KR20230132484A - 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법 - Google Patents

고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법 Download PDF

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아츠시 오노
카즈마 하시모토
타카히토 요시나가
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고쿠리츠 다이가꾸 호우진 시즈오까 다이가꾸
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Abstract

고체 촬상 장치(1)를 구성하는 화소(8)는, 입사광(L1)을 받아 산란광을 포함하는 피흡수광(L2)을 발생시키는 광산란부(27)와, 피흡수광(L2)을 광입력면(26a)으로부터 받아, 받은 피흡수광(L2)에 따른 신호 전압을 발생하는 광전 변환부(26)를 구비한다. 광산란부(27)는, 소정의 주기 길이를 가지고 배치된 복수의 금속 구조체(27a)를 포함한다. 광산란부(27)는, 산란광으로서, 입사광(L1)에 따른 플라스몬에 기인하는 회절광을 발생한다.

Description

고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법
본 발명은 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
CMOS 이미지 센서는, 포토다이오드를 구비하고 있다. CMOS 이미지 센서는, 각각의 화소가 포토다이오드를 구비하는 경우도 있다. CMOS 이미지 센서의 기술분야에서는, CMOS 이미지 센서의 고감도화가 검토되고 있다. 포토다이오드 및 CMOS 이미지 센서의 기술분야에서는, 최근, 파장이 800㎚부터 1100㎚까지의 근적외선 영역의 광의 이용이 활발해지고 있다. 따라서, 근적외선 영역의 고감도화에 대해서 주목이 모아지고 있다. 예를 들면, 이미지 센서를 감시 기술에 이용할 경우, 근적외선 영역의 광(이하, 「근적외광」이라고도 함)과 가시광을 병용함으로써, 감도를 향상시킬 수 있다. 근적외광은, 인간의 눈으로 검지할 수 없다. 따라서, 병실의 감시, Time of Flight(ToF)를 이용한 제스처 입력 및 거리 계측 등에 이용할 수 있다. 따라서, 근적외광을 검출 대상으로 하는 이미지 센서의 응용 범위는 넓다.
일본 특허공개 2017-108062호 공보 국제공개 제2018／079296호 국제공개 제2018／030213호 일본 특허공개 2020-13909호 공보
Itaru Oshiyama, Sozo Yokogawa, Harumi Ikeda, Yoshiki Ebiko, Tomoyuki Hirano, Oinoue Takashi, Suguru Saito, Yoshiya Hagimoto, Hayato Iwamoto, 「PSD 구조를 이용한 이면 조사형 CMOS 이미지 센서의 적외선 감도 향상」, 영상 정보 미디어 학회 기술 보고, Vol.41, No.10, 영상 정보 미디어 학회, 2018년 3월.
이미지 센서는, 실리콘에 의해 구성될 경우가 있다. 도 28은, 실리콘의 광특성을 나타내는 그래프이다. 횡축은 광의 파장을 나타낸다. 종축은 흡수되는 광의 파장을 나타낸다. 이하의 설명에서는, 흡수되는 광의 파장을 「흡수 길이」라고 칭한다. 흡수 특성을 나타내는 그래프 G28을 참조하면, 가시광으로부터 근적외선 영역을 향하여, 흡수 길이가 급격하게 커지는 것을 알 수 있다. 따라서, 근적외광을 검출하기 위해서는, 실리콘에 의해 구성한 광흡수 영역의 두께를 크게 할 필요가 있다.
실리콘의 다른 광특성으로서, 광의 흡수에 의해 생기는 광강도의 감쇠를 예시한다. 도 29는, 광강도의 감쇠를 나타내는 그래프이다. 횡축은 실리콘의 내부에서 광이 진행한 거리, 환언하면 실리콘 중의 깊이를 나타낸다. 종축은 광강도를 나타낸다. 그래프 G29a ∼ G29g는, 각각 광의 파장마다의 특성을 나타낸다. 그래프 G29a는, 광의 파장이 800㎚인 경우의 특성을 나타낸다. 그래프 G29b는, 광의 파장이 850㎚인 경우의 특성을 나타낸다. 그래프 G29c는, 광의 파장이 900㎚인 경우의 특성을 나타낸다. 그래프 G29d는, 광의 파장이 950㎚인 경우의 특성을 나타낸다. 그래프 G29e는, 광의 파장이 1000㎚인 경우의 특성을 나타낸다. 그래프 G29f는, 광의 파장이 1050㎚인 경우의 특성을 나타낸다. 예를 들면, 제스처 입력용의 이미지 센서는, 파장이 850㎚인 광을 검출 대상으로 한다. 그래프 G29b를 참조하면, 파장이 850㎚인 광의 1／2를 흡수하기 위해서는, 12㎛의 흡수 길이를 필요로 하는 것을 알 수 있다. 다른 예시로서, 차재에의 적용이 상정되고 있는 이미지 센서는, 파장이 950㎚인 광을 검출 대상으로 한다. 그래프 G29d를 참조하면, 파장이 950㎚인 광의 1／2를 흡수하기 위해서는, 44m의 흡수 길이를 필요로 하는 것을 알 수 있다. 필요한 광의 흡수율이 커질수록, 광흡수부를 구성하는 실리콘의 흡수 길이도 길어진다.
그러나, 일반적으로 이용되는 가시광용의 이미지 센서의 센서 두께는, 3㎛ 정도이다. 감시 용도 이미지 센서의 화소 사이즈도, 3㎛ 정도이다. 이들 이미지 센서의 치수로 보면, 상술한 실리콘의 흡수 길이는, 크다고 할 수 없다. 따라서, 실리콘을 채용하여 근적외광을 검출 대상으로 하는 경우에는, 검출에 필요로 하는 실리콘의 두께가, 이미지 센서의 설계 및 제조의 문제이다.
그래서, 예를 들면, 특허문헌 1 및 비특허문헌 1은, 상술한 문제를 해결하는 것을 목표로 한 기술을 개시한다. 특허문헌 1 및 비특허문헌 1의 센서는, 광입사면에 피라미드 구조를 채용한 광산란부를 구비하고 있다. 센서에 입사하는 광은, 광산란부에 의해 진행 방향이 바뀐다. 구체적으로는, 광의 진행 방향은, 실리콘층의 두께 방향에 대하여 경사진 방향으로 바뀐다. 진행 방향의 변화에 따라, 실리콘층의 두께를 늘리지 않고, 광의 흡수에 기여하는 거리를 실질적으로 연장할 수 있다.
실리콘에 의해 구성되는 광흡수부는, 격리 벽부를 포함하는 경우가 있다. 격리벽은, 화소간의 크로스토크를 억제한다. 격리 벽부에 광을 반사하는 기능을 부여함으로써, 광의 흡수에 기여하는 거리를 더 연장하는 것도 검토되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1은, 딥·트렌치·인슐레이터(이하 「DTI」라고도 칭함)에 관한 기술을 개시한다. DIT는, 텅스텐(W)이나 알루미늄(Al) 등의 금속을 CVD법에 의해 트렌치에 매립한 것이다. 특허문헌 1의 도면에는 나타나 있지 않지만, 음전하 유지막 상에는 컬러 필터 및 마이크로 렌즈와 같은 광학 부품이 배치되어 있다. 광학 부품은, 컬러화나 집광의 역할을 담당한다. DTI는, 광을 투과하지 않는다. 그 결과, 광산란부에 의해 생긴 비스듬히 진행하는 광은, 인접하는 화소에 투과하지 않는다. DTI는, 인접하는 화소에의 신호 전자의 확산을 방지함으로써, 크로스토크의 발생을 억제하고 있다. DTI는, 광을 반사한다. 그 결과, 실리콘에 있어서의 광의 흡수에 기여하는 거리를 실질적으로 연장할 수 있다. 따라서, 감도를 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 특허문헌 2는, 광산란부와 트렌치를 갖는 소자 구조를 개시한다(특허문헌 2의 도 25 및 도 28 참조). 특허문헌 2는, 트렌치에 매설되는 몇 가지 재료를 예시한다. 트렌치에 매설된 재료는, 코어를 형성한다. 특허문헌 2는, 재료로서 텅스텐, 탄탈럼, 구리, 알루미늄 및 은 등을 예시한다. 이들 금속 재료는, 가시광 및 근적외위선광을 투과하지 않는다. 특허문헌 2는, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 주성분으로 하는 유전체에 의해 코어의 주위를 얇게 덮는 구조를 개시한다. 특허문헌 2는, 실리콘을 코어로 했을 경우에 대해서 다층막의 간섭의 계산을 행함으로써, 실리콘을 코어로 했을 경우의 이점을 나타내고 있다. 특허문헌 2는, 유전체를 갖는 구조에 의하면 감도가 저하된다는 작용도 지적하고 있다. 유전체를 갖는 구조에 의하면, 코어를 구성하는 금속의 물성에 의해, 가시광 및 근적외광의 일부가 흡수되기 때문에, 그 만큼 감도가 저하된다. 특허문헌 2는, 트렌치에 매설하는 재료로서 금속 재료를 이용하는 것에 대해서 부정적이다. 특허문헌 2에서는, 트렌치에 매설하는 재료로서, 예를 들면, 아모퍼스 실리콘, 폴리실리콘, 또는, 단결정 실리콘을 주성분으로 하는 재료도 예시한다.
특허문헌 3은, 구조색 필터를 이용한 고체 촬상 장치를 개시한다. 특허문헌 3의 고체 촬상 장치는, 단위 화소(103)를 구성하는 수광 소자(101)의 내부에서 회절한 광이, 인접하는 화소(103)에 투과해 나가는 것을 방지한다. 그 결과, 이웃하는 화소간의 크로스토크의 발생이 방지된다. 그러나, 구조색 필터는, 광산란부로서 기능하지 않는다. 구조색 필터는, 광필터로서 기능한다. 이 경우, 구조색 필터에서 생기는 산란은, 작은 것이 바람직하다. 특허문헌 3의 고체 촬상 장치는, 금속 트렌치 구조를 갖는다. 특허문헌 3은, 금속 트렌치 구조의 재료로서, 예를 들면, 텅스텐, 티타늄, 구리, 알루미늄 및 이들 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개의 금속을 예시한다.
촬상 소자의 기술분야에 있어서는, 상술한 구성을 채용하는 촬상 소자보다, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높이는 것이 요망되고 있다. 본 발명은, 근적외광의 광전 변환 효율의 추가적인 향상이 가능한 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 형태는, 복수의 화소를 포함하는 고체 촬상 장치이다. 화소는, 입사광을 받아 산란광을 포함하는 피흡수광을 발생시키는 광산란부와, 피흡수광을 광입력면으로부터 받아, 받은 피흡수광에 따른 신호 전압을 발생하는 광전 변환부를 구비한다. 광산란부는, 소정의 주기 길이를 가지고 배치된 복수의 금속 구조체를 포함하고, 산란광으로서, 입사광에 따른 플라스몬에 기인하는 회절광을 발생한다.
고체 촬상 장치는, 복수의 금속 구조체를 포함하는 광산란부에 의해 입사광을 회절한다. 복수의 금속 구조체를 포함하는 광산란부에 의한 광의 회절은, 플라스몬 현상에 기인한다. 회절광의 발생은, 복수의 금속 구조체의 배치를 규정하는 주기 길이에 의해 제어할 수 있다. 따라서, 원하는 산란각을 얻을 수 있으므로, 입사광의 파장과 광전 변환부의 광흡수 특성으로부터 정해지는 광로 길이를 확보하는 것이 가능하다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치는, 복수의 금속 구조체의 주기 길이를 변수 P로 해도 된다. 광전 변환부의 굴절률의 실부를 변수 n으로 해도 된다. 입사광의 파장을 변수 λ로 해도 된다. 변수 l을 1 또는 2로 해도 된다. 변수 P, 변수 n, 변수 λ 및 변수 l은, 식 (1)을 충족시켜도 된다.
[수 1]
이 구성에 의하면, 광전 변환부의 두께 방향으로 직진하는 0차 회절광의 비율이 낮아진다. 광전 변환부의 두께 방향에 대하여 비스듬한 방향으로 진행하는 차수의 회절광의 비율이 높아진다. 그 결과, 광전 변환부에서의 회절광의 광량을 원하는 태양으로 설정할 수 있다. 또한, 광의 흡수에 기여하는 거리도 원하는 태양으로 할 수 있다. 따라서, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 복수의 금속 구조체는, 제1 방향을 따른 제1 주기 구조와, 제1 방향으로 교차하는 제2 방향을 따른 제2 주기 구조를 구성해도 된다. 이 구성에 의하면, 제1 주기 구조가 대상으로 하는 입사광의 태양 또는 회절의 태양을, 제2 주기 구조가 대상으로 하는 입사광의 태양 또는 회절의 태양과 다르게 할 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 제1 주기 구조의 주기 길이는, 제2 주기 구조의 주기 길이와 달라도 된다. 이 구성에 의해서도, 제1 주기 구조가 대상으로 하는 입사광의 태양 또는 회절의 태양을, 제2 주기 구조가 대상으로 하는 입사광의 태양 또는 회절의 태양과 다르게 할 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치는, 광산란부와 광전 변환부 사이에 배치된 전하 유지막을 더 구비해도 된다. 이 구성에 의해서도, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다. 또한, 암전류의 억제를 도모할 수도 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 광전 변환부의 광입력면에는, 고농도 불순물층이 마련되어 있어도 된다. 이 구성에 의해서도, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다. 또한, 암전류의 억제를 도모할 수도 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 복수의 금속 구조체는, 은, 알루미늄, 금, 구리, 및 티타늄의 질화물로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 은, 알루미늄, 금, 구리, 및 티타늄의 질화물로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성된 금속 구조체를 구비한 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 복수의 금속 구조체는, 은을 주성분으로서 포함하는 재료, 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 재료, 금을 주성분으로서 포함하는 재료, 구리를 주성분으로서 포함하는 재료, 및 티타늄의 질화물을 주성분으로서 포함하는 재료로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 은을 주성분으로서 포함하는 재료, 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 재료, 금을 주성분으로서 포함하는 재료, 구리를 주성분으로서 포함하는 재료, 및 티타늄의 질화물을 주성분으로서 포함하는 재료로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성된 금속 구조체를 구비한 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치는, 서로 인접하는 화소 사이에 마련된 제1 격리 벽부를 더 구비해도 된다. 제1 격리 벽부는, 트렌치와, 트렌치에 매립된 광반사부를 포함해도 된다. 광반사부는, 입사광의 파장이 800㎚ 이상 1100㎚ 이하의 범위에서의 굴절률의 실부(n2) 및 굴절률의 허부(k2)가, 식 (2)를 충족시키는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 제1 격리 벽부에 있어서 회절광을 바람직하게 반사시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
[수 2]
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 광반사부는, 은, 구리, 금, 백금, 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이들 재료는 파장 950㎚에서 식 (2)를 충족시키고 있다. 이 구성에 의하면, 은, 구리, 금, 백금, 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성된 광반사부를 구비한 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 광반사부는, 은을 주성분으로서 포함하는 재료, 구리를 주성분으로서 포함하는 재료, 금을 주성분으로서 포함하는 재료, 백금을 주성분으로서 포함하는 재료, 및 비스무트를 주성분으로서 포함하는 재료로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 은을 주성분으로서 포함하는 재료, 구리를 주성분으로서 포함하는 재료, 금을 주성분으로서 포함하는 재료, 백금을 주성분으로서 포함하는 재료, 및 비스무트를 주성분으로서 포함하는 재료로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성된 광반사부를 구비한 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 트렌치의 폭은 45㎚ 이상이며, 광반사부는, 은 또는 은을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 회절광을 바람직하게 반사할 수 있는 제1 격리 벽부를 얻을 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 트렌치의 폭은, 50㎚ 이상이어도 된다. 광반사부는, 구리 또는 구리를 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의해서도, 회절광을 바람직하게 반사할 수 있는 제1 격리 벽부를 얻을 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 트렌치의 폭은, 60㎚ 이상이어도 된다. 광반사부는, 금 또는 금을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의해서도, 회절광을 바람직하게 반사할 수 있는 제1 격리 벽부를 얻을 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 트렌치의 폭은, 30㎚ 이상이어도 된다. 광반사부는, 백금 또는 백금을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의해서도, 회절광을 바람직하게 반사할 수 있는 제1 격리 벽부를 얻을 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 트렌치의 폭은, 70㎚ 이상이어도 된다. 광반사부는, 비스무트 또는 비스무트를 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의해서도, 회절광을 바람직하게 반사할 수 있는 제1 격리 벽부를 얻을 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치는, 서로 인접하는 화소 사이에 마련된 제1 격리 벽부를 더 구비해도 된다. 제1 격리 벽부는, 트렌치와, 트렌치에 매립된 광반사부를 포함해도 된다. 트렌치의 폭은, 35㎚ 이상이어도 된다. 광반사부는, 알루미늄 또는 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의해서도, 회절광을 바람직하게 반사할 수 있는 제1 격리 벽부를 얻을 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 제1 격리 벽부는, 트렌치의 벽면과 광반사부 사이에 마련된 음전하 유지막을 더 포함해도 된다. 이 구성에 의하면, 트렌치의 계면(界面)에서의 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 음전하 유지막은, 산화알루미늄에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 산화알루미늄에 의해 형성된 음전하 유지막을 구비하는 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 음전하 유지막은, 실리콘 질화물에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 실리콘 질화물에 의해 형성된 음전하 유지막을 구비하는 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치는, 서로 인접하는 화소 사이에 마련됨과 함께, 트렌치와 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제1 격리 벽부와, 광전 변환부를 사이에 두고 제1 격리 벽부에 인접함과 함께, 트렌치와 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제2 격리 벽부를 더 구비해도 된다. 제1 격리 벽부의 광반사부로부터 제2 격리 벽부의 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 주기 길이를 변수 P로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 주기 수, 즉, 복수의 금속 구조체의 개수를 변수 M으로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 각각의 폭을 변수 Wmetal로 해도 된다. 변수 WPD, 변수 P 및 변수 Wmetal는, 식 (3)을 충족시켜도 된다. 변수 j는 0 또는 양의 정수여도 된다. 이 구성에 의하면, 제1 격리 벽부와 제2 격리 벽부 사이에 정재파가 존재하는 간섭장을 형성할 수 있다. 식 (3)을 충족시킴으로써, 간섭의 정도를 강하게 할 수 있다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
[수 3]
±는 WPD의 상하한을 나타낸다.
제1 형태의 고체 촬상 장치는, 복수의 금속 구조체로부터 제1 격리 벽부의 광반사부까지의 거리를 변수 XL로 하고, 복수의 금속 구조체로부터 제2 격리 벽부의 광반사부까지의 거리를 변수 XR로 했을 때, 변수 XL 및 변수 XR는, 서로 동등해도 된다. 이 구성에 의해서도, 간섭의 정도를 더욱 강하게 할 수 있다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
제1 형태의 고체 촬상 장치는, 서로 인접하는 화소 사이에 마련됨과 함께, 트렌치와 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제1 격리 벽부와, 광전 변환부를 사이에 두고 제1 격리 벽부에 인접함과 함께, 트렌치와 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제2 격리 벽부를 더 구비해도 된다. 제1 격리 벽부의 광반사부로부터 제2 격리 벽부의 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 주기 길이를 변수 P로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 주기 수, 즉, 복수의 금속 구조체의 개수를 변수 M으로 해도 된다. 변수 WPD, 변수 P 및 변수 M은, 식 (4)를 충족시켜도 된다. 변수 j는 0 또는 양의 정수여도 된다. 이 구성에 의해서도, 제1 격리 벽부와 제2 격리 벽부 사이에 정재파가 존재하는 간섭장을 형성할 수 있다. 그리고, 식 (4)를 충족시킴으로써, 간섭의 정도를 강하게 할 수 있다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
[수 4]
본 발명의 제2 형태인 고체 촬상 장치는, 복수의 화소와, 서로 인접하는 화소 사이에 마련된 제1 격리 벽부를 구비한다. 화소는, 피흡수광을 광입력면으로부터 받아, 받은 피흡수광에 따른 신호 전압을 발생하는 광전 변환부를 포함한다. 제1 격리 벽부는, 트렌치와, 트렌치에 매립된 광반사부를 포함한다. 광반사부는, 화소에 입사하는 입사광의 파장이 800㎚ 이상 1100㎚ 이하의 범위에서의 굴절률의 실부(n2) 및 굴절률의 허부(k2)가, 식 (5)를 충족시키는 재료에 의해 형성된다. 이 구성에 의하면, 제1 격리 벽부에 있어서 회절광을 바람직하게 반사시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
[수 5]
제2 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 광반사부는, 은, 구리, 금, 백금, 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 은, 구리, 금, 백금, 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성된 광반사부를 구비한 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
제2 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 광반사부는, 은을 주성분으로서 포함하는 재료, 구리를 주성분으로서 포함하는 재료, 금을 주성분으로서 포함하는 재료, 백금을 주성분으로서 포함하는 재료, 및 비스무트를 주성분으로서 포함하는 재료로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 은을 주성분으로서 포함하는 재료, 구리를 주성분으로서 포함하는 재료, 금을 주성분으로서 포함하는 재료, 백금을 주성분으로서 포함하는 재료, 및 비스무트를 주성분으로서 포함하는 재료로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성된 광반사부를 구비한 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
제2 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 트렌치의 폭은, 45㎚ 이상이어도 된다. 광반사부는, 은 또는 은을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 회절광을 바람직하게 반사할 수 있는 제1 격리 벽부를 얻을 수 있다.
제2 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 트렌치의 폭은, 50㎚ 이상이어도 된다. 광반사부는, 구리 또는 구리를 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의해서도, 회절광을 바람직하게 반사할 수 있는 제1 격리 벽부를 얻을 수 있다.
제2 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 트렌치의 폭은, 60㎚ 이상이어도 된다. 광반사부는, 금 또는 금을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의해서도, 회절광을 바람직하게 반사할 수 있는 제1 격리 벽부를 얻을 수 있다.
제2 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 트렌치의 폭은, 30㎚ 이상이어도 된다. 광반사부는, 백금 또는 백금을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의해서도, 회절광을 바람직하게 반사할 수 있는 제1 격리 벽부를 얻을 수 있다.
제2 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 트렌치의 폭은, 70㎚ 이상이어도 된다. 광반사부는, 비스무트 또는 비스무트를 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의해서도, 회절광을 바람직하게 반사할 수 있는 제1 격리 벽부를 얻을 수 있다.
제2 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 제1 격리 벽부는, 트렌치의 벽면과 광반사부 사이에 마련된 음전하 유지막을 더 포함해도 된다. 이 구성에 의하면, 트렌치의 계면에서의 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
제2 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 음전하 유지막은, 산화알루미늄에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 산화알루미늄에 의해 형성된 음전하 유지막을 구비하는 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
제2 형태의 고체 촬상 장치에 있어서의 음전하 유지막은, 실리콘 질화물에 의해 형성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 실리콘 질화물에 의해 형성된 음전하 유지막을 구비하는 고체 촬상 장치를 얻을 수 있다.
제2 형태의 고체 촬상 장치는, 입사광을 받아 산란광을 포함하는 피흡수광을 발생시키는 광산란부와, 광전 변환부를 사이에 두고 제1 격리 벽부에 인접하는 제2 격리 벽부를 더 구비해도 된다. 광산란부는, 소정의 주기 길이를 가지고 배치된 복수의 금속 구조체를 포함해도 된다. 제1 격리 벽부의 광반사부로부터 제2 격리 벽부의 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 주기 길이를 변수 P로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 주기 수, 즉, 복수의 금속 구조체의 개수를 변수 M으로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 각각의 폭을 변수 Wmetal로 해도 된다. 변수 WPD, 변수 P 및 변수 Wmetal는, 식 (6)을 충족시켜도 된다. 변수 j는 0 또는 양의 정수여도 된다. 이 구성에 의하면, 제1 격리 벽부와 제2 격리 벽부 사이에 정재파가 존재하는 간섭장을 형성할 수 있다. 그리고, 식 (6)을 충족시킴으로써, 간섭의 정도를 강하게 할 수 있다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
[수 6]
제2 형태의 고체 촬상 장치는, 복수의 금속 구조체로부터 제1 격리 벽부의 광반사부까지의 거리를 변수 XL로 하고, 복수의 금속 구조체로부터 제2 격리 벽부의 광반사부까지의 거리를 변수 XR로 했을 때, 변수 XL 및 변수 XR는, 서로 동등해도 된다. 이 구성에 의해서도, 간섭의 정도를 더욱 강하게 할 수 있다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
제2 형태의 고체 촬상 장치는, 입사광을 받아 산란광을 포함하는 피흡수광을 발생시키는 광산란부와, 광전 변환부를 사이에 두고 제1 격리 벽부에 인접하는 제2 격리 벽부를 더 구비해도 된다. 광산란부는, 소정의 주기 길이를 가지고 배치된 복수의 금속 구조체를 포함해도 된다. 제1 격리 벽부로부터 제2 격리 벽부까지의 거리를 변수 WPD로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 주기 길이를 변수 P로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 주기 수, 즉, 복수의 금속 구조체의 개수를 변수 M으로 해도 된다. 변수 WPD, 변수 P 및 변수 M은, 식 (7)을 충족시켜도 된다. 변수 j는 0 또는 양의 정수여도 된다. 이 구성에 의해서도, 제1 격리 벽부와 제2 격리 벽부 사이에 정재파가 존재하는 간섭장을 형성할 수 있다. 식 (7)을 충족시킴으로써, 간섭의 정도를 강하게 할 수 있다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
[수 7]
제2 형태의 고체 촬상 장치는, 입사광을 받아 산란광을 포함하는 피흡수광을 발생시키는 광산란부와, 광전 변환부를 사이에 두고 제1 격리 벽부에 인접하는 제2 격리 벽부를 더 구비해도 된다. 제1 격리 벽부의 광반사부로부터 제2 격리 벽부의 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 해도 된다. 광전 변환부의 굴절률의 실부를 변수 nSi으로 해도 된다. 입사광의 파수를 변수 k0로 해도 된다. 광산란부에 의해 입사광에 생기는 회절의 각도를 변수 θd로 해도 된다. 변수 m은 자연수여도 된다. 변수 WPD, 변수 nSi, 변수 k0, 변수 θd, 및 변수 m은, 식 (8)을 충족시켜도 된다. 이 구성에 의해서도, 제1 격리 벽부와 제2 격리 벽부 사이에 정재파가 존재하는 간섭장을 형성할 수 있다. 그리고, 식 (8)을 충족시킴으로써, 간섭의 정도를 강하게 할 수 있다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
[수 8]
본 발명의 제3 형태인 고체 촬상 장치는, 복수의 화소와, 서로 인접하는 화소 사이에 마련된 제1 격리 벽부를 구비한다. 화소는, 피흡수광을 광입력면으로부터 받아, 받은 피흡수광에 따른 신호 전압을 발생하는 광전 변환부를 포함한다. 제1 격리 벽부는, 트렌치와, 트렌치에 매립된 광반사부를 포함한다. 트렌치의 폭은, 35㎚ 이상이다. 광반사부는, 알루미늄 또는 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성된다. 이 구성에 의해서도, 회절광을 바람직하게 반사할 수 있는 제1 격리 벽부를 얻을 수 있다.
제3 형태인 고체 촬상 장치는, 입사광을 받아 산란광을 포함하는 피흡수광을 발생시키는 광산란부와, 광전 변환부를 사이에 두고 제1 격리 벽부에 인접하는 제2 격리 벽부를 더 구비해도 된다. 광산란부는, 소정의 주기 길이를 가지고 배치된 복수의 금속 구조체를 포함해도 된다. 제1 격리 벽부의 광반사부로부터 제2 격리 벽부의 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 주기 길이를 변수 P로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 주기 수, 즉, 복수의 금속 구조체의 개수를 변수 M으로 해도 된다. 복수의 금속 구조체의 각각의 폭을 변수 Wmetal로 해도 된다. 변수 WPD, 변수 P 및 변수 Wmetal는, 식 (9)를 충족시켜도 된다. 변수 j는 0 또는 양의 정수여도 된다. 이 구성에 의해서도, 제1 격리 벽부와 제2 격리 벽부 사이에 정재파가 존재하는 간섭장을 형성할 수 있다. 그리고, 식 (9)를 충족시킴으로써, 간섭의 정도를 강하게 할 수 있다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
[수 9]
제3 형태인 고체 촬상 장치는, 입사광을 받아 산란광을 포함하는 피흡수광을 발생시키는 광산란부와, 광전 변환부를 사이에 두고 제1 격리 벽부에 인접하는 제2 격리 벽부를 더 구비해도 된다. 제1 격리 벽부의 광반사부로부터 제2 격리 벽부의 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 해도 된다. 광전 변환부의 굴절률의 실부를 변수 nSi으로 해도 된다. 입사광의 파수를 변수 k0로 해도 된다. 광산란부에 의해 입사광에 생기는 회절의 각도를 변수 θd로 해도 된다. 변수 m은 자연수여도 된다. 변수 WPD, 변수 nSi, 변수 k0, 변수 θd, 및 변수 m은, 식 (10)을 충족시켜도 된다. 이 구성에 의해서도, 제1 격리 벽부와 제2 격리 벽부 사이에 정재파가 존재하는 간섭장을 형성할 수 있다. 식 (10)을 충족시킴으로써, 간섭의 정도를 강하게 할 수 있다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
[수 10]
본 발명의 제4 형태는, 복수의 화소와, 서로 인접하는 화소 사이에 마련됨과 함께 트렌치 및 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제1 격리 벽부를 갖는 고체 촬상 장치의 제조 방법이다. 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 트렌치를 형성하는 공정과, 트렌치에 광반사부를 형성하는 공정을 포함한다. 광반사부를 형성하는 공정에서는, 입사광의 파장이 800㎚ 이상 1100㎚ 이하의 범위에서의 굴절률의 실부(n2) 및 굴절률의 허부(k2)가, 식 (11)을 충족시키는 재료를, 원자층 퇴적법에 의해 트렌치에 마련한다.
[수 11]
고체 촬상 장치의 제조 방법에 의하면, 회절광을 바람직하게 반사시키는 제1 격리 벽부를 형성할 수 있다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높인 고체 촬상 장치를 제조할 수 있다.
제4 형태인 고체 촬상 장치의 제조 방법에 있어서, 광반사부를, 은을 포함하는 원료 가스를 이용한 원자층 퇴적법에 의해 형성해도 된다. 은을 포함하는 원료 가스는, 트리에틸포스핀(6,6,7,7,8,8,8-헵타플루오로-2,2-디메틸-3,5-옥탄디오네이트)은(Ⅰ)이어도 된다. 이 방법에 의하면, 은에 의해 구성된 광반사부를 형성할 수 있다.
제4 형태인 고체 촬상 장치의 제조 방법에 있어서, 광반사부를 형성하는 공정에서는, 광반사부를, 구리를 포함하는 원료 가스를 이용한 원자층 퇴적법에 의해 형성해도 된다. 구리를 포함하는 원료 가스는, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트)구리(Ⅱ) 또는, 비스(6,6,7,7,8,8,8-헵타플루오로-2,2-디메틸-3,5-옥탄디오네이트)구리(Ⅱ)여도 된다. 이 방법에 의하면, 구리에 의해 구성된 광반사부를 형성할 수 있다.
제4 형태인 고체 촬상 장치의 제조 방법에 있어서, 광반사부를 형성하는 공정에서는, 광반사부를, 금을 포함하는 원료 가스를 이용한 원자층 퇴적법에 의해 형성해도 된다. 금을 포함하는 원료 가스는, 트리메틸(트리메틸포스핀)금(Ⅲ)이어도 된다. 이 방법에 의하면, 금에 의해 구성된 광반사부를 형성할 수 있다.
제4 형태인 고체 촬상 장치의 제조 방법에 있어서, 광반사부를 형성하는 공정에서는, 광반사부를, 알루미늄을 포함하는 원료 가스를 이용한 원자층 퇴적법에 의해 형성해도 된다. 알루미늄을 포함하는 원료 가스는, 트리메틸알루미늄, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트)알루미늄, 또는 트리에틸알루미늄이어도 된다. 이 방법에 의하면, 알루미늄에 의해 구성된 광반사부를 형성할 수 있다.
제4 형태인 고체 촬상 장치의 제조 방법에 있어서, 광반사부를 형성하는 공정에서는, 광반사부를, 비스무트를 포함하는 원료 가스를 이용한 원자층 퇴적법에 의해 형성해도 된다. 비스무트를 포함하는 원료 가스는, 트리페닐비스무트, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트)비스무트, 비스(아세테이트-O)트리페닐비스무트, 트리스(2-메톡시페닐)비스무틴, 트리(tert-부틸옥시)비스무트, 트리스(1,1,2-트리메틸프로필옥시)비스무트, 및 트리스(1,1-디이소프로필-2-메틸프로필옥시)비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 재료여도 된다. 이 방법에 의하면, 비스무트에 의해 구성된 광반사부를 형성할 수 있다.
제4 형태인 고체 촬상 장치의 제조 방법에 있어서, 광반사부를 형성하는 공정에서는, 광반사부를, 백금을 포함하는 원료 가스를 이용한 원자층 퇴적법에 의해 형성해도 된다. 백금을 포함하는 원료 가스는, (트리메틸)메틸시클로펜타디에닐백금(Ⅳ)이어도 된다. 이 방법에 의하면, 백금에 의해 구성된 광반사부를 형성할 수 있다.
상기의 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환부는, 광입력면을 포함하는 광전 변환 주면(主面)과, 광전 변환 주면과는 역측인 광전 변환 이면(裏面)을 포함해도 된다. 광전 변환 이면 상에는, 피흡수광의 진행 방향을 변경하는 광방향 변경부가 마련되어도 된다. 광방향 변경부는, 진행 방향이 변경된 후이며 기준 축을 기준으로 한 피흡수광의 각도는, 진행 방향이 변경되기 전이며 기준 축을 기준으로 한 피흡수광의 각도와 다르게, 피흡수광의 진행 방향을 변경해도 된다.
본 발명의 제5 형태인 고체 촬상 장치는, 피흡수광에 따른 신호 전압을 발생하는 광전 변환부를 포함하는 복수의 화소와, 트렌치 및 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하여 서로 인접하는 화소 사이에 마련된 격리 벽부를 구비한다. 광전 변환부는, 입사광을 받는 광입력면을 포함하는 광전 변환 주면과, 광전 변환 주면과는 역측인 광전 변환 이면을 포함한다. 광전 변환 이면 상에는, 광방향 변경부가 마련된다. 광방향 변경부는, 진행 방향이 변경된 후이며 기준 축을 기준으로 한 피흡수광의 각도는, 진행 방향이 변경되기 전이며 기준 축을 기준으로 한 피흡수광의 각도와 다르게, 피흡수광의 진행 방향을 변경한다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 진행 방향이 변경된 후의 피흡수광의 광입력면의 법선을 기준 축으로 하고, 기준 축을 기준으로 한 각도는, 진행 방향이 변경되기 전의 피흡수광의 광입력면의 법선을 기준으로 한 각도에 대응해도 된다. 여기에서 말하는 각도는 기준 축에 대한 각도의 절대값으로 한다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경부는, 법선을 기준으로 한 기준 축에 대하여 경사짐과 함께, 받은 광을 반사해도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광전 변환 이면에는, 배선부가 접해도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경부는, 배선부에 마련된 반사부를 포함해도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경부는, 광전 변환 이면을 기준으로 하여 돌출되거나 또는 광전 변환 이면을 기준으로 하여 움푹 패이는 적어도 1개의 광방향 변경체를 포함해도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광전 변환 이면을 기준으로 하여 돌출되는 광방향 변경체의 높이 또는 광전 변환 이면을 기준으로 하여 움푹 패이는 광방향 변경체의 깊이는, 광전 변환부의 굴절률에 기초하는 피흡수광의 파장에 대응한다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광전 변환 이면을 기준으로 한 광방향 변경체의 높이는, 광전 변환부의 굴절률에 기초하는 피흡수광의 파장의 1／10의 길이보다 커도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광전 변환 이면을 기준으로 한 광방향 변경체의 높이는, 광전 변환부의 굴절률에 기초하는 피흡수광의 파장의 5배의 길이보다 작아도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경체는, 평면인 면을 포함해도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경체의 단면 형상은, 직사각형인 부분을 포함해도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경체의 형상은, 평면인 면에 의해 구성된 직방체여도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경체의 단면 형상은, 삼각형이어도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경체의 형상은, 평면인 면에 의해 구성된 사각뿔이어도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경체의 형상은, 평면인 면에 의해 구성된 삼각기둥이어도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경체는, 곡면인 면을 포함해도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경체의 단면 형상은, 타원인 부분을 포함해도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경체의 형상은, 타원인 부분을 포함하는 단면을 축선 주위로 회전시킨 회전체여도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경체의 형상은, 타원인 부분을 포함하는 단면을 축선을 따라 연신(延伸)시킨 소인체(掃引體)여도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경부는, 복수의 광방향 변경체가 제1 방향을 따라 복수 배치됨과 함께 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 복수 배치됨으로써, 평면에서 볼 때 격자상으로 구성되어도 된다.
상기의 고체 촬상 장치에 있어서, 광방향 변경부는, 광방향 변경체가 제1 방향을 따라 연장됨과 함께 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 복수 배치됨으로써, 평면에서 볼 때 줄무늬상으로 구성되어도 된다.
상기의 고체 촬상 장치의 광전 변환부는, 광입력면을 포함하는 제1 광전 변환 계면과, 제1 광전 변환 계면과는 다른 계면이며, 광입력면으로부터 받아들인 피흡수광의 진행 방향을 변경하는 제2 광전 변환 계면을 포함해도 된다. 피흡수광은, 제1 각도를 가지고 광입력면으로부터 광전 변환부의 내부로 진행해도 된다. 제2 광전 변환 계면에서 진행 방향이 변경된 피흡수광은, 제2 각도를 가지고 광입력면에 입사해도 된다. 제2 광전 변환 계면은, 제2 각도가 제1 각도와 다르게, 피흡수광의 진행 방향을 변경해도 된다.
상기의 고체 촬상 장치의 광전 변환부는, 제2 광전 변환 계면은, 제1 광전 변환 계면과는 역측인 광전 변환 이면 상에 마련된 배선부와의 경계면이어도 된다.
제2 광전 변환 계면은, 제1 광전 변환 계면과 교차하도록 마련된 트렌치와의 경계면이어도 된다.
본 발명에 의하면, 근적외광의 광전 변환 효율의 추가적인 향상이 가능한 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법이 제공된다.
도 1은, 실시형태에 따른 고체 촬상 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 화소의 전기적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 화소에 제공되는 제어 신호의 예시이다.
도 4는, 화소의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 4의 일부인 광입력면의 근방(S1)을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 6은, 광산란부와 DTI의 기능을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은, DTI의 기능을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은, 제1 부재로부터 제2 부재로 광이 수직 입사했을 때의 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 9는, DTI에서 광이 반사할 때마다 광이 감쇠되는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 10은, 반사 횟수와 실효 배율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 반사 횟수가 무한회인 경우에 있어서의 반사율과 실효 배율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 각종 재료의 굴절률을 정리한 일람표이다.
도 13은, 매설 재료의 굴절률의 실부와 굴절률의 허부와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는, 각종 재료의 복소 굴절률, 참고원, 실리콘과의 관계에 있어서의 반사율, 유전율의 실수부 및 유전율의 허수부를 정리한 일람표이다.
도 15의 (a)는, 검토용의 해석 모델의 개략도이다. 도 15의 (b)는 막두께와 반사율과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 15의 (c)는, 막두께와 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은, 최적폭을 얻는 계산에 이용하는 각종 파라미터를 나타내는 도면이다.
도 17의 (a), 도 17의 (b), 도 17의 (c) 및 도 17의 (d)는, 고체 촬상 장치를 제조하는 방법의 주요한 공정을 나타내는 도면이다.
도 18은, 변형예의 고체 촬상 장치가 구비하는 광산란부를 나타내는 도면이다.
도 19는, 음전하 유지막을 구비하는 고체 촬상 장치를 나타내는 도면이다.
도 20의 (a)는 피라미드상의 광산란부를 나타내는 도면이다. 도 20의 (b)는 랜덤 요철상의 광산란부를 나타내는 도면이다.
도 21의 (a)는 제1 검토에 이용한 모델을 나타내는 도면이다. 도 21의 (b)는, 제1 검토 결과를 나타내는 그래프이다.
도 22의 (a), 도 22의 (b), 도 22의 (c) 및 도 22의 (d)는, 제2 검토에 이용한 조건을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 23의 (a), 도 23의 (b), 도 23의 (c) 및 도 23의 (d)는, 제2 검토에 이용한 조건을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 24의 (a)는 제2 검토에 이용한 조건을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 24의 (b)는, 제2 검토 결과를 나타내는 그래프이다.
도 25의 (a)는 DTI를 구비하지 않는 고체 촬상 장치에 있어서 플라스몬을 이용한 회절 모드의 시뮬레이션의 결과를 나타내는 등고선도이다. 도 25의 (b)는 DTI를 구비하지 않는 고체 촬상 장치에 있어서 플라스몬을 이용한 회절 모드의 시뮬레이션의 결과를 나타내는 원 그래프이다.
도 26의 (a)는 DTI를 구비한 고체 촬상 장치에 있어서 플라스몬을 이용한 회절 모드의 시뮬레이션의 결과를 나타내는 등고선도이다. 도 26의 (b)는 DTI를 구비한 고체 촬상 장치에 있어서 플라스몬을 이용한 회절 모드의 시뮬레이션의 결과를 나타내는 원 그래프이다.
도 27은, 실리콘 두께와 적산 흡수량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 28은, 실리콘의 광특성을 나타내는 그래프이다.
도 29는, 광강도의 감쇠를 나타내는 그래프이다.
도 30의 (a)는, 제5 검토의 결과인 전계 강도의 분포를 나타내는 등고선도이다. 도 30의 (b)는, 제5 검토, 제6 검토, 제7 검토 및 제8 검토의 결과를 정리한 표이다.
도 31은, 제5 검토에 이용한 해석 모델을 간이적으로 나타내는 도면이다.
도 32의 (a)는, 제2 실시형태의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 32의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 33은, 제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11)의 광전 변환층의 내부에서 광이 진행하는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 34는, 제6 검토의 결과인 전계 강도의 분포를 나타내는 등고선도이다.
도 35의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 1의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 35의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 36의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 2의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 36의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 37의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 3의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 37의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 38의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 4의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 38의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 39의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 5의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 39의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 40의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 6의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 40의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 41의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 7의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 41의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 42의 (a)는, 제3 실시형태의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 42의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 43은, 제3 실시형태의 고체 촬상 장치(19)의 광전 변환층(409)의 내부에서 광이 진행하는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 44의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 1의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 44의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 45의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 2의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 45의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 46의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 3의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 46의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 47의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 4의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 47의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 48의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 5의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 48의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 49의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 6의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 49의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 50의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 7의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 50의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 51의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 8의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 51의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 52의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 9의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 52의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 53의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 10의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 53의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 54의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 11의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 54의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 55의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 12의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 55의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 56의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 13의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 56의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 57의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 14의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 57의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 58의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 15의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 58의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 59의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 16의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 59의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 60의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 17의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 60의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 61의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 18의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 61의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 62의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 19의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 62의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 63의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 20의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 63의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 64의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 21의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 64의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 65의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 22의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 65의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층 배선층 측 계면(4)을 나타내는 사시도이다.
도 66의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 23의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 66의 (b)는, 고체 촬상 장치가 구비하는 광전 변환층의 배선층 측 계면을 나타내는 사시도이다.
도 67의 (a), 도 67의 (b), 도 67의 (c) 및 도 67의 (d)는, 제2 실시형태 및 제2 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치의 추가적인 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 68의 (a), 도 68의 (b), 도 68의 (c), 도 68의 (d), 도 68의 (e) 및 도 68의 (f)는, 제3 실시형태의 고체 촬상 장치의 추가적인 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 69의 (a), 도 69의 (b), 도 69의 (c), 도 69의 (d), 도 69의 (e) 및 도 69의 (f)는, 제3 실시형태의 고체 촬상 장치의 추가적인 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 70의 (a)는, 제3 실시형태의 고체 촬상 장치의 추가적인 변형예를 나타내는 단면도이다. 도 70의 (b)는, 제4 실시형태의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을 실시하기 위한 형태를 상세하게 설명한다. 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다.
이하의 설명은, 포토다이오드 또는 개개의 화소가 포토다이오드를 구비한 CMOS 이미지 센서의 고감도화에 관한 것이다. 특히, 이하의 설명은, 근적외광 영역의 고감도화에 관한 것이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 고체 촬상 장치(1)는, 소위 이면 조사형의 이미지 센서이다. 또, 고체 촬상 장치(1)는, 역측으로부터 광을 받아도 된다. 역측이란, 후술하는 지지 기판(11) 측이다. 고체 촬상 장치(1)는, 화소부(2)와, 화소 제어부(3)와, 신호 처리부(4)와, 복수의 수평 제어선(6)과, 복수의 수직 신호선(7)을 갖는다. 화소부(2), 화소 제어부(3) 및 신호 처리부(4) 등은, 후술하는 센서 기판(12)에 마련되어 있다. 센서 기판(12)은, 지지 기판(11)에 접합되어 있다. 화소부(2)가 형성된 실리콘 웨이퍼인 센서 기판(12)은, 얇다. 따라서, 센서 기판(12)은, 기계적 강도가 얻어지지 않는다. 지지 기판(11)은, 고체 촬상 장치(1)의 기계적 강도를 갖게 한다. 센서 기판(12)의 수광 영역(S)에 대응하는 부분에는, 화소부(2)가 마련되어 있다. 화소부(2)는, 2차원상으로 배치된 복수의 화소(8)를 갖는다. 화소(8)는, 입사한 광에 대응하는 신호 전압을 수직 신호선(7)에 출력한다. 화소 제어부(3)는, 수평 제어선(6)을 통해 각각의 화소(8)에 접속되어 있다. 화소 제어부(3)는, 화소(8)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호(φ)를 출력한다. 신호 처리부(4)는, 수직 신호선(7)을 통해 각각의 화소(8)에 접속되어 있다. 신호 처리부(4)는, 화소(8)가 출력하는 신호 전압(Δ)을 받는다. 신호 처리부(4)는, 화소(8)로부터 출력된 신호 전압(Δ)으로부터 화상 신호를 생성한다.
도 2는, 화소(8)의 전기적인 구성을 나타내는 도면이다. 화소(8)는, 소위 4 트랜지스터형 CMOS 이미지 센서이다. 본 실시형태의 화소(8)는, N 채널 타입이다. 화소(8)의 신호는, 신호 전자가 담당한다. 또, 화소(8)는, P 채널 타입이어도 된다.
화소(8)는, 포토다이오드(PD)와, 부유(浮遊) 확산층(FD)과, 트랜스퍼 게이트(TG)와, 리셋 트랜지스터(RG)와, 소스팔로워 트랜지스터(SF)와, 선택 트랜지스터(SEL)를 갖는다.
포토다이오드(PD)는, PN 접합형이다. 포토다이오드(PD)는, 캐리어로서의 신호 전자를 발생시킨다. 그리고 포토다이오드(PD)는, 발생한 신호 전자를 축적한다.
트랜스퍼 게이트(TG), 리셋 트랜지스터(RG), 소스팔로워 트랜지스터(SF) 및 선택 트랜지스터(SEL)는, 각각 전계 효과 트랜지스터이다.
트랜스퍼 게이트(TG)의 소스는, 포토다이오드(PD)에 접속되어 있다. 트랜스퍼 게이트(TG)의 드레인은, 부유 확산층(FD)에 접속되어 있다. 트랜스퍼 게이트(TG)의 게이트는, 수평 제어선(6)에 접속되어 있다. 트랜스퍼 게이트(TG)는, 수평 제어선(6)으로부터 제어 신호(φ1)를 받는다. 트랜스퍼 게이트(TG)는, 제어 신호(φ1)에 기초하여, 포토다이오드(PD)로부터 부유 확산층(FD)으로의 신호 전자의 전송을 제어한다.
부유 확산층(FD)은, 트랜스퍼 게이트(TG)의 드레인에 접속되어 있다. 즉, 부유 확산층(FD)은, 트랜스퍼 게이트(TG)를 통해 포토다이오드(PD)에 접속되어 있다. 부유 확산층(FD)은, 신호 전자를 신호 전압으로 변환한다. 부유 확산층(FD)은, 리셋 트랜지스터(RG)의 소스에 접속되어 있다. 부유 확산층(FD)은, 소스팔로워 트랜지스터(SF)의 게이트에도 접속되어 있다.
리셋 트랜지스터(RG)의 소스는, 부유 확산층(FD)에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(RG)의 드레인은, 리셋 드레인에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(RG)의 게이트는, 수평 제어선(6)에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(RG)는, 수평 제어선(6)으로부터 제어 신호(φ2)를 받는다. 리셋 트랜지스터(RG)는, 제어 신호(φ2)에 기초하여, 부유 확산층(FD)의 전위를 리셋한다.
소스팔로워 트랜지스터(SF)의 소스는, 선택 트랜지스터(SEL)에 접속되어 있다. 소스팔로워 트랜지스터(SF)의 드레인은, 아날로그 전원에 접속되어 있다. 소스팔로워 트랜지스터(SF)의 게이트는, 수평 제어선(6)에 접속되어 있다. 소스팔로워 트랜지스터(SF)는, 선택 트랜지스터(SEL)를 게이트에 입력되는 전압에 대응하는 신호 전압을 통해 출력한다.
선택 트랜지스터(SEL)의 소스는, 수직 신호선(7)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(SEL)의 드레인은, 소스팔로워 트랜지스터(SF)의 소스에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(SEL)의 게이트는, 수평 제어선(6)에 접속되어 있다. 선택 트랜지스터(SEL)는, 제어 신호(φ3)에 기초하여, 신호 전압(Δ)을 수직 신호선(7)에 출력한다.
도 3은, 화소 제어부(3)가 출력하는 제어 신호(φ1, φ2, φ3, RS, SS)를 나타내는 도면이다. 도 3은, 제n행의 판독 기간에 있어서의 제어 신호(φ1, φ2, φ3, RS, SS)의 타이밍을 나타낸다. 이하의 설명에 있어서 「(H)」는, 신호가 높은(High), 즉 온인 것을 나타낸다. 「(L)」은, 신호가 낮은(Low), 즉 오프인 것을 나타낸다.
화소 제어부(3)는, 제어 신호(φ3)(H)를 출력한다. 그 결과, 제어 신호(φ3)를 받은 행이 선택된다. 이어서, 화소 제어부(3)는, 제어 신호(φ2)(H)를 소정 기간만큼 출력한다. 그 결과, 부유 확산층(FD)에 리셋 드레인 전압이 출력된다. 이어서, 화소 제어부(3)는, 제어 신호(RS)(H)를 소정 기간만큼 출력한다. 그 결과, 리셋 레벨이 샘플링된다. 다음으로, 화소 제어부(3)는, 제어 신호(φ1)(H)를 소정 기간만큼 출력한다. 그 결과, 포토다이오드(PD)로부터 부유 확산층(FD)으로 신호 전자가 전송된다. 다음으로, 화소 제어부(3)는, 제어 신호(SS)(H)를 소정 기간만큼 출력한다. 그 결과, 부유 확산층(FD)에 축적된 신호 전자에 기인하는 신호 레벨이, 제어 신호(SS)(H)의 타이밍에 샘플링된다. 다음으로, 화소 제어부(3)는, 제어 신호(φ2)(H)를 소정 기간만큼 다시 출력한다. 그 결과, 부유 확산층(FD)에 리셋 드레인 전압이 출력된다. 부유 확산층(FD)의 전위가 리셋된다. 화소 제어부(3)는, 제어 신호(φ3)(L)를 출력한다. 그 결과, 제n행의 판독이 종료된다. 그 후, 화소 제어부(3)는, 제어 신호(φ3)(H)를 다음의 제n ＋ 1행에 출력한다.
신호 처리부(4)에서는, 샘플된 신호 레벨과 리셋 레벨과의 차가 만들어진다. 샘플된 신호 레벨과 리셋 레벨과의 차는, 상관 이중 샘플링이다. 상관 이중 샘플링에 의하면, 잡음을 저감할 수 있다. 상관 이중 샘플링에 의하면, 오프셋을 제거할 수 있다. 샘플된 신호 레벨과 리셋 레벨과의 차는, 신호 성분으로서 취급된다. 이 신호 성분은, 아날로그값에서 디지털값으로 변환된다. 그리고, 디지털값으로 변환된 성분은, 고체 촬상 장치(1)의 외부로 출력된다.
도 4는, 화소부(2)의 단면을 모식적으로 나타낸다. 화소부(2)는, 센서 기판(12)에 형성되어 있다. 센서 기판(12)은, 배선 영역(13)과, 소자 영역(14)을 갖는다. 센서 기판(12)의 배선 영역(13) 측의 면은, 지지 기판(11)에 접합되어 있다. 또한, 화소부(2) 상에는, 컬러 필터(16) 및 마이크로 렌즈(17)가 배치된다. 컬러 필터(16)는, 컬러화의 역할을 담당한다. 마이크로 렌즈(17)는, 집광의 역할을 담당한다.
배선 영역(13)은, 복수의 배선(18)과, 복수의 비아(19)와, 게이트(21, 21A)를 갖는다. 배선(18)은, 구리 또는 알루미늄에 의해 형성되어 있다. 비아(19)는, 배선(18)끼리를 전기적으로 접속한다. 비아(19)는, 배선(18)을 폴리실리콘에 의해 형성된 게이트(21, 21A)에 전기적으로 접속한다. 배선 영역(13)은, 배선(18) 및 비아(19)를 덮는 절연막(미도시)도 갖는다.
소자 영역(14)은, 화소(8)와 DTI(22)를 갖는다.
화소(8)는, 광전 변환부(26)와 광산란부(27)를 갖는다. 광전 변환부(26)는, 광입력면(26a)으로부터 받은 피흡수광(L2)에 따른 신호 전압을 발생한다. 광산란부(27)는, 광전 변환부(26)의 광입력면(26a)에 마련된다. 광입력면(26a)은, 후술하는 핀닝 영역(36)의 주면이기도 하다. 광산란부(27)는, 입사광(L1)(도 5 참조)을 받아 광전 변환부(26)에 출력되는 피흡수광(L2)(도 5 참조)을 발생한다.
광전 변환부(26)는, 제1 영역(29)과 제2 영역(31)을 갖는다.
제1 영역(29)은, 베이스부(基體部)(32)와, 전하 축적부(33a)와, 포토다이오드 핀닝층(33b)과, 판독부(34)를 갖는다. 베이스부(32)는, P형으로서, 광입력면(26a)을 구성한다. 베이스부(32)에서, 피흡수광(L2)이 흡수된다. 그 결과, 신호 전자가 발생한다. 전하 축적부(33a) 및 포토다이오드 핀닝층(33b)은, 베이스부(32)와 배선 영역(13) 사이에 마련되어 있다. 환언하면, 전하 축적부(33a)는, 배선 영역(13) 측의 표면 근방에 마련되어 있다. 전하 축적부(33a)는, P형의 베이스부(32) 및 포토다이오드 핀닝층(33b)과 협동하여 PN 접합 다이오드를 구성한다. P＋형인 포토다이오드 핀닝층(33b)은, 전하 축적부(33a)와 배선 영역(13) 사이에 마련되어 있다. 포토다이오드 핀닝층(33b)은, 실리콘 표면의 계면 준위로부터의 암전류의 발생을 방지한다. 포토다이오드 핀닝층(33b)은, 채널 스톱 영역(24)에 접한다. 포토다이오드 핀닝층(33b)의 전위는, 채널 스톱 영역(24)의 전위와 같다.
판독부(34)는, 임계값 조정 영역(34a)과, N＋형 영역(34b, 34c, 34d)과, P형 웰(34e)을 갖는다.
임계값 조정 영역(34a)은, 전하 축적부(33a)와 포토다이오드 핀닝층(33b)에 접한다. 임계값 조정 영역(34a)은, 게이트(21A)와 협동하여, 트랜스퍼 게이트(TG)를 구성한다. N＋형 영역(34b)은, 임계값 조정 영역(34a)에 접한다. N＋형 영역(34b)은, 부유 확산층(FD)을 구성한다. 환언하면, N＋형 영역(34b)은, 임계값 조정 영역(34a)의 포토다이오드(PD)와는 반대 측에 마련되어 있다. 즉, 임계값 조정 영역(34a)은, 전하 축적부(33a)와 부유 확산층(FD) 사이에 마련되어 있다. P형 웰(34e)은, 전하 축적부(33a)에 인접한다. 환언하면, P형 웰(34e)은, 임계값 조정 영역(34a)을 통해 전하 축적부(33a)에 인접한다.
N＋형 영역(34c)은, P형 웰(34e)에 의해 형성된 채널 영역을 사이에 두고 N＋형 영역(34b)에 인접한다. 전하 축적부(33a)에 축적된 신호 전자는, 트랜스퍼 게이트(TG)를 구성하는 임계값 조정 영역(34a)을 통해 N＋형 영역(34b)으로 판독된다. N＋형 영역(34b)은, 부유 확산층(FD)이다. 판독된 신호 전자는, 부유 확산층(FD)에 있어서 전압 신호로 변환된다. N＋형 영역(34d)은, P형 웰(34e)에 의해 형성된 채널 영역을 사이에 두고 N＋형 영역(34c)에 인접한다. N＋형 영역(34d), N＋형 영역(34c) 및 게이트(21)는, 소스팔로워 트랜지스터(SF)를 구성한다. N＋형 영역(34d)에는, 채널 스톱 영역(24)이 접한다. 도시되어 있지 않지만, 리셋 트랜지스터(RG)와 선택 트랜지스터(SEL)가 마련되어 있다.
P형 웰(34e)은, 부유 확산층(FD)과, 리셋 트랜지스터(RG)와, 소스팔로워 트랜지스터(SF)와, 선택 트랜지스터(SEL)를 포함한다. P형 웰(34e)은, P형의 베이스부(32)로부터의 신호 전자의 유입을 방지한다. P형 웰(34e)은, 리셋 트랜지스터(RG), 소스팔로워 트랜지스터(SF) 및 선택 트랜지스터(SEL)의 임계값을 제어한다.
도 5는, 도 4의 영역(S1)의 확대도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 광전 변환부(26)는, 제2 영역(31)에 형성되는 핀닝 영역(36)을 더 갖는다.
핀닝 영역(36)(고농도 불순물층)은, 베이스부(32)의 입사 측에 마련되어 있다. 환언하면, 핀닝 영역(36)은, 베이스부(32)의 배선 영역(13) 측과는 반대의 표면에 마련되어 있다. 핀닝 영역(36)의 두께는, 3㎚ 이상이다. 핀닝 영역(36)의 두께는, 100㎚ 이하이다. 핀닝 영역(36)은, 억셉터 농도가 높다. 핀닝 영역(36)은, 중성화되어 있다. 핀닝 영역(36)은, 정공(正孔)을 유지한다. 핀닝 영역(36)은, 암전류의 발생을 억제한다. 핀닝 영역(36)에 대해서, 더욱 상세하게 설명한다.
본 실시형태의 고체 촬상 장치(1)는, 광의 흡수에 기인하는 신호 전자를 발생시키는 영역(광전 변환부)이 암전류의 발생을 억제하는 기능을 발휘하는 영역(제2 영역(31), 핀닝 영역(36))을 포함하고 있다. 따라서, 광산란부(27)와 광전 변환부(26) 사이에는, 광산란부(27)로부터 광전 변환부(26)로 출력되는 피흡수광(L2)을 방해하는 층 및 막은 실질적으로 존재하지 않는다.
센서를 N 채널 타입으로서 설명한다. 입사광(L1)에 기인하는 신호는, 신호 전자가 담당하는 것으로 설명한다. 핀닝 영역(36)은, P형이다.
핀닝 영역(36)은, P＋형이며, 입사 측의 표면에 형성된 핀닝층이다. 핀닝 영역(36)은, 억셉터 농도가 높다. 핀닝 영역(36)의 광입력면(26a)의 근방에는, 상시 1 × 1017㎝-3 이상의 농도의 정공이 존재한다. 광전 변환부(26)의 입사 측의 광입력면(26a)에 존재하는 계면 준위에 기인하여, 암전류가 발생한다. 이 정공은, 이 암전류의 발생을 억제한다.
핀닝 영역(36)은, 적어도 제1 조건을 충족시킨다. 핀닝 영역(36)은, 제2 조건 및 제3 조건을 충족시키면 더욱 양호하다.
제1 조건은, 핀닝 영역(36)이 입사 측의 광입력면(26a)에 정공을 축적시켜 중성화하고 있는 것이다. 제1 조건에 의하면, 광입력면(26a)에 있어서의 암전류의 발생을 억제할 수 있다. Si／SiO2 계면과 같이 복수의 밴드 갭 준위를 포함할 경우, 가전자대(價電子帶)의 전자가 밴드 갭 준위를 통해 전도체로 여기(勵起)된다. 그 결과, 암전류가 생긴다. 암전류의 값은, 쇼클리-리드-홀(Schockley-Read-Hall) 모델에 기초하는 식 (12)에 나타난다.
[수 12]
식 (12)를 구성하는 각 파라미터는 이하와 같다.
U: 재결합률.
σ＝σn ＝σp: 전자 및 정공의 밴드 갭 준위에 대한 포획 단면적.
vth: 열운동 속도.
Nt: 밴드 갭 준위 밀도.
n: 전도대의 전자 밀도.
p: 가전자대의 정공 밀도.
ni: 진성 캐리어 밀도.
k: 볼츠만 상수.
T: 절대 온도.
또, 재결합률이 양인 경우는, 재결합을 나타낸다. 재결합률이 음인 경우는, 암전류의 생성 레이트를 나타낸다. Si／SiO2 계면이 공핍화(空乏化)되어 있을 경우, n, p ＜＜ ni이다. 이 조건에 의하면, 식 (12)로부터 식 (13)이 얻어진다.
[수 13]
Et ＝ Ei일 때, Si／SiO2 계면이 공핍화되어 있을 경우의 재결합률 Udep는 최대이다. 따라서, 식 (13)으로부터 식 (14)가 얻어진다.
[수 14]
이 구성에 의하면, 큰 암전류가 발생한다. 이에 대하여, 계면 근방의 정공 농도가 클 경우, 즉, p ＞＞ ni ＞＞ n인 경우이며, 또한, 가장 암전류의 발생에 기여하는 밴드 갭 준위는 Et ＝ Ei인 경우에는, 식 (12)로부터 식 (15)가 얻어진다.
[수 15]
식 (16)은, 계면이 공핍화되어 있을 때와 정공이 축적되어 있을 때의 비(比)이다.
[수 16]
식 (16)에서, ni은 1.45 × 1010㎝-3이다. 예를 들면, p ＝ 1017㎝-3인 경우에는, 암전류는 10-7배로 저감된다.
제2 조건은, 소수 캐리어를 장수명화시키는 것이다. 소수 캐리어란, 전자이다. 환언하면, 제2 조건은, 발생한 전자 정공쌍 중 전자가 신속하게 P형의 광전 변환부(26)를 통과함으로써, 전자가 전하 축적부(33a)에 도달하는 것이다.
소수 캐리어의 수명은, 핀닝 영역(36)이 포함하는 결정 결함의 수의 영향을 받는다. 구체적으로는, 핀닝 영역(36)이 포함하는 결정 결함의 수가 감소하면, 소수 캐리어의 수명이 연장된다. 결정 결함은, 핀닝 영역(36)이 포함하는 불순물 농도가 크며, 또한, 고농도 영역이 큰 경우에 생기기 쉽다. 불순물의 원자의 크기는, 실리콘의 원자의 크기와 다르기 때문이다.
핀닝 영역(36)은, 이온 주입에 의해 마련된다. 주입되는 이온의 양은, 불순물 농도와 불순물 분포와의 적분에 상당한다. 결정 결함의 발생을 억제할 수 있는 이온 주입량으로서, 3 × 1015㎝-2 이하가 나타난다.
이온 주입은, 불순물을 실리콘에 도입함과 동시에 에너지를 실리콘에 반입한다. 실리콘에 반입되는 에너지도, 결정 결함의 요인이 된다. 결정 결함은, 이온 주입 후에 실시되는 어닐 처리에 의해 회복할 수 있다. 그러나, 결정 결함은, 어닐 처리에 의해서도 완전히 소실되는 것은 아니다.
핀닝 영역(36)의 형성은, 배선 영역(13)의 형성의 종료 후에 행해진다. 어닐 방법은, 레이저 어닐법 등으로 한정된다. 따라서, 이온 주입에 기인하는 결정 결함의 발생을 적게 할 필요가 있다. 이온 주입에 의해 실리콘에 반입되는 에너지는, 불순물량에 비례한다. 이온 주입에 의해 실리콘에 반입되는 에너지는, 에너지의 강도에도 비례한다. 결정 결함의 발생을 억제하는 조건으로서, 불순물량과 에너지의 곱을 5 × 1015keV·㎝-2 이하로 하는 것이 나타난다.
제3 조건은, 광전 변환에 의해 발생한 전자 정공쌍 중 전자를 전하 축적부(33a)에 신속하게 도달시키는 것이다. 전자는, P형인 베이스부(32)를 통과한 후에, 전하 축적부(33a)에 도달한다. 이러한 동작은, 전위 구배에 기인하는 드리프트 운동에 의해 전자가 이동하는 것에 생긴다.
P형인 베이스부(32)는, 공핍화되어 있다. 마찬가지로, 핀닝 영역(36) 중 베이스부(32) 측의 불순물 농도가 낮은 부분은, 공핍화되어 있다. 공핍화된 영역에서는, 충분한 전계가 얻어진다. 핀닝 영역(36) 중 광입력면(26a)의 근방은, 암전류 억제를 위해 정공이 축적되어 있다. 광입력면(26a)의 근방은, 중성화되어 있다. 불순물 농도의 차는, 공핍화되어 있지 않은 영역에서 전자의 이동을 원활하게 한다.
핀닝 영역(36)은, 불순물 농도의 분포를 갖는다. 억셉터 농도가 클수록 페르미 레벨과 가전자대단(價電子帶端)과의 에너지차가 작아진다. 억셉터인 불순물의 농도는, 핀닝 영역(36)에서 입사 측의 표면으로부터 베이스부(32)의 방향을 향하여 감소한다. 이러한 불순물 농도의 분포에 의하면, 핀닝 영역(36)에 정공이 축적되어 있는 부분이 존재하는 경우에도, 신호 전자는, 드리프트에 의해 베이스부(32)로 신속하게 이동한다.
이러한 불순물 농도의 분포는, 이온 주입에 의해 얻어진다. 구체적으로는, 불순물 농도의 분포의 피크 위치를, 광입력면(26a)으로 설정함으로써 얻어진다. 또, 불순물 농도의 분포의 피크 위치를, 광입력면(26a)에 마련된 산화막 중으로 설정해도 된다. 이러한 피크 위치의 설정에 의하면, 광입력면(26a)으로부터 베이스부(32)를 향하여 불순물 농도가 단조롭게 감소하는 불순물 농도의 분포가 형성된다.
불순물 농도의 분포는, 다른 조건에 의해서도 실현할 수 있다. 이온 주입을 0.2keV와 같은 저에너지로 행한다. 그 결과, 불순물 농도의 분포에 있어서의 피크 위치는, 0.5㎚ 정도가 된다. 이러한 분포를 갖는 소자를 어닐하면, 피크는 거의 소실된다. 그 결과, 입사 측의 표면으로부터 베이스부(32)를 향하여, 불순물 농도가 단조롭게 감소하는 불순물 농도의 분포가 얻어진다. 주입 에너지는, 예를 들면 1keV 이하가 바람직하다. 저에너지의 이온 주입을 이용하는 방법에 의하면, 산화막이 형성되지 않는다. 그 결과, 저에너지의 이온 주입을 이용하는 방법은, 이온 주입 후에 산화막을 제거하는 번잡함이 없다는 이점이 있다. 이하, 저에너지의 이온 주입에 의해 핀닝 영역(36)을 형성하는 방법을 중심으로 기재한다.
(광산란부)
발명자들은, 특허문헌 1 등에 나타난 이미지 센서의 감도를 더욱 향상시키는 것을 예의(銳意) 검토했다. 그 결과, 발명자들은, 감도의 향상이 불충분한 주요인의 하나로서, 광산란부에서의 광의 산란이 충분하지 않은 것을 밝혀냈다. 피라미드상의 산란층 또는 랜덤 요철상의 산란층의 특성을 검토한 결과는, 후단의 제1 검토 및 제2 검토의 란에서 상세하게 설명한다.
발명자들은, 광을 충분히 산란시키는 광산란 구조로서, 도 6에 나타내는 구조를 상도(想到)하기에 이르렀다. 도 6에 나타내는 구조는, 플라스몬을 이용한 회절에 의해 입사광(L1)을 산란시킨다. 식 (17)은, 광산란 구조에 관한 변수의 관계를 나타낸다. 광산란 구조는, 복수의 금속 구조체(27a)에 의해 구성되어 있다. 복수의 금속 구조체(27a)는, 일정한 주기에 따라서 배치되어 있다. 광산란 구조는, 주기 구조이다. 광산란 구조에서는, 플라스몬에 기인하여 생기는 회절광으로 간주한다. 회절광은, 식 (17)에서 산란각(θd)이 90도 미만이라는 조건을 충족시킴으로써 발생한다. 환언하면, 산란각(θd)이 90도 이하인 경우는 회절 모드이다. 회절 모드에서는 전파광이 실리콘 중에 생성된다. θd이 90도보다 큰 경우는 국재(局在) 증강장 모드이다.
[수 17]
P(㎚): 복수의 금속 구조체의 주기 길이.
λ(㎚): 입사광의 파장.
nSi: 실리콘의 굴절률의 실부.
l: 1 또는 2.
통상의 회절 현상에 의해 발생하는 회절광은, 회절되지 않고 곧바로 진행하는 0차광을 포함한다. 회절광은, 회절 각도(산란각(θd))가 작은 쪽으로부터 1차광 및 2차광이 생성된다. 광산란부(27)에는, 첫째, 0차광의 비율을 낮추는 것이 요구된다. 광산란부(27)에는, 둘째, 회절광 중에서는 비율이 큰 1차광의 회절 각도(산란각(θd))를 크게 하는 것이 요구된다. 광산란부(27)에는, 셋째, 반사율을 작게 하는 것이 요구된다. 식 (17)에서, l ＝ 1은 1차광이 산란광으로서 사용할 수 있는 범위를 나타내고 있다. l ＝ 2의 경우는, 2차광이 산란광으로서 사용할 수 있는 범위를 나타내고 있다. 2차광까지 산란광으로서 사용할 경우, 강도의 가중치를 부여한 1차광과 2차광의 평균 산란각은, 1차광만인 경우보다 작아진다. 그러나, 금속 구조체의 주기 길이는, 2배여도 좋다. 그 결과, 미세 가공의 정도가 느슨해지는 이점이 있다. 통상의 회절 현상은, 광산란부(27)로서 이용하기에는 적절하지 않다. 통상의 회절 현상은, 0차광의 비율이 크며, 또한, 반사율도 크기 때문이다.
플라스몬을 이용한 회절 모드에서는, 금속 구조체(27a)의 하부(실리콘 측)에 유기(誘起)된 전기 쌍극자의 진동에 의해 회절광이 발생한다. 회절광은, 전기 쌍극자의 진동의 중심으로부터 방사되는 것으로 간주된다.
광산란부(27)는, 핀닝 영역(36)의 표면에 형성된 금속막이다. 광산란부(27)는, 핀닝 영역(36)에 직접 접해 있다. 광산란부(27)는, 은, 알루미늄, 금, 구리, 및 티타늄의 질화물로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되어 있다. 광산란부(27)는, 은을 주성분으로서 포함하는 재료, 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 재료, 금을 주성분으로서 포함하는 재료, 구리를 주성분으로서 포함하는 재료, 및 티타늄의 질화물을 주성분으로서 포함하는 재료로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되어도 된다. 광산란부(27)의 두께는, 10㎚ 이상이다. 광산란부(27)의 두께는, 30㎚ 이하이다.
광산란부(27)는, 화소(8)에 인접하는 다른 화소(8)의 광산란부(27)에 대하여 분리되어 있다. 이 분리란, 한쪽의 광산란부(27)에서 생긴 플라스몬이, 인접하는 다른쪽의 광산란부(27)로 이동하지 않는 것을 의미한다. 환언하면, 화소(8)의 경계부에는, 갭이 마련되어 있다. 한쪽의 광산란부(27)에서 생긴 플라스몬이, 인접하는 다른쪽의 광산란부(27)로 이동하는 것을, 플라스몬의 간섭이라고도 부른다. 이 갭에 의하면, 화소(8)간에 플라스몬의 간섭을 억제할 수 있다.
광산란부(27)는, 플라스몬에 의해 생성되는 산란광을 발생시킨다. 갭의 존재는, 광산란부(27)의 면적을 감소시킨다. 고체 촬상 장치(1)는, 마이크로 렌즈(17)(도 4 참조)를 갖는다. 마이크로 렌즈(17)는, 광산란부(27) 상에 마련되어 있다. 마이크로 렌즈(17)에 의하면, 입사광(L1)을 광산란부(27)에 집광하는 것이 가능하다. 그 결과, 감도의 저하를 방지할 수 있다.
광산란부(27)는, 요철 구조를 포함해도 된다. 요철 구조는, 복수의 금속 구조체(27a)(복수의 볼록부)를 포함한다. 금속 구조체(27a)는, 광입력면(26a)으로부터 돌출된다.
광산란부(27)는, 플라스몬에 의해 생성되는 회절광을 발생 가능한 다양한 구조를 채용해도 된다. 광산란부(27)는, 주기적 구조를 포함해도 된다. 주기적 구조로서, 예를 들면, 복수의 구상(球狀) 구조로 해도 된다. 주기적 구조로서, 예를 들면, 복수의 기둥상 구조로 해도 된다. 이러한 구조는, 패턴 구조체와, 미립자 구조체로 분류할 수 있다.
패턴 구조체로서, 예를 들면, 회절 격자, 홀 어레이, 디스크 어레이, 슬릿 어레이, 안테나 어레이 및 불스아이 어레이가 예시된다. 회절 격자는, 예를 들면, 스트라이프상의 1차원 배열 구조여도 된다. 회절 격자는, 예를 들면, 정방 격자상의 2차원 배열 구조여도 된다. 회절 격자는, 예를 들면, 삼각 격자상의 2차원 배열 구조여도 된다. 홀 어레이는, 홀의 형상이, 원형, 직사각형 및 삼각형이어도 된다. 디스크 어레이는, 디스크의 형상이, 원판형, 직사각형, 삼각형 및 반구형이어도 된다. 슬릿 어레이는, 슬릿의 형상이 1차원 구조, 십자형 구조 및 아스터리스크형 구조여도 된다. 슬릿 어레이는, 각각의 구조가, 정방 격자상 또는 삼각 격자상으로 배열되어도 된다. 안테나 어레이는, 입자 페어형 구조, 로드 페어형 구조 및 보우타이형 구조여도 된다. 불스아이 어레이는, 개구와 동심원상의 요철 구조를 포함한 구조가 정방 격자상 또는 삼각 격자상으로 배열되어도 된다.
미립자 구조로서, 금속 재료에 의해 형성된 미립자가 예시된다. 금속 재료는, 예를 들면, 알루미늄, 은, 금 및 구리 등을 채용해도 된다. 미립자의 형상으로서, 구형 나노 입자, 금속 나노 쉘, 금속 나노 로드 및 금속 나노 와이어가 예시된다. 미립자 구조는, 국재형의 표면 플라스몬 공명을 이용한다. 미립자 구조로서 구형 나노 입자를 채용하는 경우에는, 입자간에 작용하는 갭 모드를 적용한다. 그 결과, 근적외 공명을 얻을 수 있다. 구형 나노 입자 및 나노 쉘의 직경은, 10㎚ 이상으로 해도 된다. 구형 나노 입자 및 나노 쉘의 직경은, 1㎛ 이하로 해도 된다. 나노 로드 및 나노 와이어의 직경은, 10㎚ 이상으로 해도 된다. 나노 로드 및 나노 와이어의 직경은, 300㎚ 이하로 해도 된다. 나노 로드 및 나노 와이어의 길이는, 50㎚ 이상으로 해도 된다. 나노 로드 및 나노 와이어의 길이는, 10㎛ 이하로 해도 된다. 미립자 구조를 형성하는 재료로서, TiN 등의 질화물계 나노 입자, 및 Mie 산란을 이용하는 Si 등의 고굴절률 나노 입자도 예시된다. 이들 미립자 구조는, 화학 합성법, 스퍼터법 및 진공 증착법을 이용하여 형성해도 된다. 진공 증착법에 의하면, 그레인 구조인 섬(島) 형상의 막을 형성할 수 있다.
주기성에 기초하는 표면 플라스몬 공명을 이용하는 구조의 주기 길이는, 100㎚ 이상이며, 파장 이하인 것이 바람직하다. 갭 모드에 기초하는 표면 플라스몬 공명을 이용하는 구조는, 입자 페어 등의 금속간 거리가 파장 이하인 것이 바람직하다. 예를 들면, 금속간 거리로서, 1㎚ 이상이 바람직하다. 금속간 거리로서, 100㎚ 이하가 보다 바람직하다. 구조체는, 엑시머 레이저 리소그래피, 전자선 묘화 리소그래피 및 집속 이온 빔 가공 기술 등에 의해 형성해도 된다.
(DTI)
발명자들의 추가적인 검토에 의해, 감도를 한층 더 향상시키기 위한 요인을 밝혀내기에 이르렀다. 감도 향상이 불충분하며, 크로스토크의 발생은, DTI(22)의 구성에 기인한다.
DTI(22)는, 서로 인접하는 화소(8) 사이에 마련되어 있다. DTI(22)는, 딥 트렌치(22a)와, 광반사부(22b)를 갖는다. 딥 트렌치(22a)는, 입사 측에 마련되어 있다. 광반사부(22b)는, 딥 트렌치(22a)에 매립된 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 채널 스톱 영역(24)은, 배선 영역(13) 측에 마련되어 있다. 딥 트렌치(22a)에 끼워진 영역에는, 전하 축적부(33a) 및 부유 확산층(FD) 등이 마련되어 있다. 딥 트렌치(22a)는, 화소(8)간의 광학적인 크로스토크를 억제한다. 딥 트렌치(22a)는, 신호 전자의 확산에 의한 크로스토크를 억제한다. 채널 스톱 영역(24)은, 화소(8)끼리를 전기적으로 분리한다. 보다 상세하게는, 채널 스톱 영역(24)은, 전하 축적부(33a) 및 N＋형 영역(34d)을 전기적으로 분리한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, DTI(22)는, 서로 인접하는 화소(8)를 광학적으로 분리한다. 따라서, DTI(22)는, 이상적으로는 모든 광을 반사하고, 모든 광을 투과하지 않는 것이 바람직하다. DTI(22)의 광반사성과 광차폐성이 충분하지 않을 경우에는, DTI(22)는, 충분히 광을 반사할 수 없다. 그 결과, 일부의 광은 DTI(22)를 투과한다. 인접하는 화소(8)에 새오나온 광은, 크로스토크의 원인이 된다.
도 8은, 제1 부재로부터 제2 부재로 광이 수직 입사했을 때의 반사율의 계산값을 나타낸다. 제1 부재는, 실리콘에 의해 구성된다. 제2 부재는, 은(Ag: 그래프 G8a), 구리(Cu: 그래프 G8b), 알루미늄(Al: 그래프 G8c), 산화실리콘(SiO2: 그래프 G8d), 텅스텐(W: 그래프 G8e) 중 어느 하나에 의해 구성된다. 횡축은, 진공 중에서의 광의 파장을 나타낸다. 종축은, 반사율을 나타낸다. 예를 들면, ToF법에 이용하는 광의 파장은, 850㎚ 또는 940㎚이다. 종래의 이미지 센서는, 산화실리콘(그래프 G8d) 또는 텅스텐(그래프 G8e)에 의해 구성된다. 그 경우, 반사율은, 20％ 이하인 것을 알 수 있었다.
감도를 향상시키기 위해서는, 광이 P형 베이스를 복수 회 통과하는 것이 필요하다. P형 베이스를 통과한 광은, DTI(22)에 입사한다. 입사한 광은, DTI(22)에 의해 반사된다. 광은, 다시 P형 베이스를 통과한다. 이 P형 베이스의 통과와 DTI(22)의 반사를 반복함으로써, 광의 흡수에 기여하는 광로 길이(L)가 연장된다. DTI(22)에 있어서의 반사의 횟수가 증가하면, 광로 길이(L)는 보다 연장된다. DTI(22)에 있어서의 반사의 횟수를 늘리기 위해서는, DTI(22)의 반사율(R)을 크게 하는 것이 중요하다.
예를 들면, DTI(22)가 광을 완전히 반사하는 경우를 가정한다. 광을 완전히 반사하는 경우는, 반사율(R) ＝ 1로서 표현할 수 있다. 반사율(R) ＝ 1로 가정했을 경우에, 광로 길이(L)는, 식 (18)에 의해 나타낼 수 있다. 식 (18)에 의하면, 광로 길이(L)는, 반사 횟수(k)에 대하여 비례하는 것을 알 수 있다.
[수 18]
θd: 산란각.
WPD(㎚): 제1 DTI(22)의 광반사부(22b)로부터 제2 DTI(22)의 광반사부(22b)까지의 거리(트렌치간 거리, P형 베이스의 폭).
W0(㎚): 입사 위치와 최초로 반사하는 DTI(22)까지의 거리.
k(회): 반사 횟수.
다음으로, 반사율이 1 미만인 경우를 나타낸다. 반사율이 1 미만인 경우에 의하면, 광로 길이(L)는, 식 (19)에 의해 나타낼 수 있다. 실효적인 광로 길이(L)는, 반사에 의해 감쇠된 만큼 짧아진다. 식 (19)에 의하면, 반사 횟수(k)에 대하여 반사광의 감쇠는, 등비수열에 의해 나타낼 수 있다. 도 9는, 반사율(R)로 반사할 때마다 광이 감쇠되는 모습을 모식적으로 나타낸 것이다.
[수 19]
θd: 산란각.
WPD(㎚): 제1 DTI(22)의 광반사부(22b)로부터 제2 DTI(22)의 광반사부(22b)까지의 거리(트렌치간 거리, P형 베이스의 폭).
W0(㎚): 입사 위치와 최초로 반사하는 DTI(22)까지의 거리.
k(회): 반사 횟수.
식 (19)에서, 우변의 제2항의 제2 인자를 실효 배율(EM)이라고 부른다. 반사 횟수(k)와 실효 배율(EM)과의 관계를 확인했다. 검토의 결과를 도 10에 나타낸다. 도 10은, 반사 횟수(k)와 실효 배율(EM)과의 관계를 나타낸다. 횡축은 반사 횟수를 나타낸다. 종축은 실효 배율(EM)을 나타낸다. 구체적으로는, 도 10에는, 반사 횟수(k)가 1회 내지 14회인 경우의 실효 배율(EM)을 나타냈다. 각각의 그래프 G10a ∼ G10j와 실효 배율(EM)과의 대응은 이하와 같다.
그래프 G10a: EM ＝ 1.0.
그래프 G10b: EM ＝ 0.9.
그래프 G10c: EM ＝ 0.8.
그래프 G10d: EM ＝ 0.7.
그래프 G10e: EM ＝ 0.6.
그래프 G10f: EM ＝ 0.5.
그래프 G10g: EM ＝ 0.4.
그래프 G10h: EM ＝ 0.3.
그래프 G10i: EM ＝ 0.2.
그래프 G10j: EM ＝ 0.1.
반사 횟수(k)가 무한회인 경우에 대해서, 반사율(R)과 실효 배율(EM)과의 관계를 확인했다. 그 결과를, 도 11에 나타낸다. 횡축은, 반사율(R)을 나타낸다. 종축은, 실효 배율(EM)을 나타낸다. 그래프 G11을 참조하면, 무한회의 반사를 하고 있음에도 불구하고, 반사율(R)이 작은 경우에는, 실효 배율(EM)은 작은 값에 머무르는 것을 알 수 있다. 반사율(R)이 0.8을 초과하면 실효 배율(EM)은 급격하게 커지는 것을 알 수 있다. 도 11에 나타난 결과에 의하면, DTI(22)의 반사율(R)은 0.8 이상으로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.
0.8 이상의 반사율(R)을 실현할 수 있는 DTI(22)의 구성을 검토했다. 반사율(R)은, 실리콘으로부터 DTI(22)를 구성하는 매설 재료로의 입사광의 반사율(R)이다. 매설 재료의 복소 굴절률에 기초하여, 원하는 반사율(R)을 실현하는 구성을 검토했다. 단순화를 위해 수직 입사를 가정한다. 그 결과, 반사율(R)은, 식 (20)에 의해 얻어진다.
[수 20]
N1: 실리콘의 굴절률.
n1: 실리콘의 굴절률의 실부.
k1: 실리콘의 굴절률의 허부.
N2: 매설 재료(광반사부(22b))의 굴절률.
n2: 매설 재료(광반사부(22b))의 굴절률의 실부.
k2: 매설 재료(광반사부(22b))의 굴절률의 허부.
도 12는, 각종 재료에 있어서의 굴절률을 정리한 일람이다. 식 (20)에, 도 12에 나타내는 실리콘의 복소 굴절률을 대입한다. 그러면, R ＝ 0.8인 경우의 n2와 k2와의 관계식을 구할 수 있다. 도 13은, 그 관계식의 그래프 G13으로서 나타낸 것이다. 횡축은 실수부 n2를 나타낸다. 종축은 허수부 k2를 나타낸다. 마름모꼴의 마커(M13a)는 파장 800㎚인 경우에 대응한다. 십자형 마커(M13b)는, 파장 1100㎚인 경우에 대응한다. 마커(M13a, M13b)는, 서로 거의 중복되어 있다. 그리고, 파장 800㎚부터 파장 1100㎚까지의 값이어도, 대략 마찬가지의 경향을 나타낸다. 즉, 마커(M13a, M13b)는, 서로 거의 중복된다. 마커(M13a, M13b)를 기준으로 하여 좌측 상단 영역(A13)에서는, 반사율이 0.8 이하이다. 그래프 G13은, 마커(M13a, M13b)의 직선 근사이다. 그래프 G13을 이용하면, 반사율(R)이 0.8 이상이 되는 조건은, 식 (21)에 의해 나타난다.
[수 21]
도 8에 의하면, 파장 800㎚ 이상의 근적외선 영역에서는 은 및 구리의 반사율(R)이 높은 것을 알 수 있다. 파장 800㎚ 이상의 근적외선 영역에서는 은 및 구리가 DTI(22)에 매립하는 재료로서 적합하다. 도 12에 나타낸 복소 굴절률의 값을 보면, 은 및 구리는 식 (21)을 충족시키고 있다. DTI(22)를 구성하는 재료로서, 은 또는 구리가 가장 바람직하다. 금, 백금 및 비스무트도 식 (21)을 충족시키고 있다. 따라서, DTI(22)를 구성하는 재료로서, 금, 백금 및 비스무트도 바람직하다.
도 14는, 각종 재료의 복소 굴절률, 참고원, 실리콘과의 관계에 있어서의 반사율(R), 유전율의 실수부 및 유전율의 허수부를 정리한 일람이다. 이들 값은, 파장 940㎚인 경우의 값이다. 반사율(R)을 기준으로 했을 때, 반사율(R)이 0.8 이상인 재료는, 은, 구리, 리튬, 금, 및 비스무트이다. 재료의 안정성에서 보면, 이들 중, 은, 구리, 금, 및 비스무트를 선택하는 것이 바람직하다.
DTI(22)의 광학적인 특성은, 매설 재료의 종류에 더하여, 매설 재료의 두께도 영향을 미친다. 광학적인 특성이란, 투과율이다. 투과율은, 크로스토크에 영향을 미친다. DTI(22)를 구성하는 매설 재료의 두께와 투과율에 대해서 검토한다. 도 15의 (a)는, 검토용의 해석 모델의 개략도이다. 도 15의 (b)는 막두께와 반사율(R)과의 관계를 나타낸다. 횡축은 막두께를 나타낸다. 종축은 반사율(R)을 나타낸다. 각 그래프와 매설 재료와의 관계는, 하기와 같다.
은: 그래프 G15a.
구리: 그래프 G15b.
알루미늄: 그래프 G15c.
산화실리콘: 그래프 G15d.
텅스텐: 그래프 G15e.
매설 재료의 두께는, DTI(22)의 횡폭과 같은 의미이다. 크로스토크는, 투과율에 거의 상관한다. 통상의 실용에 견디는 크로스토크를 5％ 이하로 했을 경우에는, 투과율을 5％ 이하로 한다. 매설 재료의 두께는, 하기의 값 이상이면 된다.
은: 막두께 45㎚.
구리: 막두께 50㎚.
알루미늄: 막두께 35㎚.
도 15의 (c)는, 막두께와 투과율과의 관계를 나타낸다. 횡축은 막두께를 나타낸다. 종축은 투과율을 나타낸다. 각 그래프와 매설 재료와의 관계는, 하기와 같다.
은: 그래프 G15i.
구리: 그래프 G15h.
알루미늄: 그래프 G15j.
산화실리콘: 그래프 G15f.
텅스텐: 그래프 G15g.
예를 들면, 도 15의 (b)의 그래프 G15a ∼ G15e를 참조하면, 알루미늄(그래프 G15c)의 경우, 반사율은 은(그래프 G15a), 구리(그래프 G15b)와 비교하여 높지는 않은 것을 알 수 있었다. 도 15의 (c)의 그래프 G15j를 참조하면, 알루미늄은, 투과율이 작다는 우수한 특성을 가지고 있는 것을 알 수 있었다.
상술한 검토의 결과, DTI(22)의 매설 재료로서 채용할 수 있는 금속의 종류와, 금속의 종류마다 설정되는 DTI(22)의 폭을 열기(列記)하면, 이하와 같다. 본 명세서에서 말하는 「DTI(22)의 폭」이란, 딥 트렌치(22a)의 폭이라고 바꿔 읽어도 된다. 「DTI(22)의 폭」이란, 광반사부(22b)의 폭이라고 바꿔 읽어도 된다.
매설 재료가 은 또는 은을 주성분으로서 포함하는 재료일 때, DTI(22)의 폭은 45㎚ 이상이다.
매설 재료가 구리 또는 구리를 주성분으로서 포함하는 재료일 때, DTI(22)의 폭은 50㎚ 이상이다.
매설 재료가 금 또는 금을 주성분으로서 포함하는 재료일 때, DTI(22)의 폭은 60㎚ 이상이다.
매설 재료가 백금 또는 백금을 주성분으로서 포함하는 재료일 때, DTI(22)의 폭은 30㎚ 이상이다.
매설 재료가 비스무트 또는 비스무트를 주성분으로서 포함하는 재료일 때, DTI(22)의 폭은 70㎚ 이상이다.
매설 재료가 알루미늄 또는 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 재료일 때, DTI(22)의 폭은 35㎚ 이상이다.
DTI(22)는, 트렌치 계면으로부터의 암전류를 방지하기 위한 음전하 유지막을 가질 경우도 있다. 음전하 유지막으로서는, 산화알루미늄을 이용해도 된다. 음전하 유지막으로서는, 실리콘 질화물을 이용해도 된다. 음전하 유지막이 반사율 및 투과율에 미치는 영향을 검토했다. 도 15의 (b) 및 도 15의 (c)에서, 파선으로 나타내는 그래프는, 음전하 유지막이 존재하는 경우의 결과를 나타낸다. 음전하 유지막으로서, 실리콘과 금속 사이에 마련한 막두께 5㎚인 알루미나층을 설정했다. 도 15의 (b) 및 도 15의 (c) 중 어느 것에 있어서도, 음전하 유지막의 유무에 따라, 막두께와 반사율과의 관계에는 유의(有意)한 영향을 미치고 있지 않은 것을 알 수 있었다. 투과율에 대해서도 마찬가지인 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, 음전하 유지막은, 막두께와 투과율과의 관계에는 유의한 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있었다.
발명자들은, DTI(22)에 관해, 다른 시점에서도 검토를 더했다. 상술한 DTI(22)에 관한 논의에서는, DTI(22)를 구성하는 재료에 주목했다. 발명자들은, 또한, 서로 인접하는 DTI(22)의 간격(WPD)에도 주목했다. 구체적으로는, 금속 플라스몬 구조에 의해 회절한 광은, DTI(22)에 의해 반복하여 반사된다. 그 결과, 회절한 광은, 정재파로서 간섭장을 형성한다. 제1 DTI(22)(제1 격리 벽부)로부터 제2 DTI(22)(제2 격리 벽부)까지의 간격(WPD)은, 정재파에서의 간섭의 강화 조건을 충족시킨다. 간섭의 강화 조건을 충족시키도록 간격(WPD)을 설정함으로써 광흡수의 효율을 최대화할 수 있다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 제1 DTI(22)로부터 제2 DTI(22)까지의 간격(WPD)을 규정한다. 제1 DTI(22)로부터 제2 DTI(22)까지의 간격(WPD)은, 제1 DTI(22)와 제2 DTI(22) 사이에 끼워진 광전 변환부(26)의 폭이다. 간격(WPD)은, 식 (22)에 의해 규정된다.
[수 22]
WPD: 제1 DTI(22)의 광반사부(22b)로부터 제2 DTI(22)의 광반사부(22b)까지의 거리.
P: 복수의 금속 구조체(27a)의 주기 길이.
Wmetal: 금속 구조체(27a)의 폭.
M: 금속 구조체(27a)의 수, 즉, 금속 구조체(27a)의 주기 수.
j: 0 또는 양의 정수.
변수 XL 및 변수 XR는, 식 (23)을 충족시킨다.
[수 23]
XL: 금속 구조체(27a)로부터 제1 DTI(22)까지의 거리.
XR: 금속 구조체(27a)로부터 제2 DTI(22)까지의 거리.
금속 구조체(27a)의 간격(Wmetal)을 정의하지 않을 경우에는, 간격(WPD)은, 식 (24)에 의해 규정해도 된다.
[수 24]
WPD: 제1 DTI(22)의 광반사부(22b)로부터 제2 DTI(22)의 광반사부(22b)까지의 거리.
P: 복수의 금속 구조체(27a)의 주기 길이.
M: 복수의 금속 구조체(27a)의 주기 수, 즉, 금속 구조체의 개수.
j: 0 또는 양의 정수.
상술한 간격(WPD)의 논의는, 광산란부(27)가 주기적인 구조를 가질 경우에 성립된다. 그러나, 상술한 간격(WPD)의 논의는, 광을 산란하는 구조를 갖는 것과, 정재파에서의 간섭의 강화 조건을 충족시키는 것이 중요하다. 광산란부(27)가 주기적인 구조를 갖는 것은 필수의 요건은 아니다. 광산란부(27)가 주기 길이(P)를 규정할 수 없는 비주기 구조인 경우의 간격(WPD)의 논의는, 변형예의 란에서 설명한다.
<고체 촬상 장치의 제조 방법>
이하, 고체 촬상 장치(1)의 제조 방법을 설명한다.
실리콘 웨이퍼를 준비한다. 다음으로, 고체 촬상 장치(1)에 있어서 배선 영역(13) 측이 되는 실리콘 웨이퍼의 일부에, 전하 축적부(33a), 포토다이오드 핀닝층(33b), 트랜지스터, 및 배선(18) 등의 구성물을 형성한다. 이 공정에 의해, 센서 기판(12)이 형성된다. 다음으로, 센서 기판(12)을 지지 기판(11)에 접합한다. 이 공정에서는, 전하 축적부(33a) 등이 형성된 측의 면이 지지 기판(11)에 접합된다. 지지 기판(11)은, 회로가 형성된 웨이퍼를 채용해도 된다. 지지 기판(11)으로서 회로가 형성된 웨이퍼를 채용한 경우에는, 집적도를 보다 높일 수 있다.
다음으로, 센서 기판(12)의 두께를 조정한다. 구체적으로는, 센서 기판(12)의 광입력면(26a)으로부터 센서 기판(12)을 깎는다. 센서 기판(12)의 두께는, 통상의 가시광용의 경우에는 2㎛ 이상 4㎛ 이하이다. 근적외광용의 경우에는, 통상, 센서 기판(12)의 두께가 2㎛ 이상 4㎛ 이하인 경우에는, 근적외광을 충분히 흡수할 수 없다. 고체 촬상 장치(1)의 구성에 의하면, 센서 기판(12)의 두께가 2㎛ 이상 4㎛ 이하여도, 충분히 근적외광을 검출 가능하다.
다음으로, 핀닝 영역(36)을 형성한다. 구체적으로는, 센서 기판(12)의 광입력면(26a)에 붕소를 이온 주입한다. 이온 주입의 에너지는, 최저 0.2keV이다. 이온 주입의 에너지는, 0.2keV 이상이다. 이온 주입의 에너지는, 1keV 이하이다. 이온 주입 후에, 활성화를 위한 레이저 어닐을 행한다. 산화막을 통해 이온 주입을 행해도 된다. 이 경우에는, 불순물 농도의 분포에 있어서 불순물 농도의 피크는, 입사 측의 계면 또는 산화막 중에 생긴다. 이온 주입량은, 1 × 1014㎝-3 이상이 바람직하다. 이온 주입량은, 3 × 1015㎝-3 이하가 바람직하다. 다음으로, 이온 주입 후, 레이저 어닐을 행한다. 레이저 어닐에 의하면, 배선 영역(13) 측에 형성된 트랜지스터 및 배선에 손상을 주는 일 없이 어닐을 행할 수 있다. 레이저 어닐을 행할 때에는, 레이저 어닐의 에너지를 낮춘다. 즉, 레이저 어닐을 행할 때, 실리콘을 용융시키지 않는다. 이 조건을 충족시킴으로써, 용융 부분의 불순물 농도가 일정해지는 것을 억제할 수 있다. 용융시키지 않는 조건의 레이저 어닐을 복수 회 행함으로써, 불충분한 불순물의 활성 상태를, 불순물의 활성이 충분한 상태로 변화시킬 수 있다. 크로스토크를 방지하기 위한 딥 트렌치(22a)를 형성한다.
이면(입사면) 측으로부터 DTI(22)를 작성하는 방법을 설명한다. DTI(22)를 작성하는 방법은, 딥 트렌치(22a)를 파는 에칭 공정 S1과, 딥 트렌치(22a)에 금속을 매립하는 공정 S3을 포함한다. P형 베이스(100)의 주면에 하드 마스크(101)를 형성한다. 다음으로, 딥 트렌치(22a)를 형성한다. 딥 트렌치(22a)는, 이방성 에칭 공정과, 측벽 보호막의 형성 공정을 교대로 복수 회 행함으로써 형성한다(도 17의 (a) 참조). 이러한 공정에 의하면, 아스펙트비(DTI(22)의 폭과 깊이의 비)가 큰 딥 트렌치(22a)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 17의 (b)에 나타내는 바와 같이, 딥 트렌치(22a)의 내면에 5㎚ 정도의 알루미나(Al2O3)의 막을 형성한다(공정 S2). 알루미나(Al2O3)의 막은, 음전하 유지막(52)이다. 하드 마스크(101)를 제거한다. 다음으로, 막을 형성한다. 막의 형성에는, ALD(Atomic layer deposition)를 이용해도 된다. ALD에 의한 공정에 의하면, 아스펙트비가 큰 딥 트렌치(22a)에 대하여 균일한 막을 형성할 수 있다. DTI(22)의 음전하 유지막(52)과 이면 측의 음전하 유지막(미도시)을 동일 공정에서 형성해도 된다. 음전하 유지막(52)에 의하면, 딥 트렌치(22a)의 계면에 정공이 축적된다. 그 결과, 계면 준위로부터의 암전류가 억제된다.
다음으로, 도 17의 (c)에 나타내는 바와 같이, 딥 트렌치(22a)에 광반사부(22b)가 되는 재료를 배치한다. 공정 S3에는, 원자층 퇴적법을 이용해도 된다. 매설 재료와, 원료 가스(Precursor, 프리커서, 전구체)와의 관계는, 이하와 같다.
매설 재료가 은인 경우는, 은을 포함하는 원료 가스를 이용한다. 은을 포함하는 원료 가스로서, 은을 포함하는 원료 가스는, 「트리에틸포스핀(6,6,7,7,8,8,8-헵타플루오로-2,2-디메틸-3,5-옥탄디오네이트)은(Ⅰ)」(triethylphosphine(6,6,7,7,8,8,8-heptafluoro-2,2-dimethyl-3,5-octanedionate) silver(Ⅰ))을 이용해도 된다.
매설 재료가 구리인 경우는, 구리를 포함하는 원료 가스를 이용한다. 구리를 포함하는 원료 가스로서, 하기 가스를 이용해도 된다.
·「비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트)구리(Ⅱ)」(Cu(thd)2, (thd＝2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptane dionate, Cu(OCC(CH3)3CHCOC(CH3)3)3)2)).
·「비스(6,6,7,7,8,8,8-헵타플루오로-2,2-디메틸-3,5-옥탄디오네이트)구리(Ⅱ)」(Cu(OCC(CH3)3CHCOCF2CF2CF3)2)).
매설 재료가 금인 경우는, 금을 포함하는 원료 가스를 이용한다. 금을 포함하는 원료 가스로서, 하기 가스를 이용해도 된다.
·트리메틸(트리메틸포스핀)금(Ⅲ)(Trimethyl(trimethylphosphine) gold(Ⅲ), Me3AuPMe3(Me＝Methyl)).
매설 재료가 알루미늄인 경우는, 알루미늄을 포함하는 원료 가스를 이용한다. 알루미늄을 포함하는 원료 가스로서, 하기 가스를 이용해도 된다.
·트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, TMA.
·트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5 3,5-헵탄디오네이트)알루미늄(Al(C11H19O2)3, Al(DPM)3).
·트리에틸알루미늄(Al(C2H5)3, TEA).
매설 재료가 비스무트인 경우는, 비스무트를 포함하는 원료 가스를 이용한다. 비스무트를 포함하는 원료 가스로서, 하기 가스를 이용해도 된다.
·트리페닐비스무트(triphenylbismuth(Ph)3(Ph＝phenyl)).
·트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트)비스무트(2,2,6,6-Tetramethyl-3,5-heptanedionate(Ⅲ)Bi(Bi(TMHD)3)).
·비스(아세테이트-O)트리페닐비스무트(Bis(acetato-O)triphenylbismuth(Ph3Bi(Oac)2, (CH3CO2)2Bi(C6H5)3))(하기 화학식도 참조).
·트리스(2-메톡시페닐)비스무틴(Tris(2-methoxyphenyl)bismuthine((CH3OC6H4)3Bi)).
·트리(tert-부틸옥시)비스무트(Tri-tert-butoxybismuth(Ⅲ), Tri(tert-butyloxy) bismuth).
·트리스(1,1,2-트리메틸프로필옥시)비스무트.
·트리스(1,1-디이소프로필-2-메틸프로필옥시)비스무트.
매설 재료가 백금인 경우는, 백금을 포함하는 원료 가스를 이용한다. 백금을 포함하는 원료 가스로서, 하기 가스를 이용해도 된다.
「트리메틸(메틸시클로펜타디에닐)백금(Ⅳ)(C5H4CH3Pt(CH3)3).
상기의 원료 가스에서는, 탄화수소기의 탄소수는 1 이상이면 좋다. 그 외의 원료 가스로서, M(C5H5)2 또는 (CH3C5H4)M(CH3)3을 이용해도 좋다.
다음으로, 화학 기계 연마(CMP: chemical mechanical polishing)에 의해 딥 트렌치(22a) 외에 퇴적된 매설 재료를 제거한다.
다음으로, 도 17의 (d)에 나타내는 바와 같이, 보호막(53)을 형성한다(공정 S4). 보호막(53)에 의하면, 딥 트렌치(22a)에 매설된 은 또는 구리의 부식을 억제할 수 있다. 보호막(53)은, 알루미나여도 된다. 음전하 유지막(52)이 보호막(53)을 겸해도 된다. 음전하 유지막(52)과는 별개로 보호막(53)을 마련해도 좋다.
다음으로, 딥 트렌치 형성 후, 광산란부(27)의 형성을 행한다.
광산란부(27) 상에 컬러 필터(16) 및 마이크로 렌즈(17)를 형성한다. 이상의 공정을 거쳐 고체 촬상 장치(1)를 얻을 수 있다.
<작용 효과>
고체 촬상 장치(1)는, 복수의 금속 구조체(27a)를 포함하는 광산란부(27)에 의해 입사광(L1)을 회절한다. 복수의 금속 구조체(27a)를 포함하는 광산란부(27)에 의한 광의 회절은, 플라스몬 현상에 기인한다. 회절광의 발생은, 복수의 금속 구조체(27a)의 배치를 규정하는 주기 길이(P)에 의해 제어할 수 있다. 따라서, 식 (25)에 나타내는 바와 같이, 원하는 산란각(θd)을 얻을 수 있다. 그 결과, 입사광(L1)의 파장(λ)과 광전 변환부(26)의 광흡수 특성으로부터 정해지는 광로 길이(L)를 확보하는 것이 가능하다. 따라서, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
[수 25]
식 (26)을 만족하는 구성을 구비한 고체 촬상 장치(1)는, 광전 변환부(26)의 두께 방향으로 직진하는 0차 회절광의 비율이 낮아진다. 광전 변환부(26)의 두께 방향에 대하여 비스듬한 방향으로 진행하는 차수의 회절광의 비율이 높아진다. 그 결과, 광전 변환부(26)에서의 회절광의 광량과 전파 거리를 원하는 태양으로 할 수 있다. 따라서, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
[수 26]
식 (27)을 충족시키는 금속에 의해 형성한 DTI(22)는, 회절광을 바람직하게 반사시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 높일 수 있다.
[수 27]
금속은 근적외선 영역에서, 특유의 광학 특성을 갖고 있다. 환언하면, 금속은 근적외선 영역에서, 특유의 복소 굴절률을 갖고 있다. 따라서, 광반사부(22b)를 형성하는 금속의 선택은 중요하다. 광산란부(27)가 존재하지 않을 경우, 입사광(L1)은 크게 각도를 바꾸지 않는다. DTI(22)의 측면에의 입사 각도가 커진다. 그 결과, 경우에 따라서는 전체 반사가 될 수도 있다. 따라서, 반사율(R)이 커질 가능성이 있다. 광산란부(27)가 존재할 경우에는, DTI(22)의 측면에의 입사각이 작아질 경우가 있다. 식 (26)에 의하면, 근적외선 영역에 적합한 금속에 의해 형성된 DTI(22)를 구성하는 것이 가능하다. 그 결과, DTI(22)는, 반사율(R)을 높게 하는 것이 가능하다. DTI(22)는, 투과율을 낮게 할 수도 있다. 게다가, DTI(22)는, 미세화할 수도 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했다. 본 발명의 고체 촬상 장치는, 상기의 실시형태에 한정되지 않는다.
(변형예: 비주기 구조에서의 최적 트렌치 간격)
광산란부(27)가 비주기 구조일 때의 DTI(22)의 간격(WPD)에 대해서 설명한다. 실리콘 수광면이 피라미드 형상, 삼각기둥 구조 또는 랜덤의 요철 구조를 갖고 있을 경우에, 광산란부(27)는 비주기 구조라고 할 수 있다. 광산란부(27)가 비주기 구조인 경우에는, 주기 길이(P)와 같은 변수에 의해 구조를 특정하지 않는다. 광전 변환부(26)의 내부에서의 전파 파장의 정수배와 같은 간섭 조건을 이용하여 간격(WPD)을 정의한다. 이 정의에 의하면, 주기 길이(P) 및 주기 수(M)는 불필요하다. 정의는, 전파 파장의 정수배에 오프셋 레인지를 가산한 형식이 된다.
광산란부(27)가 비주기 구조일 때의 DTI(22)의 간격(WPD)은, 식 (28)에 의해 규정할 수 있다.
[수 28]
WPD: 제1 DTI(22)의 광반사부(22b)로부터 제2 DTI(22)의 광반사부(22b)까지의 거리.
nSi: 광전 변환부(26)(실리콘)의 굴절률의 실부.
k0: 입사광의 파수.
θd: 산란각.
m: 자연수.
도 18에 나타내는 바와 같이, 광산란부(27)는, 제1 주기 구조(27M1)와, 제2 주기 구조(27M2)를 구비해도 된다.
제1 주기 구조(27M1)는, 복수의 금속 구조체(27a)를 포함한다. 금속 구조체(27a)는, 제1 방향(D1)을 따라 등간격으로 배치되어 있다. 금속 구조체(27a)의 배치는, 제1 주기 길이(P1)에 따라 규정된다. 제1 주기 길이(P1)는, 입사광(L1)의 파장(λ)에 기초하여 결정해도 된다. 제1 주기 길이(P1)는, 산란각(θd)에 기초하여 결정해도 된다.
제2 주기 구조(27M2)는, 복수의 금속 구조체(27a)를 포함한다. 금속 구조체(27a)는, 제1 주기 구조(27M1)를 구성하는 금속 구조체(27a)여도 된다. 금속 구조체(27a)는, 다른 금속 구조체(27a)여도 된다. 도 18의 광산란부(27)는, 제2 주기 구조(27M2)를 구성하는 금속 구조체(27a)가 제1 주기 구조(27M1)를 구성하는 금속 구조체(27a)와 공통인 경우를 나타낸다.
금속 구조체(27a)는, 제2 방향(D2)을 따라 등간격으로 배치되어 있다. 제2 방향(D2)은, 제1 방향(D1)에 대하여 경사져 있다. 제2 방향(D2)은, 제1 방향(D1)에 대하여 평행은 아니다. 도 18에 나타내는 예시에서는, 제2 방향(D2)은, 제1 방향(D1)에 대하여 직교한다. 금속 구조체(27a)의 배치는, 제2 주기 길이(P2)에 따라 규정된다. 제2 주기 길이(P2)는, 입사광(L1)의 파장(λ)에 기초하여 결정해도 된다. 제2 주기 길이(P2)는, 산란각(θd)에 기초하여 결정해도 된다. 제2 주기 길이(P2)는, 제1 주기 길이(P1)와 다르다. 예를 들면, 제2 주기 구조(27M2)가 대상으로 하는 입사광(L1)의 파장(λ)과, 제1 주기 구조(27M1)가 대상으로 하는 입사광(L1)의 파장(λ)을 다르게 할 수 있다. 제2 주기 구조(27M2)에 의한 제2 산란각(θd)을, 제1 주기 구조(27M1)에 의한 제1 산란각(θd)과 다르게 할 수 있다.
도 19에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상 장치(1A)는, 전하 유지막(81)을 구비해도 된다. 전하 유지막(81)은, 광산란부(27)와 광전 변환부(26) 사이에 마련되어 있다.
본 명세서에서는, 고체 촬상 장치의 광전 변환 효율을 높이기 위한 요소 기술을 설명했다. 광전 변환 효율을 높이기 위한 요소 기술은, 첫째, 광산란부(27)에서 큰 산란각(θd)을 얻는 기술이다. 둘째, DTI(22)에 있어서 큰 반사율(R)을 얻는 기술이다. 셋째, 광전 변환부(26)에서 정재파를 형성하는 기술이다. 제1 요소 기술은, 미세 금속 구조에 의한 플라스몬에 의해 생기는 회절광의 이용이다. 제2 요소 기술은, DTI(22)를 구성하는 최적의 금속 재료의 선택이다. 제3 요소 기술은, DTI(22)의 간격(WPD)의 최적화이다. 환언하면, 제3 요소 기술은, 광전 변환부(26)의 폭의 최적화이다. 제1 요소 기술과, 제2 요소 기술과, 제3 요소 기술 모두를 구비한 고체 촬상 장치가 가장 좋은 광전 변환 효율을 달성할 수 있다. 고체 촬상 장치가 3개의 요소의 기술 중, 적어도 하나라도 구비하고 있으면, 광전 변환 효율을 높이는 효과를 얻을 수 있다.
3개의 요소 기술에 기초하여 본 건 발명의 대상이 되는 고체 촬상 장치를 열기한다.
제1 태양인 고체 촬상 장치는, 제1 요소 기술과, 제2 요소 기술과, 제3 요소 기술을 모두 구비한다. 이 고체 촬상 장치는, 실시형태에서 설명한 것이다.
제2 태양인 고체 촬상 장치는, 제1 요소 기술과, 제2 요소 기술을 구비한다. 제3 요소 기술에 관한 DTI(22)의 간격(WPD)은, 임의의 값을 채용해도 된다.
제3 태양인 고체 촬상 장치는, 제1 요소 기술과, 제3 요소 기술을 구비한다. 제2 요소 기술에 관한 DTI(22)의 재료는, 임의의 재료를 채용해도 된다.
제4 태양인 고체 촬상 장치는, 제1 요소 기술을 구비한다. 제2 요소 기술에 관한 DTI(22)의 재료는, 임의의 재료를 채용해도 된다. 제3 요소 기술에 관한 DTI(22)의 간격(WPD)은, 임의의 값을 채용해도 된다.
제5 태양인 고체 촬상 장치는, 제2 요소 기술과, 제3 요소 기술을 구비한다. 제1 요소 기술에 관한 광산란부는, 플라스몬에 의한 산란광을 발생시키는 것이 아니어도 된다. 제5 태양의 고체 촬상 장치는, 광산란부로서 주기적인 구조를 갖는 것을 채용해도 된다. 예를 들면, 도 20의 (a)에 나타내는 바와 같이, 고체 촬상 장치(1B)는, 광산란부(27B)로서 피라미드상의 산란층 또는 삼각기둥열의 산란층을 채용해도 된다.
제6 태양인 고체 촬상 장치는, 제2 요소 기술을 구비한다. 제1 요소 기술에 관한 광산란부는, 플라스몬에 의한 산란광을 발생시키는 것이 아니어도 된다. 제6 태양의 고체 촬상 장치는, 광산란부로서 주기적인 구조를 갖는 것을 채용해도 된다. 예를 들면, 광산란부로서 피라미드상의 산란층 또는 삼각기둥열의 산란층을 채용해도 된다. 제3 요소 기술에 관한 DTI(22)의 간격(WPD)은, 임의의 값을 채용해도 된다.
제7 태양인 고체 촬상 장치는, 제3 요소 기술을 구비한다. 제1 요소 기술에 관한 광산란부는, 플라스몬에 의한 산란광을 발생시키는 것이 아니어도 된다. 제7 태양의 고체 촬상 장치는, 광산란부로서 주기적인 구조를 갖는 것을 채용해도 된다. 예를 들면, 광산란부로서 피라미드상의 산란층을 채용해도 된다. 즉, 제2 요소 기술에 관한 DTI(22)의 재료는, 임의의 재료를 채용해도 된다.
제8 태양인 고체 촬상 장치는, 제2 요소 기술과, 제3 요소 기술을 구비한다. 제1 요소 기술에 관한 광산란부는, 플라스몬에 의한 산란광을 발생시키는 것이 아니어도 된다. 도 20의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제8 태양의 고체 촬상 장치(1C)는, 광산란부(27C)로서 비주기적인 구조를 갖는 것을 채용해도 된다. 예를 들면, 광산란부로서 랜덤 요철상의 산란층을 채용해도 된다.
제9 태양인 고체 촬상 장치는, 제2 요소 기술을 구비한다. 제1 요소 기술에 관한 광산란부는, 플라스몬에 의한 산란광을 발생시키는 것이 아니어도 된다. 제9 태양의 고체 촬상 장치는, 광산란부로서 비주기적인 구조를 갖는 것을 채용해도 된다. 예를 들면, 광산란부로서 랜덤 요철상의 산란층을 채용해도 된다. 제3 요소 기술에 관한 DTI(22)의 간격(WPD)은, 임의의 값을 채용해도 된다.
제10 태양인 고체 촬상 장치는, 제3 요소 기술을 구비한다. 제1 요소 기술에 관한 광산란부는, 플라스몬에 의한 산란광을 발생시키는 것이 아니어도 된다. 제10 태양의 고체 촬상 장치는, 광산란부로서 비주기적인 구조를 갖는 것을 채용해도 된다. 예를 들면, 광산란부로서 랜덤 요철상의 산란층을 채용해도 된다. 즉, 제2 요소 기술에 관한 DTI(22)의 재료는, 임의의 재료를 채용해도 된다.
광산란 구조로서, 피라미드상의 산란층 또는 이등변 삼각기둥의 산란층을 채용한 경우의 특성을 검토했다. 검토에 있어서, 도 21의 (a)에 나타내는 바와 같이, 광이 실리콘 산화막으로부터 실리콘으로 입사하는 경우를 가정했다. 부호 L1은 입사광이다. 부호 LA는 굴절광(산란광)이다. 부호 LB는 반사광이다. 부호 δ는 입사각이다. 부호 θ2는 굴절각이다. 부호 α는 입사면의 경사각이다. 부호 θd는 산란각이다. 산란각(θd)은 굴절각과 입사면의 경사각(α)의 합이다. 제1 검토에서는, 반사 횟수를 1회로 했을 경우의 특성을 구했다. 제2 검토에서는, 반사 횟수를 3회로 했을 경우의 특성을 구했다.
이하, 고체 촬상 장치에 대해서 행한 몇 가지 검토의 결과를 설명한다.
(제1 검토)
도 21의 (b)는, 제1 검토의 결과를 나타낸다. 횡축은 입사면의 경사각(α)을 나타낸다. 입사면의 경사각(α)은, 광산란부(27S)를 구성하는 피라미드면의 기울기 또는 랜덤의 요철을 형성하는 1개의 면의 기울기에 상당한다. 제1 종축은, 반사율(R)(그래프 G21a)을 나타낸다. 제2 종축은 산란각(θd)(그래프 G21b)을 나타낸다. 반사율(R)은, S 편광과 P 편광과의 평균값으로서 나타냈다. 광의 파장(λ)은 940㎚로 했다.
그래프 G21b에 의하면, 산란각(θd)은 입사면의 경사각(α)에 대하여 비례하는 것을 알 수 있었다. 그래프 G21a에 의하면, 반사율(R)은 입사면의 경사각(α)이 50도보다 큰 경우에, 급격하게 증대하는 것을 알 수 있었다. 반사율(R)의 허용값이 0.3이라고 하면, 반사율(R)이 0.3인 경우의 입사면의 경사각(α)은, 73도이다. 반사율(R)이 0.3인 경우의 산란각(θd)은, 50도이다. 산란각(θd)이 클수록, 광로 길이(L)를 길게 할 수 있다. 따라서, 광흡수의 관점에서 보면, 산란각(θd)을 크게 설정하는 것이 바람직하다. 산란각(θd)을 크게 하기 위한 조건에 의하면, 반사율(R)은 증대해 버린다. 따라서, 광전 변환부(26)에 입사하는 광이 원래 감소해 버리는 것을 알 수 있었다.
(제2 검토)
이등변 삼각기둥열을 채용한 경우의 특성을 계산했다. 도 22의 (a) ∼ (d), 도 23의 (a) ∼ (d), 및 도 24의 (a)는, 광의 진로를 모식적으로 나타낸다. 각각의 도면에서는, 이하에 열기하는 바와 같이 입사면의 경사각(α)이 다르다. 부호 L1은 입사광이다. 부호 LA는 굴절광(산란광)이다. 부호 LB는 반사광이다. 부호 LA2는 제2 굴절광이다. 부호 LB2는 2회째의 반사광이다.
도 22의 (a): 60도 ＜ 경사각(α).
도 22의 (b): 경사각(α) ＝ 60도.
도 22의 (c): 54도 ＜ 경사각(α) ＜ 60도.
도 22의 (d): 경사각(α) ＝ 54도.
도 23의 (a): 45도 ＜ 경사각(α) ＜ 54도.
도 23의 (b): 경사각(α) ＝ 45도.
도 23의 (c): 30도 ＜ 경사각(α)＜ 45도.
도 23의 (d): 경사각(α) ＝ 30도.
도 24의 (a): 0도 ＜ 경사각(α) ＜ 30도.
도 22의 (a)에 의하면, 60도 ＜ 경사각(α)일 때, 항상 2회 또는 3회의 입사가 생기는 것을 알 수 있다. 2회째의 입사각(δ)은, δ ＝ 180 － 3α이다. 즉, 음이다. 3회째의 입사각(ε)은, ε ＝ 360 － 5α이다.
도 22의 (b)에 의하면, 경사각(α) ＝ 60도일 때, 항상 2회의 입사가 생기는 것을 알 수 있다. 3회째의 삼각기둥에의 입사가 생기는 것도 알 수 있다. 2회째의 입사각(δ)은, δ ＝ 180 － 3α ＝ 0도이다. 3회째의 입사각(ε)은, ε ＝ 360 － 5α ＝ 60도이다.
도 22의 (c)에 의하면, 54도 ＜ 경사각(α) ＜ 60도일 때, 입사 위치에 따라 3회째의 입사가 생기는 것을 알 수 있다. 2회째의 입사각(δ)은, δ ＝ 180 － 3α이다. 3회째의 입사각(ε)은, ε ＝ 360 － 5α이다.
도 22의 (d)에 의하면, 경사각(α) ＝ 54도일 때, 항상 2회의 입사가 생기는 것을 알 수 있다. 2회째의 입사각(δ)은, δ ＝ 180 － 3α ＝ 18도이다. 2회째의 반사광(LB2)은, 삼각기둥면에 대하여 평행하다. 3회째의 입사의 한계이다.
도 23의 (a)에 의하면, 45도 ＜ 경사각(α) ＜ 54도일 때, 입사 위치에 따라서는 3회째의 입사는 생기지 않는 것을 알 수 있다. 2회째의 입사각(δ)은, δ ＝ 180 － 3α이다.
도 23의 (b)에 의하면, 경사각(α) ＝ 45도일 때, 2회째의 입사가 있는 것을 알 수 있다. 2회째의 입사각(δ)은, δ ＝ 45도이다.
도 23의 (c)에 의하면, 30도 ＜ 경사각(α) ＜ 45도일 때, 입사 위치에 따라서는 2회째의 입사가 있는 것을 알 수 있다. 2회째의 입사각(δ)은, δ ＝ 180 － 3α이다. 2회째의 입사가 생기는 한계 위치(XC)는, 식 (29)에 의해 규정된다.
[수 29]
도 23의 (d)에 의하면, 경사각(α) ＝ 30도일 때, 2회째의 입사는 생기지 않는 것을 알 수 있다.
도 24의 (a)에 의하면, 0도 ＜ 경사각(α) ＜ 30도일 때에도, 2회째의 입사는 생기지 않는 것을 알 수 있다.
도 24의 (b)는, 검토 결과를 나타낸다. 횡축은 입사면의 경사각(α)을 나타낸다. 입사면의 경사각(α)은, 피라미드면의 기울기 또는 랜덤의 요철을 형성하는 1개의 면의 기울기에 상당한다. 제1 종축은 반사율(R)(그래프 G24a)을 나타낸다. 제2 종축은 산란각(θd)(그래프 G24b)을 나타낸다. 반사율(R)은, S 편광과 P 편광의 평균값이다. 광의 파장은, 940㎚로 했다.
도 24의 (b)에서, 범위 R24a는, 입사 횟수가 1회인 경사각(α)의 범위를 나타낸다. 범위 R24b는, 입사 위치에 따라 삼각기둥에의 입사 횟수가 2회가 되는 경사각(α)의 범위를 나타낸다. 범위 R24c는, 입사 횟수가 2회가 되는 경사각(α)의 범위를 나타낸다. 범위 R24d는, 입사 위치에 따라 삼각기둥에의 입사 횟수가 3회가 되는 경사각(α)의 범위를 나타낸다. 범위 R24e는, 입사 횟수가 3회가 되는 경사각(α)의 범위를 나타낸다.
그래프 G24b에 의하면, 산란각(θd)은 입사면의 경사각(α)에 대하여 거의 비례하는 것을 알 수 있었다. 산란각(θd)의 특성은, 해석에 있어서 고려하는 반사 횟수에 의하지 않고 대략 같은 경향을 나타냈다. 반사율(R)의 특성은, 해석에 있어서 고려하는 반사 횟수에 따라 다른 경향을 나타냈다. 3회의 반사 횟수를 고려한 해석에서는, 입사면의 경사각(α)이 큰 경우에도 반사율(R)이 저감되는 범위가 존재하는 것을 알 수 있었다. 삼각기둥 형상의 광산란부 및 피라미드 형상의 광산란부는, 산란각을 크게 할 수 없는 것을 알 수 있었다.
(제3 검토)
도 25의 (a) 및 도 25의 (b)는, DTI(22)를 구비하지 않는 고체 촬상 장치에 있어서, 플라스몬을 이용한 회절 모드의 시뮬레이션의 결과이다. 해석 모델로서, 실리콘 기판에 실리콘 산화막 2㎚를 통해 은의 격자가 23개 형성된 구조를 설정했다. 은의 격자의 주기는 265㎚로 설정했다. 은의 격자의 폭은 230㎚로 설정했다. 은의 격자의 높이는 180㎚로 설정했다. 광의 파장은 940㎚로 설정했다.
도 25의 (a)는, 전계 강도의 분포를 나타내는 등고선도이다. 보다 상세하게는, 도 25의 (a)는, 전계 강도의 절대값의 제곱의 분포를 나타낸다. 격자 주기 265㎚를 식 (30)에 대입하여 얻어지는 산란각(θd)은 80.6도이다. 식 (30)으로부터 얻어지는 산란각(θd)의 값은, 시뮬레이션 결과에 표시되는 산란각(θd)과 일치하고 있는 것을 알 수 있었다.
[수 30]
도 25의 (b)는 입사광(L1)의 행선지를 나타내는 원 그래프이다. 입사광(L1)을 100％로 했을 경우에는, 각각 이하와 같은 비율이 되는 것을 알 수 있었다.
0차 반사광(G25a): 7.7％.
산란된 반사광(G25b): 3.5％.
0차 투과광(G25c): 30.1％.
산란된 투과광(G25d): 49.5％.
은에 흡수된 광(G25e): 3.2％.
실리콘에 흡수된 광(G25f): 6.1％.
또, 실리콘에서의 흡수는 실리콘 두께 3㎛의 경우이다. 이 결과로부터, 이하의 조건을 충족시키는 것이 가능한 것을 알 수 있었다.
반사율: 11.2％.
0차 투과광: 30.1％.
산란의 비율: 49.5％.
주요한 산란각: 80.6도.
상기의 조건은, 광산란부로서, 피라미드상의 산란층이나 랜덤 요철상의 산란층을 채용한 경우보다 양호한 값이다.
(제4 검토)
도 26의 (a) 및 도 26의 (b)는, DTI(22)를 구비한 고체 촬상 장치에 있어서, 플라스몬을 이용한 회절 모드의 시뮬레이션의 결과이다. 해석 모델로서, 실리콘 기판에 실리콘 산화막 2㎚를 통해 은의 격자가 23개 형성된 구조를 설정했다. 은의 격자의 주기는, 265㎚로 설정했다. 은의 격자의 폭은, 230㎚로 설정했다. 은의 격자의 높이는, 180㎚로 설정했다. 광의 파장은 940㎚로 설정했다.
도 26의 (a)는, 전계 강도의 분포를 나타내는 등고선도이다. 보다 상세하게는, 도 26의 (a)는, 전계 강도의 절대값의 제곱의 분포를 나타낸다.
도 26의 (b)는 입사광(L1)의 행선지를 나타내는 원 그래프이다. 입사광(L1)을 100％로 했을 경우에는, 각각 이하와 같은 비율이 되는 것을 알 수 있었다.
0차 반사광(G26a): 6.3％.
산란된 반사광(G26b): 5.9％.
투과광(G26c): 60.7％.
트렌치에 흡수된 광(G26d): 2.2％.
은에 흡수된 광(G26e): 3.8％.
실리콘에 흡수된 광(G26f): 21.1％.
도 26의 (b)에서는, 도 25의 (b)에 나타나 있던 「산란된 투과광」의 성분은, 투과광(G26c)에 포함하고 있다. 투과광(G25c)은, 0차 투과광과 산란된 투과광의 비율의 합계를 나타낸다. 이 검토에서는 「실리콘에 흡수된 광」의 성분의 비율이, 상술한 검토 결과보다 증가하고 있다. DTI(22)를 구비하는 경우에는, 「실리콘에 흡수된 광」의 성분의 비율을 증가시킬 수 있다. 도 26의 (b)에서 「실리콘에 흡수된 광」의 증가분은, 산란된 광의 성분의 일부이다.
DTI(22)를 구비함으로써, 산란된 투과광은, DTI(22)의 반사에 의해 반복하여 광전 변환부(26)를 전파한다. 그 결과, 흡수되는 광의 양이 증대한다. DTI(22)의 반사에 의한 전파에서는, 모든 광이 흡수되지 않는다. 흡수되지 않은 광은, 투과광으로서 취급되고 있다. 투과광(G26c)에 포함하고 있다.
(제5 검토)
도 27은, 실리콘 두께와 적산 흡수량과의 관계에 대해서, 플라즈모닉 구조를 구비하는 경우(그래프 G27a)와 구비하지 않는 경우(그래프 G27b)로 비교했다. 횡축은 입사면으로부터의 실리콘 깊이이다. 종축은, 적산된 흡수량 비율이다. 환언하면, 종축은, 적산 흡수량이다. 그래프 G27a, G27b에 의하면, 플라즈모닉 구조를 구비하는 고체 촬상 장치의 적산 흡수량은, 플라즈모닉 구조를 구비하지 않는 고체 촬상 장치의 적산 흡수량보다 크게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.
(제5 계산예)
그런데, 특허문헌 4(일본 특허공개 2020-13909)의 도 2는, 이면 조사형 CMOS 이미지 센서가 구비하는 화소의 단면을 나타낸다. 도 2에는, 차광 부재가 나타나 있다. 차광 부재는 배선층으로 형성되어 있다. 특허문헌 4는, 차광 부재의 재료로서, 구리 또는 알루미늄의 메탈(금속) 배선을 예시한다. 또한, 특허문헌 4는, 차광 부재의 재료로서, 금속 재료 외에, 폴리실리콘 또는 산화막이어도 되는 것을 개시한다. 또한, 특허문헌 4는, 반도체 기판에 있어서 광전 변환되지 않고 반도체 기판을 투과한 적외광을 차광 부재가 반사함으로써, 적외광을 다시 반도체 기판에 입사시키는 것을 개시한다. 즉, 차광 부재는, 차광에 더하여 반사의 기능도 발휘한다. 그러나, 특허문헌 4는, 차광 부재의 단면 형상에 대해서 구체적으로 개시하지 않는다. 또한, 특허문헌 4는, 차광 부재가 반사광을 산란시키는 것을 개시하지 않고, 반사된 광의 각도에 관한 사항도 개시하지 않는다.
제4 검토에서 기술한 바와 같이, 제1 실시형태의 고체 촬상 장치(1)는, 플라스몬에 기인하는 회절광을 발생하는 금속 구조체와, 트렌치를 구비하고 있다. 도 26의 (b)의 원 그래프에 의하면, 제1 실시형태의 고체 촬상 장치(1)에 있어서 실리콘에 흡수되는 광(G26f)의 비율은, 21.1％였다. 한편, 도 26의 (b)의 원 그래프에 의하면, 제1 실시형태의 고체 촬상 장치(1)의 투과광(G26c)의 비율은, 60.7％였다. 제4 검토에서는, 광전 변환부(26)의 배선부 측 계면(26b)(도 33 참조)에 생기는 광의 반사를 고려하고 있지 않았다.
그래서, 제5 검토에서는, 광전 변환부(26)의 배선부 측 계면(26b)에 생기는 광의 반사를 고려한다. 제5 검토에서 이용한 해석 모델은, 배선 영역(13)을 포함한다. 또, 배선 영역(13)은, 배선(18) 및 비아(19) 등 포함한다. 그러나, 제5 검토에서는, 배선부 측 계면(26b)에 생기는 광의 반사를 모의(模擬)하면 충분하다. 따라서, 해석 모델은, 배선(18) 및 비아(19)를 포함하지 않는다.
제5 검토에서는, 제4 검토와 마찬가지로 전계 강도의 분포를 계산에 의해 구했다. 계산에 이용한 수치는, 제4 검토의 계산에서 이용한 수치와 같다. 즉, 해석 모델로서, 실리콘 기판에 실리콘 산화막 2㎚를 통해 은의 격자가 23개 형성된 구조를 설정했다. 은의 격자의 주기는, 265㎚로 설정했다. 은의 격자의 폭은, 230㎚로 설정했다. 은의 격자의 높이는, 180㎚로 설정했다. 광의 파장은 940㎚로 설정했다.
도 30의 (a)는, 전계 강도의 분포를 나타내는 등고선도이다. 보다 상세하게는, 도 30의 (a)는, 전계 강도의 절대값의 제곱의 분포를 나타낸다. 도 30의 (a)를 참조하면, 광전 변환부(26)의 깊이 방향에서도 정재파를 확인할 수 있었다. 이 정재파는, 광입력면(26a)으로부터 입사해 온 광과 배선부 측 계면(26b)으로부터 반사해 온 광의 간섭에 의해 발생한 것이다.
도 30의 (b)는, 제5 검토, 제6 검토, 제7 검토 및 제8 검토의 결과를 정리한 표이다. 제5 검토의 결과에 의하면, 입사광(L1)을 100％로 한 경우에는, 각각 이하와 같은 비율이 되는 것을 알 수 있었다. 또, 계산 오차에 의해, 비율의 수치를 모두 더해도, 수치는 100％에 일치하지 않는다.
0차 반사광: 43.6％.
산란된 반사광: 6.1％.
투과광: 19.1％.
트렌치에 흡수된 광: 5.2％.
은에 흡수된 광: 4.0％.
실리콘에 흡수된 광: 26.6％.
합계: 104.6％.
제4 검토의 수치와 제5 검토의 수치를 비교한다.
투과광은, 제4 검토보다 제5 검토가 유리한 것을 나타내는 결과가 얻어졌다. 구체적으로는, 제4 검토의 투과광은 60.7％였다. 한편, 제5 검토의 투과광은 19.1％였다. 즉, 반사에 의해, 투과광의 비율을 크게 감소시킬 수 있었다.
실리콘에 흡수된 광도, 제4 검토보다 제5 검토가 유리한 것을 나타내는 결과가 얻어졌다. 구체적으로는, 제4 검토의 실리콘에 흡수된 광은 21.1％였다. 한편, 제5 검토의 실리콘에 흡수된 광은 26.6％였다. 즉, 반사에 의해, 실리콘에 흡수된 광의 비율을 증가시킬 수 있었다.
그러나, 0차 반사광은, 제4 검토보다 제5 검토가 불리한 것을 나타내는 결과가 얻어졌다. 구체적으로는, 제4 검토의 0차 반사광은 6.3％였다. 한편, 제5 검토의 0차 반사광은 43.6％였다. 즉, 반사에 의해, 0차 반사광의 비율이 증가하는 것을 알 수 있었다.
도 31은, 제5 검토에 이용한 해석 모델을 간이적으로 나타내는 도면이다. 도 31의 일점 쇄선은, 광전 변환부(26)의 배선부 측 계면(26b)에서 반사한 광(L3) 나타낸다. 광(L3)은, DTI(22)에 의해 더욱 반사된다. 이 반사에 있어서, 광(L3)의 DTI(22)에 대한 입사각은, 광산란부(27)에서 회절된 DTI(22)에 대한 피흡수광(L2)의 입사각과 같다. 광(L3)은, DTI(22)에 있어서의 반사를 반복하면서, 광입력면(26a)을 향한다. 광입력면(26a)을 향할 때까지의 동안에, 광(L3)의 일부는, 광전 변환부(26)에 흡수된다.
여기에서, 한 쌍의 DTI(22)는, 서로 평행하며, 또한 DTI(22)가 연장되는 방향이 광입력면(26a)에 대하여 수직이라고 가정한다. 또한, 배선부 측 계면(26b)은, 광입력면(26a)에 대하여 평행하며, DTI(22)가 연장되는 방향에 대하여 수직이라고 가정한다. 이들 가정에 의하면, 광입력면(26a)에 대한 광(L3)의 입사각은, 광산란부(27)가 발생하는 광(L2)의 각도와 같다. 광(L2)의 각도와 같은 각도를 가지고, 광(L3)이 광입력면(26a)에 입사되면, 광산란부(27)의 작용에 의해, 입사한 광(L3)은, 0도 방향에서 광전 변환부(26)의 밖으로 광(L4)으로서 출사된다. 그 결과, 0차 반사광의 비율이 크게 증가한 것으로 생각된다.
요컨데, 제5 검토에서 밝혀진 것은 다음의 2개의 점이다.
첫째, 배선부 측 계면(26b)의 반사는, 투과광의 비율을 감소시킴과 함께 실리콘에 흡수되는 광의 비율을 증가시키는 것을 알 수 있었다. 즉, 배선부 측 계면(26b)의 반사는, 실리콘에 흡수되는 광의 비율의 증가에 기여하므로, 근적외광의 광전 변환 효율의 향상에 유익한 것을 알 수 있었다.
둘째, 배선부 측 계면(26b)의 반사는, 광전 변환층(401)의 외부로 출사되는 광(L3)을 증가시키는 것도 알 수 있었다. 여기에서, 발명자들은, 광전 변환층(401)의 외부로 출사되는 광(L3)을 저감할 수 있으면, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 것에 주목했다. 환언하면, 발명자들은, 실리콘에 흡수된 광의 비율을 더욱 높이기 위해서는, 광전 변환부(26)의 밖으로 출사되는 광을 저감시킬 수 있으면, 광전 변환 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 것에 상도했다.
즉, 광산란부(27)에 의해 회절된 광(L2)의 회절각과 같은 각도로, 광산란부(27)에 광(L3)이 광전 변환부(26) 측으로부터 입사하면, 광(L3)은, 원래의 입사광의 입사각과 같은 각도를 가지고 광전 변환부(26)의 밖으로 광(L4)으로서 출사된다. 그래서, 광(L2)이 배선부 측 계면(26b)에서 반사할 때에 광(L3)의 반사각을 바꾼다. 그 결과, 실리콘에 의해 형성되는 광전 변환부(26)의 밖으로 출사되는 광(L4)을 적게 할 수 있다.
예를 들면, 광(L3)의 반사각을 바꾸는 구성으로서, 배선부 측 계면(26b)에서의 광(L3)의 반사각을 입사각과 다른 각도로 변경하는 구성을 마련해도 된다. 이러한 구성을 갖는 고체 촬상 장치를 제2 실시형태로서 설명한다. 또한, 광(L3)의 반사각을 바꾸기 위한 구성으로서, 배선부 측 계면(26b)에 산란 구조를 마련해도 된다. 이러한 구성을 갖는 고체 촬상 장치를 제3 실시형태로서 설명한다.
<제2 실시형태>
도 32의 (a)는, 제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 32의 (b)는, 고체 촬상 장치(11)가 구비하는 광전 변환층(401)의 배선층 측 계면(411)을 나타내는 사시도이다.
고체 촬상 장치(11)는, 입사 측 절연층(60)과, 광전 변환층(401)과, 배선층(501)을 갖는다.
입사 측 절연층(60)은, 예를 들면, 산화실리콘(SiO2)에 의해 구성된다. 입사 측 절연층(60)은, 입사 측 절연층 주면(61)과, 입사 측 절연층 이면(62)을 갖는다. 입사 측 절연층 주면(61)은, 광을 받는다. 즉, 입사 측 절연층 주면(61)은, 고체 촬상 장치(11)의 광입력면이다. 입사 측 절연층 이면(62)은, 광전 변환층(401)에 접한다. 입사 측 절연층(60)에는, 광산란부(27)가 매립되어 있다. 광산란부(27)의 상세는, 제1 실시형태의 광산란부(27)와 같다.
광전 변환층(401)은, 주로 실리콘(Si)에 의해 구성된다. 광전 변환층(401)의 상세는, 제1 실시형태의 광전 변환층(401)과 대략 같다. 제2 실시형태의 광전 변환층(401)에 있어서, 제1 실시형태의 광전 변환층(401)과 같은 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 제1 실시형태의 광전 변환층(401)과 다른 구성에 대해서 상세하게 설명한다.
광전 변환층(401)은, 배선층 측 계면(411)(광전 변환 이면, 제2 광전 변환 계면)과, 절연층 측 계면(42)(광전 변환 주면, 제1 광전 변환 계면)과, DTI 측 계면(43)을 갖는다. 광전 변환층(401)의 절연층 측 계면(42)을, 입사 측 절연층(60)의 입사 측 절연층 이면(62)에 접한다. 절연층 측 계면(42)에는, 광산란부(27)가 마련되어 있다. 배선층 측 계면(411)은, 배선층(501)에 접한다. 절연층 측 계면(42)으로부터 배선층 측 계면(411)까지의 거리는, 일례로서 3㎛이다. 절연층 측 계면(42)으로부터 배선층 측 계면(411)까지의 거리는, 환언하면, 광전 변환층(401)의 두께이다.
광전 변환층(401)에는, DTI(22)가 마련되어 있다. 제2 실시형태의 DTI(22)의 상세는, 제1 실시형태의 DTI(22)와 같다. 광전 변환층(401)의 DTI 측 계면(43)은, DTI(22)의 DTI 측면(221)에 접한다.
배선층(501)은, 예를 들면, 산화실리콘(SiO2)에 의해 구성된다. 제2 실시형태의 배선층(501)의 상세는, 제1 실시형태의 배선층(501)과 대략 같다. 제2 실시형태의 배선층(501)에 있어서, 제1 실시형태의 배선층(501)과 같은 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 제1 실시형태에서는 설명하지 않았던 구성에 대해서 상세하게 설명한다.
배선층(501)은, 배선층 주면(511)을 갖는다. 배선층 주면(511)은, 광전 변환층(401)의 배선층 측 계면(411)에 접한다.
여기에서, 제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11)의 특징적인 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11)는, 배선층 측 계면(411)의 형상이, 제1 실시형태의 배선부 측 계면(26b)의 형상과 다르다.
도 31에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태의 고체 촬상 장치(1)의 광전 변환부(26)의 배선부 측 계면(26b)은, 평탄면이다. 또한, 배선부 측 계면(26b)은, 광전 변환부(26)의 두께 방향에 대하여 직교한다. 환언하면, 배선부 측 계면(26b)은, DTI 측 계면(26c)에 대하여 직교한다.
도 32의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11)의 배선층 측 계면(411)은, 제1 계면부(41a1)와, 제2 계면부(41b1)를 포함한다. 제1 계면부(41a1)는, 배선층 주면(511)의 제1 주면부(51a1)에 접한다. 제2 계면부(41b1)는, 배선층 주면(511)의 제2 주면부(51b1)에 접한다. 제1 계면부(41a1) 및 제2 계면부(41b1)는, 각각 평탄면이다. 한편, 제1 계면부(41a1) 및 제2 계면부(41b1)는, 광전 변환층(401)의 두께 방향에 대하여 직교하지 않는다. 환언하면, 제1 계면부(41a1) 및 제2 계면부(41b1)는, 광전 변환층(401)의 두께 방향에 대하여 경사진 경사면이다. 예를 들면, DTI(22)의 하단을 연결하는 가상면(K)을 정의한다. 가상면(K)을 기준으로 하면, 가상면(K)을 기준으로 한 제1 계면부(41a1)의 각도는, 5도이다. 마찬가지로, 가상면(K)을 기준으로 한 제2 계면부(41b1)의 각도도, 5도이다. 또, 제1 계면부(41a1)의 각도는, 제2 계면부(41b1)와 같아도 좋고, 달라도 좋다.
제1 계면부(41a1)와 제2 계면부(41b1)의 경계인 능선(41c1)은, 광전 변환층(401)의 폭의 거의 중앙이다. 광전 변환층(401)의 폭은, 한쪽의 DTI 측 계면(43)으로부터 다른쪽의 DTI 측 계면(43)까지의 거리이다. 광전 변환층(401)의 폭은, 한쪽의 DTI(22)로부터 다른쪽의 DTI(22)까지의 거리라고도 할 수 있다. 또한, 능선(41c1)은, DTI(22)의 하단면보다 배선층(501)의 측에 위치한다. 환언하면, 능선(41c1)은, 한 쌍의 DTI(22) 사이의 외측에 위치한다. 즉, 광전 변환층(401)의 배선층 측 계면(411)은, 배선층(501)을 향하여 돌출된다.
광전 변환층(401)의 단면에 있어서, 가상면(K)과, 제1 계면부(41a1)와, 제2 계면부(41b1)가 구성하는 단면 영역(A1)을, 「광방향 변경부(301)」라고 할 수 있다. 제1 계면부(41a1) 및 제2 계면부(41b1)는, 광방향 변경부(301)의 표면이라고 할 수도 있다. 도 31에 나타내는 제1 실시형태의 고체 촬상 장치(1)는, 제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11)가 구비하는 광방향 변경부(301)에 상당하는 부분을 구비하고 있지 않았다. 즉, 광방향 변경부(301)는, 광전 변환층(401)에 있어서, 제1 실시형태의 고체 촬상 장치(1)의 광전 변환부(26)와 다른 부분이라고도 할 수 있다.
도 32의 (b)는, 광전 변환층(401)의 배선층 측 계면(411)의 사시도이다. 도 32의 (b)에 나타내는 바와 같이, 광전 변환층(401)의 배선층 측 계면(411)은, 단면 영역(A1)을 소정의 축(X)을 따라 소인한 소인체이다.
도 33은, 제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11)의 광전 변환층(401)의 내부에서 광이 진행하는 모습을 모식적으로 나타낸다. 광산란부(27)는, 광(L1)을 받아, 광(L2)을 출사한다. 광(L2)의 진행 방향은, 절연층 측 계면(42)의 법선 방향을 기준 축(D1)으로 하여, 각도(θ)이다. 광(L2)은, DTI 측 계면(43)에서 반사된다. 이때, DTI 측 계면(43)에 대한 광(L2)의 입사각은, (90 － θ)도이다. 반사각도 마찬가지로 (90 － θ)도이다. 광(L2)은, DTI 측 계면(43)에서의 복수 회의 반사를 거쳐, 배선층 측 계면(411)에 이른다. 기준 축선(D)과 직교하는 축선(D2)을 기준으로 하여, 배선층 측 계면(411)의 각도(φ)를 정의한다. 그러면, 배선층 측 계면(411)에 대한 광(L2)의 입사각은, (θ － φ)도이다.
여기에서, 제1 실시형태의 배선부 측 계면(26b)은, 평탄면이다. 즉, φ ＝ 0도이다. 한편, 제2 실시형태의 배선층 측 계면(411)은 경사면이다. 예를 들면 φ ＝ 5도이다. 따라서, 제1 실시형태의 배선부 측 계면(26b)에의 입사각에 대하여, 제2 실시형태의 배선층 측 계면(411)에의 입사각은, φ도만큼 변경되었다고 할 수 있다. 그 결과, 광(L3)이 다시 광산란부(27)에 입사할 때의 입사각은, (θθ － 2φ)도가 된다. 즉, 광(L3)이 광산란부(27)에 입사할 때의 입사각(θ － 2φ)은, 광(L2)의 각도(θ)와 다르다. 그 결과, 광산란부(27)에서의 회절의 모습이 입사의 경우와 달라지므로, 광전 변환층(401)으로부터 외부로의 광(L3)의 출사가 억제된다.
(제6 검토)
제6 검토로서, 제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11)에 대해서, 제5 검토와 마찬가지로 전계 강도의 분포를 얻었다. 계산에 이용한 수치는, 이하와 같다.
배선부 측 계면(411)의 각도: 5도.
화소의 크기: 6.5㎛.
광전 변환층(401)의 두께: 3㎛.
배선층의 두께: 4.1㎛.
또, 광전 변환층(401)의 두께 및 배선층(501)의 두께는, DTI(22)의 근방 부분의 값이다.
도 34는, 전계 강도의 분포를 나타내는 등고선도이다. 보다 상세하게는, 도 34는, 전계 강도의 절대값의 제곱의 분포를 나타낸다. 도 34를 참조하면, 제5 검토의 결과(도 30의 (a))와 마찬가지로, 광전 변환부(26)의 깊이 방향에서도 정재파를 확인할 수 있었다. 상세하게 비교하면, 제6 검토의 정재파는, 제5 검토의 정재파보다 흐트러져 있는 것을 알 수 있었다. 이 정재파의 흐트러짐은, 배선부 측 계면(411)이 경사져 있음으로써, 반사각이 변화를 받았던 것이 원인이라고 생각된다.
도 30의 (b)에 나타내는 제6 검토의 결과에 의하면, 입사하는 광(L1)을 100％로 한 경우에는, 각각 이하와 같은 비율이 되는 것을 알 수 있었다.
0차 반사광: 33.8％.
산란된 반사광: 6.5％.
투과광: 14.5％.
트렌치에 흡수된 광: 7.2％.
은에 흡수된 광: 2.9％.
실리콘에 흡수된 광: 38.1％.
합계: 103.0％.
제5 검토의 수치와 제6 검토의 수치를 비교한다.
0차 반사광은, 제5 검토보다 제6 검토가 유리한 것을 나타내는 결과가 얻어졌다. 구체적으로는, 제5 검토의 0차 반사광은, 43.6％였다. 한편, 제6 검토의 0차 반사광은, 33.8％였다. 즉, 배선부 측 계면(411)을 경사시킴으로써, 0차 반사광의 비율을 감소시킬 수 있었다.
투과광도, 제5 검토보다 제6 검토가 유리한 것을 나타내는 결과가 얻어졌다. 구체적으로는, 제5 검토의 투과광은, 19.1％였다. 한편, 제6 검토의 투과광은, 14.5％였다. 즉, 배선부 측 계면(411)을 경사시킴으로써, 0차 반사광의 비율을 감소시킬 수 있었다.
실리콘에 흡수된 광도, 제5 검토보다 제6 검토가 유리한 것을 나타내는 결과가 얻어졌다. 구체적으로는, 제5 검토의 실리콘에 흡수된 광은, 26.6％였다. 한편, 제6 검토의 실리콘에 흡수된 광은, 38.1％였다. 즉, 배선부 측 계면(411)을 경사시킴으로써, 0 실리콘에 흡수된 광의 비율을 증가시킬 수 있었다.
따라서, 배선부 측 계면(411)을 경사시킴으로써, 광전 변환층(401)으로부터의 광의 출사가 억제되고 있는 것을 알 수 있었다. 그 결과, 근적외광의 광전 변환 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
<제2 실시형태의 변형예>
제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11)는, 방향이 변경된 광(L3)의 방향이, 방향이 변경되기 전의 광(L2)의 방향에 기초한다. 이러한 구성은 소위 경면(鏡面) 반사이다. 광방향 변경부(301)의 형상은, 경면 반사를 발생하는 것이면 좋고, 제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11)가 구비하는 형상으로 한정되지 않는다.
제2 실시형태의 변형예 1, 2, 3은, 평탄면에 의해 구성된 배선층 측 계면의 예시이다.
<제2 실시형태의 변형예 1>
도 35의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 1의 고체 촬상 장치(12)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 35의 (b)는, 고체 촬상 장치(12)가 구비하는 광전 변환층(402)의 배선층 측 계면(412)을 나타내는 사시도이다. 광방향 변경부(302)의 형상은, 사각뿔이어도 된다. 이 사각뿔의 한 변은, DTI(22)의 간격과 같아도 된다. 배선층 측 계면(412)은, 제1 계면부(41a2)와, 제2 계면부(41b2)와, 제3 계면부(41c2)와, 제4 계면부(41d2)를 포함한다. 제1 계면부(41a2)는, 배선층 주면(512)의 제1주면부(51a2)에 접한다. 제2 계면부(41b2)는, 배선층 주면(512)의 제2 주면부(51b2)에 접한다. 제3 계면부(41c2)는, 배선층 주면(512)의 제3 주면부에 접한다. 제4 계면부(41d2)는, 배선층 주면(512)의 제4 주면부에 접한다. 정점(41p2)은, 가상면(K)보다 배선층(502) 측에 위치한다. 정점(41p2)은, 한 쌍의 DTI(22) 사이의 외측에 위치한다. 즉, 광방향 변경부(302)는, 돌기상이다.
<제2 실시형태의 변형예 2>
도 36의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 2의 고체 촬상 장치(13)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 36의 (b)는, 고체 촬상 장치(13)가 구비하는 광전 변환층(403)의 배선층 측 계면(413)을 나타내는 사시도이다. 광방향 변경부(303)는, 가상면(K)에 대하여 움푹 패인다. 제2 실시형태의 광방향 변경부(301)는 돌출부인 것에 대하여, 광방향 변경부(303)는, 패임부이다. 광방향 변경부(303)는, 제1 계면부(41a3)와 제2 계면부(41b3)를 포함한다. 제1 계면부(41a3)는, 배선층 주면(513)의 제1 주면부(51a3)에 접한다. 제2 계면부(41b3)는, 배선층 주면(513)의 제2 주면부(51b3)에 접한다. 능선(41c3)은, 한 쌍의 DTI(22) 사이에 위치한다.
<제2 실시형태의 변형예 3>
도 37의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 3의 고체 촬상 장치(14)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 37의 (b)는, 고체 촬상 장치(14)가 구비하는 광전 변환층(404)의 배선층 측 계면(414)을 나타내는 사시도이다. 광방향 변경부(304)의 형상은, 사각뿔이어도 된다. 제2 실시형태의 변형예 1의 광방향 변경부(302)는 돌출부인 것에 대하여, 제2 실시형태의 변형예 3의 광방향 변경부(304)는, 패임부이다. 광전 변환층(404)의 배선층 측 계면(414)은, 제1 계면부(41a4)와, 제2 계면부(41b4)와, 제3 계면부(41c4)와, 제4 계면부(41d4)를 포함한다. 제1 계면부(41a4)는, 배선층 주면(514)의 제1 주면부(51a4)에 접한다. 제2 계면부(41b4)는, 배선층 주면(514)의 제2 주면부(51b4)에 접한다. 제3 계면부(41c4)는, 배선층 주면(514)의 제3 주면부에 접한다. 제4 계면부(41d4)는, 배선층 주면(514)의 제4 주면부에 접한다. 정점(41p4)은, 한 쌍의 DTI(22) 사이에 위치한다. 즉, 광방향 변경부(304)는, 패임부이다.
상술한 제2 실시형태의 배선층 측 계면(411) 등은, 몇 개의 평탄면에 의해 구성되어 있었다. 배선층 측 계면은, 곡면인 부분을 포함해도 된다. 제2 실시형태의 변형예 4, 5, 6, 7은, 곡면인 부분을 포함하는 배선층 측 계면의 예시이다.
<제2 실시형태의 변형예 4>
도 38의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 4의 고체 촬상 장치(15)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 38의 (b)는, 고체 촬상 장치(15)가 구비하는 광전 변환층(405)의 배선층 측 계면(415)을 나타내는 사시도이다. 광전 변환층(405)의 배선층 측 계면(415)의 단면은, 타원 형상이어도 된다. 가상면(K)과 곡면(41s5)으로 둘러싸인 영역(A5)은, 광방향 변경부(305)에 대응한다. 곡면(41s5)은, 가상면(K)으로부터 배선층(505)을 향하여 돌출된다. 곡면(41s5)은, 배선층 주면(515)의 곡면(51s5)에 접한다. 곡면(41s5)은, 한쪽의 DTI 측 계면(43)으로부터 다른쪽의 DTI 측 계면(43)에 이른다. 즉, 배선층 측 계면(415)에서, DTI 측 계면(43) 사이의 부분은, 평탄면을 포함하지 않는다. 곡면(41s5)의 형상에는, 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 곡면(41s5)의 단면에 나타나는 곡선은, 타원, 쌍곡선 또는 포물선과 같은 2차 곡선이어도 된다. 광전 변환층(405)의 배선층 측 계면(415)은, 가상면(K)이 포함하는 선과 곡면(41s5)이 포함하는 곡선으로 둘러싸인 단면 영역(A5)을, 소정의 축(X)을 따라 소인한 소인체이다.
<제2 실시형태의 변형예 5>
도 39의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 5의 고체 촬상 장치(16)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 39의 (b)는, 고체 촬상 장치(16)가 구비하는 광전 변환층(406)의 배선층 측 계면(416)을 나타내는 사시도이다. 광전 변환층(406)의 배선층 측 계면(416)의 단면은, 타원 형상의 부분을 포함한다. 제2 실시형태의 변형예 4의 광방향 변경부(305)(도 38의 (b) 참조)는, 단면 영역(A5)을 소정의 축(X)의 방향으로 소인한 소인체였다. 제2 실시형태의 변형예 5의 광방향 변경부(306)는, 단면 영역(A6)을 소정의 축(Z)을 중심으로 하여 회전시킨 회전체이다. 예를 들면, 광방향 변경부(306)는, 볼록 렌즈와 같은 형상이다. 광방향 변경부(306)는, 곡면(41s6)을 포함한다. 곡면(41s6)은, 배선층 주면(516)의 곡면(51s6)에 접한다. 광방향 변경부(306)는, 배선층(506) 측을 향하여 돌출된다.
<제2 실시형태의 변형예 6>
도 40의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 6의 고체 촬상 장치(17)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 40의 (b)는, 고체 촬상 장치(17)가 구비하는 광전 변환층(407)의 배선층 측 계면(417)을 나타내는 사시도이다. 광방향 변경부(307)는, 가상면(K)에 대하여 움푹 패인다. 즉, 제2 실시형태의 변형예 4의 광방향 변경부(305)는 돌출부였던 것에 대하여(도 38의 (b)), 광방향 변경부(307)는, 패임부이다. 광방향 변경부(307)는, 곡면(41s7)을 포함한다. 광방향 변경부(307)의 표면인 곡면(41s7)은, 단면 영역(A7)을 소정의 축(X)의 방향으로 소인하여 얻어지는 소인면이다. 곡면(41s7)은, 배선층 주면(517)의 곡면(51s7)에 접한다. 곡면(41s7)은, 한 쌍의 DTI(22) 사이에 위치한다.
<제2 실시형태의 변형예 7>
도 41의 (a)는, 제2 실시형태의 변형예 7의 고체 촬상 장치(18)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 41의 (b)는, 고체 촬상 장치(18)가 구비하는 광전 변환층(408)의 배선층 측 계면(418)을 나타내는 사시도이다. 광방향 변경부(308)는, 가상면(K)에 대하여 움푹 패인다. 광방향 변경부(308)의 표면인 곡면(41s8)은, 단면 영역(A8)을 소정의 축(Z)을 중심으로 하여 회전시킨 회전면이다. 예를 들면, 광방향 변경부(308)는, 오목 렌즈와 같은 형상이다. 곡면(41s8)은, 배선층 주면(518)의 곡면(51s8)에 접한다. 곡면(41s7)은, 한 쌍의 DTI(22) 사이에 위치한다.
광(L3)의 반사각을 바꾸기 위한 구성으로서, 배선층 측 계면에 산란 구조를 마련해도 되는 것을 이미 기술했다. 광을 산란시키는 구조가 배선층 측 계면에 마련된 고체 촬상 장치를 제3 실시형태로서 설명한다.
<제3 실시형태>
도 42의 (a)는, 제3 실시형태의 고체 촬상 장치(19)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 42의 (b)는, 고체 촬상 장치(19)가 구비하는 광전 변환층(409)의 배선층 측 계면(419)을 나타내는 사시도이다.
배선층 측 계면(419)은, 계면 오목부(41a9)와, 계면 평탄부(41b9)를 갖는다. 계면 평탄부(41b9)는, DTI 측 계면(43)에 대하여 직교한다. 계면 오목부(41a9)는, 계면 평탄부(41b9)보다 움푹 패여 있다. 계면 오목부(41a9)는, 한 쌍의 DTI(22) 사이에 마련되어 있다. 계면 오목부(41a9)로부터 한쪽의 DTI(22)까지의 거리는, 계면 오목부(41a9)로부터 다른쪽의 DTI(22)까지의 거리와 대략 같다. 계면 오목부(41a9)는, DTI(22)로 둘러싸인 배선층 측 계면(419)에서, 거의 중앙에 마련되어 있다.
계면 오목부(41a9)의 깊이는, 계면 평탄부(41b9)를 기준으로 하여 정의할 수 있다. 계면 오목부(41a9)의 깊이는, 계면 평탄부(41b9)로부터 계면 오목부(41a9)의 오목부 저면(41t9)까지의 거리이다. 계면 오목부(41a9)에는, 배선층(509)의 배선층 주면(519)으로부터 돌출되는 배선층 볼록부(51t9)가 배치되어 있다. 배선층 볼록부(51t9)의 상면은, 계면 오목부(41a9)의 오목부 저면(41t9)에 접한다. 따라서, 계면 오목부(41a9)의 깊이는, 배선층 볼록부(51t9)의 높이와 같다.
계면 오목부(41a9)의 깊이는, 광(L2)의 파장에 기초하여 정해진다. 계면 오목부(41a9)의 깊이는, 예를 들면, 광(L2)의 파장(λ)에 대하여, 그 10％보다 길다. 이 정의는, 계면 오목부(41a9)의 깊이의 하한이라고도 할 수 있다. 또한, 계면 오목부(41a9)의 깊이는, 예를 들면, 광(L2)의 파장(λ)에 대하여, 그 5배보다 짧다. 이 정의는, 계면 오목부(41a9)의 깊이의 상한이라고도 할 수 있다.
여기에서 말하는 광(L2)의 파장(λ)이란, 광전 변환층(409)의 굴절률을 기준으로 한 값이다. 예를 들면, 광(L2)의 진공 중에서의 굴절률은 940㎚라고 한다. 광전 변환층(409)의 주요한 재료는, 실리콘이다. 실리콘의 굴절률의 실부는, 3.59이다. 따라서, 실리콘 중에서의 광(L2)의 파장은, 262㎚이다.
계면 오목부(41a9)의 깊이는, 예를 들면, 262㎚의 1／10 이상이어도 된다. 계면 오목부(41a9)의 깊이는, 예를 들면, 262㎚의 5배 미만이어도 된다. 일례로서, 계면 오목부(41a9)의 깊이는, 405㎚여도 된다. 이 경우에는, 계면 오목부(41a9)의 깊이(405㎚)는, 파장(262㎚)의 대략 1.55배이다. 또, 계면 오목부(41a9)의 폭은, 일례로서 285㎚로 해도 된다.
광산란부(27)의 금속 구조체(27a)와 계면 오목부(41a9)를 평면에서 봤을 때, 계면 오목부(41a9)의 전체는, 금속 구조체(27a)와 중복되어 있어도 된다. 계면 오목부(41a9)의 일부는, 금속 구조체(27a)와 중복되고, 다른 일부는 금속 구조체(27a)와 중복되어 있지 않아도 된다. 환언하면, 계면 오목부(41a9)의 다른 일부는, 서로 인접하는 금속 구조체(27a)의 극간(隙間)과 중복되어도 된다. 또한, 계면 오목부(41a9)의 전체는, 금속 구조체(27a)와 중복되지 않아도 된다. 환언하면, 계면 오목부(41a9)의 전체는, 서로 인접하는 금속 구조체(27a)의 극간과 중복되어도 된다.
도 43은, 제3 실시형태의 고체 촬상 장치(19)의 광전 변환층(409)의 내부에서 광이 진행하는 모습을 모식적으로 나타낸다. 광산란부(27)는, 광(L1)을 받아, 광(L2)을 출사한다. 광(L2)의 진행 방향은, 절연층 측 계면(42)의 법선 방향을 기준 축(D1)으로 하여, 각도(θ)이다. 광(L2)은, DTI 측 계면(43)에서의 복수 회의 반사를 거쳐, 배선층 측 계면(419)의 계면 오목부(41a9)에 입사한다.
광(L2)이 입사된 계면 오목부(41a9)는, 산란한 광(L3S)을 출사한다. 광(L3S)의 방향은, 계면 오목부(41a9)의 주위에 분포한다. 이 산란에 의해, 광의 진행 방향이 변경된다. 따라서, 계면 오목부(41a9)는, 광방향 변경체이다. 다시 광산란부(27)에 입사하는 광(L3S)은, 광(L2)의 각도(θ)와는 다른 입사각으로 광산란부(27)에 입사하는 성분을 포함한다. 그 결과, 광산란부(27)에서의 회절의 모습이 입사의 경우와 달라지므로, 광전 변환층(409)으로부터 외부로의 광(L3S)의 출사가 억제된다.
따라서, 계면 오목부(41a9)는, 광산란체라고도 할 수 있다. 제3 실시형태의 고체 촬상 장치(19)는, 절연층 측 계면(42)에 마련된 광산란부(27)와, 배선층 측 계면(419)에 마련된 계면 오목부(41a9)인 산란체를 갖는다. 즉, 제3 실시형태의 고체 촬상 장치(19)는, 2개의 광을 산란하는 기능을 갖는다. 광산란부(27)가 발휘하는 산란은, 광전 변환층(409)에의 입사각을 크게 한다. 계면 오목부(41a9)가 발휘하는 산란은, 광전 변환층(409)을 진행하는 광이 다시 광산란부(27)에 입사하는 경우에, 그 입사 각도를 회절 각도와 다르게 한다.
<제3 실시형태의 변형예>
광방향 변경부(301)의 형상은, 광의 산란을 발생하는 것이면 좋고, 제3 실시형태의 고체 촬상 장치(19)가 구비하는 형상으로 한정되지 않는다.
<제3 실시형태의 변형예 1>
도 44의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 1의 고체 촬상 장치(110)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 44의 (b)는, 고체 촬상 장치(110)가 구비하는 광전 변환층(4010)의 배선층 측 계면(4110)을 나타내는 사시도이다. 계면 오목부(41a10)는, 배선층 측 계면(4110)에 복수 개 마련되어 있어도 된다. 복수의 계면 오목부(41a10)는, 광방향 변경부(3010)를 구성한다. 계면 오목부(41a10)의 단체의 형상은, 제3 실시형태의 계면 오목부(41a9)와 같아도 된다. 복수의 계면 오목부(41a10)는, X축의 방향을 따라 복수 개 마련되어 있다. 복수의 계면 오목부(41a10)는, X축으로 직교하는 Y축의 방향을 따라 복수 개 마련되어 있다. 즉, 복수의 계면 오목부(41a10)는, 격자상으로 배치되어 있다. 계면 오목부(41a10)의 간격은, 서로 같아도 된다. 즉, 복수의 계면 오목부(41a10)는, 규칙적으로 배치되어도 된다. 또한, 계면 오목부(41a10)의 간격은, 서로 달라도 된다. 즉, 복수의 계면 오목부(41a10)는, 불규칙적으로 배치되어도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 2>
도 45의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 2의 고체 촬상 장치(111)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 45의 (b)는, 고체 촬상 장치(111)가 구비하는 광전 변환층(4011)의 배선층 측 계면(4111)을 나타내는 사시도이다. 제3 실시형태의 변형예 2의 고체 촬상 장치(111)는, 1개의 계면 오목부(41a11)를 갖는다. 1개의 계면 오목부(41a11)는, 광방향 변경부(3011)를 구성한다. 예를 들면, 제3 실시형태의 계면 오목부(41a9)는, 평면에서 볼 때, 정방형이었다. 한편, 제3 실시형태의 변형예 2의 계면 오목부(41a11)는, 평면에서 볼 때, 직사각형이다. 즉, 계면 오목부(41a11)는, 스트라이프상이다. 게다가, 장변의 길이는, 단변의 길이에 비해 길다. 계면 오목부(41a11)는, 한쪽의 DTI(22)로부터 다른쪽의 DTI(22)까지 연장되어 있어도 된다. 또, 계면 오목부(41a11)의 깊이는, 제3 실시형태의 계면 오목부(41a9)와 같아도 된다.
(제7 검토)
제7 검토에서는, 변형예 2의 고체 촬상 장치(111)의 구조의 효과를 확인했다. 광방향 변경체인 계면 오목부(41a11)는, 깊이를 405㎚로 하고, 폭을 285㎚로 했다. 도 30의 (b)에 나타내는 제7 검토의 결과에 의하면, 광(L1)을 100％로 했을 경우에는, 각각 이하와 같은 비율이 되는 것을 알 수 있었다.
0차 반사광: 10.2％.
산란된 반사광: 4.7％.
투과광: 20.2％.
트렌치에 흡수된 광: 8.9％.
은에 흡수된 광: 12.1％.
실리콘에 흡수된 광: 42.1％.
합계: 98.1％.
제5 검토의 수치와 제7 검토의 수치를 비교한다.
0차 반사광은, 제5 검토보다 제7 검토가 유리한 것을 나타내는 결과가 얻어졌다. 구체적으로는, 제5 검토의 0차 반사광은, 43.6％였다. 한편, 제7 검토의 0차 반사광은, 10.2％였다. 즉, 산란체인 계면 오목부(41a11)를 마련함으로써, 0차 반사광의 비율을 감소시킬 수 있었다.
실리콘에 흡수된 광은, 제5 검토보다 제7 검토가 유리한 것을 나타내는 결과가 얻어졌다. 구체적으로는, 제5 검토의 실리콘에 흡수된 광은, 26.6％였다. 한편, 제7 검토의 실리콘에 흡수된 광은, 42.0％였다. 즉, 산란체인 계면 오목부(41a11)를 마련함으로써, 실리콘에 흡수된 광의 비율을 증가시킬 수 있었다.
또, 투과광은, 제5 검토의 결과와 제7 검토의 결과에서 유의한 차이가 나타나지 않았다.
제5 검토와 제7 검토의 비교의 결과, 광산란체인 계면 오목부(41a11)에 의하면, 평탄면인 배선부 측 계면(26b)일 때의 반사각과는 다른 각도로 광을 출사할 수 있는 것을 알 수 있었다.
<제3 실시형태의 변형예 3>
도 46의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 3의 고체 촬상 장치(112)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 46의 (b)는, 고체 촬상 장치(112)가 구비하는 광전 변환층(4012)의 배선층 측 계면(4112)을 나타내는 사시도이다. 제3 실시형태의 변형예 3의 고체 촬상 장치(112)는, 복수의 계면 오목부(41a12)를 갖는다. 복수의 계면 오목부(41a12)는, 광방향 변경부(3012)를 구성한다. 계면 오목부(41a12)의 단체의 형상은, 제3 실시형태의 변형예 2의 계면 오목부(41a11)와 같아도 된다. 복수의 계면 오목부(41a12)는, 계면 오목부(41a12)가 연장되는 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향을 따라, 서로 이간(離間)하여 마련된다.
(제8 검토)
제8 검토에서는, 변형예 3의 고체 촬상 장치(112)의 구조의 효과를 확인했다. 광방향 변경체인 계면 오목부(41a12)는, 깊이를 405㎚로 하고, 폭을 285㎚로 했다. 계면 오목부(41a12)의 수는, 23개이다. 도 30의 (b)에 나타내는 제8 검토의 결과에 의하면, 입사광(L1)을 100％로 했을 경우에는, 각각 이하와 같은 비율이 되는 것을 알 수 있었다.
0차 반사광: 27.6％.
산란된 반사광: 3.4％.
투과광: 17.5％.
트렌치에 흡수된 광: 7.0％.
은에 흡수된 광: 12.3％.
실리콘에 흡수된 광: 30.8％.
합계: 98.6％.
제5 검토의 수치와 제8 검토의 수치를 비교한다.
0차 반사광은, 제5 검토보다 제7 검토가 유리한 것을 나타내는 결과가 얻어졌다. 구체적으로는, 제5 검토의 0차 반사광은, 43.6％였다. 한편, 제8 검토의 0차 반사광은, 27.7％였다. 즉, 산란체인 계면 오목부(41a12)를 마련함으로써, 0차 반사광의 비율을 감소시킬 수 있었다.
투과광은, 제5 검토보다 제8 검토가 유리한 것을 나타내는 결과가 얻어졌다. 구체적으로는, 제5 검토의 투과광은, 19.1％였다. 한편, 제8 검토의 투과광은, 17.5％였다. 즉, 산란체인 계면 오목부(41a12)를 마련함으로써, 투과광의 비율을 감소시킬 수 있었다.
실리콘에 흡수된 광은, 제5 검토보다 제8 검토가 유리한 것을 나타내는 결과가 얻어졌다. 구체적으로는, 제5 검토의 실리콘에 흡수된 광은, 26.6％였다. 한편, 제8 검토의 실리콘에 흡수된 광은, 30.8％였다. 즉, 산란체인 계면 오목부(41a12)를 마련함으로써, 실리콘에 흡수된 광의 비율을 증가시킬 수 있었다.
<제3 실시형태의 변형예 4>
도 47의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 4의 고체 촬상 장치(113)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 47의 (b)는, 고체 촬상 장치(113)가 구비하는 광전 변환층(4013)의 배선층 측 계면(4113)을 나타내는 사시도이다. 제3 실시형태의 계면 오목부(41a9)는, 직방체 형상이었다. 계면 오목부의 형상은, 직방체로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제3 실시형태의 변형예 4의 계면 오목부(41a13)의 형상은, 사각뿔이다. 계면 오목부(41a13)의 형상이 사각뿔인 경우에는, 계면 오목부(41a13)의 단면 형상은 삼각형이다. 제3 실시형태의 변형예 4의 고체 촬상 장치(113)는, 1개의 계면 오목부(41a13)를 갖는다. 1개의 계면 오목부(41a13)는, 광방향 변경부(3013)를 구성한다. 계면 오목부(41a13)는, 계면 오목부(41a9)와 마찬가지로, DTI(22)로 둘러싸인 영역의 거의 중앙에 마련되어 있다. 또한, 계면 오목부(41a13)의 깊이는, 계면 오목부(41a9)의 폭과 같아도 된다. 계면 오목부(41a13)의 저변의 길이도, 계면 오목부(41a9)의 폭과 같아도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 5>
도 48의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 5의 고체 촬상 장치(114)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 48의 (b)는, 고체 촬상 장치(114)가 구비하는 광전 변환층(4014)의 배선층 측 계면(4114)을 나타내는 사시도이다. 계면 오목부(41a14)는, 배선층 측 계면(4114)에 복수 개 마련되어 있어도 된다. 복수의 계면 오목부(41a14)는, 광방향 변경부(3014)를 구성한다. 계면 오목부(41a14)의 단체의 형상은, 제3 실시형태의 변형예 3의 계면 오목부(41a12)와 같아도 된다. 복수의 계면 오목부(41a14)는, X축의 방향을 따라 복수 개 마련되어 있다. 복수의 계면 오목부(41a14)는, Y축의 방향을 따라 복수 개 마련되어 있다. 즉, 복수의 계면 오목부(41a14)는, 격자상으로 배치되어 있다.
<제3 실시형태의 변형예 6>
도 49의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 6의 고체 촬상 장치(115)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 49의 (b)는, 고체 촬상 장치(115)가 구비하는 광전 변환층(4015)의 배선층 측 계면(4115)을 나타내는 사시도이다. 고체 촬상 장치(115)는, 1개의 계면 오목부(41a15)를 갖는다. 1개의 계면 오목부(41a15)는, 광방향 변경부(3015)를 구성한다. 고체 촬상 장치(115)가 갖는 계면 오목부(41a15)는, 단면 형상이 삼각형인 스트라이프상이다. 계면 오목부(41a15)도, 제3 실시형태의 변형예 2의 계면 오목부(41a11)와 마찬가지로, 한쪽의 DTI(22)로부터 다른쪽의 DTI(22)까지 연장되어 있어도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 7>
도 50의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 7의 고체 촬상 장치(116)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 50의 (b)는, 고체 촬상 장치(116)가 구비하는 광전 변환층(4016)의 배선층 측 계면(4116)을 나타내는 사시도이다. 계면 오목부(41a16)는, 배선층 측 계면(4116)에 복수 개 마련되어 있어도 된다. 복수의 계면 오목부(41a16)는, 광방향 변경부(3016)를 구성한다. 계면 오목부(41a16)의 단체의 형상은, 제3 실시형태의 변형예 6의 계면 오목부(41a15)와 같아도 된다. 복수의 계면 오목부(41a16)는, 계면 오목부(41a16)가 연장되는 방향에 대하여 직교하는 다른 방향을 따라, 서로 이간하여 마련된다.
<제3 실시형태의 변형예 8>
도 51의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 8의 고체 촬상 장치(117)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 51의 (b)는, 고체 촬상 장치(117)가 구비하는 광전 변환층(4017)의 배선층 측 계면(4117)을 나타내는 사시도이다. 제3 실시형태의 계면 오목부(41a9)는, 직방체 형상이었다. 계면 오목부의 형상은, 직방체로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제3 실시형태의 변형예 8의 계면 오목부(41a17)의 형상은, 곡면을 포함한다. 계면 오목부(41a17)의 형상이 곡면인 경우에는, 계면 오목부(41a17)의 단면 형상은 원호를 포함한다. 예를 들면, 계면 오목부(41a17)의 단면 형상은, 타원의 일부이다. 제3 실시형태의 변형예 8의 고체 촬상 장치(117)는, 1개의 계면 오목부(41a17)를 갖는다. 1개의 계면 오목부(41a17)는, 광방향 변경부(3017)를 구성한다. 계면 오목부(41a17)는, 계면 오목부(41a9)와 마찬가지로, DTI(22)로 둘러싸인 영역의 거의 중앙에 마련되어 있다. 또한, 계면 오목부(41a17)의 깊이는, 계면 오목부(41a9)의 깊이와 같아도 된다. 계면 오목부(41a17)의 직경도, 계면 오목부(41a9)의 폭과 같아도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 9>
도 52의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 9의 고체 촬상 장치(118)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 52의 (b)는, 고체 촬상 장치(118)가 구비하는 광전 변환층(4018)의 배선층 측 계면(4118)을 나타내는 사시도이다. 계면 오목부(41a18)는, 배선층 측 계면(4118)에 복수 개 마련되어 있어도 된다. 복수의 계면 오목부(41a18)는, 광방향 변경부(3018)를 구성한다. 계면 오목부(41a18)의 단체의 형상은, 제3 실시형태의 변형예 8의 계면 오목부(41a16)와 같아도 된다. 복수의 계면 오목부(41a18)는, X축의 방향을 따라 복수 개 마련되어 있다. 복수의 계면 오목부(41a18)는, Y축의 방향을 따라 복수 개 마련되어 있다. 즉, 복수의 계면 오목부(41a18)는, 격자상으로 배치되어 있다.
<제3 실시형태의 변형예 10>
도 53의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 10의 고체 촬상 장치(119)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 53의 (b)는, 고체 촬상 장치(119)가 구비하는 광전 변환층(4019)의 배선층 측 계면(4119)을 나타내는 사시도이다. 고체 촬상 장치(119)는, 1개의 계면 오목부(41a19)를 갖는다. 1개의 계면 오목부(41a19)는, 광방향 변경부(3019)를 구성한다. 고체 촬상 장치(119)가 갖는 계면 오목부(41a19)는, 단면 형상이 타원 형상이다. 계면 오목부(41a19)는, 소정의 방향으로 연장되는 소인체의 표면에 대응한다. 계면 오목부(41a19)는, 스트라이프상이다. 계면 오목부(41a19)도, 한쪽의 DTI(22)로부터 다른쪽의 DTI(22)까지 연장되어 있어도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 11>
도 54의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 11의 고체 촬상 장치(120)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 54의 (b)는, 고체 촬상 장치(120)가 구비하는 광전 변환층(4020)의 배선층 측 계면(4120)을 나타내는 사시도이다. 계면 오목부(41a20)는, 배선층 측 계면(4120)에 복수 개 마련되어 있어도 된다. 복수의 계면 오목부(41a20)는, 광방향 변경부(3020)를 구성한다. 계면 오목부(41a20)의 단체의 형상은, 제3 실시형태의 변형예 10의 계면 오목부(41a19)와 같아도 된다. 복수의 계면 오목부(41a20)는, 계면 오목부(41a20)가 연장되는 방향에 대하여 직교하는 다른 방향을 따라, 서로 이간하여 마련된다.
제3 실시형태의 광방향 변경부(309) 등은, 계면 평탄부(41b9)보다 움푹 패인 오목부였다. 광산란체인 광방향 변경부는, 계면 평탄부(41b9)보다 돌출된 볼록부여도 된다. 이하, 광방향 변경부가 볼록부인 예를, 제3 실시형태의 변형예 12 ∼ 23으로서 설명한다.
<제3 실시형태의 변형예 12>
도 55의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 12의 고체 촬상 장치(121)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 55의 (b)는, 고체 촬상 장치(121)가 구비하는 광전 변환층(4021)의 배선층 측 계면(4121)을 나타내는 사시도이다. 배선층 측 계면(4121)은, 계면 볼록부(41a21)와, 계면 평탄부(41b21)를 갖는다. 고체 촬상 장치(121)는, 1개의 계면 볼록부(41a21)를 갖는다. 1개의 계면 볼록부(41a21)는, 광방향 변경부(3021)를 구성한다. 계면 볼록부(41a21)는, 배선층(5021) 측으로 돌출된다. 계면 볼록부(41a21)는, 배선층(5021)의 배선층 주면(5121)으로부터 움푹 패이는 배선층 오목부(51t21)에 배치되어 있다. 계면 볼록부(41a21)는, 계면 오목부(41a9)와 마찬가지로, DTI(22)로 둘러싸인 영역의 거의 중앙에 마련되어 있다. 계면 볼록부(41a21)의 높이는, 계면 오목부(41a9)와 같아도 된다. 계면 볼록부(41a21)의 폭도, 계면 오목부(41a9)와 같아도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 13>
도 56의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 13의 고체 촬상 장치(122)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 56의 (b)는, 고체 촬상 장치(122)가 구비하는 광전 변환층(4022)의 배선층 측 계면(4122)을 나타내는 사시도이다. 제3 실시형태의 변형예 13의 고체 촬상 장치(122)는, 복수의 계면 볼록부(41a22)를 갖는다. 복수의 계면 볼록부(41a22)는, 광방향 변경부(3022)를 구성한다. 계면 볼록부(41a22)의 단체의 형상은, 제3 실시형태의 변형예 12의 계면 볼록부(41a21)와 같아도 된다. 복수의 계면 볼록부(41a22)는, X축의 방향을 따라 복수 개 마련되어 있다. 복수의 계면 볼록부(41a22)는, X축으로 직교하는 Y축의 방향을 따라 복수 개 마련되어 있다. 즉, 복수의 계면 볼록부(41a22)는, 격자상으로 배치되어 있다. 계면 볼록부(41a22)의 간격은, 서로 같아도 된다. 즉, 복수의 계면 볼록부(41a22)는, 규칙적으로 배치되어도 된다. 또한, 계면 볼록부(41a22)의 간격은, 서로 달라도 된다. 즉, 복수의 계면 볼록부(41a22)는, 불규칙적으로 배치되어도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 14>
도 57의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 14의 고체 촬상 장치(123)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 57의 (b)는, 고체 촬상 장치(123)가 구비하는 광전 변환층(4023)의 배선층 측 계면(4123)을 나타내는 사시도이다. 제3 실시형태의 변형예 14의 고체 촬상 장치(123)는, 1개의 계면 볼록부(41a23)를 갖는다. 1개의 계면 볼록부(41a23)는, 광방향 변경부(3023)를 구성한다. 제3 실시형태의 변형예 14의 계면 볼록부(41a23)는, 평면에서 볼 때, 직사각형이다. 즉, 계면 볼록부(41a23)는, 스트라이프상이다. 계면 볼록부(41a23)는, 한쪽의 DTI(22)로부터 다른쪽의 DTI(22)까지 연장되어 있어도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 15>
도 58의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 15의 고체 촬상 장치(124)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 58의 (b)는, 고체 촬상 장치(124)가 구비하는 광전 변환층(4024)의 배선층 측 계면(4124)을 나타내는 사시도이다. 제3 실시형태의 변형예 15의 고체 촬상 장치(124)는, 복수의 계면 볼록부(41a24)를 갖는다. 복수의 계면 볼록부(41a24)는, 광방향 변경부(3024)를 구성한다. 계면 볼록부(41a24)의 단체의 형상은, 제3 실시형태의 변형예 14의 계면 볼록부(41a23)와 같아도 된다. 복수의 계면 볼록부(41a24)는, 계면 볼록부(41a24)가 연장되는 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향을 따라, 서로 이간하여 마련된다.
<제3 실시형태의 변형예 16>
도 59의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 16의 고체 촬상 장치(125)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 59의 (b)는, 고체 촬상 장치(125)가 구비하는 광전 변환층(4025)의 배선층 측 계면(4125)을 나타내는 사시도이다. 제3 실시형태의 변형예 12의 계면 볼록부(41a21)는, 직방체 형상이었다. 계면 볼록부의 형상은, 직방체로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제3 실시형태의 변형예 16의 계면 볼록부(41a25)의 형상은, 사각뿔이다. 계면 볼록부(41a25)의 형상이 사각뿔인 경우에는, 계면 볼록부(41a25)의 단면 형상은 삼각형이다. 제3 실시형태의 변형예 16의 고체 촬상 장치(125)는, 1개의 계면 볼록부(41a25)를 갖는다. 1개의 계면 볼록부(41a25)는, 광방향 변경부(3025)를 구성한다. 계면 볼록부(41a25)는, DTI(22)로 둘러싸인 영역의 거의 중앙에 마련되어 있다.
<제3 실시형태의 변형예 17>
도 60의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 17의 고체 촬상 장치(126)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 60의 (b)는, 고체 촬상 장치(126)가 구비하는 광전 변환층(4026)의 배선층 측 계면(4126)을 나타내는 사시도이다. 제3 실시형태의 변형예 17의 고체 촬상 장치(126)는, 복수의 계면 볼록부(41a26)를 갖는다. 복수의 계면 볼록부(41a26)는, 광방향 변경부(3026)를 구성한다. 계면 볼록부(41a26)의 단체의 형상은, 제3 실시형태의 변형예 16의 계면 볼록부(41a25)와 같아도 된다. 복수의 계면 볼록부(41a26)는, X축의 방향을 따라 복수 개 마련되어 있다. 복수의 계면 볼록부(41a26)는, X축으로 직교하는 Y축의 방향을 따라 복수 개 마련되어 있다. 즉, 복수의 계면 볼록부(41a26)는, 격자상으로 배치되어 있다. 계면 볼록부(41a26)의 간격은, 서로 같아도 된다. 즉, 복수의 계면 볼록부(41a26)는, 규칙적으로 배치되어도 된다. 또한, 계면 볼록부(41a26)의 간격은, 서로 달라도 된다. 즉, 복수의 계면 볼록부(41a26)는, 불규칙적으로 배치되어도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 18>
도 61의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 18의 고체 촬상 장치(127)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 61의 (b)는, 고체 촬상 장치(127)가 구비하는 광전 변환층(4027)의 배선층 측 계면(4127)을 나타내는 사시도이다. 고체 촬상 장치(127)는, 1개의 계면 볼록부(41a27)를 갖는다. 1개의 계면 볼록부(41a27)는, 광방향 변경부(3027)를 구성한다. 고체 촬상 장치(127)가 갖는 계면 볼록부(41a27)는, 단면 형상이 타원 형상이다. 계면 볼록부(41a27)는, 소정의 방향으로 연장되는 스트라이프상이다. 계면 볼록부(41a27)도, 한쪽의 DTI(22)로부터 다른쪽의 DTI(22)까지 연장되어 있어도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 19>
도 62의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 19의 고체 촬상 장치(128)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 62의 (b)는, 고체 촬상 장치(128)가 구비하는 광전 변환층(4028)의 배선층 측 계면(4128)을 나타내는 사시도이다. 계면 볼록부(41a28)는, 배선층 측 계면(4128)에 복수 개 마련되어 있어도 된다. 복수의 계면 볼록부(41a28)는, 광방향 변경부(3028)를 구성한다. 계면 볼록부(41a28)의 단체의 형상은, 제3 실시형태의 변형예 18의 계면 볼록부(41a27)와 같아도 된다. 복수의 계면 볼록부(41a28)는, 계면 볼록부(41a28)가 연장되는 방향에 대하여 직교하는 다른 방향을 따라, 서로 이간하여 마련된다.
<제3 실시형태의 변형예 20>
도 63의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 20의 고체 촬상 장치(129)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 63의 (b)는, 고체 촬상 장치(129)가 구비하는 광전 변환층(4029)의 배선층 측 계면(4129)을 나타내는 사시도이다. 계면 오목부의 형상은, 직방체로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제3 실시형태의 변형예 20의 계면 볼록부(41a29)의 형상은, 곡면을 포함한다. 계면 볼록부(41a29)의 형상이 곡면을 포함하는 경우에는, 예를 들면, 계면 볼록부(41a29)의 단면 형상은, 타원의 일부이다. 제3 실시형태의 변형예 20의 고체 촬상 장치(129)는, 1개의 계면 볼록부(41a29)를 갖는다. 1개의 계면 볼록부(41a29)는, 광방향 변경부(3029)를 구성한다. 계면 볼록부(41a29)는, DTI(22)로 둘러싸인 영역의 거의 중앙에 마련되어 있다. 또한, 계면 볼록부(41a29)의 높이는, 계면 볼록부(41a21)의 깊이와 같아도 된다. 계면 볼록부(41a29)의 직경도, 계면 볼록부(41a21)의 폭과 같아도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 21>
도 64의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 21의 고체 촬상 장치(130)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 64의 (b)는, 고체 촬상 장치(130)가 구비하는 광전 변환층(4030)의 배선층 측 계면(4130)을 나타내는 사시도이다. 제3 실시형태의 변형예 21의 고체 촬상 장치(130)는, 복수의 계면 볼록부(41a30)를 갖는다. 복수의 계면 볼록부(41a30)는, 광방향 변경부(3030)를 구성한다. 계면 볼록부(41a30)의 단체의 형상은, 제3 실시형태의 변형예 20의 계면 볼록부(41a29)와 같아도 된다. 복수의 계면 볼록부(41a30)는, X축의 방향을 따라 복수 개 마련되어 있다. 복수의 계면 볼록부(41a30)는, X축으로 직교하는 Y축의 방향을 따라 복수 개 마련되어 있다. 즉, 복수의 계면 볼록부(41a30)는, 격자상으로 배치되어 있다. 계면 볼록부(41a30)의 간격은, 서로 같아도 된다. 즉, 복수의 계면 볼록부(41a30)는, 규칙적으로 배치되어도 된다. 또한, 계면 볼록부(41a30)의 간격은, 서로 달라도 된다. 즉, 복수의 계면 볼록부(41a30)는, 불규칙적으로 배치되어도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 22>
도 65의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 22의 고체 촬상 장치(131)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 65의 (b)는, 고체 촬상 장치(131)가 구비하는 광전 변환층(4031)의 배선층 측 계면(4131)을 나타내는 사시도이다. 제3 실시형태의 변형예 22의 고체 촬상 장치(131)는, 1개의 계면 볼록부(41a31)를 갖는다. 1개의 계면 볼록부(41a31)는, 광방향 변경부(3031)를 구성한다. 제3 실시형태의 변형예 22의 계면 볼록부(41a31)는, 평면에서 볼 때, 직사각형이다. 즉, 계면 볼록부(41a31)는, 스트라이프상이다. 계면 볼록부(41a31)는, 한쪽의 DTI(22)로부터 다른쪽의 DTI(22)까지 연장되어 있어도 된다.
<제3 실시형태의 변형예 23>
도 66의 (a)는, 제3 실시형태의 변형예 23의 고체 촬상 장치(132)의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 66의 (b)는, 고체 촬상 장치(132)가 구비하는 광전 변환층(4032)의 배선층 측 계면(4132)을 나타내는 사시도이다. 제3 실시형태의 변형예 23의 고체 촬상 장치(132)는, 복수의 계면 볼록부(41a32)를 갖는다. 복수의 계면 볼록부(41a32)는, 광방향 변경부(3032)를 구성한다. 계면 볼록부(41a32)의 단체의 형상은, 제3 실시형태의 변형예 22의 계면 볼록부(41a31)와 같아도 된다. 복수의 계면 볼록부(41a32)는, 계면 볼록부(41a32)가 연장되는 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향을 따라, 서로 이간하여 마련된다.
<추가적인 변형예>
제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11) 및 제2 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(12 ∼ 18)는, 플라스몬에 기인하는 회절광을 발생하는 광산란부(27)를 구비하고 있었다. 마찬가지로, 제3 실시형태의 고체 촬상 장치(19) 및 변형예 1 ∼ 23의 고체 촬상 장치(110 ∼ 132)도, 플라스몬에 기인하는 회절광을 발생하는 광산란부(27)를 구비하고 있었다. 광산란부(27)는, 다른 요소로 변경해도 된다. 광산란부는, 광입사면에 미세한 요철을 형성한 피라미드 구조여도 된다.
도 67의 (a)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A1)는, 제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11) 및 변형예의 고체 촬상 장치(12)의 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A1)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 67의 (b)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A3)는, 제2 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(13, 14)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A3)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 67의 (c)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A5)는, 제2 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(15, 16)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A5)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 67의 (d)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A7)는, 제2 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(17, 18)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A7)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 68의 (a)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A9)는, 제3 실시형태의 고체 촬상 장치(19) 및 변형예의 고체 촬상 장치(111)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A9)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 68의 (b)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A10)는, 제3 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(110, 112)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A10)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 68의 (c)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A13)는, 제3 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(113, 115)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A13)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 68의 (d)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A14)는, 제3 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(114, 116)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A14)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 68의 (e)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A17)는, 제3 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(117, 119)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A17)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 68의 (f)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A18)는, 제3 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(118, 120)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A18)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 69의 (a)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A21)는, 제3 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(121, 123)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A21)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 69의 (b)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A22)는, 제3 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(122, 124)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A22)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 69의 (c)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A25)는, 제3 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(125, 127)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A25)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 69의 (d)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A26)는, 제3 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(126, 128)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A26)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 69의 (e)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A29)는, 제3 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(129, 131)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A29)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 69의 (f)에 나타내는 고체 촬상 장치(1A30)는, 제3 실시형태의 변형예의 고체 촬상 장치(130, 132)의 추가적인 변형예이다. 고체 촬상 장치(1A30)는, 광산란부로서 피라미드 구조(70)를 갖는다.
도 70의 (a)는, 제3 실시형태의 추가적인 변형예의 고체 촬상 장치(133)를 나타낸다. 고체 촬상 장치(133)는, 제3 실시형태의 고체 촬상 장치(19)와 마찬가지의 구성에 더하여, 배선층(5013)에 매립된 반사막(55)을 더 갖는다. 고체 촬상 장치(133)는, 광방향 변경부(3033)에 의한 산란의 효과에 더하여, 반사막(55)에 의한 반사의 효과가 더 얻어진다. 반사막(55)에 의하면, 투과광을 저감할 수 있다.
<제4 실시형태>
도 70의 (b)는, 제4 실시형태의 고체 촬상 장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 제2 실시형태의 고체 촬상 장치(11)는, 광방향 변경부(301)가 배선층 측 계면(411)에 마련되어 있었다. 광산란부(27)에의 입사각이 회절각과 다르면 좋기 때문에, 광의 방향을 변경하는 구성은, 광전 변환부에서의 광의 경로상에 마련되어 있으면 된다. 예를 들면, 도 70의 (b)에 나타내는 바와 같이, 광방향 변경부(3034)는, DTI 측 계면(4334)에 마련되어도 된다. DTI 측 계면(4334)은, 제2 실시형태와 같이, 경사면이어도 된다. 또한, DTI 측 계면(4335)에는, 제3 실시형태와 같이 광산란체(44)가 마련되어도 된다.
1: 고체 촬상 장치
2: 화소부
3: 화소 제어부
4: 신호 처리부
8: 화소
22: DTI
26: 광전 변환부
26a: 광입력면
27: 광산란부
L1: 입사광
L2: 피흡수광
301: 광방향 변경부
411: 배선층 측 계면(광전 변환 이면)
41a10: 계면 오목부(광방향 변경체)
41a21: 계면 볼록부(광방향 변경체)

Claims (73)

  1. 복수의 화소를 포함하는 고체 촬상 장치로서,
    상기 화소는,
    입사광을 받아 산란광을 포함하는 피흡수광을 발생시키는 광산란부와,
    상기 피흡수광을 광입력면으로부터 받아, 받은 상기 피흡수광에 따른 신호 전압을 발생하는 광전 변환부를 구비하고,
    상기 광산란부는, 소정의 주기 길이를 가지고 배치된 복수의 금속 구조체를 포함하고, 상기 산란광으로서, 상기 입사광에 따른 플라스몬에 기인하는 회절광을 발생하는, 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조체의 주기 길이를 변수 P로 하고,
    상기 광전 변환부의 굴절률의 실부를 변수 n으로 하고,
    상기 입사광의 파장을 변수 λ로 하고,
    변수 l을 1 또는 2로 하고,
    상기 변수 P, 상기 변수 n, 상기 변수 λ 및 상기 변수 l은, 식 (1)을 충족시키는, 고체 촬상 장치.
    [수 1]
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조체는,
    제1 방향을 따른 제1 주기 구조와,
    상기 제1 방향으로 교차하는 제2 방향을 따른 제2 주기 구조를 구성하는, 고체 촬상 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 주기 구조의 주기 길이는, 상기 제2 주기 구조의 주기 길이와 다른, 고체 촬상 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광산란부와 상기 광전 변환부 사이에 배치된 전하 유지막을 더 구비하는, 고체 촬상 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전 변환부의 상기 광입력면에는, 고농도 불순물층이 마련되어 있는, 고체 촬상 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조체는, 은, 알루미늄, 금, 구리, 및 티타늄의 질화물로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조체는, 은을 주성분으로서 포함하는 재료, 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 재료, 금을 주성분으로서 포함하는 재료, 구리를 주성분으로서 포함하는 재료, 및 티타늄의 질화물을 주성분으로서 포함하는 재료로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 인접하는 상기 화소 사이에 마련된 제1 격리 벽부를 더 구비하고,
    상기 제1 격리 벽부는, 트렌치와, 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하고,
    상기 광반사부는, 상기 입사광의 파장이 800㎚ 이상 1100㎚ 이하의 범위에서의 굴절률의 실부(n2) 및 굴절률의 허부(k2)가, 식 (2)를 충족시키는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
    [수 2]
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광반사부는, 은, 구리, 금, 백금, 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광반사부는, 은을 주성분으로서 포함하는 재료, 구리를 주성분으로서 포함하는 재료, 금을 주성분으로서 포함하는 재료, 백금을 주성분으로서 포함하는 재료, 및 비스무트를 주성분으로서 포함하는 재료로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 트렌치의 폭은, 45㎚ 이상이며,
    상기 광반사부는, 은 또는 은을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 트렌치의 폭은, 50㎚ 이상이며,
    상기 광반사부는, 구리 또는 구리를 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 트렌치의 폭은, 60㎚ 이상이며,
    상기 광반사부는, 금 또는 금을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 트렌치의 폭은, 30㎚ 이상이며,
    상기 광반사부는, 백금 또는 백금을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 트렌치의 폭은, 70㎚ 이상이며,
    상기 광반사부는, 비스무트 또는 비스무트를 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  17. 제9항에 있어서,
    서로 인접하는 상기 화소 사이에 마련된 제1 격리 벽부를 더 구비하고,
    상기 제1 격리 벽부는, 트렌치와, 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하고,
    상기 트렌치의 폭은, 35㎚ 이상이며,
    상기 광반사부는, 알루미늄 또는 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  18. 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 격리 벽부는, 상기 트렌치의 벽면과 상기 광반사부 사이에 마련된 음전하 유지막을 더 포함하는, 고체 촬상 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 음전하 유지막은, 산화알루미늄에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 음전하 유지막은, 실리콘 질화물에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 인접하는 상기 화소 사이에 마련됨과 함께, 트렌치와 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제1 격리 벽부와,
    상기 광전 변환부를 사이에 두고 상기 제1 격리 벽부에 인접함과 함께, 트렌치와 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제2 격리 벽부를 더 구비하고,
    상기 제1 격리 벽부의 상기 광반사부로부터 상기 제2 격리 벽부의 상기 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 주기 길이를 변수 P로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 주기 수를 변수 M으로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 각각의 폭을 변수 Wmetal로 하고,
    변수 j는 0, 또는, 양의 정수이며,
    상기 변수 WPD, 상기 변수 P 및 상기 변수 Wmetal는, 식 (3)을 충족시키는, 고체 촬상 장치.
    [수 3]
  22. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조체로부터 상기 제1 격리 벽부의 상기 광반사부까지의 거리를 변수 XL로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체로부터 상기 제2 격리 벽부의 상기 광반사부까지의 거리를 변수 XR로 했을 때,
    상기 변수 XL 및 상기 변수 XR는, 서로 동등한, 고체 촬상 장치.
  23. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 인접하는 상기 화소 사이에 마련됨과 함께, 트렌치와 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제1 격리 벽부와,
    상기 광전 변환부를 사이에 두고 상기 제1 격리 벽부에 인접함과 함께, 트렌치와 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제2 격리 벽부를 더 구비하고,
    상기 제1 격리 벽부의 상기 광반사부로부터 상기 제2 격리 벽부의 상기 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 주기 길이를 변수 P로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 주기 수를 변수 M으로 하고,
    변수 j는 0 또는 양의 정수이며,
    상기 변수 WPD, 상기 변수 P 및 상기 변수 M은, 식 (4)를 충족시키는, 고체 촬상 장치.
    [수 4]
  24. 복수의 화소와,
    서로 인접하는 상기 화소 사이에 마련된 제1 격리 벽부를 구비하고,
    상기 화소는, 피흡수광을 광입력면으로부터 받아, 받은 상기 피흡수광에 따른 신호 전압을 발생하는 광전 변환부를 포함하고,
    상기 제1 격리 벽부는, 트렌치와, 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하고,
    상기 광반사부는, 상기 화소에 입사하는 입사광의 파장이 800㎚ 이상 1100㎚ 이하의 범위에서의 굴절률의 실부(n2) 및 굴절률의 허부(k2)가, 식 (5)를 충족시키는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
    [수 5]
  25. 제24항에 있어서,
    상기 광반사부는, 은, 구리, 금, 백금, 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 광반사부는, 은을 주성분으로서 포함하는 재료, 구리를 주성분으로서 포함하는 재료, 금을 주성분으로서 포함하는 재료, 백금을 주성분으로서 포함하는 재료, 및 비스무트를 주성분으로서 포함하는 재료로 이루어지는 군에서 선택되는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 트렌치의 폭은, 45㎚ 이상이며,
    상기 광반사부는, 은 또는 은을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 트렌치의 폭은, 50㎚ 이상이며,
    상기 광반사부는, 구리 또는 구리를 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 트렌치의 폭은, 60㎚ 이상이며,
    상기 광반사부는, 금 또는 금을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  30. 제24항에 있어서,
    상기 트렌치의 폭은, 30㎚ 이상이며,
    상기 광반사부는, 백금 또는 백금을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  31. 제24항에 있어서,
    상기 트렌치의 폭은, 70㎚ 이상이며,
    상기 광반사부는, 비스무트 또는 비스무트를 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  32. 제24항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 격리 벽부는, 상기 트렌치의 벽면과 상기 광반사부 사이에 마련된 음전하 유지막을 더 포함하는, 고체 촬상 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 음전하 유지막은, 산화알루미늄에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 음전하 유지막은, 실리콘 질화물에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  35. 제24항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    입사광을 받아 산란광을 포함하는 상기 피흡수광을 발생시키는 광산란부와,
    상기 광전 변환부를 사이에 두고 상기 제1 격리 벽부에 인접함과 함께, 트렌치와 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제2 격리 벽부를 더 구비하고,
    상기 광산란부는, 소정의 주기 길이를 가지고 배치된 복수의 금속 구조체를 포함하고,
    상기 제1 격리 벽부의 상기 광반사부로부터 상기 제2 격리 벽부의 상기 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 주기 길이를 변수 P로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 주기 수를 변수 M으로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 각각의 폭을 변수 Wmetal로 하고,
    변수 j는 0, 또는, 양의 정수이며,
    상기 변수 WPD, 상기 변수 P 및 상기 변수 Wmetal는, 식 (6)을 충족시키는, 고체 촬상 장치.
    [수 6]
  36. 제35항에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조체로부터 상기 제1 격리 벽부의 상기 광반사부까지의 거리를 변수 XL로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체로부터 상기 제2 격리 벽부의 상기 광반사부까지의 거리를 변수 XR로 했을 때,
    상기 변수 XL 및 상기 변수 XR는, 서로 동등한, 고체 촬상 장치.
  37. 제24항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    입사광을 받아 산란광을 포함하는 상기 피흡수광을 발생시키는 광산란부와,
    상기 광전 변환부를 사이에 두고 상기 제1 격리 벽부에 인접함과 함께, 트렌치와 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제2 격리 벽부를 더 구비하고,
    상기 광산란부는, 소정의 주기 길이를 가지고 배치된 복수의 금속 구조체를 포함하고,
    상기 제1 격리 벽부의 상기 광반사부로부터 상기 제2 격리 벽부의 상기 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 주기 길이를 변수 P로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 주기 수를 변수 M으로 하고,
    변수 j는 0 또는 양의 정수이며,
    상기 변수 WPD, 상기 변수 P 및 상기 변수 M은, 식 (7)을 충족시키는, 고체 촬상 장치.
    [수 7]
  38. 제24항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    입사광을 받아 산란광을 포함하는 상기 피흡수광을 발생시키는 광산란부와.
    상기 광전 변환부를 사이에 두고 상기 제1 격리 벽부에 인접함과 함께, 트렌치와 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제2 격리 벽부를 더 구비하고,
    상기 제1 격리 벽부의 상기 광반사부로부터 상기 제2 격리 벽부의 상기 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 하고,
    상기 광전 변환부의 굴절률의 실부를 변수 nSi으로 하고,
    상기 입사광의 파수를 변수 k0로 하고,
    상기 광산란부에 의해 상기 입사광에 생기는 회절의 각도를 변수 θd로 하고,
    변수 m은 자연수이며,
    상기 변수 WPD, 상기 변수 nSi, 상기 변수 k0, 상기 변수 θd 및 상기 변수 m은, 식 (8)을 충족시키는, 고체 촬상 장치.
    [수 8]
  39. 복수의 화소와,
    서로 인접하는 상기 화소 사이에 마련된 제1 격리 벽부를 구비하고,
    상기 화소는, 피흡수광을 광입력면으로부터 받아, 받은 상기 피흡수광에 따른 신호 전압을 발생하는 광전 변환부를 포함하고,
    상기 제1 격리 벽부는, 트렌치와, 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하고,
    상기 트렌치의 폭은, 35㎚ 이상이며,
    상기 광반사부는, 알루미늄 또는 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성되는, 고체 촬상 장치.
  40. 제39항에 있어서,
    입사광을 받아 산란광을 포함하는 상기 피흡수광을 발생시키는 광산란부와,
    상기 광전 변환부를 사이에 두고 상기 제1 격리 벽부에 인접함과 함께, 트렌치와 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제2 격리 벽부를 더 구비하고,
    상기 광산란부는, 소정의 주기 길이를 가지고 배치된 복수의 금속 구조체를 포함하고,
    상기 제1 격리 벽부의 상기 광반사부로부터 상기 제2 격리 벽부의 상기 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 주기 길이를 변수 P로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 주기 수를 변수 M으로 하고,
    상기 복수의 금속 구조체의 각각의 폭을 변수 Wmetal로 하고,
    변수 j는 0, 또는, 양의 정수이며,
    상기 변수 WPD, 상기 변수 P 및 상기 변수 Wmetal는, 식 (9)를 충족시키는, 고체 촬상 장치.
    [수 9]
  41. 제39항에 있어서,
    입사광을 받아 산란광을 포함하는 상기 피흡수광을 발생시키는 광산란부와,
    상기 광전 변환부를 사이에 두고 상기 제1 격리 벽부에 인접함과 함께, 트렌치와 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제2 격리 벽부를 더 구비하고,
    상기 제1 격리 벽부의 상기 광반사부로부터 상기 제2 격리 벽부의 상기 광반사부까지의 거리를 변수 WPD로 하고,
    상기 광전 변환부의 굴절률의 실부를 변수 nSi으로 하고,
    상기 입사광의 파수를 변수 k0로 하고,
    상기 광산란부에 의해 상기 입사광에 생기는 회절의 각도를 변수 θd로 하고,
    변수 m은 자연수이며,
    상기 변수 WPD, 상기 변수 nSi, 상기 변수 k0, 상기 변수 θd, 및 상기 변수 m은, 식 (10)을 충족시키는, 고체 촬상 장치.
    [수 10]
  42. 복수의 화소와, 서로 인접하는 상기 화소 사이에 마련됨과 함께 트렌치 및 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하는 제1 격리 벽부를 갖는 고체 촬상 장치의 제조 방법으로서,
    트렌치를 형성하는 공정과,
    상기 트렌치에 광반사부를 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 광반사부를 형성하는 공정에서는, 입사광의 파장이 800㎚ 이상 1100㎚ 이하의 범위에서의 굴절률의 실부(n2) 및 굴절률의 허부(k2)가, 식 (11)을 충족시키는 재료를, 원자층 퇴적법에 의해 상기 트렌치에 마련하는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
    [수 11]
  43. 제42항에 있어서,
    상기 광반사부를 형성하는 공정에서는, 상기 광반사부를, 은을 포함하는 원료 가스를 이용한 원자층 퇴적법에 의해 형성하고,
    상기 은을 포함하는 원료 가스는, 트리에틸포스핀(6,6,7,7,8,8,8-헵타플루오로-2,2-디메틸-3,5-옥탄디오네이트)은(Ⅰ)인, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  44. 제42항에 있어서,
    상기 광반사부를 형성하는 공정에서는, 상기 광반사부를, 구리를 포함하는 원료 가스를 이용한 원자층 퇴적법에 의해 형성하고,
    상기 구리를 포함하는 원료 가스는, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트)구리(Ⅱ) 또는, 비스(6,6,7,7,8,8,8-헵타플루오로-2,2-디메틸-3,5-옥탄디오네이트)구리(Ⅱ)인, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  45. 제42항에 있어서,
    상기 광반사부를 형성하는 공정에서는, 상기 광반사부를, 금을 포함하는 원료 가스를 이용한 원자층 퇴적법에 의해 형성하고,
    상기 금을 포함하는 원료 가스는, 트리메틸(트리메틸포스핀)금(Ⅲ)인, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  46. 제42항에 있어서,
    상기 광반사부를 형성하는 공정에서는, 상기 광반사부를, 알루미늄을 포함하는 원료 가스를 이용한 원자층 퇴적법에 의해 형성하고,
    상기 알루미늄을 포함하는 원료 가스는, 트리메틸알루미늄, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트)알루미늄, 또는 트리에틸알루미늄인, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  47. 제42항에 있어서,
    상기 광반사부를 형성하는 공정에서는, 상기 광반사부를, 비스무트를 포함하는 원료 가스를 이용한 원자층 퇴적법에 의해 형성하고,
    상기 비스무트를 포함하는 원료 가스는, 트리페닐비스무트, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트)비스무트, 비스(아세테이트-O)트리페닐비스무트(Ⅴ), 트리스(2-메톡시페닐)비스무틴, 트리(tert-부틸옥시)비스무트, 트리스(1,1,2-트리메틸프로필옥시)비스무트, 및 트리스(1,1-디이소프로필-2-메틸프로필옥시)비스무트로 이루어지는 군에서 선택되는 재료인, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  48. 제42항에 있어서,
    상기 광반사부를 형성하는 공정에서는, 상기 광반사부를, 백금을 포함하는 원료 가스를 이용한 원자층 퇴적법에 의해 형성하고,
    상기 백금을 포함하는 원료 가스는, (트리메틸)메틸시클로펜타디에닐백금(Ⅳ)인, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  49. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전 변환부는, 상기 광입력면을 포함하는 광전 변환 주면과, 상기 광전 변환 주면과는 역측인 광전 변환 이면을 포함하고,
    상기 광전 변환 이면 상에는, 상기 피흡수광의 진행 방향을 변경하는 광방향 변경부가 마련되고,
    상기 광방향 변경부는, 진행 방향이 변경된 후이며 기준 축을 기준으로 한 상기 피흡수광의 각도는, 진행 방향이 변경되기 전이며 상기 기준 축을 기준으로 한 상기 피흡수광의 각도와 다르게, 상기 피흡수광의 진행 방향을 변경하는, 고체 촬상 장치.
  50. 피흡수광에 따른 신호 전압을 발생하는 광전 변환부를 포함하는 복수의 화소와,
    트렌치 및 상기 트렌치에 매립된 광반사부를 포함하며 서로 인접하는 상기 화소 사이에 마련된 격리 벽부를 구비하고,
    상기 광전 변환부는, 입사광을 받는 광입력면을 포함하는 광전 변환 주면과, 상기 광전 변환 주면과는 역측인 광전 변환 이면을 포함하고,
    상기 광전 변환 이면 상에는, 광방향 변경부가 마련되고,
    상기 광방향 변경부는, 진행 방향이 변경된 후이며 기준 축을 기준으로 한 상기 피흡수광의 각도는, 진행 방향이 변경되기 전이며 상기 기준 축을 기준으로 한 상기 피흡수광의 각도와 다르게, 상기 피흡수광의 진행 방향을 변경하는, 고체 촬상 장치.
  51. 제49항 또는 제50항에 있어서,
    진행 방향이 변경된 후의 상기 피흡수광의 상기 광입력면의 법선을 기준으로 한 각도는, 진행 방향이 변경되기 전의 상기 피흡수광의 상기 광입력면의 법선을 기준으로 한 각도에 대응하는, 고체 촬상 장치.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 광방향 변경부는, 상기 법선을 기준으로 한 기준 축에 대하여 경사짐과 함께, 받은 상기 광을 반사하는, 고체 촬상 장치.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 광전 변환 이면에는, 배선부가 접하는, 고체 촬상 장치.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 광방향 변경부는, 상기 배선부에 마련된 반사부를 포함하는, 고체 촬상 장치.
  55. 제49항 또는 제50항에 있어서,
    상기 광방향 변경부는, 상기 광전 변환 이면을 기준으로 하여 돌출되거나 또는 상기 광전 변환 이면을 기준으로 하여 움푹 패이는 적어도 1개의 광방향 변경체를 포함하는, 고체 촬상 장치.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 광전 변환 이면을 기준으로 하여 돌출되는 상기 광방향 변경체의 높이 또는 상기 광전 변환 이면을 기준으로 하여 움푹 패이는 상기 광방향 변경체의 깊이는, 상기 광전 변환부의 굴절률에 기초하는 상기 피흡수광의 파장에 대응하는, 고체 촬상 장치.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 광전 변환 이면을 기준으로 한 상기 광방향 변경체의 높이는, 상기 광전 변환부의 굴절률에 기초하는 상기 피흡수광의 파장의 1／10의 길이보다 큰, 고체 촬상 장치.
  58. 제56항 또는 제57항에 있어서
    상기 광전 변환 이면을 기준으로 한 상기 광방향 변경체의 높이는, 상기 광전 변환부의 굴절률에 기초하는 상기 피흡수광의 파장의 5배의 길이보다 작은, 고체 촬상 장치.
  59. 제56항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광방향 변경체는, 평면인 면을 포함하는, 고체 촬상 장치.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 광방향 변경체의 단면 형상은, 직사각형인 부분을 포함하는, 고체 촬상 장치.
  61. 제59항에 있어서,
    상기 광방향 변경체의 형상은, 상기 평면인 면에 의해 구성된 직방체인, 고체 촬상 장치.
  62. 제59항에 있어서,
    상기 광방향 변경체의 단면 형상은, 삼각형인, 고체 촬상 장치.
  63. 제59항에 있어서,
    상기 광방향 변경체의 형상은, 상기 평면인 면에 의해 구성된 사각뿔인, 고체 촬상 장치.
  64. 제59항에 있어서,
    상기 광방향 변경체의 형상은, 상기 평면인 면에 의해 구성된 삼각기둥인, 고체 촬상 장치.
  65. 제56항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광방향 변경체는, 곡면인 면을 포함하는, 고체 촬상 장치.
  66. 제65항에 있어서,
    상기 광방향 변경체의 단면 형상은, 타원인 부분을 포함하는, 고체 촬상 장치.
  67. 제66항에 있어서,
    상기 광방향 변경체의 형상은, 타원인 부분을 포함하는 단면을 축선 주위로 회전시킨 회전체인, 고체 촬상 장치.
  68. 제66항에 있어서,
    상기 광방향 변경체의 형상은, 타원인 부분을 포함하는 단면을 축선을 따라 연신시킨 소인체인, 고체 촬상 장치.
  69. 제61항, 제63항 및 제67항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광방향 변경부는, 복수의 상기 광방향 변경체가 제1 방향을 따라 복수 배치됨과 함께 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 복수 배치됨으로써, 평면에서 볼 때 격자상으로 구성되는, 고체 촬상 장치.
  70. 제61항, 제64항 및 제68항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광방향 변경부는, 상기 광방향 변경체가 제1 방향을 따라 연장됨과 함께 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 복수 배치됨으로써, 평면에서 볼 때 줄무늬상으로 구성되는, 고체 촬상 장치.
  71. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전 변환부는, 상기 광입력면을 포함하는 제1 광전 변환 계면과, 상기 제1 광전 변환 계면과는 다른 계면이며, 상기 광입력면으로부터 받아들인 상기 피흡수광의 진행 방향을 변경하는 제2 광전 변환 계면을 포함하고,
    상기 피흡수광은, 제1 각도를 가지고 상기 광입력면으로부터 상기 광전 변환부의 내부로 진행하고,
    상기 제2 광전 변환 계면에서 진행 방향이 변경된 상기 피흡수광은, 제2 각도를 가지고 상기 광입력면에 입사하고,
    상기 제2 광전 변환 계면은, 상기 제2 각도가 상기 제1 각도와 다르게, 상기 피흡수광의 진행 방향을 변경하는, 고체 촬상 장치.
  72. 제72항에 있어서,
    상기 제2 광전 변환 계면은, 상기 제1 광전 변환 계면과는 역측인 광전 변환 이면 상에 마련된 배선부와의 경계면인, 고체 촬상 장치.
  73. 제71항 또는 제72항에 있어서,
    상기 제2 광전 변환 계면은, 상기 제1 광전 변환 계면과 교차하도록 마련된 트렌치와의 경계면인, 고체 촬상 장치.
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Itaru Oshiyama, Sozo Yokogawa, Harumi Ikeda, Yoshiki Ebiko, Tomoyuki Hirano, Oinoue Takashi, Suguru Saito, Yoshiya Hagimoto, Hayato Iwamoto, 「PSD 구조를 이용한 이면 조사형 CMOS 이미지 센서의 적외선 감도 향상」, 영상 정보 미디어 학회 기술 보고, Vol.41, No.10, 영상 정보 미디어 학회, 2018년 3월.

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