JP2018078281A - Photoelectric conversion device and imaging system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換装置における遮光層に関する。 The present invention relates to a light shielding layer in a photoelectric conversion device.
光電変換装置では、受光する光電変換部を有する画素からの信号を、遮光された光電変換部を有する画素からの信号を用いて補正することで、黒レベルの補正を実現できる。受光する光電変換部を有する画素は有効画素、受光画素と呼ばれ、遮光された光電変換部を有する画素はオプティカルブラック(OB)画素や遮光画素と呼ばれる。 In the photoelectric conversion device, black level correction can be realized by correcting a signal from a pixel having a photoelectric conversion unit that receives light using a signal from a pixel having a light-shielded photoelectric conversion unit. A pixel having a photoelectric conversion unit that receives light is referred to as an effective pixel or a light reception pixel, and a pixel having a light-shielded photoelectric conversion unit is referred to as an optical black (OB) pixel or a light shielding pixel.
特許文献1の第1の実施形態に記載された固体撮像装置は、有効画素領域とOB画素領域ともに光電変換部の上に光導波路が形成されており、OB画素領域においては、光導波路と光電変換部の間に遮光膜が配置されている。
In the solid-state imaging device described in the first embodiment of
特許文献1の第4の実施形態に記載された固体撮像装置は、グローバルシャッター機能を有し、有効画素領域とOB画素領域ともに電荷蓄積部の上に遮光膜が形成されており、OB画素領域においては、光電変換部の上に遮光膜が延在している。
The solid-state imaging device described in the fourth embodiment of
本発明者らが導光路(光導波路)を検討する上で、特許文献1の技術では黒レベルの補正の精度が十分でないという課題を見出した。この課題のため、黒レベルの補正を経て得られる信号の品質(例えば画質)を向上することができない。そこで、本発明は、良好な信号を得られる光電変換装置を提供することを目的とする。
When the present inventors examined a light guide (optical waveguide), the technique of
上記課題を解決するための第1の手段は、半導体層の中に配された電荷生成領域を各々が有する複数のユニットを備える光電変換装置であって、複数のユニットは第1ユニットおよび第2ユニットを含み、前記第1ユニットおよび前記第2ユニットのそれぞれは、前記電荷生成領域から転送された電荷を保持する電荷保持領域と、前記電荷生成領域の上に位置し、絶縁体層に囲まれた誘電体領域と、前記絶縁体層と前記半導体層との間にて前記電荷保持領域を覆い、前記電荷生成領域の上に開口を有する第1遮光層と、を有し、前記第1ユニットの前記電荷生成領域は前記開口を介して受光し、前記第2ユニットの前記電荷生成領域は第2遮光層で覆われていることを特徴とすることを特徴とする。 A first means for solving the above problem is a photoelectric conversion device including a plurality of units each having a charge generation region arranged in a semiconductor layer, wherein the plurality of units include a first unit and a second unit. Each of the first unit and the second unit includes a charge holding region that holds charges transferred from the charge generation region, and is positioned on the charge generation region and surrounded by an insulator layer. A first light-shielding layer that covers the charge retention region between the insulator layer and the semiconductor layer and has an opening on the charge generation region, the first unit The charge generation region of the second unit receives light through the opening, and the charge generation region of the second unit is covered with a second light shielding layer.
上記課題を解決するための第2の手段は、複数のユニットを備える光電変換装置であって、複数のユニットは第1ユニットおよび第2ユニットを含み、前記第1ユニットおよび前記第2ユニットのそれぞれは、半導体層の中に配されたn型の第1不純物領域と、前記半導体層の中に配され、前記第1不純物領域から電荷が転送されるn型の第2不純物領域と、前記第1不純物領域の上に位置し、絶縁体層に囲まれた誘電体領域と、前記絶縁体層と前記半導体層との間にて前記第2不純物領域を覆い、前記第1不純物領域の上に開口を有する第1遮光層と、を有し、前記第1ユニットの前記第1不純物領域は前記開口を介して受光し、前記第2ユニットの前記第1不純物領域は第2遮光層で覆われていることを特徴とすることを特徴とする。 A second means for solving the above problem is a photoelectric conversion device including a plurality of units, the plurality of units including a first unit and a second unit, and each of the first unit and the second unit. Includes an n-type first impurity region disposed in a semiconductor layer, an n-type second impurity region disposed in the semiconductor layer and transferring charges from the first impurity region, and the first A dielectric region located on one impurity region and surrounded by an insulator layer, covers the second impurity region between the insulator layer and the semiconductor layer, and is disposed on the first impurity region. A first light shielding layer having an opening, wherein the first impurity region of the first unit receives light through the opening, and the first impurity region of the second unit is covered with a second light shielding layer. It is characterized by being characterized.
上記課題を解決するための第3の手段は、半導体層の中に配された電荷生成領域を各々が有する複数のユニットを備える光電変換装置であって、複数のユニットは第1ユニットおよび第2ユニットを含み、前記第1ユニットおよび前記第2ユニットのそれぞれは、前記電荷生成領域から転送された電荷を検出する電荷検出領域と、前記電荷生成領域の上に位置し、絶縁体層に囲まれた誘電体領域と、を有し、前記第1ユニットと前記第2ユニットとの間に位置する中間領域において、前記半導体層は、前記電荷生成領域の面積よりも大きい面積に渡って前記絶縁体層と前記半導体層との間に位置する第1遮光層で覆われており、前記中間領域および前記第2ユニットの前記電荷生成領域は、前記絶縁体層に対して前記半導体層の側とは反対側に位置する第2遮光層で覆われていることを特徴とする。 A third means for solving the above problem is a photoelectric conversion device including a plurality of units each having a charge generation region arranged in a semiconductor layer, wherein the plurality of units are a first unit and a second unit. Each of the first unit and the second unit includes a charge detection region for detecting a charge transferred from the charge generation region, and is positioned on the charge generation region and surrounded by an insulator layer. A dielectric region, and in the intermediate region located between the first unit and the second unit, the semiconductor layer extends over the area larger than the area of the charge generation region. A first light-shielding layer positioned between the semiconductor layer and the semiconductor layer, wherein the intermediate region and the charge generation region of the second unit are on the side of the semiconductor layer with respect to the insulator layer Opposite side Characterized in that it is covered with the second shielding layer positioned.
本発明によれば、良好な信号を得られる光電変換装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion apparatus which can obtain a favorable signal can be provided.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, in the following description and drawings, common reference numerals are given to common configurations over a plurality of drawings. Therefore, a common configuration is described with reference to a plurality of drawings, and a description of a configuration with a common reference numeral is omitted as appropriate.
図1(a)を用いて光電変換装置ISの構成を説明する。光電変換装置ISは半導体チップIC内に複数の画素ユニットUNTを備える。複数の画素ユニットUNTの各々は、半導体層の中に配された電荷生成部を含む。画素ユニットUNTは光電変換装置ISの受光領域PXRと遮光領域OBRに配されている。画素ユニットUNTとは、光電変換装置ISによって得られる画像における画素の基本的な情報を生成することを目的とした主ユニットだけでなく、主ユニットと類似の構成を有するユニットである副ユニットを含む。主ユニットとは受光領域PXRに配された受光ユニットであり、副ユニットとしては遮光領域OBRに配された遮光ユニットである。なお、図1(a)の例で示すように、受光領域PXRと遮光領域OBRの間に中間領域DMRを設けることもできる。本例では、中間領域DMRにも画素ユニットUNTが設けられている。中間領域DMRに配された画素ユニットUNT(ダミーユニット)も副ユニットである。光電変換装置ISは画素ユニットUNTが配された画素領域の外側に周辺領域PRRを有することができる。 A configuration of the photoelectric conversion device IS will be described with reference to FIG. The photoelectric conversion device IS includes a plurality of pixel units UNT in a semiconductor chip IC. Each of the plurality of pixel units UNT includes a charge generation unit arranged in the semiconductor layer. The pixel unit UNT is arranged in the light receiving region PXR and the light shielding region OBR of the photoelectric conversion device IS. The pixel unit UNT includes not only a main unit for generating basic information of pixels in an image obtained by the photoelectric conversion device IS but also a sub unit that is a unit having a similar configuration to the main unit. . The main unit is a light receiving unit disposed in the light receiving region PXR, and the sub unit is a light shielding unit disposed in the light shielding region OBR. As shown in the example of FIG. 1A, an intermediate region DMR can be provided between the light receiving region PXR and the light shielding region OBR. In this example, the pixel unit UNT is also provided in the intermediate region DMR. The pixel unit UNT (dummy unit) arranged in the intermediate region DMR is also a sub unit. The photoelectric conversion device IS can have a peripheral region PRR outside the pixel region where the pixel unit UNT is disposed.
図1(b)は光電変換装置ISを備える撮像システムSYSの構成の一例を示している。撮像システムSYSは、光学系OU、制御装置CU,処理装置PU、表示装置DU、記憶装置MUの少なくともいずれかをさらに備え得る。撮像システムSYSの詳細に関する説明は後述する。 FIG. 1B shows an example of the configuration of an imaging system SYS including the photoelectric conversion device IS. The imaging system SYS may further include at least one of an optical system OU, a control device CU, a processing device PU, a display device DU, and a storage device MU. Details regarding the imaging system SYS will be described later.
<第1実施形態>
図2、3を用いて光電変換装置ISの第1実施形態を説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment of the photoelectric conversion device IS will be described with reference to FIGS.
図2(a)は画素ユニットの回路図の一例を示している。画素ユニットは、画素回路として、電荷生成部2、電荷保持部5、電荷検出部3、電荷排出部11を備えうる。電荷検出部3の電荷に基づく信号が画素ユニットから信号出力線10に出力される。画素ユニットの画素回路はこれら電荷を扱う各部の接続(転送)/非接続(非転送)の切替えあるいは信号増幅のための制御部をさらに備える。制御部の具体例としては、第1転送ゲート4、第2転送ゲート6、第3転送ゲート1、リセットトランジスタ7、増幅トランジスタ8および選択トランジスタ9が挙げられる。各ゲートはMOSゲートによって、トランジスタはMOSFETによって構成される。電荷生成部2、電荷保持部5、電荷検出部3、電荷排出部11を、転送ゲートをゲートとして含むトランジスタのソースおよび/またはドレインとみなすこともできる。
FIG. 2A shows an example of a circuit diagram of the pixel unit. The pixel unit may include a
電荷生成部2は電荷生成部2が受光した光量に応じた信号電荷を発生することができる。ただし、電荷生成部2は遮光層によって光が入射しなくても、暗電流となるノイズ電荷を生成する。電荷生成部2にはフォトダイオードを用いることができる。電荷保持部5は、第1転送ゲート4を介して電荷生成部2に接続される。電荷保持部5は接地容量として機能し、電荷保持部5は電荷生成部2から転送された電荷を一時的に蓄積する。電荷検出部3は電荷保持部5から転送された電荷を電圧信号に変換する。電荷検出部3は半導体層に配された不純物領域を含んで構成され、このノードに生じる寄生容量を含めた容量を有する。電荷検出部3を構成する不純物領域はフローティングディフュージョン(FD)領域である。電荷検出部3は第2転送ゲート6を介して電荷保持部5と接続される。また、電荷検出部3はリセットトランジスタ7のソース及び増幅トランジスタ8のゲートとも接続される。増幅トランジスタ8のドレインには電源供給線12から電源電圧が供給される。リセットトランジスタ7のドレインにも電源供給線12から電源電圧が供給される。増幅トランジスタ8はソースフォロワ回路を構成している。リセットトランジスタ7をオンにすることで電荷検出部3の電圧はリセット電圧(この場合は電源電圧)にリセットされる。このとき、リセット電圧に応じたリセット信号が増幅トランジスタ8のソースに出力される。
The
第2転送ゲート6がオンになり電荷保持部5から電荷検出部3に電荷が転送されると、転送された電荷量に対応した信号電圧が増幅トランジスタ8のソースに出力される。
When the second transfer gate 6 is turned on and charges are transferred from the charge holding unit 5 to the charge detection unit 3, a signal voltage corresponding to the transferred charge amount is output to the source of the
増幅トランジスタ8のソースは選択トランジスタ9のドレインに接続される。選択トランジスタ9のソース端子は信号出力線10に接続される。選択トランジスタ9がオンになると、リセット信号又は画素信号が信号出力線10に出力される。このようにして、画素からの信号の読み出しが行われる。
The source of the
電荷生成部2には、さらに第3転送ゲート1を介して電荷排出部11が接続される。第3転送ゲート1がオンになると、電荷生成部2に蓄積されている電荷は電荷排出部11に排出される。電荷排出部11を構成する不純物領域はオーバーフロドレイン(OFD)領域である。電荷排出部11には、電荷生成部2から電荷を排出可能な電圧が与えられる。本例では、電荷排出部11には電源供給線12から電源電圧が供給されるが、その接続関係の図示は図2(a)では省略している。
A
全画素に対し同時に電荷排出部11へ電荷を排出し、その後、電荷生成部2で生成された電荷を電荷保持部5に転送することにより、全画素に対し同時かつ一定の露光時間を設定する電子シャッター(グローバル電子シャッター)が実現される。これにより、各画素から順次電荷を読み出すために生じる露光タイミングのずれが抑制され、画像の歪みが低減される。なお、グローバル電子シャッターを実現するための画素回路やその駆動方法は上述したものに限らず、様々に変更が可能である。
By simultaneously discharging charges to the
図2(b)は、本実施形態の受光領域PXRと遮光領域OBRにおける画素ユニットの半導体層の近傍の平面図である。以下、受光領域PXRにおける画素ユニットを受光ユニットPXLとし、遮光領域OBRにおける画素ユニットを遮光ユニットOBAとする。 FIG. 2B is a plan view of the vicinity of the semiconductor layer of the pixel unit in the light receiving region PXR and the light shielding region OBR of the present embodiment. Hereinafter, the pixel unit in the light receiving region PXR is referred to as a light receiving unit PXL, and the pixel unit in the light shielding region OBR is referred to as a light shielding unit OBA.
まず、図2(a)に示した回路と、図2(b)で示した構造との対応関係を説明する。図2(b)において、実線で囲まれた素子領域100(活性領域)の外は絶縁体で形成された素子分離領域となっている。図2(b)には、電荷生成部2を構成する不純物領域としての電荷生成領域102と、電荷保持部5を構成する不純物領域としての電荷保持領域105を示している。さらに、電荷検出部3を構成する不純物領域として電荷検出領域103と、電荷排出部11を構成する不純物領域としての電荷排出領域111を示している。本例では電子を信号電荷として扱うため、電荷生成領域102、電荷保持領域105、電荷検出領域103、電荷排出領域111のそれぞれはn型の不純物領域である。正孔を信号電荷として扱う場合には、これらの不純物領域の導電型は逆のp型となる。
First, the correspondence relationship between the circuit shown in FIG. 2A and the structure shown in FIG. In FIG. 2B, the element region 100 (active region) surrounded by a solid line is an element isolation region formed of an insulator. FIG. 2B shows a
図2(b)には、また、第1転送ゲート4のゲート電極104、第2転送ゲート6のゲート電極106、第3転送ゲート1のゲート電極101を示している。さらに、リセットトランジスタ7のゲート電極107、増幅トランジスタ8のゲート電極108を示している。第1転送ゲート4のゲート電極104は電荷生成領域102と電荷保持領域105の間に配置されている。第2転送ゲート6のゲート電極106は電荷保持領域105と電荷検出領域103との間に配置されている。リセットトランジスタ7のゲート電極107が電荷検出領域103に隣り合って配置されている。ゲート電極107を挟んで電荷検出領域103とは反対側には、リセットトランジスタ7のドレインとなる不純物領域112が配置されている。この不純物領域112は増幅トランジスタ8のドレインと共通となっている。そして不純物領域112に隣接して増幅トランジスタ8のゲート電極108が配置されている。ゲート電極108を挟んで不純物領域112の反対側には増幅トランジスタ8のソースとなる不純物領域113が配置されている。本図では選択トランジスタ9は不図示である。例えば、増幅トランジスタ8を挟んでリセットトランジスタ7の反対側に選択トランジスタ9を配することができる。選択トランジスタ9のソースは増幅トランジスタ8のソースとなる不純物領域113と共通にできる。電荷生成領域102に隣り合って、第3転送ゲート1のゲート電極101が配置される。ゲート電極101は電荷生成領域102のゲート電極104が配置された側とは異なる部分に配置される。ゲート電極101を挟んで電荷生成領域102の反対側には電荷排出部11の一部を構成する電荷排出領域111が配置される。この電荷排出領域111は第3転送ゲート1をゲートとして有するトランジスタのドレインとなる。
FIG. 2B also shows the
受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBAは、少なくとも電荷保持領域105を覆う下部遮光層109を有する。受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBAにおいて、下部遮光層109は電荷生成領域102の上に開口190を有する。受光ユニットPXLの電荷生成領域102は開口190を介して被写体からの光を受光可能である。したがって、受光ユニットPXLの電荷生成領域は光電変換領域である。そして、受光ユニットPXLの電荷生成領域102で生じた信号電荷に基づく信号は画像信号として処理されうる。受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBAにおける開口190の形状は同一であることが最も好ましいが、異なっていてもよい。遮光ユニットOBAにおける開口190の面積は、受光ユニットPXLにおける開口190の面積の0.8倍以上かつ1.2倍以下であることが好ましい。この規定は、2つの円の一方の半径が他方の半径の0.9倍以上かつ1.1倍以下であれば、2つの円の一方の面積が他方の面積の約0.8倍以上かつ1.2倍以下となることに基づく。本例では、下部遮光層109は電荷保持領域105に加えて、ゲート電極104、106、101の一部を覆う。下部遮光層109はゲート電極104、106、101のうちコンタクトプラグが配される部分は覆わない。このようにすることで、可視光に対して透過性を有するポリシリコンのゲート電極を用いても、ゲート電極を介した半導体層200(図3(a)〜(c)で後述)への不要な光の入射を抑制できる。さらに、図2(b)の電荷生成領域102の輪郭と開口190との位置関係から理解されるように、平面視における開口190の面積は平面視における電荷生成領域102の面積よりも小さい。このようにすることで、下部遮光層109が電荷生成領域102の周縁部も覆う構成となり、ゲート電極を介した半導体層200への不要な光の入射をさらに抑制できる。
The light receiving unit PXL and the light shielding unit OBA have a lower
受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBAにおいて、下部遮光層109はゲート電極104、106、107、108および電荷検出領域103、不純物領域112、113の上に開口191を有する。この開口191を通じてゲート電極104、106、107、108および電荷検出領域103、不純物領域112、113には、コンタクトプラグが接続されている。また、下部遮光層109はゲート電極104、101および電荷排出領域111の上に開口192を有する。この開口192を通じてゲート電極104、101および電荷排出領域111には、コンタクトプラグが接続されている。図2(b)においてコンタクトプラグを黒丸で示している。開口191、192は複数のコンタクトプラグが配されるように、開口190とは別であって、開口190とは異なる形状で下部遮光層109に設けられている。
In the light receiving unit PXL and the light shielding unit OBA, the lower
電荷生成領域102の上には、電荷生成領域102と少なくとも一部が重なるように誘電体領域130が配置される。また、電荷生成領域102の上には、誘電体領域130と少なくとも一部が重なるように誘電体膜110が配置される。誘電体膜110が誘電体領域130と電荷生成領域102との間に位置する。誘電体領域130、誘電体膜110の詳細については後述する。
A
図3(a)、(b)は、図2(b)のX−Y線における断面の構造を示している。図3(c)は、図1(a)の周辺領域PRRにおける断面の構造を示している。 3A and 3B show the cross-sectional structure taken along line XY in FIG. FIG. 3C shows a cross-sectional structure in the peripheral region PRR of FIG.
本実施形態では、半導体層200上に配線層2161、2162、2163と、層間絶縁層2141、2142、2143、2144と、を含んで構成される多層配線構造が配置されている。以下、配線層2161、2162、2163を配線層216Xと総称し、層間絶縁層2141、2142、2143、2144を層間絶縁層214Xと総称する。
In the present embodiment, a multilayer wiring structure including
本例では、画素ユニットUNTは配線層が3層の場合を例に説明するが4層以上の配線層を有していてもよいし、2層の配線層であってもよい。 In this example, the pixel unit UNT will be described as an example in which there are three wiring layers. However, the pixel unit UNT may have four or more wiring layers, or two wiring layers.
層間絶縁層214Xは配線層と他の層を絶縁するための絶縁体層である。半導体層200と配線層2161との間に層間絶縁層2141が位置し、配線層2161と配線層2162との間に層間絶縁層2142が位置し、配線層2162と配線層2163との間に層間絶縁層2143が位置する。層間絶縁層214Xには、屈折率がおよそ1.5の酸化シリコン(SiO)を用いることができる。層間絶縁層214Xは、珪素(Si)と酸素(O)と水素(H)とを含有することが好ましい。層間絶縁層214Xに含まれる水素は半導体層200を水素終端する上で有用である。層間絶縁層214Xはさらに炭素(C)を含有することができる。珪素(Si)と酸素(O)と炭素(C)と水素(H)を含有する絶縁体層は4.0未満、3.0未満の低い誘電率(low−k)を示し得る。層間絶縁層に低誘電率材料を用いることで配線構造のRC遅延を低減し動作を高速化できる。
The interlayer insulating layer 214X is an insulator layer for insulating the wiring layer from other layers. An interlayer insulating
下部遮光層109は層間絶縁層214Xと半導体層200との間に配されており、電荷保持領域105を覆っている。本例では、下部遮光層109は配線層2161と半導体層200との間に配され、コンタクトプラグ(不図示)が貫通する層間絶縁層2141と半導体層200との間に配されている。
The lower
受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBA、OBBは、電荷生成領域102の上に配された誘電体領域130を含む。誘電体領域130は、半導体層200の上に配された層間絶縁層214Xで囲まれている。誘電体領域130の平面形状は円形としているが、正方形、長方形、楕円、長円、多角形等の形状であってもよい。特に、誘電体領域130は、複数の配線層2161、2162、2163の間に位置する層間絶縁層2142、2143に囲まれていることが好ましい。誘電体領域130を複数の配線層2161、2162、2163の周囲に配することで、配線層2161、2162、2163の存在による光の損失を抑制できるためである。
The light receiving unit PXL and the light shielding units OBA and OBB include a
層間絶縁層214Xには孔218が設けられている。この孔218内に誘電体領域130が位置している。その結果、誘電体領域130は層間絶縁層214Xに囲まれることになる。誘電体領域130は多層配線構造の複数の層間絶縁層214Xを貫通して形成された孔218に誘電体領域130を構成する誘電体材料を埋め込んで形成するのがよい。ただし、先に誘電体領域130を形成し、その周囲に層間絶縁層を形成することもできる。
A
誘電体領域130は、層間絶縁層214Xを構成する材料よりも屈折率の高い材料を用いることが好ましい。このようにすることで、誘電体領域130と層間絶縁層214Xの界面に対し、所定の角度で斜めに入射された光は界面で全反射される。よって、誘電体領域130に入射した光は、層間絶縁層214Xへの漏出が抑制され、より多くの入射光が電荷生成領域102に到達する。このようにして、誘電体領域130は層間絶縁層214Xと共にコア−クラッド構造を有する導光路(光導波路)を成す。導光路において、誘電体領域130がコア、層間絶縁層214Xがクラッドである。例えば、誘電体領域130の材料には、屈折率がおよそ2.0の窒化シリコン(SiN)を用いることができる。誘電体領域130は、珪素(Si)と窒素(N)と水素(H)とを含有することが好ましい。誘電体領域130に含まれる水素は半導体層200を水素終端する上で有用である。なお、層間絶縁層214Xと誘電体領域130の材料は酸化シリコンと窒化シリコンの組合せに限定されない。導光路を構成する上では、誘電体領域130の屈折率が層間絶縁層の屈折率よりも高くなるように材料が組合せられていればよく、任意の材料を選択可能である。誘電体領域130の材料は、屈折率がおよそ1.8の酸窒化シリコン(SiON)、あるいは、有機膜材料及び有機膜材料に酸化チタン等の粒子を混入した材料を用いてもよい。なお、誘電体領域130は必ずしも導光路を構成しなくてもよく、誘電体領域130が層間絶縁層214Xと同様に酸化シリコンであってもよい。誘電体領域130と層間絶縁層214Xとの間に界面が存在していることで、光学的は障壁として導光機能を有することができる。また、誘電体領域130が複数の層間絶縁層214を貫通して配されることで、電荷生成領域102までの界面の数を減少させることができるため、感度の向上に有利である。
The
導光路としての誘電体領域130は、入射光を電荷生成領域102に集光させる機能を有する。受光ユニットPXLでは、誘電体領域130により電荷生成領域102に入射される光量が増加するため、誘電体領域130が無い場合に比べ感度が向上する。特に、電荷生成領域102の面積が小さい場合又は、撮像装置をカメラに用いた際のカメラのレンズのFナンバーが大きい場合、感度低下がおこる場合がある。これに対し、誘電体領域130を設けることによりこの影響を抑制することが可能となる。
The
層間絶縁層が互いに異なる材料からなる積層膜で形成されていてもよく、その場合は、誘電体領域130の屈折率がその周りの層間絶縁層の屈折率よりも高くなるように構成すればよい。また誘電体領域130は、その径が入射面側から出射面側に向かって小さくなる、順テーパー形状を有している。これにより、多くの入射光が誘電体領域130を介して電荷生成領域102に集光させることが可能となる。誘電体領域130の径が段階的に小さくなっている構成とすることもできる。
The interlayer insulating layer may be formed of a laminated film made of different materials. In that case, the
誘電体領域130と電荷生成領域102との間に配された誘電体膜110は、誘電体領域130と電荷生成領域102との間における反射を防止する反射防止膜として機能し得る。また、製造時には孔218を形成する際のエッチングストッパとしても機能しうる。
The
さらに、図2(b)の誘電体膜110の輪郭と開口190との位置関係から理解されるように、平面視における開口190の面積は平面視における誘電体膜110の面積よりも小さい。このようにすることで、誘電体膜110が下部遮光層109の端部も覆う構成となる。その結果、誘電体膜110は、誘電体領域130と電荷生成領域102との間から、層間絶縁層214Xと下部遮光層109との間に延在しており、下部遮光層109の一部を覆うように配置されている。誘電体膜110は層間絶縁層214Xよりも屈折率の高い材料を含んで構成することができる。特に、層間絶縁層214Xのうち電荷保持領域105の上に配置された部分よりも高い屈折率を有しているのがよい。このような構造とすることにより、誘電体領域130から漏出した光が電荷保持領域105に侵入することを抑制することができる。
Further, as understood from the positional relationship between the contour of the
本実施形態では、電荷保持領域105と下部遮光層109との距離は、誘電体領域130と電荷生成領域102との距離よりも小さい。このようにすることで、迷光や誘電体領域130からの出射光が、下部遮光層109と半導体層200との間を通って電荷保持領域105へ入射して信号の精度を低下させることを抑制できる。本例は、誘電体膜110を設けることによって、少なくとも誘電体膜110の厚さに相当する距離だけ、誘電体領域130が下部遮光層109よりも半導体層200から離れている。
In the present embodiment, the distance between the
下部遮光層109は電荷保持領域105を覆い、電荷生成領域102上に開口190が形成されている。誘電体膜110は電荷生成領域102の全体、下部遮光層109の一部を覆うように配置されている。また図2(b)の実線で示された部分以外には絶縁体で形成された素子分離領域が配置されている。下部遮光層109は電荷生成領域102の一部と平面視において重なるように配置され、電荷生成領域102の他の一部と平面視において重なる部分が開口されている。下部遮光層109は、電荷保持領域105、及び電荷生成領域102から電荷保持領域105に電荷を転送するトランジスタのゲート電極104の少なくとも一部を覆うように配置されている。下部遮光層109の電荷生成領域102と重なる部分は、ゲート電極104上から延出した部分とゲート電極101の上から延出した部分とを有する。下部遮光層109は電荷保持領域105への光の入射を抑制する、入射光によって電荷保持領域105で電荷が生成されノイズが発生することを抑制する。下部遮光層109は、例えばタングステン、タングステンシリサイド、酸化タングステン、アルミニウム又はそれらの合金膜等の可視光を透過しにくい材料を用いて形成するとよい。下部遮光層109の厚さは10nm以上、1000nm以下、例えば100nm以上、200nm以下とするのがよい。下部遮光層109は、ゲート電極の上とそれ以外の部分とに同時に形成されるので、ゲート電極の厚さに起因する凹凸を有するように形成される。
The lower
図2(b)には、誘電体領域130の下面131と上面132を示している。下面131が光出射面となり、誘電体領域130の上面132が光入射面となる。図2に示したように、平面視において誘電体領域130の下面131の全面が電荷生成領域102に包含されるように配置されるが、下面131の少なくとも一部が電荷生成領域102に重なるように誘電体領域130が配置されていればよい。
FIG. 2B shows a
本例では、平面視において誘電体領域130の下面131の全面が開口190に包含されるように配置されるが、下面131の少なくとも一部が開口190に配置されていればよい。また、本例では、平面視において誘電体領域130の上面132の全面が開口190の全体を包含するように配置されるが、上面132の少なくとも一部が開口190に重なるように配置されていればよい。本例のように順テーパーである誘電体領域130の幅は上面132の幅で決まるが、誘電体領域130の幅は開口190の幅よりも大きくすることは光利用効率を高める上で有効である。特に、平面視において下面131の全面が開口190に包含され、上面132の全面が開口190の全体を包含することは、光利用効率を高める上で有効である。
In this example, the entire
層間絶縁層214Xの上には、誘電体領域130と同じ材料からなる誘電体材料膜133が設けられている。受光領域PXRでは、隣接する受光ユニットPXL間で、複数の誘電体領域130が誘電体材料膜133によって連結されている。誘電体領域130は層間絶縁層214Xで囲まれている必要があることから、誘電体領域130と誘電体材料膜133を構成する誘電体材料のうち、層間絶縁層2144の上面よりも離れた部分は誘電体材料膜133とみなす。つまり、誘電体領域130は誘電体材料膜133で覆われていることになる。図3(a)、(b)には、誘電体領域130と誘電体材料膜133との便宜的な境界を点線で示している。この点線が上述した誘電体領域130の上面132となる。実際のデバイスでは誘電体領域130と誘電体材料膜133との間には界面は無くてもよい。誘電体材料膜133は無くてもよい。
A
誘電体領域130の上には、誘電体材料膜133を介して酸窒化シリコン層228と中間層229が配されている。中間層229は酸化シリコンや窒化シリコンからなる無機材料層であり、中間層229の上方の層と半導体層200との距離を調整する機能を有する。酸窒化シリコン層228は酸化シリコンからなる中間層229と、誘電体材料膜133あるいは誘電体領域130と、の反射を抑制するための反射防止層として機能する。受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBAにおいて誘電体領域130は無機材料層である中間層229と半導体層200との間に位置する。
A
本実施形態では、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBAにも誘電体領域130を設けている。その上で、誘電体領域130を囲む絶縁体層である層間絶縁層214Xと、半導体層200との間に位置する下部遮光層109には、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBAでも開口190を設けている。これによって、誘電体領域130が画素回路に及ぼす影響の、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBAとの間での差を小さくすることができる。誘電体領域130と下部遮光層109が画素回路に及ぼす影響としては、光学的な影響が挙げられる。例えば、受光ユニットPXLにおいて誘電体領域130を設けることで、誘電体領域130を設けない場合に比べて光の利用効率が高くなると、下部遮光層109の下への光漏れ込みも多くなり得る。そこで、下部遮光層109を半導体層200に近づけるほど、半導体層200と下部遮光層109との相互作用は大きくなる。
In the present embodiment, the
誘電体領域130と下部遮光層109が画素回路に及ぼす影響としては、電気的な影響が挙げられる。特に、誘電体領域130とそれを囲む絶縁体層との誘電率が異なれば、電荷生成領域102の上に誘電体領域130があるか、誘電体領域130ではなく絶縁体層があるかで、電荷生成領域102の上の誘電率が異なる。その結果、開口190の有無と誘電体領域130の有無によって、画素回路の静電容量(例えば寄生容量)が異なりうる。
The influence of the
誘電体領域130と下部遮光層109が画素回路に及ぼす影響としては、物理的あるいは化学的な影響も挙げられる。特に、開口190の有無と誘電体領域130の有無とによる水素終端による界面準位の違いや、開口190や誘電体領域130の形成時のエッチングダメージによる欠陥密度の違いなどである。これらは、半導体層200の原子レベルでの違いである。電荷生成領域102や電荷保持領域105、電荷検出領域103などの電荷を扱う領域では、このような原子レベルでの違いが、画素回路からの出力信号に大きく影響しうる。
Examples of the influence of the
本例では、図3(a)、(b)で示されるように、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBAにおいては、半導体層200から中間層229まで、同じ構造を有することができる。特に、下部遮光層109は受光領域PXRと遮光領域OBRともに電荷生成領域102上は開口190を有し、受光領域PXRと遮光領域OBRともに誘電体領域130と誘電体膜110を有する構造とする。このため電荷生成領域102へ水素シンター効果による水素供給量が遮光領域OBRと受光領域PXRとでの電荷生成領域102とで、差がないか微差となる。また、製造工程において電荷生成領域102が受けるダメージも受光領域PXRと遮光領域OBRとで、差がないか微差となる。よって、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBAにおける電荷生成領域102の特性の差を小さくできる。
In this example, as shown in FIGS. 3A and 3B, the light receiving unit PXL and the light shielding unit OBA can have the same structure from the
遮光領域OBRの遮光ユニットOBAでは、電荷生成領域102を遮光するための上部遮光層231を有する。上部遮光層231は下部遮光層109よりも半導体層200から離れて配される。すなわち、上部遮光層231と半導体層200との距離は、下部遮光層109と半導体層200との距離よりも大きい。遮光ユニットOBA,OBBはこの上部遮光層231を含む。下部遮光層109の開口190が電荷生成領域102と上部遮光層231との間に位置する。これにより、遮光ユニットOBAの電荷生成領域102は下部遮光層109に開口190を設けても、上部遮光層231によって遮光されることになる。これにより、黒レベル補正用の基準信号を遮光ユニットOBAから得ることができる。
The light shielding unit OBA in the light shielding region OBR includes an upper
上部遮光層231は遮光材料で構成され、金属材料、あるいは黒色等の光透過率の低い(10%以下)有機材料で形成される。上部遮光層231の材料は、400〜600nmの波長の光の反射率が高い材料が好ましい。本例では、材料は上部遮光層231の主成分はアルミニウムである。上部遮光層231は遮光領域OBRの電荷生成領域102の全面と重なって配置される。上部遮光層231が遮光領域OBRの全体に配置されることが好ましい。なお、上部遮光層231が電源電圧や信号を伝達する配線を構成していてもよい。
The upper
下部遮光層109の主成分と下層の配線層2161の主成分は互いに異なっていてもよい。配線層2161として適切な材料と下部遮光層109として適切な材料は異なるからである。同様に、上部遮光層231の主成分と上層の配線層2163の主成分は互いに異なっていてもよい。配線層2163として適切な材料と上部遮光層231として適切な材料は異なるからである。本例では、下部遮光層109の主成分はタングステンであり、上部遮光層231の主成分はアルミニウムであり、配線層2161、2162、2163の主成分は銅である。
The main component of the lower
本実施形態では、上部遮光層231は誘電体領域130の上方に設けられている。すなわち、誘電体領域130は上部遮光層231と電荷生成領域102との間に位置する。このようにすることで、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBAとで、誘電体領域130の存在が電荷生成領域102に与える影響の差を小さくすることできる。誘電体領域130の上方に配置された上部遮光層231は、誘電体領域130と電荷生成領域102とに影響を与えにくいからである。
In the present embodiment, the upper
上部遮光層231は中間層229の上に配される。つまり、遮光ユニットOBAにおいて、無機材料層である中間層229が上部遮光層231と誘電体領域130との間に位置する。
The upper
下部遮光層109は電荷保持領域105を覆っている。下部遮光層109は電荷生成領域102上に開口190を有している。誘電体膜110は電荷生成領域102の全体、下部遮光層109の一部を覆うように配置されている。一方、遮光領域OBRにおいても、受光領域PXRと同様にゲート電極101、誘電体領域130、ゲート電極104、電荷保持領域105、ゲート電極107、ゲート電極108、下部遮光層109、誘電体膜110、電荷検出領域103が配置される。しかし、遮光領域OBRの電荷生成領域102は上部遮光層231によって遮光される。そのため電荷生成領域102からの信号は黒レベルの補正用の基準信号として処理されうる。
The lower
遮光ユニットOBAには遮光のための上部遮光層231が配置される。しかし、遮光ユニットOBAの電荷生成領域102から上部遮光層231の間の構造は、受光ユニットPXLにおける半導体層200から中間層229までの構造と同じか、差がきわめて小さい構造となる。これにより、遮光ユニットOBAから得られる信号は、黒レベルの補正用の基準信号としての精度の向上が期待できる。
An upper
図3(b)に示すように、遮光領域OBRには遮光ユニットOBAの他に、遮光ユニットOBBを設けることができる。遮光ユニットOBBは、遮光ユニットOBBの電荷生成領域102から転送された電荷を保持する電荷保持領域105を有する。遮光ユニットOBBは、遮光ユニットOBBの電荷生成領域102の上に位置し、層間絶縁層214Xに囲まれた誘電体領域130を有する。遮光ユニットOBBにおいて、下部遮光層109は、層間絶縁層214Xと半導体層200との間にて遮光ユニットOBBの電荷保持領域を覆う。さらに、遮光ユニットOBBにおいて、下部遮光層109は、誘電体領域130と半導体層200との間にて電荷生成領域102を覆う。すなわち、遮光ユニットOBBにおいて、下部遮光層109は電荷保持領域105だけでなく電荷生成領域102をも覆う。誘電体領域130の上には遮光ユニットOBAと同様に上部遮光層231が配されており、誘電体領域130が上部遮光層231によって覆われ、遮光されている。遮光ユニットOBBにおける上部遮光層231は遮光ユニットOBAにおける上部遮光層231と連続した遮光膜230で構成されている。
As shown in FIG. 3B, a light shielding unit OBB can be provided in the light shielding region OBR in addition to the light shielding unit OBA. The light shielding unit OBB has a
遮光ユニットOBBが遮光ユニットOBAと異なる点は、遮光ユニットOBBにおいて下部遮光層109が電荷生成領域102の上に、遮光ユニットOBAの開口190に相当する開口を有しない点のみでありうる。遮光ユニットOBBにおいて、下部遮光層109は遮光ユニットOBAの開口191、192に相当する開口を有することができる。また遮光ユニットOBBでは、電荷生成領域102上の下部遮光層109によって半導体層200の遮光面積が大きくなっているため、遮光性能が高く、黒レベルの光学的な精度が、遮光ユニットOBAよりも高くなる。ただし、受光ユニットPXLのノイズ成分の再現性においては、受光ユニットPXLと同様に開口190を有する遮光ユニットOBAに比べて遮光ユニットOBBは劣る。よって、遮光ユニットOBAからの信号を用いた黒レベルの補正と遮光ユニットOBBからの信号を用いた黒レベルの補正は必要に応じて使い分けたり組み合わせたりすることが好ましい。本例のように遮光領域OBRには、遮光ユニットOBAと遮光ユニットOBBを混在させることができるが、遮光領域OBRに遮光ユニットOBBを配置せずに遮光ユニットOBAのみとしてもよい。また、遮光ユニットOBBにおいて電荷生成領域102の遮光が下部遮光層109のみで十分であれば、上部遮光層231を省略することもできる。
The light shielding unit OBB is different from the light shielding unit OBA only in that the lower
画素ユニットUNTの構造の詳細を説明する。図3(a)、(b)において、半導体層200内の電荷生成領域102は例えばn型の不純物領域である。複数の画素ユニットUNTの各々において、電荷生成領域102としてのn型の不純物領域は電荷収集領域であり、それぞれ、ほぼ同じ不純物濃度を有する。具体的には、受光ユニットPXLの電荷生成領域102のn型の不純物の最高濃度をCnmaxとすると、受光ユニットPXL以外の画素ユニットUNTのn型の不純物の最高濃度は、Cnmax/2(半分)以上、2×Cnmax(2倍)以下である。電荷生成部2を構成するフォトダイオードは、n型の電荷生成領域102の他に、n型の電荷生成領域102の側方および下方においてn型の電荷生成領域102とpn接合を成す、p型の不純物領域である電荷生成領域をも含む。電荷生成領域の範囲は、電荷収集領域であるn型の電荷生成領域102に収集される電荷が生成される範囲である。この範囲は、半導体層200内のポテンシャル分布によって決まる。電荷収集領域であるn型の電荷生成領域102に収集されない電荷を生成する領域は画素回路における電荷生成領域とはならない。本例では、電荷生成領域102の上方、すなわち、電荷生成領域102と半導体層200の表面との間にp型の不純物領域205を配することで、電荷生成領域102を埋め込み型のフォトダイオード構造としている。
Details of the structure of the pixel unit UNT will be described. 3A and 3B, the
この構造により、半導体層200とその表面に配置された絶縁膜との界面で発生するノイズを抑制することができる。電荷保持領域105は例えばn型の不純物領域であり、電荷保持領域105と半導体層200の表面との間にp型の不純物領域206を配することで、電荷保持領域105を埋め込み型の構造としている。このような構造とすることで電荷保持領域105におけるノイズを低減することが可能となる。
With this structure, noise generated at the interface between the
電荷生成領域102の上には保護膜211が配置されている。保護膜211は、半導体層200よりも低い屈折率を有する層、例えば、屈折率がおよそ2.0の窒化シリコン層(SiN)を含む膜を用いることができる。保護膜211は、窒化シリコン層に加えて、窒化シリコン層よりも屈折率が低い層、例えば、屈折率がおよそ1.5の酸化シリコン層をさらに含む複層膜であってもよい。保護膜211は誘電体膜110と半導体層200との間に位置し、下部遮光層109と半導体層200との間に延在して設けられている。そして保護膜211は下部遮光層109と半導体層200との間において、電荷保持領域105およびゲート電極101、104、106を覆う。保護膜211は電荷排出領域111、電荷検出領域103、不純物領域112、113をも覆う。保護膜211はコンタクトプラグのためのコンタクトホールを形成する際のエッチングストップ膜として用いることができる。
A
保護膜211と下部遮光層109との間には、サイドウォール212が配されている。サイドウォール212は酸化シリコンあるいは窒化シリコンなどの絶縁体であって、ゲート電極101、104、106によって形成された保護膜211の凹凸の段差部を覆っている。サイドウォール212によって下部遮光層109の下地の凹凸が緩和され、それに伴い下部遮光層109の上面の凹凸も緩和されている。これにより、下部遮光層109の上面での指向性の強い迷光の発生が抑制されている。
A side wall 212 is disposed between the
保護膜211と誘電体膜110との間には酸化シリコン層の単層膜である絶縁体膜213が配されている。絶縁体膜213は誘電体膜110と下部遮光層109との間から下部遮光層109を覆うように層間絶縁層2141と下部遮光層109との間に延在している。ただし、図3(a)、(b)では絶縁体膜213と層間絶縁層2141とを一体的に記載している。
Between the
半導体層200の上には、配線層2161を半導体層200やゲート電極に接続するためのコンタクトプラグ2191、配線層216Xを相互に接続するためのビアプラグ2192、2193が配置される。コンタクトプラグ2191の主成分はタングステンであり、ビアプラグ2192、2193の主成分は銅である。配線層2162とビアプラグ2192、および、配線層2163とビアプラグ2193は、デュアルダマシン構造によって一体的に形成されている。配線層2163は銅を主成分とする導電部の他に、タンタルやチタンおよび/またはこれらの窒化物からなるバリアメタル部を有することができる。
On the
配線層216Xの主成分としては、銅を好適に用いることができるが、アルミニウムやタングステン、ポリシリコンなどであってもよい。なお、下部遮光層109に電圧を印加するために、配線層2161と下部遮光層109を接続してもよい(不図示)。または、下部遮光層109と半導体層200間にコンタクト(不図示)を形成して接続してもよい。
As a main component of the wiring layer 216X, copper can be preferably used, but aluminum, tungsten, polysilicon, or the like may be used. Note that the
拡散防止層2171、2172、2173(以下、拡散防止層217Xと総称する)は、特に配線層216XのCuが層間絶縁層214Xに拡散することを抑制するために、配線層216Xと層間絶縁層214Xとの間に配されている。拡散防止層217Xは配線層216Xに接して設けられる。拡散防止層217Xとしては、例えば窒化シリコン(SiN)や炭化シリコン(SiC)などの絶縁体層が用いられる。拡散防止層217Xの材料としては、窒化炭化シリコン(SiCN)を用いることができる。なお、窒化炭化シリコン(SiCN)は窒素より炭素が多ければ炭化シリコンに分類し、炭素より窒素が多ければ窒化シリコンに分類してもよい。拡散防止層217Xは層間絶縁層214Xと同様に誘電体領域130を囲む。拡散防止層217Xの屈折率は誘電体領域130の屈折率と異なっていてもよいし、誘電体領域130の屈折率と同じでもよい。拡散防止層217Xの屈折率が層間絶縁層214Xの屈折率よりも高い場合、拡散防止層217Xの厚さを層間絶縁層214Xの厚さよりも小さくすることで、誘電体領域130から拡散防止層217Xへの光の漏れを抑制できる。拡散防止層217Xと層間絶縁層214Xとで構成される界面は電荷生成領域102に向かう光を反射させうる。そのため、電荷生成領域102の上方では拡散防止層217Xの代わりに誘電体領域130を配置することで、電荷生成領域102までの界面の数を減少させることができ、感度の向上に有利である。この効果を得る上では、誘電体領域130が複数の絶縁体層(拡散防止層217Xと層間絶縁層214X)とで囲まれていれば、誘電体領域130の屈折率や誘電率は、層間絶縁層214Xより低くする必要はない。
Diffusion prevention layers 2171, 2172, and 2173 (hereinafter collectively referred to as diffusion prevention layer 217X) are used to suppress the diffusion of Cu in wiring layer 216X into interlayer insulating layer 214X, in particular, to interconnect layer 216X and interlayer insulating layer 214X. It is arranged between. The diffusion prevention layer 217X is provided in contact with the wiring layer 216X. As the diffusion preventing layer 217X, for example, an insulator layer such as silicon nitride (SiN) or silicon carbide (SiC) is used. As a material of the diffusion preventing layer 217X, silicon nitride carbide (SiCN) can be used. Silicon nitride carbide (SiCN) may be classified as silicon carbide if it contains more carbon than nitrogen, and may be classified as silicon nitride if it contains more nitrogen than carbon. The diffusion prevention layer 217X surrounds the
受光ユニットPXLは電荷生成領域102の直上に配置された光学系として、誘電体領域130だけでなく、層内レンズ240をさらに備える。また、層内レンズ240の上方にカラーフィルタ250やマイクロレンズ251を備えていても良い。層内レンズ240は受光領域PXRを連続的に覆う窒化シリコン層242に、受光ユニットPXLごとに配されている。
The light receiving unit PXL further includes an in-
誘電体領域130と層内レンズ240の間には、反射防止用の酸窒化シリコン層228、中間層229、反射防止層用の酸窒化シリコン層243が配置される。酸窒化シリコン層228、243は例えば屈折率がおよそ1.6〜1.7である。中間層229として屈折率がおよそ1.5の酸化シリコン(SiO)を用いることができる。中間層229は、周辺領域PRRの層間絶縁層として用いることができる。また、層内レンズ240の上方にさらに酸窒化シリコン層241を形成してもよい。このような反射防止構造を採ることにより、入射光の透過率を向上させ、ひいては感度を向上させることができる。
Between the
層内レンズ240とカラーフィルタ250との間には、有機材料(樹脂)からなる平坦化層244が配されており、カラーフィルタ250とマイクロレンズ251との間には有機材料(樹脂)からなる平坦化層245が配されている。カラーフィルタ250とマイクロレンズ251は有機材料からなる。なお、平坦化層245とマイクロレンズ251とを一体的に形成することができる。また、窒化シリコン層242に層内レンズ240を設けない場合には、平坦化層244を省略することができる。
A
図3(c)に周辺領域PRRの断面構造を示す。図3(c)では周辺領域PRRのP型のMOSトランジスタを例に挙げている。このp型のMOSトランジスタはn型のMOSトランジスタと共にCMOS回路を構成し得る。MOSトランジスタのソース・ドレインであるp型の不純物領域208がn型のウェルである不純物領域207に形成されている。また複数のMOSトランジスタは、STI構造やLOCOS構造を有する素子分離領域114によって相互に分離されている。画素ユニットUNTにおける保護膜211と共通の膜をエッチングすることによりMOSトランジスタのゲート電極115の側壁にサイドスペーサ116が形成されている。不純物領域208はサイドスペーサ116を用いてLDD構造を有するように形成されている。ソース・ドレインとなる不純物領域208及びゲート電極115の上面には、例えばコバルトシリサイドやニッケルシリサイド等の高融点金属のシリサイド領域117が設けられ、コンタクトプラグ2190と不純物領域208との間の電気抵抗を低減させる。保護膜118はコンタクトプラグ2190用のコンタクトホールを形成する際に用いられるエッチングストップ膜でありうるし、また、シリサイド領域117からの金属の拡散を防止する拡散防止膜でありうる。保護膜118は、誘電体膜110と共通の膜をエッチングすることにより形成されている。層間絶縁層2144を形成後に形成される受光ユニットPXLと遮光ユニットOBA,OBBの導光路を構成するための誘電体材料膜133は周辺領域PRRでは除去される。中間層229が層間絶縁層2144の上に配され、中間層229および層間絶縁層2144を貫通してビアプラグ2194が設けられている。ビアプラグ2194には入力あるいは出力用の電極2164が配されている。電極2164は上部遮光層231と共通の導電体膜をエッチングすることにより形成されている。このように、上部遮光層231を形成する工程において、同時に電極2164や周辺領域PRRの配線を構成する導電部材を形成することができる。周辺領域PRRにおいて中間層229は層間絶縁層2144と共に、電極2164および電極2164と同層の配線層と、配線層2163と、の間の層間絶縁層として機能する。酸窒化シリコン層241、窒化シリコン層242、酸窒化シリコン層243の積層膜であるパッシベーション膜が電極2164や配線(不図示)を覆って形成されている。パッシベーション膜の窒化シリコン層242は画素領域において層内レンズ240を構成する層である。電極2164の上には、外部との接続用の開口260がパッシベーション膜に設けられている。
FIG. 3C shows a cross-sectional structure of the peripheral region PRR. In FIG. 3C, a P-type MOS transistor in the peripheral region PRR is taken as an example. This p-type MOS transistor can constitute a CMOS circuit together with an n-type MOS transistor. A p-
<第2実施形態>
図4と図5を参照して第2実施形態について説明する。本実施形態は、図1(a)で説明したように、受光領域PXRと遮光領域OBRとの間の中間領域DMRに関するものである。
Second Embodiment
A second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. This embodiment relates to an intermediate region DMR between the light receiving region PXR and the light shielding region OBR, as described with reference to FIG.
図4は、第1形態で説明した受光領域PXRの受光ユニットPXLと遮光領域OBRの遮光ユニットOBA、OBBに加え、中間領域DMRに配されたダミー受光ユニットDML、ダミー遮光ユニットDMA、DMBの半導体層近傍の平面図を示している。図5は受光ユニットPXLと、ダミー受光ユニットDML、ダミー遮光ユニットDMA、DMB、遮光ユニットOBA、OBBの断面図である。受光ユニットPXLと遮光ユニットOBA、OBBについては第1実施形態と同じであってよいので詳細な説明を省略する。なお、図2(b)における開口191を図4では開口193として記載しているが、開口193の機能や形状は開口191の機能や形状と同じであってよい。
FIG. 4 shows the semiconductors of the dummy light-receiving unit DML and the dummy light-shielding units DMA and DMB arranged in the intermediate region DMR in addition to the light-receiving unit PXL of the light-receiving region PXR and the light-shielding units OBA and OBB of the light-shielding region OBR described in the first embodiment. The top view of the layer vicinity is shown. FIG. 5 is a cross-sectional view of the light receiving unit PXL, the dummy light receiving unit DML, the dummy light shielding units DMA and DMB, and the light shielding units OBA and OBB. Since the light receiving unit PXL and the light shielding units OBA and OBB may be the same as those in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted. Although the
ダミー受光ユニットDML、ダミー遮光ユニットDMA、DMBは、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBA、OBBとの間に配されている。ダミー受光ユニットDML、ダミー遮光ユニットDMA、DMBは、受光ユニットPXLおよび/または遮光ユニットOBA、OBBの特性向上を目的として設けられた補助的な画素ユニットUNTである。 The dummy light receiving unit DML and the dummy light shielding units DMA and DMB are arranged between the light receiving unit PXL and the light shielding units OBA and OBB. The dummy light receiving unit DML and the dummy light shielding units DMA and DMB are auxiliary pixel units UNT provided for the purpose of improving the characteristics of the light receiving unit PXL and / or the light shielding units OBA and OBB.
ダミー受光ユニットDML、ダミー遮光ユニットDMA、DMB自体がこれらからは信号が得られない構成にすることができる。例えば、ダミー受光ユニットDML、ダミー遮光ユニットDMA、DMBには信号出力線10に増幅トランジスタ8も選択トランジスタ9も接続されていなくてもよい。あるいは、ダミー受光ユニットDML、ダミー遮光ユニットDMA、DMBが信号を信号出力線10に出力したとしても信号処理に用いなくてもよい。あるいは、ダミー受光ユニットDML、ダミー遮光ユニットDMA、DMBからの信号を信号処理したとしても画像に反映しなければよい。ただし、ダミー受光ユニットDML、ダミー遮光ユニットDMA、DMBからの信号が有用であればその情報を画像に取り入れてもよい。
The dummy light-receiving unit DML, the dummy light-shielding unit DMA, and the DMB itself can be configured such that signals cannot be obtained from them. For example, neither the
ダミー受光ユニットDML、ダミー遮光ユニットDMA、DMBの電荷保持領域105は、受光ユニットPXL、遮光ユニットOBA、OBBと同様に下部遮光層109で覆われている。ダミー受光ユニットDML、ダミー遮光ユニットDMAにおいて、下部遮光層109は、受光ユニットPXL、遮光ユニットOBAと同様に、電荷生成領域102の上に開口190を有している。ダミー遮光ユニットDMBにおいて、下部遮光層109は、遮光ユニットOBBと同様に、電荷生成領域102を覆っている。ダミー受光ユニットDMLは上部遮光層を有さず、ダミー受光ユニットDMLの電荷生成領域102は開口190を介して受光可能となっている。
The
ダミー受光ユニットDMLやダミー遮光ユニットDMAの下部遮光層109が開口190を有していることで、下部遮光層109での光の反射によって遮光ユニットOBAに到達しうる光を低減できる。これは、開口190を設けることで下部遮光層109の面積を減らし、電荷生成領域102上での下部遮光層109による光の反射を抑制できるためである。また、開口190を設けることで、ダミー受光ユニットDMLやダミー遮光ユニットDMAに入射した光をダミー受光ユニットDMLやダミー遮光ユニットDMAの電荷生成領域102で吸収できるためでもある。
Since the lower light-
ダミー遮光ユニットDMA、DMBは、下部遮光層109よりも半導体層200から離れて配された上部遮光層232を有する。つまり、ダミー遮光ユニットDMA、DMBにおける上部遮光層232と半導体層200との距離は、遮光ユニットOBA、OBBおよびダミー遮光ユニットDMA、DMBにおける下部遮光層109と半導体層200との距離よりも大きい。この上部遮光層232によって、下部遮光層109に開口190を有するダミー遮光ユニットDMAの電荷生成領域102は遮光されている。また、上部遮光層232によって、下部遮光層109で覆われた電荷生成領域102を有するダミー遮光ユニットDMBでは、電荷生成領域102での遮光性能が強化されている。
The dummy light shielding units DMA and DMB have an upper
ダミー遮光ユニットDMA、DMBの上部遮光層232は遮光ユニットOBA、OBBの上部遮光層231と連続した遮光膜230で構成されている。遮光膜230を連続させる、つまり、分断しないことで、分断されて形成されるスリットから余計な光が遮光ユニットOBAの電荷生成領域102に入射することを抑制できる。ダミー遮光ユニットDMA、DMBを、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBAとの間に配置することで、ダミー遮光ユニットDMA、DMBのサイズ分、遮光ユニットOBAを受光ユニットPXLから離すことができる。そのため、遮光膜230と半導体層200との間に入射した光が、遮光ユニットOBAの電荷生成領域102へ入射することを抑制することができる。
The upper
上部遮光層232は上部遮光層231よりも半導体層200の近くに配されている。つまり、ダミー遮光ユニットDMA、DMBにおける上部遮光層232と半導体層200との距離は、遮光ユニットOBA、OBBにおける上部遮光層231と半導体層200との距離よりも小さい。このようにすることで、受光領域PXRから遮光膜230と半導体層200との間の部分への光の入口が狭くなるため、遮光領域OBRへの光の侵入を低減できる。その結果、黒レベルの補正の精度を向上することができる。
The upper
受光ユニットPXLに設けられているような、層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xなどの絶縁体層で囲まれた誘電体領域130は、ダミー受光ユニットDMLの電荷生成領域102の上には配置されていない。よって、層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xがダミー受光ユニットDMLの電荷生成領域102を覆っている。層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xがダミー受光ユニットDMLにおいて下部遮光層109の開口190の全体を覆っている。同様に、遮光ユニットOBA、OBBに設けられているような、層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xなどの絶縁体層で囲まれた誘電体領域130は、ダミー遮光ユニットDMA、DMBの電荷生成領域102の上には配置されていない。よって、層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xが上部遮光層232と半導体層200との間にてダミー遮光ユニットDMA、DMBの電荷生成領域102を覆っている。そして、層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xがダミー遮光ユニットDMAにおいて下部遮光層109の開口190の全体を覆っている。
A
このように、ダミー受光ユニットDMLとダミー遮光ユニットDMA、DMBに誘電体領域130を設けないことで、受光ユニットPXL以外の画素ユニットUNTの誘電体領域130を介在して遮光ユニットOBA,OBBに伝搬する可能性を低減できる。受光ユニットPXLと遮光ユニットOBA,OBBとの間で隣接する誘電体領域130の距離を、誘電体領域130が設けられていない画素ユニットUNTの分だけ大きくしていると考えることもできる。受光ユニットPXLと遮光ユニットOBA,OBBとを離すことで、受光ユニットPXLから遮光ユニットOBAへの光の伝搬を抑制しているともいえる。
In this way, by not providing the
本例では誘電体領域130だけでなく誘電体材料膜133もダミー受光ユニットDMLとダミー遮光ユニットDMA、DMBには設けていない。このようにすることで、誘電体材料膜133を介して光が遮光ユニットOBA,OBBに伝搬する可能性を低減できる。また、誘電体材料膜133をダミー遮光ユニットDMA、DMBに設けないことで、少なくとも誘電体材料膜133の厚さ分だけ、上部遮光層232を上部遮光層231よりも半導体層200に近づけることができる。そのため、上述したように、遮光領域OBRへの光の侵入を低減できる。
In this example, not only the
ダミー受光ユニットDMLとダミー遮光ユニットDMA、DMBに誘電体領域130を設けない場合、エッチングストップ膜としての誘電体膜110は設けなくてもよい。特に下部遮光層109が電荷生成領域102を覆うダミー遮光ユニットDMBでは、誘電体膜110を設けなくてもよい。しかし、上述したようにダミー受光ユニットDMLとダミー遮光ユニットDMAの電荷生成領域102での光の吸収をすることを考えると、ダミー受光ユニットDMLとダミー遮光ユニットDMAには誘電体膜110を設けることが好ましい。本例では、反射防止膜として機能する誘電体膜110を、ダミー受光ユニットDMLとダミー遮光ユニットDMAの電荷生成領域102の上に、開口190を介して配置する。このようにすることで、電荷生成領域102での吸収を抑制し、半導体層200の表面での光の反射を抑制できる。
When the
本例では、遮光ユニットOBAを遮光ユニットOBBと受光ユニットPXLとの間に配置しているが、逆に、遮光ユニットOBBを遮光ユニットOBAと受光ユニットPXLとの間に配置してもよい。遮光膜230の受光領域PXR側の端部に近いほど、受光領域PXR側から遮光膜230と半導体層200との間の部分には光が届きやすい。よって、電荷生成領域102を上部遮光層231と下部遮光層109で二重に遮光した遮光ユニットOBBは、受光領域PXR側に近くても十分に遮光できる。また、下部遮光層109が電荷生成領域102上に開口190を有する遮光ユニットOBAは受光領域PXR側から遠ざけることで、開口190があっても上部遮光層231で十分に遮光できる。
In this example, the light shielding unit OBA is disposed between the light shielding unit OBB and the light receiving unit PXL. Conversely, the light shielding unit OBB may be disposed between the light shielding unit OBA and the light receiving unit PXL. The closer to the end of the
<第3実施形態>
第3実施形態として、光電変換装置ISの製造方法を説明する。図6〜図9は光電変換装置ISの製造方法を表す断面図である。
<Third Embodiment>
As a third embodiment, a manufacturing method of the photoelectric conversion device IS will be described. 6-9 is sectional drawing showing the manufacturing method of photoelectric conversion apparatus IS.
図6(a)に示す工程aにおいて、半導体層200をシリコンウエハとして準備したのち、電荷排出領域111、電荷生成領域102、電荷保持領域105、各トランジスタのゲート電極101、104、106を形成する。
In step a shown in FIG. 6A, after the
次に、電荷生成領域102、各トランジスタのゲート電極上及び各トランジスタのソース、ドレイン上に保護膜211を形成する。保護膜211は窒化シリコンを用いることができる。また保護膜211は不図示の、画素領域の外側にある周辺領域PRRに配置されるトランジスタのサイドスペーサ116(図3(c)参照)を形成するための膜として用いることができる。
Next, a
次に、図6(b)に示す工程bにおいて、保護膜211の上に酸化シリコン膜などの絶縁体膜を形成し、この絶縁体膜をエッチバックしてサイドウォール212(図3(a)、(b)参照)を形成する。サイドウォール212を介して保護膜211の上に下部遮光層109となるタングステン膜などの遮光材料膜を、少なくとも電荷生成領域102、ゲート電極104、電荷保持領域105を覆うように形成する。次に、遮光材料膜の、平面視において電荷生成領域102に重なる部分を除去し、電荷生成領域102の一部、電荷保持領域105を覆い、電荷生成領域102上に開口190を有する下部遮光層109を形成する。遮光材料の除去はドライエッチングを用いることができる。
Next, in step b shown in FIG. 6B, an insulator film such as a silicon oxide film is formed on the
次に、図6(c)に示す工程cにおいて、下部遮光層109の上に酸化シリコン膜などの絶縁体膜を形成し、さらに、この絶縁体膜を介して電荷生成領域102上の下部遮光層109の開口190を覆うように窒化シリコン膜などの誘電体膜110を形成する。誘電体膜110のパターニングにはドライエッチングを用いることができる。
Next, in step c shown in FIG. 6C, an insulator film such as a silicon oxide film is formed on the lower
次に、図7(a)に示す工程dにおいて、公知の方法により、コンタクトプラグ2190、2191(図3(a)〜(c)参照)、層間絶縁層214X、拡散防止層217X、配線層216X、ビアプラグ2192、2193を形成する。銅を主成分とする配線層216Xとビアプラグはデュアルダマシン法で形成できる。 Next, in step d shown in FIG. 7A, contact plugs 2190 and 2191 (see FIGS. 3A to 3C), an interlayer insulating layer 214X, a diffusion prevention layer 217X, and a wiring layer 216X are formed by a known method. Via plugs 2192 and 2193 are formed. The wiring layer 216X mainly composed of copper and the via plug can be formed by a dual damascene method.
その後、図7(b)に示す工程eにおいて、層間絶縁層214Xと拡散防止層217Xの、導光路が形成されるべき場所、すなわち電荷生成領域102の上に導光路用の孔218を形成する。孔218は受光ユニットPXLと遮光ユニットOBA,OBBに形成され、ダミー受光ユニットDMLとダミー遮光ユニットDMA,DMBには形成されない。孔218の形成方法としては、ドライエッチングを用いることができる。孔218を形成する際、誘電体膜110はエッチングストップ膜として機能する。誘電体膜110でエッチングをストップすることにより、電荷生成領域102がエッチングダメージによってノイズが増加することを抑制することができる。エッチングストップ膜としての誘電体膜110はオーバーエッチングされてもよい。誘電体膜110は、層間絶縁層2141のエッチングの際のエッチング条件に対し、層間絶縁層2141よりもエッチングされにくい材料であればよい。層間絶縁層2141が酸化シリコンを主成分とするような材料(BPSG、PSG、NSGなどのガラス系の材料であってもよい)であれば、誘電体膜110に窒化シリコン膜、炭化シリコン膜を用いることができる。また誘電体膜110をエッチングにより一部もしくは全部を除去してもよい。
Thereafter, in step e shown in FIG. 7B, a light guide path hole 218 is formed in the interlayer insulating layer 214X and the diffusion prevention layer 217X where the light guide path is to be formed, that is, on the
次に、図7(c)に示す工程fにおいて、孔218内に、層間絶縁層214Xよりも屈折率の高い高屈折率材料を誘電体材料として埋め込み、平坦化を行なって導光路としての誘電体領域130を形成する。高屈折率材料を埋め込む方法としては、高密度プラズマCVD法や、有機材料のスピン塗布法を用いることができる。平坦化は、CMP法やエッチバック法を用いて行うことができる。埋め込まれた誘電体材料のうち、平坦化後に孔218の外に位置する部分が、誘電体材料の残膜としての誘電体材料膜133である。層間絶縁層2144が露出するまで誘電体材料を平坦化することで誘電体材料膜133を除去することも可能である。
Next, in step f shown in FIG. 7C, a high refractive index material having a higher refractive index than that of the interlayer insulating layer 214X is embedded in the
次に、図8(a)に示す工程gにおいて、誘電体材料膜133の上に酸窒化シリコン層228を形成する。なお、図8(a)で示した配線層216bは、他の図面における配線層2162と同等である。また、図7(c)には酸窒化シリコン層228が形成される部分を酸窒化シリコン層228の符号で示したが、図7(c)の工程fでは酸窒化シリコン層228はまだ形成されておらず、酸窒化シリコン層228は本工程gで形成される。
Next, in step g shown in FIG. 8A, a
次に、図8(b)に示す工程hにおいて、ダミー受光ユニットDMLとダミー遮光ユニットDMA、DMBにおいて、酸窒化シリコン層228と誘電体材料膜133とをエッチングにて除去する。これにより、誘電体材料膜133には、受光領域PXRと遮光領域OBRの間にスリット134が形成される。
Next, in step h shown in FIG. 8B, the
次に図8(c)に示す工程iにおいて、酸化シリコン膜などの中間層229を形成する。酸窒化シリコン層228は、中間層229が誘電体材料膜133(あるいは誘電体領域130)に接して設けられる構成に比べて、入射光の反射を抑制することで受光ユニットPXLにおける電荷生成領域102への入射光量を増加させることが可能となる。
Next, in step i shown in FIG. 8C, an
次に図9(a)に示す工程jにおいて、遮光ユニットOBA,OBBの上部遮光層231とダミー遮光ユニットDMA、DMBの上部遮光層232となる遮光膜230を形成する。遮光膜230は電荷生成領域102に向かって進む光を反射、あるいは吸収することができればよく、遮光膜230の材料は光を反射する金属や、光を吸収する有機材料が適している。本実施形態では、アルミニウム膜である。工程hにおける誘電体材料膜133へのスリット134の形成によって、中間層229にはダミー遮光ユニットDMA、DMBにおいて遮光ユニットOBA,OBBよりも低くなるような段差が生じている。そのため、上部遮光層232は上部遮光層231よりも半導体層200の近くに配されることになる。
Next, in step j shown in FIG. 9A, a
遮光膜230をパターニングして受光ユニットPXLとダミー受光ユニットDMLの上から遮光膜230を除去する。遮光膜230のパターニングにおいて、同時に電極2164(図3(c)参照)や周辺領域PRRの配線を構成する導電部材を形成することができる。
The
次に図9(b)に示す工程kにおいて、酸窒化シリコン層243の上に窒化シリコン膜を形成する。窒化シリコン膜をエッチバック法で層内レンズ240を有するように加工することで、層内レンズ240を有する窒化シリコン層242を形成する。窒化シリコン層242の上に酸窒化シリコン層241を形成する。酸窒化シリコン層243、窒化シリコン層242、酸窒化シリコン層241がパッシベーション膜として機能する。
Next, in step k shown in FIG. 9B, a silicon nitride film is formed on the
次に図9(c)に示す工程lにおいて、パッシベーション膜の上に、平坦化層244、カラーフィルタ250、平坦化層245、マイクロレンズ251を形成する。カラーフィルタ250とマイクロレンズ251は感光性樹脂のフォトリソグラフィによって形成できる。
Next, in step l shown in FIG. 9C, a
<第4実施形態>
図10(a)を用いて光電変換装置ISの第4実施形態を説明する。なお、上記第1実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略し又は簡略にする。受光ユニットPXLの構成は第1実施形態と同様である。
<Fourth embodiment>
A fourth embodiment of the photoelectric conversion device IS will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component similar to the said 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted or simplified. The configuration of the light receiving unit PXL is the same as that of the first embodiment.
第4実施形態では、遮光領域OBRにおいても受光領域PXRと同様に誘電体領域130上に層内レンズ240が形成されている。受光領域PXRと同様に反射防止用の酸窒化シリコン層228、中間層229、層内レンズ240を有する窒化シリコン層242、反射防止用の酸窒化シリコン層241が形成されている。
In the fourth embodiment, the
第1実施形態との違いは、上部遮光層231の代わりに、遮光領域OBRの層内レンズ240の上に、酸窒化シリコン層241を介して上部遮光層233が形成されている点である。他の構成は第1実施形態と同じであってよい。特に、遮光ユニットOBAにおける電荷保持領域105を覆う下部遮光層109は電荷生成領域102上に開口190を有し、遮光ユニットOBBにおける電荷保持領域105を覆う下部遮光層109は電荷生成領域102をも覆う。遮光ユニットOBAにおける電荷生成領域102の上と遮光ユニットOBBにおける電荷生成領域102の上には誘電体領域130を配置することができる。
The difference from the first embodiment is that the upper
第4実施形態の製造工程(不図示)として、導光路の平坦化を実施後、酸窒化シリコン層228を形成し、その上に中間層229を形成する。酸窒化シリコン層243の上に層内レンズ240を有する窒化シリコン層242を形成し、その上に酸窒化シリコン層241を形成する。次に遮光領域OBRに上部遮光層233となる遮光膜を形成する。さらに上部遮光層233の上部に不図示のパッシベーション膜(窒化シリコン層や酸窒化シリコン層)を形成してもよく、カラーフィルタ250やマイクロレンズ251を備えていても良い。本実施形態の効果として、受光領域PXRと同様に遮光領域OBRにおいても窒化シリコン層242(特に厚い層内レンズ240)からの水素シンターによる半導体層200の水素終端効果が期待でき、黒レベルの補正の更なる精度向上が期待できる。これは、上部遮光層233を窒化シリコン層242の下ではなく上に配置することで、第1実施形態では上部遮光層231によって阻害されていた窒化シリコン層242から半導体層200への水素供給を増加することができるためである。
As a manufacturing process (not shown) of the fourth embodiment, after planarizing the light guide, a
<第5実施形態>
図10(b)を用いて光電変換装置ISの第5実施形態を説明する。なお、上記第1実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略し又は簡略にする。受光ユニットPXLの構成は第1実施形態と概ね同様であるが、受光ユニットPXLにおいて、電荷保持領域105を覆う下部遮光層109が配線層2161と同層で構成されている点で第1実施形態と異なる。そして、下部遮光層109と電荷保持領域105との間の距離は、電荷生成領域102と誘電体領域130との間の距離よりも大きい。また、中間層229と窒化シリコン層242、酸窒化シリコン層243との間に平坦化層246が設けられている点でも第1実施形態と異なる。平坦化層246は、例えば酸化シリコン層であり、図3(c)に示した周辺領域PRRにおいて、電極2164と窒化シリコン層242、酸窒化シリコン層243との間に延在する。
<Fifth Embodiment>
A fifth embodiment of the photoelectric conversion device IS will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component similar to the said 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted or simplified. The configuration of the light receiving unit PXL is substantially the same as that of the first embodiment. In the light receiving unit PXL, the first embodiment is that the lower
第5実施形態では、遮光ユニットOBAにおいて、下部遮光層109は配線層2161と同層で構成されている。上部遮光層231が配線層2162と同層で構成されている。上部遮光層231は誘電体領域130の下方に設けられている。すなわち、上部遮光層231は誘電体領域130と電荷生成領域102との間に配されている。誘電体領域130は層間絶縁層2143、2144で囲まれているが、層間絶縁層2142、2141は誘電体領域130のための孔を有しておらず、誘電体領域130を囲んでいない。本実施形態では、電荷生成領域102と誘電体領域130との間の構成が受光ユニットPXLと遮光ユニットOBとで異なるため、暗電流の程度に起因した黒レベルの基準信号の精度は低下しうる。特に、誘電体領域130の存在(水素終端効果)や層間絶縁層への開口形成時の半導体層200へダメージの影響などが異なることが主要因である。しかし、上部遮光層231を下部遮光層109の開口190に近づけることができるため、層間絶縁層を経由して遮光ユニットOBA、OBBの電荷生成領域102に入る光を低減できるという利点がある。よって、本実施形態でも黒レベルの信号の精度は十分に確保可能である。
In the fifth embodiment, in the light shielding unit OBA, the lower
また、本実施形態では、電荷保持領域105と下部遮光層109との距離は、誘電体領域130と電荷生成領域102との距離よりも小さい。そのため、誘電体領域130から出射した光は下部遮光層109と半導体層200との間から電荷保持領域105に入射する量が増える可能性がある。この点では第1実施形態の方が優れていると言える。
In this embodiment, the distance between the
<第6実施形態>
遮光ユニットOBAにおいて、電荷保持領域105を遮光する遮光層(上述した実施形態の下部遮光層109に相当)と、電荷生成領域102を遮光する遮光層(上述した実施形態の上部遮光層231に相当)の上下の位置関係を入れ替えることもできる。この場合、受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBAにおいて、電荷保持領域105を遮光する遮光層には電荷生成領域102の上に開口190を有する点と、誘電体領域130を有する点は上述した実施形態と同様である。遮光ユニットOBAにおいても電荷保持領域105を遮光する遮光層に開口190を設けることで、黒レベル補正の精度が向上する。これは、開口190を介した、誘電体領域130からの半導体層200への光学的、電気的あるいは化学的な影響の、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBAとでの差を、無くすあるいは小さくできるからである。そして、遮光ユニットOBAにおいて電荷生成領域102を遮光する遮光層が、開口190と電荷生成領域102との間に位置する点で異なる。電荷生成領域102を遮光する遮光層は誘電体領域130と電荷生成領域102との間に位置する点では、第5実施形態と同様になる。第1実施形態の受光ユニットPXLのように、電荷保持領域105を遮光する遮光層を誘電体領域130よりも半導体層200に近づけてもよい。あるいは、第5実施形態の受光ユニットPXLのように、誘電体領域130を、電荷保持領域105を遮光する遮光層よりも半導体層200に近づけてもよい。本実施形態では、第5実施形態に比べて、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBAとで、半導体層200と誘電体領域130との間の距離の差を無くす、あるいは、小さくすることが可能となる点で、第5実施形態よりも有利である。
<Sixth Embodiment>
In the light shielding unit OBA, a light shielding layer that shields the charge holding region 105 (corresponding to the lower
<第7実施形態>
図11と図12を参照して第7実施形態について説明する。本実施形態は、図1(a)で説明したように、受光領域PXRと遮光領域OBRとの間の中間領域DMRに関するものである。本実施形態における光電変換装置ISも、半導体層200の中に配された電荷生成領域102を各々が有する複数のユニットを備える。複数のユニットは受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBCを含む。受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBCのそれぞれは、電荷生成領域102から転送された電荷を検出する電荷検出領域103を有する。受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBCのそれぞれは、電荷生成領域102の上に位置し、層間絶縁層214Xなどの絶縁体層に囲まれた誘電体領域130を有する。半導体層200は受光ユニットPXLと遮光ユニットとの間に位置する中間領域DMRを有する。中間領域DMRは、電荷生成領域102の面積よりも大きい面積に渡って層間絶縁層214Xと半導体層200との間に位置する下部遮光層109で覆われている。遮光ユニットOBCの電荷生成領域102および中間領域DMRは、層間絶縁層214Xに対して半導体層200の側とは反対側に位置する上部遮光層231、232で覆われている。
<Seventh embodiment>
The seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. This embodiment relates to an intermediate region DMR between the light receiving region PXR and the light shielding region OBR, as described with reference to FIG. The photoelectric conversion device IS in this embodiment also includes a plurality of units each having a
図11は、第1形態で説明した受光領域PXRの受光ユニットPXLと遮光領域OBRの遮光ユニットOBCに加え、中間領域DMRに配されたダミー遮光ユニットDMC、DMDの半導体層近傍の平面図を示している。図12は受光ユニットPXLと、ダミー遮光ユニットDMC、DMD、遮光ユニットOBCの断面図である。本実施形態では、受光ユニットPXLと遮光ユニットとの間に配されたダミー遮光ユニットDMDが電荷生成領域102を覆う下部遮光層109を有する点で、第2実施形態のダミー遮光ユニットDMBと共通する。本実施形態では、受光ユニットPXLと遮光ユニットの形態が第1〜第6実施形態と異なる。本実施形態における受光ユニットPXLと遮光ユニットOBCには電荷保持領域105がなく、それに伴って、第1転送ゲート4のゲート電極104や、電荷保持領域105を覆う下部遮光層109もない。第2転送ゲート6に相当する転送ゲートのゲート電極106は電荷生成領域102と電荷検出領域103との間に配置されている。ゲート電極106は、電荷生成領域102から電荷検出領域103に電荷を転送する。また、第3転送ゲート1のゲート電極101もなくてよい。
FIG. 11 is a plan view of the vicinity of the semiconductor layers of the dummy light shielding units DMC and DMD arranged in the intermediate region DMR in addition to the light receiving unit PXL of the light receiving region PXR and the light shielding unit OBC of the light shielding region OBR described in the first embodiment. ing. FIG. 12 is a cross-sectional view of the light receiving unit PXL, the dummy light shielding units DMC and DMD, and the light shielding unit OBC. In the present embodiment, the dummy light-shielding unit DMD disposed between the light-receiving unit PXL and the light-shielding unit has the lower light-
ダミー遮光ユニットDMC、DMDは、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBCとの間に配されている。ダミー遮光ユニットDMC、DMDは、受光ユニットPXLおよび/または遮光ユニットOBCの特性向上を目的として設けられた補助的な画素ユニットUNTである。 The dummy light shielding units DMC and DMD are arranged between the light receiving unit PXL and the light shielding unit OBC. The dummy light shielding units DMC and DMD are auxiliary pixel units UNT provided for the purpose of improving the characteristics of the light receiving unit PXL and / or the light shielding unit OBC.
ダミー遮光ユニットDMC、DMD自体がこれらからは信号が得られない構成にすることができる。例えば、ダミー遮光ユニットDMC、DMDには信号出力線10に増幅トランジスタ8も選択トランジスタ9も接続されていなくてもよい。あるいは、ダミー遮光ユニットDMC、DMDが信号を信号出力線10に出力したとしても信号処理に用いなくてもよい。あるいは、ダミー遮光ユニットDMC、DMDからの信号を信号処理したとしても画像に反映しなければよい。ただし、ダミー遮光ユニットDMC、DMDからの信号が有用であればその情報を画像に取り入れてもよい。
The dummy light shielding units DMC and DMD themselves can be configured such that signals cannot be obtained from them. For example, the dummy light shielding units DMC and DMD need not have the
ダミー遮光ユニットDMDの電荷生成領域102は、下部遮光層109で覆われている。ダミー遮光ユニットDMCの電荷生成領域102は、受光ユニットPXLと同様に下部遮光層109で覆われていない。ダミー遮光ユニットDMCは上部遮光層233を有し、DMDは上部遮光層232を有する。ダミー遮光ユニットDMCの電荷生成領域102は上部遮光層233によって遮光され、ダミー遮光ユニットDMDの電荷生成領域102は上部遮光層232および下部遮光層109によって遮光されている。
The
ダミー遮光ユニットDMDが下部遮光層109を有していることで、上部遮光層232の下に入った光が、半導体層200へ入射することを抑制できる。これにより、半導体層200を介した遮光ユニットOBCへの光の入射を抑制できる。
Since the dummy light-shielding unit DMD has the lower light-
図11に示す例では、中間領域DMRにおいて半導体層200を覆う下部遮光層109がゲート電極106、107、108の上に開口191を有している。ゲート電極106、107、108と下部遮光層109が重なると、その分だけ層間絶縁層214Xの下地の高さが高くなってしまう。その結果、受光領域PXRと中間領域DMRとの間で、層間絶縁層214Xの下地に高低差が生じやすくなり、層間絶縁層214Xの平坦性が低下する。下部遮光層109がゲート電極106、107、108の上に開口を有することで層間絶縁層214Xの平坦性が向上する。この例の変形例として、中間領域DMRにおいて、下部遮光層109が電荷生成領域102だけでなく、ゲート電極106、107、108をも覆っていてもよい。このようにすることで、下部遮光層109による半導体層200に対する遮光性能が向上する。
In the example shown in FIG. 11, the lower
ダミー遮光ユニットDMD、DMCは、下部遮光層109よりも半導体層200から離れて配された上部遮光層232、233を有する。つまり、ダミー遮光ユニットDMD、DMCにおける上部遮光層232、233と半導体層200との距離は、遮光ユニットOBCおよびダミー遮光ユニットDMDにおける下部遮光層109と半導体層200との距離よりも大きい。上部遮光層232は層間絶縁層214Xに対して半導体層200の側とは反対側に位置する。この上部遮光層233によって、下部遮光層109を有しないダミー遮光ユニットDMCの電荷生成領域102は遮光されている。また、上部遮光層232によって、下部遮光層109で覆われた電荷生成領域102を有するダミー遮光ユニットDMDでは、電荷生成領域102での遮光性能が強化されている。
The dummy light shielding units DMD and DMC have upper light shielding layers 232 and 233 arranged farther from the
ダミー遮光ユニットDMC、DMDの上部遮光層233、232は遮光ユニットOBCの上部遮光層231と連続した遮光膜230で構成されている。遮光膜230を連続させる、つまり、分断しないことで、分断されて形成されるスリットから余計な光が遮光ユニットOBCの電荷生成領域102に入射することを抑制できる。ダミー遮光ユニットDMC、DMDを、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBCとの間に配置することで、ダミー遮光ユニットDMD、DMCのサイズ分、遮光ユニットOBCを受光ユニットPXLから離すことができる。そのため、遮光膜230と半導体層200との間に入射した光が、遮光ユニットOBCの電荷生成領域102へ入射することを抑制することができる。
The upper
上部遮光層232は上部遮光層231、233よりも半導体層200の近くに配されている。つまり、ダミー遮光ユニットDMDにおける上部遮光層232と半導体層200との距離は、遮光ユニットOBCにおける上部遮光層231やダミー遮光ユニットDMCにおける上部遮光層233および半導体層200との距離よりも小さい。このようにすることで、受光領域PXRから遮光膜230と半導体層200との間の部分への光の入口が狭くなるため、遮光領域OBRへの光の侵入を低減できる。その結果、黒レベルの補正の精度を向上することができる。
The upper
受光ユニットPXLに設けられているような、層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xなどの絶縁体層で囲まれた誘電体領域130は、ダミー遮光ユニットDMDの電荷生成領域102の上には配置されていない。よって、層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xがダミー遮光ユニットDMDの電荷生成領域102を覆っている。層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xがダミー遮光ユニットDMDにおいて下部遮光層109の全体を覆っている。同様に、遮光ユニットOBCに設けられているような、層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xなどの絶縁体層で囲まれた誘電体領域130は、ダミー遮光ユニットDMDの電荷生成領域102の上には配置されていない。よって、層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xが上部遮光層232と半導体層200との間にてダミー遮光ユニットDMDの電荷生成領域102を覆っている。そして、層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xがダミー遮光ユニットDMDにおいて下部遮光層109の全体を覆っている。
A
このように、ダミー遮光ユニットDMDに誘電体領域130を設けないことで、受光ユニットPXL以外の画素ユニットUNTの誘電体領域130を介在して遮光ユニットOBCに伝搬する可能性を低減できる。受光ユニットPXLと遮光ユニットOBCとの間で隣接する誘電体領域130の距離を、誘電体領域130が設けられていない画素ユニットUNTの分だけ大きくしていると考えることもできる。受光ユニットPXLと遮光ユニットOBCとを離すことで、受光ユニットPXLから遮光ユニットOBCへの光の伝搬を抑制しているともいえる。
Thus, by not providing the
本例では誘電体領域130だけでなく誘電体材料膜133もダミー遮光ユニットDMDには設けていない。このようにすることで、誘電体材料膜133を介して光が遮光ユニットOBCに伝搬する可能性を低減できる。また、誘電体材料膜133をダミー遮光ユニットDMDに設けないことで、少なくとも誘電体材料膜133の厚さ分だけ、上部遮光層232を上部遮光層231よりも半導体層200に近づけることができる。そのため、上述したように、遮光領域OBRへの光の侵入を低減できる。
In this example, not only the
ダミー遮光ユニットDMDに誘電体領域130を設けない場合、エッチングストップ膜としての誘電体膜110は設けなくてもよい。下部遮光層109が電荷生成領域102を覆うダミー遮光ユニットDMDでは、誘電体膜110を設けていない。しかし、上述したようにダミー遮光ユニットDMDの電荷生成領域102の上では、下部遮光層109の厚さ分だけ、他のユニットよりも厚くなることを考えると、ダミー遮光ユニットDMDには誘電体膜110を設けないことが好ましい。本例では、反射防止膜として機能する誘電体膜110を、ダミー遮光ユニットDMCの電荷生成領域102の上に配置する。このようにすることで、電荷生成領域102での吸収を抑制し、半導体層200の表面での光の反射を抑制できる。
When the
ダミー遮光ユニットDMCでは受光ユニットPXLと同様に、誘電体領域130が設けられている。ダミー遮光ユニットDMCの誘電体領域130をダミー誘電体領域と称することもできる。ダミー遮光ユニットDMCの誘電体領域130と受光ユニットPXLの誘電体領域130との間の距離は、ダミー遮光ユニットDMCの誘電体領域130と遮光ユニットOBCの誘電体領域130との間の距離よりも小さくすることができる。本例では、ダミー遮光ユニットDMCが受光ユニットPXLに隣接しており、ダミー遮光ユニットDMCと遮光ユニットOBCとの間にダミー遮光ユニットDMDが位置することによって実現されている。ダミー遮光ユニットDMDよりも受光ユニットPXLの近くに配されたダミー遮光ユニットDMCには誘電体領域130を配置することで受光領域PXRと中間領域DMRとの間で層間絶縁層2144の上層に急激な高低差が生じることを抑制できる。これにより、層間絶縁層2144の上層の平坦性を向上できる。層間絶縁層2144の上層とは、誘電体膜110や酸窒化シリコン層228、中間層229である。層間絶縁層2144の上層の平坦性を向上できれば、ダミー遮光ユニットDMCの誘電体領域130の形状は、受光ユニットPXLの誘電体領域130や遮光ユニットOBCの誘電体領域130の形状と異なっていてもよい。ダミー遮光ユニットDMCの誘電体領域130および誘電体膜110の下に下部遮光層109を設けることもできる。しかし、このようにすると、誘電体膜110の下地の高さがダミー遮光ユニットDMCと受光ユニットPXLとで異なってしまい、層間絶縁層214Xの平坦性が低下し得る。よって、誘電体領域130を設けたダミー遮光ユニットDMCには下部遮光層109を設けないことが好ましい。ダミー遮光ユニットDMCを第1〜6実施形態の中間領域DMRに配置することもできる。例えば第2実施形態のダミー遮光ユニットDMAと受光ユニットPXLの間にダミー遮光ユニットDMCを配置することができる。第2実施形態のダミー遮光ユニットDMCと受光ユニットPXLの間にダミー遮光ユニットDMCを配置すると本実施形態と同様の中間領域DMRになる。
The dummy light shielding unit DMC is provided with a
ここまで、中間領域DMRの各ダミー遮光ユニットDMC、DMDには電荷生成領域102がある例を説明したが、遮光ユニットDMC、DMDでは信号を読み出さないので、電荷生成領域102は無くてもよい。その場合、中間領域DMRが、受光ユニットPXLや遮光ユニットOBCの電荷生成領域102の面積よりも大きい面積に渡って層間絶縁層214Xと半導体層200との間に位置する下部遮光層109で覆われていればよい。そうすれば、中間領域DMRに電荷生成領域102が無くても、電荷生成領域102が有る場合と同様の効果を有する。ここでは2つのダミー遮光ユニットDMDを配置しているため、中間領域DMRが、電荷生成領域102の面積の2倍よりも大きい面積に渡って下部遮光層109で覆われている。
Up to this point, the example in which the dummy light shielding units DMC and DMD in the intermediate region DMR have the
なお、第2実施形態においては、電荷保持領域105の面積が電荷生成領域102の面積よりも大きくなっている。そのため、開口190を有するダミー遮光ユニットDMAにおいても、電荷生成領域102の面積よりも大きい面積に渡って層間絶縁層214Xと半導体層200との間に位置する下部遮光層109で半導体層200が覆われている。したがって、第2実施形態においては、ダミー遮光ユニットDMBだけでなく、ダミー遮光ユニットDMAでも、第7実施形態と同様に、中間領域DMRにおいて半導体層200が下部遮光層109で覆われることによる効果を得ることができる。
In the second embodiment, the area of the
<第8実施形態>
図1(a)を用いて光電変換装置ISの画素ユニットUNT以外の構成について説明する。光電変換装置ISは、周辺回路PRCを備えることができる。周辺回路PRCは、複数の画素ユニットUNTを駆動するための垂直駆動回路VDCと、複数の画素ユニットから得られた信号を処理する信号処理回路SPCと、信号処理回路SPCで処理された信号を順次出力するための水平走査回路HSCと、を含みうる。また、周辺回路PRCは、信号処理回路SPCで生成された信号を出力する出力回路OPCを含みうる。周辺回路PRCは、垂直駆動回路VDC、信号処理回路SPC、水平走査回路HSCを制御するための制御回路CCを含みうる。信号処理回路SPCはアナログデジタルコンバーターを含むことができ、制御回路CCはタイミングジェネレーターを含むことができる。垂直駆動回路VDCと水平走査回路HSCはシフトレジスタやアドレスデコーダを含むことができる。出力回路OPCはLVDSドライバを含むことができる。周辺回路PRCは、半導体チップICにおいて、画素ユニットUNTの周辺に位置する周辺領域PRRに配置されうる。ただし、垂直駆動回路VDCや信号処理回路SPC、水平走査回路HSC、制御回路CC、出力回路OPCの少なくとも一部は、複数の画素ユニットを有する半導体チップとは別の半導体チップに設けることもできる。当該別の半導体チップと複数の画素ユニットを有する半導体チップとを積層することもできる。
<Eighth Embodiment>
A configuration other than the pixel unit UNT of the photoelectric conversion device IS will be described with reference to FIG. The photoelectric conversion device IS can include a peripheral circuit PRC. The peripheral circuit PRC sequentially operates a vertical drive circuit VDC for driving the plurality of pixel units UNT, a signal processing circuit SPC for processing signals obtained from the plurality of pixel units, and a signal processed by the signal processing circuit SPC. And a horizontal scanning circuit HSC for outputting. The peripheral circuit PRC may include an output circuit OPC that outputs a signal generated by the signal processing circuit SPC. The peripheral circuit PRC may include a control circuit CC for controlling the vertical drive circuit VDC, the signal processing circuit SPC, and the horizontal scanning circuit HSC. The signal processing circuit SPC can include an analog-digital converter, and the control circuit CC can include a timing generator. The vertical driving circuit VDC and the horizontal scanning circuit HSC can include a shift register and an address decoder. The output circuit OPC can include an LVDS driver. The peripheral circuit PRC can be arranged in the peripheral region PRR located around the pixel unit UNT in the semiconductor chip IC. However, at least a part of the vertical drive circuit VDC, the signal processing circuit SPC, the horizontal scanning circuit HSC, the control circuit CC, and the output circuit OPC can be provided in a semiconductor chip different from the semiconductor chip having a plurality of pixel units. The another semiconductor chip and a semiconductor chip having a plurality of pixel units can be stacked.
図1(b)に示した撮像システムSYSは、カメラや撮影機能を有する情報端末などの電子機器でありうる。また、撮像システムSYSは、車両や船舶、飛行体などの輸送機器でありうる。輸送機器としての撮像システムSYSは、光電変換装置ISを輸送するものや、撮影機能により運転(操縦)の補助および/または自動化を行うものに好適である。 The imaging system SYS illustrated in FIG. 1B may be an electronic device such as an information terminal having a camera and a photographing function. In addition, the imaging system SYS can be a transportation device such as a vehicle, a ship, or a flying object. The imaging system SYS as a transportation device is suitable for a device that transports the photoelectric conversion device IS and a device that assists and / or automates driving (maneuvering) by a photographing function.
光電変換装置ISは半導体チップICだけでなく、さらに半導体チップICを収容するパッケージPKGをさらに備えることもできる。パッケージPKGは、半導体チップICが固定された基体と、半導体層200に対向するガラス等の蓋体と、基体に設けられた端子は半導体チップICに設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプ等の接続部材と、を含みうる。
The photoelectric conversion device IS can further include not only the semiconductor chip IC but also a package PKG that accommodates the semiconductor chip IC. The package PKG includes a bonding wire and a bump for connecting a base to which the semiconductor chip IC is fixed, a lid made of glass or the like facing the
光学系OUは光電変換装置ISに結像するものであり、例えばレンズやシャッター、ミラーである。制御装置CUは光電変換装置ISを制御するものであり、例えばASICなどの半導体デバイスである。処理装置PUは光電変換装置ISから出力された信号を処理するものであり、AFE(アナログフロントエンド)あるいはDFE(デジタルフロントエンド)を構成するための、CPUやASICなどの半導体デバイスである。表示装置DUは光電変換装置ISで得られた画像を表示する、EL表示デバイスや液晶表示デバイスである。記憶装置MUは、光電変換装置ISで得られた画像を記憶するもので、SRAMやDRAMなどの揮発性メモリ、あるいは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリである。 The optical system OU forms an image on the photoelectric conversion device IS, and is, for example, a lens, a shutter, or a mirror. The control device CU controls the photoelectric conversion device IS and is a semiconductor device such as an ASIC. The processing device PU processes a signal output from the photoelectric conversion device IS, and is a semiconductor device such as a CPU or an ASIC for configuring an AFE (analog front end) or a DFE (digital front end). The display device DU is an EL display device or a liquid crystal display device that displays an image obtained by the photoelectric conversion device IS. The storage device MU stores an image obtained by the photoelectric conversion device IS, and is a volatile memory such as SRAM or DRAM, or a non-volatile memory such as flash memory or hard disk drive.
以上説明したように、本発明に係る実施形態は、半導体層200の中に配された電荷生成領域102を各々が含む複数の画素ユニットを備える光電変換装置ISに関する。複数の画素ユニットのうちの受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBAは、電荷生成領域102から転送された電荷を保持する電荷保持領域105を含む。受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBAは、電荷生成領域102の上に位置し、層間絶縁層214Xや拡散防止層217Xなどの絶縁体層に囲まれた誘電体領域130を含む。
As described above, the embodiment according to the present invention relates to the photoelectric conversion device IS including a plurality of pixel units each including the
受光ユニットPXLおよび遮光ユニットOBAは、層間絶縁層214Xと半導体層200との間にて電荷保持領域105を覆い、電荷生成領域102の上に開口190を有する下部遮光層109を含む。受光ユニットPXLの電荷生成領域102は開口190を介して受光し、遮光ユニットOBAの電荷生成領域102は上部遮光層231で覆われている。これにより、良好な信号を得られる光電変換装置ISを提供できる。
The light receiving unit PXL and the light shielding unit OBA include a lower
また、受光ユニットPXLと遮光ユニットOBA、OBCとの間に位置する中間領域DMRには、ダミー遮光ユニットDMA,DMB、DMDが設けられている。中間領域DMRにおいて、半導体層200は、電荷生成領域102の面積よりも大きい面積に渡って層間絶縁層214Xと半導体層200との間に位置する下部遮光層109で覆われている。中間領域DMRおよび遮光ユニットOBA、OBCの電荷生成領域102は、層間絶縁層214Xに対して半導体層200の側とは反対側に位置する上部遮光層231で覆われている。これにより、良好な信号を得られる光電変換装置ISを提供できる。
In addition, dummy light shielding units DMA, DMB, and DMD are provided in the intermediate region DMR located between the light receiving unit PXL and the light shielding units OBA, OBC. In the intermediate region DMR, the
以上、説明した実施形態は、本発明の思想を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。なお、本明細書の開示内容は、本明細書に明文化した事項に加えて、本明細書に明文化していない事項であっても添付の図面から読み取れる事項をも含む。 The embodiments described above can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Note that the disclosure content of this specification includes matters that can be read from the attached drawings even if the matters are not specified in this specification, in addition to the matters specified in this specification.
IS 光電変換装置
PXL 受光ユニット
OBA 遮光ユニット
200 半導体層
102 電荷生成領域
105 電荷保持領域
109 下部遮光層
190 開口
130 誘電体領域
214X 層間絶縁層
231 上部遮光層
IS photoelectric conversion device PXL light receiving unit OBA
Claims (22)
複数のユニットは第1ユニットおよび第2ユニットを含み、
前記第1ユニットおよび前記第2ユニットのそれぞれは、
前記電荷生成領域から転送された電荷を保持する電荷保持領域と、
前記電荷生成領域の上に位置し、絶縁体層に囲まれた誘電体領域と、
前記絶縁体層と前記半導体層との間にて前記電荷保持領域を覆い、前記電荷生成領域の上に開口を有する第1遮光層と、を有し、
前記第1ユニットの前記電荷生成領域は前記開口を介して受光し、
前記第2ユニットの前記電荷生成領域は第2遮光層で覆われていることを特徴とする光電変換装置。 A photoelectric conversion device comprising a plurality of units each having a charge generation region arranged in a semiconductor layer,
The plurality of units includes a first unit and a second unit,
Each of the first unit and the second unit is
A charge holding region for holding charges transferred from the charge generation region;
A dielectric region located on the charge generation region and surrounded by an insulator layer;
A first light-shielding layer that covers the charge retention region between the insulator layer and the semiconductor layer and has an opening on the charge generation region;
The charge generation region of the first unit receives light through the opening;
The photoelectric conversion device, wherein the charge generation region of the second unit is covered with a second light shielding layer.
前記第2ユニットにおいて、前記無機材料層が前記第2遮光層と前記誘電体領域との間に位置する、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光電変換装置。 In the first unit, the dielectric region is located between the inorganic material layer and the semiconductor layer,
7. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein, in the second unit, the inorganic material layer is located between the second light shielding layer and the dielectric region.
前記第1ユニットおよび前記第2ユニットにおいて、前記第1遮光層は前記第1転送ゲートと前記第2転送ゲートを覆う、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The first unit and the second unit include a charge detection region that detects charge transferred from the charge holding region, a first transfer gate that transfers charge from the charge generation region to the charge holding region, and the charge A second transfer gate for transferring charge from the holding region to the charge detection region; and an amplification transistor connected to the charge detection region;
10. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein, in the first unit and the second unit, the first light shielding layer covers the first transfer gate and the second transfer gate. 10.
前記第3ユニットは第3遮光層を有し、
前記第3ユニットにおいて、前記第3遮光層と前記半導体層との間にて前記絶縁体層が前記半導体層を覆う、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光電変換装置。 Including a third unit disposed between the first unit and the second unit;
The third unit has a third light shielding layer,
11. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein in the third unit, the insulator layer covers the semiconductor layer between the third light shielding layer and the semiconductor layer.
前記第4ユニットは第4遮光層を有し、
前記第4遮光層と前記半導体層との距離は、前記第2ユニットにおける前記第1遮光層と前記半導体層との距離よりも大きく、前記第2ユニットにおける前記第2遮光層と前記半導体層との距離よりも小さい、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光電変換装置。 A fourth unit is provided between the first unit and the second unit,
The fourth unit has a fourth light shielding layer,
The distance between the fourth light shielding layer and the semiconductor layer is greater than the distance between the first light shielding layer and the semiconductor layer in the second unit, and the second light shielding layer and the semiconductor layer in the second unit The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 11, wherein the photoelectric conversion device is smaller than the distance.
または、
前記第2遮光層と前記第4遮光層は連続した遮光膜により形成されている、請求項12に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 11, wherein the second light shielding layer and the third light shielding layer are formed of a continuous light shielding film.
Or
The photoelectric conversion device according to claim 12, wherein the second light shielding layer and the fourth light shielding layer are formed of a continuous light shielding film.
前記第5ユニットは、
前記第5ユニットの前記電荷生成領域から転送された電荷を保持する電荷保持領域と、
前記第5ユニットの前記電荷生成領域の上に位置し、前記絶縁体層に囲まれた誘電体領域と、
前記絶縁体層と前記半導体層との間にて前記第5ユニットの前記電荷保持領域を覆い、前記誘電体領域と前記半導体層との間にて前記電荷生成領域を覆う第5遮光層と、を有する、請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The plurality of units includes a fifth unit;
The fifth unit is
A charge holding region for holding charges transferred from the charge generation region of the fifth unit;
A dielectric region located on the charge generation region of the fifth unit and surrounded by the insulator layer;
A fifth light-shielding layer that covers the charge retention region of the fifth unit between the insulator layer and the semiconductor layer, and covers the charge generation region between the dielectric region and the semiconductor layer; The photoelectric conversion device according to claim 1, comprising:
前記第6ユニットは、
前記第6ユニットの前記電荷生成領域から転送された電荷を保持する電荷保持領域と、
前記絶縁体層と前記半導体層との間にて前記第6ユニットの前記電荷保持領域を覆い、前記第6ユニットの前記電荷生成領域の上に開口を有する第6遮光層と、を有し、
前記第6ユニットにおいて前記絶縁体層が前記第6遮光層の前記開口の全体を覆い、前記第6ユニットの前記電荷生成領域は前記開口を介して受光する、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The plurality of units includes a sixth unit;
The sixth unit is
A charge holding region for holding charges transferred from the charge generation region of the sixth unit;
A sixth light shielding layer that covers the charge retention region of the sixth unit between the insulator layer and the semiconductor layer and has an opening on the charge generation region of the sixth unit;
15. The device according to claim 1, wherein in the sixth unit, the insulator layer covers the entire opening of the sixth light shielding layer, and the charge generation region of the sixth unit receives light through the opening. The photoelectric conversion device according to item.
複数のユニットは第1ユニットおよび第2ユニットを含み、
前記第1ユニットおよび前記第2ユニットのそれぞれは、
半導体層の中に配されたn型の第1不純物領域と、
前記半導体層の中に配され、前記第1不純物領域から電荷が転送されるn型の第2不純物領域と、
前記第1不純物領域の上に位置し、絶縁体層に囲まれた誘電体領域と、
前記絶縁体層と前記半導体層との間にて前記第2不純物領域を覆い、前記第1不純物領域の上に開口を有する第1遮光層と、を有し、
前記第1ユニットの前記第1不純物領域は前記開口を介して受光し、
前記第2ユニットの前記第1不純物領域は第2遮光層で覆われていることを特徴とすることを特徴とする光電変換装置。 A photoelectric conversion device comprising a plurality of units,
The plurality of units includes a first unit and a second unit,
Each of the first unit and the second unit is
An n-type first impurity region disposed in the semiconductor layer;
An n-type second impurity region disposed in the semiconductor layer and transferring charges from the first impurity region;
A dielectric region located on the first impurity region and surrounded by an insulator layer;
A first light-shielding layer that covers the second impurity region between the insulator layer and the semiconductor layer and has an opening on the first impurity region;
The first impurity region of the first unit receives light through the opening;
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the first impurity region of the second unit is covered with a second light shielding layer.
前記複数のユニットは第1ユニットおよび第2ユニットを含み、
前記第1ユニットおよび前記第2ユニットのそれぞれは、
半導体層の中に配された電荷生成領域と、
前記電荷生成領域から転送された電荷を検出する電荷検出領域と、
前記電荷生成領域の上に位置し、絶縁体層に囲まれた誘電体領域と、を有し、
前記第1ユニットと前記第2ユニットとの間に位置する中間領域において、前記半導体層は、前記電荷生成領域の面積よりも大きい面積に渡って前記絶縁体層と前記半導体層との間に位置する第1遮光層で覆われており、
前記中間領域および前記第2ユニットの前記電荷生成領域は、前記絶縁体層に対して前記半導体層の側とは反対側に位置する第2遮光層で覆われていることを特徴とする光電変換装置。 A photoelectric conversion device comprising a plurality of units,
The plurality of units includes a first unit and a second unit,
Each of the first unit and the second unit is
A charge generation region disposed in the semiconductor layer;
A charge detection region for detecting the charge transferred from the charge generation region;
A dielectric region located on the charge generation region and surrounded by an insulator layer;
In the intermediate region located between the first unit and the second unit, the semiconductor layer is located between the insulator layer and the semiconductor layer over an area larger than the area of the charge generation region. Covered with a first light shielding layer,
The intermediate region and the charge generation region of the second unit are covered with a second light-shielding layer located on a side opposite to the semiconductor layer with respect to the insulator layer. apparatus.
前記第1遮光層の主成分と前記第1配線層の主成分は互いに異なり、
前記第2遮光層の主成分と前記第2配線層の主成分は互いに異なる、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The insulator layer is located between the first wiring layer and the second wiring layer;
The main component of the first light shielding layer and the main component of the first wiring layer are different from each other,
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a main component of the second light shielding layer and a main component of the second wiring layer are different from each other.
前記第1遮光層の主成分はタングステンであり、
前記第2遮光層の主成分はアルミニウムであり、
前記第1配線層および前記第2配線層の主成分は銅である、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The insulator layer is located between the first wiring layer and the second wiring layer;
The main component of the first light shielding layer is tungsten,
The main component of the second light shielding layer is aluminum,
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a main component of the first wiring layer and the second wiring layer is copper.
前記光電変換装置に結像する光学系、前記光電変換装置を制御する制御装置、前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、および、前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置の少なくともいずれかと、を備えることを特徴とするシステム。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 21,
An optical system that forms an image on the photoelectric conversion device, a control device that controls the photoelectric conversion device, a processing device that processes a signal output from the photoelectric conversion device, and a display device that displays information obtained by the photoelectric conversion device And at least one of storage devices for storing information obtained by the photoelectric conversion device.
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