JP2015128187A - 固体撮像装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、かかる固体撮像装置を備えたカメラなどの電子機器を提供するものである。
1.本発明に適用されるMOS型固体撮像装置の概略構成例
2.第1実施の形態(固体撮像装置の構成例)
3.第2実施の形態(固体撮像装置の構成例)
4.第3実施の形態(固体撮像装置の構成例)
5.第4実施の形態(固体撮像装置の構成例)
6.第5実施の形態(固体撮像装置の構成例)
7.第6実施の形態(固体撮像装置の構成例)
8.第7実施の形態(固体撮像装置の構成例)
9.第8実施の形態(固体撮像装置の構成例)
10.第9実施の形態(固体撮像装置の構成例)
11.第10実施の形態(固体撮像装置の構成例)
12.第11実施の形態(電子機器の構成例)
図1に、本発明の固体撮像装置に適用されるMOS型固体撮像装置の概略構成を示す。このMOS型固体撮像装置は、各実施の形態の固体撮像装置に適用される。本例の固体撮
像装置1は、図示しない半導体基板例えばシリコン基板に複数の光電変換部を含む画素2が規則的に2次元アレイ状に配列された画素領域(いわゆる画素アレイ)3と、周辺回路部とを有して構成される。画素2は、光電変換部となる例えばフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ(いわゆるMOSトランジスタ)を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの3つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタを追加して4つのトランジスタで構成することもできる。単位画素の等価回路は通常と同様であるので、詳細説明は省略する。画素2は、1つの単位画素として構成することができる。また、画素2は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードが、転送トランジスタを構成するフローティングディフュージョン、及び転送トランジスタ以外の他のトランジスタを共有する構造である。
とを搭載して構成される。通常、画素領域153と制御回路154でイメージセンサ156が構成される。
図3に、本発明に係る固体撮像装置、特にMOS型固体撮像装置の第1実施の形態を示す。本実施の形態のMOS型固体撮像装置は、裏面照射型の固体撮像装置である。本実施の形態のMOS型固体撮像装置は、図2Cの構成を適用したが、他の図2Bの構成あるいは、制御回路をそれぞれの第1及び第2の半導体チップ部に分けて搭載した構成にも適用できる。第2実施の形態以下の各実施の形態においても、同様に、上記構成を適用できる。
ンジスタTr3、Tr4で代表して示す。各MOSトランジスタTr3、Tr4は、n型のソース/ドレイン領域33と、ゲート絶縁膜を介して形成したゲート電極36とにより形成される。
ク回路25が形成される。ロジック回路25は、例えばp型の半導体ウェル46に、素子分離領域50で分離されるように複数のMOSトランジスタを形成して構成される。ここでは、複数のMOSトランジスタを、MOSトランジスタTr6、Tr7、Tr8で代表する。各MOSトランジスタTr6、Tr7、Tr8は、夫々1対のn型のソース/ドレイン領域47と、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極48を有して形成される。
して電気的に接続される。すなわち、第1の半導体チップ部31の半導体ウェル領域32を貫通して多層配線層41の所要の配線40に達する接続孔が形成される。また、第1の半導体チップ部31の半導体ウェル領域32及び多層配線層39を貫通し、第2の半導体チップ部45の多層配線層55の所要の配線53に達する接続孔が形成される。これらの接続孔に互いに連結する接続導体68が埋め込まれて第1及び第2の半導体チップ部31及び45間が電気的に接続される。接続導体68の周りは、半導体ウェル領域32と絶縁するために、絶縁膜67で覆われる。接続導体68に接続された配線40及び57は、垂直信号線に相当する。接続導体68は、電極パッド(図示せず)に接続され、あるいは電極パッドとすることもできる。
クロレンズ74が形成される。半導体ウェル領域32には、接続導体68を囲む領域に絶縁スペーサ層42が形成される。
[固体撮像装置の構成例]
図8に、本発明に係る固体撮像装置、特にMOS型固体撮像装置の第2実施の形態を
示す。本実施の形態のMOS型固体撮像装置は、裏面照射型の固体撮像装置である。第2実施の形態に係る固体撮像装置83は、前述と同様に、画素領域と周辺回路部との間に、周辺回路部の能動素子の動作時に能動素子から放射される光が画素のフォトダイオードPDへ入射するのを遮る遮光部材が配置される。能動素子としては、MOSトランジスタ、あるいは保護用のダイオードなどである。
、図8の破線で示すように、第2の半導体チップ部45側の接合面近傍に、金属の単一膜による遮光部材84′を配置することもできる。さらに、遮光部材84及び84′の組み合わせでトータルの遮光部材を構成することもできる。金属の単一膜による遮光部材84、84′は、反射・散乱部材となる。
第2実施の形態では、金属の単一膜で反射・散乱部材による遮光部材84が形成される。このとき、金属の遮光部材84と接続導体68間の間隔は、光を通し難くするために出来るだけ狭くすることが望ましいが、間隔を狭くすると、寄生容量C(図14参照)が大きくなり、好ましくない。
[固体撮像装置の構成例]
図9に、本発明に係る固体撮像装置、特にMOS型固体撮像装置の第3実施の形態を示す。本実施の形態のMOS型固体撮像装置は、裏面照射型の固体撮像装置である。第3実施の形態に係る固体撮像装置86は、前述と同様に、画素領域と周辺回路部との間に、周辺回路部の能動素子の動作時に能動素子から放射される光が画素のフォトダイオードPDへ入射されるのを遮る遮光部材が配置される。能動素子としては、MOSトランジスタ、あるいは保護用のダイオードなどである。
体の単一膜を用いることができる。第1及び第2の半導体チップ部31及び45では基板としてシリコンが用いられる。シリコンより狭バンドギャップの半導体膜は、近赤外領域の吸収係数が高く、例えばゲルマニウム(Ge)であればシリコン(Si)より10倍程度、吸収率が高い。すなわち、1/10程度の膜厚で2桁程度の光子を吸収可能である。このことから、1μm〜数μmの膜厚のGe膜で近赤外領域の光を吸収することができる。
第2の半導体チップ部45の配線などに反射して他の画素に再入射される恐れがあっても、光吸収部材による遮光部材87,87′により透過した長波長成分が吸収される。このため、混色の発生を抑制することができる。
[固体撮像装置の構成例]
図10に、本発明に係る固体撮像装置、特にMOS型固体撮像装置の第4実施の形態を示す。本実施の形態のMOS型固体撮像装置は、裏面照射型の固体撮像装置である。図10は、遮光部材の領域のみを示した要部の構成のみを示し、他の構成は前述の第1実施の形態と同様であるので、詳細を省略した。
[固体撮像装置の構成例]
図11に、本発明に係る固体撮像装置、特にMOS型固体撮像装置の第5実施の形態を示す。本実施の形態のMOS型固体撮像装置は、裏面照射型の固体撮像装置である。図11は、遮光部材の領域のみを示した要部の構成のみを示し、他の構成は前述の第1実施の形態と同様であるので、詳細を省略した。
[固体撮像装置の構成例]
図12に、本発明に係る固体撮像装置、特にMOS型固体撮像装置の第6実施の形態を示す。本実施の形態のMOS型固体撮像装置は、裏面照射型の固体撮像装置である。図12は、遮光部材の領域のみを示した要部の構成のみを示し、他の構成は前述の第1実施の形態と同様であるので、詳細を省略した。
間に、周辺回路部の能動素子の動作時に能動素子から放射される光が画素のフォトダイオードPDへ入射されるのを遮る遮光部材が配置される。能動素子としては、MOSトランジスタ、あるいは保護用のダイオードなどである。
[固体撮像装置の構成例]
図13に、本発明に係る固体撮像装置、特にMOS型固体撮像装置の第7実施の形態を示す。本実施の形態のMOS型固体撮像装置は、裏面照射型の固体撮像装置である。図13は、遮光部材の領域のみを示した要部の構成のみを示し、他の構成は前述の第1実施の形態と同様であるので、詳細を省略した。
[固体撮像装置の構成例]
図15に、本発明に係る固体撮像装置、特にMOS型固体撮像装置の第8実施の形態を示す。第8実施の形態に係る固体撮像装置104は、前述の画素領域23を含む第1の半導体チップ部22と、ロジック回路25を含む第2の半導体チップ部26と、その間に光を吸収する遮光部材として機能する第3の半導体チップ部105とを接合して構成される。第3の半導体チップ部105は、例えばGe等の狭バンドギャップを有する半導体で形成され、薄膜状に形成される。
[固体撮像装置の構成例]
図16に、本発明に係る固体撮像装置、特にMOS型固体撮像装置の第9実施の形態を示す。本実施の形態のMOS型固体撮像装置は、裏面照射型の固体撮像装置である。第1実施の形態等では、第1の半導体チップ部31と第2の半導体チップ部45を接合して、基板深さ方向の上下に画素領域と周辺回路を構成するロジック回路を配置した構成とした。第9実施の形態は、基板深さ方向の上下に、つまり立体的に画素領域と周辺回路を配置した構成の他の形態を示す。
を提供することができる。保護用のダイオードの動作時に発生する光に対しても、フォトダイオードPDへの入射を抑制することができる。
[固体撮像装置の構成例]
本発明に係る固体撮像装置、特にMOS型固体撮像装置の第10実施の形態を説明する。本実施の形態に係るMOS型固体撮像装置は、表面照射型の固体撮像装置である。第10実施の形態に係る固体撮像装置は、図示しないが、第1の半導体チップ部と第2の半導体チップ部とが一体に接合して構成される。第1の半導体チップ部は、薄膜化されたシリコンの半導体層にフォトダイオードと複数の画素トランジスタからなる画素が複数配列された画素領域が形成され、半導体層の表面上に多層配線層、カラーフィルタ、オンチップマイクロレンズが形成されて成る。第2の半導体チップ部は、シリコンの半導体基板に信号処理するためのロジック回路、制御回路を含む周辺回路部が形成され、半導体基板上に多層配線層が形成されて成る。ロジック回路、制御回路は、MOSトランジスタ等の素子で構成される。
[電子機器の構成例]
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器、などの電子機器に適用することができる。
122の出力信号を処理する信号処理回路126とを有する。
Claims (10)
- 基板の光入射側に形成され、光電変換部を含む画素が複数配列された画素領域と、
前記画素領域の基板深さ方向の下部に形成され、能動素子を含む周辺回路部と、
前記画素領域と前記周辺回路部との間に形成されて、前記能動素子の動作時に能動素子から放射される光の前記光電変換部への入射を遮る遮光部材とを有し、
前記基板は、多層配線層及び前記画素領域を含む第1の半導体チップ部と、多層配線層及び前記周辺回路部を含む第2の半導体チップ部とが貼り合わされて構成され、
前記周辺回路は、ロジック回路を有し、
前記第1の半導体チップ部と前記第2の半導体チップ部は、前記第1の半導体チップを貫通する接続導体により電気的に接続され、
前記第1の半導体チップ部と前記第2の半導体チップ部とが、互いの前記多層配線を向き合わせて貼り合わされている
固体撮像装置。 - 前記画素が、光電変換部と複数の画素トランジスタを含んで形成され、
前記周辺回路部の能動素子が、MOSトランジスタ及び/又はダイオードで形成されている
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記遮光部材は、光を反射・散乱させる反射・散乱部材で形成されている
請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記遮光部材は、光を吸収する光吸収部材で形成されている
請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記遮光部材は、
光を反射・散乱させる反射・散乱部材と、
光を吸収する光吸収部材と
の組み合わせで形成されている
請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記反射・散乱部材は、金属の単一膜で形成されている
請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記反射・散乱部材は、前記多層配線層の互いに一部重ね合わせた複数層の配線、あるいは複数層のダミー配線、あるいは複数層の配線とダミー配線の組み合わせで形成されている
請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記反射・散乱部材は、
金属の単一膜と、
前記多層配線層の、複数層の配線、あるいは複数層のダミー配線、あるいは複数層の配線とダミー配線との組み合わせとの組み合わせで形成されている
請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記光吸収部材は、バンドギャップが小さい半導体による単一膜で形成されている
請求項4記載の固体撮像装置。 - 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の光電変換部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備え、
前記固体撮像装置は、請求項1乃至9のいずれかに記載の固体撮像装置で構成される
電子機器。
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