特許 7172389 撮像素子、撮像装置、及び、撮像素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(54)【発明の名称】撮像素子、撮像装置、及び、撮像素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20221109BHJP

   H04N 5/369 20110101ALI20221109BHJP

   H01L 21/322 20060101ALI20221109BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 A

H04N5/369

H01L21/322 J

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2018185634

(22)【出願日】2018-09-28

(65)【公開番号】P2020057658

(43)【公開日】2020-04-09

【審査請求日】2021-08-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(72)【発明者】

【氏名】大河内 直紀

(72)【発明者】

【氏名】綱井 史郎

【審査官】柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０９１５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５１０３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３１１４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０９４７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３１１４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２４３９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３３５６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１６４９３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０１６７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００４－５１２６８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０４Ｎ ５／３６９

Ｈ０１Ｌ ２１／３２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射した光を光電変換して電荷を生成する第１光電変換素子を有し、前記第１光電変換素子で生成された電荷に基づく信号を出力する第１画素と、
入射した光を光電変換して電荷を生成する第２光電変換素子を有し、前記第２光電変換素子で生成された電荷に基づく信号を出力する第２画素と、
前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子の間に設けられ、少なくとも前記第１光電変換素子の結晶構造に歪みを生じさせる加圧部と、
を備える撮像素子。

【請求項2】

請求項１に記載の撮像素子において、
前記加圧部は、前記第１光電変換素子の格子定数よりも大きい格子定数を有し、前記第１光電変換素子の結晶構造に圧縮歪みを与える撮像素子。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の撮像素子において、
前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子の間に設けられ、前記第１光電変換素子を透過した光の少なくとも一部が前記第２光電変換素子に入射することを遮る遮光部を備える撮像素子。

【請求項4】

請求項３に記載の撮像素子において、
前記遮光部は、前記加圧部に接続して設けられる撮像素子。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記加圧部と前記第１光電変換素子の間に設けられるゲッタリング層を備える撮像素子。

【請求項6】

請求項５に記載の撮像素子において、
前記ゲッタリング層は、前記加圧部を覆うように設けられる撮像素子。

【請求項7】

請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１画素および前記第２画素は、電荷を蓄積する蓄積部と、前記第１光電変換素子または前記第２光電変換素子で生成された電荷を前記蓄積部に転送する転送部と、前記蓄積部に蓄積された電荷に基づく前記信号を出力する出力部とを、それぞれ有する撮像素子。

【請求項8】

請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記加圧部は、前記第１光電変換素子を囲んで設けられる撮像素子。

【請求項9】

請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記加圧部は、前記第１光電変換素子の内部にさらに設けられる撮像素子。

【請求項10】

請求項９に記載の撮像素子において、
前記加圧部は、前記第１光電変換素子の内部に、格子状に設けられる撮像素子。

【請求項11】

請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記第１画素の前記信号に基づいて画像データを生成する画像生成部と、
を備える撮像装置。

【請求項12】

第１画素の第１光電変換素子および第２画素の第２光電変換素子を形成することと、
前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子との間の画素分離領域上に、前記第１光電変換素子の格子定数よりも大きい格子定数を有する半導体を形成することと、
前記半導体を酸化させて、前記画素分離領域内に、少なくとも前記第１光電変換素子の結晶構造に歪みを生じさせる加圧部を形成することと、
を含む撮像素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像素子、撮像装置、及び、撮像素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

引っ張り構造を有し、形状がゲルマニウム突起構造化された光電変換層を用いて作製した受光素子が知られている（特許文献１）。従来から、長波長帯において、受光素子の感度を向上することが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－９１５７２号公報

【発明の概要】

【0004】

本発明の第１の態様によると、撮像素子は、入射した光を光電変換して電荷を生成する第１光電変換素子を有し、前記第１光電変換素子で生成された電荷に基づく信号を出力する第１画素と、入射した光を光電変換して電荷を生成する第２光電変換素子を有し、前記第２光電変換素子で生成された電荷に基づく信号を出力する第２画素と、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子の間に設けられ、少なくとも前記第１光電変換素子の結晶構造に歪みを生じさせる加圧部と、を備える。
本発明の第２の態様によると、撮像装置は、第１の態様による撮像素子と、前記第１画素の前記信号に基づいて画像データを生成する画像生成部と、を備える。
本発明の第３の態様によると、撮像素子の製造方法は、第１画素の第１光電変換素子および第２画素の第２光電変換素子を形成することと、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子との間の画素分離領域上に、前記第１光電変換素子の格子定数よりも大きい格子定数を有する半導体を形成することと、前記半導体を酸化させて、前記画素分離領域内に、少なくとも前記第１光電変換素子の結晶構造に歪みを生じさせる加圧部を形成することと、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】第１の実施の形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。

【図2】第１の実施の形態に係る撮像素子の画素の構成例を示す図である。

【図3】第１の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。

【図4】第１の実施の形態に係る撮像素子の一部の断面構造の一例を示す図である。

【図5】第１の実施の形態に係る光電変換素子の歪み量の一例を示す図である。

【図6】第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。

【図7】変形例１に係る撮像素子の一部の断面構造の一例を示す図である。

【図8】変形例２に係る撮像素子の画素の構成例を示す図である。

【図9】変形例２に係る撮像素子の一部の断面構造の一例を示す図である。

【図10】変形例３に係る撮像素子の一部の断面構造の一例を示す図である。

【図11】変形例４に係る撮像素子の一部の断面構造の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る撮像装置の一例であるカメラ１の構成例を示す図である。カメラ１は、撮影光学系（結像光学系）２、撮像素子３、制御部４、メモリ５、表示部６、及び操作部７を備える。撮影光学系２は、焦点調節レンズ（フォーカスレンズ）を含む複数のレンズ及び開口絞りを有し、撮像素子３に被写体像を結像する。なお、撮影光学系２は、カメラ１から着脱可能にしてもよい。

【0007】

撮像素子３は、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサである。撮像素子３は、撮影光学系２を通過した光束を受光して、被写体像を撮像する。撮像素子３には、光電変換素子（光電変換部）を有する複数の画素が二次元状（行方向及び列方向）に配置される。光電変換素子は、フォトダイオード（ＰＤ）によって構成される。撮像素子３は、受光した光を光電変換して信号を生成し、生成した信号を制御部４に出力する。

【0008】

メモリ５は、メモリカード等の記録媒体である。メモリ５には、画像データや制御プログラム等が記録される。メモリ５へのデータの書き込みや、メモリ５からのデータの読み出しは、制御部４によって制御される。表示部６は、画像データに基づく画像、シャッター速度や絞り値等の撮影に関する情報、及びメニュー画面等を表示する。操作部７は、レリーズボタン、電源スイッチなどの各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に応じた信号を制御部４へ出力する。

【0009】

制御部４は、ＣＰＵやＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等のプロセッサ、及びＲＯＭやＲＡＭ等によって構成され、制御プログラムに基づいてカメラ１の各部を制御する。制御部４は、撮像素子３を制御する信号を撮像素子３に供給して、撮像素子３の動作を制御する。制御部４は、静止画撮影や動画撮影を行う場合、表示部６に被写体のスルー画像（ライブビュー画像）を表示する場合に、撮像素子３に被写体像を撮像させて、画像生成に用いる信号（撮像信号）を出力させる。

【0010】

制御部４は、撮像素子３から出力される撮像信号に各種の画像処理を行って画像データを生成する。制御部４は、画像データを生成する画像生成部でもあり、撮像信号に基づいて静止画像データや動画像データを生成する。画像処理には、例えば、階調変換処理、色補間処理、輪郭強調処理等の公知の画像処理が含まれる。

【0011】

図２は、第１の実施の形態に係る撮像素子の画素の構成例を示す図である。撮像素子３では、被写体からの光を受光する画素１０が二次元状（行方向及び列方向）に配置される。図２に示す例は、３行３列の計９個の画素１０を図示している。なお、撮像素子３に配置される画素の数及び配置は、図示した例に限られない。撮像素子３には、例えば、数十万～数億、又はそれ以上の画素が設けられる。

【0012】

画素１０は、光電変換素子１１および加圧部（加圧素子）５２を有する。加圧部５２は、光電変換素子１１の格子定数よりも大きい格子定数を有する。加圧部５２は、光電変換素子１１の少なくとも一部を囲んで設けられ、図２の点線矢印で示すように光電変換素子１１の結晶構造に歪みを生じさせる。本実施の形態では、光電変換素子１１は、その周囲に配置された加圧部５２によって圧縮歪みが与えられる。これにより、光電変換素子１１のバンドギャップが小さく（狭く）なり、長波長（帯域）における光電変換素子１１の感度を向上することができる。

【0013】

また、撮像素子３には、図２に示すように、遮光部５０が格子状に配置される。遮光部５０は、光を遮光する金属材料により構成され、光電変換素子１１の四方を囲むように配置される。遮光部５０は、或る画素１０からその画素１０の近傍の画素１０へ漏れる光を制限（低減）する。撮像素子３の各画素１０は、撮像光学系２を介して入射した光を受光し、受光量に応じた信号を生成する。

【0014】

図３は、第１の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。図３は、撮像素子３に設けられた複数の画素１０のうちの一部の画素１０と、垂直制御部２５と、水平制御部２２とを示している。また、図３では、列方向（垂直方向）及び列方向に交差する行方向（水平方向）に配置される複数の画素１０のうち、列方向に配置された複数の画素列の２つの画素列の一部を示している。撮像素子３には、列方向、即ち垂直方向に並んだ複数の画素の列である画素列に対して、垂直信号線２０が設けられる。垂直信号線２０に対して不図示の電流源が設けられる。なお、他の画素列の構成も、図３の画素列の構成と同様である。

【0015】

画素１０は、光電変換素子１１と、転送部１２と、フローティングディフュージョン（ＦＤ）１３と、リセット部１４と、増幅部１５と、選択部１６とを有する。光電変換素子１１は、フォトダイオードＰＤであり、入射した光を電荷に変換し、光電変換された電荷を蓄積する。転送部１２は、信号ＴＧにより制御されるトランジスタＭ１から構成され、光電変換素子１１で光電変換された電荷をＦＤ１３に転送する。トランジスタＭ１は、転送トランジスタである。ＦＤ１３は、ＦＤ１３に転送された電荷を蓄積（保持）する。

【0016】

増幅部１５は、ＦＤ１３に蓄積された電荷による信号を増幅して出力する。増幅部１５は、ドレイン（端子）、ゲート（端子）、及びソース（端子）がそれぞれ、電源ＶＤＤ、ＦＤ１３、及び選択部１６に接続されるトランジスタＭ３により構成される。増幅部１５のソースは、選択部１６を介して垂直信号線２０に接続される。増幅部１５は、不図示の電流源を負荷電流源としてソースフォロワ回路の一部として機能する。トランジスタＭ３は、増幅トランジスタである。

【0017】

リセット部１４は、信号ＲＳＴにより制御されるトランジスタＭ２から構成され、ＦＤ１３に蓄積された電荷を排出し、ＦＤ１３の電圧（電位）をリセットする。トランジスタＭ２は、リセットトランジスタである。選択部１６は、信号ＳＥＬにより制御されるトランジスタＭ４から構成され、増幅部１５と垂直信号線２０とを電気的に接続又は切断する。選択部１６のトランジスタＭ４は、オン状態の場合に、増幅部１５からの信号を垂直信号線２０に出力する。トランジスタＭ４は、選択トランジスタである。増幅部１５と選択部１６とは、光電変換素子１１により生成された電荷に基づく信号を生成し出力する出力部を構成する。

【0018】

上述のように、光電変換素子１１で光電変換された電荷は、転送部１２によってＦＤ１３に転送される。ＦＤ１３に転送された電荷に応じた信号（画素信号）が、垂直信号線２０に出力される。画素１０から出力される画素信号は、光電変換素子１１によって光電変換された電荷に基づいて生成されるアナログ信号である。

【0019】

垂直制御部２５は、複数の画素列に対して共通に設けられる。垂直制御部２５は、信号ＴＧ（図３ではＴＧ１、ＴＧ２）、信号ＲＳＴ（図３ではＲＳＴ１、ＲＳＴ２）、信号ＳＥＬ（図３ではＳＥＬ１、ＳＥＬ２）を各画素に供給して、各画素の動作を制御する。垂直制御部２５は、画素の各トランジスタのゲートに信号を供給して、トランジスタをオン状態（接続状態、導通状態、短絡状態）又はオフ状態（切断状態、非導通状態、開放状態、遮断状態）とする。

【0020】

水平制御部２２は、アナログ／デジタル変換部（ＡＤ変換部）及び信号処理部を含んで構成され、各画素１０から垂直信号線２０を介して順次読み出されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された画素信号は、信号処理部によって相関二重サンプリングや信号量を補正する処理等の信号処理が施された後に、撮像信号としてカメラ１の制御部４に出力される。
以下では、本実施の形態による撮像素子３の画素１０の構成について、より詳しく説明する。

【0021】

図４は、第１の実施の形態に係る撮像素子の一部の断面構造の一例を示す図である。図４に示す撮像素子３は、裏面照射型の撮像素子である。図４は、撮像素子３に設けられた複数の画素１０のうちの３つの画素１０を示している。

【0022】

撮像素子２２は、第１基板１１０と、第１基板１１０に積層して設けられる配線層１１２と、第２基板１１４とを備える。第１基板１１０は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板により構成される。第２基板１１４は、半導体基板やガラス基板等により構成され、第１基板１１０の支持基板として機能する。配線層１１２は、導体膜（金属膜）及び絶縁膜を含む配線層であり、複数の配線やビア、層間絶縁膜などが配置される。導体膜には、銅、アルミニウム、タングステン等が用いられる。絶縁膜は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などで構成される。

【0023】

画素１０には、マイクロレンズ４０と、カラーフィルタ４２と、光電変換素子（ＰＤ）１１と、加圧部５２と、遮光部５０と、絶縁部５１とが設けられる。マイクロレンズ４０は、図４において上方から撮影光学系２を介して入射された光を集光する。画素１０には、例えばＩＲ（赤外光）、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｗ（白）等の異なる分光特性を有する複数のカラーフィルタ（色フィルタ）４２のいずれかが設けられる。画素１０は、配置されたカラーフィルタ４２によって異なる分光特性を有する。

【0024】

遮光部５０は、隣り合う光電変換素子１１の間に設けられ、光電変換素子１１を透過した光のうちの少なくとも一部が他の光電変換素子１１に入射することを遮る。絶縁部５１は、絶縁材料により構成される絶縁膜（絶縁層）であり、ＤＴＩ（Deep Trench Isolation）により構成される。絶縁部５１は、遮光部５０と同様に、光電変換素子１１の四方を囲むように配置される。絶縁部５１は、光電変換素子１１間を分離し、或る画素で光電変換により発生した電荷がその画素の近傍の画素に漏れ出ることを抑制する。このように、撮像素子３における隣接する画素１０の境界部において遮光部５０及び絶縁部５１が設けられる。このため、撮像素子３における互いに近傍の画素の間に生じる混色、即ちクロストークが生じることを抑えることができる。

【0025】

第１基板１１０に形成されるｎ領域４７及びｎ領域４８は、それぞれｎ型の不純物を用いて形成される。ｎ領域４８は、光電変換素子１１の一部として機能する。ｎ領域４７及びｎ領域４８は、上述した転送部１２のソース・ドレイン領域として機能する。また、ｎ領域４７は、上述したＦＤ１３の一部としても機能する。配線層１１２に形成される電極４９は、上述した転送部１２のゲート電極（転送ゲート）として機能する。なお、図４には図示されていないが、画素１０には、上述した増幅部１５や選択部１６等も配置される。

【0026】

加圧部５２は、光電変換素子１１の材料であるシリコン（Ｓｉ）の格子定数よりも大きい格子定数を有する材料により構成される。本実施の形態では、加圧部５２は、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）により構成される。図２及び図４に示すように、加圧部５２は、隣り合う光電変換素子１１の間において、光電変換素子１１の一部を覆うように設けられる。光電変換素子１１に接するように加圧部５２が設けられるため、光電変換素子１１では、光が入射する方向と交差する方向において圧縮歪みが加えられる。光電変換素子１１の格子定数が変化し、光電変換素子１１のバンドギャップが変化する。なお、加圧部５２を、他のゲルマニウム系材料やシリコン酸化膜等の酸化膜により構成してもよく、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）により構成してもよい。

【0027】

次に、加圧部５２によって光電変換素子１１に生じる歪み量の一例について説明する。Ｓｉの格子定数をＬ_Ｓｉ、Ｇｅの格子定数をＬ_Ｇｅ、Ｓｉ_１－ｘＧｅ_ｘの混晶比率をｘ、Ｓｉ_１－ｘＧｅ_ｘの格子定数をｃ、ＳｉＧｅからなる加圧部５２の幅をａ、加圧部５２に挟まれたＳｉからなる光電変換素子１１の幅をｂとすると（図４参照）、光電変換素子１１に発生する歪み量ε（単位は％）は、次式（１）で表される。
ε＝（ａ×（（ｃ－Ｌ_Ｓｉ）／Ｌ_Ｓｉ）／ｂ）×１００ …（１）

【0028】

上式（１）において、ｃ＝Ｌ_Ｓｉ×（１－ｘ）＋Ｌ_Ｇｅ×ｘである。また、Ｌ_Ｓｉ＝５．４３Å、Ｌ_Ｇｅ＝５．６５Åである。加圧部５２の幅ａ＝０．５μｍのときに、光電変換素子１１の幅ｂ＝０．８μｍ、２μｍ、５μｍのそれぞれの場合の歪み量εのｘ依存性について計算した結果を、図５に図示する。

【0029】

図５は、第１の実施の形態に係る光電変換素子の歪み量の一例を示す図である。図５において、例えば、ｘ＝０．５％の場合、ｂ＝０．８μｍ、２μｍ、５μｍのそれぞれの場合の歪み量εは、それぞれ１．２７％、０．５１％、０．２０％となる。Ｓｉ_１－ｘＧｅ_ｘの混晶比率ｘが大きいと、光電変換素子１１に生じる歪み量εが大きくなる。また、光電変換素子１１の幅ｂが小さいと、光電変換素子１１に生じる歪み量εが大きくなる。

【0030】

撮像素子３に形成する加圧部５２の幅ａ、光電変換素子１１の幅ｂ、加圧部５２を構成するＳｉＧｅの混晶比率ｘを調整することにより、光電変換素子１１に生じる歪み量εを制御することができる。歪み量εを調整して光電変換素子１１のバンドギャップを変化させることにより、光電変換素子１１が吸収可能な光の波長域を変化させることができる。また、加圧部５２の高さ（厚さ）を調整することにより、所望の高さの光電変換素子１１に対して歪みを加えることができる。例えば、加圧部５２の高さ（図４のｃの長さ）が高いほど、光電変換素子１１が吸収可能な光の波長域の長波長側での感度が高くなる。

【0031】

光電変換素子１１の結晶構造に歪みが無い場合、即ちε＝０％の場合、光電変換素子１１を構成するＳｉの｛１００｝面におけるバンドギャップＥｇは１．１１ｅＶである。この場合、バンドギャップＥｇ、プランク定数ｈ、及び光速ｃを用いて算出されるカットオフ波長λ（＝ｈ×ｃ／Ｅｇ）は、１１１７ｎｍとなる。これに対し、例えば、圧縮歪みの大きさε＝２．５％の場合、光電変換素子１１を構成するＳｉの｛１００｝面におけるバンドギャップＥｇは０．８ｅＶとなる。この場合、カットオフ波長λは、１５５０ｎｍとなる。

【0032】

加圧部５２として用いるＳｉＧｅは、Ｓｉよりもバンドギャップが小さく、Ｓｉが吸収する光の波長域よりも長い波長域の光を吸収する。このため、加圧部５２は、長波長域の光に対する遮光部としても機能し、周囲の領域に光が漏れることを抑制する。このように、ＳｉＧｅからなる加圧部５２の領域は、光電変換素子１１の結晶構造に歪みを生じさせる加圧部と、画素間を遮光する遮光部とに共用される。

【0033】

図４に示す例の場合、遮光部５０と加圧部５２とが接続して設けられる。撮像素子３では、光が入射する方向において、画素間の境界に遮光部５０と加圧部５２とが接して配置される。遮光部５０及び加圧部５２が連続して配置されるため、クロストークが生じることを抑制することができる。

【0034】

上述したように、本実施の形態に係る画素１０では、隣り合う光電変換素子１１の間に加圧部５２が設けられる。加圧部５２は、光電変換素子１１を構成する材料の格子定数よりも大きい格子定数を有する材料により構成され、光電変換素子１１の結晶構造に圧縮歪みを生じさせる。換言すると、図４に示す例において、左側の画素１０（第１画素１０）が有する光電変換素子１１（第１光電変換素子１１）と、中央の画素１０（第２画素１０）が有する光電変換素子１１（第２光電変換素子１１）の間に加圧部５２が設けられ、加圧部５２は、少なくとも第１光電変換素子１１の結晶構造に歪みを生じさせる。光電変換素子１１は、加圧部５２により圧縮歪みが加えられることにより、そのバンドギャップが小さくなり、長波長域における光の吸収が増加する。このため、圧縮歪みが生じた光電変換素子１１は、圧縮歪みが生じていない場合と比較して、より長い波長域の光を光電変換して電荷を生成することができる。このため、近赤外領域における感度が高い撮像素子３を実現することが可能となる。なお、図４に示す上記の例では、第１光電変換素子１１と、第２光電変換素子１１の間に設けられる加圧部５２は、第１光電変換素子１１だけでなく、第２光電変換素子１１の結晶構造にも歪みを生じさせてよい。すなわち、加圧部５２は、その両側に配置される光電変換素子１１に対して結晶構造に歪みを生じさせてよい。

【0035】

また、本実施の形態では、加圧部５２は、長波長域の光を吸収するＳｉＧｅにより構成され、隣り合う画素１０の境界部に設けられる。このため、漏光を低減することができ、各画素１０で生成される画素信号や各画素を制御するための信号（信号ＴＧや信号ＲＳＴ等）などに影響を与えることを回避することができる。

【0036】

図６は、第１の実施の形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。まず、図６（ａ）に示すように、第１基板１１０を準備し、第１基板１１０に光電変換素子１１、上述したＦＤ１３の領域４７、及びトランジスタ等の各種素子を形成する。なお、光電変換素子１１等の各種素子の形成には、一般的な半導体プロセスを用いることができるため、説明を省略する。

【0037】

次に、図６（ｂ）に示すように、光電変換素子１１間の領域である画素分離領域６１上に、半導体材料からなる膜（本実施の形態ではＳｉＧｅ膜）６２を選択的にエピタキシャル成長させる。そして、図６（ｃ）において、ＳｉＧｅ膜６２が形成された第１基板１１０に対して約９５０℃の酸化工程（酸化処理）を行う。この酸化工程を行うことによって、第１基板１１０内の酸素とＳｉＧｅ膜６２のＧｅとが置換され、第１基板１１０の画素分離領域６１内にＳｉＧｅからなる加圧部５２が形成される（酸化濃縮法）。光電変換素子１１の周囲に光電変換素子１１よりも大きな格子定数を有する加圧部５２が形成されることにより、光電変換素子１１に圧縮歪みが生じる。

【0038】

次に、図６（ｄ）に示すように、導体膜および絶縁膜を含む配線層１１２を形成する。配線層１１２には、複数の配線や配線間の絶縁膜を形成する。そして、図６（ｅ）に示すように、配線層１１２が設けられた第１基板１１０と第２基板１１４とを互いに対向するように配置して、第１基板１１０に配線層１１２を介して第２基板１１４を貼り合せる。図６（ｆ）において、第１基板１１０の配線層１１２が設けられていない側の一部を、バックグラインドによって除去して、第１基板１１０の厚みを薄くする。

【0039】

次に、図６（ｇ）において、第１基板１１０に絶縁部５１及び遮光部５０を形成する。そして、第１基板１１０にカラーフィルタ４２及びマイクロレンズ４０を順次形成する。以上のような製造方法によって、図４に示す撮像素子３を製造することができる。なお、図６に示す撮像素子の製造方法は、あくまでも一例であって、異なる製造方法を採用してもよい。種々の製造方法により撮像素子を製造することができる。

【0040】

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）撮像素子３は、入射した光を光電変換して電荷を生成する第１光電変換素子１１を有し、第１光電変換素子１１で生成された電荷に基づく信号を出力する第１画素１０と、入射した光を光電変換して電荷を生成する第２光電変換素子１１を有し、第２光電変換素子で生成された電荷に基づく信号を出力する第２画素１０と、第１光電変換素子１１と第２光電変換素子１１の間に設けられ、少なくとも第１光電変換素子の結晶構造に歪みを生じさせる加圧部５２と、を備える。本実施の形態では、隣り合う光電変換素子１１の間に加圧部５２が設けられ、光電変換素子１１の結晶構造に圧縮歪みを生じさせる。このため、光電変換素子１１のバンドギャップを小さくして、長波長帯における光電変換素子１１の感度を向上することができる。この結果、近赤外領域における感度が高い撮像素子３を実現することが可能となる。また、近赤外領域に感度を有する撮像素子３では、通常、ＩｎＧａＡｓ等の近赤外領域に感度を有する材料を光電変換素子に用いる必要があるが、本実施の形態では、Ｓｉ等の流通量の多い材料を光電変換素子に用いることができるため、安価な撮像素子３を製造することが可能である。

【0041】

（２）本実施の形態では、加圧部５２は、長波長域の光を吸収するＳｉＧｅにより構成され、画素間を遮光する遮光部としても機能する。このため、撮像素子３においてクロストークが生じることを抑制することができる。

【0042】

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

【0043】

（変形例１）
図７は、変形例１に係る撮像素子の一部の断面構造の一例を示す図である。図７に示すように、変形例に係る画素１０では、ゲッタリング層（ゲッタリング領域）５３が設けられる。ゲッタリング層５３は、加圧部５２と光電変換素子１１との間に配置される。図７に示す例では、ゲッタリング層５３は、加圧部５２を覆うように設けられる。また、図７に示す例では、加圧部５２の一部に置換して、ゲッタリング層５３が設けられるともいえる。

【0044】

一般的に、光電変換素子の結晶構造に歪みがあると、光電変換素子内に欠陥が生じるおそれがある。このため、本変形例では、第１基板１１０の光電変換素子１１の周辺部において、Ｃｕ等をイオン注入することによってゲッタリング層５３を形成する。そして、９００℃程度の熱処理を行うことによって、ゲッタリング層５３に欠陥を集中させて、光電変換素子１１内の欠陥を低減させることができる。このため、光電変換素子１１に欠陥が形成されて、暗電流が増加することを防ぐことができる。尚、ゲッタリング層５３を形成する不純物イオンはＣｕに限定されず、Ｃなど結晶構造中に欠陥を集中させるイオンであればよい。

【0045】

また、図７に示すように、光電変換素子１１と加圧部５２との間に、分離部５４を配置するようにしてもよい。分離部５４は、例えばｐ型の不純物を用いて形成されるｐ層（ｐ領域）であり、光電変換素子１１と加圧部５２とを電気的に分離する。このため、光電変換素子１１と加圧部５２との間で、電荷が漏れることを抑制して、画素１０により生成される画素信号にノイズが混入することを抑制することができる。なお、分離部５４は、ｎ型の不純物を用いて形成されるｎ層（ｎ領域）であってもよい。

【0046】

（変形例２）
上述した実施の形態では、光電変換素子１１を囲むように加圧部５２を設ける例について説明した。しかし、加圧部５２を、光電変換素子１１の内部に配置するようにしてもよい。図８は、変形例２に係る撮像素子の画素の構成例を示す図である。図９は、変形例２に係る撮像素子の一部の断面構造の一例を示す図である。図８及び図９に示す例では、加圧部５２は、光電変換素子１１の内部に、格子状に設けられる。加圧部５２に挟まれた光電変換素子１１の各領域は、それぞれ加圧部５２によって圧縮歪みが与えられる。このため、光電変換素子１１に与えられる圧縮応力を均一にすることが可能となる。光電変換素子１１の中央部の歪み量が小さくなって、バンドギャップ等の特性にバラツキが生じることを抑制することができる。

【0047】

（変形例３）
上述した実施の形態および変形例では、撮像素子３は、裏面照射型の構成とする例について説明した。しかし、撮像素子３を、図１０に示すように、光が入射する入射面側に配線層１１２を設ける表面照射型の構成としてもよい。図１０に示す例の場合も、光電変換素子１１を囲むように加圧部５２が配置される。これにより、光電変換素子１１の結晶構造に歪みを生じさせて、長波長域における光電変換素子１１の感度を向上させることが可能となる。

【0048】

（変形例４）
図１１は、変形例４に係る撮像素子の一部の断面構造の一例を示す図である。本変形例では、第１基板１１０には、光電変換素子７１と、分離部７２と、加圧部７３とが設けられる。分離部７２は、絶縁材料により構成され、光電変換素子７１間を分離する。

【0049】

加圧部７３は、光電変換素子７１を構成する材料の格子定数よりも大きい格子定数を有する材料により構成され、例えばＳｉＧｅ層である。光電変換素子７１は、例えばＳｉを用いて構成される。加圧部７３を構成するＳｉＧｅと光電変換素子７１を構成するＳｉとの格子定数が異なるために、加圧部７３上に光電変換素子７１が形成される際に、光電変換素子７１の格子定数が変化する。光電変換素子７１には、図７の点線矢印で示すように格子不整合による応力が生じる。これにより、光電変換素子７１のバンドギャップを変化させて、光電変換素子７１の長波長域における感度を向上させることが可能となる。

【0050】

（変形例５）
上述した実施の形態および変形例で説明した撮像素子を、複数の基板（例えば、複数の半導体基板）を積層して構成される積層センサ（積層型の撮像素子）に適用してもよい。図６（ｅ）に示す工程において、複数の画素１０が配置された第１基板１１０と、水平制御部２２が配置された第２基板１１４とを貼り合わせるようにしてもよい。２つの基板を接合する場合に、フュージョン接合を行ってもよいし、ハイブリッド接合を行ってもよい。なお、積層センサは３つ以上の基板を用いて構成してもよい。

【0051】

（変形例６）
上述の実施の形態及び変形例で説明した撮像素子及び撮像装置は、カメラ、スマートフォン、タブレット、ＰＣに内蔵のカメラ、車載カメラ、無人航空機（ドローン、ラジコン機等）に搭載されるカメラ等に適用されてもよい。なお、本発明を、赤外線や近赤外線の画像が用いられる産業用のカメラや医療用のカメラにも適用することができる。

【0052】

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0053】

１…撮像装置、３…撮像素子、４…制御部、１０…画素、１２…転送部、１３…蓄積部、５０…遮光部、５２…加圧部、５３…ゲッタリング層、６１…画素分離領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】