JP2017168566A - 固体撮像素子、および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＦＤなどの電荷蓄積部に対する迷光を抑止する。【解決手段】本開示の一側面は、多数の画素から成る固体撮像素子において、前記画素毎に形成され、入射光を電荷に変換する光電変換部と、変換された前記電荷を一時的に保持する電荷蓄積部と、前記画素間に形成され、基板の厚さ方向に所定の長さを有する第１の遮光部とを備え、前記電荷蓄積部は、縦方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部と横方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部とが交差するクロス部の下方に形成されている。本開示は、例えば、裏面照射型CMOSイメージセンサに適用できる。【選択図】図２

Description

本開示は、固体撮像素子、および電子機器に関し、特に、光電変換部が生成した電荷を一時的に保持するＦＤ（フローティングディフュージョン）等に対する迷光を抑止するようにした固体撮像素子、および電子機器に関する。
従来、CMOSに代表される固体撮像素子においてグローバルシャッタを実現する場合、ＰＤ（フォトダイオード）などによって光電変換された電荷をＦＤ等の電荷蓄積部に一時的に保持した後に読み出す手法が知られている。
また、ＦＤに対する迷光を抑止するため、画素間に設けた遮光壁の下方（光入射方向）にＦＤを配置する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図１は、遮光壁の下方にＦＤを配置した、従来の固体撮像素子の構成の一例を示す断面図である。
該固体撮像素子１０は、ｉ基板１１の各画素間に金属材料などが埋め込まれた遮光壁１６が形成されている。Ｓｉ基板１１の各画素領域の内部には、ＰＤ１３が形成されており、遮光壁１６の下方（光入射方向）にはＦＤ１４が形成されている。また、Ｓｉ基板１１の上方にはカラーフィルタ１２およびオンチップレンズ（不図示）が形成されている。
該固体撮像素子１０においては、オンチップレンズで集光され、カラーフィルタ１２を介してＰＤ１３に入射した光が電荷に変換される。変換された電荷はＦＤ１４に蓄積された後、所定のタイミングで読み出されて画素信号に変換される。
特開２０１４−９６４９０号公報
図１に示されたような構成ではＦＤ１４に対する遮光が不十分である場合があり、ＦＤ自体が迷光に応じて光電変換を行ってしまい、偽信号を発生させてしまうことがあった。
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ＦＤなどの電荷蓄積部に対する迷光を従来に比較してより一層抑止できるようにするものである。
本開示の第１の側面である固体撮像素子は、多数の画素から成る固体撮像素子において、前記画素毎に形成され、入射光を電荷に変換する光電変換部と、変換された前記電荷を一時的に保持する電荷蓄積部と、前記画素間に形成され、基板の厚さ方向に所定の長さを有する第１の遮光部とを備え、前記電荷蓄積部は、縦方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部と横方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部とが交差するクロス部の下方に形成されている。
本開示の第１の側面である固体撮像素子は、前記クロス部の光入射面側を覆う第２の遮光部をさらに備えることができる。
前記クロス部は、円柱状または多角形柱状に形成されているようにすることができる。
前記クロス部は、円筒状または多角形筒状に形成されているようにすることができる。
前記電荷蓄積部は、筒状に形成されている前記クロス部の筒内で基板の厚さ方向に延伸されているようにすることができる。
前記第１の遮光部と前記クロス部は、異なるエッチングレートで個別に形成されているようにすることができる。
本開示の第１の側面である固体撮像素子は、ＴＧトランジスタ、AMPトランジスタ、SELトランジスタ、OFGトランジスタ、およびRSTトランジスタをさらに備えることができ、前記電荷蓄積部と前記RSTトランジスタのソースは、一体的に形成されているようにすることができる。
本開示の第１の側面である固体撮像素子は、リセットノイズを抑えるFBENトランジスタをさらに備えることができる。
前記AMPトランジスタと前記RSTトランジスタのドレインは、配線を共有してVDDに接続されているようにすることができる。
本開示の第１の側面である固体撮像素子は、前記光電変換部に対する入射光を乱反射するモスアイ構造部をさらに備えることができる。
前記第１の遮光部は、隣接する画素の領域における基板の面方向の長さが異なるようにすることができる。
前記第１の遮光部は、隣接する画素の領域における基板の厚さ方向の長さが異なるようにすることができる。
各画素の前記光電変換部は、隣接する画素の前記光電変換部と体積が異なるようにすることができる。
前記画素は、少なくとも、第１の波長の光に対して感度を有する第１の画素、前記第１の波長よりも長波長の第２の波長に対して感度を有する第２の画素、および、前記第２の波長よりも長波長の第３の波長に対して感度を有する第３の画素を含むようにすることができる。
前記第１または第２の画素と前記第３の画素と間に形成されている前記第１の遮光部は、基板の面方向の長さが、前記第１または第２の画素の領域に比較して前記第３の画素の領域の方が長く形成されているようにすることができる。
前記第１または第２の画素と前記第３の画素と間に形成されている前記第１の遮光部は、基板の厚さ方向の長さが、前記第１または第２の画素の領域に比較して前記第３の画素の領域の方が長く形成されているようにすることができる。
前記第３の画素の前記光電変換部は、前記第１または第２の画素の前記光電変換部に比較して体積が縮小されているようにすることができる。
前記第１または第２の画素と前記第３の画素と間に形成されている前記電荷蓄積部は、前記第１または第２の画素側に寄せた位置に形成されているようにすることができる。
前記電荷蓄積部は、複数の画素により共有されているようにすることができる。
本開示の第２の側面である電子機器は、多数の画素から成る固体撮像素子が搭載された電子機器において、前記固体撮像素子が、前記画素毎に形成され、入射光を電荷に変換する光電変換部と、変換された前記電荷を一時的に保持する電荷蓄積部と、前記画素間に形成され、基板の厚さ方向に所定の長さを有する第１の遮光部とを備え、前記電荷蓄積部は、縦方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部と横方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部とが交差するクロス部の下方に形成されている。
本開示の第１および第２の側面によれば、光電変換部に対する迷光を抑止でき、偽信号の発生を減少できる。
従来の固体撮像素子の構成の一例を示す断面図である。 本開示を適用した固体撮像素子の第１の構成例を示す平面図である。 本開示を適用した固体撮像素子の第１の構成例を示す断面図である。 固体撮像素子の第１の構成例の製造過程を説明するための図である。 固体撮像素子の第１の構成例の変形例を示す平面図である。 固体撮像素子の第１の構成例の変形例を示す平面図である。 固体撮像素子の第１の構成例の変形例を示す平面図である。 本開示を適用した固体撮像素子の第２の構成例を示す断面図である。 固体撮像素子の第２の構成例の製造過程を説明するための図である。 固体撮像素子の第２の構成例の変形例を示す平面図である。 固体撮像素子の第２の構成例の変形例を示す平面図である。 固体撮像素子の第２の構成例の変形例を示す平面図である。 固体撮像素子の第２の構成例の変形例を示す平面図である。 固体撮像素子の第２の構成例の変形例を示す平面図である。 遮光壁とクロス部とを別々に形成する場合の平面図である。 遮光壁とクロス部とを一体的に形成する場合の平面図である。 本開示を適用した固体撮像素子の第３の構成例を示す断面図である。 本開示を適用した固体撮像素子の第３の構成例を示す平面図である。 固体撮像素子の第３の構成例の等価回路図である。 本開示を適用した固体撮像素子の第４の構成例を示す平面図である。 固体撮像素子の第４の構成例の等価回路図である。 本開示を適用した固体撮像素子の第５の構成例を示す平面図である。 固体撮像素子の第３の構成例の変形例を示す断面図である。 固体撮像素子の第３の構成例の変形例を示す断面図である。 固体撮像素子の第３の構成例の変形例を示す断面図である。 本開示を適用した固体撮像素子の第６の構成例を示す断面図である。 固体撮像素子の第６の構成例の変形例を示す断面図である。 本開示を適用した固体撮像素子の第７の構成例を示す断面図である。 本開示を適用した固体撮像素子の第８の構成例を示す断面図である。 本開示を適用した固体撮像素子の第９の構成例を示す断面図である。 固体撮像素子の使用例を示す図である。
以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
図２は、本開示を適用した固体撮像素子の第１の構成例（第１の実施の形態）を示す平面図である。なお、図１に示された従来の固体撮像素子１０と共通する構成要素には同一の符号を付しているので、その説明は適宜省略する。
固体撮像素子１０では、隣接する画素間の遮光壁１６の下部の位置（図２に破線で示す位置）にＦＤ１４が形成されていた。これに対して、第１の実施の形態の固体撮像素子は、画素間の遮光壁１６が交わる位置（以下、クロス部２１とも称する）の下方にＦＤ１４が形成されている。換言すれば、ＦＤ１４は、画素の対角方向、すなわち、斜め方向に隣接する画素間に形成されているクロス部１６の下方にＦＤ１４は形成されている。
ＦＤ１４をクロス部の下方に形成することにより、遮光壁１６の下方に形成されていた場合に比較して、その位置を光学中心から離すことができる。よって、迷光の発生をより抑止することができる。
なお、ＦＤ１４については、画素毎に設けてもよいし、複数の画素でＦＤ１４を共有してもよい。ただし、ＦＤ１４を複数の画素で共有した場合、グローバルシャッタを実現するためには、各画素にＦＤ以外のメモリ等の電荷蓄積部を設ける必要がある。
図３は、図２に示された第１の実施の形態である固体撮像素子の断面図を示している。上述したように、第１の実施の形態である固体撮像素子におけるＦＤ１４は、クロス部２１の（光入射面から見て）下方に形成される。
クロス部２１は、例えば円柱状に形成される。ただし、クロス部２１は、円柱状に限らず、楕円柱状でもよいし、四角形以上の多角形柱状でもよい。
遮光壁１６およびクロス部２１は、エッチングによって開けた穴に金属材を埋め込むことにより形成する。なお、金属材の代わりに、酸化膜などの反射防止膜材や絶縁膜材などを埋め込んでもよい。
反射防止膜材としては、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）、酸化プラセオジム（Ｐｒ2Ｏ3）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化ネオジム（Ｎｄ2Ｏ3）、酸化プロメチウム（Ｐｍ2Ｏ3）、酸化サマリウム（Ｓｍ2Ｏ3）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ2Ｏ3）、酸化ガドリニウム（（Ｇｄ2Ｏ3）、酸化テルビウム（Ｔｂ2Ｏ3）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ2Ｏ3）、酸化ホルミウム（Ｈｏ2Ｏ3）、酸化ツリウム（Ｔｍ2Ｏ3）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ2Ｏ3）、酸化ルテチウム（Ｌｕ2Ｏ3）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、窒化シリコン（SiN）を挙げることができる。
反射防止膜材を用いた場合、Ｓｉ基板１１との屈折率差から光の全反射が生じさせることができる。また、遮光壁１６およびクロス部２１の厚さを薄くすることができるので、固体撮像素子の微細化に効果が期待できる。
絶縁膜としては、例えば、Ｓｉ化合物（酸化シリコン/窒化シリコン/酸窒化シリコン/炭化シリコン等）を挙げることができる。
クロス部２１の上方（光入射面側）には、遮光蓋２２がタングステン（Ｗ）等の金属材により形成される。遮光蓋２２のサイズは、クロス部２１を覆い、ＰＤ１３に対する光の入射を妨げない程度とする。遮光蓋２２の形状は、円、楕円、または四角形以上の多角形の何れでもよい。
次に、図４は、第１の実施の形態である固体撮像素子の製造過程を示している。
始めに、同図Ａに示すように、ＰＤ１３およびＦＤ１４を形成したＳｉ基板１１が準備される。次に、同図Ｂに示すように、Ｓｉ基板１１の光入射面側からドライエッチングにより、遮光壁１６およびクロス部２１を形成する位置に柱状の穴が掘り込まれる。
次に、同図Ｃに示すように、掘り込んだ穴に対して、金属材、反射防止膜材、または絶縁膜材が充填された後、同図Ｄに示すように、ＰＤ１３の上方の金属材などが削り取られ、最後に、同図Ｅに示すように、クロス部２１の上方に遮光蓋２２が形成される。この後、Ｓｉ基板１１の光入射面側にカラーフィルタやオンチップレンズが載置される。
図５乃至図７は、第１の実施の形態である固体撮像素子の変形例を示している。
図５は、STI(Shallow Trench Isolation)により素子分離部３１を追加、形成した変形例である。図６は、縦型トランジスタ３２を追加、形成した変形例である。図７は、素子分離部３１、および縦型トランジスタ３２を追加、形成した変形例である。
＜第２の実施の形態＞
次に、図８は、本開示を適用した固体撮像素子の第２の構成例（第２の実施の形態）の断面図を示している。
第２の実施の形態である固体撮像素子は、図３に示された第１の実施の形態のクロス部２１の形状を、円柱から円筒に変形したものである。なお、クロス部２１の形状は、楕円や四角形以上の多角形の円筒状であってもよい。
図９は、第２の実施の形態である固体撮像素子の製造過程を示している。
始めに、同図Ａに示すように、ＰＤ１３およびＦＤ１４を形成したＳｉ基板１１が準備される。次に、同図Ｂに示すように、Ｓｉ基板１１の光入射面側からドライエッチングにより、遮光壁１６およびクロス部２１を形成する位置に柱状の溝が掘り込まれる。
次に、同図Ｃに示すように、掘り込んだ溝に対して、金属材料、反射防止膜材、または絶縁膜材が充填された後、同図Ｄに示すように、ＰＤ１３の上方の金属材などが削り取られ、最後に、同図Ｅに示すように、クロス部２１の上方に遮光蓋２２が形成される。この後、Ｓｉ基板１１の光入射面側にカラーフィルタやオンチップレンズが載置される。
図１０乃至図１４は、第２の実施の形態である固体撮像素子の変形例を示している。
図１０は、筒形状のクロス部２１の外側にSTIにより素子分離部３１を追加、形成した変形例である。図１１は、筒形状のクロス部２１の外側に縦型トランジスタ３２を追加、形成した変形例である。図１２は、筒形状のクロス部２１の外側に素子分離部３１、および縦型トランジスタ３２を追加、形成した変形例である。図１３は、筒形状のクロス部２１の内側に素子分離部３１、および縦型トランジスタ３２を追加、形成した変形例である。
図１４は、筒形状のクロス部２１の内側に縦型トランジスタ３２を追加、形成し、ＦＤ１４をクロス部２１の内側に縦方向に延伸した変形例である。ＦＤ１４を縦方向に延伸することにより、横方向の面積を増加させることなく、その容量を確保したり、増加させたりすることができる。
なお、上述した説明では、画素間の遮光壁１６とそれが交わるクロス部２１については、同時に形成するように説明したが、図１５に示すように、これらを別々に分離して形成してもよい。遮光壁１６とクロス部２１を別々に形成する場合、それぞれのエッチングレート（深さ）を別々に設定することが可能となる。
もちろん、図１６に示すように、遮光壁１６とクロス部２１を一体的に形成してもよい。この場合、遮光壁１６とクロス部２１のエッチングレート（深さ）は共通の値に設定する必要がある。
＜第３の実施の形態＞
次に、本開示を適用した固体撮像素子の第３の構成例（第３の実施の形態）について、図１７乃至図１９を参照して説明する。
図１７は、第３の実施の形態である固体撮像素子の１画素分の断面図である。同図から明らかなように、第３の実施の形態は、図３に示された第１の実施の形態に有った遮光蓋２２が省かれている。ただし、遮光蓋２２が有ってもよい。
図１８は、第３の実施の形態である固体撮像素子の６画素分の平面図である。ただし、図１８においては、遮光壁１６およびクロス部２１の図示を省略しており、一点鎖線で囲まれた領域が１画素分の構成要素である。
図１９は、第３の実施の形態である固体撮像素子の１画素分の等価回路を示している。図１９に示されるように、第３の実施の形態である固体撮像素子は、ＰＤ１３およびＦＤ１４の他に５個のトランジスタ（MOS FET）（ＴＧ９２，AMP９４，SEL９５，OFG９６，RST９７）を用い、RST９７のソースとＦＤ１４を一体的に形成した構成を有する。
第３の実施の形態である固体撮像素子においては、RST９７のソースとＦＤ１４を共通化したことにより偽信号の発生個所を１か所に集約した上で、RST９７のソースもＦＤ１４とともにクロス部２１の下方に配置したので、迷光による偽信号の発生を抑止できる。
＜第４の実施の形態＞
次に、本開示を適用した固体撮像素子の第４の構成例（第４の実施の形態）について、図２０および図２１を参照して説明する。
第４の実施の形態である固体撮像素子の断面は、図７に示された第３の実施の形態と同様に構成される。第４の実施の形態についても、図３に示された第１の実施の形態に有った遮光蓋２２が有ってもよいし、省いてもよい。
図２０は、第４の実施の形態である固体撮像素子の６画素分の平面図である。ただし、図２０においては、遮光壁１６およびクロス部２１の図示を省略しており、一点鎖線で囲まれた領域が１画素分の構成要素である。
図２１は、第４の実施の形態である固体撮像素子の１画素分の等価回路を示している。図２１に示されるように、第４の実施の形態は、図１９に示された第３の実施の形態に対してFBEN(Feed Back Enable)トランジスタ１１１とそれを制御する電圧フィードバック制御回路１１３を追加した構成を有する。
すなわち、第４の実施の形態である固体撮像素子は、ＰＤ１３およびＦＤ１４の他に６個のトランジスタ（MOS FET）（ＴＧ９２，AMP９４，SEL９５，OFG９６，RST９７，FBEN１１１）を用い、RST９７のソースとＦＤ１４を一体的に形成した構成を有する。
第４の実施の形態である固体撮像素子においては、RST９７のソースとＦＤ１４を共通化したことにより偽信号の発生個所を１か所に集約した上で、RST９７のソースもＦＤ１４とともにクロス部２１の下方に配置したので、迷光による偽信号の発生を抑止できる。
また、第４の実施の形態である固体撮像素子においては、FBEN１１１および電圧フィードバック制御回路１１３を設けたことにより、kTcノイズ（リセットノイズ）を抑えることができる。
＜第５の実施の形態＞
次に、本開示を適用した固体撮像素子の第５の構成例（第５の実施の形態）について、図２２を参照して説明する。
第５の実施の形態である固体撮像素子の断面は、図７に示された第３の実施の形態と同様に構成される。第５の実施の形態についても、図３に示された第１の実施の形態に有った遮光蓋２２が有ってもよいし、省いてもよい。
図２２は、第５の実施の形態である固体撮像素子の６画素分の平面図である。ただし、図２２においては、遮光壁１６およびクロス部２１の図示を省略しており、一点鎖線で囲まれた領域が１画素分の構成要素である。
第５の実施の形態である固体撮像素子の等価回路については、図１９に示された第３の実施の形態の等価回路と同一なので、図示は省略する。
図２２に示されるように、第５の実施の形態である固体撮像素子は、第３の実施の形態と同様、ＰＤ１３およびＦＤ１４の他に５個のトランジスタ（MOS FET）（ＴＧ９２，AMP９４，SEL９５，OFG９６，RST９７）を用い、RST９７のソースとＦＤ１４を一体的に形成した構成を有する。
第５の実施の形態である固体撮像素子においては、RST９７のソースとＦＤ１４を共通化したことにより偽信号の発生個所を１か所に集約した上で、RST９７のソースもＦＤ１４とともにクロス部２１の下方に配置したので、迷光による偽信号の発生を抑止できる。
さらに、第５の実施の形態である固体撮像素子においては、AMP９４とSEL９５がRST９６の隣に配置され、AMP９４とRST９７のドレインが１本の配線を共有してVDD１０１に接続されているので、１画素当たりの面積におけるＰＤ１３が占める面積を拡大することができ、受光感度と飽和電荷量を上げることができる。
＜第３乃至第５の実施の形態に対する変形例＞
次に、図１７に示された第３の実施の形態である固体撮像素子に対する変形例について図２３乃至図２５を参照して説明する。
図２３は、Ｓｉ基板１１の表面にモスアイ構造部１３１を追加した変形例である。
モスアイ構造部１３１には、微細な突起加工が施されており、入射光を乱反射することができる。これにより、入射光は、ＰＤ１３をＳｉ基板１１の厚さ方向に直進するだけでなく、横方向にも進んで遮光壁１６やクロス部２１で反射されることになるので、ＦＤ１４までの光路長を伸ばすことができる。よって、ＦＤ１４に到達できる光量を抑制できる（迷光を抑止できる）。
図２４は、Ｓｉ基板１１の厚みを増し、それに伴ってＳｉ基板１１の厚さ方向のＰＤ１３の長さを増した変形例である。
ＰＤ１３の長さを増すことにより、ＰＤ１３の受光感度と飽和電荷量を上げることができることに加え、ＦＤ１４までの光路長を伸ばすことができる。よって、ＦＤ１４に到達できる光量を抑制できる（迷光を抑止できる）。
図２５は、ＰＤ１３とＴＧ９２の間にＶＧ電極１４１を追加した変形例である。
ＶＧ電極１４１を設けたことにより、ＦＤ１４までの光路長を伸ばすことができるので、ＦＤ１４に到達できる光量を抑制できる。また、ＶＧ電極１４１がＦＤ１４に対する迷光を遮光することができる。
なお、図２３乃至図２５に示された変形例は、適宜組み合わせることができる。また、それらは、第３の実施の形態に対してだけでなく、その他の実施の形態やその変形例にも適用することができる。
＜遮光壁１６およびクロス部２１のデメリットについて＞
以上に説明した第１乃至第５の実施の形態は、クロス部２１の下方にＦＤ１４を形成することにより、ＦＤ１４に対する迷光を抑止する効果を奏していた。ただし、クロス部２１や遮光壁１６を設けるデメリットも存在する。
例えば、Ｓｉ基板における１画素当たりの体積が決まっている場合、遮光壁１６やクロス部２１を形成するとＰＤ１３の体積が減少してしまうので、受光感度の低下や飽和電荷量の減少につながってしまう。
以下には、遮光壁１６やクロス部２１を設けながらも、ＰＤ１３の体積減少の影響を最小限に抑えることができる構成例について説明するが、その前にＰＤ１３の特性について説明する。
ＰＤ１３による光の吸収係数は波長依存を有し、波長400ｎｍの青色光（Ｂ）では８×１０4［ｃｍ-1］、波長500ｎｍの緑色光（Ｇ）では６×１０3［ｃｍ-1］、波長700ｎｍの赤色光（Ｒ）では２×１０3［ｃｍ-1］である。すなわち、Ｒ,Ｇ,Ｂの各光のうち、波長が長い赤色光はＰＤ１３における吸収率が最も悪く、波長が短い青色光はＰＤ１３における吸収率が最も良い。
換言すれば、青色光はＰＤ１３の浅い位置で吸収され、緑色光はＰＤ１３の中ほどの位置で吸収され、赤色光はＰＤ１３の深い位置で吸収される。このため、長波長の光を受光する画素ほど、ＦＤ１４に対する迷光のリスクが高いといえる。
そこで、以下に説明する実施の形態では、ＰＤ１３の体積減少の影響を最小限に抑えるため、画素が受光しようとする光の波長（すなわち、色）に応じて、遮光壁１６やクロス部２１の位置、幅、深さを変更する。
＜第６の実施の形態＞
次に、本開示を適用した固体撮像素子の第６の構成例（第６の実施の形態）について、図２６を参照して説明する。
第６の実施の形態である固体撮像素子では、図３に示された第１の実施の形態と同様に、画素間に遮光蓋１５と柱状の遮光壁１６（クロス部２１を含む）が形成され、遮光壁１６の下方にＦＤ１４が形成されている。ただし、ＦＤ１４に対する迷光のリスクが最も高いＲの画素（赤色光を受光する画素）については、遮光壁１６の位置がＰＤ１３側に拡大して形成されており、遮光壁１６の拡大分だけＰＤ１３の体積が縮小されている。
なお、第６の実施の形態の場合、遮光壁１６にはＳｉよりも屈折率が低い絶縁膜材が埋め込まれている。ただし、絶縁膜材の代わりに反射防止膜材を用いてもよい。
すなわち、第６の実施の形態におけるＲの画素に注目した場合、遮光壁１６の端とその下方のＦＤ１４の中心との距離ａが、隣接するＧの画素（緑色光を受光する画素）における遮光壁１６の端とその下方のＦＤ１４の中心との距離ｂよりも長くなっている。これにより、Ｒの画素内を透過してＦＤ１４に到達する迷光を抑止できる。また、ＰＤ１３はその浅い位置と中ほどの位置の体積が縮小されるものの、赤色光を主に吸収（光電変換）するＰＤ１３の深い位置の体積は縮小されないので、ＰＤ１３の体積の縮小の影響を抑止できる。
一方、Ｇの画素に注目した場合、遮光壁１６の端とその下方のＦＤ１４の中心との距離は、Ｒの画素のそれよりも短くなるが、緑色光は主にＰＤ１３の中ほどで吸収されるので、Ｇの画素内を透過してＦＤ１４に到達する迷光の影響は少ないと考えられる。また、Ｇの画素では、Ｒの画素に比較して、ＰＤ１３の体積を大きくすることができる。
なお、Ｂの画素（青色光を受光する画素）については図示していないが、Ｇの画素と同様に構成されるものとする。
図２７は、第６の実施の形態の変形例を示している。該変形例は柱状の遮光壁１６を形成している絶縁膜材の中に金属材１５１を埋め込んだものである。該変形例も、第６の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
＜第７の実施の形態＞
次に、本開示を適用した固体撮像素子の第７の構成例（第７の実施の形態）について、図２８を参照して説明する。
第７の実施の形態である固体撮像素子では、図８に示された第２の実施の形態と同様に、画素間に遮光蓋１５と筒状の遮光壁１６（クロス部２１を含む）が形成され、遮光壁１６の下方にＦＤ１４が形成されている。遮光壁１６の材質については、第６の実施の形態と同様である。ただし、ＦＤ１４に対する迷光のリスクが最も高いＲの画素については、遮光壁１６の位置がＰＤ１３側に拡大して形成されており、遮光壁１６の拡大分だけＰＤ１３の体積が縮小されている。
すなわち、第７の実施の形態におけるＲの画素に注目した場合、遮光壁１６の端とその下方のＦＤ１４の中心との横方向の距離ａが、隣接するＧの画素における遮光壁１６の端とその下方のＦＤ１４の中心との横方向の距離ｂよりも長くなっている。これにより、Ｒの画素内を透過してＦＤ１４に到達する迷光を抑止できる。また、ＰＤ１３はその浅い位置と中ほどの位置の体積が縮小されるものの、赤色光を主に吸収（光電変換）するＰＤ１３の深い位置の体積は縮小されないので、ＰＤ１３の体積の縮小の影響を抑止できる。
一方、Ｇの画素に注目した場合、遮光壁１６の端とその下方のＦＤ１４の中心との距離は、Ｒの画素のそれよりも短くなるが、緑色光は主にＰＤ１３の中ほどで吸収されるので、Ｇの画素内を透過してＦＤ１４に到達する迷光の影響は少ないと考えられる。また、Ｇの画素では、Ｒの画素に比較して、ＰＤ１３の体積を大きくすることができる。
なお、Ｂの画素については図示していないが、Ｇの画素と同様に構成されるものとする。
第７の実施の形態の変形例として、筒状の遮光壁１６の中に金属材を埋め込んでもよい。該変形例も、第７の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
＜第８の実施の形態＞
次に、本開示を適用した固体撮像素子の第８の構成例（第８の実施の形態）について、図２９を参照して説明する。
第８の実施の形態である固体撮像素子では、各色の画素のＰＤ１３、遮光蓋１５、および遮光壁１６（クロス部２１を含む）が共通の形状で形成されており、遮光壁１６の下方にＦＤ１４が形成されている。遮光壁１６の材質については、第６の実施の形態と同様である。
ただし、ＦＤ１４に対する迷光のリスクが最も高いＲの画素の領域に係るＦＤ１４については、隣接するＧの画素側に寄せた位置に形成されている。
すなわち、第８の実施の形態におけるＲの画素に注目した場合、遮光壁１６の端とその下方のＦＤ１４の中心との横方向の距離ａが、隣接するＧの画素における遮光壁１６の端とその下方のＦＤ１４の中心との横方向の距離ｂよりも長くなっている。これにより、Ｒの画素内を透過してＦＤ１４に到達する迷光を抑止できる。一方、Ｇの画素に注目した場合、遮光壁１６の端とその下方のＦＤ１４の中心との距離は、Ｒの画素のそれよりも短くなるが、緑色光は主にＰＤ１３の中ほどで吸収されるので、Ｇの画素内を透過してＦＤ１４に到達する迷光の影響は少ないと考えられる。
なお、Ｂの画素については図示していないが、Ｇの画素と同様に構成されるものとする。
第８の実施の形態の変形例として、柱状の遮光壁１６の中に金属材を埋め込んでもよい。該変形例も、第７の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
＜第９の実施の形態＞
次に、本開示を適用した固体撮像素子の第９の構成例（第９の実施の形態）について、図３０を参照して説明する。
第９の実施の形態である固体撮像素子では、図８に示された第２の実施の形態と同様に、画素間に遮光蓋１５と筒状の遮光壁１６（クロス部２１を含む）が形成され、遮光壁１６の下方にＦＤ１４が形成されている。遮光壁１６の材質については、第６の実施の形態と同様である。ただし、遮光壁１６の深さが、ＦＤ１４に対する迷光のリスクが最も高いＲの画素側とＧの画素側とで異なり、Ｒの画素側の方がＧの画素側よりも深く形成されている。また、Ｒの画素とＧの画素の遮光壁１６の深さの違いに応じてＰＤ１３の形状が異なり、遮光壁１３が存在する深さまでＰＤ１３の形状が縮小されている。
すなわち、第９の実施の形態におけるＲの画素とＧの画素は、遮光壁１６の端とその下方のＦＤ１４の中心との横方向の距離ａは共通であるが、遮光壁１６の深さはＲの画素の方が深いので、上述した第６乃至第８の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
＜固体撮像素子の使用例＞
上述した第１乃至第９の実施の形態とその変形例については適宜組み合わせることが可能である。
図３１は、上述した第１乃至第９の実施の形態である固体撮像素子を使用する使用例を示す図である。
上述した固体撮像素子は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示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。
本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
多数の画素から成る固体撮像素子において、
前記画素毎に形成され、入射光を電荷に変換する光電変換部と、
変換された前記電荷を一時的に保持する電荷蓄積部と、
前記画素間に形成され、基板の厚さ方向に所定の長さを有する第１の遮光部と
を備え、
前記電荷蓄積部は、縦方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部と横方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部とが交差するクロス部の下方に形成されている
固体撮像素子。
（２）
前記クロス部の光入射面側を覆う第２の遮光部をさらに備える
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記クロス部は、円柱状または多角形柱状に形成されている
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記クロス部は、円筒状または多角形筒状に形成されている
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（５）
前記電荷蓄積部は、筒状に形成されている前記クロス部の筒内で基板の厚さ方向に延伸されている
前記（１）、（２）、または（４）に記載の固体撮像素子。
（６）
前記第１の遮光部と前記クロス部は、異なるエッチングレートで個別に形成されている
前記（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）
ＴＧトランジスタ、AMPトランジスタ、SELトランジスタ、OFGトランジスタ、およびRSTトランジスタをさらに備え、
前記電荷蓄積部と前記RSTトランジスタのソースは、一体的に形成されている
前記（１）から（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）
リセットノイズを抑えるFBENトランジスタをさらに備える
前記（１）から（７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）
前記AMPトランジスタと前記RSTトランジスタのドレインは、配線を共有してVDDに接続されている
前記（７）または（８）に記載の固体撮像素子。
（１０）
前記光電変換部に対する入射光を乱反射するモスアイ構造部をさらに備える
前記（１）から（９）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１１）
前記第１の遮光部は、隣接する画素の領域における基板の面方向の長さが異なる
前記（１）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１２）
前記第１の遮光部は、隣接する画素の領域における基板の厚さ方向の長さが異なる
前記（１）から（１１）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１３）
各画素の前記光電変換部は、隣接する画素の前記光電変換部と体積が異なる
前記（１）から（１２）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１４）
前記画素は、少なくとも、第１の波長の光に対して感度を有する第１の画素、前記第１の波長よりも長波長の第２の波長に対して感度を有する第２の画素、および、前記第２の波長よりも長波長の第３の波長に対して感度を有する第３の画素を含む
前記（１）から（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）
前記第１または第２の画素と前記第３の画素と間に形成されている前記第１の遮光部は、基板の面方向の長さが、前記第１または第２の画素の領域に比較して前記第３の画素の領域の方が長く形成されている
前記（１４）に記載の固体撮像素子。
（１６）
前記第１または第２の画素と前記第３の画素と間に形成されている前記第１の遮光部は、基板の厚さ方向の長さが、前記第１または第２の画素の領域に比較して前記第３の画素の領域の方が長く形成されている
前記（１４）または（１５）に記載の固体撮像素子。
（１７）
前記第３の画素の前記光電変換部は、前記第１または第２の画素の前記光電変換部に比較して体積が縮小されている
前記（１４）から（１６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１８）
前記第１または第２の画素と前記第３の画素と間に形成されている前記電荷蓄積部は、前記第１または第２の画素側に寄せた位置に形成されている
前記（１４）から（１７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１９）
前記電荷蓄積部は、複数の画素により共有されている
前記（１４）から（１８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（２０）
多数の画素から成る固体撮像素子が搭載された電子機器において、
前記固体撮像素子は、
前記画素毎に形成され、入射光を電荷に変換する光電変換部と、
変換された前記電荷を一時的に保持する電荷蓄積部と、
前記画素間に形成され、基板の厚さ方向に所定の長さを有する第１の遮光部と
を備え、
前記電荷蓄積部は、縦方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部と横方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部とが交差するクロス部の下方に形成されている
電子機器。
１１ Ｓｉ基板， １２ カラーフィルタ， １３ ＰＤ， １４ ＦＤ， １５ 遮光蓋， １６ 遮光壁， ２１ クロス部， ２２ 遮光蓋， ３１ 素子分離部， ３２ 縦型トランジスタ， １３１ モスアイ構造部， １４１ ＶＧ電極

Claims (20)

  1. 多数の画素から成る固体撮像素子において、
    前記画素毎に形成され、入射光を電荷に変換する光電変換部と、
    変換された前記電荷を一時的に保持する電荷蓄積部と、
    前記画素間に形成され、基板の厚さ方向に所定の長さを有する第１の遮光部と
    を備え、
    前記電荷蓄積部は、縦方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部と横方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部とが交差するクロス部の下方に形成されている
    固体撮像素子。
  2. 前記クロス部の光入射面側を覆う第２の遮光部をさらに備える
    請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 前記クロス部は、円柱状または多角形柱状に形成されている
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  4. 前記クロス部は、円筒状または多角形筒状に形成されている
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  5. 前記電荷蓄積部は、筒状に形成されている前記クロス部の筒内で基板の厚さ方向に延伸されている
    請求項４に記載の固体撮像素子。
  6. 前記第１の遮光部と前記クロス部は、異なるエッチングレートで個別に形成されている
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  7. ＴＧトランジスタ、AMPトランジスタ、SELトランジスタ、OFGトランジスタ、およびRSTトランジスタをさらに備え、
    前記電荷蓄積部と前記RSTトランジスタのソースは、一体的に形成されている
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  8. リセットノイズを抑えるFBENトランジスタをさらに備える
    請求項７に記載の固体撮像素子。
  9. 前記AMPトランジスタと前記RSTトランジスタのドレインは、配線を共有してVDDに接続されている
    請求項７に記載の固体撮像素子。
  10. 前記光電変換部に対する入射光を乱反射するモスアイ構造部をさらに備える
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  11. 前記第１の遮光部は、隣接する画素の領域における基板の面方向の長さが異なる
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  12. 前記第１の遮光部は、隣接する画素の領域における基板の厚さ方向の長さが異なる
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  13. 各画素の前記光電変換部は、隣接する画素の前記光電変換部と体積が異なる
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  14. 前記画素は、少なくとも、第１の波長の光に対して感度を有する第１の画素、前記第１の波長よりも長波長の第２の波長に対して感度を有する第２の画素、および、前記第２の波長よりも長波長の第３の波長に対して感度を有する第３の画素を含む
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  15. 前記第１または第２の画素と前記第３の画素と間に形成されている前記第１の遮光部は、基板の面方向の長さが、前記第１または第２の画素の領域に比較して前記第３の画素の領域の方が長く形成されている
    請求項１４に記載の固体撮像素子。
  16. 前記第１または第２の画素と前記第３の画素と間に形成されている前記第１の遮光部は、基板の厚さ方向の長さが、前記第１または第２の画素の領域に比較して前記第３の画素の領域の方が長く形成されている
    請求項１４に記載の固体撮像素子。
  17. 前記第３の画素の前記光電変換部は、前記第１または第２の画素の前記光電変換部に比較して体積が縮小されている
    請求項１４に記載の固体撮像素子。
  18. 前記第１または第２の画素と前記第３の画素と間に形成されている前記電荷蓄積部は、前記第１または第２の画素側に寄せた位置に形成されている
    請求項１４に記載の固体撮像素子。
  19. 前記電荷蓄積部は、複数の画素により共有されている
    請求項２に記載の固体撮像素子。
  20. 多数の画素から成る固体撮像素子が搭載された電子機器において、
    前記固体撮像素子は、
    前記画素毎に形成され、入射光を電荷に変換する光電変換部と、
    変換された前記電荷を一時的に保持する電荷蓄積部と、
    前記画素間に形成され、基板の厚さ方向に所定の長さを有する第１の遮光部と
    を備え、
    前記電荷蓄積部は、縦方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部と横方向に隣接する画素間に形成された前記第１の遮光部とが交差するクロス部の下方に形成されている
    電子機器。
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