KR20160082502A - 반도체 장치, 고체 촬상 소자 및 전자 기기 - Google Patents

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토시카즈 시바야마
마모루 스즈키
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Abstract

본 개시는, 핫 캐리어 발광에 의한 악영향을 억제할 수 있도록 하는 반도체 장치, 고체 촬상 소자 및 전자 기기에 관한 것이다. 복수의 소자가 형성되는 소자 형성부와, 그들의 소자 사이를 접속하는 배선이 형성되는 배선부가 적층되어 구성된다. 그리고, 소자 형성부에는, 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 수광 소자와, 수광 소자의 주변에 배치되는 주변 회로를 구성하는 능동 소자의 사이에, 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되고, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물이 배치된다. 본 기술은, 예를 들면, 이면 조사형의 고체 촬상 소자에 적용할 수 있다.

Description

반도체 장치, 고체 촬상 소자 및 전자 기기{SEMICONDUCTOR DEVICE, SOLID-STATE IMAGING ELEMENT, AND ELECTRONIC INSTRUMENT}
본 개시는, 반도체 장치, 고체 촬상 소자 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 핫 캐리어 발광에 의한 악영향을 억제할 수 있도록 한 반도체 장치, 고체 촬상 소자 및 전자 기기에 관한 것이다.
근래, 전자식 카메라는 더욱더 보급이 진행되고 있고, 그 중심 부품인 고체 촬상 소자(이미지 센서)의 수요는 더욱더 높아지고 있다. 또한, 고체 촬상 소자의 성능면에서는 고화질화 및 고기능화를 실현하기 위한 기술 개발이 계속되고 있다. 한편, 비디오 카메라나 휴대형 카메라는 물론이고, 휴대 전화나 PDA, 노트형 퍼스널 컴퓨터 등에의 보급이 진행됨에 따라, 고체 촬상 소자 및 그 부품에 대해서도, 운반을 용이하게 하기 위한 소형화·경량화·박형화, 보급 확대를 위한 저비용화가 필수의 것으로 되어 오고 있다.
일반적으로, 고체 촬상 장치는, 실리콘 기판상의 제1의 주면(主面)(수광면)측에 광전 변환 소자나 증폭 회로, 화상 처리를 위한 주변 회로, 소자·회로 사이를 접속하기 위한 다층 배선층이 형성된다. 또한, 고체 촬상 장치는, 마이크로 렌즈나 컬러 필터 등의 집광 구조를 형성한 칩의 제1의 주면의 상방에 커버 유리를 배치하고, 상기 제1의 주면의 외주측, 또는 칩의 제2의 주면측에 단자를 형성한 구조를 갖는다.
또한, 고체 촬상 장치의 고기능화 및 고속화를 실현하기 위해, 주변 회로의 규모가 증대함과 함께, 주변 회로의 처리 속도도 고속화되고 있다. 또한, 고화질화의 하나로서 계조 표현(분해능)을 향상시키려고 하면, 고전압화가 필요해진다. 한편으로, 저비용화를 실현하기 위해서는, 화소부 및 주변 회로를 근거리에 배치하여, 칩 사이즈를 가능한 한 작게 할 것이 요구된다.
그러나 이 경우, 광전 변환 소자 및 주변 회로가 가까운 거리에 형성되기 때문에, 이미지 센서 특유의 과제가 발생한다. 광전 변환 소자는 미소한 캐리어(전자)를 신호로서 취급하기 때문에, 주변에 있는 회로로부터의 열이나 전자장의 영향이 잡음으로서 혼입되기 쉽다. 더하여, 트랜지스터나 다이오드로부터 나오는 미소한 핫 캐리어 발광도 이미지 센서 특성에 큰 영향을 주게 된다.
핫 캐리어 발광은 소스·드레인 사이에서 가속된 캐리어가 드레인단(端)에서 충돌 전리(電離)할 때에 나오는 전자와 홀의 생성 재결합, 또는 그 어느 하나의 상태 천이에 의해 일어나는 발광이다. 이 발광은, 특성상 어떤 문제도 없는 트랜지스터에서도 미소하지만 정상적으로 발생하고 있다. 그 발광량은, 트랜지스터에 걸리는 전압이 높아지면 지수함수적으로 증대한다.
또한, 트랜지스터를 고속 동작시켜도 발광량은 증가한다. 발광은 사방으로 확산하기 때문에, 트랜지스터로부터 떨어지면 영향은 매우 작아지지만, 광전 변환 소자와 회로를 매우 가깝게 배치한 경우, 발광은 그다지 확산하지 않고 광전 변환 소자에 광자가 상당수 주입된다. 확산이 불충분하기 때문에, 회로의 트랜지스터 배치 밀도나 액티브율(率)의 차이로부터 생기는 핫 캐리어 발광의 발생 분포가 2차원 정보로서 화상에 찍혀 버린다. 그 때문에, 광전 변환 소자에의 주입량을 검출 한계 이하로 억제하기 위한, 차광용으로 설계된 구조가 필요하다.
또한, 광전 변환 소자뿐만 아니라, 고감도의 아날로그 소자에 대해서도 마찬가지의 영향을 줄 가능성이 있다. 예를 들면 플래시 메모리와 같은 디바이스는 고밀도화·다치화가 진행되고 있기 때문에, 외부로부터의 노이즈 혼입이 일어나면 유지하고 있는 값이 변화할 우려가 있다.
이와 같은 문제에 대해, 특허 문헌 1 및 2에서는, 광전 변환 소자와 주변 회로의 사이에, 광의 전반을 억제하는 차광 구조를 제공하고 있다.
예를 들면, 특허 문헌 1에서 개시된 기술에서는, 특허 문헌 1의 도 7에 도시하는 바와 같이, 광전 변환 소자와 같은 정도 이상의 높이가 되는 차광 구조, 또는 광을 굴절시키는 구조를 반도체 기판 내에 형성하여, 주변 회로로부터 나온 핫 캐리어 발광에 의한 광의 전반이 억제된다. 또한, 특허 문헌 1의 도 16에 도시하는 바와 같이, 트랜지스터에서 발생한 광이 이면측에 도달하여 반사하는 것을 막기 위해), 근적외의 광의 반사를 방지하는 반사 방지막을 형성한 구조가 제공된다.
마찬가지로, 특허 문헌 2에서 개시되는 기술에서는, 특허 문헌 2의 도 7에 도시하는 바와 같이, 주변 회로에서 발생한 광의 진행 경로상에 차광 부재를 형성함으로써, 광전 변환 소자에 광이 입사하는 것이 억제된다.
그런데, 특허 문헌 1에서 개시된 기술에서는, 특허 문헌 1의 도 7 및 도 18에 도시하는 바와 같이, 광전 변환 소자와 같은 정도 이상의 깊이, 또는 주변 회로부에서 발생한 홀의 전반을 억제 가능한 깊이로 차광 구조를 형성하고 있다. 이와 같은 구조인 경우, 주변 회로로부터 광전 변환 소자에 직선적으로 전반하는 성분은 저지할 수 있음에 대해, 광은 파동 성분을 가짐에 의해, 차광 구조의 하부를 돌아 들어가 전반하여 버린다. 즉, 광전 변환 소자와 같은 정도의 깊이의 차광 구조로는 차광 효과는 불충분하고, 차광 구조하부의 간극을 통과하여 전반한다. 또한, 홀의 전반을 저지할 수 있다고 하여도, 대부분의 홀은 주변 회로의 극히 근방에서 재결합하여, 광성분으로 변하여 버리고 있기 때문에, 홀 전반 저지에 의한 억제 효과는 거의 없다.
또한, 특허 문헌 1에서는, 핫 캐리어 발광에 의한 광이 기판의 이면측까지 전반한 때에 반사를 억제하기 위한, 근적외의 반사 방지막도 제공하고 있다. 한편, 트랜지스터에서 발생한 광은 사방 팔방으로 방사되기 때문에, 반사 방지막에 대해서도 다양한 각도를 갖고서 입사한다. 이 각도가 어느 특정의 각도 이하가 되면, 계면에서 광이 전반사해 버린다. 그 때문에, 반사 방지막이 있어도 광의 전반을 완전히 억제하는 것은 매우 곤란하다.
또한, 반도체 기판을 수㎛ 정도까지 박육화한 구조인 경우, 트랜지스터로부터 이면측에의 거리는 대폭적으로 짧아져서, 광이 그다지 감쇠하지 않고서 이면측까지 전반한다. 그 결과, 근적외광뿐만 아니라 청색광도 이면측까지 도달하고, 근적외의 반사 방지막으로는 억제할 수가 없게 된다. 특히, 근래 개발된 이면 조사형의 고체 촬상 장치의 경우, 기판의 이면측에서 광을 취입하기 위해 기판을 얇게 할 필요가 있기 때문에, 이면측에서 반사하여 전반하는 성분이 대폭적으로 증가하고, 광 노이즈 성분이 대폭적으로 증가하게 된다.
그리고, 특허 문헌 2에서도, 특허 문헌 1과 마찬가지로, 주변 회로와 광전 변환 소자의 사이에 차광 구조를 제공하지만, 트랜지스터로부터 나온 광의 경로상에 설치하는 것밖에 언급하고 있지 않기 때문에, 광이 돌아 들어가 전반하는 성분을 억제하는 것은 매우 곤란하다. 즉, 특허 문헌 2에서 개시된 기술에서는, 특허 문헌 1과 마찬가지로, 차광 구조 하부의 간극을 통과하여 광이 전반한다.
또한, 특허 문헌 2에서 개시된 기술에서는, 광전 변환부의 상방에 차광막이 있는 것을 특징으로 하지만, 이것은 표면 조사형 고체 촬상 장치 특유의 구조이기 때문에, 이면 조사형 고체 촬상 장치에 적용되지 않는다. 상술한 바와 같이, 이면 조사형의 고체 촬상 장치에서 광 노이즈 성분이 대폭적으로 증가하는 것에 의해, 특허 문헌 2에서 개시된 기술에서는, 광의 전반을 완전하게 억제하는 것은 매우 곤란하다.
특허 문헌 1 : 일본 특개2010-245499호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개2002-043566호 공보
상술한 바와 같이, 특허 문헌 1 및 2에서 개시되어 있는 기술에서는, 주변 회로에서의 핫 캐리어 발광에 의한 광이 반도체 기판을 전반하여 광전 변환 소자에 입사하는 것을 방지할 수가 없고, 핫 캐리어 발광에 의한 악영향을 억제하는 것은 곤란하였다. 특히, 이면 조사형의 고체 촬상 장치에서는, 반도체 기판을 얇게 하는 구성인 것임에 의해 광 노이즈 성분이 대폭적으로 증가하기 때문에, 그 악영향은 큰 것이다. 또한, 상술한 바와 같이, 광전 변환 소자뿐만 아니라, 고감도의 아날로그 소자에 대해서도, 핫 캐리어 발광에 의해 발생한 광이 마찬가지의 악영향을 줄 가능성이 있다.
본 개시는, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 핫 캐리어 발광에 의한 악영향을 억제할 수 있도록 하는 것이다.
본 개시의 한 측면의 반도체 장치는, 복수의 소자가 형성되는 소자 형성부와, 상기 소자 형성부에 적층되고, 상기 소자 사이를 접속하는 배선이 형성되는 배선부를 구비하고, 상기 소자 형성부에, 광의 영향을 받는 수동 소자와, 상기 수동 소자의 주변에 배치되는 주변 회로를 구성하는 능동 소자와, 상기 수동 소자 및 상기 능동 소자의 사이에, 상기 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되고, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물이 배치된다.
본 개시의 한 측면의 고체 촬상 소자는, 복수의 소자가 형성되는 소자 형성부와, 상기 소자 형성부에 적층되고, 상기 소자 사이를 접속하는 배선이 형성되는 배선부를 구비하고, 상기 소자 형성부에, 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 수광 소자와, 상기 수광 소자의 주변에 배치되는 주변 회로를 구성하는 능동 소자와, 상기 수광 소자 및 상기 능동 소자의 사이에, 상기 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되고, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물이 배치되고, 상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면에 대해 반대측이 되는 이면에, 상기 수광 소자가 수광하는 광이 조사되고, 상기 소자 형성부 및 상기 배선부가 적층되어 구성되는 기판의 표면측에, 그 기판을 지지하는 지지 기판이 접합되어 구성된다.
본 개시의 한 측면의 전자 기기는, 복수의 소자가 형성되는 소자 형성부와, 상기 소자 형성부에 적층되고, 상기 소자 사이를 접속하는 배선이 형성되는 배선부를 구비하고, 상기 소자 형성부에, 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 수광 소자와, 상기 수광 소자의 주변에 배치되는 주변 회로를 구성하는 능동 소자와, 상기 수광 소자 및 상기 능동 소자의 사이에, 상기 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되고, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물이 배치되고, 상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면에 대해 반대측이 되는 이면에, 상기 수광 소자가 수광하는 광이 조사되고, 상기 소자 형성부 및 상기 배선부가 적층되어 구성되는 기판의 표면측에, 그 기판을 지지하는 지지 기판이 접합되어 구성되는 고체 촬상 소자를 구비한다.
본 개시의 한 측면에서는, 복수의 소자가 형성되는 소자 형성부와, 소자 형성부에 적층되고, 소자 사이를 접속하는 배선이 형성되는 배선부를 구비하고, 소자 형성부에, 수동 소자 또는 수광 소자와, 수동 소자 또는 수광 소자의 주변에 배치되는 주변 회로를 구성하는 능동 소자와, 수동 소자 또는 수광 소자와 능동 소자의 사이에, 상기 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되고, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물이 배치된다.
본 개시의 한 측면에 의하면, 핫 캐리어 발광에 의한 악영향을 억제할 수 있다.
도 1은 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 제1의 실시의 형태의 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 고체 촬상 소자의 단면적(斷面的)인 구성례를 도시하는 도면.
도 3은 구조물의 근방을 확대한 개략적인 구성례를 도시하는 도면.
도 4는 구조물의 평면적인 제1의 배치례를 도시하는 도면.
도 5는 고체 촬상 소자의 제1의 실시의 형태에서의 제1의 변형례를 도시하는 도면.
도 6은 고체 촬상 소자의 제1의 실시의 형태에서의 제2의 변형례를 도시하는 도면.
도 7은 고체 촬상 소자의 제1의 실시의 형태에서의 제3의 변형례를 도시하는 도면.
도 8은 고체 촬상 소자의 제1의 실시의 형태에서의 제4의 변형례를 도시하는 도면.
도 9는 고체 촬상 소자의 제1의 실시의 형태에서의 제5의 변형례를 도시하는 도면.
도 10은 구조물의 평면적인 제2의 배치례를 도시하는 도면.
도 11은 구조물의 평면적인 제3의 배치례를 도시하는 도면.
도 12는 구조물의 평면적인 제4의 배치례를 도시하는 도면.
도 13은 본 기술을 적용한 반도체 장치의 한 실시의 형태의 구성례를 도시하는 도면.
도 14는 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 제2의 실시의 형태에서의 단면적인 구성례를 도시하는 도면.
도 15는 고체 촬상 소자의 제2의 실시의 형태에서의 제1의 변형례를 도시하는 도면.
도 16은 고체 촬상 소자의 제2의 실시의 형태에서의 제2의 변형례를 도시하는 도면.
도 17은 고체 촬상 소자의 제2의 실시의 형태에서의 제3의 변형례를 도시하는 도면.
도 18은 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 제3의 실시의 형태에서의 단면적인 구성례를 도시하는 도면.
도 19는 시뮬레이션에 이용한 고체 촬상 소자의 단면의 구성례를 도시하는 도면.
도 20은 각 재료의 굴절률(n) 및 감쇠계수(k)를 도시하는 도면.
도 21은 시뮬레이션 조건을 도시하는 도면.
도 22는 구조물의 깊이를 파라미터로 하여 차광 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 23은 구조물의 갯수를 파라미터로 하여 차광 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 24는 구조물의 피치를 파라미터로 하여 차광 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 25는 구조물의 재료를 파라미터로 하여 차광 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 26은 적외광을 흡수하는 재료의 구조물을 사용한 차광 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 27은 고체 촬상 소자의 제3의 실시의 형태에서의 제1의 변형례를 도시하는 도면.
도 28은 제1의 변형 형태에서의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 29는 제2의 변형 형태에서의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 30은 고체 촬상 소자의 제3의 실시의 형태에서의 제3의 변형례를 도시하는 도면.
도 31은 제3의 변형 형태에서의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 32는 제4의 변형 형태에서의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과를 도시하는 도면.
도 33은 고체 촬상 소자의 제3의 실시의 형태에서의 제5의 변형례를 도시하는 도면.
도 34는 고체 촬상 소자의 제3의 실시의 형태에서의 구조물의 평면적인 제1의 배치례를 도시하는 도면.
도 35는 고체 촬상 소자의 제3의 실시의 형태에서의 구조물의 평면적인 제2의 배치례를 도시하는 도면.
도 36은 고체 촬상 소자의 제3의 실시의 형태에서의 구조물의 평면적인 제3의 배치례를 도시하는 도면이다.
도 37은 고체 촬상 소자의 제3의 실시의 형태에서의 구조물의 평면적인 제4의 배치례를 도시하는 도면.
도 38은 전자 기기에 탑재되는 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
이하, 본 기술을 적용한 구체적인 실시의 형태에 관해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은, 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 제1의 실시의 형태의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 1에서, 고체 촬상 소자(11)는, 화소 영역(12), 수직 구동 회로(13), 칼럼 신호 처리 회로(14), 수평 구동 회로(15), 출력 회로(16) 및 제어 회로(17)를 구비하여 구성된다.
화소 영역(12)에는, 복수의 화소(18)가 행렬형상으로 배치되어 있고, 각각의 화소(18)는, 수평 신호선을 통하여 수직 구동 회로(13)에 접속됨과 함께, 수직 신호선을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(14)에 접속된다. 복수의 화소(18)는, 도시하지 않은 광학계를 통하여 조사되는 광의 광량에 응한 화소 신호를 각각 출력하고, 그들의 화소 신호로부터, 화소 영역(12)에 결상하는 피사체의 화상이 구축된다.
수직 구동 회로(13)는, 화소 영역(12)에 배치되는 복수의 화소(18)의 행마다 순차적으로, 각각의 화소(18)를 구동(전송이나, 선택, 리셋 등)하기 위한 구동 신호를, 수평 신호선을 통하여 화소(18)에 공급한다. 칼럼 신호 처리 회로(14)는, 복수의 화소(18)로부터 수직 신호선을 통하여 출력되는 화소 신호에 대해 CDS(Correlated Double Sampling : 상관 2중 샘플링) 처리를 시행함에 의해, 화상 신호의 아날로그 디지탈 변환을 행함과 함께 리셋 노이즈를 제거한다.
수평 구동 회로(15)는, 화소 영역(12)에 배치되는 복수의 화소(18)의 행마다 순차적으로, 칼럼 신호 처리 회로(14)로부터 화소 신호를 출력시키기 위한 구동 신호를, 칼럼 신호 처리 회로(14)에 공급한다. 출력 회로(16)는, 수평 구동 회로(15)의 구동 신호에 응한 타이밍에서 칼럼 신호 처리 회로(14)로부터 공급되는 화소 신호를 증폭하여, 후단의 화상 처리 회로에 출력한다.
제어 회로(17)는, 고체 촬상 소자(11)의 내부의 각 블록의 구동을 제어한다. 예를 들면, 제어 회로(17)는, 각 블록의 구동 주기에 따른 클록 신호를 생성하여, 각각의 블록에 공급한다.
다음에, 도 2를 참조하여, 고체 촬상 소자(11)의 단면적인 구성례에 관해 설명한다.
도 2에는, 고체 촬상 소자(11)를 구성하는 화소 영역(12)과 주변 회로(19)와의 경계 부분에서의 단면적인 구성례가 도시되어 있다. 또한, 주변 회로(19)는, 수직 구동 회로(13), 칼럼 신호 처리 회로(14), 수평 구동 회로(15), 출력 회로(16), 또는 제어 회로(17) 중, 화소 영역(12)의 주변에 배치되는 것을 총칭한 것이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11)는, 화소 영역(12) 및 주변 회로(19)를 구성하는 소자가 배치되는 기판인 제1의 기판(21)과, 제1의 기판(21)을 지지하는 기판인 제2의 기판(22)이, 접합층(3)을 통하여 접합됨에 의해 구성된다.
또한, 제1의 기판(21)은, 소자 형성부(24), 배선부(25) 및 집광부(26)가 적층되어 구성된다. 소자 형성부(24)는, 예를 들면, 고순도 실리콘의 단결정이 얇게 슬라이스된 실리콘 웨이퍼이고, 소자 형성부(24)의 입방의 면(도 2에서 하측을 향하는 면)에 대해 배선부(25)가 적층되고, 그 반대측을 향하는 면(도 2에서 상측을 향하는 면)에 대해 집광부(26)가 적층된다. 또한, 이하 적절히, 소자 형성부(24)에 대해 배선부(25)가 적층되는 면을 표면이라고 칭하고, 소자 형성부(24)에 대해 집광부(26)가 적층되는 면을 이면이라고 칭한다. 즉, 고체 촬상 소자(11)는, 제1의 기판(21)의 이면측부터 광이 조사되는 이면 조사형의 고체 촬상 소자이다.
배선부(25)에는, 소자 형성부(24)에 형성되는 소자 사이를 접속하는 복수의 배선(27)이 층간 절연막을 통하여 배치되어 있다. 그리고, 그들의 배선(27)을 통하여, 예를 들면, 주변 회로(19)의 구동을 제어하기 위한 구동 신호가 공급되거나, 화소 영역(12)에 배치되어 있는 복수의 화소(18)로부터 판독되는 화소 신호가 출력된다.
고체 촬상 소자(11)의 화소 영역(12)에 배치되는 복수의 화소(18)마다, 소자 형성부(24)에는 수광 소자(31)가 형성되고, 집광부(26)에는 컬러 필터(32) 및 온 칩 렌즈(33)가 형성된다.
도 2의 예에서는, 2개의 화소(18-1 및 18-2)가 도시되어 있다. 즉, 화소(18-1)는, 수광 소자(31-1), 컬러 필터(32-1) 및 온 칩 렌즈(33-1)를 갖고서 구성되고, 화소(18-2)는, 수광 소자(31-2), 컬러 필터(32-2) 및 온 칩 렌즈(33-2)를 갖고서 구성된다. 또한, 화소(18-1 및 18-2)는 마찬가지로 구성되어 있고, 그들을 구별할 필요가 없는 경우, 이하 적절히, 화소(18)라고 칭하고, 화소(18-1 및 18-2)를 구성하는 각 부분에 대해서도 마찬가지로 한다.
수광 소자(31)는, 컬러 필터(32) 및 온 칩 렌즈(33)를 투과하여 조사되는 광을 수광하여 광전 변환을 행하고, 그 광의 광량에 응한 전하를 발생한다. 컬러 필터(32)는, 화소(18)마다, 소정의 색(예를 들면, 적색, 녹색 및 청색)의 광을 투과하고, 온 칩 렌즈(33)는, 화소(18)마다, 수광 소자(31)에 조사되는 광을 집광한다.
또한, 고체 촬상 소자(11)의 주변 회로(19)는, 복수의 능동 소자(34)에 의해 구성되어 있고, 도 2의 예에서는, 2개의 능동 소자(34-1 및 34-2)가 도시되어 있다. 능동 소자(34-1 및 34-2)는, 예를 들면, 트랜지스터 등의 반도체 소자이고, 그 구성에 관해서는 도 3을 참조하여 설명한다. 또한, 능동 소자(34-1 및 34-2)에 관해, 그들을 구별할 필요가 없는 경우, 이하 적절히, 능동 소자(34)라고 칭한다.
이와 같이, 고체 촬상 소자(11)에서는, 소자 형성부(24)에서, 화소 영역(12)에 수광 소자(31)가 배치되고, 주변 회로(19)에 능동 소자(34)가 배치된다. 그리고, 고체 촬상 소자(11)에서는, 소자 형성부(24)에서, 화소 영역(12)과 주변 회로(19)의 사이에, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물(35)이 배치된다.
여기서, 도 3을 참조하여, 구조물(35)에 관해 설명한다. 도 3의 A 및 도 3의 B에는, 고체 촬상 소자(11)의 구조물(35)의 근방을 확대한 개략적인 구성례가 도시되어 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 능동 소자(34)는, 게이트 전극(51), 드레인 영역(52), 소스 영역(53) 및 소자 분리부(54 및 55)로 구성된다. 게이트 전극(51)은, 소자 형성부(24)의 표면에, 도시하지 않은 절연막을 통하여 형성되고, 드레인 영역(52) 및 소스 영역(53)은, 소자 형성부(24)의 표면측에서 게이트 전극(51)을 끼운 위치에 형성된다. 소자 분리부(54 및 55)는, 능동 소자(34)를, 인접하는 다른 능동 소자(34)와 분리되도록 형성된다.
이와 같이 구성되어 있는 능동 소자(34)의 구동에 즈음하여, 상술한 바와 같이, 핫 캐리어 발광에 의해 발생하는 광이 수광 소자(31)에 입사하여 버려, 종래, 수광 소자(31)로부터 출력되는 신호에 악영향을 미치고 있다.
그래서, 고체 촬상 소자(11)에서는, 화소 영역(12)과 주변 회로(19)의 사이에, 즉, 수광 소자(31)와 능동 소자(34)의 사이에, 소자 형성부(24)에서의 광의 전반을 방해하기 위해, 광을 굴절 또는 흡수시키는 재료에 의해 형성되는 구조물(35)이 배치된다.
예를 들면, 구조물(35)을 구성하는, 광을 굴절시키는 재료로서는, 산화실리콘(SiO2)이나 질화실리콘(SiN), 고유전율 재료(HfO2, ZrO2) 등과 같이, 반도체 기판(Si)의 유전율과 다른 재료를 채용할 수 있다. 또한, 구조물(35)을 구성하는, 광을 흡수시키는 재료로서는, 게르마늄(Ge)이나 화합물계(예를 들면, 칼코파이라이트 : CuInSe2) 등과 같이, 실리콘보다 협(狹)밴드 갭을 갖는 반도체의 단일막을 채용할 수 있다.
따라서 도 3의 B에 도시하는 바와 같이, 능동 소자(34)에서의 핫 캐리어 발광에 의해 발생하고, 능동 소자(34)로부터 직접적으로, 또는, 소자 형성부(24)의 표면이나 이면에서 반사하여 수광 소자(31)를 향하는 광은, 구조물(35)을 투과할 때, 굴절률의 차이에 의해 산란되고, 또는 흡수된다. 이에 의해, 핫 캐리어 발광에 의해 발생한 광이 구조물(35)을 투과하는 광량을 감소시킬 수 있고, 그 광이 수광 소자(31)에 입사하는 것을 회피할 수 있다.
또한, 구조물(35)은, 소자 형성부(24)의 표면(도 3의 하측을 향하는 면)을 파들어가 형성되어 있고, 구조물(35)의 선단과 소자 형성부(24)의 이면과의 간극의 간격(d)이 단파장(예를 들면, 400nm 정도) 이하가 되는 구성으로 되어 있다. 이와 같이, 소자 형성부(24)의 두께 방향의 간극이 간격(d)이 되도록, 구조물(35)의 선단과 소자 형성부(24)의 이면과의 간극을 형성함으로써, 핫 캐리어에 의해 발생한 광이, 그 간극을 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 핫 캐리어에 의해 발생한 광이, 수광 소자(31)에 입사하는 것을 회피할 수 있고, 그 광이 수광 소자(31)로부터 출력되는 신호에 주는 악영향을 억제할 수 있다.
이상과 같이, 고체 촬상 소자(11)에서는, 화소 영역(12)과 주변 회로(19)의 사이에, 광을 굴절 또는 흡수시키는 재료에 의해 형성되는 구조물(35)을 배치함에 의해, 핫 캐리어에 의해 발생한 광에 의한 악영향을 억제할 수 있다.
이에 의해, 고체 촬상 소자(11)에서는, 주변 회로(19)에서의 핫 캐리어에 의한 발광의 광량이 많아도 수광 소자(31)의 노이즈원(源)이 되는 것 같은 영향을 고려할 필요가 없기 때문에, 주변 회로(19)를 고속 및 고전압으로 동작할 수 있다. 또한, 고속 및 고전압으로 동작하는 주변 회로(19)를 화소 영역(12)의 근방에 배치할 수 있기 때문에, 고체 촬상 소자(11)의 칩 사이즈를 축소할 수 있고, 저비용화를 도모할 수 있다.
또한, 도 4에는, 구조물(35)의 평면적인 제1의 배치례가 도시되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11)는, 화소 영역(12)과 주변 회로(19)의 사이를 통과하고, 평면적으로 보아 화소 영역(12)을 둘러싸도록 구조물(35)이 배치되어 있다. 이와 같이 구조물(35)을 배치함에 의해, 주변 회로(19)의 능동 소자(34)에서 발생한 광이, 어느 방향에서도 화소 영역(12)에 들어가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 핫 캐리어에 의해 발생한 광에 의한 악영향을, 보다 확실하게 억제할 수 있다.
다음에, 도 5에는, 고체 촬상 소자(11)의 제1의 실시의 형태에서의 제1의 변형례가 도시되어 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11A)에서는, 능동 소자(34) 및 수광 소자(31)의 사이에 형성되는 구조물(35A)이, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 다른 구성으로 되어 있다. 또한, 고체 촬상 소자(11A)에 관해, 다른 구성에 관해서는, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로 구성되어 있고, 그 상세한 설명은 생략한다.
즉, 도 3의 고체 촬상 소자(11)에서는, 소자 형성부(24)의 표면측을 파들어가 구조물(35)이 형성되어 있었음에 대해, 고체 촬상 소자(11A)에서는, 소자 형성부(24)의 이면측을 파들어가 구조물(35A)이 형성된다. 또한, 구조물(35A)은, 구조물(35)과 마찬가지로, 광을 굴절 또는 흡수시키는 재료에 의해 형성되고, 구조물(35A)의 선단과 소자 형성부(24)의 표면과의 간극의 간격(d)이 단파장(예를 들면, 400nm 정도) 이하가 되는 구성으로 되어 있다.
따라서 고체 촬상 소자(11A)에서도, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로, 핫 캐리어 발광에 의해 발생한 광이, 구조물(35A)에서 산란 또는 흡수됨과 함께, 선단측의 간극을 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(11A)는, 핫 캐리어에 의해 발생한 광이 수광 소자(31)에 입사하는 것을 회피할 수 있고, 그 광에 의한 악영향을 억제할 수 있다.
다음에, 도 6에는, 고체 촬상 소자(11)의 제1의 실시의 형태에서의 제2의 변형례가 도시되어 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11B)에서는, 능동 소자(34) 및 수광 소자(31)의 사이에 형성되는 구조물(35B-1 및 35B-2)이, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 다른 구성으로 되어 있다. 또한, 고체 촬상 소자(11B)에 관해, 다른 구성에 관해서는, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로 구성되어 있고, 그 상세한 설명은 생략한다.
즉, 도 3의 고체 촬상 소자(11)에서는, 소자 형성부(24)의 표면측을 파들어가 구조물(35)이 형성되어 있었음에 대해, 고체 촬상 소자(11B)에서는, 소자 형성부(24)의 표면측 및 이면측을 파들어가 구조물(35B-1 및 35B-2)이 형성된다. 또한, 구조물(35B-1 및 35B-2)은, 구조물(35)과 마찬가지로, 광을 굴절 또는 흡수시키는 재료에 의해 형성된다.
예를 들면, 고체 촬상 소자(11B)는, 소자 형성부(24)의 이면측부터 중앙 근방까지 형성되는 구조물(35B-1)의 선단과, 소자 형성부(24)의 표면측부터 중앙 근방까지 형성되는 구조물(35B-2)의 선단과의 간극의 간격(d)이, 단파장(예를 들면, 400nm 정도) 이하가 되는 구성으로 되어 있다. 또한, 소자 형성부(24)의 표면과 구조물(35B-1)의 선단과의 간격 및 소자 형성부(24)의 이면과 구조물(35B-2)의 선단과의 간격에 관해서는, 단파장 정도로 억제할 필요는 없다. 예를 들면, 프로세스 가공 편차 등의 이유로 표면 또는 이면과의 간극을 제어하는 것이 곤란한 경우에 있어서, 고체 촬상 소자(11B)의 구성을 채용하는 것이 유효하다.
이와 같이, 고체 촬상 소자(11B)에서는, 구조물(35B-1) 및 구조물(35B-2)을 조합시킨 구성에 의해, 핫 캐리어 발광에 의해 발생한 광이 수광 소자(31)에 입사하는 것을 회피할 수 있다.
따라서 고체 촬상 소자(11B)에서도, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로, 핫 캐리어 발광에 의해 발생한 광이, 구조물(35B-1 및 35B-2)에서 산란 또는 흡수된다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(11B)는, 핫 캐리어에 의해 발생한 광이 수광 소자(31)에 입사하는 것을 회피할 수 있고, 그 광에 의한 악영향을 억제할 수 있다.
다음에, 도 7에는, 고체 촬상 소자(11)의 제1의 실시의 형태에서의 제3의 변형례가 도시되어 있다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11C)에서는, 능동 소자(34) 및 수광 소자(31)의 사이에 형성되는 구조물(35C)이, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 다른 구성으로 되어 있다. 또한, 고체 촬상 소자(11C)에 관해, 다른 구성에 관해서는, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로 구성되어 있고, 그 상세한 설명은 생략한다.
즉, 도 3의 고체 촬상 소자(11)에서는, 소자 형성부(24)의 표면측을 파들어가 구조물(35)이 형성되어 있었음에 대해, 고체 촬상 소자(11C)에서는, 소자 형성부(24)의 표면측부터 이면측까지 관통하도록 구조물(35C)이 형성된다. 즉, 고체 촬상 소자(11C)에서는, 소자 형성부(24)의 두께 방향으로 간극이 마련되는 일 없이 구조물(35C)이 형성된다. 또한, 구조물(35C)은, 구조물(35)과 마찬가지로, 광을 굴절 또는 흡수시키는 재료에 의해 형성된다.
따라서 고체 촬상 소자(11C)에서도, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로, 핫 캐리어 발광에 의해 발생한 광이, 구조물(35C)에서 산란 또는 흡수된다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(11C)는, 핫 캐리어에 의해 발생한 광이 수광 소자(31)에 입사하는 것을 회피할 수 있고, 그 광에 의한 악영향을 억제할 수 있다. 또한, 고체 촬상 소자(11C)는, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 같이, 구조물(35)을 형성할 때에 있어서 소자 형성부(24)를 파들어갈 때에 간격(d)을 마련하는 것 같은 제어를 필요로 하지 않기 때문에, 구조물(35C)을 용이하게 형성할 수 있다.
다음에, 도 8에는, 고체 촬상 소자(11)의 제1의 실시의 형태에서의 제4의 변형례가 도시되어 있다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11D)에서는, 능동 소자(34) 및 수광 소자(31)의 사이에 형성되는 구조물(35D-1 및 35D-2)이, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 다른 구성으로 되어 있다. 또한, 고체 촬상 소자(11D)에 관해, 다른 구성에 관해서는, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로 구성되어 있고, 그 상세한 설명은 생략한다.
즉, 도 3의 고체 촬상 소자(11)에서는, 소자 형성부(24)에 하나의 구조물(35)이 형성되어 있었음에 대해, 고체 촬상 소자(11D)에서는, 소자 형성부(24)에 2개의 구조물(35D-1 및 35D-2)이 형성된다. 또한, 구조물(35D-1 및 35D-2)은, 구조물(35)과 마찬가지로, 광을 굴절 또는 흡수시키는 재료에 의해 형성되고, 구조물(35D-1 및 35D-2)의 선단과 소자 형성부(24)의 표면과의 간극의 간격(d)이 단파장(예를 들면, 400nm 정도) 이하가 되는 구성으로 되어 있다. 또한, 도 8에서는, 2개의 구조물(35D-1 및 35D-2)이, 능동 소자(34) 및 수광 소자(31)의 사이에 배치되는 구성례가 도시되어 있지만, 능동 소자(34)로부터 수광 소자(31)를 향하는 사이에 2개 이상의 복수의 구조물(35D)이 배치되는 구성으로 하여도 좋다.
따라서 고체 촬상 소자(11D)에서도, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로, 핫 캐리어 발광에 의해 발생한 광이, 구조물(35D-1 및 35D-2)에서 산란 또는 흡수됨과 함께, 선단측의 간극을 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 특히, 고체 촬상 소자(11D)에서는, 복수의 구조물(35D)을 배치함으로써, 구조물(35D)을 투과할 때마다 광이 산란 또는 흡수됨에 의해, 하나의 구조물(35)이 배치되는 구성보다도, 투과광을 억제하는 효과를 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(11D)는, 핫 캐리어에 의해 발생한 광이 수광 소자(31)에 입사하는 것을 회피할 수 있고, 그 광에 의한 악영향을 억제할 수 있다.
다음에, 도 9에는, 고체 촬상 소자(11)의 제1의 실시의 형태에서의 제5의 변형례가 도시되어 있다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11E)에서는, 능동 소자(34) 및 수광 소자(31)의 사이에 형성되는 구조물(35E)이, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 다른 구성으로 되어 있다. 또한, 고체 촬상 소자(11E)에 관해, 다른 구성에 관해서는, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로 구성되어 있고, 그 상세한 설명은 생략한다.
즉, 도 3의 고체 촬상 소자(11)에서는, 소자 형성부(24)의 두께 방향(표면 및 이면에 대해 거의 직교하는 방향)으로 병행하는 측벽을 갖고서 구조물(35)이 형성되어 있었음에 대해, 고체 촬상 소자(11E)에서는, 소자 형성부(24)의 두께 방향을 향하는 측벽이, 그 두께 방향에 대해 경사하여 구조물(35E)이 형성된다. 예를 들면, 도 9에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11E)에서는, 소자 형성부(24)의 이면부터 표면을 향함에 따라 폭이 좁아지도록 경사한 측벽을 갖도록 구조물(35E)이 형성된다. 또한, 구조물(35E)은, 구조물(35)과 마찬가지로, 광을 굴절 또는 흡수시키는 재료에 의해 형성되고, 구조물(35E)의 선단과 소자 형성부(24)의 표면과의 간극의 간격(d)이 단파장(예를 들면, 400nm 정도) 이하가 되는 구성으로 되어 있다.
따라서 고체 촬상 소자(11E)에서도, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로, 핫 캐리어 발광에 의해 발생한 광이, 구조물(35E)에서 산란 또는 흡수됨과 함께, 선단측의 간극을 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 특히, 고체 촬상 소자(11E)에서는, 측벽이 경사하도록 구조물(35E)을 형성함으로써, 구조물(35E)에서의 굴절 효과를 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 소자 형성부(24)의 내부에서 수광 소자(31)를 향하여 전반하여 오는 광이 구조물(35E)에 입사하면, 그 진행 방향에 대해 광을 크게 구부릴 수 있다. 이와 같이, 구조물(35E)에 의한 광산란 효과가 향상함으로써, 고체 촬상 소자(11E)는, 핫 캐리어에 의해 발생한 광이 수광 소자(31)에 입사하는 것을 회피할 수 있고, 그 광에 의한 악영향을 억제할 수 있다.
다음에, 도 10은, 구조물(35)의 평면적인 제2의 배치례가 도시되어 있다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11F)는, 화소 영역(12)과 주변 회로(19)의 사이를 통과하고, 평면적으로 보아 주변 회로(19)를 둘러싸도록 구조물(35F)이 배치되어 있다. 이와 같이 구조물(35F)을 배치함에 의해, 주변 회로(19)의 능동 소자(34)에서 발생한 광이, 어느 방향으로도 누출하는 것을 방지하고, 그 광이 화소 영역(12)에 들어가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고체 촬상 소자(11F)에서는, 핫 캐리어에 의해 발생한 광에 의한 악영향을 확실하게 억제할 수 있다. 또한, 구조물(35F)의 단면적인 구성은, 도 3 및 도 5 내지 9에 도시한 구조물(35)의 어느 하나의 구조를 채용할 수 있다.
다음에, 도 11은, 구조물(35)의 평면적인 제3의 배치례가 도시되어 있다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11G)는, 화소 영역(12)과 주변 회로(19)의 사이를 적어도 통과하도록, 주변 회로(19)로부터 화소 영역(12)에 직선적으로 향하는 광을 적어도 차단하도록 구조물(35G)이 배치되어 있다. 이와 같이 구조물(35G)을 배치함에 의해, 주변 회로(19)의 능동 소자(34)에서 발생한 광이, 화소 영역(12)에 직선적으로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고체 촬상 소자(11G)에서는, 핫 캐리어에 의해 발생한 광에 의한 악영향을 억제할 수 있다. 또한, 구조물(35G)의 단면적인 구성은, 도 3 및 도 5 내지 9에 도시한 구조물(35)의 어느 하나의 구조를 채용할 수 있다.
다음에, 도 12는, 구조물(35)의 평면적인 제4의 배치례가 도시되어 있다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11H)는, 화소 영역(12)과 주변 회로(19)의 사이를 통과하고, 평면적으로 보아 화소 영역(12)을 둘러싸도록, 복수의 구조물이 조합되어 구성되는 구조물(35H)이 배치되어 있다. 여기서, 구조물(35H)은, 구조물(35H)의 외측부터 화소 영역(12)을 향하는 직선상에, 어느 하나의 구조물이 반드시 배치되도록, 즉, 구조물(35H)의 외측부터 화소 영역(12)을 향하여 직선적으로 광이 빠져나가지 않도록 구조물이 배치되어 있다.
이와 같은 구성의 구조물(35H)에 의해, 고체 촬상 소자(11H)에서는, 주변 회로(19)의 능동 소자(34)에서 발생한 광이, 화소 영역(12)에 직선적으로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 핫 캐리어에 의해 발생한 광에 의한 악영향을 억제할 수 있다. 특히, 고체 촬상 소자(11H)는, 예를 들면, 구조물(35)을 형성할 때에 국소적으로 응력 집중이 발생하여, 비교적으로 대형의 형상을 형성할 수가 없는 구성에서 유효하다. 또한, 구조물(35H)의 단면적인 구성은, 도 3 및 도 5 내지 9에 도시한 구조물(35)의 어느 하나의 구조를 채용할 수 있다.
다음에, 도 13은, 본 기술을 적용한 반도체 장치의 한 실시의 형태의 구성례를 도시하는 도면이다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 반도체 장치(11J)는, 도 4에 도시한 고체 촬상 소자(11)의 화소 영역(12)에 대신하여, 고감도 아날로그 소자 영역(12J)이 형성되어 구성된다. 즉, 반도체 장치(11J)에서는, 복수의 고감도의 아날로그 소자가, 고감도 아날로그 소자 영역(12J)에 배치되어 있다. 그리고, 반도체 장치(11J)에서는, 고감도 아날로그 소자 영역(12J)의 근거리에 배치되는 주변 회로(19)의 사이를 통과하고, 평면적으로 보아 고감도 아날로그 소자 영역(12J)을 둘러싸도록 구조물(35)이 배치되어 있다.
이와 같이 구성되는 반도체 장치(11J)에서는, 주변 회로(19)의 능동 소자(34)에서 발생한 광이, 고감도 아날로그 소자 영역(12J)에 들어가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 핫 캐리어에 의해 발생한 광에 의해, 고감도 아날로그 소자 영역(12J)에 배치되는 고감도의 아날로그 소자가 유지하고 있는 값이 변화하는 등의 악영향을 억제할 수 있다. 또한, 반도체 장치(11J)에서는, 구조물(35)의 단면적인 구성은, 도 3 및 도 5 내지 9에 도시한 어느 하나의 구조를 채용할 수 있고, 구조물(35)의 평면적인 배치례로서는, 도 10 내지 12에 도시한 어느 하나의 배치례를 채용할 수 있다.
또한, 예를 들면, 반도체 장치(11J)의 변형례로서, 고감도 아날로그 소자 영역(12J)의 일부에 복수의 화소를 형성하고, 고감도 아날로그 소자 영역(12J)과 화소 영역이 병설되는 구성으로 하여도 좋다. 즉, 고감도 아날로그 소자 영역(12J)과 화소 영역과의 양쪽을 둘러싸도록 구조물(35)을 배치함으로써, 핫 캐리어에 의해 발생한 광에 의한 고감도의 아날로그 소자 및 화소에 대한 악영향을 억제할 수 있다. 또한, 이와 같은 구성에서, 구조물(35)의 단면적인 구성은, 도 3 및 도 5 내지 9에 도시한 어느 하나의 구조를 채용할 수 있고, 구조물(35)의 평면적인 배치례로서는, 도 10 내지 12에 도시한 어느 하나의 배치례를 채용할 수 있다.
다음에, 도 14는, 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 제2의 실시의 형태에서의 단면적인 구성례를 도시하는 도면이다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11K)에서는, 능동 소자(34) 및 수광 소자(31)의 사이에 형성되는 금속제의 구조물(35K) 및 절연물(36K)이, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 다른 구성으로 되어 있다. 또한, 고체 촬상 소자(11K)에 관해, 다른 구성에 관해서는, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로 구성되어 있고, 그 상세한 설명은 생략한다.
즉, 도 3의 고체 촬상 소자(11)에서는, 광을 굴절 또는 흡수시키는 재료에 의해 구조물(35)이 형성되어 있었음에 대해, 고체 촬상 소자(11K)에서는, 광을 반사시키는 금속에 의해 금속제의 구조물(35K)이 형성되고, 금속제의 구조물(35K)의 주위를 둘러싸도록 절연물(36K)이 형성된다. 또한, 금속제의 구조물(35K)은, 구조물(35)과 마찬가지로, 소자 형성부(24)의 표면(도 14의 하측을 향하는 면)을 파들어가 형성되어 있고, 금속제의 구조물(35K)의 선단과 소자 형성부(24)의 이면과의 간극의 간격(d)이 단파장(예를 들면, 400nm 정도) 이하가 되는 구성으로 되어 있다.
예를 들면, 금속제의 구조물(35K)의 재료로서는, 구리(Cu)나 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등과 같이, 가시광 영역의 광을 충분히 반사하는 재료를 채용할 수 있다. 또한, 도시하지 않지만, 금속제의 구조물(35K)에는, 금속제의 구조물(35K)의 전위를 취출하기 위한 전극이 마련되어 있다.
따라서 고체 촬상 소자(11K)에서도, 도 3의 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로, 핫 캐리어 발광에 의해 발생한 광이, 금속제의 구조물(35K)에서 반사됨과 함께, 선단측의 간극을 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(11K)는, 핫 캐리어에 의해 발생한 광이 수광 소자(31)에 입사하는 것을 회피할 수 있고, 그 광에 의한 악영향을 억제할 수 있다.
다음에, 도 15에는, 고체 촬상 소자(11)의 제2의 실시의 형태에서의 제1의 변형례가 도시되어 있다.
도 15에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11L)에서는, 능동 소자(34) 및 수광 소자(31)의 사이에 형성되는 금속제의 구조물(35L)이, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)와 다른 구성으로 되어 있다. 또한, 고체 촬상 소자(11L)에 관해, 다른 구성에 관해서는, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)와 마찬가지로 구성되어 있고, 그 상세한 설명은 생략한다.
즉, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)에서는, 소자 형성부(24)의 표면측을 파들어가 금속제의 구조물(35K)이 형성되어 있었음에 대해, 고체 촬상 소자(11L)에서는, 소자 형성부(24)의 이면측을 파들어가 금속제의 구조물(35L)이 형성된다. 또한, 금속제의 구조물(35L)은, 구조물(35K)과 마찬가지로, 광을 반사시키는 재료에 의해 형성되고, 금속제의 구조물(35L)의 선단과 소자 형성부(24)의 표면과의 간극의 간격(d)이 단파장(예를 들면, 400nm 정도) 이하가 되는 구성으로 되어 있다.
따라서 고체 촬상 소자(11L)에서도, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)와 마찬가지로, 핫 캐리어 발광에 의해 발생한 광이, 구조물(35L)에서 반사됨과 함께, 선단측의 간극을 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(11L)는, 핫 캐리어에 의해 발생한 광이 수광 소자(31)에 입사하는 것을 회피할 수 있고, 그 광에 의한 악영향을 억제할 수 있다.
다음에, 도 16에는, 고체 촬상 소자(11)의 제2의 실시의 형태에서의 제2의 변형례가 도시되어 있다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11M)에서는, 능동 소자(34) 및 수광 소자(31)의 사이에 형성되는 금속제의 구조물(35M-1 및 35M-2)이, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)와 다른 구성으로 되어 있다. 또한, 고체 촬상 소자(11M)에 관해, 다른 구성에 관해서는, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)와 마찬가지로 구성되어 있고, 그 상세한 설명은 생략한다.
즉, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)에서는, 소자 형성부(24)에 하나의 금속제의 구조물(35K)이 형성되어 있었음에 대해, 고체 촬상 소자(11M)에서는, 소자 형성부(24)에 2개의 금속제의 구조물(35M-1 및 35M-2)이 형성된다. 그리고, 구조물(35M-1)은, 소자 형성부(24)의 이면측부터 형성됨과 함께, 구조물(35M-2)은, 소자 형성부(24)의 표면측부터 형성된다. 이와 같이 구조물(35M-1) 및 구조물(35M-2)은, 능동 소자(34)로부터 수광 소자(31)를 본 때에 구조물(35M-1) 및 구조물(35M-2)이 겹쳐서 배치됨으로써, 각각의 선단측의 간극으로부터 직선적으로 광이 빠져나가지 않도록 구성된다.
이와 같이 구조물(35M-1) 및 구조물(35M-2)을 구성함으로써, 소자 형성부(24)의 이면과 구조물(35M-1)의 선단과의 간극의 간격(d) 및 소자 형성부(24)의 표면과 구조물(35M-2)의 선단과의 간극의 간격(d)에 관해서는, 단파장 정도로 억제할 필요는 없다. 예를 들면, 프로세스 가공 편차 등의 이유로 표면 또는 이면과의 간극을 제어하는 것이 곤란한 경우에 있어서, 고체 촬상 소자(11M)의 구성을 채용하는 것이 유효하다.
따라서 고체 촬상 소자(11M)에서도, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)와 마찬가지로, 핫 캐리어 발광에 의해 발생한 광이, 금속제의 구조물(35M-1 및 35M-2)에서 반사됨과 함께, 선단측의 간극을 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(11M)는, 핫 캐리어에 의해 발생한 광이 수광 소자(31)에 입사하는 것을 회피할 수 있고, 그 광에 의한 악영향을 억제할 수 있다.
다음에, 도 17에는, 고체 촬상 소자(11)의 제2의 실시의 형태에서의 제3의 변형례가 도시되어 있다.
도 17에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(11N)에서는, 능동 소자(34) 및 수광 소자(31)의 사이에 형성되는 금속제의 구조물(35N)이, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)와 다른 구성으로 되어 있다. 또한, 고체 촬상 소자(11N)에 관해, 다른 구성에 관해서는, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)와 마찬가지로 구성되어 있고, 그 상세한 설명은 생략한다.
즉, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)에서는, 소자 형성부(24)의 표면측을 파들어가 금속제의 구조물(35K)이 형성되어 있었음에 대해, 고체 촬상 소자(11N)에서는, 소자 형성부(24)의 표면측부터 이면측까지 관통하도록 금속제의 구조물(35N)이 형성된다. 즉, 고체 촬상 소자(11N)에서는, 소자 형성부(24)의 두께 방향으로 간극이 마련되는 일 없이 금속제의 구조물(35N)이 형성된다. 또한, 금속제의 구조물(35N)은, 구조물(35K)과 마찬가지로, 광을 반사시키는 재료에 의해 형성된다.
따라서 고체 촬상 소자(11N)에서도, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)와 마찬가지로, 핫 캐리어 발광에 의해 발생한 광이, 금속제의 구조물(35N)에서 반사된다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(11N)는, 핫 캐리어에 의해 발생한 광이 수광 소자(31)에 입사하는 것을 회피할 수 있고, 그 광에 의한 악영향을 억제할 수 있다. 또한, 고체 촬상 소자(11N)는, 도 14의 고체 촬상 소자(11K)와 같이, 금속제의 구조물(35N)을 형성할 때에 있어서 소자 형성부(24)를 파들어갈 때에 간격(d)을 마련하는 것 같은 제어를 할 필요가 없기 때문에, 금속제의 구조물(35N)을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 금속제의 구조물(35K 내지 35N)의 평면적인 배치례로서는, 도 4 및 도 10 내지 12에 도시한 어느 하나의 배치례를 채용할 수 있다. 또한, 금속제의 구조물(35K 내지 35N)을, 도 13에 도시한 반도체 장치(11J)에 적용할 수 있다.
도 18은, 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 제3의 실시의 형태에서의 단면적인 구성례를 도시하는 도면이다.
도 18에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(101)는, 소자 형성부인 실리콘 기판(102)에 배선부인 실리콘 산화막(103)이 적층되어 구성된다. 또한, 고체 촬상 소자(101)는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로, 화소 영역(111)과, 화소 영역(111)의 주변에 배치되는 주변 회로(112)가 마련된다. 화소 영역(111)에는, 복수의 수광 소자(121) 및 온 칩 렌즈(122)가 배치되어 있고, 주변 회로(112)는, 능동 소자(123)에 의해 구성된다. 또한, 고체 촬상 소자(101)는, 실리콘 기판(102)에 대해 능동 소자(123)가 형성되는 면인 표면측부터, 수광 소자(121)에 광이 조사되는 표면 조사형의 고체 촬상 소자이다.
그리고, 고체 촬상 소자(101)에서도, 상술한 고체 촬상 소자(11)와 마찬가지로, 화소 영역(111) 및 주변 회로(112)의 사이에, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물(124)이 형성된다. 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(101)에서는, 복수개의 구조물(124)이 형성되어 있고, 이러한 구조물(124)이 형성되는 영역을 구조물 형성 영역(113)이라고 한다. 구조물(124)의 재료로서는, 예를 들면, 실리콘 기판(102)과의 굴절률에 의해 광을 반사하는 질화규소(SiN)나, 공기(Air), 이산화규소(SiO2) 등을 사용할 수 있다.
이와 같이, 고체 촬상 소자(101)에서는, 화소 영역(111) 및 주변 회로(112)의 사이에, 복수개의 구조물(124)을 배치함에 의해, 능동 소자(123)가 구동할 때에 발생하는 핫 캐리어 발광에 의한 광이, 수광 소자(121)에 도달하는 것을 저감할 수 있다. 즉, 능동 소자(123)에서 발생한 광은, 복수개의 구조물(124)에 의해 반사함으로써, 수광 소자(121)에 도달할 때까지의 광학적인 거리가 증가함에 의해, 실리콘 기판(102)에서 흡수되게 된다.
이와 같은 구성의 고체 촬상 소자(101)에 관해, 구조물(124)의 갯수, 깊이, 피치 및 재료를 파라미터로 하는 시뮬레이션에 의해, 구조물(124)의 차광 효과에 관해 검증한다.
우선, 도 19 내지 도 21을 참조하여, 고체 촬상 소자(101)에서의 차광 효과의 시뮬레이션의 조건에 관해 설명한다.
도 19에는, 시뮬레이션에 이용한 고체 촬상 소자(101)의 단면의 구성례가 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 수지층(104)에 대해 실리콘 기판(102)이 적층된 구성으로 하고, 실리콘 기판(102)의 두께를 17㎛로 설정한다. 또한, 핫 캐리어 발광의 광원이 되는 능동 소자(123)로부터, 복수개의 구조물(124)을 갖는 구조물 형성 영역(113)의 단부까지의 간격을 20㎛로 하고, 복수의 수광 소자(121)를 갖는 화소 영역(111)의 단부까지의 간격을 100㎛로 한다. 그리고, 화소 영역(111)의 단부로부터 160㎛의 영역(이하, 평가 영역이라고 칭한다)에서의 방사 조도 분포를 계산하였다. 또한, 핫 캐리어 발광의 배광 분포는, 이상적인 확산 반사 표면이 가져야 할 성질인 램버시안을 가정하였다.
또한, 도 20에는, 각 재료의 굴절률(n) 및 감쇠계수(k)가 도시되어 있다. 예를 들면, 실리콘 산화막(103)(SiO2)의 굴절률(n)은 1.45이고, 감쇠계수(k)는 0이다. 또한, 실리콘 기판(102)(Si)의 굴절률(n)은 3.6이고 감쇠계수(k)는 0.001이고, 수지층(104)의 굴절률(n)은 1.54이고 감쇠계수(k)는 0이다. 또한, 구조물(124)의 재료로서, 질화규소(SiN)를 사용할 때의 굴절률(n)은 1.84이고 감쇠계수(k)는 0이고, 텅스텐(W)을 사용할 때의 굴절률(n)은 3.05이고 감쇠계수(k)는 3.39이고, 공기(Air)를 사용할 때의 굴절률(n)은 1이고 감쇠계수(k)는 0이다.
또한, 도 21에 도시하는 바와 같이, 기준이 되는 시뮬레이션 조건으로서, 구조물(124)의 깊이를 3㎛로 하고, 갯수를 30개로 하고, 피치를 1㎛로 하고, 재료를 질화규소(SiN)로 한다. 그리고, 제1의 시뮬레이션 조건으로서는, 기준이 되는 시뮬레이션 조건으로부터 구조물(124)의 깊이를 파라미터로 하고, 구조물(124)의 깊이를, 6㎛ 및 10㎛로 변경한다. 또한, 제2의 시뮬레이션 조건으로서는, 기준이 되는 시뮬레이션 조건으로부터 구조물(124)의 갯수를 파라미터로 하고, 구조물(124)의 갯수를, 45개 및 60개로 변경한다.
또한, 제3의 시뮬레이션 조건으로서는, 기준이 되는 시뮬레이션 조건으로부터 구조물(124)의 피치를 파라미터로 하고, 구조물(124)의 피치를, 1.5㎛ 및 2㎛로 변경한다. 그리고, 제4의 시뮬레이션 조건으로서는, 기준이 되는 시뮬레이션 조건으로부터 구조물(124)의 재료를 파라미터로 하고, 구조물(124)의 재료로서, 공기(Air), 이산화규소(SiO2) 및 텅스텐(W)을 사용한다.
이와 같은 시뮬레이션 조건에 의해, 도 19에 도시한 평가 영역에서의 방사 조도 분포와, 방사 조도 분포의 적분치를 산출한다. 그리고, 종래의 고체 촬상 소자, 즉, 구조물(124)을 마련하지 않은 구조와 비교하기 위해, 구조물(124)을 마련하지 않은 구조에서의 방사 조도 분포 및 적분치를 1로 하여, 각 시뮬레이션 조건에서 구하여진 값을 규격화한다.
도 22 내지 도 26을 참조하여, 각 시뮬레이션 조건에서의 차광 효과에 관해 설명한다.
도 22에는, 구조물(124)의 깊이를 파라미터로 하고, 그 깊이를, 3㎛, 6㎛ 및 10㎛로 하였을 때의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 22의 A에서는, 종축이 규격화 조도를 나타내고, 횡축이 평가 영역에서의 위치를 나타내고 있고, 도 22의 B에서는, 종축이 조도의 적분치(규격화)를 나타내고, 횡축이, 각 깊이를 나타내고 있다.
도 22에 도시하는 바와 같이, 구조물(124)을 마련하지 않은 구조(None)와 비교하여, 구조물(124)을 마련함에 의해, 평가 영역에서의 조도를 저감할 수 있다. 그리고, 구조물(124)의 깊이를 깊게 할 수록 차광 효과가 향상하는 것이 나타나 있다.
이와 같이, 보다 양호한 차광 효과를 얻기 위해서는, 구조물(124)의 깊이를 깊게 형성하는 것이 알맞다. 또한, 깊이가 얕은 구성(3㎛)이라도, 복수개의 구조물(124)을 배치한 구성으로 함으로써, 구조물(124)을 마련하지 않은 구조와 비교하여 충분한 차광 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 22의 A에 도시하는 바와 같이, 핫 캐리어 발광에서 발생한 광이 실리콘 기판(102)의 내부에서 흡수되기 때문에, 평가 영역에서는, 주변 회로(112)로부터 떨어짐(횡축의 위치가 큰 값으로 됨)에 따라, 방사 조도가 저하된다. 즉, 고체 촬상 소자(101)에서는, 복수개의 구조물(124)을 배치함에 의해, 주변 회로(112)로부터 화소 영역(111)에 이르는 광로 길이를 길게 함으로써, 광의 에너지를 감쇠시킴에 의해 차광 효과를 얻을 수 있다.
즉, 도 19에 도시하는 바와 같이, 능동 소자(123)를 광원으로 한 광의 일부는, 1개째의 구조물(124), 즉, 능동 소자(123)에 가장 가까운 구조물(124)에 닿아, 전반사 또는 프레넬 반사함에 의해 주변 회로(112)측으로 반사되어, 화소 영역(111)에 도달하는 것은 회피된다. 또한, 이 1개째의 구조물(124)에 닿지 않은 광은, 이웃하는 구조물(124)의 간극에 들어가고, 도 19에 도시하는 바와 같이, 실리콘과 구조물(124)의 사이(예를 들면, SiN)에서 전반사를 반복하여, 그들의 구조물(124)의 간극으로부터 출사된다. 이와 같이, 광의 광로 길이가 길어짐에 의해 광이 감쇠한다. 또는, 구조물(124)의 간극으로부터 출사되는 광의 반분 정도는, 주변 회로(112)측으로 출사되게 되고, 그 결과, 화소 영역(111)에 도달하는 광을 저감하게 된다.
다음에, 도 23에는, 구조물(124)의 갯수를 파라미터로 하고, 그 갯수를, 30개, 45개 및 60개로 하였을 때의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 23의 A에서는, 종축이 규격화 조도를 나타내고, 횡축이 평가 영역에서의 위치를 나타내고 있고, 도 23의 B에서는, 종축이 조도의 적분치(규격화)를 나타내고, 횡축이, 각 갯수를 나타내고 있다.
도 23에 도시하는 바와 같이, 구조물(124)을 마련하지 않은 구조(None)와 비교하여, 복수개의 구조물(124)을 마련함에 의해, 평가 영역에서의 조도를 저감할 수 있다. 그리고, 구조물(124)을 마련하는 갯수를 많게 할 수록 차광 효과가 향상하는 것이 나타나 있다. 따라서, 보다 양호한 차광 효과를 얻기 위해서는, 구조물(124)의 갯수를 많이 마련하는 것이 알맞다.
다음에, 도 24에는, 구조물(124)의 피치를 파라미터로 하고, 그 피치를, 1㎛, 1.5㎛ 및 2㎛로 하였을 때의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 24의 A에서는, 종축이 규격화 조도를 나타내고, 횡축이 평가 영역에서의 위치를 나타내고 있고, 도 24의 B에서는, 종축이 조도의 적분치(규격화)를 나타내고, 횡축이, 각 피치를 나타내고 있다.
도 24에 도시하는 바와 같이, 구조물(124)을 마련하지 않은 구조(None)와 비교하여, 소정의 피치의 구조물(124)을 마련함에 의해, 평가 영역에서의 조도를 저감할 수 있다. 그리고, 구조물(124)을 마련하는 피치를 넓게 할 수록, 즉, 같은 갯수의 구조물(124)을 배치하는 것이라면 광범위하게 배치할 수록, 차광 효과가 향상하는 것이 나타나 있다. 따라서, 보다 양호한 차광 효과를 얻기 위해서는, 구조물(124)의 피치를 넓게 마련하는 것이 알맞다.
다음에, 도 25에는, 구조물(124)의 재료를 파라미터로 하고, 그 재료를, 적외광을 반사하는 질화규소(SiN), 공기(Air) 및 이산화규소(SiO2)로 하였을 때의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 25의 A에서는, 종축이 규격화 조도를 나타내고, 횡축이 평가 영역에서의 위치를 나타내고 있고, 도 25의 B에서는, 종축이 조도의 적분치(규격화)를 나타내고, 횡축이, 각 재료를 나타내고 있다.
도 25에 도시하는 바와 같이, 구조물(124)을 마련하지 않은 구조(None)와 비교하여, 어떠한 재료의 구조물(124)을 마련함에 의해, 평가 영역에서의 조도를 저감할 수 있다. 그리고, 구조물(124)의 재료가 다름에 의한 차이가 작다, 즉, 거의 동일한 차광 효과인 것이 나타나 있다. 이것은, 구조물(124)을 마련함에 의해, 실리콘 기판(102)의 계면과의 굴절률이 변함에 의해 변화하는 반사 조건이, 굴절률차가 1.8 정도(예를 들면, 실리콘과 질화규소와의 굴절률차)있으면, 차광 효과를 충분히 얻을 수 있기 때문이다.
다음에, 도 26은, 구조물(124)의 재료에 질화규소(SiN) 및 텅스텐(W)을 사용한 때의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 26의 A에서는, 종축이 규격화 조도를 나타내고, 횡축이 평가 영역에서의 위치를 나타내고 있고, 도 26의 B에서는, 종축이 조도의 적분치(규격화)를 나타내고, 횡축이, 각 재료를 나타내고 있다.
구조물(124)의 재료에 텅스텐을 사용함에 의해, 구조물(124)은 적외광을 흡수하는 효과를 갖는다. 이에 의해, 적외광을 흡수하는 효과를 갖지 않는 질화규소를 사용한 구성과 비교하여, 차광 효과가 향상하는 것이 나타나 있다. 즉, 실리콘 기판(102) 내에서 광이 흡수되는 것에 더하여, 구조물(124)에서도 광이 흡수되기 때문에, 평가 영역까지 도달하는 광을 억제할 수 있다.
이상과 같이, 보다 양호한 차광 효과를 얻기 위해서는, 구조물(124)의 깊이를 깊이 하고, 구조물(124)의 갯수를 크게 하고, 구조물(124)의 피치를 넓게 하는 것이 바람직하다. 또한, 구조물(124)은 적외광을 흡수하는 효과를 구비함에 의해, 보다 차광 효과를 향상시킬 수 있다.
다음에, 도 27에는, 고체 촬상 소자(101)의 제1의 변형례가 도시되어 있다. 또한, 이하 적절히, 각 변형례에 있어서, 도 18의 고체 촬상 소자(101)와 공통되는 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명에 관해서는 생략한다.
도 27에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(101A)에서는, 실리콘 기판(102-1 및 102-2)의 사이에 절연층(105)이 배치되는 SOI(Silicon on Insulator) 구조를 갖는 기판이 사용된다. 절연층(105)으로서는, 실리콘과는 다른 굴절률, 예를 들면, 실리콘보다도 적외광의 굴절률이 낮은 재료(예를 들면, SiO2)가 사용된다.
고체 촬상 소자(101A)에서도, 도 18의 고체 촬상 소자(101)와 마찬가지로, 화소 영역(111) 및 주변 회로(112)의 사이에, 복수개의 구조물(124)이 형성되는 구조물 형성 영역(113)이 마련된다. 구조물(124)에는, 상술한 바와 같은 적외광을 반사하는 재료, 즉, 질화규소(SiN), 공기(Air) 및 이산화규소(SiO2)를 사용할 수 있다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(101A)에서는, 화소 영역(111)에 도달하는 핫 캐리어 발광에 의한 광을 저감시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 구조의 고체 촬상 소자(101A)에서는, BSA(Back Side Alignment)를 차광 구조에 유용할 수 있는 것이 장점이다.
도 28에는, 고체 촬상 소자(101A)의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 또한, 이하의 설명에서, 도 18의 고체 촬상 소자(101)의 구성을 기본 형태라고 칭하고, 고체 촬상 소자(101A)의 구성을 제1의 변형 형태라고 칭한다.
도 28에서는, 구조물(124)의 깊이를 3㎛로 하고, 구조물(124)의 갯수를 30개로 하고, 구조물(124)의 피치를 1㎛로 하고, 구조물(124)의 재료에 질화규소(SiN)를 사용하고, 실리콘 기판(102-1)의 두께(t)를 3.1㎛로 하였을 때의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 28의 A에서는, 종축이 규격화 조도를 나타내고, 횡축이 평가 영역에서의 위치를 나타내고 있고, 도 28의 B에서는, 종축이 조도의 적분치(규격화)를 나타내고, 횡축이, 고체 촬상 소자의 형태를 나타내고 있다.
도 28에 도시하는 바와 같이, SOI 구조를 사용한 고체 촬상 소자(101A)(제1의 변형 형태)는, 실리콘 기판을 사용한 고체 촬상 소자(101)(기본 형태)와 비교하여, 보다 높은 차광 효과를 얻을 수 있다.
즉, 도 27에 도시한 바와 같이, 소정의 입사각 이상으로 절연층(105)에 닿은 광은, 절연층(105)에서 전반사하기 때문에, 능동 소자(123)에서 발생한 광의 대부분은, 1개째의 구조물(124)에서 전반사하게 된다. 또한, 구조물(124)의 선단과 절연층(105)과의 간극은 0.1㎛ 정도이기 때문에, 그 간극을 통과한 광도, 복수개의 구조물(124)에 의한 차광 효과에 의해 감쇠하여 버린다. 따라서, 고체 촬상 소자(101)와 비교하여, 고체 촬상 소자(101A)에서는, 화소 영역(111)에 도달하는 광을 대폭적으로 감소할 수 있다.
또한, 고체 촬상 소자(101A)의 형태에서, 보다 최적의 차광 효과를 얻기 위한 조건(구조물(124)의 갯수, 깊이, 피치 및 재료)은, 상술한 고체 촬상 소자(101)와 마찬가지이다.
다음에, 도 29에는, 도 27의 고체 촬상 소자(101A)의 구조에서, 구조물(124)의 재료에, 적외광을 흡수하는 텅스텐을 사용한 구조인 제2의 변형례에서의 차광 효과의 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 또한, 이하의 설명에서, 고체 촬상 소자(101A)의 구성에서 구조물(124)의 재료에 텅스텐을 사용한 형태를 제2의 변형 형태라고 칭한다.
도 29에서는, 구조물(124)의 깊이를 3㎛로 하고, 구조물(124)의 갯수를 30개로 하고, 구조물(124)의 피치를 1㎛로 하고, 구조물(124)의 재료에 텅스텐(W)을 사용하고, 실리콘 기판(102-1)의 두께(t)를 3.1㎛로 하였을 때의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 29의 A에서는, 종축이 규격화 조도를 나타내고, 횡축이 평가 영역에서의 위치를 나타내고 있고, 도 29의 B에서는, 종축이 조도의 적분치(규격화)를 나타내고, 횡축이, 고체 촬상 소자의 형태를 나타내고 있다.
도 29에 도시하는 바와 같이, 구조물(124)의 재료에 텅스텐을 사용하고, 또한, SOI 구조를 사용한 형태(제2의 변형 형태)에서는, 실리콘 기판을 사용한 고체 촬상 소자(101)(기본 형태)와 비교하여, 보다 높은 차광 효과를 얻을 수 있다. 또한, 구조물(124)의 재료에, 질화규소를 사용한 고체 촬상 소자(101A)(제2의 변형 형태)보다도 높은 차광 효과를 얻을 수 있다.
또한, 구조물(124)의 재료에 텅스텐을 사용하고, 또한, SOI 구조를 사용한 형태(제2의 변형 형태)에서, 보다 최적의 차광 효과를 얻기 위한 조건(구조물(124)의 갯수, 깊이 및 피치)은, 상술한 고체 촬상 소자(101)와 마찬가지이다.
다음에, 도 30에는, 고체 촬상 소자(101)의 제3의 변형례가 도시되어 있다.
도 30에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(101B)에서는, 도 27의 고체 촬상 소자(101A)와 마찬가지로, 실리콘 기판(102-1 및 102-2)의 사이에 절연층(105)이 배치되는 SOI(Silicon on Insulator) 구조를 갖는 기판이 사용된다. 절연층(105)으로서는, 실리콘보다도 적외광의 굴절률이 낮은 재료(예를 들면, SiO2)가 사용된다.
그리고, 고체 촬상 소자(101B)에서는, 화소 영역(111) 및 주변 회로(112)의 사이에 마련된 구조물 형성 영역(113)에서, 구조물(124)이 1개만 배치되는 구성으로 되어 있다. 또한, 고체 촬상 소자(101B)에서는, 구조물(124)에는, 상술한 바와 같은 적외광을 흡수하는 재료, 즉, 텅스텐(W)을 사용할 수 있다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(101B)에서는, 화소 영역(111)에 도달하는 핫 캐리어 발광에 의한 광을 저감시킬 수 있다.
도 31에는, 고체 촬상 소자(101B)의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 또한, 이하의 설명에서, 고체 촬상 소자(101B)의 구성을 제3의 변형 형태라고 칭한다.
도 31에서는, 구조물(124)의 깊이를 3㎛로 하고, 구조물(124)의 갯수를 30개로 하고, 구조물(124)의 피치를 1㎛로 하고, 구조물(124)의 재료에 텅스텐(W)을 사용하고, 실리콘 기판(102-1)의 두께(t)를 3.1㎛로 하였을 때의 차광 효과를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 도 31의 A에서는, 종축이 규격화 조도를 나타내고, 횡축이 평가 영역에서의 위치를 나타내고 있고, 도 31의 B에서는, 종축이 조도의 적분치(규격화)를 나타내고, 횡축이, 고체 촬상 소자의 형태를 나타내고 있다.
도 31에 도시하는 바와 같이, SOI 구조를 사용하고, 또한, 적외광을 흡수하는 재료의 구조물(124)을 1개만 배치한 고체 촬상 소자(101B)(제3의 변형 형태)는, 실리콘 기판을 사용한 고체 촬상 소자(101)(기본 형태)와 비교하여, 보다 높은 차광 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이, SOI 구조를 사용함에 의해, 구조물(124)의 선단측을 통과하는 광을 삭감하고, 적외광을 흡수하는 재료를 사용함에 의해, 구조물(124)에 의해 광을 흡수함으로서, 구조물(124)이 1개뿐이라도, 충분한 차광 효과를 얻을 수 있다.
또한, 고체 촬상 소자(101B)의 형태에서, 보다 최적의 차광 효과를 얻기 위한 조건(구조물(124)의 갯수, 깊이 및 피치)은, 상술한 고체 촬상 소자(101)와 마찬가지이다.
다음에, 도 32에는, 고체 촬상 소자(101B)의 구조에서, 구조물(124)의 재료에, 적외광을 반사하는 재료(예를 들면, 질화규소(SiN))를 사용한 구조인 제4의 변형례에서의 차광 효과의 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있다. 또한, 이하의 설명에서, 고체 촬상 소자(101B)의 구성에서 구조물(124)의 재료에 질화규소를 사용한 형태를 제4의 변형 형태라고 칭한다.
도 32에 도시하는 바와 같이, SOI 구조를 사용하고, 또한, 적외광을 반사하는 재료의 구조물(124)을 1개만 배치한 고체 촬상 소자(101B)(제4의 변형 형태)는, 실리콘 기판을 사용한 고체 촬상 소자(101)와 비교하면(기본 형태), 차광 효과가 뒤떨어는 것 같이 보인다. 그렇지만, 제4의 변형 형태의 조도는, 규격화한 값보다도 근소하지만 작음에 의해, 구조물(124)을 마련하지 않은 구조(즉, 종래의 고체 촬상 소자)에 대해서는, 차광 효과를 갖고 있는 것이 나타나 있다.
다음에, 도 33에는, 고체 촬상 소자(101)의 제5의 변형례가 도시되어 있다.
도 33에 도시하는 고체 촬상 소자(101C)는, 실리콘 기판(102)에 대해 능동 소자(123)가 형성되는 면인 표면측에 대해 반대측이 되는 이면측부터 수광 소자(121)에 광이 조사되는 이면 조사형의 고체 촬상 소자이다. 도 33에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(101C)는, 실리콘 기판(102)의 양면에 실리콘 산화막(103-1 및 103-2)이 적층되어 구성된다.
이와 같은 구성의 고체 촬상 소자(101C)에서도, 도 18의 고체 촬상 소자(101)와 마찬가지로, 화소 영역(111) 및 주변 회로(112)의 사이에, 복수개의 구조물(124)이 형성되는 구조물 형성 영역(113)이 마련된다. 이에 의해, 고체 촬상 소자(101C)에서는, 화소 영역(111)에 도달하는 핫 캐리어 발광에 의한 광을 저감시킬 수 있다. 즉, 본 기술은, 이면 조사형의 고체 촬상 소자 및 표면 조사형의 고체 촬상 소자의 어느 쪽에도 적용할 수 있다.
다음에, 도 34 내지 도 37을 참조하여, 고체 촬상 소자(101)에서의 구조물(124)의 평면적인 배치례에 관해 설명한다.
도 34에는, 고체 촬상 소자(101)에서의 구조물(124)의 평면적인 제1의 배치례가 도시되어 있다.
도 34에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(101D)는, 화소 영역(111)과 주변 회로(112)의 사이를 통과하고, 평면적으로 보아 화소 영역(111)을 둘러싸도록, 구조물 형성 영역(113)에서의 둘레 방향으로 복수로 분할된 구조물(124)이 이중으로 배치되어 있다. 이 복수로 분할되고 이중으로 배치되어 있는 구조물(124)은, 이웃하는 구조물(124)끼리가 반주기(半周期) 어긋내어 화소 영역(111)을 둘러싸도록 나열되어 있다. 즉, 내측의 구조물(124)의 간극에 대응하여, 외측의 구조물(124)이 배치되고, 외측의 구조물(124)의 간극에 대응하여, 내측의 구조물(124)이 배치되어 있다. 이와 같이 구조물(124)을 배치한 구조로 함으로써, 주변 회로(112)로부터 화소 영역(111)을 향하는 직선상에 구조물(124)이 반드시 배치되기 때문에, 주변 회로(112)로부터 광이 직접적으로 화소 영역(111)에 도달하는 것을 회피할 수 있고, 차광 효과를 얻을 수 있다.
도 35에는, 고체 촬상 소자(101)에서의 구조물(124)의 평면적인 제2의 배치례가 도시되어 있다.
도 35에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(101E)는, 화소 영역(111)과 주변 회로(112)의 사이에서의 구조물 형성 영역(113)에서, 분할되지 않고 연속적으로 화소 영역(111)의 주위를 둘러싸도록 복수의 구조물(124)이 배치되어 있다. 이와 같이 구조물(124)을 배치한 구조로 함으로써, 보다 높은 차광성을 얻을 수 있다.
도 36에는, 고체 촬상 소자(101)에서의 구조물(124)의 평면적인 제3의 배치례가 도시되어 있다.
도 36에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(101F)는, 도 34의 고체 촬상 소자(101D)와 마찬가지로, 화소 영역(111)과 주변 회로(112)의 사이를 통과하고, 평면적으로 보아 화소 영역(111)을 둘러싸도록, 구조물 형성 영역(113)에서의 복수로 분할된 구조물(124)이 이중으로 배치되어 있다. 단, 고체 촬상 소자(101F)에서는, 도 34의 고체 촬상 소자(101D)와 달리, 이웃하는 구조물(124)끼리의 주기가 일치하고 있다.
도 37에는, 고체 촬상 소자(101)에서의 구조물(124)의 평면적인 제4의 배치례가 도시되어 있다.
도 37에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자(101G)는, 도 36의 고체 촬상 소자(101F)와 마찬가지로, 구조물 형성 영역(113)에서의 복수로 분할된 구조물(124)이 이중으로 배치되는 것에 더하여, 각각 분할된 구조물(124)의 사이에, 둘레 방향에 직교하는 방향으로 길어지는 구조물(124)이 배치되어 있다.
또한, 구조물(124)의 평면적인 배치는, 도 34 내지 도 37의 배치례로 한정되는 일은 없고, 다양한 배치를 채용할 수 있다.
또한, 본 기술은, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서에 적용하는 외에, CCD(Charge Coupled Device)에 적용할 수 있다. 또한, 만곡한 형상의 고체 촬상 소자(101)에 적용하여도 좋다. 또한, 구조물(124)의 단면적인 형상으로서는, 사각형 형상 외에, 예를 들면, 사다리꼴 형상이나 삼각형 형상 등을 채용할 수 있다. 또한, 고체 촬상 소자(101)는, 상술한 각종의 치수 또는 구조로 한정되는 것이 아니다.
또한, 상술한 바와 같은 각 실시의 형태의 고체 촬상 소자(11 및 101)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라 등의 촬상 시스템, 촬상 기능을 구비한 휴대 전화기, 또는, 촬상 기능을 구비한 다른 기기라는 각종의 전자 기기에 적용할 수 있다.
도 38은, 전자 기기에 탑재되는 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 38에 도시하는 바와 같이, 촬상 장치(201)는, 광학계(202), 촬상 소자(203), 신호 처리 회로(204), 모니터(205) 및 메모리(206)를 구비하여 구성되고, 정지화상 및 동화상을 촬상 가능하다.
광학계(202)는, 1장 또는 복수장의 렌즈를 갖고서 구성되고, 피사체로부터의 상광(입사광)을 촬상 소자(203)에 유도하고, 촬상 소자(203)의 수광면(센서부)에 결상시킨다.
촬상 소자(203)로서는, 상술한 각 실시의 형태 또는 변형례의 고체 촬상 소자(11) 또는 고체 촬상 소자(101)가 적용된다. 촬상 소자(203)에는, 광학계(202)를 통하여 수광면에 결상된 상에 응하여, 일정 기간, 전자가 축적된다. 그리고, 촬상 소자(203)에 축적된 전자에 응한 신호가 신호 처리 회로(204)에 공급된다.
신호 처리 회로(204)는, 촬상 소자(203)로부터 출력되는 화소 신호에 대해 각종의 신호 처리를 시행한다. 신호 처리 회로(204)가 신호 처리를 시행함에 의해 얻어진 화상(화상 데이터)은, 모니터(205)에 공급되어 표시되거나, 메모리(206)에 공급되어 기억(기록)되거나 한다.
이와 같이 구성되어 있는 촬상 장치(201)에서는, 상술한 각 실시의 형태 또는 변형례의 고체 촬상 소자(11) 또는 고체 촬상 소자(101)를 적용함에 의해, 예를 들면, 보다 노이즈가 적은 고화질의 화상을 얻을 수 있다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 복수의 소자가 형성되는 소자 형성부와, 상기 소자 형성부에 적층되고, 상기 소자 사이를 접속하는 배선이 형성되는 배선부를 구비하고,
상기 소자 형성부에, 광의 영향을 받는 수동 소자와,
상기 수동 소자의 주변에 배치되는 주변 회로를 구성하는 능동 소자와,
상기 수동 소자 및 상기 능동 소자의 사이에, 상기 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되고, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물이 배치되는 반도체 장치.
(2) 상기 수동 소자는, 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 수광 소자인 상기 (1)에 기재된 반도체 장치.
(3) 상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면에 대해 반대측이 되는 이면에, 상기 수광 소자가 수광하는 광이 조사되고, 상기 소자 형성부 및 상기 배선부가 적층되어 구성되는 기판의 표면측에, 그 기판을 지지하는 지지 기판이 접합되어 구성되는 상기 (2)에 기재된 반도체 장치.
(4) 상기 구조물은, 상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면부터 형성되고, 상기 구조물의 선단과, 상기 표면에 대해 반대측이 되는 이면과의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(5) 상기 구조물은, 상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면에 대해 반대측이 되는 이면부터 형성되고, 상기 구조물의 선단과, 상기 표면과의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(6) 상기 구조물은, 상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면부터 형성되는 제1의 구조물의 선단과, 상기 표면에 대해 반대측이 되는 이면부터 형성되는 제2의 구조물의 선단과의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(7) 상기 구조물은, 상기 능동 소자로부터 상기 수동 소자를 향하는 사이의 복수개소에 형성되는 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(8) 상기 구조물은, 상기 소자 형성부에서 상기 능동 소자가 형성되는 측이 되는 표면부터 형성되는 제1의 구조물과, 상기 표면에 대해 반대측이 되는 이면부터 형성되는 제2의 구조물이, 상기 능동 소자로부터 상기 수동 소자를 본 때에 겹쳐서 배치되는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(9) 상기 구조물이, 상기 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 마련되는 일 없이, 상기 소자 형성부를 관통하도록 형성되는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(10) 상기 구조물은, 광을 굴절 또는 흡수하는 재료에 의해 구성되는 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(11) 상기 구조물은, 상기 소자 형성부의 두께 방향을 향하는 측벽이, 그 두께 방향에 대해 경사하여 형성되는 상기 (10)에 기재된 반도체 장치.
(12) 상기 구조물은, 광을 반사하는 금속에 의해 구성되는 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(13) 상기 구조물의 주위를 둘러싸는 절연물을 또한 갖는 상기 (12)에 기재된 반도체 장치.
(14) 상기 구조물의 전위를 취출하기 위한 전극을 또한 갖는 상기 (12) 또는 (13)에 기재된 반도체 장치.
(15) 상기 수동 소자는, 광 노이즈에 대해 고감도의 아날로그 소자인 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(16) 상기 구조물은, 상기 수동 소자가 형성되는 영역과, 상기 능동 소자가 형성되는 영역의 사이를 통과하고, 평면적으로 보아 상기 수동 소자가 형성되는 영역을 둘러싸도록 배치되는 상기 (1) 내지 (15) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(17) 상기 구조물은, 상기 수동 소자가 형성되는 영역과, 상기 능동 소자가 형성되는 영역의 사이를 통과하고, 평면적으로 보아 상기 능동 소자가 형성되는 영역을 둘러싸도록 배치되는 상기 (1) 내지 (15) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(18) 상기 구조물은, 상기 수동 소자가 형성되는 영역과, 상기 능동 소자가 형성되는 영역의 사이에서, 상기 수동 소자와 상기 능동 소자를 잇는 직선상에 적어도 존재하도록 배치되는 상기 (1) 내지 (15) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(19) 복수의 상기 수동 소자가 배치되는 소자 영역과, 상기 소자 영역의 주변에 배치되고, 상기 능동 소자에 의해 구성되는 주변 회로의 사이에, 1개 또는 복수개의 상기 구조물이 형성되는 구조물 형성 영역이 마련되는 상기 (1)에 기재된 반도체 장치.
(20) 상기 구조물은, 상기 소자 형성부를 구성하는 실리콘층 내에서 적외광을 반사 또는 흡수하는 재료에 의해 구성되는 상기 (19)에 기재된 반도체 장치.
(21) 상기 소자 형성부를 구성하는 기판은, 실리콘층의 사이에, 상기 실리콘과는 굴절률이 다른 재료에 의해 구성되는 층이 형성되어 구성되는 상기 (19) 또는 (20)에 기재된 반도체 장치.
(22) 상기 구조물은, 상기 소자 형성부를 구성하는 실리콘층 내에서 적외광을 반사 또는 흡수하는 재료에 의해 구성되는 상기 (21)에 기재된 반도체 장치.
(23) 상기 구조물은, 평면적으로 보아 상기 소자 영역을 둘러싸도록, 적어도 이중으로 배치됨과 함께, 둘레 방향으로 복수로 분할되어 있고, 이웃하는 상기 구조물끼리가, 반주기 어긋내어 배치되어 있는 상기 (19) 내지 (22) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(24) 복수의 상기 구조물이, 평면적으로 보아 상기 소자 영역의 주위를 연속적으로 둘러싸도록 배치되어 있는 상기 (19) 내지 (22) 중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.
(25) 복수의 소자가 형성되는 소자 형성부와, 상기 소자 형성부에 적층되고, 상기 소자 사이를 접속하는 배선이 형성되는 배선부를 구비하고, 상기 소자 형성부에, 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 수광 소자와, 상기 수광 소자의 주변에 배치되는 주변 회로를 구성하는 능동 소자와,
상기 수광 소자 및 상기 능동 소자의 사이에, 상기 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되고, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물이 배치되고,
상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면에 대해 반대측이 되는 이면에, 상기 수광 소자가 수광하는 광이 조사되고,
상기 소자 형성부 및 상기 배선부가 적층되어 구성되는 기판의 표면측에, 그 기판을 지지하는 지지 기판이 접합되어 구성되는 고체 촬상 소자.
(26) 복수의 소자가 형성되는 소자 형성부와,
상기 소자 형성부에 적층되고, 상기 소자 사이를 접속하는 배선이 형성되는 배선부를 구비하고,
상기 소자 형성부에, 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 수광 소자와,
상기 수광 소자의 주변에 배치되는 주변 회로를 구성하는 능동 소자와,
상기 수광 소자 및 상기 능동 소자의 사이에, 상기 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되고, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물이 배치되고,
상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면에 대해 반대측이 되는 이면에, 상기 수광 소자가 수광하는 광이 조사되고,
상기 소자 형성부 및 상기 배선부가 적층되어 구성되는 기판의 표면측에, 그 기판을 지지하는 지지 기판이 접합되어 구성되는 고체 촬상 소자를 구비하는 전자 기기.
또한, 본 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.
11 : 고체 촬상 소자 11J : 반도체 장치
12 : 화소 영역 12J : 고감도 아날로그 소자 영역
13 : 수직 구동 회로 14 : 칼럼 신호 처리 회로
15 : 수평 구동 회로 16 : 출력 회로
17 : 제어 회로 18 : 화소
19 : 주변 회로 21 : 제1의 기판
22 : 제2의 기판 23 : 접합층
24 : 소자 형성부 25 : 배선부
26 : 집광부 27 : 배선
31 : 수광 소자 32 : 컬러 필터
33 : 온 칩 렌즈 34 : 능동 소자
35 : 구조물 36 : 절연물
51 : 게이트 전극 52 : 드레인 영역
53 : 소스 영역 54 및 55 : 소자 분리부
101 : 고체 촬상 소자 102 : 실리콘 기판
103 : 실리콘 산화막 111 : 화소 영역
112 : 주변 회로 113 : 구조물 형성 영역
121 : 수광 소자 122 : 온 칩 렌즈
123 : 능동 소자 124 : 구조물

Claims (26)

  1. 복수의 소자가 형성되는 소자 형성부와,
    상기 소자 형성부에 적층되고, 상기 소자 사이를 접속하는 배선이 형성되는 배선부를 구비하고,
    상기 소자 형성부에,
    광의 영향을 받는 수동 소자와,
    상기 수동 소자의 주변에 배치되는 주변 회로를 구성하는 능동 소자와,
    상기 수동 소자 및 상기 능동 소자의 사이에, 상기 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되고, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물이 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수동 소자는, 광을 수광하여 광전 변환을 행하는 수광 소자인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면에 대해 반대측이 되는 이면에, 상기 수광 소자가 수광하는 광이 조사되고,
    상기 소자 형성부 및 상기 배선부가 적층되어 구성되는 기판의 표면측에, 그 기판을 지지하는 지지 기판이 접합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 구조물은, 상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면부터 형성되고, 상기 구조물의 선단과, 상기 표면에 대해 반대측이 되는 이면과의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 구조물은, 상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면에 대해 반대측이 되는 이면부터 형성되고, 상기 구조물의 선단과, 상기 표면과의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 구조물은, 상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면부터 형성되는 제1의 구조물의 선단과, 상기 표면에 대해 반대측이 되는 이면부터 형성되는 제2의 구조물의 선단과의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 구조물은, 상기 능동 소자로부터 상기 수동 소자를 향하는 사이의 복수개소에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 구조물은, 상기 소자 형성부에서 상기 능동 소자가 형성되는 측이 되는 표면부터 형성되는 제1의 구조물과, 상기 표면에 대해 반대측이 되는 이면부터 형성되는 제2의 구조물이, 상기 능동 소자로부터 상기 수동 소자를 본 때에 겹쳐서 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 구조물이, 상기 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 마련되는 일 없이, 상기 소자 형성부를 관통하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 구조물은, 광을 굴절 또는 흡수하는 재료에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 구조물은, 상기 소자 형성부의 두께 방향을 향하는 측벽이, 그 두께 방향에 대해 경사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 구조물은, 광을 반사하는 금속에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 구조물의 주위를 둘러싸는 절연물을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 구조물의 전위를 취출하기 위한 전극을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 수동 소자는, 광 노이즈에 대해 고감도의 아날로그 소자인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 구조물은, 상기 수동 소자가 형성되는 영역과, 상기 능동 소자가 형성되는 영역의 사이를 통과하고, 평면적으로 보아 상기 수동 소자가 형성되는 영역을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 구조물은, 상기 수동 소자가 형성되는 영역과, 상기 능동 소자가 형성되는 영역의 사이를 통과하고, 평면적으로 보아 상기 능동 소자가 형성되는 영역을 둘러싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 구조물은, 상기 수동 소자가 형성되는 영역과, 상기 능동 소자가 형성되는 영역의 사이에서, 상기 수동 소자와 상기 능동 소자를 잇는 직선상에 적어도 존재하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  19. 제 1항에 있어서,
    복수의 상기 수동 소자가 배치되는 소자 영역과, 상기 소자 영역의 주변에 배치되고, 상기 능동 소자에 의해 구성되는 주변 회로의 사이에, 1개 또는 복수개의 상기 구조물이 형성되는 구조물 형성 영역이 마련되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 구조물은, 상기 소자 형성부를 구성하는 실리콘층 내에서 적외광을 반사 또는 흡수하는 재료에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 소자 형성부를 구성하는 기판은, 실리콘층의 사이에, 상기 실리콘과는 굴절률이 다른 재료에 의해 구성되는 층이 형성되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 구조물은, 상기 소자 형성부를 구성하는 실리콘층 내에서 적외광을 반사 또는 흡수하는 재료에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  23. 제 19항에 있어서,
    상기 구조물은, 평면적으로 보아 상기 소자 영역을 둘러싸도록, 적어도 이중으로 배치됨과 함께, 둘레 방향으로 복수로 분할되어 있고, 이웃하는 상기 구조물끼리가, 반주기 어긋내어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  24. 제 19항에 있어서,
    복수의 상기 구조물이, 평면적으로 보아 상기 소자 영역의 주위를 연속적으로 둘러싸도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  25. 복수의 소자가 형성되는 소자 형성부와,
    상기 소자 형성부에 적층되고, 상기 소자 사이를 접속하는 배선이 형성되는 배선부를 구비하고,
    상기 소자 형성부에,
    광을 수광하여 광전 변환을 행하는 수광 소자와,
    상기 수광 소자의 주변에 배치되는 주변 회로를 구성하는 능동 소자와,
    상기 수광 소자 및 상기 능동 소자의 사이에, 상기 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되고, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물이 배치되고,
    상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면에 대해 반대측이 되는 이면에, 상기 수광 소자가 수광하는 광이 조사되고,
    상기 소자 형성부 및 상기 배선부가 적층되어 구성되는 기판의 표면측에, 그 기판을 지지하는 지지 기판이 접합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  26. 복수의 소자가 형성되는 소자 형성부와,
    상기 소자 형성부에 적층되고, 상기 소자 사이를 접속하는 배선이 형성되는 배선부를 구비하고,
    상기 소자 형성부에,
    광을 수광하여 광전 변환을 행하는 수광 소자와,
    상기 수광 소자의 주변에 배치되는 주변 회로를 구성하는 능동 소자와,
    상기 수광 소자 및 상기 능동 소자의 사이에, 상기 소자 형성부의 두께 방향의 간극이 소정의 간격 이하가 되도록 형성되고, 광의 전반을 방해하는 재료에 의해 구성되는 구조물이 배치되고,
    상기 소자 형성부에 상기 배선부가 적층되는 표면에 대해 반대측이 되는 이면에, 상기 수광 소자가 수광하는 광이 조사되고,
    상기 소자 형성부 및 상기 배선부가 적층되어 구성되는 기판의 표면측에, 그 기판을 지지하는 지지 기판이 접합되어 구성되는 고체 촬상 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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