JP7530717B2 - 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法および電子機器 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(フローティングディフュージョン領域とリセットトランジスタの拡散層を共有する例)
2.第2の実施の形態(拡散層と増幅トランジスタのゲート電極をシェアードコンタクトにより接続する例)
3.第3の実施の形態(2×1画素配列の画素に適用した例)
4.第4の実施の形態(2×1画素配列の画素においてシェアードコンタクトを利用した例)
5.第5の実施の形態(2×2画素配列の画素に適用した例)
6.第6の実施の形態(2×2画素配列の画素においてシェアードコンタクトを利用した例)
7.第7の実施の形態(深いトレンチ構造により各画素を分離した例)
[固体撮像装置の構成]
図1は、本技術の実施の形態における固体撮像装置の構成例を示す図である。この固体撮像装置は、画素領域10および周辺回路部からなる。周辺回路部は、垂直駆動回路20と、水平駆動回路30と、制御回路40と、カラム信号処理回路50と、出力回路60とを備える。
図2は、本技術の実施の形態における画素11の回路構成例を示す図である。
図3は、本技術の実施の形態における固体撮像装置の1つの画素11の断面の概要例を示す図である。ここでは、一例として、裏面照射型の固体撮像装置を想定する。
図7は、本技術の実施の形態における転送ゲート120とフローティングディフュージョン領域130との関係例を示す図である。
次に、本技術の実施の形態における固体撮像装置の製造方法の一例について説明する。固体撮像装置を製造する際には、まず、半導体基板100の表面側から不純物イオンを注入することにより、フォトダイオード170や素子分離領域190を形成する。そして、その半導体基板100の表面側に画素トランジスタ等の部材を形成した後、その表面を被覆するように、配線層200を形成する。そして、配線層200の表面に支持基板290を貼り合わせる。その後、半導体基板100の裏面側を研磨する薄膜化処理を実施する。そして、絶縁膜101、遮光膜340、平坦化膜330、カラーフィルタ320、マイクロレンズ310などの各部材を、順次、半導体基板100の裏面側に設ける。これにより、固体撮像装置が製造される。以下では、本技術の実施の形態の要部である転送ゲート120の製造過程に着目して、図面を参照して説明する。
上述の第1の実施の形態では、フローティングディフュージョン領域130と増幅トランジスタ150のゲート電極との接続は、配線層200を介して行っていた。これに対し、この第2の実施の形態では、シェアードコンタクトを用いて両者の接続を行う点で上述の第1の実施の形態と異なる。なお、固体撮像装置としての全体構成および回路構成は上述の第1の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図17は、本技術の第2の実施の形態における画素11の半導体基板100の平面図の例である。
上述の第1の実施の形態では、画素毎に画素トランジスタを独立させた構造を想定していた。これに対し、この第3の実施の形態では、画素トランジスタの一部を画素間で共有する点で上述の第1の実施の形態と異なる。なお、固体撮像装置としての全体構成および回路構成は上述の第1の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図20は、本技術の第3の実施の形態における画素11の半導体基板100の平面図の例である。
上述の第2の実施の形態では、画素毎に画素トランジスタを独立させた構造を想定して、シェアードコンタクトを利用していた。これに対し、この第4の実施の形態では、画素トランジスタの一部を画素間で共有した上でシェアードコンタクトを利用する点で上述の第2の実施の形態と異なる。なお、固体撮像装置としての全体構成および回路構成は上述の第1の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図22は、本技術の第4の実施の形態における画素11の半導体基板100の平面図の例である。
上述の第3の実施の形態では、上下2画素においてリセットトランジスタ140を共有する構造を想定していた。これに対し、この第5の実施の形態では、2×2画素配列の構造を想定して、4画素においてリセットトランジスタ140を共有する点で上述の第3の実施の形態と異なる。なお、固体撮像装置としての全体構成および回路構成は上述の第1の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図25は、本技術の第5の実施の形態における画素11の半導体基板100の平面図の例である。
上述の第4の実施の形態では、上下2画素においてリセットトランジスタ140を共有する構造を想定して、シェアードコンタクトを利用していた。これに対し、この第6の実施の形態では、2×2画素配列の構造を想定して、4画素においてリセットトランジスタ140を共有する点で上述の第4の実施の形態と異なる。なお、固体撮像装置としての全体構成および回路構成は上述の第1の実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図26は、本技術の第6の実施の形態における画素11の半導体基板100の平面図の例である。
上述の実施の形態では、トレンチ193を利用して画素11の間を分離することを想定していた。これに対して、この第7の実施の形態では、シリコン基板を貫通する深いトレンチ構造により画素11の間を分離することを想定する。
図27は、本技術の第7の実施の形態における画素11の半導体基板100の平面図の例である。
(1)入射光に応じた電荷を発生する光電変換部と、
垂直方向に連続する開口を有する柱形状であって前記光電変換部から前記電荷を転送する転送ゲートと、
前記開口に囲まれる領域まで延伸して形成されて前記転送された電荷を電圧信号に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記フローティングディフュージョン部に拡散層を介して電気的に接続されたトランジスタと
を具備する固体撮像装置。
(2)前記フローティングディフュージョン部は、前記トランジスタの拡散層と一体化して形成されている
前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)前記トランジスタはリセットトランジスタであり、前記トランジスタの拡散層は前記リセットトランジスタのソースの拡散層である
前記(1)または(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部と配線層との間を電気的に接続するコンタクト
をさらに具備する前記(1)から(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(5)前記コンタクトを介して前記フローティングディフュージョン部と電気的に短絡されるゲート電極を有する他のトランジスタ
をさらに具備する前記(4)に記載の固体撮像装置。
(6)前記光電変換部および前記転送ゲートがそれぞれ画素毎に設けられ、
前記フローティングディフュージョン部および前記トランジスタが複数の画素に共有される
前記(1)から(5)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(7)前記トランジスタは、上下2画素に共有され、前記上下2画素の間の素子分離領域に配置される
前記(6)に記載の固体撮像装置。
(8)前記トランジスタは、上下左右4画素に共有され、前記上下左右4画素の何れかの間の素子分離領域に配置される
前記(6)に記載の固体撮像装置。
(9)前記フローティングディフュージョン部と配線層との間を電気的に接続するコンタクトと、
前記コンタクトを介して前記フローティングディフュージョン部と電気的に短絡されるゲート電極を有して前記複数の画素に共有される他のトランジスタと
をさらに具備する前記(6)に記載の固体撮像装置。
(10)シリコン基板を貫通して前記複数の画素の間を電気的および光学的に分離するトレンチ状の素子分離部
をさらに具備する前記(6)に記載の固体撮像装置。
(11)半導体基板において画素に対応して光電変換部を設ける手順と、
垂直方向に開口を有する角柱形状の転送ゲートを前記光電変化部の上部に形成する手順と、
前記開口に不純物イオンを注入してトランジスタと共有される拡散層を形成する手順と
を具備する固体撮像装置の製造方法。
(12)入射光に応じた電荷を発生する光電変換部と、
垂直方向に開口を有する角柱形状であって前記光電変換部から前記電荷を転送する転送ゲートと、
前記開口に囲まれる領域まで延伸して形成されて前記転送された電荷を電圧信号に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記フローティングディフュージョン部に拡散層を介して電気的に接続されたトランジスタと
を具備する電子機器。
11 画素
12 転送トランジスタ
13 フローティングディフュージョン領域
14 リセットトランジスタ
15 増幅トランジスタ
16 選択トランジスタ
17 フォトダイオード
20 垂直駆動回路
30 水平駆動回路
40 制御回路
50 カラム信号処理回路
60 出力回路
100 半導体基板
101 絶縁膜
102 P型半導体領域
120 転送ゲート
121 コンタクト領域
125 ゲート絶縁膜
130 フローティングディフュージョン領域
140 リセットトランジスタ
149 コンタクト
150 増幅トランジスタ
158 シェアードコンタクト
159 コンタクト
160 選択トランジスタ
169 コンタクト
170 フォトダイオード
180 P型半導体領域
190 素子分離領域
191 素子分離絶縁膜
192 P型ウェル
193 トレンチ
194 プラグP型拡散層
196 P型拡散層
197 深いトレンチ
200 配線層
220 メタル配線
230 絶縁層
290 支持基板
310 マイクロレンズ
320 カラーフィルタ
330 平坦化膜
340 遮光膜
410 酸化膜
411 ゲート絶縁膜
420 SiN膜
430 レジスト
440 多結晶シリコン
460 レジスト
Claims (8)
- 半導体基板の内部に、画素毎に設けられて、入射光に応じた電荷を発生する光電変換部と、
前記光電変換部上に設けられ、前記半導体基板の上面からみてコの字型を有し、前記半導体基板の表面に対して垂直方向に連続する前記コの字型の開口を有する柱形状を備えて、前記半導体基板とゲート絶縁膜を介して絶縁され、前記光電変換部から前記電荷を転送する転送ゲートと、
前記転送ゲートの上面に部分的に接して前記半導体基板の表面に絶縁膜を介して形成され、前記転送ゲートを配線層に電気的に接続させるためのコンタクトを配置する領域であるコンタクト領域と、
複数の前記画素に共有されるフローティングディフュージョン部であって、複数の前記画素に対応する複数の前記転送ゲート各々の前記コの字型の開口の内側から外側に線状に延伸して形成されて、転送された前記電荷を電圧信号に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記半導体基板の表面に形成され、拡散層を有するリセットトランジスタであって、複数の前記画素に共有されて設けられ、前記拡散層は前記フローティングディフュージョン部と共有されているリセットトランジスタと
を具備する固体撮像装置。 - 前記フローティングディフュージョン部は、前記リセットトランジスタの前記拡散層と一体化して形成されている
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記リセットトランジスタの前記拡散層はソースである
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記リセットトランジスタは、2×1画素配列の構造における2画素に共有され、前記2画素の間の素子分離領域に配置される
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記リセットトランジスタは、2×2画素配列の構造における4画素に共有され、前記4画素の何れかの間の素子分離領域に配置される
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記フローティングディフュージョン部と配線層との間を電気的に接続するコンタクトと、
前記コンタクトを介して前記フローティングディフュージョン部と電気的に短絡されるゲート電極を有して複数の前記画素に共有される増幅トランジスタと
をさらに具備する請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記半導体基板を貫通して複数の前記画素の間を電気的および光学的に分離するトレンチ状の素子分離部
をさらに具備する請求項1記載の固体撮像装置。 - 半導体基板の内部に、画素毎に設けられて、入射光に応じた電荷を発生する光電変換部と、
前記光電変換部上に設けられ、前記半導体基板の上面からみてコの字型を有し、前記半導体基板の表面に対して垂直方向に連続する前記コの字型の開口を有する柱形状を備えて、前記半導体基板とゲート絶縁膜を介して絶縁され、前記光電変換部から前記電荷を転送する転送ゲートと、
前記転送ゲートの上面に部分的に接して前記半導体基板の表面に絶縁膜を介して形成され、前記転送ゲートを配線層に電気的に接続させるためのコンタクトを配置する領域であるコンタクト領域と、
複数の前記画素に共有されるフローティングディフュージョン部であって、複数の前記画素に対応する複数の前記転送ゲート各々の前記コの字型の開口の内側から外側に線状に延伸して形成されて、転送された前記電荷を電圧信号に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記半導体基板の表面に形成され、拡散層を有するリセットトランジスタであって、複数の前記画素に共有されて設けられ、前記拡散層は前記フローティングディフュージョン部と共有されているリセットトランジスタと
を具備する電子機器。
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