WO2017098779A1 - 固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2017098779A1
WO2017098779A1 PCT/JP2016/078614 JP2016078614W WO2017098779A1 WO 2017098779 A1 WO2017098779 A1 WO 2017098779A1 JP 2016078614 W JP2016078614 W JP 2016078614W WO 2017098779 A1 WO2017098779 A1 WO 2017098779A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solid
imaging device
state imaging
groove
pixel
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/078614
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
創造 横川
Original Assignee
ソニー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ソニー株式会社 filed Critical ソニー株式会社
Priority to CN201680070203.5A priority Critical patent/CN108369949B/zh
Priority to US15/777,853 priority patent/US10910504B2/en
Publication of WO2017098779A1 publication Critical patent/WO2017098779A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/201—Filters in the form of arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/71—Circuitry for evaluating the brightness variation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H04N25/704—Pixels specially adapted for focusing, e.g. phase difference pixel sets
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/22—Absorbing filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/26—Reflecting filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements

Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device, an imaging apparatus, and a method for manufacturing the solid-state imaging device.
  • pixels of a solid-state image sensor do not have sensitivity to polarized light, and when it is desired to acquire information on the polarization of a subject, a predetermined polarizing filter is used to guide light to the solid-state image sensor. It is required to be placed in the front stage of the system.
  • Patent Document 1 proposes a technique in which a dielectric multilayer film having different reflection or transmission characteristics with respect to the TE wave and TM wave of a light receiving element is laminated on the upper layer of a pixel.
  • Document 2 proposes a technique in which a wire grid polarizing element in which metal wires are arranged at an interval narrower than the electromagnetic wave wavelength to be detected is arranged on the upper layer of the light receiving element.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 have an advantage that a pixel having sensitivity in an arbitrary polarization direction can be designed, a special optical element is used for detecting the polarization of the light receiving element. It is required to be mounted on the upper layer. Further, with the techniques proposed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the sensitivity is reduced by half with respect to non-polarized incident light, such as reflection or absorption of non-transmissive polarized light components.
  • a solid-state imaging device capable of providing a pixel with polarization sensitivity while suppressing a decrease in sensitivity to non-polarized incident light.
  • a manufacturing method is proposed.
  • a light receiving element that constitutes a plurality of pixels, and a groove provided on the surface of at least a part of the pixels in the light receiving element and extending along a predetermined direction
  • a solid-state imaging device in which two or more directions including at least two directions orthogonal to each other exist as directions in which the groove portion extends.
  • a light receiving element constituting a plurality of pixels, and a groove provided on a surface of at least a part of the pixels in the light receiving element and extending along a predetermined direction
  • a solid-state imaging device having two or more directions including at least two directions orthogonal to each other, and an optical system that guides light to the solid-state imaging device;
  • An imaging apparatus including at least the above is provided.
  • the groove portion includes a groove portion that extends along a predetermined direction on the surface of the base material that functions as a light receiving element that forms a plurality of pixels, and the groove portion extends.
  • a method of manufacturing a solid-state imaging device is provided in which two or more directions including at least two directions orthogonal to each other are set as the directions that are orthogonal to each other.
  • the sensitivity decreases even when non-polarized incident light is incident. Can be suppressed.
  • the pixel provided with the groove shows different pixel characteristics depending on the polarization direction of the incident light.
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a unit pixel in the solid-state imaging device according to the embodiment.
  • FIG. It is explanatory drawing which showed typically the pixel array part of the solid-state image sensor concerning the embodiment. It is explanatory drawing for demonstrating the groove part provided in the pixel array part of the solid-state image sensor concerning the embodiment. It is a graph for demonstrating the groove part provided in the pixel array part of the solid-state image sensor concerning the embodiment. It is explanatory drawing which showed typically the structure of the pixel array part of the solid-state image sensor concerning the embodiment.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the overall configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
  • a four-transistor back-illuminated image sensor will be described as an example of the solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device 100 includes a pixel array unit 10, a vertical drive unit 20, a column processing unit 30, a horizontal drive unit 40, and a system control unit 50. And comprising.
  • the pixel array unit 10, the vertical driving unit 20, the column processing unit 30, the horizontal driving unit 40, and the system control unit 50 are formed on, for example, a single semiconductor substrate (chip) (not shown).
  • the solid-state imaging device 100 further includes a signal processing unit 60 and a data storage unit 70.
  • the signal processing unit 60 and the data storage unit 70 may be configured by an external signal processing unit that is provided on a substrate different from the solid-state imaging device 100 and performs processing by, for example, a DSP (Digital Signal Processor) or software.
  • the signal processing unit 60 and the data storage unit 70 may be mounted on the same semiconductor substrate as that on which the pixel array unit 10 and the like are formed, for example.
  • the pixel array unit 10 includes a plurality of unit pixels (hereinafter also simply referred to as “pixels”) arranged two-dimensionally in a matrix.
  • each pixel has a photoelectric conversion element (in this embodiment, a photodiode) that generates and accumulates photoelectric charges (hereinafter simply referred to as “charges”) corresponding to the amount of incident light.
  • a photoelectric conversion element in this embodiment, a photodiode
  • charges photoelectric charges
  • the pixel array unit 10 further includes a pixel drive line L1 formed along the row direction (left-right direction in FIG. 1) for each row of pixels arranged two-dimensionally in a matrix, and a column direction ( A vertical signal line L2 formed in the vertical direction in FIG.
  • Each pixel drive line L1 is connected to a pixel in a corresponding row, and each vertical signal line L2 is connected to a pixel in a corresponding column.
  • One end of the pixel drive line L1 is connected to the output end of the row of the vertical drive unit 20 corresponding to the pixel drive line L1, and one end of the vertical signal line L2 is connected to the column processing unit corresponding to the vertical signal line L2. Connected to the input end of 30 columns.
  • the pixel drive line L1 for each row is shown by one signal line. However, as will be described later, normally, a plurality of transistors that drive a plurality of transistors that constitute a pixel are used. A signal line is provided for each row.
  • the vertical drive unit 20 is realized by circuit elements such as a shift register and an address decoder, for example.
  • the vertical drive unit 20 outputs various drive signals to each pixel of the pixel array unit 10, drives each pixel, and reads a signal from each pixel.
  • the column processing unit 30 performs predetermined signal processing on the pixel signal output from the predetermined pixel in the selected row via the vertical signal line L2 for each pixel column of the pixel array unit 10, and after the signal processing. Are temporarily held.
  • the column processing unit 30 performs at least noise removal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) processing as signal processing.
  • the CDS process in the column processing unit 30 can remove, for example, fixed pattern noise unique to a pixel due to reset noise, variation in threshold values of amplification transistors, and the like.
  • an AD (Analog to Digital) conversion function may be provided in the column processing unit 30 to output a digital signal.
  • the horizontal drive unit 40 is realized by circuit elements such as a shift register and an address decoder, for example.
  • the horizontal drive unit 40 selectively scans unit circuits (not shown) provided for each column of the column processing unit 30 sequentially.
  • the pixel signals subjected to signal processing by each unit circuit of the column processing unit 30 by the selective scanning of the horizontal driving unit 40 are sequentially output to the signal processing unit 60.
  • the system control unit 50 is realized by, for example, a timing generator that generates timing signals for various operations of the solid-state imaging device 100.
  • Various timing signals generated by the system control unit 50 are supplied to the vertical driving unit 20, the column processing unit 30, and the horizontal driving unit 40, and each unit is driven and controlled based on these timing signals.
  • the signal processing unit 60 performs various signal processing such as addition processing on the pixel signal output from the column processing unit 30.
  • the data storage unit 70 temporarily stores data required when the signal processing unit 60 performs predetermined signal processing.
  • the pixel usually includes one photodiode 1001 (photoelectric conversion element), various active elements including MOS transistors provided for the one photodiode 1001, and a floating diffusion (FD) region 1011.
  • the pixel includes a transfer transistor 1003, an amplification transistor 1005, a reset transistor 1007, and a selection transistor 1009 as various active elements.
  • FIG. 2 shows an example in which various transistors are composed of MOS transistors having an N-type carrier polarity.
  • three signal wirings including a transfer wiring 1013, a reset wiring 1015, and a selection wiring 1017 in the row direction (left-right direction in FIG. 2) are provided for one pixel.
  • the vertical signal line L2 is provided in the column direction (vertical direction in FIG. 2).
  • the pixel 10 is also provided with a two-dimensional wiring used as a light shielding film at the pixel boundary portion and the black level detection pixel.
  • the photodiode 1001 converts incident light into an amount of electric charge (here, electrons) corresponding to the amount of incident light (that is, incident light is photoelectrically converted into electric charge).
  • the anode of the photodiode 1001 is grounded as shown in FIG.
  • the transfer transistor 1003 is provided between the cathode of the photodiode 1001 and the FD region 1011.
  • the transfer transistor 1003 is turned on when a high level signal is input to the gate of the transfer transistor 100 via the transfer wiring 1013 from the vertical drive unit L1, and charges (electrons) photoelectrically converted by the photodiode 1001 are transferred to the FD region 1011. Forward. Note that the charge transferred to the FD region 1011 is converted into a voltage (potential) in the FD region 1011.
  • the gate of the amplification transistor 1005 is connected to the FD region 1011.
  • the drain of the amplification transistor 1005 is connected to the supply terminal of the power supply voltage Vdd , and the source of the amplification transistor 1005 is connected to the vertical signal line L2 via the selection transistor 1009.
  • the amplification transistor 1005 amplifies the potential (voltage signal) of the FD region 1011 and outputs the amplified signal to the selection transistor 1009 as an optical accumulation signal (pixel signal).
  • the reset transistor 1007 is provided between the supply terminal of the power supply voltage V dd and the FD region 1011.
  • the reset transistor 1007 is turned on when a high level signal is input to the gate of the reset transistor 1007 via the reset wiring 1015, and the potential of the FD region 1011 is reset to the power supply voltage Vdd .
  • the selection transistor 1009 is provided between the amplification transistor 1005 and the vertical signal line L2.
  • the selection transistor 1009 is turned on when a high level signal is input to the gate of the selection transistor 1009 via the selection wiring 1017 and outputs the voltage signal amplified by the amplification transistor 1005 to the vertical signal line L2. . That is, when the solid-state imaging device 100 is a four-transistor type image sensor, selection / non-selection switching of pixels is controlled by the selection transistor 1009.
  • the voltage signal of each pixel output to the vertical signal line L2 is transferred to the column processing unit 30.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a pixel array unit according to the present embodiment.
  • 4 and 5 are an explanatory diagram and a graph for explaining a groove provided in the pixel array unit according to the present embodiment.
  • 6A and 6B are explanatory views schematically showing the structure of the pixel array section according to the present embodiment.
  • 7 to 10 are explanatory views schematically showing the structure of the pixel array section according to this embodiment.
  • 11A to 11E are explanatory views schematically showing the arrangement state of the groove portions in the pixel array portion according to the present embodiment.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram schematically showing the structure of the pixel array section according to this embodiment.
  • the pixel array unit 10 of the solid-state imaging device 100 is formed using a light receiving element 101 as schematically illustrated in FIG. 3, and the light receiving element 101 has a matrix shape (array shape).
  • a plurality of pixels 103 arranged two-dimensionally are configured. As shown in FIG. 3, when the light receiving element surface of the light receiving element 101 is conveniently the xy plane, and the height direction of the pixel array unit 10 is conveniently the z axis positive direction, the plurality of pixels 103 are in the xy plane. It is arranged two-dimensionally above.
  • Patent Document 1 As a result of intensive studies on a method for providing a pixel with polarization sensitivity while suppressing a decrease in sensitivity to non-polarized incident light, the present inventors have disclosed the above in Patent Document 1 and Patent Document 2. Thus, instead of mounting on the upper side of the light receiving element, the inventors have conceived that the light receiving element itself has sensitivity to polarization. As a result of further studies on the technology for that purpose, the present inventors, as schematically shown in FIG. 4, 1 extended along the predetermined extending direction on the surface of the pixel of the light receiving element 101. It has been conceived that a three-dimensional groove portion (groove portion having a substantially V-shaped cross section in FIG. 2) 105 is provided.
  • the pixel 103 can have different reflection characteristics and absorption characteristics.
  • the analysis result shown in FIG. 5 shows that the incident electromagnetic wave is incident in parallel to the extending direction of the groove 105 (corresponding to the thick line in FIG. 5), and is orthogonal to the extending direction of the groove 105.
  • the reflection characteristics when incident electromagnetic waves are incident are respectively shown.
  • the horizontal axis represents the wavelength (unit: nm), and the vertical axis represents the reflectance (unit:%).
  • the groove portion 105 is provided directly on the surface of the light receiving element 101, so that when non-polarized light is incident, the groove portion 105 Show common response characteristics regardless of polarization direction.
  • the strength does not decrease as in the case of the wire grid type polarizing element, and the light receiving element 101 according to the present embodiment responds to non-polarized light as a normal pixel.
  • the light receiving element 101 according to the present embodiment responds to non-polarized light as a normal pixel.
  • the pixel 103 of the pixel array unit 10 includes the light receiving element 101 functioning as a light absorption layer, and the surface of the light receiving element 101 (z-axis positive direction). Is provided with a groove portion 105 having a substantially V-shaped cross section and extending along the y-axis direction. Further, the pixel 103 according to the present embodiment has an element isolation structure in the vicinity of the end in the x-axis direction and the end in the y-axis direction of the pixel 103 for the purpose of preventing color mixing with the adjacent pixels 103. A trench structure 109 is preferably formed.
  • a planarizing film 111 is provided above the groove 105 for the purpose of planarizing the surface of the light receiving element 101. Further, in order to prevent color mixing with the pixels 103 adjacent to each other, it is preferable that a light shielding portion 113 is provided above the trench structure 109 as shown in FIGS. 6A and 6B.
  • a wavelength selection filter 115 for selecting the wavelength of light that forms an image on the light receiving element 101 is provided in the upper layer of the planarizing film 111, and a light converging structure element (on-) is provided in the upper layer of the wavelength selection filter 115. chip-lens) 117 is provided.
  • the light receiving element 101 is a part that functions as the photodiode 1001 in the equivalent circuit diagram shown in FIG.
  • the light receiving element 101 can be formed using a known semiconductor including a compound semiconductor.
  • a semiconductor is not particularly limited, but in general, single crystal silicon having a thickness of about 3 ⁇ m (a height in the z-axis direction) is often used.
  • the groove 105 mentioned above is formed on the surface of the light receiving element 101 constituting one pixel 103.
  • the width of the groove 105 (w in FIG. 6A) and the interval (that is, the period (pitch)) p between the adjacent grooves 105 are approximately the same as the wavelength of the light of interest, as previously mentioned.
  • the order is Therefore, when the solid-state imaging device 100 according to this embodiment is used as a sensor having sensitivity in the ultraviolet light band, visible light band, and infrared light band, each of the width w and the interval p is in the range of 100 nm to 1000 nm. Preferably there is.
  • each of the width w and the interval p is preferably in the range of 200 nm to 500 nm, and about 350 nm ⁇ 100 nm. More preferably, it is set as the range.
  • each of the width w and the interval p of the groove 105 as shown in FIG. 6A is a size that is an integral number of the pixel size. At this time, it is preferable to set the width w and the interval p of the groove portions 105 so that the number of the groove portions 105 in one pixel is, for example, about 3 to 10.
  • the cross-sectional shape of the groove part 105 is not limited to a substantially V shape as shown in FIG. 6A, and may be a tapered shape as shown in FIG.
  • the groove portion 105 according to the present embodiment has an inclined surface in which the width w decreases from the surface of the light receiving element 101 toward the negative z-axis direction. If so, the bottom surface of the groove 105 may be flat, such as a tapered shape, or a curved surface having a different curvature from the inclined surface. Also good.
  • the depth of the groove 105 is not particularly limited, and may be an arbitrary depth as long as an inclined surface having a substantially V-shaped cross section or a tapered shape as described above exists.
  • the maximum depth of the groove 105 is not particularly specified, but such maximum depth is often determined according to the characteristics of the material used as the light receiving element 101.
  • the surface of the light receiving element 101 is often configured using a Si (100) plane, and at least a part of the groove 105 is formed from the Si (100) plane. It is often configured by cutting out the Si (111) plane. Therefore, when single crystal silicon is used, the angle of the inclined surface is about 54.7 degrees, which is the angle formed by the Si (100) plane and the Si (111) plane, and the depth formed according to this angle is This is the maximum depth of the groove 105 when single crystal silicon is used.
  • a dielectric layer mainly composed of a high dielectric constant (high-k) material is formed on the surface of the groove 105.
  • 107 is preferably provided.
  • the high dielectric constant (high-k) material used for the dielectric layer 107 is not particularly limited, and a known high dielectric constant material can be used.
  • HfO 2 which is a hafnium-based oxide
  • titanium oxide (TiO 2 ) examples of such a high dielectric constant material.
  • Various metal oxides can be mentioned.
  • the pixel 103 provided with the groove 105 as described above exhibits different reflection characteristics or absorption characteristics with respect to incident light polarized in a specific direction.
  • the trench structure 109 provided in the pixel 103 according to this embodiment will be described.
  • an element is formed near the end in the x-axis direction and near the end in the y-axis direction.
  • a trench structure 109 that is an isolation structure is formed.
  • the trench structure 109 can be a trench structure mainly composed of a dielectric material.
  • the dielectric material used for the trench structure 109 include a dielectric material that reflects or absorbs visible light and near-infrared light, and a high dielectric constant (high-k) material.
  • the dielectric material that reflects or absorbs visible light and near infrared light is not particularly limited.
  • silicon oxide (SiO 2 ), silicon oxynitride (SiON), silicon nitride (SiN) ) Etc. can be used.
  • hafnium-based oxides such as HfO 2 , tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and titanium oxide (TiO 2 ) are used. It is possible to use various metal oxides such as.
  • a metal trench structure 119 mainly composed of a metal that reflects or absorbs visible light and near infrared light may be provided.
  • Such a metal trench structure 119 is realized by filling a recess formed as a trench structure with a metal that reflects or absorbs visible light and near infrared light.
  • the metal that reflects or absorbs such visible light and near-infrared light is not particularly limited. For example, at least one selected from the group consisting of tungsten, titanium, copper, aluminum, and alloys thereof. Mention may be made of metals.
  • planarization film 111 provided in the pixel 103 according to the present embodiment will be described.
  • a planarizing film 111 is provided on the upper layer of the light receiving element 101 provided with the groove 105.
  • the planarizing film 111 can be formed using a dielectric material that is transparent to light in the wavelength band of interest.
  • a dielectric material is not particularly limited. For example, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN) can be used.
  • a wavelength selection filter 115 for selecting the wavelength of light that forms an image on the light receiving element 101 is provided above the planarizing film 111.
  • the wavelength selection filter 115 is not particularly limited, and transmits light in such a wavelength band and reflects light in other wavelength bands according to the wavelength band to be imaged on the pixel 103 of interest. What is necessary is just to form using the well-known material to make.
  • a condensing structure element (on-chip-lens) 117 for appropriately forming an image of light incident on the pixel 103 on the light receiving element 101 is provided on the upper layer of the wavelength selection filter 115.
  • 6A and 6B illustrate the case where the light condensing structure element 117 has a convex lens shape, the shape of the light condensing structure element 117 is not particularly limited, and a desired light condensing structure is illustrated. It may have an arbitrary shape depending on the characteristics.
  • Such a condensing structure element 117 can be formed using an optical material having a desired refractive index.
  • a dielectric multilayer film 121 having a shape similar to the shape of the groove 105 is further provided on the upper layer of the groove 105. Is preferred.
  • the dielectric multilayer film 121 since the groove portion 105 having a substantially V-shaped cross section is provided, the dielectric multilayer film 121 has a structural pattern similar to the substantially V-shaped cross section, and has a substantially V-shaped cross section. A multi-layered structure in which a large number of portions are connected in the x direction.
  • the dielectric multilayer film 121 has a multilayer structure in which two or more kinds of dielectrics having different refractive indexes are laminated, and each dielectric layer constituting the dielectric multilayer film 121 has a wavelength of about ⁇ / 4N ⁇ . It preferably has an optical thickness.
  • ⁇ is a center wavelength of light to be detected (in other words, light transmitted through the wavelength selection filter 115), and N ⁇ is a refractive index of the dielectric at the wavelength.
  • a plurality of pixels including the pixel 103 provided with the one-dimensional groove 105 as described above are two-dimensionally arranged.
  • FIGS. 11A to 11H the arrangement state of the pixels 103 provided with the groove 105 will be specifically described with reference to FIGS. 11A to 11H.
  • the arrangement states shown in FIGS. 11A to 11H are merely examples, and arrangement states other than those shown in FIGS. 11A to 11H can be realized.
  • 11A to 11D the left diagram in the figure schematically shows the arrangement state of the wavelength selection filters 115 in the pixel 103, and the right diagram in the figure shows the extension of the groove 105. A combination of directions is schematically shown.
  • the wavelength selection filters 115 are arranged in a so-called Bayer arrangement.
  • a pattern in which three types of wavelength selection filters 115 are arranged for 2 ⁇ 2 pixels is conceivable.
  • the combination of the extending directions of the groove 105 is a pixel group having one extending direction with respect to one unit of 2 ⁇ 2 pixels.
  • a pixel group having a groove 105 extending in the vertical direction in the figure is arranged in the pixel group at the upper left corner, and the pixel group arranged on the right side and below the pixel group is shown in the figure.
  • a pixel group having a groove 105 extending in the left-right direction is arranged.
  • the polarized light that has passed through the wavelength selection filters 115 of C1 to C3 is extended in the vertical direction.
  • the combination of the extending directions of the grooves 105 may be as shown in FIG. 11B instead of the staggered arrangement as shown in FIG. 11A.
  • FIG. 11B in the first row of the pixel group arrangement, only the extension direction of the groove 105 is arranged in the up-down direction, and in the second row, only the extension direction of the groove 105 is the left-right direction.
  • the odd-numbered rows only those in which the extending direction of the groove portion 105 is in the vertical direction are arranged, and in the even-numbered rows, only those in which the extending direction of the groove portion 105 is in the left-right direction are arranged. ing.
  • the groove 105 is formed for all the pixels.
  • the groove 105 is provided only for a specific pixel. It is also possible.
  • the pixels corresponding to the C1 and C3 color filters are not provided with the grooves 105 with respect to the wavelength selection filters 115 arranged in the Bayer array, and the C2 color filter (generally, A groove 105 is provided for a pixel corresponding to two green color filters.
  • the extending direction of the groove 105 is set to the vertical direction
  • the other C2 color filter the extending direction of the groove 105 is set to the left and right direction. .
  • C1 to C4 each has optical characteristics capable of selectively transmitting a specific wavelength band from the visible light band to the near infrared light band.
  • C1 is a green color filter
  • C2 is a red color filter
  • C3 is a blue color filter
  • C4 transmits the entire visible light band. It is a white filter (or transmits it including the near infrared band).
  • the groove 105 can be provided only for a specific pixel.
  • the grooves 105 are not provided for the pixels corresponding to the C1 to C3 color filters, and the grooves 105 are provided for the pixels corresponding to the C4 color filter (generally a white filter). .
  • the extending direction of the groove 105 is set to the vertical direction, and with respect to the other C4 color filter, the extending direction of the groove 105 is set to the horizontal direction. .
  • FIGS. 11E to 11H as shown by the combinations (A) to (D), it is possible to assign pixels having grooves 105 formed in four directions to 2 ⁇ 2 pixels.
  • the extension direction is 0 degree (extension direction pattern A) and 45 degrees (extension direction pattern C) with respect to one of the orthogonal axes that define the arrangement positions of the pixels.
  • 90 degrees (extension direction pattern B) and 135 degrees (extension direction pattern D) are assigned.
  • the pixel array unit 10 As described above with reference to FIGS. 11A to 11H, the pixel array unit 10 according to the present embodiment is provided with the groove portions 105 having two or more orientations having a difference in orientation of about 90 degrees.
  • the groove 105 is configured to detect incident light having a polarization component orthogonal to the extending direction and incident light having a polarization component parallel to the extending direction.
  • the reflection characteristics are closely related to the wavelength of incident light and the structure of the groove 105.
  • the pixel 103 including the wavelength selection filter 115 that transmits light having a shorter wavelength according to the transmission band of the wavelength selection filter 115 is provided with a groove portion 105 having a small period, It is preferable to provide a groove portion 105 having a large period in the pixel 103 provided with the wavelength selection filter 115 that transmits light having a longer wavelength. Thereby, it becomes possible to give the solid-state imaging device 100 a more remarkable sensitivity difference with respect to polarized light from the ultraviolet band to the near infrared band.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the polarization parameter calculation processing in the solid-state imaging device according to the present embodiment.
  • the polarization azimuth angle (that is, the extending direction of the groove 105) is represented by four directions of 0 degrees, 45 degrees, 90 degrees, and 135 degrees, and these are represented as ⁇ 0, ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3, respectively.
  • the horizontal axis is the phase of the azimuth angle of the polarization and the vertical axis is the amplitude
  • the azimuth of the maximum amplitude is the azimuth angle of the polarization
  • the amplitude from the average amplitude is It can be a degree of polarization.
  • the relationship between the polarization intensity information, the azimuth angle and the polarization degree of the polarization is held in advance in a data format such as a lookup table without performing fitting with a sine wave.
  • a data format such as a lookup table without performing fitting with a sine wave.
  • FIGS. 14A to 14E are explanatory views schematically showing the configuration of an imaging apparatus having a solid-state imaging device according to this embodiment.
  • the imaging apparatus 1 includes at least the solid-state imaging device 100 as described above and the optical system 200 that guides light to the solid-state imaging device 100.
  • the imaging device 1 as shown in FIG. 14A can be cited.
  • the solid-state imaging device 100 is provided with a pixel array unit 10 in which grooves 105 in the extending direction such as ⁇ 0 and ⁇ 2 as shown in FIG. 13 are formed.
  • Incident light is imaged onto the pixel array unit 10 of the solid-state imaging device 100 by an arbitrary optical system 200, and image output from the pixel array unit 10 is subjected to signal processing as described above by the signal processing unit 60.
  • the image output subjected to the signal processing is accumulated in the data storage unit 70 or a storage provided outside the solid-state imaging device 100.
  • the solid-state imaging device 100 and the optical system 200 provided in the imaging device 1 are driven and controlled by the driving unit 300.
  • the obtained polarization intensity information is limited to two directions (in the example of FIG. 14A, ⁇ 0 and ⁇ 2).
  • the polarization parameter is calculated. Therefore, when the polarization parameter is calculated using the imaging device 1 as shown in FIG. 14A, it is assumed that a specific application such as “reduces the scattered light component of sunlight in the blue sky” is assumed. It is done.
  • phase difference plate on the upper layer of some pixels in the pixel array unit 10.
  • a phase difference is further generated between the pixel provided with the phase difference plate and the pixel not provided with the phase difference plate. Therefore, unlike the example shown in FIG. 14A, one solid-state imaging device 100 is used.
  • the arrangement of the pixels provided with the phase difference plate is a staggered arrangement.
  • the arrangement pattern of the phase difference plate is not limited to the example shown in FIG. 14B. .
  • each solid-state imaging device 100 is provided with a pixel array unit 10 in which grooves 105 in the extending direction such as ⁇ 0 and ⁇ 2 as shown in FIG. 13 are formed. And Incident light is imaged onto the pixel array units 10A and 10B by arbitrary optical systems 200A and 200B, respectively.
  • Image output from the pixel array units 10A and 10B is subjected to signal processing as described above by the signal processing units 60A and 60B.
  • Each image output subjected to the signal processing is output to the common signal processing unit 400, for example, a polarization parameter calculation process as shown in FIG. 13 or an image that suppresses / emphasizes polarization as described later. Processing is performed.
  • the image signal output from the common signal processing unit 400 is accumulated in the data storage unit 70 or a storage provided outside the solid-state imaging device 100.
  • each pixel array 10 and each optical system 200 provided in the imaging apparatus 1 are driven and controlled by the driving unit 300.
  • the common signal processing unit 400 may be configured by various electric circuits, or various ICs configured by a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. A chip or the like may be used.
  • the arrangement pattern of the grooves 105 in the pixel array unit 10 is the same, but between the one pixel array unit 10 and the optical system 200.
  • the phase difference plate By providing the phase difference plate on the optical path, it becomes possible to acquire polarization components of four or more directions. This makes it possible to calculate the polarization parameters such as the azimuth angle and the polarization degree of the polarization more accurately.
  • the phase difference plate is provided on the optical path between the one pixel array unit 10 and the optical system 200.
  • FIG. 14D for example, Two types of retardation plates having different phase differences may be provided.
  • the extending direction of the groove 105 in each pixel array unit 10 is the same, but as shown in FIG. 14E, the extension of the groove 105 in one pixel array 10 is shown.
  • the installation direction may be different from the extending direction of the groove 105 in the other pixel array unit 10.
  • the configuration of the imaging device 1 including the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment has been briefly described above with reference to FIGS. 14A to 14E.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of the flow of image output processing in the imaging apparatus according to the present embodiment. Note that the image output processing described below is performed by, for example, the signal processing unit 60 included in the solid-state imaging device 100, the common signal processing unit 400 included in the imaging device 1, and the like.
  • the detected light intensities are compared between the pixels 103 that are neighboring pixels of the same color and have the groove portions 105 in different directions (step S101).
  • the common signal processing unit 400 or the like determines whether or not there is a significant sensitivity difference in detected light intensity between pixels to be compared (step S103).
  • the common signal processing unit 400 determines that there is no outstanding polarization component (step S105), performs image processing as a non-polarized image (step S107), and converts the normal image into Output (step S109).
  • the common signal processing unit 400 determines that an excellent polarization component exists (step S111), and calculates the polarization direction and the polarization degree by the method described above (Ste S113). Thereafter, the common signal processing unit 400 or the like may emphasize the polarization by referring to a setting value or the like set in advance in the imaging device 1 or by causing the user to select what processing is to be performed. Or whether it should be suppressed (step S115). In the case of suppressing the polarization, the common signal processing unit 400 or the like outputs an image in which the polarization is suppressed (step S117). On the other hand, when enhancing the polarization, the common signal processing unit 400 or the like outputs an image with the polarization enhanced (step S119).
  • the groove portion 105 is provided in some pixels, so that the intensity ratio information between the polarization component in a specific direction and the non-polarization component, the azimuth angle of polarization, It becomes possible to specify the degree of polarization.
  • various image processing such as image generation with reduced reflected light components and image generation with enhanced reflected light components is performed. It becomes possible to do.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining a method of manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment.
  • the method for manufacturing a solid-state imaging device includes a step of forming a groove portion extending along a predetermined direction on the surface of a base material that functions as a light receiving element constituting a plurality of pixels. It is manufactured by setting two or more directions including at least two directions orthogonal to each other as directions in which the groove portions are extended.
  • a method for manufacturing such a solid-state imaging device will be described.
  • a known photoresist is first applied to the surface of a base material that functions as a light receiving device, and the positions of pixels that form the groove 105 are patterned. Thereafter, anisotropic etching by wet etching is performed using a known etching solution such as a potassium hydroxide (KOH) solution to form the groove 105 (and the trench structure 109, if necessary). .
  • KOH potassium hydroxide
  • ethylenediamine / pyrocatechol EDP
  • 4-methylammonium hydroxide TMAH
  • hydrated hydrazine N 2 H 4 .H 2 O
  • an intermediate layer such as the dielectric layer 107, the dielectric multilayer film 121, and the like is formed using the material described above.
  • a method for forming such an intermediate layer is not particularly limited, and is a chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition: CVD), a plasma chemical vapor deposition method (Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition: PCVD), A known method such as an atomic layer deposition (ALD) can be used.
  • a planarizing film 111 is formed using a transparent dielectric material such as SiO 2 or SiN.
  • a method for forming the planarizing film 111 is not particularly limited, and a known method such as CVD, vacuum deposition, sputtering, thermal CVD, or plasma CVD can be used.
  • the wavelength selection filter 115 and the condensing structure element 117 are sequentially formed using a known material as described above. Thereby, the pixel array unit 10 of the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment can be manufactured.
  • the groove portion 105 is formed using the (100) plane of single crystal silicon. Is preferably formed. By performing anisotropic etching on such a Si (100) surface, the groove 105 using the Si (111) surface can be formed.
  • the orientation of the crystal axis is determined in advance, so that the groove 105 using the Si (111) plane cannot be mounted in an arbitrary orientation.
  • the pixel array unit 10 having the groove portions 105 having different azimuth angles can be realized relatively simply. .
  • the solid-state imaging device functions as a normal image sensor pixel for non-polarized incident light, but has different reflection absorption for incident light having a polarization component. It functions as a pixel having characteristics.
  • the groove provided in the solid-state imaging device functions as a high-quality antireflection film having a low reflectance in a wide band from the entire visible wavelength range to infrared rays with respect to non-polarized light. To do.
  • the groove part which concerns on embodiment of this indication is incident light which has a polarization component parallel to the extension direction of a groove part with respect to the light which has a polarization component, and a polarization component orthogonal to an extension direction. Functions as a sensor surface having different reflection characteristics. As a result, a pixel having a substantially equivalent sensitivity to the non-polarized component while having a different sensitivity to the polarized component is realized.
  • the azimuth angle and polarization degree of polarization can be calculated by fitting each sensitivity difference with a specific function from the sensitivity difference of the detected pixels, or by comparing it with the value in the lookup table. It becomes possible to specify. By using such information, it is possible to enhance or suppress the polarization component on the captured image.
  • the solid-state imaging device according to the embodiment of the present disclosure is manufactured using the crystal plane of single crystal silicon, the increase in the silicon surface area can be limited. As a result, it is possible to suppress deterioration of various characteristics as a solid-state imaging device such as dark current due to crystal defects of the semiconductor crystal, random noise, and increase in white spots. In addition, since it is possible to form a groove using the surface orientation dependence of single crystal silicon, it is possible to realize a groove of the correct size at an accurate position, and stable manufacturing with little individual variation. Is possible.
  • the solid-state imaging device according to the present disclosure will be specifically described with reference to examples.
  • the Example shown below is an example of the solid-state image sensor concerning this indication to the last, Comprising:
  • the solid-state image sensor concerning this indication is not limited to the following example.
  • a simulation was performed on the difference in sensitivity characteristics with respect to polarization of a pixel in which a groove portion according to the present disclosure was formed by using an electromagnetic field analysis (FDTD simulation) using a time domain difference method.
  • FDTD simulation electromagnetic field analysis
  • the width w and the interval p of the groove part 105 were 300 nm or 400 nm, respectively.
  • FIG. 17 shows a simulation result when the width w and interval p of the groove 105 are 300 nm
  • FIG. 18 shows a simulation result when the width w and interval p of the groove 105 is 400 nm.
  • the horizontal axis represents the wavelength of the incident electromagnetic wave (400 nm to 800 nm)
  • the vertical axis represents the light absorption amount of the pixel.
  • the thick line represents the component orthogonal to the extending direction of a groove part
  • the thin line represents the component parallel to the extending direction of a groove part.
  • the ratio of the pixel sensitivity about a parallel component and an orthogonal component is shown with the broken line.
  • the sensitivity of the parallel component is about 50% higher than the sensitivity of the orthogonal component for the Blue pixel and the Green pixel, and the ratio of the two is relatively small in the Red pixel. I understand.
  • the sensitivity of the parallel component is about 50% to 100% higher than the sensitivity of the orthogonal component for the Red pixel and the Green pixel, and the ratio between the two is relatively small for the Blue pixel.
  • a light receiving element constituting a plurality of pixels
  • a groove portion provided on a surface of at least a part of the pixels in the light receiving element, and extending along a predetermined direction;
  • a solid-state imaging device in which two or more directions including at least two directions orthogonal to each other exist as directions in which the groove portion extends.
  • a first groove portion provided on a surface of a part of the pixels in the light receiving element and extending along a first direction;
  • a second groove portion provided on a surface of a part of the pixels in the light receiving element and extending along a second direction orthogonal to the first direction;
  • the solid-state imaging device according to (1), wherein (3)
  • the cross-sectional shape of the said groove part is a solid-state image sensor as described in (1) or (2) which is a substantially V shape or a taper shape.
  • a plurality of the groove portions are provided on the light receiving surface of each pixel, The solid-state imaging device according to any one of (1) to (3), wherein an interval between adjacent groove portions and a width of the groove portions are in a range of 100 nm to 1000 nm, respectively.
  • a plurality of the groove portions are provided on the light receiving surface of each pixel, The solid-state imaging device according to any one of (1) to (4), wherein an interval between the adjacent groove portions and a width of the groove portion are each a size that is an integral number of a pixel size. .
  • the trench structure is a metal trench structure whose main component is a metal that reflects or absorbs visible light and near infrared light.
  • the metal that reflects or absorbs visible light and near-infrared light is at least one metal selected from the group consisting of tungsten, titanium, copper, aluminum, and alloys thereof.
  • Solid-state image sensor (12) The solid-state imaging device according to (9), wherein the trench structure is a trench structure mainly composed of a dielectric material.
  • the dielectric material is a dielectric material that reflects or absorbs the visible light and near-infrared light, or a high dielectric constant (high-k) material.
  • the solid-state imaging device wherein the dielectric material that reflects or absorbs visible light and near-infrared light is SiO 2 or SiN.
  • the high dielectric constant (high-k) material is HfO, Ta 2 O 5 or TiO 2 .
  • the direction in which the groove is extended is substantially parallel to a direction that forms 0 degrees, 45 degrees, 90 degrees, or 135 degrees with respect to one of the orthogonal axes that define the arrangement positions of the pixels.
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (15).
  • the light receiving element is made of single crystal silicon
  • a light receiving element constituting a plurality of pixels, and a groove provided on a surface of at least a part of the pixels in the light receiving element, and extending along a predetermined direction, and the groove
  • An imaging apparatus comprising at least.
  • imaging device wherein (22) A signal processing unit that calculates at least one of an azimuth angle and a polarization degree of polarized light incident on the solid-state image sensor based on intensity information of incident light output from the solid-state image sensor (18)
  • the imaging device according to any one of (21) to (21). (23) forming a groove portion extending along a predetermined direction on the surface of the base material functioning as a light receiving element constituting a plurality of pixels; A method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein two or more directions including at least two directions orthogonal to each other are set as directions in which the groove portions are extended.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

【課題】無偏光の入射光に対する感度低下を抑制しつつ、画素に対して偏光感度を持たせることが可能な、固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の製造方法を提案すること。 【解決手段】本開示に係る固体撮像素子は、複数の画素を構成する受光素子と、前記受光素子における少なくとも一部の前記画素の表面に設けられており、所定の方向に沿って延設された溝部と、を備え、前記溝部が延設されている方向として、互いに直交する２つの方向を少なくとも含む２以上の方向が存在する。

Description

固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の製造方法
　本開示は、固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の製造方法に関する。
　一般に、固体撮像素子の画素は、偏光に対して感度を有しておらず、被写体の偏光に関する情報を取得したい場合には、所定の偏光フィルタを、固体撮像素子へと光を導光する光学系の前段に配置することが求められる。
　近年、固体撮像素子における受光素子の上層に偏光素子を配置することで、画素に偏光感度を持たせる技術が提案されている。
　例えば、以下の特許文献１には、受光素子のＴＥ波及びＴＭ波に対して異なる反射又は透過特性を有する誘電体多層膜を、画素の上層に積層させる技術が提案されており、以下の特許文献２には、受光素子の上層に対して、検出したい電磁波波長よりも狭い間隔で金属線の配置されたワイヤーグリッド偏光素子を配置する技術が提案されている。
特許第４９７４５４３号公報 特開２０１０－２６３１５８号公報
　しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に提案されている技術は、任意の偏光方向に感度を有する画素を設計できるという利点がある反面、偏光を検出するために特殊な光学素子を受光素子の上層に実装することが求められる。また、上記特許文献１及び特許文献２に提案されている技術では、非透過の偏光成分を反射したり吸収したりしてしまうなど、無偏光の入射光に対して感度が半減してしまう。
　そこで、本開示では、上記事情に鑑みて、無偏光の入射光に対する感度低下を抑制しつつ、画素に対して偏光感度を持たせることが可能な、固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の製造方法を提案する。
　本開示によれば、複数の画素を構成する受光素子と、前記受光素子における少なくとも一部の前記画素の表面に設けられており、所定の方向に沿って延設された溝部と、を備え、前記溝部が延設されている方向として、互いに直交する２つの方向を少なくとも含む２以上の方向が存在する固体撮像素子が提供される。
　また、本開示によれば、複数の画素を構成する受光素子と、前記受光素子における少なくとも一部の前記画素の表面に設けられており、所定の方向に沿って延設された溝部と、を有し、前記溝部が延設されている方向として、互いに直交する２つの方向を少なくとも含む２以上の方向が存在する固体撮像素子と、前記固体撮像素子へと光を導光する光学系と、を少なくとも備える撮像装置が提供される。
　また、本開示によれば、複数の画素を構成する受光素子として機能する基材の表面に対して、所定の方向に沿って延設された溝部を形成することを含み、前記溝部が延設されている方向として、互いに直交する２つの方向を少なくとも含む２以上の方向を設定する固体撮像素子の製造方法が提供される。
　本開示によれば、受光素子における少なくとも一部の画素の表面に、所定の方向に沿って延設された溝部を設けることで、無偏光の入射光が入射した場合であっても、感度低下を抑制することが可能となる。また、偏光が入射した場合には、溝部の設けられた画素は、入射光の偏光方向に応じて異なる画素特性を示す。
　以上説明したように本開示によれば、無偏光の入射光に対する感度低下を抑制しつつ、画素に対して偏光感度を持たせることが可能となる。
　なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は、本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
本開示の実施形態に係る固体撮像素子の全体構成を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子における単位画素の等価回路図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部に設けられる溝部について説明するための説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部に設けられる溝部について説明するためのグラフ図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部の構造を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部の構造を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部の構造を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部の構造を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部の構造を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部の構造を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部における溝部の配置状態について模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部における溝部の配置状態について模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部における溝部の配置状態について模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部における溝部の配置状態について模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部における溝部の配置状態について模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部における溝部の配置状態について模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部における溝部の配置状態について模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部における溝部の配置状態について模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の画素アレイ部の構造を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子における偏光パラメータの算出処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子を有する撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子を有する撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子を有する撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子を有する撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子を有する撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る撮像装置における画像出力処理の流れの一例を示した流れ図である。 同実施形態に係る固体撮像素子の製造方法について説明するための説明図である。 同実施形態に係る固体撮像素子についてのシミュレーション結果を示したグラフ図である。 同実施形態に係る固体撮像素子についてのシミュレーション結果を示したグラフ図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　１．第１の実施形態
　　１．１．固体撮像素子の全体構成について
　　１．２．単位画素の等価回路図について
　　１．３．画素アレイ部の構造について
　　１．４．偏光パラメータの算出処理について
　　１．５．撮像装置の構成について
　　１．６．撮像装置における画像出力処理の流れについて
　　１．７．固体撮像素子の製造方法について
　２．まとめ
　３．実施例
（第１の実施形態）
＜固体撮像素子の全体構成について＞
　まず、図１を参照しながら、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子の全体構成について、簡単に説明する。図１は、本実施形態に係る固体撮像素子の全体構成を模式的に示した説明図である。なお、以下では、固体撮像素子として、４トランジスタ型の裏面照射型のイメージセンサを例に挙げて説明を行うものとする。
　本実施形態に係る固体撮像素子１００は、図１に模式的に示したように、画素アレイ部１０と、垂直駆動部２０と、カラム処理部３０と、水平駆動部４０と、システム制御部５０と、を備える。なお、画素アレイ部１０、垂直駆動部２０、カラム処理部３０、水平駆動部４０及びシステム制御部５０は、例えば、未図示の一枚の半導体基板（チップ）上に形成される。
　また、固体撮像素子１００は、更に、信号処理部６０及びデータ格納部７０を備えることが好ましい。なお、信号処理部６０及びデータ格納部７０は、固体撮像素子１００とは別の基板に設けられた、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やソフトウェアにより処理を行う外部信号処理部で構成してもよい。また、信号処理部６０及びデータ格納部７０を、例えば画素アレイ部１０等が形成される半導体基板と同じ半導体基板上に搭載してもよい。
　画素アレイ部１０は、行列状に２次元配置された複数の単位画素（以下、単に「画素」ともいう。）を備える。また、各画素には、入射光量に対応した電荷量の光電荷（以下、単に「電荷」という）を発生して内部に蓄積する光電変換素子（本実施形態では、フォトダイオードである。）が設けられる。
　画素アレイ部１０は、更に、行列状に２次元配置された画素の行ごとに、行方向（図１における左右方向）に沿って形成された画素駆動線Ｌ１と、列ごとに、列方向（図１における上下方向）に沿って形成された垂直信号線Ｌ２と、を備える。なお、各画素駆動線Ｌ１は、対応する行の画素に接続され、各垂直信号線Ｌ２は、対応する列の画素に接続される。
　また、画素駆動線Ｌ１の一端は、かかる画素駆動線Ｌ１に対応する垂直駆動部２０の行の出力端に接続され、垂直信号線Ｌ２の一端は、かかる垂直信号線Ｌ２に対応するカラム処理部３０の列の入力端に接続される。なお、図１では、説明を簡略化するため、行ごとの画素駆動線Ｌ１を１本の信号線で示すが、後述のように、通常、画素を構成する複数のトランジスタをそれぞれ駆動する複数の信号線が行ごとに設けられる。
　垂直駆動部２０は、例えば、シフトレジスタ、アドレスデコーダ等の回路素子により実現される。垂直駆動部２０は、画素アレイ部１０の各画素に各種駆動信号を出力して、各画素を駆動し、各画素から信号を読み出す。
　カラム処理部３０は、画素アレイ部１０の画素の列ごとに、選択行の所定の画素から垂直信号線Ｌ２を介して出力される画素信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
　具体的には、カラム処理部３０は、信号処理として少なくとも、例えばＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関二重サンプリング）処理等のノイズ除去処理を行う。カラム処理部３０におけるＣＤＳ処理により、例えば、リセットノイズ、増幅トランジスタの閾値ばらつき等に起因する画素固有の固定パターンノイズを除去することができる。なお、上述したノイズ除去機能以外に、例えば、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ　ｔｏ　Ｄｉｇｉｔａｌ）変換機能をカラム処理部３０に設けて、デジタル信号を出力する構成としてもよい。
　水平駆動部４０は、例えば、シフトレジスタ、アドレスデコーダ等の回路素子により実現される。水平駆動部４０は、カラム処理部３０の列ごとに設けられた単位回路（図示せず。）を順次、選択走査する。この水平駆動部４０の選択走査により、カラム処理部３０の各単位回路で信号処理された画素信号は、順次、信号処理部６０に出力される。
　システム制御部５０は、固体撮像素子１００の各種動作のタイミング信号を生成する例えばタイミングジェネレータ等により実現される。そして、システム制御部５０で生成された各種タイミング信号は、垂直駆動部２０、カラム処理部３０及び水平駆動部４０に供給され、これらのタイミング信号に基づいて各部が駆動制御される。
　信号処理部６０は、カラム処理部３０から出力される画素信号に対して、例えば加算処理等の各種の信号処理を実施する。また、データ格納部７０は、信号処理部６０で所定の信号処理を行う際に必要なデータを、一時的に格納する。
　以上、図１を参照しながら、本実施形態に係る固体撮像素子１００の全体構成を簡単に説明した。
＜単位画素の等価回路図について＞
　次に、図１に示したような４トランジスタ型のイメージセンサにおける単位画素の等価回路図について、図２を参照しながら簡単に説明する。
　画素は、通常、一つのフォトダイオード１００１（光電変換素子）と、かかる一つのフォトダイオード１００１に対して設けられたＭＯＳトランジスタからなる各種能動素子と、フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１０１１と、を備える。図２に示した例では、画素は、各種能動素子として、転送トランジスタ１００３、増幅トランジスタ１００５、リセットトランジスタ１００７及び選択トランジスタ１００９を有している。なお、図２では、各種トランジスタをキャリア極性がＮ型のＭＯＳトランジスタで構成した例を図示している。
　また、図２に示す例では、一つの画素に対して、行方向（図２における左右方向）に転送配線１０１３、リセット配線１０１５及び選択配線１０１７の３本の信号配線（画素駆動線Ｌ１）が設けられており、列方向（図２における上下方向）に垂直信号線Ｌ２が設けられている。なお、図２には図示していないが、画素１０には、画素境界部分及び黒レベル検出画素に、遮光膜として利用される２次元配線も設けられる。
　フォトダイオード１００１は、入射光を、入射光の光量に対応する量の電荷（ここでは電子である。）へと変換する（すなわち、入射光が電荷へと光電変換される。）。なお、フォトダイオード１００１のアノードは、図２に示したように接地されている。
　転送トランジスタ１００３は、フォトダイオード１００１のカソードと、ＦＤ領域１０１１との間に設けられる。転送トランジスタ１００３は、そのゲートに垂直駆動部Ｌ１から転送配線１０１３を介してハイレベルの信号が入力された際にオン状態となり、フォトダイオード１００１で光電変換された電荷（電子）をＦＤ領域１０１１に転送する。なお、ＦＤ領域１０１１に転送された電荷は、ＦＤ領域１０１１において、電圧（電位）に変換される。
　増幅トランジスタ１００５のゲートは、ＦＤ領域１０１１に接続される。また、増幅トランジスタ１００５のドレインは、電源電圧Ｖｄｄの供給端子に接続され、増幅トランジスタ１００５のソースは、選択トランジスタ１００９を介して垂直信号線Ｌ２に接続される。増幅トランジスタ１００５は、ＦＤ領域１０１１の電位（電圧信号）を増幅し、その増幅信号を光蓄積信号（画素信号）として選択トランジスタ１００９に出力する。
　リセットトランジスタ１００７は、電源電圧Ｖｄｄの供給端子とＦＤ領域１０１１との間に設けられる。リセットトランジスタ１００７は、そのゲートに垂直駆動部２０からリセット配線１０１５を介してハイレベルの信号が入力された際にオン状態となり、ＦＤ領域１０１１の電位を電源電圧Ｖｄｄにリセットする。
　選択トランジスタ１００９は、増幅トランジスタ１００５と垂直信号線Ｌ２との間に設けられる。選択トランジスタ１００９は、そのゲートに垂直駆動部２０から選択配線１０１７を介してハイレベルの信号が入力された際にオン状態となり、増幅トランジスタ１００５で増幅された電圧信号を垂直信号線Ｌ２に出力する。すなわち、固体撮像素子１００が４トランジスタ型のイメージセンサである場合、画素の選択及び非選択の切り替えは、選択トランジスタ１００９により制御される。なお、垂直信号線Ｌ２に出力された各画素の電圧信号は、カラム処理部３０に転送される。
　以上、図２を参照しながら、４トランジスタ型のイメージセンサにおける単位画素の等価回路図について、簡単に説明した。
＜画素アレイ部の構造について＞
　続いて、図３～図１２を参照しながら、本実施形態に係る固体撮像素子１００が備える画素アレイ部１０の構造について、詳細に説明する。
　図３は、本実施形態に係る画素アレイ部を模式的に示した説明図である。図４及び図５は、本実施形態に係る画素アレイ部に設けられる溝部について説明するための説明図及びグラフ図である。図６Ａ及び図６Ｂは、本実施形態に係る画素アレイ部の構造を模式的に示した説明図である。図７～図１０は、本実施形態に係る画素アレイ部の構造を模式的に示した説明図である。図１１Ａ～図１１Ｅは、本実施形態に係る画素アレイ部における溝部の配置状態について模式的に示した説明図である。図１２は、本実施形態に係る画素アレイ部の構造を模式的に示した説明図である。
　本実施形態に係る固体撮像素子１００の画素アレイ部１０は、図３に模式的に示したように、受光素子１０１を用いて形成されており、受光素子１０１には、行列状（アレイ状）に２次元配置された複数の画素１０３が構成されている。図３に示したように、受光素子１０１の受光素子面を便宜的にｘｙ平面とし、画素アレイ部１０の高さ方向を便宜的にｚ軸正方向とすると、複数の画素１０３は、ｘｙ平面上に２次元配置されていることとなる。
　本発明者らは、無偏光の入射光に対する感度低下を抑制しつつ、画素に対して偏光感度を持たせるための方法について鋭意検討を行った結果、上記特許文献１及び特許文献２に開示されているように受光素子の上方に実装するのではなく、受光素子そのものに対して偏光に対する感度を持たせることに想到した。そのための技術について本発明者らは更なる検討を行った結果、図４に模式的に示したように、受光素子１０１の画素の表面に、所定の延設方向に沿って延設された１次元の溝部（図２では、断面略Ｖ字形状の溝部）１０５を設けることに想到した。
　図４に示したような１次元の溝部１０５を受光素子１０１の表面に設けることで、溝部１０５の延設方向に平行な偏光成分と、溝部１０５の延設方向に直交する偏光成分とで、異なる反射特性及び吸収特性を画素１０３に持たせることが可能となると考えられる。
　図４に示したような溝部１０５に対して、ある方向に偏光した入射電磁波が入射する場合について、公知の電磁場解析アプリケーションを用いてシミュレーションを行った。この際、図４に示したような溝部１０５の周期（すなわち、隣接する溝部１０５との間隔）及び溝部１０５の幅は、波長と同程度のオーダーであることが好ましいと考えられることから、本シミュレーションではこれらの大きさを４００ｎｍに設定して、解析を行った。
　図５に示した解析結果は、溝部１０５の延設方向に対して平行に入射電磁波が入射した場合（図５における太線に対応している。）と、溝部１０５の延設方向に対して直交するように入射電磁波が入射した場合（図５における破線に対応している。）と、の反射特性をそれぞれ示したものである。図５において、横軸は、波長（単位：ｎｍ）であり、縦軸は、反射率（単位：％）である。
　図５に示した結果から明らかなように、可視光帯域から近赤外帯域において、溝部１０５の延設方向に対して平行な面で振動する入射電磁波に対して、相対的に大きな反射特性が得られていることが分かる。
　図５に示した結果から、１次元の溝部１０５を受光素子１０１の表面に設けることで、溝部１０５の延設方向に平行な偏光成分と、溝部１０５の延設方向に直交する偏光成分とで、異なる反射特性及び吸収特性を画素１０３に持たせることが可能となることが明らかとなった。
　ここで、上記特許文献２で開示されているようなワイヤーグリッド型の偏光素子では、無偏光の光が入射した場合、ワイヤーグリッド型の偏光素子を透過することで無偏光の光の強度は半減してしまう。しかしながら、本実施形態に係る溝部１０５を有する受光素子１０１では、受光素子１０１の表面に直接溝部１０５を設けていることで、無偏光の光が入射すると、溝部１０５は、無偏光の光に対しては偏光方向に依らず共通の応答特性を示す。その結果、ワイヤーグリッド型の偏光素子のような強度の低下が生じず、本実施形態に係る受光素子１０１は、無偏光の光に対しては通常の画素として応答する。これにより、無偏光の光に対しては通常の画素として応答し、かつ、偏光に対しては異なる感度特性を示す画素を実現することができる。
［画素アレイ部の詳細な構成例］
　図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら、本実施形態に係る画素アレイ部１０が有する画素１０３の構造を、より詳細に説明する。以下の説明では、溝部１０５は、図中に示したｙ軸方向と略平行に延設されているものとする。
　本実施形態に係る画素アレイ部１０の画素１０３は、図６Ａ及び図６Ｂに示したように、光吸収層として機能する受光素子１０１で構成されており、受光素子１０１の表面（ｚ軸正方向の表面）には、断面が略Ｖ字形状であり、ｙ軸方向に沿って延設された溝部１０５が設けられている。また、本実施形態に係る画素１０３では、互いに隣り合う画素１０３との混色を防止する目的で、画素１０３のｘ軸方向の端部付近及びｙ軸方向の端部付近に、素子分離構造であるトレンチ構造１０９が形成されることが好ましい。
　溝部１０５の上方には、受光素子１０１の表面の平坦化を目的として、平坦化膜１１１が設けられている。また、互いに隣り合う画素１０３との混色を防止するために、トレンチ構造１０９の上方には、図６Ａ及び図６Ｂに示したように、遮光部１１３が設けられることが好ましい。
　平坦化膜１１１の上層には、受光素子１０１に結像する光の波長を選択するための波長選択フィルタ１１５が設けられており、波長選択フィルタ１１５の上層には、集光構造素子（ｏｎ－ｃｈｉｐ－ｌｅｎｓ）１１７が設けられる。
　受光素子１０１は、図２に示した等価回路図におけるフォトダイオード１００１として機能する部位である。この受光素子１０１は、化合物半導体を含む公知の半導体を用いて形成することが可能である。このような半導体は、特に限定されるものではないが、一般的には、３μｍ程度の厚み（ｚ軸方向の高さ）を有する単結晶シリコンが用いられることが多い。
　１つの画素１０３を構成する受光素子１０１の表面には、先だって言及した溝部１０５が形成されている。
　ここで、溝部１０５の幅（図６Ａにおけるｗ）と、互いに隣り合う溝部１０５との間隔（すなわち、周期（ピッチ））ｐと、は、先だって言及したように、着目する光の波長と同程度のオーダーであることが好ましい。そのため、本実施形態に係る固体撮像素子１００を、紫外光帯域、可視光帯域及び赤外光帯域に感度を有するセンサとして利用する場合、幅ｗ及び間隔ｐのそれぞれは、１００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲であることが好ましい。また、本実施形態に係る固体撮像素子１００を、可視光帯域に感度を有するセンサとして利用する場合、幅ｗ及び間隔ｐのそれぞれは、２００ｎｍ～５００ｎｍの範囲であることが好ましく、３５０ｎｍ±１００ｎｍ程度の範囲とすることが更に好ましい。
　また、図６Ａに示したような溝部１０５の幅ｗ及び間隔ｐのそれぞれは、画素サイズの整数分の１となる大きさであることが好ましい。この際、１画素における溝部１０５の本数が、例えば、３本～１０本程度となるように、溝部１０５の幅ｗ及び間隔ｐを設定することが好ましい。
　溝部１０５の幅ｗ及び間隔ｐを上記のようにして設計することで、より優れた感度特性を有する固体撮像素子１００を実現することが可能となる。
　なお、溝部１０５の断面形状は、図６Ａに示したような略Ｖ字形状に限定されるものではなく、図７に示したようなテーパ形状であってもよい。また、本実施形態に係る溝部１０５では、図６Ａ及び図７に示したように、受光素子１０１の表面からｚ軸負方向側に向かうに従って幅ｗが減少していくような傾斜面を有していれば、優れた偏光特性を実現することが可能であるため、溝部１０５の底面は、テーパ形状のように平坦であってもよいし、傾斜面とは異なる曲率を有した曲面であってもよい。
　また、溝部１０５の深さについては、特に限定されるものではなく、上記のような断面略Ｖ字形状又はテーパ形状による傾斜面が存在してさえいれば、任意の深さであってよい。溝部１０５の最大深さについても、特に規定するものではないが、このような最大深さは、受光素子１０１として用いる素材の特性に応じて決まることが多い。
　例えば、受光素子１０１として、単結晶シリコンを用いる場合、受光素子１０１の表面は、Ｓｉ（１００）面を用いて構成される場合が多く、溝部１０５の少なくとも一部は、Ｓｉ（１００）面からＳｉ（１１１）面を切り出すことで構成されることが多い。そのため、単結晶シリコンを用いる場合、傾斜面の角度は、Ｓｉ（１００）面とＳｉ（１１１）面とのなす角度である約５４．７度となり、この角度に応じて形成される深さが、単結晶シリコンを用いた場合の溝部１０５の最大深さとなる。
　また、本実施形態に係る固体撮像素子１００では、図８に拡大図を模式的に示したように、溝部１０５の表面に、高誘電率（ｈｉｇｈ－ｋ）素材を主成分とする誘電体層１０７が設けられることが好ましい。このような誘電体層１０７を設けることで、受光素子１０１として用いる半導体材料のフェルミレベルをピニングすることが可能となるとともに、後述する平坦化膜１１１と受光素子１０１との間の屈折率の変化度合いをなだらかなものとすることが可能となる。なお、誘電体層１０７に用いられる高誘電率（ｈｉｇｈ－ｋ）素材は、特に限定されるものではなく、公知の高誘電率素材を用いることが可能である。このような高誘電率素材としては、例えば、ハフニウム系酸化物であるＨｆＯ２や、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）や、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や、酸化チタン（ＴｉＯ２）等といった各種の金属酸化物を挙げることができる。
　以上説明したような溝部１０５が設けられた画素１０３は、特定方向に偏光した入射光に対して異なる反射特性又は吸収特性を示すこととなる。
　再び図６Ａ及び図６Ｂに戻って、本実施形態に係る画素１０３に設けられるトレンチ構造１０９について説明する。
　先だって言及したように、本実施形態に係る画素１０３では、互いに隣り合う画素１０３との混色を防止する目的で、画素１０３のｘ軸方向の端部付近及びｙ軸方向の端部付近に、素子分離構造であるトレンチ構造１０９が形成されることが好ましい。
　かかるトレンチ構造１０９は、誘電体素材を主成分とするトレンチ構造とすることができる。ここで、トレンチ構造１０９に利用される誘電体素材としては、例えば、可視光及び近赤外光を反射又は吸収する誘電体素材、及び、高誘電率（ｈｉｇｈ－ｋ）素材を挙げることができる。可視光及び近赤外光を反射又は吸収する誘電体素材としては、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）等を用いることが可能である。また、高誘電率（ｈｉｇｈ－ｋ）素材としては、ハフニウム系酸化物であるＨｆＯ２や、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）や、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や、酸化チタン（ＴｉＯ２）等といった各種の金属酸化物を用いることが可能である。
　また、本実施形態に係るトレンチ構造１０９として、図９に模式的に示したように、可視光及び近赤外光を反射又は吸収する金属を主成分とする金属トレンチ構造１１９を設けてもよい。かかる金属トレンチ構造１１９は、トレンチ構造として形成した凹部に対して、可視光及び近赤外光を反射又は吸収する金属を充填することで実現される。このような可視光及び近赤外光を反射又は吸収する金属については、特に限定するものではないが、例えば、タングステン、チタン、銅、アルミニウム及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１つの金属を挙げることができる。
　以上説明したようなトレンチ構造１０９を設けることで、単位画素１０３を構成する受光素子１０１の内部で回折した光が、隣接する画素１０３へと透過していくことを防止でき、結果として、隣り合う画素間のクロストークを防止することが可能となる。
　再び図６Ａ及び図６Ｂに戻って、本実施形態に係る画素１０３に設けられる平坦化膜１１１について説明する。
　本実施形態に係る画素１０３では、溝部１０５の設けられた受光素子１０１の上層に、平坦化膜１１１が設けられる。かかる平坦化膜１１１が形成されることで、受光素子１０１と後述する波長選択フィルタ１１５との接触が良好なものとなる。かかる平坦化膜１１１は、着目する波長帯域の光に対して透明な誘電体素材を用いて形成することが可能である。このような誘電体素材は、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）又はシリコン窒化物（ＳｉＮ）等を用いることが可能である。
　かかる平坦化膜１１１の上層には、受光素子１０１に結像する光の波長を選択するための波長選択フィルタ１１５が設けられる。かかる波長選択フィルタ１１５については、特に限定されるものではなく、着目している画素１０３に結像させたい波長帯域に応じて、かかる波長帯域の光を透過させ、他の波長帯域の光を反射させるような公知の材料を用いて形成すればよい。
　波長選択フィルタ１１５の上層には、画素１０３に入射する光を適切に受光素子１０１に結像させるための集光構造素子（ｏｎ－ｃｈｉｐ－ｌｅｎｓ）１１７が設けられる。図６Ａ及び図６Ｂでは、かかる集光構造素子１１７が凸レンズ形状を有している場合について図示しているが、集光構造素子１１７の形状については特に限定されるものではなく、所望の集光特性に応じて、任意の形状を有していればよい。かかる集光構造素子１１７は、所望の屈折率を有する光学素材を用いて形成することが可能である。
　なお、本実施形態に係る画素１０３では、図１０に模式的に示したように、溝部１０５の上層に、溝部１０５の形状と相似した形状を有する誘電体多層膜１２１が更に設けられていることが好ましい。図１０に示した例では、断面略Ｖ字形状の溝部１０５が設けられているため、誘電体多層膜１２１は、断面略Ｖ字形状と相似的な構造パターンを有する、断面が略Ｖ字形状となる部位がｘ方向に沿って多数連結された多層構造となる。この誘電体多層膜１２１は、２種類以上の屈折率が異なる誘電体が積層された多層構造を有しており、誘電体多層膜１２１を構成する各誘電体層は、λ／４Ｎλ程度の光学的な厚みを有していることが好ましい。ここで、λは、検出したい光（換言すれば、波長選択フィルタ１１５を透過した光）の中心波長であり、Ｎλは、かかる波長での誘電体の屈折率である。このような誘電体多層膜１２１を受光素子１０１の上層に設けることで、偏光成分に対する選択性能を向上させることが可能となる。
　以上、図３～図１０を参照しながら、本実施形態に係る画素アレイ部１０が備える画素１０３の構造について、詳細に説明した。
［画素の配列状態について］
　続いて、図１１Ａ～図１１Ｈを参照しながら、本実施形態に係る画素アレイ部１０における画素の配列状態について説明する。
　本実施形態に係る画素アレイ部１０は、以上説明したような一次元の溝部１０５が設けられた画素１０３を含む複数の画素が、２次元に配列されている。ここで、本実施形態に係る画素アレイ部１０では、溝部１０５が延設されている方向として、互いに直交する２つの方向を少なくとも含む２以上の方向が存在する。
　以下、図１１Ａ～図１１Ｈを参照しながら、溝部１０５の設けられた画素１０３の配列状態について、例を挙げながら具体的に説明する。なお、図１１Ａ～図１１Ｈに示した配列状態はあくまでも一例であって、図１１Ａ～図１１Ｈに示した以外の配列状態を実現することも可能である。また、図１１Ａ～図１１Ｄにおいて、図中の左側の図は、画素１０３における波長選択フィルタ１１５の配列状態を模式的に示したものであり、図中の右側の図は、溝部１０５の延設方向の組み合わせを模式的に示したものである。
　図１１Ａに示した配列状態例では、波長選択フィルタ１１５は、いわゆるベイヤー配列で配列されている。かかるベイヤー配列では、２×２画素に対して、３種類の波長選択フィルタ１１５を配置するパターンが考えられる。ここで、波長選択フィルタ１１５は、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の３種類が存在し、それぞれ、可視光帯域～近赤外光帯域の特定の波長帯域を選択的に透過させることが可能な光学的な特徴を有している。具体的には、例えば、Ｃ１は、赤系統の色フィルタであり、対角状に設けられたＣ２は、緑系統の色フィルタであり、Ｃ３は、青系統の色フィルタであることが一般的である。
　この場合に、溝部１０５の延設方向の組み合わせは、図１１Ａ右側の図に示したように、２×２画素の１ユニットに対して、１方向の延設方向を有する画素群が配置される。例えば、左上端部の画素群には、図中の上下方向に溝部１０５が延設された画素群が配置され、この画素群の右隣り及び下に配置される画素群には、図中の左右方向に溝部１０５が延設された画素群が配置される。このように、溝部１０５の延設方向が互いに直交するように画素群を千鳥配置することで、Ｃ１～Ｃ３の各波長選択フィルタ１１５を透過した偏光は、溝部１０５が上下方向に延設された画素１０３に結像するものと、溝部１０５が左右方向に延設された画素１０３に結像するものと、の２種類が存在することとなる。
　また、溝部１０５の延設方向の組み合わせは、図１１Ａに示したような千鳥配置ではなく、図１１Ｂに示したようにすることも可能である。図１１Ｂでは、画素群の配列の１行目は、溝部１０５の延設方向が上下方向であるもののみが配列され、２行目は、溝部１０５の延設方向が左右方向であるもののみが配列されているように、奇数行には、溝部１０５の延設方向が上下方向であるもののみが配列され、偶数行には、溝部１０５の延設方向が左右方向であるもののみが配列されている。
　図１１Ａ及び図１１Ｂは、全ての画素に対して、溝部１０５が形成されている場合の組み合わせ例であったが、図１１Ｃに示したように、特定の画素に対してのみ、溝部１０５を設けることも可能である。図１１Ｃに示した例では、ベイヤー配列に配置された波長選択フィルタ１１５に対して、Ｃ１、Ｃ３の色フィルタに該当する画素には、溝部１０５を設けず、Ｃ２の色フィルタ（一般的には、２つの緑系統の色フィルタ）に該当する画素に対して、溝部１０５を設けている。この際、一方のＣ２の色フィルタについては、溝部１０５の延設方向が上下方向となるようにし、他方のＣ２の色フィルタについては、溝部１０５の延設方向が左右方向となるようにしている。
　また、図１１Ｄに示した例では、ベイヤー配列に配列された波長選択フィルタ１１５について、２×２画素に対して３種類又は４種類の色フィルタを配置するパターンを示している。ここで、色フィルタは、Ｃ１～Ｃ４の４種類があり、それぞれ、可視光帯域～近赤外光帯域の特定の波長帯域を選択的に透過させることが可能な光学的な特徴を有している。具体的には、例えば、Ｃ１は、緑系統の色フィルタであり、Ｃ２は、赤系統の色フィルタであり、Ｃ３は、青系統の色フィルタであり、Ｃ４は、可視光帯域全域を透過させる（又は、近赤外線帯域まで含めて透過させる）ホワイトフィルタである。
　この場合においても、図１１Ｃと同様に、特定の画素に対してのみ、溝部１０５を設けることが可能である。図１１Ｄでは、Ｃ１～Ｃ３の色フィルタに該当する画素には、溝部１０５を設けず、Ｃ４の色フィルタ（一般的には、ホワイトフィルタ）に該当する画素に対して、溝部１０５を設けている。この際、一方のＣ４の色フィルタについては、溝部１０５の延設方向が上下方向となるようにし、他方のＣ４の色フィルタについては、溝部１０５の延設方向が左右方向となるようにしている。
　また、図１１Ｅ～図１１Ｈにおいて、組み合わせ（Ａ）～（Ｄ）で示したように、２×２画素に対して、４方向に溝部１０５が形成された画素を割り当てることも可能である。図１１Ｅ～図１１Ｈでは、延設方向として、画素の配設位置を規定する直交軸の一方に対して０度のもの（延設方向パターンＡ）、４５度のもの（延設方向パターンＣ）、９０度のもの（延設方向パターンＢ）、１３５度のもの（延設方向パターンＤ）の４種類が割り当てられている。
　以上、図１１Ａ～図１１Ｈを参照しながら説明したように、本実施形態に係る画素アレイ部１０では、略９０度の方位の違いを有する２方位以上の溝部１０５が設けられている。
　ここで、先だって言及しているように、溝部１０５は、延設方向に対して直交する偏光成分を有する入射光と、延設方向に対して平行な偏光成分を有する入射光とに対して、異なる反射特性を有するが、その反射特性は、入射光の波長及び溝部１０５の構造と密接な関係を有する。具体的には、紫外線～可視～近赤外線に対して偏光感度を最大化するには、それぞれの波長と同程度のサイズスケールの構造を有することが好ましい。そのため、図１２に模式的に示したように、波長選択フィルタ１１５の透過帯域に合わせて、より短波長の光を通す波長選択フィルタ１１５を備えた画素１０３には周期の小さい溝部１０５を設け、より長波長の光を通す波長選択フィルタ１１５を備えた画素１０３には周期の大きな溝部１０５を設けることが好ましい。これにより、紫外線帯域から近赤外線帯域までの偏光に対して、より顕著な感度差を固体撮像素子１００に付与することが可能となる。
　以上、図３～図１２を参照しながら、本実施形態に係る固体撮像素子１００が備える画素アレイ部１０の構造について、詳細に説明した。
＜偏光パラメータの算出処理について＞
　以上説明したような、偏光に対して選択的に感度を有する受光素子を用いることで、偏光の強度及び方位角といった、偏光パラメータを算出することが可能となる。以下では、図１３を参照しながら、偏光パラメータの算出処理について、簡単に説明する。図１３は、本実施形態に係る固体撮像素子における偏光パラメータの算出処理について説明するための説明図である。
　なお、以下では、４方位の偏光強度情報から偏光パラメータを算出する場合について説明するが、３方位以上の偏光強度情報が得られれば、「偏光の方位角に対して強度は正弦波的に変化する」という仮定を置くことで、同様に算出が可能である。更には、偏光強度情報が２方位分しか存在しない場合であっても、「強度の小さい方が偏光強度最小の場合に対応し、強度の大きい方が偏光強度最大の場合に対応する」と仮定するなど、近似的な手法を用いることで、一定の効果を得ることも可能である。
　図１３では、偏光方位角度（すなわち、溝部１０５の延設方向でもある。）を０度、４５度、９０度、１３５度の４方位として、それぞれをφ０，φ１，φ２，φ３と表わすこととする。図１３に示したように、横軸を偏光の方位角の位相（ｐｈａｓｅ）とし、縦軸を、振幅とすると、その最大振幅が得られる方位を偏光の方位角とし、平均振幅からの振幅を偏光度とすることができる。ここで、偏光に感度を有する画素が、直線偏光に対して平行な画素と直交する画素とで０／１００の分離性能を有すれば、上記の方法により直接的に偏光強度を算出できるが（偏光度κ＝１の場合）、実際には、０～１の値が係数κとして作用してくる。
　また、図１３に示したように、正弦波でフィッティングを行わなくとも、事前に、偏光強度情報と、偏光の方位角及び偏光度と、の関係をルックアップテーブル等のデータ形式で保持しておくことで、偏光強度情報から、偏光の方位角及び偏光度を算出することが可能となる。
＜撮像装置の構成について＞
　次に、図１４Ａ～図１４Ｅを参照しながら、本実施形態に係る固体撮像素子１００を備える撮像装置１の構成について、簡単に説明する。図１４Ａ～図１４Ｅは、本実施形態に係る固体撮像素子を有する撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。
　本実施形態に係る撮像装置１は、以上説明したような固体撮像素子１００と、固体撮像素子１００へと光を導光する光学系２００と、を少なくとも備える。
　このような撮像装置１として、例えば、図１４Ａに示したような撮像装置１を挙げることができる。本例において、固体撮像素子１００には、図１３に示したようなφ０及びφ２のような延設方向の溝部１０５が形成された画素アレイ部１０が設けられているものとする。入射光は、任意の光学系２００によって、固体撮像素子１００の画素アレイ部１０へと結像され、画素アレイ部１０からの画像出力は、信号処理部６０により先述のような信号処理が施される。その後、信号処理が施された画像出力は、データ格納部７０、又は、固体撮像素子１００の外部に設けられたストレージに蓄積される。また、撮像装置１に設けられた固体撮像素子１００及び光学系２００は、駆動部３００によって駆動制御される。
　図１４Ａに示したような撮像装置１を用いて偏光パラメータを算出しようとする場合、得られる偏光強度情報は、２つの方向（図１４Ａの例では、φ０及びφ２）に限られるため、近似的に偏光パラメータを算出することとなる。従って、図１４Ａに示したような撮像装置１を用いて偏光パラメータを算出する場合には、例えば、「青空での太陽光の散乱光成分を軽減する」等といった特定の用途が前提になると考えられる。
　また、図１４Ｂに示したように、画素アレイ部１０における一部の画素の上層に対して位相差板を設けることが考えられる。これにより、位相差板が設けられた画素と設けられていない画素との間で、更に位相差が生じることとなるため、図１４Ａに示した例とは異なり、１つの固体撮像素子１００を用いて３方位以上の偏光強度情報を得ることが可能となる。なお、図１４Ｂに示した例では、位相差板が設けられる画素の配置が千鳥配置となっているが、かかる位相差板の配置パターンは、図１４Ｂに示した例に限定されるものではない。
　図１４Ａ及び図１４Ｂに示した例は、固体撮像素子１００が１つ実装される、単眼の撮像装置１であったが、図１４Ｃに示したように、固体撮像素子１００を２つ実装する、複眼の撮像装置１を構成することも可能である。図１４Ｃに示した例では、それぞれの固体撮像素子１００には、図１３に示したようなφ０及びφ２のような延設方向の溝部１０５が形成された画素アレイ部１０が設けられているものとする。入射光は、任意の光学系２００Ａ，２００Ｂによって、それぞれ、画素アレイ部１０Ａ，１０Ｂへと結像される。この際、光学系２００Ａと、画素アレイ部１０Ａとの間には、位相差板が設けられていない一方で、光学系２００Ｂと、画素アレイ部１０Ｂとの間には、位相差板が設けられている。画素アレイ部１０Ａ，１０Ｂからの画像出力は、信号処理部６０Ａ，６０Ｂにより先述のような信号処理が施される。信号処理が施された各画像出力は、共通信号処理部４００へと出力され、例えば図１３に示したような偏光パラメータの算出処理や、後述するような、偏光を抑制／強調するような画像処理が施される。共通信号処理部４００から出力された画像信号は、データ格納部７０、又は、固体撮像素子１００の外部に設けられたストレージに蓄積される。また、撮像装置１に設けられた各画素アレイ１０及び各光学系２００は、駆動部３００によって駆動制御される。なお、共通信号処理部４００は、各種の電気回路により構成されていてもよいし、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成された各種のＩＣチップ等であってもよい。
　ここで、図１４Ｃに示した複眼の撮像装置１では、画素アレイ部１０における溝部１０５の配列パターンは同一であるにも関わらず、一方の画素アレイ部１０と、光学系２００と、の間の光路上に位相差板が設けられることで、４方位以上の偏光成分を取得することが可能となる。これにより、偏光の方位角や偏光度といった偏光パラメータを、より正確に算出することが可能となる。
　なお、図１４Ｃでは、一方の画素アレイ部１０と、光学系２００と、の間の光路上に位相差板が設けられていたが、例えば図１４Ｄに示したように、双方の光路上に、異なる位相差を有する２種類の位相差板を設けてもよい。
　また、図１４Ｃ及び図１４Ｄでは、それぞれの画素アレイ部１０における溝部１０５の延設方向は、互いに同一であったが、図１４Ｅに示したように、一方の画素アレイ部１０における溝部１０５の延設方向と、他方の画素アレイ部１０における溝部１０５の延設方向と、が相違するようにしてもよい。図１４Ｅに示したような構成とすることで、位相差板を用いることなく、３方位以上の偏光成分を取得することが可能となる。
　以上、図１４Ａ～図１４Ｅを参照しながら、本実施形態に係る固体撮像素子１００を備える撮像装置１の構成について、簡単に説明した。
＜撮像装置における画像出力処理の流れについて＞
　次に、図１５を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置における画像出力処理の流れについて、簡単に説明する。図１５は、本実施形態に係る撮像装置における画像出力処理の流れの一例を示した流れ図である。なお、以下で説明するような画像出力処理は、例えば、固体撮像素子１００が備える信号処理部６０や、撮像装置１が備える共通信号処理部４００等により実施される。
　本実施形態に係る画像出力処理では、まず、近傍の同色画素であり、相異なる方向の溝部１０５を有する画素１０３間で、検出した光の強度が比較される（ステップＳ１０１）。具体的には、共通信号処理部４００等は、比較対象とした画素間で、検出した光の強度に有意な感度差が存在しているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。
　有意な感度差が存在していない場合、共通信号処理部４００等は、卓越した偏光成分はないと判断し（ステップＳ１０５）、無偏光画像として画像処理を実施し（ステップＳ１０７）、通常画像を出力する（ステップＳ１０９）。
　一方、有意な感度差が存在している場合、共通信号処理部４００等は、卓越した偏光成分が存在すると判断し（ステップＳ１１１）、先だって説明した方法により、偏光方位及び偏光度を算出する（ステップＳ１１３）。その後、共通信号処理部４００等は、撮像装置１に予め設定された設定値等を参照したり、ユーザにどのような処理を実施するのかを選択させたりすることで、偏光を強調すればよいのか、それとも、抑制すればよいのかを判断する（ステップＳ１１５）。偏光を抑制する場合には、共通信号処理部４００等は、偏光を抑制した画像を出力する（ステップＳ１１７）。一方、偏光を強調する場合には、共通信号処理部４００等は、偏光を強調した画像を出力する（ステップＳ１１９）。
　このように、本実施形態に係る固体撮像素子１００では、一部の画素に溝部１０５が設けられることで、特定方向の偏光成分と無偏光性分との強度比情報や、偏光の方位角や偏光度を特定することが可能となる。これらの情報を利用して、上記のような画像処理を実施することで、例えば反射光成分を軽減した画像生成や、反射光成分を強調する画像生成等のように、様々な画像処理を実施することが可能となる。
＜固体撮像素子の製造方法について＞
　次に、図１６を参照しながら、本実施形態に係る固体撮像素子の製造方法について説明する。図１６は、本実施形態に係る固体撮像素子の製造方法について説明するための説明図である。
　本実施形態に係る固体撮像素子の製造方法は、複数の画素を構成する受光素子として機能する基材の表面に対して、所定の方向に沿って延設された溝部を形成する工程を含み、溝部が延設されている方向として、互いに直交する２つの方向を少なくとも含む２以上の方向を設定することで製造される。以下、かかる固体撮像素子の製造方法の一例について説明する。
　本実施形態に係る固体撮像素子の製造方法では、受光素子として機能する基材の表面に対して、まず、公知のフォトレジストを塗布し、溝部１０５を形成する画素の位置をパターニングする。その後、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液等の公知のエッチング液を利用して、ウェットエッチングによる異方性エッチングを実施し、溝部１０５（及び、必要に応じて、トレンチ構造１０９等）を形成する。
　なお、異方性エッチングを行うに際しては、水酸化カリウム溶液以外にも、エチレンジアミン・ピロカテコール（ＥＤＰ）、４メチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）、水和ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４・Ｈ２Ｏ）等を用いることも可能である。
　溝部１０５を形成した後、先だって説明したような素材を用いて、誘電体層１０７、誘電体多層膜１２１等といった中間層を形成する。このような中間層の成膜方法については、特に限定されるものではなく、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（Ｐｌａｓｍａ－ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＣＶＤ）、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）等といった公知の方法を利用することが可能である。
　その後、ＳｉＯ２やＳｉＮ等の透明な誘電体材料を利用して、平坦化膜１１１を形成する。平坦化膜１１１の形成方法については、特に限定されるものではなく、ＣＶＤ、真空蒸着、スパッタリング、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法といった公知の方法を用いることが可能である。
　このようにして平坦化膜１１１を形成した後に、先だって説明したような公知の素材を利用して、波長選択フィルタ１１５及び集光構造素子１１７を順に形成する。これにより、本実施形態に係る固体撮像素子１００の画素アレイ部１０を製造することができる。
　なお、先だって言及したように、受光素子１０１として機能する基材としては、単結晶シリコンを用いることが簡便であるが、この場合には、単結晶シリコンの（１００）面を用いて、溝部１０５を形成することが好ましい。このようなＳｉ（１００）面に対して異方性エッチングを施すことで、Ｓｉ（１１１）面を利用した溝部１０５を形成することができる。しかしながら、単結晶シリコンを用いた固体撮像素子の場合、結晶軸の方位は予め決まっているため、Ｓｉ（１１１）面を利用した溝部１０５を任意の方位に実装することができない。しかしながら、図１６に示したように、異なるオリエンテーションのウェハを利用して固体撮像素子を製造することで、異なる方位角の溝部１０５を有する画素アレイ部１０を、比較的簡便に実現することができる。
　以上、図１６を参照しながら、本実施形態に係る固体撮像素子の製造方法について説明した。
（まとめ）
　以上説明したように、本開示の実施形態に係る固体撮像素子は、無偏光の入射光に対しては通常のイメージセンサ画素として機能しつつ、偏光成分を有する入射光に対しては異なる反射吸収特性を有する画素として機能する。
　より詳細には、本開示の実施形態に係る固体撮像素子に設けられる溝部は、無偏光の光に対しては、可視波長全域から赤外線まで広帯域で低い反射率を持つ良質な反射防止膜として機能する。
　また、本開示の実施形態に係る溝部は、偏光成分を有する光に対しては、溝部の延設方向に対して平行な偏光成分を有する入射光と、延設方向に対して直交する偏光成分を有する入射光とで、異なる反射特性を有するセンサ表面として機能する。その結果、無偏光成分に対してはほぼ等価的な感度を有する一方で、偏光成分に対しては異なる感度を有する画素が実現される。
　以上のような特徴を利用し、検知した画素の感度差から各感度差を特定の関数でフィッティングしたり、ルックアップテーブルでの値と比較したりすることによって、偏光の方位角と偏光度を特定することが可能となる。このような情報を利用することで、撮像画像上で偏光成分を強調したり、抑制したりすることが可能となる。
　なお、本開示の実施形態に係る固体撮像素子を、単結晶シリコンの結晶面を利用して製造する場合、シリコン表面積の増加を有限に留めることができる。その結果、半導体結晶の結晶欠陥起因の暗電流、ランダムノイズ、白点の増加など、固体撮像素子としての諸特性の悪化を抑制することができる。また、単結晶シリコンの面方位依存性を利用して、溝部を形成することが可能であるため、正確な位置に正確なサイズの溝部を実現することが可能となり、個体バラつきの少ない安定した製造が可能となる。
　以下では、実施例を示しながら、本開示に係る固体撮像素子について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも本開示に係る固体撮像素子の一例であって、本開示に係る固体撮像素子が下記の例に限定されるものではない。
　以下では、時間領域差分法を用いた電磁場解析（ＦＤＴＤシミュレーション）を利用して、本開示に係る溝部の形成された画素の、偏光に対する感度特性の違いについて、シミュレーションを実施した。なお、溝部１０５の幅ｗ及び間隔ｐは、それぞれ、３００ｎｍ又は４００ｎｍとした。
　また、シミュレーションに際して、画素サイズが１．２μｍ×１．２μｍであり、３μｍの厚みを有する単結晶シリコンを模擬することとし、２×２画素がＲＧＢ３色の画素を備えた、いわゆるベイヤー配列の固体撮像素子をモデルとした。
　図１７は、溝部１０５の幅ｗ及び間隔ｐを３００ｎｍとしたときのシミュレーション結果であり、図１８は、溝部１０５の幅ｗ及び間隔ｐを４００ｎｍとしたときのシミュレーション結果である。図１７及び図１８において、横軸は、入射電磁波の波長（４００ｎｍ～８００ｎｍ）であり、縦軸は、画素の光吸収量である。また、各図において、太線は、溝部の延設方向に対して直交する成分を表し、細線は、溝部の延設方向に対して平行な成分を表している。また、各図では、平行成分及び直交成分についての画素感度の比を、破線で示している。
　まず、図１７に注目すると、Ｂｌｕｅ画素及びＧｒｅｅｎ画素については、平行成分の感度が、直交成分の感度に対して５０％ほど高く、Ｒｅｄ画素では、両者の比率は相対的に小さくなっていることが分かる。
　また、図１８に注目すると、Ｒｅｄ画素及びＧｒｅｅｎ画素については、平行成分の感度が、直交成分の感度に対して５０％～１００％ほど高く、Ｂｌｕｅ画素では、両者の比率は相対的に小さくなっていることが分かる。
　このように、受光素子の表面に以上説明したような溝部を設けることで、画素に対して偏光感度を持たせることが可能となることが明らかとなった。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）複数の画素を構成する受光素子と、
　前記受光素子における少なくとも一部の前記画素の表面に設けられており、所定の方向に沿って延設された溝部と、
を備え、
　前記溝部が延設されている方向として、互いに直交する２つの方向を少なくとも含む２以上の方向が存在する、固体撮像素子。
（２）前記溝部として、
　前記受光素子における一部の前記画素の表面に設けられており、第１の方向に沿って延設された第１の溝部と、
　前記受光素子における一部の前記画素の表面に設けられており、前記第１の方向に対して直交する第２の方向に沿って延設された第２の溝部と、
が少なくとも設けられる、（１）に記載の固体撮像素子。
（３）前記溝部の断面形状は、略Ｖ字形状、又は、テーパ形状である、（１）又は（２）に記載の固体撮像素子。
（４）前記溝部は、各画素の受光面上に複数設けられており、
　互いに隣り合う前記溝部の間隔、及び、前記溝部の幅は、それぞれ、１００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲である、（１）～（３）の何れか１つに記載の固体撮像素子。
（５）前記溝部は、各画素の受光面上に複数設けられており、
　互いに隣り合う前記溝部の間隔、及び、前記溝部の幅は、それぞれ、画素サイズの整数分の１となる大きさである、（１）～（４）の何れか１つに記載の固体撮像素子。
（６）前記溝部が設けられた前記画素は、特定方向に偏光した入射光に対して異なる反射特性又は吸収特性を示す、（１）～（５）の何れか１つに記載の固体撮像素子。
（７）前記溝部の表面には、高誘電率（ｈｉｇｈ－ｋ）素材を主成分とする誘電体層が設けられる、（１）～（６）の何れか１つに記載の固体撮像素子。
（８）前記溝部の上層には、前記溝部の形状と相似した形状を有する誘電体多層膜が更に設けられる、（１）～（７）の何れか１つに記載の固体撮像素子。
（９）互いに隣り合う前記画素の間に、トレンチ構造が設けられる、（１）～（８）の何れか１つに記載の固体撮像素子。
（１０）前記トレンチ構造は、可視光及び近赤外光を反射又は吸収する金属を主成分とする金属トレンチ構造である、（９）に記載の固体撮像素子。
（１１）前記可視光及び近赤外光を反射又は吸収する金属は、タングステン、チタン、銅、アルミニウム及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１つの金属である、（１０）に記載の固体撮像素子。
（１２）前記トレンチ構造は、誘電体素材を主成分とするトレンチ構造である、（９）に記載の固体撮像素子。
（１３）前記誘電体素材は、前記可視光及び近赤外光を反射又は吸収する誘電体素材、又は、高誘電率（ｈｉｇｈ－ｋ）素材である、（１２）に記載の固体撮像素子。
（１４）前記可視光及び近赤外光を反射又は吸収する誘電体素材は、ＳｉＯ２又はＳｉＮである、（１３）に記載の固体撮像素子。
（１５）前記高誘電率（ｈｉｇｈ－ｋ）素材は、ＨｆＯ、Ｔａ２Ｏ５又はＴｉＯ２である、（１３）に記載の固体撮像素子。
（１６）前記溝部が延設されている方向は、前記画素の配設位置を規定する直交軸の一方に対して、０度、４５度、９０度、又は、１３５度をなす方向に略平行である、（１）～（１５）の何れか１つに記載の固体撮像素子。
（１７）前記受光素子は、単結晶シリコンからなり、
　前記溝部の少なくとも一部は、Ｓｉ（１１１）面で構成される、（１）～（１６）の何れか１つに記載の固体撮像素子。
（１８）複数の画素を構成する受光素子と、前記受光素子における少なくとも一部の前記画素の表面に設けられており、所定の方向に沿って延設された溝部と、を有し、前記溝部が延設されている方向として、互いに直交する２つの方向を少なくとも含む２以上の方向が存在する固体撮像素子と、
　前記固体撮像素子へと光を導光する光学系と、
を少なくとも備える、撮像装置。
（１９）前記固体撮像素子における一部の前記画素の上層には、位相差板が設けられる、（１８）に記載の撮像装置。
（２０）前記固体撮像素子を２つ以上有しており、それぞれの前記固体撮像素子における前記溝部が延設されている方向は、互いに同一であり、
　少なくとも何れか１つの前記固体撮像素子と、前記光学系と、の間の光路上には、位相差板が設けられる、（１８）に記載の撮像装置。
（２１）前記固体撮像素子を２つ以上有しており、一方の前記固体撮像素子における前記溝部が延設されている方向と、他方の前記固体撮像素子における前記溝部が延設されている方向と、が相違している、（１８）に記載の撮像装置。
（２２）前記固体撮像素子から出力された入射光の強度情報に基づき、前記固体撮像素子に入射した偏光の方位角又は偏光度の少なくとも何れか一方を算出する信号処理部を更に備える、（１８～（２１）の何れか１つに記載の撮像装置。
（２３）複数の画素を構成する受光素子として機能する基材の表面に対して、所定の方向に沿って延設された溝部を形成することを含み、
　前記溝部が延設されている方向として、互いに直交する２つの方向を少なくとも含む２以上の方向を設定する、固体撮像素子の製造方法。
　　１０　　画素アレイ部
　　２０　　垂直駆動部
　　３０　　カラム処理部
　　４０　　水平駆動部
　　５０　　システム制御部
　　６０　　信号処理部
　　７０　　データ格納部
　１０１　　受光素子
　１０３　　画素
　１０５　　溝部
　１０７　　誘電体層
　１０９　　トレンチ構造
　１１１　　平坦化膜
　１１３　　遮光部
　１１５　　波長選択フィルタ
　１１７　　集光構造素子
　１１９　　金属トレンチ構造
　１２１　　誘電体多層膜

Claims (23)

  1. 　複数の画素を構成する受光素子と、
    　前記受光素子における少なくとも一部の前記画素の表面に設けられており、所定の方向に沿って延設された溝部と、
    を備え、
    　前記溝部が延設されている方向として、互いに直交する２つの方向を少なくとも含む２以上の方向が存在する、固体撮像素子。
  2. 　前記溝部として、
    　前記受光素子における一部の前記画素の表面に設けられており、第１の方向に沿って延設された第１の溝部と、
    　前記受光素子における一部の前記画素の表面に設けられており、前記第１の方向に対して直交する第２の方向に沿って延設された第２の溝部と、
    が少なくとも設けられる、請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 　前記溝部の断面形状は、略Ｖ字形状、又は、テーパ形状である、請求項１に記載の固体撮像素子。
  4. 　前記溝部は、各画素の受光面上に複数設けられており、
    　互いに隣り合う前記溝部の間隔、及び、前記溝部の幅は、それぞれ、１００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲である、請求項１に記載の固体撮像素子。
  5. 　前記溝部は、各画素の受光面上に複数設けられており、
    　互いに隣り合う前記溝部の間隔、及び、前記溝部の幅は、それぞれ、画素サイズの整数分の１となる大きさである、請求項１に記載の固体撮像素子。
  6. 　前記溝部が設けられた前記画素は、特定方向に偏光した入射光に対して異なる反射特性又は吸収特性を示す、請求項１に記載の固体撮像素子。
  7. 　前記溝部の表面には、高誘電率（ｈｉｇｈ－ｋ）素材を主成分とする誘電体層が設けられる、請求項１に記載の固体撮像素子。
  8. 　前記溝部の上層には、前記溝部の形状と相似した形状を有する誘電体多層膜が更に設けられる、請求項１に記載の固体撮像素子。
  9. 　互いに隣り合う前記画素の間に、トレンチ構造が設けられる、請求項１に記載の固体撮像素子。
  10. 　前記トレンチ構造は、可視光及び近赤外光を反射又は吸収する金属を主成分とする金属トレンチ構造である、請求項９に記載の固体撮像素子。
  11. 　前記可視光及び近赤外光を反射又は吸収する金属は、タングステン、チタン、銅、アルミニウム及びこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１つの金属である、請求項１０に記載の固体撮像素子。
  12. 　前記トレンチ構造は、誘電体素材を主成分とするトレンチ構造である、請求項９に記載の固体撮像素子。
  13. 　前記誘電体素材は、前記可視光及び近赤外光を反射又は吸収する誘電体素材、又は、高誘電率（ｈｉｇｈ－ｋ）素材である、請求項１２に記載の固体撮像素子。
  14. 　前記可視光及び近赤外光を反射又は吸収する誘電体素材は、ＳｉＯ２又はＳｉＮである、請求項１３に記載の固体撮像素子。
  15. 　前記高誘電率（ｈｉｇｈ－ｋ）素材は、ＨｆＯ、Ｔａ２Ｏ５又はＴｉＯ２である、請求項１３に記載の固体撮像素子。
  16. 　前記溝部が延設されている方向は、前記画素の配設位置を規定する直交軸の一方に対して、０度、４５度、９０度、又は、１３５度をなす方向に略平行である、請求項１に記載の固体撮像素子。
  17. 　前記受光素子は、単結晶シリコンからなり、
    　前記溝部の少なくとも一部は、Ｓｉ（１１１）面で構成される、請求項１に記載の固体撮像素子。
  18. 　複数の画素を構成する受光素子と、前記受光素子における少なくとも一部の前記画素の表面に設けられており、所定の方向に沿って延設された溝部と、を有し、前記溝部が延設されている方向として、互いに直交する２つの方向を少なくとも含む２以上の方向が存在する固体撮像素子と、
    　前記固体撮像素子へと光を導光する光学系と、
    を少なくとも備える、撮像装置。
  19. 　前記固体撮像素子における一部の前記画素の上層には、位相差板が設けられる、請求項１８に記載の撮像装置。
  20. 　前記固体撮像素子を２つ以上有しており、それぞれの前記固体撮像素子における前記溝部が延設されている方向は、互いに同一であり、
    　少なくとも何れか１つの前記固体撮像素子と、前記光学系と、の間の光路上には、位相差板が設けられる、請求項１８に記載の撮像装置。
  21. 　前記固体撮像素子を２つ以上有しており、一方の前記固体撮像素子における前記溝部が延設されている方向と、他方の前記固体撮像素子における前記溝部が延設されている方向と、が相違している、請求項１８に記載の撮像装置。
  22. 　前記固体撮像素子から出力された入射光の強度情報に基づき、前記固体撮像素子に入射した偏光の方位角又は偏光度の少なくとも何れか一方を算出する信号処理部を更に備える、請求項１８に記載の撮像装置。
  23. 　複数の画素を構成する受光素子として機能する基材の表面に対して、所定の方向に沿って延設された溝部を形成することを含み、
    　前記溝部が延設されている方向として、互いに直交する２つの方向を少なくとも含む２以上の方向を設定する、固体撮像素子の製造方法。
     
PCT/JP2016/078614 2015-12-07 2016-09-28 固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の製造方法 WO2017098779A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680070203.5A CN108369949B (zh) 2015-12-07 2016-09-28 固态成像元件、成像设备和用于制造固态成像元件的方法
US15/777,853 US10910504B2 (en) 2015-12-07 2016-09-28 Solid-state imaging element, imaging device, and method for manufacturing solid-state imaging element

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015238216 2015-12-07
JP2015-238216 2015-12-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017098779A1 true WO2017098779A1 (ja) 2017-06-15

Family

ID=59013009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/078614 WO2017098779A1 (ja) 2015-12-07 2016-09-28 固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10910504B2 (ja)
CN (1) CN108369949B (ja)
WO (1) WO2017098779A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019092988A1 (ja) * 2017-11-13 2019-05-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像装置
WO2020235589A1 (ja) * 2019-05-20 2020-11-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
WO2021029130A1 (ja) * 2019-08-15 2021-02-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、撮像装置および撮像方法
TWI757559B (zh) * 2017-10-31 2022-03-11 台灣積體電路製造股份有限公司 半導體影像感測器
WO2023080000A1 (ja) * 2021-11-05 2023-05-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、電子機器

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6303803B2 (ja) 2013-07-03 2018-04-04 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
TWI696842B (zh) * 2018-11-16 2020-06-21 精準基因生物科技股份有限公司 飛時測距感測器以及飛時測距方法
TWI725827B (zh) * 2020-04-24 2021-04-21 力晶積成電子製造股份有限公司 影像感測模組
US20230411540A1 (en) * 2022-06-16 2023-12-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Semiconductor device and method of making

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005072097A (ja) * 2003-08-20 2005-03-17 Sony Corp 光電変換装置及びその駆動方法、並びにその製造方法、固体撮像装置及びその駆動方法、並びにその製造方法
JP2010263158A (ja) * 2009-05-11 2010-11-18 Sony Corp ２次元固体撮像装置、及び、２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法
JP2013057769A (ja) * 2011-09-08 2013-03-28 Sony Corp 固体撮像装置、撮像装置、合焦制御方法、及び、プログラム
JP2015029054A (ja) * 2013-07-03 2015-02-12 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
JP2015052635A (ja) * 2013-09-05 2015-03-19 ソニー株式会社 光学ユニット、撮像装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008026353A (ja) * 2006-07-18 2008-02-07 Nikon Corp 偏光方向検出装置とこれを有する撮像装置
JP5399417B2 (ja) * 2009-01-13 2014-01-29 シャープ株式会社 表示装置及びバックライト装置
JP5310483B2 (ja) * 2009-10-28 2013-10-09 株式会社リコー 撮像装置
JP5561856B2 (ja) * 2010-05-24 2014-07-30 株式会社Ｐｆｕ 帳票作成装置、帳票作成プログラム、および帳票作成方法
JP2015095879A (ja) * 2013-11-14 2015-05-18 株式会社リコー 撮像装置及び偏光フィルタ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005072097A (ja) * 2003-08-20 2005-03-17 Sony Corp 光電変換装置及びその駆動方法、並びにその製造方法、固体撮像装置及びその駆動方法、並びにその製造方法
JP2010263158A (ja) * 2009-05-11 2010-11-18 Sony Corp ２次元固体撮像装置、及び、２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法
JP2013057769A (ja) * 2011-09-08 2013-03-28 Sony Corp 固体撮像装置、撮像装置、合焦制御方法、及び、プログラム
JP2015029054A (ja) * 2013-07-03 2015-02-12 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
JP2015052635A (ja) * 2013-09-05 2015-03-19 ソニー株式会社 光学ユニット、撮像装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI757559B (zh) * 2017-10-31 2022-03-11 台灣積體電路製造股份有限公司 半導體影像感測器
US11699718B2 (en) 2017-10-31 2023-07-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor image sensor
WO2019092988A1 (ja) * 2017-11-13 2019-05-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像装置
US11387265B2 (en) 2017-11-13 2022-07-12 Sony Semiconductor Solutions Corporation Image capturing element and image capturing device
WO2020235589A1 (ja) * 2019-05-20 2020-11-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
WO2021029130A1 (ja) * 2019-08-15 2021-02-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、撮像装置および撮像方法
WO2023080000A1 (ja) * 2021-11-05 2023-05-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
US10910504B2 (en) 2021-02-02
US20180351013A1 (en) 2018-12-06
CN108369949B (zh) 2023-11-17
CN108369949A (zh) 2018-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017098779A1 (ja) 固体撮像素子、撮像装置及び固体撮像素子の製造方法
US11211410B2 (en) Solid-state image-capturing device and production method thereof, and electronic appliance
KR20200085704A (ko) 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법, 및 전자 기기
US7880168B2 (en) Method and apparatus providing light traps for optical crosstalk reduction
WO2015190318A1 (ja) 固体撮像素子、および電子装置
KR101438268B1 (ko) 후면 조명 이미지 센서 칩 내의 그리드 및 이러한 그리드를 형성하기 위한 방법
US9219092B2 (en) Grids in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same
KR20160026299A (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
CN109564928B (zh) 固态摄像元件、固态摄像元件用光瞳校正方法、摄像装置和信息处理装置
TW201027732A (en) Solid-state imager, method of manufacturing the same, and camera
US11252362B2 (en) Imaging element, imaging device, and imaging method
CN104934453A (zh) 固体摄像装置
JP2018088532A (ja) 固体撮像素子および電子装置
WO2021100298A1 (ja) 撮像素子および撮像装置
US11335726B2 (en) Lens structure configured to increase quantum efficiency of image sensor
JP2011151421A (ja) 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法及び画像撮影装置
US20160027840A1 (en) Solid-state imaging device
JP2011151420A (ja) 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法及び画像撮影装置
WO2023167006A1 (ja) 光検出装置、その製造方法、及び電子機器
WO2024029383A1 (ja) 光検出装置及び電子機器
WO2023021758A1 (ja) 光検出装置及び電子機器
US20230253428A1 (en) Sensor device

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16872679

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201680070203.5

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16872679

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP