CN101998070A - 固体摄像装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固体摄像装置及其制造方法。该固体摄像装置将单位像素进行阵列配置而成，该单位像素包含通过光电转换生成信号电荷的光电转换部以及输出信号电荷的信号扫描电路部，信号扫描电路部设置在与具有光电转换部的第一半导体层不同的第二半导体层，第二半导体层在第一半导体层的表面上隔着绝缘膜层叠，在第一半导体层，在像素边界部分埋入形成有像素分离绝缘膜，并且在表面部形成有读出由光电转换部生成的信号电荷的读出晶体管。
Description
相关申请的交叉引用
本申请基于2009年8月19日提交的日本在先申请第2009-190309号并要求享受其优先权，这里其全部内容以引用的方式并入于此。
技术领域
本发明涉及实现像素分离构造的改进的MOS型的固体摄像装置及其制造方法。
背景技术
以CMOS传感器为首的固体摄像装置目前以数字静止照相机、摄录机以及监视摄像机等多种用途使用。并且最近，为了抑制与像素尺寸的缩小相伴的S/N下降，提出了背面照射型的固体摄像装置。在该装置中，从形成了信号扫描电路及其布线层的硅表面侧的相反侧即硅背面侧入射光。因此，向像素入射的光不会受到布线层的阻碍，而能够到达在硅内形成的受光区域。因而，具有在微细的像素中也能够实现高的量子效率的优点。
但是，在背面照射型的固体摄像装置中存在如下的问题。即，由于入射光不会受到布线层的阻碍，因此导致入射光混入相邻像素中。若像素被微细化，则微透镜及滤色器的开口间距变小，因此尤其是在波长较长的R像素中入射的光通过了滤色器的时刻产生衍射。在该情况下，若相对于硅受光区域倾斜入射的光向相邻像素方向行进，并超过像素间的边界而入射至相邻像素，则在相邻像素中产生光电子。因此，这成为串扰，发生混色。因而产生在再生画面上颜色再现性劣化、画质下降的问题。
另外，在MOS型的固体摄像装置中，为了防止倾斜入射光造成的混色，而提出了形成多层膜以包围光电转换部、并且将相邻的光电转换部进行电分离的方法。但是，该结构难以直接使用于在与光电转换部不同的半导体层上设置了信号扫描电路等的背面照射型。
发明内容
本发明鉴于上述情况，目的在于提供一种能够防止入射至相邻的单位像素、不发生串扰及混色的固体摄像装置及其制造方法。
本发明的一个技术方案涉及一种固体摄像装置，通过阵列配置单位像素构成，其中，上述单位像素包括：光电转换部，设置在第一半导体层，接受从该半导体层的背面侧入射的光并生成信号电荷；以及信号扫描电路部，输出由上述光电转换部得到的信号电荷，该信号扫描电路部设置在第二半导体层，该第二半导体层在上述第一半导体层的表面侧隔着层间绝缘膜层叠；在上述第一半导体层，在像素边界部分埋入形成有像素分离绝缘膜，并且在表面侧形成有读出晶体管，该读出晶体管读出由上述光电转换部生成的信号电荷。
根据本发明的固体摄像装置及其制造方法，能够得到以下技术效果，即：能够防止入射至相邻的单位像素、不发生串扰及混色。
附图说明
图1是表示有关第一实施方式的MOS型固体摄像装置的整体结构例的模块图。
图2是表示该实施方式中的MOS型固体摄像装置的像素阵列的电路结构的图。
图3是表示该实施方式中的MOS型固体摄像装置的滤色器的配置例的俯视图。
图4是表示该实施方式中的MOS型固体摄像装置的像素阵列的第一平面结构例的图。
图5是表示该实施方式中的MOS型固体摄像装置的像素阵列的第二平面结构例的图。
图6是沿着图4及图5中的VI-VI线的截面图。
图7是表示该实施方式中的MOS型固体摄像装置的单位像素的结构的截面图。
图8A～图8N是表示有关第二实施方式的MOS型固体摄像装置的制造工序的截面图。
具体实施方式
实施方式是一种固体摄像装置，将单位像素进行阵列配置而成，该单位像素包含通过光电转换生成信号电荷的光电转换部以及输出信号电荷的信号扫描电路部，信号扫描电路部设置在与具有光电转换部的第一半导体层不同的第二半导体层，第二半导体层隔着绝缘膜层叠在第一半导体层的表面上，在第一半导体层，在像素边界部分埋入形成有像素分离绝缘膜，并且在表面部形成有读出晶体管，该读出晶体管读出由光电转换部生成的信号电荷。
以下，参照附图说明实施方式的细节。
(第一实施方式)
利用图1至图7对有关第一实施方式的MOS型固体摄像装置的结构例进行说明。在本实施方式中，将背面照射型的固体摄像装置作为一例进行说明，该背面照射型的固体摄像装置在设置了信号扫描电路部的半导体基板表面的相反侧即半导体基板的背面侧，设有受光面。
图1是表示有关本实施方式的MOS型固体摄像装置的整体结构例的系统模块图。在图1中，示出了在像素阵列的列位置上配置了AD转换电路(ADC)的情况的一种结构。本实施方式的固体摄像装置100由摄像区域(像素阵列)110和驱动电路区域120构成。
摄像区域110是在半导体基板上包含光电转换部以及信号扫描电路部、并将单位像素在行方向及列方向上以二维状进行了阵列配置的区域。光电转换部具备单位像素130，起到摄像部的作用，该单位像素130包含用于将光转换为电(信号电荷)并蓄积信号电荷的光电二极管。信号扫描电路部具备后述的放大晶体管133等，在读出来自光电转换部的信号并放大之后，发送至AD转换电路150。在本例的情况下，受光面(光电转换部)设置在形成有信号扫描电路部的半导体基板表面的相反侧即半导体基板的背面侧。
驱动电路区域120是配置用于驱动上述信号扫描电路部的垂直移位寄存器140及AD转换电路150等元件驱动电路而成的区域。
另外，这里作为CMOS传感器的整体结构的一部分而进行了说明，但不限于此。即，例如也可以是不在像素阵列的列位置上配置AD转换电路、而是在芯片级上配置AD转换电路的结构，或者是在传感器芯片上不配置AD转换电路的结构等。
垂直移位寄存器140作为将信号LSl～LSk输出至像素阵列110并按每一行选择单位像素130的选择部发挥作用。从被选择的行的单位像素130分别经由垂直信号线VSL输出与入射的光的量相应的模拟信号Vsig。此外，AD转换电路150将经由垂直信号线VSL输入的模拟信号Vsig转换为数字信号并输出。另外，虽然未图示，但AD转换电路150包含CDS噪声去除电路等。
图2是表示本实施方式的像素阵列的结构例的等效电路图。这里，将由单一的像素阵列110取得多个颜色信息的单板式摄像元件作为一例进行说明。
如图所示，像素阵列110具备多个单位像素(PIXEL)130，该多个单位像素130以矩阵状配置在来自垂直移位寄存器140的读出信号线与垂直信号线VSL的交叉位置上。
单位像素130具备光电二极管131、读出晶体管132、放大晶体管133、地址晶体管134以及复位晶体管135。
在上述中，光电二极管131构成光电转换部。放大晶体管133、复位晶体管135以及地址晶体管134构成信号扫描电路部。光电二极管131的阴极被接地。
放大晶体管133构成为将来自浮动扩散层(Floating Diffusion)136的信号进行放大并输出。放大晶体管133的栅极与浮动扩散层136连接，源极与垂直信号线VSL连接，漏极与地址晶体管134的源极连接。通过垂直信号线VSL发送的单位像素130的输出信号由CDS噪声去除电路122去除噪声之后，从输出端子123输出。
读出晶体管132构成为对光电二极管131中的信号电荷的蓄积进行控制。读出晶体管132的栅极与读出信号线TRF连接，源极与光电二极管131的阳极连接，漏极与浮动扩散层136连接。
复位晶体管135构成为将放大晶体管133的栅极电位复位。复位晶体管135的栅极与复位信号线RST连接，源极与浮动扩散层136连接，漏极与电源端子124连接。
地址晶体管(传输门)134的栅极与地址信号线ADR连接。此外，负载晶体管121的栅极与选择信号线SF连接，漏极与放大晶体管133的源极连接，源极与控制信号线DC连接。
基于该像素阵列构造的读出驱动动作如以下进行。首先，读出行的地址晶体管134通过从垂直移位寄存器140发送的行选择脉冲而成为导通(ON)状态。
接着，同样通过从垂直移位寄存器140发送的复位脉冲，复位晶体管135成为导通状态，浮动扩散层136的电位被复位。然后，复位晶体管135成为截止(OFF)状态。
接着，读出晶体管132成为导通状态，蓄积在光电二极管131中的信号电荷被读出至浮动扩散层136。并且，浮动扩散层136的电位根据读出的信号电荷数被调制。
接着，被调制的信号由构成源极跟随器的放大晶体管133放大并读出至垂直信号线VSL。由此，完成读出动作。
下面，利用图3说明本实施方式的固体摄像装置所具有的滤色器的平面结构例。图3是表示在单板式固体摄像元件构造中为了取得颜色信号而如何配置滤色器的布局图。
在图3中，表示为R的像素是配置了主要使红的波长区域的光透射的滤色器的像素。表示为G的像素是配置了主要使绿的波长区域的光透射的滤色器的像素。表示为B的像素是配置了主要使蓝的波长区域的光透射的滤色器的像素。
在本实施方式中，示出了作为拜耳(Bayer)配置而最为广泛使用的滤色器配置。如图所示，相邻的滤色器(R、G、B)配置成在行方向及列方向上取得相互不同的颜色信号。
下面，利用图4及图5对本实施方式的固体摄像装置所具有的像素阵列110的平面结构例进行说明。这里，将背面照射型的固体摄像装置作为一例进行说明，该背面照射型的固体摄像装置在形成了由上述放大晶体管133等构成的信号扫描电路部的电路的半导体基板的表面(表面侧)的相反侧的基板表面(背光侧)，形成了受光面。
如图4所示，在硅(Si)层13的背面侧，在行方向及列方向上以矩阵状配置有单位像素(PXCEL)130。进而，在Si层13，设有像素分离绝缘膜15，以包围相邻的单位像素130的边界部分。即，沿着相邻的单位像素130的边界，设有贯通Si层13的槽，在该槽内埋入形成有像素分离绝缘膜15。并且，像素分离绝缘膜15配置成格子状，以在行方向及列方向上包围单位像素130。
这里，像素分离绝缘膜15由具有比Si的折射率低的折射率的绝缘膜形成。例如，像素分离绝缘膜15优选地由对于入射的波长400nm～700nm左右的光的折射率为3.9左右以下的绝缘材料的形成。更具体而言，像素分离绝缘膜15由硅氧化膜(SiO2膜)、硅氮化膜(Si3N4膜)、钛氧化物(TiO)膜等绝缘材料形成。
此外，如图所示，有关本例的电位像素130的在行方向及列方向上的像素间距P配置为都是共通的。
在图5所示的平面结构中，像素分离绝缘膜15不是沿着相邻的单位像素130的边界连续地、而是沿着边界非连续地设置。即，在Si层13，设有多个贯通孔，而不是设有连续的槽，在这些贯通孔中埋入形成有像素分离绝缘膜15。
另外，在本实施方式中，示出了非连续地以孔状配置的平面结构例，但像素分离绝缘膜15也可以有连续形成的部位。
下面，利用图6及图7对本实施方式的固体摄像装置所具有的像素阵列110的截面结构例进行说明。这里，将沿着图4、图5中的VI-VI线的截面作为一例进行说明。
在图6中，将作为受光层的结晶Si层(第一半导体层)13相对于光轴方向A设置在上层，在下层隔着层间绝缘膜16设有又一层结晶Si层(第二半导体层)33，在结晶Si层33上形成有信号扫描电路。
更具体而言，在第一Si层13的内部设有划分相邻的单位像素的像素分离绝缘膜15，在Si层13的表面部(下面部)形成有读出晶体管。在Si层13的表面侧(下面侧)隔着层间绝缘膜16形成有第二Si层33。在Si层33，形成有上述的放大晶体管、地址晶体管、复位晶体管等，由这些构成信号扫描电路。
在Si层33的表面上形成有层间绝缘膜36。在层间绝缘膜36上，设有由绝缘膜51以及金属布线52构成的布线层50。此外，在Si层13的背面侧(上面侧)隔着Si氮化膜61设有RGB的滤色器62。在各滤色器62上形成有微透镜63。并且，从Si层13的背面侧入射入射光L1。
此外，为了连接Si层13的晶体管和Si层33的晶体管，贯通Si层33及绝缘膜16、36而设有通路37、38。
在图7中表示了导通孔部分的放大图。导通孔贯通Si层33而设置。并且，在金属通路37和Si层33之间形成有绝缘膜39，以使构成导通孔的金属通路37和Si层33不短路。
如图6所示，像素分离区域15形成在像素间的边界区域。通过在不同的Si层制造受光层和信号扫描电路层，在受光层仅形成光电二极管和读出栅极。因此，能够从与有源元件形成面相同的面加工像素分离区域的槽或孔。
下面，利用上述图6对本实施方式的固体摄像装置的光学作用效果进行说明。如上述说明那样，本实施方式的固体摄像装置在Si层13内设有划分像素分离区域的像素分离绝缘膜15，以包围与相邻的单位像素130之间的边界部分。通过这样的结构，能够获得如下的光学作用效果。
即，在没有设置像素分离绝缘膜15的结构中，相对于Si的受光区域倾斜入射的光L2向相邻的单位像素方向行进，并越过像素间的边界而入射至相邻的单位像素。其结果，在相邻的单位像素中产生光电子，由此发生串扰及混色。因此，在再生画面上的颜色再现性劣化。
另一方面，如图6所示，根据本实施方式的结构，以倾斜方向入射的光L2被像素分离绝缘膜15反射，因此能够防止入射至相邻的单位像素。因此不会发生串扰及混色。
特别是，若像素被细微化，则微透镜63及滤色器62的开口间距变小，因此在波长较长的入射至R像素的入射光通过了滤色器62的时刻发生衍射。在该情况下，对于Si层13内的受光区域倾斜入射的光L2向相邻像素方向行进，并越过像素间的边界而入射至相邻像素。入射至相邻像素的光在相邻像素中产生光电子，这成为串扰，发生混色。因此，在再生画面上的颜色再现性劣化，画质下降。相对于此，在本实施方式中，即使是R、G、B像素中特别是波长较长的入射至R像素的入射光，也能够防止串扰而防止混色的发生。
像这样，根据本实施方式，如图6所示，由于在与相邻的单位像素130间的边界部分设有像素分离绝缘膜15，因此以倾斜方向入射的光L2被像素分离绝缘膜15反射。因此，能够防止入射至单位像素130的光入射至相邻的单位像素。因此，不会发生串扰及混色，有利于再生画面上的颜色再现性的提高。
此外，由于是背面照射型，因此能够从形成了信号扫描电路及其布线层的Si表面的相反侧的Si背面照射入射光。因此，向像素入射的光不会受到布线层的阻碍而能够到达在Si内形成的受光区域，在微细的像素中也能够实现高的量子效率。其结果，在以下方面有利，即在像素的缩小发展的情况下，也能够抑制再生图像的品质劣化。
此外，除了将受光区域和信号扫描电路设置在不同的Si层之外，在作为受光层的Si层13设有读出晶体管32，因此在结晶Si内进行来自光电二极管31的信号电子的读出。因此，在读出动作中不发生信号电荷的残留。因此，不发生余像或kTC噪声，所以能够获得噪声少的再生图像。
(第二实施方式)
下面，参照图8A～图8N说明上述图6的MOS型固体摄像装置的制造方法。
图8A～图8N是用于获得图6的构造的制造工序截面图。在该例子中，作为Si基板，示出了在结晶Si上由SiO2构成的绝缘膜以及在该绝缘膜上设置的所谓SOI(Silicon On Insulator：绝缘体上硅)构造的Si的例子。
首先，如图8A所示，准备在Si基板11上隔着埋入绝缘膜12形成了Si层(第一Si层)13的SOI基板10。
接着，如图8B所示，在Si层13的表面上形成像素分离图形的掩模(未图示)之后，从Si层13的表面侧、即成为受光区域的一侧的反对侧通过蚀刻等去除Si层13的一部分，从而形成槽(或孔)14。
接着，如图8C所示，通过固相扩散或其他方法在Si层13中的由槽14包围的Si表面(槽14的侧面部分)导入掺杂剂，形成p型区域。
接着，如图8D所示，在形成为像素分离构造的槽14内通过CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相淀积)或旋涂等埋入绝缘膜15。这里，绝缘膜15只要是折射率比Si的折射率低的结构即可。
接着，如图8E所示，将构成光电二极管的n型扩散层22和构成浮动扩散层的n型扩散层23在Si层13内隔开一定距离地形成，进而在各层22、23之间的沟道区域上形成由多晶硅构成的MOS栅极电极21。即，形成由栅极电极21及扩散层22、23构成的MOS晶体管。该晶体管起到在元件动作时读出信号电荷的读出晶体管的作用。
接着，如图8F所示，在Si层13的表面上堆积形成由TEOS(正硅酸乙酯)膜等构成的绝缘膜16。
接着，如图8G所示，准备在Si基板31上隔着埋入绝缘膜32形成了Si层(第二Si层)33的SOI基板30，并将Si层33接合在绝缘膜16上。
接着，如图8H所示，从粘贴的SOI基板中剥离Si基板31及绝缘膜32，在绝缘膜16上仅留下Si层33。
接着，如图8I所示，通过与上述相同的方法在Si层33的表面部形成n型扩散层、MOS栅极。由此，形成行选择晶体管、放大晶体管以及复位晶体管。这些晶体管在元件动作时作为信号扫描电路动作。并且，在Si层33上堆积TEOS等的绝缘膜36。
接着，如图8J所示，在最上层的绝缘膜36内形成导通孔，并以埋入该导通孔的方式形成Si贯通通路37。
接着，进而如图8K所示，形成与Si层13的栅极及扩散层连接的导通孔以及Si贯通通路38。
接着，如图8L所示，在形成了导通孔、Si贯通通路37、38的绝缘膜36上，形成由绝缘膜51及金属布线52等构成的布线层50。
接着，如图8M所示，在布线层50上粘贴由Si等构成的支撑基板60。然后，如图8N所示，从Si层13剥离Si基板11及绝缘膜12。并且，在作为Si层13的背面的受光面侧表面形成滤色器、微透镜，从而获得上述图6所示的结构。
像这样，根据本实施方式，如图8A～8N所示采用如下工序：使用SOI基板10，在形成用于像素分离的槽且向槽内埋入绝缘膜之后，在Si层13上形成读出晶体管，最终去除SOI基板10的基板11侧。因此，不需要为了形成像素分离槽而将Si层13暂时粘接在别的支承基板上等的过程，能够实现制造过程的简单化。
(变形例)
另外，本发明不限定于上述的实施方式。在实施方式中，为了形成第一Si层而使用了SOI基板，但不需要必须使用SOI基板，作为Si层的基底使用任何辅助基板均可。例如，也可以在将Si基板粘接在辅助基板之后，通过使Si基板变薄来形成第一Si层。在该情况下，在辅助基板上形成第一Si层，并与之前的实施方式同样进行各种工序，最终消除辅助基板即可。
此外，用于形成光电转换部的半导体基板并不一定限定于Si，也能够使用其他的半导体材料。进而，各部的绝缘膜材料及布线材料等也可以根据细节适当变更。此外，在本实施方式中，对包含地址晶体管的所谓的4管型的晶体管进行了说明，但也可以适用于不使用地址晶体管的3管型。
在此描述了一些实施方式，但这些实施方式只是例示，本发明的范围并不受其限制。事实上，能够通过不同的形式体现在此描述的方法和系统，而且，在不脱离本发明的主旨的范围内可以对这些方法和系统的形式进行各种省略、替代和变更。本申请的权利要求书涵盖了不脱离本发明的主旨的范围内的这些形式及其变更。
Claims (20)
1.一种固体摄像装置，通过阵列配置单位像素构成，其中，
上述单位像素包括：
光电转换部，设置在第一半导体层，接受从该半导体层的背面侧入射的光并生成信号电荷；以及
信号扫描电路部，输出由上述光电转换部得到的信号电荷，该信号扫描电路部设置在第二半导体层，该第二半导体层隔着层间绝缘膜层叠在上述第一半导体层的表面侧；
在上述第一半导体层，在像素边界部分埋入形成有像素分离绝缘膜，并且在表面侧形成有读出晶体管，该读出晶体管读出由上述光电转换部生成的信号电荷。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
上述像素分离绝缘膜在厚度方向上贯通上述第一半导体层而设置。
3.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
上述像素分离绝缘膜的折射率比上述第一半导体层的折射率低。
4.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
上述像素分离绝缘膜沿着上述像素边界连续设置。
5.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
上述像素分离绝缘膜沿着上述像素边界断开设置。
6.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
上述信号扫描电路部具有：放大晶体管，放大由上述读出晶体管读出的信号电荷；以及复位晶体管，用于将上述放大晶体管的栅极电位复位。
7.如权利要求6所述的固体摄像装置，其中，
上述放大晶体管以及上述复位晶体管设置在上述第二半导体层的与上述第一半导体层相反的一侧。
8.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
在上述第一半导体层的背面侧设有滤色器以及微透镜。
9.一种固体摄像装置，包括：
第一硅层，具有表面及与该表面相对的背面，从背面侧入射光；
像素分离区域，在上述第一硅层内，埋入形成有折射率比该硅层的折射率低的绝缘膜，以将该硅层按每个像素分离；
光电转换部，设置在上述第一硅层的由上述像素分离区域分离的各区域内，通过光电转换生成信号电荷；
读出晶体管，设置在上述第一硅层的由上述像素分离区域分离的各区域的表面侧，读出由上述光电转换部生成的信号电荷；
第二硅层，在上述第一硅层的表面上隔着层间绝缘膜层叠；以及
信号扫描电路，设置在上述第二硅层，将由上述读出晶体管读出的信号输出至外部。
10.如权利要求9所述的固体摄像装置，其中，
上述像素分离区域在厚度方向上贯通上述第一硅层而设置。
11.如权利要求9所述的固体摄像装置，其中，
上述像素分离区域沿着上述像素的边界连续设置。
12.如权利要求9所述的固体摄像装置，其中，
上述像素分离区域沿着上述像素的边界断开设置。
13.如权利要求9所述的固体摄像装置，其中，
上述信号扫描电路具有：放大晶体管，放大由上述读出晶体管读出的信号电荷；以及复位晶体管，用于将上述放大晶体管的栅极电位复位。
14.如权利要求13所述的固体摄像装置，其中，
上述放大晶体管以及上述复位晶体管设置在上述第二硅层的与上述第一硅层相反的一侧。
15.如权利要求9所述的固体摄像装置，其中，
在上述层间绝缘膜中设有贯通通路，该贯通通路用于将上述读出晶体管和上述信号扫描电路电连接。
16.如权利要求9所述的固体摄像装置，其中，
在上述第二硅层的与上述第一硅层相反的一侧，设有包括绝缘膜以及金属布线的布线层。
17.如权利要求9所述的固体摄像装置，其中，
在上述第一硅层的背面侧设有滤色器以及微透镜。
18.一种固体摄像装置的制造方法，包括：
在第一半导体层内形成光电转换部、像素分离区域和读出晶体管，该光电转换部通过光电转换生成信号电荷，该像素分离区域包括以像素为单位分离该光电转换部的绝缘膜，该读出晶体管分别读出由上述像素分离区域分离的各光电转换部所生成的信号电荷；
在上述第一半导体层的表面上隔着层间绝缘膜层叠第二半导体层；
在上述第二半导体层形成信号扫描电路，该信号扫描电路输出由上述读出晶体管读出的信号。
19.如权利要求18所述的固体摄像装置的制造方法，其中，
在上述第一半导体层的内部形成上述光电转换部，贯通上述第一半导体层的表里而形成上述像素分离区域，在上述第一半导体层的表面侧形成上述读出晶体管。
20.如权利要求18所述的固体摄像装置的制造方法，其中，
在上述第二半导体层的与上述第一半导体层相对的面的相反侧，设置上述信号扫描电路。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105009291A (zh) * | 2013-01-31 | 2015-10-28 | 苹果公司 | 垂直堆叠的图像传感器 |
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| CN113169197A (zh) * | 2018-12-26 | 2021-07-23 | 索尼半导体解决方案公司 | 光电转换元件、固态成像装置和电子设备 |
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Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US9554115B2 (en) * | 2012-02-27 | 2017-01-24 | Semiconductor Components Industries, Llc | Imaging pixels with depth sensing capabilities |
| US8933527B2 (en) * | 2012-07-31 | 2015-01-13 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Elevated photodiodes with crosstalk isolation |
| JP2015032687A (ja) * | 2013-08-02 | 2015-02-16 | ソニー株式会社 | 撮像素子、電子機器、および撮像素子の製造方法 |
| JP2015065270A (ja) * | 2013-09-25 | 2015-04-09 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器 |
| WO2016035184A1 (ja) * | 2014-09-04 | 2016-03-10 | オリンパス株式会社 | 固体撮像装置 |
| CN107710414B (zh) | 2016-04-25 | 2023-06-20 | 索尼公司 | 固态成像元件及其制造方法和电子设备 |
| US9942492B2 (en) * | 2016-06-16 | 2018-04-10 | Semiconductor Components Industries, Llc | Image sensors having high dynamic range functionalities |
| US10644060B2 (en) * | 2017-09-28 | 2020-05-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Image sensor with high quantum efficiency surface structure |
| DE102018106270A1 (de) | 2017-09-28 | 2019-03-28 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. | Bildsensor mit einer oberflächenstruktur mit verbesserter quantenausbeute |
| WO2019130702A1 (ja) * | 2017-12-27 | 2019-07-04 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置 |
| JP2019134074A (ja) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
| US11240449B2 (en) | 2019-09-18 | 2022-02-01 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid-state imaging device and imaging device with combined dynamic vision sensor and imaging functions |
| JP2021114593A (ja) * | 2020-01-21 | 2021-08-05 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像素子および撮像装置 |
| JP2020102656A (ja) * | 2020-04-06 | 2020-07-02 | キヤノン株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101151730A (zh) * | 2005-04-13 | 2008-03-26 | （株）赛丽康 | 用于图像传感器的3d结构分离式单位像素及其制造方法 |
| CN101232031A (zh) * | 2007-01-24 | 2008-07-30 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 背照式半导体装置与制造方法 |
| US20080224181A1 (en) * | 2007-03-14 | 2008-09-18 | Shinji Uya | Back irradiating type solid state imaging device |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6168965B1 (en) * | 1999-08-12 | 2001-01-02 | Tower Semiconductor Ltd. | Method for making backside illuminated image sensor |
| US7573547B2 (en) * | 2004-09-27 | 2009-08-11 | Idc, Llc | System and method for protecting micro-structure of display array using spacers in gap within display device |
| JP4501633B2 (ja) * | 2004-10-28 | 2010-07-14 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子とその製造方法 |
-
2009
- 2009-08-19 JP JP2009190309A patent/JP4987917B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101151730A (zh) * | 2005-04-13 | 2008-03-26 | （株）赛丽康 | 用于图像传感器的3d结构分离式单位像素及其制造方法 |
| CN101232031A (zh) * | 2007-01-24 | 2008-07-30 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 背照式半导体装置与制造方法 |
| US20080224181A1 (en) * | 2007-03-14 | 2008-09-18 | Shinji Uya | Back irradiating type solid state imaging device |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105009291A (zh) * | 2013-01-31 | 2015-10-28 | 苹果公司 | 垂直堆叠的图像传感器 |
| CN105009291B (zh) * | 2013-01-31 | 2018-06-19 | 苹果公司 | 垂直堆叠的图像传感器 |
| US10003759B2 (en) | 2013-01-31 | 2018-06-19 | Apple Inc. | Vertically stacked image sensor |
| CN108962926A (zh) * | 2013-01-31 | 2018-12-07 | 苹果公司 | 垂直堆叠的图像传感器 |
| US10462402B2 (en) | 2013-01-31 | 2019-10-29 | Apple Inc. | Image sensor having full well capacity beyond photodiode capacity |
| CN112868103A (zh) * | 2018-10-25 | 2021-05-28 | 索尼公司 | 固态摄像设备和摄像设备 |
| CN112913024A (zh) * | 2018-11-06 | 2021-06-04 | 索尼半导体解决方案公司 | 摄像元件和电子设备 |
| US12136639B2 (en) | 2018-11-06 | 2024-11-05 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging element and electronic equipment |
| CN113228230A (zh) * | 2018-12-20 | 2021-08-06 | 索尼半导体解决方案公司 | 摄像装置 |
| US12119359B2 (en) | 2018-12-20 | 2024-10-15 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging device |
| CN113169197A (zh) * | 2018-12-26 | 2021-07-23 | 索尼半导体解决方案公司 | 光电转换元件、固态成像装置和电子设备 |
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