JP6260139B2 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents
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Description
は以下の順序で行う。
1.実施の形態(光電変換部の受光面に禁制帯幅の広い層(第2領域)を設けた例)
2.変形例1(光電変換部上に固定電荷膜を設けた例)
3.変形例2(光電変換部の第1領域上にMIS構造を設けた例)
4.変形例3(光電変換部上に透明電極を設けた例)
5.適用例(撮像装置)
(撮像素子10の構成)
図1は、本技術の一実施の形態に係る撮像素子(撮像素子10)の断面構成を表したものである。撮像素子10は、例えばCCDイメージセンサまたはCMOSイメージセンサ等の撮像装置(例えば、撮像装置1)において1つの画素(例えば、画素P)を構成するものである(いずれも、図7参照)。この撮像素子10は裏面照射型であり、半導体基板11の光入射面側に集光部20および光電変換部12が、光入射面とは反対側の面(面S2)に多層配線層31を設けた構成を有する。
まず、各種トランジスタおよび周辺回路を備えた半導体基板11を形成する。半導体基板11は例えばSi基板を用い、このSi基板の表面(面S2)近傍に転送トランジスタT1等のトランジスタおよびロジック回路等の周辺回路を設ける。次いで、Si基板の表面(面S2)側へのイオン注入により不純物半導体領域を形成する。具体的には、各画素Pに対応する位置にn型半導体領域を、各画素間にp型半導体領域を形成する。続いて、半導体基板11の面S2上に多層配線層31を形成する。多層配線層31には層間絶縁膜31Bを介して複数の配線31Aを設けたのち、この多層配線層31に支持基板32を貼りつける。
このような撮像素子10では、例えば撮像装置の画素Pとして、次のようにして信号電荷(電子)が取得される。撮像素子10に、オンチップレンズ21を介して光Lが入射すると、光Lはカラーフィルタ22(22R,22G,22B)等を通過して各画素Pにおける光電変換部12で検出(吸収)され、赤,緑または青の色光が光電変換される。光電変換部12で発生した電子−正孔対のうち電子は半導体基板11(例えばSi基板ではn型半導体領域)へ移動して蓄積され、正孔は電極13へ移動し排出される。
前述のように、撮像装置は小型化、高感度化および高画質化が求められているが、これらを実現するためには画素サイズを小さくする必要がある。しかしながら、画素サイズを小さくすると、各画素において十分な光量を受光することが困難となる。このため、光吸収特性の高いカルコパイライト系化合物半導体を光電変換部に用いる等によって感度を高める工夫がなされてきたが、カルコパイライト系化合物はイオン注入等による濃度調整が難しく、空乏層の幅を制御することは困難であった。このため、製造ごとの空乏層幅のばらつきが大きかった。
図4は、上記実施の形態の変形例1に係る撮像素子(撮像素子10A)の断面構成を表したものである。この撮像素子10Aでは、光電変換部12上に固定電荷膜14(および保護膜15)を形成した点が上記実施の形態とは異なる。この点を除き、撮像素子10Aは撮像素子10と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
図5は、上記実施の形態の変形例2に係る撮像素子(撮像素子10B)の断面構成を表したものである。この撮像素子10Bでは、光電変換部12上に絶縁膜16Aおよび電極16Bを設け、MIS構造を形成している点が上記実施の形態とは異なる。この点を除き、撮像素子10Bは撮像素子10と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
図6は、上記実施の形態の変形例3に係る撮像素子(撮像素子10C)の断面構成を表したものである。この撮像素子10Cでは、光電変換部12上に電極膜17を形成した点が上記実施の形態とは異なる。この点を除き、撮像素子10Cは撮像素子10と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
図7は上記実施の形態および変形例で説明した撮像素子(撮像素子10,10A,10B,10C)を各画素に用いた固体撮像装置(電子機器1)の全体構成を表している。この撮像装置1はCMOSイメージセンサであり、半導体基板11上の中央部に撮像エリアとしての画素部1aを有している。画素部1aの周辺領域には、例えば行走査部131、システム制御部132、水平選択部133および列走査部134を含む周辺回路部130が設けられている。
択部133に供給される。水平選択部133は、例えば垂直信号線Lsigごとに設けられ
たアンプや水平選択スイッチ等により構成されている。
が順番に水平信号線135に出力され、当該水平信号線135を通じて半導体基板11の外部へ伝送される。
(1)半導体基板上にカルコパイライト系化合物を含む光電変換部を備え、前記光電変換部は、光入射面側が相対的に広い禁制帯幅を有する撮像素子。
(2)前記光電変換部は、第1領域と、前記第1領域よりも禁制帯幅が広く、光入射面側に設けられた第2領域とを有する、前記(1)または(2)に記載の固体撮像素子。
(3)前記光電変換部の禁制帯幅は、光入射面側が広くなるように段階的に変化する、前記(1)に記載の固体撮像素子。
(4)前記光電変換部の禁制帯幅は、光入射面側が広くなるように連続的に変化する、前記(1)または(2)に記載の固体撮像素子。
(5)前記光電変換部上に固定電荷膜を有する、前記(1)乃至(4)のいずれか1つに記載の固体撮像素子。
(6)前記光電変換部上に絶縁膜および導電膜をこの順に有する、前記(1)乃至(4)のいずれか1つに記載の固体撮像素子。
(7)前記光電変換部上に導電膜を有する、前記(1)乃至(4)のうちいずれか1つに記載の固体撮像素子。
(8)前記半導体基板はn型半導体によって構成されている、前記(1)乃至(7)のうちいずれか1つに記載の固体撮像素子。
(9)撮像素子を含み、前記撮像素子は、半導体基板上にカルコパイライト系化合物を含む光電変換部を備え、前記光電変換部は、光入射面側が相対的に広い禁制帯幅を有する撮像装置。
Claims (9)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の光入射面側にカルコパイライト系化合物を含む光電変換部と、
前記半導体基板の光入射面とは反対側に設けられ、前記光電変換部で発生した信号電荷を垂直信号線に転送する転送トランジスタとを備え、
前記光電変換部は、第1領域と、前記第1領域よりも禁制帯幅が広く、光入射面側に積層して設けられた第2領域とから構成され、
前記第1領域および前記第2領域の禁制帯幅は、それぞれ、前記半導体基板側から前記光入射面側にかけて連続的に変化し、
前記光電変換部の禁制帯幅は、前記光入射面側が広くなるように連続的に変化する
撮像素子。 - 前記第1領域および前記第2領域は、それぞれ、
前記第1領域がCuInSe2からなる場合には、前記第2領域はCuInxGa1-xSe2もしくは、CuGaSe2からなり、前記第1領域がCuInxGa1-xSe2からなる場合には、前記第2領域はGaリッチもしくは、CuGaSe2からなり、前記第1領域がCuInSe2からなる場合には、前記第2領域はCuInSeyS2-yもしくは、CuInS2からなり、前記第1領域がCuInSeyS2-yからなる場合には、前記第2領域はSリッチもしくは、CuInS2からなり、前記第1領域がCuInS2からなる場合には、前記第2領域はCuInxGa1-xS2もしくは、CuGaS2からなり、前記第1領域がCuInxGa1-xS2からなる場合には、前記第2領域はGaリッチもしくは、CuGaS2からなり、前記第1領域がCuGaS2からなる場合には、前記第2領域はCuGaxAl1-xS2もしくは、CuAlS2からなり、前記第1領域がCuGaxAl1-xS2からなる場合には、前記第2領域はAlリッチもしくは、CuAlS2からなり、前記第1領域がCuGaSe2からなる場合には、前記第2領域はCuGaxAl1-xSe2もしくは、CuAlSe2からなり、前記第1領域がCuGaxAl1-xSe2からなる場合には、前記第2領域はAlリッチもしくは、CuAlSe2からなり、前記第1領域がCuAlSe2からなる場合には、前記第2領域はCuAlSeyS2-yもしくは、CuAlS2からなり、前記第1領域がCuAlSeyS2-yからなる場合には、前記第2領域はSリッチもしくは、CuAlS2からなり、前記第1領域がAgInSe2からなる場合には、前記第2領域はAgInxGa1-xSe2もしくは、AgGaSe2からなり、前記第1領域がAgInxGa1-xSe2からなる場合には、前記第2領域はGaリッチもしくは、AgGaSe2からなり、前記第1領域がAgGaSe2からなる場合には、前記第2領域はAgGaxAl1-xSe2もしくは、AgAlSe2からなり、前記第1領域がAgGaxAl1-xSe2からなる場合には、前記第2領域はAlリッチもしくは、AgAlSe2からなる(0≦x≦1,0≦y≦2)、請求項1に記載の撮像素子。 - 前記光電変換部の光入射面側に固定電荷膜を有する、請求項1または2に記載の撮像素子。
- 前記光電変換部の光入射面側に絶縁膜および導電膜をこの順に有する、請求項1または2に記載の撮像素子。
- 前記光電変換部の光入射面側に導電膜を有する、請求項1または2に記載の撮像素子。
- 前記導電膜は、透明導電性材料を含んで形成された、請求項4または5に記載の撮像素子。
- 前記半導体基板はn型半導体によって構成されている、請求項1乃至6のうちのいずれかに記載の撮像素子。
- 前記半導体基板の光入射面とは反対側に、複数の配線と絶縁膜とを含む多層配線層を有し、前記光電変換部の光入射面側にカラーフィルタおよびオンチップレンズをこの順に有する、請求項1乃至7のうちいずれかに記載の撮像素子。
- 撮像素子を含み、
前記撮像素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板の光入射面側にカルコパイライト系化合物を含む光電変換部と、
前記半導体基板の光入射面とは反対側に設けられ、前記光電変換部で発生した信号電荷を垂直信号線に転送する転送トランジスタとを備え、
前記光電変換部は、第1領域と、前記第1領域よりも禁制帯幅が広く、光入射面側に積層して設けられた第2領域とから構成され、
前記第1領域および前記第2領域の禁制帯幅は、それぞれ、前記半導体基板側から前記光入射面側にかけて連続的に変化し、
前記光電変換部の禁制帯幅は、前記光入射面側が広くなるように連続的に変化する
撮像装置。
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