JP2021106222A - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device.
特許文献1には、シリコン層に設けられた光電変換部とオーバーラップする位置に応力を有する膜を配置し、シリコン層に歪を与えてこの歪み部をゲッタリングサイトとして機能させることにより、シリコン層内の汚染金属を捕獲する技術が記載されている。このようにしてシリコン層内の汚染金属を捕獲することにより、画素信号に重畳するノイズ成分を低減することができる。 In Patent Document 1, a film having stress is arranged at a position overlapping with a photoelectric conversion portion provided on the silicon layer, and strain is applied to the silicon layer to make this strain portion function as a gettering site. Techniques for capturing contaminant metals in the layer are described. By capturing the contaminated metal in the silicon layer in this way, it is possible to reduce the noise component superimposed on the pixel signal.
特許文献1に記載の固体撮像装置においては、応力を有するゲッタリング層を、光電変換部の信号電荷を浮遊拡散部に転送するための転送トランジスタのゲート電極の近傍に配置していた。そのため、転送トランジスタのゲート電極とゲッタリング層との間で寄生容量が発生し、光電変換部から浮遊拡散部への信号電荷の転送特性が悪化することがあった。また、光電変換部と転送トランジスタのゲート電極との間の位置合わせずれに起因して転送特性にばらつきが生じることがあった。 In the solid-state image sensor described in Patent Document 1, a stressed gettering layer is arranged in the vicinity of the gate electrode of the transfer transistor for transferring the signal charge of the photoelectric conversion unit to the floating diffusion unit. Therefore, a parasitic capacitance is generated between the gate electrode of the transfer transistor and the gettering layer, and the transfer characteristic of the signal charge from the photoelectric conversion part to the stray diffusion part may be deteriorated. In addition, the transfer characteristics may vary due to the misalignment between the photoelectric conversion unit and the gate electrode of the transfer transistor.
本発明の目的は、光電変換部から浮遊拡散部への信号電荷の転送特性を向上しうる光電変換装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device capable of improving the transfer characteristics of signal charges from a photoelectric conversion unit to a floating diffusion unit.
本発明の一観点によれば、第1導電型の第1の半導体領域と、前記第1導電型と異なる第2導電型の第2の半導体領域と、を含む半導体層と、前記半導体層の上に設けられ、前記第2の半導体領域における光電変換で生じた電荷を転送する転送電極と、前記転送電極と同じ材料からなり、前記転送電極から離隔して、前記第2の半導体領域を覆うように設けられた部材と、を有し、前記第1の半導体領域は、前記第2の半導体領域と前記部材との間に位置し、前記半導体層は、前記転送電極と前記部材との間の部分に重なる位置に、不純物領域を有し、前記不純物領域の少なくとも一部のグロスの不純物濃度は、前記第1の半導体領域のグロスの不純物濃度よりも高い光電変換装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a semiconductor layer including a first conductive type first semiconductor region and a second conductive type second semiconductor region different from the first conductive type, and the semiconductor layer. It is made of a transfer electrode provided above and for transferring the charge generated by photoelectric conversion in the second semiconductor region and the same material as the transfer electrode, and is separated from the transfer electrode to cover the second semiconductor region. The first semiconductor region is located between the second semiconductor region and the member, and the semiconductor layer is located between the transfer electrode and the member. Provided is a photoelectric conversion device having an impurity region at a position overlapping the portion of the above, and the impurity concentration of at least a part of the gloss of the impurity region is higher than the impurity concentration of the gloss of the first semiconductor region.
また、本発明の他の一観点によれば、半導体層に設けられた光電変換部と、前記半導体層の上に設けられ、前記光電変換部で生じた電荷を転送する転送電極と、前記転送電極と同じ材料からなり、前記転送電極から離隔して、前記光電変換部を覆うように設けられた部材と、を有し、前記転送電極と前記部材との間の部分には、窒化シリコンよりも誘電率の低い物質が配置されている光電変換装置が提供される。 Further, according to another aspect of the present invention, the photoelectric conversion unit provided on the semiconductor layer, the transfer electrode provided on the semiconductor layer and transferring the electric charge generated by the photoelectric conversion unit, and the transfer. It is made of the same material as the electrode, has a member provided so as to cover the photoelectric conversion portion, separated from the transfer electrode, and a portion between the transfer electrode and the member is made of silicon nitride. Also provided is a photoelectric conversion device in which a substance having a low dielectric constant is arranged.
本発明によれば、光電変換装置において、光電変換部から浮遊拡散部への信号電荷の転送特性を向上することができる。 According to the present invention, in the photoelectric conversion device, the transfer characteristic of the signal charge from the photoelectric conversion unit to the floating diffusion unit can be improved.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による光電変換装置の構成について、図1乃至図4を用いて説明する。図1は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。図2は、本実施形態による光電変換装置における画素の構成例を示す回路図である。図3は、本実施形態による光電変換装置における画素の平面図である。図4は、本実施形態による光電変換装置における画素の概略断面図である。
[First Embodiment]
The configuration of the photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a photoelectric conversion device according to the present embodiment. FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of pixels in the photoelectric conversion device according to the present embodiment. FIG. 3 is a plan view of pixels in the photoelectric conversion device according to the present embodiment. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of pixels in the photoelectric conversion device according to the present embodiment.
本実施形態による光電変換装置100は、図1に示すように、画素領域10と、垂直走査回路30と、読み出し回路40と、水平走査回路50と、出力回路60と、制御回路70とを有する。
As shown in FIG. 1, the
画素領域10には、複数の行及び複数の列に渡ってマトリクス状に配された複数の画素12が設けられている。それぞれの画素12は、入射光をその光量に応じた電荷に変換する光電変換部を含む。画素領域10に配される画素12の行数及び列数は、特に限定されるものではない。画素領域10に複数の画素12を配置することで、エリアセンサーとしての機能を持たせることができる。なお、画素領域10には、入射光の光量に応じた信号を出力する画素12のほかに、遮光されたオプティカルブラック画素や信号を出力しないダミー画素等の他の画素(図示せず)が配置されていてもよい。
The
画素領域10の各行には、第1の方向(図1において横方向)に延在する制御線14が配されている。制御線14は、第1の方向に並ぶ画素12にそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。制御線14の延在する第1の方向は、行方向或いは水平方向と呼ぶことがある。各行の制御線14は、垂直走査回路30に接続されている。なお、各行の制御線14は、複数の信号線を含みうる。
A
画素領域10の各列には、第1の方向と交差する第2の方向(図1において縦方向)に延在する出力線16が設けられている。出力線16は、第2の方向に並ぶ画素12にそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。出力線16の延在する第2の方向は、列方向或いは垂直方向と呼ぶことがある。各列の出力線16は、読み出し回路40に接続されている。
Each row of the
垂直走査回路30は、画素12の各々から信号を読み出す際に画素12内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、画素領域10の行毎に設けられた制御線14を介して画素12に供給する制御部である。垂直走査回路30は、シフトレジスタやアドレスデコーダを用いて構成されうる。画素12から読み出された信号は、画素領域10の列毎に設けられた出力線16を介して読み出し回路40に入力される。
The
読み出し回路40は、画素12から読み出された信号に対して所定の処理、例えば、増幅処理や加算処理等の信号処理を実施する回路部である。読み出し回路40は、信号保持部、列アンプ、相関二重サンプリング(CDS)回路、加算回路等を含みうる。読み出し回路40は、必要に応じてA/D変換回路等を更に含んでもよい。
The
水平走査回路50は、読み出し回路40において処理された信号を列毎に順次、出力回路60に転送するための制御信号を、読み出し回路40に供給する回路部である。水平走査回路50は、シフトレジスタやアドレスデコーダを用いて構成されうる。出力回路60は、バッファアンプや差動増幅器などから構成され、水平走査回路50によって選択された列の信号を増幅して出力するための回路部である。
The
制御回路70は、垂直走査回路30、読み出し回路40及び水平走査回路50に、それらの動作やタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。垂直走査回路30、読み出し回路40及び水平走査回路50に供給する制御信号の一部又は総ては、光電変換装置100の外部から供給してもよい。
The
画素12の各々は、例えば図2に示すように、光電変換部PDと、転送トランジスタM1と、リセットトランジスタM2と、増幅トランジスタM3と、選択トランジスタM4と、を含んで構成されうる。
Each of the
光電変換部PDは、例えばフォトダイオードである。光電変換部PDのフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタM1のソースに接続されている。転送トランジスタM1のドレインは、リセットトランジスタM2のソース及び増幅トランジスタM3のゲートに接続されている。転送トランジスタM1のドレイン、リセットトランジスタM2のソース及び増幅トランジスタM3のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散部FDである。浮遊拡散部FDは、容量成分(浮遊拡散容量)を含み、この容量成分による電荷の保持部を構成する。 The photoelectric conversion unit PD is, for example, a photodiode. In the photodiode of the photoelectric conversion unit PD, the anode is connected to the ground voltage node and the cathode is connected to the source of the transfer transistor M1. The drain of the transfer transistor M1 is connected to the source of the reset transistor M2 and the gate of the amplification transistor M3. The connection node of the drain of the transfer transistor M1, the source of the reset transistor M2, and the gate of the amplification transistor M3 is a so-called floating diffusion unit FD. The floating diffusion unit FD includes a capacitance component (floating diffusion capacitance), and constitutes a charge holding portion by this capacitance component.
リセットトランジスタM2のドレイン及び増幅トランジスタM3のドレインは、電源電圧ノード(電圧Vdd)に接続されている。なお、リセットトランジスタM2のドレインに供給される電圧と、増幅トランジスタM3のドレインに供給される電圧とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。増幅トランジスタM3のソースは、選択トランジスタM4のドレインに接続されている。選択トランジスタM4のソースは、当該画素12に対応する列の出力線16に接続されている。出力線16には、電流源18が接続されている。
The drain of the reset transistor M2 and the drain of the amplification transistor M3 are connected to the power supply voltage node (voltage Vdd). The voltage supplied to the drain of the reset transistor M2 and the voltage supplied to the drain of the amplification transistor M3 may be the same or different. The source of the amplification transistor M3 is connected to the drain of the selection transistor M4. The source of the selection transistor M4 is connected to the
図2に示す構成の画素12の場合、画素領域10の各行に配された制御線14は、制御信号TX,RES,SELを供給する3本の信号線を含む。制御信号TXを供給する信号線は、対応する行に属する画素12の転送トランジスタM1のゲートにそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。制御信号RESを供給する信号線は、対応する行に属する画素12のリセットトランジスタM2のゲートにそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。制御信号SELを供給する信号線は、対応する行に属する画素12の選択トランジスタM4のゲートにそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。画素12を構成する各トランジスタがN型トランジスタで構成される場合、垂直走査回路30からハイレベルの制御信号が供給されることにより、対応するトランジスタはオンになる。また、垂直走査回路30からローレベルの制御信号が供給されることにより、対応するトランジスタはオフになる。
In the case of the
光電変換部PDは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換(光電変換)するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタM1は、制御信号TXによって制御され、オンになることにより、光電変換部PDが保持する電荷を浮遊拡散部FDに転送する。浮遊拡散部FDは、光電変換部PDから転送された電荷を保持するとともに、その電圧を浮遊拡散部FDの容量と転送された電荷の量とに応じた所定の電圧に設定する。リセットトランジスタM2は、制御信号RESによって制御され、オンになることにより、浮遊拡散部FDを電圧Vddに応じた所定の電圧にリセットする。 The photoelectric conversion unit PD converts the incident light into an amount of electric charge corresponding to the amount of light (photoelectric conversion), and accumulates the generated electric charge. The transfer transistor M1 is controlled by the control signal TX, and when it is turned on, the electric charge held by the photoelectric conversion unit PD is transferred to the floating diffusion unit FD. The floating diffusion unit FD holds the electric charge transferred from the photoelectric conversion unit PD, and sets the voltage to a predetermined voltage according to the capacity of the floating diffusion unit FD and the amount of the transferred electric charge. The reset transistor M2 is controlled by the control signal RES, and when it is turned on, the floating diffusion unit FD is reset to a predetermined voltage corresponding to the voltage Vdd.
増幅トランジスタM3は、ドレインに電圧Vddが供給され、ソースに出力線16を介して電流源18からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部(ソースフォロワ回路)を構成している。これにより、増幅トランジスタM3は、光電変換部PDへの入射光により生じた電荷の量に応じた信号を出力線16に出力する。
The amplification transistor M3 has a configuration in which a voltage Vdd is supplied to the drain and a bias current is supplied to the source from the
画素12のこれら構成要素のうち、本実施形態による光電変換装置の主たる特徴部分である光電変換部PD及び転送トランジスタM1の具体的な構成例について、図3及び図4を用いて説明する。図3は光電変換装置が形成される基板の法線方向から見た平面レイアウト図であり、図4は図3のA−A′線断面図である。なお、図3及び図4には光電変換部PD及び転送トランジスタM1の主要な構成部分のみを示しており、制御線14や出力線16などの配線、カラーフィルタやマイクロレンズなどの光学構造体等の記載は省略している。
Among these constituent elements of the
画素12を構成する各素子は、対向する一対の表面である第1面114及び第2面116を有する半導体層112に設けられる。半導体層112の第1面114の側の表面部には、第1面114に活性領域を画定する素子分離領域118が設けられている。素子分離領域118には、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法やLOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)法などにより形成された絶縁構造体が適用されうる。
Each element constituting the
素子分離領域118によって第1面114に画定された活性領域の表面部には、p型半導体領域120及びn型半導体領域122と、n型半導体領域124とが、互いに離間して設けられている。p型半導体領域120は、第1面114に接し、その底部においてn型半導体領域122との間にPN接合を形成している。n型半導体領域122は、その下層に構成されるp型半導体領域123(pウェル)との間にPN接合を形成している。n型半導体領域122とp型半導体領域123との間のPN接合により、光電変換部PDとしてのフォトダイオードが構成されている。光電変換部PDを構成するフォトダイオードは、n型半導体領域122と、p型半導体領域123と、表面保護層としての役割を有するp型半導体領域120と、を有する埋め込みフォトダイオードである。n型半導体領域122は、信号電荷(電子)を蓄積する電荷蓄積層としての役割を有する。なお、信号電荷は、必ずしも電子である必要はなく、正孔であってもよい。この場合、各半導体領域の導電型は逆導電型となる。
The p-
n型半導体領域122とn型半導体領域124との間の半導体層112の第1面114の上には、ゲート絶縁膜128を介して転送電極130が設けられている。これにより、n型半導体領域122をソース、n型半導体領域124をドレイン、転送電極130を含むMOS構造をゲートとする転送トランジスタM1が構成されている。転送電極130は転送トランジスタM1のゲート電極である。n型半導体領域124は、転送トランジスタM1のドレインを構成するとともに、浮遊拡散部FDでもある。ゲート絶縁膜128は、例えば酸化シリコンなどの絶縁材料により構成されうる。転送電極130は、例えばポリシリコンなどの導電材料により構成されうる。
A
光電変換部PDが設けられた領域の半導体層112の第1面114の上には、絶縁膜126を介して転送電極130と同じ材料からなる部材132が設けられている。部材132は、転送電極130から所定の距離、物理的に離隔して設けられている。本明細書では、転送電極130と部材132との間の間隙を、間隙部134と呼ぶものとする。部材132は、平面視において、転送電極130及び間隙部134と重なる領域を除く光電変換部PD上の全面に設けられていることが望ましい。なお、本明細書において平面視とは、半導体層112の主面に平行な投影面に各部を垂直投影した平面レイアウト図に対応する。
A
絶縁膜126は、例えば酸化シリコンなどの絶縁材料により構成されうる。絶縁膜126は、ゲート絶縁膜128と同時に形成された絶縁膜により構成されていてもよい。部材132は、前述のように、転送電極130と同一の材料、例えばポリシリコンにより構成されうる。部材132は、転送電極130を構成する導電膜と同時に形成された導電膜により構成されていてもよい。なお、ポリシリコンは、金属不純物(metal contaminant)に対するゲッタリングサイトとして機能しうるとともに、光吸収層としても機能しうる。したがって、部材132は金属不純物を含有するポリシリコンでありうる。部材132に含まれ得る金属不純物は、例えば鉄やコバルト、ニッケルなどの鉄族元素でありうる。
The insulating
p型半導体領域120とn型半導体領域122との間の接合部の転送電極130側の端部には、転送電極130及び部材132によって位置が規定された不純物領域136が設けられている。不純物領域136は、p型半導体領域120及びn型半導体領域122を構成する不純物とは別に、n型又はp型の不純物が導入された領域である。なお、転送電極130及び部材132によって位置が規定されているとは、転送電極130及び部材132に対して自己整合的に不純物領域136が設けられていることを意味する。
An
転送電極130及び部材132が設けられた半導体層112の第1面114の上には、バッファ膜140と、エッチングストップ膜144と、層間絶縁膜146と、がこの順番で設けられている。バッファ膜140、エッチングストップ膜144及び層間絶縁膜146の中には、転送電極130に電気的に接続されたコンタクトプラグ148と、n型半導体領域124に電気的に接続されたコンタクトプラグ150と、が設けられている。
A
バッファ膜140は、エッチングストップ膜144と半導体層112との間の応力を緩和する役割を有しており、例えば、酸化シリコンなどの絶縁材料により構成されうる。エッチングストップ膜144は、層間絶縁膜146にコンタクトプラグ148,150を埋め込む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パとしての役割を有しており、例えば、窒化シリコンなどの絶縁材料により構成されうる。層間絶縁膜146は、例えば酸化シリコンなどの絶縁材料により構成されうる。
The
層間絶縁膜146よりも更に上層には、ここでは図示や詳細な説明を省略するが、図2の画素回路を構成するために必要な配線、封止膜、支持基板などが設けられている。
Further above the
一方、半導体層112に対して転送電極130や部材132等が設けられた第1面114とは反対側の第2面116の上には、不図示のピニング膜や反射防止膜などを介して、層間絶縁膜152と、封止膜156と、がこの順番で設けられている。層間絶縁膜152の中には、光電変換部PD以外の領域への光入射を抑制するための遮光膜154が設けられている。遮光膜154は、画素間における光学混色を防止できるよう各画素12の受光領域を囲うように配置される。遮光膜154は、配線や電極であってもよいし、配線や電極を構成する金属層の一部でもよい。封止膜156の光入射側には更に、不図示のカラーフィルタやマイクロレンズなどの光学構造体が配置されている。
On the other hand, on the
ピニング膜は、例えば、Al2O3やHfOなどの絶縁材料により構成されうる。反射防止膜は、例えば、Ta2O5などの絶縁材料により構成されうる。層間絶縁膜146は、酸化シリコンなどの絶縁材料により構成されうる。封止膜156は、窒化シリコンなどの耐湿性に優れた絶縁材料により構成されうる。封止膜156は、反射防止機能を高めるために、積層膜により構成してもよい。この場合、封止膜156は、例えば、酸窒化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜により構成されうる。遮光膜154は、例えば、Al,W,Cu等の金属材料により構成されうる。
The pinning film may be made of an insulating material such as Al 2 O 3 or HfO. The antireflection film may be made of an insulating material such as Ta 2 O 5. The interlayer
このように、本実施形態による光電変換装置は、半導体層112の第2面116の側から入射する光を光電変換部PDで受光する裏面照射型の光電変換装置である。半導体層112の第2面116の側から光電変換部PDに光が入射すると、光電変換部PDにおける光電変換によって入射光の光量に応じた信号電荷(電子)が生成される。光電変換部PDで生成された信号電荷は、n型半導体領域122に蓄積される。光電変換部PDに蓄積された信号電荷は、転送トランジスタM1がオンになることにより、n型半導体領域122からn型半導体領域124へと転送される。
As described above, the photoelectric conversion device according to the present embodiment is a back-illuminated photoelectric conversion device that receives light incident from the side of the
ここで、本実施形態による光電変換装置は、光が入射する第2面116側とは反対側の半導体層112の第1面114の側に、光電変換部PDを覆うように絶縁膜126を介して設けられた部材132を有している。
Here, in the photoelectric conversion device according to the present embodiment, the insulating
部材132は、光電変換部PDを覆うように、半導体層112の第1面114の側に配置されている。部材132は、半導体層112中に含まれる金属不純物や、部材132を形成する工程よりも後の工程で発生する金属不純物を捕獲し、これら金属不純物に起因するノイズ発生を抑制する役割を備える。
The
金属不純物のゲッタリング効果を高めるためには、部材132はより大面積であることが望ましい。例えば、転送電極130及び間隙部134と重なる領域を除く光電変換部PD上の全面に部材132を配置することで、部材132を形成する工程よりも後の工程で発生する金属不純物が光電変換部PDへと浸入するのを効果的に防ぐことができる。
In order to enhance the gettering effect of metal impurities, it is desirable that the
また、部材132は、半導体層112の第2面116の側から入射した光のうち、光電変換部PDで吸収されずに通過した光を吸収する光吸収層としての役割をも備える。光電変換部PDを通過した光を部材132で吸収することにより、この光が上層の金属層などで反射されて隣接画素に入射することにより生じる隣接画素間の混色を防止することができる。
Further, the
なお、部材132は、絶縁膜126を介して半導体層112の上に配置することが望ましい。部材132を半導体層112の上に直に形成すると、部材132を堆積する際、部材132をパターニングする際、部材132を覆う絶縁膜を成膜する際などにおけるプラズマダメージが光電変換部PDに加わって結晶欠陥が誘起される虞がある。このようにして生じる結晶欠陥は、暗電流を増大し、白キズ等の画質を低下するノイズの原因となる。
It is desirable that the
また、部材132は、不図示のいずれかの配線に接続されていてもよいが、電気的にフローティングの状態であることがより望ましい。部材132を上層の配線と電気的に接続すると、この配線によるアンテナ効果により、部材132の上層に絶縁膜や配線を形成する際のプラズマダメージが部材132を介して光電変換部PDに伝わり、結晶欠陥が誘起される虞がある。このようにして生じる結晶欠陥も、暗電流を増大し、白キズ等の画質を低下するノイズの原因となる。
Further, the
部材132と転送電極130との間の間隙部134の幅は、狭くするほどに部材132を大面積にすることができ、金属不純物のゲッタリング効果や光吸収効率を高めることが可能である。しかしその一方で、間隙部134の幅が狭くなると、転送電極130と部材132との間の寄生容量が大きくなり、ひいては転送電極130の寄生容量成分が増大し、転送トランジスタM1の信号ノイズの増大や信号遅れなどを招く虞がある。
As the width of the
このような観点から、間隙部134には、窒化シリコンよりも誘電率の低い物質を配置することが望ましい。この物質は気体であってもよい。例えば、間隙部134には、空隙を設け、或いは、酸化シリコンや炭素を添加した酸化シリコンなどの低誘電率の絶縁材料を配置することができる。間隙部134に空隙や低誘電率絶縁膜を設け、窒化シリコンなどの絶縁材料を配置した場合よりも間隙部134を低誘電率化することで、転送電極130と部材132との間の寄生容量を低減することができる。このように構成することで、転送トランジスタM1の信号ノイズの増大や信号遅れなどを低減することができる。
From this point of view, it is desirable to dispose a substance having a dielectric constant lower than that of silicon nitride in the
部材132と転送電極130との間の距離や間隙部134の構造は、所望の転送特性が得られる程度に部材132と転送電極130との間の寄生容量を低減できるように、適宜設定することが望ましい。
The distance between the
また、本実施形態による光電変換装置は、p型半導体領域120の転送電極130の側の端部の近傍に、転送電極130及び部材132によって配置場所が規定された不純物領域136を有している。別の言い方をすると、転送電極130と部材132との間の部分に重なる位置における不純物領域の少なくとも一部のグロスの不純物濃度は、不純物領域136があることにより、p型半導体領域120のグロスの不純物濃度よりも高い。
Further, the photoelectric conversion device according to the present embodiment has an
ここで、p型半導体領域120や転送電極130は、フォトリソグラフィなどの手法によりパターニングされたフォトレジストを用いて形成されるため、露光装置におけるアライメント精度の影響を受け、配置場所に数十nm程度のばらつきを生じることがある。p型半導体領域120と転送電極130とは別々のフォトリソグラフィ工程を経て形成されるため、これらの配置場所がそれぞればらつくことで、p型半導体領域120と転送電極130との間の距離にもばらつきが生じうる。その結果、転送電極130の近傍のポテンシャル分布にばらつきが生じ、n型半導体領域122からn型半導体領域124に信号電荷を転送する際の転送特性にばらつきが生じることがある。
Here, since the p-
この点、本実施形態による光電変換装置においては、p型半導体領域120の転送電極130の側の端部の近傍に不純物領域136が設けられている。不純物領域136は、転送電極130及び部材132をマスクとして行うイオン注入により形成されたものであり、転送電極130及び部材132によって配置場所が規定される。したがって、不純物領域136に導入される不純物やそのイオン注入条件を適宜設定することにより、p型半導体領域120と転送電極130との間の距離ばらつきによる影響を緩和することができる。なお、不純物領域136を設けることによる効果の詳細については、後述する製造方法の説明の中で述べる。
In this regard, in the photoelectric conversion device according to the present embodiment, the
次に、本実施形態による光電変換装置の製造方法について、図5乃至図10を用いて説明する。図5乃至図10は、本実施形態による光電変換装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、ここでは本実施形態による光電変換装置の主たる特徴部分である光電変換部PD及び転送トランジスタM1の製造方法について説明するものとする。 Next, a method of manufacturing the photoelectric conversion device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 10. 5 to 10 are process cross-sectional views showing a method of manufacturing a photoelectric conversion device according to the present embodiment. Here, a method of manufacturing the photoelectric conversion unit PD and the transfer transistor M1, which are the main feature parts of the photoelectric conversion device according to the present embodiment, will be described.
まず、対向する一対の表面である第1面114及び第2面116を有する半導体基板110を用意する。半導体基板110としては、特に限定されるものではないが、例えばp型シリコン基板を適用することができる。
First, a
次いで、半導体基板110の第1面114の側に、例えばSTI法やLOCOS法により、光電変換部PD及び転送トランジスタM1が配置される活性領域を画定する素子分離領域118を形成する(図5(a))。図5(a)には一例として、STI法により形成した素子分離領域118を示している。
Next, an
光電変換部PDや転送トランジスタM1(浮遊拡散部FDを含む)が配される活性領域を画定する素子分離領域118は、隣接する画素との間における混色を防ぐ観点から、酸化シリコンなどの絶縁材料よりなる絶縁構造体によって構成することが望ましい。一方、隣接画素間の分離は、必ずしも素子分離領域118と同じ絶縁構造体である必要はなく、PN接合分離であってもよい。或いは、素子分離領域118と同様の絶縁構造体に、PN接合分離を併用してもよい。PN接合分離を用いる場合には、分離部に、電荷蓄積層(n型半導体領域122)と逆導電型の半導体領域を配置する。
The
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入を用い、素子分離領域118により画定された活性領域内の所定の領域に、p型半導体領域120及びn型半導体領域122をそれぞれ形成する(図5(b))。p型半導体領域120及びn型半導体領域122は、イオン注入法を用いることで、所望の深さに所望の不純物濃度で再現性よく形成することができる。一方、平面視におけるp型半導体領域120及びn型半導体領域122の形成場所については、露光装置のアライメント精度などの影響により、所望の位置に対して数十nm程度のばらつきが生じうる。
Next, using photolithography and ion implantation, a p-
次いで、熱酸化法やCVD法などにより、少なくとも半導体基板110の第1面114上に、酸化シリコン等の絶縁材料よりなる絶縁膜126を形成する。
Next, an insulating
次いで、絶縁膜126の上に、例えば減圧CVD法により、転送電極130及び部材132となる導電膜、例えばポリシリコン膜を形成する。
Next, a conductive film to be the
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを用いてこのポリシリコン膜をパターニングし、ポリシリコン膜よりなる転送電極130及び部材132を形成する(図5(c))。以後、転送電極130下の絶縁膜126は、その機能に着目しゲート絶縁膜128と呼ぶものとする。なお、ここでは転送電極130下の絶縁膜と部材132下の絶縁膜とを同じ絶縁膜(絶縁膜126)としたが、必ずしも同じである必要はなく、膜厚や材料の異なる絶縁膜によってこれらを作り分けてもよい。
Next, the polysilicon film is patterned using photolithography and dry etching to form a
減圧CVD法により成膜したポリシリコン膜は、例えば、膜厚が500nm程度のとき、真性応力値が−200Pa程度の引張り応力を有する膜となる。したがって、このポリシリコン膜により部材132を構成することで、部材132が有する応力によって半導体層112に歪が与えられ、この歪が与えられて形成される歪み層がゲッタリング層として機能しうる。
The polysilicon film formed by the reduced pressure CVD method is, for example, a film having a tensile stress having an intrinsic stress value of about −200 Pa when the film thickness is about 500 nm. Therefore, by forming the
部材132は、部材132を形成する工程よりも後の工程で発生する金属不純物を捕獲し、これら金属不純物に起因するノイズ発生を抑制するゲッタリング層としての役割をも併せ持つ。部材132を光電変換部PDの上に残存することには、ゲッタリングサイトや光吸収層としての役割のほか、ポリシリコン膜をドライエッチングする際のエッチングダメージが光電変換部PDに導入されるのを抑制する効果もある。これらの目的においては、部材132は、必ずしも応力を有する膜でなくてもよい。
The
部材132に対しては、ゲッタリング効果を高めるための追加の処理を施してもよい。例えば、フォトリソグラフィ及びドライエッチング等を用いて部材132の表面に凹凸を設けて表面積を増やすことにより、ゲッタリングサイトを増やすことができる。或いは、ポリシリコン膜にGeイオンやN2イオンをイオン注入して結晶粒界を小さくすることにより、トラップサイトとなる界面を増やすことができる。
The
転送電極130及び部材132を形成する際のフォトリソグラフィにおいても、露光装置のアライメント精度などの影響により、所望の位置に対して数十nm程度のばらつきが生じうる。そのため、p型半導体領域120と転送電極130との間の距離は、ロット毎、基板毎、チップ毎、或いは、画素毎に、数十nm程度のばらつきをもつ可能性がある。
Even in photolithography when forming the
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入を用い、素子分離領域118により画定された活性領域内の所定の領域に、n型半導体領域124及び不純物領域136をそれぞれ形成する(図6(a))。n型半導体領域124及び不純物領域136は、イオン注入法を用いることで、所望の深さに所望の不純物濃度で再現性よく形成することができる。また、転送電極130、部材132及び素子分離領域118をイオン注入の際のマスクとして利用することで、n型半導体領域124及び不純物領域136をこれらに対して自己整合的に形成することができる。これにより、n型半導体領域124及び不純物領域136については、平面視における形成場所においても、転送電極130や部材132に対するばらつきを抑制することができる。
Next, using photolithography and ion implantation, an n-
ここで、不純物領域136の形成工程について、図8及び図9を用いてより具体的に説明する。図8は不純物領域136をn型不純物のイオン注入により形成する場合の例であり、図9は不純物領域136をp型不純物のイオン注入により形成する場合の例である。図8(a)及び図9(a)は転送電極130とp型半導体領域120との間の距離がD1である場合を示し、図8(b)及び図9(b)は転送電極130とp型半導体領域120との間の距離がD1よりも大きいD2である場合を示している。転送電極130とp型半導体領域120との間の距離のばらつきは、前述の通り、p型半導体領域120及び転送電極130を形成する際のフォトリソグラフィ工程における位置合わせずれに起因して生じうる。
Here, the step of forming the
不純物領域136を形成するためのイオン注入は、図8及び図9に矢印で示すように、半導体基板110の法線方向に対し、転送電極130から見てn型半導体領域124の側(図において右側)に所定の角度、傾斜した方向から行う。これにより、転送電極130と不純物領域136との間隔は、転送電極130によるシャドー効果によって、注入イオンの入射角度及び転送電極130の高さに応じた所定の距離となる。
Ion implantation for forming the
図8に示すように、不純物領域136を形成するための不純物としてp型半導体領域120とは逆導電型のn型不純物(砒素イオンや燐イオン)を用いた場合、p型半導体領域120と不純物領域136とが重なる領域138においてp型キャリアが補償される。これにより、不純物領域136と重なる領域138におけるp型半導体領域120のキャリア濃度が低下する。
As shown in FIG. 8, when an n-type impurity (arsenic ion or phosphorus ion) that is inversely conductive from the p-
なお、不純物領域136を形成するための不純物としてp型半導体領域120とは逆導電型のn型不純物(砒素イオンや燐イオン)を用いる場合、p型半導体領域120を打ち消す(緩和する)必要がある。したがって、不純物領域136は、p型半導体領域120を覆うように、p型半導体領域120に対して同等以上の深さが好ましい。ただし、不純物領域136の注入濃度やデバイス設計によっては、不純物領域136はp型半導体領域120に対して同等未満の深さであってもよい。
When an n-type impurity (arsenic ion or phosphorus ion) that is inversely conductive from the p-
したがって、転送電極130とp型半導体領域120との間の距離が仮に距離D1や距離D2のようにばらついたとしても、p型半導体領域120とn型半導体領域122との境界部に生じる急峻なポテンシャル分布を緩和することができる。すなわち、よりばらつきの少ない転送特性をうることができ、転送特性のばらつきに起因するノイズ成分を低減することができる。
Therefore, even if the distance between the
不純物領域136を形成するためのn型不純物の注入量は、例えば、不純物領域136中のn型不純物の濃度が、p型半導体領域120中のp型不純物の濃度と、n型半導体領域122中のn型不純物の濃度との間の濃度となるように、適宜設定することができる。
Regarding the injection amount of the n-type impurity for forming the
また、図9に示すように、不純物領域136を形成するための不純物としてp型半導体領域120と同じ導電型のp型不純物(硼素イオン)を用いた場合、不純物領域136によってp型半導体領域120が転送電極130の方向に延伸されることになる。前述のように、不純物領域136は転送電極130に対して自己整合的に形成されるため、不純物領域136と転送電極130との間の距離(D3)は、精度よく制御することができる。
Further, as shown in FIG. 9, when the same conductive type p-type impurity (boron ion) as the p-
なお、不純物領域136を形成するための不純物としてp型半導体領域120と同じ導電型のp型不純物(硼素イオン)を用いる場合、電荷の転送を阻害しないよう、不純物領域136はp型半導体領域120に対して同等以下の深さが好ましい。不純物領域136がp型半導体領域120よりも深くなると、不純物領域136でポテンシャルの障壁ができてしまい、転送残りが生じやすくなるためである。ただし、不純物領域136の注入濃度やデバイス設計によっては、不純物領域136はp型半導体領域120よりも深く形成されてもよい。
When the same conductive p-type impurity (boron ion) as the p-
したがって、転送電極130とp型半導体領域120との間の距離が仮に距離D1や距離D2のようにばらついたとしても、p型半導体領域120及び不純物領域136により構成されるp型領域と転送電極130との間の距離D3を一定にすることができる。これにより、転送電極130の近傍に、より安定したポテンシャル分布を形成できるようになる。すなわち、よりばらつきの少ない転送特性を得ることができ、転送特性のばらつきに起因するノイズ成分を低減することができる。
Therefore, even if the distance between the
不純物領域136を形成するためのp型不純物の注入量は、例えば、不純物領域136中のp型不純物の濃度が、p型半導体領域120中のp型不純物の濃度と、n型半導体領域122中のn型不純物の濃度との間の濃度となるように、適宜設定することができる。
The injection amount of the p-type impurity for forming the
次いで、転送電極130や部材132などが設けられた半導体基板110の第1面114の側に、例えばTEOSなどの原料ガスを用いたCVD法により、例えば酸化シリコンなどの絶縁材料よりなるバッファ膜140を形成する(図6(b))。バッファ膜140を構成する絶縁材料としては、窒化シリコンよりも誘電率の低い酸化シリコン系の絶縁材料を適用することが望ましい。
Next, a
この際、転送電極130と部材132との間隙部134は、バッファ膜140を構成する絶縁材料によって充填することが望ましい。典型的には、転送電極130と部材132との間隔を、転送電極130及び部材132の高さに相当する距離以下に設定することで、バッファ膜140を構成する絶縁材料によって間隙部134を充填することができる。
At this time, it is desirable that the
或いは、例えば図10に示すように、転送電極130と部材132との間隙部134の少なくとも一部に空隙142が残存するように、バッファ膜140を堆積するようにしてもよい。CVD法により堆積した膜のステップカバレッジは、例えば成膜温度や成膜速度などに依存する。例えば、相対的に低い成膜温度や相対的に成膜速度の速い条件で成膜を行うことにより、ステップカバレッジの劣る膜となり、間隙部134の一部を空隙142として残すことが可能である。
Alternatively, as shown in FIG. 10, for example, the
このようにして、間隙部134の上をバッファ膜140で覆うことにより、その後に成膜する窒化シリコン膜などの誘電率の高い膜が間隙部134に入り込むのを防止することができる。これにより、転送電極130と部材132との間の寄生容量を低減し、信号電荷の転送時に発生する信号ノイズや信号遅れを抑制することができる。
By covering the
次いで、バッファ膜140の上に、例えばCVD法により、例えば窒化シリコンよりなるエッチングストップ膜144と、例えば酸化シリコンよりなる層間絶縁膜146と、を形成する。
Next, an
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、層間絶縁膜146、エッチングストップ膜144及びバッファ膜140をパターニングし、転送電極130及びn型半導体領域124に達するコンタクトホールを形成する。
Next, the
次いで、CVD法やスパッタ法等によりTiNなどのバリアメタル及びW等の金属材料を堆積後、層間絶縁膜146上のこれら導電膜を除去することにより、コンタクトホール内に形成されたコンタクトプラグ148,150を形成する(図6(c))。
Next, a barrier metal such as TiN and a metal material such as W are deposited by a CVD method, a sputtering method, or the like, and then these conductive films on the
この後、コンタクトプラグ148,150が埋め込まれた層間絶縁膜146の上に、コンタクトプラグ148,150に接続される不図示の配線や封止膜などを形成し、不図示の支持基板との貼り合わせを行う。
After that, wiring, a sealing film, etc. (not shown) connected to the contact plugs 148, 150 are formed on the
次いで、半導体基板110を、第2面116の側から薄化し、半導体層112を形成する(図7(a))。半導体基板110の薄化には、バックグラインド、ウェットエッチング、化学的機械的研磨(CMP)などを用いることができる。以後の説明では、半導体基板110の薄化により露出した半導体基板110の新たな表面についても、便宜的に第2面116と呼ぶものとする。すなわち、半導体基板110を薄化することにより形成される半導体層112は、一対の表面である第1面114及び第2面116を有するものである。
Next, the
次いで、半導体層112の第2面116の上に、不図示のピニング膜や不図示の反射防止膜を介して、層間絶縁膜152、遮光膜154、封止膜156などを形成する(図7(b))。
Next, an
この後、封止膜156の上に、カラーフィルタやマイクロレンズ等の光学部材を含む不図示の光学層を形成し、本実施形態による光電変換装置を完成する。
After that, an optical layer (not shown) including an optical member such as a color filter and a microlens is formed on the
このように、本実施形態によれば、光電変換部で生じるノイズを低減するとともに、光電変換部から浮遊拡散部への信号電荷の転送特性を向上することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce the noise generated in the photoelectric conversion unit and improve the transfer characteristics of the signal charge from the photoelectric conversion unit to the floating diffusion unit.
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による光電変換装置について、図11及び図12を用いて説明する。第1実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
[Second Embodiment]
The photoelectric conversion device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12. The same components as those of the photoelectric conversion device according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
本実施形態では、第1実施形態の構成を、画素構成の異なる他の光電変換装置に適用した例を説明する。 In this embodiment, an example in which the configuration of the first embodiment is applied to another photoelectric conversion device having a different pixel configuration will be described.
本実施形態による光電変換装置は、図11に示すように、1つの画素12が、光電変換部PD1,PD2,PD3,PD4と、転送トランジスタM11,M12,M13,M14と、を有している。また、本実施形態による光電変換装置は、リセットトランジスタM2と、増幅トランジスタM3と、選択トランジスタM41,M42と、スイッチトランジスタM5と、蓄積容量CSと、を有している。
In the photoelectric conversion device according to the present embodiment, as shown in FIG. 11, one
光電変換部PD1,PD2,PD3,PD4は、例えばフォトダイオードである。光電変換部PD1のフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタM11のソースに接続されている。光電変換部PD2のフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタM12のソースに接続されている。光電変換部PD3のフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタM13のソースに接続されている。光電変換部PD4のフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタM14のソースに接続されている。 The photoelectric conversion units PD1, PD2, PD3, PD4 are, for example, photodiodes. In the photodiode of the photoelectric conversion unit PD1, the anode is connected to the ground voltage node and the cathode is connected to the source of the transfer transistor M11. In the photodiode of the photoelectric conversion unit PD2, the anode is connected to the ground voltage node and the cathode is connected to the source of the transfer transistor M12. In the photodiode of the photoelectric conversion unit PD3, the anode is connected to the ground voltage node and the cathode is connected to the source of the transfer transistor M13. In the photodiode of the photoelectric conversion unit PD4, the anode is connected to the ground voltage node and the cathode is connected to the source of the transfer transistor M14.
転送トランジスタM11,M12,M13,M14のドレインは、リセットトランジスタM2のソース及び増幅トランジスタM3のゲートに接続されている。転送トランジスタM11,M12,M13,M14のドレイン、リセットトランジスタM2のソース及び増幅トランジスタM3のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散部FDである。浮遊拡散部FDには、スイッチトランジスタM5を介して蓄積容量CSが接続されている。浮遊拡散部FDは、容量成分(浮遊拡散容量)を含み、この容量成分による電荷の保持部を構成する。 The drains of the transfer transistors M11, M12, M13, and M14 are connected to the source of the reset transistor M2 and the gate of the amplification transistor M3. The connection node of the drain of the transfer transistors M11, M12, M13, and M14, the source of the reset transistor M2, and the gate of the amplification transistor M3 is a so-called floating diffusion unit FD. A storage capacitance CS is connected to the floating diffusion unit FD via a switch transistor M5. The floating diffusion unit FD includes a capacitance component (floating diffusion capacitance), and constitutes a charge holding portion by this capacitance component.
リセットトランジスタM2のドレイン及び増幅トランジスタM3のドレインは、電源電圧ノード(電圧Vdd)に接続されている。なお、リセットトランジスタM2のドレインに供給される電圧と、増幅トランジスタM3のドレインに供給される電圧とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。増幅トランジスタM3のソースは、選択トランジスタM41のドレイン及び選択トランジスタM42のドレインに接続されている。選択トランジスタM41のソースは、当該画素12に対応する列の出力線161に接続されている。選択トランジスタM42のソースは、当該画素12に対応する列の出力線162に接続されている。出力線161,162の各々には、電流源18が接続されている。
The drain of the reset transistor M2 and the drain of the amplification transistor M3 are connected to the power supply voltage node (voltage Vdd). The voltage supplied to the drain of the reset transistor M2 and the voltage supplied to the drain of the amplification transistor M3 may be the same or different. The source of the amplification transistor M3 is connected to the drain of the selection transistor M41 and the drain of the selection transistor M42. The source of the selection transistor M41 is connected to the
図11に示す構成の画素12の場合、画素領域10の各行に配された制御線14は、制御信号TX1,TX2,TX3,TX4,RES,SEL1,SEL2,SWを供給する8本の信号線を含む。制御信号TX1を供給する信号線は、対応する行に属する画素12の転送トランジスタM11のゲートにそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。制御信号TX2を供給する信号線は、対応する行に属する画素12の転送トランジスタM12のゲートにそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。制御信号TX3を供給する信号線は、対応する行に属する画素12の転送トランジスタM13のゲートにそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。制御信号TX4を供給する信号線は、対応する行に属する画素12の転送トランジスタM14のゲートにそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。制御信号RESを供給する信号線は、対応する行に属する画素12のリセットトランジスタM2のゲートにそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。制御信号SEL1を供給する信号線は、対応する行に属する画素12の選択トランジスタM41のゲートにそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。制御信号SEL2を供給する信号線は、対応する行に属する画素12の選択トランジスタM42のゲートにそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。制御信号SWを供給する信号線は、対応する行に属する画素12のスイッチトランジスタM5のゲートにそれぞれ接続され、これら画素12に共通の信号線をなしている。画素12を構成する各トランジスタがN型トランジスタで構成される場合、垂直走査回路30からハイレベルの制御信号が供給されることにより、対応するトランジスタはオンになる。また、垂直走査回路30からローレベルの制御信号が供給されることにより、対応するトランジスタはオフになる。
In the case of the
光電変換部PD1,PD2,PD3,PD4は、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換(光電変換)するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタM11は、制御信号TX1によって制御され、オンになることにより、光電変換部PD1が保持する電荷を浮遊拡散部FDに転送する。同様に、転送トランジスタM12は、制御信号TX2によって制御され、オンになることにより、光電変換部PD2が保持する電荷を浮遊拡散部FDに転送する。また、転送トランジスタM13は、制御信号TX3によって制御され、オンになることにより、光電変換部PD3が保持する電荷を浮遊拡散部FDに転送する。また、転送トランジスタM14は、制御信号TXによって制御され、オンになることにより、光電変換部PD4が保持する電荷を浮遊拡散部FDに転送する。 The photoelectric conversion unit PD1, PD2, PD3, PD4 converts the incident light into an amount of electric charge corresponding to the amount of light (photoelectric conversion) and accumulates the generated electric charge. The transfer transistor M11 is controlled by the control signal TX1 and is turned on to transfer the electric charge held by the photoelectric conversion unit PD1 to the floating diffusion unit FD. Similarly, the transfer transistor M12 is controlled by the control signal TX2 and turned on to transfer the electric charge held by the photoelectric conversion unit PD2 to the floating diffusion unit FD. Further, the transfer transistor M13 is controlled by the control signal TX3, and when it is turned on, the electric charge held by the photoelectric conversion unit PD3 is transferred to the floating diffusion unit FD. Further, the transfer transistor M14 is controlled by the control signal TX, and when it is turned on, the electric charge held by the photoelectric conversion unit PD4 is transferred to the floating diffusion unit FD.
浮遊拡散部FDは、光電変換部PD1,PD2,PD3,PD4から転送された電荷を保持するとともに、その電圧を浮遊拡散部FDの容量と転送された電荷の量とに応じた所定の電圧に設定する。リセットトランジスタM2は、制御信号RESによって制御され、オンになることにより、浮遊拡散部FDを電圧Vddに応じた所定の電圧にリセットする。 The floating diffusion unit FD holds the charges transferred from the photoelectric conversion units PD1, PD2, PD3, PD4, and sets the voltage to a predetermined voltage according to the capacity of the floating diffusion unit FD and the amount of the transferred charges. Set. The reset transistor M2 is controlled by the control signal RES, and when it is turned on, the floating diffusion unit FD is reset to a predetermined voltage corresponding to the voltage Vdd.
スイッチトランジスタM5は、制御信号SWによって制御され、オンになることにより、浮遊拡散部FDに蓄積容量CSを接続する。すなわち、スイッチトランジスタM5がオンのとき、浮遊拡散部FDの容量に蓄積容量CSが並列に接続され、スイッチトランジスタM5がオフのときよりも浮遊拡散部FDの容量が増加する。 The switch transistor M5 is controlled by the control signal SW and is turned on to connect the storage capacitance CS to the floating diffusion unit FD. That is, when the switch transistor M5 is on, the storage capacitance CS is connected in parallel to the capacitance of the floating diffusion section FD, and the capacitance of the floating diffusion section FD increases as compared with when the switch transistor M5 is off.
増幅トランジスタM3は、ドレインに電圧Vddが供給され、選択トランジスタM41及び出力線161を介して、或いは、選択トランジスタM42及び出力線162を介して、ソースに電流源18からバイアス電流が供給される構成となっている。すなわち、増幅トランジスタM3は、ゲートを入力ノードとする増幅部(ソースフォロワ回路)を構成している。これにより、増幅トランジスタM3は、光電変換部PD1,PD2,PD3,PD4への入射光により生じた電荷の量に応じた信号を出力する。
The amplification transistor M3 has a configuration in which a voltage Vdd is supplied to the drain and a bias current is supplied to the source from the
選択トランジスタM41は、制御信号SEL1によって制御され、オンになることにより、増幅トランジスタM3の出力信号を出力線161に出力する。選択トランジスタM42は、制御信号SEL2によって制御され、オンになることにより、増幅トランジスタM3の出力信号を出力線162に出力する。
The selection transistor M41 is controlled by the control signal SEL1 and is turned on to output the output signal of the amplification transistor M3 to the
転送トランジスタM11〜M14のうち、動作モードに応じたいずれか1つ以上の転送トランジスタM11〜M14をオンにすることにより、オンになった転送トランジスタM11〜M14に接続された光電変換部PDの電荷が浮遊拡散部FDへと転送される。例えば、転送トランジスタM11のみをオンにした場合、光電変換部PD1に保持された電荷が浮遊拡散部FDへと転送され、光電変換部PD1への入射光により生じた電荷の量に応じた信号が出力線161又は出力線162に出力される。また、転送トランジスタM11〜M14を総てオンにした場合、光電変換部PD1〜PD4に保持された電荷が浮遊拡散部FDで加算され、光電変換部PD1〜PD4への入射光により生じた電荷の総量に応じた信号が出力線161又は出力線162に出力される。
By turning on any one or more of the transfer transistors M11 to M14 according to the operation mode, the electric charge of the photoelectric conversion unit PD connected to the transfer transistors M11 to M14 turned on. Is transferred to the floating diffusion unit FD. For example, when only the transfer transistor M11 is turned on, the electric charge held in the photoelectric conversion unit PD1 is transferred to the floating diffusion unit FD, and a signal corresponding to the amount of electric charge generated by the incident light on the photoelectric conversion unit PD1 is output. It is output to the
このように、本実施形態による光電変換装置の画素12は、1つの浮遊拡散部FDを共有する4つの光電変換部PD1,PD2,PD3,PD4を有している。また、増幅トランジスタM3に接続された2つの選択トランジスタM41,M42を有しており、増幅トランジスタM3の出力信号を、選択トランジスタM41,M42を介して、出力線161又は出力線162のいずれかに出力できるように構成されている。
As described above, the
図12は、図11の回路構成を実現するための平面レイアウトの一例である。図12には、Y方向に隣り合う2つの画素12の一部について、活性領域(素子分離領域118)及びゲート層のパターンを示している。図中、実線が活性領域を示し、斜線を付した領域がゲート層である。また、一点鎖線の領域は、n型半導体領域122が設けられた領域、すなわち光電変換部PD1,PD2,PD3,PD4に対応している。図12では、画素12を構成するトランジスタのゲートに、それらの符号を付している。
FIG. 12 is an example of a plane layout for realizing the circuit configuration of FIG. FIG. 12 shows a pattern of an active region (element separation region 118) and a gate layer for a part of two
図12において、浮遊拡散部FDを挟むように上下に2つずつ配された光電変換部PD1,PD2,PD3,PD4が、1つの画素12の4つの光電変換部PD1,PD2,PD3,PD4である。Y方向に隣り合う一の画素12の光電変換部PD1,PD2と他の画素12の光電変換部PD3,PD4との間は、不図示のp型半導体領域によって互いに分離されている。また、1つの画素の、光電変換部PD1と光電変換部PD2との間及び光電変換部PD3と光電変換部PD4との間も、不図示のp型半導体領域によって互いに分離されている。
In FIG. 12, the photoelectric conversion units PD1, PD2, PD3, PD4 arranged vertically so as to sandwich the floating diffusion unit FD are the four photoelectric conversion units PD1, PD2, PD3, PD4 of one
これら画素12の光電変換部PD1,PD2,PD3,PD4の上には、第1実施形態の場合と同様、部材132が設けられている。ここで、本実施形態の光電変換装置においては、図12に示すように、1つの画素12の光電変換部PD1,PD2が、連続する1つの部材132によって覆われている。また、1つの画素12の光電変換部PD3,PD4が、連続する1つの部材132によって覆われている。一の画素12の光電変換部PD1,PD2を覆う部材132と、この画素12に隣接する他の画素12の光電変換部PD3,PD4を覆う部材132とは、連続する1つのパターンにより構成されていることが望ましい。図12には、一の画素12の光電変換部PD1,PD2を覆う部材132と、この画素12に隣接する他の画素12の光電変換部PD3,PD4を覆う部材132とが連続する1つのパターンにより構成された例を示している。
As in the case of the first embodiment, the
このように部材132を構成することで、光電変換部PD1,PD2,PD3,PD4の配置領域及びこれらの分離領域を、部材132によって覆うことができる。これにより、部材132を形成する工程よりも後の工程で発生する金属不純物が光電変換部PDへと浸入するのを効果的に防ぐことができる。
By configuring the
なお、第1実施形態では、転送電極130と部材132との間の距離は所望の転送特性が得られる程度にこれらの間の寄生容量を低減できるように設定することが望ましいことを述べたが、他のトランジスタのゲート電極については必ずしも同じである必要はない。例えば、リセットトランジスタM2や選択トランジスタM41,M42のゲート電極と部材132との間の距離は、図12に示すように転送トランジスタM11,M12,M13,M14の転送電極と部材132との間の距離より小さくても大きくてもよい。画素12をより高密度に配置する観点からは、リセットトランジスタM2等のゲート電極と部材132との間の距離は、転送トランジスタM11,M12,M13,M14の転送電極と部材132との間の距離よりも小さくすることが望ましい。
In the first embodiment, it has been stated that it is desirable to set the distance between the
このように、本実施形態によれば、光電変換部で生じるノイズを低減するとともに、光電変換部から浮遊拡散部への信号電荷の転送特性を向上することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce the noise generated in the photoelectric conversion unit and improve the transfer characteristics of the signal charge from the photoelectric conversion unit to the floating diffusion unit.
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による撮像システムについて、図13を用いて説明する。図13は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
[Third Embodiment]
The imaging system according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of an imaging system according to the present embodiment.
上記第1及び第2実施形態で述べた光電変換装置100は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系を成す光学装置と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図13には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
The
図13に例示した撮像システム200は、撮像装置201、被写体の光学像を撮像装置201に結像させるレンズ202、レンズ202を通過する光量を可変にするための絞り204、レンズ202の保護のためのバリア206を有する。レンズ202及び絞り204は、撮像装置201に光を集光する光学系を成す光学装置である。撮像装置201は、第1及び第2実施形態のいずれかで説明した光電変換装置100であって、レンズ202により結像された光学像を画像データに変換する。
The
撮像システム200は、また、撮像装置201より出力される出力信号の処理を行う信号処理部208を有する。信号処理部208は、撮像装置201が出力するデジタル信号から画像データの生成を行う。また、信号処理部208は必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。撮像装置201は、信号処理部208で処理されるデジタル信号を生成するAD変換部を備えうる。AD変換部は、撮像装置201の光電変換部が形成された半導体層(半導体基板)に形成されていてもよいし、撮像装置201の光電変換部が形成された半導体層とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、信号処理部208が撮像装置201と同一の半導体基板に形成されていてもよい。
The
撮像システム200は、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部210、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部(外部I/F部)212を有する。更に撮像システム200は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体214、記録媒体214に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部(記録媒体制御I/F部)216を有する。なお、記録媒体214は、撮像システム200に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
The
更に撮像システム200は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部218、撮像装置201と信号処理部208に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部220を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム200は少なくとも撮像装置201と、撮像装置201から出力された出力信号を処理する信号処理部208とを有すればよい。
Further, the
撮像装置201は、撮像信号を信号処理部208に出力する。信号処理部208は、撮像装置201から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部208は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
The
このように、本実施形態によれば、第1又は第2実施形態による光電変換装置100を適用した撮像システムを実現することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize an imaging system to which the
[第4実施形態]
本発明の第4実施形態による撮像システム及び移動体について、図14を用いて説明する。図14は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
[Fourth Embodiment]
The imaging system and the moving body according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an imaging system and a moving body according to the present embodiment.
図14(a)は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム300は、撮像装置310を有する。撮像装置310は、上記第1及び第2実施形態のいずれかに記載の光電変換装置100である。撮像システム300は、撮像装置310により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部312と、撮像システム300により取得された複数の画像データから視差(視差画像の位相差)の算出を行う視差取得部314を有する。また、撮像システム300は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部316と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部318と、を有する。ここで、視差取得部314や距離取得部316は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部318はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、FPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated circuit)等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
FIG. 14A shows an example of an imaging system related to an in-vehicle camera. The
撮像システム300は車両情報取得装置320と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム300は、衝突判定部318での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ECU330が接続されている。また、撮像システム300は、衝突判定部318での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置340とも接続されている。例えば、衝突判定部318の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ECU330はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置340は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
The
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム300で撮像する。図14(b)に、車両前方(撮像範囲350)を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置320が、撮像システム300ないしは撮像装置310に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
In the present embodiment, the periphery of the vehicle, for example, the front or the rear, is imaged by the
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体(移動装置)に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム(ITS)等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。 In the above, an example of controlling so as not to collide with another vehicle has been described, but it can also be applied to control for automatically driving following other vehicles and control for automatically driving so as not to go out of the lane. .. Further, the imaging system can be applied not only to a vehicle such as a own vehicle but also to a moving body (moving device) such as a ship, an aircraft, or an industrial robot. In addition, it can be applied not only to mobile objects but also to devices that widely use object recognition, such as intelligent transportation systems (ITS).
[第5実施形態]
本発明の第5実施形態による機器について、図15を用いて説明する。図15は、本実施形態による機器の概略構成を示すブロック図である。
[Fifth Embodiment]
The device according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a block diagram showing a schematic configuration of the device according to the present embodiment.
図15は、光電変換装置APRを含む機器EQPを示す模式図である。光電変換装置APRの全部又は一部が、半導体デバイスICである。本例の光電変換装置APRは、例えば、イメージセンサやAF(Auto Focus)センサ、測光センサ、測距センサとして用いることができる。半導体デバイスICは、光電変換部を含む画素回路PXCが行列状に配列された画素エリアPXを有する。半導体デバイスICは画素エリアPXの周囲に周辺エリアPRを有することができる。周辺エリアPRには画素回路以外の回路を配置することができる。 FIG. 15 is a schematic view showing an apparatus EQP including a photoelectric conversion device APR. All or part of the photoelectric conversion device APR is a semiconductor device IC. The photoelectric conversion device APR of this example can be used as, for example, an image sensor, an AF (Auto Focus) sensor, a photometric sensor, or a distance measuring sensor. The semiconductor device IC has a pixel area PX in which pixel circuits PXC including a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix. The semiconductor device IC can have a peripheral area PR around the pixel area PX. A circuit other than the pixel circuit can be arranged in the peripheral area PR.
光電変換装置APRは、複数の光電変換部が設けられた第1半導体チップと、周辺回路が設けられた第2半導体チップとを積層した構造(チップ積層構造)を有していてもよい。第2半導体チップにおける周辺回路は、ぞれぞれ、第1半導体チップの画素列に対応した列回路とすることができる。また、第2半導体チップにおける周辺回路は、それぞれ、第1半導体チップの画素あるいは画素ブロックに対応したマトリクス回路とすることもできる。第1半導体チップと第2半導体チップとの接続は、貫通電極(TSV)、銅等の導電体の直接接合によるチップ間配線、チップ間のマイクロバンプによる接続、ワイヤボンディングによる接続などを採用することができる。 The photoelectric conversion device APR may have a structure (chip laminated structure) in which a first semiconductor chip provided with a plurality of photoelectric conversion units and a second semiconductor chip provided with peripheral circuits are laminated. The peripheral circuits in the second semiconductor chip can be column circuits corresponding to the pixel sequences of the first semiconductor chip, respectively. Further, the peripheral circuits in the second semiconductor chip may be matrix circuits corresponding to the pixels or pixel blocks of the first semiconductor chip, respectively. For the connection between the first semiconductor chip and the second semiconductor chip, wire-to-chip wiring by direct coupling of a through electrode (TSV), a conductor such as copper, connection by microbumps between chips, connection by wire bonding, etc. shall be adopted. Can be done.
光電変換装置APRは、半導体デバイスICの他に、半導体デバイスICを収容するパッケージPKGを含みうる。パッケージPKGは、半導体デバイスICが固定された基体と、半導体デバイスICに対向するガラス等の蓋体と、基体に設けられた端子と半導体デバイス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 APR may include a package PKG containing the semiconductor device IC in addition to the semiconductor device IC. The package PKG is a bonding wire or bump that connects a substrate on which a semiconductor device IC is fixed, a lid such as glass facing the semiconductor device IC, and a terminal provided on the substrate and a terminal provided on the semiconductor device IC. Etc., and may include a connecting member such as.
機器EQPは、光学装置OPT、制御装置CTRL、処理装置PRCS、表示装置DSPL、記憶装置MMRYの少なくともいずれかを更に備えうる。光学装置OPTは、光電変換装置としての光電変換装置APRに対応するものであり、例えばレンズやシャッター、ミラーである。制御装置CTRLは、光電変換装置APR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PRCSは、光電変換装置APR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。処理装置PRCSは、CPU(中央処理装置)やASIC(特定用途向け集積回路)などの半導体デバイスである。表示装置DSPLは、光電変換装置APRで得られた情報(画像)を表示する、EL表示装置や液晶表示装置である。記憶装置MMRYは、光電変換装置APRで得られた情報(画像)を記憶する、磁気デバイスや半導体デバイスである。記憶装置MMRYは、SRAMやDRAMなどの揮発性メモリ、或いは、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。機械装置MCHNは、モーターやエンジン等の可動部あるいは推進部を有する。機器EQPでは、光電変換装置APRから出力された信号を表示装置DSPLに表示したり、機器EQPが備える通信装置(不図示)によって外部に送信したりする。そのために、機器EQPは、光電変換装置APRが有する記憶回路部や演算回路部とは別に、記憶装置MMRYや処理装置PRCSを更に備えることが好ましい。 The equipment EQP may further include at least one of an optical device OPT, a control device CTRL, a processing device PRCS, a display device DSPL, and a storage device MMRY. The optical device OPT corresponds to the photoelectric conversion device APR as a photoelectric conversion device, and is, for example, a lens, a shutter, or a mirror. The control device CTRL controls the photoelectric conversion device APR, and is a semiconductor device such as an ASIC. The processing device PRCS processes the signal output from the photoelectric conversion device APR, and constitutes an AFE (analog front end) or a DFE (digital front end). The processing device PRCS is a semiconductor device such as a CPU (central processing unit) or an ASIC (integrated circuit for a specific application). The display device DSPL is an EL display device or a liquid crystal display device that displays information (images) obtained by the photoelectric conversion device APR. The storage device MMRY is a magnetic device or a semiconductor device that stores information (images) obtained by the photoelectric conversion device APR. The storage device MMRY is a volatile memory such as SRAM or DRAM, or a non-volatile memory such as a flash memory or a hard disk drive. The mechanical device MCNH has a moving part or a propulsion part such as a motor or an engine. In the device EQP, the signal output from the photoelectric conversion device APR is displayed on the display device DSPL, or transmitted to the outside by a communication device (not shown) included in the device EQP. Therefore, it is preferable that the device EQP further includes a storage device MMRY and a processing device PRCS in addition to the storage circuit unit and the arithmetic circuit unit of the photoelectric conversion device APR.
図15に示した機器EQPは、撮影機能を有する情報端末(例えばスマートフォンやウエアラブル端末)やカメラ(例えばレンズ交換式カメラ、コンパクトカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ)などの電子機器でありうる。カメラにおける機械装置MCHNはズーミングや合焦、シャッター動作のために光学装置OPTの部品を駆動することができる。また、機器EQPは、車両や船舶、飛行体などの輸送機器(移動体)でありうる。また、機器EQPは、内視鏡やCTスキャナーなどの医療機器でありうる。また、機器EQPは、内視鏡やCTスキャナーなどの医療機器でありうる。 The device EQP shown in FIG. 15 can be an electronic device such as an information terminal (for example, a smartphone or a wearable terminal) or a camera (for example, an interchangeable lens camera, a compact camera, a video camera, or a surveillance camera) having a photographing function. The mechanical device MCNH in the camera can drive the components of the optical device OPT for zooming, focusing, and shutter operation. Further, the device EQP can be a transportation device (mobile body) such as a vehicle, a ship, or a flying object. Further, the device EQP can be a medical device such as an endoscope or a CT scanner. Further, the device EQP can be a medical device such as an endoscope or a CT scanner.
輸送機器における機械装置MCHNは移動装置として用いられうる。輸送機器としての機器EQPは、光電変換装置APRを輸送するものや、撮影機能により運転(操縦)の補助及び/又は自動化を行うものに好適である。運転(操縦)の補助及び/又は自動化のための処理装置PRCSは、光電変換装置APRで得られた情報に基づいて移動装置としての機械装置MCHNを操作するための処理を行うことができる。 The mechanical device MCNH in the transportation equipment can be used as a mobile device. The equipment EQP as a transportation device is suitable for transporting a photoelectric conversion device APR and for assisting and / or automating operation (maneuvering) by a photographing function. The processing device PRCS for assisting and / or automating the operation (maneuvering) can perform processing for operating the mechanical device MCNH as a mobile device based on the information obtained by the photoelectric conversion device APR.
本実施形態による光電変換装置APRは、その設計者、製造者、販売者、購入者及び/又は使用者に、高い価値を提供することができる。そのため、光電変換装置APRを
機器EQPに搭載すれば、機器EQP価値も高めることができる。よって、機器EQPの製造、販売を行う上で、本実施形態の光電変換装置APRの機器EQPへの搭載を決定することは、機器EQPの価値を高める上で有利である。
The photoelectric conversion device APR according to the present embodiment can provide high value to its designer, manufacturer, seller, purchaser and / or user. Therefore, if the photoelectric conversion device APR is mounted on the device EQP, the device EQP value can be increased. Therefore, in manufacturing and selling the equipment EQP, it is advantageous to determine the mounting of the photoelectric conversion device APR of the present embodiment on the equipment EQP in order to increase the value of the equipment EQP.
[変形実施形態]
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
[Modification Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment and can be modified in various ways.
For example, an example in which a part of the configuration of any of the embodiments is added to another embodiment or an example in which a part of the configuration of another embodiment is replaced with another embodiment is also an embodiment of the present invention.
また、上記第1実施形態では、転送電極130と部材132との間の寄生容量を低減する構成と、p型半導体領域120と転送電極130との位置合わせずれによる影響を低減する構成と、を含む形態を説明したが、いずれか一方のみを含む形態でもよい。
Further, in the first embodiment, the configuration for reducing the parasitic capacitance between the
また、上記実施形態で説明した画素構成は例示であり、適宜変更が可能である。
例えば、上記第1実施形態では、1つの画素12が1つの光電変換部PDを有する場合について説明した。また、上記第2実施形態では、1つの画素12が4つの光電変換部PD1,PD2,PD3,PD4を有する場合を説明した。しかしながら、画素12の構成は、これら実施形態の例に限定されるものではない。例えば、1つの画素12が有する光電変換部PDの数は、特に限定されるものではなく、2つ、3つ或いは5つ以上であってもよい。
Further, the pixel configuration described in the above embodiment is an example and can be changed as appropriate.
For example, in the first embodiment, the case where one
また、連続する1つのパターンで構成される部材132が覆う光電変換部PDの数も、上記実施形態の例に限定されるものではない。例えば、第1実施形態の場合のように各々の画素12が1つの光電変換部PDを有する場合において、隣り合う画素12の2つの光電変換部PDを連続する1つのパターンで構成される部材132により覆うように構成してもよい。或いは、各々の画素12が2つの光電変換部PDを有する場合において、隣り合う画素12の4つの光電変換部PDを連続する1つのパターンで構成される部材132により覆うように構成してもよい。また、連続する1つのパターンで構成される部材132が、3つ以上の画素12の光電変換部PDを覆うように構成されていてもよい。1つの部材132により覆われる複数の光電変換部PDは、図12に示すように1つの活性領域に設けられていてもよいし、別々の活性領域に設けられていてもよい。
Further, the number of photoelectric conversion units PD covered by the
また、上記第2実施形態では、2つの選択トランジスタM41,M42を有する画素12を例示したが、第1実施形態と同様、選択トランジスタは1つであってもよい。
Further, in the second embodiment, the
また、上記実施形態では、ゲッタリングサイト及び光吸収層として適用可能な部材132の構成材料としてポリシリコンを例示したが、ポリシリコン以外の他の材料により構成してもよい。また、部材132の構成材料は、ゲッタリングサイト及び光吸収層のうちのいずれか一方にのみ適用可能な材料であってもよい。
Further, in the above embodiment, polysilicon is exemplified as a constituent material of the
また、上記第3及び第4実施形態に示した撮像システムは、本発明の光電変換装置を適用しうる撮像システムの例を示したものであり、本発明の光電変換装置を適用可能な撮像システムは図13及び図14に示した構成に限定されるものではない。第5実施形態に示した機器についても同様である。 Further, the imaging system shown in the third and fourth embodiments shows an example of an imaging system to which the photoelectric conversion device of the present invention can be applied, and an imaging system to which the photoelectric conversion device of the present invention can be applied. Is not limited to the configurations shown in FIGS. 13 and 14. The same applies to the equipment shown in the fifth embodiment.
なお、上記実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 It should be noted that all of the above embodiments merely show examples of embodiment in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or its main features.
12…画素
100…光電変換装置
112…半導体層
118…素子分離領域
120…p型半導体領域
122,124…n型半導体領域
128…ゲート絶縁膜
130…転送電極
132…部材
134…間隙部
136…不純物領域
140…バッファ膜
142…空隙142
144…エッチングストップ膜
12 ...
144 ... Etching stop film
Claims (20)
前記半導体層の上に設けられ、前記第2の半導体領域における光電変換で生じた電荷を転送する転送電極と、
前記転送電極と同じ材料からなり、前記転送電極から離隔して、前記第2の半導体領域を覆うように設けられた部材と、を有し、
前記第1の半導体領域は、前記第2の半導体領域と前記部材との間に位置し、
前記半導体層は、前記転送電極と前記部材との間の部分に重なる位置に、不純物領域を有し、
前記不純物領域の少なくとも一部のグロスの不純物濃度は、前記第1の半導体領域のグロスの不純物濃度よりも高い
ことを特徴とする光電変換装置。 A semiconductor layer including a first conductive type first semiconductor region and a second conductive type second semiconductor region different from the first conductive type.
A transfer electrode provided on the semiconductor layer and transferring charges generated by photoelectric conversion in the second semiconductor region, and a transfer electrode.
It has a member made of the same material as the transfer electrode, separated from the transfer electrode, and provided so as to cover the second semiconductor region.
The first semiconductor region is located between the second semiconductor region and the member.
The semiconductor layer has an impurity region at a position overlapping the portion between the transfer electrode and the member.
A photoelectric conversion device characterized in that the impurity concentration of at least a part of the gloss in the impurity region is higher than the impurity concentration of the gloss in the first semiconductor region.
前記不純物領域は、前記転送電極及び/又は前記部材により規定される位置に設けられている
ことを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。 The part of the impurity region contains the first conductive type impurity and the second conductive type impurity.
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the impurity region is provided at a position defined by the transfer electrode and / or the member.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 1 or 2, wherein the impurity region is the first conductive type.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 1 or 2, wherein the impurity region is the second conductive type.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the gap between the transfer electrode and the member is made of a substance having a dielectric constant lower than that of silicon nitride.
前記半導体層の上に設けられ、前記光電変換部で生じた電荷を転送する転送電極と、
前記転送電極と同じ材料からなり、前記転送電極から離隔して、前記光電変換部を覆うように設けられた部材と、を有し、
前記転送電極と前記部材との間の部分には、窒化シリコンよりも誘電率の低い物質が配置されている
ことを特徴とする光電変換装置。 A photoelectric conversion unit provided on the semiconductor layer and
A transfer electrode provided on the semiconductor layer and transferring the electric charge generated in the photoelectric conversion unit,
It has a member made of the same material as the transfer electrode, separated from the transfer electrode, and provided so as to cover the photoelectric conversion portion.
A photoelectric conversion device characterized in that a substance having a dielectric constant lower than that of silicon nitride is arranged in a portion between the transfer electrode and the member.
ことを特徴とする請求項5又は6記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 5 or 6, wherein the substance is a silicon oxide-based insulating material.
ことを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 5 to 7, wherein at least a part of a portion between the transfer electrode and the member is a gap.
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 8, wherein the distance between the transfer electrode and the member is equal to or less than a distance corresponding to the height of the transfer electrode and the member. ..
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。 Any of claims 1 to 9, wherein the distance between the transfer electrode and the member is larger than the distance between the gate electrode of another transistor of the pixel including the transfer electrode and the member. The photoelectric conversion device according to item 1.
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 10, wherein a plurality of photoelectric conversion units are covered with one continuous member.
ことを特徴とする請求項11記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 11, wherein the plurality of photoelectric conversion units include a photoelectric conversion unit of a first pixel and a photoelectric conversion unit of a second pixel.
ことを特徴とする請求項11又は12記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 11 or 12, wherein the plurality of photoelectric conversion units are provided in one active region.
ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 13, wherein the member is electrically in a floating state.
ことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 14, wherein the member is made of polysilicon.
ことを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 15, wherein the member contains an iron group element.
ことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 16, further comprising an optical structure arranged on the side opposite to the member with respect to the semiconductor layer.
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 17.
An imaging system characterized by having a signal processing unit that processes a signal output from the photoelectric conversion device.
請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。 It ’s a mobile body,
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 17.
A distance information acquisition means for acquiring distance information to an object from a parallax image based on a signal from the photoelectric conversion device, and
A moving body having a control means for controlling the moving body based on the distance information.
前記光電変換装置に対応する光学装置、
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に基づいて制御される機械装置、
前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、及び、
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を更に備えることを特徴とする機器。 A device including the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 17.
An optical device corresponding to 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,
A mechanical device controlled based on the information obtained by the photoelectric conversion device,
A display device that displays the information obtained by the photoelectric conversion device, and a display device that displays the information obtained by the photoelectric conversion device.
A device further comprising at least one of a storage devices for storing information obtained by the photoelectric conversion device.
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