JP2021174930A - Imaging device and imaging system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、撮像装置および撮像システムに関する。 The present disclosure relates to an imaging apparatus and an imaging system.
CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサおよびCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの光電変換を利用した撮像装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 An imaging device using photoelectric conversion such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor and a CMOS (Complementary Metal Oxide Sensor) image sensor is known (see, for example, Patent Document 1).
本開示は、ノイズが抑制された撮像装置および撮像システムを提供する。 The present disclosure provides an image pickup apparatus and an image pickup system in which noise is suppressed.
本開示の一態様に係る撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に位置し、この順に積層された第1電極、絶縁層、半導体層、光電変換層および第2電極と、前記光電変換層から離間して配置され、前記半導体層を介して前記光電変換層に電気的に接続される第3電極と、前記光電変換層と前記第3電極との間に位置し、平面視において前記第3電極の少なくとも一部と重なり、前記光電変換層内で生成された信号電荷をブロックするブロッキング層と、を備え、前記第1電極の少なくとも一部は、平面視において前記ブロッキング層と重ならない。 The image pickup apparatus according to one aspect of the present disclosure includes a semiconductor substrate, a first electrode, an insulating layer, a semiconductor layer, a photoelectric conversion layer and a second electrode, which are located above the semiconductor substrate and are laminated in this order, and the photoelectric. The third electrode, which is arranged apart from the conversion layer and is electrically connected to the photoelectric conversion layer via the semiconductor layer, is located between the photoelectric conversion layer and the third electrode, and is located in a plan view. A blocking layer that overlaps with at least a part of the third electrode and blocks the signal charge generated in the photoelectric conversion layer is provided, and at least a part of the first electrode overlaps with the blocking layer in a plan view. It doesn't become.
本開示の一態様に係る撮像システムは、前記撮像装置と、光を前記撮像装置に集光する光学系と、前記撮像装置が出力する信号を処理する処理回路と、を備える。 The imaging system according to one aspect of the present disclosure includes the imaging device, an optical system that concentrates light on the imaging device, and a processing circuit that processes a signal output by the imaging device.
本開示によれば、ノイズが抑制された撮像装置および撮像システムを提供する。 According to the present disclosure, an image pickup apparatus and an image pickup system in which noise is suppressed are provided.
(本開示の基礎になった知見)
本発明者らは、従来の撮像装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
(Findings underlying this disclosure)
The present inventors have found that the following problems arise with respect to the conventional imaging device.
特許文献1に開示された撮像装置では、読み出し電極に対向する部分の光電変換層を覆うように遮光膜が設けられている。これにより、読み出し電極に近い領域での光電変換を抑え、余分な信号電荷が読み出し電極に転送されるのを抑制している。
In the image pickup apparatus disclosed in
しかしながら、読み出し電極上の光電変換層には、斜め方向からも光が入射する。このような入射光によって発生した信号電荷は、読み出し電極に混入し、ノイズとなり得る。本発明者らは、この課題に対して鋭意検討を行い、本開示を想到した。 However, light is incident on the photoelectric conversion layer on the readout electrode even from an oblique direction. The signal charge generated by such incident light can be mixed in the readout electrode and become noise. The present inventors have diligently studied this subject and came up with the present disclosure.
本開示の一態様に係る撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に位置し、この順に積層された第1電極、絶縁層、半導体層、光電変換層および第2電極と、前記光電変換層から離間して配置され、前記半導体層を介して前記光電変換層に電気的に接続される第3電極と、前記光電変換層と前記第3電極との間に位置し、平面視において前記第3電極の少なくとも一部と重なり、前記光電変換層内で生成された信号電荷をブロックするブロッキング層と、を備える。前記第1電極の少なくとも一部は、平面視において前記ブロッキング層と重ならない。 The image pickup apparatus according to one aspect of the present disclosure includes a semiconductor substrate, a first electrode, an insulating layer, a semiconductor layer, a photoelectric conversion layer and a second electrode, which are located above the semiconductor substrate and are laminated in this order, and the photoelectric. The third electrode, which is arranged apart from the conversion layer and is electrically connected to the photoelectric conversion layer via the semiconductor layer, is located between the photoelectric conversion layer and the third electrode, and is located in a plan view. A blocking layer that overlaps with at least a part of the third electrode and blocks the signal charge generated in the photoelectric conversion layer is provided. At least a part of the first electrode does not overlap with the blocking layer in a plan view.
これにより、光電変換層内の平面視において第3電極と重なる領域で発生した信号電荷をブロッキング層によってブロックすることができる。したがって、斜め方向からの光が入射したとしても信号電荷の第3電極への混入を抑制することができる。このように、本態様に係る撮像装置によれば、電荷の混入に起因するノイズを抑制することができる。 As a result, the signal charge generated in the region overlapping the third electrode in the plan view in the photoelectric conversion layer can be blocked by the blocking layer. Therefore, even if light from an oblique direction is incident, it is possible to suppress the mixing of signal charges into the third electrode. As described above, according to the image pickup apparatus according to this aspect, it is possible to suppress noise caused by the mixing of electric charges.
また、例えば、前記ブロッキング層は、前記半導体層と前記第3電極との間に位置してもよい。 Further, for example, the blocking layer may be located between the semiconductor layer and the third electrode.
これにより、ブロッキング層によって信号電荷が第3電極に混入するのを抑制することができるので、電荷の混入に起因するノイズを抑制することができる。 As a result, it is possible to suppress the signal charge from being mixed into the third electrode by the blocking layer, so that noise caused by the charge mixing can be suppressed.
また、例えば、前記ブロッキング層は、前記光電変換層と前記半導体層との間に位置してもよい。 Further, for example, the blocking layer may be located between the photoelectric conversion layer and the semiconductor layer.
これにより、ブロッキング層によって信号電荷が第3電極に混入するのを抑制することができるので、電荷の混入に起因するノイズを抑制することができる。 As a result, it is possible to suppress the signal charge from being mixed into the third electrode by the blocking layer, so that noise caused by the charge mixing can be suppressed.
また、例えば、前記ブロッキング層は、前記光電変換層と前記第3電極とに接してもよい。 Further, for example, the blocking layer may be in contact with the photoelectric conversion layer and the third electrode.
これにより、ブロッキング層によって信号電荷が第3電極に混入するのを抑制することができるので、電荷の混入に起因するノイズを抑制することができる。 As a result, it is possible to suppress the signal charge from being mixed into the third electrode by the blocking layer, so that noise caused by the charge mixing can be suppressed.
また、例えば、前記ブロッキング層は、平面視において、前記第3電極より面積が大きく、前記第3電極の全体と重なっていてもよい。 Further, for example, the blocking layer may have a larger area than the third electrode in a plan view and may overlap with the entire third electrode.
これにより、ブロッキング層の端部と第3電極との距離が離れるので、ブロッキング層を回り込んで第3電極に混入する信号電荷を抑制することができる。このため、電荷の混入に起因するノイズを一層抑制することができる。 As a result, the distance between the end of the blocking layer and the third electrode is increased, so that the signal charge that wraps around the blocking layer and is mixed in the third electrode can be suppressed. Therefore, noise caused by the mixing of electric charges can be further suppressed.
また、例えば、前記第3電極は、平面視において前記第1電極と重ならなくてもよい。 Further, for example, the third electrode does not have to overlap with the first electrode in a plan view.
これにより、信号電荷の蓄積用の第1電極と信号電荷の収集用の第3電極とを離すことができるので、第3電極に混入する信号電荷を抑制することができる。 As a result, the first electrode for accumulating the signal charge and the third electrode for collecting the signal charge can be separated from each other, so that the signal charge mixed in the third electrode can be suppressed.
また、例えば、前記第2電極は、前記ブロッキング層および前記光電変換層を介して前記第3電極に対向してもよい。 Further, for example, the second electrode may face the third electrode via the blocking layer and the photoelectric conversion layer.
これにより、第2電極のパターニングが必要なくなるので、第2電極の膜質を高めることができる。例えば、第2電極の抵抗成分を小さくすることができるので、第2電極内での電圧降下を抑制することができ、第2電極の面内で均一な電位分布を実現しやすくなる。これにより、生成される電荷のばらつきを抑制し、良好な画像を生成することができる。 This eliminates the need for patterning of the second electrode, so that the film quality of the second electrode can be improved. For example, since the resistance component of the second electrode can be reduced, the voltage drop in the second electrode can be suppressed, and it becomes easy to realize a uniform potential distribution in the plane of the second electrode. As a result, it is possible to suppress variations in the generated charges and generate a good image.
また、例えば、前記ブロッキング層は、絶縁性を有してもよい。 Further, for example, the blocking layer may have an insulating property.
これにより、電子および正孔の両方をブロックすることができるので、ノイズを一層抑制することができる。 As a result, both electrons and holes can be blocked, so that noise can be further suppressed.
また、例えば、前記ブロッキング層は、遮光性を有してもよい。 Further, for example, the blocking layer may have a light-shielding property.
これにより、第3電極によって光が反射されて隣接画素に伝搬されるのを抑制することができるので、画素間での混色などを抑制することができる。 As a result, it is possible to suppress the light from being reflected by the third electrode and propagating to the adjacent pixels, so that it is possible to suppress color mixing between the pixels.
また、例えば、前記絶縁層、前記半導体層および前記光電変換層を介して前記第2電極に対向する第4電極をさらに備えてもよい。前記第4電極は、平面視において前記第1電極と前記第3電極との間に位置してもよい。 Further, for example, a fourth electrode facing the second electrode may be further provided via the insulating layer, the semiconductor layer, and the photoelectric conversion layer. The fourth electrode may be located between the first electrode and the third electrode in a plan view.
これにより、第4電極に印加される電位によって、第3電極への信号電荷の転送を制御することができる。したがって、本態様に係る撮像装置によれば、電荷の混入によるノイズを抑制することができるだけでなく、転送効率を向上させることができる。 Thereby, the transfer of the signal charge to the third electrode can be controlled by the potential applied to the fourth electrode. Therefore, according to the image pickup apparatus according to this aspect, not only can noise due to the mixing of electric charges be suppressed, but also transfer efficiency can be improved.
また、例えば、前記第1電極は、平面視において、その全体が前記ブロッキング層と重ならなくてもよい。 Further, for example, the first electrode does not have to overlap the blocking layer as a whole in a plan view.
これにより、光電変換層内の、第1電極と第2電極との間に位置する領域で発生した信号電荷は、ブロッキング層によってブロックされることなく半導体層へ移動できる。これにより、光電変換層内で発生した信号電荷を有効に利用することができる。 As a result, the signal charge generated in the region located between the first electrode and the second electrode in the photoelectric conversion layer can be transferred to the semiconductor layer without being blocked by the blocking layer. As a result, the signal charge generated in the photoelectric conversion layer can be effectively used.
また、例えば、前記半導体基板は、平面視において前記第1電極と重なる光電変換部を含んでもよい。 Further, for example, the semiconductor substrate may include a photoelectric conversion unit that overlaps with the first electrode in a plan view.
これにより、電荷の混入によるノイズを抑制することができるだけでなく、例えば光電変換層と光電変換部とが互いに異なる波長成分に感度を有する場合、複数の波長成分の各々の信号を取り出すことができる。これにより、撮像装置の色解像度を向上させることができる。 As a result, not only can noise due to the mixing of electric charges be suppressed, but also, for example, when the photoelectric conversion layer and the photoelectric conversion unit have sensitivity to different wavelength components, each signal of a plurality of wavelength components can be extracted. .. Thereby, the color resolution of the image pickup apparatus can be improved.
また、例えば、前記半導体基板は、拡散領域を含み、前記第3電極は、前記拡散領域に電気的に接続されていてもよい。 Further, for example, the semiconductor substrate may include a diffusion region, and the third electrode may be electrically connected to the diffusion region.
これにより、光電変換層で生成された信号電荷を一時的に蓄積することができる。 As a result, the signal charge generated in the photoelectric conversion layer can be temporarily accumulated.
また、例えば、前記半導体基板は、一方の面から他方の面に貫通する貫通電極をさらに含み、前記第3電極は、前記貫通電極を介して前記拡散領域に電気的に接続されてもよい。 Further, for example, the semiconductor substrate may further include a through electrode penetrating from one surface to the other surface, and the third electrode may be electrically connected to the diffusion region via the through electrode.
これにより、例えば、裏面照射型の撮像装置を実現することができる。 Thereby, for example, a back-illuminated image pickup apparatus can be realized.
また、本開示に係る撮像システムは、上記各態様に係る撮像装置と、光を前記撮像装置に集光する光学系と、前記撮像装置が出力する信号を処理する処理回路と、を備える。 Further, the imaging system according to the present disclosure includes an imaging device according to each of the above aspects, an optical system that collects light on the imaging device, and a processing circuit that processes a signal output by the imaging device.
これにより、撮像装置の場合と同様に、電荷の混入に起因するノイズを抑制することができ、良好な画像を生成することができる。 As a result, noise caused by the mixing of electric charges can be suppressed and a good image can be generated, as in the case of the image pickup apparatus.
以下では、実施の形態に係る撮像装置および撮像システムを、図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, the image pickup apparatus and the image pickup system according to the embodiment will be specifically described with reference to the drawings.
以下の説明では、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細な説明、および、実質的に同一の構成に対する重複説明などは、省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 In the following description, an unnecessarily detailed description may be omitted. For example, detailed explanations of already well-known matters and duplicate explanations for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid unnecessary redundancy of the following description and to facilitate the understanding of those skilled in the art.
また、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 In addition, all of the embodiments described below show comprehensive or specific examples. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, step order, and the like shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Further, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims will be described as arbitrary components.
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。 Further, each figure is a schematic view and is not necessarily exactly illustrated. Therefore, for example, the scales and the like do not always match in each figure. Further, in each figure, substantially the same configuration is designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted or simplified.
また、本明細書において、要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。 Further, in the present specification, the term indicating the shape of an element and the numerical range mean not only an expression expressing only a strict meaning but also a substantially equivalent range, for example, a difference of about several percent. It is an expression.
また、本明細書において、「平面視」とは、特に断りの無い限り、半導体基板の主面をその法線方向から見ることをいう。また、半導体基板の主面の法線方向は、「厚み方向」または「積層方向」と記載される場合がある。 Further, in the present specification, "planar view" means to see the main surface of the semiconductor substrate from the normal direction unless otherwise specified. Further, the normal direction of the main surface of the semiconductor substrate may be described as "thickness direction" or "lamination direction".
また、本明細書において、「上方」および「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)および下方向(鉛直下方)を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」および「下方」という用語は、2つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて2つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、2つの構成要素が互いに密着して配置されて2つの構成要素が接する場合にも適用される。 Further, in the present specification, the terms "upper" and "lower" do not refer to the upward direction (vertically upward) and the downward direction (vertically downward) in absolute spatial recognition, but are based on the stacking order in the stacking configuration. It is used as a term defined by the relative positional relationship with. Also, the terms "upper" and "lower" are used not only when the two components are spaced apart from each other and another component exists between the two components, but also when the two components It also applies when the two components are placed in close contact with each other and touch each other.
また、本明細書において説明される種々の態様は、矛盾が生じない限り、互いに組み合わせることが可能である。 Also, the various aspects described herein can be combined with each other as long as there is no conflict.
本明細書では、第1、第2、第3・・・という序数詞を用いることがある。ある要素に序数詞が付されている場合に、より若番の同種類の要素が存在することは必須ではない。必要に応じて序数詞の番号を変更することができる。 In the present specification, the ordinal numbers such as first, second, third ... May be used. If an element has an ordinal number, it is not essential that a younger element of the same type exists. The ordinal numbers can be changed as needed.
(実施の形態1)
[構成]
まず、実施の形態1に係る撮像装置の構成について、図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る撮像装置100の断面図である。
(Embodiment 1)
[composition]
First, the configuration of the image pickup apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of the
図1に示されるように、撮像装置100は、半導体基板110と、絶縁層120と、半導体層130と、光電変換層140と、対向電極150と、封止膜151と、画素電極160と、プラグ161と、ブロッキング層170と、拡散領域180と、配線層181と、電荷蓄積電極190と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
半導体基板110は、拡散領域180と、電荷検出回路(図示せず)とを含んでいる。半導体基板110の上方には、配線層181、絶縁層120、半導体層130、光電変換層140、対向電極150、封止膜151がこの順に積層されている。半導体基板110は、例えばシリコンを含む。
The
拡散領域180は、半導体基板110の表面近傍に形成された不純物領域である。拡散領域180は、半導体基板110を構成する半導体の導電型とは異なる導電型の不純物を、半導体基板110の表面近くに添加することによって形成される。例えば、拡散領域180は、半導体基板110がp型Si基板である場合、n型不純物が添加されることによって形成される。拡散領域180は、例えば、電荷検出回路が含む読み出しトランジスタなどの各種トランジスタに電気的に接続されている。
The
電荷検出回路(図示せず)は、例えばCMOSトランジスタを複数組み合わせて形成される。電荷検出回路は、例えば、拡散領域180に転送された信号電荷に対応する信号を出力する増幅トランジスタと、拡散領域180をリセットするリセットトランジスタとを備えている。
The charge detection circuit (not shown) is formed by, for example, combining a plurality of CMOS transistors. The charge detection circuit includes, for example, an amplification transistor that outputs a signal corresponding to the signal charge transferred to the
絶縁層120は、電荷蓄積電極190と半導体層130とを電気的に分離する層であり、配線層181上に設けられている。絶縁層120は、例えば、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、ケイ酸ハフニウム、ケイ酸ジルコニウム、酸化ハフニウムもしくはジルコニアなどのうちの1種類を含む単層膜、または、これらのうち2種類以上を含む積層膜により構成されている。絶縁層120は、遮光性を有していてもよく、光を透過可能であってもよい。
The insulating
なお、配線層181は、1つ以上の層間絶縁層と、導電性を有する配線およびビア導体とを含んでいる。配線およびビア導体は、銅などの金属、または、導電性ポリシリコンなどの導電性材料を用いて形成される。層間絶縁層は、絶縁層120に使用可能な材料から選択された絶縁性材料を用いて形成される。
The
半導体層130は、半導体基板110の上方に位置している。半導体層130は、絶縁層120の上面に接触して設けられている。本実施の形態では、半導体層130は、絶縁層120の上面と、画素電極160の側面と、ブロッキング層170の上面および側面とを覆っている。これにより、ブロッキング層170および画素電極160はいずれも、光電変換層140には接触しない。
The
半導体層130は、光電変換層140で生成した信号電荷が蓄積される領域、および、信号電荷が転送される経路として機能する。具体的には、半導体層130は、光電変換層140と画素電極160との電気的な接続を行う。電気的な接続とは、常時、又は、少なくとも所定のタイミングで電気的に導通可能であることを意味する。本実施の形態では、電荷蓄積電極190と画素電極160との電位差が制御されることによって、電荷蓄積電極190の直上方向の半導体層130に蓄積される信号電荷が画素電極160に転送される。
The
半導体層130は、例えば、光電変換層140よりも信号電荷の移動度が高い材料を含む。半導体層130は、例えば、InGaZnOもしくはInWZnOなどの酸化物半導体材料、シリコンカーバイド、グラフェン、フォスフォレン、ゲルマネン、プランベン、スタネンもしくは遷移金属ダイカルコゲナイドなどの層状物質、または、半導体型カーボンナノチューブを含む。半導体層130は、単膜であってもよく、積層された複数の膜を有してもよい。
The
光電変換層140は、上方から入射した光を、光の量に応じた量の正孔−電子対に変換する。対向電極150と配線層181の一部である電荷蓄積電極190との間に電位差を設けることにより、正孔および電子のいずれか一方を、信号電荷として電荷蓄積電極190上方の絶縁層120と半導体層130との境界部分に蓄積することができる。
The
光電変換層140は、有機材料、または、カーボンナノチューブ、量子ドットもしくはアモルファスシリコンなどの無機材料を含む。光電変換層140は、有機材料を含む層と無機材料を含む層とを含んでいてもよい。有機材料を含む層は、例えば、p型有機半導体を含む層とn型有機半導体を含む層とが積層された構成を含んでいてもよい。あるいは、有機材料を含む層は、p型有機半導体とn型有機半導体とが混合された構成を含んでいてもよい。
The
p型有機半導体としては、電子供与性のある有機化合物を用いることができる。電子供与性のある有機化合物としては、ポリアセン誘導体、チオフェン誘導体、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、カルバゾール誘導体、アニリン誘導体またはトリアリルアミン誘導体などが挙げられる。n型有機半導体としては、電子受容性のある化合物を用いることができる。電子受容性のある化合物としては、窒素原子、酸素原子もしくは硫黄原子を含有する5員から7員のヘテロ環化合物、縮合芳香族炭素環化合物、ポリアリーレン化合物、または、フラーレン誘導体などが挙げられる。光電変換層140は、例えば特定の可視光に感度を持つ光電変換層である。あるいは、光電変換層140は、赤外光に感度を持つ光電変換層であってもよい。
As the p-type organic semiconductor, an organic compound having an electron donating property can be used. Examples of the electron-donating organic compound include polyacene derivatives, thiophene derivatives, phthalocyanine derivatives, naphthalocyanine derivatives, perylene derivatives, carbazole derivatives, aniline derivatives and triallylamine derivatives. As the n-type organic semiconductor, a compound having electron acceptability can be used. Examples of the electron-accepting compound include a 5- to 7-membered heterocyclic compound containing a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom, a condensed aromatic carbocyclic compound, a polyarylene compound, a fullerene derivative and the like. The
対向電極150は、半導体基板110の上方に位置する第2電極の一例である。対向電極150は、光電変換層140で生成した電子および正孔のうち、信号電荷として利用されない電荷を捕集する。対向電極150は、光を透過可能な導電性材料を含む。対向電極150は、例えばインジウム錫酸化物(ITO)から形成される。
The
本実施の形態では、対向電極150は、平面視において、画素電極160および電荷蓄積電極190と重なっている。具体的には、対向電極150は、光電変換層140、半導体層130およびブロッキング層170を介して画素電極160と対向している。
In the present embodiment, the
画素電極160は、光電変換層140から離間して配置され、半導体層130を介して光電変換層140に電気的に接続される第3電極の一例である。画素電極160は、半導体基板110の上方に位置している。具体的には、画素電極160は、絶縁層120の上面に接触して設けられている。画素電極160の側面は、半導体層130と接触している。画素電極160の上面は、ブロッキング層170に覆われており、半導体層130とは接触していない。
The
画素電極160は、例えば窒化チタン(TiN)を含む。Tiの単体およびTiの化合物は化学的に安定である。そのため、Tiの単体または化合物は、分解されて半導体層130に悪影響を与える可能性が小さい。画素電極160は、窒化タンタル(TaN)などの他の金属窒化物を含んでもよい。
The
画素電極160は、拡散領域180に電気的に接続されている。具体的には、画素電極160は、絶縁層120に設けられたプラグ161および配線層181を介して、拡散領域180および電荷検出回路(図示せず)と電気的に接続されている。プラグ161は、導電性を有し、絶縁層120を貫通している。プラグ161は、画素電極160と拡散領域180との電気的な接続を行う。プラグ161は、例えばTaNまたはTiNなどの金属窒化膜からなるバリアメタル膜と、銅(Cu)またはタングステン(W)からなる金属膜とを含む。バリアメタル膜は、金属膜と絶縁層120との間に介在しており、金属膜を構成する材料が絶縁層120に拡散するのを抑制する。
The
ブロッキング層170は、光電変換層140と画素電極160との間に位置し、平面視において画素電極160の少なくとも一部と重なる。本実施の形態では、ブロッキング層170は、半導体層130と画素電極160との間に位置している。具体的には、ブロッキング層170は、画素電極160の上面に接触して設けられている。
The
ブロッキング層170は、平面視において画素電極160と重なっている。例えば、ブロッキング層170は、平面視において、その輪郭が画素電極160の輪郭と一致している。つまり、ブロッキング層170の側面と画素電極160の側面とは面一である。
The
ブロッキング層170は、光電変換層140内で生成された信号電荷をブロックする。具体的には、ブロッキング層170は、信号電荷が、所定のタイミング以外で画素電極160に移動するのを抑制する。
The
ブロッキング層170は、遮光性を有していてもよい。ブロッキング層170が遮光性を有することで、入射光が光電変換層140内で十分に吸収されなかった場合に、画素電極160で反射されて隣接画素に伝搬されることで生じる混色を抑制することができる。
The
ブロッキング層170は、絶縁性を有する。ブロッキング層170は、例えばTEOS、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、ケイ酸ハフニウム、ケイ酸ジルコニウム、酸化ハフニウムもしくはジルコニアなどのうちの1種類を含む単層膜、または、これらのうち2種類以上を含む積層膜である。遮光性を有するブロッキング層170としては、例えば、カーボンブラックまたは有機顔料を分散させた絶縁性樹脂材料を用いることができる。
The
なお、ブロッキング層170は、信号電荷をブロックできればよく、信号電荷とは逆極性の電荷をブロックしなくてもよい。例えば、信号電荷として正孔を利用する場合、ブロッキング層170は、正孔をブロックし、電子を通過させる正孔ブロッキング層であってもよい。あるいは、信号電荷として電子を利用する場合、ブロッキング層170は、電子をブロックし、正孔を通過させる電子ブロッキング層であってもよい。
The
電荷蓄積電極190は、半導体基板110の上方に位置する第1電極の一例である。電荷蓄積電極190は、光電変換層140および半導体層130を介して対向電極150に対向している。電荷蓄積電極190は、光電変換層140内で生成された電子および正孔のうち、信号電荷として利用する電荷を蓄積するために用いられる。
The
電荷蓄積電極190の少なくとも一部は、平面視においてブロッキング層170と重ならない。本実施の形態では、電荷蓄積電極190は、平面視において、その全体がブロッキング層170と重ならない。つまり、平面視において、ブロッキング層170と電荷蓄積電極190とは重なることなく、離間して設けられている。電荷蓄積電極190は、例えば、平面視において画素電極160よりも大きい。
At least a portion of the
なお、封止膜151上にカラーフィルターおよびマイクロレンズなどが設けられてもよい。また、画素電極160の直上方向、すなわち、平面視において画素電極160に重なる位置には、遮光膜が設けられてもよい。遮光膜は、例えば封止膜151の上面に設けられてもよい。
A color filter, a microlens, or the like may be provided on the
[動作]
次に、本実施の形態に係る撮像装置100の動作について説明する。
[motion]
Next, the operation of the
本実施の形態に係る撮像装置100の動作には、信号電荷を蓄積する露光工程と、蓄積した信号電荷を読み出す読み出し工程とが含まれる。読み出し工程は、露光工程の後に行われる。
The operation of the
露光工程では、信号電荷として正孔を利用する場合、電荷蓄積電極190よりも対向電極150の電位を高く設定する。例えば、電荷蓄積電極190の電位よりも10V程度高い電圧が対向電極150に印加される。これにより、光電変換層140内で生成された電子および正孔のうち、正孔が電荷蓄積電極190に引き寄せられて半導体層130と絶縁層120との境界部分に蓄積される。電子は、対向電極150によって捕集される。
In the exposure step, when holes are used as signal charges, the potential of the
その後、読み出し工程では、画素電極160よりも電荷蓄積電極190の電位を高く設定することにより、電荷蓄積電極190の上方の絶縁層120と半導体層130との境界部分に蓄積された正孔を、画素電極160を介して拡散領域180へ所定のタイミングで転送することができる。例えば、画素電極160の電位よりも3V程度高い電圧が、電荷蓄積電極190に印加される。拡散領域180へ転送された正孔は、電荷検出回路により読み出される。
After that, in the readout step, by setting the potential of the
なお、信号電荷としては、電子を利用してもよい。電子を利用する場合、電荷蓄積電極190と対向電極150および画素電極160の各々との電位差を、正孔を利用する場合の逆極性になるように各電極に印加される電位が設定されればよい。
As the signal charge, electrons may be used. When electrons are used, if the potential difference between the
本実施の形態に係る撮像装置100によれば、露光工程において、光電変換層140内における領域であって、画素電極160の直上方向に位置する領域、すなわち、画素電極160に平面視で重なる領域に光が入射したとしても、生成される信号電荷は、ブロッキング層170によってブロックされる。つまり、信号電荷は、光電変換層140から半導体層130に移動したとしても、ブロッキング層170が画素電極160の上面を覆っているので、そのまま画素電極160の上面には到達しない。信号電荷は、電荷蓄積電極190に印加された電圧によって引き寄せられて、電荷蓄積電極190の上方領域に蓄積される。
According to the
このように、ブロッキング層170が設けられていることによって、露光工程で信号電荷が画素電極160に移動するのを抑制することができる。したがって、望ましくないタイミングで電荷が電荷検出回路に混入するのを抑制することができる。このように、本実施の形態に係る撮像装置100によれば、電荷の混入に起因するノイズを抑制することができる。
By providing the
[製造方法]
次に、本実施の形態に係る撮像装置100の製造方法について、図2から図7を用いて説明する。
[Production method]
Next, a method of manufacturing the
図2から図7はそれぞれ、実施の形態1に係る撮像装置100の製造方法の各工程を表す断面図である。以下の説明においては、形成工程を中心に説明する。なお、半導体基板110と、拡散領域180と、電荷検出回路(図示せず)と、電荷蓄積電極190を含む配線層181との各々の製造工程については、通常のロジックCMOSの製造工程と同様であるため、説明を省略する。
2 to 7 are cross-sectional views showing each step of the manufacturing method of the
まず、図2に示されるように、配線層181の上方に、例えば化学的気相堆積(CVD)法を用いて絶縁層120を形成する。続いて、リソグラフィー法を用いて、絶縁層120の上方にレジストパターンを形成する。レジストパターンは、プラグ161を形成するためのビアパターンを有する。ドライエッチングにより、絶縁層120に、配線層181の上面を露出させるビアを形成する。その後、レジストパターンをアッシングにより除去する。
First, as shown in FIG. 2, an insulating
続いて、CVD法および物理的気相堆積(PVD)法などを用いて、プラグ161を構成する金属材料を堆積し、その後、化学機械研磨(CMP)法を用いて、絶縁層120の上面を平坦化する。これにより、図3に示されるように、プラグ161を形成する。プラグ161の上面と絶縁層120の上面とは面一になる。
Subsequently, the metal material constituting the
次に、CVD法、リソグラフィー法およびドライエッチングを繰り返すことで、図4に示されるように、画素電極160とブロッキング層170とをこの順に形成する。例えば、画素電極160を構成する窒化チタン膜などの導電膜と、ブロッキング層170を構成する絶縁膜とを順に成膜した後、リソグラフィー法およびドライエッチングによって、絶縁膜および導電膜を連続的にパターニングする。これにより、画素電極160とブロッキング層170との平面視形状および大きさを実質的に同じにすることができる。なお、画素電極160を構成する導電膜は、スパッタ法によって成膜されてもよい。
Next, by repeating the CVD method, the lithography method, and the dry etching, the
次に、CVD法またはスパッタ法などを用いて、図5に示されるように、半導体層130を形成する。本実施の形態では、画素電極160およびブロッキング層170を覆うように、絶縁層120の上面全体に、半導体層130を構成する半導体膜を成膜する。成膜された半導体膜の上面を研磨して平坦化することにより、上面が平坦な半導体層130を形成する。なお、半導体層130の上面は平坦でなくてもよく、画素電極160およびブロッキング層170に起因する凹凸が形成されていてもよい。
Next, the
次に、真空蒸着法またはスピンコート法などを用いて、図6に示されるように、光電変換層140を形成する。
Next, the
次に、スパッタ法などを用いて、図7に示されるように、対向電極150を形成する。
Next, the
その後、原子層堆積法またはCVD法などを用いて、封止膜151を形成する。封止膜151は、例えば酸化アルミニウム(AlO)または酸化窒化シリコン(SiON)などから形成される。
Then, the sealing
以上により、図1に示される撮像装置100が製造される。
As described above, the
(実施の形態2)
続いて、実施の形態2に係る撮像装置について説明する。実施の形態2に係る撮像装置では、ブロッキング層が設けられている位置および大きさが実施の形態1とは主として異なる。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
(Embodiment 2)
Subsequently, the image pickup apparatus according to the second embodiment will be described. In the image pickup apparatus according to the second embodiment, the position and size of the blocking layer provided are mainly different from those of the first embodiment. In the following, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the common points will be omitted or simplified.
図8は、本実施の形態に係る撮像装置200の断面図である。図8に示されるように、本実施の形態に係る撮像装置200は、実施の形態1に係る撮像装置100と比較して、ブロッキング層170の代わりにブロッキング層270を備える。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
ブロッキング層270は、光電変換層140と半導体層130との間に位置している。具体的には、ブロッキング層270は、半導体層130の平坦な上面に接触して設けられている。
The
ブロッキング層270は、平面視において、画素電極160と重なる。本実施の形態では、ブロッキング層270は、平面視において、画素電極160より面積が大きく、画素電極160の全体と重なっている。つまり、平面視において、画素電極160の全体が画素電極160の輪郭の内側に位置している。なお、ブロッキング層270の平面視形状および大きさは、画素電極160と同じであってもよい。
The
また、ブロッキング層270は、平面視において、電荷蓄積電極190の少なくとも一部とは重ならない。本実施の形態では、ブロッキング層270における電荷蓄積電極190に最も近い端部は、電荷蓄積電極190における画素電極160に最も近い端部に近接している。具体的には、平面視において、ブロッキング層270の輪郭の一部は、電荷蓄積電極190の輪郭の一部と一致している。輪郭の一部同士は一致しているが、ブロッキング層270と電荷蓄積電極190とは、平面視において互いに重なっていない。
Further, the
撮像装置200の動作は、実施の形態1に係る撮像装置100の動作と同じである。したがって、露光工程において、ブロッキング層270は、光電変換層140内で発生した信号電荷が、読み出しを行うタイミング以外で画素電極160に移動するのを抑制する。これにより、撮像装置200によれば、撮像装置100と同様に、電荷の混入に起因するノイズを抑制することができる。
The operation of the
撮像装置200の製造方法は、実施の形態1に係る撮像装置100の製造方法と同様である。図4に示される工程において、画素電極160のみを形成し、図5に示される半導体層130を形成した後に、ブロッキング層270を形成する。これにより、本実施の形態に係る撮像装置200が製造される。
The manufacturing method of the
(実施の形態3)
続いて、実施の形態3に係る撮像装置について説明する。実施の形態3に係る撮像装置では、ブロッキング層が設けられている位置および大きさ、ならびに、半導体層の形状が実施の形態1および2とは主として異なる。以下では、実施の形態1および2との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
(Embodiment 3)
Subsequently, the image pickup apparatus according to the third embodiment will be described. In the image pickup apparatus according to the third embodiment, the position and size of the blocking layer and the shape of the semiconductor layer are mainly different from those of the first and second embodiments. In the following, the differences from the first and second embodiments will be mainly described, and the common points will be omitted or simplified.
図9は、本実施の形態に係る撮像装置300の断面図である。図9に示されるように、本実施の形態に係る撮像装置300は、実施の形態1に係る撮像装置100と比較して、半導体層130およびブロッキング層170の代わりに、半導体層330およびブロッキング層370を備える。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the
半導体層330は、画素電極160の上面を覆わずに、側面を覆っている。具体的には、半導体層330の上面と画素電極160の上面とは面一である。半導体層330の厚さと画素電極160の厚さとは互いに等しい。
The
ブロッキング層370は、光電変換層140と画素電極160との間に位置している。具体的には、ブロッキング層370は、光電変換層140と画素電極160とに接している。また、ブロッキング層370は、半導体層330の一部にも接している。
The
ブロッキング層370は、平面視において画素電極160と重なる。本実施の形態では、ブロッキング層370は、平面視において、画素電極160より面積が大きく、画素電極160の全体と重なっている。具体的には、ブロッキング層370は、画素電極160の上面を完全に覆っており、かつ、半導体層330の上面の一部を覆っている。ブロッキング層370は、画素電極160の上面と半導体層330の上面との境界に跨るように設けられている。なお、ブロッキング層370の平面視形状および大きさは、画素電極160と同じであってもよい。
The
また、ブロッキング層370は、平面視において、電荷蓄積電極190の少なくとも一部とは重ならない。本実施の形態では、ブロッキング層370における電荷蓄積電極190に最も近い端部は、電荷蓄積電極190における画素電極160に最も近い端部に近接している。具体的には、平面視において、ブロッキング層370の輪郭の一部は、電荷蓄積電極190の輪郭の一部と一致している。輪郭の一部同士は一致しているが、ブロッキング層370と電荷蓄積電極190とは、平面視において互いに重なっていない。
Further, the
撮像装置300の動作は、実施の形態1に係る撮像装置100の動作と同じである。したがって、露光工程において、ブロッキング層370は、光電変換層140内で発生した信号電荷が、読み出しを行うタイミング以外で画素電極160に移動するのを抑制する。これにより、撮像装置300によれば、撮像装置100と同様に、電荷の混入に起因するノイズを抑制することができる。
The operation of the
撮像装置300の製造方法は、実施の形態1に係る撮像装置100の製造方法と同様である。図4に示される工程において、画素電極160のみを形成し、図5に示される半導体層330を形成した後、上面を平坦化する。これにより、画素電極160の上面と半導体層330の上面とが面一になる。この後、ブロッキング層370を形成する。これにより、本実施の形態に係る撮像装置300が製造される。
The manufacturing method of the
(実施の形態4)
続いて、実施の形態4に係る撮像装置について説明する。実施の形態4に係る撮像装置は、転送電極を備える点が実施の形態1などとは主として異なる。以下では、実施の形態1から3との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
(Embodiment 4)
Subsequently, the image pickup apparatus according to the fourth embodiment will be described. The image pickup apparatus according to the fourth embodiment is mainly different from the first embodiment in that it includes a transfer electrode. In the following, the differences from the first to third embodiments will be mainly described, and the common points will be omitted or simplified.
図10は、本実施の形態に係る撮像装置400の断面図である。図10に示されるように、本実施の形態に係る撮像装置400は、実施の形態1に係る撮像装置100と比較して、転送電極490をさらに備える。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the
転送電極490は、絶縁層120、半導体層130および光電変換層140を介して対向電極150に対向する第4電極の一例である。平面視において、電荷蓄積電極190と画素電極160との間に位置する。転送電極490は、平面視において、画素電極160および電荷蓄積電極190のいずれとも重なっていない。転送電極490と電荷蓄積電極190とは、離間して設けられている。図10に示される例では、転送電極490は、平面視において、ブロッキング層170とも重なっていない。
The
転送電極490は、電荷蓄積電極190と同じ配線層181内に位置している。具体的には、半導体基板110からの高さが、転送電極490の上面と電荷蓄積電極190の上面とで同じである。転送電極490の厚さと電荷蓄積電極190の厚さとは、互いに同じである。
The
転送電極490は、光電変換層140内に生成された信号電荷の画素電極160への移動を制御する。具体的には、転送電極490は、電荷蓄積電極190の上方に蓄積された信号電荷の移動を制御する。
The
例えば、信号電荷として正孔を利用する場合、露光工程では、電荷蓄積電極190よりも転送電極490の電位を高く設定する。これにより、正孔が画素電極160に意図せずに転送されることを抑制することができる。
For example, when holes are used as signal charges, the potential of the
読み出し工程では、転送電極490の電位を例えば画素電極160と電荷蓄積電極190との間の電位に設定する。これにより、画素電極160を介して拡散領域180へ信号電荷を効率良く転送することができる。
In the readout step, the potential of the
本実施の形態に係る撮像装置400では、電荷の混入に起因するノイズを抑制することができるだけでなく、信号電荷の転送効率を高めることができる。
In the
撮像装置400の製造方法は、実施の形態1に係る撮像装置100の製造方法と同様である。転送電極490は、例えば電荷蓄積電極190と同じ材料および同じ工程で形成される。
The manufacturing method of the
なお、図10に示される撮像装置400は、実施の形態1に係る撮像装置100がさらに転送電極490を備える構成であるが、実施の形態2に係る撮像装置200、または、実施の形態3に係る撮像装置300が同様に転送電極490を備えてもよい。
The
図11は、本実施の形態の変形例1に係る撮像装置401の断面図である。図11に示されるように、撮像装置401は、実施の形態2に係る撮像装置200と比較して、転送電極490をさらに備える。また、撮像装置401は、ブロッキング層270の代わりにブロッキング層470を備える。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the
ブロッキング層470は、図11に示されるように、平面視において、転送電極490と重なっている。具体的には、ブロッキング層470は、平面視において、画素電極160および転送電極490の各々の全体と重なっている。平面視において、ブロッキング層470は、電荷蓄積電極190とは重なっていない。具体的には、平面視において、ブロッキング層470の輪郭の一部は、電荷蓄積電極190の輪郭の一部に一致している。輪郭の一部同士は一致しているが、ブロッキング層470と電荷蓄積電極190とは、平面視において互いに重なっていない。
As shown in FIG. 11, the
図12は、本実施の形態の変形例2に係る撮像装置402の断面図である。図12に示されるように、撮像装置402は、実施の形態3に係る撮像装置300と比較して、転送電極490をさらに備える。また、撮像装置402は、ブロッキング層370の代わりにブロッキング層471を備える。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the
ブロッキング層471は、図12に示されるように、平面視において、転送電極490と重なっている。具体的には、ブロッキング層471は、平面視において、画素電極160および転送電極490の各々の全体と重なっている。ブロッキング層471は、画素電極160の上面および半導体層330の上面の一部の各々を覆っている。
As shown in FIG. 12, the
平面視において、ブロッキング層471は、電荷蓄積電極190とは重なっていない。具体的には、平面視において、ブロッキング層471の輪郭の一部は、電荷蓄積電極190の輪郭の一部に一致している。輪郭の一部同士は一致しているが、ブロッキング層471と電荷蓄積電極190とは、平面視において互いに重なっていない。
In plan view, the
以上のように、撮像装置401および402では、ブロッキング層470および471がそれぞれ、平面視において転送電極490と重なっている。このため、ブロッキング層470または471の直上方向で生成される信号電荷は、ブロッキング層470または471を回り込んで、画素電極160と転送電極490との間に到達しにくくなるので、意図しない電荷の混入を一層抑制することができる。
As described above, in the
(実施の形態5)
続いて、実施の形態5に係る撮像装置について説明する。実施の形態5に係る撮像装置では、半導体基板が光電変換部を含む点が実施の形態1に係る撮像装置と主として異なる。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
(Embodiment 5)
Subsequently, the image pickup apparatus according to the fifth embodiment will be described. The image pickup apparatus according to the fifth embodiment is mainly different from the image pickup apparatus according to the first embodiment in that the semiconductor substrate includes a photoelectric conversion unit. In the following, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the common points will be omitted or simplified.
図13は、本実施の形態に係る撮像装置500の断面図である。本実施の形態に係る撮像装置500では、半導体基板110が光電変換部510を含む。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the
光電変換部510は、無機材料を用いて半導体基板110内に形成された光電変換領域である。光電変換部510は、半導体基板110を構成する半導体の導電型とは異なる導電型の不純物を注入することによって形成された不純物領域である。例えば、半導体基板110がp型Si基板の場合、光電変換部510は、n型不純物を含む領域である。これにより、n型領域である光電変換部510とその周囲領域との境界部分には、pn接合が形成される。当該pn接合に光が入射することによって、光電変換部510では電子−正孔対が生成される。つまり、光電変換部510は、その周囲領域との間でpnフォトダイオードを形成している。
The
光電変換部510の周囲のp型領域は、半導体基板110の他の領域よりもp型不純物濃度が高くなっていてもよい。p型不純物およびn型不純物の不純物濃度を調整することにより、pn接合のバンドギャップを調整することができ、光電変換部の感度を調整することができる。
The p-type region around the
本実施の形態では、光電変換部510は、平面視において電荷蓄積電極190と重なっている。平面視において、光電変換部510は、電荷蓄積電極190と同等の大きさを有する。あるいは、光電変換部510は、平面視において、電荷蓄積電極190より大きくてもよい。
In the present embodiment, the
光電変換部510は、上方に位置する封止膜151、対向電極150、光電変換層140、半導体層130、絶縁層120および電荷蓄積電極190を透過した光によって信号電荷を生成し、蓄積する。そのため、封止膜151、対向電極150、光電変換層140、半導体層130、絶縁層120および電荷蓄積電極190はいずれも、光電変換部510が光電変換する波長領域に対して透光性を有する材料を選択して用いればよい。
The
例えば、光電変換部510がシリコンで形成されている場合、光電変換部510は、主に青色光と赤色光とに対して感度を有する。つまり、光電変換部510は、青色光および赤色光を光電変換することができる。この場合、例えば、光電変換層140を構成する材料として、キナクリドン誘導体とサブフタロシアニン誘導体とを用いる。これにより、光電変換層140は、主に緑色光に対して感度を有し、青色光および赤色光を透過させることができる。半導体層130を構成する材料として、InGaZnOなどの可視光に対して透明な酸化物半導体を用いる。対向電極150および電荷蓄積電極190の各々を構成する材料として、ITOなどの可視光に対して透明な材料を用いる。
For example, when the
これにより、撮像装置500に入射する光のうち緑色光を光電変換層140で光電変換し、青色光と赤色光とを光電変換部510で光電変換させることができる。つまり、光電変換層140で緑色光に対する信号電荷を生成し、光電変換部510で青色光または赤色光に対する信号電荷を生成するようなカラー撮像素子を実現することができる。なお、色分離性能を向上させるためのカラーフィルターが封止膜151上に画素ごとに設けられてもよい。
As a result, green light among the light incident on the
光電変換部510に蓄積された信号電荷は、例えば、トランジスタなどの電荷転送素子(図示せず)を介して半導体基板110に設けられた拡散領域へ転送され、電荷検出回路(図示せず)により読み出される。
The signal charge accumulated in the
本実施の形態に係る撮像装置500では、電荷の混入に起因するノイズを抑制することができるだけでなく、複数の波長成分に感度を有し、各々の信号を取り出すことができる。つまり、撮像装置500は、画像の色解像度を高めることができる。これにより、撮像装置500は、例えばカラー画像を生成することができる。
The
なお、半導体基板110には、複数の光電変換部が設けられていてもよい。例えば、注入される不純物濃度を調整することにより、pn接合のバンドギャップを調整して、感度を有する波長領域が異なる複数の光電変換部を形成することができる。例えば、赤色光に感度を有する光電変換部と、青色光に感度を有する光電変換部とを積層して形成することにより、RGBの3色に対応した撮像装置を実現することができる。あるいは、可視光と赤外光とを検出可能な撮像装置が実現されてもよい。
The
本実施の形態に係る撮像装置500は、実施の形態1に係る撮像装置100を変形した構成に相当する。実施の形態2から4およびその変形例に係る撮像装置200、300、400、401または402において、半導体基板110が光電変換部510を含んでもよい。
The
(実施の形態6)
続いて、実施の形態6に係る撮像装置について説明する。実施の形態6に係る撮像装置は、裏面照射型の撮像装置である点が実施の形態5とは主として相違する。以下では、実施の形態5との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
(Embodiment 6)
Subsequently, the image pickup apparatus according to the sixth embodiment will be described. The image pickup apparatus according to the sixth embodiment is mainly different from the fifth embodiment in that it is a back-illuminated image pickup apparatus. In the following, the differences from the fifth embodiment will be mainly described, and the common points will be omitted or simplified.
図14は、本実施の形態に係る撮像装置600の断面図である。本実施の形態に係る撮像装置600は、半導体基板110が上下反転して配置されている点が実施の形態5に係る撮像装置500と主に異なる。半導体基板110の主面111は、図13に示される撮像装置500における半導体基板110の裏面である。半導体基板110の主面112は、図13に示される撮像装置500における半導体基板110の表面である。つまり、主面112には、電荷検出回路などに含まれるトランジスタなどが形成されている。拡散領域180は、主面112に露出するように形成されている。
FIG. 14 is a cross-sectional view of the
本実施の形態に係る撮像装置600では、図14に示されるように、半導体基板110の主面111に、実施の形態5に係る撮像装置500と同様に、配線層181、絶縁層120、半導体層130、光電変換層140、対向電極150および封止膜151が順に積層されている。絶縁層120には、プラグ161が形成されており、プラグ161を覆うように画素電極160が設けられている。また、画素電極160の上面にブロッキング層170が設けられている。
In the
撮像装置600では、半導体基板110は、貫通電極610を含んでいる。貫通電極610は、半導体基板110の主面111から主面112まで貫通している。貫通電極610は、例えば、銅などの金属、または、導電化ポリシリコンなどの導電性を有する材料を用いて形成されている。本実施の形態では、画素電極160は、プラグ161、配線層181、貫通電極610および配線層680を介して、拡散領域180に電気的に接続されている。
In the
貫通電極610は、半導体基板110を貫通するビアに設けられ、絶縁層611によって被覆されている。絶縁層611は、貫通電極610と半導体基板110とが接触するのを防止するように、貫通電極610の側面の周囲全体を覆っている。絶縁層611は、例えば、TEOS、酸化シリコン、窒化シリコンもしくは酸窒化シリコンなどのうちの1種類よりなる単層膜、または、これらのうち2種類以上よりなる積層膜により構成されている。
The through silicon via 610 is provided on a via penetrating the
配線層680は、配線層181と同様に、1つ以上の層間絶縁層と、導電性を有する配線およびビア導体とを含んでいる。配線およびビア導体は、銅などの金属、または、導電性ポリシリコンなどの導電性材料を用いて形成される。層間絶縁層は、絶縁層120に使用可能な材料から選択された絶縁性材料を用いて形成される。
The
以上の構成により、本実施の形態に係る撮像装置600では、電荷の混入に起因するノイズを抑制することができるだけでなく、複数の波長成分に感度を有し、各々の信号を取り出すことができる。つまり、撮像装置600は、画像の色解像度を高めることができる。
With the above configuration, the
本実施の形態に係る撮像装置600は、半導体基板110に光電変換部510および拡散領域180などを形成した後、主面112側に配線層680を形成する。配線層680は、配線層181と同様の製造方法を用いて形成される。
The
次に、必要に応じて半導体基板110の裏面を研磨することにより、半導体基板110を薄型化する。その後、半導体基板110を貫通するビアを形成し、ビアの側面を絶縁層611で覆う。ビアは、例えばドライエッチングにより半導体基板110を主面111側から加工して形成する。絶縁層611は、例えばCVDなどによって形成される。その後、ビアの内部を導電性材料で充填することにより、貫通電極610が形成される。
Next, the
以降は、図2から図7で説明した順に、主面111側に配線層181、絶縁層120、画素電極160、ブロッキング層170、半導体層130、光電変換層140、対向電極150、および封止膜151を形成する。これによって、図14に示される撮像装置600が製造される。
Hereinafter, in the order described with reference to FIGS. 2 to 7, the
本実施の形態に係る撮像装置600は、実施の形態5に係る撮像装置500を変形した構成に相当する。実施の形態1から実施の形態4およびその変形例に係る撮像装置100、200、300、400、401または402において、同様の変形が適用されてもよい。
The
(実施の形態7)
続いて、実施の形態7に係る撮像システムについて説明する。実施の形態7に係る撮像システムは、実施の形態1から6に係る撮像装置を備えるシステムである。以下では、実施の形態1から6との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
(Embodiment 7)
Subsequently, the imaging system according to the seventh embodiment will be described. The imaging system according to the seventh embodiment is a system including the imaging devices according to the first to sixth embodiments. In the following, the differences from the first to sixth embodiments will be mainly described, and the common points will be omitted or simplified.
図15は、本実施の形態に係るカメラシステム700の構成例を模式的に示す図である。カメラシステム700は、撮像システムの一例であり、光学系710と、撮像装置100と、カメラ信号処理部720と、システムコントローラ730とを備える。
FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration example of the
光学系710は、例えばオートフォーカス用レンズ、ズーム用レンズおよび絞りを含んでいる。光学系710は、撮像装置100の撮像面に光を集光する。
The
カメラ信号処理部720は、撮像装置100からの出力信号を処理する信号処理回路として機能する。カメラ信号処理部720は、例えばガンマ補正、色補間処理、空間補間処理およびオートホワイトバランスなどの処理を行う。カメラ信号処理部720は、例えばDSP(Digital Signal Processor)などによって実現され得る。
The camera signal processing unit 720 functions as a signal processing circuit that processes an output signal from the
システムコントローラ730は、カメラシステム700の全体の動作を制御する。システムコントローラ730は、例えばマイクロコンピュータによって実現され得る。
The
カメラシステム700は、撮像装置100の代わりに、上述した撮像装置200、300、400、401、402、500または600を備えてもよい。カメラシステム700によれば、光電変換層140で生成された信号電荷が電荷検出回路に意図せず混入することを抑制できる。それにより、カメラシステム700は、良好な画像を生成することができる。
The
(他の実施の形態)
以上、1つまたは複数の態様に係る撮像装置および撮像システムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、および、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
(Other embodiments)
Although the image pickup apparatus and the image pickup system according to one or more embodiments have been described above based on the embodiments, the present disclosure is not limited to these embodiments. As long as the gist of the present disclosure is not deviated, various modifications that can be conceived by those skilled in the art are applied to the present embodiment, and a form constructed by combining components in different embodiments is also included in the scope of the present disclosure. Is done.
例えば、ブロッキング層は、平面視において、画素電極の一部を覆っていればよく、画素電極の全体を必ずしも覆う必要はない。つまり、平面視において、画素電極は、ブロッキング層に覆われていない部分を含んでもよい。また、例えば、ブロッキング層の一部は、平面視において、電荷蓄積電極に重なっていてもよい。 For example, the blocking layer may cover a part of the pixel electrode in a plan view, and does not necessarily cover the entire pixel electrode. That is, in a plan view, the pixel electrode may include a portion not covered by the blocking layer. Further, for example, a part of the blocking layer may overlap the charge storage electrode in a plan view.
また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Further, in each of the above embodiments, various changes, replacements, additions, omissions, etc. can be made within the scope of claims or the equivalent scope thereof.
本開示に係る撮像装置および撮像システムは、デジタルスチルカメラ、医療用カメラ、監視用カメラ、車載用カメラ、デジタル一眼レフカメラ、デジタルミラーレス一眼カメラなどの様々なカメラシステムおよびセンサシステムへ利用できる。 The imaging apparatus and imaging system according to the present disclosure can be used for various camera systems and sensor systems such as digital still cameras, medical cameras, surveillance cameras, in-vehicle cameras, digital single-lens reflex cameras, and digital mirrorless single-lens cameras.
100、200、300、400、401、402、500、600 撮像装置
110 半導体基板
111、112 主面
120、611 絶縁層
130、330 半導体層
140 光電変換層
150 対向電極
151 封止膜
160 画素電極
161 プラグ
170、270、370、470、471 ブロッキング層
180 拡散領域
181、680 配線層
190 電荷蓄積電極
490 転送電極
510 光電変換部
610 貫通電極
700 カメラシステム
710 光学系
720 カメラ信号処理部
730 システムコントローラ
100, 200, 300, 400, 401, 402, 500, 600
Claims (15)
前記半導体基板の上方に位置し、この順に積層された第1電極、絶縁層、半導体層、光電変換層および第2電極と、
前記光電変換層から離間して配置され、前記半導体層を介して前記光電変換層に電気的に接続される第3電極と、
前記光電変換層と前記第3電極との間に位置し、平面視において前記第3電極の少なくとも一部と重なり、前記光電変換層内で生成された信号電荷をブロックするブロッキング層と、
を備え、
前記第1電極の少なくとも一部は、平面視において前記ブロッキング層と重ならない、
撮像装置。 With a semiconductor substrate
The first electrode, the insulating layer, the semiconductor layer, the photoelectric conversion layer, and the second electrode, which are located above the semiconductor substrate and are laminated in this order,
A third electrode, which is arranged apart from the photoelectric conversion layer and is electrically connected to the photoelectric conversion layer via the semiconductor layer,
A blocking layer located between the photoelectric conversion layer and the third electrode, which overlaps with at least a part of the third electrode in a plan view and blocks the signal charge generated in the photoelectric conversion layer.
With
At least a part of the first electrode does not overlap with the blocking layer in a plan view.
Imaging device.
請求項1に記載の撮像装置。 The blocking layer is located between the semiconductor layer and the third electrode.
The imaging device according to claim 1.
請求項1に記載の撮像装置。 The blocking layer is located between the photoelectric conversion layer and the semiconductor layer.
The imaging device according to claim 1.
請求項1に記載の撮像装置。 The blocking layer is in contact with the photoelectric conversion layer and the third electrode.
The imaging device according to claim 1.
請求項1から4のいずれか一項に記載の撮像装置。 The blocking layer has a larger area than the third electrode in a plan view and overlaps the entire third electrode.
The imaging device according to any one of claims 1 to 4.
請求項1から5のいずれか一項に記載の撮像装置。 The third electrode does not overlap with the first electrode in a plan view.
The imaging device according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から6のいずれか一項に記載の撮像装置。 The second electrode faces the third electrode via the blocking layer and the photoelectric conversion layer.
The imaging device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から7のいずれか一項に記載の撮像装置。 The blocking layer has an insulating property.
The imaging device according to any one of claims 1 to 7.
請求項1から8のいずれか一項に記載の撮像装置。 The blocking layer has a light-shielding property.
The imaging device according to any one of claims 1 to 8.
前記第4電極は、平面視において前記第1電極と前記第3電極との間に位置する、
請求項1から9のいずれか一項に記載の撮像装置。 A fourth electrode facing the second electrode via the insulating layer, the semiconductor layer, and the photoelectric conversion layer is further provided.
The fourth electrode is located between the first electrode and the third electrode in a plan view.
The imaging device according to any one of claims 1 to 9.
請求項1から10のいずれか一項に記載の撮像装置。 The first electrode does not completely overlap the blocking layer in a plan view.
The imaging device according to any one of claims 1 to 10.
請求項1から11のいずれか一項に記載の撮像装置。 The semiconductor substrate includes a photoelectric conversion unit that overlaps with the first electrode in a plan view.
The imaging device according to any one of claims 1 to 11.
前記第3電極は、前記拡散領域に電気的に接続されている、
請求項1から12のいずれか一項に記載の撮像装置。 The semiconductor substrate includes a diffusion region and contains a diffusion region.
The third electrode is electrically connected to the diffusion region.
The imaging device according to any one of claims 1 to 12.
前記第3電極は、前記貫通電極を介して前記拡散領域に電気的に接続される、
請求項13に記載の撮像装置。 The semiconductor substrate further includes through electrodes that penetrate from one surface to the other.
The third electrode is electrically connected to the diffusion region via the through electrode.
The imaging device according to claim 13.
光を前記撮像装置に集光する光学系と、
前記撮像装置が出力する信号を処理する処理回路と、
を備える、
撮像システム。 The imaging device according to any one of claims 1 to 14.
An optical system that collects light on the image pickup device,
A processing circuit that processes the signal output by the image pickup device, and
To prepare
Imaging system.
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