KR102522214B1 - 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기 - Google Patents

고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

반도체 기판(21); 상기 반도체 기판 내에 형성된 포토 다이오드(11A, 11B); 상기 반도체 기판 내에 일부 또는 전부가 매설된 게이트 전극(14)을 가지며, 상기 게이트 전극을 통하여 상기 포토 다이오드로부터 신호 전하를 판독하기 위한 트랜지스터(10); 및 상기 게이트 전극 및 상기 포토 다이오드와 접촉하여 마련된 전하 전송층(13)을 구비하는 고체 촬상 장치를 제공한다.

Description

고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기{SOLID-STATE IMAGE PICKUP DEVICE, METHOD OF MANUFACTURING SOLID-STATE IMAGE PICKUP DEVICE, AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 출원은 2013년 5월 16일에 출원된 일본 우선권 특허 출원 JP2013-104000 의 이익을 주장하고, 그 전체 내용은 본 출원에 참조로서 인용된다.
본 개시는, 예를 들면 반도체 기판 내에 포토 다이오드를 갖는 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기에 관한 것이다.
고체 촬상 장치로서, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 집적 회로와 마찬가지의 프로세스에 의해 제조 가능한 CMOS 이미지 센서가 알려져 있다. 이와 같은 고체 촬상 장치는, 복수의 화소가 2차원 배치된 화소 어레이부를 가지며, 상기 프로세스에 부수된 미세화 기술에 의해, 화소마다 증폭 기능을 갖는 액티브형의 구조를 용이하게 만들 수 있다. 또한, 화소 어레이부를 구동하는 구동 회로, 및 각 화소로부터의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로 등을 포함하는 주변 회로부를, 화소 어레이부와 같은 칩(기판)상에 집적할 수 있다는 장점을 갖는다. 이 때문에, CMOS 이미지 센서에의 주목이 높아지고 있고, 많은 연구·개발이 이루어지고 있다.
근래에는, 이와 같은 CMOS 이미지 센서에 대해, 하나의 화소 내에, 종방향에 따라 R, G, B의 각 파장의 광을 광전 변환하는 3개의 포토 다이오드를 적층하여 이루어지는 고체 촬상 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1). 또한, 하나의 화소에 2개의 포토 다이오드가 적층된 구조도 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2). 이들의 고체 촬상 장치에서는, 반도체 기판 내에 복수의 포토 다이오드가 적층되기 때문에, 예를 들면 일부의 포토 다이오드로부터의 신호 전하의 판독이, 이른바 종형(縱型) 트랜지스터를 이용하여 행하여진다. 또한, 종형 트랜지스터의 옆(측면측)에 포토 다이오드를 적층하고, 종형 트랜지스터의 측면으로부터 전하 전송을 행하고, 종형 트랜지스터의 저부에 이른바 오버플로 패스를 형성하는 수법도 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 3).
일본 특개2009-295937호 공보 일본 특개2010-114273호 공보 일본 특개2012-199489호 공보
상기한 바와 같은 고체 촬상 장치에 이용되는 종형 트랜지스터는, 예를 들면 반도체 기판 내에 일부가 매설된 게이트 전극을 갖는다. 이와 같은 종형 트랜지스터의 게이트 전극과 포토 다이오드와의 사이의 전송 불량을 억제하고, 수율을 향상시킬 것이 요망되고 있다.
본 개시는 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 종형 트랜지스터의 전송 불량을 억제하고, 수율을 향상시키는 것이 가능한 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기를 제공하는 것에 있다.
본 개시의 실례가 되는 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치는, 반도체 기판; 반도체 기판 내에 형성된 포토 다이오드; 반도체 기판 내에 일부 또는 전부가 매설된 게이트 전극을 가지며, 게이트 전극을 통하여 포토 다이오드로부터 신호 전하를 판독하기 위한 트랜지스터; 및 게이트 전극과 포토 다이오드와의 사이의 전하 전송층을 포함한다.
본 개시의 실례가 되는 실시의 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 포토 다이오드를 포함하는 반도체 기판 내에 일부 또는 전부가 매설된 게이트 전극을 가지며, 게이트 전극을 통하여 포토 다이오드로부터 신호 전하를 판독하기 위한 트랜지스터를 형성하는 공정; 및 게이트 전극과 포토 다이오드와의 사이의 전하 전송층을 형성하는 공정을 포함한다.
본 개시의 실례가 되는 실시의 형태에 관한 전자 기기는 고체 촬상 장치를 포함하고, 고체 촬상 장치는 반도체 기판; 반도체 기판 내에 형성된 포토 다이오드; 반도체 기판 내에 일부 또는 전부가 매설된 게이트 전극을 가지며, 게이트 전극을 통하여 포토 다이오드로부터 신호 전하를 판독하기 위한 트랜지스터; 및 게이트 전극과 포토 다이오드와의 사이의 전하 전송층을 포함한다.
본 개시의 상기 설명한 실시의 형태의 고체 촬상 장치 및 전자 기기는 각각 반도체 기판 내에 형성된 포토 다이오드와, 반도체 기판 내에 일부 또는 전부가 매설된 게이트 전극을 통하여 포토 다이오드로부터 신호 전하를 판독하기 위한 트랜지스터를 포함한다. 포토 다이오드와 게이트 전극과의 사이에 전하 전송층을 포함하는 것으로, 깊이 방향에서의 게이트 전극의 저면 위치의 편차에 기인하는, 신호 전하의 전송 불량이 억제된다.
본 개시의 상기 설명한 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법에서는, 반도체 기판 내에 포토 다이오드를 형성한 후, 반도체 기판 내에 일부 또는 전부가 매설된 게이트 전극을 통하여 포토 다이오드로부터 신호 전하를 판독하기 위한 트랜지스터를 형성한다. 게이트 전극과 포토 다이오드와의 사이에 전하 전송층을 형성하는 것으로, 깊이 방향에서의 게이트 전극의 저면 위치의 편차에 기인하는, 신호 전하의 전송 불량이 억제된다.
본 개시의 상기 설명한 실시의 형태의 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 의하면, 반도체 기판 내에 형성된 포토 다이오드와, 반도체 기판 내에 일부 또는 전부가 매설된 게이트 전극을 통하여 포토 다이오드로부터 신호 전하를 판독하기 위한 트랜지스터를 포함한다. 포토 다이오드와 게이트 전극과의 사이에 전하 전송층을 포함함에 의해, 깊이 방향에서의 게이트 전극의 저면 위치의 편차에 기인하는 신호 전하의 전송 불량을 억제할 수 있다. 따라서, 종형 트랜지스터에 의한 전송 불량을 억제하고, 수율을 향상시키는 것이 가능해진다.
본 개시의 상기 설명한 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 제조 방법에 의하면, 반도체 기판 내에 포토 다이오드를 형성한 후, 반도체 기판 내에 일부 또는 전부가 매설된 게이트 전극을 통하여 포토 다이오드로부터 신호 전하를 판독하기 위한 트랜지스터를 형성한다. 게이트 전극과 포토 다이오드와의 사이에 전하 전송층을 형성함에 의해, 깊이 방향에서의 게이트 전극의 저면 위치의 편차에 기인하는 신호 전하의 전송 불량을 억제할 수 있다. 따라서, 종형 트랜지스터에 의한 전송 불량을 억제하고, 수율을 향상시키는 것이 가능해진다.
전술한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 예시적인 것이며, 청구된 기술에 대한 추가적인 설명을 제공하고자 하는 것임을 이해해야 한다.
도 1은 본 개시의 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 2a는 도 1에 도시한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도.
도 2b는 도 2a에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 2c는 도 2b에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 2d는 도 2c에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 2e는 도 2d에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 3a는 전하 전송층 비형성시에 있어서의 게이트 전극과 포토 다이오드와의 접속 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 3b는 깊이 방향에서의 게이트 전극의 저면 위치의 편차(게이트 전극의 위치가 얕은 경우)에 기인하는 접속 불량을 설명하기 위한 단면 모식도.
도 3c는 깊이 방향에서의 게이트 전극의 저면 위치의 편차(게이트 전극의 위치가 깊은 경우)에 기인하는 접속 불량을 설명하기 위한 단면 모식도.
도 4a는 도 1에 도시한 고체 촬상 장치의 게이트 전극의 접속 구성을 도시하는 단면 모식도(게이트 전극의 위치가 얕은 경우).
도 4b는 도 1에 도시한 고체 촬상 장치의 게이트 전극의 접속 구성을 도시하는 단면 모식도(게이트 전극의 위치가 깊은 경우).
도 5는 종형 트랜지스터의 한 예를 도시하는 단면 모식도.
도 6은 종형 트랜지스터의 한 예를 도시하는 단면 모식도.
도 7은 본 개시의 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 8a는 도 7에 도시한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도.
도 8b는 도 8a에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 8c는 도 8b에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 9a는 도 8c에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 9b는 도 9a에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 10a는 도 7에 도시한 고체 촬상 장치의 게이트 전극의 접속 구성을 도시하는 단면 모식도(게이트 전극의 위치가 얕은 경우).
도 10b는 도 7에 도시한 고체 촬상 장치의 게이트 전극의 접속 구성을 도시하는 단면 모식도(게이트 전극의 위치가 깊은 경우).
도 11은 본 개시의 제3의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시하는 단면 모식도.
도 12a는 도 11에 도시한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 모식도.
도 12b는 도 12a에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 12c는 도 12b에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 12d는 도 12c에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 12e는 도 12d에 계속된 공정을 도시하는 단면 모식도.
도 13은 도 11에 도시한 고체 촬상 장치의 게이트 전극의 접속 구성을 도시하는 단면 모식도(게이트 전극의 위치가 얕은 경우).
도 14는 도 1에 도시한 고체 촬상 장치의 전체 구성을 도시하는 기능 블록도.
도 15는 적용례 1에 관한 촬상 장치의 구성을 도시하는 기능 블록도.
도 16은 적용례 2-1에 관한 캡슐형 내시경 카메라의 구성을 도시하는 기능 블록도.
도 17은 적용례 2-2에 관한 삽입형 내시경 카메라의 구성을 도시하는 기능 블록도.
도 18은 적용례 4에 관한 비전칩의 구성을 도시하는 기능 블록도.
도 19는 적용례 5에 관한 생체 센서의 구성을 도시하는 기능 블록도.
이하, 본 개시에서의 실시 형태에 관해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 설명하는 순서는, 하기한 바와 같다.
1. 제1의 실시의 형태(반도체 기판의 오목부 저면에 인접하여 전하 전송층을 갖는 고체 촬상 장치의 예)
2. 제2의 실시의 형태(반도체 기판의 오목부 저면과 전하 전송층과의 사이에 암전류 억제층을 갖는 고체 촬상 장치의 예)
3. 제3의 실시의 형태(반도체 기판의 오목부 형성 전에 전하 전송층을 형성하는 고체 촬상 장치의 예)
4. 고체 촬상 장치의 전체 구성례
5. 적용례 1 내지 4(전자 기기의 예)
제1의 실시의 형태
구성
도 1은, 본 개시의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 또한, 도 1에서는, 후술하는 화소부(도 14에 도시한 화소부(1a)) 중의 1화소 분의 영역을 나타내고 있다. 이 고체 촬상 장치는, 예를 들면 n형의 실리콘(Si) 등으로 이루어지는 반도체 기판(21) 내에, 1 또는 복수의 포토 다이오드(여기서는 2개의 포토 다이오드(11A(PD1), 11B(PD2)))가 적층된 것이다. 반도체 기판(21)의 일면이 회로 형성면(S1)으로 되어 있고, 이 회로 형성면(S1)상에는 도시하지 않은 다층 배선층이 형성된다. 본 실시의 형태에서는, 반도체 기판(21)의 회로 형성면(S1)과 반대측의 면이 수광면(S2)으로 되어 있고, 이른바 이면 조사형의 소자 구조를 갖고 있다. 수광면(S2)측에는 도시하지 않은 온 칩 렌즈 등이 마련되어 있다.
포토 다이오드(11A, 11B)는, 예를 들면 n형의 반도체 기판(21)에 형성된 p형 반도체 영역에 형성되고, 예를 들면 서로 다른 파장의 광을 광전 변환하는 광전 변환층을 갖고 있다. 예를 들면, 포토 다이오드(11A)는, 적색(R)의 광을 선택적으로 흡수하는 광전 변환층을 가지며, 포토 다이오드(11B)는, 청색(B)의 광을 선택적으로 흡수하는 광전 변환층을 갖는다. 이들의 포토 다이오드(11A, 11B)는 각각, 예를 들면 신호 전하를 축적하는 광전 변환층으로서, n형 또는 p형의 반도체층을 포함하는 것이다. 여기서는, 한 예로서, 포토 다이오드(11A, 11B)가 각각, 신호 전하로서 전자를 축적하는 n형의 반도체층을 포함하고 있다. 단, p형의 반도체층을 포함하고 있어도 좋고, 예를 들면, p-n 접합 또는 p-n-p 접합 등을 형성하도록, p형 및 n형의 반도체층을 적층한 구조를 갖고 있어도 좋다. 또한, 본 개시의 "제1 도전형" 및 "제2 도전형"은, 예를 들면 p형 및 n형, 또는 n형 및 p형의 어느 하나의 조합을 나타내는 것이지만, 본 실시의 형태에서는, 한 예로서, "제1 도전형"이 "n형"이고, "제2 도전형"이 "p형"인 경우를 예로 들어 설명한다.
이들의 포토 다이오드(11A, 11B)는, 신호 전하 전송용의 트랜지스터에 접속되어 있다. 이들 중, 예를 들면 반도체 기판(21)의 깊은 위치(반도체 기판(21)의 회로 형성면(S1)으로부터 멀어진 위치)에 형성되는 포토 다이오드(여기서는 포토 다이오드(11B))에는, 종형 트랜지스터(10)가 접속된다.
종형 트랜지스터(10)는, 전하 전송 트랜지스터이고, 적어도 일부가 반도체 기판(21)에 매설된 게이트 전극(14)을 갖고 있다. 구체적으로는, 반도체 기판(21)은, 오목부(H)를 갖고 있고, 이 오목부(H)에 게이트 절연막(34)을 통하여, 게이트 전극(14)이 매입 형성되어 있다. 또한, 회로 형성면(S1)에는, 도시하지 않은 다른 화소 트랜지스터(예를 들면, 증폭 트랜지스터, 리셋 트랜지스터 및 선택 트랜지스터 등)가 형성되어 있다. 또한, 이 종형 트랜지스터(10)에서는, 예를 들면 포토 다이오드(11B)가 소스, 예를 들면 FD(12)가 드레인으로서 기능하고, 게이트 절연막(34) 아래의 영역에 도시하지 않은 채널(활성층)이 형성되어 있다.
게이트 전극(14)은, 예를 들면 n형 또는 p형의 불순물이 고농도로 도프된 폴리실리콘 등의 도전막 재료에 의해 구성되어 있고, 회로 형성면(S1)상에 형성되는 배선층(도시 생략)에 접속되어 있다. 게이트 절연막(34)은, 예를 들면 실리콘 산화막 등의 절연막 재료에 의해 구성되어 있다.
오목부(H)는, 반도체 기판(21)의 일부에, 그 깊이 방향(종방향, 두께 방향)에 따라 파들어가 형성된 것이고, 예를 들면 각주형상 또는 원주형상 등의 홈을 구성하는 것이다. 이 오목부(H)는, 그 저면(Sb)이 예를 들면 포토 다이오드(11B)의 일부에 대향하도록 마련되어 있다. 오목부(H)의 저면(Sb)은, 포토 다이오드(11B)와 접하여 있어도 좋고, 포토 다이오드(11B) 내에 위치하고 있어도 좋다. 또는, 포토 다이오드(11B)로부터 이격(離隔)하여 형성되어 있어도 좋다. 여기서는, 한 예로서, 오목부(H)의 저면(Sb)이 포토 다이오드(11B)로부터 소정의 거리 이격하고 있는 경우를 도시하고 있다. 이 오목부(H)의 저면(Sb)에서, 게이트 전극(14)과 포토 다이오드(11B)가, 전하 전송층(13)을 통하여 접속되어 있다.
전하 전송층(13)은, 게이트 전극(14)과 포토 다이오드(11B)와의 사이에 형성되고, 포토 다이오드(11B)로부터 게이트 전극(14) 및 FD(12)까지의 신호 전하의 전송 경로의 일부를 구성하는 것이다. 이 전하 전송층(13)은, 예를 들면 반도체 기판(21) 내에서, 예를 들면 포토 다이오드(11B)의 광전 변환층과 동일한 도전성을 갖는, 즉 n형의 불순물 확산층이다. 이 때문에, 전하 전송층(13)은, 신호 전하의 전송 경로로서 기능함과 함께, 광전 변환층으로서의 기능도 갖고 있다. 이 전하 전송층(13)의 두께(t)는, 예를 들면 50㎚∼2000㎚ 정도이고, 일부 또는 전부가 포토 다이오드(11B)의 광전 변환층(n형 반도체층)에 접속되어 있다.
본 실시의 형태에서는, 이 전하 전송층(13)이, 오목부(H)의 저면(Sb)에 인접하여 형성되어 있다. 상세는 후술하지만, 전하 전송층(13)은, 오목부(H)를 형성 후, 이른바 셀프얼라인에 의해 저면(Sb)에 이온 임플란테이션을 행함에 의해 형성되는 것이다.
제조 방법
도 1에 도시한 고체 촬상 장치의 소자 구조는, 예를 들면 다음과 같이 하여 제조할 수 있다. 즉, 우선 도 2a에 도시한 바와 같이, 포토 다이오드(11A, 11B) 등이 형성된 반도체 기판(21)상에, 예를 들면 질화실리콘(SiN) 등으로 이루어지는 마스크(120)를, 예를 들면 CVD법 등에 의해 형성하고, 이 마스크(120)를 이용한 드라이 에칭 또는 웨트 에칭에 의해, 반도체 기판(21)에, 오목부(H)를 형성한다. 이때, 오목부(H)의 저면(Sb)의 위치(d0)(기준 위치, 설계 중심이 되는 위치)는, 특히 한정되지 않고, 포토 다이오드(11B)의 표면 위치와 맞도록 설정되어도 좋고, 표면 위치로부터 어긋나 있어도 좋다. 후술하는 바와 같이, 전하 전송층(13)에 의해, 이 오목부(H)의 저면(Sb)의 깊이 위치의 자유도가 높아지기 때문이다. 예를 들면, 본 실시의 형태와 같이, 오목부(H)가 깊게 형성된 경우(후술)를 고려하여, 위치(d0)를 포토 다이오드(11B)의 표면(F1)보다도 얕은 영역에(회로 형성면(S1)에 가까운 영역에) 설정하여 둘 수 있다. 또한, 오목부(H)를 형성하기 전에, 반도체 기판(21)의 오목부 형성 영역에, 레지스트 마스크를 이용하여 예를 들면 p형의 불순물을 도프하여, 미리 p형 영역(도시 생략)을 형성하여 둔다. 이 때문에, 종형 트랜지스터(10)에서는, 오목부(H)의 측면(게이트 전극(14)의 측면)이 p형 영역으로 덮여진 구성이 된다.
계속해서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 오목부(H)의 저면(Sb)에 대해, 예를 들면 이온 임플란테이션에 의해, 예를 들면 포토 다이오드(11B)와 동일한 도전성(여기서는, n형)을 나타내는 불순물(D)을 주입한다. 이 후, 도 2c에 도시한 바와 같이, 마스크(120)를 반도체 기판(21)으로부터 제거한다. 이에 의해, 반도체 기판(21)에서, 오목부(H)의 저면(Sb)에 인접하여, 예를 들면 n형의 반도체 영역이 되는 전하 전송층(13)을, 셀프얼라인에 의해 형성할 수 있다. 또한, 전하 전송층(13)의 두께(t)는, 이온 임플란테이션에 의한 도즈량 및 주입 에너지 등의 여러 조건을 적절히 설정함에 의해 조정 가능하다.
이 후, 도 2d에 도시한 바와 같이, 오목부(H)의 저면(Sb) 및 측면을 덮도록, 상술한 재료로 이루어지는 게이트 절연막(34)을, 예를 들면 실리콘 산화막을 열산화함에 의해 형성한다. 단, 이것으로 한하지 않고, 다른 수법, 예를 들면 CVD법이나 스퍼터법 등을 이용하여도 좋다.
뒤이어, 도 2e에 도시한 바와 같이, 상술한 재료 등으로 이루어지는 게이트 전극(14)을 형성한다. 구체적으로는, 우선, 반도체 기판(21)상에, 오목부(H)를 매입하도록, 예를 들면 LP-CVD(Low Pressure-Chemical Vapor Deposition : 감압 화학 기상 퇴적)법 등에 의해, 폴리실리콘막을 성막 중에, 예를 들면 p형 또는 n형의 불순물을, 고농도로 도프한다. 이 후, 불순물이 도프된 폴리실리콘막을, 예를 들면 포토 리소그래피 법을 이용한 에칭에 의해 소정의 형상으로 패터닝함에 의해, 게이트 전극(14)을 형성한다. 이와 같이 하여, 종형 트랜지스터(10)를 형성한다.
최후에, 반도체 기판(21)의 회로 형성면(S1)에 배선층을 형성한 후, 반도체 기판(21)을 소망하는 두께가 되도록 연삭하여 수광면(S2)을 형성하고, 이 수광면(S2)측에 온 칩 렌즈 등을 필요에 응하여 형성한다. 이상에 의해, 도 1에 도시한 고체 촬상 장치를 완성한다.
작용·효과
본 실시의 형태의 고체 촬상 장치에서는, 수광면(S2)으로부터 광(L)이 입사하면, 광(L) 중 선택적인 파장의 광(예를 들면 청색 광)이 포토 다이오드(11B)에서 흡수되어, 광전 변환된다. 포토 다이오드(11B)를 통과한 광 중 선택적인 파장의 광(예를 들면 적색 광)은 포토 다이오드(11A)에서 흡수되어 광전 변환된다. 광전 변환에 의해 발생한 신호 전하(예를 들면 전자)는, 소정의 타이밍에서, 예를 들면 포토 다이오드(11A, 11B)마다 FD(플로팅·디퓨전)에 전송되고, 후술하는 신호선(수직 신호선(Lsig))에 판독된다. 이들 중 포토 다이오드(11B)에서 발생한 신호 전하는, 종형 트랜지스터(10)의 게이트 전극(14)을 통하여 FD(12)에 전송된다.
이와 같이, 반도체 기판(21) 내에서 복수의 포토 다이오드(11A, 11B)가 적층된 소자 구조에서는, 보다 깊은 위치(회로 형성면(S2)으로부터 멀어진 위치)에 배치된 포토 다이오드(11B)로부터의 신호 전하의 판독이, 종형 트랜지스터(10)를 이용하여 행하여진다. 예를 들면, 도 3a에 도시한 바와 같이, 종형 트랜지스터(10)의 저부(오목부(H)의 저면(Sb))에서, 게이트 전극(14)과 포토 다이오드(11B)가 접속됨에 의해, 게이트 전극(14)을 통하여 포토 다이오드(11B)로부터 FD(12)에 신호 전하가 전송된다.
그런데, 이와 같은 종형 트랜지스터(10)에서는, 깊이 방향에서의 게이트 전극(14)의 저면 위치의 편차(오목부(H)의 저면 위치의 편차)가 생기고, 이 편차에 기인하여 전송 불량이 발생하기 쉽다. 구체적으로는, 도 3a에 도시한 바와 같이, 제조 프로세스에서, 오목부(H)의 저면(Sb)의 위치(d100)(기준 위치, 설계 중심 위치)가 포토 다이오드(11B)와 정확하게 접하는 위치에 설정된 경우라도, 실제로는, 오목부(H)가 더 얕은 위치에(도 3b), 또는 더 깊은 취치에(도 3c), 형성되는 일이 있다. 그리고, 도 3b에 도시한 바와 같이, 오목부(H)가 위치(d100)보다도 얕은 위치에 형성된 경우(저면(Sb)의 위치(d101)의 경우)에는, 포토 다이오드(11B)와 종형 트랜지스터(10)가 떨어져 버려, 전송 경로에 이른바 포텐셜 배리어가 발생하여, 전하 전송 불량이 된다. 한편, 도 3c에 도시한 바와 같이, 오목부(H)가 위치(d100)보다도 깊은 위치에 형성된 경우(저면(Sb)의 위치(d102)의 경우), 포토 다이오드(11B)와 종형 트랜지스터(10)와의 접촉 부분이 너무 커져서, 이른바 포텐셜 딥(potential dip)이 발생하고, 이 경우도 전송 불량이 되어 버린다.
본 실시의 형태에서는, 이와 같은 종형 트랜지스터(10)(게이트 전극(14))와 포토 다이오드(11B)와의 사이에, 전하 전송층(13)을 갖는다. 그리고 다양한 실시의 형태에서, 전하 전송층(13)은 이와 같은 종형 트랜지스터(10)(게이트 전극(14))와 포토 다이오드(11B)와 접촉하여 제공될 수 있다. 이에 의해, 상기한 바와 같이 깊이 방향에서의 게이트 전극(14)의 저면 위치의 편차에 기인하여 생기는 전송 불량을 억제할 수 있다. 즉, 도 4a에 도시한 바와 같이, 오목부(H)가 위치(d0)보다도 얕은 위치에 형성된 경우(저면(Sb)의 위치(d1)의 경우)라도, 포토 다이오드(11B)와 종형 트랜지스터(10)가 전하 전송층(13)을 통하여 접속되기 때문에, 신호 전하의 전송 불량이 억제된다. 한편, 도 4b에 도시한 바와 같이, 오목부(H)가 위치(d0)보다도 깊은 위치에 형성된 경우(저면(Sb)의 위치(d2)의 경우)라도, 상기한 바와 같은 포텐셜 딥에 의한 신호 전하의 전송 불량이 억제된다. 예를 들면, 오목부의 저면(Sb)의 기준이 되는 위치(d0)를 미리 보다 얕은 위치에 설정하여 둠으로써, 오목부(H)가 깊은 위치에 형성된 경우의 전송 불량을 억제 가능하다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에서는, 반도체 기판(21) 내에 형성된 포토 다이오드(11A, 11B)와, 반도체 기판(21) 내에 일부 또는 전부가 매설된 게이트 전극(14)을 갖는 종형 트랜지스터(10)를 구비한다. 포토 다이오드(11B)와 게이트 전극(14)과의 사이에 전하 전송층(13)을 가짐에 의해, 게이트 전극(14)의 깊이 방향의 편차에 기인하는 신호 전하의 전송 불량을 억제할 수 있다. 따라서, 종형 트랜지스터에 의한 전송 불량을 억제하고, 수율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 종형 트랜지스터(10)의 저부에만 전하 전송층(13)을 형성하기 때문에, 예를 들면 적층된 포토 다이오드(11B, 11R)에서의 분광 특성이 개선된다는 효과도 있다. 이것은, 예를 들면, 적색광을 광전 변환하는 포토 다이오드(11A)의 형성 영역을 보다 크게 확보하기 쉽게 되기 때문이다.
또한, 상술한 전하 전송층(13)은, 반도체 기판 내의 포토 다이오드로부터 신호 전하를 판독하기 위해 종형 트랜지스터를 이용하는, 다양한 타입의 소자 구조에 적용 가능하다. 예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(21) 내에 적색 광(Lr), 녹색 광(Lg), 청색 광(Lb)을 각각 광전 변환 가능한 3개의 포토 다이오드(PD3, PD4, PD5)를 적층하고, 각 포토 다이오드에 종형 트랜지스터(Tr1, Tr2, Tr3)를 접속하는 구조에도 적용 가능하다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 적층된 2개의 포토 다이오드(PD6, PD7)에 대해, 하나의 (공통의)종형 트랜지스터(Tr4)가 마련된 구조라도 좋다. 이와 같이, 상술한 전하 전송층(13)은, 다양한 타입의 종형 트랜지스터를 이용한 소자 구조에 적용 가능하다.
다음에, 상기 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 다른 실시의 형태 및 변형례에 관해 설명한다. 이하에서는, 상기 제1의 실시의 형태와 같은 구성 요소에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 적절히 그 설명을 생략한다.
제2의 실시의 형태
구성
도 7은, 본 개시의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 또한, 도 7에서는, 후술하는 화소부(도 14에 도시한 화소부(1a)) 중의 1화소분의 영역을 나타내고 있다. 이 고체 촬상 장치는, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 반도체 기판(21) 내에, 1 또는 복수의 포토 다이오드(여기서는 2개의 포토 다이오드(11A, 11B))를 구비한 것이다. 또한, 반도체 기판(21)의 회로 형성면(S1)상에는 도시하지 않은 다층 배선층이 형성되고, 반도체 기판(21)의 회로 형성면(S1)과 반대측의 면을 수광면(S2)으로 하는, 이면 조사형의 소자 구조를 갖고 있다. 수광면(S2)측에는 도시하지 않은 온 칩 렌즈 등이 마련되어 있다.
본 실시의 형태에서도, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 포토 다이오드(11A, 11B)는, 신호 전하 전송용의 트랜지스터에 접속되고, 이들 중, 포토 다이오드(11B)에, 종형 트랜지스터(10)가 접속되어 있다. 종형 트랜지스터(10)는 게이트 전극(14)을 가진다. 게이트 전극(14)은 반도체 기판(21)의 오목부(H)를 게이트 절연막(34)과 함께 게이트 전극(14)의 일부 또는 전부로 채우도록 마련된다. 또한, 오목부(H)는, 그 저면(Sb)이 예를 들면 포토 다이오드(11B)의 일부에 대향하도록 마련되고, 이 저면(Sb)에서, 게이트 전극(14)과 포토 다이오드(11B)가, 전하 전송층(13)을 통하여 접속되어 있다.
단, 본 실시의 형태에서는, 오목부(H)의 저면(Sb)과 전하 전송층(13)과의 사이에, 또한 암전류 억제층(13a)이 형성되어 있다. 암전류 억제층(13a)은, 전하 전송층(13)과 다른 도전성(예를 들면 p형)을 나타내는 불순물 확산층이다. 이 암전류 억제층(13a)의 두께는, 예를 들면 5㎚∼100㎚ 정도이고, 전하 전송층(13)의 두께(t)에 비하여 충분히 얇게 되어 있다. 이와 같이, 본 실시의 형태에서는, 오목부(H)의 저면(Sb)측부터 차례로, 암전류 억제층(13a) 및 전하 전송층(13)이 적층되어 있다. 이와 같은 전하 전송층(13) 및 암전류 억제층(13a)은, 오목부(H)를 형성 후, 이른바 셀프얼라인에 의해 저면(Sb)에 이온 임플란테이션을 다단계적으로 행함에 의해 형성되는 것이다.
제조 방법
도 7에 도시한 고체 촬상 장치의 소자 구조는, 예를 들면 다음과 같이 하여 제조할 수 있다. 즉, 우선 도 8a에 도시한 바와 같이, 포토 다이오드(11A, 11B) 등이 형성된 반도체 기판(21)상에, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 하여, 예를 들면 CVD법에 의해 형성된 질화실리콘으로 이루어지는 마스크(120)를 이용하여, 반도체 기판(21)에, 오목부(H)를 형성한다. 이때, 오목부(H)의 저면(Sb)의 위치(d0)는, 상술한 바와 같이 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 오목부(H)가 깊게 형성된 경우(후술)를 고려하여, 위치(d0)를 포토 다이오드(11B)의 표면(F1)보다도 얕은 영역에(회로 형성면(S1)에 가까운 영역에) 설정하여 둘 수 있다.
계속해서, 오목부(H)의 저면(Sb)에 대해, 예를 들면 다단계의 이온 임플란테이션에 의해, 전하 전송층(13) 및 암전류 억제층(13a)을 형성한다. 구체적으로는, 도 8b에 도시한 바와 같이, 우선, 예를 들면 포토 다이오드(11B)와 동일한 도전성(예를 들면 n형)을 나타내는 불순물(D1)을 주입한 후, 그것과 반대의 도전성(예를 들면 p형)을 나타내는 불순물(D2)을 주입한다. 이 후, 도 8c에 도시한 바와 같이, 마스크(120)를 반도체 기판(21)으로부터 제거한다. 이에 의해, 전하 전송층(13) 및 암전류 억제층(13a)을, 셀프얼라인에 의해 형성할 수 있다. 본 실시의 형태에서도, 전하 전송층(13) 및 암전류 억제층(13a)의 두께는, 도즈량 및 주입 에너지 등의 여러 조건을 적절히 설정함에 의해 조정 가능하다.
이 후, 도 9a에 도시한 바와 같이, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 하여, 상술한 재료로 이루어지는 게이트 절연막(34)을 형성한다. 뒤이어, 도 9b에 도시한 바와 같이, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 하여, 상술한 재료로 이루어지는 게이트 전극(14)을 형성한다. 이와 같이 하여, 종형 트랜지스터(10)를 형성한다. 최후에, 반도체 기판(21)의 회로 형성면(S1)에 배선층을 형성한 후, 반도체 기판(21)을 연삭하고, 수광면(S2)측에 온 칩 렌즈 등을 필요에 응하여 형성함에 의해, 도 7에 도시한 고체 촬상 장치를 완성한다.
작용·효과
본 실시의 형태의 고체 촬상 장치에서는, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 수광면(S2)으로부터 광(L)이 입사하면, 포토 다이오드(11A, 11B)마다 소정의 파장의 광이 광전 변환되고, 이 광전 변환에 의해 발생한 신호 전하(예를 들면 전자)가, 소정의 타이밍에서, FD에 전송 후, 후술하는 신호선(수직 신호선(Lsig))에 판독된다. 이 중 포토 다이오드(11B)에서 발생한 신호 전하는, 종형 트랜지스터(10)의 게이트 전극(14)을 통하여 FD(12)에 전송된다.
본 실시의 형태에서도, 종형 트랜지스터(10)(게이트 전극(14))와 포토 다이오드(11B)와의 사이에, 전하 전송층(13)을 갖는다. 이에 의해, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 깊이 방향에서의 게이트 전극(14)의 저면 위치의 편차에 기인하여 생기는 전송 불량을 억제할 수 있다. 즉, 도 10a에 도시한 바와 같이, 오목부(H)가 위치(d0)보다도 얕은 위치에 형성된 경우(저면(Sb)의 위치(d1)의 경우)라도, 포토 다이오드(11B)와 종형 트랜지스터(10)가 전하 전송층(13)을 통하여 접속되기 때문에, 신호 전하의 전송 불량이 억제된다. 한편, 도 10b에 도시한 바와 같이, 오목부(H)가 위치(d0)보다도 깊은 위치에 형성된 경우(저면(Sb)의 위치(d2)의 경우)라도, 상기한 바와 같은 포텐셜 딥에 의한 신호 전하의 전송 불량이 억제된다. 예를 들면, 오목부의 저면(Sb)의 기준이 되는 위치(d0)를 미리 보다 얕은 위치에 설정하여 둠으로써, 오목부(H)가 깊은 위치에 형성된 경우의 전송 불량을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 오목부(H)의 저면(Sb)과 전하 전송층(13)과의 사이에, 암전류 억제층(13a)이 형성되어 있다. 이에 의해, 예를 들면 오목부(H)의 디깅 데미지(digging damage)(에칭시에 저면(Sb) 등에 생기는 손상)가 생긴 경우 등에서도, 그 디깅 데미지에 기인하는 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에서는, 반도체 기판(21) 내에 형성된 포토 다이오드(11A, 11B)와, 반도체 기판(21) 내에 일부 또는 전부가 매설된 게이트 전극(14)을 갖는 종형 트랜지스터(10)를 구비한다. 포토 다이오드(11B)와 게이트 전극(14)과의 사이에 전하 전송층(13)을 가짐에 의해, 깊이 방향에서의 게이트 전극(14)의 저면 위치의 편차에 기인하는 신호 전하의 전송 불량을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 제1의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 암전류 억제층(13a)에 의해, 오목부(H)의 디깅 데미지에 기인하는 암전류의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
제3의 실시의 형태
구성
도 11은, 본 개시의 제3의 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 또한, 도 11에서는, 후술하는 화소부(도 14에 도시한 화소부(1a)) 중의 1화소분의 영역을 나타내고 있다. 이 고체 촬상 장치는, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 반도체 기판(21) 내에, 1 또는 복수의 포토 다이오드(여기서는 2개의 포토 다이오드(11A, 11B))를 구비한 것이다. 또한, 반도체 기판(21)의 회로 형성면(S1)상에는 도시하지 않은 다층 배선층이 형성되고, 반도체 기판(21)의 회로 형성면(S1)과 반대측의 면을 수광면(S2)으로 하는, 이면 조사형의 소자 구조를 갖고 있다. 수광면(S2)측에는 도시하지 않은 온 칩 렌즈 등이 마련되어 있다.
본 실시의 형태에서도, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 포토 다이오드(11A, 11B)는, 신호 전하 전송용의 트랜지스터에 접속되고, 이들 중, 포토 다이오드(11B)에, 종형 트랜지스터(10)가 접속되어 있다. 종형 트랜지스터(10)는 게이트 전극(14)을 가진다. 게이트 전극(14)은 반도체 기판(21)의 오목부(H)를 게이트 절연막(34)과 함께 게이트 전극(14)의 일부 또는 전부로 채우도록 마련된다. 또한, 오목부(H)는, 그 저면(Sb)이 예를 들면 포토 다이오드(11B)의 일부에 대향하도록 마련되고, 이 저면(Sb)에서, 게이트 전극(14)과 포토 다이오드(11B)가, 전하 전송층(13)을 통하여 접속되어 있다.
단, 본 실시의 형태에서는, 오목부(H)의 형성 타이밍과, 전하 전송층(13)의 형성 타이밍이, 상기 제1의 실시의 형태와 다르다. 구체적으로는, 본 실시의 형태에서는, 전하 전송층(13)을 형성 후, 오목부(H)를 형성한다. 이 때문에, 소자 구조로서는, 전하 전송층(13)이, 오목부(H)의 저면(Sb)뿐만 아니라 측면의 일부도 덮고서 형성된다. 단, 전하 전송층(13)은, 반드시 오목부(H)의 측면의 일부를 덮지 않아도 좋고, 즉 저면(Sb)에만 접한 구조라도 좋다. 이 경우에는, 상기 제1의 실시의 형태의 소자 구조(도 1)와 개략 동등하게 된다.
제조 방법
도 11에 도시한 고체 촬상 장치의 소자 구조는, 예를 들면 다음과 같이 하여 제조할 수 있다. 즉, 우선 도 12a에 도시한 바와 같이, 포토 다이오드(11A, 11B) 등이 형성된 반도체 기판(21)상에, 예를 들면 포토레지스터(121)를 성막하고, 패터닝한다. 이 후, 도 12b에 도시한 바와 같이, 포토레지스터(121)를 마스크로 하여, 반도체 기판(21) 내에, 전하 전송층(13)을 형성한다. 구체적으로는, 반도체 기판(21)의 소정의 깊이 위치에(깊이 방향에서의 오목부(H)의 저면 위치의 편차를 고려한 위치에), 이온 임플란테이션을 행함에 의해 불순물(D)을 주입한다. 그 후, 포토레지스터(121)를 반도체 기판(21)으로부터 박리한다. 계속해서, 도 12c에 도시한 바와 같이, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 하여, 반도체 기판(21)에 오목부(H)를 형성한다. 이때, 오목부(H)의 저면(Sb)의 위치(d0)는, 상술한 바와 같이 특히 한정되지 않지만, 본 실시의 형태에서는, 위치(d0)를 포토 다이오드(11B)의 표면(F1)보다도 얕은 영역에(회로 형성면(S1)에 가까운 영역에) 설정하면 좋다.
이 후, 도 12d에 도시한 바와 같이, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 하여, 상술한 재료로 이루어지는 게이트 절연막(34)을 형성한다. 뒤이어, 도 12e에 도시한 바와 같이, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 하여, 상술한 재료로 이루어지는 게이트 전극(14)을 형성한다. 이와 같이 하여, 종형 트랜지스터(10)를 형성한다. 최후에, 반도체 기판(21)의 회로 형성면(S1)에 배선층을 형성한 후, 반도체 기판(21)을 연삭하고, 수광면(S2)측에 온 칩 렌즈 등을 필요에 응하여 형성함에 의해, 도 11에 도시한 고체 촬상 장치를 완성한다.
이와 같이, 오목부(H)의 깊이 편차가 상정되는 영역에, 이온 임플란테이션에 의해 전하 전송층(13)을 미리 형성하여 두어도 좋다.
작용·효과
본 실시의 형태의 고체 촬상 장치에서는, 상기 제1의 실시의 형태와 마찬가지로 수광면(S2)으로부터 광(L)이 입사하면, 포토 다이오드(11A, 11B)마다 소정의 파장의 광이 광전 변환되고, 이 광전 변환에 의해 발생한 신호 전하(예를 들면 전자)가, 소정의 타이밍에서, FD에 전송 후, 후술하는 신호선(수직 신호선(Lsig))에 판독된다. 이 중 포토 다이오드(11B)에서 발생한 신호 전하는, 종형 트랜지스터(10)의 게이트 전극(14)을 통하여 FD(12)에 전송된다.
본 실시의 형태에서도, 종형 트랜지스터(10)(게이트 전극(14))와 포토 다이오드(11B)와의 사이에, 전하 전송층(13)을 갖는다. 이에 의해, 도 13에 도시한 바와 같이, 깊이 방향에서의 게이트 전극(14)의 저면 위치의 편차에 기인하여 생기는 전송 불량을 억제할 수 있다. 특히, 도 13에 도시한 바와 같이, 오목부(H)가 위치(d0)보다도 얕은 위치에 형성된 경우(저면(Sb)의 위치(d1)의 경우)라도, 포토 다이오드(11B)와 종형 트랜지스터(10)가 전하 전송층(13)을 통하여 접속되기 때문에, 신호 전하의 전송 불량이 억제된다. 한편, 오목부(H)가 위치(d0)보다도 깊은 위치에 형성된 경우(저면(Sb)의 위치(d2)의 경우)에는, 예를 들면 전하 전송층(13)의 불순물 농도(도즈량) 등을 조정함에 의해, 포텐셜 딥에 의한 영향을 경감할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에서는, 반도체 기판(21) 내에 형성된 포토 다이오드(11A, 11B)와, 반도체 기판(21) 내에 일부 또는 전부가 매설된 게이트 전극(14)을 갖는 종형 트랜지스터(10)를 구비한다. 포토 다이오드(11B)와 게이트 전극(14)과의 사이에 전하 전송층(13)을 가짐에 의해, 깊이 방향에서의 게이트 전극(14)의 저면 위치의 편차에 기인하는 신호 전하의 전송 불량을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 제1의 실시의 형태와 동등한 효과를 얻을 수 있다.
장치 구성
도 14는, 상기 각 실시의 형태에서 설명한 고체 촬상 장치(이하, "고체 촬상 장치(1)"라고 하다)의 전체의 구성을 도시한 것이다. 고체 촬상 장치(1)는, 촬상 에어리어로서의 화소부(1a)를 가짐과 함께, 이 화소부(1a)의 주변 영역에, 예를 들면 행주사부(131), 수평 선택부(133), 수평 선택부(134) 및 시스템 제어부(132)로 이루어지는 주변 회로부(130)를 갖고 있다.
화소부(1a)는, 예를 들면 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 단위 화소(화소(P))를 갖고 있다. 이 화소(P)에는, 예를 들면 화소행마다 화소 구동선(Lread)(구체적으로는 행 선택선 및 리셋 제어선)이 배선되고, 화소열마다 수직 신호선(Lsig)이 배선되어 있다. 화소 구동선(Lread)은, 화소로부터의 신호 판독을 위한 구동 신호를 전송하는 것이다. 화소 구동선(Lread)의 일단은, 행주사부(131)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
행주사부(131)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소부(1a)의 각 화소(P)를, 예를 들면 행 단위로 구동하는 화소 구동부이다. 행주사부(131)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 화소(P)로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 수평 선택부(133)에 공급된다. 수평 선택부(133)는, 수직 신호선(Lsig)마다 마련된 앰프나 수평 선택 스위치 등에 의해 구성되어 있다.
수평 선택부(134)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 수평 선택부(133)의 각 수평 선택 스위치를 주사하면서 순번대로 구동하는 것이다. 이 수평 선택부(134)에 의한 선택 주사에 의해, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 전송된 각 화소의 신호가 순번대로 수평 신호선(135)에 출력되고, 당해 수평 신호선(135)을 통하여 기판(11)의 외부에 전송된다.
행주사부(131), 수평 선택부(133), 수평 선택부(134) 및 수평 신호선(135)으로 이루어지는 회로 부분은, 기판(11)상에 직접 형성되어 있어도 좋고, 또는 외부 제어 IC에 마련된 것이라도 좋다. 또한, 그들의 회로 부분은, 케이블 등에 의해 접속된 다른 기판에 형성되어 있어도 좋다.
시스템 제어부(132)는, 외부로부터 주어지는 클록이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 수취하고, 또한, 고체 촬상 소자(1)의 내부 정보 등의 데이터를 출력하는 것이다. 시스템 제어부(132)는 또한, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 가지며, 당해 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 행주사부(131), 수평 선택부(133) 및 수평 선택부(134) 등의 주변 회로의 구동 제어를 행한다.
적용례 1
상술한 고체 촬상 장치(1)는, 예를 들면 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템이나, 촬상 기능을 갖는 휴대 전화 등, 촬상 기능을 구비한 모든 타입의 전자 기기에 적용할 수 있다. 도 15는, 적용례 1에 관한 촬상 장치(촬상 장치(2))의 전체 구성을 도시하는 기능 블록도이다. 촬상 장치(2)는, 예를 들면 디지털 스틸 카메라 또는 디지털 비디오 카메라이고, 광학계(221)와, 셔터 장치(222)와, 고체 촬상 장치(1)(화소부(1a))와, 구동 회로(224)와, 신호 처리 회로(223)와, 제어부(225)를 구비하고 있다.
광학계(221)는, 피사체 로부터의 상광(입사광)을 고체 촬상 장치(1)의 화소부(1a)에 유도하는 것이다. 셔터 장치(222)는, 고체 촬상 장치(1)에의 광조사 기간(노광 기간) 및 차광 기간을 제어하는 것이다. 구동 회로(224)는, 셔터 장치(222)의 개폐 구동을 행함과 함께, 고체 촬상 장치(1)(화소부(1a))에서의 노광 동작 및 신호 판독 동작을 구동하는 것이다. 신호 처리 회로(223)는, 고체 촬상 장치(1)로부터의 출력 신호에 대해, 소정의 신호 처리, 예를 들면 디모자이크 처리(demosaic process)나 화이트 밸런스 조정 처리 등의 각종 보정 처리를 시행하는 것이다. 제어부(225)는, 예를 들면 마이크로 컴퓨터로 구성되고, 구동 회로(224)에서의 셔터 구동 동작 및 이미지 센서 구동 동작을 제어함과 함께, 신호 처리 회로(223)에서의 신호 처리 동작을 제어하는 것이다.
이 촬상 장치(2)에서는, 입사광이, 광학계(221), 셔터 장치(222)를 통하여 고체 촬상 장치(1)(화소부(1a))에서 수광되면, 각 화소(P)에는, 그 수광량에 의거한 신호 전하가 축적된다. 구동 회로(224)에 의해, 각 화소(P)에 축적된 신호 전하가 판독되고, 판독된 전기 신호는 신호 처리 회로(223)에 출력된다. 고체 촬상 장치(1)로부터 출력된 출력 신호는, 신호 처리부(23)에서 소정의 신호 처리가 시행되어, 영상 신호(Dout)로서 외부(예를 들면, 모니터)에 출력되는데, 또는, 도시하지 않은 메모리 등의 기억부(기억 매체)에 유지된다.
적용례 2-1 및 2-2
도 16은, 적용례 2-1에 관한 내시경 카메라(캡슐형 내시경 카메라(3A))의 전체 구성을 도시하는 기능 블록도이다. 캡슐형 내시경 카메라(3A)는, 광학계(231)와, 셔터 장치(232)와, 고체 촬상 장치(1)(화소부(1a))와, 구동 회로(234)와, 신호 처리 회로(233)와, 데이터 송신부(235)와, 구동용 배터리(236)와, 자세(방향, 각도) 감지용의 자이로스코프 회로(237)를 구비하고 있다. 이들 중, 광학계(231), 셔터 장치(232), 구동 회로(234) 및 신호 처리 회로(233)는, 상기 촬상 장치(2)에서 설명한 광학계(221), 셔터 장치(222), 구동 회로(224) 및 신호 처리 회로(223)와 같은 기능을 갖고 있다. 단, 광학계(231)는, 3차원 공간에서의 복수의 방위(예를 들면 전방위)에서의 촬영이 가능하게 되어 있는 것이 바람직하고, 1 또는 복수의 렌즈에 의해 구성되어 있다. 단, 본 예에서는, 신호 처리 회로(233)에서의 신호 처리 후의 영상 신호(D1) 및 자이로스코프 회로(237)로부터 출력된 자세 감지 신호(D2)는, 데이터 송신부(235)를 통하여 무선 통신에 의해 외부의 기기에 송신되도록 되어 있다.
또한, 상기 실시의 형태에서의 고체 촬상 장치(1)를 적용 가능한 내시경 카메라로서는, 상기한 바와 같은 캡슐형의 것으로 한하지 않고, 예를 들면 도 17에 도시한 바와 같은 삽입형의 내시경 카메라(삽입형 내시경 카메라(3B))(적용례 2-2)라도 좋다. 삽입형 내시경 카메라(3B)는, 상기 캡슐형 내시경 카메라(3A)에서의 일부의 구성과 마찬가지로 광학계(231), 셔터 장치(232), 고체 촬상 장치(1)(화소부(1a)), 구동 회로(234), 신호 처리 회로(233) 및 데이터 송신부(235)를 구비하고 있다. 단, 이 삽입형 내시경 카메라(3B)는, 또한, 장치 내부에 격납 가능한 암(238a)과, 이 암(238a)을 구동하는 구동부(238)가 부설되어 있다. 이와 같은 삽입형 내시경 카메라(3B)는, 구동부(238)에 암 제어 신호(CTL)를 전송하기 위한 배선(239A)과, 촬영 화상에 의거한 영상 신호(Dout)를 전송하기 위한 배선(239B)을 갖는 케이블(239)에 접속되어 있다.
적용례 3
도 18은, 적용례 3에 관한 비전칩(비전칩(4))의 전체 구성을 도시하는 기능 블록도이다. 비전칩(4)은, 눈의 안구(E1)의 속측(奧側)의 벽(시각 신경을 갖는 망막(E2))의 일부에, 매입되어 사용되는 인공 망막이다. 이 비전칩(4)은, 예를 들면 망막(E2)에서의 신경절(神經節) 세포(C1), 수평 세포(C2) 및 시(視) 세포(C3) 중의 어느 일부에 매설되어 사용되고, 예를 들면 고체 촬상 장치(1)와, 신호 처리 회로(241)와, 자극 전극부(242)를 구비하고 있다. 이에 의해, 눈에의 입사광에 의거한 전기 신호를 고체 촬상 장치(1)에서의 취득하고, 그 전기 신호를 신호 처리 회로(241)에서 처리함에 의해, 자극 전극부(242)에 소정의 제어 신호를 공급한다. 자극 전극부(242)는, 입력된 제어 신호에 응하여 시각 신경에 자극(전기 신호)을 주는 기능을 갖는 것이다.
적용례 4
도 19는, 적용례 4에 관한 생체 센서(생체 센서(5))의 전체 구성을 도시하는 기능 블록도이다. 생체 센서(5)는, 예를 들면 손가락(A)에 장착 가능한 혈당치 센서이고, 반도체 레이저(251)와, 고체 촬상 장치(1)와, 신호 처리 회로(252)를 구비한 것이다. 반도체 레이저(51)는, 예를 들면 적외광(파장 780㎚ 이상)을 출사한 IR(infrared laser) 레이저이다. 이와 같은 구성에 의해, 피(血) 중의 글루코스량에 응한 레이저광의 흡수 상태를 고체 촬상 장치(1)에 의해 센싱하여, 혈당치를 측정하도록 되어 있다.
이상, 실시의 형태 및 변형례를 들어 설명하였지만, 본 개시 내용은 상기 실시의 형태 등으로 한정되는 것이 아니고, 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시의 형태 등에서는, 반도체 기판(21) 내에 2개의 포토 다이오드(11A, 11B)를 적층한 소자 구조를 예시하였지만, 이 반도체 기판(21)상에, 예를 들면 유기 광전 변환막을 이용한 광전 변환 소자가 적층되어 있어도 좋다. 또한, 반도체 기판(21) 내에 형성된 포토 다이오드의 수는 3개 이상이라도 좋고, 하나라도 좋다. 포토 다이오드로부터의 신호 전하의 판독을, 종형 트랜지스터를 이용하여 행하는 것이라면, 본 개시 내용을 적용 가능하다.
또한, 상기 실시의 형태에서는, 이면 조사형의 고체 촬상 장치를 예로 들었지만, 본 개시 내용은, 표면 조사형의 고체 촬상 장치에도 적용 가능하다.
또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성이라도 좋다.
(1)
반도체 기판;
상기 반도체 기판 내에 형성된 포토 다이오드;
상기 반도체 기판 내에 적어도 일부가 매설된 게이트 전극을 가지며, 상기 게이트 전극을 통하여 상기 포토 다이오드로부터 신호 전하를 판독하기 위한 트랜지스터; 및
상기 게이트 전극 및 상기 포토 다이오드와 접촉하여 마련된 전하 전송층을 구비하는 고체 촬상 장치.
(2)
상기 포토 다이오드는, 상기 반도체 기판의 두께 방향으로 적층된 복수의 포토 다이오드 중 하나인 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3)
상기 포토 다이오드는, 제1 도전형의 광전 변환층을 포함하고,
상기 전하 전송층은, 상기 광전 변환층의 일부와 접속된, 제1 도전형의 불순물 확산층인 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4)
상기 게이트 전극의 적어도 일부는, 상기 반도체 기판에 형성된 오목부를 채우고,
상기 전하 전송층의 적어도 일부는, 상기 오목부의 저면에서 상기 게이트 전극과 접속되어 있는 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(5)
상기 전하 전송층은, 상기 오목부의 상기 저면에 인접하여 형성되어 있는 상기 (4)에 기재된 고체 촬상 장치.
(6)
상기 전하 전송층 및 상기 오목부의 상기 저면과 접촉하는 제2 도전형의 암전류 억제층을 또한 구비하는 상기 (4)에 기재된 고체 촬상 장치.
(7)
상기 전하 전송층은, 상기 오목부의 상기 저면 및 상기 오목부의 측면의 일부를 덮는 상기 (4)에 기재된 고체 촬상 장치.
(8)
포토 다이오드를 포함하는 반도체 기판 내에 적어도 일부가 매설된 게이트 전극을 가지며, 상기 게이트 전극을 통하여 상기 포토 다이오드로부터 신호 전하를 판독하기 위한 트랜지스터를 형성하는 공정과,
상기 게이트 전극 및 상기 포토 다이오드와 접촉하는 전하 전송층을 형성하는 공정을 구비하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(9)
상기 포토 다이오드는, 상기 반도체 기판의 두께 방향으로 적층된 복수의 포토 다이오드 중 하나인 상기 (8)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(10)
상기 포토 다이오드는, 제1 도전형의 광전 변환층을 포함하고,
상기 전하 전송층은, 상기 광전 변환층의 일부와 접속된, 제1 도전형의 불순물 확산층인 상기 (8)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(11)
오목부는 상기 트랜지스터를 형성하는 공정 중에 상기 반도체 기판에 형성되고, 상기 게이트 전극은 상기 오목부를 채우도록 형성되는 상기 (8)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(12)
상기 전하 전송층은, 상기 오목부의 형성 후면서 상기 게이트 전극의 형성 전에, 상기 오목부의 저면에의 이온 임플란테이션에 의해 형성되는 상기 (11)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(13)
상기 전하 전송층의 형성 후면서 상기 게이트 전극의 형성 전에, 상기 오목부의 저면에의 이온 임플란테이션에 의해, 제2 도전형의 암전류 억제층을 형성하는 공정을 또한 포함하고,
상기 전하 전송층은, 상기 오목부의 형성 후면서 상기 게이트 전극의 형성 전에, 상기 오목부의 저면에의 이온 임플란테이션에 의해 형성되는 상기 (11)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(14)
상기 전하 전송층은, 상기 포토 다이오드의 형성 후면서 상기 오목부의 형성 전에, 상기 반도체 기판 내의 선택적인 영역에 이온 임플란테이션을 행함에 의해 형성되는 상기 (11)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(15)
상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치를 구비하는 전자 기기.
(16)
고체 촬상 장치의 구동 방법에 있어서,
상기 고체 촬상 장치는,
반도체 기판;
상기 반도체 기판 내에 형성된 제1의 포토 다이오드;
상기 반도체 기판 내에 형성된 제2의 포토 다이오드;
상기 반도체 기판 내에 적어도 일부가 매설된 게이트 전극을 가지는 트랜지스터; 및
상기 반도체 기판 내에 매설된 플로팅 디퓨전 영역을 구비하고
상기 제1의 포토 다이오드의 제1의 전하는 상기 게이트 전극을 통하여 상기 플로팅 디퓨전 영역에 전송되고, 상기 제2의 포토 다이오드의 제2의 전하는 상기 게이트 전극을 통하여 상기 플로팅 디퓨전 영역에 전송되는 고체 촬상 장치의 구동 방법.
(17)
상기 포토 다이오드는, 상기 반도체 기판의 두께 방향으로 적층된 복수의 포토 다이오드 중 하나인 상기 (16)에 기재된 고체 촬상 장치의 구동 방법.
(18)
상기 포토 다이오드는, 제1 도전형의 광전 변환층을 포함하고,
전하 전송층은, 상기 광전 변환층의 일부와 접속된, 제1 도전형의 불순물 확산층인 상기 (16)에 기재된 고체 촬상 장치의 구동 방법.
(19)
오목부는 상기 트랜지스터를 형성하는 공정 중에 상기 반도체 기판에 형성되고, 상기 게이트 전극은 상기 오목부를 채우도록 형성되는 상기 (16)에 기재된 고체 촬상 장치의 구동 방법.
(20)
상기 전하 전송층은, 상기 오목부의 형성 후면서 상기 게이트 전극의 형성 전에, 상기 오목부의 저면에의 이온 임플란테이션에 의해 형성되는 상기 (19)에 기재된 고체 촬상 장치의 구동 방법.
당업자에 의하여 첨부된 청구항 및 균등물의 범위 안에서 다양한 수정, 조합, 하위 조합 및 변경이 설계 요구 및 다른 요인에 따라 발생할 수 있음을 이해하여야 한다.
1 : 고체 촬상 장치
11A, 11B : 포토 다이오드
21 : 반도체 기판
12 : FD
13 : 전하 전송층
13a : 암전류 억제층
14 : 게이트 전극
Tr : 종형 트랜지스터
H : 오목부
Sb : 저면
S1 : 회로 형성면
S2 : 수광면

Claims (7)

  1. 반도체 기판 내에 배치된 포토 다이오드;
    상기 반도체 기판 내에 배치된 플로팅 디퓨전 영역;
    상기 반도체 기판 내에 배치된 전하 전송층; 및
    게이트 전극을 구비하고,
    상기 게이트 전극의 적어도 일부는 상기 반도체 기판 내에 매설되고, 상기 게이트 전극은 신호 전하를 상기 전하 전송층을 통하여 상기 포토 다이오드로부터 상기 플로팅 디퓨전 영역으로 전송하도록 구성되고,
    상기 반도체 기판의 깊이 방향에서, 상기 전하 전송층은 일부가 상기 포토 다이오드 내에 매설되고, 상기 게이트 전극의 상기 적어도 일부와 상기 포토 다이오드 사이에 배치되고,
    상기 게이트 전극의 저면은 상기 포토 다이오드 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토 다이오드는, 상기 반도체 기판의 두께 방향으로 적층된 복수의 포토 다이오드 중 하나인 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포토 다이오드는, 제1 도전형의 광전 변환층을 포함하고,
    상기 전하 전송층은, 상기 광전 변환층의 일부와 접속된, 제1 도전형의 불순물 확산층인 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 전극의 적어도 일부는, 상기 반도체 기판에 형성된 오목부를 채우고,
    상기 전하 전송층의 적어도 일부는, 상기 오목부의 저면에서 상기 게이트 전극과 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전하 전송층은, 상기 오목부의 상기 저면에 인접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전하 전송층 및 상기 오목부의 상기 저면과 접촉하는 제2 도전형의 암전류 억제층을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 전하 전송층은, 상기 오목부의 상기 저면 및 상기 오목부의 측면의 일부를 덮는 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
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Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015012059A (ja) * 2013-06-27 2015-01-19 ソニー株式会社 固体撮像素子及びその製造方法、並びに撮像装置
CN107004689B (zh) * 2014-12-18 2020-09-18 索尼公司 固体摄像器件和电子装置
KR102536429B1 (ko) * 2015-03-09 2023-05-25 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 촬상 소자 및 그 제조 방법 및 전자 기기
KR102471593B1 (ko) * 2015-06-09 2022-11-29 에스케이하이닉스 주식회사 수직 전송 게이트를 갖는 이미지 센서 및 그 제조방법
CN108040502A (zh) 2015-09-30 2018-05-15 株式会社尼康 摄像元件及摄像装置
KR102701853B1 (ko) * 2015-12-14 2024-09-02 삼성전자주식회사 이미지 센서
US11522098B2 (en) * 2016-04-01 2022-12-06 Trustees Of Dartmouth College UV/VIS/IR backside-illuminated photon-counting sensor
JP7001967B2 (ja) * 2016-04-22 2022-01-20 ソニーグループ株式会社 固体撮像素子および駆動方法、並びに電子機器
KR102629831B1 (ko) * 2016-08-03 2024-01-26 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이를 포함하는 이미지 처리 장치
JP6914633B2 (ja) * 2016-09-30 2021-08-04 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像方法
KR102664314B1 (ko) 2016-12-29 2024-05-14 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102380819B1 (ko) * 2017-04-12 2022-03-31 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10163965B1 (en) * 2017-06-21 2018-12-25 Himax Imaging Limited CMOS image sensor, a photodiode thereof and a method of forming the same
CN109256402B (zh) * 2017-07-13 2021-06-22 恒景科技股份有限公司 互补金属氧化物半导体图像感测器及光二极管与形成方法
DE102018106267A1 (de) 2017-08-15 2019-02-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. Neuartiger bildsensor
US10777591B2 (en) 2017-08-15 2020-09-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor device
US10790321B2 (en) * 2017-09-29 2020-09-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. CMOS image sensor having indented photodiode structure
DE102018122628B4 (de) 2017-09-29 2023-08-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. CMOS Bildsensor mit gezackter Fotodiodenstruktur
US11393867B2 (en) 2017-12-06 2022-07-19 Facebook Technologies, Llc Multi-photodiode pixel cell
JP2019165136A (ja) 2018-03-20 2019-09-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
US10923523B2 (en) 2018-04-16 2021-02-16 Facebook Technologies, Llc Multi-photodiode pixel cell
US11233085B2 (en) * 2018-05-09 2022-01-25 Facebook Technologies, Llc Multi-photo pixel cell having vertical gate structure
JP7270616B2 (ja) 2018-05-16 2023-05-10 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および固体撮像装置
US11089241B2 (en) 2018-06-11 2021-08-10 Facebook Technologies, Llc Pixel cell with multiple photodiodes
US11463636B2 (en) 2018-06-27 2022-10-04 Facebook Technologies, Llc Pixel sensor having multiple photodiodes
US10931884B2 (en) 2018-08-20 2021-02-23 Facebook Technologies, Llc Pixel sensor having adaptive exposure time
US11956413B2 (en) 2018-08-27 2024-04-09 Meta Platforms Technologies, Llc Pixel sensor having multiple photodiodes and shared comparator
JP2020047616A (ja) * 2018-09-14 2020-03-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置および電子機器
US11595602B2 (en) 2018-11-05 2023-02-28 Meta Platforms Technologies, Llc Image sensor post processing
US11218660B1 (en) 2019-03-26 2022-01-04 Facebook Technologies, Llc Pixel sensor having shared readout structure
WO2021100446A1 (ja) * 2019-11-20 2021-05-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置及び電子機器
FR3105577B1 (fr) * 2019-12-18 2021-12-31 St Microelectronics Crolles 2 Sas Capteur d’image destiné à recevoir un éclairement par une face arrière, et procédé d’acquisition d’un flux lumineux correspondant
JPWO2021186911A1 (ko) * 2020-03-18 2021-09-23
US11910114B2 (en) 2020-07-17 2024-02-20 Meta Platforms Technologies, Llc Multi-mode image sensor
JP2022101950A (ja) * 2020-12-25 2022-07-07 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010114324A (ja) 2008-11-07 2010-05-20 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
JP2012199489A (ja) * 2011-03-23 2012-10-18 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び電子機器
JP2013041875A (ja) 2011-08-11 2013-02-28 Sony Corp 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び、電子機器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4341421B2 (ja) 2004-02-04 2009-10-07 ソニー株式会社 固体撮像装置
JP5401928B2 (ja) 2008-11-06 2014-01-29 ソニー株式会社 固体撮像装置、及び電子機器
JP5369505B2 (ja) * 2008-06-09 2013-12-18 ソニー株式会社 固体撮像装置、及び電子機器
JP5365144B2 (ja) * 2008-11-06 2013-12-11 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
EP2133918B1 (en) * 2008-06-09 2015-01-28 Sony Corporation Solid-state imaging device, drive method thereof and electronic apparatus
TWI445166B (zh) * 2008-11-07 2014-07-11 Sony Corp 固態成像裝置，製造固態成像裝置之方法、及電子設備
JP5493669B2 (ja) * 2009-10-07 2014-05-14 ソニー株式会社 固体撮像装置、撮像装置、および固体撮像装置の製造方法
JP2011159757A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器
JP5891624B2 (ja) * 2011-07-12 2016-03-23 ソニー株式会社 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、および電子機器
KR102129147B1 (ko) * 2012-06-29 2020-07-01 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 고체 촬상 소자, 고체 촬상 소자의 제조 방법, 및, 전자기기

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010114324A (ja) 2008-11-07 2010-05-20 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
JP2012199489A (ja) * 2011-03-23 2012-10-18 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び電子機器
JP2013041875A (ja) 2011-08-11 2013-02-28 Sony Corp 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び、電子機器

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