半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置
關(guān)聯(lián)申請(qǐng)的記載
[0001]本申請(qǐng)主張對(duì)于2014年9月19日提交的日本專利申請(qǐng)第2014-191449號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并將該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容引用于本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]具備光電轉(zhuǎn)換元件的圖像傳感器的各像素具有用于將保持光電轉(zhuǎn)換出的電荷的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(以下稱FD部)的信號(hào)電平進(jìn)行復(fù)位的復(fù)位晶體管。這種圖像傳感器在復(fù)位晶體管截止時(shí)產(chǎn)生依存于FD部的電容的一種熱噪聲即kTC噪聲。在每次復(fù)位時(shí)隨機(jī)地產(chǎn)生kTC噪聲。
[0004]—般來(lái)說(shuō)，如果是具備光電二極管作為光電轉(zhuǎn)換元件的圖像傳感器，可以通過(guò)被稱為相關(guān)雙采樣(CDS)的噪聲去除方法來(lái)完全消除kTC噪聲。采用相關(guān)雙采樣時(shí)，讀取由復(fù)位晶體管復(fù)位后的FD部的電壓(以下，稱復(fù)位電壓)后，將由光電二極管光電轉(zhuǎn)換出的電荷傳送給FD部，并讀取保持光電轉(zhuǎn)換出的電荷的FD部的電壓(以下，稱信號(hào)電壓)。通過(guò)將復(fù)位電壓與信號(hào)電壓相減來(lái)抵消kTC噪聲，從而獲得不含kTC噪聲的信號(hào)分量。
[0005]如此，將在讀取信號(hào)電壓前進(jìn)行FD部的復(fù)位來(lái)讀取復(fù)位電壓的方式稱為“前復(fù)位方式”。前復(fù)位方式的前提是，像素內(nèi)包括具有以下功能的部位:即，在將FD部進(jìn)行復(fù)位而讀取復(fù)位電壓之前的期間內(nèi)，保持光電轉(zhuǎn)換出的電荷。如果是具備光電二極管作為光電轉(zhuǎn)換元件的圖像傳感器，光電二極管既進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換又承擔(dān)保持通過(guò)光電轉(zhuǎn)換得到的電荷的功能。
[0006]近年來(lái)，取代光電二極管而使用非晶硅、CIGS、有機(jī)膜等光電轉(zhuǎn)換膜作為光電轉(zhuǎn)換元件的層疊型攝像裝置的開發(fā)正在推進(jìn)中。在層疊型攝像裝置中，在形成有構(gòu)成像素的晶體管等的半導(dǎo)體襯底上層疊光電轉(zhuǎn)換膜。因此，與將光電二極管用作光電轉(zhuǎn)換元件的情況相比，能夠縮小每一像素的面積，并能夠有效地感光。因此，即使將像素微細(xì)化，仍可期待感光性下降得以抑制。
[0007]然而，由于有機(jī)膜等的光電轉(zhuǎn)換膜不具有保持電荷的功能，不能在相關(guān)雙采樣中采用上述的前復(fù)位方式。因此，采用“后復(fù)位方式”，在FD部保持了由光電轉(zhuǎn)換膜產(chǎn)生的電荷的狀態(tài)下讀取FD部的電壓信號(hào)后，將FD部進(jìn)行復(fù)位來(lái)讀取復(fù)位電壓。
[0008]然而，根據(jù)后復(fù)位方式，復(fù)位電壓中所含的kTC噪聲與信號(hào)電壓中所含的kTC噪聲不同。復(fù)位動(dòng)作中產(chǎn)生的kTC噪聲具有偏差，不是恒定的。因此，根據(jù)后復(fù)位方式，即使在相關(guān)雙米樣中復(fù)位電壓與信號(hào)電壓相減，有時(shí)kTC噪聲也難以完全抵消。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的總體結(jié)構(gòu)例的框圖。 圖2是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置所具備的像素的電路結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖3是示意地表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置所具備的像素的器件結(jié)構(gòu)例的剖面圖。
圖4是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的動(dòng)作流程的一個(gè)示例的流程圖。
圖5是用于說(shuō)明實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的動(dòng)作的時(shí)序圖。
圖6A是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的動(dòng)作的各過(guò)程中像素的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的勢(shì)能的一個(gè)示例的圖。
圖6B是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的動(dòng)作的各過(guò)程中像素的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的勢(shì)能的一個(gè)示例的圖。
圖6C是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的動(dòng)作的各過(guò)程中像素的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的勢(shì)能的一個(gè)示例的圖。
圖6D是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置的動(dòng)作的各過(guò)程中像素的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的勢(shì)能的一個(gè)示例的圖。
圖7是示意地表示實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置所具備的像素的器件結(jié)構(gòu)例的剖面圖。
圖8是示意地表示實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置所具備的像素的器件結(jié)構(gòu)例的剖面圖。
圖9是表示實(shí)施方式4的半導(dǎo)體裝置所具備的像素的電路結(jié)構(gòu)例的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施方式提供可防止產(chǎn)生kTC噪聲的半導(dǎo)體裝置。
[0011]實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具有多個(gè)像素。所述多個(gè)像素分別包括光電轉(zhuǎn)換部、第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)、電壓供給線、第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)、電位障壁部和檢測(cè)部。第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)對(duì)由所述光電轉(zhuǎn)換部所光電轉(zhuǎn)換出的電荷進(jìn)行保持。所述電壓供給線與第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)相連接。電位障壁部在所述第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)與所述第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間形成恒定的電位障壁，以限制電荷在所述第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)與所述第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間移動(dòng)。檢測(cè)部對(duì)所述第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)中所保持的電荷進(jìn)行檢測(cè)。
[0012]以下，參照【附圖說(shuō)明】實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置。
在以下說(shuō)明中，實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成要素之間的電連接可以是直接連接，也可以為間接連接。例如，在M0S (金屬氧化物半導(dǎo)體:Metal Oxide Semiconductor)晶體管的源極與電容器的電極相連接的情況下，形成M0S晶體管源極的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)可以與形成電容器電極的構(gòu)件直接連接，M0S晶體管的源極與電容器的電極也可以經(jīng)由其他任意的導(dǎo)電構(gòu)件而間接連接。
[0013](實(shí)施方式1)
圖1是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置1的總體結(jié)構(gòu)例的框圖。
半導(dǎo)體裝置1是固體攝像裝置，例如是讀出像素信號(hào)時(shí)從排列成矩陣狀的多個(gè)像素一行一行地讀取信號(hào)的滾動(dòng)快門方式的CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體-ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)圖像傳感器。實(shí)施方式1中，將半導(dǎo)體裝置1作為固體攝像裝置作了說(shuō)明，然而半導(dǎo)體裝置1只要是具有將光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能的裝置，可以為任意的裝置。
[0014]半導(dǎo)體裝置1包括像素陣列2、垂直掃描部3、水平掃描部4、控制部5。像素陣列2包括排列成矩陣狀的多個(gè)像素20，像素陣列2形成半導(dǎo)體裝置1的感光面。在像素陣列2的行方向上設(shè)有多條選擇信號(hào)線3Α-1、3Α-2、……、3A-n(n為自然數(shù))，所述多條選擇信號(hào)線3A-l、3A-2、......、3A-n(n為自然數(shù))用于將垂直掃描部3輸出的選擇信號(hào)SEL傳送給像素20。以下，選擇信號(hào)線3A-1(i為1 < i < η的自然數(shù))指多條選擇信號(hào)線3Α-1、3Α-2、......、3Α-η 中的一條。
[0015]在像素陣列2的行方向上與上述多條選擇信號(hào)線3Α-1、3Α-2、……、3Α_η平行地設(shè)有:用于將垂直掃描部3輸出的復(fù)位控制電壓VRST傳送給像素20的多條復(fù)位控制電壓供給線3B-U3B-2、……、3B-n。S卩，在由排列成矩陣狀的多個(gè)像素20構(gòu)成的像素陣列2的每一行上設(shè)有復(fù)位控制電壓供給線。以下，復(fù)位控制電壓供給線3B-1指多條復(fù)位控制電壓供給線 3B-l、3B-2、......、3B-n 中的一條。
[0016]此外，在像素陣列2的列方向上設(shè)有用于將從像素20輸出的像素信號(hào)傳送給水平掃描部4的多條像素信號(hào)線4-1、4-2、……、4-m(m為自然數(shù))。以下，像素信號(hào)線4_j (j為1彡j彡m的自然數(shù))指多條像素信號(hào)線4-1、4-2、……、4-m中的一條。
[0017]構(gòu)成像素陣列2的多個(gè)像素20配置在多條選擇信號(hào)線3A-U3A-2、……、3A_n與多條像素信號(hào)線4-1、4-2、……、4-m的交叉區(qū)域。從外部向半導(dǎo)體裝置1提供規(guī)定的電源電壓Vdd (例如3.3V)和偏置電壓Vbis (例如10V)。
[0018]圖2是表示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置1所具備的像素20的電路結(jié)構(gòu)例的電路圖。像素20包括光電轉(zhuǎn)換部21、電荷保持部22和檢測(cè)部23。光電轉(zhuǎn)換部21是用于對(duì)入射光作光電轉(zhuǎn)換的部件。光電轉(zhuǎn)換部21由上部電極211、下部電極212、光電轉(zhuǎn)換膜213構(gòu)成。
[0019]光電轉(zhuǎn)換膜213由有機(jī)膜等的光電轉(zhuǎn)換膜構(gòu)成，被夾持在上部電極211 (陰極)與下部電極212(陽(yáng)極)之間。然而，不受此例限制，只要能夠?qū)盈B在半導(dǎo)體襯底上，可以使用任意的光電轉(zhuǎn)換膜。下部電極212與構(gòu)成電荷保持部22的后述的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)223(圖3)相連接。
[0020]光電轉(zhuǎn)換膜213 —受到光照射就生成空穴-電子對(duì)。在光電轉(zhuǎn)換膜213上所生成的空穴和電子中，負(fù)電荷即電子從上部電極211排出，被提供正極性的偏置電壓Vbis的電源(未圖示)所吸收。光電轉(zhuǎn)換膜213上所生成的正電荷即空穴從下部電極212排出，被蓄積在構(gòu)成電荷保持部22的后述的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)223中。
[0021]電荷保持部22是用于保持從光電轉(zhuǎn)換部21排出的電荷的部件。電荷保持部22具有將從光電轉(zhuǎn)換部21排出的電荷所產(chǎn)生的后述的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)223的電壓VFD進(jìn)行復(fù)位的功能。將復(fù)位控制電壓VRST作為用于此功能的控制信號(hào)，從上述垂直掃描部3經(jīng)由復(fù)位控制電壓供給線3B-1而提供給電荷保持部22。電荷保持部2