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WO2021220610A1 - 固体撮像装置及び電子機器 - Google Patents

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WO2021220610A1
WO2021220610A1 PCT/JP2021/008486 JP2021008486W WO2021220610A1 WO 2021220610 A1 WO2021220610 A1 WO 2021220610A1 JP 2021008486 W JP2021008486 W JP 2021008486W WO 2021220610 A1 WO2021220610 A1 WO 2021220610A1
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WO
WIPO (PCT)
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waveguide wall
solid
wall portion
image sensor
state image
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2021/008486
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
美智子 坂本
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 Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority to US17/996,850 priority Critical patent/US12068347B2/en
Priority to JP2022517520A priority patent/JP7617905B2/ja
Priority to CN202180019780.2A priority patent/CN115244696A/zh
Priority to KR1020227035640A priority patent/KR20230002407A/ko
Publication of WO2021220610A1 publication Critical patent/WO2021220610A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to US18/746,728 priority patent/US12464840B2/en
Priority to US19/316,117 priority patent/US20250386608A1/en
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Definitions

  • This disclosure relates to a solid-state image sensor and an electronic device.
  • Patent Document 1 a solid-state image sensor having a pixel region in which a photoelectric conversion unit, a transparent insulating layer, a color filter, and a microlens are laminated in this order has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • a separation portion containing a low-refractive material is arranged between color filters, and a waveguide is formed with the color filter as a core and the separation portion (diffusion path wall portion) as a clad to form a color. It prevents the incident light from diffusing in the filter and improves the sensitivity of each pixel. Further, on the edge side (high image height) of the pixel region, the incident light is obliquely incident on the microlens.
  • An object of the present disclosure is to provide a solid-state image sensor and an electronic device capable of increasing the sensitivity of pixels and preventing color mixing.
  • the solid-state imaging device of the present disclosure includes (a) a plurality of microlenses that collect incident light, (b) a plurality of color filters that transmit light of a specific wavelength included in the focused incident light, and (c). It is provided with a plurality of photoelectric conversion units in which light of a specific wavelength transmitted through the color filter is incident, and (d) a plurality of stages of waveguide wall portions arranged between the color filters and surrounding the color filter, and (e). Each of the plurality of stages of waveguide wall portions is formed at a position where pupil correction is performed.
  • the electronic devices of the present disclosure include (a) a plurality of microlenses that collect incident light, a plurality of color filters that transmit light of a specific wavelength included in the condensed incident light, and a specific wavelength transmitted through the color filter. It is provided with a plurality of photoelectric conversion units into which the light of the light is incident and a plurality of stages of waveguide wall portions arranged between the color filters and surrounding the periphery of the color filter.
  • the solid-state imaging device formed at the position, (b) an optical lens that forms an image of the image light from the subject on the imaging surface of the solid-state imaging device, and (c) a signal to the signal output from the solid-state imaging device. It is provided with a signal processing circuit that performs processing.
  • Solid-state image sensor 1-1 Overall configuration of solid-state image sensor 1-2 Configuration of main parts 1-3 Forming method of color filter layer 1-4 Modification example 2.
  • Second embodiment Example of application to electronic devices
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the entire solid-state image sensor 1 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the solid-state image sensor 1 of FIG. 1 is a back-illuminated CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • the solid-state image sensor 1 (101) captures the image light (incident light 106) from the subject through the optical lens 102, and pixels the amount of the incident light 106 imaged on the imaging surface. It is converted into an electric signal in units and output as a pixel signal.
  • the solid-state imaging device 1 includes a substrate 2, a pixel region 3, a vertical drive circuit 4, a column signal processing circuit 5, a horizontal drive circuit 6, an output circuit 7, and a control circuit 8. It has.
  • the pixel region 3 has a plurality of pixels 9 regularly arranged in a two-dimensional array on the substrate 2.
  • the pixel 9 has a photoelectric conversion unit 23 shown in FIG. 2 and a plurality of pixel transistors (not shown).
  • the plurality of pixel transistors for example, four transistors such as a transfer transistor, a reset transistor, a selection transistor, and an amplifier transistor can be adopted. Further, for example, three transistors excluding the selection transistor may be adopted.
  • the vertical drive circuit 4 is composed of, for example, a shift register, selects a desired pixel drive wiring 10, supplies a pulse for driving the pixel 9 to the selected pixel drive wiring 10, and transfers each pixel 9 in rows. Drive. That is, the vertical drive circuit 4 selectively scans each pixel 9 in the pixel region 3 in a row-by-row manner in the vertical direction, and produces a pixel signal based on the signal charge generated by the photoelectric conversion unit 23 of each pixel 9 according to the amount of received light. , Supply to the column signal processing circuit 5 through the vertical signal line 11.
  • the column signal processing circuit 5 is arranged for each column of the pixel 9, for example, and performs signal processing such as noise removal for each pixel string with respect to the signal output from the pixel 9 for one row.
  • the column signal processing circuit 5 performs signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) and AD (Analog Digital) conversion for removing fixed pattern noise peculiar to pixels.
  • the horizontal drive circuit 6 is composed of, for example, a shift register, sequentially outputs horizontal scanning pulses to the column signal processing circuit 5, selects each of the column signal processing circuits 5 in order, and from each of the column signal processing circuits 5.
  • the signal-processed pixel signal is output to the horizontal signal line 12.
  • the output circuit 7 performs signal processing on pixel signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5 through the horizontal signal line 12 and outputs the signals.
  • the signal processing for example, buffering, black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing and the like can be used.
  • the control circuit 8 Based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock signal, the control circuit 8 transmits a clock signal or a control signal that serves as a reference for the operation of the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like. Generate. Then, the control circuit 8 outputs the generated clock signal and control signal to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the solid-state image sensor 1 when the image is broken along the line AA of FIG.
  • the solid-state image sensor 1 includes a light receiving layer 16 in which a substrate 2, an insulating film 13, a light-shielding film 14, and a flattening film 15 are laminated in this order. Further, on the surface of the light receiving layer 16 on the flattening film 15 side (hereinafter, also referred to as “back surface S1”), a light collecting layer 19 in which the color filter layer 17 and the microlens array 18 are laminated in this order is formed. There is.
  • the wiring layer 20 and the support substrate 21 are laminated in this order on the surface of the light receiving layer 16 on the substrate 2 side (hereinafter, also referred to as “surface S2”). Since the back surface S1 of the light receiving layer 16 and the back surface of the flattening film 15 are the same surface, the back surface of the flattening film 15 is also referred to as “back surface S1” in the following description. Further, since the surface S2 of the light receiving layer 16 and the surface of the substrate 2 are the same surface, the surface of the substrate 2 is also referred to as “surface S2” in the following description.
  • the substrate 2 is composed of, for example, a semiconductor substrate made of silicon (Si), and forms a pixel region 3.
  • a plurality of pixels 9 including the photoelectric conversion unit 23 are arranged in a two-dimensional array.
  • Each of the photoelectric conversion units 23 is embedded in the substrate 2 to form a photodiode, generates a signal charge corresponding to the amount of light of the incident light 22, and accumulates the generated signal charge.
  • each photoelectric conversion unit 23 is physically separated by a pixel separation unit 24.
  • the pixel separation unit 24 is formed in a grid pattern so as to surround each photoelectric conversion unit 23.
  • the pixel separation portion 24 has a bottomed trench portion 25 (groove portion) formed in the depth direction from the side facing the insulating film 13 of the substrate 2 (hereinafter, also referred to as “back surface S3”).
  • the trench portion 25 is formed in a grid pattern so that the inner side surface and the bottom surface form the outer shape of the pixel separation portion 24. Further, an insulating film 13 covering the back surface S3 side of the substrate 2 is embedded in the trench portion 25.
  • the insulating film 13 continuously covers the entire back surface S3 side (entire light receiving surface side) of the substrate 2 and the inside of the trench portion 25.
  • an insulating material can be used. Specifically, silicon oxide (SiO 2 ) and silicon nitride (SiN) can be adopted.
  • the light-shielding film 14 has a grid pattern in which the light-receiving surface sides of the plurality of photoelectric conversion units 23 are opened in a part of the back surface S4 side of the insulating film 13 so that light does not leak to the adjacent pixels 9. It is formed.
  • the flattening film 15 continuously covers the entire back surface S5 side (entire light receiving surface side) of the insulating film 13 including the light shielding film 14 so that the back surface S1 of the light receiving layer 16 becomes a flat surface without unevenness. ing.
  • the color filter layer 17 has a waveguide module 26 for each pixel 9 on the back surface S1 side (light receiving surface side) of the flattening film 15.
  • the waveguide module 26 is configured by stacking a plurality of stages of waveguides 27.
  • FIG. 2 illustrates a case where the number of stages of the waveguide 27 is three, and the height of all stages of the waveguide wall portion 29 and the height of all stages of the filter constituent member 28 are the same.
  • Each of the waveguides 27 includes a filter component 28 and a waveguide wall portion 29 (separation portion).
  • the filter component 28 is an optical filter that transmits light of a specific wavelength included in the incident light 22 focused by the microlens 30.
  • the light having a specific wavelength for example, red light, green light, and blue light can be adopted.
  • a filter constituent member 28 that transmits light of the same color is used as each of the filter constituent members 28 included in the same waveguide module 26 .
  • the color filter 33 is formed by including the multi-stage filter component 28 included in the waveguide module 26.
  • Light of a specific wavelength that has passed through the color filter 33 is incident on the photoelectric conversion unit 23.
  • a Bayer arrangement can be adopted as the arrangement pattern of the filter constituent members 28 when viewed from the microlens 30 side.
  • the material of the filter constituent member 28 for example, an organic glass material having a refractive index of 1.4 to 1.9 can be adopted.
  • the waveguide wall portion 29 is formed so as to surround the periphery of the filter component 28 included in the same waveguide 27. Further, the waveguide wall portions 29 exist in the same stage and are shared between the waveguides 27 adjacent to each other. That is, the waveguide wall portions 29 of each stage are formed in a grid pattern so as to surround the filter constituent members 28 of the same stage. In other words, a plurality of stages of waveguide wall portions 29 are arranged between the color filters 33 formed by the filter constituent members 28 of all stages. As the material of the waveguide wall portion 29, for example, a low refractive index material having a refractive index lower than that of the filter constituent member 28 included in the same waveguide 27 can be adopted.
  • the low-refractive index material for example, a low-refractive index resin having a refractive index of 1.0 to 1.2 can be adopted.
  • the waveguide 27 has a core formed by the filter constituent member 28 having a relatively high refractive index, and a clad formed by the waveguide wall portion 29 having a relatively low refractive index.
  • FIG. 2 illustrates a case where the height, width and material of the waveguide wall portion 29 of each stage are the same. That is, the waveguide wall portion 29 of each stage is a member having the same shape and the same material.
  • the "width of the waveguide wall portion 29" is a cross section perpendicular to the back surface S3 (light receiving surface) of the substrate 2 and a direction parallel to the back surface S3 (light receiving surface) of the substrate 2 of the waveguide wall portion 29.
  • the width For example, when the waveguide wall portion 29 is viewed from the microlens 30 side, the length of the waveguide wall portion 29 in a direction intersecting (orthogonal or the like) with the direction in which the waveguide wall portion 29 extends can be mentioned.
  • each of the plurality of waveguide wall portions 29 is formed at a position where pupil correction is individually performed. That is, on the end side (high image height) of the pixel region 3, pupil correction is performed on each of the plurality of waveguides 27 included in each waveguide module 26. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, each of the waveguide wall portions 29 stacked on each other is closer to the microlens array 18 side (micro) than the waveguide wall portion 29 in the stage on the photoelectric conversion unit 23 side. The waveguide wall portion 29 of the stage (lens 30 side) is shifted toward the central portion side of the pixel region 3. In FIG.
  • the central axis of the lower waveguide wall portion 29 coincides with the central axis of the pixel separation portion 24, and the central axis of the middle-stage waveguide 27 is more pixels than the central axis of the lower waveguide wall portion 29.
  • the central axis of the waveguide wall portion 29 in the upper stage is shifted to the central portion side of the pixel region 3 from the central axis of the waveguide 27 in the middle stage.
  • the waveguide module 26 in the region on the left side of FIG. 3 with respect to the central portion of the pixel region 3 has the waveguide wall portions 29 in the middle and upper stages on the right side in FIG.
  • FIG. 3 illustrates a case where the amount of deviation of the waveguide wall portion 29 of each stage is the same.
  • the amount of deviation between the uppermost waveguide wall portion 29 and the lowermost waveguide wall portion 29 is the distance from the central portion of the pixel region 3 when viewed from the microlens array 18 side. The farther it is, the larger it becomes.
  • the amount of deviation between the portions 29 ⁇ the amount of deviation between the waveguide wall portions 29 in the waveguide module 26 in a region largely distant from the pixel region 3.
  • the amount of deviation of the waveguide wall portion 29 of the stage on the microlens array 18 side of the waveguide wall portions 29 stacked on each other is set to the width x of the waveguide wall portion 29 of the stage on the photoelectric conversion unit 23 side. On the other hand, it is within the range of ⁇ x / 2. That is, the amount of deviation is determined so that there is no gap between the waveguide wall portions 29 stacked on each other.
  • B [deg] is the refraction angle of the filter component 28 (color filter 33).
  • the incident light 22 is obliquely incident on the end side (high image height) of the pixel region 3.
  • the waveguide module 26 since the waveguide wall portion 29 is formed at the position where the waveguide wall portion 29 is pupil-corrected, the incident light 22 incident at an angle is on the microlens array 18 side of the waveguide wall portion 29 (FIG. 2). It is possible to prevent the incident light 22 from being scattered by the waveguide wall portion 29. Further, in the microlens 30, a part of the incident light 22 is diffracted by the diffraction action of the microlens 30, and the diffracted incident light 22 spreads.
  • the waveguide module 26 since a zigzag waveguide is formed so as to extend in a direction parallel to the obliquely incident incident light 22, light is emitted at the interface between the filter component 28 and the waveguide wall portion 29. , And the spread incident light 22 is returned to the center side of the pixel 9, and the invasion of the incident light 22 into other pixels 9 can be suppressed.
  • the microlens array 18 has a microlens 30 for each pixel 9 on the back surface S5 side (light receiving surface side) of the color filter layer 17.
  • Each of the microlenses 30 collects the image light (incident light 22) from the subject into the photoelectric conversion unit 23 via the waveguide module 26. Further, on the end side (high image height) of the pixel region 3, pupil correction is performed on each of the microlenses 30. Specifically, as shown in FIG. 2, each of the microlenses 30 is displaced toward the center of the pixel region 3 with respect to the waveguide module 26. Further, the microlens 30 is formed with a low profile.
  • the height H of the microlens 30 is preferably, for example, 300 nm or less, more preferably 200 nm or less. As the height H, for example, the distance between the top and bottom of the microlens 30 can be adopted. By lowering the height of the microlens 30, even if a part of the incident light 22 is diffracted by the diffraction action of the microlens 30, all the diffracted incident light 22 is removed before the diffracted incident light 22 spreads. It can be guided into the waveguide module 26, and it is possible to prevent the incident light 22 from being incident on the adjacent pixel 9.
  • the wiring layer 20 is formed on the surface S2 side of the substrate 2, and includes an interlayer insulating film 31 and wiring 32 laminated in a plurality of layers via the interlayer insulating film 31. Then, the wiring layer 20 drives the pixel transistors constituting each pixel 9 via the wiring 32 of a plurality of layers.
  • the support substrate 21 is formed on a surface of the wiring layer 20 opposite to the side facing the substrate 2.
  • the support substrate 21 is a substrate for ensuring the strength of the substrate 2 in the manufacturing stage of the solid-state image sensor 1.
  • silicon (Si) can be used as the material of the support substrate 21, for example.
  • the solid-state image sensor 1 having the above configuration, light is irradiated from the back surface side of the substrate 2 (the back surface S1 side of the light receiving layer 16), and the irradiated light is transmitted through the microlens 30 and the waveguide module 26. Light is photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 23 to generate a signal charge. Then, the generated signal charge is output as a pixel signal by the vertical signal line 11 shown in FIG. 1 formed by the wiring 32 via the pixel transistor formed on the surface S2 side of the substrate 2.
  • the waveguide wall portion 29 of the lower waveguide 27 among the lower, middle and upper waveguides 27 shown in FIG. 3 is formed on the back surface S1 of the light receiving layer 16.
  • the filter constituent members 28 are formed in each of the spaces surrounded by the formed waveguide wall portions 29 to form the lower waveguide 27.
  • the waveguide wall portion 29 of the middle waveguide 27 is placed on the waveguide wall portion 29 of the lower waveguide 27 from the waveguide wall portion 29 of the lower waveguide 27.
  • the filter constituent members 28 are formed in each of the spaces surrounded by the formed waveguide wall portions 29 to form the waveguide 27 in the middle stage.
  • the waveguide wall portion 29 of the upper waveguide 27 is placed on the waveguide wall portion 29 of the middle stage waveguide 27 from the waveguide wall portion 29 of the middle stage waveguide 27.
  • filter constituent members 28 are formed in each of the spaces surrounded by the formed waveguide wall portions 29 to form the upper waveguide 27.
  • the solid-state image sensor 1 of the first embodiment has a configuration in which a plurality of stages of waveguide wall portions 29 surrounding the periphery of the color filter 33 are provided between the color filters 33. Then, each of the plurality of waveguide wall portions 29 is formed at the position where the pupil is corrected. Therefore, it is possible to form a waveguide in which the color filter 33 is the core and the waveguide wall portions 29 in a plurality of stages are clads, and it is possible to suppress the incident light 22 from diffusing into the other pixels 9 in the color filter 33, and each pixel. The sensitivity of 9 can be improved.
  • the incident light 22 is obliquely incident on the end side of the pixel region 3, but the obliquely incident incident light 22 is on the microlens 30 side of the waveguide wall portion 29 (circle 34 in FIG. 2). It is possible to prevent the incident light 22 from being hit by the waveguide wall portion 29, and it is possible to further improve the sensitivity of each pixel 9. In addition, it is possible to prevent scattered light from entering the other pixels 9 and causing color mixing. Therefore, it is possible to provide a solid-state image sensor 1 capable of increasing the sensitivity of the pixel 9 and preventing color mixing.
  • the back surface irradiation type structure that is, the back surface S1 of the substrate 2 opposite to the front surface S2 of the substrate 2 on which the wiring layer 20 is formed is used as a light receiving surface, and the substrate 2 is used.
  • the structure is such that the incident light 22 is incident from the back surface S1 side of the above. Therefore, the incident light 22 is incident on the photoelectric conversion unit 23 without being restricted by the wiring layer 20. Therefore, the opening of the photoelectric conversion unit 23 can be widened, and higher sensitivity can be achieved than, for example, the surface irradiation type.
  • FIG. 6 illustrates a case where the waveguide wall portion 29 has two stages.
  • FIG. 7 illustrates a case where the waveguide wall portion 29 has four stages.
  • the amount of deviation between the uppermost waveguide wall portion 29 and the lowermost waveguide wall portion 29 is increased as the distance from the central portion of the pixel region 3 increases.
  • other configurations can be adopted.
  • the waveguide wall portion 29 in the region where the distance from the center portion of the pixel region 3 is equal to or less than a predetermined distance is not pupil-corrected, and the distance from the center portion of the pixel region 3 is increased.
  • the pupil correction may be performed only on the waveguide wall portion 29 in a region larger than a predetermined distance. In this case, as the pupil correction, the amount of deviation between the uppermost waveguide wall portion 29 and the lowermost waveguide wall portion 29 may be constant regardless of the distance from the central portion of the pixel region 3.
  • the height of each step of the waveguide wall portion 29 is the same, but other configurations can be adopted.
  • the heights of the waveguide wall portions 29 may be different from each other between the two or more stages of the waveguide wall portions 29 among the plurality of stages of the waveguide wall portions 29.
  • the height of the waveguide wall portion 29 is made different from each other in each stage, and the height of the waveguide wall portion 29 in the stage on the microlens 30 side is set to the photoelectric conversion unit 23. It may be lower than the height of the waveguide wall portion 29 of the side stage.
  • the second-stage waveguide wall portion 29 is , It is supported by both the first-stage waveguide wall portion 29 and the filter component 28.
  • the second-stage waveguide wall portion 29 is the first-stage filter component member 28. Since it is not supported and is supported only by the first-stage waveguide 27, it may fall down.
  • the waveguide wall portion 29 of the stage on the microlens 30 side lower than that of the waveguide wall portion 29 of the stage on the photoelectric conversion unit 23 side, the waveguide wall portion 29 is formed. Since it is difficult to fall down, the waveguide wall portion 29 can be formed relatively easily. Further, for example, the number of stages of the waveguide wall portion 29 can be reduced and the manufacturing cost can be reduced as compared with the configuration in which the height of each stage of the waveguide wall portion 29 is lowered.
  • the materials of the plurality of stages of the filter constituent members 28 are the same is shown, but other configurations may be adopted.
  • the materials of the filter constituent members 28 may be different from each other among the two or more stages of the filter constituent members 28 among the plurality of stages of the filter constituent members 28.
  • the viscosity of the material of the filter component 28 of the other stage may be lower than the viscosity of the material of the filter component 28 of the stage closest to the microlens 30.
  • the viscosity of the material of the first-stage and second-stage filter constituent members 28 is lower than the viscosity of the material of the third-stage filter constituent member 28.
  • the material of the filter constituent member 28 for example, a resist resin for a color filter can be adopted.
  • the waveguide module 26 when the waveguide module 26 is formed, if the surface of the filter component 28 is uneven in the first-stage waveguide 27, the second-stage waveguide wall portion 29 is the second-stage waveguide. Since a part of the wall portion 29 is provided on the uneven surface of the first-stage filter constituent member 28, there is a possibility that the wall portion 29 may fall down. Therefore, when there is unevenness, it is necessary to polish the surface of the filter constituent member 28 to make it flat after the formation of the filter constituent member 28.
  • the filter configuration of the first stage and the second stage By making the viscosity of the material of the color filter 33 of the other stage lower than the viscosity of the material of the color filter 33 of the stage closest to the microlens 30, the filter configuration of the first stage and the second stage The unevenness of the surface of the member 28 can be reduced, and the polishing process of the surface of the filter constituent member 28 can be reduced.
  • the width of each stage of the waveguide wall portion 29 is the same is shown, but other configurations may be adopted.
  • the widths of the waveguide wall portions 29 may be different from each other between the two or more stages of the waveguide wall portions 29 among the plurality of stages of the waveguide wall portions 29.
  • the width of the waveguide wall portion 29 is made different from each other in each stage, and the width of the waveguide wall portion 29 in the stage on the photoelectric conversion unit 23 side is set to the microlens 30 side. It may be wider than the width of the waveguide wall portion 29 of the step.
  • the second-stage waveguide wall portion 29 is , It is supported by both the first-stage waveguide wall portion 29 and the filter component 28.
  • the second-stage waveguide wall portion 29 is the first-stage filter component member 28. Since it is not supported and is supported only by the first-stage waveguide 27, it may fall down.
  • the width of the waveguide wall portion 29 of the stage on the photoelectric conversion unit 23 side wider than the width of the waveguide wall portion 29 of the stage on the microlens 30 side, the width between the waveguide wall portions 29 is widened. Since the contact area of the waveguide wall portion 29 can be increased and the waveguide wall portion 29 is less likely to fall down, the waveguide wall portion 29 can be formed relatively easily.
  • the amount of deviation of each stage of the waveguide wall portion 29 is the same is shown, but other configurations can also be adopted.
  • the amount of deviation of the waveguide wall portions 29 may be different from each other between the two or more stages of the waveguide wall portions 29 among the plurality of stages of the waveguide wall portions 29.
  • the deviation amount of the waveguide wall portion 29 is made different from each other in each stage, and the deviation amount of the waveguide wall portion 29 of the stage on the microlens 30 side is set to the photoelectric conversion unit 23 side. It may be larger than the deviation amount of the waveguide wall portion 29 of the step.
  • the magnitude relationship of the deviation amount is as follows: deviation amount between the third-stage waveguide wall portion 29 and the fourth-stage waveguide wall portion 29> the second-stage waveguide wall portion 29 and the third-stage guidance.
  • the amount of deviation from the waveguide wall portion 29> The amount of deviation between the first-stage waveguide wall portion 29 and the second-stage waveguide wall portion 29 is in this order.
  • the incident light 22 focused by the microlens 30 is refracted at the interface between the microlens 30 and the filter component 28, so that the refraction angle is smaller than the incident angle.
  • Refraction angle of the incident light 22 the ratio of the refractive index n 2 of the refractive index n 1 and a filter component 28 of the microlens 30 (n 2 / n 1) is significantly reduced as shown in FIG. 11 as large.
  • the incident is obliquely incident. While preventing the incident light 22 from hitting the microlens 30 side of the waveguide wall portion 29 (the portion marked with a circle 34 in FIG. 11), the light collected by the microlens 30 is collected by the waveguide wall portion of each stage.
  • each of the plurality of stages of the waveguide wall portion 29 is set on the microlens 30 side of the stage on the photoelectric conversion unit 23 side.
  • the overall height of the multi-stage waveguide wall portion 29 is the same as the height of the color filter 33, but other configurations may be adopted. ..
  • the overall height of the plurality of waveguide wall portions 29 may be different from the height of the color filter 33.
  • the overall height of the plurality of waveguide wall portions 29 may be higher than the height of the color filter 33.
  • the upper end side of the fifth-stage waveguide wall portion 29 protrudes from the color filter 33 and is located between the microlenses 30.
  • the waveguide wall portion 29 of the uppermost stage is less likely to fall down, so that the waveguide wall portion 29 is set. It can be formed relatively easily and the process difficulty can be reduced.
  • the distance between the microlens 30 and the waveguide wall portion 29 becomes long, all the incident light 22 diffracted and spread by the microlens 30 cannot be guided into the waveguide module 26, and the waveguide effect is weakened. there is a possibility. Further, since a part of the incident light 22 passes through the color filter 33 of the adjacent pixels 9, the incident light 22 may be weakened and the sensitivity of each pixel 9 may be lowered.
  • the diffracted incident light 22 is before the diffracted incident light 22 spreads.
  • the whole can be guided into the waveguide module 26, and the waveguide effect can be strengthened. Further, since the incident light 22 does not pass through the color filter 33 of the adjacent pixels 9, the sensitivity of each pixel 9 can be improved.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an electronic device (for example, a camera) to which the technique according to the present disclosure (the present technique) can be applied.
  • the electronic device 100 includes a solid-state imaging device 101, an optical lens 102, a shutter device 103, a drive circuit 104, and a signal processing circuit 105.
  • the optical lens 102 forms an image of image light (incident light 106) from the subject on the image pickup surface of the solid-state image pickup device 101.
  • the signal charge is accumulated in the solid-state image sensor 101 for a certain period of time.
  • the shutter device 103 controls the light irradiation period and the light blocking period of the solid-state image sensor 101.
  • the drive circuit 104 supplies a drive signal that controls the transfer operation of the solid-state image sensor 101 and the shutter operation of the shutter device 103.
  • the signal transfer of the solid-state image sensor 101 is performed by the drive signal (timing signal) supplied from the drive circuit 104.
  • the signal processing circuit 105 performs various signal processing on the signal (pixel signal) output from the solid-state image sensor 101.
  • the signal-processed video signal is stored in a storage medium such as a memory or output to a monitor.
  • the electronic device 100 to which the solid-state image sensor 1 can be applied is not limited to the camera, but can also be applied to other electronic devices. For example, it may be applied to an imaging device such as a camera module for mobile devices such as mobile phones and tablet terminals.
  • the above is an example of an electronic device to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the technique according to the present disclosure can be applied to the solid-state image sensor 101 among the configurations described above.
  • the solid-state image sensor 1 of FIG. 1 can be applied to the solid-state image sensor 101.
  • a better photographed image can be obtained.
  • the present technology can also have the following configurations.
  • (1) With multiple microlenses that collect incident light, A plurality of color filters that transmit light of a specific wavelength included in the condensed incident light, and A plurality of photoelectric conversion units in which light of a specific wavelength transmitted through the color filter is incident, and It is provided between the color filters and has a plurality of stages of waveguide walls surrounding the color filters.
  • a solid-state image sensor in which each of the plurality of stages of the waveguide wall portion is formed at a position where pupil correction is performed.
  • (2) The solid-state image sensor according to (1) above, wherein the waveguide wall portion contains a low-refractive-index material having a refractive index lower than that of the color filter.
  • Device. (4) The solid-state image sensor according to (3), wherein the height of the waveguide wall portion of the microlens side stage is lower than the height of the waveguide wall portion of the stage on the photoelectric conversion unit side.
  • the color filter includes a plurality of stages of filter components.
  • the width of the waveguide wall portion is different from each other between the two or more stages of the waveguide wall portions among the plurality of stages of the waveguide wall portions, according to any one of (1) to (6).
  • Solid-state image sensor in this (7), "the width of the waveguide wall portion in the direction parallel to the back surface S3 (light receiving surface) of the substrate 2 in the cross section perpendicular to the back surface S3 (light receiving surface) of the substrate 2 is plural.
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (6), which is different from each other between the two or more stages of the waveguide wall portion of the stage.
  • a plurality of microlenses that collect incident light, a plurality of color filters that transmit light of a specific wavelength contained in the condensed incident light, and a plurality of colors that transmit light of a specific wavelength transmitted through the color filter. It is provided with a photoelectric conversion unit and a plurality of stages of waveguide wall portions arranged between the color filters and surrounding the periphery of the color filter, and each of the plurality of stages of the waveguide wall portions is formed at a position where pupil correction is performed.
  • Solid-state imaging device and An optical lens that forms an image of the image light from the subject on the imaging surface of the solid-state image sensor, and An electronic device including a signal processing circuit that processes a signal output from the solid-state image sensor.

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Abstract

画素の感度を高めるとともに、混色を防止可能な固体撮像装置を提供する。入射光を集光する複数のマイクロレンズと、集光された入射光が含む特定波長の光を透過する複数のカラーフィルタと、カラーフィルタを透過した特定波長の光が入射される複数の光電変換部と、カラーフィルタ間に配置され、カラーフィルタの周囲を囲む複数段の導波路壁部とを備えるようにした。そして、複数段の導波路壁部それぞれを、瞳補正がされた位置に形成するようにした。

Description

固体撮像装置及び電子機器
　本開示は、固体撮像装置及び電子機器に関する。
　従来、光電変換部、透明絶縁層、カラーフィルタ及びマイクロレンズがこの順に積層されてなる画素領域を有する固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の固体撮像装置では、カラーフィルタ間に低屈折材料を含む分離部を配置し、カラーフィルタをコアとし分離部（導波路壁部）をクラッドとして導波路を形成して、カラーフィルタ内で入射光が拡散することを防止し、各画素の感度を向上させている。
　また、画素領域の端部側（高像高）では、入射光はマイクロレンズに斜めに入射する。
国際公開第２０１２／０７３４０２号
　しかしながら、特許文献１に記載の固体撮像装置では、例えば、入射光が斜めに入射された場合、入射光が導波路壁部のマイクロレンズ側にあたり、入射光の一部が導波路壁部でけられ（散乱され）、散乱光が隣接画素に侵入して、混色を生じる可能性がある。
　本開示は、画素の感度を高めるとともに、混色を防止可能な固体撮像装置及び電子機器を提供することを目的とする。
　本開示の固体撮像装置は、（ａ）入射光を集光する複数のマイクロレンズと、（ｂ）集光された入射光が含む特定波長の光を透過する複数のカラーフィルタと、（ｃ）カラーフィルタを透過した特定波長の光が入射される複数の光電変換部と、（ｄ）カラーフィルタ間に配置され、カラーフィルタの周囲を囲む複数段の導波路壁部とを備え、（ｅ）複数段の導波路壁部それぞれは、瞳補正がされた位置に形成されている。
　本開示の電子機器は、（ａ）入射光を集光する複数のマイクロレンズと、集光された入射光が含む特定波長の光を透過する複数のカラーフィルタと、カラーフィルタを透過した特定波長の光が入射される複数の光電変換部と、カラーフィルタ間に配置され、カラーフィルタの周囲を囲む複数段の導波路壁部とを備え、複数段の導波路壁部それぞれは、瞳補正がされた位置に形成されている固体撮像装置と、（ｂ）　被写体からの像光を固体撮像装置の撮像面上に結像させる光学レンズと、（ｃ）固体撮像装置から出力される信号に信号処理を行う信号処理回路とを備える。
第１の実施形態に係る固体撮像装置の全体構成を示す図である。 図１のＡ－Ａ線で破断して固体撮像装置の断面構成を示す図である。 各段の導波路壁部のずれ方向を示す図である。 各段の導波路壁部のずれ量を示す図である。 固体撮像装置の製造工程の流れを示す図である。 固体撮像装置の製造工程の流れを示す図である。 固体撮像装置の製造工程の流れを示す図である。 固体撮像装置の製造工程の流れを示す図である。 固体撮像装置の製造工程の流れを示す図である。 変形例に係る固体撮像装置の断面構成を示す図である。 変形例に係る固体撮像装置の断面構成を示す図である。 変形例に係る固体撮像装置の断面構成を示す図である。 変形例に係る固体撮像装置の断面構成を示す図である。 変形例に係る固体撮像装置の断面構成を示す図である。 変形例に係る固体撮像装置の断面構成を示す図である。 変形例に係る固体撮像装置の断面構成を示す図である。 第２の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。
　以下に、本開示の実施形態に係る固体撮像装置１及び電子機器の一例を、図１～図１３を参照しながら説明する。本開示の実施形態は以下の順序で説明する。なお、本開示は以下の例に限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果は例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
１．第１の実施形態：固体撮像装置
　１－１　固体撮像装置の全体の構成
　１－２　要部の構成
　１－３　カラーフィルタ層の形成方法
　１－４　変形例
２．第２の実施形態：電子機器への応用例
〈１．第１の実施形態：固体撮像装置〉
［１－１　固体撮像装置の全体の構成］
　本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置１について説明する。図１は、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置１の全体を示す概略構成図である。
　図１の固体撮像装置１は、裏面照射型のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサである。図１３に示すように、固体撮像装置１（１０１）は、光学レンズ１０２を介して被写体からの像光（入射光１０６）を取り込み、撮像面上に結像された入射光１０６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。
　図１に示すように、固体撮像装置１は、基板２と、画素領域３と、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８とを備えている。
　画素領域３は、基板２上に、二次元アレイ状に規則的に配列された複数の画素９を有している。画素９は、図２に示した光電変換部２３と、複数の画素トランジスタ（不図示）とを有している。複数の画素トランジスタとしては、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ、アンプトランジスタの４つのトランジスタを採用できる。また、例えば、選択トランジスタを除いた３つのトランジスタを採用してもよい。
　垂直駆動回路４は、例えば、シフトレジスタによって構成され、所望の画素駆動配線１０を選択し、選択した画素駆動配線１０に画素９を駆動するためのパルスを供給し、各画素９を行単位で駆動する。即ち、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素９を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素９の光電変換部２３において受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線１１を通してカラム信号処理回路５に供給する。
　カラム信号処理回路５は、例えば、画素９の列毎に配置されており、１行分の画素９から出力される信号に対して画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。例えばカラム信号処理回路５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６は、例えば、シフトレジスタによって構成され、水平走査パルスをカラム信号処理回路５に順次出力して、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から信号処理が行われた画素信号を水平信号線１２に出力させる。
　出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１２を通して、順次に供給される画素信号に対し信号処理を行って出力する。信号処理としては、例えば、バファリング、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等を用いることができる。
　制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号、及びマスタクロック信号に基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、及び水平駆動回路６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路８は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、及び水平駆動回路６等に出力する。
［１－２　要部の構成］
　次に、図１の固体撮像装置１の詳細構造について説明する。図２は、図１のＡ－Ａ線で破断した場合の、固体撮像装置１の断面構成を示す図である。
　図２に示すように、固体撮像装置１は、基板２、絶縁膜１３、遮光膜１４及び平坦化膜１５がこの順に積層されてなる受光層１６を備えている。また、受光層１６の平坦化膜１５側の面（以下、「裏面Ｓ１」とも呼ぶ）には、カラーフィルタ層１７及びマイクロレンズアレイ１８がこの順に積層されてなる集光層１９が形成されている。さらに、受光層１６の基板２側の面（以下、「表面Ｓ２」とも呼ぶ）には、配線層２０及び支持基板２１がこの順に積層されている。なお、受光層１６の裏面Ｓ１と平坦化膜１５の裏面とは同一の面であるため、以下の記載では、平坦化膜１５の裏面についても「裏面Ｓ１」と表す。また、受光層１６の表面Ｓ２と基板２の表面とは同一の面であるため、以下の記載では、基板２の表面についても「表面Ｓ２」と表す。
　基板２は、例えば、シリコン（Si）からなる半導体基板によって構成され、画素領域３を形成している。画素領域３には、光電変換部２３を含む複数の画素９が二次元アレイ状に配置されている。光電変換部２３のそれぞれは、基板２に埋設されてフォトダイオードを構成し、入射光２２の光量に応じた信号電荷を生成し、生成した信号電荷を蓄積する。
　また、各光電変換部２３は、画素分離部２４によって物理的に分離されている。画素分離部２４は、各光電変換部２３を取り囲むように、格子状に形成されている。画素分離部２４は、基板２の絶縁膜１３との対向面（以下、「裏面Ｓ３」とも呼ぶ）側から深さ方向に形成された有底のトレンチ部２５（溝部）を有している。トレンチ部２５は、内側面及び底面が画素分離部２４の外形を形成するように、格子状に形成されている。また、トレンチ部２５の内部には、基板２の裏面Ｓ３側を覆う絶縁膜１３が埋め込まれている。
　絶縁膜１３は、基板２の裏面Ｓ３側全体（受光面側全体）、及びトレンチ部２５の内部を連続的に被覆している。絶縁膜１３の材料としては、例えば、絶縁物を用いることができる。具体的には、シリコン酸化物（SiO2）、シリコン窒化物（SiN）を採用できる。また、遮光膜１４は、隣接する画素９へ光が漏れ込まないように、絶縁膜１３の裏面Ｓ４側の一部に、複数の光電変換部２３のそれぞれの受光面側を開口する格子状に形成されている。また、平坦化膜１５は、受光層１６の裏面Ｓ１が凹凸がない平坦面となるように、遮光膜１４を含む絶縁膜１３の裏面Ｓ５側全体（受光面側全体）を連続的に被覆している。
　カラーフィルタ層１７は、平坦化膜１５の裏面Ｓ１側（受光面側）に、導波路モジュール２６を画素９毎に有している。導波路モジュール２６は、複数段の導波路２７が積層されて構成されている。図２では、導波路２７の段数が三段であり、また導波路壁部２９全段の高さとフィルタ構成部材２８全段の高さとが同一である場合を例示している。導波路２７のそれぞれはフィルタ構成部材２８及び導波路壁部２９（分離部）を備えている。
　フィルタ構成部材２８は、マイクロレンズ３０で集光された入射光２２が含む特定波長の光を透過する光学フィルタである。特定波長の光としては、例えば、赤色光、緑色光、青色光を採用できる。また、同一の導波路モジュール２６に含まれるフィルタ構成部材２８のそれぞれとしては、同一色の光を透過するフィルタ構成部材２８を用いている。これにより、導波路モジュール２６が有する複数段のフィルタ構成部材２８を含んで、カラーフィルタ３３を形成している。カラーフィルタ３３を透過した特定波長の光は、光電変換部２３に入射される。また、マイクロレンズ３０側から見た場合の、フィルタ構成部材２８の配列パターンとしては、例えば、ベイヤー配列を採用できる。フィルタ構成部材２８の材料としては、例えば、屈折率１．４～１．９の有機系のガラス材料を採用できる。
　導波路壁部２９は、同じ導波路２７に含まれるフィルタ構成部材２８の周囲を囲むように形成されている。また、導波路壁部２９は、同一段に存在し、互いに隣接する導波路２７間で共用されている。即ち、各段の導波路壁部２９は、同じ段のフィルタ構成部材２８を取り囲むように、格子状に形成されている。言い換えると、全段のフィルタ構成部材２８によるカラーフィルタ３３間に、複数段の導波路壁部２９が配置されている。導波路壁部２９の材料としては、例えば、同じ導波路２７に含まれるフィルタ構成部材２８よりも屈折率の低い低屈折材料を採用できる。低屈折材料としては、例えば、屈折率１．０～１．２の低屈折率樹脂を採用できる。これにより、導波路２７は、相対的に屈折率の高いフィルタ構成部材２８によってコアを形成し、相対的に屈折率の低い導波路壁部２９によってクラッドを形成している。また、図２では、各段の導波路壁部２９の高さ、幅及び材料が同一の場合を例示している。即ち、各段の導波路壁部２９は、同一形状、同一材料の部材となっている。なお、「導波路壁部２９の幅」とは、基板２の裏面Ｓ３（受光面）に垂直な断面の、基板２の裏面Ｓ３（受光面）と平行な方向における、導波路壁部２９の幅である。例えば、マイクロレンズ３０側から導波路壁部２９を見た場合に、導波路壁部２９が延びている方向と交差（直交等）する方向における導波路壁部２９の長さが挙げられる。
　また、複数段の導波路壁部２９それぞれは、個別に瞳補正がされた位置に形成されている。即ち、画素領域３の端部側（高像高）では、各導波路モジュール２６に含まれる、複数の導波路２７それぞれに瞳補正が行われている。具体的には、互いに積層された導波路壁部２９のそれぞれは、図２及び図３に示すように、光電変換部２３側の段の導波路壁部２９よりもマイクロレンズアレイ１８側（マイクロレンズ３０側）の段の導波路壁部２９の方が画素領域３の中心部側にずれている。図２では、下段の導波路壁部２９の中心軸は画素分離部２４の中心軸と一致しており、中段の導波路２７の中心軸は下段の導波路壁部２９の中心軸よりも画素領域３の中心部側にずれており、上段の導波路壁部２９の中心軸は中段の導波路２７の中心軸よりも画素領域３の中心部側にずれている。また、図３では、マイクロレンズアレイ１８側から見て、画素領域３の中心部よりも図３の左側の領域の導波路モジュール２６は中段及び上段の導波路壁部２９が図３の右側にずれており、画素領域３の中心部よりも図３の下側の領域の導波路モジュール２６は中段及び上段の導波路壁部２９が図３の上側にずれており、画素領域３の中心部よりも図３の左下側の領域の導波路モジュール２６は中段及び上段の導波路壁部２９が図３の右上側にずれている。なお、図３では、導波路壁部２９のずれ状態の把握のしやさからフィルタ構成部材２８を省略している。また、図３では各段の導波路壁部２９のずれ量が同一の場合を例示している。
　また、図４に示すように、最上段の導波路壁部２９と最下段の導波路壁部２９とのずれ量は、マイクロレンズアレイ１８側から見て、画素領域３の中心部からの距離が遠いほど大きくする。図４では、画素領域３の中心部の導波路モジュール２６における導波路壁部２９間のずれ量（＝０）＜画素領域３の中心部から少し離れた領域の導波路モジュール２６における導波路壁部２９間のずれ量＜画素領域３から大きく離れた領域の導波路モジュール２６における導波路壁部２９間のずれ量、となっている。また、互いに積層された導波路壁部２９のうちの、マイクロレンズアレイ１８側の段の導波路壁部２９のずれ量は、光電変換部２３側の段の導波路壁部２９の幅ｘに対し、±ｘ/２の範囲内となっている。即ち、ずれ量は互いに積層された導波路壁部２９間に隙間がないように決定されている。
　また、導波路壁部２９の最適なずらし量ｚは、例えば、スネルの法則から算出することができる。具体的には、図２に示すように、入射光２２の入射角Ａ［deg］、フィルタ構成部材２８（カラーフィルタ３３）の屈折率ｎ、ずらされる導波路壁部２９の高さｙに基づき、下記（１）式に従って算出できる。
　ｚ＝ｙ×ｔａｎＢ　………（１）
　SinＢ＝n/sinＡ
　ここで、Ｂ[deg]はフィルタ構成部材２８（カラーフィルタ３３）の屈折角度である。
　ここで、画素領域３の端部側（高像高）では入射光２２が斜めに入射される。これに対し、導波路モジュール２６では、導波路壁部２９が瞳補正された位置に形成されるため、斜めに入射された入射光２２が導波路壁部２９のマイクロレンズアレイ１８側（図２の丸印３４の部分）にあたることを防止でき、入射光２２が導波路壁部２９で散乱されることを防止できる。また、マイクロレンズ３０では、マイクロレンズ３０の回折作用で入射光２２の一部が回折され、回折された入射光２２が広がる。これに対し、導波路モジュール２６では、斜めに入射する入射光２２と平行な方向に延びるようにジグザグの導波路が形成されるため、フィルタ構成部材２８と導波路壁部２９との界面で光を反射でき、広がった入射光２２が画素９の中心側に戻され、入射光２２の他の画素９への進入を抑制できる。
　マイクロレンズアレイ１８は、カラーフィルタ層１７の裏面Ｓ５側（受光面側）に、マイクロレンズ３０を画素９毎に有している。マイクロレンズ３０のそれぞれは、被写体からの像光（入射光２２）を導波路モジュール２６を介して光電変換部２３内に集光する。
　また、画素領域３の端部側（高像高）では、マイクロレンズ３０それぞれに瞳補正が行われている。具体的には、マイクロレンズ３０のそれぞれは、図２に示すように、導波路モジュール２６よりも画素領域３の中心部側にずれている。また、マイクロレンズ３０は、低背化されて形成されている。マイクロレンズ３０の高さＨは、例えば、３００ｎｍ以下が好ましく、２００ｎｍ以下がより好ましい。高さＨとしては、例えば、マイクロレンズ３０の頂部と底面との間の距離を採用できる。マイクロレンズ３０を低背化することにより、マイクロレンズ３０の回折作用で入射光２２の一部が回折されたとしても、回折された入射光２２が広がる前に、回折された入射光２２全部を導波路モジュール２６内に導くことができ、入射光２２が隣接する画素９へ入射することを防止することができる。
　配線層２０は、基板２の表面Ｓ２側に形成されており、層間絶縁膜３１と、層間絶縁膜３１を介して複数層に積層された配線３２とを含んで構成されている。そして、配線層２０は、複数層の配線３２を介して、各画素９を構成する画素トランジスタを駆動する。
　支持基板２１は、配線層２０の基板２に面する側とは反対側の面に形成されている。支持基板２１は、固体撮像装置１の製造段階において、基板２の強度を確保するための基板である。支持基板２１の材料としては、例えば、シリコン(Si)を用いることができる。
　以上の構成を有する固体撮像装置１では、基板２の裏面側（受光層１６の裏面Ｓ１側）から光が照射され、照射された光がマイクロレンズ３０及び導波路モジュール２６を透過し、透過した光が光電変換部２３で光電変換されて、信号電荷が生成される。そして、生成された信号電荷が、基板２の表面Ｓ２側に形成された画素トランジスタを介して、配線３２で形成された図１に示した垂直信号線１１によって画素信号として出力される。
［１－３　カラーフィルタ層の形成方法］
　次に、固体撮像装置１における、カラーフィルタ層１７の形成方法について説明する。
　まず、図５Ａに示すように、受光層１６の裏面Ｓ１に、図３に示した下段、中段及び上段の導波路２７のうちの、下段の導波路２７の導波路壁部２９を形成する。続いて、図５Ｂに示すように、形成した導波路壁部２９で囲まれた空間それぞれにフィルタ構成部材２８を形成して、下段の導波路２７を形成する。続いて、図５Ｃに示すように、下段の導波路２７の導波路壁部２９の上に、中段の導波路２７の導波路壁部２９を、下段の導波路２７の導波路壁部２９よりも画素領域３の中心部側にずらして形成する。続いて、図５Ｄに示すように、形成した導波路壁部２９で囲まれた空間それぞれにフィルタ構成部材２８を形成して、中段の導波路２７を形成する。続いて、図５Ｅに示すように、中段の導波路２７の導波路壁部２９の上に、上段の導波路２７の導波路壁部２９を、中段の導波路２７の導波路壁部２９よりも画素領域３の中心部側にずらして形成し、形成した導波路壁部２９で囲まれた空間それぞれにフィルタ構成部材２８を形成して、上段の導波路２７を形成する。これにより複数の導波路モジュール２６を有するカラーフィルタ層１７が得られる。
　以上説明したように、第１の実施形態の固体撮像装置１では、カラーフィルタ３３間に、カラーフィルタ３３の周囲を囲む複数段の導波路壁部２９を備える構成とした。そして、複数段の導波路壁部２９それぞれを、瞳補正がされた位置に形成する構成とした。
　それゆえ、カラーフィルタ３３をコアとし複数段の導波路壁部２９をクラッドとした導波路を形成でき、カラーフィルタ３３内で入射光２２が他の画素９に拡散することを抑制でき、各画素９の感度を向上できる。また、通常、画素領域３の端部側では入射光２２が斜めに入射されるが、斜めに入射された入射光２２が導波路壁部２９のマイクロレンズ３０側（図２の丸印３４の部分）にあたることを防止でき、入射光２２が導波路壁部２９でけられることを防止でき、各画素９の感度をさらに向上することができる。また、散乱光が他の画素９に侵入して混色を生じることを防止することができる。それゆえ、画素９の感度を高めるとともに、混色を防止可能な固体撮像装置１を提供することができる。
　また、第１の実施形態の固体撮像装置１では、裏面照射型構造、つまり、配線層２０が形成された基板２の表面Ｓ２とは反対側の基板２の裏面Ｓ１を受光面として、基板２の裏面Ｓ１側から、入射光２２が入射される構造とした。それゆえ、入射光２２は、配線層２０の制約を受けることなく、光電変換部２３に入射される。そのため、光電変換部２３の開口を広く取ることができ、例えば、表面照射型よりも、高感度化を図ることができる。
［１－４　変形例］
（１）なお、第１の実施形態では、導波路壁部２９の段数を三段とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、図６及び図７に示すように、三段より少なくてもよく、三段より多くてもよい。図６は、導波路壁部２９が二段の場合を例示している。また、図７は、導波路壁部２９が四段の場合を例示している。導波路壁部２９の段数を三段より多くすることで、導波路モジュール２６全体で形成される導波路をより大きく傾けることができ、高ＣＲＡ(chie ray angle)が必要とされるモバイル機器に好適である。
（２）また、第１の実施形態では、最上段の導波路壁部２９と最下段の導波路壁部２９とのずれ量を、画素領域３の中心部からの距離が遠いほど大きくする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、マイクロレンズアレイ１８側から見て、画素領域３の中心部からの距離が所定距離以下の領域の導波路壁部２９には瞳補正を行わず、画素領域３の中心部からの距離が所定距離よりも大きい領域の導波路壁部２９にのみ瞳補正を行う構成としてもよい。この場合、瞳補正としては、画素領域３の中心部からの距離によらず最上段の導波路壁部２９と最下段の導波路壁部２９とのずれ量を一定としてもよい。
（３）また、第１の実施形態では、導波路壁部２９の各段の高さを同一とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、導波路壁部２９の高さが、複数段の導波路壁部２９のうちの、二段以上の導波路壁部２９間で互いに異なっている構成としてもよい。具体的には、図８に示すように、導波路壁部２９の高さを各段で互いに異ならせ、さらに、マイクロレンズ３０側の段の導波路壁部２９の高さを光電変換部２３側の段の導波路壁部２９の高さよりも低くしてもよい。
　ここで、例えば、導波路モジュール２６の形成時に、一段目の導波路２７において、導波路壁部２９とフィルタ構成部材２８とが同じ高さである場合、二段目の導波路壁部２９は、一段目の導波路壁部２９とフィルタ構成部材２８との両方で支えられる。しかしながら、例えば、一段目の導波路２７において、導波路壁部２９がフィルタ構成部材２８よりも高くなってしまった場合、二段目の導波路壁部２９は、一段目のフィルタ構成部材２８で支えられず、一段目の導波路２７のみで支えることになるので、倒れる可能性がある。これに対し、マイクロレンズ３０側の段の導波路壁部２９の高さを、光電変換部２３側の段の導波路壁部２９よりも低くする構成とすることで、導波路壁部２９が倒れ難くなるため、導波路壁部２９を比較的容易に形成できる。また例えば、導波路壁部２９の各段の高さを低くする構成に比べ、導波路壁部２９の段数を低減でき、製造コストを低減できる。
（４）また、第１の実施形態では、複数段のフィルタ構成部材２８のそれぞれの材料を、同一とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、フィルタ構成部材２８の材料が、複数段のフィルタ構成部材２８のうちの、二段以上のフィルタ構成部材２８間で互いに異なっている構成としてもよい。具体的には、図９に示すように、最もマイクロレンズ３０側の段のフィルタ構成部材２８の材料の粘性よりも、その他の段のフィルタ構成部材２８の材料の粘性を低くしてもよい。図９では、三段目のフィルタ構成部材２８の材料の粘性よりも、一段目及び二段目のフィルタ構成部材２８の材料の粘性が低くなっている。フィルタ構成部材２８の材料としては、例えば、カラーフィルター用レジスト樹脂を採用できる。
　ここで、例えば、導波路モジュール２６の形成時に、一段目の導波路２７において、フィルタ構成部材２８の表面に凹凸がある場合、二段目の導波路壁部２９は、二段目の導波路壁部２９の一部が一段目のフィルタ構成部材２８の凹凸上に設けられるので、倒れる可能性がある。それゆえ、凹凸がある場合には、フィルタ構成部材２８の形成後に、フィルタ構成部材２８表面を研磨して平坦にする必要がある。これに対し、最もマイクロレンズ３０側の段のカラーフィルタ３３の材料の粘性よりもその他の段のカラーフィルタ３３の材料の粘性を低くする構成とすることで、一段目及び二段目のフィルタ構成部材２８の表面の凹凸を低減することができ、フィルタ構成部材２８表面の研磨工程を削減できる。
（５）また、第１の実施形態では、導波路壁部２９の各段の幅を同一とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、導波路壁部２９の幅が、複数段の導波路壁部２９のうちの、二段以上の導波路壁部２９間で互いに異なっている構成としてもよい。具体的には、図１０に示すように、導波路壁部２９の幅を各段で互いに異ならせ、さらに、光電変換部２３側の段の導波路壁部２９の幅を、マイクロレンズ３０側の段の導波路壁部２９の幅よりも広くしてもよい。
　ここで、例えば、導波路モジュール２６の形成時に、一段目の導波路２７において、導波路壁部２９とフィルタ構成部材２８とが同じ高さである場合、二段目の導波路壁部２９は、一段目の導波路壁部２９とフィルタ構成部材２８との両方で支えられる。しかしながら、例えば、一段目の導波路２７において、導波路壁部２９がフィルタ構成部材２８よりも高くなってしまった場合、二段目の導波路壁部２９は、一段目のフィルタ構成部材２８で支えられず、一段目の導波路２７のみで支えることになるので、倒れる可能性がある。これに対し、光電変換部２３側の段の導波路壁部２９の幅をマイクロレンズ３０側の段の導波路壁部２９の幅よりも広くする構成とすることで、導波路壁部２９間の接触面積を増大でき、導波路壁部２９が倒れ難くなるため導波路壁部２９を比較的容易に形成できる。
（６）また、第１の実施形態では、導波路壁部２９の各段のずれ量を同一とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、導波路壁部２９のずれ量が、複数段の導波路壁部２９のうちの、二段以上の導波路壁部２９間で互いに異なっている構成としてもよい。具体的には図１１に示すように、導波路壁部２９のずれ量を各段で互いに異ならせ、さらにマイクロレンズ３０側の段の導波路壁部２９のずれ量を、光電変換部２３側の段の導波路壁部２９のずれ量よりも大きくしてもよい。図１１では、ずれ量の大小関係は、三段目の導波路壁部２９と四段目の導波路壁部２９とのずれ量＞ニ段目の導波路壁部２９と三段目の導波路壁部２９とのずれ量＞一段目の導波路壁部２９とニ段目の導波路壁部２９とのずれ量の順となっている。
　ここで、マイクロレンズ３０で集光された入射光２２は、マイクロレンズ３０とフィルタ構成部材２８との界面で屈折するため、入射角よりも屈折角が小さくなる。入射光２２の屈折角は、マイクロレンズ３０の屈折率ｎ1とフィルタ構成部材２８の屈折率ｎ2との比率（ｎ2/ｎ1）が大きくなるほど図１１に示すように大幅に小さくなる。これに対し、マイクロレンズ３０側の段の導波路壁部２９のずれ量を、光電変換部２３側の段の導波路壁部２９のずれ量よりも大きくする構成とすることで、斜めに入射された入射光２２が導波路壁部２９のマイクロレンズ３０側（図１１の丸印３４の部分）にあたることを防止しつつ、マイクロレンズ３０で集光された光を各段の導波路壁部２９にあたらずに光電変換部２３まで進ませることができる。これにより、各画素９の感度をより向上できる。
　また、このような構成を採用する場合、図８に示すように、複数段の導波路壁部２９のそれぞれを光電変換部２３側の段の導波路壁部２９よりもマイクロレンズ３０側の段の導波路壁部２９の方が高さを低くする構成を組み合わせることで、マイクロレンズ３０側の段の導波路壁部２９のずれ量を増大し易く、導波路壁部２９を比較的容易に形成できる。
（７）また、第１の実施形態では、複数段の導波路壁部２９の全体の高さをカラーフィルタ３３の高さと同一とする例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、複数段の導波路壁部２９の全体の高さがカラーフィルタ３３の高さと異なっている構成としてもよい。具体的には、図１２に示すように、複数段の導波路壁部２９の全体の高さは、カラーフィルタ３３の高さよりも高くしてもよい。図１２では、五段目の導波路壁部２９の上端側が、カラーフィルタ３３から突き出し、マイクロレンズ３０間に位置している。
　ここで、例えば、複数段の導波路壁部２９の全体の高さをカラーフィルタ３３の高さよりも低くした場合、最上段の導波路壁部２９が倒れ難くなるため、導波路壁部２９を比較的容易に形成でき、プロセス難易度を低下できる。しかしながら、マイクロレンズ３０と導波路壁部２９との距離が長くなるため、マイクロレンズ３０で回折されて広がった入射光２２全てを導波路モジュール２６内に導くことができず、導波路効果が弱まる可能性がある。また、入射光２２の一部が隣接する画素９のカラーフィルタ３３を通るため、入射光２２が弱められ、各画素９の感度が低下する可能性がある。これに対し、複数段の導波路壁部２９の全体の高さをカラーフィルタ３３の高さよりも高くする構成とすることで、回折された入射光２２が広がる前に、回折された入射光２２全部を導波路モジュール２６内に導くことができ、導波路効果を強めることができる。また、入射光２２が隣接する画素９のカラーフィルタ３３を通らないため、各画素９の感度を向上できる。
〈２．第２の実施形態：電子機器への応用例〉
　本開示に係る技術（本技術）は、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置、撮像機能を備えた携帯電話機、又は、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用されてもよい。
　図１３は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る電子機器（例えば、カメラ）の概略的な構成の一例を示す図である。
　図１３に示すように、電子機器１００は、固体撮像装置１０１と、光学レンズ１０２と、シャッタ装置１０３と、駆動回路１０４と、信号処理回路１０５とを備えている。
　光学レンズ１０２は、被写体からの像光（入射光１０６）を固体撮像装置１０１の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置１０１内に一定期間にわたって信号電荷が蓄積される。シャッタ装置１０３は、固体撮像装置１０１への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路１０４は、固体撮像装置１０１の転送動作及びシャッタ装置１０３のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路１０４から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置１０１の信号転送を行なう。信号処理回路１０５は、固体撮像装置１０１から出力される信号（画素信号）に各種信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリ等の記憶媒体に記憶され、或いはモニタに出力される。
　なお、固体撮像装置１を適用できる電子機器１００としては、カメラに限られるものではなく、他の電子機器にも適用することができる。例えば、携帯電話機やタブレット端末等のモバイル機器向けカメラモジュール等の撮像装置に適用してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る電子機器の一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、固体撮像装置１０１に適用され得る。具体的には、図１の固体撮像装置１は、固体撮像装置１０１に適用できる。固体撮像装置１０１に本開示に係る技術を適用することにより、より良好な撮影画像を得ることができる。
　なお、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
　入射光を集光する複数のマイクロレンズと、
　集光された前記入射光が含む特定波長の光を透過する複数のカラーフィルタと、
　前記カラーフィルタを透過した特定波長の光が入射される複数の光電変換部と、
　前記カラーフィルタ間に配置され、前記カラーフィルタの周囲を囲む複数段の導波路壁部とを備え、
　複数段の前記導波路壁部それぞれは、瞳補正がされた位置に形成されている
　固体撮像装置。
（２）
　前記導波路壁部は、前記カラーフィルタよりも屈折率の低い低屈折材料を含む
　前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
　前記導波路壁部の高さは、複数段の前記導波路壁部のうちの、二段以上の前記導波路壁部間で互いに異なっている
　前記（１）又は（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
　前記光電変換部側の段の前記導波路壁部の高さよりも、前記マイクロレンズ側の段の前記導波路壁部の高さが低い
　前記（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
　前記カラーフィルタは、複数段のフィルタ構成部材を含み、
　前記フィルタ構成部材の材料は、複数段の前記フィルタ構成部材のうちの、二段以上の前記フィルタ構成部材間で互いに異なっている
　前記（１）から（４）の何れかに記載の固体撮像装置。
（６）
　最も前記マイクロレンズ側の段の前記カラーフィルタの材料の粘性よりも、他の段の前記カラーフィルタの材料の粘性が低い
　前記（５）に記載の固体撮像装置。
（７）
　前記導波路壁部の幅は、複数段の前記導波路壁部のうちの、二段以上の前記導波路壁部間で互いに異なっている
　前記（１）から（６）の何れかに記載の固体撮像装置。
　言い換えると、この（７）は、「基板２の裏面Ｓ３（受光面）に垂直な断面の、基板２の裏面Ｓ３（受光面）と平行な方向における、前記導波路壁部の幅は、複数段の前記導波路壁部のうちの、二段以上の前記導波路壁部間で互いに異なっている
　前記（１）から（６）の何れかに記載の固体撮像装置。」とも言える。
（８）
　前記マイクロレンズ側の段の前記導波路壁部の幅よりも、前記光電変換部側の段の前記導波路壁部の幅が広い
　前記（７）に記載の固体撮像装置。
（９）
　前記導波路壁部のずれ量は、複数段の前記導波路壁部のうちの、二段以上の前記導波路壁部間で互いに異なっている
　前記（１）から（８）の何れかに記載の固体撮像装置。
（１０）
　前記光電変換部側の段の前記導波路壁部のずれ量よりも、前記マイクロレンズ側の段の前記導波路壁部のずれ量が大きい
　前記（９）に記載の固体撮像装置。
（１１）
　複数段の前記導波路壁部の全体の高さは、前記カラーフィルタの高さと異なっている
　前記（１）から（１０）の何れかに記載の固体撮像装置。
（１２）
　複数段の前記導波路壁部の全体の高さは、前記カラーフィルタの高さよりも高い
　前記（１１）に記載の固体撮像装置。
（１３）
　前記光電変換部は、裏面照射型構造である
　前記（１）から（１２）の何れかに記載の固体撮像装置。
（１４）
　前記マイクロレンズの高さは、３００ｎｍ以下である
　前記（１）から（１３）の何れかに記載の固体撮像装置。
（１５）
　入射光を集光する複数のマイクロレンズと、集光された前記入射光が含む特定波長の光を透過する複数のカラーフィルタと、前記カラーフィルタを透過した特定波長の光が入射される複数の光電変換部と、前記カラーフィルタ間に配置され、前記カラーフィルタの周囲を囲む複数段の導波路壁部とを備え、複数段の前記導波路壁部それぞれは、瞳補正がされた位置に形成されている固体撮像装置と、
　被写体からの像光を前記固体撮像装置の撮像面上に結像させる光学レンズと、
　前記固体撮像装置から出力される信号に信号処理を行う信号処理回路とを備える
　電子機器。
　１…固体撮像装置、２…基板、３…画素領域、４…垂直駆動回路、５…カラム信号処理回路、６…水平駆動回路、７…出力回路、８…制御回路、９…画素、１０…画素駆動配線、１１…垂直信号線、１２…水平信号線、１３…絶縁膜、１４…遮光膜、１５…平坦化膜、１６…受光層、１７…カラーフィルタ層、１８…マイクロレンズアレイ、１９…集光層、２０…配線層、２１…支持基板、２２…入射光、２３…光電変換部、２４…画素分離部、２５…トレンチ部、２６…導波路モジュール、２７…導波路、２８…フィルタ構成部材、２９…導波路壁部、３０…マイクロレンズ、３１…層間絶縁膜、３２…配線、３３…カラーフィルタ、３４…丸印、１００…電子機器、１０１…固体撮像装置、１０２…光学レンズ、１０３…シャッタ装置、１０４…駆動回路、１０５…信号処理回路、１０６…入射光

Claims (15)

  1. 　入射光を集光する複数のマイクロレンズと、
    　集光された前記入射光が含む特定波長の光を透過する複数のカラーフィルタと、
    　前記カラーフィルタを透過した特定波長の光が入射される複数の光電変換部と、
    　前記カラーフィルタ間に配置され、前記カラーフィルタの周囲を囲む複数段の導波路壁部とを備え、
    　複数段の前記導波路壁部それぞれは、瞳補正がされた位置に形成されている
    　固体撮像装置。
  2. 　前記導波路壁部は、前記カラーフィルタよりも屈折率の低い低屈折材料を含む
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記導波路壁部の高さは、複数段の前記導波路壁部のうちの、二段以上の前記導波路壁部間で互いに異なっている
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記光電変換部側の段の前記導波路壁部の高さよりも、前記マイクロレンズ側の段の前記導波路壁部の高さが低い
    　請求項３に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記カラーフィルタは、複数段のフィルタ構成部材を含み、
    　前記フィルタ構成部材の材料は、複数段の前記フィルタ構成部材のうちの、二段以上の前記フィルタ構成部材間で互いに異なっている
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 　最も前記マイクロレンズ側の段の前記フィルタ構成部材の材料の粘性よりも、他の段の前記フィルタ構成部材の材料の粘性が低い
    　請求項５に記載の固体撮像装置。
  7. 　前記導波路壁部の幅は、複数段の前記導波路壁部のうちの、二段以上の前記導波路壁部間で互いに異なっている
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 　前記マイクロレンズ側の段の前記導波路壁部の幅よりも、前記光電変換部側の段の前記導波路壁部の幅が広い
    　請求項７に記載の固体撮像装置。
  9. 　前記導波路壁部のずれ量は、複数段の前記導波路壁部のうちの、二段以上の前記導波路壁部間で互いに異なっている
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 　前記光電変換部側の段の前記導波路壁部のずれ量よりも、前記マイクロレンズ側の段の前記導波路壁部のずれ量が大きい
    　請求項９に記載の固体撮像装置。
  11. 　複数段の前記導波路壁部の全体の高さは、前記カラーフィルタの高さと異なっている
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  12. 　複数段の前記導波路壁部の全体の高さは、前記カラーフィルタの高さよりも高い
    　請求項１１に記載の固体撮像装置。
  13. 　前記光電変換部は、裏面照射型構造である
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  14. 　前記マイクロレンズの高さは、３００ｎｍ以下である
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  15. 　入射光を集光する複数のマイクロレンズと、集光された前記入射光が含む特定波長の光を透過する複数のカラーフィルタと、前記カラーフィルタを透過した特定波長の光が入射される複数の光電変換部と、前記カラーフィルタ間に配置され、前記カラーフィルタの周囲を囲む複数段の導波路壁部とを備え、複数段の前記導波路壁部それぞれは、瞳補正がされた位置に形成されている固体撮像装置と、
    　被写体からの像光を前記固体撮像装置の撮像面上に結像させる光学レンズと、
    　前記固体撮像装置から出力される信号に信号処理を行う信号処理回路とを備える
    　電子機器。
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