DE112019004650T5 - Festkörperbildgebungsvorrichtung und elektronische einrichtung - Google Patents

Festkörperbildgebungsvorrichtung und elektronische einrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE112019004650T5
DE112019004650T5 DE112019004650.0T DE112019004650T DE112019004650T5 DE 112019004650 T5 DE112019004650 T5 DE 112019004650T5 DE 112019004650 T DE112019004650 T DE 112019004650T DE 112019004650 T5 DE112019004650 T5 DE 112019004650T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
state imaging
imaging device
transistor
pixel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112019004650.0T
Other languages
English (en)
Inventor
Masaaki Takizawa
Yorito Sakano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Publication of DE112019004650T5 publication Critical patent/DE112019004650T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/07—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
    • H01L24/08—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of an individual bonding area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14641—Electronic components shared by two or more pixel-elements, e.g. one amplifier shared by two pixel elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/1469—Assemblies, i.e. hybrid integration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/07—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
    • H01L2224/08—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/081—Disposition
    • H01L2224/0812—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/08135—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/08145—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/808—Bonding techniques
    • H01L2224/80894—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • H01L2224/80895—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically conductive surfaces, e.g. copper-copper direct bonding, surface activated bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/808—Bonding techniques
    • H01L2224/80894—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • H01L2224/80896—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically insulating surfaces, e.g. oxide or nitride layers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung erreicht einen breiten Dynamikumfang mit einer einzigen Belichtung. Eine Festkörperbildgebungsvorrichtung einer Ausführungsform umfasst Folgendes: ein erstes Substrat (140), das mit einem fotoelektrischen Umwandlungselement (101) versehen ist; und ein zweites Substrat (150), das gegenüber der Oberfläche auf dem ersten Substrat positioniert ist, wo Licht auf das fotoelektrische Umwandlungselement einfällt, und das mit einem Kondensator (152) zum Akkumulieren der Ladung bereitgestellt ist, die von dem fotoelektrischen Umwandlungselement transferiert wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Offenbarung betrifft eine Festkörperbildgebungsvorrichtung und eine elektronische Vorrichtung.
  • Hintergrund
  • In einer Festkörperbildgebungsvorrichtung vom Komplementärer-Metall-Oxid-Halbleiter(CMOS)-Typ (nachfolgend als „CMOS-Bildsensor“ bezeichnet oder einfach als „Bildsensor“ oder „Festkörperbildgebungsvorrichtung“ bezeichnet) wird eine Signalladung, die in einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit (Lichtempfangseinheit) aufgetreten ist, in eine Spannung in einem Floating-Diffusion-Kondensator (FD) umgewandelt. Die durch Umwandlung in dem FD erhaltene Spannung wird als eine Ausgangsspannung (auch als „Pixelsignal“ bezeichnet) über einen Source-Folger-Schaltkreis gelesen, der durch einen Verstärkungstransistor konstruiert ist.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
  • Patentliteratur 1: Japanisches Patent mit der Nr. 5066704
  • Kurzdarstellung
  • Technisches Problem
  • Eine Ausgangsspannung V eines Pixels ist durch V=Q/C gegeben, wobei C eine Signaldetektionskapazität repräsentiert und Q eine Signalladungsmenge repräsentiert, die von einem empfangenen Lichtsignal abhängt. Dementsprechend kann eine neuere mikrogefertigte Elementstruktur die Signaldetektionskapazität C aufgrund einer Beschränkung einer Kapazität pro Einheitsfläche eines Kondensatorelements nicht erhöhen, was zu einer Schwierigkeit beim Erreichen eines breiten Dynamikumfangs mit einer einzigen Belichtung führt, wie es zum Beispiel für einen fahrzeuginternen Bildsensor erforderlich ist.
  • In Anbetracht des Vorhergehenden schlägt diese Offenbarung eine Festkörperbildgebungsvorrichtung und eine elektronische Vorrichtung vor, die zum Erzielen eines breiten Dynamikumfangs mit einer einzigen Belichtung in der Lage sind.
  • Figurenliste
  • Um das oben beschriebene Problem zu lösen, umfasst eine Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung Folgendes: ein erstes Substrat, das ein fotoelektrisches Umwandlungselement beinhaltet; und ein zweites Substrat, das einen Kondensator beinhaltet, der auf einer Seite gegenüber einer Einfallsoberfläche von Licht in das fotoelektrische Umwandlungselement in dem ersten Substrat positioniert ist und zum Akkumulieren einer Ladung konfiguriert ist, die von dem fotoelektrischen Umwandlungselement transferiert wird. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration einer Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 2 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines Einheitspixels eines effektiven Pixelgebiets gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 3 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsstruktur eines Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 4 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsstruktur eines Einheitspixels gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Layout eines A-A-Querschnitts in 3 veranschaulicht.
    • 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Layout eines B-B-Querschnitts in 3 veranschaulicht.
    • 7 ist ein Prozessquerschnittsdiagramm zum Beschreiben eines Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform (Teil 1).
    • 8 ist ein Prozessquerschnittsdiagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform (Teil 2).
    • 9 ist ein Prozessquerschnittsdiagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform (Teil 3).
    • 10 ist ein Prozessquerschnittsdiagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors gemäß der ersten Ausführungsform (Teil 4).
    • 11 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines gemeinsam genutzten Pixels eines effektiven Pixelgebiets gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 12 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsstruktur des gemeinsam genutzten Pixels gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Layout eines C-C-Querschnitts in 12 veranschaulicht.
    • 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Layout eines D-D-Querschnitts in 12 veranschaulicht.
    • 15 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsstruktur eines Bildsensors gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 16 ist ein Prozessquerschnittsdiagramm zum Beschreiben eines Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors gemäß der dritten Ausführungsform (Teil 1).
    • 17 ist ein Prozessquerschnittsdiagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors gemäß der dritten Ausführungsform (Teil 2).
    • 18 ist ein Prozessquerschnittsdiagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors gemäß der dritten Ausführungsform (Teil 3).
    • 19 ist ein Prozessquerschnittsdiagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors gemäß der dritten Ausführungsform (Teil 4).
    • 20 ist ein Prozessquerschnittsdiagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors gemäß der dritten Ausführungsform (Teil 5). Beschreibung der Ausführungsformen
  • Nun wird eine ausführliche Beschreibung einer Ausführungsform dieser Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben. Bei der folgenden Ausführungsform wird dem gleichen Teil die gleiche Bezugsziffer zugewiesen und eine redundante Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Diese Offenbarung wird gemäß der unten gegebenen Reihenfolge von Punkten beschrieben.
  • Erste Ausführungsform
    • 1.1 Beispiel für eine schematische Konfiguration einer Festkörperbildgebungsvorrichtung
    • 1.2 Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels
    • 1.3 Beispiel für eine Basisfunktion eines Einheitspixels
      • 1.4 Erhöhung der Kapazität pro Einheitsfläche
      • 1.5 Beispiel für eine Querschnittsstruktur eines Bildsensors
      • 1.5.1 Beispiel für eine Struktur eines ersten Substrats
      • 1.5.2 Beispiel für eine Struktur eines zweiten Substrats
      • 1.5.3 Beispiel für eine Struktur eines dritten Substrats
      • 1.5.4 Bonden von Substraten
    • 1.6 Beispiel für eine schematische Konfiguration eines Einheitspixels
    • 1.6.1 Beispiel für ein Layout eines Einheitspixels
      • 1.6.1.1 Beispiel für ein Layout eines A-A-Querschnitts
      • 1.6.1.2 Beispiel für ein Layout eines B-B-Querschnitts
    • 1.7 Beispiel für einen Produktionsprozess 1.8 Wirkung und Effekt
  • Zweite Ausführungsform
    • 2.1 Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines gemeinsam genutzten Pixels
    • 2.2 Beispiel für eine schematische Konfiguration eines gemeinsam genutzten Pixels
      • 2.2.1 Beispiel für ein Layout eines gemeinsam genutzten Pixels
        • 2.2.1.1 Beispiel für ein Layout eines A-A-Querschnitts
        • 2.2.1.2 Beispiel für ein Layout eines D-D-Querschnitts
    • 2.3 Wirkung und Effekt
  • Dritte Ausführungsform
    • 3.1 Beispiel für eine Querschnittsstruktur eines Bildsensors
      • 3.2 Beispiel für einen Produktionsprozess 3.3 Wirkung und Effekt
  • Erste Ausführungsform
  • Zuerst wird eine ausführliche Beschreibung einer Festkörperbildgebungsvorrichtung und einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben.
  • Beispiel für eine schematische Konfiguration einer Festkörperbildgebungsvorrichtung
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration einer CMOS-Festkörperbildgebungsvorrichtung (nachfolgend einfach als „Bildsensor“ bezeichnet) gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht, beinhaltet ein Bildsensor 10 gemäß dieser Ausführungsform eine Pixelarrayeinheit 13, einen Signalverarbeitungsschaltkreis 15, einen Referenzspannungsgenerator 17 und einen Ausgabeschaltkreis 19.
  • Eine Ansteuerungssteuereinheit zum sequentiellen Lesen eines analogen Pixelsignals von jedem Einheitspixel 131 und Ausgeben von digitalen Bilddaten wird außerhalb der Pixelarrayeinheit 13 bereitgestellt. Diese Ansteuerungssteuereinheit kann zum Beispiel einen Horizontaltransferschaltkreis 18, einen Pixelansteuerungsschaltkreis 12 und einen Timingsteuerschaltkreis 11 beinhalten.
  • Die Pixelarrayeinheit 13 beinhaltet die mehreren Einheitspixel 131, die in einer zweidimensionalen Matrixform in Zeilen- und Spaltenrichtungen angeordnet sind. In 1 ist zur einfachen Beschreibung ein Teil der Zeilen und Spalten der Pixelarrayeinheit 13 ausgelassen. Jedoch können zum Beispiel einige zehn bis tausende Einheitspixel 131 in jeder Zeile und jeder Spalte angeordnet sein.
  • Jedes Einheitspixel 131 ist über eine Pixelansteuerungsleitung LD zum Auswählen eines Pixels mit dem Pixelansteuerungsschaltkreis 12 verbunden und ist über eine Vertikalsignalleitung VSL auf einer Eins-zu-Eins-Basis mit einem später beschriebenen AD-Umsetzungsschaltkreis 15a verbunden. In dieser Beschreibung gibt die Pixelansteuerungsleitung LD eine Verdrahtung an, die sich im Allgemeinen von dem Pixelansteuerungsschaltkreis 12 zu jedem Einheitspixel 131 erstreckt. Zum Beispiel kann die Pixelansteuerungsleitung LD eine Steuerleitung beinhalten, die verschiedene Arten von Impulssignalen (z. B. Pixelrücksetzimpuls, Transferimpuls und Drain-Leitung-Steuerimpuls) zum Ansteuern des Einheitspixels 131 überträgt.
  • Der Signalverarbeitungsschaltkreis 15 beinhaltet einen Analogschaltkreis, wie etwa einen Analog-Digital(AD)-Umsetzungsschaltkreis 15a, der zum Umsetzen eines analogen Pixelsignals, das von dem Einheitspixel 131 gelesen wird, in ein digitales Pixelsignal konfiguriert ist, und einen Logikschaltkreis, der zum Ausführen einer digital Verarbeitung, wie etwa einer Korrelierte-Doppelabtastung(CDS: Correlated Double Sampling)-Verarbeitung, basierend auf dem Pixelsignal konfiguriert ist, das durch den AD-Umsetzungsschaltkreis 15a in einen digitalen Wert umgesetzt wurde. Der AD-Umsetzungsschaltkreis 15a kann zum Beispiel für jedes Einheitspixel 131 auf einer Eins-zu-Eins-Basis oder für jede Pixelgruppe, die aus den mehreren Einheitspixeln 131 gebildet ist, auf einer Eins-zu-Eins-Basis oder für jede Spalte in der Pixelarrayeinheit 13 auf einer Eins-zu-Eins-Basis bereitgestellt sein. 1 veranschaulicht eine Konfiguration, bei der die mehreren AD-Umsetzungsschaltkreise 15a in einer zweidimensionalen Matrixform in Zeilen- und Spaltenrichtungen angeordnet sind. Jedoch ist die Konfiguration nicht darauf beschränkt.
  • Jeder AD-Umsetzungsschaltkreis 15a führt zum Beispiel eine AD-Umsetzung zum separaten Umsetzen eines Rücksetzpegels, der ein Referenzpegel eines Pixelsignals ist, und eines Signalpegels, der von einer Menge an empfangenem Licht abhängt, in digitale Datenstücke aus. Jeder AD-Umsetzungsschaltkreis 15a führt auch eine Differenzverarbeitung (die einer Korrelierte-Doppelabtastung(CDS)-Verarbeitung entspricht) des Erfassens eines digitalen Pixelsignals einer Signalkomponente aus, die von der Menge an empfangenem Licht abhängt. In dieser CDS-Verarbeitung wird eine Verarbeitung des Berechnens einer Differenz zwischen dem Ergebnis einer AD-Umsetzung des Rücksetzpegels und dem Ergebnis der AD-Umsetzung des Signalpegels ausgeführt. Der AD-Umsetzungsschaltkreis 15a kann zum Beispiel ein Single-Slope-AD-Umsetzungsschaltkreis oder ein Sukzessive-Approximation-Register(SAR)-AD-Umsetzungsschaltkreis sein.
  • Der Referenzspannungsgenerator 17 liefert eine Referenzspannung REF an den Signalverarbeitungsschaltkreis 15 zum Umsetzen eines analogen Pixelsignals, das von jedem Einheitspixel 131 über die Vertikalsignalleitung VSL gelesen wird, in ein digitales Pixelsignal. Wenn zum Beispiel der AD-Umsetzungsschaltkreis 15a ein Single-Slope-AD-Umsetzungsschaltkreis ist, gibt der Referenzspannungsgenerator 17 die Referenzspannung REF mit einer Sägezahn(auch als „Rampe“ bezeichnet)-Wellenform aus, die auf eine lineare oder stufenartige Weise zunimmt oder abnimmt. Wenn der AD-Umsetzungsschaltkreis 15a ein Sukzessive-Approximation-Register-AD-Umsetzungsschaltkreis ist, gibt der Referenzspannungsgenerator 17 dagegen die Referenzspannung REF mit einem festen Spannungswert aus. In diesem Fall erzeugt jeder AD-Umsetzungsschaltkreis 15a zum Beispiel mehrere Referenzspannungen, die für eine sukzessive Approximation zu verwenden sind, durch Aufteilen der Referenzspannung REF, die eine feste Spannung ist.
  • Der Timingsteuerschaltkreis 11 gibt zum Beispiel einen internen Takt, der für eine Operation jeder Einheit notwendig ist, oder ein Pulssignal, das ein Timing repräsentiert, mit dem jede Einheit das Durchführen einer Operation beginnt, aus. Der Timingsteuerschaltkreis 11 empfängt Daten, die zum Beispiel einen Master-Takt oder einen Operationsmodus angeben, von außerhalb oder gibt Daten aus, die Informationen des Bildsensors 10 beinhalten.
  • Zum Beispiel gibt der Timingsteuerschaltkreis 11 ein Pulssignal, das ein Timing des Lesens eines Pixelsignals von jedem Einheitspixel 131 repräsentiert, an den Pixelansteuerungsschaltkreis 12 aus. Der Timingsteuerschaltkreis 11 gibt ein Spaltenadressensignal zum sequentiellen Lesen eines Pixelsignals (digitalen Spannungswertes) einer Signalkomponente, die einer AD-Umsetzung durch den AD-Umsetzungsschaltkreis 15a unterzogen wurde, von dem Signalverarbeitungsschaltkreis 15 für jede Spalte an den Horizontaltransferschaltkreis 18 aus.
  • Der Timingsteuerschaltkreis 11 liefert zum Beispiel ein Takt derselben Frequenz wie jene des Master-Takts, der von außerhalb eingegeben wird, einen Halbfrequenztakt davon oder einen Niedergeschwindigkeitstakt, der durch weiteres Teilen des Halbfrequenztaktes erhalten wird, an jede Einheit innerhalb des Bildsensors 10, wie etwa den Horizontaltransferschaltkreis 18, den Pixelansteuerungsschaltkreis 12 oder den Signalverarbeitungsschaltkreis 15 als einen internen Takt.
  • Takte im Allgemeinen, die den Halbfrequenztakt und andere Takte einschließen, die durch weiteres Teilen des Halbfrequenztaktes erhalten werden, werden nachfolgend gemeinsam als „Niedergeschwindigkeitstakt“ bezeichnet.
  • Der Pixelansteuerungsschaltkreis 12 wählt eine Zeile der Pixelarrayeinheit 13 aus und gibt einen Impuls, der zum Ansteuern dieser Zeile notwendig ist, an die Pixelansteuerungsleitung LD aus. Zum Beispiel beinhaltet der Pixelansteuerungsschaltkreis 12 einen Vertikaldecoder, der zum Spezifizieren einer zu lesenden Zeile in einer vertikalen Richtung (Auswählen einer Zeile der Pixelarrayeinheit 13) konfiguriert ist, und eine Vertikalansteuerungseinheit, die zum Liefern eines Impulses an die Pixelansteuerungsleitung LD, die der Pixeleinheit 131 auf einer Leseadresse (in der Zeilenrichtung) entspricht, die durch den Vertikaldecoder spezifiziert ist, und Ansteuern des Einheitspixels 131 konfiguriert ist. Der Vertikaldecoder wählt auch zum Beispiel eine Zeile für einen elektronischen Verschluss zusätzlich zu der Zeile zum Lesen eines Pixelsignals aus.
  • Der Horizontaltransferschaltkreis 18 verwendet ein Spaltenadressensignal, das von dem Timingsteuerschaltkreis 11 eingegeben wird, um eine Verschiebungsoperation (Scannen) zum Lesen eines digitalen Pixelsignals in eine Horizontalsignalleitung HSL von jedem AD-Umsetzungsschaltkreis 15a einer zu lesenden Spalte auszuführen, die durch das Spaltenadressensignal spezifiziert wird.
  • Der Ausgangsschaltkreis 19 gibt das digitale Pixelsignal, das von dem Horizontaltransferschaltkreis 18 gelesen wird, als Bilddaten nach außen aus.
  • Der Signalverarbeitungsschaltkreis 15 kann zum Beispiel einen Autoverstärkungsfaktorsteuerung(AGC: Auto Gain Control)-Schaltkreis mit einer Signalverstärkungsfunktion nach Bedarf beinhalten.
  • Als ein Beispiel für eine
  • Hochgeschwindigkeitstakterzeugungseinheit kann eine Taktumwandlungseinheit, die zum Erzeugen eines Pulses einer Taktfrequenz höher als eine Eingangstaktfrequenz konfiguriert ist, in dem Bildsensor 10 bereitgestellt werden. In diesem Fall kann der Timingsteuerschaltkreis 11 einen internen Takt basierend auf dem Takt (z. B. Master-Takt), der von außerhalb eingegeben wird, oder dem Hochgeschwindigkeitstakt erzeugen, der durch die Taktumwandlungseinheit erzeugt wird.
  • Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines Einheitspixels
  • Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Beispiels für eine Schaltkreiskonfiguration der Pixeleinheit 131 gegeben, die in einer Matrixform in der Pixelarrayeinheit 13 aus 1 angeordnet ist.
  • 2 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines Einheitspixels eines effektiven Pixelgebiets gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 2 veranschaulicht, beinhaltet das Einheitspixel 131 eine Fotodiode 101, einen Transfertransistor 102, einen Rücksetztransistor 103, einen Schaltertransistor 104, einen Verstärkungstransistor 105, einen Auswahltransistor 106, einen Knoten 107, der als eine erste Floating-Diffusion fungiert, einen Kondensator 108, der als eine zweite Floating-Diffusion fungiert, eine Auswahltransistoransteuerungsleitung 117, die als die Pixelansteuerungsleitung LD dient, wobei ein Ende mit dem Pixelansteuerungsschaltkreis 12 verbunden ist, eine Rücksetztransistoransteuerungsleitung 113, eine Schaltertransistoransteuerungsleitung 114, eine Transfertransistoransteuerungsleitung 112 und die Vertikalsignalleitung VSL, wobei ein Ende mit dem Signalverarbeitungsschaltkreis 15 verbunden ist.
  • Die Fotodiode 101 ist zum fotoelektrischen Umwandeln von einfallendem Licht konfiguriert. Der Transfertransistor 102 ist zum Transferieren einer Ladung konfiguriert, die in der Fotodiode 101 aufgetreten ist. Der Knoten 107, der als die erste Floating-Diffusion fungiert, und der Kondensator 108, der als die zweite Floating-Diffusion fungiert, sind zum Akkumulieren der Ladung konfiguriert, die durch den Transfertransistor 102 transferiert wird. Der Schaltertransistor 104 ist zum Steuern einer Akkumulation einer Ladung durch den Kondensator 108 konfiguriert. Der Verstärkungstransistor 105 bewirkt in der Vertikalsignalleitung VSL ein Spannungspixelsignal, das von der Ladung abhängt, die in dem Knoten 107 oder dem Knoten 107 und dem Kondensator 108 akkumuliert wird. Der Rücksetztransistor 103 entlädt die Ladung, die in dem Knoten 107 oder dem Knoten und dem Kondensator 108 akkumuliert wird. Der Auswahltransistor 106 wählt das zu lesende Einheitspixel 131 aus.
  • Die Anode der Fotodiode 101 ist mit Masse verbunden und die Kathode der Fotodiode 101 ist mit der Source des Transfertransistors 102 verbunden. Der Drain des Transfertransistors 102 ist mit der Source des Schaltertransistors 104 und dem Gate des Verstärkungstransistors 105 verbunden und der Knoten 107, der als ein Verbindungspunkt dient, bildet die erste Floating-Diffusion.
  • Der Rücksetztransistor 103 und der Schaltertransistor 104 sind in Reihe mit dem Knoten 107 angeordnet. Der Drain des Rücksetztransistors 103 ist mit einer Vertikalrücksetzeingabeleitung verbunden, die nicht gezeigt ist.
  • Die Source des Verstärkungstransistors 105 ist mit einer Vertikalstromversorgungsleitung verbunden, die nicht gezeigt ist. Der Drain des Verstärkungstransistors 105 ist mit der Source des Auswahltransistors 106 verbunden und der Drain des Auswahltransistors 106 ist mit der Vertikalsignalleitung VSL verbunden.
  • Das Gate des Transfertransistors 102, das Gate des Rücksetztransistors 103, das Gate des Schaltertransistors 104 und das Gate des Auswahltransistors 106 sind jeweils über eine Pixelansteuerungsleitung LV mit dem Pixelansteuerungsschaltkreis 12 verbunden und werden jeweils mit einem Impuls versorgt, der als ein Ansteuerungssignal dient.
  • Der Knoten 107, der als die erste Floating-Diffusion dient, und der Kondensator 108, der als die zweite Floating-Diffusion dient, wandeln die akkumulierte Ladung in eine Spannung eines Spannungswertes um, der von der Ladungsmenge abhängt. Die erste Floating-Diffusion ist zum Beispiel ein Floating-Diffusion-Gebiet und ist eine Massekapazität zwischen dem Knoten 107 und der Masse. Jedoch ist die erste Floating-Diffusion nicht darauf beschränkt und die erste Floating-Diffusion kann eine Kapazität sein, die absichtlich durch Verbinden eines Kondensators oder dergleichen mit dem Knoten 107 hinzugefügt wird.
  • Der Kondensator 108, der als die zweite Floating-Diffusion dient, wandelt die akkumulierte Ladung in eine Spannung eines Spannungswertes um, der von der Ladungsmenge abhängt.
  • Beispiel für eine Basisfunktion eines Einheitspixels
  • Als Nächstes wird eine Beschreibung einer Basisfunktion des Einheitspixels 131 gegeben. Der Rücksetztransistor 103 arbeitet, wenn sich ein Schaltersignal FDG, das an das Gate des Schaltertransistors 104 angelegt wird, konstant in einem High-Zustand befindet, und schaltet eine Entladung der Ladung, die in dem Knoten 107 und dem Kondensator 108 akkumuliert wird, gemäß einem Rücksetzsignal RST ein/aus, das von dem Pixelansteuerungsschaltkreis 12 bereitgestellt wird.
  • Wenn das Rücksetzsignal RST auf einem High-Pegel an dem Gate des Rücksetztransistors 103 eingegeben wird, werden der Knoten 107 und der Kondensator 108 auf eine Spannung geklemmt, die über eine Vertikalrücksetzeingabeleitung eingegeben wird.
    Infolgedessen wird die in dem Knoten 107 und dem Kondensator 108 akkumulierte Ladung entladen (zurückgesetzt).
  • Wenn das Rücksetzsignal RST auf einem Low-Pegel an dem Gate des Rücksetztransistors 103 eingegeben wird, werden der Knoten 107 und der Kondensator 108 elektrisch von der Vertikalrücksetzeingabeleitung getrennt und werden in einen potentialfreien Zustand gesetzt.
  • Der Schaltertransistor 104 arbeitet, wenn sich das Rücksetzsignal RST konstant in einem High-Zustand befindet, und schaltet eine Entladung der Ladung, die in dem Knoten 107 akkumuliert wird, gemäß dem Schaltersignal FDG ein/aus, das von dem Pixelansteuerungsschaltkreis 12 bereitgestellt wird.
  • Wenn das Schaltersignal FDG auf einem High-Pegel an dem Gate des Schaltertransistors 104 eingegeben wird, wird der Knoten 107 auf eine Spannung geklemmt, die über die Vertikalrücksetzeingabeleitung angelegt wird. Infolgedessen wird die in dem Knoten 107 akkumulierte Ladung entladen (zurückgesetzt).
  • Wenn das Schaltersignal FDG auf einem Low-Pegel an dem Gate des Schaltertransistors 104 eingegeben wird, wird der Knoten 107 elektrisch von der Vertikalrücksetzeingabeleitung getrennt und wird in einen potentialfreien Zustand gesetzt.
  • Die Fotodiode 101 wandelt einfallendes Licht fotoelektrisch um und erzeugt eine Ladung, die von der Lichtmenge abhängt. Die erzeugte Ladung wird auf der Kathodenseite der Fotodiode 101 akkumuliert. Der Transfertransistor 102 schaltet den Transfer einer Ladung von der Fotodiode 101 zu dem Knoten 107 oder dem Knoten 107 und dem Kondensator 108 gemäß einem Transfersteuersignal TRG ein/aus, das von dem Pixelansteuerungsschaltkreis 12 bereitgestellt wird.
  • Wenn zum Beispiel das Transfersteuersignal TRG auf einem High-Pegel an dem Gate des Transfertransistors 102 eingegeben wird, wird die in der Fotodiode 101 akkumulierte Ladung zu dem Knoten 107 oder dem Knoten 107 und dem Kondensator 108 transferiert. Wenn das Transfersteuersignal TRG auf einem Low-Pegel an das Gate des Transfertransistors 102 geliefert wird, wird dagegen ein Transfer einer Ladung von der Fotodiode 101 gestoppt.
  • Die fotoelektrisch umgewandelte Ladung wird in der Fotodiode 101 akkumuliert, während der
    Transfertransistor 102 den Transfer einer Ladung zu dem Knoten 107 oder dem Knoten 107 und dem Kondensator 108 stoppt.
  • Wie oben beschrieben, weisen der Knoten 107 und der Kondensator 108 jeweils eine Funktion zum Akkumulieren einer Ladung, die von der Fotodiode 101 über den Transfertransistor 102 transferiert wird, und Umwandeln der Ladung in eine Spannung auf. Daher wird unter einem potentialfreien Zustand, in dem der Rücksetztransistor 103 und/oder der Schaltertransistor 104 ausgeschaltet ist, die Spannung des Knotens 107 oder des Knotens 107 und des Kondensators 108 gemäß der Ladungsmenge moduliert, die jeweils in dem Knoten 107 und dem Kondensator 108 akkumuliert wurde.
  • Der Verstärkungstransistor 105 fungiert als ein Verstärker, der zum Empfangen einer Spannungsvariation des Knotens 107 oder des Knotens 107 und des Kondensators 108, die mit dem Gate verbunden sind, als ein Eingabesignal konfiguriert ist, und ein Ausgabespannungssignal davon wird über den Auswahltransistor 106 als ein Pixelsignal an die Vertikalsignalleitung VSL ausgegeben.
  • Der Auswahltransistor 106 schaltet eine Ausgabe eines Spannungssignals von dem Verstärkungstransistor 105 zu der Vertikalsignalleitung VSL gemäß einem Auswahlsteuersignal SEL ein/aus, das von dem Pixelansteuerungsschaltkreis 12 bereitgestellt wird. Wenn zum Beispiel das Auswahlsteuersignal SEL auf einem High-Pegel an dem Gate des Auswahltransistors 106 eingegeben wird, wird ein Spannungssignal von dem Verstärkungstransistor 105 an die Vertikalsignalleitung VSL ausgegeben. Wenn das Auswahlsteuersignal SEL auf einem Low-Pegel an dem Gate des Auswahltransistors 106 eingegeben wird, wird dagegen eine Ausgabe eines Spannungssignals von dem Verstärkungstransistor 105 an die Vertikalsignalleitung VSL gestoppt. Infolgedessen ermöglicht die Vertikalsignalleitung VSL, mit der die mehreren Einheitspixel 131 verbunden sind, das Abrufen von nur der Ausgabe von dem ausgewählten Einheitspixel 131.
  • Auf diese Weise wird das Einheitspixel 131 gemäß dem Transfersteuersignal TRG, dem Rücksetzsignal RST, dem Schaltersignal FDG und dem Auswahlsteuersignal SEL angesteuert, die von dem Pixelansteuerungsschaltkreis 12 bereitgestellt werden.
  • Erhöhung der Kapazität pro Einheitsfläche
  • Bei der Konfiguration des Einheitspixels 131, wie oben beschrieben, ist es zum Beispiel denkbar, einen sogenannten Grabenkondensator, der einen vertikalen Kondensator auf einem auf dem Halbleitersubstrat gebildeten Graben bildet, als den Kondensator 108 anzunehmen, der als die zweite Floating-Diffusion fungiert, um die Kapazität pro Einheitsfläche zu erhöhen. Wenn ein Kondensator zu dem Knoten 107 hinzugefügt wird, ist es außerdem denkbar, einen Grabenkondensator als einen hinzuzufügenden Kondensator anzunehmen, um die Kapazität pro Einheitsfläche zu erhöhen.
  • Wenn der Grabenkondensator zum Beispiel auf demselben Halbleitersubstrat wie jenes der Fotodiode 101 gebildet wird, ist es notwendig, ein Layout festzulegen, bei dem die Fotodiode 101 und der Grabenkondensator in der horizontalen Richtung angeordnet sind, oder ein Layout, bei dem die Fotodiode 101 und der Grabenkondensator in der vertikalen Richtung angeordnet sind. In dem ersteren Fall gibt es zum Beispiel insofern ein Problem, dass sich eine Pixelintegration aufgrund einer Zunahme der Fläche jedes Einheitspixels 131 verschlechtert. In letzterem Fall gibt es zum Beispiel insofern ein Problem, dass eine Ionenimplantation zu einer tieferen Position notwendig ist, um die Fotodiode 101 zu bilden, oder ein Signal aus der Fotodiode 101 gelesen werden muss, die bei einer tiefen Position gebildet ist.
  • In Anbetracht des Vorhergehenden nimmt diese Ausführungsform eine Konfiguration an, bei der ein Grabenkondensator auf einem Substrat getrennt von einem Substrat gebildet wird, auf dem die Fotodiode 101 gebildet ist, und diese Substrate aneinander gebondet werden. Infolgedessen ist es möglich, einen breiten Dynamikumfang mit einer einzigen Belichtung zu erzielen, indem die Kapazität pro Einheitsfläche erhöht wird, während zur gleichen Zeit das Auftreten von Problemen, wie etwa eine Verschlechterung der Pixelintegration, eine Ionenimplantation zu einer tieferen Position oder Auslesen eines Signals von einer tiefen Position, vermieden werden.
  • Beispiel für eine Querschnittsstruktur eines Bildsensors
  • 3 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsstruktur des Bildsensors gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht. In 3 ist die Seite des Lichteinfalls als eine obere Seite festgelegt und eine Querschnittsstruktur einer Oberfläche parallel zu der Einfallsrichtung von Licht ist veranschaulicht. In 3 sind Einheitspixel 131G und 131R veranschaulicht, die grünes Licht G und rotes Licht R unter den drei Primärfarben von RGB empfangen. Jedoch ist die Konfiguration nicht darauf beschränkt. In der folgenden Beschreibung wird das Einheitspixel 131 für jede Farbe nicht unterschieden und zur einfachen Beschreibung wird eine Bezugsziffer 131 zugewiesen.
  • Wie in 3 veranschaulicht, weist der Bildsensor 10 eine Laminatstruktur auf, bei der ein erstes Substrat 140, ein zweites Substrat 150 und ein drittes Substrat 160 aneinander gebondet sind. In dieser Laminatstruktur ist das Einheitspixel 131 zum Beispiel über das erste Substrat 140 und das zweite Substrat 150 hinweg gebildet.
  • Beispiel für eine Struktur eines ersten Substrats
  • Die Fotodiode 101 und der Transfertransistor 102 sind auf dem ersten Substrat 140 bereitgestellt. Die Fotodiode 101 ist zum Empfangen von Licht konfiguriert, das von der Seite einer hinteren Oberfläche (oberen Oberfläche in 3) eines Halbleitersubstrats 141 konfiguriert. Ein Farbfilter 122 und eine On-Chip-Linse 121 sind oberhalb der Fotodiode 101 bereitgestellt. Ein Lichtabschirmungsfilm 123 kann zwischen den angrenzenden Farbfiltern 122 bereitgestellt werden, um Nebensprechen von Licht zwischen den angrenzenden Einheitspixel 131 zu verhindern. Ein (nicht gezeigter) Planarisierungsfilm zum Planarisieren einer Oberfläche zum Verbinden des Farbfilters 122 mit der Masse kann zwischen dem Halbleitersubstrat 141 und dem Farbfilter 122 bereitgestellt werden.
  • Bei der Fotodiode 101 ist zum Beispiel ein n-Typ-Halbleitergebiet 142 als ein Ladungsakkumulationsgebiet zum Akkumulieren einer Ladung (ein Elektron) gebildet. In der Fotodiode 101 ist das n-Typ-Halbleitergebiet 142 innerhalb eines p-Typ-Halbleitergebiets 143 des Halbleitersubstrats 141 bereitgestellt.
  • In dem p-Typ-Halbleitergebiet 143 kann eine Fremdstoffkonzentration eines Gebiets auf der Seite einer Oberfläche (unteren Oberfläche) des Halbleitersubstrats 141 höher als eine Fremdstoffkonzentration eines Gebiets auf der Seite der hinteren Oberfläche (oberen Oberfläche) sein. Mit anderen Worten kann die Fotodiode 101 eine Lochakkumulationsdiode(HAD: Hole-Accumulation Diode)-Struktur aufweisen. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, das Auftreten eines Dunkelstroms in jeder Grenze zwischen der oberen Oberflächenseite und der unteren Oberflächenseite des n-Typ-Halbleitergebiets 142 zu unterdrücken.
  • Eine Pixelseparationseinheit 144, die zum optischen und elektrischen Separieren der angrenzenden Fotodioden 101 konfiguriert ist, ist innerhalb des Halbleitersubstrats 141 bereitgestellt, um Nebensprechen zwischen den Fotodioden 101 zu verhindern. In 3 ist das Pixelseparationsgebiet 144 bei Betrachtung des Bildsensors 10 von der oberen Oberflächenseite so gebildet, dass es zum Beispiel eine Gitterform aufweist, so dass es zwischen den angrenzenden Einheitspixeln 131 liegt. Die Fotodiode 101 ist innerhalb eines Gebiets gebildet, das durch die Pixelseparationseinheit 144 separiert ist.
  • Die Anode der Fotodiode 101 ist mit der Masse verbunden. Eine Signalladung (z. B. ein Elektron), die in der Fotodiode 101 akkumuliert wird, wird über den mit der Kathode verbundenen Transfertransistor 102 an den Knoten 107 transferiert.
  • Der Knoten 107, der als die erste Floating-Diffusion fungiert, legt dann die Spannung eines Spannungswertes, der von der Menge der transferierten Ladung abhängt, an das Gate des Verstärkungstransistors 105 in einem Pixeltransistor 153, der in dem zweiten Substrat 150 bereitgestellt ist, über eine Siliciumdurchkontaktierung (TSV: Through Silicon Via) 155 an. Der Pixeltransistor 153 kann den Rücksetztransistor 103, den Schaltertransistor 104 und den Auswahltransistor 106 zusätzlich zu dem Verstärkungstransistor 105 beinhalten.
  • Ein Isolationsfilm 145 ist auf einer Oberfläche (unteren Oberfläche) des Halbleitersubstrats 141 gegenüber der hinteren Oberfläche(oberen Oberfläche) bereitgestellt, auf der das Farbfilter 122 und die On-Chip-Linse 121 bereitgestellt sind. Infolgedessen sind das Halbleitersubstrat 141 des ersten Substrats 140 und ein Halbleitersubstrat 151 des zweiten Substrats 150 elektrisch voneinander separiert. Die obere Oberfläche des Isolationsfilms 145 wird planarisiert, um an das zweite Substrat 150 gebondet zu werden.
  • Beispiel für eine Struktur eines zweiten Substrats
  • Ein Kondensator 152 ist auf dem zweiten Substrat 150 bereitgestellt. Der Kondensator 152 kann zum Beispiel ein Grabenkondensator sein. Jedoch ist der Kondensator 152 nicht darauf beschränkt und verschiedene Arten von Kondensatoren können als der Kondensator 152 angenommen werden. In der folgenden Beschreibung wird eine Beschreibung eines Falls gegeben, in dem der Kondensator 152 ein Grabenkondensator ist.
  • Der Grabenkondensator 152 kann der Kondensator 108 sein, der als die zweite Floating-Diffusion fungiert, oder kann ein Kondensator sein, der absichtlich zu dem Knoten 107 hinzugefügt wird. In der folgenden Beschreibung wird ein Beispiel des Festlegens des Grabenkondensators 152 als der Kondensator 108 beschrieben.
  • Der Grabenkondensator 152 wird zum Beispiel in einem Graben gebildet, der auf der Oberfläche (unteren Oberfläche) des Halbleitersubstrats 151 gegenüber der hinteren Oberfläche (oberen Oberfläche) eingeschnitten ist, die an das erste Substrat 140 gebondet ist.
  • Der Drain des Transfertransistors 102 in dem ersten Substrat 140 ist über eine TSV 155, die den Isolationsfilm 145 des ersten Substrats 140 in die Mitte eines Isolationsfilms 157 über das Halbleitersubstrat 151 des zweiten Substrats durchdringt, und eine Verdrahtung 154, die in dem Isolationsfilm 157 gebildet ist, mit dem Pixeltransistor 153 verbunden. Der Pixeltransistor 153 und der Grabenkondensator 152 sind über eine Verdrahtung oder dergleichen, die nicht gezeigt ist, elektrisch miteinander verbunden.
  • Zum Beispiel ist ein Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 156 auf der Oberfläche (unteren Oberfläche) des Isolationsfilms 157 gebildet, der auf der Oberfläche (unteren Oberfläche) des Halbleitersubstrats 151 bereitgestellt ist. Dieses Elektrodenpad 156 fungiert als ein Verbindungspunkt (Cu-Cu-Bondung), der das zweite Substrat 150 und das dritte Substrat 160 mechanisch aneinander bondet, während zur gleichen Zeit das zweite Substrat 150 und das dritte Substrat 160 elektrisch miteinander verbunden werden.
  • Beispiel für eine Struktur eines dritten Substrats
  • Ein Schaltkreiselement 164, wie etwa der Signalverarbeitungsschaltkreis 15 in 1, ist auf dem dritten Substrat 160 bereitgestellt. Das Schaltkreiselement 164 kann zum Beispiel den Timingsteuerschaltkreis 11, den Pixelansteuerungsschaltkreis 12, den Horizontaltransferschaltkreis 18, den Referenzspannungsgenerator 17 und den Ausgangsschaltkreis 19 zusätzlich zu dem Signalverarbeitungsschaltkreis 15 beinhalten.
  • Das Schaltkreiselement 164 ist auf einem Halbleitersubstrat 161 und einem Isolationsfilm 162 gebildet, der auf der Oberfläche (oberen Oberfläche) des Halbleitersubstrats 161 bereitgestellt ist. Das Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 156 zum elektrischen und mechanischen Verbinden des Elektrodenpads 156 des zweiten Substrats 150 ist auf der oberen Oberfläche des Isolationsfilms 162 gebildet.
  • Bonden von Substraten
  • Bei der wie oben beschriebenen Konfiguration werden das erste Substrat 140 und das zweite Substrat 150 durch eine sogenannte Direktbondung durch Planarisieren jeweiliger gebondeter Oberflächen des ersten Substrats 140 und des zweiten Substrats 150 und Bonden dieser gebondeten Oberflächen aneinander durch atomare Kraft aneinander gebondet. Währenddessen sind, wie oben beschrieben, das zweite Substrat 150 und das dritte Substrat 160 durch eine sogenannte Cu-Cu-Bondung von Bondkupfer(Cu)-Elektrodenpads 156 und 163, die auf jeweiligen gebondeten Oberflächen gebildet sind, aneinander gebondet. Jedoch ist das Bondverfahren nicht darauf beschränkt und verschiedene Arten von Bondverfahren können verwendet werden.
  • Beispiel für eine schematische Konfiguration eines Einheitspixels
  • Als Nächstes wird eine ausführlichere Beschreibung einer Querschnittsstruktur des Einheitspixels 131 bei dem Beispiel der in 3 veranschaulichten
    Querschnittsstruktur gegeben. 4 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für die Querschnittsstruktur eines Einheitspixels gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht. In 4 tritt Licht im Gegensatz zu 3 von der unteren Seite aus 4 in die Fotodiode 101 ein. In 4 ist eine Schraffur jeder Einheit in Anbetracht der Sichtbarkeit weggelassen.
  • Wie in 4 veranschaulicht, weist das Einheitspixel 131 eine Struktur auf, bei der die Fotodiode 101 und der Transfertransistor 102 auf dem ersten Substrat 140 bereitgestellt sind und der Grabenkondensator 152 und der Pixeltransistors 153 auf dem zweiten Substrat 150 bereitgestellt sind. Der Knoten 107 in dem Einheitspixel 131 ist auf dem ersten Substrat 140 angeordnet.
  • Der Transfertransistor 102 beinhaltet ein Transfer-Gate 1021 und einen Gate-Isolationsfilm 1022 und transferiert eine Ladung, die in der Fotodiode 101 aufgetreten ist, zu dem Knoten 107, der die erste Floating-Diffusion ist. Eine Transfertransistorelektrode 1023, bei der das Transfersteuersignal TRG eingegeben ist, ist mit dem Transfer-Gate 1021 verbunden.
  • Die TSV 155 befindet sich in Kontakt mit dem Knoten 107 und ist elektrisch mit diesem verbunden. Ein In-Loch-Isolationsfilm 1551 zum Verhindern, dass die TSV 155 und das Halbleitersubstrat 151 elektrisch miteinander verbunden werden, ist auf der Seite der TSV 155 bereitgestellt.
  • Die TSV 155 befindet sich in Kontakt mit der Verdrahtung 154, die auf der oberen Oberfläche eines ersten Isolationsfilms 1571 gebildet ist, und ist elektrisch mit dieser verbunden, indem sie den Isolationsfilm 145, das Halbleitersubstrat 151 und den ersten Isolationsfilm 1571 auf der unteren Seite des Isolationsfilms 157 durchdringt.
  • Eine verbundene Elektrode 1552, die mit dem Pixeltransistor 153 verbunden ist, ist auch elektrisch mit der Verdrahtung 154 verbunden.
  • Wie oben beschrieben, ist der Grabenkondensator 152 auf dem Halbleitersubstrat 151 bereitgestellt. Der Grabenkondensator 152 ist aus einer unteren Elektrode 1523, die auf der Innenoberfläche eines Grabens gebildet ist, der durch Einschneiden des Halbleitersubstrats 151 von der Oberflächenseite in einer vertikalen Richtung gebildet ist, einem Isolationsfilm 1522, der so gebildet ist, dass er die Oberfläche der unteren Elektrode 1523 bedeckt, und einer oberen Elektrode 1521 gebildet, die so gebildet ist, dass sie den durch den Isolationsfilm 1522 gebildeten Graben auffüllt. Die obere Elektrode 1521 ist zum Beispiel über eine Grabenkondensatorelektrode 1524 auf der Oberseite der oberen Elektrode 1521 und eine Verdrahtung, die nicht gezeigt ist, elektrisch mit dem Pixeltransistor 153 verbunden.
  • Eine Mehrfachverdrahtungsschicht 158 einschließlich einer Verdrahtung, die auf einem zweiten Isolationsfilm 1572 gebildet ist, ist auf der oberen Oberfläche des ersten Isolationsfilms 1571 gestapelt. Wie oben beschrieben, ist das Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 156 zum elektrischen und mechanischen Verbinden mit dem Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 163, das auf dem dritten Substrat 160 bereitgestellt ist, auf der oberen Oberfläche der Mehrfachverdrahtungsschicht 158 bereitgestellt. Dieses Elektrodenpad 156 ist durch eine Verdrahtung innerhalb der Mehrfachverdrahtungsschicht 158 elektrisch mit dem Pixeltransistor 153 verbunden.
  • Beispiel für ein Layout eines Einheitspixels
  • Nun wird eine ausführliche Beschreibung eines Layouts sowohl eines A-A-Querschnitts als auch eines B-B-Querschnitts in 4 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben. Der A-A-Querschnitt entspricht einer Grenzoberfläche zwischen dem Halbleitersubstrat 141 und dem Isolationsfilm 145 in dem ersten Substrat 140. Der B-B-Querschnitt entspricht einer Grenzoberfläche zwischen dem Halbleitersubstrat 151 und dem ersten Isolationsfilm 1571 in dem zweiten Substrat 150.
  • Beispiel für ein Layout eines A-A-Querschnitts
  • 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Layout des A-A-Querschnitts in 3 veranschaulicht. In 5 ist zur einfachen Beschreibung auch eine Konfiguration veranschaulicht, die in dem A-A-Querschnitt nicht erscheint.
  • Wie in 5 veranschaulicht, ist die Fotodiode 101 zum Beispiel aus dem n-Typ-Halbleitergebiet 142, das im Wesentlichen im Zentrum eines Quadratgebiets gebildet ist, das jedem Einheitspixel 131 in dem Halbleitersubstrat 141 zugewiesen ist, und dem p-Typ-Halbleitergebiet 143 gebildet, das das n-Typ-Halbleitergebiet 142 umgibt. Das Transfer-Gate 1021, das von dem Gate-Isolationsfilm 1022 (siehe 4) bedeckt ist, ist in das n-Typ-Halbleitergebiet 142 eingebettet.
  • Die Transfertransistorelektrode 1023 auf der oberen Seite des Transfer-Gate 1021 ist über eine Verdrahtung einschließlich einer Elektrode 1024, die in 4 nicht gezeigt ist, mit der Transfertransistoransteuerungsleitung 112 (siehe 2) verbunden. Das Transfer-Gate 1021 ist über den Knoten 107 mit der TSV 155 verbunden. Die TSV 155 ist zum Beispiel in einer Ecke des Quadratgebiets angeordnet, das jedem Einheitspixel 131 zugewiesen ist.
  • Beispiel für ein Layout eines B-B-Querschnitts
  • 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Layout des B-B-Querschnitts in 3 veranschaulicht. In 6 ist zur einfachen Beschreibung auch eine Konfiguration veranschaulicht, die in dem B-B-Querschnitt nicht erscheint.
  • Wie in 6 veranschaulicht, sind Aktivierungsgebiete 1531 und 1532, die mit einem vorbestimmten Fremdstoff dotiert sind, auf dem Quadratgebiet gebildet, das jedem Einheitspixel 131 in dem Halbleitersubstrat 151 zugeordnet ist.
  • Ein Rücksetz-Gate 1031 des Rücksetztransistors 103 und ein Schalter-Gate 1041 des Schaltertransistors 104 sind in einem Aktivierungsgebiet 1531 über einen Gate-Isolationsfilm bereitgestellt, der nicht gezeigt ist. Bei einer solchen Konfiguration werden der Drain des Schaltertransistors 104 und die Source des Rücksetztransistors 103 gemeinsam verwendet.
  • Das Schalter-Gate 1041 ist über die Verdrahtung einschließlich der Elektrode 1024, die in 4 nicht gezeigt ist, mit der Schaltertransistoransteuerungsleitung 114 (siehe 2) verbunden. Die Source des Schaltertransistors 14 ist über eine Verdrahtung einschließlich einer Elektrode 1043, die in 4 nicht gezeigt ist, mit der TSV 155 verbunden, die sich von dem ersten Substrat 140 erstreckt. Die TSV 155 ist über die Verdrahtung 154 (siehe 4) und die verbundene Elektrode 1552 auch mit einem Verstärkungs-Gate 1051 verbunden.
  • Das Rücksetz-Gate 1031 ist über eine Verdrahtung einschließlich einer Elektrode 1032, die in 4 nicht gezeigt ist, mit der Rücksetztransistoransteuerungsleitung 113 (siehe 2) verbunden. Der Drain des Rücksetztransistors 103 ist über eine Verdrahtung einschließlich einer Elektrode 1033, die in 4 nicht gezeigt ist, mit der Vertikalrücksetzeingabeleitung verbunden, die nicht gezeigt ist.
  • Das Verstärkungs-Gate 1051 des Verstärkungstransistors 105 und ein Auswahl-Gate 1061 des Auswahltransistors 106 sind in dem anderen Aktivierungsgebiet 1532 über einen Gate-Isolationsfilm bereitgestellt, der nicht gezeigt ist. Bei einer solchen Konfiguration werden der Drain des Verstärkungstransistors 105 und die Source des Auswahltransistors 106 gemeinsam verwendet.
  • Die Source des Verstärkungstransistors 105 ist über eine Verdrahtung einschließlich einer Elektrode 1053, die in 4 nicht gezeigt ist, mit einer Vertikalversorgungsleitung verbunden, die nicht gezeigt ist.
  • Das Auswahl-Gate 1061 ist über eine Verdrahtung einschließlich einer Elektrode 1062, die in 4 nicht gezeigt ist, mit der Auswahltransistoransteuerungsleitung 117 (siehe 2) verbunden. Der Drain des Auswahltransistors 106 ist über eine Verdrahtung einschließlich einer Elektrode 1063, die in 4 nicht gezeigt ist, mit der Vertikalsignalleitung VSL verbunden.
  • Der Grabenkondensator 152 ist in jedem von einem oder mehreren (vier in 6) Gräben bereitgestellt, die in dem Halbleitersubstrat 151 in dem Quadratgebiet gebildet sind, das jedem Einheitspixel 131 in dem Halbleitersubstrat 151 zugewiesen ist. Der obere Teil der oberen Elektrode 1521 in jedem der mehreren Grabenkondensatoren 152 bildet die gemeinsam zu verwendende Grabenkondensatorelektrode 1524. Kurzgefasst sind die mehreren Grabenkondensatoren 152 miteinander parallel verbunden.
  • Die Grabenkondensatorelektrode 1524 ist mit einem Knoten, der gemeinsam zu verwenden ist, als der Drain des Schaltertransistors 104 und die Source des Rücksetztransistors 103 über eine Verdrahtung einschließlich Elektroden 1081 und 1082 verbunden, die in 4 nicht gezeigt ist (entsprechend dem Kondensator 108 in 2).
  • Beispiel für einen Produktionsprozess
  • Als Nächstes wird eine ausführliche Beschreibung eines Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors 10 gemäß dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben. 7 bis 10 sind Prozessquerschnittsdiagramme zum Beschreiben des Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors gemäß dieser Ausführungsform.
  • In diesem Produktionsverfahren, wie in 7 veranschaulicht, wird zuerst das p-Typ-Halbleitergebiet 143 durch Injizieren eines Dotierungsstoffs, wie etwa Bor oder Aluminium, der als ein Akzeptor dient, von der Oberflächen(obere Oberfläche)-Seite des Halbleitersubstrats 141A in ein Halbleitersubstrat 141A vor dem Dünnen gebildet, indem zum Beispiel ein vorbestimmtes Ionenimplantationsverfahren verwendet wird.
  • Als Nächstes wird das n-Typ-Halbleitergebiet 142 für jedes Einheitspixel 131 gebildet, indem eine vorbestimmte Maskenstruktur auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 141A gebildet wird und ein Dotierungsstoff, wie etwa Phosphor oder Arsen, der als ein Donator dient, in die vorbestimmte Maskenstruktur injiziert wird, indem ein vorbestimmtes Ionenimplantationsverfahren verwendet wird. Das n-Typ-Halbleitergebiet 142 wird zu einem gewissen Ausmaß in einem Gebiet gebildet, das tief in der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 141A liegt. Die zum Bilden des n-Typ-Halbleitergebiets 142 verwendete Maskenstruktur wird danach entfernt.
  • Die Pixelseparationseinheit 144, die das Gebiet zum Bilden jeder Fotodiode 101 separiert, kann auf dem Halbleitersubstrat 141A durch Verwenden eines vorbestimmten Produktionsprozesses vor dem Bilden des p-Typ-Halbleitergebiets 143 gebildet werden oder kann auf dem Halbleitersubstrat 141A durch Verwenden eines vorbestimmten Produktionsprozesses nach der Bildung des p-Typ-Halbleitergebiets 143 oder nach der Bildung des n-Typ-Halbleitergebiets 142 gebildet werden.
  • Als Nächstes wird ein Graben, der sich von der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 141 zu dem n-Typ-Halbleitergebiet 142 erstreckt, zum Beispiel durch Fotolithografie und Ätzen gebildet und der Transfertransistor 102 einschließlich des Gate-Isolationsfilms 1022 und des Transfer-Gate 1021 wird in dem Graben gebildet.
  • Als Nächstes wird der Knoten 107, der ein Floating-Diffusion-Gebiet ist, zum Beispiel durch ein Ionenimplantationsverfahren auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 141 gebildet. Nachdem eine Elektrode, wie etwa die Transfertransistorelektrode 1023, und eine Verdrahtung durch Verwenden zum Beispiel einer Lift-Off-Technologie oder einer Strukturätzung gebildet wurden, wird dann der Isolationsfilm 145, der die obere Oberfläche des Halbleitersubstrats 141 bedeckt, durch Verwenden zum Beispiel eines Chemische-Gasphasenabscheidung(CVD)-Verfahrens (einschließlich eines Plasma-CVD-Verfahrens, was unten zutrifft) oder eines Sputterverfahrens gebildet. Dann wird die obere Oberfläche des gebildeten Films 145 durch Verwenden zum Beispiel eines Chemisches-mechanisches-Polieren(CMP)-Verfahrens planarisiert.
  • Ein Halbleitersubstrat 151A mit einer gebondeten Oberfläche (hinteren Oberfläche), die gleichermaßen durch Verwenden eines CMP-Verfahrens oder dergleichen planarisiert wird, wird an die planarisierte obere Oberfläche des Isolationsfilms 145 gebondet. Wie oben beschrieben, können der Isolationsfilm 145 und das Halbleitersubstrat 151A durch Verwenden von Direktbonden unter Nutzung intermolekularer Kräfte aneinander gebondet werden. Jedoch ist das Bondverfahren nicht darauf beschränkt und verschiedene Arten von Bondverfahren, wie etwa Plasmabonden des Bondens beider gebondeter Oberflächen nach einer Aktivierung dieser Oberflächen durch Plasmaverarbeitung, können verwendet werden.
  • Als Nächstes wird, wie in 8 veranschaulicht, das Halbleitersubstrat 151A, das an den Isolationsfilm 145 gebondet ist, zum Beispiel durch Verwenden eines CMP-Verfahrens so gedünnt, dass es eine vorbestimmte Dicke (z. B. 2~3 µm) aufweist.
  • Als Nächstes wird ein Graben für den Grabenkondensator 152 durch Einschneiden des gedünnten Halbleitersubstrats 151 von der Oberflächen(obere Oberfläche)-Seite davon zum Beispiel durch Fotolithografie und Ätzen gebildet.
  • Als Nächstes werden die untere Elektrode 1523 und der Isolationsfilm 1522 sequentiell in dem in dem Halbleitersubstrat 151 gebildeten Graben zum Beispiel durch Verwenden eines Sputterverfahrens gebildet. Dann werden die obere Elektrode 1521, die den in der Oberfläche des Gate-Isolationsfilms 1022 gebildeten Graben auffüllt, und die Grabenkondensatorelektrode 1524 auf der oberen Seite der oberen Elektrode 1521 zum Beispiel durch Verwenden eines Sputterverfahrens gebildet. Infolgedessen wird der Grabenkondensator 152 auf dem Halbleitersubstrat 151 gebildet.
  • Der Pixeltransistor 153 einschließlich des Rücksetztransistors 103, des Schaltertransistors 104, des Verstärkungstransistors 105 und des Auswahltransistors 106 wird auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 151 in dem gleichen Prozess wie der Prozess zum Bilden des Grabenkondensators 152, der oben beschrieben ist, gebildet.
  • Danach wird der erste Isolationsfilm 1571 gebildet, der die obere Oberfläche des Halbleitersubstrats 151 bedeckt, auf der der Grabenkondensator 152 und der Pixeltransistor 153 gebildet sind.
  • Als Nächstes wird zum Beispiel ein Reaktives-Ionenätzen(RIE)-Verfahren verwendet, um einen Via zu bilden, der das Gate jedes Transistors in dem Pixeltransistor 153 auf dem ersten Isolationsfilm 1571 freilegt, und einen Via zu bilden, der den Knoten 107 freilegt, der auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 141A gebildet ist, so dass er sich von dem ersten Isolationsfilm 1571 durch das Halbleitersubstrat 151 zu dem Isolationsfilm 145 erstreckt.
  • Als Nächstes wird zum Beispiel der In-Loch-Isolationsfilm 1551 auf wenigstens einer freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrats 151 in den gebildeten Vias durch Tempern gebildet. Danach werden die TSV 155 und die verbundene Elektrode 1552, die diese Vias auffüllen, gebildet. Als Nächstes wird die Verdrahtung 154, die die TSV 155 und die verbundene Elektrode 1552 elektrisch miteinander verbindet, auf dem ersten Isolationsfilm 1571 zum Beispiel durch Verwenden einer Lift-Off-Technologie oder Strukturätzung gebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 9 veranschaulicht, ein zweiter Isolationsfilm 1752 zum Beispiel durch Verwenden eines Sputterverfahrens auf dem ersten Isolationsfilm 1571 gebildet. Dann wird eine (nicht gezeigte) Verdrahtung, die elektrisch mit jeder auf dem ersten Isolationsfilm 1571 gebildeten Elektrode verbindet, in dem zweiten Isolationsfilm 1752 gebildet und danach wird das Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 156 mit einer freigelegten oberen Oberfläche, die elektrisch mit der Verdrahtung in dem zweiten Isolationsfilm 1572 verbindet, auf dem zweiten Isolationsfilm 1572 gebildet. Verfahren, wie etwa ein CVD-Verfahren, ein Elektroplattierungsverfahren oder ein Sputterverfahren, können zum Bilden des Elektrodenpads 156 verwendet werden.
  • Als Nächstes wird, wie in 10 veranschaulicht, ein Halbleitersubstrat 161A, auf dem das Schaltkreiselement 164 gebildet wird, in einem vorbestimmten Produktionsprozess gebildet und das Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 163, das auf der Oberfläche (unteren Oberfläche) des Isolationsfilms 162 freigelegt ist, und das Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 156, das auf der Oberfläche (oberen Oberfläche) des Isolationsfilms 157 auf dem Halbleitersubstrat 151 freigelegt ist, werden aneinander gebondet (Cu-Cu-Bonden).
  • Als Nächstes wird das Halbleitersubstrat 161A, auf dem das Schaltkreiselement 164 gebildet wird, zum Beispiel durch Verwenden eines CMP-Verfahrens gedünnt. Dann wird das Laminatsubstrat, das durch den Prozess bisher produziert wurde, vertikal umgedreht und die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats 141A, auf der die Fotodiode 101 gebildet ist, wird geschliffen, um die Umgebung der Fotodiode 101 zu erreichen, indem zum Beispiel ein CMP-Verfahren verwendet wird.
  • Danach wird eine angemessene Verarbeitung, wie etwa Entfernung eines Schadens an der geschliffenen Oberfläche, ausgeführt und dann werden das Farbfilter 122 und die On-Chip-Linse 121, die jedem Einheitspixel 131 entsprechen, auf dem Halbleitersubstrat 141 gebildet, auf dem die Fotodiode 101 gebildet ist. Der Lichtabschirmungsfilm 123 wird nach Bedarf gebildet. Infolgedessen wird der Bildsensor 10 mit der in 3 exemplarisch gezeigten Querschnittsstruktur produziert.
  • Wirkung und Effekt
  • Wie oben beschrieben, weist diese Ausführungsform eine Konfiguration auf, bei der der Grabenkondensator 152 auf dem zweiten Substrat 150 getrennt von dem ersten Substrat 140 gebildet wird, auf dem die Fotodiode 101 gebildet ist, und diese Substrate aneinander gebondet werden. Infolgedessen ist es möglich, einen breiten Dynamikumfang mit einer einzigen Belichtung zu erzielen, indem die Kapazität pro Einheitsfläche erhöht wird, während zur gleichen Zeit das Auftreten von Problemen, wie etwa eine Verschlechterung der Pixelintegration, eine Ionenimplantation zu einer tieferen Position oder Auslesen eines Signals von einer tiefen Position, vermieden werden.
  • Mit der oben beschriebenen Konfiguration ist es auch möglich, zum Beispiel eine Unterdrückung eines falschen Signals eines Tieres, das sich innerhalb des Sichtwinkels bewegt, eine Reduzierung eines Pixelrastermaßes oder eine Unterdrückung eines Flackerns einer Leuchtdiode (LED) zu erreichen.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, in Bezug darauf, ob die zweite Floating-Diffusion (die dem Kondensator 108 und dem Grabenkondensator 152 entspricht) verwendet wird, durch Steuerung des Schaltertransistors 104 umzuschalten, und dementsprechend ist es auch möglich, zwischen einem hohen Verstärkungsfaktor (wenn die zweite Floating-Diffusion nicht verwendet wird) und einem breiten Dynamikumfang (wenn die zweite Floating-Diffusion verwendet wird) zum Beispiel in Abhängigkeit von der Situation einer Nachtfotographie umzuschalten.
  • Der Bildsensor 10 gemäß dieser Ausführungsform weist eine Laminatstruktur auf, bei der das erste Substrat 140 und das zweite Substrat 150, auf dem das Einheitspixel 131 gebildet ist, und das dritte Substrat 160, auf dem das Schaltkreiselement 164 einschließlich des Signalverarbeitungsschaltkreises 15 gebildet ist, aneinander gebondet sind. Daher ist es möglich, den Grad einer parallelen Signalverarbeitung eines Hochauflösungsbildes zu verbessern. Infolgedessen ist es zusätzlich zu einem breiteren Dynamikumfang jedes Einheitspixels 131 möglich, ein Hochgeschwindigkeitsauslesen oder eine höhere Auflösung eines Bildes zu erzielen oder eine räumliche Abtastung zu modulieren.
  • Eine Reduzierung eines Pixelrastermaßes zum Bestimmen der Auflösung wird durch die/den breitesten der Fotodiode 101, des Signalverarbeitungsschaltkreises 15 und eines Pixelschaltkreises, der durch den Rücksetztransistor 103, den Schaltertransistor 104, den Verstärkungstransistor 105 und den Auswahltransistor 106 konstruiert ist, bestimmt. Der Signalverarbeitungsschaltkreis 15 kann einen AD-Umsetzungsschaltkreis 15a mit mehreren Pixelschaltkreisen verbinden. In diesem Fall wird bei der vorliegenden Ausführungsform eine Reduzierung des Pixelrastermaßes durch die Fläche der Fotodiode 101 oder des Pixelschaltkreises bestimmt.
  • Zweite Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine ausführliche Beschreibung einer Festkörperbildgebungsvorrichtung und einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben.
  • Die bei der ersten Ausführungsform beschriebene Konfiguration, bei der der Grabenkondensator 152 auf dem zweiten Substrat 150 getrennt von dem ersten Substrat 140 gebildet wird, auf dem die Fotodiode 101 gebildet wird, und jene Substrate aneinander gebondet werden, ist auch für eine Struktur (nachfolgend als „Gemeinsam-genutzte-Pixel-Struktur“ bezeichnet) effektiv, bei der die mehreren Einheitspixel 131 den Pixeltransistor 153 gemeinsam nutzen. In Anbetracht dessen ist bei der zweiten Ausführungsform eine ausführliche Beschreibung des Falls des Annehmens der Gemeinsam-genutzte-Pixel-Struktur unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben.
  • Ein Bildsensor gemäß dieser Ausführungsform kann eine Konfiguration ähnlich zum Beispiel jener des Bildsensors 10 aufweisen, die in der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 exemplarisch gezeigt ist. Jedoch ist das Einheitspixel 131 in der Pixelarrayeinheit 13 bei der vorliegenden Ausführungsform mit einem später beschriebenen gemeinsam genutzten Pixel 231 ersetzt.
  • Beispiel für eine Schaltkreiskonfiguration eines gemeinsam genutzten Pixels
  • 11 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines gemeinsam genutzten Pixels eines effektiven Pixelgebiets gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht. 11 zeigt exemplarisch einen Fall, in dem zwei Fotodioden den Pixeltransistor gemeinsam nutzen.
  • Wie in 11 veranschaulicht, beinhaltet das gemeinsam genutzte Pixel 231 ferner eine Fotodiode 201 und einen Transfertransistor 202 zusätzlich zu der Konfiguration ähnlich jener des Einheitspixels 131 (siehe 2).
  • Die Anode der Fotodiode 201 ist mit Masse verbunden und die Kathode der Fotodiode 201 ist mit der Source des Transfertransistors 202 verbunden. Der Drain des Transfertransistors 202 ist ähnlich dem Transfertransistor 102 mit dem Knoten 107 verbunden. Das Gate des Transfertransistors 202 ist mit der Transfertransistoransteuerungsleitung 112 verbunden, die als die Pixelansteuerungsleitung LD mit einem Ende, das mit dem Pixelansteuerungsschaltkreis 12 verbunden ist, dient.
  • Bei einer solchen Konfiguration wird, wenn eine Ladung gelesen wird, die in der Fotodiode 101 aufgetreten ist, das Transfersteuersignal TRG auf einem High-Pegel an dem Gate des Transfertransistors 102 eingegeben. Wenn eine Ladung gelesen wird, die in der Fotodiode 201 aufgetreten ist, wird dagegen das Transfersteuersignal TRG auf einem High-Pegel an dem Gate des Transfertransistors 202 eingegeben.
  • In beiden Fällen des Lesens von Ladungen von der Fotodiode 101 und der Fotodiode 201 werden die gelesenen Ladungen in dem Knoten 107 akkumuliert. Infolgedessen wird die Spannung eines Spannungswertes, der von der Menge der akkumulierten Ladung abhängt, an das Gate des Verstärkungstransistors 105 angelegt.
  • Die anderen Konfigurationen und Operationen können jenen ähnlich sein, die bei der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurden, und dementsprechend wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
  • Beispiel für eine schematische Konfiguration eines gemeinsam genutzten Pixels
  • Als Nächstes wird eine Beschreibung der Querschnittsstruktur des gemeinsam genutzten Pixels 231 gegeben. 12 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsstruktur des gemeinsam genutzten Pixels gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht. In 12 tritt Licht von der unteren Seite aus 12 in die Fotodiode 101 ein. In 12 ist eine Schraffur jeder Einheit in Anbetracht der Sichtbarkeit weggelassen. In 12 wird angenommen, dass vier Grabenkondensatoren 152 für ein gemeinsam genutztes Pixel 231 bereitgestellt sind.
  • Wie in 12 veranschaulicht, weist das gemeinsam genutzte Pixel 231 eine Struktur auf, bei der die zweite Fotodiode 201 und der Transfertransistor 202 zusätzlich zu der Konfiguration ähnlich jener des in 4 exemplarisch gezeigten Einheitspixels 131 hinzugefügt sind. Ähnlich der Fotodiode 101 und dem Transfertransistor 102 sind die Fotodiode 201 und der Transfertransistor 202 auf dem ersten Substrat 140 bereitgestellt.
  • Ähnlich der Fotodiode 101 ist zum Beispiel ein n-Typ-Halbleitergebiet 242 der Fotodiode 201 als ein Ladungsakkumulationsgebiet gebildet, das eine Ladung (ein Elektron) akkumuliert. Das n-Typ-Halbleitergebiet 242 der Fotodiode 201 ist innerhalb eines p-Typ-Halbleitergebiets 243 des Halbleitersubstrats 141 bereitgestellt.
  • Die Fremdstoffkonzentration eines Gebiets innerhalb des p-Typ-Halbleitergebiets 243, das sich auf der Seite der Oberfläche (oberen Oberfläche) des Halbleitersubstrats 141 befindet, kann zum Beispiel so eingestellt werden, dass sie höher als die Fremdstoffkonzentration eines Gebiets innerhalb des p-Typ-Halbleitergebiets 243 ist, das sich auf der Seite der hinteren Oberfläche (unteren Oberfläche) des Halbleitersubstrats 141 befindet. Mit anderen Worten kann die Fotodiode 201 ähnlich der Fotodiode 101 eine Lochakkumulationsdiode(HAD)-Struktur aufweisen. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, das Auftreten eines Dunkelstroms in jeder Grenze zwischen der oberen Oberflächenseite und der unteren Oberflächenseite des n-Typ-Halbleitergebiets 142 zu unterdrücken.
  • Der Transfertransistor 202 beinhaltet ein Transfer-Gate 2021 und einen Gate-Isolationsfilm 2022 und der Transfertransistor 202 transferiert die Ladung, die in der Fotodiode 201 aufgetreten ist, zu dem Knoten 107, der die erste Floating-Diffusion ist. Eine Transfertransistorelektrode 2023, bei der das Transfersteuersignal TRG eingegeben ist, ist mit dem Transfer-Gate 2021 verbunden.
  • Die anderen Konfigurationen können jenen ähnlich sein, die bei der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben wurden, und dementsprechend wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
  • Beispiel für ein Layout eines gemeinsam genutzten Pixels
  • Nun wird eine ausführliche Beschreibung des Layouts sowohl eines C-C-Querschnitts als auch eines D-D-Querschnitts in 12 unter Bezugnahme auf 12 gegeben. Der C-C-Querschnitt entspricht einer Grenzoberfläche zwischen dem Halbleitersubstrat 141 und dem Isolationsfilm 145 in dem ersten Substrat 140. Der D-D-Querschnitt entspricht einer Grenzoberfläche zwischen dem Halbleitersubstrat 151 und dem ersten Isolationsfilm 1571 in dem zweiten Substrat 150.
  • Beispiel für ein Layout eines C-C-Querschnitts
  • 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Layout des C-C-Querschnitts in 12 veranschaulicht. In 13 ist zur einfachen Beschreibung auch eine Konfiguration veranschaulicht, die in dem C-C-Querschnitt nicht erscheint.
  • Wie in 13 veranschaulicht, beinhaltet die Fotodiode 101 zum Beispiel das n-Typ-Halbleitergebiet 142, das im Wesentlichen im Zentrum eines Quadratgebiets gebildet ist, das einer Fotodiode in dem Halbleitersubstrat 141 zugewiesen ist, und das p-Typ-Halbleitergebiet 143, das das n-Typ-Halbleitergebiet 142 umgibt. Das Transfer-Gate 1021, das von dem Gate-Isolationsfilm 1022 (siehe 12) bedeckt ist, ist in das n-Typ-Halbleitergebiet 142 eingebettet.
  • Die Transfertransistorelektrode 1023 auf der oberen Seite des Transfer-Gate 1021 ist über eine Verdrahtung einschließlich der Elektrode 1024, die in 12 nicht gezeigt ist, mit der Transfertransistoransteuerungsleitung 112 (siehe 11) verbunden.
  • Währenddessen sind die Fotodiode 201 und der Transfertransistor 202 auf einem Gebiet angrenzend an die Fotodiode 101 in einer Spaltenrichtung und näher an dem Transfertransistor 102 bereitgestellt, so dass das Layout der Fotodiode 201 und des Transfertransistors 202 linear symmetrisch zu jenem der Fotodiode 201 und des Transfertransistors 202 ist.
  • Insbesondere beinhaltet die Fotodiode 201 zum Beispiel das n-Typ-Halbleitergebiet 242, das im Wesentlichen im Zentrum eines Quadratgebiets gebildet ist, das einer Fotodiode in dem Halbleitersubstrat 141 zugewiesen ist, und das p-Typ-Halbleitergebiet 243, das das n-Typ-Halbleitergebiet 242 umgibt. Das Transfer-Gate 2021, das von dem Gate-Isolationsfilm 2022 (siehe 12) bedeckt ist, ist in das n-Typ-Halbleitergebiet 242 eingebettet.
  • Die Transfertransistorelektrode 2023 auf der oberen Seite des Transfer-Gate 2021 ist über eine Verdrahtung einschließlich einer Elektrode 2024, die in 12 nicht gezeigt ist, mit der Transfertransistoransteuerungsleitung 212 (siehe 11) verbunden.
  • Das Transfer-Gate 1021 und das Transfer-Gate 2021 sind über den Knoten 107 mit der TSV 155 verbunden. Die TSV 155 ist zum Beispiel an einem Ende eines Grenzteils von Gebieten angeordnet, in denen die zwei Fotodioden 101 und 201 bereitgestellt sind, die das gemeinsam genutzte Pixel 231 bilden.
  • Beispiel für ein Layout eines D-D-Querschnitts
  • 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Layout des D-D-Querschnitts in 12 veranschaulicht. In 14 ist zur einfachen Beschreibung auch eine Konfiguration veranschaulicht, die in dem D-D-Querschnitt nicht erscheint.
  • Wie in 14 veranschaulicht, sind in dem gemeinsam genutzten Pixel 231 die bei der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 6 beschriebenen Komponenten in einem Gebiet angeordnet, das den zwei Einheitspixeln 131 entspricht. Bei dem in 14 veranschaulichten Beispiel sind der Pixeltransistor 153 und eine Verdrahtung und eine Elektrode, die damit verbunden sind, in einem Gebiet (z. B. einem der Fotodiode 101 entsprechenden Gebiet des ersten Substrats 140) angeordnet, das einem Einheitspixel 131 entspricht, und sind die mehreren Grabenkondensatoren 152 in einem Gebiet (z. B. einem der Fotodiode 201 entsprechenden Gebiet des ersten Substrats 140) angeordnet, das dem anderen Einheitspixel 131 entspricht.
  • Wirkung und Effekt
  • Wie oben beschrieben, weist diese Ausführungsform eine Konfiguration auf, bei der zwei oder mehr Fotodioden den Pixeltransistor 153 gemeinsam nutzen. Infolgedessen ist es möglich, ein breites Gebiet zum Anordnen des Grabenkondensators 152 sicherzustellen. Zum Beispiel gibt es bei dem in 6 veranschaulichten Beispiel vier Grabenkondensatoren 152, wohingegen bei dem in 14 veranschaulichten Beispiel ein Gebiet zum Anordnen von 25 Grabenkondensatoren 152 sichergestellt ist.
  • Auf diese Weise kann ein breites Gebiet zum Anordnen des Grabenkondensators 152 sichergestellt werden, um die Kapazität pro Einheitsfläche zu erhöhen. Daher ist es möglich, einen breiteren Dynamikumfang mit einer einzigen Belichtung zu erreichen.
  • Wie es sich aus einem Vergleich zwischen 14 und 6 versteht, ist es auch möglich, die Fläche des Verstärkungs-Gate 1051 zu erhöhen. Daher ist es möglich, ein zufälliges Rauschen zu verringern.
  • Die anderen Konfigurationen, Operationen und Effekte können jenen ähnlich sein, die bei den oben erwähnten Ausführungsformen beschrieben wurden, und dementsprechend wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
  • Dritte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine ausführliche Beschreibung einer Festkörperbildgebungsvorrichtung und einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben. Bei der dritten Ausführungsform wird als ein Beispiel eine Beschreibung eines Bildsensors mit einer Laminatstruktur gegeben, die sich von jenen der ersten und zweiten Ausführungsform unterscheidet.
  • Beispiel für eine Querschnittsstruktur eines Bildsensors
  • 15 ist ein Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel für eine Querschnittsstruktur des Bildsensors gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht. In 15 ist die Seite des Lichteinfalls als eine obere Seite festgelegt und eine Querschnittsstruktur einer Oberfläche parallel zu der Einfallsrichtung von Licht ist veranschaulicht. In 15 sind die Einheitspixel 131G und 131R veranschaulicht, die grünes Licht G und rotes Licht R unter den drei Primärfarben von RGB empfangen. Jedoch ist die Konfiguration nicht darauf beschränkt. In der folgenden Beschreibung wird das Einheitspixel 131 für jede Farbe nicht unterschieden und zur einfachen Beschreibung wird eine Bezugsziffer 131 zugewiesen. Bei der in 15 veranschaulichten Konfiguration ist der gleichen Konfiguration wie die Konfiguration, die bei der oben erwähnten ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist, die gleiche Bezugsziffer zugewiesen und eine redundante Beschreibung davon ist weggelassen.
  • Wie in 15 veranschaulicht, weist ein Bildsensor 30 eine Laminatstruktur auf, bei der ein erstes Substrat 340, ein zweites Substrat 350 und ein drittes Substrat 360 aneinander gebondet sind. In dieser Laminatstruktur ist das Einheitspixel 131 zum Beispiel über das erste Substrat 140 und das zweite Substrat 150 hinweg gebildet.
  • Bei dem Bildsensor 10 gemäß der ersten Ausführungsform sind das erste Substrat 140 und das zweite Substrat 150 durch Direktbonden aneinander gebondet und sind das zweite Substrat 150 und das dritte Substrat 160 durch Cu-Cu-Bonden aneinander gebondet. Jedoch sind bei dem Bildsensor 30 gemäß dieser Ausführungsform das erste Substrat 340 und das zweite Substrat 350 durch Cu-Cu-Bonden aneinander gebondet und sind das zweite Substrat 350 und das dritte Substrat 360 durch Direktbonden aneinander gebondet.
  • In Anbetracht davon wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 347, das als ein Verbindungspunkt (Cu-Cu-Bonden) fungiert, der das erste Substrat 340 und das zweite Substrat 350 mechanisch aneinander bondet, während er gleichzeitig das erste Substrat 340 und das zweite Substrat 350 elektrisch miteinander verbindet, auf der Oberfläche (unteren Oberfläche) des Isolationsfilms 145 gebildet, der auf der hinteren Oberfläche (unteren Oberfläche) des Halbleitersubstrats 141 auf dem ersten Substrat 340 gebildet ist. Das Elektrodenpad 347 ist zum Beispiel über eine Elektrode 345 und eine Verdrahtung 346, die innerhalb des Isolationsfilms 145 gebildet ist, elektrisch mit dem Knoten 107 verbunden.
  • Währenddessen ist hinsichtlich des zweiten Substrats 350 nicht die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats 151, sondern die Oberfläche (obere Oberfläche) des Isolationsfilms 157 auf der Oberfläche (oberen Oberfläche) des Halbleitersubstrats 151 an das erste Substrat 340 gebondet. Auf diese Weise werden das Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 347 des ersten Substrats 340 und das Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 156 des zweiten Substrats 350 elektrisch und mechanisch miteinander verbunden, mit dem Ergebnis, dass das erste Substrat 340 und das zweite Substrat 350 aneinander gebondet sind. Das auf der Oberfläche (oberen Oberfläche) des Isolationsfilms 157 gebildete Elektrodenpad 156 ist zum Beispiel über eine Verdrahtung 354, die innerhalb des Isolationsfilms 157 gebildet ist, elektrisch mit dem Pixeltransistor 153 verbunden.
  • Die Oberfläche (obere Oberfläche) des Isolationsfilms 162 des dritten Substrats 360 ist an eine Oberfläche des zweiten Substrats 350 gebondet, die der Oberfläche gegenüberliegt, die an das erste Substrat 340 gebondet ist, nämlich der hinteren Oberfläche (unteren Oberfläche) des Halbleitersubstrats 151. Das Elektrodenpad 163 ist nicht auf der Oberfläche des Isolationsfilms 162 gebildet. Stattdessen wird die Oberfläche des Isolationsfilms 162 bei der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel durch Verwenden des CMP-Verfahrens planarisiert. Dementsprechend wird die planarisierte Oberfläche des Isolationsfilms 162 gegen die gleichermaßen planarisierte hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats 151 gepresst und wird einer vorbestimmten Verarbeitung unterzogen, so dass die beiden Oberflächen durch Direktbonden aneinander gebondet werden.
  • Beispiel für einen Herstellungsprozess
  • Als Nächstes wird eine ausführliche Beschreibung eines Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors 30 gemäß dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben. 16 bis 20 sind Prozessquerschnittsdiagramme zum Beschreiben des Verfahrens zum Produzieren des Bildsensors gemäß dieser Ausführungsform. In der folgenden Beschreibung sind Prozesse, die jenen ähnlich sind, die bei der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 bis 10 beschrieben wurden, eingeschlossen und dementsprechend wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
  • Bei diesem Produktionsverfahren, wie in 16 veranschaulicht, werden zuerst die Fotodiode 101 einschließlich des p-Typ-Halbleitergebiets 143 und des n-Typ-Halbleitergebiets 142, die Pixelseparationseinheit 144, der Transfertransistor 102, der Knoten 107 und eine Elektrode, wie etwa die Transfertransistorelektrode 1023, und eine Verdrahtung vor dem Dünnen auf dem Halbleitersubstrat 141A gebildet. Danach wird der Isolationsfilm 145 gebildet, der die obere Oberfläche des Halbleitersubstrats 141 bedeckt. Die bisher beschriebenen Prozesse können jenen bei der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen ähnlich sein. Die Elektrode 345, die Verdrahtung 346 und dergleichen zum elektrischen Verbinden von Komponenten einschließlich des Knotens 107 mit dem Elektrodenpad 347 werden in dem Isolationsfilm 145 gebildet. Die obere Oberfläche des Isolationsfilms 145 kann zum Beispiel durch ein CMP-Verfahren planarisiert werden.
  • Als Nächstes wird bei der vorliegenden Ausführungsform das Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 347 zum Cu-Cu-Bonden auf der oberen Oberfläche des Isolationsfilms 145 gebildet. Das Elektrodenpad 347 kann zum Beispiel durch Verwenden eines CVD-Verfahrens, eines Elektroplattierungsverfahrens oder eines Sputterverfahrens gebildet werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 17 veranschaulicht, wird das zweite Substrat 350, auf dem der Grabenkondensator 152 gebildet ist, getrennt von dem ersten Substrat 340 produziert. Insbesondere wird ein Graben für den Grabenkondensator 152 durch Einschneiden des Halbleitersubstrats 151A vor dem Dünnen von der Oberflächen(obere Oberfläche)-Seite davon zum Beispiel durch Fotolithografie und Ätzen gebildet. Die untere Elektrode 1523, der Gate-Isolationsfilm 1022, die obere Elektrode 1521 und die Grabenkondensatorelektrode 1524 auf der oberen Seite der oberen Elektrode 1521 werden in dem Graben gebildet. Der Pixeltransistor 153 einschließlich des Rücksetztransistors 103, des Schaltertransistors 104, des Verstärkungstransistors 105 und des Auswahltransistors 106 wird auf der oberen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 151 in dem gleichen Prozess wie der Prozess zum Bilden des Grabenkondensators 152, der oben beschrieben ist, gebildet. Diese Prozesse können jenen bei der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 8 beschriebenen ähnlich sein.
  • Danach wird der Isolationsfilm 157 gebildet, der die obere Oberfläche des Halbleitersubstrats 151 bedeckt, auf der der Grabenkondensator 152 und der Pixeltransistor 153 gebildet sind. Eine Verdrahtung 355 oder dergleichen, die elektrisch mit dem Pixeltransistor 153 verbunden ist, wird in dem Isolationsfilm 157 gebildet. Die obere Oberfläche des Isolationsfilms 157 kann zum Beispiel durch ein CMP-Verfahren planarisiert werden.
  • Als Nächstes wird das Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 156 zum Cu-Cu-Bonden auf der oberen Oberfläche des Isolationsfilms 157 gebildet. Das Elektrodenpad 156 kann zum Beispiel durch Verwenden eines CVD-Verfahrens, eines Elektroplattierungsverfahrens oder eines Sputterverfahrens gebildet werden.
  • Als Nächstes werden, wie in 18 veranschaulicht, das Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 347, das auf dem Isolationsfilm 145 des Halbleitersubstrats 141A gebildet ist, und das Kupfer(Cu)-Elektrodenpad 156, das auf dem Isolationsfilm 157 des Halbleitersubstrats 151A gebildet ist, aneinander gebondet (Cu-Cu-Bondung). Danach wird das Halbleitersubstrat 151A, auf dem der Grabenkondensator 152 gebildet wird, zum Beispiel durch Verwenden eines CMP-Verfahrens gedünnt. Das Halbleitersubstrat 151A kann zum Beispiel gedünnt werden, so lange die elektrischen Charakteristiken des Grabenkondensators 152 und des Pixeltransistors 153 nicht beeinträchtigt werden. Die Dicke des gedünnten Halbleitersubstrats 151A kann zum Beispiel 1,5 bis 3 µm betragen.
  • Als Nächstes wird, wie in 19 veranschaulicht, das Halbleitersubstrat 161A, auf dem das Schaltkreiselement 164 gebildet ist, in einem vorbestimmten Produktionsprozess gebildet. Die Oberfläche (untere Oberfläche) des Isolationsfilms 162, der als eine gebondete Oberfläche dient, wird zum Beispiel durch Verwenden eines CMP-Verfahrens planarisiert. Dann werden die planarisierte Oberfläche (untere Oberfläche) des Isolationsfilms 162 und die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats 151 durch Direktbonden unter Verwendung intermolekularer Kräfte aneinander gebondet. Die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats 151, die als eine gebondete Oberfläche dient, wird zum Beispiel durch Verwenden eines CMP-Verfahrens planarisiert.
  • Als Nächstes wird, wie in 20 veranschaulicht, das Halbleitersubstrat 161A, auf dem das Schaltkreiselement 164 gebildet wird, zum Beispiel durch Verwenden eines CMP-Verfahrens gedünnt. Dann wird ein Via, der eine Verdrahtungsschicht 374 in dem Isolationsfilm 157 über das Halbleitersubstrat 161, den Isolationsfilm 162 und das Halbleitersubstrat 151 erreicht, gebildet. Zusätzlich zu einem Teil der Verdrahtungsschicht 374 in dem Isolationsfilm 157 wird auch ein Teil einer Verdrahtungsschicht 373 in dem Isolationsfilm 162 in diesem Via freigelegt.
  • Als Nächstes wird ein Isolationsfilm 371, der die Innenseitenoberflächen der Halbleitersubstrate 161 und 151 bedeckt, die wenigstens in dem Via freigelegt sind, gebildet und danach wird eine Via-Verdrahtung 372 zum elektrischen Verbinden der Verdrahtungsschicht 374, die in dem Isolationsfilm 157 freigelegt ist, und der Verdrahtungsschicht 373, die in dem Isolationsfilm 162 freigelegt ist, miteinander in dem Via gebildet. Zum Beispiel können ein Metall, wie etwa Kupfer (Cu), oder andere Leiter als das Material der Via-Verdrahtung 372 verwendet werden. Zum Beispiel können Verfahren, wie etwa ein CVD-Verfahren und ein Sputterverfahren, zum Bilden der Via-Verdrahtungsschicht 372 genutzt werden.
  • Als Nächstes wird das Laminatsubstrat, das durch den Prozess bisher produziert wurde, vertikal umgedreht und die hintere Oberfläche des Halbleitersubstrats 141A, auf der die Fotodiode 101 gebildet ist, wird geschliffen, um die Umgebung der Fotodiode 101 zu erreichen, indem zum Beispiel ein CMP-Verfahren verwendet wird.
  • Danach wird eine angemessene Verarbeitung, wie etwa Entfernung eines Schadens an der geschliffenen Oberfläche, ausgeführt und dann werden das Farbfilter 122 und die On-Chip-Linse 121, die jedem Einheitspixel 131 entsprechen, auf dem Halbleitersubstrat 141 gebildet, auf dem die Fotodiode 101 gebildet ist. Der Lichtabschirmungsfilm 123 wird nach Bedarf gebildet. Infolgedessen wird der Bildsensor 30 mit der in 15 exemplarisch gezeigten Querschnittsstruktur produziert.
  • Wirkung und Effekt
  • Wie oben beschrieben, können das erste Substrat 340 und das zweite Substrat 350 auch durch Cu-Cu-Bonden aneinander gebondet werden und können das zweite Substrat 350 und das dritte Substrat 360 durch Direktbonden aneinander gebondet werden.
  • Die anderen Konfigurationen, Operationen und Effekte können jenen ähnlich sein, die bei den oben erwähnten Ausführungsformen beschrieben wurden, und dementsprechend wird eine ausführliche Beschreibung davon weggelassen.
  • Zuvor wurden Ausführungsformen dieser Offenbarung beschrieben. Der technische Schutzumfang dieser Offenbarung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen selbst beschränkt und verschiedene Modifikationen können innerhalb eines Bereichs vorgenommen werden, der nicht von dem Kern dieser Offenbarung abweicht. Komponenten in verschiedenen Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele können angemessen kombiniert werden.
  • Der bei jeder in dieser Beschreibung beschriebenen Ausführungsform erhaltene Effekt ist nur ein Beispiel und ist nicht darauf beschränkt. Andere Effekte können ebenfalls erhalten werden.
  • Diese Technologie kann auch die folgende Konfiguration annehmen.
    • (1) Eine Festkörperbildgebungsvorrichtung, die Folgendes umfasst:
      • ein erstes Substrat, das ein fotoelektrisches Umwandlungselement beinhaltet; und
      • ein zweites Substrat, das einen Kondensator beinhaltet, der auf einer Seite gegenüber einer Einfallsoberfläche von Licht in das fotoelektrische Umwandlungselement in dem ersten Substrat positioniert ist und zum Akkumulieren einer Ladung konfiguriert ist, die von dem fotoelektrischen Umwandlungselement transferiert wird.
    • (2) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (1), wobei der Kondensator ein Grabenkondensator ist.
    • (3) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (1) oder (2), wobei:
      • das erste Substrat mehrere fotoelektrische Umwandlungselemente beinhaltet; und
      • der Kondensator zum Akkumulieren einer Ladung, die von wenigstens einem der fotoelektrischen Umwandlungselemente transferiert wird, konfiguriert ist.
    • (4) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (3), wobei der Kondensator mehrere Grabenkondensatoren beinhaltet.
    • (5) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (4), wobei die Grabenkondensatoren parallel miteinander verbunden sind.
    • (6) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (5), wobei das erste Substrat und das zweite Substrat durch Direktbonden aneinander gebondet sind.
    • (7) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (5), wobei:
      • das erste Substrat ferner ein erstes Kupferelektrodenpad beinhaltet, das auf einer Oberfläche gegenüber der Einfallsoberfläche bereitgestellt ist;
      • das zweite Substrat ferner ein zweites Kupferelektrodenpad beinhaltet, das auf einer Oberfläche gegenüber dem ersten Substrat bereitgestellt ist; und
      • das erste Substrat und das zweite Substrat durch Bonden zwischen dem ersten Kupferelektrodenpad und dem zweiten Kupferelektrodenpad aneinander gebondet sind.
    • (8) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (7), wobei das erste Substrat ferner einen Transfertransistor beinhaltet, der zum Steuern eines Transfers einer Ladung von dem fotoelektrischen Umwandlungselement zu dem Kondensator konfiguriert ist.
    • (9) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (8), wobei das zweite Substrat ferner einen Pixelschaltkreis beinhaltet, der Folgendes beinhaltet:
      • einen Rücksetztransistor, der zum Steuern einer Entladung der in dem Kondensator akkumulierten Ladung konfiguriert ist;
      • einen Verstärkungstransistor, der zum Bewirken eines Pixelsignals eines Spannungswertes, der von einer Menge der in dem Kondensator akkumulierten Ladung abhängt, in einem Drain konfiguriert ist; und
      • einen Auswahltransistor, der zum Umschalten einer Verbindung zwischen dem Drain des Verstärkungstransistors und einer vorbestimmten Verdrahtung konfiguriert ist.
    • (10) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (9), wobei der Kondensator zwischen einem Gate des Verstärkungstransistors und einer Masse verbunden ist.
    • (11) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (9), die ferner einen Schaltertransistor mit einer Source, die mit einem Gate des Verstärkungstransistors verbunden ist, und einem Drain, der mit einer Source des Rücksetztransistors verbunden ist, umfasst, wobei der Kondensator zwischen einer Masse und einem Knoten verbunden ist, der die Source des Rücksetztransistors und den Drain des Schaltertransistors miteinander verbindet.
    • (12) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (9) bis (11), der ferner ein drittes Substrat umfasst, das auf einer Seite gegenüber einer Oberfläche des zweiten Substrats, das dem ersten Substrat gegenüberliegt, positioniert ist, wobei das dritte Substrat ein Schaltkreiselement beinhaltet, das zum Ausführen einer vorbestimmten Verarbeitung für das Pixelsignal konfiguriert ist, das in der vorbestimmten Verdrahtung erschienen ist.
    • (13) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (12), wobei das Schaltkreiselement einen Umsetzungsschaltkreis beinhaltet, der zum Umsetzen des Pixelsignals, das in der vorbestimmten Verdrahtung erschienen ist, in einen digitalen Wert konfiguriert ist.
    • (14) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (13), wobei das Schaltkreiselement ferner einen Logikschaltkreis beinhaltet, der zum Ausführen einer Korrelierte-Doppelabtastung-Verarbeitung für das Pixelsignal konfiguriert ist, das durch den Umsetzungsschaltkreis in den digitalen Wert umgesetzt wurde.
    • (15) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (12) bis (14), wobei das zweite Substrat und das dritte Substrat durch Direktbonden aneinander gebondet sind.
    • (16) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (12) bis (15), wobei:
      • das zweite Substrat ferner ein drittes Kupferelektrodenpad beinhaltet, das auf einer Oberfläche gegenüber dem dritten Substrat bereitgestellt ist;
      • das dritte Substrat ferner ein viertes Kupferelektrodenpad beinhaltet, das auf einer Oberfläche gegenüber dem zweiten Substrat bereitgestellt ist; und
      • das zweite Substrat und das dritte Substrat durch Bonden zwischen dem dritten Kupferelektrodenpad und dem vierten Kupferelektrodenpad aneinander gebondet sind.
    • (17) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (12) bis (16), wobei:
      • das zweite Substrat mehrere der Pixelschaltkreise beinhaltet;
      • die vorbestimmte Verdrahtung mehrere vertikale Signalleitungen beinhaltet, die für die Pixelschaltkreise auf einer Eins-zu-Eins-Basis bereitgestellt sind; und
      • das dritte Substrat mehrere der Schaltkreiselemente beinhaltet, die für die Vertikalsignalleitungen auf einer Eins-zu-Eins-Basis bereitgestellt sind.
    • (18) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (12) bis (16), wobei:
      • das zweite Substrat mehrere der Pixelschaltkreise beinhaltet; und
      • der Drain des Verstärkungstransistors jedes der Pixelschaltkreise über den Auswahltransistor mit der gemeinsamen vorbestimmten Verdrahtung verbunden ist.
    • (19) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (18), wobei mehrere der Pixelschaltkreise in einer Matrixform angeordnet sind; und der Drain des Verstärkungstransistors jedes der Pixelschaltkreise in derselben Leitung unter den in der Matrixform angeordneten Pixelschaltkreisen angeordnet ist, die über den Auswahltransistor mit der gemeinsamen vorbestimmten Verdrahtung verbunden ist.
    • (20) Elektronische Vorrichtung, die Folgendes umfasst:
      • ein erstes Substrat, das ein fotoelektrisches Umwandlungselement beinhaltet; und
      • ein zweites Substrat, das einen Kondensator beinhaltet, der auf einer Seite gegenüber einer Einfallsoberfläche von Licht in das fotoelektrische Umwandlungselement in dem ersten Substrat positioniert ist und zum Akkumulieren einer Ladung konfiguriert ist, die von dem fotoelektrischen Umwandlungselement transferiert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 10, 30
    Bildsensor
    11
    Timingsteuerschaltkreis
    12
    Pixelansteuerungsschaltkreis
    13
    Pixelarrayeinheit
    15
    Signalverarbeitungsschaltkreis
    15a
    AD-Umsetzungsschaltkreis
    17
    Referenzspannungsgenerator
    18
    Horizontaltransferschaltkreis
    19
    Ausgabeschaltkreis
    101, 201
    Fotodiode
    102, 202
    Transfertransistor
    103
    Rücksetztransistor
    104
    Schaltertransistor
    105
    Verstärkungstransistor
    106
    Auswahltransistor
    107
    Knoten
    108
    Kondensator
    112, 212
    Transfertransistoransteuerungsleitung
    113
    Rücksetztransistoransteuerungsleitung
    114
    Schaltertransistoransteuerungsleitung
    117
    Auswahltransistoransteuerungsleitung
    121
    On-Chip-Linse
    122
    Farbfilter
    123
    Lichtabschirmungsfilm
    131, 131G, 131R
    Einheitspixel
    140, 340
    erstes Substrat
    141, 151, 161
    Halbleitersubstrat
    142, 242
    n-Typ-Halbleitergebiet
    143, 243
    p-Typ-Halbleitergebiet
    144
    Pixelseparationseinheit
    145, 157, 162, 371
    Isolationsfilm
    150, 350
    zweites Substrat
    152
    Grabenkondensator
    153
    Pixeltransistor
    154, 346
    Verdrahtung
    155
    TSV
    156, 163, 347
    Elektrodenpad
    160, 360
    drittes Substrat
    164
    Schaltkreiselement
    231
    gemeinsam genutztes Pixel
    372
    Via-Verdrahtung
    373, 374
    Verdrahtungsschicht
    1021, 2021
    Transfer-Gate
    1022, 2022
    Gate-Isolationsfilm
    1023, 2023
    Transfertransistorelektrode
    1024, 1082, 2024, 1032, 1033, 1042, 1043, 1053, 1062, 1063, 1081, 345
    Elektrode
    1031
    Rücksetz-Gate
    1041
    Schalter-Gate
    1051
    Verstärkungs-Gate
    1061
    Auswahl-Gate
    1521
    obere Elektrode
    1522
    Isolationsfilm
    1523
    untere Elektrode
    1524
    Grabenkondensatorelektrode
    1531, 1532
    Aktivierungsgebiet
    1551
    In-Loch-Isolationsfilm
    1552
    verbundene Elektrode
    1571
    erster Isolationsfilm
    1572
    zweiter Isolationsfilm
    FDG
    Schaltersignal
    LD
    Pixelansteuerungsleitung
    HSL
    Horizontalsignalleitung
    RST
    Rücksetzsignal
    SEL
    Auswahlsteuersignal
    TRG
    Transfersteuersignal
    VSL
    Vertikalsignalleitung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 5066704 [0003]

Claims (20)

  1. Festkörperbildgebungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: ein erstes Substrat, das ein fotoelektrisches Umwandlungselement beinhaltet; und ein zweites Substrat, das einen Kondensator beinhaltet, der auf einer Seite gegenüber einer Einfallsoberfläche von Licht in das fotoelektrische Umwandlungselement in dem ersten Substrat positioniert ist und zum Akkumulieren einer Ladung konfiguriert ist, die von dem fotoelektrischen Umwandlungselement transferiert wird.
  2. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kondensator ein Grabenkondensator ist.
  3. Festkörperabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das erste Substrat mehrere fotoelektrische Umwandlungselemente beinhaltet; und der Kondensator zum Akkumulieren einer Ladung, die von wenigstens einem der fotoelektrischen Umwandlungselemente transferiert wird, konfiguriert ist.
  4. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kondensator mehrere Grabenkondensatoren beinhaltet.
  5. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Grabenkondensatoren parallel miteinander verbunden sind.
  6. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Substrat und das zweite Substrat durch Direktbonden aneinander gebondet sind.
  7. Festkörperabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das erste Substrat ferner ein erstes Kupferelektrodenpad beinhaltet, das auf einer Oberfläche gegenüber der Einfallsoberfläche bereitgestellt ist; das zweite Substrat ferner ein zweites Kupferelektrodenpad beinhaltet, das auf einer Oberfläche gegenüber dem ersten Substrat bereitgestellt ist; und das erste Substrat und das zweite Substrat durch Bonden zwischen dem ersten Kupferelektrodenpad und dem zweiten Kupferelektrodenpad aneinander gebondet sind.
  8. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Substrat ferner einen Transfertransistor beinhaltet, der zum Steuern eines Transfers einer Ladung von dem fotoelektrischen Umwandlungselement zu dem Kondensator konfiguriert ist.
  9. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Substrat ferner einen Pixelschaltkreis beinhaltet, der Folgendes beinhaltet: einen Rücksetztransistor, der zum Steuern einer Entladung der in dem Kondensator akkumulierten Ladung konfiguriert ist; einen Verstärkungstransistor, der zum Bewirken eines Pixelsignals eines Spannungswertes, der von einer Menge der in dem Kondensator akkumulierten Ladung abhängt, in einem Drain konfiguriert ist; und einen Auswahltransistor, der zum Umschalten einer Verbindung zwischen dem Drain des Verstärkungstransistors und einer vorbestimmten Verdrahtung konfiguriert ist.
  10. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Kondensator zwischen einem Gate des Verstärkungstransistors und einer Masse verbunden ist.
  11. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 9, die ferner einen Schaltertransistor mit einer Source, die mit einem Gate des Verstärkungstransistors verbunden ist, und einem Drain, der mit einer Source des Rücksetztransistors verbunden ist, umfasst, wobei der Kondensator zwischen einer Masse und einem Knoten verbunden ist, der die Source des Rücksetztransistors und den Drain des Schaltertransistors miteinander verbindet.
  12. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 9, der ferner ein drittes Substrat umfasst, das auf einer Seite gegenüber einer Oberfläche des zweiten Substrats, das dem ersten Substrat gegenüberliegt, positioniert ist, wobei das dritte Substrat ein Schaltkreiselement beinhaltet, das zum Ausführen einer vorbestimmten Verarbeitung für das Pixelsignal konfiguriert ist, das in der vorbestimmten Verdrahtung erschienen ist.
  13. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Schaltkreiselement einen Umsetzungsschaltkreis beinhaltet, der zum Umsetzen des Pixelsignals, das in der vorbestimmten Verdrahtung erschienen ist, in einen digitalen Wert konfiguriert ist.
  14. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Schaltkreiselement ferner einen Logikschaltkreis beinhaltet, der zum Ausführen einer Korrelierte-Doppelabtastung-Verarbeitung für das Pixelsignal konfiguriert ist, das durch den Umsetzungsschaltkreis in den digitalen Wert umgesetzt wurde.
  15. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das zweite Substrat und das dritte Substrat durch Direktbonden aneinander gebondet sind.
  16. Festkörperabbildungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei: das zweite Substrat ferner ein drittes Kupferelektrodenpad beinhaltet, das auf einer Oberfläche gegenüber dem dritten Substrat bereitgestellt ist; das dritte Substrat ferner ein viertes Kupferelektrodenpad beinhaltet, das auf einer Oberfläche gegenüber dem zweiten Substrat bereitgestellt ist; und das zweite Substrat und das dritte Substrat durch Bonden zwischen dem dritten Kupferelektrodenpad und dem vierten Kupferelektrodenpad aneinander gebondet sind.
  17. Festkörperabbildungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei: das zweite Substrat mehrere der Pixelschaltkreise beinhaltet; die vorbestimmte Verdrahtung mehrere vertikale Signalleitungen beinhaltet, die für die Pixelschaltkreise auf einer Eins-zu-Eins-Basis bereitgestellt sind; und das dritte Substrat mehrere der Schaltkreiselemente beinhaltet, die für die Vertikalsignalleitungen auf einer Eins-zu-Eins-Basis bereitgestellt sind.
  18. Festkörperabbildungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei: das zweite Substrat mehrere der Pixelschaltkreise beinhaltet; und der Drain des Verstärkungstransistors jedes der Pixelschaltkreise über den Auswahltransistor mit der gemeinsamen vorbestimmten Verdrahtung verbunden ist.
  19. Festkörperabbildungsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei mehrere der Pixelschaltkreise in einer Matrixform angeordnet sind; und der Drain des Verstärkungstransistors jedes der Pixelschaltkreise in derselben Leitung unter den in der Matrixform angeordneten Pixelschaltkreisen angeordnet ist, die über den Auswahltransistor mit der gemeinsamen vorbestimmten Verdrahtung verbunden ist.
  20. Elektronische Vorrichtung, die Folgendes umfasst: ein erstes Substrat, das ein fotoelektrisches Umwandlungselement beinhaltet; und ein zweites Substrat, das einen Kondensator beinhaltet, der auf einer Seite gegenüber einer Einfallsoberfläche von Licht in das fotoelektrische Umwandlungselement in dem ersten Substrat positioniert ist und zum Akkumulieren einer Ladung konfiguriert ist, die von dem fotoelektrischen Umwandlungselement transferiert wird.
DE112019004650.0T 2018-09-18 2019-08-06 Festkörperbildgebungsvorrichtung und elektronische einrichtung Pending DE112019004650T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018174209A JP2020047734A (ja) 2018-09-18 2018-09-18 固体撮像装置及び電子機器
JP2018-174209 2018-09-18
PCT/JP2019/030803 WO2020059335A1 (ja) 2018-09-18 2019-08-06 固体撮像装置及び電子機器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112019004650T5 true DE112019004650T5 (de) 2021-06-24

Family

ID=69887137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112019004650.0T Pending DE112019004650T5 (de) 2018-09-18 2019-08-06 Festkörperbildgebungsvorrichtung und elektronische einrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (2) US12094908B2 (de)
JP (1) JP2020047734A (de)
CN (2) CN115842032A (de)
DE (1) DE112019004650T5 (de)
WO (1) WO2020059335A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021200174A1 (ja) * 2020-03-31 2021-10-07 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置および電子機器
CN116982157A (zh) * 2021-03-15 2023-10-31 索尼半导体解决方案公司 固态摄像装置
DE112022003082T5 (de) * 2021-06-15 2024-04-11 Sony Semiconductor Solutions Corporation Bildgebungselement und elektronische einrichtung
US20220407987A1 (en) * 2021-06-21 2022-12-22 Meta Platforms Technologies, Llc Camera module with component size based on image sensor
WO2024038828A1 (ja) * 2022-08-17 2024-02-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置
JP2024029309A (ja) * 2022-08-22 2024-03-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子機器

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4969771B2 (ja) * 2004-07-12 2012-07-04 ソニー株式会社 固体撮像装置及びそのキャパシタ調整方法
JP5066704B2 (ja) 2005-02-04 2012-11-07 国立大学法人東北大学 固体撮像装置、および固体撮像装置の動作方法
KR101257526B1 (ko) 2005-04-07 2013-04-23 고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠 광 센서, 고체 촬상 장치, 및 고체 촬상 장치의 동작 방법
JP4835710B2 (ja) * 2009-03-17 2011-12-14 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器
JP5521682B2 (ja) * 2010-02-26 2014-06-18 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び、電子機器
US8773562B1 (en) 2013-01-31 2014-07-08 Apple Inc. Vertically stacked image sensor
KR101334213B1 (ko) * 2013-09-02 2013-11-29 (주)실리콘화일 칩 적층 이미지 센서
JP6245474B2 (ja) * 2014-04-21 2017-12-13 ソニー株式会社 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、並びに、電子機器
JP6144425B2 (ja) * 2014-07-15 2017-06-07 ブリルニクス インク 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器
JP2016139936A (ja) 2015-01-27 2016-08-04 株式会社東芝 固体撮像装置
CN107924873A (zh) * 2015-09-01 2018-04-17 索尼公司 层叠体
KR102618850B1 (ko) * 2015-09-10 2023-12-27 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 촬상 장치, 모듈, 전자 기기, 및 촬상 장치의 동작 방법
US9917120B2 (en) * 2015-11-09 2018-03-13 Semiconductor Components Industries, Llc Pixels with high dynamic range and a global shutter scanning mode
US9728575B1 (en) * 2016-02-08 2017-08-08 Semiconductor Components Industries, Llc Pixel and circuit design for image sensors with hole-based photodiodes
JP2017216480A (ja) * 2017-09-01 2017-12-07 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US12094908B2 (en) 2024-09-17
CN115842032A (zh) 2023-03-24
US20220037388A1 (en) 2022-02-03
TW202025467A (zh) 2020-07-01
CN112740409A (zh) 2021-04-30
JP2020047734A (ja) 2020-03-26
WO2020059335A1 (ja) 2020-03-26
US20230057976A1 (en) 2023-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112019004650T5 (de) Festkörperbildgebungsvorrichtung und elektronische einrichtung
DE102012213085B4 (de) Vertikaler-JFET-Sourcefolger für CMOS-Bildsensoren mit kleinen Pixeln
DE102018116043A1 (de) Bildsensor
DE102020004050A1 (de) Verfahren und schaltungsanordnungen zur verbesserung der global-shutter-effizienz bei rückseitig beleuchteten bildsensorpixeln mit hohem dynamikumfang
DE202017102626U1 (de) Doppel-Photodioden-Bildpixel
DE102007012279B4 (de) Bildsensor, Sensorarray, Sensorsystem und Herstellungsverfahren
DE10240471A1 (de) Hochdichte Zwischen-Chip-Zwischenverbindungsstruktur
DE68907017T2 (de) Photoempfindliche vorrichtung mit signalverstaerkung im bereich der photoempfindlichen punkte.
DE69935895T2 (de) Architektur eines aktiven pixelsensors mit drei transistoren und korrelierter doppelabtastung
DE102016114416B4 (de) Fotoelektrisches Wandlungselement, fotoelektrische Wandlungsvorrichtung unter Verwendung desselben, Abstandsdetektionssensor, Informationsverarbeitungs-system und Fahrzeug
DE202010018532U1 (de) Halbleitereinrichtung und elektronische Vorrichtung
DE202010018528U1 (de) Halbleiter-Einrichtung und elektronische Vorrichtung
DE202012013557U1 (de) Festkörper-Bildaufnahmeelement und elektronische Vorrichtung
DE2741226A1 (de) Festkoerper-farbbildaufnahmeeinrichtung
DE2358672A1 (de) Halbleiter-anordnung zur abbildung eines bestimmten gebietes und verfahren zur herstellung einer solchen anordnung
DE112018001494T5 (de) Bildgebungselement und elektronische vorrichtung
DE10356850A1 (de) Vertikaler Farbfotodetektor mit erhöhter Empfindlichkeit und kompatibler Videoschnittstelle
DE102006049565A1 (de) Pixel mit räumlich variierenden Sensorpositionen
DE102020101183A1 (de) CMOS-Bildsensor und automatisches Belichtungsverfahren, welches in Einheiten von Pixeln in Demselben durchgeführt wird
DE19719326A1 (de) Aktive Pixelsensorzelle
DE112011106038T5 (de) Bildaufnahmevorrichtung
DE102018121990A1 (de) Bildsensoren
DE112018004380T5 (de) Festkörper-bildsensor und festkörper-bildaufnahmevorrichtung
DE102008051449A1 (de) Bildsensor und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102009043255A1 (de) Bildsensor und Verfahren zu seiner Herstellung