固态成像元件和电子装置制造方法及图纸

本公开涉及一种固态成像元件和电子装置，利用其可以改善对于具有长波长的光的灵敏度。根据本公开的第一方面的固态成像元件具有垂直地和水平地布置的多个像素，其中，固态成像元件在光吸收层的光接收侧及其对向侧设置有周期性地不均匀的图案，光吸收层是光检测元件。本公开可应用于安装在要求对属于例如红外光的高波长区域的光高灵敏度的传感器上的CMOS等。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及一种固态成像元件和电子装置，并且具体地涉及对于长波长侧(诸如，红外线区)的光的光接收灵敏度改善的固态成像元件和电子装置。
技术介绍
迄今为止，CMOS固态成像元件和CCD已称为二维固态成像元件，并且单晶硅(Si)通常用于执行光电转换的这些元件的光检测元件的光吸收层。Si是间接跃迁半导体并具有1.1eV的带隙，并且因此对大约1.1um(毫米)的可见光波长至近红外波长具有敏感度。然而，由于光吸收系数的波长依赖性，每单位厚度的光吸收效率随着波长变长而变小。例如，在其中Si层(作为光吸收层)的厚度为3um的固态成像元件的情况下，在650nm的波长处光吸收效率为大约60％至70％，然而，在900nm的波长处，光吸收效率仅为约10％至20％并且大部分光子传输通过Si层。因此，当试图获得对于红至红外线区中的光具有高灵敏度的固态成像元件时，增加Si层的厚度已知为有效的方法。然而，增加Si层的厚度具有高度的制造困难，诸如，为了获得期望杂质分布需要执行高能量植入，此外直接导致材料成本增大。此外，厚度与固态成像元件的像素大小的比例提高，并且导致Si层等中的Si块的颜色混合成分的量增加，因此，这是图像质量劣化的因素。此外，由于Si层的厚度增加引起晶体等的缺陷的量的增加是像素特性劣化(诸如，暗电流和白点的增加)的因素。在这点上，作为在不增加Si层的厚度的情况下获得对于长波长侧的光的高灵敏度的方法，提出了以下结构：在该结构中，通过在固态成像元件的像素的光接收面的对侧的表面上形成精细的、随机的凹凸结构抑制根据光干涉由标注具现象引起的光损耗(例如，参见专利文献1)。引用列表专利文献专利文献1：WO2010/110317A1
技术实现思路
技术问题在专利文献1的方法中，当其用于背向照射固态成像元件时，在与布置传输在固态成像元件等中检测到的电荷的像素晶体管的表面相同的表面上图案化凹凸结构，并且因此存在有害影响，诸如，晶面中的缺陷量增加和暗电流的增加。此外，抑制光接收面处的反射光的效果差，并且抑制从光接收面重新释放在光接收面的相对侧的表面处反射的光分量的效果差。鉴于这样的情况，提出了本公开，并且在没有增加Si层(光吸收层)的厚度的情况下改善固态成像元件对于长波长侧的光的灵敏度。技术方案根据本公开的方面的固态成像元件具有垂直地以及水平地布置的多个像素，固态成像元件包括作为光检测元件的光吸收层的光接收面和光接收面的对向表面上的周期性凹凸图案。光吸收层可以由单晶Si制成。可以至少在多个像素中对应于用于IR检测的像素的光吸收层的光接收面和光接收面的对向表面上形成凹凸图案。在光吸收层的光接收面的对向表面上形成的凹凸图案的周期可以无限小。在光吸收层的光接收面和光接收面的对向表面上形成的凹凸图案的周期可以根据待感测的波长而改变。凹凸图案可以一维方式周期性地形成或者以二维方式周期性地形成。其上形成有凹凸图案的光吸收层的光接收面和光接收面的对向表面的晶面可以是(100)平面，并且凹凸图案的壁表面的晶面可以是(111)平面。凹凸图案的周期可以是1um或更小。元件隔离结构件可以形成在与光吸收层的相邻像素的边界处。元件隔离结构件可以由具有低于光吸收层的折射率的折射率的材料制成。金属反射壁可以形成在元件隔离结构件中。根据本公开的第一方面的固态成像元件在光吸收层的下侧可以进一步包括反射镜结构。互连层还可以用作反射镜结构。根据本公开的第二方面的电子装置配备有垂直地以及水平地布置多个像素的固态成像元件。固态成像元件在光接收面和作为光检测元件的光吸收层的所述光接收面的对向表面上具有周期性凹凸图案。在本公开的第一方面和第二方面中，由于在光接收面和光接收面的对向表面上形成的周期性凹凸图案，已进入作为光检测元件的光吸收层的光可能被内部反射，并且因此光吸收层的有效光路长度增加，因此，光可以良好的效率得到吸收。有益效果根据本公开的第一方面和第二方面，可以良好的效率抑制可见光波长范围到电磁波范围直至近红外光的反射，并且此外可改善长波长侧的光的光吸收灵敏度。附图说明图1是示出了应用本公开的固态成像元件的配置的实例的截面图。图2是示出了应用本公开的固态成像元件的变形例1的截面图。图3是示出了应用本公开的固态成像元件的变形例2的截面图。图4是示出了应用本公开的固态成像元件的变形例3的截面图。图5是示出了应用本公开的固态成像元件的变形例4的截面图。图6是示出了应用本公开的固态成像元件的变形例5的截面图。图7是示出了应用本公开的固态成像元件的变形例6的截面图。图8是示出了应用本公开的固态成像元件的变形例7的截面图。图9是示出了应用本公开的固态成像元件的变形例8的截面图。图10是示出了应用本公开的固态成像元件的变形例9的截面图。图11是示出了凹凸图案的结构的实例的示图。图12是示出了其中使用凹凸图案的像素的实例的截面图。图13是示出了其中使用凹凸图案的像素的实例的截面图。图14是示出了其中使用凹凸图案的像素的实例的截面图。图15是示出了其中使用凹凸图案的像素的实例的截面图。图16是示出了其中使用凹凸图案的像素的实例的截面图。图17是示出了光吸收效率的模拟结果的示图。图18是描述凹凸图案的尺寸的限制的示图。图19是描述凹凸图案的形成过程的示图。图20是示出了应用本公开的电子装置的配置的实例的框图。具体实施方式在下文中，将参考附图详细地描述本公开的优选实施方式(在下文中，称为实施方式)。<固态成像元件的配置实例>图1是示出了作为本公开的实施方式的背面照射型固态成像元件10的配置实例的截面图。该图的上侧是光接收面(背面)，并且省略要布置在光接收面的上侧的滤色器、片上透镜等的示意图。在附图中，示出了一个像素的配置实例；在由背面照射型固态成像元件10形成的二维固态成像元件中，X×Y(X和Y是整数)相邻像素形成在一个芯片上，N×M(N<X，M<Y；例如，2×2)相邻像素构成一个单元，并且一个单元的每一个像素被配置为检测R、G、B、以及IR中任一个的波长的光(电磁波)。其同样适用于后续附图。在图1的配置实例中，周期性的(周期：P)、精细的凹凸图案12形成在Si层11(其是光吸收层)的光接收面(该附图的上侧的表面)上。相似地，周期性的(周期：P’)、精细的凹凸图案13形成在光接收面的相对侧的表面(附图中的下侧)上。凹凸图案12可充当对在从整个可见光波长范围到红外波长范围的宽范围内的光具有低反射率的优质抗反射膜。此外，通过使用周期性结构，Si的表面面积增大可保持有限。因此，可抑制由于半导体晶体的晶体缺陷引起的暗电流、随机噪声、白点量增加等。稍后描述凹凸图案12和13的配置、大小等。在图1的配置实例中，在与相邻像素的边界处(即，在Si层11的图中的横向侧)形成填充有对Si具有相对较低的折射率的介电材料(SiO2等)的元件隔离结构件14。在图1的情况下，元件隔离结构件14为棱柱状，并且通过从光接收面侧蚀刻形成。金属反射壁15放置在元件隔离结构件14中。在Si层11的下侧，经由绝缘膜16形成由Al、Cu、Ag、或它们的合金制成的反射镜结构17。作为反射镜结构17，可以使设置在Si层11的下侧的各种互连层具有作为反射镜结构17的功能，而不是为了反射入射光形成专用膜或层。在其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态成像元件，多个像素垂直地以及水平地布置在所述固态成像元件中，所述固态成像元件包括：周期性凹凸图案，在作为光检测元件的光吸收层的光接收面和所述光接收面的对向表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.11 JP 2014-1202051.一种固态成像元件，多个像素垂直地以及水平地布置在所述固态成像元件中，所述固态成像元件包括：周期性凹凸图案，在作为光检测元件的光吸收层的光接收面和所述光接收面的对向表面上。2.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，所述光吸收层由单晶Si制成。3.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中，至少在所述多个像素中与用于IR检测的像素对应的所述光吸收层的所述光接收面和所述光接收面的所述对向表面上形成所述凹凸图案。4.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中，在所述光吸收层的光接收面的对向表面上形成的凹凸图案的周期无限小。5.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中，在所述光吸收层的所述光接收面和所述光接收面的对向表面上形成的凹凸图案的周期根据待感测的波长而改变。6.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中，所述凹凸图案一维周期性地形成或者二维周期性地形成。7.根据权利要求2所述的固态成...

【专利技术属性】
技术研发人员：横川创造，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP