JP2022090951A - Solid-state imaging device, adjustment method, and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、固体撮像装置、調整方法及び電子機器に関する。 The present disclosure relates to solid-state image sensors, adjustment methods and electronic devices.
被写体の撮影を行う撮像装置には、画素として、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)集積回路と同様のプロセスで製造することができるCMOS(Complementary MOS)型固体撮像素子を適用することができる。固体撮像素子は、CMOSプロセスに付随した微細化技術により、画素毎に増幅機能を持つアクティブ型の構造を容易に作ることができるという特徴を有する。さらに、固体撮像素子は、画素の集合体である画素アレイ部を駆動する駆動回路や画素アレイ部の各画素から出力される信号を処理する信号処理回路などの周辺回路部を、画素アレイ部と同一の半導体基板(チップ)上に集積できるという特徴を有する。このような特徴から、CMOS型固体撮像素子の開発が盛んになされている。 A CMOS (Complementary MOS) type solid-state image sensor that can be manufactured by a process similar to that of a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor Ductor) integrated circuit can be applied as a pixel to an image pickup device that captures a subject. The solid-state image sensor has a feature that an active structure having an amplification function for each pixel can be easily created by a miniaturization technique associated with a CMOS process. Further, in the solid-state image sensor, peripheral circuits such as a drive circuit for driving a pixel array unit, which is an aggregate of pixels, and a signal processing circuit for processing signals output from each pixel of the pixel array unit are referred to as a pixel array unit. It has the feature that it can be integrated on the same semiconductor substrate (chip). Due to these characteristics, CMOS type solid-state image sensors are being actively developed.
従来から、上述の固体撮像素子に対して多量の光が照射された際に、固体撮像素子の有するフォトダイオードから溢れ出た余剰の電荷をどのように取り扱いかについて検討がなされており、余剰の電荷を排出するための様々な構造が提案されている。例えば、余剰の電荷をフォトダイオードからオーバーフローさせることができる様々な構造が提案されているが、飽和信号量(閾値)を超えた場合にオーバーフローさせるとした場合に、飽和信号量を定めるオーバーフロー電位障壁のポテンシャルを精度よく制御することは難しい。従って、いずれの構造においても、オーバーフロー電位障壁のポテンシャルのばらつきが発生することを避けることが難しく、飽和信号量の低下や、歩留まりの低下を招くこととなる。 Conventionally, it has been studied how to handle the excess charge overflowing from the photodiode of the solid-state image sensor when the above-mentioned solid-state image sensor is irradiated with a large amount of light. Various structures have been proposed for discharging charges. For example, various structures have been proposed that allow excess charge to overflow from a photodiode, but an overflow potential barrier that determines the saturation signal amount when overflowing when the saturation signal amount (threshold value) is exceeded. It is difficult to control the potential of the diode accurately. Therefore, in any of the structures, it is difficult to avoid the variation in the potential of the overflow potential barrier, which leads to a decrease in the saturation signal amount and a decrease in the yield.
そこで、本開示では、飽和信号量の低下や、歩留まりの低下を避けることができる、固体撮像装置、調整方法及び電子機器を提案する。 Therefore, the present disclosure proposes a solid-state image sensor, an adjustment method, and an electronic device that can avoid a decrease in the saturation signal amount and a decrease in the yield.
本開示によれば、半導体基板に設けられた、光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から前記電荷が転送される電荷蓄積部と、余剰の前記電荷を排出するオーバーフローパスと、前記オーバーフローパスの電位障壁を調整する調整回路と、を備える、固体撮像装置が提供される。 According to the present disclosure, a photoelectric conversion unit that converts light into electric charge, a charge storage unit that transfers the electric charge from the photoelectric conversion unit, and an overflow path that discharges the excess electric charge are provided on the semiconductor substrate. , A solid-state imaging device comprising an adjusting circuit for adjusting the potential barrier of the overflow path.
また、本開示によれば、半導体基板に設けられた、光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から前記電荷が転送される電荷蓄積部と、余剰の前記電荷を排出するオーバーフローパスと、前記オーバーフローパスの電位障壁を調整する調整回路と、を有する固体撮像装置の前記電位障壁の調整方法であって、前記調整回路は、光電変換部の飽和信号量の測定結果に基づき、前記電位障壁を調整する、ことを含む、調整方法が提供される。 Further, according to the present disclosure, a photoelectric conversion unit that converts light into electric charge, a charge storage unit that transfers the electric charge from the photoelectric conversion unit, and an overflow unit that discharges the excess electric charge are provided on the semiconductor substrate. A method for adjusting the potential barrier of a solid-state imaging device having a path and an adjusting circuit for adjusting the potential barrier of the overflow path, wherein the adjusting circuit is based on a measurement result of a saturation signal amount of a photoelectric conversion unit. Adjustment methods are provided, including adjusting the potential barrier.
さらに、本開示によれば、半導体基板に設けられた、光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から前記電荷が転送される電荷蓄積部と、余剰の前記電荷を排出するオーバーフローパスと、前記オーバーフローパスの電位障壁を調整する調整回路と、を有する固体撮像装置を、搭載する電子機器が提供される。 Further, according to the present disclosure, a photoelectric conversion unit that converts light into electric charge, a charge storage unit that transfers the electric charge from the photoelectric conversion unit, and an overflow unit that discharges excess electric charge are provided on the semiconductor substrate. An electronic device is provided that comprises a solid-state imaging device comprising a path and an adjustment circuit that adjusts the potential barrier of the overflow path.
以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In each of the following embodiments, the same parts are designated by the same reference numerals, so that overlapping description will be omitted.
また、本明細書および図面において、実質的に同一または類似の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なる数字を付して区別する場合がある。ただし、実質的に同一または類似の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。また、異なる実施形態の類似する構成要素については、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合がある。ただし、類似する構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。 Further, in the present specification and the drawings, a plurality of components having substantially the same or similar functional configurations may be distinguished by adding different numbers after the same reference numerals. However, if it is not necessary to particularly distinguish each of the plurality of components having substantially the same or similar functional configurations, only the same reference numerals are given. Further, similar components of different embodiments may be distinguished by adding different alphabets after the same reference numerals. However, if it is not necessary to distinguish each of the similar components, only the same reference numerals are given.
また、以下の説明で参照される図面は、本開示の一実施形態の説明とその理解を促すための図面であり、わかりやすくするために、図中に示される形状や寸法、比などは実際と異なる場合がある。さらに、図中に示される撮像装置は、以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。また、撮像装置の断面図を用いた説明においては、撮像装置の積層構造の上下方向は、撮像装置に対して入射する光が入ってくる受光面を下とした場合の相対方向に対応し、実際の重力加速度に従った上下方向とは異なる場合がある。 In addition, the drawings referred to in the following description are drawings for explaining and understanding one embodiment of the present disclosure, and for the sake of clarity, the shapes, dimensions, ratios, etc. shown in the drawings are actually shown. May differ from. Further, the image pickup apparatus shown in the figure can be appropriately redesigned in consideration of the following description and known techniques. Further, in the description using the cross-sectional view of the image pickup device, the vertical direction of the laminated structure of the image pickup device corresponds to the relative direction when the light receiving surface on which the light incident on the image pickup device enters is facing down. It may differ from the vertical direction according to the actual gravitational acceleration.
さらに、以下の説明においては、本開示の実施形態を裏面照射型撮像装置に適用した場合を例に説明し、従って、当該撮像装置においては、基板の裏面側から光が入射されることとなる。従って、以下の説明においては、基板の表面とは、光が入射される側を裏面とした場合に、裏面と対向する表面となる。 Further, in the following description, a case where the embodiment of the present disclosure is applied to a back-illuminated image pickup apparatus will be described as an example. Therefore, in the image pickup apparatus, light is incident from the back surface side of the substrate. .. Therefore, in the following description, the front surface of the substrate is the surface facing the back surface when the side on which light is incident is the back surface.
また、以下の回路(電気的な接続)の説明においては、特段の断りがない限りは、「電気的に接続」とは、複数の要素の間を電気(信号)が導通するように接続することを意味する。加えて、以下の説明における「電気的に接続」には、複数の要素を直接的に、且つ、電気的に接続する場合だけでなく、他の要素を介して間接的に、且つ、電気的に接続する場合も含むものとする。 Further, in the following circuit (electrical connection) description, unless otherwise specified, "electrically connected" means connecting a plurality of elements so that electricity (signal) is conducted. Means that. In addition, the term "electrically connected" in the following description includes not only the case of directly and electrically connecting a plurality of elements, but also indirectly and electrically through other elements. It shall also include the case of connecting to.
以下、本開示を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1. 撮像装置の概略構成
2. 本発明者が本開示に係る実施形態を創作するに至った背景
3. 第1の実施形態
3.1 等価回路
3.2 平面構造
3.3 断面構造
4. 第2の実施形態
5. 第3の実施形態
6. 第4の実施形態
7. 第5の実施形態
7.1 平面構造
7.2 断面構造
8. 第6の実施形態
9. 第7の実施形態
9.1 平面構造
9.2 断面構造
9.3 画素アレイ部30の平面構造
10. 第8の実施形態
10.1 等価回路
10.2 平面構造
11. 第9の実施形態
11.1 平面構造
11.2 断面構造
12. 第10の実施形態
13. 第11の実施形態
14.まとめ
15. カメラへの応用例
16. スマートフォンへの応用例
17. 補足
Hereinafter, embodiments for carrying out the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The explanation will be given in the following order.
1. 1. Schematic configuration of the image pickup device 2. Background to the creation of the embodiment according to the present disclosure by the present inventor. First Embodiment
3.1 Equivalent circuit
3.2 Planar structure
3.3 Cross-sectional structure 4. Second embodiment 5. Third embodiment 6. Fourth embodiment 7. Fifth Embodiment
7.1 Planar structure
7.2 Cross-sectional structure 8. Sixth Embodiment 9. Seventh Embodiment
9.1 Planar structure
9.2 Cross-sectional structure
9.3 Planar structure of
10.1 Equivalent circuit
10.2 Planar structure 11. Ninth embodiment
11.1 Planar structure
11.2 Cross-sectional structure 12. 10. The tenth embodiment 13. Eleventh Embodiment 14. Summary 15. Application example to camera 16. Application example to smartphone 17. supplement
<<1.撮像装置の概略構成>>
まずは、図1を参照して、本開示の実施形態に係る撮像装置1の概略構成について説明する。図1は、本開示の実施形態に係る撮像装置1の平面構成例を示す説明図である。図1に示すように、本開示の実施形態に係る撮像装置1は、例えば、シリコンからなる半導体基板10上に、複数の画素100がマトリック状に配置されている画素アレイ部30と、当該画素アレイ部30を取り囲むように設けられた周辺回路部とを有する。さらに、上記撮像装置1には、当該周辺回路部として、垂直駆動回路部32、カラム信号処理回路部34、水平駆動回路部36、出力回路部38、制御回路部40等が含まれる。以下に、撮像装置1の各ブロックの詳細について説明する。
<< 1. Outline configuration of image pickup device >>
First, with reference to FIG. 1, a schematic configuration of the image pickup apparatus 1 according to the embodiment of the present disclosure will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a plan configuration example of the image pickup apparatus 1 according to the embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 1, the image pickup apparatus 1 according to the embodiment of the present disclosure includes, for example, a
(画素アレイ部30)
画素アレイ部30は、半導体基板10上に、行方向及び列方向に沿ってマトリックス状に、2次元配置された複数の画素100を有する。各画素100は、入射された光に対して光電変換を行い、電荷を発生させるフォトダイオード(光電変換部)(図示省略)と、複数の画素トランジスタ(例えばMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタ)(図示省略)とを有している。そして、当該画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタの4つのMOSトランジスタを含む。さらに、画素アレイ部30においては、例えばベイヤー配列に従って、複数の画素100が2次元状に配列している。ここで、ベイヤー配列とは、緑色の波長(例えば波長495nm~570nm)をもつ光を吸収して電荷を発生する画素100が市松状に並び、残りの部分に、赤色の波長(例えば波長620nm~750nm)をもつ光を吸収して電荷を発生する画素100と、青色の波長(例えば波長450nm~495nm)をもつ光を吸収して電荷を発生する画素100とが一列ごとに交互に並ぶような、配列パターンである。なお、画素100の詳細構造については後述する。
(Pixel array unit 30)
The
(垂直駆動回路部32)
垂直駆動回路部32は、例えばシフトレジスタによって形成され、画素駆動配線42を選択し、選択された画素駆動配線42に画素100を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素100を駆動する。すなわち、垂直駆動回路部32は、画素アレイ部30の各画素100を行単位で順次垂直方向(図1中の上下方向)に選択走査し、各画素100の光電変換部(図示省略)の受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線44を通して後述するカラム信号処理回路部34に供給する。
(Vertical drive circuit unit 32)
The vertical
(カラム信号処理回路部34)
カラム信号処理回路部34は、画素100の列ごとに配置されており、1行分の画素100から出力される画素信号に対して画素列ごとにノイズ除去等の信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路部34は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためにCDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)およびAD(Analog-Degital)変換等の信号処理を行う。
(Column signal processing circuit unit 34)
The column signal
(水平駆動回路部36)
水平駆動回路部36は、例えばシフトレジスタによって形成され、水平走査パルスを順次出力することによって、上述したカラム信号処理回路部34の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路部34の各々から画素信号を水平信号線46に出力させる。
(Horizontal drive circuit unit 36)
The horizontal
(出力回路部38)
出力回路部38は、上述したカラム信号処理回路部34の各々から水平信号線46を通して順次に供給される画素信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路部38は、例えば、バッファリング(buffering)を行う機能部として機能してもよく、もしくは、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等の処理を行ってもよい。なお、バッファリングとは、画素信号のやり取りの際に、処理速度や転送速度の差を補うために、一時的に画素信号を保存することをいう。さらに、入出力端子48は、外部装置との間で信号のやり取りを行うための端子である。
(Output circuit unit 38)
The
(制御回路部40)
制御回路部40は、入力クロックと、動作モード等を指令するデータを受け取り、また撮像装置1の内部情報等のデータを出力する。すなわち、制御回路部40は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路部32、カラム信号処理回路部34及び水平駆動回路部36等の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路部40は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路部32、カラム信号処理回路部34及び水平駆動回路部36等に出力する。
(Control circuit unit 40)
The
<<2. 本発明者が本開示に係る実施形態を創作するに至った背景>>
次に、本開示に係る実施形態の詳細を説明する前に、本発明者が本開示に係る実施形態を創作するに至った背景について説明する。
<< 2. Background to the Inventor's Creation of the Embodiment According to the Disclosure >>
Next, before explaining the details of the embodiment according to the present disclosure, the background that led to the creation of the embodiment according to the present disclosure by the present inventor will be described.
先に説明したように、撮像装置1には、画素100として、MOS集積回路と同様のプロセスで製造できるCMOS型固体撮像素子を適用することができる。固体撮像素子は、CMOSプロセスに付随した微細化技術により、画素100毎に増幅機能を持つアクティブ型の構造を容易に作ることができるという特徴を有する。さらに、固体撮像素子は、画素アレイ部30を駆動する駆動回路や画素アレイ部30の各画素100から出力される信号を処理する信号処理回路などの周辺回路部を、画素アレイ部30と同一の半導体基板(チップ)10上に集積できるという特徴を有する。このような特徴から、CMOS型固体撮像素子の開発が盛んになされている。
As described above, a CMOS type solid-state image sensor that can be manufactured by the same process as the MOS integrated circuit can be applied to the image pickup device 1 as the
このような固体撮像素子のうち、半導体基板10の裏面の光が照射される裏面照射型撮像素子がある。従来から、固体撮像素子としての画素100に対して多量の光が照射された際に、フォトダイオードから溢れ出た余剰の電荷をどのように取り扱いかについて検討がなされており、余剰の電荷を排出するための様々な構造が提案されている。余剰の電荷が隣接する画素100へ流れだした場合には、隣接する画素100は、意図しない画素信号を発生することから、本来あるべき像を撮像することができない。このような現象はブルーミングと呼ばれている。
Among such solid-state image sensors, there is a back-illuminated image sensor that is irradiated with light on the back surface of the
例えば、従来検討された構造としては、フォトダイオードからの電荷を浮遊拡散領域に転送する転送トランジスタのゲート下から、浮遊拡散領域へ余剰の電荷をオーバーフローさせることができる構造が挙げられる。 For example, as a structure conventionally studied, there is a structure in which excess charge can be overflowed from under the gate of the transfer transistor that transfers the charge from the photodiode to the floating diffusion region to the floating diffusion region.
このような構造を選択した場合、固体撮像素子の製造においては、転送トランジスタのゲート下の領域に形成されるオーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルを精度よく所望の状態にしつつ、高速で電荷を転送することができるように、転送トランジスタのゲート下の領域の不純物プロファイルを精度よく制御することが求められる。すなわち、上記構造によれば、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャル制御と転送設計との2つを同時に満たさなくてはならないことから、製造(量産)の難易度が高くなる。そして、転送トランジスタのゲート下の領域の不純物プロファイルを精度よく制御して製造することが難しいことから、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルはばらつき、画素によっては、飽和信号量が低下したり、もしくは、余剰の電荷が排出され難くなり、歩留まりの低下を招くこととなる。加えて、上記構造によれば、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャル制御を優先することにより、画素100の他の特性が劣化する場合もある。
When such a structure is selected, in the manufacture of a solid-state image sensor, charges are transferred at high speed while accurately setting the potential of the potential barrier of the overflow path formed in the region under the gate of the transfer transistor to a desired state. Therefore, it is required to accurately control the impurity profile in the region under the gate of the transfer transistor. That is, according to the above structure, since the potential control of the potential barrier of the overflow path and the transfer design must be satisfied at the same time, the difficulty of manufacturing (mass production) becomes high. Since it is difficult to accurately control and manufacture the impurity profile in the region under the gate of the transfer transistor, the potential of the potential barrier of the overflow path varies, and the saturation signal amount decreases or the saturation signal amount decreases depending on the pixel. It becomes difficult for excess charge to be discharged, which leads to a decrease in yield. In addition, according to the above structure, by giving priority to the potential control of the potential barrier of the overflow path, other characteristics of the
また、他の構造としては、例えば、浮遊拡散領域の下に、半導体基板10の膜厚方向に余剰電荷を輩出するためのオーバーフローパスを形成することにより、転送設計とは独立して、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルを制御することが可能な構造を挙げることができる。当該構造においては、オーバーフローパスを設けるために、例えば、半導体基板10の膜厚方向に沿って、n型半導体領域-p型半導体領域-n型半導体領域を形成する。しかしながら、当該構造においても、オーバーフローパスが設けられる領域の不純物プロファイルを精度よく制御することが難しく、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルのばらつきが発生することを避けることが難しい。そのため、当該構造においても、飽和信号量の低下や、歩留まりの低下を招くこととなる。
As another structure, for example, by forming an overflow path under the floating diffusion region to generate an excess charge in the film thickness direction of the
そこで、上述のような状況を鑑みて、本発明者は、転送トランジスタのゲートと独立して、フォトダイオードの上にオーバーフローパスを設け、さらに、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルを印加するバイアスにより個別に調整することができるような画素100の構造を創作するに至った。さらに、本発明者が創作した本開示の実施形態においては、撮像装置1ごと、ウエハーごと、もしくは、ロットごとに飽和信号量を予め計測し、計測結果に基づいて、印加するバイアスの値を決定することにより、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルのばらつきを加味した上で、オーバーフローパスに印加するバイアスを決定することができる。このような本発明者が創作した本開示の実施形態においては、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルのばらつきにより、飽和信号量が低下したり、もしくは、余剰の電荷が排出され難くなり、歩留まりの低下を招くことを避けることができる。加えて、上記構造によれば、転送トランジスタのゲートと独立して、フォトダイオードの上にオーバーフローパスを設けることから、画素100の他の特性を向上させることも可能となる。以下に、本発明者が創作した本開示の実施形態の詳細について順次説明する。
Therefore, in view of the above situation, the present inventor provides an overflow path on the photodiode independently of the gate of the transfer transistor, and further, individually by biasing to apply the potential of the potential barrier of the overflow path. We have created a structure of
<<3. 第1の実施形態>>
<3.1 等価回路>
まずは、図2を参照して、本発明者が創作した本開示の第1の実施形態に係る画素100の等価回路を説明する。図2は、本実施形態に係る画素100の等価回路図である。
<< 3. First Embodiment >>
<3.1 Equivalent circuit>
First, with reference to FIG. 2, the equivalent circuit of the
図2に示すように、画素100は、光を電荷に変換する光電変換素子(光電変換部)としてのフォトダイオードPDと、電荷排出トランジスタOFとを有する。さらに、画素100は、転送トランジスタTG、浮遊拡散領域FD、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び選択トランジスタSELを有する。
As shown in FIG. 2, the
詳細には、図2に示すように、画素100においては、電荷排出トランジスタOFのソース/ドレインの一方は、受光することで電荷を発生するフォトダイオードPDに電気的に接続される。さらに、電荷排出トランジスタOFのソース/ドレインの他方は、電源回路(電源電位VDD)に電気的に接続される。そして、電荷排出トランジスタOFは、自身のゲートに印加された電圧に応じて、フォトダイオードPDからの余剰の電荷を上記電源回路(電源電位VDD)に排出することができる。
Specifically, as shown in FIG. 2, in the
また、図2に示すように、画素100においては、転送トランジスタTGのソース/ドレインの一方は、フォトダイオードPDに電気的に接続され、転送トランジスタTGのソース/ドレインの他方は、浮遊拡散領域FDに電気的に接続される。そして、転送トランジスタTGは、自身のゲートに印加された電圧に応じて導通状態になり、フォトダイオードPDで発生した電荷を浮遊拡散領域FDに転送することができる。
Further, as shown in FIG. 2, in the
また、浮遊拡散領域FDは、電荷を電圧に変換して信号として出力する増幅トランジスタAMPのゲートに電気的に接続される。また、増幅トランジスタAMPのソース/ドレインの一方は、選択信号に従って、変換によって得た上記信号を信号線に出力する選択トランジスタのソース/ドレインの一方に電気的に接続される。さらに、増幅トランジスタAMPのソース/ドレインの他方は、電源回路(電源電位VDD)に電気的に接続される。 Further, the floating diffusion region FD is electrically connected to the gate of the amplification transistor AMP that converts the electric charge into a voltage and outputs it as a signal. Further, one of the source / drain of the amplification transistor AMP is electrically connected to one of the source / drain of the selection transistor that outputs the signal obtained by conversion to the signal line according to the selection signal. Further, the other of the source / drain of the amplification transistor AMP is electrically connected to the power supply circuit (power supply potential VDD).
また、選択トランジスタSELのソース/ドレインの他方は、変換された電圧を信号として伝達する上記信号線に電気的に接続され、さらに上述したカラム信号処理回路部34に電気的に接続される。さらに、選択トランジスタSELのゲートは、信号を出力する行を選択する選択線(図示省略)に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部32に電気的に接続される。すなわち、浮遊拡散領域FDに蓄積された電荷は、選択トランジスタSELの制御により、増幅トランジスタAMP2によって電圧に変換され、信号線に出力されることとなる。
Further, the other of the source / drain of the selection transistor SEL is electrically connected to the signal line that transmits the converted voltage as a signal, and is further electrically connected to the column signal
また、図2に示すように、浮遊拡散領域FDは、蓄積した電荷をリセットするためのリセットトランジスタRSTのドレイン/ソースの一方に電気的に接続される。リセットトランジスタRSTのゲートは、リセット信号線(図示省略)に電気的に接続され、さらに上述した垂直駆動回路部32に電気的に接続される。また、リセットトランジスタRSTのドレイン/ソースの他方は、電源回路(電源電位VDD)に電気的に接続される。そして、リセットトランジスタRSTは、自身のゲートに印加された電圧に応じて導通状態になり、浮遊拡散領域FDに蓄積された電荷をリセット(電源回路(電源電位VDD)へ排出)することができる。
Further, as shown in FIG. 2, the stray diffusion region FD is electrically connected to one of the drain / source of the reset transistor RST for resetting the accumulated charge. The gate of the reset transistor RST is electrically connected to a reset signal line (not shown), and further electrically connected to the above-mentioned vertical
なお、本実施形態に係る画素100の等価回路は、図2に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The equivalent circuit of the
<3.2 平面構造>
まずは、図3を参照して、本開示の第1の実施形態に係る画素100の平面構造例を説明する。図3は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す平面模式図であって、半導体基板102の表面の上方から画素100を見た場合の図となる。
<3.2 Planar structure>
First, an example of the planar structure of the
図3に示すように、画素100においては、画素100の外周を取り囲むように、半導体基板102に設けられた溝に埋め込まれた絶縁膜からなる画素分離部104が設けられている。また、画素分離部104に取り囲まれたp型(第2の導電型)半導体基板102には、n型(第1の導電型)半導体領域106が設けられている。さらに、半導体基板102上には、酸化絶縁膜(図示省略)を介して、電荷排出トランジスタOF、転送トランジスタTG、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び選択トランジスタSELのゲート電極108o、108t、108r、108a、108sが設けられている。
As shown in FIG. 3, in the
詳細には、図3に示すように、転送トランジスタTG及びリセットトランジスタRSTのゲート電極108t、108rが、図中上下方向に沿って並んでおり、平面視において、ゲート電極108tとゲート電極108rとの間に位置するn型半導体領域が、電荷を蓄積する浮遊拡散領域FDとして機能する。さらに、電荷排出トランジスタOF、増幅トランジスタAMP、及び選択トランジスタSELのゲート電極108o、108a、108sが、図中上下方向に沿って並んでおり、平面視において、これらゲート電極108o、108a、108sに挟まれたn型半導体領域が、これらトランジスタのソース又はドレインとして機能する。また、画素分離部104に取り囲まれたp型半導体基板102には、p型半導体基板のpウェル領域(図示省略)を所定の電位にするためのコンタクト140が設けられる。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
なお、本実施形態に係る画素100の平面構造は、図3に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The planar structure of the
<3.3 断面構造>
次に、図4を参照して、本開示の第1の実施形態に係る画素100の断面構造例を説明する。図4は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す断面模式図である。詳細には、図4は、図3のA―A´線に沿って画素100を切断した際の断面図であり、詳細には、図4中の下側が半導体基板102の裏面側となり、図4中の上側が半導体基板102の表面側となる。
<3.3 Cross-sectional structure>
Next, with reference to FIG. 4, an example of the cross-sectional structure of the
まずは、図4に示すように、画素100は、シリコン基板等からなる半導体基板102を有する。詳細には、半導体基板102内には、p型半導体領域(図示省略)とn型半導体領域(図示省略)が積層されることにより、半導体基板102内にフォトダイオード(PD)(光電変換部)110が形成される。当該フォトダイオード110は、半導体基板102の裏面から入射された光により光電変換を行い、電荷を発生する。また、フォトダイオード110の上方には、p型分離層150が設けられている。当該p型分離層150は、フォトダイオード110のn型半導体領域(図示省略)と、画素トランジスタに有するn型拡散領域(図示省略)とを分離する機能を有する。
First, as shown in FIG. 4, the
次に、図4中の下側、すなわち、半導体基板102の裏面側から説明する。半導体基板102の裏面の上方には、光が入射される、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレンーアクリル共重合系樹脂、又はシロキサン系樹脂等からなるオンチップレンズ120が設けられている。
Next, the lower side in FIG. 4, that is, the back side of the
オンチップレンズ120の下方には、例えば、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)、酸化シリコン等、もしくは、これらの積層からなる反射防止膜122が設けられる。さらに、当該反射防止膜122には、他の膜が積層されていてもよい。
Below the on-
さらに、図4では図示を省略しているものの、画素100を囲むように、半導体基板102を貫通し、隣接する画素100へと入射光が入り込むことを防止するための画素分離部104が設けられている。当該画素分離部104は、例えば、半導体基板200の裏面から表面まで、もしくは、表面から裏面までを貫通するトレンチと、当該トレンチに埋め込まれた酸化シリコン等の絶縁膜とからなる。
Further, although not shown in FIG. 4, a
次に、図4中の上側、すなわち、半導体基板102の表面側を説明する。フォトダイオード110上に隣接して、転送トランジスタTGのゲート電極(転送ゲート)108tが、半導体基板102の表面上に設けられている。当該ゲート電極108tは、例えば、ポリシリコン膜からなり、半導体基板102のn型半導体領域106に、絶縁膜114及びp型半導体領域(図示省略)を介して埋め込まれた埋め込み部118を有する、縦型ゲート電極構造を持つ。さらに、転送トランジスタTGのゲート電極108tに近接した半導体基板102の表面近傍のn型半導体領域106には浮遊拡散領域(FD)(電荷蓄積部)(図3 参照)が形成されており、転送トランジスタTGのゲート電極108tに印加された電圧に応じて、フォトダイオード110で発生した電荷を浮遊拡散領域(FD)に転送することができる。
Next, the upper side in FIG. 4, that is, the front side of the
さらに、フォトダイオード110に隣接して、電荷排出トランジスタOFのゲート電極(オーバフローゲート)108oが、半導体基板102の表面上に設けられている。当該ゲート電極108oは、例えばポリシリコン膜からなり、半導体基板102のn型半導体領域106に、絶縁膜114及びp型半導体領域(図示省略)を介して埋め込まれた埋め込み部118を有する、縦型ゲート電極構造を持つ。さらに、電荷排出トランジスタTGのゲート電極108に近接した半導体基板102の表面近傍のn型半導体領域106は、電源回路(図示省略)と電気的に接続されている(図3 参照)。従って、電荷排出トランジスタOFのゲート電極108oの周囲には、フォトダイオード110で発生した余剰の電荷を排出するためのオーバーフローパスが形成され、当該オーバーフローパスを介して、余剰の電荷が電源回路に排出されることとなる。
Further, adjacent to the
本実施形態においては、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルをゲート電極108oに印加される負のバイアス(例えば、-1.2V程度)により、調整することができる。従って、ゲート電極108oは、図示しない専用の電源(負のバイアスを発生させることができる電源)(調整回路)(図示省略)に電気的に接続され、負のバイアスが印加される。本実施形態においては、このような構造を持つことにより、画素100の出来栄えにより、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルがばらついた場合であっても、ゲート電極108oに印加するバイアスを調整することができることから、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルを最適な状態に制御することができる。
In the present embodiment, the potential of the potential barrier of the overflow path can be adjusted by a negative bias (for example, about −1.2V) applied to the gate electrode 108o. Therefore, the gate electrode 108o is electrically connected to a dedicated power source (a power source capable of generating a negative bias) (adjustment circuit) (not shown) (not shown), which is not shown, and a negative bias is applied. In the present embodiment, by having such a structure, it is possible to adjust the bias applied to the gate electrode 108o even when the potential of the potential barrier of the overflow path varies depending on the quality of the
また、本実施形態においては、転送トランジスタTGのゲート電極108tを縦型ゲート電極構造とすることで、電荷の転送をより高速にすることができる。さらに、本実施形態においては、電荷排出トランジスタOFのゲート電極108oを縦型ゲート電極構造とすることで、半導体基板102の深い位置にあるオーバーフローパスであっても、その電位障壁のポテンシャルを精度良く調整することが可能となる。
Further, in the present embodiment, by forming the
なお、本実施形態に係る画素100の断面構造は、図4に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The cross-sectional structure of the
<<4. 第2の実施形態>>
次に、図5を参照して、本開示の第2の実施形態に係る画素100の断面構造例を説明する。図5は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す断面模式図である。詳細には、図5は、図3のA―A´線に沿って画素100を切断した際の断面図であり、詳細には、図5中の下側が半導体基板102の裏面側となり、図5中の上側が半導体基板102の表面側となる。
<< 4. Second embodiment >>
Next, with reference to FIG. 5, an example of the cross-sectional structure of the
本実施形態においては、上述した第1の実施形態と異なり、電荷排出トランジスタOFのゲート電極(オーバフローゲート)108oが、半導体基板102の表面上に設けられている。当該ゲート電極108oは、例えばポリシリコン膜からなり、半導体基板102内のp型半導体領域116上に、絶縁膜114を介して積層される平板型ゲート電極構造を有する。本実施形態においては、電荷排出トランジスタOFのゲート電極108oが平板型ゲート電極構造を有することで、絶縁膜114等と接する界面がシンプルな構造となることから、界面で電荷が捕獲される等の現象が起き難くなり、暗電流の発生を抑えることができる。
In the present embodiment, unlike the first embodiment described above, the gate electrode (overflow gate) 108o of the charge discharge transistor OF is provided on the surface of the
なお、本実施形態に係る画素100の断面構造は、図5に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The cross-sectional structure of the
<<5. 第3の実施形態>>
次に、図6を参照して、本開示の第3の実施形態に係る画素100の断面構造例を説明する。図6は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す断面模式図である。詳細には、図6は、図3のA―A´線に沿って画素100を切断した際の断面図であり、詳細には、図6中の下側が半導体基板102の裏面側となり、図6中の上側が半導体基板102の表面側となる。
<< 5. Third Embodiment >>
Next, with reference to FIG. 6, an example of the cross-sectional structure of the
本実施形態においては、上述した第1の実施形態と異なり、転送トランジスタTGのゲート電極(転送ゲート)108tが、半導体基板102の表面上に設けられている。当該ゲート電極108tは、例えばポリシリコン膜からなり、半導体基板102内のp型半導体領域116上に、絶縁膜114を介して積層される平板型ゲート電極構造を有する。本実施形態においては、転送トランジスタOFのゲート電極108tが平板型ゲート電極構造を有することで、絶縁膜114等と接する界面がシンプルな構造となることから、界面で電荷が捕獲される等の現象が起き難くなり、暗電流の発生を抑えることができる。
In the present embodiment, unlike the first embodiment described above, the gate electrode (transfer gate) 108t of the transfer transistor TG is provided on the surface of the
なお、本実施形態に係る画素100の断面構造は、図6に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The cross-sectional structure of the
<<6. 第4の実施形態>>
次に、図7を参照して、本開示の第4の実施形態に係る画素100の断面構造例を説明する。図7は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す断面模式図である。詳細には、図7は、図3のA―A´線に沿って画素100を切断した際の断面図であり、詳細には、図7中の下側が半導体基板102の裏面側となり、図7中の上側が半導体基板102の表面側となる。
<< 6. Fourth Embodiment >>
Next, with reference to FIG. 7, an example of the cross-sectional structure of the
本実施形態においては、上述した第1の実施形態と異なり、電荷排出トランジスタOFのゲート電極(オーバフローゲート)108o及び転送トランジスタTGのゲート電極(転送ゲート)108tが、半導体基板102の表面上に設けられている。詳細には、当該ゲート電極108o、108tは、例えばポリシリコン膜からなり、半導体基板102内のp型半導体領域116上に、絶縁膜114を介して積層される平板型ゲート電極構造を有する。本実施形態においては、第1の実施形態と異なり、縦型ゲート電極構造を形成しないことから、工程数が少なく、製造コストの増加を抑えることができる。
In the present embodiment, unlike the first embodiment described above, the gate electrode (overflow gate) 108o of the charge discharge transistor OF and the gate electrode (transfer gate) 108t of the transfer transistor TG are provided on the surface of the
なお、本実施形態に係る画素100の断面構造は、図7に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The cross-sectional structure of the
<<7. 第5の実施形態>>
<7.1 平面構造>
まずは、図8を参照して、本開示の第5の実施形態に係る画素100の平面構造例を説明する。図8は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す平面模式図であって、半導体基板102の表面の上方から画素100を見た場合の図となる。
<< 7. Fifth Embodiment >>
<7.1 Planar structure>
First, with reference to FIG. 8, an example of the planar structure of the
本実施形態においては、第1の実施形態と異なり、オーバーフローパスが形成されるn型半導体領域106に対して直接的に正バイアスを印加して、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルを調整してもよい。従って、本実施形態においては、第1の実施形態と異なり、電荷排出トランジスタOFのゲート電極108oが設けられておらず、半導体領域に直接、電気的に接続するコンタクト130が設けられている。コンタクト130は、例えば、ポリシリコンで形成することができる。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, even if a positive bias is directly applied to the n-
なお、本実施形態に係る画素100の平面構造は、図8に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The planar structure of the
<7.2 断面構造>
次に、図9を参照して、本開示の第5の実施形態に係る画素100の断面構造例を説明する。図9は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す断面模式図である。詳細には、図9は、図8のB―B´線に沿って画素100を切断した際の断面図であり、詳細には、図9中の下側が半導体基板102の裏面側となり、図9中の上側が半導体基板102の表面側となる。
<7.2 Cross-sectional structure>
Next, with reference to FIG. 9, an example of the cross-sectional structure of the
本実施形態においては、フォトダイオード110に隣接して、n型半導体領域106が半導体基板102の表面近傍に設けられており、n型半導体領域106と電気的に接続するコンタクト130が設けられている。コンタクト130と電気的に接続されたn型半導体領域106内には、フォトダイオード110で発生した余剰の電荷を排出するためのオーバーフローパスが形成され、当該オーバーフローパスを介して、余剰の電荷が電源回路に排出されることとなる。
In the present embodiment, the n-
本実施形態においては、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルを、コンタクト130を介して正のバイアスを印加することにより、調整することができる。従って、コンタクト130は、図示しない専用の電源(正のバイアスを発生させることができる電源)(調整回路)(図示省略)に電気的に接続され、正のバイアスが印加される。本実施形態においては、このような構造を持つことにより、画素100の出来栄えにより、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルがばらついた場合であっても、印加するバイアスを調整することができることから、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルを最適な状態に制御することができる。さらに、本実施形態においては、コンタクト130には正のバイアスが印加されることから、コンタクト130に接続される電源は、複雑な構成を必要とする負のバイアスの電源に比べてシンプルな構成の電源であることができる。その結果、本実施形態によれば、撮像装置1を小型化したり、製造コストの増加を抑えることができる。
In this embodiment, the potential of the overflow path potential barrier can be adjusted by applying a positive bias through the
なお、本実施形態に係る画素100の断面構造は、図9に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The cross-sectional structure of the
<<8. 第6の実施形態>>
次に、図10を参照して、本開示の第6の実施形態に係る画素100の断面構造例を説明する。図10は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す断面模式図である。詳細には、図10は、図8のB―B´線に沿って画素100を切断した際の断面図であり、詳細には、図10中の下側が半導体基板102の裏面側となり、図10中の上側が半導体基板102の表面側となる。
<< 8. Sixth Embodiment >>
Next, with reference to FIG. 10, an example of the cross-sectional structure of the
本実施形態においては、上述した第5の実施形態と異なり、転送トランジスタTGのゲート電極(転送ゲート)108tが、半導体基板102の表面上に設けられている。当該ゲート電極108tは、例えばポリシリコン膜からなり、半導体基板102内のp型半導体領域116上に、絶縁膜114を介して積層される平板型ゲート電極構造を有する。本実施形態においては、転送トランジスタOFのゲート電極108tが平板型ゲート電極構造を有することで、絶縁膜114等と接する界面がシンプルな構造となることから、界面で電荷が捕獲される等の現象が起き難くなり、暗電流の発生を抑えることができる。さらに、本実施形態においては、第5の実施形態と異なり、縦型ゲート電極構造を形成しないことから、工程数が少なく、製造コストの増加を抑えることができる。
In the present embodiment, unlike the fifth embodiment described above, the gate electrode (transfer gate) 108t of the transfer transistor TG is provided on the surface of the
なお、本実施形態に係る画素100の断面構造は、図10に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The cross-sectional structure of the
<<9. 第7の実施形態>>
<9.1 平面構造>
まずは、図11を参照して、本開示の第7の実施形態に係る画素100の平面構造例を説明する。図11は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す平面模式図であって、半導体基板102の表面の上方から画素100を見た場合の図となる。
<< 9. Seventh Embodiment >>
<9.1 Planar structure>
First, with reference to FIG. 11, an example of the planar structure of the
図11に示すように、画素100においては、画素100の外周を取り囲むように、半導体基板102に設けられた溝に埋め込まれた絶縁膜からなる画素分離部104が設けられている。また、画素分離部104に取り囲まれた半導体基板102には、フォトダイオード110が設けられている。また、画素分離部104に取り囲まれた半導体基板102の図中左下の隅には、転送トランジスタTGのゲート電極108tと、当該ゲート電極108tに隣接して電荷を蓄積する浮遊拡散領域FDが設けられている。また、フォトダイオード110の図中右上の隅には、コンタクト130が設けられている。また、画素100の外周には、半導体基板102上に、酸化絶縁膜(図示省略)を介して、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び選択トランジスタSELのゲート電極108r、108a、108sが設けられている。
As shown in FIG. 11, in the
なお、本実施形態に係る画素100の平面構造は、図11に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The planar structure of the
<9.2 断面構造>
次に、図12を参照して、本開示の第7の実施形態に係る画素100の断面構造例を説明する。図12は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す断面模式図である。詳細には、図12は、図11のC―C´線に沿って画素100を切断した際の断面図であり、詳細には、図12中の下側が半導体基板102の裏面側となり、図12中の上側が半導体基板102の表面側となる。
<9.2 Cross-sectional structure>
Next, with reference to FIG. 12, an example of the cross-sectional structure of the
本実施形態においては、フォトダイオード110に隣接して、n型半導体領域106が半導体基板102の表面近傍に設けられており、n型半導体領域106と電気的に接続するコンタクト130が設けられている。コンタクト130と電気的に接続されたn型半導体領域106内には、フォトダイオード110で発生した余剰の電荷を排出するためのオーバーフローパスが形成され、当該オーバーフローパスを介して、余剰の電荷が電源回路に排出されることとなる。
In the present embodiment, the n-
本実施形態においては、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルを、コンタクト130を介して正のバイアスを印加することにより、調整することができる。従って、コンタクト130は、図示しない専用の電源(正のバイアスを発生させることができる電源)(調整回路)(図示省略)に電気的に接続され、正のバイアスが印加される。本実施形態においては、このような構造を持つことにより、画素100の出来栄えにより、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルがばらついた場合であっても、印加するバイアスを調整することができることから、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルを最適な状態に制御することができる。さらに、本実施形態においては、コンタクト130には正のバイアスが印加されることから、コンタクト130に接続される電源は、複雑な構成を必要とする負のバイアスの電源に比べてシンプルな構成の電源であることができる。その結果、本実施形態によれば、撮像装置1を小型化したり、製造コストの増加を抑えることができる。
In this embodiment, the potential of the overflow path potential barrier can be adjusted by applying a positive bias through the
なお、本実施形態に係る画素100の断面構造は、図12に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The cross-sectional structure of the
<9.3 画素アレイ部30の平面構造>
次には、図13及び図14を参照して、本開示の第7の実施形態に係る画素アレイ部30の平面構造例を説明する。図13及び図14は、本実施形態に係る画素アレイ部30の詳細構成の一例を表す平面模式図であって、半導体基板102の表面の上方から画素100を見た場合の図となる。
<9.3 Planar structure of
Next, an example of the planar structure of the
例えば、図13に示すように、本実施形態に係る画素アレイ部30においては、図11で示した平面構造を有する画素100を2×2の配列でマトリックス状に並べてもよい。この際、画素アレイ部30の中心に浮遊拡散領域FDが位置するように、画素100を並べることが好ましい。このようにすることで、各画素100は、1つの浮遊拡散領域FDを共有することができる。さらに、図13に示す例では、画素アレイ部30の外周に、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び選択トランジスタSELのゲート電極108r、108a、108sを設けており、各画素100は、1つずつのリセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び選択トランジスタSELを共有してもよい。
For example, as shown in FIG. 13, in the
さらに、図14に示すように、本実施形態に係る画素アレイ部30においては、図13に示す構成を2つ並べることもでき、すなわち、画素100を2×4の配列でマトリックス状に並べてもよい。図14の例においても、4つの画素100の中心に、浮遊拡散領域FDが位置するように並べることが好ましく、このようにすることで、4つの画素100は、1つの浮遊拡散領域FDを共有することができる。さらに、図14に示す例では、画素アレイ部30の外周に、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び選択トランジスタSELのゲート電極108r、108a、108sを設けている。このようにすることで、8つの画素100は、1つずつのリセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び選択トランジスタSELを共有してもよい。
Further, as shown in FIG. 14, in the
なお、本実施形態に係る画素アレイ部30の平面構造は、図13及び図14に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の数の画素100を並べてもよく、特に限定されるものではない。
The planar structure of the
<<10. 第8の実施形態>>
<10.1 等価回路>
まずは、図15を参照して、本開示の第8の実施形態に係る画素100の等価回路を説明する。図15は、本実施形態に係る画素100の等価回路図である。
<< 10. Eighth Embodiment >>
<10.1 Equivalent circuit>
First, the equivalent circuit of the
図15に示すように、本実施形態に係る画素100においては、電荷排出トランジスタOFは、電源回路ではなく、キャパシタFCに電気的に接続してもよい。すなわち、余剰の電荷は、オーバーフローパスに電気的に接続されたキャパシタFCに排出されてもよい。また、キャパシタFCは、電気的に接続されたキャパシタ制御トランジスタFCGにより制御されることにより、蓄積した電荷を電源回路に排出してもよい。さらに、本実施形態においては、画素100は、浮遊拡散領域FDとキャパシタFCとを接続するキャパシタ接続トランジスタFDGも有する。
As shown in FIG. 15, in the
なお、本実施形態に係る画素100の等価回路は、図15に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The equivalent circuit of the
<10.2 平面構造>
次に、図16を参照して、本開示の第8の実施形態に係る画素100の平面構造例を説明する。図16は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す平面模式図であって、半導体基板102の表面の上方から画素100を見た場合の図となる。
<10.2 Planar structure>
Next, with reference to FIG. 16, an example of the planar structure of the
図16に示すように、本実施形態に係る画素100においては、画素100の外周を取り囲むように、画素分離部104が設けられている。また、画素分離部104に取り囲まれた半導体基板102上には、絶縁膜(図示省略)を介して、電荷排出トランジスタOF、転送トランジスタTG、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、選択トランジスタSEL、キャパシタ制御トランジスタFCG、キャパシタ接続トランジスタFDGのゲート電極108o、108t、108r、108a、108s、108c、108dが設けられている。
As shown in FIG. 16, in the
なお、本実施形態に係る画素100の平面構造は、図16に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The planar structure of the
また、図16のD―D´線に沿って画素100を切断した際の断面図は、図5と同様であるため、ここでは、断面構造の説明を省略する。なお、本実施形態においては、図示を省略するものの、オーバーフローパスが形成される領域の界面は、p型半導体領域によりピニングされていることが好ましい。
Further, since the cross-sectional view when the
<<11. 第9の実施形態>>
<11.1 平面構造>
まずは、図17を参照して、本開示の第9の実施形態に係る画素100の平面構造例を説明する。図17は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す平面模式図であって、半導体基板102の表面の上方から画素100を見た場合の図となる。
<< 11. Ninth embodiment >>
<11.1 Planar structure>
First, with reference to FIG. 17, an example of the planar structure of the
本実施形態においては、オーバーフローパスは、リセットトランジスタRSTと接続される電源回路に電気的に接続されてもよい。詳細には、図17に示すように、転送トランジスタTG、リセットトランジスタRST、電荷排出トランジスタOFのゲート電極108t、108r、108oが、図中上下方向に沿って並んでおり、平面視において、ゲート電極108rとゲート電極108oとの間に位置するn型半導体領域106が、電源回路と接続され、当該領域を介して、余剰の電荷が排出されることとなる。
In this embodiment, the overflow path may be electrically connected to a power supply circuit connected to the reset transistor RST. Specifically, as shown in FIG. 17, the
なお、本実施形態に係る画素100の平面構造は、図17に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The planar structure of the
<11.2 断面構造>
次に、図18を参照して、本開示の第9の実施形態に係る画素100の断面構造例を説明する。図18は、本実施形態に係る画素100の詳細構成の一例を表す断面模式図である。詳細には、図18は、図17のE―E´線に沿って画素100を切断した際の断面図であり、詳細には、図18中の下側が半導体基板102の裏面側となり、図18中の上側が半導体基板102の表面側となる。
<11.2 Cross-sectional structure>
Next, with reference to FIG. 18, an example of the cross-sectional structure of the
本実施形態においては、図18に示すように、電荷排出トランジスタOFのゲート電極(オーバフローゲート)108oは、平板型ゲート電極構造を有する。本実施形態においては、電荷排出トランジスタOFのゲート電極108oが平板型ゲート電極構造を有することで、絶縁膜114等と接する界面がシンプルな構造となることから、界面で電荷が捕獲される等の現象が起き難くなり、暗電流の発生を抑えることができる。さらに、本実施形態においては、縦型ゲート電極構造を形成しないことから、工程数が少なく、製造コストの増加を抑えることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 18, the gate electrode (overflow gate) 108o of the charge discharge transistor OF has a flat plate type gate electrode structure. In the present embodiment, since the gate electrode 108o of the charge discharge transistor OF has a flat plate type gate electrode structure, the interface in contact with the insulating
なお、本実施形態に係る画素100の断面構造は、図18に示される例に限定されるものではなく、例えば、他の素子等を含んでもよく、特に限定されるものではない。
The cross-sectional structure of the
<<12. 第10の実施形態>>
次に、図19を参照して、本開示の実施形態に係る画素100の製造方法を説明する。図19は、本実施形態に係る画素100の製造方法を説明するための模式図であって。製造方法における各段階における画素100の断面に対応する。
<< 12. Tenth Embodiment >>
Next, with reference to FIG. 19, a method of manufacturing the
まずは、図19の左上に示すように、レジストマスクで半導体基板102の一部を覆い、半導体基板102内の所定の領域にイオン注入を行うことにより、フォトダイオード110を形成する。
First, as shown in the upper left of FIG. 19, a part of the
次に、図19の右上に示すように、レジストマスクを用いて、半導体基板102の所定の領域に、p型の不純物をイオン注入し、p型分離層150を形成する。
Next, as shown in the upper right of FIG. 19, a p-type impurity is ion-implanted into a predetermined region of the
次に、図19の左下に示すように、レジストマスクを用いてn型の不純物をイオン注入して、n型半導体領域106を形成する。
Next, as shown in the lower left of FIG. 19, an n-type impurity is ion-implanted using a resist mask to form an n-
さらに、図19の右下に示すように、半導体基板102の表面に溝を形成し、溝内に、p型半導体領域(図示省略)や絶縁膜114(図19では図示省略)を形成した後に、ポリシリコン膜を形成することにより、縦型ゲート構造を持つゲート電極108を形成する。
Further, as shown in the lower right of FIG. 19, after forming a groove on the surface of the
以上のように、本開示の実施形態に係る画素100は、既存の半導体装置の製造工程を用いて容易に製造することが可能である。
As described above, the
<<13. 第11の実施形態>>
ところで、本開示の実施形態に係る撮像装置は、本実施形態に係る撮像装置1の出荷工程を説明するための模式図である図20に示す複数の工程を経て、製品として出荷される。詳細には、まず、図19を用いて説明した半導体素子形成を経て、ウエハーの形態のまま、電気特性が試験される(電気特性試験工程)。当該電気特性試験工程で良品と判定されたウエハーが、次の工程に廻されることとなる。次に、ウエハーをチップごとに切断するダイシング工程、及び、チップをパッケージに封入するパッケージ工程を経て、パッケージの形態で再度電気特性を試験する(電気特性試験工程)。そして、良品と判定された撮像装置1が出荷されることとなる。
<< 13. Eleventh Embodiment >>
By the way, the image pickup apparatus according to the embodiment of the present disclosure is shipped as a product through a plurality of steps shown in FIG. 20, which is a schematic diagram for explaining the shipping process of the image pickup apparatus 1 according to the present embodiment. Specifically, first, after forming the semiconductor element described with reference to FIG. 19, the electrical characteristics are tested in the form of the wafer (electrical characteristic test step). Wafers judged to be non-defective in the electrical property test process will be sent to the next process. Next, after a dicing step of cutting the wafer for each chip and a packaging step of enclosing the chips in a package, the electrical characteristics are tested again in the form of a package (electrical property test step). Then, the image pickup device 1 determined to be a non-defective product will be shipped.
本実施形態においては、先に説明したように、オーバーフローパスの電子障壁のポテンシャル調整を各撮像装置1の出来栄えに応じて最適化することを実現するために、予め出荷前に、画素100の飽和信号量を計測し、計測結果に基づいて、オーバーフローパスに印加するバイアスを調整する。詳細には、本実施形態においては、ウエハーの形態のままの電気特性試験工程、又は、パッケージの形態での電気特性試験工程において、ウエハーごと、チップごと、又は、パッケージに封入された撮像装置1ごと、もしくは、ロットごとに、撮像装置1光を照射して飽和信号量を計測する。そして、予め得ておいた飽和信号量とバイアスとの関係を示す検量線を参照して、計測した飽和信号量に基づき、印加するバイアスの値を決定する。そして、本実施形態においては、決定したバイアスの値を、撮像装置1内に格納しておき、格納した値に応じて、調整回路がオーバーフローパスに印加するバイアスを調整する。
In the present embodiment, as described above, in order to realize that the potential adjustment of the electronic barrier of the overflow path is optimized according to the performance of each image pickup apparatus 1, the
調整回路の詳細を図21から図23を参照して説明する。図21及び図23は、本実施形態に係る回路ブロックの一例を示すブロック図である。また、図22は、本実施形態に係るヒューズカット回路52の一例を示す等価回路図である。
The details of the adjustment circuit will be described with reference to FIGS. 21 to 23. 21 and 23 are block diagrams showing an example of a circuit block according to the present embodiment. Further, FIG. 22 is an equivalent circuit diagram showing an example of the fuse cut
例えば、本実施形態においては、撮像装置1は、図21に示すような回路ブロックを有することにより、計測した飽和信号量に基づき決定したバイアスを保持し、保持したバイアスによりオーバーフローパスに印加するバイアスを調整する。図21に示すように、撮像装置1は、バイアス設定情報保持部50と、ヒューズカット回路52とを有することができる。バイアス設定情報保持部50は、OTP(One Time Programmable)回路を有し、決定したバイアスの値を格納することができる。また、ヒューズカット回路52は、図22に示すように、抵抗とスイッチとで構成された回路であり、決定したバイアスの値に応じて使用する抵抗の組み合わせを選択することにより、各画素100(画素アレイ部30)のオーバーフローパスに印加するバイアスを調整することができる。
For example, in the present embodiment, the image pickup apparatus 1 has a circuit block as shown in FIG. 21 to hold a bias determined based on the measured saturation signal amount, and the held bias applies a bias to the overflow path. To adjust. As shown in FIG. 21, the image pickup apparatus 1 can have a bias setting
また、本実施形態においては、撮像装置1は、図23に示すような回路ブロックを有することにより、計測した飽和信号量に基づき決定したバイアスを保持し、保持したバイアスによりオーバーフローパスに印加するバイアスを調整してもよい。図23に示すように、撮像装置1は、ヒューズカット回路52の代わりに、論理ゲート回路54を有することができる。論理ゲート回路54は、論理回路を内蔵しており、決定したバイアスの値に応じて論理回路から所定の信号を出力することにより、各画素100(画素アレイ部30)のオーバーフローパスに印加するバイアスを調整することができる。
Further, in the present embodiment, the image pickup apparatus 1 has a circuit block as shown in FIG. 23 to hold a bias determined based on the measured saturation signal amount, and the held bias applies a bias to the overflow path. May be adjusted. As shown in FIG. 23, the image pickup apparatus 1 may have a
<<14. まとめ>>
以上説明したように、本開示の各実施形態においては、転送トランジスタTRのゲート電極108tと独立して、フォトダイオードPDの上にオーバーフローパスを設け、さらに、調整回路によりオーバーフローパスに印加するバイアスを印加して、オーバーフローパスPDの電位障壁のポテンシャルを個別に調整することができる。さらに、本開示の各実施形態においては、撮像装置1ごと、ウエハーごと、もしくは、ロットごとに飽和信号量を予め計測し、計測結果に基づいて、印加するバイアスの値を決定することにより、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルのばらつきを加味した上で、オーバーフローパスに印加するバイアスを決定することができる。このような本開示の各実施形態によれば、オーバーフローパスの電位障壁のポテンシャルのばらつきにより、飽和信号量が低下したり、もしくは、余剰の電荷が排出され難くなり、歩留まりの低下を招くことを避けることができる。加えて、本開示の各実施形態によれば、転送トランジスタのゲートと独立して、フォトダイオードの上にオーバーフローパスを設けることから、画素100の他の特性を向上させることも可能となる。
<< 14. Summary >>
As described above, in each embodiment of the present disclosure, an overflow path is provided on the photodiode PD independently of the
なお、上述した本開示の実施形態においては、裏面照射型CMOSイメージセンサ構造に適用した場合について説明したが、本開示の実施形態はこれに限定されるものではなく、他の構造に適用されてもよい。 In the above-described embodiment of the present disclosure, the case where it is applied to the back-illuminated CMOS image sensor structure has been described, but the embodiment of the present disclosure is not limited to this, and is applied to other structures. May be good.
なお、上述した本開示の実施形態においては、第1の導電型をn型とし、第2の導電型をp型とし、電子を信号電荷として用いた画素100について説明したが、本開示の実施形態はこのような例に限定されるものではない。例えば、本実施形態は、第1の導電型をp型とし、第2の導電型をn型とし、正孔を信号電荷として用いる画素100に適用することが可能である。
In the above-described embodiment of the present disclosure, the
また、上述した本開示の実施形態においては、半導体基板102は、必ずしもシリコン基板でなくてもよく、他の基板(例えば、SOI(Silicon On Insulator)基板やSiGe基板など)であっても良い。また、上記半導体基板102は、このような種々の基板上に半導体構造等が形成されたものでも良い。
Further, in the above-described embodiment of the present disclosure, the
さらに、本開示の実施形態に係る撮像装置1は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する撮像装置に限定されるものではない。例えば、本実施形態は、赤外線やX線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する撮像装置や、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の撮像装置(物理量分布検知装置)に対して適用することができる。 Further, the image pickup device 1 according to the embodiment of the present disclosure is not limited to the image pickup device that detects the distribution of the incident light amount of visible light and captures the image as an image. For example, in this embodiment, an image pickup device that captures the distribution of incident amounts of infrared rays, X-rays, particles, etc. as an image, and a fingerprint that detects the distribution of other physical quantities such as pressure and capacitance and captures images as an image. It can be applied to an image pickup device (physical quantity distribution detection device) such as a detection sensor.
また、本開示の実施形態に係る撮像装置1は、一般的な半導体装置の製造に用いられる、方法、装置、及び条件を用いることにより製造することが可能である。すなわち、本実施形態に係る撮像装置1は、既存の半導体装置の製造工程を用いて製造することが可能である。 Further, the image pickup apparatus 1 according to the embodiment of the present disclosure can be manufactured by using the methods, devices, and conditions used for manufacturing a general semiconductor device. That is, the image pickup apparatus 1 according to the present embodiment can be manufactured by using the manufacturing process of the existing semiconductor device.
なお、上述の製造方法としては、例えば、PVD(Physical Vapor Deposition)法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法及びALD(Atomic Layer Deposition)法等を挙げることができる。PVD法としては、真空蒸着法、EB(電子ビーム)蒸着法、各種スパッタリング法(マグネトロンスパッタリング法、RF(Radio Frequency)-DC(Direct Current)結合形バイアススパッタリング法、ECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法、高周波スパッタリング法等)、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、分子線エピタキシー法(MBE(Molecular Beam Epitaxy)法)、レーザー転写法を挙げることができる。また、CVD法としては、プラズマCVD法、熱CVD法、有機金属(MO)CVD法、光CVD法を挙げることができる。さらに、他の方法としては、電解メッキ法や無電解メッキ法、スピンコート法;浸漬法;キャスト法;マイクロコンタクトプリント法;ドロップキャスト法;スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法といった各種印刷法;スタンプ法;スプレー法;エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法といった各種コーティング法を挙げることができる。さらに、パターニング法としては、シャドーマスク、レーザー転写、フォトリソグラフィー等の化学的エッチング、紫外線やレーザー等による物理的エッチング等を挙げることができる。加えて、平坦化技術としては、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法、レーザー平坦化法、リフロー法等を挙げることができる。 Examples of the above-mentioned manufacturing method include a PVD (Physical Vapor Deposition) method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and an ALD (Atomic Layer Deposition) method. The PVD method includes a vacuum vapor deposition method, an EB (electron beam) vapor deposition method, various sputtering methods (magnetron sputtering method, RF (Radio Frequency) -DC (Direct Current) combined bias sputtering method, and ECR (Electron Cyclotron Precision) sputtering method. , Opposed target sputtering method, high frequency sputtering method, etc.), ion plating method, laser ablation method, molecular beam epitaxy method (MBE (Molecular Beam Epitaxy) method), laser transfer method. Examples of the CVD method include a plasma CVD method, a thermal CVD method, an organic metal (MO) CVD method, and an optical CVD method. Further, as other methods, electrolytic plating method, electroless plating method, spin coating method; immersion method; casting method; microcontact printing method; drop casting method; screen printing method, inkjet printing method, offset printing method, gravure printing. Various printing methods such as method and flexographic printing method; stamp method; spray method; air doctor coater method, blade coater method, rod coater method, knife coater method, squeeze coater method, reverse roll coater method, transfer roll coater method, gravure coater method. , Kiss coater method, cast coater method, spray coater method, slit orifice coater method, calendar coater method and various other coating methods can be mentioned. Further, examples of the patterning method include shadow mask, laser transfer, chemical etching such as photolithography, and physical etching by ultraviolet rays or laser. In addition, examples of the flattening technique include a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, a laser flattening method, a reflow method, and the like.
また、上述した本開示の実施形態に係る製造方法における各ステップは、必ずしも記載された順序に沿って処理されなくてもよい。例えば、各ステップは、適宜順序が変更されて処理されてもよい。さらに、各ステップで用いられる方法についても、必ずしも記載された方法に沿って行われなくてもよく、他の方法によって行われてもよい。 In addition, each step in the manufacturing method according to the embodiment of the present disclosure described above does not necessarily have to be processed in the order described. For example, each step may be processed in an appropriately reordered manner. Further, the method used in each step does not necessarily have to be performed according to the described method, and may be performed by another method.
<<15. カメラへの応用例>>
本開示に係る技術(本技術)は、さらに様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、カメラ等に適用されてもよい。そこで、図24を参照して、本技術を適用した電子機器としての、カメラ700の構成例について説明する。図24は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得るカメラ700の概略的な機能構成の一例を示す説明図である。
<< 15. Application example to camera >>
The technique according to the present disclosure (the present technique) can be further applied to various products. For example, the technique according to the present disclosure may be applied to a camera or the like. Therefore, with reference to FIG. 24, a configuration example of the
図24に示すように、カメラ700は、撮像装置702、光学レンズ710、シャッタ機構712、駆動回路ユニット714、及び、信号処理回路ユニット716を有する。光学レンズ710は、被写体からの像光(入射光)を撮像装置702の撮像面上に結像させる。これにより、撮像装置702の画素100内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。シャッタ機構712は、開閉することにより、撮像装置702への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路ユニット714は、撮像装置702の信号の転送動作やシャッタ機構712のシャッタ動作等を制御する駆動信号をこれらに供給する。すなわち、撮像装置702は、駆動回路ユニット714から供給される駆動信号(タイミング信号)に基づいて信号転送を行うこととなる。信号処理回路ユニット716は、各種の信号処理を行う。例えば、信号処理回路ユニット716は、信号処理を行った映像信号を例えばメモリ等の記憶媒体(図示省略)に出力したり、表示部(図示省略)に出力したりする。
As shown in FIG. 24, the
<<16. スマートフォンへの応用例>>
本開示に係る技術(本技術)は、さらに様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、スマートフォン等に適用されてもよい。そこで、図25を参照して、本技術を適用した電子機器としての、スマートフォン900の構成例について説明する。図25は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得るスマートフォン900の概略的な機能構成の一例を示すブロック図である。
<< 16. Application example to smartphone >>
The technique according to the present disclosure (the present technique) can be further applied to various products. For example, the technique according to the present disclosure may be applied to smartphones and the like. Therefore, with reference to FIG. 25, a configuration example of the
図18に示すように、スマートフォン900は、CPU(Central Processing Unit)901、ROM(Read Only Memory)902、及びRAM(Random Access Memory)903を含む。また、スマートフォン900は、ストレージ装置904、通信モジュール905、及びセンサモジュール907を含む。さらに、スマートフォン900は、撮像装置909、表示装置910、スピーカ911、マイクロフォン912、入力装置913、及びバス914を含む。また、スマートフォン900は、CPU901に代えて、又はこれとともに、DSP(Digital Signal Processor)等の処理回路を有してもよい。
As shown in FIG. 18, the
CPU901は、演算処理装置及び制御装置として機能し、ROM902、RAM903、又はストレージ装置904等に記録された各種プログラムに従って、スマートフォン900内の動作全般又はその一部を制御する。ROM902は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータなどを記憶する。RAM903は、CPU901の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。CPU901、ROM902、及びRAM903は、バス914により相互に接続されている。また、ストレージ装置904は、スマートフォン900の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置904は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置904は、CPU901が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種のデータ等を格納する。
The
通信モジュール905は、例えば、通信ネットワーク906に接続するための通信デバイスなどで構成された通信インタフェースである。通信モジュール905は、例えば、有線又は無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、WUSB(Wireless USB)用の通信カード等であり得る。また、通信モジュール905は、光通信用のルータ、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。通信モジュール905は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、TCP(Transmission Control Protocol)/IP(Internet Protocol)等の所定のプロトコルを用いて信号等を送受信する。また、通信モジュール905に接続される通信ネットワーク906は、有線又は無線によって接続されたネットワークであり、例えば、インターネット、家庭内LAN、赤外線通信又は衛星通信等である。
The
センサモジュール907は、例えば、モーションセンサ(例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ等)、生体情報センサ(例えば、脈拍センサ、血圧センサ、指紋センサ等)、又は位置センサ(例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)受信機等)等の各種のセンサを含む。
The
撮像装置909は、スマートフォン900の表面に設けられ、スマートフォン900の裏側又は表側に位置する対象物等を撮像することができる。詳細には、撮像装置909は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得るCMOS(Complementary MOS)イメージセンサ等の撮像素子(図示省略)と、撮像素子で光電変換された信号に対して撮像信号処理を施す信号処理回路(図示省略)とを含んで構成することができる。さらに、撮像装置909は、撮像レンズ、ズームレンズ、及びフォーカスレンズ等により構成される光学系機構(図示省略)及び、上記光学系機構の動作を制御する駆動系機構(図示省略)をさらに有することができる。そして、上記撮像素子は、対象物からの入射光を光学像として集光し、上記信号処理回路は、結像された光学像を画素単位で光電変換し、各画素の信号を撮像信号として読み出し、画像処理することにより撮像画像を取得することができる。
The
表示装置910は、スマートフォン900の表面に設けられ、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等の表示装置であることができる。表示装置910は、操作画面や、上述した撮像装置909が取得した撮像画像などを表示することができる。
The display device 910 is provided on the surface of the
スピーカ911は、例えば、通話音声や、上述した表示装置910が表示する映像コンテンツに付随する音声等を、ユーザに向けて出力することができる。 The speaker 911 can output, for example, a call voice, a voice accompanying the video content displayed by the display device 910 described above, or the like to the user.
マイクロフォン912は、例えば、ユーザの通話音声、スマートフォン900の機能を起動するコマンドを含む音声や、スマートフォン900の周囲環境の音声を集音することができる。
The
入力装置913は、例えば、ボタン、キーボード、タッチパネル、マウス等、ユーザによって操作される装置である。入力装置913は、ユーザが入力した情報に基づいて入力信号を生成してCPU901に出力する入力制御回路を含む。ユーザは、この入力装置913を操作することによって、スマートフォン900に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
The input device 913 is a device operated by the user, such as a button, a keyboard, a touch panel, and a mouse. The input device 913 includes an input control circuit that generates an input signal based on the information input by the user and outputs the input signal to the
以上、スマートフォン900の構成例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。かかる構成は、実施する時々の技術レベルに応じて適宜変更され得る。
The configuration example of the
<<17. 補足>>
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
<< 17. Supplement >>
Although the preferred embodiments of the present disclosure have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the technical scope of the present disclosure is not limited to such examples. It is clear that anyone with ordinary knowledge in the technical field of the present disclosure may come up with various modifications or amendments within the scope of the technical ideas described in the claims. Is, of course, understood to belong to the technical scope of the present disclosure.
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。 In addition, the effects described herein are merely explanatory or exemplary and are not limited. That is, the techniques according to the present disclosure may have other effects apparent to those skilled in the art from the description herein, in addition to or in place of the above effects.
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
半導体基板に設けられた、
光を電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部から前記電荷が転送される電荷蓄積部と、
余剰の前記電荷を排出するオーバーフローパスと、
前記オーバーフローパスの電位障壁を調整する調整回路と、
を備える、固体撮像装置。
(2)
前記電位障壁は、前記オーバーフローパス上に設けられたオーバーフローゲートに印加される負バイアスにより調整される、上記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
前記オーバーフローゲートは、前記半導体基板に埋め込まれた埋め込み部を有する縦型ゲート電極構造を持つ、上記(2)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記オーバーフローゲートは、前記半導体基板上に設けられた平板型ゲート電極構造を持つ、上記(2)に記載の固体撮像装置。
(5)
前記電位障壁は、前記オーバーフローパスに印加される正バイアスにより調整される、上記(1)に記載の固体撮像装置。
(6)
前記光電変換部からの前記電荷を前記電荷蓄積部へ転送する転送ゲートをさらに備える、上記(1)~(5)のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
(7)
前記転送ゲートは、前記半導体基板に埋め込まれた埋め込み部を有する縦型ゲート電極構造を持つ、上記(6)に記載の固体撮像装置。
(8)
前記転送ゲートは、前記半導体基板上に設けられた平板型ゲート電極構造を持つ、上記(6)に記載の固体撮像装置。
(9)
前記オーバーフローパスは、電源回路に電気的に接続されている、上記(1)~(8)のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
(10)
前記オーバーフローパスは、キャパシタに電気的に接続されている、上記(1)~(8)のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
(11)
前記調整回路は、前記光電変換部の飽和信号量の測定結果に基づき、前記電位障壁を調整する、上記(1)~(10)のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
(12)
前記調整回路は、ヒューズカット回路を含む、上記(11)に記載の固体撮像装置。
(13)
前記調整回路は、論理ゲート回路を含む、上記(11)に記載の固体撮像装置。
(14)
半導体基板に設けられた、
光を電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部から前記電荷が転送される電荷蓄積部と、
余剰の前記電荷を排出するオーバーフローパスと、
前記オーバーフローパスの電位障壁を調整する調整回路と、
を有する固体撮像装置の前記電位障壁の調整方法であって、
前記調整回路は、光電変換部の飽和信号量の測定結果に基づき、前記電位障壁を調整する、
ことを含む、調整方法。
(15)
半導体基板に設けられた、
光を電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部から前記電荷が転送される電荷蓄積部と、
余剰の前記電荷を排出するオーバーフローパスと、
前記オーバーフローパスの電位障壁を調整する調整回路と、
を有する固体撮像装置を、搭載する電子機器。
The present technology can also have the following configurations.
(1)
Provided on the semiconductor substrate,
A photoelectric conversion unit that converts light into electric charges,
A charge storage unit to which the charge is transferred from the photoelectric conversion unit and a charge storage unit
An overflow path that discharges the excess charge and
An adjustment circuit that adjusts the potential barrier of the overflow path, and
A solid-state image sensor.
(2)
The solid-state image pickup device according to (1) above, wherein the potential barrier is adjusted by a negative bias applied to an overflow gate provided on the overflow path.
(3)
The solid-state image pickup device according to (2) above, wherein the overflow gate has a vertical gate electrode structure having an embedded portion embedded in the semiconductor substrate.
(4)
The solid-state image sensor according to (2) above, wherein the overflow gate has a flat plate type gate electrode structure provided on the semiconductor substrate.
(5)
The solid-state image sensor according to (1) above, wherein the potential barrier is adjusted by a positive bias applied to the overflow path.
(6)
The solid-state image sensor according to any one of (1) to (5) above, further comprising a transfer gate for transferring the charge from the photoelectric conversion unit to the charge storage unit.
(7)
The solid-state image pickup device according to (6) above, wherein the transfer gate has a vertical gate electrode structure having an embedded portion embedded in the semiconductor substrate.
(8)
The solid-state image pickup device according to (6) above, wherein the transfer gate has a flat plate type gate electrode structure provided on the semiconductor substrate.
(9)
The solid-state image pickup device according to any one of (1) to (8) above, wherein the overflow path is electrically connected to a power supply circuit.
(10)
The solid-state image sensor according to any one of (1) to (8) above, wherein the overflow path is electrically connected to a capacitor.
(11)
The solid-state image pickup device according to any one of (1) to (10) above, wherein the adjustment circuit adjusts the potential barrier based on the measurement result of the saturation signal amount of the photoelectric conversion unit.
(12)
The solid-state image pickup device according to (11) above, wherein the adjustment circuit includes a fuse cut circuit.
(13)
The solid-state image pickup device according to (11) above, wherein the adjustment circuit includes a logic gate circuit.
(14)
Provided on the semiconductor substrate,
A photoelectric conversion unit that converts light into electric charges,
A charge storage unit to which the charge is transferred from the photoelectric conversion unit and a charge storage unit
An overflow path that discharges the excess charge and
An adjustment circuit that adjusts the potential barrier of the overflow path, and
It is a method of adjusting the potential barrier of the solid-state image sensor having the above.
The adjustment circuit adjusts the potential barrier based on the measurement result of the saturation signal amount of the photoelectric conversion unit.
Adjustment method including that.
(15)
Provided on the semiconductor substrate,
A photoelectric conversion unit that converts light into electric charges,
A charge storage unit to which the charge is transferred from the photoelectric conversion unit and a charge storage unit
An overflow path that discharges the excess charge and
An adjustment circuit that adjusts the potential barrier of the overflow path, and
An electronic device equipped with a solid-state image sensor.
1、702、909 撮像装置
10、102 半導体基板
30 画素アレイ部
32 垂直駆動回路部
34 カラム信号処理回路部
36 水平駆動回路部
38 出力回路部
40 制御回路部
42 画素駆動配線
44 垂直信号線
46 水平信号線
48 入出力端子
50 バイアス設定情報保持部
52 ヒューズカット回路
54 論理ゲート回路
100 画素
104 画素分離部
106 n型半導体領域
108 ゲート電極
110 フォトダイオード
114 絶縁膜
116 p型半導体領域
118 埋め込み部
120 オンチップレンズ
122 反射防止膜
130、140 コンタクト
150 p型分離層
700 カメラ
710 光学レンズ
712 シャッタ機構
714 駆動回路ユニット
716 信号処理回路ユニット
900 スマートフォン
901 CPU
902 ROM
903 RAM
904 ストレージ装置
905 通信モジュール
906 通信ネットワーク
907 センサモジュール
910 表示装置
911 スピーカ
912 マイクロフォン
913 入力装置
914 バス
1,702,909 Imaging device 10,102
902 ROM
903 RAM
904
Claims (15)
光を電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部から前記電荷が転送される電荷蓄積部と、
余剰の前記電荷を排出するオーバーフローパスと、
前記オーバーフローパスの電位障壁を調整する調整回路と、
を備える、固体撮像装置。 Provided on the semiconductor substrate,
A photoelectric conversion unit that converts light into electric charges,
A charge storage unit to which the charge is transferred from the photoelectric conversion unit and a charge storage unit
An overflow path that discharges the excess charge and
An adjustment circuit that adjusts the potential barrier of the overflow path, and
A solid-state image sensor.
光を電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部から前記電荷が転送される電荷蓄積部と、
余剰の前記電荷を排出するオーバーフローパスと、
前記オーバーフローパスの電位障壁を調整する調整回路と、
を有する固体撮像装置の前記電位障壁の調整方法であって、
前記調整回路は、光電変換部の飽和信号量の測定結果に基づき、前記電位障壁を調整する、
ことを含む、調整方法。 Provided on the semiconductor substrate,
A photoelectric conversion unit that converts light into electric charges,
A charge storage unit to which the charge is transferred from the photoelectric conversion unit and a charge storage unit
An overflow path that discharges the excess charge and
An adjustment circuit that adjusts the potential barrier of the overflow path, and
It is a method of adjusting the potential barrier of the solid-state image sensor having the above.
The adjustment circuit adjusts the potential barrier based on the measurement result of the saturation signal amount of the photoelectric conversion unit.
Adjustment method including that.
光を電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部から前記電荷が転送される電荷蓄積部と、
余剰の前記電荷を排出するオーバーフローパスと、
前記オーバーフローパスの電位障壁を調整する調整回路と、
を有する固体撮像装置を、搭載する電子機器。 Provided on the semiconductor substrate,
A photoelectric conversion unit that converts light into electric charges,
A charge storage unit to which the charge is transferred from the photoelectric conversion unit and a charge storage unit
An overflow path that discharges the excess charge and
An adjustment circuit that adjusts the potential barrier of the overflow path, and
An electronic device equipped with a solid-state image sensor.
Priority Applications (3)
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