WO2016103365A1 - 固体撮像装置および撮像装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging device having a structure in which a plurality of substrates are stacked.
  • Patent Document 1 discloses a solid-state imaging device in which a first substrate and a second substrate are stacked.
  • a plurality of pixels are separately arranged on a first substrate and a second substrate. For this reason, the resolution of the imaging signal is improved.
  • FIG. 9 shows the configuration of the solid-state imaging device 1000.
  • FIG. 9 shows a cross section of the solid-state imaging device 1000.
  • the solid-state imaging device 1000 includes a first substrate 70, a second substrate 80, a microlens 901, and a color filter 902.
  • the first substrate 70 and the second substrate 80 are stacked.
  • the color filter 902 is disposed on the main surface of the first substrate 70 (the widest surface among the plurality of surfaces constituting the surface of the substrate), and the microlens 901 is disposed on the color filter 902.
  • FIG. 9 there are a plurality of microlenses 901, but a reference numeral of one microlens 901 is shown as a representative.
  • FIG. 9 there are a plurality of color filters 902, but a symbol of one color filter 902 is shown as a representative.
  • the light from the subject that has passed through the imaging lens disposed optically in front of the solid-state imaging device 1000 enters the microlens 901.
  • the micro lens 901 forms an image of light that has passed through the imaging lens.
  • the color filter 902 transmits light having a wavelength corresponding to a predetermined color.
  • the first substrate 70 includes a first semiconductor layer 700 and a first wiring layer 710.
  • the first semiconductor layer 700 includes a first photoelectric conversion unit 701.
  • FIG. 9 there are a plurality of first photoelectric conversion units 701, but a symbol of one first photoelectric conversion unit 701 is shown as a representative.
  • the first photoelectric conversion unit 701 converts incident light into a signal.
  • the first wiring layer 710 includes a first wiring 711 and a first interlayer insulating film 712.
  • first wiring 711 includes a first wiring 711 and a first interlayer insulating film 712.
  • FIG. 9 there are a plurality of first wirings 711, but a symbol of one first wiring 711 is shown as a representative.
  • the first wiring 711 is a thin film on which a wiring pattern is formed.
  • the first wiring 711 transmits the signal generated by the first photoelectric conversion unit 701 and other signals (power supply voltage, ground voltage, and the like). In the example shown in FIG. 9, three layers of first wirings 711 are formed.
  • portions other than the first wiring 711 are constituted by a first interlayer insulating film 712.
  • the second substrate 80 includes a second semiconductor layer 800 and a second wiring layer 810.
  • the second semiconductor layer 800 includes a second photoelectric conversion unit 801.
  • FIG. 9 there are a plurality of second photoelectric conversion units 801, but a symbol of one second photoelectric conversion unit 801 is shown as a representative.
  • the second photoelectric conversion unit 801 converts incident light into a signal.
  • the second wiring layer 810 includes a second wiring 811 and a second interlayer insulating film 812.
  • FIG. 9 there are a plurality of second wirings 811, but a symbol of one second wiring 811 is shown as a representative.
  • the second wiring 811 is a thin film on which a wiring pattern is formed.
  • the second wiring 811 transmits the signal generated by the second photoelectric conversion unit 801 and other signals (power supply voltage, ground voltage, and the like). In the example shown in FIG. 9, three layers of second wirings 811 are formed.
  • the portion other than the second wiring 811 is configured by the second interlayer insulating film 812.
  • the first substrate 70 and the second substrate 80 are electrically connected at the interface between the first substrate 70 and the second substrate 80.
  • the first photoelectric conversion unit 701 may acquire an imaging signal
  • the second photoelectric conversion unit 801 may acquire a focus detection signal.
  • FIG. 10 shows a state in which the first substrate 70 and the second substrate 80 are misaligned in the solid-state imaging device 1000 shown in FIG. In FIG. 10, the second substrate 80 is shifted to the right with respect to the first substrate 70.
  • the light that has passed through the microlens 901 passes through the color filter 902.
  • Light that has passed through the color filter 902 enters the first semiconductor layer 700.
  • the light incident on the first semiconductor layer 700 travels through the first semiconductor layer 700 and enters the first photoelectric conversion unit 701.
  • the light transmitted through the first photoelectric conversion unit 701 passes through the first wiring layer 710 and the second wiring layer 810.
  • the light transmitted through the second wiring layer 810 enters the second range R102 of the second semiconductor layer 800.
  • the light incident on the second range R102 enters the first range R101 of the second photoelectric conversion unit 801.
  • the dimension of the second photoelectric conversion unit 801 in the direction parallel to the main surface of the second substrate 80 is substantially equal to the dimension of the first photoelectric conversion unit 701 in the direction parallel to the main surface of the first substrate 70.
  • the first range R101 is a range in which light is incident on the second photoelectric conversion unit 201. In FIG. 10, there are a plurality of first ranges R101, but a symbol of one first range R101 is shown as a representative.
  • the second range R102 is a range in which light enters the second semiconductor layer 800. In FIG. 10, there are a plurality of second ranges R102, but a symbol of one second range R102 is shown as a representative.
  • the following conditions are satisfied.
  • the plurality of first photoelectric conversion units 701 and the plurality of second photoelectric conversion units 801 are viewed in the direction perpendicular to the main surface of the first substrate 70 or the second substrate 80, the plurality of first photoelectric conversion units 701
  • the respective centers of the photoelectric conversion units 701 and the respective centers of the plurality of second photoelectric conversion units 801 substantially coincide with each other.
  • each of the plurality of second photoelectric conversion units 801 is provided. And the centers of the plurality of second ranges R102 substantially coincide with each other.
  • FIG. 10 there is a positional shift between the first substrate 70 and the second substrate 80.
  • the plurality of first photoelectric conversion units 701 and the plurality of second photoelectric conversion units 801 are viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate 70 or the second substrate 80, The centers of the first photoelectric conversion units 701 and the centers of the plurality of second photoelectric conversion units 801 do not coincide with each other.
  • the plurality of second photoelectric conversion units 801 and the plurality of second ranges R ⁇ b> 102 are viewed in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate 80, the plurality of second photoelectric conversions are performed. Each center of the part 801 does not coincide with each center of the plurality of second ranges R102.
  • a part of the second range R102 is outside (on the left side in FIG. 10) the region where the second photoelectric conversion unit 801 is formed. For this reason, even when the second wiring 811 does not exist, part of the light does not enter the second photoelectric conversion unit 801.
  • the second photoelectric conversion unit 801 when there is a positional shift between the first substrate 70 and the second substrate 80, part of the light incident on the second semiconductor layer 800 may not enter the second photoelectric conversion unit 801. .
  • the amount of light incident on the second photoelectric conversion unit 801 varies depending on the amount of deviation.
  • the deviation may not be uniform within the surface of the semiconductor wafer. In other words, deviation variation may occur.
  • the signal obtained in the second photoelectric conversion unit 801 by spatially uniform light may vary from chip to chip or from pixel to pixel.
  • the present invention provides a solid-state imaging device and an imaging device capable of reducing variations in signals due to a positional shift between a first substrate and a second substrate.
  • the solid-state imaging device has a first substrate and a second substrate.
  • the first substrate has a plurality of first photoelectric conversion units on which first light is incident.
  • the plurality of first photoelectric conversion units convert the first light into a signal.
  • the second substrate has a second semiconductor layer on which second light is incident.
  • the second semiconductor layer has a plurality of second photoelectric conversion units on which the second light incident on the second semiconductor layer is incident.
  • the plurality of second photoelectric conversion units convert the second light into a signal.
  • the second light is the first light transmitted through the plurality of first photoelectric conversion units.
  • the first dimension of the first range is smaller than the second dimension of the second range.
  • the first range is the whole of the second photoelectric conversion unit.
  • the first dimension is a dimension in the first range in a direction parallel to the main surface of the second substrate.
  • the second range is a range in which the second light is incident on the second semiconductor layer.
  • the second dimension is a dimension in the second range in a direction parallel to the main surface of the second substrate.
  • the solid-state imaging device has a first substrate and a second substrate.
  • the first substrate has a plurality of first photoelectric conversion units on which first light is incident.
  • the plurality of first photoelectric conversion units convert the first light into a signal.
  • the second substrate has a plurality of second photoelectric conversion units on which second light is incident.
  • the plurality of second photoelectric conversion units convert the second light into a signal.
  • the second light is the first light transmitted through the plurality of first photoelectric conversion units.
  • the first substrate or the second substrate further includes a light shielding layer in which a plurality of openings are formed. The light shielding layer reflects a part of the second light transmitted through the first photoelectric conversion unit.
  • the second light except the light reflected by the light shielding layer passes through the plurality of openings.
  • the second light that has passed through the plurality of openings enters the plurality of second photoelectric conversion units.
  • the first dimension of the first range is smaller than the second dimension of the second range.
  • the first range is a range in which the second light is incident on the second photoelectric conversion unit.
  • the first dimension is a dimension in the first range in a direction parallel to the main surface of the second substrate.
  • the second range is the whole of the second photoelectric conversion unit.
  • the second dimension is a dimension in the second range in a direction parallel to the main surface of the second substrate.
  • the first range and the second range are viewed in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate.
  • the first range may be within the second range.
  • the second substrate may have the light shielding layer.
  • each of the plurality of second photoelectric conversion units and the plurality of openings are viewed in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate, each of the plurality of second photoelectric conversion units and the plurality of the plurality of second photoelectric conversion units The center of the region where each of the openings overlaps may substantially coincide with the center of each of the plurality of second photoelectric conversion units.
  • the first substrate may have the light shielding layer.
  • each of the plurality of first photoelectric conversion units and the plurality of openings are viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate, each of the plurality of first photoelectric conversion units and the plurality of the plurality of first photoelectric conversion units The center of the region where each of the openings overlaps may substantially coincide with the center of each of the plurality of first photoelectric conversion units.
  • the second substrate may be a surface irradiation type imaging device.
  • the second substrate may include a second semiconductor layer and a second wiring layer.
  • the second semiconductor layer may include the plurality of second photoelectric conversion units.
  • the second wiring layer may include the light shielding layer.
  • the first substrate may be a back-illuminated image sensor.
  • the first substrate may include a first semiconductor layer and a first wiring layer.
  • the first semiconductor layer may include the plurality of first photoelectric conversion units.
  • the imaging device includes the solid-state imaging device.
  • the first dimension in the first range is smaller than the second dimension in the second range. For this reason, the amount of light incident on the second photoelectric conversion portion is unlikely to depend on the amount of positional deviation between the first substrate and the second substrate. As a result, it is possible to reduce variations in signals due to a positional shift between the first substrate and the second substrate.
  • FIG. 1 shows the configuration of a solid-state imaging device 1a according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a cross section of the solid-state imaging device 1a.
  • the solid-state imaging device 1 a includes a first substrate 10, a second substrate 20, a microlens 301, and a color filter 302. The first substrate 10 and the second substrate 20 are stacked.
  • the dimensions of the parts constituting the solid-state imaging device 1a do not follow the dimensions shown in FIG.
  • the dimension of the part which comprises the solid-state imaging device 1a may be arbitrary. In the present specification, dimensions in a specific direction in a specific region are described. When the dimensions of two specific regions are compared, the compared dimension may be the maximum dimension in a specific direction.
  • the color filter 302 is disposed on the main surface of the first substrate 10 (the widest surface among the plurality of surfaces constituting the surface of the substrate), and the microlens 301 is disposed on the color filter 302.
  • FIG. 1 there are a plurality of microlenses 301, but a symbol of one microlens 301 is shown as a representative.
  • FIG. 1 there are a plurality of color filters 302, but a symbol of one color filter 302 is shown as a representative.
  • the micro lens 301 forms an image of light that has passed through the imaging lens.
  • the color filter 302 transmits light having a wavelength corresponding to a predetermined color.
  • the first substrate 10 includes a first semiconductor layer 100 and a first wiring layer 110.
  • the first semiconductor layer 100 and the first wiring layer 110 are formed in a direction (for example, substantially on the main surface) across the main surface of the first substrate 10 (the widest surface among a plurality of surfaces constituting the surface of the substrate). (Vertical direction). Further, the first semiconductor layer 100 and the first wiring layer 110 are in contact with each other.
  • the first semiconductor layer 100 includes a first photoelectric conversion unit 101.
  • the first semiconductor layer 100 is made of a material containing a semiconductor such as silicon (Si).
  • the first photoelectric conversion unit 101 is made of a semiconductor material having an impurity concentration different from that of the semiconductor material forming the first semiconductor layer 100.
  • the first semiconductor layer 100 has a first surface that is in contact with the first wiring layer 110.
  • the second surface opposite to the first surface of the first semiconductor layer 100 is in contact with the color filter 302.
  • the second surface of the first semiconductor layer 100 constitutes one of the main surfaces of the first substrate 10.
  • the light transmitted through the microlens 301 and the color filter 302 is incident on the first semiconductor layer 100.
  • the light incident on the first semiconductor layer 100 travels through the first semiconductor layer 100 and enters the first photoelectric conversion unit 101.
  • the first photoelectric conversion unit 101 converts incident light into a signal.
  • the first wiring layer 110 includes a first wiring 111 and a first interlayer insulating film 112.
  • first wiring 111 there are a plurality of first wirings 111, but a symbol of one first wiring 111 is shown as a representative.
  • the first wiring 111 is made of a conductive material (for example, a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu)).
  • the first wiring layer 110 has a first surface and a second surface. The first surface of the first wiring layer 110 is in contact with the second substrate 20. The second surface opposite to the first surface of the first wiring layer 110 is in contact with the first semiconductor layer 100. The first surface of the first wiring layer 110 constitutes one of the main surfaces of the first substrate 10.
  • the first wiring 111 is a thin film on which a wiring pattern is formed.
  • the first wiring 111 transmits a signal generated by the first photoelectric conversion unit 101 and other signals (power supply voltage, ground voltage, etc.). Only one layer of the first wiring 111 may be formed, or a plurality of layers of the first wiring 111 may be formed. In the example shown in FIG. 1, three layers of first wirings 111 are formed. The multiple layers of first wirings 111 are connected by vias (not shown).
  • the portion other than the first wiring 111 is constituted by a first interlayer insulating film 112 formed of silicon dioxide (SiO 2) or the like.
  • the second substrate 20 includes a second semiconductor layer 200 and a second wiring layer 210.
  • the second semiconductor layer 200 and the second wiring layer 210 overlap in a direction crossing the main surface of the second substrate 20 (for example, a direction substantially perpendicular to the main surface). Further, the second semiconductor layer 200 and the second wiring layer 210 are in contact with each other.
  • the second semiconductor layer 200 includes a second photoelectric conversion unit 201.
  • the second semiconductor layer 200 is made of a material containing a semiconductor such as silicon (Si).
  • the second photoelectric conversion unit 201 is made of a semiconductor material having an impurity concentration different from that of the semiconductor material forming the second semiconductor layer 200.
  • a second photoelectric conversion unit 201 is formed in a region corresponding to the first photoelectric conversion unit 101. That is, the second photoelectric conversion unit 201 is formed at a position where light transmitted through the first photoelectric conversion unit 101 enters.
  • the second semiconductor layer 200 has a first surface and a second surface.
  • the first surface of the second semiconductor layer 200 is in contact with the second wiring layer 210.
  • the second surface of the second semiconductor layer 200 constitutes one of the main surfaces of the second substrate 20.
  • the second photoelectric conversion unit 201 is formed in the second semiconductor layer 200 in the vicinity of the first surface on which light is incident.
  • the light that has passed through the first photoelectric conversion unit 101 passes through the first wiring layer 110 and enters the second wiring layer 210 of the second substrate 20.
  • the light incident on the second wiring layer 210 passes through the second wiring layer 210 and enters the second semiconductor layer 200.
  • the light incident on the second semiconductor layer 200 travels through the second semiconductor layer 200 and enters the second photoelectric conversion unit 201.
  • the second photoelectric conversion unit 201 converts incident light into a signal.
  • the second wiring layer 210 includes a second wiring 211 and a second interlayer insulating film 212.
  • FIG. 1 there are a plurality of second wirings 211, but a symbol of one second wiring 211 is shown as a representative.
  • the second wiring 211 is made of a conductive material (for example, a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu)).
  • the second wiring layer 210 has a first surface and a second surface. The first surface of the second wiring layer 210 is in contact with the first wiring layer 110. The second surface opposite to the first surface of the second wiring layer 210 is in contact with the second semiconductor layer 200. The first surface of the second wiring layer 210 constitutes one of the main surfaces of the second substrate 20.
  • the second wiring 211 is a thin film on which a wiring pattern is formed.
  • the second wiring 211 transmits the signal generated by the second photoelectric conversion unit 201 and other signals (power supply voltage, ground voltage, etc.). Only one layer of the second wiring 211 may be formed, or a plurality of layers of the second wiring 211 may be formed. In the example shown in FIG. 1, a three-layer second wiring 211 is formed. The plurality of layers of second wirings 211 are connected by vias not shown.
  • the part other than the second wiring 211 is composed of a second interlayer insulating film 212 formed of silicon dioxide (SiO 2) or the like.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are stacked with the first wiring layer 110 of the first substrate 10 and the second wiring layer 210 of the second substrate 20 facing each other.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 are electrically connected.
  • the solid-state imaging device 1a has the following characteristics.
  • the first substrate 10 includes a plurality of first photoelectric conversion units 101 on which the first light is incident.
  • the plurality of first photoelectric conversion units 101 convert the first light into a signal.
  • the second substrate 20 includes a second semiconductor layer 200 on which the second light is incident.
  • the second semiconductor layer 200 includes a plurality of second photoelectric conversion units 201 on which the second light incident on the second semiconductor layer 200 enters.
  • the plurality of second photoelectric conversion units 201 converts the second light into a signal.
  • the second light is first light that has passed through the plurality of first photoelectric conversion units 101.
  • the first dimension of the first range R1 is smaller than the second dimension of the second range R2.
  • the first range R1 is the entire second photoelectric conversion unit 201.
  • the first dimension is a dimension (maximum dimension) in the first range R1 in a direction parallel to the main surface of the second substrate 20.
  • the second range R ⁇ b> 2 is a range in which the second light is incident on the second semiconductor layer 200.
  • the second dimension is a dimension (maximum dimension) in the second range R2 in the direction parallel to the main surface of the second substrate 20.
  • first ranges R1 there are a plurality of first ranges R1, but the reference numerals of one first range R1 are shown as representatives.
  • second ranges R2 there are a plurality of second ranges R2, but the reference numerals of one second range R2 are shown as representatives.
  • the solid-state imaging device 1a includes a plurality of microlenses 301 on which the first light is incident.
  • the first light transmitted through the plurality of microlenses 301 enters the plurality of first photoelectric conversion units 101.
  • the size of the second range R2 of the second semiconductor layer 200 includes the shape of the microlens 301, the refractive index and transmittance of the color filter 302 and the first semiconductor layer 100, and the third range R3 from the microlens 301. It can be calculated by the distance to For the calculation, an optical simulation using a ray tracing method or an FDTD (Finite-difference time-domain) method is used.
  • the FDTD method is one method of electromagnetic field analysis.
  • the first dimension in the first range R1 of the second photoelectric conversion unit 201 is the dimension of the second photoelectric conversion unit 201 in the direction parallel to the main surface of the second substrate 20. That is, the second light can enter the entire region of the second photoelectric conversion unit 201.
  • the first dimension is smaller than the dimension of the first photoelectric conversion unit 101.
  • the dimension of the first photoelectric conversion unit 101 is the dimension of the first photoelectric conversion unit 101 in a direction parallel to the main surface of the first substrate 10.
  • the following conditions are satisfied.
  • the plurality of first photoelectric conversion units 101 and the plurality of second photoelectric conversion units 201 are viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate 10 or the second substrate 20, the plurality of first photoelectric conversion units 101
  • the respective centers of the photoelectric conversion units 101 and the respective centers of the plurality of second photoelectric conversion units 201 substantially coincide with each other.
  • the plurality of second photoelectric conversion units 201 and the plurality of second ranges R2 are viewed in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20, each of the plurality of second photoelectric conversion units 201 is displayed. And the centers of the plurality of second ranges R2 substantially coincide with each other.
  • the first substrate 10 or the second substrate 20 has a wiring, that is, a first wiring 111 or a second wiring 211.
  • a wiring that is, a first wiring 111 or a second wiring 211.
  • FIG. 1 there is a positional shift between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the second substrate 20 is shifted to the right with respect to the first substrate 10.
  • FIG. 1 when a plurality of first photoelectric conversion units 101 and a plurality of second photoelectric conversion units 201 are viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate 10 or the second substrate 20, The centers of the first photoelectric conversion units 101 do not coincide with the centers of the plurality of second photoelectric conversion units 201.
  • the plurality of second photoelectric conversion units 201 and the plurality of second ranges R ⁇ b> 2 are viewed in the direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20, the plurality of second photoelectric conversions are performed. Each center of the part 201 does not coincide with each center of the plurality of second ranges R2.
  • the first range R1 of the second photoelectric conversion unit 201 is small. For this reason, when there is a positional shift between the first substrate 10 and the second substrate 20, the first range R1 and the second range R2 are viewed in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20.
  • the first range R1 is likely to be included within the second range R2. That is, the amount of light incident on the second photoelectric conversion unit 201 is less likely to depend on the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the second wiring 211 transmits the second light transmitted through the first photoelectric conversion unit 101. It overlaps with the light path. For this reason, part of the second light is blocked by the second wiring 211.
  • the first range R1 of the second photoelectric conversion unit 201 is smaller than the third dimension of the second range R2 of the second semiconductor layer 200. For this reason, the amount of the second light incident on the second photoelectric conversion unit 201 is unlikely to depend on the amount of the second light blocked by the second wiring 211.
  • FIG. 2 shows an arrangement of a plurality of first photoelectric conversion units 101.
  • the first substrate 10 is shown as viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate 10.
  • the surface of the first semiconductor layer 100 is shown.
  • the first substrate 10 includes a plurality of first photoelectric conversion units 101 and a plurality of microlenses 301.
  • reference numerals of one first photoelectric conversion unit 101 and one microlens 301 are shown as representatives.
  • the plurality of first photoelectric conversion units 101 are arranged in a matrix.
  • the plurality of microlenses 301 are arranged in a matrix.
  • FIG. 2 shows the position of the first wiring 111.
  • FIG. 3 shows an arrangement of a plurality of second photoelectric conversion units 201.
  • the second substrate 20 is shown as viewed in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20.
  • the surface of the second wiring layer 210 is shown.
  • the second substrate 20 includes a plurality of second photoelectric conversion units 201 and a plurality of second wirings 211.
  • reference numerals of one second photoelectric conversion unit 201 and one second wiring 211 are shown as representatives.
  • the plurality of second photoelectric conversion units 201 are arranged in a matrix.
  • FIG. 3 shows the positions of the first photoelectric conversion unit 101 and the second range R2 of the second semiconductor layer 200.
  • the second photoelectric conversion unit 201 is shifted to the right with respect to the first photoelectric conversion unit 101. Further, the second photoelectric conversion unit 201 is shifted to the right with respect to the second range R2. However, the second photoelectric conversion unit 201 is inside the second range R2. When the positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20 is small, the second photoelectric conversion unit 201 is within the second range R2 regardless of the amount of the deviation. For this reason, the amount of the second light incident on the second photoelectric conversion unit 201 is unlikely to depend on the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the first photoelectric conversion unit 101 and the second photoelectric conversion unit 201 are rectangular.
  • the second range R2 has a shape in which a part of the circle is missing.
  • the shapes of the first photoelectric conversion unit 101, the second photoelectric conversion unit 201, and the second range R2 are not limited to the shapes shown in FIGS. Depending on these shapes and the amount of deviation, a part of the first range R1 of the second photoelectric conversion unit 201 may not fit in the second range R2. However, the reduction amount of the light incident on the first range R1 is small.
  • the second dimension (diameter of the circular portion) in the second range R2 is R.
  • the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20 is D.
  • the first dimension of the first range R1 is smaller than R-2D
  • the first range R1 and the second range R2 are the first when viewed in the direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20.
  • One range R1 is likely to be included in the second range R2.
  • the first dimension of the first range R1 of the second photoelectric conversion unit 201 is greater than zero.
  • the dimension is determined so that the first dimension of the first range R1 is equal to or greater than R-2Dmax.
  • Dmax is the maximum value of the allowable amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • Dmax may be the same as the dimensions of the bumps.
  • Dmax may be a value obtained from the measurement result of the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the solid-state imaging device does not have a configuration corresponding to at least one of the first wiring layer 110, the second wiring layer 210, the microlens 301, and the color filter 302. Also good.
  • the solid-state imaging device 1a including the first substrate 10 and the second substrate 20 is configured.
  • the amount of light incident on the second photoelectric conversion unit 201 is less likely to depend on the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20. As a result, it is possible to reduce variations in signals due to a positional shift between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • FIG. 4 shows a configuration of a solid-state imaging device 1b according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a cross section of the solid-state imaging device 1b.
  • the solid-state imaging device 1 b includes a first substrate 10, a second substrate 20, a microlens 301, and a color filter 302. The first substrate 10 and the second substrate 20 are stacked.
  • the second substrate 20 has a light shielding layer 211a in which a plurality of openings 2110 are formed.
  • symbol of the one opening 2110 is shown as a representative.
  • the light shielding layer 211a is disposed at a position that prevents the second light transmitted through the first photoelectric conversion unit 101 from proceeding.
  • the light shielding layer 211 a reflects a part of the second light transmitted through the first photoelectric conversion unit 101.
  • the second light except the light reflected by the light shielding layer 211a passes through the plurality of openings 2110.
  • the second light that has passed through the plurality of openings 2110 is incident on the plurality of second photoelectric conversion units 201.
  • the first dimension of the first range R1 is smaller than the second dimension of the second range R2.
  • the first range R ⁇ b> 1 is a range in which the second light is incident on the second photoelectric conversion unit 201.
  • the first dimension is a dimension (maximum dimension) in the first range R1 in a direction parallel to the main surface of the second substrate 20.
  • the second range R2 is the entire second photoelectric conversion unit 201.
  • the second dimension is a dimension (maximum dimension) in the second range R2 in the direction parallel to the main surface of the second substrate 20.
  • each of the plurality of second photoelectric conversion units 201 and the plurality of openings 2110 are viewed in the direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20, each of the plurality of second photoelectric conversion units 201 and the plurality of openings The center of the region where each of the portions 2110 overlaps substantially matches the center of each of the plurality of second photoelectric conversion units 201.
  • the first substrate 10 is a back side illumination (BSI: Back Side Illumination) type imaging device.
  • the first substrate 10 includes a first semiconductor layer 100 and a first wiring layer 110.
  • the first semiconductor layer 100 includes a plurality of first photoelectric conversion units 101.
  • the second substrate 20 is a front side illumination (FSI: Front Side Illumination) type imaging device.
  • the second substrate 20 includes a second semiconductor layer 200 and a second wiring layer 210.
  • the second semiconductor layer 200 includes a plurality of second photoelectric conversion units 201.
  • the second wiring layer 210 includes a light shielding layer 211a.
  • the light shielding layer 211 a is one layer of the second wiring 211.
  • the light shielding layer 211 a is a layer of the second wiring 211 closest to the second photoelectric conversion unit 201.
  • the light shielding layer 211 a may have a structure different from that of the second wiring 211.
  • the first dimension of the first range R1 of the second photoelectric conversion unit 201 is smaller than the dimension of the opening 2110.
  • the dimension of the opening 2110 is the dimension of the opening 2110 in the direction parallel to the main surface of the second substrate 20.
  • the second dimension of the second range R2 of the second photoelectric conversion unit 201 is substantially equal to the dimension of the first photoelectric conversion unit 101 in the direction parallel to the main surface of the first substrate 10.
  • the second dimension is larger than the dimension of the opening 2110.
  • the first range R1 of the second photoelectric conversion unit 201 is small. For this reason, when there is a positional shift between the first substrate 10 and the second substrate 20, the first range R1 and the second range R2 are viewed in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20.
  • the first range R1 is likely to be included within the second range R2. That is, the amount of light incident on the second photoelectric conversion unit 201 is less likely to depend on the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the arrangement of the plurality of first photoelectric conversion units 101 is the same as that shown in FIG.
  • FIG. 5 shows an arrangement of a plurality of second photoelectric conversion units 201.
  • the second substrate 20 is shown as viewed in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20.
  • the surface of the second wiring layer 210 is shown.
  • the second substrate 20 includes a plurality of second photoelectric conversion units 201, a plurality of second wirings 211, and a plurality of light shielding layers 211a.
  • reference numerals of one second photoelectric conversion unit 201, one second wiring 211, and one light shielding layer 211a are shown as representatives.
  • the plurality of second photoelectric conversion units 201 are arranged in a matrix. Further, in FIG. 5, the position of the first photoelectric conversion unit 101 is shown.
  • the second photoelectric conversion unit 201 is shifted to the right with respect to the first photoelectric conversion unit 101.
  • the region R ⁇ b> 10 where the opening 2110 included in the light shielding layer 211 a overlaps with the second photoelectric conversion unit 201 is inside the first photoelectric conversion unit 101.
  • the region R10 is inside the first photoelectric conversion unit 101 regardless of the amount of the deviation. For this reason, the amount of the second light incident on the second photoelectric conversion unit 201 is unlikely to depend on the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the first range R1 of the second photoelectric conversion unit 201 is the second range in the first embodiment. It is desirable to be included in the third range equivalent to the second range R2 of the semiconductor layer 200.
  • the second dimension (diameter of the circular portion) in the second range R2 is R.
  • the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20 is D.
  • the first dimension of the first range R1 of the second photoelectric conversion unit 201 is greater than zero.
  • the dimensions are determined so that the first dimension of the first range R1 is equal to or greater than R-2Dmax.
  • Dmax is the maximum value of the allowable amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • Dmax may be the same as the dimensions of the bumps.
  • Dmax may be a value obtained from the measurement result of the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the dimension of the opening 2110 is determined so that the first dimension of the first range R1 becomes the determined dimension.
  • the solid-state imaging device 1b including the first substrate 10 and the second substrate 20 is configured.
  • the amount of light incident on the second photoelectric conversion unit 201 is less likely to depend on the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20. As a result, it is possible to reduce variations in signals due to a positional shift between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • FIG. 6 shows a configuration of a solid-state imaging device 1c according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a cross section of the solid-state imaging device 1c.
  • the solid-state imaging device 1 c includes a first substrate 10, a second substrate 20, a microlens 301, and a color filter 302. The first substrate 10 and the second substrate 20 are stacked.
  • the first substrate 10 has a light shielding layer 111a in which a plurality of openings 1110 are formed.
  • a symbol of one opening 1110 is shown as a representative.
  • the light shielding layer 111 a is disposed at a position that prevents the second light transmitted through the first photoelectric conversion unit 101 from proceeding.
  • the light shielding layer 111 a reflects a part of the second light transmitted through the first photoelectric conversion unit 101.
  • the second light except the light reflected by the light shielding layer 111a passes through the plurality of openings 1110.
  • the second light that has passed through the plurality of openings 1110 enters the plurality of second photoelectric conversion units 201.
  • the first dimension of the first range R1 is smaller than the second dimension of the second range R2.
  • the first range R ⁇ b> 1 is a range in which the second light is incident on the second photoelectric conversion unit 201.
  • the first dimension is a dimension (maximum dimension) in the first range R1 in a direction parallel to the main surface of the second substrate 20.
  • the second range R2 is the entire second photoelectric conversion unit 201.
  • the second dimension is a dimension (maximum dimension) in the second range R2 in the direction parallel to the main surface of the second substrate 20.
  • first ranges R1 Although there are a plurality of first ranges R1 in FIG. 5, a symbol of one first range R1 is shown as a representative. Further, in FIG. 5, there are a plurality of second ranges R2, but the reference numerals of one second range R2 are shown as representatives.
  • each of the plurality of first photoelectric conversion units 101 and the plurality of openings 1110 are viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate 10, each of the plurality of first photoelectric conversion units 101 and the plurality of openings are provided.
  • the center of the region where each of the parts 1110 overlaps substantially coincides with the center of each of the plurality of first photoelectric conversion units 101.
  • the first substrate 10 is a back-illuminated image sensor.
  • the first substrate 10 includes a first semiconductor layer 100 and a first wiring layer 110.
  • the first semiconductor layer 100 includes a plurality of first photoelectric conversion units 101.
  • the second substrate 20 is a surface irradiation type imaging device.
  • the second substrate 20 includes a second semiconductor layer 200 and a second wiring layer 210.
  • the second semiconductor layer 200 includes a plurality of second photoelectric conversion units 201.
  • the first wiring layer 110 includes a light shielding layer 111a.
  • the light shielding layer 111 a is one layer of the first wiring 111.
  • the light shielding layer 111 a is a layer of the first wiring 111 that is closest to the second photoelectric conversion unit 201.
  • the light shielding layer 111 a may have a structure different from that of the first wiring 111.
  • the first dimension of the first range R1 of the second photoelectric conversion unit 201 is smaller than the dimension of the opening 1110.
  • the dimension of the opening 1110 is the dimension of the opening 1110 in the direction parallel to the main surface of the first substrate 10.
  • the second dimension of the second range R2 of the second photoelectric conversion unit 201 is substantially equal to the dimension of the first photoelectric conversion unit 101 in the direction parallel to the main surface of the first substrate 10.
  • the second dimension is larger than the dimension of the opening 1110.
  • the first range R1 of the second photoelectric conversion unit 201 is small. For this reason, when there is a positional shift between the first substrate 10 and the second substrate 20, the first range R1 and the second range R2 are viewed in a direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20.
  • the first range R1 is likely to be included within the second range R2. That is, the amount of light incident on the second photoelectric conversion unit 201 is less likely to depend on the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • FIG. 7 shows an arrangement of a plurality of first photoelectric conversion units 101.
  • the first substrate 10 is shown as viewed in a direction perpendicular to the main surface of the first substrate 10.
  • the surface of the first semiconductor layer 100 is shown.
  • the first substrate 10 includes a plurality of first photoelectric conversion units 101 and a plurality of microlenses 301.
  • the reference numerals of one first photoelectric conversion unit 101 and one microlens 301 are shown as representatives.
  • the plurality of first photoelectric conversion units 101 are arranged in a matrix.
  • the plurality of microlenses 301 are arranged in a matrix.
  • FIG. 7 shows the positions of the first wiring 111 and the light shielding layer 111a.
  • the arrangement of the plurality of second photoelectric conversion units 201 is the same as the arrangement shown in FIG. In the third embodiment, there is no light shielding layer 211a.
  • the second dimension of the second photoelectric conversion unit 201 is L.
  • the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20 is D.
  • the first dimension of the first range R1 is smaller than L-2D, when the second photoelectric conversion unit 201 is viewed in the direction perpendicular to the main surface of the second substrate 20, it depends on the amount of deviation. Therefore, the dimension of the first range R1 tends to be constant.
  • the first dimension of the first range R1 of the second photoelectric conversion unit 201 is greater than zero.
  • the dimension is determined so that the first dimension of the first range R1 is equal to or greater than L-2Dmax.
  • Dmax is the maximum value of the allowable amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • Dmax may be the same as the dimensions of the bumps.
  • Dmax may be a value obtained from the measurement result of the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the dimension of the opening 1110 is determined such that the first dimension of the first range R1 becomes the determined dimension.
  • the solid-state imaging device 1c having the first substrate 10 and the second substrate 20 is configured.
  • the amount of light incident on the second photoelectric conversion unit 201 is unlikely to depend on the amount of positional deviation between the first substrate 10 and the second substrate 20. As a result, it is possible to reduce variations in signals due to a positional shift between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • FIG. 8 shows a configuration of an imaging apparatus 7 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the imaging device 7 may be an electronic device having an imaging function.
  • the imaging device 7 is any one of a digital camera, a digital video camera, an endoscope, and a microscope.
  • the imaging device 7 includes a solid-state imaging device 1, a lens unit unit 2, an image signal processing device 3, a recording device 4, a camera control device 5, and a display device 6.
  • the solid-state imaging device 1 is any one of the solid-state imaging device 1a of the first embodiment, the solid-state imaging device 1b of the second embodiment, and the solid-state imaging device 1c of the third embodiment.
  • the lens unit 2 has a zoom lens and a focus lens.
  • the lens unit 2 forms a subject image based on light from the subject on the light receiving surface of the solid-state imaging device 1.
  • the light taken in through the lens unit 2 is imaged on the light receiving surface of the solid-state imaging device 1.
  • the solid-state imaging device 1 converts the subject image formed on the light receiving surface into a signal such as an imaging signal and outputs the signal.
  • the image signal processing device 3 performs a predetermined process on the signal output from the solid-state imaging device 1.
  • the processing performed by the image signal processing device 3 includes conversion to image data, various corrections of the image data, and compression of the image data.
  • the recording device 4 includes a semiconductor memory for recording or reading image data.
  • the recording device 4 is detachable from the imaging device 7.
  • the display device 6 displays an image based on the image data processed by the image signal processing device 3 or the image data read from the recording device 4.
  • the camera control device 5 controls the entire imaging device 7.
  • the operation of the camera control device 5 is defined by a program stored in a ROM built in the imaging device 7.
  • the camera control device 5 reads out this program and performs various controls according to the contents defined by the program.
  • the imaging device has a configuration corresponding to at least one of the lens unit unit 2, the image signal processing device 3, the recording device 4, the camera control device 5, and the display device 6. It does not have to be.
  • the imaging device 7 having the solid-state imaging device 1 is configured.
  • the solid-state imaging device 1 includes the first substrate 10 and the second substrate 20 in any one of the first to third embodiments. For this reason, it is possible to reduce variations in signals due to a positional shift between the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • the first dimension in the first range is smaller than the second dimension in the second range. For this reason, the amount of light incident on the second photoelectric conversion portion is unlikely to depend on the amount of positional deviation between the first substrate and the second substrate. As a result, it is possible to reduce variations in signals due to a positional shift between the first substrate and the second substrate.
  • Solid-state imaging device 2 Lens unit 3 Image signal processing device 4 Recording device 5 Camera control device 6

Landscapes

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Abstract

　固体撮像装置は、第１の基板と、第２の基板とを有する。前記第１の基板は、第１の光が入射する複数の第１の光電変換部を有する。前記第２の基板は、第２の光が入射する第２の半導体層を有する。前記第２の半導体層は、前記第２の半導体層に入射した前記第２の光が入射する複数の第２の光電変換部を有する。前記第２の光は、前記複数の第１の光電変換部を透過した前記第１の光である。第１の範囲の第１の寸法は第２の範囲の第２の寸法よりも小さい。前記第１の範囲は、前記第２の光電変換部の全体である。前記第１の寸法は、前記第２の基板の主面に平行な方向の前記第１の範囲の寸法である。前記第２の範囲は、前記第２の半導体層において前記第２の光が入射する範囲である。前記第２の寸法は、前記第２の基板の主面に平行な方向の前記第２の範囲の寸法である。

Description

固体撮像装置および撮像装置
　本発明は、複数の基板が積層された構造を有する固体撮像装置および撮像装置に関する。
　複数の基板を有する固体撮像装置が開示されている。例えば、第１の基板と第２の基板とが積層された固体撮像装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された固体撮像装置では、複数の画素が第１の基板と第２の基板とに別々に配置されている。このため、撮像信号の解像度が向上する。
　複数の基板を有する固体撮像装置の１つの例を説明する。図９は、固体撮像装置１０００の構成を示している。図９では固体撮像装置１０００の断面が示されている。図９に示すように、固体撮像装置１０００は、第１の基板７０と、第２の基板８０と、マイクロレンズ９０１と、カラーフィルタ９０２とを有する。第１の基板７０と、第２の基板８０とは積層されている。
　第１の基板７０の主面（基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面）にカラーフィルタ９０２が配置され、カラーフィルタ９０２上にマイクロレンズ９０１が配置されている。図９では複数のマイクロレンズ９０１が存在するが、代表として１つのマイクロレンズ９０１の符号が示されている。また、図９では複数のカラーフィルタ９０２が存在するが、代表として１つのカラーフィルタ９０２の符号が示されている。
　固体撮像装置１０００の光学的前方に配置された撮像レンズを通過した、被写体からの光がマイクロレンズ９０１に入射する。マイクロレンズ９０１は、撮像レンズを透過した光を結像する。カラーフィルタ９０２は、所定の色に対応した波長の光を透過させる。
　第１の基板７０は、第１の半導体層７００と、第１の配線層７１０とを有する。第１の半導体層７００は、第１の光電変換部７０１を有する。図９では複数の第１の光電変換部７０１が存在するが、代表として１つの第１の光電変換部７０１の符号が示されている。第１の光電変換部７０１は、入射した光を信号に変換する。
　第１の配線層７１０は、第１の配線７１１と、第１の層間絶縁膜７１２とを有する。図９では複数の第１の配線７１１が存在するが、代表として１つの第１の配線７１１の符号が示されている。
　第１の配線７１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第１の配線７１１は、第１の光電変換部７０１で生成された信号と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。図９に示す例では、３層の第１の配線７１１が形成されている。第１の配線層７１０において、第１の配線７１１以外の部分は、第１の層間絶縁膜７１２で構成されている。
　第２の基板８０は、第２の半導体層８００と、第２の配線層８１０とを有する。第２の半導体層８００は、第２の光電変換部８０１を有する。図９では複数の第２の光電変換部８０１が存在するが、代表として１つの第２の光電変換部８０１の符号が示されている。第２の光電変換部８０１は、入射した光を信号に変換する。
　第２の配線層８１０は、第２の配線８１１と、第２の層間絶縁膜８１２とを有する。図９では複数の第２の配線８１１が存在するが、代表として１つの第２の配線８１１の符号が示されている。
　第２の配線８１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第２の配線８１１は、第２の光電変換部８０１で生成された信号と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。図９に示す例では、３層の第２の配線８１１が形成されている。第２の配線層８１０において、第２の配線８１１以外の部分は、第２の層間絶縁膜８１２で構成されている。
　第１の基板７０と第２の基板８０とは、第１の基板７０と第２の基板８０との界面で電気的に接続されている。第１の光電変換部７０１が撮像信号を取得し、第２の光電変換部８０１が焦点検出用の信号を取得してもよい。
日本国特開２０１３－７００３０号公報
　固体撮像装置１０００の製造において、第１の基板７０と第２の基板８０とが接合されるとき、第１の基板７０と第２の基板８０との位置のずれが発生しうる。図１０は、図９に示す固体撮像装置１０００において第１の基板７０と第２の基板８０との位置のずれが発生している状態を示している。図１０では、第２の基板８０が第１の基板７０に対して右方向にずれている。
　マイクロレンズ９０１を透過した光は、カラーフィルタ９０２を透過する。カラーフィルタ９０２を透過した光は、第１の半導体層７００に入射する。第１の半導体層７００に入射した光は、第１の半導体層７００内を進んで第１の光電変換部７０１に入射する。第１の光電変換部７０１を透過した光は、第１の配線層７１０と、第２の配線層８１０とを透過する。第２の配線層８１０を透過した光は第２の半導体層８００の第２の範囲Ｒ１０２に入射する。第２の範囲Ｒ１０２に入射した光は第２の光電変換部８０１の第１の範囲Ｒ１０１に入射する。第２の基板８０の主面に平行な方向の第２の光電変換部８０１の寸法は、第１の基板７０の主面に平行な方向の第１の光電変換部７０１の寸法とほぼ等しい。
　第１の範囲Ｒ１０１は、第２の光電変換部２０１において光が入射する範囲である。図１０では複数の第１の範囲Ｒ１０１が存在するが、代表として１つの第１の範囲Ｒ１０１の符号が示されている。第２の範囲Ｒ１０２は、第２の半導体層８００において光が入射する範囲である。図１０では複数の第２の範囲Ｒ１０２が存在するが、代表として１つの第２の範囲Ｒ１０２の符号が示されている。
　第１の基板７０と第２の基板８０との位置のずれがない場合、以下の条件が満たされる。複数の第１の光電変換部７０１と複数の第２の光電変換部８０１とを第１の基板７０または第２の基板８０の主面に垂直な方向に見た場合に、複数の第１の光電変換部７０１のそれぞれの中心と複数の第２の光電変換部８０１のそれぞれの中心とは、ほぼ一致する。また、複数の第２の光電変換部８０１と複数の第２の範囲Ｒ１０２とを第２の基板８０の主面に垂直な方向に見た場合に、複数の第２の光電変換部８０１のそれぞれの中心と複数の第２の範囲Ｒ１０２のそれぞれの中心とは、ほぼ一致する。
　図１０では、第１の基板７０と第２の基板８０との位置のずれがある。図１０では、複数の第１の光電変換部７０１と複数の第２の光電変換部８０１とを第１の基板７０または第２の基板８０の主面に垂直な方向に見た場合に、複数の第１の光電変換部７０１のそれぞれの中心と複数の第２の光電変換部８０１のそれぞれの中心とは、一致しない。また、図１０では、複数の第２の光電変換部８０１と複数の第２の範囲Ｒ１０２とを第２の基板８０の主面に垂直な方向に見た場合に、複数の第２の光電変換部８０１のそれぞれの中心と複数の第２の範囲Ｒ１０２のそれぞれの中心とは、一致しない。
　第１の基板７０と第２の基板８０との位置のずれが小さい場合、第１の光電変換部７０１を透過した光の大部分は第２の光電変換部８０１に入射する。しかし、図１０に示すように、第１の基板７０と第２の基板８０との位置のずれが大きい場合、第２の配線８１１が、第１の光電変換部７０１を透過した光の光路と重なる。このため、光の一部は第２の配線８１１によって遮られる。この結果、光の一部は第２の光電変換部８０１に入射しない。
　図１０では、第２の範囲Ｒ１０２の一部は、第２の光電変換部８０１が形成されている領域よりも外側（図１０では左側）にある。このため、第２の配線８１１が存在しない場合でも、光の一部は第２の光電変換部８０１に入射しない。
　したがって、第１の基板７０と第２の基板８０との位置のずれがある場合、第２の半導体層８００に入射する光の一部は第２の光電変換部８０１に入射しない可能性がある。ずれの量に応じて、第２の光電変換部８０１に入射する光の量が異なる。半導体ウェハの面内でずれが均一ではない場合がある。つまり、ずれのばらつきが発生する場合がある。この場合、空間的に均一な光によって第２の光電変換部８０１において得られる信号がチップ毎に、または画素毎に異なる可能性がある。
　本発明は、第１の基板と第２の基板との位置のずれによる信号のばらつきを低減することができる固体撮像装置および撮像装置を提供する。
　本発明の第１の態様によれば、固体撮像装置は、第１の基板と、第２の基板とを有する。前記第１の基板は、第１の光が入射する複数の第１の光電変換部を有する。前記複数の第１の光電変換部は、前記第１の光を信号に変換する。前記第２の基板は、第２の光が入射する第２の半導体層を有する。前記第２の半導体層は、前記第２の半導体層に入射した前記第２の光が入射する複数の第２の光電変換部を有する。前記複数の第２の光電変換部は、前記第２の光を信号に変換する。前記第２の光は、前記複数の第１の光電変換部を透過した前記第１の光である。第１の範囲の第１の寸法は第２の範囲の第２の寸法よりも小さい。前記第１の範囲は、前記第２の光電変換部の全体である。前記第１の寸法は、前記第２の基板の主面に平行な方向の前記第１の範囲の寸法である。前記第２の範囲は、前記第２の半導体層において前記第２の光が入射する範囲である。前記第２の寸法は、前記第２の基板の主面に平行な方向の前記第２の範囲の寸法である。
　本発明の第２の態様によれば、固体撮像装置は、第１の基板と、第２の基板とを有する。前記第１の基板は、第１の光が入射する複数の第１の光電変換部を有する。前記複数の第１の光電変換部は、前記第１の光を信号に変換する。前記第２の基板は、第２の光が入射する複数の第２の光電変換部を有する。前記複数の第２の光電変換部は、前記第２の光を信号に変換する。前記第２の光は、前記複数の第１の光電変換部を透過した前記第１の光である。前記第１の基板または前記第２の基板は、複数の開口部が形成された遮光層をさらに有する。前記遮光層は、前記第１の光電変換部を透過した前記第２の光の一部を反射する。前記遮光層によって反射された光を除く前記第２の光は前記複数の開口部を通過する。前記複数の開口部を通過した前記第２の光は前記複数の第２の光電変換部に入射する。第１の範囲の第１の寸法は第２の範囲の第２の寸法よりも小さい。前記第１の範囲は、前記第２の光電変換部において前記第２の光が入射する範囲である。前記第１の寸法は、前記第２の基板の主面に平行な方向の前記第１の範囲の寸法である。前記第２の範囲は、前記第２の光電変換部の全体である。前記第２の寸法は、前記第２の基板の主面に平行な方向の前記第２の範囲の寸法である。
　本発明の第３の態様によれば、第１の態様または第２の態様において、前記第１の範囲と前記第２の範囲とを前記第２の基板の主面に垂直な方向に見た場合に、前記第１の範囲は前記第２の範囲の内部にあってもよい。
　本発明の第４の態様によれば、第２の態様において、前記第２の基板は、前記遮光層を有してもよい。前記複数の第２の光電変換部と前記複数の開口部とを前記第２の基板の主面に垂直な方向に見た場合に、前記複数の第２の光電変換部のそれぞれと前記複数の開口部のそれぞれとが重なる領域の中心は前記複数の第２の光電変換部のそれぞれの中心とほぼ一致してもよい。
　本発明の第５の態様によれば、第２の態様において、前記第１の基板は、前記遮光層を有してもよい。前記複数の第１の光電変換部と前記複数の開口部とを前記第１の基板の主面に垂直な方向に見た場合に、前記複数の第１の光電変換部のそれぞれと前記複数の開口部のそれぞれとが重なる領域の中心は前記複数の第１の光電変換部のそれぞれの中心とほぼ一致してもよい。
　本発明の第６の態様によれば、第２の態様において、前記第２の基板は、表面照射型撮像素子であってもよい。前記第２の基板は、第２の半導体層と、第２の配線層とを有してもよい。前記第２の半導体層は前記複数の第２の光電変換部を有してもよい。前記第２の配線層は、前記遮光層を含んでもよい。
　本発明の第７の態様によれば、第２の態様において、前記第１の基板は、裏面照射型撮像素子であってもよい。前記第１の基板は、第１の半導体層と、第１の配線層とを有してもよい。前記第１の半導体層は前記複数の第１の光電変換部を有してもよい。
　本発明の第８の態様によれば、撮像装置は、前記固体撮像装置を有する。
　上記の各態様によれば、第１の範囲の第１の寸法は第２の範囲の第２の寸法よりも小さい。このため、第２の光電変換部に入射する光の量が第１の基板と第２の基板との位置のずれの量に依存しにくい。この結果、第１の基板と第２の基板との位置のずれによる信号のばらつきを低減することができる。
本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置における第１の基板の平面図である。 本発明の第１の実施形態の固体撮像装置における第２の基板の平面図である。 本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態の固体撮像装置における第２の基板の平面図である。 本発明の第３の実施形態の固体撮像装置の断面図である。 本発明の第３の実施形態の固体撮像装置における第１の基板の平面図である。 本発明の第４の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。 従来の固体撮像装置の断面図である。 従来の固体撮像装置の断面図である。
　図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態の固体撮像装置１ａの構成を示している。図１では固体撮像装置１ａの断面が示されている。図１に示すように、固体撮像装置１ａは、第１の基板１０と、第２の基板２０と、マイクロレンズ３０１と、カラーフィルタ３０２とを有する。第１の基板１０と、第２の基板２０とは積層されている。
　固体撮像装置１ａを構成する部分の寸法は、図１に示される寸法に従うわけではない。固体撮像装置１ａを構成する部分の寸法は任意であってよい。本明細書では、特定の領域における特定の方向の寸法が説明される。２つの特定の領域の寸法が比較される場合、比較される寸法は特定の方向の最大寸法であってよい。
　第１の基板１０の主面（基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面）にカラーフィルタ３０２が配置され、カラーフィルタ３０２上にマイクロレンズ３０１が配置されている。図１では複数のマイクロレンズ３０１が存在するが、代表として１つのマイクロレンズ３０１の符号が示されている。また、図１では複数のカラーフィルタ３０２が存在するが、代表として１つのカラーフィルタ３０２の符号が示されている。
　固体撮像装置１ａの光学的前方に配置された撮像レンズを通過した、被写体からの光がマイクロレンズ３０１に入射する。マイクロレンズ３０１は、撮像レンズを透過した光を結像する。カラーフィルタ３０２は、所定の色に対応した波長の光を透過させる。
　第１の基板１０は、第１の半導体層１００と、第１の配線層１１０とを有する。第１の半導体層１００と第１の配線層１１０とは、第１の基板１０の主面（基板の表面を構成する複数の面のうち最も広い面）を横切る方向（例えば、主面にほぼ垂直な方向）に重なっている。また、第１の半導体層１００と第１の配線層１１０とは互いに接触している。
　第１の半導体層１００は、第１の光電変換部１０１を有する。図１では複数の第１の光電変換部１０１が存在するが、代表として１つの第１の光電変換部１０１の符号が示されている。第１の半導体層１００は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体を含む材料で構成されている。例えば、第１の光電変換部１０１は、第１の半導体層１００を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第１の半導体層１００は、第１の配線層１１０と接触している第１の面を有する。第１の半導体層１００の第１の面と反対側の第２の面は、カラーフィルタ３０２と接触している。第１の半導体層１００の第２の面は第１の基板１０の主面の１つを構成する。
　マイクロレンズ３０１とカラーフィルタ３０２とを透過した光は、第１の半導体層１００に入射する。第１の半導体層１００に入射した光は、第１の半導体層１００内を進んで第１の光電変換部１０１に入射する。第１の光電変換部１０１は、入射した光を信号に変換する。
　第１の配線層１１０は、第１の配線１１１と、第１の層間絶縁膜１１２とを有する。図１では複数の第１の配線１１１が存在するが、代表として１つの第１の配線１１１の符号が示されている。
　第１の配線１１１は、導電性を有する材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属）で構成されている。第１の配線層１１０は、第１の面と第２の面とを有する。第１の配線層１１０の第１の面は第２の基板２０と接触している。第１の配線層１１０の第１の面と反対側の第２の面は第１の半導体層１００と接触している。第１の配線層１１０の第１の面は第１の基板１０の主面の１つを構成する。
　第１の配線１１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第１の配線１１１は、第１の光電変換部１０１で生成された信号と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。１層のみの第１の配線１１１が形成されていてもよいし、複数層の第１の配線１１１が形成されていてもよい。図１に示す例では、３層の第１の配線１１１が形成されている。複数層の第１の配線１１１は、図示されていないビアによって接続されている。
　第１の配線層１１０において、第１の配線１１１以外の部分は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）等で形成された第１の層間絶縁膜１１２で構成されている。
　第２の基板２０は、第２の半導体層２００と、第２の配線層２１０とを有する。第２の半導体層２００と第２の配線層２１０とは、第２の基板２０の主面を横切る方向（例えば、主面にほぼ垂直な方向）に重なっている。また、第２の半導体層２００と第２の配線層２１０とは互いに接触している。
　第２の半導体層２００は、第２の光電変換部２０１を有する。図１では複数の第２の光電変換部２０１が存在するが、代表として１つの第２の光電変換部２０１の符号が示されている。第２の半導体層２００は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体を含む材料で構成されている。例えば、第２の光電変換部２０１は、第２の半導体層２００を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第１の光電変換部１０１に対応する領域に第２の光電変換部２０１が形成されている。つまり、第２の光電変換部２０１は、第１の光電変換部１０１を透過した光が入射する位置に形成されている。第２の半導体層２００は、第１の面と第２の面とを有する。第２の半導体層２００の第１の面は第２の配線層２１０と接触している。第２の半導体層２００の第２の面は第２の基板２０の主面の１つを構成する。第２の光電変換部２０１は、第２の半導体層２００において、光が入射する第１の面の近傍に形成されている。
　第１の光電変換部１０１を透過した光は、第１の配線層１１０を透過し、第２の基板２０の第２の配線層２１０に入射する。第２の配線層２１０に入射した光は、第２の配線層２１０を透過し、第２の半導体層２００に入射する。第２の半導体層２００に入射した光は、第２の半導体層２００内を進んで第２の光電変換部２０１に入射する。第２の光電変換部２０１は、入射した光を信号に変換する。
　第２の配線層２１０は、第２の配線２１１と、第２の層間絶縁膜２１２とを有する。図１では複数の第２の配線２１１が存在するが、代表として１つの第２の配線２１１の符号が示されている。
　第２の配線２１１は、導電性を有する材料（例えば、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）等の金属）で構成されている。第２の配線層２１０は、第１の面と第２の面とを有する。第２の配線層２１０の第１の面は第１の配線層１１０と接触している。第２の配線層２１０の第１の面と反対側の第２の面は第２の半導体層２００と接触している。第２の配線層２１０の第１の面は第２の基板２０の主面の１つを構成する。
　第２の配線２１１は、配線パターンが形成された薄膜である。第２の配線２１１は、第２の光電変換部２０１で生成された信号と、その他の信号（電源電圧、グランド電圧等）とを伝送する。１層のみの第２の配線２１１が形成されていてもよいし、複数層の第２の配線２１１が形成されていてもよい。図１に示す例では、３層の第２の配線２１１が形成されている。複数層の第２の配線２１１は、図示されていないビアによって接続されている。
　第２の配線層２１０において、第２の配線２１１以外の部分は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）等で形成された第２の層間絶縁膜２１２で構成されている。
　第１の基板１０と第２の基板２０とは、第１の基板１０の第１の配線層１１０と第２の基板２０の第２の配線層２１０とが向かい合った状態で積層されている。第１の基板１０と第２の基板２０とは、電気的に接続されている。
　固体撮像装置１ａは、以下の特徴を有する。第１の基板１０は、第１の光が入射する複数の第１の光電変換部１０１を有する。複数の第１の光電変換部１０１は、第１の光を信号に変換する。第２の基板２０は、第２の光が入射する第２の半導体層２００を有する。第２の半導体層２００は、第２の半導体層２００に入射した第２の光が入射する複数の第２の光電変換部２０１を有する。複数の第２の光電変換部２０１は、第２の光を信号に変換する。第２の光は、複数の第１の光電変換部１０１を透過した第１の光である。
　第１の範囲Ｒ１の第１の寸法は第２の範囲Ｒ２の第２の寸法よりも小さい。第１の範囲Ｒ１は、第２の光電変換部２０１の全体である。第１の寸法は、第２の基板２０の主面に平行な方向の第１の範囲Ｒ１の寸法（最大寸法）である。第２の範囲Ｒ２は、第２の半導体層２００において第２の光が入射する範囲である。第２の寸法は、第２の基板２０の主面に平行な方向の第２の範囲Ｒ２の寸法（最大寸法）である。第１の範囲Ｒ１と第２の範囲Ｒ２とを第２の基板２０の主面に垂直な方向に見た場合に、第１の範囲Ｒ１は第２の範囲Ｒ２の内部にあることが望ましい。図１では複数の第１の範囲Ｒ１が存在するが、代表として１つの第１の範囲Ｒ１の符号が示されている。また、図１では複数の第２の範囲Ｒ２が存在するが、代表として１つの第２の範囲Ｒ２の符号が示されている。
　固体撮像装置１ａは、第１の光が入射する複数のマイクロレンズ３０１を有する。複数のマイクロレンズ３０１を透過した第１の光は複数の第１の光電変換部１０１に入射する。
　第２の半導体層２００の第２の範囲Ｒ２の大きさは、マイクロレンズ３０１の形状、カラーフィルタ３０２と第１の半導体層１００との屈折率および透過率、マイクロレンズ３０１から第３の範囲Ｒ３までの距離等により算出できる。また、その算出には、光線追跡法またはＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ）法を用いた光学シミュレーションが用いられる。ＦＤＴＤ法は、電磁場解析の一手法である。
　第２の光電変換部２０１の第１の範囲Ｒ１の第１の寸法は、第２の基板２０の主面に平行な方向の第２の光電変換部２０１の寸法である。つまり、第２の光電変換部２０１の領域全体に第２の光が入射することが可能である。第１の寸法は第１の光電変換部１０１の寸法よりも小さい。第１の光電変換部１０１の寸法は、第１の基板１０の主面に平行な方向の第１の光電変換部１０１の寸法である。
　第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれがない場合、以下の条件が満たされる。複数の第１の光電変換部１０１と複数の第２の光電変換部２０１とを第１の基板１０または第２の基板２０の主面に垂直な方向に見た場合に、複数の第１の光電変換部１０１のそれぞれの中心と複数の第２の光電変換部２０１のそれぞれの中心とは、ほぼ一致する。また、複数の第２の光電変換部２０１と複数の第２の範囲Ｒ２とを第２の基板２０の主面に垂直な方向に見た場合に、複数の第２の光電変換部２０１のそれぞれの中心と複数の第２の範囲Ｒ２のそれぞれの中心とは、ほぼ一致する。
　第１の基板１０または第２の基板２０は、配線、すなわち第１の配線１１１または第２の配線２１１を有する。第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれがない場合、第１の配線１１１と第２の配線２１１とは、第１の光電変換部１０１を透過した第２の光の進行を妨げない位置に配置されている。
　図１では、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれが発生している。図１では、第２の基板２０が第１の基板１０に対して右方向にずれている。図１では、複数の第１の光電変換部１０１と複数の第２の光電変換部２０１とを第１の基板１０または第２の基板２０の主面に垂直な方向に見た場合に、複数の第１の光電変換部１０１のそれぞれの中心と複数の第２の光電変換部２０１のそれぞれの中心とは、一致しない。また、図１では、複数の第２の光電変換部２０１と複数の第２の範囲Ｒ２とを第２の基板２０の主面に垂直な方向に見た場合に、複数の第２の光電変換部２０１のそれぞれの中心と複数の第２の範囲Ｒ２のそれぞれの中心とは、一致しない。
　第２の半導体層２００の第２の範囲Ｒ２と比較して、第２の光電変換部２０１の第１の範囲Ｒ１は小さい。このため、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれがある場合、第１の範囲Ｒ１と第２の範囲Ｒ２とを第２の基板２０の主面に垂直な方向に見たときに第１の範囲Ｒ１が第２の範囲Ｒ２の内部に含まれやすい。つまり、第２の光電変換部２０１に入射する光の量が第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量に依存しにくい。
　第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれが小さい場合、第１の光電変換部１０１を透過した第２の光の大部分は第２の光電変換部２０１に入射する。しかし、図１に示すように、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれが大きい場合、第２の配線２１１が、第１の光電変換部１０１を透過した第２の光の光路と重なる。このため、第２の光の一部は第２の配線２１１によって遮られる。第２の光電変換部２０１の第１の範囲Ｒ１は、第２の半導体層２００の第２の範囲Ｒ２の第３の寸法よりも小さい。このため、第２の光電変換部２０１に入射する第２の光の量は、第２の配線２１１によって遮られる第２の光の量に依存しにくい。
　図２は、複数の第１の光電変換部１０１の配列を示している。図２では、第１の基板１０の主面に垂直な方向に見た第１の基板１０が示されている。図２では、第１の半導体層１００の表面が示されている。図２に示すように、第１の基板１０は、複数の第１の光電変換部１０１と複数のマイクロレンズ３０１とを有する。図２では代表として１つの第１の光電変換部１０１と１つのマイクロレンズ３０１との符号が示されている。複数の第１の光電変換部１０１は行列状に配置されている。また、複数のマイクロレンズ３０１は行列状に配置されている。また、図２では、第１の配線１１１の位置が示されている。
　図３は、複数の第２の光電変換部２０１の配列を示している。図３では、第２の基板２０の主面に垂直な方向に見た第２の基板２０が示されている。図３では、第２の配線層２１０の表面が示されている。図３に示すように、第２の基板２０は、複数の第２の光電変換部２０１と複数の第２の配線２１１とを有する。図３では代表として１つの第２の光電変換部２０１と１つの第２の配線２１１との符号が示されている。複数の第２の光電変換部２０１は行列状に配置されている。また、図３では、第１の光電変換部１０１と第２の半導体層２００の第２の範囲Ｒ２との位置が示されている。
　第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれがある。このため、図３に示すように、第２の光電変換部２０１は第１の光電変換部１０１に対して右方向にずれている。また、第２の光電変換部２０１は第２の範囲Ｒ２に対して右方向にずれている。しかし、第２の光電変換部２０１は第２の範囲Ｒ２の内部にある。第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれが小さい場合、そのずれの量によらず、第２の光電変換部２０１は第２の範囲Ｒ２の内部にある。このため、第２の光電変換部２０１に入射する第２の光の量が第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量に依存しにくい。
　図２と図３とに示すように、第１の光電変換部１０１と第２の光電変換部２０１とは矩形状である。また、第２の範囲Ｒ２は、円の一部が欠けた形状である。第１の光電変換部１０１と、第２の光電変換部２０１と、第２の範囲Ｒ２との形状は、図２と図３とに示す形状に限らない。これらの形状とずれの量とによっては、第２の光電変換部２０１の第１の範囲Ｒ１の一部が第２の範囲Ｒ２に収まらない可能性がある。しかし、第１の範囲Ｒ１に入射する光の減少量は小さい。
　例えば、第２の範囲Ｒ２の第２の寸法（円状の部分の直径）はＲである。例えば、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量はＤである。第１の範囲Ｒ１の第１の寸法がＲ－２Ｄよりも小さい場合、第１の範囲Ｒ１と第２の範囲Ｒ２とを第２の基板２０の主面に垂直な方向に見たときに第１の範囲Ｒ１が第２の範囲Ｒ２の内部に含まれやすい。
　第２の光電変換部２０１の第１の範囲Ｒ１の第１の寸法は０よりも大きい。例えば、固体撮像装置１ａの設計時に、第１の範囲Ｒ１の第１の寸法がＲ－２Ｄｍａｘ以上となるように、その寸法が決定される。Ｄｍａｘは、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの許容量の最大値である。例えば、第１の基板１０と第２の基板２０とがバンプによって電気的に接続される場合、Ｄｍａｘはバンプの寸法と同じであってもよい。あるいは、Ｄｍａｘは、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量の測定結果から求められた値であってもよい。
　本発明の各態様の固体撮像装置は、第１の配線層１１０と、第２の配線層２１０と、マイクロレンズ３０１と、カラーフィルタ３０２との少なくとも１つに対応する構成を有していなくてもよい。
　第１の実施形態によれば、第１の基板１０と、第２の基板２０とを有する固体撮像装置１ａが構成される。
　第１の実施形態では、第２の光電変換部２０１に入射する光の量が第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量に依存しにくい。この結果、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれによる信号のばらつきを低減することができる。
　（第２の実施形態）
　図４は、本発明の第２の実施形態の固体撮像装置１ｂの構成を示している。図４では固体撮像装置１ｂの断面が示されている。図４に示すように、固体撮像装置１ｂは、第１の基板１０と、第２の基板２０と、マイクロレンズ３０１と、カラーフィルタ３０２とを有する。第１の基板１０と、第２の基板２０とは積層されている。
　図４に示す構成について、図１に示す構成と異なる点を説明する。
　第２の基板２０は、複数の開口部２１１０が形成された遮光層２１１ａを有する。図４では代表として１つの開口部２１１０の符号が示されている。遮光層２１１ａは、第１の光電変換部１０１を透過した第２の光の進行を妨げる位置に配置されている。遮光層２１１ａは、第１の光電変換部１０１を透過した第２の光の一部を反射する。遮光層２１１ａによって反射された光を除く第２の光は複数の開口部２１１０を通過する。複数の開口部２１１０を通過した第２の光は複数の第２の光電変換部２０１に入射する。
　第１の範囲Ｒ１の第１の寸法は第２の範囲Ｒ２の第２の寸法よりも小さい。第１の範囲Ｒ１は、第２の光電変換部２０１において第２の光が入射する範囲である。第１の寸法は、第２の基板２０の主面に平行な方向の第１の範囲Ｒ１の寸法（最大寸法）である。第２の範囲Ｒ２は、第２の光電変換部２０１の全体である。第２の寸法は、第２の基板２０の主面に平行な方向の第２の範囲Ｒ２の寸法（最大寸法）である。第１の範囲Ｒ１と第２の範囲Ｒ２とを第２の基板２０の主面に垂直な方向に見た場合に、第１の範囲Ｒ１は第２の範囲Ｒ２の内部にあることが望ましい。図４では複数の第１の範囲Ｒ１が存在するが、代表として１つの第１の範囲Ｒ１の符号が示されている。また、図４では複数の第２の範囲Ｒ２が存在するが、代表として１つの第２の範囲Ｒ２の符号が示されている。
　複数の第２の光電変換部２０１と複数の開口部２１１０とを第２の基板２０の主面に垂直な方向に見た場合に、複数の第２の光電変換部２０１のそれぞれと複数の開口部２１１０のそれぞれとが重なる領域の中心は複数の第２の光電変換部２０１のそれぞれの中心とほぼ一致する。
　第１の基板１０は、裏面照射（ＢＳＩ：Ｂａｃｋ　Ｓｉｄｅ　Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）型撮像素子である。第１の基板１０は、第１の半導体層１００と、第１の配線層１１０とを有する。第１の半導体層１００は複数の第１の光電変換部１０１を有する。第２の基板２０は、表面照射（ＦＳＩ：Ｆｒｏｎｔ　Ｓｉｄｅ　Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）型撮像素子である。第２の基板２０は、第２の半導体層２００と、第２の配線層２１０とを有する。第２の半導体層２００は複数の第２の光電変換部２０１を有する。第２の配線層２１０は、遮光層２１１ａを含む。
　図４では、遮光層２１１ａは第２の配線２１１の１つの層である。図４では、遮光層２１１ａは、第２の光電変換部２０１に最も近い第２の配線２１１の層である。遮光層２１１ａは、第２の配線２１１とは別の構造であってもよい。
　第２の光電変換部２０１の第１の範囲Ｒ１の第１の寸法は開口部２１１０の寸法よりも小さい。開口部２１１０の寸法は、第２の基板２０の主面に平行な方向の開口部２１１０の寸法である。
　第２の光電変換部２０１の第２の範囲Ｒ２の第２の寸法は、第１の基板１０の主面に平行な方向の第１の光電変換部１０１の寸法とほぼ等しい。第２の寸法は、開口部２１１０の寸法よりも大きい。
　上記以外の点については、図４に示す構成は図１に示す構成と同様である。
　第２の光電変換部２０１の第２の範囲Ｒ２と比較して、第２の光電変換部２０１の第１の範囲Ｒ１は小さい。このため、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれがある場合、第１の範囲Ｒ１と第２の範囲Ｒ２とを第２の基板２０の主面に垂直な方向に見たときに第１の範囲Ｒ１が第２の範囲Ｒ２の内部に含まれやすい。つまり、第２の光電変換部２０１に入射する光の量が第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量に依存しにくい。
　複数の第１の光電変換部１０１の配列は、図２に示す配列と同様である。
　図５は、複数の第２の光電変換部２０１の配列を示している。図５では、第２の基板２０の主面に垂直な方向に見た第２の基板２０が示されている。図５では、第２の配線層２１０の表面が示されている。図５に示すように、第２の基板２０は、複数の第２の光電変換部２０１と、複数の第２の配線２１１と、複数の遮光層２１１ａとを有する。図５では代表として１つの第２の光電変換部２０１と、１つの第２の配線２１１と、１つの遮光層２１１ａとの符号が示されている。複数の第２の光電変換部２０１は行列状に配置されている。また、図５では、第１の光電変換部１０１の位置が示されている。
　複数の第２の光電変換部２０１のそれぞれと複数の開口部２１１０のそれぞれとが重なる領域Ｒ１０の中心は複数の第２の光電変換部２０１のそれぞれの中心とほぼ一致する。図５では代表として１つの領域Ｒ１０の符号が示されている。
　第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれがある。このため、図５に示すように、第２の光電変換部２０１は第１の光電変換部１０１に対して右方向にずれている。しかし、遮光層２１１ａが有する開口部２１１０と第２の光電変換部２０１とが重なる領域Ｒ１０は第１の光電変換部１０１の内部にある。第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれが小さい場合、そのずれの量によらず、領域Ｒ１０は第１の光電変換部１０１の内部にある。このため、第２の光電変換部２０１に入射する第２の光の量が第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量に依存しにくい。
　第２の光電変換部２０１を第２の基板２０の主面に垂直な方向に見た場合に、第２の光電変換部２０１の第１の範囲Ｒ１が、第１の実施形態における第２の半導体層２００の第２の範囲Ｒ２と同等の第３の範囲に含まれることが望ましい。例えば、第２の範囲Ｒ２の第２の寸法（円状の部分の直径）はＲである。例えば、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量はＤである。第１の範囲Ｒ１の第１の寸法がＲ－２Ｄよりも小さい場合、第２の光電変換部２０１を第２の基板２０の主面に垂直な方向に見たときに第１の範囲Ｒ１が第２の範囲Ｒ２の内部に含まれやすい。
　第２の光電変換部２０１の第１の範囲Ｒ１の第１の寸法は０よりも大きい。例えば、固体撮像装置１ｂの設計時に、第１の範囲Ｒ１の第１の寸法がＲ－２Ｄｍａｘ以上となるように、その寸法が決定される。Ｄｍａｘは、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの許容量の最大値である。例えば、第１の基板１０と第２の基板２０とがバンプによって電気的に接続される場合、Ｄｍａｘはバンプの寸法と同じであってもよい。あるいは、Ｄｍａｘは、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量の測定結果から求められた値であってもよい。第１の範囲Ｒ１の第１の寸法が決定された寸法になるように、開口部２１１０の寸法が決定される。
　第２の実施形態によれば、第１の基板１０と、第２の基板２０とを有する固体撮像装置１ｂが構成される。
　第２の実施形態では、第２の光電変換部２０１に入射する光の量が第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量に依存しにくい。この結果、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれによる信号のばらつきを低減することができる。
　（第３の実施形態）
　図６は、本発明の第３の実施形態の固体撮像装置１ｃの構成を示している。図６では固体撮像装置１ｃの断面が示されている。図６に示すように、固体撮像装置１ｃは、第１の基板１０と、第２の基板２０と、マイクロレンズ３０１と、カラーフィルタ３０２とを有する。第１の基板１０と、第２の基板２０とは積層されている。
　図６に示す構成について、図１に示す構成と異なる点を説明する。
　第１の基板１０は、複数の開口部１１１０が形成された遮光層１１１ａを有する。図６では代表として１つの開口部１１１０の符号が示されている。遮光層１１１ａは、第１の光電変換部１０１を透過した第２の光の進行を妨げる位置に配置されている。遮光層１１１ａは、第１の光電変換部１０１を透過した第２の光の一部を反射する。遮光層１１１ａによって反射された光を除く第２の光は複数の開口部１１１０を通過する。複数の開口部１１１０を通過した第２の光は複数の第２の光電変換部２０１に入射する。
　第１の範囲Ｒ１の第１の寸法は第２の範囲Ｒ２の第２の寸法よりも小さい。第１の範囲Ｒ１は、第２の光電変換部２０１において第２の光が入射する範囲である。第１の寸法は、第２の基板２０の主面に平行な方向の第１の範囲Ｒ１の寸法（最大寸法）である。第２の範囲Ｒ２は、第２の光電変換部２０１の全体である。第２の寸法は、第２の基板２０の主面に平行な方向の第２の範囲Ｒ２の寸法（最大寸法）である。第１の範囲Ｒ１と第２の範囲Ｒ２とを第２の基板２０の主面に垂直な方向に見た場合に、第１の範囲Ｒ１は第２の範囲Ｒ２の内部にあることが望ましい。図５では複数の第１の範囲Ｒ１が存在するが、代表として１つの第１の範囲Ｒ１の符号が示されている。また、図５では複数の第２の範囲Ｒ２が存在するが、代表として１つの第２の範囲Ｒ２の符号が示されている。
　複数の第１の光電変換部１０１と複数の開口部１１１０とを第１の基板１０の主面に垂直な方向に見た場合に、複数の第１の光電変換部１０１のそれぞれと複数の開口部１１１０のそれぞれとが重なる領域の中心は複数の第１の光電変換部１０１のそれぞれの中心とほぼ一致する。
　第１の基板１０は、裏面照射型撮像素子である。第１の基板１０は、第１の半導体層１００と、第１の配線層１１０とを有する。第１の半導体層１００は複数の第１の光電変換部１０１を有する。第２の基板２０は、表面照射型撮像素子である。第２の基板２０は、第２の半導体層２００と、第２の配線層２１０とを有する。第２の半導体層２００は複数の第２の光電変換部２０１を有する。第１の配線層１１０は、遮光層１１１ａを含む。
　図６では、遮光層１１１ａは第１の配線１１１の１つの層である。図６では、遮光層１１１ａは、第２の光電変換部２０１に最も近い第１の配線１１１の層である。遮光層１１１ａは、第１の配線１１１とは別の構造であってもよい。
　第２の光電変換部２０１の第１の範囲Ｒ１の第１の寸法は開口部１１１０の寸法よりも小さい。開口部１１１０の寸法は、第１の基板１０の主面に平行な方向の開口部１１１０の寸法である。
　第２の光電変換部２０１の第２の範囲Ｒ２の第２の寸法は、第１の基板１０の主面に平行な方向の第１の光電変換部１０１の寸法とほぼ等しい。第２の寸法は、開口部１１１０の寸法よりも大きい。
　上記以外の点については、図６に示す構成は図１に示す構成と同様である。
　第２の光電変換部２０１の第２の範囲Ｒ２と比較して、第２の光電変換部２０１の第１の範囲Ｒ１は小さい。このため、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれがある場合、第１の範囲Ｒ１と第２の範囲Ｒ２とを第２の基板２０の主面に垂直な方向に見たときに第１の範囲Ｒ１が第２の範囲Ｒ２の内部に含まれやすい。つまり、第２の光電変換部２０１に入射する光の量が第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量に依存しにくい。
　図７は、複数の第１の光電変換部１０１の配列を示している。図７では、第１の基板１０の主面に垂直な方向に見た第１の基板１０が示されている。図７では、第１の半導体層１００の表面が示されている。図７に示すように、第１の基板１０は、複数の第１の光電変換部１０１と複数のマイクロレンズ３０１とを有する。図７では代表として１つの第１の光電変換部１０１と１つのマイクロレンズ３０１との符号が示されている。複数の第１の光電変換部１０１は行列状に配置されている。また、複数のマイクロレンズ３０１は行列状に配置されている。また、図７では、第１の配線１１１と遮光層１１１ａとの位置が示されている。
　複数の第１の光電変換部１０１のそれぞれと複数の開口部１１１０のそれぞれとが重なる領域Ｒ１１の中心は複数の第１の光電変換部１０１のそれぞれの中心とほぼ一致する。図７では代表として１つの領域Ｒ１１の符号が示されている。
　複数の第２の光電変換部２０１の配列は、図５に示す配列と同様である。第３の実施形態では、遮光層２１１ａはない。
　例えば、第２の光電変換部２０１の第２の寸法はＬである。例えば、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量はＤである。第１の範囲Ｒ１の第１の寸法がＬ－２Ｄよりも小さい場合、第２の光電変換部２０１を第２の基板２０の主面に垂直な方向に見たときに、ずれの量によらず、第１の範囲Ｒ１の寸法が一定になりやすい。
　第２の光電変換部２０１の第１の範囲Ｒ１の第１の寸法は０よりも大きい。例えば、固体撮像装置１ｃの設計時に、第１の範囲Ｒ１の第１の寸法がＬ－２Ｄｍａｘ以上となるように、その寸法が決定される。Ｄｍａｘは、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの許容量の最大値である。例えば、第１の基板１０と第２の基板２０とがバンプによって電気的に接続される場合、Ｄｍａｘはバンプの寸法と同じであってもよい。あるいは、Ｄｍａｘは、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量の測定結果から求められた値であってもよい。第１の範囲Ｒ１の第１の寸法が決定された寸法になるように、開口部１１１０の寸法が決定される。
　第３の実施形態によれば、第１の基板１０と、第２の基板２０とを有する固体撮像装置１ｃが構成される。
　第３の実施形態では、第２の光電変換部２０１に入射する光の量が第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれの量に依存しにくい。この結果、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれによる信号のばらつきを低減することができる。
（第４の実施形態）
　図８は、本発明の第４の実施形態の撮像装置７の構成を示している。撮像装置７は、撮像機能を有する電子機器であればよい。例えば、撮像装置７は、デジタルカメラと、デジタルビデオカメラと、内視鏡と、顕微鏡とのいずれか１つである。図８に示すように、撮像装置７は、固体撮像装置１と、レンズユニット部２と、画像信号処理装置３と、記録装置４と、カメラ制御装置５と、表示装置６とを有する。
　固体撮像装置１は、第１の実施形態の固体撮像装置１ａと、第２の実施形態の固体撮像装置１ｂと、第３の実施形態の固体撮像装置１ｃとのいずれか１つである。レンズユニット部２は、ズームレンズとフォーカスレンズとを有する。レンズユニット部２は、被写体からの光に基づく被写体像を固体撮像装置１の受光面に形成する。レンズユニット部２を介して取り込まれた光は固体撮像装置１の受光面に結像される。固体撮像装置１は、受光面に結像された被写体像を撮像信号等の信号に変換し、その信号を出力する。
　画像信号処理装置３は、固体撮像装置１から出力された信号に対して、予め定められた処理を行う。画像信号処理装置３によって行われる処理は、画像データへの変換、画像データの各種の補正、および画像データの圧縮などである。
　記録装置４は、画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリなどを有する。記録装置４は、撮像装置７に対して着脱可能である。表示装置６は、画像信号処理装置３によって処理された画像データ、または記録装置４から読み出された画像データに基づく画像を表示する。
　カメラ制御装置５は、撮像装置７全体の制御を行う。カメラ制御装置５の動作は、撮像装置７に内蔵されたＲＯＭに格納されているプログラムに規定されている。カメラ制御装置５は、このプログラムを読み出して、プログラムが規定する内容に従って、各種の制御を行う。
　本発明の各態様の撮像装置は、レンズユニット部２と、画像信号処理装置３と、記録装置４と、カメラ制御装置５と、表示装置６との少なくとも１つに対応する構成を有していなくてもよい。
　第４の実施形態によれば、固体撮像装置１を有する撮像装置７が構成される。固体撮像装置１は、第１から第３の実施形態のいずれか１つにおける第１の基板１０と第２の基板２０とを有する。このため、第１の基板１０と第２の基板２０との位置のずれによる信号のばらつきを低減することができる。
　以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
　本発明の各実施形態によれば、第１の範囲の第１の寸法は第２の範囲の第２の寸法よりも小さい。このため、第２の光電変換部に入射する光の量が第１の基板と第２の基板との位置のずれの量に依存しにくい。この結果、第１の基板と第２の基板との位置のずれによる信号のばらつきを低減することができる。
　１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１０００　固体撮像装置
　２　レンズユニット部
　３　画像信号処理装置
　４　記録装置
　５　カメラ制御装置
　６　表示装置
　７　撮像装置
　１０，７０　第１の基板
　２０，８０　第２の基板
　１００，７００　第１の半導体層
　１０１，７０１　第１の光電変換部
　１１０，７１０　第１の配線層
　１１１，７１１　第１の配線
　１１１ａ，２１１ａ　遮光層
　１１２，７１２　第１の層間絶縁膜
　２００，８００　第２の半導体層
　２０１，８０１　第２の光電変換部
　２１０，８１０　第２の配線層
　２１１，８１１　第２の配線
　２１２，８１２　第２の層間絶縁膜
　３０１，９０１　マイクロレンズ
　３０２，９０２　カラーフィルタ
　１１１０，２１１０　開口部

Claims (8)

  1. 　第１の光が入射する複数の第１の光電変換部を有し、前記複数の第１の光電変換部は、前記第１の光を信号に変換する第１の基板と、
    　第２の光が入射する第２の半導体層を有し、前記第２の半導体層は、前記第２の半導体層に入射した前記第２の光が入射する複数の第２の光電変換部を有し、前記複数の第２の光電変換部は、前記第２の光を信号に変換し、前記第２の光は、前記複数の第１の光電変換部を透過した前記第１の光である第２の基板と、
    　を有し、
    　第１の範囲の第１の寸法は第２の範囲の第２の寸法よりも小さく、前記第１の範囲は、前記第２の光電変換部の全体であり、前記第１の寸法は、前記第２の基板の主面に平行な方向の前記第１の範囲の寸法であり、前記第２の範囲は、前記第２の半導体層において前記第２の光が入射する範囲であり、前記第２の寸法は、前記第２の基板の主面に平行な方向の前記第２の範囲の寸法である
    　固体撮像装置。
  2. 　第１の光が入射する複数の第１の光電変換部を有し、前記複数の第１の光電変換部は、前記第１の光を信号に変換する第１の基板と、
    　第２の光が入射する複数の第２の光電変換部を有し、前記複数の第２の光電変換部は、前記第２の光を信号に変換し、前記第２の光は、前記複数の第１の光電変換部を透過した前記第１の光である第２の基板と、
    　を有し、
    　前記第１の基板または前記第２の基板は、複数の開口部が形成された遮光層をさらに有し、前記遮光層は、前記第１の光電変換部を透過した前記第２の光の一部を反射し、前記遮光層によって反射された光を除く前記第２の光は前記複数の開口部を通過し、前記複数の開口部を通過した前記第２の光は前記複数の第２の光電変換部に入射し、
    　第１の範囲の第１の寸法は第２の範囲の第２の寸法よりも小さく、前記第１の範囲は、前記第２の光電変換部において前記第２の光が入射する範囲であり、前記第１の寸法は、前記第２の基板の主面に平行な方向の前記第１の範囲の寸法であり、前記第２の範囲は、前記第２の光電変換部の全体であり、前記第２の寸法は、前記第２の基板の主面に平行な方向の前記第２の範囲の寸法である
    　固体撮像装置。
  3. 　前記第１の範囲と前記第２の範囲とを前記第２の基板の主面に垂直な方向に見た場合に、前記第１の範囲は前記第２の範囲の内部にある請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記第２の基板は、前記遮光層を有し、
    　前記複数の第２の光電変換部と前記複数の開口部とを前記第２の基板の主面に垂直な方向に見た場合に、前記複数の第２の光電変換部のそれぞれと前記複数の開口部のそれぞれとが重なる領域の中心は前記複数の第２の光電変換部のそれぞれの中心とほぼ一致する
    　請求項２に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記第１の基板は、前記遮光層を有し、
    　前記複数の第１の光電変換部と前記複数の開口部とを前記第１の基板の主面に垂直な方向に見た場合に、前記複数の第１の光電変換部のそれぞれと前記複数の開口部のそれぞれとが重なる領域の中心は前記複数の第１の光電変換部のそれぞれの中心とほぼ一致する
    　請求項２に記載の固体撮像装置。
  6. 　前記第２の基板は、表面照射型撮像素子であり、前記第２の基板は、第２の半導体層と、第２の配線層とを有し、前記第２の半導体層は前記複数の第２の光電変換部を有し、前記第２の配線層は、前記遮光層を含む請求項２に記載の固体撮像装置。
  7. 　前記第１の基板は、裏面照射型撮像素子であり、前記第１の基板は、第１の半導体層と、第１の配線層とを有し、前記第１の半導体層は前記複数の第１の光電変換部を有し、前記第１の配線層は、前記遮光層を含む請求項２に記載の固体撮像装置。
  8. 　請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置を有する撮像装置。
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