CN108140654A - 摄像元件及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

摄像元件具备：蓄积部，其蓄积由光电转换部生成的电荷，该光电转换部对从微透镜透射而入射来的光进行光电转换；以及读出部，其读出基于蓄积部的电压的信号，蓄积部和读出部沿着微透镜的光轴方向设置。

Description

摄像元件及摄像装置
技术领域
本发明涉及摄像元件及摄像装置。
背景技术
专利文献1的公报中公开有如下固体摄像元件。
在半导体衬底上设置有包含光电转换部及信号扫描电路部并配置单位像素矩阵而成的摄像区域。摄像区域具备：与和相邻的单位像素的边界部分对应地以包围各单位像素的方式设置的元件隔离绝缘膜；设置于半导体衬底的表面上且元件隔离绝缘膜的下方区域的MOSFET；以及设置于半导体衬底内的元件隔离绝缘膜的附近区域的第一导电型的第一扩散层。元件隔离绝缘膜从形成有信号扫描电路部的半导体衬底的表面偏移设置于半导体衬底中、且到达半导体衬底的背面而形成。MOSFET具备栅电极、和形成于半导体衬底内且栅电极的上方的第一导电型的第二扩散层。第一扩散层与第二扩散层相接，在半导体衬底的垂直方向上，沿着与垂直方向正交的第一方向的第一扩散层的宽度的中心位于沿着第一方向的第二扩散层的宽度的中心附近。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利5547260号
发明内容
近年来，要求多像素化的固体摄像元件。但是，现有的固体摄像元件由于沿着半导体衬底的表面配置了第一扩散层和第二扩散层，所以当多像素化时，受光面积减小。若受光面积减小，则通过光电转换而产生的电荷量减少，灵敏度可能劣化。
本发明第一方面的固态摄像元件具备：蓄积部，其蓄积由光电转换部生成的电荷，所述光电转换部对从微透镜透射而入射来的光进行光电转换；以及读出部，其读出基于所述蓄积部的电压的信号。所述蓄积部和所述读出部沿着所述微透镜的光轴方向设置。
本发明第二方面的固体摄像元件具有与微透镜的光轴交叉的第一面和第二面，在所述第一面与所述第二面之间具备：蓄积部，其蓄积由光电转换部生成的电荷，所述光电转换部对从微透镜透射而入射来的光进行光电转换；读出部，其读出基于所述蓄积部的电压的信号；以及输出部，其向所述读出部输出基于所述蓄积部的电压的信号，其中，在所述微透镜的光轴方向上，所述蓄积部设置于所述第一面侧，所述读出部设置于所述第二面侧，所述输出部设置于所述蓄积部与所述读出部之间。
本发明第三方面的摄像装置具备：摄像元件；生成部，其基于从所述摄像元件输出的信号，来生成图像数据。摄像元件具备蓄积由对从微透镜透射而入射来的光进行光电转换的光电转换部生成的电荷的蓄积部、和读出基于所述蓄积部的电压的信号的读出部。所述蓄积部和所述读出部沿着所述微透镜的光轴方向设置。
附图说明
图1是表示第一实施方式的固体摄像元件100的概略结构的图。
图2是表示第一实施方式的像素20的等效电路的图。
图3的(a)是第一实施方式的像素20的剖视图，图3的(b)是凸区域的立体图。
图4是说明第一实施方式的工序的图。
图5是说明接着图4的第一实施方式的工序的图。
图6是说明接着图5的第一实施方式的工序的图。
图7是说明接着图6的第一实施方式的工序的图。
图8是说明接着图7的第一实施方式的工序的图。
图9是说明接着图8的第一实施方式的工序的图。
图10是说明接着图9的第一实施方式的工序的图。
图11的(a)是第二实施方式的像素20的剖视图，图11的(b)是凸区域的立体图。
图12的(a)是说明第二实施方式的FD和栅极布线11H的连接部的纵向剖视图，图12的(b)是说明栅极布线11H的详情的纵向剖视图。
图13是说明第二实施方式的FD和栅极布线11H的连接部的工序的图。
图14是说明接着图13的第二实施方式的工序的图。
图15是说明接着图14的第二实施方式的工序的图。
图16是说明本发明的摄像装置的框图。
具体实施方式
《第一实施方式》
(元件概略结构)
图1是表示本实施方式的固体摄像元件100的概略结构的图。
固体摄像元件100具备在受光面以像素排列有像素20的摄像部30。经由垂直控制线32从垂直扫描电路31向这些像素20供给驱动信号。另外，像素20以列为单位与垂直信号线21连接。该垂直信号线21与像素电流源22分别连接。
另一方面，从像素20对垂直信号线21以时分输出的噪声输出和信号输出经由列放大器23依次被输入至CDS电路24(相关双采样电路)。该CDS电路24取两个输出的差值而生成真的信号输出。该真的信号输出通过来自水平扫描电路33的驱动信号而进行水平扫描，并依次输出到水平信号线25。该水平信号线25的信号输出经由输出放大器26被输出到输出端子27。
(像素20的等效电路)
图2是表示上述像素20的等效电路的图。
在像素20上设置光电二极管(PD)1。PD1经由以传输驱动信号(传输栅极电压)进行栅极控制的传输晶体管(TG：以下也称作传输栅极)4与浮置扩散部(FD)8连接。FD8与放大晶体管(AMP)11的栅电极连接。另外，FD8经由以复位驱动信号(复位栅极电压)被进行栅极控制的复位晶体管(RST：以下也称作复位栅极)13与规定电位(例如基准电位Vdd)连接。放大晶体管11的漏极与电位Vdd连接，源极经由以选择驱动信号(选择栅极电压)被进行栅极控制的选择晶体管(SEL：以下也称作选择栅极)12与垂直信号线21连接。
传输晶体管4的传输栅极电压经由传输布线4H来供给。复位晶体管13的复位栅极电压经由复位布线13H来供给。选择晶体管12的选择栅极电压经由选择布线12H来供给。
其它结构与图1系统，省略这里的重复说明。
(像素20的元件构造)
图3的(a)是表示像素20的元件构造的一部分的剖视图。入射光从图3的上方入射。
固体摄像元件100形成于半导体衬底200上。半导体衬底200为单片半导体衬底。半导体衬底200包含半导体区域202、形成于半导体衬底202的受光面侧(光的入射侧)且设置有由氧化层相互进行绝缘的各种布线的布线区域201、形成于半导体区域202的受光面的相反侧的氧化膜203而构成。
在固体摄像元件100的受光面上形成有遮光膜450，在之后进行详细说明。遮光膜450针对每个像素具有形成将入射光导入光电转换部(PD)的光路区域400的凹部，凹部入口成为入射光的开口401。遮光膜450为了防止光入射至信号读出电路300等而设置。
(半导体区域202)
半导体区域202具有平板形状的基部区域202K和从基部区域202K向受光面侧延伸的凸区域202T。换言之，半导体区域202的至少一部分具有沿着光入射的方向延伸的凸区域202T。半导体区域202的至少一部分朝向比后述的遮光膜452所具有的开口部更靠光入射的方向延伸，且位于比遮光膜452更靠受光面侧。图3的(a)中，半导体区域202为倒T字形状，凸区域202T为下部的大面积部和上部的小面积部通过台阶部202D连接的带台阶的棱柱形状。凸区域202T的周围被氧化层覆盖。此外，半导体区域202的至少一部分也可以朝向比遮光膜450或开口401更靠光入射的方向延伸。另外，凸区域202T的形状不限于棱柱形状。凸区域202T的形状也可以是例如圆柱、椭圆柱、棱锥、圆锥、椭圆锥、球体、椭圆体、多面体等。
在凸区域202T形成有PD1和信号读出电路300。在基部区域202K设置有将从凸区域202T的信号读出电路300输出的信号向外部的电路、例如未图示的选择电路等输出的n型的信号路径区域202S。PD1、信号读出电路300及信号路径区域202S通过向p型区域的规定部位以适宜的浓度选择性注入p型杂质或n型杂质而形成。
即，在半导体区域202形成有将入射的光通过光电转换而转换成电荷的PD1、和用于将由PD1进行了光电转换的电荷作为像素信号经由放大晶体管11输出的信号读出电路300。
信号读出电路300包含向FD8传输PD1的电荷的传输晶体管4、蓄积所传输的电荷并将其转换成电压的FD8、将FD8的输出电压放大的放大晶体管11、将FD8复位的复位晶体管13而构成。
在对栅电极4g施加栅极电压时，传输晶体管4将由PD1产生的电荷传输到FD8。
FD8是蓄积从传输晶体管4传输的电荷并将其转换成电压的电容器，其设于PD1下方的台阶部202D。通过光电转换产生的电荷被FD8的电容器转换成电压，该电压成为放大晶体管11的栅极电压。由于由PD1产生的电荷Q除以FD8的电容C所得的值为像素20的像素信号的基础，所以减小FD8的电容有助于提高摄像元件的灵敏度。
放大晶体管11将对栅电极11g施加的FD8的电压放大。由放大晶体管11放大的电压被输出到未图示的层叠的其它半导体衬底的选择电路。此外，选择电路也可以配置于同一半导体衬底。
此外，未图示的半导体衬底上形成的选择电路包含将自放大晶体管11输出的像素信号向垂直信号线21输出的选择晶体管12。
当对栅电极13g施加栅极电压时，复位晶体管13将蓄积于FD8的电荷排出，复位至基准电位Vdd。
(栅电极)
也参照图3的(b)进行说明。图3的(b)是表示各种晶体管4、11、13的栅电极的凸区域202T的立体图。
传输栅电极4g在与PD1和FD8之间的p型区域对置的凸区域202T的侧面202R，隔着氧化绝缘膜由多晶硅形成。向传输栅电极4g供给栅极电压的传输栅极布线4H在布线区域201沿衬底平面方向(与光的入射方向交叉的方向)延伸设置。此外，氧化绝缘膜被氮化膜覆盖。
放大栅电极11g在凸区域202T的侧面202R隔着绝缘膜202由多晶硅形成。栅电极11g为放大晶体管11的顶栅电极。向栅电极11g供给栅极电压的栅极布线11H被设置为在布线区域201与FD8直接连接。即，栅极布线11H贯穿形成于凸区域202T的侧面202R的氧化膜和氮化膜进行布线。
放大晶体管11的背栅经由p型区域和GND布线11G与GND电位连接。GND布线11G在布线区域201沿衬底平面方向延伸设置。
如图3的(b)所示，放大晶体管11的栅电极11g的衬底俯视形状为“コ”字形状，设于形成为棱柱的凸区域202T的三个侧面的周围，增大了面积。通过增大电极面积，实现放大FD8的电压时的噪声降低。
复位栅电极13g在凸区域202T的侧面202R隔着绝缘膜202由多晶硅形成。栅电极13g为复位晶体管13的顶栅电极。向栅电极13g供给栅极电压的栅极布线13H在布线区域201沿衬底平面方向延伸设置。复位晶体管13的背栅经由p型区域和GND布线13G与GND电位连接。GND布线13G在布线区域201沿衬底平面方向延伸设置。
半导体区域202的n型区域通过Vdd布线202V与规定电位(例如基准电位Vdd)连接。Vdd布线202V在布线区域201沿衬底平面方向延伸设置。
如上，在布线区域201形成有传输晶体管4的栅极布线4H、放大晶体管11的栅极布线11H、复位晶体管13的栅极布线13H、将衬底与GND电位连接的GND布线11G、13G、将衬底与基准电位Vdd连接的Vdd布线202V。这些布线由铝或钨等金属材料形成。另外，这些布线是所谓的全局布线，能够通过未图示的通孔布线与衬底表面侧或层叠衬底导通。
(光路区域400)
在半导体衬底200的受光面侧的氧化层上突出有凸区域202T。在形成于凸区域202T的PD1的外周形成有将入射到受光面的光向PD1引导的光路区域400。在光路区域400内部堆积有氧化层。光路区域400由形成于受光面的遮光膜450区划。
形成于固体摄像元件100的受光面的遮光膜450针对每个像素具有形成将入射光导入光电转换部(PD)的光路区域400的凹部。凹部入口成为入射光的开口401。光路区域400的截面形状为与开口401相同大小的矩形形状。
如上所述，PD1具有沿入射光的入射方向延伸的立体形状。例如，其截面形状也可以为与光路区域400的截面或开口401的形状相同的矩形。设置于遮光膜450的开口401与沿着入射方向朝向受光面侧延伸的PD1相对设置。换言之，在俯视衬底时，开口401和PD1被配设于重复的位置。
光路区域400的截面及开口401的形状不限于矩形。例如，光路区域400的截面形状及开口401的截面形状也可以为圆、椭圆、多边形、圆环。
若可见光成分的透射率为规定以上，则光路区域400内部的材质不限于氧化层。也可以将光路区域400内部设为空洞。
在光路区域400的内周面形成有反射膜451，在光路区域400的底部(布线区域侧的底面)形成有遮光膜452。反射膜451及遮光膜452能够通过对例如反射率高的铝等进行PVD而形成。反射膜451只要由反射率高的材料形成即可，遮光膜452只要由光透射率低的材料形成即可，可以为相同的材料，也可以为不同的材料。
在光路区域400的开口401设置有彩色滤光片和微透镜。如后述，也可以省略彩色滤光片和微透镜。
(PD1和FD8的详情)
参照图3详细说明PD1。
PD1以沿着入射光入射的方向在衬底厚度方向上长的方式设置于从基部区域202K向受光面侧突出的凸区域202T。PD1的形状也可以与凸区域202T的截面形状相匹配地设为棱柱形状，但只要为沿着光入射的方向延伸的立体即可。例如，也可以圆柱、椭圆柱、棱柱、圆锥、椭圆锥、球体、椭圆体、多面体。
此外，衬底厚度方向为衬底深度方向，但还能够称作沿着入射光入射的方向的方向、与受光面正交的方向。PD1的长度方向也可以由这些方向进行定义。或者，也可以将衬底厚度方向定义为微透镜462的光轴方向。
PD1为将n型杂质选择性注入p型半导体区域202的规定区域而形成的p－n结的光电转换部。在凸区域202T的内方形成有n型光电转换区域1a，在n型光电转换区域1a的周围形成有p型光电转换区域1b。利用n型光电转换区域1a和p型光电转换区域1b形成p－n结的光电转换部。
省略图示，通过在PD1的表面区域形成p+区域，防止光电转换区域1a的耗尽层到达表面。由于防止耗尽层到达表面，所以可防止在半导体界面产生的暗电流流入光电转换区域1a。即，第一实施方式的PD1为嵌入型光电二极管。
在夹着p型光电转换区域1b与n型区域1a分开的位置、具体而言在凸区域202T的台阶部202D形成有n型电荷蓄积区域8。为了便于说明，将该n型电荷蓄积区域作为FD8来进行说明。若对传输晶体管4的栅电极4g施加栅极电压，则蓄积于PD1的电荷产生的电流流动，在FD8蓄积电荷。
对以上说明的固体摄像元件100进行的光电转换动作进行说明。
在固体摄像元件100的受光面上呈矩阵状排列有像素。入射到摄像元件100的光由针对每个像素设置的微透镜进行聚光。被聚光的光由彩色滤光片进行波长选择，从开口401向光路区域400入射。入射光的一部分从PD1的面1e向内部入射。入射到光路区域400的光中的从面1e入射到PD1的光以外的光、即入射到PD1的侧面1d和反射膜451之间的光路区域400的光由反射膜451反射并从侧面1d入射到PD1。PD1将从面1e和侧面1d入射来的光光电转换成电荷。由此，PD1从入射的光高效地产生电荷。
入射到光路区域400的底部的光由遮光膜452遮光。遮光膜450、452防止入射光向形成有信号读出电路300的半导体区域202入射。由此，能够降低向读出电路300的漏光导致的噪声。遮光膜452如上所述，由于半导体区域202为凸形状，所以在半导体区域202朝向光入射的方向延伸的部分具有开口部。
若在通过传输晶体管4和复位晶体管13使PD1和FD8复位后经过了规定的蓄积时间的时间点使传输晶体管4接通，则通过蓄积于PD1的电荷的检测电流，在FD8蓄积电荷。蓄积于FD8的电荷被转换成电压施加到放大晶体管11的栅电极11g而进行放大。被放大的像素信号从形成于未图示的衬底的选择晶体管12作为像素信号被选择，并输出到垂直信号线21。
从PD1向FD8的检测电流沿半导体衬底的厚度方向流通。即，被垂直传输。另外，放大晶体管11的n型源极区域和n型漏极区域在凸区域202T的长度方向上、即沿着凸区域侧面202R分开配置。进而，复位晶体管13的n型源极区域和n型漏极区域在凸区域202T的长度方向上、即沿着凸区域侧面202R分开配置。在第一实施方式中，复位栅电极13g在凸区域202T的长度方向上被配置于传输栅电极4g和放大栅电极11g之间。此外，凸区域侧面202R为与入射光入射的方向平行的方向。
因此，在第一实施方式的固体摄像元件1中，从PD1至FD8为止的信号路径、由放大晶体管11放大的像素信号的路径、基于复位晶体管13的FD8的复位信号的路径成为衬底厚度方向、即入射光的入射方向。通过这种元件要素的配置，能够实现像素的小型化。
在专利文献1的固体摄像元件中，将电荷作为像素信号取得的信号读出电路300在传输电路、放大电路以及选择电路之间沿着半导体衬底表面传输信号，因此，像素变大，高密度安装受限。
以上说明的第一实施方式的固体摄像元件的作用效果如下。
(1)固体摄像元件100沿着半导体衬底200的深度方向、即厚度方向配置有将入射光光电转换而生成电荷的光电转换部(PD)1、将由PD1生成的电荷转换成电压的电荷电压转换部(FD：蓄积部)8、将由FD8进行了转换的电压进行放大的放大晶体管(读出部)11。在第一实施方式的固体摄像元件100中，半导体衬底厚度方向为入射光入射的方向。半导体衬底厚度方向也为微透镜462的光轴方向。
通过这种结构，能够将像素形成为小型。
(2)在第一实施方式的固体摄像元件100中，至少PD1、FD8以及放大晶体管11从半导体衬底200的受光面沿着深度方向配置，特别是，FD8沿着衬底深度方向配置于PD1和放大晶体管11之间。距半导体衬底200的受光面的深度方向也为微透镜462的光轴方向。
PD1的电荷信号沿半导体衬底厚度方向流动并传输到FD8而被蓄积，并被转换成电压。该电压由放大晶体管11放大。被放大的信号沿半导体衬底厚度方向流动。
因此，与将PD的电荷信号沿衬底平面方向向FD传输、或者将放大了FD的电压的信号沿衬底平面方向流动的固体摄像元件相比，能够将像素小型化。
(3)第一实施方式的固体摄像元件100设置于半导体衬底200。半导体衬底200具有与入射光入射的方向交叉的第一面和第二面。在半导体衬底200上，在第一面与第二面之间配置有对入射光进行光电转换而生成电荷的PD1、将由PD1生成的电荷转换成电压的FD8、将由FD8转换的电压放大的放大晶体管11。PD1在入射光入射的方向上配置于第一面侧，放大晶体管11被配置于比PD1靠第二面侧，FD8被配置于PD1和放大晶体管11之间。
PD1的电荷信号沿半导体衬底厚度方向流动并传输到FD8而被蓄积，并被转换成电压。该电压由放大晶体管11放大。被放大的信号沿半导体衬底厚度方向流通。
因此，与将PD的电荷信号沿衬底平面方向向FD传输、或者将放大了FD的电压的信号沿衬底平面方向流动的固体摄像元件相比，能够将像素小型化。
(4)在第一实施方式的固体摄像元件100中，FD8在入射光入射的方向上配置于比PD1靠第二面侧，放大晶体管11在入射光入射的方向上配置于比FD8靠第二面侧。
(5)在第一实施方式的固体摄像元件100中，第一面为入射光入射的面。
(6)第一实施方式的固体摄像元件100设于半导体衬底200。在半导体衬底200上配置有将入射光进行光电转换而生成电荷的PD1、将由PD1生成的电荷转换成电压的FD8、将由FD8转换的电压放大的放大晶体管11。在由将半导体衬底的至少一部分遮光的遮光部450形成的光路区域400至少设置有PD1。
通过这样的结构，在从PD1的多个面取入入射光而提高了光电转换效率的固体摄像元件中，也能够将像素形成为小型。
(7)第一实施方式的固体摄像元件100的半导体衬底202具备具有沿与受光面相同的方向扩展的平面的基部区域202K、和从该基部区域202K向受光面侧为凸形状的凸区域202T。PD1、FD8、放大晶体管11以及复位晶体管13设于凸区域202T。传输栅电极4g、复位栅电极13g、放大栅电极11g在沿着凸区域202T的侧面202R的衬底厚度方向上以规定间隔排列。从PD1向FD8的电荷传输、复位晶体管13的源极－漏极间、放大晶体管11上的源极－漏极间的栅电极正下方的p型区域的电流的方向成为沿着凸区域202T的侧面202R的衬底厚度方向。因此，与使这些信号的某一个或者全部沿衬底表面方向流动的固体摄像元件相比，能够将像素小型化。
此外，在俯视衬底时，开口401、PD1、构成读出电路300的传输晶体管4、放大晶体管11、复位晶体管13以重合的方式配置。在第一实施方式中，在开口401的俯视区域内包含这些晶体管4、11、13。这与凸型PD1的形状相结合，有助于像素的小型化。
(8)第一实施方式的固体摄像元件100具备在凸区域202T形成有将入射的光进行光电转换而生成电荷的PD(光电转换区域)1、和包含从PD1传输电荷的FD(电荷传输区域)8的读出电路300的半导体区域202。凸区域202T向设置于受光面侧的光路区域400突出设置。
通过这样的结构，由于入射光从PD1的面1e和面1d双方入射，所以量子效果提高，能够防止伴随像素的微小化的S/N比的劣化。因此，例如即使是1000～10000帧/秒那种高速读出的固体摄像元件，也能够得到噪声少的高画质的图像。
(9)PD1贯穿光路区域400的底部而延伸至受光面侧。在PD1的周围，向光路区域400入射的光的一部分在光路区域400向下方行进，以不使泄漏光入射至读出电路300的方式在光路区域400的底部形成有遮光膜452。
因此，即使采用能够实现光从PD1的周围入射的结构，也能够降低向读出电路300的漏光带来的噪声的产生。
此外，也可以在凸区域202T配置选择由放大晶体管(AMP)11读出的信号的选择晶体管(SEL)14。该情况下，可以将FD8、AMP11以及SEL14沿着微透镜的光轴方向设置。另外，该情况下，AMP11沿着微透镜的光轴方向设置于FD8和SEL14之间。
通过AMP11读出的信号沿衬底厚度方向即沿着微透镜光轴的方向流动，被输入到SEL14。进而，可以使由SEL14选择的信号沿衬底厚度方向即沿着微透镜光轴的方向流动。
第一实施方式的固体摄像元件100也能够如下说明的那样。
(1)第一实施方式的固体摄像元件100具备蓄积由将透过微透镜462而入射的光进行光电转换的光电转换部(PD)1生成的电荷的蓄积部(FD)8、和读出基于蓄积部(FD)8的电压的信号的读出部(AMP)11，蓄积部(FD)8和读出部(AMP)10沿着微透镜462的光轴方向设置。
(2)第一实施方式的固体摄像元件100具备将基于蓄积部(FD)8的电压的信号输出到读出部(AMP)11的输出部(栅电极、栅极布线)11G、11H，输出部(栅电极、栅极布线)11G、11H在微透镜462的光轴方向上设置于蓄积部(FD)8和读出部(AMP)11之间。
(3)第一实施方式的固体摄像元件100具备：蓄积部(FD)8，其具有与微透镜的光轴交叉的第一面(作为入射面的衬底背面或衬底表面)和第二面(作为入射面的衬底背面或其相反侧的衬底表面)，在第一面和第二面之间蓄积由将透过微透镜462而入射的光进行光电转换的光电转换部(PD)1生成的电荷；读出部(AMP)11，其读出基于蓄积部(FD)8的电压的信号；输出部(栅电极、栅极布线)11G、11H，其将基于蓄积部(FD)8的电压的信号输出到读出部(AMP)11。该摄像元件100在微透镜462的光轴方向上，将蓄积部(FD)8设于第一面侧，将读出部(AMP)11设于第二面侧，将输出部(栅电极、栅极布线)11G、11H设于蓄积部(FD)8和读出部(AMP)11之间。
(4)上述(3)的固体摄像元件100的第一面为光入射的入射面。
(5)上述(2)～(4)的固体摄像元件100的输出部为将基于蓄积部(FD)8的信号向读出部(AMP)11输出的栅电极11G、栅极布线11H。
(6)上述(1)～(4)的固体摄像元件100的光电转换部(PD)1、蓄积部(FD)8以及读出部(AMP)11沿着微透镜462的光轴方向设置。
(7)上述(1)～(4)的固体摄像元件100的蓄积部(FD)8在微透镜的光轴方向上设置于光电转换部(PD)1和读出部(AMP)11之间。
(8)上述(1)～(4)的固体摄像元件100还具备将透过微透镜462而向蓄积部(FD)8入射的光遮光的遮光膜(遮光部)452。光电转换部(PD)1在微透镜462与遮光膜(遮光部)452之间接收透过微透镜462而入射的光。
(9)上述(3)的固体摄像元件100的光电转换部(PD)1具有在微透镜462和遮光膜(遮光部)452之间接收从与微透镜462的光轴交叉的方向入射的光的受光面1d。
(10)上述(8)～(9)的固体摄像元件100的光电转换部(PD)1具有在微透镜462和遮光部452之间接收透过微透镜462而入射的光的多个受光面1e、1d。
(11)上述(8)～(10)的固体摄像元件100的光电转换部(PD)1的至少一部分朝向比遮光部452更靠入射光入射的一侧突出。
(12)上述(11)的固体摄像元件100的遮光部452具有开口部452A，光电转换部(PD)1的至少一部分从开口部452A朝向比遮光部452更靠入射光入射的一侧突出。
(13)上述(1)的固体摄像元件还具备选择由读出部(AMP)11读出的信号的选择部(SEL)14，蓄积部(FD)8、读出部(AMP)11以及选择部(SEL)14沿着微透镜的光轴方向设置。
(14)上述(13)的固体摄像元件的读出部(AMP)11沿着微透镜的光轴方向设置于蓄积部(FD)8和选择部(SEL)14之间。
(制造工艺)
对以上说明的固体摄像元件100的制造方法进行说明。此外，在以下的说明中，省略有关各工序中所使用的掩膜形状和抗蚀剂涂敷等工艺的详细说明。
(第一工序～第四工序)
图4的(a)：为了制造固体摄像元件100而在n型半导体衬底上形成p型外延层501。
图4的(b)：在p型外延层501的上表面涂敷抗蚀剂502并进行图案化之后，掺杂n型杂质，在最深的位置形成n型区域503。
图4的(c)：通过重复多次图4的(b)的工艺，形成n型区域504～507。之后进行退火，使注入的杂质活性化。
此外，n型区域503和504是成为PD1的区域，n型区域505是成为FD8的区域，n型区域506和507是复位晶体管13或放大晶体管11的成为源极区域、漏极区域的区域。
图4的(d)：通过图4的(c)，在形成有n型区域503～507的中间制品C1的上表面形成氧化膜508。
(第五工序～第八工序)
图5的(a)：在氧化膜508的上表面贴附支承衬底509，将衬底的表背反转并进行背面研磨。此外，表示以下的工序的图中省略支承衬底509的图示。
图5的(b)：从衬底背面侧对图5的(a)中得到的中间制品C2A进行蚀刻，形成凸部510a。
图5的(c)：对通过图5的(b)形成的中间制品C2B进一步进行蚀刻，形成由凸部510和平板部511构成的半导体部512。该半导体部512成为半导体区域202。
图5的(d)：在半导体部512的表面形成氧化膜514。该氧化膜514成为栅极氧化膜。
(第九工序～第十二工序)
图6的(a)：在通过图5的(d)的工序形成的栅极氧化膜514的表面形成氮化膜515。
图6的(b)：将通过图6的(a)的工序形成的氮化膜515的表面进行图案化而进行蚀刻，制作中间制品C3。在该中间制品C3上，将平板部511的表面的氧化膜514和氮化膜515除去。另外，将凸部510的左侧面202L的氧化膜514和氮化膜515除去。
图6的(c)：制作在通过图6的(b)制作的中间制品C3的表面形成有氧化膜516的中间制品C4。
图6的(d)：对通过图6的(c)制作的中间制品C4的表面的氧化膜516进行蚀刻，制作在平板部511的上表面形成有规定厚度的氧化膜517的中间制品C5。
(第十三工序～第十六工序)
图7的(a)：在通过图6的(d)制作的中间制品C5的上表面形成多晶硅518。
图7的(b)：对通过图7的(a)的工序形成的多晶硅518的表面进行图案化而进行蚀刻，形成成为放大晶体管11的栅电极11g的栅极部519，得到中间制品C6。
图7的(c)：对于通过图7的(b)制作的中间制品C6，与图6的(c)和(d)同样地进行氧化膜形成处理、蚀刻处理，将中间制品C6的栅极部519的底部侧侧面由氧化膜520覆盖。
图7的(d)：对通过图7的(c)得到的中间制品C7进行铝或钨等的蒸镀处理和图案化、蚀刻处理，在中间制品C7的氧化膜520的上表面形成布线部521a、521b。该布线部521a、521b成为放大晶体管11的栅极11H和GND布线11G。
(第十七工序～第二十工序)
图8的(a)：对于结束了图7的(d)的工序的中间制品C8，与图7的(a)～(d)同样地反复进行多晶硅形成处理、图案化，蚀刻处理、氧化膜厚膜化处理、布线形成处理，制作在中间制品C8的氧化膜520内形成了以下的要素的中间制品C9。
这些要素为成为复位晶体管13的栅电极13g的栅极部522、成为复位晶体管13的栅极布线13H的布线部523、与复位晶体管13的背栅连接的成为Vdd布线202V的布线部524、及成为复位晶体管13的GND布线13G的布线部525。
图8的(b)：相对于通过图8的(a)的工序得到的中间制品C9形成从氧化膜513的表面朝向成为FD8的n型区域505的通路孔526、和朝向放大栅极布线11H的一部分布线部521a的通路孔527。
图8的(c)：在通过图8的(b)的工序得到的中间制品C10的通路孔526和527内形成布线金属528和529，并且在氧化膜520的上表面形成将这些布线金属528和529连接的布线金属530。
图8的(d)：对于通过图8的(c)得到的中间制品C11进行氧化膜形成处理和图案化、蚀刻处理，由氧化膜531包覆成为放大栅极布线11H的布线金属528～530。
(第二十一工序～第二十四工序)
图9的(a)：对于通过图8的(d)的工序得到的中间制品C12，与图7的(a)～(d)同样地进行多晶硅形成处理、图案化、蚀刻处理、氧化膜厚膜化处理、布线形成处理，在中间制品C12的氧化膜531上形成成为栅极布线4H的布线金属532。之后，在氧化膜531进一步堆积氧化膜。符号531A为厚膜氧化膜。
图9的(b)：对于通过图9的(a)的工序得到的中间制品C13蚀刻成为凸区域202T的半导体部512的周围的氧化膜531A，形成成为光路区域400的凹部533。
图9的(c)：在通过图9的(b)的工序得到的中间制品C14的上表面成膜成为遮光膜450、反射膜451、遮光膜452的金属膜534。
图9的(d)：对于通过图9的(c)得到的中间制品C15，通过蚀刻处理除去在成为凸区域202T的半导体部512的周围蒸镀的金属膜534。
(第二十五工序～第二十六工序)
图10的(a)：在通过图9的(d)的工序得到的中间制品C16的上表面形成氧化膜535。
图10的(b)：从通过图10的(a)的工序得到的中间制品C17的表面朝向半导体衬底基部202K的n型区域进行通路孔形成处理、和向通路孔内的布线金属形成处理，形成布线金属536。这是图3中说明的固体摄像元件100。
制造方法示出一例，也可以采用制造图3的固体摄像元件100的各种工序。
《第二实施方式》
图11是说明第二实施方式的固体摄像元件100A的图。在与第一实施方式的固体摄像元件100相同的部位标注同样的附图标记并省略详细说明。
固体摄像元件100A的半导体衬底202的衬底背面侧是受光面。半导体衬底202具备具有向与受光面相同的方向扩展的平面的平板状的基部区域202K、和从该基部区域202K向受光面侧呈凸形状的凸区域202TA。
凸区域202TA是截面形状为矩形的棱柱形状，在衬底背面侧的最上部设置有PD1。PD1的结构与第一实施方式相同，省略说明。
图11的(a)中，凸区域202TA的右侧面202R与第一实施方式不同，为没有台阶的一个平面。沿着该侧面202R，在衬底厚度方向上分开设置有PD1、FD8、传输晶体管4、放大晶体管11、复位晶体管13。各栅电极4g、11g、13g在侧面202R的氧化膜面上沿衬底厚度方向分开配置。
衬底厚度方向为衬底深度方向，但也能称作PD1的长度方向、沿着入射光入射的方向的方向、与受光面正交的方向。衬底厚度方向也为微透镜462的光轴方向。
FD8沿着入射光的入射方向，夹着p型区域与PD1的n型区域1a分开配置。在PD1和FD8之间的p型区域的表面、即凸区域202TA的右侧面202R，经由栅极氧化膜(参照图12的(a)的附图标记302)设置有传输栅电极4g。若向传输栅电极4g供给传输栅极电压，则向FD8传输蓄积于PD1的电荷。
由FD8转换的电压通过放大栅极布线11H被施加于放大晶体管11的栅电极11g。放大晶体管11的n型漏极区域和n型源极区域夹着p型背栅区域在入射光的入射方向上以规定间隔设置。放大栅电极11g隔着氧化膜设置于n型漏极区域和n型源极区域之间的p型背栅区域。
复位晶体管13具有在入射光的入射方向上与FD8以规定间隔设置的n型源极区域。复位栅电极13g隔着氧化膜设置于与n型漏极区域和n型源极区域之间的p型背栅区域对置的位置。
第二实施方式的固体摄像元件100A实现如下的作用效果。
第二实施方式的固体摄像元件除实现与第一实施方式相同的作用效果之外，还实现以下这种作用效果。
(1)至少PD1、FD8、放大晶体管11在凸区域202TA内于沿着侧面202R的衬底厚度方向上以规定间隔排列。从PD1向FD8的电荷传输、放大晶体管11上的源极－漏极间的栅电极正下方的p型区域的电流的方向成为衬底厚度方向。复位晶体管13的栅电极13g也被设置于凸区域202TA的上述一侧面202R，复位晶体管13的源极－漏极间的电流的方向也成为沿着侧面202R的衬底厚度方向。
因此，第二实施方式的固体摄像元件100A与以使上述信号的某一个或者全部沿衬底平面方向流动的方式构成的固体摄像元件相比。能够使像素小型化。
(2)撤掉了在第一实施方式的凸区域202T为必要的台阶，而设置具有成为一个平面的侧面202R的凸区域202TA。
因此，将图11和图3比较可知，由于能够减小FD8，所以能够增大转换增益。另外，由于能够减小凸区域202TA的截面积，所以与图3所示的第一实施方式的固体摄像元件相比能够进一步小型化。
(制造工艺)
在以上说明的固体摄像元件100A中，在凸区域202TA的一侧面202R沿入射光的入射方向排列有各种栅电极。将FD8与放大晶体管11的栅电极11g连接的放大栅极布线11H需要以贯穿覆盖凸区域侧面202R的氧化膜和氮化膜并与n型区域的FD8连接的方式形成。参照图12～图15，针对将放大栅极布线11H和FD8连接的部位说明制造方法。此外，在以下的说明中，省略各工序中使用的掩膜形状和抗蚀剂涂敷等工艺的详细说明。
图12的(a)是放大表示图11的(a)的FD8和放大栅极布线11H的周边的图。对于与图11相同的部位标注同一附图标记来进行说明。
在半导体衬底202的凸区域202TA的一侧面202R设置有栅极氧化膜302，在栅极氧化膜302上形成有传输栅电极4g、复位栅电极13g、放大栅电极11g。传输栅电极4g、复位栅电极13g、放大栅电极11g的表面由氮化膜303、304覆盖。图12的(a)中，形成有两层氮化膜303、304。一端与放大栅电极11g连接的放大栅极布线11H的另一端贯穿氮化膜303、304和氧化膜302与FD8连接。以下，说明该栅极布线11H的制造工艺。
如图12的(b)所示，放大栅极布线11H包含在未图示的工序中依次形成于层间膜301的第一及第二布线11Ha、11Hb、和沿纵向贯穿氧化膜302的形成于通路孔的布线11Hc而构成。与复位栅电极13g连接的复位栅极布线13H在未图示的工序中形成于层间膜301。
(第一工序～第四工序)
在以下的图中，详细图示并说明与制作放大栅极布线11H的工艺关联的要素。
图13的(a)：将层间膜301蚀刻至图12的(a)所示的位置。
图13的(b)：以各向同性蚀刻来进一步蚀刻层间膜301。
图13的(c)：在通过图13的(b)的工序得到的中间制品C1的表面薄地堆积氮化膜304。
图13的(d)：在通过图13的(c)的工序得到的中间制品C2上薄地堆积SOG(Spin onGlass：SiO系)307。
(第五工序～第八工序)
图14的(a)：对SOG307进行构图。附图标记SOG307a是图案化后的SOG。
图14的(b)：在通过图14的(a)的工序得到的中间制品C3上涂敷抗蚀剂，并图案化为图14的(b)所示的形状。附图标记308是图案化后的抗蚀剂。
图14的(c)：对通过图14的(b)的工序得到的中间制品C4实时湿式蚀刻，除去图案化后的SOG307a。
图14的(d)：对通过图14的(c)的工序得到的中间制品C5实时湿式蚀刻，将层间膜301的上表面的氮化膜304和与FD8对置的氧化膜302及氮化膜304除去。此时，侧面202R的两层氮化膜303和氧化膜304由于被抗蚀剂308覆盖，所以未被除去。在进行栅极氧化膜302的蚀刻时，层间膜301的表面也被稍微蚀刻，但由于栅极氧化膜302薄(10nm左右)，所以几乎没有影响。
(第九工序～第十二工序)
图15的(a)：将通过图14的(d)的工序得到的中间制品C6的抗蚀剂308除去，涂敷新的抗蚀剂，图案化成图15的(a)所示的形状。附图标记309是图案化后的抗蚀剂。在抗蚀剂309沿衬底厚度方向形成蚀刻用的贯穿孔309a。
图15的(b)：通过流入贯穿孔309a的蚀刻液对通过图15的(a)的工序得到的中间制品C7蚀刻层间膜301，在层间膜301上形成布线金属用的孔310。
图15的(c)：将通过图15的(b)的工序得到的中间制品C8的抗蚀剂309除去，在布线金属用的孔310内蒸镀金属材料例如钨，形成栅极布线11Hc。
图15的(d)：相对于通过图15的(c)的工序得到的中间制品C9形成栅极布线11Hb。图15的(d)是图12的(a)所示的中间制品。对该中间制品实施各种工艺处理，制作图11所示的第二实施方式的固体摄像元件100A。
制造方法示出一例，也可以采用制造图11的固体摄像元件100A的各种工序。
本发明不限于以上说明的实施方式、变形例。在不脱离本发明的范围内进行各种变形、变更的固体摄像元件也在本发明的范围内。
例如，选择晶体管12也可以设置于凸区域202T、202TA。
只要综合设计PD1的量子效应、FD8的容量等而得到摄像元件的要求性能即可，也可以省略光路区域400而从PD1的受光面侧的面入射光。
另外，如图16所示，本发明也能够作为具备上述各实施方式、変形例的摄像元件100、和基于从摄像元件100输出的信号生成图像数据的生成部1500的摄像装置1600来实施。
将下面的优先权基础申请的公开内容作为引用文献援引至此。
日本专利申请2015年第195348号(2015年9月30日申请)
附图标记说明
1光电二极管、1a n型光电转换区域、1b p型光电转换区域、1d、1e面、4传输晶体管、4g传输栅电极、4H传输布线、8浮置扩散、11放大晶体管、11g放大栅电极、11H放大栅极布线、11Ha、11Hb、11Hc构成放大栅极布线的布线要素、12选择晶体管、13复位晶体管、13g复位栅电极、13H复位栅极布线、20像素、21垂直信号线、100、100A固体摄像元件、200半导体衬底、201氧化区域、202半导体区域、203布线区域、202K基部区域、202T凸区域、400光路区域、401开口、450，452遮光膜、451反射膜。

Claims (15)

1.一种摄像元件，其特征在于，具备：
蓄积部，其蓄积由光电转换部生成的电荷，所述光电转换部对从微透镜透射而入射来的光进行光电转换；以及
读出部，其读出基于所述蓄积部的电压的信号，
所述蓄积部和所述读出部沿着所述微透镜的光轴方向设置。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，
具备输出部，其将基于所述蓄积部的电压的信号输出到所述读出部，
所述输出部在所述微透镜的光轴方向上设置于所述蓄积部与所述读出部之间。
3.一种摄像元件，其具有与微透镜的光轴交叉的第一面和第二面，在所述第一面与所述第二面之间具备：蓄积部，其蓄积由光电转换部生成的电荷，所述光电转换部对从所述微透镜透射而入射来的光进行光电转换；读出部，其读出基于所述蓄积部的电压的信号；以及输出部，其向所述读出部输出基于所述蓄积部的电压的信号，所述摄像元件的特征在于，
在所述微透镜的光轴方向上，所述蓄积部设置于所述第一面侧，所述读出部设置于所述第二面侧，所述输出部设置于所述蓄积部与所述读出部之间。
4.根据权利要求3所述的摄像元件，其特征在于，
所述第一面是光入射的入射面。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的摄像元件，其特征在于，
所述输出部包含对所述读出部赋予基于所述蓄积部的信号的电极。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的摄像元件，其特征在于，
所述光电转换部、所述蓄积部以及所述读出部沿着所述微透镜的光轴方向设置。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的摄像元件，其特征在于，
所述蓄积部在所述微透镜的光轴方向上设置于所述光电转换部与所述读出部之间。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的摄像元件，其特征在于，
具备遮光部，所述遮光部将从所述微透镜透射并向所述蓄积部入射的光遮挡，
所述光电转换部在所述微透镜与所述遮光部之间接收从所述微透镜透射而入射来的光。
9.根据权利要求8所述的摄像元件，其特征在于，
所述光电转换部在所述微透镜与所述遮光部之间具有接收从与所述微透镜的光轴交叉的方向入射来的光的受光面。
10.根据权利要求8或9所述的摄像元件，其特征在于，
所述光电转换部在所述微透镜与所述遮光部之间具有接收从所述微透镜透射而入射来的光的多个受光面。
11.根据权利要求8～10中任一项所述的摄像元件，其特征在于，
所述光电转换部的至少一部分向与所述遮光部相比更靠入射光入射来的一侧突出。
12.根据权利要求11所述的摄像元件，其特征在于，
所述遮光部具有开口部，
所述光电转换部的至少一部分从所述开口部向与所述遮光部相比更靠入射光入射来的一侧突出。
13.根据权利要求1所述的摄像元件，其特征在于，
还具备选择部，所述选择部选择通过所述读出部读出的信号，
所述蓄积部、所述读出部以及所述选择部沿着所述微透镜的光轴方向设置。
14.根据权利要求13所述的摄像元件，其特征在于，
所述读出部沿着所述微透镜的光轴方向设置于所述蓄积部与所述选择部之间。
15.一种摄像装置，其特征在于，具备：
权利要求1～14中任一项所述的摄像元件；以及
生成部，其基于从所述摄像元件输出的信号，来生成图像数据。
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