JP2018041810A5

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Publication number: JP2018041810A5
Application number: JP2016174001A
Authority: JP
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2036-09-06

Description

図２（ａ）、（ｂ）に示す例では、光導波路２０５および２０６の形状はそれぞれ、直方体と円柱である。複数の画素の配列方向に平行な面、つまりｘ−ｙ面に平行な光導波路断面２５５および２５６の形状は、図３（ａ）および図３（ｂ）で示すように、それぞれ正方形と円である。作製プロセス過程における制約や設計により、断面形状は変化させずにｚ位置に依存して光導波路の面積が変化する構造することも可能であるが、図２の例ではｚ位置に依らず、光導波路の断面積を一定とする。

次に、本発明の第１の実施形態における撮像素子について説明する。図４は、図１を参照して説明した副画素１０２ａ，１０２ｂを有する画素の概略構成を示す断面の模式図であり、画素中心を通りｚ−ｘ面に平行な断面を示している。ｐ型シリコン基板３０１表面付近に、副画素１０２ａ，１０２ｂに対応するｎ型の光電変換部３０２および３０３が設けられており、基板３０１上にＳｉＯｘからなる絶縁層３０４中にアルミニウムからなる電気配線部３０５が形成されている。これら電気配線部３０５は、光電変換部３０２，３０３に蓄積される電荷読み出しや、ゲート電圧制御などに用いられる。絶縁層３０４が取り囲む部分は、絶縁層よりも屈折率の高い材料である窒化珪素（ＳｉＮ）からなる光導波路３０６である。さらに上方（+ｚ）には、Ｒ，Ｇ，Ｂいずれかの波長帯域の光を透過させるカラーフィルタ３０７が、そして最上部にマイクロレンズ３０８が配されている。

図７は、光導波路３０６の、あるｚ位置におけるｘ−ｙ面に平行な断面内での、入射光と光導波路３０６の外周の一部との関係を表す図である。図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、入射光の波数ベクトル５０１と外周の交点５０６，５０７での光導波路３０６の辺（外周）がｘ方向に垂直な場合と、垂直ではない場合について表しており、それぞれの辺を５０４、５０５で表す。また、それぞれの場合について、入射光の波数ベクトルを矢印５０１、反射光の波数ベクトルを矢印５０２および５０３で表している。図７（ｂ）の場合、交点５０７での辺５０５の法線がｘ軸となす角度をθとすると、反射光の波数ベクトル５０３と入射光の波数ベクトル５０１は角度２θをなす。入射光の波数ベクトルのｘ成分をk_x0とすると、図７（ａ）の場合、入射光は正反射するため反射光の波数ベクトルは、−k_x0となる。これに対し、図７（ｂ）の場合は、斜めに反射することにより、反射光の波数ベクトルのｘ成分k_x’は、−k_x0cos2θとなり、大きさが小さくなる。このことにより、光導波路３０６の側面で反射した光のより多くが目標の光電変換部３０２，３０３へ到達することとなり、２つの光電変換部３０２，３０３でのクロストークを低減することが可能となる。

ここで、光導波路３０６の側壁とは、撮像面に平行な断面における外周をなす面である。光導波路３０６の側壁内部の屈折率を、光導波路３０６を取り囲む材料の屈折率よりも大きくすることにより、光導波路内部の光は光導波路３０６の側壁における全反射により、光導波路３０６内に閉じ込められて伝搬し、光電変換部へ達する。全反射を用いる場合、光導波路側壁をなす材料として吸収係数の小さなものを用いることにより、反射時の吸収損失を低減することが可能である。光導波路３０６の側壁内部をなす材料としては、例えば、窒化シリコン（SiN）、酸化チタン（TiO ₂ ）など、光導波路３０６の側壁外部をなす材料としては、二酸化珪素（SiO ₂ ）、一酸化珪素（SiO）などが挙げられるが、これらに限るものではない。

また、光導波路３０６の側壁が導波光に対して高反射率を呈する物質によりなる層で構成してもよい。光導波路３０６の側壁に、導波光に対する高反射率材料からなる反射層を設けることにより、光導波路３０６の側壁内部と外部の屈折率の大小関係によらず、光導波路３０６内部に光を導波できる。このような実施形態では、光導波路３０６内外の材料の選択自由度の向上や、作製プロセス上の制限を緩和することが可能である。光導波路の側壁の高反射層をなす材料としては、例えば、タングステン（W）、金（Au）、クロム（Cr）などが挙げられるが、これらに限るものではない。