WO2015068589A1 - 半導体装置、固体撮像素子、および電子機器 - Google Patents

半導体装置、固体撮像素子、および電子機器 Download PDF

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小林 正治
信 岩淵
利一 柴山
鈴木 守
丸山 俊介
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ソニー株式会社
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    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor device, a solid-state imaging device, and an electronic device, and particularly relates to a semiconductor device, a solid-state imaging device, and an electronic device that can suppress adverse effects due to hot carrier light emission.
  • a solid-state imaging device has a photoelectric conversion element, an amplifier circuit, a peripheral circuit for image processing, and a multilayer wiring for connecting elements / circuits on the first main surface (light receiving surface) side on a silicon substrate. A layer is formed. Further, the solid-state imaging device has a cover glass disposed above the first main surface of the chip on which the light collecting structure such as a microlens or a color filter is formed, and the outer peripheral side of the first main surface or the first main surface of the chip. 2 has a structure in which terminals are formed on the main surface side.
  • the scale of the peripheral circuit is increased and the processing speed of the peripheral circuit is also increased. Further, if one tries to improve the gradation expression (resolution) as one of the improvement in image quality, a higher voltage is required. On the other hand, in order to realize cost reduction, it is required to arrange the pixel portion and the peripheral circuit at a short distance so as to make the chip size as small as possible.
  • Hot carrier light emission is light emission caused by the generation and recombination of electrons and holes generated when carriers accelerated between the source and the drain collide and ionize at the drain end, or state transition of either of them. This light emission is small but steady even in a transistor having no problem in characteristics. The amount of light emission increases exponentially as the voltage applied to the transistor increases.
  • the amount of light emission increases even when the transistor is operated at high speed. Light emission diffuses in all directions, so the effect is very small if you move away from the transistor, but if the photoelectric conversion element and the circuit are placed very close, the light emission does not diffuse so much and a significant number of photons are injected into the photoelectric conversion element. Is done. Since the diffusion is insufficient, the generation distribution of hot carrier light emission resulting from the difference in the transistor arrangement density and the active ratio of the circuit is reflected in the image as two-dimensional information. Therefore, there is a need for a structure designed for light shielding in order to keep the injection amount into the photoelectric conversion element below the detection limit.
  • Patent Documents 1 and 2 provide a light blocking structure that suppresses the propagation of light between the photoelectric conversion element and the peripheral circuit.
  • a light shielding structure or a structure that refracts light is provided in a semiconductor substrate so as to have a height equal to or higher than that of a photoelectric conversion element. Propagation of light by hot carrier emission emitted from the peripheral circuit is suppressed.
  • a structure in which an antireflection film that prevents reflection of near-infrared light is formed in order to prevent light generated by the transistor from reaching the back side and reflecting. Is provided.
  • Patent Document 1 As shown in FIGS. 7 and 18 of Patent Document 1, it is possible to suppress propagation of holes generated at a depth equal to or more than that of the photoelectric conversion element or in the peripheral circuit section.
  • a light shielding structure is formed at a proper depth.
  • the component that linearly propagates from the peripheral circuit to the photoelectric conversion element can be blocked, but the light has a wave component so that the light propagates around the lower part of the light shielding structure. End up. That is, a light shielding structure having a depth similar to that of the photoelectric conversion element has insufficient light shielding effect, and propagates through a gap below the light shielding structure. Even if the hole propagation can be prevented, most of the holes are recombined in the very vicinity of the peripheral circuit and changed to an optical component, so that there is almost no suppression effect due to the hole propagation prevention.
  • Patent Document 1 also provides a near-infrared antireflection film for suppressing reflection when light generated by hot carrier emission propagates to the back side of the substrate.
  • the light generated by the transistor since the light generated by the transistor is radiated in all directions, it also enters the antireflection film at various angles. When this angle falls below a certain angle, light is totally reflected at the interface. Therefore, even if there is an antireflection film, it is very difficult to completely suppress the propagation of light.
  • the distance from the transistor to the back side is significantly shortened, and the light propagates to the back side without much attenuation.
  • the near-infrared light not only near-infrared light but also blue light reaches the back surface side and cannot be suppressed by the near-infrared antireflection film.
  • patent document 2 like patent document 1, although providing a light-shielding structure between a peripheral circuit and a photoelectric conversion element, since it only mentions installing on the path
  • Patent Document 2 is characterized in that a light shielding film is provided above the photoelectric conversion unit.
  • a light shielding film is provided above the photoelectric conversion unit.
  • the back-illuminated solid-state imaging device is provided. Not applicable.
  • the optical noise component is greatly increased in the backside illumination type solid-state imaging device, it is very difficult to completely suppress the propagation of light with the technique disclosed in Patent Document 2.
  • Patent Documents 1 and 2 cannot prevent light generated by hot carrier emission in the peripheral circuit from propagating through the semiconductor substrate and entering the photoelectric conversion element. It was difficult to suppress the adverse effects of light emission.
  • the back-illuminated solid-state imaging device has a large adverse effect because the optical noise component is significantly increased because the semiconductor substrate is thinned.
  • light generated by hot carrier light emission may have the same adverse effect on not only photoelectric conversion elements but also highly sensitive analog elements.
  • the present disclosure has been made in view of such a situation, and is intended to suppress adverse effects caused by hot carrier light emission.
  • a semiconductor device includes an element formation portion in which a plurality of elements are formed, and a wiring portion that is stacked on the element formation portion and in which a wiring that connects the elements is formed.
  • a passive element affected by light, an active element constituting a peripheral circuit arranged around the passive element, and a gap in the thickness direction of the element forming portion between the passive element and the active element Are arranged so as to be equal to or smaller than a predetermined interval, and a structure made of a material that prevents the propagation of light is disposed.
  • a solid-state imaging device includes: an element forming unit in which a plurality of elements are formed; and a wiring unit that is stacked on the element forming unit and formed with a wiring that connects the elements.
  • a light receiving element that receives light and performs photoelectric conversion in the forming part, an active element that forms a peripheral circuit disposed around the light receiving element, and the element forming part between the light receiving element and the active element
  • a structure made of a material that prevents the propagation of light, the gap in the thickness direction is less than or equal to a predetermined interval, and the surface on which the wiring portion is stacked on the element forming portion
  • the back surface on the opposite side is irradiated with light received by the light receiving element, and a support substrate that supports the substrate is bonded to the front surface side of the substrate formed by laminating the element forming portion and the wiring portion. Composed.
  • An electronic apparatus includes an element forming portion in which a plurality of elements are formed, and a wiring portion that is stacked on the element forming portion and formed with a wiring that connects between the elements.
  • a light receiving element that receives light and performs photoelectric conversion, an active element that constitutes a peripheral circuit disposed around the light receiving element, and the element forming portion between the light receiving element and the active element.
  • the gap in the thickness direction is equal to or less than a predetermined interval, and a structure composed of a material that prevents light propagation is disposed, and is opposite to the surface on which the wiring portion is stacked on the element formation portion
  • the back surface that is the side is irradiated with light received by the light receiving element, and a support substrate that supports the substrate is bonded to the front side of the substrate that is formed by laminating the element forming portion and the wiring portion.
  • an element forming unit in which a plurality of elements are formed, and a wiring unit that is stacked on the element forming unit and formed with a wiring that connects the elements are formed.
  • a gap in the thickness direction of the element forming portion is predetermined between the light receiving element, the passive element or the active element constituting the peripheral circuit disposed around the light receiving element, and the passive element or the light receiving element and the active element.
  • a structure that is formed to be equal to or smaller than the interval and is made of a material that prevents propagation of light is disposed.
  • FIG. 1st Embodiment of the solid-state image sensor It is a block diagram which shows the structural example of 1st Embodiment of the solid-state image sensor to which this technique is applied. It is a figure which shows the cross-sectional structural example of a solid-state image sensor. It is a figure which shows the schematic structural example which expanded the vicinity of the structure. It is a figure which shows the planar 1st example of arrangement
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a first embodiment of a solid-state imaging device to which the present technology is applied.
  • the solid-state imaging device 11 includes a pixel region 12, a vertical drive circuit 13, a column signal processing circuit 14, a horizontal drive circuit 15, an output circuit 16, and a control circuit 17.
  • a plurality of pixels 18 are arranged in a matrix in the pixel region 12, and each pixel 18 is connected to the vertical drive circuit 13 via a horizontal signal line and column signal processing via a vertical signal line. Connected to circuit 14.
  • the plurality of pixels 18 each output a pixel signal corresponding to the amount of light emitted through an optical system (not shown), and an image of a subject imaged on the pixel region 12 is constructed from these pixel signals.
  • the vertical drive circuit 13 sequentially supplies a drive signal for driving (transferring, selecting, resetting, etc.) each pixel 18 for each row of the plurality of pixels 18 arranged in the pixel region 12 via a horizontal signal line. And supplied to the pixel 18.
  • the column signal processing circuit 14 performs CDS (Correlated Double Sampling) processing on the pixel signals output from the plurality of pixels 18 through the vertical signal line, thereby performing analog-digital conversion of the image signal. And reset noise.
  • CDS Correlated Double Sampling
  • the horizontal drive circuit 15 supplies a drive signal for outputting a pixel signal from the column signal processing circuit 14 to the column signal processing circuit 14 sequentially for each row of the plurality of pixels 18 arranged in the pixel region 12.
  • the output circuit 16 amplifies the pixel signal supplied from the column signal processing circuit 14 at a timing according to the driving signal of the horizontal driving circuit 15 and outputs the amplified pixel signal to the subsequent image processing circuit.
  • the control circuit 17 controls the driving of each block inside the solid-state image sensor 11. For example, the control circuit 17 generates a clock signal according to the driving cycle of each block and supplies it to each block.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional configuration example at the boundary portion between the pixel region 12 and the peripheral circuit 19 constituting the solid-state imaging device 11.
  • the peripheral circuit 19 is a collective term for the vertical drive circuit 13, the column signal processing circuit 14, the horizontal drive circuit 15, the output circuit 16, or the control circuit 17 that is arranged around the pixel region 12. .
  • the solid-state imaging device 11 includes a first substrate 21 that is a substrate on which elements constituting the pixel region 12 and the peripheral circuit 19 are arranged, and a substrate that supports the first substrate 21.
  • the second substrate 22 is bonded to the second substrate 22 via the bonding layer 23.
  • the first substrate 21 is configured by laminating an element forming part 24, a wiring part 25, and a light collecting part 26.
  • the element forming part 24 is, for example, a silicon wafer obtained by thinly slicing a single crystal of high-purity silicon, and the wiring part 25 is laminated on one surface of the element forming part 24 (the surface facing downward in FIG. 2). Then, the light converging part 26 is laminated on the surface facing the opposite side (the surface facing the upper side in FIG. 2).
  • the surface on which the wiring portion 25 is laminated with respect to the element forming portion 24 will be referred to as the front surface
  • the surface on which the light collecting portion 26 is laminated with respect to the element forming portion 24 will be referred to as the back surface. That is, the solid-state imaging device 11 is a back-illuminated solid-state imaging device that is irradiated with light from the back side of the first substrate 21.
  • a plurality of wirings 27 for connecting elements formed in the element forming part 24 are arranged via an interlayer insulating film. Then, for example, a drive signal for controlling the drive of the peripheral circuit 19 is supplied via these wirings 27, or pixel signals read from the plurality of pixels 18 arranged in the pixel region 12 are output. .
  • a light receiving element 31 is formed in the element forming unit 24, and a color filter 32 and an on-chip lens 33 are formed in the light collecting unit 26. .
  • the pixel 18-1 includes a light receiving element 31-1, a color filter 32-1, and an on-chip lens 33-1.
  • the pixel 18-2 includes a light receiving element 31-2 and a color filter 32-1. 2 and an on-chip lens 33-2.
  • the pixels 18-1 and 18-2 are configured in the same manner. When it is not necessary to distinguish between them, they are hereinafter referred to as the pixel 18 as appropriate, and the same applies to each part constituting the pixels 18-1 and 18-2.
  • the pixel 18 includes a light receiving element 31-1, a color filter 32-1, and an on-chip lens 33-1.
  • the pixel 18-2 includes a light receiving element 31-2 and a color filter 32-1. 2 and an on-chip lens 33-2.
  • the pixels 18-1 and 18-2 are configured in the same manner. When it is not necessary to distinguish between them, they are hereinafter referred to as the pixel 18 as appropriate, and the same applies to each part constituting the pixels 18-1 and 18-2.
  • the light receiving element 31 receives light irradiated through the color filter 32 and the on-chip lens 33, performs photoelectric conversion, and generates a charge corresponding to the amount of light.
  • the color filter 32 transmits light of a predetermined color (for example, red, green, and blue) for each pixel 18, and the on-chip lens 33 collects light irradiated to the light receiving element 31 for each pixel 18. Shine.
  • the peripheral circuit 19 of the solid-state imaging device 11 is configured by a plurality of active elements 34, and in the example of FIG. 2, two active elements 34-1 and 34-2 are shown.
  • the active elements 34-1 and 34-2 are, for example, semiconductor elements such as transistors, and the configuration thereof will be described with reference to FIG. Further, when it is not necessary to distinguish between the active elements 34-1 and 34-2, they are hereinafter referred to as the active elements 34 as appropriate.
  • the light receiving element 31 is disposed in the pixel region 12 and the active element 34 is disposed in the peripheral circuit 19 in the element forming unit 24.
  • a structure 35 made of a material that prevents light propagation is arranged between the pixel region 12 and the peripheral circuit 19 in the element forming unit 24.
  • FIG. 3A and 3B show schematic configuration examples in which the vicinity of the structure 35 of the solid-state imaging device 11 is enlarged.
  • the active element 34 includes a gate electrode 51, a drain region 52, a source region 53, and element isolation parts 54 and 55.
  • the gate electrode 51 is formed on the surface of the element forming portion 24 via an insulating film (not shown), and the drain region 52 and the source region 53 are formed on the surface side of the element forming portion 24 with the gate electrode 51 interposed therebetween.
  • the element isolation portions 54 and 55 are formed so as to isolate the active element 34 from other adjacent active elements 34.
  • the solid-state imaging device 11 light is refracted between the pixel region 12 and the peripheral circuit 19, that is, between the light receiving element 31 and the active element 34 in order to prevent light propagation in the element forming unit 24.
  • the structure 35 formed of the material to absorb is arrange
  • the dielectric of a semiconductor substrate (Si) is used as a material that refracts light constituting the structure 35.
  • SiO 2 silicon oxide
  • SiN silicon nitride
  • HfO 2, ZrO 2 high dielectric constant materials
  • the dielectric of a semiconductor substrate (Si) is used as a material that refracts light constituting the structure 35.
  • a single film of a semiconductor having a narrower band gap than silicon such as germanium (Ge) or a compound system (for example, chalcopyrite: CuInSe2), is used. Can be adopted.
  • the structure 35 is formed by digging the surface of the element forming portion 24 (the surface facing the lower side in FIG. 3), and the gap d between the tip of the structure 35 and the back surface of the element forming portion 24. Is shorter than a short wavelength (for example, about 400 nm). In this way, by forming a gap between the tip of the structure 35 and the back surface of the element forming part 24 so that the gap in the thickness direction of the element forming part 24 is the distance d, the light generated by the hot carriers is It is possible to prevent passing through the gap. Thereby, it is possible to avoid the light generated by the hot carriers from entering the light receiving element 31, and to suppress the adverse effect of the light on the signal output from the light receiving element 31.
  • light generated by hot carriers is disposed by disposing the structure 35 formed of a material that refracts or absorbs light between the pixel region 12 and the peripheral circuit 19. It is possible to suppress the adverse effects caused by.
  • the solid-state imaging device 11 it is not necessary to consider the influence of becoming a noise source of the light receiving element 31 even if the amount of light emitted by hot carriers in the peripheral circuit 19 is large. Can work with.
  • the peripheral circuit 19 that operates at a high speed and a high voltage can be arranged in the vicinity of the pixel region 12, the chip size of the solid-state imaging device 11 can be reduced, and the cost can be reduced.
  • FIG. 4 shows a first planar arrangement example of the structure 35.
  • a structure 35 is disposed so as to pass between the pixel region 12 and the peripheral circuit 19 and surround the pixel region 12 in a plan view.
  • FIG. 5 shows a first modification of the solid-state imaging device 11 in the first embodiment.
  • a structure 35A formed between the active element 34 and the light-receiving element 31 is configured differently from the solid-state image sensor 11 of FIG. Note that the other configuration of the solid-state imaging device 11A is the same as that of the solid-state imaging device 11 of FIG. 3, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the structure 35 is formed by digging the surface side of the element forming portion 24, whereas in the solid-state imaging device 11 ⁇ / b> A, the back surface side of the element forming portion 24 is dug.
  • the structure 35A is formed.
  • the structure 35A is formed of a material that refracts or absorbs light, and the gap d between the tip of the structure 35A and the surface of the element forming portion 24 has a short wavelength (for example, 400 nm).
  • the degree is as follows.
  • the solid-state imaging device 11A similarly to the solid-state imaging device 11 in FIG. 3, the light generated by the hot carrier emission is scattered or absorbed by the structure 35A and prevented from passing through the gap on the tip side. be able to.
  • the solid-state imaging element 11A can avoid the light generated by the hot carrier from entering the light receiving element 31, and can suppress the adverse effect of the light.
  • FIG. 6 shows a second modification of the solid-state imaging device 11 in the first embodiment.
  • the structures 35B-1 and 35B-2 formed between the active element 34 and the light receiving element 31 are configured differently from the solid-state imaging device 11 of FIG. Yes.
  • the other configuration of the solid-state imaging device 11B is the same as that of the solid-state imaging device 11 of FIG. 3, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the structure 35 is formed by digging the surface side of the element forming portion 24, whereas in the solid-state imaging device 11 ⁇ / b> B, the surface side and the back surface side of the element forming portion 24
  • the structures 35B-1 and 35B-2 are formed.
  • the structures 35B-1 and 35B-2 are formed of a material that refracts or absorbs light, like the structure 35.
  • the distance d between the gaps of the first and second ends is configured to be shorter than a short wavelength (for example, about 400 nm).
  • a short wavelength for example, about 400 nm.
  • the distance between the surface of the element forming portion 24 and the tip of the structure 35B-1 and the distance between the back surface of the element forming portion 24 and the tip of the structure 35B-2 need to be suppressed to about a short wavelength. Absent. For example, when it is difficult to control the gap between the front surface and the back surface due to process processing variations, it is effective to adopt the configuration of the solid-state imaging element 11B.
  • the structure generated by combining the structure 35B-1 and the structure 35B-2 can prevent the light generated by the hot carrier emission from entering the light receiving element 31.
  • the solid-state imaging device 11B similarly to the solid-state imaging device 11 in FIG. 3, light generated by hot carrier emission is scattered or absorbed by the structures 35B-1 and 35B-2. Thereby, the solid-state imaging device 11B can avoid the light generated by the hot carriers from entering the light receiving device 31, and can suppress the adverse effect of the light.
  • FIG. 7 shows a third modification of the solid-state imaging device 11 in the first embodiment.
  • a structure 35C formed between the active element 34 and the light-receiving element 31 is configured differently from the solid-state image sensor 11 in FIG. Note that the other configuration of the solid-state imaging device 11C is the same as that of the solid-state imaging device 11 of FIG. 3, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the structure 35 is formed by digging the surface side of the element forming portion 24, whereas in the solid-state imaging device 11 ⁇ / b> C, the front surface side to the back surface side of the element forming portion 24.
  • the structure 35 ⁇ / b> C is formed so as to penetrate to the end. That is, in the solid-state imaging device 11C, the structure 35C is formed without providing a gap in the thickness direction of the element forming portion 24.
  • the structure 35C is formed of a material that refracts or absorbs light.
  • the solid-state imaging device 11C similarly to the solid-state imaging device 11 in FIG. 3, light generated by hot carrier emission is scattered or absorbed by the structure 35C.
  • the solid-state imaging element 11C can avoid the light generated by the hot carrier from entering the light receiving element 31, and can suppress the adverse effect of the light.
  • the solid-state imaging device 11 ⁇ / b> C does not require control to provide the interval d when the element forming unit 24 is dug when forming the structure 35.
  • the object 35C can be easily formed.
  • FIG. 8 shows a fourth modification of the first embodiment of the solid-state imaging device 11.
  • the structures 35D-1 and 35D-2 formed between the active element 34 and the light-receiving element 31 are configured differently from the solid-state image sensor 11 in FIG. Yes.
  • the structures 35D-1 and 35D-2 formed between the active element 34 and the light-receiving element 31 are configured differently from the solid-state image sensor 11 in FIG. Yes.
  • the structures 35D-1 and 35D-2 formed between the active element 34 and the light-receiving element 31 are configured differently from the solid-state image sensor 11 in FIG. Yes.
  • solid-state image sensor 11D about another structure, it is comprised similarly to the solid-state image sensor 11 of FIG. 3, The detailed description is abbreviate
  • one structure 35 is formed in the element forming portion 24, whereas in the solid-state imaging device 11D, two structures 35D-1 and 35D are provided in the element forming portion 24. -2 is formed.
  • the structures 35D-1 and 35D-2 are formed of a material that refracts or absorbs light, and the tips of the structures 35D-1 and 35D-2 and the surface of the element forming portion 24
  • the gap d is set to a short wavelength (for example, about 400 nm) or less.
  • FIG. 8 shows a configuration example in which the two structures 35D-1 and 35D-2 are disposed between the active element 34 and the light receiving element 31, but the active element 34 is directed to the light receiving element 31. It is good also as a structure by which two or more some structure 35D is arrange
  • the solid-state imaging device 11D similarly to the solid-state imaging device 11 in FIG. 3, light generated by hot carrier emission is scattered or absorbed by the structures 35D-1 and 35D-2, and the gap on the tip side Can be prevented from passing through.
  • the solid-state imaging device 11D by disposing a plurality of structures 35D, light is scattered or absorbed every time the structure 35D is transmitted, so that one structure 35 is disposed, rather than a configuration in which one structure 35 is disposed. The effect of suppressing transmitted light can be improved.
  • the solid-state imaging element 11D can avoid the light generated by the hot carriers from entering the light receiving element 31, and can suppress the adverse effect due to the light.
  • FIG. 9 shows a fifth modification of the solid-state imaging device 11 in the first embodiment.
  • a structure 35E formed between the active element 34 and the light-receiving element 31 is configured differently from the solid-state image sensor 11 in FIG. Note that the other configuration of the solid-state imaging device 11E is the same as that of the solid-state imaging device 11 of FIG. 3, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the structure 35 is formed with side walls parallel to the thickness direction of the element forming portion 24 (direction substantially orthogonal to the front surface and the back surface), whereas in the solid-state imaging device 11E, the side wall in the thickness direction of the element forming portion 24 is inclined with respect to the thickness direction to form the structure 35E.
  • the structure 35E is formed so as to have a side wall that is inclined so that the width becomes narrower from the back surface to the front surface of the element forming portion 24.
  • the structure 35E is formed of a material that refracts or absorbs light, and the gap d between the tip of the structure 35E and the surface of the element forming portion 24 has a short wavelength (for example, 400 nm).
  • the degree is as follows.
  • the solid-state imaging device 11E similarly to the solid-state imaging device 11 of FIG. 3, light generated by hot carrier emission is scattered or absorbed by the structure 35E and prevented from passing through the gap on the tip side. be able to.
  • the refraction effect in the structure 35E can be improved by forming the structure 35E so that the side wall is inclined. For example, when light propagating toward the light receiving element 31 in the element forming portion 24 enters the structure 35E, the light can be greatly bent with respect to the traveling direction.
  • the solid-state imaging element 11E can avoid the light generated by the hot carriers from entering the light receiving element 31, and suppress the adverse effects due to the light. can do.
  • FIG. 10 shows a second planar arrangement example of the structure 35.
  • a structure 35F is disposed so as to pass between the pixel region 12 and the peripheral circuit 19 and surround the peripheral circuit 19 in plan view.
  • the cross-sectional configuration of the structure 35F can employ any of the structures 35 shown in FIGS. 3 and 5 to 9.
  • FIG. 11 shows a third planar arrangement example of the structure 35.
  • the solid-state imaging device 11G has a structure 35G so as to at least block light linearly traveling from the peripheral circuit 19 to the pixel region 12 so as to pass at least between the pixel region 12 and the peripheral circuit 19. Is arranged.
  • the structure 35G By arranging the structure 35G in this way, it is possible to prevent light generated by the active element 34 of the peripheral circuit 19 from entering the pixel region 12 linearly. Therefore, in the solid-state imaging device 11G, adverse effects due to light generated by hot carriers can be suppressed.
  • any one of the structures 35 shown in FIGS. 3 and 5 to 9 can be adopted.
  • FIG. 12 shows a fourth planar arrangement example of the structure 35.
  • the solid-state imaging device 11H is configured by combining a plurality of structures so as to pass between the pixel region 12 and the peripheral circuit 19 and surround the pixel region 12 in plan view.
  • Structure 35H is arranged.
  • the structure 35H is arranged such that any structure is necessarily arranged on a straight line from the outside of the structure 35H to the pixel region 12, that is, from the outside of the structure 35H toward the pixel region 12.
  • Structures are arranged so that light does not pass through in a straight line.
  • the structure 35H having such a configuration can prevent light generated by the active element 34 of the peripheral circuit 19 from entering the pixel region 12 linearly in the solid-state imaging device 11H. Therefore, adverse effects due to light generated by hot carriers can be suppressed.
  • the solid-state imaging device 11H is effective in a configuration in which, for example, stress concentration locally occurs when the structure 35 is formed, and a relatively large shape cannot be formed.
  • any one of the structures 35 shown in FIGS. 3 and 5 to 9 can be adopted.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of an embodiment of a semiconductor device to which the present technology is applied.
  • the semiconductor device 11J is configured by forming a high-sensitivity analog element region 12J in place of the pixel region 12 of the solid-state imaging element 11 shown in FIG. That is, in the semiconductor device 11J, a plurality of highly sensitive analog elements are arranged in the highly sensitive analog element region 12J.
  • the structure 35 is disposed so as to surround the high-sensitivity analog element region 12J in plan view through the peripheral circuit 19 disposed at a short distance of the high-sensitivity analog element region 12J. ing.
  • the cross-sectional configuration of the structure 35 can employ any of the structures shown in FIG. 3 and FIGS. 5 to 9.
  • the planar arrangement of the structure 35 Any of the arrangement examples shown in FIGS. 10 to 12 can be employed.
  • a configuration may be adopted in which a plurality of pixels are formed in a part of the high-sensitivity analog element region 12J, and the high-sensitivity analog element region 12J and the pixel region are provided side by side. That is, by disposing the structure 35 so as to surround both the high-sensitivity analog element region 12J and the pixel region, adverse effects on the high-sensitivity analog elements and pixels due to light generated by hot carriers can be suppressed.
  • the cross-sectional configuration of the structure 35 can employ any of the structures shown in FIGS. 3 and 5 to 9. Any of the arrangement examples shown in FIGS. 10 to 12 can be adopted.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration example in the second embodiment of the solid-state imaging device to which the present technology is applied.
  • a metal structure 35K and an insulator 36K formed between the active element 34 and the light-receiving element 31 are configured differently from the solid-state image sensor 11 in FIG. ing.
  • the other configuration of the solid-state imaging device 11K is the same as that of the solid-state imaging device 11 of FIG. 3, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the structure 35 is formed of a material that refracts or absorbs light
  • the metal structure 35K is made of a metal that reflects light.
  • An insulator 36K is formed so as to surround the metal structure 35K.
  • the metal structure 35K is formed by digging the surface of the element forming portion 24 (the surface facing the lower side in FIG. 14), and the tip of the metal structure 35K. And a gap d between the element forming portion 24 and the back surface of the element forming portion 24 are configured to be shorter than a short wavelength (for example, about 400 nm).
  • the material of the metal structure 35K sufficiently reflects light in the visible light region such as copper (Cu), aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti), and tantalum (Ta).
  • the material to be used can be adopted.
  • the metal structure 35K is provided with an electrode for taking out the potential of the metal structure 35K.
  • the solid-state imaging device 11K similarly to the solid-state imaging device 11 of FIG. 3, light generated by hot carrier light emission is reflected by the metal structure 35K and prevented from passing through the gap on the tip side. can do. Thereby, the solid-state imaging element 11K can avoid the light generated by the hot carrier from entering the light receiving element 31, and can suppress the adverse effect due to the light.
  • FIG. 15 shows a first modification of the solid-state imaging device 11 in the second embodiment.
  • a metal structure 35L formed between the active element 34 and the light-receiving element 31 is configured differently from the solid-state image sensor 11K in FIG. Note that the other configuration of the solid-state imaging device 11L is the same as that of the solid-state imaging device 11K in FIG. 14, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the metal structure 35K is formed by digging the surface side of the element forming portion 24, whereas in the solid-state imaging device 11L, the back side of the element forming portion 24 is formed.
  • a metal structure 35L is formed.
  • the metal structure 35L is formed of a material that reflects light, and the gap d between the tip of the metal structure 35L and the surface of the element forming portion 24 has a short wavelength. (For example, about 400 nm).
  • the solid-state imaging device 11L similarly to the solid-state imaging device 11K in FIG. 14, it is possible to prevent light generated by hot carrier light emission from being reflected by the structure 35L and from passing through the gap on the tip side. it can. Thereby, the solid-state imaging device 11L can avoid the light generated by the hot carriers from entering the light receiving device 31, and can suppress the adverse effects of the light.
  • FIG. 16 shows a second modification of the solid-state imaging device 11 in the second embodiment.
  • the metal structures 35M-1 and 35M-2 formed between the active element 34 and the light-receiving element 31 are different from the solid-state image sensor 11K in FIG. It is said that.
  • the other configuration of the solid-state imaging device 11M is the same as that of the solid-state imaging device 11K in FIG. 14, and a detailed description thereof will be omitted.
  • one metal structure 35K is formed in the element forming portion 24, whereas in the solid-state imaging device 11M, two metal structures are provided in the element forming portion 24.
  • Products 35M-1 and 35M-2 are formed.
  • the structure 35M-1 is formed from the back surface side of the element forming portion 24, and the structure 35M-2 is formed from the front surface side of the element forming portion 24.
  • the structure 35M-1 and the structure 35M-2 are arranged so that the structure 35M-1 and the structure 35M-2 are overlapped when the light receiving element 31 is viewed from the active element 34. It is configured so that light does not pass linearly through the gaps on the tip side.
  • the gap d between the back surface of the element forming portion 24 and the tip of the structure 35M-1, and the surface of the element forming portion 24 It is not necessary to suppress the gap distance d with the tip of the structure 35M-2 to about a short wavelength.
  • the solid-state imaging device 11M similarly to the solid-state imaging device 11K in FIG. 14, the light generated by the hot carrier emission is reflected by the metal structures 35M-1 and 35M-2, and also on the tip side. It is possible to prevent passing through the gap. Thereby, the solid-state imaging element 11M can avoid the light generated by the hot carrier from entering the light receiving element 31, and can suppress the adverse effect due to the light.
  • FIG. 17 shows a third modification of the second embodiment of the solid-state image sensor 11.
  • a metal structure 35N formed between the active element 34 and the light-receiving element 31 is configured differently from the solid-state image sensor 11K in FIG. Note that the other configuration of the solid-state imaging device 11N is the same as that of the solid-state imaging device 11K in FIG. 14, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the metal structure 35K is formed by digging the surface side of the element forming portion 24, whereas in the solid-state imaging device 11N, the surface side of the element forming portion 24 is formed.
  • a metal structure 35N is formed so as to penetrate through to the back side. That is, in the solid-state imaging device 11N, the metal structure 35N is formed without providing a gap in the thickness direction of the element forming portion 24.
  • the metal structure 35N is formed of a material that reflects light, like the structure 35K.
  • the solid-state imaging device 11N also in the solid-state imaging device 11N, the light generated by the hot carrier emission is reflected by the metal structure 35N, as in the solid-state imaging device 11K of FIG. Thereby, the solid-state imaging device 11N can avoid the light generated by the hot carrier from entering the light receiving device 31, and can suppress the adverse effect of the light. Further, the solid-state imaging device 11N needs to be controlled so as to provide an interval d when the element forming portion 24 is dug when forming the metal structure 35N as in the solid-state imaging device 11K of FIG. Since it is not necessary, the metal structure 35N can be easily formed.
  • any of the arrangement examples shown in FIGS. 4 and 10 to 12 can be adopted. Further, the metal structures 35K to 35N can be applied to the semiconductor device 11J shown in FIG.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration example in the third embodiment of the solid-state imaging device to which the present technology is applied.
  • the solid-state imaging device 101 is configured by laminating a silicon oxide film 103 as a wiring portion on a silicon substrate 102 as an element forming portion.
  • the solid-state image sensor 101 is provided with a pixel region 111 and a peripheral circuit 112 disposed around the pixel region 111, as in the solid-state image sensor 11 described with reference to FIGS.
  • a plurality of light receiving elements 121 and an on-chip lens 122 are arranged in the pixel region 111, and the peripheral circuit 112 is configured by an active element 123.
  • the solid-state imaging device 101 is a surface-illumination type solid-state imaging device in which light is applied to the light receiving element 121 from the surface side on which the active element 123 is formed on the silicon substrate 102.
  • a structure 124 made of a material that prevents light propagation is formed between the pixel region 111 and the peripheral circuit 112.
  • a plurality of structures 124 are formed, and a region where these structures 124 are formed is referred to as a structure forming region 113.
  • a material of the structure 124 for example, silicon nitride (SiN), air (Air), silicon dioxide (SiO2), or the like that reflects light by a refractive index with the silicon substrate 102 can be used.
  • the solid-state imaging device 101 by arranging the plurality of structures 124 between the pixel region 111 and the peripheral circuit 112, light generated by hot carrier emission generated when the active device 123 is driven is Reaching the light receiving element 121 can be reduced. In other words, the light generated by the active element 123 is reflected by the plurality of structures 124, so that the optical distance to reach the light receiving element 121 increases, and is absorbed by the silicon substrate 102. Become.
  • the light shielding effect of the structure 124 is verified by simulation using the number, depth, pitch, and material of the structure 124 as parameters.
  • FIG. 19 shows a configuration example of a cross section of the solid-state imaging device 101 used for the simulation.
  • the silicon substrate 102 is laminated on the resin layer 104, and the thickness of the silicon substrate 102 is set to 17 ⁇ m.
  • the distance from the active element 123 serving as a light source for hot carrier light emission to the end of the structure formation region 113 having a plurality of structures 124 is 20 ⁇ m, and the end of the pixel region 111 having the plurality of light receiving elements 121 is formed. Is set to 100 ⁇ m.
  • an irradiance distribution in an area (hereinafter referred to as an evaluation area) 160 ⁇ m from the end of the pixel area 111 was calculated.
  • the distribution of hot carrier light distribution was assumed to be Lambertian, which is a property that an ideal diffuse reflection surface should have.
  • FIG. 20 shows the refractive index n and the attenuation coefficient k of each material.
  • the refractive index n of the silicon oxide film 103 (SiO 2 ) is 1.45, and the attenuation coefficient k is 0.
  • the refractive index n of the silicon substrate 102 (Si) is 3.6 and the attenuation coefficient k is 0.001, and the refractive index n of the resin layer 104 is 1.54 and the attenuation coefficient k is 0.
  • the refractive index n when silicon nitride (SiN) is used as the material of the structure 124 is 1.84, the attenuation coefficient k is 0, and the refractive index n when tungsten (W) is used is 3.05.
  • the attenuation coefficient k is 3.39, the refractive index n when air is used is 1, and the attenuation coefficient k is 0.
  • the depth of the structure 124 is 3 ⁇ m, the number is 30, the pitch is 1 ⁇ m, and the material is silicon nitride (SiN). Then, as the first simulation condition, the depth of the structure 124 is used as a parameter from the reference simulation condition, and the depth of the structure 124 is changed to 6 ⁇ m and 10 ⁇ m. In addition, as the second simulation condition, the number of the structures 124 is used as a parameter from the simulation condition as a reference, and the number of the structures 124 is changed to 45 and 60.
  • the pitch of the structure 124 is used as a parameter from the reference simulation condition, and the pitch of the structure 124 is changed to 1.5 ⁇ m and 2 ⁇ m.
  • the material of the structure 124 is used as a parameter from the simulation condition as a reference, and air (Air), silicon dioxide (SiO 2 ), and tungsten (W) are used as the material of the structure 124. Use.
  • the irradiance distribution in the evaluation region shown in FIG. 19 and the integrated value of the irradiance distribution are calculated under such simulation conditions.
  • the irradiance distribution and the integral value in the structure without the structure 124 are set to 1, and the values obtained in each simulation condition are specified. Turn into.
  • FIG. 22 shows the result of simulating the light shielding effect when the depth of the structure 124 is a parameter and the depth is 3 ⁇ m, 6 ⁇ m, and 10 ⁇ m.
  • the vertical axis indicates the normalized illuminance
  • the horizontal axis indicates the position in the evaluation region
  • the vertical axis indicates the integrated value (normalization) of the illuminance
  • the horizontal axis indicates Shows each depth.
  • the illuminance in the evaluation region can be reduced by providing the structure 124 as compared to a structure (None) where the structure 124 is not provided. It is shown that the light shielding effect is improved as the depth of the structure 124 is increased.
  • the structure 124 in order to obtain a better light-shielding effect, it is preferable to form the structure 124 deeply. Further, even when the depth is small (3 ⁇ m), a configuration in which a plurality of structures 124 are arranged can provide a sufficient light shielding effect as compared with a structure in which the structures 124 are not provided. .
  • the light generated by the hot carrier emission is absorbed inside the silicon substrate 102, it is separated from the peripheral circuit 112 in the evaluation region (the position of the horizontal axis becomes a large value). As a result, the irradiance decreases. That is, in the solid-state imaging device 101, a light shielding effect is obtained by attenuating light energy by increasing the optical path length from the peripheral circuit 112 to the pixel region 111 by arranging a plurality of structures 124. Can do.
  • a part of light using the active element 123 as a light source hits the first structure 124, that is, the structure 124 closest to the active element 123, and is totally reflected or Fresnel reflected. Reflection to the peripheral circuit 112 side and reaching the pixel region 111 is avoided. Further, the light that has not hit the first structure 124 enters the gap between the adjacent structures 124, and as shown in FIG. 19, is totally reflected between silicon and the structure 124 (for example, SiN). Is repeated and emitted from the gap between the structures 124. Thus, the light is attenuated as the optical path length of the light becomes longer. Alternatively, about half of the light emitted from the gap between the structures 124 is emitted to the peripheral circuit 112 side, and as a result, the light reaching the pixel region 111 is reduced.
  • FIG. 23 shows the result of simulating the light-shielding effect when the number of structures 124 is a parameter and the number of structures 124 is 30, 45, and 60.
  • the vertical axis indicates the normalized illuminance
  • the horizontal axis indicates the position in the evaluation region
  • the vertical axis indicates the integrated value (standardization) of the illuminance
  • the horizontal axis indicates , Each number is shown.
  • the illumination in the evaluation region can be reduced by providing a plurality of structures 124 as compared to a structure (None) where the structures 124 are not provided. It is shown that the light shielding effect is improved as the number of the structures 124 is increased. Therefore, in order to obtain a better light-shielding effect, it is preferable to provide a large number of structures 124.
  • FIG. 24 shows the result of simulating the light shielding effect when the pitch of the structure 124 is used as a parameter and the pitch is set to 1 ⁇ m, 1.5 ⁇ m, and 2 ⁇ m.
  • the vertical axis indicates the normalized illuminance
  • the horizontal axis indicates the position in the evaluation region
  • the vertical axis indicates the integrated value (normalization) of the illuminance
  • the horizontal axis indicates , Each pitch is shown.
  • the illuminance in the evaluation region can be reduced by providing the structure 124 with a predetermined pitch as compared with the structure (None) where the structure 124 is not provided. Further, it is shown that the light shielding effect is improved as the pitch for providing the structures 124 is increased, that is, when the same number of structures 124 are arranged in a wide range. Therefore, in order to obtain a better light shielding effect, it is preferable to provide a wide pitch between the structures 124.
  • the material of the structure 124 is used as a parameter, and light shielding is performed when the material is silicon nitride (SiN), air (Air), and silicon dioxide (SiO 2 ) that reflects infrared light.
  • SiN silicon nitride
  • Air air
  • SiO 2 silicon dioxide
  • the illuminance in the evaluation region can be reduced by providing the structure 124 of any material as compared with the structure (None) where the structure 124 is not provided. It is also shown that the difference due to the different materials of the structure 124 is small, that is, almost the same light shielding effect. This is because, by providing the structure 124, the reflection condition that changes when the refractive index with the interface of the silicon substrate 102 changes has a refractive index difference of about 1.8 (for example, a refractive index difference between silicon and silicon nitride). This is because a sufficient light shielding effect can be obtained.
  • FIG. 26 shows a result of simulating a light shielding effect when silicon nitride (SiN) and tungsten (W) are used as the material of the structure 124.
  • the vertical axis indicates the normalized illuminance
  • the horizontal axis indicates the position in the evaluation region
  • the vertical axis indicates the integrated value of illuminance (normalized)
  • the horizontal axis indicates , Showing each material.
  • the structure 124 has an effect of absorbing infrared light. Accordingly, it is shown that the light shielding effect is improved as compared with the configuration using silicon nitride that does not have the effect of absorbing infrared light. That is, in addition to light being absorbed in the silicon substrate 102, light is also absorbed in the structure 124, so that light reaching the evaluation region can be suppressed.
  • the structure 124 has an effect of absorbing infrared light, so that the light shielding effect can be further improved.
  • FIG. 27 shows a first modification of the solid-state imaging device 101.
  • the same reference numerals are given to the configurations common to the solid-state imaging device 101 in FIG. 18 as appropriate, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • a substrate having an SOI (Silicon on Insulator) structure in which an insulating layer 105 is disposed between silicon substrates 102-1 and 102-2 is used.
  • SOI Silicon on Insulator
  • a material having a refractive index different from that of silicon for example, a material having a lower refractive index of infrared light than silicon (eg, SiO 2 ) is used.
  • a structure formation region 113 in which a plurality of structures 124 are formed is provided between the pixel region 111 and the peripheral circuit 112, similarly to the solid-state image sensor 101 in FIG.
  • the structure 124 may be made of a material that reflects infrared light as described above, that is, silicon nitride (SiN), air (Air), and silicon dioxide (SiO 2 ).
  • SiN silicon nitride
  • Air Air
  • SiO 2 silicon dioxide
  • FIG. 28 shows a result of simulating the light shielding effect of the solid-state imaging device 101A.
  • the configuration of the solid-state imaging device 101 in FIG. 18 is referred to as a basic configuration, and the configuration of the solid-state imaging device 101A is referred to as a first modification.
  • the depth of the structure 124 is 3 ⁇ m
  • the number of the structures 124 is 30, the pitch of the structures 124 is 1 ⁇ m
  • silicon nitride (SiN) is used as the material of the structure 124
  • the silicon substrate 102 is used.
  • the result of simulating the light shielding effect when the thickness t of ⁇ 1 is 3.1 ⁇ m is shown.
  • the vertical axis indicates the normalized illuminance
  • the horizontal axis indicates the position in the evaluation region
  • the vertical axis indicates the integrated value (normalization) of the illuminance
  • the horizontal axis indicates 2 shows a form of a solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device 101A (first modification) using the SOI structure obtains a higher light shielding effect than the solid-state imaging device 101 (basic configuration) using a silicon substrate. Can do.
  • the solid-state image sensor 101A can significantly reduce the light reaching the pixel region 111.
  • FIG. 29 shows a simulation of the light-shielding effect in the second modification example in which the structure 124 uses the tungsten that absorbs infrared light as the material of the structure 124 in the structure of the solid-state imaging device 101A of FIG. Results are shown.
  • a form in which tungsten is used as the material of the structure 124 in the configuration of the solid-state imaging device 101A is referred to as a second modified form.
  • the depth of the structure 124 is 3 ⁇ m
  • the number of the structures 124 is 30
  • the pitch of the structures 124 is 1 ⁇ m
  • tungsten (W) is used as the material of the structure 124
  • the silicon substrate 102 ⁇ The result of simulating the light shielding effect when the thickness t of 1 is 3.1 ⁇ m is shown.
  • 29A the vertical axis indicates the normalized illuminance
  • the horizontal axis indicates the position in the evaluation region.
  • the vertical axis indicates the integrated value (normalization) of the illuminance
  • the horizontal axis indicates 2 shows a form of a solid-state imaging device.
  • the structure 124 using tungsten and the SOI structure (second modification) is compared with the solid-state imaging device 101 (basic form) using a silicon substrate.
  • a higher light shielding effect can be obtained.
  • FIG. 30 shows a third modification of the solid-state imaging device 101.
  • an SOI (Silicon on Insulator) structure in which an insulating layer 105 is disposed between the silicon substrates 102-1 and 102-2, as in the solid-state imaging device 101A of FIG. A substrate is used.
  • a material for example, SiO 2 ) having a refractive index of infrared light lower than that of silicon is used.
  • the structure 124 can be made of the above-described material that absorbs infrared light, that is, tungsten (W). Thereby, in the solid-state imaging device 101B, it is possible to reduce light due to hot carrier emission that reaches the pixel region 111.
  • FIG. 31 shows a result of simulating the light shielding effect of the solid-state imaging device 101B.
  • the configuration of the solid-state imaging element 101B is referred to as a third modification.
  • the depth of the structure 124 is 3 ⁇ m
  • the number of the structures 124 is 30
  • the pitch of the structures 124 is 1 ⁇ m
  • tungsten (W) is used as the material of the structure 124
  • the silicon substrate 102- The result of simulating the light shielding effect when the thickness t of 1 is 3.1 ⁇ m is shown.
  • the vertical axis indicates the normalized illuminance
  • the horizontal axis indicates the position in the evaluation region
  • the vertical axis indicates the integrated value (normalization) of the illuminance
  • the horizontal axis indicates 2 shows a form of a solid-state imaging device.
  • a solid-state imaging device 101B (third modification) using an SOI structure and having only one structure 124 made of a material that absorbs infrared light is a solid state using a silicon substrate.
  • a higher light shielding effect can be obtained.
  • the SOI structure the light passing through the tip side of the structure 124 is reduced, and by using a material that absorbs infrared light, the structure 124 absorbs light, thereby Even if there is only one 124, a sufficient light shielding effect can be obtained.
  • FIG. 32 shows a fourth modification in which the structure 124 uses a material that reflects infrared light (for example, silicon nitride (SiN)) in the structure of the solid-state imaging device 101B.
  • a material that reflects infrared light for example, silicon nitride (SiN)
  • SiN silicon nitride
  • a solid-state imaging device 101B (fourth modification) using an SOI structure and having only one structure 124 made of a material that reflects infrared light is a solid state using a silicon substrate.
  • the light shielding effect seems to be inferior.
  • the illuminance of the fourth modification is slightly smaller than the standardized value, it has a light-shielding effect for a structure without the structure 124 (that is, a conventional solid-state imaging device). It is shown that
  • FIG. 33 shows a fifth modification of the solid-state image sensor 101.
  • a solid-state imaging device 101C shown in FIG. 33 is a back-illuminated type in which light is applied to the light receiving element 121 from the back side opposite to the front side where the active element 123 is formed with respect to the silicon substrate 102. This is a solid-state imaging device. As shown in FIG. 33, the solid-state imaging device 101C is configured by laminating silicon oxide films 103-1 and 103-2 on both surfaces of a silicon substrate 102.
  • the present technology can be applied to both a back-illuminated solid-state image sensor and a front-illuminated solid-state image sensor.
  • FIG. 34 shows a first planar arrangement example of the structure 124 in the solid-state imaging device 101.
  • the solid-state imaging device 101D includes a plurality of solid-state imaging elements 101D in the circumferential direction in the structure formation region 113 so as to pass between the pixel region 111 and the peripheral circuit 112 and surround the pixel region 111 when viewed in plan.
  • the divided structures 124 are arranged in double.
  • the structures 124 that are divided into a plurality and are arranged in a double manner are arranged so that adjacent structures 124 surround the pixel region 111 with a half cycle shift. That is, the outer structure 124 is arranged corresponding to the gap between the inner structures 124, and the inner structure 124 is arranged corresponding to the gap between the outer structures 124.
  • the structure 124 is necessarily arranged in a straight line from the peripheral circuit 112 to the pixel region 111, and thus light from the peripheral circuit 112 directly enters the pixel region 111. Reaching can be avoided, and a light shielding effect can be obtained.
  • FIG. 35 shows a second planar arrangement example of the structures 124 in the solid-state imaging device 101.
  • the solid-state imaging device 101E has a plurality of structures so as to continuously surround the periphery of the pixel region 111 without being divided in the structure forming region 113 between the pixel region 111 and the peripheral circuit 112.
  • An object 124 is arranged.
  • FIG. 36 shows a third planar arrangement example of the structure 124 in the solid-state imaging device 101.
  • the solid-state image sensor 101F passes between the pixel area 111 and the peripheral circuit 112 and surrounds the pixel area 111 in plan view.
  • the structure 124 divided into a plurality of parts is arranged in a double manner.
  • the periods of the adjacent structures 124 are the same.
  • FIG. 37 shows a fourth planar arrangement example of the structure 124 in the solid-state imaging device 101.
  • the solid-state imaging device 101G in addition to the structure 124 divided into a plurality of pieces in the structure-forming region 113, as in the solid-state imaging device 101F in FIG. Between each divided structure 124, a structure 124 that is long in a direction orthogonal to the circumferential direction is disposed.
  • planar arrangement of the structure 124 is not limited to the arrangement examples in FIGS. 34 to 37, and various arrangements can be adopted.
  • this technology can be applied to CCD (Charge Coupled Device) as well as CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors.
  • the present invention may be applied to a curved solid-state image sensor 101.
  • a trapezoidal shape or a triangular shape can be adopted as the cross-sectional shape of the structure 124.
  • the solid-state image sensor 101 is not limited to the various dimensions or structures described above.
  • the solid-state imaging devices 11 and 101 of each embodiment as described above include, for example, an imaging system such as a digital still camera and a digital video camera, a mobile phone having an imaging function, or other devices having an imaging function.
  • an imaging system such as a digital still camera and a digital video camera
  • a mobile phone having an imaging function or other devices having an imaging function.
  • the present invention can be applied to various electronic devices such as devices.
  • FIG. 38 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging device mounted on an electronic device.
  • the imaging apparatus 201 includes an optical system 202, an imaging element 203, a signal processing circuit 204, a monitor 205, and a memory 206, and can capture still images and moving images.
  • the optical system 202 includes one or more lenses, guides image light (incident light) from a subject to the image sensor 203, and forms an image on a light receiving surface (sensor unit) of the image sensor 203.
  • the solid-state image sensor 11 or the solid-state image sensor 101 is applied as the image sensor 203.
  • the image sensor 203 electrons are accumulated for a certain period according to the image formed on the light receiving surface via the optical system 202. Then, a signal corresponding to the electrons accumulated in the image sensor 203 is supplied to the signal processing circuit 204.
  • the signal processing circuit 204 performs various signal processing on the pixel signal output from the image sensor 203.
  • An image (image data) obtained by performing signal processing by the signal processing circuit 204 is supplied to the monitor 205 and displayed, or supplied to the memory 206 and stored (recorded).
  • a high-quality image with less noise can be obtained by applying the solid-state imaging device 11 or the solid-state imaging device 101 of each of the above-described embodiments or modifications. Can do.
  • this technique can also take the following structures.
  • An element forming portion in which a plurality of elements are formed; A wiring portion that is stacked on the element forming portion and formed with wirings that connect the elements; In the element forming portion, Passive elements affected by light, An active element constituting a peripheral circuit arranged around the passive element; A structure is formed between the passive element and the active element so that a gap in the thickness direction of the element forming portion is equal to or less than a predetermined distance, and a structure made of a material that prevents light propagation. apparatus.
  • the passive element is a light receiving element that receives light and performs photoelectric conversion.
  • the light received by the light receiving element is irradiated on the back surface opposite to the surface on which the wiring portion is stacked on the element forming portion,
  • the semiconductor device according to (2) wherein a support substrate that supports the substrate is bonded to a front surface side of the substrate configured by stacking the element formation unit and the wiring unit.
  • the structure is formed from a surface on which the wiring portion is stacked on the element forming portion, and a gap between a tip of the structure and a back surface opposite to the surface is equal to or less than a predetermined interval.
  • the structure is formed from a back surface opposite to a surface on which the wiring portion is stacked on the element forming portion, and a gap between the front end of the structure and the surface is equal to or less than a predetermined interval.
  • the structure is a second structure formed from the front end of the first structure formed from the surface on which the wiring portion is stacked on the element forming portion and the back surface opposite to the surface.
  • the structure includes a first structure formed from a surface on the side where the active element is formed in the element forming portion, and a second structure formed from a back surface opposite to the surface.
  • the passive element is an analog element that is highly sensitive to optical noise.
  • the structure is disposed so as to surround a region where the passive element is formed in plan view, passing between a region where the passive element is formed and a region where the active element is formed.
  • the semiconductor device according to any one of (1) to (15).
  • the structure is arranged so as to pass between a region where the passive element is formed and a region where the active element is formed and surround the region where the active element is formed in plan view.
  • the semiconductor device according to any one of (1) to (15).
  • the structure is disposed so as to exist at least on a straight line connecting the passive element and the active element between a region where the passive element is formed and a region where the active element is formed.
  • the semiconductor device according to any one of (1) to (15).
  • a structure in which one or a plurality of the structures are formed between an element region where a plurality of the passive elements are arranged and a peripheral circuit arranged around the element region and configured by the active elements The semiconductor device according to (1), wherein an object forming region is provided.
  • the structure is made of a material that reflects or absorbs infrared light in a silicon layer that forms the element forming portion.
  • the substrate forming the element forming portion is configured by forming a layer made of a material having a refractive index different from that of the silicon between the silicon layers. .
  • the said structure is a semiconductor device as described in said (21) comprised by the material which reflects or absorbs infrared light within the silicon layer which comprises the said element formation part.
  • the structures are arranged at least twice so as to surround the element region in a plan view and are divided into a plurality of parts in the circumferential direction, and the adjacent structures are arranged with a half cycle shift.
  • a solid-state imaging device configured such that a support substrate that supports a substrate is bonded to a surface side of a substrate configured by laminating the element forming unit and the wiring unit.
  • An electronic apparatus comprising: a solid-state imaging device configured by bonding a support substrate supporting the substrate to a surface side of the substrate configured by laminating the element forming unit and the wiring unit.
  • 11 solid-state imaging device 11J semiconductor device, 12 pixel area, 12J high sensitivity analog element area, 13 vertical drive circuit, 14 column signal processing circuit, 15 horizontal drive circuit, 16 output circuit, 17 control circuit, 18 pixel, 19 peripheral circuit , 21 1st substrate, 22 2nd substrate, 23 bonding layer, 24 element forming part, 25 wiring part, 26 condensing part, 27 wiring, 31 light receiving element, 32 color filter, 33 on-chip lens, 34 active element , 35 structure, 36 insulator, 51 gate electrode, 52 drain region, 53 source region, 54 and 55 element isolation part, 101 solid-state imaging device, 102 silicon substrate, 103 silicon oxide film, 111 pixel region, 1 2 peripheral circuit, 113 structure forming region, 121 light receiving elements, 122 on-chip lens, 123 the active element, 124 structures

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Abstract

 本開示は、ホットキャリア発光による悪影響を抑制することができるようにする半導体装置、固体撮像素子、および電子機器に関する。 複数の素子が形成される素子形成部と、それらの素子間を接続する配線が形成される配線部とが積層されて構成される。そして、素子形成部には、光を受光して光電変換を行う受光素子と、受光素子の周辺に配置される周辺回路を構成する能動素子との間に、素子形成部の厚み方向の隙間が所定の間隔以下となるように形成され、光の伝搬を妨げる材料により構成される構造物が配置される。本技術は、例えば、裏面照射型の固体撮像素子に適用できる。

Description

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

Claims (26)

  1.  複数の素子が形成される素子形成部と、
     前記素子形成部に積層され、前記素子間を接続する配線が形成される配線部と
     を備え、
     前記素子形成部に、
      光の影響を受ける受動素子と、
      前記受動素子の周辺に配置される周辺回路を構成する能動素子と、
      前記受動素子および前記能動素子の間に、前記素子形成部の厚み方向の隙間が所定の間隔以下となるように形成され、光の伝搬を妨げる材料により構成される構造物と
     が配置される
     半導体装置。
  2.  前記受動素子は、光を受光して光電変換を行う受光素子である
     請求項1に記載の半導体装置。
  3.  前記素子形成部に前記配線部が積層される表面に対して反対側となる裏面に、前記受光素子が受光する光が照射され、
     前記素子形成部および前記配線部が積層されて構成される基板の表面側に、その基板を支持する支持基板が接合されて構成される
     請求項2に記載の半導体装置。
  4.  前記構造物は、前記素子形成部に前記配線部が積層される表面から形成され、前記構造物の先端と、前記表面に対して反対側となる裏面との隙間が所定の間隔以下となるように形成される
     請求項1に記載の半導体装置。
  5.  前記構造物は、前記素子形成部に前記配線部が積層される表面に対して反対側となる裏面から形成され、前記構造物の先端と、前記表面との隙間が所定の間隔以下となるように形成される
     請求項1に記載の半導体装置。
  6.  前記構造物は、前記素子形成部に前記配線部が積層される表面から形成される第1の構造物の先端と、前記表面に対して反対側となる裏面から形成される第2の構造物の先端との隙間が所定の間隔以下となるように形成される
     請求項1に記載の半導体装置。
  7.  前記構造物は、前記能動素子から前記受動素子に向かう間の複数個所に形成される
     請求項1に記載の半導体装置。
  8.  前記構造物は、前記素子形成部において前記能動素子が形成される側となる表面から形成される第1の構造物と、前記表面に対して反対側となる裏面から形成される第2の構造物とが、前記能動素子から前記受動素子を見たときに重ね合わされて配置される
     請求項1に記載の半導体装置。
  9.  前記構造物が、前記素子形成部の厚み方向の隙間が設けられることなく、前記素子形成部を貫通するように形成される
     請求項1に記載の半導体装置。
  10.  前記構造物は、光を屈折または吸収する材料により構成される
     請求項1に記載の半導体装置。
  11.  前記構造物は、前記素子形成部の厚み方向に向かう側壁が、その厚み方向に対して傾斜して形成される
     請求項10に記載の半導体装置。
  12.  前記構造物は、光を反射する金属により構成される
     請求項1に記載の半導体装置。
  13.  前記構造物の周囲を取り囲む絶縁物をさらに有する
     請求項12に記載の半導体装置。
  14.  前記構造物の電位を取り出すための電極をさらに有する
     請求項12に記載の半導体装置。
  15.  前記受動素子は、光ノイズに対して高感度のアナログ素子である
     請求項1に記載の半導体装置。
  16.  前記構造物は、前記受動素子が形成される領域と、前記能動素子が形成される領域との間を通り、平面的に見て前記受動素子が形成される領域を囲うように配置される
     請求項1に記載の半導体装置。
  17.  前記構造物は、前記受動素子が形成される領域と、前記能動素子が形成される領域との間を通り、平面的に見て前記能動素子が形成される領域を囲うように配置される
     請求項1に記載の半導体装置。
  18.  前記構造物は、前記受動素子が形成される領域と、前記能動素子が形成される領域との間で、前記受動素子と前記能動素子とを結ぶ直線上に少なくとも存在するように配置される
     請求項1に記載の半導体装置。
  19.  複数の前記受動素子が配置される素子領域と、前記素子領域の周辺に配置され、前記能動素子により構成される周辺回路との間に、1本または複数本の前記構造物が形成される構造物形成領域が設けられる
     請求項1に記載の半導体装置。
  20.  前記構造物は、前記素子形成部を構成するシリコン層内で赤外光を反射または吸収する材料により構成される
     請求項19に記載の半導体装置。
  21.  前記素子形成部を構成する基板は、シリコン層の間に、前記シリコンとは屈折率の異なる材料により構成される層が形成されて構成される
     請求項19に記載の半導体装置。
  22.  前記構造物は、前記素子形成部を構成するシリコン層内で赤外光を反射または吸収する材料により構成される
     請求項21に記載の半導体装置。
  23.  前記構造物は、平面的に見て前記素子領域を囲うように、少なくとも二重に配置されるとともに、周方向に複数に分割されており、隣り合う前記構造物どうしが、半周期ずらして配置されている
     請求項19に記載の半導体装置。
  24.  複数の前記構造物が、平面的に見て前記素子領域の周囲を連続的に囲うように配置されている
     請求項19に記載の半導体装置。
  25.  複数の素子が形成される素子形成部と、
     前記素子形成部に積層され、前記素子間を接続する配線が形成される配線部と
     を備え、
     前記素子形成部に、
      光を受光して光電変換を行う受光素子と、
      前記受光素子の周辺に配置される周辺回路を構成する能動素子と、
      前記受光素子および前記能動素子の間に、前記素子形成部の厚み方向の隙間が所定の間隔以下となるように形成され、光の伝搬を妨げる材料により構成される構造物と
     が配置され、
     前記素子形成部に前記配線部が積層される表面に対して反対側となる裏面に、前記受光素子が受光する光が照射され、
     前記素子形成部および前記配線部が積層されて構成される基板の表面側に、その基板を支持する支持基板が接合されて構成される
     固体撮像素子。
  26.  複数の素子が形成される素子形成部と、
     前記素子形成部に積層され、前記素子間を接続する配線が形成される配線部と
     を備え、
     前記素子形成部に、
      光を受光して光電変換を行う受光素子と、
      前記受光素子の周辺に配置される周辺回路を構成する能動素子と、
      前記受光素子および前記能動素子の間に、前記素子形成部の厚み方向の隙間が所定の間隔以下となるように形成され、光の伝搬を妨げる材料により構成される構造物と
     が配置され、
     前記素子形成部に前記配線部が積層される表面に対して反対側となる裏面に、前記受光素子が受光する光が照射され、
     前記素子形成部および前記配線部が積層されて構成される基板の表面側に、その基板を支持する支持基板が接合されて構成される
     固体撮像素子を備える電子機器。
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