JP2020027884A - 固体撮像装置及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】同一基板内に可視光用の画素と近赤外光用の画素を形成した場合において、近赤外光用の画素に起因する混色の抑制と、可視光用の画素の飽和電荷量の確保とを両立することができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】基板と、基板に形成された第１〜第３光電変換部と、第１及び第２光電変換部の光入射面側に選択的に配置された赤外吸収フィルタと、第１〜第３光電変換部の光入射面側にそれぞれ配置された第１〜第３カラーフィルタと、第１光電変換部と第２光電変換部の間に配置された第１素子分離部と、第２光電変換部と第３光電変換部の間に配置された第２素子分離部とを備え、第１光電変換部と第２光電変換部が並ぶ方向に沿った第１素子分離部の断面積が、第２光電変換部と第３光電変換部が並ぶ方向に沿った第２素子分離部の断面積より大きい。【選択図】図６

Description

本開示に係る技術（本技術）は、固体撮像装置及び電子機器に関する。
従来、カラー画像と近赤外画像とを同時に取得可能な固体撮像装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１では、同一の基板（チップ）に可視光用の光電変換部（画素）と近赤外光用の光電変換部（画素）が形成されている。隣接する画素間は溝部に埋め込まれた素子分離部により電気的に分離され、隣接する画素間の混色が抑制されている。一般的に、可視光用の画素特性としては、感度、画素容量（飽和電荷量）、混色抑制を満たす必要がある。一方、近赤外光用の画素特性としては、量子効率及び混色抑制を満たす必要がある。
特開２０１７−１３９２８６号公報
近赤外光は可視光と比較した場合、基板を構成するシリコン（Ｓｉ）の吸収係数が低いため、Ｓｉ受光面から深い奥行きでも光電変換する。このため、素子分離部を、溝部に酸化膜を埋め込んで構成した場合には、近赤外光に対する遮光性能が低いため、近赤外光が近赤外光用の画素から素子分離部を介して隣接する画素へ漏れ易く、混色を生じ易い。
一方、素子分離部を、溝部に酸化膜及び金属膜を埋め込んで構成した場合には、近赤外光に対しても遮光能力が高いため、近赤外光の画素に起因した混色を抑制することができる。しかし、素子分離部を溝部内に酸化膜と金属膜の両方を埋め込んで構成するため、素子分離部の幅が広くなる。この結果、可視光用の画素におけるフォトダイオードの体積が減少して、飽和電荷量が減少するという課題がある。
本技術は、同一基板内に可視光用の画素と近赤外光用の画素を形成した場合において、近赤外光用の画素に起因する混色の抑制と、可視光用の画素の飽和電荷量の確保とを両立することができる固体撮像装置及び電子機器を提供することを目的とする。
本技術の一態様に係る固体撮像装置は、基板と、基板に形成された第１光電変換部と、基板に形成され、第１光電変換部に隣接する第２光電変換部と、基板に形成され、第２光電変換部に隣接する第３光電変換部と、第１光電変換部及び第２光電変換部の光入射面側に選択的に配置された赤外吸収フィルタと、第１光電変換部の光入射面側に配置された第１カラーフィルタと、第２光電変換部の光入射面側に配置された第２カラーフィルタと、第３光電変換部の光入射面側に配置された第３カラーフィルタと、第１光電変換部と第２光電変換部の間に配置された第１素子分離部と、第２光電変換部と第３光電変換部の間に配置された第２素子分離部とを備え、第１光電変換部と第２光電変換部が並ぶ方向に沿った第１素子分離部の断面積が、第２光電変換部と第３光電変換部が並ぶ方向に沿った第２素子分離部の断面積より大きい。
本技術の電子機器は、基板と、基板に形成された第１光電変換部と、基板に形成され、第１光電変換部に隣接する第２光電変換部と、基板に形成され、第２光電変換部に隣接する第３光電変換部と、第１光電変換部及び第２光電変換部の光入射面側に選択的に配置された赤外吸収フィルタと、第１光電変換部の光入射面側に配置された第１カラーフィルタと、第２光電変換部の光入射面側に配置された第２カラーフィルタと、第３光電変換部の光入射面側に配置された第３カラーフィルタと、第１光電変換部と第２光電変換部の間に配置された第１素子分離部と、第２光電変換部と第３光電変換部の間に配置された第２素子分離部とを備える固体撮像装置と、被写体からの号に信号処理を行う信号処理回路とを備え、第１光電変換部と第２光電変換部が並ぶ方向に沿っ光を固体撮像装置の撮像面上に結像させる光学レンズと、固体撮像装置から出力される信た第１素子分離部の断面積が、第２光電変換部と第３光電変換部が並ぶ方向に沿った第２素子分離部の断面積より大きい。
本技術によれば、同一基板内に可視光用の画素と近赤外光用の画素を形成した場合において、近赤外光用の画素に起因する混色の抑制と、可視光用の画素の飽和電荷量の確保とを両立することができる固体撮像装置及び電子機器を提供することができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果であってもよい。なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
図１は、本技術の第１実施形態に係る電子機器の概略構成図である。 図２は、デュアルパスフィルタの分光透過率の模式的なグラフである。 図３は、カラーフィルタの分光透過率の模式的なグラフである。 図４は、本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。 図５は、本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置の画素領域の平面図である。 図６は、本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置の画素領域の要部断面図である。 図７は、第１比較例に係る固体撮像装置の画素領域の要部断面図である。 図８は、第２比較例に係る固体撮像装置の画素領域の要部断面図である。 図９は、本技術の第２実施形態に係る固体撮像装置の画素領域の要部断面図である。 図１０は、本技術の第３実施形態に係る固体撮像装置の画素領域の要部断面図である。 図１１は、本技術の第４実施形態に係る固体撮像装置の画素領域の要部断面図である。 図１２は、本技術の第５実施形態に係る固体撮像装置の画素領域の要部断面図である。 図１３は、本技術の第６実施形態に係る固体撮像装置の画素領域の要部断面図である。 図１４は、本技術の第７実施形態に係る固体撮像装置の画素領域の平面図である。 図１５は、本技術の第８実施形態に係る固体撮像装置の画素領域の要部断面図である。 図１６は、本技術の第９実施形態に係る固体撮像装置の画素領域の要部断面図である。
以下において、図面を参照して本技術の第１〜第９実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
（第１実施形態）
＜電子機器及び固体撮像装置＞
本技術の第１実施形態に係る電子機器（カメラシステム）１は、図１に模式的に示すように、被写体５００に対して近赤外光を照射する近赤外光源部４００と、被写体５００の像を結像するための光学部（撮像レンズ）２００と、光学部２００を介して光が入射するデュアルパスフィルタ６０と、デュアルパスフィルタ６０を介して光が入射する固体撮像装置１００と、固体撮像装置１００からの信号を処理する信号処理部３００とを備える。
近赤外光源部４００は、所定の波長範囲の近赤外光を被写体５００に照射する。近赤外光源部４００による発光波長は、適宜設定可能である。近赤外光源部４００は、近赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）等で構成することができる。光学部２００には、近赤外光を含む環境光と、近赤外光源部４００からの所定の波長範囲の近赤外光とに基づく、被写体５００からの反射光が入射する。
デュアルパスフィルタ６０は、可視光と所定の波長範囲の近赤外光とに透過帯を有する。デュアルパスフィルタ６０は、例えば６５０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長領域をカットオフ帯吸収層で吸収し、近赤外域の透過帯の分光特性を誘電体多層膜で制御した構成のフィルタである。図２は、デュアルパスフィルタ６０の分光透過率の模式的なグラフを示す。図２では、デュアルパスフィルタ６０の近赤外側の透過帯の中心を８５０ｎｍ、幅を８０ｎｍ程度に設定した場合を例示する。なお、デュアルパスフィルタ６０の近赤外側の透過帯は適宜設定可能である。
図１に示した固体撮像装置１００は、光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒと、光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒの光入射面側に配置された赤外吸収フィルタ（赤外吸収膜）４０と、赤外吸収フィルタ４０の光入射面側に配置されたカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０ＩＲ，５０Ｒを含む。固体撮像装置１００は、例えばメガピクセルの構成であるが、説明の便宜のため、図１では一群の単位となる４つの画素に対応する光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒを示している。光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒは、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒと、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲを含む。可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒは、緑色用の光電変換部２０Ｇと、青色用の光電変換部２０Ｂと、赤色用の光電変換部２０Ｒとを含む。
カラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０ＩＲ，５０Ｒは、可視光用のカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０Ｒと、近赤外光用のカラーフィルタ５０ＩＲを含む。可視光用のカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０Ｒは、緑色用のカラーフィルタ５０Ｇと、青色用のカラーフィルタ５０Ｂと、赤色用のカラーフィルタ５０Ｒとを含む。緑色用のカラーフィルタ５０Ｇは、緑色用の光電変換部２０Ｇに対応して配置され、緑色の透過帯を有する。青色用のカラーフィルタ５０Ｂは、青色用の光電変換部２０Ｂに対応して配置され、青色の透過帯を有する。赤色用のカラーフィルタ５０Ｒは、赤色用の光電変換部２０Ｒに対応して配置され、赤色の透過帯を有する。近赤外光用のカラーフィルタ５０ＩＲは、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに対応して配置され、所定の波長範囲の近赤外光の透過帯を有する。なお、図１のカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０ＩＲ，５０Ｒに付した「Ｇ」「Ｂ」「ＩＲ」「Ｒ」の文字は、それぞれ緑色光、青色光、近赤外光、赤色光を透過する意味である。
図３は、カラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０ＩＲ，５０Ｒの分光透過率の模式的なグラフを示す。図３に示すように、市場で入手可能なカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０ＩＲ，５０Ｒは、概ね、８００ｎｍより長波長側に略１００％の透過率を示す。即ち、赤色用のカラーフィルタ５０Ｒを透過した光は、赤色の可視光に加えて所定の波長範囲の近赤外光も含む。緑色用のカラーフィルタ５０Ｇを透過した光は、緑色の可視光に加えて所定の波長範囲の近赤外光も含む。青色用のカラーフィルタ５０Ｂを透過した光は、青色の可視光に加えて所定の波長範囲の近赤外光も含む。
そのため、可視光用のカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０Ｒを透過した光に含まれる近赤外光の成分を、図１に示した赤外吸収フィルタ４０により吸収する。赤外吸収フィルタ４０は、可視光用のカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０Ｒ及び可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒに対応して選択的に配置されている。赤外吸収フィルタ４０による近赤外光の吸収帯は、デュアルパスフィルタ６０の近赤外光の透過帯を含んでよい。図１の赤外吸収フィルタ４０に付した「ＩＲＡ」の文字は、近赤外光吸収の意味である。
可視光用のカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０Ｒを透過した光は、赤外吸収フィルタ４０により近赤外光の成分が吸収されて、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒに達し、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒで光電変換が行われる。これにより、被写体５００の反射光のうち、緑色、青色、赤色の強度に応じた信号が、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒから出力される。
一方、近赤外光用のカラーフィルタ５０ＩＲを透過した近赤外光は、赤外吸収フィルタ４０を介さずに近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに達し、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲで光電変換が行われる。これにより、被写体５００の反射光のうち、近赤外の強度に応じた信号が、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから出力される。信号処理部３００は、固体撮像装置１００からの信号を処理することにより、カラー画像と近赤外画像とを同時に取得することができる。
次に、固体撮像装置１００の詳細の一例を説明する。固体撮像装置１００は、図４に示すように、基板２と、基板２に形成された画素領域４と、垂直駆動回路５と、カラム信号処理回路６と、水平駆動回路７と、出力回路８と、制御回路９とを備える。
画素領域４は、２次元マトリクス状に配列された複数の画素３を有する。複数の画素３のそれぞれは、図１に示した複数の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒと、複数の画素トランジスタ（不図示）とを有している。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ及び増幅トランジスタの４つのトランジスタを採用できる。或いは、選択トランジスタを除いた３つのトランジスタを採用してもよい。
垂直駆動回路５は、例えばシフトレジスタで構成される。垂直駆動回路５は、画素駆動配線１０を順次選択し、選択した画素駆動配線１０に画素３を駆動するためのパルスを供給し、各画素３を行単位で駆動する。即ち、垂直駆動回路５は、画素領域４の各画素３を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素３の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒで生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線１１を通してカラム信号処理回路６に供給する。
カラム信号処理回路６は、例えば、画素３の列毎に配置されており、１行分の画素３から出力される信号を画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路６は、画素固有の固定パターンノイズを除去するための相関２重サンプリング（ＣＤＳ）及びアナログ・デジタル（ＡＤ）変換等の信号処理を行う。
水平駆動回路７は、例えばシフトレジスタで構成される。水平駆動回路７は、水平走査パルスをカラム信号処理回路６に順次出力して、カラム信号処理回路６を順番に選択し、選択したカラム信号処理回路６に、信号処理が行われた画素信号を水平信号線１２に出力させる。
出力回路８は、カラム信号処理回路６の各々から水平信号線１２を通して、順次に供給される画素信号に対し信号処理を行って出力する。
制御回路９は、垂直同期信号、水平同期信号、及びマスタクロック信号に基づいて、垂直駆動回路５、カラム信号処理回路６、及び水平駆動回路７等の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路９は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路５、カラム信号処理回路６、及び水平駆動回路７等に出力する。
図１に示した固体撮像装置１００の画素領域４の平面図を図５に示す。図５に示すように、複数の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒがモザイク状に配列されている。図５では模式的に、赤色用の光電変換部２０Ｒに「Ｒ」、青色用の光電変換部２０Ｂに「Ｂ」、緑色用の光電変換部２０Ｇに「Ｇ」、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに「ＩＲ」の文字をそれぞれ付している。例えば、２×２の４つの光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒが、図４に示した１つの画素３を構成する。なお、光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒの配列パターンは図５の場合に限定されず、種々の配列パターンが採用可能である。
図５では、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒと、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲとが行方向及び列方向に等ピッチで配列されている場合を例示する。光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒは、素子分離部３１により電気的に素子分離されている。素子分離部３１は、各光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒを取り囲むように格子状に形成されている。素子分離部３１により区画される可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの開口面積は、素子分離部３１により区画される近赤外光用の光電変換部２０ＩＲの開口面積よりも広く設定されている。
図５の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒを通る一点鎖線の曲線部分を垂直方向に切断した断面をＡ−Ａ方向から見た断面図を図６に示す。図６の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒを通るＢ−Ｂ方向の水平面の平面図が図５に対応する。なお、図６に示すように、光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒが実際に一列に配列されていてもよい。
図６では、固体撮像装置１００として、裏面照射型のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを例示する。以下、固体撮像装置１００の各部材の光入射面側（図６の上側）の面を「裏面」と呼び、固体撮像装置１００の各部材の光入射面側とは反対側（図６の下側）の面を「表面」と呼ぶ。
図６では、固体撮像装置１００の光入射面（裏面）側に配置されたデュアルパスフィルタ６０も例示している。なお、デュアルパスフィルタ６０は、固体撮像装置１００の要素に含めてもよい。デュアルパスフィルタ６０は、図２に示すように可視光と所定の波長範囲の近赤外光とに透過帯を有する。デュアルパスフィルタ６０は、例えば可視光と近赤外光との境界域（カットオフ帯）を吸収するカットオフ帯吸収層と、近赤外域の透過帯を制御する、数十層〜百数十層程度の誘電体多層膜とで構成することができる。カットオフ帯は例えば波長６５０ｎｍ〜７５０ｎｍ程度である。カットオフ帯吸収層は、周知の顔料や染料を色素として用いることができる。例えば、カットオフ帯吸収層は、スクアリリウム系化合物、フタロシアニン系化合物、シアニン系化合物等の化合物を色素として含む。
固体撮像装置１００の基板２には、光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒが形成されている。図６では、緑色用の光電変換部２０Ｇが青色用の光電変換部２０Ｂに隣接し、青色用の光電変換部２０Ｂが近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに隣接し、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲが赤色用の光電変換部２０Ｒに隣接する場合を例示している。
基板２としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板を使用できる。光電変換部２０Ｇは、ｎ型半導体領域２１ａと、基板２の表面側に設けられたｐ型半導体領域２２ａとを有しており、ｐ型半導体領域２２ａとｎ型半導体領域２１ａとでフォトダイオードが構成されている。光電変換部２０Ｂは、ｎ型半導体領域２１ｂと、基板２の表面側に設けられたｐ型半導体領域２２ｂとを有しており、ｐ型半導体領域２２ｂとｎ型半導体領域２１ｂとでフォトダイオードが構成されている。光電変換部２０ＩＲは、ｎ型半導体領域２１ｃと、基板２の表面側に設けられたｐ型半導体領域２２ｃとを有しており、ｐ型半導体領域２２ｃとｎ型半導体領域２１ｃとでフォトダイオードが構成されている。光電変換部２０Ｒは、ｎ型半導体領域２１ｄと、基板２の表面側に設けられたｐ型半導体領域２２ｄとを有しており、ｐ型半導体領域２２ｄとｎ型半導体領域２１ｄとでフォトダイオードが構成されている。なお、光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒのそれぞれにおいて、基板２の裏面側にもｐ型半導体領域を更に設けて、そのｐ型半導体領域とｎ型半導体領域２１ａ〜２１ｄとでフォトダイオードをそれぞれ構成してもよい。
光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒでは、入射された光の光量に応じた信号電荷が生成され、生成された信号電荷がｎ型半導体領域２１ａ〜２１ｄに蓄積される。基板２の界面で発生する暗電流の原因となる電子は、基板２に形成されたｐ型半導体領域２２ａ〜２２ｄの多数キャリアである正孔に吸収されることで、暗電流が抑制される。基板２の表面側であって、光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒの間には、ｐウェル領域２３が形成されている。ｐウェル領域２３には、フローティングディフュージョン部（不図示）等が形成されている。
図５に示した素子分離部３１は、図６に示すように、光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒの間に設けられた素子分離部３１ａ〜３１ｅを有する。素子分離部３１ａは、図示を省略した青色用の光電変換部と、緑色用の光電変換部２０Ｇとの間に配置されている。素子分離部３１ｂは、緑色用の光電変換部２０Ｇと、青色用の光電変換部２０Ｂの間に配置されている。素子分離部３１ｃは、青色用の光電変換部２０Ｂと、赤外光用の光電変換部２０ＩＲとの間に配置されている。素子分離部３１ｄは、赤外光用の光電変換部２０ＩＲと、赤色用の光電変換部２０Ｒとの間に配置されている。素子分離部３１ｅは、赤色用の光電変換部２０Ｒと、図６の左側に示した緑色用の光電変換部２０Ｇとの間に配置されている。
素子分離部３１ａ〜３１ｅは、基板２の裏面側から深さ方向に形成された溝部３０ａ〜３０ｅに設けられている。溝部３０ａ〜３０ｅの深さは、例えば、画素トランジスタが形成されるｐウェル領域２３に達する深さ以上で、且つｐウェル領域２３内に形成されるフローティングディフュージョン部やソース・ドレイン領域に達する深さ未満とするのが好ましい。例えば、フローティングディフュージョン部やソース領域及びドレイン領域の深さが１μｍ未満の場合、０．２５〜５．０μｍ程度の深さとする。
本技術の第１実施形態では、可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒと近赤外光用の光電変換部２０ＩＲとを分離する素子分離部３１ｃ，３１ｄと、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒ同士を分離する素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅとで形状を異ならせている。即ち、可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒと近赤外光用の光電変換部２０ＩＲが並ぶ方向に沿った素子分離部３１ｃ，３１ｄの断面積が、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒ同士が並ぶ方向に沿った素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの断面積よりも大きくなっている。
例えば、図６に示すように、素子分離部３１ｃ，３１ｄを構成する部材数が、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅを構成する部材数よりも多い。素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅが選択的に、絶縁膜３２，３３を埋め込んで構成されている。一方、素子分離部３１ｃ，３１ｄが選択的に、絶縁膜３２，３３及び遮光層３４を埋め込んで構成されている。素子分離部３１ｃ，３１ｄは遮光層３４を更に有するため、素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２は、素子分離部３１ａ，３１ｂ、３１ｅの幅Ｗ１より広くなっている。例えば、素子分離部３１ａ，３１ｂ、３１ｅの幅Ｗ１は２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度である。素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２は５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、素子分離部３１ａ，３１ｂ、３１ｅの幅Ｗ１よりも５ｎｍ〜５０ｎｍ程度広くてもよい。素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの深さＤ１は略同一であり、例えば０．２μｍ〜１．０μｍ程度である。
絶縁膜３２，３３は、溝部３０ａ〜３０ｅ内に設けられ、固定電荷を有する固定電荷膜である絶縁膜３２と、溝部３０ａ〜３０ｅ内に絶縁膜３２を介して設けられた絶縁膜３３とを有する。絶縁膜３２は、溝部３０ａ〜３０ｅの側壁面及び底面、並びに基板２の裏面側全体に形成されている。絶縁膜３２の材料としては、例えば、固定電荷を発生させてピニングを強化させることが可能な、負の電荷を有する高屈折率材料膜又は高誘電体膜を用いることができる。具体的には、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）及びチタン（Ｔｉ）の少なくとも１つの元素を含む酸化物又は窒化物等を採用できる。絶縁膜３２の材料としては、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）がより好ましい。絶縁膜３２は、単層膜であってもよく、互いに同一又は異なる材料からなる積層膜であってもよい。
絶縁膜３３は、溝部３０ｃ，３０ｄ内に絶縁膜３２，３３を介して設けられている。絶縁膜３３の材料としては、例えば、絶縁膜３２とは異なる屈折率を有する酸化膜又は窒化膜等を採用できる。具体的には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）及び酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）の少なくとも１つを採用できる。絶縁膜３３の材料としては、例えば、正の固定電荷を持たない材料、正の固定電荷が少ない材料が好ましい。
遮光層３４は、遮光層３４の材料としては、例えば、光を遮光可能な材料を採用できる。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）等の金属材料や、ポリシリコン等の誘電体材料を採用できる。遮光層３４は、図５に示すように、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲを囲むように枠状の平面パターンで形成されている。なお、遮光層３４は、枠状の平面パターンに限定されない。例えば、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲの矩形をなす４辺にそれぞれ直線状に形成されていてもよい。
図６に示した素子分離部３１ａ〜３１ｅの形成方法の一例としては、例えば、リソグラフィ技術を用いて基板２の裏面にエッチング用マスクを形成した後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチングにより基板２の裏面側から深さ方向に溝部３０ａ〜３０ｅを形成する。この際、溝部３０ｃ，３０ｄの幅Ｗ２が、溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅの幅Ｗ１よりも広くなるように形成する。その後、エッチング用マスクを除去する。引き続き、ＣＶＤ法又はＰＶＤ法等により、基板２の裏面及び溝部３０ａ〜３０ｅ内に絶縁膜３２を成膜する。更に、ＣＶＤ法等により、絶縁膜３２上に絶縁膜３３を堆積して、相対的に細い溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅ内を絶縁膜３２を介して絶縁膜３３で埋め込むと共に、相対的に太い溝部３０ｃ，３０ｄ内は絶縁膜３３により完全に埋め込まれないようにする。そして、ＣＶＤ法等により、絶縁膜３３上に遮光層３４及び遮光膜３５となる金属膜を堆積し、相対的に太い溝部３０ｃ，３０ｄ内を、絶縁膜３２，３３を介して遮光層３４で埋め込むことで、素子分離部３１ａ〜３１ｅを形成することができる。
遮光膜３５は、絶縁膜３３の裏面側の一部に、複数の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒのそれぞれの受光面を開口するように、格子状に形成されている。遮光膜３５は、溝部３０ｃ，３０ｄに埋め込まれた遮光層３４と接続されている。遮光膜３５は、遮光層３４及び遮光膜３５となる金属膜等を成膜してパターニングすることにより、遮光層３４と一体的に形成されていてもよい。遮光膜３５の材料としては、例えば、光を遮光可能な材料を採用できる。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）等の金属材料や、ポリシリコン等の誘電体材料を採用できる。遮光膜３５は、遮光層３４と同一の材料で構成してもよく、遮光層３４と異なる材料で構成してもよい。
平坦化膜３６は、遮光膜３５の側面及び裏面を被覆するように配置されている。平坦化膜３６としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、有機ＳＯＧ（spin-on glass）、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂等が使用可能である。平坦化膜３６には周知のパターニング技術を用いて開口部が設けられている。平坦化膜３６の開口部には、赤外吸収フィルタ４０が配置されている。なお、平坦化膜３６に開口部を形成せずに、平坦化膜３６の平坦面である裏面上に赤外吸収フィルタ４０が配置されていてもよい。
赤外吸収フィルタ４０は、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒに対応する位置に選択的に配置されている。赤外吸収フィルタ４０は、色素を含んだ１層〜数層といった構成や、数十層の誘電体多層膜からなる構成とすることができる。赤外吸収フィルタ４０は、例えば色素を含む材料をスピン塗布することにより形成することができる。赤外吸収フィルタ４０は、スクアリリウム系化合物、フタロシアニン系化合物、シアニン系化合物等の化合物を色素として含んでよい。
赤外吸収フィルタ４０の裏面（光入射面）側には可視光用のカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０Ｒが配置されている。可視光用のカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０Ｒは、顔料や染料等の有機化合物を用いた有機材料系の材料層で構成することができる。なお、場合によって、シアン色、マゼンダ色、黄色等の特定波長を通過させる補色カラーフィルタを用いてもよい。可視光用のカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０Ｒは、緑色用のカラーフィルタ５０Ｇ、青色用のカラーフィルタ５０Ｂ、赤色用のカラーフィルタ５０Ｒを含む。緑色用のカラーフィルタ５０Ｇは、緑色用の光電変換部２０Ｇに対応して配置され、図３に示すように、緑色の透過帯に加えて、所定の波長範囲の近赤外光の透過帯を有する。青色用のカラーフィルタ５０Ｂは、青色用の光電変換部２０Ｂに対応して配置され、図３に示すように、青色の透過帯に加えて、所定の波長範囲の近赤外光の透過帯を有する。赤色用のカラーフィルタ５０Ｒは、赤色用の光電変換部２０Ｒに対応して配置され、図３に示すように、赤色の透過帯に加えて、所定の波長範囲の近赤外光の透過帯を有する。
近赤外光用のカラーフィルタ５０ＩＲは、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに対応して配置されている。近赤外光用のカラーフィルタ５０ＩＲは、顔料や染料等の有機化合物を用いた有機材料系の材料層で構成することができる。例えば、近赤外光用のカラーフィルタ５０ＩＲは、青色用のカラーフィルタ５１Ｂと、赤色用のカラーフィルタ５１Ｒとを積層して構成することができる。青色用のカラーフィルタ５１Ｂ及び赤色用のカラーフィルタ５１Ｒにより、青色、赤色、緑色の成分を吸収して、近赤外光を透過させることができる。なお、近赤外光用のカラーフィルタ５０ＩＲの構成はこれに限定されず、例えば近赤外光を透過させる単層膜であってもよい。
カラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０ＩＲ，５０Ｒの裏面側にはオンチップレンズ５１が各画素３に対応して配置されている。オンチップレンズ５１は、照射光を集光し、集光した光を、カラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０ＩＲ，５０Ｒを介して基板２内の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒに効率よく入射させる。オンチップレンズ５１は、光吸収特性を有していない絶縁材料で構成することができる。光吸収特性を有していない絶縁材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、有機ＳＯＧ、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂等が挙げられる。
基板２の表面側には配線層２４が形成されている。配線層２４は、層間絶縁膜２７を介して複数層（図６では３層）に積層された配線２５を含んで構成されている。配線層２４に形成された複数層の配線２５を介して、各画素３を構成する画素トランジスタが駆動される。
配線層２４の表面側には支持基板２６が形成されている。支持基板２６は、固体撮像装置１００の製造段階において、基板２の強度を確保するための基板である。支持基板２６の材料としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）を採用できる。
本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置１００では、基板２の裏面側から光が照射され、照射された光がオンチップレンズ５１及びカラーフィルタ５０を透過し、透過した光が光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒで光電変換されることで、信号電荷が生成される。そして、生成された信号電荷が、基板２の表面側に形成された画素トランジスタを介して、配線２５で形成された図４に示した垂直信号線１１で画素信号として出力される。
ここで、第１比較例に係る固体撮像装置と対比して説明する。第１比較例に係る固体撮像装置は、図７に示すように、すべての素子分離部３１ａ〜３１ｅが一律に絶縁膜３２，３３を埋め込んで構成されている点が、図６に示した本技術の第１実施形態に係る構成と異なる。素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの幅Ｗ１は、素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２と略同一である。近赤外光は可視光と比較した場合、基板２を構成するＳｉの吸収係数が低いため、Ｓｉ受光面から深い奥行きでも光電変換するため、画素間へ抜けていくパスが長くなる。図７では、緑色用の光電変換部２０Ｇの位置に可視光の光電変換領域Ｒ１を模式的に示し、近赤外光の光電変換部２０ＩＲの位置に、可視光の光電変換領域Ｒ１よりも深い赤外光の光電変換領域Ｒ２を模式的に示している。第１比較例に係る固体撮像装置のように、すべての素子分離部３１ａ〜３１ｅを絶縁膜３２，３３を埋め込んで構成した場合には、近赤外光に対する遮光性能が低く、素子分離部３１ｃ，３１ｄを介した漏れ光Ｌ１が生じ易い。また、素子分離部３１ａ〜３１ｅの下端の切れ目を介した漏れ光Ｌ２も生じ易い。このため、近赤外光の光電変換部２０ＩＲによる混色が生じやすい。
また、第２比較例に係る固体撮像装置と対比して説明する。第２比較例に係る固体撮像装置は、図８に示すように、すべての素子分離部３１ａ〜３１ｅが一律に絶縁膜３２，３３及び遮光層３４を埋め込んで構成されている点が、図６に示した本技術の第１実施形態に係る構成と異なる。素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの幅Ｗ１は、素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２と略同一である。第２比較例に係る固体撮像装置では、遮光層３４による近赤外光の遮光能力が高いため、素子分離部３１ｃ，３１ｄを介した漏れ光を抑制することができる。しかし、溝部３０ａ〜３０ｅに絶縁膜３３及び遮光層３４の両方を埋め込むため、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの幅Ｗ１及び素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２が一律に広くなる。このため、すべての光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒで一律に体積が減少し、光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒにおける飽和電荷量が減少する。
第１及び第２の比較例に対して、図６に示した本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置によれば、素子分離部３１ｃ，３１ｄを選択的に絶縁膜３３及び遮光層３４で構成することにより、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲにおいて近赤外光に対する遮光性能が高く、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから素子分離部３１ｃ，３１ｄを介した漏れ光を抑制でき、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに起因した混色を抑制することができる。更に、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲの周囲の素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２が相対的に広い一方、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの幅Ｗ１が相対的に狭いため、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲの体積を削減すれば、可視光の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの体積の減少を抑制することができる。したがって、可視光の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒにおける飽和電荷量を確保できる。
以上説明したように、本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置１００によれば、同一基板内に可視光用の画素と近赤外光用の画素を形成した場合において、近赤外光用の画素に起因する混色の抑制と、可視光用の画素の飽和電荷量の確保とを両立することができる。
（第２実施形態）
本技術の第２実施形態に係る固体撮像装置は、図９に示すように、可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒと近赤外光用の光電変換部２０ＩＲとを分離する素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２が、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒ同士を分離する素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの幅Ｗ１より広い点が、図６に示した本技術の第１実施形態に係る構成と共通する。しかし、素子分離部３１ｃ，３１ｄが遮光層３４を有さず、すべての素子分離部３１ａ〜３１ｅが一律に絶縁膜３２，３３を埋め込んで構成されている点が、図６に示した本技術の第１実施形態に係る構成と異なる。
本技術の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造時には、溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅの幅Ｗ１と、溝部３０ｃ，３０ｄの幅Ｗ２とが異なるようにマスクパターンを形成し、エッチングを行えばよい。
本技術の第２実施形態に係る固体撮像装置によれば、すべての素子分離部３１ａ〜３１ｅが一律に絶縁膜３２，３３を埋め込んで構成されている場合でも、素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２を選択的に、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの幅Ｗ１より広くすることで、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒへの素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅを介した近赤外光の漏れを低減できる。この結果、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの飽和電荷量を確保しつつ、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに起因する混色を抑制することができる。
（第３実施形態）
本技術の第３実施形態に係る固体撮像装置は、図１０に示すように、可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒと近赤外光用の光電変換部２０ＩＲとを分離する素子分離部３１ｃ，３１ｄが遮光層３４を有さず、すべての素子分離部３１ａ〜３１ｅが一律に絶縁膜３２，３３を埋め込んで構成されている点が、図９に示した本技術の第２実施形態に係る構成と共通する。しかし、素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２が、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒ同士を分離する素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの幅Ｗ１と略同一である点と、素子分離部３１ｃ，３１ｄの深さＤ２が、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの深さＤ１よりも深い点とが、図９に示した本技術の第２実施形態に係る構成と異なる。例えば、素子分離部３１ｃ，３１ｄの深さＤ２は、例えば０．５μｍ〜１．５μｍ程度であり、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの深さＤ１の深さよりも０．１μｍ〜０．５μｍ程度深くてもよい。
本技術の第３実施形態に係る固体撮像装置の製造時には、相対的に浅い溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅを形成するためのマスクパターン形成工程及びエッチング工程と、相対的に深い溝部３０ｃ，３０ｄを形成するためのマスクパターン形成工程及びエッチング工程とを分けて順次行えばよい。
本技術の第３実施形態に係る固体撮像装置によれば、すべての素子分離部３１ａ〜３１ｅが一律に絶縁膜３２，３３を埋め込んで構成されている場合でも、素子分離部３１ｃ，３１ｄの深さＤ２を選択的に、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの深さＤ１よりも深くすることで、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒへの素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの下端の切れ目を介した近赤外光の漏れを低減できる。一方、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの深さＤ１は相対的に浅いため、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒにおけるフォトダイオードの体積を確保することができる。したがって、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの飽和電荷量を確保しつつ、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに起因する混色を抑制することができる。
また、近赤外光の画素特性としての要求される量子効率を稼ぐためには、基板２を構成するＳｉを厚くすることが好ましい。この際、すべての素子分離部３１ａ〜３１ｅも一律に深く形成した場合には、溝部を埋めるための絶縁膜３３等の原料ガスのコストが大きくなるという課題がある。これに対して、本技術の第３実施形態に係る固体撮像装置によれば、素子分離部３１ｃ，３１ｄの深さＤ２を選択的に深くする一方で、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅは深さＤ１で留めることで、原料ガスのコストの増大を抑制することができる。
（第４実施形態）
本技術の第４実施形態に係る固体撮像装置は、図１１に示すように、可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒと近赤外光用の光電変換部２０ＩＲとを分離する素子分離部３１ｃ，３１ｄが遮光層３４を有さず、すべての素子分離部３１ａ〜３１ｅが一律に絶縁膜３２，３３を埋め込んで構成されている点と、素子分離部３１ｃ，３１ｄの深さＤ２が、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒ同士を分離する素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの深さＤ１よりも深い点とが、図１０に示した本技術の第３実施形態に係る構成と共通する。しかし、素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２が、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの幅Ｗ１よりも広い点が、図１０に示した本技術の第３実施形態に係る構成と異なる。
本技術の第４実施形態に係る固体撮像装置の製造時には、溝部３０ｃ，３０ｄの幅Ｗ２を、溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅの幅Ｗ１よりも広くするため、溝部３０ｃ，３０ｄの方が溝部３０ｂよりも深さ方向にエッチング加工され易い。このため、相対的に浅い溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅと、相対的に深い溝部３０ｃ，３０ｄとを、１回のマスクパターン形成工程及びエッチング工程で同時に形成することができる。なお、溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅを形成するためのマスクパターン形成工程及びエッチング工程と、溝部３０ｃ，３０ｄを形成するためのマスクパターン形成工程及びエッチング工程とを分けて行ってもよい。
本技術の第４実施形態に係る固体撮像装置によれば、すべての素子分離部３１ａ〜３１ｅが一律に絶縁膜３２，３３を埋め込んで構成されている場合でも、素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２を選択的に、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの幅Ｗ１より広くすることで、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒへの素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅを介した近赤外光の漏れを低減できる。
更に、素子分離部３１ｃ，３１ｄの深さＤ２を選択的に、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの深さＤ１よりも深くすることで、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒへの素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの下端の切れ目を介した近赤外光の漏れを低減できる。この結果、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの飽和電荷量を確保しつつ、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに起因する混色を抑制することができる。
（第５実施形態）
本技術の第５実施形態に係る固体撮像装置は、図１２に示すように、可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒと近赤外光用の光電変換部２０ＩＲとを分離する素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２が、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒ同士を分離する素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの幅Ｗ１よりも広い点と、素子分離部３１ｃ，３１ｄの深さＤ２が、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの深さＤ１よりも深い点とが、図１１に示した本技術の第４実施形態に係る構成と共通する。しかし、素子分離部３１ｃ，３１ｄが選択的に、絶縁膜３２，３３及び遮光層３４を埋め込んで構成されている点が、図１１に示した本技術の第４実施形態に係る構成と異なる。
本技術の第５実施形態に係る固体撮像装置の製造時には、溝部３０ｃ，３０ｄの幅Ｗ２を、溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅの幅Ｗ１よりも広くするため、溝部３０ｃ，３０ｄの方が溝部３０ｂよりも深さ方向にエッチング加工され易い。このため、相対的に浅い溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅと、相対的に深い溝部３０ｃ，３０ｄとを、１回のマスクパターン形成工程及びエッチング工程で同時に形成することができる。なお、溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅを形成するためのマスクパターン形成工程及びエッチング工程と、溝部３０ｃ，３０ｄを形成するためのマスクパターン形成工程及びエッチング工程とを分けて行ってもよい。
また、ＣＶＤ法等により、絶縁膜３２上に絶縁膜３３を堆積して、相対的に細い溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅ内を絶縁膜３２を介して絶縁膜３３で埋め込む際に、相対的に太い溝部３０ｃ，３０ｄ内は絶縁膜３３により完全に埋め込まれないようにする。そして、ＣＶＤ法等により、絶縁膜３３上に遮光層３４及び遮光膜３５となる金属膜を堆積し、相対的に太い溝部３０ｃ，３０ｄ内を、絶縁膜３２，３３を介して遮光層３４で埋め込むことで、素子分離部３１ａ〜３１ｅを形成することができる。
本技術の第５実施形態に係る固体撮像装置によれば、素子分離部３１ｃ，３１ｄを選択的に、絶縁膜３２，３３及び遮光層３４を埋め込んで構成することにより、近赤外光に対する遮光能力が高まるため、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒへの素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅを介した近赤外光の漏れを低減できる。更に、素子分離部３１ｃ，３１ｄの深さＤ２を選択的に、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの深さＤ１よりも深くすることで、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒへの素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの下端の切れ目を介した近赤外光の漏れを低減できる。この結果、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの飽和電荷量を確保しつつ、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに起因する混色を抑制することができる。
（第６実施形態）
本技術の第６実施形態に係る固体撮像装置は、図１３に示すように、可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒと近赤外光用の光電変換部２０ＩＲとを分離する素子分離部３１ｃ，３１ｄが選択的に、絶縁膜３２，３３及び遮光層３４を埋め込んで構成されている点と、素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２が、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒ同士を分離する素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの幅Ｗ１よりも広い点と、素子分離部３１ｃ，３１ｄの深さＤ２が、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの深さＤ１よりも深い点とが、図１２に示した本技術の第５実施形態に係る構成と共通する。しかし、素子分離部３１ｃ，３１ｄが更に深く形成されて、基板２を貫通している点が、図１２に示した本技術の第５実施形態に係る構成と異なる。
遮光層３４は例えばアルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）等の金属材料で構成することができる。素子分離部３１ｃ，３１ｄに埋め込まれた遮光層３４の下端は、例えば配線２５に接続してもよい。更に、配線２５を介して、遮光層３４及び遮光膜３５に接地電位又は負の電位を供給してもよい。これにより、遮光層３４及び遮光膜３５により基板２側に反転層を形成し易くなり、暗電流の抑制効果を高めることができる。
本技術の第６実施形態に係る固体撮像装置の製造時には、溝部３０ｃ，３０ｄの幅Ｗ２を、溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅの幅Ｗ１よりも広くするため、溝部３０ｃ，３０ｄの方が溝部３０ｂよりも深さ方向にエッチング加工され易い。このため、相対的に浅い溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅと、相対的に深い溝部３０ｃ，３０ｄとを、１回のマスクパターン形成工程及びエッチング工程で同時に形成することができる。なお、溝部３０ａ，３０ｂ，３０ｅを形成するためのマスクパターン形成工程及びエッチング工程と、溝部３０ｃ，３０ｄを形成するためのマスクパターン形成工程及びエッチング工程とを分けて行ってもよい。また、溝部３０ｃ，３０ｄ内に絶縁膜３３を完全には埋め込まないように堆積した後、エッチバックにより溝部３０ｃ，３０ｄの底部の絶縁膜３２，３３を除去して配線２５を露出し、遮光層３４を埋め込めばよい。
本技術の第６実施形態に係る固体撮像装置によれば、素子分離部３１ｃ，３１ｄを選択的に、絶縁膜３２，３３及び遮光層３４を埋め込んで構成することにより、近赤外光に対する遮光能力が高まるため、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒへの素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅを介した近赤外光の漏れを低減できる。更に、素子分離部３１ｃ，３１ｄの深さＤ２を選択的に、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの深さＤ１よりも深くし、更に基板２を貫通することで、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒへの素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの下端の切れ目を介した近赤外光の漏れを抑制することができる。この結果、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの飽和電荷量を確保しつつ、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに起因する混色を抑制することができる。
（第７実施形態）
本技術の第７実施形態に係る固体撮像装置は、図１４に示すように、平面パターン上、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒと、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲとが等ピッチではなく、互いに異なるピッチで配列されている点が、図５に示した本技術の第１実施形態に係る構成と異なる。可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒは、行方向及び列方向に、互いに等ピッチで配列されている。一方、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲは、複数の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの９個にうち１個の割合で配列されている。
複数の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒ間は、素子分離部３１により格子状に素子分離されている。素子分離部３１により区画される近赤外光用の光電変換部２０ＩＲの開口面積が、素子分離部３１により区画される可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの開口面積よりも大きい。近赤外光用の光電変換部２０ＩＲと、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒとの間の部分（換言すれば、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲを取り囲む部分）の素子分離部３１の幅Ｗ２は、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒ同士の間の部分の素子分離部３１の幅Ｗ１よりも広い。素子分離部３１は、そのすべての部分に一律に絶縁膜を埋め込んで構成していてもよい。或いは、素子分離部３１のうち、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒ同士の間の部分を絶縁膜を埋め込んで構成する一方、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲを取り囲む部分を選択的に、部材数を増加し、絶縁膜及び遮光層を埋め込んで構成してもよい。
本技術の第７実施形態に係る固体撮像装置によれば、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒと、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲとが、互いに異なるピッチで配置されている場合に、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲの開口面積を、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの開口面積よりも大きくする。これにより、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲを取り囲む部分の素子分離部３１の幅Ｗ２を、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒ同士の間の部分の素子分離部３１の幅Ｗ１よりも広くすることができる。この結果、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの飽和電荷量を確保しつつ、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに起因する混色を抑制することができる。
（第８実施形態）
本技術の第８実施形態に係る固体撮像装置は、図１５に示すように、素子分離部３１ａ〜３１ｅに絶縁膜３３を埋め込む代わりに、素子分離部３１ａ〜３１ｅに空隙３７が設けられている点が、図６に示した本技術の第１実施形態に係る構成と異なる。溝部３０ａ〜３０ｅ内は絶縁膜３２が設けられ、溝部３０ａ〜３０ｅ内に絶縁膜３２を介して空隙３７が形成されている。
図１５では、溝部３０ａ〜３０ｅの上端の開口部が絶縁膜３２で閉塞されておらず、絶縁膜３３により閉塞されている場合を例示するが、溝部３０ａ〜３０ｅの上端の開口部が絶縁膜３２により閉塞されていてもよい。
本技術の第８実施形態に係る固体撮像装置によれば、素子分離部３１ａ〜３１ｅに空隙３７が設けられている場合でも、素子分離部３１ｃ，３１ｄの幅Ｗ２を選択的に、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの幅Ｗ１より広くすることで、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒへの素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅを介した近赤外光の漏れを低減できる。
更に、素子分離部３１ｃ，３１ｄの深さＤ２を選択的に、素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの深さＤ１よりも深くすることで、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒへの素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅの下端の切れ目を介した近赤外光の漏れを低減できる。この結果、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの飽和電荷量を確保しつつ、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに起因する混色を抑制することができる。
（第９実施形態）
本技術の第９実施形態に係る固体撮像装置は、図１６に示すように、素子分離部３１ａ〜３１ｅの構成が、図６に示した本技術の第１実施形態に係る構成と共通する。しかし、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの裏面（光入射面）側に、赤外吸収フィルタ４０が配置されていない点が、図６に示した本技術の第１実施形態に係る構成と異なる。
可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒの裏面（光入射面）側には、可視光用のカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ，５０Ｒが選択的に配置されている。緑色用のカラーフィルタ５０Ｇは、緑色用の光電変換部２０Ｇに対応して配置され、緑色の透過帯に加えて、所定の波長範囲の近赤外光の透過帯を有する。青色用のカラーフィルタ５０Ｂは、青色用の光電変換部２０Ｂに対応して配置され、青色の透過帯に加えて、所定の波長範囲の近赤外光の透過帯を有する。赤色用のカラーフィルタ５０ｄは、赤色用の光電変換部２０Ｒに対応して配置され、赤色の透過帯に加えて、所定の波長範囲の近赤外光の透過帯を有する。
近赤外光用の光電変換部２０ＩＲ上には、可視光用のカラーフィルタ５２が選択的に配置されている。可視光用のカラーフィルタ５２は、可視光（白色光）と近赤外光の透過帯を有する材料から構成されている。
本技術の第９実施形態に係る固体撮像装置では、デュアルパスフィルタ６０を透過した光は、近赤外光の成分が吸収されずに可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒ及び近赤外光用の光電変換部２０ＩＲに達する。信号処理部３００は、可視光用の光電変換部２０Ｇ，２０Ｂ，２０Ｒからの信号に基づき、各光から近赤外光の成分をそれぞれ除去して、緑色光、青色光、赤色光の強度を抽出する演算を行う。また、信号処理部３００は、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲからの信号に基づき、白色光の成分を除去して、近赤外光の強度を抽出する演算を行う。
本技術の第９実施形態に係る固体撮像装置によれば、素子分離部３１ｃ，３１ｄを選択的に、絶縁膜３２，３３及び遮光層３４を埋め込んで構成することにより、近赤外光に対する遮光能力が高まるため、近赤外光用の光電変換部２０ＩＲから可視光用の光電変換部２０Ｂ，２０Ｒへの素子分離部３１ａ，３１ｂ，３１ｅを介した近赤外光の漏れを低減できる。更に、本技術の第９実施形態に係る固体撮像装置によれば、赤外吸収フィルタ４０を使用しないため、安価な構成とすることができる。
（その他の実施形態）
上記のように、本技術は第１〜第９実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本技術を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、本技術の第１〜第９実施形態に係る固体撮像装置１００では、裏面照射型のＣＭＯＳ型イメージセンサを例に説明したが、裏面照射型のＣＣＤ型イメージセンサに適用することもできる。また、本技術の第１実施形態に係る固体撮像装置１００を有する電子機器１としては、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、カムコーダ、監視カメラ、車載カメラ、スマートフォン用カメラ、ゲーム用のインターフェースカメラ、生体認証用カメラ等を例示できる。これらの装置は、通常の可視光画像に加えて、近赤外画像を同時に取得可能である。
また、本技術の第１〜第９実施形態に係る固体撮像装置１００では、負の電荷（電子）を信号電荷として用いる場合を例に説明したが、正の電荷（正孔）を信号電荷として用いる場合に適用することもできる。正孔を信号電荷として用いる場合には、基板２内のｐ型領域とｎ型領域を逆に構成すればよく、絶縁膜３２として正の固定電荷を有する材料を用いればよい。
なお、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
（１）
基板と、
前記基板に形成された第１光電変換部と、
前記基板に形成され、前記第１光電変換部に隣接する第２光電変換部と、
前記基板に形成され、前記第２光電変換部に隣接する第３光電変換部と、
前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部の光入射面側に選択的に配置された赤外吸収フィルタと、
前記第１光電変換部の光入射面側に配置された第１カラーフィルタと、
前記第２光電変換部の光入射面側に配置された第２カラーフィルタと、
前記第３光電変換部の光入射面側に配置された第３カラーフィルタと、
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部の間に配置された第１素子分離部と、
前記第２光電変換部と前記第３光電変換部の間に配置された第２素子分離部と、
を備え、
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部が並ぶ方向に沿った前記第１素子分離部の断面積が、前記第２光電変換部と前記第３光電変換部が並ぶ方向に沿った前記第２素子分離部の断面積より大きい固体撮像装置。
（２）
前記第１素子分離部の深さが、前記第１素子分離部の深さよりも浅い前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記第１素子分離部の幅が、前記第１素子分離部の幅よりも狭い前記（１）又は（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記第１素子分離部を構成する部材の数が、前記第２素子分離部を構成する部材の数よりも少ない前記（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記第１素子分離部が、前記基板に形成された第１溝部に埋め込まれた第１絶縁膜で構成され、
前記第２素子分離部が、前記基板に形成された第２溝部に埋め込まれた第２絶縁膜と、前記第２溝部に前記第２絶縁膜を介して埋め込まれた遮光膜とで構成される前記（４）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記第１素子分離部が、前記基板に形成された第１溝部に埋め込まれた第１絶縁膜で構成され、
前記第２素子分離部が、前記基板に形成された第２溝部に埋め込まれた第２絶縁膜で構成される前記（１）に記載の固体撮像装置。
（７）
前記第１光電変換部、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部が等ピッチで配列され、
前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部の開口面積が、前記第３光電変換部の開口面積よりも広い前記（３）〜（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）
前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部と、前記第３光電変換部とが互いに異なるピッチで配列され、
前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部の開口面積が、前記第３光電変換部の開口面積よりも狭い前記（３）〜（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）
前記第１カラーフィルタ及び前記第２カラーフィルタは、赤色、青色及び緑色のいずれかのうち互いに異なる色の透過帯を有する前記（１）〜（８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０）
前記第３カラーフィルタは、赤色の透過帯のカラーフィルタと、青色の透過帯を有するカラーフィルタとが積層されてなる前記（１）〜（９）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１１）
可視光と近赤外光とに透過帯を有するデュアルパスフィルタを介して、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部に光が入射する前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１２）
基板と、前記基板に形成された第１光電変換部と、前記基板に形成され、前記第１光電変換部に隣接する第２光電変換部と、前記基板に形成され、前記第２光電変換部に隣接する第３光電変換部と、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部の光入射面側に選択的に配置された赤外吸収フィルタと、前記第１光電変換部の光入射面側に配置された第１カラーフィルタと、前記第２光電変換部の光入射面側に配置された第２カラーフィルタと、前記第３光電変換部の光入射面側に配置された第３カラーフィルタと、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部の間に配置された第１素子分離部と、前記第２光電変換部と前記第３光電変換部の間に配置された第２素子分離部とを備える固体撮像装置と、
被写体からの光を前記固体撮像装置の撮像面上に結像させる光学レンズと、
前記固体撮像装置から出力される信号に信号処理を行う信号処理回路と、
を備え、
前記第１光電変換部と前記第２光電変換部が並ぶ方向に沿った前記第１素子分離部の断面積が、前記第２光電変換部と前記第３光電変換部が並ぶ方向に沿った前記第２素子分離部の断面積より大きい電子機器。
１…電子機器、２…基板、３…画素、４…画素領域、５…垂直駆動回路、６…カラム信号処理回路、７…水平駆動回路、８…出力回路、９…制御回路、１０…画素駆動配線、１１…垂直信号線、１２…水平信号線、２０Ｇ，２０Ｂ，２０ＩＲ，２０Ｒ…光電変換部、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…ｎ型半導体領域、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ…ｐ型半導体領域、３１ａ-３１ｅ…素子分離部、２３…ｐウェル領域、２４…配線層、２５…配線、２６…支持基板、２７…層間絶縁膜、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ…溝部、３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ…素子分離部、３２，３３…絶縁膜、３４…遮光層、３５…遮光膜、３６…平坦化膜、３７…空隙、４０…赤外吸収フィルタ、５０Ｇ，５０Ｂ，５０ＩＲ，５０Ｒ，５１Ｂ，５１Ｒ，５２…カラーフィルタ、５１…オンチップレンズ、６０…デュアルパスフィルタ、１００…固体撮像装置、２００…光学部、３００…信号処理部、３００…信号処理回路、４００…近赤外光源部、５００…被写体

Claims (12)

  1. 基板と、
    前記基板に形成された第１光電変換部と、
    前記基板に形成され、前記第１光電変換部に隣接する第２光電変換部と、
    前記基板に形成され、前記第２光電変換部に隣接する第３光電変換部と、
    前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部の光入射面側に選択的に配置された赤外吸収フィルタと、
    前記第１光電変換部の光入射面側に配置された第１カラーフィルタと、
    前記第２光電変換部の光入射面側に配置された第２カラーフィルタと、
    前記第３光電変換部の光入射面側に配置された第３カラーフィルタと、
    前記第１光電変換部と前記第２光電変換部の間に配置された第１素子分離部と、
    前記第２光電変換部と前記第３光電変換部の間に配置された第２素子分離部と、
    を備え、
    前記第１光電変換部と前記第２光電変換部が並ぶ方向に沿った前記第１素子分離部の断面積が、前記第２光電変換部と前記第３光電変換部が並ぶ方向に沿った前記第２素子分離部の断面積より大きい固体撮像装置。
  2. 前記第１素子分離部の深さが、前記第１素子分離部の深さよりも浅い請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記第１素子分離部の幅が、前記第１素子分離部の幅よりも狭い請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 前記第１素子分離部を構成する部材の数が、前記第２素子分離部を構成する部材の数よりも少ない請求項３に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第１素子分離部が、前記基板に形成された第１溝部に埋め込まれた第１絶縁膜で構成され、
    前記第２素子分離部が、前記基板に形成された第２溝部に埋め込まれた第２絶縁膜と、前記第２溝部に前記第２絶縁膜を介して埋め込まれた遮光膜とで構成される請求項４に項に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第１素子分離部が、前記基板に形成された第１溝部に埋め込まれた第１絶縁膜で構成され、
    前記第２素子分離部が、前記基板に形成された第２溝部に埋め込まれた第２絶縁膜で構成される請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 前記第１光電変換部、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部が等ピッチで配列され、
    前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部の開口面積が、前記第３光電変換部の開口面積よりも広い請求項３に記載の固体撮像装置。
  8. 前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部と、前記第３光電変換部とが互いに異なるピッチで配列され、
    前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部の開口面積が、前記第３光電変換部の開口面積よりも狭い請求項３に記載の固体撮像装置。
  9. 前記第１カラーフィルタ及び前記第２カラーフィルタは、赤色、青色及び緑色のいずれかのうち互いに異なる色の透過帯を有する請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 前記第３カラーフィルタは、赤色の透過帯のカラーフィルタと、青色の透過帯を有するカラーフィルタとが積層されてなる請求項１に記載の固体撮像装置。
  11. 可視光と近赤外光とに透過帯を有するデュアルパスフィルタを介して、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部及び前記第３光電変換部に光が入射する請求項１に記載の固体撮像装置。
  12. 基板と、前記基板に形成された第１光電変換部と、前記基板に形成され、前記第１光電変換部に隣接する第２光電変換部と、前記基板に形成され、前記第２光電変換部に隣接する第３光電変換部と、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部の光入射面側に選択的に配置された赤外吸収フィルタと、前記第１光電変換部の光入射面側に配置された第１カラーフィルタと、前記第２光電変換部の光入射面側に配置された第２カラーフィルタと、前記第３光電変換部の光入射面側に配置された第３カラーフィルタと、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部の間に配置された第１素子分離部と、前記第２光電変換部と前記第３光電変換部の間に配置された第２素子分離部とを備える固体撮像装置と、
    被写体からの光を前記固体撮像装置の撮像面上に結像させる光学レンズと、
    前記固体撮像装置から出力される信号に信号処理を行う信号処理回路と、
    を備え、
    前記第１光電変換部と前記第２光電変換部が並ぶ方向に沿った前記第１素子分離部の断面積が、前記第２光電変換部と前記第３光電変換部が並ぶ方向に沿った前記第２素子分離部の断面積より大きい電子機器。
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