光检测装置和电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及能够抑制读取噪声的固态摄像装置和电子设备

【技术实现步骤摘要】
光检测装置和电子设备
[0001]本申请是申请日为
2018
年3月
16
日
、
专利技术名称为“固态摄像装置和电子设备”的申请号为
201880019824.X
专利申请的分案申请
。


[0002]本技术涉及固态摄像装置和电子设备，且尤其涉及通过使用垂直纳米线
(V
‑
NW
：
Vertical Nano Wire)
形成晶体管的固态摄像装置和电子设备
。

技术介绍

[0003]目前，在
CMOS
图像传感器的发展领域中，例如已经提出多种降噪技术以便实现用于以光子为单位检测弱光的光计数
。
在下文中，将说明在执行光计数等的情况下成为障碍的读取噪声
。
[0004]图1是示出作为
CMOS
图像传感器的主流结构的4晶体管型
CIS(CMOS
图像传感器
)
的一般构造示例的等效电路图
。
如图1所示，4晶体管型
CIS
具有作为光电转换部的光电二极管
(PD)11、
传输栅极晶体管
12、
电荷累积部
13、
放大晶体管
14、
选择晶体管
15
和复位晶体管
17。
[0005]图2示出在使用平面晶体管的情况下的剖视图，在平面晶体管中，图1所示的4晶体管型<br/>CIS
的4种晶体管在
Si
基板上形成为平面形状
。
[0006]在图2的情况下，电荷累积部
13
由浮动扩散层
(
下文称其为
FD(floating diffusion))
形成
。
在下文中，电荷累积部
13
也称为
FD 13。
此外，放大晶体管
14
的漏极和选择晶体管
15
的源极经由
n
型扩散层
16
连接
。
[0007]同时，已知的是，
FD 13
或每个晶体管周围的电容引起可在图1和图2所示的4晶体管型
CIS
中生成的读取噪声
。
特别地，已知的是，读取噪声主要由
FD 13
周围的电容引起，并且通过减小
FD 13
周围的电容能够抑制读取噪声
(
例如，参见非专利文献
1)。
[0008]对于
FD 13
周围的电容，已知的是，形成
FD 13
的
PN
结的电容可以占
FD 13
周围的电容的大约
40
％
(
例如，参见非专利文献
2)。
[0009]引用文献列表
[0010]非专利文献
[0011]非专利文献1：“Noise Reduction Techniques and Scaling Effects towards Photon Counting CMOS Image Sensors”[Ref.1:Sensors 2016,16,514][0012]非专利文献2：“Analysis and Reduction of Floating Diffusion Capacitance Components of CMOS Image Sensor for Photon
‑
Countable Sensitivity”[Ref.2:Proc.IISW 2015,pp120
‑
123]
技术实现思路

[0013]技术问题
[0014]如上所述，形成
FD 13
的
PN
结的电容占
FD 13
周围的电容的很大部分
。
因此，当减少
PN
结的电容时，可以抑制4晶体管型
CIS
的读取噪声
。
然而，因为通过在
Si
基板上形成
PN
结来
实现
FD 13
，所以
PN
结的电容的减小受到限制
。
相应地，甚至读取噪声的抑制受到限制
。
[0015]此外，通过
PN
结形成
FD 13
，并因而不能消除
PN
结的
P
形区域和
N
型区域之间的泄漏，从而也引起暗电流的生成
。
[0016]注意，上述问题不限于4晶体管型
CIS
，而是通用于具有
FD
的
CIS。
[0017]本技术是针对这种情况提出的，并能够抑制由
FD
导致的读取噪声
。
[0018]技术方案
[0019]根据本专利技术的第一方面的固态摄像装置包括：光电转换部，其响应于入射光而产生并保持电荷；传输部，其包括
V
‑
NW
晶体管并传输在所述光电转换部中保持的所述电荷；和累积部，其包括布线层并且累积由所述传输部传输的所述电荷，所述布线层连接到包括所述
V
‑
NW
晶体管的所述传输部的漏极
。
[0020]所述累积部可以包括不具有
PN
结的所述布线层
。
[0021]此外，根据本专利技术的第一方面的固态摄像装置还可以包括：复位部，其复位在所述累积部中累积的所述电荷；转换部，其将在所述累积部中累积的所述电荷转换为电信号；和选择部，其将由所述转换部转换的所述电信号选择性地输出到后一部件，其中，所述复位部
、
所述转换部和所述选择部中的至少一者包括
V
‑
NW
晶体管
。
[0022]此外，根据本专利技术的第一方面的固态摄像装置还可以包括：绝缘膜，其形成在所述光电转换部和形成所述传输部的所述
V
‑
NW
晶体管的栅极之间
。
[0023]形成在所述光电转换部和形成所述传输部的所述
V
‑
NW
晶体管的所述栅极之间的所述绝缘膜可以是含杂质的绝缘膜
。
[0024]在形成所述传输部的所述
V
‑
NW
晶体管的与所述光电转换部连接的源极的表面中，可以通过从所述含杂质的绝缘膜扩散的杂质来钉扎费米能级
。
[0025]所述
V
‑
NW
晶体管相对于基板在垂直方向上可以形成具有
50nm
以下的直径的半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光检测装置，其包括：光电转换部，其布置在基板中；第一晶体管，其被构造为传输在所述光电转换部中产生的电荷；第二晶体管，其电连接至所述第一晶体管；和布线层，其布置在所述基板上并电连接至所述第一晶体管，其中，所述第一晶体管包括第一半导体区域
、
第一绝缘膜和栅极，所述第一半导体区域在垂直方向上相对于所述基板延伸，所述第一绝缘膜布置为围绕所述第一半导体区域，且所述栅极布置为使得所述第一绝缘膜夹在所述栅极和所述第一半导体区域之间，且其中，在剖视图中，所述第二晶体管包括第二半导体区域，所述第二半导体区域布置在至少与所述第一半导体区域的一部分在相同水平
。2.
根据权利要求1所述的光检测装置，其中，所述布线层不具有
PN
结
。3.
根据权利要求2所述的光检测装置，其还包括：第三晶体管，其将在所述布线层中累积的所述电荷转换为电信号；和第四晶体管，其将由所述第三晶体管转换的所述电信号选择性地输出到后一部件，其中，所述第二晶体管用于复位在所述布线层中累积的所述电荷，且所述第一晶体管
、
所述第二晶体管
、
所述第三晶体管和所述第四晶体管中的至少一者包括垂直纳米线晶体管
。4.
根据权利要求2所述的光检测装置，其还包括：第二绝缘膜，其形成在所述光电转换部和所述栅极之间
。5.
根据权利要求4所述的光检测装置，其中，所述第二绝缘膜是含杂质的绝缘膜
。6.
根据权利要求5所述的光检测装置，其中，在所述第一半导体区域的与所述光电转换部连接的表面中，通过从所述第二绝缘膜扩散的杂质来钉扎费米能级
。7.
根据权利要求5所述的光检测装置，其中，所述第二绝缘膜是含硼氧化硅膜
。8.
根据权利要求1至7中任一项所述的光检测装置，其中，所述第一半导体区域为具有
50nm
以下的直径的半导体柱，其一端用作源极且另一端用作漏极
。9.
一种光检测装置，其包括：光电转换部，其布置在基板中；第一晶体管，其被构造为传输在所述光电转换部中产生的电荷；第二晶体管，其电连接至所述第一晶体管；和布线层，其布置在所述基板上并电连接至所述第一晶体管，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：安茂博章，江尻洋一，本庄亮子，
申请(专利权)人：索尼半导体解决方案公司，
类型：发明
国别省市：