JP2011029337A - 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体撮像装置は、受光面25と、受光面25とは反対側に形成された回路形成面26を有する。さらに、同一の画素20内で受光面側から深さ方向に積層されてカラーフルタを介さずに光が入射される、pn接合を有する無機光電変換部PD1、PD2及び有機光電変換膜36を有する有機光電変換部39を有する。そして、無機光電変換部39及び有機光電変換部PD1、PD2の信号が回路形成面に読み出される。
【選択図】図1
Description
また、本発明は、係る固体撮像装置を備えたカメラ等の電子機器を提供するものである。
1.CMOS固体撮像装置の概略構成例
2.第1実施の形態(固体撮像装置の構成例、及びその製造方法の例)
3.第2実施の形態(固体撮像装置の構成例、及びその製造方法の例)
4.第3実施の形態(固体撮像装置の構成例)
5.第4実施の形態(固体撮像装置の構成例)
6.第5実施の形態(固体撮像装置の構成例)
7.第6実施の形態(固体撮像装置の構成例、及びその製造方法)
8.第7実施の形態(固体撮像装置の構成例)
9.第8実施の形態(固体撮像装置の構成例)
10.第9実施の形態(電子機器の構成例)
図51に、本発明の各実施の形態に適用されるCMOS固体撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の固体撮像装置1は、図51に示すように、半導体基板11例えばシリコン基板に光電変換部を含む複数の画素2が規則的に2次元的に配列された画素部(いわゆる撮像領域)3と、周辺回路部とを有して構成される。画素2は、光電変換部と、複数の画素トランジスタ(いわゆるMOSトランジスタ)を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの3つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタ追加して4つのトランジスタで構成することもできる。単位画素の等価回路は通常と同様であるので、詳細説明は省略する。また、画素としては、複数の光電変換部が転送トランジスタを除く他の画素トランジスタを共有し、且つフローティングディフージョンを共有する、いわゆる画素共有構造を適用することもできる。
[固体撮像装置の構成例]
図1に、本発明に係る固体撮像装置の第1実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、CMOS固体撮像装置である。同図は、CMOS固体撮像装置の画素部における1つの画素20の断面図である。
なお、上例では、上部電極37の電位を正の電位にし、下部電極38aの電位を負の電位としたが、下部電極38aの電位を上部電極の電位よりは低い正の弱い電位とすることができる。この場合も、上部電極37から信号電荷である電子を引き出し、転送トランジスタTr11を通じて読み出すことができる。
図6〜図17に、第1実施の形態に係る固体撮像装置21の製造方法の実施の形態を示す。同図は、1つの画素に対応する要部のみを示す。
先ず、図6に示すように、シリコン基体64上にシリコン酸化膜65を介してシリコン層22が形成されたいわゆるSOI基板66を用意する。なお、このシリコン層22は、前述の半導体基板22に相当するものである。このシリコン層22はn型のシリコン層で形成される。
[固体撮像装置の構成例]
図18に、本発明に係る固体撮像装置の第2実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、CMOS固体撮像装置である。同図は、CMOS固体撮像装置の画素部における1つの画素20の断面図である。
図19〜図29に、第2実施の形態に係る固体撮像装置71の製造方法の実施の形態を示す。同図は、1つの画素に対応する要部のみを示す。図19〜図26までの工程は、第1実施の形態の図6〜図13の工程と同じである。
[固体撮像装置の構成例]
図30に、本発明に係る固体撮像装置の第3実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、CMOS固体撮像装置である。同図は、CMOS固体撮像装置の画素部における1つの画素20の断面図である。
[固体撮像装置の構成例]
図33に、本発明に係る固体撮像装置の第4実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、CMOS固体撮像装置である。同図は、CMOS固体撮像装置の画素部における1つの画素20の断面図である。
[固体撮像装置の構成例]
図34に、本発明に係る固体撮像装置の第5実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、CMOS固体撮像装置である。同図は、CMOS固体撮像装置の画素部における1つの画素20の断面図である。
[固体撮像装置の構成例]
図35に、本発明に係る固体撮像装置の第6実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、CMOS固体撮像装置である。同図は、CMOS固体撮像装置の画素部における1つの画素20の断面図である。
ソース電位が例えば電源電位になるのは、第1実施の形態で説明した同様である。リセットトランジスタ及び転送トランジスタである薄膜トランジスタTr14をオンし、リセットした後、両トランジスタをオフすることにより、上記ソース電位はリセットレベルになり、蓄積された電荷に応じて電位が変動する。
図36〜図45に、第6実施の形態に係る固体撮像装置79の製造方法の実施の形態を示す。同図は、1つの画素に対応する要部のみを示す。図36の工程は、3つの導電性プラグ81〜83、転送トランジスタTr12、Tr13の形成を除いて、第1実施の形態の図11の工程と同じである。つまり、図6〜図11の工程を経て図36の構成が得られる。
[固体撮像装置の構成例]
図46及び図47に、本発明に係る固体撮像装置の第7実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のCMOS固体撮像装置である。第7実施の形態に係る固体撮像装置98は、同一の画素内に、薄膜トランジスタTr14を転送トランジスタとした第1色用の有機光電変換部39、第2色用の第1フォトダイオードPD1及び第3色用の第2フォトダイオードPD2とが深さ方向に積層されて成る。第6実施の形態と同様に、第1、第2のフォトダイオードPD1PD2は、半導体基板22内に形成され、第1、第2のフォトダイオードPD1、PD2の転送トランジスタTr12、Tr13が半導体基板22の表面側に形成される。また、有機光電変換部39及び薄膜トランジスタTr14は、半導体基板22の裏面上層に絶縁膜34を介して形成される。
[固体撮像装置の構成例]
図48〜図49(模式図)に、本発明に係る固体撮像装置の第8実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のCMOS固体撮像装置である。第8実施の形態に係る固体撮像装置103は、前述の実施の形態と同様に、それぞれ同一の画素内に第1色用の有機光電変換部39と、第2色用の第1フォトダイオードPD1と、第3色用の第2フォトダイオードPD2とが深さ方向に積層して形成して成る。
[電子機器の構成例]
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器、などの電子機器に適用することができる。
Claims (11)
- 受光面と、
前記受光面とは反対側に形成された回路形成面と、
同一の画素内で前記受光面側から深さ方向に積層されてカラーフルタを介さずに光が入射される、pn接合を有する無機光電変換部及び有機光電変換膜を有する有機光電変換部と
を有し、
前記無機光電変換部及び有機光電変換部の信号が前記回路形成面に読み出される
固体撮像装置。 - 縦方向に積層された第1色用の有機光電変換部と、第2色用の無機光電変換部と、第3色用の無機光電変換部とを有する
請求項1記載の固体撮像装置。 - 半導体基板に形成された前記無機光電変換部と、
前記半導体基板の受光面側の裏面上層に形成された電極で挟まれた有機膜により構成された前記有機光電変換部と
を有し、
前記有機膜を挟む電極のうち、前記半導体基板に近い側の電極の電位が、前記半導体基板から遠い側の電極の電位より低く設定される
請求項2記載の固体撮像装置。 - 前記半導体基板の裏面と前記半導体基板に近い側の電極との間にハフニウム酸化膜を含む絶縁膜を有する
請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記半導体基板の受光面側の裏面に、前記有機光電変換部の信号を読み出す薄膜トランジスタを有する
請求項2記載の固体撮像装置。 - 前記半導体基板を貫通して前記有機光電変換部の信号を前記回路形成面側に転送するための導電性プラグを有し、
前記導電性プラグが複数の画素で共有される
請求項5記載の固体撮像装置。 - 前記第1色用の有機光電変換部、前記第2色用の無機光電変換部及び前記第3色用の無機光電変換部に対応して、3つのフローティングディフージョン部を有する
請求項2記載の固体撮像装置。 - 半導体基板の各画素となる領域に、pn接合を有する無機光電変換部と、前記半導体基板を貫通する1対の導電性プラグを形成する工程と、
前記半導体基板の回路形成面となる表面側に画素トランジスタを形成し、半導体基板の表面上に多層配線層を形成する工程と、
前記半導体基板の受光面となる裏面側に絶縁膜を介して前記1対の導電性プラグに接続される1対の透明の下部電極を形成する工程と、
無機光電変換部上に対応する一方の下部電極上に有機光電変換膜を形成し、該有機光電変換膜上に、前記他方の下部電極に接続される上部電極を形成して第1色用の有機光電変換部を形成する工程
を有する固体撮像装置の製造方法。 - 前記有機光電変換膜及び前記上部電極を選択除去した後の端面を保護する保護用絶縁膜を形成し、別の導電膜を介して、前記上部電極を前記他方の下部電極に接続する工程を有する
請求項8記載の固体撮像装置の製造方法。 - 半導体基板の各画素となる領域に、pn接合を有する無機光電変換部と、前記半導体基板を貫通する導電性プラグを形成する工程と、
前記半導体基板の回路形成面となる表面側に画素トランジスタを形成し、半導体基板の表面上に多層配線層を形成する工程と、
前記半導体基板の受光面となる裏面側に絶縁膜を介して、一方のソース/ドレインが第1の前記導電性プラグに接続されるボトムゲート型の薄膜トランジスタを形成する工程と、
第2の前記導電性プラグに接続される下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に有機光電変換膜を形成し、前記有機光電変換膜上に、一端が前記薄膜トランジスタの他方のソース/ドレインに接続される上部電極を形成して有機光電変換部を形成する工程
を有する固体撮像装置の製造方法。 - 光学系と、
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を備え、
前記固体撮像装置は、
受光面と、
前記受光面とは反対側に形成された回路形成面と、
同一の画素内で前記受光面側から縦方向に積層されカラーフルタを介さずに光が入射されるpn接合を有する無機光電変換部、及び有機光電変換部と
を有し、
前記無機光電変換部及び有機光電変換部の信号が前記回路形成面に読み出されて成る
電子機器。
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