JP2010114273A - 固体撮像装置、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の固体撮像装置は、半導体基板13の深さ方向に形成される埋め込み型のフォトダイオードPDと、1画素を構成するフォトダイオードPDが形成されたフォトダイオード領域60の周辺部に、半導体基板13の表面から、ゲート絶縁膜18を介してフォトダイオードPDに達する深さにまで形成された縦型ゲート電極12a,12bと、フォトダイオードPDから読み出した信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン領域11とから構成される電荷読み出しトランジスタTrとを有して構成される。
【選択図】図2
Description
図68A,Bに示すように、従来の固体撮像装置は、p型の半導体基板203と、半導体基板203内に形成された各画素を構成するフォトダイオードPDと、電荷読み出しトランジスタTrとから構成される。
しかしながら、図69A,Bに示す例のように、縦型ゲートをフォトダイオードの中心に配置した場合は、フォトダイオードPDの中で、静電容量が高かった部分に縦型ゲート電極201が埋め込まれて形成されてしまうこととなる。そうすると、フォトダイオードPDでは、縦型ゲート電極201が形成される領域と、その周りの面積分の飽和電荷量(Qs)の損失が懸念される。
ここで、「フォトダイオード領域」とは、半導体基板内に形成されたフォトダイオードを平面視した際に、フォトダイオードが形成されている領域とする。
ここで、「フォトダイオード領域」とは、半導体基板内に形成されたフォトダイオードを平面視した際に、フォトダイオードが形成されている領域とする。
まず、図1を用いて、以下に説明する第1の実施形態及び第2の実施形態が適用されるCMOS型の固体撮像装置、すなわち、CMOSイメージセンサの全体構造について説明する。
以下に説明する第1〜第56の実施形態における固体撮像装置は、図1における固体撮像装置1を構成するものであり、特に有効撮像領域における画素の断面構成を示すものである。
[縦型ゲート電極を2つ有する例]
図2に本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示し、図3に、図2のA−A線上に沿う概略断面構成を示す。図2、及び図3は、1画素を構成する要部の平面図、及び断面図である。図2,3に示すように、本実施形態例の固体撮像装置は、半導体基板13内に形成されたフォトダイオードPDと、電荷読み出しトランジスタTrとを有する。電荷読み出しトランジスタTrは、フォトダイオードPD周辺部に形成された2つの縦型ゲート電極12a,12bと、フォトダイオード領域60の角部から外側の領域に架けて形成されたフローティングディフュージョン領域11とから構成される。本実施形態例においては、本発明の第1導電型をp型とし、第2導電型をn型として、以下に説明する。
フォトダイオードPDは、半導体基板13の内部において、半導体基板13の裏面側から表面側に順に形成されたn型の不純物領域(n領域)14、n型の高濃度不純物領域(n+領域)15、p型の高濃度不純物領域(p+領域)16で構成される。このフォトダイオードPDは、主に、p+領域16とn+領域15との接合面であるpn接合jにより構成されるものである。本実施形態例においては、図2に示すように、フォトダイオードPDは、正面視で略正方形状のフォトダイオード領域60内に形成され、フォトダイオード領域60は、p型の半導体基板13で構成される画素分離領域10により、画素毎に区画される。本実施形態例では、フォトダイオード領域60を正方形状としているが、正方形状に限られるものではなく、矩形状や多角形状、種々の形状とすることができる。本実施形態例では、簡単の為、フォトダイオード領域60を正方形状としている。
尚、図2に示す平面図では、画素分離領域10内にフォトダイオードPDが形成されている領域をフォトダイオード領域60として図示している。
表面照射型の場合には、半導体基板13の表面側から、オンチップレンズ、及びカラーフィルタ膜等を介して光が入射され、裏面照射型の場合には、半導体基板13の裏面側から、オンチップレンズ、及びカラーフィルタ膜等を介して光が入射されることとなる。
以上の構成を有する本実施形態例の固体撮像装置における駆動方法を説明する。
[縦型ゲート電極を2つ有する例]
図5に本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示し、図6に図B−B線上に沿う断面構成を示す。本実施形態例は、第1の実施形態のと、フローティングディフュージョン領域11が形成される位置が異なる例である。図5,6において、図2,3に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
[縦型ゲート電極2つと、平面型ゲート電極を有する例]
図7に本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示し、図8に図7のC−C線上に沿う断面構成を示す。図7,8において、図2,3に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
[縦型ゲート電極2つと、平面型ゲート電極を有する例]
図10に本発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示し、図11に図10のD−D線上に沿う断面構成を示す。図10,11において、図7,8に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。本実施形態例は、第3の実施形態と、フローティングディフュージョン領域11の位置が異なる例である。
[平面ゲート電極下に縦型ゲート電極を有する例]
図12に本発明の第5実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示し、図13に図12のE−E線上に沿う断面構成を示す。図12,13において、図7,8に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
平面型ゲート電極19は、フォトダイオード領域60の角部に位置する半導体基板13上に、ゲート絶縁膜18を介して形成されている。そして、その平面型ゲート電極19の下部に、平面型ゲート電極19と一体に形成された縦型ゲート電極12が形成されている。この縦型ゲート電極12は、半導体基板13内部に形成されているフォトダイオードPDのpn接合jに接するようにゲート絶縁膜18を介して形成されている。また、縦型ゲート電極12の断面形状は略正方形状とされ、フォトダイオード領域60の角部に形成された平面型ゲート電極19の下部全面とはならない大きさで形成されている。
[平面ゲート電極下に縦型ゲート電極を有する例]
図14に本発明の第6の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示し、図15に図14のF−F線上に沿う断面構成を示す。図14,15において、図12,13に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
本実施形態例は、第5の実施形態と、フローティングディフュージョン領域11の位置が異なる例である。
[縦型ゲート電極を1つ有する例]
図16に本発明の第7の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図16におけるA−A線上に沿う断面構成は、図3と同一である。図16において、図2に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
縦型ゲート電極12aは、フォトダイオード領域60の外周部の一辺に沿って1つ形成されている。この縦型ゲート電極12aも、半導体基板13内部に形成されたフォトダイオードPDのpn接合jに接する深さにゲート絶縁膜18を介して形成されている。
また、フローティングディフュージョン領域11は、縦型ゲート電極12aに隣接するフォトダイオード領域60の角部から外側に架けて、半導体基板13表面側に形成されている。
[縦型ゲート電極を1つ有する例]
図17に本発明の第8の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図7におけるB−B線上に沿う断面構成は、図6と同一である。図17において、図5に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
本実施形態例は、第7の実施形態と、フローティングディフュージョン領域11の位置が異なる例である。
[1つの縦型ゲート電極と平面型ゲート電極を有する例]
図18に本発明の第9の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図18におけるC−C線上に沿う断面構成は、図8と同一である。図18において、図7に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
まず、縦型ゲート電極12aは、フォトダイオード領域60の外周部の一辺に沿って1つ形成されている。この縦型ゲート電極12aも、半導体基板13内部に形成されたフォトダイオードPDのpn接合jに接する深さにゲート絶縁膜18を介して形成されている。
また、平面型ゲート電極19は、縦型ゲート電極12aに接するフォトダイオード領域60の角部の半導体基板13上に、ゲート絶縁膜18を介して、縦型ゲート電極12aと一体に形成される。
フローティングディフュージョン領域11は、フォトダイオード領域60内の半導体基板13表面側領域であって、平面型ゲート電極19下部の半導体基板13と接する領域に形成されている。
[1つの縦型ゲート電極と平面型ゲート電極を有する例]
図19に本発明の第10の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図10におけるD−D線上に沿う断面構成は、図11と同一である。図19において、図9に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
本実施形態例は、第9の実施形態と、フローティングディフュージョン領域11の位置が異なる例である。
[二辺に跨る縦型ゲート電極、及び平面型ゲート電極を有する例]
図20に本発明の第11の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図20におけるF−F線上に沿う断面構成は、図15と同一である。図20において、図14に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
まず、縦型ゲート電極12cは、フォトダイオード領域60外周部の隣接する二辺に跨って形成されている。この縦型ゲート電極12cは、半導体基板13表面から、半導体基板13内のフォトダイオードPDのpn接合jに接する深さまで、ゲート絶縁膜18を介して形成される。
平面型ゲート電極19は、縦型ゲート電極12cが形成されるフォトダイオード領域60の角部の領域に、縦型ゲート電極12cと一体に形成されている。
フローティングディフュージョン領域11は、フォトダイオード領域60内の平面型ゲート電極19に隣接する半導体基板表面側に形成されている。
[一辺と角部に跨る縦型ゲート電極、及び平面型ゲート電極を有する例]
図21に本発明の第12の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図21におけるF−F線上に沿う断面構成は、図15と同一である。図21において、図20に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
まず、縦型ゲート電極12dは、フォトダイオード領域60の外周部の一辺と、その辺に隣接するフォトダイオード領域60の角部に跨って形成されている。この縦型ゲート電極12dは、半導体基板13表面から、半導体基板13内のフォトダイオードPDのpn接合jに接する深さまで、ゲート絶縁膜18を介して形成される。
平面型ゲート電極19は、縦型ゲート電極12dが形成されるフォトダイオード領域60の角部の領域に、縦型ゲート電極12dと一体に形成されている。
フローティングディフュージョン領域11は、フォトダイオード領域60内の縦型ゲート電極12dに隣接する半導体基板13表面側に形成されている。
[隣接画素で平面型ゲート電極とフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図22に本発明の第13の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図22は、隣接する4画素を構成する要部の平面図であり、隣接する画素が垂直方向もしくは水平方向にずれた、いわゆるハニカム画素配列とされた例を示している。図22において、図に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
平面型ゲート電極23は、フォトダイオード領域60の周辺部の一辺と、その辺に隣接するフォトダイオード領域60の角部に跨る領域に、その辺と角部に沿って形成されている。そして、フォトダイオード領域60の角部に位置する平面型ゲート電極23の下部には、平面型ゲート電極23と一体に形成された縦型ゲート電極12が形成されている。この縦型ゲート電極12の断面は、略正方形状を為しており、フォトダイオード領域60の角部に形成された平面型ゲート電極23の下部全面とはならない大きさで形成されている。
[隣接画素で平面型ゲート電極を共有する例]
図23に本発明の第14の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図23において、図22に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第13の実施形態例と、フローティングディフュージョン領域の構成が異なる例である。
[隣接画素で平面型ゲート電極を2つ共有する例]
図24に本発明の第15の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図24において、図23に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第14の実施形態において、フォトダイオード領域60の角部に形成される平面型ゲート電極が、隣接する画素間において共有される例である。
[2画素で平面型ゲート電極と縦型ゲート電極を共有する例]
図25に本発明の第16の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図25において、図24に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第15の実施形態において、縦型ゲート電極が、垂直方向に隣接する画素間において共有される例である。
[2画素で縦型ゲート電極とフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図26に本発明の第17の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図26において、図2に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
フローティングディフュージョン領域21は、フォトダイオード領域60の外側であって、縦型ゲート電極12b,27と隣接する半導体基板13表面側に形成されている。そして、このフローティングディフュージョン領域21は、垂直方向に隣接する画素間で共有されている。
[2画素で縦型ゲート電極を共有する例]
図27に本発明の第18の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図27において、図26に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第17の実施形態と、フローティングディフュージョン領域の構成が異なる例である。
[隣接画素で縦型ゲート電極とフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図28に本発明の第19の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図28において、図7に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
フローティングディフュージョン領域21は、フォトダイオード領域60の外側であって、縦型ゲート電極12b,27と隣接する半導体基板13表面側に形成されている。そして、このフローティングディフュージョン領域21は、垂直方向に隣接する2つの画素間において共有されている。
[隣接画素で、縦型ゲート電極を共有する例]
図29に本発明の第20の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図29において、図28と対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
本実施形態例は、第29の実施形態と、フローティングディフュージョン領域の構成が異なる例である。
[隣接画素で縦型ゲート電極と平面型ゲート電極を共有する例]
図30に本発明の第21の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図21において、図29に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
本実施形態例は、第20の実施形態と、平面型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素で二辺に跨る縦型ゲート電極を共有する例]
図31に本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図31において、図29に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
平面型ゲート電極19は、縦型ゲート電極31が形成されるフォトダイオード領域60の角部の領域に、縦型ゲート電極31と一体に形成されている。
フローティングディフュージョン領域11は、フォトダイオード領域内の縦型ゲート電極に隣接して形成されている。
[隣接画素で二辺に跨る縦型ゲート電極及び平面型ゲート電極を共有する例]
図32に本発明の第23の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図32において、図31に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
本実施形態例は、第22の実施形態と、平面型ゲート電極の構成が異なる例である。
[2画素で二辺に跨る縦型ゲート電極を共有する例]
図33に本発明の第24の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図33において、図32に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
本実施形態例は、第23の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素で縦型ゲート電極及びフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図34に本発明の第25の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図34において、図26に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
また、1画素を構成するフローティングディフュージョン領域21は、フォトダイオード領域60の外側の半導体基板13表面側に形成されており、縦型ゲート電極27に隣接して形成されている。そしてこのフローティングディフュージョン領域21は、垂直方向に隣接する画素間において共有されている。
[隣接画素で縦型ゲート電極とフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図35に本発明の第26の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図35において、図18に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
また、平面型ゲート電極19は、縦型ゲート電極27に隣接するフォトダイオード領域60の角部に、縦型ゲート電極27と一体に形成される。
フローティングディフュージョン領域21は、フォトダイオード領域60の外側の領域に、平面型ゲート電極19の下部の半導体基板13に接して形成されている。このフローティングディフュージョン領域21は、垂直方向に隣接する画素間において共有されている。
[隣接画素で縦型ゲート電極を共有する例]
図36に本発明の第27の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図36において図35に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
本実施形態例は、第26の実施形態において、フローティングディフュージョン領域の構成が異なる例である。
[隣接画素間で縦型ゲート電極及び平面型ゲート電極を共有する例]
図37に本発明の第28の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図37において図36に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
本実施形態例は、第27の実施形態と平面型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素間で縦型ゲート電極及び平面型ゲート電極を共有する例
図38に本発明の第29の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図38において、図37に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
本実施形態例は、第28の実施形態と縦型ゲート電極の構成が異なるものである。
[隣接画素間で縦型ゲート電極を共有する例]
図39に本発明の第30の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図39において、図21に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
平面型ゲート電極19は、平面型ゲート電極19は、縦型ゲート電極39が形成されるフォトダイオード領域60の角部の領域に、縦型ゲート電極39と一体に形成されている。
フローティングディフュージョン領域11は、フォトダイオード領域60内において、縦型ゲート電極39に隣接して形成されている。
[隣接画素間で縦型ゲート電極及び平面型ゲート電極を共有する例]
図40に本発明の第31の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図40において、図39に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
本実施形態例は、第30の実施形態において、平面型ゲート電極の構成が一部異なる例である。
[隣接画素間で、縦型ゲート電極及び平面型ゲート電極を共有する例]
図41に本発明の第32の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図41において、図40に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
本実施形態例は、第31の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が一部異なる例である。
縦型ゲート電極41は、隣接する斜めの画素間において共有されている。このため、縦型ゲート電極41への正電圧の印加により、図41に示す4画素分の信号電荷が同時に転送される。そして、それぞれのフォトダイオードPDに蓄積された信号電荷は、それぞれのフローティングディフュージョン領域11に読み出される。
[隣接画素で縦型ゲート電極を共有する例]
図42に本発明の第33の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図33において、図18に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
[隣接画素間で平面型ゲート電極とフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図43に本発明の第34の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図43は、隣接する4画素を構成する要部の平面図であり、画素が水平方向および垂直方向への直交配列となる、いわゆる正方画素配列された例を示している。すなわち、図43では、水平方向に2画素、垂直方向に2画素の計4画素分の領域を図示している。図43において、図12に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
平面型ゲート電極44は、フォトダイオード領域60の角部に形成されている。そして、この平面型ゲート電極44は、水平方向に隣接する画素間で共有されている。そして、その角部に位置する平面型ゲート電極44の下部には、平面型ゲート電極44と一体に形成された縦型ゲート電極12が形成されている。この縦型ゲート電極12の断面形状は略正方形状とされ、フォトダイオード領域60の角部に形成された平面型ゲート電極44の下部全面とはならない大きさで形成されている。
フローティングディフュージョン領域43は、フォトダイオード領域60の外側であって、平面型ゲート電極44下部の半導体基板13と隣接する領域に形成されている。そして、フローティングディフュージョン領域43は、垂直方向に隣接する画素間で共有されている。
[隣接画素間で平面型ゲート電極とフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図44に本発明の第35の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図44において、図43に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第34の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素間で平面型ゲート電極、縦型ゲート電極、及びフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図45に本発明の第36の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図45において、図44に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
本実施形態例は、第35の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が一部異なる例である。
[隣接画素間で平面型ゲート電極、縦型ゲート電極、及びフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図46に本発明の第37の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図46において図45に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例では、第36の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素間で平面型ゲート電極、縦型ゲート電極、及びフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図47に本発明の第38の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図47において、図46及び図45に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。本実施形態例は、第37の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が一部異なる例である。
[隣接画素間で平面型ゲート電極、縦型ゲート電極、及びフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図48に本発明の第39の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図48において図47に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第38の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が一部異なる例である。
[隣接画素間で、フローティングディフュージョン領域を共有する例]
図49に本発明の第40の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図49において図12に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
平面型ゲート電極19は、フォトダイオード領域60の角部に形成されている。また、縦型ゲート電極12は、フォトダイオード領域60の角部に位置する平面型ゲート電極19の下部に、平面型ゲート電極19と一体に形成されている。この縦型ゲート電極12の断面形状は略正方形状とされ、フォトダイオード領域60の角部に形成された平面型ゲート電極19の下部全面とはならない大きさで形成されている。
フローティングディフュージョン領域43は、フォトダイオード領域60の外側であって、平面型ゲート電極19下部の半導体基板13と隣接する領域に形成されている。そして、フローティングディフュージョン領域43は、垂直方向に隣接する画素間で共有されている。
[隣接画素間でフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図50に本発明の第41の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図50において図49に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第40の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が異なるものである。
[隣接画素間でフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図51に本発明の第42の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図51において図50に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第41の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素間でフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図52に本発明の第43の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図52において図51に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第42の実施形態と縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素間でフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図53に本発明の第44の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図53において図49に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
平面型ゲート電極19は、フォトダイオード領域60の角部に形成されている。また、縦型ゲート電極12は、フォトダイオード領域の角部に位置する平面型ゲート電極19の下部に、平面型ゲート電極19と一体に形成されている。この縦型ゲート電極12の断面形状は略正方形状とされ、フォトダイオード領域60の角部に形成された平面型ゲート電極19の下部全面とはならない大きさで形成されている。
フローティングディフュージョン領域51は、フォトダイオード領域60の外側であって、平面型ゲート電極19下部の半導体基板13と隣接する領域に形成されている。そして、フローティングディフュージョン領域51は、垂直方向に隣接する画素、及び水平方向に隣接する画素の4画素間で共有されている。
[隣接画素間でフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図54に本発明の第45の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図54において図53に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第44の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素間でフローティングディフュージョン領域を共有する例]
図55に本発明の第46の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図52において図54に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第45の実施形態例と、縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[画素毎に電荷読み出しトランジスタを有する例]
図56に本発明の第47の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図56において図14に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
フローティングディフュージョン領域11は、フォトダイオード領域60内であって、平面型ゲート電極19下部の半導体基板13と隣接する領域に形成されている。
[画素毎に電荷読み出しトランジスタを有する例]
図57に本発明の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図57において図56に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第47の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素間で平面型ゲート電極を共有する例]
図58に本発明の第49の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図58において図43に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
フローティングディフュージョン領域11は、フォトダイオード領域60内であって、平面型ゲート電極44下部の半導体基板13と隣接する領域に形成されている。
[隣接画素間で平面型ゲート電極を共有する例]
図59に本発明の第50の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図59において、図58に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第58の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素間で平面型ゲート電極を共有する例]
図60に本発明の第51の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図60において、図59に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第50の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素間で平面型ゲート電極を共有する例]
図61に本発明の第52の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図61において図58に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
フローティングディフュージョン領域11は、フォトダイオード領域60内であって、平面型ゲート電極44下部の半導体基板13と隣接する領域に形成されている。
[隣接画素間で平面型ゲート電極を共有する例]
図62に本発明の第53の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図62において、図61に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第52の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素間で平面型ゲート電極が共有される例]
図63に本発明の第54の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図63において、図62に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第53の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[隣接画素間で平面型ゲート電極を共有する例]
図64に本発明の第55の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示す。図64において、図63に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第54の実施形態と、縦型ゲート電極の構成が異なる例である。
[フォトダイオードを2層有する例]
図65に本発明の第56の実施形態に係る固体撮像装置の概略平面構成を示し、図66に、図65のA−A線上に沿う断面構成を示す。図65,66において、図2,3に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。本実施形態例は、第1の実施形態において、フォトダイオードの構成が異なる例である。
さらに、本発明は、画素アレイ部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限らない。例えば、画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すX−Yアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。
なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
[電子機器]
以下に、上述した本発明の固体撮像装置を、電子機器に用いた場合の実施形態を示す。以下の説明では、一例として、カメラに、第1〜第56の実施形態のいずれかを適用した固体撮像装置1を用いる例を説明する。
本実施形態に係るカメラは、固体撮像装置1と、光学レンズ110と、シャッタ装置111と、駆動回路112と、信号処理回路113とを有する。そして、この固体撮像装置1には、第1〜第55の実施形態の固体撮像装置を適用できる。
シャッタ装置111は、固体撮像装置1への光照射期間および遮光期間を制御する。
駆動回路112は、固体撮像装置1の転送動作およびシャッタ装置111のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路112から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置1の信号転送を行なう。信号処理回路113は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。
Claims (13)
- 半導体基板の深さ方向に形成される埋め込み型のフォトダイオードと、
1画素を構成する前記フォトダイオードが形成されたフォトダイオード領域の周辺部に、前記半導体基板の表面から、ゲート絶縁膜を介して前記フォトダイオードに達する深さにまで形成された縦型ゲート電極と、前記フォトダイオードから読み出した信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン領域とから構成される電荷読み出しトランジスタと、
を有する固体撮像装置。 - 前記電荷読み出しトランジスタは、前記半導体基板の上面にゲート絶縁膜を介して、前記縦型ゲート電極と一体に形成された平面型ゲート電極を有する請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記縦型ゲート電極は、前記フォトダイオード領域の隣り合う二辺に沿ってそれぞれ1つずつ形成される請求項2記載の固体撮像装置。
- 前記縦型ゲート電極は、前記平面型ゲート電極は、前記二辺に沿って形成された2つの縦型ゲート電極間に形成される請求項3記載の固体撮像装置。
- 前記縦型ゲート電極は、断面が長方形をなし、前記縦型ゲート電極の断面の長軸方向が、前記フォトダイオード領域の辺に平行となるように、前記フォトダイオード領域の辺に沿って形成される請求項4記載の固体撮像装置。
- 前記フローティングディフュージョン領域は、前記フォトダイオード領域内に形成される請求項5記載の固体撮像装置。
- 前記縦型ゲート電極は、前記フォトダイオード領域の隣り合う二辺に跨って形成される請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記フローティングディフュージョン領域は、前記フォトダイオード領域の外側に形成される請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記フローティングディフュージョン領域は、前記フォトダイオード領域内に形成される請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記縦型ゲート電極は、隣接する画素間で共有される請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記平面型ゲート電極は、隣接する画素間で共有される請求項2記載の固体撮像装置。
- 前記フローティングディフュージョン領域は、隣接する画素間で共有される請求項1記載の固体撮像装置。
- 光学レンズと、
半導体基板の深さ方向に形成される埋め込み型のフォトダイオードと、1画素を構成する前記フォトダイオードが形成されたフォトダイオード領域の周辺部に、前記半導体基板の表面から、ゲート絶縁膜を介して前記フォトダイオードに達する深さにまで形成された縦型ゲート電極と、前記フォトダイオードから読み出した信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン領域とから構成される電荷読み出しトランジスタとを有する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、
を含んで構成される電子機器。
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