JP2023174187A - 光電変換装置、光電変換装置の製造方法、撮像システム、移動体、および機器 - Google Patents

光電変換装置、光電変換装置の製造方法、撮像システム、移動体、および機器 Download PDF

Info

Publication number
JP2023174187A
JP2023174187A JP2022086895A JP2022086895A JP2023174187A JP 2023174187 A JP2023174187 A JP 2023174187A JP 2022086895 A JP2022086895 A JP 2022086895A JP 2022086895 A JP2022086895 A JP 2022086895A JP 2023174187 A JP2023174187 A JP 2023174187A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectric conversion
light
conversion device
trench
insulating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022086895A
Other languages
English (en)
Inventor
英明 石野
Hideaki Ishino
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2022086895A priority Critical patent/JP2023174187A/ja
Priority to US18/318,488 priority patent/US20230387157A1/en
Publication of JP2023174187A publication Critical patent/JP2023174187A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462Coatings
    • H01L27/14623Optical shielding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462Coatings
    • H01L27/14621Colour filter arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627Microlenses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463Pixel isolation structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636Interconnect structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464Back illuminated imager structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645Colour imagers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685Process for coatings or optical elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

【課題】パッド開口部を介して侵入する迷光を抑制する。【解決手段】複数の光電変換部が形成された第1面、および第1面に対向する第2面を有する半導体基板と、第2面に設けられ、光が入射する絶縁層と、光電変換部が配され、受光画素領域と、受光画素領域に隣接し、絶縁層の上に遮光膜が形成された第1遮光領域と、絶縁層および半導体基板を貫通し、第1面の側に設けられたボンディングパッドを露出させる開口部を含む周辺領域と、第1遮光領域および周辺領域の間に位置し、絶縁層の上に遮光膜が形成された第2遮光領域とを備え、第2遮光領域の半導体基板には第1トレンチが形成され、第2遮光領域の絶縁層には、絶縁層を貫通する第2トレンチが形成され、第2トレンチの側面および底面は遮光膜で覆われ、平面視において、第1トレンチおよび第2トレンチは互いに重なる部分を有する光電変換装置。【選択図】図4A

Description

本発明は、光電変換装置、光電変換装置の製造方法、撮像システム、移動体、および機器に関する。
特許文献1には、OB(Opitical Black)画素領域と周辺領域を遮光膜により遮光する裏面照射型の光電変換装置が開示されている。当該光電変換装置においては、光電変換部が形成された半導体基板と遮光膜との間に、固定電荷膜を含む絶縁膜からなる絶縁層が形成されている。
特開2019-212737号公報
特許文献1に示される裏面照射型の光電変換装置は、チップ外周部において、ボンディングパッドと、光の入射面側からボンディングパッドを露出するパッド開口部とを備え得る。当該光電変換装置においては、パッド開口部から入射した光が半導体基板内や半導体基板と遮光膜との間に位置する絶縁層内を伝搬してOB画素領域に侵入する迷光の抑制が不十分であった。このような迷光によって電荷が発生すると、例えば光電変換装置の暗時特性が悪化する。
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであって、パッド開口部を介して侵入する迷光を抑制することを目的とする。
本明細書の一開示における光電変換装置は、複数の光電変換部が形成された第1面、および前記第1面に対向する第2面を有する半導体基板と、前記第2面に設けられ、光が入射する絶縁層と、前記光電変換部が配され、前記絶縁層を透過した光を前記光電変換部において受光可能な受光画素領域と、前記受光画素領域に隣接し、前記絶縁層の上に遮光膜が形成された第1遮光領域と、前記絶縁層および前記半導体基板を貫通し、前記第1面の側に設けられたボンディングパッドを露出させる開口部を含む周辺領域と、前記第1遮光領域および前記周辺領域の間に位置し、前記絶縁層の上に前記遮光膜が形成された第2遮光領域とを備え、前記第2遮光領域の前記半導体基板には第1トレンチが形成され、前記第2遮光領域の前記絶縁層には、前記絶縁層を貫通する第2トレンチが形成され、前記第2トレンチの側面および底面は前記遮光膜で覆われ、前記半導体基板の平面視において、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチは互いに重なる部分を有する。
本明細書の他の開示における光電変換装置の製造方法は、複数の光電変換部が形成された第1面、および前記第1面に対向する第2面を有する半導体基板と、前記第2面に設けられ、光が入射する絶縁層と、前記光電変換部が配され、前記絶縁層を透過した光を前記光電変換部において受光可能な受光画素領域と、前記受光画素領域に隣接し、前記絶縁層の上に遮光膜が形成された第1遮光領域と、前記絶縁層および前記半導体基板を貫通し、前記第1面の側に設けられたボンディングパッドを露出させる開口部を含む周辺領域と、前記第1遮光領域および前記周辺領域の間に位置し、前記絶縁層の上に前記遮光膜が形成された第2遮光領域とを備える光電変換装置の製造方法であって、前記第2遮光領域の前記半導体基板に第1トレンチを形成するステップと、前記第2遮光領域の前記絶縁層に、前記絶縁層を貫通する第2トレンチを形成するステップと、を有し、前記第2トレンチの側面および底面は前記遮光膜で覆われ、前記半導体基板の平面視において、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチは互いに重なる部分を有する。
本発明によれば、パッド開口部を介して侵入する迷光を抑制できる。
第1実施形態に係る光電変換装置のブロック図である。 第1実施形態に係る画素の等価回路図である。 第1実施形態に係る光電変換装置の構造を示す平面図である。 第1実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。 第1実施形態に係る光電変換装置の平面図である。 第1実施形態に係る光電変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。 第1実施形態に係る光電変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。 第1実施形態に係る光電変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。 第1実施形態に係る光電変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。 第1実施形態に係る光電変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。 第1実施形態に係る光電変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。 第1実施形態に係る光電変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。 第1実施形態に係る光電変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。 第1実施形態に係る光電変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。 第2実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。 第3実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。 第4実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。 第4実施形態に係る光電変換装置の平面図である。 第5実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。 第5実施形態に係る光電変換装置の平面図である。 第6実施形態に係る光電変換装置の平面図である。 第7実施形態に係る撮像システムの概略構成を示すブロック図である。 第8実施形態に係る撮像システムおよび移動体の構成例を示す図である。 第9実施形態に係る機器の概略構成を示すブロック図である。
本発明の実施形態に係る光電変換装置を、図面を参照しながら具体的に説明する。各図面を通じて共通する機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略または簡略化することがある。
[第1実施形態]
図1は、本実施形態に係る光電変換装置のブロック図である。光電変換装置は、例えばCMOSイメージセンサであって、画素アレイ10、垂直走査回路11、列回路12、水平走査回路13、出力回路14、タイミング生成回路15を備える。光電変換装置が積層基板によって構成される場合、例えば、画素アレイ10は第1の基板に形成され、垂直走査回路11、列回路12、水平走査回路13、出力回路14、タイミング生成回路15は第2の基板に形成され得る。
画素アレイ10は、行列状に配列された複数の画素Pを備える。複数の画素Pの各々は、入射光に基づき信号電荷を生成および蓄積する光電変換部を備える。なお、本明細書において、行方向(D2方向)とは図1における水平方向を示し、列方向(D1方向)とは図1において行方向に交差する垂直方向を示すものとする。また、厚み方向(D3方向)とは、列方向および行方向にそれぞれ交差する垂直方向を示すものとする。図1には、行R1~Rn、列C1~Cmのn行m列の画素Pが示されている。画素P上にはマイクロレンズ、カラーフィルタが配置され得る。カラーフィルタは例えば赤、青、緑の原色フィルタであって、ベイヤー配列に従って各画素Pに設けられている。
画素アレイ10は、受光画素領域と遮光領域とを含む。受光画素領域に含まれる画素Pには遮光膜が形成されておらず、入射光に応じた画素信号を出力可能である。遮光領域は、受光画素領域の周囲に配置されたオプティカル・ブラック(OB)画素領域である。なお、光電変換部、受光画素領域および遮光領域の詳細については後述する。
また、画素アレイ10には、焦点検出用の画素信号を出力する焦点検出画素が配された測距行と、画像を生成するための画素信号を出力する撮像画素が配された複数の撮像行とが設けられ得る。列信号線16は各列の複数の画素Pに接続され、同一列の複数の画素Pは順次、共通の列信号線16に画素信号を出力する。
垂直走査回路11はシフトレジスタ、ゲート回路、バッファ回路などから構成され、垂直同期信号、水平同期信号、クロック信号などに基づいて、列信号線16を介して画素Pに制御信号を出力し、行毎に画素Pを駆動する。
列回路12は各列信号線16に接続され、列信号線16における画素信号を増幅するとともに、AD(Analogue to Digital)変換を行う。列回路12のAD変換部は、参照信号と画素信号とを比較する比較器、比較結果およびカウント信号を保持するメモリなどから構成され得る。
水平走査回路13はデコーダ、シフトレジスタを備え、列回路12のメモリに保持されたカウント値をデジタル信号として順に読み出し、チップ(撮像装置)の内部または外部に設けられた信号処理部に出力する。信号処理部はデジタル・シグナル・プロセッサを備え、デジタルゲイン、デジタル相関二重サンプリング、デジタルオフセット、リニアリティ補正などのデジタル信号処理を行う。
出力回路14はLVDS(Low Voltage Differential Signaling)方式のシリアル出力回路を備え、信号処理されたデジタル信号を高速、低消費電力にて固体撮像装置の外部へと出力する。
タイミング生成回路15は、クロック、同期信号に基づき様々な制御信号、駆動信号を生成し、垂直走査回路11、列回路12、水平走査回路13、出力回路14を制御する。また、タイミング生成回路15は、時間とともに電圧が変化する参照信号(ランプ信号)を生成する参照信号出力回路、参照信号に同期したカウント信号を生成するカウンタ回路を備え得る。カウンタ回路は、参照信号の電位の変化と同時に計数を開始し、カウント信号を列回路12に供給する。列回路12は、画素信号と参照信号との大小関係が反転したタイミングにおいて、カウント信号をメモリに保持し、AD変換後のデジタル信号として出力することができる。
上述のように構成された光電変換装置において、遮光領域から得られるダーク信号は、当該行の受光画素領域から得られる画素信号の補正用データとして用いられる。例えば、画素信号からダーク信号を減じた信号が補正後の信号として出力される。ダーク信号を用いた補正処理は、光電変換装置の内部の信号処理部で行ってもよく、光電変換装置の外部の回路において行ってもよい。
図2は、本実施形態に係る画素Pの等価回路図である。画素Pは、光電変換部PD、転送トランジスタTX、フローティングディフュージョンFD、リセットトランジスタRS、ソースフォロワトランジスタSF、選択トランジスタSLを含み得る。以下の説明では、特に断りのない限り、トランジスタはN型MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタによって構成されるものとする。バックゲート端子(不図示)には基準電圧(接地電圧)VWEL(例えば0[V])が供給される。また、リセットトランジスタRS、ソースフォロワトランジスタSFは基準電圧(電源電圧)VDD(例えば3[V])に接続されている。基準電圧VDD、VWELは電圧供給線(不図示)から供給され得る。なお、N型MOSトランジスタに代えて、P型MOSトランジスタが用いられてもよい。この場合は、制御信号などのP型MOSトランジスタに印加される制御信号の電位は、N型MOSトランジスタにおける制御信号の電位に対して反転したものとなる。
光電変換部PDは、例えばフォトダイオードであって、入射光による光電変換および電荷の蓄積を行なう。なお、フォトダイオードに代えて、有機材料の光電変換膜、フォトゲートなどのように光電効果を生じさせる構成が用いられても良い。1つの画素Pが有する光電変換部PDの数も限定されず、2個、4個またはそれ以上の光電変換部PDが1つのマイクロレンズを共有するように設けられても良い。更に、埋め込み型のフォトダイオードを構成することで、暗電流ノイズを低減できる。光電変換部PDにはマイクロレンズが設けられており、マイクロレンズにより集光された光が光電変換部PDに入射する。
転送トランジスタTXは光電変換部PDに対応して設けられ、転送トランジスタTXのゲート端子には制御信号PTXが与えられる。制御信号PTXが活性化されると、光電変換部PDにおいて受光により発生および蓄積された電荷が、転送トランジスタTXを介してフローティングディフュージョンFDに転送される。
ソースフォロワトランジスタSFのドレイン端子には基準電圧VDDが印加される。ソースフォロワトランジスタSFのソース電位は、フローティングディフュージョンFDに転送された電荷量の変動に応じて変化する。
選択トランジスタSLはソースフォロワトランジスタSFと列信号線16との間に設けられている。複数行の画素Pの選択トランジスタSLは、共通の列信号線16に接続されており、共通の定電流源17と各ソースフォロワトランジスタSFでソースフォロワを構成する。選択トランジスタSLのゲート端子には、制御信号PSELが与えられる。制御信号PSELが活性化されると、選択トランジスタSLはソースフォロワトランジスタSFのソース電位に応じた出力VOUTを列信号線16に出力し得る。
リセットトランジスタRSのソースはフローティングディフュージョンFDに接続され、ドレイン端子には基準電圧VDDが印加される。リセットトランジスタRSのゲート端子には、制御信号PRESが与えられる。制御信号PRESが活性化されると、リセットトランジスタRSはフローティングディフュージョンFDの電位をリセットし得る。
列信号線16には定電流源17が電気的に接続されており、定電流源17は列信号線16を介してソースフォロワトランジスタSFのソース端子に一定のバイアス電流を供給する。
図3は、本実施形態に係る光電変換装置の構造を示す平面図である。図3には、1チップ分の光電変換装置が示されている。光電変換装置は、受光画素領域A1、第1遮光領域A2、第2遮光領域A3、周辺領域A4を備えている。
受光画素領域A1には、複数の画素Pが配され、受光画素領域A1は入射光を光電変換部PDにおいて受光可能である。第1遮光領域A2は、受光画素領域A1に隣接し、受光画素領域A1の周囲に配されている。第1遮光領域A2は後述する遮光膜により遮光されている。第1遮光領域A2には、遮光された画素P、周辺回路が配置され得る。
第2遮光領域A3は、第1遮光領域A2に隣接するとともに、第1遮光領域A2の周囲に配されている。すなわち、第2遮光領域A3は第1遮光領域A2および周辺領域A4の間に位置する。第2遮光領域A3は第1遮光領域A2と同様に遮光膜により遮光されている。周辺領域A4は第2遮光領域A3に隣接するとともに、第2遮光領域A3の周囲に配されている。周辺領域A4は、チップの外縁と第2遮光領域A3との間に位置する。周辺領域A4には複数のパッド開口部OPが形成され、複数のパッド開口部OPのそれぞれは光電変換装置の内部に設けられたボンディングパッドを露出させる。なお、図3においては、パッド開口部OPがチップの対向する2辺にのみ配されているが、4辺に配されてもよい。
図4Aは、本実施形態に係る光電変換装置の断面模式図であって、図3のI-I’線に沿った断面を表している。図4Bは、本実施形態に係る光電変換装置の平面図である。図4Bは、図4Aに対応する平面図である。なお、図4Aの受光画素領域A1および第1遮光領域A2のそれぞれには1つの画素のみが示され、図4Bの受光画素領域A1、第1遮光領域A2のそれぞれには3行3列の画素が示されているが、実際には画素の数は図4A、図4Bにおいて一致し得る。また、画素の数は図4A、図4Bの例に限定されない。
光電変換装置は、基板1および基板2の積層構造によって構成される。基板1は、半導体基板100、配線構造体110、積層構造体120を含む。基板2は、支持基板200、構造体210を含む。
半導体基板100は、シリコン等から形成されている。半導体基板100は、面F1と、面F1と対向する面F2とを有する。半導体基板100の受光画素領域A1および第1遮光領域A2の面F1には拡散層101を有する光電変換部PDが形成されている。
図4Aの断面視において、半導体基板100の第2遮光領域A3には、面F1から面F2に向かって(+D3方向に)第1トレンチ構造TR1が延在している。本実施形態において、第1トレンチ構造TR1の端部は面F2に達していない。すなわち、第1トレンチ構造TR1の深さTは半導体基板100の厚さDよりも小さく、第1トレンチ構造TR1の端部は面F2から(D-T)だけ離れて位置している。また、第1トレンチ構造TR1の深さTは半導体基板100の厚さDに対して十分に大きいことが好ましく、例えばD/2≦Tが成り立つことが望ましい。これにより、迷光抑制の効果を高めることが可能となる。
また、図4Bの平面視において、第1トレンチ構造TR1は、第2遮光領域A3において複数のパッド開口部OPの配列方向(D1方向)に延在している。更に、図3の平面視において、第1トレンチ構造TR1は、第1遮光領域A2を囲むように形成され得る。
第1トレンチ構造TR1は、ディープトレンチアイソレーション単体で構成されていてもよく、それ以外でもよい。例えば、第1トレンチ構造TR1はディープトレンチアイソレーションとシャロートレンチアイソレーションとの2段で構成され得る。
第1トレンチ構造TR1がディープトレンチアイソレーションとシャロートレンチアイソレーションとの2段で構成される場合は、ディープトレンチアイソレーションはシャロートレンチアイソレーションよりも先に形成される。ディープトレンチアイソレーションを形成する場合には、先ずディープトレンチが形成される。次に、ディープトレンチ内にシリコンナイトライド、シリコンオキシナイトライド、シリコンオキサイド、空気などが埋め込まれることでディープトレンチアイソレーションが形成される。一方、シャロートレンチアイソレーションを形成する場合には、先ずシャロートレンチが形成される。そして、シャロートレンチ内にシリコンオキサイドが埋め込まれることでシャロートレンチアイソレーションが形成される。これにより、ディープトレンチアイソレーションがシャロートレンチアイソレーションの底部から面F2に向かって(+D3方向に)延在し、ディープトレンチアイソレーションおよびシャロートレンチアイソレーションからなる第1トレンチ構造TR1が形成される。
第1トレンチ構造TR1内には、半導体基板100とは異なる屈折率を有する部材が埋め込まれる。例えば、半導体基板100がシリコンにより形成される場合は、ディープトレンチ内にシリコンナイトライド(窒化シリコン)、シリコンオキシナイトライド(酸窒化シリコン)、シリコンオキサイド(酸化シリコン)、空気、などの部材が埋め込まれる。これにより、ディープトレンチアイソレーション単体による第1トレンチ構造TR1が形成され得る。また、シャロートレンチ内にシリコンオキサイド(酸化シリコン)が埋め込まれることでシャロートレンチアイソレーション単体による第1トレンチ構造TR1が形成され得る。
配線構造体110は、半導体基板100の面F1上に設けられている。配線構造体110は、層間絶縁膜、銅またはアルミニウムを主成分とする配線、半導体基板100と配線とを接続するコンタクト、配線間を接続するビアなどから形成される。なお、配線構造体110の層内には、ゲート電極111も形成される。
積層構造体120は、半導体基板100の面F2上に設けられている。積層構造体120は、絶縁層121、遮光膜122、絶縁膜123、カラーフィルタ124、マイクロレンズ125を含む。
絶縁層121は、半導体基板の面F2を覆うように形成され、複数の膜の積層構造であり得る。例えば、絶縁層121はアルミニウムオキサイドまたはハフニウムオキサイドの第1層、タンタルオキサイドの第2層、シリコンオキサイドの第3層を含み、面F2に第1層、第2層、第3層が順に積層され得る。絶縁層121は、光を透過する性質を有している。
遮光膜122は、絶縁層121の表面を部分的に覆い、第1遮光領域A2および第2遮光領域A3を画定する。遮光膜122は、アルミニウムまたはタングステンなどから構成されてもよく、少量の銅が含有されたアルミニウムなどから構成されてもよい。また、遮光膜122は、アルミニウムおよびチタンナイトライドの積層、または、少量の銅が含有されたアルミニウムおよびチタンナイトライドの積層であってもよい。
絶縁膜123は、絶縁層121および遮光膜122を覆う。絶縁膜123は、例えば、酸化シリコン等により形成され、絶縁膜123の表面は平坦化され得る。
カラーフィルタ124は、受光画素領域A1における絶縁膜123の上に形成され、マイクロレンズ125は、カラーフィルタ124の上に形成されている。カラーフィルタ124およびマイクロレンズ125としては公知の材料を用いることができる。
なお、本実施形態では、積層構造体120は、絶縁膜123、カラーフィルタ124およびマイクロレンズ125から構成されるが、積層構造体120の構成はこれに限られない。積層構造体120は、絶縁膜123のみの単純な構造も取り得る。また、積層構造体120は、層内レンズを更に含んでもよい。
第2トレンチ構造TR2は、第2遮光領域A3における絶縁層121に形成されている。図4Bにおいて、第2トレンチ構造TR2は、第1トレンチ構造TR1と同様に、第2遮光領域A3において複数のパッド開口部OPの配列方向(D1方向)に延在している。更に、図3において、第2トレンチ構造TR2は、第1トレンチ構造TR1と同様に、第1遮光領域A2を囲むように形成され得る。図4Aにおいて、第2トレンチ構造TR2は、絶縁層121の表面から半導体基板100の面F2に向かって延在し、絶縁層121を貫通している。第2トレンチ構造TR2の側面と底面は、遮光膜122で覆われている。このため、パッド開口部OPから絶縁層121および半導体基板100へ伝搬する迷光を効率よく抑制できる。
また、平面視において、第2トレンチ構造TR2および第1トレンチ構造TR1は互いに重なる部分を有している。第1トレンチ構造TR1と第2トレンチ構造TR2との重なり幅dは十分に長いことが好ましい。例えば、第1トレンチ構造TR1の幅w1が第2トレンチ構造TR2の幅w2より小さい場合、重なり幅dは幅w1の1/2、1/3、あるいは1/4などの比率で有り得る。なお、第1トレンチ構造TR1の幅w1、第2トレンチ構造TR2の幅w2、重なり幅dは図4A、図4Bの例に限定されない。例えば、第1トレンチ構造TR1の幅w1が第2トレンチ構造TR2の幅w2よりも大きいことは妨げられない。
なお、図4Aの例では、第2トレンチ構造TR2は絶縁層121を貫通し、第2トレンチ構造TR2の底面は半導体基板100の面F2と連続している。しかし、第2トレンチ構造TR2の底面は必ずしも面F2と連続していなくてもよい。例えば、第2トレンチ構造TR2は半導体基板100の内部まで延在し、第2トレンチ構造TR2の底面が面F2よりも半導体基板100の内側に位置してもよい。
支持基板200は、シリコン等から形成されている。支持基板200は、素子が形成されていない半導体基板であってもよく、また、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、メモリなどの回路が形成された基板であってもよい。
構造体210は、支持基板200の表面上に設けられている。支持基板200にトランジスタなどの回路素子が形成されていない場合、構造体210は絶縁膜のみを含み得る。また、支持基板200に回路素子が形成されている場合、構造体210は配線層、層間絶縁膜を含み得る。半導体基板100と支持基板200は、配線構造体110の表面と構造体210の表面を接合面F3として接合される。
ボンディングパッド211は、アルミニウム、銅などから構成され、周辺領域A4における構造体210内部に形成されている。なお、ボンディングパッド211は、配線構造体110の内部に形成されてもよく、配線構造体110および構造体210の両方に形成されてもよい。
パッド開口部OPは、周辺領域A4において、積層構造体120、半導体基板100、配線構造体110を貫通し、更に構造体210内のボンディングパッド211に達している。これにより、ボンディングパッド211の一部が、パッド開口部OPによって露出される。なお、パッド開口部OPのうち、半導体基板100を通る部分が絶縁膜からなる隔壁(不図示)によって囲まれてもよい。
上述したように、半導体基板100の平面視で、第2トレンチ構造TR2および第1トレンチ構造TR1は互いに重なる部分を有するように配置される。第2トレンチ構造TR2および第1トレンチ構造TR1が平面視において互いに重ならない場合と比較して、第1トレンチ構造TR1および第2トレンチ構造TR2の間隔が狭まる。すなわち、半導体基板100および絶縁層121における光の伝搬経路が狭まる。このため、パッド開口部OPから入射した迷光が半導体基板100および絶縁層121を伝搬して第1遮光領域A2に侵入するのを効率よく抑制することが可能となる。
図5A乃至図5Iを参照して、本実施形態の光電変換装置の製造方法を説明する。図5A乃至図5Iは、本実施形態に係る光電変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。
まず、図5Aに示すように、シリコンからなる半導体基板100が準備される。半導体基板100は、面F1、面F1と対向する面F2′を有する。
次に、半導体基板100の第2遮光領域A3において、第1トレンチ構造TR1が形成される。第1トレンチ構造TR1は、半導体基板100の面F1から面F2′に向かって(+D3方向に)延在している。
次に、半導体基板100の受光画素領域A1および第1遮光領域A2における面F1において、イオン注入により拡散層101が形成される。半導体基板100の面F1上には、ゲート電極111などの電極または配線がパターンニングにより形成される。ゲート電極111は、例えばポリシリコンから構成され得る。このようにして、受光画素領域A1および第1遮光領域A2において、光電変換部PDを含む画素が形成される。
半導体基板100の面F1上には、配線構造体110が形成される。配線構造体110は、層間絶縁膜と、銅、アルミニウムを主成分とする配線と、半導体基板100および配線を接続するコンタクトと、配線間を接続するビアとを含み得る。
次に、図5Bに示すように、支持基板200が準備される。支持基板200は、回路が形成されていないシリコン基板であってもよく、あるいは、ASIC、メモリなどの回路が形成された基板であってもよい。支持基板200の表面には、配線層、層間絶縁膜などを含む構造体210が設けられる。構造体210には、回路部と電気的に接続されたボンディングパッド211が形成される。
次に、図5Cに示すように、基板1と基板2とが接合される。具体的には、半導体基板100の配線構造体110の表面と支持基板200の構造体210の表面とが接合面F3として合わせられる。基板の接合方法は限定されないが、基板表面をプラズマ照射により活性化させて接合する所謂常温接合法が用いられ得る。更に、例えば接着性を有する接合部材などを介して、配線構造体110と構造体210とが接着されることで基板1と基板2とが接合されてもよい。
次に、図5Dに示すように、半導体基板100が面F2′の側から薄化されることにより、半導体基板100の新たな面F2が形成される。半導体基板100は、上述の式D/2≦Tが成り立つように薄化され得る。なお薄化の工程においては、グラインダ装置、ウェットエッチング装置、CMP装置などが用いられ得る。
次に、図5Eに示すように、半導体基板100の面F2の上には、絶縁層121が形成される。絶縁層121は複数の膜の積層構造であり得る。
次に、図5Fに示すように、第2遮光領域A3には、絶縁層121を貫通するように第2トレンチ構造TR2が形成される。上述したように、平面視において、第2トレンチ構造TR2は第1トレンチ構造TR1と部分的に重なる。
次に、図5Gに示すように、遮光膜122が絶縁層121の表面、第2トレンチ構造TR2の側面および底面を覆うように形成される。第1遮光領域A2と第2遮光領域A3以外の遮光膜122がパターンニングにより除去され、第1遮光領域A2と第2遮光領域A3における遮光膜122が残る。
次に、図5Hに示すように、絶縁層121および遮光膜122が絶縁膜123により覆われ、絶縁膜123の表面が平坦化される。更に、受光画素領域A1における絶縁膜123の上にはカラーフィルタ124、マイクロレンズ125が形成される。これにより、半導体基板100の面F2上には、絶縁層121、遮光膜122、絶縁膜123、カラーフィルタ124、マイクロレンズ125からなる積層構造体120が形成される。
次に、図5Iに示すように、周辺領域A4において、積層構造体120の表面から構造体210の内部まで延在するパッド開口部OPが形成される。これにより、半導体基板100の面F1の側に設けられたボンディングパッド211の一部が露出される。以上の方法により、本実施形態に係る光電変換装置が製造される。
上述の実施形態において説明した光電変換装置は以下の実施形態のようにも構成することができる。なお、各実施形態においては、第1実施形態の図中において付与した符号と共通する符号は同一の対象を示す。
[第2実施形態]
図6は本実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。以下、本実施形態について、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
本実施形態に係る光電変換装置は、半導体基板100内における第1トレンチ構造TR1の位置が第1実施形態の場合と異なる。図6に示すように、半導体基板100の第2遮光領域A3において、第1実施形態の場合と異なり、第1トレンチ構造TR1は面F2から面F1に向かって(-D3方向に)延在し、第1トレンチ構造TR1の端部は面F1から(D-T)だけ離れて位置している。本実施形態においても、第1トレンチ構造TR1の深さTは半導体基板100の厚さDに対して十分に大きいことが好ましく、例えばD/2≦Tが成り立つことが望ましい。これにより、迷光抑制の効果を高めることが可能となる。
続いて、本実施形態における光電変換装置の製造方法について、第1実施形態と比較しながら説明する。本実施形態においては、第1実施形態の場合と異なり、図5Aの工程では第1トレンチ構造TR1は形成されない。その代わりに、図5Dの半導体基板100の薄化後に、第1トレンチ構造TR1が面F2から面F1に延在するように形成される。次に、図5Eの工程では、絶縁層121が第1トレンチ構造TR1の端部および面F2の上に形成される。
以上のように、本実施形態に係る光電変換装置においても、第1実施形態の場合と同様に、パッド開口部OPから半導体基板100および絶縁層121を伝搬する迷光を効率よく抑制できる。
[第3実施形態]
図7は本実施形態に係る光電変換装置の断面模式図である。以下、本実施形態について、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
本実施形態に係る光電変換装置は、半導体基板100内における第1トレンチ構造TR1の深さが上述した実施形態と異なる。図7に示すように、半導体基板100の第2遮光領域A3には、D3方向において半導体基板100を貫通するように第1トレンチ構造TR1が形成されている。本実施形態においては、第1トレンチ構造TR1の深さTは半導体基板100の厚さDに一致し、D=Tが成り立つ。また、平面視において、第2トレンチ構造TR2および第1トレンチ構造TR1は重なり幅dを有している。
本実施形態に係る光電変換装置によれば、第1トレンチ構造TR1がD3方向において半導体基板100を貫通し、第1トレンチ構造TR1は第2トレンチ構造TR2と連続している。このため、上述した実施形態の場合と比較して、パッド開口部OPからの迷光を更に効果的に抑制することが可能である。
[第4実施形態]
図8Aは、本実施形態に係る光電変換装置の断面模式図であり、図8Bは本実施形態に係る光電変換装置の平面図である。以下、本実施形態について、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
本実施形態において、第1トレンチ構造TR1は、複数のトレンチTR11~TR13から構成されている。図8Aに示すように、複数のトレンチTR11~TR13は面F1から面F2に向かって(+D3方向に)延在し、複数のトレンチTR11~TR13の端部は面F2から(D-T)だけ離れて位置している。本実施形態においても、迷光を効果的に抑制するため、D/2≦Tが成り立つことが望ましい。
図8Bにおいて、複数のトレンチTR11~TR13のそれぞれは、所定の幅を有し、所定の間隔で並んで配されている。複数のトレンチT11~TR13は互いに交差せず、平行に配置されている。
なお、複数のトレンチTR11~TR13は、第2実施形態と同様に、面F2から面F1に向かって(-D3方向に)延在して形成されてもよい。また、第3実施形態と同様に、複数のトレンチTR11~TR13は半導体基板100を貫通するように形成されてもよい。更に、第1トレンチ構造TR1を構成するトレンチの数は3に限定されず、2でもよく、4以上でもよい。トレンチの数が増えるに従い、迷光を抑制する効果が更に高まる。
本実施形態において、第1トレンチ構造TR1は上述の実施形態における幅w1よりも大きな幅w10を有しており、幅w10は第2トレンチ構造TR2の幅w2において十分に大きい。このため、平面視において、第1トレンチ構造TR1および第2トレンチ構造TR2が互いに重なる部分も大きくなる。また、上述したように、第1トレンチ構造TR1は複数のトレンチから構成されているため、迷光を更に効果的に抑制することが可能である。なお、トレンチTR11~TR13の全体が、平面視において第2トレンチ構造TR2と重なり合わなくもよい。例えば、平面視で、トレンチTR11~TR13の一部のみが第2トレンチ構造TR2と重なってもよい。また、第1トレンチ構造TR1の幅w10が第2トレンチ構造TR2の幅w2よりも大きく構成されてもよい。
以上のように、本実施形態に係る光電変換装置によれば、第1トレンチ構造TR1が複数のトレンチTR11~TR13から構成されるため、迷光を更に効果的に抑制することが可能となる。
[第5実施形態]
図9Aは本実施形態に係る光電変換装置の断面模式図であり、図9Bは本実施形態に係る光電変換装置の平面図である。以下、本実施形態について、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
平面視において、第1トレンチ構造TR1の全体が第2トレンチ構造TR2と重なっている。更に、第1トレンチ構造TR1および第2トレンチ構造TR2の幅方向(D2)において、第1トレンチ構造TR1は、第2トレンチ構造TR2の中央に位置している。このため、第1実施形態と比較して、第1トレンチ構造TR1と第2トレンチ構造TR2との重なり幅が広くなり、迷光抑制効果を更に高めることが可能である。
本実施形態においても、第1トレンチ構造TR1は、第2実施形態と同様に、面F2から面F1に向かって(-D3方向に)延在して形成されてもよい。また、第3実施形態と同様に、第1トレンチ構造TR1は半導体基板100を貫通するように形成されてもよい。
[第6実施形態]
図10は本実施形態に係る光電変換装置の平面図である。以下、本実施形態について、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
図10には、受光画素領域A1、第1遮光領域A2、第2遮光領域A3、周辺領域A4が示されている。第1実施形態と同様に、受光画素領域A1の周囲には第1遮光領域A2が配される。また、第1遮光領域A2の周囲には第2遮光領域A3が配され、第2遮光領域A3の周囲には周辺領域A4が配される。平面視において、第1トレンチ構造TR1、第2トレンチ構造TR2は第1遮光領域A2の周囲に形成され、また、第1トレンチ構造TR1の全体が平面視において第2トレンチ構造TR2に重なっている。すなわち、第1トレンチ構造TR1と第2トレンチ構造TR2の重なり部は、第1遮光領域A2を囲むように形成されている。パッド開口部OPから入射した迷光は、周辺領域A4、第2遮光領域A3において様々な方向に伝搬し得る。本実施形態によれば、第1トレンチ構造TR1、第2トレンチ構造TR2の重なり部によって、このような迷光が第1遮光領域A2へ侵入するのを効果的に抑制することが可能となる。
[第7実施形態]
本実施形態に係る撮像システムを説明する。図11は、本実施形態に係る撮像システムの概略構成を示すブロック図である。図11に例示した撮像システム300は、撮像装置301、被写体の光学像を撮像装置301に結像させるレンズ302、レンズ302を通過する光量を可変にするための絞り304、レンズ302の保護のためのバリア306を有する。レンズ302、絞り304は、撮像装置301に光を集光する光学系である。撮像装置301は、第1乃至第6実施形態のいずれかで説明した光電変換装置であって、レンズ302により結像された光学像を画像データに変換する。
撮像システム300は、撮像装置301より出力される出力信号の処理を行う信号処理部308を有する。信号処理部308は、撮像装置301が出力するデジタル信号から画像データの生成を行う。また、信号処理部308は必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。撮像装置301は、信号処理部308で処理されるデジタル信号を生成するAD変換部を備え得る。AD変換部は、撮像装置301の光電変換部が形成された半導体層(半導体基板)に形成されていてもよいし、撮像装置301の光電変換部が形成された半導体層とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、信号処理部308が撮像装置301と同一の半導体基板に形成されていてもよい。
撮像システム300は、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部310、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部(外部I/F部)312を有する。更に撮像システム300は、撮像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体314、記録媒体314に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部(記録媒体制御I/F部)316を有する。なお、記録媒体314は、撮像システム300に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
更に撮像システム300は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部318、撮像装置301と信号処理部308に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部320を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム300は少なくとも撮像装置301と、撮像装置301から出力された出力信号を処理する信号処理部308とを有すればよい。
撮像装置301は、撮像信号を信号処理部308に出力する。信号処理部308は、撮像装置301から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部308は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
このように、本実施形態によれば、第1乃至第6実施形態による光電変換装置を適用した撮像システムを実現することができる。
[第8実施形態]
本実施形態に係る撮像システムおよび移動体について説明する。図12は、本実施形態に係る撮像システムおよび移動体の構成を示す図である。
図12(a)は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム400は、撮像装置410を有する。撮像装置410は、上記第1乃至第6実施形態のいずれかに記載の光電変換装置である。撮像システム400は、撮像装置410により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部412と、撮像システム400により取得された複数の画像データから視差(視差画像の位相差)の算出を行う視差取得部414を有する。また、撮像システム400は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部416と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部418と、を有する。ここで、視差取得部414や距離取得部416は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部418はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、FPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated circuit)等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
撮像システム400は車両情報取得装置420と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム400は、衝突判定部418での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御手段である制御ECU430が接続されている。また、撮像システム400は、衝突判定部418での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置440とも接続されている。例えば、衝突判定部418の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ECU430はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置440は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方または後方を撮像システム400で撮像する。図12(b)は、車両前方(撮像範囲450)を撮像する場合の撮像システムを示す。車両情報取得装置420が、撮像システム400ないしは撮像装置410に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体(移動装置)に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム(ITS)等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
[第9実施形態]
本実施形態に係る機器について説明する。図13は、本実施形態に係る機器の概略構成を示すブロック図である。
図13に例示した光電変換装置APRは、第1実施形態と同様の機能を備える。光電変換装置APRの全部または一部が、半導体デバイスICである。本例の光電変換装置APRは、例えば、イメージセンサやAF(Auto Focus)センサ、測光センサ、測距センサとして用いることができる。半導体デバイスICは、光電変換部を含む画素回路PXCが行列状に配列された画素エリアPXを有する。半導体デバイスICは画素エリアPXの周囲に周辺エリアPRを有することができる。周辺エリアPRには画素回路以外の回路を配置することができる。
光電変換装置APRは、複数の光電変換部が設けられた第1半導体チップと、周辺回路が設けられた第2半導体チップとを積層した構造(チップ積層構造)を有していてもよい。第2半導体チップにおける周辺回路は、ぞれぞれ、第1半導体チップの画素列に対応した列回路とすることができる。また、第2半導体チップにおける周辺回路は、それぞれ、第1半導体チップの画素あるいは画素ブロックに対応したマトリクス回路とすることもできる。第1半導体チップと第2半導体チップとの接続は、貫通電極(TSV)、銅等の導電体の直接接合によるチップ間配線、チップ間のマイクロバンプによる接続、ワイヤボンディングによる接続などを採用することができる。
光電変換装置APRは、半導体デバイスICの他に、半導体デバイスICを収容するパッケージPKGを含みうる。パッケージPKGは、半導体デバイスICが固定された基体と、半導体デバイスICに対向するガラス等の蓋体と、基体に設けられた端子と半導体デバイスICに設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプ等の接続部材と、を含みうる。
機器EQPは、光学装置OPT、制御装置CTRL、処理装置PRCS、表示装置DSPL、記憶装置MMRY、機械装置MCHNのうちの少なくともいずれかを更に備えうる。光学装置OPTは、光電変換装置としての光電変換装置APRに対応するものであり、例えばレンズやシャッター、ミラーである。制御装置CTRLは、光電変換装置APRを制御するものであり、例えばASICなどの半導体デバイスである。処理装置PRCSは、光電変換装置APRから出力された信号を処理するものであり、AFE(アナログフロントエンド)あるいはDFE(デジタルフロントエンド)を構成する。処理装置PRCSは、CPU(中央処理装置)やASIC(特定用途向け集積回路)などの半導体デバイスである。表示装置DSPLは、光電変換装置APRで得られた情報(画像)を表示する、EL表示装置や液晶表示装置である。記憶装置MMRYは、光電変換装置APRで得られた情報(画像)を記憶する、磁気デバイスや半導体デバイスである。記憶装置MMRYは、SRAMやDRAMなどの揮発性メモリ、或いは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリである。機械装置MCHNは、モーターやエンジン等の可動部あるいは推進部を有する。機器EQPでは、光電変換装置APRから出力された信号を表示装置DSPLに表示したり、機器EQPが備える通信装置(不図示)によって外部に送信したりする。そのために、機器EQPは、光電変換装置APRが有する記憶回路部や演算回路部とは別に、記憶装置MMRYや処理装置PRCSを更に備えることが好ましい。
図13に示した機器EQPは、撮影機能を有する情報端末(例えばスマートフォンやウエアラブル端末)やカメラ(例えばレンズ交換式カメラ、コンパクトカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ)などの電子機器でありうる。カメラにおける機械装置MCHNはズーミングや合焦、シャッター動作のために光学装置OPTの部品を駆動することができる。また、機器EQPは、車両や船舶、飛行体などの輸送機器(移動体)でありうる。また、機器EQPは、内視鏡やCTスキャナーなどの医療機器でありうる。また、機器EQPは、内視鏡やCTスキャナーなどの医療機器でありうる。
輸送機器における機械装置MCHNは移動装置として用いられうる。輸送機器としての機器EQPは、光電変換装置APRを輸送するものや、撮影機能により運転(操縦)の補助および/または自動化を行うものに好適である。運転(操縦)の補助および/または自動化のための処理装置PRCSは、光電変換装置APRで得られた情報に基づいて移動装置としての機械装置MCHNを操作するための処理を行うことができる。
本実施形態による光電変換装置APRは、その設計者、製造者、販売者、購入者および/または使用者に、高い価値を提供することができる。そのため、光電変換装置APRを機器EQPに搭載すれば、機器EQPの価値も高めることができる。よって、機器EQPの製造、販売を行う上で、本実施形態の光電変換装置APRの機器EQPへの搭載を決定することは、機器EQPの価値を高める上で有利である。
[変形実施形態]
本発明は、上述の実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本実施形態の開示は、以下の構成および方法を含む。
(構成1)
複数の光電変換部が形成された第1面、および前記第1面に対向する第2面を有する半導体基板と、
前記第2面に設けられ、光が入射する絶縁層と、
前記光電変換部が配され、前記絶縁層を透過した光を前記光電変換部において受光可能な受光画素領域と、
前記受光画素領域に隣接し、前記絶縁層の上に遮光膜が形成された第1遮光領域と、
前記絶縁層および前記半導体基板を貫通し、前記第1面の側に設けられたボンディングパッドを露出させる開口部を含む周辺領域と、
前記第1遮光領域および前記周辺領域の間に位置し、前記絶縁層の上に前記遮光膜が形成された第2遮光領域とを備え、
前記第2遮光領域の前記半導体基板には第1トレンチが形成され、
前記第2遮光領域の前記絶縁層には、前記絶縁層を貫通する第2トレンチが形成され、
前記第2トレンチの側面および底面は前記遮光膜で覆われ、
前記半導体基板の平面視において、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチは互いに重なる部分を有する、ことを特徴とする光電変換装置。
(構成2)
前記第1トレンチには、前記半導体基板とは異なる屈折率を有する部材が埋め込まれている、
ことを特徴とする構成1に記載の光電変換装置。
(構成3)
前記第1トレンチは、前記第1面から前記第2面に向かって延在し、前記第1トレンチの端部は前記第2面に達しない、
ことを特徴とする構成1または2に記載の光電変換装置。
(構成4)
前記第1トレンチは、前記第2面から前記第1面に向かって延在し、前記第1トレンチの端部は前記第1面に達しない、
ことを特徴とする構成1または2に記載の光電変換装置。
(構成5)
前記半導体基板の厚さをD、前記第1トレンチの深さをTとしたときに、D/2≦Tが成り立つ、
ことを特徴とする構成3または4に記載の光電変換装置。
(構成6)
前記第1トレンチは、前記半導体基板を貫通する、
ことを特徴とする構成1または2に記載の光電変換装置。
(構成7)
前記第1トレンチは、複数のトレンチを含み、
前記複数のトレンチは、平面視において、互いに交差しない、
ことを特徴とする構成1乃至6のいずれかに記載の光電変換装置。
(構成8)
前記複数のトレンチは、平面視において、並んで配されている、
ことを特徴とする構成7に記載の光電変換装置。
(構成9)
前記第1遮光領域は、前記光電変換部および回路部の一方または両方を備える、
ことを特徴とする構成1乃至8のいずれかに記載の光電変換装置。
(構成10)
前記受光画素領域には、層内レンズ、カラーフィルタ、マイクロレンズのうちの少なくとも1つが形成される、
ことを特徴とする構成1乃至9のいずれかに記載の光電変換装置。
(構成11)
前記第2トレンチは、平面視で、前記第1トレンチの全体と重なる、
ことを特徴とする構成1乃至10のいずれかに記載の光電変換装置。
(構成12)
前記第1遮光領域は、平面視で、前記第1トレンチと前記第2トレンチにより囲まれる、
ことを特徴とする構成1乃至11のいずれかに記載の光電変換装置。
(構成13)
前記部材は、前記半導体基板がシリコンにより形成されている場合、シリコンオキサイド、シリコンナイトライド、アルミニウムオキサイド、ハフニウムオキサイド、タンタルオキサイド、空気のいずれかである、
ことを特徴とする構成2に記載の光電変換装置。
(構成14)
前記絶縁層は、複数の膜を積層することにより形成されている、
ことを特徴とする構成1乃至13のいずれかに記載の光電変換装置。
(構成15)
前記絶縁層は、アルミニウムオキサイドまたはハフニウムオキサイドにより形成された第1層と、タンタルオキサイドにより形成された第2層と、シリコンオキサイドにより形成された第3層とを含む、
ことを特徴とする構成14に記載の光電変換装置。
(方法1)
複数の光電変換部が形成された第1面、および前記第1面に対向する第2面を有する半導体基板と、前記第2面に設けられ、光が入射する絶縁層と、前記光電変換部が配され、前記絶縁層を透過した光を前記光電変換部において受光可能な受光画素領域と、前記受光画素領域に隣接し、前記絶縁層の上に遮光膜が形成された第1遮光領域と、前記絶縁層および前記半導体基板を貫通し、前記第1面の側に設けられたボンディングパッドを露出させる開口部を含む周辺領域と、前記第1遮光領域および前記周辺領域の間に位置し、前記絶縁層の上に前記遮光膜が形成された第2遮光領域とを備える光電変換装置の製造方法であって、
前記第2遮光領域の前記半導体基板に第1トレンチを形成するステップと、
前記第2遮光領域の前記絶縁層に、前記絶縁層を貫通する第2トレンチを形成するステップと、を有し、
前記第2トレンチの側面および底面は前記遮光膜で覆われ、
前記半導体基板の平面視において、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチは互いに重なる部分を有する、
ことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
(方法2)
前記第1トレンチには、前記半導体基板とは異なる屈折率を有する部材が埋め込まれている、
ことを特徴とする方法1に記載の光電変換装置の製造方法。
(構成16)
請求項1乃至15のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とする撮像システム。
(構成17)
移動体であって、
構成1乃至15のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする移動体。
(構成18)
請求項1乃至15のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置に対応する光学装置、
前記光電変換装置を制御する制御装置、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
前記光電変換装置で得られた情報に基づいて制御される機械装置、
前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、および、
前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、の少なくとも1つと、
を備えることを特徴とする機器。
A1 受光画素領域
A2 第1遮光領域
A3 第2遮光領域
A4 周辺領域
OP パッド開口部
TR1 第1トレンチ構造
TR2 第2トレンチ構造
1 基板
2 基板
10 画素アレイ
100 半導体基板
110 配線構造体
120 積層構造体
121 絶縁層
122 遮光膜
123 絶縁膜
200 支持基板
210 構造体
211 ボンディングパッド

Claims (21)

  1. 複数の光電変換部が形成された第1面、および前記第1面に対向する第2面を有する半導体基板と、
    前記第2面に設けられ、光が入射する絶縁層と、
    前記光電変換部が配され、前記絶縁層を透過した光を前記光電変換部において受光可能な受光画素領域と、
    前記受光画素領域に隣接し、前記絶縁層の上に遮光膜が形成された第1遮光領域と、
    前記絶縁層および前記半導体基板を貫通し、前記第1面の側に設けられたボンディングパッドを露出させる開口部を含む周辺領域と、
    前記第1遮光領域および前記周辺領域の間に位置し、前記絶縁層の上に前記遮光膜が形成された第2遮光領域とを備え、
    前記第2遮光領域の前記半導体基板には第1トレンチが形成され、
    前記第2遮光領域の前記絶縁層には、前記絶縁層を貫通する第2トレンチが形成され、
    前記第2トレンチの側面および底面は前記遮光膜で覆われ、
    前記半導体基板の平面視において、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチは互いに重なる部分を有する、
    ことを特徴とする光電変換装置。
  2. 前記第1トレンチには、前記半導体基板とは異なる屈折率を有する部材が埋め込まれている、
    ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
  3. 前記第1トレンチは、前記第1面から前記第2面に向かって延在し、前記第1トレンチの端部は前記第2面に達しない、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。
  4. 前記第1トレンチは、前記第2面から前記第1面に向かって延在し、前記第1トレンチの端部は前記第1面に達しない、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。
  5. 前記半導体基板の厚さをD、前記第1トレンチの深さをTとしたときに、D/2≦Tが成り立つ、
    ことを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。
  6. 前記半導体基板の厚さをD、前記第1トレンチの深さをTとしたときに、D/2≦Tが成り立つ、
    ことを特徴とする請求項4に記載の光電変換装置。
  7. 前記第1トレンチは、前記半導体基板を貫通する、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。
  8. 前記第1トレンチは、複数のトレンチを含み、
    前記複数のトレンチは、平面視において、互いに交差しない、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。
  9. 前記複数のトレンチは、平面視において、並んで配されている、
    ことを特徴とする請求項8に記載の光電変換装置。
  10. 前記第1遮光領域は、前記光電変換部および回路部の一方または両方を備える、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。
  11. 前記受光画素領域には、層内レンズ、カラーフィルタ、マイクロレンズのうちの少なくとも1つが形成される、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。
  12. 前記第2トレンチは、平面視で、前記第1トレンチの全体と重なる、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。
  13. 前記第1遮光領域は、平面視で、前記第1トレンチと前記第2トレンチにより囲まれる、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。
  14. 前記部材は、前記半導体基板がシリコンにより形成されている場合、シリコンオキサイド、シリコンナイトライド、アルミニウムオキサイド、ハフニウムオキサイド、タンタルオキサイド、空気のいずれかである、
    ことを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。
  15. 前記絶縁層は、複数の膜を積層することにより形成されている、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。
  16. 前記絶縁層は、アルミニウムオキサイドまたはハフニウムオキサイドにより形成された第1層と、タンタルオキサイドにより形成された第2層と、シリコンオキサイドにより形成された第3層とを含む、
    ことを特徴とする請求項15に記載の光電変換装置。
  17. 複数の光電変換部が形成された第1面、および前記第1面に対向する第2面を有する半導体基板と、前記第2面に設けられ、光が入射する絶縁層と、前記光電変換部が配され、前記絶縁層を透過した光を前記光電変換部において受光可能な受光画素領域と、前記受光画素領域に隣接し、前記絶縁層の上に遮光膜が形成された第1遮光領域と、前記絶縁層および前記半導体基板を貫通し、前記第1面の側に設けられたボンディングパッドを露出させる開口部を含む周辺領域と、前記第1遮光領域および前記周辺領域の間に位置し、前記絶縁層の上に前記遮光膜が形成された第2遮光領域とを備える光電変換装置の製造方法であって、
    前記第2遮光領域の前記半導体基板に第1トレンチを形成するステップと、
    前記第2遮光領域の前記絶縁層に、前記絶縁層を貫通する第2トレンチを形成するステップと、を有し、
    前記第2トレンチの側面および底面は前記遮光膜で覆われ、
    前記半導体基板の平面視において、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチは互いに重なる部分を有する、
    ことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  18. 前記第1トレンチには、前記半導体基板とは異なる屈折率を有する部材が埋め込まれている、
    ことを特徴とする請求項17に記載の光電変換装置の製造方法。
  19. 請求項1または2に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
    を備えることを特徴とする撮像システム。
  20. 移動体であって、
    請求項1または2に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
    前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする移動体。
  21. 請求項1または2に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置に対応する光学装置、
    前記光電変換装置を制御する制御装置、
    前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
    前記光電変換装置で得られた情報に基づいて制御される機械装置、
    前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、および、
    前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、の少なくとも1つと、
    を備えることを特徴とする機器。
JP2022086895A 2022-05-27 2022-05-27 光電変換装置、光電変換装置の製造方法、撮像システム、移動体、および機器 Pending JP2023174187A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022086895A JP2023174187A (ja) 2022-05-27 2022-05-27 光電変換装置、光電変換装置の製造方法、撮像システム、移動体、および機器
US18/318,488 US20230387157A1 (en) 2022-05-27 2023-05-16 Photoelectric conversion device, manufacturing method of photoelectric conversion device, imaging system, moving unit, and equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022086895A JP2023174187A (ja) 2022-05-27 2022-05-27 光電変換装置、光電変換装置の製造方法、撮像システム、移動体、および機器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023174187A true JP2023174187A (ja) 2023-12-07

Family

ID=88876738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022086895A Pending JP2023174187A (ja) 2022-05-27 2022-05-27 光電変換装置、光電変換装置の製造方法、撮像システム、移動体、および機器

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20230387157A1 (ja)
JP (1) JP2023174187A (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
US20230387157A1 (en) 2023-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107564925B (zh) 成像装置、成像系统和可移动物体
JP6755679B2 (ja) 撮像装置
JP7214373B2 (ja) 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法、撮像システム
US11631712B2 (en) Photoelectric conversion device, imaging system, and moving body with upper electrode and conductive layer at same potential or connected to each other
US11417695B2 (en) Photoelectric conversion apparatus, imaging system, and moving body
US20220285410A1 (en) Semiconductor apparatus and device
JP7286445B2 (ja) 撮像装置および機器
JP7116591B2 (ja) 撮像装置及びその製造方法
US20230038959A1 (en) Photoelectric conversion device
US11616925B2 (en) Photoelectric conversion apparatus and equipment
JP2023174187A (ja) 光電変換装置、光電変換装置の製造方法、撮像システム、移動体、および機器
US11495629B2 (en) Photoelectric conversion apparatus and equipment
JP2022052529A (ja) 光電変換装置、撮像装置、半導体装置及び光電変換システム
JP2021125491A (ja) 半導体装置、半導体システム、移動体
JP6574808B2 (ja) 撮像装置
WO2024117027A1 (ja) 光電変換装置、機器
JP7427646B2 (ja) 光電変換装置、光電変換システム、移動体
US20230420468A1 (en) Photoelectric conversion device
WO2023132001A1 (ja) 光電変換装置、光電変換システム、および移動体
JP2021106222A (ja) 光電変換装置
JP2024059085A (ja) 光電変換装置、機器
JP2024019961A (ja) 光電変換装置、機器
JP2023032550A (ja) 光電変換装置、光電変換システム、移動体
JP2024127607A (ja) 光電変換装置及び光電変換システム
JP2023178688A (ja) 光電変換装置、機器

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20220630