JP6003316B2 - 固体撮像装置、電子機器 - Google Patents

固体撮像装置、電子機器 Download PDF

Info

Publication number
JP6003316B2
JP6003316B2 JP2012156899A JP2012156899A JP6003316B2 JP 6003316 B2 JP6003316 B2 JP 6003316B2 JP 2012156899 A JP2012156899 A JP 2012156899A JP 2012156899 A JP2012156899 A JP 2012156899A JP 6003316 B2 JP6003316 B2 JP 6003316B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixel
color
trench
color filter
pixels
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2012156899A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014022415A5 (ja
JP2014022415A (ja
Inventor
池田 晴美
晴美 池田
舘下 八州志
八州志 舘下
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2012156899A priority Critical patent/JP6003316B2/ja
Priority to US13/934,642 priority patent/US8969988B2/en
Priority to CN201310280645.0A priority patent/CN103545329B/zh
Publication of JP2014022415A publication Critical patent/JP2014022415A/ja
Publication of JP2014022415A5 publication Critical patent/JP2014022415A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6003316B2 publication Critical patent/JP6003316B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0232Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02325Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements not being integrated nor being directly associated with the device
    • 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
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • 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
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H01L27/14614Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
    • 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
    • H01L27/1464Back 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
    • H01L27/14683Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685Process for coatings or optical elements
    • 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
    • H01L27/14689MOS based technologies
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Description

本技術は、固体撮像装置に係わる。また、固体撮像装置を備えた電子機器に係わる。
固体撮像装置において、光や電荷が隣接する画素間で漏れこむことに起因して、所謂混色を生じることがある。
この混色を抑制するために、画素間にトレンチを形成して物理的に分離して、さらに、このトレンチ内に、金属等の遮光材料を埋め込む構成が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2011−3860号公報
画素間に形成したトレンチ内に遮光材料を埋め込んだ場合には、遮光材料によって隣接画素への混色は抑制されるが、反射又は吸収されることにより感度が低下する。
特に、遮光材料を埋め込んだトレンチの上面に入射した光は、遮光材料で反射又は吸収されて、画素には入射しないので、その分は感度が低下することになる。
本技術の目的は、感度の向上と混色の抑制を共に実現できる固体撮像装置を提供するものである。また、この固体撮像装置を備えた電子機器を提供するものである。
本技術の固体撮像装置は、半導体基体と、この半導体基体内に形成された光電変換部から成る画素と、半導体基体に形成され、隣接する画素間を分離するトレンチを含む。
そして、画素の光電変換部上に形成され、かつ、トレンチ内の少なくとも一部に埋め込まれて形成された、カラーフィルタを含む。
さらに、下記の(A)〜(E)のいずれかの構成を採る。
(A)最も感度が高い色の画素と、隣接する他の色の画素との間のトレンチ内は、他の色のカラーフィルタで埋め込まれており、画素の色配列がベイヤー配列であり、緑の画素の周辺のトレンチ内が、隣接する画素の色である、赤のカラーフィルタもしくは青のカラーフィルタで埋め込まれている。
(B)最も感度が高い色の画素と、隣接する他の色の画素との間のトレンチ内は、他の色のカラーフィルタで埋め込まれており、画素の色配列がクリアビット配列であり、緑の画素が隣接する画素間のトレンチ内には、緑のカラーフィルタが埋め込まれ、緑の画素が隣接しない画素間のトレンチ内には、緑の画素と隣接する画素の色である、赤のカラーフィルタもしくは青のカラーフィルタで埋め込まれている。
(C)最も感度が高い色の画素と、隣接する他の色の画素との間のトレンチ内は、他の色のカラーフィルタで埋め込まれており、画素の色配列が、カラーフィルタが設けられないホワイト画素を含み、ホワイト画素が隣接しない画素間のトレンチ内には、ホワイト画素と隣接する画素の色であるカラーフィルタが埋め込まれている。
(D)隣接する画素の色の感度に有意差がある場合、画素間のトレンチ内は、感度の低い方の色のカラーフィルタで埋め込まれており、画素の色配列が、カラーフィルタが設けられないホワイト画素を含み、ホワイト画素が隣接しない画素間のトレンチ内には、ホワイト画素と隣接する画素の色であるカラーフィルタが埋め込まれている。
(E)最も感度が高い色の画素と、隣接する他の色の画素との間のトレンチ内は、他の色のカラーフィルタで埋め込まれており、同じ色の画素が隣接する画素間のトレンチ内には、同色のカラーフィルタが埋め込まれている。
本技術の電子機器は、光学系と、固体撮像装置と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備え、固体撮像装置が上記本技術の固体撮像装置の構成である。
上述の本技術の固体撮像装置の構成によれば、カラーフィルタが、隣接する画素間を分離するトレンチ内の少なくとも一部に埋め込まれて形成されている。
これにより、トレンチ内に埋め込まれたカラーフィルタによって、隣接する画素への光の漏れ込みを抑制して、混色の発生を抑制することが可能になる。
そして、トレンチ内に金属等の遮光材料を使用しないため、反射や吸収による感度のロスも抑制することができる。
上述の本技術の電子機器の構成によれば、本技術の固体撮像装置を備えているので、固体撮像装置において、混色の発生を抑制すると共に、感度のロスも抑制することが可能になる。
上述の本技術によれば、混色の発生を抑制すると共に、感度のロスも抑制することが可能になるため、感度の向上と混色の抑制を両立することが可能になる。
また、本技術の製造方法によれば、画素の光電変換部上とトレンチ内に同時にカラーフィルタを形成することができるので、カラーフィルタとは別にトレンチ内に遮光材料等を埋め込む場合と比較して、工程数を削減することができる。
第1の実施の形態の固体撮像装置の概略構成図(平面図)である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の要部の断面図である。 A〜C 第1の実施の形態の固体撮像装置の画素の色とカラーフィルタの配列を説明する図である。 期待される分光結果のイメージを示す図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第1の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第2の実施の形態の固体撮像装置の要部の断面図である。 第2の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第2の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第2の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第2の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 第2の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 A、B 第3の実施の形態の固体撮像装置の画素の色とカラーフィルタの配列を示す図である。 A、B 第4の実施の形態の固体撮像装置の画素の色とカラーフィルタの配列を示す図である。 A、B 第5の実施の形態の固体撮像装置の画素の色とカラーフィルタの配列を示す図である。 A、B 第6の実施の形態の固体撮像装置の画素の色とカラーフィルタの配列を示す図である。 トレンチの形成位置の変形例を示す平面図である。 第7の実施の形態の電子機器の概略構成図(ブロック図)である。
以下、本技術を実施するための最良の形態(以下、実施の形態とする)について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(固体撮像装置)
2.第2の実施の形態(固体撮像装置)
3.第3の実施の形態(固体撮像装置)
4.第4の実施の形態(固体撮像装置)
5.第5の実施の形態(固体撮像装置)
6.第6の実施の形態(固体撮像装置)
7.固体撮像装置の変形例
8.第7の実施の形態(電子機器)
<1.第1の実施の形態(固体撮像装置)>
第1の実施の形態の固体撮像装置の概略構成図を、図1に示す。
本実施の形態は、CMOS型固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)に、本技術を適用したものである。
本実施の形態の固体撮像装置1は、図1に示すように、シリコン基板等の半導体基体11に、光電変換部を含む画素2が多数規則的に2次元配列された画素部3と、駆動回路等を含む周辺回路部とが形成されて成る固体撮像素子によって構成される。
画素2は、光電変換部と、MOSトランジスタから成る画素トランジスタとを有する。
画素トランジスタとしては、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、の少なくとも1つ以上を有する。
周辺回路部は、垂直駆動回路4と、カラム信号処理回路5と、水平駆動回路6と、出力回路7と、制御回路8等を有して構成されている。
垂直駆動回路4は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択して、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。
即ち、垂直駆動回路4は、画素部3の画素2を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線9を通して、各画素2において受光量に応じて生成した信号電荷に基づいた画素信号を、カラム信号処理回路5に供給する。
カラム信号処理回路5は、画素2の例えば一列毎に配置されており、一行分の画素から出力される信号に対し、画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。
即ち、カラム信号処理回路5は、画素2に特有の固定パターンノイズを除去するためのCDSや、信号増幅、AD変換等の信号処理を行う。
カラム信号処理回路5の出力段には、水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線10との間に接続されている。
出力回路7は、カラム信号処理回路5のそれぞれから水平信号線10を通して順次供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。
入出力端子12は、外部と信号のやり取りを行う。
次に、本実施の形態の固体撮像装置1の要部の断面図を、図2に示す。
図2は、図1の画素部3の画素2の断面図と、図1の画素部3の外に形成される、オプティカルブラック部OPBの画素の断面図を示している。
図2に示すように、半導体基体11に、N型の光電変換部14が形成され、光電変換部14の下側にPの正孔蓄積領域15が形成されている。この正孔蓄積領域15は、半導体基体11の下面側の界面付近に形成されている。光電変換部14の上方には、半導体基体11の上面側の界面から、P領域13が形成されている。隣接する画素の光電変換部14の間には、P型の画素分離領域16が形成されている。また、半導体基体11の下面側に、フローティングディフュージョンFDとトランジスタのソース・ドレイン領域17とが、共にNの半導体領域によって形成されている。
半導体基体11の下には、ゲート絶縁膜18を介して、画素トランジスタのゲート電極19が形成されている。画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタの4つを有して構成される。
図中左のゲート電極19は、光電変換部14からフローティングディフュージョンFDへ電荷を転送するものであり、転送トランジスタの転送ゲート電極である。図中右のゲート電極19は、その他の画素トランジスタ(リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ)のゲート電極である。
ゲート電極19の左右には、サイドウォール絶縁層20が形成されている。ゲート電極19及びサイドウォール絶縁層20、並びに、それらが形成されていない部分の半導体基体11には、下面側を覆って、サリサイドブロック膜21が形成されている。サリサイドブロック膜21は、周辺回路部のトランジスタ等でサリサイド化する際に、画素部のゲート電極19や半導体基体11の表面がサリサイド化されないように、ブロックする。
ゲート電極19には、サリサイドブロック膜21に形成されたコンタクト孔を通じて、導体から成るプラグ層22が接続されている。フローティングディフュージョンFDにも、別のプラグ層22が接続されている。
半導体基体11及びゲート電極19の下方には、多層の配線層23が形成されており、各層の配線層23の間がプラグ層22で接続され、それ以外の部分が層間絶縁層24で絶縁されている。プラグ層22、多層の配線層23、層間絶縁層24により配線部が構成されている。プラグ層22及び配線層23を用いることにより、転送ゲート、フローティングディフュージョンFD、増幅トランジスタのゲートをコントロールして、得られた画素毎の信号を出力することができる。
配線部の下には、密着層25が形成され、その下に支持基板26が形成されている。
一方、半導体基体11の上面の上には、下層から順に、負の固定電荷を有する絶縁膜28、絶縁層29、3色R,G,Bのカラーフィルタ30R,30G,30B、オンチップレンズ31が形成されている。赤の画素2Rには赤のカラーフィルタ30Rが形成され、緑の画素2Gには緑のカラーフィルタ30Gが形成され、青の画素2Bには青のカラーフィルタ30Bが形成されている。
さらに、半導体基体11の画素間の部分には、半導体基体11が掘り込まれたトレンチ27が形成されている。そして、トレンチ27の内壁に沿って、負の固定電荷を有する絶縁膜28及び絶縁層29が形成されている。
本実施の形態では、特に、画素間のトレンチ27内に、カラーフィルタが埋め込まれている。
具体的には、図2に示すように、緑の画素2Gと赤の画素2Rの間のトレンチ27には、赤のカラーフィルタ30Rが埋め込まれており、緑の画素2Gと青の画素2Bの間のトレンチ27には、青のカラーフィルタ30Bが埋め込まれている。
オプティカルブラック部OPBの画素は、配線部、半導体基体11の内部、並びに、トレンチ27の内壁部が、画素部の画素と同じ構成となっている。
オプティカルブラック部OPBの画素では、トレンチ27内に青のカラーフィルタ30Bが埋め込まれ、青のカラーフィルタ30B、赤のカラーフィルタ30R、緑のカラーフィルタ30Gが積層され、その上にオンチップレンズ31が形成されている。
続いて、本実施の形態の固体撮像装置の画素の色配列と、カラーフィルタの配置について説明する。
本実施の形態の固体撮像装置の画素の色配列パターンを、図3Aに示す。
図3Aに示すように、緑の画素2Gは、それぞれの行及び列において1つ置きに斜めに配置され、赤の画素2R及び青の画素2Bは、1つ置きの行や列に配置されている。即ち、画素の色配列が所謂ベイヤー配列となっている。
そして、本実施の形態の固体撮像装置においては、図3Aに示した色配列の画素2に対して、図3Bに示すように、画素2の間に格子状にトレンチ27を形成する。
さらに、カラーフィルタの配置の概略平面図を、図3Cに示す。
図3Cに示すように、緑のカラーフィルタ30Gは、図3Aの緑の画素2Gの部分のみで、隣接する画素との間のトレンチ27内には形成されていない。
青のカラーフィルタ30Bは、図3Aの青の画素2Bの部分から、隣接する画素との間のトレンチ27内全体にわたって形成されている。
赤のカラーフィルタ30Rは、図3Aの赤の画素2Rの部分から、緑の画素2Gと隣接するトレンチ27内にわたって形成されている。
即ち、緑の画素2Gの周囲のトレンチ27は、緑のカラーフィルタ30Gで埋め込まないで、隣接する画素のカラーフィルタ30R又は30Bで埋め込まれている。
画素間にカラーフィルタを埋め込んでない、従来構成の固体撮像装置では、一番感度の高い緑の画素から隣接する赤の画素もしくは青の画素に光が入ると、赤の画素や青の画素で混色を生じる。このとき、赤の画素や青の画素において、感度スペクトルの裾浮き(緑の中心波長付近の感度の上昇)が発生する。
本実施の形態の構成では、緑の画素2Gに入射する光は緑の光であるため、トレンチ27内の赤のカラーフィルタ30Rや青のカラーフィルタ30Bで遮断されて、隣接する赤の画素2Rや青の画素2Bには入らない。
なお、赤の画素2Rの赤の光や、青の画素2Bの青の光は、トレンチ27内のカラーフィルタ30R,30Bを通過して緑の画素2Gに入るが、これは緑の画素2Gの感度の向上につながるので、問題はない。
トレンチ27内に遮光材料を使用しないため、反射や吸収による感度のロスも抑制することができる。
ここで、本実施の形態の構成によって期待される分光結果のイメージを、図4に示す。図4の横軸は波長(nm)、縦軸は絶対感度(任意単位)である。
図4中のそれぞれの矢印で示すように、3色R,G,Bの中心波長付近の感度の向上と、赤R及び青Bの裾浮きの抑制とを、実現することが期待される。
なお、赤のカラーフィルタ30Rや青のカラーフィルタ30Gのトレンチ27内への埋め込みにおいて、カラーフィルタ内にボイド(中空部)が発生したとしても、カラーフィルタの屈折率(2程度)>中空部の屈折率(1)であるから、混色を抑制できる。
また、緑のカラーフィルタ30Gがトレンチ27内に多少入ったとしても、トレンチ27内に赤のカラーフィルタ30Rや青のカラーフィルタ30Gが入っていれば、混色による裾浮きは抑制することができる。
本実施の形態のカラーフィルタのレイアウトの法則を一般化すると、「隣接する画素の色の感度に有意差がある場合、画素間のトレンチ内は、感度の低い方の色のカラーフィルタを埋め込む」となる。
図2及び図3に示した、本実施の形態の固体撮像装置は、例えば、以下に説明するようにして、製造することができる。
まず、図5に示すように、シリコン基板41、酸化膜42、シリコン層から成る、SOI基板のシリコン層を半導体基体11として使用する。半導体基体11に使用するシリコン層は、N型とする。
そして、半導体基体11において、酸化膜42に接する下面の界面付近にP領域13を形成し、上面の界面付近にP−well領域を形成する。例えば、ボロンのイオン注入と1000℃でのアニールを用いて、これらの領域を形成する。P領域13は、例えば、ボロンを2.5MeVで5×1012/cm注入し、不純物濃度が1×1018/cm以下となるようにする。
続いて、半導体基体11に、N型の光電変換部14を、例えば、リンのイオン注入で形成し、P型の画素分離領域16を、例えば、ボロンのイオン注入と1000℃でのアニールを用いて形成する。
さらに、半導体基体11の表面に、薄い絶縁膜を形成し、その上に、例えば、CVD法により多結晶シリコン層を形成して、これらをリソグラフィでパターニングすることによって、ゲート絶縁膜18及び画素トランジスタのゲート電極19を形成する。
次に、図6に示すように、ゲート電極19の側壁に、サイドウォール絶縁層20を形成する。例えば、減圧でTEOS膜を膜厚20nmで成膜し、減圧でSiN膜を膜厚100nmで成膜した後、CF系ガスにてドライエッチングを行って、サイドウォール絶縁層20を形成する。
その後、Pの正孔蓄積領域15を、例えば、ボロンのイオン注入で形成する。
さらに、NのフローティングディフュージョンFD及びソース・ドレイン領域17を、例えば、砒素のイオン注入と1100℃の短時間アニールによって形成する。
次に、図7に示すように、サリサイドブロック膜21の形成、層間絶縁層24の形成及びプラグ層22と配線層23の形成を行う。
その後、配線層23の上層に密着層25を堆積する。
次に、図8に示すように、例えば、有機接着剤を用いて、密着層25と支持基板26とを貼り合わせる。支持基板26には、例えば、シリコン基板を使用することができる。
次に、図9に示すように、全体の上下を反転して、支持基板26が下側になるように配置する。
続いて、SOI基板のシリコン基板41及び酸化膜42を除去して、図10に示すように、P領域13を露出させる。
次に、図11に示すように、リソグラフィを用いて、半導体基体11の画素分離領域16が形成された部分にトレンチ27を形成して、開口する。例えば、SF/Cをエッチングガスに用いて、半導体基体11のシリコン基板をエッチングして、トレンチ27を形成する。
なお、この図11から、密着層25及び支持基板26の図示を省略する。
その後、図12に示すように、負の固定電荷を有する絶縁膜28を成膜する。これにより、トレンチ27の内壁と、半導体基体11の上面とに、負の固定電荷を有する絶縁膜28が形成される。
次に、図13に示すように、表面からトレンチ27内にわたって全面的に、絶縁層29を形成する。
例えば、プラズマCVD装置にて、酸化シリコン層を厚さ50nmで成膜する。なお、ここでは、絶縁層29として酸化シリコン層を成膜したが、必要に応じて、光を透過する窒化膜や有機膜を成膜してもよい。また、この絶縁層29を形成しなくても構わない。
次に、図14に示すように、例えば、塗布装置及び露光装置を使用して、青のカラーフィルタ30Bを形成する。この図14に示す工程からは、図2と同様に、オプティカルブラック部OPBの画素と、画素部の3色の画素2R,2G,2Bとに分けて、断面図を示す。
このとき、オプティカルブラック部OPBは、青のカラーフィルタ30Bを残すようにする。
即ち、青のカラーフィルタ30Bは、オプティカルブラック部OPBの画素及びトレンチ27内、青の画素2B、青の画素2Bと緑の画素2Gとの間のトレンチ27内、並びに、青の画素2Bと赤の画素2Rとの間のトレンチ27内(図3Cを参照)に形成する。
なお、カラーフィルタのパターンの合わせずれによって、トレンチ27内への埋め込みが不十分になって、内部にボイド(中空部)や開口部ができても構わない。
次に、図15に示すように、例えば、塗布装置及び露光装置を使用して、赤のカラーフィルタ30Rを形成する。
このとき、オプティカルブラック部OPBは、赤のカラーフィルタ30Rを残すようにする。
即ち、赤のカラーフィルタ30Rは、オプティカルブラック部OPBの画素、赤の画素2R、赤の画素2Rと緑の画素2Gとの間のトレンチ27内に形成する。
なお、カラーフィルタのパターンの合わせずれによって、トレンチ27内への埋め込みが不十分になって、内部にボイド(中空部)や開口部ができても構わない。
次に、図16に示すように、例えば、塗布装置及び露光装置を使用して、緑のカラーフィルタ30Gを形成する。
このとき、オプティカルブラック部OPBは、緑のカラーフィルタ30Gを残すようにする。
即ち、緑のカラーフィルタ30Gは、オプティカルブラック部OPBの画素、緑の画素2Gに形成する。
なお、図14や図15に示した工程で発生するボイド(中空部)や開口部に、緑のカラーフィルタ30Gが入り込んでも構わない。
次に、図17に示すように、カラーフィルタ30B,30R,30Gの上に、オンチップレンズ31を形成する。
このようにして、図2及び図3に示した、本実施の形態の固体撮像装置を製造することができる。
本実施の形態では、遮光が必要なオプティカルブラック部OPBに遮光膜(金属膜)を配置せず、3色のカラーフィルタ30B,30R,30Gを重ねる構造としている。このため、オプティカルブラック部OPBに遮光膜(金属膜)を形成する工程を削減することが可能である。
なお、カラーフィルタの塗布や露光では、剥がれによるパターン飛びが発生することがあるが、本実施の形態の固体撮像装置は、トレンチ27内にカラーフィルタ30B,30Rが入る構造であるため、カラーフィルタが剥がれにくくなることが期待される。
上述の本実施の形態の固体撮像装置の構成によれば、画素間のトレンチ27内にカラーフィルタ30R,30Bが埋め込まれている。これにより、トレンチ27内のカラーフィルタ30R,30Bによって、隣接する画素への光の漏れ込みを抑制して、混色の発生を抑制することができる。
そして、トレンチ27内に金属等の遮光材料を使用しないため、反射や吸収による感度のロスも抑制することができる。
従って、感度の向上と混色の抑制を共に実現することができる。
また、緑の画素2Gと赤の画素2Rが隣接する画素間のトレンチ27内には、赤のカラーフィルタ30Rが埋め込まれており、緑の画素2Gと青の画素2Bが隣接する画素間のトレンチ27内には、青のカラーフィルタ30Bが埋め込まれている。これにより、一番感度の高い緑の画素2Gから隣接する赤の画素2Rや青の画素2Bに緑の光が漏れ込むことを防いで、混色による裾浮きの発生を抑制することができる。
上述の本実施の形態の製造方法によれば、隣接する画素間にトレンチ27を形成し、トレンチ27内にカラーフィルタ30B,30Rを埋め込んで形成するので、隣接する画素への光の漏れ込みを抑制して、混色の発生を抑制することが可能になる。
また、画素の光電変換部14上にカラーフィルタ30B,30Rを形成すると共に、トレンチ27内にカラーフィルタ30B,30Rを埋め込んで形成するので、これらの箇所に同時にカラーフィルタ30B,30Rを形成することができる。これにより、カラーフィルタとは別にトレンチ内に遮光材料等を埋め込む場合と比較して、工程数を削減することができる。
さらに、上述の本実施の形態の固体撮像装置の構成及び製造方法によれば、オプティカルブラック部OPBの画素では、3層のカラーフィルタ30B,30R,30Gを積層して、遮光膜を形成している。これにより、画素部の光電変換部14上のカラーフィルタと、オプティカルブラック部OPBの遮光膜とを同時に形成することができるので、工程数を削減することができる。
<2.第2の実施の形態(固体撮像装置)>
第2の実施の形態の固体撮像装置の概略構成図(断面図)を、図18に示す。
本実施の形態も、裏面照射型構造のCMOSイメージセンサに適用した場合である。
本実施の形態の固体撮像装置は、特に、図18に示すように、オプティカルブラック部OPBの画素において、カラーフィルタはトレンチ27内のみに形成して、画素上を遮光膜32で覆っている。
画素部の3色の画素2R,2G,2Bは、図2に示した第1の実施の形態と同じ構造である。
従って、本実施の形態の構成も、前述したレイアウトの法則「隣接する画素の色の感度に有意差がある場合、画素間のトレンチ内は、感度の低い方の色のカラーフィルタを埋め込む」を満たしている。
なお、その他の構成は、第1の実施の形態と同様であり、図1の平面図に示した構成を採用することができる。
本実施の形態の固体撮像装置は、画素部の画素が第1の実施の形態と同じ構造であるため、第1の実施の形態と同様に、緑の画素2Gに入射する緑の光は、隣接する赤の画素2Rや青の画素2Bには入らないので、混色による裾浮きの発生を抑制することができる。
また、トレンチ27内に遮光材料を使用しないため、反射や吸収による感度のロスも抑制することができる。
本実施の形態の固体撮像装置は、例えば、以下に説明するようにして、製造することができる。
まず、第1の実施の形態の製造方法の、図5〜図13に示した各工程と同じ工程を行う。
続いて、図19に示すように、例えば、塗布装置及び露光装置を使用して、青のカラーフィルタ30Bを形成する。
画素部の画素2R,2G,2Bにおいては、第1の実施の形態の図14に示した工程と同様に、青の画素2B、青の画素2Bと緑の画素2Gの間のトレンチ27内、青の画素2Bと赤の画素2Rの間のトレンチ27内に、青のカラーフィルタ30Bを形成する。
オプティカルブラック部OPBにおいては、トレンチ27内を青のカラーフィルタ30Bで埋めて、表面の青のカラーフィルタ30Bは除去する。
次に、図20に示すように、例えば、塗布装置及び露光装置を使用して、赤のカラーフィルタ30Rを形成する。
画素部の画素2R,2G,2Bにおいては、第1の実施の形態の図15に示した工程と同様に、赤の画素2R、赤の画素2Rと緑の画素2Gの間のトレンチ27内に、赤のカラーフィルタ30Rを形成する。
オプティカルブラック部OPBにおいては、表面の赤のカラーフィルタ30Rは除去する。
次に、図21に示すように、例えば、塗布装置及び露光装置を使用して、緑のカラーフィルタ30Gを形成する。
画素部の画素2R,2G,2Bにおいては、第1の実施の形態の図16に示した工程と同様に、緑の画素2Gに、緑のカラーフィルタ30Gを形成する。
オプティカルブラック部OPBにおいては、表面の緑のカラーフィルタ30Gは除去する。
次に、表面にオンチップレンズ31を形成した後に、オプティカルブラック部OPBのオンチップレンズ31を除去する。
さらに、オンチップレンズ31等にダメージの入らない低温で、図22に示すように、表面に、金属膜等により、遮光膜32を形成する。オプティカルブラック部OPBでは、カラーフィルタ及びオンチップレンズが形成されていないため、絶縁層29上に遮光膜32が形成される。
そして、オンチップレンズ31を剥離すると、画素部のオンチップレンズ31上の遮光膜32は、オンチップレンズ31と共に剥離される。このとき、オプティカルブラック部OPBの遮光膜32は、そのまま残る。
この後、図23に示すように、再度、オンチップレンズ31を形成する。画素部では、カラーフィルタ30R,30G,30B上にオンチップレンズ31が形成され、オプティカルブラック部OPBでは、遮光膜32上にオンチップレンズ31が形成される。
このようにして、図18に示した、本実施の形態の固体撮像装置を製造することができる。
図18〜図23では、オプティカルブラック部OPBのトレンチ27内に、青のカラーフィルタ30Bを埋めていたが、赤のカラーフィルタ30Rや緑のカラーフィルタ30Gでオプティカルブラック部OPBのトレンチ27内を埋めても構わない。
また、オプティカルブラック部OPBの表面に、カラーフィルタ30B,30R,30Gのうちの1層〜3層を残しても構わない。
なお、オプティカルブラック部OPBでは、表面にカラーフィルタを残さない方が、半導体基体11と遮光膜32との距離が短くなって遮光性が向上するので、好ましい。
上述の本実施の形態の固定撮像装置の構成によれば、画素間のトレンチ27内にカラーフィルタ30R,30Bが埋め込まれている。これにより、トレンチ27内のカラーフィルタ30R,30Bによって、隣接する画素への光の漏れ込みを抑制して、混色の発生を抑制することができる。
そして、トレンチ27内に金属等の遮光材料を使用しないため、反射や吸収による感度のロスも抑制することができる。
従って、感度の向上と混色の抑制を共に実現することができる。
また、緑の画素2Gと赤の画素2Rが隣接する画素間のトレンチ27内には、赤のカラーフィルタ30Rが埋め込まれており、緑の画素2Gと青の画素2Bが隣接する画素間のトレンチ27内には、青のカラーフィルタ30Bが埋め込まれている。これにより、一番感度の高い緑の画素2Gから隣接する赤の画素2Rや青の画素2Bに緑の光が漏れ込むことを防いで、混色による裾浮きの発生を抑制することができる。
上述の本実施の形態の製造方法によれば、隣接する画素間にトレンチ27を形成し、トレンチ27内にカラーフィルタ30B,30Rを埋め込んで形成するので、隣接する画素への光の漏れ込みを抑制して、混色の発生を抑制することが可能になる。
また、画素の光電変換部14上にカラーフィルタ30B,30Rを形成すると共に、トレンチ27内にカラーフィルタ30B,30Rを埋め込んで形成するので、これらの箇所に同時にカラーフィルタ30B,30Rを形成することができる。これにより、カラーフィルタとは別にトレンチ内に遮光材料等を埋め込む場合と比較して、工程数を削減することができる。
<3.第3の実施の形態(固体撮像装置)>
次に、第3の実施の形態の固体撮像装置の構成を説明する。
第3の実施の形態の固体撮像装置の画素の色の配列を図24Aの平面図に示し、カラーフィルタの配列を図24Bの平面図に示す。
本実施の形態は、画素の色の配列を、所謂ハニカム配列とした構成である。
図24Aに示すように、緑の画素2Gは、図3Aに示したベイヤー配列と同様に、1画素置きに配置されている。一方、赤の画素2R及び青の画素2Bは、図3Aに示したベイヤー配列とは異なり、画素の角部で同色の画素が連続した配置となっている。
図3A〜図3Cと同様の法則により、画素及び画素間のトレンチ内に3色のカラーフィルタ30R,30G,30Bを配置すると、図24Bに示すように、青のカラーフィルタ30B及び赤のカラーフィルタ30Rが、画素の角部で連続して形成される。
本実施の形態の構成も、前述したレイアウトの法則「隣接する画素の色の感度に有意差がある場合、画素間のトレンチ内は、感度の低い方の色のカラーフィルタを埋め込む」を満たしている。
なお、その他の構成は、第1の実施の形態と同様であり、図1の平面図に示した構成や図2の断面図に示した構成を採用することができる。
上述の本実施の形態の固体撮像装置の構成によれば、画素間のトレンチ内にカラーフィルタ30R,30Bが埋め込まれている。これにより、トレンチ内のカラーフィルタ30R,30Bによって、隣接する画素への光の漏れ込みを抑制して、混色の発生を抑制することができる。
そして、トレンチ内に金属等の遮光材料を使用しないため、反射や吸収による感度のロスも抑制することができる。
従って、感度の向上と混色の抑制を共に実現することができる。
また、緑の画素2Gと赤の画素2Rが隣接する画素間のトレンチ内には、赤のカラーフィルタ30Rが埋め込まれており、緑の画素2Gと青の画素2Bが隣接する画素間のトレンチ内には、青のカラーフィルタ30Bが埋め込まれている。これにより、一番感度の高い緑の画素2Gから隣接する赤の画素2Rや青の画素2Bに緑の光が漏れ込むことを防いで、混色による裾浮きの発生を抑制することができる。
<4.第4の実施の形態(固体撮像装置)>
次に、第4の実施の形態の固体撮像装置の構成を説明する。
第4の実施の形態の固体撮像装置の画素の色の配列を図25Aの平面図に示し、カラーフィルタの配列を図25Bの平面図に示す。
本実施の形態は、画素の色の配列を、所謂クリアビット配列とした構成である。
図25Aに示すように、赤の画素2R及び青の画素2Bは、一行置きかつ一列置きに配置されている。その行及び列では、赤−緑−青−緑−赤−の繰り返しで配列されている。他の行及び他の列は、緑の画素2Gが連続して配置されている。
この配列の場合、緑の画素2Gが縦や横に連続する箇所があるため、その箇所の画素間のトレンチには、緑のカラーフィルタ30Gを埋め込む。
従って、カラーフィルタの配列は、図25Bに示すように、連続して形成された緑のカラーフィルタ30Gに、赤のカラーフィルタ30Rと青のカラーフィルタ30Bが、それぞれ島状に離散して形成された構成となる。
赤の画素2R及び青の画素2Bの周囲のトレンチは、それぞれ赤のカラーフィルタ30R、青のカラーフィルタ30Bが埋め込まれている。
本実施の形態の構成も、前述したレイアウトの法則「隣接する画素の色の感度に有意差がある場合、画素間のトレンチ内は、感度の低い方の色のカラーフィルタを埋め込む」を満たしている。
なお、その他の構成は、第1の実施の形態と同様であり、図1の平面図に示した構成や図2の断面図に示した構成を採用することができる。
上述の本実施の形態の固体撮像装置の構成によれば、画素間のトレンチ内にカラーフィルタ30R,30G,30Bが埋め込まれている。これにより、トレンチ内のカラーフィルタ30R,30G,30Bによって、隣接する画素への光の漏れ込みを抑制して、混色の発生を抑制することができる。
そして、トレンチ内に金属等の遮光材料を使用しないため、反射や吸収による感度のロスも抑制することができる。
従って、感度の向上と混色の抑制を共に実現することができる。
また、緑の画素2Gと赤の画素2Rが隣接する画素間のトレンチ内には、赤のカラーフィルタ30Rが埋め込まれており、緑の画素2Gと青の画素2Bが隣接する画素間のトレンチ内には、青のカラーフィルタ30Bが埋め込まれている。これにより、一番感度の高い緑の画素2Gから隣接する赤の画素2Rや青の画素2Bに緑の光が漏れ込むことを防いで、混色による裾浮きの発生を抑制することができる。
<5.第5の実施の形態(固体撮像装置)>
次に、第5の実施の形態の固体撮像装置の構成を説明する。
第5の実施の形態の固体撮像装置の画素の色の配列を図26Aの平面図に示し、カラーフィルタの配列を図26Bの平面図に示す。
本実施の形態は、3色の画素2R,2G,2Bに加えて、ホワイト画素2Wを設けた構成である。
図26Aに示すように、各行及び各列の一画素置きにホワイト画素2Wを配置して、ホワイト画素2Wの間に、3色の画素2R,2G,2Bを配置している。
3色の画素2R,2G,2Bの比率は、ベイヤー配列と同様に、赤:緑:青=1:2:1としている。緑の画素2Gは、各行及び各列の4画素中の1画素に配置され、赤の画素2R及び青の画素2Bは、一行置き及び一列置きの4画素中の1画素に配置されている。
前述した各実施の形態とは異なり、緑の画素2Gと、赤の画素2Rや青の画素2Bとの隣接は角部のみになっている。
ホワイト画素2Wには、カラーフィルタを設けない。
そして、ホワイト画素2Wは、他の3色の画素2R,2G,2Bよりも感度が高いので、ホワイト画素2Wの周囲のトレンチには、隣接する画素の色(赤、緑、青のいずれか)のカラーフィルタを埋め込む。
即ち、前述したレイアウトの法則「隣接する画素の色の感度に有意差がある場合、画素間のトレンチ内は、感度の低い方の色のカラーフィルタを埋め込む」を満たす。
図26Bに示すように、斜線を付した、ホワイト画素2Wの位置33では、カラーフィルタが設けられていない。そして、ホワイト画素2Wの周囲のトレンチには、隣接する画素のカラーフィルタ(30R,30G,30Bのいずれか)が埋め込まれている。
本実施の形態の色配列では、緑の画素2Gが斜めに連続しているので、緑のカラーフィルタ30Gが連続して形成されている。
図26Bでは、緑の画素2Gと、赤の画素2Rや青の画素2Bとの間の角部のトレンチ内には、赤のカラーフィルタ30R、青のカラーフィルタ30Bが埋め込まれている。この画素の角部では、画素の辺部よりも漏れ光が少ないので、緑の画素2Gの周囲の角部のトレンチに、緑のカラーフィルタ30Gを埋め込んでも構わない。
なお、図26A及び図26Bの配置では、ホワイト画素2Wが縦横に隣接する箇所が無いが、ホワイト画素2Wを縦又は横に隣接された配列にする場合には、隣接するホワイト画素2Wの間のトレンチにはカラーフィルタを埋め込まなくても構わない。
なお、その他の構成は、第1の実施の形態と同様であり、図1の平面図に示した構成を採用することができる。
上述の実施の形態によれば、画素間のトレンチ内にカラーフィルタ30R,30G,30Bが埋め込まれている。これにより、トレンチ内のカラーフィルタ30R,30G,30Bによって、隣接する画素への光の漏れ込みを抑制して、混色の発生を抑制することができる。
そして、トレンチ内に金属等の遮光材料を使用しないため、反射や吸収による感度のロスも抑制することができる。
従って、感度の向上と混色の抑制を共に実現することができる。
また、ホワイト画素2Wと他の画素2R,2G,2Bが隣接する画素間のトレンチ内には、他の画素の色のカラーフィルタ30R,30G,30Bが埋め込まれている。これにより、最も感度の高い、ホワイト画素2Wから隣接する他の画素2R,2G,2Bに光が漏れ込むことを防いて、混色の発生を抑制することができる。
そして、緑の画素2Gと赤の画素2Rが隣接する画素間のトレンチ内には、赤のカラーフィルタ30Rが埋め込まれており、緑の画素2Gと青の画素2Bが隣接する画素間のトレンチ内には、青のカラーフィルタ30Bが埋め込まれている。これにより、より感度の高い緑の画素2Gから隣接する赤の画素2Rや青の画素2Bに緑の光が漏れ込むことを防いで、混色による裾浮きの発生を抑制することができる。
<6.第6の実施の形態(固体撮像装置)>
次に、第6の実施の形態の固体撮像装置の構成を説明する。
第6の実施の形態の固体撮像装置の画素の色の配列を図27Aの平面図に示し、カラーフィルタの配列を図27Bの平面図に示す。
本実施の形態は、3色の画素2R,2G,2Bを、縦横に2画素ずつ4画素連続して配置した構成である。
同じ色の画素が連続する4画素を1まとめにすると、図3Aに示したベイヤー配列と同様になっている。
図27Bに示すように、同じ色の画素が隣接する画素間のトレンチには、その色のカラーフィルタ30R,30G,30Bが埋め込まれている。緑の画素2Gと赤の画素2Rや青の画素2Bとが隣接する箇所は、それぞれ、赤のカラーフィルタ30R、青のカラーフィルタ30Bが埋め込まれている。
従って、本実施の形態の構成も、前述したレイアウトの法則「隣接する画素の色の感度に有意差がある場合、画素間のトレンチ内は、感度の低い方の色のカラーフィルタを埋め込む」を満たしている。
上述の実施の形態の固体撮像装置の構成によれば、画素間のトレンチ内にカラーフィルタ30R,30G,30Bが埋め込まれている。これにより、トレンチ内のカラーフィルタ30R,30G,30Bによって、隣接する画素への光の漏れ込みを抑制して、混色の発生を抑制することができる。
そして、トレンチ内に金属等の遮光材料を使用しないため、反射や吸収による感度のロスも抑制することができる。
従って、感度の向上と混色の抑制を共に実現することができる。
また、緑の画素2Gと赤の画素2Rが隣接する画素間のトレンチ内には、赤のカラーフィルタ30Rが埋め込まれており、緑の画素2Gと青の画素2Bが隣接する画素間のトレンチ内には、青のカラーフィルタ30Bが埋め込まれている。これにより、一番感度の高い緑の画素2Gから隣接する赤の画素2Rや青の画素2Bに緑の光が漏れ込むことを防いで、混色による裾浮きの発生を抑制することができる。
<7.固体撮像装置の変形例>
上述の各実施の形態のうち、図3、図24、図26、図27の各図に示したカラーフィルタのレイアウトでは、赤の画素2Rと青の画素2Bとの間の角部のトレンチ27内には、青のカラーフィルタ30Bを埋め込んでいた。
この赤の画素2Rと青の画素2Bとの間の角部のトレンチ27内に、赤のカラーフィルタ30Rを埋め込んでも構わない。この角部のトレンチ27内に赤のカラーフィルタ30Rを埋め込む場合には、固体撮像装置を製造する際に、赤のカラーフィルタ30Rを、青のカラーフィルタ30Bよりも先に形成すればよい。
上述の各実施の形態では、図3Bに示したように、カラーフィルタを埋め込むトレンチ27を、画素2の周囲に格子状に形成した構成として説明した。
本技術において、カラーフィルタを埋め込むトレンチ27は、隣接する画素との画素間の大部分に形成されていれば良い。
例えば、図28に平面図を示すように、隣接する画素間の角部を除いた部分に島状に、カラーフィルタを埋め込むトレンチ27を形成しても構わない。
上述の各実施の形態では、画素間のトレンチ27内に、1色のカラーフィルタのみが埋め込まれた構成を説明していた。
本技術では、トレンチ内に複数色のカラーフィルタが埋め込まれている構成とすることも可能である。このとき、感度の高い色の画素と感度が低い他の色の画素の間のトレンチには、少なくとも感度が低い色のカラーフィルタが埋め込まれているようにすることが好ましい。
また、前述したように、カラーフィルタの内部に中空部を有する構成としてもよい。
上述の各実施の形態では、赤、緑、青の3色の画素やホワイト画素を使用した場合を説明した。
本技術において、カラーフィルタの色は赤、緑、青の3色に限定されるものではなく、その他の色の組み合わせを採用することも可能である。
他の色の組み合わせの場合でも、前述したレイアウトの原則「隣接する画素の色の感度に有意差がある場合、画素間のトレンチ内は、感度の低い方の色のカラーフィルタを埋め込む」を満たす構成とすれば、混色による裾浮きの発生を抑制することが可能になる。
第1の実施の形態及び第2の実施の形態の製造工程では、最も感度が高い緑のカラーフィルタ30Gを、3色のカラーフィルタ30R,30G,30Bの最後に形成していた。
他の色の組み合わせの場合でも、好ましくは、同様に、固体撮像装置の製造工程のカラーフィルタを形成する工程において、複数色のカラーフィルタのうち、最も感度が高い色のカラーフィルタを、各色のカラーフィルタの最後に形成する。
ホワイト画素を使用した第5の実施の形態の構成では、ホワイト画素が最も高い感度を有し、緑の画素が次に高い感度を有する。
このように、各色の画素の感度が3段階以上の場合には、画素の感度の各段階に対応して、前述したレイアウトの原則に沿って、カラーフィルタのレイアウトを設定することが可能である。
しかしながら、本技術において、各色の画素の感度が3段階以上の場合には、必ずしも、画素の感度の全ての段階において、レイアウトの原則を採用しなくても構わない。少なくとも、最も感度が高い色の画素と、隣接する他の色の画素との間のトレンチ内は、他の色のカラーフィルタで埋め込まれている構成とすれば、混色による裾浮きの発生を抑制する作用効果が得られる。
本技術に係る固体撮像装置は、例えば、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、撮像機能を備えた他の機器等の、各種電子機器に適用することができる。
<8.第7の実施の形態(電子機器)>
第7の実施の形態の電子機器の概略構成図(ブロック図)を、図29に示す。
図29に示すように、この電子機器121は、固体撮像装置122、光学系123、シャッタ装置124、駆動回路125、信号処理回路126を有する。
光学系123は、光学レンズ等により構成され、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置122の画素部に結像させる。これにより、固体撮像装置122内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系123は、複数個の光学レンズから構成された光学レンズ系としても良い。
固体撮像装置122としては、前述した各実施の形態の固体撮像装置等、本技術に係る固体撮像装置を使用する。
シャッタ装置124は、固体撮像装置122への光照射期間及び遮光期間を制御する。
駆動回路125は、固体撮像装置122の転送動作及びシャッタ装置124のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路125から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置122の信号転送を行う。
信号処理回路126は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリ等の記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
上述の本実施の形態の電子機器121の構成によれば、固体撮像装置122として、前述した各実施の形態の固体撮像装置等、本技術に係る固体撮像装置を使用することにより、固体撮像装置において、感度の向上と混色の抑制を共に実現することが可能になる。
本技術において、撮像装置の構成は、図29に示した構成に限定されるものではなく、本技術に係る固体撮像装置を使用する構成であれば、図29に示した以外の構成とすることも可能である。
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
(1)半導体基体と、前記半導体基体内に形成された光電変換部から成る画素と、前記半導体基体に形成され、隣接する前記画素間を分離するトレンチと、前記画素の前記光電変換部上に形成され、かつ、前記トレンチ内の少なくとも一部に埋め込まれて形成された、カラーフィルタを含む固体撮像装置。
(2)最も感度が高い色の画素と、隣接する他の色の画素との間の前記トレンチ内は、他の色のカラーフィルタで埋め込まれている、前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)隣接する画素の色の感度に有意差がある場合、画素間の前記トレンチ内は、感度の低い方の色のカラーフィルタで埋め込まれている、前記(1)に記載の固体撮像装置。
(4)画素の色配列がベイヤー配列であり、緑の画素の周辺の前記トレンチ内が、隣接する画素の色である、赤のカラーフィルタもしくは青のカラーフィルタで埋め込まれている、前記(2)に記載の固体撮像装置。
(5)画素の色配列がクリアビット配列であり、緑の画素が隣接する画素間のトレンチ内には、緑のカラーフィルタが埋め込まれ、緑の画素が隣接しない画素間のトレンチ内には、緑の画素と隣接する画素の色である、赤のカラーフィルタもしくは青のカラーフィルタで埋め込まれている、前記(2)に記載の固体撮像装置。
(6)画素の色配列が、カラーフィルタが設けられないホワイト画素を含み、前記ホワイト画素が隣接しない画素間のトレンチ内には、前記ホワイト画素と隣接する画素の色であるカラーフィルタが埋め込まれている、前記(2)又は(3)に記載の固体撮像装置。
(7)同じ色の画素が隣接する画素間のトレンチ内には、同色のカラーフィルタが埋め込まれている、前記(2)に記載の固体撮像装置。
(8)半導体基体内に、画素を構成する光電変換部を形成する工程と、前記半導体基体に、隣接する前記画素間を分離するトレンチを形成する工程と、前記画素の前記光電変換部上にカラーフィルタを形成すると共に、前記トレンチ内の少なくとも一部に、前記カラーフィルタを埋め込んで形成する工程を有する固体撮像装置の製造方法。
(9)前記カラーフィルタを形成する工程において、複数色の前記カラーフィルタのうち、最も感度が高い色のカラーフィルタを、各色の前記カラーフィルタの最後に形成する、前記(8)に記載の固体撮像装置の製造方法。
(10)光学系と、前記(1)〜(7)のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備えた電子機器。
本技術は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
1,122 固体撮像装置、2 画素、2R 赤の画素、2G 緑の画素、2B 青の画素、2W ホワイト画素、3 画素部、4 垂直駆動回路、5 カラム信号処理回路、6 水平駆動回路、7 出力回路、8 制御回路、9 垂直信号線、10 水平信号線、11 半導体基体、12 入出力端子、13 P領域、14 光電変換部、15 正孔蓄積領域、16 画素分離領域、17 ソース・ドレイン領域、18 ゲート絶縁膜、19 ゲート電極、20 サイドウォール絶縁層、21 サリサイドブロック膜、22 プラグ層、23 配線層、24 層間絶縁層、25 密着層、26 支持基板、27 トレンチ、28 負の固定電荷を有する絶縁膜、29 絶縁層、30R 赤のカラーフィルタ、30G 緑のカラーフィルタ、30B 青のカラーフィルタ、31 オンチップレンズ、41 シリコン基板、42 酸化膜、121 電子機器、123 光学系、124 シャッタ装置、125 駆動回路、126 信号処理回路、FD フローティングディフュージョン、OPB オプティカルブラック部

Claims (6)

  1. 半導体基体と、
    前記半導体基体内に形成された光電変換部から成る画素と、
    前記半導体基体に形成され、隣接する前記画素間を分離するトレンチと、
    前記画素の前記光電変換部上に形成され、かつ、前記トレンチ内の少なくとも一部に埋め込まれて形成された、カラーフィルタを含み、
    最も感度が高い色の画素と、隣接する他の色の画素との間の前記トレンチ内は、他の色のカラーフィルタで埋め込まれており、
    画素の色配列がベイヤー配列であり、緑の画素の周辺の前記トレンチ内が、隣接する画素の色である、赤のカラーフィルタもしくは青のカラーフィルタで埋め込まれている
    固体撮像装置。
  2. 半導体基体と、
    前記半導体基体内に形成された光電変換部から成る画素と、
    前記半導体基体に形成され、隣接する前記画素間を分離するトレンチと、
    前記画素の前記光電変換部上に形成され、かつ、前記トレンチ内の少なくとも一部に埋め込まれて形成された、カラーフィルタを含み、
    最も感度が高い色の画素と、隣接する他の色の画素との間の前記トレンチ内は、他の色のカラーフィルタで埋め込まれており、
    画素の色配列がクリアビット配列であり、緑の画素が隣接する画素間のトレンチ内には、緑のカラーフィルタが埋め込まれ、緑の画素が隣接しない画素間のトレンチ内には、緑の画素と隣接する画素の色である、赤のカラーフィルタもしくは青のカラーフィルタで埋め込まれている
    固体撮像装置。
  3. 半導体基体と、
    前記半導体基体内に形成された光電変換部から成る画素と、
    前記半導体基体に形成され、隣接する前記画素間を分離するトレンチと、
    前記画素の前記光電変換部上に形成され、かつ、前記トレンチ内の少なくとも一部に埋め込まれて形成された、カラーフィルタを含み、
    最も感度が高い色の画素と、隣接する他の色の画素との間の前記トレンチ内は、他の色のカラーフィルタで埋め込まれており、
    画素の色配列が、カラーフィルタが設けられないホワイト画素を含み、前記ホワイト画素が隣接しない画素間のトレンチ内には、前記ホワイト画素と隣接する画素の色であるカラーフィルタが埋め込まれている
    固体撮像装置。
  4. 半導体基体と、
    前記半導体基体内に形成された光電変換部から成る画素と、
    前記半導体基体に形成され、隣接する前記画素間を分離するトレンチと、
    前記画素の前記光電変換部上に形成され、かつ、前記トレンチ内の少なくとも一部に埋め込まれて形成された、カラーフィルタを含み、
    隣接する画素の色の感度に有意差がある場合、画素間の前記トレンチ内は、感度の低い方の色のカラーフィルタで埋め込まれており、
    画素の色配列が、カラーフィルタが設けられないホワイト画素を含み、前記ホワイト画素が隣接しない画素間のトレンチ内には、前記ホワイト画素と隣接する画素の色であるカラーフィルタが埋め込まれている
    固体撮像装置。
  5. 半導体基体と、
    前記半導体基体内に形成された光電変換部から成る画素と、
    前記半導体基体に形成され、隣接する前記画素間を分離するトレンチと、
    前記画素の前記光電変換部上に形成され、かつ、前記トレンチ内の少なくとも一部に埋め込まれて形成された、カラーフィルタを含み、
    最も感度が高い色の画素と、隣接する他の色の画素との間の前記トレンチ内は、他の色のカラーフィルタで埋め込まれており、
    同じ色の画素が隣接する画素間のトレンチ内には、同色のカラーフィルタが埋め込まれている
    固体撮像装置。
  6. 光学系と、
    請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備えた
    電子機器。
JP2012156899A 2012-07-12 2012-07-12 固体撮像装置、電子機器 Expired - Fee Related JP6003316B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012156899A JP6003316B2 (ja) 2012-07-12 2012-07-12 固体撮像装置、電子機器
US13/934,642 US8969988B2 (en) 2012-07-12 2013-07-03 Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic device
CN201310280645.0A CN103545329B (zh) 2012-07-12 2013-07-05 固态成像装置、制造固态成像装置的方法以及电子设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012156899A JP6003316B2 (ja) 2012-07-12 2012-07-12 固体撮像装置、電子機器

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2014022415A JP2014022415A (ja) 2014-02-03
JP2014022415A5 JP2014022415A5 (ja) 2015-04-16
JP6003316B2 true JP6003316B2 (ja) 2016-10-05

Family

ID=49913278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012156899A Expired - Fee Related JP6003316B2 (ja) 2012-07-12 2012-07-12 固体撮像装置、電子機器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8969988B2 (ja)
JP (1) JP6003316B2 (ja)
CN (1) CN103545329B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102193840B1 (ko) * 2020-05-22 2020-12-22 임수경 천장형 공기순환기

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6303803B2 (ja) * 2013-07-03 2018-04-04 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
JP6465545B2 (ja) 2013-09-27 2019-02-06 ソニー株式会社 撮像素子およびその製造方法ならびに電子機器
US9841319B2 (en) * 2013-11-19 2017-12-12 United Microelectronics Corp. Light detecting device
US10276620B2 (en) 2014-02-27 2019-04-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor device and method for forming the same
KR102209097B1 (ko) * 2014-02-27 2021-01-28 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 제조 방법
US9582201B2 (en) 2014-09-26 2017-02-28 Western Digital Technologies, Inc. Multi-tier scheme for logical storage management
TWI700824B (zh) 2015-02-09 2020-08-01 日商索尼半導體解決方案公司 攝像元件及電子裝置
US9584744B2 (en) * 2015-06-23 2017-02-28 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with voltage-biased trench isolation structures
KR102566061B1 (ko) * 2017-03-22 2023-08-11 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 촬상 장치 및 신호 처리 장치
US10211244B2 (en) 2017-06-30 2019-02-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor device with reflective structure and method for forming the same
JP2018133575A (ja) * 2018-03-08 2018-08-23 ソニー株式会社 固体撮像装置、電子機器、及び、固体撮像装置の製造方法
WO2020177123A1 (en) 2019-03-07 2020-09-10 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Color imaging system
CN112909034A (zh) 2019-12-04 2021-06-04 半导体元件工业有限责任公司 半导体器件
US11652176B2 (en) 2019-12-04 2023-05-16 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor devices with single-photon avalanche diodes and light scattering structures with different densities
US11244979B2 (en) * 2019-12-19 2022-02-08 Omnivision Technologies, Inc. Deep trench isolation (DTI) structure for CMOS image sensor
CN113141444B (zh) 2020-01-19 2023-08-08 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器、成像装置、电子设备、图像处理系统及信号处理方法
CN111741239B (zh) * 2020-06-29 2022-04-12 深圳市汇顶科技股份有限公司 图像传感器和电子设备

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005340299A (ja) * 2004-05-24 2005-12-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置およびその製造方法並びにカメラ
JP4623641B2 (ja) * 2005-02-23 2011-02-02 パナソニック株式会社 固体撮像装置の製造方法
JP5098310B2 (ja) * 2006-11-28 2012-12-12 凸版印刷株式会社 固体撮像装置の製造方法
JP2008271123A (ja) * 2007-04-19 2008-11-06 Konica Minolta Holdings Inc 撮像装置
JP2009081169A (ja) * 2007-09-25 2009-04-16 Fujifilm Corp 固体撮像素子
CN101588506B (zh) * 2008-05-22 2012-05-30 索尼株式会社 固体摄像装置及其制造方法以及电子设备
US8222710B2 (en) * 2008-06-13 2012-07-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Sensor structure for optical performance enhancement
KR101550067B1 (ko) * 2008-12-24 2015-09-03 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 이미지 센서 및 이의 제조 방법
JP4816768B2 (ja) 2009-06-22 2011-11-16 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
JP2010258157A (ja) * 2009-04-23 2010-11-11 Panasonic Corp 固体撮像装置およびその製造方法
JP2011054911A (ja) * 2009-09-04 2011-03-17 Sony Corp 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器
KR20110036994A (ko) * 2009-10-05 2011-04-13 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법
JP5736755B2 (ja) * 2010-12-09 2015-06-17 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
KR101232282B1 (ko) * 2011-04-27 2013-02-12 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서 및 그 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102193840B1 (ko) * 2020-05-22 2020-12-22 임수경 천장형 공기순환기

Also Published As

Publication number Publication date
US20140015085A1 (en) 2014-01-16
US8969988B2 (en) 2015-03-03
CN103545329A (zh) 2014-01-29
CN103545329B (zh) 2019-01-25
JP2014022415A (ja) 2014-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6003316B2 (ja) 固体撮像装置、電子機器
US11424285B2 (en) Image sensor with conductive pixel separation structure and method of manufacturing the same
JP6130221B2 (ja) 固体撮像装置、および電子機器
JP5489705B2 (ja) 固体撮像装置および撮像システム
JP6126593B2 (ja) 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び、電子機器
JP5501379B2 (ja) 固体撮像装置および撮像システム
US8390043B2 (en) Solid-state imaging device with stress-relieving silicide blocking layer and electronic apparatus comprising said solid-state device
JP2011159757A (ja) 固体撮像装置とその製造方法、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器
JP2014192348A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
KR20120123190A (ko) 반도체 장치, 반도체 장치의 제조 방법, 고체 촬상 장치 및 전자 기기
KR20140015326A (ko) 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기
JP2012028459A (ja) 半導体装置、固体撮像装置、半導体装置の製造方法、固体撮像装置の製造方法、電子機器
JP5784167B2 (ja) 固体撮像装置の製造方法
KR102575458B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
JP2013012556A (ja) 固体撮像装置とその製造方法、および電子機器
JP2011029453A (ja) 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
JPWO2013094430A1 (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器
JP2013016676A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法、電子機器
CN104701334A (zh) 采用深沟槽隔离的堆叠图像传感器的制作方法
JP2013110285A (ja) 固体撮像素子および製造方法、並びに、電子機器
JP4486043B2 (ja) Cmosイメージセンサー及びその製造方法
JP2015111604A (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び、電子機器
KR101476035B1 (ko) 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 고체 촬상 장치
JP2011049503A (ja) 光電変換装置、撮像システム、及び光電変換装置の製造方法
JP6316902B2 (ja) 固体撮像装置、および電子機器

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150225

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150225

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160112

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160202

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160309

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160809

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160822

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6003316

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees