JP6876109B2 - 固体撮像素子および撮像装置 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(画素より広いピッチで貫通電極を配置した例)
2.第2の実施の形態(浮遊拡散層を配置した角の対角周辺に貫通電極を配置した例)
3.第3の実施の形態(埋め込みゲートを設け、画素より広いピッチで貫通電極を配置した例)
4.第4の実施の形態(イオン注入プラグを設け、画素より広いピッチで貫通電極を配置した例)
5.第5の実施の形態(絶縁部で列を分離し、画素より広いピッチで貫通電極を配置した例)
6.第6の実施の形態(絶縁部で画素を分離し、画素より広いピッチで貫通電極を配置した例)
[固体撮像素子の構成例]
図1は、第1の実施の形態における固体撮像素子100の一構成例を示すブロック図である。この固体撮像素子100は、画像を撮像するものであり、垂直走査回路110、画素アレイ部120、CDS(Correlated Double Sampling)部130および水平走査回路140を備える。また、この固体撮像素子100は、カメラや、撮像機能を持つ携帯電話装置などの各種の電子装置に設けられる。
図2は、第1の実施の形態における画素アレイ部120の上面図の一例である。この上面図は、画素アレイ部120におけるシリコン層の両面のうち光が照射される方の面を上面として示す。
図4は、第1の実施の形態におけるX1およびX2を結ぶ線分に沿った画素201の断面図の一例である。同図に例示するように、画素201は、マイクロレンズ211、カラーフィルタ212、パッシベーション層213、上部電極214、光電変換膜215および下部電極216を備える。また、画素201は、シリコン層220、配線層230、貫通電極240、増幅トランジスタ281および転送トランジスタ282を備える。シリコン層220には、絶縁部241と、フォトダイオード250と、270とが設けられる。配線層230には、複数の配線231が設けられる。
上述の第1の実施の形態では、垂直走査回路110が順に選択する行方向(X軸方向)において、電極ピッチを画素ピッチよりも広くしていたが、行方向に垂直な列方向(Y軸方向)において、電極ピッチを画素ピッチより広くしてもよい。この第1の実施の形態の変形例の固体撮像素子100は、Y軸方向において、画素ピッチより広い電極ピッチで貫通電極240を配置した点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態では、Y軸方向において画素ピッチより狭い電極ピッチで貫通電極240を配置していたために、Y軸方向において、貫通電極240の間にトランジスタ等を配置することが困難になるおそれがある。このため、Y軸方向においても電極ピッチを広くすることが望ましい。この第2の実施の形態の固体撮像素子100は、X軸方向に加えてY軸方向においても電極ピッチを広くした点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態では、転送トランジスタ282の直上にフォトダイオード250を形成していた。しかし、この構成では、フォトダイオード250の下方のスペースが小さくなり、転送トランジスタ282以外の素子を配置することができなくなる。この第3の実施の形態の固体撮像素子100は、フォトダイオード250の下方のスペースを大きくした点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態では、転送トランジスタ282の直上にフォトダイオード250を形成していた。しかし、この構成では、フォトダイオード250の下方のスペースが小さくなり、転送トランジスタ282以外の素子を配置することができなくなる。この第4の実施の形態の固体撮像素子100は、フォトダイオード250の下方のスペースを大きくした点において第1の実施の形態と異なる。また、第4の実施の形態の画素アレイ部120の上面図のレイアウトは、図7に例示した第2の実施の形態と同様であるものとする。
上述の第1の実施の形態では絶縁部241を貫通電極240の周囲にのみ形成していたが、この構成では、画素201を微細化するほど絶縁部241の領域が狭くなり、製造が困難となるおそれがある。この第5の実施の形態の固体撮像素子100は、絶縁部241の形成を容易にした点において第1の実施の形態と異なる。
上述の第1の実施の形態では絶縁部241を貫通電極240の周囲にのみ形成していたが、この構成では、画素201を微細化するほど絶縁部241の領域が狭くなり、製造が困難となるおそれがある。この第6の実施の形態の固体撮像素子100は、絶縁部241の形成を容易にした点において第1の実施の形態と異なる。
(1)二次元格子状に配列された複数の画素のそれぞれにおいて所定波長の光を光電変換して前記所定波長と異なる波長の光を透過する光電変換膜と、
前記複数の画素のそれぞれにおいて前記光電変換膜を透過した光を光電変換する光電変換部と、
前記複数の画素のうち隣接する所定数の画素からなる画素ブロックにおいて前記所定数の画素のそれぞれの前記光電変換部により光電変換された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記画素ブロックにおいて前記所定数の画素の画素ピッチより広い間隔で配置された複数の貫通電極と、
前記複数の貫通電極を介して前記光電変換膜に接続された配線層と
を具備する固体撮像素子。
(2)所定の走査方向に沿って配列された前記画素からなる複数のラインを順に選択する走査回路をさらに具備する
前記(1)記載の固体撮像素子。
(3)前記複数の貫通電極は、前記所定の走査方向において前記画素ピッチより広い間隔で配置される
前記(2)記載の固体撮像素子。
(4)前記複数の貫通電極は、前記所定の走査方向に垂直な方向において前記画素ピッチより広い間隔で配置される
前記(2)記載の固体撮像素子。
(5)前記電荷蓄積部は前記複数の画素のそれぞれの対角の一方に配置され、
前記複数の貫通電極は前記対角の他方の周囲に設けられる
前記(1)記載の固体撮像素子。
(6)前記光電変換部から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送する転送トランジスタをさらに具備し、
前記光電変換部は、シリコン層に設けられ、
前記転送トランジスタは、前記シリコン層内部に埋め込まれた埋め込みゲート領域を有する前記(1)から(5)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(7)前記光電変換部の前記配線層側に形成されたイオン注入プラグをさらに具備する
前記(1)から(6)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(8)所定の方向に沿って配列された前記画素からなる複数のラインを互いに絶縁するライン間絶縁部をさらに具備し、
前記複数の貫通電極は、前記光電変換膜から前記ライン間絶縁部を貫通して前記配線層に接続される
前記(1)から(7)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(9)前記複数の画素を互いに絶縁する画素間絶縁部をさらに具備し、
前記複数の貫通電極は、前記画素間絶縁部を貫通して前記光電変換膜および前記配線層に接続される
前記(1)から(8)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(10)二次元格子状に配列された複数の画素のそれぞれにおいて所定波長の光を光電変換して前記所定波長と異なる波長の光を透過する光電変換膜と、
前記複数の画素のそれぞれにおいて前記光電変換膜を透過した光を光電変換する光電変換部と、
前記複数の画素のうち隣接する所定数の画素からなる画素ブロックにおいて前記所定数の画素のそれぞれの前記光電変換部により光電変換された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記画素ブロックにおいて前記所定数の画素の画素ピッチより広い間隔で配置された複数の貫通電極と、
前記複数の貫通電極を介して前記光電変換膜に接続された配線層と、
前記蓄積された電荷の量に応じた電圧の画素信号を処理する処理部と
を具備する撮像装置。
110 垂直走査回路
120 画素アレイ部
130 CDS部
140 水平走査回路
201 画素
205 画素ブロック
211 マイクロレンズ
212 カラーフィルタ
213 パッシべーション層
214 上部電極
215 光電変換膜
216 下部電極
220 シリコン層
230 配線層
231 配線
240 貫通電極
241、242、243 絶縁部
250 フォトダイオード
251 イオン注入プラグ
270 浮遊拡散層
281 増幅トランジスタ
282、284 転送トランジスタ
283 選択トランジスタ
Claims (17)
- 光が照射される第1の面と第1の面に対向する第2の面を有するシリコン層と、
前記シリコン層の第1の面上にあり、第1の波長の光を光電変換し、かつ第2の波長の光を透過する第1の光電変換部と、
前記第2の波長の光を光電変換する前記シリコン層内の第2の光電変換部と、
前記第2の光電変換部により光電変換された電荷を蓄積する前記シリコン層内の第1の電荷蓄積部と、
複数の画素のそれぞれにおいて前記シリコン層内に設けられた複数の貫通電極と、
少なくとも一つの前記貫通電極により前記第1の光電変換部と接続している配線層と、
を有し、
第1の方向に配列される前記複数の貫通電極のそれぞれの間の距離で表される電極ピッチが、前記複数の画素のうち隣接する所定数の画素からなる画素ブロックにおいて前記第1の方向に隣接する画素の間の距離で表される画素ピッチより大きくなるように配列されている
固体撮像素子。 - 前記第1の方向が所定の走査方向である請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記第1の方向が所定の走査方向と直交する方向である請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記第1の光電変換部からの電荷を蓄積する第2の電荷蓄積部をさらに有する請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記第1の方向に配列される前記複数の貫通電極のそれぞれの間の距離で表される電極ピッチが、前記第1の方向と直交する第2の方向に隣接する画素ピッチより大きい請求項4に記載の固体撮像素子。
- 前記画素ブロックが2より多い画素を含む請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記画素ブロックがさらに増幅トランジスタと転送トランジスタを含む請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記転送トランジスタの埋め込みゲート領域は前記シリコン層内にある請求項7に記載の固体撮像素子。
- 前記第1の光電変換部が有機材料を含む請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記第1の電荷蓄積部が4つの画素で共有された浮遊拡散層を含む請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記浮遊拡散層は第1の方向の複数の貫通電極の間に設けられた請求項10に記載の固体撮像素子。
- 1以上の絶縁部が前記複数の貫通電極のそれぞれの貫通電極と前記シリコン層の間に設けられた請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記1以上の絶縁層が前記複数の貫通電極のうちの2以上の貫通電極の間で共有化されている請求項12に記載の固体撮像素子。
- 前記第1の光電変換部の上方にマイクロレンズをさらに含む請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記貫通電極の少なくとも一つの端部が前記配線層に直接接続している請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記配線層が前記シリコン層の第2の面に形成され、光が前記シリコン層の前記第1の面から入射するようにされた請求項15に記載の固体撮像素子。
- 前記第1の光電変換部の上方にカラーフィルタを有する請求項1に記載の固体撮像素子。
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