DE112021006207T5 - Festkörperbildgebungsvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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Norihiro Kubo
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Abstract

[Problem] Unterdrücken einer Beeinträchtigung von Bildgebungscharakteristiken.[Lösung] Diese Festkörperbildgebungsvorrichtung umfasst: eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die innerhalb eines Halbleitersubstrats bereitgestellt ist und die elektrische Ladungen gemäß der Menge an empfangenem Licht erzeugt; mehrere vertikale Transfer-Gates, die zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit und einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats angeordnet sind und in der Substratoberflächenrichtung des Halbleitersubstrats voneinander beabstandet sind und die die Übertragung der durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit erzeugten elektrischen Ladungen steuern; und eine Speichereinheit für elektrische Ladung, die zwischen den vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist und die die durch die mehreren vertikalen Transfer-Gates übertragenen elektrischen Ladungen speichert.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Festkörperbildgebungsvorrichtung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine Festkörperbildgebungsvorrichtung vom Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter(CMOS)-Typ weist eine Konfiguration auf, bei der ein Pixel eine Fotodiode (im Folgenden als PD bezeichnet) und mehrere MOS-Transistoren umfasst und die mehreren Pixel in einem erforderlichen Muster angeordnet sind. Die PD ist ein fotoelektrisches Umwandlungselement, das elektrische Signalladungen gemäß einer Menge an empfangenem Licht erzeugt und speichert, und die mehreren MOS-Transistoren sind dazu ausgelegt, die elektrischen Signalladungen von der PD zu übertragen. In solchen Pixeln werden die elektrischen Signalladungen durch Lichteinstrahlung erzeugt, und die so erzeugten elektrischen Signalladungen werden als Pixelsignal für jedes Pixel ausgegeben. Das wie oben beschrieben ausgegebene Pixelsignal wird durch eine vorbestimmte Signalverarbeitungsschaltung verarbeitet und als Videosignal nach außen ausgegeben.
  • Jüngste Fortschritte bei der Pixelminiaturisierung können ein System mit gemeinsamer Pixelnutzung erfordern, um eine notwendige PD-Fläche bereitzustellen. In dem System mit gemeinsamer Pixelnutzung werden beispielsweise einige MOS-Transistoren durch mehrere Pixel gemeinsam genutzt. Dieses System mit gemeinsamer Pixelnutzung vergrößert die Kapazität der Floating-Diffusion (im Folgenden als FD bezeichnet), und die Umwandlungseffizienz nimmt dementsprechend ab. Das heißt, die elektrische Sättigungsladungskapazität (Qs) und die Umwandlungseffizienz stehen in einer Kompromissbeziehung. Daher wurde vorgeschlagen, eine eingebettete PD zu bilden und elektrische Signalladungen, die in der PD gespeichert sind, durch eine Vertikal-Transfer-Gate-Elektrode auszulesen (siehe Patentdokument 1).
  • LISTE DER ANFÜHRUNGEN
  • PATENTDOKUMENT
  • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 2010-114273
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Die jüngste Multifunktionalisierung von CMOS-Bildsensoren führt jedoch zu einer Erhöhung der Anzahl in einem Pixel erforderlicher MOS-Transistoren. Daher können selbst bei Verwendung der eingebetteten PD die MOS-Transistoren nicht in einem Pixel enthalten sein, und es besteht möglicherweise keine andere Möglichkeit als die Verwendung der gemeinsamen Pixelnutzung. Folglich nimmt die Umwandlungseffizienz aufgrund der oben beschriebenen Kompromissbeziehung ab. Ferner fließen in einem Fall, in dem die FD neben der Vertikal-Transfer-Gate-Elektrode bereitgestellt ist, die durch die PD erzeugten elektrischen Ladungen in der Regel in einer Richtung orthogonal zu einer Substratoberfläche und fließen dann durch die Vertikal-Transfer-Gate-Elektrode in einer Richtung parallel zu der Substratoberfläche. Das heißt, eine Übertragungsrichtung der elektrischen Ladungen muss gebogen werden. In diesem Fall wird ein Übertragungsweg lang, wodurch die Übertragung fehleranfällig wird. Wie oben beschrieben, verursacht die Pixelminiaturisierung oder die Erhöhung der Anzahl von MOS-Transistoren in einem Pixel eine Beeinträchtigung der Bildgebungscharakteristiken des CMOS-Bildsensors.
  • Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, eine Festkörperbildgebungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine Beeinträchtigung der Bildgebungscharakteristiken zu unterdrücken, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitzustellen.
  • LÖSUNGEN DER PROBLEME
  • Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Festkörperbildgebungsvorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
    • einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt, der innerhalb eines Halbleitersubstrats bereitgestellt ist, wobei der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt dazu ausgelegt ist, elektrische Ladungen gemäß einer Menge an empfangenem Licht zu erzeugen;
    • mehrere vertikale Transfer-Gates, die zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt und einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats angeordnet und in einer Richtung entlang einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats voneinander beabstandet sind, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates jeweils dazu ausgelegt sind, die Übertragung der durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen steuern; und
    • einen Speicherabschnitt für elektrische Ladung, der zwischen den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung dazu ausgelegt ist, die durch die mehreren vertikalen Transfer-Gates übertragenen elektrischen Ladungen zu speichern.
  • Die Festkörperbildgebungsvorrichtung kann ferner mehrere planare Transfer-Gates umfassen, die auf der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats entlang der einen Hauptoberfläche angeordnet sind, wobei die mehreren planaren Transfer-Gates jeweils mit einem entsprechenden der mehreren vertikalen Transfer-Gates elektrisch verbunden sind.
  • Die mehreren planaren Transfer-Gates können so angeordnet sein, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind, um bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats zumindest einen Teil eines Außenumfangs des Speicherabschnitts für elektrische Ladung abzudecken.
  • Bei Betrachtung aus der Normalenrichtung kann ein Außenrand der mehreren elektrisch miteinander verbundenen planaren Transfer-Gates eine polygonale Form aufweisen.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Festkörperbildgebungsvorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
    • einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt, der innerhalb eines Halbleitersubstrats bereitgestellt ist, wobei der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt dazu ausgelegt ist, elektrische Ladungen gemäß einer Menge an empfangenem Licht zu erzeugen;
    • mehrere Transfer-Gates, die zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt und einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats angeordnet und in einer Richtung entlang einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats voneinander beabstandet sind, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates jeweils dazu ausgelegt sind, die Übertragung der durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen zu steuern, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei ein Übertragungsgebiet für elektrische Ladung, über das die durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen übertragen werden, zwischen den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist; und
    • einen Speicherabschnitt für elektrische Ladung, der benachbart zu der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats relativ zu den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung dazu ausgelegt ist, die von dem Übertragungsgebiet für elektrische Ladung übertragenen elektrischen Ladungen zu speichern.
  • Die Festkörperbildgebungsvorrichtung kann ferner eine Halbleiterschicht umfassen, die auf einer Seite der einen Hauptoberfläche angeordnet ist, die von den mehreren vertikalen Transfer-Gates entfernt ist, und
    der Speicherabschnitt für elektrische Ladung kann innerhalb der Halbleiterschicht angeordnet sein.
  • Eine Kristallorientierung eines Halbleiterkristalls der Halbleiterschicht kann einer Kristallorientierung eines Halbleiterkristalls des Halbleitersubstrats entsprechen.
  • Die mehreren vertikalen Transfer-Gates können an Positionen angeordnet sein, die tiefer als die eine Hauptoberfläche in dem Halbleitersubstrat liegen, und
    der Speicherabschnitt für elektrische Ladung kann zwischen der einen Hauptoberfläche und Oberflächen der mehreren vertikalen Transfer-Gates benachbart zu der einen Hauptoberfläche angeordnet sein.
  • Der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt kann so bereitgestellt sein, dass er teilweise in das Übertragungsgebiet für elektrische Ladung zwischen den mehreren vertikalen Transfer-Gates vorsteht.
  • Ein Material des Übertragungsgebiets für elektrische Ladung kann eine höhere Mobilität der elektrischen Ladungen als ein Material des Halbleitersubstrats aufweisen.
  • Die mehreren vertikalen Transfer-Gates können so angeordnet sein, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind, um bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats zumindest einen Teil eines Außenumfangs des Speicherabschnitts für elektrische Ladung abzudecken.
  • Der Speicherabschnitt für elektrische Ladung kann bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats innerhalb eines Außenrands des fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts angeordnet sein.
  • Der Speicherabschnitt für elektrische Ladung kann bei Betrachtung aus der Normalenrichtung annähernd in einer Mitte des fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts angeordnet sein.
  • Der Speicherabschnitt für elektrische Ladung und die mehreren vertikalen Transfer-Gates können für jeden fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt bereitgestellt sein.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
    • Bilden eines fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts innerhalb eines Halbleitersubstrats, wobei der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt dazu ausgelegt ist, elektrische Ladungen gemäß einer Menge an empfangenem Licht zu erzeugen;
    • Bilden mehrerer Transfer-Gates, die zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt und einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats angeordnet und in einer Richtung entlang einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats voneinander beabstandet sind, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates jeweils dazu ausgelegt sind, die Übertragung der durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen zu steuern, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei ein Übertragungsgebiet für elektrische Ladung, über das die durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen übertragen werden, zwischen den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist; und
    • Bilden eines Speicherabschnitts für elektrische Ladung, der benachbart zu der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats relativ zu den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung dazu ausgelegt ist, die von dem Übertragungsgebiet für elektrische Ladung übertragenen elektrischen Ladungen zu speichern.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung kann ferner Folgendes umfassen:
    • Bilden, vor dem Bilden des Speicherabschnitts für elektrische Ladung, einer Halbleiterschicht, die auf einer Seite der einen Hauptoberfläche angeordnet ist, die von den mehreren vertikalen Transfer-Gates entfernt ist; und
    • Bilden des Speicherabschnitts für elektrische Ladung innerhalb der Halbleiterschicht.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung kann ferner epitaxiales Aufwachsen eines Halbleiterkristalls zum Bilden der Halbleiterschicht umfassen.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung kann ferner Folgendes umfassen: Bilden der mehreren vertikalen Transfer-Gates an Positionen, die tiefer als die eine Hauptoberfläche in dem Halbleitersubstrat liegen; und Bilden, nach dem Bilden der mehreren vertikalen Transfer-Gates, des Speicherabschnitts für elektrische Ladung zwischen der einen Hauptoberfläche und Oberflächen der mehreren vertikalen Transfer-Gates benachbart zu der einen Hauptoberfläche.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung kann ferner Folgendes umfassen: Bilden, vor dem Bilden der mehreren Transfer-Gates, einer Materialschicht, die eine höhere Mobilität der elektrischen Ladungen als ein Material des Halbleitersubstrats in dem Übertragungsgebiet für elektrische Ladung aufweist.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung kann ferner Folgendes umfassen: Bilden der mehreren vertikalen Transfer-Gates, die so angeordnet sind, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind, um bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats einen Außenumfang des Speicherabschnitts für elektrische Ladung abzudecken.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung kann ferner Folgendes umfassen: Bilden des Speicherabschnitts für elektrische Ladung innerhalb eines Außenrands des fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung des Halbleitersubstrats.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung kann ferner Folgendes umfassen: Bilden des fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts durch Ionenimplantation.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm einer Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
    • 2 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Pixels gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 3 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels einer Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 5 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels einer Konfiguration einer Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel.
    • 6 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel.
    • 7 ist eine schematische Draufsicht einer ersten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 8 ist eine schematische Draufsicht einer zweiten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 9 ist eine schematische Draufsicht einer dritten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 10 ist eine schematische Draufsicht einer vierten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 11 ist eine schematische Draufsicht einer fünften Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 12 ist eine schematische Draufsicht einer sechsten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 13 ist eine schematische Draufsicht einer siebten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 14 ist eine schematische Draufsicht einer achten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 15 ist eine schematische Draufsicht einer neunten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 16 ist eine schematische Draufsicht einer zehnten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 17 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung in 16.
    • 18 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels einer Konfiguration einer Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    • 19 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 20A ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung zeigt.
    • 20B ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 20B zeigt.
    • 20C ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 20C zeigt.
    • 20D ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 20D zeigt.
    • 21 ist eine schematische Draufsicht einer ersten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 22 ist eine schematische Draufsicht einer zweiten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 23 ist eine schematische Draufsicht einer dritten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 24 ist eine schematische Draufsicht einer vierten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 25 ist eine schematische Draufsicht einer fünften Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 26 ist eine Querschnittsansicht einer ersten Modifikation der Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 27 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Modifikation der Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 28A ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung in 27, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung zeigt.
    • 28B ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 28A zeigt.
    • 28C ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 28B zeigt.
    • 28D ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 28C zeigt.
    • 28E ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 28D zeigt.
    • 29 ist eine Querschnittsansicht einer dritten Modifikation der Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 30A ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung in 29, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung zeigt.
    • 30B ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 30A zeigt.
    • 30C ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 30B zeigt.
    • 30D ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 30C zeigt.
    • 30E ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 30D zeigt.
    • 31 ist eine Querschnittsansicht einer vierten Modifikation der Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 32 ist eine Querschnittsansicht einer fünften Modifikation der Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 33 ist eine Querschnittsansicht einer sechsten Modifikation der Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
    • 34A ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung in 33, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung zeigt.
    • 34B ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 34A zeigt.
    • 34C ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 34B zeigt.
    • 34D ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 34C zeigt.
    • 34E ist eine Querschnittsansicht der Festkörperbildgebungsvorrichtung, die das Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung im Anschluss an 34D zeigt.
    • 35 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuersystems zeigt.
    • 36 ist ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels für Installationspositionen eines Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionsabschnitts und eines Bildgebungsabschnitts.
  • AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Nachstehend werden hauptsächlich Hauptkomponenten der Festkörperbildgebungsvorrichtung beschrieben, jedoch kann die Festkörperbildgebungsvorrichtung Komponenten oder Funktionen umfassen, die nicht dargestellt oder beschrieben sind. Die folgende Beschreibung soll solche Komponenten oder Funktionen, die nicht dargestellt oder beschrieben sind, nicht ausschließen.
  • <Erste Ausführungsform>
  • [Gesamtstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung]
  • Zuerst wird eine Gesamtstruktur einer nachstehend beschriebenen CMOS-Festkörperbildgebungsvorrichtung, also eines CMOS-Bildsensors, unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • Eine in 1 dargestellte Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 umfasst beispielsweise ein Bildgebungsgebiet 3 mit mehreren Pixeln 2, die auf einem aus Si hergestellten Halbleitersubstrat 13 angeordnet sind, eine Vertikalansteuerungsschaltung 4 als periphere Schaltung des Bildgebungsgebiets 3, eine Spaltensignalverarbeitungsschaltung 5, eine Horizontalansteuerungsschaltung 6, eine Ausgangsschaltung 7, eine Steuerschaltung 8 und dergleichen.
  • Die Pixel 2 umfassen jeweils eine Fotodiode, die als fotoelektrisches Umwandlungselement dient, und mehrere MOS-Transistoren und sind regelmäßig in einem zweidimensionalen Array auf dem Halbleitersubstrat 13 angeordnet.
  • Das Bildgebungsgebiet 3 umfasst die mehreren Pixel 2, die regelmäßig in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind. Dann umfasst das Bildgebungsgebiet 3 ein effektives Pixelgebiet, das tatsächlich Licht empfangen und durch fotoelektrische Umwandlung erzeugte elektrische Signalladungen speichern kann, und ein schwarzes Referenzpixelgebiet, das um das effektive Pixelgebiet herum gebildet ist und optisches Schwarz ausgibt, das als Referenz eines Schwarzwerts dient.
  • Die Steuerschaltung 8 erzeugt auf Grundlage eines Vertikalsynchronisationssignals ein Horizontalsynchronisationssignal und einen Master-Takt, ein Taktsignal, ein Steuersignal oder dergleichen, gemäß dem die Vertikalansteuerungsschaltung 4 die Spaltensignalverarbeitungsschaltung 5, die Horizontalansteuerungsschaltung 6 und dergleichen arbeiten. Dann wird das durch die Steuerschaltung 8 erzeugte Taktsignal, Steuersignal oder dergleichen in die Vertikalansteuerungsschaltung 4, die Spaltensignalverarbeitungsschaltung 5, die Horizontalansteuerungsschaltung 6 und dergleichen eingegeben.
  • Die Vertikalansteuerungsschaltung 4 umfasst beispielsweise ein Schieberegister und tastet selektiv jedes Pixel 2 in dem Bildgebungsgebiet 3 zeilenweise in einer vertikalen Richtung ab. Dann wird ein Pixelsignal basierend auf den elektrischen Signalladungen, die gemäß der Menge an empfangenem Licht in der Fotodiode jedes Pixels 2 erzeugt werden, über eine vertikale Signalleitung 9 an die Spaltensignalverarbeitungsschaltung 5 geliefert.
  • Beispielsweise ist die Spaltensignalverarbeitungsschaltung 5 für jede Spalte der Pixel 2 angeordnet und führt für jede Pixelspalte eine Signalverarbeitung, wie etwa Rauschentfernung oder Signalverstärkung, an Signalen, die von den Pixeln 2 einer Reihe ausgegeben werden, unter Verwendung von Signalen von dem schwarzen Referenzpixelgebiet (um das effektive Pixelgebiet herum gebildet, jedoch nicht dargestellt) durch. Ein (nicht dargestellter) Horizontalauswahlschalter zwischen einer Ausgangsstufe der Spaltensignalverarbeitungsschaltung 5 und einer horizontalen Signalleitung 90 bereitgestellt.
  • Die Horizontalansteuerungsschaltung 6 umfasst beispielsweise ein Schieberegister und wählt durch sequenzielles Ausgeben eines Horizontalabtastimpulses sequenziell jede der Spaltensignalverarbeitungsschaltungen 5 aus, um zu bewirken, dass die Spaltensignalverarbeitungsschaltung 5 das Pixelsignal an die horizontale Signalleitung 90 ausgibt.
  • Die Ausgangsschaltung 7 führt eine Signalverarbeitung an dem sequenziell von jeder der Spaltensignalverarbeitungsschaltungen 5 über die Horizontalsignalleitung 90 gelieferten Signal durch und gibt das so verarbeitete Signal aus.
  • [Konfiguration des Pixels]
  • Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel des Pixels 2 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
  • 2 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel der Konfiguration des Pixels gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 2 dargestellt, umfasst das Pixel 2 eine Fotodiode PD, einen Übertragungstransistor 32, einen Floating-Diffusion(FD)-Abschnitt 33, einen Verstärkungstransistor 34, einen Auswahltransistor 35, einen Verbindungstransistor 36 und einen Rücksetztransistor 37.
  • Die Fotodiode PD ist ein fotoelektrischer Umwandlungsabschnitt, der einfallendes Licht durch fotoelektrische Umwandlung in elektrische Ladungen umwandelt und die elektrischen Ladungen speichert, und weist einen mit Masse verbundenen Anodenanschluss und einen mit dem Übertragungstransistor 32 verbundenen Kathodenanschluss auf.
  • Der Übertragungstransistor 32 wird gemäß einem Übertragungssignal TRG angesteuert, das von der Vertikalansteuerungsschaltung 4 geliefert wird, und wenn der Übertragungstransistor 32 eingeschaltet wird, werden die in der Fotodiode PD gespeicherten elektrischen Ladungen zu dem FD-Abschnitt 33 übertragen.
  • Der FD-Abschnitt 33 ist ein Floating-Diffusion-Gebiet, das mit einer Gate-Elektrode des Verstärkungstransistors 34 verbunden ist und eine vorbestimmte Speicherkapazität aufweist und die von der Fotodiode PD übertragenen elektrischen Ladungen speichert.
  • Der Verstärkungstransistor 34 gibt ein Pixelsignal mit einem Pegel (also einem Potenzial des FD-Abschnitts 33) entsprechend den in dem FD-Abschnitt 33 gespeicherten elektrischen Ladungen über den Auswahltransistor 35 an die vertikale Signalleitung 9 aus. Das heißt, die Konfiguration, bei der der FD-Abschnitt 33 mit der Gate-Elektrode des Verstärkungstransistors 34 verbunden ist, bewirkt, dass der FD-Abschnitt 33 und der Verstärkungstransistor 34 als Umwandlungsabschnitt fungieren, der die in der Fotodiode PD erzeugten elektrischen Ladungen in ein Pixelsignal mit einem den elektrischen Ladungen entsprechenden Pegel umwandelt.
  • Der Auswahltransistor 35 wird gemäß einem Auswahlsignal SEL angesteuert, das von der Vertikalansteuerungsschaltung 4 geliefert wird, und wenn der Auswahltransistor 35 eingeschaltet wird, kann das von dem Verstärkungstransistor 34 ausgegebene Pixelsignal an die vertikale Signalleitung 9 ausgegeben werden.
  • Der Verbindungstransistor 36 ist so gebildet, dass er den FD-Abschnitt 33 und den Rücksetztransistor 37 verbindet, und kann die Speicherkapazität für die durch den Verstärkungstransistor 34 in das Pixelsignal umgewandelten elektrischen Ladungen ändern. Das heißt, der Verbindungstransistor 36 wird gemäß einem Verbindungssignal angesteuert, das von der Vertikalansteuerungsschaltung 4 geliefert wird, um von ein nach aus oder von aus nach ein zu schalten, wodurch die Speicherkapazität des FD-Abschnitts 33 geändert wird. Als Ergebnis ändert sich die Umwandlungseffizienz in dem Verstärkungstransistor 34. Das heißt, in einem Fall, in dem der Verbindungstransistor 36 ausgeschaltet ist, wird die Speicherkapazität des FD-Abschnitts 33 klein, und die Umwandlungseffizienz in dem Verstärkungstransistor 34 wird hoch. Dagegen wird in einem Fall, in dem der Verbindungstransistor 36 eingeschaltet ist, die Speicherkapazität des FD-Abschnitts 33 groß, und die Umwandlungseffizienz in dem Verstärkungstransistor 34 wird gering.
  • Der Rücksetztransistor 37 wird in gemäß einem Rücksetzsignal RST angesteuert, das von der Vertikalansteuerungsschaltung 4 geliefert wird. Wird der Rücksetztransistor 37 eingeschaltet, so werden die in dem FD-Abschnitt 33 gespeicherten elektrischen Ladungen über den Rücksetztransistor 37 und den Verbindungstransistor 36 in eine Drain-Stromversorgung Vdd entladen, um den FD-Abschnitt 33 zurückzusetzen.
  • Das wie oben beschrieben konfigurierte Pixel 2 kann die Umwandlungseffizienz in dem Verstärkungstransistor 34 durch Ein-/Ausschalten des Verbindungstransistors 36 ändern. Es ist daher für die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 möglich, ein Bild mit geeigneter Helligkeit aufzunehmen, indem beispielsweise die Umwandlungseffizienz gemäß einer Belichtungsbedingung eines Zielobjekts geändert wird.
  • [Konfiguration des Übertragungstransistors und des peripheren Abschnitts des Übertragungstransistors]
  • Als Nächstes werden die Fotodiode PD, der Übertragungstransistor 32 und der FD-Abschnitt 33 unter Bezugnahme auf 3 und 4 detailliert beschrieben. Es sei angemerkt, dass der FD-Abschnitt 33 in 3 und den nachfolgenden Zeichnungen auch als „Floating-Diffusion-Gebiet 11“ bezeichnet werden kann.
  • 3 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels einer Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. 3 ist eine Draufsicht eines Hauptteils eines Pixels.
  • 3 zeigt ein Beispiel einer Anordnung der Fotodiode PD, des Übertragungstransistors 32, des FD-Abschnitts 33, des Verstärkungstransistors 34, des Auswahltransistors 35, des Verbindungstransistors 36 und des Rücksetztransistors 37, die in 2 dargestellt sind.
  • Es sei angemerkt, dass ein in 3 dargestelltes Fotodiodengebiet 60 ein Gebiet angibt, in dem die Fotodiode PD in Draufsicht auf die in dem Halbleitersubstrat 13 bereitgestellte Fotodiode PD bereitgestellt ist (bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats 13).
  • Bei dem in 3 dargestellten Beispiel weist das Fotodiodengebiet 60 eine annähernd rechteckige Form. Die Form des Fotodiodengebiets 60 ist jedoch nicht auf eine solche annähernd rechteckige Form beschränkt und kann jede Art von Form sein, wie beispielsweise eine quadratische Form oder eine polygonale Form.
  • Der Übertragungstransistor 32 ist annähernd an einer Mittelposition der Fotodiode PD gebildet. Der Übertragungstransistor 32 weist ein Transfer-Gate 321 auf. Das Transfer-Gate 321 umfasst zwei vertikale Gate-Elektroden 12a und 12b und eine planare Gate-Elektrode 19.
  • Wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, sind die vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b so bereitgestellt, dass sie sich in einer Tiefenrichtung von dem Halbleitersubstrat 13 zu der Fotodiode PD erstrecken.
  • Die vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b sind von oben betrachtet innerhalb eines Außenrands des Fotodiodengebiets 60 angeordnet. Genauer gesagt sind die vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b von oben betrachtet in einer Mitte des Fotodiodengebiets 60 angeordnet. Ferner ermöglicht das Bereitstellen der zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b eine Erhöhung der Übertragungseffizienz der elektrischen Ladung.
  • Die planare Gate-Elektrode 19 ist auf einer Hauptoberfläche S1 des Halbleitersubstrats 13 bereitgestellt, wobei ein Gate-Isolierfilm 18 zwischen der planaren Gate-Elektrode 19 und der einen Hauptoberfläche S1 angeordnet ist. Die planare Gate-Elektrode 19 ist einstückig mit jeder der vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b gebildet.
  • Der FD-Abschnitt 33 ist von oben betrachtet innerhalb des Außenrands des Fotodiodengebiets 60 angeordnet. Genauer gesagt ist der FD-Abschnitt 33 von oben betrachtet annähernd in einer Mitte des Fotodiodengebiets 60 angeordnet. Der FD-Abschnitt 33 ist zwischen den zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b bereitgestellt. Ferner ist der FD-Abschnitt 33 über einen FD-Verbindungsdraht 38 mit der Gate-Elektrode des Verstärkungstransistors 34 verbunden.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. 4 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer schematischen Konfiguration des Pixels 2 entlang einer Linie A-A in 3.
  • Wie in 4 dargestellt, umfasst die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform das Halbleitersubstrat 13, die Fotodiode PD und den Übertragungstransistor 32, wobei die Fotodiode PD und der Übertragungstransistor 32 jedes in dem Halbleitersubstrat 13 gebildete Pixel bilden.
  • Das Halbleitersubstrat 13 ist beispielsweise ein p-Siliziumsubstrat.
  • Die Fotodiode PD umfasst innerhalb des Halbleitersubstrats 13 ein dotiertes n-Gebiet (n-Gebiet) 14, ein stark dotiertes n-Gebiet (n+-Gebiet) 15 und ein stark dotiertes p-Gebiet (p+-Gebiet) 16, die in der Reihenfolge von einer hinteren Oberflächenseite zu einer vorderen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 13 gebildet sind. Die Fotodiode PD umfasst hauptsächlich einen pn-Übergang j, der eine Grenzfläche zwischen dem p+-Gebiet 16 und dem n+-Gebiet 15 ist.
  • Der Übertragungstransistor 32 ist ein MOS-Transistor, der die in der Fotodiode PD gespeicherten elektrischen Signalladungen überträgt. Der Übertragungstransistor 32 umfasst das Floating-Diffusion-Gebiet 11, das angrenzend an die vordere Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 13 bereitgestellt ist, und die vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b, die in der Tiefenrichtung von der vorderen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 13 durch den Gate-Isolierfilm 18 gebildet sind. Die vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b sind so gebildet, dass sie in Kontakt mit dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 stehen, wobei der Gate-Isolierfilm 18 zwischen den vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b und dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 angeordnet ist, und sich bis zu einer Position erstrecken, die tiefer als der pn-Übergang j der Fotodiode PD ist. Die vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b und die planare Gate-Elektrode 19, die in dem Transfer-Gate 321 enthalten sind, sind beispielsweise aus polykristallinem Silizium hergestellt.
  • Der Übertragungstransistor 32 weist einen Übertragungskanal auf, der so gebildet ist, dass er sich in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 13 entlang der vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b von dem pn-Übergang j, der die Fotodiode PD bildet, zu dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 erstreckt.
  • Die zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b sind in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 13 zwischen der Fotodiode PD und der einen Hauptoberfläche S1 angeordnet und sind in einer Richtung entlang der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats 13 voneinander beabstandet angeordnet.
  • Die zwei planaren Gate-Elektroden 19 sind auf der einen Hauptoberfläche S1 des Halbleitersubstrats 13 entlang der einen Hauptoberfläche S1 angeordnet und sind jeweils mit einer entsprechenden der zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b elektrisch verbunden.
  • Das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist durch ein stark dotiertes n-Gebiet (n+) in einem Gebiet angrenzend an die vordere Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 13 zwischen den vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b gebildet. Das Floating-Diffusion-Gebiet 11 wird von den zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b gemeinsam genutzt. Bei dem in 4 dargestellten Beispiel ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 so bereitgestellt, dass es mit den vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b in Kontakt steht, wobei der Gate-Isolierfilm 18 zwischen dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 und den vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b angeordnet ist.
  • Ferner ist die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 beispielsweise eine Rückseitenbeleuchtungs-Festkörperbildgebungsvorrichtung, bei der die hintere Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 13 mit Licht beleuchtet wird.
  • Wie oben beschrieben, ist die eingebettete Fotodiode PD in Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 13 gebildet, und die in der Fotodiode PD gespeicherten elektrischen Signalladungen werden über die vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b gelesen. Dies verhindert selbst bei Pixelminiaturisierung eine Reduzierung der elektrischen Sättigungsladungskapazität (Qs) und der Empfindlichkeit der Fotodiode PD. Ferner ermöglicht eine solche Rückseitenbeleuchtung, dass die mit Licht beleuchtete Seite weder einen MOS-Transistor noch eine Verdrahtungsschicht aufweist, sodass eine Öffnungsfläche größer gestaltet werden kann.
  • [Ansteuerungsverfahren]
  • Es wird ein Ansteuerungsverfahren beschrieben, das auf die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der oben beschriebenen Konfiguration angewendet wird.
  • Zuerst wird eine Seite, auf der eine On-Chip-Linse der Festkörperbildgebungsvorrichtung gebildet ist, mit Licht L beleuchtet. Licht, das durch die On-Chip-Linse gebündelt wird, trifft auf die Fotodiode PD in dem Halbleitersubstrat 13 auf.
  • Das auf der Fotodiode PD einfallende Licht wird in dem n-Gebiet 14 und dem pn-Übergang j fotoelektrisch umgewandelt, um elektrische Signalladungen in der Fotodiode PD zu erzeugen. Die so erzeugten elektrischen Signalladungen werden in einer in dem n+-Gebiet 15 gebildeten Potenzialwanne gespeichert. Bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird während der Speicherung von elektrischen Signalladungen eine negative Spannung an die vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b angelegt. Dementsprechend bewirkt ein um Unterseiten der vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b und eine Unterseite des Gate-Isolierfilms 18 herum gebildetes p--Gebiet 17, dass Löcher an die Unterseiten der vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b gepinnt werden, wobei der Gate-Isolierfilm 18 zwischen den Löchern und den Unterseiten angeordnet ist. Wie oben beschrieben, verursachen die derart gepinnten Löcher Loch-Pinning, sodass Dunkelstromrauschen, das von den Unterseiten der vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b und der Unterseite des Gate-Isolierfilms 18 eintritt, während der Speicherung von elektrischen Signalladungen auf das p--Gebiet 17 beschränkt werden kann. Somit lässt sich Dunkelstrom, der die Fotodiode PD erreicht, reduzieren.
  • Nach dem Ende der Speicherung von elektrischen Signalladungen wird eine positive Spannung an die vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b angelegt. Es sei angemerkt, dass zum Beispiel das gleiche Potenzial an die zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b angelegt wird. Dementsprechend werden die in der Fotodiode PD gespeicherten elektrischen Signalladungen zu dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 übertragen, wie in 4 durch einen Pfeil R1 angegeben. Als Ergebnis werden die elektrischen Signalladungen in das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ausgelesen. Hier werden, wie in 4 dargestellt, die elektrischen Signalladungen nahezu vertikal von der Fotodiode PD zu dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 übertragen. Daher ist es möglich, einen Übertragungsweg der elektrischen Signalladungen in der eingebetteten Fotodiode PD kürzer zu gestalten und somit die Übertragungscharakteristiken zu verbessern.
  • [Vergleichsbeispiel]
  • 5 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels einer Konfiguration einer Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß einem Vergleichsbeispiel. Das Vergleichsbeispiel unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Position des FD-Abschnitts 33 (Floating-Diffusion-Gebiet 11). Die Positionen der anderen Komponenten, einschließlich der Fotodiode PD, des Übertragungstransistors 32, des Verstärkungstransistors 34, des Auswahltransistors 35, des Verbindungstransistors 36 und des Rücksetztransistors 37, sind ungefähr die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
  • Bei dem in 5 dargestellten Beispiel ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 in einer Diffusionsschicht 39 zwischen dem Übertragungstransistor 32 und dem Verbindungstransistor 36 angeordnet. Daher ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 an einem Ende des Fotodiodengebiets 60 angeordnet.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß dem Vergleichsbeispiel. 6 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer schematischen Konfiguration des Pixels 2 entlang einer Linie B-B in 5.
  • Wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 am Ende des Fotodiodengebiets 60 angeordnet. Ferner ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 neben der vertikalen Gate-Elektrode 12a (in einer horizontalen Richtung) angeordnet.
  • Wird eine positive Spannung an die vertikale Gate-Elektrode 12a angelegt, so werden elektrische Signalladungen zu dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 übertragen, wie in 6 durch einen Pfeil R1 angegeben. Daher fließen die elektrischen Signalladungen vertikal entlang der vertikalen Gate-Elektrode 12a und fließen dann seitlich (in der horizontalen Richtung) durch die vertikale Gate-Elektrode 12a. Ein Übertragungsweg der elektrischen Ladungen ist wie oben beschrieben gekrümmt, sodass der Übertragungsweg lang wird, was die Übertragung fehleranfällig macht.
  • Dagegen ist gemäß der ersten Ausführungsform das Floating-Diffusion-Gebiet 11 zwischen den vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b angeordnet. Dementsprechend werden, wie in 4 dargestellt, die elektrischen Signalladungen nahezu vertikal entlang der vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b zu dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 übertragen. Dies beseitigt die Notwendigkeit, die elektrischen Signalladungen in der horizontalen Richtung zu übertragen, sodass der Übertragungsweg kürzer gestaltet werden kann. Daher ist es möglich, die Übertragung der elektrischen Signalladungen weniger fehleranfällig zu machen und eine Beeinträchtigung der Bildgebungscharakteristiken zu unterdrücken.
  • Ferner muss, da es nicht notwendig ist, die elektrischen Signalladungen in der horizontalen Richtung zu bewegen, kein Potenzialgradient zum Übertragen der elektrischen Signalladungen in der seitlichen Richtung in dem Halbleitersubstrat 13 unter dem Transfer-Gate 321 bereitgestellt werden. Der Potenzialgradient wird beispielsweise durch einen Ionenimplantationsprozess (Ionenimplantation) gebildet. Daher ist es gemäß der ersten Ausführungsform möglich, die Notwendigkeit des Ionenimplantationsprozesses zum Bilden des Potenzialgradienten zu beseitigen.
  • Ferner ist es, da es nicht notwendig ist, die elektrischen Signalladungen in der horizontalen Richtung zu bewegen, möglich, der elektrischen Sättigungsladungskapazität Qs der Fotodiode PD einen Übertragungsspielraum zuzuweisen, indem beispielsweise die Fläche des Fotodiodengebiets 60 vergrößert wird. Daher ist es möglich, die elektrische Sättigungsladungskapazität Qs der Fotodiode PD zu erhöhen.
  • Ferner müssen sich nicht nur die elektrischen Signalladungen nicht in der horizontalen Richtung bewegen, sondern der Anordnungsraum des Floating-Diffusion-Gebiets 11 und der vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b überlappt auch das Fotodiodengebiet 60. Daher ist es möglich, auf einfachere Weise andere Transistoren als den Übertragungstransistor 32 in einer einer Miniaturisierung unterzogenen Pixelzelle anzuordnen. Als Ergebnis lassen sich feine Pixel mit mehr Transistoren erhalten.
  • Jüngste Fortschritte bei der Pixelminiaturisierung können ein System mit gemeinsamer Pixelnutzung erfordern, um eine notwendige PD-Fläche bereitzustellen. Ein System mit gemeinsamer Pixelnutzung verursacht jedoch eine Erhöhung der Kapazität des FD-Abschnitts 33, und die Umwandlungseffizienz nimmt dementsprechend ab. Das heißt, die elektrische Sättigungsladungskapazität und die Umwandlungseffizienz stehen in einer Kompromissbeziehung. Daher wurde eine eingebettete Fotodiode vorgeschlagen. Die jüngste Multifunktionalisierung von CMOS-Bildsensoren führt jedoch zu einer Erhöhung der Anzahl in einem Pixel erforderlicher MOS-Transistoren. Daher können selbst bei Verwendung der eingebetteten PD die MOS-Transistoren nicht in einem Pixel enthalten sein, und es besteht möglicherweise keine andere Möglichkeit als die Verwendung der gemeinsamen Pixelnutzung. Folglich nimmt die Umwandlungseffizienz aufgrund der oben beschriebenen Kompromissbeziehung ab.
  • Dagegen ist es gemäß der ersten Ausführungsform möglich, ein feines Pixel mit mehr Transistoren zu erhalten, ohne das System mit gemeinsamer Pixelnutzung zu verwenden. Daher ist es möglich, ein Design auf Grundlage eines Systems ohne gemeinsamer Pixelnutzung vorzunehmen. Das heißt, das Floating-Diffusion-Gebiet 11 und die vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b sind für jede Fotodiode PD bereitgestellt. Als Ergebnis ist es möglich, eine Verringerung der Umwandlungseffizienz aufgrund des Systems mit gemeinsamer Pixelnutzung zu unterdrücken.
  • Ferner sind, wie in 3 dargestellt, gemäß der ersten Ausführungsform zwei Transfer-Gates 321 links und rechts von dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 bereitgestellt. Daher ist es möglich, die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 robust gegenüber einer Fehlausrichtung in einer Links-Rechts-Richtung und Variationen in der Leitungsbreite der Transfer-Gates 321 herzustellen und die Übertragung weniger fehleranfällig zu machen. Als Ergebnis lassen sich Ausbeute und Bildqualität verbessern.
  • Darüber hinaus sind das Floating-Diffusion-Gebiet 11 und die vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b von oben betrachtet innerhalb des Außenrands des Fotodiodengebiets 60 angeordnet. Daher ist es möglich, zu bewirken, dass die elektrischen Signalladungen nahezu vertikal von der Fotodiode PD zu dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 übertragen werden, das sich unmittelbar über der Fotodiode PD befindet.
  • [Modifikation der ersten Ausführungsform]
  • Als Nächstes werden Modifikationen einer Struktur der Transfer-Gates 321 und einer Struktur eines peripheren Abschnitts der Transfer-Gates 321 beschrieben.
  • 7 ist eine schematische Draufsicht einer ersten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Es sei angemerkt, dass 7 ein Layout innerhalb des Fotodiodengebiets 60 darstellt.
  • Bei dem in 7 dargestellten Beispiel sind im Vergleich zu 3 der ersten Ausführungsform die zwei planaren Gate-Elektroden 19, die den zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b entsprechen, miteinander verbunden, sodass sie von oben betrachtet annähernd U-förmig sind. Das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist in einer U-förmigen Aussparung angeordnet. Das heißt, die planaren Gate-Elektroden 19 sind elektrisch miteinander verbunden, um von oben betrachtet einen Teil eines Außenumfangs des Floating-Diffusion-Gebiets 11 abzudecken. Bei dem in 7 dargestellten Beispiel sind wie bei der ersten Ausführungsform die zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b innerhalb des Fotodiodengebiets 60 angeordnet, und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist zwischen den zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b angeordnet.
  • 8 ist eine schematische Draufsicht einer zweiten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Bei dem in 8 dargestellten Beispiel ist im Vergleich zu 3 der ersten Ausführungsform ferner eine vertikale Gate-Elektrode 12c innerhalb des Fotodiodengebiets 60 bereitgestellt. Außerdem ist ferner eine planare Gate-Elektrode 19 bereitgestellt, die einstückig mit der vertikalen Gate-Elektrode 12c gebildet ist. Bei dem in 8 dargestellten Beispiel sind die vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12c in einer annähernd dreieckigen Form angeordnet. Bei dem in 8 dargestellten Beispiel sind die drei vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12c innerhalb des Fotodiodengebiets 60 angeordnet, und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist zwischen den zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b angeordnet.
  • 9 ist eine schematische Draufsicht einer dritten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Bei dem in 9 dargestellten Beispiel sind im Vergleich zu 8 der zweiten Modifikation die drei planaren Gate-Elektroden 19, die den drei vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12c entsprechen, miteinander verbunden, sodass sie von oben betrachtet annähernd U-förmig sind. Bei dem in 9 dargestellten Beispiel sind die drei vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12c innerhalb des Fotodiodengebiets 60 angeordnet, und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist zwischen den zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b angeordnet.
  • 10 ist eine schematische Draufsicht einer vierten Modifikation der schematischen Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Bei dem in 10 dargestellten Beispiel sind im Vergleich zu 3 der ersten Ausführungsform ferner zwei vertikale Gate-Elektroden 12c und 12d bereitgestellt. Außerdem ist ferner eine planare Gate-Elektrode 19 bereitgestellt, die einstückig mit jeder der zwei vertikalen Gate-Elektroden 12c und 12d gebildet ist. Die vier vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12d sind in einer X-Form um das Floating-Diffusion-Gebiet 11 herum angeordnet. Somit ist die Anzahl vertikaler Gate-Elektroden nicht auf zwei beschränkt und kann drei oder mehr betragen. Bei dem in 10 dargestellten Beispiel sind die vier vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12d innerhalb des Fotodiodengebiets 60 angeordnet, und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist unter den vier vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12d angeordnet.
  • 11 ist eine schematische Draufsicht einer fünften Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Bei dem in 11 dargestellten Beispiel sind im Vergleich zu 10 der vierten Modifikation die vier vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12d in einer Kreuzform um das Floating-Diffusion-Gebiet 11 herum angeordnet. Bei dem in 11 dargestellten Beispiel sind wie bei der vierten Modifikation die vier vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12d innerhalb des Fotodiodengebiets 60 angeordnet, und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist unter den vier vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12d angeordnet.
  • 12 ist eine schematische Draufsicht einer sechsten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Bei dem in 12 dargestellten Beispiel sind im Vergleich zu 3 der ersten Ausführungsform die planaren Gate-Elektroden 19 von oben betrachtet in einer annähernd rechteckigen Rahmenform angeordnet, sodass sie den gesamten Außenumfang des Floating-Diffusion-Gebiets 11 abdecken. Ferner verbinden die planaren Gate-Elektroden 19 die beiden vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b. Das heißt, die planaren Gate-Elektroden 19 sind elektrisch miteinander verbunden, sodass sie von oben betrachtet den Außenumfang des Floating-Diffusion-Gebiets 11 bedecken. Bei dem in 12 dargestellten Beispiel sind wie bei der ersten Ausführungsform die zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b innerhalb des Fotodiodengebiets 60 angeordnet, und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist zwischen den zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b angeordnet.
  • 13 ist eine schematische Draufsicht einer siebten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Bei dem in 13 dargestellten Beispiel sind im Vergleich zu 12 der sechsten Modifikation ferner zwei vertikale Gate-Elektroden 12c und 12d bereitgestellt. Wie in 11 der fünften Modifikation sind die vier vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12d in einer Kreuzform um das Floating-Diffusion-Gebiet 11 herum angeordnet. Bei dem in 13 dargestellten Beispiel sind die vier vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12d innerhalb des Fotodiodengebiets 60 angeordnet, und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist unter den vier vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12d angeordnet.
  • 14 ist eine schematische Draufsicht einer achten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Bei dem in 14 dargestellten Beispiel weist im Vergleich zu 12 der sechsten Modifikation ein Außenrand der planaren Gate-Elektroden 19 von oben betrachtet eine sechseckige Form auf. Es sei angemerkt, dass die Form des Außenrands der planaren Gate-Elektrode 19 nicht auf die sechseckige Form beschränkt ist und eine polygonale Form oder eine annähernd kreisförmige Form sein kann. Bei dem in 14 dargestellten Beispiel sind wie bei der ersten Ausführungsform die zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b innerhalb des Fotodiodengebiets 60 angeordnet, und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist zwischen den zwei vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b angeordnet.
  • 15 ist eine schematische Draufsicht einer neunten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Bei dem in 15 dargestellten Beispiel sind im Vergleich zu 14 der achten Modifikation ferner zwei vertikale Gate-Elektroden 12c und 12d bereitgestellt. Wie in 11 der fünften Modifikation sind die vier vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12d in einer Kreuzform um das Floating-Diffusion-Gebiet 11 herum angeordnet. Bei dem in 15 dargestellten Beispiel sind die vier vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12d innerhalb des Fotodiodengebiets 60 angeordnet, und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist unter den vier vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12d angeordnet.
  • 16 ist eine schematische Draufsicht einer zehnten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Bei dem in 16 dargestellten Beispiel ist im Vergleich zu 3 der ersten Ausführungsform keine der vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b bereitgestellt.
  • 17 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 in 16.
  • Bei dem in 17 dargestellten Beispiel ist ein stark dotiertes p-Gebiet (p+) 20 in der Tiefenrichtung von dem Gate-Isolierfilm 18 in Kontakt mit den planaren Gate-Elektroden 19 zu der Fotodiode PD bereitgestellt. Genauer gesagt ist das p+-Gebiet 20 so bereitgestellt, dass die Fremdstoffkonzentration von der Fotodiode PD zu der einen Hauptoberfläche S1 (Vorderfläche) hin zunehmend höher wird. Ein Gradient der Fremdstoffkonzentration bewirkt einen Potenzialgradienten. Wie oben beschrieben, ermöglicht das Anpassen der Fremdstoffkonzentration selbst in einem Fall, in dem keine der vertikalen Gate-Elektroden 12a und 12b bereitgestellt ist, dass die durch die Fotodiode PD erzeugten elektrischen Signalladungen zu dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 übertragen werden.
  • Es sei angemerkt, dass die zehnte Modifikation mit der ersten bis neunten Modifikation kombiniert werden kann. In diesem Fall ist in der ersten bis neunten Modifikation das p+-Gebiet 20 anstelle der vertikalen Gate-Elektroden 12a bis 12d bereitgestellt.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • 18 ist eine schematische Draufsicht eines Beispiels einer Konfiguration einer Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Es sei angemerkt, dass 18 eine Struktur des Fotodiodengebiets 60 und eine Struktur eines peripheren Abschnitts des Fotodiodengebiets 60 darstellt. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass das Floating-Diffusion-Gebiet 11 an einer Position angeordnet ist, die hinsichtlich der Höhe von der Position der Transfer-Gates 321 unterscheidet (siehe 19). Es sei angemerkt, dass die nachstehend beschriebenen Transfer-Gates 321 wie die vertikale Gate-Elektrode der ersten Ausführungsform in der Tiefenrichtung in dem Halbleitersubstrat 13 bereitgestellt sind.
  • Wie in der ersten Ausführungsform ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 von oben betrachtet innerhalb des Außenrands des Fotodiodengebiets 60 angeordnet. Genauer gesagt ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 von oben betrachtet annähernd in der Mitte des Fotodiodengebiets 60 angeordnet. Ferner ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 so angeordnet, dass es von oben betrachtet zwischen den Transfer-Gates 321 angeordnet ist.
  • Bei dem in 18 dargestellten Beispiel sind die Transfer-Gates 321 so angeordnet, dass sie teilweise nach außen über den Außenrand des Fotodiodengebiets 60 hinausragen. Die Transfer-Gates 321 sind jedoch nicht notwendigerweise auf diese Weise angeordnet und können wie in der ersten Ausführungsform innerhalb des Außenrand des Fotodiodengebiets 60 angeordnet sein.
  • 19 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform. 19 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer schematischen Konfiguration des Pixels 2 entlang einer Linie C-C in 18.
  • Wie in 19 dargestellt, umfasst die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 ferner eine Halbleiterschicht 21, einen Deckschichtfilm 22, Kontakte 23a und 23b und ein Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung.
  • Die Halbleiterschicht 21 ist über der einen Hauptoberfläche S1 des Halbleitersubstrats 13 bereitgestellt. Die Halbleiterschicht 21 besteht beispielsweise aus dem gleichen Material wie das Halbleitersubstrat 13. Als Material der Halbleiterschicht 21 wird beispielsweise Silizium (Si) verwendet.
  • Der Deckschichtfilm 22 ist über der Halbleiterschicht 21 bereitgestellt. Der Deckschichtfilm 22 ist zum Beispiel ein isolierender Film wie etwa ein Siliziumoxidfilm.
  • Der Kontakt 23a ist so bereitgestellt, dass er sich durch die Halbleiterschicht 21 und den Deckschichtfilm 22 erstreckt, um eine elektrische Verbindung mit dem Transfer-Gate 321 herzustellen. Eine Spannung wird über den Kontakt 23a an das Transfer-Gate 321 angelegt. Ferner ist der Kontakt 23b so bereitgestellt, dass er sich durch den Deckschichtfilm 22 erstreckt, um eine elektrische Verbindung mit dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 herzustellen. Ein Signal, das den im Floating-Diffusion-Gebiet 11 gespeicherten elektrischen Ladungen entspricht, wird über den Kontakt 23b ausgegeben. Als Material der Kontakte 23a und 23b wird beispielsweise ein leitfähiges Material wie Wolfram (W) verwendet.
  • Das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung ist in einer Schicht über der Fotodiode PD bereitgestellt, und die in der Fotodiode PD erzeugten elektrischen Ladungen werden durch das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung übertragen. Die durch das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung geleiteten elektrischen Signalladungen, werden in dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 gespeichert.
  • Die Transfer-Gates 321 sind zwischen der Fotodiode PD und der einen Hauptoberfläche S1 in der Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 13 angeordnet. Die Transfer-Gates 321 sind über der Fotodiode PD bereitgestellt, sodass das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung in der horizontalen Richtung zwischen den Transfer-Gates 321 angeordnet ist, und steuern die Übertragung der in der Fotodiode PD erzeugten elektrischen Ladungen. Das heißt, die Transfer-Gates 321 sind voneinander beabstandet angeordnet, sodass das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung zwischen den Transfer-Gates 321 angeordnet ist. Daher werden die elektrischen Signalladungen nahezu vertikal durch das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung entlang der Transfer-Gates 321 übertragen, wie in 19 durch einen Pfeil R1 angegeben. Daher ist es möglich, wie in der ersten Ausführungsform, den Übertragungsweg der elektrischen Signalladungen in der eingebetteten Fotodiode PD kürzer zu gestalten. Als Ergebnis ist es möglich, die Übertragung der elektrischen Signalladungen weniger fehleranfällig zu machen und somit die Übertragungscharakteristiken zu verbessern. Ferner ist es wie bei der ersten Ausführungsform möglich, auf einfachere Weise andere Transistoren als den Übertragungstransistor 32 in einem einer Miniaturisierung unterzogenen Pixelbereich anzuordnen.
  • Wie unter Bezugnahme auf 18 beschrieben, ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 von oben betrachtet innerhalb des Außenrands des Fotodiodengebiets 60 angeordnet und so angeordnet, dass es von oben betrachtet zwischen den Transfer-Gates 321 angeordnet ist. Das heißt, das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist beispielsweise unmittelbar über dem Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung angeordnet. Daher werden die elektrischen Signalladungen nahezu vertikal von der Fotodiode PD zu dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 übertragen.
  • Ferner ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 relativ zu den Transfer-Gates 321 benachbart zu der einen Hauptoberfläche S1 des Halbleitersubstrats 13 angeordnet. Die Halbleiterschicht 21 ist auf einer Seite der einen Hauptoberfläche S1 entfernt von den Transfer-Gates 321 angeordnet. Daher ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 innerhalb der Halbleiterschicht 21 bereitgestellt. Bei dem in 19 dargestellten Beispiel ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 in einer Schicht über den Transfer-Gates 321 bereitgestellt.
  • Bei der jüngsten Pixelminiaturisierung wird einen Abstand zwischen der Fotodiode PD und dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 kürzer gestaltet. Dies verhindert, dass eine Trennungsbreite (Kanallänge) zwischen der Fotodiode PD und dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 ausreichend breit ist, was zu einem Kurzkanaleffekt führen kann. Ferner besteht in einem Fall, in dem das Floating-Diffusion-Gebiet 11 auf gleicher Höhe (Schicht) wie die Transfer-Gates 321 bereitgestellt ist, die Möglichkeit, dass das Floating-Diffusion-Gebiet 11 einen übermäßigen Spannungsanstieg erfährt. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, dass ein FD-Weißfleck auftritt.
  • Dagegen ist gemäß der zweiten Ausführungsform das Floating-Diffusion-Gebiet 11 in der Halbleiterschicht 21 über den Transfer-Gates 321 bereitgestellt. Daher ist es möglich, den Abstand zwischen der Fotodiode PD und dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 größer zu gestalten. Als Ergebnis lässt sich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Kurzkanaleffekts verringern. Ferner ist es möglich, zu verhindern, dass das Floating-Diffusion-Gebiet 11 einen übermäßigen Spannungsanstieg erfährt. Als Ergebnis lässt sich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des FD-Weißflecks verringern. Daher ist es möglich, eine Beeinträchtigung der Bildgebungscharakteristiken zu unterdrücken.
  • [Herstellungsverfahren]
  • 20A bis 20D sind Querschnittsansichten der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 darstellen.
  • Zunächst wird, wie in 20A dargestellt, die Fotodiode PD innerhalb des Halbleitersubstrats 13 gebildet. Die Fotodiode PD wird beispielsweise durch Ionenimplantation gebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 20B dargestellt, eine Vertiefung (ein Graben) T1 in der einen Hauptoberfläche S1 gebildet. Genauer gesagt wird die Vertiefung T1 in zweiten Gebieten A2 gebildet, zwischen denen von oben betrachtet ein erstes Gebiet A1 bei eingefügt ist. Das erste Gebiet A1 ist ein Gebiet innerhalb des Außenrands des Fotodiodengebiets 60 bei Betrachtung von oben. Das erste Gebiet A1 ist beispielsweise ein Gebiet, in dem das in 18 dargestellte Floating-Diffusion-Gebiet 11 angeordnet ist. Ferner sind die zweiten Gebiete A2 beispielsweise Gebiete, in denen die in 18 dargestellten Transfer-Gates 321 angeordnet sind. Bei dem in 20B dargestellten Beispiel wird die Vertiefung T1 so gebildet, dass sie sich von der einen Hauptoberfläche S1 bis zu einer Tiefe erstreckt, bevor sie die Fotodiode PD erreicht.
  • Als Nächstes wird, wie in 20C dargestellt, eine Metallschicht M1 innerhalb der Vertiefung T1 gebildet. Als Ergebnis wird das eingebettete Transfer-Gate 321 gebildet. Bei dem in 20C dargestellten Beispiel wird die Metallschicht M1 so gebildet, dass sie bis zu der einen Hauptoberfläche S1 eingefüllt wird. Es sei angemerkt, dass der Gate-Isolierfilm 18 zwischen dem Halbleitersubstrat 13 und der Metallschicht M1 gebildet ist. Ein Material der Metallschicht M1 ist beispielsweise Polysilizium. Als Nächstes wird eine Dotierung mit einem p-Fremdstoff durch Ionenimplantation durchgeführt. Dementsprechend wird das Halbleitersubstrat 13 zwischen der Fotodiode PD und der einen Hauptoberfläche S1 zu einem dotierten p-Gebiet. Als Ergebnis sind die Fotodiode PD und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 durch das dotierte p-Gebiet getrennt.
  • Als Nächstes wird, wie in 20D dargestellt, die Halbleiterschicht 21 über der einen Hauptoberfläche S1 gebildet. Beispielsweise wird ein Halbleiterkristall epitaxial aufgewachsen, um die Halbleiterschicht 21 zu bilden. Dementsprechend entspricht eine Kristallorientierung des Halbleiterkristalls der Halbleiterschicht 21 einer Kristallorientierung eines Halbleiterkristalls des Halbleitersubstrats 13. Als Nächstes wird das Floating-Diffusion-Gebiet 11 in dem ersten Gebiet A1 der Halbleiterschicht 21 gebildet. Das heißt, das Floating-Diffusion-Gebiet 11 wird in dem ersten Gebiet A1 der Schicht über den Transfer-Gates 321 gebildet. Das Floating-Diffusion-Gebiet 11 wird beispielsweise durch Ionenimplantation gebildet.
  • Danach wird der Deckschichtfilm 22 über der Halbleiterschicht 21 gebildet, und die Kontakte 23a und 23b werden gebildet, wodurch die Fertigstellung der in 19 dargestellten Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 erreicht wird.
  • Wie oben beschrieben, sind gemäß der zweiten Ausführungsform die Transfer-Gates 321 so angeordnet, dass das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung zwischen den Transfer-Gates 321 angeordnet ist. Das Floating-Diffusion-Gebiet 11 speichert die elektrischen Signalladungen, die von dem Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung übertragen werden. Daher ist es möglich, wie in der ersten Ausführungsform, den Übertragungsweg der elektrischen Signalladungen in der eingebetteten Fotodiode PD kürzer zu gestalten. Als Ergebnis ist es möglich, die Übertragung der elektrischen Signalladungen weniger fehleranfällig zu machen und somit die Übertragungscharakteristiken zu verbessern. Ferner ist es wie bei der ersten Ausführungsform möglich, auf einfachere Weise andere Transistoren als den Übertragungstransistor 32 in einem einer Miniaturisierung unterzogenen Pixelbereich anzuordnen.
  • Ferner ist gemäß der zweiten Ausführungsform das Floating-Diffusion-Gebiet 11 in der Schicht über den Transfer-Gates 321 bereitgestellt. Daher lassen sich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Kurzkanaleffekts und des Auftretens des FD-Weißflecks verringern. Daher ist es möglich, eine Beeinträchtigung der Bildgebungscharakteristiken zu unterdrücken.
  • [Modifikation der zweiten Ausführungsform]
  • Als Nächstes werden Modifikationen einer Struktur der Transfer-Gates 321 und einer Struktur eines peripheren Abschnitts der Transfer-Gates 321 beschrieben.
  • 21 ist eine schematische Draufsicht einer ersten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Bei dem in 21 dargestellten Beispiel sind im Vergleich zu 18 der zweiten Ausführungsform die Transfer-Gates 321 in einer annähernd rechteckigen Rahmenform angeordnet, sodass sie von oben betrachtet den gesamten Außenumfang des Floating-Diffusion-Gebiets 11 bedecken. Das heißt, die Transfer-Gates 321 sind elektrisch verbunden, um den Außenumfang des Floating-Diffusion-Gebiets 11 und den Außenumfang des Gebiets 322 zur Übertragung elektrischer Ladung, das das Floating-Diffusion-Gebiet 11 bei Betrachtung von oben überlappt, abzudecken. Der Außenrand und die Öffnung der Transfer-Gates 321 weisen eine annähernd quadratische Form auf. Bei dem in 21 dargestellten Beispiel sind, wie in der ersten Ausführungsform, das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 so angeordnet, dass sie bei Betrachtung von oben zwischen den Transfer-Gates 321 angeordnet sind.
  • 22 ist eine schematische Draufsicht einer zweiten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Bei dem in 22 dargestellten Beispiel weist die Öffnung der Transfer-Gates 321 im Vergleich zu 21 der ersten Modifikation eine annähernd sechseckige Form auf. Es sei angemerkt, dass die Öffnung der Transfer-Gates 321 nicht zwangsweise eine sechseckige Form aufweisen muss und eine polygonale Form aufweisen kann. Bei dem in 22 dargestellten Beispiel sind, wie in der ersten Ausführungsform, das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 so angeordnet, dass sie bei Betrachtung von oben zwischen den Transfer-Gates 321 angeordnet sind.
  • 23 ist eine schematische Draufsicht einer dritten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Bei dem in 23 dargestellten Beispiel sind die Transfer-Gates 321 im Vergleich zu 21 der ersten Modifikation so angeordnet, dass das Floating-Diffusion-Gebiet 11 zwischen den Transfer-Gates 321, also zwischen dem oberen linken und dem unteren rechten Bereich in 23, angeordnet ist. Bei dem in 23 dargestellten Beispiel sind, wie in der ersten Ausführungsform, das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 so angeordnet, dass sie bei Betrachtung von oben zwischen den Transfer-Gates 321 angeordnet sind.
  • 24 ist eine schematische Draufsicht einer vierten Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Bei dem in 24 dargestellten Beispiel weist die Öffnung der Transfer-Gates 321 im Vergleich zu 21 der ersten Modifikation eine annähernd rechteckige Form auf. Ferner weisen zwei gegenüberliegende Seiten der Öffnung eine andere Länge als die anderen beiden Seiten auf. Bei dem in 24 dargestellten Beispiel sind, wie in der ersten Ausführungsform, das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 so angeordnet, dass sie bei Betrachtung von oben zwischen den Transfer-Gates 321 angeordnet sind.
  • 25 ist eine schematische Draufsicht einer fünften Modifikation der Konfiguration der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Bei dem in 25 dargestellten Beispiel weist die Öffnung der Transfer-Gates 321 im Vergleich zu 21 der ersten Modifikation eine annähernd kreisförmige Form auf. Bei dem in 25 dargestellten Beispiel sind, wie in der ersten Ausführungsform, das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung und das Floating-Diffusion-Gebiet 11 so angeordnet, dass sie bei Betrachtung von oben zwischen den Transfer-Gates 321 angeordnet sind.
  • Es sei angemerkt, dass in den in 21, 22, 24 und 25 dargestellten Beispielen der Außenrand des Transfer-Gates 321 eine annähernd quadratische Form aufweist, jedoch nicht zwangsweise eine solche quadratische Form aufweist und eine polygonale Form oder eine annähernd kreisförmige Form aufweisen kann.
  • Ferner, wie in 22 bis 25 dargestellt, kann das Floating-Diffusion-Gebiet 11 das Transfer-Gate 321 überlappen.
  • Als Nächstes werden Modifikationen einer Querschnittsstruktur des Transfer-Gates 321 und einer Querschnittsstruktur des peripheren Abschnitts des Transfer-Gates 321 beschrieben.
  • 26 ist eine Querschnittsansicht einer ersten Modifikation der Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Bei dem in 26 dargestellten Beispiel ist im Vergleich zu 19 der zweiten Ausführungsform ein oberer Abschnitt der Fotodiode PD so angeordnet, dass er in das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung, das sich zwischen den Transfer-Gates 321 befindet, vorsteht. Daher lassen sich das Gebiet der Fotodiode PD größer und die Übertragung der elektrischen Signalladungen zu dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 einfacher gestalten. Es sei angemerkt, dass das Ausschalten des Übertragungstransistors 32 schwierig werden kann, wenn sich die Fotodiode PD zu nahe an dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 befindet. Daher wird eine Grenzflächenposition zwischen der Fotodiode PD und dem Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung gemäß einer erforderlichen Sensorleistung oder dergleichen bestimmt. Bei dem in 26 dargestellten Beispiel ist wie in der ersten Ausführungsform das Floating-Diffusion-Gebiet 11 über den Transfer-Gates 321 angeordnet.
  • 27 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Modifikation der Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Bei dem in 27 dargestellten Beispiel ist im Vergleich zu 19 der zweiten Ausführungsform das Floating-Diffusion-Gebiet 11 in dem Halbleitersubstrat 13, also unterhalb der einen Hauptoberfläche S1, bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass bei dem in 27 dargestellten Beispiel die Halbleiterschicht 21 nicht bereitgestellt ist.
  • Die in 27 dargestellte Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine Isolierschicht 24. Die Isolierschicht 24 ist zusammen mit dem Transfer-Gate 321 in der Vertiefung T1 bereitgestellt. Das Transfer-Gate 321 ist an einer Position angeordnet, die tiefer als die eine Hauptoberfläche S1 in dem Halbleitersubstrat 13 ist. Daher ist bei dem in 27 dargestellten Beispiel die Vertiefung T1 mit dem sich vom Boden bis zur Hälfte der Vertiefung T1 erstreckend bereitgestellten Transfer-Gate 321 und mit der sich von einer oberen Oberfläche 321s des Transfer-Gates 321 zu der einen Hauptoberfläche S1 erstreckend bereitgestellten Isolierschicht 24 gefüllt. Ein Material der Isolierschicht 24 ist beispielsweise Siliziumoxid (SiO2) .
  • Das Floating-Diffusion-Gebiet 11 ist zwischen der einen Hauptoberfläche S1 und der oberen Oberfläche 321s angrenzend an die eine Hauptoberfläche S1 des Transfer-Gates 321 angeordnet. Bei dem in 27 dargestellten Beispiel ist das Floating-Diffusion-Gebiet 11 auf der gleichen Höhe wie die Isolierschicht 24 bereitgestellt. Bei dem in 27 dargestellten Beispiel ist wie in der ersten Ausführungsform das Floating-Diffusion-Gebiet 11 über dem Transfer-Gate 321 angeordnet. Es sei angemerkt, dass das Floating-Diffusion-Gebiet 11 nicht zwangsweise mit der gleichen Dicke wie die in 27 dargestellte Isolierschicht 24 bereitgestellt sein muss.
  • 28A bis 28E sind Querschnittsansichten der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 in 27, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 zeigen.
  • Zunächst wird, wie in 28A dargestellt, die Fotodiode PD innerhalb des Halbleitersubstrats 13 gebildet. Die Fotodiode PD wird beispielsweise durch Ionenimplantation gebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 28B dargestellt, die Vertiefung T1 in der einen Hauptoberfläche S1 gebildet. Genauer gesagt wird in der einen Hauptoberfläche S1 die Vertiefung T1 in den zweiten Gebieten A2 gebildet, zwischen denen von oben betrachtet das erste Gebiet A1 innerhalb des Außenrands des Fotodiodengebiets 60 angeordnet ist. Bei dem in 28B dargestellten Beispiel wird die Vertiefung T1 so gebildet, dass sie sich von der einen Hauptoberfläche S1 bis zu einer Tiefe erstreckt, bevor sie die Fotodiode PD erreicht.
  • Als Nächstes wird, wie in 28C dargestellt, die Metallschicht M1 innerhalb der Vertiefung T1 gebildet. Genauer gesagt wird die Metallschicht M1 so gebildet, dass sie die Vertiefung T1 bis zu einer vorbestimmten Höhe füllt, die niedriger als die eine Hauptoberfläche S1 ist. Daher wird die Metallschicht M1 so gebildet, dass die Vertiefung T1 teilweise mit der Metallschicht M1 gefüllt wird, damit die Metallschicht M1 nicht die Höhe des später zu bildenden Floating-Diffusion-Gebiets 11 erreicht. Dementsprechend wird das Transfer-Gate 321 an einer Position gebildet, die tiefer als die eine Hauptoberfläche S1 in dem Halbleitersubstrat 13 ist.
  • Als Nächstes wird, wie in 28D dargestellt, die Isolierschicht 24 über dem Transfer-Gate 321 gebildet, um die Vertiefung T1 bis zu der einen Hauptoberfläche S1 zu füllen.
  • Als Nächstes wird, wie in 28E dargestellt, das Floating-Diffusion-Gebiet 11 in dem Halbleitersubstrat 13 gebildet. Genauer gesagt wird das Floating-Diffusion-Gebiet 11 in dem ersten Gebiet A1 gebildet, das sich zwischen der einen Hauptoberfläche S1 und der oberen Oberfläche 321s des Transfer-Gates 321 befindet.
  • Danach wird der Deckschichtfilm 22 über der einen Hauptoberfläche S1 gebildet, und die Kontakte 23a und 23b werden gebildet, wodurch die Fertigstellung der in 27 dargestellten Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 erreicht wird.
  • 29 ist eine Querschnittsansicht einer dritten Modifikation der Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Bei dem in 29 dargestellten Beispiel ist im Vergleich zu 19 der ersten Ausführungsform eine Schicht, deren Material sich von dem Halbleitersubstrat 13 unterscheidet, in dem Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung zwischen den Transfer-Gates 321 bereitgestellt.
  • Die in 29 dargestellte Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine Materialschicht 25. Die Materialschicht 25 ist in dem Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung bereitgestellt. Daher ist die Materialschicht 25 so angeordnet, dass sie zwischen dem Transfer-Gate 321 angeordnet ist. Ferner ist die Materialschicht 25 zwischen der Fotodiode PD und dem Floating-Diffusion-Gebiet 11 bereitgestellt.
  • Ein Material der Materialschicht 25 weist at eine höhere Mobilität der elektrischen Ladungen als das Material des Halbleitersubstrats 13 (beispielsweise Si) auf. Daher ist es möglich, die Übertragungseffizienz der elektrischen Signalladung zu verbessern. Das Material der Materialschicht 25 ist beispielsweise InGaAs oder SiGe.
  • 30A bis 30E sind Querschnittsansichten der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 in 29, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 zeigen.
  • Zuerst wird, wie in 20A der ersten Ausführungsform, die Fotodiode PD innerhalb des Halbleitersubstrats 13 gebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 30A dargestellt, eine Vertiefung T2 in der einen Hauptoberfläche S1 des Halbleitersubstrats 13 gebildet. Genauer gesagt wird die Vertiefung T2 sowohl in dem ersten Gebiet A1 als auch in den zweiten Gebieten A2 der einen Hauptoberfläche S1 gebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 30B dargestellt, die Materialschicht 25 innerhalb der Aussparung T2 gebildet. Die Materialschicht 25 wird beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) gebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 30C dargestellt, eine Aussparung T3 in der Materialschicht 25 gebildet. Genauer gesagt wird die Aussparung T3 in den zweiten Gebieten A2 der Materialschicht 25 gebildet. Daher ist es möglich, die Vertiefung T3 an der gleichen Position wie die Vertiefung T1 in 20B der ersten Ausführungsform zu bilden. Das heißt, die Materialschicht 25, die ein Material enthält, das eine höhere Mobilität der elektrischen Ladungen aufweist als das Material des Halbleitersubstrats 13, ist in dem Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung gebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 30D dargestellt, die Metallschicht M1 innerhalb der Vertiefung T3 gebildet. Als Ergebnis wird das Transfer-Gate 321 gebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 30E dargestellt, die Halbleiterschicht 21 über der einen Hauptoberfläche S1 gebildet. Als Nächstes wird das Floating-Diffusion-Gebiet 11 in der Halbleiterschicht 21 gebildet.
  • Danach wird der Deckschichtfilm 22 über der Halbleiterschicht 21 gebildet, und die Kontakte 23a und 23b werden gebildet, wodurch die Fertigstellung der in 29 dargestellten Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 erreicht wird.
  • 31 ist eine Querschnittsansicht einer vierten Modifikation der Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Bei dem in 31 dargestellten Beispiel ist im Vergleich zu 29 der dritten Modifikation die Fotodiode PD so bereitgestellt, dass sie in das Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung vorsteht. Daher ist die vierte Modifikation eine Kombination aus der in 26 dargestellten ersten Modifikation und der in 29 dargestellten dritten Modifikation.
  • 32 ist eine Querschnittsansicht einer fünften Modifikation der Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Bei dem in 32 dargestellten Beispiel besteht im Vergleich zu 29 der dritten Modifikation die Halbleiterschicht 21 aus einem anderen Material als das Halbleitersubstrat 13. Die Halbleiterschicht 21 weist zum Beispiel das gleiche Material wie die Materialschicht 25 auf. Daher ist es möglich, die Charakteristiken der Übertragung elektrischer Ladung in der Halbleiterschicht 21 zu verbessern.
  • 33 ist eine Querschnittsansicht einer sechsten Modifikation der Querschnittsstruktur der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • Bei dem in 33 dargestellten Beispiel ist im Vergleich zu 27 der zweiten Modifikation eine Schicht, deren Material sich von dem Halbleitersubstrat 13 unterscheidet, in dem Gebiet 322 zur Übertragung elektrischer Ladung bereitgestellt. Daher ist die sechste Modifikation eine Kombination der zweiten Modifikation von 27 und der dritten Modifikation von 29. Ferner ist in dem in 33 dargestellten Beispiel das Floating-Diffusion-Gebiet 11 innerhalb der Materialschicht 25 bereitgestellt.
  • 34A bis 34E sind Querschnittsansichten der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 in 33, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 zeigen.
  • Zuerst wird, wie in 28A der zweiten Modifikation, die Fotodiode PD innerhalb des Halbleitersubstrats 13 gebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 34A dargestellt, die Vertiefung T2 in der einen Hauptoberfläche S1 des Halbleitersubstrats 13 gebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 34B dargestellt, die Materialschicht 25 innerhalb der Aussparung T2 gebildet. Die Materialschicht 25 wird beispielsweise durch CVD gebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 34C dargestellt, die Aussparung T3 in der Materialschicht 25 gebildet.
  • Als Nächstes wird, wie in 34D dargestellt, die Metallschicht M1 innerhalb der Vertiefung T3 gebildet. Genauer gesagt wird die Metallschicht M1 so gebildet, dass sie die Vertiefung T3 bis zu einer vorbestimmten Höhe füllt, die niedriger als die eine Hauptoberfläche S1 ist. Als Ergebnis wird das Transfer-Gate 321 an einer Position gebildet, die tiefer als die eine Hauptoberfläche S1 ist.
  • Als Nächstes wird, wie in 34E dargestellt, die Isolierschicht 24 über dem Transfer-Gate 321 gebildet, um die Vertiefung T3 bis zu der einen Hauptoberfläche S1 zu füllen. Als Nächstes wird das Floating-Diffusion-Gebiet 11 in dem ersten Gebiet A1 gebildet, in dem die Materialschicht 25 angeordnet ist.
  • Danach wird der Deckschichtfilm 22 über der einen Hauptoberfläche S1 gebildet, und die Kontakte 23a und 23b werden gebildet, wodurch die Fertigstellung der in 33 dargestellten Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 erreicht wird.
  • Es sei angemerkt, dass in der zweiten Ausführungsform die Kombination der Modifikationen nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt ist.
  • Die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann als eine Vorderseitenbeleuchtungs-Festkörperbildgebungsvorrichtung verwendet werden, bei der die vordere Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 13 mit Licht beleuchtet wird, oder kann als eine Rückseitenbeleuchtungs-Festkörperbildgebungsvorrichtung verwendet werden, bei der die Rückseite des Halbleitersubstrats 13 mit Licht beleuchtet wird. Im Fall der Vorderseitenbeleuchtung trifft Licht durch die On-Chip-Linse, einen Farbfilterfilm und dergleichen auf der vorderen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 13 auf, und im Fall der Rückseitenbeleuchtung trifft Licht durch die On-Chip-Linse, den Farbfilterfilm und dergleichen auf der hinteren Oberflächenseite des Halbleitersubstrats 13 auf.
  • <Anwendungsbeispiel für ein sich bewegendes Objekt>
  • Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung (die vorliegende Technologie) ist auf verschiedene Produkte anwendbar. Zum Beispiel kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung als eine Vorrichtung implementiert werden, die auf einer beliebigen Art von sich bewegendem Objekt, wie etwa einem Automobil, einem Elektroauto, einem Hybridelektroauto, einem Motorrad, einem Fahrrad, einem Personentransporter, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff und einem Roboter, installiert ist.
  • 35 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuersystems als Beispiel eines Mobilkörpersteuersystems zeigt, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet werden kann.
  • Das Fahrzeugsteuersystem 12000 umfasst mehrere elektronische Steuereinheiten, die über ein Kommunikationsnetz 12001 miteinander verbunden sind. Bei dem in 35 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuersystem 12000 eine Antriebssystemsteuereinheit 12010, eine Karosseriesystemsteuereinheit 12020 eine Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030, eine Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 und eine integrierte Steuereinheit 12050. Ferner werden ein Mikrocomputer 12051, ein Ton/Bild-Ausgabeabschnitt 12052 und eine Fahrzeugbordnetzschnittstelle (SST) 12053 als eine Funktionskonfiguration der integrierten Steuereinheit 12050 dargestellt.
  • Die Antriebssystemsteuereinheit 12010 steuert den Betrieb von Vorrichtungen im Zusammenhang mit dem Antriebssystem des Fahrzeugs gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Zum Beispiel dient die Antriebssystemsteuereinheit 12010 als eine Steuervorrichtung für eine Antriebskrafterzeugungsvorrichtung zum Erzeugen der Antriebskraft des Fahrzeugs, wie etwa einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor oder dergleichen, einen Antriebskraftübertragungsmechanismus zum Übertragen der Antriebskraft an Räder, einen Lenkmechanismus zum Anpassen des Lenkwinkels des Fahrzeugs, eine Bremsvorrichtung zum Erzeugen der Bremskraft des Fahrzeugs und dergleichen.
  • Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 steuert den Betrieb verschiedener Arten von Vorrichtungen, die an einer Fahrzeugkarosserie bereitgestellt sind, gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 dient zum Beispiel als eine Steuervorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein Smart-Schlüssel-System, eine elektrische Fensterhebervorrichtung oder verschiedene Arten von Lampen, wie etwa einen Scheinwerfer, eine Rückleuchte, ein Bremslicht, ein Fahrtrichtungssignal, ein Nebellicht oder dergleichen. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer mobilen Vorrichtung übertragen werden, als eine Alternative zu einem Schlüssel oder Signale verschiedener Arten von Schaltern in die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 eingegeben werden. Die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 empfängt diese eingegebenen Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, die elektrische Fensterhebervorrichtung, die Lampen oder dergleichen des Fahrzeugs.
  • Die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 detektiert Informationen über den Außenbereich des Fahrzeugs, das das Fahrzeugsteuersystem 12000 umfasst. Zum Beispiel ist die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 mit einem Bildgebungsabschnitt 12031 verbunden. Die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 bewirkt, dass der Bildgebungsabschnitt 12031 ein Bild des Außenbereichs des Fahrzeugs bildlich erfasst, und empfängt das bildlich erfasste Bild. Basierend auf dem empfangenen Bild kann die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 eine Verarbeitung zum Detektieren eines Objekts, wie etwa eines Menschen, eines Fahrzeugs, eines Hindernisses, eines Zeichens, eines Symbols auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen oder eine Verarbeitung zum Detektieren einer Entfernung zu diesen durchführen.
  • Der Bildgebungsabschnitt 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und der ein elektrisches Signal ausgibt, das einer empfangenen Lichtmenge des Lichts entspricht. Der Bildgebungsabschnitt 12031 kann das elektrische Signal als ein Bild ausgeben oder kann das elektrische Signal als Informationen über eine gemessene Entfernung ausgeben. Außerdem kann das Licht, das durch den Bildgebungsabschnitt 12031 empfangen wird, sichtbares Licht sein oder kann nichtsichtbares Licht, wie etwa Infrarotstrahlen oder dergleichen, sein.
  • Die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 detektiert Informationen über den Innenbereich des Fahrzeugs. Die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 ist zum Beispiel mit einem Fahrerzustandsdetektionsabschnitt 12041 verbunden, der den Zustand eines Fahrers detektiert. Der Fahrerzustandsdetektionsabschnitt 12041 umfasst zum Beispiel eine Kamera, die den Fahrer bildlich erfasst. Basierend auf Detektionsinformationen, die von dem Fahrerzustandsdetektionsabschnitt 12041 eingegeben werden, kann die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 einen Ermüdungsgrad des Fahrers oder einen Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen, oder kann bestimmen, ob der Fahrer döst.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuersollwert für die Antriebskrafterzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus oder die Bremsvorrichtung basierend auf den Informationen über den Innenbereich oder den Außenbereich des Fahrzeugs berechnen, wobei die Informationen durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 oder die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 erfasst werden, und einen Steuerbefehl an die Antriebssystemsteuereinheit 12010 ausgeben. Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, die zum Implementieren von Funktionen eines Fahrassistenzsystems (FAS) bereitgestellt ist, dessen Funktionen eine Kollisionsvermeidung oder Stoßabschwächung für das Fahrzeug, eine Folgefahrt basierend auf einer Folgeentfernung, eine Fahrt mit Fahrzeuggeschwindigkeitsbeibehaltung, eine Fahrzeugkollisionswarnung, eine Fahrzeugspurverlassenswarnung oder dergleichen umfassen.
  • Außerdem kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, bereitgestellt für automatisiertes Fahren, was bewirkt, dass das Fahrzeug automatisiert ohne Abhängigkeit von der Bedienung des Fahrers fährt, oder dergleichen, indem die Antriebskrafterzeugungsvorrichtung, der Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung oder dergleichen basierend auf den Informationen über den Außenbereich oder den Innenbereich des Fahrzeugs gesteuert werden, wobei die Informationen durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 oder die Fahrzeuginnenbereichsinformationsdetektionseinheit 12040 erhalten werden.
  • Darüber hinaus kann der Mikrocomputer 12051 einen Steuerbefehl an die Karosseriesystemsteuereinheit 12020 basierend auf den Informationen über den Außenbereich des Fahrzeugs ausgeben, wobei die Informationen durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 erhalten werden. Der Mikrocomputer 12051 kann zum Beispiel eine kooperative Steuerung durchführen, die auf das Verhindern einer Blendung abzielt, indem der Scheinwerfer so gesteuert wird, dass er zum Beispiel von einem Fernlicht zu einem Abblendlicht gemäß der Position eines vorausfahrenden Fahrzeuges oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs wechselt, das durch die Fahrzeugaußenbereichsinformationsdetektionseinheit 12030 detektiert wird.
  • Der Ton/Bild-Ausgabeabschnitt 12052 überträgt ein Ausgabesignal eines Tons und/oder eines Bilds an eine Ausgabevorrichtung, die dazu in der Lage ist, einem Insassen des Fahrzeuges oder dem Außenbereich des Fahrzeugs Informationen visuell oder akustisch mitzuteilen. Bei dem Beispiel von 35 werden ein Audiolautsprecher 12061, ein Anzeigeabschnitt 12062 und ein Armaturenbrett 12063 als die Ausgabevorrichtung veranschaulicht. Der Anzeigeabschnitt 12062 kann zum Beispiel eine On-Board-Anzeige und/oder eine Head-Up-Anzeige umfassen.
  • 36 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Installationsposition des Bildgebungsabschnitts 12031 darstellt.
  • In 36 umfasst ein Fahrzeug 12100 Bildgebungsabschnitte 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 als den Bildgebungsabschnitt 12031.
  • Die Bildgebungsabschnitte 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind zum Beispiel bei Positionen an einem Vorderende, Seitenspiegeln, einem hinteren Stoßfänger und einer Hecktür des Fahrzeugs 12100 sowie einer Position auf einem oberen Teil einer Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs angeordnet. Der Bildgebungsabschnitt 12101, der an dem Vorderende bereitgestellt ist, und der Bildgebungsabschnitt 12105, der an dem oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs bereitgestellt ist, erhalten hauptsächlich ein Bild der Vorderseite des Fahrzeugs 12100. Die Bildgebungsabschnitte 12102 und 12103, die an den Seitenspiegeln bereitgestellt sind, erhalten hauptsächlich ein Bild der Seiten des Fahrzeugs 12100. Der Bildgebungsabschnitt 12104, der am hinteren Stoßfänger oder an der Hecktür bereitgestellt ist, erhält hauptsächlich ein Bild der Hinterseite des Fahrzeugs 12100. Die durch die Bildgebungsabschnitte 12101 und 12105 erfassten Bilder der Vorderseitenansicht werden hauptsächlich verwendet, um ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, eine Verkehrsampel, ein Verkehrszeichen, eine Fahrspur oder dergleichen zu detektieren.
  • Es sei angemerkt, dass 36 ein Beispiel jeweiliger Bildgebungsbereiche der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 darstellt. Ein Bildgebungsbereich 12111 repräsentiert den Bildgebungsbereich des an dem Vorderende bereitgestellten Bildgebungsabschnitts 12101. Die Bildgebungsbereiche 12112 und 12113 repräsentieren jeweils die Bildgebungsbereiche der Bildgebungsabschnitte 12102 und 12103, die an den Seitenspiegeln bereitgestellt sind. Ein Bildgebungsbereich 12114 repräsentiert den Bildgebungsbereich des Bildgebungsabschnitts 12104, der an dem hinteren Stoßfänger oder der Hecktür bereitgestellt ist. Ein von oben gesehenes Vogelperspektivenbild des Fahrzeugs 12100 wird zum Beispiel durch Überlagern von Bilddaten, die durch die Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 abgebildet werden, erhalten.
  • Mindestens einer der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erhalten von Abstandsinformationen aufweisen. Zum Beispiel kann mindestens einer der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die aus mehreren Bildgebungselementen besteht, oder kann ein Bildgebungselement mit Pixeln zur Phasendifferenzdetektion sein.
  • Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 einen Abstand zu jedem dreidimensionalen Objekt innerhalb der Bildgebungsbereiche 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung des Abstands (relative Geschwindigkeit bezüglich des Fahrzeugs 12100) basierend auf den Abstandsinformationen, die von den Bildgebungsabschnitten 12101 bis 12104 erhalten werden, bestimmen und dadurch ein nächstes dreidimensionales Objekt, das insbesondere auf einem Bewegungspfad des Fahrzeugs 12100 vorhanden ist und das im Wesentlichen in der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 12100 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit fährt (zum Beispiel gleich oder größer als 0 km/h) als ein vorausfahrendes Fahrzeug extrahieren. Ferner kann der Mikrocomputer 12051 einen Folgeabstand, der zu dem vorausfahrenden Fahrzeug einzuhalten ist, im Voraus einstellen und kann eine automatische Bremssteuerung (einschließlich einer Folgestoppsteuerung), eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich einer Folgestartsteuerung) oder dergleichen durchführen. Es ist dementsprechend möglich, eine kooperative Steuerung durchzuführen, die auf das automatisierte Fahren abzielt, das bewirkt, dass das Fahrzeug automatisiert ohne Abhängigkeit von einer Bedienung des Fahrers oder dergleichen fährt.
  • Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 12051 dreidimensionale Objektdaten über dreidimensionale Objekte in dreidimensionale Objektdaten eines zweirädrigen Fahrzeugs, eines Fahrzeugs mit Standardgröße, eines Fahrzeugs mit großer Größe, eines Fußgängers, eines Strommasts und anderer dreidimensionaler Objekte basierend auf den Abstandsinformationen, die von den Bildgebungsabschnitten 12101 bis 12104 erhalten werden, klassifizieren, die klassifizierten dreidimensionalen Objektdaten extrahieren und die extrahierten dreidimensionalen Objektdaten für eine automatische Vermeidung eines Hindernisses verwenden. Zum Beispiel identifiziert der Mikrocomputer 12051 Hindernisse um das Fahrzeug 12100 herum als Hindernisse, die der Fahrer des Fahrzeugs 12100 visuell erkennen kann, und Hindernisse, die der Fahrer des Fahrzeugs 12100 schwer visuell erkennen kann. Dann bestimmt der Mikrocomputer 12051 ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko für eine Kollision mit jedem Hindernis angibt. In einer Situation, in der das Kollisionsrisiko gleich einem oder höher als ein festgelegter Wert ist und es dementsprechend eine Möglichkeit einer Kollision gibt, gibt der Mikrocomputer 12051 eine Warnung an den Fahrer über den Audiolautsprecher 12061 oder den Anzeigeabschnitt 12062 aus und führt eine erzwungene Verlangsamung oder eine Ausweichlenkung über die Antriebssystemsteuereinheit 12010 durch. Der Mikrocomputer 12051 kann somit das Fahren unterstützen, um eine Kollision zu vermeiden.
  • Mindestens einer der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Der Mikrocomputer 12051 kann zum Beispiel einen Fußgänger erkennen, indem er bestimmt, ob es einen Fußgänger in bildlich erfassten Bildern der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 gibt. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird zum Beispiel durch eine Prozedur zum Extrahieren von charakteristischen Punkten in den bildlich erfassten Bildern der Bildgebungsabschnitte 12101 bis 12104 als Infrarotkameras und eine Prozedur zum Bestimmen, ob es der Fußgänger ist oder nicht, durchgeführt, indem eine Musterabgleichverarbeitung an einer Reihe von charakteristischen Punkten, die die Kontur des Objekts repräsentieren, durchgeführt wird. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass es in den bildlich erfassten Bildern der Bildaufnahmeabschnitte 12101 bis 12104 einen Fußgänger gibt, und dementsprechend den Fußgänger erkennt, steuert der Ton/Bild-Ausgabeabschnitt 12052 den Anzeigeabschnitt 12062 derart, dass eine quadratische Konturlinie zur Hervorhebung so angezeigt wird, dass sie auf dem erkannten Fußgänger überlagert wird. Der Ton/Bild-Ausgabeabschnitt 12052 kann den Anzeigeabschnitt 12062 auch so steuern, dass ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger repräsentiert, an einer gewünschten Position angezeigt wird.
  • Oben wurde ein Beispiel des Fahrzeugsteuersystems, auf das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist, beschrieben. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung ist unter den oben beschriebenen Konfigurationen beispielsweise auf die Bildgebungsabschnitte 12031, 12101, 12102, 12103, 12104, 12105, den Fahrerzustandsdetektionsabschnitt 12041 und dergleichen anwendbar. Insbesondere ist die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 der vorliegenden Offenbarung zum Beispiel auf solche Bildgebungsabschnitte und Detektionsabschnitte anwendbar. Dann wird es durch Anwenden der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich, eine Beeinträchtigung von Bildgebungsausnahmen zu unterdrücken, sodass es möglich ist, eine sicherere Fahrt eines Fahrzeugs zu erreichen.
  • Es sei angemerkt, dass die vorliegende Technologie die folgenden Konfigurationen aufweisen kann.
    1. (1) Eine Festkörperbildgebungsvorrichtung, die Folgendes umfasst:
      • einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt, der innerhalb eines Halbleitersubstrats bereitgestellt ist, wobei der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt dazu ausgelegt ist, elektrische Ladungen gemäß einer Menge an empfangenem Licht zu erzeugen;
      • mehrere vertikale Transfer-Gates, die zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt und einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats angeordnet und in einer Richtung entlang einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats voneinander beabstandet sind, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates jeweils dazu ausgelegt sind, die Übertragung der durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen steuern; und
      • einen Speicherabschnitt für elektrische Ladung, der zwischen den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung dazu ausgelegt ist, die durch die mehreren vertikalen Transfer-Gates übertragenen elektrischen Ladungen zu speichern.
    2. (2) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (1), ferner umfassend mehrere planare Transfer-Gates, die auf der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats entlang der einen Hauptoberfläche angeordnet sind, wobei die mehreren planaren Transfer-Gates jeweils mit einem entsprechenden der mehreren vertikalen Transfer-Gates elektrisch verbunden sind.
    3. (3) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (2), wobei die mehreren planaren Transfer-Gates so angeordnet sind, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind, um bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats zumindest einen Teil eines Außenumfangs des Speicherabschnitts für elektrische Ladung abzudecken.
    4. (4) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (3), wobei bei Betrachtung aus der Normalenrichtung ein Außenrand der mehreren elektrisch miteinander verbundenen planaren Transfer-Gates eine polygonale Form aufweist.
    5. (5) Eine Festkörperbildgebungsvorrichtung, die Folgendes umfasst:
      • einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt, der innerhalb eines Halbleitersubstrats bereitgestellt ist, wobei der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt dazu ausgelegt ist, elektrische Ladungen gemäß einer Menge an empfangenem Licht zu erzeugen;
      • mehrere Transfer-Gates, die zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt und einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats angeordnet und in einer Richtung entlang einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats voneinander beabstandet sind, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates jeweils dazu ausgelegt sind, die Übertragung der durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen zu steuern, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei ein Übertragungsgebiet für elektrische Ladung, über das die durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen übertragen werden, zwischen den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist; und
      • einen Speicherabschnitt für elektrische Ladung, der benachbart zu der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats relativ zu den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung dazu ausgelegt ist, die von dem Übertragungsgebiet für elektrische Ladung übertragenen elektrischen Ladungen zu speichern.
    6. (6) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (5), die ferner Folgendes umfasst:
      • eine Halbleiterschicht, die auf einer Seite der einen Hauptoberfläche angeordnet ist, die von den mehreren vertikalen Transfer-Gates entfernt ist, wobei
      • der Speicherabschnitt für elektrische Ladung innerhalb der Halbleiterschicht angeordnet ist.
    7. (7) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (6), wobei eine Kristallorientierung eines Halbleiterkristalls der Halbleiterschicht einer Kristallorientierung eines Halbleiterkristalls des Halbleitersubstrats entspricht.
    8. (8) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (5), wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates an Positionen angeordnet sind, die tiefer als die eine Hauptoberfläche in dem Halbleitersubstrat liegen, und der Speicherabschnitt für elektrische Ladung zwischen der einen Hauptoberfläche und Oberflächen der mehreren vertikalen Transfer-Gates benachbart zu der einen Hauptoberfläche angeordnet ist.
    9. (9) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (5) bis (8), wobei der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt so bereitgestellt ist, dass er teilweise in das Übertragungsgebiet für elektrische Ladung zwischen den mehreren vertikalen Transfer-Gates vorsteht.
    10. (10) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (5) bis (9), wobei ein Material des Übertragungsgebiets für elektrische Ladung eine höhere Mobilität der elektrischen Ladungen als ein Material des Halbleitersubstrats aufweist.
    11. (11) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (5) bis (10), wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates so angeordnet sind, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind, um bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats zumindest einen Teil eines Außenumfangs des Speicherabschnitts für elektrische Ladung abzudecken.
    12. (12) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (11), wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats innerhalb eines Außenrands des fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts angeordnet ist.
    13. (13) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (12), wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung bei Betrachtung aus der Normalenrichtung annähernd in einer Mitte des fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts angeordnet ist.
    14. (14) Die Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (13), wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung und die mehreren vertikalen Transfer-Gates für jeden fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt bereitgestellt sind.
    15. (15) Ein Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
      • Bilden eines fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts innerhalb eines Halbleitersubstrats, wobei der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt dazu ausgelegt ist, elektrische Ladungen gemäß einer Menge an empfangenem Licht zu erzeugen;
      • Bilden mehrerer Transfer-Gates, die zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt und einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats angeordnet und in einer Richtung entlang einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats voneinander beabstandet sind, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates jeweils dazu ausgelegt sind, die Übertragung der durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen zu steuern, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei ein Übertragungsgebiet für elektrische Ladung, über das die durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen übertragen werden, zwischen den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist; und
      • Bilden eines Speicherabschnitts für elektrische Ladung, der benachbart zu der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats relativ zu den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung dazu ausgelegt ist, die von dem Übertragungsgebiet für elektrische Ladung übertragenen elektrischen Ladungen zu speichern.
    16. (16) Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (15), wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst:
      • Bilden, vor dem Bilden des Speicherabschnitts für elektrische Ladung, einer Halbleiterschicht, die auf einer Seite der einen Hauptoberfläche angeordnet ist, die von den mehreren vertikalen Transfer-Gates entfernt ist; und
      • Bilden des Speicherabschnitts für elektrische Ladung innerhalb der Halbleiterschicht.
    17. (17) Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (16), wobei das Verfahren ferner epitaxiales Aufwachsen eines Halbleiterkristalls zum Bilden der Halbleiterschicht umfasst.
    18. (18) Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach (15), wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Bilden der mehreren vertikalen Transfer-Gates an Positionen, die tiefer als die eine Hauptoberfläche in dem Halbleitersubstrat liegen; und Bilden, nach dem Bilden der mehreren vertikalen Transfer-Gates, des Speicherabschnitts für elektrische Ladung zwischen der einen Hauptoberfläche und Oberflächen der mehreren vertikalen Transfer-Gates benachbart zu der einen Hauptoberfläche.
    19. (19) Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (15) bis (18), wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst:
      • Bilden, vor dem Bilden der mehreren Transfer-Gates, einer Materialschicht, die eine höhere Mobilität der elektrischen Ladungen als ein Material des Halbleitersubstrats in dem Übertragungsgebiet für elektrische Ladung aufweist.
    20. (20) Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (15) bis (19), wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst:
      • Bilden der mehreren vertikalen Transfer-Gates, die so angeordnet sind, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind, um bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats einen Außenumfang des Speicherabschnitts für elektrische Ladung abzudecken.
    21. (21) Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (15) bis (20), wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst:
      • Bilden des Speicherabschnitts für elektrische Ladung innerhalb eines Außenrands des fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung des Halbleitersubstrats.
    22. (22) Das Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach einem von (15) bis (21), wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst:
      • Bilden des fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts durch Ionenimplantation.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die oben beschriebenen einzelnen Ausführungsformen beschränkt und umfassen verschiedene Modifikationen, die Fachleuten ersichtlich sind, und die Wirkungen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die oben beschriebenen Inhalte beschränkt. Das heißt, es können verschiedene Hinzufügungen, Modifikationen und teilweise Streichungen vorgenommen werden, ohne von der konzeptionellen Idee und dem Wesen der vorliegenden Offenbarung, abgeleitet von den in den Ansprüchen und Äquivalenten davon dargelegten Inhalten, abzuweichen.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Festkörperbildgebungsvorrichtung
    2
    Pixel
    11
    Floating-Diffusion-Gebiet
    12a bis 12d
    Vertikale Gate-Elektrode
    13
    Halbleitersubstrat
    19
    Planare Gate-Elektrode
    21
    Halbleiterschicht
    23a bis 23b
    Kontakt
    24
    Isolationsschicht
    25
    Materialschicht
    32
    Übertragungstransistor
    321
    Transfer-Gate
    321
    Obere Oberfläche
    322
    Gebiet zur Übertragung elektrischer Ladung
    33
    FD-Abschnitt
    60
    Fotodiodengebiet
    A1
    Erstes Gebiet
    A2
    Zweites Gebiet
    PD
    Fotodiode
    S1
    Eine Hauptoberfläche
    T1 bis T3
    Vertiefung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2010114273 [0004]

Claims (22)

  1. Festkörperbildgebungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt, der innerhalb eines Halbleitersubstrats bereitgestellt ist, wobei der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt dazu ausgelegt ist, elektrische Ladungen gemäß einer Menge an empfangenem Licht zu erzeugen; mehrere vertikale Transfer-Gates, die zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt und einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats angeordnet und in einer Richtung entlang einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats voneinander beabstandet sind, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates jeweils dazu ausgelegt sind, die Übertragung der durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen steuern; und einen Speicherabschnitt für elektrische Ladung, der zwischen den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung dazu ausgelegt ist, die durch die mehreren vertikalen Transfer-Gates übertragenen elektrischen Ladungen zu speichern.
  2. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend mehrere planare Transfer-Gates, die auf der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats entlang der einen Hauptoberfläche angeordnet sind, wobei die mehreren planaren Transfer-Gates jeweils mit einem entsprechenden der mehreren vertikalen Transfer-Gates elektrisch verbunden sind.
  3. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die mehreren planaren Transfer-Gates so angeordnet sind, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind, um bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats zumindest einen Teil eines Außenumfangs des Speicherabschnitts für elektrische Ladung abzudecken.
  4. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei bei Betrachtung aus der Normalenrichtung ein Außenrand der mehreren planaren Transfer-Gates, die so angeordnet sind, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind, um den Außenumfang des Speicherabschnitts für elektrische Ladung abzudecken, eine polygonale Form aufweist.
  5. Festkörperbildgebungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt, der innerhalb eines Halbleitersubstrats bereitgestellt ist, wobei der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt dazu ausgelegt ist, elektrische Ladungen gemäß einer Menge an empfangenem Licht zu erzeugen; mehrere Transfer-Gates, die zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt und einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats angeordnet und in einer Richtung entlang einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats voneinander beabstandet sind, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates jeweils dazu ausgelegt sind, die Übertragung der durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen zu steuern, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei ein Übertragungsgebiet für elektrische Ladung, über das die durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen übertragen werden, zwischen den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist; und einen Speicherabschnitt für elektrische Ladung, der benachbart zu der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats relativ zu den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung dazu ausgelegt ist, die von dem Übertragungsgebiet für elektrische Ladung übertragenen elektrischen Ladungen zu speichern.
  6. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner Folgendes umfasst: eine Halbleiterschicht, die auf einer Seite der einen Hauptoberfläche angeordnet ist, die von den mehreren vertikalen Transfer-Gates entfernt ist, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung innerhalb der Halbleiterschicht angeordnet ist.
  7. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Kristallorientierung eines Halbleiterkristalls der Halbleiterschicht einer Kristallorientierung eines Halbleiterkristalls des Halbleitersubstrats entspricht.
  8. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates an Positionen angeordnet sind, die tiefer als die eine Hauptoberfläche in dem Halbleitersubstrat liegen, und der Speicherabschnitt für elektrische Ladung zwischen der einen Hauptoberfläche und Oberflächen der mehreren vertikalen Transfer-Gates benachbart zu der einen Hauptoberfläche angeordnet ist.
  9. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt so bereitgestellt ist, dass er teilweise in das Übertragungsgebiet für elektrische Ladung zwischen den mehreren vertikalen Transfer-Gates vorsteht.
  10. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei ein Material des Übertragungsgebiets für elektrische Ladung eine höhere Mobilität der elektrischen Ladungen als ein Material des Halbleitersubstrats aufweist.
  11. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates so angeordnet sind, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind, um bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats zumindest einen Teil eines Außenumfangs des Speicherabschnitts für elektrische Ladung abzudecken.
  12. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats innerhalb eines Außenrands des fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts angeordnet ist.
  13. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung bei Betrachtung aus der Normalenrichtung annähernd in einer Mitte des fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts angeordnet ist.
  14. Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung und die mehreren vertikalen Transfer-Gates für jeden fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt bereitgestellt sind.
  15. Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bilden eines fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts innerhalb eines Halbleitersubstrats, wobei der fotoelektrische Umwandlungsabschnitt dazu ausgelegt ist, elektrische Ladungen gemäß einer Menge an empfangenem Licht zu erzeugen; Bilden mehrerer Transfer-Gates, die zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt und einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats in einer Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats angeordnet und in einer Richtung entlang einer Substratoberfläche des Halbleitersubstrats voneinander beabstandet sind, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates jeweils dazu ausgelegt sind, die Übertragung der durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen zu steuern, wobei die mehreren vertikalen Transfer-Gates voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei ein Übertragungsgebiet für elektrische Ladung, über das die durch den fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt erzeugten elektrischen Ladungen übertragen werden, zwischen den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist; und Bilden eines Speicherabschnitts für elektrische Ladung, der benachbart zu der einen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats relativ zu den mehreren vertikalen Transfer-Gates angeordnet ist, wobei der Speicherabschnitt für elektrische Ladung dazu ausgelegt ist, die von dem Übertragungsgebiet für elektrische Ladung übertragenen elektrischen Ladungen zu speichern.
  16. Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Bilden, vor dem Bilden des Speicherabschnitts für elektrische Ladung, einer Halbleiterschicht, die auf einer Seite der einen Hauptoberfläche angeordnet ist, die von den mehreren vertikalen Transfer-Gates entfernt ist; und Bilden des Speicherabschnitts für elektrische Ladung innerhalb der Halbleiterschicht.
  17. Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Verfahren ferner epitaxiales Aufwachsen eines Halbleiterkristalls zum Bilden der Halbleiterschicht umfasst.
  18. Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Bilden der mehreren vertikalen Transfer-Gates an Positionen, die tiefer als die eine Hauptoberfläche in dem Halbleitersubstrat liegen; und Bilden, nach dem Bilden der mehreren vertikalen Transfer-Gates, des Speicherabschnitts für elektrische Ladung zwischen der einen Hauptoberfläche und Oberflächen der mehreren vertikalen Transfer-Gates benachbart zu der einen Hauptoberfläche.
  19. Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Bilden, vor dem Bilden der mehreren Transfer-Gates, einer Materialschicht, die eine höhere Mobilität der elektrischen Ladungen als ein Material des Halbleitersubstrats in dem Übertragungsgebiet für elektrische Ladung aufweist.
  20. Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Bilden der mehreren vertikalen Transfer-Gates, die so angeordnet sind, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind, um bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung der Substratoberfläche des Halbleitersubstrats zumindest einen Teil eines Außenumfangs des Speicherabschnitts für elektrische Ladung abzudecken.
  21. Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Bilden des Speicherabschnitts für elektrische Ladung innerhalb eines Außenrands des fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts bei Betrachtung aus einer Normalenrichtung des Halbleitersubstrats.
  22. Verfahren zum Herstellen einer Festkörperbildgebungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Bilden des fotoelektrischen Umwandlungsabschnitts durch Ionenimplantation.
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