分に高い逆方向電圧が印加された状態において光電変換を行うフォトダイオードである。印加される逆方向電圧を降伏電圧より高い電圧にすることにより、低不純物濃度領域において光電変換により生成された電荷がｐｎ接合部の強電界により雪崩増倍を生じて増幅される。高感度かつ高速な光検出が可能となる。
同図の光電変換部は、ウェル領域（半導体基板１９１）、ｎ型の半導体領域１９３、ｐ型の半導体領域１９４、ｎ型のコンタクト領域１９２およびｐ型のコンタクト領域１９５により構成される。ｎ型の半導体領域１９３およびｐ型の半導体領域１９４は、ウェル領域に形成され、上述のｐｎ接合を構成する。ｎ型のコンタクト領域１９２は、半導体基板１９１の表面に形成されるとともにｎ型の半導体領域１９３に隣接して配置される。ｐ型のコンタクト領域１９５は、半導体基板１９１の表面に形成されるとともにウェル領域に隣接して配置される。ｐ型のコンタクト領域１９５およびｎ型のコンタクト領域１９２は、比較的高い不純物濃度に構成され、後述する電極１１３および１１４がそれぞれ接続される半導体領域である。なお、半導体基板１９１の表面のウェル領域は、比較的高い不純物濃度に構成し、表面準位をピニングすることができる。
電極１１３および１１４は、光電変換部の半導体領域に信号電圧を印加する電極である。電極１１３および１１４は、それぞれアノードおよびカソードに該当する。
前述のように、同図の光電変換部はアバランシェフォトダイオードにより構成され、逆方向電圧が印加される。具体的には、電極１１４に対して電極１１３の方が高電圧となるバイアス電圧が印加される。これにより、ｎ型の半導体領域１９３およびｐ型の半導体領域１９４からなるｐｎ接合領域に強電界の領域が形成される。一方、ウェル領域は比較的低い電界となる。半導体基板１９１の裏面側から入射光が照射されてウェル領域において光電変換を生じると、光電変換により生成された電荷がウェル領域の電界に基づいて移動する。このうちの電子は、ウェル領域からｐ型の半導体領域１９４に移動し、ｐｎ接合領域の強電界により加速されて電子雪崩を生じる。この電子雪崩により増倍された電荷により電極１１３および１１４の間に大きな電流が流れ、増幅作用が行われる。
配線領域１１０には、配線層１１２および表面側反射膜１２０が配置される。上述の電極１１４は配線層１１２に接続され、電極１１３は表面側反射膜１２０に接続される。表面側反射膜１２０は、透過光を反射するとともに電極１１３に信号を伝達する配線として機能する。
このようなアバランシェフォトダイオードからなる光電変換部を備える撮像素子１は、高感度であるため、被写体との距離を測定する測距センサに適用することができる。この測距センサは、撮像素子１と赤外光を照射する光源とを備える。測距センサによる距離の測定は、次のように行うことができる。まず、光源から被写体に赤外光を照射する。次に、被写体により反射された赤外光を撮像素子１により検出する。赤外光の照射から撮像素子１における赤外光の検出までの時間を計測することにより、被写体までの距離を算出することができる。このような距離の測定は、ＴｏＦ（Time of Flight）方式と称される。
同図の画素１００においても、裏面側反射膜１４０および表面側反射膜１２０を配置することにより半導体基板１９１を透過した透過光や反射光を閉じ込めることができる。アバランシェフォトダイオードからなる光電変換部を備える撮像素子１の外部に漏洩する反射光を低減することができる。
なお、撮像素子１の構成は、この例に限定されない。例えば、表面側反射膜１２０をｎ型のコンタクト領域１９２に隣接して配置し、表面側反射膜１２０を電極として使用することもできる。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第１１の実施の形態の撮像素子１は、アバランシェフォトダイオードからなる光電変換部を備える撮像素子１において、外部に漏洩する反射光を低減することができ、画質の低下を防止することができる。
＜１２．第１２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１０１を備えていた。これに対し、本開示の第１２の実施の形態の撮像素子１は、有機光電変換膜をさらに備える点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
［画素の構成］
図２４は、本開示の第１２の実施の形態に係る画素の構成例を示す断面図である。同図は、図２と同様に、画素１００の構成例を表す断面図である。有機光電変換膜１９８ならびに透明電極１９７および１９９をさらに備える点で、図２において説明した画素１００と異なる。
有機光電変換膜１９８は、有機材料により構成される光電変換膜である。この有機光電変換膜１９８には、例えば、サブフタロシアニンによる膜を使用することができる。透明電極１９７および１９９は、導電性を有するとともに入射光を透過する膜である。この透明電極１９７および１９９は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）により構成することができる。これら透明電極１９７および１９９により有機光電変換膜１９８が挟持される。透明電極１９７および１９９を介して有機光電変換膜１９８における光電変換により生成された電荷に基づく信号が出力される。同図の画素１００は、これら有機光電変換膜１９８ならびに透明電極１９７および１９９がオンチップレンズ１８０および保護膜１６０の間に配置されて構成される。
有機光電変換膜１９８は、例えば、入射光のうち可視光を吸収して光電変換を行う構成にすることができる。この場合、下層の半導体基板１０１の光電変換部は、赤外光の光電変換を行う。また、有機光電変換膜１９８が緑色光および青色光の光電変換を行い、半導体基板１０１の光電変換部が赤色光の光電変換を行う構成にすることもできる。このように、１つの画素１００において異なる波長の入射光に基づく画像信号を生成することができる。
同図の画素１００においても、裏面側反射膜１４０および表面側反射膜１２０を配置することにより半導体基板１０１を透過した透過光や反射光を閉じ込めることができる。有機光電変換膜１９８を備える撮像素子１の外部に漏洩する反射光を低減することができる。
［画素の他の構成］
図２５は、本開示の第１２の実施の形態に係る画素の他の構成例を示す断面図である。同図は、図２４と同様に、有機光電変換膜１９８を備える画素１００の構成例を表す断面図である。半導体基板１０１の代わりに有機光電変換膜１９８が積層されたガラス基板１１５が配置される点で、図２４において説明した画素１００と異なる。
ガラス基板１１５は、ガラスにより構成された基板である。このガラス基板１１５の裏面側に、透明電極１９７、有機光電変換膜１９８および透明電極１９９が順に積層され、保護膜１６０および裏面側反射膜１４０が配置される。表面側反射膜１２０は、ガラス基板１１５の表面側に配置される。その後、ガラス基板１１５の裏面側にオンチップレンズ１８０を配置することにより、画素１００を形成することができる。なお、ガラス基板１１５は、特許請求の範囲に記載の基板の一例である。
これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
以上説明したように、本開示の第１２の実施の形態の撮像素子１は、有機光電変換膜１９８を備える撮像素子１において、外部に漏洩する反射光を低減することができ、画質の低下を防止することができる。
なお、本開示の第２の実施の形態の裏面側反射膜の構成は、他の実施の形態に適用することができる。具体的には、図７において説明した裏面側反射膜１４０は、図８および図１２乃至２５の画素１００に適用することができる。
本開示の第３の実施の形態の基板裏面散乱部は、他の実施の形態に適用することができる。具体的には、図８において説明した基板裏面散乱部１０９は、図７および１２乃至２５の画素１００に適用することができる。
本開示の第４の実施の形態の基板反射部は、他の実施の形態に適用することができる。具体的には、図９乃至１１において説明した基板反射部１０４乃至１０８は、図７および１２乃至２５の画素１００に適用することができる。
本開示の第５の実施の形態の基板表面側散乱部は、他の実施の形態に適用することができる。具体的には、図１２において説明した基板表面側散乱部１２１および１２３ならびに壁部１２２は、図７乃至１１および１４乃至２５の画素１００に適用することができる。
本開示の第６の実施の形態の基板表面側散乱部１０３は、他の実施の形態に適用することができる。具体的には、図１４において説明した基板表面側散乱部１０３は、図７乃至１３および１５乃至２５の画素１００に適用することができる。
本開示の第７の実施の形態の反射調整部は、他の実施の形態に適用することができる。具体的には、図１５乃至１８において説明した反射調整部１２５および１２６、表面側反射膜１２７ならびに導波路１２８は、図７乃至１３および１９乃至２５の画素１００に適用することができる。
本開示の第８の実施の形態のカラーフィルタは、他の実施の形態に適用することができる。具体的には、図１９および２０において説明したカラーフィルタ１７０は、図７乃至１８および２１乃至２５の画素１００に適用することができる。
本開示の第９の実施の形態の画素の構成は、他の実施の形態に適用することができる。具体的には、図２１において説明したオンチップレンズ１８０および開口部１４９は、図７乃至２０および２２乃至２５の画素１００に適用することができる。
本開示の第１０の実施の形態の吸収膜は、他の実施の形態に適用することができる。具体的には、図２２において説明した吸収膜１５０は、図７乃至２１および２３乃至２５の画素１００に適用することができる。
＜１３．カメラへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品に応用することができる。例えば、本技術は、カメラ等の撮像装置に搭載される撮像素子として実現されてもよい。
図２６は、本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。同図のカメラ１０００は、レンズ１００１と、撮像素子１００２と、撮像制御部１００３と、レンズ駆動部１００４と、画像処理部１００５と、操作入力部１００６と、フレームメモリ１００７と、表示部１００８と、記録部１００９とを備える。
レンズ１００１は、カメラ１０００の撮影レンズである。このレンズ１００１は、被写体からの光を集光し、後述する撮像素子１００２に入射させて被写体を結像させる。
撮像素子１００２は、レンズ１００１により集光された被写体からの光を撮像する半導体素子である。この撮像素子１００２は、照射された光に応じたアナログの画像信号を生成し、デジタルの画像信号に変換して出力する。
撮像制御部１００３は、撮像素子１００２における撮像を制御するものである。この撮像制御部１００３は、制御信号を生成して撮像素子１００２に対して出力することにより、撮像素子１００２の制御を行う。また、撮像制御部１００３は、撮像素子１００２から出力された画像信号に基づいてカメラ１０００におけるオートフォーカスを行うことができる。ここでオートフォーカスとは、レンズ１００１の焦点位置を検出して、自動的に調整するシステムである。このオートフォーカスとして、撮像素子１００２に配置された位相差画素により像面位相差を検出して焦点位置を検出する方式（像面位相差オートフォーカス）を使用することができる。また、画像のコントラストが最も高くなる位置を焦点位置として検出する方式（コントラストオートフォーカス）を適用することもできる。撮像制御部１００３は、検出した焦点位置に基づいてレンズ駆動部１００４を介してレンズ１００１の位置を調整し、オートフォーカスを行う。なお、撮像制御部１００３は、例えば、ファームウェアを搭載したＤＳＰ（Digital Signal Processor）により構成することができる。
レンズ駆動部１００４は、撮像制御部１００３の制御に基づいて、レンズ１００１を駆動するものである。このレンズ駆動部１００４は、内蔵するモータを使用してレンズ１００１の位置を変更することによりレンズ１００１を駆動することができる。
画像処理部１００５は、撮像素子１００２により生成された画像信号を処理するものである。この処理には、例えば、画素毎の赤色、緑色および青色に対応する画像信号のうち不足する色の画像信号を生成するデモザイク、画像信号のノイズを除去するノイズリダクションおよび画像信号の符号化等が該当する。画像処理部１００５は、例えば、ファームウェアを搭載したマイコンにより構成することができる。
操作入力部１００６は、カメラ１０００の使用者からの操作入力を受け付けるものである。この操作入力部１００６には、例えば、押しボタンやタッチパネルを使用することができる。操作入力部１００６により受け付けられた操作入力は、撮像制御部１００３や画像処理部１００５に伝達される。その後、操作入力に応じた処理、例えば、被写体の撮像等の処理が起動される。
フレームメモリ１００７は、１画面分の画像信号であるフレームを記憶するメモリである。このフレームメモリ１００７は、画像処理部１００５により制御され、画像処理の過程におけるフレームの保持を行う。
表示部１００８は、画像処理部１００５により処理された画像を表示するものである。この表示部１００８には、例えば、液晶パネルを使用することができる。
記録部１００９は、画像処理部１００５により処理された画像を記録するものである。この記録部１００９には、例えば、メモリカードやハードディスクを使用することができる。
以上、本開示が適用され得るカメラについて説明した。本技術は以上において説明した構成のうち、撮像素子１００２に適用され得る。具体的には、図１において説明した撮像素子１は、撮像素子１００２に適用することができる。撮像素子１００２に撮像素子１を適用することにより反射光が低減され、カメラ１０００により生成される画像の画質の低下を防止することができる。なお、画像処理部１００５は、特許請求の範囲に記載の処理回路の一例である。カメラ１０００は、特許請求の範囲に記載の光電変換装置の一例である。
なお、ここでは、一例としてカメラについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、距離センサ等に適用されてもよい。また、本開示は、カメラ等の電子機器の他に、半導体モジュールの形式の半導体装置に適用することもできる。具体的には、図２６の撮像素子１００２および撮像制御部１００３を１つのパッケージに封入した半導体モジュールである撮像モジュールに本開示に係る技術を適用することもできる。
最後に、上述した各実施の形態の説明は本開示の一例であり、本開示は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無い。また、他の効果があってもよい。
また、上述の実施の形態における図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）入射光を集光するオンチップレンズと、
前記集光された入射光の光電変換を行う光電変換部が配置されて裏面側に前記集光された入射光が照射される基板と、
前記基板の裏面側とは異なる側である表面側に配置されて前記光電変換部を透過した前記入射光である透過光を反射する表面側反射膜と、
前記基板の裏面側に配置されて前記集光された入射光の集光サイズと略同じ大きさの開口部を備えて前記反射された透過光をさらに反射する裏面側反射膜と
を具備する光電変換素子。
（２）前記裏面側反射膜は、前記開口部の前記オンチップレンズ側の開口面積と前記基板側の開口面積とが異なる前記（１）に記載の光電変換素子。
（３）前記裏面側反射膜は、テーパ形状に構成された前記開口部を備える前記（２）に記載の光電変換素子。
（４）前記基板の裏面に形成されて前記集光された入射光を散乱させる基板裏面散乱部をさらに具備する前記（１）から（３）の何れかに記載の光電変換素子。
（５）前記基板裏面散乱部は、前記裏面側反射膜の前記開口部の近傍に形成される凹凸部により構成される前記（４）に記載の光電変換素子。
（６）前記開口部における前記裏面側反射膜の端部の近傍における前記基板の裏面に形成されて前記反射された透過光を反射する基板反射部をさらに具備する前記（１）から（５）の何れかに記載の光電変換素子。
（７）前記基板反射部は、前記基板の裏面に形成された溝により構成される前記（６）に記載の光電変換素子。
（８）前記基板反射部は、前記基板の裏面に形成された溝に金属が埋め込まれて構成される前記（６）に記載の光電変換素子。
（９）前記基板の表面側近傍に配置されて前記反射された透過光を散乱する基板表面側散乱部をさらに具備する前記（１）から（８）の何れかに記載の光電変換素子。
（１０）前記基板表面側散乱部は、前記表面側反射膜に配置される前記（９）に記載の光電変換素子。
（１１）前記基板表面側散乱部は、前記表面側反射膜に形成された凹凸部により構成される前記（１０）に記載の光電変換素子。
（１２）前記基板表面側散乱部は、前記基板の表面に配置される前記（９）に記載の光電変換素子。
（１３）前記基板表面側散乱部は、前記基板の表面に形成された凹凸部により構成される前記（１２）に記載の光電変換素子。
（１４）前記表面側反射膜は、前記光電変換部の信号を伝達する配線と同時に形成される前記（１）から（１３）の何れかに記載の光電変換素子。
（１５）前記表面側反射膜は、前記光電変換部に信号を印加する電極により構成される前記（１）から（１３）の何れかに記載の光電変換素子。
（１６）前記表面側反射膜は、前記透過光の反射を調整する反射調整部を備える前記（１）から（１５）の何れかに記載の光電変換素子。
（１７）前記反射調整部は、前記表面側反射膜に配置された開口部により構成される前記（１６）に記載の光電変換素子。
（１８）前記反射調整部は、前記表面側反射膜に配置された薄膜部により構成される前記（１６）に記載の光電変換素子。
（１９）前記オンチップレンズ、前記基板、前記表面側反射膜および前記裏面側反射膜により構成される複数の画素を備える前記（１）から（１８）の何れかに記載の光電変換素子。
（２０）前記画素は、前記入射光のうちの所定の波長の入射光を透過させるカラーフィルタをさらに備える前記（１９）に記載の光電変換素子。
（２１）前記カラーフィルタは、長波長の前記入射光を透過させる前記（２０）に記載の光電素子。
（２２）前記裏面側反射膜は、前記画素への前記入射光の入射角度に応じて前記開口部の位置が偏移して配置される前記（１９）に記載の撮像素子。
（２３）前記裏面側反射膜は、前記画素への前記入射光の入射角度に応じて前記開口部が展延された形状に構成される前記（１９）に記載の撮像素子。
（２４）前記オンチップレンズおよび前記裏面側反射膜の間に配置されて前記反射された透過光を吸収する吸収膜をさらに具備する前記（１）から（２３）の何れかに記載の光電変換素子。
（２５）前記基板は、半導体基板により構成され、
前記光電変換部は、半導体素子により構成される
前記（１）から（２４）の何れかに記載の光電変換素子。
（２６）前記光電変換部は、有機光電変換膜により構成される前記（１）から（２４）の何れかに記載の光電変換素子。
（２７）入射光を集光するオンチップレンズと、
前記集光された入射光の光電変換を行う光電変換部が配置されて裏面側に前記集光された入射光が照射される基板と、
前記基板の裏面側とは異なる側である表面側に配置されて前記光電変換部を透過した前記入射光である透過光を反射する表面側反射膜と、
前記基板の裏面側に配置されて前記集光された入射光の集光サイズと略同じ大きさの開口部を備えて前記反射された透過光をさらに反射する裏面側反射膜と、
前記光電変換部により生成される信号を処理する処理回路と
を具備する光電変換装置。
１ 撮像素子
１０ 画素アレイ部
３０ カラム信号処理部
１００、２００ 画素
１０１、１９１ 半導体基板
１０２、１９３、１９４ 半導体領域
１０４〜１０８ 基板反射部
１０９ 基板裏面散乱部
１１０ 配線領域
１１１ 絶縁層
１１２ 配線層
１１３、１１４ 電極
１１５ ガラス基板
１２０、１２７ 表面側反射膜
１２１、１２３ 基板表面側散乱部
１２２ 壁部
１２４ スリット
１２５、１２６ 反射調整部
１２８ 導波路
１３０ 分離領域
１４０〜１４５ 裏面側反射膜
１４６〜１４９、１５９、４４９ 開口部
１５０ 吸収膜
１６０ 保護膜
１７０ カラーフィルタ
１７１ 赤外光遮蔽フィルタ
１８０ オンチップレンズ
１９２、１９５ コンタクト領域
１９７、１９９ 透明電極
１９８ 有機光電変換膜
１０００ カメラ
１００２ 撮像素子
１００５ 画像処理部

Claims (27)

  1. 入射光を集光するオンチップレンズと、
    前記集光された入射光の光電変換を行う光電変換部が配置されて裏面側に前記集光された入射光が照射される基板と、
    前記基板の裏面側とは異なる側である表面側に配置されて前記光電変換部を透過した前記入射光である透過光を反射する表面側反射膜と、
    前記基板の裏面側に配置されて前記集光された入射光の集光サイズと略同じ大きさの開口部を備えて前記反射された透過光をさらに反射する裏面側反射膜と
    を具備する光電変換素子。
  2. 前記裏面側反射膜は、前記開口部の前記オンチップレンズ側の開口面積と前記基板側の開口面積とが異なる請求項１記載の光電変換素子。
  3. 前記裏面側反射膜は、テーパ形状に構成された前記開口部を備える請求項２記載の光電変換素子。
  4. 前記基板の裏面に形成されて前記集光された入射光を散乱させる基板裏面散乱部をさらに具備する請求項１記載の光電変換素子。
  5. 前記基板裏面散乱部は、前記裏面側反射膜の前記開口部の近傍に形成される凹凸部により構成される請求項４記載の光電変換素子。
  6. 前記開口部における前記裏面側反射膜の端部の近傍における前記基板の裏面に形成されて前記反射された透過光を反射する基板反射部をさらに具備する請求項１記載の光電変換素子。
  7. 前記基板反射部は、前記基板の裏面に形成された溝により構成される請求項６記載の光電変換素子。
  8. 前記基板反射部は、前記基板の裏面に形成された溝に金属が埋め込まれて構成される請求項６記載の光電変換素子。
  9. 前記基板の表面側近傍に配置されて前記反射された透過光を散乱する基板表面側散乱部をさらに具備する請求項１記載の光電変換素子。
  10. 前記基板表面側散乱部は、前記表面側反射膜に配置される請求項９記載の光電変換素子。
  11. 前記基板表面側散乱部は、前記表面側反射膜に形成された凹凸部により構成される請求項１０記載の光電変換素子。
  12. 前記基板表面側散乱部は、前記基板の表面に配置される請求項９記載の光電変換素子。
  13. 前記基板表面側散乱部は、前記基板の表面に形成された凹凸部により構成される請求項１２記載の光電変換素子。
  14. 前記表面側反射膜は、前記光電変換部の信号を伝達する配線と同時に形成される請求項１記載の光電変換素子。
  15. 前記表面側反射膜は、前記光電変換部に信号を印加する電極により構成される請求項１記載の光電変換素子。
  16. 前記表面側反射膜は、前記透過光の反射を調整する反射調整部を備える請求項１記載の光電変換素子。
  17. 前記反射調整部は、前記表面側反射膜に配置された開口部により構成される請求項１６記載の光電変換素子。
  18. 前記反射調整部は、前記表面側反射膜に配置された薄膜部により構成される請求項１６記載の光電変換素子。
  19. 前記オンチップレンズ、前記基板、前記表面側反射膜および前記裏面側反射膜により構成される複数の画素を備える請求項１記載の光電変換素子。
  20. 前記画素は、前記入射光のうちの所定の波長の入射光を透過させるカラーフィルタをさらに備える請求項１９記載の光電変換素子。
  21. 前記カラーフィルタは、長波長の前記入射光を透過させる請求項２０記載の光電素子。
  22. 前記裏面側反射膜は、前記画素への前記入射光の入射角度に応じて前記開口部の位置が偏移して配置される請求項１９記載の撮像素子。
  23. 前記裏面側反射膜は、前記画素への前記入射光の入射角度に応じて前記開口部が展延された形状に構成される請求項１９記載の撮像素子。
  24. 前記オンチップレンズおよび前記裏面側反射膜の間に配置されて前記反射された透過光を吸収する吸収膜をさらに具備する請求項１記載の光電変換素子。
  25. 前記基板は、半導体基板により構成され、
    前記光電変換部は、半導体素子により構成される
    請求項１記載の光電変換素子。
  26. 前記光電変換部は、有機光電変換膜により構成される請求項１記載の光電変換素子。
  27. 入射光を集光するオンチップレンズと、
    前記集光された入射光の光電変換を行う光電変換部が配置されて裏面側に前記集光された入射光が照射される基板と、
    前記基板の裏面側とは異なる側である表面側に配置されて前記光電変換部を透過した前記入射光である透過光を反射する表面側反射膜と、
    前記基板の裏面側に配置されて前記集光された入射光の集光サイズと略同じ大きさの開口部を備えて前記反射された透過光をさらに反射する裏面側反射膜と、
    前記光電変換部により生成される信号を処理する処理回路と
    を具備する光電変換装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022201743A1 (ja) * 2021-03-22 2022-09-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
WO2023021740A1 (ja) * 2021-08-17 2023-02-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、撮像装置、製造方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116568992A (zh) * 2021-01-20 2023-08-08 索尼半导体解决方案公司 光电检测装置、电子设备和测距系统
TW202310378A (zh) * 2021-08-06 2023-03-01 日商索尼半導體解決方案公司 光檢測器、光檢測器之製造方法及電子機器

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005116939A (ja) * 2003-10-10 2005-04-28 Nikon Corp 固体撮像素子
JP2007093668A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Sanyo Epson Imaging Devices Corp 液晶装置および電子機器
JP2007273894A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Fujifilm Corp 光電変換素子、固体撮像素子、及び固体撮像素子の製造方法
JP2009260134A (ja) * 2008-04-18 2009-11-05 Konica Minolta Holdings Inc 光電変換デバイスおよびその製造方法、並びに、放射線画像検出装置
JP5651986B2 (ja) * 2010-04-02 2015-01-14 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、並びに電子機器及びカメラモジュール
US8654232B2 (en) * 2010-08-25 2014-02-18 Sri International Night vision CMOS imager with optical pixel cavity
US20120313205A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-13 Homayoon Haddad Photosensitive Imagers Having Defined Textures for Light Trapping and Associated Methods
JP5893302B2 (ja) * 2011-09-01 2016-03-23 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP5794068B2 (ja) * 2011-09-16 2015-10-14 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
JP2013069718A (ja) * 2011-09-20 2013-04-18 Toshiba Corp 固体撮像装置
CN106796942A (zh) * 2014-10-03 2017-05-31 索尼半导体解决方案公司 固态成像元件、制造方法和电子设备
JP6758747B2 (ja) * 2015-09-18 2020-09-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置および電子機器
US10192917B2 (en) * 2016-06-30 2019-01-29 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Backside illuminated photosensor element with light pipe and light mirror structures
KR102444733B1 (ko) * 2016-10-27 2022-09-16 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 촬상 소자 및 전자기기
US10504952B2 (en) * 2017-08-30 2019-12-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Increased optical path for long wavelength light by grating structure
JP2019114642A (ja) * 2017-12-22 2019-07-11 キヤノン株式会社 固体撮像装置、電子機器および輸送機器
CN111512443A (zh) * 2017-12-26 2020-08-07 索尼半导体解决方案公司 摄像元件和摄像装置
JP2019114728A (ja) * 2017-12-26 2019-07-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、距離計測装置、及び製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022201743A1 (ja) * 2021-03-22 2022-09-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置及び電子機器
WO2023021740A1 (ja) * 2021-08-17 2023-02-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、撮像装置、製造方法

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