JP2022075774A - 光検出装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1.固体撮像装置の概略構成例
2.第1の実施の形態に係る画素構造(反射防止部と画素間遮光部を有する画素構造)
3.第2の実施の形態に係る画素構造(画素間遮光部にメタルを充填した画素構造)
4.画素構造の変形例
5.電子機器への適用例
図1は、本開示に係る固体撮像装置の概略構成を示している。
<画素の断面構成例>
図2は、第1の実施の形態に係る画素2の断面構成例を示す図である。
次に、図3及び図4を参照して、第1の実施の形態に係る画素2の製造方法について説明する。
上述した製造方法では、初めに、モスアイ構造の反射防止部48を形成し、次に、トレンチ構造の画素間遮光部47を形成した。しかしながら、反射防止部48と画素間遮光部47を形成する順序は逆でも良い。
図6は、図2に示した画素2の画素構造の効果を説明する図である。
<画素の断面構成例>
図8は、第2の実施の形態に係る画素2の断面構成例を示す図である。
図9を参照して、第2の実施の形態に係る画素2の製造方法について説明する。
図10を参照して、画素2の様々な個所の最適条件について説明する。
上述した実施の形態では、モスアイ構造の反射防止部48が、フォトダイオードPDが形成される半導体領域41および42の受光面側の全領域に形成されていた。しかし、反射防止部48のモスアイ配置領域L1(モスアイ配置幅L1)は、図10に示されるように、画素領域L4(画素幅L4)に対して所定の割合の領域で画素中心部のみに形成することができる。そして、この反射防止部48のモスアイ配置領域L1は、画素領域L4に対しておおよそ8割となる領域であることが望ましい。
隣接画素に対して入射光の漏れ込みを防止し、全反射させるために必要な画素間遮光部47の溝幅L2について検討する。
画素間遮光部47の掘り込み量L3について検討する。
図11乃至図26を参照して、画素構造の複数のバリエーションについて説明する。図11乃至図26では、図2および図8に示したような断面構成例よりも簡略化して図示された画素構造を用いて説明を行い、それぞれの対応する構成要素であっても異なる符号が付されているものがある。
そして、画素構造の第2のバリエーションでは、半導体基板12において画素2どうしの間を分離する画素分離部54が形成される。
そして、画素構造の第3のバリエーションでは、半導体基板12において画素2どうしの間を分離する画素分離部54Aが形成される。
そして、画素構造の第4のバリエーションでは、半導体基板12において画素2どうしの間を分離する画素分離部54Bが形成される。
そして、画素構造の第5のバリエーションでは、反射防止部48Aの形状が、画素2の周辺近傍において、モスアイ構造を構成する凹凸の深さが浅くなるように形成されている。
そして、画素構造の第6のバリエーションでは、反射防止部48Aの形状が、画素2の周辺部分において、モスアイ構造を構成する凹凸の深さが浅くなるように形成されるとともに、画素分離部54が形成されている。
そして、画素構造の第7のバリエーションでは、反射防止部48Aの形状が、画素2の周辺近傍において、モスアイ構造を構成する凹凸の深さが浅くなるように形成されるとともに、画素分離部54Aが形成されている。
そして、画素構造の第8のバリエーションでは、反射防止部48Aの形状が、画素2の周辺近傍において、モスアイ構造を構成する凹凸の深さが浅くなるように形成されるとともに、画素分離部54Bが形成されている。
そして、画素構造の第9のバリエーションでは、反射防止部48Bが、例えば、図11の反射防止部48よりも狭い領域に形成されている。
そして、画素構造の第10のバリエーションでは、反射防止部48Bが形成される領域が狭くなっているとともに、画素分離部54が形成されている。
そして、画素構造の第11のバリエーションでは、反射防止部48Bが形成される領域が狭くなっているとともに、画素分離部54Aが形成されている。
そして、画素構造の第12のバリエーションでは、反射防止部48Bが形成される領域が狭くなっているとともに、画素分離部54Bが形成されている。
そして、画素構造の第13のバリエーションでは、像面位相差AF(Auto Focus:オートフォーカス)に利用される位相差用画素2Aが設けられており、位相差用画素2Aには、反射防止部48が設けられない構成とされている。位相差用画素2Aは、像面における位相差を利用したオートフォーカスの制御に利用される信号を出力し、反射防止部48が設けられないことにより、受光面側界面は平坦面に形成される。
そして、画素構造の第14のバリエーションでは、像面位相差AFに利用される位相差用画素2Aには反射防止部48が設けられない構成とされているとともに、画素分離部54が形成されている。
そして、画素構造の第15のバリエーションでは、像面位相差AFに利用される位相差用画素2Aには反射防止部48が設けられない構成とされているとともに、画素分離部54Aが形成されている。
そして、画素構造の第16のバリエーションでは、像面位相差AFに利用される位相差用画素2Aには反射防止部48が設けられない構成とされているとともに、画素分離部54Bが形成されている。
本開示の技術は、固体撮像装置への適用に限られるものではない。即ち、本開示の技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機など、画像取込部(光電変換部)に固体撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像装置は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
(1)
基板と、
前記基板に設けられた第1光電変換領域と、
前記第1光電変換領域の隣であって前記基板に設けられた第2光電変換領域と、
前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間に設けられたトレンチと、
前記第1光電変換領域の上方で、前記基板の受光面側に設けられた第1モスアイ構造と、
前記第2光電変換領域の上方で、前記基板の受光面側に設けられた第2モスアイ構造と、
前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられ、前記第1モスアイ構造と前記第2モスアイ構造の上方に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に設けられた遮光膜と
を有する固体撮像装置。
(2)
前記絶縁膜は、前記基板と前記遮光膜との間に設けられる
前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
前記遮光膜は金属を含む
前記(1)または(2)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記遮光膜はアルミニウムである
前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(5)
断面視で、前記トレンチの側面はテーパ形状をなす
前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(6)
前記テーパ形状は0乃至30°の順テーパである
前記(5)に記載の固体撮像装置。
(7)
前記第1光電変換領域および前記第1モスアイ構造を有する第1画素と、
前記第2光電変換領域および前記第2モスアイ構造を有する第2画素と
をさらに有する前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(8)
前記トレンチ内の少なくとも一部に、前記第1画素と前記第2画素とを光学的に分離する物質が埋め込まれている
前記(7)に記載の固体撮像装置。
(9)
前記物質は、遮光性を備えた遮光物である
前記(8)に記載の固体撮像装置。
(10)
前記トレンチ内の少なくとも一部に、金属が埋め込まれている
前記(1)乃至(9)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(11)
前記第1モスアイ構造または前記第2モスアイ構造は光を散乱させ、
前記トレンチは前記光を反射させる
前記(1)乃至(10)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(12)
前記第1画素は前記第1モスアイ構造の上方に第1カラーフィルタを有し、
前記第2画素は前記第2モスアイ構造の上方に第2カラーフィルタを有する
前記(7)乃至(11)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(13)
前記第1モスアイ構造は2個以上の凹部を有し、
前記第2モスアイ構造は2個以上の凹部を有する
前記(7)乃至(12)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(14)
断面視で、前記モスアイ構造の幅は、前記カラーフィルタの幅の略8割である
前記(11)乃至(13)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(15)
前記第1カラーフィルタは第1の色に対応し、
前記第2カラーフィルタは第2の色に対応し、
前記第1カラーフィルタの下方にある前記第1モスアイ構造の前記凹部のピッチと、前記第2カラーフィルタの下方にある前記第2モスアイ構造の前記凹部のピッチとが同一である
前記(13)に記載の固体撮像装置。
(16)
前記第1カラーフィルタは第1の色に対応し、
前記第2カラーフィルタは第2の色に対応し、
前記第1カラーフィルタの下方にある前記第1モスアイ構造の前記凹部の個数と、前記第2カラーフィルタの下方にある前記第2モスアイ構造の前記凹部の個数とが同一である 前記(13)に記載の固体撮像装置。
(17)
前記第1カラーフィルタは第1の色に対応し、
前記第2カラーフィルタは第2の色に対応し、
前記第1カラーフィルタの下方にある前記第1モスアイ構造の前記凹部の深さと、前記第2カラーフィルタの下方にある前記第2モスアイ構造の前記凹部の深さとが同一である 前記(13)に記載の固体撮像装置。
(18)
断面視において、前記トレンチの溝幅よりも前記トレンチの掘り込み量の方が大きい
前記(1)乃至(17)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(19)
断面視において、前記モスアイ構造を形成する側面と、前記トレンチを形成する側面とのなす角度が異なる
前記(1)乃至(18)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(20)
基板に設けられた第1光電変換領域及び第2光電変換領域の上方の前記基板表面にモスアイ構造を形成した後に、
前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間の前記基板にトレンチを形成し、 前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられるように、前記モスアイ構造の上方に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に遮光膜を形成する
固体撮像装置の製造方法。
(21)
基板に設けられた第1光電変換領域と第2光電変換領域との間の前記基板にトレンチを形成した後に、
前記第1光電変換領域及び前記第2光電変換領域の上方の前記基板表面にモスアイ構造を形成し、
前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられるように、前記モスアイ構造の上方に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に遮光膜を形成する
固体撮像装置の製造方法。
(22)
前記モスアイ構造はウェットエッチングにより形成し、
前記トレンチはドライエッチングにより形成する
前記(20)に記載の固体撮像装置の製造方法。
(23)
前記モスアイ構造はウェットエッチングにより形成し、
前記トレンチはドライエッチングにより形成する
前記(21)に記載の固体撮像装置の製造方法。
Claims (23)
- 基板と、
前記基板に設けられた第1光電変換領域と、
前記第1光電変換領域の隣であって前記基板に設けられた第2光電変換領域と、
前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間に設けられた、幅の長さよりも深さの長さの方が長いトレンチと、
前記第1光電変換領域の上方で、前記基板の受光面側に設けられた第1凹凸構造と、
前記第2光電変換領域の上方で、前記基板の受光面側に設けられた第2凹凸構造と、
前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられ、前記第1凹凸構造と前記第2凹凸構造の上方に設けられた第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に設けられた遮光膜と
を有し、
前記第1絶縁膜は酸化ハフニウムを含む
光検出装置。 - 前記第1凹凸構造および前記第2凹凸構造は凹部を有し、
断面視で、前記凹部の第1側の側面と前記トレンチの第1側の側面とが非平行である
請求項1に記載の光検出装置。 - 前記遮光膜は前記基板の上方に設けられ、
断面視で前記第1絶縁膜において、前記遮光膜と接している領域全体が平坦である
請求項1に記載の光検出装置。 - 前記第1絶縁膜の上方に設けられ、前記遮光膜の側面に接して設けられた第2絶縁膜を更に有する
請求項3に記載の光検出装置。 - 前記第2絶縁膜は前記遮光膜の上面に接して設けられている
請求項4に記載の光検出装置。 - 前記第2絶縁膜は前記第1絶縁膜と同じ材料を含む
請求項4または5に記載の光検出装置。 - 前記遮光膜は金属を含む
請求項1に記載の光検出装置。 - 前記遮光膜はアルミニウムである
請求項1に記載の光検出装置。 - 断面視で、前記トレンチの側面はテーパ形状をなす
請求項1に記載の光検出装置。 - 前記テーパ形状は0乃至30°の範囲内の順テーパである
請求項9に記載の光検出装置。 - 前記第1光電変換領域および前記第1凹凸構造を有する第1画素と、
前記第2光電変換領域および前記第2凹凸構造を有する第2画素と
をさらに有する請求項1に記載の光検出装置。 - 前記トレンチ内の少なくとも一部に、前記第1画素と前記第2画素とを光学的に分離する遮光性を備えた遮光物が埋め込まれている
請求項11に記載の光検出装置。 - 前記トレンチ内の少なくとも一部に、金属が埋め込まれている
請求項1に記載の光検出装置。 - 前記第1凹凸構造または前記第2凹凸構造は光を散乱させ、
前記トレンチは前記光を反射させる
請求項1に記載の光検出装置。 - 前記第1画素は前記第1凹凸構造の上方に第1カラーフィルタを有し、
前記第2画素は前記第2凹凸構造の上方に第2カラーフィルタを有する
請求項11に記載の光検出装置。 - 前記第1凹凸構造は2個以上の凹部を有し、
前記第2凹凸構造は2個以上の凹部を有する
請求項15に記載の光検出装置。 - 断面視で、前記第1凹凸構造の幅は、前記第1カラーフィルタの幅の略8割である
請求項15に記載の光検出装置。 - 前記第1カラーフィルタは第1の色に対応し、
前記第2カラーフィルタは第2の色に対応し、
前記第1カラーフィルタの下方にある前記第1凹凸構造の前記凹部のピッチと、前記第2カラーフィルタの下方にある前記第2凹凸構造の前記凹部のピッチとが同一である
請求項16に記載の光検出装置。 - 前記第1カラーフィルタは第1の色に対応し、
前記第2カラーフィルタは第2の色に対応し、
前記第1カラーフィルタの下方にある前記第1凹凸構造の前記凹部の個数と、前記第2カラーフィルタの下方にある前記第2凹凸構造の前記凹部の個数とが同一である
請求項16に記載の光検出装置。 - 前記第1カラーフィルタは第1の色に対応し、
前記第2カラーフィルタは第2の色に対応し、
前記第1カラーフィルタの下方にある前記第1凹凸構造の前記凹部の深さと、前記第2カラーフィルタの下方にある前記第2凹凸構造の前記凹部の深さとが同一である
請求項16に記載の光検出装置。 - 基板に設けられた第1光電変換領域及び第2光電変換領域の上方の前記基板表面に凹凸構造を形成した後に、
前記第1光電変換領域と前記第2光電変換領域との間の前記基板に、幅の長さよりも深さの長さの方が長いトレンチを形成し、
前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられるように、前記凹凸構造の上方に、酸化ハフニウムを含む第1絶縁膜を形成し、
前記第1絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に遮光膜を形成する
光検出装置の製造方法。 - 基板に設けられた第1光電変換領域と第2光電変換領域との間の前記基板に、幅の長さよりも深さの長さの方が長いトレンチを形成した後に、
前記第1光電変換領域及び前記第2光電変換領域の上方の前記基板表面に凹凸構造を形成し、
前記トレンチ内の少なくとも一部に設けられるように、前記凹凸構造の上方に、酸化ハフニウムを含む第1絶縁膜を形成し、
前記第1絶縁膜の上方、且つ前記トレンチの上方に遮光膜を形成する
光検出装置の製造方法。 - 前記凹凸構造はウェットエッチングにより形成し、
前記トレンチはドライエッチングにより形成する
請求項21または22に記載の光検出装置の製造方法。
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