CN110278396A - 摄像装置 - Google Patents

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Abstract

有关本公开的一技术方案的摄像装置具备：半导体基板；第1光电变换部，配置在上述半导体基板内；与上述第1光电变换部不同的第2光电变换部，配置在上述半导体基板内；布线层，配置在上述半导体基板的上方；以及电容元件，配置在上述布线层内，在俯视时将上述第1光电变换部包围。上述电容元件包括第1电极、第2电极、以及配置在上述第1电极与上述第2电极之间的电介体层。上述第1电极连接至上述第1光电变换部或上述第2光电变换部。

Description

摄像装置
技术领域
本公开涉及摄像装置。
背景技术
以往，已知有以CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器为代表的固体摄像装置。例如，国际公开第2017/130728号及日本特开2012－199583号公报公开了以往的图像传感器。图像传感器具备多个像素，按照每个像素设置有光电变换部、和将由该光电变换部生成的信号电荷读出的读出电路。
发明内容
有关本公开的非限定性的例示性的一技术方案的摄像装置具备：半导体基板，具有第1主面及与上述第1主面相反侧的第2主面；第1光电变换部，配置在上述半导体基板内，通过对入射的第1光进行变换而生成第1信号电荷；与上述第1光电变换部不同的第2光电变换部，配置在上述半导体基板内，通过对入射的第2光进行变换而生成第2信号电荷；布线层，配置在上述第1主面的上方；以及电容元件，配置在上述布线层内，在俯视时将上述第1光电变换部包围。上述电容元件包括第1电极、第2电极、以及配置在上述第1电极与上述第2电极之间的电介体层。上述第1电极连接至上述第1光电变换部或上述第2光电变换部。
附图说明
图1是示意地表示有关实施方式的摄像装置的平面构造的平面图。
图2是表示有关实施方式的摄像装置的单位单元的电路结构的图。
图3是表示有关实施方式的摄像装置的多个单位单元的平面布局的图。
图4是有关实施方式的摄像装置的单位单元的剖面图。
图5是将有关实施方式的摄像装置的电容元件及其附近放大表示的剖面图。
图6是用来说明在有关实施方式的摄像装置中、对于斜入射光的电容元件的作用效果的剖面图。
图7是将有关实施方式的第1变形例的摄像装置的电容元件及其附近放大表示的剖面图。
图8是有关实施方式的第2变形例的摄像装置的单位单元的剖面图。
图9是将有关实施方式的第3变形例的摄像装置的电容元件及其附近放大表示的剖面图。
图10是将有关实施方式的第4变形例的摄像装置的电容元件及其附近放大表示的剖面图。
具体实施方式
(本公开的概要)
首先，在说明本公开的实施方式之前，说明本公开的一技术方案的概要。本公开的一技术方案的概要是以下这样的。
有关本公开的一技术方案的摄像装置具备：半导体基板，具有第1主面及与上述第1主面相反侧的第2主面；第1光电变换部，配置在上述半导体基板内，通过对入射的第1光进行变换而生成第1信号电荷；与上述第1光电变换部不同的第2光电变换部，配置在上述半导体基板内，通过对入射的第2光进行变换而生成第2信号电荷；布线层，配置在上述第1主面的上方；以及电容元件，配置在上述布线层内，在俯视时将上述第1光电变换部包围。上述电容元件包括第1电极、第2电极、以及配置在上述第1电极与上述第2电极之间的电介体层。上述第1电极连接至上述第1光电变换部或上述第2光电变换部。
这里，假如在没有以将第1光电变换部包围的方式设置电容元件的情况下，通过施加在设置于第1光电变换部的附近的布线上的电位的变动、以及布线的寄生电容，第1光电变换部的电位变动。通过第1光电变换部的电位变动，在生成的信号电荷中包含噪声成分。
相对于此，在有关本技术方案的摄像装置中，由于电容元件以将第1光电变换部包围的方式设置，所以电容元件的电极起到电的屏蔽的功能。即，由于能够抑制第1光电变换部的电位的变动，所以能够降低噪声。
此外，在有关本技术方案的摄像装置中，由于电容元件的第1电极连接至第1光电变换部或第2光电变换部，所以电容元件能够将由第1光电变换部或第2光电变换部生成的电荷蓄积。因此，与电容元件没有连接至第1光电变换部或第2光电变换部的情况相比，能够使第1光电变换部或第2光电变换部中的电荷的饱和量变大。因而，能够使可光电变换的光的极限强度变大，所以能够扩大摄像装置的动态范围。
这样，根据有关本技术方案的摄像装置，能够兼顾噪声的降低和动态范围的扩展。
此外，例如有关本公开的一技术方案的摄像装置也可以是，还具备对由上述第1光电变换部及上述第2光电变换部之中的与上述第1电极连接的一方所生成的信号电荷进行蓄积的电荷蓄积区域；上述第1电极配置在上述半导体基板与上述第2电极之间；上述第2电极将上述电荷蓄积区域覆盖。
由此，电容元件的第2电极将电荷蓄积区域覆盖，所以能够抑制电荷蓄积区域的电位的变动。因此，第2电极起到对于电荷蓄积区域的电的屏蔽的功能，所以例如能够将布线设置在电荷蓄积区域的正上方向。即，能够以电荷蓄积区域与布线在俯视时重叠的方式设置，所以能够将有限的像素区域有效地利用。
此外，例如也可以是，在俯视时，上述第1光电变换部的面积与上述第2光电变换部的面积不同，上述第1电极连接至上述第1光电变换部及上述第2光电变换部之中的上述面积较小一方。
由此，能够兼顾噪声的降低和动态范围的扩展。例如，能够由面积不同的2个光电变换部构成1个单位单元。在此情况下，通过将2个光电变换部切换而进行读出，能够切换摄像装置的灵敏度。例如，在面积较大的光电变换部中，能够在抑制噪声的影响的同时，对较弱的光进行光电变换。因而，通过利用面积较大的光电变换部，能够提高摄像装置的灵敏度。此外，在面积较小的光电变换部中，电荷不会饱和，能够对较强的光进行光电变换。因而，通过利用面积较小的光电变换部，能够降低摄像装置的灵敏度。
此外，例如也可以是，上述第1光电变换部的上述面积比上述第2光电变换部的上述面积大。
此外，例如也可以是，上述半导体基板构成为，上述第1光及上述第2光从上述第2主面向上述半导体基板入射。
此外，例如也可以是，还具备用来向上述第2电极施加一定的电位的布线。
由此，第2电极被保持为一定电位，所以能够抑制蓄积到电容元件中的电荷的变动，所以能够降低噪声。
此外，例如有关本公开的一技术方案的摄像装置也可以是，还具备晶体管；上述第1电极经由上述晶体管连接至上述第1光电变换部或上述第2光电变换部。
由此，通过切换晶体管的开启及关闭，能够切换第1光电变换部或第2光电变换部与电容元件的导通及非导通。例如通过将晶体管开启而使第1光电变换部或第2光电变换部与电容元件导通，能够增大电荷的饱和量。此外，通过将晶体管关闭而使第1光电变换部或第2光电变换部与电容元件非导通，能够减小电荷的饱和量。这样，通过控制晶体管的开启及关闭，能够切换电荷的饱和量，所以能够切换摄像装置的动态范围。
此外，例如也可以是，上述第2电极将上述第1光电变换部连续地包围。
在本公开中，电路、单元、装置、部件或部的全部或一部分，或框图的功能块的全部或一部分，也可以由包括半导体装置、半导体集成电路(IC)，或LSI(1arge scaleintegration：大规模集成电路)的一个或多个电子电路执行。LSI或IC既可以集成到一个芯片上，也可以将多个芯片组合而构成。例如，存储元件以外的功能块也可以集成到一个芯片上。这里，称作LSI或IC，但根据集成的程度而叫法变化，也可以被称作系统LSI、VLSI(verylarge scale integration：超大规模集成电路)或ULSI(ultra large scaleintegration：特大规模集成电路)。也可以以相同的目的使用在LSI的制造后能够编程的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，或能够进行LSI内部的接合关系的再结构或LSI内部的电路划分的设置的可重构逻辑器件(reconfigurable logicdevice)。
进而，电路、单元、装置、部件或部的全部或一部分的功能或操作也可以通过软件处理来执行。在此情况下，将软件记录到一个或多个ROM、光盘、硬盘驱动器等的非暂时性的记录介质中，当软件被处理装置(processor)执行时，由该软件确定的功能由处理装置(processor)及周边装置执行。系统或装置也可以具备记录有软件的一个或多个非暂时性的记录介质、处理装置(processor)及需要的硬件器件例如接口。以下，一边参照附图一边对实施方式具体地进行说明。
另外，以下说明的实施方式都是表示包含性或具体的例子的。因而，在以下的实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，不是限定本公开的意思。由此，关于以下的实施方式的构成要素中的、在表示本公开的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素进行说明。
此外，各图是示意图，并不一定是将各结构严密地图示的。因而，例如在各图中比例尺等并不一定一致。此外，在各图中，对于实质上相同的结构赋予相同的标号，将重复的说明省略或简略化。
此外，在本说明书中，表示垂直等的要素间的关系性的用语及表示正方形或矩形等的要素的形状的用语及数值范围不是仅表示严格的意义的表现，是意味着也包括实质上同样的范围、例如几个百分点的差异的表现。
此外，在本说明书中，“上方”及“下方”的用语不是指绝对的空间识别的上方(铅直上方)及下方(铅直下方)，而作为基于层叠结构中的层叠顺序由相对的位置关系规定的用语使用。此外，“上方”及“下方”的用语，不仅是将2个构成要素相互隔开间隔配置而在2个构成要素之间存在别的构成要素的情况，对于将2个构成要素相互密接而配置、2个构成要素接触的情况也适用。
此外，在本说明书中，所谓“厚度方向”，是指摄像装置的半导体基板的厚度方向，是与半导体基板的主面垂直的方向，所谓“俯视”，是指从相对于半导体基板的主面垂直的方向观察时。
(实施方式)
[结构]
首先，使用图1对有关本实施方式的摄像装置的结构进行说明。图1是示意地表示有关本实施方式的摄像装置10的平面构造的平面图。
如图1所示，摄像装置10具备像素部20、垂直扫描电路30和水平扫描电路40。在本实施方式中，摄像装置10是表面照射型的CMOS图像传感器。
像素部20如图1所示，具有以二维状排列的多个单位单元(cell)100。具体而言，多个单位单元100以矩阵状并列排列。另外，多个单位单元100也可以一维地即以直线状并列排列。
多个单位单元100分别具有通过对入射的光进行光电变换而生成信号电荷的光电变换部。生成的信号电荷的量(以下记作电荷量)依存于入射的光的强度。具体而言，入射的光的强度越大则电荷量为越大的值，光的强度越小则电荷量为越小的值。
如图2所示，单位单元100具有低灵敏度像素101和高灵敏度像素102。另外，图2是有关本实施方式的摄像装置10的单位单元100的电路结构图。通过将读出对象的像素在低灵敏度像素101和高灵敏度像素102间切换，能够使单位单元100的可光电变换的范围即动态范围更大。
在像素部20中，按照多个单位单元100的每个行，设置有连接在垂直扫描电路30上的控制线。具体而言，如图2所示，在像素部20中，按照多个单位单元100的每个行设置有复位控制线RS、选择控制线SW、第1转送控制线TGS及第2转送控制线TGL。
此外，在像素部20中，按照多个单位单元100的每个列，设置有连接在水平扫描电路40上的信号线。具体而言，如图2所示，按照多个单位单元100的每个列设置有垂直信号线50。此外，设置有连接在各单位单元100上的电源线60。
单位单元100、各控制线及信号线的结构及功能等的详细情况在后面说明。
垂直扫描电路30是设置在像素部20的周边的周边电路之一。另外，周边电路是用来控制由多个光电变换部生成的电荷的读出的电路。垂直扫描电路30控制向用来选择作为将信号电荷读出的对象的单位单元100的控制线等供给的电位。具体而言，垂直扫描电路30控制向复位控制线RS、选择控制线SW、第1转送控制线TGS及第2转送控制线TGL供给的电位。
水平扫描电路40是设置在像素部20的周边的周边电路之一。水平扫描电路40处理经由按每个列设置的垂直信号线50从各单位单元100转送的信号电荷。在水平扫描电路40上连接着输出信号线(未图示)，将从多个单位单元100的各自转送的信号电荷依次输出。
接着，对多个单位单元100的详细的结构进行说明。首先，使用图2对多个单位单元100的电路结构进行说明。另外，在本实施方式中，多个单位单元100具有相互相同的电路结构。
如上述那样，单位单元100具有低灵敏度像素101和高灵敏度像素102。进而，如图2所示，单位单元100具有开关晶体管103、复位晶体管104和放大晶体管105。
低灵敏度像素101具有光敏二极管410、电容元件110和转送晶体管510。
光敏二极管410是摄像装置10具备的多个光电变换部中的1个。光敏二极管410的阳极被接地，阴极被连接在作为电容元件110的2个电极的一方的第1电极上。另外，第1电极具体而言是图4及图5所示的下部电极111。
电容元件110为了将由光敏二极管410生成的信号电荷储存而设置。由于由光敏二极管410生成的信号电荷被储存在电容元件110中，所以能够增大光敏二极管410的饱和量。因此，能够扩大低灵敏度像素101的动态范围。
作为电容元件110的2个电极的另一方的第2电极连接在规定的布线上。连接着第2电极的布线例如被保持为一定的电位PVDD。即，第2电极也被保持为一定的电位PVDD。另外，第2电极具体而言是图4及图5所示的上部电极112。
此时，一定的电位PVDD也可以随着时间而变动。即，电位PVDD只要在某个任意的时点在多个单位单元100间成为一定的电位就可以。此外，第2电极也可以被接地。
转送晶体管510是用来切换电容元件110的第1电极与第1FD(浮置扩散)部106的导通及非导通的开关元件。转送晶体管510的漏极及源极的一方连接在光敏二极管410的阴极及电容元件110的第1电极上。转送晶体管510的漏极及源极的另一方连接在第1FD部106上。转送晶体管510的栅极连接在第1转送控制线TGS上。
对于第1转送控制线TGS，由垂直扫描电路30供给规定的电位。转送晶体管510在对第1转送控制线TGS供给了规定的电位的情况下被开启，即成为导通状态。通过转送晶体管510被开启，电容元件110的第1电极与第1FD部106导通。
通过这样的结构，在低灵敏度像素101中，通过光敏二极管410对入射的光进行光电变换而生成的信号电荷被储存到电容元件110中。通过转送晶体管510成为导通状态，储存在电容元件110中的信号电荷成为可读出的状态。
高灵敏度像素102具有光敏二极管420和转送晶体管520。
光敏二极管420是摄像装置10具备的多个光电变换部中的1个。光敏二极管420的阳极被接地，阴极被连接在转送晶体管520的漏极及源极的一方上。光敏二极管420构成为，受光面积比低灵敏度像素101中包含的光敏二极管410大。具体而言，如图3所示，在俯视时，光敏二极管420比光敏二极管410面积大。
转送晶体管520是用来切换光敏二极管420和第2FD部107的导通及非导通的开关元件。转送晶体管520的漏极及源极的一方连接在光敏二极管420的阴极上。转送晶体管520的漏极及源极的另一方连接在第2FD部107上。转送晶体管520的栅极连接在第2转送控制线TGL上。
对于第2转送控制线TGL，由垂直扫描电路30供给规定的电位。转送晶体管520在向第2转送控制线TGL供给了规定的电位的情况下被开启，即成为导通状态。通过转送晶体管520被开启，光敏二极管420的阴极与第2FD部107导通。
通过这样的结构，在高灵敏度像素102中，通过光敏二极管420对入射的光进行光电变换，生成信号电荷。通过转送晶体管520成为导通状态，由光敏二极管420生成的信号电荷成为可读出的状态。
开关晶体管103是用来切换第1FD部106和第2FD部107的导通及非导通的开关元件。开关晶体管103的漏极及源极的一方连接在第1FD部106上，漏极及源极的另一方连接在第2FD部107上。开关晶体管103的栅极连接在选择控制线SW上。
复位晶体管104是用来切换第1FD部106与电源线60的导通及非导通的开关元件。复位晶体管104为了将积蓄在第1FD部106及第2FD部107中的电荷复位而设置。复位晶体管104的漏极及源极的一方连接在电源线60上，漏极及源极的另一方连接在第1FD部106上。复位晶体管104的栅极连接在复位控制线RS上。
放大晶体管105与未图示的恒定电流源一起构成源极跟随器电路。具体而言，放大晶体管105将栅极的电位变换为电压，向垂直信号线50输出。放大晶体管105的漏极及源极的一方连接在电源线60上，漏极及源极的另一方连接在垂直信号线50上。放大晶体管105的栅极连接在第2FD部107上。
第1FD部106是在半导体基板120(参照图4)内形成的浮置扩散层。第1FD部106保持由低灵敏度像素101生成的信号电荷。
第2FD部107是在半导体基板120(参照图4)内形成的浮置扩散层。第2FD部107保持由高灵敏度像素102生成的信号电荷。此外，在开关晶体管103被开启的情况下，第2FD部107能够将由低灵敏度像素101生成的信号电荷也保持。
在本实施方式中，转送晶体管510及520、开关晶体管103、复位晶体管104以及放大晶体管105分别是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)。或者，各晶体管也可以是薄膜晶体管(TFT：Thin FilmTransistor)。
例如，各晶体管是n型的MOS晶体管。各晶体管在被向各晶体管的栅极供给的电位是高电平的情况下被开启，即成为导通状态。在供给到栅极的电位是低电平的情况下被关闭，即成为非导通状态。另外，各晶体管也可以是p型的MOSFET。在此情况下，向各晶体管的栅极供给的电位的电平与各晶体管的开启关闭的关系和n型的MOSFET的情况相反。另外，在各晶体管中，也可以混合存在n型的MOSFET和p型的MOSFET。
这里，对从单位单元100的信号电荷的读出处理进行说明。
在本实施方式中，能够将低灵敏度像素101和高灵敏度像素102切换，将信号电荷作为电压信号读出。具体而言，垂直扫描电路30通过调整向连接在读出对象的单位单元100上的各控制线供给的电位，从单位单元100向垂直信号线50输出电压信号。
首先，说明从低灵敏度像素101将信号电荷读出的情况下的动作。
首先，进行作为将积蓄在第1FD部106及第2FD部107中的电荷复位的处理的复位动作。具体而言，通过垂直扫描电路30向选择控制线SW及复位控制线RS分别供给高电平的电位，使开关晶体管103及复位晶体管104成为导通状态。由此，第1FD部106及第2FD部107与电源线60导通，所以第1FD部106及第2FD部107的电位被复位为电源电压VDDC的电位。
在复位动作后，使光敏二极管410及420曝光。将通过曝光而由光敏二极管410生成的信号电荷积蓄到电容元件110中。
另外，复位动作也可以与向光敏二极管410及420的曝光同时进行。在复位动作中，转送晶体管510及520都保持为非导通状态。具体而言，在复位动作中，垂直扫描电路30向第1转送控制线TGS及第2转送控制线TGL供给低电平的电位。
接着，在使复位晶体管104成为非导通状态后，使转送晶体管510及开关晶体管103成为导通状态。具体而言，在垂直扫描电路30向复位控制线RS供给低电平的电位后，向第1转送控制线TGS及选择控制线SW供给高电平的电位。此时，第2转送控制线TGL是低电平的电位，转送晶体管520成为非导通状态。
由此，由光敏二极管410生成且被积蓄到电容元件110中的信号电荷被向第1FD部106及第2FD部107转送。第1FD部106及第2FD部107对应于转送来的电荷量而电位变化。由于第1FD部106及第2FD部107连接在放大晶体管105的栅极上，所以第1FD部106及第2FD部107的电位的变化量、即由光敏二极管410生成的信号电荷的量被变换为电压，向垂直信号线50输出。
接着，说明从高灵敏度像素102将信号电荷读出的情况下的动作。
首先，与低灵敏度像素101的情况同样地进行复位动作，使光敏二极管410及420曝光。复位动作也可以与曝光同时进行。
接着，在使开关晶体管103成为非导通状态后，使转送晶体管520成为导通状态。具体而言，在垂直扫描电路30向选择控制线SW供给低电平的电位后，向第2转送控制线TGL供给高电平的电位。此时，例如第1转送控制线TGS及复位控制线RS分别被供给低电平的电位，转送晶体管510及复位晶体管104成为非导通状态。
由此，由光敏二极管420生成的信号电荷被向第2FD部107转送。第2FD部107对应于转送来的电荷量而电位变化。由于第2FD部107连接在放大晶体管105的栅极上，所以第2FD部107的电位的变化量即由光敏二极管420生成的信号电荷的量被变换为电压，向垂直信号线50输出。
如以上这样，在有关本实施方式的摄像装置10中，由于多个单位单元100分别具备低灵敏度像素101和高灵敏度像素102，所以在低照度及高照度的哪种环境下都能够生成图像。例如，在夜间或室内照明不充分那样的低照度的环境下，通过从高灵敏度像素102将信号电荷读出，生成高画质的图像。此外，在被暴露在白天的直射日光下的高照度的环境下，通过从低灵敏度像素101将信号电荷读出，生成高画质的图像。
此外，在摄影范围中包含低照度的区域和高照度的区域的情况下，也可以将基于来自低灵敏度像素101的信号电荷生成的图像与基于来自高灵敏度像素102的信号电荷生成的图像合成。由此，能够生成抑制了泛白及泛黑的高画质的图像。
接着，使用图3至图5对单位单元100的平面布局及截面构造进行说明。
图3是有关本实施方式的摄像装置10的多个单位单元100的平面布局图。另外，图3以表示光敏二极管410及420与电容元件110的位置关系及它们的俯视形状为目的，没有图示摄像装置10具备的其他的构成要素。此外，从图面的容易观察的观点，对光敏二极管410及420、以及电容元件110分别赋予了阴影。
图4是有关本实施方式的摄像装置10的单位单元100的剖面图。具体而言，图4表示图3的IV－IV线的截面。图5是将有关本实施方式的摄像装置10的电容元件110及其附近放大表示的主要部放大剖面图。另外，从图面的容易观察的观点，在图4及图5中，对于布线层130中的层间绝缘层131a、131b、131c、131d、131e赋予了表示截面的阴影。关于后述的图6及图7也是同样的。
如图4所示，摄像装置10具备半导体基板120和布线层130。摄像装置10具备的多个单位单元100形成在半导体基板120及布线层130内。进而，摄像装置10具备平坦化膜150和微透镜160。另外，也可以在布线层130与平坦化膜150之间设置滤色器。
半导体基板120例如是硅基板。虽然没有详细图示，但在半导体基板120上，形成有p型或n型的阱区域、以及绝缘性的元件分离区域等的被注入了杂质的区域。杂质的注入例如通过离子注入等进行。被注入了杂质的区域例如被作为光敏二极管410及420、第1FD部106及第2FD部107、以及各晶体管的源极及漏极等利用。另外，各晶体管的栅极例如由在半导体基板120的光入射侧的面上经由薄膜状的栅极绝缘膜形成的导电性的金属电极(未图示)等实现。
在半导体基板120的光入射侧的面上，设置有布线层130。在本实施方式中，如图4所示，布线层130有具有多个层间绝缘层131a、131b、131c、131d、131e和多个布线132a、132b、132c的多层布线构造。
层间绝缘层131a、131b、131c、131d、131e分别是具有透光性的绝缘层。例如，层间绝缘层131a、131b、131c、131d、131e使用硅氧化物(SiOx)或硅氮化物(SiN)等形成。层间绝缘层131a、131b、131c、131d、131e例如通过用有机金属气相成长法(MOCVD：Metal OrganicChemical Vapor Deposition，金属有机气相沉积)将绝缘性的材料成膜、并根据需要而用光刻及蚀刻等布图来形成。
在本实施方式中，如图4及图5所示，在布线层130内形成的电容元件110具有沟槽(trench)构造。因此，层间绝缘层131a在将硅氧化膜等的绝缘膜成膜在半导体基板120的表面上之后，通过布图而形成电容元件110用的沟槽及接触插塞(plug)140用的贯通孔。
布线132a、132b、132c相当于设置在像素部20上的控制线及垂直信号线等。例如，布线132a、132b，132c使用铜(Cu)或铝(Al)等的金属材料形成。布线132a、132b、132c例如通过用蒸镀法等将导电性的材料成膜、用光刻及蚀刻等布图而形成。
布线层130通过反复进行绝缘膜的成膜、以及导电膜的成膜及布图而形成。布线层130的厚度例如是2μm等，但并不限于此。
平坦化膜150例如使用具有透光性的无机材料或有机材料形成。平坦化膜150是光入射侧的面，使配置微透镜160的面成为平坦。
微透镜160使用具有透光性的玻璃或树脂材料形成。将微透镜160相对于光敏二极管410及420一对一地建立对应，设置为矩阵状。微透镜160构成为，将入射的光向对应的光敏二极管410或420引导。
光敏二极管410及420分别如图4所示，是形成在半导体基板120内的第1光电变换部及第2光电变换部的一例。具体而言，光敏二极管410及420分别具有设置在半导体基板120的上表面的表层部分中的p型的钉扎(pinning)区域、以及与该钉扎区域接触并且设置在该钉扎区域的下层部分中的n型的扩散区域。
如图3所示，光敏二极管410及420以矩阵状一个个交错地配置。光敏二极管410在俯视时以被电容元件110包围的方式设置。光敏二极管410例如其整周被电容元件110包围。
光敏二极管420在俯视时没有被单一的电容元件110包围，但被4个电容元件110包围。在俯视时，电容元件110的一部分存在于光敏二极管410与光敏二极管420之间。因此，电容元件110作为光敏二极管410与光敏二极管420之间的电的屏蔽发挥功能。例如，能够抑制光敏二极管410的电位给光敏二极管420的电位带来影响。
如图5所示，光敏二极管410连接在电容元件110的下部电极111上。具体而言，光敏二极管410经由接触插塞140及扩散区域141连接在下部电极111上。
这样，在本实施方式中，以被单一的电容元件110包围的方式设置的光敏二极管和连接在电容元件110的下部电极111上的光敏二极管是相同的光敏二极管410。
光敏二极管420其俯视的面积比光敏二极管410大。即，光敏二极管410是摄像装置10具备的第1光电变换部及第2光电变换部之中的俯视的面积较小的光电变换部的一例。光敏二极管420是摄像装置10具备的第1光电变换部及第2光电变换部之中的俯视的面积较大的光电变换部的一例。如上述那样，在本实施方式中，电容元件110的下部电极111连接在面积较小的光敏二极管410上。
由此，由于光敏二极管420的受光面积比光敏二极管410的受光面积大，所以在低照度的环境下，在光敏二极管420中也入射比光敏二极管410多的光，能够进行光电变换。光敏二极管420的面积例如是光敏二极管410的面积的2倍以上，但并不限于此。
如图3所示，光敏二极管410的俯视形状例如是正方形，但也可以是长方形、六边形或八边形等的其他的多边形，或者也可以是圆形。光敏二极管420的俯视形状例如是正八边形，但也可以是正方形、长方形或六边形等的其他的多边形，或者也可以是圆形。光敏二极管410及420的各自的俯视形状也可以相互相同。
在本实施方式中，电容元件110设置在布线层130内。电容元件110具有MIM构造。MIM构造具有在含有金属的2个电极间夹着电介体层的构造。具体而言，如图4及图5所示，电容元件110具有下部电极111、上部电极112和电介体层113。
电容元件110在俯视时以将摄像装置10具备的多个光敏二极管的1个包围的方式设置。在本实施方式中，如图3所示，电容元件110在俯视时将低灵敏度像素101的光敏二极管410包围。光敏二极管410位于环状的电容元件110的中央。例如，光敏二极管410的外周和环状的电容元件110的内周及外周形成为同心状。
具体而言，在俯视时，下部电极111、上部电极112及电介体层113都将光敏二极管410包围。下部电极111、上部电极112及电介体层113的各自的俯视形状被设置为矩形的环状。下部电极111、上部电极112及电介体层113的线宽W例如是320nm，但并不限于此。
下部电极111是电容元件110的第1电极的一例。如图4所示，下部电极111是电容元件110具有的2个电极之中的距半导体基板120较近的电极。即，下部电极111设置在半导体基板120与上部电极112之间。
在本实施方式中，下部电极111如图5所示，连接在光敏二极管410上。具体而言，下部电极111经由接触插塞140及扩散区域141连接在光敏二极管410上。下部电极111和光敏二极管410的阴极实质上是同电位。
下部电极111使用金属或金属化合物等的导电性的材料形成。作为导电性的材料，使用钛(Ti)、铝(Al)、金(Au)或铂(Pt)等的金属单体或这些金属的2种以上的金属的合金。或者，作为导电性的材料，也可以使用氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)或氮化铪(HfN)等的导电性的金属的氮化物。
在本实施方式中，下部电极111具有遮光性。这里，所谓遮光，是指将至少光的一部分遮挡，不仅是光的透射率为0％的情况，还指透射率比规定的值低。规定的值例如是10％，但并不限于此。另外，下部电极111也可以具有透光性，例如也可以使用氧化铟锡(ITO：Indium Tin Oxide)或氧化锌(ZnO)等的导电性的氧化物形成。
下部电极111例如使用MOCVD法、原子层堆积法(ALD：Atomic Layer Deposition)或溅镀法等形成。下部电极111例如通过在半导体基板120的上方将导电性的材料成膜为薄膜状而形成。下部电极111的膜厚例如是15nm，但并不限于此。
上部电极112是电容元件110的第2电极的一例。上部电极112是电容元件110具有的2个电极之中的距半导体基板120较远的电极。
在本实施方式中，上部电极112将电荷蓄积区域115覆盖。电荷蓄积区域115是将由连接着下部电极111的光敏二极管410生成的电荷蓄积的部分。具体而言，电荷蓄积区域115是由图5的虚线包围的部分，包括下部电极111、接触插塞140、扩散区域141。
上部电极112例如将下部电极111完全覆盖。具体而言，如图5所示，上部电极112设置为，比下部电极111的上侧的端部更向侧方延伸。即，在俯视时，下部电极111的整体位于上部电极112的内侧。另外，电介体层113也同样将下部电极111完全覆盖。具体而言，如图5所示，电介体层113比下部电极111的上侧的端部更向侧方延伸，不仅是下部电极111上，也设置在层间绝缘层131b上。
通过上部电极112将电荷蓄积区域115覆盖，例如即使在布线132a的电位变动的情况下，也能够抑制电荷蓄积区域115的电位的变动。具体而言，上部电极112由于起到对于电荷蓄积区域115的电的屏蔽的功能，所以能够将布线132a设置到电荷蓄积区域115的正上方向。即，由于可以以电荷蓄积区域115和布线132a在俯视时重叠的方式设置，所以能够将有限的像素区域有效地利用。
上部电极112与下部电极111同样，使用MOCVD法、ALD法或溅镀法等形成。上部电极112例如使用与下部电极111相同的材料形成。因此，上部电极112也具有遮光性。另外，上部电极112也可以使用与下部电极111不同的材料形成。上部电极112也可以具有透光性。
电介体层113使用比氧化硅(SiO2)介电常数高的所谓的high－k材料形成。具体而言，电介体层113含有铪(Hf)的氧化物或锆(Zr)的氧化物为主成分。电介体层113含有50mol％以上的铪的氧化物或锆的氧化物。电介体层113使用ALD法、MOCVD法或EB(ElectronBeam：电子束)蒸镀法等形成。
电介体层113设置在下部电极111与上部电极112之间。具体而言，电介体层113与下部电极111的上表面及上部电极112的下表面分别接触，由大致均匀的膜厚形成。电介体层113的膜厚例如是10nm以上，作为一例是20nm，但并不限于此。
在本实施方式中，电容元件110具有沟槽型的MIM构造。电容元件110的电介体层113具有在从上部电极112朝向下部电极111的方向即深度方向上凹陷的沟槽形状。即，电介体层113立体地构成，以在上表面上形成沟槽114。下部电极111、电介体层113及上部电极112都沿着沟槽形状以大致均匀的膜厚设置。
另外，下部电极111也可以下表面平坦，并且上表面沿着沟槽形状设置。此外，上部电极112也可以上表面平坦，并且下表面沿着沟槽形状设置。
具体而言，如图3所示，电容元件110具有4个沟槽114。沟槽114如图5所示，是形成电介体层113与上部电极112的界面的槽。另外，4个沟槽114相连，以在俯视时形成1个矩形的环。
例如，沟槽114的深度H比电容元件110的宽度W大。即，电容元件110在剖视中在深度方向上形成为长尺寸。例如，沟槽114的深度H比布线132a与布线132b之间的距离深。此外，例如沟槽114的深度H也可以比电容元件110的上部电极112与布线132a之间的距离深。沟槽114的深度H作为一例是400nm，但并不限于此。
通过电容元件110具有沟槽114，能够在抑制俯视时的面积的增加的同时，增大电容元件110的电容。因而，能够增大光敏二极管410的饱和量，能够实现动态范围的扩张。
另一方面，通过电容元件110具有沟槽114，使层间绝缘层131a膜厚变大。因而，斜入射光有可能入射到旁边的光敏二极管中。即，有可能发生光的串扰。特别是，在位于从像素部20的中央偏离的周边的单位单元100中，斜向入射的光的比例变多，所以容易发生光的串扰。通过发生光的串扰，在光量的增加或减少及设置有多个颜色的滤色器的情况下，发生混色等。
相对于此，在本实施方式中，由于电容元件110的下部电极111及上部电极112的至少一方具有遮光性，所以如在图6中用实线的箭头表示那样，能够抑制斜入射光入射到旁边的光敏二极管中。因而，能够抑制斜入射光的串扰成分。另外，图6是用来说明对于斜入射光的电容元件110的作用效果的剖面图。
如以上这样，根据有关本实施方式的摄像装置10，由于电容元件110以将光敏二极管410包围的方式设置，所以能够实现噪声的降低。此外，由于电容元件110连接在光敏二极管410上，所以能够增大由光敏二极管410生成的信号电荷的饱和量。因而，能够扩大动态范围。
此外，由于电容元件110是沟槽型，所以能够抑制光的串扰。由此，能够提高由摄像装置10生成的画质。
(变形例)
以下，使用图7对实施方式的第1变形例进行说明。图7是将有关本变形例的摄像装置的电容元件110及其附近放大表示的主要部放大剖面图。
在上述实施方式中，如图2及图5所示，对将作为电容元件110的第1电极的下部电极111与光敏二极管410直接连接的例子进行了说明，但在本变形例中，如图7所示，在下部电极111与光敏二极管410之间设置有转送晶体管500。
转送晶体管500是用来切换光敏二极管410与电容元件110的下部电极111的导通及非导通的开关元件。转送晶体管500的漏极及源极的一方连接在光敏二极管410上，漏极及源极的另一方连接在下部电极111上。
例如，如图7所示，将转送晶体管500的漏极及源极的一方与光敏二极管410共用。转送晶体管500的漏极及源极的另一方相当于扩散区域141，经由接触插塞140连接在下部电极111上。转送晶体管500的栅极610设置在设于半导体基板120的表面上的栅极绝缘膜620上。对于栅极610，经由未图示的控制线从垂直扫描电路30供给规定的电位。转送晶体管500对应于施加在栅极610上的电位而被切换导通状态及非导通状态。
例如，通过将转送晶体管500开启而使光敏二极管410和电容元件110成为导通状态，能够增大电荷的饱和量。此外，通过将转送晶体管500关闭而使光敏二极管410和电容元件110成为非导通状态，能够减小电荷的饱和量。
这样，通过控制转送晶体管500的开启及关闭，能够切换电荷的饱和量，所以能够切换摄像装置10的动态范围。
另外，在本变形例中，电荷蓄积区域115相当于电容元件110的下部电极111、接触插塞140及扩散区域141。因此，电容元件110的上部电极112也可以不将转送晶体管500的栅极610覆盖。
(其他实施方式)
以上，基于实施方式对有关1个或多个技术方案的摄像装置进行了说明，但本公开并不限定于这些实施方式。只要不脱离本公开的主旨，对本实施方式实施了本领域技术人员想到各种变形后的形态、以及将不同的实施方式的构成要素组合而构建的形态也包含在本公开的范围内。
例如，在上述实施方式中，摄像装置10以表面照射型的摄像装置为例进行了说明，但也可以是背面照射型的摄像装置。
图8是有关实施方式的第2变形例的摄像装置210的单位单元100的剖面图。摄像装置210与有关实施方式的摄像装置10比较，除了设置有平坦化膜150及微透镜160的位置不同这一点以外，其他结构与摄像装置10相同。
具体而言，如图8所示，在摄像装置210中，在半导体基板120的背面侧、即与布线层130相反侧设置有平坦化膜150及微透镜160。光从半导体基板120的背面侧向设置在半导体基板120上的光敏二极管410及420入射。
在有关本变形例的摄像装置10中，也与实施方式同样，由于光敏二极管410连接在电容元件110上，所以能够扩大动态范围。此外，由于电容元件110的电极对于光敏二极管410起到电的屏蔽的功能，所以能够抑制光敏二极管410的电位的变动，能够降低噪声。
此外，例如电容元件110也可以在俯视时不将光敏二极管410的周围的整体连续地包围。例如，电容元件110的俯视形状也可以是一部分被开放的C字状或U字状等的形状。或者，电容元件110的俯视形状也可以如虚线那样是断续性的环状。
此外，例如电容元件110的上部电极112也可以不将电荷蓄积区域115的全部覆盖。例如，也可以是电容元件110的下部电极111比上部电极112大，也可以是在俯视时上部电极112位于下部电极111的内部中。此外，例如扩散区域141也可以不被上部电极112覆盖。
此外，例如也可以电容元件110的上部电极112代替下部电极111而连接在光电变换部上。即，也可以是，上部电极112是连接在光电变换部上的第1电极的一例，下部电极111是第2电极的一例。
图9是将有关实施方式的第3变形例的摄像装置的电容元件110及其附近放大表示的主要部放大剖面图。在图9所示的摄像装置中，代替接触插塞140而设置有接触插塞240。上部电极112经由接触插塞240和扩散区域141连接在光敏二极管410上。
在图9所示的摄像装置中，也能够使由光敏二极管410产生的电荷蓄积到电容元件110中，所以能够扩大动态范围。
此外，例如摄像装置10也可以代替电容元件110而具备具有平行平板型的MIM构造的电容元件。图10是将有关实施方式的第4变形例的摄像装置的电容元件310及其附近放大表示的主要部放大剖面图。
如图10所示，电容元件310具有下部电极311、上部电极312、以及设置在下部电极311与上部电极312之间的电介体层313。下部电极311、上部电极312及电介体层313分别具有由均匀的膜厚形成的平板形状。下部电极311、上部电极312及电介体层313分别除了形状不同这一点以外，功能、材料及形成方法等与有关实施方式的下部电极111、上部电极112及电介体层113相同。
此外，例如电容元件110的电介体层113也可以不是使用high－k材料的薄膜，而是硅氧化膜或硅氮化膜等的绝缘膜。
此外，例如电容元件110的下部电极111也可以连接在光敏二极管420上。即，下部电极111也可以连接在摄像装置10具备的第1光电变换部及第2光电变换部之中的俯视时的面积较大的光电变换部上。
此外，例如电容元件110也可以在下部电极111连接在光敏二极管410上不变的状态下，在俯视时将光敏二极管420包围。即，电容元件110也可以将没有电气地直接连接的光敏二极管包围。
此外，单位单元100也可以具有2个低灵敏度像素101和2个高灵敏度像素102。2个低灵敏度像素101都连接在第1FD部106上。2个高灵敏度像素102都连接在第2FD部107上。
例如，通过将2个低灵敏度像素101各自的转送晶体管510独立地切换导通状态及非导通状态，能够使从2个低灵敏度像素101分别读出信号电荷的时机不同。关于2个高灵敏度像素102也是同样的。由此，能够使开关晶体管103、复位晶体管104、放大晶体管105、第1FD部106及第2FD部107等在多个像素中共用。
此外，例如也可以在单位单元100的低灵敏度像素101的光敏二极管410的正上方向上设置用来减少入射光的光量的灰色滤光器。
此外，例如也可以光敏二极管的面积在像素部20内是均匀的。
此外，例如摄像装置10也可以代替光敏二极管而具备光敏晶体管、有机光电变换膜等作为光电变换部。
此外，上述各实施方式在权利要求书或其等价的范围中能够进行各种各样的变更、替换、附加、省略等。
标号说明
10、210 摄像装置
20 像素部
30 垂直扫描电路
40 水平扫描电路
50 垂直信号线
60 电源线
100 单位单元
101 低灵敏度像素
102 高灵敏度像素
103 开关晶体管
104 复位晶体管
105 放大晶体管
106 第1FD部
107 第2FD部
110、310 电容元件
111、311 下部电极
112、312 上部电极
113、313 电介体层
114 沟槽
115 电荷蓄积区域
120 半导体基板
130 布线层
131a、131b、131c、131d、131e 层间绝缘层
132a、132b、132c 布线
140、240 接触插塞
141 扩散区域
150 平坦化膜
160 微透镜
410、420 光敏二极管
500、510、520 转送晶体管

Claims (8)

1.一种摄像装置，其特征在于，
具备：
半导体基板，具有第1主面及与上述第1主面相反侧的第2主面；
第1光电变换部，配置在上述半导体基板内，通过对入射的第1光进行变换而生成第1信号电荷；
与上述第1光电变换部不同的第2光电变换部，配置在上述半导体基板内，通过对入射的第2光进行变换而生成第2信号电荷；
布线层，配置在上述第1主面的上方；以及
电容元件，配置在上述布线层内，在俯视时将上述第1光电变换部包围；
上述电容元件包括第1电极、第2电极、以及配置在上述第1电极与上述第2电极之间的电介体层；
上述第1电极连接至上述第1光电变换部或上述第2光电变换部。
2.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
还具备对由上述第1光电变换部及上述第2光电变换部之中的与上述第1电极连接的一方所生成的信号电荷进行蓄积的电荷蓄积区域；
上述第1电极配置在上述半导体基板与上述第2电极之间；
上述第2电极将上述电荷蓄积区域覆盖。
3.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
在俯视时，上述第1光电变换部的面积与上述第2光电变换部的面积不同，
上述第1电极连接至上述第1光电变换部及上述第2光电变换部之中的上述面积较小一方。
4.如权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，
上述第1光电变换部的上述面积比上述第2光电变换部的上述面积大。
5.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
上述半导体基板构成为，上述第1光及上述第2光从上述第2主面向上述半导体基板入射。
6.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
还具备用来向上述第2电极施加一定的电位的布线。
7.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
还具备晶体管；
上述第1电极经由上述晶体管连接至上述第1光电变换部或上述第2光电变换部。
8.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
上述第2电极将上述第1光电变换部连续地包围。
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