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JP5332572B2 - Solid-state imaging device and electronic apparatus - Google Patents

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JP5332572B2 JP2008312552A JP2008312552A JP5332572B2 JP 5332572 B2 JP5332572 B2 JP 5332572B2 JP 2008312552 A JP2008312552 A JP 2008312552A JP 2008312552 A JP2008312552 A JP 2008312552A JP 5332572 B2 JP5332572 B2 JP 5332572B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image sensing device high in light use efficiency and improved in sensitivity, and electronic equipment using the solid-state image sensing device. <P>SOLUTION: The solid-state image sensing device has a picture element 3 which is constituted by laminating semiconductor chips 10b, 10g, 10r having photosensitive sensors 4b, 4g, 4r for generating and storing signal charges by receiving light in substrates 12b, 12g, 12r. The plurality of semiconductor chips 10 constituting the picture element 3 generate and store the signal charges according to light Lb, Lg, Lr having different wavelengths. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置、及び当該固体撮像装置を備えた電子機器に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and an electronic apparatus including the solid-state imaging device.

従来、固体撮像装置として、CCD型や、CMOS型の固体撮像装置が知られている。
CCD型の固体撮像装置(CCDイメージセンサ)や、CMOS型の固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)における色分光は、主にカラーフィルタを用いることで実現される。カラーフィルタを用いたイメージセンサにおいては、1画素に1種類のカラーフィルタを搭載し、主に赤、緑、青のカラーフィルタを有する3つの画素回路を隣り合わせて配置する。そして、このようなカラーフィルタを用いたイメージセンサでは、異なる色のカラーフィルタを搭載する隣り合う画素に入射した光の情報を用いることで、色の生成が行われている。そのため、カラーフィルタを用いたイメージセンサにおいては、任意の画素に生成される色と、実際にその画素に入射した光の色が異なるという偽色が生じる。
Conventionally, CCD and CMOS type solid-state imaging devices are known as solid-state imaging devices.
Color spectroscopy in a CCD solid-state imaging device (CCD image sensor) or a CMOS solid-state imaging device (CMOS image sensor) is realized mainly by using a color filter. In an image sensor using a color filter, one type of color filter is mounted on one pixel, and three pixel circuits mainly having red, green, and blue color filters are arranged next to each other. In an image sensor using such a color filter, color generation is performed by using information on light incident on adjacent pixels on which color filters of different colors are mounted. Therefore, in an image sensor using a color filter, a false color is generated in which a color generated in an arbitrary pixel is different from a color of light actually incident on the pixel.

また、このようにカラーフィルタを用いるイメージセンサでは、1画素において受光できる光は、厳密には、カラーフィルタに対応した1色のみであり、三分の一の光しか利用することができない。よって、光利用効率が悪く、感度も低くなる。また、三分の二の光がカラーフィルタに吸収されることになるので、カラーフィルタの耐光性次第で、製品寿命に響くこともある。   In addition, in an image sensor using a color filter in this manner, light that can be received by one pixel is strictly one color corresponding to the color filter, and only one third of the light can be used. Therefore, the light utilization efficiency is poor and the sensitivity is low. Further, since two-thirds of the light is absorbed by the color filter, the product life may be affected depending on the light resistance of the color filter.

そこで、入射光量を効率よく利用するために、1画素において、基板内の深さ方向に複数のフォトダイオードを形成することで、分光する方法が開発されている。   Therefore, in order to efficiently use the amount of incident light, a method of performing spectroscopy by forming a plurality of photodiodes in the depth direction in the substrate in one pixel has been developed.

特許文献1においては、例えば、図13に示すように、p型のSi基板100中に、n型半導体層102/p型半導体層104/n型半導体層106の3層構造を形成し、深さ方向に浅い方から、青、緑、赤の光を光電変換して取り出す色分離方法が記載されている。この方法においては、Si基板100表面において、それぞれの層に接続されたそれぞれの端子により、青、緑、赤の信号が外部に出力される。これは、波長の長さと、深さ方向における光の吸収の性質を利用したものである。これにより、1画素での色分離が可能となる。さらに、カラーフィルタを用いないため、赤、緑、青の波長の異なる色が単位画素内に入射する。このために光量の損失も少なくなる。   In Patent Document 1, for example, as shown in FIG. 13, a three-layer structure of an n-type semiconductor layer 102 / p-type semiconductor layer 104 / n-type semiconductor layer 106 is formed in a p-type Si substrate 100, A color separation method is described in which blue, green, and red light are photoelectrically converted and extracted from the shallower side. In this method, on the surface of the Si substrate 100, blue, green, and red signals are output to the outside by the respective terminals connected to the respective layers. This utilizes the wavelength length and the light absorption property in the depth direction. As a result, color separation can be performed in one pixel. Further, since no color filter is used, colors having different wavelengths of red, green, and blue enter the unit pixel. For this reason, the loss of light quantity is also reduced.

しかしながら、図13に示す構成では、全ての色分離が、バルクの中で行われるため、構造設計の自由度が低く、混色の発生も避けられない問題がある。また、バルク中のポテンシャルの形成が難しく、信号電荷の取り出しも難しいという欠点も存在する。   However, in the configuration shown in FIG. 13, since all color separation is performed in the bulk, there is a problem that the degree of freedom in structural design is low and color mixing is unavoidable. There are also disadvantages in that it is difficult to form a potential in the bulk and it is difficult to extract signal charges.

一方、特許文献2には、光電変換膜を複数段に積層した受光部を有する固体撮像装置についての記載がある。光電変換膜を用いるときには、膜中に電荷が蓄積されるため、この電荷を読み出すときに、電荷が残留し、原理的に残像が発生しやすい。また、特許文献2では、3層の光電変換膜を半導体基板の上に順に積層し、且つ、各光電変換膜で発生したR(赤色)、G(緑色)、B(青色)毎の信号をそれぞれ半導体基板に形成した信号読み出し回路に接続する縦配線を形成する必要がある。このため、製造が困難で、製造の歩留まりが低いため、コストがかかるという問題がある。   On the other hand, Patent Document 2 describes a solid-state imaging device having a light receiving unit in which photoelectric conversion films are stacked in a plurality of stages. When a photoelectric conversion film is used, charges are accumulated in the film. Therefore, when the charges are read, the charges remain, and an afterimage is likely to occur in principle. In Patent Document 2, three layers of photoelectric conversion films are sequentially stacked on a semiconductor substrate, and signals for each of R (red), G (green), and B (blue) generated in each photoelectric conversion film are obtained. It is necessary to form vertical wirings connected to signal readout circuits formed on the semiconductor substrate. For this reason, there is a problem that the manufacturing is difficult and the manufacturing yield is low, so that the cost is high.

また、特許文献3には、光電変換膜とカラーフィルタとを交互に積層した受光部を有する固体撮像装置についての記載がある。この場合も、前述と同様、光電変換膜中に電荷が蓄積されるため、電荷読み出し時において、電荷が残留し残像が発生しやすい。
特表2002−513145号公報 特開2004−335626号公報 特開2005−347386号公報
Patent Document 3 describes a solid-state imaging device having a light receiving unit in which photoelectric conversion films and color filters are alternately stacked. In this case as well, since charges are accumulated in the photoelectric conversion film as described above, charges are likely to remain and an afterimage is likely to occur when reading charges.
JP-T-2002-513145 JP 2004-335626 A JP-A-2005-347386

上述の点に鑑み、本発明は、光の利用効率が高く、感度の向上が図られた固体撮像装置を提供するものである。また、その固体撮像装置を用いた電子機器を提供するものである。   In view of the above, the present invention provides a solid-state imaging device with high light utilization efficiency and improved sensitivity. In addition, the present invention provides an electronic device using the solid-state imaging device.

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、光を受光して信号電荷を生成、蓄積する受光センサ部を基板内に有する半導体チップが所定の間隔を有して複数積層された構成の画素部を有するものである。画素部を構成するこれらの複数の半導体チップは、それぞれ異なる波長の光に応じて信号電荷を生成、蓄積するものである。また、各半導体チップは、受光センサ部において蓄積された信号電荷を読み出し、出力する出力部を有する。さらに各半導体チップを構成する基板の厚みは、前記画素部を構成する複数段の半導体チップのうち、光が入射される側に配置される半導体チップにおいて最も薄く、光が入射される側とは反対側に配置される半導体チップにおいて最も厚く形成される。 In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a solid-state imaging device of the present invention has a semiconductor chip having a light-receiving sensor portion in a substrate that receives light and generates and accumulates signal charges at a predetermined interval. and has a pixel portion of the stacked configurations have. The plurality of semiconductor chips constituting the pixel portion generate and accumulate signal charges according to light of different wavelengths. Each semiconductor chip has an output unit that reads and outputs the signal charges accumulated in the light receiving sensor unit. Furthermore, the thickness of the substrate constituting each semiconductor chip is the thinnest among the semiconductor chips arranged on the light incident side among the plurality of stages of semiconductor chips constituting the pixel portion. It is formed thickest in the semiconductor chip arranged on the opposite side.

本発明の固体撮像装置では、画素部が、異なる光に応じた信号電荷を生成、蓄積することのできる複数の半導体チップが積層されて構成されているので、1画素分で、複数の色の光が吸収され、光電変換される。また、各半導体チップでは、それぞれ異なる波長の光に応じた信号電荷が生成、蓄積される。これにより、混色が低減される。   In the solid-state imaging device according to the present invention, the pixel unit is configured by stacking a plurality of semiconductor chips capable of generating and storing signal charges according to different light, so that one pixel corresponds to a plurality of colors. Light is absorbed and photoelectrically converted. In each semiconductor chip, signal charges corresponding to light of different wavelengths are generated and stored. Thereby, color mixing is reduced.

また、本発明の電子機器は、光学レンズと、固体撮像装置と、信号処理回路とから構成される。この固体撮像装置は、上述した本発明の固体撮像装置である。 The electronic apparatus according to the present invention includes an optical lens, a solid-state imaging device, and a signal processing circuit. This solid-state imaging device is the above-described solid-state imaging device of the present invention.

本発明の電子機器では、固体撮像装置において、画素部が、異なる光に応じた信号電荷を生成、蓄積することのできる複数の半導体チップが積層されて構成されているので、1画素分で、複数の色の光に応じた信号電荷が発生し、これにより、画像が得られる。   In the electronic apparatus of the present invention, in the solid-state imaging device, the pixel portion is configured by stacking a plurality of semiconductor chips that can generate and accumulate signal charges according to different lights. Signal charges corresponding to a plurality of colors of light are generated, thereby obtaining an image.

本発明によれば、感度の向上、及び残像の低減が図られた固体撮像装置及び電子機器が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a solid-state imaging device and an electronic apparatus in which sensitivity is improved and afterimage is reduced.

以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器の一例を、図1〜図12を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
1.固体撮像装置(CCD型)の全体構成例
2.第1の実施形態:基本構成例
3.第2の実施形態:カラーフィルタを用いる例
4.第3の実施形態:カラーフィルタ及び支持層を用いる例
5.第4の実施形態:カラーフィルタを兼ねた支持層を用いる例
6.第5の実施形態:半導体チップにおいて、受光部と電荷転送部とで基板の厚みが異なる例
7.第6の実施形態:隣接する半導体チップを直接貼り合わせる例
8.第7の実施形態:CMOS型の固体撮像装置に適用する例
9.第8の実施形態:電子機器(カメラ)
Hereinafter, an example of a solid-state imaging device, a manufacturing method thereof, and an electronic apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Embodiments of the present invention will be described in the following order. In addition, this invention is not limited to the following examples.
1. 1. Overall configuration example of solid-state imaging device (CCD type) First Embodiment: Basic Configuration Example 3. 2. Second embodiment: Example using color filter 3. Third embodiment: Example using color filter and support layer Fourth embodiment: Example using a support layer also serving as a color filter 6. Fifth Embodiment: Example in which the thickness of the substrate is different between the light receiving portion and the charge transfer portion in the semiconductor chip. Sixth Embodiment: Example of directly bonding adjacent semiconductor chips 8. 7. Seventh Embodiment: Example applied to a CMOS type solid-state imaging device Eighth embodiment: electronic device (camera)

〈1.固体撮像装置(CCD型)の全体構成例〉
まず、図1に、以下の第1〜第6の実施形態で共通の構成とされる、CCD型の固体撮像装置の全体構成を示す。
<1. Example of overall configuration of solid-state imaging device (CCD type)>
First, FIG. 1 shows an overall configuration of a CCD type solid-state imaging device, which is a configuration common to the following first to sixth embodiments.

図1に示すように、CCD型の固体撮像装置1は、水平方向及び垂直方向に形成された複数の受光センサ部4と、CCD構造の垂直転送レジスタ5と、CCD構造の水平転送レジスタ6と、出力回路8とを有して構成される。   As shown in FIG. 1, a CCD solid-state imaging device 1 includes a plurality of light receiving sensor units 4 formed in a horizontal direction and a vertical direction, a vertical transfer register 5 having a CCD structure, and a horizontal transfer register 6 having a CCD structure. And an output circuit 8.

受光センサ部4は、光電変換素子、すなわちフォトダイオードにより構成されるものであり、受光した光の光量に応じて信号電荷の生成、蓄積をするものである。
垂直転送レジスタ5は、垂直方向に配列される受光センサ部4に共通して、列ごとに複数本形成されるものであり、受光センサ部4に蓄積された信号電荷を読み出して、垂直方向に転送するものである。
The light receiving sensor unit 4 includes a photoelectric conversion element, that is, a photodiode, and generates and accumulates signal charges according to the amount of received light.
A plurality of vertical transfer registers 5 are formed for each column in common with the light receiving sensor units 4 arranged in the vertical direction, and the signal charges accumulated in the light receiving sensor units 4 are read out in the vertical direction. To be transferred.

各受光センサ部4と、受光センサ部4に隣接する垂直転送レジスタ5の一部を有して、各画素7が構成されている。そして、この画素7が水平方向及び垂直方向にマトリクス状に形成されている領域が画素部3とされている。画素部3は、光を受光して信号を出力するための有効画素領域と、黒レベルの基準になる光学的黒(OPB:Optical Black )の為の無効画素領域とから構成されている。図示しないが、無効画素領域は、有効画素領域の周辺に形成されるものである。   Each pixel 7 includes each light receiving sensor unit 4 and a part of the vertical transfer register 5 adjacent to the light receiving sensor unit 4. A region where the pixels 7 are formed in a matrix in the horizontal direction and the vertical direction is the pixel unit 3. The pixel unit 3 includes an effective pixel region for receiving light and outputting a signal, and an invalid pixel region for optical black (OPB: Optical Black) that serves as a reference for the black level. Although not shown, the invalid pixel region is formed around the effective pixel region.

水平転送レジスタ6は、例えば、垂直転送レジスタ5の一端に形成されるものであり、垂直転送レジスタ5により垂直転送された信号電荷を、一水平ライン毎に転送するものである。   The horizontal transfer register 6 is formed, for example, at one end of the vertical transfer register 5 and transfers the signal charge vertically transferred by the vertical transfer register 5 for each horizontal line.

出力回路8は、水平転送レジスタ6により水平転送された信号電荷を電荷電圧変換することにより、画素信号として出力するものである。   The output circuit 8 outputs the signal charge horizontally transferred by the horizontal transfer register 6 as a pixel signal by charge-voltage conversion.

以下に説明する第1〜第6の実施形態では、固体撮像装置の画素部3の断面構成について説明する。   In the first to sixth embodiments described below, a cross-sectional configuration of the pixel unit 3 of the solid-state imaging device will be described.

〈2.第1の実施形態:基本構成例〉
[断面構成]
図2Aは本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の、1画素分の概略斜視図であり、図2Bは1画素分の概略断面構成図である。
<2. First Embodiment: Basic Configuration Example>
[Cross section configuration]
2A is a schematic perspective view of one pixel of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional configuration diagram of one pixel.

本実施形態例の固体撮像装置の画素部3は、図2Aに示すように、複数段(本実施形態例では3段)に積層された複数の半導体チップ10と、その複数の半導体チップ10を互いに接続する接続パッド9を有する。
本実施形態例では、画素部3を構成する各半導体チップ10を、光が入射される側から順に、第1半導体チップ10b、第2半導体チップ10g、第3半導体チップ10rとして説明する。また、第1半導体チップ10b、第2半導体チップ10g、第3半導体チップ10rを特に区別しない場合は、半導体チップ10として説明する。
As shown in FIG. 2A, the pixel unit 3 of the solid-state imaging device according to the present embodiment includes a plurality of semiconductor chips 10 stacked in a plurality of stages (three stages in the present embodiment), and the plurality of semiconductor chips 10. Connection pads 9 are connected to each other.
In this embodiment, each semiconductor chip 10 constituting the pixel unit 3 will be described as a first semiconductor chip 10b, a second semiconductor chip 10g, and a third semiconductor chip 10r in order from the light incident side. The first semiconductor chip 10b, the second semiconductor chip 10g, and the third semiconductor chip 10r will be described as the semiconductor chip 10 unless they are particularly distinguished.

図2Bに示すように、第1半導体チップ10bは、基板12b内に形成された受光センサ部4bと、受光センサ部4bで蓄積された信号電荷を読み出し、出力する出力部となる垂直転送レジスタ5bとを有して構成れている。第2半導体チップ10gは、基板12g内に形成された受光センサ部4gと、受光センサ部4gで蓄積された信号電荷を読み出し、出力する出力部となる垂直転送レジスタ5gを有して構成れている。第3半導体チップ10rは、基板12r内に形成された受光センサ部4rと、受光センサ部4rで蓄積された信号電荷を読み出し、出力する出力部となる垂直転送レジスタ5rを有して構成れている。   As shown in FIG. 2B, the first semiconductor chip 10b includes a light receiving sensor unit 4b formed in the substrate 12b, and a vertical transfer register 5b serving as an output unit that reads and outputs the signal charges accumulated in the light receiving sensor unit 4b. And is configured. The second semiconductor chip 10g includes a light receiving sensor unit 4g formed in the substrate 12g, and a vertical transfer register 5g serving as an output unit that reads out and outputs signal charges accumulated in the light receiving sensor unit 4g. Yes. The third semiconductor chip 10r includes a light receiving sensor unit 4r formed in the substrate 12r, and a vertical transfer register 5r serving as an output unit that reads and outputs the signal charges accumulated in the light receiving sensor unit 4r. Yes.

接続パッド9は、導電性の材料から構成されている。この接続パッド9により、第1半導体チップ10b、第2半導体チップ10g、第3半導体チップ10rが縦に積層され、接続支持されている。また、本実施形態例では、第1半導体チップ10b、第2半導体チップ10g、第3半導体チップ10rは、それぞれ、隣接する半導体チップ10と所定の間隔を有して積層されている。   The connection pad 9 is made of a conductive material. By the connection pads 9, the first semiconductor chip 10b, the second semiconductor chip 10g, and the third semiconductor chip 10r are stacked vertically and supported for connection. In the embodiment, the first semiconductor chip 10b, the second semiconductor chip 10g, and the third semiconductor chip 10r are stacked with a predetermined distance from the adjacent semiconductor chip 10, respectively.

図3A〜Cに、本実施形態例の第1半導体チップ10b、第2半導体チップ10g、第3半導体チップ10rの詳細な断面構成を示す。   3A to 3C show detailed cross-sectional configurations of the first semiconductor chip 10b, the second semiconductor chip 10g, and the third semiconductor chip 10r of the present embodiment example.

まず、図3Aを用いて半導体チップ10bについて説明する。
図3Aに示すように、基板12bは、第1導電型、例えばn型のシリコン基板から構成されている。また、基板12bの裏面側には、第2導電型、例えばp型の不純物領域からなるp型半導体ウェル領域13が形成されている。
First, the semiconductor chip 10b will be described with reference to FIG. 3A.
As shown in FIG. 3A, the substrate 12b is composed of a first conductivity type, for example, an n-type silicon substrate. A p-type semiconductor well region 13 made of a second conductivity type, for example, a p-type impurity region is formed on the back surface side of the substrate 12b.

受光センサ部4は、基板12b表面に形成されたp型の高濃度不純物領域(p+)からなる正孔蓄積領域15と、n型の不純物領域(n)からなる電荷蓄積領域14と、p型半導体ウェル領域13とからなるフォトダイオードにより構成れている。正孔蓄積領域15は、光入射側である基板12の最表面に形成されている。電荷蓄積領域14は、正孔蓄積領域15直下から、p型半導体ウェル領域13に達する深さまで形成されている。
本実施形態例において、受光センサ部4bとなるフォトダイオードは、主に、電荷蓄積領域14とp型半導体ウェル領域13との界面に形成されるpn接合jにより構成される。受光センサ部4bに入射してきた光は、フォトダイオードにおいて光電変換し、これにより信号電荷が生成される。そして生成された信号電荷は、n型の不純物領域からなる電荷蓄積領域14に蓄積される。
The light receiving sensor unit 4 includes a hole accumulation region 15 made of a p-type high concentration impurity region (p +) formed on the surface of the substrate 12b, a charge accumulation region 14 made of an n-type impurity region (n), and a p-type. The photodiode is composed of a semiconductor well region 13. The hole accumulation region 15 is formed on the outermost surface of the substrate 12 on the light incident side. The charge storage region 14 is formed from just below the hole storage region 15 to a depth reaching the p-type semiconductor well region 13.
In the present embodiment, the photodiode serving as the light receiving sensor portion 4b is mainly constituted by a pn junction j formed at the interface between the charge storage region 14 and the p-type semiconductor well region 13. The light incident on the light receiving sensor unit 4b is photoelectrically converted by the photodiode, thereby generating a signal charge. Then, the generated signal charge is accumulated in the charge accumulation region 14 composed of an n-type impurity region.

出力部となる垂直転送レジスタ5bは、読み出し部18と、垂直転送チャネル17と、転送電極16とから構成されている。
読み出し部18は、p型の不純物領域からなり、受光センサ部4の一方の側(図3Aでは、紙面左側)の、基板12表面側に、受光センサ部4を構成する電荷蓄積領域14に接するように形成されている。
垂直転送チャネル17は、n型の不純物領域からなり、読み出し部18に隣接する基板12表面側に形成されている。
転送電極16は、読み出し部18及び垂直転送チャネル17が形成された基板12上部に、絶縁膜11を介して形成される。
The vertical transfer register 5 b serving as an output unit includes a reading unit 18, a vertical transfer channel 17, and a transfer electrode 16.
The reading unit 18 is made of a p-type impurity region, and is in contact with the charge accumulation region 14 constituting the light receiving sensor unit 4 on the surface side of the substrate 12 on one side of the light receiving sensor unit 4 (left side in FIG. 3A). It is formed as follows.
The vertical transfer channel 17 is made of an n-type impurity region, and is formed on the surface side of the substrate 12 adjacent to the readout unit 18.
The transfer electrode 16 is formed on the substrate 12 on which the readout unit 18 and the vertical transfer channel 17 are formed via the insulating film 11.

次に、図3Bを用いて半導体チップ10gについて説明する。図3Bにおいて、図3Aに対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。   Next, the semiconductor chip 10g will be described with reference to FIG. 3B. In FIG. 3B, parts corresponding to those in FIG.

図3Bに示すように、基板12gは、第1導電型、例えばn型のシリコン基板から構成されている。また、基板12gの裏面側には、第2導電型、例えばp型の不純物領域からなるp型半導体ウェル領域13が形成されている。   As shown in FIG. 3B, the substrate 12g is composed of a first conductivity type, for example, an n-type silicon substrate. A p-type semiconductor well region 13 made of a second conductivity type, for example, a p-type impurity region, is formed on the back side of the substrate 12g.

受光センサ部4gは、基板12g表面に形成されたp型の高濃度不純物領域(p+)からなる正孔蓄積領域15と、n型の不純物領域(n)からなる電荷蓄積領域14と、p型半導体ウェル領域13とからなるフォトダイオードにより構成れている。正孔蓄積領域15は、光入射側である基板12の最表面に形成されている。電荷蓄積領域14は、正孔蓄積領域15直下から、p型半導体ウェル領域13に達する深さまで形成されている。
本実施形態例において、受光センサ部4gとなるフォトダイオードは、主に、電荷蓄積領域14とp型半導体ウェル領域13との界面に形成されるpn接合jにより構成される。受光センサ部4gに入射してきた光は、フォトダイオードにおいて光電変換し、これにより信号電荷が生成される。そして生成された信号電荷は、n型の不純物領域からなる電荷蓄積領域14に蓄積される。
The light receiving sensor unit 4g includes a hole accumulation region 15 made of a p-type high concentration impurity region (p +) formed on the surface of the substrate 12g, a charge accumulation region 14 made of an n-type impurity region (n), and a p-type. The photodiode is composed of a semiconductor well region 13. The hole accumulation region 15 is formed on the outermost surface of the substrate 12 on the light incident side. The charge storage region 14 is formed from just below the hole storage region 15 to a depth reaching the p-type semiconductor well region 13.
In the present embodiment, the photodiode serving as the light receiving sensor portion 4g is mainly constituted by a pn junction j formed at the interface between the charge storage region 14 and the p-type semiconductor well region 13. The light incident on the light receiving sensor unit 4g is photoelectrically converted by the photodiode, thereby generating a signal charge. Then, the generated signal charge is accumulated in the charge accumulation region 14 composed of an n-type impurity region.

出力部となる垂直転送レジスタ5gは、垂直転送レジスタ5bと同様の構成を有する。   The vertical transfer register 5g serving as an output unit has the same configuration as the vertical transfer register 5b.

次に、図3Cを用いて半導体チップ10rについて説明する。図3Cにおいて、図3Aに対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。   Next, the semiconductor chip 10r will be described with reference to FIG. 3C. In FIG. 3C, parts corresponding to those in FIG.

図3Cに示すように、基板12rは、第1導電型、例えばn型のシリコン基板から構成されている。また、基板12rの所望の深さには、第2導電型、例えばp型の不純物領域からなるp型半導体ウェル領域13が形成されている。   As shown in FIG. 3C, the substrate 12r is composed of a first conductivity type, for example, an n-type silicon substrate. A p-type semiconductor well region 13 made of a second conductivity type, for example, a p-type impurity region is formed at a desired depth of the substrate 12r.

受光センサ部4rは、基板12r表面に形成されたp型の高濃度不純物領域(p+)からなる正孔蓄積領域15と、n型の不純物領域(n)からなる電荷蓄積領域14と、p型半導体ウェル領域13とからなるフォトダイオードにより構成れている。正孔蓄積領域15は、光入射側である基板12の最表面に形成されている。電荷蓄積領域14は、正孔蓄積領域15直下から、p型半導体ウェル領域13に達する深さまで形成されている。
本実施形態例において、受光センサ部4rとなるフォトダイオードは、主に、電荷蓄積領域14とp型半導体ウェル領域13との界面に形成されるpn接合jにより構成される。受光センサ部4rに入射してきた光は、フォトダイオードにおいて光電変換し、これにより信号電荷が生成される。そして生成された信号電荷は、n型の不純物領域からなる電荷蓄積領域14に蓄積される。
The light receiving sensor unit 4r includes a hole accumulation region 15 made of a p-type high concentration impurity region (p +) formed on the surface of the substrate 12r, a charge accumulation region 14 made of an n-type impurity region (n), and a p-type. The photodiode is composed of a semiconductor well region 13. The hole accumulation region 15 is formed on the outermost surface of the substrate 12 on the light incident side. The charge storage region 14 is formed from just below the hole storage region 15 to a depth reaching the p-type semiconductor well region 13.
In the present embodiment, the photodiode serving as the light receiving sensor portion 4r is mainly constituted by a pn junction j formed at the interface between the charge storage region 14 and the p-type semiconductor well region 13. The light incident on the light receiving sensor unit 4r is photoelectrically converted by the photodiode, thereby generating a signal charge. Then, the generated signal charge is accumulated in the charge accumulation region 14 composed of an n-type impurity region.

出力部となる垂直転送レジスタ5rは、垂直転送レジスタ5bと同様の構成を有する。   The vertical transfer register 5r serving as an output unit has the same configuration as the vertical transfer register 5b.

ところで、シリコンに吸収される光の吸収長の波長依存性は、図4に示す関係を有する。図4の横軸は波長(nm)で、縦軸は光の吸収に必要なシリコンの厚さ(μm)である。図4からわかるように、波長450nmの青色の光を70%以上吸収するためには、0.6μm以上のシリコンの厚みが必要である。また、波長550nmの緑色の光を70%以上吸収するためには、1.7μm以上のシリコンの厚みが必要である。また、波長650nmの赤色の光を70%以上吸収するためには、3.7μm以上のシリコンの厚みが必要である。   Incidentally, the wavelength dependence of the absorption length of light absorbed by silicon has the relationship shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 4 is the wavelength (nm), and the vertical axis is the silicon thickness (μm) necessary for light absorption. As can be seen from FIG. 4, in order to absorb 70% or more of blue light having a wavelength of 450 nm, a silicon thickness of 0.6 μm or more is required. Further, in order to absorb 70% or more of green light having a wavelength of 550 nm, a silicon thickness of 1.7 μm or more is required. Further, in order to absorb 70% or more of red light having a wavelength of 650 nm, a silicon thickness of 3.7 μm or more is required.

本実施形態例では、第1半導体チップ10bの受光センサ部4bにおいて、青色(B)の光Lbを70%程度吸収するため、基板12bの厚みを、0.6μm程度としている。基板12bの厚みが、0.6μmよりも明かに薄い場合には、青色の光の吸収がなされず、また、0.6μmよりも明かに厚い場合には、緑色の光や、赤色の光までも吸収してしまうこととなる。また、受光センサ部4bに入射した光は、フォトダイオードを構成するpn接合付近にて光電変換されるので、pn接合深さも、基板12bの厚みに応じた深さに形成されることが好ましい。
また、第2半導体チップ10gの受光センサ部4gにおいて、緑色(G)の光Lgを70%程度吸収するため、基板12gの厚みを、1.7μm程度としている。基板12gの厚みが、1.7μmよりも明かに薄い場合には、緑色の光の吸収がなされず、また、1.7μmよりも明かに厚い場合には、赤色の光までも吸収してしまうこととなる。また、受光センサ部4gに入射した光は、フォトダイオードを構成するpn接合付近にて光電変換されるので、pn接合深さも、基板12gの厚みに応じた深さに形成されることが好ましい。
また、第3半導体チップ10rの受光センサ部4rにおいて、赤色(R)の光Lrを70%程度吸収するため、基板12r表面からpn接合jまでの厚みを、3.7μm程度としている。基板12r表面からpn接合jまでの厚みが、3.7μmよりも明かに薄い場合には、赤色の光の吸収がなされない。第1半導体チップ10b、第2半導体チップ10gでは、その受光センサ部4b,4rで光電変換させない波長の光は透過させる必要があるので、基板12b、12g自体の厚みを調整する必要がある。しかしながら、第3半導体チップ10rでは、受光センサ部4rにおいて、一番波長の長い光が光電変換され、また、光を透過させる必要が無いので、基板12rの厚みは、受光センサ部が形成された従来の半導体チップと同様の厚みに構成することができる。すなわち、基板12rの厚みは、3.7μmよりも厚く形成することができ、電荷蓄積領域14より溢れた信号電荷を、p型半導体ウェル領域13を超えて、基板12r側にオーバーフローさせる構造をとることができる。
In this embodiment, the light receiving sensor portion 4b of the first semiconductor chip 10b absorbs about 70% of the blue (B) light Lb, so that the thickness of the substrate 12b is about 0.6 μm. When the thickness of the substrate 12b is clearly thinner than 0.6 μm, blue light is not absorbed, and when the thickness is clearly thicker than 0.6 μm, green light and red light are not absorbed. Will also be absorbed. In addition, since the light incident on the light receiving sensor unit 4b is photoelectrically converted in the vicinity of the pn junction constituting the photodiode, the pn junction depth is preferably formed to a depth corresponding to the thickness of the substrate 12b.
In addition, in the light receiving sensor portion 4g of the second semiconductor chip 10g, the thickness of the substrate 12g is set to about 1.7 μm in order to absorb about 70% of the green (G) light Lg. If the thickness of the substrate 12g is clearly thinner than 1.7 μm, green light is not absorbed, and if it is clearly thicker than 1.7 μm, even red light is absorbed. It will be. In addition, since the light incident on the light receiving sensor unit 4g is photoelectrically converted in the vicinity of the pn junction constituting the photodiode, the pn junction depth is preferably formed to a depth corresponding to the thickness of the substrate 12g.
Further, in order to absorb about 70% of the red (R) light Lr in the light receiving sensor part 4r of the third semiconductor chip 10r, the thickness from the surface of the substrate 12r to the pn junction j is set to about 3.7 μm. When the thickness from the surface of the substrate 12r to the pn junction j is clearly thinner than 3.7 μm, red light is not absorbed. In the first semiconductor chip 10b and the second semiconductor chip 10g, it is necessary to transmit light having a wavelength that is not photoelectrically converted by the light receiving sensor portions 4b and 4r. Therefore, it is necessary to adjust the thickness of the substrates 12b and 12g themselves. However, in the third semiconductor chip 10r, since the light having the longest wavelength is photoelectrically converted in the light receiving sensor unit 4r and it is not necessary to transmit light, the thickness of the substrate 12r is the same as that of the light receiving sensor unit. The thickness can be the same as that of a conventional semiconductor chip. That is, the thickness of the substrate 12r can be formed to be thicker than 3.7 μm, and the signal charge overflowing from the charge storage region 14 is overflowed to the substrate 12r side beyond the p-type semiconductor well region 13. be able to.

以上の構成を有する第1半導体チップ10b、第2半導体チップ10g、第3半導体チップ10rが、所定の間隔を有して積層され、接続パッドにより接続支持されることにより、画素部3が構成されている。   The first semiconductor chip 10b, the second semiconductor chip 10g, and the third semiconductor chip 10r having the above configuration are stacked at a predetermined interval and connected and supported by connection pads, whereby the pixel unit 3 is configured. ing.

図2では、1画素分の半導体チップについて説明した。ところで、実際の固体撮像装置の画素部3では、図5に示すように、積層された各半導体チップ10は、基板12の垂直方向及び水平方向に形成された複数の受光センサ部4と、受光センサ部4の列ごとに形成された複数本の垂直転送レジスタ5(出力部)とを有している。この場合、図3Bに示した垂直転送レジスタ5を構成する垂直転送チャネル17は、垂直方向に形成された受光センサ部4の列ごとに形成されている。そして、複数の受光センサ部4が形成された半導体チップ10は、隣接する半導体チップ10と所定の間隔を有して積層され、端部において接続パッド9により接続支持されている。   In FIG. 2, the semiconductor chip for one pixel has been described. By the way, in the pixel unit 3 of the actual solid-state imaging device, as shown in FIG. 5, each stacked semiconductor chip 10 includes a plurality of light receiving sensor units 4 formed in the vertical direction and the horizontal direction of the substrate 12 and receives light. A plurality of vertical transfer registers 5 (output units) formed for each column of the sensor units 4 are provided. In this case, the vertical transfer channel 17 constituting the vertical transfer register 5 shown in FIG. 3B is formed for each column of the light receiving sensor units 4 formed in the vertical direction. The semiconductor chip 10 on which the plurality of light receiving sensor portions 4 are formed is stacked with a predetermined distance from the adjacent semiconductor chip 10 and is connected and supported by the connection pad 9 at the end.

[動作]
以上の構成を有する固体撮像装置の動作について、図1〜図3を参照しながら説明する。
[Operation]
The operation of the solid-state imaging device having the above configuration will be described with reference to FIGS.

まず、図2Bに示すように、画素部3の第1半導体チップ10b側から光が入射する。第1半導体チップ10bでは、受光センサ部4bを構成するフォトダイオードは、青色の光Lbが吸収される基板12b深さに形成されている。このため、第1半導体チップ10b側から入射した光のうち、青色の光Lbは、第1半導体チップ10bに形成された受光センサ部4bにより吸収され光電変換される。このため、第1半導体チップ10bの受光センサ部4bでは、青色の波長の光Lbに応じた信号電荷が生成、蓄積される。そして、受光センサ部4bにおいて吸収されなかった光、すなわち、青色の光Lb以外の光は、第1半導体チップ10bを透過して、第2半導体チップ10gの受光センサ部4gに入射する。   First, as shown in FIG. 2B, light enters from the first semiconductor chip 10 b side of the pixel unit 3. In the first semiconductor chip 10b, the photodiode constituting the light receiving sensor unit 4b is formed at a depth of the substrate 12b where the blue light Lb is absorbed. For this reason, among the light incident from the first semiconductor chip 10b side, the blue light Lb is absorbed and photoelectrically converted by the light receiving sensor unit 4b formed in the first semiconductor chip 10b. For this reason, in the light receiving sensor unit 4b of the first semiconductor chip 10b, signal charges corresponding to the light Lb having a blue wavelength are generated and accumulated. And the light which was not absorbed in the light receiving sensor part 4b, ie, lights other than the blue light Lb, permeate | transmits the 1st semiconductor chip 10b, and injects into the light receiving sensor part 4g of the 2nd semiconductor chip 10g.

第2半導体チップ10gでは、受光センサ部4gを構成するフォトダイオードは、緑色の波長の光Lgが吸収される基板12g深さに形成されている。また、第2半導体チップ10gの受光センサ部4gに入射する光は、第1半導体チップ10bの受光センサ部4bを透過しているため、青色の波長の光Lbは既に分離されている。このため、第2半導体チップ10gの受光センサ部4gでは、緑色の波長の光Lgに応じた信号電荷が生成、蓄積される。そして、受光センサ部4gにおいて吸収されなかった光は、第2半導体チップ10gを透過して、第3半導体チップ10rの受光センサ部4rに入射する。   In the second semiconductor chip 10g, the photodiode constituting the light receiving sensor unit 4g is formed at a depth of the substrate 12g where the green wavelength light Lg is absorbed. Further, since the light incident on the light receiving sensor portion 4g of the second semiconductor chip 10g is transmitted through the light receiving sensor portion 4b of the first semiconductor chip 10b, the blue wavelength light Lb is already separated. For this reason, in the light receiving sensor portion 4g of the second semiconductor chip 10g, signal charges corresponding to the green wavelength light Lg are generated and accumulated. And the light which was not absorbed in the light receiving sensor part 4g permeate | transmits the 2nd semiconductor chip 10g, and injects into the light receiving sensor part 4r of the 3rd semiconductor chip 10r.

第3半導体チップ10rでは、受光センサ部4rを構成するフォトダイオードは、赤色の波長の光Lrが吸収される基板12r深さに形成されている。また、第3半導体チップ10rの受光センサ部4rに入射する光は、第1半導体チップ10bの受光センサ部4b、及び第2半導体チップ10gの受光センサ部4gを透過しているため、青色の波長の光Lbと緑色の波長の光Lgは既に分離されている。このため、第3半導体チップ10rの受光センサ部4gでは、赤色の波長の光Lrに応じた信号電荷が生成、蓄積される。   In the third semiconductor chip 10r, the photodiode constituting the light receiving sensor unit 4r is formed at a depth of the substrate 12r where the light Lr having a red wavelength is absorbed. Further, the light incident on the light receiving sensor unit 4r of the third semiconductor chip 10r is transmitted through the light receiving sensor unit 4b of the first semiconductor chip 10b and the light receiving sensor unit 4g of the second semiconductor chip 10g. Light Lb and green wavelength light Lg are already separated. For this reason, in the light receiving sensor unit 4g of the third semiconductor chip 10r, signal charges corresponding to the red wavelength light Lr are generated and accumulated.

ここで、接続パッド9は、導電性の材料から構成されており、動作中に一定電圧が印加されている。これにより、第1半導体チップ10b、第2半導体チップ10g、第3半導体チップ10rは、一定電圧に、安定に保持される。すなわち、各半導体チップ10の受光センサ部4において溢れた信号電荷が基板12のn型半導体領域側にオーバーフローされた場合も、各半導体チップ10は、一定電圧に保持できる。   Here, the connection pad 9 is made of a conductive material, and a constant voltage is applied during operation. As a result, the first semiconductor chip 10b, the second semiconductor chip 10g, and the third semiconductor chip 10r are stably held at a constant voltage. In other words, each semiconductor chip 10 can be held at a constant voltage even when the signal charge overflowing in the light receiving sensor portion 4 of each semiconductor chip 10 overflows to the n-type semiconductor region side of the substrate 12.

そして、第1半導体チップ10b、第2半導体チップ10g、第3半導体チップ10rでは、受光センサ部4b,4g,4rに蓄積されたRGBに対応する信号電荷は、垂直転送レジスタ5b,5g,5rにより、垂直方向に転送される。
このとき、各垂直転送レジスタ5では、図3に示す転送電極16に所定の電圧を印加することにより、受光センサ部4に蓄積された信号電荷が読み出し部18を介して垂直転送チャネル17に読み出される。そして、受光センサ部4の行方向に複数本形成された転送電極16に、例えば4相の駆動パルスを印加することにより、垂直方向に信号電荷が転送される。
In the first semiconductor chip 10b, the second semiconductor chip 10g, and the third semiconductor chip 10r, the signal charges corresponding to RGB accumulated in the light receiving sensor units 4b, 4g, and 4r are transmitted by the vertical transfer registers 5b, 5g, and 5r. , Transferred in the vertical direction.
At this time, in each vertical transfer register 5, by applying a predetermined voltage to the transfer electrode 16 shown in FIG. 3, the signal charge accumulated in the light receiving sensor unit 4 is read out to the vertical transfer channel 17 through the reading unit 18. It is. Then, signal charges are transferred in the vertical direction by applying, for example, a four-phase drive pulse to the transfer electrodes 16 formed in the row direction of the light receiving sensor unit 4.

そして、本実施形態例の固体撮像装置では、半導体チップ10毎に垂直転送レジスタ5により転送された信号電荷は、図1に示すように、水平転送レジスタ6により水平方向に転送され、出力回路8を介して画素信号として出力される。   In the solid-state imaging device according to this embodiment, the signal charges transferred by the vertical transfer register 5 for each semiconductor chip 10 are transferred in the horizontal direction by the horizontal transfer register 6 as shown in FIG. Is output as a pixel signal.

本実施形態例の固体撮像装置によれば、第1半導体チップ10b、第2半導体チップ10g、第3半導体チップ10rを、光入射側から波長の短い光を吸収する順に積層することにより、1画素で、RGBの3色の光に応じた信号電荷を得ることができる。すなわち、RGBに対応した3層の半導体チップ10を縦に積層することにより、1画素あたりの光の利用効率が、従来のカラーフィルタを用いて分光を行う画素よりも3倍高くなる。このため、感度の向上が図られる。   According to the solid-state imaging device of the present embodiment, the first semiconductor chip 10b, the second semiconductor chip 10g, and the third semiconductor chip 10r are stacked in the order in which light having a short wavelength is absorbed from the light incident side. Thus, signal charges corresponding to the three colors of RGB light can be obtained. That is, by vertically stacking three layers of semiconductor chips 10 corresponding to RGB, the light use efficiency per pixel is three times higher than that of a pixel that performs spectroscopy using a conventional color filter. For this reason, the sensitivity is improved.

また、本実施形態例の固体撮像装置によれば、1画素で、RGBの全ての光に応じた信号電荷をそれぞれに得ることができるので、他の色を補完する必要が無く、原理的に偽色を発生しない。   In addition, according to the solid-state imaging device of the present embodiment example, it is possible to obtain signal charges corresponding to all RGB light with one pixel, so that it is not necessary to complement other colors, and in principle Does not generate false colors.

また、従来の有機光電変換膜を用いた固体撮像装置では、有機光電変換膜が光により劣化してしまうという問題があったが、本実施形態例の固体撮像装置によれば、各半導体チップ10は、シリコンからなる基板12によって構成されるので、耐光性の向上が図られる。   Further, in the conventional solid-state imaging device using the organic photoelectric conversion film, there is a problem that the organic photoelectric conversion film is deteriorated by light. However, according to the solid-state imaging device of this embodiment, each semiconductor chip 10 Since it is constituted by the substrate 12 made of silicon, the light resistance can be improved.

また、従来の光電変換膜を用いた固体撮像装置では、光電変換膜中に信号電荷が蓄積されるため、読み出し時に信号電荷が膜中に残留し、原理的に残像が発生する。本実施形態例の固体撮像装置によれば、各半導体チップ10において生成、蓄積された信号電荷は、基板12内の電位の変動によって転送を行う通常の垂直転送レジスタ5によって転送することができる。これにより、信号電荷の読み出し時における残留電荷の発生を抑え、残像を抑制することができる。   In addition, in a conventional solid-state imaging device using a photoelectric conversion film, signal charges are accumulated in the photoelectric conversion film, so that signal charges remain in the film during reading, and an afterimage is generated in principle. According to the solid-state imaging device of the present embodiment example, the signal charges generated and accumulated in each semiconductor chip 10 can be transferred by the normal vertical transfer register 5 that transfers according to the fluctuation of the potential in the substrate 12. As a result, it is possible to suppress the generation of residual charges at the time of reading signal charges and to suppress the afterimage.

また、図に示した従来の固体撮像装置のように、1枚の基板内に、3層のフォトダイオードを形成し、1枚の基板内で色分離を行う構成では、飽和電荷量が制限され、また、信号電荷の取り出しも難しいという問題があった。本実施形態例の固体撮像装置によれば、各半導体チップ10を構成する1枚の基板12内に形成されるフォトダイオードは、1色の波長の光のみを光電変換するので、各半導体チップ10において、飽和電荷量を向上させることができる。   In addition, in the configuration in which three layers of photodiodes are formed in one substrate and color separation is performed in one substrate as in the conventional solid-state imaging device shown in the figure, the saturation charge amount is limited. Also, there is a problem that it is difficult to take out signal charges. According to the solid-state imaging device of the present embodiment example, the photodiode formed in one substrate 12 constituting each semiconductor chip 10 photoelectrically converts only light of one color wavelength. In this case, the saturation charge amount can be improved.

本実施形態例の固体撮像装置では、受光センサ部で蓄積された信号電荷は、受光センサ部が形成されている基板と同一の基板内に形成された出力部である垂直転送レジスタで読み出し、転送することができる。このため、信号電荷を読み出し、転送するための複雑な配線を別途設ける必要がなく、製造上の歩留まりを向上させることができる。   In the solid-state imaging device according to this embodiment, the signal charge accumulated in the light receiving sensor unit is read and transferred by a vertical transfer register that is an output unit formed in the same substrate as the substrate on which the light receiving sensor unit is formed. can do. For this reason, it is not necessary to separately provide complicated wiring for reading and transferring the signal charge, and the manufacturing yield can be improved.

ところで、本実施形態例の固体撮像装置では、それぞれ独立に形成された複数の半導体チップ10を、縦に積層する構成とされているので、隣接する半導体チップ10と半導体チップ10と間に、所望の機能を有する層を更に構成することも可能である。
次の第2〜第5の実施形態では、積層される半導体チップ10と半導体チップ10との間に、所望の機能を有する層を構成する例を説明する。
By the way, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, a plurality of semiconductor chips 10 formed independently of each other are vertically stacked, so that a desired semiconductor chip 10 can be interposed between adjacent semiconductor chips 10. It is also possible to further configure a layer having the above functions.
In the following second to fifth embodiments, an example will be described in which a layer having a desired function is formed between the stacked semiconductor chips 10 and 10.

〈3.第2の実施形態:カラーフィルタが形成される例〉
図6に本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面構成を示す。図6は、図1の固体撮像装置の1画素分の概略断面構成である。図6において、図2Bに対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
<3. Second Embodiment: Example in which Color Filter is Formed>
FIG. 6 shows a schematic cross-sectional configuration of a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic cross-sectional configuration for one pixel of the solid-state imaging device of FIG. 6, parts corresponding to those in FIG. 2B are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施形態例の固体撮像装置では、第1半導体チップ10bを構成する基板12bの、光入射側とは反対側の面(裏面)に、イエローフィルタ19が形成されている。また、第2半導体チップ10gを構成する基板12gの、光入射側とは反対側の面(裏面)に、レッドフィルタ20が形成されている。これらのイエローフィルタ19及びレッドフィルタ20は、各受光センサ部4b,4g直下の基板12b,12gの裏面側に形成される。イエローフィルタ19は、黄色の波長、すなわち、緑色(G)と赤色(R)の波長の光Lg,Lrのみを透過するカラーフィルタである。また、レッドフィルタ20は、赤色(R)の波長の光Lrのみを透過するカラーフィルタである。   In the solid-state imaging device according to this embodiment, the yellow filter 19 is formed on the surface (back surface) opposite to the light incident side of the substrate 12b constituting the first semiconductor chip 10b. A red filter 20 is formed on the surface (back surface) opposite to the light incident side of the substrate 12g constituting the second semiconductor chip 10g. The yellow filter 19 and the red filter 20 are formed on the back side of the substrates 12b and 12g immediately below the light receiving sensor portions 4b and 4g. The yellow filter 19 is a color filter that transmits only light Lg and Lr having a yellow wavelength, that is, green (G) and red (R) wavelengths. The red filter 20 is a color filter that transmits only light Lr having a red (R) wavelength.

このような構成を有する本実施形態例の固体撮像装置においても、第1の実施形態例の固体撮像装置と同様の動作により、信号電荷が生成、蓄積され、転送される。   Also in the solid-state imaging device of this embodiment example having such a configuration, signal charges are generated, accumulated, and transferred by the same operation as the solid-state imaging device of the first embodiment example.

本実施形態例の固体撮像装置では、第1半導体チップ10bと第2半導体チップ10gとの間にイエローフィルタ19が形成され、第2半導体チップ10gと第3半導体チップ10rとの間にレッドフィルタ20が形成されている。このため、第1半導体チップ10bの受光センサ部4bにおいて吸収しきれなかった青色(B)の光Lbは、イエローフィルタ19によって吸収され、緑色(G)と赤色(R)の光Lg,Lrのみが第2半導体チップ10gの受光センサ部4gに入射する。また、第2半導体チップ10gの受光センサ部4gにおいて吸収しきれなかった緑色(G)の光Lgは、レッドフィルタ20により吸収され、赤色(R)の光Lrのみが第3半導体チップ10rの受光センサ部4rに入射する。これにより、色分離が完全になされるので、混色の発生を有効的に抑制することができる。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, a yellow filter 19 is formed between the first semiconductor chip 10b and the second semiconductor chip 10g, and a red filter 20 is interposed between the second semiconductor chip 10g and the third semiconductor chip 10r. Is formed. For this reason, the blue (B) light Lb that could not be absorbed by the light receiving sensor unit 4b of the first semiconductor chip 10b is absorbed by the yellow filter 19, and only the green (G) and red (R) light Lg, Lr. Enters the light receiving sensor portion 4g of the second semiconductor chip 10g. The green (G) light Lg that could not be absorbed by the light receiving sensor unit 4g of the second semiconductor chip 10g is absorbed by the red filter 20, and only the red (R) light Lr is received by the third semiconductor chip 10r. The light enters the sensor unit 4r. Thereby, since color separation is made completely, the occurrence of color mixing can be effectively suppressed.

〈4.第3の実施形態:カラーフィルタと支持層が形成される例〉
図7に本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面構成を示す。図7は、図1の固体固体撮像装置の1画素分の概略断面構成である。図7において、図2B,図6に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
<4. Third Embodiment: Example in which Color Filter and Support Layer are Formed>
FIG. 7 shows a schematic cross-sectional configuration of a solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic cross-sectional configuration for one pixel of the solid-state solid-state imaging device of FIG. In FIG. 7, parts corresponding to those in FIG. 2B and FIG.

本実施形態例の固体撮像装置では、第1半導体チップ10bを構成する基板12b裏面の、イエローフィルタ19が形成された面を含む全面に支持層21が形成されている。また、第2半導体チップ10gを構成する基板12g裏面の、レッドフィルタ20が形成された面を含む全面に支持層22が形成されている。支持層21,22は、第1半導体チップ10b及び第2半導体チップ10gの基板強度を向上させるために形成されるものであり、光を吸収せず、導電性であり、なおかつ一定の強度を有する層である必要がある。支持層21,22の材料には、例えば、ITO等の透明導電性材料を用いることができる。そして、この支持層21,22は、それぞれの基板面に、周知の手法により接着保持することで形成することができる。   In the solid-state imaging device according to this embodiment, the support layer 21 is formed on the entire surface including the surface on which the yellow filter 19 is formed on the back surface of the substrate 12b constituting the first semiconductor chip 10b. Further, the support layer 22 is formed on the entire surface including the surface on which the red filter 20 is formed on the back surface of the substrate 12g constituting the second semiconductor chip 10g. The support layers 21 and 22 are formed to improve the substrate strength of the first semiconductor chip 10b and the second semiconductor chip 10g, do not absorb light, are conductive, and have a certain strength. Must be a layer. As the material of the support layers 21 and 22, for example, a transparent conductive material such as ITO can be used. The support layers 21 and 22 can be formed by adhering and holding on the respective substrate surfaces by a known method.

青色(B)の光Lbを吸収する基板12bや、緑色(G)の光Lgを吸収する基板12gの厚みは、前述したように、非常に薄くする必要があり、加工の難しさが懸念される。本実施形態例では、第1半導体チップ10bを構成する基板12b及び、第2半導体チップ10gを構成する基板12gを支持層21,22で支持することにより、第1半導体チップ10b、第2半導体チップ10gの強度の向上が図られる。   As described above, the thickness of the substrate 12b that absorbs the blue (B) light Lb and the substrate 12g that absorbs the green (G) light Lg needs to be very thin, and there is a concern about difficulty in processing. The In this embodiment, the first semiconductor chip 10b and the second semiconductor chip are supported by supporting the substrate 12b constituting the first semiconductor chip 10b and the substrate 12g constituting the second semiconductor chip 10g with the support layers 21 and 22. The strength can be improved by 10 g.

このように、本実施形態例では、RGBに対応する受光センサ部4b,4g,4rが、それぞれ独立の基板12b,12g,12rに形成されて、それぞれの基板12b,12g,12rが積層される構造を有する。このため、各半導体チップ10構成する基板の基板強度が低い場合には、その半導体チップ10の基板面全面に支持層を形成することが可能である。   As described above, in this embodiment, the light receiving sensor portions 4b, 4g, and 4r corresponding to RGB are formed on the independent substrates 12b, 12g, and 12r, and the substrates 12b, 12g, and 12r are stacked. It has a structure. For this reason, when the substrate strength of the substrate constituting each semiconductor chip 10 is low, it is possible to form a support layer over the entire substrate surface of the semiconductor chip 10.

〈5.第4の実施形態:支持層がカラーフィルタを兼ねる例〉
図8に本発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面構成を示す。図8は、図1の固体撮像装置の1画素分の概略断面構成である。図8において、図2Bに対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
<5. Fourth Embodiment: Example in which Support Layer also Functions as Color Filter>
FIG. 8 shows a schematic cross-sectional configuration of a solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 8 is a schematic cross-sectional configuration for one pixel of the solid-state imaging device of FIG. 8, parts corresponding to those in FIG. 2B are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施形態例の固体撮像装置では、第1半導体チップ10bを構成する基板12b裏面に、イエローフィルタを兼ねる支持層23が形成されている。また、第2半導体チップ10gを構成する基板12g裏面に、レッドフィルタを兼ねる支持層24が形成されている。
このイエローフィルタを兼ねる支持層23は、例えば、ITO等の透明導電性材料を黄色の顔料により染色することにより形成することができる。また、レッドフィルタを兼ねる支持層24も、同じように、ITO等の透明導電性材料を赤色の顔料により染色することにより形成することができる。
In the solid-state imaging device of this embodiment, a support layer 23 that also serves as a yellow filter is formed on the back surface of the substrate 12b that constitutes the first semiconductor chip 10b. Further, a support layer 24 also serving as a red filter is formed on the back surface of the substrate 12g constituting the second semiconductor chip 10g.
The support layer 23 also serving as the yellow filter can be formed, for example, by dyeing a transparent conductive material such as ITO with a yellow pigment. Similarly, the support layer 24 also serving as a red filter can be formed by dyeing a transparent conductive material such as ITO with a red pigment.

本実施形態例の固体撮像装置では、第3の実施形態と同様の効果が得られる他、支持層23,24はカラーフィルタを兼ねた構成であるので、第3の実施形態に比較し、製造時の工程数の削減が可能となる。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, the same effects as those of the third embodiment can be obtained, and the support layers 23 and 24 are also configured to serve as a color filter. Therefore, the solid-state imaging device is manufactured in comparison with the third embodiment. The number of processes at the time can be reduced.

〈6.第5の実施形態:半導体チップにおいて、受光部と電荷転送部とで基板の厚みが異なる例〉
図9に本発明の第5の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面構成を示す。図9は、図1の固体撮像装置の1画素分の概略断面構成である。図9において、図2Bに対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
<6. Fifth Embodiment: Example in which the thickness of the substrate is different between the light receiving unit and the charge transfer unit in the semiconductor chip>
FIG. 9 shows a schematic cross-sectional configuration of a solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic cross-sectional configuration for one pixel of the solid-state imaging device of FIG. In FIG. 9, parts corresponding to those in FIG.

本実施形態例の固体撮像装置では、各半導体チップ10を構成する基板において、受光センサ部4が形成される部分と、それ以外の部分では基板の厚みが異なるように形成されている。   In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the substrate constituting each semiconductor chip 10 is formed such that the thickness of the substrate is different between the portion where the light receiving sensor unit 4 is formed and the other portions.

第1半導体チップ10bを構成する基板25bでは、受光センサ部4bが形成される部分の厚みは、0.6μm程度とされ、それ以外の部分では、0.6μmよりも厚く形成されている。
第2半導体チップ10gを構成する基板25gでは、受光センサ部4gが形成される部分の厚みは、1.7μm程度とされ、それ以外の部分では、1.7μmよりも厚く形成されている。
第3半導体チップ10rを構成する基板25rでは、受光センサ部4rのpn接合は、基板25r表面から3.7μmの深さに形成され、ている。また、基板25rでは、受光センサ部4rが形成される部分より、それ以外の部分の厚みが厚く形成されている。
なお、これらの受光センサ部4b,4g,4rが形成される部分の基板25b,25g,25rの厚みは、第1の実施形態と同様の理由で決定されるものである。
In the substrate 25b constituting the first semiconductor chip 10b, the thickness of the portion where the light receiving sensor portion 4b is formed is about 0.6 μm, and the thickness of the other portion is larger than 0.6 μm.
In the substrate 25g constituting the second semiconductor chip 10g, the thickness of the portion where the light receiving sensor portion 4g is formed is about 1.7 μm, and the thickness of the other portion is thicker than 1.7 μm.
In the substrate 25r constituting the third semiconductor chip 10r, the pn junction of the light receiving sensor portion 4r is formed to a depth of 3.7 μm from the surface of the substrate 25r. Further, in the substrate 25r, the thickness of the other portion is thicker than the portion where the light receiving sensor portion 4r is formed.
The thicknesses of the substrates 25b, 25g, and 25r where the light receiving sensor portions 4b, 4g, and 4r are formed are determined for the same reason as in the first embodiment.

このように、本実施形態例の固体撮像装置では、受光センサ部4b,4g,4rが形成される部分の厚みのみが、所定の波長の光を吸収できる厚みにできればよい。このため、受光センサ部4b,4g,4rが形成される部分と、それ以外の例えば垂直転送レジスタ5b,5g,5rが形成される部分の基板25b,25g,25rの厚みを同一にする必要はない。本実施形態例では、受光センサ部4b,4g,4rが形成される部分以外の基板25b,25g,25rは、受光センサ部4b,4g,4rよりも厚く形成されるため、各半導体チップ10で基板強度を向上さることができる。   As described above, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, only the thickness of the portion where the light receiving sensor portions 4b, 4g, and 4r are formed may be a thickness that can absorb light of a predetermined wavelength. For this reason, it is necessary to make the thicknesses of the substrates 25b, 25g, and 25r where the light receiving sensor portions 4b, 4g, and 4r are formed, and other portions where the vertical transfer registers 5b, 5g, and 5r are formed, for example, the same. Absent. In the present embodiment, the substrates 25b, 25g, and 25r other than the portions where the light receiving sensor portions 4b, 4g, and 4r are formed are formed thicker than the light receiving sensor portions 4b, 4g, and 4r. The substrate strength can be improved.

このように、受光センサ部4b,4g,4rが形成される部分を薄く形成する必要がある場合でも、受光センサ部4b,4g,4rが形成される領域以外の基板25b,25g,25rを厚く形成することにより、基板強度を向上させることができる。   Thus, even when it is necessary to thinly form the portions where the light receiving sensor portions 4b, 4g, 4r are formed, the substrates 25b, 25g, 25r other than the region where the light receiving sensor portions 4b, 4g, 4r are formed are thickened. By forming, the substrate strength can be improved.

〈7.第6の実施形態:隣接する半導体チップを直接貼り合わせる例〉
図10に本発明の第6の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面構成を示す。図10は、図1の固体撮像装置の1画素分の概略断面構成である。図10において、図8に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
<7. Sixth Embodiment: Example of Direct Bonding of Adjacent Semiconductor Chips>
FIG. 10 shows a schematic cross-sectional configuration of a solid-state imaging device according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 10 is a schematic cross-sectional configuration for one pixel of the solid-state imaging device of FIG. 10, parts corresponding to those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施形態例の固体撮像装置では、第1〜第3半導体チップ10b、10g、10rを構成する各基板12b、12g、12rの上面に、パッシベーション膜27b、27g、27rがそれぞれ形成されている。このパッシベーション膜27b、27g、27rは、垂直転送レジスタ5b、5g、5rを含む基板全面を保護するために形成されるもので、例えば、窒化シリコン膜、酸化チタン、又は酸化シリコン等により形成されている。そして、これらのパッシベーション膜27b、27g、27r上面は、平坦化されており、隣接する第1〜第3半導体チップ10b、10g、10rは、それぞれ直接張り合わされている。この例では、第1半導体チップ10bに形成された支持層23下面と、第2半導体チップ10gに形成されたパッシベーション膜27g上面が張り合わされている。また、第2半導体チップ10gに形成された支持層24下面と、第3半導体チップ10rに形成されたパッシベーション膜27r上面が張り合わされている。   In the solid-state imaging device according to this embodiment, passivation films 27b, 27g, and 27r are formed on the upper surfaces of the substrates 12b, 12g, and 12r constituting the first to third semiconductor chips 10b, 10g, and 10r, respectively. The passivation films 27b, 27g, and 27r are formed to protect the entire surface of the substrate including the vertical transfer registers 5b, 5g, and 5r. For example, the passivation films 27b, 27g, and 27r are formed of a silicon nitride film, titanium oxide, silicon oxide, or the like. Yes. The upper surfaces of the passivation films 27b, 27g, and 27r are flattened, and the adjacent first to third semiconductor chips 10b, 10g, and 10r are directly bonded to each other. In this example, the lower surface of the support layer 23 formed on the first semiconductor chip 10b and the upper surface of the passivation film 27g formed on the second semiconductor chip 10g are bonded together. Further, the lower surface of the support layer 24 formed on the second semiconductor chip 10g and the upper surface of the passivation film 27r formed on the third semiconductor chip 10r are bonded together.

このように、本実施形態例の固体撮像装置では、基板上面に形成されるパッシベーション膜を平坦化し、隣接する第1〜第3半導体チップ10b、10g、10rを直接貼り合わせる構成とすることにより、固体撮像装置全体の強度を向上させることができる。   As described above, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the passivation film formed on the upper surface of the substrate is flattened, and the first to third semiconductor chips 10b, 10g, and 10r adjacent to each other are directly bonded. The strength of the entire solid-state imaging device can be improved.

上述した第1〜第6の実施形態は、CCD型の固体撮像装置を用いて説明したが、本発明は、CCD型の固体撮像装置に限られるものではなく、CMOS型の固体撮像装置に適用することができる。その場合、CMOS型の固体撮像装置の画素部も、複数の半導体チップを積層する構成とすることができる。   The first to sixth embodiments described above have been described using a CCD solid-state imaging device. However, the present invention is not limited to a CCD solid-state imaging device, and is applied to a CMOS solid-state imaging device. can do. In that case, the pixel portion of the CMOS solid-state imaging device can also be configured to stack a plurality of semiconductor chips.

〈8.第7の実施形態:CMOS型の固体撮像装置に適用する例〉
図11に、CMOS型の固体撮像装置の画素部の1画素分を構成する半導体チップの概略断面構成を示す。
<8. Seventh Embodiment: Example Applied to CMOS Type Solid-State Imaging Device>
FIG. 11 shows a schematic cross-sectional configuration of a semiconductor chip constituting one pixel of a pixel portion of a CMOS type solid-state imaging device.

図11に示すように、本実施形態例の半導体チップ30は、p型のシリコン基板からなる基板31の表面側に、フォトダイオードからなる受光センサ部32と、複数のMOSトランジスタを有する。複数のMOSトランジスタは、それぞれ、電荷読み出しトランジスタTr1、リセットトランジスタTr2、アンプトランジスタTr3である。半導体チップでは、この画素が、複数個、2次元マトリクス状に配列されている。   As shown in FIG. 11, the semiconductor chip 30 of the present embodiment has a light receiving sensor portion 32 made of a photodiode and a plurality of MOS transistors on the surface side of a substrate 31 made of a p-type silicon substrate. The plurality of MOS transistors are a charge readout transistor Tr1, a reset transistor Tr2, and an amplifier transistor Tr3, respectively. In a semiconductor chip, a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix.

受光センサ部32を構成するフォトダイオードは、基板31の表面から所要の深さ方向に順に形成したp型の高濃度不純物領域からなる正孔蓄積領域34と、n型の不純物領域からなる電荷蓄積領域33とから構成されている。本実施形態例において、受光センサ部32となるフォトダイオードは、主に、電荷蓄積領域33と基板31のp型不純物領域との界面に形成されるpn接合jにより構成される。受光センサ部32に入射してきた光は、フォトダイオードにおいて光電変換し、これにより信号電荷が生成される。そして生成された信号電荷は、n型の不純物領域からなる電荷蓄積領域33に蓄積される。   The photodiode that constitutes the light receiving sensor unit 32 includes a hole accumulation region 34 composed of a p-type high-concentration impurity region formed in order from the surface of the substrate 31 in a required depth direction, and a charge accumulation composed of an n-type impurity region. An area 33 is included. In the present embodiment, the photodiode serving as the light receiving sensor unit 32 is mainly configured by a pn junction j formed at the interface between the charge storage region 33 and the p-type impurity region of the substrate 31. The light incident on the light receiving sensor unit 32 is photoelectrically converted by the photodiode, thereby generating a signal charge. Then, the generated signal charge is accumulated in the charge accumulation region 33 composed of an n-type impurity region.

電荷読み出しトランジスタTr1は、ゲート電極38と、ソース・ドレイン領域35とから構成されている。ゲート電極38は、フォトダイオードが形成された領域に隣接する基板31上に図示しない絶縁膜を介して形成されている。また、ソース・ドレイン領域35は、ゲート電極38に隣接する基板31の表面側に、n型の高濃度不純物領域により形成されている。このソース・ドレイン領域35は、フローティングディフュージョン領域を構成するものである。   The charge readout transistor Tr1 includes a gate electrode 38 and source / drain regions 35. The gate electrode 38 is formed on the substrate 31 adjacent to the region where the photodiode is formed via an insulating film (not shown). The source / drain region 35 is formed of an n-type high concentration impurity region on the surface side of the substrate 31 adjacent to the gate electrode 38. This source / drain region 35 constitutes a floating diffusion region.

リセットトランジスタTr2は、ソース・ドレイン領域35,36と、ゲート電極39とから構成されている。ゲート電極39は、ソース・ドレイン領域35に隣接する領域の、基板31上に図示しない絶縁膜を介して形成されている。ソース・ドレイン領域36は、ゲート電極39に隣接する基板31の表面側にn型の高濃度不純物領域により形成されている。   The reset transistor Tr <b> 2 includes source / drain regions 35 and 36 and a gate electrode 39. The gate electrode 39 is formed on the substrate 31 in a region adjacent to the source / drain region 35 via an insulating film (not shown). The source / drain region 36 is formed of an n-type high concentration impurity region on the surface side of the substrate 31 adjacent to the gate electrode 39.

アンプトランジスタTr3は、ソース・ドレイン領域36,37と、ゲート電極40とから構成されている。ゲート電極40は、ソース・ドレイン領域36が形成された領域に隣接する基板31上に図示しない絶縁膜を介して形成されている。ソース・ドレイン領域37は、ゲート電極40に隣接する基板31の表面側に、n型の高濃度不純物領域により形成されている。   The amplifier transistor Tr3 includes source / drain regions 36 and 37 and a gate electrode 40. The gate electrode 40 is formed on an insulating film (not shown) on the substrate 31 adjacent to the region where the source / drain region 36 is formed. The source / drain region 37 is formed of an n-type high concentration impurity region on the surface side of the substrate 31 adjacent to the gate electrode 40.

そして、ソース・ドレイン領域には、出力部となる列信号線Hsが接続されている。また、ソース・ドレイン領域36は、電源配線Vddに接続されている。
また、アンプトランジスタTr3を構成するゲート電極40と、フローティングディフュージョン領域となるソース・ドレイン領域35は、配線41により接続されている。
A column signal line Hs serving as an output unit is connected to the source / drain region. The source / drain region 36 is connected to the power supply wiring Vdd.
The gate electrode 40 constituting the amplifier transistor Tr3 and the source / drain region 35 serving as a floating diffusion region are connected by a wiring 41.

本実施形態例では、図11に示す半導体チップ30を複数段に積層することにより、本発明の固体撮像装置を構成することができる。例えば、それぞれの半導体チップ30の受光センサ部32の構成を、第1〜第6の実施形態と同様にし、3層に積層することにより、それぞれの半導体チップ30においてRGBの光に応じた信号電荷を生成、蓄積することができる。すなわち、基板31の厚みを変えた3つの半導体チップ30を、図2Bに示すように3層に積層すればよい。また、このとき、図2Bに形成されている、出力部となる垂直転送レジスタ5b,5g,5rを、半導体チップ30のアンプトランジスタTr3を構成するソース・ドレイン領域37に接続される列信号線Hsに置き換えることにより、本実施形態例の固体撮像装置と見ることができる。   In this embodiment, the solid-state imaging device of the present invention can be configured by stacking the semiconductor chips 30 shown in FIG. 11 in a plurality of stages. For example, the configuration of the light receiving sensor unit 32 of each semiconductor chip 30 is the same as in the first to sixth embodiments, and the signal charges corresponding to the RGB light in each semiconductor chip 30 are stacked by three layers. Can be generated and stored. That is, three semiconductor chips 30 with different thicknesses of the substrate 31 may be stacked in three layers as shown in FIG. 2B. At this time, the column signal line Hs connected to the source / drain region 37 constituting the amplifier transistor Tr3 of the semiconductor chip 30 is connected to the vertical transfer registers 5b, 5g, and 5r, which are formed in FIG. By replacing with, it can be seen as the solid-state imaging device of the present embodiment example.

このように、本発明は、基板内にフォトダイオードからなる受光センサ部を有する固体撮像装置であれば適用が可能である。   As described above, the present invention can be applied to any solid-state imaging device having a light receiving sensor portion made of a photodiode in a substrate.

〈9.第8の実施形態〉
[電子機器の構成例]
以下に、上述した本発明の第1〜第7の実施形態に係る固体撮像装置を電子機器に用いた場合の実施形態を示す。以下の説明では、一例として、カメラに、図1に示した固体撮像装置1を用いる例を説明する。
<9. Eighth Embodiment>
[Configuration example of electronic equipment]
Hereinafter, embodiments in which the above-described solid-state imaging devices according to the first to seventh embodiments of the present invention are used in an electronic apparatus will be described. In the following description, an example in which the solid-state imaging device 1 shown in FIG. 1 is used as a camera will be described as an example.

図12に、本発明の一実施形態に係るカメラの概略断面構成を示す。本実施形態例に係るカメラは、静止画像又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。   FIG. 12 shows a schematic cross-sectional configuration of a camera according to an embodiment of the present invention. The camera according to the present embodiment is an example of a video camera capable of capturing still images or moving images.

本実施形態例のカメラは、固体撮像装置1と、光学レンズ210と、シャッタ装置211と、駆動回路212と、信号処理回路213とを有する。   The camera according to this embodiment includes a solid-state imaging device 1, an optical lens 210, a shutter device 211, a drive circuit 212, and a signal processing circuit 213.

光学レンズ210は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置1の撮像面上面に結像させる。これにより、固体撮像装置1内に、一定期間信号電荷が蓄積される。
シャッタ装置211は、固体撮像装置1への光照射期間及び遮光期間を制御する。
駆動回路212は、固体撮像装置1の転送動作及びシャッタ装置211のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路212から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置1の信号転送を行う。信号処理回路213は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
The optical lens 210 forms image light (incident light) from the subject on the upper surface of the imaging surface of the solid-state imaging device 1. Thereby, signal charges are accumulated in the solid-state imaging device 1 for a certain period.
The shutter device 211 controls a light irradiation period and a light shielding period for the solid-state imaging device 1.
The drive circuit 212 supplies a drive signal that controls the transfer operation of the solid-state imaging device 1 and the shutter operation of the shutter device 211. Signal transfer of the solid-state imaging device 1 is performed by a drive signal (timing signal) supplied from the drive circuit 212. The signal processing circuit 213 performs various signal processing. The video signal subjected to the signal processing is stored in a storage medium such as a memory or output to a monitor.

本実施形態例によれば、残像、偽色が低減され、感度が向上したカメラが得られる。   According to this embodiment, a camera with reduced afterimages and false colors and improved sensitivity can be obtained.

本発明の第1〜第6の実施形態における固体撮像装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the solid-state imaging device in the 1st-6th embodiment of this invention. A,B 本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の1画素分の斜視図及び概略断面構成図である。2A and 2B are a perspective view and a schematic cross-sectional configuration diagram for one pixel of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. 第1の実施形態に係る固体撮像装置を構成する半導体チップの断面構成図である。It is a section lineblock diagram of a semiconductor chip which constitutes a solid imaging device concerning a 1st embodiment. シリコンに吸収される光の吸収長の波長依存性を示した図である。It is the figure which showed the wavelength dependence of the absorption length of the light absorbed by silicon | silicone. 第1の実施形態に係る固体撮像装置の画素部の斜視図である。It is a perspective view of the pixel part of the solid-state imaging device concerning a 1st embodiment. 本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the solid-state imaging device concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the solid-state imaging device concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the solid-state imaging device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the solid-state imaging device concerning the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the solid-state imaging device concerning the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に係る固体撮像装置を構成する半導体チップの概略断面構成図である。It is a schematic cross-section block diagram of the semiconductor chip which comprises the solid-state imaging device concerning the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electronic device which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 従来例の固体撮像装置の概略断面構成である。It is a general | schematic cross-section structure of the solid-state imaging device of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1・・固体撮像装置、3・・画素部、4,4b,4g,4r・・受光センサ部、5,5b,5g,5r・・垂直転送レジスタ,6・・水平転送レジスタ、7・・画素、8・・出力回路、9・・接続パッド、10・・半導体チップ、10b・・第1半導体チップ、10g・・第2半導体チップ、10r・・第3半導体チップ、11・・絶縁膜、12,12b,12g,12r・・基板、13・・p型半導体ウェル領域、14・・電荷蓄積領域、15・・正孔蓄積領域、16・・転送電極、17・・垂直転送チャネル、18・・読み出し部、19・・イエローフィルタ、20・・レッドフィルタ、21,22,23,24・・支持層
25b,25g,25r・・基板、27b,27g,27r・・パッシベーション膜、30・・半導体チップ、31・・基板、32・・受光センサ部、33・・電荷蓄積領域、34・・正孔蓄積領域、35,36,37・・ソース・ドレイン領域、38,39,40・・ゲート電極、41・・配線、100・・Si基板、102・・n型半導体層、104・・p型半導体層、106・・n型半導体層、210・・光学レンズ、211・・シャッタ装置、212・・駆動回路、213・・信号処理回路、Hs・・列信号線、Lb,Lg,Lr・・光、Tr1・・電荷読み出しトランジスタ、Tr2・・リセットトランジスタ、Tr3・・アンプトランジスタ、Vdd・・電源配線、j・・pn接合
1..Solid-state imaging device, 3..Pixel unit, 4,4b, 4g, 4r..Light receiving sensor unit, 5,5b, 5g, 5r..Vertical transfer register, 6..Horizontal transfer register, 7..Pixel 8... Output circuit 9... Connection pad 10... Semiconductor chip 10 b... First semiconductor chip 10 g... Second semiconductor chip 10 r. , 12b, 12g, 12r... Substrate, 13.. P-type semiconductor well region, 14... Charge storage region, 15 .. hole storage region, 16 .. transfer electrode, 17. Read-out unit, 19 ... yellow filter, 20 ... red filter, 21, 22, 23, 24 ... support layers 25b, 25g, 25r ... substrate, 27b, 27g, 27r ... passivation film, 30 ... semiconductor chip 3 ..Substrate 32..Light receiving sensor part 33..Charge storage region 34..Hole storage region 35, 36, 37..Source / drain region 38, 39, 40..Gate electrode 41. · Wiring, 100 ·· Si substrate, 102 ·· n-type semiconductor layer, 104 ·· p-type semiconductor layer, 106 ·· n-type semiconductor layer, 210 ·· Optical lens, 211 ·· Shutter device, 212 ·· Drive circuit 213... Signal processing circuit, Hs .. column signal line, Lb, Lg, Lr .. light, Tr1... Charge readout transistor, Tr2 .. reset transistor, Tr3 .. amplifier transistor, Vdd. ..PN junction

Claims (7)

光を受光して信号電荷を生成、蓄積する受光センサ部を基板内に有する半導体チップであって、異なる波長の光に応じて信号電荷を生成、蓄積する複数の半導体チップが、所定の間隔を有して複数段に積層されて構成された画素部を有し、
前記半導体チップは、受光センサ部において蓄積された信号電荷を読み出し、出力する出力部を有し、
前記半導体チップを構成する基板の厚みは、前記画素部を構成する複数段の半導体チップのうち、光が入射される側に配置される半導体チップにおいて最も薄く、光が入射される側とは反対側に配置される半導体チップにおいて最も厚く形成される
固体撮像装置。
A semiconductor chip that has a light receiving sensor part in a substrate that receives light to generate and store signal charges, and a plurality of semiconductor chips that generate and store signal charges according to light of different wavelengths have a predetermined interval. And having a pixel portion configured by being stacked in a plurality of stages ,
The semiconductor chip has an output unit that reads and outputs the signal charges accumulated in the light receiving sensor unit,
The thickness of the substrate constituting the semiconductor chip is the thinnest among the semiconductor chips arranged on the light incident side among the plurality of semiconductor chips constituting the pixel portion, and is opposite to the light incident side. A solid-state imaging device formed to be thickest in a semiconductor chip disposed on the side .
前記画素部を構成する各半導体チップは、光が入射される側から順に、青色の波長の光に応じて信号電荷を生成、蓄積する受光センサ部を有する第1半導体チップ、緑色の波長の光に応じて信号電荷を生成、蓄積する受光センサ部を有する第2半導体チップ、赤色の波長の光に応じて信号電荷を生成、蓄積する受光センサ部を有する第3半導体チップとされる請求項1に記載の固体撮像装置。 Each of the semiconductor chips constituting the pixel unit includes, in order from the light incident side, a first semiconductor chip having a light receiving sensor unit that generates and accumulates signal charges according to light of blue wavelength, and light of green wavelength. generating a signal charge in response to the second semiconductor chip having a light receiving sensor section for storing, according to claim 1 generating a signal charge in response to light in the red wavelength, which is the third semiconductor chip having a light receiving sensor section for storing the solid-state imaging device according to. 前記画素部は、隣接する半導体チップ間に、所定の波長の光のみを透過するカラーフィルタ層を有する請求項1または2に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the pixel unit includes a color filter layer that transmits only light of a predetermined wavelength between adjacent semiconductor chips. 前記画素部は、隣接する半導体チップ間に、前記半導体チップを補強する支持層を有する請求項1〜3の何れかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the pixel unit includes a support layer that reinforces the semiconductor chip between adjacent semiconductor chips. 前記画素部を構成する複数段の半導体チップは、導電部材からなる接続パッドにより互いに接続されている請求項1〜4の何れかに記載の固体撮像装置。 5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the plurality of stages of semiconductor chips constituting the pixel unit are connected to each other by a connection pad made of a conductive member. 前記半導体チップを構成する基板は、前記受光センサ部が形成される部分と、前記出力部が形成される部分とで、その厚みが異なる請求項1〜5の何れかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5 , wherein a thickness of a substrate constituting the semiconductor chip is different between a portion where the light receiving sensor portion is formed and a portion where the output portion is formed. 光学レンズと、
固体撮像装置と
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有し、
前記固体撮像装置は、
光を受光して信号電荷を生成、蓄積する受光センサ部を基板内に有する半導体チップであって、異なる波長の光に応じた信号電荷を生成、蓄積する複数の半導体チップが、所定の間隔を有して複数段に積層されて構成された画素部を有し、
前記半導体チップは、受光センサ部において蓄積された信号電荷を読み出し、出力する出力部を有し、
前記半導体チップを構成する基板の厚みは、前記画素部を構成する複数段の半導体チップのうち、光が入射される側に配置される半導体チップにおいて最も薄く、光が入射される側とは反対側に配置される半導体チップにおいて最も厚く形成される
電子機器。
An optical lens,
A solid-state imaging device ;
A signal processing circuit for processing an output signal of the solid-state imaging device ,
The solid-state imaging device
A semiconductor chip having a light receiving sensor part in a substrate for receiving and generating and storing signal charges by receiving light, and a plurality of semiconductor chips for generating and storing signal charges corresponding to light of different wavelengths have a predetermined interval. have a pixel portion which is formed by laminating a plurality of stages comprises,
The semiconductor chip has an output unit that reads and outputs the signal charges accumulated in the light receiving sensor unit,
The thickness of the substrate constituting the semiconductor chip is the thinnest among the semiconductor chips arranged on the light incident side among the plurality of semiconductor chips constituting the pixel portion, and is opposite to the light incident side. An electronic device formed to be the thickest in the semiconductor chip disposed on the side .
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