WO2016143531A1 - 撮像素子及びその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

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photoelectric conversion
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hole
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太田　和伸
佐藤　充
壽史 若野
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ソニー株式会社
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Definitions

  • the present technology relates to an imaging device, a manufacturing method thereof, and an electronic device, and in particular, in a back-illuminated imaging device having an organic photoelectric conversion film, imaging capable of preventing color mixing and ensuring a dynamic range.
  • the present invention relates to an element, a manufacturing method thereof, and an electronic device.
  • Patent Document 1 discloses that by combining this back-illuminated image sensor and an organic film having a photoelectric conversion function, an image sensor with few false colors and high resolution can be realized.
  • the image sensor described in Patent Document 1 has a structure in which an organic photoelectric conversion film is stacked on the upper layer from the back surface (light incident surface side) of a semiconductor substrate.
  • the charges photoelectrically converted in the organic photoelectric conversion film are transferred to the wiring layer on the surface through a through electrode formed through the semiconductor substrate.
  • a reading element such as an amplifier transistor is provided in the wiring layer.
  • Patent Document 2 discloses a technique for forming a pixel separation portion by embedding an insulating film in an inter-pixel region that is an inter-pixel region of a back-illuminated image sensor. By electrically separating each pixel, it is possible to prevent so-called “color mixing” in which light and electrons leak from adjacent pixels.
  • the present technology has been made in view of such a situation, and in a back-illuminated imaging device having an organic photoelectric conversion film, it is possible to prevent color mixing and secure a dynamic range. .
  • An imaging device includes a photoelectric conversion film provided on one surface side of a semiconductor substrate, a pixel separation unit formed in a region between pixels, and a charge obtained by photoelectric conversion in the photoelectric conversion film. And a through electrode formed in the inter-pixel region for transmitting a signal corresponding to the above to a wiring layer formed on the other surface side of the semiconductor substrate.
  • the pixel separation portion and the through electrode can be formed such that the insulating film of the pixel separation portion and the insulating film covering the periphery of the through electrode are in contact with each other.
  • the through electrode can be connected to a reading element of the wiring layer via a polysilicon electrode formed on an element isolation portion formed on the semiconductor substrate.
  • a silicide can be provided on the polysilicon electrode.
  • a high dielectric constant gate insulating film can be provided between the through electrode and the polysilicon electrode.
  • the through electrode can be formed by embedding an impurity-doped polysilicon, which is a material of the polysilicon electrode, in forming the polysilicon electrode in the through hole.
  • the pixel separation portion can be formed so that the insulating film covering the periphery of the through electrode is in contact with the insulating film of the pixel separation portion when processing the one surface side.
  • the through electrode formed of polysilicon doped with impurities is connected to an electrode of the photoelectric conversion film through an electrode plug, and a high dielectric constant gate insulating film is provided between the through electrode and the electrode plug. Can do.
  • a light-shielding film that covers a part of the light-receiving region of the pixel that is a phase difference detection pixel can be further provided.
  • the upper end portion of the through electrode can be formed so as to cover a range including the top of the insulating film covering the periphery of the through electrode.
  • a metal can be used as a material constituting a portion of the pixel separation portion that does not contact the insulating film covering the periphery of the through electrode.
  • a light shielding film formed on the pixel separation portion can be further provided.
  • the upper end portion of the through electrode can be formed so as to cover the insulating film covering the periphery of the through electrode and to be separated from the light shielding film.
  • a plurality of the through electrodes can be formed in the inter-pixel region between two adjacent pixels.
  • color mixing can be prevented and a dynamic range can be secured in a back-illuminated imaging device having an organic photoelectric conversion film.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross section of the image sensor along line AA in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross section of the image sensor along line BB in FIG. 2.
  • It is a flowchart explaining the 1st manufacturing method of an image pick-up element.
  • It is a figure which shows the state of the semiconductor substrate after a surface process.
  • It is a figure which shows the state of the semiconductor substrate after an opening pretreatment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging device according to an embodiment of the present technology.
  • the image sensor 10 is an image sensor such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the image sensor 10 receives incident light from a subject via an optical lens, converts it into an electrical signal, and outputs a pixel signal.
  • the image sensor 10 is a back-illuminated image sensor that emits light from the back surface on the opposite side with the surface on which the wiring layer is formed as the surface of the semiconductor substrate.
  • Each pixel constituting the image sensor 10 is provided with an organic film having a photoelectric conversion function above the semiconductor substrate.
  • the image sensor 10 includes a pixel array unit 21, a vertical drive circuit 22, a column signal processing circuit 23, a horizontal drive circuit 24, an output circuit 25, and a control circuit 26.
  • pixels 31 are arranged in a two-dimensional array.
  • the pixel 31 includes a photoelectric conversion film as a photoelectric conversion element, a PD (Photo-Diode), and a plurality of pixel transistors.
  • the vertical drive circuit 22 is constituted by a shift register, for example.
  • the vertical drive circuit 22 drives the pixels 31 in units of rows by supplying a pulse for driving the pixels 31 to a predetermined pixel drive wiring 41.
  • the vertical drive circuit 22 sequentially scans each pixel 31 of the pixel array unit 21 in the vertical direction in units of rows, and a pixel signal corresponding to the signal charge obtained in each pixel 31 is passed through the vertical signal line 42 to the column signal processing circuit. 23.
  • the column signal processing circuit 23 is arranged for each column of the pixels 31, and processes a signal output from the pixels 31 for one row for each pixel column.
  • the column signal processing circuit 23 performs signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) and AD (Analog Digital) conversion for removing pixel-specific fixed pattern noise.
  • the horizontal drive circuit 24 is configured by a shift register, for example.
  • the horizontal drive circuit 24 sequentially selects the column signal processing circuit 23 by sequentially outputting horizontal scanning pulses, and outputs the pixel signal to the horizontal signal line 43.
  • the output circuit 25 performs signal processing on the signal supplied from each column signal processing circuit 23 through the horizontal signal line 43, and outputs a signal obtained by performing the signal processing.
  • the output circuit 25 may perform only buffering, or may perform black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing, and the like.
  • the control circuit 26 outputs a clock signal and a control signal to the vertical drive circuit 22, the column signal processing circuit 23, and the horizontal drive circuit 24, and controls the operation of each unit.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing the pixel 31.
  • FIG. 2 shows the whole of the pixels 31-2 and 31-3 which are two adjacent pixels 31, a part of the pixel 31-1 adjacent to the pixel 31-2, and the pixel adjacent to the pixel 31-3. A portion of 31-4 is shown.
  • the configuration shown in FIG. 2 is not a configuration that appears directly on the back surface side of the image sensor 10, and a configuration such as an organic photoelectric conversion film is stacked on this configuration. That is, FIG. 2 is not a plan view of the pixel 31, but is a diagram showing a state in which a configuration of a predetermined layer of the pixel 31 is viewed from the back side.
  • the configuration around the pixel 31-2 will be mainly described, but the same applies to other pixels.
  • a pixel separation unit 51A is formed in an inter-pixel region that is a region between the pixel 31-2 and the adjacent pixel 31 on the pixel 31-2.
  • the pixel separating portion 51A has a predetermined depth and is configured by providing an insulating film or the like in a groove having a substantially constant width. Other pixel separation units have the same configuration.
  • the pixel separation unit 51A electrically separates the pixel 31-2 and the pixel 31 adjacent thereto.
  • a pixel separation portion 51B is formed in the inter-pixel region between the pixel 31-2 and the adjacent pixel 31 below it.
  • the pixel separation unit 51B electrically separates the pixel 31-2 and the pixel 31 adjacent below the pixel 31-2.
  • the pixel separation unit 51C is formed on the upper side across the through hole 52-1, and the pixel separation unit 51D is formed on the lower side. Is done.
  • the diameter of the through hole 52-1 is slightly wider than the width of the pixel separation portions 51 ⁇ / b> C and 51 ⁇ / b> D.
  • an electrode material is embedded in the through hole 52-1, and a through electrode is formed.
  • the periphery of the through electrode is covered with an insulating film.
  • the through electrode formed in the through hole 52-1 transmits a signal corresponding to the electric charge obtained by performing photoelectric conversion in the organic photoelectric conversion film of the pixel 31-2 to the wiring layer of the pixel 31-2. Electrode.
  • one pixel 31 is provided with an organic photoelectric conversion film for one color such as green.
  • One pixel 31 has one through electrode. Blue and red light is detected by the PD provided on the semiconductor substrate.
  • the insulating films of the pixel separation portions 51C and 51D and the insulating film covering the periphery of the through electrode formed in the through hole 52-1, are integrally formed and are in contact with each other.
  • the pixel 31-2 and the left pixel 31-1 are electrically separated by an insulating film covering the pixel separation portions 51C and 51D and the through electrode formed in the through hole 52-1.
  • the pixel separation unit 51E is formed on the upper side with the through hole 52-2 interposed therebetween, and the pixel separation unit 51F is formed on the lower side. Is done.
  • the diameter of the through hole 52-2 is slightly wider than the width of the pixel separating portions 51E and 51F.
  • the through hole 52-2 is formed with a through electrode covered with an insulating film.
  • the through electrode formed in the through hole 52-2 transmits a signal corresponding to the electric charge obtained by performing photoelectric conversion in the organic photoelectric conversion film of the pixel 31-3 to the wiring layer of the pixel 31-3. Electrode.
  • the insulating films of the pixel separating portions 51E and 51F and the insulating film covering the periphery of the through electrode formed in the through hole 52-2 are integrally formed and are in contact with each other.
  • the pixel 31-2 and the right pixel 31-3 are electrically separated by an insulating film covering the pixel separating portions 51E and 51F and the through electrode formed in the through hole 52-2.
  • the light shielding film 61-1 is disposed on the pixel separating portions 51A, 51C, 51E, and the light shielding film 61-2 is disposed on the pixel separating portions 51B, 51D, 51E.
  • the diameter of the upper end portion 62-1 of the through electrode formed in the through hole 52-1 is larger than the diameter of the through hole 52-1.
  • the upper end portion 62-1 functions as a light-shielding film by covering from above the insulating film covering the periphery of the through electrode formed in the through hole 52-1.
  • the diameter of the upper end portion 62-2 of the through electrode formed in the through hole 52-2 is larger than the diameter of the through hole 52-2.
  • the upper end portion 62-2 functions as a light shielding film by covering the insulating film covering the periphery of the through electrode formed in the through hole 52-2 from above.
  • the inner sides of the pixel separating portions 51A to 51F and the upper end portions 62-1 and 62-2 are light receiving regions of the pixel 31-2.
  • the light shielding films 61-1 and 61-2 and the upper end 62-1 are formed apart from each other.
  • the light shielding films 61-1 and 61-2 and the upper end portion 62-2 are formed apart from each other.
  • the image sensor 10 through electrodes are provided in the left and right inter-pixel regions of each pixel.
  • the pixel separation portion and the insulating film around the through electrode are integrated, and each pixel is electrically separated from the adjacent pixels.
  • the through electrode in the inter-pixel region of each pixel, it is possible to secure a wide electron accumulation region in the pixel and to secure a large dynamic range.
  • a PD is provided in the electron storage area. If the through electrode is provided in a region different from the inter-pixel region, the PD region is narrowed by that amount and the dynamic range is reduced, but this can be prevented.
  • the imaging device 10 which is a backside illumination type imaging device having an organic photoelectric conversion film, color mixing can be prevented and a dynamic range can be secured.
  • FIG. 3 is a view showing a cross section of the image sensor 10 taken along the line AA in FIG.
  • the wiring layer 102 and the support substrate 101 are formed on the front surface side (lower side in FIG. 3) of the semiconductor substrate 131 constituting the light receiving layer 103, and the rear surface side (in FIG. 3).
  • the photoelectric conversion film layer 104 is formed with a predetermined layer interposed therebetween.
  • An on-chip lens 105 is provided on the photoelectric conversion film layer 104.
  • a polysilicon electrode 121 is formed on an STI (Shallow Trench Isolation) 173 that is an element isolation portion formed on the semiconductor substrate 131.
  • a silicide 122 is disposed on the polysilicon electrode 121, and the polysilicon electrode 121 and the wiring 124 are connected via the silicide 122 and the contact 123.
  • An FD (floating diffusion) 134 of the semiconductor substrate 131 is connected to the wiring 124 via a contact 125.
  • a reset transistor 126 is provided in the wiring layer 102.
  • FIG. 3 shows only the configuration used for transmitting the signal corresponding to the electric charge obtained in the organic photoelectric conversion film 152 on the back side as the configuration of the wiring layer 102 up to FD.
  • a configuration used for transmitting a signal corresponding to the electric charge obtained in the PD in the silicon substrate is also provided.
  • the configuration used for signal transmission includes a transfer transistor, a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor.
  • the semiconductor substrate 131 of the light receiving layer 103 is made of, for example, P-type silicon (Si).
  • PD 132 and PD 133 are embedded in the semiconductor substrate 131.
  • the PD 132 is a photoelectric conversion element that mainly receives blue light and performs photoelectric conversion.
  • the PD 133 is a photoelectric conversion element that mainly receives red light and performs photoelectric conversion.
  • An FD 134 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 131.
  • An antireflection film 141 is provided on the semiconductor substrate 131 (on the back side), and insulating films 142 and 143 are provided thereon.
  • the photoelectric conversion film layer 104 is configured by laminating an organic photoelectric conversion film 152 so as to be sandwiched between the upper electrode 151 and the lower electrode 153. A voltage is applied to the upper electrode 151, and carriers generated in the organic photoelectric conversion film 152 move to the lower electrode 153 side.
  • the organic photoelectric conversion film 152 receives, for example, green light and performs photoelectric conversion.
  • the upper electrode 151 and the lower electrode 153 are formed of a transparent conductive film such as an indium tin oxide (ITO) film or an indium zinc oxide film.
  • ITO indium tin oxide
  • the organic photoelectric conversion film 152 is used for receiving green light
  • the PD 132 is used for receiving blue light
  • the PD 133 is used for receiving red light
  • the combination of colors is arbitrary.
  • the organic photoelectric conversion film 152 can be used for receiving red or blue light
  • the PD 132 and PD 133 can be used for receiving light of other colors.
  • another organic photoelectric conversion film that absorbs and photoelectrically converts light of a color different from that of the organic photoelectric conversion film 152 is laminated so that the PD in the silicon is only one layer. Is also possible.
  • a through hole 131A that penetrates the semiconductor substrate 131 is formed.
  • a through electrode 171 is formed in the through hole 131A, and the periphery of the through electrode 171 is covered with an insulating film 172.
  • the upper end 171A of the through electrode 171 is connected to the lower electrode 153.
  • the lower end is connected to the polysilicon electrode 121.
  • an STI 173 is formed integrally with the through hole 131A.
  • a through hole 131A between the pixel 31-1 and the pixel 31-2 corresponds to the through hole 52-1 in FIG. 2, and a through hole formed in the through hole 131A between the pixel 31-1 and the pixel 31-2.
  • the upper end 171A of the electrode 171 corresponds to the upper end 62-1 in FIG.
  • a through hole 131A between the pixel 31-2 and the pixel 31-3 corresponds to the through hole 52-2 in FIG. 2, and is formed in the through hole 131A between the pixel 31-2 and the pixel 31-3.
  • the upper end portion 171A of the through electrode 171 corresponds to the upper end portion 62-2 in FIG.
  • a through hole 131A between the pixel 31-3 and the pixel 31-4 corresponds to the through hole 52-3 in FIG. 2, and a through hole formed in the through hole 131A between the pixel 31-3 and the pixel 31-4.
  • the upper end 171A of the electrode 171 corresponds to the upper end 62-3 in FIG.
  • the pixel 31 having such a structure among the light incident from the back side of the semiconductor substrate 131, light having a green wavelength is photoelectrically converted in the organic photoelectric conversion film 152, and the charge obtained by the photoelectric conversion is changed. Accumulated on the lower electrode 153 side.
  • the fluctuation of the potential of the lower electrode 153 is conducted to the wiring layer 102 side through the through electrode 171, and the electric charge according to the fluctuation of the potential is transferred to the FD 134.
  • the amount of charge transferred to the FD 134 is detected by the reset transistor 126, and a signal corresponding to the detected amount of charge is sent to the vertical signal line 42 as a green pixel signal via a selection transistor or the like (not shown).
  • the through electrode 171 is connected to the reading element via the polysilicon electrode 121.
  • light having a blue wavelength is mainly photoelectrically converted in the PD 132, and charges obtained by the photoelectric conversion are accumulated.
  • light having a red wavelength is mainly photoelectrically converted by the PD 133, and electric charges obtained by the photoelectric conversion are accumulated.
  • the charges accumulated in the PD 132 and PD 133 are transferred to the corresponding FD when a transfer transistor (not shown) provided in the wiring layer 102 is turned on.
  • a signal corresponding to the amount of charge transferred to each FD is sent to the vertical signal line 42 as a blue pixel signal and a red pixel signal via an amplification transistor, a selection transistor, and the like.
  • FIG. 4 is a view showing a cross section of the image sensor 10 taken along the line BB in FIG.
  • the same components as those described with reference to FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. The overlapping description will be omitted as appropriate.
  • a groove 131B is formed in the inter-pixel region.
  • the pixel separating portion 181 is configured by embedding a material constituting the insulating film in the trench 131B. Note that a metal can be used for a material of the pixel separation portion 181 that does not contact the insulating film 172 that covers the periphery of the through electrode 171.
  • the pixel separation unit 181 formed between the pixel 31-1 and the pixel 31-2 corresponds to the pixel separation unit 51D in FIG.
  • a pixel separation unit 181 formed between the pixel 31-2 and the pixel 31-3 corresponds to the pixel separation unit 51F in FIG.
  • the pixel separation portion 181 formed between the pixel 31-3 and the pixel 31-4 corresponds to the pixel separation portion formed below the through hole 52-3 in FIG.
  • a light shielding film 182 is formed on each pixel separation unit 181.
  • the first manufacturing method is a method of forming a pixel separation groove and a through-electrode through hole in the same process.
  • step S1 a surface process is performed.
  • the surface process includes a process of forming the wiring layer 102 on the surface of the semiconductor substrate 131 and a process of attaching the support substrate 101. Until reaching the back surface process, the same processing as that for manufacturing a conventional back-illuminated image sensor is performed.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state of the semiconductor substrate 131 after the surface process.
  • FIG. 6A shows a state in which a cross section around one pixel 31 at the level of the broken line L2 shown in FIG. 6B on the right side is viewed from the back side.
  • FIG. 6B shows a cross-sectional state of the inter-pixel region between the two pixels 31 in the broken line L1 shown in FIG.
  • illustration of the support substrate 101 is omitted, and only a part of the configuration of the wiring layer 102 is shown. The same applies to FIGS. 7 to 18 described later.
  • STI 173 is formed at the position of the inter-pixel region on the surface of the P-type doped semiconductor substrate 131.
  • a polysilicon electrode 121 is formed on the STI 173.
  • the upper surface of the polysilicon electrode 121 may be covered with SiO and a silicide 122 having a high etching ratio.
  • Examples of the material of the silicide 122 include WSi, TiSi, CoSi 2 , and NiSi.
  • pre-opening processing is performed.
  • the pre-opening process includes a process of applying and exposing a resist for opening a through hole for a through electrode and a groove for a pixel separation portion. As described with reference to FIG. 2, the resist is applied and exposed in such a layout that the opening width of the through hole for the through electrode is wider than the opening width of the groove for the pixel separation portion.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state of the semiconductor substrate 131 after the opening pretreatment. As shown in FIG. 7B, a resist 201 having a layout corresponding to the through hole for the through electrode and the groove for the pixel separation portion is applied to the back surface of the semiconductor substrate 131.
  • step S3 dry etching is performed.
  • an etching condition in which the region having a larger aperture ratio is etched deeper and the microloading effect is large is selected.
  • the microloading effect is enhanced under etching conditions where the plasma acceleration voltage is low and the plasma pressure is increased.
  • FIG. 8 is a diagram showing a state of the semiconductor substrate 131 after dry etching.
  • a through hole 131 ⁇ / b> A for the through electrode and a groove 131 ⁇ / b> B for the pixel separating portion are formed around the pixel 31.
  • the through hole 131 ⁇ / b> A having a large aperture ratio is formed to penetrate from the back surface of the semiconductor substrate 131 to the STI 173, whereas the groove 131 ⁇ / b> B penetrates to the surface of the semiconductor substrate 131. Instead, it is formed in a form having a predetermined depth.
  • the region for forming the through hole 131A is lightly etched in advance, and then the region for forming the through hole 131A and the region for forming the groove 131B are etched to form the through hole 131A and the groove 131B. Good.
  • the groove 131B is formed in a closed shape so as to surround one pixel 31, but in practice, it is formed so as to be connected to a pixel separation portion groove of an adjacent pixel.
  • step S4 the resist is removed.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the state of the semiconductor substrate 131 after the resist 201 is removed.
  • an antireflection film forming process is performed.
  • the antireflection film forming process is a process of forming the antireflection film 141 on the surface of the semiconductor substrate 131.
  • the antireflection film 141 is formed by using a highly directional lamination method such as a sputtering method so that no material is laminated on the bottom surface of the through hole 131A and the bottom surface of the groove 131B.
  • Examples of the material of the antireflection film 141 include SiN, HfO, and TaO.
  • FIG. 10 is a diagram showing a state of the semiconductor substrate 131 after the antireflection film formation process. As shown in FIG. 10B, no material is deposited on the bottom surface of the through hole 131 ⁇ / b> A, and an antireflection film 141 is formed on the surface of the semiconductor substrate 131.
  • an insulating film forming process is performed.
  • the insulating film forming process is a process of laminating an insulating film of SiO on the surface of the semiconductor substrate 131 (on the antireflection film 141) and inside the through hole 131A and the groove 131B.
  • the insulating film is stacked by an ALD method which is a method with good embedding properties.
  • FIG. 11 is a diagram showing the state of the semiconductor substrate 131 after the insulating film formation process.
  • the insulating film of SiO is formed in the inner surface of 131 A of through-holes, and the whole groove
  • SiO is also deposited on the bottom surface of the through hole 131A.
  • a through-hole formation pretreatment is performed.
  • the through hole formation pretreatment is a pretreatment for etching SiO deposited on the bottom surface of the through hole 131A.
  • FIG. 12 is a diagram showing a state of the semiconductor substrate 131 after the through hole formation pretreatment.
  • a resist 202 having a pattern that opens only in the vicinity of the through hole 131A is formed by lithography.
  • patterning is performed using a negative resist.
  • step S8 dry etching is performed.
  • SiO on the bottom surface of the through-hole 131A SiO stacked by the ALD method in step S6 and SiO of STI 173 is removed.
  • an etching condition with a high selectivity between SiO and the antireflection film 141 (a condition in which the etching rate of SiO is fast and the etching rate of the antireflection film 141 is slow so that the semiconductor substrate 131 in the vicinity of the through hole 131A is not scraped) ) Is selected.
  • an etching condition is selected in which the plasma electric field is weak and there are many components to be etched by a chemical reaction. The etching is performed until SiO on the bottom surface of the through hole 131A is removed and the polysilicon electrode 121 is exposed inside the through hole 131A.
  • FIG. 13 shows the state of the semiconductor substrate 131 after dry etching.
  • the SiO at the bottom of the through hole 131A and the SiO near the opening of the through hole 131A are removed.
  • the polysilicon electrode 121 is exposed inside the through hole 131A.
  • a thin High-K film high dielectric constant gate insulating film
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the state of the semiconductor substrate 131 after the removal of the resist 202.
  • a through electrode forming process is performed.
  • the through electrode forming process is a process of embedding an electrode material for forming the through electrode 171 in the through hole 131A.
  • the electrode material include TiN / W, TaN / Al, and TaN / AlCu.
  • FIG. 15 is a diagram showing a state of the semiconductor substrate 131 after the through electrode forming process. As shown in FIGS. 15A and 15B, an electrode material such as tungsten (W) is embedded in the through hole 131A.
  • an electrode material such as tungsten (W) is embedded in the through hole 131A.
  • step S11 an upper end formation pre-process is performed.
  • the upper end portion formation pretreatment is a pretreatment for forming the upper end portion 171A by etching.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a state of the semiconductor substrate 131 after the upper end portion formation pretreatment.
  • a resist 203 having a pattern covering the top of the through electrode 171 is formed by lithography of the upper end formation pretreatment.
  • the electrode material is a material for forming a light shielding film between pixels, a material for forming a light shielding film for a phase difference detection pixel, or a light shielding film for covering a reference pixel for black level detection. It can also be used as a material.
  • a resist 203 is formed at a position where each light shielding film is arranged.
  • step S12 dry etching is performed. By this dry etching, the electrode material in the region without the resist 203 is removed.
  • FIG. 17 shows the state of the semiconductor substrate 131 after dry etching. As shown in FIG. 17B, the electrode material on the surface of the semiconductor substrate 131 other than the position covered by the resist 203 is removed to form the upper end portion 171A.
  • step S13 the resist is removed.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating the state of the semiconductor substrate 131 after the resist 203 is removed.
  • the through hole 131A and the groove 131B are formed in the same process, and the through electrode 171 and the pixel separating portion 181 are formed by filling with a predetermined material.
  • step S14 another back surface process for forming another structure is performed.
  • the insulating film 143 is formed over the insulating film 142, and the photoelectric conversion film layer 104 is formed over the insulating film 143.
  • the manufacturing process of the pixel 31 is completed.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a state of the semiconductor substrate 131 after another back surface process.
  • Second production method> The through holes 131A and the grooves 131B are not formed in the same process, but can be formed in different processes.
  • lithography and etching for forming the through hole 131A and lithography and etching for forming the groove 131B are performed, respectively.
  • the through hole 131A may be formed first, or the groove 131B may be formed first.
  • the through hole 131A and the groove 131B are formed in separate processes, and then isotropic etching such as CDE (Chemical Dry Etching) is applied to connect the through hole 131A and the groove 131B, thereby separating the pixel 31 from the adjacent pixel. It becomes possible to do.
  • isotropic etching such as CDE (Chemical Dry Etching)
  • FIG. 20 is a diagram illustrating another configuration example of the pixel 31.
  • the same reference numerals are given to the same configurations as those described with reference to FIG. 2.
  • a pixel separation unit 51G is formed so as to surround the pixel 31-2 and the pixel 31-3.
  • the pixel separation unit 51G electrically separates the pixel 31-2 from the pixel 31 adjacent to the upper, lower, and left sides.
  • the pixel separation unit 51G electrically separates the pixel 31-3 from the pixel 31 adjacent to the upper, lower, and right sides.
  • a through hole 52-1 and a through hole 52-2 are formed side by side.
  • a pixel separation portion 51H is formed above the through hole 52-1, and a pixel separation portion 51I is formed between the through hole 52-1 and the through hole 52-2.
  • a pixel separation portion 51J is formed below the through hole 52-2.
  • the through electrode formed in the through hole 52-1 transmits a signal corresponding to the electric charge obtained by performing photoelectric conversion in the organic photoelectric conversion film of the pixel 31-2 to the wiring layer of the pixel 31-2.
  • the through electrode formed in the through hole 52-2 transmits a signal corresponding to the electric charge obtained by performing photoelectric conversion in the organic photoelectric conversion film of the pixel 31-3 to the wiring layer of the pixel 31-3. It is an electrode for transmission.
  • the insulating films of the pixel separation portions 51H, 51I, and 51J and the insulating film covering the through electrodes formed in the through holes 52-1 and 52-2 are integrally formed and connected.
  • the pixel 31-2 and the pixel 31-3 are electrically separated by an insulating film that covers the periphery of the through electrodes formed in the pixel separating portions 51H, 51I, and 51J and the through holes 52-1 and 52-2.
  • FIG. 21 is a diagram showing still another configuration example of the pixel 31.
  • the through electrode is formed at a substantially central position in the longitudinal direction of the inter-pixel region of each pixel 31. However, the through electrode is formed at a position where the inter-pixel region intersects. Also good.
  • through electrodes are formed at the four corners of each pixel 31.
  • a through hole 52-1 is formed in the inter-pixel region between the pixel 31-2 in FIG. 21 and the pixel 31 on the lower left.
  • the through electrode formed in the through hole 52-1 transmits a signal corresponding to the electric charge obtained by performing photoelectric conversion in the organic photoelectric conversion film of the pixel 31-2 to the wiring layer of the pixel 31-2. Electrode.
  • a through hole 52-2 is formed in the inter-pixel region between the pixel 31-3 and the pixel 31 on the lower left.
  • the through electrode formed in the through hole 52-2 transmits a signal corresponding to the electric charge obtained by performing photoelectric conversion in the organic photoelectric conversion film of the pixel 31-3 to the wiring layer of the pixel 31-3. Electrode.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a modification of the cross section of the image sensor 10. 22 that are the same as those described with reference to FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
  • the through electrode 121A is formed of polysilicon doped with impurities.
  • the through electrode 121A is formed integrally with the polysilicon electrode 121.
  • the periphery of the through electrode 121A is covered with an insulating film 172.
  • the through electrode 121A is connected to the lower electrode 153 through the electrode plug 211.
  • the through electrode 121A is formed, for example, in a surface process. That is, in the surface process, the through hole 131A is formed, and SiO that is the material of the insulating film 172 is embedded in the through hole 131A. In addition, a through hole for the through electrode 121A is formed in the SiO embedded in the through hole 131A.
  • polysilicon doped with impurities which is the same material as the polysilicon electrode 121, is embedded in the through hole for the through electrode 121A, thereby forming the through electrode 121A.
  • another configuration of the wiring layer 102 and the support substrate 101 are formed in the surface process.
  • the electrode plug 211 is formed in the back surface process.
  • the trench 131B is formed as described above, and the pixel isolation portion 181 is formed by filling the insulating film.
  • the pixel separation portion 181 is formed so that the insulating film of the pixel separation portion 181 and the insulating film 172 covering the periphery of the through electrode 121A are in contact with each other.
  • a groove for the electrode plug 211 is formed, and a material constituting the electrode plug 211 is embedded in the groove.
  • the material of the electrode plug 211 include Ti / W and Ti / TiN / W.
  • the electrode plug 211 may be formed by a laminated structure of a thin high-k film and tungsten (W).
  • the electrode plug 211 After the electrode plug 211 is formed, another configuration on the back side is formed, and the image pickup device 10 having the pixel 31 shown in FIG. 22 is manufactured.
  • phase difference detection pixels constituting the image sensor 10 will be described. It is also possible to use the above-described pixel having a through electrode in the inter-pixel region as a phase difference detection pixel.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a phase difference detection pixel.
  • the adjacent pixels 31-11 and 31-12 are phase difference detection pixels. About half of the entire light receiving region of the pixel 31-11, which is a phase difference detection pixel, is covered with the light shielding film 221. In addition, substantially half of the entire light receiving region of the pixel 31-12 is covered with the light shielding film 222.
  • FIG. 24 is a diagram showing an example of the arrangement of the light shielding film of the phase difference detection pixel.
  • the upper half of the entire light receiving region of the pixel 31 except for the vicinity of the left and right through holes 131A is covered with the light shielding film 221.
  • the vicinity of the through hole 131A cannot be shielded, and in this case, the phase difference detection performance is deteriorated.
  • plugs 231 and 232 are formed so as to cover the vicinity of the left and right through holes 131A.
  • the plugs 231 and 232 are formed on the upper end portion 171A using the same material as that of the through electrode 171, for example.
  • the plug 231 having a substantially square shape is formed so that the center position thereof deviates from the position of the through electrode 171 on the left side of the pixel 31. Further, the plug 232 is formed so that the center position thereof deviates from the position of the through electrode 171 on the right side of the pixel 31.
  • the positions of the plugs 231 and 232 are positions where a desired phase difference detection performance can be realized.
  • FIG. 25 is a diagram showing an example of a cross section of the image sensor 10 having the pixel 31 of FIG. Of the configurations shown in FIG. 25, the same configurations as those described with reference to FIG.
  • a light shielding film 221 is formed in the same layer as the upper end 171A of the through electrode 171 so as to cover a part of the light receiving region of the pixel 31-1.
  • the light shielding film 221 is formed at a position separated from the upper end 171A, for example, in the same process as the through electrode 171.
  • the shape of the upper end 171A is different from that shown in FIG. The shape of the upper end 171A can be changed as appropriate.
  • a plug 231 is formed on the upper end 171A.
  • the plug 231 has a shape protruding toward the pixel 31-1 where the light shielding film 221 is formed.
  • the image pickup device 10 is a camera module having an optical lens system, a portable terminal device having an image pickup function (for example, a smartphone or a tablet terminal), or a copier using an image pickup device for an image reading unit, etc. It can be mounted on all electronic devices having an image sensor.
  • FIG. 26 is a block diagram illustrating a configuration example of an electronic apparatus having an image sensor.
  • 26 is, for example, an electronic device such as an imaging device such as a digital still camera or a video camera, or a mobile terminal device such as a smartphone or a tablet terminal.
  • an imaging device such as a digital still camera or a video camera
  • a mobile terminal device such as a smartphone or a tablet terminal.
  • the electronic device 300 includes an image sensor 10, a DSP circuit 301, a frame memory 302, a display unit 303, a recording unit 304, an operation unit 305, and a power supply unit 306.
  • the DSP circuit 301, the frame memory 302, the display unit 303, the recording unit 304, the operation unit 305, and the power supply unit 306 are connected to each other via a bus line 307.
  • the image sensor 10 takes in incident light (image light) from a subject via an optical lens system (not shown), and converts the amount of incident light imaged on the imaging surface into an electrical signal in units of pixels. Output as a pixel signal.
  • the DSP circuit 301 is a camera signal processing circuit that processes a signal supplied from the image sensor 10.
  • the frame memory 302 temporarily holds the image data processed by the DSP circuit 301 in units of frames.
  • the display unit 303 includes a panel type display device such as a liquid crystal panel or an organic EL (Electro Luminescence) panel, and displays a moving image or a still image captured by the image sensor 10.
  • the recording unit 304 records image data of a moving image or a still image captured by the image sensor 10 on a recording medium such as a semiconductor memory or a hard disk.
  • the operation unit 305 issues operation commands for various functions of the electronic device 300 in accordance with user operations.
  • the power supply unit 306 supplies power to each unit.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating a usage example of the image sensor 10.
  • the imaging device 10 can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-rays as follows. That is, as shown in FIG. 27, not only the above-described field of viewing images taken for viewing, but also, for example, the field of transportation, the field of home appliances, the field of medicine and healthcare, and the field of security.
  • the imaging device 10 can also be used in devices used in the field of beauty, the field of sports, or the field of agriculture.
  • a device for taking an image for viewing eg, a digital camera, a smartphone, a mobile phone with a camera function, etc.
  • the imaging device 10 can be used in the electronic device 300).
  • the imaging device 10 can be used in a device used for traffic such as a monitoring camera, a distance measuring sensor for measuring a distance between vehicles, and the like.
  • the image sensor 10 is a device used for home appliances such as a television receiver, a refrigerator, and an air conditioner. Can be used.
  • the imaging element 10 is used in a device used for medical or healthcare, such as an endoscope or a device that performs angiography by receiving infrared light. be able to.
  • the image sensor 10 can be used in a security device such as a security camera or a human authentication camera.
  • the image sensor 10 can be used in a device used for beauty, such as a skin measuring device for photographing the skin or a microscope for photographing the scalp.
  • the image sensor 10 can be used in devices used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications.
  • the image sensor 10 can be used in an apparatus provided for agriculture, such as a camera for monitoring the state of fields and crops.
  • the present technology may have the following configurations.
  • a photoelectric conversion film provided on one surface side of the semiconductor substrate; A pixel separator formed in the inter-pixel region; A pixel having a penetrating electrode formed in the inter-pixel region for transmitting a signal corresponding to a charge obtained by photoelectric conversion in the photoelectric conversion film to a wiring layer formed on the other surface side of the semiconductor substrate; An image sensor provided.
  • the pixel separation unit is formed so that the insulating film of the pixel separation unit and the insulating film covering the periphery of the through electrode are in contact with each other during processing of the one surface side. .
  • the through electrode formed of polysilicon doped with impurities is connected to an electrode of the photoelectric conversion film through an electrode plug, The imaging device according to (6) or (7), wherein a high dielectric constant gate insulating film is provided between the through electrode and the electrode plug.
  • a light-shielding film formed on the pixel separation unit The imaging device according to any one of (1) to (10), wherein an upper end portion of the through electrode covers an insulating film that covers the periphery of the through electrode and is separated from the light shielding film. (12) The imaging device according to any one of (1) to (11), wherein a plurality of the through electrodes are formed in the inter-pixel region between two adjacent pixels.
  • An optical unit including a lens; Receiving light incident through the optical unit; A photoelectric conversion film provided on one surface side of the semiconductor substrate; A pixel separator formed in the inter-pixel region; A pixel having a penetrating electrode formed in the inter-pixel region for transmitting a signal corresponding to a charge obtained by photoelectric conversion in the photoelectric conversion film to a wiring layer formed on the other surface side of the semiconductor substrate;
  • An image sensor comprising: An electronic device comprising: a signal processing unit that processes pixel data output from the image sensor.

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Abstract

　本技術は、有機光電変換膜を有する裏面照射型の撮像素子において、混色を防止するとともに、ダイナミックレンジを確保することができるようにする撮像素子及びその製造方法、並びに電子機器に関する。 本技術の一側面の撮像素子は、半導体基板の一方の面側に設けられた光電変換膜と、画素間領域に形成された画素分離部と、光電変換膜における光電変換によって得られた電荷に応じた信号を半導体基板の他方の面側に形成された配線層に伝送する、画素間領域に形成された貫通電極とを有する。本技術は、裏面照射型のCMOSイメージセンサに適用することができる。

Description

撮像素子及びその製造方法、並びに電子機器
　本技術は、撮像素子及びその製造方法、並びに電子機器に関し、特に、有機光電変換膜を有する裏面照射型の撮像素子において、混色を防止するとともに、ダイナミックレンジを確保することができるようにした撮像素子及びその製造方法、並びに電子機器に関する。
　半導体基板上の配線層が形成される側とは反対側から光を照射する裏面照射型の撮像素子が知られている。特許文献１には、この裏面照射型の撮像素子と、光電変換機能を有する有機膜を組み合わせることにより、偽色が少なく、解像度の高い撮像素子を実現できることが開示されている。
　特許文献１に記載の撮像素子は、半導体基板の裏面（光の入射面側）より上層に有機光電変換膜を積層する構造を有している。有機光電変換膜において光電変換された電荷は、半導体基板を貫通して形成された貫通電極を介して、表面の配線層に転送されるようになされている。配線層には、アンプトランジスタなどの読み出し素子が設けられる。
　特許文献２には、裏面照射型の撮像素子の画素間の領域である画素間領域に絶縁膜を埋め込むことで画素分離部を形成する技術が開示されている。各画素を電気的に分離することにより、隣接画素から光や電子が漏れ込むいわゆる「混色」を防止することが可能になる。
特開２０１１－１８７５４４号公報 特開２０１３－１７５４９４号公報
　上述した貫通電極を有する撮像素子を微細化する場合、撮像特性のうち、混色の防止と、ダイナミックレンジ（電荷蓄積量）の確保を両立させることが困難となる。仮に、混色を防止するために画素分離部を画素間に設けた場合、フォトダイオードの領域が狭くなり、ダイナミックレンジを確保することができない。
　本技術はこのような状況に鑑みてなされたものであり、有機光電変換膜を有する裏面照射型の撮像素子において、混色を防止するとともに、ダイナミックレンジを確保することができるようにするものである。
　本技術の一側面の撮像素子は、半導体基板の一方の面側に設けられた光電変換膜と、画素間領域に形成された画素分離部と、前記光電変換膜における光電変換によって得られた電荷に応じた信号を前記半導体基板の他方の面側に形成された配線層に伝送する、前記画素間領域に形成された貫通電極とを有する画素を備える。
　前記画素分離部と前記貫通電極を、前記画素分離部の絶縁膜と前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜とが接するように形成することができる。
　前記貫通電極を、前記半導体基板に形成された素子分離部上に形成されたポリシリコン電極を介して、前記配線層の読み出し素子に接続することができる。
　前記ポリシリコン電極の上部にシリサイドが設けることができる。
　前記貫通電極と前記ポリシリコン電極の間に高誘電率ゲート絶縁膜を設けることができる。
　前記貫通電極を、前記ポリシリコン電極の形成時に、前記ポリシリコン電極の材料となる、不純物をドープしたポリシリコンを貫通孔に埋め込むことによって形成することができる。
　前記画素分離部を、前記一方の面側の加工時に、前記画素分離部の絶縁膜と、前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜が接するように形成することができる。
　不純物をドープしたポリシリコンによって形成された前記貫通電極を、電極プラグを介して、前記光電変換膜の電極に接続し、前記貫通電極と前記電極プラグの間に高誘電率ゲート絶縁膜を設けることができる。
　位相差検出用画素である前記画素の受光領域の一部を覆う遮光膜をさらに設けることができる。この場合、前記貫通電極の上端部を、前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜の上を含む範囲を覆うように形成することができる。
　前記画素分離部のうち、前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜と接しない部分を構成する材料に金属を用いることができる。
　前記画素分離部上に形成された遮光膜をさらに設けることができる。この場合、前記貫通電極の上端部を、前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜の上を覆い、前記遮光膜と離して形成することができる。
　隣接する２つの前記画素の間の前記画素間領域に複数の前記貫通電極が形成することができる。
　本技術によれば、有機光電変換膜を有する裏面照射型の撮像素子において、混色を防止するとともに、ダイナミックレンジを確保することができる。
　なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術の一実施形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。 画素を拡大して示す図である。 図２のＡ－Ａ線における撮像素子の断面を示す図である。 図２のＢ－Ｂ線における撮像素子の断面を示す図である。 撮像素子の第１の製造方法について説明するフローチャートである。 表面工程後の半導体基板の状態を示す図である。 開口前処理後の半導体基板の状態を示す図である。 ドライエッチング後の半導体基板の状態を示す図である。 レジスト除去後の半導体基板の状態を示す図である。 反射防止膜形成後の半導体基板の状態を示す図である。 絶縁膜形成後の半導体基板の状態を示す図である。 貫通孔形成前処理後の半導体基板の状態を示す図である。 ドライエッチング後の半導体基板の状態を示す図である。 レジスト除去後の半導体基板の状態を示す図である。 貫通電極形成後の半導体基板の状態を示す図である。 上端部形成前処理後の半導体基板の状態を示す図である。 ドライエッチング後の半導体基板の状態を示す図である。 レジスト除去後の半導体基板の状態を示す図である。 他の裏面工程後の半導体基板の状態を示す図である。 画素の他の構成例を示す図である。 画素のさらに他の構成例を示す図である。 撮像素子の断面の変形例を示す図である。 位相差検出用画素の例を示す図である。 位相差検出用画素の遮光膜の配置の例を示す図である。 撮像素子の断面の変形例を示す図である。 撮像素子を有する電子機器の構成例を示すブロック図である。 撮像素子の使用例を示す図である。
　以下、本技術を実施するための形態について説明する。説明は以下の順序で行う。
　１．撮像素子の構成例
　２．画素の詳細構造
　３．第１の製造方法
　４．第２の製造方法
　５．貫通電極の配置の例
　６．変形例
＜１．撮像素子の構成例＞
　図１は、本技術の一実施形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。
　撮像素子１０は、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの撮像素子である。撮像素子１０は、被写体からの入射光を光学レンズを介して受光し、電気信号に変換して画素信号を出力する。
　後述するように、撮像素子１０は、配線層が形成される面を半導体基板の表面として、反対側の裏面から光を照射する裏面照射型の撮像素子である。撮像素子１０を構成する各画素には、光電変換機能を有する有機膜が半導体基板より上層に設けられる。
　撮像素子１０は、画素アレイ部２１、垂直駆動回路２２、カラム信号処理回路２３、水平駆動回路２４、出力回路２５、および制御回路２６を含む。
　画素アレイ部２１には、画素３１が２次元アレイ状に配列される。画素３１は、光電変換素子としての光電変換膜およびPD(Photo Diode)と、複数の画素トランジスタを有する。
　垂直駆動回路２２は、例えばシフトレジスタによって構成される。垂直駆動回路２２は、画素３１を駆動するためのパルスを所定の画素駆動配線４１に供給することによって、画素３１を行単位で駆動させる。垂直駆動回路２２は、画素アレイ部２１の各画素３１を行単位で垂直方向に順次走査し、各画素３１において得られた信号電荷に応じた画素信号を、垂直信号線４２を通してカラム信号処理回路２３に供給させる。
　カラム信号処理回路２３は、画素３１の列ごとに配置されており、１行分の画素３１から出力される信号を画素列ごとに処理する。例えば、カラム信号処理回路２３は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング）及びAD（Analog Digital）変換等の信号処理を行う。
　水平駆動回路２４は、例えばシフトレジスタによって構成される。水平駆動回路２４は、水平走査パルスを順次出力することによってカラム信号処理回路２３を順に選択し、画素信号を水平信号線４３に出力させる。
　出力回路２５は、それぞれのカラム信号処理回路２３から水平信号線４３を通して供給された信号に対して信号処理を施し、信号処理を施して得られた信号を出力する。出力回路２５は、バッファリングだけを行う場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などを行う場合もある。
　制御回路２６は、クロック信号や制御信号を垂直駆動回路２２、カラム信号処理回路２３、および水平駆動回路２４に出力し、各部の動作を制御する。
＜２．画素の詳細構造＞
　図２は、画素３１を拡大して示す図である。
　図２には、隣接する２つの画素３１である画素３１－２，３１－３の全体と、画素３１－２に隣接する画素３１－１の一部、および、画素３１－３に隣接する画素３１－４の一部が示されている。図２に示す構成は、撮像素子１０の裏面側に直接現れる構成ではなく、この構成の上に、有機光電変換膜等の構成が積層して設けられる。すなわち、図２は、画素３１の平面図ではなく、画素３１の所定の層の構成を裏面側から見た状態を示す図である。画素３１－２の周りの構成を主に説明するが、他の画素についても同様である。
　画素３１－２とその上に隣接する画素３１の間の領域である画素間領域には画素分離部５１Ａが形成される。画素分離部５１Ａは、所定の深さを有し、略一定幅の溝に絶縁膜などが設けられることによって構成される。他の画素分離部も同様の構成を有する。画素分離部５１Ａにより、画素３１－２とその上に隣接する画素３１とは電気的に分離される。
　同様に、画素３１－２とその下に隣接する画素３１の間の画素間領域には画素分離部５１Ｂが形成される。画素分離部５１Ｂにより、画素３１－２とその下に隣接する画素３１とは電気的に分離される。
　画素３１－２とその左に隣接する画素３１－１の間の画素間領域には、貫通孔５２－１を挟んで上側に画素分離部５１Ｃが形成され、下側に画素分離部５１Ｄが形成される。貫通孔５２－１の直径は、画素分離部５１Ｃ，５１Ｄの幅より若干広い。
　後述するように、貫通孔５２－１には電極材料が埋め込まれ、貫通電極が形成される。貫通電極の周りは絶縁膜で覆われる。貫通孔５２－１に形成された貫通電極は、画素３１－２の有機光電変換膜において光電変換が行われることによって得られた電荷に応じた信号を、画素３１－２の配線層に伝送するための電極である。
　この例においては、１つの画素３１に対して、緑色などの１色分の有機光電変換膜が設けられる。１つの画素３１は１つの貫通電極を有する。青色、赤色の光については、半導体基板に設けられたPDにおいて検出される。
　画素分離部５１Ｃ，５１Ｄの絶縁膜と、貫通孔５２－１に形成された貫通電極の周りを被覆する絶縁膜は一体的に形成され、接している。画素分離部５１Ｃ，５１Ｄ、および貫通孔５２－１に形成された貫通電極の周りを被覆する絶縁膜により、画素３１－２と、左側の画素３１－１とは電気的に分離される。
　画素３１－２とその右に隣接する画素３１－３の間の画素間領域には、貫通孔５２－２を挟んで上側に画素分離部５１Ｅが形成され、下側に画素分離部５１Ｆが形成される。貫通孔５２－２の直径は、画素分離部５１Ｅ，５１Ｆの幅より若干広い。
　貫通孔５２－１と同様に、貫通孔５２－２には、絶縁膜で周りが被覆された貫通電極が形成される。貫通孔５２－２に形成された貫通電極は、画素３１－３の有機光電変換膜において光電変換が行われることによって得られた電荷に応じた信号を、画素３１－３の配線層に伝送するための電極である。
　画素分離部５１Ｅ，５１Ｆの絶縁膜と、貫通孔５２－２に形成された貫通電極の周りを被覆する絶縁膜は一体的に形成され、接している。画素分離部５１Ｅ，５１Ｆ、および貫通孔５２－２に形成された貫通電極の周りを被覆する絶縁膜により、画素３１－２と、右側の画素３１－３とは電気的に分離される。
　画素分離部５１Ａ，５１Ｃ，５１Ｅの上には遮光膜６１－１が配設され、画素分離部５１Ｂ，５１Ｄ，５１Ｅの上には遮光膜６１－２が配設される。
　貫通孔５２－１に形成された貫通電極の上端部６２－１の直径は、貫通孔５２－１の直径より大きい。上端部６２－１は、貫通孔５２－１に形成された貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜を上から覆うことによって、遮光膜として機能する。
　貫通孔５２－２に形成された貫通電極の上端部６２－２の直径は、貫通孔５２－２の直径より大きい。上端部６２－２は、貫通孔５２－２に形成された貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜を上から覆うことによって、遮光膜として機能する。
　画素分離部５１Ａ乃至５１Ｆ、上端部６２－１および６２－２の内側が、画素３１－２の受光領域となる。なお、貫通電極同士のショートを防ぐため、遮光膜６１－１，６１－２と、上端部６２－１は離して形成される。同様に、遮光膜６１－１，６１－２と、上端部６２－２は離して形成される。
　このように、撮像素子１０においては、各画素の左右の画素間領域に貫通電極が設けられる。また、画素分離部と貫通電極の周りの絶縁膜とが一体となって、各画素が、隣接画素から電気的に分離される。
　各画素を隣接画素から光学的・電気的に分離することにより、隣接画素から光や電子が漏れ込むこと（混色）を防ぐことが可能になる。
　また、貫通電極を各画素の画素間領域に設けることにより、画素内の電子蓄積領域を広く確保することができ、ダイナミックレンジを大きく確保することが可能になる。電子蓄積領域にはPDが設けられる。仮に、画素間領域とは異なる領域に貫通電極を設けるとした場合、その分だけ、PDの領域が狭くなり、ダイナミックレンジが小さくなってしまうがそのようなことを防ぐことが可能になる。
　すなわち、有機光電変換膜を有する裏面照射型の撮像素子である撮像素子１０において、混色を防止するとともに、ダイナミックレンジを確保することができる。
　図３は、図２のＡ－Ａ線における撮像素子１０の断面を示す図である。
　図３に示すように、受光層１０３を構成する半導体基板１３１の表面側（図３の下側）には、配線層１０２と支持基板１０１が形成され、半導体基板１３１の裏面側（図３の上側）には、所定の層を挟んで光電変換膜層１０４が形成される。光電変換膜層１０４の上にはオンチップレンズ１０５が設けられる。
　配線層１０２には、半導体基板１３１に形成された素子分離部であるSTI(Shallow Trench Isolation)１７３の上にポリシリコン電極１２１が形成される。ポリシリコン電極１２１の上にはシリサイド１２２が配置され、シリサイド１２２とコンタクト１２３を介して、ポリシリコン電極１２１と配線１２４が接続される。配線１２４には、半導体基板１３１のFD（フローティングディフュージョン）１３４がコンタクト１２５を介して接続される。配線層１０２にはリセットトランジスタ１２６が設けられる。
　図３には、配線層１０２の構成として、裏面側の有機光電変換膜１５２において得られた電荷に応じた信号のFDまでの伝送に用いられる構成のみを示しているが、実際には選択トランジスタの他、シリコン基板中のPDにおいて得られた電荷に応じた信号の伝送に用いられる構成も設けられる。信号の伝送に用いられる構成には、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、および選択トランジスタが含まれる。
　受光層１０３の半導体基板１３１は例えばＰ型のシリコン（Si）により構成される。半導体基板１３１にはPD１３２とPD１３３が埋設される。例えば、PD１３２は主に青色の光を受光して光電変換を行う光電変換素子である。PD１３３は主に赤色の光を受光して光電変換を行う光電変換素子である。半導体基板１３１の表面側にはFD１３４が形成される。
　半導体基板１３１の上（裏面側）には反射防止膜１４１が設けられ、その上には絶縁膜１４２，１４３が設けられる。
　光電変換膜層１０４は、有機光電変換膜１５２を、上部電極１５１と下部電極１５３で挟むように積層して構成される。上部電極１５１には電圧が印加され、有機光電変換膜１５２中で発生したキャリアが下部電極１５３側に移動する。有機光電変換膜１５２は例えば緑色の光を受光して光電変換を行う。上部電極１５１および下部電極１５３は、例えば、酸化インジウム錫（ITO）膜、酸化インジウム亜鉛膜等の透明導電膜で形成される。
　ここでは、色の組合せとして、有機光電変換膜１５２を緑色の光の受光用、PD１３２を青色の光の受光用、PD１３３を赤色の光の受光用としているが、色の組み合わせは任意である。例えば、有機光電変換膜１５２を赤色または青色の光の受光用とし、PD１３２、PD１３３を他の色の光の受光用とすることも可能である。また、有機光電変換膜１５２に加え、有機光電変換膜１５２とは別の色の光を吸収・光電変換するもう一層の有機光電変換膜を積層し、シリコン中のPDを1層のみにすることも可能である。
　画素間領域には、半導体基板１３１を貫通する貫通孔１３１Ａが形成される。貫通孔１３１Ａには貫通電極１７１が形成され、貫通電極１７１の周りは絶縁膜１７２によって被覆される。貫通電極１７１の上端部１７１Ａは下部電極１５３に接続される。一方、下端部はポリシリコン電極１２１に接続される。貫通孔１３１Ａの半導体基板１３１の表面側には、貫通孔１３１Ａと一体的にSTI１７３が形成される。
　画素３１－１と画素３１－２の間にある貫通孔１３１Ａが図２の貫通孔５２－１に対応し、画素３１－１と画素３１－２の間にある貫通孔１３１Ａに形成された貫通電極１７１の上端部１７１Ａが図２の上端部６２－１に対応する。また、画素３１－２と画素３１－３の間にある貫通孔１３１Ａが図２の貫通孔５２－２に対応し、画素３１－２と画素３１－３の間にある貫通孔１３１Ａに形成された貫通電極１７１の上端部１７１Ａが図２の上端部６２－２に対応する。画素３１－３と画素３１－４の間にある貫通孔１３１Ａが図２の貫通孔５２－３に対応し、画素３１－３と画素３１－４の間にある貫通孔１３１Ａに形成された貫通電極１７１の上端部１７１Ａが図２の上端部６２－３に対応する。
　このような構造を有する画素３１においては、半導体基板１３１の裏面側から入射した光のうち、緑色の波長を有する光は、有機光電変換膜１５２において光電変換され、光電変換によって得られた電荷が下部電極１５３側に蓄積される。
　下部電極１５３の電位の変動は、貫通電極１７１を介して配線層１０２側に伝導し、電位の変動に応じた電荷がFD１３４に転送される。FD１３４に転送された電荷量がリセットトランジスタ１２６により検出され、検出された電荷量に応じた信号が、図示しない選択トランジスタ等を介して、緑色の画素信号として垂直信号線４２に送出される。このように、貫通電極１７１は、ポリシリコン電極１２１を介して読み出し素子に接続される。
　一方、青色の波長を有する光は、主にPD１３２において光電変換され、光電変換によって得られた電荷が蓄積される。また、赤色の波長を有する光は、主にPD１３３により光電変換され、光電変換によって得られた電荷が蓄積される。PD１３２，PD１３３に蓄積された電荷は、配線層１０２に設けられる図示せぬ転送トランジスタがオンになることに応じて、対応するFDに転送される。それぞれのFDに転送された電荷量に応じた信号が、それぞれ、青色の画素信号、赤色の画素信号として増幅トランジスタ・選択トランジスタ等を介して垂直信号線４２に送出される。
　図４は、図２のＢ－Ｂ線における撮像素子１０の断面を示す図である。図３を参照して説明した構成と同じ構成には同じ符号を付してある。重複する説明については適宜省略する。
　画素間領域には溝１３１Ｂが形成される。溝１３１Ｂには絶縁膜を構成する材料が埋め込まれることによって画素分離部１８１が構成される。なお、画素分離部１８１のうち、貫通電極１７１の周りを被覆する絶縁膜１７２と接しない部分の材料に金属を用いることも可能である。
　画素３１－１と画素３１－２の間に形成された画素分離部１８１が、図２の画素分離部５１Ｄに対応する。また、画素３１－２と画素３１－３の間に形成された画素分離部１８１が、図２の画素分離部５１Ｆに対応する。画素３１－３と画素３１－４の間に形成された画素分離部１８１が、図２の、貫通孔５２－３の下に形成された画素分離部に対応する。それぞれの画素分離部１８１の上には遮光膜１８２が形成される。
＜３．第１の製造方法＞
　図５のフローチャートを参照して、以上のような構成を有する画素を備える撮像素子１０の第１の製造方法について説明する。第１の製造方法は、画素分離部用の溝と貫通電極用の貫通孔とを同じ工程で形成する方法である。
　ステップＳ１において、表面工程が行われる。表面工程は、半導体基板１３１の表面に配線層１０２を形成する処理と、支持基板１０１を貼り付ける処理を含む。裏面工程に至るまでは、従来の裏面照射型の撮像素子の製造処理と同様の処理が行われる。
　図６は、表面工程後の半導体基板１３１の状態を示す図である。
　図６のＡは、右側の図６のＢに示す破線Ｌ２のレベルにおける１つの画素３１の周りの断面を、裏面側から見た状態を示す。一方、図６のＢは、左側の図６のＡに示す破線Ｌ１における、２つの画素３１の間の画素間領域の断面の状態を示す。説明の便宜上、図６のＢにおいては、支持基板１０１の図示を省略するとともに、配線層１０２の一部の構成のみを示している。後述する図７乃至図１８においても同様である。
　図６のＢに示すように、表面工程後、Ｐ型にドーピングされた半導体基板１３１の表面の、画素間領域の位置にはSTI１７３が形成される。STI１７３の上にはポリシリコン電極１２１が形成される。
　ポリシリコン電極１２１の上面は、SiOとエッチング比の高いシリサイド１２２で覆われていても良い。シリサイド１２２の材料には、WSi、TiSi、CoSi2、NiSiなどがある。
　ステップＳ２において、開口前処理が行われる。開口前処理は、貫通電極用の貫通孔と画素分離部用の溝を開口するためのレジストを塗布し、露光する処理を含む。図２を参照して説明したように、画素分離部用の溝の開口幅より、貫通電極用の貫通孔の開口幅の方が広くなるようなレイアウトでレジストの塗布、露光が行われる。
　図７は、開口前処理後の半導体基板１３１の状態を示す図である。図７のＢに示すように、貫通電極用の貫通孔と画素分離部用の溝に応じたレイアウトのレジスト２０１が半導体基板１３１の裏面に塗布される。
　ステップＳ３において、ドライエッチングが行われる。ここでは、開口率が大きい領域ほど深くエッチングされる、マイクロローディング効果が大きいエッチング条件が選択される。例えば、プラズマの加速電圧が低くプラズマ圧力を上げたエッチング条件においてマイクロローディング効果が高くなる。
　図８は、ドライエッチング後の半導体基板１３１の状態を示す図である。図８のＡに示すように、貫通電極用の貫通孔１３１Ａと画素分離部用の溝１３１Ｂが画素３１の周りに形成される。開口率の大きい領域である貫通孔１３１Ａは、図８のＢに示すように半導体基板１３１の裏面からSTI１７３まで貫通して形成されるのに対し、溝１３１Ｂは、半導体基板１３１の表面まで貫通せずに、所定の深さを有する形で形成される。
　貫通孔１３１Ａを形成する領域を予め軽くエッチングし、続けて、貫通孔１３１Ａを形成する領域と溝１３１Ｂを形成する領域とをエッチングすることで、貫通孔１３１Ａと溝１３１Ｂを形成するようにしてもよい。
　なお、図８のＡにおいては、１つの画素３１を囲むように閉じた形で溝１３１Ｂが形成されているが、実際には、隣接する画素の画素分離部用の溝と繋がる形で形成される。
　ステップＳ４において、レジストが除去される。図９は、レジスト２０１の除去後の半導体基板１３１の状態を示す図である。
　ステップＳ５において、反射防止膜形成処理が行われる。反射防止膜形成処理は、半導体基板１３１の表面に反射防止膜１４１を形成する処理である。反射防止膜１４１の形成は、貫通孔１３１Ａの底面と溝１３１Ｂの底面に材料が積層されないように、例えばスパッタ法のように指向性の高い積層方法を用いて行われる。反射防止膜１４１の材料には、例えばSiN、HfO、TaOがある。
　図１０は、反射防止膜形成処理後の半導体基板１３１の状態を示す図である。図１０のＢに示すように、貫通孔１３１Ａの底面には材料が堆積せず、半導体基板１３１の表面に反射防止膜１４１が形成される。
　ステップＳ６において、絶縁膜形成処理が行われる。絶縁膜形成処理は、半導体基板１３１の表面（反射防止膜１４１の上）と、貫通孔１３１Ａと溝１３１Ｂの内部にSiOの絶縁膜を積層する処理である。例えば、埋め込み性のよい方法であるALD法で絶縁膜が積層される。
　貫通電極１７１の形成時に用いるタングステンなどの材料が例えば溝１３１Ｂの隙間に入り込んだ場合、隣接する画素の貫通電極１７１の間でショートが起こることがある。埋め込み性のよい方法を採用し、溝１３１Ｂに絶縁膜を隙間なく埋め込むことにより、そのようなことを防ぐことが可能になる。
　図１１は、絶縁膜形成処理後の半導体基板１３１の状態を示す図である。図１１のＡに示すように、貫通孔１３１Ａの内面と溝１３１Ｂの全体にSiOの絶縁膜が形成される。図１１のＢに示すように、SiOは貫通孔１３１Ａの底面にも堆積する。
　ステップＳ７において、貫通孔形成前処理が行われる。貫通孔形成前処理は、貫通孔１３１Ａの底面に堆積したSiOをエッチングするための前処理である。
　図１２は、貫通孔形成前処理後の半導体基板１３１の状態を示す図である。貫通孔形成前処理により、貫通孔１３１Ａの近傍のみを開口するパターンを有するレジスト２０２がリソグラフィで形成される。このとき、貫通孔１３１Ａの内部のレジストを露光するのは困難であることから、ネガレジストを用いてパターニングが行われる。
　ステップＳ８において、ドライエッチングが行われる。ここでのドライエッチングにより、貫通孔１３１Ａの底面のSiO（ステップＳ６でALD法などにより積層されたSiOとSTI１７３のSiO）が除去される。
　このとき、貫通孔１３１Ａ近傍の半導体基板１３１が削られないように、SiOと反射防止膜１４１とで選択比の高いエッチング条件（SiOのエッチングレートが速く、反射防止膜１４１のエッチングレートが遅い条件）が選択される。例えば、プラズマ電界が弱く、化学反応でエッチングする成分の多いエッチング条件が選択される。エッチングは、貫通孔１３１Ａの底面のSiOが除去され、ポリシリコン電極１２１が貫通孔１３１Ａの内部に露出するまで行われる。
　図１３は、ドライエッチング後の半導体基板１３１の状態を示す図である。図１３のＢに示すように、貫通孔１３１Ａの底面のSiOと、貫通孔１３１Ａの開口部近傍のSiOが除去される。STI１７３を含む貫通孔１３１Ａの底面のSiOが除去されることにより、ポリシリコン電極１２１が貫通孔１３１Ａの内部で露出する。貫通電極１７１とポリシリコン電極１２１のコンタクト抵抗を下げるため、薄いHigh-K膜（高誘電率ゲート絶縁膜）を界面に形成するようにしても良い。
　ステップＳ９において、レジストが除去される。図１４は、レジスト２０２の除去後の半導体基板１３１の状態を示す図である。
　ステップＳ１０において、貫通電極形成処理が行われる。貫通電極形成処理は、貫通電極１７１を形成する電極材料を貫通孔１３１Ａに埋め込む処理である。電極材料には、例えばTiN/W、TaN/Al、TaN/AlCuがある。
　図１５は、貫通電極形成処理後の半導体基板１３１の状態を示す図である。図１５のＡ，Ｂに示すように、貫通孔１３１Ａにタングステン（W）などの電極材料が埋め込まれる。
　ステップＳ１１において、上端部形成前処理が行われる。上端部形成前処理は、上端部１７１Ａをエッチングにより形成するための前処理である。
　図１６は、上端部形成前処理後の半導体基板１３１の状態を示す図である。上端部形成前処理のリソグラフィにより、貫通電極１７１の上を覆うパターンを有するレジスト２０３が形成される。
　なお、電極材料を、画素間遮光膜を形成するための材料、位相差検出用画素の遮光膜を形成するための材料、または、黒レベル検出用の参照画素を覆う遮光膜を形成するための材料として用いることも可能である。この場合、それぞれの遮光膜を配置する位置にレジスト２０３が形成される。
　ステップＳ１２において、ドライエッチングが行われる。ここでのドライエッチングにより、レジスト２０３がない領域の電極材料が除去される。
　図１７は、ドライエッチング後の半導体基板１３１の状態を示す図である。図１７のＢに示すように、半導体基板１３１表面の電極材料のうち、レジスト２０３が覆う位置以外の電極材料は除去され、上端部１７１Ａが形成される。
　ステップＳ１３において、レジストが除去される。図１８は、レジスト２０３の除去後の半導体基板１３１の状態を示す図である。
　以上の処理により、貫通孔１３１Ａと溝１３１Ｂとが同じ工程で形成され、所定の材料で埋めることによって貫通電極１７１と画素分離部１８１が形成される。
　ステップＳ１４において、他の構成を形成するための他の裏面工程が行われる。他の裏面工程により、絶縁膜１４２の上に絶縁膜１４３が形成され、絶縁膜１４３の上に光電変換膜層１０４が形成される。光電変換膜層１０４の上にオンチップレンズ１０５が形成された後、画素３１の製造工程が終了する。図１９は、他の裏面工程後の半導体基板１３１の状態を示す図である。
　以上の一連の処理により、混色を防止するとともに、ダイナミックレンジを確保することが可能な、有機光電変換膜を有する裏面照射型の撮像素子１０を生成することができる。
＜４．第２の製造方法＞
　貫通孔１３１Ａと溝１３１Ｂを同じ工程で形成するのではなく、それぞれ異なる工程で形成することも可能である。
　この場合、貫通孔１３１Ａを形成するためのリソグラフィおよびエッチングと、溝１３１Ｂを形成するためのリソグラフィおよびエッチングとがそれぞれ行われる。貫通孔１３１Ａを先に形成してもよいし、溝１３１Ｂを先に形成するようにしてもよい。
　貫通孔１３１Ａと溝１３１Ｂをそれぞれ別の工程で形成した後、CDE(Chemical Dry Etching)などの等方性エッチングをかけることによって、貫通孔１３１Ａと溝１３１Ｂが接続し、画素３１を隣接画素から分離することが可能になる。
＜５．貫通電極の配置の例＞
　図２０は、画素３１の他の構成例を示す図である。図２０に示す構成のうち、図２を参照して説明した構成と同じ構成には同じ符号を付してある。
　図２０に示すように、隣接する２つの画素３１の間の画素間領域に、それぞれの画素３１の貫通電極を並べて形成することも可能である。
　図２０の例においては、画素３１－２と画素３１－３を囲むように画素分離部５１Ｇが形成される。画素分離部５１Ｇにより、画素３１－２とその上、下、および左に隣接する画素３１とは電気的に分離される。また、画素分離部５１Ｇにより、画素３１－３とその上、下、および右に隣接する画素３１とは電気的に分離される。
　画素３１－２と画素３１－３の間の画素間領域には、貫通孔５２－１と貫通孔５２－２が並べて形成される。貫通孔５２－１の上側に画素分離部５１Ｈが形成され、貫通孔５２－１と貫通孔５２－２の間に画素分離部５１Ｉが形成される。また、貫通孔５２－２の下側に画素分離部５１Ｊが形成される。
　貫通孔５２－１に形成された貫通電極は、画素３１－２の有機光電変換膜において光電変換が行われることによって得られた電荷に応じた信号を、画素３１－２の配線層に伝送するための電極である。また、貫通孔５２－２に形成された貫通電極は、画素３１－３の有機光電変換膜において光電変換が行われることによって得られた電荷に応じた信号を、画素３１－３の配線層に伝送するための電極である。
　画素分離部５１Ｈ，５１Ｉ，５１Ｊの絶縁膜と、貫通孔５２－１，５２－２に形成された貫通電極の周りを被覆する絶縁膜は一体的に形成され、接続される。画素分離部５１Ｈ，５１Ｉ，５１Ｊ、および貫通孔５２－１，５２－２に形成された貫通電極の周りを被覆する絶縁膜により、画素３１－２と画素３１－３とは電気的に分離される。
　このように、画素３１を囲む四方の画素間領域のうちの１つに、複数の貫通電極を形成することも可能である。
　図２１は、画素３１のさらに他の構成例を示す図である。
　図２の例においては、各画素３１の画素間領域の長手方向略中央の位置に貫通電極が形成されるものとしたが、画素間領域の交差する位置に貫通電極が形成されるようにしてもよい。
　図２１の例においては、各画素３１の四隅に貫通電極が形成される。図２１の画素３１－２と、その左下の画素３１との間の画素間領域には貫通孔５２－１が形成される。貫通孔５２－１に形成された貫通電極は、画素３１－２の有機光電変換膜において光電変換が行われることによって得られた電荷に応じた信号を、画素３１－２の配線層に伝送するための電極である。
　また、画素３１－３と、その左下の画素３１との間の画素間領域には貫通孔５２－２が形成される。貫通孔５２－２に形成された貫通電極は、画素３１－３の有機光電変換膜において光電変換が行われることによって得られた電荷に応じた信号を、画素３１－３の配線層に伝送するための電極である。
　このように、画素間領域の交差する位置に貫通電極を形成することも可能である。
＜６．変形例＞
・変形例１
　図２２は、撮像素子１０の断面の変形例を示す図である。図２２に示す構成のうち、図３を参照して説明した構成と同じ構成には同じ符号を付してある。
　図２２の例においては、不純物をドープしたポリシリコンにより貫通電極１２１Ａが形成される。貫通電極１２１Ａはポリシリコン電極１２１と一体的に形成される。貫通電極１２１Ａの周りは絶縁膜１７２により被覆される。貫通電極１２１Ａは、電極プラグ２１１を介して下部電極１５３に接続される。
　貫通電極１２１Ａは、例えば表面工程において形成される。すなわち、表面工程においては、貫通孔１３１Ａが形成され、絶縁膜１７２の材料となるSiOが貫通孔１３１Ａに埋め込まれる。また、貫通孔１３１Ａに埋め込まれたSiOに貫通電極１２１Ａ用の貫通孔が形成される。
　ポリシリコン電極１２１の形成時、ポリシリコン電極１２１と同じ材料の、不純物をドープしたポリシリコンが貫通電極１２１Ａ用の貫通孔に埋め込まれ、貫通電極１２１Ａが形成される。貫通電極１２１Ａとポリシリコン電極１２１が形成された後、配線層１０２の他の構成や支持基板１０１が表面工程において形成される。
　電極プラグ２１１は、裏面工程において形成される。裏面工程においては、上述したようにして溝１３１Ｂが形成され、絶縁膜が埋め込まれることによって画素分離部１８１が形成される。画素分離部１８１は、画素分離部１８１の絶縁膜と、貫通電極１２１Ａの周りを被覆する絶縁膜１７２が接するように形成される。
　画素分離部１８１に続けて反射防止膜１４１と絶縁膜１４２が上述したようにして形成された後、電極プラグ２１１用の溝が形成され、その溝に、電極プラグ２１１を構成する材料が埋め込まれる。電極プラグ２１１の材料にはTi/W、Ti/TiN/Wなどがある。コンタクト抵抗を低減するために、薄いHigh-k膜とタングステン（W）の積層構造によって電極プラグ２１１を形成するようにしてもよい。
　電極プラグ２１１が形成された後、裏面側の他の構成が形成され、図２２に示す画素３１を有する撮像素子１０が製造される。
・変形例２
　撮像素子１０を構成する位相差検出用画素について説明する。画素間領域に貫通電極を有する上述した画素を位相差検出用画素として用いることも可能である。
　図２３は、位相差検出用画素の例を示す図である。
　隣接して並ぶ画素３１－１１と画素３１－１２は位相差検出用画素である。位相差検出用画素である画素３１－１１の受光領域全体のうち、略半分は遮光膜２２１で覆われる。また、画素３１－１２の受光領域全体のうち、略半分は遮光膜２２２で覆われる。
　図２４は、位相差検出用画素の遮光膜の配置の例を示す図である。
　図２４の上段においては、画素３１の受光領域全体のうち、左右の貫通孔１３１Ａの近傍を除く、略上半分が遮光膜２２１により覆われている。遮光膜２２１によっては貫通孔１３１Ａの近傍を遮光することができず、この場合、位相差検出性能が劣化することになる。
　矢印＃１の先に示すように、左右の貫通孔１３１Ａの近傍を覆うようにプラグ２３１，２３２（遮光膜）が形成される。プラグ２３１，２３２は、例えば、貫通電極１７１と同じ材料を用いて、上端部１７１Ａの上に形成される。
　図２４において略正方形の形状を有するプラグ２３１は、その中心位置が、画素３１の左側の貫通電極１７１の位置からずれるように形成されている。また、プラグ２３２は、その中心位置が、画素３１の右側の貫通電極１７１の位置からずれるように形成されている。プラグ２３１，２３２の位置は、所望の位相差検出性能を実現可能な位置とされる。
　図２５は、図２４の画素３１を有する撮像素子１０の断面の例を示す図である。図２５に示す構成のうち、図３を参照して説明した構成と同じ構成には同じ符号を付してある。
　図２５の例においては、画素３１－１の受光領域の一部を覆うように、貫通電極１７１の上端部１７１Ａと同じ層に遮光膜２２１が形成されている。遮光膜２２１は、例えば貫通電極１７１と同じ工程で、上端部１７１Ａから離した位置に形成される。なお、図２５の例においては、上端部１７１Ａの形状が図３に示すものと異なっている。上端部１７１Ａの形状は適宜変更可能である。
　上端部１７１Ａの上にはプラグ２３１が形成される。プラグ２３１は、遮光膜２２１が形成されている画素３１－１側に突出する形状を有する。上端部１７１Ａと遮光膜２２１の間をプラグ２３１で覆うことにより、上端部１７１Ａと遮光膜２２１の間から画素３１－１側に光が入り込むのを防ぐことができ、位相差検出性能の劣化を抑えることが可能になる。
・電子機器に適用した例
　撮像素子１０は、光学レンズ系等を有するカメラモジュール、撮像機能を有する携帯端末装置（例えばスマートフォンやタブレット型端末）、又は画像読取部に撮像素子を用いる複写機など、撮像素子を有する電子機器全般に搭載可能である。
　図２６は、撮像素子を有する電子機器の構成例を示すブロック図である。
　図２６の電子機器３００は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像素子や、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯端末装置などの電子機器である。
　電子機器３００は、撮像素子１０、DSP回路３０１、フレームメモリ３０２、表示部３０３、記録部３０４、操作部３０５、及び、電源部３０６から構成される。DSP回路３０１、フレームメモリ３０２、表示部３０３、記録部３０４、操作部３０５、及び、電源部３０６は、バスライン３０７を介して相互に接続されている。
　撮像素子１０は、光学レンズ系（不図示）を介して被写体からの入射光（像光）を取り込んで、撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。
　DSP回路３０１は、撮像素子１０から供給される信号を処理するカメラ信号処理回路である。フレームメモリ３０２は、DSP回路３０１により処理された画像データを、フレーム単位で一時的に保持する。
　表示部３０３は、例えば、液晶パネルや有機EL（Electro Luminescence）パネル等のパネル型表示装置からなり、撮像素子１０で撮像された動画又は静止画を表示する。記録部３０４は、撮像素子１０で撮像された動画又は静止画の画像データを、半導体メモリやハードディスク等の記録媒体に記録する。
　操作部３０５は、ユーザによる操作に従い、電子機器３００が有する各種の機能についての操作指令を発する。電源部３０６は、電源を各部に供給する。
　図２７は、撮像素子１０の使用例を示す図である。
　撮像素子１０は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。すなわち、図２７に示すように、上述した、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野だけでなく、例えば、交通の分野、家電の分野、医療やヘルスケアの分野、セキュリティの分野、美容の分野、スポーツの分野、又は、農業の分野において用いられる装置でも、撮像素子１０を使用することができる。
　具体的には、上述したように、鑑賞の分野において、例えば、デジタルカメラやスマートフォン、カメラ機能付きの携帯電話機等の、鑑賞の用に供される画像を撮影するための装置（例えば図２６の電子機器３００）で、撮像素子１０を使用することができる。
　交通の分野において、例えば、自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置で、撮像素子１０を使用することができる。
　家電の分野において、例えば、ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、テレビ受像機や冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置で、撮像素子１０を使用することができる。また、医療やヘルスケアの分野において、例えば、内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置で、撮像素子１０を使用することができる。
　セキュリティの分野において、例えば、防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置で、撮像素子１０を使用することができる。また、美容の分野において、例えば、肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置で、撮像素子１０を使用することができる。
　スポーツの分野において、例えば、スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置で、撮像素子１０を使用することができる。また、農業の分野において、例えば、畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置で、撮像素子１０を使用することができる。
　なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
・構成の組み合わせ例
　本技術は、以下のような構成をとることもできる。
（１）
　半導体基板の一方の面側に設けられた光電変換膜と、
　画素間領域に形成された画素分離部と、
　前記光電変換膜における光電変換によって得られた電荷に応じた信号を前記半導体基板の他方の面側に形成された配線層に伝送する、前記画素間領域に形成された貫通電極と
　を有する画素を備える撮像素子。
（２）
　前記画素分離部と前記貫通電極は、前記画素分離部の絶縁膜と前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜とが接するように形成される
　前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
　前記貫通電極は、前記半導体基板に形成された素子分離部上に形成されたポリシリコン電極を介して、前記配線層の読み出し素子に接続される
　前記（１）または（２）に記載の撮像素子。
（４）
　前記ポリシリコン電極の上部にはシリサイドが設けられる
　前記（３）に記載の撮像素子。
（５）
　前記貫通電極と前記ポリシリコン電極の間に高誘電率ゲート絶縁膜が設けられる
　前記（３）または（４）に記載の撮像素子。
（６）
　前記貫通電極は、前記ポリシリコン電極の形成時に、前記ポリシリコン電極の材料となる、不純物をドープしたポリシリコンを貫通孔に埋め込むことによって形成される
　前記（３）または（４）に記載の撮像素子。
（７）
　前記画素分離部は、前記一方の面側の加工時に、前記画素分離部の絶縁膜と、前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜が接するように形成される
　前記（６）に記載の撮像素子。
（８）
　不純物をドープしたポリシリコンによって形成された前記貫通電極は、電極プラグを介して、前記光電変換膜の電極に接続され、
　前記貫通電極と前記電極プラグの間に高誘電率ゲート絶縁膜が設けられる
　前記（６）または（７）に記載の撮像素子。
（９）
　位相差検出用画素である前記画素の受光領域の一部を覆う遮光膜をさらに備え、
　前記貫通電極の上端部は、前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜の上を含む範囲を覆うように形成される
　前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の撮像素子。
（１０）
　前記画素分離部のうち、前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜と接しない部分を構成する材料に金属を用いる
　前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像素子。
（１１）
　前記画素分離部上に形成された遮光膜をさらに備え、
　前記貫通電極の上端部は、前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜の上を覆い、前記遮光膜と離して形成される
　前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の撮像素子。
（１２）
　隣接する２つの前記画素の間の前記画素間領域に複数の前記貫通電極が形成される
　前記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の撮像素子。
（１３）
　配線層を含む構成を半導体基板上に形成する表面工程を行い、
　前記半導体基板の裏面工程として、
　　画素分離部を画素間領域に形成するための溝と、光電変換膜における光電変換によって得られた電荷に応じた信号を前記配線層に伝送する貫通電極を前記画素間領域に形成するための貫通孔とを形成し、
　　前記溝に前記画素分離部を形成し、
　　前記貫通孔に前記貫通電極を形成し、
　　前記光電変換膜を形成する
　ステップを含む、撮像素子の製造方法。
（１４）
　前記溝と前記貫通孔を同じ工程で形成する
　前記（１３）に記載の製造方法。
（１５）
　前記溝と前記貫通孔を異なる工程で形成する
　前記（１３）に記載の製造方法。
（１６）
　レンズを含む光学部と、
　前記光学部を介して入射された光を受光する、
　　半導体基板の一方の面側に設けられた光電変換膜と、
　　画素間領域に形成された画素分離部と、
　　前記光電変換膜における光電変換によって得られた電荷に応じた信号を前記半導体基板の他方の面側に形成された配線層に伝送する、前記画素間領域に形成された貫通電極と
　を有する画素を備える撮像素子と、
　前記撮像素子から出力された画素データを処理する信号処理部と
　を備える電子機器。
　１０　撮像素子，　３１　画素，　１３１　半導体基板，　１７１　貫通電極，　１８１　画素分離部

Claims (16)

  1. 　半導体基板の一方の面側に設けられた光電変換膜と、
    　画素間領域に形成された画素分離部と、
    　前記光電変換膜における光電変換によって得られた電荷に応じた信号を前記半導体基板の他方の面側に形成された配線層に伝送する、前記画素間領域に形成された貫通電極と
    　を有する画素を備える撮像素子。
  2. 　前記画素分離部と前記貫通電極は、前記画素分離部の絶縁膜と前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜とが接するように形成される
    　請求項１に記載の撮像素子。
  3. 　前記貫通電極は、前記半導体基板に形成された素子分離部上に形成されたポリシリコン電極を介して、前記配線層の読み出し素子に接続される
    　請求項１に記載の撮像素子。
  4. 　前記ポリシリコン電極の上部にはシリサイドが設けられる
    　請求項３に記載の撮像素子。
  5. 　前記貫通電極と前記ポリシリコン電極の間に高誘電率ゲート絶縁膜が設けられる
    　請求項３に記載の撮像素子。
  6. 　前記貫通電極は、前記ポリシリコン電極の形成時に、前記ポリシリコン電極の材料となる、不純物をドープしたポリシリコンを貫通孔に埋め込むことによって形成される
    　請求項３に記載の撮像素子。
  7. 　前記画素分離部は、前記一方の面側の加工時に、前記画素分離部の絶縁膜と、前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜が接するように形成される
    　請求項６に記載の撮像素子。
  8. 　不純物をドープしたポリシリコンによって形成された前記貫通電極は、電極プラグを介して、前記光電変換膜の電極に接続され、
    　前記貫通電極と前記電極プラグの間に高誘電率ゲート絶縁膜が設けられる
    　請求項６に記載の撮像素子。
  9. 　位相差検出用画素である前記画素の受光領域の一部を覆う遮光膜をさらに備え、
    　前記貫通電極の上端部は、前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜の上を含む範囲を覆うように形成される
    　請求項１に記載の撮像素子。
  10. 　前記画素分離部のうち、前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜と接しない部分を構成する材料に金属を用いる
    　請求項１に記載の撮像素子。
  11. 　前記画素分離部上に形成された遮光膜をさらに備え、
    　前記貫通電極の上端部は、前記貫通電極の周囲を被覆する絶縁膜の上を覆い、前記遮光膜と離して形成される
    　請求項１に記載の撮像素子。
  12. 　隣接する２つの前記画素の間の前記画素間領域に複数の前記貫通電極が形成される
    　請求項１に記載の撮像素子。
  13. 　配線層を含む構成を半導体基板上に形成する表面工程を行い、
    　前記半導体基板の裏面工程として、
    　　画素分離部を画素間領域に形成するための溝と、光電変換膜における光電変換によって得られた電荷に応じた信号を前記配線層に伝送する貫通電極を前記画素間領域に形成するための貫通孔とを形成し、
    　　前記溝に前記画素分離部を形成し、
    　　前記貫通孔に前記貫通電極を形成し、
    　　前記光電変換膜を形成する
    　ステップを含む、撮像素子の製造方法。
  14. 　前記溝と前記貫通孔を同じ工程で形成する
    　請求項１３に記載の製造方法。
  15. 　前記溝と前記貫通孔を異なる工程で形成する
    　請求項１３に記載の製造方法。
  16. 　レンズを含む光学部と、
    　前記光学部を介して入射された光を受光する、
    　　半導体基板の一方の面側に設けられた光電変換膜と、
    　　画素間領域に形成された画素分離部と、
    　　前記光電変換膜における光電変換によって得られた電荷に応じた信号を前記半導体基板の他方の面側に形成された配線層に伝送する、前記画素間領域に形成された貫通電極と
    　を有する画素を備える撮像素子と、
    　前記撮像素子から出力された画素データを処理する信号処理部と
    　を備える電子機器。
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