JP6079502B2 - 固体撮像素子および電子機器 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(固体撮像素子;貫通電極を半導体により構成し、貫通電極の周囲の分離溝内に空洞を設ける例)
2.第2の実施の形態(固体撮像素子;貫通電極を金属により構成し、貫通電極の周囲の分離溝内に空洞を設ける例)
3.変形例1(分離溝の外側面に熱酸化膜を設ける例)
4.第3の実施の形態(固体撮像素子;貫通電極を半導体により構成し、貫通電極の周囲の分離溝を誘電体層で充填する例)
5.第4の実施の形態(固体撮像素子;貫通電極を金属により構成し、貫通電極の周囲の分離溝を誘電体層で充填する例)
6.変形例2(分離溝の外側面に熱酸化膜を設ける例)
7.固体撮像装置の全体構成例
8.適用例(電子機器の例)
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る固体撮像素子10の断面構成を表したものである。この固体撮像素子10は、例えばデジタルスチルカメラ,ビデオカメラ等の電子機器に用いられるCMOSイメージセンサなどの固体撮像装置(後述)において一つの画素を構成するものである。
光電変換素子10へ入射した光のうち、まず、緑色光が、光電変換素子20において選択的に検出(吸収)され、光電変換される。
続いて、光電変換素子20を透過した光のうち、青色光はフォトダイオードPD1、赤色光はフォトダイオードPD2において、それぞれ順に吸収され、光電変換される。フォトダイオードPD1では、入射した青色光に対応した電子がフォトダイオードPD1のN領域に蓄積され、蓄積された電子は、縦型トランジスタTr1によりフローティングディフュージョンFD1へと転送される。同様に、フォトダイオードPD2では、入射した赤色光に対応した電子がフォトダイオードPD2のN領域に蓄積され、蓄積された電子は、転送トランジスタTr2によりフローティングディフュージョンFD2へと転送される。
図9は、本開示の第2の実施の形態に係る固体撮像素子10Aの断面構成を表したものである。この固体撮像素子10Aは、貫通電極50を金属または導電性材料により構成したことを除いては、上記第1の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
図19は、変形例1に係る固体撮像素子10Bの断面構成を表したものである。この固体撮像素子10Bは、誘電体層25と貫通電極50との間、および誘電体層25と半導体基板30との間に、熱酸化膜34を設けたものである。熱酸化膜34は、半導体基板30のシリコンを熱酸化させた酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン、高誘電体絶縁膜などにより構成することが可能である。このことを除いては、この固体撮像素子10Bは、上記第1の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有している。また、この固体撮像素子10Bは、分離溝60の外側面61および内側面62に熱酸化膜34を設けることを除いては、第1の実施の形態と同様にして製造することができる。
図20は、本開示の第3の実施の形態に係る固体撮像素子10Cの断面構成を表したものである。この固体撮像素子10Cは、分離溝60を、絶縁性を有する誘電体層25で充填することにより、貫通電極50と半導体基板30との間に生じる静電容量を低減し、変換効率などの特性を更に向上させるようにしたものである。このことを除いては、この固体撮像素子10Cは、上記第1の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有している。
図23は、本開示の第4の実施の形態に係る固体撮像素子10Dの断面構成を表したものである。この固体撮像素子10Dは、分離溝60を、絶縁性を有する誘電体層25で充填することにより、貫通電極50と半導体基板30との間に生じる静電容量を低減し、変換効率などの特性を更に向上させるようにしたものである。このことを除いては、この固体撮像素子10Dは、上記第2の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有している。
図25は、変形例2に係る固体撮像素子10Eの断面構成を表したものである。この固体撮像素子10Eは、誘電体層25と貫通電極50との間、および誘電体層25と半導体基板30との間に、変形例1と同様の熱酸化膜34を設けたものである。熱酸化膜34は、変形例1と同様に、半導体基板30のシリコンを熱酸化させた酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン、高誘電体絶縁膜などにより構成することが可能である。このことを除いては、この固体撮像素子10Eは、上記第3の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有している。また、この固体撮像素子10Eは、分離溝60の外側面61および内側面62に熱酸化膜34を設けることを除いては、第3の実施の形態と同様にして製造することができる。
図26は、上記実施の形態において説明した固体撮像素子10,10A〜10Eを画素PXLとして備えた固体撮像装置の全体構成を表したものである。この固体撮像装置1は、例えばCMOSイメージセンサであり、撮像画素領域としての画素部110を有すると共に、例えば行走査部131、水平選択部133、列走査部134およびシステム制御部132からなる回路部130を有している。回路部130は、画素部110の周辺領域に設けられていてもよいし、画素部110と積層されて(画素部110に対向する領域に)設けられていてもよい。
上記実施の形態等の固体撮像装置は、例えばデジタルスチ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など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図27に、その一例として、電子機器2(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器2は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、例えば、固体撮像装置1と、光学系(撮像レンズ)310と、シャッタ装置311と、固体撮像装置1およびシャッタ装置311を駆動する駆動部313(上記回路部130を含む)と、信号処理部312と、ユーザインターフェイス314と、モニタ315とを有する。
(1)
半導体基板の第1面側に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続され、前記半導体基板の前記第1面と第2面との間に設けられた貫通電極と、
前記半導体基板の前記第2面に設けられたアンプトランジスタおよびフローティングディフュージョンと
を有し、
前記光電変換素子は、前記貫通電極を介して、前記アンプトランジスタのゲートと前記フローティングディフュージョンとに接続されている
固体撮像素子。
(2)
前記半導体基板の前記第2面に、リセットゲートを含むリセットトランジスタを有し、
前記リセットゲートは、前記フローティングディフュージョンの隣に設けられている
前記(1)記載の固体撮像素子。
(3)
前記貫通電極は、前記光電変換素子ごとに設けられている
前記(1)または(2)記載の固体撮像素子。
(4)
前記貫通電極は、前記半導体基板を貫通すると共に、分離溝により前記半導体基板と分離されている
前記(1)ないし(3)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(5)
前記貫通電極は、N型またはP型の不純物が注入された半導体により構成され、
前記分離溝の外側面の前記半導体基板内に、前記貫通電極と同じ導電型の不純物領域が設けられている
前記(4)記載の固体撮像素子。
(6)
前記貫通電極は、金属または導電性材料により構成されている
前記(4)記載の固体撮像素子。
(7)
前記分離溝は、絶縁性を有する誘電体層により充填されている
前記(4)ないし(6)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(8)
前記分離溝の外側面は、外側誘電体層により被覆され、
前記分離溝の内側面は、内側誘電体層により被覆され、
前記外側誘電体層と前記内側誘電体層との間に、空洞が設けられている
前記(4)ないし(6)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(9)
前記分離溝の外側面、内側面および底面と、前記半導体基板の前記第1面に、固定電荷を有する膜が設けられている
前記(4)ないし(8)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(10)
前記半導体基板内に設けられた1または複数のフォトダイオードを有する
前記(1)ないし(9)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(11)
半導体基板の第1面側に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続され、前記半導体基板の前記第1面と第2面との間に設けられた貫通電極と、
前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた分離溝と、
前記分離溝を充填し、絶縁性を有する誘電体層と
を備えた固体撮像素子。
(12)
半導体基板の第1面側に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続され、前記半導体基板の前記第1面と第2面との間に設けられた貫通電極と、
前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた分離溝と、
前記分離溝の外側面を被覆する外側誘電体層と、
前記分離溝の内側面を被覆する内側誘電体層と、
前記外側誘電体層と前記内側誘電体層との間に設けられた空洞と
を備えた固体撮像素子。
(13)
固体撮像素子を有し、
前記固体撮像素子は、
半導体基板の第1面側に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続され、前記半導体基板の前記第1面と第2面との間に設けられた貫通電極と、
前記半導体基板の前記第2面に設けられたアンプトランジスタおよびフローティングディフュージョンと
を有し、
前記光電変換素子は、前記貫通電極を介して、前記アンプトランジスタのゲートと前記フローティングディフュージョンとに接続されている
電子機器。
(14)
固体撮像素子を有し、
前記固体撮像素子は、
半導体基板の第1面側に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続され、前記半導体基板の前記第1面と第2面との間に設けられた貫通電極と、
前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた分離溝と、
前記分離溝を充填し、絶縁性を有する誘電体層と
を備えた電子機器。
(15)
固体撮像素子を有し、
前記固体撮像素子は、
半導体基板の第1面側に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続され、前記半導体基板の前記第1面と第2面との間に設けられた貫通電極と、
前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた分離溝と、
前記分離溝の外側面を被覆する外側誘電体層と、
前記分離溝の内側面を被覆する内側誘電体層と、
前記外側誘電体層と前記内側誘電体層との間に設けられた空洞と
を備えた電子機器。
Claims (16)
- 半導体基板の第1面側に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続され、前記半導体基板の前記第1面と第2面との間に設けられた貫通電極と、
前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた分離溝と、
前記分離溝を充填し、絶縁性を有する誘電体層と、
前記分離溝の外側面、内側面および底面と、前記半導体基板の前記第1面とに設けられた固定電荷を有する膜と
を備えた固体撮像素子。 - 前記半導体基板の前記第2面に、アンプトランジスタと、フローティングディフュージョンと、リセットゲートを含むリセットトランジスタとを有し、
前記リセットゲートは、前記フローティングディフュージョンの隣に設けられている
請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記貫通電極は、前記光電変換素子ごとに設けられている
請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記貫通電極は、前記半導体基板を貫通すると共に、前記分離溝により前記半導体基板と分離されている
請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記貫通電極は、N型またはP型の不純物が注入された半導体により構成され、
前記分離溝の外側面の前記半導体基板内に、前記貫通電極と同じ導電型の不純物領域が設けられている
請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記貫通電極は、金属または導電性材料により構成されている
請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記半導体基板内に設けられた1または複数のフォトダイオードを有する
請求項1記載の固体撮像素子。 - 半導体基板の第1面側に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続され、前記半導体基板の前記第1面と第2面との間に設けられた貫通電極と、
前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた分離溝と、
前記分離溝の外側面を被覆する外側誘電体層と、
前記分離溝の内側面を被覆する内側誘電体層と、
前記外側誘電体層と前記内側誘電体層との間に設けられた空洞と
を備えた固体撮像素子。 - 前記分離溝の外側面、内側面および底面と、前記半導体基板の前記第1面に、固定電荷を有する膜が設けられている
請求項8記載の固体撮像素子。 - 半導体基板の第1面側に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続され、前記半導体基板の前記第1面と第2面との間に設けられた貫通電極と、
前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた分離溝と、
前記分離溝の外側面、内側面および底面と、前記半導体基板の前記第1面とに設けられた固定電荷を有する膜と、
前記半導体基板の前記第2面に設けられたアンプトランジスタおよびフローティングディフュージョンと
を有し、
前記光電変換素子は、前記貫通電極を介して、前記アンプトランジスタのゲートと前記フローティングディフュージョンとに接続されている
固体撮像素子。 - 前記分離溝は、絶縁性を有する誘電体層により充填されている
請求項10記載の固体撮像素子。 - 前記分離溝の外側面は、外側誘電体層により被覆され、
前記分離溝の内側面は、内側誘電体層により被覆され、
前記外側誘電体層と前記内側誘電体層との間に、空洞が設けられている
請求項10記載の固体撮像素子。 - 前記貫通電極は、N型またはP型の不純物が注入された半導体により構成されている
請求項10記載の固体撮像素子。 - 固体撮像素子を有し、
前記固体撮像素子は、
半導体基板の第1面側に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続され、前記半導体基板の前記第1面と第2面との間に設けられた貫通電極と、
前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた分離溝と、
前記分離溝を充填し、絶縁性を有する誘電体層と、
前記分離溝の外側面、内側面および底面と、前記半導体基板の前記第1面とに設けられた固定電荷を有する膜と
を備えた電子機器。 - 固体撮像素子を有し、
前記固体撮像素子は、
半導体基板の第1面側に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続され、前記半導体基板の前記第1面と第2面との間に設けられた貫通電極と、
前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた分離溝と、
前記分離溝の外側面を被覆する外側誘電体層と、
前記分離溝の内側面を被覆する内側誘電体層と、
前記外側誘電体層と前記内側誘電体層との間に設けられた空洞と
を備えた電子機器。 - 固体撮像素子を有し、
前記固体撮像素子は、
半導体基板の第1面側に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に接続され、前記半導体基板の前記第1面と第2面との間に設けられた貫通電極と、
前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた分離溝と、
前記分離溝の外側面、内側面および底面と、前記半導体基板の前記第1面とに設けられた固定電荷を有する膜と、
前記半導体基板の前記第2面に設けられたアンプトランジスタおよびフローティングディフュージョンと
を有し、
前記光電変換素子は、前記貫通電極を介して、前記アンプトランジスタのゲートと前記フローティングディフュージョンとに接続されている
を備えた電子機器。
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