DE112022003084T5 - Bildgebungsvorrichtung, elektronische einrichtung - Google Patents

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Tetsuya Uchida
Shinji Miyazawa
Takeshi Ishizaki
Hirosato Shintaku
Hiroshi Horikoshi
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Abstract

Die vorliegende Technologie betrifft Folgendes: ein Bildgebungselement, das zum Erweitern eines Dynamikumfangs ohne Reduzieren der elektrischen Sättigungsladungsmenge einer Fotodiode in der Lage ist; und eine elektronische Vorrichtung. Die vorliegende Erfindung umfasst Folgendes: eine fotoelektrische Umwandlungseinheit zum Umwandeln von Licht in eine elektrische Ladung; mehrere Akkumulationsteile zum temporären Akkumulieren der elektrischen Ladung; mehrere Transferteile zum Transferieren der elektrischen Ladung zu den Akkumulationsteilen; und einen Durchgangsgraben zum Separieren von Pixeln. Wenigstens ein Akkumulationsteil unter den mehreren Akkumulationsteilen ist ein kapazitives Element und wenigstens ein Akkumulationsteil unter den mehreren Akkumulationsteilen akkumuliert eine elektrische Ladung, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit überläuft. Die vorliegende Technologie kann auf zum Beispiel ein Bildgebungselement zum Erfassen eines Bildes angewandt werden.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Technologie betrifft eine Bildgebungsvorrichtung und eine elektronische Einrichtung, wie etwa eine Bildgebungsvorrichtung und eine elektronische Einrichtung, die jeweils zum Erweitern eines Dynamikumfangs und Bilden von Bildern mit höherer Qualität in der Lage sind.
  • [Hintergrund]
  • Allgemein wird eine Bildgebungsvorrichtung, wie etwa ein CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor - komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter)-Bildsensor und eine CCD (Charge Coupled Device - ladungsgekoppelte Vorrichtung), in einer breiten Vielfalt von Vorrichtungen, wie etwa einer digitalen Fotokamera und einer digitalen Videokamera, eingebunden. Es gibt einen Verbesserungsbedarf für Charakteristiken einer Bildgebungsvorrichtung, wie etwa einen Bedarf an einer Erweiterung eines Dynamikumfangs. PTL 1 schlägt eine Konfiguration vor, die mehrere kapazitive Speicherungselemente beinhaltet, die jeweils eine Ladung speichern, die von einer Fotodiode überläuft, um einen Dynamikumfang zu erweitern.
  • [Zitatliste]
  • [Patentliteratur]
  • [PTL 1] JP 2006-245522A
  • [Kurzdarstellung]
  • [Technisches Problem]
  • Zum Speichern einer Ladung, die von einer Fotodiode überläuft, in einem kapazitiven Speicherungselement ist es erforderlich, eine Überlaufbarriere zu herabzusetzen, die für einen Transfertransistor festgelegt ist, der eine von der Fotodiode empfangene Ladung transferiert. In diesem Fall kann eine Qs (Sättigungsladungsmenge) der Fotodiode verringert werden. Es wird gefordert, dass eine Erweiterung eines Dynamikumfangs erzielbar ist, ohne die Sättigungsladungsmenge der Fotodiode zu verringern.
  • Die vorliegende Technologie, die unter Berücksichtigung der zuvor genannten Umstände entwickelt wurde, erzielt eine Erweiterung eines Dynamikumfangs.
  • [Lösung des Problems]
  • Eine Bildgebungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technologie beinhaltet eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die Licht in eine Ladung umwandelt, mehrere Speicherungsteile, die eine Ladung temporär speichern, mehrere Transfereinheiten, die eine Ladung zu den Speicherungsteilen transferieren, und einen Penetrationsgraben, der Pixel separiert. Wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile ist ein kapazitives Element. Wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile speichert eine Ladung, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit überläuft.
  • Eine elektronische Einrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Bildgebungsvorrichtung, die eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die Licht in Ladung umwandelt, mehrere Speicherungsteile, die eine Ladung temporär speichern, mehrere Transfereinheiten, die eine Ladung zu den Speicherungsteilen transferieren, und einen Penetrationsgraben beinhaltet, der Pixel separiert, wobei wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile ein kapazitives Element ist, und wobei wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile Ladungen speichert, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit überlaufen, und eine Verarbeitungseinheit, die ein Signal verarbeitet, das von der Bildgebungsvorrichtung empfangen wird.
  • Eine Bildgebungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technologie beinhaltet eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die Licht in eine Ladung umwandelt, mehrere Speicherungsteile, die eine Ladung temporär speichern, mehrere Transfereinheiten, die eine Ladung zu den Speicherungsteilen transferieren, und einen Penetrationsgraben, der Pixel separiert. Wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile ist ein kapazitives Element. Wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile speichert eine Ladung, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit überläuft.
  • Eine elektronische Einrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die zuvor genannte Bildgebungsvorrichtung.
  • Es wird angemerkt, dass die elektronische Einrichtung entweder eine unabhängige Vorrichtung oder ein interner Block sein kann, der eine Vorrichtung darstellt.
  • [Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
    • [1] 1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Bildgebungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt, auf die die vorliegende Technologie angewandt wird.
    • [2] 2 ist ein Diagramm, das ein Schaltkreiskonfigurationsbeispiel eines Pixels darstellt.
    • [3] 3 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiels des Pixels darstellt.
    • [4] 4 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiels einer Pixelarrayeinheit darstellt.
    • [5] 5 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiels des Pixels darstellt.
    • [6] 6 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiels der Pixelarrayeinheit darstellt.
    • [7] 7 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des Pixels darstellt.
    • [8] 8 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des Pixels darstellt.
    • [9] 9 ist ein Diagramm zum Erklären einer Operation des Pixels.
    • [10] 10 ist ein Diagramm, das eine Querschnittskonfiguration eines Pixels gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
    • [11] 11 ist ein Diagramm, das eine Querschnittskonfiguration eines Pixels gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
    • [12] 12 ist ein Diagramm, das ein Schaltkreiskonfigurationsbeispiel eines Pixels gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
    • [13] 13 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel von Pixeln gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
    • [14] 14 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel eines Pixelarrays gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
    • [15] 15 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des Pixels gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
    • [16] 16 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel der Pixel gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
    • [17] 17 ist ein Diagramm zum Erklären einer Operation des Pixels gemäß der vierten Ausführungsform.
    • [18] 18 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
    • [19] 19 ist ein Diagramm zum Erklären einer Herstellung des kapazitiven MIM-Elements.
    • [20] 20 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt.
    • [21] 21 ist ein Diagramm zum Erklären der Erzeugung eines Rückstands.
    • [22] 22 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements darstellt.
    • [23] 23 ist ein Diagramm zum Erklären einer Herstellung des kapazitiven MIM-Elements.
    • [24] 24 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einer siebten Ausführungsform darstellt.
    • [25] 25 ist ein Diagramm zum Erklären einer Herstellung des kapazitiven MIM-Elements.
    • [26] 26 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einer achten Ausführungsform darstellt.
    • [27] 27 ist ein Diagramm zum Erklären einer Positionsbeziehung zwischen Vias und Gräben.
    • [28] 28 ist ein Diagramm zum Erklären einer Positionsbeziehung zwischen Vias und Gräben.
    • [29] 29 ist ein Diagramm zum Erklären einer Positionsbeziehung zwischen Vias und Gräben.
    • [30] 30 ist ein Diagramm zum Erklären einer Positionsbeziehung zwischen Vias und Gräben.
    • [31] 31 ist ein Diagramm, das ein Planarquerschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einem ersten Beispiel einer neunten Ausführungsform darstellt.
    • [32] 32 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements gemäß dem ersten Beispiel der neunten Ausführungsform darstellt.
    • [33] 33 ist ein Diagramm zum Erklären einer Herstellung des kapazitiven MIM-Elements.
    • [34] 34 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einem zweiten Beispiel der neunten Ausführungsform darstellt.
    • [35] 35 ist ein Diagramm zum Erklären einer Herstellung des kapazitiven MIM-Elements.
    • [36] 36 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einem ersten Beispiel einer zehnten Ausführungsform darstellt.
    • [37] 37 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements gemäß dem ersten Beispiel der zehnten Ausführungsform darstellt.
    • [38] 38 ist ein Diagramm zum Erklären einer Herstellung des kapazitiven MIM-Elements.
    • [39] 39 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einem zweiten Beispiel der zehnten Ausführungsform darstellt.
    • [40] 40 ist ein Diagramm zum Erklären einer Herstellung des kapazitiven MIM-Elements.
    • [41] 41 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einem ersten Beispiel einer elften Ausführungsform darstellt.
    • [42] 42 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements gemäß dem ersten Beispiel der elften Ausführungsform darstellt.
    • [43] 43 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements gemäß dem ersten Beispiel der elften Ausführungsform darstellt.
    • [44] 44 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements gemäß dem ersten Beispiel der elften Ausführungsform darstellt.
    • [45] 45 ist ein Diagramm zum Erklären einer Herstellung des kapazitiven MIM-Elements.
    • [46] 46 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einer zwölften Ausführungsform darstellt.
    • [47] 47 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements gemäß der zwölften Ausführungsform darstellt.
    • [48] 48 ist ein Diagramm zum Erklären einer Herstellung des kapazitiven MIM-Elements.
    • [49] 49 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einem ersten Beispiel einer dreizehnten Ausführungsform darstellt.
    • [50] 50 ist ein Diagramm zum Erklären einer Herstellung des kapazitiven MIM-Elements.
    • [51] 51 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einem zweiten Beispiel der dreizehnten Ausführungsform darstellt.
    • [52] 52 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einem dritten Beispiel der dreizehnten Ausführungsform darstellt.
    • [53] 53 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements gemäß einem vierten Beispiel der dreizehnten Ausführungsform darstellt.
    • [54] 54 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine elektronische Einrichtung darstellt.
    • [55] 55 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines endoskopischen Chirurgiesystems darstellt.
    • [56] 56 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration eines Kamerakopfes und einer Kamerasteuereinheit (CCU) darstellt. [Beschreibung von Ausführungsformen]
  • Weisen zum Ausführen der vorliegenden Technologe (nachfolgend als Ausführungsformen bezeichnet) werden nachfolgend beschrieben.
  • <Konfigurationsbeispiel der Bildgebungseinrichtung>
  • 1 stellt ein Konfigurationsbeispiel einer Bildgebungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform dar, auf die die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • Eine Bildgebungseinrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, beinhaltet eine Pixelarrayeinheit 3, in der Pixel 2 in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind, und Peripherieschaltkreiseinheiten, die die Pixelarrayeinheit 3 umgeben. Die Peripherieschaltkreiseinheiten beinhalten einen Vertikalansteuerungsschaltkreis 4, Spaltensignalverarbeitungsschaltkreise 5, einen Horizontalansteuerungsschaltkreis 6, einen Ausgabeschaltkreis 7, einen Steuerschaltkreis 8 und andere.
  • Jedes der Pixel 2 beinhaltet eine Fotodiode, die einem fotoelektrischen Umwandlungselement entspricht, und mehrere Pixeltransistoren. Zum Beispiel beinhalten die mehreren Pixeltransistoren einen Transfertransistor, einen Auswahltransistor, einen Rücksetztransistor und einen Verstärkungstransistor, die jeweils durch einen MOS-Transistor gegeben sind.
  • Der Steuerschaltkreis 8 empfängt einen Eingabetakt und Daten zum Erstellen eines Betriebsmodusbefehls oder anderer Befehle und gibt Daten, wie etwa interne Informationen, die mit der Bildgebungseinrichtung 1 assoziiert sind, aus. Insbesondere erzeugt der Steuerschaltkreis 8 ein Taktsignal und ein Steuersignal, die Operationsreferenzen für den Vertikalansteuerungsschaltkreis 4, die Spaltensignalverarbeitungsschaltkreise 5, den Horizontalansteuerungsschaltkreis 6 und andere entsprechen, basierend auf einem Vertikalsynchronisationssignal, einem Horizontalsynchronisationssignal und einem Master-Takt. Der Steuerschaltkreis 8 gibt das Taktsignal und das Steuersignal, die dementsprechend erzeugt wurden, an den Vertikalansteuerungsschaltkreis 4, die Spaltensignalverarbeitungsschaltkreise 5, den Horizontalansteuerungsschaltkreis 6 und andere aus.
  • Zum Beispiel beinhaltet der Vertikalansteuerungsschaltkreis 4 ein Schieberegister und ist dazu konfiguriert, eine designierte Pixelansteuerungsleitung 10 auszuwählen und einen Impuls zum Ansteuern der Pixel 2 an die ausgewählte Pixelansteuerungsleitung 10 zu liefern, um die Pixel 2 für jede Zeile anzusteuern. Insbesondere führt der Vertikalansteuerungsschaltkreis 4 sequentiell selektives Scannen für die jeweiligen Pixel 2 der Pixelarrayeinheit 3 in einer Vertikalrichtung für jede Zeile durch und bewirkt, dass jedes der Pixel 2 ein Pixelsignal, das einer Signalladung entspricht, die gemäß einer durch eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des entsprechenden Pixels 2 empfangene Lichtmenge erzeugt wird, über eine Vertikalsignalleitung 9 an den Spaltensignalverarbeitungsschaltkreis 5 liefert.
  • Die Spaltensignalverarbeitungsschaltkreise 5 sind einer für jede Spalte der Pixel 2 angeordnet und führen eine Signalverarbeitung, wie etwa eine Rauschentfernung, für Signale, die von einer Zeile der Pixel 2 ausgegeben werden, für jede Pixelspalte durch. Zum Beispiel führt jeder der Spaltensignalverarbeitungsschaltkreise 5 eine Signalverarbeitung, wie etwa CDS (Correlated Double Sampling - korrelierte Doppelabtastung) oder DDS (Double Data Sampling - doppelte Datenabtastung) zum Entfernen von Rauschen mit festem Muster, das einzigartig für Pixel ist, und eine AD-Umwandlung, durch.
  • Zum Beispiel beinhaltet der Horizontalansteuerungsschaltkreis 6 ein Schieberegister und gibt sequentiell einen Horizontalscanimpuls zum sequentiellen Auswählen der jeweiligen Spaltensignalverarbeitungsschaltkreise 5 aus und veranlasst jeden der Spaltensignalverarbeitungsschaltkreise 5 zum Ausgeben eines Pixelsignales an eine Horizontalsignalleitung 11.
  • Der Ausgabeschaltkreis 7 führt eine Signalverarbeitung für Signale durch, die sequentiell von den jeweiligen Spaltensignalverarbeitungsschaltkreisen 5 über das Horizontalsignal 11 bereitgestellt werden, und gibt die verarbeiteten Signale aus. Zum Beispiel führt der Ausgabeschaltkreis 7 in manchen Fällen nur eine Pufferung durch oder führt in anderen Fällen eine Schwarzpegelanpassung, eine Spaltenvariationskorrektur, verschiedene Arten einer Digitalsignalverarbeitung oder dergleichen durch. Ein Eingabe/Ausgabe-Anschluss 13 tauscht Signale mit dem Außenbereich aus.
  • Die Bildgebungseinrichtung 1, die wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, ist ein CMOS-Bildsensor, der als ein Spalten-AD-System bezeichnet wird, wobei die Spaltensignalverarbeitungsschaltkreise 5, die eine CDS-Verarbeitung oder DDS-Verarbeitung und eine AD-Umwandlungsverarbeitung durchführen, einmal für jede Pixelspalte angeordnet sind.
  • <Schaltkreiskonfigurationsbeispiel eines Pixels>
  • Eine Konfiguration eines Einheitspixels, das in der Pixelarrayeinheit 3 bereitgestellt ist, wird beschrieben. Zum Beispiel weist das Einheitspixel, das in der Pixelarrayeinheit 3 bereitgestellt ist, eine Konfiguration auf, die in 2 dargestellt ist. Es wird angemerkt, dass Teilen in 2, die identisch mit entsprechenden Teilen in 1 sind, identische Bezugsziffern gegeben werden und gegebenenfalls nicht wiederholt beschrieben werden.
  • Das Pixel 2, das dem Einheitspixel entspricht, weist eine fotoelektrische Umwandlungseinheit 51, einen ersten Transfertransistor 52, einen ersten FD(Floating-Diffusion)-Teil 53, einen zweiten Transfertransistor 54, einen zweiten FD-Teil 55, einen dritten Transfertransistor 56, einen dritten FD-Teil 57, ein kapazitives MIM(Metall-Isolator-Metall)-Element 58, einen Rücksetztransistor 59, einen Verstärkungstransistor 60 und einen Auswahltransistor 61 auf.
  • Zum Beispiel sind mehrere Ansteuerungsleitungen als die Pixelansteuerungsleitungen 10 verdrahtet, wobei es eine für jede Pixelzeile der Pixel 2 gibt. Außerdem werden ein Ansteuerungssignal TG, ein Ansteuerungssignal FDG, ein Ansteuerungssignal FCG, ein Ansteuerungssignal RST und ein Ansteuerungssignal SEL von dem Vertikalansteuerungsschaltkreis 4 über die mehreren Ansteuerungsleitungen an den ersten Transfertransistor 52, den zweiten Transfertransistor 54, den dritten Transfertransistor 56, den Rücksetztransistor 59 bzw. den Auswahltransistor geliefert.
  • Jedes dieser Ansteuerungssignale ist ein Impulssignal, das derart definiert ist, dass ein High-Pegel(z. B. Leistungsquellenspannung VDD)-Zustand einem aktiven Zustand entspricht und dass ein Low-Pegel(z. B. negatives Potential)-Zustand einem nichtaktiven Zustand entspricht. Insbesondere wird, wenn irgendeines der Ansteuerungssignale TG bis SEL, das auf ein High-Pegel-Signal eingestellt ist, bereitgestellt wird, der Transistor, der dieses Signal empfängt, in einen elektrisch leitfähigen Zustand, d. h. einen Ein-Zustand, gebracht. Wenn irgendeines der Ansteuerungssignale, das auf ein Low-Pegel-Signal eingestellt ist, bereitgestellt wird, wird der Transistor, der dieses Signal empfängt, in einen nichtleitfähigen Zustand, d. h. einen Aus-Zustand, gebracht.
  • Zum Beispiel beinhaltet die fotoelektrische Umwandlungseinheit 51 eine pn-Übergang-Fotodiode. Die fotoelektrische Umwandlungseinheit 51 empfängt einfallendes Licht, wandelt das empfangene Licht fotoelektrisch um und speichert eine dementsprechend erhaltene Ladung.
  • Der erste Transfertransistor 52 ist zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 und dem ersten FD-Teil 53 bereitgestellt. Das Ansteuerungssignal TG wird an eine Gate-Elektrode des ersten Transfertransistors 52 geliefert. Wenn das High-Pegel-Ansteuerungssignal TG bereitgestellt wird, wird der erste Transfertransistor 52 eingeschaltet. Infolgedessen wird eine Ladung, die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 gespeichert ist, über den ersten Transfertransistor 52 zu dem ersten FD-Teil 53 transferiert.
  • Jeder des ersten FD-Teils 53, des zweiten FD-Teils 55 und des dritten FD-Teils 57 ist ein Floating-Diffusion-Gebiet, das als Floating-Diffusion bezeichnet wird, und fungiert als ein Speicherungsteil zum temporären Speichern einer transferierten Ladung und einer Ladung, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 überläuft. Der dritte FD-Teil 57 ist mit dem kapazitiven MIM-Element 58 verbunden, um zu ermöglichen, dass das kapazitive MIM-Element 58 als der dritte FD-Teil 57 fungiert.
  • Der zweite Transfertransistor 54 ist zwischen dem ersten FD-Teil 53 und dem zweiten FD-Teil 55 bereitgestellt. Das Ansteuerungssignal FDG wird an eine Gate-Elektrode des zweiten Transfertransistors 54 geliefert. Wenn ein High-Pegel-Ansteuerungssignal FDG bereitgestellt wird, wird der zweite Transfertransistor 54 eingeschaltet. Infolgedessen wird eine Ladung, die von dem ersten FD-Teil 53 empfangen wird, über den zweiten Transfertransistor 54 zu dem zweiten FD-Teil 55 transferiert.
  • Nachdem der zweite Transfertransistor 54 eingeschaltet wurde, wird ermöglicht, dass eine Ladung in einem Summengebiet des ersten FD-Teils 53 und des zweiten FD-Teils 53 gespeichert wird. Entsprechend wird ermöglicht, dass eine Umwandlungseffizienz zur Zeit einer Umwandlung von einer Ladung, die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugt wird, in eine Spannung umgeschaltet wird. Der zweite Transfertransistor 54 fungiert als ein Umwandlungseffizienzschalttransistor zum Umschalten einer Umwandlungseffizienz.
  • Der dritte Transfertransistor 56 ist zwischen dem zweiten FD-Teil 55 und dem dritten FD-Teil 57 bereitgestellt. Das Ansteuerungssignal FCG wird an eine Gate-Elektrode des dritten Transfertransistors 56 geliefert. Wenn das High-Pegel-Ansteuerungssignal FCG bereitgestellt wird, wird der dritte Transfertransistor 56 eingeschaltet. Infolgedessen wird eine Ladung, die von dem zweiten FD-Teil 55 empfangen wird, über den dritten Transfertransistor 56 zu dem dritten FD-Teil 57 transferiert.
  • Nachdem der dritte Transfertransistor 56 eingeschaltet wurde, wird ermöglicht, dass eine Ladung in einem Summengebiet des ersten FD-Teils 53, des zweiten FD-Teils 55 und des dritten FD-Teils 57 gespeichert wird. Entsprechend wird ermöglicht, dass eine Umwandlungseffizienz zur Zeit einer Umwandlung von einer Ladung, die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugt wird, in eine Spannung umgeschaltet wird. Der dritte Transfertransistor 56 fungiert als ein Umwandlungseffizienzschalttransistor zum Umschalten einer Umwandlungseffizienz.
  • Der dritte FD-Teil 57 ist mit dem kapazitiven MIM-Element 58 verbunden. Das kapazitive MIM-Element 58, das zum Erzielen einer hohen Kapazität in der Lage ist, ist mit dem dritten FD-Teil 57 ohne Opfern eines Bereichs einer Si(Silicium)-Substratoberfläche, auf der die Pixeltransistoren angeordnet sind, verbunden. Entsprechend weist der dritte FD-Teil 57 eine größere Kapazität als der erste FD-Teil 53 und der zweite FD-Teil 55 auf.
  • Der Rücksetztransistor 59 ist zwischen der Leistungsquelle VDD und dem dritten FD-Teil 57 verbunden. Das Ansteuerungssignal RST wird an eine Gate-Elektrode des Rücksetztransistors 59 geliefert. Wenn das High-Pegel-Ansteuerungssignal RST bereitgestellt wird, wird der Rücksetztransistor 59 eingeschaltet. Infolgedessen wird ein Potential an dem dritten FD-Teil 57 auf einen Pegel der Leistungsquellenspannung VDD zurückgesetzt.
  • Eine Gate-Elektrode des Verstärkungstransistors 60 ist mit ersten FD-Teil 53 verbunden und ein Drain des Verstärkungstransistors 60 ist mit der Leistungsquelle VDD verbunden. Der Verstärkungstransistor 60 fungiert dementsprechend als eine Eingabeeinheit eines Ausleseschaltkreises, der ein Signal liest, das einer Ladung entspricht, die in dem ersten FD-Teil 53 gehalten wird, d. h. einem allgemein als Source-Folger bezeichneten Schaltkreis. Insbesondere wird durch eine Verbindung zwischen einer Source des Verstärkungstransistors 60 und der Vertikalsignalleitung 9 über den Auswahltransistor 61 ermöglicht, dass der Verstärkungstransistor 60 einen Source-Folger-Schaltkreis in Kooperation mit einer (nicht dargestellten) Konstantstromquelle darstellt, die mit einem Ende der entsprechenden Vertikalsignalleitung 9 verbunden ist.
  • Der Auswahltransistor 61 ist zwischen der Source des Verstärkungstransistors 60 und der Vertikalsignalleitung 9 verbunden. Das Ansteuerungssignal SEL wird an eine Gate-Elektrode des Auswahltransistors 61 geliefert. Wenn das High-Pegel-Ansteuerungssignal SEL bereitgestellt wird, wird der Auswahltransistor 61 eingeschaltet. Infolgedessen wird das Pixel 2 in einen selektiven Zustand gebracht. Entsprechend wird ein von dem Verstärkungstransistor 60 ausgegebenes Pixelsignal über den Auswahltransistor 31 an die Vertikalsignalleitung 9 ausgegeben.
  • Es wird angemerkt, dass das Schalten der jeweiligen Ansteuerungssignale in den aktiven Zustand, d. h. den High-Pegel-Zustand, nachfolgend auch als Einschalten der jeweiligen Ansteuerungssignale bezeichnet wird und das Schalten der jeweiligen Ansteuerungssignale in den nichtaktiven Zustand, d. h. einen Low-Pegel-Zustand, nachfolgend auch als Ausschalten der jeweiligen Ansteuerungssignale bezeichnet wird.
  • Das Pixel 2, das in 2 dargestellt ist, beinhaltet den ersten FD-Teil 53, den zweiten FD-Teil 55 und den dritten FD-Teil 57 (kapazitives MIM-Element 58) und ist derart konfiguriert, dass diese FD-Teile in Reihe verbunden sind, um eine Konfiguration bereitzustellen, die zum Schalten zwischen drei Pegeln einer Umwandlungseffizienz von einer Ladung, die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugt wird, in eine Spannung in der Lage ist.
  • Eine hohe Umwandlungseffizienz (HCG) wird durch den ersten FD-Teil 53 erzielt. Eine mittlere Umwandlungseffizienz (MCG) wird durch eine Summe des ersten FD-Teils 53 und des zweiten FD-Teils 55 erzielt. Eine niedrige Umwandlungseffizienz (LCG) wird durch eine Summe des ersten FD-Teils 53, des zweiten FD-Teils 55 und des dritten FD-Teils 57 (= kapazitives MIM-Element) erzielt.
  • Wenn der erste Transfertransistor 52 eingeschaltet wird, wird eine in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 gespeicherte Ladung durch den ersten FD-Teil 53 (hohe Umwandlungseffizienz) oder die Summe des ersten FD-Teils 53 und des zweiten FD-Teils 55 (mittlere Umwandlungseffizienz) empfangen und ausgegeben.
  • Bei einer Konfiguration, die während einer hohen Leuchtdichte genutzt wird, läuft eine Ladung, die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 gespeichert ist, über den ersten Transfertransistor 52 zu dem ersten FD-Teil 53 hin über und wird in dem ersten FD-Teil 53, dem zweiten FD-Teil 55 und dem dritten FD-Teil 57 (kapazitives MIM-Element 58) gespeichert.
  • Während eines kleinen Signals, das einer kleinen Menge an empfangenem Licht entspricht, wird die hohe Umwandlungseffizienz ausgewählt, um eine Ladung in dem ersten FD-Teil 53 zu speichern. Während eines großen Signals, das einer großen Menge an empfangenem Licht entspricht, wird die niedrige Umwandlungseffizienz ausgewählt, um eine Ladung in der Summe des ersten FD-Teils 53, des zweiten FD-Teils 55 und des dritten FD-Teils 57 (= kapazitives MIM-Element 58) zu speichern. Gemäß diesem Beispiel wird die mittlere Umwandlungseffizienz zwischen der hohen Umwandlungseffizienz und der niedrigeren Umwandlungseffizienz ferner als eine Umwandlungseffizienz bereitgestellt, die durch Speichern einer Ladung in der Summe des ersten FD-Teils 53 und des zweiten FD-Teils 55 erzielt wird.
  • Eine Ladung, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 überläuft und in dem ersten FD-Teil 53, dem zweiten FD-Teil 55 und dem dritten FD-Teil 57 gespeichert wird, wird durch die Summe des ersten FD-Teils 53, des zweiten FD-Teils 55 und des dritten FD-Teils 57 (= kapazitives MIM-Element 58) empfangen und wird zusammen mit einer Ladung ausgegeben, die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 akkumuliert wird.
  • Eine AD-Umwandlung eines Auslesewertes der hohen Umwandlungseffizienz, der mittleren Umwandlungseffizienz und der niedrigen Umwandlungseffizienz wird jeweils separat erzielt. Welches Auslesesignal verwendet werden soll, wird basierend auf jeweiligen Auslesesignalpegeln bestimmt. Zwei Auslesesignale können gemischt und als ein gemischtes Signal an einem Verbindungsteil zwischen einem Signal mit hoher Umwandlungseffizienz und einem Signal mit mittlerer Umwandlungseffizienz und einem Verbindungsteil zwischen einem Signal mit mittlerer Umwandlungseffizienz und einem Signal mit niedriger Umwandlungseffizienz verwendet werden. Eine Bildqualitätsverschlechterung in diesen Verbindungsteilen kann durch Verwenden des gemischten Signals reduziert werden.
  • Die FD-Teile, die an drei Punkten bereitgestellt sind, wie zuvor beschrieben, erzielen zum Beispiel 160 µV/e für die hohe Umwandlungseffizienz, 80 µV/e für die mittlere Umwandlungseffizienz und 10 µV/e für die niedrige Umwandlungseffizienz und können daher eine Konfiguration bereitstellen, die zum Handhaben von drei Pegeln einer Umwandlungseffizienz in der Lage ist. Entsprechend kann eine Reduktion von S/N-Unterschieden erzielt werden, die an den Verbindungsteilen produziert werden.
  • <Planarkonfigurationsbeispiel eines Pixels>
  • 3 bis 6 stellen jeweils ein Planarkonfigurationsbeispiel des Pixels 2 dar. Jede von 3 und 4 ist ein Draufsichtdiagramm einer Siliciumsubstratoberfläche, auf der die Transistoren angeordnet sind, während jede von 5 und 6 ein Draufsichtdiagramm eines Teils ist, in dem das kapazitive MIM-Element 58 angeordnet ist.
  • 3 stellt ein Planarkonfigurationsbeispiel der Transistoren des einen Pixels 2 dar. Eine Gate-Elektrode TG des ersten Transfertransistors 52 ist nahe einem Zentrum des Pixels 2 gebildet, während eine Gate-Elektrode FDG des zweiten Transfertransistors 54 auf der linken Seite der Gate-Elektrode TG in der Figur gebildet ist. Der erste FD-Teil 53, der eine n+-Diffusionsschicht beinhaltet, ist innerhalb des Siliciumsubstrats zwischen der Gate-Elektrode TG und der Gate-Elektrode FDG gebildet.
  • Eine Gate-Elektrode FCG des dritten Transfertransistors 56 ist auf einer oberen Seite des zweiten Transfertransistors 54 in der Figur gebildet. Der zweite FD-Teil 55 ist zwischen dem zweiten Transfertransistor 54 und dem dritten Transfertransistor 56 bereitgestellt. Eine Gate-Elektrode RST des Rücksetztransistors 59 ist auf der rechten Seite des dritten Transfertransistors 56 in der Figur gebildet. Der dritte FD-Teil 57 ist zwischen dem dritten Transfertransistor 56 und dem Rücksetztransistor 59 bereitgestellt. Ein Via (Draht), der mit dem kapazitiven MIM-Element 58 verbunden ist, ist in dem dritten FD-Teil 57 gebildet.
  • Eine Gate-Elektrode AMP des Verstärkungstransistors 60 ist auf einer unteren Seite des Rücksetztransistors 59 in der Figur gebildet. Eine Gate-Elektrode SEL des Auswahltransistors 61 ist auf der linken Seite des Verstärkungstransistors 60 in der Figur gebildet. Ein VSS-Gebiet 72, das eine p+-Diffusionsschicht beinhaltet, ist in einem unteren linken Teil in der Figur gebildet.
  • Wie in 4 dargestellt, sind die jeweils in 3 dargestellten Pixel 2 in einer Arrayform in der Pixelarrayeinheit 3 angeordnet. Obwohl 2 × 2, d. h. vier Pixel, in 4 dargestellt sind, sind die Pixel 2 in einer Form einer m×n-Matrix angeordnet.
  • Eine FFTI (Front Full Trench Isolation - vordere vollständige Grabenisolation) 70 ist zwischen den jeweiligen Pixeln 2 gebildet. Wie unter Bezugnahme auf 7 erklärt wird, ist die FFTI 70 ein Graben, der ein Halbleitersubstrat 100 penetriert (7). Die FFTI 70 bildet eine derartige Konfiguration, die die Pixel 2 durch Isolatoren separiert, um eine elektrische Isolation zwischen den jeweiligen Pixeln 2 zu erzielen. Eine STI (Shallow Trench Isolation - Flachgrabenisolation) 71 ist zwischen den jeweiligen Transistoren bereitgestellt. Die STI 71 weist eine Struktur auf, die einen flachen Graben, der in einem Elementseparationsgebiet gebildet ist, und einen Isolationsfilm, der in diesem Graben eingebettet ist, beinhaltet.
  • Jedes der Pixel 2 weist die FFTI 70 in einem Pixelgrenzgebiet auf. Eine Elementseparation in dem aktiven Gebiet wird durch die STI 71 erzielt. Jeder der Pixeltransistoren außer dem ersten Transfertransistor 52 (zweiter Transfertransistor 54, dritter Transfertransistor 56, Rücksetztransistor 59, Verstärkungstransistor 60 und Auswahltransistor 61) ist mit nicht nur der STI 71, sondern auch der FFTI 70 zur Elementseparation versehen.
  • Wie in 3 dargestellt, ist die Gate-Elektrode jedes der Pixeltransistoren außer dem ersten Transfertransistor 52 zum Überlappen mit der FFTI 70 konfiguriert. Mit anderen Worten beinhaltet in dem Zustand dieser Konfiguration ein Teil des Gebiets der Gate-Elektrode jeder der Gate-Elektroden der Pixeltransistoren einen Teil, der mit der FFTI 70 in einer Draufsicht überlappt. Diese Konfiguration, die mit der FFTI 70 überlappt, produziert zuverlässig ein Gebiet, das für das Elektroden-Gate verfügbar ist.
  • 5 ist ein Diagramm, das eine planare Konfiguration eines Gebiets darstellt, in dem das kapazitive MIM-Element 58 gebildet wird. Das kapazitive MIM-Element 58 ist zum konstanten Verbinden mit dem dritten FD-Teil 57 konfiguriert, um eine Kapazität des dritten FD-Teils 57 zu erhöhen. Das kapazitive MIM-Element 58 ist ein Kondensator vom Grabentyp und weist eine U-förmige dreidimensionale Struktur auf, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben wird. Diese Konfiguration produziert eine relativ große Kapazität durch einen kleinen Montagebereich.
  • Gemäß dem in 5 dargestellten Beispiel beinhaltet das kapazitive MIM-Element 58 drei Gräben und weist kapazitive Filme auf, die auf Seitenwänden der Gräben bereitgestellt sind, um eine dreidimensionale Struktur zu bilden. Das kapazitive MIM-Element 58 weist eine gitterförmige Konfiguration des Pixels 2 auf und befindet sich in einem mit einem VDD-Draht bedeckten Zustand. Der VDD-Draht ist dazu konfiguriert, das kapazitive MIM-Element 58 von den angrenzenden Pixeln 2 abzuschirmen.
  • Wie in 6 dargestellt, sind die jeweils in 4 dargestellten Pixel 2 in einer Arrayform in der Pixelarrayeinheit 3 angeordnet. Obwohl 2 × 2, d. h. vier Pixel, in 6 dargestellt sind, sind die Pixel 2 in einer Form einer m×n-Matrix angeordnet.
  • Insbesondere können, obwohl die Beschreibung des kapazitiven MIM-Elements 58 nachfolgend ferner beispielhaft fortgesetzt wird, kapazitive Elemente außer dem kapazitiven MIM-Element genutzt werden. Beispiele für die nutzbaren kapazitiven Elemente beinhalten ein kapazitives MOM(Metall-Oxid-Metall)-Element, ein kapazitives Poly-Poly-Element (kapazitives Element, das Gegenelektroden beinhaltet, die beide Polysilicium beinhalten) und einen zusätzlichen Kondensator, der durch einen Draht gegeben ist und eine parasitäre Kapazität enthält, und dergleichen.
  • <Querschnittskonfigurationsbeispiel eines Pixels>
  • 7 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel entlang einer Linie A-A' in dem Draufsichtdiagramm des Pixels 2 darstellt, das in 3 oder 5 dargestellt ist, während 8 ein Diagramm ist, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel entlang einer Linie B-B' darstellt.
  • Ein n-Typ-Halbleitergebiet 105, das die fotoelektrische Umwandlungseinheit 51 des Pixels 2 darstellt, empfängt einfallendes Licht, das von einer hinteren Oberfläche (einer oberen Oberfläche in der Figur) des Halbleitersubstrats 100 eintritt. Das n-Typ-Halbleitergebiet 105 weist eine eingebettete Struktur innerhalb des Halbleitersubstrats 100 auf und ist so strukturiert, dass es im Wesentlichen in einem Substratoberflächenteil fehlt.
  • Ein Planarisierungsfilm 103, ein CF (Farbfilter) 102 und eine Mikrolinse 101 sind oberhalb des n-Typ-Halbleitergebiets 105 (fotoelektrische Umwandlungseinheit 51) bereitgestellt. Die fotoelektrische Umwandlungseinheit 51 empfängt einfallendes Licht, das sequentiell durch die jeweiligen Komponenten eintritt, über eine Lichtempfangsoberfläche und führt eine fotoelektrische Umwandlung für das einfallende Licht durch.
  • Zum Beispiel ist das n-Typ-Halbleitergebiet 105, das in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 gebildet ist, ein Ladungsspeicherungsgebiet zum Speichern einer Ladung (Elektronen). Das n-Typ-Halbleitergebiet 105 der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 ist innerhalb eines p-Typ-Halbleitergebiets 106 des Halbleitersubstrats 100 bereitgestellt.
  • Ein Pixelseparationsteil 109, der die mehreren Pixel 2 elektrisch isoliert, ist innerhalb des Halbleitersubstrats 100 bereitgestellt. Die fotoelektrische Umwandlungseinheit 51 ist in einem Gebiet bereitgestellt, das durch den Pixelseparationsteil 109 unterteilt ist. Der Pixelseparationsteil 109 entspricht der FFTI 70 in 3. In einer Ansicht der Pixel 2 von der oberen Oberflächenseite in 7 weist der Pixelseparationsteil 109 zum Beispiel eine Gitterform auf, so dass er zwischen den mehreren Pixeln 2 liegt. Die fotoelektrische Umwandlungseinheit 51 ist innerhalb jedes der Gebiete gebildet, die durch den Pixelseparationsteil 109 unterteilt ist.
  • Eine Verdrahtungsschicht 120 ist auf einer vorderen Oberfläche (unteren Oberfläche) des Halbleitersubstrats 100 auf der Seite gegenüber der hinteren Oberfläche (oberen Oberfläche) bereitgestellt, auf der die jeweiligen Komponenten, wie etwa der Lichtabschirmungsfilm 104, das CF 102 und die Mikrolinse 101, bereitgestellt sind.
  • Die Verdrahtungsschicht 120 beinhaltet einen Draht 122 und eine Isolationsschicht 123 und ist derart gebildet, dass der Draht 122 elektrisch mit den jeweiligen Elementen innerhalb der Isolationsschicht 123 verbunden ist. Die Verdrahtungsschicht 120 wird allgemein als eine mehrschichtige Verdrahtungsschicht bezeichnet und wird durch mehrmaliges abwechselndes Laminieren eines Zwischenschichtdielektrikums, das die Isolationsschicht 123 darstellt, und des Drahtes 122 gebildet. Der Draht 122 hier ist durch Laminieren, über die Isolationsschicht 123, jeweiliger Drähte, wie etwa von Drähten für den ersten Transfertransistor 52 und andere Transistoren, die eine Ladung von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 der Transistoren lesen, und der VSL 9 gebildet.
  • Auch ist eine solche Konfiguration nutzbar, die ein (nicht dargestelltes) Stützsubstrat auf einer Oberfläche der Verdrahtungsschicht 120 auf der Seite gegenüber der Seite beinhaltet, auf der die fotoelektrische Umwandlungseinheit 51 gebildet ist. Zum Beispiel wird ein Substrat einschließlich eines Siliciumhalbleiters mit einer Dicke von einigen hundert µm als das Stützsubstrat bereitgestellt.
  • Der Lichtabschirmungsfilm 104 ist auf der hinteren Oberfläche (der oberen Oberfläche in der Figur) des Halbleitersubstrats 100 bereitgestellt.
  • Der Lichtabschirmungsfilm 104 ist so konfiguriert, dass er einen Teil von einfallendem Licht, das sich von der oberen Seite des Halbleitersubstrats 100 zu der unteren Seite des Halbleitersubstrats 100 ausbreitet, abschirmt.
  • Der Lichtabschirmungsfilm 104 beinhaltet ein Lichtabschirmungsmaterial, das zum Abschirmen von Licht in der Lage ist. Zum Beispiel wird der Lichtabschirmungsfilm 104 durch sequentielles Laminieren eines Titan(Ti)-Films und eines Wolfram(W)-Films gebildet. Alternativ dazu kann zum Beispiel der Lichtabschirmungsfilm 104 durch sequentielles Laminieren eines Titannitrid(TiN)-Films und eines Wolfram(W)-Films gebildet werden. Außerdem kann der Lichtabschirmungsfilm 104 mit Nitrid (N) oder dergleichen bedeckt sein.
  • Der Lichtabschirmungsfilm 104 ist mit dem Planarisierungsfilm 103 bedeckt. Der Planarisierungsfilm 103 beinhaltet ein Isolationsmaterial, das zum Transmittieren von Licht in der Lage ist.
  • Ein SCF (Festladungsfilm) 108 und ein p-Typ-Halbleitergebiet 107 sind auf einer Seitenoberfläche des Pixelseparationsteils 109 gebildet (FFTI 70).
  • Der Festladungsfilm 108 beinhaltet ein starkes Dielektrikum mit einer negativen festen Ladung, so dass ein Positivladung(Loch)-Speicherungsgebiet in einem Teil einer Grenzfläche mit dem Halbleitersubstrat 100 gebildet wird und dementsprechend eine Erzeugung eines Dunkelstroms reduziert wird. Durch die Anwesenheit des Festladungsfilms 108, der so gebildet ist, dass er eine negative feste Ladung aufweist, wird ein elektrisches Feld an der Grenzfläche mit dem Halbleitersubstrat 100 durch die negative feste Ladung hinzugefügt. Infolgedessen wird das Positivladung(Loch)-Speicherungsgebiet produziert.
  • Zum Beispiel kann der Festladungsfilm 108 durch einen Hafniumoxidfilm (HfO2-Film) gegeben sein. Alternativ dazu kann zum Beispiel der Festladungsfilm 108 wenigstens eines von Oxiden von zum Beispiel Hafnium, Zirconium, Aluminium, Tantal, Titan, Magnesium, Yttrium und einem Lanthanoidelement enthalten.
  • Das p-Typ-Halbleitergebiet 107 ist konform auf einer Seitenwand der FFTI 70 als eine Festphasendiffusionsschicht gebildet, die durch Festphasendiffusion gebildet wird. Ein pn-Übergang ist zwischen dem p-Typ-Halbleitergebiet 107 und dem n-Typ-Halbleitergebiet 105 gebildet, so dass eine fotoelektrisch umgewandelte Ladung in diesem pn-Übergang gespeichert wird.
  • Es wird angemerkt, dass hier ein Beispiel beschrieben wird, bei dem der pn-Übergang zwischen dem n-Typ-Halbleitergebiet 105, das in dem Halbleitersubstrat 100 aufgenommen ist, und dem p-Typ-Halbleitergebiet 107, das um das n-Typ-Halbleitergebiet 105 herum bereitgestellt ist, gebildet ist, um eine Fotodiode darzustellen. Jedoch können der n-Typ und der p-Typ zu den entgegengesetzten Typen vertauscht werden. Falls der n-Typ und der p-Typ zu den entgegengesetzten Typen vertauscht werden, werden der n-Typ und der p-Typ in der obigen Beschreibung und der folgenden Beschreibung durch den p-Typ bzw. den n-Typ ersetzt, um das Pixel 2 darzustellen.
  • Falls das p-Typ-Halbleitergebiet 107 und der Festladungsfilm 108, die auf der Seitenoberfläche der FFTI 70 gebildet sind, bis zu einer n+-Diffusionsschicht bereitgestellt sind, in der die Pixeltransistoren gebildet sind, kann ein Übergangsleckstrom an einem pn-Übergang-Teil mit dieser n+-Diffusionsschicht zunehmen. Um den Übergangsleckstrom zu verhindern, wird eine solche Konfiguration genutzt, bei der das p-Typ-Halbleitergebiet 107 und der Festladungsfilm 108 von dem Teil beseitigt werden, in dem die Pixeltransistoren gebildet werden, d. h. in diesem Fall einem Gebiet, das einem unteren Teil (Seite der Verdrahtungsschicht 120) der FFTI 70 in der Figur entspricht. Mit anderen Worten wird eine solche Konfiguration genutzt, bei der das p-Typ-Halbleitergebiet 107 (Festphasendiffusionsschicht) und der Festladungsfilm 108 bis zu einer Zwischenposition der FFTI 70 gebildet werden.
  • Obwohl hier ein Beispiel für eine Konfiguration beschrieben wird, bei der das p-Typ-Halbleitergebiet 107 und der Festladungsfilm 108 auf der Seitenoberfläche der FFTI 70 bereitgestellt werden, kann eine Konfiguration, die nur eines des p-Typ-Halbleitergebiets 107 und des Festladungsfilms 108 beinhaltet, oder eine Konfiguration, die weder das p-Typ-Halbleitergebiet 107 noch den Festladungsfilm 108 beinhaltet, genutzt werden.
  • Eine solche Struktur, die SiO2 oder dergleichen beinhaltet, das innerhalb der FFTI eingebettet ist, kann genutzt werden. Diese Konfiguration, die SiO2 oder dergleichen beinhaltet, das innerhalb der FFTI 70 eingebettet ist, erzielt eine zuverlässigere Separation von den angrenzenden Pixeln 2.
  • Die dementsprechend bereitgestellte FFTI 70 erzielt eine elektrische Separation zwischen den Pixeln 2 und verhindert einen Leckverlust einer Ladung von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 (PD: Fotodiode) in die angrenzenden Pixel 2. Entsprechend kann eine Überlaufbarriere auf der Seite des ersten Transfertransistors 52 erhöht werden und daher kann eine Qs (Sättigungsladungsmenge) der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 angehoben werden.
  • Wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, sind die Pixeltransistoren durch die FFTI 70 an der Pixelgrenze und durch die STI 71 innerhalb des Pixels voneinander separiert. Die Gate-Elektroden eines Teils der Pixeltransistoren überlappen mit der FFTI 70. Wie zuvor beschrieben, ist weder das p-Typ-Halbleitergebiet 107 noch der Festladungsfilm 108 in dem Gebiet gebildet, das dem Teil entspricht, in dem die Pixeltransistoren gebildet sind. Diese Konfiguration ermöglicht, dass die Gate-Elektroden eines Teils der Pixeltransistoren eine Form aufweisen, die mit der FFTI 70 überlappt. Diese überlappende Form zwischen den Gate-Elektroden und der FFTI 70 erzielt eine Größenreduktion der Pixel.
  • Gemäß dem Querschnittskonfigurationsbeispiel des Pixels 2, das in 7 dargestellt ist, ist die Gate-Elektrode FDG des zweiten Transfertransistors 54, der auf der unteren Seite in der Figur mit Bezug auf die FFTI 70 gebildet ist, die in dem linken Teil in der Figur bereitgestellt ist, so positioniert und dimensioniert, dass ein Teil der Gate-Elektrode FDG mit der FFTI 70 überlappt. Die Gate-Elektrode AMP des Verstärkungstransistors 60, der auf der unteren Seite in der Figur mit Bezug auf die FFTI 70 gebildet ist, die in dem rechten Teil in der Figur bereitgestellt ist, ist so positioniert und geformt, dass ein Teil der Gate-Elektrode AMP mit der FFTI 70 überlappt. Gemäß dem Querschnittskonfigurationsbeispiel des Pixels 2, das in 8 dargestellt ist, ist die Gate-Elektrode FDG des Auswahltransistors 61, die eine Position und eine Größe aufweist, die so bestimmt sind, dass ein Teil der Gate-Elektrode FDG mit der FFTI 70 überlappt, auf der unteren Seite der FFTI 70 gebildet ist, die in dem linken Teil in der Figur bereitgestellt ist.
  • Gemäß dem Querschnittskonfigurationsbeispiel des Pixels 2, das in 7 und 8 dargestellt ist, ist der erste Transfertransistor 52 im Wesentlichen in dem Zentrum gebildet und ist ein erweiterter Teil des n-Typ-Halbleitergebiets 105, das innerhalb des Halbleitersubstrats 100 gebildet ist, mit dem ersten Transfertransistor 52 verbunden.
  • Der erste FD-Teil 53, der innerhalb des Halbleitersubstrats 100 gebildet ist, stellt ein n+-Gebiet dar und ist zwischen dem ersten Transfertransistor 52 und dem zweiten Transfertransistor 54 innerhalb des Halbleitersubstrats 100 bei dem Querschnittskonfigurationsbeispiel des Pixels 2 gebildet, das in 7 dargestellt ist. Der erste FD-Teil 53 und der Verstärkungstransistor 60 sind über einen lokalen Draht 121 miteinander verbunden.
  • Der lokale Draht 121 beinhaltet Polysilicium oder einen fortschrittlichen Kontakt (MIS-Kontakt). Der fortschrittliche Kontakt ist ein Kontakt, der einen Isolationsfilm mit hoher Permittivität beinhaltet. Falls der lokale Draht 121 der fortschrittliche Kontakt ist, der einen Isolationsfilm mit hoher Permittivität beinhaltet, ist der lokale Draht 121 ein metallischer Isolationsfilm, der zwischen dem ersten FD-Teil 53 und der Gate-Elektrode des Verstärkungstransistors 60 bei dem in 7 dargestellten Beispiel eingefügt ist. Zum Beispiel beinhaltet der Isolationsfilm mit hoher Permittivität ein metallisches Oxid mit einer hohen Permittivität, wie etwa Titandioxid (TiO2), und stellt einen dünnen Film mit einer Dicke von näherungsweise 2,0 bis 3,0 nm dar.
  • Falls der fortschrittliche Kontakt für den lokalen Draht 121 genutzt wird, kann der Kontaktwiderstand reduziert werden, indem eine n-Typ-Konzentration des ersten FD-Teils 53 verringert wird. Durch Verringern der n-Typ-Konzentration des ersten FD-Teils 53 nimmt eine Intensität eines elektrischen Feldes an dem pn-Übergang-Teil zu dem Halbleitersubstrat 100 (p-Typ-Halbleitergebiet 106) ab. Entsprechend kann eine Erzeugung eines Dunkelstroms reduziert werden. Auf eine solche Weise ist es vermeidbar, dass ein Dunkelstrom in ein Ladungssignal des Pixels 2 gemischt wird. Entsprechend wird FPN (Fixed Pattern Noise - Festmusterrauschen), das durch Variationen des FD-Dunkelstrom-Leckverlusts verursacht wird, verhindert und verbessert sich ein S/N bei mehreren Umwandlungseffizienzverbindungsteilen, das durch FPN verursacht wird. Infolgedessen verbessert sich eine Bildqualität.
  • Insbesondere kann, obwohl hier das Beispiel beschrieben wurde, bei dem der erste FD-Teil 53 und der Verstärkungstransistor 60 durch den lokalen Draht 121 verbunden sind, eine Konfiguration genutzt werden, die den lokalen Draht 121 (fortschrittlicher Kontakt) beinhaltet, der einen Kontakt außer dem Kontakt des ersten FD-Teils 53 darstellt. Mit anderen Worten kann der fortschrittliche Kontakt als ein Kontakt des zweiten FD-Teils 55 oder des dritten FD-Teils 57 bereitgestellt werden.
  • Der Draht 122 weist sechs Schichten in der Verdrahtungsschicht 120 des Pixels 2 auf, das in 7 und 8 dargestellt ist. Unter der Annahme, dass eine erste Schicht, eine zweite Schicht, eine dritte Schicht, eine vierte Schicht, eine fünfte Schicht und eine sechste Schicht in dieser Reihenfolge von der oberen Seite (Seite des Halbleitersubstrats 100) in der Figur bereitgestellt sind, ist das kapazitive MIM-Element 58 dreidimensional zwischen der fünften Schicht des Drahts 122 und der sechsten Schicht des Drahts 122 gebildet. Wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, ist das kapazitive MIM-Element 58 ein Kondensator, der eine dreidimensionale Form einschließlich der Gräben und des kapazitiven Films aufweist, die auf Seitenwänden der Gräben gebildet sind.
  • Eine der Elektroden des kapazitiven MIM-Elements 58 ist mit der fünften Schicht des Drahts 122 verbunden, während die andere Elektrode mit der sechsten Schicht des Drahts 122 durch einen Via 124 verbunden ist. Der Draht 122, der über den Via 124 verbunden ist, d. h. in diesem Fall die sechste Schicht des Drahts 122, ist ein Draht zum Liefern eines Potentials MIMVDD an das kapazitive MIM-Element 58. Die fünfte Schicht des Drahts 122 ist elektrisch mit einer Diffusionsschicht des dritten FD-Teils 57 verbunden, um das kapazitive MIM-Element 58 mit dem dritten FD-Teil 57 zu verbinden.
  • Der Draht, der in der fünften Schicht des Drahts 122 enthalten und in dem linken Teil und dem rechten Teil der fünften Schicht in der Figur als ein Draht außer dem Draht dargestellt ist, der mit dem kapazitiven MIM-Element 58 verbunden ist, ist ein Draht zum Bereitstellen des Potentials VDD und ist so angeordnet, dass er das kapazitive MIM-Element 58 umgibt, wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist.
  • <Operation eines Pixels>
  • Eine Operation, die durch das Pixel 2 durchgeführt wird, wird ferner unter Bezugnahme auf ein in 9 veranschaulichtes Zeitverlaufsdiagramm erklärt.
  • Wenn ein Verschluss betätigt wird, werden die Spannung MIMVDD, die an das kapazitive MIM-Element 58 geliefert wird, das Ansteuerungssignal RST, das an den Rücksetztransistor 59 geliefert wird, das Ansteuerungssignal FCG, das an den dritten Transfertransistor 56 geliefert wird, das Ansteuerungssignal FDG, das an den zweiten Transfertransistor 54 geliefert wird, und das Ansteuerungssignal TG, das an den ersten Transfertransistor 52 geliefert wird, eingeschaltet. Jedes der Ansteuerungssignale wird für nur eine vorbestimmte Periode eingeschaltet und wird anschließend ausgeschaltet.
  • Während eines Verstreichens einer Belichtungszeit wird eine MCG(mittlere Umwandlungseffizienz)-Rücksetzperiode bereitgestellt. Danach wird eine HCG(hohe Umwandlungseffizienz)-Rücksetzperiode bereitgestellt. Von einem Startpunkt der HCG(hohe Umwandlungseffizienz)-Rücksetzperiode wird die Versorgungsspannung VDD für das kapazitive MIM-Element 58 in den Ein-Zustand gebracht.
  • Vor einem Beginn der MCG-Rücksetzperiode werden das Ansteuerungssignal FCG und das Ansteuerungssignal FDG für nur eine vorbestimmte Periode eingeschaltet. Die MCG (mittlere Umwandlungseffizienz) wird unter Verwendung des ersten FD-Teils 53 und des zweiten FD-Teils 55 erzielt. Entsprechend werden der erste FD-Teil 53 und der zweite FD-Teil 55 in der MCG-Rücksetzperiode zurückgesetzt. Danach wird das Ansteuerungssignal FCG ausgeschaltet, wobei das Ansteuerungssignal FDG eingeschaltet beibehalten wird, und wird das Ansteuerungssignal SEL eingeschaltet. Auf eine solche Weise wird die MCG-Rücksetzung erzielt. Nach der MCG-Rücksetzung wird das Ansteuerungssignal FDG ausgeschaltet, um die HCG-Rücksetzung zu erzielen.
  • Mit einem Beginn des Auslesens aus der Fotodiode (PD) wird das Ansteuerungssignal TG, das an den ersten Transfertransistor 52 geliefert wird, für nur eine vorbestimmte Periode eingeschaltet. Das Auslesen aus der Fotodiode wird durch eine CDS(korrelierte Doppelabtastung)-Ansteuerung erzielt. Eine CDS-Ansteuerung ist eine Ansteuerung, die durch Zurücksetzen der FD auf ein vorbestimmtes Potential und Lesen aus der FD, während dieses vorbestimmte Potential als Rücksetzpotential designiert wird, und dann Transferieren einer Signalladung, die in der PD gespeichert ist, zu der FD und Lesen der Signalladung in der FD als ein Signalpegel erzielt.
  • Wie nachfolgend beschrieben wird, wird das Auslesen aus der Fotodiode durch CDS-Ansteuerung ausgeführt und wird anschließendes das Auslesen aus der Fotodiode und dem kapazitiven MIM-Element 58 durch eine DDS(Doppeldatenabtastung)-Ansteuerung ausgeführt. Eine DDS-Ansteuerung ist eine Ansteuerung, die durch Lesen einer Signalladung, die in der FD gehalten oder gespeichert wird, als einen Signalpegel und anschließendes Zurücksetzen der FD auf ein vorbestimmtes Potential und Lesen aus der FD, während dieses vorbestimmte Potential als ein Rücksetzpegel designiert wird, erzielt.
  • Das Auslesen aus der PD wird durch eine CDS-Ansteuerung erzielt. Entsprechend werden, wie zuvor beschrieben, die MCG-Rücksetzperiode und die HCG-Rücksetzperiode bereitgestellt und werden ein Rücksetzsignal während der mittleren Umwandlungseffizienz und ein Rücksetzsignal während der hohen Umwandlungseffizienz für jede dieser Perioden erlangt. Das Rücksetzpotential zu dieser Zeit entspricht einem Potential MINVDD.
  • Danach geht die Operation zu einer HCG-Ausleseperiode über. Das Ansteuerungssignal TG wird für nur eine vorbestimmte Zeit vor einem Beginn der HCG-Ausleseperiode zum Einschalten des ersten Transfertransistors 52 eingeschaltet. Infolgedessen wird eine Ladung von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 zu dem ersten FD-Teil 53 transferiert.
  • Wenn das Ansteuerungssignal TG in den Aus-Zustand zurückkehrt, beginnt die HCG(hohe Umwandlungseffizienz)-Ausleseperiode. In der HGC-Ausleseperiode wird das Ansteuerungssignal SEL eingeschaltet, um den Auswahltransistor 61 in den Ein-Zustand zu bringen. Die hohe Umwandlungseffizienz wird durch den ersten FD-Teil 53 erzielt. Entsprechend wird eine in dem ersten FD-Teil 53 gespeicherte Ladung während der HGC-Ausleseperiode ausgelesen.
  • Das Ansteuerungssignal FDG wird zu der Zeit eingeschaltet, wenn das Ansteuerungssignal SEL in den Aus-Zustand zurückkehrt, um den zweiten Transfertransistor 54 einzuschalten. Wenn der zweite Transfertransistor 54 eingeschaltet wird, wird das Ansteuerungssignal TG eingeschaltet, um den ersten Transfertransistor 52 einzuschalten. Es wird ermöglicht, dass eine Ladung zu dem ersten FD-Teil 53 und dem zweiten FD-Teil 55 fließt, indem der erste Transfertransistor 52 und der zweite Transfertransistor 54 eingeschaltet werden.
  • Wenn das Ansteuerungssignal TR in den Aus-Zustand zurückkehrt, beginnt eine MCG(mittlere Umwandlungseffizienz)-Ausleseperiode. Mit dem Beginn der MCG-Ausleseperiode wird der Auswahltransistor 61 in den Ein-Zustand gebracht, indem das Ansteuerungssignal SEL eingeschaltet wird. Infolgedessen wird eine Ladung ausgelesen, die in dem ersten FD-Teil 53 und dem zweiten FD-Teil 55 gespeichert ist.
  • Nach einem Verstreichen der MCG-Ausleseperiode werden das Ansteuerungssignal FCG und das Ansteuerungssignal TG in den Ein-Zustand gebracht. Das Ansteuerungssignal FDG wird in dem Ein-Zustand beibehalten. Entsprechend werden der erste Transfertransistor 52, der zweite Transfertransistor 54 und der dritte Transfertransistor 56 in den Ein-Zustand gebracht, wobei in diesem Zustand eine Ladung zu dem ersten FD-Teil 53, dem zweiten FD-Teil 55 und dem dritten FD-Teil 57 (kapazitives MIM-Element 58) transferiert wird.
  • Wenn das Ansteuerungssignal TG ausgeschaltet wird, beginnt eine LCG(niedrige Umwandlungseffizienz)-Ausleseperiode. Die niedrige Umwandlungseffizienz wird durch die Summe des ersten FD-Teils 53, des zweiten FD-Teils 55 und des dritten FD-Teils 57 (kapazitives MIM-Element 58) erzielt. Entsprechend wird eine Ladung, die in der Summe des ersten FD-Teils 53, des zweiten FD-Teils 55 und des dritten FD-Teils 57 (kapazitives MIM-Element 58) gespeichert ist, während der LCG-Ausleseperiode gelesen.
  • Das Auslesen aus der PD und dem kapazitiven MIM-Element 58 wird durch eine DDS-Ansteuerung erzielt. Entsprechend werden Signale während der LCG-Periode gelesen und dann wird eine LCG-Rücksetzperiode bereitgestellt, um ein Rücksetzsignal zu lesen.
  • Am Ende der LCG-Ausleseperiode wird das Ansteuerungssignal SEL ausgeschaltet. Nachdem das Ansteuerungssignal SEL ausgeschaltet wurde, wird das Ansteuerungssignal RST für nur eine vorbestimmte Zeit eingeschaltet. Auf eine solche Weise wird der Rücksetztransistor 59 in den Ein-Zustand gebracht und werden der erste FD-Teil 53, der zweite FD-Teil 55 und der dritte FD-Teil 57 zurückgesetzt. Das Rücksetzpotential zu dieser Zeit entspricht dem Potential VDD.
  • Danach wird das Auslesen des Rücksetzsignals während der LCG-Rücksetzperiode ausgeführt, indem das Ansteuerungssignal SEL eingeschaltet wird. In der LCG-Rücksetzperiode werden das Ansteuerungssignal SEL, das Ansteuerungssignal FCG und das Ansteuerungssignal FDG in den Ein-Zustand gebracht.
  • Am Ende der LCG-Rücksetzperiode kehrt das Ansteuerungssignal SEL in den Aus-Zustand zurück. Signale während der HCG (hohe Umwandlungseffizienz), Signale während der MCG (mittlere Umwandlungseffizienz) und Signale während der LCG (niedrige Umwandlungseffizienz) werden gelesen, indem eine Reihe der vorhergehenden Operationen durchgeführt wird.
  • Gemäß der Konfiguration und der Operation des zuvor beschriebenen Pixels 2 kann die Qs (Sättigungsladungsmenge) durch eine Überlaufansteuerung erweitert werden, die das kapazitive Element 58 als ein kapazitives Element verwendet. Eine Separation zwischen den Pixeln durch den Penetrationsgraben (FFTI 70), der das Halbleitersubstrat 100 penetriert, kann Blooming in die angrenzenden Pixel verhindern und ein Potential unter dem Transfertransistor verbessern. Entsprechend nimmt die Qs der Fotodiode (fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51) zu und daher ist eine Reduktion von S/N-Unterschieden bei Verbindungsteilen mit hoher Leuchtdichte erzielbar.
  • Eine Separation zwischen den Pixeltransistoren wird nicht nur durch die STI 71, sondern auch durch die FFTI 70 erzielt. Entsprechend wird das Gebiet für die Pixeltransistoren zuverlässig produziert, selbst wenn ein Penetrationsgraben gebildet wird. Weder der SCF 108 noch das p-Typ-Halbleitergebiet 107 sind auf der Seitenwand der FFTI 70 nahe dem n+-Diffusionsschichtgebiet (FD-Teil) bereitgestellt. Diese Konfiguration kann einen Leckstrom von der n+-Diffusionsschicht reduzieren.
  • Das Auslesen wird dreimal durch Verwenden der drei Arten von Umwandlungseffizienz ausgeführt. Diese Konfiguration kann eine Verschlechterung von S/N-Unterschieden an den Verbindungsteilen reduzieren.
  • <Konfigurationsbeispiel eines Pixels gemäß der zweiten Ausführungsform>
  • 10 ist ein Diagramm, das eine Querschnittskonfiguration eines Pixels 2b gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. In der folgenden Beschreibung wird das zuvor beschriebene Pixel 2 als ein Pixel 2a bezeichnet, das dem Pixel 2 der ersten Ausführungsform entspricht. In der folgenden Beschreibung werden Teilen, die identisch mit den entsprechenden Teilen des Pixels 2a der ersten Ausführungsform sind, identische Bezugsnummern gegeben und sie werden gegebenenfalls nicht wiederholt erklärt.
  • Das Pixel 2b gemäß der zweiten Ausführungsform ist dem Pixel 2a der ersten Ausführungsform ähnlich, das in 7 dargestellt ist, mit der Ausnahme eines Punkts, dass der erste Transfertransistor 52 durch einen Vertikaltransistor gegeben ist. Ein Graben für den Vertikaltransistor wird in dem Vertikaltransistor geöffnet. Ein Transfer-Gate zum Lesen einer Ladung aus der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 wird in diesem geöffnet Gebiet gebildet.
  • Der erste Transfertransistor 52b, der in 10 dargestellt ist, ist durch einen Vertikaltransistor gegeben. Es wird ermöglicht, dass der erste Transfertransistor 52b, der durch den Vertikaltransistor gegeben ist, eine Konfiguration aufweist, die zum Erhöhen einer Effizienz des Auslesens einer Ladung aus der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 51 in der Lage ist.
  • <Konfigurationsbeispiel eines Pixels gemäß der dritten Ausführungsform>
  • 11 ist ein Diagramm, das eine Querschnittskonfiguration eines Pixels 2c gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
  • Das Pixel 2c gemäß der dritten Ausführungsform ist dem Pixel 2a gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich, das in 7 dargestellt ist, mit der Ausnahme eines Punkts, dass eine Lichtabschirmungswand 131, die ein Material mit exzellenten Lichtabschirmungseigenschaften aufweist, auf der Seitenwand der FFTI 70 des Pixels 2a bereitgestellt ist. Die Lichtabschirmungswand 131 kann ein Material mit exzellenten Lichtabschirmungseigenschaften beinhalten. Zum Beispiel sind Aluminium (Al), Titan (Ti) und Wolfram (W) verfügbar.
  • Die Lichtabschirmungswand 131 und der Lichtabschirmungsfilm 104 können das gleiche Material beinhalten. Wie in 11 dargestellt, können die Lichtabschirmungswand 131 und der Lichtabschirmungsfilm 104 eine miteinander verbundene Form (integral miteinander gebildete Form) aufweisen.
  • Auf eine solche Weise können die Lichtabschirmungswand 131 und ein Isolator einschließlich SiO2 oder dergleichen, die auf der FFTI 70 bereitgestellt sind, ein Lecken von Licht von dem Pixel in das andere Pixel reduzieren und eine Isolation zwischen den jeweiligen Pixeln zuverlässig erzielen.
  • <Konfigurationsbeispiel eines Pixels gemäß der vierten Ausführungsform>
  • 12 ist ein Diagramm, das ein Schaltkreiskonfigurationsbeispiel eines Pixels 2d gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
  • Das in 12 dargestellte Pixel 2d ist dazu konfiguriert, eine von der Fotodiode überlaufende Ladung nicht zu der FD-Teil-Seite, sondern zu der Seite des kapazitiven MIM-Elements zu liefern, und weist eine Konfiguration auf, die zwei Pixel beinhaltet, die in der Longitudinalrichtung angeordnet sind und einen Rücksetztransistor und dergleichen gemeinsam nutzen (nachfolgend gegebenenfalls als gemeinsame Nutzung durch zwei Pixel bezeichnet).
  • Das Doppelpixel 2d, das in der Longitudinalrichtung angeordnet ist, beinhaltet eine fotoelektrische Umwandlungseinheit 151-1, einen ersten Transfertransistor 152-1, einen ersten FD-Teil 153, einen zweiten Transfertransistor 154, einen zweiten FD-Teil 155, einen dritten Transfertransistor 156-1, einen dritten FD-Teil 157-1, ein kapazitives MIM(Metall-Isolator-Metall)-Element 158-1, einen Rücksetztransistor 159, einen Verstärkungstransistor 160, einen Auswahltransistor 161 und einen vierten Transfertransistor 162-1. Das Doppelpixel 2d beinhaltet ferner eine fotoelektrische Umwandlungseinheit 151-2, einen ersten Transfertransistor 152-2, einen dritten Transfertransistor 156-2, einen dritten FD-Teil 157-2, ein kapazitives MIM-Element 158-2 und einen vierten Transfertransistor 162-2.
  • Es wird angemerkt, dass jede der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-1 und der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-2 einfach als eine fotoelektrische Umwandlungseinheit 151 bezeichnet wird, zum Beispiel in der folgenden Beschreibung, falls eine Unterscheidung zwischen diesen Einheiten überflüssig ist. Dieser Ausdruck wird auf andere Komponenten angewandt.
  • Der erste FD-Teil 153, der zweite Transfertransistor 154, der zweite FD-Teil 155, der Rücksetztransistor 159, der Verstärkungstransistor 160 und der Auswahltransistor 161 des Doppelpixels 2d werden durch die zwei Pixel des Doppelpixels 2d gemeinsam genutzt.
  • Zum Beispiel sind mehrere Ansteuerungsleitungen als die Pixelansteuerungsleitungen 10 der Pixel 2d für jede Pixelzeile verdrahtet. Außerdem werden ein Ansteuerungssignal TG1, ein Ansteuerungssignal TG2, ein Ansteuerungssignal FDG, ein Ansteuerungssignal FCG1, ein Ansteuerungssignal FCG2, ein Ansteuerungssignal RST und ein Ansteuerungssignal SEL, ein Ansteuerungssignal OFG1 und ein Ansteuerungssignal OFG2 von dem Vertikalansteuerungsschaltkreis 4 über die mehreren Ansteuerungsleitungen an den ersten Transfertransistor 152-1, den ersten Transfertransistor 152-2, den zweiten Transfertransistor 154, den dritten Transfertransistor 156-1, den dritten Transfertransistor 156-2, den Rücksetztransistor 159, den Auswahltransistor 161, den vierten Transfertransistor 162-1 bzw. den vierten Transfertransistor 162-1 geliefert.
  • Zum Beispiel beinhaltet jede der fotoelektrischen Umwandlungseinheiten 151 eine pn-Übergang-Fotodiode. Jede der fotoelektrischen Umwandlungseinheiten 151 empfängt einfallendes Licht, wandelt das empfangene Licht fotoelektrisch um und speichert eine dementsprechend erhaltene Ladung.
  • Der erste Transfertransistor 152-1, der ein Pixel 2d-1 darstellt, ist zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-1 und dem ersten FD-Teil 153 bereitgestellt. Das Ansteuerungssignal TG1 wird an eine Gate-Elektrode des ersten Transfertransistors 152-1 geliefert. Gleichermaßen ist der erste Transfertransistor 152-2, der das Pixel 2d-2 darstellt, zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-2 und dem ersten FD-Teil 153 bereitgestellt. Das Ansteuerungssignal TG2 wird an eine Gate-Elektrode des ersten Transfertransistors 152-2 geliefert.
  • Wenn das High-Pegel-Ansteuerungssignal TG bereitgestellt wird, werde die ersten Transfertransistoren 152 eingeschaltet. Infolgedessen wird eine Ladung, die in den fotoelektrischen Umwandlungseinheiten 151 gespeichert ist, über den ersten Transfertransistor 152 zu dem ersten FD-Teil 153 transferiert.
  • Jeder des ersten FD-Teils 153, des zweiten FD-Teils 155 und des dritten FD-Teils 157 ist ein Floating-Diffusion-Gebiet, das als Floating-Diffusion bezeichnet wird, und speichert eine transfierte Ladung. Die dritten FD-Teile 157 sind mit den kapazitiven MIM-Elementen 158 verbunden, um zu ermöglichen, dass die kapazitiven MIM-Elemente 158 als die dritten FD-Teile 157 fungieren.
  • Der zweite Transfertransistor 154 ist zwischen dem ersten FD-Teil 153 und dem zweiten FD-Teil 155 bereitgestellt. Das Ansteuerungssignal FDG wird an eine Gate-Elektrode des zweiten Transfertransistors 154 geliefert. Wenn das High-Pegel-Ansteuerungssignal FDG bereitgestellt wird, wird der zweite Transfertransistor 154 eingeschaltet. Infolgedessen wird eine Ladung von dem ersten FD-Teil 153 über den zweiten Transfertransistor 154 zu dem zweiten FD-Teil 155 transferiert.
  • Der dritte Transfertransistor 156-1, der das Pixel 2d-1 darstellt, ist zwischen dem zweiten FD-Teil 155 und dem dritten FD-Teil 157-1 bereitgestellt. Das Ansteuerungssignal FCG1 wird an eine Gate-Elektrode des dritten Transfertransistors 156-1 geliefert. Der dritte Transfertransistor 156-2, der das Pixel 2d-2 darstellt, ist zwischen dem zweiten FD-Teil 155 und dem dritten FD-Teil 157-2 bereitgestellt. Das Ansteuerungssignal FCG2 wird an eine Gate-Elektrode des dritten Transfertransistors 156-2 geliefert.
  • Wenn die High-Pegel-Ansteuerungssignale FCG bereitgestellt werden, werde die dritten Transfertransistoren 156 eingeschaltet. Infolgedessen wird eine Ladung ausgelesen, die in den dritten FD-Teilen 157 gespeichert ist. Der dritte FD-Teil 157-1 ist mit dem kapazitiven MIM-Element 158-1 verbunden, während der dritte FD-Teil 157-2 mit dem kapazitiven MIM-Element 158-2 verbunden ist.
  • Der vierte Transfertransistor 162-1, der das Pixel 2d-1 darstellt, ist zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-1 und dem dritten FD-Teil 157-1 (kapazitives MIM-Element 158-1) bereitgestellt. Das Ansteuerungssignal OFG1 wird an eine Gate-Elektrode des vierten Transfertransistors 162-1 geliefert. Der vierte Transfertransistor 162-2, der das Pixel 2d-2 darstellt, ist zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-2 und dem dritten FD-Teil 157-2 (kapazitives MIM-Element 158-2) bereitgestellt. Das Ansteuerungssignal OFG2 wird an eine Gate-Elektrode des vierten Transfertransistors 162-2 geliefert.
  • Der Rücksetztransistor 159 ist zwischen der Leistungsquelle VDD und dem zweiten FD-Teil 155 verbunden. Das Ansteuerungssignal RST wird an eine Gate-Elektrode des Rücksetztransistors 159 geliefert. Wenn das High-Pegel-Ansteuerungssignal RST bereitgestellt wird, wird der Rücksetztransistor 159 eingeschaltet. Infolgedessen wird ein Potential an dem zweiten FD-Teil 155 auf einen Pegel der Leistungsquellenspannung VDD zurückgesetzt.
  • Eine Gate-Elektrode des Verstärkungstransistors 160 ist mit ersten FD-Teil 153 verbunden und ein Drain des Verstärkungstransistors 160 ist mit der Leistungsquelle VDD verbunden. Der Verstärkungstransistor 160 fungiert dementsprechend als eine Eingabeeinheit eines Ausleseschaltkreises, der ein Signal liest, das einer Ladung entspricht, die in dem ersten FD-Teil 153 gehalten wird, d. h. einem allgemein als Source-Folger bezeichneten Schaltkreis. Der Auswahltransistor 161 ist zwischen der Source des Verstärkungstransistors 160 und der Vertikalsignalleitung 9 verbunden. Das Ansteuerungssignal SEL wird an eine Gate-Elektrode des Auswahltransistors 161 geliefert. Wenn das High-Pegel-Ansteuerungssignal SEL bereitgestellt wird, wird der Auswahltransistor 61 eingeschaltet. Infolgedessen wird das Pixel 2d-1 oder das Pixel 2d-2 in einen selektiven Zustand gebracht. Entsprechend wird ein von dem Verstärkungstransistor 160 ausgegebenes Pixelsignal über den Auswahltransistor 31 an die Vertikalsignalleitung 9 ausgegeben.
  • Das in 12 dargestellte Pixel 2d weist den vierten Transfertransistor 162-1, der mit der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-1 verbunden ist, separat von dem ersten Transfertransistor 152-1 auf, der für einen Transfer zu dem ersten FD-Teil 153 bereitgestellt ist. Bei dieser Konfiguration wird eine Ladung, die von dem vierten Transfertransistor 162-1 überläuft, in dem dritten FD-Teil 157-1 (kapazitives MIM-Element 158-1) gespeichert.
  • Gleichermaßen weist das Pixel 2d den vierten Transfertransistor 162-2, der mit der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-2 verbunden ist, separat von dem ersten Transfertransistor 152-2 auf, der für einen Transfer zu dem ersten FD-Teil 153 bereitgestellt ist. Bei dieser Konfiguration wird eine Ladung, die von dem vierten Transfertransistor 162-2 überläuft, in dem dritten FD-Teil 157-2 (kapazitives MIM-Element 158-2) gespeichert.
  • Jeder des vierten Transfertransistors fungiert als ein Überlauf-Gate (OFG: Over Flow Gate) für einen überlauf von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151.
  • Eine Ladung, die durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit 151-1 fotoelektrisch umgewandelt und in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-1 ohne Überlaufen von dem vierten Transfertransistor 162-1 gespeichert wird, wird durch den ersten Transfertransistor 152-1 in den ersten FD-Teil 153 gelesen, ähnlich der gemeinsamen Nutzung durch zwei Pixel eines gewöhnlichen CIS (CMOS Image Sensor - CMOS-Bildsensor). Gleichermaßen wird eine Ladung, die durch die fotoelektrische Umwandlungseinheit 151-2 fotoelektrisch umgewandelt und in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-2 ohne Überlaufen von dem vierten Transfertransistor 162-2 gespeichert wird, durch den ersten Transfertransistor 152-2 in den ersten FD-Teil 153 gelesen.
  • Eine Ladung, die von den vierten Transfertransistoren 162 überläuft und in den kapazitiven MIM-Elementen 158 gespeichert wird, wird zusätzlich zu der Ladung in dem ersten FD-Teil 153 und dem zweiten FD-Teil 155 gelesen.
  • Das Auslesen der in dem kapazitiven MIM-Element 158-1 gespeicherten Ladung wird auf die folgende Weise erreicht. Anfänglich wird der dritter Transfertransistor 156-1 ausgeschaltet und wird der erste Transfertransistor 152-1 eingeschaltet. Anschließend wird eine Ladung in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-1 in den ersten FD-Teil 153-1 gelesen und über den Verstärkungstransistor 160 an die VSL 9 ausgegeben. Danach wird der zweite Transfertransistor 154 eingeschaltet und wird die Ladung, die in dem ersten FD-Teil 153 und dem zweiten FD-Teil 155 gespeichert ist, über den Verstärkungstransistor 160 an die VSL 9 ausgegeben.
  • Danach wird der dritte Transfertransistor 156-1 eingeschaltet und wird eine in dem kapazitiven MIM-Element 158-1 gespeicherte Ladung zu der Ladung hinzugefügt, die in dem ersten FD-Teil 153 und dem zweiten FD-Teil 155 gespeichert ist. Die summierte Ladung wird über den Verstärkungstransistor 160 an die VSL 9 ausgegeben.
  • Eine Ladung, die in dem kapazitiven MIM-Element 158-2 gespeichert ist, wird auch durch eine Operation ähnlich der vorhergehenden Operation gelesen.
  • <Planarkonfigurationsbeispiel eines Pixels>
  • 13 und 14 stellen jeweils ein Planarkonfigurationsbeispiel des Pixels 2d dar. Jede von 13 und 14 ist ein Draufsichtdiagramm einer Siliciumsubstratoberfläche, auf der die Transistoren angeordnet sind.
  • 13 stellt ein Planarkonfigurationsbeispiel der Transistoren des Doppelpixels 2d dar. Eine Gate-Elektrode TG des ersten Transfertransistors 152-1 ist in eine unteren rechten Teil des Pixels 2d-1 in der Figur gebildet, während eine Gate-Elektrode OFG des vierten Transfertransistors 162-1 auf der linken Seite der Gate-Elektrode TG in der Figur gebildet ist. Die Gate-Elektrode TG des ersten Transfertransistors 152-1 ist mit dem ersten FD-Teil 153 (einem n+-Gebiet, das den ersten FD-Teil 153 darstellt) verbunden, der innerhalb des Halbleitersubstrats 100 gebildet ist (15).
  • Eine Gate-Elektrode FCG des dritten Transfertransistors 156-1 ist auf der oberen Seite des vierten Transfertransistors 162-1 in der Figur gebildet. Der vierte Transfertransistor 162-1 und der dritte Transfertransistor 156-1 sind mit dem kapazitiven MIM-Element 158-1 verbunden, das in der Verdrahtungsschicht 120 angeordnet ist (15). Der dritte Transfertransistor 156-1 ist auch mit einem n+-Gebiet verbunden, das den zweiten FD-Teil 155 darstellt.
  • Eine Gate-Elektrode RST des Rücksetztransistors 159 ist auf der oberen Seite des dritten Transfertransistors 156-1 in der Figur gebildet. Eine Gate-Elektrode FDG des zweiten Transfertransistors 154 ist auf der rechten Seite des Rücksetztransistors 159 in der Figur gebildet. Der zweite FD-Teil 155 ist zwischen der Gate-Elektrode RST des Rücksetztransistors 159 und der Gate-Elektrode FDG des zweiten Transfertransistors 154 gebildet. Jede dieser Gate-Elektroden ist mit dem n+-Gebiet verbunden, das den zweiten FD-Teil 155 darstellt. Die Gate-Elektrode FDG des zweiten Transfertransistors 54 ist auch mit dem n+-Gebiet verbunden, das den ersten FD-Teil 153 darstellt.
  • Eine Gate-Elektrode SEL des Auswahltransistors 161 ist in eine unteren rechten Teil des Pixels 2d-2 in der Figur gebildet, während eine Gate-Elektrode AMP des Verstärkungstransistors 160 auf der linken Seite der Gate-Elektrode SEL in der Figur gebildet ist. Die Gate-Elektrode SEL des Auswahltransistors 161 ist mit der VSL 9 verbunden, während die Gate-Elektrode AMP des Verstärkungstransistors 160 mit einer Versorgungsleitung des Potentials VDD verbunden ist.
  • Eine Gate-Elektrode FCG des dritten Transfertransistors 156-2 ist auf der oberen Seite des Verstärkungstransistors 160 in der Figur gebildet. Der dritte Transfertransistor 156-2 ist mit dem kapazitiven MIM-Element 158-2 verbunden, das in der Verdrahtungsschicht 120 angeordnet ist (15). Der dritte Transfertransistor 156-2 ist auch mit einem n+-Gebiet verbunden, das den zweiten FD-Teil 155 darstellt.
  • Eine Gate-Elektrode OFG des vierten Transfertransistors 162-2 ist auf der oberen Seite des dritten Transfertransistors 156-2 in der Figur gebildet. Die Gate-Elektrode OFG des vierten Transfertransistors 162-2 ist mit dem kapazitiven MIM-Element 158-2 verbunden, das in der Verdrahtungsschicht 120 angeordnet ist (15). Eine Gate-Elektrode TG des ersten Transfertransistors 152-2 ist auf der rechten Seite des vierten Transfertransistors 162-2 in der Figur gebildet. Die Gate-Elektrode TG des ersten Transfertransistors 152-2 ist mit dem ersten FD-Teil 153 (einem n+-Gebiet, das den ersten FD-Teil 153 darstellt) verbunden, der innerhalb des Halbleitersubstrats 100 gebildet ist (15).
  • Wie in 14 dargestellt, sind die jeweils in 13 dargestellten Pixel 2d in einer Arrayform in der Pixelarrayeinheit 3 angeordnet. Obwohl 2 × 2 in 14 dargestellt sind, d. h. vier Pixel, sind die Pixel 2d in einer Form einer m×n-Matrix angeordnet.
  • Die FFTI 70 ist zwischen den jeweiligen Pixeln 2 gebildet. Die FFTI 70 bildet eine derartige Konfiguration, die die Pixel 2d durch Isolatoren separiert, um eine elektrische Isolation zwischen den jeweiligen Pixeln 2 zu erzielen. Die STI 71 ist zwischen den jeweiligen Transistoren bereitgestellt.
  • Ein p-Wanne-Kontakt zum Fixieren eines p-Wanne-Potentials innerhalb des Pixels 2d ist in einem aktiven Gebiet, das als ein VSS-Gebiet 164 angegeben ist, für jedes des Pixels 2d-1 und des Pixels 2d-2 in einer rechten Mitte in der Figur gebildet.
  • Die in 13 dargestellte Konfiguration ist eine Konfiguration, die einer gemeinsamen Nutzung durch zwei Pixel entspricht. Entsprechend beinhaltet diese Konfiguration den Rücksetztransistor 159, den zweiten Transfertransistor 154, den Verstärkungstransistor 160 und den Auswahltransistor 161, die durch die zwei Pixel des Doppelpixels 2d gemeinsam genutzt werden. Bei dem in der Figur dargestellten Beispiel sind der Rücksetztransistor 159 und der zweite Transfertransistor 154 in dem Pixel 2d-1 angeordnet, das sich in einem oberen Teil in der Figur befindet, während der Verstärkungstransistor 160 und der Auswahltransistor 161 in dem Pixel 2d-2 angeordnet sind, das sich in einem unteren Teil in der Figur befindet.
  • Die Anordnung der Transistoren (Gate-Elektroden), die hier dargestellt sind, ist lediglich beispielhaft präsentiert, und es ist nicht erforderlich, dass sie genutzt wird. Die vorliegende Technologie ist auf andere Transistoranordnungen anwendbar.
  • Jedes der Pixel 2d weist die FFTI 70 in einem Pixelgrenzgebiet auf. Eine Elementseparation in dem aktiven Gebiet wird durch die STI 71 erzielt. Jeder der Pixeltransistoren außer dem dritten Transfertransistor 156 (erster Transfertransistor 152, zweiter Transfertransistor 154, Rücksetztransistor 159, Verstärkungstransistor 160, Auswahltransistor 161, vierter Transfertransistor 162) weist nicht nur die STI 71, sondern auch die FFTI 70 zur Elementseparation auf.
  • Wie in 13 dargestellt, ist die Gate-Elektrode jedes der Pixeltransistoren außer dem dritten Transfertransistor 156 zum Überlappen mit der FFTI 70 konfiguriert. Diese Konfiguration, die mit der FFTI 70 überlappt, produziert zuverlässig ein Gebiet, das für das Elektroden-Gate erforderlich ist. Das Gebiet für das Elektroden-Gate kann auch durch eine Konfiguration, bei der die zwei Pixel vorbestimmte Pixeltransistoren gemeinsam nutzen, zuverlässig produziert werden.
  • Ein Planarkonfigurationsbeispiel des Gebiets, in dem die kapazitiven MIM-Elemente 158 gebildet sind, ist der Konfiguration ähnlich, die unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben ist, und wird hier daher nicht wiederholt erklärt.
  • <Querschnittskonfigurationsbeispiel eines Pixels>
  • 15 ist ein Diagramm eines Querschnittskonfigurationsbeispiels entlang einer Linie A-A' in dem Draufsichtdiagramm des Pixels 2d, das in 13 dargestellt ist, während 16 ein Diagramm eines Querschnittskonfigurationsbeispiels entlang einer Linie B-B' ist. Teilen, die identisch mit den entsprechenden Teilen des Pixels 2a der ersten Ausführungsform sind, das in 7 und 8 dargestellt ist, werden identische Bezugsziffern gegeben und werden gegebenenfalls nicht wiederholt erklärt.
  • Ein n+-Gebiet des dritten FD-Teils 157-2 ist in einem unteren linken Teil des Halbleitersubstrats 100 in der Figur gebildet. Der dritte FD-Teil 157-2 ist über den Draht 122, der innerhalb der Verdrahtungsschicht 120 gebildet ist, mit dem kapazitiven MIM-Element 158-2 verbunden, das innerhalb der Verdrahtungsschicht 120 gebildet ist. Die Gate-Elektrode FCG des dritten Transfertransistors 156-2 ist innerhalb der Verdrahtungsschicht 120 auf der rechten Seite des dritten FD-Teils 157-2 in der Figur gebildet.
  • Ein n+-Gebiet des zweiten FD-Teils 155 ist auf der rechten Seite des dritten Transfertransistors 156-2 in der Figur gebildet (in einem unteren zentralen Teil des Halbleitersubstrats 100 in der Figur). Wie unter Bezugnahme auf das Planarkonfigurationsbeispiel in 13 beschrieben, ist der zweite FD-Teil 155 auch innerhalb des Pixels 2d-1 gebildet und über den Draht 122 innerhalb der Verdrahtungsschicht 120 mit dem n+-Gebiet des zweiten FD-Teils 155 verbunden, der in dem Pixel 2d-1 gebildet ist.
  • Die STI 71 ist auf der rechten Seite des n+-Gebiets des zweiten FD-Teils 155 gebildet und ein p+-Gebiet, das das VSS-Gebiet 164 darstellt, ist ferner auf der rechten Seite der STI 71 gebildet. Das kapazitive MIM-Element 158 ist zwischen der fünften Schicht des Drahts 122 und der sechsten Schicht des Drahts 122 in der Verdrahtungsschicht 120 gebildet. Eine Seite des kapazitiven MIM-Elements 158 ist mit der fünften Schicht des Drahts 122 verbunden, während die andere Seite mit der sechsten Schicht des Drahts 122 über den Via 124 verbunden ist.
  • 16 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel entlang einer Linie B-B' darstellt. 16 präsentiert das Doppelpixel 2d zur gemeinsamen Nutzung durch zwei Pixel. Das n+-Gebiet des zweiten FD-Teils 155 ist in einem unteren linken Teil in der Figur in dem Halbleitersubstrat 100 des Pixels 2d-1 gebildet, das in einem linken Teil in der Figur dargestellt ist. Die Gate-Elektrode FCG des dritten Transfertransistors 156-1 ist innerhalb der Verdrahtungsschicht 120 auf der rechten Seite des zweiten FD-Teils 155 in der Figur gebildet. Die Gate-Elektrode OFG des vierten Transfertransistors 162-1 ist auf der rechten Seite des dritten Transfertransistors 156-1 in der Figur gebildet.
  • Die Gate-Elektrode OFG des vierten Transfertransistors 162-2 ist auf der unteren linken Seite in der Figur mit Bezug auf das Halbleitersubstrat 100 des Pixels 2d-2 gebildet, das in einem rechten Teil in der Figur dargestellt ist. Die Gate-Elektrode FCG des dritten Transfertransistors 156-2 ist auf der rechten Seite des vierten Transfertransistors 162-2 in der Figur gebildet. Die Gate-Elektrode AMP des Verstärkungstransistors 160 ist auf der rechten Seite des dritten Transfertransistors 156-2 in der Figur gebildet.
  • Die STI 71 ist zwischen dem dritten Transfertransistor 156-1 und dem vierten Transfertransistor 162-1, zwischen dem vierten Transfertransistor 162-2 und dem dritten Transfertransistor 156-2 und zwischen dem dritten Transfertransistor 156-2 und dem Verstärkungstransistor 160 gebildet, um eine separierte Konfiguration bereitzustellen.
  • Gemäß dem Querschnittskonfigurationsbeispiel des Pixels 2d, das in 16 dargestellt ist, ist die Gate-Elektrode OFG des vierten Transfertransistors 162-1, der auf der unteren Seite in der Figur mit Bezug auf die FFTI 70 gebildet ist, die in dem rechten Teil des Pixels 2d-1 in der Figur bereitgestellt ist, so positioniert und dimensioniert, dass ein Teil der Gate-Elektrode OFG mit der FFTI 70 überlappt. Die Gate-Elektrode OFG des vierten Transfertransistors 162-2, der auf der unteren Seite in der Figur mit Bezug auf die FFTI 70 gebildet ist, die in dem linken Teil des Pixels 2d-2 in der Figur bereitgestellt ist, ist so positioniert und dimensioniert, dass ein Teil der Gate-Elektrode OFG mit der FFTI 70 überlappt. Die Gate-Elektrode AMP des Verstärkungstransistors 160, der auf der unteren Seite in der Figur mit Bezug auf die FFTI 70 gebildet ist, die in dem rechten Teil in dem rechten Teil des Pixels 2d-2 in der Figur bereitgestellt ist, ist so positioniert und geformt, dass ein Teil der Gate-Elektrode AMP mit der FFTI 70 überlappt.
  • Weder das p-Typ-Halbleitergebiet 107 noch der SCF 108 ist auf der Seite der FFTI 70 gebildet, auf der die Gate-Elektroden angeordnet sind. Diese Konfiguration ermöglicht auch eine Überlappung zwischen den Gate-Elektroden und einem Teil der FFTI 70.
  • Das Pixel 2b bei der zweiten Ausführungsform ( 10) kann auf das Pixel 2d bei der vierten Ausführungsform angewandt werden, um den ersten Transfertransistor 152 durch einen Vertikaltransistor darzustellen.
  • Das Pixel 2c bei der dritten Ausführungsform ( 11) kann auf das Pixel 2d bei der vierten Ausführungsform angewandt werden, um die Lichtabschirmungswand 131 auf der FFTI 70 bereitzustellen.
  • <Operation eines Pixels 2d>
  • Eine Operation, die durch das in 12 bis 16 dargestellte Pixel 2d durchgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf ein in 17 veranschaulichtes Zeitverlaufsdiagramm beschrieben. Zur Handhabung des Pixels 2d, das der Art einer gemeinsamen Nutzung durch zwei Pixel entspricht, wird anfänglich eine Ausleseoperation für das Pixel 2d-2 (als PD2 in der Figur angegeben) durchgeführt und wird anschließend eine Ausleseoperation für das Pixel 2d-1 (als PD1 in der Figur angegeben) durchgeführt.
  • Wenn der Verschluss betätigt wird, werden die Spannung MIMVDD, die an die kapazitiven MIM-Elemente 158 geliefert wird, das Ansteuerungssignal RST, das an den Rücksetztransistor 159 geliefert wird, das Ansteuerungssignal FDG, das an den zweiten Transfertransistor 154 geliefert wird, das Ansteuerungssignal FCG2, das an den dritten Transfertransistor 156-2 geliefert wird, das Ansteuerungssignal TG2, das an den ersten Transfertransistor 152-2 geliefert wird, das Ansteuerungssignal FCG1, das an den dritten Transfertransistor 156-1 geliefert wird, und das Ansteuerungssignal TG1, das an den ersten Transfertransistor 152-1 geliefert wird, eingeschaltet. Jedes der Ansteuerungssignale wird für nur eine vorbestimmte Periode eingeschaltet und wird anschließend ausgeschaltet.
  • Nach einem Verstreichen einer Belichtungszeit wird die Ausleseoperation für das Pixel 2d-2 (PD2) durch eine CDS-Ansteuerung ausgeführt. Anfänglich wird eine MCG(mittlere Umwandlungseffizienz)-Rücksetzperiode bereitgestellt. Danach wird eine HCG(hohe Umwandlungseffizienz)-Rücksetzperiode bereitgestellt. Das Potential MIMVDD wird von einem Startpunkt der HCG(hohe Umwandlungseffizienz)-Rücksetzperiode an das kapazitive MIM-Element 158-1 und das kapazitive MIM-Element 158-2 geliefert.
  • Bevor einem Start der MCG-Rücksetzperiode werden das Ansteuerungssignal RST und das Ansteuerungssignal FCG für nur eine vorbestimmte Periode eingeschaltet. Die MCG (mittlere Umwandlungseffizienz) wird unter Verwendung des ersten FD-Teils 153 und des zweiten FD-Teils 155 erzielt. Der erste FD-Teil 153 und der zweite FD-Teil 155 werden in der MCG-Rücksetzperiode zurückgesetzt.
  • Das Ansteuerungssignal RST wird ausgeschaltet, wobei das Ansteuerungssignal FDG eingeschaltet beibehalten wird. Auf eine solche Weise wird die MCG-Rücksetzung erzielt. Das Rücksetzpotential zu dieser Zeit entspricht dem Potential VDD.
  • Nach Abschluss der MCG-Zurücksetzung wird die HCG-Zurücksetzung ausgeführt. Die HCG (hohe Umwandlungseffizienz) wird unter Verwendung des ersten FD-Teils 153 erzielt. Entsprechend wird der erste FD-Teil 153 in der HCG-Rücksetzperiode zurückgesetzt. Die HCG-Rücksetzung wird durch Schalten des Ein-Zustands des Ansteuerungssignals FDG in den Aus-Zustand ausgeführt. Nach dem Abschluss des Zurücksetzens auf eine solche Weise beginnt das Auslesen aus der PD2 (Pixel 2d-2).
  • Das Auslesen aus der Photodiode (PD2) wird durch eine CDS-Ansteuerung erzielt. Mit einem Beginn des Auslesens aus der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-2 des Pixels 2d-2 wird das Ansteuerungssignal TG2, das an den ersten Transfertransistor 152-2 geliefert wird, für nur eine vorbestimmte Periode eingeschaltet, um eine Ladung von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-2 zu dem ersten FD-Teil 153 zu transferieren.
  • Wenn das Ansteuerungssignal TG nach einem Verstreichen einer vorbestimmten Periode in den Aus-Zustand zurückkehrt, beginnt eine HCG(hohe Umwandlungseffizienz)-Ausleseperiode. In der HGC-Ausleseperiode wird das Ansteuerungssignal SEL eingeschaltet, um den Auswahltransistor 61 in den Ein-Zustand zu bringen. Die hohe Umwandlungseffizienz wird durch den ersten FD-Teil 153 produziert. Entsprechend wird eine in dem ersten FD-Teil 153 gespeicherte Ladung während der HGC-Ausleseperiode ausgelesen.
  • Das Ansteuerungssignal FDG wird zu der Zeit eingeschaltet, wenn das Ansteuerungssignal SEL in den Aus-Zustand zurückkehrt, um den zweiten Transfertransistor 154 einzuschalten. Wenn der zweite Transfertransistor 154 eingeschaltet wird, wird das Ansteuerungssignal TG2 eingeschaltet, um den ersten Transfertransistor 152-2 einzuschalten. Es wird ein Transfer einer Ladung zu dem ersten FD-Teil 153 und dem zweiten FD-Teil 155 ermöglicht, indem der erste Transfertransistor 152-2 und der zweite Transfertransistor 154 eingeschaltet werden.
  • Nachdem das Ansteuerungssignal TR in den Aus-Zustand zurückgekehrt ist, beginnt eine MCG(mittlere Umwandlungseffizienz)-Ausleseperiode. Mit dem Beginn der MCG-Ausleseperiode wird der Auswahltransistor 61 in den Ein-Zustand gebracht, indem das Ansteuerungssignal SEL eingeschaltet wird. Infolgedessen wird eine Ladung ausgelesen, die in dem ersten FD-Teil 153 und dem zweiten FD-Teil 155 gespeichert ist.
  • Nach dem Abschluss der MCG-Ausleseperiode wird der Ein-Zustand des Ansteuerungssignals FDG immer noch beibehalten. Entsprechend wird der Ein-Zustand des zweiten Transfertransistors 154 beibehalten. Nach dem Abschluss der MCG-Ausleseperiode wird das Ansteuerungssignal FCG2 in den Ein-Zustand gebracht, um den dritten Transfertransistor 156-2 einzuschalten.
  • Danach beginnt eine LCG(niedrige Umwandlungseffizienz)-Ausleseperiode. Die niedrige Umwandlungseffizienz wird durch die Summe des ersten FD-Teils 153, des zweiten FD-Teils 155 und des dritten FD-Teils 157-2 (kapazitives MIM-Element 158-2) erzielt. Entsprechend wird eine Ladung, die in der Summe des ersten FD-Teils 153, des zweiten FD-Teils 155 und des dritten FD-Teils 157-2 (kapazitives MIM-Element 158-2) gespeichert ist, während der LCG-Ausleseperiode gelesen.
  • Eine Ladung, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-2 über den vierten Transfertransistor 162-2 überläuft, wird in dem kapazitiven MIM-Element 158-2 gespeichert.
  • Das Auslesen aus der PD2 und dem kapazitiven MIM-Element 158-2 wird durch eine DDS-Ansteuerung erzielt. Entsprechend werden Signale während der LCG-Periode gelesen und dann wird eine LCG-Rücksetzperiode bereitgestellt, um das Rücksetzsignal zu lesen.
  • Am Ende der LCG-Ausleseperiode wird das Ansteuerungssignal SEL ausgeschaltet. Nachdem das Ansteuerungssignal SEL ausgeschaltet wurde, wird das Ansteuerungssignal RST für nur eine vorbestimmte Zeit eingeschaltet. Auf eine solche Weise wird der Rücksetztransistor 159 in den Ein-Zustand gebracht. Danach wird das Ansteuerungssignal SEL eingeschaltet, um das Auslesen des Rücksetzsignals während der LCG-Rücksetzperiode auszuführen. In der LCG-Rücksetzperiode werden das Ansteuerungssignal SEL, das Ansteuerungssignal FDG und das Ansteuerungssignal FCG2 in den Ein-Zustand gebracht. In diesem Zustand wird das Zurücksetzen, das das Potential VDD als Rücksetzpotential designiert, ausgeführt.
  • Am Ende der LCG-Rücksetzperiode kehrt das Ansteuerungssignal SEL in den Aus-Zustand zurück. Signale während der HCG (hohe Umwandlungseffizienz), Signale während der MCG (mittlere Umwandlungseffizienz) und Signale während der LCG (niedrige Umwandlungseffizienz) des Pixels 2d-2 werden gelesen, indem eine Reihe der vorhergehenden Operationen durchgeführt wird.
  • Eine ähnliche Verarbeitung wird auch für das Pixel 2d-1 durchgeführt. Nach Abschluss der Verarbeitung für das Pixel 2d-2 wird die Ausleseoperation für das Pixel 2d-1 (PD1) durch eine CDS-Ansteuerung ausgeführt. Anfänglich wird eine MCG(mittlere Umwandlungseffizienz)-Rücksetzperiode bereitgestellt. Danach wird eine HCG(hohe Umwandlungseffizienz)-Rücksetzperiode bereitgestellt. Ein Versorgungspotential für das kapazitive MIM-Element 158-1 und das kapazitive MIM-Element 158-1 wird auf dem Potential MIMVDD gehalten.
  • Bevor einem Start der MCG-Rücksetzperiode werden das Ansteuerungssignal RST und das Ansteuerungssignal FCG für nur eine vorbestimmte Periode eingeschaltet. Danach wird das Ansteuerungssignal RST ausgeschaltet, wobei das Ansteuerungssignal FDG eingeschaltet beibehalten wird. Auf eine solche Weise wird die MCG-Rücksetzung erzielt und werden Rücksetzsignale des ersten FD-Teils 153 und des zweiten FD-Teils 155 erlangt.
  • Nach Abschluss der MCG-Zurücksetzung wird die HCG-Zurücksetzung ausgeführt. Die HCG-Rücksetzung wird durch Schalten des Ein-Zustands des Ansteuerungssignals FDG in den Aus-Zustand ausgeführt. Die HCG-Rücksetzung wird erzielt und das Rücksetzsignal des ersten FD-Teils 153 wird erlangt. Nachdem die MCG-Rücksetzung und die HCG-Rücksetzung auf eine solche Weise abgeschlossen wurden, beginnt das Auslesen aus der PD1 (Pixel 2d-1).
  • Mit dem Beginn des Auslesens aus der Fotodiode (PD1) wird das Ansteuerungssignal TG1, das an den ersten Transfertransistor 152-1 geliefert wird, für nur eine vorbestimmte Periode eingeschaltet, um eine Ladung von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-1 zu dem ersten FD-Teil 53 zu transferieren. Wenn das Ansteuerungssignal TG1 nach einem Verstreichen der vorbestimmten Periode in den Aus-Zustand zurückkehrt, beginnt eine HCG(hohe Umwandlungseffizienz)-Ausleseperiode. Während der HGC-Ausleseperiode wird das Ansteuerungssignal SEL für nur eine vorbestimmte Periode eingeschaltet. Infolgedessen wird der Auswahltransistor 61 in den Ein-Zustand gebracht und wird eine in dem ersten FD-Teil 153 gespeicherte Ladung ausgelesen.
  • Das Ansteuerungssignal FDG wird eingeschaltet, um den zweiten Transfertransistor 154 zu der Zeit einzuschalten, wenn das Ansteuerungssignal SEL nach einem Abschluss der HGC-Ausleseperiode in den Aus-Zustand zurückkehrt. Nachdem der zweite Transfertransistor 154 eingeschaltet wurde, wird das Ansteuerungssignal TG2 eingeschaltet, um den ersten Transfertransistor 152-1 ebenfalls einzuschalten. Eine Ladung wird von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-1 zu dem ersten FD-Teil 153 und dem zweiten FD-Teil 155 transferiert.
  • Nachdem das Ansteuerungssignal TR1 in den Aus-Zustand zurückgekehrt ist, beginnt eine MCG(mittlere Umwandlungseffizienz)-Ausleseperiode. Mit dem Beginn der MCG-Ausleseperiode wird der Auswahltransistor 61 in den Ein-Zustand gebracht, indem das Ansteuerungssignal SEL eingeschaltet wird. Infolgedessen wird eine Ladung ausgelesen, die in dem ersten FD-Teil 153 und dem zweiten FD-Teil 155 gespeichert ist.
  • Nach dem Abschluss der MCG-Ausleseperiode wird der Ein-Zustand des Ansteuerungssignals FDG immer noch beibehalten. Entsprechend wird der Ein-Zustand des zweiten Transfertransistors 154 beibehalten. Nach dem Abschluss der MCG-Ausleseperiode wird das Ansteuerungssignal FCG2 in den Ein-Zustand gebracht, um den dritten Transfertransistor 156-1 einzuschalten. Danach beginnt eine LCG(niedrige Umwandlungseffizienz)-Ausleseperiode.
  • Die niedrige Umwandlungseffizienz wird durch die Summe des ersten FD-Teils 153, des zweiten FD-Teils 155 und des dritten FD-Teils 157-1 (kapazitives MIM-Element 158-1) erzielt. Entsprechend wird eine Ladung, die in der Summe des ersten FD-Teils 153, des zweiten FD-Teils 155 und des dritten FD-Teils 157-1 (kapazitives MIM-Element 158-1) gespeichert ist, während der LCG-Ausleseperiode gelesen.
  • Eine Ladung, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151-1 über den vierten Transfertransistor 162-1 überläuft, wird in dem kapazitiven MIM-Element 158-1 gespeichert.
  • Das Auslesen aus der PD und dem kapazitiven MIM-Element 158-1 wird durch eine DDS-Ansteuerung erzielt. Entsprechend werden Signale während der LCG-Periode gelesen und dann wird eine LCG-Rücksetzperiode bereitgestellt, um ein Rücksetzsignal zu lesen.
  • Am Ende der LCG-Ausleseperiode wird das Ansteuerungssignal SEL ausgeschaltet. Nachdem das Ansteuerungssignal SEL ausgeschaltet wurde, wird das Ansteuerungssignal RST für nur eine vorbestimmte Zeit eingeschaltet. Auf eine solche Weise wird der Rücksetztransistor 159 in den Ein-Zustand gebracht. Danach wird das Ansteuerungssignal SEL eingeschaltet, um das Auslesen des Rücksetzsignals während der LCG-Rücksetzperiode auszuführen. In der LCG-Rücksetzperiode werden das Ansteuerungssignal SEL, das Ansteuerungssignal FDG und das Ansteuerungssignal FCG1 in den Ein-Zustand gebracht. In diesem Zustand wird das Zurücksetzen, das das Potential VDD als Rücksetzpotential designiert, ausgeführt.
  • Am Ende der LCG-Rücksetzperiode kehrt das Ansteuerungssignal SEL in den Aus-Zustand zurück. Signale während der HCG (hohe Umwandlungseffizienz), Signale während der MCG (mittlere Umwandlungseffizienz) und Signale während der LCG (niedrige Umwandlungseffizienz) des Pixels 2d-1 werden gelesen, indem eine Reihe der vorhergehenden Operationen durchgeführt wird.
  • Gemäß der Konfiguration und der Operation des zuvor beschriebenen Pixels 2d kann die Qs (Sättigungsladungsmenge) durch eine Überlaufansteuerung erweitert werden, die das kapazitive MIM-Element 158 als ein kapazitives Element verwendet. Der Rücksetztransistor 159 wird vor einer Ausführung der Rücksetzoperation während der MCG-Rücksetzperiode und der HCG-Rücksetzperiode eingeschaltet. In diesem Fall wird ein Dunkelstrom durch Rücksetzungen des ersten FD-Teils 153 und des zweiten FD-Teils 155 beseitigt. Entsprechend werden Signale, die während der MCG-Ausleseperiode und der HCG-Ausleseperiode, die nach der Rücksetzperiode ausgeführt werden, nicht durch einen Dunkelstrom beeinflusst.
  • Eine Separation zwischen den jeweiligen Pixeln durch den Penetrationsgraben (FFTI 70) kann Blooming in die angrenzenden Pixel verhindern und ein Potential unter den Transfertransistoren verbessern. Entsprechend nimmt die Qs der Fotodiode (fotoelektrischen Umwandlungseinheit 151) zu und daher ist eine Reduktion von S/N-Unterschieden bei Verbindungsteilen mit hoher Leuchtdichte erzielbar.
  • Eine Separation der Pixeltransistoren wird nicht nur durch die STI 71, sondern auch durch die FFTI 70 erzielt. Entsprechend wird das Gebiet für die Pixeltransistoren zuverlässig produziert, selbst wenn ein Penetrationsgraben gebildet wird. Weder der SCF 108 noch das p-Typ-Halbleitergebiet 107 sind auf der Seitenwand der FFTI 70 nahe dem n+-Diffusionsschichtgebiet (FD-Teil) bereitgestellt. Diese Konfiguration kann einen Leckstrom von der n+-Diffusionsschicht reduzieren.
  • Das Auslesen wird dreimal durch Verwenden der drei Arten von Umwandlungseffizienz ausgeführt. Diese Konfiguration kann eine Verschlechterung von S/N-Unterschieden an den Verbindungsteilen reduzieren.
  • Obwohl bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Fall beschrieben wurde, in dem drei FD-Teile bereitgestellt sind, kann eine Konfiguration genutzt werden, die die drei FD-Teile oder mehr beinhaltet. Das eine kapazitive MIM-Element oder mehrere können gemäß der Anzahl der FD-Teile bereitgestellt sein.
  • <Fünfte Ausführungsform>
  • 18 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt. Ein kapazitives MIM-Element 211 gemäß der fünften Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der vierten Ausführungsform implementiert werden.
  • Eine Verdrahtungsschicht 201 und eine Verdrahtungsschicht 203 sind laminiert. Das kapazitive MIM-Element 211 ist in der Verdrahtungsschicht 203 gebildet. Die Verdrahtungsschicht 201 und die Verdrahtungsschicht 203 werden gegebenenfalls als eine untere Schicht bzw. eine obere Schicht bezeichnet. Die untere Seite des kapazitiven MIM-Elements 211, das in 18 dargestellt ist, in der Figur entspricht der Lichteintrittsoberflächenseite des Pixels 2. Zum Beispiel ist das kapazitive MIM-Element 211 in der Figur eine vertikal invertierte Veranschaulichung des kapazitiven MIM-Elements 58 in 7.
  • Die untere Seite des kapazitiven MIM-Elements 211 in der Figur ist mit einem Untere-Schicht-Draht 221 verbunden, der in der Verdrahtungsschicht 201 gebildet ist. Die obere Seite des kapazitiven MIM-Elements 211 in der Figur ist durch einen Via 251 mit einem Obere-Schicht-Draht 253 verbunden, der mit einer Verdrahtungsschicht in einer oberen Schicht verbunden ist. Zum Beispiel können ein Material, das den Untere-Schicht-Draht 221 und den Obere-Schicht-Draht 253 darstellt, und ein Material, das einen Innenraum des Via 251 füllt, Cu (Kupfer) sein.
  • Eine Elektrode, die zum Verbinden mit einem Draht innerhalb einer anderen Verdrahtungsschicht bereitgestellt ist, ist in einem Gebiet außer einem Gebiet gebildet, in dem das kapazitive MIM-Element 211 bereitgestellt ist, d. h. einem Gebiet in einem rechten Teil in 18. Ein Untere-Schicht-Draht 231 ist in der Verdrahtungsschicht 201 gebildet. Ein Obere-Schicht-Draht 257 ist in der Verdrahtungsschicht 203 gebildet. Der Untere-Schicht-Draht 231 und der Obere-Schicht-Draht 257 sind durch einen Via 255 miteinander verbunden. Zum Beispiel können ein Material, das den Untere-Schicht-Draht 231 und den Obere-Schicht-Draht 257 darstellt, und ein Material, das einen Innenraum des Via 255 füllt, Cu (Kupfer) sein.
  • Ein Blockfilm 223 ist zwischen der Verdrahtungsschicht 201 und der Verdrahtungsschicht 203 gebildet. Zum Beispiel kann der Blockfilm 223 SiCN (Siliciumcarbonitrid) oder SiN (Siliciumnitrid) beinhalten.
  • Das kapazitive MIM-Element 211 weist eine U-förmige dreidimensionale Struktur auf und ist zum Produzieren einer relativ großen Kapazität durch Verwenden eines kleinen Montagebereichs konfiguriert. Das kapazitive MIM-Element 211 weist eine solche Konfiguration auf, bei der ein Barrieremetall 233, eine untere Elektrode 235, ein Isolationsfilm 237 und eine obere Elektrode 239 in dieser Reihenfolge von der Seite des Untere-Schicht-Drahts 221 laminiert sind. Die obere Elektrode 239 ist mit dem Blockfilm 241 (SiCN oder SiN) bedeckt. Zudem ist ein Ätzstoppfilm 243 auf den Blockfilm 241 laminiert.
  • Zum Beispiel kann das Barrieremetall 233 Ta (Tantal) beinhalten. Zum Beispiel können die untere Elektrode 235 und die obere Elektrode 239 TiN (Titannitrid) beinhalten. Zum Beispiel kann der Isolationsfilm 237 ein Material beinhalten, dass als High-k bezeichnet wird, und kann einen Isolationsfilm mit hoher Permittivität (Film mit hoher Permittivität) darstellen, der ein Material mit einer höheren relativen Permittivität als jene von Isolationsfilmen, wie etwa SiO2 (Siliciumdioxid), beinhaltet. Falls der Isolationsfilm 237 ein High-k-Film ist, kann der Isolationsfilm 237 ein Material, wie etwa Al2O3 (Aluminiumoxid) und HfO2 (Hafniumoxid), beinhalten. Es kann entweder eine Einzelschicht, die ein beliebiges dieser Materialien beinhaltet, oder eine Mehrschichtstruktur, die eine Kombination aus diesen Materialien beinhaltet, genutzt werden.
  • Der Ätzstoppfilm 243 ist ein Film, der zum Stoppen des Ätzens während einer Bildung des Via 251 bereitgestellt ist. Zum Beispiel kann der Ätzstoppfilm 243 mit einer hohen Selektivität ein metallisches Oxid oder ein metallisches Nitrid beinhalten, das Ti (Titan), Ta (Tantal), Al (Aluminium), Zr (Zirconium), Hf (Hafnium) oder dergleichen enthält.
  • Der Ätzstoppfilm 243 ist auf das kapazitive MIM-Element 211 laminiert. Entsprechend wird ermöglicht, dass der Via 251 und der Via 255 gleichzeitig gebildet werden.
  • Der Via 251 wird durch Verarbeiten der Verdrahtungsschicht 203 für nur eine Länge L1 von einer oberen Oberfläche der Verdrahtungsschicht 203 zu dem Blockfilm 241 gebildet. Der Via 255 wird durch Verarbeiten der Verdrahtungsschicht 203 für nur eine Länge L2 von der oberen Oberfläche der Verdrahtungsschicht 203 zu dem Blockfilm 223 gebildet. Die Länge L1 und die Länge L2 sind unterschiedliche Längen und haben eine Beziehung „Länge L1 < Länge L2“.
  • Falls der Ätzstoppfilm 243 in einem Fall einer gleichzeitigen Bildung des Via 251 und des Via 255 mit der Länge L1 bzw. der Länge L2, die unterschiedliche zu verarbeitende Längen sind, nicht gebildet wird, besteht eine Möglichkeit, dass der Via mit der kürzeren Länge L1 übermäßiger verarbeitet wird als der Via mit der Länge L2. Im Fall der Konfiguration, bei der der Ätzstoppfilm 243 nicht laminiert ist, werden der Via 251 und der Via 255 durch unterschiedliche Schritte gebildet.
  • Zum gleichzeitigen Bilden des Via 251 und des Via 255 muss das Ätzen des Via 251, das die gewünschte Verarbeitungslänge früher als das Ätzen des Via 255 erreicht, früher als das Ätzen des Via 255 gestoppt werden. Entsprechend wird der Ätzstoppfilm 243 auf der Seite des kapazitiven MIM-Elements 211 bereitgestellt, wie in 18 dargestellt ist, um eine Konfiguration bereitzustellen, die zum Stoppen des Ätzens in der Lage ist.
  • Der dementsprechend bereitgestellte Ätzstoppfilm 243 kann das Ätzen des Via 251 zu der Zeit eines Abschlusses einer Verarbeitung für die Länge L1 zum Bilden des Via 251 stoppen. Andererseits wird das Ätzen des Via 255 so gesteuert, dass es zu der Zeit eines Abschlusses einer Verarbeitung für die Länge L2 zum Bilden des Via 255 stoppt. Mit anderen Worten können der Via 251 und der Via 255 gleichzeitig gebildet werden, indem Zeit und Intensität des Ätzens auf jene angepasst werden, die zum Bilden des Via 255 ausreichen.
  • <Herstellung eines Pixels gemäß der fünften Ausführungsform>
  • Eine Herstellung des Pixels 2, das das in 18 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 mit dem Ätzstoppfilm 243 beinhaltet, wird unter Bezugnahme auf 19 beschrieben. Die Beschreibung unter Bezugnahme auf 19 wird eine Erklärung für eine gleichzeitige Bildung eines Kontakts (Via 251), der mit dem kapazitiven MIM-Element 211 verbunden wird, und eines Kontakts (Via 255), der in einem Gebiet außer dem kapazitiven MIM-Element 211 gebildet wird, sein.
  • In Schritt S11 wird die Verdrahtungsschicht 203 einschließlich des kapazitiven MIM-Elements 211 vorbereitet. In einem Schritt vor Schritt S11 hierin werden die Verdrahtungsschicht 201, die den Untere-Schicht-Draht 231 enthält, und die Verdrahtungsschicht 203, die das kapazitive MIM-Element 211 enthält, laminiert, und der Ätzstoppfilm 243 wird auf diesen Schichten gebildet.
  • In Schritt S12 werden der Via 251 und der Via 255 gebildet. In Schritt S12 hierin wird der Via 251, der in dem Gebiet des kapazitiven MIM-Elements 211 gebildet wird, bis zu dem Ätzstoppfilm 243 verarbeitet, während der Via 255, der in dem Gebiet außer dem kapazitiven MIM-Element 211 gebildet ist, bis zu dem Blockfilm 223 verarbeitet wird. Der dementsprechend bereitgestellte Ätzstoppfilm 243 ermöglicht eine gleichzeitige Bildung der Vias mit unterschiedlichen Verarbeitungslängen, d. h. der Vias mit unterschiedlichen Zeitlängen zur Verarbeitung.
  • In Schritt S13 werden ein Gebiet, das den Obere-Schicht-Draht 253 darstellt, und ein Gebiet, das den Obere-Schicht-Draht 257 darstellt, gebildet. Während des Schrittes S13 wird auch ein Aufbrechen des Blockfilms 241 und des Blockfilms 223 durchgeführt. In dem Gebiet, in dem das kapazitive MIM-Element 211 gebildet wird, werden der Ätzstoppfilm 243 und der Blockfilm 223 innerhalb des Gebiets, das den Via 251 darstellt, entfernt, um den Via 251 und die obere Elektrode 239 zu verbinden. Der Blockfilm 223 innerhalb des Gebiets, das den Via 255 darstellt, wird entfernt, um den Via 255 und den Untere-Schicht-Draht 231 zu verbinden.
  • In Schritt S14 wird jeder/jedes des Via 251, des Gebiets, das den Obere-Schicht-Draht 253 darstellt, des Via 255 und des Gebiets, das den Obere-Schicht-Draht 257 darstellt, mit einem leitfähigen Material, wie etwa Cu (Kupfer), gefüllt, um Drähte zu bilden.
  • Der dementsprechend für das für das kapazitive MIM-Element 211 bereitgestellte Ätzstoppfilm 243, wie zuvor beschrieben, ermöglicht eine gleichzeitige Bildung der Vias mit unterschiedlichen Verarbeitungslängen, d. h. der Vias mit unterschiedlichen Zeitlängen zur Verarbeitung.
  • Es wird angemerkt, dass der Blockfilm 241 mit einer Dicke größer als die Dicke des Blockfilms 223 bereitgestellt werden kann, anstatt den Ätzstoppfilm 243 zu bilden. Der Via 251 und der Via 255 weisen unterschiedliche Längen auf und erfordern daher unterschiedliche Zeitlängen zur Verarbeitung. Der Blockfilm 241 kann so konfiguriert sein, dass er eine Dicke aufweist, die zum Absorbieren eines Unterschieds zwischen den erforderlichen Verarbeitungszeitlängen in der Lage ist.
  • Obwohl das Beispiel des Via 251, der in dem Gebiet des kapazitiven MIM-Elements 211 gebildet ist, und der Via 255, der in dem Gebiet außer dem kapazitiven MIM-Element 211 gebildet ist, bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform erklärt wurde, ist die vorliegende Ausführungsform auch auf ein Halbleitersubstrat anwendbar, das eine Mischung von Vias enthält, die eine Verarbeitung unterschiedlicher Längen erfordern. Vias mit unterschiedlichen Längen können gleichzeitig gebildet werden, indem ein Halbleitersubstrat verwendet wird, das eine Mischung von Gebieten einschließlich des Ätzstoppfilms 243 und Gebiete ohne den Ätzstoppfilm 243 gemäß zur Verarbeitung erforderlichen Zeitlängen enthält.
  • <Sechste Ausführungsform>
  • 20 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt. Ein kapazitives MIM-Element 261 gemäß der sechsten Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der fünften Ausführungsform implementiert werden.
  • Teilen, die in dem kapazitiven MIM-Element 261 gemäß der sechsten Ausführungsform enthalten sind, das in 20 dargestellt ist, und die identisch mit den entsprechenden Teilen des kapazitiven MIM-Elements 211 der fünften Ausführungsform sind, das in 18 dargestellt ist, werden identische Bezugsziffern gegeben und werden nicht wiederholt erklärt. 20 ist eine vergrößerte Veranschaulichung eines Teils des kapazitiven MIM-Elements 261. Das in 20 dargestellte kapazitive MIM-Element 261 ist dem in 18 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 ähnlich, mit der Ausnahme eines Punkts, dass ein metallischer Film 271 einschließlich eines metallischen Materials anstelle des Blockfilms 223 und des Ätzstoppfilms 243 gebildet ist.
  • Der dementsprechend gebildete metallische Film 271 kann eine Erzeugung eines Fluorids während einer Verarbeitung des Via 251 verhindern. Es wird hier unter Bezugnahme auf Figure 21 auf eine Erzeugung eines Fluorids eingegangen, die verursacht wird, falls eine Konfiguration ohne den metallischen Film 271 genutzt wird. Das kapazitive MIM-Element 261 ist in 21 und den folgenden Figuren in einer vereinfachten Form dargestellt.
  • Ein kapazitives MIM-Element 261' (das kapazitive MIM-Element 261 ohne den metallischen Film 271 wird nachfolgend mit einem Strich bezeichnet), das in 21 dargestellt ist, weist eine Konfiguration auf, bei der die untere Elektrode 235, der Isolationsfilm 237 und die obere Elektrode 239 laminiert sind. Es wird angenommen, dass die Verdrahtungsschicht 203 verarbeitet wird, um einen Via für das kapazitive MIM-Element 261' mit dieser laminierten Konfiguration zu bilden.
  • Die Verdrahtungsschicht 203 beinhaltet einen Oxidfilm einschließlich SiO oder dergleichen als ein Zwischenschichtdielektrikum. Zum Verarbeiten der Verdrahtungsschicht 203, die ein Oxidfilm ist, wird ein F-basiertes (fluoriertes) Gas verwendet. Während einer Verarbeitung unter Verwendung von F-basiertem Gas kann TiN (Titannitrid), das die obere Elektrode 239 darstellt, verarbeitet werden. Wenn TiN durch ein F-basiertes Gas verarbeitet wird, kann ein TiF-basierter Rückstand 301 erzeugt werden. Eine Erzeugung des Rückstands 301 kann eine Ausbeute verschlechtern und kann einen Widerstand des kapazitiven MIM-Elements 261' erhöhen. Entsprechend muss eine Erzeugung des Rückstands 301 verhindert werden.
  • Wie in 20 und 22 dargestellt, kann eine Erzeugung des Rückstands 301 verhindert werden, indem der metallische Film 271 auf der oberen Elektrode 239 (TiN) des kapazitiven MIM-Elements 261 gebildet wird. 22 ist ein vereinfachtes Diagramm des kapazitiven MIM-Elements 261, das in 20 dargestellt ist. Wie in 22 dargestellt, ist ein distales Ende des Via 251 über den metallischen Film 271 mit der oberen Elektrode 239 verbunden.
  • Der Via 251 wird in einem Zustand verarbeitet, in dem der metallische Film 271 zwischen dem Via 251 und der oberen Elektrode 239 verbleibt. Auf eine solche Weise wird eine Reaktion zwischen dem F-basierten Gas und dem TiN, das die obere Elektrode 239 darstellt, während einer Verarbeitung des Via 251 vermeidbar, indem das F-basierte Gas verwendet wird. Entsprechend ist eine Erzeugung des Rückstands 301 vermeidbar.
  • Der metallische Film 271 kann ein Metall mit einer niedrigeren Bindungsenergie mit dem F-basierten Gas als Ti (Titan) beinhalten (als Bedingung 1 designiert). Durch Verwenden eines Metalls, das Bedingung 1 erfüllt, ist eine Bindungsenergie, die zur Zeit einer Bindung des metallischen Films 271 durch das f-basierte Gas produziert wird, selbst dann niedrig, falls diese Bindung auftritt. Entsprechend wird die Bindung leicht zersetzt und daher wird ermöglicht, dass eine Erzeugung des Rückstands 301 durch die Anwesenheit des metallischen Films 271 abnimmt.
  • Der metallische Film 271 beinhaltet ein Metall, das ein Fluorid mit einem höheren Dampfdruck des Metallfluorids als ein Dampfdruck von TiF (Titanfluorid) darstellt (als Bedingung 2 designiert). Ein Metall, das Bedingung 2 erfüllt, ist leicht durch Wärme entfernbar. Entsprechend kann, falls der Rückstand 301 durch eine Reaktion zwischen dem metallischen Film 271 und dem F-basierten Gas erzeugt wird, der Rückstand 301 leicht durch Wärme entfernt werden.
  • Metalle die Bedingung 1 und/oder Bedingung 2 erfüllen, werden als das Material des metallischen Films 271 genutzt. Beispiele für das Metall, das den metallischen Film 271 darstellt, beinhalten W (Wolfram), Ge (Germanium), In (Indium), Mo (Molybdän), Mn (Mangan), Ni (Nickel), Sb (Antimon), Co (Kobalt), Cu (Kupfer), Lu (Lutetium), Ru (Ruthenium), Bi (Bismut), Ag (Silber), Au (Gold), Ir (Iridium), Ta (Tantal) und Nb (Niob).
  • Der dementsprechend bereitgestellte metallische Film 271 ermöglicht die Herstellung des kapazitiven MIM-Elements 261, während eine Erzeugung des Rests 301 reduziert wird.
  • Der Ätzstoppfilm 243 des kapazitiven MIM-Elements 211 gemäß der zuvor beschriebenen fünften Ausführungsform kann durch den metallischen Film 271 ersetzt werden. In diesem Fall können Vias mit unterschiedlichen Längen durch den gleichen Schritt wie bei der fünften Ausführungsform beschrieben gebildet werden.
  • Obwohl bei der vorhergehenden Ausführungsform das Beispiel beschrieben wurde, bei dem die zwei Schichten, die durch die obere Elektrode 239 einschließlich TiN und den metallischen Film 271 gegeben sind, gebildet sind, ist zum Beispiel eine solche Konfiguration nutzbar, bei der die obere Elektrode 239 selbst durch den metallischen Film 271 gegeben ist, d. h. eine Konfiguration, bei der nur eine einzige Schicht des metallischen Films 271 gebildet ist.
  • <Herstellung eines Pixels gemäß der sechsten Ausführungsform>
  • Eine Herstellung des Pixels 2, das das in 22 dargestellte kapazitive MIM-Element 261 mit dem metallischen Film 271 beinhaltet, wird unter Bezugnahme auf 23 beschrieben.
  • In Schritt S31 werden die untere Elektrode 235, der Isolationsfilm 237, die obere Elektrode 239 und der metallische Film 271, die jeweils das kapazitive MIM-Element 261 darstellen, in der Verdrahtungsschicht 203 gebildet.
  • In Schritt S32 werden die obere Elektrode 239 und der metallische Film 271, die sich in einem Gebiet außer einem Gebiet befinden, das die obere Elektrode 239 darstellt, und einem Gebiet, das den metallischen Film 271 darstellt, der auf die obere Elektrode 239 laminiert ist, entfernt, um die obere Elektrode 239 zu bilden.
  • In Schritt S33 werden die untere Elektrode 235 und der Isolationsfilm 237, die sich in einem Gebiet außer einem Gebiet befinden, das die untere Elektrode 235 darstellt, und einem Gebiet, das den Isolationsfilm 237 darstellt, der auf die untere Elektrode 235 laminiert ist, entfernt, um die untere Elektrode 235 zu bilden.
  • In Schritt S34 werden eine Laminierung der unteren Elektrode 235, des Isolationsfilm 237, der oberen Elektrode 239 und des metallischen Films 271 innerhalb eines Zwischenschichtdielektrikums eingeschlossen, das in diesem Schritt gebildet wird, um einen Teil zu bilden, der der Verdrahtungsschicht 203 entspricht.
  • In Schritt S35 wird der Kontakt (Via 251) für das kapazitive MIM-Element 261 gebildet. Der Via 251 wird durch Verarbeiten des metallischen Films 271 derart, dass eine kleine Menge des metallischen Films 271 zurückgelassen wird, gebildet. Falls der metallische Film 271 nicht gebildet wird, wird eine Reaktion zwischen einem F-basierten Gas und TiN der oberen Elektrode 239 während einer Bildung des Via 251 in Schritt S35 bewirkt. In diesem Fall kann der Rückstand 301 durch die Reaktion erzeugt werden. Jedoch kann der metallische Film 271, der gebildet wird, wenn Bedingung 1 und Bedingung 2 erfüllt werden, eine Erzeugung des Rückstands 301 verhindern.
  • In Schritt S36 wird ein Gebiet gebildet, das den Obere-Schicht-Draht 253 darstellt. Obwohl dies in der Figur nicht dargestellt ist, wird jedes der Gebiete, die den Via 251 und den Obere-Schicht-Draht 253 darstellen, anschließend mit einem leitfähigen Material, wie etwa Cu (Kupfer), gefüllt, um Drähte zu bilden.
  • Wie zuvor beschrieben, kann der dementsprechend gebildete metallische Film 271 eine Erzeugung des Rückstands 301 während der Herstellung verhindern und kann daher eine Verschlechterung einer Ausbeute und eine Zunahme des Widerstands des kapazitiven MIM-Elements 261 verhindern.
  • <Siebte Ausführungsform>
  • 24 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einer siebten Ausführungsform darstellt. Ein kapazitives MIM-Element 281 gemäß der siebten Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der sechsten Ausführungsform implementiert werden.
  • Teilen, die in dem kapazitiven MIM-Element 281 gemäß der siebten Ausführungsform enthalten sind, das in 24 dargestellt ist, und die identisch mit den entsprechenden Teilen des kapazitiven MIM-Elements 261 der sechsten Ausführungsform sind, das in 22 dargestellt ist, werden identische Bezugsziffern gegeben und werden nicht wiederholt erklärt. 24 ist eine vergrößerte Veranschaulichung eines Teils des kapazitiven MIM-Elements 281. Das in 24 dargestellte kapazitive MIM-Element 281 ist dem in 22 dargestellten kapazitiven MIM-Element 261 ähnlich, mit der Ausnahme eines Punkts, dass ein Ätzstoppfilm 291 ferner auf dem metallischen Film 271 des kapazitiven MIM-Elements 261 gebildet ist.
  • Der Ätzstoppfilm 291, der ferner auf dem metallischen Film 271 bereitgestellt ist, ermöglicht eine Bildung von Vias, die unterschiedliche Verarbeitungslängen erfordern, durch den gleichen Schritt wie bei der fünften Ausführungsform beschrieben. Der Ätzstoppfilm 291 kann das gleiche Material wie das Material des Ätzstoppfilms 243 (18) beinhalten, wie etwa ein metallisches Oxid oder ein metallisches Nitrid, das Ti (Titan), Ta (Tantal), Al (Aluminium), Zr (Zirconium), Hf (Hafnium) oder dergleichen enthält.
  • Der Ätzstoppfilm 243 kann auch das gleiche Material wie das Material des Blockfilms 241 (18) beinhalten, wie etwa SiCN (Siliciumcarbonitrid) und SiN (Siliciumnitrid).
  • Bei einer Konfiguration einschließlich des Ätzstoppfilms 291 können Vias mit unterschiedlichen Längen gleichzeitig gebildet werden. Außerdem muss der metallische Film 271 selbst keine Funktion als ein Ätzstopp haben. Entsprechend kann das Metall, das den metallischen Film 271 darstellt, aus einem größeren Auswahlbereich ausgewählt werden.
  • <Herstellung eines Pixels gemäß der siebten Ausführungsform>
  • Eine Herstellung des Pixels 2, das das kapazitive MIM-Element 281 mit dem Ätzstoppfilm 291 und dem metallischen Film 271, das in 24 dargestellt ist, beinhaltet, wird unter Bezugnahme auf 25 beschrieben.
  • In Schritt S51 werden die untere Elektrode 235, der Isolationsfilm 237, die obere Elektrode 239, der metallische Film 271 und der Ätzstoppfilm 291, die jeweils das kapazitive MIM-Element 281 darstellen, in der Verdrahtungsschicht 203 gebildet.
  • In Schritt S52 werden die obere Elektrode 239, der metallische Film 271 und der Ätzstoppfilm 291, die sich in einem Gebiet außer einem Gebiet, das die obere Elektrode 239 darstellt, und einem Gebiet befinden, das das Gebiet des metallischen Films 271 und des Ätzstoppfilms 291 darstellt, die auf die obere Elektrode 239 laminiert sind, entfernt, um die obere Elektrode 239 zu bilden.
  • In Schritt S53 werden die untere Elektrode 235 und der Isolationsfilm 237, die sich in einem Gebiet außer einem Gebiet befinden, das die untere Elektrode 235 darstellt, und einem Gebiet, das den Isolationsfilm 237 darstellt, der auf die untere Elektrode 235 laminiert ist, entfernt, um die untere Elektrode 235 zu bilden.
  • In Schritt S54 werden eine Laminierung der unteren Elektrode 235, des Isolationsfilm 237, der oberen Elektrode 239, des metallischen Films 271 und des Ätzstoppfilms 291 innerhalb eines Zwischenschichtdielektrikums eingeschlossen, das in diesem Schritt gebildet wird, um einen Teil zu bilden, der der Verdrahtungsschicht 203 entspricht.
  • In Schritt S55 wird der Kontakt (Via 251) für das kapazitive MIM-Element 281 gebildet. Der Via 251 wird durch Verarbeiten bis zu dem Ätzstoppfilm 291 gebildet. Falls der Via 251 und ein anderer Via, der bis zu einer tieferen Position als die Position des Via 251 verarbeitet werden muss, gleichzeitig während einer Bildung des Via 251 in Schritt S55 hier in einer Konfiguration ohne den Ätzstoppfilm 291 gebildet werden, kann der Via 251 übermäßig bis zu einer Position tiefer als notwendig verarbeitet werden. Die Konfiguration einschließlich des Ätzstoppfilms 291 ermöglicht eine gleichzeitige Bildung des Via 251 und eines anderen Via mit einer anderen Verarbeitungslänge.
  • In Schritt S56 wird ein Gebiet gebildet, das den Obere-Schicht-Draht 253 darstellt. Während des Schrittes S56 wird der Ätzstoppfilm 291 aufgebrochen und wird der Via 251 bis zu dem metallischen Film 271 verarbeitet. Falls der metallische Film 271 nicht gebildet wird, wird eine Reaktion zwischen einem F-basierten Gas und TiN der oberen Elektrode 239 während einer Bildung des Via 251 in Schritt S56 hier bewirkt. In diesem Fall kann der Rückstand 301 durch die Reaktion erzeugt werden. Jedoch kann der metallische Film 271, der Bedingung 1 und Bedingung 2 erfüllt und wie zuvor beschrieben gebildet wird, eine Erzeugung des Rückstands 301 verhindern.
  • Obwohl dies in der Figur nicht dargestellt ist, wird nach Schritt S56 jedes der Gebiete, die den Via 251 und den Obere-Schicht-Draht 253 darstellen, mit einem leitfähigen Material, wie etwa Cu (Kupfer), gefüllt, um Drähte zu bilden.
  • Wie zuvor beschrieben, ermöglicht der dementsprechend bereitgestellte Ätzstoppfilm 291 eine gleichzeitige Bildung der Vias, die unterschiedliche Zeitlängen zur Verarbeitung erfordern. Der zuvor gebildete metallische Film 271 kann eine Erzeugung des Rückstands 301 während der Herstellung verhindern und kann daher eine Verschlechterung einer Ausbeute und eine Zunahme des Widerstands des kapazitiven MIM-Elements 281 verhindern.
  • <Achte Ausführungsform>
  • 26 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einer achten Ausführungsform darstellt. Das kapazitive MIM-Element 211 gemäß der achten Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der siebten Ausführungsform implementiert werden.
  • 26 ist eine vergrößerte Veranschaulichung eines Teils des kapazitiven MIM-Elements 211. Teilen, die in dem kapazitiven MIM-Element 211 enthalten sind, das in 26 dargestellt ist, und ähnlich zu den entsprechenden Teilen des kapazitiven MIM-Elements 211 sind, das in 18 dargestellt ist, werden ähnliche Bezugsziffern gegeben und werden gegebenenfalls nicht wiederholt erklärt.
  • Die untere Seite des kapazitiven MIM-Elements 211 in der Figur ist mit dem Untere-Schicht-Draht 221 verbunden, der in der Verdrahtungsschicht 201 gebildet ist. Der Untere-Schicht-Draht 221 weist eine kleinere Dicke als der in 18 dargestellte Untere-Schicht-Draht 221 auf. Zum Beispiel ist die Dicke des Untere-Schicht-Drahts 221 größer als 20 nm und kleiner als 50 nm.
  • Zum Beispiel ist der Untere-Schicht-Draht 221 ein Cu(Kupfer)-Draht. Zum Beispiel wird der Untere-Schicht-Draht 221 durch einen Prozess, der allgemein als Damascene-Prozess bezeichnet wird, d. h. durch Bilden einer Kerbe in einem Isolationsfilm, Einbetten von Cu in diese Kerbe und Entfernen von überflüssigem CU, das sich in einem Bereich außer der Kerbe befindet, gebildet. CMP (chemisch-mechanisches Polieren) wird angewendet, um Cu zu entfernen. In diesem Fall wird keine kleine Menge an Cu, das in der Kerbe eingebettet ist, durch Polieren entfernt, das für die Entfernung ausgeführt wird (Dishing). Zum Steuern der Menge an Cu, das während des Polieren entfernt wird (Dishing-Steuerung), ist eine Dicke von näherungsweise 10 nm für Cu erforderlich.
  • Ein Teil zur Verbindung zwischen dem Untere-Schicht-Draht 221 und dem kapazitiven MIM-Element 211 erfordert einen Ätzschritt zum Einbetten des kapazitiven MIM-Elements 211. Unter Berücksichtigung von Überätzen während des Ätzens ist eine Dicke von näherungsweise 10 nm für Cu erforderlich. Zudem weist der Untere-Schicht-Draht 221 unter Berücksichtigung von Produktionsvariationen eine Dicke von mehr als 20 nm auf, wie zuvor beschrieben.
  • In einem Schritt einschließlich der Bildung des kapazitiven MIM-Elements 211 kann ein Teil des Untere-Schicht-Drahts 221 innerhalb des kapazitiven MIM-Elements 211 durch Wärme oder Belastung (Wölbung), die auf den Untere-Schicht-Draht 221 angewandt wird, diffundiert werden. In diesem Fall sind gewünschte Charakteristiken des kapazitiven MIM-Elements 211 möglicherweise schwierig zu erzielen. Defekte, die durch Wärme oder Belastung verursacht werden, können durch Reduzieren der Dicke des Untere-Schicht-Drahts 221 reduziert werden. Eine Verschiebung von Cu, die durch eine Kraft einer thermischen Ausdehnung verursacht wird, wird stärker beschleunigt, wenn die Dicke des Untere-Schicht-Drahts 221, d. h. die Menge an Cu, zunimmt. Entsprechend kann diese Verschiebung reduziert werden, indem die Menge an CU reduziert wird.
  • Der Untere-Schicht-Draht 221, der mit dem kapazitiven MIM-Element 211 verbunden ist, wird bereitgestellt, um ein Potential an das kapazitive MIM-Element 211 anzulegen, und liefert keinen Strom an das kapazitive MIM-Element 211. Entsprechend wird die Leistungsfähigkeit des Bildsensors nicht verringert, selbst durch die Reduktion der Dicke des Untere-Schicht-Drahts 221. Die Reduktion der Dicke des Untere-Schicht-Drahts 221 kann eine Kopplung mit der Leistungsspannung VDD reduzieren. Entsprechend kann die Leistungsfähigkeit für Pixelcharakteristiken auch verbessert werden.
  • Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich ist, können Defekte durch Reduzieren der Dicke des Untere-Schicht-Drahts 221 auf eine Dicke von zum Beispiel 50 nm oder kleiner reduziert werden, wie zuvor beschrieben. Zum Beispiel weist der Untere-Schicht-Draht 221, der in 26 dargestellt ist, eine Filmdicke näherungsweise in einem Bereich von einem Fünftel bis zu einer Hälfte einer Filmdicke des Untere-Schicht-Drahts 221 auf, der in 18 dargestellt ist und eine gewöhnliche Filmdicke aufweist.
  • Obwohl das Barrieremetall 233 auf einem Teil, der in dem kapazitiven MIM-Element 211 enthalten ist, und in Kontakt mit dem Untere-Schicht-Draht 221 bei dem in 26 dargestellten Beispiel bereitgestellt ist, ist, ähnlich dem Fall aus 18, auch eine solche Konfiguration nutzbar, die zum Beispiel die untere Elektrode 235 mit einer Diffusionsverhinderungsfunktion für Cu aufweist und das Barrieremetall 335 beseitigt. Die Konfiguration, die das Barrieremetall 233 beseitigt, kann zum Beispiel durch Erhöhen einer Dicke von TiN produziert werden, das die untere Elektrode 235 darstellt.
  • Der Untere-Schicht-Draht 221 ist durch Via-Löcher 305 mit einem Draht 302 verbunden, der von dem Untere-Schicht-Draht 221 verschieden ist. Innenbereiche der Via-Löcher 305 werden gleichermaßen mit Cu gefüllt. Entsprechend wird angenommen, dass die Menge an Cu, das in dem Untere-Schicht-Draht 221 enthalten ist, eine Menge einschließlich des CU innerhalb der Via-Löcher 305 ist. Falls hervorstehende Teile des kapazitiven MIM-Elements 211 Gräben 311 entsprechen, sind die Gräben 311 und die Via-Löcher 305 so angeordnet, dass die Gräben 311 nicht mit den Via-Löchern 305 in einer Draufsicht überlappen und dass die Gräben 311 nicht mit den Via-Löchern 305 in einer Querschnittsansicht ausgerichtet sind.
  • A in 27 stellt ein Planarkonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211 dar, das derart angeordnet ist, dass die Gräben 311 und die Via-Löcher 305 einander in der Draufsicht überlappen, während B in 27 ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211 darstellt, das derart angeordnet ist, dass die Gräben 311 und die Via-Löcher 305 miteinander der der Querschnittsansicht ausgerichtet sind.
  • Wie aus dem Planarkonfigurationsbeispiel und dem Querschnittskonfigurationsbeispiel ersichtlich, die in A bzw. B in 27 dargestellt sind, sind die mehreren Gräben 311, die jeweils eine lineare Form aufweisen, auf dem Untere-Schicht-Draht 221 gebildet. Die Via-Löcher 305 sind an Positionen gebildet, die mit den Gräben 311 überlappen.
  • Wie aus B in 27 ersichtlich, ist eine Schicht aus Cu mit einer Dicke einer Summe einer Höhe des Grabens 311 und einer Höhe des Via-Lochs 305 an einem Überlappungsteil zwischen dem Via-Loch 305 und dem Graben 311 gebildet. Entsprechend nimmt die Filmdicke von Cu bei dem Überlappungsteil zwischen dem Via-Loch 305 und dem Graben 311 zu. Eine Belastung nimmt an einem Übergangsteil zwischen dem Untere-Schicht-Draht 221 und der unteren Elektrode 235 (Graben 311) des kapazitiven MIM-Elements 211 zu. Diese Belastung nimmt weiter zu, wenn die Filmdicke des Untere-Schicht-Drahts 221 zunimmt.
  • Die Filmdicke von Cu ist bei dem Überlappungsteil zwischen dem Via-Loch 305 und dem Graben 311 groß. Entsprechend wird angenommen, dass eine auf diesen Teil ausgeübte Belastung zunimmt. Die Via-Löcher 305 sind so angeordnet, dass dieser Teil mit großer Belastung so weit wie möglich reduziert wird. Insbesondere sind, wie in 28 dargestellt, die Via-Löcher 305 an Positionen angeordnet, die nicht mit den Gräben 311 in der Draufsicht überlappen, und sind nicht mit den Gräben 311 in der Querschnittsansicht ausgerichtet.
  • A in 28 stellt ein Planarkonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211 dar, das derart angeordnet ist, dass die Gräben 311 und die Via-Löcher 305 einander in der Draufsicht nicht überlappen, während B in 28 ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211 darstellt, das derart angeordnet ist, dass die Gräben 311 und die Via-Löcher 305 nicht miteinander der der Querschnittsansicht ausgerichtet sind.
  • Wie aus dem Planarkonfigurationsbeispiel und dem Querschnittskonfigurationsbeispiel ersichtlich, die in A bzw. B in 28 dargestellt sind, sind die mehreren Gräben 311, die jeweils eine lineare Form aufweisen, auf dem Untere-Schicht-Draht 221 gebildet. Die Via-Löcher 305 sind an Positionen gebildet, die nicht mit den Gräben 311 in der Draufsicht überlappen. Mit anderen Worten sind die Via-Löcher 305 zwischen den jeweiligen Gräben 311 in der Draufsicht gebildet.
  • Wie aus B in 28 ersichtlich, sind die Via-Löcher 305 so angeordnet, dass weder ein sich überlappender noch ausgerichteter Teil zwischen den Via-Löchern 305 und den Gräben 311 produziert wird.
  • Mit anderen Worten sind die Via-Löcher 305 derart angeordnet, dass kein Teil mit einer Filmdicke der Summe der Höhe des Grabens 311 und der Höhe des Via-Lochs 305 als der Teil, der unter Bezugnahme auf 27 beschrieben ist, produziert wird. Die Filmdicke des Untere-Schicht-Drahts 221 wird an dem Übergangsteil zwischen dem Untere-Schicht-Draht 221 und der unteren Elektrode 235 (Graben 311) des kapazitiven MIM-Elements 211 reduziert. Entsprechend ist eine Reduktion einer Belastung erreichbar.
  • Wie in 28 dargestellt, können mehrere (fünf in 28) der Via-Löcher 305 gebildet werden. Außerdem sind, wie in 28 dargestellt, die Via-Löcher 305 möglicherweise in keinem bestimmten Muster angeordnet.
  • A in 29 ist ein Diagramm, das ein anderes Anordnungsbeispiel der Via-Löcher 305 darstellt. Bei dem in A in 29 dargestellten Beispiel ist das eine Via-Loch 305 in einer Ecke des Gebiets gebildet, in dem der Untere-Schicht-Draht 221 gebildet ist. Die Position und die Anzahl der Via-Löcher 305 können eine beliebige Position und Anzahl sein, solange ein Potential an das kapazitive MIM-Element 211 geliefert werden kann. Außerdem muss ein Spanungsabfall nicht berücksichtigt werden. Entsprechend kann die Konfiguration genutzt werden, die nur das Via-Loch 305, wie in A in 29 dargestellt, beinhaltet.
  • Obwohl A in 29 das Beispiel darstellt, bei dem das eine Via-Loch 305 in einer Ecke des Gebiets gebildet ist, in dem der Untere-Schicht-Draht 221 gebildet ist, d. h. außerhalb des Gebiets, in dem die Gräben 311 gebildet sind, kann sich die Anordnungsposition des einen Via-Lochs 305 in einem Teil außer der Ecke befinden, wie etwa dem Zentrum des Gebiets, in dem der Untere-Schicht-Draht 221 gebildet ist, und dem Zentrum einer Seite dieses Gebiets.
  • Wie in B in 29 dargestellt, kann eine Konfiguration einschließlich der vier Via-Löcher 305 genutzt werden. Wie zuvor beschrieben, müssen die Via-Löcher 305 lediglich ein Potential an das kapazitive MIM-Element 211 liefern. Entsprechend muss nur das eine Via-Loch 305 gebildet werden. Jedoch kann eine Konfiguration, die die mehreren Via-Löcher 305 enthält, als Absicherung für irgendeine Fehlfunktion des einen Via-Lochs 305 genutzt werden. Zum Beispiel ist eine solche Konfiguration nutzbar, die die vier Via-Löcher 305 beinhaltet, wobei jeweils eines für jede der vier Ecken außerhalb des Gebiets angeordnet ist, in dem die Gräben 311 gebildet sind, wie in B in 29 dargestellt ist.
  • Obwohl das Beispiel des Bildens der vier Via-Löcher 305 unter Bezugnahme auf B in 29 beschrieben wurde, kann eine Konfiguration einschließlich der zwei oder drei Via-Löcher 305 genutzt werden.
  • Wie in C in 29 dargestellt, kann eine Konfiguration einschließlich der fünf Via-Löcher 305 genutzt werden. Das in C in 29 dargestellte Beispiel ist eine Konfiguration, bei der das eine Via-Loch 305, das sich in dem Zentrum des Gebiets befindet, das dem Untere-Schicht-Draht 221 entspricht, zu den vier Via-Löcher 305 hinzugefügt ist, die in B in 9 dargestellt sind. Bei dem in C in 29 dargestellten Beispiel sind die Via-Löcher 305 jeweils eines für jede der vier Ecken und das Zentrum des Gebiets gebildet, das dem Untere-Schicht-Draht 221 entspricht.
  • Gemäß den Beispielen, die in B und C in 29 dargestellt sind, sind die Via-Löcher 305 gleichmäßig angeordnet. Durch das Anordnen der Via-Löcher 305 an gleichmäßigen Positionen innerhalb des Gebiets, in dem der Untere-Schicht-Draht 221 gebildet ist, kann eine Potentialversorgung ausgeglichen werden und daher kann das kapazitive MIM-Element 211, das als ein kapazitives Element fungiert, leicht Hochgeschwindigkeitsoperationen folgen.
  • Wie in A in 30 dargestellt, kann eine Konfiguration einschließlich der fünf oder mehr Via-Löcher 305 genutzt werden. Bei dem in A in 30 dargestellten Beispiel sind die mehreren Via-Löcher 305 auf zwei Seiten des Untere-Schicht-Drahts 221 gebildet, d. h. auf zwei Seiten außerhalb des Gebiets, in dem die Gräben 311 gebildet sind.
  • Des Weiteren kann, wie in B in 30 dargestellt, eine Konfiguration genutzt werden, die ferner die mehreren Via-Löcher 305 zwischen den jeweiligen Gräben 311 zusätzlich zu den Via-Löchern 305 beinhaltet, die in A in 30 dargestellt sind. C in 30 ist ein Querschnittskonfigurationsbeispiel, das dem Planarkonfigurationsbeispiel entspricht, das in B in 30 dargestellt ist. Wie in B und C in 30 dargestellt, sind, selbst wenn die mehreren Via-Löcher 305 bereitgestellt sind, die Via-Löcher 305 so angeordnet, dass kein Überlappungsteil zwischen den Gräben 311 und den Via-Löchern 305 in dem Planarkonfigurationsbeispiel produziert wird und dass keine Ausrichtung zwischen den Gräben 311 und den Via-Löchern 305 in dem Querschnittskonfigurationsbeispiel produziert wird.
  • Wie in A und B in 30 dargestellt, kann eine Belastung durch Nutzen einer Anordnung einschließlich einer größeren (redundanten) Anzahl der Via-Löcher 305 zerstreut werden. In diesem Fall ist eine Belastungskonzentration an Verbindungsteilen zwischen dem Untere-Schicht-Draht 221 und der unteren Elektrode 235 des kapazitiven MIM-Elements 211 (Teile, in denen sich distale Enden der Gräben 311 befinden) vermeidbar.
  • Gemäß der achten Ausführungsform sind eine Reduktion einer Ausfällung von Cu, das den Untere-Schicht-Draht 221 darstellt, und eine Reduktion einer defekten Bildung des kapazitiven MIM-Elements 211 erzielbar. In diesem Fall ist es möglich, dass eine Ausbeute des Bildsensors verbessert wird. In dem Cu-Bildungsschritt während einer Bildung des Untere-Schicht-Drahts 221 können die Bildungszeit und die Materialien, die zum Ätzen und für den Filmbildungsprozess erforderlich sind, reduziert werden. Entsprechend ist eine Kostenreduktion erreichbar.
  • Eine Wölbung eines Wafers während der Herstellung kann reduziert werden. In diesem Fall nimmt ein Freiheitsgrad in einem Befestigungsprozess zu und daher wird ermöglicht, dass eine Ausbeute verbessert wird. Eine Kopplungskapazität zwischen dem Untere-Schicht-Draht 221, der mit dem kapazitiven MIM-Element 211 verbunden ist, und dem Draht 302 der Leistungsquellenspannung VDD kann reduziert werden. Die Reduktion der Kopplungskapazität verringert eine parasitäre Kapazität. Entsprechend ist es möglich, dass eine Empfindlichkeit des Bildsensors verbessert wird.
  • <Erstes Beispiel der neunten Ausführungsform>
  • 31 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einem ersten Beispiel einer neunten Ausführungsform darstellt, während 32 ein Diagramm ist, das ein Querschnittsbeispiel dieses kapazitiven MIM-Elements darstellt. Das kapazitive MIM-Element 211 gemäß dem ersten Beispiel der neunten Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der achten Ausführungsform implementiert werden.
  • Gemäß dem in 31 dargestellten Beispiel beinhaltet das kapazitive MIM-Element 211 die drei Gräben 311. Die Gräben 311-1 bis 311-3, die die drei Gräben darstellen, sind innerhalb des Gebiets bereitgestellt, in dem der Untere-Schicht-Draht 221 gebildet ist. Der Untere-Schicht-Draht 221 ist durch das Barrieremetall 335 umgeben.
  • 32 ist ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211 entlang einer Strecke A-A' in dem Draufsichtdiagramm aus 31. Die Verdrahtungsschicht 201 und die Verdrahtungsschicht 203 sind laminiert. Das kapazitive MIM-Element 211 ist in der Verdrahtungsschicht 203 gebildet. Die untere Seite des kapazitiven MIM-Elements 211 in der Figur ist mit dem Untere-Schicht-Draht 221 verbunden, der in der Verdrahtungsschicht 201 gebildet ist.
  • Ein Isolationsfilm 331 ist zwischen der Verdrahtungsschicht 201 und der Verdrahtungsschicht 203 gebildet. Das kapazitive MIM-Element 211 weist eine Konfiguration auf, bei der das Barrieremetall 233, die untere Elektrode 235, der Isolationsfilm 237, die obere Elektrode 239 und der Isolationsfilm 333 in dieser Reihenfolge von der Seite des Untere-Schicht-Drahts 221 laminiert sind. Zum Beispiel ist der Isolationsfilm 237 ein High-k-Film.
  • Der Untere-Schicht-Draht 221 beinhaltet eine einfache Substanz, wie etwa Cu (Kupfer), Al (Aluminium), Ti (Titan), Ta (Tantal), W (Wolfram), Ni (Nickel), Co (Kobalt), Ru (Ruthenium), Mo (Molybdän), Mn (Mangan), Ag (Silber) und Au (Gold), oder eine Metallverbindung von diesen.
  • Wie aus dem Draufsichtdiagramm aus 31 gesehen werden kann, sind die Gräben 311-1 bis 311-3 innerhalb des Gebiets bereitgestellt, in dem der Untere-Schicht-Draht 221 gebildet ist. Wenn der eine Graben 311 beachtet wird, weist der Untere-Schicht-Draht 221 eine größere Breite als der Graben 311 auf. Durch Verwenden eines Metalldrahts, oder des Untere-Schicht-Drahts 221 in diesem Fall, mit einer größeren Dicke als jeder der Gräben 311 zum Empfangen der Gräben 311, die das kapazitive MIM-Element 211 darstellen, auf die zuvor beschriebene Weise kann eine Separation der Gräben 311 des kapazitiven MIM-Elements 211 von dem Untere-Schicht-Draht 221 reduziert werden.
  • Obwohl das unter Bezugnahme auf 31 und 32 beschriebene Beispiel der Fall war, in dem die drei Gräben 311 enthalten sind, ist es offensichtlich, dass das kapazitive MIM-Element 211 drei Gräben 311 oder mehr beinhalten kann. Obwohl die drei Gräben 311 gleichermaßen bei Beispielen der folgenden Beschreibung bereitgestellt werden, kann die Anzahl der Gräben 311 eine beliebige Anzahl sein.
  • Eine Herstellung des kapazitiven MIM-Elements 211, das in 31 und 32 dargestellt ist, wird unter Bezugnahme auf 33 beschrieben. In Schritt S101 wird ein Substrat vorbereitet, das die Verdrahtungsschicht 201 darstellt, und wird ein Fotolack 401 auf der Verdrahtungsschicht 201 gebildet. Der Fotolack 401 weist eine Struktur auf, die in einem Gebiet geöffnet ist, das mit Cu zu füllen ist, um den Untere-Schicht-Draht 221 darzustellen. In Schritt S102 wird das Ätzen ausgeführt, um einen Graben 402 zu bilden, der den Untere-Schicht-Draht 221 darstellt.
  • In Schritt S103 wird das Barrieremetall 335 auf einer Seitenwand und einer unteren Oberfläche innerhalb des Grabens 402 gebildet und wird der Graben 402 mit Cu gefüllt, um den Untere-Schicht-Draht 221 zu bilden. Nachdem der Untere-Schicht-Draht 221 gebildet wurde, wird der Isolationsfilm 331 auf dem Untere-Schicht-Draht 221 gebildet und wird die Verdrahtungsschicht 203 ferner auf dem Isolationsfilm 331 gebildet.
  • In Schritt S104 wird ein Fotolack 403 gebildet, der in Gebieten geöffnet ist, die die Gräben 311 des kapazitiven MIM-Elements 211 darstellen. In Schritt S105 wird das Ätzen ausgeführt, um die Gräben 311-1 bis 311-3 zu bilden.
  • In Schritt S106 werden das Barrieremetall 233, die untere Elektrode 235, der Isolationsfilm 237 und die obere Elektrode 239 gebildet, um das kapazitive MIM-Element 211 zu bilden.
  • Das in 31 und 32 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 wird durch die vorhergehenden Schritte gebildet.
  • <Zweites Beispiel der neunten Ausführungsform>
  • 34 ist ein Diagramm, das eine Planarkonfiguration eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einem zweiten Beispiel der neunten Ausführungsform darstellt. Das kapazitive MIM-Element 211 gemäß dem zweiten Beispiel der neunten Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der achten Ausführungsform implementiert werden.
  • Das in 34 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 ist dem in 32 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 ähnlich, mit der Ausnahme eines Punkts, dass der Untere-Schicht-Draht 221 durch ein Metallpad 361 gegeben ist, und eines Punkts, dass der Isolationsfilm 331 beseitigt ist. Das Planarkonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211, das in 34 dargestellt ist, ist im Grunde dem in 31 dargestellten Beispiel ähnlich. Bei der Konfiguration aus 34 wird der Untere-Schicht-Draht 221 mit dem Metallpad 361 ersetzt.
  • Das Metallpad 361 beinhaltet eine einfache Substanz, wie etwa Cu (Kupfer), Al (Aluminium), Ti (Titan), Ta (Tantal), W (Wolfram), Ni (Nickel), Co (Kobalt), Ru (Ruthenium), Mo (Molybdän), Mn (Mangan), Ag (Silber) und Au (Gold), oder eine Metallverbindung von diesen.
  • Die Gräben 311-1 bis 311-3 sind innerhalb des Gebiets bereitgestellt, in dem das Metallpad 361 gebildet ist. Wenn der eine Graben 311 beachtet wird, weist das Metallpad 361 eine größere Breite als der Graben 311 auf. Durch Verwenden eines Metalldrahts, oder des das Metallpads 361 in diesem Fall, mit einer größeren Dicke als jeder der Gräben 311 zum Empfangen der Gräben 311, die das kapazitive MIM-Element 211 darstellen, auf die zuvor beschriebene Weise kann eine Separation der Gräben 311 des kapazitiven MIM-Elements 211 von dem das Metallpad 361 reduziert werden.
  • Eine Herstellung des kapazitiven MIM-Elements 211, das in 34 dargestellt ist, wird unter Bezugnahme auf 35 beschrieben. In Schritt S121 wird ein Substrat vorbereitet, das die Verdrahtungsschicht 201 darstellt. Ein Metall, das das Metallpad 361 darstellt, wird auf der Verdrahtungsschicht 201 gebildet. Außerdem wird ein Fotolack 451 gebildet, der eine Struktur aufweist, die in einem Gebiet außer einem Gebiet geöffnet ist, das als das Metallpad 361 beibehalten wird. In Schritt S122 wird das Ätzen ausgeführt, um das Metallpad 361 zu bilden.
  • In Schritt S123 wird ein Gebiet gebildet, das die Verdrahtungsschicht 203 darstellt. Dieses Gebiet entspricht einem Gebiet, in dem das kapazitive MIM-Element 211 gebildet wird. In Schritt S124 wird ein Fotolack 452 gebildet, der in einem Gebiet geöffnet ist, das die Gräben 311 des kapazitiven MIM-Elements 211 darstellt.
  • In Schritt S125 wird das Ätzen ausgeführt, um die Gräben 311-1 bis 311-3 zu bilden. In Schritt S126 werden das Barrieremetall 233, die untere Elektrode 235, der Isolationsfilm 237 und die obere Elektrode 239 gebildet, um das kapazitive MIM-Element 211 zu bilden.
  • Das in 34 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 wird durch die vorhergehenden Schritte gebildet.
  • <Erstes Beispiel der zehnten Ausführungsform>
  • 36 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einem ersten Beispiel einer zehnten Ausführungsform darstellt, während 37 ein Diagramm ist, das ein Querschnittsbeispiel dieses kapazitiven MIM-Elements darstellt. Das kapazitive MIM-Element 211 gemäß dem ersten Beispiel der zehnten Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der achten Ausführungsform implementiert werden.
  • Das in 36 und 37 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 ist dem in 31 und 32 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 des ersten Beispiels der neunten Ausführungsform ähnlich, mit der Ausnahme eines Punkts, dass der Untere-Schicht-Draht 221 für jeden der Gräben 311 des kapazitiven MIM-Elements 211 bereitgestellt ist.
  • Gemäß dem in 36 dargestellten Beispiel beinhaltet das kapazitive MIM-Element 211 die drei Gräben 311-1 bis 311-3. Die drei Gräben 311-1 bis 311-3 sind jeweils mit den Untere-Schicht-Drähten 221-1 bis 221-3 verbunden.
  • Der Graben 311-1 ist auf dem Untere-Schicht-Draht 221-1 mit einer Breite im Wesentlichen äquivalent zu einer Breite des Grabens 311-1 gebildet. Der Graben 311-2 ist auf dem Untere-Schicht-Draht 221-2 mit einer Breite im Wesentlichen äquivalent zu einer Breite des Grabens 311-2 gebildet. Der Graben 311-3 ist auf dem Untere-Schicht-Draht 221-3 mit einer Breite im Wesentlichen äquivalent zu einer Breite des Grabens 311-3 gebildet.
  • Auf eine solche Weise wird der Untere-Schicht-Draht 221 mit einer Dicke im Wesentlichen äquivalent zu einer Dicke des entsprechenden Grabens 311 für jeden der Gräben 311 gebildet. Die Untere-Schicht-Drähte 221-1 bis 221-3 sind jeweils durch Barrieremetalle 335-1 bis 335-3 umgeben.
  • Gemäß einem Vergleich zwischen dem Untere-Schicht-Draht 221 des ersten Beispiels der neunten Ausführungsform, der in 31 dargestellt ist, und den Untere-Schicht-Drähten 221 des ersten Beispiels der zehnten Ausführungsform, die in 36 dargestellt sind, weist jeder der Untere-Schicht-Drähte 221, die bei dem ersten Beispiel der zehnten Ausführungsform gebildet sind, das in 36 dargestellt ist, eine kleine Fläche auf und weist eine kleine Menge an Cu auf, das den Untere-Schicht-Draht 221 darstellt. Zum Beispiel wird, wie bei der achten Ausführungsform beschrieben, Cu durch eine Belastung ausgefällt, die auf jeden der Untere-Schicht-Drähte 221 ausgeübt wird, falls der Untere-Schicht-Draht 221 eine große Menge an Cu aufweist. In diesem Fall kann eine Fehlfunktion des kapazitiven MIM-Elements 211 verursacht werden. Gemäß dem ersten Beispiel der zehnten Ausführungsform kann die Menge an Cu durch Reduzieren jeder Fläche der Untere-Schicht-Drähte 221 reduziert werden. Auf eine solche Weise ist eine Reduktion einer Ausfällung von Cu, die zuvor beschrieben wurde, erreichbar.
  • Eine Herstellung des kapazitiven MIM-Elements 211, das in 36 und 37 dargestellt ist, wird unter Bezugnahme auf 38 beschrieben. In Schritt S141 wird ein Substrat vorbereitet, das die Verdrahtungsschicht 201 darstellt, und wird ein Fotolack 471 auf der Verdrahtungsschicht 201 gebildet. Der Fotolack 471 weist eine Struktur auf, die in Gebieten geöffnet ist, die mit Cu zu füllen sind, um die Untere-Schicht-Drähte 221-1 bis 221-3 darzustellen. In Schritt S142 wird das Ätzen ausgeführt, um Gräben 472-1 bis 472-3 zu bilden, die die Untere-Schicht-Drähte 221 darstellen.
  • In Schritt S143 wird das Barrieremetall 335 auf einer Seitenwand und einer unteren Oberfläche innerhalb jedes der Gräben 471-1 bis 472-3 gebildet und werden die Gräben 472-1 bis 472-3 mit Cu gefüllt, um die Untere-Schicht-Drähte 221-1 bis 221-3 zu bilden. Nachdem die Untere-Schicht-Drähte 221 gebildet wurden, wird der Isolationsfilm 331 auf den Untere-Schicht-Drähten 221 gebildet. Die Verdrahtungsschicht 203 wird ferner auf dem Isolationsfilm 331 gebildet.
  • In Schritt S144 wird ein Fotolack 473 gebildet, der in Gebieten geöffnet ist, die die Gräben 311-1 bis 311-3 des kapazitiven MIM-Elements 211 darstellen. In Schritt S145 wird das Ätzen ausgeführt, um die Gräben 311-1 bis 311-3 zu bilden.
  • In Schritt S146 werden das Barrieremetall 233, die untere Elektrode 235, der Isolationsfilm 237 und die obere Elektrode 239 gebildet, um das kapazitive MIM-Element 211 zu bilden.
  • Das in 36 und 37 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 wird durch die vorhergehenden Schritte gebildet.
  • <Zweites Beispiel der zehnten Ausführungsform>
  • 39 ist ein Diagramm, das ein Querschnittskonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einem zweiten Beispiel der zehnten Ausführungsform darstellt. Das kapazitive MIM-Element 211 gemäß dem zweiten Beispiel der zehnten Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der achten Ausführungsform implementiert werden.
  • Das in 39 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 ist dem in 34 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 des zweiten Beispiels der neunten Ausführungsform ähnlich, mit der Ausnahme eines Punkts, dass das Metallpad 361 für jeden der Gräben 311 des kapazitiven MIM-Elements 211 bereitgestellt ist.
  • Gemäß dem in 39 dargestellten Beispiel beinhaltet das kapazitive MIM-Element 211 die drei Gräben 311-1 bis 311-3. Die drei Gräben 311-1 bis 311-3 sind jeweils mit den Metallpads 361-1 bis 361-3 verbunden.
  • Der Graben 311-1 ist auf dem Metallpad 361-1 mit einer Breite im Wesentlichen äquivalent zu einer Breite des Grabens 311-1 gebildet. Der Graben 311-2 ist auf dem Metallpad 361-2 mit einer Breite im Wesentlichen äquivalent zu einer Breite des Grabens 311-2 gebildet. Der Graben 311-3 ist auf dem Metallpad 361-3 mit einer Breite im Wesentlichen äquivalent zu einer Breite des Grabens 311-3 gebildet.
  • Auf eine solche Weise wird das Metallpad 361 mit einer Dicke im Wesentlichen äquivalent zu der Dicke des entsprechenden Grabens 311 für jeden der Gräben 311 gebildet.
  • Eine Herstellung des kapazitiven MIM-Elements 211, das in 39 dargestellt ist, wird unter Bezugnahme auf 40 beschrieben. In Schritt S161 wird ein Substrat vorbereitet, das die Verdrahtungsschicht 201 darstellt. Ein Metall, das die Metallpads 361 darstellt, wird auf der Verdrahtungsschicht 201 gebildet. Außerdem wird ein Fotolack 491 gebildet, der eine Struktur aufweist, die in einem Gebiet außer Gebieten geöffnet ist, die als die Metallpads 361 beibehalten werden. In Schritt S162 wird das Ätzen ausgeführt, um die Metallpads 361-1 bis 361-3 zu bilden.
  • In Schritt S163 wird ein Gebiet gebildet, das die Verdrahtungsschicht 203 darstellt. Dieses Gebiet entspricht einem Gebiet, in dem das kapazitive MIM-Element 211 gebildet wird. In Schritt S164 wird ein Fotolack 492 gebildet, der in Gebieten geöffnet ist, die die Gräben 311 des kapazitiven MIM-Elements 211 darstellen.
  • In Schritt S165 wird das Ätzen ausgeführt, um die Gräben 311-1 bis 311-3 zu bilden. In Schritt S166 werden das Barrieremetall 233, die untere Elektrode 235, der Isolationsfilm 237 und die obere Elektrode 239 gebildet, um das kapazitive MIM-Element 211 zu bilden.
  • Das in 39 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 wird durch die vorhergehenden Schritte gebildet.
  • <Erstes Beispiel der elften Ausführungsform>
  • 41 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einem ersten Beispiel einer elften Ausführungsform darstellt. 42 ist ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211 entlang einer Strecke A-A' in dem in 41 dargestellten Planarkonfigurationsbeispiel. 43 ist ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211 entlang einer Strecke B-B' in dem in 41 dargestellten Planarkonfigurationsbeispiel. 44 ist ein Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211 entlang einer Strecke C-C' in dem in 41 dargestellten Planarkonfigurationsbeispiel.
  • Das kapazitive MIM-Element 211 gemäß dem ersten Beispiel der elften Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der achten Ausführungsform implementiert werden.
  • Gemäß einem Vergleich zwischen dem in 41 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 und dem in 36 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 ist das in 41 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 dem in 36 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 ähnlich, mit Ausnahme eines folgenden Punkts. Die Gräben 311 und die Untere-Schicht-Drähte 221 des kapazitiven MIM-Elements 211, die in 36 dargestellt sind, weisen lange Seiten in der gleichen Richtung auf und sind parallel zueinander gebildet. Andererseits weisen die Gräben 311 und die Untere-Schicht-Drähte 221 des kapazitiven MIM-Elements 211, die in 41 dargestellt sind, lange Seiten in Richtungen auf, die sich rechtwinklig schneiden, und weisen daher eine rechtwinklige Positionsbeziehung auf.
  • Gemäß dem in 41 dargestellten Beispiel sind die Untere-Schicht-Drähte 221-1 bis 221-3 in vorbestimmten Intervallen in der Draufsicht bereitgestellt. Der Graben 311-1 des kapazitiven MIM-Elements 211 ist an einer solchen Position angeordnet, dass er sich zwischen dem Untere-Schicht-Draht 221-1 und dem Untere-Schicht-Draht 221-2 erstreckt und jeden des Untere-Schicht-Drahts 221-1 und des Untere-Schicht-Drahts 221-2 unter rechten Winkeln schneidet. Ein Teil des Grabens 311-1 des kapazitiven MIM-Elements 211 ist mit dem Untere-Schicht-Draht 221-1 verbunden, während ein anderer Teil mit dem Untere-Schicht-Draht 221-2 verbunden ist.
  • Der Graben 311-2 des kapazitiven MIM-Elements 211 ist an einer solchen Position angeordnet, dass er sich zwischen dem Untere-Schicht-Draht 221-1 und dem Untere-Schicht-Draht 221-3 über den Untere-Schicht-Draht 221-2 hinweg erstreckt und jeden des Untere-Schicht-Drahts 221-1 bis zu dem Untere-Schicht-Drahts 221-3 unter rechten Winkeln schneidet. Ein Teil des Grabens 311-2 des kapazitiven MIM-Elements 211 ist mit dem Untere-Schicht-Draht 221-1 verbunden, ein anderer Teil ist mit dem Untere-Schicht-Draht 221-2 verbunden und noch ein anderer Teil ist mit dem Untere-Schicht-Draht 221-3 verbunden.
  • Der Graben 311-3 des kapazitiven MIM-Elements 211 ist an einer solchen Position angeordnet, dass er sich zwischen dem Untere-Schicht-Draht 221-1 und dem Untere-Schicht-Draht 221-3 über den Untere-Schicht-Draht 221-2 hinweg erstreckt und jeden des Untere-Schicht-Drahts 221-1 bis zu dem Untere-Schicht-Draht 221-3 unter rechten Winkeln schneidet. Ein Teil des Grabens 311-3 des kapazitiven MIM-Elements 211 ist mit dem Untere-Schicht-Draht 221-1 verbunden, ein anderer Teil ist mit dem Untere-Schicht-Draht 221-2 verbunden und noch ein anderer Teil ist mit dem Untere-Schicht-Draht 221-3 verbunden.
  • Es wird auf 42 verweisen, die das Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211 entlang der Strecke A-A' in dem in 41 dargestellten Planarkonfigurationsbeispiel darstellt. Die Strecke A-A' ist ein Teil, der einem Querschnitt des Untere-Schicht-Drahts 221-1 entspricht. Jeder der Gräben 311-1, 311-2 und 311-3 befindet sich in Kontakt mit dem Untere-Schicht-Draht 221-1.
  • Gemäß dem ersten Beispiel der zehnten Ausführungsform wird eine Metallkappe 501 in jedem der Kontaktteile zwischen den Gräben 311 und den Untere-Schicht-Drähten 221 gebildet. Die Metallkappe 501 fungiert als ein Ätzstopp und ist zum Steuern des Ätzens derart, dass das Ätzen während einer Herstellung nicht über die Metallkappe 501 hinaus fortschreitet, in der Lage. Die Metallkappe 501 kann auch in jedem der entsprechenden Teile in den Konfigurationen der ersten Ausführungsform bis zu der neunten Ausführungsform gebildet werden.
  • Es wird auf 43 verweisen, die das Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211 entlang der Strecke B-B' in dem in 41 dargestellten Planarkonfigurationsbeispiel darstellt. Die Strecke B-B' ist ein Teil, der einem Querschnitt eines Gebiets entspricht, in dem die Untere-Schicht-Drähte 221 nicht gebildet sind. Wie in 43 dargestellt, sind die Untere-Schicht-Drähte 221 nicht innerhalb der Verdrahtungsschicht 201 gebildet. Jeder der Gräben 311-1 bis 311-3 des kapazitiven MIM-Elements 211 befindet sich in Kontakt mit dem Isolationsfilm 331.
  • Es wird auf 44 verweisen, die das Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211 entlang der Strecke C-C' in dem in 41 dargestellten Planarkonfigurationsbeispiel darstellt. Die Strecke C-C' ist ein Teil, der einem Querschnitt des Grabens 311-3 entspricht. Der Graben 311-3 des kapazitiven MIM-Elements 211 ist über eine Metallkappe 501-1 mit dem Untere-Schicht-Draht 221-1 verbunden, ist über eine Metallkappe 501-2 mit dem Untere-Schicht-Draht 221-2 verbunden und ist über eine Metallkappe 501-3 mit dem Untere-Schicht-Draht 221-3 verbunden.
  • Wie zuvor beschrieben, ist unter Beachtung eines der Gräben 311 die Konfiguration nutzbar, die den entsprechenden Graben 311 mit den Untere-Schicht-Drähten 221 verbindet, die den Graben 311 unter rechten Winkeln schneiden. Variationen der Tiefe der Gräben 311 des kapazitiven MIM-Elements 211 können durch Verwenden des Isolationsfilms 331 reduziert werden, der unterhalb der Gräben 311 gebildet ist. Auf eine solche Weise wird ermöglicht, dass der Freiheitsgrad eines Layouts der Untere-Schicht-Drähte 221 verbessert wird.
  • Obwohl unter Bezugnahme auf 41 bis 44 das Beispiel beschrieben wurde, bei dem die drei Untere-Schicht-Drähte 221 gebildet sind, muss die Anzahl der Untere-Schicht-Drähte 221 nicht gleich der Anzahl an Gräben 311 sein. Eine Konfiguration, die eine kleinere Anzahl der Untere-Schicht-Drähte 221 als die Anzahl der Gräben 311 beinhaltet, kann genutzt werden. Zudem kann die Breite der Gräben 311 im Wesentlichen äquivalent zu der Breite der Untere-Schicht-Drähte 221 sein oder kann eine unterschiedliche Breite sein. Auf eine solche Weise kann das Layout der Untere-Schicht-Drähte 221, wie etwa Anordnungspositionen und Größen der Untere-Schicht-Drähte 221, frei bestimmt werden.
  • Gemäß den Untere-Schicht-Drähten 221 des ersten Beispiels der elften Ausführungsform, die in 41 bis 44 dargestellt sind, können die Bereiche, in denen die Untere-Schicht-Drähte 221 gebildet sind, reduziert werden und kann daher die Menge an Cu, das die Untere-Schicht-Drähte 221 darstellt, reduziert werden. In diesem Fall wird ermöglicht, dass eine auf die Untere-Schicht-Drähte 221 ausgeübte Belastung abnimmt. Entsprechend kann eine Ausfällung von Cu in dem Gebiet, in dem das kapazitive MIM-Element 211 gebildet wird, reduziert werden.
  • Eine Herstellung des kapazitiven MIM-Elements 211, das in 41 bis 44 dargestellt ist, wird unter Bezugnahme auf 45 beschrieben. Unter Bezugnahme auf 45 wird als ein Beispiel ein Teil beschrieben, der in dem Querschnittskonfigurationsbeispiel des kapazitiven MIM-Elements 211 enthalten ist, das in 44 dargestellt ist.
  • In Schritt S201 wird ein Substrat vorbereitet, das die Verdrahtungsschicht 201 darstellt. Der Isolationsfilm 331 ist auf der Verdrahtungsschicht 201 gebildet. Der Isolationsfilm 331 muss als ein Ätzstopp fungieren.
  • In Schritt S202 sind die Untere-Schicht-Drähte 221-1 bis 221-3 gebildet. Obwohl dies in der Figur nicht dargestellt ist, wird zum Beispiel ein Fotolack, der eine Struktur aufweist, die in Gebieten geöffnet ist, die mit Cu zu füllen sind, um die Untere-Schicht-Drähte 221-1 bis 221-3 darzustellen, ähnlich den Schritten S141 und S142 in 38 gebildet. Danach wird das Ätzen ausgeführt, um Gräben zu bilden, die die Untere-Schicht-Drähte 221 darstellen.
  • Während einer Bildung der Gräben wird auch der zuvor gebildete Isolationsfilm 331 verarbeitet. Das Barrieremetall 335 wird auf einer Seitenwand und einer unteren Oberfläche innerhalb jedes der gebildeten Gräben gebildet und die Gräben werden mit Cu gefüllt, um die Untere-Schicht-Drähte 221-1 bis 221-3 zu bilden.
  • In Schritt S203 werden die Metallkappen 501-1 bis 501-3 jeweils auf den Untere-Schicht-Drähten 221-1 bis 221-3 gebildet. In Schritt S204 wird die Verdrahtungsschicht 203 als eine Schicht gebildet, in der das kapazitive MIM-Element 211 bereitgestellt wird.
  • In Schritt S205 wird ein Fotolack 521 gebildet, der in Gebieten geöffnet ist, die die Gräben 311-1 bis 311-3 des kapazitiven MIM-Elements 211 darstellen. In Schritt S206 wird das Ätzen ausgeführt, um den Graben 311-3 zu bilden.
  • In Schritt S207 werden das Barrieremetall 233, die untere Elektrode 235, der Isolationsfilm 237 und die obere Elektrode 239 gebildet, um das kapazitive MIM-Element 211 zu bilden.
  • Das in 41 bis 44 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 wird durch die vorhergehenden Schritte gebildet.
  • <Zweites Beispiel der elften Ausführungsform>
  • Das kapazitive MIM-Element 211 des ersten Beispiels der elften Ausführungsform und das kapazitive MIM-Element 211 des zweiten Beispiels der neunten Ausführungsform, das in 34 dargestellt ist, können kombiniert werden, um eine Konfiguration zu produzieren, bei der die Metallpads 361 als Komponenten bereitgestellt sind, die die Untere-Schicht-Drähte 221 darstellen, die mit dem kapazitiven MIM-Element 211 verbunden sind, das unter Bezugnahme auf 41 bis 44 beschrieben ist (als ein zweites Beispiel der elften Ausführungsform definiert).
  • Obwohl dies in der Figur nicht dargestellt ist, kann auch eine Konfiguration genutzt werden, die die Metallpads 361-1 bis 361-2 als Komponenten beinhaltet, die die Untere-Schicht-Drähte 221-1 bis 221-3 darstellt, die in 41 bis 44 dargestellt sind.
  • <Zwölfte Ausführungsform>
  • 46 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einer zwölften Ausführungsform darstellt, während 47 ein Diagramm ist, das ein Querschnittsbeispiel dieses kapazitiven MIM-Elements darstellt. Das kapazitive MIM-Element 211 gemäß der zwölften Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der achten Ausführungsform implementiert werden.
  • Zum Beispiel weist das in 46 und 47 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 eine Konfiguration ähnlich der Konfiguration des in 31 und 32 dargestellten kapazitiven MIM-Elements 211 des ersten Beispiels der neunten Ausführungsform auf, mit der Ausnahme eines Punkts, dass der Untere-Schicht-Draht 221 nur für einen Graben 311 bereitgestellt ist, der in den mehreren Gräben 311 des kapazitiven MIM-Elements 211 enthalten ist.
  • Gemäß dem in 46 und 47 dargestellten Beispiel ist der Untere-Schicht-Draht 221 mit dem Graben 311-1 des kapazitiven MIM-Elements 211 verbunden. Wie in 46 dargestellt, weist der Untere-Schicht-Draht 221 zum Beispiel eine kreisförmige Form in der Draufsicht auf. Bei dieser Konfiguration ist das Barrieremetall 335 auf einer Seitenoberfläche des kreisförmigen Grabens gebildet und ist ein Innenbereich des Barrieremetalls 335 mit Cu gefüllt.
  • Mit anderen Worten ist der Graben 311-1 des kapazitiven MIM-Elements 211 mit einem Metall-Via verbunden, der ein Metall, wie etwa Cu, beinhaltet. Die Metallkappe 501 (47) ist zwischen diesem Metall-Via (Untere-Schicht-Draht 221) und dem Graben 311-1 gebildet.
  • Die Verdrahtungsschicht 205 ist über einen Isolationsfilm 337 auf die Verdrahtungsschicht 201 laminiert. Ein Draht 222 ist in der Verdrahtungsschicht 205 gebildet. Bei dieser Konfiguration ist der Draht 222 ist durch das Barrieremetall 336 umgeben. Zum Beispiel ist der Draht 222 ein Draht, der zum Liefern eines Potentials an das kapazitive MIM-Element 211 bereitgestellt ist.
  • Wie bei der obigen Konfiguration beschrieben, kann der Graben 311 des kapazitiven MIM-Elements 211 durch den Untere-Schicht-Draht 221 empfangen werden, der durch den Via gegeben ist. Ähnlich den Untere-Schicht-Drähten 221 des ersten Beispiels der elften Ausführungsform, die zum Beispiel in 41 dargestellt sind, kann der Untere-Schicht-Draht 221, der durch den Via gegeben ist, die Fläche des Gebiets reduzieren, das den Untere-Schicht-Draht 221 bildet, und kann daher die Menge an Cu reduzieren, die den Untere-Schicht-Draht 221 darstellt. In diesem Fall wird ermöglicht, dass eine auf den Untere-Schicht-Draht 221 ausgeübte Belastung abnimmt. Entsprechend ist eine Reduktion einer Ausfällung von Cu in dem Gebiet, das das kapazitive MIM-Element 211 bildet, erzielbar.
  • Eine Herstellung des kapazitiven MIM-Elements 211, das in 46 und 47 dargestellt ist, wird unter Bezugnahme auf 48 beschrieben.
  • In Schritt S221 wird ein Substrat vorbereitet, das die Verdrahtungsschicht 205 darstellt, die den Draht 222 beinhaltet, der durch das Barrieremetall 366 umgeben ist. Der Isolationsfilm 337 ist auf der Verdrahtungsschicht 205 gebildet. In Schritt S222 wird die Verdrahtungsschicht 201 auf dem Isolationsfilm 337 gebildet. Der Isolationsfilm 331 ist auf der Verdrahtungsschicht 201 gebildet.
  • In Schritt S223 wird der Untere-Schicht-Draht 221 gebildet. Obwohl dies in der Figur nicht dargestellt ist, wird zum Beispiel ein Fotolack, der eine Struktur aufweist, die in einem Gebiet geöffnet ist, das mit Cu zu füllen ist, um den Untere-Schicht-Draht 221 darzustellen, ähnlich den Schritten S141 und S142 in 38 gebildet.
  • Danach wird das Ätzen ausgeführt, um einen Via zu bilden, der den Untere-Schicht-Draht 221 darstellt.
  • Während einer Bildung des Via wird auch der zuvor gebildete Isolationsfilm 331 verarbeitet. Das Barrieremetall 335 wird auf einer Seitenwand und einer unteren Oberfläche innerhalb des gebildeten Via gebildet und der Via wird mit Cu gefüllt, um den Untere-Schicht-Draht 221 zu bilden.
  • In Schritt S224 wird die Metallkappe 501 auf dem Untere-Schicht-Draht 221 gebildet. In Schritt S225 wird die Verdrahtungsschicht 203 als eine Schicht gebildet, in der das kapazitive MIM-Element 211 bereitgestellt wird.
  • In Schritt S226 wird ein Fotolack 541 gebildet, der in Gebieten geöffnet ist, die die Gräben 311-1 bis 311-3 des kapazitiven MIM-Elements 211 darstellen. In Schritt S227 wird das Ätzen ausgeführt, um die Gräben 311-1 bis 311-3 zu bilden.
  • In Schritt S228 werden das Barrieremetall 233, die untere Elektrode 235, der Isolationsfilm 237 und die obere Elektrode 239 gebildet, um das kapazitive MIM-Element 211 zu bilden.
  • Das in 46 und 47 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 wird durch die vorhergehenden Schritte gebildet.
  • Obwohl dies in der Figur nicht dargestellt ist, kann das Metallpad 361 als eine Komponente bereitgestellt werden, die den Untere-Schicht-Draht 221 darstellt.
  • <Erstes Beispiel der dreizehnten Ausführungsform>
  • 49 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einem ersten Beispiel einer dreizehnten Ausführungsform darstellt. Das kapazitive MIM-Element 211 gemäß dem ersten Beispiel der dreizehnten Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der zwölften Ausführungsform implementiert werden.
  • Gemäß einem Vergleich zwischen dem in 49 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 und dem in 47 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 ist das in 49 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 dem in 47 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 in einem Punkt, dass der Graben 311-1 des kapazitiven MIM-Elements 211 mit dem Untere-Schicht-Draht 221 verbunden ist, und einem Punkt, dass jeder der Gräben 311-2 und 311-3 nicht mit dem Untere-Schicht-Draht 221 verbunden ist, ähnlich, aber unterscheidet sich in einem Punkt, dass sich die Gräben 311-2 und 311-3 zu der Verdrahtungsschicht 201 erstrecken.
  • Obwohl sich der Graben 311-1 des in 49 dargestellten kapazitiven MIM-Elements 211 bis zu der Verdrahtungsschicht 203 erstreckt, penetriert jeder der Gräben 311-2 und 311-3 die Verdrahtungsschicht 203 und erreicht die Verdrahtungsschicht 201, die auf die Verdrahtungsschicht 203 laminiert ist. Entsprechend ist jeder der Gräben 311-2 und 311-3 größer als der Graben 311-1.
  • Wie zuvor beschrieben, wird es ermöglicht, dass jeder der Gräben 311, die in dem kapazitiven MIM-Element 211 enthalten und nicht mit dem Untere-Schicht-Draht 221 verbunden sind, die Verdrahtungsschicht, die den Untere-Schicht-Draht 221 enthält, penetriert und sich bis zu einer tiefen Position erstreckt. Diese Konfiguration, d. h. die Konfiguration einschließlich der großen Gräben 311 des kapazitiven MIM-Elements 211, ermöglicht, dass das kapazitive MIM-Element 211 eine dreidimensionale Struktur mit einer größeren Kapazität aufweist, und erhöht daher eine Kapazität des kapazitiven MIM-Elements 211.
  • Eine Herstellung des kapazitiven MIM-Elements 211, das in 49 dargestellt ist, wird unter Bezugnahme auf 50 beschrieben. In Schritt S241 wird ein Substrat vorbereitet, das die Verdrahtungsschicht 201 darstellt, und wird ein Fotolack 561 auf der Verdrahtungsschicht 201 gebildet. Der Fotolack 561 weist eine Struktur auf, die in einem Gebiet geöffnet ist, das mit Cu zu füllen ist, um den Untere-Schicht-Draht 221 darzustellen. Das Ätzen wird in diesem Zustand ausgeführt, um einen Graben 562 zu bilden, der den Untere-Schicht-Draht 221 darstellt. In Schritt S242 wird der Fotolack 561 entfernt, um die Verdrahtungsschicht 201 einschließlich des Grabens 562 zu bilden.
  • In Schritt S243 wird das Barrieremetall 335 auf einer Seitenwand und einer unteren Oberfläche innerhalb des Grabens 562 gebildet und wird der Graben 562 mit Cu gefüllt, um den Untere-Schicht-Draht 221 zu bilden. Nachdem der Untere-Schicht-Draht 221 gebildet wurde, wird der Isolationsfilm 331 auf dem Untere-Schicht-Draht 221 gebildet. Die Verdrahtungsschicht 203 wird ferner auf dem Isolationsfilm 331 gebildet.
  • In Schritt S244 wird ein Fotolack 563 gebildet, der eine Struktur aufweist, die in Gebieten geöffnet ist, die die Gräben 311-1 bis 311-3 des kapazitiven MIM-Elements 211 darstellen. In Schritt S245 wird das Ätzen ausgeführt, um die Gräben 311-1 bis 311-3 zu bilden. Die Gräben 311-2 und 311-3, die in den Gräben 311-1 bis 311-3 enthalten sind, die in Schritt S245 gebildet werden, erstrecken sich bis zu im Wesentlichen der gleichen Tiefe, die eine Position tiefer als eine Position des Grabens 311-1 ist.
  • Falls die Gräben 311 mit unterschiedlichen Tiefen, wie zuvor beschrieben, durch den gleichen Schritt gebildet werden, ist die fünfte Ausführungsform anwendbar, die unter Bezugnahme auf 18 und 19 beschrieben ist.
  • In Schritt S246 werden das Barrieremetall 233, die untere Elektrode 235, der Isolationsfilm 237 und die obere Elektrode 239 gebildet, um das kapazitive MIM-Element 211 zu bilden.
  • Das in 49 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 wird durch die vorhergehenden Schritte gebildet.
  • <Zweites Beispiel der dreizehnten Ausführungsform>
  • 51 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einem zweiten Beispiel der dreizehnten Ausführungsform darstellt. Das kapazitive MIM-Element 211 gemäß dem zweiten Beispiel der dreizehnten Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der zwölften Ausführungsform implementiert werden.
  • Das in 51 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 des zweiten Beispiels der dreizehnten Ausführungsform ist dem in 49 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 des ersten Beispiels der dreizehnten Ausführungsform ähnlich, mit der Ausnahme eines Punkts, dass eine Metallkappe 601 zwischen dem Graben 311-1 des kapazitiven MIM-Elements 211 und dem Untere-Schicht-Draht 221 bereitgestellt ist.
  • Wie in Schritten S244 und S245 in 50 beschrieben, kann die Metallkappe 601 zuvor auf dem Untere-Schicht-Draht 221 gebildet werden, um die Metallkappe 601 als einen Ätzstoppfilm zur Zeit einer Bildung der Gräben 311 mit unterschiedlichen Tiefen zu verwenden. Das Ätzen jenseits einer Tiefenposition der Metallkappe 601 wird in einem Teil, in dem die Metallkappe 601 gebildet wird, verhindert.
  • Selbst wenn das Ätzen bis zu Positionen fortschreitet, die geätzt werden sollen, um die Gräben 311-2 und 311-3 zu bilden, ist das Ätzen des Grabens 311-1 derart steuerbar, dass es an der Position der Metallkappe 601 stoppt. Auf eine solche Weise wird ermöglicht, dass die Gräben 311-1 bis 311-3 durch denselben Schritt gebildet werden.
  • <Drittes Beispiel der dreizehnten Ausführungsform>
  • 52 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einem dritten Beispiel der dreizehnten Ausführungsform darstellt. Das kapazitive MIM-Element 211 gemäß dem dritten Beispiel der dreizehnten Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der zwölften Ausführungsform implementiert werden.
  • Das in 52 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 des dritten Beispiels der dreizehnten Ausführungsform ist dem in 49 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 des ersten Beispiels der dreizehnten Ausführungsform ähnlich, mit der Ausnahme eines Punkts, dass sich die Gräben 311-2 und 311-3 des kapazitiven MIM-Elements 211 zu Zwischenpositionen der Verdrahtungsschicht 201 erstrecken.
  • Die Kapazität des kapazitiven MIM-Elements 211 kann durch Anpassen der Tiefen der Gräben 311-2 und 311-3 angepasst werden. Die Tiefe des Grabens 311, der nicht mit dem Untere-Schicht-Draht 221 verbunden ist, ist anpassbar, so dass eine gewünschte Kapazität des kapazitiven MIM-Elements 211 produziert wird. Diese Anpassung ist durch Erhöhen der Tiefe, um die Kapazität zu erhöhen, und Verringern der Tiefe, um die Kapazität zu verringern, erreichbar.
  • <Viertes Beispiel der dreizehnten Ausführungsform>
  • 53 ist ein Diagramm, das ein Planarkonfigurationsbeispiel eines kapazitiven MIM-Elements, das in dem Pixel 2 enthalten ist, gemäß einem vierten Beispiel der dreizehnten Ausführungsform darstellt. Das kapazitive MIM-Element 211 gemäß dem vierten Beispiel der dreizehnten Ausführungsform kann durch Kombinieren der ersten Ausführungsform mit der zwölften Ausführungsform implementiert werden.
  • Das in 53 dargestellte kapazitive MIM-Element 211 des vierten Beispiels der dreizehnten Ausführungsform ist dem in 49 dargestellten kapazitiven MIM-Element 211 des ersten Beispiels der dreizehnten Ausführungsform ähnlich, mit der Ausnahme eines Punkts, dass sich die Gräben 311-2 und 311-3 des kapazitiven MIM-Elements 211 zu einer Tiefe erstrecken, die die Verdrahtungsschicht 201 penetriert und ferner die Verdrahtungsschicht 205 penetriert.
  • Wie zuvor beschrieben, kann die Kapazität des kapazitiven MIM-Elements 211 durch Anpassen der Tiefen der Gräben 311-2 und 311-3 angepasst werden. Die Tiefe des Grabens 311, der nicht mit dem Untere-Schicht-Draht 221 verbunden ist, ist anpassbar, so dass eine gewünschte Kapazität des kapazitiven MIM-Elements 211 produziert wird. Es wird ermöglicht, dass die Kapazität zunimmt, wenn die Tiefe zunimmt. Der Graben 311 kann zum Penetrieren mehrerer Verdrahtungsschichten konfiguriert sein. Es wird ermöglicht, dass die Kapazität des kapazitiven MIM-Elements 211 zunimmt, wenn der Graben 311 eine tiefe Position erreicht, d. h., wenn der Graben 311 länger gemacht wird.
  • Obwohl dies in 53 nicht dargestellt ist, kann ein Draht in einem Gebiet gebildet werden, das in der Verdrahtungsschicht 205 enthalten ist und das die Gräben 311 nicht aufweist, d. h. einem Gebiet auf der unteren Seite des Gebiets, das den Untere-Schicht-Draht 221 in der Figur beinhaltet. In diesem Fall wird ermöglicht, dass ein Draht in einem Gebiet, in dem die Gräben 311 nicht gebildet sind, innerhalb der Verdrahtungsschicht angeordnet wird. Entsprechend wird der Freiheitsgrad des Verdrahtungslayouts verbessert.
  • Gemäß den Beispielen der dreizehnten Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf 49 und 53 beschrieben sind, erstrecken sich die beiden Gräben 311-2 und 311-3 zu der gleichen Tiefe. Jedoch können die Gräben 311-2 und 311-3 unterschiedliche Tiefen aufweisen.
  • <Anwendungsbeispiel für eine elektronische Einrichtung>
  • Eine Anwendung der vorliegenden Technologie ist nicht auf eine Anwendung auf eine Bildgebungsvorrichtung beschränkt. Insbesondere ist die vorliegende Technologie auf elektronische Einrichtungen im Allgemeinen anwendbar, die von einem Typ einschließlich einer Bildgebungsvorrichtung sind, wie etwa eine Bilderfassungseinheit (fotoelektrische Umwandlungseinheit), wie etwa eine Bildgebungseinrichtung einschließlich einer digitalen Fotokamera und einer Videokamera, eine portable Endgerätevorrichtung mit einer Bildgebungsfunktion und ein Kopierer einschließlich einer Bildgebungsvorrichtung als eine Bildleseeinheit. Die Bildgebungsvorrichtung kann entweder eine On-Chip-Form oder eine modulartige Form haben, die eine Bildgebungsfunktion aufweist und durch gemeinsames Kapseln einer Bildgebungseinheit und entweder einer Signalverarbeitungseinheit oder eines optischen Systems produziert wird.
  • 54 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Bildgebungseinrichtung darstellt, die als eine elektronische Einrichtung fungiert, auf die die vorliegende Technologie angewandt wird.
  • Eine Bildgebungsvorrichtung 1000, die in 54 dargestellt ist, beinhaltet eine optische Einheit 1001 einschließlich einer Linsengruppe und dergleichen, eine Bildgebungsvorrichtung (Bildaufnahmevorrichtung) 1002, die die Konfiguration der Bildgebungseinrichtung 1 in 1 nutzt, und einen DSP(Digitalsignalprozessor)-Schaltkreis 1003, der ein Kamerasignalverarbeitungsschaltkreis ist. Außerdem beinhaltet eine Bildgebungsvorrichtung 1000 ferner einen Einzelbildspeicher 1004, eine Anzeigeeinheit 1005, eine Aufzeichnungseinheit 1006, eine Bedienungseinheit 1007 und eine Leistungsquelleneinheit 1008. Der DSP-Schaltkreis 1003, der Einzelbildspeicher 1004, die Anzeigeeinheit 1005, die Aufzeichnungseinheit 1006, die Bedienungseinheit 1007 und die Leistungsquelleneinheit 1008 sind über eine Busleitung 1009 miteinander verbunden.
  • Die optische Einheit 1001 erfasst einfallendes Licht (Bildlicht), das von einem Subjekt stammt, und bildet ein Bild des einfallenden Lichts auf einer Bildgebungsoberfläche der Bildgebungsvorrichtung 1002. Nachdem die optische Einheit 1001 das Bild des einfallenden Lichts auf der Bildgebungsoberfläche gebildet hat, wandelt die Bildgebungsvorrichtung 1002 eine Menge des einfallenden Lichts in ein elektrisches Signal für jedes Pixel um und gibt das elektrische Signal als ein Pixelsignal aus. Die in 1 dargestellte Bildgebungseinrichtung 1 ist auf die Bildgebungsvorrichtung 1002 anwendbar.
  • Zum Beispiel beinhaltet die Anzeigeeinheit 1005 eine dünne Anzeige, wie etwa eine LCD (Flüssigkristallanzeige) und eine organische EL(Elektrolumineszenz)-Anzeige, und zeigt ein Bewegtbild oder Standbild an, das durch die Bildgebungsvorrichtung 1002 erfasst wird. Die Aufzeichnungseinheit 1006 zeichnet das Bewegtbild oder das Standbild, das durch die Bildgebungsvorrichtung 1002 erfasst wird, in einem Aufzeichnungsmedium, wie etwa einer Festplatte und einem Halbleiterspeicher, auf.
  • Die Bedienungseinheit 1007 gibt Bedienungsbefehle, die mit verschiedenen Funktionen der Bildgebungsvorrichtung 1000 assoziiert sind, unter einer durch einen Benutzer durchgeführten Bedienung aus. Die Leistungsquelleneinheit 1008 stellt verschiedene Arten von Leistungsquellen, die Betriebsleistungsquellen des DSP-Schaltkreises 1003, des Einzelbildspeichers 1004, der Anzeigeeinheit 1005, der Aufzeichnungseinheit 1006 und der Operationseinheit 1007 entsprechen, für diese Versorgungsziele bereit.
  • <Anwendungsbeispiel für ein endoskopisches Chirurgiesystem>
  • Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) kann auf verschiedene Produkte angewandt werden. Zum Beispiel kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein endoskopisches Chirurgiesystem angewandt werden.
  • 55 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines endoskopischen Chirurgiesystems darstellt, auf das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegenden Technologie) angewandt werden kann.
  • In 55 ist ein Zustand veranschaulicht, in dem ein Chirurg (Arzt) 11131 ein endoskopisches Chirurgiesystem 11000 verwendet, um eine Operation an einem Patienten 11132 auf einem Patientenbett 11133 durchzuführen. Wie dargestellt, beinhaltet das endoskopische Chirurgiesystem 11000 ein Endoskop 11100, andere chirurgische Werkzeuge 11110, wie etwa einen Pneumoperitoneumschlauch 11111 und eine Energievorrichtung 11112, eine Stützarmeinrichtung 11120, die das Endoskop 11100 darauf stützt, und einen Wagen 11200, auf dem verschiedene Einrichtungen zur endoskopischen Chirurgie montiert sind.
  • Das Endoskop 11100 beinhaltet einen Objektivtubus 11101 mit einem Gebiet einer vorbestimmten Länge von einem distalen Ende davon entfernt, das in einen Körperhohlraum des Patienten 11132 einzuführen ist, und einen Kamerakopf 11102, der mit einem proximalen Ende des Objektivtubus 11101 verbunden ist. Bei dem dargestellten Beispiel ist das Endoskop 11100 dargestellt, das ein starres Endoskop mit dem Objektivtubus 11101 des harten Typs beinhaltet. Das Endoskop 11100 kann jedoch andernfalls als ein flexibles Endoskop mit dem Objektivtubus 11101 des flexiblen Typs enthalten sein.
  • Der Objektivtubus 11101 weist an einem distalen Ende von diesem eine Öffnung auf, in die eine Objektivlinse eingesetzt wird. Eine Lichtquelleneinrichtung 11203 ist derart mit dem Endoskop 11100 verbunden, dass durch die Lichtquelleneinrichtung 11203 erzeugtes Licht durch einen Lichtleiter, der sich im Inneren des Objektivtubus 11101 erstreckt, in ein distales Ende des Objektivtubus 11101 eingeführt wird und durch die Objektivlinse zu einem Beobachtungsziel in einem Körperhohlraum des Patienten 11132 hin abgestrahlt wird. Es ist anzumerken, dass das Endoskop 11100 ein Vorwärtsbetrachtungsendoskop sein kann oder ein Schrägbetrachtungsendoskop oder ein Seitenbetrachtungsendoskop sein kann.
  • Ein optisches System und ein Bildaufnahmeelement sind im Inneren des Kamerakopfes 11102 bereitgestellt, so dass reflektiertes Licht (Beobachtungslicht) von dem Beobachtungsziel durch das optische System auf das Bildaufnahmeelement gebündelt wird. Das Beobachtungslicht wird durch das Bildaufnahmeelement fotoelektrisch umgewandelt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das dem Beobachtungslicht entspricht, nämlich ein Bildsignal, das einem Beobachtungsbild entspricht. Das Bildsignal wird als RAW-Daten an eine CCU 11201 übertragen.
  • Die CCU 11201 beinhaltet eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) oder dergleichen und steuert integral eine Operation des Endoskops 11100 und einer Anzeigeeinrichtung 11202. Ferner empfängt die CCU 11201 ein Bildsignal von dem Kamerakopf 11102 und führt verschiedene Bildprozesse zum Anzeigen eines Bildes basierend auf dem Bildsignal, wie etwa zum Beispiel einen Entwicklungsprozess (Demosaic-Prozess), für das Bildsignal durch.
  • Die Anzeigeeinrichtung 11202 zeigt darauf ein Bild basierend auf einem Bildsignal an, für das die Bildprozesse durch die CCU 11201 unter der Steuerung der CCU 11201 durchgeführt wurden.
  • Die Lichtquelleneinrichtung 11203 beinhaltet eine Lichtquelle, wie etwa zum Beispiel eine Leuchtdiode (LED), und liefert Bestrahlungslicht bei einer Bildgebung eines Operationsgebiets an das Endoskop 11100.
  • Eine Eingabeeinrichtung 11204 ist eine Eingabeschnittstelle für das endoskopische Chirurgiesystem 11000. Ein Benutzer kann das Eingeben verschiedener Arten von Informationen oder eine Anweisungseingabe in das endoskopische Chirurgiesystem 11000 durch die Eingabeeinrichtung 11204 durchführen. Zum Beispiel würde der Benutzer eine Anweisung oder dergleichen zum Ändern einer Bildaufnahmebedingung (Art des Bestrahlungslichts, Vergrößerung, Brennweite oder dergleichen) durch das Endoskop 11100 eingeben.
  • Eine Behandlungswerkzeugsteuereinrichtung 11205 steuert die Ansteuerung der Energievorrichtung 11112 zur Kauterisation oder Inzision eines Gewebes, zum Versiegeln eines Blutgefäßes oder dergleichen. Eine Pneumoperitoneumeinrichtung 11206 führt Gas durch den Pneumoperitoneumschlauch 11111 in einen Körperhohlraum des Patienten 11132 ein, um den Körperhohlraum aufzublasen, um das Sichtfeld des Endoskops 11100 sicherzustellen und den Arbeitsraum für den Chirurgen sicherzustellen. Ein Aufzeichnungsgerät 11207 ist eine Einrichtung, die zum Aufzeichnen verschiedener Arten von Informationen bezüglich der Chirurgie in der Lage ist. Ein Drucker 11208 ist eine Einrichtung, die zum Drucken verschiedener Arten von Informationen bezüglich der Chirurgie in verschiedenen Formen, wie etwa eines Textes, eines Bildes oder eines Graphen, in der Lage ist.
  • Es ist anzumerken, dass die Lichtquelleneinrichtung 11203, die Bestrahlungslicht, wenn ein Operationsgebiet bildlich zu erfassen ist, an das Endoskop 11100 liefert, eine Weißlichtquelle beinhalten kann, die zum Beispiel eine LED, eine Laserlichtquelle oder eine Kombination aus ihnen beinhaltet. Wenn eine Weißlichtquelle eine Kombination aus roten, grünen und blauen (RGB) Laserlichtquellen beinhaltet, kann eine Anpassung des Weißabgleichs eines aufgenommenen Bildes durch die Lichtquelleneinrichtung 11203 durchgeführt werden, da die Ausgabeintensität und das Ausgabetiming mit einem hohen Genauigkeitsgrad für jede Farbe (jede Wellenlänge) gesteuert werden können. Ferner werden in diesem Fall Laserstrahlen von den jeweiligen RGB-Laserlichtquellen zeitlich aufgeteilt auf ein Beobachtungsziel gestrahlt und wird eine Ansteuerung der Bildaufnahmeelemente des Kamerakopfes 11102 in Synchronisation mit den Bestrahlungstimings gesteuert. Dann können Bilder, die einzeln der R-, G- und B-Farbe entsprechen, auch zeitlich aufgeteilt aufgenommen werden. Gemäß diesem Verfahren kann ein Farbbild selbst dann erhalten werden, wenn keine Farbfilter für das Bildaufnahmeelement bereitgestellt werden.
  • Ferner kann die Lichtquelleneinrichtung 11203 derart gesteuert werden, dass die Intensität von auszugebendem Licht für jede vorbestimmte Zeit geändert wird. Durch das Steuern der Ansteuerung des Bildaufnahmeelements des Kamerakopfes 11102 in Synchronisation mit dem Timing der Änderung der Intensität von Licht, um Bilder zeitlich aufgeteilt zu erlangen, und Synthetisieren der Bilder kann ein Bild mit hohem Dynamikumfang ohne unterbelichtetes Absaufen und ausgefressene Lichter erzeugt werden.
  • Ferner kann die Lichtquelleneinrichtung 11203 zum Bereitstellen von Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbandes konfiguriert werden, das für eine Speziallichtbeobachtung bereit ist. Bei einer Speziallichtbeobachtung wird zum Beispiel durch Ausnutzung der Wellenlängenabhängigkeit einer Absorption von Licht in einem Körpergewebe von Bestrahlungslicht eines schmalen Bande im Vergleich zu Bestrahlungslicht bei einer gewöhnlichen Beobachtung (nämlich Weißlicht) eine Schmalbandbeobachtung (Schmalbandbildgebung) zur Bildgebung eines vorbestimmten Gewebes, wie etwa eines Blutgefäßes eines oberflächlichen Teils der Schleimhaut oder dergleichen, mit einem hohem Kontrast durchgeführt. Alternativ dazu kann bei einer Speziallichtbeobachtung eine Fluoreszenzbeobachtung zum Erhalten eines Bildes aus Fluoreszenzlicht durchgeführt werden, das durch Bestrahlung mit Anregungslicht erzeugt wird. Bei einer Fluoreszenzbeobachtung ist es möglich, eine Beobachtung von Fluoreszenzlicht von einem Körpergewebe durch Strahlen von Anregungslicht auf das Körpergewebe (Autofluoreszenzbeobachtung) durchzuführen oder ein Fluoreszenzlichtbild durch lokales Injizieren eines Reagenzes, wie etwa Indocyaningrün (LCG), in ein Körpergewebe und Strahlen von Anregungslicht, das einer Fluoreszenzlichtwellenlänge des Reagenzes entspricht, auf das Körpergewebe zu erhalten. Die Lichtquelleneinrichtung 11203 kann zum Bereitstellen eines solchen Schmalbandlichts und/oder Anregungslichts konfiguriert sein, das für eine Speziallichtbeobachtung, wie oben beschrieben, geeignet ist.
  • 56 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionale Konfiguration des Kamerakopfes 11102 und der CCU 11201, die in 55 dargestellt sind, darstellt.
  • Der Kamerakopf 11102 beinhaltet eine Linseneinheit 11401, eine Bildaufnahmeeinheit 11402, eine Antriebseinheit 11403, eine Kommunikationseinheit 11404 und eine Kamerakopfsteuereinheit 11405. Die CCU 11201 beinhaltet eine Kommunikationseinheit 11411, eine Bildverarbeitungseinheit 11412 und eine Steuereinheit 11413. Der Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 sind zur Kommunikation miteinander durch ein Übertragungskabel 11400 verbunden.
  • Die Linseneinheit 11401 ist ein optisches System, das an einer Verbindungsstelle zu dem Objektivtubus 11101 bereitgestellt ist. Beobachtungslicht, das von einem distalen Ende des Objektivtubus 11101 einfällt, wird zu dem Kamerakopf 11102 geleitet und in die Linseneinheit 11401 eingeführt. Die Linseneinheit 11401 beinhaltet eine Kombination aus mehreren Linsen, einschließlich einer Zoomlinse und einer Fokussierungslinse.
  • Die Anzahl an Bildaufnahmeelementen, die die in der Bildaufnahmeeinheit 11402 enthalten sind, kann eine (Einzelplattentyp) oder mehrere (Mehrfachplattentyp) sein. Wenn die Bildaufnahmeeinheit 11402 als jene des Mehrfachplattentyps konfiguriert ist, werden zum Beispiel Bildsignale, die R, G bzw. B entsprechen, durch die Bildaufnahmeelemente erzeugt und die Bildsignale können synthetisiert werden, um ein Farbbild zu erhalten. Die Bildaufnahmeeinheit 11402 kann auch so konfiguriert sein, dass sie ein Paar Bildaufnahmeelemente zum Erlangen jeweiliger Bildsignale für das rechte Auge und das linke Auge aufweist, die für eine dreidimensionale (3D-) Anzeige bereit sind. Falls eine 3D-Anzeige durchgeführt wird, dann kann die Tiefe eines lebenden Körpergewebes in einem Operationsgebiet genauer von dem Chirurgen 11131 erfasst werden. Es ist anzumerken, dass, wenn die Bildaufnahmeeinheit 11402 als jene vom stereoskopischen Typ konfiguriert ist, mehrere Systeme aus Linseneinheiten 11401 bereitgestellt sind, die den einzelnen Bildaufnahmeelementen entsprechen.
  • Ferner ist die Bildaufnahmeeinheit 11402 möglicherweise nicht zwingend in dem Kamerakopf 11102 bereitgestellt. Zum Beispiel kann die Bildaufnahmeeinheit 11402 unmittelbar hinter der Objektivlinse im Inneren des Objektivtubus 11101 bereitgestellt sein.
  • Die Antriebseinheit 11403 beinhaltet einen Aktor und bewegt die Zoomlinse und die Fokussierungslinse der Linseneinheit 11401 um eine vorbestimmte Entfernung entlang einer optischen Achse unter der Steuerung der Kamerakopfsteuereinheit 11405. Folglich können die Vergrößerung und der Brennpunkt eines durch die Bildaufnahmeeinheit 11402 aufgenommenen Bildes geeignet angepasst werden.
  • Die Kommunikationseinheit 11404 beinhaltet eine Kommunikationseinrichtung zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Informationen an die und von der CCU 11201. Die Kommunikationseinheit 11404 überträgt ein von der Bildaufnahmeeinheit 11402 erlangtes Bildsignal durch das Übertragungskabel 11400 als RAW-Daten an die CCU 11201.
  • Außerdem empfängt die Kommunikationseinheit 11404 ein Steuersignal zum Steuern der Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 von der CCU 11201 und liefert das Steuersignal an die Kamerakopfsteuereinheit 11405. Das Steuersignal beinhaltet Informationen bezüglich Bildaufnahmebedingungen, wie etwa zum Beispiel Informationen, dass eine Bildwiederholrate eines aufgenommenen Bildes designiert wird, Informationen, dass ein Belichtungswert bei der Bildaufnahme designiert wird, und/oder Informationen, dass eine Vergrößerung und ein Brennpunkt eines aufgenommenen Bildes designiert werden.
  • Es ist anzumerken, dass die Bildaufnahmebedingungen, wie etwa die Bildwiederholrate, der Belichtungswert, die Vergrößerung oder der Brennpunkt, durch den Benutzer designiert werden können oder automatisch durch die Steuereinheit 11413 der CCU 11201 basierend auf einem erlangten Bildsignal eingestellt werden können. Im letzteren Fall werden eine Autobelichtung(AE)-Funktion, eine Autofokus(AF)-Funktion und eine Autoweißabgleich(AWB)-Funktion in das Endoskop 11100 eingebunden.
  • Die Kamerakopfsteuereinheit 11405 steuert eine Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 basierend auf einem Steuersignal von der CCU 11201, das durch die Kommunikationseinheit 11404 empfangen wird.
  • Die Kommunikationseinheit 11411 beinhaltet eine Kommunikationseinrichtung zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Informationen an den und von dem Kamerakopf 11102. Die Kommunikationseinheit 11411 empfängt ein Bildsignal, das von dem Kamerakopf 11102 durch das Übertragungskabel 11400 an diese übertragen wird.
  • Ferner überträgt die Kommunikationseinheit 11411 ein Steuersignal zum Steuern der Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 an den Kamerakopf 11102. Das Bildsignal und das Steuersignal können durch elektrische Kommunikation, optische Kommunikation oder dergleichen übertragen werden.
  • Die Bildverarbeitungseinheit 11412 führt verschiedene Bildprozesse für ein von dem Kamerakopf 11102 an diese übertragenes Bildsignal in der Form von RAW-Daten durch.
  • Die Steuereinheit 11413 führt verschiedene Arten einer Steuerung bezüglich der Bildaufnahme eines Operationsgebiets oder dergleichen durch das Endoskop 11100 und eine Anzeige eines aufgenommenen Bildes, das durch Bildaufnahme des Operationsgebiets oder dergleichen erhalten wird, durch. Zum Beispiel erzeugt die Steuereinheit 11413 ein Steuersignal zum Steuern der Ansteuerung des Kamerakopfes 11102.
  • Ferner steuert die Steuereinheit 11413 die Anzeigeeinrichtung 11202 basierend auf einem Bildsignal, für das Bildprozesse durch die Bildverarbeitungseinheit 11412 durchgeführt wurden, zum Anzeigen eines aufgenommenen Bildes, in dem das Operationsgebiet oder dergleichen bildlich erfasst wird. Daraufhin kann die Steuereinheit 11413 verschiedene Objekte in dem aufgenommenen Bild unter Verwendung verschiedener Bilderkennungstechnologien erkennen. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 11413 ein chirurgisches Werkzeug, wie etwa eine Zange, ein spezielles lebendes Körpergebiet, eine Blutung, Nebel, wenn die Energievorrichtung 11112 verwendet wird, und so weiter durch Detektieren der Form, Farbe und so weiter von Kanten von Objekte, die in dem aufgenommenen Bild enthaltenen sind, erkennen. Die Steuereinheit 11413 kann, wenn sie die Anzeigeeinrichtung 11202 zum Anzeigen eines aufgenommenen Bildes steuert, bewirken, dass verschiedene Arten von Chirurgiehilfsinformationen auf eine überlappende Weise mit einem Bild des Operationsgebiets unter Verwendung eines Ergebnisses der Erkennung angezeigt werden. Wenn Chirurgiehilfsinformationen auf eine überlappende Weise angezeigt und dem Chirurgen 11131 präsentiert werden, kann die Last für den Chirurgen 11131 reduziert werden und kann der Chirurg 11131 mit Sicherheit mit der Chirurgie fortfahren.
  • Das Übertragungskabel 11400, das den Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 miteinander verbindet, ist ein Elektrisches-Signal-Kabel, das zur Kommunikation eines elektrischen Signals bereit ist, eine optische Faser, die zur optischen Kommunikation bereit ist, oder ein Kompositkabel, das sowohl für elektrische als auch optische Kommunikation bereit ist.
  • Obwohl bei dem dargestellten Beispiel eine Kommunikation durch eine drahtgebundene Kommunikation unter Verwendung des Übertragungskabels 11400 durchgeführt wird, kann die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 11102 und der CCU 11201 hier durch Drahtloskommunikation durchgeführt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Beschreibung verweist ein System auf eine gesamte Einrichtung einschließlich mehrerer Vorrichtungen.
  • Es wird angemerkt, dass vorteilhafte Effekte, die geboten werden, nicht jene beschränkt sind, die in der vorliegenden Beschreibung nur beispielhaft beschrieben sind. Andere vorteilhafte Effekte können ferner produziert werden.
  • Außerdem sind Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Technologie nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern können auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne von dem Gegenstand der vorliegenden Technologie abzuweichen.
  • Die vorliegende Technologie kann auch in solchen folgenden Konfigurationen implementiert werden.
    • (1) Eine Bildgebungsvorrichtung, die Folgendes beinhaltet:
      • eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die Licht in eine Ladung umwandelt;
      • mehrere Speicherungsteile, die eine Ladung temporär speichern;
      • mehrere Transfereinheiten, die eine Ladung zu den Speicherungsteilen transferieren; und
      • einen Penetrationsgraben, der Pixel separiert, wobei
      • wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile ein kapazitives Element ist, und
      • wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile eine Ladung speichert, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit überläuft.
    • (2) Die Bildgebungsvorrichtung nach (1) oben, wobei das kapazitive Element ein kapazitives MIM(Metall-Isolator-Metall)-Element ist.
    • (3) Die Bildgebungsvorrichtung nach (1) oder (2) oben, die ferner Folgendes beinhaltet:
      • eine Festphasendiffusionsschicht, die bis zu einer Zwischenposition des Penetrationsgrabens bereitgestellt ist.
    • (4) Die Bildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (3) oben, die ferner Folgendes beinhaltet:
      • einen Festladungsfilm, der bis zu einer Zwischenposition des Penetrationsgrabens bereitgestellt ist.
    • (5) Die Bildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (4) oben, die ferner Folgendes beinhaltet:
      • eine Lichtabschirmungswand, die bis zu einer Zwischenposition des Penetrationsgrabens bereitgestellt ist.
    • (6) Die Bildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (5) oben, wobei die Transfereinheiten, die eine Ladung von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit zu den Speicherungsteilen transferieren, ein Vertikaltransistor sind.
    • (7) Die Bildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (6) oben, wobei ein Kontakt der Speicherungsteile ein fortschrittlicher Kontakt ist.
    • (8) Die Bildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (7) oben, wobei die mehreren Speicherungsteile in Reihe verbunden sind und eine Ladung, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit transferiert wird, und eine Ladung, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit überläuft, speichern.
    • (9) Die Bildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (7) oben, wobei wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile eine Ladung speichert, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit überläuft, und die anderen der Speicherungsteile eine Ladung speichern, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit transferiert wird.
    • (10) Die Bildgebungsvorrichtung nach einem von (1) bis (9) oben, wobei die drei Speicherungsteile bereitgestellt sind und sie eine Ladung von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit lesen, um sowohl eine hohe Umwandlungseffizienz, eine mittlere Umwandlungseffizienz bzw. eine niedrige Umwandlungseffizienz zu erzielen.
    • (11) Die Bildgebungsvorrichtung nach einem von (2) bis (10) oben, die ferner Folgendes beinhaltet:
      • einen ersten Via, der mit einer ersten Elektrode des kapazitiven MIM-Elements verbunden ist; und
      • einen zweiten Via, der mit einer zweiten Elektrode verbunden ist, die verschieden von der ersten Elektrode ist, wobei
      • eine Tiefe des ersten Via von einer vorbestimmten Ebene verschieden von einer Tiefe des zweiten Via von der vorbestimmten Ebene ist, und
      • eine Dicke eines ersten Films, der auf die erste Elektrode laminiert ist, verschieden von einer Dicke eines zweiten Films ist, der auf die zweite Elektrode laminiert ist.
    • (12) Die Bildgebungsvorrichtung nach (11) oben, wobei der erste Film eine Konfiguration aufweist, die durch Laminieren eines dritten Films einschließlich eines Materials, das identisch mit einem Material des zweiten Films ist, und eines vierten Films einschließlich eines Materials, das sich von dem Material des zweiten Films unterscheidet, gebildet wird.
    • (13) Die Bildgebungsvorrichtung nach (12) oben, wobei der vierte Film ein Ätzstoppfilm ist.
    • (14) Die Bildgebungsvorrichtung nach (12) oben, wobei der vierte Film ein metallischer Film einschließlich eines metallischen Materials ist.
    • (15) Die Bildgebungsvorrichtung nach (14) oben, wobei der metallische Film ein Film einschließlich eines metallischen Oxids oder eines metallischen Nitrids ist, die jeweils ein Material mit einer niedrigeren Bindungsenergie mit einem fluorbasierten Gas als ein Material der ersten Elektrode enthalten.
    • (16) Die Bildgebungsvorrichtung nach (14) oder (15) oben, wobei der metallische Film ein Film ist, der ein Material mit einem Dampfdruck höher als ein Dampfdruck eines Fluorids enthält, das durch eine Verbindung eines in der ersten Elektrode enthaltenen Materials und eines fluorbasierten Gases produziert wird.
    • (17) Die Bildgebungsvorrichtung nach einem von (14) bis (16) oben, die ferner Folgendes beinhaltet:
      • einen Ätzstoppfilm auf dem vierten Film.
    • (18) Elektronische Einrichtung, die Folgendes beinhaltet:
      • eine Bildgebungsvorrichtung, die Folgendes beinhaltet:
        • eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die Licht in eine Ladung umwandelt,
        • mehrere Speicherungsteile, die eine Ladung temporär speichern,
        • mehrere Transfereinheiten, die eine Ladung zu den Speicherungsteilen transferieren, und
        • einen Penetrationsgraben, der Pixel separiert,
        • wobei wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile ein kapazitives Element ist, und
        • wobei wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile Ladungen speichert, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit überlaufen; und
      • eine Verarbeitungseinheit, die ein Signal verarbeitet, das von der Bildgebungsvorrichtung empfangen wird.
  • [Bezugszeichenliste]
    • 1
    Bildgebungseinrichtung
    2
    Pixel
    3
    Pixelarrayeinheit
    4
    Vertikalansteuerungsschaltkreis
    5
    Spaltensignalverarbeitungsschaltkreis
    6
    Horizontalansteuerungsschaltkreis
    7
    Ausgabeschaltkreis
    8
    Steuerschaltkreis
    9
    Vertikalsignalleitung
    10
    Pixelansteuerungsleitung
    11
    Horizontalsignalleitung
    13
    Eingabe/Ausgabe-Anschluss
    31
    Auswahltransistor
    51
    Fotoelektrische Umwandlungseinheit
    52
    Erster Transfertransistor
    53
    Erster FD-Teil
    54
    Zweiter Transfertransistor
    55
    Zweiter FD-Teil
    56
    Dritter Transfertransistor
    57
    Dritter FD-Teil
    58
    Kapazitives MIM-Element
    59
    Rücksetztransistor
    60
    Verstärkungstransistor
    61
    Auswahltransistor
    72
    VSS-Gebiet
    100
    Halbleitersubstrat
    101
    Mikrolinse
    103
    Planarisierungsfilm
    104
    Lichtabschirmungsfilm
    105
    n-Typ-Halbleitergebiet
    106
    p-Typ-Halbleitergebiet
    107
    p-Typ-Halbleitergebiet
    108
    Festladungsfilm
    109
    Pixelseparationsteil
    120
    Verdrahtungsschicht
    121
    Lokaler Draht
    122
    Draht
    123
    Isolationsschicht
    124
    Via
    131
    Lichtabschirmungswand
    151
    Fotoelektrische Umwandlungseinheit
    152
    Erster Transfertransistor
    153
    Erster FD-Teil
    154
    Zweiter Transfertransistor
    155
    Zweiter FD-Teil
    156
    Dritter Transfertransistor
    157
    Dritter FD-Teil
    158
    Kapazitives MIM-Element
    159
    Rücksetztransistor
    160
    Verstärkungstransistor
    161
    Auswahltransistor
    162
    Vierter Transfertransistor
    201, 203
    Verdrahtungsschicht
    211
    Kapazitives MIM-Element
    221
    Untere-Schicht-Draht
    223
    Blockfilm
    231
    Untere-Schicht-Draht
    233
    Barrieremetall
    235
    Untere Elektrode
    237
    Isolationsfilm
    239
    Obere Elektrode
    241
    Blockfilm
    243
    Ätzstoppfilm
    251
    Via
    253
    Obere-Schicht-Draht
    255
    Via
    257
    Obere-Schicht-Draht
    261
    Kapazitives MIM-Element
    271
    Metallischer Film
    281
    Kapazitives MIM-Element
    291
    Ätzstoppfilm
    301
    Rückstand
    305
    Via-Loch
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2006245522 A [0003]

Claims (18)

  1. Bildgebungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die Licht in eine Ladung umwandelt; mehrere Speicherungsteile, die eine Ladung temporär speichern; mehrere Transfereinheiten, die eine Ladung zu den Speicherungsteilen transferieren; und einen Penetrationsgraben, der Pixel separiert, wobei wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile ein kapazitives Element ist, und wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile eine Ladung speichert, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit überläuft.
  2. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das kapazitive Element ein kapazitives MIM(Metall-Isolator-Metall)-Element ist.
  3. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: eine Festphasendiffusionsschicht, die bis zu einer Zwischenposition des Penetrationsgrabens bereitgestellt ist.
  4. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen Festladungsfilm, der bis zu einer Zwischenposition des Penetrationsgrabens bereitgestellt ist.
  5. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: eine Lichtabschirmungswand, die bis zu einer Zwischenposition des Penetrationsgrabens bereitgestellt ist.
  6. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Transfereinheiten, die eine Ladung von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit zu den Speicherungsteilen transferieren, ein Vertikaltransistor sind.
  7. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Kontakt der Speicherungsteile ein fortschrittlicher Kontakt ist.
  8. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Speicherungsteile in Reihe verbunden sind und eine Ladung, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit transferiert wird, und eine Ladung, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit überläuft, speichern.
  9. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile eine Ladung speichert, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit überläuft, und die anderen der Speicherungsteile eine Ladung speichern, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit transferiert wird.
  10. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die drei Speicherungsteile bereitgestellt sind und sie eine Ladung von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit lesen, um sowohl eine hohe Umwandlungseffizienz, eine mittlere Umwandlungseffizienz bzw. eine niedrige Umwandlungseffizienz zu erzielen.
  11. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner Folgendes umfasst: einen ersten Via, der mit einer ersten Elektrode des kapazitiven MIM-Elements verbunden ist; und einen zweiten Via, der mit einer zweiten Elektrode verbunden ist, die verschieden von der ersten Elektrode ist, wobei eine Tiefe des ersten Via von einer vorbestimmten Ebene verschieden von einer Tiefe des zweiten Via von der vorbestimmten Ebene ist, und eine Dicke eines ersten Films, der auf die erste Elektrode laminiert ist, verschieden von einer Dicke eines zweiten Films ist, der auf die zweite Elektrode laminiert ist.
  12. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Film eine Konfiguration aufweist, die durch Laminieren eines dritten Films einschließlich eines Materials, das identisch mit einem Material des zweiten Films ist, und eines vierten Films einschließlich eines Materials, das sich von dem Material des zweiten Films unterscheidet, gebildet wird.
  13. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der vierte Film ein Ätzstoppfilm ist.
  14. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der vierte Film ein metallischer Film einschließlich eines metallischen Materials ist.
  15. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der metallische Film ein Film einschließlich eines metallischen Oxids oder eines metallischen Nitrids ist, die jeweils ein Material mit einer niedrigeren Bindungsenergie mit einem fluorbasierten Gas als ein Material der ersten Elektrode enthalten.
  16. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der metallische Film ein Film ist, der ein Material mit einem Dampfdruck höher als ein Dampfdruck eines Fluorids enthält, das durch eine Verbindung eines in der ersten Elektrode enthaltenen Materials und eines fluorbasierten Gases produziert wird.
  17. Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 14, die ferner Folgendes umfasst: einen Ätzstoppfilm auf dem vierten Film.
  18. Elektronische Einrichtung, die Folgendes umfasst: eine Bildgebungsvorrichtung, die Folgendes beinhaltet: eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die Licht in eine Ladung umwandelt, mehrere Speicherungsteile, die eine Ladung temporär speichern, mehrere Transfereinheiten, die eine Ladung zu den Speicherungsteilen transferieren, und einen Penetrationsgraben, der Pixel separiert, wobei wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile ein kapazitives Element ist, und wobei wenigstens einer der mehreren Speicherungsteile Ladungen speichert, die von der fotoelektrischen Umwandlungseinheit überlaufen; und eine Verarbeitungseinheit, die ein Signal verarbeitet, das von der Bildgebungsvorrichtung empfangen wird.
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WO (1) WO2022264939A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006245522A (ja) 2005-02-04 2006-09-14 Tohoku Univ 光センサ、固体撮像装置、および固体撮像装置の動作方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017061295A1 (ja) * 2015-10-09 2017-04-13 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
JP6969539B2 (ja) * 2016-03-31 2021-11-24 ソニーグループ株式会社 固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法、及び、電子機器
CN117577652A (zh) * 2017-06-02 2024-02-20 索尼半导体解决方案公司 固态摄像装置和电子设备
WO2019093479A1 (ja) * 2017-11-09 2019-05-16 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、および電子機器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006245522A (ja) 2005-02-04 2006-09-14 Tohoku Univ 光センサ、固体撮像装置、および固体撮像装置の動作方法

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