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