固体摄像装置制造方法及图纸

技术编号:13168706 阅读:80 留言:0更新日期:2016-05-10 13:16
本发明专利技术提供一种背面照射型固体摄像装置,该装置增大光电二极管的存储电荷量,简化层叠型光电二极管的读出路径。通过使背面照射型固体摄像装置的光电二极管为存储门结构,从而增加存储电荷量和灵敏度。另外,在入射光方向设置将光电二极管分离的屏障区域,以对存储门施加的脉冲电压,控制屏蔽区域的屏蔽高度,从而控制在入射方向分离的层叠型光电二极管间的信号电荷的输送,简化层叠型光电二极管的读出。根据该结构,可以不降低集成度而进行全局快门,不使用滤色镜而改变光电二极管的光谱特性,改善S/N。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术设及背面照射型固体摄像装置的结构及其动作方法。
技术介绍
固体摄像装置大致分为CCD传感器所代表的电荷转移型固体摄像元件和CMOS传感 器所代表的X-Y阵列型固体摄像元件。在W下的说明中,作为固体摄像装置,针对CMOS传感 器进行说明。近年来,为了同时实现伴随着多像素化的像素尺寸的缩小和高灵敏度化,背面 照射型的CMOS传感器类型正在迅速变为主流。CMOS传感器的各像素单元具备产生与入射光 对应的信号电荷的光电转换部(W下,称为像素)和将该光电转换部的信号电荷转换成信号 电压并放大的放大部。 作为背面照射型的CMOS传感器的结构,在CMOS传感器的晶片加工完成后,将CMOS 传感器晶片粘合在基板支承材料上,由传感器背面进行薄膜化处理,在背面形成滤色镜来 完成。它们的结构W及制造方法的一个例子在专利文献1中示出。 在运样的背面照射型的CMOS传感器中,进行光电转换的像素部由光电二极管形 成,为了抑制娃界面的影响而造成的暗信号,由光电二极管的相反导电类型的杂质区域屏 蔽。因此,光电二极管的电位不能由外部来控制。由光电二极管中存储的电荷的读出使与光 电二极管相邻设置的传输口下的电位进行变化来进行。伴随着像素尺寸的缩小,产生可W 由光电二极管存储的信号电荷量的减少导致的画质劣化的问题。[000引另一方面,通常称为化veon传感器的、层叠型光电二极管型的成像传感器为人所 知(专利文献2)。该传感器构成为将与入射光的波长对应的信号电荷在存在于深度方向不 同的位置的光电二极管中进行光电转换并存储,并具有用于独立地读出与入射光的波长对 应的信号电荷的独立读出路径。由于对各单元设置独立读出路径,因此存在妨碍单元小型 化的问题。 在专利文献3中示出通过相同的结构,使作为颜色的3原色的R(红色)、G(绿色)、B (蓝色)与各个深度的光电二极管对应的层叠型光电二极管型的成像传感器的结构。在该结 构中,为了独立地读出与入射光的波长对应的信号电荷,需要制作读出路径,同样存在妨碍 单元小型化的问题。因此,由本申请人提出专利文献3。 在CCD传感器中,由于存在用于转移信号电荷的CCD寄存器,因此容易实现保持同 时性的全局快口,但在CMOS传感器中,成为依次读出像素信号的卷帘快口模式,不能实现全 局快口。因此,在CMOS传感器中,存在相对于移动的被拍摄体,发生图像变形那样的所谓卷 帘快口变形的问题。为了防止该卷帘快口变形,需要重新在横向相邻地追加基本的存储区 域,存在像素尺寸会变大的问题。 在近年来的微像素中,背面照射型固体摄像装置(W下,W背面照射型的CMOS传感 器进行说明)被广泛地使用。背面照射型摄像装置可W通过背面使入射光向光电二极管聚 光。在该结构中,由于在背面侧不存在布线层,因此通过缩短从微型透镜到光电二极管的距 离,减少入射的光信号的损失从而提高光的利用率。该背面照射型固体摄像装置在形成有 布线的信号电荷读出侧的表面粘贴基板支承材料,将晶片的背面侧进行CMP(化emical Mechanical Polishing)或蚀刻,从而使晶片的厚度薄膜化。通过该薄膜化处理,得到与W 往的表面照射型固体摄像装置相同的光谱灵敏度特性。 在专利文献4中提出了一种具备存储口的结构,并且所述存储口是在该背面照射型固 体摄像装置的光电二极管中,为了增加电荷存储容量,在信号电荷读出侧的光电二极管表 面夹着口绝缘膜的MOS型结构。在该结构中,可W增加光电二极管中的存储电荷量,但不能 将多个信号电荷分离来存储。 现有技术文献 专利文献 专利文献1:日本特开2003-31785公报 专利文献2:US5965875 专利文献3:日本特开平7-74340公报 专利文献4:日本特开2010-141045公报
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在背面照射型固体摄像装置中,使在各像素中可W独 立地存储的电荷为多个的固体摄像装置。并且提供一种背面照射型固体摄像装置,该摄像 装置通过采用该结构,除了实现像素数的增加之外,由同一处的像素独立地存储光谱特性 不同的光电二极管的信号电荷,由同一电路独立地读出层叠方向的光电二极管的电荷,不 会增加用于读出的电路面积,并且面向高集成化。在本结构中,不设置横向相邻的存储部 分,也可W实现全局快口。 为了解决所述问题,还在本专利技术的背面照射型的CMOS传感器中,在进行光电转换 的像素部的光电二极管的厚度方向的中游区域,设置与光电二极管相反导电类型的杂质区 域,形成使光电二极管在上下方向分离的多个区域(W下,称为层叠型光电二极管)。由此, 例如,独立地存储由入射光的波长产生的信号电荷,独立地读出存储在层叠型光电二极管 中的信号电荷,通过向存储口施加的电压,可W控制电荷在上下方向层叠的光电二极管间 进行转移。 根据本专利技术,在背面照射型的CMOS传感器中,可W增大光电二极管中的存储电荷 量。由于可W由存储口控制上下方向的光电二极管间的电荷的转移,因此,可W提供一种不 需要新的读出路径的层叠光电二极管型的成像传感器。另外,可W提供一种不设置横向相 邻的存储部分,而实现全局快口的固体摄像装置。【附图说明】 图1是本专利技术的第1实施方式所设及的背面照射型的CMOS传感器的概略结构图。 图2是图1的实施例1的AA'的剖面结构图和与各区域对应的势阱分布的图。 图3是说明在图2所示的势阱分布中,层叠型光电二极管间的信号电荷的转移方法的 图。 图4是图1的实施例1的BB'的剖面结构图和与各区域对应的势阱分布的图。 图5是说明在图4所示的势阱分布中,信号电荷的读出方法的图。 图6是说明组合图3、5所示的电荷的转移方法,层叠型光电二极管间的信号电荷的转移 序列的图。 图7是说明使用本专利技术的第1实施方式所设及的背面照射型的CMOS传感器的层叠型光 电二极管来实现第2实施方式所设及的全局快口模式的驱动定时的图。 图8是说明按照图7的定时,层叠型光电二极管间的信号电荷的转移序列、W及朝向浮 动结的读出序列的图。 图9是本专利技术的第3实施方式所设及的背面照射型的CMOS传感器的概略结构图。 图10是在本专利技术的第3实施方式所设及的背面照射型中省略了滤色镜的概略结构图。 图11是本专利技术的第4实施方式所设及的背面照射型的CMOS传感器的概略结构图。 图12是图11的AA'的剖面结构图和与各区域对应的势阱分布的图。 图13是说明在图12所示的本专利技术的第4实施方式所设及的背面照射型的CMOS传感器的 层叠型光电二极管势阱分布中,多个层叠型光电二极管间的信号电荷的转移方法的图。 图14是说明图11所示的本专利技术的第4实施方式所设及的背面照射型的CMOS传感器的各 层叠型光电二极管中的光谱灵敏度特性的一个例子的图。 图15是表示根据图14的各层叠型光电二极管的光谱灵敏度特性进行信号处理而得到 的彩色信号的光谱特性的图。 图16是说明在本专利技术的第5实施方式所设及的背面照射型的CMOS传感器的各层叠型光 电二极管的势阱分布中,改变层叠光电二极管的势阱的深度,光量小时和光量大时的信号 电荷的读出方法的图。【具体实施方式】 W下,参照附图,针对本专利技术的实施方式所设及的背面照射型的CMOS传感器的结 构W及动作方法进行说明。在W下的说明中,对相同的部分本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种背面照射型固体摄像装置,矩阵状地配置着存储有被光电转换出的信号电荷的层叠型光电二极管,包括:MOS型的存储门,背面照射型固体摄像装置中,在入射光的相反侧露出的光电二极管上部介由绝缘膜而被形成;层叠型光电二极管,在入射光正交的面方向进行延伸,并且藉由与所述光电二极管的相反导电类型的杂质区域而分离,成为存储门侧的第1光电二极管和入射光面侧的第2光电二极管的双层结构;与所述存储门相邻而形成的转移门;所述层叠型光电二极管通过对所述存储门施加脉冲电压,从而在所述层叠型光电二极管间转移信号电荷。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:关根弘一
申请(专利权)人:SETECH有限公司
类型:发明
国别省市:日本;JP

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