CN113811999A - 摄像元件和摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明减少了背面照射型摄像装置中入射光泄漏到电荷保持器等中。该摄像元件设置有光电转换器、反射器和反射器形成构件。所述光电转换器形成在半导体基板中并且对入射光进行光电转换。所述反射器布置在所述半导体基板的与所述入射光入射的表面不同的表面中并且将经过所述光电转换部的透射光反射回所述光电转换器。所述反射器形成构件布置有与所述半导体基板的所述表面相邻的底表面，并且具有在其侧面形成的所述反射器。

Description

摄像元件和摄像装置
技术领域
本发明涉及摄像元件和摄像装置。具体地，本发明涉及背面照射型摄像元件和包括该摄像元件的摄像装置。
背景技术
通常，在互补金属氧化物半导体(CMOS)型摄像元件中使用被构造为背面照射型的摄像元件。在该摄像元件中，入射光照射到后表面，所述后表面与半导体基板的布置有配线区域的前表面侧不同的侧，在所述半导体基板上形成有对各像素的入射光进行光电转换的光电转换单元。由于入射光不通过配线区域而照射到半导体基板上，因此与入射光照射到半导体基板的前表面侧的前面照射型摄像元件相比，背面照射型摄像元件能够提高灵敏度。
此外，使用执行全局快门型摄像的摄像元件以减少图像失真。该摄像元件包括用于存储电荷的电荷保持部，电荷是通过各个像素的光电转换而产生的。在该全局快门型摄像中，按以下顺序执行摄像。首先，在摄像元件的所有像素中同时进行光电转换(曝光)。接下来，基于通过光电转换产生的电荷为各像素生成并传输图像信号。布置在摄像元件中的多个像素以二维栅格形式排布，并且针对多个像素的每一行依次地执行图像信号的传输。通过光电转换产生的电荷在曝光时间段结束后被传输至电荷保持部并且保持在其中。紧接在图像信号传输之前，从电荷保持部中提取所保持的电荷，并提供所提取的电荷用于图像信号生成。在这种全局快门型摄像元件中，当一些入射光照射到电荷保持部时，在电荷保持部中发生光电转换。由该光电转换导致的电荷被添加至所保持的电荷中，从而在图像信号中产生噪声。因此，画面质量恶化。
作为用于防止入射光照射到这种电荷保持部的摄像元件，提出了其中在电荷保持部周围布置有遮光部的摄像元件(例如，参考专利文献1)。遮光部由盖部和嵌入部构成并且屏蔽入射光，盖部布置在半导体基板的靠近电荷保持部的后面侧，嵌入部在光电转换部与电荷保持部之间嵌入在半导体基板中。嵌入部是从半导体基板的后面侧朝向其前面侧形成的。通过在嵌入部分的端部与半导体基板的前表面之间的半导体区域将光电转换部中的电荷传输至电荷保持部。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本发明专利公开第2015-228510号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
上述现有技术存在无法防止入射光从构成遮光部的嵌入部的端部与半导体基板的前表面之间的半导体区域泄漏的问题。在照射至光电转换部的入射光中，穿过半导体基板而对光电转换没有贡献的入射光被配置在配线区域中的配线等反射并成为反射光。该反射光通过在嵌入部的端部与半导体基板的前表面之间的半导体区域入射到电荷保持部，引发光电转换，并且成为噪声。因此，上述现有技术存在画面质量劣化的问题。
鉴于上述问题设计了本发明，并且本发明的目的是减少入射光泄漏到电荷保持部等。
技术问题的解决方案
为了解决上述问题而设计的本发明的第一方面是一种摄像元件，其包括光电转换部，其形成在半导体基板中并且对入射光进行光电转换；反射部，其布置在所述半导体基板的与所述入射光入射的表面不同的前表面中，并且将经过所述光电转换部透射的透射光反射到所述光电转换部；和反射部形成构件，其具有布置为与所述半导体基板的所述前表面相邻的底表面和形成有所述反射部的侧面。
此外，在第一方面中，所述摄像元件还可以包括基于通过所述光电转换产生的电荷来生成图像信号的图像信号生成电路。
此外，在第一方面中，所述反射部形成构件可以与布置在所述图像信号生成电路中的MOS晶体管的栅极同时形成。
此外，在第一方面中，所述反射部形成构件可以由布置在所述图像信号生成电路中的MOS晶体管的栅极形成。
此外，在第一方面中，所述反射部形成构件可以具有布置在所述侧面部分上的侧壁绝缘膜，并且所述反射部分可以形成为与所述侧壁绝缘膜相邻。
此外，在第一方面中，所述反射部可以布置在所述半导体基板中的所述光电转换部的边界附近。
此外，在第一方面中，所述摄像元件还可以包括形成为与所述反射部形成构件的上表面相邻的遮光膜以屏蔽所述透射光，所述上表面是与所述底表面相反的表面。
此外，在第一方面中，所述摄像元件还可以包括保持通过所述光电转换产生的电荷的电荷保持部。
此外，在第一方面中，所述摄像元件还可以包括布置在所述半导体基板中的所述光电转换部与所述电荷保持部之间的遮光壁。
此外，在第一方面中，所述遮光壁可以包括靠近所述半导体基板的所述前表面的开口部，并且所述反射部可以布置在所述遮光壁的所述开口部附近。
此外，在第一方面中，所述反射部可以布置为从所述遮光壁的所述开口部朝向所述电荷保持部偏移。
此外，在第一方面中，可以通过层叠多个膜来形成所述反射部形成构件。
此外，在第一方面中，所述摄像元件还可以包括基于通过所述光电转换产生的电荷来生成图像信号的图像信号生成电路，其中，所述反射部形成构件的所述多个膜中的任何一者可以与所述图像信号生成电路的MOS晶体管的栅极同时形成。
此外，在第一方面中，可以向所述反射部形成构件施加偏置电压。
此外，在第一方面中，所述反射部形成构件的侧面可以形成为弯曲形状。
此外，在第一方面中，所述反射部形成构件可以包括具有锥形形状的截面的侧面。
此外，在第一方面中，所述摄像元件还可以包括滤色器，通过所述滤色器透射具有预定波长的入射光，其中，所述光电转换部可以对通过所述滤色器透射的入射光进行光电转换。
此外，在第一方面中，所述摄像元件可以包括分别具有所述光电转换部和所述滤色器的多个像素，其中，所述反射部和所述反射部形成构件布置在所述多个像素之中的布置有透过具有长波长的所述入射光的所述滤色器的像素中。
此外，在第一方面中，所述反射部可以由金属形成。
此外，本发明第二方面是一种摄像装置，包括：光电转换部，其形成在半导体基板中并且对入射光进行光电转换；反射部，其布置在所述半导体基板的与所述入射光入射的表面不同的前表面中，并且将经过所述光电转换部透射的透射光反射到所述光电转换部，和反射部形成构件，其具有与所述半导体基板的前表面相邻地布置的底表面和形成有所述反射部的侧面；以及处理电路，其对图像信号进行处理，所述图像信号是基于通过所述光电转换生成的电荷而产生的。
通过采用上述各方面，获得了光电转换部的透射光朝向所述光电转换部被反射的效果。因此，减少来自光电转换部的透射光的泄漏是可预期的。
附图说明
[图1]
图1是示出了根据本发明的实施方案的摄像元件的构造示例的图。
[图2]
图2是示出了根据本发明第一实施方案的像素的电路结构的示例的图。
[图3]
图3是示出了根据本发明第一实施方案的像素的构造示例的图。
[图4]
图4是示出了根据本发明第一实施方案的像素的构造示例的截面图。
[图5]
图5是示出了根据本发明第一实施方案的透射光的反射示例的图。
[图6]
图6是示出了根据本发明第一实施方案的用于制造摄像元件的方法的示例的图。
[图7]
图7是示出了根据本发明第一实施方案的用于制造摄像元件的方法的示例的图。
[图8]
图8是示出了根据本发明第一实施方案的用于制造摄像元件的方法的示例的图。
[图9]
图9是示出了根据本发明第一实施方案的用于制造摄像元件的方法的示例的图。
[图10]
图10是示出了根据本发明第一实施方案的用于制造摄像元件的方法的示例的图。
[图11]
图11是示出了根据本发明第一实施方案的用于制造摄像元件的方法的示例的图。
[图12]
图12是示出了根据本发明第二实施方案的像素的构造示例的图。
[图13]
图13是示出了根据本发明第三实施方案的像素的构造示例的图。
[图14]
图14是示出了根据本发明第四实施方案的像素的构造示例的图。
[图15]
图15是示出了根据本发明第四实施方案的像素的构造示例的截面图。
[图16]
图16是示出了根据本发明第五实施方案的像素的构造示例的图。
[图17]
图17是示出了根据本发明第五实施方案的像素的构造示例的截面图。
[图18]
图18是示出了根据本发明第六实施方案的像素的构造示例的截面图。
[图19]
图19是示出了根据本发明第七实施方案的像素的构造示例的截面图。
[图20]
图20是示出了根据本发明第八实施方案的像素的构造示例的截面图。
[图21]
图21是示出了根据本发明第九实施方案的像素的构造示例的截面图。
[图22]
图22是示出了根据本发明第十实施方案的像素的构造示例的截面图。
[图23]
图23是示出了根据本发明第十一实施方案的像素的电路结构示例的图。
[图24]
图24是示出了根据本发明第十一实施方案的像素的构造示例的截面图。
[图25]
图25是示出了根据本发明第十二实施方案的像素的构造示例的截面图。
[图26]
图26是示出了作为可以应用本技术的摄像装置的示例的相机的示意性构造示例的框图。
具体实施方式
接下来，将参照附图说明本发明的实施方式(下文中称为实施方案)。在下面的附图中，相同或相似的部分由相同或相似的附图标记表示。此外，将按以下顺序说明实施方案。
1.第一实施方案
2.第二实施方案
3.第三实施方案
4.第四实施方案
5.第五实施方案
6.第六实施方案
7.第七实施方案
8.第八实施方案
9.第九实施方案
10.第十实施方案
11.第十一实施方案
12.第十二实施方案
13.相机的应用示例
<1.第一实施方案>
[摄像元件的构造]
图1是示出了根据本发明实施方案的摄像元件的构造示例的图。图中，摄像元件1包括像素阵列部10、垂直驱动单元20、列信号处理单元30和控制单元40。
以二维栅格形式布置的像素100构成像素阵列部10。这里，像素100响应于照射光产生图像信号。各像素100具有响应于照射光产生电荷的光电转换部分。此外，各像素100还具有图像信号生成电路。图像信号生成电路基于由光电转换部生成的电荷来生成图像信号。由稍后将述的垂直驱动单元20产生的控制信号来控制图像信号的生成。信号线11和信号线12以XY矩阵形式布置在像素阵列部10中。信号线11是通过其传输像素100的图像信号生成电路的控制信号的信号线，其针对像素阵列部10的各行布置，并且针对布置在各行中的像素100共同配线。信号线12是通过其传输由像素100的图像信号生成电路生成的图像信号的信号线，其针对像素阵列部10的各列配置，并且针对布置在每列中的像素100共同配线。光电转换部和图像信号生成电路形成在半导体基板上。
垂直驱动单元20生成像素100的图像信号生成电路的控制信号。垂直驱动单元20通过图中的信号线11将产生的控制信号传输到像素100。列信号处理单元30处理由像素100产生的图像信号。列信号处理单元30处理通过图中的信号线12从像素100传输的图像信号。例如，列信号处理单元30中的处理对应于将像素100中生成的模拟图像信号转换为数字图像信号的模数转换。由列信号处理单元30处理的图像信号作为摄像元件1的图像信号输出。控制单元40控制整个摄像元件1。控制单元40产生并输出用于控制垂直驱动单元20和列信号处理单元30的控制信号以控制摄像元件1。由控制单元40产生的控制信号通过信号线41和信号线42传输至垂直驱动单元20和列信号处理单元30。同时，列信号处理单元30是权利要求中所述的处理电路的示例。
[像素的电路结构]
图2是示出了根据本发明第一实施方案的像素的电路结构的示例的图。该图是示出了像素100的构造的电路图。在该图中，像素100包括光电转换部101、第一电荷保持部103、第二电荷保持部102以及MOS晶体管104至MOS晶体管109。此外，在像素100中布置有由信号线OFG、TX、TR、RST和SEL构成的信号线11和信号线12。构成信号线11的信号线OFG、TX、TR、RST和SEL是通过其传输像素100的控制信号的信号线。这些信号线连接至MOS晶体管的栅极。通过信号线可以向MOS晶体管施加等于或高于跨栅极和源极的阈值电压的电压，以使MOS晶体管导通。另一方面，信号线12用于传输由像素100产生的图像信号。此外，在像素100中布置有电源线Vdd以提供电力。
光电转换部101的阳极接地，并且其阴极连接至MOS晶体管104、MOS晶体管105的源极。MOS晶体管104的漏极连接至电源线Vdd，并且其栅极连接至信号线OFG。MOS晶体管105的漏极连接至MOS晶体管106的源极和第二电荷保持部102的一端。第二电荷保持部102的另一端接地。MOS晶体管105的栅极连接至信号线TX，并且MOS晶体管106的栅极连接至信号线TR。MOS晶体管106的漏极连接至MOS晶体管107的源极、MOS晶体管108的栅极以及第一电荷保持部103的一端。第一电荷保持部103的另一端接地。MOS晶体管107的栅极连接至信号线RST。MOS晶体管107和MOS晶体管108的漏极共同连接至电源线Vdd，并且MOS晶体管108的源极连接至MOS晶体管109的漏极。MOS晶体管109的源极连接至信号线12并且其栅极连接至信号线SEL。
光电转换部101如上所述地响应于照射光来产生电荷并且保持电荷。光电二极管可用于光电转换部101。
MOS晶体管104是使光电转换部101复位的晶体管。通过向光电转换部101施加电源电压，MOS晶体管104将光电转换部101中保持的电荷排出至电源线Vdd以复位光电转换部101。由通过信号线OFG传输的信号来控制MOS晶体管104对光电转换部101的复位。
MOS晶体管105是将通过光电转换部101的光电转换产生的电荷传输至第二电荷保持部102的晶体管。由通过信号线TX传输的信号来控制MOS晶体管105的电荷传输。
第二电荷保持部102是保持由MOS晶体管105传输的电荷的电容器。
MOS晶体管106是将保持在第二电荷保持部102中的电荷传输至第一电荷保持部103的晶体管。由通过信号线TR传输的信号来控制MOS晶体管106的电荷传输。
MOS晶体管108是基于保持在第一电荷保持部103中的电荷来生成信号的晶体管。MOS晶体管109是将由MOS晶体管108生成的信号作为图像信号输出至信号线12的晶体管。由通过信号线SEL传输的信号来控制MOS晶体管109。
MOS晶体管107是将第一电荷保持部103中保持的电荷排出至电源线Vdd以复位第一电荷保持部103的晶体管。由通过信号线RST传输的信号来控制MOS晶体管107的这种复位。
可以如下进行图中像素100的图像信号的生成。首先，使MOS晶体管104导通以复位光电转换部101。复位后通过光电转换产生的电荷累积在光电转换部中。经过预定时间后，使MOS晶体管106和MOS晶体管107导通以复位第二电荷保持部102。接下来，使MOS晶体管105导通。因此，光电转换部101中产生的电荷被传输至第二电荷保持部102并保持在其中。布置在像素阵列部10中的所有像素100中同时执行从复位光电转换部101的操作至由MOS晶体管105传输电荷的操作。即，执行在所有像素100中同时复位的全局复位和所有像素100中的同时电荷传输。因此，实现了全局快门。同时，从光电转换部101的复位到由MOS晶体管105的电荷传输的时间段对应于曝光时间段。
接下来，使MOS晶体管107再次导通以复位第一电荷保持部103。接下来，使MOS晶体管106导通，使得保持在第二电荷保持部102中的电荷被传输至第一电荷保持部103并且保持在其中。因此，MOS晶体管108根据第一电荷保持部103中保持的电荷产生图像信号。接下来，使MOS晶体管109导通，使得将由MOS晶体管108产生的图像信号输出至信号线12。针对布置在像素阵列部10的各行上的各像素100依次执行从复位第一电荷保持部103的操作到输出图像信号的操作。当输出了像素阵列部10的所有行的像素100中的图像信号时，就生成了作为与一个画面相对应的图像信号的帧，并且从摄像元件1输出所述帧。
通过在上述提及的曝光时间内并行地执行像素100中图像信号的生成和图像信号的输出，可以减少摄像和图像信号传输所需的时间。此外，通过在像素阵列部10的所有像素100中同时进行曝光，可以防止发生帧的失真，并且能够提高画面质量。以这种方式，在执行全局快门时，第二电荷保持部102用于临时保持由光电转换部101产生的电荷。同时，像素电路是权利要求中所述的图像信号生成电路的示例。
[像素的构造]
图3是示出了根据本发明第一实施方案的像素的构造示例的图。该图是示出了像素100的构造示例的平面图并且示意性示出了诸如图2所述的光电转换部101等元件的构造。在图中，由实线表示的矩形示出了图2所述的MOS晶体管104至MOS晶体管109的栅极141至栅极146。此外，由长划线和两条短划线交替表示的矩形示出了形成在半导体基板(稍后将述的半导体基板110)中的半导体区域。此外，虚线示出了配置在半导体基板上的遮光壁172和遮光壁173。此外，具有斜线填充的矩形示出了稍后将述的伪栅极131。
在图中的像素100中，光电转换部101的半导体区域111布置在半导体基板的中央。第二电荷保持部102的半导体区域112布置为与半导体区域111的图中的上侧相邻。图2所述的MOS晶体管105的栅极142布置在半导体区域112附近。MOS晶体管105是具有分别作为源极区域和漏极区域的半导体区域111和半导体区域112的MOS晶体管。MOS晶体管106的栅极143被布置为与半导体区域112的图中的右侧相邻，并且第一电荷保持部103的半导体区域113与栅极143相邻布置。MOS晶体管106是具有分别作为源极区域和漏极区域的半导体区域112和半导体区域113的MOS晶体管。
MOS晶体管107的栅极144被布置为与半导体区域113的图中的下侧相邻，并且半导体区域114与栅极144相邻布置。MOS晶体管107是具有分别作为源极区域和漏极区域的半导体区域113和半导体区域114的MOS晶体管。MOS晶体管108的栅极145被布置为与半导体区域114的图中的下侧相邻，并且半导体区域115与栅极145相邻布置。MOS晶体管108是具有分别作为漏极区域和源极区域的半导体区域114和半导体区域115的MOS晶体管。图中，MOS晶体管109的栅极146被布置为与半导体区域115的图中的下侧相邻，并且半导体区域116与栅极146相邻布置。MOS晶体管109是具有分别作为漏极区域和源极区域的半导体区域115和半导体区域116的MOS晶体管。
此外，半导体区域113和MOS晶体管108的栅极145通过未示出的配线连接。此外，MOS晶体管104的栅极141被布置为与半导体区域111的图中的左侧相邻，并且半导体区域117与栅极141的下侧相邻布置。MOS晶体管104是具有分别作为源极区域和漏极区域的半导体区域111和半导体区域117的MOS晶体管。
遮光壁172嵌入在像素100的边界的半导体基板的部分中，并且屏蔽来自相邻像素100的入射光。以其穿透半导体基板的形式来构造遮光壁172。遮光壁173嵌入在像素100的光电转换部101和第二电荷保持部102之间的半导体基板的部分中，并且屏蔽从光电转换部101到第二电荷保持部102的入射光。遮光壁173由穿透半导体基板的部分和在半导体基板的前表面附近具有开口部(稍后将述的开口部174)的部分构成。图中，遮光壁173中的虚线阴影部分示出了开口部。
伪栅极131是构成稍后将述的反射部形成构件130的构件。伪栅极131可以构造为与MOS晶体管105的栅极142等相同的构件。
以二维栅格形式配置这种像素100以组成像素阵列部10。同时，图中的半导体区域113由与图中的像素100右侧相邻的像素100共同使用。图中的栅极141和半导体区域117由与图中像素100左侧相邻的像素100共用使用。同时，第二电荷保持部102是权利要求中所述的电荷保持部分的示例。
[像素的截面构造]
图4是示出了根据本发明第一实施方案的像素的构造示例的截面图。该图示出了像素100的构造示例并且是沿着图3的线a-a'的像素100的截面图。图中的像素100包括半导体基板110、伪栅极131、配线区域160、遮光膜150和遮光膜170、遮光壁172和遮光壁173、绝缘膜180、滤色器191、片上透镜195和支撑基板196。
如上所述，半导体基板110是其中形成有布置在像素100中的元件的半导体部分的半导体基板。例如，半导体基板110可以由硅(Si)形成。此外，例如，半导体基板110可以形成为3μm的厚度。元件的半导体部分布置在形成于半导体基板110中的阱区域中。为了方便，假设图中的半导体基板110形成在p型阱区域中。可以通过在p型阱区域中布置n型半导体区域来形成元件的半导体部分。图中示出了光电转换部101和第二电荷保持部102。
使用图中的n型半导体区域111构造光电转换部101。具体地，使用n型半导体区域111和n型半导体区域111周围的p型阱区域之间的pn结构成的光电二极管对应于光电转换部101。从半导体基板110的后表面入射的光在n型半导体区域111中进行光电转换。通过光电转换产生的电荷中的电子在曝光时间段被累积在n型半导体区域111中。
使用图中的n型半导体区域112构造第二电荷保持部102。在曝光时间段积累在n型半导体区域111中的电子在曝光时间段之后被传输至n型半导体区域111并保持在其中。此外，栅极142布置在半导体基板110的靠近半导体区域112的前表面侧。该栅极142形成上述MOS晶体管105的栅极并且控制半导体区域112的电位。当将累积在上述半导体区域111中的电子传输至半导体区域112时，向栅极142施加正电压以使半导体区域112的电位比半导体区域111的电位深。因此，能够执行将光电转换部101中累积的所有电荷传输至第二电荷保持部102的完全电荷传输。
图中的栅极142可以由例如多晶硅形成，并且可以隔着栅极氧化膜与半导体基板110相邻地布置。此外，侧壁绝缘膜149可以配置在栅极142的侧面。侧壁绝缘膜149也称为侧壁，并且是以埋入夹在栅极142和半导体基板110之间的角部的形状形成的绝缘膜。侧壁绝缘膜149是在杂质的离子注入期间用作掩模的绝缘膜。在半导体基板110中形成有成为浅漏区域的n型半导体区域，形成栅极142和侧壁绝缘膜149，然后进行离子注入以形成成为深漏区域的n型半导体区域。因此，在半导体基板110中可以形成轻掺杂漏极(LDD)等。
如图所示，侧壁绝缘膜149包括具有弯曲截面的前表面。例如，侧壁绝缘膜149可以由氧化硅(SiO2)形成并且可以通过回蚀形成。具体地，侧壁绝缘膜149可以通过形成SiO2膜以覆盖栅极142并且通过干蚀刻进行各向异性蚀刻，以使SiO2附着在栅极142的侧面并且去除其他部分的SiO2而形成。这里，可以布置氮化硅(SiN)膜作为干蚀刻的阻挡层。
此外，半导体基板110中布置有遮光壁172和遮光壁173。这些遮光壁172和遮光壁173为第二电荷保持部102遮光并且将光电转换部101和第二电荷保持部102彼此分开。通过在半导体基板110中形成的沟槽中布置金属膜171可以形成遮光壁172和遮光壁173。如上所述，遮光壁172以从半导体基板110的后表面向前表面穿透半导体基板110的形状形成。另一方面，遮光壁173以其一部分从半导体基板110的后表面朝向前表面不穿透半导体基板110的形状形成，并且在遮光壁173的端部形成有开口部174。例如，金属膜171可以由钨(W)、铝(Al)和铜(Cu)形成。
此外，在金属膜171和半导体基板110的沟槽之间可以布置有固定电荷膜和绝缘膜。这里，固定电荷膜是由具有负固定电荷的高介电材料形成的膜。通过布置固定电荷膜，可以降低在半导体基板110的界面附近形成的陷阱能级的影响。例如，可以使用氧化铪膜作为固定电荷膜。此外，绝缘膜是将金属膜171绝缘的膜。例如，可以使用SiO2膜作为绝缘膜。
此外，图3所述的伪栅极131布置在半导体基板110的前表面侧。伪栅极131可以布置在遮光壁173的开口部174附近，并且可以布置在光电转换部101和第二电荷保持部102之间。此外，伪栅极131可以布置在光电转换部101的边界附近。侧壁绝缘膜132可以布置在伪栅极131处。伪栅极131和侧壁绝缘膜132可以分别由与栅极142和侧壁绝缘膜149相同的材料形成，并且可以与栅极142和侧壁绝缘膜149同时形成。此外，图中的伪栅极131和侧壁绝缘膜132构成反射部形成构件130。反射部形成构件130的底表面被布置为与半导体基板110的前表面相邻，并且在半导体基板110的该表面侧形成稍后将述的反射部分301。同时，伪栅极131可以由除了上述多晶硅以外的材料形成，例如SiN。
配线区域160是布置在半导体基板110的前表面侧的区域，并且由配线层161和绝缘层169构成。配线层161是通过其传输像素100的元件的电信号的配线。例如，配线层161可以由Cu形成。绝缘层169使配线层161绝缘。例如，绝缘层169可以由SiO2形成。绝缘层169和配线层161可以形成为多层结构。图中示出了绝缘层169和配线层161形成为两层的示例。不同层中的配线层161可以通过通孔插塞(via plug，未示出)连接。同时，上述MOS晶体管105的栅极142通过接触插塞162连接至配线层161。例如，接触插塞162可以由W或Cu形成。
遮光膜150布置在配线区域160中。遮光膜150布置在半导体基板110的前表面侧并且屏蔽来自配线层161的反射光。当透过半导体基板110的入射光被配线层161反射成为反射光，并且入射在第二电荷保持部102上时，发生光电转换并且在图像信号中引起噪声。遮光膜150防止反射光入射在第二电荷保持部102上。例如，遮光膜150可以由诸如Al、银(Ag)、金(Au)、Cu、铂(Pt)、钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、W和铁(Fe)等金属形成。此外，遮光膜150可以由包括诸如Si、锗(Ge)和碲(Te)等半导体以及这些金属的合金形成。此外，例如，遮光膜150可以形成为200nm的厚度。图中的遮光膜150被布置为经由绝缘膜(稍后将述的绝缘膜122)与半导体基板110、栅极142和侧壁绝缘膜149相邻。
此外，遮光膜150可以延伸到位于光电转换部101与第二电荷保持部102之间的区域中。图中的遮光膜150也被布置为与反射部形成构件130的侧面上方的区域相邻。遮光膜150的与反射部形成构件130的侧面相邻的部分形成反射部301。反射部301在半导体区域111的方向上反射入射光中透射通过半导体基板110的透射光。通过配置反射部301能够减少透射光在第二电荷保持部102上的入射。此外，由于反射部301与反射部形成构件130的侧面相邻形成，因此反射部形成构件130的侧面的形状被转印到反射部分301。图中的反射部301形成为具有弯曲形状的截面并且形成为凹面镜沿着遮光壁173的开口部174延伸的形状。此外，如图所示，遮光膜150可以具有布置在形成光电转换部101的半导体区域111附近的开口部311。
此外，在图中配线区域160中可以布置接触壁部167和盖部168。接触壁部167形成为其底部邻接遮光膜150并且包围遮光膜150的开口部311的壁状，并且反射透射光。接触壁部167可以由与上述遮光膜150相同的材料形成。当接触壁部167由例如W或Cu等与接触插塞162相同的材料形成时，接触壁部167可以与接触插塞162同时形成，以简化摄像元件1的制造过程。在这种情况下，可以布置用于提高粘附性的Ti膜作为底层金属。此外，盖部168形成为平板形状并且反射透射光。盖部168被布置为与接触壁部167的端部相邻以封闭接触壁部167的端部。例如，盖部168可以由Cu形成并且与配线层161同时形成。
由于接触壁部167和盖部168，因此能够防止透射光扩散到配线区域160。此外，由于接触壁部167和盖部168，透射光被反射到形成光电转换部101的半导体区域111以有助于再次光电转换。能够提高像素100的效率。此外，由于接触壁部167和盖部168布置在比遮光膜150更远离半导体基板110的界面位置处，因此能够减少由于作为其材料的金属的扩散而导致的陷阱能级的形成。
遮光膜170是布置在半导体基板110的后面侧并且屏蔽入射光的膜。遮光膜170屏蔽除了光电转换部101以外的区域中的入射光。开口部175在形成光电转换部101的半导体区域111的附近布置在遮光膜170中。入射光通过开口部175照射到光电转换部101。遮光膜170可以由上述金属膜171形成。即，遮光膜170可以与遮光壁172和遮光壁173同时形成。
绝缘膜180是使半导体基板110的后面侧绝缘的膜。此外，绝缘膜180使形成有遮光膜170等的半导体基板110的后面侧平坦化。稍后将说明绝缘膜180的构造的细节。
滤色器191是入射光中具有预定波长的入射光透射过的滤光器。作为滤色器191，可以针对各像素100布置透射红光、绿光和蓝光中的任一种的滤色器191。此外，除了原色系统的滤色器191之外，还可以使用透射青色光、黄色光和品红光中的任一种的互补色系统的滤色器191。此外，还可以使用透射红外光的滤色器191。
片上透镜195是聚集入射光的透镜。片上透镜195形成为半球形形状并且针对各像素100布置，并且将入射光聚集在光电转换部101的半导体区域111上。例如，片上透镜195可以由诸如苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸树脂或硅氧烷树脂等有机材料形成。此外，片上透镜195还可以由诸如SiN或氮氧化硅(SiON)等无机材料形成。此外，片上透镜195还可以通过将氧化钛(TiO)颗粒分散在上述有机材料或聚酰亚胺树脂中来形成。
支撑基板196是与配线区域160相邻布置的基板。支撑基板196是主要为了在摄像元件1的制造过程中提高半导体基板110的强度而布置的基板。
[透射光的反射]
图5是示出了根据本发明第一实施方案的透射光的反射示例的图。该图是半导体基板110的一部分的放大截面图，用于说明反射部301的效果。在图中，绝缘膜180由第一绝缘膜181和第二绝缘膜182构成。第一绝缘膜181是布置在金属膜171与半导体基板110之间的绝缘膜，并且是通过层叠上述固定电荷膜和诸如SiO2等绝缘体而形成的膜。此外，第二绝缘膜182是在配置金属膜171后形成并且使金属膜171绝缘和平坦化的膜。此外，伪栅极131隔着栅极绝缘膜121布置在半导体基板110的前表面。此外，绝缘膜122布置在遮光膜150的下方。例如，绝缘膜122可以由SiN形成。
图中，A是示出了包括反射部301的情况的示例的图。图中，箭头表示入射光。透过半导体基板110并到达遮光壁173的开口部174附近的入射光被反射部301反射到半导体区域111侧。此外，由于反射部301的凹面镜形状，因此可以将透射光聚集在半导体区域111上。因此，透射光被光电转换成为可能，并因此能够提高像素100的灵敏度。此外，当透射光在半导体区域111中被光电转换且被吸收时，减少了从像素100出射的反射光。来自像素100的反射光在相邻像素100上的再度入射减小了，从而能够减少耀斑或混色。
此外，反射部301能够减少透射光入射在第二电荷保持部102的半导体区域112上。如上所述，当入射光从光电转换部101泄漏到第二电荷保持部102引起发生光电转换时，产生了噪声。这种全局快门型摄像元件中的泄漏至电荷保持部的光泄漏被管理为寄生感光度(PLS)。通过配置反射部301可以改善PLS。此外，由于反射部形成构件130布置在形成反射部301的遮光膜150和半导体基板110之间，因此遮光膜150布置在光电转换部101附近的远离半导体基板110的位置处。因此，能够降低遮光膜150对半导体基板110的影响。
另一方面，图中的B是示出了省略了反射部形成构件130和反射部301并且布置遮光膜501来代替遮光膜150的情况的示例的图。遮光膜501也布置在靠近光电转换部101的半导体基板110的前表面上并且屏蔽透射光。遮光膜501能够防止透射光入射到配线区域160上。但是，如图中的B中的箭头所示，到达开口部174附近的透射光被遮光膜501反射到第二电荷保持部102侧。因此，增加了图像信号中的噪声并且增大了PLS。此外，由于遮光膜501被布置为与光电转换部101附近的半导体基板110邻近，因此增加了其对半导体基板110的影响。具体地，增加了半导体基板110的前表面侧的陷阱能级，从而增大了暗电流。这里，暗电流是基于与入射光无关而产生的电荷的电流，并且是图像信号中的噪声成分。来自半导体基板110的陷阱能级的电荷的放电等导致了暗电流。
[用于制造摄像元件的方法]
图6至图11是示出了根据本发明第一实施方案的用于制造摄像元件的方法的示例的图。图6至图11是示出了摄像元件1的制造过程的图。首先，在半导体基板110中形成p型阱区域以及n型半导体区域111和n型半导体区域112。例如，这可以通过离子注入来进行。接下来，在半导体基板110的前表面上形成栅极绝缘膜121。这可以通过半导体基板110的热氧化来进行。接下来，形成栅极142和伪栅极131。这可以通过配置作为栅极142等材料的多晶硅膜并且蚀刻该多晶硅膜来进行(图6的A)。
接下来，形成SiO2膜401(图6的B)。例如，这可以通过化学气相沉积(CVD)来进行。此外，可以在膜401下方配置SiN膜作为蚀刻阻挡层。接下来，蚀刻膜401。该蚀刻可以通过各向异性蚀刻来进行。因此，在栅极142和伪栅极131的侧面上可以形成侧壁绝缘膜149和侧壁绝缘膜132(图6的C)。接下来，在半导体基板110的前表面上布置绝缘膜122。例如，这可以通过CVD来进行(图6的D)。同时，伪栅极131和侧壁绝缘膜132的制造工序对应于反射部形成构件布置工序。
接下来，在半导体基板110的前表面侧布置作为遮光膜150的材料的金属膜403。例如，这可以通过CVD或溅射来进行(图7的E)。接下来，蚀刻金属膜403以形成开口部311。在这种情况下，在靠近栅极142的布置接触插塞162的遮光膜150的区域中形成开口部405。因此，可以形成遮光膜150并且可以形成反射部301(图7的F)。同时，该工序对应于反射部形成工序。
接下来，布置用作配线区域160的绝缘层169的材料的绝缘膜406。例如，这可以通过CVD进行(图7的G)。接下来，在膜406的将要布置接触插塞162和接触壁部167的区域中形成开口部407(图8的H)。接下来，布置作为接触插塞162的材料的金属膜408。在这种情况下，金属膜408也配置在开口部407中。Ti和W的层叠膜可考虑作为金属膜408。可以通过溅射形成Ti膜并且通过CVD形成W膜来布置金属膜408以在开口部407中嵌入Ti膜和W膜。例如，Ti膜可以形成为30nm的厚度(图8的I)。接下来，去除前表面上的金属膜408以形成接触插塞162和接触壁部167。例如，这可以通过使用化学机械抛光(CMP)对金属膜408进行研磨来进行(图8的J)。
接下来，布置用作绝缘层169的材料的绝缘膜409(图9的K)。接下来，对膜409进行蚀刻以在将要形成配线层161和盖部168的区域中形成开口部410(图9的L)。接下来，布置用作配线层161的材料的金属膜411。金属膜411可以通过金属电镀由Cu形成(图9的M)。在金属膜411下方还可以布置用于金属电镀的阻挡层和种子层。接下来，通过CMP等研磨金属膜411以形成配线层161和盖部168(图10的N)。接下来，在配线层161和盖部168的前表面上布置绝缘膜以形成绝缘层169(图10的O)。可以根据需要多次重复配线层161和绝缘膜的布置来形成配线区域160。然后，将支撑基板196(未示出)附接至配线区域160。
接下来，将半导体基板110上下翻转并薄化。接下来，蚀刻半导体基板的将要布置遮光壁173和遮光壁174的区域以形成开口部412(图10的P)。接下来，布置第一绝缘膜181(图11的Q)。接下来，在半导体基板110的后面侧布置作为遮光膜170、遮光壁173和遮光壁174的材料的金属膜413。在这种情况下，在开口部412中嵌入金属膜413(图11的R)。因此，可以形成遮光壁173和遮光壁174。接下来，蚀刻金属膜413以形成开口部175(图11的S)。因此，可以形成金属膜171并且可以形成遮光膜170。
然后，可以布置第二绝缘膜182、滤色器191和片上透镜195以制造摄像元件1。可以利用侧壁绝缘膜132的形状形成具有凹面镜形状的反射部301。
如上所述，在本发明第一实施方案的摄像元件1中，布置反射部301以反射半导体基板110的透射光。因此，减少了透射光泄漏到第二电荷保持部102。因此，能够减少噪声混入图像信号并且减轻图片质量的劣化。
<2.第二实施方案>
在上述第一实施方案的摄像元件1中，反射部301布置在遮光壁173的开口部174附近。另一方面，本发明第二实施方案的摄像元件1与第一实施方案的不同之处在于：反射部布置为向靠近第二电荷保持部102的位置偏移。
[像素的截面构造]
图12是示出了根据本发明第二实施方案的像素的构造示例的截面图。与图4类似，该图是示出了像素100的构造示例的图。图中的摄像元件1与图4所述的摄像元件1的不同之处在于：伪栅极131被布置为靠近第二电荷保持部102并且布置有代替遮光膜150的遮光膜151。
图中的伪栅极131被布置为在靠近形成半导体基板110的第二电荷保持部102的半导体区域112的位置处，并且侧壁绝缘膜132布置在靠近栅极142的侧壁绝缘膜149的位置处。因此，图中反射部302的端部布置在形成第二电荷保持部102的半导体区域112的附近。反射部302的弯曲部分布置在遮光壁173的开口部174的正下方，从而与图4所述的反射部301相比，能够在光电转换部101的方向上反射更大入射角的透射光。
由于除了上述构造之外，摄像元件1的构造与本发明第一实施方案所述的摄像元件1的构造相同，因此将省略其说明。
如上所述，由于反射部302，本发明第二实施方案的摄像元件1反射透射光，反射部302布置为向靠近第二电荷保持部102的位置偏移。因此，在到达遮光壁173的开口部174的透射光中，更宽范围的入射角的透射光能够被反射，从而能够进一步减少透射光泄漏到第二电荷保持部102。
<3.第三实施方案>
在上述第一实施方案的摄像元件1中，在伪栅极131处布置有侧壁绝缘膜132。另一方面，本发明第三实施方案的摄像元件1与上述第一实施方案的不同之处在于：省略了侧壁绝缘膜。
[像素的截面构造]
图13是示出了根据本发明第三实施方案的像素的构造示例的截面图。与图4类似，该图是示出了像素100的构造示例的图。图中的摄像元件1与图4所述的摄像元件1的不同之处在于：作为伪栅极131和遮光膜150的替代，布置有伪栅极133和遮光膜152，并且省略侧壁绝缘膜132。
图中的伪栅极133可以形成为具有锥形截面形状的侧面。这可以通过在半导体基板110的前表面侧布置作为伪栅极133的材料的材料膜并且进行回蚀来获得。在这种情况下，期望使用适合回蚀的SiO2等形成伪栅极133。通过在伪栅极133的侧面上布置遮光膜152可以形成反射部303。如图所示，反射部303由相对于半导体基板110倾斜布置的遮光膜152形成。同时，在图中的摄像元件1中，伪栅极133对应于反射部形成构件。
由于除了上述构造之外的摄像元件1的构造与本发明第一实施方案所述的摄像元件1的构造相同，因此将省略其说明。
如上所述，在本发明第三实施方案的摄像元件1中可以省略反射部形成构件的侧壁绝缘膜。因此，能够简化摄像元件1的构造。
<4.第四实施方案>
在上述第一实施方案的摄像元件1中，反射部301与遮光壁173的开口部174相邻配置。另一方面，本发明第四实施方案的摄像元件1与上述第一实施方案的不同之处在于：反射部布置在光电转换部101的半导体区域111的外围部上。
[像素的构造]
图14是示出了根据本发明第四实施方案的像素的构造示例的图。与图3类似，该图是示出了像素100的构造示例的平面图。图中的像素100与图3所述的摄像元件1的不同之处在于：布置有伪栅极134以代替伪栅极131。
伪栅极134形成为具有布置在其中心处的开口部321的“口”字形状，其是沿着光电转换部101的半导体区域111的外围部的形状。
[像素的截面构造]
图15是示出了根据本发明第四实施方案的像素的构造示例的截面图。与图4类似，该图是示出了像素100的构造示例的图。图中的像素100与图4所述的摄像元件1的不同之处在于：布置有上述伪栅极134作为伪栅极131的替代，并且布置有遮光膜153作为遮光膜150的替代。
图中的伪栅极134上布置有侧壁绝缘膜135。侧壁绝缘膜135形成在伪栅极134的外侧的侧面的整个周边上。伪栅极134和侧壁绝缘膜135构成反射部形成构件130。此外，图中的遮光膜153在反射部形成构件130的侧面的整个周边上的位置处延伸。因此，图中的反射部304形成为具有弯曲形状的截面，并且沿着光电转换部101的半导体区域111的外围部形成为“口”字形状。凹面镜形状的反射部304布置在光电转换部101的半导体区域111的外围部分的整个周边上，从而在光电转换部101的半导体区域111上聚集了更多的透射光。
同时，反射部形成构件130和反射部304的构造不限于该示例。例如，当光电转换部101的半导体区域111形成为圆柱形形状时，反射部形成构件130和反射部304可以形成为圆柱形形状。
由于除了上述构造之外的摄像元件1的构造与本发明第一实施方案所述的摄像元件1的构造相同，因此将省略其说明。
如上所述，本发明第四实施方案的摄像元件1包括沿着光电转换部101的半导体区域111的外围部分被形成为“口”字形状的反射部304。因此，能够进一步提高像素100的灵敏度。
<5.第五实施方案>
上述第四实施方案的摄像元件1包括“口”字形形状的反射部形成构件130。另一方面，本发明第五实施方案的摄像元件1与上述第四实施方案的不同之处在于：本实施方案包括覆盖光电转换部101的半导体区域111的矩形形状的反射部形成构件130。
[像素的构造]
图16是示出了根据本发明第五实施方案的像素的构造示例的图。与图14类似，该图是示出了像素100的构造示例的平面图。图中的摄像元件1与图14所述的摄像元件1的不同之处在于：代替伪栅极134配置伪栅极136。
伪栅极136形成为覆盖光电转换部101的半导体区域111的矩形形状。
[像素的截面构造]
图17是示出了根据本发明第五实施方案的像素的构造示例的截面图。与图15类似，该图是示出了像素100的构造示例的图。图中的像素100与图15所述的摄像元件1的不同之处在于：布置上述伪栅极136作为伪栅极134的替代，布置遮光膜154作为遮光膜153的替代，并且省略接触壁部167和盖部168。
与上述伪栅极134一样，图中的伪栅极136上布置有侧壁绝缘膜135。侧壁绝缘膜135形成在伪栅极136的外侧的侧面的整个周边上。伪栅极136和侧壁绝缘膜135构成反射部形成构件130。此外，图中的遮光膜154在反射部形成构件130的朝向遮光膜154的底表面的上表面和侧面的上方的位置处延伸。即，遮光膜154形成为覆盖布置有光电转换部101的半导体区域111的半导体基板110的前表面侧的形状。由于光被遮光膜154反射，因此，半导体基板110的光电转换部101的附近被遮光。能够省略配线区域160的接触壁部167和盖部168。
此外，遮光膜154由从反射部305的端部到伪栅极136的前表面的区域连续的金属膜形成。因此，可以减轻在遮光膜154的反射部分305的端部等处的反射光量的变化。另一方面，在包括图15所述的接触壁部167和盖部168的情况下，反射光的反射方向在接触壁部167和盖部168的拐角处迅速地改变以使得反射光不均匀。此外，遮光膜154由于伪栅极136而与半导体基板110的前表面分离，因此能够降低遮光膜154对半导体基板110的影响。此外，图中的反射部305形成为具有与上述反射部304相同的弯曲形状的截面，并且形成为沿着光电转换部101的半导体区域111的外围部分的口字形状。因此，能想到的是增加了聚集在光电转换部101的半导体区域111上的反射光量。
同时，反射部形成构件130和反射部304的构造不限于该示例。例如，当光电转换部101的半导体区域111形成为圆柱形形状时，上述反射部形成构件130和反射部304可以以相同的方式形成为圆柱形形状。
除了上述构造之外的摄像元件1的构造与本发明第四实施方案中所述的摄像元件1的构造相同，并因此将省略其说明。
如上所述，在本发明第五实施方案的摄像元件1中，遮光膜154形成为覆盖光电转换部101的半导体区域111附近的半导体基板110的形状，并因此能够简化摄像元件1的构造。
<6.第六实施方案>
上述第五实施方案的摄像元件1包括覆盖光电转换部101的半导体区域111的矩形形状的伪栅极136。另一方面，本发明第六实施方案的摄像元件1与上述第五实施方案的不同之处在于：向伪栅极136施加偏置电压。
[像素的截面配置]
图18是示出了根据本发明第六实施方案的像素的构造示例的截面图。与图17类似，该图是示出了像素100的构造示例的图。图中的像素100与图17所述的摄像元件1的不同之处在于：图中的像素100包括代替遮光膜154的遮光膜155，并且还包括连接至伪栅极136的接触插塞164和配线层163。
伪栅极136通过接触插塞164连接至配线层163。与栅极142一样，可以向伪栅极136施加预定电压信号等。当通过配线层163等向伪栅极136施加负偏置电压时，在半导体基板110的前表面侧能够集中空穴，从而在半导体基板110的表面上能够形成作为累积了空穴的区域的空穴累积区域。空穴累积区域的空穴能够钉扎半导体基板110的前侧界面处的陷阱能级，从而能够降低基于陷阱能级的暗电流。同时，通过在遮光膜154中形成用于布置接触插塞164的开口部来形成遮光膜155。
除了上述构造之外的摄像元件1的构造与本发明第五实施方案所述的摄像元件1的构造相同，并因此将省略其说明。
如上所述，在本发明第六实施方案的摄像元件1中，可以向具有覆盖光电转换部101的半导体区域111附近的半导体基板110的形状的伪栅极136施加偏压。因此，能够减少暗电流。
<7.第七实施方案>
上述第一实施方案的摄像元件1包括伪栅极131。另一方面，本发明第七实施方案的摄像元件1与上述第一实施方案的不同之处在于：省略了伪栅极131。
[像素的截面构造]
图19是示出了根据本发明第七实施方案的像素的构造示例的截面图。与图4类似，该图是示出了像素100的构造示例的图。图中的摄像元件1在以下方面与图4所述的摄像元件1不同：省略了伪栅极131、侧壁绝缘膜132、接触壁部167和盖部168。此外，栅极142和侧壁绝缘膜149被布置在遮光壁173的开口部174附近。此外，布置遮光膜156来代替遮光膜150。
栅极142布置在光电转换部101的半导体区域111与第二电荷保持部102的半导体区域112之间并且靠近遮光壁173的开口部174。当通过接触插塞162向栅极142施加电压时，在半导体区域111和半导体区域112之间的阱区域中形成沟道，从而光电转换部101和第二电荷保持部102之间的区域变为导通状态。因此，累积在光电转换部101中的电荷传输至第二电荷保持部102。侧壁绝缘膜149布置在栅极142的侧面并且遮光膜156延伸至侧壁绝缘膜149的该侧面。从而，形成反射部306。同时，图中的栅极142和侧壁绝缘膜149构成反射部形成构件130。
此外，摄像元件1的构造不限于该示例。例如，也可以采用将接触插塞162形成为像接触壁部167和盖部168一样包围半导体区域111的壁状的布置。
由于除了上述构造之外的摄像元件1的构造与本发明第一实施方案所述的摄像元件1的构造相同，因此将省略其说明。
如上所述，在本发明第七实施方案的摄像元件1中可以省略伪栅极131和侧壁绝缘膜132，从而能够简化摄像元件1的构造。
<8.第八实施方案>
上述第一实施方案的摄像元件1包括伪栅极131。另一方面，本发明第八实施方案的摄像元件1与上述第一实施方案的不同之处在于：进一步层叠伪栅极。
[像素的截面构造]
图20是示出了根据本发明第八实施方案的像素的构造示例的截面图。与图4类似，该图是示出了像素100的构造示例的图。图中的摄像元件1与图4所述的摄像元件1的不同之处在于：前者还包括伪栅极137，并且包括代替遮光膜150的遮光膜157。
图中的伪栅极137以其一部分层叠在伪栅极131上的方式形成。具体地，伪栅极137布置在半导体基板110的前表面和靠近第二电荷保持部102的侧壁绝缘膜132和伪栅极131的一部分的上方。伪栅极137布置为层叠在侧壁绝缘膜132上，从而侧壁绝缘膜132的形状转印至伪栅极137并且伪栅极137形成为具有弯曲形状的截面。遮光膜157布置在伪栅极137的侧面以形成反射部307。图中的反射部形成构件130由伪栅极137、伪栅极131和侧壁绝缘膜132构成。
层叠作为多个膜的伪栅极131和伪栅极137以形成反射部形成构件130。因此，反射部形成构件130可以被形成得较厚并且被形成为具有大曲率的侧面。与图4的反射部301相比，通过在反射部形成构件130的侧面形成反射部307，能够增大反射部307的尺寸。因此，能够反射更多的透射光。此外，反射部307的边缘形成在伪栅极137的前表面侧。由于反射部307形成在与半导体基板110的前表面分离的位置处，因此能够减小半导体基板110的表面中用于形成反射部分的区域。具体地，栅极142和侧壁绝缘膜149可以延伸到与伪栅极137的侧壁绝缘膜接触的区域。因此，可以获得加宽栅极142以覆盖第二电荷保持部的半导体区域112的宽范围的构造。
同时，伪栅极131和伪栅极137中的任一者都可以与栅极142同时形成。
由于除了上述构造之外的摄像元件1的构造与本发明第一实施方案所述的摄像元件1相同，因此将省略其说明。
如上所述，在本发明第八实施方案的摄像元件1中，反射部307形成在通过层叠多个伪栅极而形成的反射部形成构件130的侧面上。因此，可以增加反射部307的尺寸，从而能够反射更多的透射光到光电转换部101的半导体区域111。因此，能够进一步提高像素100的灵敏度。
<9.第九实施方案>
上述第八实施方案的摄像元件1包括栅极142和伪栅极137。另一方面，本发明第九实施方案的摄像元件1与上述第八实施方案的不同之处在于：前者包括通过连接栅极142和伪栅极137而获得的栅极。
[像素的截面构造]
图21是示出了根据本发明第九实施方案的像素的构造示例的截面图。与图20类似，该图是示出了像素100的构造示例的图。图中的摄像元件1与图20所述的摄像元件1的不同之处在于：前者包括代替栅极142和伪栅极137的栅极148。
图中的栅极148是形成为图20的栅极142延伸到伪栅极131的靠近第二电荷保持部102的部分的形状的栅极。栅极148可以用于调节第二电荷保持部102的电位并且用于在光电转换部101的半导体区域111和第二电荷保持部102的半导体区域112之间形成沟道。通过向栅极148施加正电压可以使光电转换部101和第二电荷保持部102之间的区域导通并且加深第二电荷保持部102的半导体区域112的电位。因此，能够实现从光电转换部101到第二电荷保持部102的电荷的全部传输。
此外，通过层叠作为多个膜的伪栅极131和栅极148来形成图中的反射部形成构件130。从图中可以看出，在形成伪栅极131和侧壁绝缘膜132之后形成栅极148。通过在形成的反射部形成构件130上布置图20所示的遮光膜157可以形成反射部307。
除了上述构造之外的摄像元件1的构造与本发明第八实施方案所述的摄像元件1的构造相同，并因此将省略其说明。
如上所述，在本发明第九实施方案的摄像元件1中，栅极148被布置为延伸至在光电转换部101和第二电荷保持部102之间的区域以构成反射部形成构件130。因此，能够简化摄像元件1的构造。
<10.第十实施方案>
在上述第九实施方案的摄像元件1中，在形成伪栅极131和侧壁绝缘膜132之后，层叠第二电荷保持部102的栅极148以形成反射部形成构件130。另一方面，本发明第十实施方案的摄像元件1与第九实施方案的不同之处在于：在形成第二电荷保持部102的栅极之后形成伪栅极和侧壁绝缘膜。
[像素的截面构造]
图22是示出了根据本发明第十实施方案的像素的构造示例的截面图。与图21类似，该图是示出了像素100的构造示例的图。图中的像素100与图21所述的摄像元件1的不同之处在于：前者包括代替栅极148、伪栅极131和侧壁绝缘膜132的栅极147、伪栅极138和侧壁绝缘膜139。
类似于图21的栅极148，图中的栅极147是布置在从光电转换部101的附近到第二电荷保持部102的区域中的栅极。伪栅极138和侧壁绝缘膜139层叠在栅极147上。栅极147、伪栅极138和侧壁绝缘膜139构成反射部形成构件130。可以通过在反射部形成构件130上布置遮光膜157来形成反射部307。由于在布置栅极147之后布置伪栅极138和侧壁绝缘膜139，因此可以在不影响栅极147的形状的情况下布置伪栅极138和侧壁绝缘膜139。
除了上述构造之外的摄像元件1的构造与本发明第九实施方案所述的摄像元件1的构造相同，并因此将省略其说明。
如上所述，在本发明第十实施方案的摄像元件1中，在形成栅极147之后层叠伪栅极138和侧壁绝缘膜139。因此，伪栅极138可以布置在光电转换部101和第二电荷保持部102之间的任意位置，从而能够容易地调整反射部307的位置。
<11.第十一实施方案>
上述第一实施方案的摄像元件1包括第二电荷保持部102并且执行全局快门型摄像。另一方面，本发明第十一实施方案的摄像元件1与上述第一实施方案的不同之处在于：省略了第二电荷保持部102。
[像素的电路结构]
图23是示出了根据本发明第十一实施方案的像素的电路结构示例的图。与图2类似，该图是示出了像素100的配置的电路图。图中的像素100与图2的像素100的不同之处在于：省略了第二电荷保持部102以及MOS晶体管104和MOS晶体管105。该图中的信号线12由信号线TR、信号线RST和信号线SEL构成。光电转换部101的阴极连接至MOS晶体管103的源极。除了上述连接以外的连接与图2所述的像素100的连接相同，并因此省略其说明。
可以如下进行图中像素100的图像信号的生成。首先，将MOS晶体管106和MOS晶体管107导通以复位光电转换部101和第一电荷保持部分103。在预定曝光时间段后使MOS晶体管106导通，使得在光电转换部101中产生的电荷传输至第一电荷保持部103并保持在其中。从而，MOS晶体管108根据在第一电荷保持部103中保持的电荷产生图像信号。接下来，通过使MOS晶体管109导通，可以将由MOS晶体管108产生的图像信号输出至信号线12。针对像素阵列部10的各行依次执行从曝光开始到图像信号输出的过程。在这种情况下，通过针对各行偏移图像信号输出时序能够输出一帧的图像信号。
这种摄像方法称为滚动快门方法。由于针对各行的曝光时间会变化，因此与全局快门方法相比，会发生帧失真(焦平面失真)并且图像质量会下降。然而，可以省略第二电荷保持部102，并因此能够简化像素100的构造。
[像素的截面构造]
图24是示出了根据本发明第十一实施方案的像素的构造示例的截面图。与图4类似，该图是示出了像素100的构造示例的图。图中的像素100与图4所述的摄像元件1的不同之处在于：省略了第二电荷保持部102，包括代替遮光壁173和遮光壁174以及遮光膜170的遮光膜179，并且包括代替遮光膜150的遮光膜158。
由于图中的像素100不需要包含第二电荷保持部102，因此能够提高光电转换部101在像素100中的比例。遮光膜179在像素100的边界处布置在半导体基板110与绝缘膜180之间，并且屏蔽入射光。在半导体基板110的前表面侧可以布置有如图17所示的由伪栅极136和侧壁绝缘膜135构成的反射部形成构件130。通过与伪栅极136和侧壁绝缘膜135相邻地布置遮光膜158可以形成反射部308。反射部308布置在靠近光电转换部101的边界附近。
同时，像素100的构造不限于该示例。例如，与图18所述的伪栅极136类似，可以采用布置接触插塞164并且向其施加偏置电压的构造。此外，也可以采用包括图15所述的伪栅极134、接触壁部167和盖部168的构造。
由于除了上述构造之外的摄像元件1的构造与本发明第一实施方案所述的摄像元件1相同，因此将省略其说明。
如上所述，在本发明第十一实施方案的摄像元件1中，通过省略第二电荷保持部102可以简化像素100的构造。
<12.第十二实施方案>
在上述第十一实施方案的摄像元件1中，在所有像素100中布置有反射部形成构件130和反射部308。另一方面，本发明的第十二实施方案的摄像元件1与上述第十一实施方案的不同之处在于：在与具有长波长的入射光相对应的像素100中布置有反射部形成构件130和反射部。
[像素的截面构造]
图25是示出了根据本发明第十二实施方案的像素的构造示例的截面图。与图24类似，该图是示出了像素的构造示例的图。图中摄像元件1与图24的摄像元件1的不同之处在于：除了像素100之外，前者包括像素200。
与图24所述的像素100类似，图中像素100包括反射部形成构件130和反射部309。此外，在图中的像素100中布置有透射具有长波长的入射光的滤色器191。具体地，图中的像素100中布置有透射红光和红外光的滤色器191。这种具有长波长的光到达半导体基板110的深部以增加透射光的量。因此，通过布置反射部309能够防止灵敏度的劣化等。
同时，图中的像素200中布置有滤色器191，具有相对短的波长的入射光透过滤色器191。具体地，布置有通过其透射绿光及蓝光的滤色器191。这种光在半导体基板110的相对浅的区域中被吸收。因此，可以省略反射部。
同时，像素100的构造不限于该示例。例如，还可以使用其中布置有接触插塞164的构造或者包括伪栅极134、接触壁部167和盖部168的构造。
除了上述构造以外，摄像元件1的构造与本发明第十一实施方案所述的摄像元件1的构造是相同的，并因此将省略其说明。
如上所述，通过在本发明第十二实施方案的摄像元件1中省略与具有相对短波长的光相对应的像素的反射部形成构件130和反射部309，可以简化摄像元件1的构造。
同时，本发明第三实施方案的伪栅极的形状可以应用于其他实施方案。具体地，图13所述的伪栅极133的形状可以应用于图15、图17、图18、图20、图21，图22、图24和图25的伪栅极。
<13.相机应用的示例>
根据本发明的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，本技术可以实现为在诸如相机等摄像装置中安装的图像元件。
图26是示出了作为可以应用本技术的摄像装置的示例的相机的示意性构造示例的框图。图中相机1000包括透镜1001、摄像元件1002、摄像控制单元1003、透镜驱动单元1004、图像处理单元1005、操作输入单元1006、帧存储器1007、显示单元1008和记录单元1009。
透镜1001是相机1000的成像透镜。透镜1001聚集来自被摄体的光并且使聚集的光入射到稍后将述的摄像元件1002上以成像被摄体。
摄像元件1002是半导体元件，其对由透镜1001从被摄体聚集的光成像。响应于照射光，摄像元件1002产生模拟图像信号，将模拟图像信号转换成数字图像信号，并且输出该数字图像信号。
摄像控制单元1003控制摄像元件1002中的摄像。摄像控制单元1003通过产生控制信号来控制摄像元件1002并且将控制信号输出至摄像元件1002。此外，基于从摄像元件1002输出的图像信号，摄像控制单元1003可以在相机1000中执行自动对焦。这里，自动对焦是检测透镜1001的焦点位置，并且自动地调整焦点位置的系统。作为自动对焦，可以使用根据配置在摄像元件100的相位差像素检测图像表面相位差的方法来检测焦点位置(图像表面相位差自动对焦)。此外，也可以应用检测图像的对比度最大的位置作为焦点位置(对比度自动对焦)的方法。摄像控制单元1003根据检测到的焦点位置通过透镜驱动单元1004调整透镜1001的位置，并且进行自动对焦。同时，摄像控制单元1003可以构造为例如设置有固件的数字信号处理器(DSP)。
透镜驱动单元1004根据摄像控制单元1003的控制来驱动透镜1001。透镜驱动单元1004可以使用嵌入在其中的马达通过改变透镜1001的位置来驱动透镜1001。
图像处理单元1005处理由摄像元件1002生成的图像信号。例如，该处理对应于用于与针对各像素的红色、绿色和蓝色相对应的图像信号中生成省略颜色的图像信号的去马赛克、用于去除图像信号中噪声的降噪、图像信号编码等。例如，图像处理单元1005可以构造为设置有固件的微型计算机。
操作输入单元1006接收来自相机1000的用户的操作输入。例如，可以使用按钮或触摸面板作为操作输入单元1006。由操作输入单元1006接收的操作输入被传输至摄像控制单元1003和图像处理单元1005。然后，开始响应于输入操作的处理，例如，对被摄体摄像等处理。
帧存储器1007是存储作为与一个画面相对应的图像信号的帧的存储器。帧存储器1007由图像处理单元1005控制并且在图像处理的过程中保持帧。
显示单元1008显示由图像处理单元1005处理后的图像。例如，液晶面板可以用作显示单元1008。
记录单元1009记录由图像处理单元1005处理后的图像。例如，存储卡或硬盘可以用作记录单元1009。
上面已经说明了可以应用本发明的相机。本技术可以应用于上述组件中的摄像元件1002。具体地，可以将图1所述的摄像元件1应用于摄像元件1002。通过将摄像元件1应用于摄像元件1002，可以减少反射光对像素的影响，从而可以防止由相机1000产生的图像的图片质量的恶化。同时，图像处理单元1005是权利要求所述的处理电路的示例。相机1000是权利要求所述的摄像装置的示例。
同时，尽管这里已经将相机作为示例进行了说明，但是除此之外，根据本发明的技术可以应用于例如监控设备等。此外，除了诸如相机等电子设备之外，本发明还可以应用于半导体模块形式的半导体器件。具体地，根据本发明的技术还可以应用于摄像模块，摄像模块是其中图26的摄像元件1002和摄像控制单元1003被封装在单个封装中的的半导体模块。
最后，各个上述实施方案的说明是本发明的示例并且本发明不限于上述实施方案。因此，不必说，除了上述实施方案之外，在不脱离根据本发明的技术主旨的情况下，根据设计等可以进行各种变形。
此外，上述实施方案中的附图为示意图并且各部分的尺寸比例等不一定与实际一致。此外，不必说，附图包括附图之间尺寸关系和比例不同的部分。
本技术可以如下构成：
(1)一种摄像元件包括：
光电转换部，其形成在半导体基板中并且对入射光进行光电转换；
反射部，其布置在所述半导体基板的前表面中并且将经过所述光电转换部透射的透射光反射至所述光电转换部，所述半导体基板的所述前表面与所述入射光入射的表面不同，和
反射部形成构件，其具有与所述半导体基板的所述前表面相邻地布置的底表面和形成有所述反射部的侧面。
(2)根据(1)所述的摄像元件，还包括图像信号生成电路，其基于通过所述光电转换产生的电荷来生成图像信号。
(3)根据(2)所述的摄像元件，其中，所述反射部形成构件与布置在所述图像信号生成电路中的MOS晶体管的栅极同时形成。
(4)根据(2)所述的摄像元件，其中，所述反射部形成构件由布置在所述图像信号生成电路中的MOS晶体管的栅极形成。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的摄像元件，其中，所述反射部形成构件具有布置在所述侧面部分上的侧壁绝缘膜，并且
所述反射部形成为与所述侧壁绝缘膜相邻。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的摄像元件，其中，所述反射部布置在所述半导体基板中的所述光电转换部的边界附近。
(7)根据(6)所述的摄像元件，还包括形成为与所述反射部形成构件的上表面相邻的遮光膜以屏蔽所述透射光，所述上表面是与所述底表面相反的表面。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的摄像元件，还包括保持通过所述光电转换产生的电荷的电荷保持部。
(9)根据(8)所述的摄像元件，还包括布置在所述半导体基板中的所述光电转换部与所述电荷保持部之间的遮光壁。
(10)根据(9)所述的摄像元件，其中，所述遮光壁包括靠近所述半导体基板的所述前表面的开口部，并且
所述反射部布置在所述遮光壁的所述开口部附近。
(11)根据(10)所述的摄像元件，其中，所述反射部布置为从所述遮光壁的所述开口部朝向所述电荷保持部偏移。
(12)根据(1)至(11)中任一项所述的摄像元件，其中，通过层叠多个膜来形成所述反射部形成构件。
(13)根据(12)所述的摄像元件，还包括基于通过所述光电转换产生的电荷来生成图像信号的图像信号生成电路，
其中，所述反射部形成构件的所述多个膜中的任一者与所述图像信号生成电路的MOS晶体管的栅极同时形成。
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的摄像元件，其中，向所述反射部形成构件施加偏置电压。
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的摄像元件，其中，所述反射部形成构件的所述侧面形成为弯曲形状。
(16)根据(1)至(14)中任一项所述的摄像元件，其中，所述反射部形成构件包括具有锥形形状的截面的侧面。
(17)根据(1)至(14)中任一项所述的摄像元件，还包括滤色器，具有预定波长的入射光通过所述滤色器透射，
其中，所述光电转换部对通过所述滤色器透射的入射光进行光电转换。
(18)根据(17)所述的摄像元件，包括分别具有所述光电转换部和所述滤色器的多个像素，
其中，所述反射部和所述反射部形成构件布置在所述多个像素之中的布置有透过具有长波长的所述入射光的所述滤色器的像素中。
(19)根据(1)至(18)中任一项所述的摄像元件，其中，所述反射部由金属形成。
(20)一种摄像装置，包括：
光电转换部，其形成在半导体基板中并且对入射光进行光电转换；
反射部，其布置在所述半导体基板的前表面中并且将经过所述光电转换部透射的透射光反射至所述光电转换部，所述半导体基板的所述前表面与所述入射光入射的表面不同，和
反射部形成构件，其具有与所述半导体基板的前表面相邻地布置的底表面和形成有所述反射部的侧面，以及
处理电路，其对图像信号进行处理，所述图像信号是基于通过所述光电转换生成的电荷而产生的。
[附图标记列表]
1 摄像元件
10 像素阵列部
30 列信号处理单元
100、200 像素
101 光电转换部
102 第二电荷保持部
103 第一电荷保持部
104～109 MOS晶体管
110 半导体基板
111～117 半导体区域
121 栅极绝缘膜
122、180～182 绝缘膜
130 反射部形成构件
131、133、134、136～138 伪栅极
132、135、139、149 侧壁绝缘膜
141～148 栅极
150、152～158 遮光膜
151、169 绝缘层
160 配线区域
161、163 配线层
162、164 接触插塞
167 接触壁部
168 盖部
170、179 遮光膜
171 金属膜
172、173 遮光壁
174、175、311、321 开口部
191 滤色器
301～309 反射部分
1000 相机
1002 摄像元件
1005 图像处理单元

Claims (20)

1.一种摄像元件，包括：
光电转换部，其形成在半导体基板中并且对入射光进行光电转换；
反射部，其布置在所述半导体基板的前表面中并且将经过所述光电转换部透射的透射光反射至所述光电转换部，所述半导体基板的所述前表面与所述入射光入射的表面不同，和
反射部形成构件，其具有与所述半导体基板的所述前表面相邻地布置的底表面和形成有所述反射部的侧面。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，还包括图像信号生成电路，其基于通过所述光电转换产生的电荷来生成图像信号。
3.根据权利要求2所述的摄像元件，其中，所述反射部形成构件与布置在所述图像信号生成电路中的MOS晶体管的栅极同时形成。
4.根据权利要求2所述的摄像元件，其中，所述反射部形成构件由布置在所述图像信号生成电路中的MOS晶体管的栅极形成。
5.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述反射部形成构件具有布置在所述侧面部分上的侧壁绝缘膜，并且
所述反射部形成为与所述侧壁绝缘膜相邻。
6.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述反射部布置在所述半导体基板中的所述光电转换部的边界附近。
7.根据权利要求6所述的摄像元件，还包括形成为与所述反射部形成构件的上表面相邻的遮光膜以屏蔽所述透射光，所述上表面是与所述底表面相反的表面。
8.根据权利要求1所述的摄像元件，还包括保持通过所述光电转换产生的电荷的电荷保持部。
9.根据权利要求8所述的摄像元件，还包括布置在所述半导体基板中的所述光电转换部与所述电荷保持部之间的遮光壁。
10.根据权利要求9所述的摄像元件，其中，所述遮光壁包括靠近所述半导体基板的所述前表面的开口部，并且
所述反射部布置在所述遮光壁的所述开口部附近。
11.根据权利要求10所述的摄像元件，其中，所述反射部布置为从所述遮光壁的所述开口部朝向所述电荷保持部偏移。
12.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，通过层叠多个膜来形成所述反射部形成构件。
13.根据权利要求12所述的摄像元件，还包括基于通过所述光电转换产生的电荷来生成图像信号的图像信号生成电路，
其中，所述反射部形成构件的所述多个膜中的任一者与所述图像信号生成电路的MOS晶体管的栅极同时形成。
14.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，向所述反射部形成构件施加偏置电压。
15.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述反射部形成构件的所述侧面形成为弯曲形状。
16.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述反射部形成构件包括具有锥形形状的截面的侧面。
17.根据权利要求1所述的摄像元件，还包括滤色器，具有预定波长的入射光通过所述滤色器透射，
其中，所述光电转换部对通过所述滤色器透射的入射光进行光电转换。
18.根据权利要求17所述的摄像元件，包括分别具有所述光电转换部和所述滤色器的多个像素，
其中，所述反射部和所述反射部形成构件布置在所述多个像素之中的布置有透过具有长波长的所述入射光的所述滤色器的像素中。
19.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，所述反射部由金属形成。
20.一种摄像装置，包括：
光电转换部，其形成在半导体基板中并且对入射光进行光电转换；
反射部，其布置在所述半导体基板的前表面中并且将经过所述光电转换部透射的透射光反射至所述光电转换部，所述半导体基板的所述前表面与所述入射光入射的表面不同，和
反射部形成构件，其具有与所述半导体基板的前表面相邻地布置的底表面和形成有所述反射部的侧面，以及
处理电路，其对图像信号进行处理，所述图像信号是基于通过所述光电转换生成的电荷而产生的。
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