(57)【要約】【課題】撮像装置の画質を向上させるのに有利な技術を提供する。【解決手段】複数の画素が配された画素領域と、画素領域の周辺に位置する周辺領域と、を備える基板を含む撮像装置であって、撮像装置は、画素領域と周辺領域との間に、複数のトレンチが基板に設けられたトレンチ領域をさらに備え、複数のトレンチは、画素領域の外縁のうち第１辺と第１辺に対向する周辺領域との間に、第１辺に沿った第１方向に互いに離隔して配された複数の第１トレンチと、第１方向に互いに離隔して配された複数の第２トレンチと、を含み、複数の第１トレンチと複数の第２トレンチとは、第１方向に交差する第２方向に離隔して配され、基板の表面に対する正射影において、複数の第１トレンチおよび複数の第２トレンチに含まれるトレンチの何れとも重なることなく第１辺と第１辺に対向する周辺領域とを結ぶ直線経路が存在しない。【選択図】図３
2020031136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が配された画素領域と、前記画素領域の周辺に位置する周辺領域と、を備える基板を含む撮像装置であって、
前記撮像装置は、前記画素領域と前記周辺領域との間に、複数のトレンチが前記基板に設けられたトレンチ領域をさらに備え、
前記複数のトレンチは、前記画素領域の外縁のうち第１辺と前記第１辺に対向する前記周辺領域との間に、前記第１辺に沿った第１方向に互いに離隔して配された複数の第１トレンチと、前記第１方向に互いに離隔して配された複数の第２トレンチと、を含み、
前記複数の第１トレンチと前記複数の第２トレンチとは、前記第１方向に交差する第２方向に離隔して配され、
前記基板の表面に対する正射影において、前記複数の第１トレンチおよび前記複数の第２トレンチに含まれるトレンチの何れとも重なることなく前記第１辺と前記第１辺に対向する前記周辺領域とを結ぶ直線経路が存在しないことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記複数の第１トレンチは、前記第１方向に互いに隣り合う矩形状の第１１トレンチおよび第１２トレンチを含み、
前記複数の第２トレンチは、前記第１方向に互いに隣り合う矩形状の第２１トレンチおよび第２２トレンチを含み、
前記表面に対する正射影において、
前記第１１トレンチと前記第１２トレンチとのそれぞれにおける前記第１辺に最も近い点を結ぶ線と、前記第１１トレンチと前記第１２トレンチとのそれぞれにおける前記第１辺から最も遠い点を結ぶ線と、の中心を通る線のうち前記第１１トレンチと前記第１２トレンチとの間を２等分する点を第１点としたとき、
前記第２１トレンチは、前記第１点から前記第２方向に延在する線と重なる位置に配され、
前記第２１トレンチと前記第２２トレンチとのそれぞれにおける前記第１辺に最も近い点を結ぶ線と、前記第２１トレンチと前記第２２トレンチとのそれぞれにおける前記第１辺から最も遠い点を結ぶ線と、の中心を通る線のうち前記第２１トレンチと前記第２２トレンチとの間を２等分する点を第２点としたとき、
前記第１点と前記第２点とを通る直線が、前記第１１トレンチ、前記第１２トレンチ、前記第２１トレンチおよび前記第２２トレンチのうち少なくとも１つと重なることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記表面に対する正射影において、
前記複数の第１トレンチおよび前記複数の第２トレンチのそれぞれが、前記第１方向に沿った第１長さの長辺および前記第２方向に沿った第２長さの短辺を有する矩形状を備え、前記第１方向に同じピッチで配され、
前記複数の第１トレンチと前記複数の第２トレンチとが、前記第１方向に半ピッチずれて配されることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記表面に対する正射影において、
前記複数の第１トレンチおよび前記複数の第２トレンチのそれぞれが、第１長さの長辺および前記長辺に直交する第２長さの短辺を有する矩形状を備え、前記第１方向に同じピッチで配され、
前記複数の第１トレンチの前記長辺は、前記第１方向に対して傾きを有し、
前記複数の第２トレンチの前記長辺は、前記複数の第１トレンチの前記長辺と交差する方向に配され、
前記複数の第１トレンチと前記複数の第２トレンチとが、前記第１方向に半ピッチずれて配されることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の第１トレンチの前記長辺と前記複数の第２トレンチの前記長辺とが、互いに直交する方向に配されることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記表面に対する正射影において、前記複数の第１トレンチの前記長辺が、前記第１方向に対して４５°の傾きを有することを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記複数のトレンチは、前記第１方向に互いに離隔して配された複数の第３トレンチをさらに含み、
前記第２方向において、前記複数の第３トレンチは、前記複数の第１トレンチに対して前記複数の第２トレンチとは反対の側に、前記複数の第１トレンチと離隔して配され、
前記基板の前記第１方向に沿った断面に対する正射影において、前記複数の第３トレンチが、前記複数の第１トレンチとそれぞれ重なるように配されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記複数のトレンチは、前記第１方向に互いに離隔して配された複数の第４トレンチをさらに含み、
前記第２方向において、前記複数の第４トレンチは、前記複数の第２トレンチに対して前記複数の第１トレンチとは反対の側に、前記複数の第２トレンチと離隔して配され、
前記基板の前記第１方向に沿った断面に対する正射影において、前記複数の第２トレンチが、前記複数の第４トレンチとそれぞれ重なるように配されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記複数の画素のそれぞれは、光電変換素子と前記光電変換素子に蓄積された電荷を転送するためのトランジスタとを含み、
前記トランジスタが、前記基板のうち前記表面に配され、
前記複数のトレンチが、前記表面とは反対の側の裏面に配されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記表面に対する正射影において、
前記トレンチ領域の前記表面に、前記複数のトレンチとは別のトレンチが配され、
前記別のトレンチと前記複数のトレンチとが、互いに異なる場所に配されることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記基板の断面に対する正射影において、前記複数のトレンチが配される深さと前記別のトレンチが配される深さとが、重なっていることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記基板に対する正射影において、
前記トレンチ領域の前記表面に、前記複数のトレンチとは別のトレンチが配され、
前記別のトレンチが、前記複数のトレンチの何れかと接するように配されていることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記周辺領域にはコバルトシリサイド層またはニッケルシリサイド層を有するトランジスタが配されることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記第２方向において、前記複数の画素のうち最も前記トレンチ領域の側に配された画素と前記複数のトレンチのうち最も画素領域の側に配されたトレンチとが、２画素に相当する距離以上、離れていることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記複数のトレンチのそれぞれが、前記基板の中に底を有することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記複数のトレンチのそれぞれの深さが、前記基板の厚さの半分以上であることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記複数のトレンチは、前記画素領域の外縁のうち前記第１方向に沿った、前記第１辺とは反対の側の第２辺と前記第２辺に対向する前記周辺領域との間に、前記第１方向に互いに離隔して配された複数の第５トレンチと、前記第１方向に互いに離隔して配された複数の第６トレンチと、をさらに含み、
前記複数の第５トレンチと前記複数の第６トレンチとは、前記第１方向に離隔して配され、
前記表面に対する正射影において、前記複数の第５トレンチおよび前記複数の第６トレンチの何れとも重なることなく、前記第２辺と前記第２辺に対向する前記周辺領域とを結ぶ直線経路が存在しないことを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記複数のトレンチは、前記画素領域の外縁のうち前記第２方向に沿った第３辺と前記第３辺に対向する前記周辺領域との間に、前記第２方向に互いに離隔して配された複数の第７トレンチと、前記第２方向に互いに離隔して配された複数の第８トレンチと、をさらに含み、
前記複数の第７トレンチと前記複数の第８トレンチとは、前記第１方向に離隔して配され、
前記表面に対する正射影において、前記複数の第７トレンチおよび前記複数の第８トレンチの何れとも重なることなく、前記第３辺と前記第３辺に対向する前記周辺領域とを結ぶ直線経路が存在しないことを特徴とする請求項１乃至１７の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記複数のトレンチは、前記画素領域の外縁のうち前記第２方向に沿った、前記第３辺とは反対の側の第４辺と前記第４辺に対向する前記周辺領域との間に、前記第２方向に互いに離隔して配された複数の第９トレンチと、前記第２方向に互いに離隔して配された複数の第１０トレンチと、をさらに含み、
前記複数の第９トレンチと前記複数の第１０トレンチとは、前記第２方向に離隔して配され、
前記表面に対する正射影において、前記複数の第９トレンチおよび前記複数の第１０トレンチの何れともと重なることなく、前記第４辺と前記第４辺に対向する前記周辺領域とを結ぶ直線経路が存在しないことを特徴とする請求項１８に記載の撮像装置。
【請求項２０】
請求項１乃至１９の何れか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置によって得られた信号を処理する信号処理部と、を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置およびカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、画素間にトレンチ構造を設けた撮像装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２４３３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
撮像装置において、画素領域の周辺領域から画素領域に不純物が拡散するとノイズの発生原因となり、得られる画像の画質が低下する可能性がある。したがって、高画質な画像を取得するためには、周辺領域から画素領域への不純物の拡散を抑制する必要がある。
【０００５】
本発明は、撮像装置の画質を向上させるのに有利な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る撮像装置は、複数の画素が配された画素領域と、画素領域の周辺に位置する周辺領域と、を備える基板を含む撮像装置であって、撮像装置は、画素領域と周辺領域との間に、複数のトレンチが基板に設けられたトレンチ領域をさらに備え、複数のトレンチは、画素領域の外縁のうち第１辺と第１辺に対向する周辺領域との間に、第１辺に沿った第１方向に互いに離隔して配された複数の第１トレンチと、第１方向に互いに離隔して配された複数の第２トレンチと、を含み、複数の第１トレンチと複数の第２トレンチとは、第１方向に交差する第２方向に離隔して配され、基板の表面に対する正射影において、複数の第１トレンチおよび複数の第２トレンチに含まれるトレンチの何れとも重なることなく第１辺と第１辺に対向する周辺領域とを結ぶ直線経路が存在しないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、撮像装置の画質を向上させるのに有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の平面図。
【図２】図１の撮像装置の断面図。
【図３】図２の撮像装置のトレンチ領域の平面図。
【図４】図３のトレンチ領域のトレンチの配置を示す図。
【図５】図２の撮像装置の製造方法を示す図。
【図６】図１の撮像装置の断面図。
【図７】図６の撮像装置の製造方法を示す図。
【図８】図３のトレンチ領域の変形例を示す平面図。
【図９】図３のトレンチ領域の変形例を示す平面図。
【図１０】図３のトレンチ領域の変形例を示す平面図。
【図１１】図６の断面図の変形例を示す図。
【図１２】図１の断面図の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
【００１０】
第１の実施形態
図１〜５（ｅ）を参照して、本発明の実施形態による撮像装置の構造および製造方法について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置１の構造を示す平面図である。図１には、１チップ分の撮像装置１が示されている。撮像装置１は、複数の画素が配された画素領域２と、画素領域２の周辺に位置する周辺領域３と、を備える基板を含む。周辺領域３には、画素領域２から信号を読み出すための回路などが配されうる。本実施形態において、撮像装置１は、画素領域２と周辺領域３との間に複数のトレンチが基板に設けられたトレンチ領域４をさらに備える。
【００１１】
図２は、図１のＡ−Ｂ間の断面図であり、画素領域２、周辺領域３および画素領域２と周辺領域３との間のトレンチ領域４の断面構造が示されている。基板１００は、例えばシリコンなどの半導体基板が用いられる。基板１００の表面１００ａのうち画素領域２には、１つ１つの画素ごとに１つの光電変換素子１０１が配される。また、基板１００の表面１００ａには、光電変換素子１０１に蓄積された電荷を転送するためのトランジスタなどが配される。光電変換素子１０１やトランジスタは、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造などを用いて、それぞれ素子分離されうる。基板１００の表面１００ａは、構造体１０２によって覆われている。構造体１０２には、配線パターンや層間絶縁膜、パシベーション膜（ＰＶ膜）などが配されうる。基板１００は、構造体１０２を介して、支持基板１０３に支持される。
【００１２】
基板１００の表面１００ａとは反対の側の裏面１００ｂには、周辺領域３から画素領域２への不純物の拡散を抑制するための複数のトレンチ１０９が設けられている。それぞれのトレンチ１０９の内部は、空隙であってもよいし、絶縁物、金属、金属酸化物、金属窒化物のうち少なくとも１つが埋め込まれていてもよい。トレンチ１０９に埋め込まれる金属、金属酸化物、金属窒化物に用いられる金属材料は、シリコンなどを用いた基板１００内を拡散する拡散係数が小さいタングステンなどが用いられる。また、金属材料に、チタンやタンタル、アルミニウムなどが用いられてもよい。本実施形態において、金属酸化物と窒化シリコンとが、トレンチ１０９内に配されている。図２に示されるように、複数のトレンチ１０９のそれぞれが、基板１００の中に底を有していてもよい。換言すると、トレンチ１０９は、基板１００を貫通していなくてもよい。トレンチ１０９が、基板１００を貫通していない場合であっても、周辺領域３から画素領域２への基板１００の内部を通過する不純物の拡散を抑制できる。また、図２に示されるように、複数のトレンチ１０９のそれぞれの深さが、基板１００の厚さの半分以上であってもよい。例えば、トレンチ１０９の深さは、基板１００の表面１００ａに設けられるＳＴＩ構造のトレンチの深さよりも深くてもよい。
【００１３】
基板１００の裏面１００ｂは、トレンチ１０９内に配された金属酸化物・窒化シリコン層１０４によって覆われている。金属酸化物・窒化シリコン層１０４のうち周辺領域３とトレンチ領域４との上には、遮光層１０５が配されている。画素領域２の金属酸化物・窒化シリコン層１０４および遮光層１０５の上には、絶縁層１０６が配されている。絶縁層１０６には、例えば酸化シリコンが用いられる。絶縁層１０６は、単層構造であってもよいし、複数の種類の絶縁膜を含む積層構造であってもよい。また、絶縁層１０６内に、画素ごとに基板１００の裏面１００ｂと直交する方向に形成された遮光壁が設けられていてもよい。また、絶縁層１０６内に、画素ごとにインナーレンズなどの導光路が設けられていてもよい。絶縁層１０６の上には、カラーフィルタ１０７が配され、カラーフィルタ１０７の上には、マイクロレンズ１０８が配される。図２に示されるように、本実施形態の撮像装置１は、所謂、裏面照射型の撮像装置である。
【００１４】
図３は、トレンチ領域４に設けられるトレンチの配置を詳細に説明するための図である。図３には、図１の撮像装置１の矩形状の画素領域２の外縁のうちｙ方向（第１方向）に沿った辺１１１付近の拡大図が示されている。複数のトレンチ１０９は、辺１１１と辺１１１に対向する周辺領域３との間に、辺１１１に沿ったｙ方向に互いに離隔して配された複数のトレンチ１０９ａ（第１トレンチ）と、ｙ方向に互いに離隔して配された複数のトレンチ１０９ｂ（第２トレンチ）とを含む。本実施形態において、トレンチ１０９のそれぞれは、ｙ方向に沿った長さ１μｍの長辺およびｙ方向に交差（直交）するｘ方向（第２方向）に沿った長さ０．２５μｍの短辺を有する矩形状を備える。また、それぞれのトレンチ１０９は、ｘ方向に同じピッチで配される。互いに隣接する２つのトレンチの間は、０．３μｍ離れて配されている。また、複数のトレンチ１０９ａと複数のトレンチ１０９ｂとは、ｙ方向と交差するｘ方向に２．５μｍ離隔して配される。複数のトレンチ１０９ａと複数のトレンチ１０９ｂとは、図３に示されるように、ｙ方向に半ピッチずれて配される。また、図３に示される構成において、複数のトレンチ１０９ａおよび複数のトレンチ１０９ｂの組み合わせが、ｘ方向に合計１０列配されている。しかしながら、これに限られることはなく、９列以下であってもよいし、１１列以上であってもよい。少なくとも複数のトレンチ１０９ａと複数のトレンチ１０９ｂとが、１列ずつ配されればよい。
【００１５】
図４は、さらに詳細にトレンチ１０９ａおよびトレンチ１０９ｂの配置を示したものである。ここでは、図４を用いて、基板１００の表面１００ａに対する正射影におけるトレンチ１０９ａおよびトレンチ１０９ｂの関係について説明を行う。複数のトレンチ１０９ａは、ｙ方向に互いに隣り合う矩形状のトレンチ１０９ａ１（第１１トレンチ）およびトレンチ１０９ａ２（第１２トレンチ）を含む。また、複数のトレンチ１０９ｂは、ｙ方向に互いに隣り合う矩形状のトレンチ１０９ｂ１（第２１トレンチ）およびトレンチ１０９ｂ２（第２２トレンチ）を含む。
【００１６】
図４に示されるように、トレンチ１０９ａ１とトレンチ１０９ａ２との辺１１１に最も近い点を結ぶ線を線１１２ｎとする。また、トレンチ１０９ａ１とトレンチ１０９ａ２との辺１１１から最も遠い点を結ぶ線を線１１２ｆとする。この線１１２ｎと線１１２ｆとの中心を通る線を線１１２ｃとしたとき、線１１２ｃのうちトレンチ１０９ａ１とトレンチ１０９ａ２との間を２等分する点を中間点１１５（第１点）とする。
【００１７】
このとき、トレンチ１０９ｂ１は、図４に示されるように、中間点１１５からｘ方向に延在する線１１４と重なる位置に配される。さらに、トレンチ１０９ａ１、１０９ａ２の関係と同様に、基板１００の表面１００ａに対する正射影において、トレンチ１０９ｂ１とトレンチ１０９ｂ２との辺１１１に最も近い点を結ぶ線を線１１６ｎとする。また、トレンチ１０９ｂ１とトレンチ１０９ｂ２との辺１１１から最も遠い点を結ぶ線を線１１６ｆとする。この線１１６ｎと線１１６ｆとの中心を通る線を線１１６ｃとしたとき、線１１６ｃのうちトレンチ１０９ｂ１とトレンチ１０９ｂ２との間を２等分する点を中間点１１９（第２点）とする。
【００１８】
このとき、中間点１１５と中間点１１９とを通る直線１２０が、トレンチ１０９ａ１、トレンチ１０９ａ２、トレンチ１０９ｂ１およびトレンチ１０９ｂ２のうち少なくとも１つと重なるように、トレンチ１０９ａ、１０９ｂが配される。つまり、複数のトレンチ１０９ａおよび複数のトレンチ１０９ｂに含まれるトレンチの何れとも重なることなく、辺１１１と辺１１１に対向する周辺領域３とを結ぶ直線経路が存在しないように、それぞれのトレンチ１０９ａ、１０９ｂが配される。本実施形態において、上述の大きさおよび間隔でトレンチ１０９ａ、１０９ｂを配した場合、図４に示されるように、直線１２０は、その経路上において、トレンチ１０９ａ１、１０９ａ２、１０９ｂ１、１０９ｂ２のすべてと重なる。
【００１９】
例えば、周辺領域３の回路を形成する際に、周辺領域３の基板１００の内部に不純物が取り込まれてしまう可能性がある。また、後述するように基板１００の裏面１００ｂを化学機械研磨（ＣＭＰ）法などを用いて薄化する際や、撮像装置１を個片化するためにダイシングする際に、撮像装置１の基板１００の裏面１００ｂの側などに不純物が付着しうる。これらの不純物が周辺領域３から画素領域２に拡散し、ノイズの原因となる可能性がある。また、周辺領域３においてコバルトやニッケルなどの、シリコンを用いた基板１００内における拡散係数が酸素よりも大きい金属材料が用いられている場合、これらの材料が画素領域２に拡散すると、白キズが発生してしまう可能性がある。このような金属材料は、周辺領域３に配されたトランジスタに設けられるシリサイド層（コバルトシリサイド層やニッケルシリサイド層など）に由来しうる。辺１１１と辺１１１に対向する周辺領域３とを結ぶ直線経路上に、複数のトレンチ１０９のうち何れかが必ず配されることによって、周辺領域３から画素領域２への不純物の拡散を抑制し、白キズなどの発生を抑制することができる。結果として、撮像装置１を用いて取得した画像の画質が向上する。
【００２０】
また、ｘ方向において、複数の画素のうち最もトレンチ領域４の側に配された画素と複数のトレンチ１０９のうち最も画素領域２の側に配されたトレンチとが、２画素に相当する距離以上、離れていてもよい。基板１００に素子分離に用いるＳＴＩ構造よりも深いトレンチ１０９を形成することによって、基板１００に局所的な応力が発生する可能性がある。画素領域２とトレンチ１０９との間に所定の距離を保つことによって、局所的な応力が緩和され、ノイズを抑制することができる。一方で、ｘ方向に複数列に並ぶトレンチ１０９は、例えば、トレンチ１０９が変形することによって、回路構成が異なる画素領域２と周辺領域３との間で発生する応力を緩和しうる。結果として、画素領域２において、周辺領域３に起因する応力によるノイズの発生を抑制できる。また、画素領域２と周辺領域３とで、それぞれ応力に関する設計の自由度が高まり、それぞれの領域に適した応力設計をすることが可能となる。
【００２１】
ここで、画素の大きさ（距離）は、互いに隣り合う画素の光電変換素子１０１間のピッチから１画素の大きさを求めることができる。例えば、基板１００の表面１００ａに対する正射影において、互いに隣り合う画素の光電変換素子１０１のそれぞれ幾何学的重心の間の距離が、１つの画素の大きさでありうる。互いに隣り合う画素の光電変換素子１０１のそれぞれ幾何学的重心を結ぶ線の中間点を通るｘ方向およびｙ方向の線が、それぞれの画素の外縁となりうる。また、画素領域２の外縁とは、最も外側に配された画素の外縁でありうる。画素領域２の外縁に配される画素は、光を受光する画素であってもよいし、遮光層１０５によって覆われた遮光画素（オプティカルブラック画素）であってもよい。また、画素の大きさは、基板１００に配されたそれぞれの画素の上に形成されたマイクロレンズ１０８から求めてもよい。１つ１つのマイクロレンズ１０８の大きさが、１つ１つの画素の大きさに相当しうる。
【００２２】
本実施形態において、トレンチ１０９は、それぞれ同じ大きさ、同じ形状のトレンチを用いたが、これに限られることはなく、例えば、トレンチ１０９ａとトレンチ１０９ｂとで、形状や大きさが異なっていてもよい。また、例えば、トレンチ１０９ａやトレンチ１０９ｂの中で、異なる形状や異なる大きさのトレンチが含まれていてもよい。トレンチ１０９の何れとも重なることなく、辺１１１と辺１１１に対向する周辺領域３とを結ぶ直線経路が存在しなければよい。
【００２３】
また、ここでは、画素領域２のうち辺１１１に注目して、トレンチ１０９の配置について説明したが、トレンチ領域４は、画素領域２の外縁のうち１つの辺にだけ形成されてもよいし、２つ以上の辺に形成されてもよい。トレンチ領域４が、画素領域２の外縁をすべて取り囲んでいてもよい。例えば、複数のトレンチ１０９は、画素領域２の外縁のうちｙ方向に沿った、辺１１１とは反対の側の辺と当該辺に対向する周辺領域３との間に配された、ｘ方向に互いに離隔する少なくとも２列のトレンチを含みうる。また、例えば、複数のトレンチ１０９は、画素領域２の外縁のうちｘ方向に沿った辺と当該辺に対向する周辺領域３との間に配された、ｙ方向に互いに離隔する少なくとも２列のトレンチを含みうる。また、複数のトレンチ１０９は、画素領域２の外縁のうちｘ方向に沿った２辺とそれぞれの辺に対向する周辺領域３との間に配された、ｙ方向に互いに離隔する少なくとも２列のトレンチをそれぞれ含んでいてもよい。いずれの場合であっても、トレンチ１０９の何れとも重なることなく、画素領域２の外縁の辺と当該辺に対向する周辺領域３とを結ぶ直線経路が存在しなければよい。
【００２４】
次いで、図５（ａ）〜５（ｅ）を用いて、本実施形態の撮像装置１の製造方法について説明する。まず、図５（ａ）に示されるように、基板１００の表面１００ａのうち画素領域２となる領域に、光電変換素子１０１や光電変換素子１０１に蓄積された電荷を転送するためのトランジスタなどを形成する。光電変換素子１０１に蓄積された電荷を転送するためのトランジスタは、光電変換素子１０１と１つの列または行に配された複数の画素で共有される読出用信号線との間に配されうる。また、光電変換素子１０１などの形成と並行して、基板１００の表面１００ａのうち周辺領域３となる領域に、画素領域から信号を読み出すための回路などが形成されてもよい。光電変換素子１０１の形成後、図５（ｂ）に示されるように、配線パターンや層間絶縁膜、ＰＶ膜などを含む構造体１０２を形成する。光電変換素子１０１や構造体１０２などは、公知の半導体プロセスを用いて製造することができる。例えば、表面照射型の撮像装置と同様のプロセスを用いて、光電変換素子１０１や構造体１０２が製造されてもよい。
【００２５】
構造体１０２の形成後、図５（ｃ）に示されるように、構造体１０２の表面と支持基板１０３とを貼り合わせる。本実施形態において、構造体１０２と支持基板１０３との結合は、それぞれの表面をプラズマ照射することによって活性化させ結合する所謂、常温接合法を用いた。しかしながら、これに限られることはなく、例えば接着性を有する結合部材などを介して、構造体１０２と支持基板１０３とが結合されてもよい。また、本実施形態において、支持基板１０３としてシリコン基板上に酸化シリコンを形成した基板を用いたが、これに限られることはない。例えば、支持基板１０３として、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）やメモリなどの機能が搭載されている基板が用いられてもよい。
【００２６】
基板１００を支持基板１０３と結合させた後、基板１００の光電変換素子１０１が形成された表面１００ａとは反対の側の裏面１００ｂの側を研磨し、図５（ｄ）に示されるように、基板１００を薄化する。薄化後の基板１００の厚さは、例えば、１〜１０μｍ程度であってもよい。本実施形態において、基板１００を約３μｍの厚さに薄化した。基板１００の薄化はグラインダ装置、ウェットエッチング装置、ＣＭＰ装置などを用いて行われてもよい。本実施形態において、グラインダ装置とＣＭＰ装置とを用いてシリコンの基板１００を薄化した。
【００２７】
基板１００を薄化した後、図５（ｅ）に示されるように、基板１００の裏面１００ｂに上述した形状のトレンチ１０９を形成した。トレンチ１０９のうち最も画素領域２に近い側に配されるトレンチは、画素領域２の外縁の辺１１１から２画素分離れた位置に形成した。トレンチ１０９を形成は、まず、フォトレジストをパターニングしマスクパターンを形成する。次いで、ボッシュプロセスに対応したドライエッチング装置を用いて、マスクパターンの開口を介して基板１００のエッチングを行った。本実施形態において、シリコンの基板１００をエッチングするガスとして、ＳＦ６を用いた。
【００２８】
トレンチ１０９を形成した後、本実施形態において、原子層堆積（ＡＬＤ）成膜装置を用いて金属酸化物層を形成し、次いでＣＶＤ装置を用いて窒化シリコン層を形成し、トレンチ１０９の埋め込みを行った。その後、遮光層１０５を形成するための材料を基板１００の裏面１００ｂを覆うように成膜し、画素領域２が開口するように遮光層１０５の材料をエッチングすることによって遮光層１０５を形成した。次いで、本実施形態において、絶縁層１０６として酸化シリコンを形成した。上述のように、絶縁層１０６に遮光壁やインナーレンズを形成してもよい。絶縁層１０６の上に、カラーフィルタ１０７およびマイクロレンズ１０８を形成することによって、図１〜３に示される撮像装置１が形成される。
【００２９】
以上のように、画素領域２と周辺領域３との間に、トレンチ領域４を設けることによって、周辺領域３から画素領域２に不純物が拡散することを抑制できる。また、周辺領域３に起因する応力が、画素領域２に配されたそれぞれの画素に影響を及ぼすことを抑制できる。これによって、撮像装置１によって得られる画像の画質を向上させることができる。
【００３０】
第２の実施形態
図６〜７（ｃ）を参照して、本発明の実施形態による撮像装置１’の構造について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態における撮像装置１’の断面図であり、画素領域２、周辺領域３および画素領域２と周辺領域３との間のトレンチ領域４の断面構造が示されている。本実施形態において、撮像装置１’は、表面照射型の撮像装置である。トレンチ１０９が、基板１００の光電変換素子１０１や光電変換素子１０１に蓄積された電荷を転送するためのトランジスタなどが配された表面１００ａに設けられる。また、基板１００の表面１００ａを覆うように、構造体１０２が配され、構造体１０２の上にカラーフィルタ１０７およびマイクロレンズ１０８が配される。これ以外の、トレンチ１０９の構造や配置、構造体１０２などの構成などは、上述の第１の実施形態と同様であってもよいため、ここでは、相違点を主に説明し、同様の構成は説明を省略する。
【００３１】
次いで、図７（ａ）〜７（ｃ）を用いて、本実施形態の撮像装置１’の製造方法について説明する。まず、図７（ａ）に示されるように、基板１００の表面１００ａのうち画素領域２となる領域に、光電変換素子１０１や光電変換素子１０１に蓄積された電荷を転送するためのトランジスタなどを形成する。このとき、基板１００の表面１００ａのうち周辺領域３となる領域には、画素領域から信号を読み出すための回路などが同時に形成されてもよい。
【００３２】
光電変換素子１０１の形成後、図７（ｂ）に示されるように、基板１００の表面１００ａに上述の第１の実施形態と同様の形状および配置のトレンチ１０９を形成した。トレンチ１０９を形成は、まず、フォトレジストをパターニングしマスクパターンを形成し、ボッシュプロセスに対応したドライエッチング装置を用いて、マスクパターンの開口を介して基板１００のエッチングを行った。本実施形態において、シリコンの基板１００をエッチングするガスとして、ＳＦ６を用いた。トレンチ１０９の深さは、画素領域２や周辺領域３に素子分離のために設けられるＳＴＩ構造のトレンチの深さよりも、深く形成されうる。
【００３３】
次いで、図７（ｃ）に示されるように、配線パターンや層間絶縁膜、ＰＶ膜などを含む構造体１０２を形成する。また、構造体１０２は、トレンチ１０９を埋め込むための金属酸化物層や窒化シリコン層を含んでいてもよい。次いで、カラーフィルタ１０７およびマイクロレンズ１０８を形成することによって、図６に示される撮像装置１’が形成される。
【００３４】
以上のように、画素領域２と周辺領域３との間に、トレンチ領域４を設けることによって、表面照射型の撮像装置１’においても、上述の裏面照射型の撮像装置１と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態において、上述の撮像装置１と比較して、周辺領域３の基板１００の表面１００ａ付近に存在する不純物が画素領域２に拡散することをより抑制することができる。
【００３５】
第３の実施形態
図８〜１０を参照して、基板１００の表面１００ａに対する正射影におけるトレンチ領域４のトレンチ１０９の配置の変形例について説明する。トレンチ１０９の配置のほかは、上述の撮像装置１や撮像装置１’と同様であってもよいため、ここでは、相違点を主に説明し、同様の構成は説明を省略する。
【００３６】
上述の第１の実施形態および第２の実施形態において、複数のトレンチ１０９ａと複数のトレンチ１０９ｂとが、ｘ方向に繰り返し順番に配される例を示した。しかしながら、トレンチ１０９の配置はこれに限られることはない。複数のトレンチ１０９は、図８に示されるように、ｙ方向に互いに離隔して配された複数のトレンチ１０９ｃ（第３トレンチ）をさらに含んでいてもよい。ｘ方向において、複数のトレンチ１０９ｃは、複数のトレンチ１０９ａに対して複数のトレンチ１０９ｂとは反対の側に、トレンチ１０９ａと離隔して配される。このとき、基板１００のｙ方向に沿った断面に対する正射影において、複数のトレンチ１０９ｃが、複数のトレンチ１０９ａレンチとそれぞれ重なるように配される。図８に示されるように、トレンチ１０９ａをトレンチ１０９ｂとは逆の方向に平行移動させたトレンチ１０９ｃとトレンチ１０９ａとトレンチ１０９ｃとが、ｘ方向に繰り返し順番に配されていてもよい。
【００３７】
また、複数のトレンチ１０９は、図９に示されるように、ｙ方向に互いに離隔して配された複数のトレンチ１０９ｄ（第４トレンチ）をさらに含んでいてもよい。ｘ方向において、複数のトレンチ１０９ｄは、複数のトレンチ１０９ｂに対して複数のトレンチ１０９ａとは反対の側に、トレンチ１０９ｂと離隔して配される。このとき、基板１００のｙ方向に沿った断面に対する正射影において、複数のトレンチ１０９ｂが、複数のトレンチ１０９ｄレンチとそれぞれ重なるように配される。図９に示されるように、トレンチ１０９ｃとトレンチ１０９ａとトレンチ１０９ｃとトレンチ１０９ｂをトレンチ１０９ａとは逆の方向に平行移動させたトレンチ１０９ｄとが、ｘ方向に繰り返し順番に配されていてもよい。
【００３８】
さらに、トレンチ１０９は、ｘ方向およびｙ方向に沿った矩形状を有する必要はない。複数のトレンチ１０９ａおよび複数のトレンチ１０９ｂのそれぞれが、例えば、長さ１μｍの長辺および長辺に直交する長さ０．２５μｍの短辺を有する矩形状を備え、ｙ方向に同じピッチで配される。このとき、図１０に示されるように、トレンチ１０９ａの長辺は、ｙ方向に対して傾きを有し、トレンチ１０９ｂの長辺は、トレンチ１０９ａの長辺と交差する方向に配されていてもよい。このとき、互いに隣接するトレンチ１０９ａの２つのトレンチおよび互いに隣接するトレンチ１０９ｂの２つのトレンチの長辺同士の間隔は０．３μｍであってもよい。また、図１０に示されるように、複数のトレンチ１０９ａと複数のトレンチ１０９ｂとが、ｙ方向に半ピッチずれて配される。複数のトレンチ１０９ａの長辺と複数のトレンチ１０９ｂの長辺とが、互いに直交する方向に配されていてもよい。また、複数のトレンチ１０９ａの長辺が、ｙ方向に対して４５°の傾きを有していてもよい。このとき、複数のトレンチ１０９ｂの長辺が、ｙ方向に対して−４５°の傾きを有していてもよい。図１０に示される構成においても、複数のトレンチ１０９ａおよび複数のトレンチ１０９ｂに含まれるトレンチの何れとも重なることなく、辺１１１と辺１１１に対向する周辺領域３とを結ぶ直線経路が存在しない。つまり、図１０に示される構成によっても、上述の図３に示されるトレンチ１０９ａ、１０９ｂの配置と同様の効果を得ることができる。また、図１０に示される配置においても、ｘ方向において、複数の画素のうち最もトレンチ領域４の側に配された画素と複数のトレンチ１０９のうち最も画素領域２の側に配されたトレンチとが、２画素に相当する距離以上、離れていてもよい。
【００３９】
第４の実施形態
図１１、１２を参照して、基板１００の断面に対する正射影におけるトレンチ領域４のトレンチ１０９の配置の変形例について説明する。複数のトレンチ１０９とは別のトレンチ１２２が配されるほかは、上述の撮像装置１と同様であってもよいため、ここでは、相違点を主に説明し、同様の構成は説明を省略する。
【００４０】
図１１に示されるように、基板１００の裏面１００ｂに配されたトレンチ１０９とは別に、基板１００のトレンチ領域４の表面１００ａにトレンチ１２２が配されてもよい。トレンチ１２２は、例えば、基板１００の画素領域２や周辺領域３においてＳＴＩ構造の素子分離構造を形成する際に、同時に形成してもよい。このため、トレンチ１２２は、トレンチ１０９よりも浅いトレンチでありうる。図１１に示されるように、基板１００の表面１００ａに対する正射影において、トレンチ１２２とトレンチ１０９とが、互いに異なる場所に配されていてもよい。また、図１１に示されるように、トレンチ１０９が基板１００内に配される深さと、トレンチ１２２が基板１００内に配される深さとが、重なっていてもよい。トレンチ１０９とトレンチ１２２とが配される深さが互いに重なることによって、周辺領域３から画素領域２への不純物の拡散をより抑制できる。
【００４１】
また、図１２に示されるように、基板１００の表面１００ａに対する正射影において、トレンチ１０９とトレンチ１２２とが、互いに重なる位置に配されてもよい。このとき、図１２に示されるように、トレンチ１２２が、複数のトレンチ１０９の何れかと接するように配されていてもよい。また、複数のトレンチ１０９のそれぞれに対応するように、トレンチ１２２が配されていてもよい。例えば、トレンチ１０９とトレンチ１２２との数が同じ数であってもよい。トレンチ１０９とトレンチ１２２とが互いに接することによって、周辺領域３から画素領域２への不純物の拡散をより抑制できる。
【００４２】
以上、本発明に係る実施形態を示したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。
【００４３】
以下、上記の各実施形態に係る撮像装置の応用例として、該撮像装置が組み込まれたカメラについて例示的に説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。カメラは、上述の実施形態として例示された本発明に係る撮像装置と、該撮像装置から出力される信号に基づく情報を処理する信号処理部とを含む。該信号処理部は、画像データであるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。該プロセッサは、撮像装置の焦点検出機能を有する画素からの信号に基づいてデフォーカス量を計算し、これに基づいて撮像レンズの焦点調節を制御するための処理を行いうる。上記画像データを生成するＡ／Ｄ変換器は、撮像装置が備えることができる他、撮像装置とは別に設けることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１，１’：撮像装置、２：画素領域、３：周辺領域、４：トレンチ領域、１００：基板、１００ａ：表面、１０９：トレンチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020031136.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020031136.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020031136.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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