WO2021199724A1 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents

撮像素子および撮像装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021199724A1
WO2021199724A1 PCT/JP2021/005410 JP2021005410W WO2021199724A1 WO 2021199724 A1 WO2021199724 A1 WO 2021199724A1 JP 2021005410 W JP2021005410 W JP 2021005410W WO 2021199724 A1 WO2021199724 A1 WO 2021199724A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
separation portion
light
protective film
image pickup
pickup device
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/005410
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
釘宮　克尚
Original Assignee
ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 filed Critical ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
Priority to DE112021002104.4T priority Critical patent/DE112021002104T5/de
Priority to CN202180015794.7A priority patent/CN115152023A/zh
Priority to KR1020227031830A priority patent/KR20220160564A/ko
Priority to US17/914,006 priority patent/US20230131416A1/en
Priority to JP2022511628A priority patent/JPWO2021199724A1/ja
Publication of WO2021199724A1 publication Critical patent/WO2021199724A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—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
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures

Definitions

  • the present disclosure relates to an image sensor and an image pickup device. More specifically, the present invention relates to an image pickup device having pixels having a separation portion at a boundary and an image pickup device using the image pickup device.
  • an image sensor configured by arranging pixels that generate an image signal based on incident light in a two-dimensional grid pattern.
  • Each of the pixels is arranged with an on-chip lens that collects incident light, a color filter that transmits incident light of a predetermined wavelength, and a photoelectric conversion unit formed on a semiconductor substrate to perform photoelectric conversion of the incident light.
  • this color filter three types of color filters that transmit red light, green light, and blue light can be used.
  • a light-shielding film that blocks incident light is arranged at the boundary of the pixels. This light-shielding film is a film that blocks incident light obliquely incident from adjacent pixels.
  • color mixing is a phenomenon in which an image signal is affected by incident light having a wavelength different from that of a color filter arranged on its own. It is caused by the incident of light that has passed through the color filters of adjacent pixels.
  • the light-shielding portion is composed of a metal portion having a shape extending toward the central portion of the pixel array in which the pixels are arranged in a two-dimensional lattice pattern and a metal portion having a shape extending toward the incident light side.
  • the light-shielding portion is arranged in the outer peripheral portion of the pixel.
  • the light-shielding portion is arranged at a position shifted from the outer peripheral portion of the pixel to the central portion of the pixel array. Due to the influence of the photographing lens that forms the subject on the solid-state image sensor, the incident light is obliquely incident on the pixels at the outer peripheral portion of the pixel array. In order to guide the obliquely incident light to the photoelectric conversion unit, the on-chip lens and the color filter are arranged at the center of the pixel array in the pixels on the outer periphery. In order to match the position of this color filter, the light-shielding portion is also arranged at a shifted position.
  • the above-mentioned conventional technique has a problem that the pixel strength is lowered.
  • the separation part is arranged on the semiconductor substrate at the boundary of the pixel.
  • a separation part that separates the photoelectric conversion part by a groove-shaped opening surrounding the pixel is used.
  • the photoelectric conversion portions can be separated from each other.
  • the present disclosure has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present disclosure is to improve the strength of an image pickup device in which a separation portion is arranged at a pixel boundary.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and the first aspect thereof is a plurality of pixels formed on a semiconductor substrate and provided with a photoelectric conversion unit for performing photoelectric conversion of incident light, and the above-mentioned.
  • a separation unit arranged at the boundary of a plurality of pixels to separate the photoelectric conversion unit, a light-shielding film arranged near the boundary of the plurality of pixels to block the incident light, and arranged adjacent to the separation unit.
  • the image pickup device is provided with a separation portion protective film that protects the separation portion.
  • the separation portion may be arranged in the opening formed in the semiconductor substrate.
  • the separating portion may include an insulating material arranged in the opening.
  • voids may be arranged in the separation portion protective film.
  • a color filter that is arranged in the plurality of pixels and transmits the incident light having a predetermined wavelength among the incident light may be further provided.
  • an on-chip lens arranged in the plurality of pixels and condensing the incident light on the photoelectric conversion unit may be further provided.
  • the light-shielding film may be arranged at a position shifted according to the incident angle of the incident light.
  • the separation portion protective film may be arranged adjacent to the light shielding film.
  • the light-shielding film may be arranged on top of the separation portion protective film.
  • the pixel may be formed in a rectangular shape in a plan view.
  • the separation portion protective film may be arranged in the vicinity of the side of the rectangular shape.
  • the separation portion protective film may be arranged in the vicinity of the corner of the rectangular shape.
  • the separation portion protective film may be made of an insulating material.
  • the separation portion protective film may be composed of a silicon compound.
  • the separation portion protective film may be made of a resin.
  • the separation portion protective film may be made of metal.
  • a second aspect of the present disclosure is to separate a plurality of pixels formed on a semiconductor substrate and having a photoelectric conversion unit for performing photoelectric conversion of incident light, and the photoelectric conversion unit arranged at the boundary between the plurality of pixels.
  • a separation portion to be formed a light-shielding film arranged near the boundary of the plurality of pixels to block the incident light, a separation portion protective film arranged adjacent to the separation portion to protect the separation portion, and the above-mentioned
  • the separating portion protective film is arranged adjacent to the separating portion. It is assumed that the separation part is protected by the separation part protection film.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an image sensor according to an embodiment of the present disclosure.
  • the image sensor 1 in the figure includes a pixel array unit 10, a vertical drive unit 20, a column signal processing unit 30, and a control unit 40.
  • the pixel array unit 10 is configured by arranging the pixels 100 in a two-dimensional grid pattern.
  • the pixel 100 generates an image signal according to the irradiated light.
  • the pixel 100 has a photoelectric conversion unit that generates an electric charge according to the irradiated light.
  • the pixel 100 further has a pixel circuit. This pixel circuit generates an image signal based on the electric charge generated by the photoelectric conversion unit. The generation of the image signal is controlled by the control signal generated by the vertical drive unit 20 described later.
  • the signal lines 11 and 12 are arranged in the pixel array unit 10 in an XY matrix.
  • the signal line 11 is a signal line that transmits a control signal of the pixel circuit in the pixel 100, is arranged for each line of the pixel array unit 10, and is commonly wired to the pixel 100 arranged in each line.
  • the signal line 12 is a signal line for transmitting an image signal generated by the pixel circuit of the pixel 100, is arranged in each row of the pixel array unit 10, and is commonly wired to the pixel 100 arranged in each row.
  • NS These photoelectric conversion units and pixel circuits are formed on a semiconductor substrate.
  • the vertical drive unit 20 generates a control signal for the pixel circuit of the pixel 100.
  • the vertical drive unit 20 transmits the generated control signal to the pixel 100 via the signal line 11 in the figure.
  • the column signal processing unit 30 processes the image signal generated by the pixel 100.
  • the column signal processing unit 30 processes the image signal transmitted from the pixel 100 via the signal line 12 in the figure.
  • the processing in the column signal processing unit 30 corresponds to, for example, analog-to-digital conversion that converts an analog image signal generated in the pixel 100 into a digital image signal.
  • the image signal processed by the column signal processing unit 30 is output as an image signal of the image sensor 1.
  • the control unit 40 controls the entire image sensor 1.
  • the control unit 40 controls the image sensor 1 by generating and outputting a control signal for controlling the vertical drive unit 20 and the column signal processing unit 30.
  • the control signal generated by the control unit 40 is transmitted to the vertical drive unit 20 and the column signal processing unit 30 by the signal lines 41 and 42, respectively.
  • the column signal processing unit 30 is an example of the processing circuit described in the claims.
  • FIG. 2 is a plan view showing a configuration example of the image pickup device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of the image sensor 1.
  • the rectangle of the pixel array unit 10 of the image sensor 1 in the figure represents the pixel 100.
  • the pixels 100 are arranged in a two-dimensional grid pattern in the pixel array unit 10.
  • the incident light from the subject is incident substantially vertically on the pixel 100 (pixel 100a) arranged in the central portion.
  • incident light is obliquely incident on the pixels at the peripheral edge of the pixel array unit 10.
  • the photographing lens for imaging the subject is arranged outside the image pickup element 1, and the image pickup element 1 is arranged at a position where the optical axis of the photographing lens comes to the central portion of the pixel array portion 10.
  • Incident light is incident on the rightmost pixel 100b of the pixel array unit 10 from the diagonally left direction of the same figure with respect to the vertical direction, and the incident light is incident on the leftmost pixel 100c from the diagonally right direction of the same figure with respect to the vertical direction.
  • Incident light is incident.
  • Incident light is incident on the lower right pixel 100d in the figure diagonally from the upper left direction in the figure with respect to the vertical direction.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of pixels according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the figure is a cross-sectional view showing a configuration example of the pixel 100.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the pixel array unit 10 along a line passing through the pixels 100a, 100b and 100c of FIG. 2, and is a diagram showing a configuration example of the pixels 100a, 100b and 100c.
  • the pixel 100 includes a semiconductor substrate 110, a wiring region 120, a separation portion 140, a separation portion protection film 150, a light-shielding film 170, a color filter 180, and an on-chip lens 190.
  • the pixels 100a, 100b, and 100c can have the same configuration except for the separation portion protective film 150, the light-shielding film 170, the color filter 180, and the on-chip lens 190.
  • the semiconductor substrate 110 is a semiconductor substrate on which a diffusion region of elements such as a photoelectric conversion unit of a pixel 100 and a pixel circuit is arranged. Elements such as a photoelectric conversion unit are arranged in a well region formed on the semiconductor substrate 110.
  • the semiconductor substrate 110 in the figure is assumed to be configured in a p-type well region. By forming the n-type semiconductor region in the p-type well region, the diffusion region of the device can be arranged.
  • the photoelectric conversion unit 101 is shown as an example.
  • the photoelectric conversion unit 101 in the figure is composed of an n-type semiconductor region 111. Specifically, a photodiode composed of a pn junction between an n-type semiconductor region 111 and a surrounding p-type well region corresponds to the photoelectric conversion unit 101.
  • the wiring region 120 is an region in which wiring is arranged on the surface side of the semiconductor substrate 110 and a wiring for transmitting a signal is formed to an element formed on the semiconductor substrate 110.
  • the wiring area 120 in the figure includes a wiring layer 122 and an insulating layer 121.
  • the wiring layer 122 is wiring that transmits a signal to an element or the like.
  • the wiring layer 122 can be made of a metal such as copper (Cu) or tungsten (W).
  • the insulating layer 121 insulates the wiring layer 122.
  • the insulating layer 121 can be made of an insulating material such as silicon oxide (SiO 2) or silicon nitride (SiN).
  • the separation unit 140 is arranged on the semiconductor substrate 110 at the boundary of the pixels 100 to separate the pixels 100 from each other.
  • the separation unit 140 in the figure is configured to surround the semiconductor substrate 110 of the pixel 100, and electrically separates the pixels 100 from each other.
  • the photoelectric conversion units 101 are separated from each other by the separation unit 140. It is possible to prevent the inflow of electric charge from the photoelectric conversion unit 101 of the adjacent pixel 100, and it is possible to reduce the generation of noise.
  • the separation unit 140 can also prevent the incident of light from the adjacent pixels 100.
  • the separation portion 140 in the figure can be arranged in the groove-shaped opening 119 formed in the semiconductor substrate 110.
  • the opening 119 represents an example in which the opening 119 is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 110 and the bottom portion reaches the vicinity of the front surface side of the semiconductor substrate 110.
  • the separating portion 140 can be made of an insulating material.
  • it can be composed of an inorganic material such as SiO 2 , SiN and carbon (C) -containing silicon oxide (SiOC), or an organic material such as a resin.
  • SiO 2 SiO 2 , SiN and carbon (C) -containing silicon oxide (SiOC)
  • SiOC silicon oxide
  • a gap 149 can be formed in the central portion of the separation portion 140.
  • the void 149 can be formed by closing the opening 119 with the material film of the separating portion 140 before the opening 119 is filled with the material film of the separating portion 140. Since the void 149 has a low relative permittivity, the incident light can be reflected at the interface of the separation portion 140 with the material film. Thereby, the occurrence of color mixing can be further reduced.
  • the separation unit 140 can also be made of a metal such as tungsten (W), aluminum (Al), titanium (Ti), cobalt (Co), ruthenium (Ru) and iridium (Ir). It is also possible to configure the separation unit 140 with a semiconductor material such as polycrystalline silicon.
  • a fixed charge film 131 and an insulating film 132 can be arranged on the back surface side of the semiconductor substrate 110 including the opening 119.
  • the fixed charge film 131 is a film composed of a dielectric having a negative fixed charge. By arranging the fixed charge film 131, the influence of the trap level formed near the interface of the semiconductor substrate 110 can be reduced.
  • a film of hafnium oxide (HfO 2 ) can be used for this fixed charge film 131.
  • the insulating film 132 is a film that insulates the back surface side of the semiconductor substrate 110. Further, the insulating film 132 protects the back surface side of the semiconductor substrate 110.
  • the insulating film 132 can be made of an insulating material such as SiO 2 or SiN.
  • a protective film 141 is further arranged on the pixel 100 in the figure. The protective film 141 is a film made of the material of the separation portion 140.
  • the color filter 180 is an optical filter that transmits incident light having a predetermined wavelength among the incident light.
  • a color filter that transmits red light, green light, and blue light can be used.
  • a color filter 180 corresponding to any of these three wavelengths can be arranged on the pixel 100.
  • the on-chip lens 190 is a lens that collects incident light.
  • the on-chip lens 190 is configured in a hemispherical shape and collects incident light on the photoelectric conversion unit 101.
  • the on-chip lens 190 can be made of an inorganic material such as SiN or an organic material such as an acrylic resin.
  • the lower layer region of the hemispherical lens portion constituting the on-chip lens 190 constitutes a protective film that protects the back surface of the pixel 100. This protective film further flattens the surface on which the on-chip lens 190 is formed.
  • the light-shielding film 170 blocks incident light.
  • the light-shielding film 170 is arranged near the boundary of the pixels 100 on the back surface side of the semiconductor substrate 110 to block incident light.
  • the light-shielding film 170 in the figure is arranged under the color filter 180. As shown in the figure, a plurality of pixels are arranged adjacent to each other in the pixel array unit 10.
  • the light-shielding film 170 shields the incident light obliquely incident on the pixel 100 and transmitted through different types of color filters 180 of the adjacent pixel 100. Thereby, the occurrence of color mixing can be reduced.
  • the light-shielding film 170 can be made of, for example, a metal such as W, Al, Ti, Co, Ru and Ir.
  • the light-shielding film 170, the color filter 180, and the on-chip lens 190 are arranged at positions shifted according to the position of the pixel 100 in the pixel array unit 10. As described above, the incident light from the subject is obliquely incident on the pixels 100 at the peripheral edge of the pixel array unit 10. In order to collect the oblique incident light on the photoelectric conversion unit, the color filter 180 and the on-chip lens 190 are arranged so as to be offset in the direction of the central portion of the pixel array unit 10. Similarly, the light-shielding film 170 is also arranged so as to be displaced in the direction of the central portion of the pixel array portion 10.
  • the angle of incidence on the pixel 100 increases with the distance from the optical axis of the photographing lens.
  • the optical axis of the normal photographing lens is arranged at the center of the pixel array unit 10. Therefore, the incident angle of the pixel 100 at the center of the pixel array unit 10 is substantially 0, and the incident angle increases as the pixel 100 approaches the peripheral edge of the pixel array unit 10.
  • the light-shielding film 170, the color filter 180, and the on-chip lens 190 are arranged at positions shifted according to the incident angle. Pixels 100a, 100b and 100c in the figure represent this situation.
  • the color filter 180a of the pixel 100a and the on-chip lens 190a are arranged at the center of the pixel 100a.
  • the color filter 180b and the on-chip lens 190b of the pixel 100b are arranged so as to be offset to the left in the figure.
  • the color filter 180c of the pixel 100c and the on-chip lens 190c are arranged so as to be offset to the right in the figure.
  • Such a process of shifting the color filter 180 or the like according to the incident angle of the incident light is called pupil correction.
  • the light-shielding film 170a of the pixel 100a is arranged at the boundary of the pixels, the light-shielding film 170b of the pixel 100b is arranged at a position shifted to the left in the figure from the boundary of the pixels, and the light-shielding film 170c of the pixel 100c is the same as the boundary of the pixels. It is placed at a position shifted to the right in the figure. As described above, for the pupil correction, the light-shielding film 170 is arranged at a position away from the separation portion 140 in the pixels 100b and 100c at the peripheral portion of the pixel array portion 10.
  • the separation portion protective film 150 is arranged adjacent to the separation portion 140 to protect the separation portion 140.
  • the separation portion protective film 150 in the figure is arranged on the back surface side of the semiconductor substrate 110, and is arranged adjacent to the separation portion 140 via the above-mentioned protective film 141.
  • the separation portion 140 is arranged in the opening 119 formed in the semiconductor substrate.
  • the opening 119 reduces the strength of the semiconductor substrate 110.
  • stress is applied to the opening 119 in the manufacturing process of the image sensor 1
  • cracks may be formed in the semiconductor substrate 110 at the bottom of the opening 119.
  • a crack may occur at the bottom of the separation portion 140.
  • the gap 149 is formed in the separation portion 140 as described above, cracks are likely to occur in the separation portion 140 at the end of the gap 149. Such a crack becomes a defect of the semiconductor substrate 110 and causes a dark current.
  • the separation portion protective film 150 is arranged to reduce the expansion of the opening 119 and reduce the concentration of stress on the bottom of the separation portion 140. As a result, the strength of the separating portion 140 can be improved, and damage to the separating portion 140 can be prevented.
  • the separation portion protective film 150 can be made of an insulating material.
  • the separation portion protective film 150 can be made of a silicon compound such as SiO 2 or SiN.
  • the separation portion protective film 150 can be made of a resin.
  • the separation portion protective film 150 in the figure shows an example composed of SiO 2. Further, it is preferable that the separation portion protective film 150 is configured to have a film thickness of 10 nm or more. This is because the strength of the separating portion 140 can be further improved.
  • the separation portion protective film 150 can be arranged adjacent to the light-shielding film 170.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a separation portion protective film according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of the separation portion protective film 150, and is an enlarged view of a boundary portion of the pixel 100 described in FIG.
  • A represents a configuration example of the pixel 100a
  • B in the figure represents a configuration example of the pixel 100b.
  • the separation portion 140 is arranged in the opening 119 formed on the back surface side of the semiconductor substrate 110.
  • a fixed charge film 131 and an insulating film 132 are laminated and arranged on the back surface side of the semiconductor substrate 110.
  • the fixed charge film 131 and the insulating film 132 are also arranged at the opening 119.
  • the separation portion 140 will be arranged adjacent to the insulating film 132.
  • the protective film 141 is arranged on the back surface side of the semiconductor substrate 110.
  • the protective film 141 can be made of a film made of the same material as the separating portion 140, and can be formed at the same time as the separating portion 140.
  • a gap 149 is formed in the central portion of the separation portion 140. Either one of the insulating film 132 and the protective film 141 may be omitted.
  • the color filter 180 and the on-chip lens 190 are arranged at the center of the pixel 100a.
  • the light-shielding film 170a is arranged at the boundary of the pixels 100a. Therefore, the light-shielding film 170a is arranged adjacent to the separation portion 140.
  • the separation portion protective film 150a can be configured to include a light-shielding film 170a. The light-shielding film 170a can be protected by covering the light-shielding film 170a with the separation portion protective film 150a.
  • the color filter 180 and the on-chip lens 190 are arranged at positions shifted to the right in the figure from the central portion of the pixel 100b.
  • the light-shielding film 170b is located near the boundary of the pixel 100b and is arranged at a position deviated from the boundary to the right in the figure. Therefore, the light-shielding film 170b is arranged in the vicinity of the separation portion 140.
  • the separation portion protective film 150b can be arranged adjacent to the separation portion 140 and can be arranged adjacent to the light shielding film 170b. In B in the figure, the separation portion protective film 150b can be formed in a shape extended to a position adjacent to the light-shielding film 170b. Further, similarly to A in the figure, the separation portion protective film 150b can be configured to include a light-shielding film 170b.
  • the pixel 100c described in FIG. 3 can be configured in a shape in which the left and right sides of the pixel 100b of b in the figure are inverted.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a separation unit according to a comparative example of the embodiment of the present disclosure.
  • the figure is a diagram showing the configuration of the separation portion of the pixel 100b in which the separation portion protection film 150 is omitted as a comparative example.
  • the light-shielding film 170b is arranged at a position deviated from the boundary of the pixel 100b, it is arranged at a position away from the separation portion 140. Since a member that closes the opening 119 of the separation portion 140 is not arranged, when a stress for expanding the opening 119 is applied, a crack is generated in the separation portion 140 or the like adjacent to the bottom of the gap 149.
  • Crack 148 in the figure shows this situation.
  • a defect is formed in the semiconductor substrate 110 near the end of the crack 148, and the dark current increases.
  • the separation portion protective film 150 By arranging the separation portion protective film 150, it is possible to prevent stress concentration in the opening 119 and prevent the occurrence of cracks 148 and the like.
  • FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of pixels according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a plan view showing a configuration example of the light-shielding film 170 and the separation portion protective film 150.
  • A represents a configuration example of a light-shielding film 170 or the like of the pixel 100a
  • B in the figure represents a configuration example of the pixel 100d described in FIG.
  • the area of dot hatching represents the area of the separation unit 140.
  • the shaded hatched area represents the area of the light-shielding film 170.
  • the area of the broken line represents the area of the separation portion protective film 150.
  • the light-shielding film 170 can be formed in different shapes at the corners and sides of the pixel 100.
  • the light-shielding films 171 and 172 in the figure represent the light-shielding films 170 in the vicinity of the corners and sides of the pixel 100, respectively.
  • the light-shielding films 171 and 172 represent examples of being formed into square and rectangular shapes in a plan view, respectively.
  • the light-shielding film 171 can be formed as a rectangle having a width wider than that of the light-shielding film 172 in a plan view.
  • the light-shielding film 171 can be configured to have a size wider than that of the separation portion 140 at the corner of the pixel 100.
  • the separation portion protective film 150 can also be formed in different shapes at the corners and sides of the pixel 100.
  • the separation portion protective films 151 and 152 in the figure represent the separation portion protective film 150 in the vicinity of the corners and sides of the pixel 100, respectively. Similar to the light-shielding film 170 described above, the separation portion protective films 151 and 152 represent examples of being formed into square and rectangular shapes in a plan view, respectively.
  • the light-shielding films 171a and 172a are arranged on the pixel 100a of A in the figure. These are arranged at the boundary of the pixel 100a and are arranged adjacent to the separation portion 140.
  • the separation portion protective films 151a and 152a are configured to cover the light-shielding films 171a and 172a, respectively.
  • the light-shielding films 171d and 172d are arranged on the pixel 100d of B in the figure. These are arranged so as to be offset in the upper left direction of the figure with respect to the boundary of the pixel 100d.
  • the separation portion protective films 151d and 152d are formed in a shape in which the respective ends are spread so as to cover the light shielding films 171d and 172d.
  • FIGS. 7 and 8 are enlarged views of the portion of the pixel 100b. The manufacturing process of the image pickup device 1 will be described by taking pixel 100b as an example.
  • a well region, a semiconductor region (semiconductor region 111), and the like are formed on the semiconductor substrate 110, and a wiring region 120 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 110.
  • the top and bottom of the semiconductor substrate 110 are inverted, and the back surface side of the semiconductor substrate 110 is ground to reduce the wall thickness.
  • an opening 119 is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 110 (A in FIG. 7). This can be done by dry etching the back surface side of the semiconductor substrate 110.
  • the fixed charge film 131 is arranged on the back surface side of the semiconductor substrate 110 including the opening 119 (B in FIG. 7). This can be done, for example, by CVD (Chemical Vapor Deposition).
  • the insulating film 132 is formed and laminated on the fixed charge film 131 (C in FIG. 7). This can be done, for example, by CVD.
  • the separation portion 140 is arranged in the opening 119 (D in FIG. 7). This can be done, for example, by arranging a film of SiO 2 on the back surface side of the semiconductor substrate 110 including the opening 119. The arrangement of the film of SiO 2 can be performed by, for example, CVD. At this time, a gap 149 is formed in the central portion of the separation portion 140. Further, the protective film 141 is arranged on the back surface side of the semiconductor substrate 110.
  • the material film 301 of the light-shielding film 170 is arranged on the back surface side of the semiconductor substrate 110 (E in FIG. 8). This can be done, for example, by forming a W film using CVD or the like.
  • the light-shielding film 170 is formed by etching the material film 301 (F in FIG. 8). At this time, the light-shielding film 170 is staggered for pupil correction.
  • the material film 302 of the separation portion protective film 150 is arranged on the back surface side of the semiconductor substrate 110 (G in FIG. 8). This can be done, for example, by forming a film of SiO 2 using CVD or the like and flattening the surface.
  • the SiO 2 film can be flattened by, for example, chemical mechanical polishing (CMP).
  • the material film 302 is etched to form the separation portion protective film 150 (H in FIG. 8).
  • the image sensor 1 can be manufactured by arranging the color filter 180 and the on-chip lens 190 in order.
  • FIG. 9 is a plan view showing a pixel configuration according to a modification of the first embodiment of the present disclosure. Similar to FIG. 6, FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of the light-shielding film 170 and the separation portion protective film 150. The method of pupil correction is different from that of the light-shielding film 170 of FIG. The figure is a diagram showing a configuration example of the pixel 100d.
  • a in the figure is a pupil-corrected light-shielding film 172d out of the light-shielding films 171d and 172d.
  • the light-shielding film 172d arranged on the side of the pixel 100d is arranged so as to be offset in the upper left direction of the figure.
  • B in the figure shows that the light-shielding film 171d of the light-shielding films 171d and 172d is pupil-corrected.
  • the light-shielding film 171d arranged at the corner of the pixel 100d is arranged so as to be offset in the upper left direction of the figure.
  • the separation portion protective films 151d and 152d can be formed in a shape adjacent to the separation portion 140 and including the light-shielding films 171 and 172, respectively.
  • the separation unit 140 is arranged by arranging the separation unit protective film 150 adjacent to the separation unit 140 arranged at the boundary of the pixel 100.
  • the strength of the can be improved. Thereby, the strength of the image pickup device 1 can be improved.
  • Second Embodiment> In the image sensor 1 of the first embodiment described above, the separation portion protective film 150 having a shape surrounding the pixel 100 is arranged. On the other hand, the image sensor 1 of the second embodiment of the present disclosure is described in the first embodiment described above in that any part of the corner and the side of the pixel 100 is omitted from the separation portion protective film 150. It is different from the form of.
  • FIG. 10 is a plan view showing a configuration example of pixels according to the second embodiment of the present disclosure. Similar to FIG. 6, FIG. 6 is a plan view showing a configuration example of the light-shielding film 170 and the separation portion protective film 150. It differs from the pixel 100 in FIG. 6 in that the separation portion protective film 150 is arranged at a corner or a side of the pixel 100.
  • the figure is a diagram showing a configuration example of the pixel 100a.
  • a in the figure represents a separation portion protective film 150 arranged near the corner of the pixel 100a.
  • the separation portion protective film 150 of A in the figure is configured to include a light-shielding film 171a.
  • the separation portion protective film 150 of B in the figure represents the separation portion protective film 150 arranged in the vicinity of the side of the pixel 100a.
  • the separation portion protective film 150 of B in the figure is configured to include a light-shielding film 172a.
  • the separation portion protective film 150 in the vicinity of any of the corners and sides of the pixel 100 is omitted.
  • the separation portion protective film 150 in the vicinity of any of the corners and sides of the pixel 100 is omitted.
  • the configuration of the pixel 100 can be simplified.
  • the image pickup device 1 of the first embodiment described above uses the separation portion protective film 150 made of an insulating material.
  • the image sensor 1 of the third embodiment of the present disclosure is different from the above-described first embodiment in that the separation portion protective film 150 made of metal is used.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a separation portion protective film according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration example of the separation portion protective film 150 as in FIG. It differs from the separation part protection film 150 of FIG. 4 in that the separation part protection film 150 made of metal is arranged.
  • the separation portion protective film 150 in the figure can be made of the same material as the light-shielding film 170.
  • the separation portion protective film 150 in the figure can be made of, for example, a metal such as W, Al, Ti, Co, Ru and Ir.
  • a protective film made of SiO 2 or the like can be arranged on the surface of the separation portion protective film 150.
  • the light-shielding film 170 is arranged after the separation portion protective film 150 is arranged on the back surface side of the semiconductor substrate 110.
  • the separation portion protective film 150 is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 110 by the same process as the formation of the light-shielding film 170.
  • a protective film is arranged on the separation portion protective film 150. Next, it can be formed by arranging the light-shielding film 170 at the boundary of the pixel 100.
  • a in the figure is a diagram showing a configuration example of the pixel 100a.
  • the separation portion protective film 150a and the light-shielding film 170a are arranged at overlapping positions. That is, the light-shielding film 170a is laminated on the separation portion protective film 150a.
  • the B in the figure is a diagram showing a configuration example of the pixel 100b. Due to the pupil correction, the light-shielding film 170b is arranged so as to be displaced and not overlapped with the separation portion protective film 150. Therefore, the separation portion protective film 150b and the light-shielding film 170b are arranged adjacent to the same layer.
  • FIG. 12 is a diagram showing another configuration example of the separation portion protective film according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the separation portion protective film 150 in the figure shows an example of being integrally formed with the light-shielding film 170.
  • the light-shielding film 170 can be omitted.
  • the light-shielding film 170b and the separation portion protective film 150b are integrally formed. That is, the light-shielding film 170b and the separation portion protective film 150b of B in the figure are configured in a shape in which the light-shielding film 170b and the separation portion protective film 150b of B in FIG. 11 are connected.
  • the light-shielding film 170b and the separation portion protective film 150b can be formed at the same time, and the manufacturing process of the image pickup device 1 can be simplified.
  • the strength of the image pickup device 1 can be improved by arranging the separation portion protective film 150 made of metal.
  • a separation portion 140 whose end reaches the vicinity of the surface side of the semiconductor substrate 110 is arranged.
  • the image sensor 1 of the fourth embodiment of the present disclosure is different from the above-described first embodiment in that a separation portion 140 having a shape penetrating the semiconductor substrate 110 is arranged.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of pixels according to the fourth embodiment of the present disclosure. Similar to FIG. 3, FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of the pixel 100. It differs from the pixel 100 in FIG. 3 in that the separation portion 140 is formed in a shape that penetrates the semiconductor substrate 110.
  • the separation portion 140 in the figure is configured to penetrate the semiconductor substrate 110.
  • the opening 119 in the figure is configured to penetrate the semiconductor substrate 110.
  • the separation portion 140 is arranged in the opening portion 119. Since the separation unit 140 is configured to penetrate the semiconductor substrate 110, the inflow of electric charges from the photoelectric conversion unit 101 of the adjacent pixel 100 can be further reduced, and the generation of noise can be further reduced.
  • the opening 119 can be formed from the back surface side of the semiconductor substrate. Further, the opening 119 can also be formed from the surface side of the semiconductor substrate 110. In this case, the surface side of the semiconductor substrate 110 is etched to form the opening 119 before arranging the wiring region 120.
  • the strength of the pixel 100 can be improved by arranging the separation portion protective film 150.
  • the separation portion protective film 150 is arranged even when the separation portion 140 having a shape penetrating the semiconductor substrate 110 is arranged. Thereby, the strength of the image pickup device 1 can be improved.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the present technology may be realized as an image pickup device mounted on an image pickup device such as a camera.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration example of a camera which is an example of an imaging device to which the present technology can be applied.
  • the camera 1000 in the figure includes a lens 1001, an image pickup element 1002, an image pickup control unit 1003, a lens drive unit 1004, an image processing unit 1005, an operation input unit 1006, a frame memory 1007, a display unit 1008, and the like.
  • a recording unit 1009 is provided.
  • the lens 1001 is a photographing lens of the camera 1000.
  • the lens 1001 collects light from the subject and causes the light to be incident on the image pickup device 1002 described later to form an image of the subject.
  • the image sensor 1002 is a semiconductor element that captures light from a subject focused by the lens 1001.
  • the image sensor 1002 generates an analog image signal according to the irradiated light, converts it into a digital image signal, and outputs the signal.
  • the image pickup control unit 1003 controls the image pickup in the image pickup device 1002.
  • the image pickup control unit 1003 controls the image pickup device 1002 by generating a control signal and outputting the control signal to the image pickup device 1002. Further, the image pickup control unit 1003 can perform autofocus on the camera 1000 based on the image signal output from the image pickup device 1002.
  • the autofocus is a system that detects the focal position of the lens 1001 and automatically adjusts it.
  • a method (image plane phase difference autofocus) in which the image plane phase difference is detected by the phase difference pixels arranged in the image sensor 1002 to detect the focal position can be used. It is also possible to apply a method (contrast autofocus) of detecting the position where the contrast of the image is highest as the focal position.
  • the image pickup control unit 1003 adjusts the position of the lens 1001 via the lens drive unit 1004 based on the detected focal position, and performs autofocus.
  • the image pickup control unit 1003 can be configured by, for example, a DSP (Digital Signal Processor) equipped with firmware.
  • DSP Digital Signal Processor
  • the lens driving unit 1004 drives the lens 1001 based on the control of the imaging control unit 1003.
  • the lens driving unit 1004 can drive the lens 1001 by changing the position of the lens 1001 using a built-in motor.
  • the image processing unit 1005 processes the image signal generated by the image sensor 1002. This processing includes, for example, demosaic to generate an image signal of a color that is insufficient among the image signals corresponding to red, green, and blue for each pixel, noise reduction to remove noise of the image signal, and coding of the image signal. Applicable.
  • the image processing unit 1005 can be configured by, for example, a microcomputer equipped with firmware.
  • the operation input unit 1006 receives the operation input from the user of the camera 1000.
  • a push button or a touch panel can be used for the operation input unit 1006.
  • the operation input received by the operation input unit 1006 is transmitted to the image pickup control unit 1003 and the image processing unit 1005. After that, processing according to the operation input, for example, processing such as imaging of the subject is activated.
  • the frame memory 1007 is a memory that stores a frame that is an image signal for one screen.
  • the frame memory 1007 is controlled by the image processing unit 1005 and holds frames in the process of image processing.
  • the display unit 1008 displays the image processed by the image processing unit 1005.
  • a liquid crystal panel can be used.
  • the recording unit 1009 records the image processed by the image processing unit 1005.
  • a memory card or a hard disk can be used for the recording unit 1009.
  • the cameras to which this disclosure can be applied have been described above.
  • the present technology can be applied to the image pickup device 1002 among the configurations described above.
  • the image pickup device 1 described with reference to FIG. 1 can be applied to the image pickup device 1002.
  • the strength of the image sensor 1002 can be improved.
  • the image processing unit 1005 is an example of the processing circuit described in the claims.
  • the camera 1000 is an example of the imaging device according to the claims.
  • the configuration of the pixel 100 of the second embodiment can be combined with other embodiments. Specifically, the separation portion protective film 150 of FIG. 10 can be applied to the pixels 100 of FIGS. 11, 12 and 13.
  • the configuration of the pixel 100 of the third embodiment can be combined with other embodiments. Specifically, the separation portion protective film 150 of FIGS. 11 and 12 can be applied to the pixel 100 of FIGS. 10 and 13.
  • the configuration of the pixel 100 of the fourth embodiment can be combined with other embodiments.
  • the separation unit 140 of FIG. 13 can be applied to the pixels 100 of FIGS. 10 to 12.
  • the present technology can have the following configurations.
  • the separation portion includes an insulator arranged in the opening.
  • An image pickup apparatus including a processing circuit for processing an image signal generated based on the photoelectric conversion.
  • 1,1002 Image sensor 10 Pixel array unit 30
  • Protective film 149 Void 150, 150a, 150b, 150c, 150d, 151, 151a, 151d, 152a, 152d

Landscapes

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

Abstract

画素の境界に分離部が配置される撮像素子の強度を向上させる。　撮像素子は、複数の画素、分離部、遮光膜および分離部保護膜を具備する。複数の画素は、半導体基板に形成されて入射光の光電変換を行う光電変換部を備える。分離部は、その複数の画素の境界に配置されてその光電変換部を分離する。遮光膜は、その複数の画素の境界の近傍に配置されてその入射光を遮光する。分離部保護膜は、その分離部に隣接して配置されてその分離部を保護する。

Description

撮像素子および撮像装置
　本開示は、撮像素子および撮像装置に関する。詳しくは、境界に分離部を有する画素を備える撮像素子および当該撮像素子を使用する撮像装置に関する。
　従来、入射光に基づいて画像信号を生成する画素が２次元格子状に配置されて構成された撮像素子が使用されている。この画素には、入射光を集光するオンチップレンズ、所定の波長の入射光を透過するカラーフィルタおよび半導体基板に形成されて入射光の光電変換を行う光電変換部がそれぞれ配置される。このカラーフィルタには、赤色光、緑色光および青色光を透過する３種類のカラーフィルタを使用することができる。また、画素の境界には、入射光を遮光する遮光膜が配置される。この遮光膜は、隣接する画素から斜めに入射する入射光を遮光する膜である。この遮光膜を配置することにより、隣接する画素のカラーフィルタを透過した入射光を遮光することができ、混色の発生を軽減することができる。ここで混色とは、自身に配置されたカラーフィルタとは異なる波長の入射光により画像信号が影響を受ける現象である。隣接する画素のカラーフィルタを透過した光の入射により生じる。
　このような撮像素子として、金属により構成された遮光部が配置された固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この遮光部は、画素が２次元格子状に配置された画素アレイの中央部に向けて伸びる形状の金属部と入射光側に伸びる形状の金属部とにより構成される。画素アレイの中央部に配置される画素においては、遮光部は画素の外周部に配置される。これに対し、画素アレイの外周部に配置される画素においては、遮光部は画素の外周部から画素アレイの中央部にずれた位置に配置される。固体撮像素子に被写体を結像する撮影レンズの影響により、画素アレイの外周部では入射光が斜めに画素に入射する。この斜めに入射する入射光を光電変換部に導くため、外周部の画素においては、オンチップレンズおよびカラーフィルタが画素アレイの中央部にずれて配置される。このカラーフィルタの位置と整合をとるため、遮光部もずれた位置に配置される。
特開２０１７－０１１２０７号公報
　上述の従来技術では、画素の強度が低下するという問題がある。画素の光電変換部を分離するため画素の境界の半導体基板に分離部が配置される。この分離部として画素を囲繞する溝形状の開口部により光電変換部を分離する分離部が使用される。この開口部に絶縁物を配置することにより、光電変換部同士を分離することができる。しかし、このような分離部を上述の従来技術に適用すると、半導体基板に形成された開口部により、撮像素子の強度が低下するという問題がある。
　本開示は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、画素の境界に分離部が配置される撮像素子の強度を向上させることを目的としている。
　本開示は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の態様は、半導体基板に形成されて入射光の光電変換を行う光電変換部を備える複数の画素と、上記複数の画素の境界に配置されて上記光電変換部を分離する分離部と、上記複数の画素の境界の近傍に配置されて上記入射光を遮光する遮光膜と、上記分離部に隣接して配置されて上記分離部を保護する分離部保護膜とを具備する撮像素子である。
　また、この第１の態様において、上記分離部は、上記半導体基板に形成された開口部に配置されてもよい。
　また、この第１の態様において、上記分離部は、上記開口部に配置される絶縁物を備えてもよい。
　また、この第１の態様において、上記分離部保護膜は、空隙が配置されてもよい。
　また、この第１の態様において、上記複数の画素に配置されて上記入射光のうちの所定の波長の入射光を透過するカラーフィルタをさらに具備してもよい。
　また、この第１の態様において、上記複数の画素に配置されて上記入射光を上記光電変換部に集光するオンチップレンズをさらに具備してもよい。
　また、この第１の態様において、上記遮光膜は、上記入射光の入射角度に応じてずれた位置に配置されてもよい。
　また、この第１の態様において、上記分離部保護膜は、上記遮光膜に隣接して配置されてもよい。
　また、この第１の態様において、上記分離部保護膜は、上記遮光膜が重ねて配置されてもよい。
　また、この第１の態様において、上記画素は、平面視において矩形形状に構成されてもよい。
　また、この第１の態様において、上記分離部保護膜は、上記矩形形状の辺の近傍に配置されてもよい。
　また、この第１の態様において、上記分離部保護膜は、上記矩形形状の隅の近傍に配置されてもよい。
　また、この第１の態様において、上記分離部保護膜は、絶縁物により構成されてもよい。
　また、この第１の態様において、上記分離部保護膜は、シリコン化合物により構成されてもよい。
　また、この第１の態様において、上記分離部保護膜は、樹脂により構成されてもよい。
　また、この第１の態様において、上記分離部保護膜は、金属により構成されてもよい。
　また、本開示の第２の態様は、半導体基板に形成されて入射光の光電変換を行う光電変換部を備える複数の画素と、上記複数の画素の境界に配置されて上記光電変換部を分離する分離部と、上記複数の画素の境界の近傍に配置されて上記入射光を遮光する遮光膜と、上記分離部に隣接して配置されて上記分離部を保護する分離部保護膜と、上記光電変換に基づいて生成された画像信号を処理する処理回路とを具備する撮像装置である。
　本開示の態様により、分離部保護膜が分離部に隣接して配置されるという作用をもたらす。分離部保護膜による分離部の保護が想定される。
本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。 本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。 本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る分離部保護膜の構成例を示す図である。 本開示の実施の形態の比較例に係る分離部の構成を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す平面図である。 本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法を示す図である。 本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法を示す図である。 本開示の第１の実施の形態の変形例に係る画素の構成を示す平面図である。 本開示の第２の実施の形態に係る画素の構成例を示す平面図である。 本開示の第３の実施の形態に係る分離部保護膜の構成例を示す図である。 本開示の第３の実施の形態に係る分離部保護膜の他の構成例を示す図である。 本開示の第４の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。 本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。
　次に、図面を参照して、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）を説明する。以下の図面において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。また、以下の順序で実施の形態の説明を行う。
　１．第１の実施の形態
　２．第２の実施の形態
　３．第３の実施の形態
　４．第４の実施の形態
　５．カメラへの応用例
　＜１．第１の実施の形態＞
　［撮像素子の構成］
　図１は、本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。同図の撮像素子１は、画素アレイ部１０と、垂直駆動部２０と、カラム信号処理部３０と、制御部４０とを備える。
　画素アレイ部１０は、画素１００が２次元格子状に配置されて構成されたものである。ここで、画素１００は、照射された光に応じた画像信号を生成するものである。この画素１００は、照射された光に応じた電荷を生成する光電変換部を有する。また画素１００は、画素回路をさらに有する。この画素回路は、光電変換部により生成された電荷に基づく画像信号を生成する。画像信号の生成は、後述する垂直駆動部２０により生成された制御信号により制御される。画素アレイ部１０には、信号線１１および１２がＸＹマトリクス状に配置される。信号線１１は、画素１００における画素回路の制御信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の行毎に配置され、各行に配置される画素１００に対して共通に配線される。信号線１２は、画素１００の画素回路により生成された画像信号を伝達する信号線であり、画素アレイ部１０の列毎に配置され、各列に配置される画素１００に対して共通に配線される。これら光電変換部および画素回路は、半導体基板に形成される。
　垂直駆動部２０は、画素１００の画素回路の制御信号を生成するものである。この垂直駆動部２０は、生成した制御信号を同図の信号線１１を介して画素１００に伝達する。カラム信号処理部３０は、画素１００により生成された画像信号を処理するものである。このカラム信号処理部３０は、同図の信号線１２を介して画素１００から伝達された画像信号の処理を行う。カラム信号処理部３０における処理には、例えば、画素１００において生成されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するアナログデジタル変換が該当する。カラム信号処理部３０により処理された画像信号は、撮像素子１の画像信号として出力される。制御部４０は、撮像素子１の全体を制御するものである。この制御部４０は、垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０を制御する制御信号を生成して出力することにより、撮像素子１の制御を行う。制御部４０により生成された制御信号は、信号線４１および４２により垂直駆動部２０およびカラム信号処理部３０に対してそれぞれ伝達される。カラム信号処理部３０は、請求の範囲に記載の処理回路の一例である。
　［画素アレイ部の構成］
　図２は、本開示の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。同図は、撮像素子１の構成例を表す平面図である。同図の撮像素子１の画素アレイ部１０の矩形は、画素１００を表す。このように、画素アレイ部１０には、画素１００が２次元格子状に配列される。この画素アレイ部１０の画素１００のうち、中央部に配置された画素１００（画素１００ａ）には、被写体からの入射光が略垂直に入射する。これに対し、画素アレイ部１０の周縁部の画素には、入射光が斜めに入射する。前述のように、被写体を結像する撮影レンズが撮像素子１の外部に配置され、撮影レンズの光軸が画素アレイ部１０の中央部に来る位置に撮像素子１が配置されるためである。画素アレイ部１０の同図の右端の画素１００ｂには鉛直方向に対して同図の左斜め方向から入射光が入射し、左端の画素１００ｃには鉛直方向に対して同図の右斜め方向から入射光が入射する。同図の右下の画素１００ｄには鉛直方向に対して同図の左上方向から斜めに入射光が入射する。
　［画素の構成］
　図３は、本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、画素１００の構成例を表す断面図である。同図は、図２の画素１００ａ、１００ｂおよび画素１００ｃを通る線に沿う画素アレイ部１０の断面図であり、画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃの構成例を表す図である。画素１００は、半導体基板１１０と、配線領域１２０と、分離部１４０と、分離部保護膜１５０と、遮光膜１７０と、カラーフィルタ１８０と、オンチップレンズ１９０とを備える。なお、画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃは、分離部保護膜１５０、遮光膜１７０、カラーフィルタ１８０およびオンチップレンズ１９０以外は同一の構成を採ることができる。
　半導体基板１１０は、画素１００の光電変換部や画素回路等の素子の拡散領域が配置される半導体の基板である。光電変換部等の素子は、半導体基板１１０に形成されたウェル領域に配置される。便宜上、同図の半導体基板１１０は、ｐ型のウェル領域に構成されるものと想定する。このｐ型のウェル領域にｎ型の半導体領域を形成することにより、素子の拡散領域を配置することができる。同図には、光電変換部１０１を例として記載した。同図の光電変換部１０１は、ｎ型の半導体領域１１１により構成される。具体的には、ｎ型の半導体領域１１１と周囲のｐ型のウェル領域とのｐｎ接合により構成されるフォトダイオードが光電変換部１０１に該当する。
　配線領域１２０は、半導体基板１１０の表面側に配置されて半導体基板１１０に形成された素子に信号を伝達する配線が形成される領域である。同図の配線領域１２０は、配線層１２２および絶縁層１２１を備える。配線層１２２は、素子等に信号を伝達する配線である。この配線層１２２は、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ）等の金属により構成することができる。絶縁層１２１は、配線層１２２を絶縁するものである。この絶縁層１２１は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁物により構成することができる。
　分離部１４０は、画素１００の境界の半導体基板１１０に配置されて画素１００同士を分離するものである。同図の分離部１４０は、画素１００の半導体基板１１０を囲繞する形状に構成されて、画素１００同士を電気的に分離する。分離部１４０により光電変換部１０１同士が分離される。隣接する画素１００の光電変換部１０１からの電荷の流入を防ぐことができ、ノイズの発生を低減することができる。また、分離部１４０は、隣接する画素１００からの光の入射を防ぐこともできる。同図の分離部１４０は、半導体基板１１０に形成された溝形状の開口部１１９に配置することができる。この開口部１１９は、半導体基板１１０の裏面側に形成され、底部が半導体基板１１０の表面側の近傍に達する形状に構成される例を表したものである。
　分離部１４０は、絶縁物により構成することができる。例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮおよび炭素（Ｃ）含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）等の無機材料や樹脂等の有機材料により構成することができる。これらの絶縁物を半導体基板１１０の裏面側に形成された開口部１１９に配置することにより、分離部１４０を形成することができる。この絶縁物を配置する際、分離部１４０の中央部に空隙１４９を形成することができる。この空隙１４９は、開口部１１９が分離部１４０の材料膜により埋められる前に、開口部１１９を分離部１４０の材料膜により閉塞することにより形成することができる。空隙１４９は比誘電率が低いため、分離部１４０の材料膜との界面において入射光を反射することができる。これにより、混色の発生をさらに低減することができる。
　また、分離部１４０は、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびイリジウム（Ｉｒ）等の金属により構成することもできる。また、多結晶シリコン等の半導体材料により分離部１４０を構成することも可能である。
　なお、開口部１１９を含む半導体基板１１０の裏面側には、不図示の固定電荷膜１３１および絶縁膜１３２を配置することができる。固定電荷膜１３１は、負の固定電荷を有する誘電体により構成される膜である。この固定電荷膜１３１を配置することにより、半導体基板１１０の界面近傍に形成されるトラップ準位の影響を軽減することができる。この固定電荷膜１３１には、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）の膜を使用することができる。絶縁膜１３２は、半導体基板１１０の裏面側を絶縁する膜である。また、絶縁膜１３２は、半導体基板１１０の裏面側を保護する。この絶縁膜１３２は、ＳｉＯ２やＳｉＮ等の絶縁物により構成することができる。なお、同図の画素１００は、保護膜１４１がさらに配置される。この保護膜１４１は、分離部１４０の材料により構成される膜である。
　カラーフィルタ１８０は、入射光のうち所定の波長の入射光を透過する光学的なフィルタである。カラーフィルタ１８０として、例えば、赤色光、緑色光および青色光を透過するカラーフィルタを使用することができる。画素１００には、これらの３つの波長の何れかに対応するカラーフィルタ１８０を配置することができる。
　オンチップレンズ１９０は、入射光を集光するレンズである。このオンチップレンズ１９０は、半球形状に構成されて入射光を光電変換部１０１に集光する。オンチップレンズ１９０は、ＳｉＮ等の無機材料やアクリル樹脂等の有機材料により構成することができる。なお、オンチップレンズ１９０を構成する半球形状のレンズ部の下層の領域は、画素１００の裏面を保護する保護膜を構成する。この保護膜は、オンチップレンズ１９０が形成される面の平坦化をさらに行う。
　遮光膜１７０は、入射光を遮光するものである。この遮光膜１７０は、半導体基板１１０の裏面側の画素１００の境界の近傍に配置されて入射光を遮光する。同図の遮光膜１７０は、カラーフィルタ１８０の下層に配置される。同図に表したように画素アレイ部１０には複数の画素が隣接して配置される。遮光膜１７０は、画素１００に対して斜めに入射して隣接する画素１００の異なる種類のカラーフィルタ１８０を透過した入射光を遮光する。これにより、混色の発生を低減することができる。遮光膜１７０は、例えば、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、ＲｕおよびＩｒ等の金属により構成することができる。
　遮光膜１７０、カラーフィルタ１８０およびオンチップレンズ１９０は、画素アレイ部１０における画素１００の位置に応じてずれた位置に配置される。前述のように画素アレイ部１０の周縁部の画素１００には、被写体からの入射光が斜めに入射する。この斜めの入射光を光電変換部に集光するため、カラーフィルタ１８０およびオンチップレンズ１９０は、画素アレイ部１０の中心部の方向にずれて配置される。遮光膜１７０も同様に、画素アレイ部１０の中心部の方向にずれて配置される。ずれて配置されるオンチップレンズ１９０により集光される入射光の遮光を防ぐためである。画素１００への入射角は、撮影レンズの光軸からの距離に応じて大きくなる。通常撮影レンズの光軸は、画素アレイ部１０の中心部に配置される。このため、画素アレイ部１０の中心部の画素１００は入射角が略０であり、画素アレイ部１０の周縁部に近付くほど入射角が大きくなる。
　遮光膜１７０、カラーフィルタ１８０およびオンチップレンズ１９０は、この入射角に応じてずれた位置に配置される。同図の画素１００ａ、１００ｂおよび１００ｃはこの様子を表したものである。画素１００ａのカラーフィルタ１８０ａおよびオンチップレンズ１９０ａは、画素１００ａの中央部に配置される。画素１００ｂのカラーフィルタ１８０ｂおよびオンチップレンズ１９０ｂは、同図の左方向にずれて配置される。画素１００ｃのカラーフィルタ１８０ｃおよびオンチップレンズ１９０ｃは、同図の右方向にずれて配置される。このような入射光の入射角度に応じてカラーフィルタ１８０等をずらす処理は、瞳補正と称される。画素１００ａの遮光膜１７０ａは画素の境界に配置され、画素１００ｂの遮光膜１７０ｂは画素の境界から同図の左方向にずれた位置に配置され、画素１００ｃの遮光膜１７０ｃは画素の境界から同図の右方向にずれた位置に配置される。このように、瞳補正のため、画素アレイ部１０の周縁部の画素１００ｂおよび１００ｃにおいては、遮光膜１７０が分離部１４０から離れた位置に配置されることとなる。
　分離部保護膜１５０は、分離部１４０に隣接して配置されて分離部１４０を保護するものである。同図の分離部保護膜１５０は、半導体基板１１０の裏面側に配置され、上述の保護膜１４１を介して分離部１４０に隣接して配置される。上述のように、分離部１４０は、半導体基板に形成された開口部１１９に配置される。この開口部１１９により半導体基板１１０の強度が低下する。撮像素子１の製造工程等において開口部１１９に応力が掛かると開口部１１９の底部の半導体基板１１０にき裂が形成される場合がある。また、分離部１４０の底部にき裂を生じる場合もある。上述のように分離部１４０に空隙１４９が形成される場合には、空隙１４９の端部の分離部１４０にき裂を生じ易くなる。このようなき裂は、半導体基板１１０の欠陥となり、暗電流の原因となる。
　そこで、分離部保護膜１５０を配置して開口部１１９の拡開を低減し、分離部１４０の底部への応力の集中を軽減する。これにより、分離部１４０の強度を向上させることができ、分離部１４０の破損を防ぐことができる。分離部保護膜１５０は、絶縁物により構成することができる。例えば、分離部保護膜１５０は、ＳｉＯ２やＳｉＮ等のシリコン化合物により構成することができる。また、例えば、分離部保護膜１５０は、樹脂により構成することができる。同図の分離部保護膜１５０は、ＳｉＯ２により構成される例を表したものである。また、分離部保護膜１５０は、１０ｎｍ以上の膜厚に構成すると好適である。分離部１４０の強度をより向上させることができるためである。なお、分離部保護膜１５０は、遮光膜１７０に隣接して配置することができる。
　［分離部保護膜の構成］
　図４は、本開示の第１の実施の形態に係る分離部保護膜の構成例を示す図である。同図は、分離部保護膜１５０の構成例を表す断面図であり、図３において説明した画素１００の境界部分を拡大した図である。同図におけるＡは画素１００ａの構成例を表し、同図におけるＢは画素１００ｂの構成例を表した図である。
　前述のように分離部１４０は、半導体基板１１０の裏面側に形成された開口部１１９に配置される。半導体基板１１０の裏面側には、固定電荷膜１３１および絶縁膜１３２が積層されて配置される。これら固定電荷膜１３１および絶縁膜１３２は、開口部１１９にも配置される。分離部１４０は、絶縁膜１３２に隣接して配置されることとなる。また、半導体基板１１０の裏面側には、保護膜１４１が配置される。この保護膜１４１は、分離部１４０と同じ材料の膜により構成することができ、分離部１４０と同時に形成することができる。分離部１４０の中央部には、空隙１４９が形成される。なお、絶縁膜１３２および保護膜１４１は、何れか一方を省略することもできる。
　同図におけるＡにおいて、カラーフィルタ１８０およびオンチップレンズ１９０は、画素１００ａの中央部に配置される。遮光膜１７０ａは、画素１００ａの境界に配置される。このため、遮光膜１７０ａは、分離部１４０に隣接して配置されることとなる。分離部保護膜１５０ａは、遮光膜１７０ａを含む形状に構成することができる。遮光膜１７０ａを分離部保護膜１５０ａにより覆う形状にすることにより、遮光膜１７０ａを保護することができる。
　同図におけるＢにおいて、カラーフィルタ１８０およびオンチップレンズ１９０は、画素１００ｂの中央部から同図の右に方向にずれた位置に配置される。遮光膜１７０ｂは、画素１００ｂの境界の近傍であり、境界から同図の右方向にずれた位置に配置される。このため、遮光膜１７０ｂは、分離部１４０の近傍に配置される。分離部保護膜１５０ｂは、分離部１４０に隣接して配置されるとともに遮光膜１７０ｂに隣接して配置することができる。同図におけるＢにおいては、分離部保護膜１５０ｂは、遮光膜１７０ｂに隣接する位置まで展延された形状に構成することができる。また、同図におけるＡと同様に、分離部保護膜１５０ｂは、遮光膜１７０ｂを含む形状に構成することができる。
　なお、図３において説明した画素１００ｃは、同図におけるｂの画素１００ｂの左右を反転させた形状に構成することができる。
　［分離部保護膜の効果］
　図５は、本開示の実施の形態の比較例に係る分離部の構成を示す図である。同図は、分離部保護膜１５０を省略した画素１００ｂの分離部の構成を比較例として表した図である。前述のように遮光膜１７０ｂは、画素１００ｂの境界からずれた位置に配置されるため、分離部１４０から離れた位置に配置される。分離部１４０の開口部１１９を閉塞する部材が配置されないため、開口部１１９を拡開する応力が掛かると、空隙１４９の底部に隣接する分離部１４０等にき裂を生じる。同図のき裂１４８は、この様子を表したものである。このき裂１４８の端部の近傍の半導体基板１１０には欠陥が形成され、暗電流が増加する。分離部保護膜１５０を配置することにより、開口部１１９への応力の集中を防ぐことができ、き裂１４８等の発生を防ぐことができる。
　［遮光膜および分離部保護膜の構成］　図６は、本開示の第１の実施の形態に係る画素の構成例を示す平面図である。同図は、遮光膜１７０および分離部保護膜１５０の構成例を表す平面図である。同図におけるＡは画素１００ａの遮光膜１７０等の構成例を表し、同図におけるＢは図２において説明した画素１００ｄの構成例を表したものである。同図において、ドットハッチングの領域は、分離部１４０の領域を表す。網掛けハッチングの領域は、遮光膜１７０の領域を表す。破線の領域は、分離部保護膜１５０の領域を表す。
　同図において、遮光膜１７０は、画素１００の隅および辺において異なる形状に構成することができる。同図の遮光膜１７１および１７２は、それぞれ画素１００の隅および辺の近傍の遮光膜１７０を表したものである。この遮光膜１７１および１７２は、それぞれ平面視において正方形および長方形の形状に構成する例を表したものである。遮光膜１７１は、平面視において遮光膜１７２より広い幅の矩形に構成することができる。例えば、遮光膜１７１は、画素１００の隅の分離部１４０より広いサイズに構成することができる。
　また、分離部保護膜１５０も画素１００の隅および辺において異なる形状に構成することができる。同図の分離部保護膜１５１および１５２は、それぞれ画素１００の隅および辺の近傍の分離部保護膜１５０を表したものである。上述の遮光膜１７０と同様に、分離部保護膜１５１および１５２は、それぞれ平面視において正方形および長方形の形状に構成する例を表したものである。
　同図におけるＡの画素１００ａには、遮光膜１７１ａおよび１７２ａが配置される。これらは、画素１００ａの境界に配置され、分離部１４０に隣接して配置される。分離部保護膜１５１ａおよび１５２ａは、それぞれ遮光膜１７１ａおよび１７２ａを覆う形状に構成される。
　同図に於けるＢの画素１００ｄには、遮光膜１７１ｄおよび１７２ｄが配置される。これらは、画素１００ｄの境界に対して同図の左上方向にずれて配置される。分離部保護膜１５１ｄおよび１５２ｄは、それぞれの端部が遮光膜１７１ｄおよび１７２ｄを覆う形状に展延された形状に構成される。
　［撮像素子の製造方法］
　図７および８は、本開示の第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法を示す図である。図７および８は、撮像素子１の製造工程を表す図である。また、図７および８は、画素１００ｂの部分を拡大した図である。画素１００ｂを例に挙げて、撮像素子１の製造工程を説明する。
　まず、半導体基板１１０にウェル領域および半導体領域（半導体領域１１１）等を形成し、半導体基板１１０の表面側に配線領域１２０を形成する。次に、半導体基板１１０の天地を反転させ、半導体基板１１０の裏面側を研削して薄肉化する。次に、半導体基板１１０の裏面側に開口部１１９を形成する（図７におけるＡ）。これは、半導体基板１１０の裏面側をドライエッチングすることにより行うことができる。
　次に、開口部１１９を含む半導体基板１１０の裏面側に固定電荷膜１３１を配置する（図７におけるＢ）。これは、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により行うことができる。
　次に、絶縁膜１３２を成膜して固定電荷膜１３１に積層する（図７におけるＣ）。これは、例えば、ＣＶＤにより行うことができる。
　次に、開口部１１９に分離部１４０を配置する（図７におけるＤ）。これは、開口部１１９を含む半導体基板１１０の裏面側に、例えば、ＳｉＯ２の膜を配置することにより行うことができる。ＳｉＯ２の膜の配置は、例えば、ＣＶＤにより行うことができる。この際、分離部１４０の中央部に空隙１４９が形成される。また、半導体基板１１０の裏面側は、保護膜１４１が配置される。
　半導体基板１１０の裏面側に遮光膜１７０の材料膜３０１を配置する（図８におけるＥ）。これは、例えば、ＣＶＤ等を使用してＷの膜を成膜することにより行うことができる。
　次に、材料膜３０１をエッチングすることにより、遮光膜１７０を形成する（図８におけるＦ）。この際、瞳補正のため遮光膜１７０は、ずらして配置される。
　次に、半導体基板１１０の裏面側に分離部保護膜１５０の材料膜３０２を配置する（図８におけるＧ）。これは、例えば、ＣＶＤ等を使用してＳｉＯ２の膜を成膜し、表面を平坦化することにより行うことができる。なお、ＳｉＯ２膜の平坦化は、例えば、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）により行うことができる。
　次に、材料膜３０２をエッチングすることにより、分離部保護膜１５０を形成する（図８におけるＨ）。
　その後、カラーフィルタ１８０およびオンチップレンズ１９０を順に配置することにより、撮像素子１を製造することができる。
　［変形例］
　図９は、本開示の第１の実施の形態の変形例に係る画素の構成を示す平面図である。同図は、図６と同様に、遮光膜１７０および分離部保護膜１５０の構成例を表す平面図である。瞳補正の方法が、図６の遮光膜１７０と異なる。同図は、画素１００ｄの構成例を表す図である。
　同図におけるＡは、遮光膜１７１ｄおよび１７２ｄのうち遮光膜１７２ｄについて瞳補正を行ったものである。画素１００ｄの辺に配置される遮光膜１７２ｄが同図の左上方向にずれて配置される。一方、同図におけるＢは、遮光膜１７１ｄおよび１７２ｄのうち遮光膜１７１ｄについて瞳補正を行ったものである。画素１００ｄの隅に配置される遮光膜１７１ｄが同図の左上方向にずれて配置される。
　いずれの場合においても分離部保護膜１５１ｄおよび１５２ｄは、分離部１４０に隣接するとともにそれぞれ遮光膜１７１および１７２を含む形状に構成することができる。
　以上説明したように、本開示の第１の実施の形態の撮像素子１は、画素１００の境界に配置される分離部１４０に隣接して分離部保護膜１５０を配置することにより、分離部１４０の強度を向上させることができる。これにより、撮像素子１の強度を向上させることができる。
　＜２．第２の実施の形態＞
　上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、画素１００を囲繞する形状の分離部保護膜１５０が配置されていた。これに対し、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、分離部保護膜１５０のうち、画素１００の隅および辺の何れかの部分を省略する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
　［分離部保護膜の構成］
　図１０は、本開示の第２の実施の形態に係る画素の構成例を示す平面図である。同図は、図６と同様に、遮光膜１７０および分離部保護膜１５０の構成例を表す平面図である。分離部保護膜１５０が画素１００の隅または辺に配置される点で、図６の画素１００と異なる。
　同図は、画素１００ａの構成例を表す図である。同図におけるＡは、画素１００ａの隅の近傍に配置される分離部保護膜１５０を表したものである。同図におけるＡの分離部保護膜１５０は、遮光膜１７１ａを含む形状に構成される。
　同図におけるＢは、画素１００ａの辺の近傍に配置される分離部保護膜１５０を表したものである。同図におけるＢの分離部保護膜１５０は、遮光膜１７２ａを含む形状に構成される。
　このように、同図の画素１００においては、画素１００の隅および辺の何れかの近傍の分離部保護膜１５０が省略される。
　これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
　以上説明したように、本開示の第２の実施の形態の撮像素子１は、画素１００の隅および辺の何れかの近傍の分離部保護膜１５０を省略する。これより、画素１００の構成を簡略化することができる。
　＜３．第３の実施の形態＞
　上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、絶縁物により構成された分離部保護膜１５０を使用していた。これに対し、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、金属により構成された分離部保護膜１５０を使用する点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
　［分離部保護膜の構成］
　図１１は、本開示の第３の実施の形態に係る分離部保護膜の構成例を示す図である。同図は、図４と同様に分離部保護膜１５０の構成例を表す断面図である。金属により構成される分離部保護膜１５０が配置される点で、図４の分離部保護膜１５０と異なる。
　同図の分離部保護膜１５０は、遮光膜１７０と同様の材料により構成することができる。具体的には、同図の分離部保護膜１５０は、例えば、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｏ、ＲｕおよびＩｒ等の金属により構成することができる。また、遮光膜１７０と同様に、分離部保護膜１５０の表面には、ＳｉＯ２等による保護膜を配置することができる。
　なお、同図の画素１００は、半導体基板１１０の裏面側に分離部保護膜１５０を配置した後に遮光膜１７０が配置される。具体的には、半導体基板１１０の裏面側に遮光膜１７０の形成と同様の工程により分離部保護膜１５０形成する。次に、この分離部保護膜１５０に保護膜を配置する。次に、画素１００の境界に遮光膜１７０を配置することにより形成することができる。
　同図におけるＡは、画素１００ａの構成例を表す図である。分離部保護膜１５０ａおよび遮光膜１７０ａは重なる位置に配置される。すなわち、分離部保護膜１５０ａに遮光膜１７０ａが積層される。
　同図におけるＢは、画素１００ｂの構成例を表す図である。瞳補正により、遮光膜１７０ｂは、ずれて配置され、分離部保護膜１５０とは重ならない位置に配置される。このため、分離部保護膜１５０ｂおよび遮光膜１７０ｂは、同層に隣接して配置される。
　［分離部保護膜の他の構成］
　図１２は、本開示の第３の実施の形態に係る分離部保護膜の他の構成例を示す図である。同図の分離部保護膜１５０は、遮光膜１７０と一体に構成される例を表したものである。
　同図におけるＡの画素１００ａにおいては、遮光膜１７０を省略することができる。同図におけるＢの画素１００ｂにおいては、遮光膜１７０ｂおよび分離部保護膜１５０ｂが一体に構成される。すなわち、同図におけるＢの遮光膜１７０ｂおよび分離部保護膜１５０ｂは、図１１におけるＢの遮光膜１７０ｂおよび分離部保護膜１５０ｂが連結された形状に構成される。遮光膜１７０ｂおよび分離部保護膜１５０ｂを同時に形成することができ、撮像素子１の製造工程を簡略化することができる。
　これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
　以上説明したように、本開示の第３の実施の形態の撮像素子１は、金属により構成された分離部保護膜１５０を配置することにより、撮像素子１の強度を向上させることができる。
　＜４．第４の実施の形態＞
　上述の第１の実施の形態の撮像素子１は、端部が半導体基板１１０の表面側の近傍に達する分離部１４０が配置されていた。これに対し、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１１０を貫通する形状の分離部１４０が配置される点で、上述の第１の実施の形態と異なる。
　［画素の構成］
　図１３は、本開示の第４の実施の形態に係る画素の構成例を示す図である。同図は、図３と同様に、画素１００の構成例を表す断面図である。分離部１４０が半導体基板１１０を貫通する形状に構成される点で、図３の画素１００と異なる。
　上述のように、同図の分離部１４０は、半導体基板１１０を貫通する形状に構成される。同図の開口部１１９は、半導体基板１１０を貫通する形状に構成される。この開口部１１９に分離部１４０が配置される。分離部１４０が半導体基板１１０を貫通して構成されるため、隣接する画素１００の光電変換部１０１からの電荷の流入をさらに低減することができ、ノイズの発生をさらに低減することができる。なお、開口部１１９は、半導体基板の裏面側から形成することができる。また、開口部１１９は、半導体基板１１０の表面側から形成することもできる。この場合には、配線領域１２０を配置する前に半導体基板１１０の表面側をエッチングして開口部１１９を形成する。
　このような分離部１４０が配置される場合であっても、分離部保護膜１５０を配置することにより、画素１００の強度を向上させることができる。
　これ以外の撮像素子１の構成は本開示の第１の実施の形態において説明した撮像素子１の構成と同様であるため、説明を省略する。
　以上説明したように、本開示の第４の実施の形態の撮像素子１は、半導体基板１１０を貫通する形状の分離部１４０が配置される場合であっても、分離部保護膜１５０を配置することにより、撮像素子１の強度を向上させることができる。
　＜５．カメラへの応用例＞
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品に応用することができる。例えば、本技術は、カメラ等の撮像装置に搭載される撮像素子として実現されてもよい。
　図１４は、本技術が適用され得る撮像装置の一例であるカメラの概略的な構成例を示すブロック図である。同図のカメラ１０００は、レンズ１００１と、撮像素子１００２と、撮像制御部１００３と、レンズ駆動部１００４と、画像処理部１００５と、操作入力部１００６と、フレームメモリ１００７と、表示部１００８と、記録部１００９とを備える。
　レンズ１００１は、カメラ１０００の撮影レンズである。このレンズ１００１は、被写体からの光を集光し、後述する撮像素子１００２に入射させて被写体を結像させる。
　撮像素子１００２は、レンズ１００１により集光された被写体からの光を撮像する半導体素子である。この撮像素子１００２は、照射された光に応じたアナログの画像信号を生成し、デジタルの画像信号に変換して出力する。
　撮像制御部１００３は、撮像素子１００２における撮像を制御するものである。この撮像制御部１００３は、制御信号を生成して撮像素子１００２に対して出力することにより、撮像素子１００２の制御を行う。また、撮像制御部１００３は、撮像素子１００２から出力された画像信号に基づいてカメラ１０００におけるオートフォーカスを行うことができる。ここでオートフォーカスとは、レンズ１００１の焦点位置を検出して、自動的に調整するシステムである。このオートフォーカスとして、撮像素子１００２に配置された位相差画素により像面位相差を検出して焦点位置を検出する方式（像面位相差オートフォーカス）を使用することができる。また、画像のコントラストが最も高くなる位置を焦点位置として検出する方式（コントラストオートフォーカス）を適用することもできる。撮像制御部１００３は、検出した焦点位置に基づいてレンズ駆動部１００４を介してレンズ１００１の位置を調整し、オートフォーカスを行う。なお、撮像制御部１００３は、例えば、ファームウェアを搭載したＤＳＰ（Digital Signal Processor）により構成することができる。
　レンズ駆動部１００４は、撮像制御部１００３の制御に基づいて、レンズ１００１を駆動するものである。このレンズ駆動部１００４は、内蔵するモータを使用してレンズ１００１の位置を変更することによりレンズ１００１を駆動することができる。
　画像処理部１００５は、撮像素子１００２により生成された画像信号を処理するものである。この処理には、例えば、画素毎の赤色、緑色および青色に対応する画像信号のうち不足する色の画像信号を生成するデモザイク、画像信号のノイズを除去するノイズリダクションおよび画像信号の符号化等が該当する。画像処理部１００５は、例えば、ファームウェアを搭載したマイコンにより構成することができる。
　操作入力部１００６は、カメラ１０００の使用者からの操作入力を受け付けるものである。この操作入力部１００６には、例えば、押しボタンやタッチパネルを使用することができる。操作入力部１００６により受け付けられた操作入力は、撮像制御部１００３や画像処理部１００５に伝達される。その後、操作入力に応じた処理、例えば、被写体の撮像等の処理が起動される。
　フレームメモリ１００７は、１画面分の画像信号であるフレームを記憶するメモリである。このフレームメモリ１００７は、画像処理部１００５により制御され、画像処理の過程におけるフレームの保持を行う。
　表示部１００８は、画像処理部１００５により処理された画像を表示するものである。この表示部１００８には、例えば、液晶パネルを使用することができる。
　記録部１００９は、画像処理部１００５により処理された画像を記録するものである。この記録部１００９には、例えば、メモリカードやハードディスクを使用することができる。
　以上、本開示が適用され得るカメラについて説明した。本技術は以上において説明した構成のうち、撮像素子１００２に適用され得る。具体的には、図１において説明した撮像素子１は、撮像素子１００２に適用することができる。撮像素子１００２に撮像素子１を適用することにより撮像素子１００２の強度を向上させることができる。なお、画像処理部１００５は、請求の範囲に記載の処理回路の一例である。カメラ１０００は、請求の範囲に記載の撮像装置の一例である。
　なお、第２の実施の形態の画素１００の構成は、他の実施の形態と組み合わせることができる。具体的には、図１０の分離部保護膜１５０は、図１１、１２および１３の画素１００に適用することができる。
　また、第３の実施の形態の画素１００の構成は、他の実施の形態と組み合わせることができる。具体的には、図１１および１２分離部保護膜１５０は、図１０および１３の画素１００に適用することができる。
　また、第４の実施の形態の画素１００の構成は、他の実施の形態と組み合わせることができる。具体的には、図１３の分離部１４０は、図１０乃至１２の画素１００に適用することができる。
　最後に、上述した各実施の形態の説明は本開示の一例であり、本開示は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
　また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無い。また、他の効果があってもよい。
　また、上述の実施の形態における図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。
　なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）半導体基板に形成されて入射光の光電変換を行う光電変換部を備える複数の画素と、
　前記複数の画素の境界に配置されて前記光電変換部を分離する分離部と、
　前記複数の画素の境界の近傍に配置されて前記入射光を遮光する遮光膜と、
　前記分離部に隣接して配置されて前記分離部を保護する分離部保護膜と
を具備する撮像素子。
（２）前記分離部は、前記半導体基板に形成された開口部に配置される前記（１）に記載の撮像素子。
（３）前記分離部は、前記開口部に配置される絶縁物を備える前記（２）に記載の撮像素子。
（４）前記分離部保護膜は、空隙が配置される前記（１）から（３）の何れかに記載の撮像素子。
（５）前記複数の画素に配置されて前記入射光のうちの所定の波長の入射光を透過するカラーフィルタをさらに具備する前記（１）から（４）の何れかに記載の撮像素子。
（６）前記複数の画素に配置されて前記入射光を前記光電変換部に集光するオンチップレンズをさらに具備する前記（１）から（５）の何れかに記載の撮像素子。
（７）前記遮光膜は、前記入射光の入射角度に応じてずれた位置に配置される前記（１）から（６）の何れかに記載の撮像素子。
（８）前記分離部保護膜は、前記遮光膜に隣接して配置される前記（１）から（７）の何れかに記載の撮像素子。
（９）前記分離部保護膜は、前記遮光膜が重ねて配置される前記（８）に記載の撮像素子。
（１０）前記画素は、平面視において矩形形状に構成される前記（１）から（９）の何れかに記載の撮像素子。
（１１）前記分離部保護膜は、前記矩形形状の辺の近傍に配置される前記（１０）に記載の撮像素子。
（１２）前記分離部保護膜は、前記矩形形状の隅の近傍に配置される前記（１０）に記載の撮像素子。
（１３）前記分離部保護膜は、絶縁物により構成される前記（１）から（１２）の何れかに記載の撮像素子。
（１４）前記分離部保護膜は、シリコン化合物により構成される前記（１３）に記載の撮像素子。
（１５）前記分離部保護膜は、樹脂により構成される前記（１３）に記載の撮像素子。
（１６）前記分離部保護膜は、金属により構成される前記（１）から（１５）の何れかに記載の撮像素子。
（１７）半導体基板に形成されて入射光の光電変換を行う光電変換部を備える複数の画素と、
　前記複数の画素の境界に配置されて前記光電変換部を分離する分離部と、
　前記複数の画素の境界の近傍に配置されて前記入射光を遮光する遮光膜と、
　前記分離部に隣接して配置されて前記分離部を保護する分離部保護膜と、
　前記光電変換に基づいて生成された画像信号を処理する処理回路と
を具備する撮像装置。
　１、１００２　撮像素子
　１０　画素アレイ部
　３０　カラム信号処理部
　１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ　画素
　１０１　光電変換部
　１１９　開口部
　１３２　絶縁膜
　１４０　分離部
　１４１　保護膜
　１４９　空隙
　１５０、１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５１、１５１ａ、１５１ｄ、１５２ａ、１５２ｄ　分離部保護膜
　１７０、１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ、１７０ｄ、１７１、１７１ａ、１７１ｄ、１７２、１７２ａ、１７２ｄ　遮光膜
　１８０、１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ　カラーフィルタ　１９０、１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ　オンチップレンズ
　１０００　カメラ
　１００５　画像処理部

Claims (17)

  1. 　半導体基板に形成されて入射光の光電変換を行う光電変換部を備える複数の画素と、
    　前記複数の画素の境界に配置されて前記光電変換部を分離する分離部と、
    　前記複数の画素の境界の近傍に配置されて前記入射光を遮光する遮光膜と、
    　前記分離部に隣接して配置されて前記分離部を保護する分離部保護膜と
    を具備する撮像素子。
  2. 　前記分離部は、前記半導体基板に形成された開口部に配置される請求項１記載の撮像素子。
  3. 　前記分離部は、前記開口部に配置される絶縁物を備える請求項２記載の撮像素子。
  4. 　前記分離部保護膜は、空隙が配置される請求項１記載の撮像素子。
  5. 　前記複数の画素に配置されて前記入射光のうちの所定の波長の入射光を透過するカラーフィルタをさらに具備する請求項１記載の撮像素子。
  6. 　前記複数の画素に配置されて前記入射光を前記光電変換部に集光するオンチップレンズをさらに具備する請求項１記載の撮像素子。
  7. 　前記遮光膜は、前記入射光の入射角度に応じてずれた位置に配置される請求項１記載の撮像素子。
  8. 　前記分離部保護膜は、前記遮光膜に隣接して配置される請求項１記載の撮像素子。
  9. 　前記分離部保護膜は、前記遮光膜が重ねて配置される請求項８記載の撮像素子。
  10. 　前記画素は、平面視において矩形形状に構成される請求項１記載の撮像素子。
  11. 　前記分離部保護膜は、前記矩形形状の辺の近傍に配置される請求項１０記載の撮像素子。
  12. 　前記分離部保護膜は、前記矩形形状の隅の近傍に配置される請求項１０記載の撮像素子。
  13. 　前記分離部保護膜は、絶縁物により構成される請求項１記載の撮像素子。
  14. 　前記分離部保護膜は、シリコン化合物により構成される請求項１３記載の撮像素子。
  15. 　前記分離部保護膜は、樹脂により構成される請求項１３記載の撮像素子。
  16. 　前記分離部保護膜は、金属により構成される請求項１記載の撮像素子。
  17. 　半導体基板に形成されて入射光の光電変換を行う光電変換部を備える複数の画素と、
    　前記複数の画素の境界に配置されて前記光電変換部を分離する分離部と、
    　前記複数の画素の境界の近傍に配置されて前記入射光を遮光する遮光膜と、
    　前記分離部に隣接して配置されて前記分離部を保護する分離部保護膜と、
    　前記光電変換に基づいて生成された画像信号を処理する処理回路と
    を具備する撮像装置。
PCT/JP2021/005410 2020-03-31 2021-02-15 撮像素子および撮像装置 WO2021199724A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112021002104.4T DE112021002104T5 (de) 2020-03-31 2021-02-15 Bildgebungselement und bildgebungsvorrichtung
CN202180015794.7A CN115152023A (zh) 2020-03-31 2021-02-15 成像元件和成像装置
KR1020227031830A KR20220160564A (ko) 2020-03-31 2021-02-15 촬상 소자 및 촬상 장치
US17/914,006 US20230131416A1 (en) 2020-03-31 2021-02-15 Imaging element and imaging device
JP2022511628A JPWO2021199724A1 (ja) 2020-03-31 2021-02-15

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-065341 2020-03-31
JP2020065341 2020-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021199724A1 true WO2021199724A1 (ja) 2021-10-07

Family

ID=77928289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/005410 WO2021199724A1 (ja) 2020-03-31 2021-02-15 撮像素子および撮像装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230131416A1 (ja)
JP (1) JPWO2021199724A1 (ja)
KR (1) KR20220160564A (ja)
CN (1) CN115152023A (ja)
DE (1) DE112021002104T5 (ja)
WO (1) WO2021199724A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024029408A1 (ja) * 2022-08-03 2024-02-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005079338A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置とその製造方法
JP2005260076A (ja) * 2004-03-12 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置及びその製造方法
JP2020027884A (ja) * 2018-08-13 2020-02-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置及び電子機器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6545016B2 (ja) 2015-06-25 2019-07-17 三重富士通セミコンダクター株式会社 固体撮像装置および遮光方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005079338A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置とその製造方法
JP2005260076A (ja) * 2004-03-12 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置及びその製造方法
JP2020027884A (ja) * 2018-08-13 2020-02-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置及び電子機器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024029408A1 (ja) * 2022-08-03 2024-02-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE112021002104T5 (de) 2023-03-16
KR20220160564A (ko) 2022-12-06
JPWO2021199724A1 (ja) 2021-10-07
CN115152023A (zh) 2022-10-04
US20230131416A1 (en) 2023-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5521312B2 (ja) 固体撮像装置及びその製造方法、並びに電子機器
JP5468133B2 (ja) 固体撮像装置
TWI788994B (zh) 固體攝像元件及其製造方法以及電子機器
US9006018B2 (en) Method of manufacturing a solid-state imaging device
JP2009021415A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法
TW201535695A (zh) 固態影像感測裝置
WO2010140280A1 (ja) 固体撮像装置
WO2021100298A1 (ja) 撮像素子および撮像装置
US20150244951A1 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method of solid-state imaging device
WO2021100330A1 (ja) 撮像素子および撮像装置
TW202101743A (zh) 攝像元件及攝像裝置
WO2021199724A1 (ja) 撮像素子および撮像装置
KR102497910B1 (ko) 솔리드-스테이트 이미지 센서
JP2005353626A (ja) 光電変換膜積層型固体撮像素子及びその製造方法
WO2021149349A1 (ja) 撮像素子および撮像装置
WO2021005961A1 (ja) 撮像素子および撮像装置
JP2021193718A (ja) 撮像素子
JP2009146957A (ja) 固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法
US20240038799A1 (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
EP4102566A1 (en) Solid-state imaging device and electronic apparatus
JP2008147378A (ja) 固体撮像装置
US11805324B2 (en) Imaging device and image-capturing apparatus
JP2021015957A (ja) 撮像素子および撮像装置
JP2017050467A (ja) 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法
JP2005277404A (ja) 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法

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: 21780904

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022511628

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21780904

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1