(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】2022-11-25
(45)【発行日】2022-12-05
(54)【発明の名称】光電変換装置および機器
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20221128BHJP
H04N 5/369 20110101ALI20221128BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 A
H04N5/369
H01L27/146 D
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2018170835
(22)【出願日】2018-09-12
(65)【公開番号】P2020043265
(43)【公開日】2020-03-19
【審査請求日】2021-09-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100126240
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 琢磨
(74)【代理人】
【識別番号】100124442
【弁理士】
【氏名又は名称】黒岩 創吾
(72)【発明者】
【氏名】田中 芳栄
(72)【発明者】
【氏名】廣田 克範
(72)【発明者】
【氏名】大貫 裕介
(72)【発明者】
【氏名】丹下 勉
(72)【発明者】
【氏名】荻野 拓海
【審査官】脇水 佳弘
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００４７３６３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１７０２１６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－２１２３５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１７５４９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１２０９５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１３９９８８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２７／１４６
Ｈ０４Ｎ ５／３６９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の光電変換部を有する半導体層を備え、前記半導体層が前記複数の光電変換部の各々の受光面を成す主面を有する光電変換装置であって、前記複数の光電変換部に含まれる、第１光電変換部、第２光電変換部、第３光電変換部および第４光電変換部が、前記第１光電変換部と前記第４光電変換部との間に前記第２光電変換部と前記第３光電変換部とが位置するように並んでおり、
前記半導体層は、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に位置する第１溝と、前記第２光電変換部と前記第３光電変換部との間に位置する第２溝と、前記第３光電変換部と前記第４光電変換部との間に位置する第３溝と、を有し、前記第１溝、前記第２溝、前記第３溝の各々は、前記主面に連続しており、
前記主面の上には、シリコン酸化物膜、シリコン窒化物膜およびシリコン炭化物膜のいずれかであるシリコン化合物膜と、前記シリコン化合物膜と前記半導体層との間に位置する金属化合物膜と、が設けられており、
前記第１溝および前記第３溝の中には、前記シリコン化合物膜と前記金属化合物膜とが延在しており、
前記第２溝の中には、前記金属化合物膜が延在しており、
前記第２溝の底から前記シリコン化合物膜までの距離をＨｂ、前記主面から前記シリコン化合物膜までの距離をＨｄ、前記第１溝の幅をＷａ、前記第２溝の幅をＷｂとして、Ｈｄ＜ＨｂおよびＷａ－２×Ｈｄ＞Ｗｂを満たすことを特徴とする光電変換装置。
【請求項2】
前記第１溝の深さをＤａ、前記第２溝の深さをＤｂとして、Ｄａ＞ＷａおよびＤｂ＞Ｗｂを満たす、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項3】
Ｄａ－Ｄｂ＞Ｈｄを満たす、請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項4】
Ｄｂ＜Ｈｂを満たす、請求項２または３に記載の光電変換装置。
【請求項5】
前記第１溝と前記第２溝との間の距離をＰａ、前記第２溝と前記第３溝との間の距離をＰｂとして、Ｄｂ＜Ｐａ＋Ｐｂを満たす、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項6】
Ｄｂ＜Ｄａを満たす、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項7】
Ｄａ／Ｗａ＜Ｄｂ／Ｗｂを満たす、請求項２乃至６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項8】
Ｗａ＞２×Ｗｂを満たす、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項9】
前記主面の上における前記金属化合物膜の厚さをＴｍ、前記主面の上における前記シリコン化合物膜の厚さをＴｓとして、Ｔｍ＜ＷａおよびＴｓ＜Ｗａを満たす、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項10】
Ｔｍ＜Ｔｓを満たす、請求項９に記載の光電変換装置。
【請求項11】
Ｗｂ≦２×Ｔｍ＜Ｗａを満たす、請求項９または１０に記載の光電変換装置。
【請求項12】
２×Ｔｍ＜Ｗａ－Ｗｂを満たす、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項13】
２×Ｔｍ＋２×Ｔｓ＜Ｗａを満たす、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項14】
前記シリコン化合物膜はシリコン酸化物膜であり、前記金属化合物膜は、第１金属酸化物層と、前記第１金属酸化物層と前記半導体層との間に位置する第２金属酸化物層との複層膜である、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項15】
前記第１金属酸化物層は酸化タンタル層、酸化チタン層または酸化ジルコニウム層である、請求項１４に記載の光電変換装置。
【請求項16】
前記第２金属酸化物層は酸化アルミニウム層または酸化ハフニウム層である、請求項１４または１５に記載の光電変換装置。
【請求項17】
前記第２金属酸化物層の厚さは前記第１金属酸化物層の厚さよりも小さい、請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項18】
前記主面の上には複数のレンズを含むレンズアレイが設けられており、前記複数のレンズのうちの１つのレンズが、前記第２光電変換部と前記第３光電変換部との上に配されている、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項19】
前記レンズアレイと前記半導体層との間には、複数のレンズを含む別のレンズアレイが設けられている、請求項１８に記載の光電変換装置。
【請求項20】
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光電変換装置を備える機器であって、前記光電変換装置に対応付けられた光学系、
前記光電変換装置を制御する制御装置、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、
前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、および、
前記光電変換装置で得られた情報に基づいて前記光電変換装置を移動させる機械装置、
の少なくともいずれかを更に備えることを特徴とする機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光電変換部の間の分離部に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、センシング領域の中央付近に設けたトレンチ（１４０、１１４０）の中に、固定電荷膜（１６０、１１６０）と反射防止膜（１７０、１１７０）とを配置したイメージセンサーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２１９０４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の技術では、光がトレンチ（１４０、１１４０）によって損失し、十分な感度が得られないという課題がある。本発明は、感度を向上した光電変換装置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】
【0005】
上記課題を解決するための手段のひとつの観点は、複数の光電変換部を有する半導体層を備え、前記半導体層が前記複数の光電変換部の各々の受光面を成す主面を有する光電変換装置であって、前記複数の光電変換部に含まれる、第１光電変換部、第２光電変換部、第３光電変換部および第４光電変換部が、前記第１光電変換部と前記第４光電変換部との間に前記第２光電変換部と前記第３光電変換部とが位置するように並んでおり、前記半導体層は、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部との間に位置する第１溝と、前記第２光電変換部と前記第３光電変換部との間に位置する第２溝と、前記第３光電変換部と前記第４光電変換部との間に位置する第３溝と、を有し、前記第１溝、前記第２溝、前記第３溝の各々は、前記主面に連続しており、前記主面の上には、シリコン酸化物膜、シリコン窒化物膜およびシリコン炭化物膜のいずれかであるシリコン化合物膜と、前記シリコン化合物膜と前記半導体層との間に位置する金属化合物膜と、が設けられており、前記第１溝および前記第３溝の中には、前記シリコン化合物膜と前記金属化合物膜とが延在しており、前記第２溝の中には、前記金属化合物膜が延在しており、前記第２溝の底から前記シリコン化合物膜までの距離をＨｂ、前記主面から前記シリコン化合物膜までの距離をＨｄ、前記第１溝の幅をＷａ、前記第２溝の幅をＷｂとして、Ｈｄ＜ＨｂおよびＷａ－２×Ｈｄ＞Ｗｂを満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、光電変換装置の感度を向上するうえで有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】光電変換装置を説明するための断面模式図。
【図2】光電変換装置を説明するための断面模式図。
【図3】光電変換装置を説明するための断面模式図。
【図4】光電変換装置の製造方法を説明するための断面模式図。
【図5】光電変換装置の製造方法を説明するための断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。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。なお、同様の名称で異なる符号を付した構成については、適宜、第１構成、第２構成、第３構成などと、「第○」をつけて区別してよい。
【0009】
図１は光電変換装置９３０の光電変換エリア（撮像エリア）の断面図である。光電変換装置９３０は、複数の光電変換部１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６を有する半導体層１００を備える。半導体層１００は、例えば１～１０μｍ、好ましくは２～５μｍの厚さを有する単結晶シリコン層である。半導体層１００が複数の光電変換部１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６の各々の受光面を成す裏面１００１を有する。複数の光電変換部１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６の各々はフォトダイオードでありうる。裏面１００１は半導体層１００の２つの主面の一方であり、半導体層１００は、半導体層１００の２つの主面の他方である表面１００２を有する。表面１００２にはゲート電極４００を含むトランジスタが設けられており、表面１００２の上には複数の配線層４１０、４２０と層間絶縁膜４３０とで構成された配線構造４４０が設けられている。ゲート電極４００を含むトランジスタには、転送トランジスタ、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタなどが含まれ、これらのトランジスタによって画素回路が構成される。
【0010】
複数の光電変換部に含まれる、光電変換部１０１、光電変換部１０２、光電変換部１０３および光電変換部１０４は、光電変換部１０１と光電変換部１０４との間に光電変換部１０２と光電変換部１０３とが位置するように並んでいる。
【0011】
光電変換装置９３０は、分離部１１０と、分離部１２０と、分離部１３０と、分離部１４０と、分離部１５０と、分離部１６０と、分離部１７０と、を有する。
【0012】
分離部１１０は光電変換部１０１と光電変換部１０２との間に位置し、分離部１２０は光電変換部１０２と光電変換部１０３との間に位置する。分離部１３０は光電変換部１０３と光電変換部１０４との間に位置し、分離部１４０は光電変換部１０４と光電変換部１０５との間に位置する。分離部１５０は光電変換部１０１と光電変換部１０６との間に位置する。分離部１６０は光電変換部１０６と周辺領域との間に位置し、分離部１７０は光電変換部１０５と周辺領域との間に位置する。
【0013】
図２は図１で示した光電変換装置９３０のうち、分離部１１０、分離部１２０および分離部１３０を含む部分の拡大図である。以下、図１と図２を相互に参照して説明する。なお、分離部１４０、１５０の構成は分離部１２０と同じであってよく、分離部１６０、１７０の構成は分離部１１０、１３０の構成と同じであってよいので、これらの説明を省略する。
【0014】
半導体層１００は裏面１００１に連続する溝を有し、分離部１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０の各々はこの溝の中に設けられている。分離部１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０の各々が設けられた溝の側面と裏面１００１が連続する。
【0015】
図２に示すように、分離部１１０は溝１１１の中に設けられており、分離部１２０は溝１２１の中に設けられており、分離部１３０は溝１３１の中に設けられている。溝１１１、１２１、１３１はそれぞれ、裏面１００１から表面１００２に向かって延びる。表面１００２の上には、トランジスタのゲート絶縁膜や、層間絶縁膜４３０などである絶縁膜４５０が設けられている。
【0016】
光電変換部１０１と光電変換部１０２との間に位置する分離部１１０を構成する溝１１１は、光電変換部１０１と光電変換部１０２との間に位置する。
【0017】
光電変換部１０２と光電変換部１０３との間に位置する分離部１２０を構成する溝１２１は、光電変換部１０２と光電変換部１０３との間に位置との間に位置する。
【0018】
光電変換部１０３と光電変換部１０４との間に位置する分離部１３０を構成する溝１２１は光電変換部１０３と光電変換部１０４との間に位置する。
【0019】
光電変換部１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６の受光面の上には、シリコン酸化物膜、シリコン窒化物膜およびシリコン炭化物膜のいずれかであるシリコン化合物膜３００が設けられている。シリコン化合物膜３００の組成はＳｉＯｘＮｙＣｚと表現できる。ここで、ｘ、ｙ、ｚのうちのいずれかは０よりも大きく、ｘ、ｙ、ｚのうちの０よりも大きくないもの以外は０でもよいし、０でなくてもよい。シリコン化合物膜はＳｉ（珪素）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）、Ｃ（炭素）の他に、Ｈ（水素）、Ｂ（硼素）、Ｆ（弗素）、Ｐ（リン）、Ｃｌ（塩素）、Ａｒ（アルゴン）などを含むことができる。ｘ＞０かつｘ≧ｙ≧０かつｘ≧ｚ≧０の場合にシリコン化合物膜３００はシリコン酸化物膜である。ｙ＞０かつｙ≧ｘ≧０かつｙ≧ｚ≧０の場合にシリコン化合物膜３００はシリコン窒化物膜である。ｚ＞０かつｚ≧ｘ≧０かつｚ≧ｙ≧０の場合にシリコン化合物膜３００はシリコン炭化物膜である。例えば、ＳｉＯＮ膜はＯとＮの多寡に応じてシリコン酸化物膜またはシリコン窒化物膜に分類できる。
【0020】
さらに、光電変換部１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６の受光面の上には、シリコン化合物膜３００と半導体層１００との間に位置する金属化合物膜２００が設けられている。
【0021】
図１に示すように、分離部１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０は、金属化合物膜２００およびシリコン化合物膜３００の少なくとも一方で構成されている。図２に示すように、溝１１１の中には、シリコン化合物膜３００と金属化合物膜２００とが延在して、シリコン化合物膜３００と金属化合物膜２００とが分離部１２０を構成している。溝１２１の中には、金属化合物膜２００が延在して、金属化合物膜２００が分離部１２０を構成している。溝１３１の中には、シリコン化合物膜３００と金属化合物膜２００とが延在して、シリコン化合物膜３００と金属化合物膜２００とが分離部１３０を構成している。図１において、分離部１６０、１７０をシリコン化合物膜３００および金属化合物膜２００の両方で構成することができるし、分離部１４０、１５０を金属化合物膜２００のみで構成することもできる。あるいは、分離部１６０、１７０と分離部１４０、１５０の一方を金属化合物膜２００のみ、あるいは、シリコン化合物膜３００のみで構成することもできる。
【0022】
裏面１００１の上には複数のマイクロレンズ８７１、８７２、８７３を含むマイクロレンズアレイが設けられている。複数のマイクロレンズ８７１、８７２、８７３のうちの１つのマイクロレンズ８７１が、光電変換部１０１と光電変換部１０６との上に配されている。複数のマイクロレンズ８７１、８７２、８７３のうちの１つのマイクロレンズ８７２が、光電変換部１０２と光電変換部１０３との上に配されている。複数のマイクロレンズ８７１、８７２、８７３のうちの１つのマイクロレンズ８７３が、光電変換部１０４と光電変換部１０５との上に配されている。複数のマイクロレンズ８７１、８７２、８７３の各々は、例えば樹脂からなる。
【0023】
複数のマイクロレンズ８７１、８７２、８７３を含むマイクロレンズアレイと半導体層１００との間には、複数の層内レンズ８３１、８３２、８３３を含む別の層内レンズアレイが設けられている。複数の層内レンズ８３１、８３２、８３３の各々は、例えば、窒化シリコン膜などの誘電体膜８２０に設けられる。本例の層内レンズ８３１、８３２、８３３は上凸レンズであるが、下凸レンズでも両凸レンズでもよい。
【0024】
層内レンズ８３１、８３２、８３３とシリコン化合物膜３００との間には酸化シリコン膜などの絶縁体膜８１０が設けられる。層内レンズ８３１、８３２、８３３とマイクロレンズ８７１、８７２、８７３との間には酸化シリコン膜などの絶縁体膜８４０が設けられる。絶縁体膜８４０と窒化シリコンからなる層内レンズ８３１、８３２、８３３との屈折率差によって、層内レンズ８３１、８３２、８３３による集光が行われる。層内レンズ８３１、８３２、８３３とマイクロレンズ８７１、８７２、８７３との間には、カラーフィルタ８６１、８６２、８６３を含むカラーフィルタアレイが設けられている。例えば、カラーフィルタ８６１は赤色フィルタ、カラーフィルタ８６１は緑色フィルタ、カラーフィルタ８６３は青色フィルタである。カラーフィルタ８６１、８６２、８６３と層内レンズ８３１、８３２、８３３との間、および／または、カラーフィルタ８６１、８６２、８６３とマイクロレンズ８７１、８７２、８７３との間には、平坦化膜８５０が設けられる。平坦化膜８５０は、例えば樹脂からなる。
【0025】
酸化シリコン膜などの絶縁体膜８１０とシリコン化合物膜３００との間には遮光部材７１０が設けられている。遮光部材７１０は分離部１１０、１３０、１６０、１７０に重なるように配置されうる。遮光部材７１０は分離部１２０、１４０、１５０に重ならないように配置されうる。遮光部材７１０の上には遮光壁７２０が設けられている。遮光壁７２０は絶縁体膜８１０、誘電体膜８２０および絶縁体膜８４０の少なくとも１つを貫通するように設けられうる。遮光壁７２０は層内レンズ８３１、８３２、８３３を囲むように配置されうる。
【0026】
一つの画素の光学的な構造は、主に、マイクロレンズ８７２とカラーフィルタ８６２と層内レンズ８３２と光電変換部１０２と光電変換部１０３によって定義される。ただし、マイクロレンズ８７２とカラーフィルタ８６２と層内レンズ８３２のうちのいくつかは省略可能である。このように、１つの画素に複数の光電変換部１０２、１０３を設けた画素構造により焦点検出（オートフォーカス）や測距、ダイナミックレンジの拡大、画素信号の符号化などが可能となる。分離部１２０は画素内の分離を、分離部１１０と分離部１３０は画素間の分離を行う。ここでいう分離は光学的な分離と電気的な分離の少なくとも一方である。画素内に位置する分離部１２０には、必要十分な分離性能の提供と、分離部１２０の存在による光の損失などに起因する問題の低減と、の両立が求められる。
【0027】
半導体層１００には半導体基板６００が積層されている。半導体基板６００の表面にはゲート電極５００を含むトランジスタが設けられている。半導体基板６００の表面の上（半導体基板６００と配線構造４４０との間）には、配線構造５４０が設けられている。配線構造５４０は複数の配線層５１０、５２０と層間絶縁膜５３０とで構成されている。ゲート電極５００を含むトランジスタは、光電変換部を含む画素回路を駆動するための駆動回路や、光電変換装置９３０の制御を行う制御回路を構成する。また、ゲート電極５００を含むトランジスタは、画素回路から得られたアナログ信号をアナログデジタル（ＡＤ）変換するＡＤ変換回路を構成する。また、ゲート電極５００を含むトランジスタは、ＡＤ変換によって得られたデジタル信号を処理するデジタル信号処理回路を構成する。配線構造４４０と配線構造５４０との電気的な接続は、配線層の直接接合による配線や、半導体層１００を貫通する貫通ビアによってなされる。配線構造４４０と配線構造５４０との電気的な接続は、配線構造４４０と配線構造５４０との間のバンプによってなされてもよいし、ワイヤボンディングによってなされてもよい。半導体基板６００を単なる支持基板として用いる場合には、ゲート電極５００を含むトランジスタや配線構造５４０を省略することができる。
【0028】
以下、分離部１１０、１２０、１３０の構成を、図２を用いて詳細に説明する。図２には溝１１１、１３１の底の位置を位置Ｂａ、Ｂｃで示し、溝１２１の底の位置を位置Ｂｄで示している。裏面１００１から位置Ｂａまでの距離が溝１１１の深さＤａであり、裏面１００１から位置Ｂｂまでの距離が溝１２１の深さＤｂであり、裏面１００１から位置Ｂｃまでの距離が溝１３１の深さＤｃである。本例では溝１２１は溝１１１、１３１よりも浅く、Ｄｂ＜Ｄａ、Ｄｂ＜Ｄｃを満たしており、これが形態に好適であるが、Ｄａ≦Ｄｂ、Ｄａ≦Ｄｂでも構わない。深さＤａ、Ｄｃは、例えば、１～５μｍである。深さＤｂは、例えば、１～３μｍである。なお、溝１１１、１２１、１３１のいずれかは半導体層１００を貫通してもよい。その場合には、半導体層１００を貫通する溝１１１、１２１、１３１の深さＤａ、Ｄｂ，Ｄｃは半導体層１００の厚さに一致する。また、溝１１１、１２１、１３１の底の位置Ｂａ、Ｂｂ、Ｂｃは表面１００２の位置に一致する。
【0029】
図２には、溝１２１の底（位置Ｂｂ）からシリコン化合物膜３００までの距離Ｈｂ、裏面１００１からシリコン化合物膜３００までの距離Ｈｄを示している。また、図２には、溝１１１の底（位置Ｂａ）からシリコン化合物膜３００までの距離Ｈａ、溝１３１の底（位置Ｂｃ）からシリコン化合物膜３００までの距離Ｈｃを示している。
【0030】
本発明者の検討によると、分離部１２０の中の平均屈折率を極力高くすることで、光電変換部１０２、１０３の感度が向上することが分かっている。特に主面である裏面１００１に対して垂直に近い角度で入射する光に対する感度の向上が顕著である。分離部１１０、１３０と分離部１２０との比較において、溝１１１、１２１、１３１の中の金属化合物膜２００の体積に対するシリコン化合物膜３００の体積の割合は、分離部１１０、１３０が分離部１２０よりも大きくなる。本例では、溝１２１の中にシリコン化合物膜３００が位置しないので、この割合は分離部１２０ではゼロになりうる。
【0031】
シリコン化合物膜３００の屈折率は半導体層１００（シリコン層）の屈折率よりも低いので、距離Ｈｂを大きくするほど、分離部１２０に占めるシリコン化合物膜３００の割合を低くでき、分離部１２０の中の平均屈折率を高くできる。金属化合物膜２００の屈折率よりもシリコン化合物膜３００の屈折率が低い場合に、より好適である。
【0032】
距離Ｈｂを大きくするほど、光電変換部１０２、１０３の感度が向上しうる。距離Ｈｂは距離Ｈｄよりも大きいこと（Ｈｄ＜Ｈｂ）が特徴的である。本例では、距離Ｈａ、Ｈｃが距離Ｈｄと等しい（Ｈａ＝Ｈｄ、Ｈｃ＝Ｈｄ）が、距離Ｈａ、Ｈｃが距離Ｈｄよりも大きくてもよい（Ｈｄ＜Ｈａ、Ｈｄ＜Ｈｃ）。さらに、距離Ｈｂが距離Ｈａ、Ｈｃがよりも大きいこと（Ｈａ＜Ｈｂ，Ｈｃ＜Ｈｂ）も好ましい。
【0033】
距離Ｈｂを距離Ｈａ，Ｈｂを異ならせたり、分離部１２０の平均屈折率を分離部１１０、１３０の平均屈折率と異ならせたりするために、分離部１２０を構成する層の数は、分離部１１０、１３０を構成する層の数と異なっていることが好ましい。分離部１２０を構成する層の数が、分離部１１０、１３０を構成する層の数よりも小さいことが好ましい。例えば上述のように、溝１１１、１３１の中に配置されたシリコン化合物膜３００が溝１２１の中に配置されない。こうすることで、シリコン化合物膜３００の分だけ、分離部１２０を構成する層の数だけ、分離部１１０、１３０を構成する層の数が小さくなり得る。
【0034】
溝１１１、１３１の中に、シリコン酸化物膜、シリコン窒化物膜およびシリコン炭化物膜のいずれか１つのみが配される場合には、その１つを上述した距離Ｈｂを特定するためのシリコン化合物膜３００と考えればよい。溝１１１、１３１の中に、シリコン酸化物膜、シリコン窒化物膜およびシリコン炭化物膜のうちの２つ以上が配される場合には、そのうちのいずれか１つを上述した距離Ｈｂを特定するためのシリコン化合物膜３００と考えればよい。つまり、溝１１１、１３１の中に配されたシリコン酸化物膜およびシリコン窒化物膜のうちで、例えば、シリコン酸化物膜をシリコン化合物膜３００に当てはめて、上述した距離Ｈｂを特定すればよい。あるいは、溝１１１、１３１の中に配されたシリコン酸化物膜およびシリコン窒化物膜のうちで、例えば、シリコン窒化物膜をシリコン化合物膜３００に当てはめて、上述した距離Ｈｂを特定すればよい。溝１１１、１３１の中に、シリコン酸化物膜およびシリコン窒化物膜の一方が配置され、さらに、当該一方と金属化合物膜２００との間にシリコン酸化物膜およびシリコン窒化物膜の他方が配置されてもよい。この場合、シリコン酸化物膜およびシリコン窒化物膜の一方をシリコン化合物膜３００に当てはめると、シリコン化合物膜３００と金属化合物膜２００との間にシリコン酸化物膜およびシリコン窒化物膜の他方が位置することになる。
【0035】
シリコン化合物膜３００の屈折率が低いほど、距離Ｈｂの変化と感度の変化の相関関係は大きい。より正確には、半導体層１００の屈折率とシリコン化合物膜３００の屈折率との差が大きいほど、距離Ｈｂの変化と感度の変化の相関関係は大きい。シリコン酸化物膜の屈折率は１．４～１．６程度、シリコン窒化物膜の屈折率は１．８～２．２程度、シリコン炭化物膜の屈折率は２．２～２．８程度、シリコンの屈折率は３～７程度である。従って、溝１１１、１３１の中にシリコン酸化物膜を配置して、このシリコン酸化物膜をシリコン化合物膜３００として、距離Ｈｂを大きくすることが、感度を向上するうえでとりわけ有効である。
【0036】
本例では、シリコン化合物膜３００が溝１２１の中に位置しない。つまり、距離Ｈｂが溝１２１の深さＤｂより大きい（Ｄｂ＜Ｈｂ）。このように、Ｄｂ＜Ｈｂを満たすことが好ましい。これは、シリコン化合物膜３００の下地となる膜（下地膜）が溝１２１を埋め尽くすように下地膜を形成することで可能である。シリコン化合物膜３００が溝１２１の中に位置する場合であっても、シリコン化合物膜３００は溝１２１の下半分には位置しないことが好ましく、Ｄｂ／２＜Ｈｂを満たすことが好ましい。
【0037】
分離部１１０、１３０の分離性能を高める観点では、距離Ｈａや距離Ｈｃは大きくし過ぎないことが好ましい。Ｈａ＜Ｈｂ，Ｈｃ＜Ｈｂを満たしうることは上述した通りである。本例ではＤｂ＜Ｄａ、Ｄｂ＜Ｄｃを満たしており、溝１１１、１３１の中では、溝１２１の底の位置Ｂｂよりも深い位置まで、シリコン化合物膜３００が延在していることが好ましい。Ｈａ＝Ｈｄ、Ｈｃ＝Ｈｄで近似すると、溝１１１、１３１の中でのシリコン化合物膜３００の先端の深さはＤａ－Ｈｄ、Ｄｃ－Ｈｄであり、これよりも溝１２１の深さＤｂが小さいこと（Ｄｂ＜Ｄａ－Ｈｄ、Ｄｂ＜Ｄｃ－Ｈｄ）が好ましい。この関係から、Ｄａ－Ｄｂ＞Ｈｄ、Ｄａ－Ｄｂ＞Ｈｄを満たすことが好ましいことが分かる。
【0038】
また、図２には、溝１１１と溝１２１との間の距離Ｐａ、溝１２１と溝１３１との間の距離Ｐｂを示している。また、図２には、溝１１１の幅Ｗａ、溝１２１の幅Ｗｂ、溝１３１の幅Ｗｃを示す。幅Ｗａ、Ｗｃは、例えば、２００～８００ｎｍである。幅Ｗｂは、例えば、５０～２００ｎｍである。
【0039】
なお、ここでは溝１１１、１２１、１３１の幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃは溝１１１、１２１、１３１の深さ方向において一定である例を示している。しかし、幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃは溝１１１、１２１、１３１の深さ方向において一定でなく、例えば底に向かって徐々に幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃが小さくなるにしてもよい。あるいは、幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃは、溝１１１、１２１、１３１の入り口にあたる裏面１００１内において、他の部分における幅よりも小さくてもよい。溝の幅が深さ方向で一定でない場合、幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃを定義するための深さ方向における位置（基準位置）は、幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃで共通であることが好ましい。基準位置の裏面１００１からの距離をＤｓとする。例えば、基準位置を裏面１００１と一致するように定めること（Ｄｓ＝０）ができる。あるいは、基準位置は、例えば、幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃは、裏面１００１からの深さがＤｂ／２となる位置（Ｄｓ＝Ｄｂ／２）において定義されることが好ましい。つまり、例えば深さＤｂが２μｍであれば、裏面１００１からの深さが１μｍ（Ｄｓ＝Ｄｂ／２＝１μｍ）に相当する基準位置において、溝１１１、１２１、１３１の幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃが定義することができる。基準位置において、溝１１１、１３１の中には１１１、１３１の両側面上に金属化合物膜２００が存在し、両側面上の金属化合物膜２００に挟まれるように、シリコン化合物膜３００が存在することが望ましい。換言すれば、このように、溝１１１、１３１の中に金属化合物膜２００とシリコン化合物膜３００が共存するような位置を基準位置に設定することが好ましい。このような金属化合物膜２００とシリコン化合物膜３００が共存するような位置としての基準位置の裏面１００１からの距離Ｄｓは、典型的には０≦Ｄｓ≦Ｄｂ／２の範囲の中で設定することができる。また、溝の幅が深さ方向で一定でない場合の、幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃの定義の他の例としては、溝１１１、１２１、１３１の深さ方向における幅の最大幅を、幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃとすることができる。基準位置および最大幅以外の定義による幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃの定義は不適切である。例えば、溝１１１、１３１の最大幅を幅Ｗａ、Ｗｃに設定し、溝１２１の最小幅を幅Ｗｂに設定することは、幅Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃの適切な関係を損なってしまう可能性がある。
【0040】
分離部１１０、１３０の分離特性を十分に高めるためには、シリコン化合物膜３００は、溝１１１、１３１の深さＤａ、Ｄｃの半分（Ｄａ／２、Ｄｃ／２）よりも深い位置まで延在していることが望ましい。これを実現するうえでは次の条件を満たすことが好ましい。すなわち、溝１１１、１３１の中で、シリコン化合物膜３００と半導体層１００との間の中間膜（例えば金属化合物膜２００）が占める幅は、距離Ｈｄと等しいとみなした厚さの中間膜が、溝１１１、１３１の両側面に形成されるとすると、２×Ｈｄである。よって、溝１１１、１３１のうちの中間膜以外の部分の幅はＷａ－２×Ｈｄ、Ｗｃ－２×Ｈｄである。２×Ｈｄ＜Ｗａとすることができるが、Ｗａと２×Ｈｄとの差がわずかである場合は、シリコン化合物膜３００が適切に溝１１１、１３１の中に配置されず、分離部１１０、１３０の分離特性が十分でなくなる。そこで、このような溝１１１、１３１のうちの中間膜以外の部分の幅が、溝１２１の幅Ｗｃよりも大きければ、分離部１２０にシリコン化合物膜３００を適切に配置できる。つまり、Ｗａ－２×Ｈｄ＞Ｗｂ、Ｗｃ－２×Ｈｄ＞Ｗｂを満たせばよい。これを変形すると、Ｗａ－Ｗｂ＞２×Ｈｄ、Ｗｃ－Ｗｂ＞２×Ｈｄとなる。つまり、溝１１１、１３１と溝１２１との差は距離Ｈｄの２倍よりも大きいことになる。中間膜が溝１２１を埋め尽くすことが好ましく、そのためには、Ｗｂ≦２×Ｈｄを満たすことが好ましい。
【0041】
距離Ｈｂを小さくすることは、感度向上の観点において好ましく、距離Ｈｂを小さくするために、溝１２１の深さＤｂを小さくすることが有効である。溝１２１の深さＤｂは、Ｐａ＋Ｐｂで規定される画素サイズに比べて小さいこと（Ｄｂ＜Ｐａ＋Ｐｂ）が好ましい。
【0042】
溝１１１、１２１、１３１が浅いと、光電変換部１０１、１０２、１０３に対する分離性能が低下し、溝１１１、１２１、１３１の幅が大きいと、光電変換部１０１、１０２、１０３の感度が低下する。そのため、Ｄａ＞ＷａおよびＤｂ＞Ｗｂの少なくとも一方、好ましくは両方を満たすことが好ましい。
【0043】
上述の距離Ｈｂを大きくするためには、Ｄａ＞Ｄｂ、Ｄｃ＞Ｄｂを満たすことが好ましい。また、Ｗａ＞Ｗｂ、Ｗｃ＞Ｗｂを満たすことも好ましい。溝１２１の幅を小さくすることで、溝１２１の中に配置されるシリコン化合物膜３００を少なくする（あるいは、無くする）ことができる。溝１２１の幅Ｗｂが、溝１１１、１３１の幅Ｗａ、Ｗｃの半分未満であること（Ｗａ／２＞Ｗｂ、Ｗｃ／２＞Ｗｂ）ことが好ましい。言い換えれば、溝１１１、１３１の幅Ｗａ、Ｗｃが溝１２１の幅Ｗｂの２倍より大きいこと（Ｗａ＞２×Ｗｂ、Ｗｃ＞２×Ｗｂ）が好ましい。溝１１１、１３１の幅Ｗａ、Ｗｃが溝１２１の幅Ｗｂの３倍より大きいこと（Ｗａ＞３×Ｗｂ、Ｗｃ＞３×Ｗｂ）も好ましい。これほどまでに溝１２１の幅Ｗｂと、溝１１１、１３１の幅Ｗａ、Ｗｃに差をつけることで、距離Ｈｂを大きくすることによる感度向上の効果がより顕著になる。
【0044】
分離部１１０、１３０と分離部１２０のそれぞれの特性を考慮すると、溝１２１と溝１１１、１３１のアルスペクト比が異なることが好ましい。溝１２１の幅に対する深さのアスペクト比（Ｄｂ／Ｗｂ）は、溝１１１、１３１の幅に対する深さのアスペクト比（Ｄａ／Ｗａ、Ｄｃ／Ｗｃ）よりも大きいこと（Ｄａ／Ｗａ＜Ｄｂ／Ｗｂ、Ｄｃ／Ｗｃ＜Ｄｂ／Ｗｂ）が好ましい。溝１２１のアスペクト比Ｄｂ／Ｗｂは１０以上であってもよい。
【0045】
また、図２には、裏面１００１上における金属化合物膜２００の厚さＴｍ、裏面１００１上におけるシリコン化合物膜の厚さＴｓを示している。厚さＴｍは、例えば、５～１５０ｎｍである。厚さＴｓは、例えば、５０～２００ｎｍである。本例では、シリコン化合物膜３００と半導体層１００との間には金属化合物膜２００のみが位置するため、距離Ｈｄは厚さＴｍに一致する。しかし、シリコン化合物膜３００と金属化合物膜２００との間や、金属化合物膜２００と半導体層１００との間に別の層が存在する場合には、距離Ｈｄは厚さＴｍと異なる。
【0046】
溝１１１、１３１の中に金属化合物膜２００を適切に配置するために、金属化合物膜２００の厚さＴｍは、溝１１１、１３１の幅Ｗａ，Ｗｃよりも小さいこと（Ｔｍ＜Ｗａ、Ｔｍ＜Ｗｃ）が好ましい。溝１１１、１３１の中にシリコン化合物膜３００を適切に配置するために、シリコン化合物膜３００の厚さＴｓは、溝１１１、１３１の幅Ｗａ，Ｗｃよりも小さいこと（Ｔｓ＜Ｗａ、Ｔｓ＜Ｗｃ）が好ましい。さらに、溝１１１、１３１の中にシリコン化合物膜３００を適切に配置するために、金属化合物膜２００の厚さＴｍは、シリコン化合物膜３００の厚さＴｓよりも小さいこと（Ｔｍ＜Ｔｓ）が好ましい。金属化合物膜２００は溝１１１、１３１の両側面上に設けられ、側面上における金属化合物膜２００を厚さＴｍで近似できる。そうすると、幅Ｗａ、Ｗｃの溝１１１、１３１の中に金属化合物膜２００とシリコン化合物膜３００が適切に配置されうる条件は、２×Ｔｍ＜Ｗａである。一方、幅Ｗｂの溝１２１の中に金属化合物膜２００が配置され、シリコン化合物膜３００が適切に配置されうる条件は、Ｗｂ≦２×Ｔｍである。このように、Ｗｂ≦２×Ｔｍ＜Ｗａを満たすことが好ましい。また、２×Ｔｍ＜Ｗａ－Ｗｂを満たすことも好ましい。これは、上述した２×Ｈｄ＜Ｗａ－Ｗｂにおいて、Ｔｍ＝Ｈｄとすることで導き出された式である。なお、溝１１１、１３１の幅Ｗａ、Ｗｃは、溝１１１、１３１の両側面に、厚さＴｍの金属化合物膜２００と、厚さＴｓのシリコン化合物膜３００とが形成された場合に必要な溝の幅よりも、大きくてもよい。つまり、２×Ｔｍ＋２×Ｔｓ＜Ｗａ、２×Ｔｍ＋２×Ｔｓ＜Ｗｃを満たしてもよい。このように、幅Ｗａ、Ｗｃの幅を十分大きくすることで、溝１１１、１３１に空隙が生じることを抑制できる。
【0047】
典型的な関係を示すと、Ｔｍ＝Ｈｄ＜Ｔｓ＜Ｗｂ＜Ｗａ＝Ｗｃ＜＜Ｐ１＝Ｐ２＜Ｄｂ＜Ｈｄ＜Ｄａ＝Ｄｃとなる。
【0048】
金属化合物膜２００は、金属化合物層の単層膜あるいは複層膜である。金属化合物膜２００を構成する金属化合物層は、金属酸化物層、金属窒化物層および金属炭化物層のいずれかである。金属化合物層は、同一の金属に関して金属窒化物層および金属炭化物層に比べて光透過率が高い点から金属酸化物層であることが好ましい。本例の金属化合物膜２００は、金属化合物層２２０と、金属化合物層２２０と半導体層１００との間に位置する金属化合物層２１０との複層膜である。金属化合物膜２００の厚さＴｍは、金属化合物層２２０の厚さと金属化合物層２１０の厚さとの和である。金属化合物層２２０は、例えば、酸化タンタル層、酸化チタン層または酸化ジルコニウム層、酸化ニオブ層、酸化バナジウム層である。金属化合物層２１０は、例えば、酸化アルミニウム層または酸化ハフニウム層である。金属化合物層２１０の厚さは金属化合物層２２０の厚さよりも小さいことが好ましい。金属化合物層２１０は半導体層１００の非信号電荷を固定するための電荷固定層として機能しうる。金属化合物層２２０は半導体層１００へ入射する光の反射防止層として機能しうる。
【0049】
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の屈折率は１．７～１．９、典型的には１．７７であり、酸化ハフニウム（Ｈｆ０２）の屈折率は１．８～２．０、典型的には１．９１である。酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）の屈折率は２．０～２．２、典型的には２．１４であり、酸化ジルコニウム（Ｚｒ０２）の屈折率は２．１～２．３、典型的には２．２１である。酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の屈折率は２．２～２．４、典型的には２．３０である。酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の屈折率は２．２～２．４、典型的には２．３３であり、酸化チタン（ＴｉＯ２）の屈折率は２．３～２．５、典型的には２．３９である。
【0050】
半導体層１００がシリコン層であり可視光を光電変換する場合に、金属化合物膜２００は次のような構成が好適である。すなわち、金属化合物層２１０は、例えば、厚さ５～２０ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であり、金属化合物層２２０は、例えば、厚さ２５～１００ｎｍの酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）である。
【0051】
溝１２１の入り口において溝１２１の中心（両側面の中間）に位置する層の屈折率を極力高くすることでも、光電変換部１０２、１０３の感度が向上しうる。溝１２１の入り口は主面である裏面１００１を含む平面で規定される。裏面１００１を含む平面において溝１２１の中心（両側面の中間）に位置する層の屈折率は１．４１よりも高いことが好ましく、１．６以上であることが好ましい。さらに、裏面１００１を含む平面において溝１２１の中心（両側面の中間）に位置する層の屈折率は１．９１よりも高いことが好ましく、２．０以上であることが好ましい。裏面１００１を含む平面において溝１２１の中心（両側面の中間）に位置する層をこの条件を満たすようにすればよい。溝１２１の中心に位置する層の屈折率が１．６以上となるのは、溝１２１の中心に位置する層が、シリコン窒化物膜、あるいは、シリコン炭化物膜の場合である。また、溝１２１の中心に位置する層の屈折率が１．６以上となるのは、溝１２１の中心に位置する層が、シリコン窒化物膜、あるいは、シリコン炭化物膜の場合である。あるいは、溝１２１の中心に位置する層が、酸化タンタル層、酸化ジルコニウム層、酸化バナジウム層、酸化ニオブ層、酸化チタン層である。
【0052】
本実施形態では、裏面１００１が受光面を成す、裏面照射型の光電変換装置を説明したが、本発明は表面１００２が受光面を成す、表面照射型の光電変換装置にも適用可能である。その場合には、トランジスタが形成された表面１００２から溝を形成し、表面１００２側の溝の中に金属化合物膜および／またはシリコン化合物膜を配置すればよい。
【0053】
図３は、光電変換装置９３０を備える機器９１９１の模式図である。機器９１９１は、光電変換装置９３０に加えて、光学系９４０、制御装置９５０、処理装置９６０、記憶装置９７０、表示装置９８０、および、機械装置９９０の少なくともいずれかを更に備える。光学系９４０は光電変換装置９３０に対応付けられて、光電変換装置に結像する。制御装置９５０は光電変換装置９３０を制御する。処理装置９６０は光電変換装置９３０から出力された信号を処理する。記憶装置９７０は光電変換装置９３０で得られた情報を記憶する。表示装置９８０は光電変換装置９３０で得られた情報を表示する。機械装置９９０は光電変換装置９３０で得られた情報に基づいて動作する。機械装置９９０は光電変換装置９３０を機器９１９１の中で、あるいは機器９１９１ごと移動させる移動装置であってもよい。機器９１９１の中で光電変換装置９３０を移動させることで防振（イメージスタビライザー）機能を実現できる。
【0054】
光電変換装置９３０は、電子デバイス９１０と実装部材９２０とを含みうるが、実装部材９２０は無くてもよい。電子デバイス９１０は半導体層を有する半導体デバイスである。電子デバイス９１０は、光電変換部が配列された光電変換エリア９０１と、周辺回路（不図示）が配列された周辺回路エリア９０２を含む。機器９１９１における光電変換エリア９０１に、本実施形態における分離部１１０、１２０、１３０の構成を適用することができる。周辺回路には、上述の駆動回路やＡＤ変換回路、デジタル信号処理回路や制御回路などが含まれる。光電変換エリア９０１と周辺回路エリア９０２は、同一の半導体層に配されてもよいが、本例では、互いに積層された別々の半導体層（半導体基板）に配されてもよい。
【0055】
実装部材９２０は、セラミックパッケージやプラスチックパッケージ、プリント配線板、フレキシブルケーブル、半田、ワイヤボンディングなどを含む。光学系９４０は、例えばレンズやシャッター、フィルター、ミラーである。制御装置９５０、例えばＡＳＩＣなどの半導体デバイスである。処理装置９６０は、例えばＡＦＥ（アナログフロントエンド）あるいはＤＦＥ（デジタルフロントエンド）を構成する、例えばＣＰＵ（中央処理装置）やＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などの半導体デバイスである。表示装置９８０は、例えばＥＬ表示装置や液晶表示装置である。記憶装置９７０は、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、あるいは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリであり、例えば磁気デバイスや半導体デバイスである。機械装置ＭＣＨＮはモーターやエンジン等の可動部あるいは推進部を有する。
【0056】
図３に示した機器９１９１は、撮影機能を有する情報端末（例えばスマートフォンやウエアラブル端末）やカメラ（例えばレンズ交換式カメラ、コンパクトカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ）などの電子機器でありうる。カメラにおける機械装置９９０はズーミングや合焦、シャッター動作のために光学系９４０の部品を駆動することができる。また、機器９１９１は、車両や船舶、飛行体、人工衛星などの輸送機器（移動体）でありうる。輸送機器における機械装置９９０は移動装置として用いられうる。輸送機器としての機器９１９１は、光電変換装置９３０を輸送するものや、撮影機能により運転（操縦）の補助および／または自動化を行うものに好適である。運転（操縦）の補助および／または自動化のための処理装置９６０は、光電変換装置９３０で得られた情報に基づいて移動装置としての機械装置９９０を操作するための処理を行うことができる。また、機器９１９１は、分析機器や、医療機器でありうる。
【0057】
本実施形態による光電変換装置９３０は、その設計者、製造者、販売者、購入者および／または使用者に、高い価値を提供することができる。そのため、光電変換装置９３０を機器９１９１に搭載すれば、機器９１９１のも高めることができる。よって、機器９１９１の製造、販売を行う上で、本実施形態の光電変換装置９３０の機器９１９１への搭載を決定することは、光電変換装置９３０の価値を高める上で有利である。
【0058】
図４、５を用いて光電変換装置の製造方法を説明する。
【0059】
図４（ａ）に示すとおり、光電変換部やゲート電極４００を含むトランジスタ、配線構造（不図示）が形成された半導体基板１０００を反転させて、半導体基板１０００を支持基板（不図示）に接合する。支持基板は半導体基板６００であってよい。半導体基板１０００には表面１００２側にＳＴＩ構造を有する素子分離部２０１が設けられている。また、半導体基板１０００には表面１００２側に、素子分離部２０１よりも深い溝に絶縁体が埋められた絶縁領域２１６が設けられている。
【0060】
次に図４（ｂ）に示すとおり、半導体基板１０００を絶縁領域２１６が貫通する数十～数μｍ程度の厚さになるまで表面１００２とは反対側から薄化して、表面１００２と裏面１００１を有する半導体層１００を形成する。薄化の方法としては、バックグラインド、化学機械研磨、エッチング等がある。
【0061】
次に図４（ｃ）に示すとおり、半導体層１００に画素間を分離するための溝１１１、１３１と、画素内を分離するための溝１２１と、をエッチングにより裏面１００１側から形成する。溝１１１、１２１、１３１をドライエッチングで形成する場合、マイクロローティング効果が得られるエッチング条件を採用することで、細くて浅い溝１２１と、太くて深い溝１１１、１３１とを同時に形成することができる。図４（ｃ）では、溝１１１、１３１が素子分離部２０１に重なるように、溝１１１、１３１を形成している。溝１１１、１３１が素子分離部２０１に達するように溝１１１、１３１を形成してもよい。
【0062】
次に図４（ｄ）に示すとおり、金属化合物層２１０、金属化合物層２２０、シリコン化合物膜３００を形成する。金属化合物層２１０の成膜方法は、例えばＡＬＤ（Ａｔｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いる。ＡＬＤ法を用いると、アスペクト比が大きい溝に均一な厚さの金属化合物層２１０が形成可能である。金属化合物層２１０は、例えば、酸化ハフニウム層、酸化アルミニウム層、酸化ジルコニウム層、酸化ニオブ層、酸化チタニウム層、酸化バナジウム層等である。
【0063】
金属化合物層２２０の成膜方法は、例えば、ＡＬＤ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法を用いる。金属化合物層２２０は、例えば、酸化タンタル層、酸化チタニウム層等である。
【0064】
シリコン化合物膜３００は、半導体装置において一般的に使用されている材質の中から任意に選択しうる。例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、炭素含有シリコン酸化膜、フッ素含有シリコン酸化膜等である。またシリコン化合物膜３００の層構成としては、１種類の材質からなる単層構成であってもよいし、複数の材質からなる積層構成であってもよい。
【0065】
溝１１１、１３１および溝１２１に埋め込まれる膜は、溝１１１、１３１および溝１２１の幅と、金属化合物膜２００（金属化合物層２１０、金属化合物層２２０）、シリコン化合物膜３００の膜厚によって決まる。
【0066】
例えば、溝１２１の幅を溝１１１、１３１の幅よりも小さくし、金属化合物層２１０と、金属化合物層２２０と、シリコン化合物膜３００を形成する。そうすると、溝１２１には、金属化合物層２１０および金属化合物層２２０のみ埋め込まれ、溝１１１、１３１には、金属化合物層２１０と、金属化合物層２２０と、シリコン化合物膜３００が埋め込まれる。あるいは、溝１２１には、金属化合物層２１０のみ埋め込まれ、溝１１１、１３１には、金属化合物層２１０と金属化合物層２２０とシリコン化合物膜３００が埋め込まれる。そうすると、金属化合物層２１０および金属化合物層２２０のみ、あるいは、金属化合物層２１０のみが埋め込まれた溝１２１にはシリコン化合物膜３００が埋め込まれないので、分離部１２０による光の損失を低減できる。本実施例において、溝１２１に最後に埋め込まれる膜の屈折率が１．９１より大きいことが好ましい。溝１１１、１２１、１３１に形成される膜厚を調整することで、埋め込まれる膜数を変化させることも可能であり、幅及び膜厚と層数の組み合わせは任意に選択しうる。溝１２１の入り口において溝１２１の中心（両側面の中間）に位置する層が、溝１２１に最後に埋め込まれる層でありうる。
【0067】
本実施例において、溝１２１に埋め込まれる層の屈折率が１．４１より大きいことが好ましい。さらに、溝１２１に最後に埋め込まれる層の屈折率が１．９１より大きい膜であるとより好ましい。屈折率が１．９１より大きい層としては、例えば、酸化ジルコニウム層、酸化ニオブ層、酸化チタニウム層、酸化タンタル層である。
【0068】
次に、金属構造体を埋め込むための溝をシリコン化合物膜３００に形成する。次に図４（ｅ）に示すとおり、導電体膜７００をシリコン化合物膜３００の上の全面にわたって形成する。その際、シリコン化合物膜３００の溝は導電体膜７００で埋め込まれる。導電体膜７００は、例えばタングステン膜やアルミニウム膜、銅膜である。
【0069】
次に図４（ｆ）に示すとおり、導電体膜７００をパターニングする。パターニングはフォトリソグラフィとエッチングによりおこなう。パターニングによって、導電体膜７００の一部は遮光部材７１０、７１１となり、また一部はガードリング７１４となる。遮光部材７１１はオプティカルブラック画素や周辺回路に対する遮光体となる。なお、遮光部材７１０とガードリング７１４の形成と同時に遮光部材７１０およびガードリング７１４を半導体層１００と接続するビア７１３およびガードリング７１２をシリコン化合物膜３００の溝の中に形成する。ガードリング７１２、７１４は、裏面１００１に対する平面視において絶縁領域２１６の外側を取り囲むように配置する。
【0070】
次に図４（ｆ）に示すとおり、絶縁体膜８１０を形成する。絶縁体膜８１０は半導体装置において一般的に使用されている材質の中から任意に選択しうる。例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、炭素含有シリコン酸化膜、フッ素含有シリコン酸化膜等である。また膜の層構成としては、１種類の材質からなる単層構成であってもよいし、複数の材質からなる積層構成であってもよい。
【0071】
次に絶縁体膜８１０の表面からエッチングにより溝を形成して、次にＰＶＤ法やＣＶＤ法により導電体を形成して溝を導電体で埋め込み、化学機械研磨やエッチバック等により基板表面の導電体を除去する。これにより、図４（ｇ）に示すとおり、絶縁体膜８１０に遮光壁７２１を形成する。また金属膜の層数は任意に選択可能である。
【0072】
次に絶縁体膜８１０上に誘電体膜８２０を形成し、例えばフォトリソグラフィとエッチングにより誘電体膜８２０を加工して、図５（ｈ）に示すとおり、誘電体膜８２０に層内レンズ８３２を形成する。誘電体膜８２０は半導体装置において一般的に使用されている材質の中から任意に選択しうる。例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、炭素含有シリコン酸化膜、フッ素含有シリコン酸化膜等である。また膜の層構成としては、１種類の材質からなる単層構成であってもよいし、複数の材質からなる積層構成であってもよい。
【0073】
次に絶縁体膜８４０を形成し、絶縁体膜８４０の表面からエッチングにより溝を形成して、次にＰＶＤ法やＣＶＤ法により基板表面の前面にわたり溝を導電体で埋め込む。化学機械研磨やエッチバック等により基板表面の導電体を除去することで、図５（ｉ）に示す通り、絶縁体膜８４０の中に遮光壁７２２を形成する。遮光壁７２１と遮光壁７２２とは互いに接触しており、遮光壁７２１と遮光壁７２２が図１に示した遮光壁７２０として機能する。絶縁体膜８４０は半導体装置において一般的に使用されている材質の中から任意に選択しうる。例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、炭素含有シリコン酸化膜、フッ素含有シリコン酸化膜等である。また膜の層構成としては、１種類の材質からなる単層構成であってもよいし、複数の材質からなる積層構成であってもよい。また、遮光壁７２２の材質としては、タングステンなどがあり得る。
【0074】
次に図５（ｊ）に示すとおり、平坦化膜８５０、カラーフィルタ８６２、８６３、マイクロレンズ８７２を形成する。青色のカラーフィルタ８６３は遮光部材７１１を覆う。平坦化膜８５０は半導体装置において一般的に使用されている材質の中から任意に選択しうる。例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、炭素含有シリコン酸化膜、フッ素含有シリコン酸化膜、あるいは樹脂膜である。また膜の層構成としては、１種類の材質からなる単層構成であってもよいし、複数の材質からなる積層構成であってもよい。
【0075】
次に図５（ｋ）に示すとおり、半導体層１００に開口８８８をドライエッチングで形成する。開口８８８の底には図１に示した配線構造４４０あるいは配線構造５４０に予め設けられたアルミニウムからなる不図示のパッドが露出する。その後、半導体層１００を含むウエハをダイシングしてチップ化し、開口８８８を介したパッドにワイヤボンディングチップを接続するようにパッケージングして光電変換装置が得られる。
【0076】
本開示に含まれる実施形態には、文章として記載したことだけでなく、文章から読み取れるすべての事項および添付した図面から読み取れるすべての事項を含む。本実施形態は、発明の思想を逸脱しない範囲で構成要素の追加、削除あるいは置換が可能である。
【符号の説明】
【0077】
１００ 半導体層
１００１ 裏面
１０１、１０２、１０３、１０４ 光電変換部
１１１、１２１、１３１ 溝
２００ シリコン化合物膜
３００ 金属化合物膜
１００１ 裏面
１０１、１０２、１０３、１０４ 光電変換部
１１１、１２１、１３１ 溝
２００ シリコン化合物膜
３００ 金属化合物膜
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】