JPWO2016194653A1 - 撮像素子、電子機器、並びに、製造装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1.第1の実施の形態(イメージセンサ)
2.第2の実施の形態(イメージセンサ)
3.第3の実施の形態(イメージセンサ)
4.第4の実施の形態(イメージセンサ)
5.第5の実施の形態(イメージセンサ)
6.第6の実施の形態(イメージセンサ)
7.第7の実施の形態(イメージセンサ)
8.第8の実施の形態(撮像装置)
9.その他
<イメージセンサ>
図1は、本技術を適用した撮像素子の一実施の形態であるイメージセンサの主な構成例を示す図である。
図2は、イメージセンサに搭載される単位画素A/D変換回路の主な構成例を示す図である。図2に示されるように、画素基板101には、単位画素A/D変換回路の内、高耐圧のトランジスタ等が形成される。
図3は、イメージセンサ100の主な構成例を示す断面図である。図3においては、イメージセンサ100の一部の断面における主な構成例が示されている。図3に示されるように、イメージセンサ100は、画素基板101と回路基板102とが積層されている。
図4は、画素基板101の光電変換層211の主な構成例を示す断面図である。図4に示されるように、光電変換層211には、マイクロレンズ221、カラーフィルタ222、画素間遮光層223、上部電極224、光電変換部225、および下部電極226が形成されている。
図5は、画素基板101の素子分離層212等の主な構成例を示す断面図である。図5に示されるように、下部電極226と素子分離層212との間には、絶縁層231が形成される。絶縁層231は、例えばSiO2等の絶縁体により形成される。また、素子分離層212の図中上下を挟むように、埋め込み酸化膜層232および埋め込み酸化膜層233が形成される。
図6は、素子分離層の主な構成例を示す平面図である。図6において、四角271は、1単位画素分の構成を示している。図6に示されるように、Pウェル(P-WELL)241−1とNウェル(N-WELL)242との間に素子分離領域251−1が形成されている。また、Nウェル(N-WELL)242とPウェル(P-WELL)241−2との間に素子分離領域251−2が形成されている。
図7は、単位画素111の素子分離層212の主な構成例を示す平面図である。図7の例の場合、単位画素111内(四角271内)において、素子分離領域251は、第1浮遊拡散層151および第2浮遊拡散層152に接するように配置されている。
図11に画素アレイ端部の主な構成例を示す断面図である。図11に示される例のように、画素アレイ110の端部以外に形成される単位画素である通常画素301は光入射面が開口しているが、画素アレイ110の端部には、遮光膜311により光入射面が遮光された遮光部302が形成される。
図14は、本技術を適用した撮像素子であるイメージセンサ100を製造する製造装置の主な構成例を示すブロック図である。図14に示される製造装置400は、制御部401および製造部402を有する。
次に、図15のフローチャートを参照して、製造装置400が実行する、イメージセンサ100を製造する製造処理の流れの例を説明する。なお、必要に応じて、図16乃至図24を参照して説明する。
<イメージセンサ>
なお、上述したイメージセンサ100において、光電変換部の構成は任意であり、上述した例に限定されない。例えば、互いに異なる波長域の光を吸収する複数の光電変換部が積層される構成としてもよい。
画素アレイ110の端部の単位画素111外の構成は、例えば、図26に示されるような構成であってもよい。
本実施の形態の場合も、第1の実施の形態の場合と同様の製造装置400により、イメージセンサ100を製造することができる。
本実施の形態の場合も、第1の実施の形態の場合と同様の製造処理を実行することにより、イメージセンサ100を製造することができる。
<イメージセンサ>
なお、上述したイメージセンサ100において、単位画素111およびA/D変換部121に形成される回路の構成は任意であり、上述した例に限定されない。例えば、画素基板101の単位画素111内に、単位画素から画素信号を読み出す読み出し回路の構成が形成され、単位画素A/D変換回路の構成となるトランジスタは、全て、回路基板102のA/D変換部121に形成されるようにしてもよい。
本実施の形態の場合も、第1の実施の形態の場合と同様の製造装置400により、イメージセンサ100を製造することができる。
本実施の形態の場合も、第1の実施の形態の場合と同様の製造処理を実行することにより、イメージセンサ100を製造することができる。
<イメージセンサ>
また、例えば、単位画素111から画素信号を読み出す読み出し回路の構成が、画素基板101の単位画素111と、回路基板102のA/D変換部121に形成されるようにしてもよい。また、この場合、単位画素A/D変換回路の構成となるトランジスタは、全てそのA/D変換部121に形成されるようにしてもよい。
本実施の形態の場合も、第1の実施の形態の場合と同様の製造装置400により、イメージセンサ100を製造することができる。
本実施の形態の場合も、第1の実施の形態の場合と同様の製造処理を実行することにより、イメージセンサ100を製造することができる。
<イメージセンサ>
なお、イメージセンサ100は、単層の半導体基板により構成されるようにしてもよい。本実施の形態の場合、イメージセンサ100は、例えば図39のAに示されるように、画素基板101により構成されている。
本実施の形態の場合も、第1の実施の形態の場合と同様の製造装置400により、イメージセンサ100を製造することができる。
本実施の形態の場合も、第1の実施の形態の場合と同様の製造処理を実行することにより、イメージセンサ100を製造することができる。
<イメージセンサ>
なお、第5の実施の形態においてイメージセンサ100の画素基板101の単位画素111に形成されるトランジスタが全てN型トランジスタであるようにしてもよい。つまり、図42のAに示されるような、単層基板の画素基板101の単位画素111において、第3の実施の形態において説明した読み出し回路(図35)の各構成が形成されるようにしてもよい。
本実施の形態の場合も、第1の実施の形態の場合と同様の製造装置400により、イメージセンサ100を製造することができる。
本実施の形態の場合も、第1の実施の形態の場合と同様の製造処理を実行することにより、イメージセンサ100を製造することができる。
<イメージセンサ>
また、例えば、図43に示されるように、イメージセンサ100が、画素基板101と回路基板102の多層構造に形成され、画素基板の単位画素111には、その単位画素111の光電変換部から画素信号を読み出す読み出し回路が形成され、回路基板102には、その単位画素111から読み出された画素信号をA/D変換する、画素アレイ110のカラム毎に設けられたカラムA/D変換回路が形成されるようにしてもよい。
本実施の形態の場合も、第1の実施の形態の場合と同様の製造装置400により、イメージセンサ100を製造することができる。
本実施の形態の場合も、第1の実施の形態の場合と同様の製造処理を実行することにより、イメージセンサ100を製造することができる。
<撮像装置>
なお、本技術は、撮像素子以外にも適用することができる。例えば、撮像装置のような、撮像素子を有する装置(電子機器等)に本技術を適用するようにしてもよい。図44は、本技術を適用した電子機器の一例としての撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。図44に示される撮像装置900は、被写体を撮像し、その被写体の画像を電気信号として出力する装置である。
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。上述した一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
図45は、上述のイメージセンサを使用する使用例を示す図である。
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
(1) 入射光を光電変換する光電変換部を含む画素内においてトランジスタが形成される半導体層を貫通する、絶縁体で構成される素子分離領域
を備える撮像素子。
(2) 前記素子分離領域は、前記半導体層に形成されるトランジスタ、拡散層、およびウェルの内、少なくともいずれか1つを、他と分離する
(1)に記載の撮像素子。
(3) 前記素子分離領域は、前記光電変換部において光電変換された電荷を蓄積する浮遊拡散層の側壁に接するように形成される
(2)に記載の撮像素子。
(4) 前記素子分離領域は、前記浮遊拡散層の複数の側壁に接するように形成される
(3)に記載の撮像素子。
(5) 前記素子分離領域は、前記画素内に形成される複数の前記浮遊拡散層同士を分離する
(2)乃至(4)のいずれかに記載の撮像素子。
(6) 前記素子分離領域は、PウェルとNウェルとを分離するように形成される
(2)乃至(5)のいずれかに記載の撮像素子。
(7) 前記素子分離領域は、P型トランジスタとN型トランジスタとを分離するように形成される
(2)乃至(6)のいずれかに記載の撮像素子。
(8) 複数の前記画素が面状に配置された画素アレイを備える
(2)乃至(7)のいずれかに記載の撮像素子。
(9) 前記素子分離領域は、さらに、前記画素外において前記光電変換部の上部電極用の拡散層を分離するように形成される
(2)乃至(8)のいずれかに記載の撮像素子。
(10) 前記素子分離領域は、前記上部電極用の拡散層の側壁に接するように形成される
(9)に記載の撮像素子。
(11) 前記光電変換部および前記半導体層が形成される第1の基板と、前記第1の基板と異なる第2の基板とが積層され、
前記第1の基板に形成されるトランジスタと、前記第2の基板に形成されるトランジスタとが、前記光電変換部において得られる電荷を読み出して増幅してA/D変換する回路を形成する
(1)乃至(10)のいずれかに記載の撮像素子。
(12) 前記光電変換部は、互いに異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換部を積層した構造に形成される
(1)乃至(11)のいずれかに記載の撮像素子。
(13) 前記光電変換部および前記半導体層が形成される第1の基板と、前記第1の基板と異なる第2の基板とが積層され、
前記第1の基板に形成されるトランジスタが、前記光電変換部において得られる電荷を読み出して増幅する回路を形成し、
前記第2の基板に形成されるトランジスタが、前記回路において増幅された信号をA/D変換する回路を形成する
(1)乃至(12)のいずれかに記載の撮像素子。
(14) 前記光電変換部および前記半導体層が形成される第1の基板と、前記第1の基板と異なる第2の基板とが積層され、
前記第1の基板に形成されるトランジスタと、前記第2の基板に形成されるトランジスタとが、前記光電変換部において得られる電荷を読み出して増幅する回路を形成し、
さらに、前記第2の基板に形成されるトランジスタが、前記回路において増幅された信号をA/D変換する回路を形成する
(1)乃至(13)のいずれかに記載の撮像素子。
(15) 前記画素内において、前記トランジスタが、前記光電変換部において得られる電荷を読み出して増幅する回路を形成する
(1)乃至(14)のいずれかに記載の撮像素子。
(16) 前記画素内のトランジスタが全てN型トランジスタである
(15)に記載の撮像素子。
(17) 前記光電変換部および前記半導体層が形成される第1の基板と、前記第1の基板と異なる第2の基板とが積層され、
前記第2の基板に形成されるトランジスタが、前記回路において増幅された信号をA/D変換する、アレイ状に配置された前記画素のカラム毎に設けられた回路を形成する
(16)に記載の撮像素子。
(18) 被写体を撮像する撮像部と、
前記撮像部による撮像により得られた画像データを画像処理する画像処理部と
を備え、
前記撮像部は、
入射光を光電変換する光電変換部を含む画素内においてトランジスタが形成される半導体層を貫通する、絶縁体で構成される素子分離領域
を備える電子機器。
(19) 撮像素子を製造する製造装置であって、
入射光を光電変換する光電変換部を含む画素内においてトランジスタが形成される半導体層を貫通する、絶縁体で構成される素子分離領域を形成する素子分離領域形成部
を備える製造装置。
(20) 撮像素子を製造する製造装置が、
入射光を光電変換する光電変換部を含む画素内においてトランジスタが形成される半導体層を貫通する、絶縁体で構成される素子分離領域を形成する
製造方法。
Claims (20)
- 入射光を光電変換する光電変換部を含む画素内においてトランジスタが形成される半導体層を貫通する、絶縁体で構成される素子分離領域
を備える撮像素子。 - 前記素子分離領域は、前記半導体層に形成されるトランジスタ、拡散層、およびウェルの内、少なくともいずれか1つを、他と分離する
請求項1に記載の撮像素子。 - 前記素子分離領域は、前記光電変換部において光電変換された電荷を蓄積する浮遊拡散層の側壁に接するように形成される
請求項2に記載の撮像素子。 - 前記素子分離領域は、前記浮遊拡散層の複数の側壁に接するように形成される
請求項3に記載の撮像素子。 - 前記素子分離領域は、前記画素内に形成される複数の前記浮遊拡散層同士を分離する
請求項2に記載の撮像素子。 - 前記素子分離領域は、PウェルとNウェルとを分離するように形成される
請求項2に記載の撮像素子。 - 前記素子分離領域は、P型トランジスタとN型トランジスタとを分離するように形成される
請求項2に記載の撮像素子。 - 複数の前記画素が面状に配置された画素アレイを備える
請求項2に記載の撮像素子。 - 前記素子分離領域は、さらに、前記画素外において前記光電変換部の上部電極用の拡散層を分離するように形成される
請求項2に記載の撮像素子。 - 前記素子分離領域は、前記上部電極用の拡散層の側壁に接するように形成される
請求項9に記載の撮像素子。 - 前記光電変換部および前記半導体層が形成される第1の基板と、前記第1の基板と異なる第2の基板とが積層され、
前記第1の基板に形成されるトランジスタと、前記第2の基板に形成されるトランジスタとが、前記光電変換部において得られる電荷を読み出して増幅してA/D変換する回路を形成する
請求項1に記載の撮像素子。 - 前記光電変換部は、互いに異なる波長域の光を光電変換する複数の光電変換部を積層した構造に形成される
請求項1に記載の撮像素子。 - 前記光電変換部および前記半導体層が形成される第1の基板と、前記第1の基板と異なる第2の基板とが積層され、
前記第1の基板に形成されるトランジスタが、前記光電変換部において得られる電荷を読み出して増幅する回路を形成し、
前記第2の基板に形成されるトランジスタが、前記回路において増幅された信号をA/D変換する回路を形成する
請求項1に記載の撮像素子。 - 前記光電変換部および前記半導体層が形成される第1の基板と、前記第1の基板と異なる第2の基板とが積層され、
前記第1の基板に形成されるトランジスタと、前記第2の基板に形成されるトランジスタとが、前記光電変換部において得られる電荷を読み出して増幅する回路を形成し、
さらに、前記第2の基板に形成されるトランジスタが、前記回路において増幅された信号をA/D変換する回路を形成する
請求項1に記載の撮像素子。 - 前記画素内において、前記トランジスタが、前記光電変換部において得られる電荷を読み出して増幅する回路を形成する
請求項1に記載の撮像素子。 - 前記画素内のトランジスタが全てN型トランジスタである
請求項15に記載の撮像素子。 - 前記光電変換部および前記半導体層が形成される第1の基板と、前記第1の基板と異なる第2の基板とが積層され、
前記第2の基板に形成されるトランジスタが、前記回路において増幅された信号をA/D変換する、アレイ状に配置された前記画素のカラム毎に設けられた回路を形成する
請求項16に記載の撮像素子。 - 被写体を撮像する撮像部と、
前記撮像部による撮像により得られた画像データを画像処理する画像処理部と
を備え、
前記撮像部は、
入射光を光電変換する光電変換部を含む画素内においてトランジスタが形成される半導体層を貫通する、絶縁体で構成される素子分離領域
を備える電子機器。 - 撮像素子を製造する製造装置であって、
入射光を光電変換する光電変換部を含む画素内においてトランジスタが形成される半導体層を貫通する、絶縁体で構成される素子分離領域を形成する素子分離領域形成部
を備える製造装置。 - 撮像素子を製造する製造装置が、
入射光を光電変換する光電変換部を含む画素内においてトランジスタが形成される半導体層を貫通する、絶縁体で構成される素子分離領域を形成する
製造方法。
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