KR102648932B1 - 고체 촬상 소자, 촬상 장치 및 고체 촬상 소자의 제조 방법 - Google Patents

고체 촬상 소자, 촬상 장치 및 고체 촬상 소자의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102648932B1
KR102648932B1 KR1020187012708A KR20187012708A KR102648932B1 KR 102648932 B1 KR102648932 B1 KR 102648932B1 KR 1020187012708 A KR1020187012708 A KR 1020187012708A KR 20187012708 A KR20187012708 A KR 20187012708A KR 102648932 B1 KR102648932 B1 KR 102648932B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pixel
light
receiving surface
imaging device
solid
Prior art date
Application number
KR1020187012708A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180093884A (ko
Inventor
하루미 타나카
이타루 오시야마
소조 요코가와
Original Assignee
소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 filed Critical 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
Publication of KR20180093884A publication Critical patent/KR20180093884A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102648932B1 publication Critical patent/KR102648932B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G02B1/111—Anti-reflection coatings using layers comprising organic materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G02B1/118—Anti-reflection coatings having sub-optical wavelength surface structures designed to provide an enhanced transmittance, e.g. moth-eye structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/26—Reflecting filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14641—Electronic components shared by two or more pixel-elements, e.g. one amplifier shared by two pixel elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14649—Infrared imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor 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
    • H01L31/08—Semiconductor 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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor 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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/74—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the scene brightness using illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/20—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming only infrared radiation into image signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

고체 촬상 소자에서 혼색을 억제하면서, 주로 근적외광의 감도를 향상시킨다. 고체 촬상 소자는, 화소, 수광면측 트렌치 및 수광면측 차광 부재를 구비한다. 고체 촬상 소자에서, 화소의 수광면에는 복수의 돌기가 형성된다. 또한, 고체 촬상 소자에서, 수광면측 트렌치는, 수광면에서 복수의 돌기가 형성된 화소의 주위에 형성된다. 또한, 고체 촬상 소자에서, 수광면에 복수의 돌기가 형성된 화소의 주위에 형성된 수광면측 트렌치에는, 수광면측 부재가 매입되어 있다. 또한, 근적외광 화소의 광전 변환 영역은 가시광 화소의 광전 변환 영역의 수광면에 대향하는 면측으로 확장된다. 또한, 수광면에 대향하는 면에서, 또한 화소의 내부에 트렌치를 형성한다.

Description

고체 촬상 소자, 촬상 장치 및 고체 촬상 소자의 제조 방법
본 기술은, 고체 촬상 소자, 촬상 장치 및 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 저조도하(低照度下)에서의 촬상이 상정되는 고체 촬상 소자, 촬상 장치 및 고체 촬상 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
종래로부터, 촬상 장치에서는, 화상 데이터를 촬상하기 위해 고체 촬상 소자가 사용되고 있다. 이 고체 촬상 소자에서, 야간 등의 저조도하에서의 촬상이 상정되는 경우에는, 적외광을 수광하는 IR(Infra Red) 화소와, 가시광을 수광하는 가시광 화소가 배치된다. 이와 같은 고체 촬상 소자에서는, 적외광의 광량이 가시광보다도 부족한 일이 많기 때문에, IR화소의 감도를 우선적으로 향상시킬 필요가 있다. 예를 들면, 감도를 향상시키는 목적으로, IR화소의 수광면에 미세한 요철(凹凸)을 마련한 고체 촬상 소자가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조.). 이 요철에 의해, 수광면에서의 반사율이 저하되고 상대적으로 투과율이 상승하기 때문에, 화소가 광전 변환하는 광의 양이 많아져서 요철을 마련하지 않은 경우보다도 IR화소의 감도가 향상한다.
특허 문헌 1 : 일본 특개2010-199289호 공보
그렇지만, 상술한 종래 기술에서는, IR화소에 입사된 광이, 옆의 가시광 화소에 누출하여, 혼색이 생길 우려가 있다. 또한, 광의 누출에 의해, IR화소의 감도가 충분히 향상하지 않을 우려가 있다. 그리고, 이들의 혼색이나 감도 부족에 의해 화질이 저하되어 버린다는 문제가 생긴다. 또한, 가시광 화소에 대해서도, 상술한 혼색이나 감도 부족이 문제가 되는 경우도 있다.
본 기술은 이와 같은 상황을 감안하여 생겨난 것으로, 고체 촬상 소자에서 혼색을 억제하면서, 감도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 기술은, 상술한 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 그 제1의 측면은, 수광면에 복수의 돌기가 형성된 화소와, 상기 수광면에서 상기 화소의 주위에 형성된 트렌치인 수광면측 트렌치와, 상기 수광면측 트렌치에 매입된 수광면측 부재를 구비하는 고체 촬상 소자이다. 이에 의해, 수광면의 반사율이 저하되고, 혼색이 방지된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 복수의 돌기의 각각의 대표점의 간격은 250나노미터보다 좁지 않아도 좋다. 이에 의해, 250나노미터 이상의 간격의 복수의 돌기에 의해 수광면의 반사율이 저하된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 복수의 돌기의 각각의 대표점의 간격은, 상기 수광면에 평행한 소정 방향에서의 상기 화소의 사이즈의 약수(divisor)에 개략 일치하여도 좋다. 이에 의해, 화소의 사이즈의 약수의 간격으로 복수의 돌기에 의해 수광면의 반사율이 저하된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 복수의 돌기는, 상기 수광면에서 상기 화소의 일부의 영역에 형성되어도 좋다. 이에 의해, 화소의 일부의 영역에 형성된 복수의 돌기에 의해 수광면의 반사율이 저하된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 수광면측 트렌치의 깊이는, 2마이크로미터보다 작지 않아도 좋다. 이에 의해, 2마이크로미터 이상의 깊이의 수광면측 트렌치에서 광이 차광된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 수광면측 부재는, 상기 화소보다도 굴절율이 낮은 부재를 포함하여도 좋다. 이에 의해, 화소보다도 굴절율이 낮은 부재에 의해 광이 반사 및 산란된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 수광면측 부재는, 메탈을 포함하여도 좋다. 이에 의해, 메탈에 의해 광이 흡수된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 화소는, 적외광을 수광하는 적외광 화소와 가시광을 수광하는 가시광 화소를 포함하여도 좋다. 이에 의해, 적외광 및 가시광 화소가 수광된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 복수의 돌기는, 상기 적외광 화소에 형성되어도 좋다. 이에 의해, 적외광 화소의 수광면의 반사율이 저하된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 복수의 돌기는, 상기 적외광 화소 및 상기 가시광 화소의 양방에 형성되어도 좋다. 이에 의해, 적외광 화소 및 가시광 화소의 수광면의 반사율이 저하된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 가시광 및 상기 적외광 중 상기 적외광을 차단하는 적외광 차단 필터를 또한 구비하고, 상기 적외광 차단 필터는, 상기 가시광 화소와 촬상 렌즈의 사이에 배치되어도 좋다. 이에 의해, 적외광이 차단된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 적외광 화소는, 상기 적외광을 광전 변환하는 제1의 광전 변환부를 구비하고, 상기 가시광 화소는, 상기 가시광을 광전 변환하는 제2의 광전 변환부를 구비하고, 상기 제1의 광전 변환부는, 촬상 렌즈에의 방향을 상방으로 하여 상기 제2의 광전 변환부의 하방으로 확장되어 있어도 좋다. 이에 의해, 적외광 화소의 감도가 향상한다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 적외광 화소는, 광을 광전 변환하는 광전 변환부를 구비하고, 상기 수광면측 트렌치의 깊이는, 상기 적외광 화소의 광전 변환부보다도 작아도 좋다. 이에 의해, 수광면측 트렌치를 돌아들어가 광전 변환부를 확장할 수 있다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 화소는, 복수 마련되고, 상기 복수의 화소의 각각은, 서로 다른 파장의 광을 수광하고, 상기 복수의 화소의 각각은, 상기 광의 파장에 응한 깊이의 광전 변환부를 구비하여도 좋다. 이에 의해, 파장에 응한 깊이의 광전 변환부에 의해 광전 변환이 행하여진다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 화소는, 복수 마련되고, 상기 복수의 화소의 각각은, 서로 다른 파장의 광을 수광하고, 상기 복수의 돌기의 각각의 대표점의 간격은, 당해 복수의 돌기가 마련된 화소가 수광하는 광의 파장에 응한 값이라도 좋다. 이에 의해, 광의 파장에 응한 반사율의 저하를 실현한다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 화소가 형성된 기판의 상기 수광면에 대향하는 대향면에 형성된 대향면측 트렌치와, 상기 대향면측 트렌치에 매입된 대향면측 부재를 또한 구비하여도 좋다. 이에 의해, 대향면측 트렌치에 매입된 대향면측 부재에 의해 광이 반사 및 산란된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 대향면측 부재는, 상기 화소보다도 굴절율이 낮은 부재를 포함하여도 좋다. 이에 의해, 화소보다도 굴절율이 낮은 부재에 의해 광이 반사 및 산란된다는 작용을 가져온다.
또한, 본 기술의 제2의 측면은, 수광면에 복수의 돌기가 형성된 화소와, 상기 수광면에서 상기 화소의 주위에 형성된 트렌치인 수광면측 트렌치와, 상기 수광면측 트렌치에 매입된 수광면측 부재를 구비하는 고체 촬상 소자와, 상기 고체 촬상 소자에 광을 유도하는 촬상 렌즈를 구비하는 촬상 장치이다. 이에 의해, 수광면의 반사율이 저하되고, 혼색이 방지된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제2의 측면에서, 적외광을 차단하는 적외광 차단 필터와, 상기 촬상 렌즈와 상기 고체 촬상 소자 사이의 소정의 위치에의 상기 적외광 차단 필터의 삽입과 상기 소정의 위치로부터의 상기 적외광 차단 필터의 발거(拔去)의 어느 하나를 행하는 삽발부(揷拔部)를 또한 구비하고, 상기 화소는, 적외광을 수광하는 적외광 화소와 가시광을 수광하는 가시광 화소를 포함하여도 좋다. 이에 의해, 적외광이 차단된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제2의 측면에서, 상기 고체 촬상 소자는, 상기 화소로부터의 화소 신호를 처리하는 신호 처리부를 또한 구비하여도 좋다. 이에 의해, 신호 처리된 화소 신호로부터 화상 데이터가 생성된다는 작용을 가져온다.
또한, 본 기술의 제3의 측면은, 기판에서 화소를 형성하는 화소 형성 순서와, 상기 화소의 수광면에서 복수의 돌기를 형성하는 돌기 형성 순서와, 상기 수광면에서 상기 화소의 주위에 트렌치를 수광면측 트렌치로서 형성하는 트렌치 형성 순서와, 상기 수광면측 트렌치에 수광면측 부재를 매입하는 매입 순서를 구비하는 고체 촬상 소자의 제조 방법이다. 이에 의해, 수광면에 복수의 돌기가 형성된 화소와, 그 주위에 형성된 수광면측 트렌치와, 수광면측 트렌치에 매입된 수광면측 차광 부재를 구비하는 고체 촬상 소자가 제조된다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제2의 측면에서, 상기 복수의 돌기는, 웨트 에칭에 의해 형성되어도 좋다. 이에 의해, 웨트 에칭에 의해 복수의 돌기가 생성된다는 작용을 가져온다.
본 기술에 의하면, 고체 촬상 소자에서 혼색을 억제하면서, 감도를 향상시킬 수 있다는 우수한 효과를 이루고 얻다. 또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 촬상 장치의 한 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 고체 촬상 소자의 한 구성례를 도시하는 블록도.
도 3은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부의 상면도의 한 예.
도 4는 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 화소 회로의 회로도의 한 예.
도 5는 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부의 단면도의 한 예.
도 6은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예.
도 7은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 돌기 사이 피치와 트렌치의 깊이와의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 반사율과 파장과의 관계의 한 예를 도시하는 그래프.
도 9는 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 투과 회절 강도와 파장과의 관계의 한 예를 도시하는 그래프.
도 10은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 포토 다이오드의 영역을 도시하는 화소 어레이부의 상면도의 한 예.
도 11은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 트랜지스터의 위치를 도시하는 화소 어레이부의 상면도의 한 예.
도 12는 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의, n+층 및 화소 분리 영역을 형성할 때까지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 n+층 및 화소 분리 영역을 형성하기 위한 마스크의 한 예를 도시하는 도면.
도 14는 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 n+를 분리하는 영역 및 화소 분리 영역을 형성하기 위한 마스크의 한 예를 도시하는 도면.
도 15는 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의, 트랜지스터 및 부유확산층을 형성할 때까지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 16은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 평탄화층 및 밀착층을 형성할 때까지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 17은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 산화막을 제거할 때까지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 18은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 산화막을 충전할 때까지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 19는 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 메탈의 매입 직전까지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면.
도 20은 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부의 제조 방법의 한 예를 도시하는 플로우 차트.
도 21은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 제1의 변형례에서의 화소 어레이부의 상면도의 한 예이다.
도 22는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 제2의 변형례에서의 화소 어레이부의 단면도의 한 예.
도 23은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 제3의 변형례에서의 포토 다이오드의 영역을 도시하는 화소 어레이부의 상면도의 한 예.
도 24는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 제4의 변형례에서의 포토 다이오드의 영역을 도시하는 화소 어레이부의 상면도의 한 예.
도 25는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 제4의 변형례에서의 화소 회로의 회로도의 한 예.
도 26은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 제5의 변형례에서의 화소 어레이부의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예.
도 27은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 제6의 변형례에서의 화소 어레이부의 단면도의 한 예.
도 28은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 제6의 변형례에서의 화소 어레이부의 상면도의 한 예.
도 29는 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부의 상면도의 한 예.
도 30은 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예.
도 31은 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 돌기 사이 피치가 125나노미터(㎚)인 화소의 감도와 파장과의 관계의 한 예를 도시하는 그래프.
도 32는 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 돌기 사이 피치가 250나노미터(㎚)인 화소의 감도와 파장과의 관계의 한 예를 도시하는 그래프.
도 33은 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 돌기 사이 피치가 400나노미터(㎚)인 화소의 감도와 파장과의 관계의 한 예를 도시하는 그래프.
도 34는 본 기술의 제2의 실시의 형태의 제1의 변형례에서의 화소 어레이부의 상면도의 한 예.
도 35는 본 기술의 제2의 실시의 형태의 제2의 변형례에서의 화소 어레이부의 상면도의 한 예.
도 36은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 제3의 변형례에서의 화소 어레이부의 상면도의 한 예.
도 37은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 제4의 변형례에서의 화소 어레이부의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예.
도 38은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 제5의 변형례에서의 화소 어레이부의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예.
도 39는 본 기술의 제3의 실시의 형태에서의 화소 어레이부의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예.
도 40은 본 기술의 제3의 실시의 형태의 변형례에서의 촬상 장치의 한 구성례를 도시하는 블록도.
도 41은 본 기술의 제3의 실시의 형태의 변형례에서의 IR 커트 필터 및 화소 어레이부의 단면도의 한 예.
도 42는 본 기술의 제4의 실시의 형태에서의 화소 어레이부의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예.
도 43은 본 기술의 제4의 실시의 형태에서의, 포토 다이오드를 확장하지 않은 화소 어레이부의 단면도의 한 예.
도 44는 본 기술의 제4의 실시의 형태에서의, 포토 다이오드를 확장한 화소 어레이부의 단면도의 한 예.
도 45는 본 기술의 제4의 실시의 형태에서의 화소 어레이부의 하면도의 한 예.
도 46은 본 기술의 제4의 실시의 형태에서의 화소의 감도와 파장과의 관계의 한 예를 도시하는 그래프.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 칭한다)에 관해 설명한다. 설명은 이하의 순서에 의해 행한다.
1. 제1의 실시의 형태(IR화소를 모스 아이 구조로 하고, 그 주위에 트렌치를 마련한 예)
2. 제2의 실시의 형태(IR화소 및 가시광 화소를 모스아이(moth-eye) 구조로 하고, 그들의 주위에 트렌치를 마련한 예)
3. 제3의 실시의 형태(IR화소를 모스아이 구조로 하고, 그 주위에 트렌치를 마련하고, IR 커트 필터를 배치한 예)
4. 제4의 실시의 형태(이면에서 IR화소를 모스아이 구조로 하고, 그 주위에 트렌치를 마련하고, 표면에도 트렌치를 마련한 예)
<1. 제1의 실시의 형태>
[촬상 장치의 구성례]
도 1은, 제1의 실시의 형태에서의 촬상 장치(100)의 한 구성례를 도시하는 블록도이다. 이 촬상 장치(100)는, 촬상 렌즈(110), 고체 촬상 소자(200), 화상 처리부(120), 제어부(130), 기록부(140) 및 측광부(150)를 구비한다.
촬상 렌즈(110)는, 광을 집광하여 고체 촬상 소자(200)에 유도하는 것이다. 고체 촬상 소자(200)는, 제어부(130)의 제어에 따라 화상 데이터를 촬상하여, 화상 처리부(120) 및 측광부(150)에 신호선(209)을 통하여 공급하는 것이다. 이 고체 촬상 소자(200)에는, 가시광을 수광하는 가시광 화소와, 근적외광을 수광하는 근적외광 화소를 구비한다. 이 근적외광 화소로서, 예를 들면, 0.14 내지 1.4마이크로미터(㎛)의 파장역의 근적외광을 선택적으로 투과하는 IR 투과 필터를 통하여 적외광을 수광하는 IR화소가 마련된다. 고체 촬상 소자(200)로부터 출력된 화상 처리 전의 화상 데이터는, RAW 화상 데이터라고 불린다. 또한, 근적외광 화소는, 특허청구의 범위에 기재된 적외광 화소의 한 예이다.
화상 처리부(120)는, 제어부(130)의 제어에 따라, RAW 화상 데이터에 대해 소정의 화상 처리를 행하는 것이다. 이 화상 처리부(120)는, 처리 후의 화상 데이터를 기록부(140)에 신호선(129)을 통하여 공급한다. 기록부(140)는, 화상 데이터를 기록하는 것이다. 측광부(150)는, 화상 데이터에 의거하여 광량을 측정하는 것이다. 이 측광부(150)는, 측광량을 제어부(130)에 공급한다.
제어부(130)는, 고체 촬상 소자(200) 전체를 제어하는 것이다. 이 제어부(130)는, 고체 촬상 소자(200)를 제어하여 화상 데이터를 촬상시키고, 화상 처리부(120)를 제어하여, 화상 데이터의 촬상에 동기하여 화상 처리를 실행시킨다. 또한, 제어부(130)는, 측광량에 의거하여, 화상 처리부(120)가 행하는 화상 처리의 내용을 변경한다. 예를 들면, 제어부(130)는, 측광량이 임계치 이하인 경우에, RAW 화상 데이터 내의 IR화소의 화소 신호에 의거하여 화상 처리부(120)에, 모노클로의 화상 데이터를 생성시킨다. 한편, 제어부(130)는, 측광량이 임계치보다 높은 경우에 RAW 화상 데이터 내의 가시광 화소의 화소 신호에 의거하여, 디모자이크 처리 등에 의해 컬러의 화상 데이터를 생성시킨다.
또한, 제어부(130)는, 측광량 이외의 정보에 의거하여 화상 처리부(120)를 제어하여도 좋다. 예를 들면, 제어부(130)는, 야간 등의 시간대를 나타내는 시각 정보에 의거하여, IR화소의 화소 신호로부터 화상 데이터를 생성시키고, 주간의 시간대를 나타내는 시각 정보에 의거하여 가시광 화소로부터 화상 데이터를 생성시킨다. 또는, 제어부(130)는, 유저의 조작에 의해 생성된 조작 신호에 의거하여, 화상 처리부(120)를 제어한다.
[고체 촬상 소자의 구성례]
도 2는, 제1의 실시의 형태에서의 고체 촬상 소자(200)의 한 구성례를 도시하는 블록도이다. 이 고체 촬상 소자(200)는, 수직 구동 회로(210), 화소 어레이부(300), 제어 회로(220), 칼럼 신호 처리부(230), 수평 구동 회로(240) 및 출력 회로(250)를 구비한다. 화소 어레이부(300)에는, 복수의 화소가 2차원 격자형상으로 배치된다. 여기서, 수평 방향으로 나열한 화소를 이하, 「행」이라고 칭하고, 수직 방향으로 나열한 화소를 이하, 「열」이라고 칭한다. 칼럼 신호 처리부(230)에는, 열마다 신호 처리 회로(231)가 마련된다.
제어 회로(220)는, 고체 촬상 소자(200) 전체를 제어하는 것이다. 이 제어 회로(220)는, 예를 들면, 제어부(130)의 제어에 따라 타이밍 신호를 생성하고, 수직 구동 회로(210) 및 수평 구동 회로(240)에 공급한다. 이 타이밍 신호는, 행이나 열을 선택하는 타이밍을 나타낸다.
수직 구동 회로(210)는, 제어 회로(220)의 제어에 따라, 행을 차례로 선택하여 노광시키는 것이다.
신호 처리 회로(231)는, 대응하는 열 내의 화소로부터의 화소 신호에 대해, 소정의 신호 처리를 행하는 것이다. 예를 들면, 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 상관 이중 샘플링(CDS : Correlated Double Sampling) 처리나 AD(Analog to Digital) 변환 처리가 신호 처리로서 행하여진다. 이 신호 처리 회로(231)는, 수평 구동 회로(240)의 제어에 따라, 처리 후의 화소 신호를 출력 회로(250)에 공급한다.
수평 구동 회로(240)는, 제어 회로(220)의 제어에 따라, 신호 처리 회로(231)를 차례로 선택하여 화소 신호를 출력시키는 것이다.
출력 회로(250)는, 칼럼 신호 처리부(230)로부터의 화소 신호를 버퍼링하여 화상 처리부(120)에 출력하는 것이다. 이 출력 회로(250)는, 버퍼링 외에, 흑레벨 조정이나 열 편차 보정 등의 각종 디지털 신호 처리를 필요에 응하여 행한다.
[화소 어레이부의 구성례]
도 3은, 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(300)의 상면도의 한 예이다. 이 화소 어레이부(300)에는, 가시광 화소와 근적외광 화소가 마련된다.
가시광 화소로서, 예를 들면, R화소(310), Gr화소(320), B화소(330) 및 Gb화소(350)가 마련된다. 이 중 R화소(310)는, 적색광을 선택적으로 투과하는 컬러 필터를 통하여 광을 수광하는 화소이고, Gr화소(320) 및 Gb화소(350)는, 녹색의 광을 선택적으로 투과하는 컬러 필터를 통하여 광을 수광하는 화소이다. 또한, B화소(330)는, 청색의 광을 선택적으로 투과하는 컬러 필터를 통하여 광을 수광하는 화소이다.
또한, 근적외광 화소로서, 예를 들면, IR화소(340)가 마련되다. 또한, 도 3에서 각 화소에서의 광학 필터는 기재의 편의상, 생략되어 있다.
R화소(310), Gr화소(320), B화소(330), IR화소(340) 및 Gb화소(350)의 각각은, 소정의 패턴으로 배열되어 있다. 또한, 이들의 화소와 화소의 사이에는 화소 분리 영역이 형성되어 있다. 인접하는 화소의 각각의 대표점(중심 등)의 간격을 이하, 「화소 피치」라고 칭한다. 그리고, IR화소의 주위의 화소 분리 영역에는, 일정한 깊이의 트렌치가 형성되고, 그 트렌치에는 메탈(401)이 매입되어 있다.
또한, IR화소(340)의 수광면에는, 소정 형상의 복수의 돌기가 일정한 간격으로 형성되어 있다. 이들 돌기의 형상은, 예를 들면, 사각추이다. 인접하는 돌기의 각각의 대표점(정점 등)의 간격을 이하, 「돌기 사이 피치」라고 칭한다. 이 돌기 사이 피치는, IR화소가 수광하는 적외광의 파장(예를 들면, 800나노미터)보다도 작다. 이와 같이 미세한 간격으로 돌기가 마련되면, 그 돌기의 정점부터 저면을 향하여, 돌기를 마련하지 않은 경우와 비교하여 굴절율이 완만하게 변화한다. 이에 의해, 수광면의 광에 대한 반사율이 저하되고, 그 만큼, 광의 투과율이 높아진다. 이와 같이, 수광하는 광(적외광 등)의 파장보다도 짧은 간격으로, 복수의 돌기를 배치한 면의 구조는, 일반적으로, 모스아이 구조라고 불린다.
IR화소(340)의 모스아이 구조에 의해, 수광면의 투과율이 향상하고, IR화소(340)의 감도가 향상한다. 또한, IR화소(340)의 주위의 트렌치 내의 메탈에 의해, IR화소(340)를 투과한 광이 흡수되고, 옆의 화소에 누출되는 일이 없어진다. 이에 의해, IR화소의 감도가 향상하고, 혼색이 저감한다. 감도의 향상과 혼색의 저감에 의해, 고체 촬상 소자(200)에 의해 촬상된 화상 데이터의 화질이 향상한다.
여기서, 돌기 사이 피치는, 파장에 응하여 최적치로 설정하는데, 예를 들면, 화소 피치의 약수로 설정되어 있어도 좋다. 화소 피치를 2500나노미터(㎚)로 한 경우, 예를 들면, 돌기 사이 피치는, 그 약수인 250나노미터(㎚)로 설정된다. 제조 장치는, IR화소(340)와, 그 주위의 화소 분리 영역의 일부를 포함하는, 1변이 화소 피치와 같은 길이가 되는 영역에, 설정된 돌기 사이 피치로 모스아이 구조를 형성한다. 그리고, 모스아이 구조의 형성 후에, 제조 장치는, IR화소(340) 및 화소 분리 영역의 경계를 타고 넘는 돌기의 일부를 삭제하여 트렌치를 형성한다.
한편, IR화소(340) 이외의 가시광 화소(R화소(310) 등)의 수광면에는, 돌기가 마련되어 있지 않고, 평면이다.
또한, 화소 분리 영역에는, 복수의 화소가 공유하는 트랜지스터(리셋 트랜지스터 등)가 형성되는 트랜지스터 형성 영역(360)이 마련된다.
또한, 반드시, IR화소(340)의 전부를 모스아이 구조로 하고, 모든 IR화소(340)의 주위에 트렌치를 형성할 필요는 없다. 예를 들면, 일부의 IR화소(340)만 모스아이 구조로 하고, 그 IR화소(340)의 주위에만 트렌치를 형성하는 구성이라도 좋다.
[화소 회로의 구성례]
도 4는, 제1의 실시의 형태에서의 화소 회로의 회로도의 한 예이다. Gr화소(320)는, 전송 트랜지스터(321) 및 포토 다이오드(322)를 구비하고, B화소(330)는, 전송 트랜지스터(331) 및 포토 다이오드(332)를 구비한다. IR화소(340)는, 전송 트랜지스터(341) 및 포토 다이오드(342)를 구비하고, Gb화소(350)는, 전송 트랜지스터(351) 및 포토 다이오드(352)를 구비한다. 또한, 화소 분리 영역에는, 부유확산층(370)이 마련되고, 트랜지스터 형성 영역(360)에는, 리셋 트랜지스터(361), 증폭 트랜지스터(362) 및 선택 트랜지스터(363)가 마련된다.
포토 다이오드(322)는, 수광한 광을 전하로 광전 변환하는 것이다. 이 포토 다이오드(322)는, 생성한 전하를 전송 트랜지스터(321)에 공급한다. 전송 트랜지스터(321)는, 수직 구동 회로(210)의 제어에 따라, 포토 다이오드(322)로부터의 전하를 부유확산층(370)에 전송하는 것이다.
포토 다이오드(332, 342 및 352)의 구성은, 포토 다이오드(322)와 마찬가지이다. 또한, 전송 트랜지스터(331, 341 및 351)의 구성은, 전송 트랜지스터(321)와 마찬가지이다.
부유확산층(370)은, 전송 트랜지스터(321, 331, 341 및 351)의 어느 하나로부터의 전하를 축적하여 축적량에 응한 전압을 생성하는 것이다. 이 부유확산층(370)은, 생성한 전압의 화소 신호를 증폭 트랜지스터(362)에 공급한다.
리셋 트랜지스터(361)는, 수직 구동 회로(210)의 제어에 따라, 부유확산층(370)의 전하를 소출하여, 부유확산층(370)의 전압을 초기화하는 것이다.
증폭 트랜지스터(362)는, 부유확산층(370)으로부터의 전기 신호를 증폭하여 선택 트랜지스터(363)에 화소 신호로서 공급하는 것이다.
선택 트랜지스터(363)는, 수직 구동 회로(210)의 제어에 따라, 화소 신호를 신호 처리 회로(231)에 수직 신호선을 통하여 공급하는 것이다.
또한, 부유확산층(370) 및 트랜지스터 형성 영역(360)이 인접하는 4개의 화소에 의해 공유되어 있지만, 이 구성으로 한정되지 않는다. 부유확산층(370) 등이 인접하는 2개의 화소에 공유되는 구성이라도 좋고, 부유확산층(370) 등을 공유하지 않고, 화소의 각각에 개별적으로 마련하는 구성이라도 좋다.
도 5는, 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(300)의 단면도의 한 예이다. 이 단면도는, 도 3에서 X0-X3축에 따른 단면도이다.
지지 기판(433)부터 수광면에의 방향을 상방향으로 하여, 지지 기판(433)의 위에 밀착층(432)이 형성되고, 그 밀착층(432)의 위에 평탄화층(431)이 형성되어 있다. 이 평탄화층(431)의 위에 절연층(420)이 형성되고, 이 절연층(420)에는 전송 트랜지스터(421)나 배선(422)이 마련된다. 절연층(420)의 상부에는, IR화소(340)나 Gb화소(350) 등의 화소와, 화소 분리 영역(402)이 마련된다. 배선이나 트랜지스터를 포함하는 절연층(420)의 상부의 실리콘의 두께는, 예를 들면, 5마이크로미터(㎛)이다.
IR화소(340)에는, n+층(405)이 형성되고, Gb화소(350)에는 n+층(415)이 형성된다. 이들의 n+층은, 포토 다이오드로서 기능한다. 또한, IR화소(340) 내의 n+층(405)의 영역은, 옆의 n+층(415)의 하방으로 확장되어 있다. 이와 같이 IR화소(340)의 포토 다이오드(n+층(405))를 확장함에 의해, IR화소(340)의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 반드시, IR화소(340)의 전부에서, 포토 다이오드를 확장할 필요는 없다. 예를 들면, 일부의 IR화소(340)에 관해서만, 포토 다이오드를 확장하고, 나머지 IR화소(340)의 포토 다이오드는 가시광 화소와 동일한 구성이라도 좋다. 또한, 모스아이 구조만으로 감도가 충분하면, 405의 영역의 확장은 없어도 좋다.
또한, n+층(405) 및 n+층(415)과, 배선이나 트랜지스터를 포함하는 절연층(420)의 사이에는, 계면으로부터의 암전류 억제를 위한 홀 축적부(406)가 마련된다. 이 홀 축적부(406)는, p+층 등에 의해 형성된다.
또한, n+층(405)의 상부에도, 홀 축적부가 되는 p+층(404)이 형성되고, 그 p+층(414)의 표면에는 복수의 돌기가 형성되어 있다. 한편, n+층(415)의 상부에도 p+층(414)이 형성되어 있지만, 그 표면은 평면이다.
그리고, IR화소(340)의 주위의 화소 분리 영역(402)에는, 일정한 깊이(Dtrench1)의 트렌치(403)가 형성되어 있다. 이 트렌치(403)의 깊이는, n+층(405)보다 작은 것으로 한다. 트렌치(403)를 n+층(405)보다 얕게 함에 의해, 트렌치(403)를 돌아들어가게 하여, n+층(405)을 n+층(415)의 하방으로 확장할 수 있다. 또한, 트렌치(403)는, 특허청구의 범위에 기재된 수광면측 트렌치의 한 예이다.
또한, 트렌치(403)와, p+층(404 및 414)의 표면에는, 고정 전하막(413)이 형성되어 있다. 고정 전하막(413)의 상부에는, 실리콘보다 굴절율이 낮은 산화막(412)이 형성되어 있다. 프레넬의 공식으로부터, 굴절율이 높은 매질(p+층(404) 등)로부터, 굴절율이 낮은 매질(산화막(412))에 입사하는 광의 일부는, 그들의 계면에서 반사하기 때문에, 이 산화막(412)은, 화소로부터의 광의 누출을 방지하는 재료로서 기능한다.
또한, IR화소(340)의 주위의 트렌치에는, 메탈(401)이 매입되어 있다. 한편, Gb화소(350)와, 그 옆의 가시광 화소 사이의 화소 분리 영역(402)에 트렌치는 형성되어 있지 않고, 그 상부에는, 산화막(412)을 끼우고, 메탈(411)이 배치된다. 이들의 메탈도, 화소로부터의 광의 누출을 방지하는 차광 재료로서 기능한다. 또한, 메탈(411)은, 특허청구의 범위에 기재된 수광면측 부재의 한 예이다.
상술한 바와 같이, 표면인 배선이나 트랜지스터를 포함하는 절연층(420)과 대향하는 이면을 수광면으로 하는 고체 촬상 소자(200)는, 일반적으로 이면 조사형의 고체 촬상 소자라고 불린다.
도 6은, 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(300)의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예이다. 도 6은 도 3에서 X1-X2축에 따른 단면도가 된다. IR화소에는, 적외광만을 투과하는, 온 칩의 IR 투과 필터(442)가 마련되고, 가시광 화소(R화소 등)에는, 대응하는 파장(적색 등)의 가시광을 선택적으로 투과하는, 온 칩의 컬러 필터(443)가 마련된다. 또한, 이들의 광학 필터의 상부에는, 온 칩 렌즈(441)가 마련된다. 이 온 칩 렌즈(441)상에는 반사 방지막으로서, 예를 들면, 100나노미터(㎚)의 산화막(부도시)이 성막되어 있다.
그리고, IR화소의 주위의 화소 분리 영역에는 트렌치가 마련되고, 그 트렌치에 메탈(401)이 매입되어 있다. 또한, IR화소의 포토 다이오드(342)는, 가시광 화소의 포토 다이오드(352)의 하방으로 확장되어 있다.
도 6에서 실선의 화살표는, IR화소에 입사된 적외광의 궤적의 한 예이다. IR화소의 모스아이 구조에 의해, IR화소의 수광면의 반사율이 저감하기 때문에, 적외광의 대부분이 수광면을 투과한다. 그리고, 그 투과광을, IR화소의 주위의 메탈(401)이 차광하기 때문에, IR화소로부터 옆의 화소에의 적외광의 누출이 억제되고, 혼색이 방지된다. 또한, IR화소의 포토 다이오드(342)는, 가시광 화소와 비교하여 확장되어 있다.
여기서, 가시광 화소의 상부에는, 적외광을 차단하는 IR 커트 필터가 마련되지 않기 때문에, 가시광 화소에는 적외광이 약간 입사되어 버린다. 그렇지만, 가시광 화소에 입사한 적외광은, 가시광 화소의 하방으로 확장된, IR화소의 포토 다이오드(342)에 의해 검출되기 때문에, 적외광에 의해 가시광 화소의 색 밸런스가 깨지는 일은 거의 없다.
이들의 모스아이 구조, 메탈(401)에서의 반사 및 포토 다이오드(342)의 확장에 의해, IR화소의 감도가 향상한다. 또한, 메탈(401)에 의한 차광에 의해 혼색을 방지할 수 있다. 이들의 감도의 향상과 혼색의 방지에 의해, 화상 데이터의 화질을 향상시킬 수 있다.
또한, IR화소에 적외광만을 투과하는 IR 투과 필터(442)를 마련하고 있지만, 적외광 및 가시광을 투과하는 광학 필터를 대신에 마련하여도 좋다. 또한, IR화소의 위치에 광학 필터를 마련하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우에는, IR화소 대신에 W(White)화소가 배치되는 것으로 된다. 이들의 구성에서는, 후단의 화상 처리부(120)가, 연산에 의해, 가시 광성분과 적외광 성분을 분리하여 모노클로 화상이나 컬러 화상을 생성한다.
도 7은, 제1의 실시의 형태에서의 돌기 사이 피치와 트렌치의 깊이와의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 모스아이 구조에서의 돌기의 정점과, 그 하부에서는, 광의 투과율이 다르기 때문에, 모스아이 구조에서, 돌기를 회절의 단위(즉, 회절 격자)로 한 적외광의 회절이 생긴다. 일반적으로, 굴절율(nin)의 매질로부터, 굴절율(nout)의 매질에 입사하여 회절된 광의 출사각(즉, 회절 각도)(Rout)는, 다음 식에 의해 구하여진다.
[수 1]
nout×P×sin Rout - nin×P×sin Rin = mλ ...식1
윗식에서, Rin은, 굴절율(nin)의 매질로부터 굴절율(nout)의 매질에 입사하는 광의 입사각이고, 이 입사각(Rin) 및 출사각(Rout)의 단위는, 예를 들면, 「도」이다. P는, 회절 격자(돌기)의 격자 사이 간격(즉, 돌기 사이 피치)이고, 단위는, 예를 들면, 나노미터(㎚)이다. m은 회절 차수이다. 람다는, 회절 격자에서 회절된 회절광(적외광 등)의 파장이고, 단위는, 예를 들면,나노미터(㎚)이다.
또한, 화소의 중심에서 회절된 광이 트렌치의 저부 최대한의 위치를 빠져나가 누출할 때에 있어서, 화소의 1변의 사이즈(Spixel)와 트렌치의 깊이(Dtrench1)와의 관계는 삼각함수를 이용하여 다음 식에 의해 표시된다.
[수 2]
Dtrench1×sin(Rout)=Spixel/2 … 식 2
트렌치의 깊이(Dtrench1)와 돌기 사이 피치(P)와의 일방을 결정하면, 식 1 및 식 2로부터 타방의 값을 산출할 수 있다. 예를 들면, 트렌치의 깊이(Dtrench1)를 2000나노미터(㎚)로 하여, 화소 사이즈(Spixel)를 2400나노미터(㎚)라고 하면, 식 2로부터 출사각(Rout)으로서 약 31도가 산출된다.
또한, 회절광 중 1차 회절광이 가장 지배적이기 때문에, 회절 차수(m)를 「1」로 하고, 적외광의 파장을 800나노미터(㎚)로 한다. 또한, 입사측의 매질인 공기의 굴절율(nin)을 「1.000」으로 하고, 입사각(Rin)을 「0」도로 한다. 그리고, 출사측의 매질인 실리콘의 굴절율(nout)을 「3.712」로 하면, 출사각(Rout)이 31도의 때에는, 식 1으로부터 돌기 사이 피치(P)로서 약 418나노미터(㎚)가 산출된다. 이 돌기 사이 피치(P)를 작게 할수록, 식 1로부터, 출사각(Rout)이 커지고, 트렌치의 하방을 적외광이 빠져나갈 우려가 적어진다. 따라서 상술한 조건하에서는, 출사각(Rout)에 약간 여유를 갖게 하여, 돌기 사이 피치(P)를 400나노미터(㎚) 이하로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 돌기 사이 피치(P)를 400나노미터(㎚)로 하면, 출사각(Rout)이 32.6도가 되고, 31도 보다도 충분히 커진다.
또한, 역으로, 돌기 사이 피치(P)를 결정하여, 식 1 및 식 2로부터 트렌치의 깊이(Dtrench1)를 산출하여도 좋다. 예를 들면, 돌기 사이 피치(P)를 400나노미터(㎚) 정도로 하면, 트렌치의 깊이(Dtrench1)로서, 약 2227나노미터(㎚), 즉 약 2.227마이크로미터(㎛)가 얻어진다. 트렌치의 깊이(Dtrench1)는, 2마이크로미터(㎛) 이상인 것이 바람직하다.
도 8은, 제1의 실시의 형태에서의 반사율과 파장과의 관계의 한 예를 도시하는 그래프이다. 동 도면에서의 종축은, 반사율을 나타내고, 횡축은 광의 파장을 나타낸다. 또한, 실선은, 수광면이 평면인 화소에서의 파장마다의 반사율의 특성을 나타내고, 점선은, 수광면이 모스아이 구조에서 돌기 사이 피치가 200나노미터(㎚)인 화소에서의 파장마다의 반사율의 특성을 나타낸다. 1점쇄선은, 수광면이 모스아이 구조에서 돌기 사이 피치가 100나노미터(㎚)인 화소에서의 파장마다의 반사율의 특성을 나타낸다.
도 8에 예시하는 바와 같이, 모스아이 구조에서는, 평면 구조보다도 반사율이 저감한다. 또한, 모스아이 구조에서, 돌기 사이 피치가 200나노미터(㎚)인 화소의 쪽이, 100나노미터(㎚)인 화소보다도 반사율이 낮아진다.
도 9는, 제1의 실시의 형태에서의 투과 회절 강도와 파장과의 관계의 한 예를 도시하는 그래프이다. 동 도면에서의 종축은, 투과 회절 강도를 나타내고, 횡축은 파장을 나타낸다. 또한, 실선은, 수광면이 평면인 화소에서의 파장마다의 투과 회절 강도의 특성을 나타내고, 점선은, 수광면이 모스아이 구조에서 돌기 사이 피치가 200나노미터(㎚)인 화소에서의 파장마다의 투과 회절 강도의 특성을 나타낸다. 1점쇄선은, 수광면이 모스아이 구조에서 돌기 사이 피치가 100나노미터(㎚)인 화소에서의 파장마다의 투과 회절 강도의 특성을 나타낸다.
도 9에 예시하는 바와 같이, 모스아이 구조에서, 돌기 사이 피치가 200나노미터(㎚)인 화소의 쪽이, 100나노미터(㎚)인 화소보다도 투과 회절 강도가 높아진다.
도 8 및 도 9에 예시한 바와 같이, 돌기 사이 피치가 클수록, 반사율이 저하되고, 투과 회절 강도가 높아진다. 이 때문에, 시스템에서 요구되는 반사율 등의 조건을 충족시키도록, 도 8이나 도 9의 특성과 식 1 및 식 2로부터 돌기 사이 피치가 결정된다.
도 10은, 제1의 실시의 형태에서의 포토 다이오드의 영역을 도시하는 화소 어레이부(300)의 상면도의 한 예이다. 동 도면에서의 굵은 실선으로 둘러싸여진 부분은, IR화소 내의 포토 다이오드(342)의 영역을 나타낸다. 또한, 점선으로 둘러싸여진 영역은, 가시광 화소 내의 포토 다이오드(322, 332 및 352)의 영역과, 부유확산층(370)의 영역을 나타낸다. 수광면에 평행한 X방향 및 Y방향에서, 이웃하는 IR화소(340)의 사이에는, 2개의 가시광 화소가 배치된다.
IR화소 내의 포토 다이오드(342)의 영역은, 부유확산층(370)을 피하여, 인접하는 Gr화소, Gb화소 및 B화소의 각각의 포토 다이오드의 하방으로 확장되어 있다. 이에 의해, 확장하지 않는 경우와 비교하여, IR화소의 감도를 높게할 수 있다.
도 11은, 제1의 실시의 형태에서의 트랜지스터의 위치를 도시하는 화소 어레이부의 상면도의 한 예이다. 부유확산층(370)을 4개의 화소가 공유하고, 그들의 화소에 전송 트랜지스터(321, 331, 341 및 351)가 마련된다. 또한, 4개의 화소가 공유하는 리셋 트랜지스터(361), 증폭 트랜지스터(362) 및 선택 트랜지스터(363)가, 화소 분리 영역 내의 트랜지스터 형성 영역(360)에 마련된다.
[고체 촬상 소자의 제조 방법]
도 12는, 제1의 실시의 형태에서의 n+층 및 화소 분리 영역이 형성될 때까지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. 동 도면에서의 a는, 고체 촬상 소자(200)의 제조 장치에 재치된 SOI(Silicon On Insulator) 기판(450)의 한 예를 도시하는 단면도이다. 동 도면에서의 a의 검게 칠하여진 영역은, 2산화실리콘(SiO2) 등의 산화막을 나타낸다. 동 도면에서의 b에 예시하는 바와 같이, 그 산화막의 근처에, 붕소의 주입 등에 의해 p+층(414)이 형성된다. 그리고, 동 도면에서의 c에 예시하는 바와 같이 n+층, 화소 분리 영역 및 축적부가 형성된다.
상술한 n+층, 화소 분리 영역 및 축적부는, 복수의 공정에 의해 형성된다. 먼저, 산화막에의 방향을 하방으로 하여, n+층의 하부(451)가 형성되고, 다음에, n+층의 상부(452)가 형성된다. 하부(451)는, n+층 중 가시광 화소측으로 확장된 부분을 포함하지 않는다. 한편, 상부(452)는, n+층 중 가시광 화소측으로 확장된 부분을 포함한다. 그리고, 화소 분리 영역의 하부(453)가 형성되고, 다음에 축적부의 하부(454)가 형성된다. 뒤이어, 축적부의 상부(455)와, 화소 분리 영역의 상부(456)가 형성된다.
도 13은, 제1의 실시의 형태에서의 n+층 및 화소 분리 영역을 형성하기 위한 마스크의 한 예를 도시하는 도면이다. 동 도면에서의 a는, n+층의 하부(451)를 형성하기 위한 마스크(461)의 평면도이고, 동 도면에서의 b는, n+층의 상부(452)를 형성하기 위한 마스크(462)의 평면도이다. 동 도면에서의 c는, 화소 분리 영역의 하부(453)를 형성하기 위한 마스크(463)의 평면도이다. 동 도면에서의, 희게 칠하여진 부분은, 개구된 부분을 나타낸다.
마스크(461)는, 화소의 영역이 개구된 마스크이다. 이 마스크(461)를 통하여, 제조 장치는, 예를 들면, 3메가일렉트론볼트(MeV)의 이온 빔의 조사에 의해 인을 1평방센티미터(㎠)당, 5E11개 주입한다. 또는, 2.5메가일렉트론볼트(MeV)의 이온 빔의 조사에 의해, 1평방센티미터(㎠)당, 1E12개가 주입된다. 이 공정에 의해, n+층의 하부(451)가 형성된다.
마스크(462)는, 인접하는 4개의 화소를 포함하는 영역이 개구된 마스크이다. 이 마스크(462)를 통하여, 제조 장치는, 예를 들면, 1.0메가일렉트론볼트(MeV)의 이온 빔의 조사에 의해 인을 1평방센티미터(㎠)당, 5E12개 주입한다. 이 공정에 의해, n+층의 상부(452)가 형성된다.
마스크(463)는, 화소와 화소 사이의 영역이 개구된 마스크이다. 이 마스크(463)를 통하여, 제조 장치는, 예를 들면, 1.0메가일렉트론볼트(MeV)의 이온 빔의 조사에 의해 붕소를 1평방센티미터(㎠)당, 3E12개 주입한다. 이 공정에 의해, 화소 분리 영역의 하부(453)가 형성된다.
도 14는, 제1의 실시의 형태에서의 n+를 분리하는 영역 및 화소 분리 영역을 형성하기 위한 마스크의 한 예를 도시하는 도면이다. 동 도면에서의 a는, n+를 상하 방향으로 분리하는 p+ 영역(454)을 형성하기 위한 마스크(464)의 평면도이고, 동 도면에서의 b는, n+를 종방향으로 분리하는 p+ 영역(455)과 화소 분리 영역의 상부(456)를 형성하기 위한 마스크(465)의 평면도이다. 동 도면에서의, 희게 칠하여진 부분은, 개구된 부분을 나타낸다.
마스크(464)는, 가시광 화소의 영역이 개구된 마스크이다. 이 마스크(464)를 통하여 제조 장치는, 예를 들면, 0.7메가일렉트론볼트(MeV)의 이온 빔의 조사에 의해 붕소를 1평방센티미터(㎠)당, 5E12개 주입한다. 이 공정에 의해, 축적부의 하부(454)가 형성된다.
마스크(465)는, 화소의 사이와, IR화소의 영역과, 가시광 화소의 일부가 개구된 마스크이다. 이 마스크(465)를 통하여 제조 장치는, 예를 들면, 0.4메가일렉트론볼트(MeV)의 이온 빔의 조사에 의해 붕소를 1평방센티미터(㎠)당, 5E12개 주입한다. 이 공정에 의해, 축적부의 상부(455)와 화소 분리영역의 상부(456)가 형성된다. 그리고, 제조 장치는, 어닐 온도가 1000℃의 어닐 처리에 의해, 불순물 원소를 활성화한다.
도 15는, 제1의 실시의 형태에서의, 트랜지스터 및 부유확산층을 형성할 때까지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. n+층, 화소 분리 영역 및 축적부의 형성 후에 제조 장치는, 동 도면에서의 a에 예시하는 바와 같이 트랜지스터의 게이트457)를 형성하고, 동 도면에서의 b에 예시하는 바와 같이 사이드 월(458)을 형성한다. 그리고, 제조 장치는, 동 도면에서의 c에 예시하는 바와 같이 p+ 영역이 되는 홀 축적부(406)를 상기 n+층을 분리한 p+ 영역과 연결하도록 형성하여, 부유확산층(416)을 형성한다. 또한, 제조 장치는, 트랜지스터의 소스 및 드레인을 형성한다.
도 16은, 제1의 실시의 형태에서의 평탄화층 및 밀착층을 형성할 때까지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. 부유확산층(416)의 형성 후에 제조 장치는, 동 도면에서의 a에 예시하는 바와 같이 살리사이드 블록막을 형성한다. 그리고, 제조 장치는, 동 도면에서의 b에 예시하는 바와 같이 배선층 및 트랜지스터를 포함하는 절연층(420)을 형성하고, 동 도면에서의 c에 예시하는 바와 같이 평탄화층(431) 및 밀착층(432)을 차례로 형성한다. 예를 들면, 화학 증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)법에 의해, 질화티탄(TiN)이 밀착층(432)으로서 형성된다.
도 17은, 제1의 실시의 형태에서의 산화막을 제거할 때까지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. 밀착층(432)의 형성 후에 제조 장치는, 지지 기판(433)을, 밀착층(432)에 맞붙인다. 그리고, 제조 장치는, 동 도면에서의 b에 예시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(200)의 상하를 반전시켜서, 산화막을 제거하고 p+층(414)을 노출시킨다.
도 18은, 제1의 실시의 형태에서의 산화막을 충전할 때까지의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. SIO 기판의 산화막의 제거 후에 제조 장치는, 동 도면에서의 a에 예시하는 바와 같이, IR화소의 p+층(404)에 모스아이 구조를 형성하고, 다음에 트렌치(403)를 형성한다. 여기서, 모스아이 구조는, 예를 들면, 일본 특개2013-033864호 공보에 기재된 방법에 의해 형성된다. 이 방법에서는, 돌기의 정점 부분을 덮는 도트 형상의 레지스트 패턴을 마스크로 하는 웨트 에칭에 의해 모스아이 구조가 형성된다.
모스아이 구조의 형성 후에 제조 장치는, 6불화황(SF6)/8불화시클로부탄(C4F8) 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 트렌치(403)를 형성한다. 이 드라이 에칭에서는, 각각의 화소 분리 영역의 일부를 개구하는 레지스트 패터닝을 행하는 레지스트 마스크가 이용된다. 이 레지스트 마스크의 개구부의 사이즈는, 예를 들면, 200나노미터(㎚)로 설정된다. 계면 기인의 암전류를 억제하기 위해, 파들어간 영역의 계면에는 p+층에서 홀이 존재하는 것이 바람직하다
다음에, 제조 장치는, 도 19에 예시하는 바와 같이, 계면에 고정 전하막(413)을 성막한다. 예를 들면, 원자층 퇴적(ALD : Atomic layer deposition)법에 의해, Al2O3가 고정 전하막(413)으로서 성막된다. 그리고, 제조 장치는, 실리콘보다도 굴절율이 낮은 절연막인 산화막(412)을, 등방적으로 성막하여 트렌치(403) 내를 폐색한다. 이 산화막(412)의 막두께는, 예를 들면, 50나노미터(㎚)이다. 또한, 제조 장치는, 고정 전하막(413)의 성막 후에, 수광면에 대해 반사율을 최적화하기 위한 막을 물리 증착(PVD : Physical Vapor Deposition)법에 의해, 또한 성막하여도 좋다.
그리고, CVD법에 의해, 텅스텐(W)이나 알루미늄(Al) 등의 메탈이 매입되어, 도 5에 예시한 단면의 화소 어레이부(300)가 제조된다. 뒤이어, 광학 필터나 온 칩 렌즈의 형성에 의해, 도 6에 예시한 단면의 화소 어레이부(300)가 완성된다.
도 20은, 제1의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(300)의 제조 방법의 한 예를 도시하는 플로우 차트이다. SOI 기판이 재치되면, 제조 장치는, 산화막의 근처에 P+층을 형성한다(스텝 S901). 그리고, 제조 장치는, 복수의 마스크에 의해, n+층 및 화소 분리 영역을 형성한다(스텝 S902).
뒤이어 제조 장치는, 트랜지스터의 게이트를 생성하고(스텝 S903), 사이드 월을 형성한다(스텝 S904). 그리고, 제조 장치는, 전하를 축적하는 축적부를 형성하고(스텝 S905), 부유확산층을 형성한다(스텝 S906). 또한, 제조 장치는, 트랜지스터의 소스 및 드레인을 형성하고(스텝 S907), 살리사이드 블록막을 형성한다(스텝 S908).
계속해서, 제조 장치는, 배선층을 형성하고(스텝 S909), 평탄화층 및 밀착층을 형성한다(스텝 S910). 제조 장치는, 지지 기판과의 맞붙임을 행하고(스텝 S911), IR화소에서 모스아이 구조를 웨트 에칭 등에 의해 형성한다(스텝S912). 그리고, 제조 장치는, IR화소의 주위에 트렌치를 드라이 에칭 등에 의해 형성하고(스텝 S913), 산화막을 성막한다(스텝 S914). 뒤이어, 제조 장치는, 트렌치에 메탈을 매입하고(스텝 S915), 온 칩 렌즈의 형성 등의 나머지 처리를 행하여 화소 어레이부의 제조를 종료한다.
이와 같이, 본 기술의 제1의 실시의 형태에 의하면, IR화소(340)의 수광면에 복수의 돌기를 형성하고, IR화소(340)의 주위의 트렌치에 메탈을 매입함에 의해, 수광면의 반사율을 저감하고, IR화소(340)로부터 누출하는 광을 메탈에 의해 흡수할 수 있다. 이 반사율의 저감에 의해 IR화소(340)의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 누출하는 광을 흡수함에 의해, IR화소(340)로부터 옆의 가시광 화소에 누출하는 광의 파장과, 그 가시광 화소의 입사광의 파장과의 혼색을 방지할 수 있다.
[제1의 변형례]
상술한 제1의 실시 형태에서는, 제조 조치는, IR화소(340)의 수광면의 전면을 포함하는 영역에 모스아이 구조를 형성하고, IR화소(340) 및 화소 분리 영역의 경계를 넘는 돌기의 일부를 삭제하여 트렌치를 형성하고 있다. 그러나, 이 제조 방법에서는, 돌기의 일부를 삭제할 때에 결함이 생길 우려가 있다. 이 때문에, 제조 장치는, IR화소(340) 및 화소 분리 영역의 경계를 돌기가 넘는 일이 없도록, 모스아이 구조를 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, IR화소(340)의 중앙에 배치된 일부의 영역만에만 모스아이 구조를 형성하면 좋다. 이 제1의 실시의 형태에서의 제1의 변형례의 화소 어레이부(300)는, IR화소(340)의 중앙의 일부의 영역만에만 모스아이 구조를 형성한 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다.
도 21은, 제1의 실시의 형태의 제1의 변형례에서의 화소 어레이부(300)의 상면도의 한 예이다. 이 제1의 변형례의 화소 어레이부(300)는, IR화소(340)의 수광면에서, 중앙의 일부의 영역에만 모스아이 구조가 형성되어 있는 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다. IR화소(340)의 나머지 부분은, 가시광 화소와 같이 평면 구조이다.
또한, IR화소(340)에서, 중앙에 모스아이 구조를 형성하고 있는데, 중앙 이외의 장소에 모스아이 구조를 형성하여도 좋다. 화소 어레이부(300)에서의 IR화소(340)의 위치에 따라, 주광선의 입사각도가 다르다. 예를 들면, 화소 어레이부(300)의 우단이나 좌단에서는, 입사각도가 작아지지만, 화소 어레이부(300)의 중앙 부근에서는, 입사각도가 커진다. 이 결과, 화소 어레이부(300)의 중앙과 단부에서는, 주광선의 입사 위치가 다르다. 그 입사 위치에 맞추어서, 모스아이 구조를 마련하는 위치를 바꾸면 좋다. 예를 들면, 화소 어레이부(300)의 중앙 부근의 IR화소(340)에서는, 그 화소의 중앙에 모스아이 구조가 형성된다. 한편, 화소 어레이부(300)의 단부 부근의 IR화소(340)에서는, 우단이나 좌단 등의 위치에 모스아이 구조가 형성된다.
이와 같이, 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 제1의 변형례에 의하면, IR화소(340)의 일부의 영역에 복수의 돌기를 형성하였기 때문에, 제조 장치는, 트렌치를 형성할 때에 돌기의 일부를 삭제할 필요가 없어진다. 이에 의해, 결함의 발생을 억제할 수 있다.
[제2의 변형례]
상술한 제1의 실시 형태에서는, IR화소(340)의 주위의 트렌치(403)에 메탈(401)이 매입되어 있지만, 광을 반사하는 부재로서, 메탈(401) 이외의 부재(예를 들면, 산화막(412))을 트렌치에 매입할 수도 있다. 이 제1의 실시의 형태의 제2의 변형례의 화소 어레이부(300)는, 메탈(401) 이외의 부재를 트렌치(403)에 매입하는 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다.
도 22는, 제1의 실시의 형태의 제2의 변형례에서의 화소 어레이부(300)의 단면도의 한 예이다. 이 제2의 변형례의 화소 어레이부(300)는, 트렌치(403)에 산화막(412)이 매입되어 있는 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다. 이 산화막(412)의 막두께는, 예를 들면, 150나노미터(㎚)이다. 전술한 바와 같이, 산화막(412)의 굴절율은 실리콘보다 낮기 때문에, 프레넬의 공식에 의해, IR화소(340)로부터 누출하는 광이 반사되어, 혼색을 방지할 수 있다. 또한, 메탈(401)은, 트렌치(403)에 매입되지 않고, 화소 분리 영역(402)의 상부에 배치된다.
[제3의 변형례]
상술한 제1의 실시의 형태에서는, X축방향 및 Y방향에서, 가시광 화소 2개마다, IR화소가 배치되어 있지만, 화소 어레이부(300) 내의 IR화소(340)의 갯수를 적게 하고, 그 만큼, 가시광 화소의 화소수를 증가할 수도 있다. 제1의 실시의 형태의 제3의 변형례에서의 화소 어레이부(300)는, 가시광 화소의 화소수를 증가한 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다.
도 23은, 제1의 실시의 형태의 제3의 변형례에서의 포토 다이오드의 영역을 도시하는 화소 어레이부(300)의 상면도의 한 예이다. 이 제3의 변형례에서는, X축방향 및 Y축방향에서, 이접하는 IR화소(340)의 사이에, 3개의 가시광 화소가 배치된다. 즉, 가시광 화소 3개마다 IR화소가 배치된다. 이 때문에, 2개마다 IR화소(340)를 배치한 제1의 실시의 형태와 비교하여 IR화소(340)의 화소수가 적어지고, 그 만큼, 가시광 화소의 화소수가 많아진다. IR화소(340)의 배치의 변경에 수반하여, 포토 다이오드(332)의 배치도 변경된다. 단, 제3의 변형례의 포토 다이오드(332)의 형상이나 면적은 제1의 실시의 형태와 마찬가지이다.
이와 같이, 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 제3의 변형례에 의하면, 가시광 화소의 화소수를 증가하였기 때문에, 가시광 화소로 이루어지는 화상 데이터의 화질을 향상시킬 수 있다.
[제4의 변형례]
상술한 제1의 실시의 형태에서는, 4개의 화소가 부유확산층(370)이나 리셋 트랜지스터(361)를 공유하고 있지만, 2개의 화소가 부유확산층(370) 등을 공유하는 구성으로 할 수도 있다. 제1의 실시의 형태의 제4의 변형례에서의 화소 어레이부(300)는, 2개의 화소가 부유확산층(370) 등을 공유하는 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다.
도 24는, 제1의 실시의 형태의 제4의 변형례에서의 포토 다이오드의 영역을 도시하는 화소 어레이부의 상면도의 한 예이다. 이 제4의 변형례의 화소 어레이부(300)에서는, 인접하는 2개 화소가 부유확산층(370)을 공유하기 때문에, 4개의 화소가 공유하는 제1의 실시의 형태와 비교하여 부유확산층(370)의 갯수가 2배가 된다. 또한, 부유확산층(370)을 피하여 형성되는 포토 다이오드(352)의 면적은, 부유확산층(370)의 증가에 의해, 제1의 실시의 형태와 비교하여 작아진다.
도 25는, 제1의 실시의 형태의 제4의 변형례에서의 화소 회로의 회로도의 한 예이다. 동 도면에 예시하는 바와 같이, 제4의 변형례에서는, IR화소(340) 및 Gb화소(350) 등의 2개의 화소에 의해, 부유확산층(370), 리셋 트랜지스터(361), 증폭 트랜지스터(362) 및 선택 트랜지스터(363)가 공유된다. 공유하는 화소수가 감소하였기 때문에, 부유확산층(370)의 전하 축적 및 방출의 회수나, 공유되는 트랜지스터의 동작 회수가 감소한다. 이에 의해, 제1의 실시의 형태와 비교하여, 고체 촬상 소자(200)의 수명을 연장시킬 수 있다.
이와 같이, 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 제4의 변형례에 의하면, 2개의 화소가 부유확산층(370)이나 트랜지스터를 공유하기 때문에, 부유확산층(370)의 전하 축적 및 방출의 회수나 트랜지스터의 동작 회수를 저감할 수 있다.
[제5의 변형례]
상술한 제1의 실시의 형태에서는, 가시광 화소의 포토 다이오드의 깊이는, 모두 같았다. 그러나, 파장마다의 감도를 최적화하는 관점에서, 가시광 화소의 포토 다이오드의 깊이는, 화소가 수광하는 광의 파장에 응한 값이라도 좋다. 제1의 실시의 형태의 제5의 변형례에서의 화소 어레이부(300)는, 화소가 수광하는 광의 파장에 응한 깊이의 포토 다이오드를 마련한 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다.
도 26은, 제1의 실시의 형태의 제5의 변형례에서의 화소 어레이부(300)의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예이다. 제5의 변형례의 화소 어레이부(300)에서의 포토 다이오드의 깊이는, 파장마다의 감도를 최적화하는 관점에서, 수광하는 광의 파장이 짧을수록 얕은 것으로 한다. 구체적으로는, B화소(330)의 파장이 짧고, 이하, G화소(320 및 350), R화소(310) 및 IR화소(340)의 순서로 파장이 길어진다. 이 때문에, B화소(330)의 포토 다이오드(332)가 가장 얕고, G화소(320 및 350), R화소(310) 및 IR화소(340)의 순서로 포토 다이오드가 깊어지도록 화소 어레이부(300)가 형성된다.
그리고, 비교적 포토 다이오드의 깊이가 얕은 B화소나 G화소가 우선적으로, IR화소에 인접하는 위치에 배열된다. IR화소에 인접하는 가시광 화소의 포토 다이오드를 얕게 하면, 그 만큼, 트렌치를 얕게 할 수 있다. 제5의 변형례의 트렌치의 깊이(Dtrench2)는, 제1의 실시의 형태의 깊이(Dtrench1)보다 작다. 트렌치를 얕게 함에 의해, 트렌치 및 가시광 화소의 하방으로 확장하는 포토 다이오드(342)의 체적을 크게할 수 있다.
이와 같이, 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 제5의 변형례에 의하면, IR화소에 인접하는 가시광 화소에 깊이가 얕은 포토 다이오드를 배치하였기 때문에, IR화소의 포토 다이오드(342)의 체적을 크게할 수 있다.
[제6의 변형례]
상술한 제1의 실시 형태에서는, 이면 조사형의 고체 촬상 소자(200)에서, 모스아이 구조 및 트렌치를 형성하고 있는데, 배선층측을 수광면으로 하는 표면 조사형의 고체 촬상 소자(200)에서 모스아이 구조 및 트렌치를 형성하여도 좋다. 제1의 실시의 형태의 제6의 변형례에서의 화소 어레이부(300)는, 배선층측을 수광면으로 하는 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다.
도 27은, 제1의 실시의 형태의 제6의 변형례에서의 화소 어레이부의 단면도의 한 예이다. IR화소(340)에는, n+층(501)이 형성되고, 옆의 Gb화소(350)에는 n+층(502)이 형성되어 있다. 이들의 n+층은, 포토 다이오드로서 기능한다. 수광면에의 방향을 상방향으로 하여, n+층(501)은, n+층(502)의 하방으로 확장되어 있다. 또한, n+층(501)의 상부에는 p+층(505)이 형성되고, n+층(502)의 상부에는, p+층(507)이 형성되어 있다. 이 p+층(505)은 모스아이 구조이고, 한편, p+층(507)은, 평면 구조이다. 또한, IR화소(340)의 주위의 화소 분리 영역에는 트렌치(503)가 형성되고, 그 트렌치(503)에 메탈(504)이 매입된다. 또한, 화소 분리 영역에는 부유확산층(506)이 형성된다. 또한, p+층(505) 및 p+층(507)의 상부에는, 배선층을 포함하는 절연층(509)이 마련되고, 이 배선층(509) 내에 전송 트랜지스터(508) 등이 배치된다.
상술한 구성에 의해, IR화소(340) 등의 화소는, 표면인 배선층(509)을 통하여 수광한 광을 광전 변환한다. 이와 같은 표면 조사형의 고체 촬상 소자는, 일반적으로 이면 조사형의 것과 비교하여, 기판을 삭제하는 등의 공정이 불필요하게 되기 때문에, 제조가 간이하게 된다.
도 28은, 제1의 실시의 형태의 제6의 변형례에서의 화소 어레이부(300)의 상면도의 한 예이다. IR화소(340)의 주위에는, 트렌치(503)가 마련되고, 그 트렌치(503)에 메탈(504)이 매입된다. 단, 트렌치(503)는, 부유확산층(506)과, 리셋 트랜지스터 등이 형성되는 트랜지스터 형성 영역(360)을 피하여 형성된다.
이와 같이, 본 기술의 제1의 실시의 형태에서의 제6의 변형례에 의하면, 고체 촬상 소자를 표면 조사형으로 하였기 때문에, 이면 조사형과 비교하여, 용이하게 제조할 수 있다.
<2. 제2의 실시의 형태>
상술한 제1의 실시의 형태에서는, IR화소(340)에만 모스아이 구조를 마련하고, 그 주위에 트렌치를 마련하고, IR화소(340)의 감도를 향상시키고, IR화소(340)로부터의 광의 누출을 방지하고 있다. 그러나, 가시광 화소의 감도가 부족하고, 가시광 화소로부터의 광의 누출이 생기는 일도 있다. 이 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자(200)는, 가시광 화소의 감도를 향상시키고, 가시광 화소로부터의 광의 누출을 방지한 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다.
도 29는, 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(300)의 상면도의 한 예이다. 이 제2의 실시의 형태의 화소 어레이부(300)는, B화소(330) 등의 가시광 화소의 수광면에도 복수의 돌기를 형성하여 모스아이 구조로 한 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다. 또한, 가시광 화소의 주위에도 트렌치를 마련하고, 그 트렌치에 메탈(401)을 매입하는 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다. 여기서, 화소의 각각의 돌기 사이 피치는 동일한 것으로 한다.
또한, 반드시, 가시광 화소의 전부를 모스아이 구조로 할 필요는 없고, 또한, 모든 가시광 화소의 주위에 트렌치를 형성할 필요도 없다. 예를 들면, 일부의 가시광 화소만 모스아이 구조로 하고, 그 화소의 주위에만 트렌치를 형성하는 구성이라도 좋다. IR화소(340)에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 가시광 화소에서, 중앙에 모스아이 구조를 형성하고 있는데, 중앙 이외의 장소에 모스아이 구조를 형성하여도 좋다. 예를 들면, 화소 어레이부(300)의 중앙 부근의 가시광 화소에서는, 그 화소의 중앙에 모스아이 구조가 형성된다. 한편, 화소 어레이부(300)의 단부 부근의 가시광 화소에서는, 우단이나 좌단 등의, 주광선의 입사 위치에 모스아이 구조가 형성된다. IR화소(340)에 대해서도 마찬가지이다.
도 30은, 제2의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(300)의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예이다. 가시광 화소의 모스아이 구조에 의해, 가시광 화소의 수광면의 반사율이 저감하기 때문에, 가시광의 대부분이 수광면을 투과한다. 또한, 가시광 화소를 투과하여 옆의 화소에 출사되는 광을, 가시광 화소의 주위의 트렌치 내의 메탈(401)이 차광하기 때문에, 가시광 화소로부터 옆의 화소에의 광의 누출이 억제되고, 혼색이 방지된다.
도 31은, 제2의 실시의 형태에서의 돌기 사이 피치가 125나노미터(㎚)인 화소의 감도와 파장과의 관계의 한 예를 도시하는 그래프이다. 동 도면에서의 종축은, 화소의 감도를 나타내고, 횡축은, 화소에 입사한 광의 파장을 나타낸다. 또한, 굵은 실선은, 평면 구조의 R화소의 파장마다의 감도를 나타내고, 가는 실선은, 모스아이 구조의 R화소의 파장마다의 감도를 나타낸다. 굵은 점선은, 평면 구조의 G화소의 파장마다의 감도를 나타내고, 가는 점선은, 모스아이 구조의 G화소의 파장마다의 감도를 나타낸다. 굵은 1점쇄선은, 평면 구조의 B화소의 파장마다의 감도를 나타내고, 가는 1점쇄선은, 모스아이 구조의 B화소의 파장마다의 감도를 나타낸다. 동 도면에 예시하는 바와 같이, 돌기 사이 피치가 125나노미터(㎚)인 경우에는, 모스아이 구조와 평면 구조의 사이에서 감도에 그다지 차이가 생기지 않는다.
도 32는, 제2의 실시의 형태에서의 돌기 사이 피치가 250나노미터(㎚)인 화소의 감도와 파장과의 관계의 한 예를 도시하는 그래프이다. 동 도면에 예시하는 바와 같이, 돌기 사이 피치를 250나노미터(㎚)로 한 경우에는, 100나노미터(㎚)인 경우와 비교하여, R화소, G화소 및 B화소의 각각에서, 감도에 차이가 생기고 있다.
도 33은, 제2의 실시의 형태에서의 돌기 사이 피치가 300나노미터(㎚)인 화소의 감도와 파장과의 관계의 한 예를 도시하는 그래프이다. 동 도면에 예시하는 바와 같이, 돌기 사이 피치를 300나노미터(㎚)로 한 경우에는, 250나노미터(㎚)인 경우와 비교하여, R화소, G화소 및 B화소의 각각에서, 감도의 차이가 더욱 커진다.
도 31 내지 33에 예시한 바와 같이, 돌기 사이 피치를 250나노미터(㎚) 이상으로 하면, 감도 향상의 효과가 충분히 얻어진다. 따라서 돌기 사이 피치는, 250나노미터(㎚) 이상인 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 기술의 제2의 실시의 형태에 의하면, 가시광 화소의 수광면에도 복수의 돌기를 형성하고, 그 주위에 트렌치를 마련하여 메탈(401)을 매입함에 의해, 가시광 화소의 반사율을 저감하고, 가시광 화소로부터 누출하는 광을 메탈에 의해 흡수할 수 있다. 이 반사율의 저감에 의해 가시광 화소의 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 누출하는 광의 흡수에 의해 혼색을 방지할 수 있다.
[제1의 변형례]
상술한 제2의 실시 형태에서는, 제조 조치는 화소의 수광면의 전면을 포함하는 영역에 모스아이 구조를 형성하고, 화소 및 화소 분리 영역의 경계를 넘는 돌기의 일부를 삭제하여 트렌치를 형성하고 있다. 그러나, 이 제조 방법에서는, 돌기의 일부를 삭제할 때에 결함이 생길 우려가 있다. 이 때문에, 제조 장치는 화소 및 화소 분리 영역의 경계를 돌기가 넘는 일이 없도록, 모스아이 구조를 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 화소의 중앙에 배치된 일부의 영역만에만 모스아이 구조를 형성하면 좋다. 이 제2의 실시의 형태에서의 제1의 변형례의 화소 어레이부(300)는, 화소의 중앙의 일부의 영역만에만 모스아이 구조를 형성한 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다.
도 34는, 제2의 실시의 형태의 제1의 변형례에서의 화소 어레이부(300)의 상면도의 한 예이다. 이 제1의 변형례의 화소 어레이부(300)는, IR화소(340) 및 가시광 화소의 각각의 수광면에서, 중앙의 일부의 영역에만 모스아이 구조가 형성되어 있는 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다.
이와 같이, 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 제1의 변형례에 의하면, 화소의 일부의 영역에 복수의 돌기를 형성하였기 때문에, 제조 장치는, 트렌치를 형성할 때에 돌기의 일부를 삭제할 필요가 없어진다. 이에 의해, 결함의 발생을 억제할 수 있다.
[제2의 변형례]
상술한 제2의 실시 형태의 제1의 변형례에서는, 제조 장치는, 화소의 중앙의 일부에 모스아이 구조를 형성하고 있다. 그러나, 화소의 전면에 걸처서 모스아이 구조를 형성한 쪽이, 일부에 형성하는 것보다도 감도가 향상한다. 단, 돌기가 화소 및 화소 분리 영역의 경계를 넘으면, 전술한 바와 같이, 제조 장치가 트렌치의 형성시에 돌기의 일부를 삭제하게 되어 결함이 생길 우려가 있다. 제2의 실시의 형태의 제2의 변형례의 고체 촬상 소자(200)는, 돌기가 화소 및 화소 분리 영역의 경계를 넘는 일이 없도록, 화소의 전면에 모스아이 구조를 형성하는 점에서 제2의 실시의 형태와 다르다.
도 35는, 제2의 실시의 형태의 제2의 변형례에서의 화소 어레이부(300)의 상면도의 한 예이다. 이 제2의 변형례의 화소 어레이부(300)는, X방향 또는 Y방향에서의 화소의 사이즈의 약수에 개략 일치하는 돌기 사이 피치로 복수의 돌기를 형성하는 점에서 제2의 실시의 형태와 다르다. 예를 들면, 화소의 1변의 사이즈(Spixel)가, 2400나노미터(㎚)인 경우에는, 480나노미터를 돌기 사이 피치로 한다. 이에 의해, 돌기가 화소 및 화소 분리 영역의 경계를 넘는 일이 없어지기 때문에, 트렌치 형성시에 결함이 생길 우려가 없어진다.
또한, IR화소(340)에만 모스아이 구조를 형성하고 있던 제1의 실시의 형태에서도 마찬가지로, 화소의 사이즈의 약수에 개략 일치하는 돌기 사이 피치로 복수의 돌기를 형성하여도 좋다.
이와 같이, 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 제2의 변형례에 의하면, 소정 방향에서의 화소의 사이즈의 약수에 돌기 사이 피치가 개략 일치하기 때문에, 화소 및 화소 분리 영역의 영역을 돌기가 넘는 일이 없어진다. 이에 의해, 제조 장치가 트렌치를 형성할 때에 결함이 생길 우려가 없어진다.
[제3의 변형례]
상술한 제2의 실시의 형태에서는, 화소의 각각의 돌기 사이 피치를 동일하게 하고 있다. 여기서, 전술한 바와 같이, 돌기 사이 피치가 클수록, 반사율이 저감하는 효과를 얻기 쉽다. 단, 돌기 사이 피치가 동일한 조건하에서는, 식 1 및 식 2에 의해, 입사광의 파장이 짧을수록, 회절 각도가 커지고, 혼색이 생길 가능성이 높아진다. 이 때문에, 파장이 짧을수록, 회절 각도를 크게 하기 위해, 돌기 사이 피치를 작게 할 필요가 있다. 따라서 반사율이 저감한 효과가 생기면서, 혼색이 생기기 어려운 최적의 돌기 사이 피치의 값은, 화소의 입사광의 파장에 의존한다. 이 때문에, 입사광의 파장에 응하여, 돌기 사이 피치를 설정하는 것이 바람직하다. 제2의 실시의 형태의 제3의 변형례의 고체 촬상 소자(200)는, 입사광의 파장에 응한 돌기 사이 피치로 복수의 돌기를 형성한 점에서 제2의 실시의 형태와 다르다.
도 36은, 제2의 실시의 형태의 제3의 변형례에서의 화소 어레이부(300)의 상면도의 한 예이다. 이 제3의 변형례의 화소 어레이부(300)는, 화소의 입사광의 파장이 짧을수록, 그 화소의 돌기 사이 피치를 작게 한 점에서 제2의 실시의 형태와 다르다. 구체적으로는, B화소(330)의 파장이 짧고, 이하, G화소(320 및 350), R화소(310) 및 IR화소(340)의 순서로 파장이 길어진다. 이 때문에, B화소(330)의 돌기 사이 피치가 가장 짧고, G화소(320 및 350), R화소(310) 및 IR화소(340)의 순서로 돌기 사이 피치가 커지도록 모스아이 구조가 형성된다.
이와 같이, 본 기술의 제2의 실시의 형태에서의 제3의 변형례에 의하면, 입사광의 파장에 응한 돌기 사이 피치로 복수의 돌기가 화소의 각각에 형성되어 있기 때문에, 화소마다의 돌기 사이 피치를 동일하게 한 경우보다도 혼색이 생기기 어려워진다.
[제4의 변형례]
상술한 제2의 실시의 형태에서는, IR화소(340) 및 가시광 화소의 양방을 고체 촬상 소자(200)에 마련하고 있다. 그러나, IR화소(340)와 가시광 화소에서, 광학 필터를 제각기 마련하여야 하기 때문에, IR화소만을 마련한 경우와 비교하여 제조 공정이 증가한다. 그래서, 제조를 용이하게 하는 관점에서, IR화소만을 마련하여, 모스아이 구조 및 트렌치를 형성하는 구성이라도 좋다. 제2의 실시의 형태의 제4의 변형례의 고체 촬상 소자(200)는, IR화소만을 마련하여, 모스아이 구조 및 트렌치를 형성한 점에서 제2의 실시의 형태와 다르다.
도 37은, 제2의 실시의 형태의 제4의 변형례에서의 화소 어레이부(300)의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예이다. 이 제4의 변형례의 화소 어레이부(300)는, 가시광 화소가 마련되지 않고, IR화소(340)만인 점에서 제2의 실시의 형태와 다르다. IR화소(340)의 각각의 수광면은 모스아이 구조이고, 그 주위에는 트렌치가 마련되어 메탈(401)이 매입된다.
이와 같이, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 제4의 변형례에 의하면, IR화소(340)만을 마련하고, 수광면에 복수의 돌기를 형성하고, 주위의 트렌치에 메탈을 매입함에 의해, 수광면의 반사율을 저감하고, 화소로부터 누출하는 광을 메탈에 의해 흡수할 수 있다. 또한, 제2의 실시의 형태에서의 제4의 변형례에서는, 가시광 화소를 마련하고 있지 않기 때문에, 가시광 화소용의 컬러 필터를 마련할 필요가 없어지고, 가시광 화소도 마련하는 제2의 실시의 형태와 비교하여 제조가 용이해진다.
[제5의 변형례]
상술한 제2의 실시의 형태에서는, 화소의 각각(R화소(310) 등)의 주위의 트렌치에 메탈(401)을 매입하고 있지만, 메탈(401) 이외의 부재(예를 들면, 산화막(412))을 트렌치에 매입할 수도 있다. 이 제2의 실시의 형태의 제5의 변형례의 고체 촬상 소자(200)는, 산화막(412)을 트렌치에 매입한 점에서 제2의 실시의 형태와 다르다.
도 38은, 제2의 실시의 형태의 제5의 변형례에서의 화소 어레이부(300)의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예이다. 이 제5의 변형례의 화소 어레이부(300)는, 트렌치(403)에 산화막(412)이 매입되어 있는 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다. 전술한 바와 같이, 산화막(412)의 굴절율은 실리콘보다 낮기 때문에, 프레넬의 공식에 의해, IR화소(340)로부터 누출하는 광이 반사되어, 혼색을 방지할 수 있다. 또한, 메탈(401)은, 트렌치(403)에 매입되지 않고, 화소 분리 영역(402)의 상부에 배치된다.
<3. 제3의 실시의 형태>
상술한 제1의 실시의 형태에서는, IR 커트 필터를 마련하지 않았지만, 가시광을 투과하는 광학 필터는, 가시광에 더하여, 약간의 적외광도 투과하기 때문에, 그 적외광이 가시광 화소에 입사되어 화질이 저하된 우려가 있다. 이 제3의 실시의 형태의 고체 촬상 소자(200)는, 가시광 화소에의 적외광을 차단하는 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다.
도 39는, 제3의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(300)의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예이다. 이 제3의 실시의 형태의 화소 어레이부(300)는, IR 커트 필터(444)를 또한 구비함에 있어서 제1의 실시의 형태와 다르다.
IR 커트 필터(444)는, 가시광 화소에의 적외광을 차단하는 것이다. 이 IR 커트 필터(444)는, 온 칩 렌즈(441)의 상부에 마련된다. 단, IR 커트 필터(444)에서의 IR화소(340)의 부분이 개구하고 있고, 가시광 화소에의 적외광만이 차단된다.
이와 같이, 본 기술의 제3의 실시의 형태에 의하면, IR화소(340)의 부분이 개구한 IR 커트 필터(444)를 마련하였기 때문에, 가시광 화소에의 적외광의 입사를 차단할 수 있다. 이에 의해, 화상 데이터의 화질을 향상시킬 수 있다.
[변형례]
상술한 제3의 실시의 형태에서는, IR화소(340)의 부분이 개구한 IR 커트 필터(444)를 마련하고 있지만, 그 개구한 부분에서의 적외광이, 가시광 화소에 입사되어 버릴 우려가 있다. 제3의 실시의 형태의 제1의 변형례의 고체 촬상 소자(200)는, 개구부분이 없는 IR 커트 필터를 삽입하는 점에서 제3의 실시의 형태와 다르다.
도 40은, 제3의 실시의 형태의 변형례에서의 촬상 장치(100)의 한 구성례를 도시하는 블록도이다. 제3의 실시의 형태의 변형례의 촬상 장치(100)는, IR 커트 필터(160) 및 모터(170)를 또한 구비하는 점에서 제3의 실시의 형태와 다르다. 또한, 제3의 실시의 형태의 변형례의 고체 촬상 소자(200)는, IR 커트 필터(444)를 구비하지 않는 점에서 제3의 실시의 형태와 다르다.
IR 커트 필터(160)는, 적외광을 차단하는 것이다. 이 IR 커트 필터(160)에서 가시광 화소의 부분은 개구되지 않은 것으로 한다. 모터(170)는, 제어부(130)의 제어에 따라, 촬상 렌즈(110)와 고체 촬상 소자(200) 사이의 소정의 위치에의 IR 커트 필터(160)의 삽입과, 그 위치에서의 발거의 어느 하나를 행하는 것이다. 또한, IR 커트 필터(160)는, 특허청구의 범위에 기재된 적외광 차단 필터의 한 예이다. 또한, 모터(170)는, 특허청구의 범위에 기재된 삽발부의 한 예이다.
제3의 실시의 형태의 변형례의 제어부(130)는, 측광량에 의거하여 모터(170)를 제어하여, IR 커트 필터(160)의 삽입 또는 발거를 실행시킨다. 예를 들면, 제어부(130)는, 측광량이 임계치 이하인 경우에 IR 커트 필터(160)를 발거시키고, 그렇지 않는 경우에 IR 커트 필터(160)를 삽입시킨다. 또한, 제어부(130)는, 측광량 이외의 정보에 의거하여 모터(170)를 제어하여도 좋다. 예를 들면, 제어부(130)는, 야간 등의 시간대를 나타내는 시각(時刻) 정보에 의거하여 IR 커트 필터(160)를 발거시키고, 주간의 시간대를 나타내는 시각 정보에 의거하여 IR 커트 필터(160)를 삽입시킨다. 또는, 제어부(130)는, 조작 신호에 의거하여, 모터(170)를 제어한다.
도 41은, 제3의 실시의 형태의 변형례에서의 IR 커트 필터(160) 및 화소 어레이부(300)의 단면도의 한 예이다. 동 도면에 예시하는 바와 같이, IR 커트 필터(160)는, IR화소(340)의 부분이 개구되어 있지 않기 때문에, 적외광이 가시광 화소에 입사되는 일이 없다. 이 때문에, 제3의 실시의 형태와 비교하여 화상 데이터의 화질을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 기술의 제3의 실시의 형태에서의 변형례에 의하면, 개구부가 없는 IR 커트 필터(160)를 삽입 또는 발거하기 때문에, 가시광 화소에의 적외광을 차단할 수 있다. 이에 의해, 가시광 화소의 화소 신호로부터 생성된 화상 데이터의 화질을 향상시킬 수 있다.
<4. 제4의 실시의 형태>
상술한 제1의 실시의 형태에서는, 수광면(이면)에만 트렌치를 형성하고 있었지만, 그 이면에 대향하는 표면에 또한 트렌치를 형성할 수도 있다. 이 제4의 실시의 형태의 고체 촬상 소자(200)는, 표면측에 또한 트렌치를 형성한 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다.
도 42는, 본 기술의 제4의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(300)의 구조를 모식적으로 도시한 단면도의 한 예이다. 이 제4의 실시의 형태의 화소 어레이부(300)는, 표면측에도 트렌치(472)가 형성되어 있는 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다. 이 트렌치(472)는, 표면에서, 각각의 화소의 중앙부 부근에 형성된다. 또한, 트렌치(472)에도, 이면측의 트렌치(403)와 마찬가지로 산화막이 매입되어 있다. 또한, 트렌치(403)의 상부에는, 평탄화막(471)이 마련되어 있다. 또한, 트렌치(472)는, 특허청구의 범위에 기재된 대향면측 트렌치의 한 예이다. 또한, 트렌치(472) 내의 산화막은, 특허청구의 범위에 기재된 대향면측 부재의 한 예이다.
또한, 제4의 실시 형태의 화소 어레이부(300)는, IR화소에 더하여 가시광 화소에도 모스아이 구조가 형성되고, 이면에서 가시광 화소의 주위에도 트렌치(403)가 형성되어 있는 점에서 제1의 실시의 형태와 다르다. 또한, IR화소의 포토 다이오드가 IR화소측까지 확장되지 않은 점도 제1의 실시의 형태와 다르다. 또한, 트렌치(403 및 452)에는 메탈이 마련되지 않고, 산화막만이 매입되어 있는 점도 제1의 실시의 형태와 다르다.
상술한 바와 같이 표면측에 트렌치(472)를 마련함에 의해, 모스아이 구조의 요철에서의 광의 산란에 더하여, 그 트렌치(472)에서도 광이 반사 및 산란되기 때문에, 트렌치(472)를 마련하지 않은 경우와 비교하여 광로 길이가 길어진다. 이에 의해, 화소의 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 제1, 제2 및 제3의 실시의 형태와, 그들의 변형례의 각각의 화소 어레이부(300)에, 제4의 실시의 형태와 마찬가지로 표면측에 트렌치(472)를 형성하여도 좋다. 단, 제1의 실시의 형태의 제6의 변형례(표면 조사형)에 트렌치(472)를 마련한 경우, 표면이 수광면이 되기 때문에, 트렌치(472)는 이면에 마련된다.
도 43은, 제4의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(300)의 구조를 도시하는 단면도의 한 예이다. 화소가 마련된 기판의 절연층(420)측의 면, 즉 표면에서, 화소의 중앙부에 트렌치(472)가 형성된다. 표면에서 본 트렌치(472)의 깊이는, 표면과 이면 사이의 거리보다도 짧다.
또한, 도 43에서는 적외광 화소의 포토 다이오드를 확장하지 않는데, 이 포토 다이오드를 확장하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 도 44는, 적외광 화소의 포토 다이오드가 확장된 예에서의, 제4의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(300)의 구조를 도시하는 단면도의 한 예이다. 이 경우는 적외광 화소가 마련된 기판의 절연층(420)측의 면, 즉 표면에서만, 화소의 중앙부에 트렌치(472)가 형성된다. 표면에서 본 트렌치(472)의 깊이는, 표면과 이면 사이의 거리보다도 짧다.
도 45는, 제4의 실시의 형태에서의 화소 어레이부(300)의 하면도의 한 예이다. 동 도면은, 표면을 기판의 하면으로 하여 하면에서 본 화소 어레이부(300)를 도시한다. 화소의 각각에서, 그 중앙부에 아일랜드와 같이, 트렌치(472)가 마련된다.
도 46은, 제4의 실시의 형태에서의 화소의 감도와 파장과의 관계의 한 예를 도시하는 그래프이다. 동 도면에서의 종축은, 화소의 감도를 나타내고, 횡축은, 화소에 입사한 광의 파장을 나타낸다. 또한, 굵은 실선은 표면측에 트렌치(472)가 없는 R화소의 파장마다의 감도를 나타내고, 가는 실선은 표면측에 트렌치(472)가 있는 R화소의 파장마다의 감도를 나타낸다. 굵은 점선은 표면측에 트렌치(472)가 없는 G화소의 파장마다의 감도를 나타내고, 가는 점선은 표면측에 트렌치(472)가 있는 G화소의 파장마다의 감도를 나타낸다. 굵은 1점쇄선은 표면측에 트렌치(472)가 없는 B화소의 파장마다의 감도를 나타내고, 가는 1점쇄선은 표면측에 트렌치(472)가 있는 B화소의 파장마다의 감도를 나타낸다. 동 도면에 예시하는 바와 같이, 표면측에 트렌치(472)를 마련함에 의해, 화소의 감도가 향상한다. 예를 들면, 감도가 약 5퍼센트(%) 향상한다.
이와 같이 본 기술의 제4의 실시의 형태에 의하면, 표면측에도 트렌치(472)를 마련하여, 산화막을 매입하였기 때문에, 그 트렌치(472)에서 광을 반사 및 산란시켜서 화소의 감도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상술한 실시의 형태는 본 기술을 구현화하기 위한 한 예를 나타낸 것이고, 실시의 형태에서의 사항과, 특허청구의 범위에서의 발명 특정 사항은 각각 대응 관계를 갖는다. 마찬가지로, 특허청구의 범위에서의 발명 특정 사항과, 이것과 동일 명칭을 붙인 본 기술의 실시의 형태에서의 사항은 각각 대응 관계를 갖는다. 단, 본 기술은 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 실시의 형태에 여러 가지의 변형을 행함에 의해 구현화 할 수 있다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 수광면에 복수의 돌기가 형성된 화소와, 상기 수광면에서 상기 화소의 주위에 형성된 트렌치인 수광면측 트렌치와, 상기 수광면측 트렌치에 매입된 수광면측 부재를 구비하는 고체 촬상 소자.
(2) 상기 복수의 돌기의 각각의 대표점의 간격은 250나노미터보다 좁지 않은 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(3) 상기 복수의 돌기의 각각의 대표점의 간격은, 상기 수광면에 평행한 소정 방향에서의 상기 화소의 사이즈의 약수에 개략 일치하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 소자.
(4) 상기 복수의 돌기는, 상기 수광면에서 상기 화소의 일부의 영역에 형성되는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 소자.
(5) 상기 수광면측 트렌치의 깊이는, 2마이크로미터보다 작지 않은 상기 (1)부터 (4))의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(6) 상기 수광면측 부재는, 상기 화소보다도 굴절율이 낮은 부재를 포함하는 상기 (1)부터 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(7) 상기 수광면측 부재는, 메탈을 포함하는 상기 (1)부터 (6)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(8) 상기 화소는, 적외광을 수광하는 적외광 화소와 가시광을 수광하는 가시광 화소를 포함하는 상기 (1)부터 (7)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(9) 상기 복수의 돌기는, 상기 적외광 화소에 형성되는 상기 (8)에 기재된 고체 촬상 소자.
(10) 상기 복수의 돌기는, 상기 적외광 화소 및 상기 가시광 화소의 양방에 형성되는 상기 (8)에 기재된 고체 촬상 소자.
(11) 상기 가시광 및 상기 적외광 중 상기 적외광을 차단하는 적외광 차단 필터를 또한 구비하고, 상기 적외광 차단 필터는, 상기 가시광 화소와 촬상 렌즈의 사이에 배치되는 상기 (8)부터 (10)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(12) 상기 적외광 화소는, 상기 적외광을 광전 변환하는 제1의 광전 변환부를 구비하고, 상기 가시광 화소는, 상기 가시광을 광전 변환하는 제2의 광전 변환부를 구비하고, 상기 제1의 광전 변환부는, 촬상 렌즈에의 방향을 상방으로 하여 상기 제2의 광전 변환부의 하방으로 확장되어 있는 상기 (8)부터 (11)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(13) 상기 적외광 화소는, 광을 광전 변환하는 광전 변환부를 구비하고, 상기 수광면측 트렌치의 깊이는, 상기 적외광 화소의 광전 변환부보다도 작은 상기 (8)부터 (12)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(14) 상기 화소는, 복수 마련되고, 상기 복수의 화소의 각각은, 서로 다른 파장의 광을 수광하고, 상기 복수의 화소의 각각은, 상기 광의 파장에 응한 깊이의 광전 변환부를 구비하는 상기 (1)부터 (13)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(15) 상기 화소는, 복수 마련되고, 상기 복수의 화소의 각각은, 서로 다른 파장의 광을 수광하고, 상기 복수의 돌기의 각각의 대표점의 간격은, 당해 복수의 돌기가 마련된 화소가 수광하는 광의 파장에 응한 값인 상기 (1)부터 (14)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(16) 상기 화소가 형성된 기판의 상기 수광면에 대향하는 대향면에 형성된 대향면측 트렌치와, 상기 대향면측 트렌치에 매입된 대향면측 부재를 또한 구비하는 상기 (1)부터 (15)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(17) 상기 대향면측 부재는, 상기 화소보다도 굴절율이 낮은 부재를 포함하는 상기 (16)에 기재된 고체 촬상 소자.
(18) 수광면에 복수의 돌기가 형성된 화소와, 상기 수광면에서 상기 화소의 주위에 형성된 트렌치인 수광면측 트렌치와, 상기 수광면측 트렌치에 매입된 수광면측 부재를 구비하는 고체 촬상 소자와, 상기 고체 촬상 소자에 광을 유도하는 촬상 렌즈를 구비하는 촬상 장치.
(19) 적외광을 차단하는 적외광 차단 필터와, 상기 촬상 렌즈와 상기 고체 촬상 소자 사이의 소정의 위치에의 상기 적외광 차단 필터의 삽입과 상기 소정의 위치로부터의 상기 적외광 차단 필터의 발거(拔去)의 어느 하나를 행하는 삽발부를 또한 구비하고, 상기 화소는, 적외광을 수광하는 적외광 화소와 가시광을 수광하는 가시광 화소를 포함하는 상기 (18)에 기재된 촬상 장치.
(20) 상기 고체 촬상 소자는, 상기 화소로부터의 화소 신호를 처리하는 신호 처리부를 또한 구비하는 상기 (18) 또는 (19)에 기재된 촬상 장치.
(21) 기판에서 화소를 형성하는 화소 형성 순서와, 상기 화소의 수광면에서 복수의 돌기를 형성하는 돌기 형성 순서와, 상기 수광면에서 상기 화소의 주위에 트렌치를 수광면측 트렌치로서 형성하는 트렌치 형성 순서와, 상기 수광면측 트렌치에 수광면측 부재를 매입하는 매입 순서를 구비하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
(22) 상기 복수의 돌기는, 웨트 에칭에 의해 형성되는 상기 (21)에 기재된 제조 방법.
100 : 촬상 장치 110 : 촬상 렌즈
120 : 화상 처리부 130 : 제어부
140 : 기록부 150 : 측광부
160 : IR 커트 필터 170 : 모터
200 : 고체 촬상 소자 210 : 수직 구동 회로
220 : 제어 회로 230 : 칼럼 신호 처리부
231 : 신호 처리 회로 240 : 수평 구동 회로
250 : 출력 회로 300 : 화소 어레이부
310 : R화소 320 : Gr화소
321, 331, 341, 351, 421, 508 : 전송 트랜지스터
322, 332, 342, 352 : 포토 다이오드
330 : B화소 340 : IR화소
350 : Gb화소 360 : 트랜지스터 형성 영역
361 : 리셋 트랜지스터 362 : 증폭 트랜지스터
363 : 선택 트랜지스터 370, 416, 506 : 부유확산층
401, 411, 504, 473 : 메탈 402 : 화소 분리 영역
403, 472, 503 : 트렌치 404, 414, 505, 507 : p+층
405, 415, 501, 502 : n+층 406 : 홀 축적부
412 : 산화막 413 : 고정 전하막
420, 509 : 절연층 422 : 배선
431 : 평탄화층 432 : 밀착층
433 : 지지 기판 441 : 온 칩 렌즈
442 : IR 투과 필터 443 : 컬러 필터
444 : IR 커트 필터 450 : SOI 기판
457 : 게이트 458 : 사이드 월
461, 462, 463, 464, 465 : 마스크 471 : 평탄화막

Claims (22)

  1. 화소의 수광면에 복수의 돌기가 형성된 화소와,
    상기 복수의 돌기 각각의 대표점의 간격은 250나노미터보다 좁지 않으며,
    상기 화소는,
    적외광을 광전 변환하는 제1의 광전 변환부를 구비하는 적외광 화소와,
    가시광을 광전 변환하는 제2의 광전 변환부를 구비하는 가시광 화소를 포함하며,
    상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전변환부 각각은 상기 수광면 아래 제1 방향으로 위치하고,
    상기 화소의 주위에 형성된 수광면측 트렌치와,
    상기 수광면측 트렌치는 상기 화소의 수광면에 마련되며,
    상기 제1의 광전 변환부는 상기 제1 방향으로 제1 깊이를 가지며,
    상기 수광면측 트렌치는 상기 제1 방향으로 제2 깊이를 가지며,
    상기 제2의 광전 변환부는 상기 제1 방향으로 제3 깊이를 가지며,
    상기 수광면측 트렌치의 상기 제2 깊이는 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제1 깊이보다 작고, 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제3 깊이보다 크며,
    상기 수광면측 트렌치에 매입된 수광면측 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 돌기의 각각의 대표점의 간격은, 상기 수광면에 평행한 소정 방향에서의 상기 화소의 사이즈의 약수에 개략 일치하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 돌기는, 상기 수광면에서 상기 화소의 일부의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수광면측 트렌치의 깊이는, 2마이크로미터보다 작지 않은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수광면측 부재는, 상기 화소보다도 굴절율이 낮은 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수광면측 부재는, 메탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 돌기는, 상기 적외광 화소에 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 돌기는, 상기 적외광 화소 및 상기 가시광 화소의 양방에 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가시광 및 상기 적외광 중 상기 적외광을 차단하는 근적외광 차단 필터를 또한 구비하고,
    상기 근적외광 차단 필터는, 상기 가시광 화소와 촬상 렌즈의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 광전 변환부는 상기 제2 광전 변환부 아래에서 제1 방향으로 확장되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 화소는, 복수 마련되고,
    상기 복수의 화소의 각각은, 서로 다른 파장의 광을 수광하고,
    상기 복수의 화소의 각각은, 상기 광의 파장에 응한 깊이의 광전 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 화소는, 복수 마련되고,
    상기 복수의 화소의 각각은, 서로 다른 파장의 광을 수광하고,
    상기 복수의 돌기의 각각의 대표점의 간격은, 당해 복수의 돌기가 마련된 화소가 수광하는 광의 파장에 응한 값인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 화소가 형성된 기판의 상기 수광면에 대향하는 대향면에 형성된 대향면측 트렌치와,
    상기 대향면측 트렌치에 매입된 대향면측 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 대향면측 부재는, 상기 화소보다도 굴절율이 낮은 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  18. 화소의 수광면에 복수의 돌기가 형성된 화소와,
    상기 복수의 돌기 각각의 대표점의 간격은 250나노미터보다 좁지 않으며,
    상기 화소는,
    적외광을 광전 변환하는 제1의 광전 변환부를 구비하는 적외광 화소와,
    가시광을 광전 변환하는 제2의 광전 변환부를 구비하는 가시광 화소를 포함하며,
    상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전변환부 각각은 상기 수광면 아래 제1 방향으로 위치하고,
    상기 화소의 주위에 형성된 수광면측 트렌치와,
    상기 수광면측 트렌치는 상기 화소의 수광면에 마련되며,
    상기 제1의 광전 변환부는 상기 제1 방향으로 제1 깊이를 가지며,
    상기 수광면측 트렌치는 상기 제1 방향으로 제2 깊이를 가지며,
    상기 제2의 광전 변환부는 상기 제1 방향으로 제3 깊이를 가지며,
    상기 수광면측 트렌치의 상기 제2 깊이는 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제1 깊이보다 작고, 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제3 깊이보다 크며,
    상기 수광면측 트렌치에 매입된 수광면측 부재를 구비하는 고체 촬상 소자를 포함하며,
    상기 고체 촬상 소자에 광을 유도하는 촬상 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    적외광을 차단하는 적외광 차단 필터와,
    상기 촬상 렌즈와 상기 고체 촬상 소자 사이의 소정의 위치에의 상기 적외광 차단 필터의 삽입과 상기 소정의 위치로부터의 상기 적외광 차단 필터의 발거의 어느 하나를 행하는 삽발부를 더 구비하고,
    상기 화소는, 적외광을 수광하는 적외광 화소와 가시광을 수광하는 가시광 화소를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 고체 촬상 소자는, 상기 화소로부터의 화소 신호를 처리하는 신호 처리부를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  21. 기판에서 화소를 형성하는 화소 형성 단계와,
    상기 화소의 수광면에 복수의 돌기를 형성하는 돌기 형성 단계와,
    상기 복수의 돌기 각각의 대표점의 간격은 250나노미터보다 좁지 않으며,
    상기 화소는,
    적외광을 광전 변환하는 제1의 광전 변환부를 구비하는 적외광 화소와,
    가시광을 광전 변환하는 제2의 광전 변환부를 구비하는 가시광 화소를 포함하며,
    상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전변환부 각각은 상기 수광면 아래 제1 방향으로 위치하고,
    상기 화소의 주위의 수광면측 트렌치를 형성하는 단계와,
    상기 수광면측 트렌치는 상기 화소의 수광면에 마련되며,
    상기 제1의 광전 변환부는 상기 제1 방향으로 제1 깊이를 가지며,
    상기 수광면측 트렌치는 상기 제1 방향으로 제2 깊이를 가지며,
    상기 제2의 광전 변환부는 상기 제1 방향으로 제3 깊이를 가지며,
    상기 수광면측 트렌치의 제2 깊이는 상기 제1의 광전 변환부의 상기 제1 깊이보다 작고, 상기 제2의 광전 변환부의 상기 제3 깊이보다 크며,
    상기 수광면측 트렌치에 수광측면 부재를 매입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 돌기는, 웨트 에칭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
KR1020187012708A 2015-12-11 2016-10-27 고체 촬상 소자, 촬상 장치 및 고체 촬상 소자의 제조 방법 KR102648932B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2015-242261 2015-12-11
JP2015242261A JP2017108062A (ja) 2015-12-11 2015-12-11 固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の製造方法
PCT/JP2016/081806 WO2017098830A1 (ja) 2015-12-11 2016-10-27 固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180093884A KR20180093884A (ko) 2018-08-22
KR102648932B1 true KR102648932B1 (ko) 2024-03-19

Family

ID=59013980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187012708A KR102648932B1 (ko) 2015-12-11 2016-10-27 고체 촬상 소자, 촬상 장치 및 고체 촬상 소자의 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (3) US10715751B2 (ko)
EP (1) EP3389092B1 (ko)
JP (1) JP2017108062A (ko)
KR (1) KR102648932B1 (ko)
CN (1) CN108292665B (ko)
WO (1) WO2017098830A1 (ko)

Families Citing this family (44)

* 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
US10600213B2 (en) 2016-02-27 2020-03-24 Focal Sharp, Inc. Method and apparatus for color-preserving spectrum reshape
JP6911767B2 (ja) 2016-04-25 2021-07-28 ソニーグループ株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
US12009379B2 (en) * 2017-05-01 2024-06-11 Visera Technologies Company Limited Image sensor
US10121811B1 (en) * 2017-08-25 2018-11-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of high-aspect ratio pattern formation with submicron pixel pitch
US10319768B2 (en) 2017-08-28 2019-06-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor scheme for optical and electrical improvement
WO2019054101A1 (ja) * 2017-09-14 2019-03-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置、及びそれを備える撮像装置
JP6485675B1 (ja) * 2017-09-14 2019-03-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置、及びそれを備える撮像装置
JP6990550B2 (ja) * 2017-09-27 2022-01-12 富士通株式会社 赤外線検出器、撮像素子、及び撮像システム
US11075242B2 (en) * 2017-11-27 2021-07-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor devices for image sensing
KR102531355B1 (ko) * 2018-03-20 2023-05-10 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10367023B1 (en) * 2018-06-12 2019-07-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor image sensor
JP2020027884A (ja) 2018-08-13 2020-02-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置及び電子機器
US11211419B2 (en) 2018-08-15 2021-12-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Composite bsi structure and method of manufacturing the same
KR102309358B1 (ko) 2018-08-15 2021-10-08 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 복합 bsi 구조물 및 그 제조 방법
JP2022002229A (ja) * 2018-09-05 2022-01-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置、および撮像素子
US10991746B2 (en) 2018-10-29 2021-04-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. High performance image sensor
DE102019102176B4 (de) * 2019-01-29 2022-11-24 Senorics Gmbh Hybrides multispektrales Bauelement
WO2020163183A1 (en) * 2019-02-04 2020-08-13 Flir Commercial Systems, Inc. Imager optical systems and methods
WO2020170841A1 (ja) 2019-02-21 2020-08-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 アバランシェフォトダイオードセンサ及び測距装置
KR102393910B1 (ko) * 2019-03-22 2022-05-03 아크소프트 코포레이션 리미티드 타일형 이미지 센서
JP2021040088A (ja) * 2019-09-05 2021-03-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置及び電子機器
TW202114241A (zh) * 2019-09-25 2021-04-01 日商索尼半導體解決方案公司 光接收元件、距離測量模組及電子儀器
JP2021068788A (ja) 2019-10-21 2021-04-30 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換装置の製造方法、および撮像システム
JP2021082724A (ja) * 2019-11-20 2021-05-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置及び電子機器
JP2021090022A (ja) * 2019-12-06 2021-06-10 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像装置
US11244979B2 (en) * 2019-12-19 2022-02-08 Omnivision Technologies, Inc. Deep trench isolation (DTI) structure for CMOS image sensor
US11670725B2 (en) 2020-02-25 2023-06-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor with absorption enhancement structure
DE102020111371A1 (de) 2020-02-27 2021-09-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. Absorptionsanreicherungsstruktur zur erhöhung der quanteneffizienz eines bildsensors
US11600647B2 (en) * 2020-02-27 2023-03-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Absorption enhancement structure to increase quantum efficiency of image sensor
JP2023516410A (ja) * 2020-03-03 2023-04-19 ホアウェイ・テクノロジーズ・カンパニー・リミテッド イメージセンサおよびイメージ光感知方法
EP4135038A4 (en) 2020-04-10 2024-02-21 Optohub Co., Ltd SEMICONDUCTOR IMAGE SENSOR
US20230197748A1 (en) * 2020-04-20 2023-06-22 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging element and electronic device
WO2021215290A1 (ja) * 2020-04-20 2021-10-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子
KR20210145405A (ko) * 2020-05-25 2021-12-02 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
TWI737482B (zh) * 2020-09-04 2021-08-21 力晶積成電子製造股份有限公司 影像感測器
FR3114441B1 (fr) * 2020-09-24 2022-10-07 Commissariat Energie Atomique Photodiode de type spad
EP3979322A1 (en) * 2020-09-30 2022-04-06 AMS Sensors Belgium BVBA Pixel structure and method for manufacturing a pixel structure
JP2022108423A (ja) * 2021-01-13 2022-07-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、撮像装置
WO2022163405A1 (ja) 2021-01-26 2022-08-04 国立大学法人静岡大学 固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法
CN115332274A (zh) * 2021-05-10 2022-11-11 联华电子股份有限公司 影像传感器
JP2023005457A (ja) * 2021-06-29 2023-01-18 ゼタテクノロジーズ株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器
TW202332029A (zh) * 2021-11-19 2023-08-01 新加坡商普里露尼庫斯新加坡私人有限公司 包括可見光和近紅外感測器的像素陣列的反向結構設計
JP2023098007A (ja) * 2021-12-28 2023-07-10 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置、電子機器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010041031A (ja) * 2008-07-11 2010-02-18 Panasonic Corp 固体撮像装置
US20120313205A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-13 Homayoon Haddad Photosensitive Imagers Having Defined Textures for Light Trapping and Associated Methods
JP2014236411A (ja) * 2013-06-04 2014-12-15 ソニー株式会社 固体撮像装置、電子機器、レンズ制御方法、および撮像モジュール
WO2015001987A1 (ja) * 2013-07-03 2015-01-08 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5252509A (en) * 1988-03-15 1993-10-12 Texas Instruments Incorporated Ccd imager responsive to long wavelength radiation
US7252869B2 (en) * 2003-10-30 2007-08-07 Niyaz Khusnatdinov Microtextured antireflective surfaces with reduced diffraction intensity
JP4396684B2 (ja) * 2006-10-04 2010-01-13 ソニー株式会社 固体撮像装置の製造方法
JP2009158944A (ja) 2007-12-06 2009-07-16 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び電子機器
US8395686B2 (en) 2007-12-06 2013-03-12 Sony Corporation Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and camera
JP2009277798A (ja) 2008-05-13 2009-11-26 Sony Corp 固体撮像装置及び電子機器
US8008696B2 (en) * 2008-06-26 2011-08-30 International Business Machines Corporation Band gap modulated optical sensor
US7888266B2 (en) * 2008-06-26 2011-02-15 International Business Machines Corporation Band gap modulated optical sensor
JP5185157B2 (ja) 2009-02-25 2013-04-17 浜松ホトニクス株式会社 フォトダイオードの製造方法及びフォトダイオード
KR101608903B1 (ko) * 2009-11-16 2016-04-20 삼성전자주식회사 적외선 이미지 센서
JP2011149901A (ja) * 2010-01-25 2011-08-04 Rohm Co Ltd 受光装置およびモバイル機器
JP5536517B2 (ja) * 2010-04-14 2014-07-02 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置
JP5857399B2 (ja) * 2010-11-12 2016-02-10 ソニー株式会社 固体撮像装置及び電子機器
JP2013033864A (ja) * 2011-08-02 2013-02-14 Sony Corp 固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、および電子機器
TW201405792A (zh) 2012-07-30 2014-02-01 Sony Corp 固體攝像裝置、固體攝像裝置之製造方法及電子機器
JP2015012126A (ja) * 2013-06-28 2015-01-19 ソニー株式会社 固体撮像素子および駆動方法、並びに電子機器
JP2015065270A (ja) * 2013-09-25 2015-04-09 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
JP2015146356A (ja) * 2014-01-31 2015-08-13 株式会社東芝 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法
US9768220B2 (en) * 2014-04-15 2017-09-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Deep trench isolation structure for image sensors
JP2015216187A (ja) 2014-05-09 2015-12-03 ソニー株式会社 固体撮像素子および電子機器
JP2015220313A (ja) 2014-05-16 2015-12-07 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
US9825073B2 (en) * 2014-05-23 2017-11-21 Omnivision Technologies, Inc. Enhanced back side illuminated near infrared image sensor
US9653507B2 (en) * 2014-06-25 2017-05-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Deep trench isolation shrinkage method for enhanced device performance
US9686457B2 (en) * 2015-09-11 2017-06-20 Semiconductor Components Industries, Llc High efficiency image sensor pixels with deep trench isolation structures and embedded reflectors
KR102577844B1 (ko) * 2016-08-09 2023-09-15 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP2018107358A (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 キヤノン株式会社 撮像装置の製造方法および撮像システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010041031A (ja) * 2008-07-11 2010-02-18 Panasonic Corp 固体撮像装置
US20120313205A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-13 Homayoon Haddad Photosensitive Imagers Having Defined Textures for Light Trapping and Associated Methods
JP2014236411A (ja) * 2013-06-04 2014-12-15 ソニー株式会社 固体撮像装置、電子機器、レンズ制御方法、および撮像モジュール
WO2015001987A1 (ja) * 2013-07-03 2015-01-08 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
CN108292665B (zh) 2023-04-18
EP3389092B1 (en) 2021-04-07
US11159751B2 (en) 2021-10-26
EP3389092A1 (en) 2018-10-17
WO2017098830A1 (ja) 2017-06-15
KR20180093884A (ko) 2018-08-22
US11310444B2 (en) 2022-04-19
US10715751B2 (en) 2020-07-14
US20180359434A1 (en) 2018-12-13
EP3389092A4 (en) 2019-01-02
JP2017108062A (ja) 2017-06-15
US20200304733A1 (en) 2020-09-24
CN108292665A (zh) 2018-07-17
US20190158766A1 (en) 2019-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102648932B1 (ko) 고체 촬상 소자, 촬상 장치 및 고체 촬상 소자의 제조 방법
US11996429B2 (en) CMOS image sensor structure with microstructures on backside surface of semiconductor layer
US12034022B2 (en) Image sensor including partition patterns
US10490587B2 (en) CIS structure with complementary metal grid and deep trench isolation and method for manufacturing the same
US9786704B2 (en) CMOS image sensor structure with crosstalk improvement
JP5123701B2 (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
CN104183611A (zh) 固态成像装置和电子设备
US20160099280A1 (en) Image sensors and methods of forming the same
JP5547260B2 (ja) 固体撮像装置
JP5725123B2 (ja) 固体撮像装置及び電子機器
CN104347648A (zh) 固体摄像装置的制造方法以及固体摄像装置
JP5360102B2 (ja) 固体撮像装置及び電子機器
JP5418527B2 (ja) 固体撮像装置及び電子機器
US10957728B2 (en) CMOS image sensor structure with crosstalk improvement
JP2011135100A (ja) 固体撮像装置及び電子機器
JP2011135101A (ja) 固体撮像装置及び電子機器

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant