KR102444733B1 - 촬상 소자 및 전자기기 - Google Patents

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KR102444733B1
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소조 요코가와
미키노리 이토
이타루 오시야마
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

본 기술은, 이면 조사형의 촬상 소자에 있어서, 적외광에 대한 감도를 향상시킬 수 있도록 하는 촬상 소자 및 전자기기에 관한 것이다. 촬상 소자는, 광전 변환부가 형성되어 있는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 수광면과 반대 측에 배치되고, 배선 및 반사막을 구비하는 배선층과, 상기 반도체 기판과 상기 배선층 사이에 적층되어 있는 절연막을 구비하고, 상기 반사막은, 상기 절연막과 상기 배선 사이에 배치되며, 상기 반도체 기판과 상기 배선층이 적층되는 방향인 제1 방향에 있어서, 각 화소의 상기 광전 변환부의 적어도 일부와 겹치고, 상기 절연막과 상기 반사막 사이의 제1 층간막이, 상기 절연막보다 두껍다. 본 기술은, 예를 들면, 이면 조사형의 CMOS 이미지 센서에 적용할 수 있다.

Description

촬상 소자 및 전자기기
본 기술은, 촬상 소자 및 전자기기에 관한 것으로, 특히, 이면 조사형의 촬상 소자, 및 이면 조사형의 촬상 소자를 사용한 전자기기에 관한 것이다.
최근, 이면 조사형의 CMOS 이미지 센서의 개발이 활발히 이루어지고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 특허공개공보 특개2013-62789호
그러나, 이면 조사형의 CMOS 이미지 센서에서는, 표면 조사형의 CMOS 이미지 센서와 비교해, 포토 다이오드 등이 형성되는 반도체 기판이 얇아지게 된다. 이에, 이면 조사형의 CMOS 이미지 센서는, 가시광에 대해 충분한 감도를 갖는 반면, 가시광보다 파장이 긴 적외광에 대한 감도는 저하되는 경우가 있다.
본 기술은, 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 이면 조사형의 촬상 소자에 대해, 적외광에 대한 감도를 향상시키도록 하는 것이다.
본 기술의 제1 측면의 촬상 소자는, 광전 변환부가 형성되어 있는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 수광면과 반대 측에 배치되고, 배선 및 반사막을 구비하는 배선층과, 상기 반도체 기판과 상기 배선층의 사이에 적층되어 있는 절연막을 구비하고, 상기 반사막은, 상기 절연막과 상기 배선의 사이에 배치되고, 상기 반도체 기판과 상기 배선층이 적층되는 방향인 제1 방향에 있어서, 각 화소의 상기 광전 변환부의 적어도 일부와 겹치며, 상기 절연막과 상기 반사막 사이의 제1 층간막이, 상기 절연막보다 두껍다.
상기 제1 층간막의 두께를, 80㎚에서 200㎚의 범위 내로 하고, 상기 반사막의 두께를, 40㎚에서 80㎚의 범위 내로 할 수 있다.
상기 반사막에 의해 반사되는 광의 중심 파장을 λ, 상기 제1 층간막의 굴절률을 nA, 상기 반사막의 굴절률을 nB로 하고, i, j를 0 이상의 정수로 하면, 상기 제1 층간막의 두께는, (2i＋1)λ／4nA 근방으로 설정되고, 상기 반사막의 두께는, (2j＋1)λ／4nB 근방으로 설정될 수 있다.
상기 제1 층간막을, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 주성분으로 하고, 상기 반사막을, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 또는, 단결정 실리콘을 주성분으로 할 수 있다.
상기 반사막을, 제2 층간막을 거쳐 2층 이상 적층할 수 있다.
상기 제1 층간막 및 상기 제2 층간막의 두께를, 100㎚에서 200㎚의 범위 내로 하고, 상기 반사막의 두께를, 80㎚에서 100㎚의 범위 내로 할 수 있다.
상기 반사막에 의해 반사되는 광의 중심 파장을 λ, 상기 제1 층간막 및 상기 제2 층간막의 굴절률을 nA, 상기 반사막의 굴절률을 nB로 하고, i, j를 1 이상의 정수로 하면, 상기 제1 층간막 및 상기 제2 층간막의 두께가, (λ×i)/4nA 근방으로 설정되고 상기 반사막의 두께는, (λ×j)/4nB 근방으로 설정될 수 있다.
상기 제1 층간막 및 상기 제2 층간막은, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, TiO2, 또는, HfO2를 주성분으로 하고, 상기 반사막의, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 단결정 실리콘, TaO, TfO, 실리콘 질화물, Ge, SiC, TiN, Ti, TiO2, 또는 NgF2를 주성분으로 할 수 있다.
상기 반사막을, 상기 반도체 기판의 상기 수광면과 반대측의 면에 형성되어 있는 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제1 방향에서 겹치지 않는 위치에 배치할 수 있다.
상기 반사막의 형상, 크기, 및 위치 중 적어도 1개를 화소마다 다르게 할 수 있다.
퓨필 보정(pupil correction)에 대응하여, 상기 반사막의 형상, 크기, 및 위치 중 적어도 1개를 조정할 수 있다.
상기 반사막을, 복수의 화소에서 공유할 수 있다.
상기 반사막의 표면에 요철을 형성할 수 있다.
상기 반도체 기판에 있어서, 화소 사이에 트렌치 형상의 화소 분리부를 형성하고, 상기 화소 분리부의 중심부에, 코어를 형성할 수 있다.
상기 코어를, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 또는, 단결정 실리콘을 주성분으로 하고, 상기 코어의 주위를, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 주성분으로 하는 유전체에 의해 덮을 수 있다.
상기 화소가 인접하는 방향인 제2 방향에 있어서의 상기 코어의 두께를, 50㎚에서 200㎚의 범위 내로 하고, 상기 제2 방향에 있어서의 상기 코어의 주위의 유전체의 두께를, 50㎚에서 200㎚의 범위 내로 할 수 있다.
상기 반도체 기판의 수광면에 반사 방지막이 적층되고, 상기 반사 방지막의 반사율을 낮게 하는 광의 중심 파장을 λ, 상기 반사 방지막의 굴절률을 n으로 하면, 상기 반사 방지막의 두께를, λ／4n 근방으로 설정할 수 있다.
상기 반도체 기판의 수광면에, 회절 구조를 형성할 수 있다.
상기 반사막에 의해 반사되는 광의 중심 파장을, 700㎚ 이상으로 할 수 있다.
본 기술의 제2 측면의 전자기기는, 촬상 소자와, 상기 촬상 소자로부터 출력되는 신호를 처리하는 신호 처리부를 구비하고, 상기 촬상 소자는, 광전 변환부가 형성되어 있는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 수광면과 반대 측에 배치되고, 배선 및 반사막을 구비하는 배선층과, 상기 반도체 기판과 상기 배선층 사이에 적층된 절연막을 구비하고, 상기 반사막은, 상기 절연막과 상기 배선 사이에 배치되어, 상기 반도체 기판과 상기 배선층이 적층되는 방향인 제1 방향에 있어서, 각 화소의 상기 광전 변환부의 적어도 일부와 겹치며, 상기 절연막과 상기 반사막 사이의 제1 층간막이, 상기 절연막보다 두껍다.
본 기술의 제1 측면 또는 제2 측면에서는, 반도체 기판을 투과한 광이, 반사막에 의해 반사된다.
본 기술의 제1 측면 또는 제2 측면에 의하면, 적외광에 대한 감도가 향상된다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것은 아니고, 본 개시 중에 기재된 어떠한 효과이어도 된다.
[도 1] 본 기술을 적용한 CMOS 이미지 센서의 구성예를 나타내는 도면이다.
[도 2] 도 1의 CMOS 이미지 센서를 탑재하는 칩의 구성예를 나타내는 도면이다.
[도 3] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 단위 화소의 구성예를 나타내는 회로도이다.
[도 4] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제1 실시형태의 화소의 배치예를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
[도 5] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제1 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 6] 소자 분리부의 제1 배치예를 나타내는 도면이다.
[도 7] 소자 분리부의 제2 배치예를 나타내는 도면이다.
[도 8] 도 5의 CMOS 이미지 센서의 화소 간의 감도의 오차의 예를 나타내는 모식도이다.
[도 9] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제2 실시형태의 화소의 배치예를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
[도 10] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제2 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 11] 도 10의 CMOS 이미지 센서의 화소 간의 감도의 오차의 예를 나타내는 모식도이다.
[도 12] 반사막의 반사 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
[도 13] 반사막의 반사 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
[도 14] 반사막의 반사 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
[도 15] 반사막의 반사 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
[도 16] 반사 방지막의 반사 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
[도 17] 광 흡수층의 광 흡수 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
[도 18] 도 17의 광 흡수 특성의 그래프의 조건을 나타내는 도면이다.
[도 19] 반사막의 제1 변형예를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
[도 20] 반사막의 제2 변형예를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
[도 21] 퓨필 보정의 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 22] 반사막의 제3 변형예를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
[도 23] 반사막의 제4 변형예를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
[도 24] 반사막의 제5 변형예를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
[도 25] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제3 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 26] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제4 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 27] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제5 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 28] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제6 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 29] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제7 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 30] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제8 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 31] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제9 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 32] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제10 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 33] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제11 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 34] 다층 구조의 반사막의 레이어 수와 반사율의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 35] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제12 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 36] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제13 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 37] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제14 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 38] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제15 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 39] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제16 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 40] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제17 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 41] 소자 분리부의 구체적인 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 42] 코어를 설치하지 않은 경우의 소자 분리부의 측면으로의 입사광의 광로를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 43] 코어를 설치한 경우의 소자 분리부의 측면으로의 입사광의 광로를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 44] 코어를 설치하지 않은 경우의 소자 분리부의 반사 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
[도 45] 코어를 설치한 경우의 소자분리부의 반사 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
[도 46] 코어를 설치한 경우와 코어를 설치하지 않은 경우의 반사 특성을 비교하는 그래프이다.
[도 47] 코어를 설치한 경우와 코어를 설치하지 않은 경우의 반사 특성을 비교하는 그래프이다.
[도 48] 코어를 설치한 경우와 코어를 설치하지 않은 경우의 반사 특성을 비교하는 그래프이다.
[도 49] 코어의 두께에 대한 소자 분리부의 반사 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
[도 50] 코어의 두께에 대한 소자 분리부의 반사 특성의 예를 나타내는 그래프이다.
[도 51] 도 1의 CMOS 이미지 센서의 제18 실시형태의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 52] 촬상 소자의 응용예를 나타내는 도면이다.
[도 53] 전자기기의 구성예를 나타내는 블록도이다.
[도 54] 휴대 정보 단말의 구성예를 나타내는 블록도이다.
[도 55] 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
[도 56] 차외 정보 검출 유닛 및 촬상부의 설치 위치의 일례를 나타내는 설명도이다.
이하, 발명을 실시하기 위한 형태(이하, “실시형태”라고 기술한다)에 대해 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 촬상 소자의 구성예
2. 제1 실시형태
3. 제2 실시형태(반사막을 설치한 예)
4. 제3 실시형태(수광면에 회절 구조를 설치한 예)
5. 제4 실시형태(수광면에 회절 구조를 설치한 예)
6. 제5 실시형태(소자 분리부를 관통시킨 예)
7. 제6 실시형태(수광면에 회절 구조를 설치하고, 소자 분리부를 관통시킨 예)
8. 제7 실시형태(수광면에 회절 구조를 설치하고, 소자 분리부를 관통시킨 예)
9. 제8 실시형태(반사막에 요철을 형성한 예)
10. 제9 실시형태(반사막에 요철을 형성하고, 수광면에 회절 구조를 설치한 예)
11. 제10 실시형태(반사막에 요철을 형성하고, 수광면에 회절 구조를 설치한 예)
12. 제11 실시형태(반사막을 다층 구조로 한 예)
13. 제12 실시형태(반사막을 다층 구조로 하고, 수광면에 회절 구조를 설치한 예)
14. 제13 실시형태(반사막을 다층 구조로 하고, 수광면에 회절 구조를 설치한 예)
15. 제14 실시형태(반사막을 다층 구조로 하고, 소자 분리부를 관통시킨 예)
16. 제15 실시형태(반사막을 다층 구조로 하고, 소자 분리부를 관통시켜, 수광면에 회절 구조를 설치한 예)
17. 제16 실시형태(반사막을 다층 구조로 하고, 소자 분리부를 관통시켜, 수광면에 회절 구조를 설치한 예)
18. 제17 실시형태(소자 분리부에 코어를 설치한 예)
19. 제18 실시형태(소자 분리부 및 코어를 관통시킨 예)
20. 변형예
21. 고체 촬상 소자의 사용예
＜＜1. 촬상 소자의 구성예＞＞
우선, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 기술이 적용되는 촬상 소자의 구성예에 대해 설명한다.
＜시스템 구성＞
도 1은, 본 기술이 적용되는 촬상 소자, 예를 들면, X－Y 어드레스형 고체 촬상 소자의 일종인 CMOS 이미지 센서의 구성의 개략을 나타내는 시스템 구성도이다.
CMOS 이미지 센서(10)는, 반도체 기판(11)에 형성된 화소 어레이부(12)와 주변 회로부를 갖는다.
주변 회로부는, 예를 들면, 수직 구동부(13), 칼럼(column) 처리부(14), 수평 구동부(15), 및 시스템 제어부(16)를 구비한다. 또한, 주변 회로부는, 신호 처리계를 구성하는 DSP(Digital Signal Processor) 회로(19), 및 화상 메모리(20)를 구비한다. 또한, 도 2를 참조하여 후술하는 것처럼, 주변 회로부의 전부 또는 일부는, 화소 어레이부(12)와 같은 반도체 기판(11)에 배치되어도 되고, 화소 어레이부(12)와 다른 반도체 기판에 배치되어도 된다.
화소 어레이부(12)에는, 입사광을 그 광량에 따른 전하량으로 광전 변환하는 광전 변환 소자를 포함하는 도시되지 않은 단위 화소(이하, 단순히 화소라고도 칭한다)가 어레이 형상으로 배치되어 있다. 또한, 단위 화소의 구체적인 회로 구성에 대해서는, 도 3을 참조하여 후술한다. 화소 어레이부(12)의 수광면(광입사면) 측에는, 색 필터 어레이(21)가 형성되고, 색 필터 어레이(21) 상에는 온 칩 렌즈 어레이(22)가 배치되어 있다. 화소 어레이부(12)에는 또한, 행렬 형상의 화소 배열에 대해 행마다 화소 구동선(18)이 도면의 좌우 방향(화소행의 화소 배열 방향/수평 방향)을 따라 배선되고, 열마다 수직 신호선(17)이 도면의 상하 방향(화소열의 화소 배열 방향/수직 방향)을 따라 형성되어 있다.
화소 구동선(18)의 일단은, 수직 구동부(13)의 각 행에 대응하는 출력단에 접속되어 있다. 도 1에서는, 화소 구동선(18)을 화소행마다 1개씩 나타내고 있지만, 각 화소행에 화소 구동선(18)을 2개 이상 설치해도 된다.
수직 구동부(13)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되어 있다. 여기에서는, 구체적인 구성에 대해서는 도시를 생략하지만, 수직 구동부(13)는, 판독(讀出) 주사계와 스윕(掃出) 주사계를 포함하고 있다.
판독 주사계는, 신호를 읽어내는 단위 화소에 대해 행 단위로 차례대로 선택 주사를 행한다. 한편, 스윕 주사계는, 판독 주사계에 의해 판독 주사가 행해지는 판독 행에 대해, 그 판독 주사보다도 셔터 스피드의 시간분만큼 선행하여 그 판독 행의 단위 화소의 광전 변환 소자로부터 불필요한 전하를 쓸어 내는(리셋 한다) 스윕 주사를 행한다. 이러한 스윕 주사계에 의한 불필요한 전하의 스윕(리셋)에 의해, 이른바 전자 셔터 동작을 행한다. 여기서, 전자 셔터 동작이란, 광전 변환 소자의 광전하를 버리고, 새롭게 노광을 개시하는(광전하의 축적을 개시하는) 동작을 말한다. 판독 주사계에 의한 판독 동작에 따라 읽어내지는 신호는, 그 직전의 판독 동작 또는 전자 셔터 동작 이후에 입사하는 광량에 대응한다. 그리고, 직전의 판독 동작에 의한 판독 타이밍 또는 전자 셔터 동작에 의한 스윕 타이밍부터, 이번 판독 동작에 의한 판독 타이밍까지의 기간이, 단위 화소에 있어서의 광전하의 축적 시간(노광 시간)이 된다.
수직 구동부(13)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위 화소로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(17)의 각각을 통해 칼럼 처리부(14)에 공급된다.
칼럼 처리부(14)는, 화소 어레이부(12)의 화소열마다, 선택행의 각 화소로부터 출력되는 아날로그 화소 신호에 대해 미리 정해진 신호 처리를 행한다. 칼럼 처리부(14)에서의 신호 처리로서는, 예를 들면 CDS(Correlated Double Sampling; 상관 이중 샘플링) 처리를 들 수 있다. CDS 처리는, 선택행의 각 화소로부터 출력되는 리셋 레벨과 신호 레벨을 얻고, 이러한 레벨 차이를 취함으로써 한 행 분의 화소의 신호를 얻는 것과 함께, 화소의 고정 패턴 노이즈를 제거하는 처리이다. 칼럼 처리부(14)에, 아날로그의 화소 신호를 디지털화하는 A/D변환 기능을 갖게 하는 것도 가능하다.
수평 구동부(15)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 칼럼 처리부(14)의 화소열에 대응하는 회로 부분을 차례대로 선택 주사한다. 이 수평 구동부(15)에 의한 선택 주사에 의해, 칼럼 처리부(14)에서 화소열마다 신호 처리된 화소 신호가 차례대로 외부로 출력된다. 즉, 색 필터 어레이(21)의 칼라 코딩(색 배열)에 대응하는 화소 신호가 그대로 RAW 데이터(생 데이터)로서 출력된다.
시스템 제어부(16)는, 외부로부터 주어지는 클럭이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 수취하고, 또한, 본 CMOS 이미지 센서(10)의 내부 정보 등의 데이터를 출력한다. 시스템 제어부(16)는, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 갖고, 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종 타이밍 신호를 기초로 수직 구동부(13), 칼럼 처리부(14), 수평 구동부(15) 등의 구동 제어를 행한다.
DSP 회로(19)는, 칼럼 처리부(14)로부터 출력되는, 예를 들면 1 프레임 분의 화상 데이터를 화상 메모리(20)에 일시적으로 저장하고, 화상 메모리(20)에 저장된 화소 정보를 기초로 디모자이크 처리 등을 실행한다. 디모자이크 처리란, 단색의 색 정보 밖에 갖지 않는 각 화소의 신호에 대해서, 그 주변 화소의 신호로부터 부족한 색정보를 모아 전달함으로써 색정보를 보완하여 풀 컬러 화상을 만들어 내는 처리이다.
＜칩의 구성예＞
다음으로, 도 2를 참조하여, CMOS 이미지 센서(10)를 탑재하는 칩의 구성예에 대해 설명한다. 또한, 도 2의 화소 영역(51)은, 예를 들면, 도 1의 화소 어레이부(12)를 포함한다. 제어 영역(52)은, 예를 들면, 도 1의 수직 구동부(13), 칼럼 처리부(14), 수평 구동부(15), 및 시스템 제어부(16)를 포함한다. 논리 회로(53)는, 예를 들면, 도 1의 DSP 회로(19) 및 화상 메모리(20)를 포함한다.
예를 들면, 도 2의 A에 도시한 것처럼, CMOS 이미지 센서(10)를 1개의 반도체 기판(11)으로 이루어진 반도체 칩에 탑재하도록 해도 된다.
또는, 예를 들면, 도 2의 B 및 도 2의 C에 도시한 것처럼, CMOS 이미지 센서(10)를, 전기적으로 접속되어 있는 2개의 반도체 기판(11a) 및 반도체 기판(11b)을 적층한 반도체 칩에 탑재하도록 해도 된다. 도 2의 B의 예에서는, 화소 영역(51)과 제어 영역(52)이 반도체 기판(11a)에 설치되고, 논리 회로(53)가 반도체 기판(11b)에 설치되어 있다. 도 2의 C의 예에서는, 화소 영역(51)이 반도체 기판(11a)에 설치되고, 제어 회로(52) 및 논리 회로(53)가 반도체 기판(11b)에 설치되어 있다.
＜단위 화소의 회로 구성＞
도 3은, 화소 어레이부(12)에 배치된 단위 화소(70)의 회로 구성의 일례를 나타내는 회로도이다. 단위 화소(70)는, 예를 들면, 광전 변환 소자로서의 포토 다이오드(71)와 전송 트랜지스터(72), 리셋 트랜지스터(73), 증폭 트랜지스터(74), 및 선택 트랜지스터(75)의 4개의 트랜지스터를 갖는 구성으로 되어 있다.
여기에서는, 전송 트랜지스터(72), 리셋 트랜지스터(73), 증폭 트랜지스터(74), 및, 선택 트랜지스터(75)로서 N 채널의 MOS 트랜지스터를 사용한 예가 도시되어 있다. 다만, 여기서 예시한 각 트랜지스터의 도전형의 조합은 일례에 지나지 않고, 이러한 조합에 한정되는 것은 아니다.
이 단위 화소(70)에 대해서, 화소 구동선(18)으로서 예를 들면, 전송선(77), 리셋선(78), 및 선택선(79)의 3개의 구동 배선이 동일 화소행의 각 화소에 대해 공통으로 설치되어 있다. 전송선(77), 리셋선(78), 및 선택선(79)의 각 일단은, 수직 구동부(13)의 각 화소행에 대응하는 출력단에, 화소행 단위로 접속되어 있다.
포토 다이오드(71)는, 애노드 전극이 부(-)측 전원(예를 들면, 그라운드)에 접속되어 있고, 수광한 광을 그 광량에 따른 전하량의 광전하(여기서는, 광전자)로 광전 변환한다. 포토 다이오드(71)의 캐소드 전극은, 전송 트랜지스터(72)를 거쳐 증폭 트랜지스터(74)의 게이트 전극과 전기적으로 접속되어 있다. 증폭 트랜지스터(74)의 게이트 전극과 전기적으로 연결된 노드(76)를 FD(플로팅 디퓨전)부라고 부른다.
전송 트랜지스터(72)는, 포토 다이오드(71)의 캐소드 전극과 FD부(76) 사이에 접속되어 있다. 전송 트랜지스터(72)의 게이트 전극에는, 고레벨(예를 들면, Vdd 레벨)이 액티브(이하, High 액티브라고 기술함)한 전송 펄스 φTRF가 전송선(77)을 거쳐 인가된다. 전송 펄스 φTRF가 인가됨으로써, 전송 트랜지스터(72)는 온 상태가 되고, 포토 다이오드(71)로 광전 변환된 광전하를 FD부(76)로 전송한다.
리셋 트랜지스터(73)는, 드레인 전극이 화소 전원 Vdd에, 소스 전극이 FD부(76)에 각각 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(73)의 게이트 전극에는, 포토 다이오드(71)로부터 FD부(76)로의 신호 전하의 전송에 앞서, High 액티브인 리셋 펄스 φRST가 리셋선(78)을 거쳐 인가된다. 리셋 펄스 φRST가 인가됨으로써, 리셋 트랜지스터(73)는 온 상태가 되고, FD부(76)의 전하를 화소 전원 Vdd에 버림으로써 해당 FD부(76)를 리셋 한다.
증폭 트랜지스터(74)는, 게이트 전극이 FD부(76)에, 드레인 전극이 화소 전원 Vdd에 각각 접속되어 있다. 또한, 증폭 트랜지스터(74)는, 리셋 트랜지스터(73)에 의해 리셋된 후의 FD부(76)의 전위를 리셋 신호(리셋 레벨) Vreset으로서 출력한다. 증폭 트랜지스터(74)는 나아가, 전송 트랜지스터(72)에 의해 신호 전하를 전송한 후의 FD부(76)의 전위를 광축적 신호(신호 레벨) Vsig로서 출력한다.
선택 트랜지스터(75)는, 예를 들면, 드레인 전극이 증폭 트랜지스터(74)의 소스 전극에, 소스 전극이 수직 신호선(17)에 각각 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(75)의 게이트 전극에는, High 액티브인 선택 펄스 φSEL가 선택선(79)을 거쳐 인가된다. 선택 펄스 φSEL이 인가됨으로써, 선택 트랜지스터(75)는 온 상태가 되어 단위 화소(70)는 선택 상태가 되고, 증폭 트랜지스터(74)로부터 출력되는 신호를 수직 신호선(17)에 중계한다.
또한, 선택 트랜지스터(75)에 대해서는, 화소 전원 Vdd와 증폭 트랜지스터(74)의 드레인 사이에 접속한 회로 구성을 채용하는 것도 가능하다.
또한, 단위 화소(70)로서는, 상기 구성의 4개의 트랜지스터로 이루어진 화소 구성의 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 증폭 트랜지스터(74)와 선택 트랜지스터(75)를 겸용하는 3개의 트랜지스터로 이루어진 화소 구성의 것 등이어도 되며, 그 화소 회로의 구성은 제한되지 않는다.
＜＜2. 제1 실시형태＞＞
다음으로, 도 4 내지 도 8을 참조하여, CMOS 이미지 센서(10)의 제1 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10a)의 구성에 대해 설명한다.
도 4는, CMOS 이미지 센서(10a)의 화소 어레이부(12)에 있어서의 화소(70)의 배치예를 나타내는 평면도이다. 이 예에서는, 2×4의 화소(70)가 1개의 유닛(이하, 2×4 화소 유닛이라고 칭한다)을 구성하고 있다. 그리고, 2×4 화소 유닛이, 화소 어레이부(12)에 2차원으로 배치된다.
구체적으로는, 2행×2열로 배열된 포토 다이오드(PD1) 내지 포토 다이오드(PD4)의 중앙에, 각각 대응하는 전송 트랜지스터(TG1) 내지 전송 트랜지스터(TG4)가 배치되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(TG1) 내지 전송 트랜지스터(TG4)의 중앙에, FD부(FD1)가 배치되어 있다. 그리고, 4개의 포토 다이오드(PD1) 내지 포토 다이오드(PD4)가, 1개의 FD부(FD1)를 공유하고 있다.
마찬가지로, 2행×2열로 배열된 포토 다이오드(PD5) 내지 포토 다이오드(PD8)의 중앙에, 각각 대응하는 전송 트랜지스터(TG5) 내지 전송 트랜지스터(TG8)가 배치되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(TG5) 내지 전송 트랜지스터(TG8)의 중앙에, FD부(FD2)가 배치되어 있다. 그리고, 4개의 포토 다이오드(PD5) 내지 포토 다이오드(PD8)가, 1개의 FD부(FD2)를 공유하고 있다.
또한, 포토 다이오드(PD1) 내지 포토 다이오드(PD8)는, 도 3의 포토 다이오드(71)에 대응한다. 전송 트랜지스터(TG1) 내지 전송 트랜지스터(TG8)는, 도 3의 전송 트랜지스터(72)에 대응한다. FD부(FD1) 및 FD부(FD2)는, 도 3의 FD부(76)에 대응한다.
또한, 포토 다이오드(PD1)와 포토 다이오드(PD7) 사이에, 화소 트랜지스터(TR1)가 배치되어 있다. 포토 다이오드(PD2)와 포토 다이오드(PD8) 사이에, 화소 트랜지스터(TR2)가 배치되어 있다. 포토 다이오드(PD5)와 도시하지 않은 세로 방향으로 인접하는 2×4 화소 유닛의 포토 다이오드와의 사이에, 화소 트랜지스터(TR3)가 배치되어 있다. 포토 다이오드(PD5)와 도시하지 않은 세로 방향으로 인접하는 2×4 화소 유닛의 포토 다이오드와의 사이에, 화소 트랜지스터(TR4)가 배치되어 있다.
예를 들면, 화소 트랜지스터(TR1)는, 도 3의 증폭 트랜지스터(74)에 대응되고, 화소 트랜지스터(TR2)는, 도 3의 선택 트랜지스터(75)에 대응된다. 또한, 예를 들면, 화소 트랜지스터(TR3) 또는 화소 트랜지스터(TR4) 중 일방은, 도 3의 리셋 트랜지스터(73)에 대응되고, 타방은, 도시되지 않은 세로 방향으로 인접하는 2×4 화소 유닛의 리셋 트랜지스터(73)에 대응된다.
또한 이하, 포토 다이오드(PD1) 내지 포토 다이오드(PD8)를 각각 구별할 필요가 없는 경우, 단순히 포토 다이오드(PD)라고 칭한다. 이하, 전송 트랜지스터(TG1) 내지 전송 트랜지스터(TG8)를 각각 구별할 필요가 없는 경우, 단순히 전송 트랜지스터(TG)라고 칭한다. 화소 트랜지스터(TR1) 내지 화소 트랜지스터(TR4)를 각각 구별할 필요가 없는 경우, 단지 화소 트랜지스터(TR)라고 칭한다.
도 5는, 도 4의 점선 A－A＇에서의 CMOS 이미지 센서(10a)의 단면의 모식도(A－A＇단면도)이다. 또한, 도 5의 점선의 사각으로 둘러싸이는 부분이, 1개의 단위 화소(70)에 대응하고, 도 5에는, 인접하는 2개의 단위 화소(70)의 구성이 도시되어 있다.
CMOS 이미지 센서(10a)에 있어서는, 배선층(101), 게이트 절연막(102), 광 흡수층(103), 반사 방지막(104), 층간 절연막(105), 색 필터 어레이(21), 및, 온 칩 렌즈 어레이(22)가, 도면의 아래로부터 차례대로 적층되어 있다. CMOS 이미지 센서(10a)는, 광 흡수층(103)의 광이 입사되는 수광면과 반대측의 면(이하, 저면이라고 칭한다)에 배선층(101)이 적층되어 있는 이면 조사형의 구성을 갖고 있다.
배선층(101)의 층간막 내에는, 1층 이상의 금속 배선(106)이 설치되어 있다. 층간막은, 예를 들면, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 주성분으로 하는 유전체로 이루어진다.
게이트 절연막(102)은, 광 흡수층(103)의 저면에 적층되어 있다. 게이트 절연막(102)은, 예를 들면, 산화막, 산질화막, 또는 high-k막으로 이루어진다. 단위 화소(70)의 각 트랜지스터의 게이트 전극은, 광 흡수층(103)의 저면에 게이트 절연막(102)을 거쳐 형성되어 있다. 또한, 도 5에는, 전송 트랜지스터(TG1)와 전송 트랜지스터(TG2)의 게이트 전극이 도시되어 있다.
광 흡수층(103)은, 반도체 기판(예를 들면, 결정질 실리콘 기판)으로 이루어진다. 광 흡수층(103)에는, 포토 다이오드(71) 및 FD부(76) 등(도시하지 않음)이 형성된다.
또한, 광 흡수층(103)에는, 수광면으로부터 연장되는 트렌치 형상의 소자 분리부(107)가 형성되어 있다. 소자 분리부(107)에는, 예를 들면, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 주성분으로 하는 유전체가 충전된다.
도 6및 도 7은, 도 5의 일점 쇄선으로 표시하는 깊이(d1)에 있어서의 CMOS 이미지 센서(10a)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도 6 및 도 7의 점선으로 둘러싸인 사각형의 영역은, 각 화소(70)의 영역을 나타내고 있다. 또한, 도 6 및 도 7의 음영부는, 소자 분리부(107)의 위치를 나타내고 있다. 이들 예에 도시한 것처럼, 소자 분리부(107)는, 인접하는 화소(70) 사이의 경계 부분에 형성되어 있다. 또한, 도 6의 예에서는, 소자 분리부(107)는, 각 화소(70)의 네 코너에서 불연속이다. 한편, 도 7의 예에서는, 소자 분리부(107)는, 각 화소(70)의 네 코너에서 연속하고, 격자 모양으로 형성되어 있다.
또한, 광 흡수층(103)의 수광면에는, 차광막(108)이 형성되어 있다. 차광막(108)은, 예를 들면, 도 7의 소자 분리부(107)와 마찬가지로, 각 화소(70)의 경계 부분에 격자 모양으로 형성된다.
이러한 소자 분리부(107) 및 차광막(108)에 의해, 광 흡수층(103)으로 입사되는 광이 인접하는 화소(70)로 누설되는 것이 억제된다.
반사 방지막(104)은, 예를 들면, 고굴절률 유전체층으로 이루어진다. 반사 방지막(104)은, 입사광이, 광 흡수층(103)의 수광면에서 반사되어, 광 흡수층(103)으로 입사되는 광량이 감소되는 것을 억제한다. 또한, 반사 방지막(104)은, 광 흡수층(103)의 수광면 뿐만이 아니라, 소자 분리부(107)의 내벽 및 저면도 덮고 있어 피닝막(pinning film)을 겸하고 있다.
층간 절연막(105)은, 예를 들면, 배선층(101)을 구성하는 층간막과 같은 재질의 유전체층으로 이루어진다.
또한, 광 흡수층(103)의 굴절률을 n1, 반사 방지막(104)의 굴절률을 n2, 층간 절연막(105)의 굴절률을 n3으로 하면, n1＞n2＞n3이 된다.
그리고, 도 5의 위쪽으로부터 입사된 광은, 온 칩 렌즈 어레이(22), 색 필터 어레이(21), 층간 절연막(105), 및 반사 방지막(104)을 거쳐, 광 흡수층(103)으로 입사된다. 그리고, 광 흡수층(103) 내에 형성되어 있는 포토 다이오드(71)(도시하지 않음)에 의해, 입사광이 광전하로 광전 변환된다.
여기서, 이면 조사형의 CMOS 이미지 센서(10a)에서는, 표면 조사형의 CMOS 이미지 센서와 비교해, 광 흡수층(103)이 얇게 된다. 그 결과, 입사광의 파장이 긴 성분일수록 광 흡수층(103)의 양자 효율이 저하되어, 예를 들면, 광 흡수층(103)에서, 가시광선은 충분히 흡수되는 반면, 적외광이 흡수되지 않고 투과되는 비율은 커진다. 그 결과, CMOS 이미지 센서(10a)에 있어서, 가시광에 대한 감도는 충분한 반면, 가시광보다 파장이 긴 적외광에 대한 감도가 저하될 우려가 있다.
또한, 광 흡수층(103)을 투과한 투과광의 일부는, 배선층(101)의 각 트랜지스터의 게이트 전극, 금속 배선(106), 게이트 전극과 금속 배선(106) 사이의 컨택트(도시하지 않음), 및 다른 층의 금속 배선(106) 간의 비어(도시하지 않음) 등에 의해 반사되어 광 흡수층(103)으로 재입사한다. 이 때, 배선층(101)에서 투과광이 반사되는 부분의 구성이 화소(70)마다 다르기 때문에, 투과광에 대한 반사 특성이 화소(70) 사이에서 차이가 있다. 그 때문에, 배선층(101)에서 반사되어, 광 흡수층(103)으로 재입사되는 반사광의 광량이, 화소(70) 사이에서 차이가 난다. 그 결과, 상술한 바와 같이 투과광에는 적외광이 많이 포함되기 때문에, 화소(70) 사이에서, 특히 적외광에 대한 감도의 오차가 생긴다.
예를 들면, 도 8은, 파장 및 광량이 일정한 적외광이 CMOS 이미지 센서(10a)에 입사했을 때의 각 화소(70)의 감도의 오차를 모식적으로 나타내고 있다. 도 8의 각 셀은 각각의 화소(70)를 나타내고 있고, 각 셀의 색의 진하기는, 각 화소(70)가 검출한 광량(밝음)을 나타내고 있다. 구체적으로는, 색이 진하지 않은 화소일수록, 검출한 광량이 크고(밝고), 색이 진한 화소일수록, 검출되는 광량이 작다(어둡다). 이 예에 도시한 것처럼, 파장 및 광량은 일정한 적외광을 CMOS 이미지 센서(10a)에 입사하더라도, 화소(70) 간의 감도차에 의해, 고정 패턴과 같은 밝기의 얼룩이 생긴다.
＜＜3. 제2 실시형태＞＞
다음으로, 도 9 내지 도 18을 참조하여, CMOS 이미지 센서(10)의 제2 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10b)에 대해 설명한다.
CMOS 이미지 센서(10b)는, 상술한 CMOS 이미지 센서(10a)의 적외광에 대한 감도 저하 및 오차를 개선한 것이다.
우선, 도 9 및 도 10을 참조하여, CMOS 이미지 센서(10b)의 구성예에 대해 설명한다. 또한, 도 9 및 도 10에 있어서, 도 4 및 도 5와 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10b)는, CMOS 이미지 센서(10a)와 비교해, 배선층(101)의 게이트 절연막(102)과 금속 배선(106)의 사이에 있어서, 각 포토 다이오드(PD)의 아래쪽으로 반사막이 설치되어 있는 점이 다르다. 예를 들면, 도 9의 예에서는, 포토 다이오드(PD1) 내지 포토 다이오드(PD8)에 대해, 반사막(RM1) 내지 반사막(RM8)이 설치되어 있다.
반사막(RM1) 내지 반사막(RM8)은, 예를 들면, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 또는, 단결정 실리콘 등의 실리콘을 주성분으로 하는 박막으로 이루어진다. 반사막(RM1) 내지 반사막(RM8)은, 각각 포토 다이오드(PD1) 내지 포토 다이오드(PD8)에서 흡수되지 않고 투과한 광을 가능한 한 많이 반사하여, 포토 다이오드(PD1) 내지 포토 다이오드(PD8)로 재입사시키는데 적합한 형상, 크기, 및 위치로 설정된다.
예를 들면, 이 예에서는, 반사막(RM1) 내지 반사막(RM8)은, 서로 상하 및 좌우의 적어도 한쪽으로 대칭인 형상을 갖고 있고, 크기는 모두 같다. 또한, 예를 들면, 반사막(RM1) 내지 반사막(RM8)은, 배선층(101)과 광 흡수층(103)이 적층되는 방향(이하, 깊이 방향이라고 칭한다)에 있어서, 각각 광 흡수층(103)의 수광면의 각 화소(70)의 개구부(차광막(108)이 형성되어 있지 않은 영역)가 적어도 일부, 및 같은 화소(70) 내의 포토 다이오드(PD)의 저면의 적어도 일부와 겹치도록 배치된다. 나아가, 예를 들면, 반사막(RM1) 내지 반사막(RM8)은, 깊이 방향에 있어서, 각 화소(70)의 트랜지스터의 게이트 전극과 겹치지 않게 배치된다. 또한, 예를 들면, 반사막(RM1) 내지 반사막(RM8)은, 광 흡수층(103)의 저면(보다 엄밀하게는, 게이트 절연막(102))으로부터 소정의 거리를 비워 배치된다.
또한, 이하, 반사막(RM1) 내지 반사막(RM8)을 각각 구별할 필요가 없는 경우, 단순히 반사막(RM)이라고 칭한다.
또한, 예를 들면, 각 반사막(RM)은, 그라운드에 전기적으로 접속된다.
또는, 예를 들면, 각 반사막(RM)에는, 피닝(pinning) 강화를 위하여 부(-)의 바이어스 전압이 인가된다. 이에 의해, 포토 다이오드(PD)의 포화 전자의 증가, 표면 피닝의 강화에 의해, 흰 점(white spot)의 발생을 억제할 수 있다.
이와 같이, 배선층(101)에 있어서, 각 화소(70)의 포토 다이오드(PD)의 하부에 반사막(RM)을 설치함으로써, 각 포토 다이오드(PD)를 투과한 광이 반사되어 각 포토 다이오드(PD)에 재입사한다. 그 결과, 광 흡수층(103)을 두껍게 하지 않더라도, 특히 포토 다이오드(PD)를 투과하는 비율이 높은 적외광에 대한 감도가 향상된다.
또한, 화소(70)마다 반사막(RM)을 설치함으로써, 배선층(101)에서 투과광이 반사되는 부분의 구성이 각 화소(70)에서 거의 일정하게 되고, 투과광에 대한 반사 특성의 화소(70) 간의 오차가 억제된다. 그 결과, 각 화소(70)의 적외광에 대한 감도의 오차가 억제된다.
도 11은, 도 8과 마찬가지로, 파장 및 광량이 일정한 적외광이 CMOS 이미지 센서(10b)에 입사했을 때의 각 화소(70)의 감도의 오차를 모식적으로 나타내고 있다. 도 11을 도 8과 비교하면, 각 화소(70)의 감도가 전체적으로 향상되고, 밝아짐과 함께, 화소(70) 간의 밝기의 오차가 억제되고 있다.
여기서, 광 흡수층(103)의 저면(보다 엄밀하게는, 게이트 절연막(102))과 각 반사막(RM)과의 사이의 층간막(이하, 스페이서라고도 칭한다)의 두께, 및 각 반사막(RM)의 두께에 대해 설명한다. 스페이서의 두께(TA1), 및 각 반사막(RM)의 두께(TB1)는, 예를 들면, 다음 식 (1) 및 (2)에 따라 설정된다.
TA1=(2i＋1)λ/4nA1　···(1)
TB1=(2j＋1)λ/4nB1 ···(2)
i, j는, 0이상의 정수이다.
λ는, 반사막(RM)에 의해 반사되는 광(전자파)의 중심 파장이다. 즉, 반사막(RM)에 의해 감도를 향상시키고 싶은 광의 파장역의 중심이, 중심 파장 λ가 된다. 따라서, 반사막(RM)에 의해, 중심 파장 λ 근방의 파장의 광에 대한 감도가 특히 향상된다. 예를 들면, 중심 파장 λ는, 700㎚ 이상으로 설정된다. 또는, 예를 들면, 중심 파장 λ는, 700㎚ ~ 1100㎚의 범위 내로 설정된다. 또는, 예를 들면, 중심 파장 λ는, 800㎚ ~ 950㎚의 범위 내로 설정된다.
nA1은, 스페이서의 복소 굴절률의 실부이다. 또한, 굴절률 nA1은, 광 흡수층(103)의 굴절률보다 작은 값이 된다. 예를 들면, 스페이서(배선층(101)의 층간막)가, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 주성분으로 하는 절연막으로 이루어지는 경우, 굴절률 nA1은, 1.4 ~ 2.0 정도가 된다. 또한, 예를 들면, 식 (1)에 있어서 i=0으로 한 경우, 스페이서의 두께(TA1)는, 중심 파장 λ가 700㎚ ~ 1100㎚의 범위 내에서, 80㎚ ~ 200㎚ 정도가 된다. 또한, 스페이서의 두께(TA1)는, 적어도 게이트 절연막(102)보다 두껍게 된다.
nB1은, 반사막(RM)의 복소 굴절률의 실부이다. 또한, 굴절률 nB1은, 스페이서의 굴절률 nA1보다 큰 값이 된다. 예를 들면, 반사막(RM)이 실리콘을 주성분으로 하는 박막으로 이루어지는 경우, 굴절률 nB1은, 3.5~4.0 정도가 된다. 또한, 예를 들면, 식 (2)에 있어서 j=0으로 한 경우, 반사막(RM)의 두께(TB1)는, 중심 파장 λ가 700㎚ ~ 1100㎚의 범위 내에서, 40㎚ ~ 80㎚ 정도가 된다.
도 12는, 반사막(RM)과 광 흡수층(103) 사이의 스페이서의 두께(TA1)를 150㎚로 설정하고, 반사막(RM)의 두께(TB1)를 50㎚로 했을 경우의 반사막(RM)의 반사 특성의 예를 나타내고 있다. 또한, 도 12 내지 도 15의 예에서, 배선층(101)의 층간막이 실리콘 산화물로 이루어지고, 광 흡수층(103) 및 반사막(RM)이 실리콘으로 이루어지는 것으로 한다.
도 12의 좌측의 그래프의 가로축은, 반사막(RM)에 입사되는 광의 파장(단위는 ㎚)을 나타내고, 세로축은 반사율(단위는 %)을 나타내고 있다.
이 예에서는, 반사막(RM)의 반사율은, 적외광(근적외광)의 파장역인 800㎚ 부근에서 최대의 약 80%가 되고, 청색의 광의 파장역인 480㎚ 부근에서 최소의 약 4%가 된다.
도 13 내지 도 15는, 스페이서의 두께(TA1) 및 반사막(RM)의 두께(TB1)를 변화시켰을 경우의 반사막(RM)의 반사 특성의 예를 나타내고 있다. 도 13 내지 도 15의 각 그래프의 가로축은, 반사막(RM)에 입사하는 광의 파장(단위는 ㎚)을 나타내고, 세로축은 스페이서의 두께(TA1)(단위는 ㎚)를 나타내고 있다. 또한, 도 13은, 반사막(RM)의 두께(TB1)가 50㎚인 경우의 반사 특성의 예를 나타내고, 도 14는, 반사막(RM)의 두께(TB1)가 75㎚인 경우의 반사 특성의 예를 나타내며, 도 15는, 반사막(RM)의 두께(TB1)가 100㎚인 경우의 반사 특성의 예를 나타내고 있다.
이 예에 도시한 것처럼, 반사막(RM)의 반사율은, 광의 파장뿐만 아니라, 스페이서의 두께(TA1) 및 반사막(RM)의 두께(TB1)에 의해서도 변화한다. 또한, 반사막(RM)의 반사율은, 스페이서의 두께(TA1) 및 반사막(RM)의 두께(TB1)를 단순히 두껍게 또는 얇게 하면 높아지거나 또는 낮아지는 것이 아니라, 광의 파장, 스페이서의 두께(TA1), 및, 반사막(RM)의 두께(TB1)의 관계성에 따라, 비선형으로 주기적으로 변화한다.
예를 들면, 반사막(RM)의 두께(TB1)가 50㎚인 경우, 파장이 800㎚ 근방인 광에 대한 반사율을 최대로 하려면, 도 13의 별표로 도시한 것처럼, 스페이서의 두께(TA1)를 150㎚ 부근으로 설정하면 된다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 스페이서의 두께(TA1) 및 반사막(RM)의 두께(TB1)를 적절히 조정함으로써, 소망하는 파장역의 광에 대한 반사막(RM)의 반사율을 올려 감도를 향상시킬 수 있다.
도 16은, 반사 방지막(104)의 반사 특성의 예를 나타내고 있다. 도 16의 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 반사율을 나타낸다. 또한, 실선의 선(L1)은, 파장이 550㎚의 광에 대한 반사율이 가장 낮아지도록 두께를 설정했을 경우의 반사 방지막(104)의 반사율을 나타내고 있다. 점선의 선(L2)은, 파장이 800㎚인 광에 대한 반사율이 가장 낮아지도록 두께를 설정했을 경우의 반사 방지막(104)의 반사율을 나타내고 있다.
이 예에 도시한 것처럼, 반사 방지막(104)의 반사율은, 광의 파장에 따라 변화한다. 그리고, 반사율을 가장 낮게 하고, 광 흡수층(103)에 의해 많이 입사시키고 싶은 광의 중심 파장을 λ, 반사 방지막(104)의 굴절률을 n으로 하면, 반사 방지막(104)의 두께는, λ／4 n 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 중심 파장 λ 근방의 광에 대한 감도가 향상된다.
예를 들면, 중심 파장 λ를 800㎚로 하고, 굴절률 n을 2.15로 하면, 반사 방지막(104)의 두께는 약 93㎚가 된다.
도 17은, 도 18의 구성 1 내지 구성 4에 대해, 광 흡수층(103)의 광의 흡수 특성을 FDTD(Finite-difference time-domain) 법에 의해 시뮬레이션 한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 17의 가로축은 파장(단위는 ㎚)을 나타내고, 세로축은 상대 흡수율(단위는 임의 단위)을 나타낸다. 또한, 상대 흡수율은, 광 흡수층(103)에 입사했을 때에 흡수되는 광과, 광 흡수층(103)을 투과한 후 배선층(101)에서 반사되어 재입사했을 때에 흡수되는 광의 합계 흡수율을 나타낸다.
구성 1 내지 구성 4에 있어서, 광 흡수층(103)은 두께 3μm인 실리콘으로 이루어지고, 배선층(101) 및 층간 절연막(105)은 실리콘 산화물로 이루어진다. 구성 1에서는, 반사 방지막(104) 및 반사막(RM)은 설치되어 있지 않다. 구성 2에서는, 두께가 60㎚인 반사 방지막(104)이 설치되고, 반사막(RM)은 설치되어 있지 않다. 구성 3에서는, 두께가 90㎚인 반사 방지막(104)이 설치되고 반사막(RM)은 설치되어 있지 않다. 구성 4에 있어서는, 두께가 90㎚인 반사 방지막(104), 및, 두께가 50㎚인 반사막(RM)이 설치되어 있다. 또한, 반사막(RM)과 광 흡수층(103) 사이의 스페이서의 두께는 150㎚가 된다.
또한, 도 17의 선(L11) 내지 선(L14)은, 각각 구성 1 내지 구성 4의 경우의 각 파장에 대한 상대 흡수율의 근사 곡선을 나타내고 있다.
이 예에 도시한 것처럼, 700㎚에서 1000㎚의 적외광의 파장역에 있어서, 구성 4의 흡수율이 가장 높고, 다음으로 구성 3의 흡수율이 높으며, 다음으로 구성 2의 흡수율이 높고, 구성 1의 흡수율이 가장 낮다.
따라서, 반사 방지막(104) 및 반사막(RM)을 설치함과 함께, 반사 방지막(104)의 두께를 적절히 설정함으로써, 적외광에 대한 감도가 향상된다.
＜반사막에 관한 변형예＞
다음으로, 도 19 내지 도 24를 참조하여, CMOS 이미지 센서(10b)의 반사막(RM)에 관한 변형예에 대해 설명한다.
도 9의 예에서는, 각 반사막(RM)의 크기가 모두 같은 예를 나타냈지만, 반드시 모두 같은 크기로 할 필요는 없다.
예를 들면, 도 19에 도시한 것처럼, 화소 트랜지스터(TR)의 배치에 따라, 반사막(RM)의 크기를 바꾸도록 해도 된다. 구체적으로는, 도 19의 배치예는, 도 9의 배치예와 비교해, 화소 트랜지스터(TR3)가 삭제되어 있는 점이 다르다.
광 흡수층(103)을 투과한 투과광은, 배선층(101)에 있어서, 반사막(RM) 뿐만 아니라, 화소 트랜지스터(TR)의 게이트 전극에서도 반사되어, 광 흡수층(103)에 재입사된다. 따라서, 화소 트랜지스터(TR3)가 삭제됨으로써, 화소 트랜지스터(TR3)의 게이트 전극에 의한 반사광의 분만큼, 포토 다이오드(PD5)에 재입사되는 반사광이 감소한다. 이에 대해, 포토 다이오드(PD5)에 대응하는 반사막(RM5)의 면적을 크게 함으로써, 반사광의 감소분을 보충한다. 이에 의해, 각 포토 다이오드(PD)에 입사되는 반사광의 오차가 억제되고, 화소(70) 간의 감도의 오차가 억제된다.
또한, 도 19에서는, 반사막(RM3)의 면적도 반사막(RM5)과 마찬가지로 크게 되어 있는데, 이는, 반사막(RM3)의 도면 내의 윗방향으로 화소 트랜지스터가 배치되어 있지 않은 것에 따른 것이다.
또한, CMOS 이미지 센서(10b)에서는, 예를 들면, 모바일 용의 카메라 모듈 등에 사용하기 위해 두께가 얇아지는(박형화) 경우 등에 대해, 필요에 따라서 퓨필 보정을 한다.
예를 들면, 도 21은, 도 20의 점선 B－B＇및 점선 C－C＇에 있어서의 CMOS 이미지 센서(10b)의 단면도(A－A＇단면도)를 나타내고 있다. 이 예에서는, 화소(70)마다, 상(像)의 높이에 따라 주광선의 입사각이 다른 값으로 설계되고, 그 주광선의 입사각에 따라, 온 칩 렌즈 어레이(22)의 마이크로 렌즈, 색 필터 어레이(21)의 필터, 소자 분리부(107)의 위치가 수평 방향으로 오프셋(offset) 되고 있다. 즉, 퓨필 보정을 행하고 있다.
그리고, 화소(70)마다, 퓨필 보정의 보정량 및 보정 방향 등에 기초하여, 반사막(RM)의 형상, 크기, 및, 위치가 조정된다. 예를 들면, 도 20의 예에서는, 반사막(RM3) 및 반사막(RM5)이, 다른 반사막(RM)보다 크게 되어 있다. 또한, 예를 들면, 도 21의 예에서는, 반사막(RM5) 및 반사막(RM7)의 수평 방향의 중심의 위치가, 광 흡수층(103)의 개구의 중심보다, 도면 내의 왼쪽 방향으로 오프셋되고 있다. 이에 의해, 예를 들면, 각 화소(70)로의 주광선의 입사각의 차이에 의한 화소(70)간의 감도 차가 억제된다. 특히, 인접하는 같은 색의 화소(70) 사이, 또는 근방의 같은 색의 화소(70) 간의 감도 차를 억제할 수 있다.
또한, 반사막(RM)은, 반드시 화소(70)(포토 다이오드(PD))마다 설치할 필요는 없고, 복수의 화소(70)(포토 다이오드(PD)) 사이에서 반사막(RM)을 공유하도록 해도 된다.
도 22의 예에서는, 반사막(RM11)은, 전송 트랜지스터(TG1) 내지 전송 트랜지스터(TG4)의 게이트 전극의 주위를 둘러싸는 사각형의 프레임형의 형상을 갖고, 포토 다이오드(PD1) 내지 포토 다이오드(PD4)의 저면을 덮고 있다. 반사막(RM11)에는, 전송 트랜지스터(TG1) 내지 전송 트랜지스터(TG4)의 게이트 전극에 대응되는 위치에 사각형의 개구부(RM11A)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 반사막(RM12)은, 전송 트랜지스터(TG5) 내지 전송 트랜지스터(TG8)의 게이트 전극의 주위를 둘러싸는 사각형의 프레임형의 형상을 갖고, 포토 다이오드(PD5) 내지 포토 다이오드(PD8)의 저면을 덮고 있다. 반사막(RM12)에는, 전송 트랜지스터(TG5) 내지 전송 트랜지스터(TG8)의 게이트 전극에 대응하는 위치에 사각형의 개구부(RM12A)가 형성되어 있다.
도 23의 예에서는, 나아가 인접하는 2×4 화소 유닛 간에 반사막(RM)이 공유되고 있다. 구체적으로는, 반사막(RM21)은, 횡방향으로 인접하는 2×4 화소 유닛 사이에서 연결되어 있고, 전송 트랜지스터(TG1) 내지 전송 트랜지스터(TG4)의 게이트 전극에 대응되는 위치에 구형의 개구부(RM21A)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 반사막(RM22)은, 횡방향으로 인접하는 2×4 화소 유닛 사이에서 연속하고, 전송 트랜지스터(TG5) 내지 전송 트랜지스터(TG7)의 게이트 전극에 대응하는 위치에 사각형의 개구부(RM22A)가 형성되어 있다.
도 24의 예에서는, 나아가 가로 방향뿐만 아니라, 세로 방향으로 인접하는 2×4 화소 유닛 간에도 반사막(RM)이 공유되고 있다. 구체적으로는, 반사막(RM31)은, 모든 화소(70) 사이에서 연결되어 있고, 각 트랜지스터의 게이트 전극의 위치에 따라 개구부가 형성되고 있다. 예를 들면, 도 24의 예에서는, 전송 트랜지스터(TG1) 내지 전송 트랜지스터(TG4)의 게이트 전극에 대응되는 위치에 사각형의 개구부(RM31A)가 형성되고, 전송 트랜지스터(TG5) 내지 전송 트랜지스터(TG7)의 게이트 전극에 대응되는 위치에 사각형의 개구부(RM31B)가 형성되어 있다. 또한, 화소 트랜지스터(TR1) 내지 화소 트랜지스터(TR4)의 게이트 전극에 대응되는 위치에, 각각 사각형의 개구부(RM31C) 내지 개구부(RM31F)가 형성되어 있다.
＜＜4. 제3 실시형태＞＞
도 25는, CMOS 이미지 센서(10)의 제3 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10c)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 10과 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10c)는, 도 10의 CMOS 이미지 센서(10b)와 비교해, 광 흡수층(103)의 수광면에, 주기적인 요철로 이루어진 회절 구조가 형성되어 있는 점이 다르다. 구체적으로는, 광 흡수층(103)의 수광면에, 상면이 사각형인 역피라미드형의 홈이 주기적으로 형성되어 있다. 이 홈은, 예를 들면, 실리콘 결정면(111) 또는 실리콘 결정면(110)에 의해 형성되고, 광 흡수층(103)의 수광면에 있어서 간극없이 격자 모양으로 배치된다. 또한, 수광면에 있어서의 홈의 상면의 한 변의 길이(사이즈 피치)는, 예를 들면, 200㎚에서 1000㎚의 범위 내로 설정된다.
이러한 광 흡수층(103)의 수광면의 회절 구조에 의해, 광 흡수층(103)으로 입사하는 입사광의 입사각이 커지고, 광 흡수층(103) 내의 광로가 길어진다. 이에 의해, 입사광에 포함되는 적외광 성분이 보다 광 흡수층(103)으로 흡수되기 쉬워져, 적외광에 대한 감도가 향상된다.
＜＜5. 제4 실시형태＞＞
도 26은, CMOS 이미지 센서(10)의 제4 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10d)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 25와 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10d)는, 도 25의 CMOS 이미지 센서(10c)와 비교해, 광 흡수층(103)의 수광면의 회절 구조의 형상이 다르다. 구체적으로는, 광 흡수층(103)의 수광면에, 상면의 개구 직경이 가장 크고, 아래로 갈수록 개구 직경이 작아지는 홈이 주기적으로 형성되어 있다. 이 홈의 깊이 방향의 단면은, 포물선 형상이 된다. 이 홈은, 예를 들면, 광 흡수층(103)의 수광면에서 간극 없이 격자 모양으로 배치된다. 또한, 수광면에서의 홈의 상면의 한 변의 길이(사이즈 피치)는, 예를 들면, 200㎚에서 1000㎚의 범위 내로 설정된다.
이 광 흡수층(103)의 수광면의 회절 구조에 의해, 도 25의 CMOS 이미지 센서(10c)와 마찬가지의 이유에 의해, 적외광에 대한 감도가 향상된다.
＜＜6. 제5 실시형태＞＞
도 27은, CMOS 이미지 센서(10)의 제5 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10e)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 10과 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있고, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10e)는, 도 10의 CMOS 이미지 센서(10b)와 비교해, 소자 분리부(107)가, 광 흡수층(103)을 관통하고, 광 흡수층(103)의 저면까지 도달하고 있는 점이 다르다. 이와 같이, 소자 분리부(107)가 광 흡수층(103)을 관통함으로써, 화소(70) 간의 광의 누출이 한층 더 억제되어 혼색의 발생이나 공간 해상도의 저하가 억제된다. 다만, 소자 분리부(107)가 광 흡수층(103)을 관통함으로써, 소자 분리부(107)의 저면에서의 레이아웃의 자유도는 저하된다.
＜＜7. 제6 실시형태＞＞
도 28은, CMOS 이미지 센서(10)의 제6 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10f)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 25와 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10f)는, 도 25의 CMOS 이미지 센서(10c)와 비교해, 소자 분리부(107)가, 광 흡수층(103)을 관통하여, 광 흡수층(103)의 저면까지 도달하고 있는 점이 다르다. 따라서, 도 27의 CMOS 이미지 센서(10e)와 마찬가지로, 화소 간의 광의 누설이 더 억제된다.
＜＜8. 제7 실시형태＞＞
도 29는, CMOS 이미지 센서(10)의 제7 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10g)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 도한, 도면 내에서, 도 26과 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10g)는, 도 26의 CMOS 이미지 센서(10d)와 비교해, 소자 분리부(107)가, 광 흡수층(103)을 관통하여, 광 흡수층(103)의 저면까지 도달하고 있는 점이 다르다. 따라서, 도 27의 CMOS 이미지 센서(10e)와 마찬가지로, 화소 간의 광의 누설이 더 억제된다.
＜＜9. 제8 실시형태＞＞
도 30은, CMOS 이미지 센서(10)의 제8 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10h)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한 도면 내에서, 도 27과 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10h)는, 도 27의 CMOS 이미지 센서(10d)와 비교해, 반사막(RM)의 표면에 요철이 형성되어 있는 점이 다르다. 이 반사막(RM)의 요철에 의해, 광 흡수층(103)을 투과한 광이 난반사되어, 광 흡수층(103)에 재입사할 때의 입사각이 평균적으로 커진다. 따라서, 광 흡수층(103)에 재입사한 광의 광 흡수층(103) 내의 광로가 길어지고, 흡수율이 상승한다. 그 결과, 적외광에 대한 감도가 향상된다.
＜＜10. 제9 실시형태＞＞
도 31은, CMOS 이미지 센서(10)의 제9 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10i)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 28과 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10i)는, 도 28의 CMOS 이미지 센서(10f)와 비교해, 도 30의 CMOS 이미지 센서(10h)와 마찬가지로, 반사막(RM)의 표면에 요철이 형성되어 있는 점이 다르다. 따라서, CMOS 이미지 센서(10h)와 마찬가지의 이유에 의해, 적외광에 대한 감도가 향상된다.
＜＜11. 제10 실시형태＞＞
도 32는, CMOS 이미지 센서(10)의 제10 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10j)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 29와 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10j)는, 도 29의 CMOS 이미지 센서(10g)와 비교해, 도 30의 CMOS 이미지 센서(10h)와 마찬가지로, 반사막(RM)의 표면에 요철이 형성되어 있는 점이 다르다. 따라서, CMOS 이미지 센서(10h)와 마찬가지의 이유에 의해, 적외광에 대한 감도가 향상된다.
＜＜12. 제11 실시형태＞＞
도 33은, CMOS 이미지 센서(10)의 제11 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10k)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 10과 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10k)는, 도 10의 CMOS 이미지 센서(10b)와 비교해, 반사막(RM)이 다층막으로 되어 있는 점이 다르다. 구체적으로는, CMOS 이미지 센서(10k)는, CMOS 이미지 센서(10b)와 비교해, 반사막(RM1) 대신에, 반사막(RM41a) 내지 반사막(RM41c)의 3 레이어 반사막이 설치되어 있다. 마찬가지로, 반사막(RM2) 대신에, 반사막(RM42a) 내지 반사막(RM42c)의 3 레이어 반사막이 설치되어 있다.
반사막(RM41a) 내지 반사막(RM42c)은, 예를 들면, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 혹은, 단결정 실리콘 등의 실리콘, TaO, TfO, SiNx(실리콘 질화물), Ge, SiC, TiN, Ti, TiO2, NgF2 등의 높은 굴절률을 갖는 유전체 소재로 이루어진다.
또한, 이하, 반사막(RM41a) 내지 반사막(RM42c)을 각각 구별할 필요가 없는 경우, 단순히 반사막(RM)이라고 칭한다.
또한, 배선층(101)의 층간막에는, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 주성분으로 하는 절연막 외에, TiO2나 HfO2 등 가시 ~ 근적외 파장역에서 광학적으로 투명한 부재를 사용할 수 있다.
또한, 광 흡수층(103)의 저면(보다 엄밀하게는, 게이트 절연막(102))과 각 반사막(RM)과의 사이의 층간막의 두께, 및, 각 반사막(RM) 간의 층간막의 두께를 (TA2), 및 각 반사막(RM)의 두께(TB2)는, 예를 들면, 아래 식 (3) 및 (4)에 따라 설정된다.
TA2=(λ×i)/4nA2　···(3)
TB2=(λ×j)/4nB2　···(4)
i, j는, 1 이상의 정수이다.
λ는, 반사막(RM)에 의해 반사되는 광(전자파)의 중심 파장이다. 즉, 반사막(RM)에 의해 감도를 향상시키고 싶은 광의 파장역의 중심이, 중심 파장 λ가 된다. 따라서, 반사막(RM)에 의해, 중심 파장 λ 근방의 파장의 광에 대한 감도가 향상된다. 예를 들면, 중심 파장 λ는, 700㎚ 이상으로 설정된다. 또는, 예를 들면, 중심 파장 λ는, 700㎚ ~ 1100㎚의 범위 내로 설정된다. 또는, 예를 들면, 중심 파장 λ는, 800㎚ ~ 950㎚의 범위 내로 설정된다.
nA2는, 광 흡수층(103)의 층간막의 복소 굴절률의 실수부이다. 예를 들면, 층간막이, 실리콘 산화물을 주성분으로 하는 유전체 소재로 이루어지는 경우, 굴절률 nA2는, 1.35 ~ 1.5 정도가 된다. 또한, 예를 들면, 식 (3)에 있어서 i=1로 한 경우, 스페이서의 두께(TA2)는, 중심 파장 λ가 700㎚ ~ 1100㎚인 범위내에서, 100㎚ ~ 200㎚ 정도가 된다.
nB2는, 반사막(RM)의 복소 굴절률의 실수부이다. 예를 들면, 반사막(RM)이 TaO, TfO, SiNx(실리콘 질화물), Ge, SiC, TiN, Ti, TiO2, NgF2 등의 높은 굴절률을 갖는 유전체 소재로 이루어지는 경우, 굴절률 nB2는, 1.9 ~ 2.5 정도가 된다. 그리고, 예를 들면, 식 (4)에 있어서 j=1로 한 경우, 반사막(RM)의 두께(TB2)는, 중심 파장 λ가 700㎚ ~ 1100㎚의 범위 내에서, 80㎚~100㎚정도가 된다.
도 34는, 다층 구조의 반사막(RM)의 레이어 수와 반사율의 관계를 나타내고 있다. 또한, 배선층(101)의 층간막이 실리콘 산화물로 이루어지고, 광 흡수층(103)이 실리콘으로 이루어지며, 반사막(RM)이 실리콘 질화물로 이루어지는 것으로 한다. 또한, 여기에서는, 파장이 800㎚ 근방의 광에 대한 반사율이 최대가 되도록 반사막(RM)을 설계했을 경우의 예가 나타나고 있다.
도 34의 가로축은 광의 파장(단위는 ㎚)을 나타내고, 세로축은 반사율(단위는 %)을 나타내고 있다. 또한, 선(L21) 내지 선(L25)은, 각각 반사막(RM)이 1 레이어 내지 5 레이어인 경우의 반사율을 나타내고 있다.
이 예에 도시한 것처럼, 파장이 700㎚ 이하인 범위에서는, 각 레이어 수의 반사막(RM) 모두, 파장에 의해 반사율이 변동하고, 대소 관계가 변화한다. 한편, 파장이 700㎚ 이상인 범위에서는, 반사막(RM)의 레이어 수가 많아질수록, 반사율이 높아진다. 따라서, 반사막(RM)의 레이어 수를 늘리는 만큼, 700㎚ 이상의 적외광에 대한 감도가 향상된다.
또한, 도 34에서는, 반사막(RM)의 수만으로 반사막의 레이어 수를 카운트하는 예를 나타냈지만, 게이트 절연막(102)과 반사막(RM) 사이의 층간막, 인접하는 반사막(RM) 사이의 층간막, 가장 아래의 반사막(RM)과 금속 배선(106) 사이의 층간막을 합쳐 레이어 수를 카운트하도록 해도 된다. 이 경우, 예를 들면, 도 33의 CMOS 이미지 센서(10k)의 반사막의 레이어 수는, 3 레이어의 반사막(RM)과 4 레이어의 층간막을 합친 7 레이어가 된다.
＜＜13. 제12 실시형태＞＞
도 35는, CMOS 이미지 센서(10)의 제12 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10l)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 33과 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10l)는, 도 33의 CMOS 이미지 센서(10k)와 비교해, 도 25의 CMOS 이미지 센서(10c)와 마찬가지로, 광 흡수층(103)의 수광면에 회절 구조가 형성되어 있는 점이 다르다. 따라서, CMOS 이미지 센서(10l)는, CMOS 이미지 센서(10k)보다 적외광에 대한 감도가 향상된다.
＜＜14. 제13 실시형태＞＞
도 36은, CMOS 이미지 센서(10)의 제13 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10m)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 33과 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10m)는, 도 33의 CMOS 이미지 센서(10k)와 비교해, 도 26의 CMOS 이미지 센서(10d)와 마찬가지로, 광 흡수층(103)의 수광면에 회절 구조가 형성되어 있는 점이 다르다. 따라서, CMOS 이미지 센서(10m)는, CMOS 이미지 센서(10k)보다 적외광에 대한 감도가 향상된다.
＜＜15. 제14 실시형태＞＞
도 37은, CMOS 이미지 센서(10)의 제14 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10n)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 33과 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10n)는, 도 33의 CMOS 이미지 센서(10k)와 비교해, 도 27의 CMOS 이미지 센서(10e)와 마찬가지로, 소자 분리부(107)가 광 흡수층(103)을 관통하고 있는 점이 다르다. 따라서, CMOS 이미지 센서(10n)는, CMOS 이미지 센서(10k)와 비교하여, 화소 사이의 광의 누설이 억제된다.
＜＜16. 제15 실시형태＞＞
도 38은, CMOS 이미지 센서(10)의 제15 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10o)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한 도면 내에서, 도 35와 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10o)는, 도 35의 CMOS 이미지 센서(10l)와 비교해, 도 28의 CMOS 이미지 센서(10f)와 마찬가지로, 소자 분리부(107)가 광 흡수층(103)을 관통하고 있는 점이 다르다. 따라서, CMOS 이미지 센서(10o)는, CMOS 이미지 센서(10l)와 비교해, 화소 사이의 광의 누설이 억제된다.
＜＜17. 제16 실시형태＞＞
도 39는, CMOS 이미지 센서(10)의 제16 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10p)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 36과 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10p)는, 도 36의 CMOS 이미지 센서(10m)와 비교해, 도 29의 CMOS 이미지 센서(10g)와 마찬가지로, 소자 분리부(107)가 광 흡수층(103)을 관통하고 있는 점이 다르다. 따라서, CMOS 이미지 센서(10p)는, CMOS 이미지 센서(10m)와 비교하여, 화소 간의 광의 누설이 억제된다.
＜＜18. 제17 실시형태＞＞
도 40은, CMOS 이미지 센서(10)의 제17 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10q)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 10과 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10q)는, 도 10의 CMOS 이미지 센서(10b)와 비교해, 소자 분리부(107) 내에 코어(301)가 형성되어 있는 점이 다르다.
도 41은, 소자 분리부(107)의 구체적인 구성예를 모식적으로 나타내고 있다.
좌단의 도면은, 도 10의 CMOS 이미지 센서(10b) 등과 같이, 소자 분리부(107) 내에 유전체만이 충전되어 있는 예를 나타내고 있다.
중앙의 도면의 예에서는, 소자 분리부(107) 내에 금속제의 코어(311)가 충전되어 있다. 코어(311)는, 예를 들면, 텅스텐, 탄탈, 구리, 알루미늄, 은 등의 가시광 및 근적외광을 투과하지 않는 금속을 주성분으로 하는 부재로 이루어진다. 코어(311)의 주위는, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 주성분으로 하는 유전체에 의해 얇게 덮여 있다. 이 경우, 코어(311)를 구성하는 금속의 물성에 의해, 가시광 및 근적외광의 일부가 흡수되기 때문에, 그 만큼 감도가 저하된다.
우단의 도면은, 도 40의 CMOS 이미지 센서(10q)와 같이, 소자 분리부(107) 내에 실리콘으로 이루어진 코어(301)를 설치한 예를 나타내고 있다. 코어(301)는, 예를 들면, 아몰퍼스 실리콘, 폴리 실리콘, 또는, 단결정 실리콘을 주성분으로 한다. 그리고, 코어(301)의 주위는, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 주성분으로 하는 유전체(이하, 클래드라고도 칭한다)에 의해 덮여 있다.
여기서, 도 42 내지 도 48을 참조하여, 코어(301)를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우의 소자 분리부(107)의 반사 특성을 비교한다. 또한, 도 42 내지 도 48의 예에서는, 광 흡수층(103) 및 코어(301)는 실리콘으로 이루어지고, 소자 분리부(107)에 실리콘 산화물로 이루어진 유전체가 충전되어 있는 것으로 한다.
도 42는, 소자 분리부(107)에 코어(301)가 설치되지 않은 경우에, 소자 분리부(107)의 측면으로 입사되는 광의 광로를 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 이하, 도 42의 아래쪽에 도시한 것처럼, 소자 분리부(107)의 측면으로 입사하는 광의 입사각을, 소자 분리부(107)의 측면에 수직인 방향을 기준(0°)으로 하여, 기준 방향보다 위쪽을 정(正) 방향으로 하고, 하부를 부(負) 방향으로 한다.
입사각의 절대치가 임계각 α 이상인 입사광은, 광 흡수층(103)과 소자 분리부(107)의 경계면(보다 엄밀하게는, 반사 방지막(104)과 소자 분리부(107)의 경계면)에서 전반사되어, 같은 화소(70) 내에 갇힌다. 한편, 입사각의 절대치가 임계각 α 미만인 입사광은, 소자 분리부(107)의 측면을 투과하여, 화소(70) 밖으로 누출된다.
한편, 도 43은, 소자 분리부(107)에 코어(301)가 설치되어 있는 경우에, 소자 분리부(107)의 측면으로 입사하는 광의 광로를 모식적으로 나타내고 있다.
입사각의 절대치가 임계각 α 이상인 입사광은, 도 42의 코어(301)가 설치되지 않은 경우와 마찬가지로, 광 흡수층(103)과 소자 분리부(107)의 경계면(보다 엄밀하게는, 반사 방지막(104)과 소자 분리부(107)의 경계면)에서 전반사되어 같은 화소(70) 내에 갇힌다. 한편, 입사각의 절대치가 임계각 α 미만인 입사광은, 소자 분리부(107)의 측면을 투과한다.
여기서, 코어(301)의 주위의 클래드를 구성하는 실리콘 산화물과 코어(301)를 구성하는 실리콘은, 굴절률이 다르다. 즉, 실리콘이 실리콘 산화물보다 굴절률이 크다. 따라서, 소자 분리부(107)의 측면을 투과한 투과광의 일부는, 클래드와 코어(301)의 경계면에서 반사되어 광 흡수층(103)으로 재입사한다. 또한, 클래드와 코어(301)의 경계면을 투과하여, 코어(301) 내에 진입한 광의 일부는, 코어(301)와 클래드의 경계면에서 반사되어, 광 흡수층(103)으로 재입사한다.
이와 같이, 코어(301)를 설치함으로써, 소자 분리부(107)의 측면으로의 입사광에 대한 반사율이 높아져, 그 결과, 화소(70)의 감도가 향상된다.
도 44는, 코어(301)를 설치하지 않은 경우의 입사각이 0°인 입사광에 대한 소자 분리부(107)의 반사 특성의 예를 나타내고 있다. 이 예에서는, 소자 분리부(107)의 두께(화소(70)가 인접하는 방향의 폭)가 300㎚로 설정되어 있다.
한편, 도 45는, 소자 분리부(107)에 코어(301)를 설치한 경우의 입사각이 0°인 입사광에 대한 소자 분리부(107)의 반사 특성의 예를 나타내고 있다. 이 예에서는, 소자 분리부(107)의 두께가 300㎚로 설정되고, 코어(301)의 두께(화소(70)가 인접하는 방향의 폭)가 50㎚로 설정되며, 코어(301)와 소자 분리부(107)의 측면의 간격(클래드의 폭)이 125㎚로 설정되어 있다.
또한, 도 44 및 도 45의 아래의 그래프의 가로축은, 입사광의 파장(단위는 ㎚)을 나타내고, 세로축은 반사율(단위는 %)을 나타내고 있다.
코어(301)를 설치한 경우는, 코어(301)를 설치하지 않은 경우와 비교해, 약 500㎚ 이상의 파장의 광에 대한 반사율이 높아진다. 예를 들면, 약 570㎚ 이상의 파장의 광에 대해서, 80% 이상의 반사율이 된다. 또한, 약 700㎚ 근방의 파장의 광에 대해서, 80%에서 90%의 높은 반사율이 된다. 한편, 코어(301)를 설치하지 않은 경우, 전 파장역에서, 반사율은 최대라도 50% 전후가 된다.
또한, 코어(301)를 설치한 경우는, 코어(301)를 설치하지 않은 경우와 비교해, 약 500㎚ 이하의 파장의 광에 대한 반사율은 평균적으로 낮아진다.
도 46 내지 도 48은, 도 44에 도시한 것처럼 코어(301)가 설치되지 않은 경우와, 도 45에 도시한 것처럼 코어(301)가 설치되어 있는 경우에 있어서, 각 파장의 광에 대한 반사 특성을 비교한 예를 나타내고 있다. 또한, 도 46 내지 도 48의 예에 있어서, 소자 분리부(107) 및 코어(301)의 두께는, 도 44 및 도 45에 나타나는 예와 같다.
도 46 내지 도 48의 각 그래프의 가로축은 입사각(단위는 °)을 나타내고, 세로축은 반사율(단위는 %)을 나타내고 있다. 또한, 도 46의 위의 그래프는, 입사광의 파장 λ가 450㎚인 경우의 반사 특성을 나타내고, 아래의 그래프는, 파장 λ가 550㎚인 경우의 반사 특성을 나타내고 있다. 도 47 위의 그래프는, 파장 λ가 650㎚인 경우의 반사 특성을 나타내고, 아래의 그래프는, 파장 λ가 750㎚인 경우의 반사 특성을 나타내고 있다. 도 48의 위의 그래프는, 파장 λ가 850㎚인 경우의 반사 특성을 나타내고, 아래의 그래프는, 파장 λ가 950㎚인 경우의 반사 특성을 나타내고 있다. 또한, 각 그래프에 있어서, 실선의 곡선은, 코어(301)가 설치되어 있는 경우의 반사 특성을 나타내고, 점선의 곡선은, 코어(301)가 설치되지 않은 경우의 반사 특성을 나타내고 있다.
또한, 광 흡수층(103)을 구성하는 실리콘과 소자 분리부(107)에 충전되어 있는 실리콘 산화물의 경계면의 임계각은 약 24°이다. 따라서, 도 46 내지 도 48의 각 그래프에 있어서, 입사각이 약 -24° 이하 및 약 24° 이상인 범위에 있어서는, 코어(301)를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에서, 반사율은 대략 100%로 동일해진다. 이에, 이하, 주로 입사각의 절대치가 임계각보다 작은 경우에 대해 설명한다.
파장 λ가 450㎚인 경우, 입사각이 약 -15°로부터 약 15°의 범위 내에서, 코어(301)가 설치되지 않은 경우가, 코어(301)가 설치되어 있을 때보다, 반사율이 높아진다. 한편, 입사각이 약 -24°로부터 약 -15°의 범위 내, 및 입사각이 약 15°로부터 약 24°의 범위 내에서, 코어(301)가 설치되어 있는 경우가, 코어(301)가 설치되지 않은 때보다, 반사율이 높아진다.
파장 λ가 550㎚, 650㎚, 750㎚, 및, 850㎚인 경우, 입사각의 절대치가 임계각보다 작은 범위에 있어서, 코어(301)가 설치된 경우가, 코어(301)가 설치되지 않은 경우보다, 반사율이 높아진다.
파장 λ가 950㎚인 경우, 입사각이 약 -18°로부터 약 18°의 범위 내에서, 코어(301)가 설치된 경우가, 코어(301)가 설치되지 않은 경우보다, 반사율이 높아진다. 한편, 입사각이 약 -24°로부터 약 -18°의 범위 내, 및 입사각이 약 18°로부터 약 24°의 범위 내에서, 코어(301)가 설치되지 않은 경우가, 코어(301)가 설치된 경우보다, 반사율이 높아진다.
이상과 같이, 코어(301)를 설치한 경우가, 코어(301)를 설치하지 않은 경우와 비교해, 대부분의 입사각에 있어서, 적외광에 대한 소자 분리부(107)의 반사율이 높아진다. 그 결과, 코어(301)를 설치함으로써, 적외광에 대한 감도가 향상된다.
다음으로, 도 49 및 도 50을 참조하여, 코어(301)의 두께에 대한 소자 분리부(107)의 반사 특성에 대해 설명한다.
도 49는, 입사각이 0°인 입사광에 대한 소자 분리부(107)의 반사 특성의 예를 나타내고 있다. 도 49의 가로축은, 입사광의 파장(단위는 ㎚)을 나타내고, 세로축은 코어(301)의 두께(단위는 ㎚)를 나타내고 있다. 또한, 도 49에서는, 반사율을 0~20%, 20~40%, 40~60%, 60~80%, 80~100%의 영역으로 분할하여, 각 영역을 색의 농담으로 구별하고 있다. 구체적으로는, 반사율이 낮은 영역일수록 색이 진해지고, 반사율이 높은 영역일수록 색이 연해지고 있다.
도 50은, 도 49의 그래프에서 점선의 보조선으로 나타내는, 파장이 750㎚인 경우, 파장이 850㎚인 경우, 및 파장이 950㎚인 경우의 코어(301)의 두께에 대한 반사율의 변화를 그래프로 나타낸 것이다. 도 50의 가로축은, 코어의 두께(단위는 ㎚)를 나타내며, 세로축은 반사율(단위는 %)을 나타내고 있다. 실선의 곡선은 코어(301)의 두께가 750㎚인 경우의 반사율을 나타내고, 점선의 곡선은 코어(301)의 두께가 850㎚인 경우의 반사율을 나타내며, 일점 쇄선의 곡선은 코어(301)의 두께가 950㎚인 경우의 반사율을 나타내고 있다.
도 49 및 도 50에 도시한 것처럼, 소자 분리부(107)의 반사율은, 코어(301)의 두께 및 입사광의 파장에 따라 변화한다. 또한, 입사광의 파장에 대한 소자 분리부(107)의 반사 특성은, 코어(301)의 두께가 다르면, 다른 변화를 나타내고, 코어(301)의 두께가 같은 경우, 소자 분리부(107)의 반사율은, 입사광의 파장에 대해 비선형으로 주기적으로 변화한다. 한편, 코어(301)의 두께에 대한 소자 분리부(107)의 반사 특성은, 입사광의 파장이 다르면, 다른 변화를 나타내고, 입사광의 파장이 같은 경우, 소자 분리부(107)의 반사율은, 코어(301)의 두께에 대해 비선형으로 주기적으로 변화한다.
따라서, 예를 들면, 도 49 및 도 50에 나타나는 반사 특성에 기초하여, 코어(301)의 두께, 및, 코어(301)의 주위의 유전체(클래드)의 두께를 조정함으로써, 소망하는 파장의 입사광에 대한 반사율을 높게 할 수 있다.
예를 들면, 적외광에 대한 반사율을 높게 하는 경우, 코어(301)의 두께는, 50㎚에서 200㎚의 범위 내로 설정되고, 코어(301)의 주위의 클래드의 두께는, 50㎚에서 200㎚의 범위 내로 설정된다. 특히, 도 49의 반사 특성에 기초하여, 코어(301)를 얇게(예를 들면, 50㎚에서 100㎚의 범위 내로 설정) 함으로써, 700㎚에서 1000㎚까지의 넓은 파장역의 광에서, 높은 반사율을 얻을 수 있다.
＜＜19. 제18 실시형태＞＞
도 51은, CMOS 이미지 센서(10)의 제18 실시형태인 CMOS 이미지 센서(10r)의 단면을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 도면 내에서, 도 40과 대응되는 부분에는, 같은 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
CMOS 이미지 센서(10r)는, 도 40의 CMOS 이미지 센서(10q)와 비교해, 소자 분리부(107) 및 코어(301)가, 광 흡수층(103)을 관통하여, 광 흡수층(103)의 저면까지 도달하고 있는 점이 다르다.
따라서, 화소 간의 광의 누설이 억제된다. 또한, 소자 분리부(107)의 반사율이 높아져, 화소(70)의 감도가 향상된다.
＜＜20. 변형예＞＞
이하, 상술한 본 기술의 실시형태의 변형예에 대해 설명한다.
상술한 본 기술의 실시형태, 및 변형예는 가능한 범위에서 조합할 수 있다.
예를 들면, 도 19 내지 도 24를 참조하여 상술한 반사막(RM)의 변형예를, CMOS 이미지 센서(10c) 내지 CMOS 이미지 센서(10r)에 적용할 수 있다.
예를 들면, 도 33의 CMOS 이미지 센서(10k)와 같이 반사막(RM)을 적층 구조로 한 경우에, 예를 들면, 도 30의 CMOS 이미지 센서(10h)와 같이, 가장 광 흡수층(103)에 가까운 쪽의 반사막(RM)의 표면에 요철을 설치하도록 해도 된다.
예를 들면, 도 40의 CMOS 이미지 센서(10q) 및 도 51의 CMOS 이미지 센서(10r)와 같이, 소자 분리부(107)에 코어(301)를 설치한 경우에, 도 25의 CMOS 이미지 센서(10c) 또는 도 26의 CMOS 이미지 센서(10d)와 같이, 광 흡수층(103)의 수광면에 회절 구조를 형성하도록 해도 된다. 또한, 예를 들면, 도 40의 CMOS 이미지 센서(10q) 및 도 51의 CMOS 이미지 센서(10r)와 같이, 소자 분리부(107)에 코어(301)를 설치한 경우에, 도 33의 CMOS 이미지 센서(10k)와 같이 반사막(RM)을 적층 구조로 하도록 해도 된다.
또한, 본 기술에 있어서, 단위 화소의 구성은, 도 3의 구성으로 한정되는 것은 아니고, 임의로 변경할 수 있다. 예를 들면, 단위 화소 내에, 글로벌 셔터를 실현하기 위한 전하 보관 유지부 등을 설치하도록 해도 된다.
나아가, 본 기술에서, 화소 공유의 구성은, 도 4 등의 구성으로 한정되는 것이 아니라, 임의로 변경할 수 있다. 또한, 반드시 화소 공유를 실시할 필요는 없다.
또한, 본 기술은, CMOS 이미지 센서 이외의 이면 조사형의 촬상 소자에도 적용할 수 있다.
＜＜21. 응용예＞＞
＜본 기술의 응용예＞
예를 들면, 본 기술은, 도 52에 도시한 것처럼, 가시광이나, 적외광, 자외광, X선 등의 광을 센싱 하는 다양한 케이스에 응용할 수 있다.
· 디지털 카메라나, 카메라 기능이 구비된 휴대 기기 등, 감상용으로 제공되는 화상을 촬영하는 장치
· 자동 정지 등 안전 운전이나, 운전자 상태의 인식 등을 위해, 자동차의 전방이나 후방, 주위, 차내 등을 촬영하는 차재용 센서, 주행 차량이나 도로를 감시하는 감시 카메라, 차량 사이 등의 측거를 행하는 측거 센서 등, 교통용으로 제공되는 장치
· 유저의 제스처를 촬영하고, 그 제스처에 따른 기기 조작을 행하기 위해, TV나, 냉장고, 에어컨 등의 가전에 제공되는 장치
· 내시경이나, 적외광의 수광에 의한 혈관 촬영을 행하는 장치 등, 의료나 헬스케어용으로 제공되는 장치
· 방범 용도의 감시 카메라나, 인물 인증 용도의 카메라 등, 시큐리티용으로 제공되는 장치
· 피부를 촬영하는 피부 측정기나, 두피를 촬영하는 현미경 등, 미용용으로 제공되고 장치 　
· 스포츠 용도 등을 위한 액션 카메라나 웨어러블 카메라 등, 스포츠용으로 제공되는 장치　
· 밭이나 작물 상태를 감시하기 위한 카메라 등, 농업용으로 제공되는 장치
이하, 보다 구체적인 응용예에 대해 설명한다.
＜전자기기에의 응용예＞
도 53은, 본 기술을 적용한 전자기기의 구성예를 나타내고 있다.
전자기기(400)는, 광학계 구성부(401), 구동부(402), 촬상 소자(403), 및 신호 처리부(404)를 구비한다.
광학계 구성부(401)는, 광학 렌즈 등으로 구성되고, 피사체의 광학 상을 촬상 소자(403)에 입사시킨다. 구동부(402)는, 촬상 소자(403)의 내부의 구동에 관한 각종의 타이밍 신호를 생성, 출력함으로써 촬상 소자(403)의 구동을 제어한다. 신호 처리부(404)는, 촬상 소자(403)로부터 출력되는 화상 신호에 대해 소정의 신호 처리를 행하고, 그 신호 처리 결과에 따른 처리를 실행한다. 또한, 신호 처리부(404)는, 신호 처리 결과의 화상 신호를 후단에 출력하여, 예를 들면, 고체 메모리 등의 기록 매체에 기록하거나 소정의 네트워크를 거쳐, 소정의 서버에 전송하거나 한다.
여기서, 상술한 CMOS 이미지 센서(10b) 내지 CMOS 이미지 센서(10r)를 촬상 소자(403)로서 사용함으로써, 적외광에 대한 감도 향상이나 감도의 오차의 억제를 실현할 수 있다.
도 54는, 도 53의 전자기기(400)의 구체적인 예인 휴대 정보 단말의 구성예를 나타내고 있다.
도 54의 휴대 정보 단말(430)은, 스마트폰으로 이루어진다. 휴대 정보 단말(430)의 케이스(431)의 표면에는, 디스플레이(432), 카메라(433), 및 조작부(434)가 설치되어 있다. 케이스(431)의 이면에는, 카메라(435)가 설치되어 있다.
여기서, 카메라(433) 및 카메라(435)에, 상술한 CMOS 이미지 센서(10b) 내지 CMOS 이미지 센서(10r)를 사용함으로써, 적외광에 대한 감도 향상이나 감도의 오차의 억제를 실현할 수 있다.
＜이동체에의 응용예＞
또한, 예를 들면, 본 개시와 관련되는 기술(본 기술)은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등 어느 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 된다.
도 55는, 본 개시와 관련되는 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 일례인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성예를 나타내는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)를 거쳐 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 55에 나타낸 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 보디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차재 네트워크 I/F(Interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차바퀴에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구, 및, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어장치로서 기능한다.
보디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 보디계 제어 유닛(12020)은, 키레스(key-less) 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 혹은, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 방향 지시등 또는 안개등 등의 각종 램프의 제어장치로서 기능한다. 이 경우, 보디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 보디계 제어 유닛(12020)은, 이러한 전파 또는 신호의 입력을 받아들여 차량의 도어록 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 기초하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면 상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행해도 된다.
촬상부(12031)는, 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 따른 전기신호를 출력하는 광 센서이다. 촬상부(12031)는, 전기신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 측거의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이어도 되고, 적외선 등의 비가시광이어도 된다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력되는 검출 정보에 기초하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 되고, 운전자가 졸고 있는지 여부를 판별해도 된다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차내외의 정보에 기초하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간거리에 기초하는 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System) 기능 실현을 목적으로 하는 협조 제어를 실시할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차량의 주위의 정보에 기초하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함으로써, 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 하는 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 차외의 정보에 기초하여, 보디계 제어 유닛(12030)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 따라 헤드 램프를 제어하고, 하이빔을 로빔으로 전환하는 등의 눈부심 방지를 꾀함을 목적으로 하는 협조 제어를 행할 수 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해서, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력장치로 음성 및 화상 중 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 55의 예에서는, 출력장치로서 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다.
도 56은, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 나타내는 도면이다.
도 56에서는, 촬상부(12031)로서 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프런트 유리의 상부 등의 위치에 설치된다. 프런트 노즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프런트 유리의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 차실내의 프런트 유리의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 사용된다.
또한, 도 56에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 일례가 나타나고 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노즈에 설치된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는 각각 사이드 미러에 설치된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내며, 촬상 범위(12114)는, 리어 범퍼 또는 백 도어에 설치된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)로 촬상된 화상 데이터가 중첩됨에 따라, 차량(12100)을 위쪽에서 본 부감 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104) 중 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 된다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104) 중 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자로 이루어진 스테레오 카메라이어도 되고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자이어도 된다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에 있어서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대속도)를 구함으로써, 특히 차량(12100)의 진행로 상에 있는 가장 가까운 입체물로서, 차량(12100)과 대략 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0km/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 나아가, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차의 앞에 미리 확보해야 할 차간거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 의하지 않고서 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 하는 협조 제어를 행할 수 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 바탕으로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 이륜차, 보통 차량, 대형차량, 보행자, 전봇대 등 그 외의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 사용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)의 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하여, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황일 때는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 거쳐 드라이버에 경보를 출력하거나, 구동계 제어 유닛(12010)을 거쳐 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라이어도 된다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 관련된 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에 있어서의 특징점을 추출하는 수순과, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지 여부를 판별하는 수순에 의해 행해진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 해당 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어해도 된다.
이상, 본 개시와 관련되는 기술이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 일례에 대해 설명했다. 본 개시와 관련되는 기술은, 이상 설명한 구성 중, CMOS 이미지 센서(10b) 내지 CMOS 이미지 센서(10r)는, 도 55의 촬상부(12031)에 적용할 수 있다. 이에 의해, 예를 들면, 도 56의 촬상부(12101, 12102, 120103, 12104)의 적어도 1개가 적외선 카메라인 경우, 그 적외선 카메라의 감도가 향상되고, 보행자 등의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 기술의 실시형태는, 상술한 실시형태로 한정되는 것이 아니라, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.
＜구성의 조합예＞
또한, 예를 들면, 본 기술은, 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 광전 변환부가 형성되어 있는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 수광면과 반대 측에 배치되고, 배선 및 반사막을 구비하는 배선층과, 상기 반도체 기판과 상기 배선층의 사이에 적층되어 있는 절연막을 구비하고,
상기 반사막은, 상기 절연막과 상기 배선의 사이에 배치되고, 상기 반도체 기판과 상기 배선층이 적층되는 방향인 제1 방향에 있어서, 각 화소의 상기 광전 변환부의 적어도 일부와 겹치며,
상기 절연막과 상기 반사막의 사이의 제1 층간막이, 상기 절연막보다 두꺼운 촬상 소자.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 제1 층간막의 두께는, 80㎚에서 200㎚의 범위 내이고, 상기 반사막의 두께는, 40㎚에서 80㎚의 범위 내인 촬상 소자.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 반사막에 의해 반사되는 광의 중심 파장을 λ, 상기 제1 층간막의 굴절률을 nA, 상기 반사막의 굴절률을 nB로 하고, i, j를 0 이상의 정수로 하면, 상기 제1 층간막의 두께는, (2i＋1)λ／4nA 근방으로 설정되고, 상기 반사막의 두께는, (2j＋1)λ／4nB 근방으로 설정되어 있는 촬상 소자.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 층간막은, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 주성분으로 하고,
상기 반사막은, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 또는, 단결정 실리콘을 주성분으로 하는 촬상 소자.
(5) 상기 (1)에 있어서, 상기 반사막은, 제2 층간막을 거쳐 2층 이상 적층되고 있는 촬상 소자.
(6) 상기 (5)에 있어서, 상기 제1 층간막 및 상기 제2 층간막의 두께는, 100㎚에서 200㎚의 범위 내이며, 상기 반사막의 두께는, 80㎚에서 100㎚의 범위 내인 촬상 소자.
(7) 상기 (5) 또는 (6)에 있어서, 상기 반사막에 의해 반사되는 광의 중심 파장을 λ, 상기 제1 층간막 및 상기 제2 층간막의 굴절률을 nA, 상기 반사막의 굴절률을 nB로 하고, i, j를 1 이상의 정수로 하면, 상기 제1 층간막 및 상기 제2 층간막의 두께는, (λ×i)/4nA 근방으로 설정되며, 상기 반사막의 두께는, (λ×j)/4nB 근방으로 설정되어 있는 촬상 소자.
(8) 상기 (5) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 층간막 및 상기 제2 층간막은, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, TiO2, 또는, HfO2를 주성분으로 하고,
상기 반사막은, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 단결정 실리콘, TaO, TfO, 실리콘 질화물, Ge, SiC, TiN, Ti, TiO2, 또는, NgF2를 주성분으로 하는 촬상 소자.
(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 있어서, 상기 반사막은, 상기 반도체 기판의 상기 수광면과 반대측의 면에 형성되어 있는 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제1 방향에서 겹치지 않는 위치에 배치되어 있는 촬상 소자.
(10) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서, 상기 반사막의 형상, 크기, 및 위치 중 적어도 하나가 화소마다 다른 촬상 소자.
(11) 상기 (10)에 있어서, 퓨필 보정에 대응하여, 상기 반사막의 형상, 크기, 및 위치 중 적어도 하나가 조정되어 있는 촬상 소자.
(12) 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 있어서, 상기 반사막은, 복수의 화소에서 공유되는 촬상 소자.
(13) 상기 (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 있어서, 상기 반사막의 표면에 요철이 형성되어 있는 촬상 소자.
(14) 상기 (1) 내지 (13) 중 어느 하나에 있어서, 상기 반도체 기판에 있어서, 화소 사이에 트렌치 형상의 화소 분리부가 형성되어 있고,
상기 화소 분리부의 중심부에, 코어가 형성되어 있는 촬상 소자.
(15) 상기 (14)에 있어서, 상기 코어는, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 또는, 단결정 실리콘을 주성분으로 하고, 상기 코어의 주위는, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 주성분으로 하는 유전체에 의해 덮여 있는 촬상 소자.
(16) 상기 (15)에 있어서, 상기 화소가 인접하는 방향인 제2 방향에서의 상기 코어의 두께는, 50㎚에서 200㎚의 범위 내이고, 상기 제2 방향에서의 상기 코어의 주위의 유전체의 두께는, 50㎚에서 200㎚의 범위 내인 촬상 소자.
(17) 상기 (1) 내지 (16) 중 어느 하나에 있어서, 상기 반도체 기판의 수광면에 반사 방지막이 적층되고, 상기 반사 방지막의 반사율을 낮게 하는 광의 중심 파장을 λ, 상기 반사 방지막의 굴절률을 n이라 하면, 상기 반사 방지막의 두께는, λ／4 n 근방으로 설정되어 있는 촬상 소자.
(18) 상기 (1) 내지 (17) 중 어느 하나에 있어서, 상기 반도체 기판의 수광면에, 회절 구조가 형성되어 있는 촬상 소자.
(19) 상기 (1) 내지 (18) 중 어느 하나에 있어서, 상기 반사막에 의해 반사되는 광의 중심 파장은, 700㎚ 이상인 촬상 소자.
(20) 촬상 소자와, 상기 촬상 소자로부터 출력되는 신호를 처리하는 신호 처리부를 구비하고,
상기 촬상 소자는, 광전 변환부가 형성되어 있는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 수광면과 반대 측에 배치되고, 배선 및 반사막을 구비하는 배선층과, 상기 반도체 기판과 상기 배선층의 사이에 적층되어 있는 절연막을 구비하며,
상기 반사막은, 상기 절연막과 상기 배선의 사이에 배치되고, 상기 반도체 기판과 상기 배선층이 적층되는 방향인 제1 방향에 있어서, 각 화소의 상기 광전 변환부의 적어도 일부와 겹치며,
상기 절연막과 상기 반사막의 사이의 제1 층간막이, 상기 절연막보다 두꺼운 전자기기.
10, 10a 내지 10r:　CMOS 이미지 센서　
12:　화소 어레이부　
21:　색 필터 어레이　
22:　온 칩 렌즈 어레이　
70:　단위 화소
71:　포토 다이오드　
72:　전송 트랜지스터　
73:　리셋 트랜지스터　
74:　증폭 트랜지스터　
75:　선택 트랜지스터　
76:　FD부
101:　배선층　
102:　게이트 절연막　
103:　광 흡수층
104:　반사 방지막　
105:　층간 절연막　
106:　금속 배선
107:　소자 분리부　
108:　차광막
301:　코어
400:　전자기기　
403:　촬상 소자　
404:　신호 처리부　
430:　휴대 정보 단말　
433, 435: 카메라
2000:　차량 제어 시스템　
2410, 2910, 2912, 2914, 2916, 2918: 촬상부　
PD1 내지 PD8:　포토 다이오드
TR1 내지 TR4:　화소 트랜지스터
TG1 내지 TG8:　전송 트랜지스터
RM1 내지 RM8, RM11, RM12, RM21, RM22, RM31, RM41a 내지 RM42c:　반사막

Claims (20)

  1. 촬상 소자로서,
    광전 변환부가 형성되어 있는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 수광면과 반대 측에 배치되고, 배선 및 반사막을 구비하는 배선층과,
    상기 반도체 기판과 상기 배선층 사이에 적층되어 있는 절연막
    을 구비하고,
    상기 반사막은, 상기 절연막과 상기 배선의 사이에 배치되고, 상기 반도체 기판과 상기 배선층이 적층되는 방향인 제1 방향에 있어서, 각 화소의 상기 광전 변환부의 적어도 일부와 겹치며,
    상기 절연막과 상기 반사막 사이의 제1 층간막이, 상기 절연막보다 두껍고,
    상기 제1 층간막의 두께는, 80㎚에서 200㎚의 범위 내이고,
    상기 반사막의 두께는, 40㎚에서 80㎚의 범위 내인,
    촬상 소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사막에 의해 반사되는 광의 중심 파장을 λ, 상기 제1 층간막의 굴절률을 nA, 상기 반사막의 굴절률을 nB로 하고, i, j를 0 이상의 정수로 하면, 상기 제1 층간막의 두께는, (2i＋1)λ／4nA 근방으로 설정되고, 상기 반사막의 두께는, (2j＋1)λ／4nB 근방으로 설정되어 있는,
    촬상 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 층간막은, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 주성분으로 하고,
    상기 반사막은, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 또는, 단결정 실리콘을 주성분으로 하는,
    촬상 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사막은, 제2 층간막을 거쳐 2층 이상 적층되어 있는 촬상 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 층간막 및 상기 제2 층간막의 두께는, 100㎚에서 200㎚의 범위 내이며,
    상기 반사막의 두께는, 80㎚에서 100㎚의 범위 내인,
    촬상 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 반사막에 의해 반사되는 광의 중심 파장을 λ, 상기 제1 층간막 및 상기 제2 층간막의 굴절률을 nA, 상기 반사막의 굴절률을 nB로 하고, i, j를 1 이상의 정수로 하면, 상기 제1 층간막 및 상기 제2 층간막의 두께는, (λ×i)/4nA 근방으로 설정되며, 상기 반사막의 두께는, (λ×j)/4nB 근방으로 설정되어 있는,
    촬상 소자.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 층간막 및 상기 제2 층간막은, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, TiO2, 또는, HfO2를 주성분으로 하고,
    상기 반사막은, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 단결정 실리콘, TaO, TfO, 실리콘 질화물, Ge, SiC, TiN, Ti, TiO2, 또는, NgF2를 주성분으로 하는,
    촬상 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반사막은, 상기 반도체 기판의 상기 수광면과 반대측의 면에 형성되어 있는 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제1 방향에 있어서 겹치지 않는 위치에 배치되어 있는,
    촬상 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반사막의 형상, 크기, 및 위치 중 적어도 하나가 화소마다 다른,
    촬상 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    퓨필 보정에 대응하여, 상기 반사막의 형상, 크기, 및 위치 중 적어도 하나가 조정되어 있는,
    촬상 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 반사막은, 복수의 화소에서 공유되는,
    촬상 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 반사막의 표면에 요철이 형성되어 있는,
    촬상 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판에 있어서, 화소 사이에 트렌치 형상의 화소 분리부가 형성되어 있고,
    상기 화소 분리부의 중심부에, 코어가 형성되어 있는,
    촬상 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 코어는, 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 또는, 단결정 실리콘을 주성분으로 하고,
    상기 코어의 주위는, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 주성분으로 하는 유전체에 의해 덮여 있는,
    촬상 소자.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 화소가 인접하는 방향인 제2 방향에서의 상기 코어의 두께는, 50㎚에서 200㎚의 범위 내이고,
    상기 제2 방향에서의 상기 코어의 주위의 유전체의 두께는, 50㎚에서 200㎚의 범위 내인,
    촬상 소자.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 수광면에 반사 방지막이 적층되고,
    상기 반사 방지막의 반사율을 낮게 하는 광의 중심 파장을 λ, 상기 반사 방지막의 굴절률을 n으로 하면, 상기 반사 방지막의 두께는, λ／4n 근방으로 설정되어 있는,
    촬상 소자.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판의 수광면에, 회절 구조가 형성되어 있는,
    촬상 소자.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 반사막에 의해 반사되는 광의 중심 파장은, 700㎚ 이상인,
    촬상 소자.
  20. 전자기기로서,
    촬상 소자와,
    상기 촬상 소자로부터 출력되는 신호를 처리하는 신호 처리부
    를 구비하고,
    상기 촬상 소자는,
    광전 변환부가 형성되어 있는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 수광면과 반대 측에 배치되고, 배선 및 반사막을 구비하는 배선층과,
    상기 반도체 기판과 상기 배선층의 사이에 적층되어 있는 절연막을 구비하며,
    상기 반사막은, 상기 절연막과 상기 배선의 사이에 배치되고, 상기 반도체 기판과 상기 배선층이 적층되는 방향인 제1 방향에 있어서, 각 화소의 상기 광전 변환부의 적어도 일부와 겹치며,
    상기 절연막과 상기 반사막 사이의 제1 층간막이, 상기 절연막보다 두껍고,
    상기 제1 층간막의 두께는, 80㎚에서 200㎚의 범위 내이고,
    상기 반사막의 두께는, 40㎚에서 80㎚의 범위 내인,
    전자기기.
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