CN109983580A

CN109983580A - 固体拍摄元件

Info

Publication number: CN109983580A
Application number: CN201780070909.6A
Authority: CN
Inventors: 山本和人; 坂田阳
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2019-07-05
Also published as: EP3550606A1; KR20190089904A; JP7110987B2; US10910425B2; US20190312075A1; EP3550606A4; JPWO2018105558A1; WO2018105558A1; EP3550606B1; TWI744438B; KR102489325B1; TW201828462A

Abstract

提供一种固体拍摄元件，其能够使得从光电变换元件透射的红色光高效地朝向光电变换元件反射，具有优异的红色光灵敏度，且形成元件时容易对基板进行处理。固体拍摄元件以如下方式构成，即，多个光电变换元件21在半导体层(20)内排列成二维状。而且，半导体层(20)形成于支撑基板(10)上，该支撑基板(10)在表面形成有层间绝缘层(22)以及多个光反射构造(14)。光反射构造(14)具有：光透射层(11)；以及反射金属(12)，其由将上述光透射层(11)的表面覆盖的曲面形状构成，并且光反射构造(14)分别配置于各光电变换元件(21)的背面侧。层间绝缘层(22)位于相邻的光反射构造(14)之间。

Description

固体拍摄元件

技术领域

本发明涉及一种固体拍摄元件。

背景技术

固体拍摄元件二维地排列有在半导体层吸收光而产生电荷的CMOS型或者CCD型的光电变换元件，将产生的电荷作为电信号而向外部传输。这种固体拍摄元件广泛用于摄像机、数码静态照相机等。

固体拍摄元件上的光电变换元件通常由pn结的硅光电二极管形成。如果对施加有反向电压的pn结照射光，则在耗尽层内产生的电子在耗尽层中漂移而到达n型区域。在固体拍摄元件中，将各像素的光电二极管的n型区域中蓄积的电子作为信号电荷而读出，由此能够获得拍摄数据。

在半导体中吸收光子而生成电子-空穴对，因此射入至光电变换元件的光的强度随着进入内部而急剧衰减。吸收的比例取决于光吸收系数，越是长波长的光，渗透相同距离时的吸收比例越小。因此，存在如下问题，即，波长较长的红色光在半导体内未被吸收，红色光灵敏度下降。

专利文献1所公开的现有技术是为了对从光电变换元件透射的长波长区域的光进行再利用，而在光电变换元件的背面形成有金属反射面的背面照射型的固体拍摄元件。

另外，专利文献2所公开的现有技术是通过在半导体基板的背面形成凹面反射镜，而能够使得从半导体基板通过的红色光高效地再射入至光电变换元件的构造。

专利文献1：日本特开2010-177705号公报

专利文献2：日本特开2011-119484号公报

发明内容

然而，专利文献1中存在如下问题，即，形成的金属反射镜为平面，因此无法对由金属反射镜反射的光的角度进行控制，无法高效地使光再射入至光电变换元件。另外，专利文献2中存在如下问题，即，需要在基板的表面背面的两个面形成功能性元件，因此在形成表面元件之后形成背面元件时、或者在两个面形成元件之后进行封装时，无法将基板直接放置于载台上等难以对基板进行处理。

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种固体拍摄元件，该固体拍摄元件能够使从光电变换元件透射的红色光高效地朝向光电变换元件反射，具有优异的红色光灵敏度，且形成元件时容易对基板进行处理。

本发明的一个方式所涉及的固体拍摄元件的特征在于，多个光电变换元件在半导体层内排列成二维状，在所述半导体层的光入射侧的相反侧的面侧设置有支撑基板，该支撑基板在所述半导体层侧的面形成有层间绝缘层以及多个光反射构造，所述光反射构造具有：光透射层；以及反射金属，其将该光透射层的与所述半导体层相反侧的表面覆盖，并且所述光反射构造形成于与所述各光电变换元件分别相对的位置，所述反射金属的所述光电变换元件侧的面呈相对于所述光电变换元件侧凹入的曲面形状，所述层间绝缘层位于相邻的所述光反射构造之间。

发明的效果

在作为本发明的一个方式的固体拍摄元件中，射入至光电变换元件的光中的未由光电变换元件吸收而从半导体层通过的红色光，被设置于光电变换元件的背面侧的光反射构造反射，高效地再射入至光电变换元件。因此，根据本发明的一个方式，红色光灵敏度优异。

另外，半导体层支撑于支撑基板，光反射构造位于半导体层与支撑基板之间，因此无需在支撑基板的背面形成用于对入射光进行反射的功能性元件。因此，在制造工序中能够将基板直接放置于载台上，形成元件时对基板的处理变得容易。

附图说明

图1是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的概略构造进行说明的示意性的剖面图。

图2是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的制造工序进行说明的示意性的剖面图。

图3是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的制造工序进行说明的示意性的剖面图。

图4是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的制造工序进行说明的示意性的剖面图。

图5是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的制造工序进行说明的示意性的俯视图。

图6是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的制造工序进行说明的示意性的剖面图。

图7是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的制造工序进行说明的示意性的剖面图。

图8是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的制造工序进行说明的示意性的剖面图。

图9是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的制造工序进行说明的示意性的剖面图。

图10是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的制造工序进行说明的示意性的剖面图。

图11是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的制造工序进行说明的示意性的剖面图。

图12是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的制造工序进行说明的示意性的剖面图。

图13是对本发明的一个实施方式所涉及的固体拍摄元件的效果进行说明的示意性的剖面图。

具体实施方式

参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。

这里，附图是示意性的图，厚度和平面尺寸的关系、各层的厚度的比率等与实际情形不同。另外，下面所示的实施方式举例示出了用于使得本发明的技术思想实现具体化的结构，本发明的技术思想并非对结构部件的材质、形状、构造等进行如下限定。在权利要求书中记载的权利要求所规定的技术范围内，可以对本发明的技术思想施加各种变更。

＜结构＞

如图1所示，本实施方式的固体拍摄元件具有将多个光电变换元件21排列成二维状的半导体层20，在半导体层20的光入射侧(图1中的上方)按顺序形成有滤色器24以及微透镜25。在半导体层20内，多个光电变换元件21在元件分离壁26以像素为单位而分离。

另外，本实施方式的固体拍摄元件在半导体层20的背面侧(与光入射侧相反的面侧)设置有支撑基板10，半导体层20支撑于支撑基板10。在该支撑基板10的表面(半导体层20侧的面)侧形成有层间绝缘层22以及多个光反射构造14。

具体而言，在支撑基板10的表面上形成有平坦化层13，以将该平坦化层13的表面覆盖的方式而形成有膜状的反射金属12。在该反射金属12的上方设置有光透射层11以及层间绝缘层22。反射金属12无需为膜状，只要朝向光电变换元件21侧的面呈相对于光电变换元件21侧凹入的曲面形状即可。

光透射层11设置于在上下方向上与各光电变换元件21分别相对的位置、即各光电变换元件21的背面侧。光透射层11的半导体层20侧的面是平面，并且支撑基板10侧的面形成为凸向支撑基板10侧的半球形状。

在本实施方式中，反射金属12中的与光透射层11的凸出的半球形状的面相对的部分呈沿着光透射层11的半球形状的表面(球面)的半球形状。而且，由该半球形状的反射金属12和光透射层11构成半球状的光反射构造14。由此，光反射构造14以如下方式配置，即，半球形状的球面朝向背面侧(支撑基板10侧)，平面朝向半导体层20侧(即光入射侧)。

与光透射层11的凸出的半球形状的面相对的反射金属12的形状，只要是相对于光电变换元件21凹入、即凸向支撑基板10侧的曲面形状即可，并不限定于球的一部分，也可以由椭圆形状等的一部分等构成。

层间绝缘层22配置于各元件分离壁26的背面侧、即相邻的光反射构造14之间，配线23配置于该层间绝缘层22内。

＜作用及其他＞

本实施方式的固体拍摄元件，使得射入至光电变换元件21的光中的未由光电变换元件21吸收而透射并从半导体层20通过的红色光，由设置于光电变换元件21的背面侧的光反射构造14反射而朝向光电变换元件21。其结果，从半导体层20通过的红色光高效地再射入至光电变换元件21，因此本实施方式的固体拍摄元件具有优异的红色光灵敏度。

另外，光反射构造14具有半球形状等相对于光电变换元件21侧凹入的曲面形状，因此由光反射构造14的球面(半球形状的反射金属12)反射的光高效地朝向该光射入的像素的光电变换元件21反射。因此，难以因射入至相邻的像素的光电变换元件21而产生混色。

并且，本实施方式的固体拍摄元件的光反射构造14位于半导体层20与支撑基板10之间，因此无需在支撑基板10的背面特别形成使得入射光反射的功能性元件。因此，在制造工序中，可以将支撑基板10直接向载台上放置，形成固体拍摄元件时容易对支撑基板10进行处理。

这种本实施方式的固体拍摄元件是背面照射型固体拍摄元件，可以用作CMOS图像传感器、CCD图像传感器等固体拍摄元件。

＜制造方法＞

下面，参照图2～图12对图1所示的本实施方式的固体拍摄元件的制造方法进行说明。但是，本发明并不限定于此。

首先，如图2所示，在半导体基板30的内部，通过公知的方法形成光电变换元件21。半导体基板30是用于在后续的工序中与支撑基板10贴合之后对半导体部分进行减薄加工而形成为半导体层20的p型或者n型的硅基板。此外，图2中的上侧为光电变换元件21的背面侧。

作为光电变换元件21，使用光门或者光电二极管等，但根据电荷传输率的高低的观点而优选埋设型的光电二极管。另外，虽未图示，但在形成光电变换元件21的同时将固体拍摄元件的驱动所需的元件形成于像素内。例如在CCD图像传感器的情况下，与光电变换元件21一同形成垂直传输CCD。另一方面，在CMOS图像传感器的情况下，与光电变换元件21一同形成浮动扩散层放大器、电荷传输用晶体管等元件。

在形成光电变换元件21以及其他元件之后，形成用于对信号电荷、信号电压进行传输、或者用于对晶体管进行驱动的配线23。另外，根据固体拍摄元件的构造而需要多根配线23，因此在各配线23之间形成层间绝缘层22(参照图3)。

对于层间绝缘层22的材料，采用非掺杂型氧化硅等具有透明性的低介电常数材料。另外，通过常压CVD(Chemical Vapor Deposition)、PE-CVD(Plasma Enhanced-CVD)等方法而形成层间绝缘层22，本实施方式并不局限于上述方法。

对于配线23的材料，可以采用金属材料或者使用了金属材料的合金等。作为金属材料，能举例示出铝、铜、铬等。而且，利用适合于所使用的材料的制造工艺形成由配线23构成的配线图案，由此能够在半导体基板30的上方形成图3所示的层间绝缘层22以及配线23。

然后，为了在层间绝缘层22内形成光反射构造14，涂敷光刻胶15，进行图4以及图5所示的图案化。图案化后的光刻胶15由位于光电变换元件21上的半球形状图案15a、以及位于配线23上的矩形形状图案15b构成。如图5的俯视图所示，矩形形状图案15b以将排列成二维状的半球形状图案15a包围的方式形成为井字形状。

如图4所示，半球形状图案15a和矩形形状图案15b的高度不同，根据要形成的光反射构造14的构造而设定高度。如果将层间绝缘层22的膜厚设为H、且将光电变换元件21的宽度设为W，则例如在作为光反射构造14而要形成与光电变换元件21的宽度W相同的直径的半球形状的情况下，需要将半球形状图案15a和矩形形状图案15b的高度比设定为(W/2)：H。

另外，为了通过后续的干蚀刻工序将半球形状图案15a的形状转印于层间绝缘层22，W/2需要小于或等于H。

光反射构造14优选为使得反射后的入射光汇聚至像素的中心部的半球形状，但为了改善红色光的灵敏度，未必需要使得反射光汇聚至像素的中心部，只要使其再射入至光电变换元件21即可。因而，在本发明中，无需将半球形状图案15a的形状严格地设计为构成正球的一部分的曲面形状。

为了形成光刻胶15的图案，首先将光刻胶15的材料涂敷于层间绝缘层22的表面，针对每个像素以圆柱形状使光刻胶15残留而实施图案化。然后，对图案化后的光刻胶进行热回流处理，由此将光刻胶15加工成半球形状，形成半球形状图案15a。然后，再次涂敷光刻胶，形成将半球形状图案15a包围的矩形形状图案15b，由此能够形成图4所示的光刻胶15的图案。

另外，还能够利用纳米压印光刻或者网点掩模，从而通过一次图案化而形成光刻胶15的图案，但本实施方式的方法并不限定于此。

然后，将光刻胶15作为干蚀刻用掩模而进行干蚀刻处理，从而如图6所示那样将半球形状图案15a的形状转印于层间绝缘层22而形成半球状的光透射层11。另外，矩形形状图案15b在干蚀刻时变为掩模，因此在干蚀刻处理之后也保护位于矩形形状图案15b的下方的层间绝缘层22、以及其内部的配线23不被蚀刻。

然后，如图7所示，在光透射层11的表面、以及未进行干蚀刻而残留的层间绝缘层22的表面形成反射金属12。对于反射金属12，采用由金属材料或者使用了金属材料的合金等具有较高的反射率的材料构成的金属薄膜。作为金属材料能够举例示出铝、银、铬、钽、钨、钛。另外，在后续的制造工序中使得反射金属12的材料暴露于高温下，因此优选至少不因大于或等于500℃且小于或等于600℃的热处理而熔融的材料。对于反射金属12的成膜而采用蒸镀、溅射等方法。

然后，如图8所示，在反射金属12上对平坦化层13进行成膜，由此使得通过对层间绝缘层22、光反射构造14的加工而产生的表面的凹凸实现平坦化。平坦化层13的材料无需具有透明性，但优选在半导体工艺中使用的对于高温环境具有耐性的氮化硅或者非掺杂型氧化硅等材料。

在通过平坦化层13的形成而实现的凹凸的平坦化不充分的情况下，可以通过CMP(Chemical Mechanical Polishing)等研磨方法使得基板表面进一步实现平坦化。可以通过以上工序而在半导体基板30上形成光反射构造14。

然后，如图9所示，将形成了光反射构造14的一侧设为接合面，对半导体基板30和支撑基板10进行接合。作为支撑基板10的材料而使用石英基板或者p型或n型的硅基板。在将半导体基板30的形成了光反射构造14的面或者支撑基板10的表面通过等离子体处理或者臭氧处理而实现表面活性化之后，将半导体基板30和支撑基板10贴合，由此能够将两者牢固地粘接。然而，将半导体基板30和支撑基板10贴合的方法并不限定于上述方法。

然后，在半导体基板30和支撑基板10接合之后，对半导体基板30进行加工，形成半导体层20。在将半导体基板30和支撑基板10贴合之后，使得半导体基板30实现薄膜化，从而如图10所示那样能够在支撑基板10上形成半导体层20。图10是将光入射侧配置于上侧的图。

为了使半导体基板30实现薄膜化，首先利用研磨机以物理方式使基板减薄，在此基础上通过CMP等方法进行研磨处理而使得表面实现平滑化。然后，通过湿蚀刻或者干蚀刻以化学方式对基板进行蚀刻，由此能够使得半导体基板30减薄至目标膜厚而形成半导体层20。但是，本发明的方式并不限定于此。

供电子蓄积的耗尽层位于图10所示的光电变换元件21的下部(背面侧部分)，因此在半导体层20的膜厚变厚的情况下，在光电变换元件21的上方电子抵达至耗尽层的距离会变长。在该情况下，电子在抵达至所产生的像素的耗尽层之前通过再耦合而流入至消失或者相邻的像素，从而有可能成为引起效率下降、混色的原因。特别是短波长区域的光(波长大于或等于360nm而小于或等于450nm)主要在光电变换元件21的上部(光入射侧部分)进行光电变换，因此在半导体层20具有大于3μm的厚度的情况下，短波长光的光电变换效率会下降。

另一方面，通过减薄半导体层20的膜厚而使得短波长光的变换效率升高，但长波长光在光电变换元件21的内部并未充分进行光电变换，而是向光电变换元件21的下方漏出。然而，上述光由本实施方式的固体拍摄元件所具有的光反射构造14反射而再射入至光电变换元件21，因此在本实施方式的构造中只要半导体层20的厚度大于或等于2μm，就能够高效地对全可视光区域的光进行光电变换。因此，优选半导体层20的膜厚大于或等于2μm而小于或等于3μm。

然后，如图11所示，在光电变换元件21之间形成元件分离壁26。元件分离壁26在对元件的驱动方面并非必不可少，但具有如下效果，即，抑制朝向光电变换元件21的入射光向相邻像素的入射、或者在光电变换元件21产生的电子向相邻像素流入而产生的混色。作为元件分离壁26的材料，使用多晶硅或者氧化硅，由此能够抑制入射光以及所产生的电子两者向相邻像素流入。利用DTI(Deep Trench Isolation)技术在半导体层20内形成高纵横比的槽，将元件分离壁26的材料埋设于该沟道而实施元件分离壁26的形成。

另外，在薄膜化后的半导体层20的表面存在大量缺陷能级，在保持原样地形成拍摄元件的情况下，所产生的电子由于缺陷能级而被捕捉、或者背景噪声增大等而导致元件的性能显著下降。因此，需要对半导体层20的表面实施惰性化处理。通过在半导体层20的表面形成高浓度的p+层而实施惰性化处理。

然后，如图12所示，在半导体层20的上方形成滤色器24。虽未图示，但可以在形成滤色器24之前在半导体层20上对具有平坦性的有机膜进行成膜，在使得表面实现平滑化之后形成滤色器24。滤色器24可以利用使得颜料分散且具有感光性的树脂，通过光刻而形成图案。

另外，在半导体层20的上方、或者在其上方形成的平坦化膜上涂敷使得颜料分散的非感光性树脂，并且在该非感光性树脂上涂敷光刻胶，通过光刻而形成图案，在此基础上进行干蚀刻，由此还能够进行滤色器24的图案加工。

滤色器24的色彩排列可以是红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的三色的拜耳排列(BayerArray)，也可以是RGB的其他排列，还可以是其他对除了RGB以外的色彩(例如白色、青绿色、黄色、品红色等)的滤色器进行排列而成的滤色器阵列，但本实施方式并不限定于此。

在形成滤色器24之后，在滤色器24的上方形成微透镜25，由此成为图1所示的本实施方式的固体拍摄元件。在滤色器24的上方涂敷感光性树脂，在通过光刻而形成各像素的透镜间间隙之后，能够通过产生热流而形成为透镜形状并设为微透镜25。

或者，在滤色器24的上方涂敷树脂，在其上方涂敷感光性树脂，在通过光刻、热流而形成为透镜形状之后，将透镜形状的感光性树脂膜作为牺牲膜而进行干蚀刻，通过将在滤色器24的上方形成的树脂加工成透镜形状的方法也能够形成微透镜25。

实施例

下面示出了本发明的实施例，但本发明并不限定于此。

(向支撑基板10上的光电变换元件21的形成)

通过CMOS制造工艺而形成了在半导体基板30中成为光电变换元件21的埋设型光电二极管。另外，在形成光电变换元件21的同时在像素内形成了作为用于对CMOS图像传感器进行驱动的功能性元件的浮动扩散层放大器、电荷传输用晶体管选择用晶体管、重置晶体管以及源极跟随放大器。

在形成了光电变换元件21以及其他元件之后形成配线23。另外，在各配线23之间形成了层间绝缘层22。通过常压CVD对非掺杂型氧化硅进行成膜而形成了层间绝缘层22。另外，在通过溅射而对铝薄膜成膜之后，通过光刻进行配线图案加工而形成了配线23。

(光反射构造14的形成)

然后，为了形成光反射构造14而在层间绝缘层22上形成了光刻胶15的图案。首先通过旋涂而涂敷感光性抗蚀剂，通过进行曝光、显影而形成了圆柱形状的图案。利用230℃的热板对半导体基板30进行加热，对图案化后的感光性抗蚀剂进行加热回流，由此形成了半球形状图案15a。然后，再次通过旋涂而涂敷感光性抗蚀剂，进行曝光、显影而形成将半球形状图案15a包围成井字形状的矩形形状图案15b，由此形成了光刻胶15的图案。

在本实施例中，应用了光电变换元件21的宽度、层间绝缘层22的膜厚都为3μm、且光刻胶15和层间绝缘层22的干蚀刻选择比大致为1：1的干蚀刻条件，因此将涂敷感光性抗蚀剂时的膜厚调整为使得完成图案后的半球形状图案15a的膜厚达到1.5μm、且使得矩形形状图案15b的膜厚达到3μm。

然后，针对半导体基板30，利用甲烷(CF₄)和氧气(O₂)的混合气体进行干蚀刻处理而对层间绝缘层22进行加工，由此形成了光透射层11。在干蚀刻处理中对实施图案化而形成为半球形状的光刻胶15进行蚀刻，而使其在工艺中途消失，但是由于将该半球形状转印于基底的层间绝缘层22，因此能够将光透射层11加工成半球形状。另外，处于形成有配线23的部分的层间绝缘层22上的矩形形状的光刻胶15的图案也在干蚀刻处理中被蚀刻而在工艺中途消失，但是由于在形成了光透射层11的时刻结束蚀刻，因此其下方的层间绝缘层22以及配线23被保护而未被蚀刻。

然后，在光透射层11以及未进行干蚀刻而残留的层间绝缘层22的表面，通过溅射而对铝薄膜进行成膜，由此形成了反射金属12。然后，通过常压CVD而对非掺杂型氧化硅薄膜进行成膜，在成膜之后通过CMP对表面进行研磨而使得表面实现平滑化，由此形成了平坦化层13。通过以上工序而在半导体基板30上形成了光反射构造14。

(向支撑基板10上的半导体层20的形成)

对作为支撑基板10的硅基板的表面实施臭氧处理而使得表面实现活性化并粘贴于半导体基板30的形成了平坦化层13的一侧的面。在将支撑基板10和半导体基板30贴合之后，利用研磨机对半导体基板30进行磨削，通过CMP对半导体薄膜表面进行研磨而使得表面实现平滑化。

然后，利用氢氧化钾以及氢氧化四甲铵(TMAH)的混合溶液而进行湿蚀刻处理，使半导体基板30实现薄膜化，由此形成了半导体层20。在形成固体拍摄元件之后，利用“株式会社日立ハイテクノロジーズ”制的扫描电子显微镜S4800观察了固体拍摄元件的剖面，半导体层20的膜厚为2.5μm。

(固体拍摄元件的制造)

将最大载流子浓度为1e¹⁹/cm³的p+层掺杂于半导体层20的表面而进行惰性化处理。在表面的惰性化处理之后，通过干蚀刻而在半导体层20内的各像素的边界部分形成宽度为200nm、深度为2μm的槽，通过常压CVD而将非掺杂型氧化硅埋设于该槽内，并且通过CMP对半导体薄膜表面进行研磨而使得表面实现平滑化，由此在半导体层20内形成元件分离壁26。

然后，在半导体层20上利用分别含有绿色、蓝色、红色的颜料的3种感光性树脂以拜耳排列的方式形成了滤色器24。在通过旋涂法对含有颜料的感光性树脂进行涂敷之后进行曝光、显影，由此针对每种颜色而形成了图案。

在形成滤色器24之后，将非感光性树脂涂敷于滤色器24上，进行烘烤而形成了平坦化膜。然后，通过旋涂法将正型的感光性树脂涂敷于平坦化膜上，在进行光刻而形成各像素的透镜间间隙之后进行热处理，由此使得感光性树脂回流而形成为透镜形状，形成了微透镜25。另外，以在使得可视光区域的光射入时汇聚至光电变换元件21的中心附近的方式设计微透镜25的透镜形状。

在形成微透镜25之后，进行保护膜的成膜、支撑基板的切割、配线接合等后处理，由此完成固体拍摄元件。

利用图13对射入至依照本实施例的构造而制造的固体拍摄元件光的动作进行说明。朝向固体拍摄元件垂直射入的光在微透镜25内折射，朝向光电变换元件21的中心而汇聚。波长较短的光在光电变换元件21的表面或者内部进行光电变换而形成电子-空穴对，但大半部分的红色光未进行光电变换而是从半导体层20通过，由光反射构造14中的反射金属12进行反射。

另外，光透射层11以及将其覆盖的反射金属12形成为半球形状，因此不仅是从微透镜25的顶点垂直射入的光，在汇聚至光电变换元件21之后倾斜地射入至光反射构造14的光也朝向光电变换元件21的中心高效地反射并再射入。

为了验证本实施例所涉及的固体拍摄元件的灵敏度提高效果，对根据实施例而制作的固体拍摄元件的量子效率进行了测定。在将每单位时间朝向一个像素的入射光子数设为Np、将在该像素产生的信号电子数设为Ne的情况下，固体拍摄元件的量子效率QE可以由下式表达。

QE＝Ne/Np

为了求出信号电子数Ne，将固体拍摄元件与专用的驱动电路基板连接，通过照射来自波长可变光源的入射光而针对每种波长测定传感器输出DN(Digit Number)，然后利用下式对信号电子数Ne进行计算。

Ne＝DN×C

这里，在上式中，C表示变换系数(Electron Number/Digit Number)。

另一方面，首先对分光灵敏度已知的市售的光电二极管照射入射光而测定各波长下的光电流，由此求出每种波长的光量W(W/cm²)，然后利用下式对每单位时间朝向一个像素的入射光子数Np进行计算。

Np＝W×s×λ×t/(h×c)

在上式中，s表示固体拍摄元件的一个像素的面积(cm²)，λ表示入射光的波长(m)，t表示入射光的照射时间(sec)，h表示普朗克常数(6.6×10^-34J·sec)，c表示真空中的光速(3.0×10¹⁰m/sec)。

通过上述方法对本实施例中制作的固体拍摄元件的量子效率进行测定，相对于红色区域(600～650nm)的入射光的量子效率为61.9％。

为了进行比较，制作了除了在半导体层20的下部不具有光反射构造14这一点以外与本实施例相同的构造的固体拍摄元件，以与本实施例的固体拍摄元件相同的测定条件对量子效率进行了测定，相对于红色区域(600～650nm)的入射光的量子效率为50.9％，与实施例相比，灵敏度下降。

可以认为灵敏度下降的原因在于，为了进行比较而制作的固体拍摄元件在半导体层20的下部不具有光反射构造14，因此在半导体层20未进行光电变换的红色光从配线层通过而向支撑基板侧10漏出。

通过以上验证能表明本实施例的构造的固体拍摄元件相对于红色光的灵敏度良好。

本发明的范围并不限定于图示记载的例示的实施方式，还包含能带来与本发明的目的等同的效果的所有实施方式。并且，本发明的范围并不限定于权利要求所述的发明的特征的组合，能够由所有公开的各特征中的特定特征的所有期望的组合而划分。

另外，本申请主张了优先权的日本特许出愿2016-235840号(2016年12月5日申请)的所有内容通过参照而构成本公开的一部分。

标号的说明

10 支撑基板

11 光透射层

12 反射金属

13 平坦化层

14 光反射构造

15 光刻胶

15a 半球形状图案

15b 矩形形状图案

20 半导体层

21 光电变换元件

22 层间绝缘层

23 配线

24 滤色器

25 微透镜

26 元件分离壁

30 半导体基板

Claims

1.一种固体拍摄元件，其特征在于，

多个光电变换元件在半导体层内排列成二维状，

在所述半导体层的光入射侧的相反侧的面侧设置有支撑基板，该支撑基板在所述半导体层侧的面形成有层间绝缘层以及多个光反射构造，

所述光反射构造具有：光透射层；以及反射金属，其将该光透射层的与所述半导体层相反侧的表面覆盖，并且所述光反射构造形成于与所述各光电变换元件分别相对的位置，

所述反射金属的所述光电变换元件侧的面呈相对于所述光电变换元件侧凹入的曲面形状，

所述层间绝缘层位于相邻的所述光反射构造之间。

2.根据权利要求1所述的固体拍摄元件，其特征在于，

所述光反射构造是配置为在所述半导体层侧具有平面的半球形状。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的固体拍摄元件，其特征在于，

所述支撑基板的材质为石英或者硅。