JP7115528B2 - 光検出素子および電子機器 - Google Patents

光検出素子および電子機器 Download PDF

Info

Publication number
JP7115528B2
JP7115528B2 JP2020188407A JP2020188407A JP7115528B2 JP 7115528 B2 JP7115528 B2 JP 7115528B2 JP 2020188407 A JP2020188407 A JP 2020188407A JP 2020188407 A JP2020188407 A JP 2020188407A JP 7115528 B2 JP7115528 B2 JP 7115528B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
moth
semiconductor substrate
pixel
eye
eye portion
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
JP2020188407A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021044564A (ja
Inventor
里江 宮田
到 押山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Sony Group Corp
Original Assignee
Sony Corp
Sony Group Corp
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 Sony Corp, Sony Group Corp filed Critical Sony Corp
Publication of JP2021044564A publication Critical patent/JP2021044564A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7115528B2 publication Critical patent/JP7115528B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • H01L27/1462—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—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
    • H01L27/1463—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
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid 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
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • 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
    • H01L27/14636—Interconnect structures

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)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

本技術は光検出素子および電子機器に関し、特に、特性を向上させることができるようにした光検出素子および電子機器に関する。
固体撮像素子では、受光部における変換効率を高めるためには、被写体からの光が反射することなく受光部に入射し、光電変換機能により電気信号に変換されることが望ましい。
そのため、固体撮像素子を構成する積層構造の各界面で生じる光の反射成分を可能な限り低減させることが望まれている。また、各界面での光の反射を低減させることは、固体撮像素子において生じるフレアやゴースト、ブルーミング等の現象を低減させることにもなる。
そこで、受光した光を電荷に変換する光電変換部と、光電変換部を含む半導体基板とが設けられた固体撮像素子において、半導体基板における光が入射する側の面と光電変換部との間に、半導体基板の屈折率とは異なる屈折率を有する領域を多数形成することで、入射する光の反射を低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
半導体基板に多数形成された屈折率の異なる領域は、半導体基板に光が入射する側の面に近い深さでは面積が大きく、その面から遠い深さでは面積が小さくなる形状となるように形成されている。
このような光の入射方向から半導体基板側に向かって突（凸）の円錐状に掘り込まれたモスアイ構造は、光反射の原因の１つである、界面における急激な屈折率の変化を緩和し、反射光による影響を低減させることができる。すなわち、モスアイ構造とすることで、光の入射方向に沿って屈折率が緩やかに変化するようになるため、光の反射を低減させることができる。
特開２０１５－１８９０６号公報
ところが、上述した技術では、十分な特性の固体撮像素子を得ることができないことがあった。
具体的には、例えば半導体基板にモスアイ構造の領域を形成した場合、その領域の凹凸部分による影響で、半導体基板上に形成される絶縁膜やカラーフィルタの形成ムラや剥がれが生じてしまうことがある。そうすると、絶縁膜やカラーフィルタと半導体基板との界面部分でノイズが発生して固体撮像素子の感度等の特性が低下してしまうことになる。また、固体撮像素子の歩留まりも低下してしまう。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特性を向上させることができるようにするものである。
本技術の第１の側面の光検出素子は、光電変換部が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の光入射面側の表面に含まれ、前記光電変換部が設けられた画素に形成されたモスアイ部と、断面視で前記モスアイ部に設けられ、複数の角を有する凹部と、前記断面視で前記モスアイ部に設けられ、１つの角を有する凸部とを有し、前記断面視で前記凹部と前記凸部とは、交互に設けられ、前記凹部は前記凸部よりも前記光電変換部側に設けられている。
本技術の第１の側面の光検出素子においては、光電変換部が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の光入射面側の表面に含まれ、前記光電変換部が設けられた画素に形成されたモスアイ部と、断面視で前記モスアイ部に設けられ、複数の角を有する凹部と、前記断面視で前記モスアイ部に設けられ、１つの角を有する凸部とが設けられ、前記断面視で前記凹部と前記凸部とは、交互に設けられ、前記凹部は前記凸部よりも前記光電変換部側に設けられている。
本技術の第２の側面の電子機器は、光電変換部が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の光入射面側の表面に含まれ、前記光電変換部が設けられた画素に形成されたモスアイ部と、断面視で前記モスアイ部に設けられ、複数の角を有する凹部と、前記断面視で前記モスアイ部に設けられ、１つの角を有する凸部とを有し、前記断面視で前記凹部と前記凸部とは、交互に設けられ、前記凹部は前記凸部よりも前記光電変換部側に設けられている。
本技術の第２の側面の電子機器においては、光電変換部が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の光入射面側の表面に含まれ、前記光電変換部が設けられた画素に形成されたモスアイ部と、断面視で前記モスアイ部に設けられ、複数の角を有する凹部と、前記断面視で前記モスアイ部に設けられ、１つの角を有する凸部とが設けられ、前記断面視で前記凹部と前記凸部とは、交互に設けられ、前記凹部は前記凸部よりも前記光電変換部側に設けられている。
本技術の第１の側面および第２の側面によれば、特性を向上させることができる。
一般的なモスアイ構造について説明する図である。 本技術を適用した撮像装置の構成例を示す図である。 固体撮像素子の構成例を示す図である。 画素アレイ部の構成例を示す図である。 モスアイ部の構成例を示す図である。 モスアイ部の他の構成例を示す図である。 画素アレイ部の他の構成例を示す図である。 モスアイ部の他の構成例を示す図である。 モスアイ部の他の構成例を示す図である。 モスアイ部の他の構成例を示す図である。 画素アレイ部の他の構成例を示す図である。 画素アレイ部の他の構成例を示す図である。 画素アレイ部の他の構成例を示す図である。 画素アレイ部の他の構成例を示す図である。 固体撮像素子を使用する使用例を示す図である。
以下、図面を参照して、本技術を適用した実施の形態について説明する。
〈第１の実施の形態〉
〈モスアイ構造について〉
まず、一般的なモスアイ構造を有する固体撮像素子について説明する。
一般的なモスアイ構造を有する固体撮像素子では、図１に示すように支持基板１１上に多層配線層１２と半導体基板１３が積層されている。
例えば、多層配線層１２には画素トランジスタや配線が設けられている。また、半導体基板１３内には画素ごとにフォトダイオード１４が設けられるとともに、半導体基板１３の図中、上側の面部分に、モスアイ構造の領域であるモスアイ部１５も設けられている。
モスアイ部１５の図中、上側には絶縁膜１６を介してカラーフィルタ１７およびオンチップレンズ１８が画素ごとに設けられている。なお、より詳細には、絶縁膜１６の部分には平坦化膜も形成されている。
さらに、絶縁膜１６が形成されている層には、各画素間に画素間遮光部１９も設けられている。この画素間遮光部１９により、所定画素のオンチップレンズ１８に入射した光が、他の画素のフォトダイオード１４に入射してしまうことを抑制することができる。
このようなモスアイ部１５を有する固体撮像素子では、モスアイ部１５からフォトダイオード１４へと入射する光の反射を低減させることができる。
しかし、このような錐形状のモスアイ部１５では、フォトダイオード１４側の凹部、すなわち矢印Ａ１１に示す部分や、絶縁膜１６側の凸部、すなわち矢印Ａ１２に示す部分は平坦ではなく鋭利な形状となっている。そのため、モスアイ部１５の表面に絶縁膜１６を形成し、さらにその表面にカラーフィルタ１７を形成すると、絶縁膜１６やカラーフィルタ１７の形成ムラや剥がれなどが生じやすくなってしまう。すなわち、密着性が低下してしまう。
そうすると、半導体基板１３と絶縁膜１６の境界面等でノイズが発生して感度等の特性（性能）が低下したり、歩留まりが低下したりしてしまう。
そこで、本技術では、光の入射側から半導体基板に向かって凸または凹の円錐状や多角錐状に掘り込まれたモスアイ構造において、半導体基板の凹部に曲率を持たせた構造とすることで、半導体基板上に形成する絶縁膜やカラーフィルタ等の形成ムラや剥がれを抑制し、密着性を向上させるようにした。
このような構造とすることで、絶縁膜やカラーフィルタ等と、半導体基板との界面付近でのノイズの発生を抑制し、固体撮像素子の感度向上と反射光によるゴースト等の抑制を実現することができ、歩留まりも向上させることができる。
〈撮像装置の構成例〉
それでは、以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について説明する。
本技術は、固体撮像素子の他、固体撮像素子を有する、デジタルカメラやビデオカメラ、携帯電話機、複写機等の各種の電子機器に適用可能であるが、以下では、本技術を固体撮像素子を有する撮像装置に適用した場合を例として説明を続ける。
図２は、本技術を適用した撮像装置の一実施の形態の構成例を示す図である。
図２に示す撮像装置４１は、レンズ群等を含む光学系５１、固体撮像素子５２、DSP（Digital Signal Processor）回路５３、フレームメモリ５４、表示部５５、記録部５６、操作部５７、および電源部５８を有する。また、DSP回路５３乃至電源部５８は、バスライン５９を介して相互に接続されている。
光学系５１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子５２の撮像面上に結像する。固体撮像素子５２は、光学系５１によって撮像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。
DSP回路５３は、固体撮像素子５２からの信号を処理する。例えばDSP回路５３は、固体撮像素子５２による撮像で得られた各画素からの信号を処理し、フレームメモリ５４に展開する処理を行う。
表示部５５は、液晶表示パネルや有機EL（Electro Luminescence）パネルからなり、固体撮像素子５２で撮像された動画像または静止画像を表示する。記録部５６は、固体撮像素子５２で撮像された動画像や静止画像を、DVD（Digital Versatile Disk）等の記録媒体に記録する。
操作部５７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置４１が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部５８は、DSP回路５３、フレームメモリ５４、表示部５５、記録部５６、および操作部５７の動作電源となる各種の電源を、これらの供給対象に対して適宜供給する。
〈固体撮像素子の構成例〉
また、図２に示した固体撮像素子５２は、例えば図３に示すように構成される。
固体撮像素子５２は、例えばCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像装置である。
固体撮像素子５２は、図示せぬ半導体基板（チップ）上にオンチップレンズ等を形成することで得られた画素アレイ部８１と、画素アレイ部８１と同じ半導体基板上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。周辺回路部は、例えば垂直駆動部８２、カラム処理部８３、水平駆動部８４、およびシステム制御部８５から構成されている。
固体撮像素子５２はさらに、信号処理部８８およびデータ格納部８９を備えている。なお、信号処理部８８およびデータ格納部８９については、固体撮像素子５２と同じ基板上に搭載してもよいし、固体撮像素子５２とは別の基板上に配置するようにしてもよい。
画素アレイ部８１は、受光した光量に応じた電荷を生成し、かつ蓄積する光電変換部を有する単位画素（以下、単に画素と記述する場合もある）が行方向および列方向に、すなわち行列状に２次元配置された構成となっている。
ここで、行方向とは画素行の画素の配列方向（すなわち、水平方向）をいい、列方向とは画素列の画素の配列方向（すなわち、垂直方向）をいう。行方向は図中、横方向であり、列方向は図中、縦方向である。
画素アレイ部８１において、行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線８６が行方向に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線８７が列方向に沿って配線されている。画素駆動線８６は、画素から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。なお、図３では、画素駆動線８６について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線８６の一端は、垂直駆動部８２の各行に対応した出力端に接続されている。
垂直駆動部８２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部８１の各画素を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。すなわち、垂直駆動部８２は、垂直駆動部８２を制御するシステム制御部８５とともに、画素アレイ部８１の各画素の動作を制御する駆動部を構成している。この垂直駆動部８２はその具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読出し走査系と掃出し走査系の２つの走査系を有する構成となっている。
垂直駆動部８２によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、画素列ごとに垂直信号線８７を通してカラム処理部８３に入力される。カラム処理部８３は、画素アレイ部８１の画素列ごとに、選択行の各画素から垂直信号線８７を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
具体的には、カラム処理部８３は、信号処理としてノイズ除去処理、DDS（Double Data Sampling）やCDS（Correlated Double Sampling）等のサンプリング処理、AD（Analog Digital）変換処理などを行う。
水平駆動部８４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部８３の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部８４による選択走査により、カラム処理部８３において単位回路ごとに信号処理された画素信号が順番に出力される。
システム制御部８５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などによって構成され、その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を基に、垂直駆動部８２、カラム処理部８３、および水平駆動部８４などの駆動制御を行う。
信号処理部８８は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部８３から出力される画素信号に対して演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部８９は、信号処理部８８での信号処理に当たって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。
〈画素アレイ部の構成例〉
さらに、画素アレイ部８１には、フォトダイオード等からなる画素が設けられているが、この画素アレイ部８１の断面は、例えば図４に示す構成とされている。
図４に示す例では、画素アレイ部８１は、半導体基板１２１と、その半導体基板１２１の表面側に形成された多層配線層１２２および支持基板１２３とを有している。
半導体基板１２１は例えばシリコンにより構成され、半導体基板１２１の厚みは、例えば1μm乃至6μmなどとされる。
さらに半導体基板１２１では、例えばＰ型（第１導電型）の半導体領域に、Ｎ型（第２導電型）の半導体領域を画素ごとに形成することにより、フォトダイオード１２４が画素単位で形成されている。このフォトダイオード１２４は、外部から入射した光を受光して光電変換し、その結果得られた電荷を蓄積する光電変換部である。なお、図４では複数のフォトダイオード１２４のうちの一部のものにのみ符号が付されている。
フォトダイオード１２４の電荷蓄積領域となるＮ型の半導体領域の図中、上側のＰ型の半導体領域の界面（受光面側界面）は、微細な凹凸構造を形成した、いわゆるモスアイ構造により入射光の反射を防止する反射防止部として機能するモスアイ部１２５を構成する。
すなわち、半導体基板１２１における外部からの光が入射する側の面には、微細な凹凸が形成されており、この凹凸部分がモスアイ部１２５となっている。
モスアイ部１２５の微細な凹凸部分は、多角錐または円錐等の錐形状となっている。また、この微細な凹凸構造は、光が入射する側から半導体基板１２１内のフォトダイオード１２４へと向かう方向、つまり図中、下方向に略平行な断面をみたときに、半導体基板１２１が凹形状となる領域が曲率を持つ形状（角を持たない形状）となっている。
この例では、例えばモスアイ部１２５の矢印Ａ２１に示す部分が、曲率を有し、図中、下方向、つまりフォトダイオード１２４側に突となる凹形状の領域であり、以下では、特にこの凹形状の領域をモスアイ部１２５の凹部とも称することとする。
また、モスアイ部１２５の微細な凹凸構造は、光が入射する側から半導体基板１２１内のフォトダイオード１２４へと向かう方向に略平行な断面をみたときに、半導体基板１２１が凸形状となる領域も有している。この例では、例えばモスアイ部１２５の矢印Ａ２２に示す部分が、図中、上方向、つまりフォトダイオード１２４側とは反対側に突となる凸形状の領域であり、以下では、特にこの凸形状の領域をモスアイ部１２５の凸部とも称することとする。
モスアイ部１２５では凹部だけでなく凸部も曲率を有する形状となっていてもよいが、特に凹部の曲率が大きいと、固体撮像素子５２の特性（性能）向上に効果的であることが出願人により確認されている。
したがって、モスアイ部１２５では、例えば凹部の曲率は凸部の曲率と略同じとされてもよいが、この例では凹部の曲率が凸部の曲率よりも大きくなるように凹部と凸部が形成されている。
具体的には、例えばフォトダイオード１２４で可視光を検出する場合、凹部の曲率半径をRAとし、凸部の曲率半径をRBとしたときにRA/RB≧1.3を満たすときに特に特性向上に効果的であることが確かめられている。そのため、モスアイ部１２５では、凸部と凹部がこのような関係を満たすような形状で形成されている。
なお、このような凹部と凸部を有するモスアイ部１２５は、例えばウェットエッチングの異方性が利用されて形成される。また、以降において説明する各実施の形態や変形例においてもモスアイ部１２５の凸部と凹部がRA/RB≧1.3を満たすようにしてもよいし、凹部と凸部の曲率が略同じとされるようにしてもよい。
例えばモスアイ部１２５では、凹部や凸部からなる微細な凹凸が図中、横方向に並ぶ周期に相当する錐形状のピッチ（長さ）は、フォトダイオード１２４で受光される光の波長等により定まる長さとされている。一例として、例えばフォトダイオード１２４で可視光を検出する場合には、モスアイ部１２５の錐形状のピッチは40nm乃至380nmの範囲に設定される。
モスアイ部１２５の錐形状のピッチや凹凸の深さ、凹部や凸部の曲率半径は、可視光や赤外光、その他の波長帯域の光など、フォトダイオード１２４で検出しようとする光の波長に応じて適切に定めればよい。
多層配線層１２２は複数の配線層と層間絶縁膜とを有する。また、多層配線層１２２には、フォトダイオード１２４に蓄積された電荷の読み出し等を行う複数の画素トランジスタ１２６や、画素トランジスタ１２６等の各種の素子と接続された配線１２７も形成されている。例えば配線１２７は、図３に示した垂直信号線８７などの配線である。
さらに、半導体基板１２１の光入射側、つまり半導体基板１２１のモスアイ部１２５におけるフォトダイオード１２４側とは反対側の表面には、絶縁膜１２８と画素間遮光膜１２９が形成されている。また、それらの絶縁膜１２８および画素間遮光膜１２９が形成されている領域の図中、上側にはカラーフィルタ層１３０が形成されている。
なお、より詳細には、絶縁膜１２８および画素間遮光膜１２９とカラーフィルタ層１３０との間には、図示せぬ平坦化膜も形成されている。また、絶縁膜１２８に代えて透明絶縁膜が形成されてもよく、複数の材料を組み合わせて積層させることで透明絶縁膜が形成されるようにしてもよい。
ここで、モスアイ部１２５に隣接して設けられた絶縁膜１２８の屈折率と、モスアイ部１２５を構成する半導体基板１２１の屈折率、特にＰ型の半導体領域とは異なるようになされている。
具体的には、モスアイ部１２５に隣接して設けられた絶縁膜１２８の屈折率をn1とし、モスアイ部１２５を構成する半導体基板１２１の屈折率をn2とすると、それらの屈折率n1および屈折率n2は、例えば屈折率n1＜屈折率n2の関係を満たすようになされている。
このように半導体基板１２１の屈折率n2を、絶縁膜１２８の屈折率n1よりも大きくすることで、モスアイ部１２５による光反射防止効果をさらに向上させることができる。
画素間遮光膜１２９は、半導体基板１２１のモスアイ部１２５側における画素と画素の間の位置に形成され、画素間を分離する画素間遮光部として機能する。
カラーフィルタ層１３０には、画素ごと、すなわちフォトダイオード１２４ごとに所定の色成分のみを透過させるカラーフィルタ１３１が設けられている。例えばカラーフィルタ層１３０では、各画素のカラーフィルタ１３１としてＲ（赤）、Ｇ（緑）、およびＢ（青）の各色のフィルタがベイヤー配列で配置されている。
これらのカラーフィルタ１３１は、例えば顔料や染料などの色素を含んだ感光性樹脂を回転塗布することにより形成される。
なお、カラーフィルタ１３１の配置はベイヤー配列に限らず、他のどのような配置であってもよいし、カラーフィルタ１３１としてＷ（白）やＹ（黄）など他の色のフィルタが設けられるようにしてもよい。
また、各カラーフィルタ１３１の図中、上側、つまり光の入射側には、画素ごとにオンチップレンズ１３２が形成されている。オンチップレンズ１３２では、外部から入射した光が集光され、集光された光はカラーフィルタ１３１を介してフォトダイオード１２４に効率よく入射される。
このような構成の画素アレイ部８１では、被写体からの光が図中、上側からオンチップレンズ１３２に入射する。そして、被写体からの光はオンチップレンズ１３２により集光されて、カラーフィルタ１３１、絶縁膜１２８、モスアイ部１２５、および半導体基板１２１のＰ型の半導体領域を通ってフォトダイオード１２４に入射する。
このとき、所定の画素のオンチップレンズ１３２により集光された光のうち、その画素に隣接する他の画素へと向かう光は、画素間遮光膜１２９により遮光され、他の画素のフォトダイオード１２４へと入射してしまうことが防止される。
フォトダイオード１２４は、被写体から入射した光を光電変換し、その結果得られた電荷を蓄積する。そして、フォトダイオード１２４に蓄積された電荷に対応する電圧信号が、所定のタイミングで画素トランジスタ１２６や、配線１２７としての垂直信号線８７を介してカラム処理部８３に読み出される。
以上のように撮像装置４１においては、モスアイ部１２５の凹部に曲率を持たせて、モスアイ部１２５の表面を比較的なだらかな形状とすることで、半導体基板１２１上に形成される絶縁膜１２８やカラーフィルタ１３１の形成ムラや剥がれを抑制することができる。すなわち、半導体基板１２１と絶縁膜１２８やカラーフィルタ１３１の密着性を向上させることができる。
これにより、絶縁膜１２８やカラーフィルタ１３１の界面（境界面）付近におけるノイズの発生を抑制して、固体撮像素子５２の感度向上や反射光によるゴースト等の発生の抑制など、固体撮像素子５２の性能（特性）を向上させることができる。また、固体撮像素子５２の歩留まりも向上させることができる。
ここで、図４に示した画素アレイ部８１の各部を構成する材料の一例について説明する。
モスアイ部１２５の図４中、上側、つまり光の入射側に設けられる絶縁膜１２８は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）、酸化プラセオジム（Ｐｒ2Ｏ3）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化ネオジム（Ｎｄ2Ｏ3）、酸化プロメチウム（Ｐｍ2Ｏ3）、酸化サマリウム（Ｓｍ2Ｏ3）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ2Ｏ3）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ3）、酸化テルビウム（Ｔｂ2Ｏ3）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ2Ｏ3）、酸化ホルミウム（Ｈｏ2Ｏ3）、酸化ツリウム（Ｔｍ2Ｏ3）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ2Ｏ3）、酸化ルテチウム（Ｌｕ2Ｏ3）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、樹脂などにより形成される。また、これらの材料のうちのいくつかを組み合わせて積層し、絶縁膜１２８を形成してもよい。
また、絶縁膜１２８に代えて透明絶縁膜を用いる場合には、絶縁膜１２８における場合と同様に、透明絶縁膜の屈折率が半導体基板１２１の屈折率未満となるようにすれば、モスアイ部１２５による光反射防止効果をさらに向上させることができる。
さらに透明絶縁膜は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）、酸化プラセオジム（Ｐｒ2Ｏ3）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化ネオジム（Ｎｄ2Ｏ3）、酸化プロメチウム（Ｐｍ2Ｏ3）、酸化サマリウム（Ｓｍ2Ｏ3）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ2Ｏ3）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ3）、酸化テルビウム（Ｔｂ2Ｏ3）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ2Ｏ3）、酸化ホルミウム（Ｈｏ2Ｏ3）、酸化ツリウム（Ｔｍ2Ｏ3）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ2Ｏ3）、酸化ルテチウム（Ｌｕ2Ｏ3）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、樹脂などにより形成される。また、これらの材料のうちのいくつかを組み合わせて積層し、透明絶縁膜を形成してもよい。
その他、絶縁膜１２８とともに形成される図示せぬ平坦化膜は、例えば樹脂などの有機材料や酸化シリコン（ＳｉＯ2）などの絶縁膜により形成すればよい。
また、画素間遮光膜１２９は、例えばタングステン（Ｗ）や、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などにより形成され、オンチップレンズ１３２は、例えばスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂、シロキサン系樹脂等の樹脂系材料などにより形成される。
半導体基板１２１は、例えばシリコン、非晶質シリコン、ＳｉＣなどからなるほか、単結晶シリコンに限定されず、固体撮像素子５２を構成する半導体基板１２１の材料として適用可能な半導体材料であればどのようなものであってもよい。
さらに、図４に示したモスアイ部１２５は、画素アレイ部８１の行方向や列方向で見ると、例えば微細な凹凸により形成される、図４中、下側、つまり半導体基板１２１側に頂点を有する略同形状かつ略同じ大きさの複数の四角錐の領域が規則的に（格子状に）設けられた構成とされる。
そのような場合、半導体基板１２１のモスアイ部１２５は、例えば図５に示すようになる。なお、図５はモスアイ部１２５の斜視図を示しており、図５において図４における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図５に示す例では、半導体基板１２１の図中、上側が光の入射側、つまりオンチップレンズ１３２側となっている。
例えば矢印Ｑ１１に示すように、モスアイ部１２５は、半導体基板１２１における光の入射側の面に形成されている。そして、このモスアイ部１２５は図中、下側、つまりフォトダイオード１２４側に頂点を有する四角錐形状の複数の領域が規則的に並ぶように配列された逆ピラミッド構造となっている。ここでは各四角錐の底面は正方形となっており、各四角錐形状の領域はフォトダイオード１２４側に突となるように、半導体基板１２１が掘り込まれて形成されている。
特に、モスアイ部１２５において、各四角錐の領域のフォトダイオード１２４側にある頂点部分、例えば矢印Ｗ１１に示す部分が上述した凹部となっており、この凹部が曲率を有し、丸みのある形状となっている。
また、モスアイ部１２５の各四角錐の領域の斜辺部分、すなわち矢印Ｑ１２に示すモスアイ部１２５におけるハッチが施された部分もある程度曲率を持つようにしてもよい。このように斜辺部分にも曲率を持たせることで、絶縁膜１２８やカラーフィルタ１３１の形成ムラや剥がれの抑制効果をさらに向上させることができる。
〈第２の実施の形態〉
〈モスアイ部の他の構成例〉
ところで、以上において説明した実施の形態では、例えば図６の矢印Ｑ２１に示すようにモスアイ部１２５は凹部が曲率を持つ構造となっていた。しかし、例えば矢印Ｑ２２に示すように凹部が多角形の形状となるようにしてもよい。なお、図６において図４における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図６は、モスアイ部１２５におけるオンチップレンズ１３２の光軸と略平行な断面、すなわち半導体基板１２１の光の入射側からフォトダイオード１２４へと向かう方向と略平行な断面を示す図である。
矢印Ｑ２１に示すモスアイ部１２５は、図４に示したモスアイ部１２５の一部分を拡大したものであり、例えばモスアイ部１２５における矢印Ｗ２１に示す部分が凹部となっている。この例では、凹部が曲率を有しているため、凹部はなだらかな曲面となっている。
これに対して、矢印Ｑ２２に示す例では、半導体基板１２１の光の入射側からフォトダイオード１２４へと向かう方向と略平行な断面を見たときに、モスアイ部１２５の凹部、例えば矢印Ｗ２２に示す部分が多角形の形状となっている。この例では凹部は多面体、より詳細には多面体の一部分となっているため、凹部は略曲面であるが凹部には多数の角が形成されている。
このように凹部の断面が複数の角を有する構造とすることで、矢印Ｗ２２に示す凹部の形状は、例えば図１に示したモスアイ部１５の凹部よりも全体的になだらかな形状となるので、半導体基板１２１上に形成される絶縁膜１２８やカラーフィルタ１３１の形成ムラや剥がれを抑制することができる。特に、この例では凹部に細かな角が設けられるので、絶縁膜１２８の膜剥がれ防止効果をさらに向上させることができる。
なお、矢印Ｑ２２に示す例においても、例えばモスアイ部１２５は、矢印Ｗ２２に示すような多角形状かつ略同じ大きさの複数の凹部が格子状に、つまり行列状に規則正しく並んでいる構造とされる。また、凹部だけでなく凸部についても、その凸部の断面が多角形の形状となるように形成されてもよい。
〈第３の実施の形態〉
〈画素アレイ部の他の構成例〉
また、モスアイ部１２５と、絶縁膜または透明絶縁膜との間に反射防止膜が形成されるようにしてもよい。そのような場合、画素アレイ部８１は、例えば図７に示すような構成とされる。なお、図７において図４における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図７に示す例では、モスアイ部１２５におけるオンチップレンズ１３２側の表面部分に反射防止膜１６１が形成されており、さらにその反射防止膜１６１の表面に透明絶縁膜１６２と平坦化膜１６３が形成されている。そして、平坦化膜１６３と画素間遮光膜１２９の図中、上側にカラーフィルタ層１３０が形成されている。
このようにモスアイ部１２５表面に反射防止膜１６１を形成することで、光反射の抑制効果をさらに向上させることができる。
なお、この例においてもモスアイ部１２５の微細な凹凸部分は、図４に示した例と同様に逆ピラミッド構造となっている。すなわち、モスアイ部１２５は、フォトダイオード１２４側に頂点を有する略同形状かつ略同じ大きさの複数の四角錐形状の領域が格子状に規則正しく並べられた形状となっており、四角錐形状の領域におけるフォトダイオード１２４側の頂点部分が曲率を有する凹部となっている。
また、反射防止膜１６１は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｔａ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2） 、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）、酸化プラセオジム（Ｐｒ2Ｏ3）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化ネオジム（Ｎｄ2Ｏ3）、酸化プロメチウム（Ｐｍ2Ｏ3）、酸化サマリウム（Ｓｍ2Ｏ3）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ2Ｏ3）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ3）、酸化テルビウム（Ｔｂ2Ｏ3）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ2Ｏ3）、酸化ホルミウム（Ｈｏ2Ｏ3）、酸化ツリウム（Ｔｍ2Ｏ3）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ2Ｏ3）、酸化ルテチウム（Ｌｕ2Ｏ3）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）などにより形成される。なお、これらの材料のうちのいくつかを組み合わせて積層し、反射防止膜１６１を形成してもよい。さらに、反射防止膜１６１の屈折率も半導体基板１２１の屈折率未満とすれば、光反射防止効果をさらに向上させることができる。
また、透明絶縁膜１６２の材料や半導体基板１２１との屈折率の関係は、第１の実施の形態で説明したものと同様である。さらに、図７に示した構成においてモスアイ部１２５表面と反射防止膜１６１との間に絶縁膜が設けられてもよい。
〈第４の実施の形態〉
〈モスアイ部の他の構成例〉
また、第１の実施の形態では、モスアイ部１２５がフォトダイオード１２４側に頂点を有する四角錐の領域からなる逆ピラミッド構造とされる例について説明したが、例えば図８に示すようにモスアイ部１２５が順ピラミッド構造とされるようにしてもよい。なお、図８において図４における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図８に示す例では、半導体基板１２１の図中、上側が光の入射側、つまりオンチップレンズ１３２側となっている。
例えば矢印Ｑ３１に示すように、モスアイ部１２５は、半導体基板１２１における光の入射側の面に形成されている。そして、このモスアイ部１２５は光が入射する側であるオンチップレンズ１３２側に頂点を有する複数の四角錐の領域が規則的に、つまり格子状に配列された逆ピラミッド構造となっている。
また、この例でも複数の各四角錐の領域は略同形状および略同じ大きさとなっており、各四角錐の底面は正方形となっている。さらに、各四角錐形状の領域がフォトダイオード１２４側とは反対側に突となるように、半導体基板１２１が掘り込まれてそれらの四角錐形状の領域が形成されている。
特に、モスアイ部１２５では、各四角錐のフォトダイオード１２４側にある底辺部分、例えば矢印Ｗ３１に示す部分が上述した凹部となっている。そして、この凹部は、図５に示した例と同様に、半導体基板１２１の光の入射側からフォトダイオード１２４へと向かう方向と略平行な断面を見たときに、フォトダイオード１２４側に突となる部分が曲率を有し、丸みのある形状となっている。
したがって、例えば矢印Ｑ３２に示すように、モスアイ部１２５における図中、上に突の各四角錐の底辺からなる部分、つまりハッチが施された部分が曲率を持つように形成されることになる。これにより、図５に示した例と同様に半導体基板１２１上に形成される絶縁膜１２８やカラーフィルタ１３１の形成ムラや剥がれを抑制することができる。
〈第５の実施の形態〉
〈モスアイ部の他の構成例〉
さらに、例えば図９に示すように、モスアイ部１２５を構成する微細な凹凸部分の底面が長方形となるようにしてもよい。なお、図９において図４における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
この例では、半導体基板１２１の図中、上側が光の入射側、つまりオンチップレンズ１３２側となっている。
モスアイ部１２５は、半導体基板１２１における光の入射側の面に形成されており、このモスアイ部１２５は、フォトダイオード１２４側に形成された、オンチップレンズ１３２の光軸と略垂直な方向に長いライン状の凹部を有している。
具体的には、半導体基板１２１における光の入射側からフォトダイオード１２４へと向かう方向と略平行な断面を見たときに、モスアイ部１２５にはフォトダイオード１２４側に突となる、曲率を有する凹部が設けられている。そしてこの凹部は、半導体基板１２１における光の入射側からフォトダイオード１２４へと向かう方向と略平行な断面と略垂直な方向に長い直線状の形状となっている。
したがって、この例では、モスアイ部１２５は三角柱の１つの長方形の面がフォトダイオード１２４に向けられた状態で、略同形状かつ略同じ大きさの複数の三角柱を一方向に並べて得られるような形状となっている。すなわち、モスアイ部１２５では、光が入射する側からフォトダイオード１２４へと向かう方向と略垂直な平面上において、ライン状の凹部の長手方向と略垂直な方向に、複数の凹部が並べられて配列されている。
そのため、モスアイ部１２５における光が入射する側からフォトダイオード１２４へと向かう方向と略平行な断面、より詳細には凹部の長手方向と略垂直な断面を見ると、モスアイ部１２５は鋸歯形状となっている。
この例では、例えば矢印Ｗ４１に示す部分がモスアイ部１２５の凹部となっており、各凹部の部分にはハッチが施されている。また、例えば矢印Ｗ４２に示す部分がモスアイ部１２５の凸部となっている。
特に、モスアイ部１２５では、凹部が曲率を有し、丸みのある形状となっている。したがって、この例においても半導体基板１２１上に形成される絶縁膜１２８やカラーフィルタ１３１の形成ムラや剥がれを抑制することができる。
〈第６の実施の形態〉
〈モスアイ部の他の構成例〉
また、図８ではモスアイ部１２５が、略同形状かつ略同じ大きさの四角錐が規則正しく配列されている順ピラミッド構造である例について説明したが、例えば図１０に示すように、各四角錐はそれぞれ異なる大きさとされてもよいし、不規則に配置されていてもよい。なお、図１０において図４における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図１０に示す例では、半導体基板１２１の図中、上側が光の入射側、つまりオンチップレンズ１３２側となっている。
モスアイ部１２５は、半導体基板１２１における光の入射側の面に形成されており、このモスアイ部１２５は光が入射する側である図中、上側、つまりオンチップレンズ１３２側に頂点を有する四角錐の領域が不規則に並ぶ順ピラミッド構造となっている。また、複数の各四角錐の領域の大きさも同じ大きさとはなっていない。すなわち、四角錐の大きさおよび配置がランダムとなっている。
特に、モスアイ部１２５では、各四角錐の領域のフォトダイオード１２４側にある底辺部分、例えば矢印Ｗ５１や矢印Ｗ５２に示す部分が凹部となっており、この凹部が曲率を有し、丸みのある形状となっている。これにより、半導体基板１２１上に形成される絶縁膜１２８やカラーフィルタ１３１の形成ムラや剥がれを抑制することができる。
なお、ここではモスアイ部１２５が順ピラミッド構造である場合に、モスアイ部１２５の凹凸部分である各四角錐の領域の大きさや配置がランダムとされる例について説明したが、各凹凸部分である錐形状の領域の形状もランダムとされるようにしてもよい。
同様に、例えば図５に示した逆ピラミッド構造においても各四角錐の領域の大きさや形状、配置がランダムとされるようにしてもよい。つまり、互いに異なる形状または大きさを含む複数の錐形状の領域が不規則に配列されたモスアイ部１２５が半導体基板１２１に形成されるようにしてもよい。
〈第７の実施の形態〉
〈画素アレイ部の他の構成例〉
また、図４に示した例では、絶縁膜１２８がモスアイ部１２５の表面とカラーフィルタ１３１との間にのみ形成される例について説明したが、例えば図１１に示すように画素間、つまり互いに隣接するフォトダイオード１２４間にも絶縁膜が形成されるようにしてもよい。なお、図１１において、図４における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図１１に示す例では、モスアイ部１２５の図中、上側の表面およびカラーフィルタ１３１の間の部分と、互いに隣接するフォトダイオード１２４の間の部分、つまり画素と画素の境界部分とに絶縁膜１９１が形成されている。例えば絶縁膜１９１は、図４に示した絶縁膜１２８と同様の材料により形成される。また、より詳細には、絶縁膜１９１と各カラーフィルタ１３１との間の部分には図示せぬ平坦化膜も形成されている。
このように絶縁膜１９１を画素間にも形成することで、この画素間の部分の絶縁膜１９１を、画素間（フォトダイオード１２４間）を電気的に分離させる画素間分離部として機能させ、フォトダイオード１２４におけるノイズを低減させることができる。
〈第８の実施の形態〉
〈画素アレイ部の他の構成例〉
さらに、図１１に示した例のように画素間の部分にも絶縁膜１９１が形成される場合、例えば図１２に示すように絶縁膜１９１における画素間の部分、つまり画素の境界部分にも画素間遮光膜が形成されるようにしてもよい。なお、図１２において、図１１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図１２に示す例では、画素間におけるカラーフィルタ１３１の部分だけでなく、絶縁膜１９１内部における互いに隣接するフォトダイオード１２４の間の部分にも画素間遮光膜２１１が形成されている。すなわち、絶縁膜１９１の部分が掘り込まれて、その掘り込まれた部分にも画素間遮光膜２１１が形成されている。そのため、図１１に示す例よりも画素間の遮光性能をさらに向上させることができる。
ここで、画素間遮光膜２１１は、図１１に示した画素間遮光膜１２９と同様に、例えばタングステン（Ｗ）や、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などにより形成される。なお、画素間遮光膜２１１の材料は、オンチップレンズ１３２を介して外部から入射する光を遮光することができるものであれば、どのようなものであってもよい。
〈第９の実施の形態〉
〈画素アレイ部の他の構成例〉
また、例えば図１３に示すように、図１１に示した絶縁膜１９１に代えて平坦化膜を形成し、さらにその平坦化膜と、半導体基板１２１の表面との間に反射防止膜と透明絶縁膜を形成するようにしてもよい。なお、図１３において、図１１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図１３に示す例では、モスアイ部１２５の図中、上側およびカラーフィルタ１３１の間の部分と、互いに隣接するフォトダイオード１２４の間の部分、つまり画素と画素の境界部分とに平坦化膜２４１が形成されている。この場合においても平坦化膜２４１の画素間の部分は絶縁膜１９１における場合と同様に画素間分離部として機能する。
また、その平坦化膜２４１における半導体基板１２１側の表面には、透明絶縁膜２４２が形成され、さらにその透明絶縁膜２４２の半導体基板１２１側の表面には反射防止膜２４３が形成されている。
したがって、これらの透明絶縁膜２４２および反射防止膜２４３は、モスアイ部１２５のオンチップレンズ１３２側の表面部分と、半導体基板１２１における、平坦化膜２４１の画素間分離部となる部分に隣接する側面部分とに形成される。これにより、光反射の抑制効果をさらに向上させることができる。
なお、平坦化膜２４１は、例えば樹脂などの有機材料や酸化シリコン（ＳｉＯ2）などの絶縁膜により形成される。また、透明絶縁膜２４２および反射防止膜２４３は、例えば図７を参照して説明した透明絶縁膜１６２および反射防止膜１６１と同様の材料により形成される。さらに、図１３に示す構成においてモスアイ部１２５表面と反射防止膜２４３との間に絶縁膜が設けられるようにしてもよい。
〈第１０の実施の形態〉
〈画素アレイ部の他の構成例〉
さらに、例えば図１４に示すように、図１３に示した画素アレイ部８１の構成において、画素間遮光膜１２９に代えて、図１２に示した画素間遮光膜２１１が形成されるようにしてもよい。なお、図１４において図１２または図１３における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
図１４に示す例では、図１２における場合と同様に、画素間におけるカラーフィルタ１３１の部分だけでなく、平坦化膜２４１内部における互いに隣接するフォトダイオード１２４の間の部分にも画素間遮光膜２１１が形成されている。
したがって、この例では、反射防止膜２４３と画素間遮光膜２１１によって、画素間の遮光性能をさらに向上させることができる。
なお、上述した実施の形態においては、本技術を可視光の光量に応じた信号電荷を物理量として検知する画素が行列状に配置されてなるCMOSイメージセンサ等に適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本技術はCMOSイメージセンサへの適用に限られるものではなく、固体撮像素子全般に対して適用可能である。
〈固体撮像素子の使用例〉
図１５は、上述の固体撮像素子（イメージセンサ）を使用する使用例を示す図である。
上述した固体撮像素子は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術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。
さらに、本技術は、以下の構成とすることも可能である。
（１）
半導体基板に設けられ、入射した光を光電変換する光電変換部と、
前記半導体基板における前記光が入射する側の面に形成された凹凸からなり、前記光が入射する側から前記光電変換部へと向かう方向と略平行な断面を見たときに、前記光電変換部側に突となる凹部が、曲率を有するかまたは多角形の形状となっているモスアイ部と、
前記モスアイ部の前記光電変換部とは反対側に隣接して設けられ、前記半導体基板の屈折率とは異なる屈折率を有する領域と
を備える撮像素子。
（２）
前記モスアイ部における前記光電変換部とは反対側に突となる凸部が、曲率を有するかまたは多角形の形状となっている
（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記凹部の曲率が前記凸部の曲率よりも大きい
（２）に記載の撮像素子。
（４）
前記凹部の曲率と前記凸部の曲率とが略同じである
（２）に記載の撮像素子。
（５）
前記半導体基板の屈折率は前記領域の屈折率よりも大きい
（１）乃至（４）の何れか一項に記載の撮像素子。
（６）
前記モスアイ部には、前記光電変換部側に突の錐形状の領域が複数形成されている
（１）乃至（５）の何れか一項に記載の撮像素子。
（７）
前記モスアイ部には、前記光電変換部とは反対側に突の錐形状の領域が複数形成されている
（１）乃至（５）の何れか一項に記載の撮像素子。
（８）
前記錐形状の領域が格子状に配列されている
（６）または（７）に記載の撮像素子。
（９）
互いに異なる大きさまたは形状を含む複数の前記錐形状の領域が不規則に配列されている
（６）または（７）に記載の撮像素子。
（１０）
前記モスアイ部には、前記断面と略垂直な方向に長いライン状の前記凹部が複数並ぶように形成されている
（１）乃至（５）の何れか一項に記載の撮像素子。
（１１）
前記半導体基板における互いに隣接する前記光電変換部の間に、それらの前記光電変換部を電気的に分離させる画素間分離部が設けられている
（１）乃至（１０）の何れか一項に記載の撮像素子。
（１２）
前記画素間分離部の内部に前記光を遮光する画素間遮光膜が形成されている
（１１）に記載の撮像素子。
（１３）
半導体基板に設けられ、入射した光を光電変換する光電変換部と、
前記半導体基板における前記光が入射する側の面に形成された凹凸からなり、前記光が入射する側から前記光電変換部へと向かう方向と略平行な断面を見たときに、前記光電変換部側に突となる凹部が、曲率を有するかまたは多角形の形状となっているモスアイ部と、
前記モスアイ部の前記光電変換部とは反対側に隣接して設けられ、前記半導体基板の屈折率とは異なる屈折率を有する領域と
を備える電子機器。
４１ 撮像装置， ５２ 固体撮像素子， ８１ 画素アレイ部， １２１ 半導体基板， １２４ フォトダイオード， １２５ モスアイ部， １２９ 画素間遮光膜， １３１ カラーフィルタ， １３２ オンチップレンズ， １６１ 反射防止膜， １６２ 透明絶縁膜， １９１ 絶縁膜， ２１１ 画素間遮光膜， ２４２ 透明絶縁膜， ２４３ 反射防止膜

Claims (9)

  1. 光電変換部が設けられた半導体基板と、
    前記半導体基板の光入射面側の表面に含まれ、前記光電変換部が設けられた画素に形成されたモスアイ部と、
    断面視で前記モスアイ部に設けられ、複数の角を有する凹部と、
    前記断面視で前記モスアイ部に設けられ、１つの角を有する凸部とを有し、
    前記断面視で前記凹部と前記凸部とは、交互に設けられ、
    前記凹部は前記凸部よりも前記光電変換部側に設けられている
    光検出素子。
  2. 前記断面視で前記凸部を形成する前記半導体基板の光入射面側の表面のなす角が鋭角である
    請求項１に記載の光検出素子。
  3. 前記モスアイ部の前記光電変換部とは反対側に設けられ、前記半導体基板の屈折率とは異なる屈折率を有する絶縁膜を備える
    請求項１に記載の光検出素子。
  4. 前記絶縁膜は前記半導体基板と接している
    請求項３に記載の光検出素子。
  5. 前記半導体基板の屈折率は前記絶縁膜の屈折率よりも大きい
    請求項３に記載の光検出素子。
  6. 前記モスアイ部には、前記半導体基板における光入射面側から前記光電変換部へと向かう方向と略平行な断面に対して略垂直な方向に長いライン状の前記凸部が複数並ぶように形成されている
    請求項１に記載の光検出素子。
  7. 前記半導体基板における互いに隣接する前記光電変換部の間に、それらの前記光電変換部を電気的に分離させる画素間分離部が設けられている
    請求項１に記載の光検出素子。
  8. 前記画素間分離部の内部に光を遮光する画素間遮光膜が形成されている
    請求項７に記載の光検出素子。
  9. 光電変換部が設けられた半導体基板と、
    前記半導体基板の光入射面側の表面に含まれ、前記光電変換部が設けられた画素に形成されたモスアイ部と、
    断面視で前記モスアイ部に設けられ、複数の角を有する凹部と、
    前記断面視で前記モスアイ部に設けられ、１つの角を有する凸部とを有し、
    前記断面視で前記凹部と前記凸部とは、交互に設けられ、
    前記凹部は前記凸部よりも前記光電変換部側に設けられている
    電子機器。
JP2020188407A 2016-01-21 2020-11-12 光検出素子および電子機器 Active JP7115528B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016009695 2016-01-21
JP2016009695 2016-01-21

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017562501A Division JP6794997B2 (ja) 2016-01-21 2017-01-06 撮像素子および電子機器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021044564A JP2021044564A (ja) 2021-03-18
JP7115528B2 true JP7115528B2 (ja) 2022-08-09

Family

ID=59361592

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017562501A Active JP6794997B2 (ja) 2016-01-21 2017-01-06 撮像素子および電子機器
JP2020188407A Active JP7115528B2 (ja) 2016-01-21 2020-11-12 光検出素子および電子機器

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017562501A Active JP6794997B2 (ja) 2016-01-21 2017-01-06 撮像素子および電子機器

Country Status (5)

Country Link
US (3) US10727261B2 (ja)
EP (1) EP3407386B1 (ja)
JP (2) JP6794997B2 (ja)
CN (2) CN110676271B (ja)
WO (1) WO2017126329A1 (ja)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017126329A1 (ja) 2016-01-21 2017-07-27 ソニー株式会社 撮像素子および電子機器
JP2018186151A (ja) * 2017-04-25 2018-11-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像装置
CN109560093B (zh) * 2017-09-26 2022-05-06 台湾积体电路制造股份有限公司 半导体图像传感器
US10644060B2 (en) 2017-09-28 2020-05-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor with high quantum efficiency surface structure
DE102018106270A1 (de) * 2017-09-28 2019-03-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. Bildsensor mit einer oberflächenstruktur mit verbesserter quantenausbeute
US11088189B2 (en) * 2017-11-14 2021-08-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. High light absorption structure for semiconductor image sensor
JP2019113604A (ja) * 2017-12-21 2019-07-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 電磁波処理装置
EP3739630A4 (en) * 2018-01-11 2021-03-03 Sony Semiconductor Solutions Corporation SOLID STATE IMAGING DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE
JP7362198B2 (ja) 2018-07-18 2023-10-17 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子、測距モジュール、および、電子機器
US20210202561A1 (en) * 2018-09-11 2021-07-01 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and electronic apparatus
TW202038455A (zh) * 2018-10-26 2020-10-16 日商索尼半導體解決方案公司 感測器元件及製造方法以及電子機器
JP7251946B2 (ja) * 2018-10-31 2023-04-04 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置
EP3671837B1 (en) 2018-12-21 2023-11-29 ams Sensors Belgium BVBA Pixel of a semiconductor image sensor and method of manufacturing a pixel
WO2020170841A1 (ja) * 2019-02-21 2020-08-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 アバランシェフォトダイオードセンサ及び測距装置
US20220120868A1 (en) * 2019-03-06 2022-04-21 Sony Semiconductor Solutions Corporation Sensor and distance measurement apparatus
CN110164895B (zh) * 2019-05-31 2021-06-01 Oppo广东移动通信有限公司 互补金属氧化物图像传感器、图像处理方法及存储介质
CN110806665B (zh) * 2019-10-08 2021-09-24 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 阵列基板及显示面板
US11581349B2 (en) * 2019-12-16 2023-02-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Backside refraction layer for backside illuminated image sensor and methods of forming the same
CN112349737B (zh) * 2020-10-27 2024-03-22 武汉新芯集成电路制造有限公司 半导体器件及其形成方法、图像传感器
US11923392B2 (en) * 2021-01-04 2024-03-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Enhanced design for image sensing technology
US11756978B2 (en) * 2021-02-24 2023-09-12 Meta Platforms Technologies, Llc Multi-spectral image sensor
CN113114906A (zh) * 2021-04-20 2021-07-13 维沃移动通信有限公司 像素结构、图像传感器、摄像组件和电子设备
CN216900993U (zh) * 2021-06-10 2022-07-05 大立光电股份有限公司 相机模块、电子装置与车辆工具
JP2024029304A (ja) * 2022-08-22 2024-03-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005072097A (ja) 2003-08-20 2005-03-17 Sony Corp 光電変換装置及びその駆動方法、並びにその製造方法、固体撮像装置及びその駆動方法、並びにその製造方法
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
JP2016178148A (ja) 2015-03-19 2016-10-06 三菱電機株式会社 光電変換素子およびその製造方法
WO2017126329A1 (ja) 2016-01-21 2017-07-27 ソニー株式会社 撮像素子および電子機器

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100940530B1 (ko) * 2003-01-17 2010-02-10 삼성전자주식회사 실리콘 광소자 제조방법 및 이에 의해 제조된 실리콘광소자 및 이를 적용한 화상 입력 및/또는 출력장치
KR100446622B1 (ko) * 2002-01-10 2004-09-04 삼성전자주식회사 실리콘 광소자 및 이를 적용한 발광 디바이스 장치
US7064406B2 (en) 2003-09-03 2006-06-20 Micron Technology, Inc. Supression of dark current in a photosensor for imaging
KR20060059327A (ko) * 2004-11-27 2006-06-01 삼성전자주식회사 실리콘 광소자 제조방법 및 이에 의해 제조된 실리콘광소자 및 이를 적용한 화상 입력 및/또는 출력장치
KR100718881B1 (ko) 2005-12-28 2007-05-17 (주)실리콘화일 이미지센서용 포토다이오드 및 그 제조 방법
US8003425B2 (en) * 2008-05-14 2011-08-23 International Business Machines Corporation Methods for forming anti-reflection structures for CMOS image sensors
JP5394791B2 (ja) 2009-03-27 2014-01-22 浜松ホトニクス株式会社 裏面入射型固体撮像素子
JP2010272612A (ja) 2009-05-20 2010-12-02 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法および撮像装置
JP5446387B2 (ja) 2009-03-31 2014-03-19 ソニー株式会社 反射防止構造体の製造方法および固体撮像装置の製造方法
TWI425643B (zh) 2009-03-31 2014-02-01 Sony Corp 固態攝像裝置及其製造方法、攝像裝置和抗反射結構之製造方法
JP5568934B2 (ja) * 2009-09-29 2014-08-13 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器、レンズアレイ
JP5651976B2 (ja) * 2010-03-26 2015-01-14 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
JP5663925B2 (ja) * 2010-03-31 2015-02-04 ソニー株式会社 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器
JP2012054321A (ja) * 2010-08-31 2012-03-15 Sony Corp 固体撮像素子及びその製造方法、並びに固体撮像装置及び撮像装置
JP2012084608A (ja) * 2010-10-07 2012-04-26 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、並びに電子機器
JP5736755B2 (ja) * 2010-12-09 2015-06-17 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
CN103460385B (zh) * 2011-03-31 2016-05-04 富士胶片株式会社 固态成像装置和固态成像装置的制造方法
JP2013033864A (ja) * 2011-08-02 2013-02-14 Sony Corp 固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、および電子機器
JP6054069B2 (ja) 2012-06-18 2016-12-27 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置
JP2015018906A (ja) 2013-07-10 2015-01-29 ソニー株式会社 撮像素子、製造装置、製造方法、電子機器
JP2015068853A (ja) * 2013-09-26 2015-04-13 ソニー株式会社 積層体、撮像素子パッケージ、撮像装置および電子機器
JP2015128131A (ja) * 2013-11-27 2015-07-09 ソニー株式会社 固体撮像素子および電子機器
JP2015220313A (ja) * 2014-05-16 2015-12-07 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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005072097A (ja) 2003-08-20 2005-03-17 Sony Corp 光電変換装置及びその駆動方法、並びにその製造方法、固体撮像装置及びその駆動方法、並びにその製造方法
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
JP2016178148A (ja) 2015-03-19 2016-10-06 三菱電機株式会社 光電変換素子およびその製造方法
WO2017126329A1 (ja) 2016-01-21 2017-07-27 ソニー株式会社 撮像素子および電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2017126329A1 (ja) 2018-11-15
CN108463887B (zh) 2022-12-16
CN108463887A (zh) 2018-08-28
US20210335860A1 (en) 2021-10-28
WO2017126329A1 (ja) 2017-07-27
US20190027518A1 (en) 2019-01-24
EP3407386A4 (en) 2019-03-20
US20190252424A1 (en) 2019-08-15
US12015039B2 (en) 2024-06-18
CN110676271B (zh) 2022-11-18
US11094728B2 (en) 2021-08-17
JP6794997B2 (ja) 2020-12-02
US10727261B2 (en) 2020-07-28
JP2021044564A (ja) 2021-03-18
CN110676271A (zh) 2020-01-10
EP3407386A1 (en) 2018-11-28
EP3407386B1 (en) 2021-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7115528B2 (ja) 光検出素子および電子機器
JP7218399B2 (ja) 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
US10855893B2 (en) Solid-state imaging device with uneven structures and method for manufacturing the same, and electronic apparatus
WO2016199594A1 (ja) 固体撮像装置及び電子機器
JP6879919B2 (ja) 固体撮像素子、電子機器、及び、固体撮像素子の製造方法
US11069727B2 (en) Imaging element having transfer gate structure comprising a trench
WO2017018258A1 (ja) 固体撮像装置及び電子機器
JP2021034405A (ja) 撮像素子および撮像装置
JP2022075774A (ja) 光検出装置およびその製造方法
WO2016072279A1 (ja) 固体撮像装置、カメラモジュール、及び、電子機器

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201201

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220124

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220628

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220711

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7115528

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151