JP2022075774A - Photodetection device and manufacturing method for the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to improve sensitivity, while suppressing degradation of mixed color.
SOLUTION: A solid-state imaging apparatus includes: a semiconductor substrate which has a first surface for receiving incident light and a second surface directed to a side opposite to the first surface; a first trench and a second trench which are provided on the first surface of the semiconductor substrate; and a first recess and a second recess which are provided between the first trench and the second trench on the first surface of the semiconductor substrate and have a depth smaller than those of the first trench and the second trench. A first flat part of the semiconductor substrate is provided between the first trench and the first recess; a second flat part of the semiconductor substrate is provided between the second trench and the second recess; and a third flat part of the semiconductor substrate is provided between the first recess and the second recess and parallel to the first flat part and the second flat part in a cross sectional view. The present disclosed technology is applicable, for example, to a rear surface irradiation type solid-state imaging apparatus.
SELECTED DRAWING: Figure 2
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

本開示は、光検出装置およびその製造方法に関し、特に、混色悪化を抑制しつつ、感度を向上させることができるようにする光検出装置およびその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a photodetector and a method for manufacturing the same, and more particularly to a photodetector and a method for manufacturing the photodetector so as to be able to improve sensitivity while suppressing deterioration of color mixing.

固体撮像装置において、入射光の反射を防止するための構造として、フォトダイオードが形成されるシリコン層の受光面側の界面に微小な凹凸構造を設ける、いわゆるモスアイ構造が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。 In a solid-state image sensor, as a structure for preventing reflection of incident light, a so-called moth-eye structure has been proposed in which a minute uneven structure is provided at the interface on the light receiving surface side of the silicon layer on which the photodiode is formed (for example,). See Patent Documents 1 and 2).

特開2010-272612号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-272612 特開2013-33864号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-33664

しかしながら、モスアイ構造は、入射光の反射を防止して感度を向上させることができるが散乱も大きくなり、隣の画素へ光が漏れ込む量も多くなるため、混色が悪化する。 However, although the moth-eye structure can prevent the reflection of incident light and improve the sensitivity, the scattering is also large, and the amount of light leaking to the adjacent pixel is also large, so that the color mixing is deteriorated.

本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、混色悪化を抑制しつつ、感度を向上させることができるようにするものである。 The present disclosure has been made in view of such a situation, and is intended to enable improvement of sensitivity while suppressing deterioration of color mixing.

本開示の第1の側面の光検出装置は、基板と、前記基板に設けられた第1光電変換領域と、前記第1光電変換領域の隣であって前記基板に設けられた第2光電変換領域と、前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間に設けられた、幅の長さよりも深さの長さの方が長いトレンチと、前記第1光電変換領域の上方で、前記基板の受光面側に設けられた第1凹凸構造と、前記第2光電変換領域の上方で、前記基板の受光面側に設けられた第2凹凸構造と、前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられ、前記第1凹凸構造と前記第2凹凸構造の上方に設けられた第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に設けられた遮光膜とを有し、前記第1絶縁膜は酸化ハフニウムを含む。 The light detection device on the first side of the present disclosure includes a substrate, a first photoelectric conversion region provided on the substrate, and a second photoelectric conversion region adjacent to the first photoelectric conversion region and provided on the substrate. A trench provided between the region and the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region, which has a longer depth than the width, and above the first photoelectric conversion region. The first uneven structure provided on the light receiving surface side of the substrate, the second uneven structure provided on the light receiving surface side of the substrate above the second photoelectric conversion region, and at least a part of the inside of the trench. It has a first insulating film provided above the first uneven structure and the second concave-convex structure, and a light-shielding film provided above the first insulating film and above the trench. , The first insulating film contains hafnium oxide.

本開示の第1の側面においては、基板に第1光電変換領域が設けられ、第1光電変換領域の隣であって基板に第2光電変換領域が設けられ、第1光電変換領域と第2光電変換領域との間、幅の長さよりも深さの長さの方が長いトレンチが設けられ、第1光電変換領域の上方で、基板の受光面側に第1凹凸構造が設けられ、第2光電変換領域の上方で、基板の受光面側に第2凹凸構造が設けられ、トレンチ内の少なくとも一部であって、第1凹凸構造と前記第2凹凸構造の上方に第1絶縁膜が設けられ、1絶縁膜の上方、且つトレンチの上方に遮光膜が設けられており、第1絶縁膜には酸化ハフニウムが含まれる。 In the first aspect of the present disclosure, a first photoelectric conversion region is provided on the substrate, a second photoelectric conversion region is provided on the substrate next to the first photoelectric conversion region, and a first photoelectric conversion region and a second photoelectric conversion region are provided. A trench having a depth longer than the width is provided between the photoelectric conversion region, and a first uneven structure is provided on the light receiving surface side of the substrate above the first photoelectric conversion region. A second concavo-convex structure is provided on the light receiving surface side of the substrate above the two photoelectric conversion regions, and the first insulating film is provided above the first concavo-convex structure and the second concavo-convex structure, which is at least a part of the trench. A light-shielding film is provided above the one insulating film and above the trench, and the first insulating film contains hafnium oxide.

本開示の第2の側面の光検出装置の製造方法は、基板に設けられた第1光電変換領域及び第2光電変換領域の上方の前記基板表面に凹凸構造を形成した後に、前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間の前記基板に、幅の長さよりも深さの長さの方が長いトレンチを形成し、前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられるように、前記凹凸構造の上方に、酸化ハフニウムを含む第1絶縁膜を形成し、前記第1絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に遮光膜を形成する。または、基板に設けられた第1光電変換領域と第2光電変換領域との間の前記基板に、幅の長さよりも深さの長さの方が長いトレンチを形成した後に、前記第1光電変換領域及び前記第2光電変換領域の上方の前記基板表面に凹凸構造を形成し、前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられるように、前記凹凸構造の上方に、酸化ハフニウムを含む第1絶縁膜を形成し、前記第1絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に遮光膜を形成する。 In the method of manufacturing the light detection device on the second side of the present disclosure, after forming an uneven structure on the surface of the substrate above the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region provided on the substrate, the first photoelectric conversion region is formed. The substrate between the conversion region and the second photoelectric conversion region is formed with a trench having a depth longer than the width length so as to be provided in at least a part of the trench. A first insulating film containing hafnium oxide is formed above the uneven structure, and a light-shielding film is formed above the first insulating film and above the trench. Alternatively, after forming a trench having a depth longer than a width length in the substrate between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region provided on the substrate, the first photoelectric conversion region is formed. A first insulating film containing hafnium oxide is formed above the uneven structure so that an uneven structure is formed on the surface of the substrate above the conversion region and the second photoelectric conversion region and is provided in at least a part of the trench. And a light-shielding film is formed above the first insulating film and above the trench.

本開示の第2の側面においては、基板に設けられた第1光電変換領域及び第2光電変換領域の上方の基板表面に凹凸構造が形成された後に、第1光電変換領域と第2光電変換領域との間の基板に、幅の長さよりも深さの長さの方が長いトレンチが形成され、または、基板に設けられた第1光電変換領域と第2光電変換領域との間の基板に、幅の長さよりも深さの長さの方が長いトレンチが形成された後に、第1光電変換領域及び第2光電変換領域の上方の基板表面に凹凸構造が形成される。そして、トレンチ内の少なくとも一部に設けられるように、凹凸構造の上方に、酸化ハフニウムを含む第1絶縁膜が形成され、第1絶縁膜の上方、且つトレンチの上方に遮光膜が形成される。 In the second aspect of the present disclosure, after the uneven structure is formed on the substrate surface above the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region provided on the substrate, the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region are formed. A trench having a depth length longer than a width length is formed on the substrate between the regions, or a substrate between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region provided on the substrate. In addition, after a trench having a depth longer than a width is formed, an uneven structure is formed on the substrate surface above the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region. Then, a first insulating film containing hafnium oxide is formed above the uneven structure so as to be provided in at least a part of the trench, and a light-shielding film is formed above the first insulating film and above the trench. ..

光検出装置は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。 The photodetector may be an independent device or a module incorporated into another device.

本開示の第1および第2の側面によれば、混色悪化を抑制しつつ、感度を向上させることができる。 According to the first and second aspects of the present disclosure, it is possible to improve the sensitivity while suppressing the deterioration of color mixing.

本開示に係る固体撮像装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the solid-state image sensor which concerns on this disclosure. 第1の実施の形態に係る画素の断面構成例を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional composition example of the pixel which concerns on 1st Embodiment. 画素の製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of a pixel. 画素の製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of a pixel. 画素のその他の製造方法について説明する図である。It is a figure explaining other manufacturing method of a pixel. 本開示の画素構造の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the pixel structure of this disclosure. 本開示の画素構造の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the pixel structure of this disclosure. 第2の実施の形態に係る画素の断面構成例を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional composition example of the pixel which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る画素の製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the pixel which concerns on 2nd Embodiment. 画素の様々な個所の最適条件について説明する図である。It is a figure explaining the optimum condition of various parts of a pixel. 画素構造の第1のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the 1st variation of a pixel structure. 画素構造の第2のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the 2nd variation of a pixel structure. 画素構造の第3のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the 3rd variation of a pixel structure. 画素構造の第4のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the 4th variation of a pixel structure. 画素構造の第5のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the 5th variation of a pixel structure. 画素構造の第6のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the sixth variation of a pixel structure. 画素構造の第7のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the 7th variation of a pixel structure. 画素構造の第8のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the 8th variation of a pixel structure. 画素構造の第9のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the 9th variation of a pixel structure. 画素構造の第10のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the tenth variation of a pixel structure. 画素構造の第11のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the eleventh variation of a pixel structure. 画素構造の第12のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the twelfth variation of a pixel structure. 画素構造の第13のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the thirteenth variation of a pixel structure. 画素構造の第14のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the 14th variation of a pixel structure. 画素構造の第15のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the fifteenth variation of a pixel structure. 画素構造の第16のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the 16th variation of a pixel structure. 本開示に係る電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the image pickup apparatus as an electronic device which concerns on this disclosure.

以下、本開示を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.固体撮像装置の概略構成例
2.第1の実施の形態に係る画素構造(反射防止部と画素間遮光部を有する画素構造)
3.第2の実施の形態に係る画素構造(画素間遮光部にメタルを充填した画素構造)
4.画素構造の変形例
5.電子機器への適用例
Hereinafter, embodiments for carrying out the present disclosure (hereinafter referred to as embodiments) will be described. The explanation will be given in the following order.
1. 1. Schematic configuration example of a solid-state image sensor 2. Pixel structure according to the first embodiment (pixel structure having an antireflection portion and a light-shielding portion between pixels)
3. 3. Pixel structure according to the second embodiment (pixel structure in which a light-shielding portion between pixels is filled with metal)
4. Modification example of pixel structure 5. Application example to electronic devices

<1.固体撮像装置の概略構成例>
図1は、本開示に係る固体撮像装置の概略構成を示している。
<1. Schematic configuration example of a solid-state image sensor>
FIG. 1 shows a schematic configuration of a solid-state image sensor according to the present disclosure.

図1の固体撮像装置1は、半導体として例えばシリコン(Si)を用いた半導体基板12に、画素2が2次元アレイ状に配列された画素アレイ部3と、その周辺の周辺回路部とを有して構成される。周辺回路部には、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5、水平駆動回路6、出力回路7、制御回路8などが含まれる。 The solid-state image sensor 1 of FIG. 1 has a pixel array unit 3 in which pixels 2 are arranged in a two-dimensional array on a semiconductor substrate 12 using, for example, silicon (Si) as a semiconductor, and a peripheral circuit unit around the pixel array unit 3. It is composed of. The peripheral circuit unit includes a vertical drive circuit 4, a column signal processing circuit 5, a horizontal drive circuit 6, an output circuit 7, a control circuit 8, and the like.

画素2は、光電変換素子としてのフォトダイオードと、複数の画素トランジスタを有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタの4つのMOSトランジスタで構成される。 The pixel 2 includes a photodiode as a photoelectric conversion element and a plurality of pixel transistors. The plurality of pixel transistors are composed of four MOS transistors, for example, a transfer transistor, a selection transistor, a reset transistor, and an amplification transistor.

また、画素2は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有される1つのフローティングディフージョン(浮遊拡散領域)と、共有される1つずつの他の画素トランジスタとから構成される。すなわち、共有画素では、複数の単位画素を構成するフォトダイオード及び転送トランジスタが、他の1つずつの画素トランジスタを共有して構成される。 Further, the pixel 2 may have a shared pixel structure. This pixel sharing structure is composed of a plurality of photodiodes, a plurality of transfer transistors, one shared floating diffusion (floating diffusion region), and one shared other pixel transistor. That is, in the shared pixel, the photodiode and the transfer transistor constituting the plurality of unit pixels are configured by sharing the other pixel transistor.

制御回路8は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像装置1の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路8は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5及び水平駆動回路6など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8は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5及び水平駆動回路6等に出力する。 The control circuit 8 receives an input clock and data instructing an operation mode and the like, and outputs data such as internal information of the solid-state image sensor 1. That is, the control circuit 8 generates a clock signal or a control signal that serves as a reference for the operation of the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, etc., based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock. do. Then, the control circuit 8 outputs the generated clock signal and control signal to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like.

垂直駆動回路4は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線10を選択し、選択された画素駆動配線10に画素2を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素2を駆動する。すなわち、垂直駆動回路4は、画素アレイ部3の各画素2を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素2の光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線9を通してカラム信号処理回路5に供給する。 The vertical drive circuit 4 is composed of, for example, a shift register, selects a pixel drive wiring 10, supplies a pulse for driving the pixel 2 to the selected pixel drive wiring 10, and drives the pixel 2 in row units. That is, the vertical drive circuit 4 selectively scans each pixel 2 of the pixel array unit 3 in row units in the vertical direction, and a pixel signal based on the signal charge generated in the photoelectric conversion unit of each pixel 2 according to the amount of light received. Is supplied to the column signal processing circuit 5 through the vertical signal line 9.

カラム信号処理回路5は、画素2の列ごとに配置されており、1行分の画素2から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路5は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)およびAD変換等の信号処理を行う。 The column signal processing circuit 5 is arranged for each column of the pixel 2, and performs signal processing such as noise removal for each pixel string of the signal output from the pixel 2 for one row. For example, the column signal processing circuit 5 performs signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) and AD conversion for removing fixed pattern noise peculiar to pixels.

水平駆動回路6は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路5の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路5の各々から画素信号を水平信号線11に出力させる。 The horizontal drive circuit 6 is composed of, for example, a shift register, and by sequentially outputting horizontal scanning pulses, each of the column signal processing circuits 5 is sequentially selected, and a pixel signal is output from each of the column signal processing circuits 5 as a horizontal signal line. Output to 11.

出力回路7は、カラム信号処理回路5の各々から水平信号線11を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路7は、例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子13は、外部と信号のやりとりをする。 The output circuit 7 performs signal processing on the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5 through the horizontal signal line 11 and outputs the signals. The output circuit 7 may, for example, perform only buffering, or may perform black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing, and the like. The input / output terminal 13 exchanges signals with the outside.

以上のように構成される固体撮像装置1は、CDS処理とAD変換処理を行うカラム信号処理回路5が画素列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。 The solid-state image sensor 1 configured as described above is a CMOS image sensor called a column AD method in which a column signal processing circuit 5 that performs CDS processing and AD conversion processing is arranged for each pixel string.

また、固体撮像装置1は、画素トランジスタが形成される半導体基板12の表面側と反対側の裏面側から光が入射される裏面照射型のMOS型固体撮像装置である。 Further, the solid-state image sensor 1 is a back-illuminated MOS-type solid-state image sensor in which light is incident from the back surface side opposite to the front surface side of the semiconductor substrate 12 on which the pixel transistor is formed.

<2.第1の実施の形態に係る画素構造>
<画素の断面構成例>
図2は、第1の実施の形態に係る画素2の断面構成例を示す図である。
<2. Pixel structure according to the first embodiment>
<Example of pixel cross-section configuration>
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration example of the pixel 2 according to the first embodiment.

固体撮像装置1は、半導体基板12と、その表面側(図中下側)に形成された多層配線層21と、支持基板22とを備える。 The solid-state image sensor 1 includes a semiconductor substrate 12, a multilayer wiring layer 21 formed on the surface side (lower side in the drawing) thereof, and a support substrate 22.

半導体基板12は、例えばシリコン(Si)で構成され、例えば1乃至6μmの厚みを有して形成されている。半導体基板12では、例えば、P型(第1導電型)の半導体領域41に、N型(第2導電型)の半導体領域42が画素2ごとに形成されることにより、フォトダイオードPDが画素単位に形成されている。半導体基板12の表裏両面に臨むP型の半導体領域41は、暗電流抑制のための正孔電荷蓄積領域を兼ねている。 The semiconductor substrate 12 is made of, for example, silicon (Si), and is formed with a thickness of, for example, 1 to 6 μm. In the semiconductor substrate 12, for example, an N-type (second conductive type) semiconductor region 42 is formed for each pixel 2 in a P-type (first conductive type) semiconductor region 41, so that the photodiode PD is pixel-based. Is formed in. The P-type semiconductor region 41 facing both the front and back surfaces of the semiconductor substrate 12 also serves as a hole charge storage region for suppressing dark current.

なお、N型の半導体領域42の間となる各画素2の画素境界では、P型の半導体領域41が、後述する画素間遮光部47を形成するために、図2に示されるように深く掘り込まれている。 At the pixel boundary of each pixel 2 between the N-type semiconductor regions 42, the P-type semiconductor region 41 is dug deep as shown in FIG. 2 in order to form the inter-pixel light-shielding portion 47 described later. It is included.

電荷蓄積領域となるN型の半導体領域42の上側のP型の半導体領域41の界面(受光面側界面)は、微細な凹凸構造を形成した、いわゆるモスアイ構造により、入射光の反射を防止する反射防止部48を構成する。反射防止部48において、凹凸の周期に相当する紡錘形状の凸部のピッチは、例えば、40nm乃至200nmの範囲に設定されている。 The interface (interface on the light receiving surface side) of the P-type semiconductor region 41 above the N-type semiconductor region 42, which is the charge storage region, has a so-called moth-eye structure that forms a fine uneven structure to prevent reflection of incident light. The antireflection unit 48 is configured. In the antireflection portion 48, the pitch of the spindle-shaped convex portion corresponding to the period of the unevenness is set to, for example, in the range of 40 nm to 200 nm.

多層配線層21は、複数の配線層43と層間絶縁膜44とを有する。また、多層配線層21には、フォトダイオードPDに蓄積された電荷の読み出し等を行う複数の画素トランジスタTrも形成されている。 The multilayer wiring layer 21 has a plurality of wiring layers 43 and an interlayer insulating film 44. Further, the multilayer wiring layer 21 is also formed with a plurality of pixel transistors Tr that read out the charges accumulated in the photodiode PD.

半導体基板12の裏面側には、P型の半導体領域41の上面を被覆するように、ピニング層45が成膜されている。ピニング層45は、半導体基板12との界面部分において正電荷(ホール)蓄積領域が形成されて暗電流の発生が抑制されるように、負の固定電荷を有する高誘電体を用いて形成されている。負の固定電荷を有するようにピニング層45を形成することで、その負の固定電荷によって、半導体基板12との界面に電界が加わるので、正電荷蓄積領域が形成される。 A pinning layer 45 is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 12 so as to cover the upper surface of the P-type semiconductor region 41. The pinning layer 45 is formed by using a high dielectric having a negative fixed charge so that a positive charge (hole) storage region is formed at the interface with the semiconductor substrate 12 and the generation of dark current is suppressed. There is. By forming the pinning layer 45 so as to have a negative fixed charge, an electric field is applied to the interface with the semiconductor substrate 12 due to the negative fixed charge, so that a positive charge storage region is formed.

ピニング層45は、例えば、酸化ハフニウム(HfO2)を用いて形成される。また、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タンタル(Ta25)などを用いて、ピニング層45を形成してもよい。 The pinning layer 45 is formed using, for example, hafnium oxide (HfO 2 ). Further, the pinning layer 45 may be formed by using zirconium dioxide (ZrO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), or the like.

透明絶縁膜46は、P型の半導体領域41の掘り込み部分に埋め込まれるとともに、半導体基板12のピニング層45上部の裏面側全面に形成されている。透明絶縁膜46が埋め込まれたP型の半導体領域41の掘り込み部分は、隣接する画素2からの入射光の漏れ込みを防止する画素間遮光部47を構成する。 The transparent insulating film 46 is embedded in the dug portion of the P-type semiconductor region 41, and is formed on the entire back surface side of the upper portion of the pinning layer 45 of the semiconductor substrate 12. The dug portion of the P-type semiconductor region 41 in which the transparent insulating film 46 is embedded constitutes an inter-pixel light-shielding portion 47 that prevents leakage of incident light from adjacent pixels 2.

透明絶縁膜46は、光を透過させるとともに絶縁性を有し、屈折率n1が半導体領域41および42の屈折率n2よりも小さい(n1<n2)材料である。透明絶縁膜46の材料としては、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化アルミニウム(Al23)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タンタル(Ta25)、酸化チタン(TiO2)、酸化ランタン(La23)、酸化プラセオジム(Pr23)、酸化セリウム(CeO2)、酸化ネオジム(Nd23)、酸化プロメチウム(Pm23)、酸化サマリウム(Sm23)、酸化ユウロピウム(Eu23)、酸化ガドリニウム(Gd23)、酸化テルビウム(Tb23)、酸化ジスプロシウム(Dy23)、酸化ホルミウム(Ho23)、酸化ツリウム(Tm23)、酸化イッテルビウム(Yb23)、酸化ルテチウム(Lu23)、酸化イットリウム(Y23)、樹脂などを、単独または組み合わせて用いることができる。 The transparent insulating film 46 is a material that transmits light and has an insulating property, and has a refractive index n1 smaller than the refractive index n2 of the semiconductor regions 41 and 42 (n1 <n2). Materials for the transparent insulating film 46 include silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), hafnium oxide (HfO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and zirconium oxide (ZrO 2 ). ), Tantalum Oxide (Ta 2 O 5 ), Titanium Oxide (TIO 2 ), Lantern Oxide (La 2 O 3 ), Placeodym Oxide (Pr 2 O 3 ), Cerium Oxide (CeO 2 ), Neodim Oxide (Nd 2 O 3 ) ), Promethium oxide (Pm 2 O 3 ), Samalium oxide (Sm 2 O 3 ), Europium oxide (Eu 2 O 3 ), Gadrinium oxide (Gd 2 O 3 ), Terbium oxide (Tb 2 O 3 ), Disprosium oxide (Tb 2 O 3) Dy 2 O 3 ), formium oxide (Ho 2 O 3 ), thulium oxide (Tm 2 O 3 ), ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ), lutetium oxide (Lu 2 O 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) , Resin and the like can be used alone or in combination.

なお、透明絶縁膜46を形成する前に、ピニング層45の上側に、反射防止膜を積層してもよい。反射防止膜の材料としては、窒化シリコン(SiN)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化アルミニウム(Al23)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タンタル(Ta25)、酸化チタン(TiO2) 、酸化ランタン(La23)、酸化プラセオジム(Pr23)、酸化セリウム(CeO2)、酸化ネオジム(Nd23)、酸化プロメチウム(Pm23)、酸化サマリウム(Sm23)、酸化ユウロピウム(Eu23)、酸化ガドリニウム(Gd23)、酸化テルビウム(Tb23)、酸化ジスプロシウム(Dy23)、酸化ホルミウム(Ho23)、酸化ツリウム(Tm23)、酸化イッテルビウム(Yb23)、酸化ルテチウム(Lu23)、酸化イットリウム(Y23)などを用いることができる。 An antireflection film may be laminated on the upper side of the pinning layer 45 before the transparent insulating film 46 is formed. Materials for the antireflection film include silicon nitride (SiN), hafnium oxide (HfO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), and titanium oxide (TiO). 2 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), placeodym oxide (Pr 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), neodymium oxide (Nd 2 O 3 ), promethium oxide (Pm 2 O 3 ), samarium oxide (Sm) 2 O 3 ), Europium oxide (Eu 2 O 3 ), Gadrinium oxide (Gd 2 O 3 ), Terbium oxide (Tb 2 O 3 ), Disprosium oxide (Dy 2 O 3 ), Formium oxide (Ho 2 O 3 ), Thulium oxide (Tm 2 O 3 ), ytterbium oxide (Yb 2 O 3 ), lutetium oxide (Lu 2 O 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and the like can be used.

反射防止膜は、モスアイ構造の反射防止部48の上面のみに成膜してもよいし、ピニング層45と同様に、反射防止部48の上面と、画素間遮光部47の側面の両方に成膜してもよい。 The antireflection film may be formed only on the upper surface of the antireflection portion 48 having a moth-eye structure, or may be formed on both the upper surface of the antireflection portion 48 and the side surface of the interpixel light-shielding portion 47 as in the pinning layer 45. It may be a film.

透明絶縁膜46上の画素境界の領域には、遮光膜49が形成されている。遮光膜49の材料としては、光を遮光する材料であればよく、例えば、タングステン(W)、アルミニウム(Al)又は銅(Cu)などを用いることができる。 A light-shielding film 49 is formed in the pixel boundary region on the transparent insulating film 46. The material of the light-shielding film 49 may be any material that shields light, and for example, tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), or the like can be used.

遮光膜49を含む透明絶縁膜46の上側全面には、平坦化膜50が形成されている。平坦化膜50の材料としては、例えば、樹脂などの有機材料を用いることができる。 A flattening film 50 is formed on the entire upper surface of the transparent insulating film 46 including the light-shielding film 49. As the material of the flattening film 50, for example, an organic material such as a resin can be used.

平坦化膜50の上側には、Red(赤)、Green(緑)、またはBlue(青)のカラーフィルタ層51が画素ごとに形成される。カラーフィルタ層51は、例えば顔料や染料などの色素を含んだ感光性樹脂を回転塗布することによって形成される。Red、Green、Blueの各色は、例えばベイヤ配列により配置されることとするが、その他の配列方法で配置されてもよい。図2の例では、右側の画素2には、Blue(B)のカラーフィルタ層51が形成されており、左側の画素2には、Green(G)のカラーフィルタ層51が形成されている。 A red (red), green (green), or blue (blue) color filter layer 51 is formed on the upper side of the flattening film 50 for each pixel. The color filter layer 51 is formed by rotationally applying a photosensitive resin containing a dye such as a pigment or a dye, for example. Each color of Red, Green, and Blue is arranged by, for example, a bayer arrangement, but may be arranged by another arrangement method. In the example of FIG. 2, a blue (B) color filter layer 51 is formed in the pixel 2 on the right side, and a green (G) color filter layer 51 is formed in the pixel 2 on the left side.

カラーフィルタ層51の上側には、オンチップレンズ52が画素2ごとに形成されている。オンチップレンズ52は、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン-アクリル共重合系樹脂、またはシロキサン系樹脂等の樹脂系材料で形成される。オンチップレンズ52では入射された光が集光され、集光された光はカラーフィルタ層51を介してフォトダイオードPDに効率良く入射される。 An on-chip lens 52 is formed for each pixel 2 on the upper side of the color filter layer 51. The on-chip lens 52 is formed of, for example, a resin-based material such as a styrene-based resin, an acrylic-based resin, a styrene-acrylic copolymer resin, or a siloxane-based resin. In the on-chip lens 52, the incident light is condensed, and the condensed light is efficiently incident on the photodiode PD via the color filter layer 51.

固体撮像装置1の画素アレイ部3の各画素2は、以上のように構成されている。 Each pixel 2 of the pixel array unit 3 of the solid-state image sensor 1 is configured as described above.

<第1の実施の形態に係る画素の製造方法>
次に、図3及び図4を参照して、第1の実施の形態に係る画素2の製造方法について説明する。
<Pixel manufacturing method according to the first embodiment>
Next, a method of manufacturing the pixel 2 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

初めに、図3Aに示されるように、半導体基板12の裏面側のP型の半導体領域41の上面にフォトレジスト81が塗布され、リソグラフィ技術により、反射防止部48のモスアイ構造の凹部となる部分が開口するようにフォトレジスト81がパターン加工される。 First, as shown in FIG. 3A, the photoresist 81 is applied to the upper surface of the P-shaped semiconductor region 41 on the back surface side of the semiconductor substrate 12, and the portion that becomes the recess of the moth-eye structure of the antireflection portion 48 by the lithography technique. The photoresist 81 is patterned so as to open.

そして、パターン加工されたフォトレジスト81に基づいて、半導体基板12に対してドライエッチング処理を施すことにより、図3Bに示されるように、反射防止部48のモスアイ構造の凹部が形成され、その後、フォトレジスト81が除去される。なお、反射防止部48のモスアイ構造は、ドライエッチング処理ではなく、ウェットエッチング処理により形成することもできる。 Then, by performing a dry etching process on the semiconductor substrate 12 based on the pattern-processed photoresist 81, as shown in FIG. 3B, a recess of the moth-eye structure of the antireflection portion 48 is formed, and then a recess of the moth-eye structure is formed. The photoresist 81 is removed. The moth-eye structure of the antireflection portion 48 can also be formed by a wet etching process instead of a dry etching process.

次に、図3Cに示されるように、半導体基板12の裏面側のP型の半導体領域41の上面にフォトレジスト82が塗布され、リソグラフィ技術により、画素間遮光部47の掘り込み部分が開口するようにフォトレジスト82がパターン加工される。 Next, as shown in FIG. 3C, the photoresist 82 is applied to the upper surface of the P-type semiconductor region 41 on the back surface side of the semiconductor substrate 12, and the dug portion of the interpixel shading portion 47 is opened by the lithography technique. The photoresist 82 is patterned as described above.

そして、パターン加工されたフォトレジスト82に基づいて、半導体基板12に対して異方性のドライエッチング処理を施すことにより、図3Dに示されるように、画素間遮光部47のトレンチ構造が形成され、その後、フォトレジスト82が除去される。これにより、トレンチ構造の画素間遮光部47が形成される。 Then, by performing an anisotropic dry etching process on the semiconductor substrate 12 based on the pattern-processed photoresist 82, a trench structure of the interpixel light-shielding portion 47 is formed as shown in FIG. 3D. After that, the photoresist 82 is removed. As a result, the inter-pixel light-shielding portion 47 having a trench structure is formed.

半導体基板12の深い位置まで掘り込む必要がある画素間遮光部47は、異方性エッチング処理で形成される。これにより、画素間遮光部47をテーパのない掘り込み形状とすることができ、導波路機能が発生する。 The inter-pixel light-shielding portion 47, which needs to be dug deep into the semiconductor substrate 12, is formed by anisotropic etching. As a result, the inter-pixel light-shielding portion 47 can be formed into a digging shape without a taper, and a waveguide function is generated.

次に、図4Aに示されるように、モスアイ構造の反射防止部48とトレンチ構造の画素間遮光部47が形成された半導体基板12の表面全体に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、ピニング層45が形成される。 Next, as shown in FIG. 4A, the entire surface of the semiconductor substrate 12 on which the antireflection portion 48 having a moth-eye structure and the interpixel shading portion 47 having a trench structure are formed is pinned by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The layer 45 is formed.

次に、図4Bに示されるように、ピニング層45の上面に、透明絶縁膜46が、例えばCVD法などの埋め込み性の高い成膜方法または充填材料を用いて形成される。これにより、掘り込まれた画素間遮光部47の内部にも、透明絶縁膜46が充填される。 Next, as shown in FIG. 4B, a transparent insulating film 46 is formed on the upper surface of the pinning layer 45 by using a highly implantable film forming method such as a CVD method or a filling material. As a result, the transparent insulating film 46 is also filled inside the dug-in interpixel light-shielding portion 47.

そして、図4Cに示されるように、画素間となる領域についてのみ、リソグラフィ技術により遮光膜49が形成された後、図4Dに示されるように、平坦化膜50、カラーフィルタ層51、オンチップレンズ52が、その順で形成される。 Then, as shown in FIG. 4C, after the light-shielding film 49 is formed only in the region between the pixels by the lithography technique, as shown in FIG. 4D, the flattening film 50, the color filter layer 51, and the on-chip The lens 52 is formed in that order.

図2の構造を有する固体撮像装置1は、以上のようにして製造することができる。 The solid-state image sensor 1 having the structure of FIG. 2 can be manufactured as described above.

<第1の実施の形態に係る画素のその他の製造方法>
上述した製造方法では、初めに、モスアイ構造の反射防止部48を形成し、次に、トレンチ構造の画素間遮光部47を形成した。しかしながら、反射防止部48と画素間遮光部47を形成する順序は逆でも良い。
<Other manufacturing methods of pixels according to the first embodiment>
In the manufacturing method described above, first, the antireflection portion 48 having a moth-eye structure was formed, and then the interpixel light-shielding portion 47 having a trench structure was formed. However, the order in which the antireflection portion 48 and the inter-pixel shading portion 47 are formed may be reversed.

そこで、図5を参照して、トレンチ構造の画素間遮光部47を先に形成してから、モスアイ構造の反射防止部48を形成する場合の製造方法について説明する。 Therefore, with reference to FIG. 5, a manufacturing method will be described in which the interpixel light-shielding portion 47 having a trench structure is first formed and then the antireflection portion 48 having a moth-eye structure is formed.

まず、図5Aに示されるように、半導体基板12の裏面側のP型の半導体領域41の上面にフォトレジスト91が塗布され、リソグラフィ技術により、画素間遮光部47のトレンチ部分が開口するようにフォトレジスト91がパターン加工される。 First, as shown in FIG. 5A, the photoresist 91 is applied to the upper surface of the P-type semiconductor region 41 on the back surface side of the semiconductor substrate 12, and the trench portion of the interpixel shading portion 47 is opened by the lithography technique. The photoresist 91 is patterned.

そして、パターン加工されたフォトレジスト91に基づいて、半導体基板12に対して異方性のドライエッチング処理を施すことにより、図5Bに示されるように、画素間遮光部47のトレンチ部分が形成され、その後、フォトレジスト91が除去される。これにより、トレンチ構造の画素間遮光部47が形成される。 Then, by performing an anisotropic dry etching process on the semiconductor substrate 12 based on the pattern-processed photoresist 91, a trench portion of the inter-pixel light-shielding portion 47 is formed as shown in FIG. 5B. After that, the photoresist 91 is removed. As a result, the inter-pixel light-shielding portion 47 having a trench structure is formed.

次に、図5Cに示されるように、P型の半導体領域41の上面にフォトレジスト92が塗布され、リソグラフィ技術により、反射防止部48のモスアイ構造の凹部となる部分が開口するようにフォトレジスト92がパターン加工される。 Next, as shown in FIG. 5C, the photoresist 92 is applied to the upper surface of the P-type semiconductor region 41, and the photoresist 92 is used to open the concave portion of the moth-eye structure of the antireflection portion 48 by the lithography technique. 92 is patterned.

そして、パターン加工されたフォトレジスト92に基づいて、半導体基板12に対してドライエッチング処理を施すことにより、図5Dに示されるように、反射防止部48のモスアイ構造の凹部が形成された後、フォトレジスト92が除去される。これにより、モスアイ構造の反射防止部48が形成される。なお、反射防止部48のモスアイ構造は、ドライエッチング処理ではなく、ウェットエッチング処理により形成することもできる。 Then, by performing a dry etching process on the semiconductor substrate 12 based on the pattern-processed photoresist 92, as shown in FIG. 5D, after the recess of the moth-eye structure of the antireflection portion 48 is formed, the recess is formed. The photoresist 92 is removed. As a result, the antireflection portion 48 having a moth-eye structure is formed. The moth-eye structure of the antireflection portion 48 can also be formed by a wet etching process instead of a dry etching process.

図5Dに示される状態は、図3Dに示される状態と同じである。したがって、それ以降の透明絶縁膜46や平坦化膜50等の製造方法については、上述した図4と同様であるので説明は省略する。 The state shown in FIG. 5D is the same as the state shown in FIG. 3D. Therefore, the subsequent manufacturing methods of the transparent insulating film 46, the flattening film 50, and the like are the same as those in FIG. 4 described above, and thus the description thereof will be omitted.

<第1の実施の形態に係る画素構造の効果>
図6は、図2に示した画素2の画素構造の効果を説明する図である。
<Effect of pixel structure according to the first embodiment>
FIG. 6 is a diagram illustrating the effect of the pixel structure of the pixel 2 shown in FIG.

図6Aは、モスアイ構造の反射防止部48による効果を説明する図である。 FIG. 6A is a diagram illustrating the effect of the antireflection portion 48 of the moth-eye structure.

反射防止部48は、モスアイ構造を有することにより、入射光の反射が防止される。これにより、固体撮像装置1の感度を向上させることができる。 Since the antireflection portion 48 has a moth-eye structure, reflection of incident light is prevented. Thereby, the sensitivity of the solid-state image sensor 1 can be improved.

図6Bは、トレンチ構造の画素間遮光部47による効果を説明する図である。 FIG. 6B is a diagram illustrating the effect of the inter-pixel light-shielding portion 47 having a trench structure.

従来、画素間遮光部47が設けられていない場合には、反射防止部48により散乱した入射光が、光電変換領域(半導体領域41及び42)を突き抜ける場合があった。画素間遮光部47は、モスアイ構造の反射防止部48により散乱した入射光を反射させ、光電変換領域内に入射光を閉じ込める効果を有する。これにより、シリコン吸収させる光学距離が延長するので、感度を向上させることができる。 Conventionally, when the inter-pixel light-shielding portion 47 is not provided, the incident light scattered by the antireflection portion 48 may penetrate the photoelectric conversion regions (semiconductor regions 41 and 42). The inter-pixel shading unit 47 has the effect of reflecting the incident light scattered by the antireflection unit 48 of the moth-eye structure and confining the incident light in the photoelectric conversion region. As a result, the optical distance for absorbing silicon is extended, so that the sensitivity can be improved.

画素間遮光部47の屈折率をn1=1.5(SiO2相当)、光電変換領域が形成されている半導体領域41の屈折率をn2=4.0とすると、その屈折率差(n1<n2)により導波路効果(光電変換領域:コア、画素間遮光部47:クラッド)が発生するため、入射光は光電変換領域内に閉じ込められる。モスアイ構造は、光散乱により混色を悪化させるデメリットがあるが、画素間遮光部47と組み合わせることにより混色の悪化を打ち消すことができ、さらに、光電変換領域を進む入射角度が大きくなることにより、光電変換効率を向上させるメリットを発生させる。 Assuming that the refractive index of the interpixel light-shielding portion 47 is n1 = 1.5 (corresponding to SiO 2 ) and the refractive index of the semiconductor region 41 in which the photoelectric conversion region is formed is n2 = 4.0, it is derived by the difference in refractive index (n1 <n2). Since the waveguide effect (photoelectric conversion region: core, interpixel shading portion 47: cladding) is generated, the incident light is confined in the photoelectric conversion region. The moth-eye structure has a demerit that the color mixing is deteriorated by light scattering, but the deterioration of the color mixing can be canceled by combining with the inter-pixel light-shielding unit 47, and further, the incident angle advancing in the photoelectric conversion region is increased, so that the photoelectric is photoelectric. Generates the merit of improving conversion efficiency.

図7は、本開示の画素2の画素構造の効果を他の構造と比較して示した図である。 FIG. 7 is a diagram showing the effect of the pixel structure of the pixel 2 of the present disclosure in comparison with other structures.

図7A乃至図7Dそれぞれは上下2段構成となっており、上側の図は、画素の断面構造図を示しており、下側の図は、上段の画素構造を有する画素にGreenの平行光を入射させた場合の半導体基板12内の光強度を示す分布図である。なお、理解を容易にするため、図7A乃至図7Dにおいて、図2の画素2の構造と対応する部分については同一の符号を付している。 Each of FIGS. 7A to 7D has an upper and lower two-stage configuration, the upper figure shows a cross-sectional structure diagram of a pixel, and the lower figure shows a green parallel light to a pixel having a pixel structure in the upper stage. It is a distribution diagram which shows the light intensity in the semiconductor substrate 12 when it is made incident. For ease of understanding, in FIGS. 7A to 7D, the parts corresponding to the structure of the pixel 2 in FIG. 2 are designated by the same reference numerals.

図7A上段は、一般的な固体撮像装置の画素構造を示しており、モスアイ構造の反射防止部48もトレンチ構造による画素間遮光部47も有さず、ピニング層45Aが、P型の半導体領域41上に平坦に形成されている画素構造を示している。 The upper part of FIG. 7A shows the pixel structure of a general solid-state image sensor, and has neither the antireflection portion 48 of the moth-eye structure nor the inter-pixel shading portion 47 due to the trench structure, and the pinning layer 45A is a P-type semiconductor region. The pixel structure formed flat on 41 is shown.

図7A下段に示される光強度を示す分布図では、光強度が強い領域ほど、濃い濃度で示されている。Green画素の受光感度を基準(1.0)とすると、Blue画素においても若干のGreen光が通過するため、図7AのBlue画素の受光感度は、0.06となり、2画素トータルの受光感度は、1.06となる。 In the distribution map showing the light intensity shown in the lower part of FIG. 7A, the stronger the light intensity is, the darker the density is. Assuming that the light receiving sensitivity of the Green pixel is the reference (1.0), a small amount of Green light passes through the Blue pixel, so the light receiving sensitivity of the Blue pixel in FIG. 7A is 0.06, and the total light receiving sensitivity of the two pixels is 1.06. ..

図7B上段は、P型の半導体領域41上にモスアイ構造の反射防止部48のみが形成された画素構造を示している。 The upper part of FIG. 7B shows a pixel structure in which only the antireflection portion 48 of the moth-eye structure is formed on the P-type semiconductor region 41.

図7B下段に示される光強度の分布図をみると、モスアイ構造の反射防止部48により散乱した入射光が、隣のBlue画素に漏れ込んでいる。そのため、Green画素の受光感度が0.90と低下しており、一方、隣りのBlue画素の受光感度が0.16と上昇している。2画素トータルの受光感度は、1.06である。 Looking at the light intensity distribution map shown in the lower part of FIG. 7B, the incident light scattered by the antireflection portion 48 of the moth-eye structure leaks into the adjacent Blue pixel. Therefore, the light receiving sensitivity of the Green pixel is reduced to 0.90, while the light receiving sensitivity of the adjacent Blue pixel is increased to 0.16. The total light receiving sensitivity of the two pixels is 1.06.

図7Cは、P型の半導体領域41内にトレンチ構造の画素間遮光部47のみが形成された画素構造を示している。 FIG. 7C shows a pixel structure in which only the inter-pixel light-shielding portion 47 having a trench structure is formed in the P-type semiconductor region 41.

図7C下段に示される光強度の分布図をみると、図7Aの画素構造とほとんど変わらず、Green画素の受光感度は1.01、Blue画素の受光感度は0.06であり、2画素トータルの受光感度は、1.07である。 Looking at the distribution diagram of the light intensity shown in the lower part of FIG. 7C, the light intensity of the Green pixel is 1.01 and the light receiving sensitivity of the Blue pixel is 0.06, which is almost the same as the pixel structure of FIG. 7A. , 1.07.

図7Dは、図2に示した本開示の画素構造を示している。 FIG. 7D shows the pixel structure of the present disclosure shown in FIG.

図7D下段に示される光強度の分布図をみると、モスアイ構造の反射防止部48により上側への反射が防止されるとともに、モスアイ構造の反射防止部48により散乱した入射光の隣のBlue画素への漏れ込みが、画素間遮光部47により防止されている。これにより、Green画素の受光感度は1.11と上昇しており、Blue画素の受光感度は0.07と図7Cの画素構造と同レベルとなっている。2画素トータルの受光感度は、1.18である。 Looking at the light intensity distribution map shown in the lower part of FIG. 7D, the blue pixel next to the incident light scattered by the antireflection portion 48 of the moth-eye structure is prevented from being reflected upward by the antireflection portion 48 of the moth-eye structure. The leakage to the pixel is prevented by the inter-pixel light-shielding portion 47. As a result, the light receiving sensitivity of the Green pixel has increased to 1.11 and the light receiving sensitivity of the Blue pixel is 0.07, which is the same level as the pixel structure of FIG. 7C. The total light receiving sensitivity of the two pixels is 1.18.

以上のように、図2に示した本開示の画素構造によれば、モスアイ構造の反射防止部48により上側への反射を防止するとともに、画素間遮光部47により、反射防止部48により散乱した入射光の隣接画素への漏れ込みを防止することができる。したがって、混色悪化を抑制しつつ、感度を向上させることができる。 As described above, according to the pixel structure of the present disclosure shown in FIG. 2, the antireflection portion 48 of the moth-eye structure prevents the reflection from the upper side, and the inter-pixel light-shielding portion 47 scatters by the antireflection portion 48. It is possible to prevent the incident light from leaking to the adjacent pixel. Therefore, it is possible to improve the sensitivity while suppressing the deterioration of color mixing.

<3.第2の実施の形態に係る画素構造>
<画素の断面構成例>
図8は、第2の実施の形態に係る画素2の断面構成例を示す図である。
<3. Pixel structure according to the second embodiment>
<Example of pixel cross-section configuration>
FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional configuration example of the pixel 2 according to the second embodiment.

なお、図8において、図2に示した第1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。 In FIG. 8, the parts corresponding to the first embodiment shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.

図8に示される第2の実施の形態では、画素2どうしの間に配置されたトレンチ構造の画素間遮光部47の中心部分に、例えば、タングステン(W)などのメタル材料が充填されることによりメタル遮光部101が新たに設けられている点が、上述した第1の実施の形態と異なる。 In the second embodiment shown in FIG. 8, a metal material such as tungsten (W) is filled in the central portion of the inter-pixel light-shielding portion 47 of the trench structure arranged between the pixels 2. The point that the metal light-shielding portion 101 is newly provided is different from the first embodiment described above.

また、第2の実施の形態では、ピニング層45の表面に積層されている透明絶縁膜46が、例えばスパッタリング法などを用いてコンフォーマルに成膜されている。 Further, in the second embodiment, the transparent insulating film 46 laminated on the surface of the pinning layer 45 is conformally formed by using, for example, a sputtering method.

第2の実施の形態の固体撮像装置1では、メタル遮光部101をさらに設けたことにより、混色をさらに抑制することができる。 In the solid-state image sensor 1 of the second embodiment, the color mixing can be further suppressed by further providing the metal light-shielding portion 101.

<第2の実施の形態に係る画素の製造方法>
図9を参照して、第2の実施の形態に係る画素2の製造方法について説明する。
<Pixel manufacturing method according to the second embodiment>
A method of manufacturing the pixel 2 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 9.

図9Aに示される状態は、第1の実施の形態に係る画素の製造方法で説明した図4Aの状態と同一である。したがって、ピニング層45を形成するまでの製造方法は、上述した第1の実施の形態と同様である。 The state shown in FIG. 9A is the same as the state of FIG. 4A described in the pixel manufacturing method according to the first embodiment. Therefore, the manufacturing method until the pinning layer 45 is formed is the same as that of the first embodiment described above.

そして、図9Bに示されるように、ピニング層45の上面に、透明絶縁膜46が、例えばスパッタリング法によりコンフォーマルに形成される。 Then, as shown in FIG. 9B, a transparent insulating film 46 is conformally formed on the upper surface of the pinning layer 45, for example, by a sputtering method.

次に、図9Cに示されるように、例えば、タングステン(W)などを用いてリソグラフィ技術により画素間となる領域についてのみパターン加工することにより、メタル遮光部101と遮光膜49が同時に形成される。なお、メタル遮光部101と遮光膜49は、異なるメタル材料を用いて別々に形成しても勿論よい。 Next, as shown in FIG. 9C, the metal light-shielding portion 101 and the light-shielding film 49 are simultaneously formed by pattern processing only the region between the pixels by, for example, tungsten (W) or the like by a lithography technique. .. Of course, the metal light-shielding portion 101 and the light-shielding film 49 may be formed separately by using different metal materials.

その後、図9Dに示されるように、平坦化膜50、カラーフィルタ層51、オンチップレンズ52が、その順で形成される。 After that, as shown in FIG. 9D, the flattening film 50, the color filter layer 51, and the on-chip lens 52 are formed in that order.

<画素構造の最適条件例>
図10を参照して、画素2の様々な個所の最適条件について説明する。
<Example of optimum conditions for pixel structure>
With reference to FIG. 10, the optimum conditions at various points of the pixel 2 will be described.

(反射防止部48のモスアイ配置領域L1)
上述した実施の形態では、モスアイ構造の反射防止部48が、フォトダイオードPDが形成される半導体領域41および42の受光面側の全領域に形成されていた。しかし、反射防止部48のモスアイ配置領域L1(モスアイ配置幅L1)は、図10に示されるように、画素領域L4(画素幅L4)に対して所定の割合の領域で画素中心部のみに形成することができる。そして、この反射防止部48のモスアイ配置領域L1は、画素領域L4に対しておおよそ8割となる領域であることが望ましい。
(Moss eye arrangement area L1 of antireflection unit 48)
In the above-described embodiment, the antireflection portion 48 having a moth-eye structure is formed in the entire region on the light receiving surface side of the semiconductor regions 41 and 42 in which the photodiode PD is formed. However, as shown in FIG. 10, the moth-eye arrangement region L1 (moth-eye arrangement width L1) of the antireflection portion 48 is formed only in the pixel center portion in a region of a predetermined ratio with respect to the pixel region L4 (pixel width L4). can do. It is desirable that the moth-eye arrangement region L1 of the antireflection portion 48 is a region that is approximately 80% of the pixel region L4.

オンチップレンズ52による集光は、光電変換領域であるセンサ(フォトダイオードPD)の領域中心に絞られる。したがって、センサ中心に近いほど光強度は強く、センサ中心から離れるほどに光強度は弱くなる。センサ中心から離れた領域では、回折光ノイズ成分、すなわち、隣接画素への混色ノイズ成分が多い。そこで、画素間遮光部47付近についてはモスアイ構造を形成しないことで、光散乱を抑制することができ、ノイズを抑制することができる。反射防止部48のモスアイ配置領域L1は、画素サイズ、オンチップレンズ曲率、画素2の総厚などの上層構造の違いによっても変化はあるが、オンチップレンズ52は、通常、センサ領域の中心8割の領域にスポット集光させるため、画素領域L4に対しておおよそ8割となる領域であることが望ましい。 Condensing by the on-chip lens 52 is focused on the center of the sensor (photodiode PD), which is a photoelectric conversion region. Therefore, the closer to the center of the sensor, the stronger the light intensity, and the farther away from the center of the sensor, the weaker the light intensity. In the region far from the center of the sensor, there are many diffracted light noise components, that is, color mixing noise components to adjacent pixels. Therefore, by not forming a moth-eye structure in the vicinity of the inter-pixel light-shielding portion 47, light scattering can be suppressed and noise can be suppressed. The moth-eye arrangement region L1 of the antireflection portion 48 varies depending on the difference in the upper layer structure such as the pixel size, the on-chip lens curvature, and the total thickness of the pixels 2, but the on-chip lens 52 usually has the center 8 of the sensor region. Since the spot is focused on the split area, it is desirable that the area is approximately 80% of the pixel area L4.

また、モスアイ構造の凸部(紡錘形状)の大きさは、色毎に異なるように形成することができる。凸部の大きさとしては、高さ、配置面積(平面視において凸部が形成されている面積)、ピッチを定義することができる。 Further, the size of the convex portion (spindle shape) of the moth-eye structure can be formed to be different for each color. As the size of the convex portion, the height, the arrangement area (the area where the convex portion is formed in a plan view), and the pitch can be defined.

凸部の高さは、入射光の波長が短いほど低くする。すなわち、Redの画素2の凸部の高さをhR、Greenの画素2の凸部の高さをhG、Blueの画素2の凸部の高さをhBとすると、hR>hG>hBの大小関係が成立するように形成することができる。 The height of the convex portion is lowered as the wavelength of the incident light is shorter. That is, if the height of the convex portion of the red pixel 2 is h R , the height of the convex portion of the green pixel 2 is h G , and the height of the convex portion of the blue pixel 2 is h B , then h R > h. It can be formed so that the magnitude relationship of G > h B is established.

また、凸部の配置面積は、入射光の波長が短いほど小さくする。すなわち、Redの画素2の凸部の配置面積をxR、Greenの画素2の凸部の配置面積をxG、Blueの画素2の凸部の配置面積をxBとすると、xR>xG>xBの大小関係が成立するように形成することができる。配置面積の一方向の幅は、図10のモスアイ配置幅L1に相当する。 Further, the arrangement area of the convex portion is reduced as the wavelength of the incident light is shorter. That is, assuming that the arrangement area of the convex portion of the Red pixel 2 is x R , the arrangement area of the convex portion of the Green pixel 2 is x G , and the arrangement area of the convex portion of the Blue pixel 2 is x B , x R > x. It can be formed so that the magnitude relationship of G > x B is established. The width of the arrangement area in one direction corresponds to the moth-eye arrangement width L1 in FIG.

凸部のピッチは、入射光の波長が短いほど低くする。すなわち、Redの画素2の凸部のピッチをpR、Greenの画素2のピッチの高さをpG、Blueの画素2の凸部のピッチをpBとすると、pR>pG>pBの大小関係が成立するように形成することができる。 The pitch of the convex portion is lowered as the wavelength of the incident light is shorter. That is, if the pitch of the convex portion of the red pixel 2 is p R , the pitch height of the green pixel 2 is p G , and the pitch of the convex portion of the blue pixel 2 is p B , then p R > p G > p. It can be formed so that the magnitude relationship of B is established.

(画素間遮光部47の溝幅L2)
隣接画素に対して入射光の漏れ込みを防止し、全反射させるために必要な画素間遮光部47の溝幅L2について検討する。
(Groove width L2 of the inter-pixel shading portion 47)
The groove width L2 of the inter-pixel light-shielding portion 47, which is necessary for preventing leakage of incident light to adjacent pixels and for total internal reflection, will be examined.

画素間遮光部47の溝幅L2は、入射光の波長λ=600nm、半導体領域41の屈折率n2を4.0、画素間遮光部47の屈折率n1を1.5(SiO2相当)、半導体領域41から画素間遮光部47への入射角θ=60°とすると、40nm以上であれば良い。ただし、光学特性を満たすマージンと、プロセス埋め込み性の観点から、画素間遮光部47の溝幅L2は、200nm以上とすることが望ましい。 The groove width L2 of the inter-pixel light-shielding portion 47 has a wavelength λ of incident light λ = 600 nm, a refractive index n2 of the semiconductor region 41 of 4.0, a refractive index n1 of the inter-pixel light-shielding portion 47 of 1.5 (corresponding to SiO 2 ), and the semiconductor region 41. Assuming that the angle of incidence on the inter-pixel light-shielding portion 47 is θ = 60 °, it may be 40 nm or more. However, from the viewpoint of the margin satisfying the optical characteristics and the process embedding property, it is desirable that the groove width L2 of the inter-pixel light-shielding portion 47 is 200 nm or more.

(画素間遮光部47の掘り込み量L3)
画素間遮光部47の掘り込み量L3について検討する。
(Digging amount L3 of the inter-pixel shading portion 47)
The digging amount L3 of the inter-pixel light-shielding portion 47 will be examined.

画素間遮光部47の掘り込み量L3は大きいほど、混色を抑制する効果が高くなる。しかし、ある程度の掘り込み量を超えると、混色抑制度は飽和してくる。また、焦点位置と散乱強度には入射光波長依存がある。具体的には、波長が短いと、焦点位置が高く、散乱強度が強いので、浅い領域の混色が大きいため、掘り込み量は小さくてもよい。一方、波長が長いと、焦点位置が低く、散乱強度が弱いので、深い領域の混色が大きいため、掘り込み量は大きくしたい。以上より、画素間遮光部47の掘り込み量L3は、入射光波長以上とすることが望ましい。例えば、Blueの画素2の掘り込み量L3は450nm以上、Greenの画素2の掘り込み量L3は550nm以上、Redの画素2の掘り込み量L3は650nm以上とすることが望ましい。 The larger the digging amount L3 of the inter-pixel light-shielding portion 47, the higher the effect of suppressing color mixing. However, when the amount of digging exceeds a certain level, the degree of color mixing suppression becomes saturated. Further, the focal position and the scattering intensity depend on the incident light wavelength. Specifically, when the wavelength is short, the focal position is high and the scattering intensity is strong, so that the color mixing in the shallow region is large, and the amount of digging may be small. On the other hand, when the wavelength is long, the focal position is low and the scattering intensity is weak, so that the color mixing in the deep region is large, and the amount of digging is desired to be large. From the above, it is desirable that the digging amount L3 of the inter-pixel light-shielding portion 47 is equal to or larger than the incident light wavelength. For example, it is desirable that the digging amount L3 of the blue pixel 2 is 450 nm or more, the digging amount L3 of the green pixel 2 is 550 nm or more, and the digging amount L3 of the red pixel 2 is 650 nm or more.

上述した説明では、画素間遮光部47は、導波路機能を最大限発揮し、かつ、センサ面積を減らさないために、異方性のドライエッチング処理を用いて、テーパのない掘り込み形状とすることとした。 In the above description, the inter-pixel light-shielding portion 47 is formed into a digging shape without taper by using an anisotropic dry etching process in order to maximize the waveguide function and not reduce the sensor area. I decided.

しかし、画素間遮光部47とN型の半導体領域42が十分離れており、画素間遮光部47をテーパ形状で形成しても、フォトダイオードPDの面積に影響がない場合には、画素間遮光部47の形状をテーパ形状としてもよい。例えば、画素間遮光部47の屈折率n1=1.5(SiO2相当)、P型の半導体領域41の屈折率n2=4.0とすると、界面反射率は極めて高いため、画素間遮光部47の形状を、0乃至30°の範囲内で順テーパまたは逆テーパ形状とすることができる。 However, if the inter-pixel light-shielding portion 47 and the N-type semiconductor region 42 are sufficiently separated from each other and the inter-pixel light-shielding portion 47 is formed in a tapered shape without affecting the area of the photodiode PD, the inter-pixel light-shielding portion 47 is light-shielded. The shape of the portion 47 may be a tapered shape. For example, if the refractive index n1 = 1.5 (corresponding to SiO 2 ) of the inter-pixel light-shielding portion 47 and the refractive index n2 = 4.0 of the P-type semiconductor region 41, the interfacial reflectance is extremely high, so the shape of the inter-pixel light-shielding portion 47 is changed. , Can be forward-tapered or reverse-tapered within the range of 0 to 30 °.

<4.画素構造の変形例>
図11乃至図26を参照して、画素構造の複数のバリエーションについて説明する。図11乃至図26では、図2および図8に示したような断面構成例よりも簡略化して図示された画素構造を用いて説明を行い、それぞれの対応する構成要素であっても異なる符号が付されているものがある。
<4. Deformation example of pixel structure>
A plurality of variations of the pixel structure will be described with reference to FIGS. 11 to 26. 11 to 26 are described by using a pixel structure shown in a simplified manner as compared with the cross-sectional configuration example as shown in FIGS. 2 and 8, and different reference numerals are given even for the corresponding components. Some are attached.

図11は、画素構造の第1のバリエーションを示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing a first variation of the pixel structure.

まず、図11を参照して、以下で説明する画素構造の各バリエーションで共通する基本的な構成について説明する。 First, with reference to FIG. 11, a basic configuration common to each variation of the pixel structure described below will be described.

図11に示すように、固体撮像装置1は、フォトダイオードPDを構成するN型の半導体領域42が画素2ごとに形成された半導体基板12に、反射防止膜111、透明絶縁膜46、カラーフィルタ層51、およびオンチップレンズ52が積層されて構成される。 As shown in FIG. 11, in the solid-state image sensor 1, the antireflection film 111, the transparent insulating film 46, and the color filter are formed on the semiconductor substrate 12 in which the N-type semiconductor region 42 constituting the photodiode PD is formed for each pixel 2. The layer 51 and the on-chip lens 52 are laminated and configured.

反射防止膜111は、例えば、固定電荷膜および酸化膜が積層された積層構造とされ、例えば、ALD(Atomic Layer. Deposition)法による高誘電率(High-k)の絶縁薄膜を用いることができる。具体的には、酸化ハフニウム(HfO2)や、酸化アルミニウム(Al23)、酸化チタン(TiO2)、STO(Strontium Titan Oxide)などを用いることができる。図11の例では、反射防止膜111は、酸化ハフニウム膜112、酸化アルミニウム膜113、および酸化シリコン膜114が積層されて構成されている。 The antireflection film 111 has, for example, a laminated structure in which a fixed charge film and an oxide film are laminated, and for example, an insulating thin film having a high dielectric constant (High-k) by an ALD (Atomic Layer. Deposition) method can be used. .. Specifically, hafnium oxide (HfO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TIO 2 ), STO (Strontium Titan Oxide) and the like can be used. In the example of FIG. 11, the antireflection film 111 is configured by laminating a hafnium oxide film 112, an aluminum oxide film 113, and a silicon oxide film 114.

さらに、反射防止膜111に積層するように画素2の間に遮光膜49が形成される。遮光膜49は、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、または窒化タングステン(WN)などの単層の金属膜が用いられる。または、遮光膜49として、これらの金属の積層膜(例えば、チタンとタングステンの積層膜や、窒化チタンとタングステンの積層膜など)を用いてもよい。 Further, a light-shielding film 49 is formed between the pixels 2 so as to be laminated on the antireflection film 111. As the light-shielding film 49, a single-layer metal film such as titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tungsten (W), aluminum (Al), or tungsten nitride (WN) is used. Alternatively, as the light-shielding film 49, a laminated film of these metals (for example, a laminated film of titanium and tungsten, a laminated film of titanium nitride and tungsten, etc.) may be used.

このように構成される固体撮像装置1において、画素構造の第1のバリエーションでは、半導体基板12の受光面側界面における画素2どうしの間において反射防止部48を形成しない所定幅の領域を設けることによって平坦部分53が設けられる。上述したように、反射防止部48は、モスアイ構造(微細な凹凸構造)を形成することによって設けられ、そのモスアイ構造を、画素2どうしの間の領域に形成せずに平坦な面を残すことによって、平坦部分53が設けられる。このように、平坦部分53を設ける画素構造とすることで、隣接する他の画素2の近傍となる所定幅の領域(画素分離領域)における回折光の発生を抑制し、混色の発生を防止することができる。 In the solid-state image sensor 1 configured as described above, in the first variation of the pixel structure, a region having a predetermined width that does not form the antireflection portion 48 is provided between the pixels 2 at the interface on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 12. The flat portion 53 is provided by the above. As described above, the antireflection portion 48 is provided by forming a moth-eye structure (fine uneven structure), and the moth-eye structure is not formed in the region between the pixels 2 and leaves a flat surface. Provides a flat portion 53. In this way, by adopting the pixel structure in which the flat portion 53 is provided, the generation of diffracted light in the region having a predetermined width (pixel separation region) in the vicinity of the other adjacent pixels 2 is suppressed, and the generation of color mixing is prevented. be able to.

つまり、半導体基板12にモスアイ構造を形成した場合には、垂直入射光の回折が発生し、例えば、モスアイ構造のピッチが大きくなるのに従って回折光の成分が大きくなり、隣接する他の画素2に入射する光の割合が増加することが知られている。 That is, when the moth-eye structure is formed on the semiconductor substrate 12, diffraction of vertically incident light occurs. For example, as the pitch of the moth-eye structure increases, the component of the diffracted light increases, and the other pixels 2 adjacent to the semiconductor substrate 2 have a diffracted light component. It is known that the proportion of incident light increases.

これに対し、固体撮像装置1では、隣接する他の画素2に回折光が漏れ易い、画素2どうしの間の所定幅の領域に平坦部分53を設けることで、平坦部分53では垂直入射光の回折が発生しないことより、混色の発生を防止することができる。 On the other hand, in the solid-state image sensor 1, by providing the flat portion 53 in a region having a predetermined width between the pixels 2 where the diffracted light easily leaks to other adjacent pixels 2, the flat portion 53 receives the vertically incident light. Since diffraction does not occur, it is possible to prevent the occurrence of color mixing.

図12は、画素構造の第2のバリエーションを示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing a second variation of the pixel structure.

図12において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第2のバリエーションでは、半導体基板12において画素2どうしの間を分離する画素分離部54が形成される。
In FIG. 12, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
Then, in the second variation of the pixel structure, the pixel separation portion 54 that separates the pixels 2 from each other is formed on the semiconductor substrate 12.

画素分離部54は、フォトダイオードPDを構成するN型の半導体領域42の間にトレンチを掘り込み、そのトレンチの内面に酸化アルミニウム膜113を成膜し、さらに酸化シリコン膜114を成膜する際に絶縁物55をトレンチに埋め込むことによって形成される。 When the pixel separation unit 54 digs a trench between the N-type semiconductor regions 42 constituting the photodiode PD, forms an aluminum oxide film 113 on the inner surface of the trench, and further forms a silicon oxide film 114. It is formed by embedding an insulator 55 in a trench.

このような画素分離部54を構成することにより、隣接する画素2どうしは、トレンチに埋め込まれた絶縁物55によって電気的に分離される。これにより、半導体基板12の内部において発生した電荷が、隣接する画素2に漏れることを防止することができる。 By constructing such a pixel separation unit 54, the adjacent pixels 2 are electrically separated from each other by the insulator 55 embedded in the trench. As a result, it is possible to prevent the electric charge generated inside the semiconductor substrate 12 from leaking to the adjacent pixels 2.

そして、画素構造の第2のバリエーションにおいても、平坦部分53を設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、混色の発生を防止することができる。 Further, also in the second variation of the pixel structure, by adopting the pixel structure in which the flat portion 53 is provided, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and prevent the generation of color mixing.

図13は、画素構造の第3のバリエーションを示す図である。 FIG. 13 is a diagram showing a third variation of the pixel structure.

図13において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第3のバリエーションでは、半導体基板12において画素2どうしの間を分離する画素分離部54Aが形成される。
In FIG. 13, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
Then, in the third variation of the pixel structure, the pixel separation portion 54A that separates the pixels 2 from each other is formed on the semiconductor substrate 12.

画素分離部54Aは、フォトダイオードPDを構成するN型の半導体領域42の間にトレンチを掘り込み、そのトレンチの内面に酸化アルミニウム膜113を成膜して、酸化シリコン膜114を成膜する際に絶縁物55をトレンチに埋め込み、さらに絶縁物55の内側に遮光膜49を成膜する際に遮光物56を埋め込むことによって形成される。遮光物56は、遮光性を備えた金属により、遮光膜49と一体になるように形成される。 When the pixel separation unit 54A digs a trench between the N-type semiconductor regions 42 constituting the photodiode PD, forms an aluminum oxide film 113 on the inner surface of the trench, and forms a silicon oxide film 114. The insulating material 55 is embedded in the trench, and the light-shielding material 56 is embedded when the light-shielding film 49 is formed inside the insulating material 55. The light-shielding object 56 is formed of a light-shielding metal so as to be integrated with the light-shielding film 49.

このような画素分離部54Aを構成することにより、隣接する画素2どうしは、トレンチに埋め込まれた絶縁物55によって電気的に分離されるとともに、遮光物56によって光学的に分離される。これにより、半導体基板12の内部において発生した電荷が、隣接する画素2に漏れることを防止することができるとともに、斜め方向からの光が、隣接する画素2に漏れることを防止することができる。 By constructing such a pixel separation unit 54A, the adjacent pixels 2 are electrically separated by the insulator 55 embedded in the trench and optically separated by the light-shielding object 56. As a result, it is possible to prevent the electric charge generated inside the semiconductor substrate 12 from leaking to the adjacent pixels 2, and it is possible to prevent the light from the oblique direction from leaking to the adjacent pixels 2.

そして、画素構造の第3のバリエーションにおいても、平坦部分53を設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、混色の発生を防止することができる。 Further, also in the third variation of the pixel structure, by adopting the pixel structure in which the flat portion 53 is provided, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and prevent the generation of color mixing.

図14は、画素構造の第4のバリエーションを示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing a fourth variation of the pixel structure.

図14において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第4のバリエーションでは、半導体基板12において画素2どうしの間を分離する画素分離部54Bが形成される。
In FIG. 14, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
Then, in the fourth variation of the pixel structure, the pixel separation portion 54B that separates the pixels 2 from each other is formed on the semiconductor substrate 12.

画素分離部54Bは、フォトダイオードPDを構成するN型の半導体領域42の間にトレンチを掘り込み、そのトレンチの内面に酸化アルミニウム膜113を成膜して、酸化シリコン膜114を成膜する際に絶縁物55をトレンチに埋め込み、さらに遮光物56をトレンチに埋め込むことによって形成される。なお、画素分離部54Bでは、遮光膜49が平坦部分53に設けられない構成となっている。 When the pixel separation unit 54B digs a trench between the N-type semiconductor regions 42 constituting the photodiode PD, forms an aluminum oxide film 113 on the inner surface of the trench, and forms a silicon oxide film 114. The insulating material 55 is embedded in the trench, and the light-shielding material 56 is further embedded in the trench. The pixel separation unit 54B is configured such that the light-shielding film 49 is not provided on the flat portion 53.

このような画素分離部54Bを構成することにより、隣接する画素2どうしは、トレンチに埋め込まれた絶縁物55によって電気的に分離されるとともに、遮光物56によって光学的に分離される。これにより、半導体基板12の内部において発生した電荷が、隣接する画素2に漏れることを防止することができるとともに、斜め方向からの光が、隣接する画素2に漏れることを防止することができる。 By constructing such a pixel separation unit 54B, the adjacent pixels 2 are electrically separated by the insulator 55 embedded in the trench and optically separated by the light-shielding object 56. As a result, it is possible to prevent the electric charge generated inside the semiconductor substrate 12 from leaking to the adjacent pixels 2, and it is possible to prevent the light from the oblique direction from leaking to the adjacent pixels 2.

そして、画素構造の第4のバリエーションにおいても、平坦部分53を設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、混色の発生を防止することができる。 Further, also in the fourth variation of the pixel structure, by adopting the pixel structure in which the flat portion 53 is provided, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and prevent the generation of color mixing.

図15は、画素構造の第5のバリエーションを示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing a fifth variation of the pixel structure.

図15において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第5のバリエーションでは、反射防止部48Aの形状が、画素2の周辺近傍において、モスアイ構造を構成する凹凸の深さが浅くなるように形成されている。
In FIG. 15, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
In the fifth variation of the pixel structure, the shape of the antireflection portion 48A is formed so that the depth of the unevenness constituting the moth-eye structure becomes shallow in the vicinity of the periphery of the pixel 2.

即ち、図15に示すように、反射防止部48Aは、例えば、図11に示した反射防止部48と比較して、画素2の周囲部分において、つまり、隣接する他の画素2と近傍となる部分において、モスアイ構造を構成する凹凸の深さが浅く形成されている。 That is, as shown in FIG. 15, the antireflection unit 48A is, for example, in the peripheral portion of the pixel 2, that is, in the vicinity of the other adjacent pixels 2 as compared with the antireflection unit 48 shown in FIG. In the portion, the depth of the unevenness constituting the moth-eye structure is formed shallow.

このように、画素2の周囲部分における凹凸構造の深さを浅く形成することによって、その周辺部分での回折光の発生を抑制することができる。そして、画素構造の第5のバリエーションにおいても、平坦部分53を設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、より混色の発生を防止することができる。 By forming the depth of the uneven structure in the peripheral portion of the pixel 2 to be shallow in this way, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the peripheral portion thereof. Further, also in the fifth variation of the pixel structure, by adopting the pixel structure in which the flat portion 53 is provided, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and further prevent the generation of color mixing.

図16は、画素構造の第6のバリエーションを示す図である。 FIG. 16 is a diagram showing a sixth variation of the pixel structure.

図16において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第6のバリエーションでは、反射防止部48Aの形状が、画素2の周辺部分において、モスアイ構造を構成する凹凸の深さが浅くなるように形成されるとともに、画素分離部54が形成されている。
In FIG. 16, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
In the sixth variation of the pixel structure, the shape of the antireflection portion 48A is formed so that the depth of the unevenness constituting the moth-eye structure becomes shallow in the peripheral portion of the pixel 2, and the pixel separation portion 54 is formed. It is formed.

このような反射防止部48Aを形成することにより、画素2の周囲部分での回折光の発生を抑制することができるとともに、画素分離部54により、隣接する画素2どうしを電気的に分離することができる。そして、画素構造の第6のバリエーションにおいても、平坦部分53を設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、より混色の発生を防止することができる。 By forming such an antireflection portion 48A, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the peripheral portion of the pixel 2, and the pixel separation portion 54 electrically separates the adjacent pixels 2 from each other. Can be done. Further, also in the sixth variation of the pixel structure, by adopting the pixel structure provided with the flat portion 53, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and further prevent the generation of color mixing.

図17は、画素構造の第7のバリエーションを示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing a seventh variation of the pixel structure.

図17において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第7のバリエーションでは、反射防止部48Aの形状が、画素2の周辺近傍において、モスアイ構造を構成する凹凸の深さが浅くなるように形成されるとともに、画素分離部54Aが形成されている。
In FIG. 17, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
In the seventh variation of the pixel structure, the shape of the antireflection portion 48A is formed so that the depth of the unevenness constituting the moth-eye structure becomes shallow in the vicinity of the periphery of the pixel 2, and the pixel separation portion 54A is formed. It is formed.

このような反射防止部48Aを形成することにより、画素2の周囲部分での回折光の発生を抑制することができるとともに、画素分離部54Aにより、隣接する画素2どうしを電気的および光学的に分離することができる。そして、画素構造の第7のバリエーションにおいても、平坦部分53を設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、より混色の発生を防止することができる。 By forming such an antireflection portion 48A, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the peripheral portion of the pixel 2, and the pixel separation portion 54A electrically and optically connect the adjacent pixels 2 to each other. Can be separated. Further, even in the seventh variation of the pixel structure, by adopting the pixel structure provided with the flat portion 53, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and further prevent the generation of color mixing.

図18は、画素構造の第8のバリエーションを示す図である。 FIG. 18 is a diagram showing an eighth variation of the pixel structure.

図18において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第8のバリエーションでは、反射防止部48Aの形状が、画素2の周辺近傍において、モスアイ構造を構成する凹凸の深さが浅くなるように形成されるとともに、画素分離部54Bが形成されている。
In FIG. 18, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
In the eighth variation of the pixel structure, the shape of the antireflection portion 48A is formed so that the depth of the unevenness constituting the moth-eye structure becomes shallow in the vicinity of the periphery of the pixel 2, and the pixel separation portion 54B is formed. It is formed.

このような反射防止部48Aを形成することにより、画素2の周囲部分での回折光の発生を抑制することができるとともに、画素分離部54Bにより、隣接する画素2どうしを電気的および光学的に分離することができる。そして、画素構造の第8のバリエーションにおいても、平坦部分53を設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、より混色の発生を防止することができる。 By forming such an antireflection portion 48A, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the peripheral portion of the pixel 2, and the pixel separation portion 54B electrically and optically connect the adjacent pixels 2 to each other. Can be separated. Further, also in the eighth variation of the pixel structure, by adopting the pixel structure provided with the flat portion 53, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and further prevent the generation of color mixing.

図19は、画素構造の第9のバリエーションを示す図である。 FIG. 19 is a diagram showing a ninth variation of the pixel structure.

図19において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第9のバリエーションでは、反射防止部48Bが、例えば、図11の反射防止部48よりも狭い領域に形成されている。
In FIG. 19, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
Then, in the ninth variation of the pixel structure, the antireflection portion 48B is formed in a region narrower than, for example, the antireflection portion 48 in FIG.

即ち、図19に示すように、反射防止部48Bは、例えば、図11に示した反射防止部48と比較して、画素2の周囲部分において、つまり、隣接する他の画素2と近傍となる部分において、モスアイ構造を形成する領域が削減されている。これにより、平坦部分53Aが、図11の平坦部分53よりも広く形成される。 That is, as shown in FIG. 19, the antireflection unit 48B is, for example, in the peripheral portion of the pixel 2, that is, in the vicinity of the other adjacent pixels 2 as compared with the antireflection unit 48 shown in FIG. In the portion, the area forming the moth-eye structure is reduced. As a result, the flat portion 53A is formed wider than the flat portion 53 in FIG.

このように、画素2の周囲部分においてモスアイ構造を形成せずに平坦部分53Aを広く設けることで、その周辺部分での回折光の発生を抑制することができる。これにより、画素構造の第9のバリエーションにおいても、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、さらに混色の発生を防止することができる。 As described above, by providing the flat portion 53A widely without forming the moth-eye structure in the peripheral portion of the pixel 2, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the peripheral portion thereof. As a result, even in the ninth variation of the pixel structure, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and further prevent the generation of color mixing.

図20は、画素構造の第10のバリエーションを示す図である。 FIG. 20 is a diagram showing a tenth variation of the pixel structure.

図20において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第10のバリエーションでは、反射防止部48Bが形成される領域が狭くなっているとともに、画素分離部54が形成されている。
In FIG. 20, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
In the tenth variation of the pixel structure, the region where the antireflection portion 48B is formed is narrowed, and the pixel separation portion 54 is formed.

このような反射防止部48Bを形成することにより、画素2の周囲部分での回折光の発生を抑制することができるとともに、画素分離部54により、隣接する画素2どうしを電気的に分離することができる。そして、画素構造の第10のバリエーションにおいても、平坦部分53Aを広く設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、さらに混色の発生を防止することができる。 By forming such an antireflection portion 48B, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the peripheral portion of the pixel 2, and the pixel separation portion 54 electrically separates the adjacent pixels 2 from each other. Can be done. Further, even in the tenth variation of the pixel structure, by adopting the pixel structure in which the flat portion 53A is widely provided, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and further prevent the generation of color mixing.

図21は、画素構造の第11のバリエーションを示す図である。 FIG. 21 is a diagram showing an eleventh variation of the pixel structure.

図21において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第11のバリエーションでは、反射防止部48Bが形成される領域が狭くなっているとともに、画素分離部54Aが形成されている。
In FIG. 21, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
In the eleventh variation of the pixel structure, the region where the antireflection portion 48B is formed is narrowed, and the pixel separation portion 54A is formed.

このような反射防止部48Bを形成することにより、画素2の周囲部分での回折光の発生を抑制することができるとともに、画素分離部54Aにより、隣接する画素2どうしを電気的および光学的に分離することができる。そして、画素構造の第21のバリエーションにおいても、平坦部分53Aを広く設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、さらに混色の発生を防止することができる。 By forming such an antireflection portion 48B, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the peripheral portion of the pixel 2, and the pixel separation portion 54A electrically and optically connect the adjacent pixels 2 to each other. Can be separated. Further, even in the 21st variation of the pixel structure, by adopting the pixel structure in which the flat portion 53A is widely provided, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and further prevent the generation of color mixing.

図22は、画素構造の第12のバリエーションを示す図である。 FIG. 22 is a diagram showing a twelfth variation of the pixel structure.

図22において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第12のバリエーションでは、反射防止部48Bが形成される領域が狭くなっているとともに、画素分離部54Bが形成されている。
In FIG. 22, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
In the twelfth variation of the pixel structure, the region where the antireflection portion 48B is formed is narrowed, and the pixel separation portion 54B is formed.

このような反射防止部48Bを形成することにより、画素2の周囲部分での回折光の発生を抑制することができるとともに、画素分離部54Bにより、隣接する画素2どうしを電気的および光学的に分離することができる。そして、画素構造の第21のバリエーションにおいても、平坦部分53Aを広く設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、さらに混色の発生を防止することができる。 By forming such an antireflection portion 48B, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the peripheral portion of the pixel 2, and the pixel separation portion 54B electrically and optically connect the adjacent pixels 2 to each other. Can be separated. Further, even in the 21st variation of the pixel structure, by adopting the pixel structure in which the flat portion 53A is widely provided, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and further prevent the generation of color mixing.

図23は、画素構造の第13のバリエーションを示す図である。 FIG. 23 is a diagram showing a thirteenth variation of the pixel structure.

図23において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第13のバリエーションでは、像面位相差AF(Auto Focus:オートフォーカス)に利用される位相差用画素2Aが設けられており、位相差用画素2Aには、反射防止部48が設けられない構成とされている。位相差用画素2Aは、像面における位相差を利用したオートフォーカスの制御に利用される信号を出力し、反射防止部48が設けられないことにより、受光面側界面は平坦面に形成される。
In FIG. 23, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
In the thirteenth variation of the pixel structure, the phase difference pixel 2A used for the image plane phase difference AF (Auto Focus) is provided, and the phase difference pixel 2A is provided with the antireflection unit 48. Is not provided. The phase difference pixel 2A outputs a signal used for autofocus control using the phase difference on the image plane, and the light receiving surface side interface is formed on a flat surface by not providing the antireflection portion 48. ..

図23に示すように、像面位相差AFに利用される位相差用画素2Aでは、開口の略半分を遮光するように遮光膜49Aが形成されている。例えば、右側半分が遮光された位相差用画素2Aと左側半分が遮光された位相差用画素2Aとのペアで位相差の測定に用いられ、位相差用画素2Aから出力される信号は、画像の構築には利用されない。 As shown in FIG. 23, in the phase difference pixel 2A used for the image plane phase difference AF, a light shielding film 49A is formed so as to shield substantially half of the opening. For example, a pair of a phase difference pixel 2A in which the right half is shaded and a phase difference pixel 2A in which the left half is shaded is used for measuring the phase difference, and the signal output from the phase difference pixel 2A is an image. Not used to build.

そして、このような像面位相差AFに利用される位相差用画素2Aを有する画素構造の第13のバリエーションにおいても、位相差用画素2A以外の画素2どうしの間に平坦部分53を設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、混色の発生を防止することができる。 Further, even in the thirteenth variation of the pixel structure having the phase difference pixel 2A used for the image plane phase difference AF, a pixel in which the flat portion 53 is provided between the pixels 2 other than the phase difference pixel 2A. With the structure, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and prevent the generation of color mixing.

図24は、画素構造の第14のバリエーションを示す図である。 FIG. 24 is a diagram showing a 14th variation of the pixel structure.

図24において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第14のバリエーションでは、像面位相差AFに利用される位相差用画素2Aには反射防止部48が設けられない構成とされているとともに、画素分離部54が形成されている。
In FIG. 24, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
In the 14th variation of the pixel structure, the phase difference pixel 2A used for the image plane phase difference AF is not provided with the antireflection unit 48, and the pixel separation unit 54 is formed. There is.

そして、画素構造の第14のバリエーションにおいても、画素分離部54により、隣接する画素2どうしを電気的に分離することができるとともに、位相差用画素2A以外の画素2どうしの間に平坦部分53を設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、混色の発生を防止することができる。 Further, also in the 14th variation of the pixel structure, the pixel separation unit 54 can electrically separate the adjacent pixels 2 from each other, and the flat portion 53 is formed between the pixels 2 other than the phase difference pixel 2A. By adopting the pixel structure provided with the above, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and prevent the generation of color mixing.

図25は、画素構造の第15のバリエーションを示す図である。 FIG. 25 is a diagram showing a fifteenth variation of the pixel structure.

図25において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第15のバリエーションでは、像面位相差AFに利用される位相差用画素2Aには反射防止部48が設けられない構成とされているとともに、画素分離部54Aが形成されている。
In FIG. 25, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
In the fifteenth variation of the pixel structure, the phase difference pixel 2A used for the image plane phase difference AF is not provided with the antireflection unit 48, and the pixel separation unit 54A is formed. There is.

そして、画素構造の第15のバリエーションにおいても、画素分離部54Aにより、隣接する画素2どうしを電気的および光学的に分離することができるとともに、位相差用画素2A以外の画素2どうしの間に平坦部分53を設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、混色の発生を防止することができる。 Further, also in the fifteenth variation of the pixel structure, the pixel separation unit 54A can electrically and optically separate the adjacent pixels 2 and between the pixels 2 other than the phase difference pixel 2A. By having a pixel structure in which the flat portion 53 is provided, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and prevent the generation of color mixing.

図26は、画素構造の第16のバリエーションを示す図である。 FIG. 26 is a diagram showing a sixteenth variation of the pixel structure.

図26において、固体撮像装置1の基本的な構成は、図11に示した構成と共通する。
そして、画素構造の第16のバリエーションでは、像面位相差AFに利用される位相差用画素2Aには反射防止部48が設けられない構成とされているとともに、画素分離部54Bが形成されている。
In FIG. 26, the basic configuration of the solid-state image sensor 1 is the same as the configuration shown in FIG.
In the 16th variation of the pixel structure, the phase difference pixel 2A used for the image plane phase difference AF is not provided with the antireflection portion 48, and the pixel separation portion 54B is formed. There is.

そして、画素構造の第16のバリエーションにおいても、画素分離部54Bにより、隣接する画素2どうしを電気的および光学的に分離することができるとともに、位相差用画素2A以外の画素2どうしの間に平坦部分53を設ける画素構造とすることで、画素分離領域における回折光の発生を抑制し、混色の発生を防止することができる。 Further, also in the 16th variation of the pixel structure, the pixel separation unit 54B can electrically and optically separate the adjacent pixels 2 and between the pixels 2 other than the phase difference pixel 2A. By having a pixel structure in which the flat portion 53 is provided, it is possible to suppress the generation of diffracted light in the pixel separation region and prevent the generation of color mixing.

<5.電子機器への適用例>
本開示の技術は、固体撮像装置への適用に限られるものではない。即ち、本開示の技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機など、画像取込部(光電変換部)に固体撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像装置は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
<5. Application example to electronic devices>
The technique of the present disclosure is not limited to application to a solid-state image sensor. That is, the technique of the present disclosure is an image acquisition unit (photoelectric conversion unit) such as an image pickup device such as a digital still camera or a video camera, a portable terminal device having an image pickup function, or a copier using a solid-state image pickup device for an image reading unit. ) Can be applied to all electronic devices that use solid-state imaging devices. The solid-state image pickup device may be in the form of one chip, or may be in the form of a module having an image pickup function in which an image pickup unit and a signal processing unit or an optical system are packaged together.

図27は、本開示に係る電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。 FIG. 27 is a block diagram showing a configuration example of an image pickup device as an electronic device according to the present disclosure.

図27の撮像装置200は、レンズ群などからなる光学部201、図1の固体撮像装置1の構成が採用される固体撮像装置(撮像デバイス)202、およびカメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路203を備える。また、撮像装置200は、フレームメモリ204、表示部205、記録部206、操作部207、および電源部208も備える。DSP回路203、フレームメモリ204、表示部205、記録部206、操作部207および電源部208は、バスライン209を介して相互に接続されている。 The image pickup device 200 of FIG. 27 includes an optical unit 201 including a lens group and the like, a solid-state image pickup device (imaging device) 202 in which the configuration of the solid-state image pickup device 1 of FIG. 1 is adopted, and a DSP (Digital Signal) which is a camera signal processing circuit. Processor) The circuit 203 is provided. The image pickup apparatus 200 also includes a frame memory 204, a display unit 205, a recording unit 206, an operation unit 207, and a power supply unit 208. The DSP circuit 203, the frame memory 204, the display unit 205, the recording unit 206, the operation unit 207, and the power supply unit 208 are connected to each other via the bus line 209.

光学部201は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで固体撮像装置202の撮像面上に結像する。固体撮像装置202は、光学部201によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像装置202として、図1の固体撮像装置1、即ち、混色悪化を抑制しつつ、感度を向上させた固体撮像装置を用いることができる。 The optical unit 201 captures incident light (image light) from the subject and forms an image on the image pickup surface of the solid-state image pickup device 202. The solid-state image sensor 202 converts the amount of incident light imaged on the image pickup surface by the optical unit 201 into an electric signal in pixel units and outputs it as a pixel signal. As the solid-state image sensor 202, the solid-state image sensor 1 of FIG. 1, that is, the solid-state image sensor with improved sensitivity while suppressing deterioration of color mixing can be used.

表示部205は、例えば、液晶パネルや有機EL(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像装置202で撮像された動画または静止画を表示する。記録部206は、固体撮像装置202で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。 The display unit 205 comprises a panel-type display device such as a liquid crystal panel or an organic EL (Electro Luminescence) panel, and displays a moving image or a still image captured by the solid-state imaging device 202. The recording unit 206 records the moving image or still image captured by the solid-state image sensor 202 on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory.

操作部207は、ユーザによる操作の下に、撮像装置200が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部208は、DSP回路203、フレームメモリ204、表示部205、記録部206および操作部207の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。 The operation unit 207 issues operation commands for various functions of the image pickup apparatus 200 under the operation of the user. The power supply unit 208 appropriately supplies various power sources that serve as operating power sources for the DSP circuit 203, the frame memory 204, the display unit 205, the recording unit 206, and the operation unit 207 to these supply targets.

上述したように、固体撮像装置202として、上述した固体撮像装置1を用いることで、混色悪化を抑制しつつ、感度を向上させることができる。従って、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置200においても、撮像画像の高画質化を図ることができる。 As described above, by using the above-mentioned solid-state image sensor 1 as the solid-state image sensor 202, it is possible to improve the sensitivity while suppressing the deterioration of color mixing. Therefore, even in an image pickup device 200 such as a video camera, a digital still camera, and a camera module for mobile devices such as mobile phones, it is possible to improve the image quality of the captured image.

本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 The embodiments of the present disclosure are not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the present disclosure.

上述した例では、第1導電型をP型、第2導電型をN型として、電子を信号電荷とした固体撮像装置について説明したが、本開示は正孔を信号電荷とする固体撮像装置にも適用することができる。すなわち、第1導電型をN型とし、第2導電型をP型として、前述の各半導体領域を逆の導電型の半導体領域で構成することができる。 In the above-mentioned example, a solid-state image pickup device in which the first conductive type is P-type and the second conductive type is N-type and electrons are used as signal charges has been described. Can also be applied. That is, the first conductive type is N-type, the second conductive type is P-type, and each of the above-mentioned semiconductor regions can be configured by the reverse conductive type semiconductor region.

また、本開示の技術は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やX線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置(物理量分布検知装置)全般に対して適用可能である。 Further, the technique of the present disclosure is not limited to application to a solid-state image sensor that detects the distribution of the incident light amount of visible light and captures it as an image, but also captures the distribution of the incident amount of infrared rays, X-rays, particles, etc. as an image. Applicable to all solid-state image sensors (physical quantity distribution detection devices) such as fingerprint detection sensors that detect the distribution of other physical quantities such as pressure and capacitance and capture images as images. It is possible.

なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
(1)
基板と、
前記基板に設けられた第1光電変換領域と、
前記第1光電変換領域の隣であって前記基板に設けられた第2光電変換領域と、
前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間に設けられたトレンチと、
前記第1光電変換領域の上方で、前記基板の受光面側に設けられた第1モスアイ構造と、
前記第2光電変換領域の上方で、前記基板の受光面側に設けられた第2モスアイ構造と、
前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられ、前記第1モスアイ構造と前記第2モスアイ構造の上方に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に設けられた遮光膜と
を有する固体撮像装置。
(2)
前記絶縁膜は、前記基板と前記遮光膜との間に設けられる
前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
前記遮光膜は金属を含む
前記(1)または(2)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記遮光膜はアルミニウムである
前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(5)
断面視で、前記トレンチの側面はテーパ形状をなす
前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(6)
前記テーパ形状は0乃至30°の順テーパである
前記(5)に記載の固体撮像装置。
(7)
前記第1光電変換領域および前記第1モスアイ構造を有する第1画素と、
前記第2光電変換領域および前記第2モスアイ構造を有する第2画素と
をさらに有する前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(8)
前記トレンチ内の少なくとも一部に、前記第1画素と前記第2画素とを光学的に分離する物質が埋め込まれている
前記(7)に記載の固体撮像装置。
(9)
前記物質は、遮光性を備えた遮光物である
前記(8)に記載の固体撮像装置。
(10)
前記トレンチ内の少なくとも一部に、金属が埋め込まれている
前記(1)乃至(9)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(11)
前記第1モスアイ構造または前記第2モスアイ構造は光を散乱させ、
前記トレンチは前記光を反射させる
前記(1)乃至(10)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(12)
前記第1画素は前記第1モスアイ構造の上方に第1カラーフィルタを有し、
前記第2画素は前記第2モスアイ構造の上方に第2カラーフィルタを有する
前記(7)乃至(11)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(13)
前記第1モスアイ構造は2個以上の凹部を有し、
前記第2モスアイ構造は2個以上の凹部を有する
前記(7)乃至(12)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(14)
断面視で、前記モスアイ構造の幅は、前記カラーフィルタの幅の略8割である
前記(11)乃至(13)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(15)
前記第1カラーフィルタは第1の色に対応し、
前記第2カラーフィルタは第2の色に対応し、
前記第1カラーフィルタの下方にある前記第1モスアイ構造の前記凹部のピッチと、前記第2カラーフィルタの下方にある前記第2モスアイ構造の前記凹部のピッチとが同一である
前記(13)に記載の固体撮像装置。
(16)
前記第1カラーフィルタは第1の色に対応し、
前記第2カラーフィルタは第2の色に対応し、
前記第1カラーフィルタの下方にある前記第1モスアイ構造の前記凹部の個数と、前記第2カラーフィルタの下方にある前記第2モスアイ構造の前記凹部の個数とが同一である 前記(13)に記載の固体撮像装置。
(17)
前記第1カラーフィルタは第1の色に対応し、
前記第2カラーフィルタは第2の色に対応し、
前記第1カラーフィルタの下方にある前記第1モスアイ構造の前記凹部の深さと、前記第2カラーフィルタの下方にある前記第2モスアイ構造の前記凹部の深さとが同一である 前記(13)に記載の固体撮像装置。
(18)
断面視において、前記トレンチの溝幅よりも前記トレンチの掘り込み量の方が大きい
前記(1)乃至(17)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(19)
断面視において、前記モスアイ構造を形成する側面と、前記トレンチを形成する側面とのなす角度が異なる
前記(1)乃至(18)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(20)
基板に設けられた第1光電変換領域及び第2光電変換領域の上方の前記基板表面にモスアイ構造を形成した後に、
前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間の前記基板にトレンチを形成し、 前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられるように、前記モスアイ構造の上方に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に遮光膜を形成する
固体撮像装置の製造方法。
(21)
基板に設けられた第1光電変換領域と第2光電変換領域との間の前記基板にトレンチを形成した後に、
前記第1光電変換領域及び前記第2光電変換領域の上方の前記基板表面にモスアイ構造を形成し、
前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられるように、前記モスアイ構造の上方に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に遮光膜を形成する
固体撮像装置の製造方法。
(22)
前記モスアイ構造はウェットエッチングにより形成し、
前記トレンチはドライエッチングにより形成する
前記(20)に記載の固体撮像装置の製造方法。
(23)
前記モスアイ構造はウェットエッチングにより形成し、
前記トレンチはドライエッチングにより形成する
前記(21)に記載の固体撮像装置の製造方法。
The present disclosure may also have the following structure.
(1)
With the board
The first photoelectric conversion region provided on the substrate and
The second photoelectric conversion region next to the first photoelectric conversion region and provided on the substrate,
A trench provided between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region,
A first moth-eye structure provided on the light receiving surface side of the substrate above the first photoelectric conversion region,
A second moth-eye structure provided on the light receiving surface side of the substrate above the second photoelectric conversion region.
An insulating film provided in at least a part of the trench and provided above the first moth-eye structure and the second moth-eye structure.
A solid-state image sensor having a light-shielding film provided above the insulating film and above the trench.
(2)
The solid-state image sensor according to (1), wherein the insulating film is provided between the substrate and the light-shielding film.
(3)
The solid-state image sensor according to (1) or (2) above, wherein the light-shielding film contains a metal.
(4)
The solid-state image sensor according to any one of (1) to (3) above, wherein the light-shielding film is aluminum.
(5)
The solid-state image pickup device according to any one of (1) to (4) above, wherein the side surface of the trench has a tapered shape in a cross-sectional view.
(6)
The solid-state image pickup device according to (5) above, wherein the taper shape is a forward taper of 0 to 30 °.
(7)
The first photoelectric conversion region and the first pixel having the first moth-eye structure,
The solid-state image sensor according to any one of (1) to (6), further comprising the second photoelectric conversion region and the second pixel having the second moth-eye structure.
(8)
The solid-state image sensor according to (7), wherein a substance that optically separates the first pixel and the second pixel is embedded in at least a part of the trench.
(9)
The solid-state image sensor according to (8) above, wherein the substance is a light-shielding substance having a light-shielding property.
(10)
The solid-state image sensor according to any one of (1) to (9) above, wherein a metal is embedded in at least a part of the trench.
(11)
The first moth-eye structure or the second moth-eye structure scatters light and
The solid-state image sensor according to any one of (1) to (10), wherein the trench reflects the light.
(12)
The first pixel has a first color filter above the first moth-eye structure.
The solid-state image sensor according to any one of (7) to (11), wherein the second pixel has a second color filter above the second moth-eye structure.
(13)
The first moth-eye structure has two or more recesses and has two or more recesses.
The solid-state image sensor according to any one of (7) to (12) above, wherein the second moth-eye structure has two or more recesses.
(14)
The solid-state image sensor according to any one of (11) to (13), wherein the width of the moth-eye structure is approximately 80% of the width of the color filter in a cross-sectional view.
(15)
The first color filter corresponds to the first color and
The second color filter corresponds to the second color and
In (13), the pitch of the recess of the first moth-eye structure below the first color filter and the pitch of the recess of the second moth-eye structure below the second color filter are the same. The solid-state image sensor described.
(16)
The first color filter corresponds to the first color and
The second color filter corresponds to the second color and
In (13), the number of the recesses of the first moth-eye structure below the first color filter is the same as the number of the recesses of the second moth-eye structure below the second color filter. The solid-state image sensor described.
(17)
The first color filter corresponds to the first color and
The second color filter corresponds to the second color and
In (13), the depth of the recess of the first moth-eye structure below the first color filter is the same as the depth of the recess of the second moth-eye structure below the second color filter. The solid-state image sensor described.
(18)
The solid-state image sensor according to any one of (1) to (17), wherein the amount of digging in the trench is larger than the width of the trench in the cross-sectional view.
(19)
The solid-state image sensor according to any one of (1) to (18), wherein the angle formed by the side surface forming the moth-eye structure and the side surface forming the trench is different in a cross-sectional view.
(20)
After forming a moth-eye structure on the surface of the substrate above the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region provided on the substrate,
A trench is formed in the substrate between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region, and an insulating film is formed above the moth-eye structure so as to be provided in at least a part of the trench.
A method for manufacturing a solid-state image sensor that forms a light-shielding film above the insulating film and above the trench.
(21)
After forming a trench in the substrate between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region provided on the substrate,
A moth-eye structure is formed on the surface of the substrate above the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region.
An insulating film is formed above the moth-eye structure so as to be provided in at least a part of the trench.
A method for manufacturing a solid-state image sensor that forms a light-shielding film above the insulating film and above the trench.
(22)
The moth-eye structure is formed by wet etching and
The method for manufacturing a solid-state image sensor according to (20), wherein the trench is formed by dry etching.
(23)
The moth-eye structure is formed by wet etching and
The method for manufacturing a solid-state image sensor according to (21), wherein the trench is formed by dry etching.

1 固体撮像装置, 2 画素, 3 画素アレイ部, 12 半導体基板, 41,42 半導体領域, 45 ピニング層, 46 透明絶縁膜, 47 画素間遮光部, 48 反射防止部, 49 遮光膜, 50 平坦化膜, 51 カラーフィルタ層, 52 オンチップレンズ, 101 メタル遮光部, 200 撮像装置, 202 固体撮像装置 1 solid-state image sensor, 2 pixels, 3 pixel array part, 12 semiconductor substrate, 41, 42 semiconductor area, 45 pinning layer, 46 transparent insulating film, 47 pixel-to-pixel light-shielding part, 48 anti-reflection part, 49 light-shielding film, 50 flattening Film, 51 color filter layer, 52 on-chip lens, 101 metal shading part, 200 image sensor, 202 solid-state image sensor

Claims (23)

基板と、
前記基板に設けられた第1光電変換領域と、
前記第1光電変換領域の隣であって前記基板に設けられた第2光電変換領域と、
前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間に設けられた、幅の長さよりも深さの長さの方が長いトレンチと、
前記第1光電変換領域の上方で、前記基板の受光面側に設けられた第1凹凸構造と、
前記第2光電変換領域の上方で、前記基板の受光面側に設けられた第2凹凸構造と、
前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられ、前記第1凹凸構造と前記第2凹凸構造の上方に設けられた第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に設けられた遮光膜と
を有し、
前記第1絶縁膜は酸化ハフニウムを含む
光検出装置。
With the board
The first photoelectric conversion region provided on the substrate and
The second photoelectric conversion region next to the first photoelectric conversion region and provided on the substrate,
A trench provided between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region, which has a longer depth than a width.
The first uneven structure provided on the light receiving surface side of the substrate above the first photoelectric conversion region and
A second uneven structure provided on the light receiving surface side of the substrate above the second photoelectric conversion region,
A first insulating film provided in at least a part of the trench and provided above the first concavo-convex structure and the second concavo-convex structure.
It has a light-shielding film provided above the first insulating film and above the trench.
The first insulating film is a photodetector containing hafnium oxide.
前記第1凹凸構造および前記第2凹凸構造は凹部を有し、
断面視で、前記凹部の第1側の側面と前記トレンチの第1側の側面とが非平行である
請求項1に記載の光検出装置。
The first concavo-convex structure and the second concavo-convex structure have recesses.
The photodetector according to claim 1, wherein the first side surface of the recess and the first side surface of the trench are non-parallel in cross-sectional view.
前記遮光膜は前記基板の上方に設けられ、
断面視で前記第1絶縁膜において、前記遮光膜と接している領域全体が平坦である
請求項1に記載の光検出装置。
The light-shielding film is provided above the substrate and is provided.
The photodetector according to claim 1, wherein the entire region of the first insulating film in contact with the light-shielding film is flat in cross-sectional view.
前記第1絶縁膜の上方に設けられ、前記遮光膜の側面に接して設けられた第2絶縁膜を更に有する
請求項3に記載の光検出装置。
The photodetector according to claim 3, further comprising a second insulating film provided above the first insulating film and in contact with the side surface of the light-shielding film.
前記第2絶縁膜は前記遮光膜の上面に接して設けられている
請求項4に記載の光検出装置。
The photodetector according to claim 4, wherein the second insulating film is provided in contact with the upper surface of the light-shielding film.
前記第2絶縁膜は前記第1絶縁膜と同じ材料を含む
請求項4または5に記載の光検出装置。
The photodetector according to claim 4 or 5, wherein the second insulating film contains the same material as the first insulating film.
前記遮光膜は金属を含む
請求項1に記載の光検出装置。
The photodetector according to claim 1, wherein the light-shielding film contains a metal.
前記遮光膜はアルミニウムである
請求項1に記載の光検出装置。
The photodetector according to claim 1, wherein the light-shielding film is aluminum.
断面視で、前記トレンチの側面はテーパ形状をなす
請求項1に記載の光検出装置。
The photodetector according to claim 1, wherein the side surface of the trench has a tapered shape in a cross-sectional view.
前記テーパ形状は0乃至30°の範囲内の順テーパである
請求項9に記載の光検出装置。
The photodetector according to claim 9, wherein the tapered shape is a forward taper in the range of 0 to 30 °.
前記第1光電変換領域および前記第1凹凸構造を有する第1画素と、
前記第2光電変換領域および前記第2凹凸構造を有する第2画素と
をさらに有する請求項1に記載の光検出装置。
The first photoelectric conversion region and the first pixel having the first uneven structure,
The photodetector according to claim 1, further comprising the second photoelectric conversion region and the second pixel having the second uneven structure.
前記トレンチ内の少なくとも一部に、前記第1画素と前記第2画素とを光学的に分離する遮光性を備えた遮光物が埋め込まれている
請求項11に記載の光検出装置。
The photodetector according to claim 11, wherein a light-shielding object having a light-shielding property for optically separating the first pixel and the second pixel is embedded in at least a part of the trench.
前記トレンチ内の少なくとも一部に、金属が埋め込まれている
請求項1に記載の光検出装置。
The photodetector according to claim 1, wherein a metal is embedded in at least a part of the trench.
前記第1凹凸構造または前記第2凹凸構造は光を散乱させ、
前記トレンチは前記光を反射させる
請求項1に記載の光検出装置。
The first concavo-convex structure or the second concavo-convex structure scatters light and
The photodetector according to claim 1, wherein the trench reflects the light.
前記第1画素は前記第1凹凸構造の上方に第1カラーフィルタを有し、
前記第2画素は前記第2凹凸構造の上方に第2カラーフィルタを有する
請求項11に記載の光検出装置。
The first pixel has a first color filter above the first uneven structure.
The photodetector according to claim 11, wherein the second pixel has a second color filter above the second uneven structure.
前記第1凹凸構造は2個以上の凹部を有し、
前記第2凹凸構造は2個以上の凹部を有する
請求項15に記載の光検出装置。
The first uneven structure has two or more recesses and has two or more recesses.
The photodetector according to claim 15, wherein the second uneven structure has two or more recesses.
断面視で、前記第1凹凸構造の幅は、前記第1カラーフィルタの幅の略8割である
請求項15に記載の光検出装置。
The photodetector according to claim 15, wherein the width of the first uneven structure is approximately 80% of the width of the first color filter in a cross-sectional view.
前記第1カラーフィルタは第1の色に対応し、
前記第2カラーフィルタは第2の色に対応し、
前記第1カラーフィルタの下方にある前記第1凹凸構造の前記凹部のピッチと、前記第2カラーフィルタの下方にある前記第2凹凸構造の前記凹部のピッチとが同一である
請求項16に記載の光検出装置。
The first color filter corresponds to the first color and
The second color filter corresponds to the second color and
16. The 16th aspect of the present invention, wherein the pitch of the concave portion of the first concave-convex structure below the first color filter and the pitch of the concave portion of the second concave-convex structure below the second color filter are the same. Light detector.
前記第1カラーフィルタは第1の色に対応し、
前記第2カラーフィルタは第2の色に対応し、
前記第1カラーフィルタの下方にある前記第1凹凸構造の前記凹部の個数と、前記第2カラーフィルタの下方にある前記第2凹凸構造の前記凹部の個数とが同一である
請求項16に記載の光検出装置。
The first color filter corresponds to the first color and
The second color filter corresponds to the second color and
16. The 16th aspect of the present invention, wherein the number of the recesses of the first concave-convex structure below the first color filter and the number of the recesses of the second concave-convex structure below the second color filter are the same. Photodetector.
前記第1カラーフィルタは第1の色に対応し、
前記第2カラーフィルタは第2の色に対応し、
前記第1カラーフィルタの下方にある前記第1凹凸構造の前記凹部の深さと、前記第2カラーフィルタの下方にある前記第2凹凸構造の前記凹部の深さとが同一である
請求項16に記載の光検出装置。
The first color filter corresponds to the first color and
The second color filter corresponds to the second color and
16. The 16th aspect of the present invention, wherein the depth of the concave portion of the first uneven structure below the first color filter is the same as the depth of the concave portion of the second concave-convex structure below the second color filter. Photodetector.
基板に設けられた第1光電変換領域及び第2光電変換領域の上方の前記基板表面に凹凸構造を形成した後に、
前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間の前記基板に、幅の長さよりも深さの長さの方が長いトレンチを形成し、
前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられるように、前記凹凸構造の上方に、酸化ハフニウムを含む第1絶縁膜を形成し、
前記第1絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に遮光膜を形成する
光検出装置の製造方法。
After forming an uneven structure on the surface of the substrate above the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region provided on the substrate,
A trench having a depth length longer than a width length is formed on the substrate between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region.
A first insulating film containing hafnium oxide is formed above the uneven structure so as to be provided in at least a part of the trench.
A method for manufacturing a photodetector that forms a light-shielding film above the first insulating film and above the trench.
基板に設けられた第1光電変換領域と第2光電変換領域との間の前記基板に、幅の長さよりも深さの長さの方が長いトレンチを形成した後に、
前記第1光電変換領域及び前記第2光電変換領域の上方の前記基板表面に凹凸構造を形成し、
前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられるように、前記凹凸構造の上方に、酸化ハフニウムを含む第1絶縁膜を形成し、
前記第1絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に遮光膜を形成する
光検出装置の製造方法。
After forming a trench in the substrate between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region provided on the substrate, the length of the depth is longer than the length of the width.
An uneven structure is formed on the surface of the substrate above the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region.
A first insulating film containing hafnium oxide is formed above the uneven structure so as to be provided in at least a part of the trench.
A method for manufacturing a photodetector that forms a light-shielding film above the first insulating film and above the trench.
前記凹凸構造はウェットエッチングにより形成し、
前記トレンチはドライエッチングにより形成する
請求項21または22に記載の光検出装置の製造方法。
The uneven structure is formed by wet etching.
The method for manufacturing a photodetector according to claim 21 or 22, wherein the trench is formed by dry etching.
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