WO2023013420A1 - 光検出装置及び電子機器 - Google Patents

光検出装置及び電子機器 Download PDF

Info

Publication number
WO2023013420A1
WO2023013420A1 PCT/JP2022/028213 JP2022028213W WO2023013420A1 WO 2023013420 A1 WO2023013420 A1 WO 2023013420A1 JP 2022028213 W JP2022028213 W JP 2022028213W WO 2023013420 A1 WO2023013420 A1 WO 2023013420A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gap
cross
refractive index
photodetector according
view
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/028213
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
幸香 大久保
雄太郎 小室
啓介 寺田
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 JP2023540244A priority Critical patent/JPWO2023013420A1/ja
Publication of WO2023013420A1 publication Critical patent/WO2023013420A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to a photodetector and an electronic device, and more particularly to a photodetector and an electronic device that can collect light more efficiently.
  • NIR Near-infrared
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-200002 discloses a structure that suppresses color mixture in adjacent pixels as a structure that supports visible light.
  • a light-condensing structure using on-chip microlenses is known, but it is optimized for visible light, and there has been a demand for a technology to efficiently collect near-infrared light.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and is intended to enable more efficient collection of light.
  • a photodetector includes a plurality of pixels each having a photoelectric conversion region, and an on-chip microlens formed corresponding to each pixel, the on-chip microlens comprising a first In the photodetector, a gap having a tapered cross section is formed as a region separating the on-chip microlenses, and having a second refractive index higher than the refractive index.
  • An electronic device includes a plurality of pixels each having a photoelectric conversion region, and an on-chip microlens formed corresponding to each pixel, the on-chip microlens having a first refraction an electronic device equipped with a photodetector having a second refractive index that is higher than the index of refraction, and in which a gap having a tapered cross-sectional shape is formed as a region separating the on-chip microlenses. is.
  • a photodetector and an electronic device are provided with a plurality of pixels each having a photoelectric conversion region, and an on-chip microlens formed corresponding to each pixel.
  • a lens has a second refractive index that is higher than the first refractive index, and a gap having a tapered cross-sectional shape is formed as a region separating the on-chip microlenses. ing.
  • the photodetection device may be an independent device, or may be an internal block that constitutes one device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first example of a structure to which the present disclosure is applied;
  • FIG. 3 is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure corresponding to pupil correction;
  • FIG. 6 is a plan view showing a structure corresponding to the end view of FIG. 5;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second example of a structure to which the present disclosure is applied;
  • FIG. 8 is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 7;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third example of a structure to which the present disclosure is applied;
  • FIG. 10 is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 9;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a fourth example of a structure to which the present disclosure is applied;
  • FIG. 12 is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 11;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a fifth example of a structure to which the present disclosure is applied;
  • FIG. 14 is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 13;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure corresponding to pupil correction;
  • FIG. 10 is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 9;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a fourth example of a structure to which the present disclosure is applied;
  • FIG. 12 is a plan view corresponding to the cross-section
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a sixth example of a structure to which the present disclosure is applied;
  • FIG. 17 is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 16;
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a seventh example of a structure to which the present disclosure is applied;
  • FIG. 19 is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 18;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure corresponding to pupil correction;
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing an eighth example of a structure to which the present disclosure is applied;
  • FIG. 22 is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 21;
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a ninth example of a structure to which the present disclosure is applied;
  • FIG. 24 is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 23;
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing a tenth example of a structure to which the present disclosure is applied;
  • FIG. 26 is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 25;
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing an eleventh example of a structure to which the present disclosure is applied;
  • FIG. 28 is a plan view corresponding to the cross-sectional view of FIG. 27;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure corresponding to pupil correction; It is a figure which shows the 1st example of a manufacturing method.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an electronic device equipped with a photodetector to which the present disclosure is applied; FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device 10 is an image sensor compatible with near-infrared light (NIR).
  • the solid-state imaging device 10 is an example of a photodetector to which the present disclosure is applied.
  • the solid-state imaging device 10 includes a pixel array section 21 , a vertical driving section 22 , a signal processing section 23 , a horizontal driving section 24 , an output section 25 and a control section 26 .
  • the pixel array section 21 has a plurality of pixels 100 arranged two-dimensionally on a substrate made of silicon (Si).
  • the pixel 100 has a photoelectric conversion region made up of photodiodes.
  • a pixel drive line 41 is formed for each row and connected to the vertical drive section 22, and a vertical signal line 42 is formed for each column. is connected to the signal processing unit 23 via the
  • the vertical driving section 22 is configured by a shift register, an address decoder, etc., and drives each pixel 100 arranged in the pixel array section 21 . Pixel signals output from the pixels 100 selectively scanned by the vertical driving section 22 are supplied to the signal processing section 23 through the vertical signal lines 42 .
  • the signal processing unit 23 performs predetermined signal processing on pixel signals output from each pixel 100 in the selected row through the vertical signal line 42 for each pixel column of the pixel array unit 21 .
  • the signal processing for example, processing such as readout processing and noise removal processing is performed.
  • the horizontal driving section 24 is composed of a shift register, an address decoder, etc., and selects unit circuits corresponding to the pixel columns of the signal processing section 23 in order. By selective scanning by the horizontal drive unit 24 , pixel signals processed by the signal processing unit 23 are output to the output unit 25 through the horizontal signal line 51 .
  • the output unit 25 performs predetermined signal processing on the pixel signals sequentially input from each of the signal processing units 23 through the horizontal signal line 51, and outputs the resulting signal.
  • the control unit 26 includes a timing generator or the like that generates various timing signals, and drives the vertical driving unit 22, the signal processing unit 23, the horizontal driving unit 24, etc. based on the various timing signals generated by the timing generator. control.
  • (first example) 2 and 3 are diagrams showing a first example of a structure to which the present disclosure is applied.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional structure of a structure including the pixel 100.
  • FIG. FIG. 3 shows a plan view when each layer is viewed on the XY plane when the Z direction is the depth direction in the cross-sectional structure of FIG.
  • pixel 100 has a photoelectric conversion region formed on silicon substrate 111 .
  • the photoelectric conversion region includes a second conductivity type semiconductor region in a first conductivity type well region formed in the silicon substrate 111 .
  • the first conductivity type can be p-type and the second conductivity type can be n-type.
  • An antireflection layer 121 is formed on the surface of the silicon substrate 111 .
  • the antireflection layer 121 is formed with a moth-eye structure in which fine unevenness is formed.
  • the antireflection layer 121 can suppress reflection of incident light on the silicon substrate 111 by having a moth-eye structure. Thereby, in each pixel 100, incident light can be kept within the photoelectric conversion area.
  • FIG. 3B shows a plan view of the antireflection layer 121.
  • the portion where two lines intersect within the square represents the concave portion of the moth-eye structure.
  • a large number of such uneven shapes are arranged in a predetermined cycle.
  • An on-chip microlens 131 corresponding to each pixel 100 is formed on the antireflection layer 121 .
  • a surface film 132 is formed on the surface of the on-chip microlens 131 .
  • the on-chip microlens 131 is a high refractive index lens made of a material having a high refractive index.
  • the refractive index of the on-chip microlenses used in an image sensor that supports visible light is 1.6
  • the refractive index of the on-chip microlenses 131 can be higher than 1.6. More specifically, the refractive index of the on-chip microlens 131 can be 1.9.
  • Materials for the on-chip microlenses 131 include, for example, amorphous silicon (a-Si), silicon nitride (SiN), high refractive index resin, tantalum (Ta), titanium (Ti), aluminum oxide (AlO), high refractive index A metal oxide film or the like can be used.
  • a-Si amorphous silicon
  • SiN silicon nitride
  • SiN high refractive index resin
  • Ta tantalum
  • Ti titanium
  • AlO aluminum oxide
  • a metal oxide film or the like can be used.
  • a gap 151 having a tapered cross-sectional shape is formed as a region separating the on-chip microlenses 131 .
  • the gap 151 has a tapered shape that narrows toward the surface of the silicon substrate 111 and penetrates to the surface of the silicon substrate 111 .
  • Air gap 151 is also referred to as an air-gap.
  • FIG. 3A shows a plan view of the on-chip microlens 131.
  • FIG. FIG. 3A shows four on-chip microlenses 131 corresponding to four adjacent pixels 100 (2 ⁇ 2 pixels).
  • the plan view of C in FIG. 3 is a view when the plan view of FIG. 3A and the plan view of FIG. 3B are superimposed and viewed from the light incident side.
  • a gap 151 is formed between the on-chip microlenses 131 .
  • the air gaps 151 are formed in a lattice shape (square square shape) in plan view, and each on-chip microlens 131 is entirely surrounded by the air gaps 151 .
  • the void 151 has a shape that narrows in the depth direction (Z direction), ie, a shape in which the upper portion (top) becomes wider and the lower portion (bottom) becomes narrower.
  • Z direction the depth direction
  • the width of the lower portion is 100 nm
  • the width of the upper portion can be wider than 100 nm.
  • the angle of the sidewall of the gap 151 can be calculated using, for example, the following formula (1).
  • ⁇ 0 represents the incident angle
  • n 0 and n 1 represent the refractive indices.
  • FIG. 4 shows the relationship between the incident angle ⁇ 0 , refractive index n 0 , and refractive index n 1 .
  • the refractive index n 0 represents the refractive index of the material of the on-chip microlens 131 .
  • the refraction angle reaches 90°, refraction becomes impossible.
  • the refractive index n 0 represents the refractive index of silicon nitride (SiN).
  • the refractive index of silicon nitride (SiN) is wavelength dependent.
  • the sidewalls of the air gap 151 are formed with an angle that causes total reflection at an incident angle of 32°.
  • the gap 151 has a tapered cross-sectional shape. It may be in shape.
  • a high-refractive-index lens is used as the on-chip microlens 131, and the area separating the on-chip microlenses 131 has a tapered cross-sectional shape. It has a structure in which a certain void 151 is formed.
  • the difference in refractive index between the on-chip microlens 131 and the air gap 151 is increased, and the angle of total reflection is deepened. Incident angle can be made shallow. As a result, the incident light can be efficiently reflected, and the incident light can be retained within the photoelectric conversion area of each pixel 100 .
  • the optical distance for silicon absorption is extended, so sensitivity can be improved.
  • the antireflection layer 121 having a moth-eye structure, the effect of confining incident light can be further enhanced.
  • the refractive index difference between the gap and the lens was small, and sufficient effects were not obtained.
  • color filters are used in image sensors that support visible light, it is possible to form desired air gaps using the gaps between color filters. Since the image sensor does not use a color filter, a proposal for a new structure has been sought.
  • the on-chip microlens 131 has a high refractive index in order to narrow the beam of near-infrared light and prevent color mixture in adjacent pixels.
  • An index lens is used, and a gap 151 having a tapered cross-sectional shape is formed between the on-chip microlenses 131 .
  • FIGS. 5 and 6 show structures when the structures shown in FIGS. 2 and 3 are adapted to pupil correction.
  • the optical axis center of the on-chip microlens 131 is aligned with the optical axis of the photoelectric conversion area at the center of the pixel area, and the center position of the on-chip microlens 131 is aligned with the principal ray toward the periphery of the pixel area.
  • Pupil correction is performed by shifting in accordance with the direction of .
  • the pixel region is a region in which a plurality of pixels 100 are arranged two-dimensionally in the pixel array section 21 .
  • the on-chip microlens 131 is formed such that the center of the lens shifts from the center of the photoelectric conversion area toward the center of the pixel area as it goes from the center to the periphery of the pixel area. .
  • the on-chip microlens 131 and the gap 151 formed therebetween are displaced in the X direction in the drawing in accordance with the pupil correction.
  • the on-chip microlens 131 and the air gap 151 are displaced according to the pupil correction.
  • FIGS. 7 and 8 are diagrams showing a second example of the structure to which the present disclosure is applied.
  • parts corresponding to those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. It should be noted that the description of the parts with the same reference numerals in the subsequent drawings will be omitted as appropriate.
  • the gap 151 having a tapered cross-sectional shape is filled with the filling film 161, as compared with the cross-sectional structure of FIG. That is, in the cross-sectional structure of FIG. 2, the air gap 151 is filled with air, but in the cross-sectional structure of FIG.
  • Silicon oxide SiO 2
  • the concave portion of the top of the embedded film 161 is continuous with the surface of the on-chip microlens 131, and the surface film 132 is formed.
  • a high-refractive-index lens is used as the on-chip microlens 131, and the area separating the on-chip microlenses 131 has a tapered cross-sectional shape. It is a structure in which a certain void 151 is formed and the void 151 is filled with the filling film 161 .
  • the difference in refractive index between the on-chip microlens 131 and the gap 151 (the embedded film 161 filled in the gap) is increased, the angle of total reflection is increased, and the tapered structure is provided.
  • the incident angle of obliquely incident light to the air gap 151 can be made shallow. As a result, the incident light can be efficiently reflected, and the incident light can be retained within the photoelectric conversion area of each pixel 100 . Therefore, near-infrared light can be efficiently collected.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams showing a third example of the structure to which the present disclosure is applied.
  • the gap 151 having a tapered cross-sectional shape does not reach the surface of the silicon substrate 111 and does not penetrate to the surface of the silicon substrate 111, as compared with the cross-sectional structure of FIG. Become. That is, in the cross-sectional structure of FIG. 9, the gap 151 has a structure in which the lower portion (bottom surface) thereof is formed between the on-chip microlenses 131 (a structure that stops in the middle of the on-chip microlenses 131). A layer 131a is left between the on-chip microlenses 131 that overlap.
  • a high-refractive-index lens is used as the on-chip microlens 131, and the area separating the on-chip microlenses 131 has a tapered cross-sectional shape.
  • a structure in which a certain void 151 is formed does not reach the surface of the silicon substrate 111 .
  • incident light can be efficiently reflected and confined within the photoelectric conversion region of each pixel 100, as in the first example of the structure. Therefore, near-infrared light can be efficiently collected.
  • (Fourth example) 11 and 12 are diagrams showing a fourth example of the structure to which the present disclosure is applied.
  • the shape of the on-chip microlens 131 is different from that of the cross-sectional structure of FIG. 12A, compared to the plan view of FIG. 3A, each of the four on-chip microlenses 131 are arranged diagonally rather than having the voids 151 formed in a grid pattern. , and having a portion (OCL (On Chip Lens) gapless) that does not become a gap 151, the structure has a gap 151 in four directions, up, down, left, and right.
  • the shape of the gap 151 is not limited to the shape shown in the plan view of FIG. 12A, and may be another shape.
  • the on-chip microlens 131 As described above, in the fourth example of the structure to which the present disclosure is applied, a high-refractive-index lens is used as the on-chip microlens 131, and the area separating the on-chip microlenses 131 has a tapered cross-sectional shape.
  • the on-chip microlens 131 With a structure in which a certain gap 151 is formed, the on-chip microlens 131 has a structure in which the gap 151 is formed in four directions of up, down, left, and right in plan view.
  • incident light can be efficiently reflected and confined within the photoelectric conversion region of each pixel 100, as in the first example of the structure. Therefore, near-infrared light can be efficiently collected.
  • (Fifth example) 13 and 14 are diagrams showing a fifth example of the structure to which the present disclosure is applied.
  • the intermediate layer 171 is formed above the antireflection layer 121, and the on-chip microlens 131 is formed above the intermediate layer 171, unlike the cross-sectional structure of FIG. Become. In other words, the intermediate layer 171 is formed between the antireflection layer 121 and the on-chip microlens 131 .
  • the intermediate layer 171 can be made of a material with a high refractive index.
  • the refractive index of the intermediate layer 171 can be higher than 1.6, similar to the refractive index of the on-chip microlenses 131 .
  • the intermediate layer 171 As a material for the intermediate layer 171, for example, silicon oxide (SiO), AO, or the like can be used. Note that when silicon oxide (SiO) or the like is used as a material, the intermediate layer 171 can be formed by performing film formation by a process using HDP (High Density Plasma).
  • FIG. 14B shows a plan view of the intermediate layer 171.
  • the gap 151 has a tapered shape that narrows toward the surface of the silicon substrate 111 , but does not reach the surface of the silicon substrate 111 and does not penetrate the intermediate layer 171 . That is, in the cross-sectional structure of FIG. 13, the void 151 has a structure in which the lower portion (bottom surface) thereof is formed on the intermediate layer 171 (a structure that stops in the middle of the intermediate layer 171).
  • a high-refractive-index lens is used as the on-chip microlens 131, and the area separating the on-chip microlenses 131 has a tapered cross-sectional shape. It has a structure in which a gap 151 is formed and an intermediate layer 171 is formed between the silicon substrate 111 and the on-chip microlens 131 .
  • incident light can be efficiently reflected and confined within the photoelectric conversion region of each pixel 100, as in the first example of the structure. Therefore, near-infrared light can be efficiently collected.
  • FIG. 15 shows a structure when the structure shown in FIG. 13 is adapted to pupil correction.
  • the on-chip microlens 131 is formed so that the center of the lens shifts from the center of the photoelectric conversion area toward the center of the pixel area as it goes from the center to the periphery of the pixel area. , as described above.
  • the on-chip microlens 131, the intermediate layer 171, and the gap 151 formed therein are displaced in the X direction in the drawing in accordance with the pupil correction.
  • (Sixth example) 16 and 17 are diagrams showing a sixth example of the structure to which the present disclosure is applied.
  • the cross-sectional structure of FIG. 16 is different from the cross-sectional structure of FIG. 13 in that the gap 151 is filled with the filling film 161 . That is, in the cross-sectional structure of FIG. 13, the air gap 151 is filled with air, but in the cross-sectional structure of FIG .
  • a high-refractive-index lens is used as the on-chip microlens 131, and the area separating the on-chip microlenses 131 has a tapered cross-sectional shape.
  • a structure in which a gap 151 is formed, an intermediate layer 171 is formed, and the gap 151 is filled with a filling film 161 is obtained.
  • incident light can be efficiently reflected and confined within the photoelectric conversion region of each pixel 100, as in the first example of the structure. Therefore, near-infrared light can be efficiently collected.
  • (Seventh example) 18 and 19 are diagrams showing a seventh example of the structure to which the present disclosure is applied.
  • the cross-sectional structure of FIG. 18 has an anti-reflection layer 122 instead of the anti-reflection layer 121, and an intermediate layer 172 is formed on the anti-reflection layer 122.
  • the on-chip microlens 131 has a structure formed above the intermediate layer 172 .
  • the antireflection layer 122 is formed on the surface of the silicon substrate 111 and has fine recesses 112 . Recess 112 is filled with the material used for intermediate layer 172 .
  • FIG. 19C shows a plan view of the antireflection layer 122. FIG. As shown in FIG. 19C, in the antireflection layer 122, the recesses 112 are formed in a cross shape.
  • the antireflection layer 122 can suppress reflection of incident light on the silicon substrate 111 by having a structure in which the depression 112 having a cross shape is formed. Thereby, in each pixel 100, incident light can be kept within the photoelectric conversion area.
  • the shape of the recess 112 in addition to the cross-shaped shape, other shapes may be formed as the predetermined shape.
  • FIG. 19B shows a plan view of the intermediate layer 172.
  • the intermediate layer 172 has a shape partially embedded in a cross shape corresponding to the shape of the depression 112 of the antireflection layer 122 that is the underlying layer.
  • the gap 151 has a tapered shape that narrows toward the surface of the silicon substrate 111, but does not reach the surface of the silicon substrate 111 and does not penetrate the intermediate layer 172. That is, in the cross-sectional structure of FIG. 18, the void 151 has a structure in which the lower portion (bottom surface) thereof is formed on the intermediate layer 172 (a structure that stops in the middle of the intermediate layer 172).
  • a high-refractive-index lens is used as the on-chip microlens 131, and the area separating the on-chip microlenses 131 has a tapered cross-sectional shape. It has a structure in which a certain void 151 is formed, and a structure in which an antireflection layer 122 and an intermediate layer 172 are formed.
  • incident light can be efficiently reflected and confined within the photoelectric conversion region of each pixel 100, as in the first example of the structure. Therefore, near-infrared light can be efficiently collected.
  • FIG. 20 shows a structure when the structure shown in FIG. 18 is adapted to pupil correction.
  • the on-chip microlens 131, the intermediate layer 172, and the gap 151 formed therein are displaced in the X direction in the drawing in accordance with the pupil correction. ing.
  • FIGS. 21 and 22 are diagrams showing an eighth example of a structure to which the present disclosure is applied.
  • the cross-sectional structure of FIG. 21 has a structure in which the gap 151 is filled with the filling film 161, unlike the cross-sectional structure of FIG. That is, in the cross-sectional structure of FIG. 18, the air gap 151 is filled with air, but in the cross-sectional structure of FIG .
  • a high-refractive-index lens is used as the on-chip microlens 131, and the area separating the on-chip microlenses 131 has a tapered cross-sectional shape.
  • a structure in which an air gap 151 is formed, an antireflection layer 122 and an intermediate layer 172 are formed, and the air gap 151 is filled with a filling film 161 is obtained.
  • incident light can be efficiently reflected and confined within the photoelectric conversion region of each pixel 100, as in the first example of the structure. Therefore, near-infrared light can be efficiently collected.
  • (Ninth example) 23 and 24 are diagrams showing a ninth example of the structure to which the present disclosure is applied.
  • the cross-sectional structure of FIG. 23 has an anti-reflection layer 122 instead of the anti-reflection layer 121, and an on-chip microlens 131 is formed on the anti-reflection layer 122. structure.
  • the antireflection layer 122 is formed on the surface of the silicon substrate 111 and has fine recesses 112 , and the recesses 112 are filled with the intermediate layer 173 .
  • FIG. 24B shows a plan view of the intermediate layer 173.
  • the intermediate layer 173 has a cross-shaped embedded shape corresponding to the shape of the recess 112 of the antireflection layer 122 .
  • a high-refractive-index lens is used as the on-chip microlens 131, and the area separating the on-chip microlenses 131 has a tapered cross-sectional shape. It has a structure in which a certain void 151 is formed, and a structure in which an antireflection layer 122 and an intermediate layer 173 are formed.
  • incident light can be efficiently reflected and confined within the photoelectric conversion region of each pixel 100, as in the first example of the structure. Therefore, near-infrared light can be efficiently collected.
  • (Tenth example) 25 and 26 are diagrams showing a tenth example of a structure to which the present disclosure is applied.
  • the cross-sectional structure of FIG. 25 differs from the cross-sectional structure of FIG. 2 in that the intermediate layer 171 is formed above the antireflection layer 121, and the on-chip microlenses 131 are formed above the intermediate layer 171. Become. Further, in the cross-sectional structure of FIG. 25, a light shielding film 181 is formed on the intermediate layer 171 .
  • the light shielding film 181 shields incident light to adjacent pixels and suppresses the stroke of incident light between pixels.
  • a material of the light shielding film 181 for example, a metal such as tungsten (W) can be used.
  • B of FIG. 26 shows a plan view of the light shielding film 181 .
  • the light shielding film 181 is formed in a grid pattern with respect to the adjacent on-chip microlenses 131 .
  • the gap 151 has a tapered shape that narrows toward the surface of the silicon substrate 111 , but does not reach the surface of the silicon substrate 111 and does not penetrate the light shielding film 181 and the intermediate layer 171 . . That is, in the cross-sectional structure of FIG. 25, the void 151 has a structure in which the lower portion (bottom surface) thereof is formed between the on-chip microlenses 131 (a structure that stops in the middle of the on-chip microlenses 131).
  • a high-refractive-index lens is used as the on-chip microlens 131, and the area separating the on-chip microlenses 131 has a tapered cross-sectional shape. It has a structure in which a certain void 151 is formed, and a structure in which an intermediate layer 171 and a light shielding film 181 are formed.
  • incident light can be efficiently reflected and confined within the photoelectric conversion region of each pixel 100, as in the first example of the structure. Therefore, near-infrared light can be efficiently collected.
  • the cross-sectional structure of FIG. 27 is different from the cross-sectional structure of FIG. 25 in that the gap 151 is filled with the filling film 161 . That is, in the cross-sectional structure of FIG. 25, the air gap 151 is filled with air, but in the cross-sectional structure of FIG .
  • a high-refractive-index lens is used as the on-chip microlens 131, and the area separating the on-chip microlenses 131 has a tapered cross-sectional shape.
  • a gap 151 is formed, an intermediate layer 171 and a light shielding film 181 are formed, and the gap 151 is filled with a filling film 161 .
  • incident light can be efficiently reflected and confined within the photoelectric conversion region of each pixel 100, as in the first example of the structure. Therefore, near-infrared light can be efficiently collected.
  • FIG. 29 shows a structure when the structure shown in FIG. 27 is adapted to pupil correction.
  • the on-chip microlens 131, the void 151 formed therein (the embedded film 161 filled in the void), and the light shielding film 181 are arranged in accordance with the pupil correction. , and is shifted in the X direction in the drawing.
  • FIG. 30 and 31 show an example of a manufacturing method including the step of forming the cross-sectional structure of FIG.
  • steps after the antireflection layer 121 and the intermediate layer 171 are formed on the silicon substrate 111 are shown in the order of steps.
  • a layer 131 A made of silicon nitride (SiN) or the like, which is the material of the on-chip microlenses 131 is formed on the intermediate layer 171 .
  • Lithography 311 forms a tapered pattern by patternwise exposing the upper surface of layer 131A.
  • the pattern of the lithography 311 and the like are removed by dry etching.
  • silicon nitride (SiN) or the like which is the material of the on-chip microlenses 131, is applied to form a layer 131B on the layer 131A.
  • the upper surface of the layer 131B is pattern-exposed by lithography 312 to form a lens-like pattern.
  • the pattern of the lithography 312 and the like are removed by dry etching.
  • the portion that becomes the void 151 is also removed.
  • a surface film 132 is formed. Through such steps, the cross-sectional structure shown in FIG. 13 can be formed.
  • FIG. 32 shows an example of a manufacturing method including a step of forming the cross-sectional structure of FIG.
  • steps after the antireflection layer 121, the intermediate layer 171, and the light shielding film 181 are formed on the silicon substrate 111 are shown in order of steps.
  • a tapered pattern is formed by patternwise exposing the upper surface of the layer 131C by lithography 321 .
  • the pattern of the lithography 321 and the like are removed by dry etching. A portion that becomes the void 151 is also removed.
  • the surface film 132 is also formed on the surfaces of the voids 151 .
  • the cross-sectional structure shown in FIG. 25 can be formed.
  • an antireflection layer 122 may be formed.
  • the solid-state imaging device 10 can be a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type solid-state imaging device.
  • CMOS-type solid-state imaging device is a back-illuminated device in which light is incident from the upper layer (back side) on the side opposite to the wiring layer side (front side) formed in the lower layer when viewed from the silicon substrate on which the photoelectric conversion region is formed. It can be a type structure.
  • the CMOS-type solid-state imaging device may have a surface-illuminated structure in which the light incident side is the wiring layer side (surface side).
  • the structure to which the present disclosure is applied is not limited to CMOS solid-state imaging devices, but can also be applied to CCD (Charge Coupled Device) solid-state imaging devices.
  • the solid-state imaging device 10 is configured such that the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. It doesn't matter if there is.
  • FIG. 33 is a block diagram showing a configuration example of an electronic device equipped with a photodetector to which the present disclosure is applied.
  • an electronic device 1000 includes an optical system 1011 including a lens group, a photodetector 1012 having a function corresponding to the solid-state imaging device 10 of FIG. It has an imaging system consisting of In the electronic device 1000, in addition to the imaging system, a CPU (Central Processing Unit) 1010, a frame memory 1014, a display 1015, an operation system 1016, an auxiliary memory 1017, a communication I/F 1018, and a power supply system 1019 are connected via a bus 1020. It becomes the composition connected mutually.
  • a CPU Central Processing Unit
  • a CPU 1010 controls the operation of each part of the electronic device 1000 .
  • the optical system 1011 takes in incident light (image light) from a subject and forms an image on the photodetection surface of the photodetection element 1012 .
  • the photodetector 1012 converts the amount of incident light imaged on the photodetection surface by the optical system 1011 into an electric signal for each pixel and outputs the electric signal as a pixel signal.
  • the DSP 1013 performs predetermined signal processing on the signal output from the photodetector 1012 .
  • the frame memory 1014 temporarily records image data of still images or moving images captured by the imaging system.
  • a display 1015 is a liquid crystal display or an organic EL display, and displays still images or moving images captured by the imaging system.
  • the operation system 1016 issues operation commands for various functions of the electronic device 1000 according to user's operations.
  • the auxiliary memory 1017 is a storage medium including semiconductor memory such as flash memory, and records image data of still images or moving images captured by the imaging system.
  • the communication I/F 1018 has a communication module compatible with a predetermined communication method, and transmits image data of still images or moving images captured by the imaging system to other devices via a network.
  • the power supply system 1019 appropriately supplies various types of power as operating power to the CPU 1010, DSP 1013, frame memory 1014, display 1015, operation system 1016, auxiliary memory 1017, and communication I/F 1018.
  • planar view is used to indicate the positional relationship of each part projected onto a plane parallel to the surface of a silicon substrate (semiconductor substrate).
  • cross-sectional view is used when showing the positional relationship of each part projected onto a plane perpendicular to the surface of the silicon substrate (semiconductor substrate).
  • the present disclosure can be configured as follows.
  • (1) a plurality of pixels each having a photoelectric conversion region; and an on-chip microlens formed corresponding to each pixel,
  • the on-chip microlens has a second refractive index that is higher than the first refractive index
  • the photodetector wherein a gap having a tapered cross section is formed as a region separating the on-chip microlenses.
  • (2) The photodetector according to (1), wherein the gap has a tapered shape that narrows toward the surface of the semiconductor substrate on which the photoelectric conversion region is formed.
  • the first refractive index is 1.6;
  • the predetermined shape is a cross shape.
  • the photodetector according to (2) wherein the gap has a width wider than 100 nm at the top when the width at the bottom is 100 nm.
  • the second refractive index is 1.9;
  • the on-chip microlens is made of amorphous silicon (a-Si), silicon nitride (SiN), high refractive index resin, tantalum (Ta), titanium (Ti), aluminum oxide (AlO), or high refractive index metal oxide film.
  • the photodetector according to any one of (1) to (18), which is configured as an image sensor corresponding to near-infrared light.
  • (20) a plurality of pixels each having a photoelectric conversion region; and an on-chip microlens formed corresponding to each pixel, The on-chip microlens has a second refractive index that is higher than the first refractive index,
  • 10 solid-state imaging device 100 pixels, 111 silicon substrate, 121, 122 antireflection layer, 131 on-chip microlens, 132 surface film, 151 void, 161 embedded film, 171, 172, 173 intermediate layer, 181 light shielding film, 1000 electrons equipment, 1012 photodetector

Landscapes

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

Abstract

本開示は、より効率的に集光することができるようにする光検出装置及び電子機器に関する。 それぞれが光電変換領域を有する複数の画素と、各画素に対応して形成されたオンチップマイクロレンズとを備え、オンチップマイクロレンズは、第１の屈折率よりも高い屈折率である第２の屈折率を有し、オンチップマイクロレンズの間を分離する領域として、断面形状がテーパー状である空隙が形成される光検出装置が提供される。本開示は、例えば、近赤外光に対応したイメージセンサに適用することができる。

Description

光検出装置及び電子機器
　本開示は、光検出装置及び電子機器に関し、特に、より効率的に集光することができるようにした光検出装置及び電子機器に関する。
　イメージセンサとしては、可視光に対応したもののほか、近赤外光(NIR：Near-infrared)に対応したものがある。特許文献１には、可視光に対応した構造として、隣接画素への混色を抑制する構造が開示されている。
米国特許出願公開第2019/0157329号明細書
　オンチップマイクロレンズを用いた集光構造が知られているが、可視光向けに最適化されており、近赤外光を効率的に集光するための技術が求められていた。
　本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、より効率的に集光することができるようにするものである。
　本開示の一側面の光検出装置は、それぞれが光電変換領域を有する複数の画素と、各画素に対応して形成されたオンチップマイクロレンズとを備え、前記オンチップマイクロレンズは、第１の屈折率よりも高い屈折率である第２の屈折率を有し、前記オンチップマイクロレンズの間を分離する領域として、断面形状がテーパー状である空隙が形成される光検出装置である。
　本開示の一側面の電子機器は、それぞれが光電変換領域を有する複数の画素と、各画素に対応して形成されたオンチップマイクロレンズとを備え、前記オンチップマイクロレンズは、第１の屈折率よりも高い屈折率である第２の屈折率を有し、前記オンチップマイクロレンズの間を分離する領域として、断面形状がテーパー状である空隙が形成される光検出装置を搭載した電子機器である。
　本開示の一側面の光検出装置、及び電子機器においては、それぞれが光電変換領域を有する複数の画素と、各画素に対応して形成されたオンチップマイクロレンズとが設けられ、前記オンチップマイクロレンズが、第１の屈折率よりも高い屈折率である第２の屈折率を有しており、前記オンチップマイクロレンズの間を分離する領域として、断面形状がテーパー状である空隙が形成されている。
　なお、本開示の一側面の光検出装置は、独立した装置であってもよいし、１つの装置を構成している内部ブロックであってもよい。
固体撮像装置の構成例を示す図である。 本開示を適用した構造の第１の例を示す断面図である。 図２の断面図に対応した平面図である。 入射角と屈折率との関係を示す図である。 瞳補正に対応した構造を示す断面図である。 図５の端面図に対応した構造を示す平面図である。 本開示を適用した構造の第２の例を示す断面図である。 図７の断面図に対応した平面図である。 本開示を適用した構造の第３の例を示す断面図である。 図９の断面図に対応した平面図である。 本開示を適用した構造の第４の例を示す断面図である。 図１１の断面図に対応した平面図である。 本開示を適用した構造の第５の例を示す断面図である。 図１３の断面図に対応した平面図である。 瞳補正に対応した構造を示す断面図である。 本開示を適用した構造の第６の例を示す断面図である。 図１６の断面図に対応した平面図である。 本開示を適用した構造の第７の例を示す断面図である。 図１８の断面図に対応した平面図である。 瞳補正に対応した構造を示す断面図である。 本開示を適用した構造の第８の例を示す断面図である。 図２１の断面図に対応した平面図である。 本開示を適用した構造の第９の例を示す断面図である。 図２３の断面図に対応した平面図である。 本開示を適用した構造の第１０の例を示す断面図である。 図２５の断面図に対応した平面図である。 本開示を適用した構造の第１１の例を示す断面図である。 図２７の断面図に対応した平面図である。 瞳補正に対応した構造を示す断面図である。 製造方法の第１の例を示す図である。 製造方法の第１の例を示す図である。 製造方法の第２の例を示す図である。 本開示を適用した光検出装置を搭載した電子機器の構成例を示すブロック図である。
＜１．本開示の実施の形態＞
（固体撮像装置の構成）
　図１は、固体撮像装置の構成例を示す図である。
　図１において、固体撮像装置１０は、近赤外光(NIR)に対応したイメージセンサである。固体撮像装置１０は、本開示を適用した光検出装置の一例である。固体撮像装置１０は、画素アレイ部２１、垂直駆動部２２、信号処理部２３、水平駆動部２４、出力部２５、及び制御部２６から構成される。
　画素アレイ部２１は、シリコン(Si)からなる基板上に２次元状に配列された複数の画素１００を有する。画素１００は、フォトダイオードからなる光電変換領域を有する。
　画素アレイ部２１には、２次元状に配列された複数の画素１００に対し、行ごとに画素駆動線４１が形成されて垂直駆動部２２に接続され、列ごとに垂直信号線４２が形成されて信号処理部２３に接続される。
　垂直駆動部２２は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等により構成され、画素アレイ部２１に配列された各画素１００を駆動する。垂直駆動部２２によって選択走査された画素１００から出力される画素信号は、垂直信号線４２を通じて信号処理部２３に供給される。
　信号処理部２３は、画素アレイ部２１の画素列ごとに、選択行の各画素１００から垂直信号線４２を通じて出力される画素信号に対して所定の信号処理を行う。信号処理としては、例えば、読み出し処理やノイズ除去処理などの処理が行われる。
　水平駆動部２４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等により構成され、信号処理部２３の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。水平駆動部２４による選択走査により、信号処理部２３で信号処理された画素信号が水平信号線５１を通じて出力部２５に出力される。
　出力部２５は、信号処理部２３の各々から水平信号線５１を通じて順次入力される画素信号に対して所定の信号処理を行い、その結果得られる信号を出力する。
　制御部２６は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等によって構成され、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号に基づき、垂直駆動部２２、信号処理部２３、及び水平駆動部２４などの駆動制御を行う。
（画素の構成）
　次に、固体撮像装置１０において、画素アレイ部２１に２次元状に配列される画素１００を含む構造を説明する。
（第１の例）
　図２，図３は、本開示を適用した構造の第１の例を示す図である。
　図２は、画素１００を含む構造の断面構造を示している。図２の断面構造において、深さ方向をＺ方向とした場合に、各層をＸＹ平面で見たときの平面図を、図３に示している。これらの関係は後述する他の図でも同様である。
　図２において、画素１００は、シリコン基板１１１に形成された光電変換領域を有する。例えば、光電変換領域は、シリコン基板１１１に形成した第１導電型のウェル領域に、第２導電型の半導体領域を含んで構成される。第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型とすることができる。
　シリコン基板１１１の表面には、反射防止層１２１が形成される。反射防止層１２１は、微細な凹凸形状を形成したモスアイ構造で形成される。反射防止層１２１は、モスアイ構造を有することで、シリコン基板１１１における入射光の反射を抑制することができる。これにより、各画素１００において、光電変換領域内に入射光を留めることができる。
　図３のＢは、反射防止層１２１の平面図を示している。図３のＢにおいて、四角内で２本の線が交差している部分が、モスアイ構造の凹部分を表している。図３のＢでは簡略化しているが、反射防止層１２１では、このような凹凸形状が所定周期で多数並んでいる。
　反射防止層１２１上には、各画素１００に対応するオンチップマイクロレンズ１３１が形成される。オンチップマイクロレンズ１３１の表面上には表面膜１３２が形成されている。
　オンチップマイクロレンズ１３１は、高い屈折率を有する材料で形成された高屈折率レンズである。例えば、可視光に対応したイメージセンサで用いられるオンチップマイクロレンズの屈折率が1.6となる場合に、オンチップマイクロレンズ１３１の屈折率は、1.6よりも高い屈折率とすることができる。より具体的には、オンチップマイクロレンズ１３１の屈折率を、1.9とすることができる。
　オンチップマイクロレンズ１３１の材料としては、例えば、アモルファスシリコン(a-Si)，窒化シリコン(SiN)，高屈折率樹脂，タンタル(Ta)，チタン(Ti)，酸化アルミニウム(AlO)，高屈折率金属酸化膜などを用いることができる。
　オンチップマイクロレンズ１３１の間を分離する領域として、断面形状がテーパー状である空隙１５１が形成される。空隙１５１は、シリコン基板１１１の表面に向かって狭まるテーパー状の形状を有し、シリコン基板１１１の表面まで貫通している。空隙１５１は、エアギャップ(Air-gap)とも称される。
　図３のＡは、オンチップマイクロレンズ１３１の平面図を示している。図３のＡにおいては、隣接する４つの画素１００(２×２画素)に対応した４つのオンチップマイクロレンズ１３１を図示している。また、図３のＣの平面図は、図３のＡの平面図と図３のＢの平面図とを重ね合わせて、光を入射する側から見たときの図である。
　図３のＡに示すように、オンチップマイクロレンズ１３１の間には、空隙１５１が形成されている。空隙１５１は、平面視で格子状(田の字状)に形成されており、各オンチップマイクロレンズ１３１は、周囲の全てが空隙１５１に囲まれている。
　空隙１５１は、深さ方向(Ｚ方向)に向かって幅が狭くなる形状、すなわち、上部(トップ)の幅が広くなり下部(ボトム)の幅が狭くなる形状を有する。例えば、下部の幅を100nmとしたとき、上部の幅は、100nmよりも広い幅とすることができる。空隙１５１の側壁の角度は、例えば、次の式(１)を用いて算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式(１)において、θ0は入射角を表し、n0とn1は屈折率を表している。入射角θ0と、屈折率n0と、屈折率n1との関係を示すと、図４に示すようになる。屈折率n1は、空隙１５１に充填された空気(Air)の屈折率を表し、n1 = 1となる。屈折率n0は、オンチップマイクロレンズ１３１の材料の屈折率を表す。なお、屈折角が90°に達した場合には、屈折できなくなる。
　例えば、オンチップマイクロレンズ１３１の材料が、窒化シリコン(SiN)である場合、屈折率n0は、窒化シリコン(SiN)の屈折率を表す。窒化シリコン(SiN)の屈折率は、波長依存性がある。
　オンチップマイクロレンズ１３１の屈折率n0が、n0 = 1.9となる場合、式(１)を用いることで、入射角θ0として、θ0 = 32°が算出される。この場合、空隙１５１の側壁としては、入射角32°で全反射するような角度の側壁が形成される。
　なお、上述した説明では、空隙１５１の形状として、断面形状がテーパー状であるとして説明したが、深さ方向(Ｚ方向)に向かって幅が狭くなる形状として、下部が鋭角になった逆三角形状であってもよい。
　以上のように、本開示を適用した構造の第１の例では、オンチップマイクロレンズ１３１として高屈折率レンズを用いるとともに、オンチップマイクロレンズ１３１の間を分離する領域として断面形状がテーパー状である空隙１５１を形成した構造となっている。
　このような構造を有することで、オンチップマイクロレンズ１３１と空隙１５１との屈折率差が大きくなって全反射角が深くなり、さらにテーパー状の構造を有することで斜入射光の空隙１５１への入射角度を浅くすることができる。これにより、効率よく入射光を反射して、各画素１００の光電変換領域内に入射光を留めることができる。このような入射光を閉じ込める効果を有することで、シリコン吸収させる光学的距離が延長するので、感度を向上させることができる。また、モスアイ構造からなる反射防止層１２１を形成することで、入射光を閉じ込める効果をさらに高めることができる。
　ところで、近赤外光に対応したイメージセンサにおいて、既存レンズでは、ビームウェストを絞り込むことができず、遮光膜でケラレが生じたり、隣接する画素への混色が生じたりするおそれがある。また、可視光に対応したイメージセンサにおいて、カラーフィルタ間に空隙の分離壁を形成することで、可視光領域で、遮光膜によるケラレや混色を抑制する構造が提案されている。
　しかしながら、上記提案の構造では空隙とレンズとの間の屈折率差が小さく、十分な効果が得られていなかった。また、可視光に対応したイメージセンサでは、カラーフィルタが用いられるため、カラーフィルタ間の空隙を利用して所望の空隙(エアギャップ)を形成することができる一方で、近赤外光に対応したイメージセンサでは、カラーフィルタを用いないため、新たな構造の提案が求められていた。
　そこで、本開示では、近赤外光に対応したイメージセンサである固体撮像装置１０において、近赤外光のビームを絞り、隣接する画素への混色を防ぐために、オンチップマイクロレンズ１３１として高屈折率レンズを用いるとともに、オンチップマイクロレンズ１３１の間に断面形状がテーパー状である空隙１５１が形成されるようにしている。これにより、固体撮像装置１０において、近赤外光を効率的に集光することができる。
　図５，図６は、図２，図３に示した構造を、瞳補正に対応させた場合の構造を示している。
　固体撮像装置１０では、画素領域の中心部においてオンチップマイクロレンズ１３１の光軸中心を光電変換領域の光軸に合わせ、画素領域の周辺部に向かうに従ってオンチップマイクロレンズ１３１の中心位置を主光線の向きに合わせてずらす瞳補正が行われる。ここで、画素領域は、画素アレイ部２１において、複数の画素１００が２次元状に配列された領域である。
　図５の断面構造で示すように、オンチップマイクロレンズ１３１は、画素領域の中心部から周辺部に向かうに従って、レンズ中心が光電変換領域の中心より画素領域の中心側にずれるように形成される。図５の断面構造においては、オンチップマイクロレンズ１３１とその間に形成された空隙１５１とが、瞳補正に合わせて、図中のＸ方向にずれている。図６のＣの平面図においても同様に、オンチップマイクロレンズ１３１と空隙１５１とが、瞳補正に合わせてずれている。
（第２の例）
　図７，図８は、本開示を適用した構造の第２の例を示す図である。図７，図８においては、図２，図３と対応する部分については同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。なお、以降の図面においても同一の符号の部分の説明は適宜省略する。
　図７の断面構造では、図２の断面構造と比べて、断面形状がテーパー状である空隙１５１を、埋め込み膜１６１で埋め込んだ構造となっている。すなわち、図２の断面構造では、空隙１５１に空気が充填されていたが、図７の断面構造では、埋め込み膜１６１が充填されている。
　埋め込み膜１６１の材料としては、例えば、酸化シリコン(SiO2)などを用いることができる。埋め込み膜１６１の上部の凹みは、オンチップマイクロレンズ１３１の表面と連続しており、表面膜１３２が形成される。
　以上のように、本開示を適用した構造の第２の例では、オンチップマイクロレンズ１３１として高屈折率レンズを用いるとともに、オンチップマイクロレンズ１３１の間を分離する領域として断面形状がテーパー状である空隙１５１を形成した構造で、空隙１５１を埋め込み膜１６１により埋め込んだ構造となる。
　このような構造を有することで、オンチップマイクロレンズ１３１と空隙１５１(に充填された埋め込み膜１６１)との屈折率差が大きくなって全反射角が深くなり、さらにテーパー状の構造を有することで斜入射光の空隙１５１への入射角度を浅くすることができる。これにより、効率よく入射光を反射して、各画素１００の光電変換領域内に入射光を留めることができる。よって、近赤外光を効率的に集光することができる。
（第３の例）
　図９，図１０は、本開示を適用した構造の第３の例を示す図である。
　図９の断面構造では、図２の断面構造と比べて、断面形状がテーパー状である空隙１５１が、シリコン基板１１１の表面に達しておらず、シリコン基板１１１の表面まで貫通していない構造となる。すなわち、図９の断面構造において、空隙１５１は、その下部(底面)がオンチップマイクロレンズ１３１の間に形成された構造(オンチップマイクロレンズ１３１の途中で止まった構造)となっており、隣接するオンチップマイクロレンズ１３１の間に層１３１ａが残っている。
　以上のように、本開示を適用した構造の第３の例では、オンチップマイクロレンズ１３１として高屈折率レンズを用いるとともに、オンチップマイクロレンズ１３１の間を分離する領域として断面形状がテーパー状である空隙１５１を形成した構造で、空隙１５１がシリコン基板１１１の表面に達していない構造となる。
　このような構造を有することで、構造の第１の例と同様に、効率よく入射光を反射して、各画素１００の光電変換領域内に入射光を留めることができる。よって、近赤外光を効率的に集光することができる。
（第４の例）
　図１１，図１２は、本開示を適用した構造の第４の例を示す図である。
　図１１の断面構造では、図２の断面構造と比べて、オンチップマイクロレンズ１３１の形状が異なった構造となる。すなわち、図１２のＡの平面図は、図３のＡの平面図と比べて、空隙１５１が格子状に形成されるのではなく、４つのオンチップマイクロレンズ１３１のそれぞれが、対角方向に、空隙１５１とならない部分(OCL(On Chip Lens)ギャップレス)を有することで、上下左右の４方向に空隙１５１を有した構造となる。なお、空隙１５１の形状は、図１２のＡの平面図に示した形状に限らず、他の形状であってもよい。
　以上のように、本開示を適用した構造の第４の例では、オンチップマイクロレンズ１３１として高屈折率レンズを用いるとともに、オンチップマイクロレンズ１３１の間を分離する領域として断面形状がテーパー状である空隙１５１を形成した構造で、オンチップマイクロレンズ１３１が、平面視で上下左右の４方向に空隙１５１を有した構造となる。
　このような構造を有することで、構造の第１の例と同様に、効率よく入射光を反射して、各画素１００の光電変換領域内に入射光を留めることができる。よって、近赤外光を効率的に集光することができる。
（第５の例）
　図１３，図１４は、本開示を適用した構造の第５の例を示す図である。
　図１３の断面構造では、図２の断面構造と比べて、反射防止層１２１の上層に中間層１７１が形成されており、オンチップマイクロレンズ１３１は、中間層１７１の上層に形成される構造となる。換言すれば、反射防止層１２１とオンチップマイクロレンズ１３１との間に、中間層１７１が形成される。
　中間層１７１は、高い屈折率を有する材料で形成することができる。例えば、中間層１７１の屈折率は、オンチップマイクロレンズ１３１の屈折率と同様に、1.6よりも高い屈折率とすることができる。
　中間層１７１の材料としては、例えば、酸化シリコン(SiO)，AOなどを用いることができる。なお、酸化シリコン(SiO)等を材料として用いる場合、HDP(High Density Plasma)を用いた工程により成膜を行うことで、中間層１７１を形成することができる。図１４のＢは、中間層１７１の平面図を示している。
　空隙１５１は、シリコン基板１１１の表面に向かって狭まるテーパー状の形状を有しているが、シリコン基板１１１の表面に達しておらず、中間層１７１を貫通していない構造となる。すなわち、図１３の断面構造において、空隙１５１は、その下部(底面)が中間層１７１上に形成された構造(中間層１７１の途中で止まった構造)となっている。
　以上のように、本開示を適用した構造の第５の例では、オンチップマイクロレンズ１３１として高屈折率レンズを用いるとともに、オンチップマイクロレンズ１３１の間を分離する領域として断面形状がテーパー状である空隙１５１を形成した構造で、シリコン基板１１１とオンチップマイクロレンズ１３１との間に、中間層１７１を形成した構造となる。
　このような構造を有することで、構造の第１の例と同様に、効率よく入射光を反射して、各画素１００の光電変換領域内に入射光を留めることができる。よって、近赤外光を効率的に集光することができる。
　図１５は、図１３に示した構造を、瞳補正に対応させた場合の構造を示している。
　瞳補正が行われる場合に、オンチップマイクロレンズ１３１が、画素領域の中心部から周辺部に向かうに従って、レンズ中心が光電変換領域の中心より画素領域の中心側にずれるように形成されることは、先に述べた通りである。図１５の断面構造においては、オンチップマイクロレンズ１３１と中間層１７１とそこに形成された空隙１５１とが、瞳補正に合わせて、図中のＸ方向にずれている。
（第６の例）
　図１６，図１７は、本開示を適用した構造の第６の例を示す図である。
　図１６の断面構造は、図１３の断面構造と比べて、空隙１５１を、埋め込み膜１６１で埋め込んだ構造となっている。すなわち、図１３の断面構造では、空隙１５１に空気が充填されていたが、図１６の断面構造では、酸化シリコン(SiO2)等の埋め込み膜１６１が充填されている。
　以上のように、本開示を適用した構造の第６の例では、オンチップマイクロレンズ１３１として高屈折率レンズを用いるとともに、オンチップマイクロレンズ１３１の間を分離する領域として断面形状がテーパー状である空隙１５１を形成した構造で、中間層１７１を形成し、さらに空隙１５１を埋め込み膜１６１により埋め込んだ構造となる。
　このような構造を有することで、構造の第１の例と同様に、効率よく入射光を反射して、各画素１００の光電変換領域内に入射光を留めることができる。よって、近赤外光を効率的に集光することができる。
（第７の例）
　図１８，図１９は、本開示を適用した構造の第７の例を示す図である。
　図１８の断面構造は、図２の断面構造と比べて、反射防止層１２１の代わりに、反射防止層１２２が形成されるとともに、反射防止層１２２の上層に中間層１７２が形成されており、オンチップマイクロレンズ１３１は、中間層１７２の上層に形成される構造となる。
　反射防止層１２２は、シリコン基板１１１の表面に形成され、微細な凹み１１２を有する。凹み１１２には、中間層１７２に用いられる材料が充填される。図１９のＣは、反射防止層１２２の平面図を示している。図１９のＣに示すように、反射防止層１２２では、凹み１１２が十字型の形状で形成されている。
　反射防止層１２２は、十字型の形状を有する凹み１１２を形成した構造を有することで、シリコン基板１１１における入射光の反射を抑制することができる。これにより、各画素１００において、光電変換領域内に入射光を留めることができる。なお、凹み１１２の形状としては、十字型の形状のほか、それ以外の形状を所定形状として形成しても構わない。
　中間層１７２の材料としては、中間層１７１と同様に、酸化シリコン(SiO)などを用いることができる。図１９のＢは、中間層１７２の平面図を示している。図１９のＢに示すように、中間層１７２は、その下層となる反射防止層１２２の凹み１１２の形状に対応して、その一部が十字型の形状に埋め込まれた形状を有する。
　空隙１５１は、シリコン基板１１１の表面に向かって狭まるテーパー状の形状を有しているが、シリコン基板１１１の表面に達しておらず、中間層１７２を貫通していない構造となる。すなわち、図１８の断面構造において、空隙１５１は、その下部(底面)が中間層１７２上に形成された構造(中間層１７２の途中で止まった構造)となっている。
　以上のように、本開示を適用した構造の第７の例では、オンチップマイクロレンズ１３１として高屈折率レンズを用いるとともに、オンチップマイクロレンズ１３１の間を分離する領域として断面形状がテーパー状である空隙１５１を形成した構造で、反射防止層１２２と中間層１７２を形成した構造となる。
　このような構造を有することで、構造の第１の例と同様に、効率よく入射光を反射して、各画素１００の光電変換領域内に入射光を留めることができる。よって、近赤外光を効率的に集光することができる。
　図２０は、図１８に示した構造を、瞳補正に対応させた場合の構造を示している。
　図２０の断面構造に示すように、瞳補正が行われる場合、オンチップマイクロレンズ１３１と中間層１７２とそこに形成された空隙１５１とが、瞳補正に合わせて、図中のＸ方向にずれている。
（第８の例）
　図２１，図２２は、本開示を適用した構造の第８の例を示す図である。
　図２１の断面構造は、図１８の断面構造と比べて、空隙１５１を、埋め込み膜１６１で埋め込んだ構造となっている。すなわち、図１８の断面構造では、空隙１５１に空気が充填されていたが、図２１の断面構造では、酸化シリコン(SiO2)等の埋め込み膜１６１が充填されている。
　以上のように、本開示を適用した構造の第８の例では、オンチップマイクロレンズ１３１として高屈折率レンズを用いるとともに、オンチップマイクロレンズ１３１の間を分離する領域として断面形状がテーパー状である空隙１５１を形成した構造で、反射防止層１２２と中間層１７２を形成し、さらに空隙１５１を埋め込み膜１６１により埋め込んだ構造となる。
　このような構造を有することで、構造の第１の例と同様に、効率よく入射光を反射して、各画素１００の光電変換領域内に入射光を留めることができる。よって、近赤外光を効率的に集光することができる。
（第９の例）
　図２３，図２４は、本開示を適用した構造の第９の例を示す図である。
　図２３の断面構造は、図２の断面構造と比べて、反射防止層１２１の代わりに、反射防止層１２２が形成されており、反射防止層１２２の上層にオンチップマイクロレンズ１３１が形成される構造となる。
　反射防止層１２２は、シリコン基板１１１の表面に形成され、微細な凹み１１２を有するが、凹み１１２には、中間層１７３が埋め込まれている。
　中間層１７３の材料としては、中間層１７１，１７２と同様に、酸化シリコン(SiO)などを用いることができる。図２４のＢは、中間層１７３の平面図を示している。図２４のＢに示すように、中間層１７３は、反射防止層１２２の凹み１１２の形状に対応して、十字型の形状に埋め込まれた形状を有する。
　以上のように、本開示を適用した構造の第９の例では、オンチップマイクロレンズ１３１として高屈折率レンズを用いるとともに、オンチップマイクロレンズ１３１の間を分離する領域として断面形状がテーパー状である空隙１５１を形成した構造で、反射防止層１２２と中間層１７３を形成した構造となる。
　このような構造を有することで、構造の第１の例と同様に、効率よく入射光を反射して、各画素１００の光電変換領域内に入射光を留めることができる。よって、近赤外光を効率的に集光することができる。
（第１０の例）
　図２５，図２６は、本開示を適用した構造の第１０の例を示す図である。
　図２５の断面構造は、図２の断面構造と比べて、反射防止層１２１の上層に中間層１７１が形成されており、オンチップマイクロレンズ１３１は、中間層１７１の上層に形成される構造となる。また、図２５の断面構造では、中間層１７１の上に、遮光膜１８１が形成されている。
　遮光膜１８１は、隣接する画素への入射光を遮光して画素間での入射光のストロークを抑制する。遮光膜１８１の材料としては、例えば、タングステン(W)等の金属を用いることができる。図２６のＢは、遮光膜１８１の平面図を示している。図２６のＢにおいて、遮光膜１８１は、隣接するオンチップマイクロレンズ１３１に対して格子状に形成される。
　空隙１５１は、シリコン基板１１１の表面に向かって狭まるテーパー状の形状を有しているが、シリコン基板１１１の表面に達しておらず、遮光膜１８１と中間層１７１を貫通していない構造となる。すなわち、図２５の断面構造において、空隙１５１は、その下部(底面)が、オンチップマイクロレンズ１３１の間に形成された構造(オンチップマイクロレンズ１３１の途中で止まった構造)となっている。
　以上のように、本開示を適用した構造の第１０の例では、オンチップマイクロレンズ１３１として高屈折率レンズを用いるとともに、オンチップマイクロレンズ１３１の間を分離する領域として断面形状がテーパー状である空隙１５１を形成した構造で、中間層１７１と遮光膜１８１を形成した構造となる。
　このような構造を有することで、構造の第１の例と同様に、効率よく入射光を反射して、各画素１００の光電変換領域内に入射光を留めることができる。よって、近赤外光を効率的に集光することができる。
（第１１の例）
　図２７，図２８は、本開示を適用した構造の第１１の例を示す図である。
　図２７の断面構造は、図２５の断面構造と比べて、空隙１５１を、埋め込み膜１６１で埋め込んだ構造となっている。すなわち、図２５の断面構造では、空隙１５１に空気が充填されていたが、図２７の断面構造では、酸化シリコン(SiO2)等の埋め込み膜１６１が充填されている。
　以上のように、本開示を適用した構造の第１１の例では、オンチップマイクロレンズ１３１として高屈折率レンズを用いるとともに、オンチップマイクロレンズ１３１の間を分離する領域として断面形状がテーパー状である空隙１５１を形成した構造で、中間層１７１と遮光膜１８１を形成し、さらに空隙１５１を埋め込み膜１６１により埋め込んだ構造となる。
　このような構造を有することで、構造の第１の例と同様に、効率よく入射光を反射して、各画素１００の光電変換領域内に入射光を留めることができる。よって、近赤外光を効率的に集光することができる。
　図２９は、図２７に示した構造を、瞳補正に対応させた場合の構造を示している。
　図２９の断面構造に示すように、瞳補正が行われる場合、オンチップマイクロレンズ１３１とそこに形成された空隙１５１(に充填された埋め込み膜１６１)と遮光膜１８１とが、瞳補正に合わせて、図中のＸ方向にずれている。
（製造方法）
　図３０乃至図３２を参照して、本開示を適用した構造を形成する工程を含む製造方法の例について説明する。
　図３０，図３１は、図１３の断面構造を形成する工程を含む製造方法の例を示している。この製造方法では、シリコン基板１１１上に、反射防止層１２１と中間層１７１が形成された後の工程を工程順に示している。
　図３０のＡに示す工程では、中間層１７１上に、オンチップマイクロレンズ１３１の材料である窒化シリコン(SiN)等からなる層１３１Ａが形成される。リソグラフィ３１１により、層１３１Ａの上面をパターン状に露光することで、テーパー状のパターンが形成される。図３０のＢに示す工程では、ドライエッチングにより、リソグラフィ３１１のパターンなどが削り取られる。図３０のＣに示す工程では、オンチップマイクロレンズ１３１の材料である窒化シリコン(SiN)等が塗布され、層１３１Ａ上に層１３１Ｂが形成される。
　図３１のＤに示す工程では、リソグラフィ３１２により、層１３１Ｂの上面をパターン状に露光することで、レンズ状のパターンが形成される。図３１のＥに示す工程では、ドライエッチングにより、リソグラフィ３１２のパターンなどが削り取られる。また、空隙１５１となる部分も取り除かれる。図３１のＦに示す工程では、表面膜１３２が形成される。このような工程を経ることで、図１３に示した断面構造を形成することができる。
　図３２は、図２５の断面構造を形成する工程を含む製造方法の例を示している。この製造方法では、シリコン基板１１１上に、反射防止層１２１と中間層１７１と遮光膜１８１が形成された後の工程を工程順に示している。
　図３２のＡに示す工程では、オンチップマイクロレンズ１３１の材料である窒化シリコン(SiN)等からなる層１３１Ｃがレンズ状に形成され、さらに層１３１Ｃの表面に表面膜１３２が形成される。図３２のＢに示す工程では、リソグラフィ３２１により、層１３１Ｃの上面をパターン状に露光することで、テーパー状のパターンが形成される。また、ドライエッチングにより、リソグラフィ３２１のパターンなどが削り取られる。空隙１５１となる部分も取り除かれる。
　図３２のＣに示す工程では、空隙１５１の表面にも表面膜１３２が形成される。このような工程を経ることで、図２５に示した断面構造を形成することができる。
＜２．変形例＞
　上述した本開示を適用した構造は一例であって、構造の第１の例乃至第１１の例のいずれかの構造を、他のいずれかの構造と組み合わせても構わない。例えば、図２５，図２６に示した構造の第１０の例において、反射防止層１２１の代わりに、反射防止層１２２を形成した構造としてもよい。
　固体撮像装置１０は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像装置とすることができる。このCMOS型の固体撮像装置は、光電変換領域が形成されたシリコン基板から見て下層に形成される配線層側(表面側)とは反対側の上層(裏面側)から光を入射させる裏面照射型構造とすることができる。なお、CMOS型の固体撮像装置は、光を入射する側を配線層側(表面側)とした表面照射型構造としても構わない。
　なお、本開示を適用した構造は、CMOS型の固体撮像装置に限らず、CCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像装置に適用することも可能である。また、上述した説明では、固体撮像装置１０において、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型として構成したが、ｎ型が第１導電型で、ｐ型が第２導電型であっても構わない。
（電子機器の構成）
　本開示を適用した光検出装置は、スマートフォン、タブレット型端末、携帯電話機、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの電子機器に搭載することができる。図３３は、本開示を適用した光検出装置を搭載した電子機器の構成例を示すブロック図である。
　図３３において、電子機器１０００は、レンズ群を含む光学系１０１１と、図１の固体撮像装置１０に対応した機能を有する光検出素子１０１２と、カメラ信号処理部であるDSP(Digital Signal Processor)１０１３からなる撮像系を有する。電子機器１０００においては、撮像系のほかに、CPU(Central Processing Unit)１０１０、フレームメモリ１０１４、ディスプレイ１０１５、操作系１０１６、補助メモリ１０１７、通信I/F１０１８、及び電源系１０１９がバス１０２０を介して相互に接続された構成となる。
　CPU１０１０は、電子機器１０００の各部の動作を制御する。
　光学系１０１１は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで、光検出素子１０１２の光検出面に結像させる。光検出素子１０１２は、光学系１０１１によって光検出面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。DSP１０１３は、光検出素子１０１２から出力される信号に対し、所定の信号処理を行う。
　フレームメモリ１０１４は、撮像系で撮像された静止画又は動画の画像データを一時的に記録する。ディスプレイ１０１５は、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイであり、撮像系で撮像された静止画又は動画を表示する。操作系１０１６は、ユーザによる操作に応じて、電子機器１０００が有する様々な機能についての操作指令を発する。
　補助メモリ１０１７は、フラッシュメモリ等の半導体メモリを含む記憶媒体であり、撮像系で撮像された静止画又は動画の画像データを記録する。通信I/F１０１８は、所定の通信方式に対応した通信モジュールを有し、撮像系で撮像された静止画又は動画の画像データを、ネットワークを介して他の機器に送信する。
　電源系１０１９は、CPU１０１０、DSP１０１３、フレームメモリ１０１４、ディスプレイ１０１５、操作系１０１６、補助メモリ１０１７、及び通信I/F１０１８を供給対象として、動作電源となる各種の電源を適宜供給する。
　なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　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なく、他の効果があってもよい。なお、本明細書では、シリコン基板(半導体基板)の表面に平行な面に投影した各部の位置関係を示すときに、「平面視」という表現を用いるものとする。また、シリコン基板(半導体基板)の表面に垂直な面に投影した各部の位置関係を示すときに、「断面視」という表現を用いるものとする。
　また、本開示は、以下のような構成をとることができる。
（１）
　それぞれが光電変換領域を有する複数の画素と、
　各画素に対応して形成されたオンチップマイクロレンズと
　を備え、
　前記オンチップマイクロレンズは、第１の屈折率よりも高い屈折率である第２の屈折率を有し、
　前記オンチップマイクロレンズの間を分離する領域として、断面形状がテーパー状である空隙が形成される
　光検出装置。
（２）
　前記空隙は、前記光電変換領域が形成された半導体基板の表面に向かって狭まるテーパー状の形状を有する
　前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
　前記第１の屈折率は、1.6であり、
　前記第２の屈折率は、1.6よりも高い屈折率である
　前記（１）又は（２）に記載の光検出装置。
（４）
　前記空隙は、断面視で前記半導体基板の表面まで貫通している
　前記（２）又は（３）に記載の光検出装置。
（５）
　前記空隙は、断面視で前記半導体基板の表面に達していない
　前記（２）又は（３）に記載の光検出装置。
（６）
　前記空隙は、空気又は埋め込み膜により充填される
　前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光検出装置。
（７）
　前記オンチップマイクロレンズは、平面視で周囲の全てが前記空隙に囲まれている
　前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の光検出装置。
（８）
　前記オンチップマイクロレンズは、平面視で対角方向に前記空隙とはならない部分を有し、上下左右の４方向に前記空隙を有する
　前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の光検出装置。
（９）
　前記光電変換領域が形成された半導体基板の表面に、入射光の反射を抑制する第１の層が形成される
　前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の光検出装置。
（１０）
　前記第１の層は、モスアイ構造、又は平面視で所定形状からなる凹みを有する
　前記（９）に記載の光検出装置。
（１１）
　前記所定形状は、十字型の形状である
　前記（１０）に記載の光検出装置。
（１２）
　前記光電変換領域が形成された半導体基板と、前記オンチップマイクロレンズとの間に、第２の層が形成される
　前記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の光検出装置。
（１３）
　前記空隙は、断面視で前記第２の層を貫通していない
　前記（１２）に記載の光検出装置。
（１４）
　隣接する前記オンチップマイクロレンズに対して、入射光を遮光する遮光膜が形成される
　前記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の光検出装置。
（１５）
　前記空隙は、断面視で前記遮光膜を貫通していない
　前記（１４）に記載の光検出装置。
（１６）
　前記空隙は、下部の幅を100nmとしたとき、上部の幅が100nmよりも広い幅となる
　前記（２）に記載の光検出装置。
（１７）
　前記第２の屈折率は、1.9であり、
　前記空隙は、入射光の入射角が32°で全反射するような角度の側壁を有する
　前記（２）に記載の光検出装置。
（１８）
　前記オンチップマイクロレンズは、アモルファスシリコン(a-Si)，窒化シリコン(SiN)，高屈折率樹脂，タンタル(Ta)，チタン(Ti)，酸化アルミニウム(AlO)，又は高屈折率金属酸化膜を材料として用いる
　前記（１）乃至（１７）のいずれかに記載の光検出装置。
（１９）
　近赤外光に対応したイメージセンサとして構成される
　前記（１）乃至（１８）のいずれかに記載の光検出装置。
（２０）
　それぞれが光電変換領域を有する複数の画素と、
　各画素に対応して形成されたオンチップマイクロレンズと
　を備え、
　前記オンチップマイクロレンズは、第１の屈折率よりも高い屈折率である第２の屈折率を有し、
　前記オンチップマイクロレンズの間を分離する領域として、断面形状がテーパー状である空隙が形成される
　光検出装置を搭載した電子機器。
　１０　固体撮像装置，　１００　画素，　１１１　シリコン基板，　１２１，１２２　反射防止層，　１３１　オンチップマイクロレンズ，　１３２　表面膜，　１５１　空隙，　１６１　埋め込み膜，　１７１，１７２，１７３　中間層，　１８１　遮光膜，　１０００　電子機器，　１０１２　光検出素子

Claims (20)

  1. 　それぞれが光電変換領域を有する複数の画素と、
    　各画素に対応して形成されたオンチップマイクロレンズと
    　を備え、
    　前記オンチップマイクロレンズは、第１の屈折率よりも高い屈折率である第２の屈折率を有し、
    　前記オンチップマイクロレンズの間を分離する領域として、断面形状がテーパー状である空隙が形成される
    　光検出装置。
  2. 　前記空隙は、前記光電変換領域が形成された半導体基板の表面に向かって狭まるテーパー状の形状を有する
    　請求項１に記載の光検出装置。
  3. 　前記第１の屈折率は、1.6であり、
    　前記第２の屈折率は、1.6よりも高い屈折率である
    　請求項１に記載の光検出装置。
  4. 　前記空隙は、断面視で前記半導体基板の表面まで貫通している
    　請求項２に記載の光検出装置。
  5. 　前記空隙は、断面視で前記半導体基板の表面に達していない
    　請求項２に記載の光検出装置。
  6. 　前記空隙は、空気又は埋め込み膜により充填される
    　請求項１に記載の光検出装置。
  7. 　前記オンチップマイクロレンズは、平面視で周囲の全てが前記空隙に囲まれている
    　請求項１に記載の光検出装置。
  8. 　前記オンチップマイクロレンズは、平面視で対角方向に前記空隙とはならない部分を有し、上下左右の４方向に前記空隙を有する
    　請求項１に記載の光検出装置。
  9. 　前記光電変換領域が形成された半導体基板の表面に、入射光の反射を抑制する第１の層が形成される
    　請求項１に記載の光検出装置。
  10. 　前記第１の層は、モスアイ構造、又は平面視で所定形状からなる凹みを有する
    　請求項９に記載の光検出装置。
  11. 　前記所定形状は、十字型の形状である
    　請求項１０に記載の光検出装置。
  12. 　前記光電変換領域が形成された半導体基板と、前記オンチップマイクロレンズとの間に、第２の層が形成される
    　請求項１に記載の光検出装置。
  13. 　前記空隙は、断面視で前記第２の層を貫通していない
    　請求項１２に記載の光検出装置。
  14. 　隣接する前記オンチップマイクロレンズに対して、入射光を遮光する遮光膜が形成される
    　請求項１に記載の光検出装置。
  15. 　前記空隙は、断面視で前記遮光膜を貫通していない
    　請求項１４に記載の光検出装置。
  16. 　前記空隙は、下部の幅を100nmとしたとき、上部の幅が100nmよりも広い幅となる
    　請求項２に記載の光検出装置。
  17. 　前記第２の屈折率は、1.9であり、
    　前記空隙は、入射光の入射角が32°で全反射するような角度の側壁を有する
    　請求項２に記載の光検出装置。
  18. 　前記オンチップマイクロレンズは、アモルファスシリコン(a-Si)，窒化シリコン(SiN)，高屈折率樹脂，タンタル(Ta)，チタン(Ti)，酸化アルミニウム(AlO)，又は高屈折率金属酸化膜を材料として用いる
    　請求項１に記載の光検出装置。
  19. 　近赤外光に対応したイメージセンサとして構成される
    　請求項１に記載の光検出装置。
  20. 　それぞれが光電変換領域を有する複数の画素と、
    　各画素に対応して形成されたオンチップマイクロレンズと
    　を備え、
    　前記オンチップマイクロレンズは、第１の屈折率よりも高い屈折率である第２の屈折率を有し、
    　前記オンチップマイクロレンズの間を分離する領域として、断面形状がテーパー状である空隙が形成される
    　光検出装置を搭載した電子機器。
PCT/JP2022/028213 2021-08-03 2022-07-20 光検出装置及び電子機器 WO2023013420A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023540244A JPWO2023013420A1 (ja) 2021-08-03 2022-07-20

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021127112 2021-08-03
JP2021-127112 2021-08-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023013420A1 true WO2023013420A1 (ja) 2023-02-09

Family

ID=85155554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/028213 WO2023013420A1 (ja) 2021-08-03 2022-07-20 光検出装置及び電子機器

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2023013420A1 (ja)
WO (1) WO2023013420A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014156704A1 (ja) * 2013-03-25 2014-10-02 ソニー株式会社 固体撮像素子、撮像装置、電子装置、および製造方法
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
WO2017187855A1 (ja) * 2016-04-27 2017-11-02 ソニー株式会社 裏面照射型固体撮像素子及び電子機器
US20190229140A1 (en) * 2018-01-24 2019-07-25 Huaian Imaging Device Manufacturer Corporation Image sensor and method for manufacturing image sensor
JP2019160830A (ja) * 2018-03-07 2019-09-19 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素子の製造方法
US20190296070A1 (en) * 2018-03-20 2019-09-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors with multiple lenses per pixel region

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014156704A1 (ja) * 2013-03-25 2014-10-02 ソニー株式会社 固体撮像素子、撮像装置、電子装置、および製造方法
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
WO2017187855A1 (ja) * 2016-04-27 2017-11-02 ソニー株式会社 裏面照射型固体撮像素子及び電子機器
US20190229140A1 (en) * 2018-01-24 2019-07-25 Huaian Imaging Device Manufacturer Corporation Image sensor and method for manufacturing image sensor
JP2019160830A (ja) * 2018-03-07 2019-09-19 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素子の製造方法
US20190296070A1 (en) * 2018-03-20 2019-09-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors with multiple lenses per pixel region

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2023013420A1 (ja) 2023-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7301936B2 (ja) 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
USRE50032E1 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing a solid-state imaging device, and electronic apparatus
JP7218399B2 (ja) 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
US9640578B2 (en) Solid-state imaging device and camera module
US20180366501A1 (en) Solid-state image-capturing device and production method thereof, and electronic appliance
TWI387101B (zh) 固態攝影裝置及其製造方法
JP5493461B2 (ja) 固体撮像装置、電子機器及び固体撮像装置の製造方法
TWI506771B (zh) 固態影像裝置及電子設備
WO2015174297A1 (ja) 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
TWI357658B (en) Solid-state imaging device and electronic device
JPWO2013108656A1 (ja) 固体撮像素子およびカメラシステム
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
US10812746B2 (en) Solid-state imaging device and method for producing the same, and electronic apparatus
JP5298617B2 (ja) 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
KR20110121531A (ko) 고체 촬상 소자 및 촬상 장치
CN105453268A (zh) 固态成像装置和电子设备
WO2023013420A1 (ja) 光検出装置及び電子機器
WO2022024550A1 (ja) 固体撮像装置及び電子機器
WO2021256086A1 (ja) 固体撮像装置及び電子機器
WO2023021758A1 (ja) 光検出装置及び電子機器
WO2023195283A1 (ja) 光検出素子および電子機器
KR20230116788A (ko) 고체 촬상 장치, 전자 기기 및 고체 촬상 장치의 제조 방법

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: 22852844

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023540244

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE