WO2016136274A1 - 撮像素子、撮像装置、および撮像素子の製造方法 - Google Patents

撮像素子、撮像装置、および撮像素子の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an image pickup device that outputs an image signal, an image pickup apparatus, and a method for manufacturing the image pickup device.
  • an imaging device including an imaging device such as a CCD imaging device or a CMOS imaging device and an imaging optical system is known.
  • an imaging device such as a CCD imaging device or a CMOS imaging device and an imaging optical system.
  • Patent Document 1 in order to release the heat generated in the image sensor to the outside and suppress the temperature rise of the image sensor, the heat generated in the image sensor is transferred to the metal plate outside the resin housing via the heat conducting member.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which a joint portion of a microlens provided on the opening of each pixel of the image sensor is formed in a Fresnel shape in order to increase the chief ray incident angle.
  • An imaging device includes a first layer having an imaging function, in which a plurality of pixels are arranged in at least a first direction, and a second layer joined to the first layer.
  • the second layer has a first sub-layer in which main material regions containing a main material and sub-material regions containing a sub material are alternately arranged along the first direction.
  • an imaging apparatus includes a first layer having an imaging function in which a plurality of pixels are arranged in at least a first direction, and a second layer bonded to the first layer. And an imaging optical system that forms an object image on the light receiving surface of the first layer, and the second layer is a main material along the first direction.
  • the first sub-layer in which the main material regions including the sub-material regions including the sub-material are alternately arranged.
  • a method of manufacturing an image sensor the step of forming a photodiode on one surface of the first substrate, and the second surface on one surface side of the first substrate.
  • Forming a sub-layer depositing a metal material different from a main material of the second substrate in a groove formed in a predetermined pattern on one surface of the second substrate; and Forming a second sub-layer on one surface side, joining the second sub-layer of the first substrate and the second sub-layer of the second substrate; Polishing the other surface with respect to one surface of the first substrate to form a photoelectric conversion sublayer; and polishing the other surface with respect to one surface of the second substrate to form the first sublayer.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the positional relationship of the image pick-up element of FIG. 1, and an imaging optical system. It is principal part sectional drawing of the image pick-up element of FIG. It is a figure which shows the variation of the support sublayer of FIG. It is principal part sectional drawing of the board
  • the imaging apparatus 10 includes an imaging optical system 11, an imaging element 12, an image processing unit 13, and a control unit 14.
  • the imaging optical system 11 includes a diaphragm and a plurality of lenses, and forms a subject image.
  • the image pickup device 12 is, for example, a CMOS image pickup device, and picks up a subject image formed by the image pickup optical system 11.
  • the image sensor 12 outputs the captured image generated by the imaging to the image processing unit 13 as an analog image signal.
  • the image pickup device 12 is described as being a backside illumination type, but is not limited thereto.
  • the image processing unit 13 includes a processor dedicated to image processing such as AFE and DSP, for example, and performs pre-stage images such as CDS, gain adjustment (AGC), and AD conversion (ADC) on the image signal acquired from the image sensor 12. Apply processing.
  • the image processing unit 13 performs predetermined subsequent image processing such as automatic exposure (AE), automatic white balance (AWB), color interpolation, brightness correction, color correction, and gamma correction on the captured image.
  • the control unit 14 is, for example, a dedicated microprocessor or a general-purpose CPU that executes a specific process by reading a specific program.
  • the control unit 14 controls the entire operation of the imaging device 10.
  • the image sensor 12 bonded to the package substrate 15 has the light 17 having the center position of the image sensor 12 positioned on the optical axis 16 of the image pickup optical system 11 and having passed through the image pickup optical system 11. That is, it is arranged in the housing of the imaging device 10 so that the subject image is formed on the light receiving surface of the imaging device 12.
  • the light receiving surface side (upper side in FIG. 2) of the image sensor 12 is referred to as a front side
  • the bonding surface side (lower side in FIG. 2) with the package substrate 15 is referred to as a back side.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the image sensor 12 along at least one direction (first direction) in which a plurality of pixels of the image sensor 12 are arranged.
  • the first layer 18 is a layer having an imaging function for outputting a captured image signal from a pixel, and has a thickness of about 3 to 4 ⁇ m, for example.
  • the first layer 18 includes a photoelectric conversion sub layer 20, a wiring sub layer 21, an adhesion sub layer 22, a color filter 23, and a microlens 24.
  • the photoelectric conversion sublayer 20 includes a semiconductor material such as silicon as a main material. In a partial region of the photoelectric conversion sublayer 20, a photodiode 25 and a MOS transistor constituting a pixel are formed. The main surface on the front side of the photoelectric conversion sublayer 20 is defined as the light receiving surface of the image sensor 12.
  • the wiring sub-layer 21 includes an insulating material such as silicon oxide as a main material.
  • a circuit that reads a captured image signal from a pixel is formed in a partial region of the wiring sublayer 21.
  • the circuit is configured by laminating wirings using, for example, copper and aluminum.
  • the wiring sublayer 21 is provided on the back side adjacent to the photoelectric conversion sublayer 20.
  • the adhesion sublayer 22 is made of a material having high adhesion such as silicon nitride.
  • the adhesion sub-layer 22 is provided on the back side adjacent to the wiring sub-layer 21 and is used for closely bonding the first layer 18 and the second layer 19 together.
  • the color filter 23 corresponds to each color of RGB, for example, and is a filter that allows light in a specific wavelength band to pass through.
  • the color filter 23 is provided corresponding to each pixel.
  • the color filter 23 is provided on the front side of the photoelectric conversion sublayer 20 in the region where the photodiode 25 is formed, adjacent to the photoelectric conversion sublayer 20.
  • the microlens 24 is a lens provided corresponding to each pixel.
  • the micro lens 24 condenses the light irradiated through the imaging optical system 11 on the light receiving surface of the imaging device 12 through the color filter 23.
  • the second layer 19 is a layer that supports the first layer 18 and has a thickness of about 170 ⁇ m, for example.
  • the second layer 19 includes a support sublayer 26 (first sublayer), a metal sublayer 27, and an adhesion sublayer 28 (second sublayer).
  • the support sublayer 26 includes a non-metallic material as a main material, such as silicon or glass.
  • a main material region including the main material 29 and a sub material region including the sub material 30 are alternately arranged (positioned) in the first direction.
  • the submaterial 30 disposed on the support sublayer 26 functions as a heat radiating plate for radiating the heat generated in the first layer 18 from the second layer side.
  • the material of each material and the distribution in the width direction of the auxiliary material 30, that is, the distribution in the first direction, are arbitrarily determined in order to obtain a desired heat dissipation effect.
  • the main material region is a non-metallic material region including a main material 29 that is a non-metallic material (for example, silicon).
  • the submaterial region is a metal material region containing a submaterial 30, which is a metal material having a higher thermal conductivity than the main material 29, such as copper.
  • the secondary material 30 is distributed uniformly (for example, at equal intervals) over at least a part of the region in the first direction.
  • the support sublayer 26 has a portion in which the metal material regions are uniformly arranged in the cross section along the first direction.
  • the secondary material 30 extends to the main surface on the back side of the second layer 19.
  • the distribution of the secondary material 30 may be uniform over the entire length in the first direction, for example, as shown in FIG. Alternatively, the distribution of the secondary material 30 may be non-uniform as shown in FIG. Alternatively, the sub-material 30 may be distributed such that, for example, as illustrated in FIG. 4C, the sub-material 30 is disposed in one region in the first direction and the main material 29 is disposed in the other region. As described above, the distribution of the sub-material 30 disposed on the support sub-layer 26 is arbitrarily determined in order to obtain a desired heat dissipation effect.
  • the metal sub-layer 27 is provided on the front side adjacent to the support sub-layer 26, and the heat generated in the first layer 18 is arranged on the support sub-layer 26 over the entire surface of the first layer 18. Conducted to material 30.
  • the adhesion sublayer 28 is made of a material having high adhesion such as silicon nitride.
  • the adhesion sub-layer 28 is provided on the front side adjacent to the metal sub-layer 27 and is used for closely bonding the first layer 18 and the second layer 19 together.
  • This process is a process performed using two substrates (hereinafter referred to as a first substrate and a second substrate).
  • a first substrate and a second substrate two substrates
  • specific examples of the process will be described by dividing into a processing process for the first substrate, a processing process for the second substrate, and a process performed by bonding the first substrate and the second substrate.
  • the step of forming the first layer 18 and the second layer 19 is incorporated into a pre-process of a semiconductor process, for example.
  • the first substrate and the second substrate will be described as being typical silicon semiconductor substrates, for example.
  • the photodiode 25 and the MOS transistor are formed on one planarized main surface of the first substrate 31.
  • the wiring sublayer 21 is formed on the main surface of the first substrate 31, and, for example, a silicon nitride film is stacked to further form the adhesion sublayer 22.
  • a processing process for the second substrate Next, a processing process for the second substrate will be described.
  • a silicon oxide film 33 and a silicon nitride film 34 are formed on one planarized main surface of the second substrate 32, and a photoresist 35 is applied. Patterning.
  • etching is performed to form a groove on the main surface of the second substrate 32.
  • the photoresist 35 is removed, and a metal material such as copper is deposited as an auxiliary material 30 by an arbitrary process such as a vapor deposition process or a plating process.
  • a metal material such as copper is deposited as an auxiliary material 30 by an arbitrary process such as a vapor deposition process or a plating process.
  • a flattening process is performed, and the silicon oxide film 33 and the silicon nitride film 34 are removed.
  • a metal material such as copper is laminated to form the metal sublayer 27, and a silicon nitride film is laminated to form the adhesion sublayer 28, for example.
  • Step of joining the first substrate and the second substrate Next, a process performed by bonding the first substrate 31 and the second substrate 32 will be described.
  • the adhesion sublayer 22 of the first substrate 31 and the adhesion sublayer 28 of the second substrate 32 are bonded.
  • FIG. 7B the other main surface of the first substrate 31 is polished.
  • polishing is performed until the photodiode 25 is exposed on the surface to be polished, and the photoelectric conversion sublayer 20 is formed.
  • FIG. 7C the color filter 23 and the microlens 24 are disposed on the photoelectric conversion sublayer 20.
  • the first layer 18 including the adhesion sublayer 22, the wiring sublayer 21, the photoelectric conversion sublayer 20, the color filter 23, and the microlens 24 is formed.
  • the top and bottom of the second substrate 32 on which the first layer 18 is formed are inverted.
  • the other main surface of the second substrate 32 is polished to form the support sublayer 26.
  • the support sub-layer 26 is formed by polishing until the secondary material 30 is exposed on the surface to be polished.
  • the second layer 19 including the support sublayer 26, the metal sublayer 27, and the adhesion sublayer 28 is formed.
  • Step S100 First, the photodiode 25 and the MOS transistor are formed on one main surface of the first substrate 31.
  • Step S101 Subsequently, the wiring sublayer 21 is formed on the main surface of the first substrate 31, and, for example, a silicon nitride film is laminated to further form the adhesion sublayer 22.
  • Step S102 Next, a silicon oxide film 33, a silicon nitride film 34, and a pattern of a photoresist 35 are formed on one main surface of the second substrate 32, and the second substrate 32 is etched. Grooves are formed in the main surface of.
  • Step S103 Subsequently, the photoresist 35 of the second substrate 32 is removed, and a metal material such as copper is deposited as the auxiliary material 30.
  • Step S104 Subsequently, a planarization process is performed on the second substrate 32, and the silicon oxide film 33 and the silicon nitride film 34 are removed.
  • Step S105 Subsequently, a metal material such as copper is laminated on the second substrate 32 to form a metal sublayer 27, and a silicon nitride film is laminated, for example, to further form an adhesion sublayer 28.
  • a metal material such as copper is laminated on the second substrate 32 to form a metal sublayer 27, and a silicon nitride film is laminated, for example, to further form an adhesion sublayer 28.
  • Step S106 Next, the adhesion sublayer 22 of the first substrate 31 and the adhesion sublayer 28 of the second substrate 32 are bonded.
  • Step S107 Subsequently, the other main surface of the first substrate 31 with respect to the one main surface in Step S100 is polished to form the photoelectric conversion sublayer 20.
  • Step S108 Subsequently, the color filter 23 and the microlens 24 are disposed on the photoelectric conversion sublayer 20. In this way, the first layer 18 including the adhesion sublayer 22, the wiring sublayer 21, the photoelectric conversion sublayer 20, the color filter 23, and the microlens 24 is formed.
  • Step S109 Subsequently, the other main surface of the second substrate 32 with respect to the one main surface in Step S102 is polished.
  • the support sub-layer 26 is formed by polishing until the secondary material 30 is exposed on the surface to be polished. In this way, the second layer 19 including the support sublayer 26, the metal sublayer 27, and the adhesion sublayer 28 is formed.
  • Step S200 First, dicing is performed to cut the image sensor wafer into a desired chip size.
  • Step S201 Subsequently, die bonding is performed, and the image pickup device 12 cut into a desired chip size is bonded to the package substrate 15.
  • the image sensor 12 is bonded to the lead frame of the package substrate 15 by adhesion.
  • Step S202 Then, wire bonding is performed to connect the pads of the image sensor 12 and the pads of the package substrate 15.
  • the imaging element 12 according to the first embodiment includes the first layer 18 and the second layer having the support sub-layer 26 in which the metal material that is the main material 29 and the sub-material 30 is alternately arranged. 19.
  • the auxiliary materials 30 arranged alternately function as a heat radiating plate that radiates the heat generated in the first layer 18 from the second layer 19 side.
  • the imaging device 12 according to the first embodiment the second layer 19 including the auxiliary material 30 that functions as a heat sink is provided to be joined to the first layer 18 that generates heat.
  • the efficiency of conduction of heat generated in the first layer 18 to the back side of the second layer 19 is improved, and the heat dissipation effect is improved.
  • the second layer 19 can be formed by, for example, the above-described polishing in step S109 (see FIG. 8) in the previous step of the semiconductor process. Therefore, in order to make the secondary material 30 included in the second layer 19 function as a heat sink, an additional step after the polishing in step S109, that is, an additional step in a state in which the thickness of the imaging element 12 is relatively thin, is performed. Since this is not necessary, an increase in the manufacturing difficulty of the image sensor 12 is suppressed.
  • the secondary material 30 disposed in the support sub-layer 26 extends to the main surface of the second layer 19 opposite to the first layer 18, that is, the main surface on the back side of the second layer 19. In this way, for example, when the imaging device 12 is bonded to the package substrate 15, the secondary material 30 disposed in the second layer 19 and the package substrate 15 come into contact with each other, so that the heat dissipation effect is further improved.
  • the submaterial 30 is uniformly distributed over at least a part of the region in the first direction.
  • the support sublayer 26 has a portion in which the metal material regions are uniformly arranged in the cross section along the first direction.
  • the second layer 19 includes a support sublayer 26, a metal sublayer 27, and an adhesion sublayer 28.
  • the metal sub-layer 27 conducts the heat generated in the first layer 18 to the sub-material 30 disposed on the support sub-layer 26 over the entire surface of the first layer 18. Is further improved.
  • the image sensor 12 is a back-illuminated image sensor.
  • a back-illuminated imaging device is manufactured by bonding a support substrate to a substrate on which a photodiode, a wiring layer, or the like is formed. Therefore, the support substrate can be used as the second substrate 32 according to the present embodiment, an increase in cost is suppressed, and the imaging element 12 can be thinned.
  • the photodiode 25 is formed on one main surface of the first substrate 31 and formed on one main surface of the second substrate 32.
  • the auxiliary material 30 is deposited in the groove and the first substrate 31 and the second substrate 32 are joined, the other main surface of the first substrate 31 is polished to form the photoelectric conversion sublayer 20, The other main surface of the second substrate 32 is polished to form the support sublayer 26.
  • the polishing end point can be determined based on the thickness of the sub-material 30 deposited on the second substrate 32, so that the film thickness controllability is improved. .
  • the second layer 19 is described as including the metal sub-layer 27, but is not limited thereto.
  • the second layer 19 may include the support sublayer 26 and the adhesion sublayer 28 without including the metal sublayer 27. In such a case, since it is not necessary to form the metal sublayer 27, the manufacturing cost of the imaging element 12 is reduced.
  • the image sensor 12 according to the second embodiment differs from the first embodiment in the shape of the main surface on the back side of the second layer 19.
  • the timing of ending the polishing (step S109) performed to form the second layer 19 and the bonding method in die bonding (step S201) are described. Details differ from the first embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.
  • the imaging optical system 11 of the imaging apparatus 10 is configured to include an aperture and a plurality of lenses, and forms a subject image.
  • the imaging optical system 11 has a wide angle of view, and can collect chief rays having a chief ray incident angle of 90 degrees or more, for example.
  • the main material 29 and the sub-material 30 are alternately arranged in the first direction as in the first embodiment.
  • the main material 29 (for example, silicon) of the support sublayer 26 and the submaterial 30 having a hardness different from that of the main material 29, for example, a metal material such as copper, are alternately arranged as in the first embodiment.
  • the main material 29 and the submaterial 30 of the support sublayer 26 are alternately arranged in substantially concentric circles having different diameters. Is done.
  • polishing is continued for a predetermined time from the timing at which the sub-material 30 is exposed on the surface to be polished (hereinafter, also referred to as overpolishing), and then ends.
  • the main material 29 and the submaterial 30 included in the second layer 19 have different hardnesses. For this reason, for example, when the hardness of the sub-material 30 is larger than the hardness of the main material 29, the main material 29 is more polished by overpolishing.
  • the polishing rate of the region can be controlled by adjusting the distribution of the sub material 30 in the first direction.
  • FIG. 11A illustrates an example in which the entire main surface 36 on the back side of the image sensor 12 is concave.
  • the shape of the main surface 36 on the back side of the image sensor 12 is transferred to the shape of the light receiving surface 37 of the image sensor 12.
  • the material of each material, the distribution of the sub-material 30 in the first direction, and the time for overpolishing are arbitrarily determined according to the desired shape of the light receiving surface 37 of the image sensor 12.
  • step S201 details of the bonding method (step S201) in die bonding will be described.
  • the image pickup device 12 is bonded to the package substrate 15 while being sucked.
  • the shape of the main surface 36 on the back side of the image sensor 12 is transferred to the shape of the light receiving surface 37 of the image sensor 12.
  • FIG. 11B shows an example in which the image pickup device 12 shown in FIG. 11A, that is, the image pickup device 12 having a concave main surface 36 on the back side is joined to the package substrate 15 while being sucked. It is shown.
  • the light receiving surface 37 of the image sensor 12 has a concave shape by transferring the shape of the main surface 36 on the back side.
  • the auxiliary materials 30 arranged alternately function as a heat radiating plate that radiates the heat generated in the first layer 18 from the second layer 19 side.
  • the second layer 19 including the sub-material 30 functioning as a heat sink is provided to be bonded to the first layer 18 that generates heat, the second layer of heat generated in the first layer 18 is provided.
  • the conduction efficiency to the back side of 19 increases and the heat dissipation effect improves.
  • the imaging device 12 In the imaging device 12 according to the second embodiment, at least a part of the main surface of the second layer 19 opposite to the first layer 18, that is, the main surface 36 on the back side of the second layer 19 is formed. Concave or convex shape. The uneven shape is transferred to the shape of the light receiving surface 37 of the image pickup device 12 (and the main surface on the front side of the first layer 18) by bonding the image pickup device 12 to the package substrate 15 while sucking the image pickup device 12.
  • the imaging element 12 having a concavo-convex shape is particularly suitable for an imaging device that has a large principal ray incident angle, for example, an imaging device that uses a wide-angle lens with a wide angle of view.
  • the degree of contraction of the subject image differs between the central part and the peripheral part of the imaging area of the imaging element. For this reason, the subject is imaged distorted in the peripheral region of the captured image.
  • the difference in the degree of contraction of the subject image between the central portion and the peripheral portion of the imaging region can be reduced. For this reason, the distortion of the subject is reduced in the peripheral region on the captured image.
  • the uneven shape of the main surface 36 on the back side of the second layer 19 is formed by, for example, the polishing in step S109 described above (see FIG. 8) in the previous step of the semiconductor process. For this reason, in order to obtain a desired concavo-convex shape, an additional process after the polishing in step S109, that is, an additional process is not required when the imaging element 12 is relatively thin. The increase of is suppressed.
  • the imaging element 12 has a different shape of the main surface on the back side of the second layer 19 according to the arrangement of the metal material region of the support sublayer 26. For example, when the hardness of the secondary material 30 is greater than the hardness of the primary material 29, the region where the secondary material 30 is distributed more has a lower polishing rate. Therefore, by adjusting the distribution of the secondary material 30 in the second layer 19 in the first direction, the imaging element 12 can be formed into an arbitrary curved shape.
  • each of the main material 29 and the sub-material 30 in the second layer 19 is arranged substantially concentrically in the second layer 19. Therefore, for example, the center point of the concentric circle is located on the optical axis 16 of the imaging optical system 11 and the light passing through the imaging optical system 11, that is, the subject image is formed on the light receiving surface 37 of the imaging element 12.
  • the imaging apparatus 100 includes an imaging optical system 110, an imaging element 120, an image processing unit 130, a temperature detection unit 140, and a control unit 150.
  • the imaging optical system 110 includes a diaphragm and a plurality of lenses, and forms a subject image.
  • the image pickup device 120 is, for example, a CMOS image pickup device, and picks up a subject image formed by the image pickup optical system 110.
  • the image sensor 120 outputs a captured image generated by the imaging to the image processing unit 130 as an analog image signal.
  • the image sensor 120 is described as being a backside illumination type, but is not limited thereto.
  • the imaging element 120 includes a first layer and a second layer, and has a Peltier element in the second layer.
  • the image processing unit 130 includes a processor dedicated to image processing, such as AFE and DSP, for example, and pre-stage images such as CDS, gain adjustment (AGC), and AD conversion (ADC) with respect to the image signal acquired from the image sensor 120. Apply processing.
  • the image processing unit 130 performs predetermined subsequent image processing such as automatic exposure (AE), automatic white balance (AWB), color interpolation, brightness correction, color correction, and gamma correction on the captured image.
  • the temperature detection unit 140 includes a temperature sensor, for example, and can detect the temperature of the image sensor 120.
  • the control unit 150 is, for example, a dedicated microprocessor or a general-purpose CPU that executes a specific process by reading a specific program.
  • the control unit 150 controls the entire operation of the imaging apparatus 100. For example, the control unit 150 acquires the temperature of the image sensor 120 detected by the temperature detection unit 140.
  • the control unit 150 controls the operation of the Peltier element included in the image sensor 120 based on the temperature of the image sensor 120. For example, the control unit 150 operates the Peltier element by feedback control based on the temperature detected by the temperature detection unit 140 so as to keep the temperature of the image sensor 120 at a desired temperature.
  • the image sensor 120 bonded to the package substrate 160 has the light 180 that has passed through the image pickup optical system 110 with the center position of the image pickup element 120 positioned on the optical axis 170 of the image pickup optical system 110. That is, the subject image is arranged in the housing of the imaging apparatus 100 so that the subject image is formed on the light receiving surface of the imaging element 120.
  • the light receiving surface side (upper side in FIG. 13) of the image sensor 120 is referred to as a front side
  • the bonding surface side (lower side in FIG. 13) with the package substrate 160 is referred to as a back side.
  • the image sensor 120 includes a first layer 190 and a second layer 200.
  • the scale is different for each component of the image sensor 120.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the image sensor 120 along at least one direction (first direction) in which a plurality of pixels of the image sensor 120 are arranged.
  • the first layer 190 is a layer having an imaging function for outputting a captured image signal from a pixel, and has a thickness of about 3 to 4 ⁇ m, for example.
  • the first layer 190 includes a photoelectric conversion sublayer 210, a wiring sublayer 220, an adhesion sublayer 230, a color filter 240, and a microlens 250.
  • the photoelectric conversion sub-layer 210 includes a semiconductor material such as silicon as a main material. In a partial region of the photoelectric conversion sublayer 210, a photodiode 260 and a MOS transistor that form a pixel are formed. The main surface on the front side of the photoelectric conversion sublayer 210 is defined as the light receiving surface of the image sensor 120.
  • the wiring sub-layer 220 includes an insulating material such as silicon oxide as a main material.
  • a circuit that reads a captured image signal from a pixel is formed in a partial region of the wiring sublayer 220.
  • the circuit is configured by laminating wirings using, for example, copper and aluminum.
  • the wiring sublayer 220 is provided on the back side adjacent to the photoelectric conversion sublayer 210.
  • the adhesion sublayer 230 is made of a material having high adhesion such as silicon nitride.
  • the adhesion sub-layer 230 is provided on the back side adjacent to the wiring sub-layer 220, and is used for closely bonding the first layer 190 and the second layer 200 to each other.
  • the color filter 240 corresponds to each color of RGB, for example, and is a filter that passes light of a specific wavelength band.
  • the color filter 240 is provided corresponding to each pixel.
  • the color filter 240 is provided on the front surface side adjacent to the photoelectric conversion sublayer 210 in a region where the photodiode 260 of the photoelectric conversion sublayer 210 is formed.
  • the microlens 250 is a lens provided corresponding to each pixel.
  • the microlens 250 collects the light irradiated through the imaging optical system 110 on the light receiving surface of the imaging device 120 through the color filter 240.
  • the second layer 200 is a layer that supports the first layer 190, and has a thickness of about 170 ⁇ m, for example. As will be described later, the second layer 200 actively conducts heat generated in the first layer 190 to the second layer 200 by a Peltier element formed in the second layer 200.
  • the second layer 200 includes a support sublayer 270, an insulating sublayer 280, and an adhesion sublayer 290.
  • the support sublayer 270 includes, for example, silicon or glass as a main material.
  • a main material region including the main material 300 and a sub material region including the sub material are alternately arranged (positioned) in the first direction.
  • a first conductive semiconductor material 310 that is a secondary material and a second conductive semiconductor material 320 that is a secondary material are disposed.
  • the material of each material and the distribution in the width direction of the sub-material, that is, the distribution in the first direction are arbitrarily determined in order to obtain a desired heat dissipation effect.
  • the support sublayer 270 is provided with a plurality of first electrodes 330 along the first direction.
  • the first electrode 330 is formed of a metal material such as copper, for example.
  • the first electrode 330 is an electrode connected to the back side of at least one of the first conductive semiconductor material 310 and the second conductive semiconductor material 320, and the first conductive semiconductor material 310 and the second conductive semiconductor. It forms part of a circuit that connects materials 320 alternately in series. Preferably, the first electrode 330 extends to the main surface on the back side of the second layer 200.
  • the insulating sub layer 280 includes an insulating material such as silicon oxide as a main material.
  • the insulating sublayer 280 is provided on the front side adjacent to the support sublayer 270.
  • a plurality of second electrodes 340 are disposed on the insulating sublayer 280 along the first direction.
  • the second electrode 340 is formed of a metal material such as copper, for example.
  • the second electrode 340 is an electrode connected to the front side of at least one of the first conductive semiconductor material 310 and the second conductive semiconductor material 320, and the first conductive semiconductor material 310 and the second conductive semiconductor. It forms part of a circuit that connects materials 320 alternately in series.
  • the first electrode 330, the first conductive semiconductor material 310, and the second conductive layer are formed in the direction from the second layer 200 toward the first layer 190.
  • the type semiconductor material 320 and the second electrode 340 are stacked to form a Peltier element.
  • the adhesion sublayer 290 is made of a material having high adhesion such as silicon nitride.
  • the adhesion sublayer 290 is provided on the front surface side adjacent to the insulating sublayer 280 and is used to adhere and bond the first layer 190 and the second layer 200 together.
  • first layer 190 and the second layer 200 will be described with reference to FIGS.
  • specific examples of the process will be described by dividing into a processing process for the first substrate, a processing process for the second substrate, and a process performed by bonding the first substrate and the second substrate.
  • the step of forming the first layer 190 and the second layer 200 is incorporated into a pre-process of a semiconductor process, for example.
  • the first substrate and the second substrate will be described as being typical silicon semiconductor substrates, for example.
  • a processing process for the first substrate First, as shown in FIG. 15A, a photodiode 260 and a MOS transistor are formed on one planarized main surface of the first substrate 350. Subsequently, as illustrated in FIG. 15B, the wiring sublayer 220 is formed on the main surface of the first substrate 350, and, for example, a silicon nitride film is stacked to further form the adhesion sublayer 230.
  • a processing process for the second substrate Next, a processing process for the second substrate will be described.
  • a metal film 370 such as copper is formed on one planarized main surface of the second substrate 360, and a photoresist 380 is applied to perform patterning.
  • etching is performed to form the first electrode 330 on the main surface of the second substrate 360.
  • FIG. 16C the photoresist 380 is removed, and the main material of the second substrate 360 is epitaxially grown. Subsequently, as illustrated in FIG.
  • the first conductive semiconductor material 310 is stacked in the groove formed in the main surface of the epitaxially grown second substrate 360 by patterning and etching of the photoresist 390.
  • the photoresist 390 is removed, and the second conductive layer is formed in the groove formed in the main surface of the second substrate 360 epitaxially grown by patterning and etching of the photoresist 400.
  • a type semiconductor material 320 is laminated.
  • the photoresist 400 is removed, and the second electrode 340 is formed in the same manner as the formation of the first electrode 330.
  • an insulating sublayer 280 is formed by laminating a silicon oxide film
  • an adhesion sublayer 290 is formed by laminating a silicon nitride film, for example.
  • Step of joining the first substrate and the second substrate a process performed by bonding the first substrate 350 and the second substrate 360 is described.
  • the adhesion sublayer 230 of the first substrate 350 and the adhesion sublayer 290 of the second substrate 360 are bonded.
  • the other main surface of the first substrate 350 is polished.
  • polishing is performed until the photodiode 260 is exposed on the surface to be polished, and the photoelectric conversion sublayer 210 is formed.
  • FIG. 17C the color filter 240 and the microlens 250 are disposed on the photoelectric conversion sublayer 210.
  • the first layer 190 including the adhesion sublayer 230, the wiring sublayer 220, the photoelectric conversion sublayer 210, the color filter 240, and the microlens 250 is formed.
  • the top and bottom of the second substrate 360 on which the first layer 190 is formed are inverted.
  • the other main surface of the second substrate 360 is polished to form a support sublayer 270.
  • polishing is performed until the first electrode 330 is exposed on the surface to be polished, so that the support sublayer 270 is formed.
  • the second layer 200 including the support sublayer 270, the insulating sublayer 280, and the adhesion sublayer 290 is formed.
  • Step S300 First, a photodiode 260 and a MOS transistor are formed on one main surface of the first substrate 350.
  • Step S301 Subsequently, the wiring sublayer 220 is formed on the main surface of the first substrate 350, and for example, a silicon nitride film is laminated to further form the adhesion sublayer 230.
  • Step S302 Next, the metal film 370 and the pattern of the photoresist 380 are formed on one main surface of the second substrate 360, and the first electrode 330 is formed by etching.
  • Step S303 Subsequently, the photoresist 380 of the second substrate 360 is removed, and the main material of the second substrate 360 is epitaxially grown.
  • Step S304 Subsequently, the first conductive semiconductor material 310 is laminated on the groove formed in the main surface of the second substrate 360 epitaxially grown on the second substrate 360 by patterning and etching of the photoresist 390.
  • Step S305 Subsequently, the photoresist 390 of the second substrate 360 is removed, and the second conductivity type is formed in the groove formed in the main surface of the second substrate 360 epitaxially grown by patterning and etching of the photoresist 400.
  • a semiconductor material 320 is stacked.
  • Step S306 Next, the photoresist 400 of the second substrate 360 is removed, and the second electrode 340 is formed in the same manner as the formation of the first electrode 330.
  • Step S307 Then, for example, a silicon oxide film is laminated to form the insulating sublayer 280, and for example, a silicon nitride film is laminated to form the adhesion sublayer 290.
  • Step S308 Next, the adhesion sublayer 230 of the first substrate 350 and the adhesion sublayer 290 of the second substrate 360 are bonded.
  • Step S309 Subsequently, the other main surface of the first substrate 350 with respect to the one main surface in Step S300 is polished to form the photoelectric conversion sublayer 210.
  • Step S310 Subsequently, the color filter 240 and the microlens 250 are disposed on the photoelectric conversion sublayer 210. In this manner, the first layer 190 including the adhesion sublayer 230, the wiring sublayer 220, the photoelectric conversion sublayer 210, the color filter 240, and the microlens 250 is formed.
  • Step S311 Subsequently, the other main surface of the second substrate 360 with respect to the one main surface in Step S302 is polished. Preferably, polishing is performed until the first electrode 330 is exposed on the surface to be polished, so that the support sublayer 270 is formed. In this manner, the second layer 200 including the support sublayer 270, the insulating sublayer 280, and the adhesion sublayer 290 is formed.
  • Step S400 First, dicing is performed to cut the image sensor wafer into a desired chip size.
  • Step S401 Subsequently, die bonding is performed, and the image sensor 120 cut into a desired chip size is bonded to the package substrate 160.
  • the image sensor 120 is bonded to the lead frame of the package substrate 160 by adhesion.
  • Step S402 Then, wire bonding is performed to connect the pads of the image sensor 120 and the pads of the package substrate 160.
  • the imaging device 120 includes the first layer 190 and the second layer 200 including the support sublayer 270 in which the main material regions and the submaterial regions are alternately arranged.
  • the first conductive semiconductor material 310 and the second conductive semiconductor material 320 are disposed in the submaterial region.
  • the first electrode 330, the first conductive semiconductor material 310, the second conductive semiconductor material 320, and the second electrode 340 are stacked to form a Peltier element.
  • the second layer 200 on which the Peltier element is formed is provided so as to be bonded to the first layer 190 that generates heat.
  • the second layer 200 can be formed by, for example, the above-described polishing in step S311 in the previous step of the semiconductor process. For this reason, in order to form the 2nd layer 200 containing a Peltier device, since an additional process after performing polish of Step S311, ie, the thickness of image sensor 120 is comparatively thin, an additional process is not required, An increase in the manufacturing difficulty of the image sensor 120 is suppressed.
  • the first electrode 330 on the back side of the Peltier element extends to the main surface of the second layer 200 opposite to the first layer 190, that is, the main surface on the back side of the second layer 200.
  • the first electrode 330 disposed in the second layer 200 and the package substrate 160 come into contact with each other, so that the heat dissipation effect is further improved.
  • the image sensor 120 is a back-illuminated image sensor.
  • a back-illuminated imaging device is manufactured by bonding a support substrate to a substrate on which a photodiode, a wiring layer, or the like is formed. Therefore, the support substrate can be used as the second substrate 360 according to this embodiment, an increase in cost can be suppressed, and the imaging element 120 can be thinned.
  • the imaging apparatus 100 controls the operation of the Peltier element based on the detected temperature, the imaging element 120 in which the Peltier element is formed, the temperature detection unit 140 that detects the temperature of the imaging element 120, and the like. And a control unit 150.
  • the Peltier element can be operated so as to keep the temperature of the image sensor 120 at a desired temperature, and the heat dissipation effect is improved.
  • the photodiode 260 is formed on one main surface of the first substrate 350, and the first surface of the second substrate 360 is formed on the first surface.
  • the electrode 330, the first conductive semiconductor material 310 and the second conductive semiconductor material 320, and the second electrode 340 are stacked to form a Peltier element, and the first substrate 350 and the second substrate 360 After bonding, the other main surface of the first substrate 350 is polished to form the photoelectric conversion sublayer 210, and the other main surface of the second substrate 360 is polished to form the support sublayer 270.
  • the polishing end point can be determined with reference to the position of the first electrode 330 formed on the second substrate 360. Will improve.
  • the imaging apparatus 101 includes an imaging optical system 111, an imaging element 121, an image processing unit 131, and a control unit 141.
  • the imaging optical system 111 includes a diaphragm and a plurality of lenses, and forms a subject image.
  • the imaging optical system 111 has a wide angle of view, and can collect chief rays having a chief ray incident angle of 90 degrees or more, for example.
  • the image pickup device 121 is, for example, a CMOS image pickup device, and picks up a subject image formed by the image pickup optical system 111. Further, the image sensor 121 outputs a captured image generated by imaging to the image processing unit 131 as an analog image signal. In the present embodiment, the image sensor 121 is described as being a backside illumination type, but is not limited thereto.
  • the image processing unit 131 includes a processor dedicated to image processing, such as AFE and DSP, for example, and a pre-stage image such as CDS, gain adjustment (AGC), and AD conversion (ADC) with respect to the image signal acquired from the image sensor 121. Apply processing.
  • the image processing unit 131 performs predetermined subsequent image processing such as automatic exposure (AE), automatic white balance (AWB), color interpolation, brightness correction, color correction, and gamma correction on the captured image.
  • the control unit 141 is, for example, a general-purpose CPU that executes a specific process by reading a dedicated microprocessor or a specific program.
  • the control unit 141 controls the entire operation of the imaging apparatus 101.
  • the image sensor 121 bonded to the package substrate 151 has the light 171 that passes through the image pickup optical system 111 with the center position of the image pickup element 121 positioned on the optical axis 161 of the image pickup optical system 111. That is, it is arranged in the housing of the image pickup apparatus 101 so that the subject image is formed on the light receiving surface of the image pickup device 121.
  • the secondary material included in the second layer included in the image sensor 121 contracts or expands, or when a tensile stress or a compressive stress is generated, the image sensor 121 is deformed and has a curved shape. Become.
  • FIG. 21 illustrates an example in which the entire image sensor 121 (and the light receiving surface) has a convex shape.
  • the light receiving surface side (upper side in FIG. 21) of the image sensor 121 is referred to as a front side
  • the bonding surface side (lower side in FIG. 21) with the package substrate 151 is referred to as a back side.
  • the image sensor 121 includes a first layer 181 and a second layer 191.
  • the image sensor 121 is illustrated without being curved, and the components of the image sensor 121 are illustrated with different scales.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of the image sensor 121 along at least one direction (first direction) in which a plurality of pixels of the image sensor 121 are arranged.
  • the first layer 181 is a layer having an imaging function for outputting a captured image signal from a pixel, and has a thickness of about 3 to 4 ⁇ m, for example.
  • the first layer 181 includes a photoelectric conversion sub layer 201, a wiring sub layer 211, an adhesion sub layer 221, a color filter 231, and a microlens 241.
  • the photoelectric conversion sublayer 201 includes a semiconductor material such as silicon as a main material. In a partial region of the photoelectric conversion sublayer 201, a photodiode 251 and a MOS transistor that form a pixel are formed. The main surface on the front side of the photoelectric conversion sublayer 201 is defined as the light receiving surface of the image sensor 121.
  • the wiring sub-layer 211 includes an insulating material such as silicon oxide as a main material.
  • a circuit that reads a captured image signal from a pixel is formed in a partial region of the wiring sublayer 211.
  • the circuit is configured by laminating wirings using, for example, copper and aluminum.
  • the wiring sublayer 211 is provided on the back side adjacent to the photoelectric conversion sublayer 201.
  • the adhesion sublayer 221 is made of a material having high adhesion such as silicon nitride.
  • the adhesion sublayer 221 is provided on the back surface side adjacent to the wiring sublayer 211 and is used to adhere and bond the first layer 181 and the second layer 191 together.
  • the color filter 231 corresponds to, for example, each color of RGB and is a filter that allows light in a specific wavelength band to pass through.
  • the color filter 231 is provided corresponding to each pixel.
  • the color filter 231 is provided on the front side of the photoelectric conversion sublayer 201 in the region where the photodiode 251 is formed, adjacent to the photoelectric conversion sublayer 201.
  • the microlens 241 is a lens provided corresponding to each pixel.
  • the microlens 241 condenses the light irradiated through the imaging optical system 111 on the light receiving surface of the imaging device 121 through the color filter 231.
  • the second layer 191 is a layer that supports the first layer 181 and has a thickness of about 170 ⁇ m, for example.
  • the second layer 191 includes a support sublayer 261 and an adhesion sublayer 271.
  • the support sublayer 261 includes, for example, silicon or glass as a main material.
  • the main material and the submaterial are alternately arranged in the first direction.
  • the material of each material and the distribution in the width direction of the sub-material, that is, the distribution in the first direction, are arbitrarily determined according to the desired shape of the light receiving surface of the image sensor 121.
  • a main material region containing a main material (for example, silicon) and a sub material region containing at least one sub material of the first material 281 and the second material 291 are alternately arranged.
  • the auxiliary material is a material having a coefficient of thermal expansion different from that of the main material, for example.
  • the first material 281 is, for example, a shrink film or a tensile stress film.
  • the second material 291 is, for example, an expansion film or a compressive stress film.
  • the contraction film and the expansion film contract or expand, respectively, due to heat generated during heat treatment or semiconductor process, for example.
  • the main material of the support sub-layer 261, the first material 281 and the second material 291 are substantially concentric with different diameters. Are alternately arranged.
  • the adhesion sublayer 271 is made of a material having high adhesion such as silicon nitride.
  • the adhesion sublayer 271 is provided on the front surface side adjacent to the support sublayer 261, and is used to adhere and bond the first layer 181 and the second layer 191 together.
  • This process is a process performed using two substrates (hereinafter referred to as a first substrate and a second substrate).
  • a first substrate and a second substrate two substrates
  • specific examples of the process will be described by dividing into a processing process for the first substrate, a processing process for the second substrate, and a process performed by bonding the first substrate and the second substrate.
  • the step of forming the first layer 181 and the second layer 191 is incorporated, for example, in the previous step of the semiconductor process.
  • the first substrate and the second substrate will be described as being typical silicon semiconductor substrates, for example.
  • a processing process for the first substrate First, as shown in FIG. 24A, a photodiode 251 and a MOS transistor are formed on one planarized main surface of the first substrate 301. Subsequently, as shown in FIG. 24B, a wiring sublayer 211 is formed on the main surface of the first substrate 301, and, for example, a silicon nitride film is stacked to further form an adhesion sublayer 221.
  • a processing process for the second substrate Next, a processing process for the second substrate will be described.
  • a silicon oxide film 321 and a silicon nitride film 331 are formed on one planarized main surface of the second substrate 311 and a photoresist 341 is applied. Patterning.
  • the pattern of the cured photoresist 341 has, for example, a substantially concentric shape with different diameters.
  • etching is performed to form a groove on the main surface of the second substrate 311. Subsequently, as shown in FIG.
  • the photoresist 341 is removed, and at least one sub-material of the first material 281 and the second material 291 is replaced with an arbitrary material such as an evaporation process or a plating process. Deposit by processing.
  • the above-described patterning, etching, and processing for depositing the sub-material are performed for each sub-material.
  • a planarization process is performed, and the silicon oxide film 321 and the silicon nitride film 331 are removed.
  • a silicon nitride film is stacked to form the adhesion sublayer 271.
  • Step of joining the first substrate and the second substrate Next, a process performed by bonding the first substrate 301 and the second substrate 311 will be described.
  • the adhesion sublayer 221 of the first substrate 301 and the adhesion sublayer 271 of the second substrate 311 are bonded.
  • the other main surface of the first substrate 301 is polished.
  • polishing is performed until the photodiode 251 is exposed on the surface to be polished, so that the photoelectric conversion sublayer 201 is formed.
  • FIG. 26C the color filter 231 and the microlens 241 are disposed on the photoelectric conversion sublayer 201.
  • the first layer 181 including the adhesion sublayer 221, the wiring sublayer 211, the photoelectric conversion sublayer 201, the color filter 231, and the microlens 241 is formed.
  • the top and bottom of the second substrate 311 on which the first layer 181 is formed are inverted.
  • the other main surface of the second substrate 311 is polished.
  • polishing is performed until the first material 281 or the second material 291 is exposed on the surface to be polished, so that the support sublayer 261 is formed.
  • the second layer 191 including the support sublayer 261 and the adhesion sublayer 271 is formed.
  • Step S500 First, a photodiode 251 and a MOS transistor are formed on one main surface of the first substrate 301.
  • Step S501 Subsequently, a wiring sublayer 211 is formed on the main surface of the first substrate 301, and a contact nitrided sublayer 221 is further formed by laminating, for example, a silicon nitride film.
  • Step S502 Next, a silicon oxide film 321, a silicon nitride film 331, and a pattern of a photoresist 341 are formed on one main surface of the second substrate 311 and the second substrate 311 is etched. Grooves are formed in the main surface of.
  • Step S503 Subsequently, the photoresist 341 on the second substrate 311 is removed, and at least one of the first material 281 and the second material 291 is deposited as a sub-material.
  • Step S504 Subsequently, a planarization process is performed on the second substrate 311 to remove the silicon oxide film 321 and the silicon nitride film 331.
  • Step S505 Subsequently, for example, a silicon nitride film is stacked on the second substrate 311 to form the adhesion sublayer 271.
  • Step S506 Next, the adhesion sublayer 221 of the first substrate 301 and the adhesion sublayer 271 of the second substrate 311 are bonded.
  • Step S507 Subsequently, the other main surface of the first substrate 301 with respect to the one main surface in Step S500 is polished to form the photoelectric conversion sublayer 201.
  • Step S508 Subsequently, the color filter 231 and the microlens 241 are disposed on the photoelectric conversion sublayer 201. In this manner, the first layer 181 including the adhesion sublayer 221, the wiring sublayer 211, the photoelectric conversion sublayer 201, the color filter 231, and the microlens 241 is formed.
  • Step S509 Subsequently, the other main surface of the second substrate 311 with respect to the one main surface in Step S502 is polished. In this embodiment, for example, polishing is performed until the auxiliary material is exposed on the surface to be polished, and the support sublayer 261 is formed. In this manner, the second layer 191 including the adhesion sublayer 271 and the support sublayer 261 is formed.
  • Step S600 First, dicing is performed to cut the image sensor wafer into a desired chip size.
  • Step S601 Subsequently, die bonding is performed, and the image sensor 121 cut into a desired chip size is bonded to the package substrate 151.
  • the image sensor 121 is bonded to the lead frame of the package substrate 151 by adhesion.
  • the image sensor 121 is bonded to the package substrate 151 while maintaining the uneven shape of the image sensor 121.
  • Step S602 Then, wire bonding is performed to connect the pads of the image sensor 121 and the pads of the package substrate 151.
  • the image sensor 121 includes the first layer 181 and the second layer 191 in which the main material and the sub-material are alternately arranged. Then, at least part of the main surface of the first layer 181 opposite to the second layer 191, that is, the main surface on the front surface side of the first layer 181 is concave or convex.
  • the second layer 191 that contributes to the formation of the concavo-convex shape can be formed by, for example, the polishing in step S509 described above (see FIG. 27) in the previous step of the semiconductor process.
  • step S509 there is no need for an additional step after the polishing in step S509, that is, when the thickness of the image sensor 121 is relatively thin. For this reason, for example, the increase in the manufacturing difficulty of the image sensor 121 is suppressed as compared with a configuration in which the joint portion of the microlens needs to have a Fresnel shape that accurately corresponds to each pixel of the image sensor.
  • the imaging element 121 having a concavo-convex shape is particularly suitable for an imaging apparatus having a large principal ray incident angle, for example, an imaging apparatus using a wide-angle lens with a wide angle of view.
  • an imaging apparatus including a wide-angle lens when the imaging element 121 has a flat shape, the degree of contraction of the subject image differs between the central part and the peripheral part of the imaging region of the imaging element 121. For this reason, the subject is imaged distorted in the peripheral region of the captured image.
  • the difference in the degree of contraction of the subject image between the central portion and the peripheral portion of the imaging region can be reduced. For this reason, the distortion of the subject is reduced in the peripheral region on the captured image.
  • the secondary material included in the second layer 191 expands or contracts after the second layer 191 is formed, for example, after polishing in step S509. Accordingly, in the previous step of the semiconductor process, the substrate is prevented from being bent due to expansion or contraction of the secondary material after the secondary material is deposited and before the second layer 191 is formed. Increase is suppressed.
  • the image sensor 121 is a back-illuminated image sensor.
  • a back-illuminated imaging device is manufactured by bonding a support substrate to a substrate on which a photodiode, a wiring layer, or the like is formed. Therefore, the support substrate can be used as the second substrate 311 according to this embodiment, an increase in cost is suppressed, and the imaging element can be thinned.
  • the shape of the main surface on the front surface side of the first layer 181 differs depending on the distribution of the sub-material in the second layer 191 in the first direction.
  • the shape of the main surface on the front surface side of the first layer 181 is convex with a larger curvature in a region where the secondary material is more distributed. It becomes a shape.
  • the shape of the main surface on the front side of the first layer 181 is a concave having a larger curvature in a region where the secondary material is more distributed. It becomes a shape. Therefore, by adjusting the distribution of the secondary material in the second layer 191 in the first direction, the imaging element 121 can be formed into an arbitrary curved shape.
  • each of the main material and the sub-material in the second layer 191 is arranged substantially concentrically in the second layer 191. Therefore, for example, the center point of the concentric circle is located on the optical axis 161 of the imaging optical system 111, and the light passing through the imaging optical system 111, that is, the subject image is formed on the light receiving surface of the imaging element 121.
  • the image pickup element 121 By disposing the image pickup element 121 in the housing of the image pickup apparatus 101, the distortion of the subject in the circumferential portion of the picked-up image is evenly reduced.
  • the photodiode 251 is formed on one main surface of the first substrate 301 and is formed on one main surface of the second substrate 311.
  • the other main surface of the first substrate 301 is polished to form the photoelectric conversion sublayer 201
  • the other main surface of the substrate 311 is polished to form the support sublayer 261.
  • the polishing end point can be determined based on the thickness of the secondary material deposited on the second substrate 311, so that the film thickness controllability is improved.
  • the image sensor 121 according to the fifth embodiment is different from the fourth embodiment in the material of the secondary material included in the second layer 191.
  • the manufacturing method of the imaging device 101 according to the fifth embodiment includes the timing of ending the polishing (step S509) performed to form the second layer 191 and the bonding method in die bonding (step S601). Details differ from the fourth embodiment. Hereinafter, differences from the fourth embodiment will be described.
  • the main material regions and the submaterial regions are alternately arranged in the first direction, as in the fourth embodiment.
  • the main material (for example, silicon) of the support sublayer 261 and the third material that is the submaterial are alternately arranged.
  • the third material is a material having a hardness different from that of the main material, for example, a metal material or an inorganic material.
  • tungsten or copper can be used as the metal material.
  • the inorganic material for example, silicon nitride, silicon oxide, theos film, etc. can be adopted.
  • the polishing (step S509) performed to form the second layer 191 will be described.
  • the polishing is continued for a predetermined time from the timing when the secondary material is exposed on the surface to be polished (hereinafter, also referred to as overpolishing), and then ends.
  • the hardness of the main material and the submaterial included in the second layer 191 are different. For this reason, for example, when the hardness of the secondary material is larger than the hardness of the main material, the main material is more polished by overpolishing.
  • the polishing rate of the region can be controlled by adjusting the distribution of the sub material in the first direction.
  • FIG. 29A illustrates an example in which the entire main surface 351 on the back side of the image sensor 121 is concave.
  • the shape of the main surface 351 on the back side of the image sensor 121 is transferred to the shape of the light receiving surface 361 of the image sensor 121.
  • the material of each material, the distribution of the sub-material in the first direction, and the time for overpolishing are arbitrarily determined according to the desired shape of the light receiving surface 361 of the image sensor 121.
  • step S601 details of the bonding method (step S601) in die bonding will be described.
  • the image sensor 121 is bonded while being sucked to the package substrate 151 side.
  • the suction the shape of the main surface 351 on the back side of the image sensor 121 is transferred to the shape of the light receiving surface 361 of the image sensor 121.
  • FIG. 20B shows a state in which the image pickup device 121 shown in FIG. 20A, that is, the image pickup device 121 whose main surface 351 on the back side is concave is sucked toward the package substrate 151 side.
  • An example of joining is shown.
  • the light receiving surface 361 of the image sensor 121 (and the main surface on the front side of the first layer) has a concave shape by transferring the shape of the main surface 351 on the back side.
  • the imaging device 121 includes at least one of the main surface of the second layer 191 opposite to the first layer 181, that is, the main surface 351 on the back side of the second layer 191.
  • the part is concave or convex.
  • the concavo-convex shape of the main surface 351 on the back surface side of the second layer 191 is formed, for example, by the polishing in step S509 described above (see FIG. 27) in the previous step of the semiconductor process. Therefore, as in the fourth embodiment, in order to obtain a desired concavo-convex shape, an additional process after the polishing in step S509, that is, an additional process is not required when the imaging element 121 is relatively thin. Therefore, an increase in manufacturing difficulty of the image sensor 121 is suppressed.
  • the shape of the main surface on the back side of the second layer 191 is different depending on the distribution of the sub-material in the second layer 191 in the first direction. For example, when the hardness of the secondary material is larger than the hardness of the primary material, the polishing rate decreases as the secondary material is distributed more. Therefore, by adjusting the distribution of the secondary material in the second layer 191 in the first direction, the imaging element 121 can be formed into an arbitrary curved shape.
  • the back-illuminated image sensor has been described as an example. However, the back-illuminated image sensor can also be used.

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Abstract

　放熱効果が向上する撮像素子、撮像装置、および撮像素子の製造方法を提供する。撮像素子１２は、複数の画素が少なくとも第１の方向に配置された、撮像機能を有する第１の層１８と、第１の層１８に接合された第２の層１９と、を備え、第２の層１９は、第１の方向に沿って主材料を含む主材料領域と副材料を含む副材料領域とが交互に配される第１のサブ層２６を有する。

Description

撮像素子、撮像装置、および撮像素子の製造方法 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１５年２月２６日に日本国に特許出願された特願２０１５－０３７４２５、特願２０１５－０３７４６１、および特願２０１５－０３７４６４の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
　本発明は、画像信号を出力する撮像素子、撮像装置、および撮像素子の製造方法に関する。
　従来、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子などの撮像素子と、撮像光学系と、を備える撮像装置が知られている。例えば、特許文献１には、撮像素子に発生した熱を外部に逃がして撮像素子の温度上昇を抑えるために、撮像素子に発生した熱を、熱伝導部材を介して樹脂ハウジングの外部の金属プレートに逃がす構成が開示されている。また、特許文献２には、主光線入射角度を大きくするために、撮像素子の各画素の開口部の上に設けられたマイクロレンズの接合部をフレネル形状とする構成が開示されている。
特開２００１－１７７０２３号公報 特開２００９－００４８１４号公報
　本発明の一実施形態に係る撮像素子は、複数の画素が少なくとも第１の方向に配置された、撮像機能を有する第１の層と、前記第１の層に接合された第２の層と、を備え、該第２の層は、前記第１の方向に沿って主材料を含む主材料領域と副材料を含む副材料領域とが交互に配される第１のサブ層を有する。
　また、本発明の一実施形態に係る撮像装置は、複数の画素が少なくとも第１の方向に配置された、撮像機能を有する第１の層と、該第１の層に接合された第２の層と、を有する撮像素子と、前記第1の層の受光面上に被写体像を結像する撮像光学系と、を備え、前記第２の層は、前記第１の方向に沿って主材料を含む主材料領域と副材料を含む副材料領域とが交互に配される第１のサブ層を有する。
　また、本発明の一実施形態に係る撮像素子の製造方法は、第１の基板の一方の面に、フォトダイオードを形成するステップと、前記第１の基板の一方の面側に、第２のサブ層を形成するステップと、第２の基板の一方の面に所定のパターンで形成した溝に、前記第２の基板の主材料と異なる金属材料を堆積させるステップと、前記第２の基板の一方の面側に、第２のサブ層を形成するステップと、前記第１の基板の前記第２のサブ層と、前記第２の基板の前記第２のサブ層と、を接合するステップと、前記第１の基板の一方の面に対する他方の面を研磨して光電変換サブ層を形成するステップと、前記第２の基板の一方の面に対する他方の面を研磨して第１のサブ層を形成するステップと、を含む。
本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 図１の撮像素子と撮像光学系との位置関係を示す図である。 図１の撮像素子の要部断面図である。 図３の支持サブ層のバリエーションを示す図である。 図１の撮像素子の製造方法を説明するための基板の要部断面図である。 図１の撮像素子の製造方法を説明するための基板の要部断面図である。 図１の撮像素子の製造方法を説明するための基板の要部断面図である。 図１の撮像素子の製造方法における前工程を説明するフローチャートである。 図１の撮像素子の製造方法における後工程を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る撮像素子の底面図である。 本発明の第２の実施形態に係る撮像素子の断面形状を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 図１２の撮像素子と撮像光学系との位置関係を示す図である。 図１２の撮像素子の要部断面図である。 図１２の撮像素子の製造方法を説明するための基板の要部断面図である。 図１２の撮像素子の製造方法を説明するための基板の要部断面図である。 図１２の撮像素子の製造方法を説明するための基板の要部断面図である。 図１２の撮像素子の製造方法における前工程を説明するフローチャートである。 図１２の撮像素子の製造方法における後工程を説明するフローチャートである。 本発明の第４の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 図２０の撮像素子と撮像光学系との位置関係を示す図である。 図２０の撮像素子の要部断面図である。 図２０の撮像素子の底面図である。 図２０の撮像素子の製造方法を説明するための基板の要部断面図である。 図２０の撮像素子の製造方法を説明するための基板の要部断面図である。 図２０の撮像素子の製造方法を説明するための基板の要部断面図である。 図２０の撮像素子の製造方法における前工程を説明するフローチャートである。 図２０の撮像素子の製造方法における後工程を説明するフローチャートである。 本発明の第５の実施形態に係る撮像素子の断面形状を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
　はじめに、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置について説明する。図１に示すように、撮像装置１０は、撮像光学系１１と、撮像素子１２と、画像処理部１３と、制御部１４と、を備える。
　撮像光学系１１は、絞りおよび複数のレンズを含んで構成され、被写体像を結像させる。
　撮像素子１２は、例えばＣＭＯＳ撮像素子であって、撮像光学系１１によって結像する被写体像を撮像する。また、撮像素子１２は、撮像によって生成した撮像画像をアナログの画像信号として、画像処理部１３に出力する。本実施形態において、撮像素子１２は裏面照射型であるものとして説明するが、これに限られない。
　画像処理部１３は、例えばＡＦＥおよびＤＳＰなどの画像処理専用のプロセッサを含み、撮像素子１２から取得した画像信号に対して、ＣＤＳ、ゲイン調整（ＡＧＣ）、およびＡＤ変換（ＡＤＣ）などの前段画像処理を施す。また、画像処理部１３は、撮像画像に対して自動露出（ＡＥ）、自動ホワイトバランス（ＡＷＢ）、色補間、明るさ補正、色補正、およびガンマ補正などの所定の後段画像処理を施す。
　制御部１４は、例えば専用のマイクロプロセッサまたは特定のプログラムを読み込むことによって特定の処理を実行する汎用のＣＰＵである。制御部１４は、撮像装置１０の動作全体を制御する。
　次に、撮像光学系１１と、撮像素子１２と、の位置関係について説明する。図２に示すように、パッケージ基板１５に接合された撮像素子１２は、撮像素子１２の中心位置が撮像光学系１１の光軸１６上に位置し、かつ、撮像光学系１１を通過した光１７、すなわち被写体像が撮像素子１２の受光面上で結像するように、撮像装置１０の筐体内に配置される。以下、撮像素子１２の受光面側（図２において上方側）を前面側といい、パッケージ基板１５との接合面側（図２において下方側）を背面側という。
　次に、撮像素子１２の構成について具体的に説明する。図３に示すように、撮像素子１２は、第１の層１８と、第２の層１９と、を備える。図３においては説明のため、撮像素子１２の構成要素ごとに縮尺を異ならせて図示している。また、図３は、撮像素子１２の複数の画素が配置された少なくとも１つの方向（第１の方向）に沿った、撮像素子１２の断面図である。
　第１の層１８は、画素からの撮像画像信号を出力する撮像機能を有する層であって、例えば３～４μｍ程度の厚みを有する。第１の層１８は、光電変換サブ層２０と、配線サブ層２１と、密着サブ層２２と、カラーフィルタ２３と、マイクロレンズ２４と、を含む。
　光電変換サブ層２０は、主材料として例えばシリコンなどの半導体材料を含む。光電変換サブ層２０の一部領域には、画素を構成するフォトダイオード２５およびＭＯＳトランジスタが形成される。光電変換サブ層２０の前面側の主面は、撮像素子１２の受光面に定められる。
　配線サブ層２１は、主材料として例えばシリコン酸化物などの絶縁材料を含む。配線サブ層２１の一部領域には、画素からの撮像画像信号を読み出す回路が形成される。回路は、例えば銅およびアルミニウムなどを用いた配線が積層して構成される。配線サブ層２１は、光電変換サブ層２０に隣接して背面側に設けられる。
　密着サブ層２２は、例えばシリコン窒化物などの密着性が高い材料で構成される。密着サブ層２２は、配線サブ層２１に隣接して背面側に設けられ、第１の層１８と第２の層１９とを密着して接合するために用いられる。
　カラーフィルタ２３は、例えばＲＧＢの各色に対応しており、特定の波長帯域の光を通過させるフィルタである。カラーフィルタ２３は、各画素に対応して設けられる。また、カラーフィルタ２３は、光電変換サブ層２０のフォトダイオード２５が形成される領域に、光電変換サブ層２０に隣接して前面側に設けられる。
　マイクロレンズ２４は、各画素に対応して設けられるレンズである。マイクロレンズ２４は、撮像光学系１１を介して照射された光を、カラーフィルタ２３を介して撮像素子１２の受光面に集光する。
　第２の層１９は、第１の層１８を支持する層であって、例えば１７０μｍ程度の厚みを有する。第２の層１９は、支持サブ層２６（第１のサブ層）と、金属サブ層２７と、密着サブ層２８（第２のサブ層）と、を含む。
　支持サブ層２６は、主材料として非金属材料、例えばシリコンまたはガラスなどを含む。支持サブ層２６には、第１の方向に主材料２９を含む主材料領域と、副材料３０を含む副材料領域とが交互に配される（位置する）。支持サブ層２６に配される副材料３０は、第１の層１８で発生した熱を第２の層側から放熱するための放熱板として機能する。各材料の材質と、副材料３０の幅方向における分布、すなわち第１の方向における分布とは、所望の放熱効果を得るために任意に定められる。本実施形態において、主材料領域は、非金属材料である主材料２９、例えばシリコンなど）を含む非金属材料領域である。また、副材料領域は、主材料２９よりも熱伝導率が大きい金属材料である副材料３０、例えば銅などを含む金属材料領域である。好適には、第１の方向の少なくとも一部の領域に亘って、副材料３０が均一に（例えば等間隔に）分布する。換言すると、支持サブ層２６は、第１の方向に沿う断面において、金属材料領域がそれぞれ均一に配置される部分を有する。また、好適には、副材料３０は、第２の層１９の背面側の主面まで延びる。
　ここで、図４を参照して、支持サブ層２６に配される副材料３０の分布の具体例について説眼する。副材料３０の分布は、例えば図４（ａ）に示すように、第１の方向の全長に亘って均一であってもよい。あるいは、副材料３０の分布は、図４（ｂ）に示すように、不均一であってもよい。あるいは、副材料３０は、例えば図４（ｃ）に示すように、第１の方向における１つの領域に配され、他の領域に主材料２９が配されるように分布してもよい。このように、支持サブ層２６に配される副材料３０の分布は、所望の放熱効果を得るために任意に定められる。
　図３に示す金属サブ層２７は、支持サブ層２６の主材料２９よりも熱伝導率が高い材料を含む層である。本実施形態において、金属サブ層２７は、支持サブ層２６の副材料３０と同一の材料を含む層であるものとして説明するが、異なる材料であってもよい。金属サブ層２７は、支持サブ層２６に隣接して前面側に設けられ、第１の層１８で発生した熱を、第１の層１８の全面に亘って支持サブ層２６に配された副材料３０に伝導する。
　密着サブ層２８は、例えばシリコン窒化物などの密着性が高い材料で構成される。密着サブ層２８は、金属サブ層２７に隣接して前面側に設けられ、第１の層１８と第２の層１９とを密着して接合するために用いられる。
　次に、図５乃至図７を参照して、第１の層１８および第２の層１９を形成する工程について説明する。当該工程は、２つの基板（以下、第１の基板および第２の基板という）を用いて行われる工程である。以下、当該工程の具体例を、第１の基板に対する加工工程と、第２の基板に対する加工工程と、第１の基板および第２の基板を接合して行う工程と、に分けて説明する。第１の層１８および第２の層１９を形成する当該工程は、例えば半導体プロセスの前工程に組み込まれる。第１の基板および第２の基板は、例えば一般的なシリコン半導体基板であるものとして説明する。
（第１の基板に対する加工工程）
　まず、第１の基板に対する加工工程について説明する。はじめに、図５（ａ）に示すように、第１の基板３１の平坦化された一方の主面にフォトダイオード２５およびＭＯＳトランジスタを形成する。続いて、図５（ｂ）に示すように、第１の基板３１の当該主面に配線サブ層２１を形成し、例えばシリコン窒化膜を積層して密着サブ層２２をさらに形成する。
（第２の基板に対する加工工程）
　次に、第２の基板に対する加工工程について説明する。はじめに、図６（ａ）に示すように、第２の基板３２の平坦化された一方の主面に、シリコン酸化膜３３と、シリコン窒化膜３４と、を形成し、フォトレジスト３５を塗布してパターンニングを行う。続いて、図６（ｂ）に示すように、エッチングを行い、第２の基板３２の主面に溝を形成する。続いて、図６（ｃ）に示すように、フォトレジスト３５を除去して、副材料３０として例えば銅などの金属材料を、例えば蒸着処理やメッキ処理などの任意の処理によって堆積させる。続いて、図６（ｄ）に示すように、平坦化処理を行い、シリコン酸化膜３３およびシリコン窒化膜３４を除去する。そして、図６（ｅ）に示すように、例えば銅などの金属材料を積層して金属サブ層２７を形成し、例えばシリコン窒化膜を積層して密着サブ層２８を形成する。
（第１の基板および第２の基板を接合して行う工程）
　次に、第１の基板３１および第２の基板３２を接合して行う工程について説明する。はじめに、図７（ａ）に示すように、第１の基板３１の密着サブ層２２と、第２の基板３２の密着サブ層２８と、を接合する。続いて、図７（ｂ）に示すように、第１の基板３１の他方の主面を研磨する。ここで、例えば被研磨面にフォトダイオード２５が露出するまで研磨を行い、光電変換サブ層２０を形成する。続いて、図７（ｃ）に示すように、光電変換サブ層２０の上に、カラーフィルタ２３およびマイクロレンズ２４を配置する。このようにして、密着サブ層２２と、配線サブ層２１と、光電変換サブ層２０と、カラーフィルタ２３と、マイクロレンズ２４と、を含む第１の層１８が形成される。続いて、図７（ｄ）に示すように、第１の層１８が形成された第２の基板３２の上下を反転する。そして、図７（ｅ）に示すように、第２の基板３２の他方の主面を研磨し、支持サブ層２６を形成する。好適には、被研磨面に副材料３０が露出するまで研磨を行い、支持サブ層２６を形成する。このようにして、支持サブ層２６と、金属サブ層２７と、密着サブ層２８と、を含む第２の層１９が形成される。上述の工程を経て、第１の層１８および第２の層１９を備える撮像素子ウエハを得る。
　次に、図８のフローチャートを参照して、上述した第１の層１８および第２の層１９を形成する工程の流れを説明する。
　ステップＳ１００：はじめに、第１の基板３１の一方の主面にフォトダイオード２５およびＭＯＳトランジスタを形成する。
　ステップＳ１０１：続いて、第１の基板３１の当該主面に配線サブ層２１を形成し、例えばシリコン窒化膜を積層して密着サブ層２２をさらに形成する。
　ステップＳ１０２：次に、第２の基板３２の一方の主面に対して、シリコン酸化膜３３と、シリコン窒化膜３４と、フォトレジスト３５のパターンと、を形成し、エッチングによって第２の基板３２の主面に溝を形成する。
　ステップＳ１０３：続いて、第２の基板３２のフォトレジスト３５を除去して、副材料３０として例えば銅などの金属材料を堆積させる。
　ステップＳ１０４：続いて、第２の基板３２に対して平坦化処理を行い、シリコン酸化膜３３およびシリコン窒化膜３４を除去する。
　ステップＳ１０５：続いて、第２の基板３２に対して、例えば銅などの金属材料を積層して金属サブ層２７を形成し、例えばシリコン窒化膜を積層して密着サブ層２８をさらに形成する。
　ステップＳ１０６：次に、第１の基板３１の密着サブ層２２と、第２の基板３２の密着サブ層２８と、を接合する。
　ステップＳ１０７：続いて、第１の基板３１の、ステップＳ１００の一方の主面に対する他方の主面を研磨し、光電変換サブ層２０を形成する。
　ステップＳ１０８：続いて、光電変換サブ層２０の上に、カラーフィルタ２３およびマイクロレンズ２４を配置する。このようにして、密着サブ層２２と、配線サブ層２１と、光電変換サブ層２０と、カラーフィルタ２３と、マイクロレンズ２４と、を含む第１の層１８が形成される。
　ステップＳ１０９：続いて、第２の基板３２の、ステップＳ１０２の一方の主面に対する他方の主面を研磨する。好適には、被研磨面に副材料３０が露出するまで研磨を行い、支持サブ層２６を形成する。このようにして、支持サブ層２６と、金属サブ層２７と、密着サブ層２８と、を含む第２の層１９が形成される。
　次に、図９のフローチャートを参照して、第１の層１８および第２の層１９を形成した撮像素子ウエハに対する加工工程の流れについて説明する。当該工程は、例えば半導体プロセスの後工程に組み込まれる。
　ステップＳ２００：はじめに、ダイシングを行い、撮像素子ウエハを所望のチップサイズに切断する。
　ステップＳ２０１：続いて、ダイスボンディングを行い、所望のチップサイズに切断された撮像素子１２をパッケージ基板１５に接合する。例えば、撮像素子１２は、パッケージ基板１５のリードフレームに、接着によって接合される。
　ステップＳ２０２：そして、ワイヤボンディングを行い、撮像素子１２のパッドとパッケージ基板１５のパッドとを接続する。
　このように、第１の実施形態に係る撮像素子１２は、第１の層１８と、主材料２９および副材料３０である金属材料が交互に配される支持サブ層２６を有する第２の層１９と、を備える。交互に配される副材料３０は、第１の層１８で発生した熱を第２の層１９側から放熱する放熱板として機能する。ここで、例えば撮像素子の裏面を熱伝導部材に接触させる構成においては、撮像素子のセンサ部分で発生した熱を、撮像素子の裏面まで十分に伝導させる必要がある。この点、第１の実施形態に係る撮像素子１２によれば、放熱板として機能する副材料３０を含む第２の層１９が、発熱する第１の層１８に接合して設けられるため、第１の層１８で発生した熱の第２の層１９の背面側への伝導効率が向上し、放熱効果が向上する。また、第２の層１９は、半導体プロセスの前工程において、例えば上述したステップＳ１０９の研磨（図８参照）によって形成可能である。したがって、第２の層１９に含まれる副材料３０を放熱板として機能させるために、ステップＳ１０９の研磨を行った後に追加の工程、すなわち撮像素子１２の厚みが比較的薄い状態で追加の工程を要しないため、撮像素子１２の製造難度の増加が抑制される。
　また、支持サブ層２６内に配される副材料３０は、第２の層１９の第１の層１８と反対側の主面、すなわち第２の層１９の背面側の主面まで延びる。このようにして、例えば撮像素子１２をパッケージ基板１５に接合させると、第２の層１９内に配される副材料３０とパッケージ基板１５とが接触するため、放熱効果がさらに向上する。
　また、支持サブ層２６において、第１の方向の少なくとも一部の領域に亘って、副材料３０が均一に分布する。このようにして、支持サブ層２６は、第１の方向に沿う断面において、金属材料領域がそれぞれ均一に配置される部分を有する。副材料３０を均一に分布させることにより、当該領域において副材料３０を密に配することができ、放熱板の表面積が増加して放熱効果がさらに向上する。
　また、第２の層１９は、支持サブ層２６と、金属サブ層２７と、密着サブ層２８と、を含む。上述したように、金属サブ層２７は、第１の層１８で発生した熱を、第１の層１８の全面に亘って支持サブ層２６に配された副材料３０に伝導するため、放熱効果がさらに向上する。
　また、撮像素子１２は、裏面照射型の撮像素子である。一般に、裏面照射型の撮像素子は、フォトダイオードや配線層などを形成した基板に、支持基板を接合して製造される。したがって、支持基板を本実施形態に係る第２の基板３２として用いることができ、コストの増加が抑制され、および撮像素子１２の薄型化が可能となる。
　また、第１の実施形態に係る撮像素子１２の製造方法によれば、第１の基板３１の一方の主面にフォトダイオード２５を形成し、第２の基板３２の一方の主面に形成した溝に副材料３０を堆積させ、第１の基板３１と第２の基板３２とを接合した後、第１の基板３１の他方の主面を研磨して光電変換サブ層２０を形成し、第２の基板３２の他方の主面を研磨して支持サブ層２６を形成する。ここで、支持サブ層２６を形成するための研磨において、第２の基板３２に堆積した副材料３０の厚みを基準として、研磨のエンドポイントが決定可能であるため、膜厚制御性が向上する。
　上述した第１の実施形態では、第２の層１９が金属サブ層２７を含むものとして説明したが、これに限られない。例えば、第２の層１９が金属サブ層２７を含むことなく、支持サブ層２６と密着サブ層２８とを含んでもよい。かかる場合には、金属サブ層２７を形成する必要がないため、撮像素子１２の製造コストが低減される。
（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。概略として、第２の実施形態に係る撮像素子１２は、第２の層１９の背面側の主面の形状が第１の実施形態と異なる。また、第２の実施形態に係る撮像装置１０の製造方法は、第２の層１９を形成するために行う研磨（ステップＳ１０９）を終了するタイミング、および、ダイスボンディングにおける接合方法（ステップＳ２０１）の細部が第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態との差異について説明する。
　第２の実施形態に係る撮像装置１０の撮像光学系１１は、第１の実施形態と同様に、絞りおよび複数のレンズを含んで構成され、被写体像を結像させる。本実施形態において、撮像光学系１１は広い画角を有しており、例えば主光線入射角度が９０度以上の主光線を集光可能である。
　撮像素子１２が備える第２の層１９の支持サブ層２６には、第１の実施形態と同様に、第１の方向に主材料２９と副材料３０とが交互に配される。例えば、支持サブ層２６の主材料２９（例えば、シリコン）と、主材料２９と硬度が異なる副材料３０、例えば実施形態１と同様に銅などの金属材料が交互に配される。好適には、第２の層１９を背面側から見ると、例えば図１０に示すように、支持サブ層２６の主材料２９と副材料３０とが、それぞれ直径が異なる略同心円状に交互に配される。
　次に、第２の層１９を形成するために行う研磨（ステップＳ１０９）について説明する。本実施形態において、例えば被研磨面に副材料３０が露出したタイミングから所定時間研磨を継続し（以下、過研磨ともいう）、その後終了する。上述のように、第２の層１９に含まれる主材料２９と副材料３０とは硬度が異なる。このため、例えば副材料３０の硬度が主材料２９の硬度よりも大きい場合には、過研磨によって主材料２９がより多く研磨される。また、主材料２９と副材料３０とが交互に配される領域において、第１の方向における副材料３０の分布を調整することによって、当該領域の研磨レートが制御可能である。このため、被研磨面、すなわち撮像素子１２の背面側の主面の少なくとも一部は、凹形状または凸形状となる。図１１（ａ）は、撮像素子１２の背面側の主面３６全体が凹形状である例を図示している。後述するように、撮像素子１２の背面側の主面３６の形状は、撮像素子１２の受光面３７の形状に転写される。ここで、各材料の材質、第１の方向の副材料３０の分布、および過研磨を行う時間は、撮像素子１２の受光面３７の所望の形状に応じて任意に定められる。
　次に、ダイスボンディングにおける接合方法（ステップＳ２０１）の細部について説明する。本実施形態において、ダイスボンディングの際に、撮像素子１２をパッケージ基板１５側に吸引しながら接合する。吸引によって、撮像素子１２の背面側の主面３６の形状が、撮像素子１２の受光面３７の形状に転写される。例えば、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す撮像素子１２、すなわち背面側の主面３６全体が凹形状である撮像素子１２を、パッケージ基板１５側に吸引しながら接合した例を図示している。図１１（ｂ）において、撮像素子１２の受光面３７は、背面側の主面３６の形状が転写されて凹形状となっている。
　このように、第２の実施形態に係る撮像素子１２は、第１の実施形態と同様に、第１の層１８と、主材料２９と副材料３０とが交互に配される第２の層１９と、を備える。交互に配される副材料３０は、第１の層１８で発生した熱を第２の層１９側から放熱する放熱板として機能する。このように、放熱板として機能する副材料３０を含む第２の層１９が、発熱する第１の層１８に接合して設けられるため、第１の層１８で発生した熱の第２の層１９の背面側への伝導効率が増加し、放熱効果が向上する。
　また、第２の実施形態に係る撮像素子１２は、第２の層１９の第１の層１８と反対側の主面、すなわち第２の層１９の背面側の主面３６の少なくとも一部が凹形状または凸形状である。かかる凹凸形状は、撮像素子１２を吸引しながらパッケージ基板１５に接合することによって、撮像素子１２の受光面３７（および第１の層１８の前面側の主面）の形状に転写される。凹凸形状を有する撮像素子１２は、主光線入射角度を大きくとる撮像装置、例えば画角の広い広角レンズを用いる撮像装置に特に好適である。例えば、広角レンズを備える撮像装置において、撮像素子が平坦形状である場合には、撮像素子の撮像領域の中央部と周辺部とで、被写体像の収縮度合いが異なる。このため、撮像画像の周辺領域において、被写体は歪んで撮像される。一方、撮像素子１２に所望の凹凸形状を設けることによって、撮像領域の中央部と周辺部との間の、被写体像の収縮度合いの差が低減可能である。このため、撮像画像上の周辺領域において、被写体の歪みが低減される。
　また、第２の層１９の背面側の主面３６の凹凸形状は、半導体プロセスの前工程において、例えば上述したステップＳ１０９の研磨（図８参照）によって形成される。このため、所望の凹凸形状を得るために、ステップＳ１０９の研磨を行った後に追加の工程、すなわち撮像素子１２の厚みが比較的薄い状態で追加の工程を要しないため、撮像素子１２の製造難度の増加が抑制される。
　また、撮像素子１２は、第１の方向に沿う断面において、支持サブ層２６の金属材料領域の配置に応じて、第２の層１９の背面側の主面の形状が異なる。例えば、主材料２９の硬度よりも副材料３０の硬度が大きい場合において、副材料３０が多く分布する領域ほど、研磨レートが小さい。したがって、第２の層１９における副材料３０の、第１の方向における分布を調整することによって、撮像素子１２を任意の湾曲形状にすることができる。
　また、第２の層１９における主材料２９および副材料３０のそれぞれが、第２の層１９において略同心円状に配される。したがって、例えば同心円の中心点が撮像光学系１１の光軸１６上に位置し、かつ、撮像光学系１１を通過した光、すなわち被写体像が撮像素子１２の受光面３７上で結像するように、撮像素子１２を撮像装置１０の筐体内に配置することによって、撮像画像の円周部の被写体の歪みが均等に低減される。
（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態に係る撮像装置について説明する。図１２に示すように、撮像装置１００は、撮像光学系１１０と、撮像素子１２０と、画像処理部１３０と、温度検出部１４０と、制御部１５０と、を備える。
　撮像光学系１１０は、絞りおよび複数のレンズを含んで構成され、被写体像を結像させる。
　撮像素子１２０は、例えばＣＭＯＳ撮像素子であって、撮像光学系１１０によって結像する被写体像を撮像する。また、撮像素子１２０は、撮像によって生成した撮像画像をアナログの画像信号として、画像処理部１３０に出力する。本実施形態において、撮像素子１２０は裏面照射型であるものとして説明するが、これに限られない。また後述するように、撮像素子１２０は、第１の層および第２の層を含んで構成され、第２の層においてペルチェ素子を有する。
　画像処理部１３０は、例えばＡＦＥおよびＤＳＰなどの画像処理専用のプロセッサを含み、撮像素子１２０から取得した画像信号に対して、ＣＤＳ、ゲイン調整（ＡＧＣ）、およびＡＤ変換（ＡＤＣ）などの前段画像処理を施す。また、画像処理部１３０は、撮像画像に対して自動露出（ＡＥ）、自動ホワイトバランス（ＡＷＢ）、色補間、明るさ補正、色補正、およびガンマ補正などの所定の後段画像処理を施す。
　温度検出部１４０は、例えば温度センサを含んで構成され、撮像素子１２０の温度を検出可能である。
　制御部１５０は、例えば専用のマイクロプロセッサまたは特定のプログラムを読み込むことによって特定の処理を実行する汎用のＣＰＵである。制御部１５０は、撮像装置１００の動作全体を制御する。例えば、制御部１５０は、温度検出部１４０によって検出された撮像素子１２０の温度を取得する。また制御部１５０は、撮像素子１２０の温度に基づいて、撮像素子１２０が有するペルチェ素子の動作を制御する。例えば、制御部１５０は、撮像素子１２０の温度を所望の温度に保つように、温度検出部１４０によって検出された温度に基づくフィードバック制御によってペルチェ素子を動作させる。
　次に、撮像光学系１１０と、撮像素子１２０と、の位置関係について説明する。図１３に示すように、パッケージ基板１６０に接合された撮像素子１２０は、撮像素子１２０の中心位置が撮像光学系１１０の光軸１７０上に位置し、かつ、撮像光学系１１０を通過した光１８０、すなわち被写体像が撮像素子１２０の受光面上で結像するように、撮像装置１００の筐体内に配置される。以下、撮像素子１２０の受光面側（図１３において上方側）を前面側といい、パッケージ基板１６０との接合面側（図１３において下方側）を背面側という。
　次に、撮像素子１２０の構成について具体的に説明する。図１４に示すように、撮像素子１２０は、第１の層１９０と、第２の層２００と、を備える。図１４においては説明のため、撮像素子１２０の構成要素ごとに縮尺を異ならせて図示している。また、図１４は、撮像素子１２０の複数の画素が配置された少なくとも１つの方向（第１の方向）に沿った、撮像素子１２０の断面図である。
　第１の層１９０は、画素からの撮像画像信号を出力する撮像機能を有する層であって、例えば３～４μｍ程度の厚みを有する。第１の層１９０は、光電変換サブ層２１０と、配線サブ層２２０と、密着サブ層２３０と、カラーフィルタ２４０と、マイクロレンズ２５０と、を含む。
　光電変換サブ層２１０は、主材料として例えばシリコンなどの半導体材料を含む。光電変換サブ層２１０の一部領域には、画素を構成するフォトダイオード２６０およびＭＯＳトランジスタが形成される。光電変換サブ層２１０の前面側の主面は、撮像素子１２０の受光面に定められる。
　配線サブ層２２０は、主材料として例えばシリコン酸化物などの絶縁材料を含む。配線サブ層２２０の一部領域には、画素からの撮像画像信号を読み出す回路が形成される。回路は、例えば銅およびアルミニウムなどを用いた配線が積層して構成される。配線サブ層２２０は、光電変換サブ層２１０に隣接して背面側に設けられる。
　密着サブ層２３０は、例えばシリコン窒化物などの密着性が高い材料で構成される。密着サブ層２３０は、配線サブ層２２０に隣接して背面側に設けられ、第１の層１９０と第２の層２００とを密着して接合するために用いられる。
　カラーフィルタ２４０は、例えばＲＧＢの各色に対応しており、特定の波長帯域の光を通過させるフィルタである。カラーフィルタ２４０は、各画素に対応して設けられる。また、カラーフィルタ２４０は、光電変換サブ層２１０のフォトダイオード２６０が形成される領域に、光電変換サブ層２１０に隣接して前面側に設けられる。
　マイクロレンズ２５０は、各画素に対応して設けられるレンズである。マイクロレンズ２５０は、撮像光学系１１０を介して照射された光を、カラーフィルタ２４０を介して撮像素子１２０の受光面に集光する。
　第２の層２００は、第１の層１９０を支持する層であって、例えば１７０μｍ程度の厚みを有する。また、後述するように、第２の層２００は、第２の層２００に形成されるペルチェ素子によって、第１の層１９０で発生した熱を第２の層２００に能動的に伝導させる。第２の層２００は、支持サブ層２７０と、絶縁サブ層２８０と、密着サブ層２９０と、を含む。
　支持サブ層２７０は、主材料として例えばシリコンまたはガラスなどを含む。支持サブ層２７０には、第１の方向に主材料３００を含む主材料領域と、副材料を含む副材料領域とが交互に配される（位置する）。副材料領域には、副材料である第１導電型半導体材料３１０と、副材料である第２導電型半導体材料３２０と、が配される。各材料の材質と、副材料の幅方向における分布、すなわち第１の方向における分布とは、所望の放熱効果を得るために任意に定められる。また、支持サブ層２７０には、第１の方向に沿って複数の第１の電極３３０が配される。第１の電極３３０は、例えば銅などの金属材料で形成される。第１の電極３３０は、第１導電型半導体材料３１０および第２導電型半導体材料３２０の少なくとも一方の背面側に接続される電極であって、第１導電型半導体材料３１０および第２導電型半導体材料３２０を交互に直列に接続する回路の一部を構成する。好適には、第１の電極３３０は、第２の層２００の背面側の主面まで延びる。
　絶縁サブ層２８０は、主材料として例えばシリコン酸化物などの絶縁材料を含む。絶縁サブ層２８０は、支持サブ層２７０に隣接して前面側に設けられる。また、絶縁サブ層２８０には、第１の方向に沿って複数の第２の電極３４０が配される。第２の電極３４０は、例えば銅などの金属材料で形成される。第２の電極３４０は、第１導電型半導体材料３１０および第２導電型半導体材料３２０の少なくとも一方の前面側に接続される電極であって、第１導電型半導体材料３１０および第２導電型半導体材料３２０を交互に直列に接続する回路の一部を構成する。
　このように、支持サブ層２７０および絶縁サブ層２８０において、第２の層２００から第１の層１９０に向かう方向に、第１の電極３３０と、第１導電型半導体材料３１０および前記第２導電型半導体材料３２０と、第２の電極３４０と、が積層されてペルチェ素子が形成される。
　密着サブ層２９０は、例えばシリコン窒化物などの密着性が高い材料で構成される。密着サブ層２９０は、絶縁サブ層２８０に隣接して前面側に設けられ、第１の層１９０と第２の層２００とを密着して接合するために用いられる。
　次に、図１５乃至図１７を参照して、第１の層１９０および第２の層２００を形成する工程について説明する。以下、当該工程の具体例を、第１の基板に対する加工工程と、第２の基板に対する加工工程と、第１の基板および第２の基板を接合して行う工程と、に分けて説明する。第１の層１９０および第２の層２００を形成する当該工程は、例えば半導体プロセスの前工程に組み込まれる。第１の基板および第２の基板は、例えば一般的なシリコン半導体基板であるものとして説明する。
（第１の基板に対する加工工程）
　まず、第１の基板に対する加工工程について説明する。はじめに、図１５（ａ）に示すように、第１の基板３５０の平坦化された一方の主面にフォトダイオード２６０およびＭＯＳトランジスタを形成する。続いて、図１５（ｂ）に示すように、第１の基板３５０の当該主面に配線サブ層２２０を形成し、例えばシリコン窒化膜を積層して密着サブ層２３０をさらに形成する。
（第２の基板に対する加工工程）
　次に、第２の基板に対する加工工程について説明する。はじめに、図１６（ａ）に示すように、第２の基板３６０の平坦化された一方の主面に、銅などの金属膜３７０を形成し、フォトレジスト３８０を塗布してパターンニングを行う。続いて、図１６（ｂ）に示すように、エッチングを行い、第２の基板３６０の主面に第１の電極３３０を形成する。続いて、図１６（ｃ）に示すように、フォトレジスト３８０を除去して、第２の基板３６０の主材料をエピタキシャル成長させる。続いて、図１６（ｄ）に示すように、フォトレジスト３９０のパターンニングおよびエッチングによって、エピタキシャル成長した第２の基板３６０の主面に形成した溝に、第１導電型半導体材料３１０を積層させる。続いて、図１６（ｅ）に示すように、フォトレジスト３９０を除去して、フォトレジスト４００のパターンニングおよびエッチングによって、エピタキシャル成長した第２の基板３６０の主面に形成した溝に、第２導電型半導体材料３２０を積層させる。続いて、図１６（ｆ）に示すように、フォトレジスト４００を除去し、第１の電極３３０の形成と同様にして第２の電極３４０を形成する。そして、例えばシリコン酸化膜を積層して絶縁サブ層２８０を形成し、例えばシリコン窒化膜を積層して密着サブ層２９０を形成する。
（第１の基板および第２の基板を接合して行う工程）
　次に、第１の基板３５０および第２の基板３６０を接合して行う工程について説明する。はじめに、図１７（ａ）に示すように、第１の基板３５０の密着サブ層２３０と、第２の基板３６０の密着サブ層２９０と、を接合する。続いて、図１７（ｂ）に示すように、第１の基板３５０の他方の主面を研磨する。ここで、例えば被研磨面にフォトダイオード２６０が露出するまで研磨を行い、光電変換サブ層２１０を形成する。続いて、図１７（ｃ）に示すように、光電変換サブ層２１０の上に、カラーフィルタ２４０およびマイクロレンズ２５０を配置する。このようにして、密着サブ層２３０と、配線サブ層２２０と、光電変換サブ層２１０と、カラーフィルタ２４０と、マイクロレンズ２５０と、を含む第１の層１９０が形成される。続いて、図１７（ｄ）に示すように、第１の層１９０が形成された第２の基板３６０の上下を反転する。そして、図１７（ｅ）に示すように、第２の基板３６０の他方の主面を研磨し、支持サブ層２７０を形成する。好適には、被研磨面に第１の電極３３０が露出するまで研磨を行い、支持サブ層２７０を形成する。このようにして、支持サブ層２７０と、絶縁サブ層２８０と、密着サブ層２９０と、を含む第２の層２００が形成される。上述の工程を経て、第１の層１９０および第２の層２００を備える撮像素子ウエハを得る。
　次に、図１８のフローチャートを参照して、上述した第１の層１９０および第２の層２００を形成する工程の流れを説明する。
　ステップＳ３００：はじめに、第１の基板３５０の一方の主面にフォトダイオード２６０およびＭＯＳトランジスタを形成する。
　ステップＳ３０１：続いて、第１の基板３５０の当該主面に配線サブ層２２０を形成し、例えばシリコン窒化膜を積層して密着サブ層２３０をさらに形成する。
　ステップＳ３０２：次に、第２の基板３６０の一方の主面に対して、金属膜３７０と、フォトレジスト３８０のパターンと、を形成し、エッチングによって第１の電極３３０を形成する。
　ステップＳ３０３：続いて、第２の基板３６０のフォトレジスト３８０を除去して、第２の基板３６０の主材料をエピタキシャル成長させる。
　ステップＳ３０４：続いて、第２の基板３６０に対して、フォトレジスト３９０のパターンニングおよびエッチングによって、エピタキシャル成長した第２の基板３６０の主面に形成した溝に、第１導電型半導体材料３１０を積層させる。
　ステップＳ３０５：続いて、第２の基板３６０のフォトレジスト３９０を除去して、フォトレジスト４００のパターンニングおよびエッチングによって、エピタキシャル成長した第２の基板３６０の主面に形成した溝に、第２導電型半導体材料３２０を積層させる。
　ステップＳ３０６：次に、第２の基板３６０のフォトレジスト４００を除去し、第１の電極３３０の形成と同様にして第２の電極３４０を形成する。
　ステップＳ３０７：そして、例えばシリコン酸化膜を積層して絶縁サブ層２８０を形成し、例えばシリコン窒化膜を積層して密着サブ層２９０を形成する。
　ステップＳ３０８：次に、第１の基板３５０の密着サブ層２３０と、第２の基板３６０の密着サブ層２９０と、を接合する。
　ステップＳ３０９：続いて、第１の基板３５０の、ステップＳ３００の一方の主面に対する他方の主面を研磨し、光電変換サブ層２１０を形成する。
　ステップＳ３１０：続いて、光電変換サブ層２１０の上に、カラーフィルタ２４０およびマイクロレンズ２５０を配置する。このようにして、密着サブ層２３０と、配線サブ層２２０と、光電変換サブ層２１０と、カラーフィルタ２４０と、マイクロレンズ２５０と、を含む第１の層１９０が形成される。
　ステップＳ３１１：続いて、第２の基板３６０の、ステップＳ３０２の一方の主面に対する他方の主面を研磨する。好適には、被研磨面に第１の電極３３０が露出するまで研磨を行い、支持サブ層２７０を形成する。このようにして、支持サブ層２７０と、絶縁サブ層２８０と、密着サブ層２９０と、を含む第２の層２００が形成される。
　次に、図１９のフローチャートを参照して、第１の層１９０および第２の層２００を形成した撮像素子ウエハに対する加工工程の流れについて説明する。当該工程は、例えば半導体プロセスの後工程に組み込まれる。
　ステップＳ４００：はじめに、ダイシングを行い、撮像素子ウエハを所望のチップサイズに切断する。
　ステップＳ４０１：続いて、ダイスボンディングを行い、所望のチップサイズに切断された撮像素子１２０をパッケージ基板１６０に接合する。例えば、撮像素子１２０は、パッケージ基板１６０のリードフレームに、接着によって接合される。
　ステップＳ４０２：そして、ワイヤボンディングを行い、撮像素子１２０のパッドとパッケージ基板１６０のパッドとを接続する。
　このように、第３の実施形態に係る撮像素子１２０は、第１の層１９０と、主材料領域および副材料領域が交互に配される支持サブ層２７０を有する第２の層２００と、を備える。また、副材料領域には、第１導電型半導体材料３１０および第２導電型半導体材料３２０が配される。そして、第２の層２００から第１の層１９０に向かう方向に、第１の電極３３０と、前記第１導電型半導体材料３１０および前記第２導電型半導体材料３２０と、第２の電極３４０と、が積層されてペルチェ素子が形成される。このように、ペルチェ素子が形成された第２の層２００が、発熱する第１の層１９０に接合して設けられるため、第１の層１９０で発生した熱を第２の層２００の背面側へ能動的に伝導して、放熱効果が向上する。また、第２の層２００は、半導体プロセスの前工程において、例えば上述したステップＳ３１１の研磨によって形成可能である。このため、ペルチェ素子を含む第２の層２００を形成するために、ステップＳ３１１の研磨を行った後に追加の工程、すなわち撮像素子１２０の厚みが比較的薄い状態で追加の工程を要しないため、撮像素子１２０の製造難度の増加が抑制される。
　また、ペルチェ素子の背面側の第１の電極３３０は、第２の層２００の第１の層１９０と反対側の主面、すなわち第２の層２００の背面側の主面まで延びる。このようにして、例えば撮像素子１２０をパッケージ基板１６０に接合させると、第２の層２００内に配される第１の電極３３０とパッケージ基板１６０とが接触するため、放熱効果がさらに向上する。
　また、撮像素子１２０は、裏面照射型の撮像素子である。一般に、裏面照射型の撮像素子は、フォトダイオードや配線層などを形成した基板に、支持基板を接合して製造される。したがって、支持基板を本実施形態に係る第２の基板３６０として用いることができ、コストの増加が抑制され、および撮像素子１２０の薄型化が可能となる。
　また、一実施形態に係る撮像装置１００は、ペルチェ素子が形成される撮像素子１２０と、撮像素子１２０の温度を検出する温度検出部１４０と、検出された温度に基づいてペルチェ素子の動作を制御する制御部１５０と、を備える。このようにして、撮像素子１２０の温度を所望の温度に保つようにペルチェ素子を動作させることができ、放熱効果が向上する。
　また、一実施形態に係る撮像素子１２０の製造方法によれば、第１の基板３５０の一方の主面にフォトダイオード２６０を形成し、第２の基板３６０の一方の主面に、第１の電極３３０と、第１導電型半導体材料３１０および第２導電型半導体材料３２０と、第２の電極３４０と、を積層してペルチェ素子を形成し、第１の基板３５０と第２の基板３６０とを接合した後、第１の基板３５０の他方の主面を研磨して光電変換サブ層２１０を形成し、第２の基板３６０の他方の主面を研磨して支持サブ層２７０を形成する。ここで、支持サブ層２７０を形成するための研磨において、第２の基板３６０に形成された第１の電極３３０の位置を基準として、研磨のエンドポイントが決定可能であるため、膜厚制御性が向上する。
（第４の実施形態）
　次に、本発明の第４の実施形態に係る撮像装置について説明する。図２０に示すように、撮像装置１０１は、撮像光学系１１１と、撮像素子１２１と、画像処理部１３１と、制御部１４１と、を備える。
　撮像光学系１１１は、絞りおよび複数のレンズを含んで構成され、被写体像を結像させる。本実施形態において、撮像光学系１１１は広い画角を有しており、例えば主光線入射角度が９０度以上の主光線を集光可能である。
　撮像素子１２１は、例えばＣＭＯＳ撮像素子であって、撮像光学系１１１によって結像する被写体像を撮像する。また、撮像素子１２１は、撮像によって生成した撮像画像をアナログの画像信号として、画像処理部１３１に出力する。本実施形態において、撮像素子１２１は裏面照射型であるものとして説明するが、これに限られない。
　画像処理部１３１は、例えばＡＦＥおよびＤＳＰなどの画像処理専用のプロセッサを含み、撮像素子１２１から取得した画像信号に対して、ＣＤＳ、ゲイン調整（ＡＧＣ）、およびＡＤ変換（ＡＤＣ）などの前段画像処理を施す。また、画像処理部１３１は、撮像画像に対して自動露出（ＡＥ）、自動ホワイトバランス（ＡＷＢ）、色補間、明るさ補正、色補正、およびガンマ補正などの所定の後段画像処理を施す。
　制御部１４１は、例えば専用のマイクロプロセッサまたは特定のプログラムを読み込むことによって特定の処理を実行する汎用のＣＰＵである。制御部１４１は、撮像装置１０１の動作全体を制御する。
　次に、撮像光学系１１１と、撮像素子１２１と、の位置関係について説明する。図２１に示すように、パッケージ基板１５１に接合された撮像素子１２１は、撮像素子１２１の中心位置が撮像光学系１１１の光軸１６１上に位置し、かつ、撮像光学系１１１を通過した光１７１、すなわち被写体像が撮像素子１２１の受光面上で結像するように、撮像装置１０１の筐体内に配置される。後述するように、撮像素子１２１が備える第２の層に含まれる副材料が、収縮もしくは膨張することによって、または引張応力もしくは圧縮応力を生じることによって、撮像素子１２１は変形し、湾曲した形状となる。このため、撮像素子１２１の受光面の少なくとも一部は、凹形状または凸形状となる。図２１は、撮像素子１２１（および受光面）全体が凸形状である例を図示している。以下、撮像素子１２１の受光面側（図２１において上方側）を前面側といい、パッケージ基板１５１との接合面側（図２１において下方側）を背面側という。
　次に、撮像素子１２１の構成について具体的に説明する。図２２に示すように、撮像素子１２１は、第１の層１８１と、第２の層１９１と、を備える。図２２においては説明のため、撮像素子１２１を湾曲させずに図示し、撮像素子１２１の構成要素ごとに縮尺を異ならせて図示している。また、図２２は、撮像素子１２１の複数の画素が配置された少なくとも１つの方向（第１の方向）に沿った、撮像素子１２１の断面図である。
　第１の層１８１は、画素からの撮像画像信号を出力する撮像機能を有する層であって、例えば３～４μｍ程度の厚みを有する。第１の層１８１は、光電変換サブ層２０１と、配線サブ層２１１と、密着サブ層２２１と、カラーフィルタ２３１と、マイクロレンズ２４１と、を含む。
　光電変換サブ層２０１は、主材料として例えばシリコンなどの半導体材料を含む。光電変換サブ層２０１の一部領域には、画素を構成するフォトダイオード２５１およびＭＯＳトランジスタが形成される。光電変換サブ層２０１の前面側の主面は、撮像素子１２１の受光面に定められる。
　配線サブ層２１１は、主材料として例えばシリコン酸化物などの絶縁材料を含む。配線サブ層２１１の一部領域には、画素からの撮像画像信号を読み出す回路が形成される。回路は、例えば銅およびアルミニウムなどを用いた配線が積層して構成される。配線サブ層２１１は、光電変換サブ層２０１に隣接して背面側に設けられる。
　密着サブ層２２１は、例えばシリコン窒化物などの密着性が高い材料で構成される。密着サブ層２２１は、配線サブ層２１１に隣接して背面側に設けられ、第１の層１８１と第２の層１９１とを密着して接合するために用いられる。
　カラーフィルタ２３１は、例えばＲＧＢの各色に対応しており、特定の波長帯域の光を通過させるフィルタである。カラーフィルタ２３１は、各画素に対応して設けられる。また、カラーフィルタ２３１は、光電変換サブ層２０１のフォトダイオード２５１が形成される領域に、光電変換サブ層２０１に隣接して前面側に設けられる。
　マイクロレンズ２４１は、各画素に対応して設けられるレンズである。マイクロレンズ２４１は、撮像光学系１１１を介して照射された光を、カラーフィルタ２３１を介して撮像素子１２１の受光面に集光する。
　第２の層１９１は、第１の層１８１を支持する層であって、例えば１７０μｍ程度の厚みを有する。第２の層１９１は、支持サブ層２６１と、密着サブ層２７１と、を含む。
　支持サブ層２６１は、主材料として例えばシリコンまたはガラスなどを含む。支持サブ層２６１には、第１の方向に主材料と副材料とが交互に配される。各材料の材質と、副材料の幅方向における分布、すなわち第１の方向における分布とは、撮像素子１２１の受光面の所望の形状に応じて任意に定められる。本実施形態では、主材料（例えば、シリコン）を含む主材料領域と、第１の材料２８１および第２の材料２９１のうち少なくとも１つの副材料を含む副材料領域と、が交互に配される。副材料は、例えば主材料と熱膨張率が異なる材料である。第１の材料２８１は、例えば収縮膜または引張応力膜である。第２の材料２９１は、例えば膨張膜または圧縮応力膜である。収縮膜および膨張膜は、例えば熱処理または半導体プロセス中に発生する熱によって、それぞれ収縮または膨張する。第２の層１９１を背面側から見ると、例えば図２３に示すように、支持サブ層２６１の主材料と、第１の材料２８１および第２の材料２９１とが、それぞれ直径が異なる略同心円状に交互に配されている。
　密着サブ層２７１は、例えばシリコン窒化物などの密着性が高い材料で構成される。密着サブ層２７１は、支持サブ層２６１に隣接して前面側に設けられ、第１の層１８１と第２の層１９１とを密着して接合するために用いられる。
　次に、図２４乃至図２６を参照して、第１の層１８１および第２の層１９１を形成する工程について説明する。当該工程は、２つの基板（以下、第１の基板および第２の基板という）を用いて行われる工程である。以下、当該工程の具体例を、第１の基板に対する加工工程と、第２の基板に対する加工工程と、第１の基板および第２の基板を接合して行う工程と、に分けて説明する。第１の層１８１および第２の層１９１を形成する当該工程は、例えば半導体プロセスの前工程に組み込まれる。第１の基板および第２の基板は、例えば一般的なシリコン半導体基板であるものとして説明する。
（第１の基板に対する加工工程）
　まず、第１の基板に対する加工工程について説明する。はじめに、図２４（ａ）に示すように、第１の基板３０１の平坦化された一方の主面にフォトダイオード２５１およびＭＯＳトランジスタを形成する。続いて、図２４（ｂ）に示すように、第１の基板３０１の当該主面に配線サブ層２１１を形成し、例えばシリコン窒化膜を積層して密着サブ層２２１をさらに形成する。
（第２の基板に対する加工工程）
　次に、第２の基板に対する加工工程について説明する。はじめに、図２５（ａ）に示すように、第２の基板３１１の平坦化された一方の主面に、シリコン酸化膜３２１と、シリコン窒化膜３３１と、を形成し、フォトレジスト３４１を塗布してパターンニングを行う。硬化したフォトレジスト３４１のパターンは、例えばそれぞれ直径が異なる略同心円状である。続いて、図２５（ｂ）に示すように、エッチングを行い、第２の基板３１１の主面に溝を形成する。続いて、図２５（ｃ）に示すように、フォトレジスト３４１を除去して、第１の材料２８１および第２の材料２９１の少なくとも一方の副材料を、例えば蒸着処理やメッキ処理などの任意の処理によって堆積させる。２つ以上の副材料を堆積させる場合には、上述したパターンニングと、エッチングと、副材料を堆積させる処理と、を副材料ごとに行う。続いて、図２５（ｄ）に示すように、平坦化処理を行い、シリコン酸化膜３２１およびシリコン窒化膜３３１を除去する。そして、図２５（ｅ）に示すように、例えばシリコン窒化膜を積層して密着サブ層２７１を形成する。
（第１の基板および第２の基板を接合して行う工程）
　次に、第１の基板３０１および第２の基板３１１を接合して行う工程について説明する。はじめに、図２６（ａ）に示すように、第１の基板３０１の密着サブ層２２１と、第２の基板３１１の密着サブ層２７１と、を接合する。続いて、図２６（ｂ）に示すように、第１の基板３０１の他方の主面を研磨する。ここで、例えば被研磨面にフォトダイオード２５１が露出するまで研磨を行い、光電変換サブ層２０１を形成する。続いて、図２６（ｃ）に示すように、光電変換サブ層２０１の上に、カラーフィルタ２３１およびマイクロレンズ２４１を配置する。このようにして、密着サブ層２２１と、配線サブ層２１１と、光電変換サブ層２０１と、カラーフィルタ２３１と、マイクロレンズ２４１と、を含む第１の層１８１が形成される。続いて、図２６（ｄ）に示すように、第１の層１８１が形成された第２の基板３１１の上下を反転する。そして、図２６（ｅ）に示すように、第２の基板３１１の他方の主面を研磨する。ここで、例えば被研磨面に第１の材料２８１または第２の材料２９１が露出するまで研磨を行い、支持サブ層２６１を形成する。このようにして、支持サブ層２６１と、密着サブ層２７１と、を含む第２の層１９１が形成される。上述の工程を経て、第１の層１８１および第２の層１９１を備える撮像素子ウエハを得る。
　次に、図２７のフローチャートを参照して、上述した第１の層１８１および第２の層１９１を形成する工程の流れを説明する。
　ステップＳ５００：はじめに、第１の基板３０１の一方の主面にフォトダイオード２５１およびＭＯＳトランジスタを形成する。
　ステップＳ５０１：続いて、第１の基板３０１の当該主面に配線サブ層２１１を形成し、例えばシリコン窒化膜を積層して密着サブ層２２１をさらに形成する。
　ステップＳ５０２：次に、第２の基板３１１の一方の主面に対して、シリコン酸化膜３２１と、シリコン窒化膜３３１と、フォトレジスト３４１のパターンと、を形成し、エッチングによって第２の基板３１１の主面に溝を形成する。
　ステップＳ５０３：続いて、第２の基板３１１のフォトレジスト３４１を除去して、第１の材料２８１および第２の材料２９１の少なくとも１つを副材料として堆積させる。
　ステップＳ５０４：続いて、第２の基板３１１に対して平坦化処理を行い、シリコン酸化膜３２１およびシリコン窒化膜３３１を除去する。
　ステップＳ５０５：続いて、第２の基板３１１に対して、例えばシリコン窒化膜を積層して密着サブ層２７１を形成する。
　ステップＳ５０６：次に、第１の基板３０１の密着サブ層２２１と、第２の基板３１１の密着サブ層２７１と、を接合する。
　ステップＳ５０７：続いて、第１の基板３０１の、ステップＳ５００の一方の主面に対する他方の主面を研磨し、光電変換サブ層２０１を形成する。
　ステップＳ５０８：続いて、光電変換サブ層２０１の上に、カラーフィルタ２３１およびマイクロレンズ２４１を配置する。このようにして、密着サブ層２２１と、配線サブ層２１１と、光電変換サブ層２０１と、カラーフィルタ２３１と、マイクロレンズ２４１と、を含む第１の層１８１が形成される。
　ステップＳ５０９：続いて、第２の基板３１１の、ステップＳ５０２の一方の主面に対する他方の主面を研磨する。本実施形態において、例えば被研磨面に副材料が露出するまで研磨を行い、支持サブ層２６１を形成する。このようにして、密着サブ層２７１と、支持サブ層２６１と、を含む第２の層１９１が形成される。
　次に、図２８のフローチャートを参照して、第１の層１８１および第２の層１９１を形成した撮像素子ウエハに対する加工工程の流れについて説明する。当該工程は、例えば半導体プロセスの後工程に組み込まれる。
　ステップＳ６００：はじめに、ダイシングを行い、撮像素子ウエハを所望のチップサイズに切断する。
　ステップＳ６０１：続いて、ダイスボンディングを行い、所望のチップサイズに切断された撮像素子１２１をパッケージ基板１５１に接合する。例えば、撮像素子１２１は、パッケージ基板１５１のリードフレームに、接着によって接合される。本実施形態において、撮像素子１２１は、撮像素子１２１の凹凸形状を維持した状態で、パッケージ基板１５１に接合される。
　ステップＳ６０２：そして、ワイヤボンディングを行い、撮像素子１２１のパッドとパッケージ基板１５１のパッドとを接続する。
　このように、第４の実施形態に係る撮像素子１２１は、第１の層１８１と、主材料および副材料が交互に配される第２の層１９１と、を備える。そして、第１の層１８１の第２の層１９１と反対側の主面、すなわち第１の層１８１の前面側の主面の少なくとも一部は、凹形状または凸形状である。ここで、凹凸形状の形成に寄与する第２の層１９１は、半導体プロセスの前工程において、例えば上述したステップＳ５０９の研磨（図２７参照）によって形成可能である。したがって、所望の凹凸形状を得るために、ステップＳ５０９の研磨を行った後に追加の工程、すなわち撮像素子１２１の厚みが比較的薄い状態で追加の工程を要しない。このため、例えばマイクロレンズの接合部を、撮像素子の各画素に正確に対応させたフレネル形状とする必要がある構成と比較して、撮像素子１２１の製造難度の増加が抑制される。
　また、凹凸形状を有する撮像素子１２１は、主光線入射角度を大きくとる撮像装置、例えば画角の広い広角レンズを用いる撮像装置に特に好適である。例えば、広角レンズを備える撮像装置において、撮像素子１２１が平坦形状である場合には、撮像素子１２１の撮像領域の中央部と周辺部とで、被写体像の収縮度合いが異なる。このため、撮像画像の周辺領域において、被写体は歪んで撮像される。一方、撮像素子１２１に所望の凹凸形状を設けることによって、撮像領域の中央部と周辺部との間の、被写体像の収縮度合いの差が低減可能である。このため、撮像画像上の周辺領域において、被写体の歪みが低減される。
　また、第２の層１９１に含まれる副材料は、第２の層１９１の形成後、例えばステップＳ５０９の研磨を行った後に膨張または収縮する。したがって、半導体プロセスの前工程において、副材料の堆積後、第２の層１９１を形成する前に、副材料の膨張または収縮によって基板が湾曲することが抑制されるので、前工程における製造難度の増加が抑制される。
　また、撮像素子１２１は、裏面照射型の撮像素子である。一般に、裏面照射型の撮像素子は、フォトダイオードや配線層などを形成した基板に、支持基板を接合して製造される。したがって、支持基板を本実施形態に係る第２の基板３１１として用いることができ、コストの増加が抑制され、および撮像素子の薄型化が可能となる。
　また、撮像素子１２１は、第２の層１９１における副材料の、第１の方向における分布に応じて、第１の層１８１の前面側の主面の形状が異なる。例えば、副材料が第１の材料２８１（収縮膜または引張応力膜）である場合において、副材料が多く分布する領域ほど、第１の層１８１の前面側の主面の形状は曲率が大きい凸形状となる。あるいは、副材料が第１の材料２８１（収縮膜または引張応力膜）である場合において、副材料が多く分布する領域ほど、第１の層１８１の前面側の主面の形状は曲率が大きい凹形状となる。したがって、第２の層１９１における副材料の、第１の方向における分布を調整することによって、撮像素子１２１を任意の湾曲形状にすることができる。
　また、第２の層１９１における主材料および副材料のそれぞれが、第２の層１９１において略同心円状に配される。したがって、例えば同心円の中心点が撮像光学系１１１の光軸１６１上に位置し、かつ、撮像光学系１１１を通過した光、すなわち被写体像が撮像素子１２１の受光面上で結像するように、撮像素子１２１を撮像装置１０１の筐体内に配置することによって、撮像画像の円周部の被写体の歪みが均等に低減される。
　また、第４の実施形態に係る撮像素子１２１の製造方法によれば、第１の基板３０１の一方の主面にフォトダイオード２５１を形成し、第２の基板３１１の一方の主面に形成した溝に副材料を堆積させ、第１の基板３０１と第２の基板３１１とを接合した後、第１の基板３０１の他方の主面を研磨して光電変換サブ層２０１を形成し、第２の基板３１１の他方の主面を研磨して支持サブ層２６１を形成する。ここで、支持サブ層２６１を形成するための研磨において、第２の基板３１１に堆積した副材料の厚みを基準として、研磨のエンドポイントが決定可能であるため、膜厚制御性が向上する。
（第５の実施形態）
　次に、本発明の第５の実施形態について説明する。概略として、第５の実施形態に係る撮像素子１２１は、第２の層１９１に含まれる副材料の材質が第４の実施形態と異なる。また、第５の実施形態に係る撮像装置１０１の製造方法は、第２の層１９１を形成するために行う研磨（ステップＳ５０９）を終了するタイミング、および、ダイスボンディングにおける接合方法（ステップＳ６０１）の細部が第４の実施形態と異なる。以下、第４の実施形態との差異について説明する。
　撮像素子１２１が備える第２の層１９１の支持サブ層２６１には、第４の実施形態と同様に、第１の方向に主材料領域と副材料領域とが交互に配される。例えば、支持サブ層２６１の主材料（例えば、シリコン）と、副材料である第３の材料と、が交互に配される。第３の材料は、主材料と硬度が異なる材料であって、例えば金属材料または無機材料である。金属材料として、例えばタングステンや銅などが採用可能である。無機材料として、例えばシリコン窒化物やシリコン酸化物、テオス膜などが採用可能である。
　次に、第２の層１９１を形成するために行う研磨（ステップＳ５０９）について説明する。本実施形態において、例えば被研磨面に副材料が露出したタイミングから所定時間研磨を継続し（以下、過研磨ともいう）、その後終了する。上述のように、第２の層１９１に含まれる主材料と副材料とは硬度が異なる。このため、例えば副材料の硬度が主材料の硬度よりも大きい場合には、過研磨によって主材料がより多く研磨される。また、主材料と副材料とが交互に配される領域において、第１の方向の副材料の分布を調整することによって、当該領域の研磨レートが制御可能である。このため、被研磨面、すなわち撮像素子１２１の背面側の主面の少なくとも一部は、凹形状または凸形状となる。図２０図２９（ａ）は、撮像素子１２１の背面側の主面３５１全体が凹形状である例を図示している。後述するように、撮像素子１２１の背面側の主面３５１の形状は、撮像素子１２１の受光面３６１の形状に転写される。ここで、各材料の材質、第１の方向の副材料の分布、および過研磨を行う時間は、撮像素子１２１の受光面３６１の所望の形状に応じて任意に定められる。
　次に、ダイスボンディングにおける接合方法（ステップＳ６０１）の細部について説明する。本実施形態において、ダイスボンディングの際に、撮像素子１２１をパッケージ基板１５１側に吸引しながら接合する。吸引によって、撮像素子１２１の背面側の主面３５１の形状が、撮像素子１２１の受光面３６１の形状に転写される。例えば、図２０図２９（ｂ）は、図２０図２９（ａ）に示す撮像素子１２１、すなわち背面側の主面３５１全体が凹形状である撮像素子１２１を、パッケージ基板１５１側に吸引しながら接合した例を図示している。図２０図２９（ｂ）において、撮像素子１２１の受光面３６１（および第１の層の前面側の主面）は、背面側の主面３５１の形状が転写されて凹形状となっている。
　このように、第５の実施形態に係る撮像素子１２１は、第２の層１９１の第１の層１８１と反対側の主面、すなわち第２の層１９１の背面側の主面３５１の少なくとも一部が凹形状または凸形状である。ここで、第２の層１９１の背面側の主面３５１の凹凸形状は、半導体プロセスの前工程において、例えば上述したステップＳ５０９の研磨（図２７参照）によって形成される。したがって、第４の実施形態と同様に、所望の凹凸形状を得るために、ステップＳ５０９の研磨を行った後に追加の工程、すなわち撮像素子１２１の厚みが比較的薄い状態で追加の工程を要しないため、撮像素子１２１の製造難度の増加が抑制される。
　また、撮像素子１２１は、第２の層１９１における副材料の、第１の方向における分布に応じて、第２の層１９１の背面側の主面の形状が異なる。例えば、主材料の硬度よりも副材料の硬度が大きい場合において、副材料が多く分布する領域ほど、研磨レートが小さくなる。したがって、第２の層１９１における副材料の、第１の方向における分布を調整することによって、撮像素子１２１を任意の湾曲形状にすることができる。
　本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。
　また、上述した実施形態において、裏面照射型の撮像素子を例に説明したが、表面照射型の撮像素子にも採用可能である。
１０　　撮像装置
１１　　撮像光学系
１２　　撮像素子
１３　　画像処理部
１４　　制御部
１５　　パッケージ基板
１６　　光軸
１７　　光
１８　　第１の層
１９　　第２の層
２０　　光電変換サブ層
２１　　配線サブ層
２２　　密着サブ層
２３　　カラーフィルタ
２４　　マイクロレンズ
２５　　フォトダイオード
２６　　支持サブ層
２７　　金属サブ層
２８　　密着サブ層
２９　　主材料
３０　　副材料
３１　　第１の基板
３２　　第２の基板
３３　　シリコン酸化膜
３４　　シリコン窒化膜
３５　　フォトレジスト
３６　　背面側の主面
３７　　受光面
１００　　撮像装置
１１０　　撮像光学系
１２０　　撮像素子
１３０　　画像処理部
１４０　　温度検出部
１５０　　制御部
１６０　　パッケージ基板
１７０　　光軸
１８０　　光
１９０　　第１の層
２００　　第２の層
２１０　　光電変換サブ層
２２０　　配線サブ層
２３０　　密着サブ層
２４０　　カラーフィルタ
２５０　　マイクロレンズ
２６０　　フォトダイオード
２７０　　支持サブ層
２８０　　絶縁サブ層
２９０　　密着サブ層
３００　　主材料
３１０　　第１導電型半導体材料
３２０　　第２導電型半導体材料
３３０　　第１の電極
３４０　　第２の電極
３５０　　第１の基板
３６０　　第２の基板
３７０　　金属膜
３８０、３９０、４００　　フォトレジスト
１０１　　撮像装置
１１１　　撮像光学系
１２１　　撮像素子
１３１　　画像処理部
１４１　　制御部
１５１　　パッケージ基板
１６１　　光軸
１７１　　光
１８１　　第１の層
１９１　　第２の層
２０１　　光電変換サブ層
２１１　　配線サブ層
２２１　　密着サブ層
２３１　　カラーフィルタ
２４１　　マイクロレンズ
２５１　　フォトダイオード
２６１　　支持サブ層
２７１　　密着サブ層
２８１　　第１の材料
２９１　　第２の材料
３０１　　第１の基板
３１１　　第２の基板
３２１　　シリコン酸化膜
３３１　　シリコン窒化膜
３４１　　フォトレジスト
３５１　　背面側の主面
３６１　　受光面

Claims (15)

  1. 　複数の画素が少なくとも第１の方向に配置された、撮像機能を有する第１の層と、
    　前記第１の層に接合された第２の層と、を備え、
    　該第２の層は、前記第１の方向に沿って主材料を含む主材料領域と副材料を含む副材料領域とが交互に配される第１のサブ層を有する、撮像素子。
  2. 　請求項１に記載の撮像素子であって、
    　前記主材料は非金属材料を含み、前記副材料は金属材料を含む、撮像素子。
  3. 　請求項１又は２に記載の撮像素子であって、
    　前記副材料領域は、前記第２の層の前記第１の層と反対側の面まで延びる、撮像素子。
  4. 　請求項１乃至３の何れか一項に記載の撮像素子であって、
    　前記第２の層は、前記第１の層と前記第１のサブ層との間に位置する、前記副材料を含む金属サブ層を含む、撮像素子。
  5. 　請求項１乃至４の何れか一項に記載の撮像素子であって、
    前記第１のサブ層は、前記第１の方向に沿う断面において、前記副材料領域がそれぞれ均一に配置される部分を有する、撮像素子。
  6. 　請求項１乃至５の何れか一項に記載の撮像素子は、裏面照射型として構成される、撮像素子。
  7. 　請求項１乃至６の何れか一項に記載の撮像素子であって、
    　前記第２の層の前記第１の層と反対側の第１の面の少なくとも一部、および、前記第２の層の前記第１の層と反対側の第２の面の少なくとも一部のうち、少なくとも一方が凹形状または凸形状である、撮像素子。
  8. 　請求項７に記載の撮像素子であって、
    　前記副材料は、前記第２の層の形成後に膨張または収縮する、撮像素子。
  9. 　請求項７又は８に記載の撮像素子であって、
    　前記第２の面に対する研磨によって、該第２の面の少なくとも一部に凹形状または凸形状が形成され、
    　前記第２の面がパッケージ基板に接合されると、前記第２の面の形状が、前記第１の面に転写される、撮像素子。
  10. 　請求項７乃至９の何れか一項に記載の撮像素子であって、
    　前記第１の方向に沿う断面において、前記第１のサブ層における前記副材料領域の配置に応じて、前記第１の面の形状および前記第２の面の形状の少なくとも一方が異なる、撮像素子。
  11. 　請求項７乃至１０の何れか一項に記載の撮像素子であって、
    　前記第１のサブ層において、前記主材料領域と前記副材料領域とがそれぞれ略同心円状に交互に配される、撮像素子。
  12. 　請求項１に記載の撮像素子であって、
    　前記副材料領域には、第１導電型半導体材料および第２導電型半導体材料が配され、
    　前記第２の層において、前記第２の層から前記第１の層に向かう方向に、第１の電極と、前記第１導電型半導体材料および前記第２導電型半導体材料と、第２の電極と、が積層されてペルチェ素子が形成される、撮像素子。
  13. 　請求項１２に記載の撮像素子であって、
    　前記第１の電極が、前記第２の層の前記第１の層と反対側の面まで延びる、撮像素子。
  14. 　複数の画素が少なくとも第１の方向に配置された、撮像機能を有する第１の層と、該第１の層に接合された第２の層と、を有する撮像素子と、
    　前記第１の層の受光面上に被写体像を結像する撮像光学系と、を備え、
    　前記第２の層は、前記第１の方向に沿って主材料を含む主材料領域と副材料を含む副材料領域とが交互に配される第１のサブ層を有する、撮像装置。
  15. 　第１の基板の一方の面に、フォトダイオードを形成するステップと、
    　前記第１の基板の一方の面側に、第２のサブ層を形成するステップと、
    　第２の基板の一方の面に所定のパターンで形成した溝に、前記第２の基板の主材料と異なる金属材料を堆積させるステップと、
    　前記第２の基板の一方の面側に、第２のサブ層を形成するステップと、
    　前記第１の基板の前記第２のサブ層と、前記第２の基板の前記第２のサブ層と、を接合するステップと、
    　前記第１の基板の一方の面に対する他方の面を研磨して光電変換サブ層を形成するステップと、
    　前記第２の基板の一方の面に対する他方の面を研磨して第１のサブ層を形成するステップと、
    を含む、撮像素子の製造方法。
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