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JP2017108062A - 固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の製造方法 Download PDF

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JP2017108062A
JP2017108062A JP2015242261A JP2015242261A JP2017108062A JP 2017108062 A JP2017108062 A JP 2017108062A JP 2015242261 A JP2015242261 A JP 2015242261A JP 2015242261 A JP2015242261 A JP 2015242261A JP 2017108062 A JP2017108062 A JP 2017108062A
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light
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solid
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Application number
JP2015242261A
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English (en)
Inventor
晴美 田中
Harumi Tanaka
晴美 田中
到 押山
Itaru Oshiyama
到 押山
創造 横川
Sozo Yokokawa
創造 横川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

【課題】固体撮像素子において混色を抑制しつつ、主に近赤外光の感度を向上させる。
【解決手段】固体撮像素子は、画素、受光面側トレンチ、および、受光面側遮光部材を具備する。固体撮像素子において、画素の受光面には複数の突起が形成される。また、固体撮像素子において、受光面側トレンチは、受光面において複数の突起が形成された画素の周囲に形成される。また、固体撮像素子において、受光面に複数の突起が形成された画素の周囲に形成された受光面側トレンチには、受光面側部材が埋め込まれている。また、近赤外光画素の光電変換領域は可視光画素の光電変換領域の受光面に対向する面側に拡張される。また、受光面に対向する面において、さらに画素の内部にトレンチを形成する。
【選択図】図３

Description

本技術は、固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の製造方法に関する。詳しくは、低照度下での撮像が想定される固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の製造方法に関する。
従来より、撮像装置では、画像データを撮像するために固体撮像素子が用いられている。この固体撮像素子において、夜間などの低照度下での撮像が想定される場合には、赤外光を受光するＩＲ（InfraRed）画素と、可視光を受光する可視光画素とが配置される。このような固体撮像素子では、赤外光の光量が可視光よりも不足することが多いため、ＩＲ画素の感度を優先的に向上させる必要がある。例えば、感度を向上させる目的で、ＩＲ画素の受光面に微細な凹凸を設けた固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この凹凸により、受光面における反射率が低下して相対的に透過率が上昇するため、画素が光電変換する光の量が多くなり、凹凸を設けない場合よりもＩＲ画素の感度が向上する。
特開２０１０−１９９２８９号公報
しかしながら、上述の従来技術では、ＩＲ画素に入射された光が、隣の可視光画素に漏出して、混色が生じるおそれがある。また、光の漏出により、ＩＲ画素の感度が十分に向上しないおそれがある。そして、これらの混色や感度不足により画質が低下してしまうという問題が生じる。また、可視光画素についても、上述の混色や感度不足が問題になる場合もある。
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、固体撮像素子において混色を抑制しつつ、感度を向上させることを目的とする。
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、受光面に複数の突起が形成された画素と、上記受光面において上記画素の周囲に形成されたトレンチである受光面側トレンチと、上記受光面側トレンチに埋め込まれた受光面側部材とを具備する固体撮像素子である。これにより、受光面の反射率が低下し、混色が防止されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記複数の突起のそれぞれの代表点の間隔は２５０ナノメートルより狭くなくてもよい。これにより、２５０ナノメートル以上の間隔の複数の突起により受光面の反射率が低下するという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記複数の突起のそれぞれの代表点の間隔は、上記受光面に平行な所定方向における上記画素のサイズの約数に略一致してもよい。これにより、画素のサイズの約数の間隔で複数の突起により受光面の反射率が低下するという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記複数の突起は、上記受光面において上記画素の一部の領域に形成されてもよい。これにより、画素の一部の領域に形成された複数の突起により受光面の反射率が低下するという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記受光面側トレンチの深さは、２マイクロメートルより小さくなくてもよい。これにより、２マイクロメートル以上の深さの受光面側トレンチで光が遮光されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記受光面側部材は、上記画素よりも屈折率の低い部材を含んでもよい。これにより、画素よりも屈折率の低い部材によって光が反射および散乱されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記受光面側部材は、メタルを含んでもよい。これにより、メタルによって光が吸収されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記画素は、赤外光を受光する赤外光画素と可視光を受光する可視光画素とを含んでもよい。これにより、赤外光および可視光画素が受光されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記複数の突起は、上記赤外光画素に形成されてもよい。これにより、赤外光画素の受光面の反射率が低下するという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記複数の突起は、上記赤外光画素および上記可視光画素の両方に形成されてもよい。これにより、赤外光画素および可視光画素の受光面の反射率が低下するという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記可視光および上記赤外光のうち上記赤外光を遮断する赤外光遮断フィルタをさらに具備し、上記赤外光遮断フィルタは、上記可視光画素と撮像レンズとの間に配置されてもよい。これにより、赤外光が遮断されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記赤外光画素は、上記赤外光を光電変換する第１の光電変換部を備え、上記可視光画素は、上記可視光を光電変換する第２の光電変換部を備え、上記第１の光電変換部は、撮像レンズへの方向を上方として上記第２の光電変換部の下方に拡張されていてもよい。これにより、赤外光画素の感度が向上するという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記赤外光画素は、光を光電変換する光電変換部を備え、上記受光面側トレンチの深さは、上記赤外光画素の光電変換部よりも小さくてもよい。これにより、受光面側トレンチを回り込んで光電変換部を拡張することができるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記画素は、複数設けられ、上記複数の画素のそれぞれは、互いに異なる波長の光を受光し、上記複数の画素のそれぞれは、上記光の波長に応じた深さの光電変換部を備えてもよい。これにより、波長に応じた深さの光電変換部により光電変換が行われるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記画素は、複数設けられ、上記複数の画素のそれぞれは、互いに異なる波長の光を受光し、上記複数の突起のそれぞれの代表点の間隔は、当該複数の突起が設けられた画素が受光する光の波長に応じた値であってもよい。これにより、光の波長に応じた反射率の低下を実現するという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記画素が形成された基板の上記受光面に対向する対向面に形成された対向面側トレンチと、上記対向面側トレンチに埋め込まれた対向面側部材とをさらに具備してもよい。これにより、対向面側トレンチに埋め込まれた対向面側部材により光が反射および散乱されるという作用をもたらす。
また、この第１の側面において、上記対向面側部材は、上記画素よりも屈折率の低い部材を含んでもよい。これにより、画素よりも屈折率の低い部材によって光が反射および散乱されるという作用をもたらす。
また、本技術の第２の側面は、受光面に複数の突起が形成された画素と、上記受光面において上記画素の周囲に形成されたトレンチである受光面側トレンチと、上記受光面側トレンチに埋め込まれた受光面側部材とを具備する固体撮像素子と、上記固体撮像素子に光を導く撮像レンズとを具備する撮像装置である。これにより、受光面の反射率が低下し、混色が防止されるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、赤外光を遮断する赤外光遮断フィルタと、上記撮像レンズと上記固体撮像素子との間の所定の位置への上記赤外光遮断フィルタの挿入と上記所定の位置からの上記赤外光遮断フィルタの抜去とのいずれかを行う挿抜部とをさらに具備し、上記画素は、赤外光を受光する赤外光画素と可視光を受光する可視光画素とを含んでもよい。これにより、赤外光が遮断されるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記固体撮像素子は、上記画素からの画素信号を処理する信号処理部をさらに備えてもよい。これにより、信号処理された画素信号から画像データが生成されるという作用をもたらす。
また、本技術の第３の側面は、基板において画素を形成する画素形成手順と、上記画素の受光面において複数の突起を形成する突起形成手順と、上記受光面において上記画素の周囲にトレンチを受光面側トレンチとして形成するトレンチ形成手順と、上記受光面側トレンチに受光面側部材を埋め込む埋め込み手順とを具備する固体撮像素子の製造方法。である。これにより、受光面に複数の突起が形成された画素と、その周囲に形成された受光面側トレンチと、受光面側トレンチに埋め込まれた受光面側遮光部材とを具備する固体撮像素子が製造されるという作用をもたらす。
また、この第２の側面において、上記複数の突起は、ウェットエッチングにより形成されてもよい。これにより、ウェットエッチングにより複数の突起が生成されるという作用をもたらす。
本技術によれば、固体撮像素子において混色を抑制しつつ、感度を向上させることができるという優れた効果を奏し得る。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。
本技術の第１の実施の形態における撮像装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第１の実施の形態における画素アレイ部の上面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における画素回路の回路図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における画素アレイ部の断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における画素アレイ部の構造を模式的に示した断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における突起間ピッチとトレンチの深さとの関係を説明するための図である。 本技術の第１の実施の形態における反射率と波長との関係の一例を示すグラフである。 本技術の第１の実施の形態における透過回折強度と波長との関係の一例を示すグラフである。 本技術の第１の実施の形態におけるフォトダイオードの領域を示す画素アレイ部の上面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態におけるトランジスタの位置を示す画素アレイ部の上面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における、ｎ＋層および画素分離領域を形成するまでの製造工程を説明するための図である。 本技術の第１の実施の形態におけるｎ＋層および画素分離領域を形成するためのマスクの一例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態におけるｎ＋を分離する領域および画素分離領域を形成するためのマスクの一例を示す図である。 本技術の第１の実施の形態における、トランジスタおよび浮遊拡散層を形成するまでの製造工程を説明するための図である。 本技術の第１の実施の形態における平坦化層および密着層を形成するまでの製造工程を説明するための図である。 本技術の第１の実施の形態における酸化膜を取り除くまでの製造工程を説明するための図である。 本技術の第１の実施の形態における酸化膜を充填するまでの製造工程を説明するための図である。 本技術の第１の実施の形態におけるメタルの埋め込み直前までの製造工程を説明するための図である。 本技術の第１の実施の形態における画素アレイ部の製造方法の一例を示すフローチャートである。 本技術の第１の実施の形態の第１の変形例における画素アレイ部の上面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態の第２の変形例における画素アレイ部の断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態の第３の変形例におけるフォトダイオードの領域を示す画素アレイ部の上面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態の第４の変形例におけるフォトダイオードの領域を示す画素アレイ部の上面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態の第４の変形例における画素回路の回路図の一例である。 本技術の第１の実施の形態の第５の変形例における画素アレイ部の構造を模式的に示した断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態の第６の変形例における画素アレイ部の断面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態の第６の変形例における画素アレイ部の上面図の一例である。 本技術の第２の実施の形態における画素アレイ部の上面図の一例である。 本技術の第２の実施の形態における画素アレイ部の構造を模式的に示した断面図の一例である。 本技術の第２の実施の形態における突起間ピッチが１２５ナノメートル（ｎｍ）の画素の感度と波長との関係の一例を示すグラフである。 本技術の第２の実施の形態における突起間ピッチが２５０ナノメートル（ｎｍ）の画素の感度と波長との関係の一例を示すグラフである。 本技術の第２の実施の形態における突起間ピッチが４００ナノメートル（ｎｍ）の画素の感度と波長との関係の一例を示すグラフである。 本技術の第２の実施の形態の第１の変形例における画素アレイ部の上面図の一例である。 本技術の第２の実施の形態の第２の変形例における画素アレイ部の上面図の一例である。 本技術の第２の実施の形態の第３の変形例における画素アレイ部の上面図の一例である。 本技術の第２の実施の形態の第４の変形例における画素アレイ部の構造を模式的に示した断面図の一例である。 本技術の第２の実施の形態の第５の変形例における画素アレイ部の構造を模式的に示した断面図の一例である。 本技術の第３の実施の形態における画素アレイ部の構造を模式的に示した断面図の一例である。 本技術の第３の実施の形態の変形例における撮像装置の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第３の実施の形態の変形例におけるＩＲカットフィルタおよび画素アレイ部の断面図の一例である。 本技術の第４の実施の形態における画素アレイ部の構造を模式的に示した断面図の一例である。 本技術の第４の実施の形態における、フォトダイオードを拡張していない画素アレイ部の断面図の一例である。 本技術の第４の実施の形態における、フォトダイオードを拡張した画素アレイ部の断面図の一例である。 本技術の第４の実施の形態における画素アレイ部の下面図の一例である。 本技術の第４の実施の形態における画素の感度と波長との関係の一例を示すグラフである。
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（ＩＲ画素をモスアイ構造とし、その周囲にトレンチを設けた例）
２．第２の実施の形態（ＩＲ画素および可視光画素をモスアイ構造とし、それらの周囲にトレンチを設けた例）
３．第３の実施の形態（ＩＲ画素をモスアイ構造とし、その周囲にトレンチを設け、ＩＲカットフィルタを配置した例）
４．第４の実施の形態（裏面においてＩＲ画素をモスアイ構造とし、その周囲にトレンチを設け、表面にもトレンチを設けた例）
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像装置の構成例］
図１は、第１の実施の形態における撮像装置１００の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置１００は、撮像レンズ１１０、固体撮像素子２００、画像処理部１２０、制御部１３０、記録部１４０および測光部１５０を備える。
撮像レンズ１１０は、光を集光して固体撮像素子２００に導くものである。固体撮像素子２００は、制御部１３０の制御に従って画像データを撮像して、画像処理部１２０および測光部１５０に信号線２０９を介して供給するものである。この固体撮像素子２００には、可視光を受光する可視光画素と、近赤外光を受光する近赤外光画素とを備える。この近赤外光画素として、例えば、０．１４乃至１．４マイクロメートル（μｍ）の波長域の近赤外光を選択的に透過するＩＲ透過フィルタを介して赤外光を受光するＩＲ画素が設けられる。固体撮像素子２００から出力された画像処理前の画像データは、ＲＡＷ画像データと呼ばれる。なお、近赤外光画素は、特許請求の範囲に記載の赤外光画素の一例である。
画像処理部１２０は、制御部１３０の制御に従って、ＲＡＷ画像データに対して所定の画像処理を行うものである。この画像処理部１２０は、処理後の画像データを記録部１４０に信号線１２９を介して供給する。記録部１４０は、画像データを記録するものである。測光部１５０は、画像データに基づいて光量を測定するものである。この測光部１５０は、測光量を制御部１３０に供給する。
制御部１３０は、固体撮像素子２００全体を制御するものである。この制御部１３０は、固体撮像素子２００を制御して画像データを撮像させ、画像処理部１２０を制御して、画像データの撮像に同期して画像処理を実行させる。また、制御部１３０は、測光量に基づいて、画像処理部１２０が行う画像処理の内容を変更する。例えば、制御部１３０は、測光量が閾値以下である場合に、ＲＡＷ画像データ内のＩＲ画素の画素信号に基づいて画像処理部１２０に、モノクロの画像データを生成させる。一方、制御部１３０は、測光量が閾値より高い場合にＲＡＷ画像データ内の可視光画素の画素信号に基づいて、デモザイク処理などによりカラーの画像データを生成させる。
なお、制御部１３０は、測光量以外の情報に基づいて画像処理部１２０を制御してもよい。例えば、制御部１３０は、夜間などの時間帯を示す時刻情報に基づいて、ＩＲ画素の画素信号から画像データを生成させ、昼間の時間帯を示す時刻情報に基づいて可視光画素から画像データを生成させる。あるいは、制御部１３０は、ユーザの操作により生成された操作信号に基づいて、画像処理部１２０を制御する。
［固体撮像素子の構成例］
図２は、第１の実施の形態における固体撮像素子２００の一構成例を示すブロック図である。この固体撮像素子２００は、垂直駆動回路２１０、画素アレイ部３００、制御回路２２０、カラム信号処理部２３０、水平駆動回路２４０および出力回路２５０を備える。画素アレイ部３００には、複数の画素が二次元格子状に配置される。ここで、水平方向に並んだ画素を以下、「行」と称し、垂直方向に並んだ画素を以下、「列」と称する。カラム信号処理部２３０には、列ごとに信号処理回路２３１が設けられる。
制御回路２２０は、固体撮像素子２００全体を制御するものである。この制御回路２２０は、例えば、制御部１３０の制御に従ってタイミング信号を生成し、垂直駆動回路２１０および水平駆動回路２４０に供給する。このタイミング信号は、行や列を選択するタイミングを示す。
垂直駆動回路２１０は、制御回路２２０の制御に従って、行を順に選択して露光させるものである。
信号処理回路２３１は、対応する列内の画素からの画素信号に対して、所定の信号処理を行うものである。例えば、画素固有の固定パターンノイズを除去するための相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling)処理やＡＤ（Analog to Digital）変換処理が信号処理として行われる。この信号処理回路２３１は、水平駆動回路２４０の制御に従って、処理後の画素信号を出力回路２５０に供給する。
水平駆動回路２４０は、制御回路２２０の制御に従って、信号処理回路２３１を順に選択して画素信号を出力させるものである。
出力回路２５０は、カラム信号処理部２３０からの画素信号をバッファリングして画像処理部１２０に出力するものである。この出力回路２５０は、バッファリングの他、黒レベル調整や列ばらつき補正などの各種デジタル信号処理を必要に応じて行う。
［画素アレイ部の構成例］
図３は、第１の実施の形態における画素アレイ部３００の上面図の一例である。この画素アレイ部３００には、可視光画素と近赤外光画素とが設けられる。
可視光画素として、例えば、Ｒ画素３１０、Ｇｒ画素３２０、Ｂ画素３３０およびＧｂ画素３５０が設けられる。これらのうちＲ画素３１０は、赤色光を選択的に透過するカラーフィルタを介して光を受光する画素であり、Ｇｒ画素３２０およびＧｂ画素３５０は、緑色の光を選択的に透過するカラーフィルタを介して光を受光する画素である。また、Ｂ画素３３０は、青色の光を選択的に透過するカラーフィルタを介して光を受光する画素である。
また、近赤外光画素として、例えば、ＩＲ画素３４０が設けられる。なお、図３において各画素における光学フィルタは記載の便宜上、省略されている。
Ｒ画素３１０、Ｇｒ画素３２０、Ｂ画素３３０、ＩＲ画素３４０およびＧｂ画素３５０のそれぞれは、所定のパターンで配列されている。また、これらの画素と画素との間には画素分離領域が形成されている。隣接する画素のそれぞれの代表点（中心など）の間隔を以下、「画素ピッチ」と称する。そして、ＩＲ画素の周囲の画素分離領域には、一定の深さのトレンチが形成され、そのトレンチにはメタル４０１が埋め込まれている。
また、ＩＲ画素３４０の受光面には、所定形状の複数の突起が一定の間隔で形成されている。これらの突起の形状は、例えば、四角錐である。隣接する突起のそれぞれの代表点（頂点など）の間隔を以下、「突起間ピッチ」と称する。この突起間ピッチは、ＩＲ画素が受光する赤外光の波長（例えば、８００ナノメートル）よりも小さい。このように微細な間隔で突起が設けられると、その突起の頂点から底面に向けて、突起を設けない場合と比較して屈折率が緩やかに変化する。これにより、受光面の光に対する反射率が低下し、その分、光の透過率が高くなる。このように、受光する光（赤外光など）の波長よりも短い間隔で、複数の突起を配置した面の構造は、一般に、モスアイ構造と呼ばれる。
ＩＲ画素３４０のモスアイ構造により、受光面の透過率が向上し、ＩＲ画素３４０の感度が向上する。また、ＩＲ画素３４０の周囲のトレンチ内のメタルにより、ＩＲ画素３４０を透過した光が吸収され、隣りの画素へ漏れることが無くなる。これにより、ＩＲ画素の感度が向上し、混色が低減する。感度の向上と混色の低減とにより、固体撮像素子２００により撮像された画像データの画質が向上する。
ここで、突起間ピッチは、波長に応じて最適な値に設定するが、例えば、画素ピッチの約数に設定されていてもよい。画素ピッチを２５００ナノメートル（ｎｍ）とした場合、例えば、突起間ピッチは、その約数の２５０ナノメートル（ｎｍ）に設定される。製造装置は、ＩＲ画素３４０と、その周囲の画素分領域の一部とを含む、一辺が画素ピッチと同じ長さになる領域に、設定された突起間ピッチでモスアイ構造を形成する。そして、モスアイ構造の形成後に、製造装置は、ＩＲ画素３４０および画素分離領域の境界を跨ぐ突起の一部を削ってトレンチを形成する。
一方、ＩＲ画素３４０以外の可視光画素（Ｒ画素３１０など）の受光面には、突起が設けられておらず、平面である。
また、画素分離領域には、複数の画素が共有するトランジスタ（リセットトランジスタなど）が形成されるトランジスタ形成領域３６０が設けられる。
なお、必ずしも、ＩＲ画素３４０の全てをモスアイ構造とし、全てのＩＲ画素３４０の周囲にトレンチを形成する必要はない。例えば、一部のＩＲ画素３４０のみモスアイ構造とし、そのＩＲ画素３４０の周囲にのみトレンチを形成する構成であってもよい。
［画素回路の構成例］
図４は、第１の実施の形態における画素回路の回路図の一例である。Ｇｒ画素３２０は、転送トランジスタ３２１およびフォトダイオード３２２を備え、Ｂ画素３３０は、転送トランジスタ３３１およびフォトダイオード３３２を備える。ＩＲ画素３４０は、転送トランジスタ３４１およびフォトダイオード３４２を備え、Ｇｂ画素３５０は、転送トランジスタ３５１およびフォトダイオード３５２を備える。また、画素分離領域には、浮遊拡散層３７０が設けられ、トランジスタ形成領域３６０には、リセットトランジスタ３６１、増幅トランジスタ３６２および選択トランジスタ３６３が設けられる。
フォトダイオード３２２は、受光した光を電荷に光電変換するものである。このフォトダイオード３２２は、生成した電荷を転送トランジスタ３２１に供給する。転送トランジスタ３２１は、垂直駆動回路２１０の制御に従って、フォトダイオード３２２からの電荷を浮遊拡散層３７０に転送するものである。
フォトダイオード３３２、３４２および３５２の構成は、フォトダイオード３２２と同様である。また、転送トランジスタ３３１、３４１および３５１の構成は、転送トランジスタ３２１と同様である。
浮遊拡散層３７０は、転送トランジスタ３２１、３３１、３４１および３５１のいずれかからの電荷を蓄積して蓄積量に応じた電圧を生成するものである。この浮遊拡散層３７０は、生成した電圧の画素信号を増幅トランジスタ３６２に供給する。
リセットトランジスタ３６１は、垂直駆動回路２１０の制御に従って、浮遊拡散層３７０の電荷を掃きだして、浮遊拡散層３７０の電圧を初期化するものである。
増幅トランジスタ３６２は、浮遊拡散層３７０からの電気信号を増幅して選択トランジスタ３６３に画素信号として供給するものである。
選択トランジスタ３６３は、垂直駆動回路２１０の制御に従って、画素信号を信号処理回路２３１に垂直信号線を介して供給するものである。
なお、浮遊拡散層３７０およびトランジスタ形成領域３６０が隣接する４つの画素により共有されているが、この構成に限定されない。浮遊拡散層３７０等が隣接する２つの画素に共有される構成であってもよいし、浮遊拡散層３７０等を共有せず、画素のそれぞれに個別に設ける構成であってもよい。
図５は、第１の実施の形態における画素アレイ部３００の断面図の一例である。この断面図は、図３におけるＸ０−Ｘ３軸に沿った断面図である。
支持基板４３３から受光面への方向を上方向として、支持基板４３３の上に密着層４３２が形成され、その密着層４３２の上に平坦化層４３１が形成されている。この平坦化層４３１の上に絶縁層４２０が形成され、この絶縁層４２０には転送トランジスタ４２１や配線４２２が設けられる。絶縁層４２０の上部には、ＩＲ画素３４０やＧｂ画素３５０などの画素と、画素分離領域４０２とが設けられる。配線やトランジスタを含む絶縁層４２０の上部のシリコンの厚さは、例えば、５マイクロメートル（μｍ）である。
ＩＲ画素３４０には、ｎ＋層４０５が形成され、Ｇｂ画素３５０にはｎ＋層４１５が形成される。これらのｎ＋層は、フォトダイオードとして機能する。また、ＩＲ画素３４０内のｎ＋層４０５の領域は、隣のｎ＋層４１５の下方に拡張されている。このようにＩＲ画素３４０のフォトダイオード（ｎ＋層４０５）を拡張することにより、ＩＲ画素３４０の感度を向上させることができる。なお、必ずしも、ＩＲ画素３４０の全てにおいて、フォトダイオードを拡張する必要はない。例えば、一部のＩＲ画素３４０についてのみ、フォトダイオードを拡張し、残りのＩＲ画素３４０のフォトダイオードは可視光画素と同一の構成であってもよい。また、モスアイ構造のみで感度が十分であれば、４０５の領域の拡張はなくともよい。
また、ｎ＋層４０５およびｎ＋層４１５と、配線やトランジスタを含む絶縁層４２０との間には、界面からの暗電流抑制のためのホール蓄積部４０６が設けられる。このホール蓄積部４０６は、ｐ＋層などにより形成される。
また、ｎ＋層４０５の上部にも、ホール蓄積部となるｐ＋層４０４が形成され、そのｐ＋層４１４の表面には複数の突起が形成されている。一方、ｎ＋層４１５の上部にもｐ＋層４１４が形成されているが、その表面は平面である。
そして、ＩＲ画素３４０の周囲の画素分離領域４０２には、一定の深さＤtrench１のトレンチ４０３が形成されている。このトレンチ４０３の深さは、ｎ＋層４０５より小さいものとする。トレンチ４０３をｎ＋層４０５より浅くすることにより、トレンチ４０３を回り込ませて、ｎ＋層４０５をｎ＋層４１５の下方に拡張することができる。なお、トレンチ４０３は、特許請求の範囲に記載の受光面側トレンチの一例である。
また、トレンチ４０３と、ｐ＋層４０４および４１４の表面には、固定電荷膜４１３が形成されている。固定電荷膜４１３の上部には、シリコンより屈折率の低い酸化膜４１２が形成されている。フレネルの公式より、屈折率の高い媒質（ｐ＋層４０４など）から、屈折率の低い媒質（酸化膜４１２）へ入射する光の一部は、それらの界面で反射するため、この酸化膜４１２は、画素からの光の漏出を防止する材料として機能する。
また、ＩＲ画素３４０の周囲のトレンチには、メタル４０１が埋め込まれている。一方、Ｇｂ画素３５０と、その隣の可視光画素との間の画素分離領域４０２にトレンチは形成されておらず、その上部には、酸化膜４１２を挟んで、メタル４１１が配置される。これらのメタルも、画素からの光の漏出を防止する遮光材料として機能する。なお、メタル４１１は、特許請求の範囲に記載の受光面側部材の一例である。
上述のように、表面である配線やトランジスタを含む絶縁層４２０と対向する裏面を受光面とする固体撮像素子２００は、一般に裏面照射型の固体撮像素子と呼ばれる。
図６は、第１の実施の形態における画素アレイ部３００の構造を模式的に示した断面図の一例である。図６は図３におけるＸ１−Ｘ２軸に沿った断面図となる。ＩＲ画素には、赤外光のみを透過する、オンチップのＩＲ透過フィルタ４４２が設けられ、可視光画素（Ｒ画素など）には、対応する波長（赤色など）の可視光を選択的に透過する、オンチップのカラーフィルタ４４３が設けられる。また、これらの光学フィルタの上部には、オンチップレンズ４４１が設けられる。このオンチップレンズ４４１上には反射防止膜として、例えば、１００ナノメートル（ｎｍ）の酸化膜（不図示）が成膜されている。
そして、ＩＲ画素の周囲の画素分離領域にはトレンチが設けられ、そのトレンチにメタル４０１が埋め込まれている。また、ＩＲ画素のフォトダイオード３４２は、可視光画素のフォトダイオード３５２の下方に拡張されている。
図６において実線の矢印は、ＩＲ画素に入射された赤外光の軌跡の一例である。ＩＲ画素のモスアイ構造により、ＩＲ画素の受光面の反射率が低減するため、赤外光の大部分が受光面を透過する。そして、その透過光を、ＩＲ画素の周囲のメタル４０１が遮光するため、ＩＲ画素から隣の画素への赤外光の漏出が抑制され、混色が防止される。また、ＩＲ画素のフォトダイオード３４２は、可視光画素と比較して拡張されている。
ここで、可視光画素の上部には、赤外光を遮断するＩＲカットフィルタが設けられていないため、可視光画素には赤外光が若干入射されてしまう。しかしながら、可視光画素に入射した赤外光は、可視光画素の下方に拡張された、ＩＲ画素のフォトダイオード３４２により検出されるため、赤外光により可視光画素の色バランスが崩れることはほとんどない。
これらのモスアイ構造、メタル４０１での反射、および、フォトダイオード３４２の拡張により、ＩＲ画素の感度が向上する。また、メタル４０１による遮光により混色を防止することができる。これらの感度の向上と混色の防止とにより、画像データの画質を向上させることができる。
なお、ＩＲ画素に赤外光のみを透過するＩＲ透過フィルタ４４２を設けているが、赤外光および可視光を透過する光学フィルタを代わりに設けてもよい。また、ＩＲ画素の位置に光学フィルタを設けない構成としてもよい。この場合には、ＩＲ画素の代わりにＷ（White）画素が配置されることとなる。これらの構成においては、後段の画像処理部１２０が、演算により、可視光成分と赤外光成分とを分離してモノクロ画像やカラー画像を生成する。
図７は、第１の実施の形態における突起間ピッチとトレンチの深さとの関係を説明するための図である。モスアイ構造における突起の頂点と、その下部とでは、光の透過率が異なるため、モスアイ構造において、突起を回折の単位（すなわち、回折格子）とした赤外光の回折が生じる。一般に、屈折率ｎinの媒質から、屈折率ｎoutの媒質に入射して回折した光の出射角（すなわち、回折角度）Ｒoutは、次の式により求められる。
Figure 2017108062
 上式において、Ｒinは、屈折率ｎinの媒質から屈折率ｎoutの媒質へ入射する光の入射角であり、この入射角Ｒinおよび出射角Ｒoutの単位は、例えば、「度」である。Ｐは、回折格子（突起）の格子間間隔（すなわち、突起間ピッチ）であり、単位は、例えば、ナノメートル（ｎｍ）である。ｍは回折次数である。ラムダは、回折格子で回折した回折光（赤外光など）の波長であり、単位は、例えば、ナノメートル（ｎｍ）である。
また、画素の中心で回折した光がトレンチの底部ぎりぎりの位置をすり抜けて漏出する際において、画素の一辺のサイズＳpixelとトレンチの深さＤtrench１との関係は三角関数を用いて次の式により表される。
Ｄtrench１×ｓｉｎ（Ｒout）＝Ｓpixel／２ ・・・式２
トレンチの深さＤtrench１と突起間ピッチＰとの一方を決定すれば、式１および式２から他方の値を算出することができる。例えば、トレンチの深さＤtrench１を２０００ナノメートル（ｎｍ）とし、画素サイズＳpixelを２４００ナノメートル（ｎｍ）とすると、式２から出射角Ｒoutとして約３１度が算出される。
また、回折光のうち一次回折光が最も支配的であるため、回折次数ｍを「１」とし、赤外光の波長を８００ナノメートル（ｎｍ）とする。また、入射側の媒質である空気の屈折率ｎinを「１．０００」とし、入射角Ｒinを「０」度とする。そして、出射側の媒質であるシリコンの屈折率ｎoutを「３．７１２」とすると、出射角Ｒoutが３１度の際には、式１から突起間ピッチＰとして約４１８ナノメートル（ｎｍ）が算出される。この突起間ピッチＰを小さくするほど、式１より、出射角Ｒoutが大きくなり、トレンチの下方を赤外光がすり抜けるおそれが少なくなる。したがって上述の条件下では、出射角Ｒoutに若干余裕をもたせて、突起間ピッチＰを４００ナノメートル（ｎｍ）以下にすることが望ましい。例えば、突起間ピッチＰを４００ナノメートル（ｎｍ）にすれば、出射角Ｒoutが３２．６度となり、３１度よりも十分に大きくなる。
また、逆に、突起間ピッチＰを決定して、式１および式２からトレンチの深さＤtrench１を算出してもよい。例えば、突起間ピッチＰを４００ナノメートル（ｎｍ）程度とすれば、トレンチの深さＤtrench１として、約２２２７ナノメートル（ｎｍ）、すなわち約２．２２７マイクロメートル（μｍ）が得られる。トレンチの深さＤtrench１は、２マイクロメートル（μｍ）以上であることが望ましい。
図８は、第１の実施の形態における反射率と波長との関係の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、反射率を示し、横軸は光の波長を示す。また、実線は、受光面が平面である画素における波長ごとの反射率の特性を示し、点線は、受光面がモスアイ構造で突起間ピッチが２００ナノメートル（ｎｍ）の画素における波長ごとの反射率の特性を示す。一点鎖線は、受光面がモスアイ構造で突起間ピッチが１００ナノメートル（ｎｍ）の画素における波長ごとの反射率の特性を示す。
図８に例示するように、モスアイ構造では、平面構造よりも反射率が低減する。また、モスアイ構造において、突起間ピッチが２００ナノメートル（ｎｍ）の画素の方が、１００ナノメートル（ｎｍ）の画素よりも反射率が低くなる。
図９は、第１の実施の形態における透過回折強度と波長との関係の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、透過回折強度を示し、横軸は波長を示す。また、実線は、受光面が平面である画素における波長ごとの透過回折強度の特性を示し、点線は、受光面がモスアイ構造で突起間ピッチが２００ナノメートル（ｎｍ）の画素における波長ごとの透過回折強度の特性を示す。一点鎖線は、受光面がモスアイ構造で突起間ピッチが１００ナノメートル（ｎｍ）の画素における波長ごとの透過回折強度の特性を示す。
図９に例示するように、モスアイ構造において、突起間ピッチが２００ナノメートル（ｎｍ）の画素の方が、１００ナノメートル（ｎｍ）の画素よりも透過回折強度が高くなる。
図８および図９に例示したように、突起間ピッチが大きいほど、反射率が低下し、透過回折強度が高くなる。このため、システムで要求される反射率等の条件を満たすように、図８や図９の特性と式１および式２とから突起間ピッチが決定される。
図１０は、第１の実施の形態におけるフォトダイオードの領域を示す画素アレイ部３００の上面図の一例である。同図において太い実線で囲まれた部分は、ＩＲ画素内のフォトダイオード３４２の領域を示す。また、点線で囲まれた領域は、可視光画素内のフォトダイオード３２２、３３２および３５２の領域と、浮遊拡散層３７０の領域とを示す。受光面に平行なＸ方向およびＹ方向において、隣り合うＩＲ画素３４０の間には、２つの可視光画素が配置される。
ＩＲ画素内のフォトダイオード３４２の領域は、浮遊拡散層３７０を避けて、隣接するＧｒ画素、Ｇｂ画素およびＢ画素のそれぞれのフォトダイオードの下方に拡張されている。これにより、拡張しない場合と比較して、ＩＲ画素の感度を高くすることができる。
図１１は、第１の実施の形態におけるトランジスタの位置を示す画素アレイ部の上面図の一例である。浮遊拡散層３７０を４つの画素が共有し、それらの画素に転送トランジスタ３２１、３３１、３４１および３５１が設けられる。また、４つの画素が共有するリセットトランジスタ３６１、増幅トランジスタ３６２および選択トランジスタ３６３が、画素分離領域内のトランジスタ形成領域３６０に設けられる。
［固体撮像素子の製造方法］
図１２は、第１の実施の形態におけるｎ＋層および画素分離領域が形成されるまでの製造工程を説明するための図である。同図におけるａは、固体撮像素子２００の製造装置に載置されたＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板４５０の一例を示す断面図である。同図におけるａの黒で塗り潰された領域は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの酸化膜を示す。同図におけるｂに例示するように、その酸化膜の近辺に、ボロンの注入などによりｐ＋層４１４が形成される。そして、同図におけるｃに例示するようにｎ＋層、画素分離領域、および、蓄積部が形成される。
上述のｎ＋層、画素分離領域、および、蓄積部は、複数の工程により形成される。まず、酸化膜への方向を下方として、ｎ＋層の下部４５１が形成され、次に、ｎ＋層の上部４５２が形成される。下部４５１は、ｎ＋層のうち可視光画素側に拡張された部分を含まない。一方、上部４５２は、ｎ＋層のうち可視光画素側に拡張された部分を含む。そして、画素分離領域の下部４５３が形成され、次に蓄積部の下部４５４が形成される。次いで、蓄積部の上部４５５と、画素分離領域の上部４５６とが形成される。
図１３は、第１の実施の形態におけるｎ＋層および画素分離領域を形成するためのマスクの一例を示す図である。同図におけるａは、ｎ＋層の下部４５１を形成するためのマスク４６１の平面図であり、同図におけるｂは、ｎ＋層の上部４５２を形成するためのマスク４６２の平面図である。同図におけるｃは、画素分離領域の下部４５３を形成するためのマスク４６３の平面図である。同図において、白抜きの部分は、開口された部分を示す。
マスク４６１は、画素の領域が開口されたマスクである。このマスク４６１を介して、製造装置は、例えば、３メガエレクトロンボルト（ＭｅＶ）のイオンビームの照射によりリンを１平方センチメートル（ｃｍ２）あたり、５Ｅ１１個注入する。あるいは、２．５メガエレクトロンボルト（ＭｅＶ）のイオンビームの照射により、１平方センチメートル（ｃｍ２）あたり、１Ｅ１２個が注入される。この工程により、ｎ＋層の下部４５１が形成される。
マスク４６２は、隣接する４つの画素を含む領域が開口されたマスクである。このマスク４６２を介して、製造装置は、例えば、１．０メガエレクトロンボルト（ＭｅＶ）のイオンビームの照射によりリンを１平方センチメートル（ｃｍ２）あたり、５Ｅ１２個注入する。この工程により、ｎ＋層の上部４５２が形成される。
マスク４６３は、画素と画素との間の領域が開口されたマスクである。このマスク４６３を介して、製造装置は、例えば、１．０メガエレクトロンボルト（ＭｅＶ）のイオンビームの照射によりボロンを１平方センチメートル（ｃｍ２）あたり、３Ｅ１２個注入する。この工程により、画素分離領域の下部４５３が形成される。
図１４は、第１の実施の形態におけるｎ＋を分離する領域および画素分離領域を形成するためのマスクの一例を示す図である。同図におけるａは、ｎ＋を上下方向に分離するｐ＋領域４５４を形成するためのマスク４６４の平面図であり、同図におけるｂは、ｎ＋を縦方向に分離するp＋領域４５５と画素分離領域の上部４５６とを形成するためのマスク４６５の平面図である。同図において、白抜きの部分は、開口された部分を示す。
マスク４６４は、可視光画素の領域が開口されたマスクである。このマスク４６４を介して製造装置は、例えば、０．７メガエレクトロンボルト（ＭｅＶ）のイオンビームの照射によりボロンを１平方センチメートル（ｃｍ２）あたり、５Ｅ１２個注入する。この工程により、蓄積部の下部４５４が形成される。
マスク４６５は、画素の間と、ＩＲ画素の領域と、可視光画素の一部が開口されたマスクである。このマスク４６５を介して製造装置は、例えば、０．４メガエレクトロンボルト（ＭｅＶ）のイオンビームの照射によりボロンを１平方センチメートル（ｃｍ２）あたり、５Ｅ１２個注入する。この工程により、蓄積部の上部４５５と画素分領域の上部４５６とが形成される。そして、製造装置は、アニール温度が１０００℃のアニール処理により、不純物元素を活性化する。
図１５は、第１の実施の形態における、トランジスタおよび浮遊拡散層を形成するまでの製造工程を説明するための図である。ｎ＋層、画素分離領域、および、蓄積部の形成後に製造装置は、同図におけるａに例示するようにトランジスタのゲート４５７を形成し、同図におけるｂに例示するようにサイドウォール４５８を形成する。そして、製造装置は、同図におけるｃに例示するようにｐ＋領域となるホール蓄積部４０６を上記ｎ＋層を分離したｐ＋領域と繋げるように形成し、浮遊拡散層４１６を形成する。また、製造装置は、トランジスタのソースおよびドレインを形成する。
図１６は、第１の実施の形態における平坦化層および密着層を形成するまでの製造工程を説明するための図である。浮遊拡散層４１６の形成後に製造装置は、同図におけるａに例示するようにサリサイドブロック膜を形成する。そして、製造装置は、同図におけるｂに例示するように配線層およびトランジスタを含む絶縁層４２０を形成し、同図におけるｃに例示するように平坦化層４３１および密着層４３２を順に形成する。例えば、化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法により、窒化チタン（ＴｉＮ）が密着層４３２として形成される。
図１７は、第１の実施の形態における酸化膜を取り除くまでの製造工程を説明するための図である。密着層４３２の形成後に製造装置は、支持基板４３３を、密着層４３２に貼りあわせる。そして、製造装置は、同図におけるｂに例示するように、固体撮像素子２００の上下を反転させ、酸化膜を取り除いてｐ＋層４１４を露出させる。
図１８は、第１の実施の形態における酸化膜を充填するまでの製造工程を説明するための図である。ＳＩＯ基板の酸化膜の除去後に製造装置は、同図におけるａに例示するように、ＩＲ画素のｐ＋層４０４にモスアイ構造を形成し、次にトレンチ４０３を形成する。ここで、モスアイ構造は、例えば、特開２０１３−０３３８６４号公報に記載の方法により形成される。この方法では、突起の頂点部分を覆うドット形状のレジストパターンをマスクとするウェットエッチングによりモスアイ構造が形成される。
モスアイ構造の形成後に製造装置は、６フッ化硫黄（ＳＦ６）／８フッ化シクロブタン（Ｃ４Ｆ８）ガスを用いたドライエッチングによりトレンチ４０３を形成する。このドライエッチングでは、それぞれの画素分離領域の一部を開口するレジストパターニングを行ったレジストマスクが用いられる。このレジストマスクの開口部のサイズは、例えば、２００ナノメートル（ｎｍ）に設定される。界面起因の暗電流を抑制するため、掘り込んだ領域の界面にはｐ+層でホールが存在することが望ましい
次に、製造装置は、図１９に例示するように、界面に固定電荷膜４１３を成膜する。例えば、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic layer deposition）法により、Ａｌ２Ｏ３が固定電荷膜４１３として成膜される。そして、製造装置は、シリコンよりも屈折率の低い絶縁膜である酸化膜４１２を、等方的に成膜してトレンチ４０３内を閉塞する。この酸化膜４１２の膜厚は、例えば、５０ナノメートル（ｎｍ）である。なお、製造装置は、固定電荷膜４１３の成膜後に、受光面に対して反射率を最適化するための膜を物理蒸着（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）法により、さらに成膜してもよい。
そして、ＣＶＤ法により、タングステン（Ｗ）やアルミニウム（Ａｌ）などのメタルが埋め込まれ、図５に例示した断面の画素アレイ部３００が製造される。次いで、光学フィルタやオンチップレンズの形成により、図６に例示した断面の画素アレイ部３００が完成する。
図２０は、第１の実施の形態における画素アレイ部３００の製造方法の一例を示すフローチャートである。ＳＯＩ基板が載置されると、製造装置は、酸化膜の近辺にＰ＋層を形成する（ステップＳ９０１）。そして、製造装置は、複数のマスクにより、ｎ＋層および画素分離領域を形成する（ステップＳ９０２）。
次いで製造装置は、トランジスタのゲートを生成し（ステップＳ９０３）、サイドウォールを形成する（ステップＳ９０４）。そして、製造装置は、電荷を蓄積する蓄積部を形成し（ステップＳ９０５）、浮遊拡散層を形成する（ステップＳ９０６）。また、製造装置は、トランジスタのソースおよびドレインを形成し（ステップＳ９０７）、サリサイドブロック膜を形成する（ステップＳ９０８）。
続いて、製造装置は、配線層を形成し（ステップＳ９０９）、平坦化層および密着層を形成する（ステップＳ９１０）。製造装置は、支持基板との貼りあわせを行い（ステップＳ９１１）、ＩＲ画素においてモスアイ構造をウェットエッチングなどにより形成する（ステップＳ９１２）。そして、製造装置は、ＩＲ画素の周囲にトレンチをドライエッチングなどにより形成し（ステップＳ９１３）、酸化膜を成膜する（ステップＳ９１４）。次いで、製造装置は、トレンチにメタルを埋め込み（ステップＳ９１５）、オンチップレンズの形成などの残りの処理を行って画素アレイ部の製造を終了する。
このように、本技術の第１の実施の形態によれば、ＩＲ画素３４０の受光面に複数の突起を形成し、ＩＲ画素３４０の周囲のトレンチにメタルを埋め込むことにより、受光面の反射率を低減し、ＩＲ画素３４０から漏出する光をメタルにより吸収することができる。この反射率の低減によりＩＲ画素３４０の感度を向上させることができる。また、漏出する光を吸収することにより、ＩＲ画素３４０から隣の可視光画素へ漏出した光の波長と、その可視光画素の入射光の波長との混色を防止することができる。
［第１の変形例］
上述の第１の実施形態では、製造措置は、ＩＲ画素３４０の受光面の全面を含む領域にモスアイ構造を形成し、ＩＲ画素３４０および画素分離領域の境界を跨ぐ突起の一部を削ってトレンチを形成していた。しかし、この製造方法では、突起の一部を削る際に欠陥が生じるおそれがある。このため、製造装置は、ＩＲ画素３４０および画素分離領域の境界を突起が跨ぐことが無いように、モスアイ構造を形成することが望ましい。例えば、ＩＲ画素３４０の中央に配置された一部の領域のみにモスアイ構造を形成すればよい。この第１の実施の形態における第１の変形例の画素アレイ部３００は、ＩＲ画素３４０の中央の一部の領域のみにモスアイ構造を形成した点において第１の実施の形態と異なる。
図２１は、第１の実施の形態の第１の変形例における画素アレイ部３００の上面図の一例である。この第１の変形例の画素アレイ部３００は、ＩＲ画素３４０の受光面において、中央の一部の領域にのみモスアイ構造が形成されている点において第１の実施の形態と異なる。ＩＲ画素３４０の残りの部分は、可視光画素と同じく平面構造である。
なお、ＩＲ画素３４０において、中央にモスアイ構造を形成しているが、中央以外の個所にモスアイ構造を形成してもよい。画素アレイ部３００におけるＩＲ画素３４０の位置により、主光線の入射角度が異なる。例えば、画素アレイ部３００の右端や左端では、入射角度が小さくなるが、画素アレイ部３００の中央付近では、入射角度が大きくなる。この結果、画素アレイ部３００の中央と端部とでは、主光線の入射位置が異なる。その入射位置に合わせて、モスアイ構造を設ける位置を変えればよい。例えば、画素アレイ部３００の中央付近のＩＲ画素３４０では、その画素の中央にモスアイ構造が形成される。一方、画素アレイ部３００の端部付近のＩＲ画素３４０では、右端や左端などの位置にモスアイ構造が形成される。
このように、本技術の第１の実施の形態における第１の変形例によれば、ＩＲ画素３４０の一部の領域に複数の突起を形成したため、製造装置は、トレンチの形成の際に突起の一部を削る必要がなくなる。これにより、欠陥の発生を抑制することができる。
［第２の変形例］
上述の第１の実施形態では、ＩＲ画素３４０の周囲のトレンチ４０３にメタル４０１が埋め込まれていたが、光を反射する部材として、メタル４０１以外の部材（例えば、酸化膜４１２）をトレンチに埋め込むこともできる。この第１の実施の形態の第２の変形例の画素アレイ部３００は、メタル４０１以外の部材をトレンチ４０３に埋め込む点において第１の実施の形態と異なる。
図２２は、第１の実施の形態の第２の変形例における画素アレイ部３００の断面図の一例である。この第２の変形例の画素アレイ部３００は、トレンチ４０３に酸化膜４１２が埋め込まれている点において第１の実施の形態と異なる。この酸化膜４１２の膜厚は、例えば、１５０ナノメートル（ｎｍ）である。前述したように、酸化膜４１２の屈折率はシリコンより低いため、フレネルの公式より、ＩＲ画素３４０から漏出する光が反射され、混色を防止することができる。また、メタル４０１は、トレンチ４０３に埋め込まれず、画素分離領域４０２の上部に配置される。
［第３の変形例］
上述の第１の実施の形態では、Ｘ軸方向およびＹ方向において、可視光画素２つごとに、ＩＲ画素が配置されていたが、画素アレイ部３００内のＩＲ画素３４０の個数を少なくし、その分、可視光画素の画素数を増加することもできる。第１の実施の形態の第３の変形例における画素アレイ部３００は、可視光画素の画素数を増加した点において第１の実施の形態と異なる。
図２３は、第１の実施の形態の第３の変形例におけるフォトダイオードの領域を示す画素アレイ部３００の上面図の一例である。この第３の変形例では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において、離接するＩＲ画素３４０の間に、３つの可視光画素が配置される。すなわち、可視光画素３つごとにＩＲ画素が配置される。このため、２つごとにＩＲ画素３４０を配置する第１の実施の形態と比較してＩＲ画素３４０の画素数が少なくなり、その分、可視光画素の画素数が多くなる。ＩＲ画素３４０の配置の変更に伴い、フォトダイオード３３２の配置も変更される。ただし、第３の変形例のフォトダイオード３３２の形状や面積は第１の実施の形態と同様である。
このように、本技術の第１の実施の形態における第３の変形例によれば、可視光画素の画素数を増加したため、可視光画素からなる画像データの画質を向上させることができる。
［第４の変形例］
上述の第１の実施の形態では、４つの画素が浮遊拡散層３７０やリセットトランジスタ３６１を共有していたが、２つの画素が浮遊拡散層３７０等を共有する構成とすることもできる。第１の実施の形態の第４の変形例における画素アレイ部３００は、２つの画素が浮遊拡散層３７０等を共有する点において第１の実施の形態と異なる。
図２４は、第１の実施の形態の第４の変形例におけるフォトダイオードの領域を示す画素アレイ部の上面図の一例である。この第４の変形例の画素アレイ部３００では、隣接する２つ画素が浮遊拡散層３７０を共有するため、４つの画素が共有する第１の実施の形態と比較して浮遊拡散層３７０の個数が２倍となる。また、浮遊拡散層３７０を避けて形成されるフォトダイオード３５２の面積は、浮遊拡散層３７０の増加により、第１の実施の形態と比較して小さくなる。
図２５は、第１の実施の形態の第４の変形例における画素回路の回路図の一例である。同図に例示するように、第４の変形例では、ＩＲ画素３４０およびＧｂ画素３５０などの２つの画素により、浮遊拡散層３７０、リセットトランジスタ３６１、増幅トランジスタ３６２および選択トランジスタ３６３が共有される。共有する画素数が減少したため、浮遊拡散層３７０の電荷蓄積および放出の回数や、共有されるトランジスタの動作回数が減少する。これにより、第１の実施の形態と比較して、固体撮像素子２００の寿命を延ばすことができる。
このように、本技術の第１の実施の形態における第４の変形例によれば、２つの画素が浮遊拡散層３７０やトランジスタを共有するため、浮遊拡散層３７０の電荷蓄積および放出の回数やトランジスタの動作回数を低減することができる。
［第５の変形例］
上述の第１の実施の形態では、可視光画素のフォトダイオードの深さは、いずれも同じであった。しかし、波長ごとの感度を最適化する観点から、可視光画素のフォトダイオードの深さは、画素の受光する光の波長に応じた値であってもよい。第１の実施の形態の第５の変形例における画素アレイ部３００は、画素の受光する光の波長に応じた深さのフォトダイオードを設けた点において第１の実施の形態と異なる。
図２６は、第１の実施の形態の第５の変形例における画素アレイ部３００の構造を模式的に示した断面図の一例である。第５の変形例の画素アレイ部３００においてフォトダイオードの深さは、波長ごとの感度を最適化する観点から、受光する光の波長が短いほど浅いものとする。具体的には、Ｂ画素３３０の波長が短く、以下、Ｇ画素（３２０および３５０）、Ｒ画素３１０、および、ＩＲ画素３４０の順で波長が長くなる。このため、Ｂ画素３３０のフォトダイオード３３２が最も浅く、Ｇ画素（３２０および３５０）、Ｒ画素３１０、および、ＩＲ画素３４０の順でフォトダイオードが深くなるように画素アレイ部３００が形成される。
そして、比較的フォトダイオードの深さの浅いＢ画素やＧ画素が優先的に、ＩＲ画素に隣接する位置に配列される。ＩＲ画素に隣接する可視光画素のフォトダイオードを浅くすれば、その分、トレンチを浅くすることができる。第５の変形例のトレンチの深さＤtrench２は、第１の実施の形態の深さＤtrench１より小さい。トレンチを浅くしたことにより、トレンチおよび可視光画素の下方に拡張するフォトダイオード３４２の体積を大きくすることができる。
このように、本技術の第１の実施の形態における第５の変形例によれば、ＩＲ画素に隣接する可視光画素に深さの浅いフォトダイオードを配置したため、ＩＲ画素のフォトダイオード３４２の体積を大きくすることができる。
［第６の変形例］
上述の第１の実施形態では、裏面照射型の固体撮像素子２００において、モスアイ構造およびトレンチを形成していたが、配線層側を受光面とする表面照射型の固体撮像素子２００においてモスアイ構造およびトレンチを形成してもよい。第１の実施の形態の第６の変形例における画素アレイ部３００は、配線層側を受光面とした点において第１の実施の形態と異なる。
図２７は、第１の実施の形態の第６の変形例における画素アレイ部の断面図の一例である。ＩＲ画素３４０には、ｎ＋層５０１が形成され、隣のＧｂ画素３５０にはｎ＋層５０２が形成されている。これらのｎ＋層は、フォトダイオードとして機能する。受光面への方向を上方向として、ｎ＋層５０１は、ｎ＋層５０２の下方に拡張されている。また、ｎ＋層５０１の上部にはｐ＋層５０５が形成され、ｎ＋層５０２の上部には、ｐ＋層５０７が形成されている。このｐ＋層５０５はモスアイ構造であり、一方、ｐ＋層５０７は、平面構造である。また、ＩＲ画素３４０の周囲の画素分離領域にはトレンチ５０３が形成され、そのトレンチ５０３にメタル５０４が埋め込まれる。また、画素分離領域には浮遊拡散層５０６が形成される。また、ｐ＋層５０５およびｐ＋層５０７の上部には、配線層を含む絶縁層５０９が設けられ、この配線層５０９内に転送トランジスタ５０８などが配置される。
上述の構成により、ＩＲ画素３４０等の画素は、表面である配線層５０９を介して受光した光を光電変換する。このような表面照射型の固体撮像素子は、一般に裏面照射型のものと比較して、基板を削るなどの工程が不要となるため、製造が簡易となる。
図２８は、第１の実施の形態の第６の変形例における画素アレイ部３００の上面図の一例である。ＩＲ画素３４０の周囲には、トレンチ５０３が設けられ、そのトレンチ５０３にメタル５０４が埋め込まれる。ただし、トレンチ５０３は、浮遊拡散層５０６と、リセットトランジスタ等が形成されたトランジスタ形成領域３６０とを避けて形成される。
このように、本技術の第１の実施の形態における第６の変形例によれば、固体撮像素子を表面照射型としたため、裏面照射型と比較して、容易に製造することができる。
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、ＩＲ画素３４０のみにモスアイ構造を設け、その周囲にトレンチを設けて、ＩＲ画素３４０の感度を向上させ、ＩＲ画素３４０からの光の漏出を防止していた。しかし、可視光画素の感度が不足し、可視光画素からの光の漏出が生じることもある。この第２の実施の形態の固体撮像素子２００は、可視光画素の感度を向上させ、可視光画素からの光の漏出を防止した点において第１の実施の形態と異なる。
図２９は、第２の実施の形態における画素アレイ部３００の上面図の一例である。この第２の実施の形態の画素アレイ部３００は、Ｂ画素３３０などの可視光画素の受光面にも複数の突起を形成してモスアイ構造にした点において第１の実施の形態と異なる。また、可視光画素の周囲にもトレンチを設け、そのトレンチにメタル４０１を埋め込む点において第１の実施の形態と異なる。ここで、画素のそれぞれの突起間ピッチは、同一であるものとする。
なお、必ずしも、可視光画素の全てをモスアイ構造とする必要はなく、また、全ての可視光画素の周囲にトレンチを形成する必要もない。例えば、一部の可視光画素のみモスアイ構造とし、その画素の周囲にのみトレンチを形成する構成であってもよい。ＩＲ画素３４０についても同様である。
また、可視光画素において、中央にモスアイ構造を形成しているが、中央以外の個所にモスアイ構造を形成してもよい。例えば、画素アレイ部３００の中央付近の可視光画素では、その画素の中央にモスアイ構造が形成される。一方、画素アレイ部３００の端部付近の可視光画素では、右端や左端などの、主光線の入射位置にモスアイ構造が形成される。ＩＲ画素３４０についても同様である。
図３０は、第２の実施の形態における画素アレイ部３００の構造を模式的に示した断面図の一例である。可視光画素のモスアイ構造により、可視光画素の受光面の反射率が低減するため、可視光の大部分が受光面を透過する。また、可視光画素を透過して隣の画素へ出射される光を、可視光画素の周囲のトレンチ内のメタル４０１が遮光するため、可視光画素から隣の画素への光の漏出が抑制され、混色が防止される。
図３１は、第２の実施の形態における突起間ピッチが１２５ナノメートル（ｎｍ）の画素の感度と波長との関係の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、画素の感度を示し、横軸は、画素に入射した光の波長を示す。また、太い実線は、平面構造のＲ画素の波長ごとの感度を示し、細い実線は、モスアイ構造のＲ画素の波長ごとの感度を示す。太い点線は、平面構造のＧ画素の波長ごとの感度を示し、細い点線は、モスアイ構造のＧ画素の波長ごとの感度を示す。太い一点鎖線は、平面構造のＢ画素の波長ごとの感度を示し、細い一点鎖線は、モスアイ構造のＢ画素の波長ごとの感度を示す。同図に例示するように、突起間ピッチが１２５ナノメートル（ｎｍ）の場合には、モスアイ構造と平面構造との間で感度にあまり差異が生じない。
図３２は、第２の実施の形態における突起間ピッチが２５０ナノメートル（ｎｍ）の画素の感度と波長との関係の一例を示すグラフである。同図に例示するように、突起間ピッチを２５０ナノメートル（ｎｍ）とした場合には、１００ナノメートル（ｎｍ）の場合と比較して、Ｒ画素、Ｇ画素およびＢ画素のそれぞれで、感度に差異が生じている。
図３３は、第２の実施の形態における突起間ピッチが３００ナノメートル（ｎｍ）の画素の感度と波長との関係の一例を示すグラフである。同図に例示するように、突起間ピッチを３００ナノメートル（ｎｍ）とした場合には、２５０ナノメートル（ｎｍ）の場合と比較して、Ｒ画素、Ｇ画素およびＢ画素のそれぞれで、感度の差異がさらに大きくなる。
図３１乃至３３に例示したように、突起間ピッチを２５０ナノメートル（ｎｍ）以上とすれば、感度向上の効果が十分に得られる。したがって、突起間ピッチは、２５０ナノメートル（ｎｍ）以上であることが望ましい。
このように、本技術の第２の実施の形態によれば、可視光画素の受光面にも複数の突起を形成し、その周囲にトレンチを設けてメタル４０１を埋め込むことにより、可視光画素の反射率を低減し、可視光画素から漏出する光をメタルにより吸収することができる。この反射率の低減により可視光画素の感度を向上させることができる。また、漏出する光の吸収により混色を防止することができる。
［第１の変形例］
上述の第２の実施形態では、製造措置は、画素の受光面の全面を含む領域にモスアイ構造を形成し、画素および画素分離領域の境界を跨ぐ突起の一部を削ってトレンチを形成していた。しかし、この製造方法では、突起の一部を削る際に欠陥が生じるおそれがある。このため、製造装置は、画素および画素分離領域の境界を突起が跨ぐことが無いように、モスアイ構造を形成することが望ましい。例えば、画素の中央に配置された一部の領域のみにモスアイ構造を形成すればよい。この第１の実施の形態における第１の変形例の画素アレイ部３００は、画素の中央の一部の領域のみにモスアイ構造を形成した点において第１の実施の形態と異なる。
図３４は、第２の実施の形態の第１の変形例における画素アレイ部３００の上面図の一例である。この第１の変形例の画素アレイ部３００は、ＩＲ画素３４０および可視光画素のそれぞれの受光面において、中央の一部の領域にのみモスアイ構造が形成されている点において第１の実施の形態と異なる。
このように、本技術の第２の実施の形態における第１の変形例によれば、画素の一部の領域に複数の突起を形成したため、製造装置は、トレンチの形成の際に突起の一部を削る必要がなくなる。これにより、欠陥の発生を抑制することができる。
［第２の変形例］
上述の第２の実施形態の第１の変形例では、製造装置は、画素の中央の一部にモスアイ構造を形成していた。しかし、画素の全面に亘ってモスアイ構造を形成した方が、一部に形成するよりも感度が向上する。ただし、突起が画素および画素分離領域の境界を跨ぐと、前述のように、製造装置がトレンチの形成時に突起の一部を削ることとなり欠陥が生じるおそれがある。第２の実施の形態の第２の変形例の固体撮像素子２００は、突起が画素および画素分離領域の境界を跨ぐことがないように、画素の全面にモスアイ構造を形成する点において第２の実施の形態と異なる。
図３５は、第２の実施の形態の第２の変形例における画素アレイ部３００の上面図の一例である。この第２の変形例の画素アレイ部３００は、Ｘ方向またはＹ方向における画素のサイズの約数に略一致する突起間ピッチで複数の突起を形成した点において第２の実施の形態と異なる。例えば、画素の一辺のサイズＳpixelが、２４００ナノメートル（ｎｍ）である場合には、４８０ナノメートルを突起間ピッチとする。これにより、突起が画素および画素分離領域の境界を跨ぐことが無くなるため、トレンチ形成時に欠陥が生じるおそれが無くなる。
なお、ＩＲ画素３４０のみにモスアイ構造を形成していた第１の実施の形態においても同様に、画素のサイズの約数に略一致する突起間ピッチで複数の突起を形成してもよい。
このように、本技術の第２の実施の形態における第２の変形例によれば、所定方向における画素のサイズの約数に突起間ピッチが略一致するため、画素および画素分離領域の領域を突起が跨ぐことが無くなる。これにより、製造装置がトレンチを形成する際に欠陥が生じるおそれがなくなる。
［第３の変形例］
上述の第２の実施の形態では、画素のそれぞれの突起間ピッチを同一にしていた。ここで、前述したように、突起間ピッチが大きいほど、反射率が低減する効果が得られやすい。ただし、突起間ピッチが同一の条件下では、式１および式２より、入射光の波長が短いほど、回折角度が大きくなり、混色が生じる可能性が高くなる。このため、波長が短いほど、回折角度を大きくするために、突起間ピッチを小さくする必要がある。したがって、反射率が低減する効果が生じつつ、混色が生じにくい最適の突起間ピッチの値は、画素の入射光の波長に依存する。このため、入射光の波長に応じて、突起間ピッチを設定することが望ましい。第２の実施の形態の第３の変形例の固体撮像素子２００は、入射光の波長に応じた突起間ピッチで複数の突起を形成した点において第２の実施の形態と異なる。
図３６は、第２の実施の形態の第３の変形例における画素アレイ部３００の上面図の一例である。この第３の変形例の画素アレイ部３００は、画素の入射光の波長が短いほど、その画素の突起間ピッチを小さくした点において第２の実施の形態と異なる。具体的には、Ｂ画素３３０の波長が短く、以下、Ｇ画素（３２０および３５０）、Ｒ画素３１０、および、ＩＲ画素３４０の順で波長が長くなる。このため、Ｂ画素３３０の突起間ピッチが最も短く、Ｇ画素（３２０および３５０）、Ｒ画素３１０、および、ＩＲ画素３４０の順で突起間ピッチが大きくなるようにモスアイ構造が形成される。
このように、本技術の第２の実施の形態における第３の変形例によれば、入射光の波長に応じた突起間ピッチで複数の突起が画素のそれぞれに形成されているため、画素毎の突起間ピッチを同一にした場合よりも混色が生じにくくなる。
［第４の変形例］
上述の第２の実施の形態では、ＩＲ画素３４０および可視光画素の両方を固体撮像素子２００に設けていた。しかし、ＩＲ画素３４０と可視光画素とで、光学フィルタを別々に設けなくてはならないため、ＩＲ画素のみを設ける場合と比較して製造工程が増加する。そこで、製造を容易にする観点から、ＩＲ画素のみを設け、モスアイ構造およびトレンチを形成する構成であってもよい。第２の実施の形態の第４の変形例の固体撮像素子２００は、ＩＲ画素のみを設け、モスアイ構造およびトレンチを形成した点において第２の実施の形態と異なる。
図３７は、第２の実施の形態の第４の変形例における画素アレイ部３００の構造を模式的に示した断面図の一例である。この第４の変形例の画素アレイ部３００は、可視光画素が設けられず、ＩＲ画素３４０のみである点において第２の実施の形態と異なる。ＩＲ画素３４０のそれぞれの受光面はモスアイ構造であり、その周囲にはトレンチが設けられてメタル４０１が埋め込まれる。
このように、本技術の第２の実施の形態の第４の変形例によれば、ＩＲ画素３４０のみを設け、受光面に複数の突起を形成し、周囲のトレンチにメタルを埋め込むことにより、受光面の反射率を低減し、画素から漏出する光をメタルにより吸収することができる。また、第２の実施の形態における第４の変形例では、可視光画素を設けていないため、可視光画素用のカラーフィルタを設ける必要がなくなり、可視光画素も設ける第２の実施の形態と比較して製造が容易となる。
［第５の変形例］
上述の第２の実施の形態では、画素（Ｒ画素３１０など）のそれぞれの周囲のトレンチにメタル４０１を埋め込んでいたが、メタル４０１以外の部材（例えば、酸化膜４１２）をトレンチに埋め込むこともできる。この第２の実施の形態の第５の変形例の固体撮像素子２００は、酸化膜４１２をトレンチに埋め込んだ点において第２の実施の形態と異なる。
図３８は、第２の実施の形態の第５の変形例における画素アレイ部３００の構造を模式的に示した断面図の一例である。この第５の変形例の画素アレイ部３００は、トレンチ４０３に酸化膜４１２が埋め込まれている点において第１の実施の形態と異なる。前述したように、酸化膜４１２の屈折率はシリコンより低いため、フレネルの公式より、ＩＲ画素３４０から漏出する光が反射され、混色を防止することができる。また、メタル４０１は、トレンチ４０３に埋め込まれず、画素分離領域４０２の上部に配置される。
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、ＩＲカットフィルタを設けていなかったが、可視光を透過する光学フィルタは、可視光に加えて、若干の赤外光も透過するため、その赤外光が可視光画素に入射されて画質が低下するおそれがある。この第３の実施の形態の固体撮像素子２００は、可視光画素への赤外光を遮断する点において第１の実施の形態と異なる。
図３９は、第３の実施の形態における画素アレイ部３００の構造を模式的に示した断面図の一例である。この第３の実施の形態の画素アレイ部３００は、ＩＲカットフィルタ４４４をさらに備えるにおいて第１の実施の形態と異なる。
ＩＲカットフィルタ４４４は、可視光画素への赤外光を遮断するものである。このＩＲカットフィルタ４４４は、オンチップレンズ４４１の上部に設けられる。ただし、ＩＲカットフィルタ４４４においてＩＲ画素３４０の部分が開口しており、可視光画素への赤外光のみが遮断される。
このように、本技術の第３の実施の形態によれば、ＩＲ画素３４０の部分が開口したＩＲカットフィルタ４４４を設けたため、可視光画素への赤外光の入射を遮断することができる。これにより、画像データの画質を向上させることができる。
［変形例］
上述の第３の実施の形態では、ＩＲ画素３４０の部分が開口したＩＲカットフィルタ４４４を設けていたが、その開口した部分からの赤外光が、可視光画素に入射されてしまうおそれがある。第３の実施の形態の第１の変形例の固体撮像素子２００は、開口部分の無いＩＲカットフィルタを挿入する点において第３の実施の形態と異なる。
図４０は、第３の実施の形態の変形例における撮像装置１００の一構成例を示すブロック図である。第３の実施の形態の変形例の撮像装置１００は、ＩＲカットフィルタ１６０およびモータ１７０をさらに備える点において第３の実施の形態と異なる。また、第３の実施の形態の変形例の固体撮像素子２００は、ＩＲカットフィルタ４４４を備えない点において第３の実施の形態と異なる。
ＩＲカットフィルタ１６０は、赤外光を遮断するものである。このＩＲカットフィルタ１６０において可視光画素の部分は開口されていないものとする。モータ１７０は、制御部１３０の制御に従って、撮像レンズ１１０と固体撮像素子２００との間の所定の位置へのＩＲカットフィルタ１６０の挿入と、その位置からの抜去とのいずれかを行うものである。なお、ＩＲカットフィルタ１６０は、特許請求の範囲に記載の赤外光遮断フィルタの一例である。また、モータ１７０は、特許請求の範囲に記載の挿抜部の一例である。
第３の実施の形態の変形例の制御部１３０は、測光量に基づいてモータ１７０を制御し、ＩＲカットフィルタ１６０の挿入または抜去を実行させる。例えば、制御部１３０は、測光量が閾値以下である場合にＩＲカットフィルタ１６０を抜去させ、そうでない場合にＩＲカットフィルタ１６０を挿入させる。なお、制御部１３０は、測光量以外の情報に基づいてモータ１７０を制御してもよい。例えば、制御部１３０は、夜間などの時間帯を示す時刻情報に基づいてＩＲカットフィルタ１６０を抜去させ、昼間の時間帯を示す時刻情報に基づいてＩＲカットフィルタ１６０を挿入させる。あるいは、制御部１３０は、操作信号に基づいて、モータ１７０を制御する。
図４１は、第３の実施の形態の変形例におけるＩＲカットフィルタ１６０および画素アレイ部３００の断面図の一例である。同図に例示するように、ＩＲカットフィルタ１６０は、ＩＲ画素３４０の部分が開口されていないため、赤外光が可視光画素に入射されることが無い。このため、第３の実施の形態と比較して画像データの画質を向上させることができる。
このように、本技術の第３の実施の形態における変形例によれば、開口部の無いＩＲカットフィルタ１６０を挿入または抜去するため、可視光画素への赤外光を遮断することができる。これにより、可視光画素の画素信号から生成された画像データの画質を向上させることができる。
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、受光面（裏面）にのみトレンチを形成していたが、その裏面に対向する表面にさらにトレンチを形成することもできる。この第４の実施の形態の固体撮像素子２００は、表面側にさらにトレンチを形成した点において第１の実施の形態と異なる。
図４２は、本技術の第４の実施の形態における画素アレイ部３００の構造を模式的に示した断面図の一例である。この第４の実施の形態の画素アレイ部３００は、表面側にもトレンチ４７２が形成されている点において第１の実施の形態と異なる。このトレンチ４７２は、表面において、それぞれの画素の中央部付近に形成される。また、トレンチ４７２にも、裏面側のトレンチ４０３と同様に酸化膜が埋め込まれている。また、トレンチ４０３の上部には、平坦化膜４７１が設けられている。なお、トレンチ４７２は、特許請求の範囲に記載の対向面側トレンチの一例である。また、トレンチ４７２内の酸化膜は、特許請求の範囲に記載の対向面側部材の一例である。
また、第４の実施形態の画素アレイ部３００は、ＩＲ画素に加えて可視光画素にもモスアイ構造が形成され、裏面において可視光画素の周囲にもトレンチ４０３が形成されている点において第１の実施の形態と異なる。また、ＩＲ画素のフォトダイオードがＩＲ画素側まで拡張されていない点も第１の実施の形態と異なる。さらに、トレンチ４０３および４５２にはメタルが設けられず、酸化膜のみが埋め込まれている点も第１の実施の形態と異なる。
上述のように表面側にトレンチ４７２を設けたことにより、モスアイ構造の凹凸での光の散乱に加えて、そのトレンチ４７２でも光が反射および散乱されるため、トレンチ４７２を設けない場合と比較して光路長が長くなる。これにより、画素の感度を向上させることができる。
なお、第１、第２および第３の実施の形態と、それらの変形例とのそれぞれの画素アレイ部３００に、第４の実施の形態と同様に表面側にトレンチ４７２を形成してもよい。ただし、第１の実施の形態の第６の変形例（表面照射型）にトレンチ４７２を設ける場合、表面が受光面となるため、トレンチ４７２は裏面に設けられる。
図４３は、第４の実施の形態における画素アレイ部３００の構造を示す断面図の一例である。画素が設けられた基板の絶縁層４２０側の面、すなわち表面において、画素の中央部にトレンチ４７２が形成される。表面から見たトレンチ４７２の深さは、表面と裏面との間の距離よりも短い。
なお、図４３では赤外光画素のフォトダイオードを拡張していないが、このフォトダイオードを拡張しない構成としてもよい。図４４は、赤外光画素のフォトダイオードが拡張された例における、第４の実施の形態における画素アレイ部３００の構造を示す断面図の一例である。この場合は赤外光画素が設けられた基板の絶縁層４２０側の面、すなわち表面においてのみ、画素の中央部にトレンチ４７２が形成される。表面から見たトレンチ４７２の深さは、表面と裏面との間の距離よりも短い。
図４５は、第４の実施の形態における画素アレイ部３００の下面図の一例である。同図は、表面を基板の下面として下面からみた画素アレイ部３００を示す。画素のそれぞれにおいて、その中央部にアイランドのように、トレンチ４７２が設けられる。
図４６は、第４の実施の形態における画素の感度と波長との関係の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、画素の感度を示し、横軸は、画素に入射した光の波長を示す。また、太い実線は、表面側にトレンチ４７２の無いＲ画素の波長ごとの感度を示し、細い実線は、表面側にトレンチ４７２のあるＲ画素の波長ごとの感度を示す。太い点線は、表面側にトレンチ４７２の無いＧ画素の波長ごとの感度を示し、細い点線は、表面側にトレンチ４７２のあるＧ画素の波長ごとの感度を示す。太い一点鎖線は、表面側にトレンチ４７２の無いＢ画素の波長ごとの感度を示し、細い一点鎖線は、表面側にトレンチ４７２のあるＢ画素の波長ごとの感度を示す。同図に例示するように、表面側にトレンチ４７２を設けることにより、画素の感度が向上する。例えば、感度が約５パーセント（％）向上する。
このように本技術の第４の実施の形態によれば、表面側にもトレンチ４７２を設けて、酸化膜を埋め込んだため、そのトレンチ４７２で光を反射および散乱させて画素の感度をさらに向上させることができる。
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
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。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）受光面に複数の突起が形成された画素と、
前記受光面において前記画素の周囲に形成されたトレンチである受光面側トレンチと、
前記受光面側トレンチに埋め込まれた受光面側部材と
を具備する固体撮像素子。
（２）前記複数の突起のそれぞれの代表点の間隔は２５０ナノメートルより狭くない
前記（１）記載の固体撮像素子。
（３）前記複数の突起のそれぞれの代表点の間隔は、前記受光面に平行な所定方向における前記画素のサイズの約数に略一致する
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）前記複数の突起は、前記受光面において前記画素の一部の領域に形成される
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（５）前記受光面側トレンチの深さは、２マイクロメートルより小さくない
前記（１）から（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
前記（１）から（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）前記受光面側部材は、前記画素よりも屈折率の低い部材を含む
前記（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）前記受光面側部材は、メタルを含む
前記（１）から（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）前記画素は、赤外光を受光する赤外光画素と可視光を受光する可視光画素とを含む
前記（１）から（７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）前記複数の突起は、前記赤外光画素に形成される
前記（８）記載の固体撮像素子。
（１０）前記複数の突起は、前記赤外光画素および前記可視光画素の両方に形成される
前記（８）記載の固体撮像素子。
（１１）前記可視光および前記赤外光のうち前記赤外光を遮断する赤外光遮断フィルタをさらに具備し、
前記赤外光遮断フィルタは、前記可視光画素と撮像レンズとの間に配置される
前記（８）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１２）前記赤外光画素は、前記赤外光を光電変換する第１の光電変換部を備え、
前記可視光画素は、前記可視光を光電変換する第２の光電変換部を備え、
前記第１の光電変換部は、撮像レンズへの方向を上方として前記第２の光電変換部の下方に拡張されている
前記（８）から（１１）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）前記赤外光画素は、光を光電変換する光電変換部を備え、
前記受光面側トレンチの深さは、前記赤外光画素の光電変換部よりも小さい
前記（８）から（１２）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１４）前記画素は、複数設けられ、
前記複数の画素のそれぞれは、互いに異なる波長の光を受光し、
前記複数の画素のそれぞれは、前記光の波長に応じた深さの光電変換部を備える
前記（１）から（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）前記画素は、複数設けられ、
前記複数の画素のそれぞれは、互いに異なる波長の光を受光し、
前記複数の突起のそれぞれの代表点の間隔は、当該複数の突起が設けられた画素が受光する光の波長に応じた値である
前記（１）から（１４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１６）前記画素が形成された基板の前記受光面に対向する対向面に形成された対向面側トレンチと、
前記対向面側トレンチに埋め込まれた対向面側部材と
をさらに具備する
前記（１）から（１５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１７）前記対向面側部材は、前記画素よりも屈折率の低い部材を含む
前記（１６）記載の固体撮像素子。
（１８）受光面に複数の突起が形成された画素と、前記受光面において前記画素の周囲に形成されたトレンチである受光面側トレンチと、前記受光面側トレンチに埋め込まれた受光面側部材とを具備する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に光を導く撮像レンズと
を具備する撮像装置。
（１９）赤外光を遮断する赤外光遮断フィルタと、
前記撮像レンズと前記固体撮像素子との間の所定の位置への前記赤外光遮断フィルタの挿入と前記所定の位置からの前記赤外光遮断フィルタの抜去とのいずれかを行う挿抜部と
をさらに具備し、
前記画素は、赤外光を受光する赤外光画素と可視光を受光する可視光画素とを含む
前記（１８）記載の撮像装置。
（２０）前記固体撮像素子は、前記画素からの画素信号を処理する信号処理部をさらに備える
前記（１８）または（１９）記載の撮像装置。
（２１）基板において画素を形成する画素形成手順と、
前記画素の受光面において複数の突起を形成する突起形成手順と、
前記受光面において前記画素の周囲にトレンチを受光面側トレンチとして形成するトレンチ形成手順と、
前記受光面側トレンチに受光面側部材を埋め込む埋め込み手順と
を具備する固体撮像素子の製造方法。
（２２）前記複数の突起は、ウェットエッチングにより形成される
前記（２１）記載の製造方法。
１００ 撮像装置
１１０ 撮像レンズ
１２０ 画像処理部
１３０ 制御部
１４０ 記録部
１５０ 測光部
１６０ ＩＲカットフィルタ
１７０ モータ
２００ 固体撮像素子
２１０ 垂直駆動回路
２２０ 制御回路
２３０ カラム信号処理部
２３１ 信号処理回路
２４０ 水平駆動回路
２５０ 出力回路
３００ 画素アレイ部
３１０ Ｒ画素
３２０ Ｇｒ画素
３２１、３３１、３４１、３５１、４２１、５０８ 転送トランジスタ
３２２、３３２、３４２、３５２ フォトダイオード
３３０ Ｂ画素
３４０ ＩＲ画素
３５０ Ｇｂ画素
３６０ トランジスタ形成領域
３６１ リセットトランジスタ
３６２ 増幅トランジスタ
３６３ 選択トランジスタ
３７０、４１６、５０６ 浮遊拡散層
４０１、４１１、５０４、４７３ メタル
４０２ 画素分離領域
４０３、４７２、５０３ トレンチ
４０４、４１４、５０５、５０７ ｐ＋層
４０５、４１５、５０１、５０２ ｎ＋層
４０６ ホール蓄積部
４１２ 酸化膜
４１３ 固定電荷膜
４２０、５０９ 絶縁層
４２２ 配線
４３１ 平坦化層
４３２ 密着層
４３３ 支持基板
４４１ オンチップレンズ
４４２ ＩＲ透過フィルタ
４４３ カラーフィルタ
４４４ ＩＲカットフィルタ
４５０ ＳＯＩ基板
４５７ ゲート
４５８ サイドウォール
４６１、４６２、４６３、４６４、４６５ マスク
４７１ 平坦化膜

Claims (22)

  1. 受光面に複数の突起が形成された画素と、
    前記受光面において前記画素の周囲に形成されたトレンチである受光面側トレンチと、
    前記受光面側トレンチに埋め込まれた受光面側部材と
    を具備する固体撮像素子。
  2. 前記複数の突起のそれぞれの代表点の間隔は２５０ナノメートルより狭くない
    請求項１記載の固体撮像素子。
  3. 前記複数の突起のそれぞれの代表点の間隔は、前記受光面に平行な所定方向における前記画素のサイズの約数に略一致する
    請求項１記載の固体撮像素子。
  4. 前記複数の突起は、前記受光面において前記画素の一部の領域に形成される
    請求項１記載の固体撮像素子。
  5. 前記受光面側トレンチの深さは、２マイクロメートルより小さくない
    請求項１記載の固体撮像素子。
  6. 前記受光面側部材は、前記画素よりも屈折率の低い部材を含む
    請求項１記載の固体撮像素子。
  7. 前記受光面側部材は、メタルを含む
    請求項１記載の固体撮像素子。
  8. 前記画素は、赤外光を受光する赤外光画素と可視光を受光する可視光画素とを含む
    請求項１記載の固体撮像素子。
  9. 前記複数の突起は、前記赤外光画素に形成される
    請求項８記載の固体撮像素子。
  10. 前記複数の突起は、前記赤外光画素および前記可視光画素の両方に形成される
    請求項８記載の固体撮像素子。
  11. 前記可視光および前記赤外光のうち前記赤外光を遮断する近赤外光遮断フィルタをさらに具備し、
    前記近赤外光遮断フィルタは、前記可視光画素と撮像レンズとの間に配置される
    請求項８記載の固体撮像素子。
  12. 前記赤外光画素は、前記赤外光を光電変換する第１の光電変換部を備え、
    前記可視光画素は、前記可視光を光電変換する第２の光電変換部を備え、
    前記第１の光電変換部は、撮像レンズへの方向を上方として前記第２の光電変換部の下方に拡張されている
    請求項８記載の固体撮像素子。
  13. 前記赤外光画素は、光を光電変換する光電変換部を備え、
    前記受光面側トレンチの深さは、前記赤外光画素の光電変換部よりも小さい
    請求項８記載の固体撮像素子。
  14. 前記画素は、複数設けられ、
    前記複数の画素のそれぞれは、互いに異なる波長の光を受光し、
    前記複数の画素のそれぞれは、前記光の波長に応じた深さの光電変換部を備える
    請求項１記載の固体撮像素子。
  15. 前記画素は、複数設けられ、
    前記複数の画素のそれぞれは、互いに異なる波長の光を受光し、
    前記複数の突起のそれぞれの代表点の間隔は、当該複数の突起が設けられた画素が受光する光の波長に応じた値である
    請求項１記載の固体撮像素子。
  16. 前記画素が形成された基板の前記受光面に対向する対向面に形成された対向面側トレンチと、
    前記対向面側トレンチに埋め込まれた対向面側部材と
    をさらに具備する
    請求項１記載の固体撮像素子。
  17. 前記対向面側部材は、前記画素よりも屈折率の低い部材を含む
    請求項１６記載の固体撮像素子。
  18. 受光面に複数の突起が形成された画素と、前記受光面において前記画素の周囲に形成されたトレンチである受光面側トレンチと、前記受光面側トレンチに埋め込まれた受光面側部材とを具備する固体撮像素子と、
    前記固体撮像素子に光を導く撮像レンズと
    を具備する撮像装置。
  19. 赤外光を遮断する赤外光遮断フィルタと、
    前記撮像レンズと前記固体撮像素子との間の所定の位置への前記赤外光遮断フィルタの挿入と前記所定の位置からの前記赤外光遮断フィルタの抜去とのいずれかを行う挿抜部と
    をさらに具備し、
    前記画素は、赤外光を受光する赤外光画素と可視光を受光する可視光画素とを含む
    請求項１８記載の撮像装置。
  20. 前記固体撮像素子は、前記画素からの画素信号を処理する信号処理部をさらに備える
    請求項１８記載の撮像装置。
  21. 基板において画素を形成する画素形成手順と、
    前記画素の受光面において複数の突起を形成する突起形成手順と、
    前記受光面において前記画素の周囲にトレンチを受光面側トレンチとして形成するトレンチ形成手順と、
    前記受光面側トレンチに受光面側部材を埋め込む埋め込み手順と
    を具備する固体撮像素子の製造方法。
  22. 前記複数の突起は、ウェットエッチングにより形成される
    請求項２１記載の製造方法。
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