JP6729654B2 - 半導体装置、固体撮像素子、および電子機器 - Google Patents

半導体装置、固体撮像素子、および電子機器 Download PDF

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Description

本開示は、半導体装置、固体撮像素子、および電子機器に関し、特に、ホットキャリア発光による悪影響を抑制することができるようにした半導体装置、固体撮像素子、および電子機器に関する。
近年、電子式カメラはますます普及が進んでおり、その中心部品である固体撮像素子（イメージセンサ）の需要はますます高まっている。また、固体撮像素子の性能面では高画質化および高機能化を実現するための技術開発が続けられている。一方、ビデオカメラや携帯型カメラはもとより、携帯電話やPDA、ノート型パーソナルコンピュータなどへの普及が進むにつれて、固体撮像素子およびその部品についても、持ち運びを容易にするための小型化・軽量化・薄型化、普及拡大のための低コスト化が必須のものとなってきている。
一般的に、固体撮像装置は、シリコン基板上の第１の主面（受光面）側に光電変換素子や増幅回路、画像処理のための周辺回路、素子・回路間を接続するための多層配線層が形成される。さらに、固体撮像装置は、マイクロレンズやカラーフィルタなどの集光構造を形成したチップの第１の主面の上方にカバーガラスを配置し、前記第１の主面の外周側、あるいはチップの第２の主面側に端子を形成した構造を有する。
また、固体撮像装置の高機能化および高速化を実現するために、周辺回路の規模が増大するとともに、周辺回路の処理速度も高速化されている。また、高画質化の一つとして階調表現（分解能）を向上させようとすると、高電圧化が必要になる。一方で、低コスト化を実現するためには、画素部および周辺回路を近距離に配置して、チップサイズを出来るだけ小さくすることが求められる。
しかしこの場合、光電変換素子および周辺回路が至近距離に形成されるため、イメージセンサ特有の課題が発生する。光電変換素子は微少なキャリア（電子）を信号として扱うため、周辺にある回路からの熱や電磁場の影響が雑音として混入しやすい。加えて、トランジスタやダイオードから出る微少なホットキャリア発光もイメージセンサ特性に大きな影響を与えることになる。
ホットキャリア発光はソース・ドレイン間で加速されたキャリアがドレイン端で衝突電離するときに出る電子とホールの生成再結合、あるいはそのどちらかの状態遷移によって起きる発光である。この発光は、特性上何の問題もないトランジスタでも微少であるが定常的に発生している。その発光量は、トランジスタにかかる電圧が高くなると指数関数的に増大する。
また、トランジスタを高速動作させても発光量は増加する。発光は四方に拡散するため、トランジスタから離れると影響は非常に小さくなるが、光電変換素子と回路を非常に近くに配置した場合、発光はそれほど拡散せずに光電変換素子に光子が相当数注入される。拡散が不十分であることから、回路のトランジスタ配置密度やアクティブ率の違いから生じるホットキャリア発光の発生分布が２次元情報として画像に写り込んでしまう。そのため、光電変換素子への注入量を検出限界以下に抑えるための、遮光用に設計された構造が必要である。
なお、光電変換素子だけでなく、高感度のアナログ素子に対しても同様な影響を与える可能性がある。例えばフラッシュメモリのようなデバイスは高密度化・多値化が進んでいるため、外部からのノイズ混入が起きると保持している値が変化する懸念がある。
このような問題に対し、特許文献１および２では、光電変換素子と周辺回路との間に、光の伝搬を抑制するような遮光構造を提供している。
例えば、特許文献１で開示される技術では、特許文献１の図７に示すように、光電変換素子と同程度以上の高さになるような遮光構造、あるいは光を屈折させる構造を半導体基板内に形成し、周辺回路から出たホットキャリア発光による光の伝搬が抑制される。さらに、特許文献１の図１６に示すように、トランジスタで発生した光が裏面側に到達し反射することを防ぐために、近赤外の光の反射を防止するような反射防止膜を形成した構造が提供される。
同様に、特許文献２で開示される技術では、特許文献２の図７に示すように、周辺回路で発生した光の進行経路上に遮光部材を形成することで、光電変換素子に光が入射することが抑制される。
ところで、特許文献１で開示される技術では、特許文献１の図７および図１８に示すように、光電変換素子と同程度以上の深さ、あるいは周辺回路部で発生したホールの伝搬を抑制可能な深さで遮光構造を形成している。このような構造の場合、周辺回路から光電変換素子に直線的に伝搬する成分は阻止することはできるのに対し、光は波動成分を持つことより、遮光構造の下部を回り込んで伝搬してしまう。すなわち、光電変換素子と同程度の深さの遮光構造では遮光効果は不十分であり、遮光構造下部の隙間を通って伝搬する。また、ホールの伝搬を阻止することができたとしても、大部分のホールは周辺回路のごく近傍で再結合し、光成分に変わってしまっているので、ホール伝搬阻止による抑制効果はほとんど無い。
さらに、特許文献１では、ホットキャリア発光による光が基板の裏面側まで伝搬した際に反射を抑制するための、近赤外の反射防止膜も提供している。一方、トランジスタで発生した光は四方八方へ放射されるため、反射防止膜に対しても色々な角度を持って入射する。この角度がある特定の角度以下になると、界面で光が全反射してしまう。そのため、反射防止膜があっても光の伝搬を完全に抑制することは非常に困難である。
また、半導体基板を数μｍ程度まで薄肉化した構造の場合、トランジスタから裏面側への距離は大幅に短くなり、光があまり減衰せず裏面側まで伝搬する。その結果、近赤外光だけでなく青色光も裏面側まで到達し、近赤外の反射防止膜では抑制することはできなくなる。特に、近年開発された裏面照射型の固体撮像装置の場合、基板の裏面側から光を取り込むために基板を薄くする必要があるため、裏面側で反射して伝搬する成分が大幅に増加し、光ノイズ成分が大幅に増えることになる。
そして、特許文献２においても、特許文献１と同様に、周辺回路と光電変換素子の間に遮光構造を提供するが、トランジスタから出た光の経路上に設置することしか言及していないため、光が回り込んで伝搬する成分を抑制することは非常に困難である。すなわち、特許文献２で開示される技術では、特許文献１と同様に、遮光構造下部の隙間を通って光が伝搬する。
また、特許文献２で開示される技術では、光電変換部の上方に遮光膜があることを特徴とするが、これは表面照射型固体撮像装置特有の構造であるため、裏面照射型固体撮像装置に適用されない。上述したように、裏面照射型の固体撮像装置において光ノイズ成分が大幅に増えることより、特許文献２で開示される技術では、光の伝搬を完全に抑制することは非常に困難である。
特開２０１０−２４５４９９号公報 特開２００２−０４３５６６号公報
上述したように、特許文献１および２で開示されている技術では、周辺回路におけるホットキャリア発光による光が半導体基板を伝搬して光電変換素子に入射することを防止することができず、ホットキャリア発光による悪影響を抑制することは困難であった。特に、裏面照射型の固体撮像装置では、半導体基板を薄くする構成であることより光ノイズ成分が大幅に増えるため、その悪影響は大きいものである。また、上述したように、光電変換素子だけでなく、高感度のアナログ素子に対しても、ホットキャリア発光により発生した光が同様の悪影響を与える可能性がある。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ホットキャリア発光による悪影響を抑制することができるようにするものである。
本開示の一側面の半導体装置は、複数の素子が形成される素子形成部と、前記素子形成部に積層され、前記素子間を接続する配線が形成される配線部とを備え、前記素子形成部は、入射光を光電変換する複数の受動素子を含む画素領域と、前記画素領域の周辺に配置される複数の能動素子を含む周辺領域と、断面視では前記画素領域および前記周辺領域との間に少なくとも設けられ、平面視では前記画素領域を囲んで設けられた構造物とを有し、前記構造物は、前記素子形成部において前記配線部が積層される面に対して反対側となる面から前記配線部が積層される面側へ、前記素子形成部を貫通せずに設けられ、前記素子形成部の厚み方向において前記配線部が積層される面との間隔が、前記能動素子の駆動に際して発生する光の通り抜けを防止する所定の長さ以下であり、光を吸収する材料を含む。
本開示の一側面の固体撮像素子は、複数の素子が形成される素子形成部と、前記素子形成部に積層され、前記素子間を接続する配線が形成される配線部と、前記素子形成部が積層される面に対して反対側となる前記配線部の面に接合される支持基板とを備え、前記素子形成部が、入射光を光電変換する複数の受動素子を含む画素領域と、前記画素領域の周辺に配置される複数の能動素子を含む周辺領域と、断面視では前記画素領域および前記周辺領域との間に少なくとも設けられ、平面視では前記画素領域を囲んで設けられた構造物とを有し、前記構造物は、前記配線部が積層される面に対して反対側となる前記素子形成部の面から前記配線部が積層される面側へ、前記素子形成部を貫通せずに設けられ、前記素子形成部の厚み方向において、前記配線部が積層される面との間隔が、前記能動素子の駆動に際して発生する光の通り抜けを防止する所定の長さ以下であり、光を吸収する材料を含み、前記入射光は、前記素子形成部において前記配線部が積層される面に対して反対側となる面に照射される。
本開示の一側面の電子機器は、複数の素子が形成される素子形成部と、前記素子形成部に積層され、前記素子間を接続する配線が形成される配線部と、前記素子形成部が積層される面に対して反対側となる前記配線部の面に接合される支持基板とを備え、前記素子形成部が、入射光を光電変換する複数の受動素子を含む第１の素子領域と、前記第１の素子領域の周辺に配置される複数の能動素子を含む第２の素子領域と、断面視では前記第１の素子領域および前記第２の素子領域との間において、前記配線部が積層される面に対して反対側となる前記素子形成部の面から前記配線部が積層される面側へ、前記素子形成部を貫通せずに設けられ、前記配線部が積層される面との、前記素子形成部の厚み方向の隙間が、前記能動素子の駆動に際して発生する光の通り抜けを防止する所定の間隔以下となり、平面視では前記第１の素子領域を囲うように形成され、光を吸収する材料により構成される構造物とを有し、前記入射光は、前記素子形成部において前記配線部が積層される面に対して反対側となる面に照射される固体撮像素子を備える。
本開示の一側面においては、素子形成部において、入射光を光電変換する複数の受動素子を含む画素領域と、前記画素領域の周辺に配置される複数の能動素子を含む周辺領域と、断面視では前記画素領域および前記周辺領域との間に少なくとも設けられ、平面視では前記画素領域を囲んで設けられた構造物とが設けられる。そして、構造物として、素子形成部において配線部が積層される面に対して反対側となる面から配線部が積層される面側へ、前記素子形成部を貫通せずに設けられ、素子形成部の厚み方向において配線部が積層される面との間隔が、前記能動素子の駆動に際して発生する光の通り抜けを防止する所定の長さ以下であり、光を吸収する材料が含まれる。
本開示の一側面によれば、ホットキャリア発光による悪影響を抑制することができる。
本技術を適用した固体撮像素子の第１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。 固体撮像素子の断面的な構成例を示す図である。 構造物の近傍を拡大した概略的な構成例を示す図である。 構造物の平面的な第１の配置例を示す図である。 固体撮像素子の第１の実施の形態における第１の変形例を示す図である。 固体撮像素子の第１の実施の形態における第２の変形例を示す図である。 固体撮像素子の第１の実施の形態における第３の変形例を示す図である。 固体撮像素子の第１の実施の形態における第４の変形例を示す図である。 固体撮像素子の第１の実施の形態における第５の変形例を示す図である。 構造物の平面的な第２の配置例を示す図である。 構造物の平面的な第３の配置例を示す図である。 構造物の平面的な第４の配置例を示す図である。 本技術を適用した半導体装置の一実施の形態の構成例を示す図である。 本技術を適用した固体撮像素子の第２の実施の形態における断面的な構成例を示す図である。 固体撮像素子の第２の実施の形態における第１の変形例を示す図である。 固体撮像素子の第２の実施の形態における第２の変形例を示す図である。 固体撮像素子の第２の実施の形態における第３の変形例を示す図である。 本技術を適用した固体撮像素子の第３の実施の形態における断面的な構成例を示す図である。 シミュレーションに用いた固体撮像素子の断面の構成例を示す図である。 各材料の屈折率ｎおよび減衰係数ｋを示す図である。 シミュレーション条件を示す図である。 構造物の深さをパラメータとして遮光効果をシミュレーションした結果を示す図である。 構造物の本数をパラメータとして遮光効果をシミュレーションした結果を示す図である。 構造物のピッチをパラメータとして遮光効果をシミュレーションした結果を示す図である。 構造物の材料をパラメータとして遮光効果をシミュレーションした結果を示す図である。 赤外光を吸収する材料の構造物を用いた遮光効果をシミュレーションした結果を示す図である。 固体撮像素子の第３の実施の形態における第１の変形例を示す図である。 第１の変形形態における遮光効果をシミュレーションした結果を示す図である。 第２の変形形態における遮光効果をシミュレーションした結果を示す図である。 固体撮像素子の第３の実施の形態における第３の変形例を示す図である。 第３の変形形態における遮光効果をシミュレーションした結果を示す図である。 第４の変形形態における遮光効果をシミュレーションした結果を示す図である。 固体撮像素子の第３の実施の形態における第５の変形例を示す図である。 固体撮像素子の第３の実施の形態における構造物の平面的な第１の配置例を示す図である。 固体撮像素子の第３の実施の形態における構造物の平面的な第２の配置例を示す図である。 固体撮像素子の第３の実施の形態における構造物の平面的な第３の配置例を示す図である。 固体撮像素子の第３の実施の形態における構造物の平面的な第４の配置例を示す図である。 電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本技術を適用した固体撮像素子の第１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
図１において、固体撮像素子１１は、画素領域１２、垂直駆動回路１３、カラム信号処理回路１４、水平駆動回路１５、出力回路１６、および制御回路１７を備えて構成される。
画素領域１２には、複数の画素１８が行列状に配置されており、それぞれの画素１８は、水平信号線を介して垂直駆動回路１３に接続されるとともに、垂直信号線を介してカラム信号処理回路１４に接続される。複数の画素１８は、図示しない光学系を介して照射される光の光量に応じた画素信号をそれぞれ出力し、それらの画素信号から、画素領域１２に結像する被写体の画像が構築される。
垂直駆動回路１３は、画素領域１２に配置される複数の画素１８の行ごとに順次、それぞれの画素１８を駆動（転送や、選択、リセットなど）するための駆動信号を、水平信号線を介して画素１８に供給する。カラム信号処理回路１４は、複数の画素１８から垂直信号線を介して出力される画素信号に対してCDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)処理を施すことにより、画像信号のアナログディジタル変換を行うとともにリセットノイズを除去する。
水平駆動回路１５は、画素領域１２に配置される複数の画素１８の行ごとに順次、カラム信号処理回路１４から画素信号を出力させるための駆動信号を、カラム信号処理回路１４に供給する。出力回路１６は、水平駆動回路１５の駆動信号に従ったタイミングでカラム信号処理回路１４から供給される画素信号を増幅し、後段の画像処理回路に出力する。
制御回路１７は、固体撮像素子１１の内部の各ブロックの駆動を制御する。例えば、制御回路１７は、各ブロックの駆動周期に従ったクロック信号を生成して、それぞれのブロックに供給する。
次に、図２を参照して、固体撮像素子１１の断面的な構成例について説明する。
図２には、固体撮像素子１１を構成する画素領域１２と周辺回路１９との境界部分における断面的な構成例が示されている。なお、周辺回路１９は、垂直駆動回路１３、カラム信号処理回路１４、水平駆動回路１５、出力回路１６、または制御回路１７のうち、画素領域１２の周辺に配置されるものを総称したものである。
図２に示すように、固体撮像素子１１は、画素領域１２および周辺回路１９を構成する素子が配置される基板である第１の基板２１と、第１の基板２１を支持する基板である第２の基板２２とが、接合層２３を介して接合されることによって構成される。
また、第１の基板２１は、素子形成部２４、配線部２５、および集光部２６が積層されて構成される。素子形成部２４は、例えば、高純度シリコンの単結晶が薄くスライスされたシリコンウェハであり、素子形成部２４の一方の面（図２において下側を向く面）に対して配線部２５が積層され、その反対側を向く面（図２において上側を向く面）に対して集光部２６が積層される。なお、以下適宜、素子形成部２４に対して配線部２５が積層される面を表面と称し、素子形成部２４に対して集光部２６が積層される面を裏面と称する。即ち、固体撮像素子１１は、第１の基板２１の裏面側から光が照射される裏面照射型の固体撮像素子である。
配線部２５には、素子形成部２４に形成される素子間を接続する複数の配線２７が層間絶縁膜を介して配置されている。そして、それらの配線２７を介して、例えば、周辺回路１９の駆動を制御するための駆動信号が供給されたり、画素領域１２に配置されている複数の画素１８から読み出される画素信号が出力される。
固体撮像素子１１の画素領域１２に配置される複数の画素１８ごとに、素子形成部２４には受光素子３１が形成され、集光部２６にはカラーフィルタ３２およびオンチップレンズ３３が形成される。
図２の例では、２つの画素１８−１および１８−２が図示されている。即ち、画素１８−１は、受光素子３１−１、カラーフィルタ３２−１、およびオンチップレンズ３３−１を有して構成され、画素１８−２は、受光素子３１−２、カラーフィルタ３２−２、およびオンチップレンズ３３−２を有して構成される。なお、画素１８−１および１８−２は同様に構成されており、それらを区別する必要がない場合、以下適宜、画素１８と称し、画素１８−１および１８−２を構成する各部についても同様とする。
受光素子３１は、カラーフィルタ３２およびオンチップレンズ３３を透過して照射される光を受光して光電変換を行い、その光の光量に応じた電荷を発生する。カラーフィルタ３２は、画素１８ごとに、所定の色（例えば、赤色、緑色、および青色）の光を透過し、オンチップレンズ３３は、画素１８ごとに、受光素子３１に照射される光を集光する。
また、固体撮像素子１１の周辺回路１９は、複数の能動素子３４により構成されており、図２の例では、２つの能動素子３４−１および３４−２が示されている。能動素子３４−１および３４−２は、例えば、トランジスタなどの半導体素子であり、その構成については図３を参照して説明する。また、能動素子３４−１および３４−２について、それらを区別する必要がない場合、以下適宜、能動素子３４と称する。
このように、固体撮像素子１１では、素子形成部２４において、画素領域１２に受光素子３１が配置され、周辺回路１９に能動素子３４が配置される。そして、固体撮像素子１１では、素子形成部２４において、画素領域１２と周辺回路１９との間に、光の伝搬を妨げる材料により構成される構造物３５が配置される。
ここで、図３を参照して、構造物３５について説明する。図３のＡおよび図３のＢには、固体撮像素子１１の構造物３５の近傍を拡大した概略的な構成例が示されている。
図３に示すように、能動素子３４は、ゲート電極５１、ドレイン領域５２、ソース領域５３、並びに、素子分離部５４および５５から構成される。ゲート電極５１は、素子形成部２４の表面に、図示しない絶縁膜を介して形成され、ドレイン領域５２およびソース領域５３は、素子形成部２４の表面側においてゲート電極５１を挟んだ位置に形成される。素子分離部５４および５５は、能動素子３４を、隣接する他の能動素子３４と分離するように形成される。
このように構成されている能動素子３４の駆動に際して、上述したように、ホットキャリア発光により発生する光が受光素子３１に入射してしまい、従来、受光素子３１から出力される信号に悪影響を及ぼしていた。
そこで、固体撮像素子１１では、画素領域１２と周辺回路１９との間に、即ち、受光素子３１と能動素子３４との間に、素子形成部２４における光の伝搬を妨げるために、光を屈折または吸収させる材料により形成される構造物３５が配置される。
例えば、構造物３５を構成する、光を屈折させる材料としては、酸化シリコン（SiO2）や窒化シリコン（SiN）、高誘電率材料（HfO2、ZrO2）などのように、半導体基板（Si）の誘電率と異なる材料を採用することができる。また、構造物３５を構成する、光を吸収させる材料としては、ゲルマニウム（Ge）や化合物系（例えば、カルコパイライト：CuInSe2）などのように、シリコンより狭バンドギャップを有する半導体の単一膜を採用することができる。
従って、図３のＢに示すように、能動素子３４においてホットキャリア発光により発生し、能動素子３４から直接的に、または、素子形成部２４の表面や裏面において反射して受光素子３１に向かう光は、構造物３５を透過する際、屈折率の違いにより散乱され、あるいは吸収される。これにより、ホットキャリア発光により発生した光が構造物３５を透過する光量を減少させることができ、その光が受光素子３１に入射することを回避することができる。
また、構造物３５は、素子形成部２４の表面（図３の下側を向く面）を掘り込んで形成されており、構造物３５の先端と素子形成部２４の裏面との隙間の間隔ｄが短波長（例えば、400nm程度）以下となる構成となっている。このように、素子形成部２４の厚み方向の隙間が間隔ｄとなるように、構造物３５の先端と素子形成部２４の裏面との隙間を形成することで、ホットキャリアにより発生した光が、その隙間を通り抜けることを防止することができる。これにより、ホットキャリアにより発生した光が、受光素子３１に入射することを回避することができ、その光が受光素子３１から出力される信号に与える悪影響を抑制することができる。
以上のように、固体撮像素子１１においては、画素領域１２と周辺回路１９との間に、光を屈折または吸収させる材料により形成される構造物３５を配置することによって、ホットキャリアにより発生した光による悪影響を抑制することができる。
これにより、固体撮像素子１１では、周辺回路１９におけるホットキャリアによる発光の光量が多くても受光素子３１のノイズ源となるような影響を考慮する必要がないので、周辺回路１９を高速および高電圧で動作することができる。また、高速および高電圧で動作する周辺回路１９を画素領域１２の近傍に配置することができるので、固体撮像素子１１のチップサイズを縮小することができ、低コスト化を図ることができる。
また、図４には、構造物３５の平面的な第１の配置例が示されている。
図４に示すように、固体撮像素子１１は、画素領域１２と周辺回路１９との間を通り、平面的に見て画素領域１２を囲うように構造物３５が配置されている。このように構造物３５を配置することにより、周辺回路１９の能動素子３４で発生した光が、どの方向からも画素領域１２に入り込むことを防止することができる。従って、ホットキャリアにより発生した光による悪影響を、より確実に抑制することができる。
次に、図５には、固体撮像素子１１の第１の実施の形態における第１の変形例が示されている。
図５に示すように、固体撮像素子１１Ａでは、能動素子３４および受光素子３１の間に形成される構造物３５Ａが、図３の固体撮像素子１１と異なる構成とされている。なお、固体撮像素子１１Ａについて、他の構成については、図３の固体撮像素子１１と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
即ち、図３の固体撮像素子１１では、素子形成部２４の表面側を掘り込んで構造物３５が形成されていたのに対し、固体撮像素子１１Ａでは、素子形成部２４の裏面側を掘り込んで構造物３５Ａが形成される。また、構造物３５Ａは、構造物３５と同様に、光を屈折または吸収させる材料により形成され、構造物３５Ａの先端と素子形成部２４の表面との隙間の間隔ｄが短波長（例えば、400nm程度）以下となる構成となっている。
従って、固体撮像素子１１Ａにおいても、図３の固体撮像素子１１と同様に、ホットキャリア発光により発生した光が、構造物３５Ａにおいて散乱または吸収されるとともに、先端側の隙間を通り抜けることを防止することができる。これにより、固体撮像素子１１Ａは、ホットキャリアにより発生した光が受光素子３１に入射することを回避することができ、その光による悪影響を抑制することができる。
次に、図６には、固体撮像素子１１の第１の実施の形態における第２の変形例が示されている。
図６に示すように、固体撮像素子１１Ｂでは、能動素子３４および受光素子３１の間に形成される構造物３５Ｂ−１および３５Ｂ−２が、図３の固体撮像素子１１と異なる構成とされている。なお、固体撮像素子１１Ｂについて、他の構成については、図３の固体撮像素子１１と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
即ち、図３の固体撮像素子１１では、素子形成部２４の表面側を掘り込んで構造物３５が形成されていたのに対し、固体撮像素子１１Ｂでは、素子形成部２４の表面側および裏面側を掘り込んで構造物３５Ｂ−１および３５Ｂ−２が形成される。また、構造物３５Ｂ−１および３５Ｂ−２は、構造物３５と同様に、光を屈折または吸収させる材料により形成される。
例えば、固体撮像素子１１Ｂは、素子形成部２４の裏面側から中央近傍まで形成される構造物３５Ｂ−１の先端と、素子形成部２４の表面側から中央近傍まで形成される構造物３５Ｂ−２の先端との隙間の間隔ｄが、短波長（例えば、400nm程度）以下となる構成となっている。なお、素子形成部２４の表面と構造物３５Ｂ−１の先端との間隔、および、素子形成部２４の裏面と構造物３５Ｂ−２の先端との間隔については、短波長程度に抑制する必要はない。例えば、プロセス加工ばらつき等の理由で表面または裏面との隙間を制御することが困難な場合において、固体撮像素子１１Ｂの構成を採用することが有効である。
このように、固体撮像素子１１Ｂでは、構造物３５Ｂ−１および構造物３５Ｂ−２を組み合わせた構成によって、ホットキャリア発光により発生した光が受光素子３１に入射することを回避することができる。
従って、固体撮像素子１１Ｂにおいても、図３の固体撮像素子１１と同様に、ホットキャリア発光により発生した光が、構造物３５Ｂ−１および３５Ｂ−２において散乱または吸収される。これにより、固体撮像素子１１Ｂは、ホットキャリアにより発生した光が受光素子３１に入射することを回避することができ、その光による悪影響を抑制することができる。
次に、図７には、固体撮像素子１１の第１の実施の形態における第３の変形例が示されている。
図７に示すように、固体撮像素子１１Ｃでは、能動素子３４および受光素子３１の間に形成される構造物３５Ｃが、図３の固体撮像素子１１と異なる構成とされている。なお、固体撮像素子１１Ｃについて、他の構成については、図３の固体撮像素子１１と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
即ち、図３の固体撮像素子１１では、素子形成部２４の表面側を掘り込んで構造物３５が形成されていたのに対し、固体撮像素子１１Ｃでは、素子形成部２４の表面側から裏面側まで貫通するように構造物３５Ｃが形成される。即ち、固体撮像素子１１Ｃでは、素子形成部２４の厚み方向に隙間が設けられることなく構造物３５Ｃが形成される。また、構造物３５Ｃは、構造物３５と同様に、光を屈折または吸収させる材料により形成される。
従って、固体撮像素子１１Ｃにおいても、図３の固体撮像素子１１と同様に、ホットキャリア発光により発生した光が、構造物３５Ｃにおいて散乱または吸収される。これにより、固体撮像素子１１Ｃは、ホットキャリアにより発生した光が受光素子３１に入射することを回避することができ、その光による悪影響を抑制することができる。また、固体撮像素子１１Ｃは、図３の固体撮像素子１１のように、構造物３５を形成するときにおいて素子形成部２４を掘り込む際に間隔ｄを設けるような制御を必要としないため、構造物３５Ｃを容易に形成することができる。
次に、図８には、固体撮像素子１１の第１の実施の形態における第４の変形例が示されている。
図８に示すように、固体撮像素子１１Ｄでは、能動素子３４および受光素子３１の間に形成される構造物３５Ｄ−１および３５Ｄ−２が、図３の固体撮像素子１１と異なる構成とされている。なお、固体撮像素子１１Ｄについて、他の構成については、図３の固体撮像素子１１と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
即ち、図３の固体撮像素子１１では、素子形成部２４に１つの構造物３５が形成されていたのに対し、固体撮像素子１１Ｄでは、素子形成部２４に２つの構造物３５Ｄ−１および３５Ｄ−２が形成される。また、構造物３５Ｄ−１および３５Ｄ−２は、構造物３５と同様に、光を屈折または吸収させる材料により形成され、構造物３５Ｄ−１および３５Ｄ−２の先端と素子形成部２４の表面との隙間の間隔ｄが短波長（例えば、400nm程度）以下となる構成となっている。なお、図８では、２つの構造物３５Ｄ−１および３５Ｄ−２が、能動素子３４および受光素子３１の間に配置される構成例が示されているが、能動素子３４から受光素子３１に向かう間に２つ以上の複数の構造物３５Ｄが配置される構成としてもよい。
従って、固体撮像素子１１Ｄにおいても、図３の固体撮像素子１１と同様に、ホットキャリア発光により発生した光が、構造物３５Ｄ−１および３５Ｄ−２において散乱または吸収されるとともに、先端側の隙間を通り抜けることを防止することができる。特に、固体撮像素子１１Ｄでは、複数の構造物３５Ｄを配置することで、構造物３５Ｄを透過するたびに光が散乱または吸収されることによって、１つの構造物３５が配置される構成よりも、透過光を抑制する効果を向上させることができる。これにより、固体撮像素子１１Ｄは、ホットキャリアにより発生した光が受光素子３１に入射することを回避することができ、その光による悪影響を抑制することができる。
次に、図９には、固体撮像素子１１の第１の実施の形態における第５の変形例が示されている。
図９に示すように、固体撮像素子１１Ｅでは、能動素子３４および受光素子３１の間に形成される構造物３５Ｅが、図３の固体撮像素子１１と異なる構成とされている。なお、固体撮像素子１１Ｅについて、他の構成については、図３の固体撮像素子１１と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
即ち、図３の固体撮像素子１１では、素子形成部２４の厚み方向（表面および裏面に対して略直交する方向）に並行な側壁を有して構造物３５が形成されていたのに対し、固体撮像素子１１Ｅでは、素子形成部２４の厚み方向に向かう側壁が、その厚み方向に対して傾斜して構造物３５Ｅが形成される。例えば、図９に示すように、固体撮像素子１１Ｅでは、素子形成部２４の裏面から表面に向かうに従い幅が狭くなるように傾斜した側壁を有するように構造物３５Ｅが形成される。また、構造物３５Ｅは、構造物３５と同様に、光を屈折または吸収させる材料により形成され、構造物３５Ｅの先端と素子形成部２４の表面との隙間の間隔ｄが短波長（例えば、400nm程度）以下となる構成となっている。
従って、固体撮像素子１１Ｅにおいても、図３の固体撮像素子１１と同様に、ホットキャリア発光により発生した光が、構造物３５Ｅにおいて散乱または吸収されるとともに、先端側の隙間を通り抜けることを防止することができる。特に、固体撮像素子１１Ｅでは、側壁が傾斜するように構造物３５Ｅを形成することで、構造物３５Ｅにおける屈折効果を向上させることができる。例えば、素子形成部２４の内部において受光素子３１に向かって伝搬してくる光が構造物３５Ｅに入射すると、その進行方向に対して光を大きく曲げることができる。このように、構造物３５Ｅによる光散乱効果が向上することで、固体撮像素子１１Ｅは、ホットキャリアにより発生した光が受光素子３１に入射することを回避することができ、その光による悪影響を抑制することができる。
次に、図１０は、構造物３５の平面的な第２の配置例が示されている。
図１０に示すように、固体撮像素子１１Ｆは、画素領域１２と周辺回路１９との間を通り、平面的に見て周辺回路１９を囲うように構造物３５Ｆが配置されている。このように構造物３５Ｆを配置することにより、周辺回路１９の能動素子３４で発生した光が、どの方向にも漏れ出ることを防止し、その光が画素領域１２に入り込むことを防止することができる。従って、固体撮像素子１１Ｆでは、ホットキャリアにより発生した光による悪影響を確実に抑制することができる。なお、構造物３５Ｆの断面的な構成は、図３および図５乃至９に示した構造物３５いずれかの構造を採用することができる。
次に、図１１は、構造物３５の平面的な第３の配置例が示されている。
図１１に示すように、固体撮像素子１１Ｇは、画素領域１２と周辺回路１９との間を少なくとも通るように、周辺回路１９から画素領域１２に直線的に向かう光を少なくとも遮るように構造物３５Ｇが配置されている。このように構造物３５Ｇを配置することにより、周辺回路１９の能動素子３４で発生した光が、画素領域１２に直線的に入り込むことを防止することができる。従って、固体撮像素子１１Ｇでは、ホットキャリアにより発生した光による悪影響を抑制することができる。なお、構造物３５Ｇの断面的な構成は、図３および図５乃至９に示した構造物３５いずれかの構造を採用することができる。
次に、図１２は、構造物３５の平面的な第４の配置例が示されている。
図１２に示すように、固体撮像素子１１Ｈは、画素領域１２と周辺回路１９との間を通り、平面的に見て画素領域１２を囲うように、複数の構造物が組み合わされて構成される構造物３５Ｈが配置されている。ここで、構造物３５Ｈは、構造物３５Ｈの外側から画素領域１２に向かう直線上に、いずれかの構造物が必ず配置されるように、即ち、構造物３５Ｈの外側から画素領域１２に向かって直線的に光がすり抜けないように構造物が配置されている。
このような構成の構造物３５Ｈにより、固体撮像素子１１Ｈでは、周辺回路１９の能動素子３４で発生した光が、画素領域１２に直線的に入り込むことを防止することができる。従って、ホットキャリアにより発生した光による悪影響を抑制することができる。特に、固体撮像素子１１Ｈは、例えば、構造物３５を形成する際に局所的に応力集中が発生し、比較的に大型の形状を形成することができない構成において有効である。なお、構造物３５Ｈの断面的な構成は、図３および図５乃至９に示した構造物３５いずれかの構造を採用することができる。
次に、図１３は、本技術を適用した半導体装置の一実施の形態の構成例を示す図である。
図１３に示すように、半導体装置１１Ｊは、図４に示した固体撮像素子１１の画素領域１２に替えて、高感度アナログ素子領域１２Ｊが形成されて構成される。即ち、半導体装置１１Ｊでは、複数の高感度のアナログ素子が、高感度アナログ素子領域１２Ｊに配置されている。そして、半導体装置１１Ｊでは、高感度アナログ素子領域１２Ｊの近距離に配置された周辺回路１９との間を通り、平面的に見て高感度アナログ素子領域１２Ｊを囲うように構造物３５が配置されている。
このように構成される半導体装置１１Ｊにおいては、周辺回路１９の能動素子３４で発生した光が、高感度アナログ素子領域１２Ｊに入り込むことを防止することができる。従って、ホットキャリアにより発生した光により、高感度アナログ素子領域１２Ｊに配置される高感度のアナログ素子が保持している値が変化するなどの悪影響を抑制することができる。なお、半導体装置１１Ｊでは、構造物３５の断面的な構成は、図３および図５乃至９に示したいずれかの構造を採用することができ、構造物３５の平面的な配置例としては、図１０乃至１２に示したいずれかの配置例を採用することができる。
さらに、例えば、半導体装置１１Ｊの変形例として、高感度アナログ素子領域１２Ｊの一部に複数の画素を形成し、高感度アナログ素子領域１２Ｊと画素領域とが併設される構成としてもよい。即ち、高感度アナログ素子領域１２Ｊと画素領域との両方を囲うように構造物３５を配置することで、ホットキャリアにより発生した光による高感度のアナログ素子および画素に対する悪影響を抑制することができる。また、このような構成において、構造物３５の断面的な構成は、図３および図５乃至９に示したいずれかの構造を採用することができ、構造物３５の平面的な配置例としては、図１０乃至１２に示したいずれかの配置例を採用することができる。
次に、図１４は、本技術を適用した固体撮像素子の第２の実施の形態における断面的な構成例を示す図である。
図１４に示すように、固体撮像素子１１Ｋでは、能動素子３４および受光素子３１の間に形成される金属製の構造物３５Ｋおよび絶縁物３６Ｋが、図３の固体撮像素子１１と異なる構成とされている。なお、固体撮像素子１１Ｋについて、他の構成については、図３の固体撮像素子１１と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
即ち、図３の固体撮像素子１１では、光を屈折または吸収させる材料により構造物３５が形成されていたのに対し、固体撮像素子１１Ｋでは、光を反射させる金属により金属製の構造物３５Ｋが形成され、金属製の構造物３５Ｋの周囲を取り囲むように絶縁物３６Ｋが形成される。また、金属製の構造物３５Ｋは、構造物３５と同様に、素子形成部２４の表面（図１４の下側を向く面）を掘り込んで形成されており、金属製の構造物３５Ｋの先端と素子形成部２４の裏面との隙間の間隔ｄが短波長（例えば、400nm程度）以下となる構成となっている。
例えば、金属製の構造物３５Ｋの材料としては、銅（Cu）やアルミニウム（Al）、タングステン（W）、チタン（Ti）、タンタル（Ta）などのように、可視光領域の光を十分反射する材料を採用することができる。なお、図示しないが、金属製の構造物３５Ｋには、金属製の構造物３５Ｋの電位を取り出すための電極が設けられている。
従って、固体撮像素子１１Ｋにおいても、図３の固体撮像素子１１と同様に、ホットキャリア発光により発生した光が、金属製の構造物３５Ｋにおいて反射されるとともに、先端側の隙間を通り抜けることを防止することができる。これにより、固体撮像素子１１Ｋは、ホットキャリアにより発生した光が受光素子３１に入射することを回避することができ、その光による悪影響を抑制することができる。
次に、図１５には、固体撮像素子１１の第２の実施の形態における第１の変形例が示されている。
図１５に示すように、固体撮像素子１１Ｌでは、能動素子３４および受光素子３１の間に形成される金属製の構造物３５Ｌが、図１４の固体撮像素子１１Ｋと異なる構成とされている。なお、固体撮像素子１１Ｌについて、他の構成については、図１４の固体撮像素子１１Ｋと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
即ち、図１４の固体撮像素子１１Ｋでは、素子形成部２４の表面側を掘り込んで金属製の構造物３５Ｋが形成されていたのに対し、固体撮像素子１１Ｌでは、素子形成部２４の裏面側を掘り込んで金属製の構造物３５Ｌが形成される。また、金属製の構造物３５Ｌは、構造物３５Ｋと同様に、光を反射させる材料により形成され、金属製の構造物３５Ｌの先端と素子形成部２４の表面との隙間の間隔ｄが短波長（例えば、400nm程度）以下となる構成となっている。
従って、固体撮像素子１１Ｌにおいても、図１４の固体撮像素子１１Ｋと同様に、ホットキャリア発光により発生した光が、構造物３５Ｌにおいて反射されるとともに、先端側の隙間を通り抜けることを防止することができる。これにより、固体撮像素子１１Ｌは、ホットキャリアにより発生した光が受光素子３１に入射することを回避することができ、その光による悪影響を抑制することができる。
次に、図１６には、固体撮像素子１１の第２の実施の形態における第２の変形例が示されている。
図１６に示すように、固体撮像素子１１Ｍでは、能動素子３４および受光素子３１の間に形成される金属製の構造物３５Ｍ−１および３５Ｍ−２が、図１４の固体撮像素子１１Ｋと異なる構成とされている。なお、固体撮像素子１１Ｍについて、他の構成については、図１４の固体撮像素子１１Ｋと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
即ち、図１４の固体撮像素子１１Ｋでは、素子形成部２４に１つの金属製の構造物３５Ｋが形成されていたのに対し、固体撮像素子１１Ｍでは、素子形成部２４に２つの金属製の構造物３５Ｍ−１および３５Ｍ−２が形成される。そして、構造物３５Ｍ−１は、素子形成部２４の裏面側から形成されるとともに、構造物３５Ｍ−２は、素子形成部２４の表面側から形成される。これのように構造物３５Ｍ−１および構造物３５Ｍ−２は、能動素子３４から受光素子３１を見たときに構造物３５Ｍ−１および構造物３５Ｍ−２が重ね合わされて配置されることで、それぞれの先端側の隙間から直線的に光がすり抜けないように構成される。
このように構造物３５Ｍ−１および構造物３５Ｍ−２を構成することで、素子形成部２４の裏面と構造物３５Ｍ−１の先端との隙間の間隔ｄ、および、素子形成部２４の表面と構造物３５Ｍ−２の先端との隙間の間隔ｄについては、短波長程度に抑制する必要はない。例えば、プロセス加工ばらつき等の理由で表面または裏面との隙間を制御することが困難な場合において、固体撮像素子１１Ｍの構成を採用することが有効である。
従って、固体撮像素子１１Ｍにおいても、図１４の固体撮像素子１１Ｋと同様に、ホットキャリア発光により発生した光が、金属製の構造物３５Ｍ−１および３５Ｍ−２において反射されるとともに、先端側の隙間を通り抜けることを防止することができる。これにより、固体撮像素子１１Ｍは、ホットキャリアにより発生した光が受光素子３１に入射することを回避することができ、その光による悪影響を抑制することができる。
次に、図１７には、固体撮像素子１１の第２の実施の形態における第３の変形例が示されている。
図１７に示すように、固体撮像素子１１Ｎでは、能動素子３４および受光素子３１の間に形成される金属製の構造物３５Ｎが、図１４の固体撮像素子１１Ｋと異なる構成とされている。なお、固体撮像素子１１Ｎについて、他の構成については、図１４の固体撮像素子１１Ｋと同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
即ち、図１４の固体撮像素子１１Ｋでは、素子形成部２４の表面側を掘り込んで金属製の構造物３５Ｋが形成されていたのに対し、固体撮像素子１１Ｎでは、素子形成部２４の表面側から裏面側まで貫通するように金属製の構造物３５Ｎが形成される。即ち、固体撮像素子１１Ｎでは、素子形成部２４の厚み方向に隙間が設けられることなく金属製の構造物３５Ｎが形成される。また、金属製の構造物３５Ｎは、構造物３５Ｋと同様に、光を反射させる材料により形成される。
従って、固体撮像素子１１Ｎにおいても、図１４の固体撮像素子１１Ｋと同様に、ホットキャリア発光により発生した光が、金属製の構造物３５Ｎにおいて反射される。これにより、固体撮像素子１１Ｎは、ホットキャリアにより発生した光が受光素子３１に入射することを回避することができ、その光による悪影響を抑制することができる。また、固体撮像素子１１Ｎは、図１４の固体撮像素子１１Ｋのように、金属製の構造物３５Ｎを形成するときにおいて素子形成部２４を掘り込む際に間隔ｄを設けるような制御を必要とする必要がないため、金属製の構造物３５Ｎを容易に形成することができる。
なお、金属製の構造物３５Ｋ乃至３５Ｎの平面的な配置例としては、図４および図１０乃至１２に示したいずれかの配置例を採用することができる。また、金属製の構造物３５Ｋ乃至３５Ｎを、図１３に示した半導体装置１１Ｊに適用することができる。
図１８は、本技術を適用した固体撮像素子の第３の実施の形態における断面的な構成例を示す図である。
図１８に示すように、固体撮像素子１０１は、素子形成部であるシリコン基板１０２に配線部であるシリコン酸化膜１０３が積層されて構成される。また、固体撮像素子１０１は、図１および図２を参照して説明した固体撮像素子１１と同様に、画素領域１１１と、画素領域１１１の周辺に配置される周辺回路１１２とが設けられる。画素領域１１１には、複数の受光素子１２１およびオンチップレンズ１２２が配置されており、周辺回路１１２は、能動素子１２３により構成される。なお、固体撮像素子１０１は、シリコン基板１０２に対して能動素子１２３が形成される面である表面側から、受光素子１２１に光が照射される表面照射型の固体撮像素子である。
そして、固体撮像素子１０１においても、上述の固体撮像素子１１と同様に、画素領域１１１および周辺回路１１２の間に、光の伝搬を妨げる材料により構成される構造物１２４が形成される。図示するように、固体撮像素子１０１では、複数本の構造物１２４が形成されており、これらの構造物１２４が形成される領域を構造物形成領域１１３とする。構造物１２４の材料としては、例えば、シリコン基板１０２との屈折率により光を反射する窒化ケイ素（SiN）や、空気（Air）、二酸化ケイ素（SiO2）などを使用することができる。
このように、固体撮像素子１０１では、画素領域１１１および周辺回路１１２の間に、複数本の構造物１２４を配置することによって、能動素子１２３が駆動する際に発生するホットキャリア発光による光が、受光素子１２１に到達するのを低減することができる。即ち、能動素子１２３で発生した光は、複数本の構造物１２４により反射することで、受光素子１２１に到達するまでの光学的な距離が増加することにより、シリコン基板１０２において吸収されることになる。
このような構成の固体撮像素子１０１について、構造物１２４の本数、深さ、ピッチ、および材料をパラメータとしたシミュレーションにより、構造物１２４の遮光効果について検証する。
まず、図１９乃至図２１を参照し、固体撮像素子１０１における遮光効果のシミュレーションの条件について説明する。
図１９には、シミュレーションに用いた固体撮像素子１０１の断面の構成例が示されている。図示するように、樹脂層１０４に対してシリコン基板１０２が積層される構成とし、シリコン基板１０２の厚みを１７μｍに設定する。また、ホットキャリア発光の光源となる能動素子１２３から、複数本の構造物１２４を有する構造物形成領域１１３の端部までの間隔を20μｍとし、複数の受光素子１２１を有する画素領域１１１の端部までの間隔を100μｍとする。そして、画素領域１１１の端部から160μｍの領域（以下、評価領域と称する）における放射照度分布を計算した。また、ホットキャリア発光の配光分布は、理想的な拡散反射表面が持つべき性質であるランバーシャンを仮定した。
また、図２０には、各材料の屈折率ｎおよび減衰係数ｋが示されている。例えば、シリコン酸化膜１０３（SiO2）の屈折率ｎは1.45であり、減衰係数ｋは０である。また、シリコン基板１０２（Si）の屈折率ｎは3.6であって減衰係数ｋは0.001であり、樹脂層１０４の屈折率ｎは1.54であって減衰係数ｋは０である。また、構造物１２４の材料として、窒化ケイ素（SiN）を用いるときの屈折率ｎは1.84であって減衰係数ｋは０であり、タングステン（Ｗ）を用いるときの屈折率ｎは3.05であって減衰係数ｋは3.39であり、空気（Air）を用いるときの屈折率ｎは１であって減衰係数ｋは０である。
また、図２１に示すように、基準となるシミュレーション条件として、構造物１２４の深さを３μｍとして、本数を３０本とし、ピッチを１μｍとして、材料を窒化ケイ素（SiN）とする。そして、第１のシミュレーション条件としては、基準となるシミュレーション条件から構造物１２４の深さをパラメータとし、構造物１２４の深さを、６μｍおよび１０μｍに変更する。また、第２のシミュレーション条件としては、基準となるシミュレーション条件から構造物１２４の本数をパラメータとし、構造物１２４の本数を、４５本および６０本に変更する。
また、第３のシミュレーション条件としては、基準となるシミュレーション条件から構造物１２４のピッチをパラメータとし、構造物１２４のピッチを、1.5μｍおよび２μｍに変更する。そして、第４のシミュレーション条件としては、基準となるシミュレーション条件から構造物１２４の材料をパラメータとし、構造物１２４の材料として、空気（Air）、二酸化ケイ素（SiO2）、およびタングステン（Ｗ）を用いる。
このようなシミュレーション条件により、図１９に示した評価領域における放射照度分布と、放射照度分布の積分値とを算出する。そして、従来の固体撮像素子、即ち、構造物１２４を設けない構造と比較するため、構造物１２４を設けない構造における放射照度分布および積分値を１として、各シミュレーション条件において求められた値を規格化する。
図２２乃至図２６を参照して、各シミュレーション条件における遮光効果について説明する。
図２２には、構造物１２４の深さをパラメータとし、その深さを、３μｍ、６μｍ、および１０μｍとしたときの遮光効果をシミュレーションした結果が示されている。図２２のＡでは、縦軸が規格化照度を示し、横軸が評価領域における位置を示しており、図２２のＢでは、縦軸が照度の積分値（規格化）を示し、横軸が、各深さを示している。
図２２に示すように、構造物１２４を設けない構造（None）と比較して、構造物１２４を設けることにより、評価領域における照度を低減することができる。そして、構造物１２４の深さを深くするほど遮光効果が向上することが示されている。
このように、より良好な遮光効果を得るためには、構造物１２４の深さを深く形成することが好適である。また、深さが浅い構成（３μｍ）であっても、複数本の構造物１２４を配置する構成とすることで、構造物１２４を設けない構造と比較して十分な遮光効果を得ることができる。
また、図２２のＡに示すように、ホットキャリア発光で発生した光がシリコン基板１０２の内部で吸収されるため、評価領域では、周辺回路１１２から離れる（横軸の位置が大きな値になる）に従い、放射照度が低下する。つまり、固体撮像素子１０１では、複数本の構造物１２４を配置するこにより、周辺回路１１２から画素領域１１１に至る光路長を長くすることで、光のエネルギを減衰させることによって遮光効果を得ることができる。
つまり、図１９に示すように、能動素子１２３を光源とした光の一部は、１本目の構造物１２４、即ち、能動素子１２３に最も近い構造物１２４に当たり、全反射またはフレネル反射することによって周辺回路１１２側に反射され、画素領域１１１に到達することは回避される。また、この１本目の構造物１２４に当たらなかった光は、隣り合った構造物１２４の隙間に入り込み、図１９に示すように、シリコンと構造物１２４（例えば、SiN）との間で全反射を繰り返し、それらの構造物１２４の隙間から出射される。このように、光の光路長が長くなることによって光が減衰する。または、構造物１２４の隙間から出射される光の半分程度は、周辺回路１１２側に出射されることになり、その結果、画素領域１１１に到達する光を低減することになる。
次に、図２３には、構造物１２４の本数をパラメータとし、その本数を、３０本、４５本、および６０本としたときの遮光効果をシミュレーションした結果が示されている。図２３のＡでは、縦軸が規格化照度を示し、横軸が評価領域における位置を示しており、図２３のＢでは、縦軸が照度の積分値（規格化）を示し、横軸が、各本数を示している。
図２３に示すように、構造物１２４を設けない構造（None）と比較して、複数本の構造物１２４を設けることにより、評価領域における照度を低減することができる。そして、構造物１２４を設ける本数を多くするほど遮光効果が向上することが示されている。従って、より良好な遮光効果を得るためには、構造物１２４の本数を多く設けることが好適である。
次に、図２４には、構造物１２４のピッチをパラメータとし、そのピッチを、１μｍ、1.5μｍ、および２μｍとしたときの遮光効果をシミュレーションした結果が示されている。図２４のＡでは、縦軸が規格化照度を示し、横軸が評価領域における位置を示しており、図２４のＢでは、縦軸が照度の積分値（規格化）を示し、横軸が、各ピッチを示している。
図２４に示すように、構造物１２４を設けない構造（None）と比較して、所定のピッチの構造物１２４を設けることにより、評価領域における照度を低減することができる。そして、構造物１２４を設けるピッチを広くするほど、即ち、同じ本数の構造物１２４を配置するのであれば広範囲に配置するほど、遮光効果が向上することが示されている。従って、より良好な遮光効果を得るためには、構造物１２４のピッチを広く設けることが好適である。
次に、図２５には、構造物１２４の材料をパラメータとし、その材料を、赤外光を反射する窒化ケイ素（SiN）、空気（Air）、および二酸化ケイ素（SiO2）としたときの遮光効果をシミュレーションした結果が示されている。図２５のＡでは、縦軸が規格化照度を示し、横軸が評価領域における位置を示しており、図２５のＢでは、縦軸が照度の積分値（規格化）を示し、横軸が、各材料を示している。
図２５に示すように、構造物１２４を設けない構造（None）と比較して、いずれかの材料の構造物１２４を設けることにより、評価領域における照度を低減することができる。そして、構造物１２４の材料が異なることによる差異が小さい、即ち、ほぼ同一の遮光効果であることが示されている。これは、構造物１２４を設けることによって、シリコン基板１０２の界面との屈折率が変わることによって変化する反射条件が、屈折率差が1.8程度（例えば、シリコンと窒化ケイ素との屈折率差）あれば、遮光効果を十分に得ることができるためである。
次に、図２６は、構造物１２４の材料に窒化ケイ素（SiN）およびタングステン（Ｗ）を用いたときの遮光効果をシミュレーションした結果が示されている。図２６のＡでは、縦軸が規格化照度を示し、横軸が評価領域における位置を示しており、図２６のＢでは、縦軸が照度の積分値（規格化）を示し、横軸が、各材料を示している。
構造物１２４の材料にタングステンを用いることによって、構造物１２４は赤外光を吸収する効果を有する。これにより、赤外光を吸収する効果を有さない窒化ケイ素を用いた構成と比較して、遮光効果が向上することが示されている。即ち、シリコン基板１０２内において光が吸収されるのに加えて、構造物１２４においても光が吸収されるため、評価領域まで到達する光を抑制することができる。
以上のように、より良好な遮光効果を得るためには、構造物１２４の深さを深くし、構造物１２４の本数を大くし、構造物１２４のピッチを広くすることが好ましい。また、構造物１２４は赤外光を吸収する効果を備えることにより、より遮光効果を向上させることができる。
次に、図２７には、固体撮像素子１０１の第１の変形例が示されている。なお、以下適宜、各変形例において、図１８の固体撮像素子１０１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図２７に示すように、固体撮像素子１０１Ａでは、シリコン基板１０２−１および１０２−２の間に絶縁層１０５が配置されたSOI（Silicon on Insulator）構造を有する基板が使用される。絶縁層１０５としては、シリコンとは異なる屈折率、例えば、シリコンよりも赤外光の屈折率が低い材料（例えば、SiO2）が用いられる。
固体撮像素子１０１Ａにおいても、図１８の固体撮像素子１０１と同様に、画素領域１１１および周辺回路１１２の間に、複数本の構造物１２４が形成される構造物形成領域１１３が設けられる。構造物１２４には、上述したような赤外光を反射する材料、即ち、窒化ケイ素（SiN）、空気（Air）、および二酸化ケイ素（SiO2）を使用することができる。これにより、固体撮像素子１０１Ａでは、画素領域１１１に到達するホットキャリア発光による光を低減させることができる。また、このような構造の固体撮像素子１０１Ａにおいては、BSA(Back Side Alignment)を遮光構造に流用できることが特長である。
図２８には、固体撮像素子１０１Ａの遮光効果をシミュレーションした結果が示されている。なお、以下の説明において、図１８の固体撮像素子１０１の構成を基本形態と称し、固体撮像素子１０１Ａの構成を第１の変形形態と称する。
図２８では、構造物１２４の深さを３μｍとし、構造物１２４の本数を３０本とし、構造物１２４のピッチを１μｍとし、構造物１２４の材料に窒化ケイ素（SiN）を用い、シリコン基板１０２−１の厚みｔを3.1μｍとしたときの遮光効果をシミュレーションした結果が示されている。図２８のＡでは、縦軸が規格化照度を示し、横軸が評価領域における位置を示しており、図２８のＢでは、縦軸が照度の積分値（規格化）を示し、横軸が、固体撮像素子の形態を示している。
図２８に示すように、SOI構造を用いた固体撮像素子１０１Ａ（第１の変形形態）は、シリコン基板を用いた固体撮像素子１０１（基本形態）と比較して、より高い遮光効果を得ることができる。
即ち、図２７に示したように、所定の入射角以上で絶縁層１０５に当たった光は、絶縁層１０５で全反射するため、能動素子１２３で発生した光のほとんどは、１本目の構造物１２４で全反射することになる。また、構造物１２４の先端と絶縁層１０５との隙間は0.1μｍ程度であるため、その隙間を通過した光も、複数本の構造物１２４による遮光効果によって減衰してしまう。従って、固体撮像素子１０１と比較して、固体撮像素子１０１Ａでは、画素領域１１１に到達する光を大幅に減少することができる。
なお、固体撮像素子１０１Ａの形態において、より最適な遮光効果を得るための条件（構造物１２４の本数、深さ、ピッチ、および材料）は、上述した固体撮像素子１０１と同様である。
次に、図２９には、図２７の固体撮像素子１０１Ａの構造において、構造物１２４の材料に、赤外光を吸収するタングステンを用いた構造である第２の変形例における遮光効果のシミュレーションした結果が示されている。なお、以下の説明において、固体撮像素子１０１Ａの構成において構造物１２４の材料にタングステンを用いた形態を第２の変形形態と称する。
図２９では、構造物１２４の深さを３μｍとし、構造物１２４の本数を３０本とし、構造物１２４のピッチを１μｍとし、構造物１２４の材料にタングステン（Ｗ）を用い、シリコン基板１０２−１の厚みｔを3.1μｍとしたときの遮光効果をシミュレーションした結果が示されている。図２９のＡでは、縦軸が規格化照度を示し、横軸が評価領域における位置を示しており、図２９のＢでは、縦軸が照度の積分値（規格化）を示し、横軸が、固体撮像素子の形態を示している。
図２９に示すように、構造物１２４の材料にタングステンを用い、かつ、SOI構造を用いた形態（第２の変形形態）では、シリコン基板を用いた固体撮像素子１０１（基本形態）と比較して、より高い遮光効果を得ることができる。さらに、構造物１２４の材料に、窒化ケイ素を用いた固体撮像素子１０１Ａ（第２の変形形態）よりも高い遮光効果を得ることができる。
なお、構造物１２４の材料にタングステンを用い、かつ、SOI構造を用いた形態（第２の変形形態）において、より最適な遮光効果を得るための条件（構造物１２４の本数、深さ、およびピッチ）は、上述した固体撮像素子１０１と同様である。
次に、図３０には、固体撮像素子１０１の第３の変形例が示されている。
図３０に示すように、固体撮像素子１０１Ｂでは、図２７の固体撮像素子１０１Ａと同様に、シリコン基板１０２−１および１０２−２の間に絶縁層１０５が配置されたSOI（Silicon on Insulator）構造を有する基板が使用される。絶縁層１０５としては、シリコンよりも赤外光の屈折率が低い材料（例えば、SiO2）が用いられる。
そして、固体撮像素子１０１Ｂでは、画素領域１１１および周辺回路１１２の間に設けられる構造物形成領域１１３において、構造物１２４が１本だけ配置された構成となっている。また、固体撮像素子１０１Ｂでは、構造物１２４には、上述したような赤外光を吸収する材料、即ち、タングステン（Ｗ）を使用することができる。これにより、固体撮像素子１０１Ｂでは、画素領域１１１に到達するホットキャリア発光による光を低減させることができる。
図３１には、固体撮像素子１０１Ｂの遮光効果をシミュレーションした結果が示されている。なお、以下の説明において、固体撮像素子１０１Ｂの構成を第３の変形形態と称する。
図３１では、構造物１２４の深さを３μｍとし、構造物１２４の本数を３０本とし、構造物１２４のピッチを１μｍとし、構造物１２４の材料にタングステン（Ｗ）を用い、シリコン基板１０２−１の厚みｔを3.1μｍとしたときの遮光効果をシミュレーションした結果が示されている。図３１のＡでは、縦軸が規格化照度を示し、横軸が評価領域における位置を示しており、図３１のＢでは、縦軸が照度の積分値（規格化）を示し、横軸が、固体撮像素子の形態を示している。
図３１に示すように、SOI構造を用い、かつ、赤外光を吸収する材料の構造物１２４を１本だけ配置した固体撮像素子１０１Ｂ（第３の変形形態）は、シリコン基板を用いた固体撮像素子１０１（基本形態）と比較して、より高い遮光効果を得ることができる。このように、SOI構造を用いることにより、構造物１２４の先端側を通過する光を削減し、赤外光を吸収する材料を用いることにより、構造物１２４によって光を吸収することで、構造物１２４が１本だけであっても、十分な遮光効果を得ることができる。
なお、固体撮像素子１０１Ｂの形態において、より最適な遮光効果を得るための条件（構造物１２４の本数、深さ、およびピッチ）は、上述した固体撮像素子１０１と同様である。
次に、図３２には、固体撮像素子１０１Ｂの構造において、構造物１２４の材料に、赤外光を反射する材料（例えば、窒化ケイ素（SiN））を用いた構造である第４の変形例における遮光効果のシミュレーションした結果が示されている。なお、以下の説明において、固体撮像素子１０１Ｂの構成において構造物１２４の材料に窒化ケイ素を用いた形態を第４の変形形態と称する。
図３２に示すように、SOI構造を用い、かつ、赤外光を反射する材料の構造物１２４を１本だけ配置した固体撮像素子１０１Ｂ（第４の変形形態）は、シリコン基板を用いた固体撮像素子１０１（基本形態）と比較すると、遮光効果が劣るように見える。しかしながら、第４の変形形態の照度は、規格化した値よりも僅かではあるが小さいことより、構造物１２４を設けない構造（即ち、従来の固体撮像素子）に対しては、遮光効果を有していることが示されている。
次に、図３３には、固体撮像素子１０１の第５の変形例が示されている。
図３３に示す固体撮像素子１０１Ｃは、シリコン基板１０２に対して能動素子１２３が形成される面である表面側に対して反対側となる裏面側から受光素子１２１に光が照射される裏面照射型の固体撮像素子である。図３３に示すように、固体撮像素子１０１Ｃは、シリコン基板１０２の両面にシリコン酸化膜１０３−１および１０３−２が積層されて構成される。
このような構成の固体撮像素子１０１Ｃにおいても、図１８の固体撮像素子１０１と同様に、画素領域１１１および周辺回路１１２の間に、複数本の構造物１２４が形成される構造物形成領域１１３が設けられる。これにより、固体撮像素子１０１Ｃでは、画素領域１１１に到達するホットキャリア発光による光を低減させることができる。即ち、本技術は、裏面照射型の固体撮像素子および表面照射型の固体撮像素子のどちらにも適用することができる。
次に、図３４乃至図３７を参照して、固体撮像素子１０１における構造物１２４の平面的な配置例について説明する。
図３４には、固体撮像素子１０１における構造物１２４の平面的な第１の配置例が示されている。
図３４に示すように、固体撮像素子１０１Ｄは、画素領域１１１と周辺回路１１２との間を通り、平面的に見て画素領域１１１を囲うように、構造物形成領域１１３において周方向に複数に分割された構造物１２４が二重に配置されている。この複数に分割されて二重に配置されている構造物１２４は、隣り合う構造物１２４どうしが半周期ずらして画素領域１１１を囲うように並べられている。即ち、内側の構造物１２４の隙間に対応して、外側の構造物１２４が配置され、外側の構造物１２４の隙間に対応して、内側の構造物１２４が配置されている。このように構造物１２４を配置した構造にすることで、周辺回路１１２から画素領域１１１に向かう直線状に構造物１２４が必ず配置されるため、周辺回路１１２から光が直接的に画素領域１１１に到達することを回避することができ、遮光効果を得ることができる。
図３５には、固体撮像素子１０１における構造物１２４の平面的な第２の配置例が示されている。
図３５に示すように、固体撮像素子１０１Ｅは、画素領域１１１と周辺回路１１２との間における構造物形成領域１１３において、分割されずに連続的に画素領域１１１の周囲を囲うように複数の構造物１２４が配置されている。このように構造物１２４を配置した構造にすることで、より高い遮光性を得ることができる。
図３６には、固体撮像素子１０１における構造物１２４の平面的な第３の配置例が示されている。
図３６に示すように、固体撮像素子１０１Ｆは、図３４の固体撮像素子１０１Ｄと同様に、画素領域１１１と周辺回路１１２との間を通り、平面的に見て画素領域１１１を囲うように、構造物形成領域１１３において複数に分割された構造物１２４が二重に配置されている。ただし、固体撮像素子１０１Ｆでは、図３４の固体撮像素子１０１Ｄと異なり、隣り合う構造物１２４どうしの周期が一致している。
図３７には、固体撮像素子１０１における構造物１２４の平面的な第４の配置例が示されている。
図３７に示すように、固体撮像素子１０１Ｇは、図３６の固体撮像素子１０１Ｆと同様に、構造物形成領域１１３において複数に分割された構造物１２４が二重に配置されるのに加えて、それぞれ分割された構造物１２４の間に、周方向に直交する向きに長くなる構造物１２４が配置されている。
なお、構造物１２４の平面的な配置は、図３４乃至図３７の配置例に限定されることはなく、様々な配置を採用することができる。
また、本技術は、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサに適用する他、CCD（Charge Coupled Device）に適用することができる。さらに、湾曲した形状の固体撮像素子１０１に適用してもよい。また、構造物１２４の断面的な形状としては、矩形形状の他、例えば、台形形状や三角形形状などを採用することができる。さらに、固体撮像素子１０１は、上述した各種の寸法または構造に限定されるものでない。
なお、上述したような各実施の形態の固体撮像素子１１および１０１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
図３８は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図３８に示すように、撮像装置２０１は、光学系２０２、撮像素子２０３、信号処理回路２０４、モニタ２０５、およびメモリ２０６を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
光学系２０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子２０３に導き、撮像素子２０３の受光面（センサ部）に結像させる。
撮像素子２０３としては、上述した各実施の形態または変形例の固体撮像素子１１または固体撮像素子１０１が適用される。撮像素子２０３には、光学系２０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子２０３に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路２０４に供給される。
信号処理回路２０４は、撮像素子２０３から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路２０４が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ２０５に供給されて表示されたり、メモリ２０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
このように構成されている撮像装置２０１では、上述した各実施の形態または変形例の固体撮像素子１１または固体撮像素子１０１を適用することによって、例えば、よりノイズの少ない高画質な画像を得ることができる。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
複数の素子が形成される素子形成部と、
前記素子形成部に積層され、前記素子間を接続する配線が形成される配線部と
を備え、
前記素子形成部に、
光の影響を受ける受動素子と、
前記受動素子の周辺に配置される周辺回路を構成する能動素子と、
前記受動素子および前記能動素子の間に、前記素子形成部の厚み方向の隙間が所定の間隔以下となるように形成され、光の伝搬を妨げる材料により構成される構造物と
が配置される
半導体装置。
（２）
前記受動素子は、光を受光して光電変換を行う受光素子である
上記（１）に記載の半導体装置。
（３）
前記素子形成部に前記配線部が積層される表面に対して反対側となる裏面に、前記受光素子が受光する光が照射され、
前記素子形成部および前記配線部が積層されて構成される基板の表面側に、その基板を支持する支持基板が接合されて構成される
上記（２）に記載の半導体装置。
（４）
前記構造物は、前記素子形成部に前記配線部が積層される表面から形成され、前記構造物の先端と、前記表面に対して反対側となる裏面との隙間が所定の間隔以下となるように形成される
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の半導体装置。
（５）
前記構造物は、前記素子形成部に前記配線部が積層される表面に対して反対側となる裏面から形成され、前記構造物の先端と、前記表面との隙間が所定の間隔以下となるように形成される
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の半導体装置。
（６）
前記構造物は、前記素子形成部に前記配線部が積層される表面から形成される第１の構造物の先端と、前記表面に対して反対側となる裏面から形成される第２の構造物の先端との隙間が所定の間隔以下となるように形成される
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の半導体装置。
（７）
前記構造物は、前記能動素子から前記受動素子に向かう間の複数個所に形成される
上記（１）から（６）までのいずれかに記載の半導体装置。
（８）
前記構造物は、前記素子形成部において前記能動素子が形成される側となる表面から形成される第１の構造物と、前記表面に対して反対側となる裏面から形成される第２の構造物とが、前記能動素子から前記受動素子を見たときに重ね合わされて配置される
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の半導体装置。
（９）
前記構造物が、前記素子形成部の厚み方向の隙間が設けられることなく、前記素子形成部を貫通するように形成される
上記（１）から（３）までのいずれかに記載の半導体装置。
（１０）
前記構造物は、光を屈折または吸収する材料により構成される
上記（１）から（９）までのいずれかに記載の半導体装置。
（１１）
前記構造物は、前記素子形成部の厚み方向に向かう側壁が、その厚み方向に対して傾斜して形成される
上記（１０）に記載の半導体装置。
（１２）
前記構造物は、光を反射する金属により構成される
上記（１）から（９）までのいずれかに記載の半導体装置。
（１３）
前記構造物の周囲を取り囲む絶縁物をさらに有する
上記（１２）に記載の半導体装置。
（１４）
前記構造物の電位を取り出すための電極をさらに有する
上記（１２）または（１３）に記載の半導体装置。
（１５）
前記受動素子は、光ノイズに対して高感度のアナログ素子である
上記（１）から（１４）までのいずれかに記載の半導体装置。
（１６）
前記構造物は、前記受動素子が形成される領域と、前記能動素子が形成される領域との間を通り、平面的に見て前記受動素子が形成される領域を囲うように配置される
上記（１）から（１５）までのいずれかに記載の半導体装置。
（１７）
前記構造物は、前記受動素子が形成される領域と、前記能動素子が形成される領域との間を通り、平面的に見て前記能動素子が形成される領域を囲うように配置される
上記（１）から（１５）までのいずれかに記載の半導体装置。
（１８）
前記構造物は、前記受動素子が形成される領域と、前記能動素子が形成される領域との間で、前記受動素子と前記能動素子とを結ぶ直線上に少なくとも存在するように配置される
上記（１）から（１５）までのいずれかに記載の半導体装置。
（１９）
複数の前記受動素子が配置される素子領域と、前記素子領域の周辺に配置され、前記能動素子により構成される周辺回路との間に、１本または複数本の前記構造物が形成される構造物形成領域が設けられる
上記（１）に記載の半導体装置。
（２０）
前記構造物は、前記素子形成部を構成するシリコン層内で赤外光を反射または吸収する材料により構成される
上記（１９）に記載の半導体装置。
（２１）
前記素子形成部を構成する基板は、シリコン層の間に、前記シリコンとは屈折率の異なる材料により構成される層が形成されて構成される
上記（１９）または（２０）に記載の半導体装置。
（２２）
前記構造物は、前記素子形成部を構成するシリコン層内で赤外光を反射または吸収する材料により構成される
上記（２１）に記載の半導体装置。
（２３）
前記構造物は、平面的に見て前記素子領域を囲うように、少なくとも二重に配置されるとともに、周方向に複数に分割されており、隣り合う前記構造物どうしが、半周期ずらして配置されている
上記（１９）から（２２）までのいずれかに記載の半導体装置。
（２４）
複数の前記構造物が、平面的に見て前記素子領域の周囲を連続的に囲うように配置されている
上記（１９）から（２２）までのいずれかに記載の半導体装置。
（２５）
複数の素子が形成される素子形成部と、
前記素子形成部に積層され、前記素子間を接続する配線が形成される配線部と
を備え、
前記素子形成部に、
光を受光して光電変換を行う受光素子と、
前記受光素子の周辺に配置される周辺回路を構成する能動素子と、
前記受光素子および前記能動素子の間に、前記素子形成部の厚み方向の隙間が所定の間隔以下となるように形成され、光の伝搬を妨げる材料により構成される構造物と
が配置され、
前記素子形成部に前記配線部が積層される表面に対して反対側となる裏面に、前記受光素子が受光する光が照射され、
前記素子形成部および前記配線部が積層されて構成される基板の表面側に、その基板を支持する支持基板が接合されて構成される
固体撮像素子。
（２６）
複数の素子が形成される素子形成部と、
前記素子形成部に積層され、前記素子間を接続する配線が形成される配線部と
を備え、
前記素子形成部に、
光を受光して光電変換を行う受光素子と、
前記受光素子の周辺に配置される周辺回路を構成する能動素子と、
前記受光素子および前記能動素子の間に、前記素子形成部の厚み方向の隙間が所定の間隔以下となるように形成され、光の伝搬を妨げる材料により構成される構造物と
が配置され、
前記素子形成部に前記配線部が積層される表面に対して反対側となる裏面に、前記受光素子が受光する光が照射され、
前記素子形成部および前記配線部が積層されて構成される基板の表面側に、その基板を支持する支持基板が接合されて構成される
固体撮像素子を備える電子機器。
なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
１１ 固体撮像素子， １１Ｊ 半導体装置， １２ 画素領域， １２Ｊ 高感度アナログ素子領域， １３ 垂直駆動回路， １４ カラム信号処理回路， １５ 水平駆動回路， １６ 出力回路， １７ 制御回路， １８ 画素， １９ 周辺回路， ２１ 第１の基板， ２２ 第２の基板， ２３ 接合層， ２４ 素子形成部， ２５ 配線部， ２６ 集光部， ２７ 配線， ３１ 受光素子， ３２ カラーフィルタ， ３３ オンチップレンズ， ３４ 能動素子， ３５ 構造物， ３６ 絶縁物， ５１ ゲート電極， ５２ ドレイン領域， ５３ ソース領域， ５４および５５ 素子分離部， １０１ 固体撮像素子， １０２ シリコン基板， １０３ シリコン酸化膜， １１１ 画素領域， １１２ 周辺回路， １１３ 構造物形成領域， １２１ 受光素子， １２２ オンチップレンズ， １２３ 能動素子， １２４ 構造物

Claims (16)

  1. 複数の素子が形成される素子形成部と、
    前記素子形成部に積層され、前記素子間を接続する配線が形成される配線部と
    を備え、
    前記素子形成部は、
    入射光を光電変換する複数の受動素子を含む画素領域と、
    前記画素領域の周辺に配置される複数の能動素子を含む周辺領域と、
    断面視では前記画素領域および前記周辺領域との間に少なくとも設けられ、平面視では前記画素領域を囲んで設けられた構造物と
    を有し、
    前記構造物は、
    前記素子形成部において前記配線部が積層される面に対して反対側となる面から前記配線部が積層される面側へ、前記素子形成部を貫通せずに設けられ、
    前記素子形成部の厚み方向において前記配線部が積層される面との間隔が、前記能動素子の駆動に際して発生する光の通り抜けを防止する所定の長さ以下であり、
    光を吸収する材料を含む
    半導体装置。
  2. 前記所定の長さは、400ｎｍである
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記能動素子は、ダイオードである
    請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記配線部において前記素子形成部が積層される面に対して反対側となる面に接合される支持基板
    をさらに備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記支持基板は、接合層を介して前記配線部に接合される
    請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記入射光は、前記素子形成部において前記配線部が積層される面に対して反対側となる面に照射される
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
  7. 前記構造物は、前記能動素子から前記受動素子に向かう間の複数個所に設けられる
    請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
  8. 前記構造物である第１の構造部と、
    前記素子形成部において前記能動素子が設けられる側の面から設けられ、前記素子形成部の厚み方向において前記能動素子が設けられる側の反対側の面との間隔が、前記能動素子の駆動に際して発生する光の通り抜けを防止する所定の長さ以下であり、光を吸収する材料を含む第２の構造部とが、
    前記能動素子から前記受動素子を見たときに重ね合わされて配置される
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。
  9. 前記構造物は、前記素子形成部の厚み方向に向かう側壁が、その厚み方向に対して傾斜して設けられる
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置。
  10. 前記構造物は、前記画素領域と、前記周辺領域との間で、前記受動素子と前記能動素子とを結ぶ直線上に少なくとも存在するように配置される
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置。
  11. 前記素子形成部が、前記画素領域と、前記周辺領域との間に、１本または複数本の前記構造物が設けられる構造物領域をさらに有する
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
  12. 前記構造物は、赤外光を吸収する材料を含む
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
  13. 前記構造物は、平面視において前記画素領域を囲って、少なくとも二重に配置されるとともに、周方向に複数に分割されており、隣り合う前記構造物どうしが、半周期ずらして配置されている
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
  14. 前記構造物は、平面視において前記画素領域を連続的に囲って設けられる
    請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  15. 複数の素子が形成される素子形成部と、
    前記素子形成部に積層され、前記素子間を接続する配線が形成される配線部と、
    前記素子形成部が積層される面に対して反対側となる前記配線部の面に接合される支持基板と
    を備え、
    前記素子形成部が、
    入射光を光電変換する複数の受動素子を含む画素領域と、
    前記画素領域の周辺に配置される複数の能動素子を含む周辺領域と、
    断面視では前記画素領域および前記周辺領域との間に少なくとも設けられ、平面視では前記画素領域を囲んで設けられた構造物と
    を有し、
    前記構造物は、
    前記配線部が積層される面に対して反対側となる前記素子形成部の面から前記配線部が積層される面側へ、前記素子形成部を貫通せずに設けられ、
    前記素子形成部の厚み方向において、前記配線部が積層される面との間隔が、前記能動素子の駆動に際して発生する光の通り抜けを防止する所定の長さ以下であり、
    光を吸収する材料を含み、
    前記入射光は、前記素子形成部において前記配線部が積層される面に対して反対側となる面に照射される
    固体撮像素子。
  16. 複数の素子が形成される素子形成部と、
    前記素子形成部に積層され、前記素子間を接続する配線が形成される配線部と、
    前記素子形成部が積層される面に対して反対側となる前記配線部の面に接合される支持基板と
    を備え、
    前記素子形成部が、
    入射光を光電変換する複数の受動素子を含む第１の素子領域と、
    前記第１の素子領域の周辺に配置される複数の能動素子を含む第２の素子領域と、
    断面視では前記第１の素子領域および前記第２の素子領域との間において、前記配線部が積層される面に対して反対側となる前記素子形成部の面から前記配線部が積層される面側へ、前記素子形成部を貫通せずに設けられ、前記配線部が積層される面との、前記素子形成部の厚み方向の隙間が、前記能動素子の駆動に際して発生する光の通り抜けを防止する所定の間隔以下となり、平面視では前記第１の素子領域を囲うように形成され、光を吸収する材料により構成される構造物と
    を有し、
    前記入射光は、前記素子形成部において前記配線部が積層される面に対して反対側となる面に照射される
    固体撮像素子を備える電子機器。
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