JP2023072513A - Light detection device and electronic apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide a light detection device with which electrical cross-talk in photoelectric conversion is suppressed; and an electronic apparatus using such a light detection device.SOLUTION: A light detection device is configured to comprise: a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion part which performs photoelectric conversion; a light-receiving lens disposed in each pixel on a light-receiving surface side of the photoelectric conversion element; an entering light blocking film that is disposed opposing the light-receiving lens and is also disposed on the light-receiving lens side of the photoelectric conversion element, and that has a light inlet for the entering light condensed by the light-receiving lens; an exiting light blocking film that is disposed opposing the entering light blocking film and is also disposed on the side opposite the light-receiving lens side of the photoelectric conversion element, and that has a light outlet for light which has passed through the photoelectric conversion element; and a pixel separation wall that connects a peripheral edge of the entering light blocking film and a peripheral edge of the exiting light blocking film to each other, and that surrounds at least a portion of the photoelectric conversion element.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、光学的及び電気的クロストークを抑制した固体撮像装置などの光検出装置及び当該光検出装置を使用した電子機器に関する。 The present disclosure relates to a photodetector such as a solid-state imaging device that suppresses optical and electrical crosstalk, and an electronic device using the photodetector.

従来、光検出装置の例である固体撮像装置の画素間には、斜め方向からの入射光が隣接する画素に入射されることにより混色が発生するという課題がある。かかる混色を防ぐために、例えば、隣接する素子間に画素分離部を形成されることが行われている。
画素分離部の構造としては、画素分離部を構成するシリコン(Si)の厚膜化や基板の裏面(下面)から絶縁溝を掘り込む構造であるRDTI(Reverse side Deep Trench Isolation)などが採用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a problem that color mixture occurs between pixels of a solid-state imaging device, which is an example of a photodetector, when incident light from an oblique direction enters adjacent pixels. In order to prevent such color mixture, for example, a pixel isolation portion is formed between adjacent elements.
As the structure of the pixel isolation part, a thick film of silicon (Si) constituting the pixel isolation part, RDTI (Reverse side Deep Trench Isolation), which is a structure in which an insulating trench is dug from the back surface (lower surface) of the substrate, etc. are adopted. ing.

このような「混色」の発生を防止して、撮像画像の画像品質を向上させる光検出装置について、具体的には、次のような技術が開示されている。
半導体基板の内部には、複数の画素のそれぞれに対応して入射光を受光面で受光する光電変換部が複数設けられている。当該光電変換部は、半導体基板の入射光の入射面側において、光電変換部の側部に設けられたトレンチ内に埋め込まれた画素分離部により画素間を区切り、その区切られた区画内に配設されている。これにより他の画素Pと分離されている。画素分離部は複数の画素の間を電気的に分離する隔壁であり、入射光を遮光する絶縁材料などによって形成されている。
Specifically, the following techniques have been disclosed for photodetection devices that prevent the occurrence of such "mixed colors" and improve the image quality of captured images.
Inside the semiconductor substrate, a plurality of photoelectric conversion units are provided corresponding to each of the plurality of pixels and receiving incident light on a light receiving surface. The photoelectric conversion unit is arranged in the partitioned section by dividing the pixels by the pixel separation unit embedded in the trench provided on the side of the photoelectric conversion unit on the incident light incident surface side of the semiconductor substrate. is set. It is separated from other pixels P by this. The pixel separation section is a partition that electrically separates a plurality of pixels, and is made of an insulating material or the like that blocks incident light.

特開2012-175050号公報JP 2012-175050 A

特許文献1に開示された技術において、各画素の光電変換部は、画素分離部により隣接する画素と区切られている。しかしながら、光電変換部の側部において光電変換より生成された電子は、光電変換部から画素トランジスタへ移動する際に、隣接する画素にドリフト(Drift)などにより移動して電気的クロストークを生じるという問題を有している。 In the technique disclosed in Patent Document 1, the photoelectric conversion portion of each pixel is separated from adjacent pixels by a pixel separating portion. However, when electrons generated by photoelectric conversion at the side of the photoelectric conversion portion move from the photoelectric conversion portion to the pixel transistor, they move to adjacent pixels due to drift or the like, causing electrical crosstalk. have a problem.

本開示は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、光電変換における電気的クロストークを抑制した光検出装置及び当該光検出装置を使用した電子機器を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of such problems, and aims to provide a photodetector that suppresses electrical crosstalk in photoelectric conversion and an electronic device using the photodetector.

本開示は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その第1の態様は、光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、前記入光遮光膜に対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側と反対側に配設され、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有する出光遮光膜と、前記入光遮光膜と前記出光遮光膜の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲む画素分離壁と、を有する光検出装置である。 The present disclosure has been made to solve the above problems. A first aspect of the present disclosure includes a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion, and pixels on the light receiving surface side of the photoelectric conversion element. a light-receiving lens disposed for each light-receiving lens, and a light-receiving lens disposed facing the light-receiving lens, disposed on the light-receiving lens side of the photoelectric conversion element, and a light entrance for incident light condensed by the light-receiving lens and a light shielding film having a The photodetector includes a light exit light shielding film having an opening, and a pixel separation wall connecting peripheral edges of the light entrance light shielding film and the light exit light shielding film and surrounding at least a portion of the photoelectric conversion element.

また、第1の態様において、前記光電変換部は、前記入光遮光膜の入光口の周縁から光軸方向に沿って延設された前記画素分離壁により形成される光電変換筒を、その内部に配設してもよい。 Further, in the first aspect, the photoelectric conversion unit includes a photoelectric conversion tube formed by the pixel separation wall extending along the optical axis direction from the peripheral edge of the light entrance of the light shielding film. It may be arranged inside.

また、第1の態様において、前記画素分離壁は、前記光電変換素子の側面全体を取り囲んでもよい。 Moreover, in the first aspect, the pixel separation wall may surround the entire side surface of the photoelectric conversion element.

その第2の態様は、光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、前記入光遮光膜に対向して、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有し、前記入光遮光膜の周縁又は前記入光遮光膜の入光口の周縁と前記出光口の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲んで前記光電変換部を形成する画素分離壁と、を有する光検出装置である。 A second aspect thereof includes a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion portion that performs photoelectric conversion, a light receiving lens provided for each pixel on the light receiving surface side of the photoelectric conversion element, and a light receiving lens provided facing the light receiving lens. a light shielding film disposed on the light receiving lens side of the photoelectric conversion element and having a light inlet for incident light condensed by the light receiving lens; The photoelectric conversion element has a light exit opening for light that has passed through the photoelectric conversion element, the peripheral edge of the light incident light shielding film or the peripheral edge of the light entrance light shielding film and the peripheral edge of the light exit opening are connected to each other, and at least the photoelectric conversion element and a pixel separation wall that partially surrounds the photoelectric conversion unit to form the photoelectric conversion unit.

また、第2の態様において、前記画素分離壁は、前記光電変換素子の4側面を取り囲むとともに、光軸方向に沿って斜め方向に延設され、前記光電変換素子のうち、前記画素分離壁に取り囲まれた部分は、略四角錐状に形成されてもよい。 In the second aspect, the pixel separation wall surrounds four side surfaces of the photoelectric conversion element and extends obliquely along the optical axis direction. The enclosed portion may be formed in a substantially square pyramid shape.

また、第2の態様において、前記画素分離壁は、前記光電変換素子の4側面を取り囲むとともに、前記画素分離壁の4側面のうち対向する一の2側面が、光軸方向に沿って斜め方向に延設され、対向する他の2側面が、光軸方向に沿って延設されることで、前記光電変換素子のうち、前記画素分離壁に取り囲まれた部分は、略台形状に形成されてもよい。 In the second aspect, the pixel separation wall surrounds four side surfaces of the photoelectric conversion element, and one of the four side surfaces of the pixel separation wall, one of which faces two side surfaces, extends in an oblique direction along the optical axis direction. , and the other two opposing side surfaces are extended along the optical axis direction, so that the portion of the photoelectric conversion element surrounded by the pixel separation wall is formed in a substantially trapezoidal shape. may

その第2の態様は、光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、前記光電変換部は、前記入光遮光膜に対向して、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有し、前記入光遮光膜の周縁又は入光口の周縁と前記光電変換部の出光口の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲む画素分離壁と、を有する光検出装置である。 A second aspect thereof includes a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion portion that performs photoelectric conversion, a light receiving lens provided for each pixel on the light receiving surface side of the photoelectric conversion element, and a light receiving lens provided facing the light receiving lens. a light shielding film disposed on the light receiving lens side of the photoelectric conversion element and having a light entrance for incident light condensed by the light receiving lens; facing the photoelectric conversion element, the photoelectric conversion element has a light exit opening for light passing through the photoelectric conversion element, and the peripheral edge of the light incident light shielding film or the peripheral edge of the light entrance opening and the peripheral edge of the light exit opening of the photoelectric conversion unit are connected to each other; and a pixel separation wall surrounding at least a portion of the conversion element.

また、第2の態様において、前記画素分離壁は、前記光電変換素子の4側面を取り囲むとともに、光軸方向に沿って斜め方向に延設され、前記画素分離壁に取り囲まれた前記光電変換素子は、略四角錐状に形成されてもよい。 In the second aspect, the pixel separation wall surrounds four side surfaces of the photoelectric conversion element and extends obliquely along the optical axis direction, and the photoelectric conversion element surrounded by the pixel separation wall may be formed in a substantially quadrangular pyramid shape.

また、第2の態様において、前記画素分離壁は、前記光電変換素子の4側面を取り囲むとともに、前記画素分離壁の4側面のうち対向する一の2側面が、光軸方向に沿って斜め方向に延設され、対向する他の2側面が、光軸方向に沿って延設されることで、前記画素分離壁に取り囲まれた前記光電変換素子は、略台形状に形成されてもよい。 In the second aspect, the pixel separation wall surrounds four side surfaces of the photoelectric conversion element, and one of the four side surfaces of the pixel separation wall, one of which faces two side surfaces, extends in an oblique direction along the optical axis direction. , and other two opposing side surfaces thereof extend along the optical axis direction, so that the photoelectric conversion element surrounded by the pixel separation wall may be formed in a substantially trapezoidal shape.

また、第1又は第2の態様において、前記入光遮光膜の入光口は、前記出光遮光膜又前記は光電変換部の出光口よりも広く形成されてもよい。 In the first or second aspect, the light entrance opening of the light entrance shielding film may be formed wider than the light exit opening of the light exit light shielding film or the photoelectric conversion section.

また、第1又は第2の態様において、前記マイクロレンズは、前記入光遮光膜の入光口に集光するように焦点を形成されてもよい。 Further, in the first or second aspect, the microlens may be focused so as to converge on the light entrance of the light shielding film.

また、第1又は第2の態様において、前記入光遮光膜に対向する前記出光遮光膜は、2以上配設されてもよい。 Further, in the first or second aspect, two or more of the outgoing light shielding films may be disposed facing the incoming light shielding film.

また、第1又は第2の態様において、前記入光遮光膜の入光口と、前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口とは、前記受光レンズの光軸上に配設されてもよい。 In the first or second aspect, the light entrance opening of the light entrance shielding film and the light exit opening of the light exit light shielding film or the photoelectric conversion unit may be arranged on the optical axis of the light receiving lens. good.

また、第1又は第2の態様において、前記入光遮光膜の入光口と、前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口とは、前記受光レンズの光軸に対して、ずらせて配設されてもよい。 Further, in the first or second aspect, the light entrance opening of the light entrance light shielding film and the light exit opening of the light exit light shielding film or the photoelectric conversion section are displaced with respect to the optical axis of the light receiving lens. may be set.

また、第1又は第2の態様において、前記入光遮光膜の入光口と、前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口とは、前記受光レンズの光軸に対して、斜交いに配設されてもよい。 Further, in the first or second aspect, the light entrance opening of the light entrance shielding film and the light exit opening of the light exit light shielding film or the photoelectric conversion section are oblique to the optical axis of the light receiving lens. may be placed in

また、第1又は第2の態様において、前記入光遮光膜の入光口又は前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口は、矩形状に形成されてもよい。 In the first or second aspect, the light entrance opening of the light entrance shielding film, the light exit light shielding film, or the light exit opening of the photoelectric conversion section may be formed in a rectangular shape.

また、第1又は第2の態様において、前記入光遮光膜の入光口又は前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口は、円形状に形成されてもよい。 Further, in the first or second aspect, the light entrance opening of the light entrance shielding film, the light exit light shielding film, or the light exit opening of the photoelectric conversion section may be formed in a circular shape.

また、第1又は第2の態様において、前記画素分離壁又は前記入光遮光膜は、窒化ケイ素(SiN)、二酸化ケイ素(SiO)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)又は空気から形成されてもよい。 Further, in the first or second aspect, the pixel separation wall or the light shielding film is made of silicon nitride (SiN), silicon dioxide (SiO 2 ), tungsten (W), aluminum (Al), or air. may

また、第1又は第2の態様において、前記出光遮光膜は、窒化ケイ素(SiN)、二酸化ケイ素(SiO)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)又は空気から形成されてもよい。 In the first or second aspect, the light shielding film may be made of silicon nitride (SiN), silicon dioxide (SiO 2 ), tungsten (W), aluminum (Al), or air.

その第3の態様は、光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、前記入光遮光膜に対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側と反対側に配設され、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有する出光遮光膜と、前記入光遮光膜と前記出光遮光膜の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲む画素分離壁と、を有する光検出装置、又は、光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、前記入光遮光膜に対向して、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有し、前記入光遮光膜の周縁又は前記入光遮光膜の入光口の周縁と前記出光口の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲んで前記光電変換部を形成する画素分離壁と、を有する光検出装置を有する電子機器である。 A third aspect thereof includes a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion portion that performs photoelectric conversion, a light receiving lens provided for each pixel on the light receiving surface side of the photoelectric conversion element, and a light receiving lens provided facing the light receiving lens. a light-incident light-shielding film disposed on the light-receiving lens side of the photoelectric conversion element and having a light entrance for incident light condensed by the light-receiving lens; a light exiting light shielding film disposed on the opposite side of the photoelectric conversion element from the light receiving lens side and having a light exit opening for light that has passed through the photoelectric conversion element; A photodetector having a pixel separation wall that connects peripheral edges and surrounds at least a portion of the photoelectric conversion element, or a photoelectric conversion element that includes a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion, and a light receiving surface of the photoelectric conversion element. a light-receiving lens arranged for each pixel on the side of the light-receiving lens; a light-incident light-shielding film having a light-incident light-shielding film; and a light-emitting port facing the light-incident light-shielding film for the light that has passed through the photoelectric conversion element. The electronic device includes a pixel separation wall that connects the periphery of the light entrance and the periphery of the light exit and surrounds at least a portion of the photoelectric conversion element to form the photoelectric conversion section. .

上記の態様を取ることにより、光電変換における電気的クロストークを抑制した光検出装置及び当該光検出装置を使用した電子機器を提供することができる。 By taking the above aspect, it is possible to provide a photodetector in which electrical crosstalk in photoelectric conversion is suppressed and an electronic device using the photodetector.

本開示に係る光検出装置の第1実施形態の画素の端面断面図である。1 is a cross-sectional end view of a pixel of a first embodiment of a photodetector according to the present disclosure; FIG. 本開示に係る光検出装置の第1実施形態の画素の平面図である。1 is a plan view of a pixel of a first embodiment of a photodetector according to the present disclosure; FIG. 本開示に係る光検出装置の第1実施形態の基本形の概略構造を示す2画素の端面断面図及び単画素の入光口と出光口の端面断面図である。1A and 1B are a cross-sectional end view of two pixels and a cross-sectional end view of a light entrance and a light exit of a single pixel, showing the schematic structure of the basic form of the photodetector according to the first embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示に係る光検出装置の第1実施形態の変形例の概略構造を示す2画素の端面断面図及び単画素の入光口と出光口の端面断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional end view of two pixels and a cross-sectional end view of a light entrance and a light exit of a single pixel, showing a schematic structure of a modified example of the first embodiment of the photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第2実施形態の概略構造を示す2画素の端面断面図及び単画素の入光口と出光口の端面断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional end view of two pixels and a cross-sectional end view of a light entrance and a light exit of a single pixel, showing a schematic structure of a second embodiment of a photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第3実施形態の概略構造を示す単画素の端面断面図及び単画素の入光口の端面断面図である。FIG. 10A is a cross-sectional end view of a single pixel and a cross-sectional end view of a light entrance of a single pixel, showing a schematic structure of a photodetector according to a third embodiment of the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第4実施形態の概略構造を示す単画素の端面断面図及び単画素の入光口の端面断面図である。FIG. 10A is a cross-sectional end view of a single pixel and a cross-sectional end view of a light entrance of a single pixel, showing a schematic structure of a fourth embodiment of a photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第5実施形態の概略構造を示す単画素の端面断面図及び単画素の入光口の端面断面図である。FIG. 10A is a cross-sectional end view of a single pixel and a cross-sectional end view of a light entrance of a single pixel, showing a schematic structure of a fifth embodiment of a photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第6実施形態の概略構造を示す単画素の端面断面図及び単画素の入光口の端面断面図である。FIG. 10A is a cross-sectional end view of a single pixel and a cross-sectional end view of a light entrance of a single pixel, showing a schematic structure of a sixth embodiment of a photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第7実施形態の概略構造を示す単画素の端面断面図及び単画素の入光口の端面断面図である。FIG. 10A is a cross-sectional end view of a single pixel and a cross-sectional end view of a light entrance of a single pixel, showing a schematic structure of a photodetector according to a seventh embodiment of the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第8実施形態の概略構造を示す単画素の端面断面図及び単画素の入光口の端面断面図である。FIG. 10A is a cross-sectional end view of a single pixel and a cross-sectional end view of a light entrance of a single pixel, showing a schematic structure of an eighth embodiment of a photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第9実施形態の概略構造を示す単画素の端面断面図及び単画素の入光口の端面断面図である。FIG. 10A is a cross-sectional end view of a single pixel and a cross-sectional end view of a light entrance of a single pixel, showing a schematic structure of a ninth embodiment of a photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第6実施形態から第9実施形態においてEPIプロセスフローを使用した場合の単画素の概略構造を示す端面断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional end view showing a schematic structure of a single pixel when an EPI process flow is used in the sixth to ninth embodiments of the photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第6実施形態から第9実施形態においてESSプロセスフローを使用した場合の単画素の概略構造を示す端面断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional end view showing a schematic structure of a single pixel when an ESS process flow is used in the sixth to ninth embodiments of the photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第10実施形態の概略構造を示す単画素の端面断面図及び単画素の入光口の端面断面図である。FIG. 11A is a cross-sectional end view of a single pixel and a cross-sectional end view of a light entrance of a single pixel, showing a schematic structure of a tenth embodiment of a photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第11実施形態の概略構造を示す単画素の端面断面図及び単画素の入光口の端面断面図である。FIG. 11A is a cross-sectional end view of a single pixel and a cross-sectional end view of a light entrance of a single pixel, showing a schematic structure of an eleventh embodiment of a photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第11実施形態においてEPIプロセスフローを使用した場合の単画素の概略構造を示す端面断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional end view showing a schematic structure of a single pixel when an EPI process flow is used in the eleventh embodiment of the photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第11実施形態においてESSプロセスフローを使用した場合の単画素の概略構造を示す端面断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional end view showing a schematic structure of a single pixel when an ESS process flow is used in the eleventh embodiment of the photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第12実施形態の概略構造を示す単画素の端面断面図及び単画素の入光口の端面断面図である。FIG. 12A is a cross-sectional end view of a single pixel and a cross-sectional end view of a light entrance of a single pixel, showing a schematic structure of a photodetector according to a twelfth embodiment of the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第13実施形態の概略構造を示す単画素の端面断面図及び単画素の入光口の端面断面図である。FIG. 20A is a cross-sectional end view of a single pixel and a cross-sectional end view of a light entrance of a single pixel, showing a schematic structure of a photodetector according to a thirteenth embodiment of the present disclosure; 本開示に係る光検出装置の第14実施形態の概略構造を示す単画素の端面断面図及び単画素の入光口の端面断面図である。FIG. 21A is a cross-sectional end view of a single pixel and a cross-sectional end view of a light entrance of a single pixel, showing a schematic structure of a fourteenth embodiment of a photodetector according to the present disclosure; 本開示に係る光検出装置のEPIプロセスによる製造方法の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a photodetector according to the present disclosure by an EPI process; 本開示に係る光検出装置のESSプロセスによる製造方法の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a photodetector according to the present disclosure by an ESS process; クラスタービームによるエッチングの模式説明図である。FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of etching by a cluster beam; クラスタービームによりトレンチを斜め方向に形成する加工方法の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a processing method for forming trenches in an oblique direction using a cluster beam; 本開示の実施形態に係る光検出装置を備えた電子機器の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of an electronic device including a photodetector according to an embodiment of the present disclosure; FIG.

次に、図面を参照して、本開示を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を下記の順序で説明する。以下の図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。
1.本開示に係る光検出装置の第1実施形態
2.本開示に係る光検出装置の第2実施形態
3.本開示に係る光検出装置の第3実施形態
4.本開示に係る光検出装置の第4実施形態
5.本開示に係る光検出装置の第5実施形態
6.本開示に係る光検出装置の第6実施形態
7.本開示に係る光検出装置の第7実施形態
8.本開示に係る光検出装置の第8実施形態
9.本開示に係る光検出装置の第9実施形態
10.本開示に係る光検出装置の第10実施形態
11.本開示に係る光検出装置の第11実施形態
12.本開示に係る光検出装置の第12実施形態
13.本開示に係る光検出装置の第13実施形態
14.本開示に係る光検出装置の第14実施形態
15.本開示に係る光検出装置の製造方法
16.電子機器の構成例
Next, with reference to the drawings, modes for carrying out the present disclosure (hereinafter referred to as "embodiments") will be described in the following order. In the following drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the dimensional ratios and the like of each part do not necessarily match the actual ones. In addition, it goes without saying that there are portions with different dimensional relationships and ratios between the drawings.
1. First Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure2. Second Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure3. 3. Third Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure; Fourth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure5. 5. Fifth embodiment of the photodetector according to the present disclosure; Sixth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure7. Seventh Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure8. 8. Eighth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure; Ninth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure 10 . Tenth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure 11. Eleventh Embodiment of Photodetection Device According to Present Disclosure 12. 12th embodiment of the photodetector according to the present disclosure 13. 13. Photodetector according to the thirteenth embodiment of the present disclosure. Fourteenth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure 15 . Method for manufacturing photodetector according to present disclosure 16 . Configuration example of electronic equipment

<1.本開示に係る光検出装置の第1実施形態>
[第1実施形態の基本形]
以下、図1に基づき、本開示に係る光検出装置100の第1実施形態の基本形について説明する。ここで、第1実施形態に係る光検出装置100は、固体撮像装置のうち「裏面照射型CMOSイメージセンサ」を例に、以下に説明する。
<1. First Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
[Basic form of the first embodiment]
The basic form of the first embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described below with reference to FIG. Here, the photodetector 100 according to the first embodiment will be described below by taking a “backside illuminated CMOS image sensor” among solid-state imaging devices as an example.

図1は、光検出装置100を構成する図2に示す画素Pの部分平面図のX1-X1部分の端面断面図である。なお、光検出装置100においては、半導体基板110の板厚方向(図1における上下方向)を上下方向とする。 FIG. 1 is a cross-sectional end view of the X1-X1 portion of the partial plan view of the pixel P shown in FIG. In the photodetector 100, the thickness direction of the semiconductor substrate 110 (the vertical direction in FIG. 1) is defined as the vertical direction.

光検出装置100は、図2に示すように、複数の画素Pが撮像面の平面視において、水平方向と、垂直方向にマトリクス状に配設されている。画素Pは、図1に示すように、上方からの入射光Hを、光電変換素子であるフォトダイオード120が受光し、これを光電変換することによってカラー画像信号を生成するように構成されている。そこで、光検出装置100では、それぞれの画素Pに対応してフォトダイオード120が配設されている。 In the photodetector 100, as shown in FIG. 2, a plurality of pixels P are arranged in a matrix in the horizontal direction and the vertical direction in a plan view of the imaging surface. As shown in FIG. 1, the pixel P is configured such that incident light H from above is received by a photodiode 120, which is a photoelectric conversion element, and is photoelectrically converted to generate a color image signal. . Therefore, in the photodetector 100, a photodiode 120 is arranged corresponding to each pixel P. As shown in FIG.

半導体基板110は、例えば、薄膜化された単結晶シリコンで形成されている。そして、その内部には、図1に示すように、各画素Pに対応したフォトダイオード120と、光軸LA方向に沿って各フォトダイオード120のp型半導体領域120pの4側面を取り囲む画素分離壁130が配設されている。画素分離壁130は、半導体基板110の下面側から、トレンチ111を穿設し、そのトレンチ111の中に形成されている。 The semiconductor substrate 110 is made of thinned monocrystalline silicon, for example. As shown in FIG. 1, the inside thereof includes a photodiode 120 corresponding to each pixel P and a pixel separation wall surrounding four side surfaces of the p-type semiconductor region 120p of each photodiode 120 along the optical axis LA direction. 130 are provided. The pixel separation walls 130 are formed in the trenches 111 formed by drilling the trenches 111 from the lower surface side of the semiconductor substrate 110 .

半導体基板110の上面には、受光レンズとしてのマイクロレンズ101及びカラーフィルタ102が、平坦化膜103を介して入光遮光膜104に積層されている。入光遮光膜104は、半導体基板110に積層されている。 On the upper surface of the semiconductor substrate 110, a microlens 101 as a light receiving lens and a color filter 102 are stacked on an incoming light shielding film 104 with a planarization film 103 interposed therebetween. The incident light shielding film 104 is laminated on the semiconductor substrate 110 .

半導体基板110の下面には、転送トランジスタゲート121が配設されている。また、図1に示すように、転送トランジスタゲート121と電気的に接続して回路を構成する配線301、302を含む配線層300が積層されている。配線層300の下面には、支持基板320が積層されている。
第1実施形態に係る光検出装置100の概略構成は以上のとおりである。以下に、各構成部分について、さらに詳しく説明する。
A transfer transistor gate 121 is arranged on the lower surface of the semiconductor substrate 110 . Further, as shown in FIG. 1, a wiring layer 300 including wirings 301 and 302 electrically connected to the transfer transistor gate 121 to form a circuit is stacked. A support substrate 320 is layered on the lower surface of the wiring layer 300 .
The schematic configuration of the photodetector 100 according to the first embodiment is as described above. Each component will be described in more detail below.

マイクロレンズ101は、各画素Pに対応して、それぞれの画素Pに配設されている。マイクロレンズ101は、半導体基板110の上面において、上に凸の平凸レンズであり、各画素Pの入射光Hを、それぞれに対応するフォトダイオード120へ集光するように構成されている。具体的には、マイクロレンズ101は、後述する入光遮光膜104の入光口104aに集光するように焦点を形成している。したがって、仮に、入光口104aを狭隘な小孔に形成したとしても、マイクロレンズ101への入射光Hは、光量を減ずることなくフォトダイオード120へ入射することができる。マイクロレンズ101は、例えば、樹脂などの有機材料を用いて形成されている。 A microlens 101 is arranged in each pixel P corresponding to each pixel P. As shown in FIG. The microlens 101 is an upwardly convex plano-convex lens on the upper surface of the semiconductor substrate 110, and is configured to condense the incident light H of each pixel P onto the corresponding photodiode 120. As shown in FIG. Specifically, the microlens 101 forms a focal point so that the light is converged on a light entrance 104a of the light entrance shielding film 104, which will be described later. Therefore, even if the light inlet 104a is formed as a narrow small hole, the incident light H to the microlens 101 can enter the photodiode 120 without reducing the light amount. The microlens 101 is formed using an organic material such as resin, for example.

カラーフィルタ102は、図2に示すように、赤色フィルタ層102Rと、緑色フィルタ層102Gと、青色フィルタ層102Bとを含む。これらのカラーフィルタ102は、画素Pのそれぞれに対応して設けられている。そして、赤色フィルタ層102Rと、緑色フィルタ層102Gと、青色フィルタ層102Bとは、それぞれが、いわゆるベイヤー配列されている。 The color filter 102 includes a red filter layer 102R, a green filter layer 102G, and a blue filter layer 102B, as shown in FIG. These color filters 102 are provided corresponding to the pixels P, respectively. The red filter layer 102R, the green filter layer 102G, and the blue filter layer 102B are arranged in a so-called Bayer arrangement.

赤色フィルタ層102Rは、赤色に対応する波長帯域(例えば、625~740nm)において光透過率が高く、赤色の入射光Hが入光遮光膜104の入光口104aを通過するように形成されている。 The red filter layer 102R has a high light transmittance in a wavelength band corresponding to red (for example, 625 to 740 nm), and is formed so that the incident red light H passes through the light entrance 104a of the light shielding film 104. there is

また、緑色フィルタ層102Gは、緑色に対応する波長帯域(例えば、500~565nm)において光透過率が高く、緑色の入射光Hが入光遮光膜104の入光口104aを通過するように形成されている。 In addition, the green filter layer 102G has a high light transmittance in a wavelength band corresponding to green (for example, 500 to 565 nm), and is formed so that the green incident light H passes through the light entrance 104a of the light shielding film 104. It is

また、青色フィルタ層102Bは、青色に対応する波長帯域(例えば、450~485nm)において光透過率が高く、青色の入射光Hが入光遮光膜104の入光口104aを通過するように形成されている。 In addition, the blue filter layer 102B has a high light transmittance in a wavelength band corresponding to blue (for example, 450 to 485 nm), and is formed so that blue incident light H passes through the light entrance 104a of the light entrance shielding film 104. It is

カラーフィルタ102の下面には、図1に示すように、平坦化膜103が積層されている。平坦化膜103は、光を透過する絶縁材料である。そして、平坦化膜103を介して半導体基板110が積層されている。半導体基板110には、光電変換素子であるフォトダイオード120などが形成されている。 A planarizing film 103 is laminated on the lower surface of the color filter 102 as shown in FIG. The planarization film 103 is an insulating material that transmits light. A semiconductor substrate 110 is stacked with a planarization film 103 interposed therebetween. Photodiodes 120 and the like, which are photoelectric conversion elements, are formed on the semiconductor substrate 110 .

次に、本実施形態における半導体基板110の構成についてさらに詳しく説明する。図3Aは、本開示に係る光検出装置の第1実施形態の概略構造を示す2画素の端面断面図である。図3Aは、図1に相当する。ただし、図3Aは図1に対し、上下を逆にし、配線層300及び支持基板320は省略している。したがって、マイクロレンズ101は下向きとなっている。図3Bは、図3AのX2-X2部分の右側の入光遮光膜104の端面断面図である。また、図3Cは、図3AのX3-X3部分の右側の出光遮光膜106の端面断面図である。
なお、図3A及び以下に説明する各実施形態の図2のX1-X1部分の端面断面図に相当する図面(図4Aから図12A、図15A、図16A、図19Aから図21A)は、各図面における下側(図3Aの下方)が入光遮光膜104側、上側(図3Aの上方)がフォトダイオード120の後端側となる。
Next, the configuration of the semiconductor substrate 110 in this embodiment will be described in more detail. FIG. 3A is a two-pixel cross-sectional end view showing the schematic structure of the first embodiment of the photodetector according to the present disclosure. FIG. 3A corresponds to FIG. However, FIG. 3A is upside down with respect to FIG. 1, and the wiring layer 300 and the support substrate 320 are omitted. Therefore, the microlens 101 faces downward. FIG. 3B is a cross-sectional end view of the light shielding film 104 on the right side of the X2-X2 portion of FIG. 3A. Also, FIG. 3C is a cross-sectional end view of the light output light shielding film 106 on the right side of the X3-X3 portion of FIG. 3A.
3A and the drawings corresponding to the end cross-sectional views of the X1-X1 portion of FIG. 2 of each embodiment described below (FIGS. 4A to 12A, 15A, 16A, 19A to 21A) The lower side of the drawing (lower side in FIG. 3A) is the incident light shielding film 104 side, and the upper side (upper side in FIG. 3A) is the rear end side of the photodiode 120 .

入光遮光膜104は、マイクロレンズ101により集光された入射光Hを、入光口104aから通過させてフォトダイオード120に入光し、それ以外の光は遮光するものである。 The light shielding film 104 allows the incident light H condensed by the microlens 101 to pass through the light inlet 104a and enter the photodiode 120, and shields other light.

入光遮光膜104は、図3Aに示すように、マイクロレンズ101に対向して、フォトダイオード120のマイクロレンズ101側(上側)に配設されている。また、入光遮光膜104は、平坦化膜103との間にシリコン酸化膜などの絶縁膜(不図示)を介して配設してもよい。入光遮光膜104は、図3Bに示すように、断面形状が矩形状に形成されている。そして、その光軸LA上に入射光Hが通過する入光口104aが矩形状に開口されている。 The incident light shielding film 104 is disposed on the microlens 101 side (upper side) of the photodiode 120 so as to face the microlens 101, as shown in FIG. 3A. In addition, the incident light shielding film 104 may be arranged with an insulating film (not shown) such as a silicon oxide film interposed between the planarizing film 103 and the flattening film 103 . As shown in FIG. 3B, the incident light shielding film 104 is formed to have a rectangular cross-sectional shape. A rectangular light entrance 104a through which the incident light H passes is formed on the optical axis LA.

入光遮光膜104は、トレンチ111をマイクロレンズ101に垂直方向に穿設した後、水平方向に穿設してマイクロレンズ101と平行になるように形成する。なお、入光遮光膜104及びトレンチ111の製造方法については、後述する。 The light blocking film 104 is formed parallel to the microlenses 101 by forming the trenches 111 vertically in the microlenses 101 and then horizontally. A method for manufacturing the incident light shielding film 104 and the trench 111 will be described later.

ここで、入光口104aの開口の形状は、矩形状に限定されるものではない。例えば、円形、楕円形、三角形、台形、菱形、扇形、星形など任意の形状にしても差し支えない。
円形に形成した場合に、その等価直径De(等価直径De=4×面積/周長)は正方形と同じである。しかし、円形は正方形に比べて周長が小さくてすむ。例えば、正方形の一辺をWとすると、その等価直径DeはWであり、周長は4Wとなる。一方、円の直径をWとすると、その等価直径DeはWである。しかし、周長はπWであり、正方形よりも小さい。
また、マイクロレンズ101が平面視円形の平凸レンズであるため、集光した入射光Hの光度分布は同心円状となる。したがって、入光口104aの開口の形状を円形に形成することで無駄なく入光できる。これにより、開口率を小さくすることができる。なお、出光遮光膜106の出光口106aの開口の形状も、同様に、矩形状に限定されるものではなく円形等であってもよい。
Here, the shape of the opening of the light inlet 104a is not limited to a rectangular shape. For example, any shape such as circular, elliptical, triangular, trapezoidal, rhomboidal, fan-shaped, and star-shaped may be used.
When formed in a circle, its equivalent diameter De (equivalent diameter De=4×area/perimeter) is the same as that of a square. However, a circle can have a smaller perimeter than a square. For example, if one side of a square is W, its equivalent diameter De is W and its perimeter is 4W. On the other hand, if the diameter of a circle is W, its equivalent diameter De is W. However, the perimeter is πW, which is smaller than the square.
Further, since the microlens 101 is a plano-convex lens that is circular in plan view, the luminous intensity distribution of the condensed incident light H is concentric. Therefore, by forming the shape of the opening of the light inlet 104a in a circular shape, the light can enter without waste. Thereby, the aperture ratio can be reduced. Similarly, the shape of the opening of the light exit port 106a of the light exit light shielding film 106 is not limited to a rectangular shape, and may be circular or the like.

入光遮光膜104は、遮光性及び反射性を有する材料で形成されている。入光遮光膜104は、例えば、窒化ケイ素(SiN)、二酸化ケイ素(SiO)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)又は空気などの材料を使用することができる。
なお、シリコンと空気では、屈折率の差が大きいため、一旦シリコンに入光した光は、空気との境界面においてそのまま反射し、シリコンの内部で反射を繰り返すため、入射光Hを閉じ込めることができる。このため、入光遮光膜104や画素分離壁130の材料として、トレンチ111に何も埋め込まないで空気を使用することも選択肢として考えられ得る。また、金属や導電体で構成する部分で、電気的絶縁を必要とする部分は、特に図示していないが、当然に所定の絶縁膜等の処理により絶縁がされているものとする。
The incident light shielding film 104 is made of a material having light shielding and reflecting properties. Materials such as silicon nitride (SiN), silicon dioxide (SiO 2 ), tungsten (W), aluminum (Al), or air can be used for the incident light shielding film 104 .
Since there is a large difference in refractive index between silicon and air, light that has once entered silicon is reflected as it is at the interface with air, and is repeatedly reflected inside silicon, so that incident light H can be confined. can. For this reason, using air as a material for the incident light shielding film 104 and the pixel separation wall 130 without filling the trenches 111 with anything can be considered as an option. Also, although not shown in the drawings, the portions made of metal or conductor and requiring electrical insulation are, of course, insulated by treatment with a predetermined insulating film or the like.

出光遮光膜106は、図3Cに示すように、入光遮光膜104と同様に、遮光性を有し、端面断面が矩形状に形成されている。そして、光軸LA上に入射光Hが受光面へ通過する出光口106aが矩形状に開口されている。出光口106aは、光電変換により生成された電子eの出口である。また光電変換されなかった入射光Hの出口ともなる。このように出光口106aを光軸LA上に開口することにより、電子e及び入射光Hの出口と、隣接する画素Pとの距離を均等に遠く離すことができる。
出光遮光膜106は、図3Aに示すように、p型半導体領域120pとn型半導体領域120nの接合面の位置に、入光遮光膜104に対向して配設されている。ただし、n型半導体領域120nを含む位置に配設してもよい。
As shown in FIG. 3C, the outgoing light shielding film 106 has a light shielding property, and has a rectangular cross-sectional end face, similarly to the incident light shielding film 104 . A rectangular light exit opening 106a through which the incident light H passes to the light receiving surface is opened on the optical axis LA. The light exit 106a is an exit for electrons e generated by photoelectric conversion. It also serves as an exit for the incident light H that has not been photoelectrically converted. By opening the light exit opening 106a on the optical axis LA in this way, the distances between the exits of the electrons e and the incident light H and the adjacent pixels P can be evenly increased.
As shown in FIG. 3A, the outgoing light shielding film 106 is disposed facing the incident light shielding film 104 at the position of the junction surface between the p-type semiconductor region 120p and the n-type semiconductor region 120n. However, it may be arranged at a position including the n-type semiconductor region 120n.

フォトダイオード120は、入射光Hを受光し、これを光電変換することによって信号電荷である電子eを生成し、集積する光電変換素子である。 The photodiode 120 is a photoelectric conversion element that receives incident light H and photoelectrically converts it to generate and accumulate electrons e, which are signal charges.

具体的には、図1に示すように、フォトダイオード120は、画素Pへの入射光Hを、マイクロレンズ101、カラーフィルタ102、平坦化膜103及び入光遮光膜104の入光口104aを介して受光する。 Specifically, as shown in FIG. 1, the photodiode 120 directs the incident light H to the pixel P through the microlens 101, the color filter 102, the planarization film 103, and the light entrance 104a of the light entrance shielding film 104. receive light through

フォトダイオード120は、p型半導体を基材とし、受光面側である図3Aの下側(図1では上側)に、p型半導体領域120pが形成されている。また、受光面の反対側、すなわち、図3Aの上側(図1では下側)にn型半導体領域120nが形成されている。また、n型半導体領域120nは、受光面側から遠くなるほど不純物濃度が高くなるように形成されている。このように形成することにより、光電変換により生成された電子eは、バンドギャップエネルギーの差によりn型半導体領域120nの不純物濃度が高い領域である転送トランジスタゲート121の方向に移動し、そこで集積される。 The photodiode 120 has a p-type semiconductor as a base material, and a p-type semiconductor region 120p is formed on the lower side of FIG. 3A (upper side in FIG. 1), which is the light receiving surface side. An n-type semiconductor region 120n is formed on the opposite side of the light-receiving surface, that is, on the upper side in FIG. 3A (lower side in FIG. 1). Further, the n-type semiconductor region 120n is formed such that the impurity concentration increases with increasing distance from the light receiving surface side. By forming in this way, electrons e generated by photoelectric conversion move toward the transfer transistor gate 121, which is a region with a high impurity concentration in the n-type semiconductor region 120n, due to the difference in bandgap energy, and are accumulated there. be.

ここで、フォトダイオード120に入射光Hが入射すると、フォトダイオード120のp型半導体領域120p及びn型半導体領域120nの全領域において光電変換が行われ、電子eが生成される。
しかし、光電変換により生成された電子eは、ドリフトや拡散などにより、隣接する画素Pの側に移動することがある。このような現象が生じると電気的クロストークとなり、いわゆる「混色」となる。
Here, when the incident light H enters the photodiode 120, photoelectric conversion is performed in the entire region of the p-type semiconductor region 120p and the n-type semiconductor region 120n of the photodiode 120, and electrons e are generated.
However, the electrons e generated by photoelectric conversion may move to the adjacent pixel P side due to drift, diffusion, or the like. When such a phenomenon occurs, electrical crosstalk occurs, resulting in so-called "mixed colors".

一方、入射光Hが、仮に、光電変換されなかった場合は、そのまま当該フォトダイオード120を通過してしまうこととなり、好ましくない。
このような場合には、フォトダイオード120に入射された光子(photon)の数に比して、光電変換により生成される電子(electron)eの数が少ないこととなる。この結果、生成された電子eの数と入射された格子の数との比である量子効率(Quantum Efficiency)が低下することとなる。
On the other hand, if the incident light H were not photoelectrically converted, it would pass through the photodiode 120 as it is, which is not preferable.
In this case, the number of electrons e generated by photoelectric conversion is smaller than the number of photons incident on the photodiode 120 . As a result, the quantum efficiency, which is the ratio between the number of generated electrons e and the number of incident lattices, is lowered.

また、フォトダイオード120で光電変換されることなく通過した光が、隣接する画素Pのフォトダイオード120に入射され、そこで光電変換されると光学的クロストーク(混色)を生じることとなる。 Also, light that passes through the photodiode 120 without being photoelectrically converted is incident on the photodiode 120 of the adjacent pixel P, and when photoelectrically converted there, optical crosstalk (color mixture) occurs.

したがって、電気的クロストークの発生を抑制するとともに、併せて光学的クロストークの発生の抑制及び量子効率を改善するためには、入射光Hがフォトダイオード120において光電変換されるまでの経路長をできるだけ長く確保することが望ましい。また、生成された電子eが隣接する画素Pに移動することができないように構成することが望ましい。 Therefore, in order to suppress the occurrence of electrical crosstalk and to suppress the occurrence of optical crosstalk and improve the quantum efficiency, the path length for photoelectric conversion of the incident light H in the photodiode 120 should be set to It is desirable to keep it for as long as possible. Moreover, it is desirable to configure so that the generated electron e cannot move to the adjacent pixel P. FIG.

そこで、半導体基板110の内部には、図3Aに示すように、複数の画素Pのフォトダイオード120の4側面を電気的に分離する画素分離壁130が設けられている。 Therefore, inside the semiconductor substrate 110, as shown in FIG. 3A, pixel separation walls 130 are provided to electrically separate the four side surfaces of the photodiodes 120 of the plurality of pixels P. As shown in FIG.

画素分離壁130は、図3Aに示すように、画素Pごとに設けられた入光遮光膜104の周縁から立設され、これを光軸LAに沿った下方向(図3Aにおいて上方向。以下、図4Aから図12A、図15A、図16A、図19Aから図21Aの説明において、光軸LAの方向を「下方向」とする。)に延設してフォトダイオード120の4側面を取り囲んでいる。そして、延設された画素分離壁130後端と、出光遮光膜106とを連結して、入光遮光膜104、画素分離壁130及び出光遮光膜106とで6面が取り囲まれた略方形状の光電変換部150が形成されている。 As shown in FIG. 3A, the pixel separation wall 130 is erected from the periphery of the incident light shielding film 104 provided for each pixel P, and extends downward along the optical axis LA (upward in FIG. 3A. Hereinafter, 4A to 12A, FIG. 15A, FIG. 16A, and FIG. 19A to FIG. 21A, the direction of the optical axis LA is referred to as the “downward direction”. there is The rear end of the extended pixel separation wall 130 and the output light shielding film 106 are connected to each other, and a substantially rectangular shape in which six surfaces are surrounded by the light input shielding film 104, the pixel separation wall 130, and the output light shielding film 106. photoelectric conversion unit 150 is formed.

すなわち、光電変換部150は、前端に入光遮光膜104が配設され、光電変換素子であるフォトダイオード120のp型半導体領域120pの4側面は画素分離壁130により取り囲まれ、後端に入光遮光膜104に対向して出光遮光膜106が配設されることで略方形状に形成されている。 That is, the photoelectric conversion section 150 has the light shielding film 104 at the front end, the four side surfaces of the p-type semiconductor region 120p of the photodiode 120, which is a photoelectric conversion element, surrounded by the pixel separation wall 130, and the rear end. The light shielding film 106 is disposed so as to face the light shielding film 104 to form a substantially rectangular shape.

このように構成された光電変換部150における光電変換について説明する。本実施形態において、光電変換部150は、フォトダイオード120のp型半導体領域120pを含んでいる。またn型半導体領域120nの一部を含んでもよい。マイクロレンズ101で集光された入射光Hは、入光口104aを通過して光電変換部150に入光する。光電変換部150に入光した入射光Hは、光電変換部150の内壁に衝突して反射を繰り返す。ここで、光電変換部150の内壁とは、入光遮光膜104、出光遮光膜106及び画素分離壁130の4側面で構成される光電変換素子であるフォトダイオード120の一部を取り囲む計6面の壁の内壁のことである。これらの内壁は、例えば、窒化ケイ素(SiN)、二酸化ケイ素(SiO)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)又は空気などで形成されて反射材を構成している。 Photoelectric conversion in the photoelectric conversion unit 150 configured in this way will be described. In this embodiment, the photoelectric conversion section 150 includes the p-type semiconductor region 120p of the photodiode 120. As shown in FIG. It may also include part of the n-type semiconductor region 120n. The incident light H condensed by the microlens 101 passes through the light inlet 104a and enters the photoelectric conversion unit 150. As shown in FIG. The incident light H that enters the photoelectric conversion unit 150 collides with the inner wall of the photoelectric conversion unit 150 and is repeatedly reflected. Here, the inner wall of the photoelectric conversion unit 150 refers to a total of six surfaces surrounding a portion of the photodiode 120, which is a photoelectric conversion element, which is composed of the four side surfaces of the incident light shielding film 104, the exiting light shielding film 106, and the pixel separation wall 130. It is the inner wall of the wall of the These inner walls are made of, for example, silicon nitride (SiN), silicon dioxide (SiO 2 ), tungsten (W), aluminum (Al), air, or the like, and constitute reflectors.

したがって、入光口104aを通過した入射光Hは、図3Aに示すように、光電変換部150の内壁に衝突し、反射を繰り返す。入射光Hは、反射を繰り返すうちに、フォトダイオード120において光電変換される。すなわち、入射光Hは、内壁に衝突しながら反射を繰り返すことにより経路長が長くなる。これにより、入射光Hは、いずれかの時点でフォトダイオード120において光電変換される。したがって、入射光Hがフォトダイオード120において光電変換されることなく、出光遮光膜106の出光口106aから出光することを抑制することができる。 Therefore, the incident light H that has passed through the light inlet 104a collides with the inner wall of the photoelectric conversion unit 150 and is repeatedly reflected, as shown in FIG. 3A. The incident light H is photoelectrically converted in the photodiode 120 while being repeatedly reflected. In other words, the incident light H is repeatedly reflected while colliding with the inner wall, thereby increasing the path length. Thereby, the incident light H is photoelectrically converted in the photodiode 120 at some time. Therefore, it is possible to prevent the incident light H from being photoelectrically converted in the photodiode 120 and emitted from the light exit opening 106 a of the light exit light shielding film 106 .

このようにして光電変換により生成された電子eは、フォトダイオード120内をn型不純物濃度の高い後端の転送トランジスタゲート121側に移動してそこに集積される。そして、電子eは、ポリシリコンで形成された転送トランジスタゲート121の作動により拡散容量(FD:Floating Diffusion)122に転送され、そこに蓄積される。拡散容量122に蓄積された電子eは、増幅トランジスタ(不図示)及び選択トランジスタ(不図示)の作動により画像データとしてビア124及び配線301を介して配線層300に形成された信号処理部(不図示)に読み出される。なお、図3以降の図面では、煩瑣を避けるために転送トランジスタゲート121及び拡散容量122の回路構成は適宜省略して図示している。 The electrons e generated by photoelectric conversion in this manner move in the photodiode 120 toward the transfer transistor gate 121 at the rear end where the n-type impurity concentration is high and are accumulated there. Then, the electron e is transferred to a diffusion capacitor (FD: Floating Diffusion) 122 by the operation of a transfer transistor gate 121 made of polysilicon and accumulated there. The electrons e accumulated in the diffusion capacitor 122 are transferred as image data to a signal processing section (not shown) formed in the wiring layer 300 via the via 124 and the wiring 301 by the operation of an amplification transistor (not shown) and a selection transistor (not shown). shown). 3 and subsequent drawings, the circuit configurations of the transfer transistor gate 121 and the diffusion capacitor 122 are omitted as appropriate to avoid complication.

本開示に係る第1実施形態は、以上説明したように、光電変換部150が設けられているために、入射光Hは、光電変換部150へ入光し、光電変換部150の内壁に衝突して反射を繰り返す。これにより経路長を長く確保し、フォトダイオード120において光電変換されるよう構成されている。 In the first embodiment according to the present disclosure, as described above, since the photoelectric conversion unit 150 is provided, the incident light H enters the photoelectric conversion unit 150 and collides with the inner wall of the photoelectric conversion unit 150. to repeat the reflection. Thereby, a long path length is ensured, and the photodiode 120 is configured to perform photoelectric conversion.

したがって、入射光Hがフォトダイオード120において光電変換されることなく、出光遮光膜106の出光口106aから出光することを抑制することができる。
また、反射性を有する電気的絶縁物で形成された光電変換部150を構成する画素分離壁130により4側面が取り囲まれており、しかも出光口106aは光軸LA上に小孔に形成されている。これにより、出光口106aと隣接する画素Pまでの距離が長くなるため光電変換により生成された電子eは、その移動方向が制限される。
Therefore, it is possible to prevent the incident light H from being photoelectrically converted in the photodiode 120 and emitted from the light exit opening 106 a of the light exit light shielding film 106 .
Further, the pixel separation walls 130 forming the photoelectric conversion section 150 made of a reflective electrical insulating material surround the four sides, and the light exit 106a is formed as a small hole on the optical axis LA. there is As a result, the distance to the pixel P adjacent to the light exit port 106a is increased, so that the movement direction of the electrons e generated by photoelectric conversion is restricted.

したがって、光電変換により生成された電子eが隣接する画素Pの側に移動することを防止できるため、電気的クロストークを抑制することができる。併せて、光学的クロストークの発生を抑制することもできる。
また、第1実施形態の構成によれば、フォトダイオード120に入射された光子は、そのほとんどが光電変換部150内において光電変換されて電子eが生成されるために、量子効率を改善することができる。
Therefore, electrons e generated by photoelectric conversion can be prevented from moving to the adjacent pixel P side, so that electrical crosstalk can be suppressed. At the same time, it is possible to suppress the occurrence of optical crosstalk.
Further, according to the configuration of the first embodiment, most of the photons incident on the photodiode 120 are photoelectrically converted in the photoelectric conversion unit 150 to generate electrons e, so that the quantum efficiency can be improved. can be done.

[第1実施形態の変形例]
次に、第1実施形態の変形例について説明する。第1実施形態の基本形では、図3Aに示すように、隣接する2個の転送トランジスタゲート121が1個の拡散容量122を共用している。一方、本変形例では、図4Aに示すように、1個の転送トランジスタゲート121に対応して1個の拡散容量122が配設されている点で基本形と相違する。それ以外は、基本形と同様であるため説明を省略する。なお、転送トランジスタゲート121は、本図において向かって右寄りに配設されているが、左寄りや中央部であっても差し支えない。また、本変形例は、以下に説明する各実施形態においても適用可能である。
[Modification of First Embodiment]
Next, a modified example of the first embodiment will be described. In the basic form of the first embodiment, two adjacent transfer transistor gates 121 share one diffusion capacitor 122 as shown in FIG. 3A. On the other hand, this modification differs from the basic form in that one diffusion capacitor 122 is arranged corresponding to one transfer transistor gate 121, as shown in FIG. 4A. Other than that, it is the same as the basic model, so the explanation is omitted. Although the transfer transistor gate 121 is arranged on the right side in this figure, it may be arranged on the left side or in the center. Moreover, this modification is applicable also to each embodiment described below.

<2.本開示に係る光検出装置の第2実施形態>
次に、図5に基づき、本開示に係る光検出装置100の第2実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第2実施形態とを比較すると、第1実施形態では、入光口104aと、出光口106aとは、それぞれがマイクロレンズ101の光軸LA上に配設されている。
これに対し、第2実施形態では、図5A、図5B及び図5Cに示すように、入光口104aと、出光口106aとは、それぞれがマイクロレンズ101の光軸LAに対して斜交いに配設されている点で、第1実施形態と相違する。
<2. Second Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, a second embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described based on FIG. Here, comparing the first embodiment and the second embodiment, in the first embodiment, the light inlet 104a and the light outlet 106a are arranged on the optical axis LA of the microlens 101, respectively. there is
On the other hand, in the second embodiment, as shown in FIGS. 5A, 5B and 5C, the light entrance 104a and the light exit 106a are oblique to the optical axis LA of the microlens 101. , which is different from the first embodiment.

このように構成することにより、入光遮光膜104の入光口104aから出光遮光膜106の出光口106aまでの距離は、両者の対角線となるため、入射光Hの経路長を長くすることができる。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
With this configuration, the distance from the light entrance opening 104a of the light entrance light shielding film 104 to the light exit opening 106a of the light exit light shielding film 106 is a diagonal line between the two, so that the path length of the incident light H can be increased. can.
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.

なお、図5B及び図5Cでは、図5Aの右側の入光口104aと出光口106aとが、光軸LAに対して斜交いに配設された例を示しているが、光軸LAに対して、それぞれを任意の位置にずらせて配設してもよい。また、本実施形態に係る入光口104aと出光口106aとの光軸LAに対する位置関係は、後述する他の実施形態においても適用可能である。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
5B and 5C show an example in which the light inlet 104a and the light outlet 106a on the right side of FIG. 5A are arranged obliquely with respect to the optical axis LA. On the other hand, they may be displaced and arranged at arbitrary positions. Further, the positional relationship of the light inlet 104a and the light outlet 106a with respect to the optical axis LA according to this embodiment can also be applied to other embodiments described later.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

<3.本開示に係る光検出装置の第3実施形態>
次に、図6に基づき、本開示に係る光検出装置100の第3実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第3実施形態とを比較すると、第1実施形態では、図3Aに示すように、画素分離壁130は、画素Pごとに設けられた入光遮光膜104の周縁から画素分離壁130が立設され、これを下方向に延設して、略方形状の光電変換部150が形成されている。
<3. Third Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, a third embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described based on FIG. Here, when comparing the first embodiment and the third embodiment, in the first embodiment, as shown in FIG. A pixel separation wall 130 is erected from the top, and extends downward to form a substantially rectangular photoelectric conversion portion 150 .

これに対し、第3実施形態では、図6Aに示すように、入光遮光膜104の入光口104aの開口縁から画素分離壁130が立設され、これを下方向のn型半導体領域120nを含む位置まで延設して、光電変換部150よりも小形の略方形状の光電変換筒151が形成されている点で、第1実施形態と相違する。ここで、光電変換筒151の後端の開口部分が、出光遮光膜106の出光口106aに相当する。 On the other hand, in the third embodiment, as shown in FIG. 6A, the pixel separation wall 130 is erected from the opening edge of the light entrance opening 104a of the light entrance shielding film 104, and the n-type semiconductor region 120n extends downward. The difference from the first embodiment is that a substantially rectangular photoelectric conversion tube 151 that is smaller than the photoelectric conversion unit 150 is formed extending to a position including the . Here, the opening portion at the rear end of the photoelectric conversion tube 151 corresponds to the light output opening 106 a of the light output light shielding film 106 .

このように構成することにより、光電変換部150を小型化することができる。また、光電変換筒151の後端の開口部分は、画素Pの略光軸LA上となるため、隣接する画素Pに対して距離を確保することができる。すなわち、光電変換筒151は、光電変換部150を小型にしたものであり、光電変換筒151の内部で光電変換を行うとともに、後端の開口部分が、出光口106aに相当する。このため光電変換筒151は、光電変換部150の一実施態様である。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
By configuring in this way, the photoelectric conversion unit 150 can be miniaturized. Further, since the opening portion at the rear end of the photoelectric conversion tube 151 is substantially on the optical axis LA of the pixel P, the distance to the adjacent pixel P can be secured. That is, the photoelectric conversion tube 151 is a compact version of the photoelectric conversion unit 150, performs photoelectric conversion inside the photoelectric conversion tube 151, and the opening at the rear end corresponds to the light exit 106a. Therefore, the photoelectric conversion tube 151 is one embodiment of the photoelectric conversion section 150 .
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.

また、光電変換筒151の容積は、入光口104aの開口面積を調整することで、これに応じて大きくすることも、又は小さくすることも可能である。また、入光口104aの開口面積を広く形成し、光電変換筒151の後端の開口面積を入光口104aよりも狭く形成してもよい。例えば、光電変換筒151の後端に、出光口106aを入光口104aよりも狭く形成した出光遮光膜106を設けてもよい。なお、光電変換筒151の構造については、以下に説明する他の実施形態においても同様である。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
Also, the volume of the photoelectric conversion tube 151 can be increased or decreased accordingly by adjusting the opening area of the light inlet 104a. Further, the opening area of the light inlet 104a may be formed wide, and the opening area of the rear end of the photoelectric conversion tube 151 may be formed narrower than the light inlet 104a. For example, the rear end of the photoelectric conversion tube 151 may be provided with a light exit light blocking film 106 in which the light exit opening 106a is formed narrower than the light entrance opening 104a. Note that the structure of the photoelectric conversion tube 151 is the same in other embodiments described below.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

<4.本開示に係る光検出装置の第4実施形態>
次に、図7に基づき、本開示に係る光検出装置100の第4実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第4実施形態とを比較すると、第4実施形態では、図7Bに示すように、入光遮光膜104の入光口104aを、画素分離壁130の4側面が形成する矩形状の内壁と略同寸法に大きく開口している点で相違する。また、本実施形態では、図7Aに示すように、大きく開口した入光口104aの周縁から画素分離壁130が立設されている。そして、画素分離壁130を下方向に斜め方向にn型半導体領域120nを含む位置まで延設して、フォトダイオード120の4側面を取り囲んでいる。これにより、画素分離壁130に取り囲まれたフォトダイオード120の領域は、光軸LA方向に狭隘化する略四角錐状の光電変換部150が形成されている点で、第1実施形態と相違する。
<4. Fourth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, a fourth embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described based on FIG. Comparing the first embodiment and the fourth embodiment, in the fourth embodiment, as shown in FIG. It is different in that it has a large opening of approximately the same size as the rectangular inner wall to be formed. Further, in this embodiment, as shown in FIG. 7A, the pixel separation wall 130 is erected from the peripheral edge of the light inlet 104a which is wide open. Then, the pixel separation wall 130 extends obliquely downward to a position including the n-type semiconductor region 120n to surround the four side surfaces of the photodiode 120 . Accordingly, the region of the photodiode 120 surrounded by the pixel separation wall 130 is different from the first embodiment in that a photoelectric conversion portion 150 having a substantially quadrangular pyramid shape narrowed in the optical axis LA direction is formed. .

このように構成することにより、入射光Hは、光電変換部150の内壁での反射方向を、入光遮光膜104の方向に寄せることができる。したがって、入射光Hが光電変換部150の内壁に反射することによる経路長を、さらに長くすることができる。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
With this configuration, the direction of reflection of the incident light H on the inner wall of the photoelectric conversion unit 150 can be directed toward the incident light shielding film 104 . Therefore, the path length of the incident light H reflected on the inner wall of the photoelectric conversion section 150 can be further increased.
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.

なお、第4実施形態では、図7Aに示すように、入光遮光膜104の周縁に立設された画素分離壁130の4側面を、それぞれ斜め方向に延設することにより、光電変換部150は、略四角錐状を形成するものである。しかし、4側面の画素分離壁130のうち、対向する2側面を斜め方向に延設し、残りの対向する2側面については平行に延設して光電変換部150を略台形状に形成してもよい。 In the fourth embodiment, as shown in FIG. 7A, the four side surfaces of the pixel separation wall 130 provided upright on the periphery of the incident light shielding film 104 are obliquely extended, respectively, so that the photoelectric conversion units 150 forms a substantially quadrangular pyramid shape. However, of the four pixel separation walls 130, two opposing sides are extended obliquely and the remaining two opposing sides are extended parallel to form the photoelectric conversion part 150 in a substantially trapezoidal shape. good too.

また、マイクロレンズ101の焦点距離は、第1実施形態のように、必ずしも入光口104aの開口位置に正確に合わせる必要はない。しかも、入光遮光膜104は、大きな開口を有しているために、十分な光量の入射光Hを得ることができる。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
Also, unlike the first embodiment, the focal length of the microlens 101 does not necessarily have to be precisely matched to the opening position of the light inlet 104a. Moreover, since the incident light shielding film 104 has a large opening, a sufficient amount of incident light H can be obtained.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

<5.本開示に係る光検出装置の第5実施形態>
次に、図8に基づき、本開示に係る光検出装置100の第5実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第5実施形態とを比較すると、第5実施形態では、図8Aに示すように、フォトダイオード120の4側面を取り囲む画素分離壁130は、入光口104aの小孔が開口した入光遮光膜104の周縁から画素分離壁130が立設されている。そして、画素分離壁130を下方向に斜め方向にn型半導体領域120nを含む位置まで延設して、フォトダイオード120の4側面を取り囲んでいる。これにより、画素分離壁130に取り囲まれたフォトダイオード120の領域は、光軸LA方向に狭隘化する略四角錐状に形成されている点で、第1実施形態と相違する。また、入光遮光膜104の入光口104aが第1実施形態と同様の矩形状の小孔である点で、第4実施形態とも相違する。
<5. Fifth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, a fifth embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described based on FIG. Comparing the first embodiment and the fifth embodiment, in the fifth embodiment, as shown in FIG. A pixel separation wall 130 is erected from the periphery of the light shielding film 104 having holes. Then, the pixel separation wall 130 extends obliquely downward to a position including the n-type semiconductor region 120n to surround the four side surfaces of the photodiode 120 . This differs from the first embodiment in that the region of the photodiode 120 surrounded by the pixel separation wall 130 is formed in a substantially quadrangular pyramid shape that narrows in the optical axis LA direction. Moreover, it is different from the fourth embodiment in that the light entrance opening 104a of the light entrance shielding film 104 is a small rectangular hole as in the first embodiment.

このように構成することにより、入射光Hは、光電変換部150の内壁での反射方向を、入光遮光膜104の方向に寄せることができる。したがって、入射光Hが光電変換部150の内壁に反射することによる経路長を、さらに長くすることができる。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
また、第4実施形態と同様に、画素分離壁130は、フォトダイオード120の4側面を取り囲むとともに、画素分離壁130の4側面のうち対向する一の2側面が、光軸方向に沿って斜め方向に延設され、対向する他の2側面が、光軸方向に沿って延設されることで、画素分離壁130に取り囲まれたフォトダイオード120の領域を、略台形状に形成してもよい。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
With this configuration, the direction of reflection of the incident light H on the inner wall of the photoelectric conversion unit 150 can be directed toward the incident light shielding film 104 . Therefore, the path length of the incident light H reflected on the inner wall of the photoelectric conversion section 150 can be further increased.
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.
Further, similarly to the fourth embodiment, the pixel separation wall 130 surrounds the four side surfaces of the photodiode 120, and one of the four side surfaces of the pixel separation wall 130 is oblique along the optical axis direction. , and the other two opposite side surfaces are extended along the optical axis direction, so that the region of the photodiode 120 surrounded by the pixel separation wall 130 can be formed in a substantially trapezoidal shape. good.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

<6.本開示に係る光検出装置の第6実施形態>
次に、図9に基づき、本開示に係る光検出装置100の第6実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第6実施形態とを比較すると、第6実施形態では、図9Bに示すように、入光遮光膜104の入光口104aは、画素分離壁130の4側面が形成する矩形状の内壁の内径と略同じ寸法に大きく開口している点で、第1実施形態と相違する。
<6. Sixth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, a sixth embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described based on FIG. Here, when comparing the first embodiment and the sixth embodiment, in the sixth embodiment, as shown in FIG. It is different from the first embodiment in that it has a large opening with approximately the same size as the inner diameter of the rectangular inner wall to be formed.

このように構成することにより、マイクロレンズ101の焦点距離は、第1実施形態のように、必ずしも入光口104aの開口位置に正確に合わせる必要はない。しかも、入光遮光膜104は、入光口104aを大きく開口しているために、十分な光量の入射光Hを得ることができる。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
With this configuration, the focal length of the microlens 101 does not necessarily have to be precisely aligned with the opening position of the light inlet 104a as in the first embodiment. Moreover, since the incident light blocking film 104 has a large opening for the incident light 104a, a sufficient amount of incident light H can be obtained.
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

<7.本開示に係る光検出装置の第7実施形態>
次に、図10に基づき、本開示に係る光検出装置100の第7実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第7実施形態とを比較すると、第7実施形態では、図10Bに示すように、入光遮光膜104の入光口104aは、画素分離壁130の4側面が形成する矩形状の内壁の内径と略同じ寸法に大きく開口している点で、第1実施形態と相違する。
<7. Seventh Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, a seventh embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described based on FIG. Here, when comparing the first embodiment and the seventh embodiment, in the seventh embodiment, as shown in FIG. It is different from the first embodiment in that it has a large opening with approximately the same size as the inner diameter of the rectangular inner wall to be formed.

また、図10Aに示すように、画素分離壁130は、画素Pごとに設けられた入光遮光膜104の周縁から画素分離壁130が立設され、これを下方向に延設して、p型半導体領域120pの所定の位置まで延設して出光口106aが開口された第1の出光遮光膜106を配設している。
さらに、光電変換部150は、図10Aに示すように、そのまま画素分離壁130を下方向にn型半導体領域120nを含む位置まで延設している。そして、その後端に出光口106aが開口されたもう1つの第2の出光遮光膜106を配設して、略方形状に形成されている。すなわち、出光遮光膜106を2個設けることにより光電変換部150が2個設けられている。以上の点で、第1実施形態と相違する。
Further, as shown in FIG. 10A, the pixel separation wall 130 is erected from the peripheral edge of the light shielding film 104 provided for each pixel P, and is extended downward to form the pixel separation wall 130 p. A first light output shielding film 106 extending to a predetermined position of the semiconductor region 120p and having a light output port 106a is provided.
Furthermore, as shown in FIG. 10A, the photoelectric conversion unit 150 extends the pixel separation wall 130 downward to a position including the n-type semiconductor region 120n. Further, another second light exit light shielding film 106 having a light exit opening 106a is disposed at the rear end thereof, and is formed in a substantially rectangular shape. That is, two photoelectric conversion units 150 are provided by providing two output light shielding films 106 . The above points are different from the first embodiment.

このように構成することにより、マイクロレンズ101の焦点距離は、第1実施形態のように、必ずしも入光口104aの開口位置に正確に合わせる必要はない。または、焦点距離を第1の出光遮光膜106の出光口106aに合わせてもよい。しかも、入光遮光膜104は、入光口104aを大きく開口しているために、十分な光量の入射光Hを得ることができる。 With this configuration, the focal length of the microlens 101 does not necessarily have to be precisely aligned with the opening position of the light inlet 104a as in the first embodiment. Alternatively, the focal length may be adjusted to the light exit opening 106 a of the first light exit light shielding film 106 . Moreover, since the incident light blocking film 104 has a large opening for the incident light 104a, a sufficient amount of incident light H can be obtained.

また、光電変換部150は、入光遮光膜104と第1の出光遮光膜106とで区画される区域と、第1の出光遮光膜106と第2の出光遮光膜106とで区画される区域の二つの光電変換を行う区域を有している。したがって、光電変換を行う入射光Hの経路長を長くすることができる。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
Further, the photoelectric conversion section 150 has a section defined by the incident light blocking film 104 and the first output light blocking film 106 and a section defined by the first output light blocking film 106 and the second output light blocking film 106. has two photoelectric conversion areas. Therefore, the path length of the incident light H for photoelectric conversion can be lengthened.
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

<8.本開示に係る光検出装置の第8実施形態>
次に、図11に基づき、本開示に係る光検出装置100の第8実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第8実施形態とを比較すると、第8実施形態では、図11Aに示すように、画素分離壁130は、画素Pごとに設けられた入光口104aが開口された入光遮光膜104の周縁から画素分離壁130が立設されている。そして、これを下方向にn型半導体領域120nを含む位置まで延設して出光口106aが開口された出光遮光膜106を配設して略方形状の光電変換部150が形成されている。
<8. Eighth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, an eighth embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described based on FIG. 11 . Here, when comparing the first embodiment and the eighth embodiment, in the eighth embodiment, as shown in FIG. A pixel separation wall 130 is erected from the peripheral edge of the incident light shielding film 104 . Approximately rectangular photoelectric conversion section 150 is formed by extending this downward to a position including n-type semiconductor region 120n and arranging light output shielding film 106 having light output port 106a.

さらに、光電変換部150は、図11Aに示すように、そのまま画素分離壁130を下方向にフォトダイオード120の後端まで延設してフォトダイオード120全体の4側面を取り囲み、後端が開放の略方形状の筒体に形成されている。以上の点で、第1実施形態と相違する。 Further, as shown in FIG. 11A, the photoelectric conversion unit 150 extends the pixel separation wall 130 downward to the rear end of the photodiode 120 to surround the four side surfaces of the entire photodiode 120 and has an open rear end. It is formed in a substantially rectangular tubular body. The above points are different from the first embodiment.

このように構成することにより、出光遮光膜106の出光口106aを通過した光電変換により生成された電子eは、4側面を画素分離壁130に取り囲まれているために、隣接する画素Pのフォトダイオード120への移動が阻止される。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
With this configuration, the electrons e generated by photoelectric conversion that pass through the light exit opening 106a of the light exit light shielding film 106 are surrounded by the pixel separation walls 130 on four sides, so that the adjacent pixel P photo Migration to diode 120 is blocked.
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

<9.本開示に係る光検出装置の第9実施形態>
次に、図12に基づき、本開示に係る光検出装置100の第9実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第9実施形態とを比較すると、第9実施形態では、図12Aに示すように、画素分離壁130は、画素Pごとに設けられた入光口104aが開口された入光遮光膜104の周縁から画素分離壁130が立設されている。そして、これを下方向にn型半導体領域120nを含む位置まで延設して出光口106aが開口された出光遮光膜106を配設して略方形状の光電変換部150が形成されている。
さらに、光電変換部150は、図12Aに示すように、そのまま画素分離壁130を下方向に、フォトダイオード120の後端まで延設してフォトダイオード120全体の4側面を取り囲み、後端が開放の略方形状の筒体に形成されている。
<9. Ninth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, based on FIG. 12, a ninth embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described. Here, comparing the first embodiment and the ninth embodiment, in the ninth embodiment, as shown in FIG. A pixel separation wall 130 is erected from the peripheral edge of the incident light shielding film 104 . Approximately rectangular photoelectric conversion section 150 is formed by extending this downward to a position including n-type semiconductor region 120n and arranging light output shielding film 106 having light output port 106a.
Further, as shown in FIG. 12A, the photoelectric conversion unit 150 extends downward from the pixel separation wall 130 to the rear end of the photodiode 120 to surround the four sides of the entire photodiode 120, and the rear end is open. is formed in a substantially rectangular cylindrical body.

また、入光遮光膜104の入光口104aの周縁から画素分離壁130が立設され、これを下方向に延設して、光電変換部150の内部に後端が開放の略方形状の筒体に形成された光電変換筒151を形成している。すなわち、画素分離壁130がフォトダイオード120の4側面及び後面を囲っているとともに、光電変換部150の内部に、さらに、後端が開放の略方形状の筒体状に形成された光電変換筒151を形成して、二重箱構造に形成している。以上の点で、第1実施形態及び第9実施形態と相違する。 In addition, a pixel separation wall 130 is erected from the periphery of the light entrance 104a of the light entrance shielding film 104, and is extended downward to form a substantially square shape with an open rear end inside the photoelectric conversion section 150. A photoelectric conversion tube 151 formed in a cylindrical body is formed. That is, the pixel separation wall 130 surrounds the four side surfaces and the rear surface of the photodiode 120, and the photoelectric conversion tube is formed in the photoelectric conversion section 150 in a substantially square cylindrical shape with the rear end open. 151 is formed to form a double box structure. The above points are different from the first embodiment and the ninth embodiment.

このように構成することにより、入射光Hは、入光遮光膜104と出光遮光膜106の間に形成された光電変換筒151の内部で反射しながら光電変換される。光電変換筒151を通過した入射光Hは、次段に形成された光電変換部150の内部で同様にして光電変換される。 With this configuration, the incident light H is photoelectrically converted while being reflected inside the photoelectric conversion tube 151 formed between the incident light shielding film 104 and the output light shielding film 106 . The incident light H that has passed through the photoelectric conversion tube 151 is similarly photoelectrically converted inside the photoelectric conversion unit 150 formed in the next stage.

しかも、出光口106aを通過した光電変換により生成された電子eは、第8実施形態と同様に、画素分離壁130に4側面を取り囲まれているために、隣接する画素Pのフォトダイオード120への移動が阻止される。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
Moreover, the electrons e generated by photoelectric conversion that have passed through the light exit port 106a are surrounded by the pixel separation walls 130 on four sides as in the eighth embodiment. movement is blocked.
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

ここで、第6実施形態から第9実施形態における光学変換部150のトレンチ111と結晶構造との関係について説明する。図13は、シリコンの(100)面の基板において、エピタキシャル(EPI:epitaxial、以下、「EPI」という。)プロセスフローを用いた場合の、単画素PのX3-X3部分の端面断面図である。
図14は、シリコンの(111)面の基板において、ESS(リコン基板内部に設けた平板状の巨大空洞:Empty Space in Silicon、以下、「ESS」という。)プロセスフローを用いた場合の、単画素PのX3-X3部分の端面断面図である。
Here, the relationship between the trenches 111 of the optical conversion section 150 and the crystal structure in the sixth to ninth embodiments will be described. FIG. 13 is a cross-sectional end view of the X3-X3 portion of the single pixel P when an epitaxial (EPI) process flow is used on a silicon (100) plane substrate. .
FIG. 14 is a diagram of a silicon (111) plane substrate using an ESS (Empty Space in Silicon, hereinafter referred to as “ESS”) process flow. 3 is a cross-sectional end view of the X3-X3 portion of the pixel P; FIG.

図13及び図14の例は、入光口104a及び出光口106aを、いずれも画素Pの光軸LA上に開口させた場合である。図14の場合には、入光口104a及び出光口106aは、画素Pの配置に対して45度傾いた配置になる。なお、出光口106aの開口の形状は、前記のとおり、矩形に限定されるものではなく円形等であっても差し支えない。また、EPIプロセスフロー及びESSプロセスフローの詳細については後述する。 13 and 14, the light entrance opening 104a and the light exit opening 106a are both opened on the optical axis LA of the pixel P. FIG. In the case of FIG. 14, the light inlet 104a and the light outlet 106a are arranged at an angle of 45 degrees with respect to the arrangement of the pixels P. In FIG. As described above, the shape of the opening of the light exit port 106a is not limited to a rectangle, and may be a circle or the like. Details of the EPI process flow and the ESS process flow will be described later.

<10.本開示に係る光検出装置の第10実施形態>
次に、図15に基づき、本開示に係る光検出装置100の第10実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第10実施形態とを比較すると、第10実施形態では、図15Aに示すように、画素分離壁130は、画素Pごとに設けられた入光口104aが開口された入光遮光膜104の周縁から画素分離壁130が立設されている。そして、これを下方向に延設して、フォトダイオード120の4側面を取り囲んでいる。
<10. Tenth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, a tenth embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described based on FIG. Here, when comparing the first embodiment and the tenth embodiment, in the tenth embodiment, as shown in FIG. A pixel separation wall 130 is erected from the peripheral edge of the incident light shielding film 104 . Extending downward, it surrounds the four sides of the photodiode 120 .

さらに、延設された画素分離壁130の後端に出光遮光膜106の代わりに、転送トランジスタゲート121が配置された後端遮光膜107が配設されている。これにより、略方形状の光電変換部150を形成している。
すなわち、画素分離壁130がフォトダイオード120全体の4側面を取り囲むとともに、出光遮光膜106の代わりに後端遮光膜107が後面を囲んでいる。以上の点で、第1実施形態と相違する。
Furthermore, instead of the outgoing light shielding film 106 , a rear edge shielding film 107 having a transfer transistor gate 121 is arranged at the rear end of the extended pixel separation wall 130 . As a result, a substantially rectangular photoelectric conversion section 150 is formed.
That is, the pixel separation wall 130 surrounds the four side surfaces of the entire photodiode 120 , and the rear end light shielding film 107 surrounds the rear surface instead of the light output light shielding film 106 . The above points are different from the first embodiment.

このように構成することにより、入光口104aを通過した入射光Hは、光電変換部150の各画素分離壁130、入光遮光膜104及び後端遮光膜107のそれぞれの内壁間で反射しながら光電変換される。そして、光電変換により生成された電子eは、画素分離壁130に4側面を取り囲まれ、さらに、後端は後端遮光膜107で画素分離がされているために、隣接する画素Pのフォトダイオード120に移動することが阻止される。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
With this configuration, the incident light H that has passed through the light inlet 104a is reflected between the inner walls of the pixel separation walls 130, the light shielding film 104, and the rear end shielding film 107 of the photoelectric conversion unit 150. photoelectrically converted. The electrons e generated by photoelectric conversion are surrounded on four sides by the pixel separation walls 130, and the rear end is separated by the rear end light shielding film 107, so that the photodiode of the adjacent pixel P 120 is blocked.
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

<11.本開示に係る光検出装置の第11実施形態>
次に、図16に基づき、本開示に係る光検出装置100の第11実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第11実施形態とを比較すると、第11実施形態では、図16Aに示すように、画素分離壁130は、画素Pごとに設けられた入光口104aが開口された入光遮光膜104の周縁から画素分離壁130が立設され、これを下方向に延設して、フォトダイオード120の4側面を取り囲んでいる。
<11. Eleventh Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, an eleventh embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described with reference to FIG. Here, when comparing the first embodiment and the eleventh embodiment, in the eleventh embodiment, as shown in FIG. A pixel separation wall 130 is erected from the peripheral edge of the incident light shielding film 104 and extended downward to surround the four side faces of the photodiode 120 .

さらに、延設された画素分離壁130の後端に転送トランジスタゲート121が配置された後端遮光膜107が配設されている。これにより、略方形状の光電変換部150を形成している。 Furthermore, a rear light-shielding film 107 having a transfer transistor gate 121 is provided at the rear end of the extended pixel separation wall 130 . As a result, a substantially rectangular photoelectric conversion section 150 is formed.

さらに、光電変換部150内において、フォトダイオード120のn型半導体領域120nを含む位置に、出光口106aが光軸LAから偏移して開口された出光遮光膜106が配設されている。なお、出光口106aの開口位置は、転送トランジスタゲート121よりも離れた位置に偏移するのが好ましい。
すなわち、画素分離壁130及び後端遮光膜107が、フォトダイオード120全体の4側面及び後面を取り囲んでいる。以上の点で、第1実施形態と相違する。
Further, in the photoelectric conversion section 150, a light exit light shielding film 106 is arranged at a position including the n-type semiconductor region 120n of the photodiode 120 so that the light exit opening 106a is shifted from the optical axis LA. The opening position of the light exit port 106 a is preferably shifted to a position farther than the transfer transistor gate 121 .
That is, the pixel separation wall 130 and the rear light shielding film 107 surround the four side surfaces and the rear surface of the entire photodiode 120 . The above points are different from the first embodiment.

このように構成することにより、経路長を長くすることができる。そして、入光口104aを通過した入射光Hは、光電変換部150の各画素分離壁130、入光遮光膜104及び出光遮光膜106のそれぞれの内壁間で反射しながら光電変換される。さらに、光電変換により生成された電子eは、画素分離壁130に4側面を取り囲まれ、後端は後端遮光膜107で画素分離がされているために、隣接する画素Pのフォトダイオード120に移動することが阻止される。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
By configuring in this way, the path length can be increased. The incident light H that has passed through the light inlet 104a is photoelectrically converted while being reflected between the inner walls of the pixel separation walls 130, the light entrance shielding film 104, and the exit light shielding film 106 of the photoelectric conversion unit 150. FIG. Furthermore, the electrons e generated by photoelectric conversion are surrounded on four sides by the pixel separation walls 130, and the rear end is separated by the rear end light shielding film 107, so that the photodiode 120 of the adjacent pixel P receives the electrons e. prevented from moving.
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

ここで、第11実施形態における光学変換部150のトレンチ111の結晶構造との関係について説明する。図17は、シリコンの(100)面の基板において、EPIプロセスフローを用いた場合の単画素PのX3-X3部分の端面断面図である。
図18は、シリコンの(111)面の基板において、ESSプロセスフローを用いた場合の単画素PのX3-X3部分の端面断面図である。
Here, the relationship with the crystal structure of the trench 111 of the optical conversion portion 150 in the eleventh embodiment will be described. FIG. 17 is a cross-sectional end view of the X3-X3 portion of the single pixel P when the EPI process flow is used on the substrate of the (100) plane of silicon.
FIG. 18 is a cross-sectional end view of the X3-X3 portion of the single pixel P when the ESS process flow is used on the substrate of the (111) plane of silicon.

図17及び図18の例は、出光口106aを、いずれも画素Pの光軸LAから偏移した位置に開口させた場合である。図18の場合には、出光口106aは、画素Pの配置に対して45度傾いた配置になる。なお、入光口104aの開口位置を光軸LAから偏移させた場合も同様である。なお、出光口106aの開口の形状は、前記のとおり、矩形に限定されるものではなく円形等であっても差し支えない。また、EPIプロセスフロー及びESSプロセスフローの詳細については後述する。 17 and 18 are cases in which the light exit opening 106a is opened at a position shifted from the optical axis LA of the pixel P. FIG. In the case of FIG. 18, the light outlet 106a is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the arrangement of the pixels P. In FIG. The same applies when the opening position of the light inlet 104a is shifted from the optical axis LA. As described above, the shape of the opening of the light exit port 106a is not limited to a rectangle, and may be a circle or the like. Details of the EPI process flow and the ESS process flow will be described later.

<12.本開示に係る光検出装置の第12実施形態>
次に、図19に基づき、本開示に係る光検出装置100の第12実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第12実施形態とを比較すると、第12実施形態では、図19Aに示すように、画素分離壁130は、画素Pごとに設けられた入光遮光膜104の周縁から画素分離壁130が立設されている。そして、これを下方向に延設して、p型半導体領域120pの所定の位置に出光口106aが開口された第1の出光遮光膜106を配設している。
<12. Twelfth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, a twelfth embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described based on FIG. 19 . Here, when comparing the first embodiment and the twelfth embodiment, in the twelfth embodiment, as shown in FIG. A pixel separation wall 130 is erected from the top. Extending this downward, a first light output shielding film 106 having a light output port 106a is provided at a predetermined position of the p-type semiconductor region 120p.

さらに、図19Aに示すように、そのまま画素分離壁130を下方向に延設して、フォトダイオード120のn型半導体領域120nを含む位置に、出光口106aが開口された第2の出光遮光膜106を配設している。さらに、そのまま画素分離壁130を下方向に、フォトダイオード120の後端まで延設している。そして、画素分離壁130の延設された後端に転送トランジスタゲート121が配置された後端遮光膜107が配設されている。これにより、略方形状の光電変換部150が形成されている。すなわち、画素分離壁130及び後端遮光膜107がフォトダイオード120全体の4側面及び後面を囲うとともに、出光遮光膜106を2個設けることにより光電変換部150が2個設けられている。以上の点で、第1実施形態と相違する。 Further, as shown in FIG. 19A, the pixel separation wall 130 is directly extended downward, and a second light output light shielding film having a light output port 106a opened at a position including the n-type semiconductor region 120n of the photodiode 120 is formed. 106 is provided. Further, the pixel separation wall 130 is extended downward to the rear end of the photodiode 120 as it is. A rear light shielding film 107 having a transfer transistor gate 121 is provided at the rear end of the pixel separation wall 130 . Thus, a substantially rectangular photoelectric conversion portion 150 is formed. That is, the pixel separation wall 130 and the rear end light shielding film 107 surround the four side surfaces and the rear surface of the entire photodiode 120, and two photoelectric conversion units 150 are provided by providing two light output light shielding films 106. FIG. The above points are different from the first embodiment.

このように構成することにより、マイクロレンズ101の焦点距離は、第1実施形態のように、必ずしも入光口104aの開口位置に正確に合わせる必要はない。または、焦点距離を第1の出光遮光膜106の出光口106aに合わせてもよい。しかも、入光遮光膜104は、大きな開口を有しているために、十分な光量の入射光Hを得ることができる。 With this configuration, the focal length of the microlens 101 does not necessarily have to be precisely aligned with the opening position of the light inlet 104a as in the first embodiment. Alternatively, the focal length may be adjusted to the light exit opening 106 a of the first light exit light shielding film 106 . Moreover, since the incident light shielding film 104 has a large opening, a sufficient amount of incident light H can be obtained.

また、本実施形態では、入光遮光膜104と第1の出光遮光膜106とで区画される区域と、第1の出光遮光膜106と第2の出光遮光膜106とで区画される区域と、第2の出光遮光膜106と後端遮光膜107との3つの光電変換を行う区域を有している。したがって、入射光Hの経路長を長くすることができる。 In addition, in this embodiment, a section defined by the incident light shielding film 104 and the first light output shielding film 106 and a section defined by the first light output shielding film 106 and the second light output shielding film 106 are provided. , the second light shielding film 106 and the rear end light shielding film 107, which are areas for performing photoelectric conversion. Therefore, the path length of the incident light H can be lengthened.

本実施形態は、以上のように構成されているために、入光遮光膜104を通過した入射光Hは、3つの光電変換を行う区画において、いずれかの時点で光電変換される。そして、光電変換により生成された電子eは、画素分離壁130に4側面を取り囲まれ、さらに、後端は後端遮光膜107で画素分離がされているために、隣接する画素Pのフォトダイオード120に移動することが阻止される。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
Since this embodiment is configured as described above, the incident light H that has passed through the incident light shielding film 104 is photoelectrically converted at some point in the three photoelectric conversion sections. The electrons e generated by photoelectric conversion are surrounded on four sides by the pixel separation walls 130, and the rear end is separated by the rear end light shielding film 107, so that the photodiode of the adjacent pixel P 120 is blocked.
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

<13.本開示に係る光検出装置の第13実施形態>
次に、図20に基づき、本開示に係る光検出装置100の第13実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第13実施形態とを比較すると第13実施形態では、図20Aに示すように、画素分離壁130は、画素Pごとに設けられた入光口104aが開口された入光遮光膜104の周縁から画素分離壁130が立設され、これを下方向に延設して、n型半導体領域120nを含む位置に出光口106aが開口された出光遮光膜106が配設されている。
<13. Thirteenth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, a thirteenth embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described with reference to FIG. Here, when comparing the first embodiment and the thirteenth embodiment, in the thirteenth embodiment, as shown in FIG. A pixel separation wall 130 is erected from the periphery of the incident light shielding film 104, and extends downward to form a light output shielding film 106 having a light exit opening 106a at a position including the n-type semiconductor region 120n. It is

さらに、図20Aに示すように、そのまま画素分離壁130を下方向に、フォトダイオード120の後端まで延設している。そして、画素分離壁130の延設された後端に転送トランジスタゲート121が配置された後端遮光膜107が配設されている。これにより、略方形状の光電変換部150が形成されている。すなわち、画素分離壁130及び後端遮光膜107がフォトダイオード120全体の4側面及び後面を囲っている。以上の点で、第1実施形態と相違する。 Furthermore, as shown in FIG. 20A, the pixel separation wall 130 is extended downward to the rear end of the photodiode 120 as it is. A rear light shielding film 107 having a transfer transistor gate 121 is provided at the rear end of the pixel separation wall 130 . Thus, a substantially rectangular photoelectric conversion portion 150 is formed. That is, the pixel separation wall 130 and the rear light shielding film 107 surround the four side surfaces and the rear surface of the entire photodiode 120 . The above points are different from the first embodiment.

このように構成することにより、経路長を長くすることができる。そして、入光口104aを通過した入射光Hは、光電変換部150の内壁、入光遮光膜104及び出光遮光膜106との間で反射しながら光電変換される。そして、光電変換により生成された電子eは、画素分離壁130及び出光遮光膜106に4側面が取り囲まれ、さらに、後端は後端遮光膜107で画素分離がされているために、隣接する画素Pのフォトダイオード120に移動することが阻止される。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
By configuring in this way, the path length can be increased. The incident light H that has passed through the light inlet 104a is photoelectrically converted while being reflected between the inner wall of the photoelectric conversion unit 150, the incident light blocking film 104, and the outgoing light blocking film . The electrons e generated by photoelectric conversion are surrounded on four sides by the pixel separating wall 130 and the outgoing light shielding film 106, and the pixels are separated by the rear edge shielding film 107 at the rear end. The photodiode 120 of pixel P is blocked from moving.
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

<14.本開示に係る光検出装置の第14実施形態>
次に、図21に基づき、本開示に係る光検出装置100の第14実施形態について説明する。ここで、第1実施形態と第14実施形態とを比較すると第14実施形態では、図21Aに示すように、画素分離壁130は、画素Pごとに設けられた入光口104aが開口された入光遮光膜104の周縁から画素分離壁130が立設され、これを下方向に延設して、n型半導体領域120nを含む位置に出光口106aが開口された出光遮光膜106が配設されている。
<14. Fourteenth Embodiment of Photodetector According to Present Disclosure>
Next, a fourteenth embodiment of the photodetector 100 according to the present disclosure will be described based on FIG. Here, when comparing the first embodiment and the fourteenth embodiment, in the fourteenth embodiment, as shown in FIG. A pixel separation wall 130 is erected from the periphery of the incident light shielding film 104, and extends downward to form a light output shielding film 106 having a light exit opening 106a at a position including the n-type semiconductor region 120n. It is

さらに、図21Aに示すように、そのまま画素分離壁130を下方向に、フォトダイオード120の後端まで延設している。そして、画素分離壁130の延設された後端に転送トランジスタゲート121が配置された後端遮光膜107が配設されている。これにより、略方形状の光電変換部150が形成されている。 Furthermore, as shown in FIG. 21A, the pixel separation wall 130 is extended downward to the rear end of the photodiode 120 as it is. A rear light shielding film 107 having a transfer transistor gate 121 is provided at the rear end of the pixel separation wall 130 . Thus, a substantially rectangular photoelectric conversion portion 150 is formed.

また、入光遮光膜104の入光口104a周縁から画素分離壁130が立設され、これを下方向に延設して、光電変換部150の内部に後端が開放の略筒体に形成された光電変換筒151を形成している。すなわち、画素分離壁130がフォトダイオード120の4側面及び後面を囲っているとともに、光電変換部150の内部に、さらに、後端が開放の略方形状の筒体状に形成された光電変換筒151を形成して、二重箱構造に形成している。以上の点で、第1実施形態及び第9実施形態と相違する。 A pixel separation wall 130 is erected from the periphery of the light entrance port 104a of the light entrance shielding film 104, and is extended downward to form a substantially cylindrical body with an open rear end inside the photoelectric conversion unit 150. A photoelectric conversion tube 151 is formed. That is, the pixel separation wall 130 surrounds the four side surfaces and the rear surface of the photodiode 120, and the photoelectric conversion tube is formed in the photoelectric conversion section 150 in a substantially square cylindrical shape with the rear end open. 151 is formed to form a double box structure. The above points are different from the first embodiment and the ninth embodiment.

このように構成することにより、経路長を長くすることができる。そして、入光口104aを通過した入射光Hは、入光遮光膜104と出光遮光膜106の間に形成された光電変換筒151の内部で反射しながら光電変換される。さらに、光電変換筒151を通過した入射光Hは、次段に形成された光電変換部150の内部で同様にして光電変換される。 By configuring in this way, the path length can be increased. The incident light H that has passed through the light inlet 104a is photoelectrically converted while being reflected inside the photoelectric conversion tube 151 formed between the incident light shielding film 104 and the output light shielding film 106 . Further, the incident light H that has passed through the photoelectric conversion tube 151 is similarly photoelectrically converted inside the photoelectric conversion section 150 formed in the next stage.

光電変換により生成された電子eは、出光遮光膜106の出光口106aを通過しても次段の光電変換部150の空間は、画素分離壁130により4側面が画素分離され、後端は、後端遮光膜107で画素分離がされているために、隣接する画素Pのフォトダイオード120へ移動することが阻止される。
これにより、電気的クロストークを防止することができる。併せて、光学的クロストークも防止することができる。
上記以外は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
Even if the electrons e generated by photoelectric conversion pass through the light output port 106a of the light output shielding film 106, the space of the photoelectric conversion unit 150 in the next stage is pixel-separated on four sides by the pixel separation wall 130, and the rear end is Since the pixels are separated by the rear light shielding film 107, movement to the photodiode 120 of the adjacent pixel P is prevented.
This can prevent electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can also be prevented.
Other than the above, since it is the same as the first embodiment, the description is omitted.

以上説明したように、本開示に係る光検出装置100によれば、電気的クロストークを抑制した光検出像装置を提供することができる。併せて、光学的クロストークを抑制するとともに、量子効率の改善をすることもできる。 As described above, according to the photodetection device 100 according to the present disclosure, it is possible to provide a photodetection imaging device that suppresses electrical crosstalk. At the same time, optical crosstalk can be suppressed and quantum efficiency can be improved.

<15.本開示に係る光検出装置の製造方法>
次に、本開示に係る光検出装置100の製造方法について、第1実施形態を例に図22及び図23に基づき説明する。
図22は、本開示に係る光検出装置100のEPIプロセスによるトレンチ111、画素分離壁130及び入光遮光膜104の製造方法の説明図である。
また、図23は、本開示に係る光検出装置100のESSプロセスによる製造方法の説明図である。
<15. Method for Manufacturing Photodetector According to Present Disclosure>
Next, a method for manufacturing the photodetector 100 according to the present disclosure will be described with reference to FIGS. 22 and 23, taking the first embodiment as an example.
FIG. 22 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the trenches 111, the pixel separation walls 130, and the incident light shielding film 104 by the EPI process of the photodetector 100 according to the present disclosure.
23A and 23B are explanatory diagrams of a method for manufacturing the photodetector device 100 according to the present disclosure by the ESS process.

[EPIプロセスによる製造方法]
まず、EPIプロセスによるトレンチ111、画素分離壁130及び入光遮光膜104の製造方法について説明する。
[Manufacturing method by EPI process]
First, a method for manufacturing the trenches 111, the pixel separation walls 130, and the incident light shielding film 104 by the EPI process will be described.

図22Aにおいて、半導体基板110を準備する。半導体基板110は、シリコン(Si)の単結晶の(100)面の基板が使用される。そして半導体基板110上にフォトレジストにより入光遮光膜104の入光口104aとなる領域のマスク401を形成する。 In FIG. 22A, a semiconductor substrate 110 is provided. As the semiconductor substrate 110, a (100) plane substrate of a silicon (Si) single crystal is used. Then, a mask 401 is formed on the semiconductor substrate 110 with a photoresist in a region to be the light entrance 104a of the light shielding film 104. As shown in FIG.

次に、図22Bにおいて、半導体基板110上に、例えば、二酸化ケイ素(SiO)などの酸化膜又はタングステン(W)などの金属膜を形成する。この金属膜が入光遮光膜104となる。 Next, in FIG. 22B, an oxide film such as silicon dioxide (SiO 2 ) or a metal film such as tungsten (W) is formed on the semiconductor substrate 110 . This metal film becomes the incident light shielding film 104 .

次に、図22Cにおいて、フォトレジストによるマスク401を除去する。これにより入光遮光膜104の入光口104aとなる領域に、酸化膜又は金属膜が形成されていないパターンが形成される。 Next, in FIG. 22C, the photoresist mask 401 is removed. As a result, a pattern in which the oxide film or the metal film is not formed is formed in the region of the light entrance shielding film 104 that will become the light entrance opening 104a.

次に、図22Dにおいて、入光遮光膜104となる酸化膜又は金属膜のパターンが形成された半導体基板110上にEPIプロセスによりシリコンを成長させる。 Next, in FIG. 22D, silicon is grown by the EPI process on the semiconductor substrate 110 on which the pattern of the oxide film or the metal film that will be the incident light shielding film 104 is formed.

次に、図22Eにおいて、半導体基板110を180度反転させ、つまり表裏をひっくり返して、半導体基板110上にフォトレジストにより画素分離壁130のトレンチ111となる領域のマスク402を形成する。 Next, in FIG. 22E, the semiconductor substrate 110 is turned over by 180 degrees, that is, turned upside down, and a mask 402 is formed on the semiconductor substrate 110 with a photoresist for regions that will become the trenches 111 of the pixel separation walls 130 .

次に、図22Fにおいて、半導体基板110のシリコンをエッチング等により掘り進めてゆく。これによりマスク402がされていない領域のシリコンが除去され、画素分離壁130となるトレンチ111が形成される。 Next, in FIG. 22F, the silicon of the semiconductor substrate 110 is dug by etching or the like. As a result, the silicon in the regions not masked by the mask 402 is removed to form the trenches 111 that will become the pixel separation walls 130 .

次に、図22Gにおいて、トレンチ111が形成された半導体基板110上のマスク402を除去し、EPIプロセスにより酸化膜又は金属膜を成長させる。これにより、トレンチ111の内部に酸化膜又は金属膜からなる画素分離壁130が形成される。 Next, in FIG. 22G, the mask 402 on the semiconductor substrate 110 in which the trenches 111 are formed is removed, and an oxide film or metal film is grown by an EPI process. As a result, pixel isolation walls 130 made of an oxide film or a metal film are formed inside the trenches 111 .

以上のような、工程により、入光遮光膜104及び画素分離壁130となるトレンチ111を形成することができる。なお、これ以外の製造工程は、従来の製造技術を用いるか、又は若干の変更を加えることで形成することができるため、説明を省略する。 Through the steps described above, the trenches 111 that become the light shielding films 104 and the pixel separation walls 130 can be formed. It should be noted that other manufacturing processes can be formed by using conventional manufacturing techniques or by adding a slight change, so description thereof will be omitted.

[ESSプロセスによる製造方法]
次に、ESSプロセスによるトレンチ111、画素分離壁130及び入光遮光膜104の製造方法について説明する。
[Manufacturing method by ESS process]
Next, a method for manufacturing the trench 111, the pixel separation wall 130, and the incident light shielding film 104 by the ESS process will be described.

図23Aにおいて、半導体基板110を準備する。半導体基板110は、シリコン(Si)の単結晶の(111)面の基板が使用される。そして半導体基板110上に正珪酸四エチル(TEOS:tetra eth oxy silane、以下「TEOS」という。)膜を形成し、さらにフォトレジストにより画素分離壁130となる領域のマスク403を形成する。 In FIG. 23A, a semiconductor substrate 110 is provided. As the semiconductor substrate 110, a (111) plane substrate of a silicon (Si) single crystal is used. Then, a tetraethyl orthosilicate (TEOS: tetra ethoxy silane, hereinafter referred to as "TEOS") film is formed on the semiconductor substrate 110, and a mask 403 is formed in a region that will become the pixel separation wall 130 with a photoresist.

次に、図23Bにおいて、マスク403をマスクとして、ドライ加工により、TEOS膜404及び半導体基板110のシリコンをエッチングして、トレンチ111を形成する。 Next, in FIG. 23B, using the mask 403 as a mask, the TEOS film 404 and the silicon of the semiconductor substrate 110 are etched by dry processing to form trenches 111 .

次に、図23Cにおいて、ケミカルドライエッチング(CDE:Chemical Dry Etching)によりトレンチ111の内面をエッチングする。 Next, in FIG. 23C, the inner surface of the trench 111 is etched by chemical dry etching (CDE).

次に、図23Dにおいて、トレンチ111の内面にTEOS膜404を成膜する。 Next, in FIG. 23D, a TEOS film 404 is formed on the inner surface of the trench 111 .

次に、図23Eにおいて、トレンチ111の底面のTEOS膜404をエッチバックにより除去する。 Next, in FIG. 23E, the TEOS film 404 on the bottom of the trench 111 is removed by etchback.

次に、図23Fにおいて、アルカリエッチング等によりトレンチ111の底面を逆T字状にシリコンを除去する。これにより画素分離壁130となるトレンチ111及び入光遮光膜104となる空間が形成される。 Next, in FIG. 23F, silicon is removed from the bottom surface of the trench 111 in an inverted T shape by alkaline etching or the like. As a result, trenches 111 that become the pixel separation walls 130 and spaces that become the incident light shielding film 104 are formed.

以上のような、工程により、入光遮光膜104及び画素分離壁130となるESSによる空間を形成することができる。このようにして形成されたトレンチ111及び入光遮光膜104となる空間は、その内部を埋めないで空気のままでも画素分離壁130の役目を果たすことができる。シリコンは、空気の屈折率に比べてはるかに大きな屈折率を有している。例えば、入射光Hの波長が550nmの場合の屈折率は、約4程度である。したがって、空気の屈折率との違いは非常に大きいため、シリコン基板に一旦入射した光は、シリコン基板内で反射を繰り返し、外部に出てくることはない。したがって、入射光Hを簡単に閉じ込めることができる。
なお、これ以外の製造工程は、従来の製造技術を用いるか、又は若干の変更を加えることで製造することができるため、説明を省略する。
Through the steps described above, a space of the ESS that becomes the light shielding film 104 and the pixel separation wall 130 can be formed. The space formed in this way, which becomes the trench 111 and the light shielding film 104, can serve as the pixel separation wall 130 even if the space is not filled with air. Silicon has a much higher refractive index than that of air. For example, the refractive index is about 4 when the wavelength of the incident light H is 550 nm. Therefore, since the difference in refractive index from that of air is very large, the light once incident on the silicon substrate is repeatedly reflected within the silicon substrate and does not come out to the outside. Therefore, the incident light H can be easily confined.
The manufacturing steps other than this can be manufactured by using conventional manufacturing techniques or by adding a slight change, so description thereof will be omitted.

[第4実施形態及び第5実施形態の画素分離壁を斜め方向に形成する製造方法]
次に、第4実施形態及び第5実施形態における光電変換部150の4側面の画素分離壁130を斜め方向に延設する加工方法について説明する。図24は、クラスタービームにより半導体基板110を加工する例の説明図である。
[Manufacturing method for obliquely forming pixel separation walls in the fourth and fifth embodiments]
Next, a processing method for obliquely extending the pixel separation walls 130 on the four side surfaces of the photoelectric conversion unit 150 according to the fourth and fifth embodiments will be described. FIG. 24 is an explanatory diagram of an example of processing the semiconductor substrate 110 with a cluster beam.

本図において、チャンバー440内に載置された半導体基板110の表面にはマスク401が形成されている。チャンバー440は、コリメーション441により仕切られており、仕切りの左側にはノズル444が配設されている。ノズル444は、コリメーション441に開口された小孔442を介して原子又は分子451からなるクラスター450を射出する。射出されたクラスター450は、表面がマスク401に被覆された半導体基板110に衝突すると、マスク401に被覆されていない部分がエッチングされる。画素分離壁130を構成するトレンチ111は、例えば、このような加工方法を用いて形成することもできる。 In this figure, a mask 401 is formed on the surface of a semiconductor substrate 110 placed in a chamber 440 . The chamber 440 is partitioned by a collimation 441 with a nozzle 444 located to the left of the partition. A nozzle 444 ejects a cluster 450 of atoms or molecules 451 through a small hole 442 opened in collimation 441 . When the injected cluster 450 collides with the semiconductor substrate 110 whose surface is covered with the mask 401, the portion not covered with the mask 401 is etched. The trench 111 forming the pixel separation wall 130 can also be formed using such a processing method, for example.

図25は、クラスタービームにより半導体基板110に斜めのエッチング加工をする例の説明図である。本図に示すように、チャンバー440内に載置された表面がマスク401に被覆された半導体基板110を斜めに載置する。ノズル444は、コリメーション441に形成された小孔442を介して原子又は分子451からなるクラスター450を射出する。射出されたクラスター450は、表面がマスク401に被覆された半導体基板110に斜めに衝突すると、マスク401に被覆されていない部分が斜め方向にエッチングされる。このように、半導体基板110を傾けた状態でクラスタービームを射出することにより斜め方向のエッチングをすることができる。
第4実施形態及び第5実施形態において、画素分離壁130を斜め方向に延設するためのトレンチ111は、以上説明した加工方法により形成することができる。
FIG. 25 is an explanatory diagram of an example in which the semiconductor substrate 110 is obliquely etched by a cluster beam. As shown in this figure, a semiconductor substrate 110 whose surface is covered with a mask 401 is placed obliquely in a chamber 440 . Nozzle 444 projects clusters 450 of atoms or molecules 451 through small holes 442 formed in collimation 441 . When the injected cluster 450 obliquely collides with the semiconductor substrate 110 whose surface is covered with the mask 401, the portion not covered with the mask 401 is obliquely etched. In this manner, by emitting the cluster beam while the semiconductor substrate 110 is tilted, it is possible to perform oblique etching.
In the fourth and fifth embodiments, the trenches 111 for obliquely extending the pixel separation walls 130 can be formed by the processing method described above.

<16.電子機器の構成例>
上述した実施形態に係る光検出装置100の電子機器への適用例について、図26を用いて説明する。なお、この適用例は第1実施形態から第14実施形態に係る光検出装置100に共通する。
<16. Configuration example of electronic device>
An application example of the photodetector 100 according to the above embodiment to an electronic device will be described with reference to FIG. 26 . This application example is common to the photodetector 100 according to the first to fourteenth embodiments.

光検出装置100は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置200や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に光検出装置100を用いる複写機など、画像取込部(光電変換機能)を用いる電子機器全般に対して適用可能である。光検出装置100は、ワンチップとして形成された形態のものであってもよいし、パッケージングされた光検出装置100でもよい。また、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のものであってもよい。 The photodetector 100 includes an image capture unit (photoelectric conversion function) such as an imaging device 200 such as a digital still camera or a video camera, a mobile terminal device having an imaging function, or a copying machine using the photodetector 100 as an image reading unit. ) can be applied to electronic equipment in general. The photodetector 100 may be formed as a single chip, or may be a packaged photodetector 100 . Further, it may be in a module form having an imaging function in which an imaging section and a signal processing section or an optical system are packaged together.

図26に示すように、電子機器としての撮像装置200は、光学部202と、光検出装置100と、カメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路203と、フレームメモリ204と、表示部205と、記録部206と、操作部207と、電源部208とを備える。DSP回路203、フレームメモリ204、表示部205、記録部206、操作部207及び電源部208は、信号線及び給電線よりなるバスライン209を介して相互に接続されている。 As shown in FIG. 26, an imaging device 200 as an electronic device includes an optical unit 202, a photodetector 100, a DSP (Digital Signal Processor) circuit 203 as a camera signal processing circuit, a frame memory 204, and a display unit. 205 , a recording unit 206 , an operation unit 207 , and a power supply unit 208 . The DSP circuit 203, frame memory 204, display unit 205, recording unit 206, operation unit 207 and power supply unit 208 are interconnected via a bus line 209 comprising signal lines and feed lines.

光学部202は、複数のレンズを含み、被写体からの入射光(像光)Hを取り込んで光検出装置100の撮像面上に結像する。光検出装置100は、光学部202によって撮像面上に結像された入射光H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。 The optical unit 202 includes a plurality of lenses, takes in incident light (image light) H from a subject, and forms an image on the imaging surface of the photodetector 100 . The photodetector 100 converts the amount of incident light H imaged on the imaging surface by the optical unit 202 into an electric signal for each pixel, and outputs the electric signal as a pixel signal.

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、光検出装置100で撮像された動画または静止画を表示する。記録部206は、光検出装置100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 is, for example, a panel-type display device such as a liquid crystal panel or an organic EL (Electro Luminescence) panel, and displays moving images or still images captured by the photodetector 100 . A recording unit 206 records a moving image or still image captured by the photodetector 100 in 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及び操作部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 imaging apparatus 200 under user's operation. The power supply unit 208 appropriately supplies various power supplies as operating power supplies 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.

以上のような撮像装置200によれば、薄型化小型化した光検出装置100を使用するために小型化、軽量化を実現することができる。また集積度を向上することが可能になるため、高画質な撮像画像を得ることができる。 According to the image pickup apparatus 200 as described above, since the light detection apparatus 100 which is thinned and miniaturized is used, it is possible to reduce the size and weight of the imaging apparatus 200 . In addition, since the degree of integration can be improved, a high-quality captured image can be obtained.

最後に、上述した各実施形態の説明は本開示の一例であり、本開示は上述の実施形態に限定されることはない。このため、上述した各実施形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって、これに限定されるものではなく、さらに他の効果があってもよい。 Finally, the description of each embodiment described above is an example of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the above-described embodiments. Therefore, it goes without saying that various modifications other than the above-described embodiments can be made in accordance with the design and the like within the scope of the technical concept of the present disclosure. In addition, the effects described in this specification are merely examples, and the present invention is not limited to these, and other effects may be provided.

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、
前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、
前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、
前記入光遮光膜に対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側と反対側に配設され、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有する出光遮光膜と、
前記入光遮光膜と前記出光遮光膜の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲む画素分離壁と、
を有する光検出装置。
(2)
前記光電変換部は、前記入光遮光膜の入光口の周縁から光軸方向に沿って延設された前記画素分離壁により形成される光電変換筒を、その内部に配設した前記(1)に記載の光検出装置。
(3)
前記画素分離壁は、前記光電変換素子の側面全体を取り囲んだ前記(1)又は前記(2)に記載の光検出装置。
(4)
光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、
前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、
前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、
前記入光遮光膜に対向して、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有し、前記入光遮光膜の周縁又は前記入光遮光膜の入光口の周縁と前記出光口の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲んで前記光電変換部を形成する画素分離壁と、
を有する光検出装置。
(5)
前記画素分離壁は、前記光電変換素子の4側面を取り囲むとともに、光軸方向に沿って斜め方向に延設され、前記光電変換素子のうち、前記画素分離壁に取り囲まれた部分は、略四角錐状に形成された前記(4)に記載の光検出装置。
(6)
前記画素分離壁は、前記光電変換素子の4側面を取り囲むとともに、前記画素分離壁の4側面のうち対向する一の2側面が、光軸方向に沿って斜め方向に延設され、対向する他の2側面が、光軸方向に沿って延設されることで、前記光電変換素子のうち、前記画素分離壁に取り囲まれた部分は、略台形状に形成された前記(4)に記載の光検出装置。
(7)
前記入光遮光膜の入光口は、前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口よりも広く形成された前記(1)から前記(3)の何れかに記載の光検出装置。
(8)
前記マイクロレンズは、前記入光遮光膜の入光口に集光するように焦点を形成された前記(1)から前記(7)の何れかに記載の光検出装置。
(9)
前記入光遮光膜に対向する前記出光遮光膜は、2以上配設された前記(1)から前記(3)又は前記(7)又は前記(8)の何れかに記載の光検出装置。
(10)
前記入光遮光膜の入光口と、前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口とは、前記受光レンズの光軸上に配設された前記(1)から前記(9)の何れかに記載の光検出装置。
(11)
前記入光遮光膜の入光口と、前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口とは、前記受光レンズの光軸に対して、ずらせて配設された前記(1)から前記(9)の何れかに記載の光検出装置。
(12)
前記入光遮光膜の入光口と、前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口とは、前記受光レンズの光軸に対して、斜交いに配設された前記(1)から前記(9)の何れかに記載の光検出装置。
(13)
前記入光遮光膜の入光口又は前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口は、矩形状に形成された前記(1)から前記(12)の何れかに記載の光検出装置。
(14)
前記入光遮光膜の入光口又は前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口は、円形状に形成された前記(1)から前記(12)の何れかに記載の光検出装置。
(15)
前記画素分離壁又は前記入光遮光膜は、窒化ケイ素(SiN)、二酸化ケイ素(SiO)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)又は空気から形成された前記(1)から前記(14)の何れかに記載の光検出装置。
(16)
前記出光遮光膜は、窒化ケイ素(SiN)、二酸化ケイ素(SiO)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)又は空気から形成された前記(1)から前記(3)又は前記(7)から前記(15)の何れかに記載の光検出装置。
(17)
光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、
前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、
前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、
前記入光遮光膜に対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側と反対側に配設され、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有する出光遮光膜と、
前記入光遮光膜と前記出光遮光膜の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲む画素分離壁と、
を有する光検出装置、又は、
光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、
前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、
前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、
前記入光遮光膜に対向して、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有し、前記入光遮光膜の周縁又は前記入光遮光膜の入光口の周縁と前記出光口の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲んで前記光電変換部を形成する画素分離壁と、
を有する光検出装置を有する電子機器。
Note that the present technology can also take the following configuration.
(1)
a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion;
a light-receiving lens provided for each pixel on the light-receiving surface side of the photoelectric conversion element;
a light shielding film disposed opposite to the light receiving lens, disposed on the side of the photoelectric conversion element facing the light receiving lens, and having a light inlet for incident light condensed by the light receiving lens;
a light output light shielding film disposed opposite to the light input light shielding film and disposed on a side of the photoelectric conversion element opposite to the light receiving lens side, the light output light shielding film having a light output port for light passing through the photoelectric conversion element;
a pixel separation wall connecting peripheral edges of the incident light shielding film and the exit light shielding film and surrounding at least a portion of the photoelectric conversion element;
A photodetector having
(2)
The photoelectric conversion unit includes a photoelectric conversion tube formed by the pixel separation wall extending along the optical axis direction from the peripheral edge of the light entrance of the light shielding film. ).
(3)
The photodetector according to (1) or (2), wherein the pixel separation wall surrounds the entire side surface of the photoelectric conversion element.
(4)
a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion;
a light-receiving lens provided for each pixel on the light-receiving surface side of the photoelectric conversion element;
a light shielding film disposed opposite to the light receiving lens, disposed on the side of the photoelectric conversion element facing the light receiving lens, and having a light inlet for incident light condensed by the light receiving lens;
A light exit opening for light that has passed through the photoelectric conversion element is provided facing the light entrance shielding film, and the peripheral edge of the light entrance shielding film or the periphery of the light entrance aperture of the light entrance shielding film and the periphery of the light exit aperture is provided. a pixel separation wall that connects the pixels and surrounds at least a portion of the photoelectric conversion element to form the photoelectric conversion unit;
A photodetector having
(5)
The pixel separation wall surrounds four side surfaces of the photoelectric conversion element and extends obliquely along the optical axis direction. The photodetector according to (4), which is formed in a pyramid shape.
(6)
The pixel separation wall surrounds the four side surfaces of the photoelectric conversion element, and one of the four side surfaces of the pixel separation wall, which is one of the four side surfaces, extends obliquely along the optical axis direction, The two side surfaces of the photoelectric conversion element extend along the optical axis direction, so that the portion of the photoelectric conversion element surrounded by the pixel separation wall is formed in a substantially trapezoidal shape. Photodetector.
(7)
The photodetector according to any one of (1) to (3), wherein the light entrance opening of the light entrance shielding film is wider than the light exit opening of the light exit light shielding film or the photoelectric conversion section.
(8)
The photodetector according to any one of (1) to (7), wherein the microlens is focused so as to converge on the light entrance of the light shielding film.
(9)
The photodetector according to any one of (1) to (3), (7), or (8), wherein two or more of the outgoing light shielding films facing the incident light shielding film are provided.
(10)
The light entrance opening of the light entrance shielding film and the light exit opening of the light exit light shielding film or the photoelectric conversion unit are arranged on the optical axis of the light receiving lens according to any one of (1) to (9) above. 3. The photodetector according to .
(11)
The light entrance opening of the light entrance light shielding film and the light exit light shielding film or the light exit opening of the photoelectric conversion unit are arranged to be offset from the optical axis of the light receiving lens (1) to (9). ).
(12)
The light entrance opening of the light entrance light shielding film and the light exit light shielding film or the light exit opening of the photoelectric conversion unit are disposed obliquely with respect to the optical axis of the light receiving lens. (9) The photodetector according to any one of (9).
(13)
The light detection device according to any one of (1) to (12) above, wherein the light entrance opening of the light entrance light shielding film, the light exit light shielding film, or the light exit opening of the photoelectric conversion section is formed in a rectangular shape.
(14)
The light detection device according to any one of (1) to (12), wherein the light entrance opening of the light entrance shielding film, the light exit light shielding film, or the light exit opening of the photoelectric conversion section is formed in a circular shape.
(15)
The pixel separation wall or the incident light shielding film of (1) to (14) above is formed of silicon nitride (SiN), silicon dioxide (SiO 2 ), tungsten (W), aluminum (Al), or air. A photodetector according to any one of the preceding claims.
(16)
The outgoing light shielding film is formed of silicon nitride (SiN), silicon dioxide (SiO 2 ), tungsten (W), aluminum (Al), or air. (15) The photodetector according to any one of (15).
(17)
a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion;
a light-receiving lens provided for each pixel on the light-receiving surface side of the photoelectric conversion element;
a light shielding film disposed opposite to the light receiving lens, disposed on the side of the photoelectric conversion element facing the light receiving lens, and having a light inlet for incident light condensed by the light receiving lens;
a light output light shielding film disposed opposite to the light input light shielding film and disposed on a side of the photoelectric conversion element opposite to the light receiving lens side, the light output light shielding film having a light output port for light passing through the photoelectric conversion element;
a pixel separation wall connecting peripheral edges of the incident light shielding film and the exit light shielding film and surrounding at least a portion of the photoelectric conversion element;
or
a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion;
a light-receiving lens provided for each pixel on the light-receiving surface side of the photoelectric conversion element;
a light shielding film disposed opposite to the light receiving lens, disposed on the side of the photoelectric conversion element facing the light receiving lens, and having a light inlet for incident light condensed by the light receiving lens;
A light exit opening for light that has passed through the photoelectric conversion element is provided facing the light entrance shielding film, and the peripheral edge of the light entrance shielding film or the periphery of the light entrance aperture of the light entrance shielding film and the periphery of the light exit aperture is provided. a pixel separation wall that connects the pixels and surrounds at least a portion of the photoelectric conversion element to form the photoelectric conversion unit;
An electronic device having a photodetector having

100 光検出装置
101 マイクロレンズ
102 カラーフィルタ
102R 赤色フィルタ層
102G 緑色フィルタ層
102B 青色フィルタ層
103 平坦化膜
104 入光遮光膜
104a 入光口
106 出光遮光膜
106a 出光口
107 後端遮光膜
110 半導体基板
111 トレンチ
120 フォトダイオード
120p p型半導体領域
120n n型半導体領域
121 転送トランジスタゲート
122 拡散容量
124 ビア
130 画素分離壁
150 光電変換部
151 光電変換筒
200 撮像装置
300 配線層
301 配線
302 配線
320 支持基板
401 マスク
402 マスク
403 マスク
404 TEOS膜
440 チャンバー
441 コリメーション
442 小孔
444 ノズル
450 クラスター
451 原子又は分子
H 入射光
P 画素
LA 光軸
e 電子
REFERENCE SIGNS LIST 100 photodetector 101 microlens 102 color filter 102R red filter layer 102G green filter layer 102B blue filter layer 103 planarizing film 104 light incident light shielding film 104a light entrance 106 light exit light shielding film 106a light exit 107 rear light shielding film 110 semiconductor substrate 111 trench 120 photodiode 120p p-type semiconductor region 120n n-type semiconductor region 121 transfer transistor gate 122 diffusion capacitor 124 via 130 pixel separation wall 150 photoelectric conversion unit 151 photoelectric conversion tube 200 imaging device 300 wiring layer 301 wiring 302 wiring 320 support substrate 401 Mask 402 Mask 403 Mask 404 TEOS film 440 Chamber 441 Collimation 442 Small hole 444 Nozzle 450 Cluster 451 Atom or molecule H Incident light P Pixel LA Optical axis e Electron

Claims (17)

光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、
前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、
前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、
前記入光遮光膜に対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側と反対側に配設され、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有する出光遮光膜と、
前記入光遮光膜と前記出光遮光膜の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲む画素分離壁と、
を有する光検出装置。
a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion;
a light-receiving lens provided for each pixel on the light-receiving surface side of the photoelectric conversion element;
a light shielding film disposed opposite to the light receiving lens, disposed on the side of the photoelectric conversion element facing the light receiving lens, and having a light inlet for incident light condensed by the light receiving lens;
a light output light shielding film disposed opposite to the light input light shielding film and disposed on a side of the photoelectric conversion element opposite to the light receiving lens side, the light output light shielding film having a light output port for light passing through the photoelectric conversion element;
a pixel separation wall connecting peripheral edges of the incident light shielding film and the exit light shielding film and surrounding at least a portion of the photoelectric conversion element;
A photodetector having
前記光電変換部は、前記入光遮光膜の入光口の周縁から光軸方向に沿って延設された前記画素分離壁により形成される光電変換筒を、その内部に配設した請求項1に記載の光検出装置。 2. The photoelectric conversion section includes a photoelectric conversion tube formed by the pixel separation wall extending along the optical axis from the periphery of the light entrance of the light shielding film. 3. The photodetector according to . 前記画素分離壁は、前記光電変換素子の側面全体を取り囲んだ請求項1に記載の光検出装置。 2. The photodetector according to claim 1, wherein the pixel separation wall surrounds the entire side surface of the photoelectric conversion element. 光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、
前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、
前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、
前記入光遮光膜に対向して、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有し、前記入光遮光膜の周縁又は前記入光遮光膜の入光口の周縁と前記出光口の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲んで前記光電変換部を形成する画素分離壁と、
を有する光検出装置。
a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion;
a light-receiving lens provided for each pixel on the light-receiving surface side of the photoelectric conversion element;
a light shielding film disposed opposite to the light receiving lens, disposed on the side of the photoelectric conversion element facing the light receiving lens, and having a light inlet for incident light condensed by the light receiving lens;
A light exit opening for light that has passed through the photoelectric conversion element is provided facing the light entrance shielding film, and the peripheral edge of the light entrance shielding film or the periphery of the light entrance aperture of the light entrance shielding film and the periphery of the light exit aperture is provided. a pixel separation wall that connects the pixels and surrounds at least a portion of the photoelectric conversion element to form the photoelectric conversion unit;
A photodetector having
前記画素分離壁は、前記光電変換素子の4側面を取り囲むとともに、光軸方向に沿って斜め方向に延設され、前記光電変換素子のうち、前記画素分離壁に取り囲まれた部分は、略四角錐状に形成された請求項4に記載の光検出装置。 The pixel separation wall surrounds four side surfaces of the photoelectric conversion element and extends obliquely along the optical axis direction. 5. The photodetector according to claim 4, which is pyramid-shaped. 前記画素分離壁は、前記光電変換素子の4側面を取り囲むとともに、前記画素分離壁の4側面のうち対向する一の2側面が、光軸方向に沿って斜め方向に延設され、対向する他の2側面が、光軸方向に沿って延設されることで、前記光電変換素子のうち、前記画素分離壁に取り囲まれた部分は、略台形状に形成された請求項4に記載の光検出装置。 The pixel separation wall surrounds the four side surfaces of the photoelectric conversion element, and one of the four side surfaces of the pixel separation wall, which is one of the four side surfaces, extends obliquely along the optical axis direction, 5. The light according to claim 4, wherein a portion of the photoelectric conversion element surrounded by the pixel separation wall is formed in a substantially trapezoidal shape by extending along the optical axis direction. detection device. 前記入光遮光膜の入光口は、前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口よりも広く形成された請求項1に記載の光検出装置。 2. The photodetector according to claim 1, wherein the light entrance opening of the light entrance shielding film is wider than the light exit opening of the light exit light shielding film or the photoelectric conversion section. 前記マイクロレンズは、前記入光遮光膜の入光口に集光するように焦点を形成された請求項1に記載の光検出装置。 2. The photodetector according to claim 1, wherein said microlens is focused so as to converge light on the light entrance of said light shielding film. 前記入光遮光膜に対向する前記出光遮光膜は、2以上配設された請求項1に記載の光検出装置。 2. The photodetector according to claim 1, wherein two or more of said outgoing light shielding films are arranged opposite to said incident light shielding film. 前記入光遮光膜の入光口と、前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口とは、前記受光レンズの光軸上に配設された請求項1に記載の光検出装置。 2. The photodetector according to claim 1, wherein the light entrance opening of the light entrance shielding film and the light exit opening of the light exit light shielding film or the photoelectric conversion section are arranged on the optical axis of the light receiving lens. 前記入光遮光膜の入光口と、前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口とは、前記受光レンズの光軸に対して、ずらせて配設された請求項1に記載の光検出装置。 2. The photodetector according to claim 1, wherein the light entrance opening of the light entrance shielding film and the light exit opening of the light exit light shielding film or the photoelectric conversion section are arranged to be shifted with respect to the optical axis of the light receiving lens. Device. 前記入光遮光膜の入光口と、前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口とは、前記受光レンズの光軸に対して、斜交いに配設された請求項1に記載の光検出装置。 2. The light entrance opening of the light entrance shielding film and the light exit opening of the light exit light shielding film or the photoelectric conversion unit are arranged obliquely with respect to the optical axis of the light receiving lens. Photodetector. 前記入光遮光膜の入光口又は前記出光遮光膜又は前記光電変換部の出光口は、矩形状に形成された請求項1に記載の光検出装置。 2. The photodetector according to claim 1, wherein the light entrance opening of the light entrance shielding film, the light exit light shielding film, or the light exit opening of the photoelectric conversion section is formed in a rectangular shape. 前記入光遮光膜の入光口又は前記出光遮光膜の出光口は、円形状に形成された請求項1に記載の光検出装置。 2. The photodetector according to claim 1, wherein the light entrance opening of the light entrance shielding film or the light exit opening of the light exit light shielding film is formed in a circular shape. 前記画素分離壁又は前記入光遮光膜は、窒化ケイ素(SiN)、二酸化ケイ素(SiO)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)又は空気から形成された請求項1に記載の光検出装置。 2. The photodetector according to claim 1, wherein the pixel separation wall or the incident light shielding film is made of silicon nitride (SiN), silicon dioxide ( SiO2 ), tungsten (W), aluminum (Al), or air. 前記出光遮光膜は、窒化ケイ素(SiN)、二酸化ケイ素(SiO)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)又は空気から形成された請求項1に記載の光検出装置。 2. The photodetector according to claim 1, wherein the outgoing light shielding film is made of silicon nitride (SiN), silicon dioxide ( SiO2 ), tungsten (W), aluminum (Al), or air. 光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、
前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、
前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、
前記入光遮光膜に対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側と反対側に配設され、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有する出光遮光膜と、
前記入光遮光膜と前記出光遮光膜の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲む画素分離壁と、
を有する光検出装置、又は、
光電変換を行う光電変換部を含む光電変換素子と、
前記光電変換素子の受光面側に画素ごとに配設された受光レンズと、
前記受光レンズに対向して配設されるとともに、前記光電変換素子の前記受光レンズ側に配設され、前記受光レンズで集光した入射光の入光口を有する入光遮光膜と、
前記入光遮光膜に対向して、前記光電変換素子を通過した光の出光口を有し、前記入光遮光膜の周縁又は前記入光遮光膜の入光口の周縁と前記出光口の周縁同士を連結し、前記光電変換素子の少なくとも一部を取り囲んで前記光電変換部を形成する画素分離壁と、
を有する光検出装置を有する電子機器。

a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion;
a light-receiving lens provided for each pixel on the light-receiving surface side of the photoelectric conversion element;
a light shielding film disposed opposite to the light receiving lens, disposed on the side of the photoelectric conversion element facing the light receiving lens, and having a light inlet for incident light condensed by the light receiving lens;
a light output light shielding film disposed opposite to the light input light shielding film and disposed on a side of the photoelectric conversion element opposite to the light receiving lens side, the light output light shielding film having a light output port for light passing through the photoelectric conversion element;
a pixel separation wall connecting peripheral edges of the incident light shielding film and the exit light shielding film and surrounding at least a portion of the photoelectric conversion element;
or
a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion;
a light-receiving lens provided for each pixel on the light-receiving surface side of the photoelectric conversion element;
a light shielding film disposed opposite to the light receiving lens, disposed on the side of the photoelectric conversion element facing the light receiving lens, and having a light inlet for incident light condensed by the light receiving lens;
A light exit opening for light that has passed through the photoelectric conversion element is provided facing the light entrance shielding film, and the peripheral edge of the light entrance shielding film or the periphery of the light entrance aperture of the light entrance shielding film and the periphery of the light exit aperture is provided. a pixel separation wall that connects the pixels and surrounds at least a portion of the photoelectric conversion element to form the photoelectric conversion unit;
An electronic device having a photodetector having

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