JP7742576B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本開示は、撮像装置に関する。

固体撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等に広く用いられている。固体撮像装置として、増幅型固体撮像装置、電荷転送型固体撮像装置等が知られている。増幅型固体撮像装置の代表例として、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のＭＯＳ型イメージセンサが挙げられる。電荷転送型固体撮像装置の代表例として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサが挙げられる。近年、カメラ付き携帯電話、スマートホン等のモバイル機器に搭載される固体撮像装置としては、消費電力の観点等から、電源電圧が低いＣＭＯＳイメージセンサが多く用いられている。例えば、特許文献１は、マイクロレンズを有する固体撮像装置を開示している。

特開２０１８－１１０１４７号公報

撮像装置の分野においては、フレアを抑制するのに適した技術が要求されている。

本開示の一態様に係る撮像装置は、
光電変換部と、
前記光電変換部の上方に設けられたマイクロレンズと、
を備える。
断面において、
前記マイクロレンズの上面が、上に凸の第１曲線と下に凸の第２曲線とが第１変曲点を介して接続された輪郭線を構成し、
前記第２曲線の下端における曲率半径が、前記第１曲線の上端から前記第１変曲点までの前記マイクロレンズの厚み方向の距離よりも大きい。

本開示に係る技術は、フレアを抑制するのに適している。

図１は、参考形態に係る撮像システムを示す模式図である。 図２Ａは、参考形態に係る撮像装置の一例を示す断面図である。 図２Ｂは、参考形態に係る撮像装置の別例を示す断面図である。 図３は、撮像装置の上面図である。 図４Ａは、参考形態に係るマイクロレンズのレンズ部を示す斜視図である。 図４Ｂは、参考形態に係るマイクロレンズを示す断面図である。 図４Ｃは、参考形態に係るマイクロレンズを示す別の断面図である。 図５は、フレアの説明図である。 図６Ａは、フレアの説明図である。 図６Ｂは、フレアの説明図である。 図６Ｃは、フレアの説明図である。 図７は、実施形態に係る撮像装置の断面図である。 図８は、実施形態に係る撮像装置の模式的な断面図である。 図９Ａは、実施形態に係るマイクロレンズの上面を示す斜視図である。 図９Ｂは、実施形態に係るマイクロレンズを示す断面図である。 図９Ｃは、実施形態に係るマイクロレンズの説明図である。 図９Ｄは、実施形態に係るマイクロレンズの説明図である。 図１０は、実施形態に係る撮像システムを示す模式図である。 図１１は、シミュレーション空間の概念図である。 図１２Ａは、光学シミュレーション１で計算した光の強度分布を示す図である。 図１２Ｂは、光学シミュレーション２で計算した光の強度分布を示す図である。 図１３は、入射光と各色の感度との関係の例を示す図である。

（本開示の基礎となった知見）
図１に、参考形態に係る撮像システム５００を示す。撮像システム５００は、透明基板５０１と、樹脂層５０２と、パッケージ５０３と、撮像装置５５０と、配線５０７ａと、ボンディングワイヤ５０６と、を備えている。

パッケージ５０３および透明基板５０１は、協働して、筐体を構成している。その筐体内に、撮像装置５５０が収容されている。具体的には、筐体では、パッケージ５０３および透明基板５０１が、樹脂層５０２により接着されている。

撮像装置５５０は、半導体基板５０４と、光電変換部５０５と、配線５０７ｂと、を備えている。図１では図示が省略されているが、撮像装置５５０は、マイクロレンズ、カラーフィルター等の他の要素も備えている（図２Ａおよび図２Ｂ参照）。

配線５０７ａと同様、半導体基板５０４は、パッケージ５０３内の底面上に配置されている。半導体基板５０４内または半導体基板５０４の上方に、光電変換部５０５が配置されている。

撮像装置５５０は、ボンディングワイヤ５０６により配線５０７ａと接続されている。具体的には、ボンディングワイヤ５０６は、配線５０７ａと、配線５０７ｂと、を接続している。図１において、配線５０７ｂは、撮像装置５５０における上方部分に存する配線を模式的に示したものである。図２Ａおよび図２Ｂでは、配線５０７ｂの図示は省略されている。

撮像装置５５０は、ＣＭＯＳイメージセンサであってもよく、ＣＣＤイメージセンサであってもよい。また、撮像装置５５０は、積層センサであってもよい。

パッケージ５０３の材料としては、セラミック、プラスチック等が例示される。透明基板５０１の材料としては、ガラス等が例示される。具体的に、透明基板５０１は、ガラス板であり得る。樹脂層５０２の材料としては、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂等の有機樹脂が例示される。半導体基板５０４の材料としては、シリコンが例示される。

本参考例では、ボンディングワイヤ５０６の材料は、金属である。ボンディングワイヤ５０６の材料として、アルミニウム、銅、銀、金等が例示される。ボンディングワイヤ５０６の材料は、これらから選択される少なくとも２つの金属を含んでいてもよい。これらについては、配線５０７ａおよび配線５０７ｂの材料についても同様である。一具体例では、ボンディングワイヤ５０６の材料は金であり、配線５０７ａおよび配線５０７ｂの材料は銅である。

図２Ａに、撮像装置５５０の一例である撮像装置５５０ａを示す。図２Ｂに、撮像装置５５０の別例である撮像装置５５０ｂを示す。

図２Ａに示す撮像装置５５０ａは、半導体基板５０４と、フォトダイオード５５２と、層間絶縁層５５４と、配線５３１と、カラーフィルター層５５８と、マイクロレンズ５６０と、を備えている。

半導体基板５０４内に、フォトダイオード５５２が配置されている。フォトダイオード５５２は、光電変換部５０５を構成している。

半導体基板５０４上に、層間絶縁層５５４が配置されている。層間絶縁層５５４内に、配線５３１が埋め込まれている。配線５３１の材料として、金属、半導体等が例示される。図２Ａの例では、層間絶縁層５５４は、膜形状を有する。

層間絶縁層５５４上に、カラーフィルター層５５８が配置されている。カラーフィルター層５５８は、緑カラーフィルター５５８ａと、青カラーフィルター５５８ｂと、赤カラーフィルター５５８ｃと、を含んでいる。

カラーフィルター層５５８上に、マイクロレンズ５６０が配置されている。マイクロレンズ５６０は、レンズ部５６１と、平坦部５６２と、を含んでいる。レンズ部５６１は、フォトダイオード５５２へと光を集める。平坦部５６２は、レンズ部５６１とカラーフィルター層５５８の間に介在されている。図２Ａの例では、平坦部５６２は、膜形状を有する。そのため、平坦部５６２は、平坦化膜とも称され得る。

図２Ｂに示す撮像装置５５０ｂは、半導体基板５０４と、層間絶縁層５５４と、配線５３１と、シールド電極５５３と、画素電極５５５と、光電変換層５５６と、対向電極５５７と、絶縁層５５９と、カラーフィルター層５５８と、マイクロレンズ５６０と、を備えている。撮像装置５５０ｂは、積層センサを構成している。

画素電極５５５、光電変換層５５６および対向電極５５７の組み合わせは、光電変換部５０５を構成している。光電変換層５５６は、光電変換を行う。画素電極５５５は、光電変換により得られた電荷を収集する。対向電極５５７の電圧を調整することにより、光電変換層５５６の光に対する感度が調整される。

図２Ｂの例では、光電変換層５５６は、膜形状を有する。具体的には、光電変換層５５６は有機膜である。対向電極５５７は透明電極である。

絶縁層５５９は、対向電極５５７上に配置されている。絶縁層５５９は、光電変換部５０５を保護する保護層である。絶縁層５５９は、膜形状を有する。絶縁層５５９上にカラーフィルター層５５８が配置され、カラーフィルター層５５８上にマイクロレンズ５６０が配置されている。

図３は、図２Ａおよび図２Ｂの撮像装置５５０の上面図である。図３に示すように、１つのレンズ部５６１は、緑カラーフィルター５５８ａ，青カラーフィルター５６８ｂおよび赤カラーフィルター５６８ｃのいずれかと対応して配置されている。なお、図３では、平坦部５６２の図示は省略している。

図４Ａは、マイクロレンズ５６０におけるレンズ部５６１の斜視図である。図４Ｂは、撮像装置５５０ｂのマイクロレンズ５６０を図３の４Ｂ－４Ｂ線で切った断面図である。図４Ｃは、マイクロレンズ５６０を図３の４Ｃ－４Ｃ線で切った断面図である。図４Ｂおよび図４Ｃでは、シールド電極５５３と、画素電極５５５と、光電変換層５５６と、対向電極５５７と、絶縁層５５９と、カラーフィルター層５５８も示している。

ところで、太陽光等の強い光がマイクロレンズに向けて当てられているとき等に、フレアが生じ得る。フレアは、マイクロレンズにおいて光が反射して暗部に漏れ込むことにより生じる。フレアは、マイクロレンズの光学特性に依存し得る。

フレアについて、図５から図６Ｃを参照してさらに説明する。

図５では、高輝度の光が撮像装置５５０へと照射されている状況を、模式的に示している。

図４Ｂおよび図５から図６Ｃにおいて、矢印５７０は、光の進行方向を模式的に表している。光は、マイクロレンズ５６０によって様々な方向に反射され得る。図５に示すように、マイクロレンズ５６０で生じた反射光は、透明基板５０１でさらに反射する。透明基板５０１で生じた反射光は、光電変換部５０５へと再接近する。光がマイクロレンズ５６０および透明基板５０１で反射することにより、迷光が生じ得る。そして、迷光により、フレアが生じ得る。

なお、透明基板５０１以外における反射が、迷光およびフレアの生成の原因になることもあり得る。例えば、カメラ筐体における反射も、迷光およびフレアを生じさせ得る。

本発明者らの検討によると、図４Ａから図４Ｃの構成では、光が高角度に反射し易い（後述の光学シミュレーションの結果参照）。ここで、光が高角度に反射するとは、図４Ｂに示す角度θ２が大きくなることを示す。光が高角度に反射すると、レンズ部５６１で反射した光が水平方向に近い方向に進む。結果として、フレアが生じ得る。

撮像装置が形成する画像の画質を向上させる要求がある。画質を向上させるには、フレアを抑制することが有効である。そこで、本発明者らは、フレアを抑制するのに適した技術を検討した。

（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係る撮像装置は、
光電変換部と、
前記光電変換部の上方に設けられたマイクロレンズと、
を備える。
断面において、
前記マイクロレンズの上面が、上に凸の第１曲線と下に凸の第２曲線とが第１変曲点を介して接続された輪郭線を構成し、
前記第２曲線の下端における曲率半径が、前記第１曲線の上端から前記第１変曲点までの前記マイクロレンズの厚み方向の距離よりも大きい。

第１態様に係る技術は、フレアを抑制するのに適している。

本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る撮像装置では、
前記断面において、前記第２曲線の前記下端における前記曲率半径が、前記上端から前記下端までの前記厚み方向の距離よりも大きくてもよい。

第２態様に係る技術は、フレアを抑制するのに適している。

本開示の第３態様において、例えば、第１または第２態様に係る撮像装置では、
前記断面において、前記第２曲線の前記下端における前記曲率半径が、前記上端から前記マイクロレンズの下面までの前記厚み方向の距離よりも大きくてもよい。

第３態様に係る技術は、フレアを抑制するのに適している。

本開示の第４態様において、例えば、第１から第３態様のいずれか１つに係る撮像装置は、ゲート電極を含む増幅トランジスタをさらに備えていてもよく、
前記断面において、前記第１曲線の焦点が、前記ゲート電極よりも下方に位置していてもよい。

第４態様の焦点の位置は、焦点の位置の具体例である。

本開示の第５態様において、例えば、第１から第４態様のいずれか１つに係る撮像装置は、ゲート電極を含む増幅トランジスタをさらに備えていてもよく、
平面視において、前記第１曲線の焦点が、前記ゲート電極から離間していてもよい。

第５態様によれば、第１曲線に入射した光が増幅トランジスタに影響を及ぼし難い。このことは、ノイズを低減する観点から有利である。

本開示の第６態様において、例えば、第４または第５態様に係る撮像装置では、
前記光電変換部は、光を電荷に変換する光電変換層と、前記電荷を収集する画素電極と、を含んでいてもよく、
前記断面において、前記第１曲線の第１端と前記焦点とを接続する第１線分と、前記第１曲線の第２端と前記焦点とを接続する第２線分とが、前記画素電極と交差していてもよい。

第６態様によれば、第１曲線に入射した光が画素電極よりも下方に存する素子に及ぼす影響を、画素電極により抑制し得る。このことは、ノイズを低減する観点から有利である。

本開示の第７態様において、例えば、第６態様に係る撮像装置では、
前記画素電極は、金属および金属化合物からなる群から選択される少なくとも一方を含んでいてもよい。

第７態様によれば、上記のノイズ低減作用を有する画素電極が構成され得る。

本開示の第８態様において、例えば、第１から第７態様のいずれか１つに係る撮像装置では、
前記光電変換部は、光を電荷に変換する光電変換層と、前記電荷を収集する画素電極と、を含んでいてもよく、
前記撮像装置は、前記画素電極から離間し、前記電荷を収集するシールド電極をさらに備えていてもよく、
前記断面において、
前記上端を通り前記厚み方向に沿って延びる基準直線が前記画素電極を通ってもよく、
前記基準直線から見て、前記画素電極の外端よりも外側に前記シールド電極が位置していてもよい。

第８態様によれば、シールド電極によりクロストークを抑制できる。また、第１曲線により、シールド電極が電荷を過度に回収する事態を回避できる。

本開示の第９態様において、例えば、第１から第８態様のいずれか１つに係る撮像装置では、
前記断面において、前記第２曲線の前記下端における前記曲率半径が、前記第１曲線の前記上端における曲率半径よりも小さくてもよい。

第９態様の構成は、撮像装置の構成の具体例である。

本開示の第１０態様において、例えば、第１から第９態様のいずれか１つに係る撮像装置では、
前記断面において、前記第２曲線の前記下端における前記曲率半径が、５０ｎｍよりも大きくてもよい。

第１０態様に係る技術は、フレアを抑制するのに適している。

本開示の第１１態様において、例えば、第１から第１０態様のいずれか１つに係る撮像装置では、
前記断面において、前記輪郭線の前記第１変曲点における接線が延びる方向の、前記厚み方向に直交する水平方向からの逸れ角が、０度よりも大きく３５度以下であってもよい。

第１１態様に係る技術は、フレアを抑制するのに適している。

本開示の第１２態様において、例えば、第１から第１１態様のいずれか１つに係る撮像装置では、
前記マイクロレンズは、前記上面を含むレンズ部と、前記レンズ部に接続された平坦部と、を含み、
前記断面において、前記平坦部の前記厚み方向の寸法が、前記上端から前記下端までの前記厚み方向の距離よりも大きくてもよい。

第１２態様のマイクロレンズは、製造し易い。そのため、第１２態様によれば、撮像装置の信頼性を確保し易い。

本開示の第１３態様において、例えば、第１から第１２態様のいずれか１つに係る撮像装置では、
前記光電変換部は、光を電荷に変換する光電変換層を含んでいてもよく、
前記断面において、前記輪郭線では、前記第１曲線と、前記第２曲線と、上に凸の第３曲線と、がこの順に接続されていてもよく、
平面視において、前記第１曲線と、前記第２曲線と、前記第３曲線とが、前記光電変換層と重複していてもよい。

第１３態様によれば、撮像装置に入射した光を効率的に光電変換し易い。

本開示の第１４態様において、例えば、第１から第１３態様のいずれか１つに係る撮像装置では、
前記上面は、各々が上に凸である複数の第１曲面と、各々が下に凸である複数の第２曲面と、を含んでいてもよく、
前記複数の第１曲面が並ぶ方向および前記複数の第２曲面が並ぶ方向は、それぞれ、縦方向と、横方向と、斜め方向と、を含んでいてもよく、
前記断面を特定断面と称することとしたとき、前記厚み方向および前記縦方向に拡がる縦断面、前記厚み方向および前記横方向に拡がる横断面、および、前記厚み方向および前記斜め方向に拡がる斜め断面からなる群から選択される少なくとも１つが、前記特定断面に該当してもよい。

第１４態様の構成は、撮像装置の構成の具体例である。

本開示の第１５態様において、例えば、第１４態様に係る撮像装置では、
前記斜め断面が、前記特定断面に該当してもよい。
本開示の第１６態様において、例えば、第１４態様に係る撮像装置では、
前記縦断面および／または前記横断面と、前記斜め断面とが、前記特定断面に該当してもよく、
前記斜め断面における前記下端は、前記縦断面および／または前記横断面における前記下端よりも下方に位置していてもよい。

第１５態様及び第１６態様の構成は、撮像装置の構成の具体例である。

本開示の第１７態様に係る撮像装置は、
光を電荷に変換する光電変換層と、
前記光電変換層の上方に設けられたマイクロレンズと、
を備える。
断面において、前記マイクロレンズの上面が、上に凸の第１曲線と、下に凸の第２曲線と、上に凸の第３曲線と、がこの順に接続された輪郭線を構成し、
平面視において、前記第１曲線と、前記第２曲線と、前記第３曲線とが、前記光電変換層と重複している。

第１７態様に係る技術は、フレアを抑制しつつ撮像装置に入射した光を効率的に光電変換するのに適している。

本開示の第１８態様に係る撮像装置は、
光電変換部と
前記光電変換部の上方に設けられたマイクロレンズと、
を備える。
断面において、
前記マイクロレンズの上面が、上に凸の第１曲線と下に凸の第２曲線とが接続された輪郭線を構成し、
前記第２曲線の下端における曲率半径は、前記第２曲線の前記下端から前記第１曲線の上端までの前記マイクロレンズの厚み方向の距離の半分よりも大きい。

第１８態様に係る技術は、フレアを抑制するのに適している。

本開示の第１９態様に係る撮像装置は、
光電変換部と、
前記光電変換部の上方に設けられたマイクロレンズと、
を備える。
断面において、
前記マイクロレンズの上面が、上に凸の第１曲線と下に凸の第２曲線とが第１変曲点を介して接続された輪郭線を構成し、
前記輪郭線の前記第１変曲点における接線が延びる方向の、前記マイクロレンズの厚み方向に直交する水平方向からの逸れ角が、０度よりも大きく３５度以下である。

第１９態様に係る技術は、フレアを抑制するのに適している。

本開示の第２０態様に係る撮像装置は、
光電変換部と、
前記光電変換部の上方に設けられたマイクロレンズと、
を備える。
断面において、
前記マイクロレンズの上面が、上に凸の第１曲線と下に凸の第２曲線とが接続された輪郭線を構成し、
前記第２曲線の下端における曲率半径は、前記第１曲線の上端における曲率半径よりも大きい。

第２０態様に係る技術は、フレアを抑制するのに適している。

以下、図面を参照しながら、本開示による実施形態を説明する。

なお、本開示は、以下の実施形態に限定されない。また、本開示の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜の変更が可能である。さらに、一の実施形態と他の実施形態とを組み合わせることも可能である。以下の説明において、同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付している。また、重複する説明は省略する場合がある。

本明細書において、「上方」、「下方」、「上面」および「下面」等の用語は、あくまでも部材間の相互の配置を指定するために用いており、撮像装置の使用時における姿勢を限定する意図で用いられているのではない。

本明細書では、第１、第２、第３・・・という序数詞を用いることがある。ある要素に序数詞が付されている場合に、より若番の同種類の要素が存在することは必須ではない。必要に応じて序数詞の番号を変更できる。

本明細書において、フレアは、ゴーストを含む概念である。

本明細書において、「金属」は、１種の金属元素からなる単体金属と、２種以上の金属元素からなる合金と、を包含する概念である。

図面におけるそれぞれの厚さ、長さ等は、図面の作成上から実際の形状と異なることがある。また、光学素子主面上の導体パターンの個数も実際とは異なり、図示しやすい数量としていることがある。

（実施形態）
図７は、本実施形態に係る撮像装置２００の断面図である。撮像装置２００は、積層センサを構成している。

本実施形態に係る撮像装置２００は、半導体基板２１０と、複数の画素２１１とを備えている。複数の画素２１１は、半導体基板２１０上に位置している。複数の画素２１１のそれぞれは、光電変換部２１２と、マイクロレンズ２２０と、を備えている。マイクロレンズ２２０は、光電変換部２１２の上方に位置している。

光電変換部２１２は、対向電極２０４、画素電極２０２および光電変換層２０３を有している。画素電極２０２は、対向電極２０４の下方に位置している。光電変換層２０３は、対向電極２０４と画素電極２０２との間に位置している。対向電極２０４は、光が透過するように構成されている。光電変換層２０３は、光を電荷に変換する。画素電極２０２は、光電変換層２０３における光電変換により生成された電荷を収集する。典型例では、光電変換層２０３は、膜形状を有する。画素電極２０２によって収集された電荷は、画像を形成するのに利用され得る。

本実施形態では、画素電極２０２は、金属および金属化合物の少なくとも一方を含んでいる。画素電極２０２に含まれる金属として、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等が例示される。画素電極２０２に含まれる金属化合物として、金属窒化物が例示される。具体的には、画素電極２０２に含まれる金属化合物として、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等が例示される。チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）および窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）は、不透明である。ただし、画素電極２０２は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明材料を含んでいてもよい。本実施形態では、対向電極２０４は、ＩＴＯ等の透明材料を含んでいる。

さらに、撮像装置２００は、光電変換部２１２の対向電極２０４上に形成された絶縁層２０５と、絶縁層２０５上に形成されたカラーフィルター層２０６とを備えている。

絶縁層２０５は、光電変換部２１２を保護する保護層として機能する。本実施形態では、絶縁層２０５は、膜形状を有している。絶縁層２０５に含まれる材料として、シリコン酸化物、金属酸化物等が例示される。絶縁層２０５に含まれる金属酸化物として、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）等が例示される。絶縁層２０５は、シリコン酸窒化物の層と金属酸化物の層を含む積層体であってもよい。

本実施形態では、カラーフィルター層２０６は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の３色からなる３原色系のカラーフィルター層である。具体的には、カラーフィルター層２０６は、緑カラーフィルター２０６ａ、青カラーフィルター２０６ｂおよび赤カラーフィルター２０６ｃを備えている。緑カラーフィルター２０６ａは、緑色の波長域の光を透過させる。青カラーフィルター２０６ｂは、青色の波長域の光を透過させる。赤カラーフィルター２０６ｃは、赤色の波長域の光を透過させる。各色のカラーフィルターは、画素２１１に対応して、ベイヤー配列に従って配置されている。

ただし、他の形態のカラーフィルター層２０６を採用してもよい。変形例では、カラーフィルター層２０６は、シアン色（Ｃ）、マゼンタ色（Ｍ）およびイエロー色（Ｙ）からなる補色系のカラーフィルター層である。

また、撮像装置２００は、層間絶縁層２０１と、半導体基板２１０と、を備えている。層間絶縁層２０１は、光電変換層２０３の下方に位置している。半導体基板２１０は、層間絶縁層２０１の下方に位置している。

半導体基板２１０には、電荷蓄積領域ＦＤ（図８参照）が形成されている。電荷蓄積領域ＦＤは、拡散領域である。電荷蓄積領域ＦＤは、画素電極２０２に接続されている。電荷蓄積領域ＦＤは、画素電極２０２から送られた電荷を蓄積する。なお、図７では、電荷蓄積領域ＦＤの図示は省略している。

また、半導体基板２１０には、信号検出部２０９が形成されている。信号検出部２０９は、光電変換部２１２で得られた電荷に対応する信号を出力する。信号検出部２０９は、例えば、ＣＭＯＳトランジスタ等のトランジスタを複数個組み合わせて形成される。

本実施形態では、信号検出部２０９は、増幅トランジスタ２１８（図８参照）を備えている。増幅トランジスタ２１８は、上記電荷を利用して信号を生成する。具体的には、増幅トランジスタ２１８のゲート電極２１８ｇは、電荷蓄積領域ＦＤに接続されている。増幅トランジスタ２１８は、電荷蓄積領域ＦＤに蓄積された電荷に対応する信号を出力する。

本実施形態では、信号検出部２０９は、リセットトランジスタを備えている。リセットトランジスタは、電荷蓄積領域ＦＤをリセットする。具体的には、本実施形態では、リセットトランジスタのソースまたはドレインが、電荷蓄積領域ＦＤを構成している。

本実施形態では、図８に模式的に示すように、画素電極２０２と、電荷蓄積領域ＦＤと、増幅トランジスタ２１８のゲート電極２１８ｇとは、電気経路２１９を介して接続されている。電気経路２１９は、少なくとも１つのプラグ２１６を含む。また、電気経路２１９は、少なくとも１つの配線２１７を含む。プラグ２１６の材料として、金属、半導体等が例示される。配線２１７の材料についても同様である。典型例では、増幅トランジスタ２１８は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。なお、図８の増幅トランジスタ２１８において、符号２１８ａは、ソースおよびドレインの一方である。符号２１８ｂは、ソースおよびドレインの他方である。また、図８では、リセットトランジスタの図示は省略している。

また、撮像装置２００は、シールド電極２１５を備える。シールド電極２１５は、画素電極２０２から離間している。シールド電極２１５は、光電変換層２０３における光電変換により生成された電荷を収集する。こうして、シールド電極２１５は、電荷蓄積領域ＦＤへのノイズ混入を抑制し得る。

具体的には、シールド電極２１５は、光電変換層２０３の下方に位置している。つまり、シールド電極２１５は、光電変換層２０３から見て画素電極２０２と同じ側に位置している。また、シールド電極２１５は、隣接する画素電極２０２と画素電極２０２の間に位置している。具体的には、シールド電極２１５は、隣接する画素２１１と画素２１１の境界を跨ぐように広がっている。シールド電極２１５で回収された電荷は、画素電極２０２および電荷蓄積領域ＦＤを接続する電気経路２１９とは電気的に分離された電気経路を通じて排出される。このようなシールド電極２１５の配置は、隣接する画素２１１間のクロストークを抑制するのに適している。これにより、カラーの撮像装置２００にあっては、隣接する画素２１１間の混色が抑制される。

本実施形態では、光電変換層２０３は、有機材料を含んでおり、具体的には有機材料から構成されている。光電変換層２０３において、ｎ型有機半導体とｐ型有機半導体とが接合されていてもよい。

ただし、光電変換層２０３は、無機材料を含んでいてもよく、無機材料から構成されていてもよい。無機材料としては、アモルファスシリコン、量子ドット等が例示される。

マイクロレンズ２２０は、光電変換部２１２の上方に設けられている。具体的には、マイクロレンズ２２０は、光電変換層２０３の上方に設けられている。より具体的には、マイクロレンズ２２０は、カラーフィルター層２０６の上方に設けられている。

マイクロレンズ２２０は、レンズ部２０８と、平坦部２０７と、を有している。レンズ部２０８および平坦部２０７は、互いに接続されている。レンズ部２０８は、マイクロレンズ２２０の上面２２０ｘを含んでいる。平坦部２０７は、マイクロレンズ２２０の下面２２０ｙを含んでいる。

本実施形態では、１つのレンズ部２０８は、緑カラーフィルター２０６ａ，青カラーフィルター２０６ｂおよび赤カラーフィルター２０６ｃのいずれかと対応して配置されている。

本実施形態では、レンズ部２０８の材料と平坦部２０７の材料は同じである。ただし、レンズ部２０８の材料と平坦部２０７の材料は異なっていてもよい。

マイクロレンズ２２０の材料として、アクリル樹脂、シクロヘキサンを含む樹脂等が例示される。レンズ部２０８の材料および平坦部２０７の材料についても同様である。

レンズ部２０８の屈折率は、例えば、１．２から１．７程度である。

本実施形態では、平坦部２０７は、膜形状を有する。そのため、平坦部２０７は、平坦化膜とも称され得る。

図９Ａは、マイクロレンズ２２０の上面２２０ｘの斜視図である。図９Ｂは、マイクロレンズ２２０の断面図である。図９Ｃは、マイクロレンズ２２０の断面の説明図である。図９Ｄは、図９Ｃの部分拡大図である。図９Ｂおよび図９Ｃでは、カラーフィルター層２０６等も示している。図９Ｂにおいて、θ１は、光の入射方向と反射方向の間の角度を示している。

以下、図９Ａから図９Ｄを参照して、撮像装置２００の断面について説明する。以下では、説明の便宜上、「特定断面」という用語を用いることがある。具体的に、特定断面は、マイクロレンズ２２０の厚み方向に相当する上下方向２９０に拡がっている。

図９Ｃは、特定断面を表している。撮像装置２００は、特定断面を少なくとも１つ有し得る。図９Ａから図９Ｄにおいて、上方向２９１を示す矢印、下方向２９２を示す矢印、及び水平方向２９３を示す矢印が記載されている。水平方向２９３は、上下方向２９０に直交する方向である。

本実施形態では、図９Ｃに示すように、特定断面において、マイクロレンズ２２０の上面２２０ｘが、輪郭線２２０ｈを構成している。輪郭線２２０ｈでは、下に凸の第０曲線２２０ｏと上に凸の第１曲線２２０ａとが接続されている。この接続は、第０変曲点２２０ｌを介してなされている。換言すると、第０変曲点２２０ｌは、第０曲線２２０ｏと第１曲線２２０ａの間の変曲点である。輪郭線２２０ｈでは、上に凸の第１曲線２２０ａと下に凸の第２曲線２２０ｂとが接続されている。この接続は、第１変曲点２２０ｍを介してなされている。換言すると、第１変曲点２２０ｍは、第１曲線２２０ａと第２曲線２２０ｂの間の変曲点である。また、輪郭線２２０ｈでは、下に凸の第２曲線２２０ｂと上に凸の第３曲線２２０ｃとが接続されている。この接続は、第２変曲点２２０ｎを介してなされている。換言すると、第２変曲点２２０ｎは、第２曲線２２０ｂと第３曲線２２０ｃの間の変曲点である。このように、輪郭線２２０ｈでは、第０曲線２２０ｏと、第１曲線２２０ａと、第２曲線２２０ｂと、第３曲線２２０ｃとが、この順に接続されている。

ここで、本明細書における「変曲点」について説明する。図９Ｃの例では、「変曲点」は、曲線が上に凸の状態から下に凸の状態に変わる点、または、下に凸の状態から上に凸の状態に変わる点である。具体的には、第０変曲点２２０ｌ、第１変曲点２２０ｍ及び第２変曲点２２０ｎは、それぞれ、そのような点である。

ただし、本明細書では、「変曲点」は、曲線と線分の接続点を包含する概念である。このため、第１曲線２２０ａと、第１線分と、第２曲線２２０ｂと、がこの順に接続されている例において、第１曲線２２０ａと第１線分との接続点は、変曲点であり得る。また、第１線分と第２曲線２２０ｂとの接続点は、変曲点であり得る。

「上に凸の第１曲線２２０ａと下に凸の第２曲線２２０ｂとが第１変曲点２２０ｍを介して接続された輪郭線２２０ｈ」という表現についても説明しておく。この表現は、第１曲線２２０ａと第２曲線２２０ｂとが１つの点において直接接続されている形態を含む。この場合、当該１つの点が、第１変曲点２２０ｍである。また、上記の表現は、線分の一端に第１曲線２２０ａが直接接続され当該線分の他端に第２曲線２２０ｂが直接接続されている形態を含む。この場合、第１曲線２２０ａと上記線分との接続点（すなわち上記線分の上記一端）が、第１変曲点２２０ｍである。また、この場合、特定断面における、輪郭線２２０ｈの第１変曲点２２０ｍにおける接線は、上記線分を含む直線であり得る。

同様に、「第１曲線２２０ａと第２曲線２２０ｂとが接続され」という表現は、第１曲線２２０ａと第２曲線２２０ｂとが直接接続されている形態と、第１曲線２２０ａと第２曲線２２０ｂとが線分を介して接続されている形態と、を包含する概念である。「第１曲線２２０ａと、第２曲線２２０ｂと、第３曲線２２０ｃと、がこの順に接続され」という表現は、曲線どうしが直接接続されている形態と、曲線どうしが線分を介して接続されている形態と、を包含する概念である。他の類似の表現についても同様である。

先に示した図４Ｂに示す断面では、マイクロレンズ５６０の上面５６０ｘが構成する輪郭線５６０ｈは、その下端５６０ｂにおいてＶ字状に鋭く折れ曲がっている。図４Ｃに示す断面では、輪郭線５６０ｈにおいて、上に凸の曲線５６０ａと真っすぐのフラット部５６０ｆとが接続されている。図９Ｃに示す断面は、図４Ｂの断面とも図４Ｃの断面とも異なっている。

本実施形態では、第０曲線２２０ｏ、第１曲線２２０ａ、第２曲線２２０ｂおよび第３曲線２２０ｃは、正弦波形状を有している。正弦波形状によれば、光が高角度に反射することが抑制され得る。ただし、これらは、円弧形状等の他の形状を有していてもよい。

本実施形態では、図９Ｃに示すように、特定断面において、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率半径Ｒが、第１曲線２２０ａの上端２２０ｊから第１変曲点２２０ｍまでの上下方向２９０の距離ｈ１よりも大きい。このような構成は、フレアを抑制するのに適している。上述の通り、特定断面は、具体的には、上下方向２９０に拡がる断面である。

曲率半径Ｒがある程度大きい構成によれば、下方向２９２に進行する光がマイクロレンズ２２０で反射した場合、光は高角度に反射し難い。つまり、反射光は、水平方向２９３に近い方向に進行し難い（後述の光学シミュレーションの結果参照）。そのため、マイクロレンズ２２０で反射した光がマイクロレンズ２２０よりも上方に位置する物体でさらに反射したとしても、光は、水平方向２９３について、マイクロレンズ２２０に最初に入射した位置から遠くまで伝搬し難い。つまり、マイクロレンズ２２０に最初に入射した光がマイクロレンズ２２０で反射されて迷光となったとしても、その迷光は遠くまで伝搬し難い。そのため、フレアが抑制され得る。なお、上記物体は、ガラス等の透明基板であり得る。また、上記物体は、カメラ筐体であり得る。

具体的には、下に凸の曲線は、上に凸の曲線に比べ、曲率半径を大きくさせても集光能力が低下し難い。そのため、曲率半径Ｒがある程度大きい構成によれば、レンズの集光能力の確保とフレアの抑制とを両立させ易い。

本実施形態では、図９Ｃに示すように、特定断面において、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率半径Ｒが、第１曲線２２０ａの上端２２０ｊから第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋまでの上下方向２９０の距離ｈ２よりも大きい。このような構成は、フレアを抑制するのに適している。

本実施形態では、図９Ｃに示すように、特定断面において、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率半径Ｒが、第１曲線２２０ａの上端２２０ｊからマイクロレンズ２２０の下面２２０ｙまでの上下方向２９０の距離ｈ３よりも大きい。このような構成は、フレアを抑制するのに適している。

本実施形態では、図９Ｃに示すように、特定断面において、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率半径Ｒが、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋから第１曲線２２０ａの上端２２０ｊまでの上下方向２９０の距離ｈ２の半分よりも大きい。このような構成は、フレアを抑制するのに適している。この構成は、上下方向２９０に関し、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率中心が、下端２２０ｋと上端２２０ｊの中点よりも上方にある構成であるとも言える。

本実施形態では、図９Ｃに示すように、特定断面において、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率半径Ｒが、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋから第１曲線２２０ａの上端２２０ｊまでの上下方向２９０の距離ｈ２よりも大きい。このような構成は、フレアを抑制するのに適している。この構成は、上下方向２９０に関し、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率中心が、上端２２０ｊよりも上方にある構成であるとも言える。

本実施形態では、特定断面において、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率半径Ｒが、第１曲線２２０ａの上端２２０ｊにおける曲率半径よりも小さい。

ただし、特定断面において、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率半径Ｒと、第１曲線２２０ａの上端２２０ｊにおける曲率半径とは、同じであってもよい。特定断面において、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率半径Ｒが、第１曲線２２０ａの上端２２０ｊにおける曲率半径よりも大きくてもよい。

第１曲線２２０ａの上端２２０ｊにおける曲率半径に対する第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率半径Ｒの比率は、例えば０．７以上１．３以下である。この比率は、０．８以上１．２以下であってもよく、０．９以上１．１以下であってもよい。

本実施形態では、特定断面において、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率半径Ｒが、５０ｎｍよりも大きい。このような構成は、フレアを抑制するのに適している。

曲率半径Ｒは、３００ｎｍよりも大きくてもよい。曲率半径Ｒは、５００ｎｍ以上であってもよい。曲率半径Ｒは、例えば、１００００ｎｍよりも小さい。曲率半径Ｒは、５０００ｎｍよりも小さくてもよい。曲率半径Ｒは、１２００ｎｍ以下であってもよい。曲率半径Ｒは、例えば、５０ｎｍよりも大きくかつ１００００ｎｍよりも小さい。曲率半径Ｒは、３００ｎｍよりも大きくかつ５０００ｎｍよりも小さくてもよい。曲率半径Ｒは、５００ｎｍ以上かつ１２００ｎｍ以下であってもよい。

本実施形態では、図９Ｄに示すように、特定断面において、輪郭線２２０ｈの第１変曲点２２０ｍにおける接線２８０が延びる方向の水平方向２９３からの逸れ角θ３が、０度よりも大きく３５度以下である。逸れ角θ３がこの程度に小さければ、マイクロレンズ２２０の上面２２０ｘの湾曲を、全体としてなだらかにし易い。そのため、マイクロレンズ２２０に最初に入射した光が反射されて迷光となったとしても、その迷光は遠くまで伝搬し難い。よって、このような構成は、フレアを抑制するのに適している。

逸れ角θ３は、３０度以下であってもよく、１０度以下であってもよい。逸れ角θ３は、１度以上であってもよく、３度以上であってもよい。

本実施形態では、図９Ｃに示すように、特定断面において、平坦部２０７の上下方向２９０の寸法が、上端２２０ｊから下端２２０ｋまでの上下方向２９０の距離ｈ２よりも大きい。このような特徴を有するマイクロレンズは、製造し易い。そのため、本実施形態によれば、撮像装置の信頼性を確保し易い。平坦部２０７の上下方向２９０の寸法は、厚さｔ１である。

ただし、特定断面において、平坦部２０７の上下方向２９０の寸法は、上端２２０ｊから下端２２０ｋまでの上下方向２９０の距離ｈ２と同じであってもよい。また、特定断面において、平坦部２０７の上下方向２９０の寸法は、上端２２０ｊから下端２２０ｋまでの上下方向２９０の距離ｈ２よりも小さくてもよい。

本実施形態では、図９Ｃに示すように、特定断面において、輪郭線２２０ｈでは、第１曲線２２０ａと、第２曲線２２０ｂと、第３曲線２２０ｃと、がこの順に接続されている。特定断面において、上方から見たとき、第１曲線２２０ａと、第２曲線２２０ｂと、第３曲線２２０ｃとが、光電変換層２０３と重複している。このような構成は、フレアを抑制しつつ撮像装置２００に入射した光を効率的に光電変換するのに適している。

このような構成がフレアを抑制しつつ入射光を効率的に光電変換するのに適している理由は、以下のように説明され得る。

すなわち、図４Ｂの例では、図４Ｂの断面において、マイクロレンズ５６０の上面５６０ｘが構成する輪郭線５６０ｈは、その下端５６０ｂにおいてＶ字状に鋭く折れ曲がっている。これに対し、図９Ｃの例では、第２曲線２２０ｂが存在する。上述の説明から理解されるように、第２曲線２２０ｂが存在する構成によれば、下方向２９２に進行する光がマイクロレンズ２２０で反射した場合において、光が高角度に反射することが抑制され得る。そのため、マイクロレンズ２２０に最初に入射した光がマイクロレンズ２２０で反射されて迷光となったとしても、その迷光は遠くまで伝搬し難い。そのため、フレアが抑制され得る。

ただし、マイクロレンズ５６０・２２０のレンズ部５６１・２０８の上下方向２９０の高さが同じである条件において、図９Ｃの構成は、図４Ｂの構成に比べ、レンズ部の集光機能を確保する観点から不利であり得る。具体的には、図４Ｂの輪郭線５６０ｈは、その下端５６０ｂにおいてＶ字状に鋭く折れ曲がっている。この場合、上に凸の曲線５６０ａの接線が延びる方向の水平方向からの逸れ角は、曲線５６０ａの上端から下端５６０ｂに至るまでの間に大きくなり易い（図４Ｂの例では、下端５６０ｂがレンズ部５６１の下端であることに留意されたい）。逸れ角が大きいことは、第１曲線２２０ａおよび第３曲線２２０ｃの集光機能を確保する観点から有利である。これに対し、図９Ｃの例では、上に凸の第１曲線２２０ａに、下に凸の第２曲線２２０ｂが接続されている。その場合、第１曲線２２０ａの接線が延びる方向の水平方向２９３からの逸れ角は、第１曲線２２０ａの上端２２０ｊから第１変曲点２２０ｍに至るまでの間に大きくなり難い（図９Ｃの例では、第１変曲点２２０ｍがレンズ部２０８の下端よりも上方に位置することに留意されたい）。逸れ角が小さい範囲に収まることは、第１曲線２２０ａおよび第３曲線２２０ｃの集光機能を確保する観点からは不利である。しかしながら、本実施の形態では、撮像装置２００に入射した光を効率的に光電変換できるような構成が採用されている。以下、この点について説明する。

仮に、第１曲線２２０ａの下方に小さい第１光電変換層を配置し、第３曲線２２０ｃの下方に小さい第２光電変換層を配置し、第１曲線２２０ａが光を屈折させて第１光電変換層に集光し、第３曲線２２０ｃが光を屈折させて第２光電変換層に集光させるとする。ここで、第１光電変換層および第２光電変換層は、互いに離間したものである。その場合、集光機能が低いと、一部の光が光電変換層ではなく光電変換層間の隙間に導かれ、撮像装置に入射した光を効率的に光電変換できないおそれがある。これに対し、図９Ｃの例では、特定断面において、上方から見たとき、第１曲線２２０ａと、第２曲線２２０ｂと、第３曲線２２０ｃとが、１つの光電変換層２０３と重複している。このような構成によれば、第１曲線２２０ａおよび第３曲線２２０ｃの集光機能が低くても、光電変換層２０３に光を到達させることができる。このため、撮像装置２００に入射した光を効率的に光電変換できる。

なお、厳密な表現を用いると、本実施形態では、特定断面において、上方から見たとき、第１曲線２２０ａの全部と、第２曲線２２０ｂの全部と、第３曲線２２０ｃの全部とが、光電変換層２０３と重複している。

本実施形態では、特定断面において、水平方向２９３について、光電変換層２０３の両端内に、第１曲線２２０ａと、第２曲線２２０ｂと、第３曲線２２０ｃとが、収まっているとも言える。１つの光電変換層２０３の両端内に、第１曲線２２０ａ、第２曲線２２０ｂおよび第３曲線２２０が収まっていれば、第１曲線２２０ａおよび第３曲線２２０ｃの集光機能が低くても、光電変換層２０３に光を到達させることができる。厳密には、本実施形態では、特定断面において、水平方向２９３について、光電変換層２０３の両端内に、第１曲線２２０ａの全部と、第２曲線２２０ｂの全部と、第３曲線２２０ｃの全部とが、収まっている。

本実施形態では、図７および図８も、特定断面を表している。

本実施形態では、図８に示すように、特定断面において、第１曲線２２０ａの焦点２２０ｐが、増幅トランジスタ２１８のゲート電極２１８ｇよりも下方に位置している。

本実施形態では、特定断面において、第１曲線２２０ａの一端に相当する第１変曲点２２０ｍと焦点２２０ｐとを接続する第１線分２２１と、第１曲線２２０ａの他端に相当する第０変曲点２２０ｌと焦点２２０ｐとを接続する第２線分２２２とが、画素電極２０２と交差している。このような構成によれば、第１曲線２２０ａに入射した光が画素電極２０２よりも下方に存する素子に及ぼす影響を、画素電極２０２により抑制し得る。このことは、ノイズを低減する観点から有利である。

本実施形態においては、上述のように、第１曲線２２０ａの焦点２２０ｐが、増幅トランジスタ２１８のゲート電極２１８ｇよりも下方に位置している。焦点２２０ｐがこの位置にあると、集まりながら下方に進行していく光が増幅トランジスタ２１８に到達する可能性がある。このようにして増幅トランジスタ２１８に到達した光は、増幅トランジスタ２１８に影響を及ぼし、ノイズの原因となり得る。しかし、第１線分２２１および第２線分２２２が画素電極２０２と交差している場合、増幅トランジスタ２１８に到達する光の強度が弱まり得る。このように、焦点２２０ｐがゲート電極２１８ｇよりも下方に位置している場合には、上記ノイズ低減作用が現れ得る。

本実施形態では、画素電極２０２は、金属および金属化合物の少なくとも一方を含む。このようにすれば、上記のノイズ低減作用を有する画素電極２０２が構成され得る。

本実施形態では、画素電極２０２は、金属を含む。このようにすれば、上記のノイズ低減作用を有する画素電極２０２を構成し易い。

本実施形態では、画素電極２０２は、層間絶縁層２０１よりも光透過性が低い、および／または、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）よりも光透過性が低い材料を含む。この特徴も、上記のノイズ低減作用を確保するのに有利であり得る。

本実施形態では、マイクロレンズ２２０のレンズ部２０８の焦点距離ｆは、下記の式（１）で表される。
ｆ＝｛ｎ１／（ｎ１－ｎ０）｝ｒ ・・・ （１）
ここで、ｒはレンズ部２０８の曲率半径であり、ｎ１はレンズ部２０８の材料の屈折率であり、ｎ０はレンズ部の光入射側に接する媒体の屈折率である。つまり、式（１）は、屈折率ｎ０の媒体（例えば、空気層）から、屈折率ｎ１および曲率半径ｒを有するレンズ部２０８に光が入射した場合のレンズ部２０８の焦点距離ｆを表す。

上記のとおり、本実施形態では、第１曲線２２０ａの焦点距離という表現が用いられている。第１曲線２２０ａの焦点距離とは、式（１）に基づいて与えられる焦点距離を意味する。式（１）から理解されるように、第１曲線２２０ａの焦点距離は、第１曲線２２０ａの形状のみならず、レンズ部２０８等の材料も考慮したものである。

本実施形態では、特定断面において、上方から見たとき、第１曲線２２０ａの焦点２２０ｐは、増幅トランジスタ２１８のゲート電極２１８ｇから離間している。換言すると、特定断面において、上方から見たとき、第１曲線２２０ａの焦点２２０ｐは、増幅トランジスタ２１８のゲート電極２１８ｇと重なっていない。このような構成によれば、第１曲線２２０ａに入射した光が増幅トランジスタ２１８に影響を及ぼし難くなる。このことは、ノイズを低減する観点から有利である。なお、「上方から見たとき」は、「平面視において」に言い換え可能である。「平面視」とは、半導体基板２１０の厚さ方向に沿って見たときのことを言う。

本実施形態では、特定断面において、増幅トランジスタ２１８のゲート電極２１８ｇは、第１線分２２１および第２線分２２２の間の領域の外にある。このような構成によれば、第１曲線２２０ａに入射した光が増幅トランジスタ２１８に影響を及ぼし難くなる。このことは、ノイズを低減する観点から有利である。

本実施形態では、図８に示すように、特定断面において、基準直線２２３が画素電極２０２を通る。特定断面において、基準直線２２３は、第１曲線２２０ａの上端２２０ｊを通り上下方向２９０に沿って延びる直線である。特定断面において、基準直線２２３から見て、画素電極２０２の外端２０２ｅよりも外側にシールド電極２１５が位置している。このような構成によれば、シールド電極２１５によりクロストークを抑制できる。また、第１曲線２２０ａにより、シールド電極２１５が電荷を過度に回収する事態を回避できる。

本実施形態では、図９Ａに示すように、マイクロレンズ２２０の上面２２０ｘは、複数の上に凸の第１曲面２３０と、複数の下に凸の第２曲面２４０と、を有する。複数の上に凸の第１曲面２３０が並ぶ方向および複数の下に凸の第２曲面２４０が並ぶ方向は、それぞれ、縦方向２９５と、横方向２９６と、斜め方向２９７と、を有する。ここで、上下方向２９０および縦方向２９５に拡がる断面を、縦断面と定義する。上下方向２９０および横方向２９６に拡がる断面を、横断面と定義する。上下方向２９０および斜め方向２９７に拡がる断面を、斜め断面と定義する。このとき、縦断面、横断面および斜め断面のうちの少なくとも１つが、特定断面に該当する。

本実施形態では、図９Ａに示すように、縦方向２９５、横方向２９６および斜め方向２９７は、水平方向２９３に属する。縦方向２９５、横方向２９６および斜め方向２９７は、互いに異なる方向である。典型例では、縦方向２９５および横方向２９６は互いに直交し、斜め方向２９７は、縦方向２９５および横方向２９６のそれぞれから４５度ずれた方向である。

本実施形態では、上に凸の第１曲線２２０ａは、複数の上に凸の第1曲面２３０のいずれかに属している。上に凸の第３曲線２２０ｃは、複数の上に凸の第１曲面２３０のいずれかに属している。下に凸の第２曲線２２０ｂは、複数の下に凸の第２曲面２４０のいずれかに属している。

本実施形態では、図９Ａに示すように、縦断面および／または横断面と、斜め断面とが、特定断面に該当する。斜め断面における下端２２０ｋは、縦断面および／または横断面における下端２２０ｋよりも下方に位置している。

図９Ａにおいて、縦断面における下端２２０ｋおよび横断面における下端２２０ｋに対応し得る部分を、符号ｋ１により示している。斜め断面における下端２２０ｋに対応し得る部分を、符号ｋ２により示している。

本実施形態では、少なくとも１つの特定断面が、縦断面、横断面および斜め断面のうちの少なくとも１つを含むとも言える。また、少なくとも１つの特定断面が、縦断面および／または横断面と、斜め断面と、を含むとも言える。

本実施形態では、複数の画素電極２０２は、行方向及び列方向に配置されることによって、アレイを構成している。行方向は、縦方向２９５および横方向２９６の一方に対応し得る。列方向は、縦方向２９５および横方向２９６の他方に対応し得る。上下方向２９０および行方向に拡がる断面を、第１断面と定義する。上下方向２９０および列方向に拡がる断面を、第２断面と定義する。このとき、第１断面は、特定断面に該当し得る。第２断面は、特定断面に該当し得る。

光電変換部は、フォトダイオードであってもよい。フォトダイオードは、例えば、半導体基板内に形成される。光電変換部がフォトダイオードである場合においても、光電変換部が対向電極２０４、画素電極２０２および光電変換層２０３を有する場合に倣って、撮像装置を構成できる。

光電変換部がフォトダイオードである場合の一具体例について、説明する。この具体例では、複数のフォトダイオードは、行方向及び列方向に配置されることによって、アレイを構成している。行方向は、縦方向２９５および横方向２９６の一方に対応し得る。列方向は、縦方向２９５および横方向２９６の他方に対応し得る。上下方向２９０および行方向に拡がる断面を、第３断面と定義する。上下方向２９０および列方向に拡がる断面を、第４断面と定義する。このとき、第３断面は、特定断面に該当し得る。第４断面は、特定断面に該当し得る。

図１０に、本実施形態に係る撮像システム３００を示す。撮像システム３００は、透明基板５０１と、樹脂層５０２と、パッケージ５０３と、撮像装置２００と、配線５０７ａと、ボンディングワイヤ５０６と、を含む。

透明基板５０１、樹脂層５０２およびパッケージ５０３は、図１を参照して説明したものと同様である。撮像装置２００は、図７から図９Ｄを参照して説明したものと同様である。なお、図１０では、一部の要素の図示を省略している。

撮像装置２００は、ボンディングワイヤ５０６により配線５０７ａと接続されている。具体的には、ボンディングワイヤ５０６は、撮像装置２００の配線５０７ｂと、配線５０７ａと、を接続している。図１０において、配線５０７ｂは、撮像装置２００における上方部分に存する配線を模式的に示したものである。図７では、配線５０７ｂの図示は省略されている。

以下、マイクロレンズの形状とフレアの程度との関係を検証するために行った光学シミュレーションについて説明する。

（光学シミュレーション１）
図１１に、光学シミュレーション１のシミュレーション空間の概念図を示す。光学シミュレーション１では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定した。図１１では、シミュレーション空間の、Ｙ軸方向の中心を通るＸ－Ｚ平面が概念的に示されている。シミュレーション空間の、Ｘ軸方向の中心を通るＹ－Ｚ平面も、図１１と実質的に同じ構成を有する。図１１において、矢印４７０は、光の進行方向を示している。

シミュレーション空間のＸ軸方向の寸法は、２００μｍである。シミュレーション空間のＹ軸方向の寸法は、２００μｍである。シミュレーション空間のＺ軸方向の寸法は、４０μｍである。シミュレーション空間の境界条件は、開放境界である。

シミュレーション空間では、光源４００と、光学素子４１０と、を模擬した。

光源４００は、シミュレーション空間におけるＺ軸方向の一端を通るＸ－Ｙ平面において波長５３０ｎｍの一様光を放射する半径１５μｍの円形の平面領域を設定することにより、模擬した。波長５３０ｎｍの光は、グリーン光に対応する。以下では、シミュレーション空間におけるＺ軸方向の一端を通るＸ－Ｙ平面を、光源４００を含む平面と称することがある。

光学素子４１０は、シミュレーション空間におけるＺ軸方向の他端を通るＸ－Ｙ平面に沿うように配置されている。光学素子４１０では、有機膜と、ＩＴＯ層と、Ａｌ₂Ｏ₃層と、ＳｉＯＮ層と、カラーフィルター層４０２と、マイクロレンズ４０１とが、この順に積層されている。有機膜は、光電変換層に対応する。ＩＴＯ層は、対向電極に対応する。Ａｌ₂Ｏ₃層およびＳｉＯＮ層の組み合わせは、保護層に対応する。カラーフィルター層４０２は、緑カラーフィルター４０２ａ、青カラーフィルター４０２ｂおよび赤カラーフィルター４０２ｃを含む。

具体的には、光学素子４１０は、マイクロレンズ４０１が光源４００に面するように、配置した。光源４００を含む平面と、マイクロレンズ４０１の上面のうち該平面に最も近い位置との間の距離は、４０μｍである。セルサイズは、３μｍである。ここで、セルサイズが３μｍであるとは、画素のＸ方向の寸法が３μｍでありかつＹ方向の寸法が３μｍであることを示す。緑カラーフィルター４０２ａ，青カラーフィルター４０２ｂおよび赤カラーフィルター４０２ｃは、それぞれ、セルサイズと同等の寸法を有する。

光学シミュレーション１のマイクロレンズ４０１は、図４Ａから図４Ｃを参照して説明した参考形態のマイクロレンズ５６０に対応する。そのため、光学シミュレーション１によれば、参考形態のマイクロレンズ５６０の光学特性を評価できる。具体的には、光学シミュレーション１では、波動解析により、光源４００を含む平面における光の強度分布を計算した。計算結果を、図１２Ａに示す。

（光学シミュレーション２）
光学シミュレーション２では、マイクロレンズ４０１は、参考形態のマイクロレンズ５６０ではなく、図９Ａから図９Ｄを参照して説明した実施形態のマイクロレンズ２２０に対応する。それ以外は、光学シミュレーション１と同様に、光学シミュレーション２を行った。具体的には、光学シミュレーション２では、第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋにおける曲率半径Ｒを、１２００ｎｍとした。第１曲線２２０ａの上端２２０ｊから第１変曲点２２０ｍまでの上下方向２９０の距離ｈ１を、２００ｎｍとした。第１曲線２２０ａの上端２２０ｊから第２曲線２２０ｂの下端２２０ｋまでの上下方向２９０の距離ｈ２を、４００ｎｍとした。第１曲線２２０ａの上端２２０ｊからマイクロレンズ２２０の下面２２０ｙまでの上下方向２９０の距離ｈ３を、７５０ｎｍとした。第１曲線２２０ａの上端２２０ｊにおける曲率半径を、１２００ｎｍとした。輪郭線２２０ｈの第１変曲点２２０ｍにおける接線２８０が延びる方向の水平方向２９３からの逸れ角θ３を、２２．７度とした。光学シミュレーション２においても、波動解析により、光源４００を含む平面における光の強度分布を計算した。計算結果を、図１２Ｂに示す。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、カラーマップである。図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、色が濃い部分は、光の強度が強い部分である。図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、点線円４５０を付している。図１２Ａおよび図１２Ｂでは、点線円４５０内の中心部に、色が濃い円形領域がある。点線円４５０内の中心部を囲む周辺部については、図１２Ｂでは、図１２Ａに比べ、色が濃い領域が少ない。

図１および図１０に示すように撮像システムを構成する場合、現実には、マイクロレンズで反射した光は、透明基板５０１等でさらに反射して、再度マイクロレンズに向かって進行し得る。こうして、フレアが生じ得る。しかしながら、図１２Ｂおよび図１２Ａから理解されるように、実施形態では、参考形態に比べ、マイクロレンズ２２０において光が高角度に反射し難い。このため、光は、マイクロレンズに最初に入射した位置から遠くまで伝搬し難い。このため、実施形態のマイクロレンズ２２０によれば、フレアを抑制できる。

なお、上述のように、図１２Ｂでは、点線円４５０内の中心部に、色が濃い円形領域がある。しかし、このことは、図９Ａから図９Ｄを参照して説明した実施形態のマイクロレンズ２２０を用いた場合においてもフレアが生じることを必ずしも意味しない。典型例では、現実の光源の水平方向２９３についてのサイズはシミュレーションで用いた光源４００よりも大きく、マイクロレンズ２２０の直上に反射された光は、光源に吸収される。そのため、マイクロレンズ２２０の直上に反射された光は、フレアの原因にはなり難い。詳細に説明すると、現実には、マイクロレンズの直上に反射された光は、透明基板５０１等でさらに反射して、再度マイクロレンズに向かって進行し得る。このため、この繰り返しの反射により、光はマイクロレンズに最初に入射した位置からある程度離れた位置にまで伝搬し得る。しかし、光学シミュレーション２に対応する光学系を含む撮像システムにおいては、その伝搬の範囲は限定的である。そのため、典型的なサイズの光源であれば、伝搬する光を十分に吸収でき、従って問題になるようなフレアは生じないと考えられる。

一方、図１２Ａにおいて点線円４５０内の周辺部に色が濃い領域が多いことは、マイクロレンズで高角度に反射する光の強度が強いという状況に対応する。つまり、このことは、図４Ｂに示す角度θ２が大きく、マイクロレンズで反射して水平方向に近い方向に進む光の強度が強いという状況に対応する。この状況においては、光は、マイクロレンズに最初に入射した位置から遠くまで伝搬し、フレアが現れる。

上述のように、図４Ｂに示す角度θ２が大きい場合、光は、マイクロレンズに最初に入射した位置から遠くまで伝搬し、フレアが現れる。さらに、その場合には、その遠い位置で、カラーフィルター層および光電変換部へと、高角度で（つまり、大きい入射角で）光が入射し得る。このようにして、白色のフレアではなく、赤色あるいは青色の着色フレアが生じ得る。しかしながら、実施形態のマイクロレンズ２２０によれば、着色フレアを抑制することも可能である。このことについて、以下、図１３を参照しながら詳細に説明する。

図１３に、カラーフィルター層および光電変換部にグリーン光を入射させたときの、その入射角と、緑色、赤色および青色の感度と、の関係の例を示す。図１３において、横軸は入射角（単位：度）を表し、縦軸は感度を表している。ここで、入射角は、カラーフィルター層および光電変換部の主面に対して光が垂直に入射するときに０度であるものとする。図１３に示す感度は、光の入射角が０度であるときの緑色の感度を１００％として各色の感度を規格化した規格化感度である。図１３の例では、入射角が５５度程度よりも大きくなると、赤色の感度および青色の感度が、入射角が０度のときに比べて大きくなっている。このことは、入射角が５５度程度よりも大きくなると、マゼンダ色の着色が現れることを意味する。しかしながら、実施形態のマイクロレンズ２２０によれば、マイクロレンズ２２０で高角度に反射する光の強度を弱めることができ、このため高角度でカラーフィルター層および光電変換部へと再接近する光の強度を弱めることができる。従って、着色フレアを抑制できる。

（その他）
図７に示す撮像装置２００は、光電変換部２１２とマイクロレンズ２２０との間にカラーフィルター層２０６を有している。しかし、カラーフィルター層２０６は必須ではない。

また、図７に示す撮像装置２００は、半導体基板２１０とマイクロレンズ２２０との間に、光電変換部２１２を一つだけ有している。しかし、半導体基板２１０とマイクロレンズ２２０との間に、複数の光電変換部を有していてもよい。

また、図７に示す撮像装置２００は、表面照射型センサを構成している。ただし、撮像装置は、裏面照射型センサを構成していてもよい。

本開示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラおよび車載カメラ等のカメラに利用できる。

２００，５５０，５５０ａ，５５０ｂ 撮像装置
２０１，５５４ 層間絶縁層
２０２，５５５ 画素電極
２０２ｅ 外端
２０３，５５６ 光電変換層
２０４，５５７ 対向電極
２０５，５５９ 絶縁層
２０６，４０２，５５８ カラーフィルター層
２０６ａ，４０２ａ，５５８ａ 緑カラーフィルター
２０６ｂ，４０２ｂ，５５８ｂ 青カラーフィルター
２０６ｃ，４０２ｃ，５５８ｃ 赤カラーフィルター
２０７，５６２ 平坦部
２０８，５６１ レンズ部
２０９ 信号検出部
２１０，５０４ 半導体基板
２１１ 画素
２１２，５０５ 光電変換部
２１５，５５３ シールド電極
２１６ プラグ
２１７，５０７ａ，５０７ｂ，５３１ 配線
２１８ 増幅トランジスタ
２１８ａ ソースおよびドレインの一方
２１８ｂ ソースおよびドレインの他方
２１８ｇ ゲート電極
２１９ 電気経路
２２０，４０１，５６０ マイクロレンズ
２２０ａ 上に凸の第１曲線
２２０ｂ 下に凸の第２曲線
２２０ｃ 上に凸の第３曲線
２２０ｈ，５６０ｈ 輪郭線
２２０ｊ 上端
２２０ｋ，ｋ１，ｋ２ 下端
２２０ｌ 第０変曲点
２２０ｍ 第１変曲点
２２０ｎ 第２変曲点
２２０ｏ 第０曲線
２２０ｐ 焦点
２２０ｘ，５６０ｘ 上面
２２０ｙ 下面
２２１ 第１線分
２２２ 第２線分
２２３ 基準直線
２３０ 上に凸の第１曲面
２４０ 下に凸の第２曲面
２８０ 接線
２９０ 上下方向
２９１ 上方向
２９２ 下方向
２９３ 水平方向
２９５ 縦方向
２９６ 横方向
２９７ 斜め方向
３００，５００ 撮像システム
４００ 光源
４１０ 光学素子
４５０ 点線円
４７０，５７０ 光の進行方向
５０１ 透明基板
５０２ 樹脂層
５０３ パッケージ
５０６ ボンディングワイヤ
５５２ フォトダイオード
５６０ａ 上に凸の曲線
５６０ｂ 下端
５６０ｆ フラット部
ＦＤ 電荷蓄積領域

Claims (16)

1. 光電変換部と、
   前記光電変換部の上方に設けられたマイクロレンズと、
   を備えた撮像装置であって、
   断面において、
   前記マイクロレンズの上面が、上に凸の第１曲線と下に凸の第２曲線とが第１変曲点を介して接続された輪郭線を構成し、
   前記第２曲線の下端における曲率半径が、前記第１曲線の上端から前記第１変曲点までの前記マイクロレンズの厚み方向の距離よりも大きい、撮像装置。
2. 前記断面において、前記第２曲線の前記下端における前記曲率半径が、前記上端から前記下端までの前記厚み方向の距離よりも大きい、
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記断面において、前記第２曲線の前記下端における前記曲率半径が、前記上端から前記マイクロレンズの下面までの前記厚み方向の距離よりも大きい、
   請求項１または２に記載の撮像装置。
4. ゲート電極を含む増幅トランジスタをさらに備え、
   前記断面において、前記第１曲線の焦点が、前記ゲート電極よりも下方に位置する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置。
5. ゲート電極を含む増幅トランジスタをさらに備え、
   平面視において、前記第１曲線の焦点が、前記ゲート電極から離間している、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像装置。
6. 前記光電変換部は、光を電荷に変換する光電変換層と、前記電荷を収集する画素電極と、を含み、
   前記断面において、前記第１曲線の第１端と前記焦点とを接続する第１線分と、前記第１曲線の第２端と前記焦点とを接続する第２線分とが、前記画素電極と交差している、
   請求項４または５に記載の撮像装置。
7. 前記画素電極は、金属および金属化合物からなる群から選択される少なくとも一方を含む、
   請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記光電変換部は、光を電荷に変換する光電変換層と、前記電荷を収集する画素電極と、を含み、
   前記撮像装置は、前記画素電極から離間し、前記電荷を収集するシールド電極をさらに備え、
   前記断面において、
   前記上端を通り前記厚み方向に沿って延びる基準直線が前記画素電極を通り、
   前記基準直線から見て、前記画素電極の外端よりも外側に前記シールド電極が位置している、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の撮像装置。
9. 前記断面において、前記第２曲線の前記下端における前記曲率半径が、前記第１曲線の前記上端における曲率半径よりも小さい、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の撮像装置。
10. 前記断面において、前記第２曲線の前記下端における前記曲率半径が、５０ｎｍよりも大きい、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の撮像装置。
11. 前記断面において、前記輪郭線の前記第１変曲点における接線が延びる方向の、前記厚み方向に直交する水平方向からの逸れ角が、０度よりも大きく３５度以下である、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の撮像装置。
12. 前記マイクロレンズは、前記上面を含むレンズ部と、前記レンズ部に接続された平坦部と、を含み、
    前記断面において、前記平坦部の前記厚み方向の寸法が、前記上端から前記下端までの前記厚み方向の距離よりも大きい、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の撮像装置。
13. 前記光電変換部は、光を電荷に変換する光電変換層を含み、
    前記断面において、前記輪郭線では、前記第１曲線と、前記第２曲線と、上に凸の第３曲線と、がこの順に接続されており、
    平面視において、前記第１曲線と、前記第２曲線と、前記第３曲線とが、前記光電変換層と重複している、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の撮像装置。
14. 前記上面は、各々が上に凸である複数の第１曲面と、各々が下に凸である複数の第２曲面と、を含み、
    前記複数の第１曲面が並ぶ方向および前記複数の第２曲面が並ぶ方向は、それぞれ、縦方向と、横方向と、斜め方向と、を含み、
    前記断面を特定断面と称することとしたとき、前記厚み方向および前記縦方向に拡がる縦断面、前記厚み方向および前記横方向に拡がる横断面、および、前記厚み方向および前記斜め方向に拡がる斜め断面からなる群から選択される少なくとも１つが、前記特定断面に該当する、
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の撮像装置。
15. 前記斜め断面が、前記特定断面に該当する、
    請求項１４に記載の撮像装置。
16. 前記縦断面および／または前記横断面と、前記斜め断面とが、前記特定断面に該当し、
    前記斜め断面における前記下端は、前記縦断面および／または前記横断面における前記下端よりも下方に位置している、
    請求項１４に記載の撮像装置。