JP2023132147A - 固体撮像装置 - Google Patents

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    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith

Abstract

【課題】制御信号線からその周囲に発生する電界強度を緩和することができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置は、基体の光入射側となる第1面側に配設され、光を電荷に変換する光電変換素子を有する画素と、画素に対応する位置において、基体の第1面とは反対側の第2面側に配設され、光電変換素子に一方の主電極が電気的に接続された転送トランジスタと、光電変換素子及び転送トランジスタの周囲を取り囲んで基体の厚さ方向に配設され、電気的、かつ、光学的に分離する画素分離領域と、第2面側において画素分離領域と重複する位置に配設され、転送トランジスタのゲート電極と制御信号線とを電気的に接続する接続部とを備えている。【選択図】図2

Description

本開示は、固体撮像装置に関する。
特許文献1には、撮像素子が開示されている。撮像素子は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサを備えている。このイメージセンサでは、基板を貫通する溝を用いて、画素間を電気的、かつ、光学的に分離する分離パターンが形成されている。画素は、分離パターンにより周囲が囲まれた基板内に形成された光電変換領域(フォトダイオード)を備えている。
光電変換領域により光から変換された電荷は、転送トランジスタ及びフローティングディフュージョン領域を通して画素回路に転送される。転送トランジスタのゲート電極には制御信号線が接続されている。この制御信号線を通して入力される制御信号に基づいて、転送トランジスタの動作が制御されている。
WO2019-220945号公報
上記撮像素子では、制御信号線からその周囲に発生する電界強度を緩和することが望まれている。
本開示の一実施態様に係る固体撮像装置は、基体の光入射側となる第1面側に配設され、光を電荷に変換する光電変換素子を有する画素と、画素に対応する位置において、基体の第1面とは反対側の第2面側に配設され、光電変換素子に一方の主電極が電気的に接続された転送トランジスタと、光電変換素子及び転送トランジスタの周囲を取り囲んで基体の厚さ方向に配設され、電気的、かつ、光学的に分離する画素分離領域と、第2面側において画素分離領域と重複する位置に配設され、転送トランジスタのゲート電極と制御信号線とを電気的に接続する接続部とを備えている。
本開示の第1実施の形態に係る固体撮像装置の画素及び画素回路を示す回路図である。 図1に示される画素及び画素回路を構築するトランジスタの平面構成図である。 図2に示される画素が複数配列された状態の平面構成図である。 図2に示される画素及び転送トランジスタの縦断面構成図(図2に示されるA-A切断線において切断して矢印Y方向に見た断面図)である。 図2に示される画素及び転送トランジスタの縦断面構成図(図2に示されるB-B切断線において切断して矢印X方向に見た断面図)である。 図4及び図5に示される画素及び転送トランジスタの具体的な立体構成を説明する透視斜視図である。 図6に示される画素及び転送トランジスタを矢印Z方向から見た平面構成図である。 図7に示されるC-C切断線において切断して矢印Y方向に見た画素及び転送トランジスタの縦断面構成図である。 図7に示されるD-D切断線において切断して矢印X方向に見た画素及び転送トランジスタの縦断面構成図である。 第1実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する第1工程断面図(図5及び図9に対応する縦断面構成図)である。 第2工程断面図である。 第3工程断面図である。 第4工程断面図である。 第5工程断面図である。 第6工程断面図である。 第7工程断面図である。 第8工程断面図である。 本開示の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する第1工程断面図(図5及び図9に対応する縦断面構成図)である。 第2工程断面図である。 第3工程断面図である。 第4工程断面図である。 第5工程断面図である。 第6工程断面図である。 第7工程断面図である。 第8工程断面図である。 本開示の第3実施の形態に係る固体撮像装置の画素及び転送トランジスタの具体的な立体構成を説明する図6に対応する透視斜視図である。 図26に示される画素及び転送トランジスタを矢印Z方向から見た図7に対応する平面構成図である。 図27に示されるE-E切断線において切断して矢印Y方向に見た画素及び転送トランジスタの図8に対応する縦断面構成図である。 図27に示されるF-F切断線において切断して矢印X方向に見た画素及び転送トランジスタの図9に対応する縦断面構成図である。 本開示の第4実施の形態に係る固体撮像装置の画素及び転送トランジスタの具体的な立体構成を説明する図6に対応する透視斜視図である。 図30に示される画素及び転送トランジスタを矢印Z方向から見た図7に対応する平面構成図である。 図31に示されるG-G切断線において切断して矢印Y方向に見た画素及び転送トランジスタの図8に対応する縦断面構成図である。 図31に示されるH-H切断線において切断して矢印X方向に見た画素及び転送トランジスタの図9に対応する縦断面構成図である。 本開示の第5実施の形態に係る固体撮像装置の画素及び転送トランジスタの具体的な立体構成を説明する図6に対応する透視斜視図である。 図34に示される画素及び転送トランジスタを矢印Z方向から見た図7に対応する平面構成図である。 図35に示されるI-I切断線において切断して矢印Y方向に見た画素及び転送トランジスタの図8に対応する縦断面構成図である。 図35に示されるJ-J切断線において切断して矢印X方向に見た画素及び転送トランジスタの図9に対応する縦断面構成図である。 本開示の第6実施の形態に係る固体撮像装置の画素及び転送トランジスタの具体的な立体構成を説明する図6に対応する透視斜視図である。 図38に示される画素及び転送トランジスタを矢印Z方向から見た図7に対応する平面構成図である。 図39に示されるK-K切断線において切断して矢印Y方向に見た画素及び転送トランジスタの図8に対応する縦断面構成図である。 図39に示されるL-L切断線において切断して矢印X方向に見た画素及び転送トランジスタの図9に対応する縦断面構成図である。 本開示の第7実施の形態に係る固体撮像装置の画素及び転送トランジスタの具体的な立体構成を説明する図6に対応する透視斜視図である。 図42に示される画素及び転送トランジスタを矢印Z方向から見た図7に対応する平面構成図である。 図43に示されるM-M切断線において切断して矢印Y方向に見た画素及び転送トランジスタの図8に対応する縦断面構成図である。 図43に示されるN-N切断線において切断して矢印X方向に見た画素及び転送トランジスタの図9に対応する縦断面構成図である。 本開示の第8実施の形態に係る固体撮像装置の画素、転送トランジスタ及び画素回路を構築するトランジスタを矢印Z方向から見た図2及び図3に対応する平面構成図である。 本開示の第9実施の形態に係る固体撮像装置の画素、転送トランジスタ及び光学レンズを矢印Z方向から見た図2及び図3に対応する平面構成図である。 本開示の第10実施の形態に係る固体撮像装置の画素及び転送トランジスタを矢印Z方向から見た図2及び図3に対応する平面構成図である。 第10実施の形態に係る固体撮像装置において図48に示される画素に対応する位置に配設される画素回路を構築するトランジスタを矢印Z方向から見た平面構成図である。 本開示の第11実施の形態に係る固体撮像装置の転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部の立体構成を説明する斜視図である。 図50に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Z方向から見た平面構成図である。 図50に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Y方向に見た側面構成図である。 図50に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印X方向に見た側面構成図である。 第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置の転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部の立体構成を説明する斜視図である。 図54に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Z方向から見た平面構成図である。 図54に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Y方向に見た側面構成図である。 図54に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印X方向に見た側面構成図である。 第11実施の形態の第2変形例に係る固体撮像装置の転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部の立体構成を説明する斜視図である。 図58に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Z方向から見た平面構成図である。 図58に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Y方向に見た側面構成図である。 図58に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印X方向に見た側面構成図である。 第11実施の形態の第3変形例に係る固体撮像装置の転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部の立体構成を説明する斜視図である。 図62に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Z方向から見た平面構成図である。 図62に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Y方向に見た側面構成図である。 図62に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印X方向に見た側面構成図である。 第11実施の形態の第4変形例に係る固体撮像装置の転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部の立体構成を説明する斜視図である。 図66に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Z方向から見た平面構成図である。 図66に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Y方向に見た側面構成図である。 図66に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印X方向に見た側面構成図である。 第11実施の形態の第5変形例に係る固体撮像装置の転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部の立体構成を説明する斜視図である。 図70に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Z方向から見た平面構成図である。 図70に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Y方向に見た側面構成図である。 図70に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印X方向に見た側面構成図である。 第11実施の形態の第6変形例に係る固体撮像装置の転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部の立体構成を説明する斜視図である。 図74に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Z方向から見た平面構成図である。 図74に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Y方向に見た側面構成図である。 図74に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印X方向に見た側面構成図である。 第11実施の形態の第7変形例に係る固体撮像装置の転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部の立体構成を説明する斜視図である。 図78に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Z方向から見た平面構成図である。 図78に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Y方向に見た側面構成図である。 図78に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印X方向に見た側面構成図である。 第11実施の形態の第8変形例に係る固体撮像装置の転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部の立体構成を説明する斜視図である。 図82に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Z方向から見た平面構成図である。 図82に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Y方向に見た側面構成図である。 図82に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印X方向に見た側面構成図である。 第11実施の形態の第9変形例に係る固体撮像装置の転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部の立体構成を説明する斜視図である。 図86に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Z方向から見た平面構成図である。 図86に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印Y方向に見た側面構成図である。 図86に示される転送トランジスタのゲート電極及び制御信号線の接続部を矢印X方向に見た側面構成図である。 本開示の実施の形態に係る第1応用例であって、車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下、本開示の実施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.第1実施の形態
第1実施の形態は、固体撮像装置に、本技術を適用した例を説明する。第1実施の形態は、固体撮像装置の画素及び画素回路の回路構成、平面構成、縦断面構成及び固体撮像装置の製造方法について詳細に説明する。
2.第2実施の形態
第2実施の形態は、第1実施の形態に係る固体撮像装置において、画素分離領域の構成を変えた例を説明する。第2実施の形態は、固体撮像装置の製造方法を主体として説明する。
3.第3実施の形態
第3実施の形態は、第1実施の形態に係る固体撮像装置において、転送トランジスタ、制御信号線及びフローティングディフュージョン領域の配置形態を変えた例を説明する。
4.第4実施の形態
第4実施の形態は、第3実施の形態に係る固体撮像装置において、転送トランジスタの形状を変えた第1例を説明する。
5.第5実施の形態
第5実施の形態は、第3実施の形態に係る固体撮像装置において、転送トランジスタの形状を変えた第2例を説明する。
6.第6実施の形態
第6実施の形態は、第3実施の形態に係る固体撮像装置において、転送トランジスタの形状を変えた第3例を説明する。
7.第7実施の形態
第7実施の形態は、第3実施の形態に係る固体撮像装置において、転送トランジスタの形状を変えた第4例を説明する。
8.第8実施の形態
第8実施の形態は、第1実施の形態に係る固体撮像装置の第1応用例を説明する。第1応用例は、1段画素構造を有する固体撮像装置において、1つの画素回路が4つの画素により共有される例である。
9.第9実施の形態
第9実施の形態は、第1実施の形態に係る固体撮像装置の第2応用例を説明する。第2応用例は、1段画素構造を有する固体撮像装置において、2つの画素が共有される例である。
10.第10実施の形態
第10実施の形態は、第1実施の形態に係る固体撮像装置の第3応用例を説明する。第3応用例は、2段画素構造を有する固体撮像装置において、1つの画素回路が4つの画素により共有される例である。
11.第11実施の形態
第11実施の形態は、第3実施の形態に係る固体撮像装置において、転送トランジスタの形状を変えた第5例を説明する。ここでは、更に転送トランジスタの形状を変えた第1変形例~第9変形例を説明する。
12.移動体への応用例
移動体制御システムの一例である車両制御システムに本技術を適用した例を説明する。
13.その他の実施の形態
<1.第1実施の形態>
図1~図17を用いて、本開示の第1実施の形態に係る固体撮像装置1及びその製造方法を説明する。
ここで、図中、適宜、示される矢印X方向は、便宜的に平面上に載置された固体撮像装置1の1つの平面方向を示している。矢印Y方向は、矢印X方向に対して直交する他の1つの平面方向を示している。また、矢印Z方向は、矢印X方向及び矢印Y方向に対して直交する上方向を示している。つまり、矢印X方向、矢印Y方向、矢印Z方向は、丁度、三次元座標系のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向に各々一致している。
なお、これらの各方向は、説明の理解を助けるために示されており、本技術の方向を限定するものではない。
[固体撮像装置1の構成]
(1)固体撮像装置1の画素10及び画素回路20の回路構成
図1は、固体撮像装置1を構築する画素10及び画素回路20の回路構成の一例を示している。
1つの画素10は、光電変換素子(フォトダイオード)11と、転送トランジスタ12との直列回路により構成されている。ここでは、4つの画素10が単位画素BPとして構成されている。なお、単位画素BPは、1つ、2つ、3つ又は5つ以上の画素10により構築されてもよい。
光電変換素子11は、固体撮像装置1の外部から入射された光を電荷(電気信号)に変換する。
転送トランジスタ12は、ゲート電極と一対の主電極とを備えている。一対の主電極のうち、一方の主電極は光電変換素子11に電気的に接続されている。他方の主電極は、フローティングディフュージョン領域(以下、単に「FD領域」という。)25に電気的に接続され、このFD領域25を通して画素回路20に接続されている。ゲート電極は、ここでは図示省略の制御信号線(水平信号線)に接続されている。ゲート電極には、制御信号線から制御信号TGが入力される。制御信号TGは、転送トランジスタ12の導通動作又は非導通動作を制御し、光電変換素子11から転送トランジスタ12を介在させたFD領域25への電荷の転送を制御する。
画素回路20は、ここでは、単位画素BP毎に配設されている。つまり、4つの画素10に対して1つの画素回路20が配設されている。画素回路20は、画素10において光から変換された電荷の信号処理を行う。
第1実施の形態において、画素回路20は、第1トランジスタ~第4トランジスタの4つのトランジスタを備えて構築されている。
ここでは、第1トランジスタは、ゲート電極及び一対の主電極を有する増幅トランジスタ21である。第2トランジスタは、ゲート電極及び一対の主電極を有する選択トランジスタ22である。第3トランジスタは、ゲート電極及び一対の主電極を有するフローティングディフュージョン変換ゲイン切替えトランジスタ(以下、単に「FD変換ゲイン切替えトランジスタ」という。)23である。そして、第4トランジスタは、ゲート電極及び一対の主電極を有するリセットトランジスタ24である。
増幅トランジスタ21のゲート電極は、FD領域25に接続されている。増幅トランジスタ21の一方の主電極は電源電圧端子VDDに接続され、他方の主電極は選択トランジスタ22の一方の主電極に接続されている。
選択トランジスタ22のゲート電極は、選択信号線SELに接続されている。選択トランジスタ22の他方の主電極は、垂直信号線VSL及び電流源負荷LCに接続されている。電流源負荷LCは基準電圧端子GNDに接続されている。
FD変換ゲイン切替えトランジスタ23のゲート電極は、フローティングディフュージョン制御信号線FDGに接続されている。FD変換ゲイン切替えトランジスタ23の一方の主電極はFD領域25に接続され、他方の主電極はリセットトランジスタ24の一方の主電極に接続されている。
リセットトランジスタ24のゲート電極は、リセット信号線RSTに接続されている。リセットトランジスタ24の他方の主電極は、電源電圧端子VDDに接続されている。
固体撮像装置1では、画素回路20は、更に図示省略の画像処理回路に接続されている。画像処理回路は、例えば、アナログデジタルコンバータ(ADC)とデジタルシグナルプロセッサ(DSP)とを備えている。
画素10により光から変換された電荷は、アナログ信号である。このアナログ信号は、画素回路20において増幅処理される。ADCは、画素回路20から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。DSPは、デジタル信号の機能処理を行う。つまり、画像処理回路では、画像作成の信号処理が行われる。
(2)画素10及び画素回路20を構築するトランジスタ200の基本レイアウト構成
図2は、画素10及び画素回路20を構築するトランジスタ200の基本構成の一例を表している。
矢印Z方向から見て(以下、単に「平面視において」という。)、1つの画素10及び画素回路20を構築するトランジスタ200は、画素分離領域16に周囲を取り囲まれた領域内に配設されている。画素分離領域16は、他の領域に対して、画素10を電気的、かつ、光学的に分離している。
ここで、平面視とは、本技術に係る「第2面2B(図4参照)」側から見てという意味において使用されている。矢印Z方向とは反対側は光入射面として構成されている。光入射面は、本技術に係る「第1面2A(図4参照)」である。光入射面側には、画素10を構築する光電変換素子11が配設されている。
画素分離領域16は、一定の幅寸法を持って矢印X方向へ延設され、一定の離間寸法を持って矢印Y方向に複数配列されている。さらに、画素分離領域16は、同様に、一定の幅寸法を持って矢印Y方向へ延設され、一定の離間寸法を持って矢印X方向に複数配列されている。つまり、画素分離領域16は平面視において格子形状に配設され、画素分離領域16に区画された領域内に画素10及びトランジスタ200が配設されている。
ここで、矢印X方向は、本技術に係る「第1方向」である。また、矢印Y方向は、第1方向に対して交差する、本技術に係る「第2方向」である。
特に限定されるものではないが、第1実施の形態では、平面視において、画素分離領域16により正方形状に区画された領域内に、画素10及びトランジスタ200が配設されている。ここでは、画素分離領域16により区画された1つの領域内に、1つの画素10が配設されている。そして、画素分離領域16により区画された1つの領域内に、画素回路20を構築する1つのトランジスタ200が配設されている。
なお、画素分離領域16等の縦断面構造は、後に説明する。
トランジスタ200は、第1トランジスタ、第2トランジスタ、第3トランジスタ又は第4トランジスタである。すなわち、トランジスタ200は、増幅トランジスタ21、選択トランジスタ22、FD変換ゲイン切替えトランジスタ23、リセットトランジスタ24のいずれかである。
トランジスタ200は、素子分離領域26により周囲を取り囲まれ、他の領域に対して少なくとも電気的に分離されている。トランジスタ200は、チャネル形成領域201と、ゲート絶縁膜202と、ゲート電極203と、一対の主電極204とを備えている。主電極204は、第1導電型としてのn型半導体領域により形成され、ソース電極又はドレイン電極として使用されている。
ここで、トランジスタ200は、nチャネル絶縁ゲート電界効果トランジスタ(IGFET:Insulated Gate Field Effect Transistor)である。IGFETには、金属体-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)及び金属体-絶縁体-半導体電界効果トランジスタ(MISFET:Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)が含まれている。
第1実施の形態では、トランジスタ200は、画素10に対応する領域において、画素分離領域16の延設方向に対して斜め方向に配置されている。すなわち、トランジスタ200は、矢印X方向又は矢印Y方向に対して、斜め方向に配置されている。
詳しく説明すると、トランジスタ200は、画素分離領域16により区画された領域(平面視において正方形状の領域)において、仮想線として示してある左上側から右下側への対角線D1-D1に、ゲート長Lg方向を一致させて配置されている。ゲート長Lgは、ゲート電極203の一対の主電極204間の実効的な長さである。また、ゲート幅Wgは、ゲート長Lg方向に対して直交する方向であって、仮想線として示してある左下側から右上側への対角線D2-D2に一致する方向の長さである。
ここで、矢印X方向へ延設される画素分離領域16と対角線D1-D1とがなす最小の角度α1は、45度である。最大の角度は、135度になる。矢印Y方向へ延設される画素分離領域16と対角線D1-D1とがなす最小の角度α2は、当然のことながら、45度である。角度α1が45度に設定されると、トランジスタ200において、ゲート長Lg寸法並びにゲート幅Wg寸法を最大値にすることができる。
なお、角度α1は、30度以上90度未満の角度において適宜設定可能である。表現を代えれば、トランジスタ200が斜めに配置されると、斜めに配置されない場合に比し、トランジスタ200のゲート長Lg及びゲート幅Wgを増やすことができる。
一方、画素分離領域16により区画された領域において、トランジスタ200よりも右上側の対角線D2-D2に沿った領域には、転送トランジスタ12及びFD領域25が配設されている。
転送トランジスタ12は、矢印X方向に延設される画素分離領域16と矢印Y方向に延設される画素分離領域16との交差部の近傍であって、矢印X方向に延設される画素分離領域16に沿った位置に配設されている。転送トランジスタ12は、矢印Z方向をゲート長Lg方向として延設される垂直ゲート電極(ゲート電極)205を有する縦型トランジスタとして構成されている。転送トランジスタ12は、ここではnチャネル導電型IGFETにより構成されている。
FD領域25は、矢印X方向へ延設される画素分離領域16と矢印Y方向へ延設される画素分離領域16との交差部の近傍であって、矢印Y方向に延設される画素分離領域16に沿った位置に配設されている。FD領域25は、n型半導体領域により形成されている。FD領域25は、トランジスタ200に対して素子分離領域26を介在させて配置されている。
また、画素分離領域16により区画された領域において、トランジスタ200よりも左下側の対角線D2-D2に沿った領域には、基体接続部27が配設されている。基体接続部27は、矢印Y方向へ延設される画素分離領域16の中間部に配設されている。基体接続部27は、第2導電型としてのp型半導体領域により形成されている。基体接続部27は、ウエルコンタクト領域であり、基準電圧端子GNDに接続されている。つまり、基体接続部27は、基準電圧をp型ウエル領域に供給する。
なお、図2中、黒丸により示された部分は、トランジスタ200の光電変換素子11とは反対側の上層に配設される配線7(図17参照)との接続領域(コンタクト領域)である。配線7には、例えば銅(Cu)配線が使用されている。
(3)画素10のレイアウト構成
図3は、複数の画素10を配列したレイアウト構成の一例を表している。
画素10は、矢印X方向に一定の間隔において複数配列され、更に矢印Y方向に一定の間隔において複数配列されている。つまり、平面視において、複数の画素10は行列状に配列されている。
矢印X方向に配列された複数の画素10間には、矢印X方向を幅方向とし、矢印Y方向に延設される画素分離領域16が延設されている。矢印Y方向に配列された複数の画素10間には、矢印Y方向を幅方向とし、矢印X方向に延設される画素分離領域16が延設されている。
(4)共有接続部32及び33の基本レイアウト構成
複数の画素10間には、共有接続(Shared Contact 又は Side Contact)部32及び共有接続部33が配設されている。
図2及び図3に示されるように、共有接続部32は、ここでは、画素10のFD領域25と、矢印X方向に隣接する他の画素10のFD領域25との間に配設されている。詳しく説明すると、共有接続部32は、矢印X方向に隣接する、合計2つの画素10のFD領域25にわたって形成され、合計2つのFD領域25に電気的にダイレクトに接続されている。
また、共有接続部32は、矢印X方向及び矢印Y方向に隣接する、合計4つの画素10のFD領域25にわたって形成され、合計4つのFD領域25に電気的に接続されてもよい(図46参照)。つまり、共有接続部32は、複数の画素10のFD領域25にわたって形成されている。
共有接続部33は、ここでは、画素10の基体接続部27と、矢印X方向に隣接する他の画素10の基体接続部27との間に配設されている。共有接続部33は、共有接続部32と同様に、矢印X方向に隣接する、合計2つの画素10の基体接続部27にわたって形成され、合計2つの基体接続部27に電気的にダイレクトに接続されている。
また、共有接続部33は、矢印X方向及び矢印Y方向に隣接する、合計4つの画素10の基体接続部27にわたって形成され、合計4つの基体接続部27に電気的に接続されてもよい(図46参照)。
(5)画素10の縦断面構成
図4は、図2に示される画素10をA-A切断線において切断したときの具体的な断面構成の一例を示している。図5は、図2に示される画素10をB-B切断線において切断したときの具体的な断面構成の一例を表している。
図4及び図5に示されるように、画素10の光電変換素子11は、基体2の第1面2A側に配設されている。ここで、基体2には、例えば半導体基板が使用されている。さらに詳しく説明すると、p型半導体領域(又はp型ウエル領域)2Pを有する単結晶珪素基板が使用されている。光電変換素子11は、p型半導体領域2Pと符号省略のn型半導体領域とのpn接合部に形成されている。
画素10の周囲を取り囲む画素分離領域16は、第1溝161と、第1埋設部材162とを備えている。
第1溝161は、基体2の第2面2B側の上面から第1面2A側の下面へ、基体2の厚さ方向に貫通する深い溝として形成されている。
第1埋設部材162は、第1溝161内に埋め込まれている。ここで、第1埋設部材162は、第1溝161内壁に沿って設けられた絶縁体及び第1溝161内に絶縁体を介在して埋め込まれた埋設部材により形成されている。絶縁体には、例えば酸化珪素膜、窒化珪素膜等が使用されている。埋込部材には、例えば多結晶珪素膜が使用されている。
つまり、画素分離領域16は、トレンチアイソレーション構造により構成されている。
また、ここでの詳細な図示並びに説明は省略するが、光電変換素子11に対応する領域において、基体2内部の光電変換素子11と画素分離領域16との間にはピニング領域が配設されている。
さらに、図5に示されるように、画素分離領域16は、素子分離領域26を含んで構成されている。素子分離領域26は、前述の通り、例えばトランジスタ200とFD領域25との間、トランジスタ200と基体接続部27との間等を電気的に分離する。素子分離領域26は、第2溝261と、第2埋設部材262とを備えている。
第2溝261は、基体2の上面から下面側へ向かって厚さ方向に形成されている溝である。第2溝261は光電変換素子11に達しない程度の溝であり、第2溝261の深さは第1溝161の深さよりも浅い。また、ここでは、第2溝261の溝幅は、第1溝161の溝幅よりも広い。
第2埋設部材262は、第2溝261内に埋め込まれている。第2埋設部材262は、例えば、第1埋設部材162の絶縁体と同様の絶縁材料により形成されている。
素子分離領域26は、トレンチアイソレーション構造により構成されている。
ここで、図4に示されるように、共有接続部32は、画素分離領域16の第2面2B側の一部を取り除いた領域に配設されている。詳しく説明すると、画素分離領域16を構築する素子分離領域26の一部が取り除かれた領域に、画素分離領域16を跨がって共有接続部32が配設されている。
共有接続部32は、ゲート電極材料、具体的には例えば多結晶珪素膜により形成されている。多結晶珪素膜には、抵抗値を低減するn型不純物が導入されている。
また、共有接続部33は、基本的には共有接続部32と同様の構成により形成されているが、多結晶珪素膜には、p型不純物が導入されている。
図4及び図5に示されるように、転送トランジスタ12は、垂直ゲート電極205を備えている。第1実施の形態では、垂直ゲート電極205は、平面視において、矢印X方向の長さよりも矢印Y方向の長さが長い長方形状の矩形状に形成されている。垂直ゲート電極205は、基体2の厚さ方向をゲート長Lg方向として延設されている。つまり、垂直ゲート電極205は、直方体形状に形成されている。
なお、垂直ゲート電極205の角部分は、面取り形状や曲面形状(R形状)に形成されてもよい。このような形状を備えることにより、角部分の電界集中を緩和することができる。
垂直ゲート電極205の第1面2A側の一端部は、光電変換素子11のn型半導体領域に達して形成されている。光電変換素子11のn型半導体領域は、転送トランジスタ12の一方の主電極である。
一方、垂直ゲート電極205の第2面2B側の他端部は、FD領域25に接続されている。FD領域25は、転送トランジスタ12の他方の主電極である。ここでは、垂直ゲート電極205の他端部は、基体2の第2面2Bよりも第1面2A側に配設されている。詳しく説明すると、垂直ゲート電極205の第2面2B側の第3面(上面)205Uは、FD領域25の第1面2A側の第4面(下面)25Bに対して、同一の位置、又は第1面2A側の位置に形成されている。
ここで、FD領域25は、平面視において、矩形状に形成されている。そして、前述の通り、垂直ゲート電極205は、矩形状に形成されているので、FD領域25の1辺に対応する側面に沿って配設されている。
垂直ゲート電極205の他端部は、基体2の第2面2Bに対して掘り下げた断面形状に形成されている。この掘り下げられた部位には、絶縁体としての層間絶縁膜6が埋設されている。層間絶縁膜6は、後述するが、トランジスタ200とトランジスタ200の上層に配設される配線7(図17参照)との間に形成され、層間絶縁膜6の一部が掘り下げられた部位に埋設されている。層間絶縁膜6は、例えば酸化珪素膜により形成されている。
転送トランジスタ12のゲート絶縁膜は、図示並びに符号を省略するが、垂直ゲート電極205とp型半導体領域2Pとの間に配設されている。ゲート絶縁膜に接するp型半導体領域2Pの部位はチャネル形成領域として使用されている。
そして、図2及び図5に示されるように、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205の他端部には、制御信号線(図17に示される「配線7」参照)と垂直ゲート電極205との間を電気的に接続する、制御信号線の接続部121が電気的に接続されている。接続部121には、制御信号線から転送トランジスタ12への制御信号TGが入力される。
(6)接続部121の具体的な構成
図6は、図4及び図5に示される画素10、転送トランジスタ12、接続部121及びFD領域25の立体構成の一例を表している。図7は、図6に示される画素10等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図8は、図7に示されるC-C切断線において切断して矢印Y方向に見た画素10等の縦断面構成の一例を表している。図9は、図7に示されるD-D切断線において切断して矢印X方向に見た画素10等の縦断面構成の一例を表している。
図6~図9に示されるように、接続部121は、基体2の第2面2B側において画素分離領域16と重複する位置に配設されている。詳しく説明すると、第1実施の形態において、接続部121及びそれに接続される制御信号線(配線7)は、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205に近接した位置において、矢印X方向に延設される画素分離領域16と重複する画素分離領域16上に配設されている。以下、接続部121を主体に説明し、制御信号線の説明は省略する。
ここでは、接続部121の矢印Y方向の幅寸法は、矢印X方向に延設される画素分離領域16の幅寸法に対して、少なくとも転送トランジスタ12側に大きく形成されている。つまり、接続部121の一部は、平面視において、垂直ゲート電極205に重複する位置まで延設されている。この延設された位置において、接続部121は、垂直ゲート電極205に電気的に接続されている。このため、接続部121は、基体2のp型半導体領域2Pの表面に実質的に接することなく、垂直ゲート電極205に電気的に接続されている。
ここでは、FD領域25は、矢印Y方向に延設される画素分離領域16の近傍の位置に配設され、この矢印Y方向に延設される画素分離領域16をわたって配設された共有接続部32を通して、他のFD領域25に接続されている。
また、FD領域25の角部分は、垂直ゲート電極205の角部分と同様に、面取り形状や曲面形状に形成されてもよい。
[固体撮像装置1の製造方法]
図10~図17は、固体撮像装置1の一例の製造方法を工程毎に示している。ここでは、画素分離領域16、素子分離領域26、転送トランジスタ12及び接続部121の製造方法について詳細に説明する。
画素10間となる領域において、基体2に画素分離領域16が形成される(図10参照)。引き続き、図10に示されるように、画素10間となる領域及び素子間となる領域に素子分離領域26が形成される。
画素分離領域16は、第1溝161を形成し、第1溝161内に第1埋設部材162を埋設して形成される。第1溝161の形成には、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)等の異方性エッチングが使用される。第1埋設部材162は、例えば化学的気相析出(CVD:Chemical Vaper Deposition)法を用いた多結晶珪素膜等により形成される。素子分離領域26は、第2溝261を形成し、第2溝261内に第2埋設部材を埋設して形成される。第2溝261は、第1溝161と同様に、異方性エッチングを用いて形成される。第2埋設部材262は、CVD法を用いた酸化珪素膜等により形成される。
基体2の第2面2B上にマスク801、マスク802、マスク803が順次形成される(図11参照)。マスク801には、例えば熱酸化珪素膜が使用される。マスク802には、マスク801に対してエッチング選択比を確保可能な、例えば窒化珪素膜が使用される。マスク803には、例えばフォトリソグラフィ技術により形成されたレジスト膜が使用される。
図11に示されるように、転送トランジスタ12の形成領域において、マスク801~マスク803を用いて、基体2の第2面2Bから第1面2A側に掘り下げられた溝205Hが形成される。溝205Hの形成には、例えば異方性エッチングが使用される。
この後、マスク803が除去される。
図12に示されるように、溝205Hの内壁及び底面に沿って、基体2の表面上にゲート絶縁膜205Gが形成される。ゲート絶縁膜205Gは、例えばCVD法を用いた酸化珪素膜により形成される。引き続き、図13に示されるように、溝205Hの内壁及び底面に沿って、基体2の表面部分にピニング領域20Pが形成される。
図14に示されるように、溝205H内を埋設して、更に基体2の第2面2B側にゲート電極層205Aが形成される。ゲート電極層205Aは、例えばCVD法を用いた多結晶珪素膜により形成される。多結晶珪素膜には、成膜中又は成膜後に、抵抗値を低減するn型不純物が導入される。
図15に示されるように、接続部121の形成領域にマスク804が形成され、マスク804を用いてゲート電極層205Aがパターンニングされる。マスク804には、例えばフォトリソグラフィ技術により形成されたレジスト膜が使用される。
このパターンニングにより、ゲート電極層205Aから画素分離領域16に重複して配設される接続部121が形成される。さらに、溝205H内にはゲート電極層205Aが埋設された状態となり、このゲート電極層205Aから転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205が形成される。
この後、マスク804が除去される。
図16に示されるように、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205の形成領域が開口されたマスク805が形成され、マスク805を用いて垂直ゲート電極205の第2面2B側の他端部が除去される。つまり、垂直ゲート電極205の一部が掘り下げられる。この垂直ゲート電極205の掘り下げられた底面は、第3面205Uとされる。第3面205Uは、後に形成されるFD領域25の第4面25B(図8及び図9参照)に対して、同一の位置、又は第1面2A側の位置に形成される。
図示省略の共有接続部32及び共有接続部33(図2~図4参照)が形成された後、層間絶縁膜6が形成される(図17参照)。層間絶縁膜6は、例えばCVD法を用いた酸化珪素膜又は窒化珪素膜により形成される。層間絶縁膜6が形成されると、垂直ゲート電極205の折り下げられた部位が層間絶縁膜6により埋設される。
図17に示されるように、層間絶縁膜6に接続孔6Hが形成され、引き続き、層間絶縁膜6上に接続孔6Hを通して接続部121等に電気的に接続される配線7が形成される。
これら一連の工程が終了すると、第1実施の形態に係る固体撮像装置1が完成し、製造方法が終了する。
[作用効果]
第1実施の形態に係る固体撮像装置1は、図1~図9に示されるように、画素10と、転送トランジスタ12と、画素分離領域16(及び素子分離領域26)とを備える。画素10は、基体2の光入射側となる第1面2A側に配設され、光を電荷に変換する光電変換素子11を有する。転送トランジスタ12は、画素10に対応する位置において、基体2の第1面2Aとは反対側の第2面2B側に配設され、光電変換素子11に一方の主電極204を電気的に接続する。画素分離領域16は、光電変換素子11及び転送トランジスタ12の周囲を取り囲んで基体2の厚さ方向に配設され、電気的、かつ、光学的に分離する。
ここで、図2、図3、図5~図7及び図9に示されるように、固体撮像装置1は、更に接続部121を備える。接続部121は、基体2の第2面2B側において画素分離領域16と重複する位置に配設される。接続部121には、制御信号線(配線7)が電気的に接続される。さらに、接続部121は、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極(ゲート電極)205に電気的に接続される。
このため、接続部121から基体2の第2面2B側への電界の広がりを効果的に抑制又は防止することができる。また、同様に、制御信号線(配線7)から基体2の第2面2B側への電界の広がりを効果的に抑制又は防止することができる。特に、転送トランジスタ12とFD領域25との間の領域において、接続部121からの電界のp型半導体領域2Pの表面部分での広がりを効果的に抑制又は防止することができる。これにより、接続部121からの電界強度を緩和することができるので、FD白点特性を改善することができる。
また、固体撮像装置1では、図2、図3及び図6~図9に示されるように、画素分離領域16は、矢印X方向に延設される画素分離領域(第1画素分離領域)16と、矢印X方向に対して交差する矢印Y方向に延設される画素分離領域(第2画素分離領域)16とを備える。そして、第1実施の形態では、接続部121は、矢印X方向に延設される画素分離領域16に重複する位置に配設される。一方、FD領域25は、矢印X方向に延設される画素分離領域16と矢印Y方向に延設される画素分離領域16との交差部、又は矢印Y方向に延設される画素分離領域16に近接する位置に配設される。
このため、互いに異なる方向に延設される画素分離領域16に重複させて、又は近接させて接続部121とFD領域25とが配設されるので、接続部121が配置された位置に対して、FD領域25は十分離間された位置に配置される。これにより、接続部121からFD領域25への電界強度を緩和することができる。
また、固体撮像装置1では、図4及び図8に示されるように、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205の第2面2B側の第3面205Uは、FD領域25の第1面2A側の第4面25Bに対して、基体2の厚さ方向において同一の位置、又は第4面25Bよりも第1面2A側の位置に形成される。
このため、光電変換素子11から転送トランジスタ12を通してFD領域25へ流れる電荷の経路を、接続部121からFD領域25側へ離間させることができる。これにより、接続部121が配置された位置に対して、電荷の経路は十分離間された位置に形成されるので、接続部121から電荷の経路への電界強度を緩和することができる。
また、固体撮像装置1では、図4、図5、図6、図8及び図9に示されるように、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205の第3面205Uに、第2面2B側に向かって、絶縁体としての層間絶縁膜6が配設される。この層間絶縁膜6は、第3面205Uに対応する位置に、基体2の第2面2Bから第1面2A側へ向かって形成された溝205H(図16及び図17参照。)内に埋設される。
このため、光電変換素子11から転送トランジスタ12を通してFD領域25へ流れる電荷の経路が、接続部121に対して電気的に分離される。これにより、接続部121から電荷の経路への電界強度を緩和することができる。
さらに、固体撮像装置1では、図16及び図17に示されるように、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205の第3面205Uに配設された層間絶縁膜6は、基体2の第2面2Bに配設される層間絶縁膜6に対して、同一の層、かつ、同一の絶縁材料により形成される。
このため、トランジスタ200と配線7とを電気的に分離する層間絶縁膜6を利用して第3面205Uに層間絶縁膜6が配設されるので、電界強度を緩和する構造を簡易に構築することができる。
加えて、固体撮像装置1の製造方法では、絶縁体の形成工程が削減されるので、全体の製造工程数を削減することができる。
<2.第2実施の形態>
図18~図25を用いて、本開示の第2実施の形態に係る固体撮像装置1及び固体撮像装置1の製造方法を説明する。なお、第2実施の形態並びにそれ以降の実施の形態又変形例において、第1実施の形態に係る固体撮像装置1の構成要素と同一の構成要素、又は実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
[固体撮像装置1の製造方法]
図18~図25は、固体撮像装置1の一例の製造方法を工程毎に示している。ここでは、第1実施の形態に係る固体撮像装置1の製造方法と同様に、画素分離領域16、素子分離領域26、転送トランジスタ12及び接続部121の製造方法について詳細に説明する。
第1実施の形態に係る固体撮像装置1の製造方法(以下、単に「第1製造方法」という。)と同様に、画素10間となる領域において、基体2に画素分離領域16が形成される(図18参照)。引き続き、図18に示されるように、画素10間となる領域及び素子間となる領域に素子分離領域26が形成される。ここで、画素分離領域16とこの画素分離領域16に重複して配設される素子分離領域26とは、同一、又は実質的に同一の幅寸法により形成される。それ以外の構成要素は、第1製造方法と同一である。
基体2の第2面2B上にマスク801、マスク802、マスク803が順次形成される(図19参照)。
図19に示されるように、転送トランジスタ12の形成領域において、マスク801~マスク803を用いて、基体2の第2面2Bから第1面2A側に掘り下げられた溝205Hが形成される。
この後、マスク803が除去される。
図20に示されるように、溝205Hの内壁及び底面に沿って、基体2の表面上にゲート絶縁膜205Gが形成される。引き続き、図21に示されるように、溝205Hの内壁及び底面に沿って、基体2の表面部分にピニング領域20Pが形成される。
図22に示されるように、溝205H内を埋設して、更に基体2の第2面2B側にゲート電極層205Aが形成される。
図23に示されるように、接続部121の形成領域にマスク804が形成され、マスク804を用いてゲート電極層205Aがパターンニングされる。このパターンニングにより、ゲート電極層205Aから画素分離領域16に重複して配設される接続部121が形成される。さらに、溝205H内にはゲート電極層205Aが埋設された状態となり、このゲート電極層205Aから転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205が形成される。
この後、マスク804が除去される。
図24に示されるように、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205の形成領域が開口されたマスク805が形成され、マスク805を用いて垂直ゲート電極205の第2面2B側の他端部が除去される。つまり、垂直ゲート電極205の一部が掘り下げられる。この垂直ゲート電極205の掘り下げられた底面は、第3面205Uとされる。
図25に示されるように、層間絶縁膜6、接続孔6H、配線7のそれぞれが形成される。配線7は、ここでは制御信号線である。
これら一連の工程が終了すると、第1実施の形態に係る固体撮像装置1が完成し、製造方法が終了する。
上記構成要素以外の構成要素は、第1実施の形態に係る固体撮像装置1の構成要素並びに第1製造方法の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第2実施の形態に係る固体撮像装置1及び固体撮像装置1の製造方法によれば、第1実施の形態に係る固体撮像装置1及び第1製造方法により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
<3.第3実施の形態>
図26~図29を用いて、本開示の第3実施の形態に係る固体撮像装置1を説明する。
図26は、第3実施の形態に係る固体撮像装置1の画素10、転送トランジスタ12、接続部121及びFD領域25の立体構成の一例を表している。図27は、図26に示される画素10等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図28は、図27に示されるE-E切断線において切断して矢印Y方向に見た画素10等の縦断面構成の一例を表している。図29は、図27に示されるF-F切断線において切断して矢印X方向に見た画素10等の縦断面構成の一例を表している。
図26~図29に示されるように、第3実施の形態に固体撮像装置1では、第1実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、接続部121は、基体2の第2面2B側において矢印X方向に延設される画素分離領域16と重複する位置に配設されている。
一方、FD領域25は、矢印Y方向に延設される画素分離領域16に沿って、矢印Y方向とは反対側へ移動した位置に配設されている。つまり、第1実施の形態に係る固体撮像装置1に対して、FD領域25は接続部121から離間されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第1実施の形態に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第3実施の形態に係る固体撮像装置1によれば、第1実施の形態に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
また、固体撮像装置1では、図27~図29に示されるように、接続部121から離間されてFD領域25が配設される。
このため、光電変換素子11から転送トランジスタ12を通してFD領域25へ流れる電荷の経路を、接続部121からFD領域25側へ離間させることができる。これにより、接続部121が配置された位置に対して、電荷の経路は十分離間された位置に形成されるので、接続部121から電荷の経路への電界強度を更に緩和することができる。
<4.第4実施の形態>
図30~図33を用いて、本開示の第4実施の形態に係る固体撮像装置1を説明する。
図30は、第4実施の形態に係る固体撮像装置1の画素10、転送トランジスタ12、接続部121及びFD領域25の立体構成の一例を表している。図31は、図30に示される画素10等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図32は、図31に示されるG-G切断線において切断して矢印Y方向に見た画素10等の縦断面構成の一例を表している。図33は、図31に示されるH-H切断線において切断して矢印X方向に見た画素10等の縦断面構成の一例を表している。
図30~図33に示されるように、第4実施の形態に固体撮像装置1では、第1実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、接続部121は、基体2の第2面2B側において矢印X方向に延設される画素分離領域16と重複する位置に配設されている。
一方、FD領域25は、第3実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、矢印Y方向に延設される画素分離領域16に沿って、矢印Y方向とは反対側へ移動した位置に配設されている。FD領域25の移動量は更に増加されている。
転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205は、接続部121との接続部位から矢印X方向に延設され、延設された端部において矢印Y方向とは反対方向に屈曲し、更に矢印Y方向とは反対側に延設されている。垂直ゲート電極205の矢印Y方向とは反対側に延設されている部位は、FD領域25に沿い、かつ、対向している。つまり、垂直ゲート電極205は、平面視において、L字形状に形成されている。この結果、垂直ゲート電極205は、接続部121とFD領域25との間の位置に配置されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第3実施の形態に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第4実施の形態に係る固体撮像装置1によれば、第3実施の形態に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
また、固体撮像装置1では、図30~図33に示されるように、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205が、接続部121とFD領域25との間に配設される。このような構成では、接続部121とFD領域25との離間距離は、垂直ゲート電極205とFD領域25との離間距離よりも大きい。
このため、光電変換素子11から転送トランジスタ12を通してFD領域25へ流れる電荷の経路を、接続部121からFD領域25側へ大きく離間させることができる。これにより、接続部121が配置された位置に対して、電荷の経路は十分離間された位置に形成されるので、接続部121から電荷の経路への電界強度を更に緩和することができる。
<5.第5実施の形態>
図34~図37を用いて、本開示の第5実施の形態に係る固体撮像装置1を説明する。
図34は、第5実施の形態に係る固体撮像装置1の画素10、転送トランジスタ12、接続部121及びFD領域25の立体構成の一例を表している。図35は、図34に示される画素10等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図36は、図35に示されるI-I切断線において切断して矢印Y方向に見た画素10等の縦断面構成の一例を表している。図37は、図35に示されるJ-J切断線において切断して矢印X方向に見た画素10等の縦断面構成の一例を表している。
図34~図37に示されるように、第5実施の形態に固体撮像装置1では、第1実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、接続部121は、基体2の第2面2B側において矢印X方向に延設される画素分離領域16と重複する位置に配設されている。
一方、FD領域25は、第4実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、矢印Y方向に延設される画素分離領域16に沿って、矢印Y方向とは反対側へ移動した位置に配設されている。FD領域25の移動量は更に増加されている。
転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205は、第4実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、接続部121との接続部位から矢印X方向に延設され、延設された端部において矢印Y方向とは反対方向に屈曲し、更に矢印Y方向とは反対側に延設されている。垂直ゲート電極205の矢印Y方向とは反対側に延設されている部位の幅寸法は、矢印X方向に延設されている部位の幅寸法よりも大きい。このため、垂直ゲート電極205は、平面視において、矢印X方向に延設される画素分離領域16と矢印Y方向に延設される画素分離領域16との交差部分に沿って配設されている。
また、垂直ゲート電極205は、矢印Y方向において、FD領域25に対向する配置とされている。
上記構成要素以外の構成要素は、第4実施の形態に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第5実施の形態に係る固体撮像装置1によれば、第4実施の形態に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
また、固体撮像装置1では、図34~図37に示されるように、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205が、画素分離領域16の交差部分に沿って配設される。このため、転送トランジスタ12のゲート絶縁膜205Gに沿って形成されるピニング領域20P(図13~図17等参照。)が、画素分離領域16の第1溝161に沿って配設される図示省略のピニング領域と共有される。これにより、特に基体2の第2面2B側において、固体撮像装置1のピニング領域の構造を簡易に実現することができる。また、固体撮像装置1において、飽和電荷量(Qs)を向上させることができる。
<6.第6実施の形態>
図38~図41を用いて、本開示の第6実施の形態に係る固体撮像装置1を説明する。
図38は、第6実施の形態に係る固体撮像装置1の画素10、転送トランジスタ12、接続部121及びFD領域25の立体構成の一例を表している。図39は、図38に示される画素10等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図40は、図39に示されるK-K切断線において切断して矢印Y方向に見た画素10等の縦断面構成の一例を表している。図41は、図39に示されるL-L切断線において切断して矢印X方向に見た画素10等の縦断面構成の一例を表している。
図38~図41に示されるように、第6実施の形態に固体撮像装置1では、第1実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、接続部121は、基体2の第2面2B側において矢印X方向に延設される画素分離領域16と重複する位置に配設されている。
一方、FD領域25は、第5実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、矢印Y方向に延設される画素分離領域16に沿って、矢印Y方向とは反対側へ移動した位置に配設されている。
転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205は、第5実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、平面視において、矢印X方向に延設される画素分離領域16と矢印Y方向に延設される画素分離領域16との交差部分に沿って配設されている。
さらに、垂直ゲート電極205の矢印Y方向とは反対側に延設されている端部は、FD領域25の矢印Y方向及び矢印X方向に延びる2つの辺に沿ってL字形状に切り欠いた形状に形成されている。このような構成により、転送トランジスタ12のゲート幅Wg寸法を増加させることができる。
上記構成要素以外の構成要素は、第5実施の形態に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第6実施の形態に係る固体撮像装置1によれば、第5実施の形態に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
また、固体撮像装置1では、図38~図41に示されるように、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205が、FD領域25の2辺に沿って配設されている。このため、転送トランジスタ12のゲート幅Wg寸法を増加させることができるので、転送トランジスタ12の電荷の転送効率を向上させることができる。
<7.第7実施の形態>
図42~図45を用いて、本開示の第7実施の形態に係る固体撮像装置1を説明する。
図42は、第7実施の形態に係る固体撮像装置1の画素10、転送トランジスタ12、接続部121及びFD領域25の立体構成の一例を表している。図43は、図42に示される画素10等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図44は、図43に示されるM-M切断線において切断して矢印Y方向に見た画素10等の縦断面構成の一例を表している。図45は、図43に示されるN-N切断線において切断して矢印X方向に見た画素10等の縦断面構成の一例を表している。
図42~図45に示されるように、第7実施の形態に固体撮像装置1では、第1実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、接続部121は、基体2の第2面2B側において矢印X方向に延設される画素分離領域16と重複する位置に配設されている。
一方、FD領域25は、第5実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、矢印Y方向に延設される画素分離領域16に沿って、矢印Y方向とは反対側へ移動した位置に配設されている。
転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205は、第6実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、平面視において、矢印X方向に延設される画素分離領域16と矢印Y方向に延設される画素分離領域16との交差部分に沿って配設されている。
さらに、垂直ゲート電極205の矢印Y方向とは反対側に延設されている端部は、FD領域25の矢印Y方向、矢印X方向及び矢印X方向とは反対側に延びる3つの辺に沿ってC字形状に切り欠いた形状に形成されている。このような構成により、転送トランジスタ12のゲート幅Wg寸法を更に増加させることができる。
上記構成要素以外の構成要素は、第5実施の形態に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第7実施の形態に係る固体撮像装置1によれば、第6実施の形態に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
また、固体撮像装置1では、図42~図45に示されるように、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205が、FD領域25の3辺に沿って配設されている。このため、転送トランジスタ12のゲート幅Wg寸法を更に増加させることができるので、転送トランジスタ12の電荷の転送効率をより一層向上させることができる。
<8.第8実施の形態>
図46を用いて、本開示の第8実施の形態に係る固体撮像装置1を説明する。
図46は、複数の画素10を配列したレイアウト構成の一例を表している。
第8実施の形態に係る固体撮像装置1は、第1実施の形態に係る固体撮像装置1の応用例である。固体撮像装置1は、矢印X方向に隣接して配列された2つの画素10と矢印Y方向に隣接して配列された2つの画素10とを含む合計4つの画素10に対して1つの画素回路20を配設している。つまり、4つの画素10が単位画素BPとされ、単位画素BP毎に画素回路20が配設されている。
単位画素BPの1つの画素10に対応する位置において、基体2の第2面2B(図4及び図5参照)側には、増幅トランジスタ21が配設されている。また、他の1つの画素10に対応する位置において、基体2には、選択トランジスタ22が配設されている。また、他の1つの画素10に対応する位置において、基体2には、FD変換ゲイン切替えトランジスタ23が配設されている。そして、他の1つの画素10に対応する位置において、基体2には、リセットトランジスタ24が配設されている。
これらの増幅トランジスタ21等のトランジスタ200のゲート長Lg方向は斜め方向とされている(図2参照)。
そして、矢印X方向に隣接して配列された画素10のそれぞれのトランジスタ200は、画素10間の画素分離領域16を中心として線対称形状に形成されている。同様に、矢印Y方向に隣接して配列された画素10のそれぞれのトランジスタ200は、画素10間の画素分離領域16を中心として線対称形状に形成されている。
第8実施の形態では、単位画素BPのそれぞれの画素10のFD領域25が単位画素BPの中央部分に集約されている。そして、この集約された合計4つのFD領域25は、共有接続部32により相互に電気的に接続されている。
一方、単位画素BPのそれぞれの画素10の基体接続部27が単位画素BPの各角部分配設されている。そして、この基体接続部27は、単位画素BPに対して矢印X方向又は矢印Y方向に隣接する他の単位画素BPの基体接続部27に共有接続部33を通して電気的に接続されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第1実施の形態に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第8実施の形態に係る固体撮像装置1によれば、第1実施の形態に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
<9.第9実施の形態>
図47を用いて、本開示の第9実施の形態に係る固体撮像装置1を説明する。
図47は、複数の画素10を配列したレイアウト構成の一例を表している。
[固体撮像装置1の構成]
(1)固体撮像装置1の画素10のレイアウト構成
第9実施の形態に係る固体撮像装置1では、第1実施の形態に係る固体撮像装置1と同様に、FD領域25が共有された矢印X方向に隣接して配列される2つの画素10は、単位画素BPを構成している。さらに、単位画素BPに対して、矢印Y方向に隣接し、矢印X方向に隣接する2つの画素10は、同様に単位画素BPを構成している。ここで、単位画素BPに対して、矢印Y方向に隣接する単位画素BPは、矢印X方向に1つの画素10分、ずれた位置に配置されている。
(2)画素10及びカラーフィルタ4のレイアウト構成
画素10には、カラーフィルタ4が配置されている。カラーフィルタ4は、縦断面による説明は省略するが、基体2の第1面2A側に配置されている(図4及び図5参照)。
第9実施の形態では、カラーフィルタ4は、赤色フィルタ41と、緑色フィルタ(赤側)42と、緑色フィルタ(青側)43と、青色フィルタ44とを備えている。
カラーフィルタ4では、矢印X方向において、赤色フィルタ41、緑色フィルタ42のそれぞれが交互に配列されている。そして、赤色フィルタ41に隣接して、矢印Y方向の反対側には緑色フィルタ43が配列されている。さらに、緑色フィルタ43に隣接して、矢印X方向には青色フィルタ44が配列されている。緑色フィルタ43、青色フィルタ44のそれぞれは、矢印X方向に交互に配列されている。
(3)赤色フィルタ41及び青色フィルタ44の平面レイアウト構成
第9実施の形態では、合計8つの画素10が1つの単位画素BPRとして構築され、この単位画素BPRに赤色フィルタ41が配置されている。
詳しく説明すると、単位画素BPRは、4組の単位画素BPを有する。つまり、単位画素BPRは、1組の単位画素BPと、矢印Y方向に隣接し、かつ、矢印X方向に隣接して配列される2組の単位画素BPと、更に矢印Y方向に隣接する1組の単位画素BPとを備えている。
また、合計8つの画素10が1つの単位画素BPBとして構築され、この単位画素BPBに青色フィルタ44が配置されている。
単位画素BPRと同様に、単位画素BPBは、4組の単位画素BPを有する。つまり、単位画素BPBは、1組の単位画素BPと、矢印Y方向に隣接し、かつ、矢印X方向に隣接して配列される2組の単位画素BPと、更に矢印Y方向に隣接する1組の単位画素BPとを備えている。
(4)緑色フィルタ42及び緑色フィルタ43の平面レイアウト構成
第9実施の形態では、合計10の画素10が1つの単位画素BPGrとして構築され、この単位画素BPGrに緑色フィルタ42が配置されている。
詳しく説明すると、単位画素BPGrは、5組の単位画素BPを有する。つまり、単位画素BPGrは、矢印X方向に隣接して配列される2組の単位画素BPと、矢印Y方向に隣接する1組の単位画素BPと、矢印Y方向に隣接し、かつ、矢印X方向に隣接して配列される2組の単位画素BPとを備えている。
また、合計10の画素10が1つの単位画素BPGbとして構築され、この単位画素BPGbに緑色フィルタ43が配置されている。
単位画素BPGrと同様に、単位画素BPGbは、5組の単位画素BPを有する。つまり、単位画素BPGbは、矢印X方向に隣接して配列される2組の単位画素BPと、矢印Y方向に隣接する1組の単位画素BPと、矢印Y方向に隣接し、かつ、矢印X方向に隣接して配列される2組の単位画素BPとを備えている。
(5)光学レンズ5のレイアウト構成
第9実施の形態では、光学レンズ5は、基体2の第1面2A側にカラーフィルタ4を介在して配設されている。光学レンズ5は、単位画素BP毎に配設されている。つまり、光学レンズ5は、矢印X方向に2つの画素10分の長さを有し、矢印Y方向に1つの画素10分の長さを有する。つまり、光学レンズ5は、平面視においてアスペクト比が異なる楕円形状に形成されている。
ここでは、光学レンズ5は、矢印Z方向とは反対側に突出する湾曲集光面を備えている。
上記構成要素以外の構成要素は、第1実施の形態に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第9実施の形態に係る固体撮像装置1によれば、第1実施の形態に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
<10.第10実施の形態>
図48及び図49を用いて、本開示の第10実施の形態に係る固体撮像装置1を説明する。
図48は、複数の画素10を配列したレイアウト構成の一例を表している。図49は、画素10に対応した位置に積層された画素回路20を構築するトランジスタ200のレイアウト構成の一例を表している。
第10実施の形態に係る固体撮像装置1は、2段画素構造を採用している。詳しく説明すると、図48に示されるように、基体2が1段目とされ、基体2には画素分離領域16に周囲が取り囲まれた画素10が配設されている。画素10には、図示省略の光電変換素子11及び転送トランジスタ12が配設されている。
基体2の第2面2B側には第2基体20Sが積層されている。この第2基体20Sには、画素10に対応する位置に、画素回路20を構築するトランジスタ200が配設されている。すなわち、第2基体20Sに、増幅トランジスタ21、選択トランジスタ22、FD変換ゲイン切替えトランジスタ23及びリセットトランジスタ24が配設されている。
ここでは、増幅トランジスタ21等のトランジスタ200は、矢印Y方向(又は矢印X方向)にゲート長Lg方向を一致させて配置されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第8実施の形態に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第10実施の形態に係る固体撮像装置1によれば、第8実施の形態に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
<11.第11実施の形態>
図50~図53を用いて、本開示の第11実施の形態に係る固体撮像装置1を説明する。
図50は、第11実施の形態に係る固体撮像装置1の転送トランジスタ12及び接続部121の立体構成の一例を表している。図51は、図50に示される転送トランジスタ12等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図52は、図50に示される転送トランジスタ12等を矢印Y方向に見た側面構成の一例を表している。図53は、図50に示される転送トランジスタ12等を矢印X方向に見た側面構成の一例を表している。
図50~図53に示されるように、第11実施の形態に係る固体撮像装置1では、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205の矢印Y方向の寸法が、第1実施の形態に係る固体撮像装置1の同一の構成要素の寸法よりも小さい。すなわち、転送トランジスタ12のゲート幅Wg寸法が小さく形成されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第1実施の形態に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第11実施の形態に係る固体撮像装置1によれば、第1実施の形態に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
また、固体撮像装置1では、転送トランジスタ12のゲート幅Wgが小さくされているので、飽和電荷量(Qs)を向上させることができる。
[第1変形例]
図54~図57を用いて、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1を説明する。
図54は、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1の転送トランジスタ12及び接続部121の立体構成の一例を表している。図55は、図54に示される転送トランジスタ12等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図56は、図54に示される転送トランジスタ12等を矢印Y方向に見た側面構成の一例を表している。図57は、図54に示される転送トランジスタ12等を矢印X方向に見た側面構成の一例を表している。
図54~図57に示されるように、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1では、接続部121の矢印X方向の幅寸法内において、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205が矢印X方向側に配設されている。すなわち、垂直ゲート電極205は、FD領域25に近づけて配置されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第1実施の形態に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1によれば、第1実施の形態に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
また、固体撮像装置1では、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205がFD領域25に近づけて配置される。このため、接続部121が配置された位置に対して、FD領域25は十分離間された位置に配置されるので、接続部121からFD領域25への電界強度を緩和することができる。
[第2変形例]
図58~図61を用いて、第11実施の形態の第2変形例に係る固体撮像装置1を説明する。
図58は、第11実施の形態の第2変形例に係る固体撮像装置1の転送トランジスタ12及び接続部121の立体構成の一例を表している。図59は、図58に示される転送トランジスタ12等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図60は、図58に示される転送トランジスタ12等を矢印Y方向に見た側面構成の一例を表している。図61は、図58に示される転送トランジスタ12等を矢印X方向に見た側面構成の一例を表している。
図58~図61に示されるように、第11実施の形態の第2変形例に係る固体撮像装置1では、接続部121の一部が矢印X方向に延設され、この延設された部位に転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205が接続されている。すなわち、垂直ゲート電極205は、FD領域25に近づけて配置されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第11実施の形態の第2変形例に係る固体撮像装置1によれば、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
[第3変形例]
図62~図65を用いて、第11実施の形態の第3変形例に係る固体撮像装置1を説明する。
図62は、第11実施の形態の第3変形例に係る固体撮像装置1の転送トランジスタ12及び接続部121の立体構成の一例を表している。図63は、図62に示される転送トランジスタ12等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図64は、図62に示される転送トランジスタ12等を矢印Y方向に見た側面構成の一例を表している。図65は、図62に示される転送トランジスタ12等を矢印X方向に見た側面構成の一例を表している。
図62~図65に示されるように、第11実施の形態の第3変形例に係る固体撮像装置1では、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205が電気的に並列に接続された複数本に分岐されている。ここでは、垂直ゲート電極205は、矢印Z方向とは反対側に延設され、矢印Y方向に離間された2本に分岐されている。すなわち、転送トランジスタ12では、実質的にゲート幅Wg寸法が拡張されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第11実施の形態の第3変形例に係る固体撮像装置1によれば、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
また、固体撮像装置1では、転送トランジスタ12のゲート幅Wg寸法を増加させることができるので、転送トランジスタ12の電荷の転送効率を向上させることができる。
[第4変形例]
図66~図69を用いて、第11実施の形態の第4変形例に係る固体撮像装置1を説明する。
図66は、第11実施の形態の第4変形例に係る固体撮像装置1の転送トランジスタ12及び接続部121の立体構成の一例を表している。図67は、図66に示される転送トランジスタ12等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図68は、図66に示される転送トランジスタ12等を矢印Y方向に見た側面構成の一例を表している。図69は、図66に示される転送トランジスタ12等を矢印X方向に見た側面構成の一例を表している。
図66~図69に示されるように、第11実施の形態の第4変形例に係る固体撮像装置1では、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205は、接続部121との接続部位から矢印Y方向とは反対側に延設され、延設された部位から屈曲して矢印X方向へ延設されている。垂直ゲート電極205は、丁度、FD領域25の2つの辺に沿って形成されている。垂直ゲート電極205は、平面視において、L字形状に形成されている。すなわち、転送トランジスタ12では、実質的にゲート幅Wg寸法が拡張されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第11実施の形態の第4変形例に係る固体撮像装置1によれば、第11実施の形態の第3変形例に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
[第5変形例]
図70~図73を用いて、第11実施の形態の第5変形例に係る固体撮像装置1を説明する。
図70は、第11実施の形態の第5変形例に係る固体撮像装置1の転送トランジスタ12及び接続部121の立体構成の一例を表している。図71は、図70に示される転送トランジスタ12等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図72は、図70に示される転送トランジスタ12等を矢印Y方向に見た側面構成の一例を表している。図73は、図70に示される転送トランジスタ12等を矢印X方向に見た側面構成の一例を表している。
図70~図73に示されるように、第11実施の形態の第5変形例に係る固体撮像装置1では、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205は、接続部121との接続部位から矢印Y方向とは反対側に延設され、湾曲しながら矢印X方向へ延設されている。垂直ゲート電極205は、FD領域25の2つの辺に沿って形成されている。垂直ゲート電極205は、平面視において、C字形状に形成されている。すなわち、転送トランジスタ12では、実質的にゲート幅Wg寸法が拡張されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第11実施の形態の第5変形例に係る固体撮像装置1によれば、第11実施の形態の第3変形例に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
[第6変形例]
図74~図77を用いて、第11実施の形態の第6変形例に係る固体撮像装置1を説明する。
図74は、第11実施の形態の第6変形例に係る固体撮像装置1の転送トランジスタ12及び接続部121の立体構成の一例を表している。図75は、図74に示される転送トランジスタ12等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図76は、図74に示される転送トランジスタ12等を矢印Y方向に見た側面構成の一例を表している。図77は、図74に示される転送トランジスタ12等を矢印X方向に見た側面構成の一例を表している。
図74~図77に示されるように、第11実施の形態の第6変形例に係る固体撮像装置1では、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205は、接続部121との接続部位から矢印Y方向とは反対側及び矢印X方向に向かって斜め方向に延設されている。ここでは、垂直ゲート電極205は、矢印Y方向又は矢印X方向に対して45度の傾きを持って延設されている。垂直ゲート電極205は、FD領域25の2つの辺に沿って形成されることになる。すなわち、転送トランジスタ12では、実質的にゲート幅Wg寸法が拡張されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第11実施の形態の第6変形例に係る固体撮像装置1によれば、第11実施の形態の第3変形例に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
[第7変形例]
図78~図81を用いて、第11実施の形態の第7変形例に係る固体撮像装置1を説明する。
図78は、第11実施の形態の第7変形例に係る固体撮像装置1の転送トランジスタ12及び接続部121の立体構成の一例を表している。図79は、図78に示される転送トランジスタ12等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図80は、図78に示される転送トランジスタ12等を矢印Y方向に見た側面構成の一例を表している。図81は、図78に示される転送トランジスタ12等を矢印X方向に見た側面構成の一例を表している。
図78~図81に示されるように、第11実施の形態の第7変形例に係る固体撮像装置1では、転送トランジスタ12は、2つの垂直ゲート電極205を備えている。一方の垂直ゲート電極205は、矢印X方向に延設される画素分離領域16に重複された位置に配設される接続部121に電気的に接続され、この接続部位から矢印Y方向とは反対側に延設されている。他方の垂直ゲート電極205は、矢印Y方向に延設される画素分離領域16に重複された位置に配設される接続部121に電気的に接続され、この接続部位から矢印X方向とは反対側に延設されている。2つの垂直ゲート電極205は、電気的に並列に接続されている。
2つの垂直ゲート電極205は、FD領域25の2つの辺に沿ってそれぞれ形成されることになる。すなわち、転送トランジスタ12では、実質的にゲート幅Wg寸法が拡張されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第11実施の形態の第7変形例に係る固体撮像装置1によれば、第11実施の形態の第3変形例に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
[第8変形例]
図82~図85を用いて、第11実施の形態の第8変形例に係る固体撮像装置1を説明する。
図82は、第11実施の形態の第8変形例に係る固体撮像装置1の転送トランジスタ12及び接続部121の立体構成の一例を表している。図83は、図82に示される転送トランジスタ12等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図84は、図82に示される転送トランジスタ12等を矢印Y方向に見た側面構成の一例を表している。図85は、図82に示される転送トランジスタ12等を矢印X方向に見た側面構成の一例を表している。
図82~図85に示されるように、第11実施の形態の第8変形例に係る固体撮像装置1では、第7変形例に係る固体撮像装置1と同様に、転送トランジスタ12は、2つの垂直ゲート電極205を備えている。一方の垂直ゲート電極205は、矢印X方向に延設される画素分離領域16に重複された位置に配設される接続部121に電気的に接続され、この接続部位から矢印Y方向とは反対側に延設されている。他方の垂直ゲート電極205は、矢印Y方向に延設される画素分離領域16に重複された位置に配設される接続部121に電気的に接続され、この接続部位から矢印X方向とは反対側に延設されている。2つの垂直ゲート電極205は、電気的に並列に接続されている。さらに、2つの垂直ゲート電極205の間は、若干、離れている。
2つの垂直ゲート電極205は、FD領域25の2つの辺に沿ってそれぞれ形成されることになる。さらに、2つの垂直ゲート電極205の間は、若干、離れているので、電荷の転送経路として使用される。すなわち、転送トランジスタ12では、実質的にゲート幅Wg寸法が更に拡張されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第11実施の形態の第7変形例に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第11実施の形態の第8変形例に係る固体撮像装置1によれば、第11実施の形態の第7変形例に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
[第9変形例]
図86~図89を用いて、第11実施の形態の第9変形例に係る固体撮像装置1を説明する。
図86は、第11実施の形態の第9変形例に係る固体撮像装置1の転送トランジスタ12及び接続部121の立体構成の一例を表している。図87は、図86に示される転送トランジスタ12等を矢印Z方向から見た平面構成の一例を表している。図88は、図86に示される転送トランジスタ12等を矢印Y方向に見た側面構成の一例を表している。図89は、図86に示される転送トランジスタ12等を矢印X方向に見た側面構成の一例を表している。
図86~図89に示されるように、第11実施の形態の第9変形例に係る固体撮像装置1は、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1の応用例である。すなちわ、転送トランジスタ12の垂直ゲート電極205は、矢印Y方向に延設され、延設方向中間部において矢印X方向に突出している。この垂直ゲート電極205の突出された部位は、FD領域25に近づけて配置されている。垂直ゲート電極205は、平面視において、T字形状に形成されている。
上記構成要素以外の構成要素は、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1の構成要素と同一又は実質的に同一である。
[作用効果]
第11実施の形態の第9変形例に係る固体撮像装置1によれば、第11実施の形態の第1変形例に係る固体撮像装置1により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
<12.移動体への応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、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、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図90は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図90に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(Interface)12053が図示されている。
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12030に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図12の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
図91は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
図91では、撮像部12031として、撮像部12101、12102、12103、12104、12105を有する。
撮像部12101、12102、12103、12104、12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102、12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図91には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部12031に適用され得る。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、より簡易な構成の撮像部12031を実現できる。
<13.その他の実施の形態>
本技術は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更可能である。
例えば、上記第1実施の形態から第11実施の形態に係る固体撮像装置のうち、2以上の実施の形態に係る固体撮像装置を組み合わせてもよい。
また、本技術では、例えば第9実施の形態に係る固体撮像装置において、単位画素を構築する画素の組数や単位画素の配列レイアウトは適宜変更可能である。
また、本技術は、イメージング用途に限らず、センシング用途等に使用される受光装置、光電変換装置、光検出装置等に広く適用可能である。さらに、固体撮像装置は、可視光の入射光に限らず、赤外光、紫外光、電磁波等の入射光であってもよい。また、本技術は、光電変換素子の光入射側の上方に、任意にバンドパスフィルタ等を設け、所望の入射光を受光する構成であってもよい。
本開示では、固体撮像装置において、画素と、転送トランジスタと、画素分離領域とを備える。画素は、基体の光入射側となる第1面側に配設され、光を電荷に変換する光電変換素子を有する。転送トランジスタは、画素に対応する位置において、基体の第1面とは反対側の第2面側に配設され、光電変換素子に一方の主電極を電気的に接続する。画素分離領域は、光電変換素子及び転送トランジスタの周囲を取り囲んで基体の厚さ方向に配設され、電気的、かつ、光学的に分離する。
ここで、固体撮像装置は、更に接続部を備える。接続部は、基体の第2面側において画素分離領域と重複する位置に配設される。この接続部は、転送トランジスタのゲート電極と制御信号線とを電気的に接続する。
このため、接続部から基体の第2面側への電界の広がりを効果的に抑制又は防止することができるので、接続部からの電界強度を緩和することができる。
<本技術の構成>
本技術は、以下の構成を備えている。以下の構成の本技術によれば、固体撮像装置において、制御信号線からその周囲に発生する電界強度を緩和することができる。
(1)
基体の光入射側となる第1面側に配設され、光を電荷に変換する光電変換素子を有する画素と、
前記画素に対応する位置において、前記基体の前記第1面とは反対側の第2面側に配設され、前記光電変換素子に一方の主電極が電気的に接続された転送トランジスタと、
前記光電変換素子及び前記転送トランジスタの周囲を取り囲んで前記基体の厚さ方向に配設され、電気的、かつ、光学的に分離する画素分離領域と、
前記第2面側において前記画素分離領域と重複する位置に配設され、前記転送トランジスタのゲート電極と制御信号線とを電気的に接続する接続部と
を備えている固体撮像装置。
(2)
前記画素分離領域に周囲が取り囲まれた領域内において、前記転送トランジスタの他方の主電極に電気的に接続されるフローティングディフュージョン領域が配設されている
前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
前記画素分離領域は、第1方向に延設される第1画素分離領域と、第1方向に対して交差する第2方向に延設される第2画素分離領域とを備え、
前記接続部は、前記第1画素分離領域及び前記第2画素分離領域のいずれか一方に重複する位置に配設され、
前記フローティングディフュージョン領域は、前記第1画素分離領域と前記第2画素分離領域との交差部、又は前記第1画素分離領域及び前記第2画素分離領域のいずれか他方に近接する位置に配設されている
前記(2)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記フローティングディフュージョン領域の側面に沿って、前記ゲート電極が配設されている
前記(2)又は前記(3)に記載の固体撮像装置。
(5)
前記フローティングディフュージョン領域は、前記第2面側から見て矩形状に形成され、
前記ゲート電極は、前記フローティングディフュージョン領域の矩形状の1辺以上の側面に沿って配設されている
前記(4)に記載の固体撮像装置。
(6)
前記ゲート電極は、1以上の本数において、前記基体の厚さ方向に延設されている
前記(1)から前記(5)のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
(7)
前記ゲート電極は、前記接続部と前記フローティングディフュージョン領域との間に配設されている
前記(2)から前記(5)のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
(8)
前記接続部と前記フローティングディフュージョン領域との離間距離は、前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン領域との離間距離よりも大きい
前記(2)から前記(5)、前記(7)のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
(9)
前記ゲート電極の前記第2面側の第3面は、前記フローティングディフュージョン領域の前記第1面側の第4面に対して、前記基体の厚さ方向において同一の位置、又は前記第4面よりも前記第1面側の位置に形成されている
前記(2)から前記(5)、前記(7)、前記(8)のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
(10)
前記ゲート電極の前記第3面に、前記第2面側に向かって、絶縁体が配設されている
前記(9)に記載の固体撮像装置。
(11)
前記絶縁体は、前記第3面に対応する位置に、前記基体の前記第2面から前記第1面側へ向かって形成された溝内に埋設されている
前記(10)に記載の固体撮像装置。
(12)
前記絶縁体は、前記基体の前記第2面に配設される層間絶縁膜に対して、同一の層、かつ、同一の絶縁材料により形成されている
前記(10)又は前記(11)に記載の固体撮像装置。
(13)
前記画素は、前記画素分離領域を介在させて、第1方向及び第2方向に複数配列され、
第1方向又は第2方向に隣接して配列された前記画素のそれぞれの前記フローティングディフュージョン領域は、共有接続部を介在させて、相互に電気的に接続されている
前記(3)に記載の固体撮像装置。
1…固体撮像装置、10…画素、11…光電変換素子、12…転送トランジスタ、121…接続部(制御信号線の接続部)、16…画素分離領域、161…第1溝、162…第1埋設部材、2…基体、2A…第1面(光入射面)、2B…第2面、20S…第2基体、20…画素回路、21…増幅トランジスタ(第1トランジスタ)、22…選択トランジスタ(第2トランジスタ)、23…FD変換ゲイン切替えトランジスタ(第3トランジスタ)、24…リセットトランジスタ(第4トランジスタ)、25…FD領域、25B…第4面、205…垂直ゲート電極、205U…第3面、26…素子分離領域、261…第2溝、262…第2埋設部材、27…基体接続部、32、33…共有接続部、6…層間絶縁膜、6H…接続孔、7…配線。

Claims (13)

  1. 基体の光入射側となる第1面側に配設され、光を電荷に変換する光電変換素子を有する画素と、
    前記画素に対応する位置において、前記基体の前記第1面とは反対側の第2面側に配設され、前記光電変換素子に一方の主電極が電気的に接続された転送トランジスタと、
    前記光電変換素子及び前記転送トランジスタの周囲を取り囲んで前記基体の厚さ方向に配設され、電気的、かつ、光学的に分離する画素分離領域と、
    前記第2面側において前記画素分離領域と重複する位置に配設され、前記転送トランジスタのゲート電極と制御信号線とを電気的に接続する接続部と
    を備えている固体撮像装置。
  2. 前記画素分離領域に周囲が取り囲まれた領域内において、前記転送トランジスタの他方の主電極に電気的に接続されるフローティングディフュージョン領域が配設されている
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記画素分離領域は、第1方向に延設される第1画素分離領域と、第1方向に対して交差する第2方向に延設される第2画素分離領域とを備え、
    前記接続部は、前記第1画素分離領域及び前記第2画素分離領域のいずれか一方に重複する位置に配設され、
    前記フローティングディフュージョン領域は、前記第1画素分離領域と前記第2画素分離領域との交差部、又は前記第1画素分離領域及び前記第2画素分離領域のいずれか他方に近接する位置に配設されている
    請求項2に記載の固体撮像装置。
  4. 前記フローティングディフュージョン領域の側面に沿って、前記ゲート電極が配設されている
    請求項2に記載の固体撮像装置。
  5. 前記フローティングディフュージョン領域は、前記第2面側から見て矩形状に形成され、
    前記ゲート電極は、前記フローティングディフュージョン領域の矩形状の1辺以上の側面に沿って配設されている
    請求項4に記載の固体撮像装置。
  6. 前記ゲート電極は、1以上の本数において、前記基体の厚さ方向に延設されている
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  7. 前記ゲート電極は、前記接続部と前記フローティングディフュージョン領域との間に配設されている
    請求項2に記載の固体撮像装置。
  8. 前記接続部と前記フローティングディフュージョン領域との離間距離は、前記ゲート電極と前記フローティングディフュージョン領域との離間距離よりも大きい
    請求項2に記載の固体撮像装置。
  9. 前記ゲート電極の前記第2面側の第3面は、前記フローティングディフュージョン領域の前記第1面側の第4面に対して、前記基体の厚さ方向において同一の位置、又は前記第4面よりも前記第1面側の位置に形成されている
    請求項2に記載の固体撮像装置。
  10. 前記ゲート電極の前記第3面に、前記第2面側に向かって、絶縁体が配設されている
    請求項9に記載の固体撮像装置。
  11. 前記絶縁体は、前記第3面に対応する位置に、前記基体の前記第2面から前記第1面側へ向かって形成された溝内に埋設されている
    請求項10に記載の固体撮像装置。
  12. 前記絶縁体は、前記基体の前記第2面に配設される層間絶縁膜に対して、同一の層、かつ、同一の絶縁材料により形成されている
    請求項10に記載の固体撮像装置。
  13. 前記画素は、前記画素分離領域を介在させて、第1方向及び第2方向に複数配列され、
    第1方向又は第2方向に隣接して配列された前記画素のそれぞれの前記フローティングディフュージョン領域は、共有接続部を介在させて、相互に電気的に接続されている
    請求項3に記載の固体撮像装置。

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