JP2014086551A - 撮像装置及びカメラ - Google Patents

撮像装置及びカメラ Download PDF

Info

Publication number
JP2014086551A
JP2014086551A JP2012234067A JP2012234067A JP2014086551A JP 2014086551 A JP2014086551 A JP 2014086551A JP 2012234067 A JP2012234067 A JP 2012234067A JP 2012234067 A JP2012234067 A JP 2012234067A JP 2014086551 A JP2014086551 A JP 2014086551A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
imaging device
photoelectric conversion
semiconductor substrate
refractive index
conversion unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012234067A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014086551A5 (ja
Inventor
Takehiko Soda
岳彦 曽田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2012234067A priority Critical patent/JP2014086551A/ja
Priority to US14/046,491 priority patent/US9490289B2/en
Publication of JP2014086551A publication Critical patent/JP2014086551A/ja
Publication of JP2014086551A5 publication Critical patent/JP2014086551A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629Reflectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464Back illuminated imager structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14641Electronic components shared by two or more pixel-elements, e.g. one amplifier shared by two pixel elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685Process for coatings or optical elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462Coatings
    • H01L27/14621Colour filter arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627Microlenses

Abstract

【課題】撮像装置における混色を低減するための技術を提供する。
【解決手段】複数の光電変換部101を有する撮像装置は、入射光を受ける第1面と、第1面の反対側にある第2面とを有し、光電変換部101が配された半導体基板SUBと、半導体基板SUBの第2面の側にあり、光電変換部101の上に光電変換部101と少なくとも部分的に重なるように配置された第1非金属領域112と、第1非金属領域112の側面に接する第2非金属領域107とを備え、第1非金属領域112の屈折率は第2非金属領域107の屈折率よりも高い。
【選択図】図1

Description

本発明は撮像装置及びカメラに関する。
裏面照射型の撮像装置は一般に光電変換部の厚さが表面照射型の撮像装置よりも薄いので、撮像装置への入射光が光電変換部において十分に吸収されず、その一部が光電変換部を透過しうる。光電変換部を透過した光が配線層などで反射して他の画素の光電変換部へ到達した場合には、画素間で混色が発生しうる。このような混色を防止するために、特許文献1では、光電変換部の上にゲート絶縁膜を介して筒状の金属層を配置する構造を提案する。光電変換部を透過し、筒状の金属層の内側に進入した光は金属層の側面で反射する。このように金属層は隣接画素へ向かう光の遮断層として機能するので、画素間の混色が低減される。
特開2008−147333号公報
特許文献1の構造において、ある画素の光電変換部を透過し、隣接する画素に近づく方向に進む光が筒状の金属層の内側の側面で反射した場合に、この光は隣接する画素から遠ざかる方向に進むので、混色が発生する可能性は低くなる。しかし、ある画素の光電変換部を透過し、隣接する画素に近づく方向に進む光が筒状の金属層の底面で反射した場合に、この光は隣接する画素に近づく方向のまま進むので、再び半導体基板に進入した後に、隣接する画素の光電変換部に到達してしまう場合がある。このように、特許文献1の構造では十分に混色を低減できない。また、表面照射型の撮像装置においても、光電変換部を透過した光が反射して他の光電変換部に到達する可能性がある。そのため、表面照射型の撮像装置において、光電変換部を透過した光による混色を低減できないという課題がある。そこで、本発明は、撮像装置における混色を低減するための技術を提供することを目的とする。
上記課題に鑑みて、本発明の第1側面は、複数の光電変換部を有する撮像装置であって、入射光を受ける第1面と、前記第1面の反対側にある第2面とを有し、前記光電変換部が配された半導体基板と、前記半導体基板の前記第2面の側であって、前記光電変換部の上に前記光電変換部と少なくとも部分的に重なるように配置された第1非金属領域と、前記第1非金属領域の側面に接する第2非金属領域とを備え、前記第1非金属領域の屈折率は前記第2非金属領域の屈折率よりも高いことを特徴とする撮像装置を提供する。
本発明の第2側面は、複数の光電変換部を有する撮像装置であって、入射光を受ける第1面と、前記第1面の反対側にある第2面とを有し、前記光電変換部が配された半導体基板と、前記半導体基板の前記第2面の側であって、前記光電変換部の上に前記光電変換部と少なくとも部分的に重なるように配置された第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層の側面に接する第2絶縁層とを備え、前記第1の絶縁層の屈折率は前記第2絶縁層の屈折率よりも高いことを特徴とする撮像装置を提供する。
上記手段により、撮像装置における混色を低減するための技術が提供される。
本発明の実施形態の撮像装置の構造例を説明する図。 本発明の実施形態の撮像装置の製造方法例を説明する図。 本発明の実施形態の撮像装置の製造方法例を説明する図。 本発明の第1実施形態の変形例を説明する図。 本発明の第1実施形態の別の変形例を説明する図。 本発明の第1実施形態の別の変形例を説明する図。 本発明の第1実施形態の別の変形例を説明する図。 本発明の第1実施形態の別の変形例を説明する図。 本発明の第1実施形態の別の変形例を説明する図。 本発明の第1実施形態の別の変形例を説明する図。 本発明の第1実施形態の別の変形例を説明する図。 本発明の第1実施形態の別の変形例を説明する図。
添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。複数の実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。
図1を参照して本発明の第1実施形態に係る撮像装置100の構造を説明する。図1(a)は撮像装置100の一部分の平面図を示し、図1(b)は図1(a)のA−A線断面図を示す。図1(a)の平面図では、説明を明確にするために、一部の構成要素を省略している。撮像装置100は図1(b)に示されるように裏面照射型の撮像装置100であり、撮像装置100は図面下側からの入射光を受光して信号に変換しうる。本発明は、図1に示す撮像装置の構成に限られず、撮像装置であればどのような構成であっても適用可能である。
撮像装置100はアレイ状に配置された複数の画素を有し、図1(a)にはそのうちの4つの画素PXが示される。画素PXのそれぞれは、P型の半導体基板SUBに形成されたN型の半導体領域101を含み、この半導体領域101が光電変換部として機能しうる。例えば、半導体領域101は、隣接して配された反対導電型の半導体領域とともに、フォトダイオードを構成しうる。隣接して配された反対導電型の半導体領域は、半導体基板SUBに限らず、P型の半導体領域であればよい。
半導体基板SUBはN型の半導体領域であるフローティングディフュージョンFDをさらに有し、このフローティングディフュージョンFDは上下に隣接する2つの画素PXで共有される。画素PXは、フローティングディフュージョンFDと半導体領域101との間の領域を覆う位置に転送ゲート102を有しうる。転送ゲート102は例えばポリシリコンで形成される。転送ゲート102にはゲート線103が接続されており、ゲート線103に供給された駆動信号によって転送トランジスタが制御される。
フローティングディフュージョンFDはソースフォロアトランジスタSFに接続されており、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた信号がソースフォロアトランジスタSFから信号線に供給される。フローティングディフュージョンFDはリセットトランジスタRSにも接続されており、リセットトランジスタRSが導通状態になると、フローティングディフュージョンFDの電位がリセットされる。
半導体基板SUBは、トランジスタや光電変換部の周囲に、STI(shallow trench isolation)などの素子分離領域ISO及びP型のチャネルストップ領域104を有しうる。図1(a)の実線105はアクティブ領域と素子分離領域ISOとの間の境界を示す。撮像装置100はさらに、半導体基板SUBの光の入射側(図1(b)の下側)に、平坦化層106、カラーフィルタCF及びマイクロレンズMLを順に有しうる。
撮像装置100はさらに、半導体基板SUBの光の入射側とは反対側(図1(b)の上側)に、層間絶縁層107及び支持基板108を順に有しうる。層間絶縁層107は例えば酸化シリコンで形成されうる。撮像装置100は、層間絶縁層107内に、複数の配線層を有しうる。配線層は、アルミニウムや銅などで形成された配線パターン109と、TiN/Tiなどで形成されたバリアメタル110とを含みうる。半導体基板SUBに形成された回路素子は、タングステンなどで形成されたコンタクトプラグ111によって配線層に接続される。
撮像装置100は、層間絶縁層107内に高屈折率領域112(第1非金属領域)をさらに備えうる。高屈折率領域112は、各画素において、光電変換部として機能する半導体領域101の上に個別に配置される。高屈折率領域112は、少なくとも部分的に半導体領域101と重なるように配置される。つまり、半導体基板の光電変換部の表面に垂直に投影した射影が少なくとも部分的に重なる。高屈折率領域112は、絶縁体(第1絶縁層)であってもよい。高屈折率領域112の側面には層間絶縁層107(第2非金属領域)が接している。高屈折率領域112は周囲の層間絶縁層107のよりも屈折率が高い非金属材料で形成される。例えば、高屈折率領域112の材料として、シロキサン系樹脂やポリイミド等の有機材料や、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化チタン等の無機材料を用いる。高屈折率領域112の材料として、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウム等の金属酸化物含有樹脂を用いてもよい。これらの金属酸化物は、いずれも絶縁体(第2絶縁層)である。撮像装置100に入射した光のうち、半導体領域101を透過し、高屈折率領域112の底面(半導体基板SUB側の面)に入った光は、高屈折率領域112と層間絶縁層107との界面(高屈折率領域112の側面)で反射する。すなわち、高屈折率領域112は導光路として機能しうる。また、高屈折率領域112の側面を覆う層間絶縁層107も非金属領域であるので、高屈折率領域112の側面を金属で覆う場合と比較して、隣接画素へ向かう反射光を低減できる。
撮像装置100は、層間絶縁層107内に反射層113をさらに備えうる。反射層113はアルミニウムや銅などの金属で形成され、高屈折率領域112を透過した光を反射して光電変換部へ戻す。本実施形態では、反射層113は高屈折率領域112の上面全体と、高屈折率領域112の側面を覆う層間絶縁層107とを覆い、その結果として高屈折率領域112と層間絶縁層107との境界を覆う形状・位置に形成される。これにより、高屈折率領域112に入射した光を反射層113で効率よく反射できる。反射層113は配線パターン109の一部を構成してもよい。すなわち、撮像装置100の動作時に、反射層113に電流が流れたり、又は電圧が印加されたりする構成であってもよい。
図2および図3を参照して、図1の撮像装置100の製造方法の一例を説明する。図2および図3の各図は、図1(b)に対応する位置における断面図を示す。まず、図2(a)に示されるように、図1で説明した構造が形成された半導体基板SUBを準備する。この半導体基板SUBは既存の方法で形成できるので、その説明を省略する。半導体基板SUBは表(おもて)面FS(第1面)と、その反対側(第1面の反対側)にある裏面BS(第2面)とを有する。撮像装置100への入射光は半導体基板SUBの裏面BSから光電変換部へ入射する。
次に、図2(b)に示されるように、ポリシリコンなどを用いて転送ゲート102や他のトランジスタのゲートを形成する。図示していないが、転送ゲート102の下にはゲート絶縁膜が形成される。その後、転送ゲート102の上から半導体基板SUBの表面FSの側(第2面の側)に酸化シリコンをプラズマCVDで堆積して層間絶縁層107を成膜し、CMPで層間絶縁層107の上面を平坦化する。
次に、図2(c)に示されるように、層間絶縁層107の上にレジストパターン201を形成する。レジストパターン201は、コンタクトプラグ111のような半導体基板SUBに形成された回路素子に接続されるコンタクトプラグが形成されるべき位置を露出させ、その他の部分を被覆する。このレジストパターン201をマスクとして用いてエッチングを行い、層間絶縁層107の一部を除去して開口202を形成する。開口202は半導体基板SUBに到達し、開口202によって半導体基板SUBの表面FSの一部が露出する。
次に、図2(d)に示されるように、レジストパターン201を除去した後に、開口202にタングステンを埋め込む。これによって、開口202にコンタクトプラグ111が形成される。次に、図2(e)に示されるように、層間絶縁層107の上にレジストパターン203を形成する。レジストパターン203は、図1の高屈折率領域112が形成されるべき位置を露出させ、他の部分を被覆する。このレジストパターン203をマスクとして用いてエッチングを行い、層間絶縁層107の一部を除去して開口204を形成する。開口204は半導体基板SUBに到達し、開口204によって半導体基板SUBの表面FSの一部が露出する
次に、図3(a)に示されるように、レジストパターン203を除去した後に、開口204に上述の材料で高屈折率領域112を形成する。本実施形態では、高屈折率領域112が半導体基板SUBに接するように構成されるが、高屈折率領域112と半導体基板SUBとの間にエッチング停止層や反射防止層などを形成してもよい。
次に、図3(b)に示されるように、層間絶縁層107、コンタクトプラグ111及び高屈折率領域112の上にバリアメタル110を成膜し、反射層113を形成すべき位置にあるバリアメタル110をエッチングによって除去する。次に、図3(c)に示されるように、バリアメタル110の上およびバリアメタル110が除去された領域の上にアルミニウムなどの金属層301を形成する。次に、図3(d)に示されるように、金属層301およびバリアメタル110をエッチングして、第1層の配線パターン109及び反射層113をパターニングする。このように、配線パターン109のパターニング工程において、反射層113と並行してパターニングすることで、工数を低減できる。この例では、半導体基板SUBに最も近い配線層を形成するためのパターニング工程で反射層113を形成したが、他の配線層を形成するためのパターニング工程で反射層113を形成してもよい。その後、既存の方法を用いて他の構成要素を形成して、図1の撮像装置100を完成する。
続いて、図4から図12を参照して、第1実施形態に係る撮像装置100の変形例を説明する。以下に説明する変形例は相互に組み合わせることが可能である。以下に説明する変形例であっても撮像装置100と同様の効果が得られる。図4の撮像装置400では、各画素PXの半導体領域101がそれぞれ素子分離領域ISOによって覆われている点で撮像装置100とは異なる。図4(a)の実線401はアクティブ領域と素子分離領域ISOとの間の境界を示す。図4(b)は図4(a)の点線AAに沿った断面の模式図である。
図5の撮像装置500では、半導体領域101と高屈折率領域112との関係が撮像装置100とは異なる。図1に示された撮像装置100では、半導体基板SUBの表面FSにおいて半導体領域101が占める面積が高屈折率領域112の底面の面積よりも大きく、高屈折率領域112が半導体領域101の一部分のみを覆っている。そのため、層間絶縁層107(第2非金属領域)が半導体領域101の一部を覆っている。この構成では、反射層113で反射した光を半導体領域101に効率よく集光できる。一方、図5に示された撮像装置500では、半導体基板SUBの表面FSにおいて半導体領域101が占める面積が高屈折率領域112の底面の面積よりも小さく、高屈折率領域112が半導体領域101の全面と、その周辺部分とを覆っている。この構成では、半導体領域101を透過した光を高屈折率領域112に効率よく集光できる。
図6の撮像装置600では、高屈折率領域112と反射層113との関係が撮像装置100とは異なる。図1に示された撮像装置100では、高屈折率領域112の上面の面積が反射層113の底面の面積よりも小さく、反射層113の底面が半導体領域101の上面全体とその周辺部分とを覆っている。一方、図6に示された撮像装置600では、高屈折率領域112の上面の面積が反射層113の底面の面積よりも大きく、反射層113の底面が半導体領域101の上面の一部分のみを覆っている。
図7の撮像装置700、710は、高屈折率領域112の形状が図1の撮像装置100とは異なる。図1に示された撮像装置100では、高屈折率領域112の側面が半導体基板SUBの表面FSに直交している。つまり、高屈折率領域112の側面が半導体基板SUBの法線(第2面の法線)に対して傾いていない。一方、撮像装置700、710では、高屈折率領域112の側面が半導体基板SUBの表面FSの法線に対して傾斜している。具体的には、撮像装置700では、高屈折率領域112に、半導体基板SUBから離れるほど細くなるテーパーがついている。撮像装置710では、高屈折率領域112に、半導体基板SUBから離れるほど太くなる逆テーパーがついている。このように高屈折率領域112にテーパー又は逆テーパーをつけることによって、半導体領域101や反射層113が形状に制約を有する場合であっても、高屈折率領域112に効率よく集光できる。
図8の撮像装置800、810は、反射層113の位置が図1の撮像装置100とは異なる。図1に示された撮像装置100では、反射層113が最下位の配線層と同じ高さ(半導体基板SUBからの距離)に形成される。一方、図8に示された撮像装置800、810では、反射層113が何れの配線層とも異なる高さに形成される。具体的には、撮像装置800では、反射層113は最下位の配線層よりも下に形成される。撮像装置810では、反射層113は最上位の配線層よりも上に形成される。撮像装置800、810では、高屈折率領域112が反射層113まで延びているが、高屈折率領域112と反射層113との間に層間絶縁層107や他の部材が存在してもよい。
図9の撮像装置900、910は、反射層113を有していない点で図1の撮像装置100とは異なる。図1に示された撮像装置100は反射層113を有することにより、光電変換部を透過した光を光電変換部へ戻すことができ、光電変換部の感度が向上する。一方、図9に示された撮像装置900、910は最下位の配線層に反射層を有しないので、第1層の配線層に形成される配線パターン109の自由度が高まる。この変形例でも、撮像装置900のように高屈折率領域112が最下位の配線層まで形成されてもよいし、撮像装置910のように高屈折率領域112が最下位の配線層まで形成されてもよいし、配線層とは異なる高さまで形成されてもよい。反射層113を有していなくても、高屈折率領域112が導光路として機能することによって、隣接画素間の混色が低減される。
図10の撮像装置1000、1010は、高屈折率領域112の側面を覆う位置に層間絶縁層107とは異なる非金属の低屈折領域1001(第2非金属領域)を有する点で図1の撮像装置100とは異なる。低屈折領域1001は高屈折率領域112よりも屈折率が低ければどのような非金属材料で形成されてもよく、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、硼燐珪酸塩ガラスなどで形成されてもよい。低屈折領域1001はエアギャップとして形成されてもよい。エアギャップとして形成することにより、高屈折率領域112と低屈折領域1001との屈折率の差を大きくすることができる。エアギャップは、図3(a)の工程において、層間絶縁層107のうち高屈折率領域112の周囲にある部分をエッチングで除去して開口を形成することによって形成されうる。この開口に、気体が密閉され、エアギャップが形成される。この開口が真空状態とされてもよい。
撮像装置1000では、撮像装置100と同様に、層間絶縁層107とは異なる材料で高屈折率領域112が形成される。撮像装置1000では、層間絶縁層107と同じ材料で高屈折率領域112が形成される。言い換えると、層間絶縁層107の一部として高屈折率領域112が形成される。この場合に、図2(e)及び図3(a)を用いて説明した高屈折率領域112を形成するための工程が省略できる。
図11の撮像装置1100、1110は、特定の画素のみに高屈折率領域112及び反射層113を有する点で図1の撮像装置100とは異なる。撮像装置1100、1100の複数の画素PXは、青色成分を検出するための画素(以下、青色画素)、緑色成分を検出するための画素(以下、緑色画素)及び赤色成分を検出するための画素(以下、赤色画素)を含む。例えば、青色成分とは波長が430〜480nm程度の成分であり、緑色成分とは波長が500〜570nm程度の成分であり、赤色成分とは波長が610〜780nm程度の成分である。これらの画素は例えばベイヤ配列に従って配置されうる。青色光のような波長の短い光は半導体基板SUBでの吸収率が高く、半導体基板SUBを透過する青色光の光量は少ない。そのため、撮像装置1100では、赤色画素及び緑色画素のみに高屈折率領域112及び反射層113を配置し、青色画素には高屈折率領域112及び反射層113を配置しない。また、半導体基板SUBの厚さによっては、半導体基板SUBを透過する緑色光の光量も少ない。そこで、撮像装置1100では、赤色画素のみに高屈折率領域112及び反射層113を配置し、青色画素及び緑色画素には高屈折率領域112及び反射層113を配置しない。より一般的に、第1波長帯よりも短波長側である第2波長帯の光を検出するための光電変換部の上に高屈折率領域112及び反射層113を配置しないことで、配線層における配線パターンの自由度が高まる。
図12の撮像装置1200は、画素ごとに高屈折率領域112の位置が異なる点で図1の撮像装置100とは異なる。図12には撮像装置1200の有する画素アレイPAが示される。画素アレイPAは複数の画素を含み、例として5行5列の画素が配置されている。図12には光電変換部として機能する半導体領域101と、高屈折率領域112とだけが示される。撮像装置1200では、画素アレイPAにおける画素の位置に対応して、当該画素の半導体領域101(光電変換部)の中心から高屈折率領域112がずれて配置されている。例えば、画素アレイPA画素アレイPAの中央に位置する画素PXcでは、高屈折率領域112cは半導体領域101cの中央に位置する。画素アレイPAの左側に位置する画素PXlでは、高屈折率領域112lは半導体領域101lの左側にずれている。画素アレイPAの右側に位置する画素PXrでは、高屈折率領域112rは半導体領域101rの右側にずれている。画素アレイPAの上側に位置する画素PXuでは、高屈折率領域112uは半導体領域101uの上側にずれている。画素アレイPAの左上側に位置する画素PXulでは、高屈折率領域112ulは半導体領域101ulの左上側にずれている。このように、撮像装置1200に含まれる画素PXは、画素アレイPAの中央からみた方向に、高屈折率領域112が半導体領域101に対してずれて配置される。このずれ量は、画素アレイPAの中央から遠くにある画素ほど大きくてもよい。このように配置することによって、画素アレイPAの外縁付近に配置された画素に対して斜めに入射する光を効率よく高屈折率領域112に集光できる。
以下、上記の各実施形態に係る撮像装置の応用例として、この撮像装置が組み込まれたカメラについて例示的に説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に有する装置(例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末等)も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る撮像装置と、この撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部とを含む。この信号処理部は、例えば、A/D変換器と、このA/D変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサとを含みうる。

Claims (16)

  1. 複数の光電変換部を有する撮像装置であって、
    入射光を受ける第1面と、前記第1面の反対側にある第2面とを有し、前記光電変換部が配された半導体基板と、
    前記半導体基板の前記第2面の側であって、前記光電変換部の上に前記光電変換部と少なくとも部分的に重なるように配置された第1非金属領域と、
    前記第1非金属領域の側面に接する第2非金属領域とを備え、
    前記第1非金属領域の屈折率は前記第2非金属領域の屈折率よりも高いことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記第1非金属領域の上に反射層をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記反射層は、前記第1非金属領域と前記第2非金属領域との境界を覆うことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
  4. 前記撮像装置は前記半導体基板の前記第2面の側に配線パターンを備え、
    前記反射層は、前記配線パターンのパターニング工程において並行してパターニングされることを特徴とする請求項2又は3に記載の撮像装置。
  5. 前記反射層は、前記配線パターンの一部であることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
  6. 前記撮像装置は前記半導体基板の前記第2面の側に配線パターンを備え、
    前記反射層と、前記配線パターンとは、前記半導体基板の前記第2面から異なる高さに位置することを特徴とする請求項2又は3に記載の撮像装置。
  7. 前記撮像装置は前記半導体基板の前記第2面の側に、前記第2面からの高さが互いに異なる複数の配線パターンを備え、
    前記反射層は、前記複数の配線パターンのうち最も低い配線パターンよりも前記半導体基板の近くに位置することを特徴とする請求項2又は3に記載の撮像装置。
  8. 前記第1非金属領域の側面は、前記半導体基板の前記第2面の法線に対して傾斜していることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の撮像装置。
  9. 前記第1非金属領域は、前記光電変換部とその周囲の領域との境界を覆うことを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の撮像装置。
  10. 前記光電変換部は、前記第2非金属領域によって覆われる部分を有することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の撮像装置。
  11. 前記複数の光電変換部は、第1波長帯の光を検出するための光電変換部と、前記第1波長帯より短波長側である第2波長帯の光を検出するための光電変換部とを含み、
    前記第1非金属領域は、前記第1波長帯の光を検出するための光電変換部の上に位置し、前記第2波長帯の光を検出するための光電変換部の上に配置されないことを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の撮像装置。
  12. 前記撮像装置は前記半導体基板の前記第2面の側に配線パターンを備え、
    前記第2非金属領域は、前記半導体基板と前記配線パターンとの間に位置する層間絶縁層であることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の撮像装置。
  13. 前記第2非金属領域はエアギャップであることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の撮像装置。
  14. 前記複数の画素における画素の位置に対応して、当該画素の光電変換部の中心から高屈折率領域がずれて配置されることを特徴とする請求項1乃至13の何れか1項に記載の撮像装置。
  15. 複数の光電変換部を有する撮像装置であって、
    入射光を受ける第1面と、前記第1面の反対側にある第2面とを有し、前記光電変換部が配された半導体基板と、
    前記半導体基板の前記第2面の側であって、前記光電変換部の上に前記光電変換部と少なくとも部分的に重なるように配置された第1絶縁層と、
    前記第1絶縁層の側面に接する第2絶縁層とを備え、
    前記第1絶縁層の屈折率は前記第2絶縁層の屈折率よりも高いことを特徴とする撮像装置。
  16. 請求項1乃至15の何れか1項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置からの信号を処理する信号処理装置とを備えることを特徴とするカメラ。
JP2012234067A 2012-10-23 2012-10-23 撮像装置及びカメラ Pending JP2014086551A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012234067A JP2014086551A (ja) 2012-10-23 2012-10-23 撮像装置及びカメラ
US14/046,491 US9490289B2 (en) 2012-10-23 2013-10-04 Image sensing device and camera

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012234067A JP2014086551A (ja) 2012-10-23 2012-10-23 撮像装置及びカメラ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014086551A true JP2014086551A (ja) 2014-05-12
JP2014086551A5 JP2014086551A5 (ja) 2015-12-03

Family

ID=50485007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012234067A Pending JP2014086551A (ja) 2012-10-23 2012-10-23 撮像装置及びカメラ

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9490289B2 (ja)
JP (1) JP2014086551A (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014120610A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Olympus Corp 固体撮像素子
WO2016063727A1 (ja) * 2014-10-20 2016-04-28 ソニー株式会社 固体撮像素子及び電子機器
WO2018116697A1 (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
JP2020068289A (ja) * 2018-10-24 2020-04-30 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム、移動体、および積層用の半導体チップ
CN112310132A (zh) * 2019-07-26 2021-02-02 佳能株式会社 半导体装置和使用物体识别的设备
WO2021215337A1 (ja) * 2020-04-20 2021-10-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子機器
US11902704B2 (en) 2016-05-30 2024-02-13 Sony Corporation Apparatus and method for video-audio processing, and program for separating an object sound corresponding to a selected video object

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6161258B2 (ja) 2012-11-12 2017-07-12 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびその製造方法ならびにカメラ
JP6162999B2 (ja) 2013-04-15 2017-07-12 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびカメラ
JP2014225536A (ja) 2013-05-15 2014-12-04 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びカメラ
JP6541361B2 (ja) 2015-02-05 2019-07-10 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP2016201397A (ja) * 2015-04-07 2016-12-01 ソニー株式会社 固体撮像素子および電子機器
US9768213B2 (en) 2015-06-03 2017-09-19 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image sensor and camera
US10014333B2 (en) * 2015-08-26 2018-07-03 Semiconductor Components Industries, Llc Back-side illuminated pixels with interconnect layers
JP6738200B2 (ja) 2016-05-26 2020-08-12 キヤノン株式会社 撮像装置
WO2020045278A1 (en) 2018-08-31 2020-03-05 Canon Kabushiki Kaisha Imaging device with motion dependent pixel binning
CN109524428B (zh) * 2018-11-13 2020-09-25 上海奕瑞光电子科技股份有限公司 X射线探测单元、探测器及探测系统
US11961854B2 (en) * 2020-12-29 2024-04-16 Sywe Neng Lee Semiconductor device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006261372A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Sony Corp 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法および画像撮影装置
JP2008147333A (ja) * 2006-12-08 2008-06-26 Sony Corp 固体撮像装置、その製造方法および撮像装置
US20100203665A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of manufacturing an image sensor having an air gap
US20110241145A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-06 Victor Lenchenkov Backside illumination image sensors with reflective light guides

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5810575B2 (ja) 2011-03-25 2015-11-11 ソニー株式会社 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器
US8680454B2 (en) * 2011-12-01 2014-03-25 Omnivision Technologies, Inc. Backside-illuminated (BSI) pixel including light guide

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006261372A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Sony Corp 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法および画像撮影装置
JP2008147333A (ja) * 2006-12-08 2008-06-26 Sony Corp 固体撮像装置、その製造方法および撮像装置
US20100203665A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of manufacturing an image sensor having an air gap
US20110241145A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-06 Victor Lenchenkov Backside illumination image sensors with reflective light guides

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014120610A (ja) * 2012-12-17 2014-06-30 Olympus Corp 固体撮像素子
WO2016063727A1 (ja) * 2014-10-20 2016-04-28 ソニー株式会社 固体撮像素子及び電子機器
US10236311B2 (en) 2014-10-20 2019-03-19 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging element and electronic device to improve quality of an image
US11902704B2 (en) 2016-05-30 2024-02-13 Sony Corporation Apparatus and method for video-audio processing, and program for separating an object sound corresponding to a selected video object
WO2018116697A1 (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
JP2020068289A (ja) * 2018-10-24 2020-04-30 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム、移動体、および積層用の半導体チップ
US11843014B2 (en) 2018-10-24 2023-12-12 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion apparatus having metal portion, imaging system, movable body, and semiconductor chip for stacking
CN112310132A (zh) * 2019-07-26 2021-02-02 佳能株式会社 半导体装置和使用物体识别的设备
US11417694B2 (en) 2019-07-26 2022-08-16 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor device and equipment
WO2021215337A1 (ja) * 2020-04-20 2021-10-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
US20140111663A1 (en) 2014-04-24
US9490289B2 (en) 2016-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014086551A (ja) 撮像装置及びカメラ
US10361231B2 (en) Image capturing apparatus, manufacturing method thereof, and camera
US9437635B2 (en) Solid-state image sensor, method of manufacturing the same and camera
JP5468133B2 (ja) 固体撮像装置
JP5814626B2 (ja) 光電変換装置及び光電変換装置の製造方法
JP2009021415A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法
JP5241902B2 (ja) 半導体装置の製造方法
US9136295B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR102578569B1 (ko) 후면 조사형 이미지 센서 및 그 제조 방법
US9030587B2 (en) Solid-state image sensor with light-guiding portion
US8786044B2 (en) Photoelectric conversion device and imaging system
KR102610588B1 (ko) 이미지 센서 및 이미지 센서 형성 방법
JP2012164944A (ja) 固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法
KR102581170B1 (ko) 후면 조사형 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR20140075898A (ko) 이미지센서 및 그 제조 방법
US9276026B1 (en) Image sensor and manufacturing method thereof
US20160156817A1 (en) Manufacturing method of imaging apparatus, imaging apparatus, and imaging system
JP2017011207A (ja) 固体撮像装置および遮光方法
KR102551483B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
JP2007201047A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法
JP2014086514A (ja) 撮像装置、その製造方法及びカメラ
JP2014086515A (ja) 撮像装置、その製造方法及びカメラ
JP6087681B2 (ja) 固体撮像装置及び撮像システム
US20220223635A1 (en) Semiconductor device including image sensor and method of forming the same
US20220231066A1 (en) Trench isolation structure for image sensors

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151020

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151020

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160804

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160812

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161005

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170317