固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本公開涉及一種固態(tài)成像裝置、其驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備，其目的是提供能夠?qū)崿F(xiàn)像素的微細(xì)化并提高靈敏度和飽和電荷量的具有全局快門功能的固態(tài)成像裝置。本公開的另一個(gè)目的是提供一種使用所述固態(tài)成像裝置的電子設(shè)備。在具有全局快門功能的固態(tài)成像裝置(1)中，第一電荷累積部(18)和第二電荷累積部(25)在基板(12)的深度方向上疊置，所述信號(hào)電荷從第一電荷累積部(12)到第二電荷累積部(25)的傳輸通過縱型的第一傳輸晶體管(Tr1)進(jìn)行。因此，可以實(shí)現(xiàn)像素的微細(xì)化。
【專利說明】固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及一種固態(tài)成像裝置，特別涉及一種CMOS型的固態(tài)成像裝置和其驅(qū)動(dòng)方法。此外，本公開涉及一種包括該固態(tài)成像裝置的電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]一般的CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)型的固態(tài)成像裝置具有其中二維排列的像素陣列針對(duì)每個(gè)像素行順次掃描以讀出像素信號(hào)的機(jī)構(gòu)。這種行順次掃描在針對(duì)每個(gè)像素行的累積期間中造成時(shí)間位移，從而導(dǎo)致通過拍攝移動(dòng)對(duì)象獲得的圖像失真的被稱為焦面失真的現(xiàn)象。
[0003]在不允許圖像失真的快速移動(dòng)對(duì)象的拍攝中，或者在其中拍攝的圖像的同時(shí)性是必要的應(yīng)用中，全局快門功能或機(jī)械快門功能已經(jīng)被提出用于實(shí)現(xiàn)像素陣列的累積期間的同時(shí)性。
[0004]機(jī)械快門功能能夠進(jìn)行其中通過利用機(jī)械遮光裝置控制曝光時(shí)間而同時(shí)在全部像素中完成曝光的全局曝光。具體地，機(jī)械快門被打開同時(shí)開始全部像素的曝光，并且在一段時(shí)間后，關(guān)斷而結(jié)束曝光。然而，在利用機(jī)械快門進(jìn)行全局曝光的情況下，機(jī)械遮光裝置是必要的，這使得難以減小尺寸。此外，由于在機(jī)械快門的機(jī)械驅(qū)動(dòng)速度方面存在限制，因此像素區(qū)域內(nèi)的曝光時(shí)間的同時(shí)性較差。
[0005]另一方面，全局快門功能能夠進(jìn)行其中通過電氣控制同時(shí)在全部像素中完成曝光的全局曝光。具體地，通過進(jìn)行像素陣列中的光電二極管的整行同時(shí)復(fù)位驅(qū)動(dòng)，同時(shí)開始全部像素陣列面中的信號(hào)電荷的累積。然后，通過整行同時(shí)轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)到諸如浮動(dòng)擴(kuò)散等電荷累積部，信號(hào)電荷在全部像素陣列面中的累積同時(shí)完成。
[0006]順便提及的是，在采用全局快門功能的情況下，信號(hào)電荷按類似于一般的CMOS型的固態(tài)成像裝置的方式通過行順次掃描讀出。因此，直到讀出時(shí)間為止，必須在諸如浮動(dòng)擴(kuò)散等電荷累積部中累積已經(jīng)通過全局快門功能在全部像素中同時(shí)讀出的信號(hào)電荷。這會(huì)導(dǎo)致直到讀出時(shí)間為止在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)中保持的信號(hào)電荷的漏出或者由于由浮動(dòng)擴(kuò)散的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的噪聲(稱為偽信號(hào))造成的劣化的問題。
[0007]為了防止這一點(diǎn)，已經(jīng)提出了其中遮光膜被設(shè)置在諸如浮動(dòng)擴(kuò)散等電荷累積部的上部的結(jié)構(gòu)。然而，遮光膜的設(shè)置會(huì)引起由于光電二極管的開口面積減小而使靈敏度變差并且飽和靈敏度變差的問題。此外，由于諸如浮動(dòng)擴(kuò)散等電荷累積部通常在水平方向上布置在靠近作為光入射部的光電二極管的位置，因此，由于光的衍射現(xiàn)象或散射現(xiàn)象，光可以在其中漏出，在這種情況下，噪聲增大。
[0008]此外，在硅和氧化硅膜之間的界面處，存在大量的晶體缺陷，使得暗電流容易發(fā)生。因此，當(dāng)電荷被保持在浮動(dòng)擴(kuò)散時(shí)，取決于讀出的順序，在施加到信號(hào)電平的暗電流中產(chǎn)生差異。來自這種暗電流的噪聲不能僅僅通過復(fù)位電平的噪聲去除而取消。
[0009]作為針對(duì)該問題的解決方案，已經(jīng)提出了一種固態(tài)成像裝置，其中在像素內(nèi)累積電荷的存儲(chǔ)部與浮動(dòng)擴(kuò)散分開安置(專利文獻(xiàn)I和2)。存儲(chǔ)部形成為可以埋入的電荷累積部，并且暫時(shí)保持從光電二極管傳輸?shù)男盘?hào)電荷。然而，在具有上述存儲(chǔ)部的結(jié)構(gòu)中，光被遮擋的面積相對(duì)于像素面積很大，使得開口面積變小。結(jié)果，靈敏度進(jìn)一步惡化。
[0010]另一方面，背面照射型的固態(tài)成像裝置已被提出作為用于相對(duì)于入射光增大像素的開口面積的手段。在背面照射型的固態(tài)成像裝置中，通過使設(shè)有包括晶體管、配線等的電路的半導(dǎo)體基板的正面的相對(duì)側(cè)上的背面?zhèn)茸鳛楣馊肷涿?，像素的開口可以增加，因此可以實(shí)現(xiàn)微細(xì)化。
[0011 ] 順便提及的是，當(dāng)在背面照射型的固態(tài)成像裝置中添加全局快門功能的情況下，為了防止光進(jìn)入而到達(dá)半導(dǎo)體基板的正面?zhèn)?，使用其中遮光膜形成在光入射面?zhèn)鹊慕Y(jié)構(gòu)。在這種情況下，當(dāng)遮光膜被形成為很大時(shí)，像素的開口面積變窄，使得微細(xì)化變難。
[0012]專利文獻(xiàn)3公開了其中電容器形成在半導(dǎo)體基板的外部的結(jié)構(gòu)。然而，在這種結(jié)構(gòu)中，從電容器產(chǎn)生大量的暗電流，并且不能獲得高質(zhì)量的圖像。
[0013]引用文獻(xiàn)列表
[0014]專利文獻(xiàn)
[0015]專利文獻(xiàn)I JP2OO7-5O3722A
[0016]專利文獻(xiàn)2 JP2006-311515A
[0017]專利文獻(xiàn)3 JP4-281681A
【發(fā)明內(nèi)容】
[0018]發(fā)明所要解決的問題
[0019]考慮到上述情況，本公開的目的是提供一種固態(tài)成像裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)像素的微細(xì)化并提高靈敏度和飽和電荷量，還提供該固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法。本公開的另一個(gè)目的是提供一種包括該固態(tài)成像裝置電子的裝置。
[0020]解決問題的方案
[0021]根據(jù)本公開的固態(tài)成像裝置包括光電轉(zhuǎn)換部、第一電荷累積部、第二電荷累積部、第一傳輸晶體管、浮動(dòng)擴(kuò)散部和第二傳輸晶體管。所述光電轉(zhuǎn)換部生成對(duì)應(yīng)于光量的信號(hào)電荷。第一電荷累積部設(shè)置在所述基板上并累積在所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的信號(hào)電荷。第二電荷累積部在基板深度方向上疊置在第一電荷累積部上，并讀出在第一電荷累積部中累積的信號(hào)電荷。第一傳輸晶體管包括埋設(shè)在所述基板中的第一傳輸柵極，第一傳輸柵極的深度從設(shè)有第二電荷累積部的基板表面到達(dá)第一電荷累積部。所述浮動(dòng)擴(kuò)散部鄰近第二電荷累積部形成。第二傳輸晶體管將第二電荷累積部中累積的信號(hào)電荷傳輸?shù)剿龈?dòng)擴(kuò)散部。
[0022]在根據(jù)本公開的固態(tài)成像裝置中，第一電荷累積部和第二電荷累積部在基板深度方向上疊置。因此，像素面積可以減小。信號(hào)電荷從第一電荷累積部到第二電荷累積部的讀出通過縱型的第一傳輸晶體管進(jìn)行。因此，晶體管的面積也減小，從而實(shí)現(xiàn)了像素的微細(xì)化。
[0023]根據(jù)本公開的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法包括在上述的固態(tài)成像裝置中通過打開第一傳輸晶體管，將第一電荷累積部和光電轉(zhuǎn)換部中累積的信號(hào)電荷在全部像素中同時(shí)傳輸?shù)降诙姾衫鄯e部。此外，通過打開第二傳輸晶體管，針對(duì)每行讀出第二電荷累積部中保持的信號(hào)電荷。[0024]在根據(jù)本公開的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法中，第一電荷累積部中累積的信號(hào)電荷可以在全部像素中同時(shí)傳輸?shù)降诙姾衫鄯e部并在第二電荷累積部中保持。因此，在全部像素中曝光期間可以同步。
[0025]根據(jù)本公開的電子設(shè)備包括光學(xué)透鏡、通過所述光學(xué)透鏡匯集的光入射到其上的上述的固態(tài)成像裝置和處理從所述固態(tài)成像裝置輸出的輸出信號(hào)的信號(hào)處理電路。
[0026]在根據(jù)本公開的電子設(shè)備的固態(tài)成像裝置中，第一電荷累積部和第二電荷累積部在基板深度方向上疊置。因此，像素面積減小，電子設(shè)備的尺寸也減小。信號(hào)電荷從第一電荷累積部到第二電荷累積部的讀出通過縱型的第一傳輸晶體管進(jìn)行。因此，晶體管的面積也減小，從而實(shí)現(xiàn)了像素的微細(xì)化，并且電子設(shè)備的圖像質(zhì)量得到提高。
[0027]發(fā)明效果
[0028]根據(jù)本公開的固態(tài)成像裝置，由于第一電荷累積部和第二電荷累積部在基板深度方向上疊置，因此像素微細(xì)化。此外，由于光電轉(zhuǎn)換部和第一電荷累積部的面積可以增加，因此飽和電荷量可以改善。通過使用該固態(tài)成像裝置，電子設(shè)備可以具有更高的圖像質(zhì)量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是示出根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的整個(gè)CMOS型固態(tài)成像裝置的示意結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖2示出在根據(jù)第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置中的像素區(qū)域的示意性斷面結(jié)構(gòu)。
[0031]圖3是根據(jù)第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的像素的等效電路圖。
[0032]圖4A?4D是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的步驟圖(部分I)。
[0033]圖5E和圖5F是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的步驟圖(部分2) ο
[0034]圖6是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法的時(shí)序圖。
[0035]圖7A?圖7C是示出根據(jù)變形例的固態(tài)成像裝置的制造方法的步驟圖。
[0036]圖8是根據(jù)本公開第二實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的主要部分的斷面結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖9是根據(jù)第二實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的像素的等效電路圖。
[0038]圖10是示出根據(jù)第二實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法的時(shí)序圖。
[0039]圖11是根據(jù)本公開第三實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的主要部分的斷面結(jié)構(gòu)圖。
[0040]圖12是根據(jù)本公開第四實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的主要部分的截面結(jié)構(gòu)圖。
[0041]圖13是根據(jù)本公開第五實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的主要部分的截面結(jié)構(gòu)圖。
[0042]圖14是根據(jù)本公開第六實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的主要部分的截面結(jié)構(gòu)圖。
[0043]圖15是示出在各種半導(dǎo)體材料中的光子能量和光吸收系數(shù)之間的關(guān)系的圖。
[0044]圖16是表示黃銅礦材料的晶格常數(shù)和帶隙之間的關(guān)系的圖(部分I)。
[0045]圖17是表示黃銅礦材料的晶格常數(shù)和帶隙之間的關(guān)系的圖(部分2)。
[0046]圖18是表示各種硅化物材料的消光系數(shù)k和光子能量之間的關(guān)系的圖。
[0047]圖19是示出在根據(jù)第六實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置中的模擬光傳輸?shù)慕Y(jié)果的圖。
[0048]圖20A?20D是示出根據(jù)第六實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的步驟圖(部分I)。
[0049]圖21E是示出根據(jù)第六實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的步驟圖(部分2)。[0050]圖22是根據(jù)第六實(shí)施方案的第一變形例的固態(tài)成像裝置的主要部分的截面結(jié)構(gòu)圖。
[0051]圖23是根據(jù)第六實(shí)施方案的第二變形例的固態(tài)成像裝置的主要部分的截面結(jié)構(gòu)圖。
[0052]圖24是根據(jù)本公開第七實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的主要部分的截面結(jié)構(gòu)圖。
[0053]圖25A?25C是示出根據(jù)第七實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的步驟圖。
[0054]圖26是根據(jù)本公開第八實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的主要部分的截面結(jié)構(gòu)圖。
[0055]圖27是根據(jù)本公開第九實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的主要部分的截面結(jié)構(gòu)圖。
[0056]圖28是根據(jù)本公開第十實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的主要部分的截面結(jié)構(gòu)圖。
[0057]圖29是根據(jù)本公開第十一實(shí)施方案的電子設(shè)備的截面結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]下面參照?qǐng)D1?圖29說明根據(jù)本公開實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置、其驅(qū)動(dòng)方法以及電子設(shè)備的例子。按以下順序說明本公開的實(shí)施方案。請(qǐng)注意，本公開不限于以下的例子。
[0059]1.第一實(shí)施方案:背面照射型的固態(tài)成像裝置
[0060]1-1固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)
[0061]1-2主要部分的結(jié)構(gòu)
[0062]1-3制造方法
[0063]1-4驅(qū)動(dòng)方法
[0064]1-5變形例
[0065]2.第二實(shí)施方案:在各像素中構(gòu)造一個(gè)縱型晶體管的例子
[0066]3.第三實(shí)施方案:正面照射型的固態(tài)成像裝置
[0067]4.第四實(shí)施方案:在傳輸電極中使信號(hào)電荷漂移的例子
[0068]5.第五實(shí)施方案:在信號(hào)讀出晶體管中讀出信號(hào)電荷的例子
[0069]6.第六實(shí)施方案:在基板上層疊光電轉(zhuǎn)換部的例子
[0070]6-1主要部分的結(jié)構(gòu)
[0071]6-2制造方法
[0072]6-3驅(qū)動(dòng)方法
[0073]6-4第一變形例
[0074]6-5第二變形例
[0075]7.第七實(shí)施方案:在光電轉(zhuǎn)換部的上層設(shè)置P型半導(dǎo)體層的例子
[0076]7-1主要部分的結(jié)構(gòu)
[0077]7-2制造方法
[0078]8.第八實(shí)施方案:在基板上經(jīng)由電極層疊置光電轉(zhuǎn)換部的例子
[0079]9.第九實(shí)施方案:在正面照射型的固態(tài)成像裝置中在基板上經(jīng)由電極層疊置光電轉(zhuǎn)換部的例子
[0080]10.第十實(shí)施方案:在基板上疊置三層光電轉(zhuǎn)換膜的例子
[0081]11.第H 實(shí)施方案:電子設(shè)備
[0082]<第一實(shí)施方案:背面照射型的固態(tài)成像裝置>[0083][1-1固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)]
[0084]首先，說明根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置。圖1是示出根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的整個(gè)CMOS型固態(tài)成像裝置的示意結(jié)構(gòu)圖。
[0085]根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I包括具有在硅制成的基板11上排列的多個(gè)像素2的像素區(qū)域3、垂直驅(qū)動(dòng)電路4、列信號(hào)處理電路5、水平驅(qū)動(dòng)電路6、輸出電路7和控制電路8。
[0086]像素2包括具有光電二極管的光電轉(zhuǎn)換部和多個(gè)像素晶體管。像素2在基板11上以二維陣列狀規(guī)則地排列。作為像素2中包含的像素晶體管，例如，舉出的有傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、選擇晶體管和放大晶體管。各像素晶體管后面說明。
[0087]像素區(qū)域3包括以二維陣列狀規(guī)則排列的多個(gè)像素2。像素區(qū)域3包括其中通過實(shí)際上接收光并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換生成的信號(hào)電荷被放大并讀出到列信號(hào)處理電路5的有效像素區(qū)域和作為黑電平基準(zhǔn)的用于輸出光學(xué)黑色的黑基準(zhǔn)像素區(qū)域(未示出)。黑基準(zhǔn)像素區(qū)域通常在有效像素區(qū)域的外周部形成。
[0088]控制電路8基于垂直同步信號(hào)、水平同步信號(hào)和主時(shí)鐘生成作為垂直驅(qū)動(dòng)電路4、列信號(hào)處理電路5、水平驅(qū)動(dòng)電路6等的操作的基準(zhǔn)的時(shí)鐘信號(hào)、控制信號(hào)等。在控制電路8中生成的時(shí)鐘信號(hào)、控制信號(hào)等被輸入到垂直驅(qū)動(dòng)電路4、列信號(hào)處理電路5、水平驅(qū)動(dòng)電路6等。
[0089]垂直驅(qū)動(dòng)電路4例如由移位寄存器形成，并在順次垂直方向上逐行選擇性地掃描像素區(qū)域3的像素2。然后，基于根據(jù)在各像素2的光電二極管中接收到的光的量生成的信號(hào)電荷，像素信號(hào)通過垂直信號(hào)線9被供給到列信號(hào)處理電路5。
[0090]列信號(hào)處理電路5針對(duì)像素2的每列配置，例如，通過來自黑基準(zhǔn)像素區(qū)域(在有效像素區(qū)域的周圍形成，盡管未示出)的信號(hào)，針對(duì)各像素列對(duì)從像素2的一行輸出的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，例如噪聲去除或信號(hào)放大。水平選擇開關(guān)(未示出)設(shè)置在水平信號(hào)線10和列信號(hào)處理電路5的輸出段之間。
[0091]水平驅(qū)動(dòng)電路6例如由移位寄存器形成，并通過順次輸出水平掃描脈沖，依序選擇各個(gè)列信號(hào)處理電路5，從而從各個(gè)列信號(hào)處理電路5將像素信號(hào)輸出到水平信號(hào)線10。
[0092]輸出電路7對(duì)從各列信號(hào)處理電路5通過水平信號(hào)線10順次供給的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，并輸出信號(hào)。
[0093][1-2主要部分的結(jié)構(gòu)]
[0094]接下來，對(duì)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I中的各像素2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。本實(shí)施方案描述了背面照射型的固態(tài)成像裝置的例子，其中半導(dǎo)體基板的背面?zhèn)葹楣馊肷涿?。圖2示出根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I的像素區(qū)域3的示意性斷面結(jié)構(gòu)，圖3示出根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I的各像素2的等效電路圖。在圖2中，各像素2的像素晶體管的一部分被示出為電路圖。
[0095]如圖2所示，根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I包括設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換部17、第一電荷累積部18、第二電荷累積部25、浮動(dòng)擴(kuò)散部34和多個(gè)像素晶體管的基板12。此外，固態(tài)成像裝置I包括在基板12的正面?zhèn)壬系奈词境龅呐渚€層，還包括在作為基板12的光入射面的背面?zhèn)壬系恼诠饽?2、濾光層23和片上透鏡24。
[0096]基板12是由娃形成的半導(dǎo)體基板,厚度例如為3 μ m?5 μ m。基板12是第一導(dǎo)電型(在本實(shí)施方案中，η型)的半導(dǎo)體基板，具有形成諸如光電轉(zhuǎn)換部17等像素2的雜質(zhì)區(qū)域的像素區(qū)域3是第二導(dǎo)電型的阱區(qū)域13 (在本實(shí)施方案中，P型)。各像素2由設(shè)置在基板12中的像素隔離部20隔開。像素分離部20由從基板12的背面?zhèn)纫云谕疃刃纬傻母邼舛鹊腜型半導(dǎo)體層形成，并且被設(shè)置用來在兩個(gè)相鄰的像素2之間電氣隔離。
[0097]在本實(shí)施方案中，構(gòu)成像素2的光電轉(zhuǎn)換部17、第一和第二電荷累積部18和25、浮動(dòng)擴(kuò)散部34以及包括在各像素晶體管中的源極/漏極區(qū)域形成在P型的阱區(qū)域13內(nèi)。各像素2包括6個(gè)像素晶體管:第一傳輸晶體管Trl、第二傳輸晶體管Tr2、第一復(fù)位晶體管Tr3、第二復(fù)位晶體管Tr4、放大晶體管Tr5和選擇晶體管Tr6。
[0098]光電轉(zhuǎn)換部17包括P型半導(dǎo)體層15和16以及η型半導(dǎo)體層14。ρ型半導(dǎo)體層15從基板12的背面以小深度形成，ρ型半導(dǎo)體層16從基板12以小深度形成。η型半導(dǎo)體層14形成在分別形成在基板12的正面和背面的ρ型半導(dǎo)體層15和16之間，在本實(shí)施方案中，光電二極管由分別形成在基板12的正面和背面的η型半導(dǎo)體層14和ρ型半導(dǎo)體層15和16之間的pn結(jié)形成。
[0099]在基板12的背面?zhèn)壬系摩研桶雽?dǎo)體層15形成為具有比阱區(qū)域13的ρ型雜質(zhì)濃度更高的雜質(zhì)濃度。在基板12的正面?zhèn)壬系摩研桶雽?dǎo)體層16由阱區(qū)域13的一部分構(gòu)成。在本實(shí)施方案中，P型半導(dǎo)體層16由阱區(qū)域13的一部分構(gòu)成；然而，可選擇地，P型半導(dǎo)體層16可以通過在基板12的正面?zhèn)壬闲纬筛邼舛鹊摩研桶雽?dǎo)體層來形成。
[0100]通過按這種方式分別在基板12的正面和背面上形成的P型半導(dǎo)體層15和16，可以抑制在基板12和在基板12的正面和背面上形成的氧化膜之間的界面處產(chǎn)生的暗電流。請(qǐng)注意，在本實(shí)施方案中，在基板12的正面上形成的氧化膜對(duì)應(yīng)于在基板12和未示出的配線層的配線之間形成的氧化膜，在基板12的背面上形成的氧化膜對(duì)應(yīng)于在基板12和遮光膜22之間形成的絕緣膜21。
[0101]第一電荷累積部18由與光電轉(zhuǎn)換部17中包括的η型半導(dǎo)體層14連接設(shè)置的η型半導(dǎo)體層形成。第一電荷累積部18形成在基板12的背面?zhèn)壬?，并且具有比光電轉(zhuǎn)換部17的η型半導(dǎo)體層14在深度方向上的寬度更窄的寬度。在本實(shí)施方案中，第一電荷累積部18中包括的η型半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度比光電轉(zhuǎn)換部17中包括的η型半導(dǎo)體層14的雜質(zhì)濃度更高。例如，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換部17中包括的η型半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度為10_14?10_15cm_3時(shí)，第一電荷累積部18可以由雜質(zhì)濃度為10_15?10_16cm_3的η型半導(dǎo)體層形成。
[0102]按這種方式，在本實(shí)施方案中，通過設(shè)定第一電荷累積部18的雜質(zhì)濃度高于光電轉(zhuǎn)換部17中包括的η型半導(dǎo)體層14的雜質(zhì)濃度，基板12具有電位梯度。因此，在光電轉(zhuǎn)換部17中生成的信號(hào)電荷以高電位流到第一電荷累積部18，并在其中累積。
[0103]在形成第一電荷累積部18的區(qū)域中，在基板12的背面?zhèn)壬?，ρ型半?dǎo)體層19由包括在光電轉(zhuǎn)換部17中的ρ型半導(dǎo)體層15連續(xù)地形成。這樣在第一電荷累積部18中抑制了暗電流在基板12和絕緣膜21之間的界面處產(chǎn)生。
[0104]第二電荷累積部25由形成在基板12的正面?zhèn)壬系摩切桶雽?dǎo)體層構(gòu)成，并且被定位成在基板12的深度方向(厚度方向)上與第一電荷累積部18重疊。換句話說，第二電荷累積部25在基板12的厚度方向上在第一電荷累積部18的上部形成。在這種情況下，包括在第一電荷累積部18中的η型半導(dǎo)體層和包括在第二電荷累積部25中的η型半導(dǎo)體層經(jīng)由P型阱區(qū)域13彼此電氣隔離。為了進(jìn)行從第一電荷累積部18到第二電荷累積部25的信號(hào)電荷到信號(hào)電荷的更完全讀出(即，減少未傳輸殘余的電荷)，第二電荷累積部25的雜質(zhì)濃度期望比第一電荷累積部18的更高。
[0105]比第二電荷累積部25的η型半導(dǎo)體層更靠近正面?zhèn)鹊牟糠衷O(shè)置有與第二電荷累積部25接觸的薄的ρ型半導(dǎo)體層26。由于ρ型半導(dǎo)體層26，在基板12和形成在基板12的正面?zhèn)壬系呐渚€層(未示出)的氧化膜之間的界面處產(chǎn)生的暗電流可以被抑制。
[0106]浮動(dòng)擴(kuò)散部34在基板12的正面?zhèn)壬闲纬稍诘诙姾衫鄯e部25和光電轉(zhuǎn)換部17之間的區(qū)域中。浮動(dòng)擴(kuò)散部34由高濃度的η型半導(dǎo)體層形成。除此之外，各像素晶體管的源極/漏極區(qū)域形成在基板12的正面?zhèn)壬?。圖3典型地示出第一和第二復(fù)位晶體管Tr3和Tr4的漏極35和29。
[0107]按與浮動(dòng)擴(kuò)散部34類似的方式，在各像素晶體管中的源極/漏極區(qū)域由高濃度的η型半導(dǎo)體層形成。浮動(dòng)擴(kuò)散部34和各像素晶體管的源極/漏極區(qū)域也形成為在基板12的深度方向上與第一電荷累積部18重疊，并且形成為使得η型半導(dǎo)體層沒有經(jīng)由ρ型阱區(qū)域13彼此連接。
[0108]第一傳輸晶體管Trl由作為源極的第一電荷累積部18、作為漏極的第二電荷累積部25和第一傳輸柵極27形成。包括在第一傳輸晶體管Trl中的第一傳輸柵極27是從基板12的正面?zhèn)仍谏疃确较蛏闲纬傻目v型柵電極，并且形成為深度使得第一傳輸柵極27貫通第二電荷累積部25到達(dá)第一電荷累積部18。第一傳輸柵極27通過在從基板12的正面?zhèn)纫云谕疃刃纬傻臏喜鄄績?nèi)經(jīng)由柵極絕緣膜28埋入電極材料而形成。
[0109]盡管在圖2中未示出，在形成第一傳輸柵極27的情況下，可以在溝槽部的側(cè)面和底面薄薄地形成P型半導(dǎo)體層。通過在溝槽部的側(cè)面和底面薄薄地形成P型半導(dǎo)體層，在溝槽部和基板12之間的界面處產(chǎn)生的暗電流可以被抑制。
[0110]然后，如圖3所示，第一傳輸柵極27被連接到供給第一傳輸脈沖ΦΤι^Ι的配線。在第一傳輸晶體管Trl中，當(dāng)所需的第一傳輸脈沖OTrGl被施加到第一傳輸柵極27時(shí)，在第一電荷累積部18中累積的信號(hào)電荷可以被讀出到第二電荷累積部25，在這種情況下，沿著第一傳輸柵極27形成信道，并且信號(hào)電荷沿著第一傳輸柵極27傳輸?shù)降诙姾衫鄯e部25。
[0111]第二傳輸晶體管Tr2包括作為源極的第二電荷累積部25、作為漏極的浮動(dòng)擴(kuò)散部34和第二傳輸柵極32。包括在第二傳輸晶體管Tr2中的第二傳輸柵極32經(jīng)由例如由氧化硅膜形成的柵極絕緣膜28形成在源極和漏極之間的基板12的正面?zhèn)壬?。如圖3所示，第二傳輸柵極32被連接到供給第二傳輸脈沖OTrG2的配線。當(dāng)所需的第二傳輸脈沖OTrG2被施加到第二傳輸晶體管Tr2時(shí)，在第二電荷累積部25中累積的信號(hào)電荷可以被讀出到浮動(dòng)擴(kuò)散部34。
[0112]第一復(fù)位晶體管Tr3包括作為源極的浮動(dòng)擴(kuò)散部34、連接到電源電壓Vdd的漏極35和第一復(fù)位柵電極33。包括在第一復(fù)位晶體管Tr3中的第一復(fù)位柵電極33經(jīng)由例如由氧化硅膜形成的柵極絕緣膜28形成在源極和漏極之間的基板12的正面?zhèn)壬?。如圖3所示，第一復(fù)位柵電極33被連接到供給第一復(fù)位脈沖ORSTl的配線。當(dāng)所需的復(fù)位脈沖ORSTl被施加到第一復(fù)位晶體管ORSTl中的第一復(fù)位柵電極33時(shí)，浮動(dòng)擴(kuò)散部34的電位復(fù)位到電源電壓VdcL
[0113] 第二復(fù)位晶體管Tr4包括作為源極的第一電荷累積部18、連接到電源電壓Vdd的漏極29和第二復(fù)位柵電極30。包括在第二復(fù)位晶體管Tr4中的第二復(fù)位柵電極30是從基板12的正面?zhèn)仍谏疃确较蛏闲纬傻目v型柵電極，并且形成為深度使得第二復(fù)位柵電極30貫通漏極29到達(dá)第一電荷累積部18。第二復(fù)位柵電極30通過在從基板12的正面?zhèn)纫云谕疃刃纬傻臏喜鄄績?nèi)經(jīng)由柵極絕緣膜28埋入電極材料而形成。
[0114]如圖3所示，第二復(fù)位柵電極30被連接到供給第二復(fù)位脈沖ORST2的配線。在第二復(fù)位晶體管Tr4中，當(dāng)所需的復(fù)位脈沖ORST2被施加到第二復(fù)位柵電極30時(shí)，第一電荷累積部18的電位被復(fù)位到電源電壓Vdd。在這種情況下，沿著第二復(fù)位柵電極30形成信道，并且信號(hào)電荷沿著第三復(fù)位柵電極30排出到漏極29。在本實(shí)施方案中，由于第一電荷累積部18和光電轉(zhuǎn)換部17彼此電氣連接，在復(fù)位第一電荷累積部18的同時(shí)，光電轉(zhuǎn)換部17的電位被復(fù)位到電源電壓Vdd。
[0115]放大晶體管Tr5包括連接到電源電壓Vdd的漏極、兼用作選擇晶體管Tr6的漏極的源極和選擇柵電極45。如圖3所示，放大晶體管Tr5的源極和漏極之間的放大柵電極45連接到浮動(dòng)擴(kuò)散部34。放大晶體管Tr5與作為負(fù)載的電源電壓Vdd形成源極跟隨電路，并且根據(jù)浮動(dòng)擴(kuò)散部34的電位變化，像素信號(hào)輸出到放大晶體管Tr5。
[0116]選擇晶體管Tr6包括兼用作放大晶體管Tr5的源極的漏極、連接到垂直信號(hào)線9的源極和選擇柵電極46。如圖3所示，在選擇晶體管Trs的源極和漏極之間的選擇柵電極46被連接到供給選擇脈沖OSEL的配線。當(dāng)選擇脈沖OSEL針對(duì)各像素被供給到選擇柵電極46時(shí),在放大晶體管Tr5中放大的像素信號(hào)經(jīng)由選擇晶體管Tr6被輸出到垂直信號(hào)線9。
[0117]在圖2的截面結(jié)構(gòu)中，放大晶體管Tr5和選擇晶體管Tr6作為電路圖被示出，并且斷面結(jié)構(gòu)被省略；實(shí)際上，放大晶體管Tr5和選擇晶體管Tr6在基板12的深度方向上與第一電荷累積部18重疊形成。例如，放大晶體管Tr5和選擇晶體管Tr6的源極/漏極區(qū)域具有類似于第一復(fù)位晶體管Tr3的源極/漏極區(qū)域的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
[0118]盡管未示出，但是多個(gè)配線層經(jīng)由層間絕緣膜形成在基板12的正面?zhèn)壬?。期望的脈沖經(jīng)由配線層供給到各像素晶體管，從而各像素2的信號(hào)電荷被讀出。
[0119]遮光膜22經(jīng)由例如由氧化硅膜形成的絕緣膜21形成在基板12的對(duì)應(yīng)于光入射面?zhèn)鹊谋趁鎮(zhèn)壬?，并且形成為?duì)于光入射面使光電轉(zhuǎn)換部17開口，并且使第一電荷累積部18和像素晶體管的區(qū)域遮光。遮光膜22可以由任何材料形成，只要光可以被遮??；例如，可以使用鎢(W)、鋁(Al)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、銅(Cu)或鉭(Ta)。可選擇地，遮光膜22可以由包含任何這些材料的多層膜形成。
[0120]濾光層23經(jīng)由絕緣膜21形成在遮光膜22上，并且選擇性地透過R(紅色)、G(綠色)和B(藍(lán)色)的濾色層針對(duì)各像素設(shè)置。這些濾色層針對(duì)各像素以拜耳陣列配置。
[0121]濾光層23使具有期望波長的光透過，透過的光入射在基板12內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換部17上。在本實(shí)施方案中，各像素透過R、G、B光中的任何光；然而，本發(fā)明不限于此。濾光層23的材料可以是透過青色、黃色、品紅色等的光的有機(jī)材料，并且各種顏色可以根據(jù)規(guī)格進(jìn)行選擇。
[0122]片上透鏡24針對(duì)各像素形成在濾光層23上部。片上透鏡24會(huì)聚入射光，并且會(huì)聚的光經(jīng)由濾光層23高效地進(jìn)入各光電轉(zhuǎn)換部17。在本實(shí)施方案中，片上透鏡24具有用于在遮光膜22中開口的光電轉(zhuǎn)換部17的中心位置會(huì)聚入射光的結(jié)構(gòu)。[0123]在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I中，入射光在光電轉(zhuǎn)換部17中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并且對(duì)應(yīng)于入射光的信號(hào)電荷在光電轉(zhuǎn)換部17中生成。生成的信號(hào)電荷沿著在基板12內(nèi)的電位梯度移動(dòng)，并且主要在第一電荷累積部18中累積。在第一電荷累積部18中累積的信號(hào)電荷主要在全部像素中同時(shí)傳輸?shù)降诙姾衫鄯e部25，再針對(duì)每行傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散部34。后面詳細(xì)說明這種驅(qū)動(dòng)方法。
[0124]在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I中，連接到光電轉(zhuǎn)換部17的第一電荷累積部18和暫時(shí)保持信號(hào)電荷的第二電荷累積部25在基板12的深度方向上疊置。這樣可以減小像素面積，從而實(shí)現(xiàn)像素的微細(xì)化。在第一電荷累積部18中累積的信號(hào)電荷可以由包括縱型晶體管的第一傳輸晶體管Trl讀出?？v型晶體管在基板12的深度方向上讀出信號(hào)電荷，由此，與在基板12的水平方向上讀出信號(hào)電荷的一般平面型晶體管相比，縱型晶體管占據(jù)更小面積。這樣可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步像素的微細(xì)化。
[0125]在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I中，第一電荷累積部18和第二電荷累積部25在基板12的深度方向上疊置，并且第一電荷累積部18的信號(hào)電荷通過包括縱型晶體管的第一傳輸晶體管Trl被傳輸。因此，第二電荷累積部25的位置可以是任意位置，只要該位置與第一電荷累積部18重疊；因此，像素晶體管的布局的自由度很高。通過靠近遮光膜22的中心形成第二電荷累積部25，第一傳輸晶體管Trl可以形成在離開遮光膜22的開口的區(qū)域中。這樣可以防止入射光由于在信號(hào)讀出時(shí)的衍射現(xiàn)象、散射現(xiàn)象等泄漏到第二電荷累積部25，從而進(jìn)一步降低了噪聲。
[0126]由于連接到光電轉(zhuǎn)換部17的第一電荷累積部18和形成各像素晶體管的半導(dǎo)體層在基板12的深度方向上的重疊位置形成，因此第一電荷累積部18的面積可以擴(kuò)大。這樣可以提聞飽和電荷量。
[0127][1-3制造方法]
[0128]接下來，對(duì)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I的制造方法進(jìn)行說明。圖4A?圖5F是示出本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I的制造方法的步驟圖。
[0129]首先，在本實(shí)施方案中，準(zhǔn)備硅的η型基板12，將作為ρ型摻雜劑的第III族原子的硼(B)的離子注入其中，從而形成P型阱區(qū)域13。其后，如圖4Α所示，將作為η型摻雜劑的第五族原子的磷(P)的離子經(jīng)由期望的掩模注入到基板12的正面?zhèn)?。因此，形成第二電荷累積部25、浮動(dòng)擴(kuò)散部34和各像素晶體管的源極/漏極區(qū)域29和35。
[0130]其后，將ρ型雜質(zhì)的離子以高濃度注入到第二電荷累積部25的正面?zhèn)壬?，從而形成薄的P型半導(dǎo)體層26。這些步驟可以通過一般的CMOS型固態(tài)成像裝置的制造過程進(jìn)行。
[0131]接下來，將由硅等形成的支撐基板(未示出)貼合到基板12的正面?zhèn)龋⒎崔D(zhuǎn)基板12，使得基板12的背面?zhèn)瘸?。接下來，如圖4B所示，形成在將要設(shè)置光電轉(zhuǎn)換部17的區(qū)域中具有開口的抗蝕劑層36，并且經(jīng)由抗蝕劑層36注入η型雜質(zhì)的離子。因此，形成包括在光電轉(zhuǎn)換部17中的η型半導(dǎo)體層14的第一區(qū)域14a。
[0132]接下來，如圖4C所示，在通過CVD (化學(xué)氣相沉積)法用η型雜質(zhì)摻雜基板12的背面?zhèn)鹊耐瑫r(shí)，對(duì)η型半導(dǎo)體層31進(jìn)行外延生長，直到獲得所需的厚度。因此，形成包括在光電轉(zhuǎn)換部17的η型半導(dǎo)體層14中的第二區(qū)域14b和包括在第一電荷累積部18中的η型半導(dǎo)體層。因此，形成第一電荷累積部18和光電轉(zhuǎn)換部17的η型半導(dǎo)體層14。
[0133]在本實(shí)施方案中，第一電荷累積部18的η型半導(dǎo)體層的濃度優(yōu)選高于光電轉(zhuǎn)換部17的η型半導(dǎo)體層14的雜質(zhì)濃度。因此，η型雜質(zhì)的離子可以根據(jù)需要在第一電荷累積部18側(cè)再次注入。
[0134]接下來，如圖4D所示，在期望的區(qū)域中形成有開口的抗蝕劑層37形成在基板12的背面?zhèn)?，即，在已?jīng)進(jìn)行過外延生長的η型半導(dǎo)體層31的上面。這里，抗蝕劑層37形成為在形成圖4D所示的像素隔離部20的部分中具有開口。
[0135]接下來，經(jīng)由抗蝕劑層37注入P型雜質(zhì)的離子，由此形成像素隔離部20。這里，ρ型摻雜劑的離子以高濃度注入到至少在之前步驟中形成的η型半導(dǎo)體層31針對(duì)各像素分離的深度。
[0136]然后，在形成像素隔離部20的步驟中形成的抗蝕劑層37被除去，并且ρ型雜質(zhì)的離子以高濃度在光電轉(zhuǎn)換部17的η型半導(dǎo)體層14和第一電荷累積部18的上部的淺位置注入。因此，如圖5Ε所示，形成用于抑制暗電流的ρ型半導(dǎo)體層15和19。然后，在約1000°C下進(jìn)行退火處理，以使各雜質(zhì)區(qū)域活化。
[0137]接下來，貼合在基板12的正面?zhèn)鹊闹位?未示出)被除去，將另一個(gè)支撐基板(未示出)貼合到基板12的背面?zhèn)龋⑶曳崔D(zhuǎn)基板12，使得基板12的正面?zhèn)瘸?。其后，如圖5F所示，形成各像素晶體管的柵電極。
[0138]在形成柵電極的步驟中，首先，經(jīng)由在形成縱型柵電極的區(qū)域中具有開口的掩模，在基板12的深度方向上對(duì)半導(dǎo)體基板的正面?zhèn)冗M(jìn)行蝕刻，從而形成具有所需的深度的溝槽部。其后，蝕刻時(shí)使用的掩模被除去，并且作為柵極絕緣膜28的氧化硅膜形成在包括溝槽部的內(nèi)周面的基板12的正面?zhèn)壬?。然后，在填充溝槽部?nèi)部的同時(shí)，多晶硅等的柵電極材料膜形成在基板12的正面?zhèn)壬稀Ｗ詈?，如圖5F所示，對(duì)柵電極材料膜進(jìn)行蝕刻，以形成各像素晶體管的柵電極。
[0139]請(qǐng)注意，在本實(shí)施方案中，在光電轉(zhuǎn)換部17的正面?zhèn)壬系腜型半導(dǎo)體層16由ρ型阱區(qū)域13形成。然而，本發(fā)明不限于此，并且根據(jù)需要，可以通過在柵電極形成后在光電轉(zhuǎn)換部17的正面?zhèn)鹊臏\位置以高濃度注入ρ型雜質(zhì)的離子形成用于抑制暗電流的P型半導(dǎo)體層。
[0140]接下來，盡管未示出，在基板12的正面?zhèn)壬?，?jīng)由諸如氧化硅膜等層間絕緣膜配線層形成多個(gè)配線而形成配線層。在形成配線層后，貼合到基板12的背面?zhèn)鹊闹位灞怀?。然后，在另一個(gè)支撐基板貼合到配線層側(cè)后，反轉(zhuǎn)基板12，使得基板的背面?zhèn)瘸?。通過在基板的背面?zhèn)壬辖?jīng)由一般的工藝順次形成遮光膜22、濾光層23、片上透鏡24等，完成圖2所示的本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I。
[0141][1-4驅(qū)動(dòng)方法]
[0142]接下來，對(duì)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I的驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行說明。圖6是示出本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I的驅(qū)動(dòng)方法的時(shí)序圖。這里，說明讀出第η行的像素的時(shí)序。
[0143]首先，第一復(fù)位脈沖ORSTl的供給在全部像素中同時(shí)開始以打開第一復(fù)位晶體管Tr3。因此，在浮動(dòng)擴(kuò)散部34中累積的信號(hào)電荷朝向電源電壓Vdd側(cè)排出，浮動(dòng)擴(kuò)散部34被復(fù)位。這里，在浮動(dòng)擴(kuò)散部34中累積的信號(hào)電荷是在前面的幀中讀出的信號(hào)電荷。其后，第一復(fù)位脈沖ORSTl的供給在全部像素中同時(shí)停止，第二復(fù)位晶體管Tr3被關(guān)斷。
[0144]接下來，通過在全部像素中同時(shí)開始第一傳輸脈沖OTrGl的供給，打開第一傳輸晶體管Trl。因此,在光電轉(zhuǎn)換部17和第一電荷累積部18中累積的信號(hào)電荷被傳輸?shù)降诙姾衫鄯e部25。其后，通過在全部像素中同時(shí)停止第一傳輸脈沖ΦΤι^Ι的供給，關(guān)斷第一傳輸晶體管Trl。在本實(shí)施方案中，在全部像素中同時(shí)在第二電荷累積部25中讀出的信號(hào)電荷保持在第二電荷累積部25中，直到各行的讀出時(shí)間。
[0145]接下來，同時(shí)開始第二復(fù)位脈沖ORST2供給到全部像素，第二復(fù)位晶體管Tr4打開。因此，在光電轉(zhuǎn)換部17和第一電荷累積部18中殘留的信號(hào)電荷和從當(dāng)?shù)谝粋鬏斁w管Trl被關(guān)斷時(shí)到第二復(fù)位晶體管Tr4被打開時(shí)的期間累積的信號(hào)電荷朝向電源電壓Vdd排出，并且復(fù)位。其后，第二復(fù)位晶體管Tr4在全部像素中同時(shí)關(guān)斷，從而開始下一幀的曝光。
[0146]直到該步驟的一系列操作在全部像素中同時(shí)進(jìn)行。換句話說，在本實(shí)施方案中，通過在全部像素中同時(shí)關(guān)斷第二復(fù)位晶體管Tr4開始全局曝光，并且通過在全部像素中同時(shí)打開第一傳輸晶體管Trl結(jié)束全局曝光。換句話說，曝光期間對(duì)應(yīng)于從當(dāng)?shù)诙?fù)位晶體管Tr4被關(guān)斷時(shí)到第一傳輸晶體管Trl被打開的期間。在曝光期間，對(duì)應(yīng)于入射光的量的信號(hào)電荷在光電轉(zhuǎn)換部17中生成。在光電轉(zhuǎn)換部17中生成的信號(hào)電荷沿著基板12內(nèi)的電位移動(dòng)，并主要在第一電荷累積部18中累積。
[0147]接下來，開始針對(duì)每行讀出。在第η行的信號(hào)電荷的讀出中，當(dāng)?shù)讦切械牟僮鞯捻樞虻絹頃r(shí)，通過供給選擇脈沖OSEL，選擇晶體管Tr6打開。因此，在復(fù)位狀態(tài)下的浮動(dòng)擴(kuò)散部34的電位作為復(fù)位信號(hào)被讀出，并取入到列電路。 [0148]接下來，在選擇脈沖OSEL被供給的狀態(tài)下，第二傳輸脈沖OTrG2的供給開始，并且第二傳輸晶體管Tr2打開。因此，在第η行的像素中，在第二電荷累積部25中累積的信號(hào)電荷被傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散部34。其后，對(duì)應(yīng)于浮動(dòng)擴(kuò)散部34的電位的輸出作為像素信號(hào)被取入到列電路。在列電路中，通過采取該像素信號(hào)和在先獲得的復(fù)位信號(hào)之間的差值進(jìn)行相關(guān)雙采樣。因此，在列電路中，可以獲得除去了 kTc噪聲的像素信號(hào)。
[0149]其后，第二傳輸脈沖ΦΤι^2的供給停止，并且選擇脈沖OSEL的供給停止，使得第二傳輸晶體管Tr2和選擇晶體管Tr6被關(guān)斷，以結(jié)束第η行中的像素的讀出。在第η行中的像素的讀出結(jié)束后，第(η+1)行中的像素被讀出；按這種方式，順次進(jìn)行全部行的讀出。
[0150]在本實(shí)施方案中，在像素微細(xì)化的固態(tài)成像裝置I中可以進(jìn)行全局快門操作，由此在全部像素中同時(shí)曝光變得可能，以解決焦平面失真。在本實(shí)施方案中，通過單獨(dú)設(shè)置復(fù)位在第一電荷累積部18中累積的信號(hào)電荷的第二復(fù)位晶體管Tr4，下一幀的曝光期間可以在讀出周期結(jié)束之前開始。這種效果在拍攝運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)是特別有效的。
[0151][1-5 變形例]
[0152]盡管上述例子已經(jīng)說明了其中第一電荷累積部18采用外延生長形成的固態(tài)成像裝置I的制造方法，但是根據(jù)本實(shí)施方案的形成固態(tài)成像裝置I的方法不限于此。作為變形例，對(duì)于本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I的制造方法的另一個(gè)例子進(jìn)行說明。圖7A~圖7C是示出根據(jù)變形例的固態(tài)成像裝置I的制造方法的步驟圖。
[0153]首先，在本變形例中，按類似于在圖7A所示的第一實(shí)施方案的方式，第二電荷累積部25、浮動(dòng)擴(kuò)散部34、各像素晶體管的源極/漏極區(qū)域29和35以及ρ型半導(dǎo)體層26在基板12的正面?zhèn)壬闲纬伞?br>
[0154]如圖7Β所示，在基板12的背面?zhèn)壬闲纬稍趯⒁O(shè)置光電轉(zhuǎn)換部17的區(qū)域中具有開口的抗蝕劑層38。通過經(jīng)由抗蝕劑層38高能量地注入η型雜質(zhì)的離子，形成光電轉(zhuǎn)換部17的η型半導(dǎo)體層14。這里，不同于圖4和圖5所示的制造方法，光電轉(zhuǎn)換部17的η型半導(dǎo)體層14的整個(gè)區(qū)域通過一次離子注入形成。因此，利用比圖4Β所示的過程更高的能量進(jìn)行離子注入。
[0155]接下來，在先前步驟中所用的抗蝕劑層38被除去后，如圖7C所示，形成在將要設(shè)置第一電荷累積部18的區(qū)域中具有開口的抗蝕劑層39。然后。通過經(jīng)由抗蝕劑層39注入η型雜質(zhì)的離子，第一電荷累積部18形成至基板12的期望深度。這里，第一電荷累積部18的η型半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度優(yōu)選高于光電轉(zhuǎn)換部17的η型半導(dǎo)體層14的雜質(zhì)濃度。因此，第一電荷累積部18通過比光電轉(zhuǎn)換部17的η型半導(dǎo)體層14更高濃度的離子注入形成。
[0156]其后，通過與圖4D~圖5F所示的步驟類似的步驟完成圖2所示的固態(tài)成像裝置I。通過利用離子注入形成所有雜質(zhì)區(qū)域，外延生長過程可以被省略，使得步驟數(shù)量可以減少，從而實(shí)現(xiàn)成本降低。
[0157]〈2.第二實(shí)施方案:各像素中形成一個(gè)縱型晶體管的例子〉
[0158]接下來，對(duì)根據(jù)本公開第二實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置進(jìn)行說明。圖8是根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置70的主要部分的斷面結(jié)構(gòu)圖。在圖8中，與圖2相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示，并且不再重復(fù)說明。
[0159]本實(shí)施方案描述了其中第二復(fù)位晶體管Tr4沒有形成在根據(jù)第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I中的例子。換句話 說，本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置70的各像素包括第一傳輸晶體管Trl、第二傳輸晶體管Tr2、復(fù)位晶體管Tr3、放大晶體管Tr5和選擇晶體管Tr6。
[0160]圖9是根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置70的像素的等效電路圖。如圖9所示，在本實(shí)施方案中，復(fù)位晶體管Tr3的源極是浮動(dòng)擴(kuò)散部34，其漏極連接到電源電壓Vdd。復(fù)位脈沖ORST經(jīng)由配線施加到復(fù)位晶體管Tr3的柵電極33。
[0161]接下來，對(duì)具有上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置70的驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行說明。圖10是示出根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置70的驅(qū)動(dòng)方法的時(shí)序圖。這里，說明讀出第η行的像素的時(shí)序。
[0162]首先，復(fù)位脈沖ORST的供給在全部像素中同時(shí)開始，并且第一傳輸脈沖OTrGl和第二傳輸脈沖OTrG2的供給在全部像素中也同時(shí)開始，并且復(fù)位晶體管Tr3、第一傳輸晶體管Trl和第二傳輸晶體管Tr2同時(shí)打開。因此，在浮動(dòng)擴(kuò)散部34中累積的信號(hào)電荷朝向電源電壓Vdd側(cè)排出，浮動(dòng)擴(kuò)散部34被復(fù)位。同時(shí)，由于第二電荷累積部25、第一電荷累積部18和光電轉(zhuǎn)換部17被電氣連接到電源電壓Vdd，因此第二電荷累積部25、第一電荷累積部18和光電轉(zhuǎn)換部17也被復(fù)位。
[0163]這里，在復(fù)位前的浮動(dòng)擴(kuò)散部34中累積的信號(hào)電荷是在前面的幀中讀出的信號(hào)電荷。在第一電荷累積部18和光電轉(zhuǎn)換部17中累積的信號(hào)電荷是在前面幀中的曝光期間結(jié)束后在光電轉(zhuǎn)換部17產(chǎn)生的信號(hào)電荷。
[0164]其后，復(fù)位脈沖ORST、第一傳輸脈沖OTrGl和第二傳輸脈沖OTrG2的供給在全部像素中同時(shí)停止，復(fù)位晶體管Tr3、第一傳輸晶體管Trl和第二傳輸晶體管Tr2被關(guān)斷。通過關(guān)斷第一傳輸晶體管Trl，曝光期間開始。
[0165]接下來，通過在全部像素中同時(shí)開始第一傳輸脈沖ΦΤι^Ι的供給，打開第一傳輸晶體管Trl。因此,在光電轉(zhuǎn)換部17和第一電荷累積部18中累積的信號(hào)電荷被傳輸?shù)降诙姾衫鄯e部25。其后，通過在全部像素中同時(shí)停止第一傳輸脈沖ΦΤι^Ι的供給，關(guān)斷第一傳輸晶體管Trl。在本實(shí)施方案中，在全部像素中同時(shí)在第二電荷累積部25中讀出的信號(hào)電荷保持在第二電荷累積部25中，直到各行的讀出時(shí)間。
[0166]直到該步驟的一系列操作在全部像素中同時(shí)進(jìn)行。換句話說，在本實(shí)施方案中，當(dāng)在全部像素中同時(shí)關(guān)斷復(fù)位晶體管Tr3、第一傳輸晶體管Trl和第二傳輸晶體管Tr2時(shí)開始全局曝光。然后，當(dāng)在全部像素中同時(shí)打開第一傳輸晶體管Trl時(shí)結(jié)束全局曝光。換句話說，曝光期間對(duì)應(yīng)于從當(dāng)?shù)谝粋鬏斁w管Trl被關(guān)斷時(shí)到第一傳輸晶體管Trl被打開的期間。在曝光期間，對(duì)應(yīng)于入射光的量的信號(hào)電荷在光電轉(zhuǎn)換部中生成。在光電轉(zhuǎn)換部17中生成的信號(hào)電荷沿著基板12內(nèi)的電位移動(dòng)，并主要在第一電荷累積部18中累積。
[0167]接下來，開始針對(duì)每行讀出。在第η行的信號(hào)電荷的讀出中，當(dāng)?shù)讦切械牟僮鞯捻樞虻絹頃r(shí)，通過供給選擇脈沖OSEL，選擇晶體管Tr6打開。因此，在復(fù)位狀態(tài)下的浮動(dòng)擴(kuò)散部34的電位作為復(fù)位信號(hào)被讀出，并取入到列電路。
[0168]接下來，在選擇脈沖OSEL被供給的狀態(tài)下，第二傳輸脈沖OTrG2的供給開始，并且第二傳輸晶體管Tr2打開。因此，在第η行的像素中，在第二電荷累積部25中累積的信號(hào)電荷被傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散部34。其后，對(duì)應(yīng)于浮動(dòng)擴(kuò)散部34的電位的輸出作為像素信號(hào)被取入到列電路。在列電路中，通過采取該像素信號(hào)和在先獲得的復(fù)位信號(hào)之間的差值進(jìn)行相關(guān)雙采樣。因此，在列電路中，可以獲得除去了 kTc噪聲的像素信號(hào)。[0169]其后，第二傳輸脈沖ΦΤι^2的供給停止，并且選擇脈沖OSEL的供給停止，使得第二傳輸晶體管Tr2和選擇晶體管Tr6被關(guān)斷，以結(jié)束第η行中的像素的讀出。在第η行中的像素的讀出結(jié)束后，第(η+1)行中的像素被讀出；按這種方式，順次進(jìn)行全部行的讀出。
[0170]在本實(shí)施方案中，由于浮動(dòng)擴(kuò)散部34、第二電荷累積部25、第一電荷累積部18和光電轉(zhuǎn)換部17可以一次性被復(fù)位，因此電路可以被簡(jiǎn)化以減少變化和噪聲，這是有利的。
[0171]此外，由于用于復(fù)位第一電荷累積部18和光電轉(zhuǎn)換部17的復(fù)位晶體管未設(shè)置在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置70中，因此像素區(qū)域可以減小。在本實(shí)施方案中，可以獲得類似于第一實(shí)施方案的效果。
[0172]<3.第三實(shí)施方案:正面照射型的固態(tài)成像裝置〉
[0173]接下來，對(duì)根據(jù)本公開第三實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置進(jìn)行說明。由于根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的整體結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的，因此省略了圖示并且省略了重復(fù)說明。圖11是本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置71的主要部分的截面結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方案說明了正面照射型固態(tài)成像裝置的例子，其中光入射面形成在第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I的光入射面的相對(duì)側(cè)。在圖11中，與圖2相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表不,并且不再重復(fù)說明。請(qǐng)注意，在圖11中，省略了在各像素中包括的像素晶體管的一部分的圖示。
[0174]在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置71中，如圖11所示，遮光膜22形成在設(shè)置有各像素晶體管的基板12的正面?zhèn)?，并且濾光層23和片上透鏡24形成在遮光膜22上。在這種情況下，遮光膜22可以使用形成在形成于基板12的正面?zhèn)鹊呐渚€層(未示出)中的配線的一部分來形成。
[0175]在本實(shí)施方案中，光電轉(zhuǎn)換部17的正面?zhèn)鹊摩研桶雽?dǎo)體層16通過高濃度地注入P型雜質(zhì)離子來形成。直到像素晶體管被形成在基板12的正面?zhèn)壬希緦?shí)施方案的固態(tài)成像裝置71可以按與第一實(shí)施方案類似的方式形成。在形成像素晶體管后，包括遮光膜22的配線層40、濾光層23和片上透鏡24形成在基板的表面?zhèn)龋瑥亩瓿蓤D11所示的固態(tài)成像裝置71。
[0176]在本實(shí)施方案中，經(jīng)由片上透鏡24和濾光層23在基板12的正面?zhèn)热肷涞墓庠诠怆娹D(zhuǎn)換部17中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而生成對(duì)應(yīng)于入射光的量的信號(hào)電荷。在光電轉(zhuǎn)換部17中產(chǎn)生的信號(hào)電荷沿著基板12的電位移動(dòng),并且被累積在第一電荷累積部18中。
[0177]在具有上述結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置71中，可以通過類似于第一實(shí)施方案中所描述的方法，在基板12內(nèi)形成各雜質(zhì)擴(kuò)散層。然而，由于固態(tài)成像裝置71是正面照射型的固態(tài)成像裝置，因此在形成配線層的步驟后再次反轉(zhuǎn)基板12的步驟不是必需的，從而減少了步驟數(shù)量。在本實(shí)施方案中，可以采用類似于第一實(shí)施方案的驅(qū)動(dòng)方法。
[0178]在本實(shí)施方案中，可以獲得類似于第一實(shí)施方案的效果。
[0179]<4.第四實(shí)施方案:利用傳輸電極使信號(hào)電荷漂移的例子>
[0180]接下來，接下來，對(duì)根據(jù)第四實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置進(jìn)行說明。由于根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的整體結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的，因此省略了圖示并且省略了重復(fù)說明。圖12是本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置72的主要部分的斷面結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方案中說明了通過向第一電荷累積部18施加電壓使在光電轉(zhuǎn)換部17中累積的信號(hào)電荷朝向第一電荷累積部18移動(dòng)的例子。在圖12中，與圖2相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表不,并且不再重復(fù)說明。
[0181]在本實(shí)施方案中，在作為光入射面的基板12的背面?zhèn)?，傳輸電極41經(jīng)由氧化硅膜的絕緣膜42形成在第一電荷累積部18的上部。傳輸電極41的材料可以是例如多晶硅、Cu、Al、W等導(dǎo)電材料。在本實(shí)施方案中，當(dāng)正電壓被施加到傳輸電極41時(shí)，第一電荷累積部18的電位低于光電轉(zhuǎn)換部17的電位。
[0182]在具有上述結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像裝置72中，在曝光期間，通過向傳輸電極41施加所需的電位，在光電轉(zhuǎn)換部17中產(chǎn)生的信號(hào)電荷可以朝向第一電荷累積部18移動(dòng)。因此,與其中第一實(shí)施方案中所述的信號(hào)電荷沿著僅由于光電轉(zhuǎn)換部17和第一電荷累積部18之間的雜質(zhì)濃度差異形成的基板12內(nèi)的電位梯度而移動(dòng)的結(jié)構(gòu)相比，信號(hào)電荷可以被有效地移動(dòng)。此外，由于更多的信號(hào)電荷可以被供給到第一電荷累積部18，因此更多的信號(hào)電荷可以被第一傳輸晶體管Trl讀出，從而提高了靈敏度。
[0183]在本實(shí)施方案中，可以獲得類似于第一實(shí)施方案的效果。
[0184]在本實(shí)施方案中，遮光膜22和傳輸電極41分開設(shè)置；然而，在使用遮光性的導(dǎo)電材料形成傳輸電極41的情況下，傳輸電極41可以兼用作遮光膜22。在這種情況下，在光入射面?zhèn)鹊脑母叨瓤梢越档汀?br>
[0185]〈5.第五實(shí)施方案:使用信號(hào)讀出晶體管讀出信號(hào)電荷的例子>
[0186]接下來，對(duì)根據(jù)本公開第五實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置進(jìn)行說明。由于根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的整體結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的，因此省略了圖示并且省略了重復(fù)說明。圖13是本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置73的主要部分的斷面結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方案描述了在光電轉(zhuǎn)換部17和第一電荷累積部18之間設(shè)置信號(hào)讀出晶體管的例子。在圖13中，與圖2相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示，并且不再重復(fù)說明。
[0187]在本實(shí)施方案中，光電轉(zhuǎn)換部17的η型半導(dǎo)體層14和第一電荷累積部18彼此隔開預(yù)定距離形成，并且形成為用于抑制在基板12的背面?zhèn)壬系陌惦娏鞯腜型半導(dǎo)體層15和19也彼此隔開預(yù)定距離。在光電轉(zhuǎn)換部17和第一電荷累積部18之間的區(qū)域中，傳輸電極43經(jīng)由柵極絕緣膜44形成在基板12的背面?zhèn)壬?。換句話說，在本實(shí)施方案中，信號(hào)電荷利用包括傳輸電極43的信號(hào)讀出晶體管Tr7在光電轉(zhuǎn)換部17和第一電荷累積部18之間傳輸。
[0188]在本實(shí)施方案中，當(dāng)所需的讀出電位被供給到傳輸電極43并且信號(hào)讀出晶體管Tr7被打開時(shí),在光電轉(zhuǎn)換部17中產(chǎn)生的信號(hào)電荷傳輸?shù)降谝浑姾衫鄯e部18并在第一電荷累積部18中累積。
[0189]在本實(shí)施方案中，由于信號(hào)電荷在光電轉(zhuǎn)換部17和第一電荷累積部18之間的傳輸受到信號(hào)讀出晶體管Tr7的控制，因此信號(hào)電荷可以在光電轉(zhuǎn)換部17中保持一次。此外，信號(hào)電荷可以在第一電荷累積部18中保持。因此，在本實(shí)施方案中，信號(hào)電荷可以被連續(xù)地保持兩次；因此，這可以適用于高速快門。
[0190]在本實(shí)施方案中，由于殘留在光電轉(zhuǎn)換部17中的信號(hào)電荷的量可以通過控制傳輸電極43的電壓而控制，因此寬動(dòng)態(tài)范圍成為可能。此外，在本實(shí)施方案中，由從光電轉(zhuǎn)換部17的信號(hào)電荷的溢流引起的溢出可以被防止。
[0191]在本實(shí)施方案中，可以獲得類似于第一實(shí)施方案的效果。
[0192]<6.第六實(shí)施方案:在基板上疊置光電轉(zhuǎn)換部的例子〉
[0193]接下來，對(duì)根據(jù)本公開第六實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置進(jìn)行說明。由于根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的整體結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的，因此省略了圖示并且省略了重復(fù)說明。圖14是本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置74的主要部分的斷面結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置74在光電轉(zhuǎn)換部的結(jié)構(gòu)方面與第一實(shí)施方案的不同。在圖14中，與圖2相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示，并且不再重復(fù)說明。在圖14中，各像素中包括的像素晶體管的一部分被示出為電路圖。
[0194][6-1主要部分的結(jié)構(gòu)]
[0195]如圖14所示，本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置74包括設(shè)置有第一電荷累積部18、第二電荷累積部25、浮動(dòng)擴(kuò)散部34和多個(gè)像素晶體管的基板12。固態(tài)成像裝置74包括在基板12的光入射面?zhèn)葘盈B的光電轉(zhuǎn)換部50、阻擋層68、透明電極57、濾光層23和片上透鏡24。
[0196]基板12由η型娃形成,厚度例如為3 μ m?5 μ m,形成各像素的雜質(zhì)區(qū)域的像素區(qū)域是P型阱區(qū)域13。各像素由設(shè)置在基板12中的像素隔離部53隔開。像素分離部53由從基板12的背面?zhèn)纫云谕疃刃纬傻母邼舛鹊腜型半導(dǎo)體層形成，并且被設(shè)置用來在相鄰的像素之間電氣隔離。
[0197]在本實(shí)施方案中，各像素的第一和第二電荷累積部52和25、浮動(dòng)擴(kuò)散部34以及各像素晶體管的源極/漏極區(qū)域29和35形成在ρ型的阱區(qū)域13內(nèi)。各像素包括6個(gè)像素晶體管:第一傳輸晶體管Trl、第二傳輸晶體管Tr2、第一復(fù)位晶體管Tr3、第二復(fù)位晶體管Tr4、放大晶體管Tr5和選擇晶體管Tr6。
[0198]第一電荷累積部52由η型半導(dǎo)體層從基板12的背面?zhèn)纫云谕疃刃纬?。第一電荷累積部52針對(duì)各對(duì)應(yīng)的像素形成，并且在各像素中，跨越由像素隔離部53隔開的單位像素的區(qū)域而形成。第一電荷累積部52用作累積在后面描述的光電轉(zhuǎn)換部50中產(chǎn)生的信號(hào)電荷的累積部。
[0199]第一電荷累積部52優(yōu)選具有其中雜質(zhì)分布成使得η型雜質(zhì)濃度從基板的背面?zhèn)仍谏疃确较蛏献兏叩慕Y(jié)構(gòu)。利用這種結(jié)構(gòu)，第一電荷累積部52可以具有其中電位在基板12的深度方向上變高的電位梯度。因此，已經(jīng)從光電轉(zhuǎn)換部50移動(dòng)的信號(hào)電荷(在本實(shí)施方案中，電子)在第一電荷累積部52內(nèi)朝向基板12的正面?zhèn)茸詣?dòng)移動(dòng)。
[0200]各像素晶體管按類似于第一實(shí)施方案的方式形成在基板12的正面?zhèn)?，并且在本?shí)施方案中，第一傳輸晶體管Trl和第二復(fù)位晶體管Tr4是縱型晶體管。換句話說，第一傳輸柵極27和第二復(fù)位柵電極30形成為電極到達(dá)第一電荷累積部52的深度。
[0201]光電轉(zhuǎn)換部50由可以生成對(duì)應(yīng)于入射光的量的信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換材料形成，并且跨越像素區(qū)域的整個(gè)表面疊置在基板12的背面?zhèn)壬?，以覆蓋包括η型半導(dǎo)體層的第一電荷累積部52的上表面。光電轉(zhuǎn)換部50兼用作遮光膜。換句話說，入射到光電轉(zhuǎn)換部50的光在光電轉(zhuǎn)換部50中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并且未入射到基板12側(cè)。光電轉(zhuǎn)換部50還設(shè)置有像素隔離部(以下稱為光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51)，以針對(duì)各像素隔離光電轉(zhuǎn)換部50。
[0202]上述光電轉(zhuǎn)換部50可以由具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體形成，更具體地CuInSe20圖15是示出在各種半導(dǎo)體材料中的光子能量和光吸收系數(shù)之間的關(guān)系的圖。如圖15所示，CuInSe2的光吸收系數(shù)比其他材料更高，特別地，比Si單晶體(圖15中的x_Si)的約高2位數(shù)字。因此，由CuInSe2形成的光電轉(zhuǎn)換部不僅作為光電轉(zhuǎn)換部，而且滿足用于阻斷可見光的遮光膜的功能。
[0203]光電轉(zhuǎn)換部50的材料可以具有單晶、多晶或無定形結(jié)構(gòu)的任何晶體結(jié)構(gòu)，只要可見光的吸收系數(shù)比由硅制成的基板12更高并且材料表現(xiàn)出光電轉(zhuǎn)換功能。光電轉(zhuǎn)換部50的黃銅礦材料可以是CuInSe2之外的其他黃銅礦材料。
[0204]圖16和圖17是示出黃銅礦材料的晶格常數(shù)和帶隙之間的關(guān)系的圖。如圖16所示，存在各種黃銅礦材料。其中，例如，如圖17所示，具有包括銅-鋁-鎵-銦-硫-硒系化合物的混晶(在下文中，CuAlGaInSSe系混晶)的黃銅礦結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體可以用于形成光電轉(zhuǎn)換部50。
[0205]CuAlGaInSSe系混晶可以使其組成被控制成調(diào)節(jié)其晶格常數(shù)與硅的晶格常數(shù)符合；因此，晶體缺陷可以減少。因此，可以通過在硅的基板12上的外延生長形成CuAlGalnSSe系混晶的單晶薄膜，并且在異質(zhì)結(jié)上發(fā)生的諸如失配位錯(cuò)等晶體缺陷可以降低。這樣可以抑制暗電流的產(chǎn)生并降低噪聲。
[0206]光電轉(zhuǎn)換部50的黃銅礦材料可以具有ρ型、η型或i型的任何導(dǎo)電型。然而，優(yōu)選的是，雜質(zhì)濃度變化，從而能夠使光電轉(zhuǎn)換部50內(nèi)的電位變化，使得光電轉(zhuǎn)換部50中生成的信號(hào)電荷朝向第一電荷累積部52移動(dòng)。當(dāng)如在本實(shí)施方案中所述電子被用作信號(hào)電荷時(shí)，通過構(gòu)造光電轉(zhuǎn)換部50以使電位朝向基板12增大，在光電轉(zhuǎn)換部50中生成的信號(hào)電荷沿著電位梯度移動(dòng)并且在第一電荷累積部52中累積。
[0207]可選擇地，光電轉(zhuǎn)換部50可以由硅化物材料形成。圖18是示出各種硅化物材料的消光系數(shù)k和光子能量之間的關(guān)系的圖。
[0208]光吸收系數(shù)α滿足關(guān)系α = 4 π k/λ，其中k是消光系數(shù)，λ是波長。從圖18可以看出，諸如 CoS1、CrS1、HfS1、IrS1、MoS1、NiS1、PdS1、ReS1、TaS1、TiS1、WSi 或 ZrSi 等硅化物材料具有比Si更高的光吸收系數(shù)α。
[0209]β -鐵硅化物材料(β -FeSi2)的吸光系數(shù)比硅高出約兩個(gè)位數(shù)(參見H.Katsumata, et al., J.Appl.Phys.8 (10), 5955 (1996))。此外，通過外延生長可以在娃基板中形成β-鐵娃化物材料(P-FeSi2)(參見John E.Mahan, et al., Appl.Phys.Lett.56(21),2126(1990))。因此，通過使用β -鐵硅化物材料(β-FeSi2)，可以形成同時(shí)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能和遮光功能的光電轉(zhuǎn)換部50。
[0210]此外，鋇硅化物材料(BaSi2)和BahSrxSi2的吸收系數(shù)比硅(Si)高約兩個(gè)位數(shù)。此外，諸如 SiGe, Mg2SiGe, SrSi2, MnSi1.7, CrSi2, NiSi 系材料、CuSi 系材料、CoSi 系材料或PtSi等其他的硅化物材料也具有高的吸收系數(shù)。因此，通過使用硅化物材料，可以形成兼用作遮光膜的光電轉(zhuǎn)換部50。
[0211]光電轉(zhuǎn)換部50可以由有機(jī)材料代替上述無機(jī)材料形成。例如，可以使用包括喹吖啶酮系顏料或香豆素系顏料的有機(jī)材料。在本實(shí)施方案中，濾光層23設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部50的光入射側(cè)；因此，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換部50由有機(jī)材料形成時(shí)，可以使用在整個(gè)可見光范圍內(nèi)具有靈敏度的材料。在各像素中，光電轉(zhuǎn)換部50可以被構(gòu)造成吸收波長對(duì)應(yīng)于透過濾光層23的光的波長的光。
[0212]有機(jī)材料具有低的電子遷移率。因此，在使用有機(jī)材料構(gòu)造光電轉(zhuǎn)換部50的情況下，用于針對(duì)各像素分離光電轉(zhuǎn)換部50的光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51可以省略。此外，在使用有機(jī)材料構(gòu)造光電轉(zhuǎn)換部50的情況下，可以通過在基板12上涂布有機(jī)材料形成光電轉(zhuǎn)換部50。
[0213]阻擋層68設(shè)置在透明電極57和光電轉(zhuǎn)換部50的上部之間，用于防止載流子從透明電極57朝向光電轉(zhuǎn)換部50注入。阻擋層68可以是防止電子注入的材料形成；例如，可以使用氧化鋅(ZnO)膜、氧化鎳(NiO)膜、氧化銅(Cu2O)膜、金剛石(C)膜等。盡管在本實(shí)施方案中形成阻擋層68，但是阻擋層68可以省略。
[0214]透明電極57在光電轉(zhuǎn)換部50上部的光入射面?zhèn)壬闲纬?，并且跨越像素區(qū)域的整個(gè)表面形成。透明電極57由透過可見光區(qū)域的波長的電極材料形成；例如，可以使用諸如氧化銦錫(ITO)膜、氧化銦鋅膜或氧化鋁鋅(AZO)膜等透明導(dǎo)電膜。透明電極57被連接到接地電位，以防止由空穴累積引起的充電。
[0215]在本實(shí)施方案中，包括η型半導(dǎo)體層的第一電荷累積部52形成在光電轉(zhuǎn)換部50的下方，并且連接到接地電位的透明電極57形成在光電轉(zhuǎn)換部50的上方。因此，在光電轉(zhuǎn)換部50中根據(jù)入射光的量產(chǎn)生的信號(hào)電荷(電子)朝向第一電荷累積部52移動(dòng),并且連同信號(hào)電荷的生成而產(chǎn)生的空穴朝向透明電極57移動(dòng)。
[0216]圖19是示出在根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置74中的模擬光傳輸?shù)慕Y(jié)果的圖。這里，圖19表示當(dāng)用650nm波長的光經(jīng)由片上透鏡24入射到光電轉(zhuǎn)換部50 (在0.5- μ m厚基板12上設(shè)置的0.3-μ m厚CuInGaS2膜)時(shí)獲得的結(jié)果。
[0217]圖19表明在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置74中，入射光被吸收在光電轉(zhuǎn)換部50中，并且阻斷，使得光不會(huì)進(jìn)入基板12，在這種情況下，作為結(jié)果具體地估計(jì)光。
[0218]作為根據(jù)考慮了光量監(jiān)測(cè)器的模擬而詳細(xì)地估計(jì)到達(dá)基板12的下表面的光的比例的結(jié)果，已經(jīng)表明僅有1.8X10_3%的光到達(dá)基板12，幾乎所有的光被阻斷。
[0219][6-2制造方法]
[0220]下面，對(duì)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置74的制造方法進(jìn)行說明。這里，舉例說明了其中使用由CuAlGaInSSe系混晶的黃銅礦系材料形成的光電轉(zhuǎn)換部50形成的固態(tài)成像裝置74。此外，本實(shí)施方案描述了其中使用主面是(100)面的硅基板通過外延生長形成上述化合物半導(dǎo)體而形成光電轉(zhuǎn)換部50的情況。圖20A?21E是示出本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置74的制造方法的步驟圖。
[0221]首先，在本實(shí)施方案中，準(zhǔn)備η型基板12，并且例如，通過注入P型雜質(zhì)的離子形成P型阱區(qū)域13。其后，如圖20Α所示，將作為η型摻雜劑的第五族原子的磷(P)的離子注入到基板12的正面?zhèn)龋纱?，形成第二電荷累積部25、浮動(dòng)擴(kuò)散部34和各像素晶體管的源極/漏極區(qū)域29和35。
[0222]其后，將ρ型雜質(zhì)的離子以高濃度注入到第二電荷累積部25的正面?zhèn)壬?，從而形成P型半導(dǎo)體層26。這些步驟可以通過一般的CMOS型固態(tài)成像裝置的制造過程進(jìn)行。
[0223]接下來，將由硅等形成的支撐基板(未示出)貼合到基板12的正面?zhèn)龋⒎崔D(zhuǎn)基板12，使得基板12的背面?zhèn)瘸?。其后，如圖20B所示，在通過CVD法用η型雜質(zhì)摻雜基板12的背面?zhèn)鹊耐瑫r(shí)，對(duì)將要成為第一電荷累積部52的η型半導(dǎo)體層54進(jìn)行外延生長，直到獲得所需的厚度。
[0224]接下來，如圖20C所示，已經(jīng)進(jìn)行過外延生長的η型半導(dǎo)體層54上形成在將要設(shè)置像素隔離部20的區(qū)域中具有開口的抗蝕劑層55?？刮g劑層55可以通過一般的光刻技術(shù)來形成。例如，通過經(jīng)由抗蝕劑層55以比ρ型阱區(qū)域13的雜質(zhì)濃度更高的濃度注入ρ型雜質(zhì)的離子形成像素隔離部20。像素隔離部20的ρ型半導(dǎo)體層被形成為至少第一電荷累積部52針對(duì)各像素被分離的深度。
[0225]接下來，如圖20D所示，通過在第一電荷累積部52上的外延生長形成黃銅礦系材料而形成光電轉(zhuǎn)換部50。在本實(shí)施方案中，作為通過外延生長形成黃銅礦系化合物半導(dǎo)體的方法，例如，可以使用分子束外延(MBE)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或液相外延(LPE)。
[0226]基板12的硅(Si)的晶格常數(shù)為51.45nm, CuAlGaInSSe系混晶包括對(duì)應(yīng)于該晶格常數(shù)的材料，由此可以形成與基板12晶格匹配的光電轉(zhuǎn)換部50。因此，例如，通過在基板12上外延生長可以形成作為光電轉(zhuǎn)換部50的CuGaa52Ina48S2膜。
[0227]在通過MOCVD法形成光電轉(zhuǎn)換部50的情況下，有機(jī)金屬原料在MOCVD裝置內(nèi)用氫氣鼓泡，以產(chǎn)生飽和蒸氣壓狀態(tài)。因此，在硅的基板12上，有機(jī)金屬原料熱分解而成為晶體，從而使晶體生長并形成光電轉(zhuǎn)換部50。在這種情況下，通過控制將要供給到在MOCVD裝置中各原料的氫氣的流量，來確定每單位時(shí)間輸送的原料的摩爾比。因?yàn)槟柋扰c將要形成的結(jié)晶的組成比相關(guān)聯(lián)，因此可以通過控制每單位時(shí)間輸送的原料的摩爾比來控制通過外延生長形成的光電轉(zhuǎn)換部50的組成比。
[0228]在通過MOCVD法形成光電轉(zhuǎn)換部50的情況下，例如，乙酰丙酮銅(Cu (C5H7O2) 2)可以用作有機(jī)金屬銅的原料?？蛇x擇地，可以使用環(huán)戊二烯基銅三乙基膦(h5-(C2H5)Cu:P(C2H5)3)。作為鎵(Ga)的有機(jī)金屬原料，例如，可以使用三甲基鎵(Ga(CH3)3)。作為鋁(Al)的有機(jī)金屬原料，例如，可以使用三甲基鋁(Al (CH3) 3)。作為銦(In)的有機(jī)金屬原料，例如，可以使用三甲基銦(In(CH3)3)。作為硒(Se)的有機(jī)金屬原料，例如，可以使用二甲基硒(Se(CH3)2)O作為硫⑶的有機(jī)金屬原料，例如，可以使用二甲基硫(S(CH3)2)。作為鋅(Zn)的有機(jī)金屬原料，例如，可以使用二甲基鋅(Zn(CH3)2)。
[0229]這里，有機(jī)金屬原料不限于上述那些，類似地，任何有機(jī)金屬材料可以用作MOCVD生長的原料。例如，三乙基鎵(Ga(C2H5)3)、三乙基鋁(Al (C2H5) 3)、三乙基銦(In (C2H5) 3)、二乙基硒(Se(C2H5)2)、二乙基硫(S(C2H5)2)或二乙基鋅(Zn(C2H5)2)可以用作原料。此外，MOCVD生長的原料不一定是有機(jī)金屬，也可以是氣態(tài)的。例如，硒化氫(H2Se)可以用作Se的原料，硫化氫(H2S)可以用作S的原料。
[0230]在使用MBE法形成光電轉(zhuǎn)換部50的情況下，光電轉(zhuǎn)換部50的各單一原料在高真空下被投入到MBE裝置內(nèi)的各Knudsen室中，并加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?。因此，產(chǎn)生分子束并照射到基板12上，由此形成期望的晶體生長層。將被投入Knudsen室的單一原料可以是鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、硒(Se)或硫(S)。在諸如硫⑶等具有特別高的蒸氣壓的原料的情況下，分子束量的穩(wěn)定性可能很差。在這種情況下，可以使用閥控裂解室來穩(wěn)定分子束量。此外，原料的一部分可以是氣體源，如氣體源MBE。在這種情況下，例如，硒化氫(H2Se)可以用作Se的原料，硫化氫(H2S)可以用作S的原料。
[0231]在通過MOCVD法或MBE法形成光電轉(zhuǎn)換部50的情況下，例如，作為η型摻雜劑的Zn的濃度隨著晶體生長逐漸減小，由此可以形成在晶體生長方向上帶隙傾斜的光電轉(zhuǎn)換部50。通過按這種方式傾斜光電轉(zhuǎn)換部50內(nèi)的帶隙,在光電轉(zhuǎn)換部50中生成的信號(hào)電荷可以容易地朝向基板12移動(dòng)。
[0232]上述的光電轉(zhuǎn)換部50形成為在基板12上晶格匹配。在這種情況下，由于在異質(zhì)結(jié)中的失配位錯(cuò)可以減小，所以光電轉(zhuǎn)換部50的結(jié)晶性提高。因此，由于晶體缺陷減少，所以暗電流可以減小，并且由于白點(diǎn)造成的圖像質(zhì)量的劣化可以被防止。此外，因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)更高的靈敏度，所以即使在黑暗環(huán)境中(例如，在夜間)也可以拍攝高質(zhì)量的圖像。
[0233]這里，晶格不匹配可以表示為I Aa/a| (Aa:光電轉(zhuǎn)換部的晶格常數(shù)與基板的常數(shù)之間的差值，a:基板的晶格常數(shù))，晶格匹配可以表示為Aa/a = 0。請(qǐng)注意，在本實(shí)施方案中，“晶格匹配”的定義包括接近于通過晶體生長而形成的光電轉(zhuǎn)換部50的厚度在臨界膜厚內(nèi)的條件下的晶格匹配狀態(tài)的狀態(tài)。換句話說，即使晶格不完全匹配，只要厚度在臨界膜厚內(nèi)就可以獲得具有無失配位錯(cuò)的優(yōu)良結(jié)晶性的狀態(tài)。
[0234]術(shù)語“臨界膜厚”定義在“Matthew和 Blakeslee 的式中” (J.ff.Matthews andA.E.Blakeslee, J.Cryst.Growth27 (1974) 118-125.)或“People 和 Bean 的式中”(R.Peopleand J.C.Bean, Appl.Phys.Lett.47 (1985) 322-324.)。
[0235]在上述形成包括外延晶體的光電轉(zhuǎn)換部50后，如圖21E所示，形成在將要在光電轉(zhuǎn)換部50上設(shè)置光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51的區(qū)域中具有開口的抗蝕劑層56。然后，通過經(jīng)由抗蝕劑層56注入ρ型摻雜劑、Ga、In、As或P的離子，形成用于針對(duì)各像素隔離光電轉(zhuǎn)換部50的光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51。其后，在400°C以上下進(jìn)行退火處理，以活化各半導(dǎo)體層。
[0236]然后，按類似于圖5F的方式，各像素晶體管形成在基板12的正面?zhèn)?，并且阻擋?8、透明電極57、濾光層23和片上透鏡24形成在基板12的背面?zhèn)?，由此完成本?shí)施方案的固態(tài)成像裝置74。
[0237]在本實(shí)施方案中，使用主面是(100)面的硅基板，并且通過在該主面上經(jīng)由外延生長形成化合物半導(dǎo)體而形成光電轉(zhuǎn)換部。換句話說，本實(shí)施方案描述了使用{100}基板的情況。然而，本公開不限于此。
[0238]在通過外延生長在非離子性和非極性硅基板上形成作為離子性元素的材料的上述化合物半導(dǎo)體的情況下，可能會(huì)發(fā)生所謂的反相疇缺陷。換句話說，陽離子和陰離子局部地反相生長，從而產(chǎn)生反相疇。[0239]因此,偏離基板(off substrate)可以用作娃基板。通過在偏離基板上進(jìn)行外延生長，反相疇的產(chǎn)生可以被抑制。例如，通過使用其中硅的{100}基板的面方向偏離〈011〉方向的偏離基板，隨著晶體生長，具有反相疇區(qū)域本身消失，從而改善了結(jié)晶度。作為偏離基板，可以使用傾斜角為I?10度的基板。
[0240][6-3驅(qū)動(dòng)方法]
[0241]本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置74的各像素也具有類似于圖3的等效電路，并且各像素的晶體管類似于圖6的時(shí)序操作。在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置中74，將入射光在光電轉(zhuǎn)換部50中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,其中生成的信號(hào)電荷(電子)移動(dòng)到第一電荷累積部52,并且主要累積在第一電荷累積部52中。在光電轉(zhuǎn)換部50中生成的空穴移動(dòng)到透明電極57。
[0242]在曝光期間，當(dāng)?shù)谝粋鬏斁w管Trl被打開時(shí),在第一電荷累積部52和光電轉(zhuǎn)換部50中累積的信號(hào)電荷在全部像素中同時(shí)傳輸?shù)降诙姾衫鄯e部25。在第二電荷累積部25中累積的信號(hào)電荷在每行的時(shí)序由浮動(dòng)擴(kuò)散部34讀出，并且對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)被排出到垂直信號(hào)線9。
[0243]在本實(shí)施方案中，由于光電轉(zhuǎn)換部50疊置在基板12上，因此不必須在基板12上設(shè)置光電轉(zhuǎn)換部50，從而減小了像素面積。形成在基板12的背面?zhèn)壬系牡谝浑姾衫鄯e部52和形成在基板12的正面?zhèn)壬系母飨袼鼐w管在基板12的深度方向上疊置。這進(jìn)一步減小了像素面積的大小。在本實(shí)施方案中，跨越像素區(qū)域3的整個(gè)表面形成的光電轉(zhuǎn)換部50兼用作遮光膜；因此，入射光不會(huì)到達(dá)基板12，并且噪聲被抑制。
[0244]在本實(shí)施方案中，可以獲得類似于第一實(shí)施方案的效果。
[0245]當(dāng)如本實(shí)施方案所述在基板12上形成光電轉(zhuǎn)換部50的情況下，可以設(shè)置中間層，以減少用于促進(jìn)在光電轉(zhuǎn)換部50中生成的信號(hào)電荷從光電轉(zhuǎn)換部50朝向基板12移動(dòng)的勢(shì)壘。形成中間層的例子在下文中作為變形例說明。
[0246][6-4第一變形例]
[0247]圖22是本實(shí)施方案的第一變形例的固態(tài)成像裝置76的主要部分的斷面結(jié)構(gòu)圖。在圖22中，與圖14相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示，并且不再重復(fù)說明。
[0248]在第一變形例中，如圖22所示，中間層60形成在基板12和光電轉(zhuǎn)換部50之間。中間層60可以由電子親和勢(shì)在基板12的電子親和勢(shì)和光電轉(zhuǎn)換部50的電子親合勢(shì)之間的材料形成。例如，最優(yōu)選的是，中間層60的電子親和勢(shì)在基板12的電子親和勢(shì)和光電轉(zhuǎn)換部50的電子親和勢(shì)之間的中間。
[0249]具體地，中間層60可以由厚度為5nm的CuGaci 64Intl 36S2形成。中間層60可以形成為厚度在臨界膜厚內(nèi)。例如，當(dāng)中間層60由CuGaa64Ina36S2形成時(shí)，與基板12的晶格失配為Δ a/a = 5.12X1CT3。在這種情況下，當(dāng)膜厚為5nm時(shí)，厚度小于由“Matthew和Blakeslee的式”或“People和Bean的式”中定義的臨界膜厚。
[0250]在光電轉(zhuǎn)換部50由ρ型半導(dǎo)體形成的情況下，中間層60可以由η型半導(dǎo)體形成。其中，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換部50由ρ型黃銅礦層形成時(shí)，中間層60優(yōu)選由I1-VI半導(dǎo)體形成(參見參考文獻(xiàn)I?3)。
[0251]參考文獻(xiàn)1:
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[0254]在這種情況下，光電轉(zhuǎn)換部50的p型黃銅礦層和硅的基板12可以夾設(shè)ZnS層、CdS層或ZnO層作為中間層60。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換部50由η型半導(dǎo)體層形成時(shí)，中間層60可以由ρ型半導(dǎo)體形成。
[0255][6-5第二變形例]
[0256]圖23是第一變形例的固態(tài)成像裝置77的主要部分的斷面結(jié)構(gòu)圖。在圖23中，與圖14相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示，并且不再重復(fù)說明。
[0257]在第二變形例中，圖23是第一變形例的固態(tài)成像裝置77的主要部分的斷面結(jié)構(gòu)圖。在圖23中，中間層60形成在光電轉(zhuǎn)換部50和透明電極57之間。在第二變形例中，基板12內(nèi)的各半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型與第一變形例相反，空穴(正孔)用作信號(hào)電荷。第二變形例也可以采用ZnS層、CdS層或ZnO層作為中間層60。
[0258]在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換部50由ρ型黃銅礦層形成和中間層60由η型半導(dǎo)體層形成時(shí)，在光電轉(zhuǎn)換部50和中間層之間的界面處形成pn結(jié)。按這種方式，即使pn結(jié)設(shè)置在基板12和光電轉(zhuǎn)換部50之間的界面以外，也不會(huì)發(fā)生問題。
[0259]<7.第七實(shí)施方案:光電轉(zhuǎn)換部上設(shè)置P型半導(dǎo)體層的例子>
[0260]接下來，對(duì)根據(jù)本公開第七實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置進(jìn)行說明。由于根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的整體結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的，因此省略了圖示并且省略了重復(fù)說明。圖24是本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置75的主要部分的斷面結(jié)構(gòu)圖。在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置75中，在第六實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置74中高濃度的ρ型半導(dǎo)體層58形成在光電轉(zhuǎn)換部50的透明電極57側(cè)。在圖24中，與圖14相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表不，并且不再重復(fù)說明。在圖24中，各像素中的像素晶體管的一部分被示出為電路圖。
[0261][7-1主要部分的結(jié)構(gòu)]
[0262]在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置75中，如圖24所示，高濃度的ρ型半導(dǎo)體層58形成在光電轉(zhuǎn)換部50的光入射側(cè)上。在本實(shí)施方案中，光電轉(zhuǎn)換部50和ρ型半導(dǎo)體層58由黃銅礦材料或硅化物材料形成。這里，P型半導(dǎo)體層58具有高雜質(zhì)濃度，使得在光電轉(zhuǎn)換部50中生成的空穴在水平方向上(沿著光電轉(zhuǎn)換部50的膜面的方向)流經(jīng)ρ型半導(dǎo)體層58。
[0263]在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置75中，高濃度的P型半導(dǎo)體層58形成在光電轉(zhuǎn)換部50的入射光入射的表面上；因此，暗電流被抑制。此外，形成在光電轉(zhuǎn)換部50上的ρ型半導(dǎo)體層58經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51的ρ型半導(dǎo)體層連續(xù)地設(shè)置在各像素之間。因此，在光電轉(zhuǎn)換部50中生成的信號(hào)電荷(電子)流向基板12，并且空穴在電轉(zhuǎn)換部50上方的水平方向上從光電轉(zhuǎn)換部移動(dòng)到P型半導(dǎo)體層58。
[0264]因此，在本實(shí)施方案中，透明電極57設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部50上；然而，不總是需要在光電轉(zhuǎn)換部50上設(shè)置透明電極57。如本實(shí)施方案所述，通過形成ρ型半導(dǎo)體層58和透明電極57，對(duì)電子和空穴的移動(dòng)的控制變得容易。
[0265][7-2制造方法][0266]接下來，對(duì)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置75的制造方法進(jìn)行說明。這里，說明了其中將是通過使用包括CuAlGaInSSe系混晶的黃銅礦系材料形成的光電轉(zhuǎn)換部50來制造固態(tài)成像裝置75的例子。圖25A?25C是示出本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置75的制造方法的步驟圖。
[0267]首先，按類似于圖20A?圖20C所示的方法，在基板12上設(shè)置期望的半導(dǎo)體層。然后，如圖25A所示，在基板12的設(shè)有第一電荷累積部52的背面?zhèn)壬系墓怆娹D(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51將要形成的部分中選擇性地形成絕緣膜59。換句話說，絕緣膜59形成為隔開相鄰的像素之間。
[0268]絕緣膜59可以由例如氧化硅膜或氮化硅膜形成。在本實(shí)施方案中，由于光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素分離部51形成在與形成在基板12側(cè)上的像素隔離部20相同的位置，因此絕緣膜59形成在形成在基板12側(cè)上的像素隔離部20上。
[0269]絕緣膜59可以通過以下步驟形成，例如，在基板12的背面?zhèn)鹊恼麄€(gè)表面上形成氧化硅膜，然后通過光刻技術(shù)形成使氧化硅膜圖案化，并且厚度為例如50?lOOnm。
[0270]接下來，通過使用MOCVD法、MBE法等的外延生長在基板12的背面?zhèn)壬闲纬苫衔锇雽?dǎo)體，從而形成如圖25B所示的光電轉(zhuǎn)換部50。在本實(shí)施方案中，隔開像素之間的絕緣膜59形成在基板12的背面?zhèn)?；因此，在絕緣膜59未在基板12的背面?zhèn)壬闲纬傻幕?2的露出部分上，光電轉(zhuǎn)換部50選擇性地進(jìn)行晶體生長。這里，光電轉(zhuǎn)換部50被形成為使得其厚度大于絕緣膜59的厚度，因此，光電轉(zhuǎn)換部50被形成為對(duì)應(yīng)于各像素，并且在相鄰的光電轉(zhuǎn)換部50之間設(shè)置溝槽。
[0271]接下來，如圖25C所示，通過在基板12的背面?zhèn)壬系木哂悬S銅礦結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體的橫向生長，形成光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51和ρ型半導(dǎo)體層58。具體地，在含有大量的諸如Ga、In、As或P等ρ型雜質(zhì)的條件下，具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體通過橫向生長而形成。因此，P型化合物半導(dǎo)體埋在相鄰的光電轉(zhuǎn)換部50之間的溝槽中，同時(shí)，高濃度的P型半導(dǎo)體層58形成在光電轉(zhuǎn)換部50上。
[0272]這里，在圖24的斷面結(jié)構(gòu)圖中，省略了當(dāng)光電轉(zhuǎn)換部50被選擇生長時(shí)使用的絕緣膜59的圖示。在MOCVD法和MBE法中，通過在晶體生長過程中的壓力控制，可以選擇橫向生長的或選擇生長中的一種。
[0273]在本實(shí)施方案中，例如，光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51和P型半導(dǎo)體層58的雜質(zhì)濃度設(shè)定為IXlO17?lX1019cm_3。因此，針對(duì)各像素隔離光電轉(zhuǎn)換部50的光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51和在光電轉(zhuǎn)換部50的光入射側(cè)的ρ型半導(dǎo)體層58被形成。其后，通過類似于第一實(shí)施方案的步驟，完成了本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置75。
[0274]在本實(shí)施方案中，由于光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51和ρ型半導(dǎo)體層58通過橫向生長形成，因此與其中光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51和ρ型半導(dǎo)體層58通過離子注入或退火工藝來形成的情況相比，在離子注入過程中的損壞或在退火過程中對(duì)配線層的不利影響較小。因此，在制造過程中的損壞可以減少。
[0275]請(qǐng)注意，在本實(shí)施方案中，盡管光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51由ρ型半導(dǎo)體層形成，但是光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51可以由不含ρ型雜質(zhì)的半導(dǎo)體形成。在這種情況下，光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51可以由具有寬的帶隙的黃銅礦系化合物半導(dǎo)體形成。通過形成光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51使得光電轉(zhuǎn)換部50和光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51之間的帶隙差大于或等于kT = 27meV，在像素之間形成勢(shì)壘，從而各像素可以彼此電氣隔離。
[0276]在利用帶隙差隔離各像素的情況下，在圖25C的步驟中，通過在不包含ρ型雜質(zhì)的條件下黃銅礦系化合物半導(dǎo)體的橫向生長，形成光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51。具體地，例如，光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51被形成為使得銅-鋁-鎵-銦-硫-硒的組成比為1.0:0.36:0.64:0:1.28:0.72 或 1.0:0.24:0.23:0.53:2.0:0。
[0277]其后，在含有大量的諸如Ga、In、As和P等雜質(zhì)的條件下，黃銅礦系化合物半導(dǎo)體進(jìn)行晶體生長，由此形成P型半導(dǎo)體層58?？蛇x擇地，通過光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51不包含P型雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)，可以分離各像素。
[0278]前述的固態(tài)成像裝置75的制造方法通過橫向生長形成光電變換單元側(cè)像素隔離部51和ρ型半導(dǎo)體層58 ;然而，根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置75的制造方法不限于此。P型半導(dǎo)體層58可以通過形成如圖21E所示的光電轉(zhuǎn)換部側(cè)像素隔離部51，然后在光電轉(zhuǎn)換部50的光入射面?zhèn)壬献⑷毽研碗s質(zhì)的離子來形成。
[0279]<8.第八實(shí)施方案:在基板上經(jīng)由電極層疊置光電轉(zhuǎn)換部的例子〉
[0280]接下來，對(duì)根據(jù)本公開第八實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置進(jìn)行說明。由于根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的整體結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的，因此省略了圖示并且省略了重復(fù)說明。圖26是根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置78的主要部分的斷面結(jié)構(gòu)圖。在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置78中，在第六實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置74中在光電轉(zhuǎn)換部中生成的信號(hào)電荷經(jīng)由電極移動(dòng)到基板上。在圖26中，與圖14相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示，并且不再重復(fù)說明。在圖26中，各像素中的像素晶體管的一部分被示出為電路圖。
[0281]在本實(shí)施方案中，電極層62形成在基板12的背面?zhèn)?，光電轉(zhuǎn)換部61、透明電極57、濾光層23和片上透鏡24疊置在電極層62上。
[0282]電極層62經(jīng)由絕緣層66由在光入射方向上疊置的兩層電極63形成。兩層電極63通過接觸部64彼此電氣連接。電極63針對(duì)各像素彼此分離地形成，并且上層電極63與光電轉(zhuǎn)換部61接觸，下層電極63與基板12的背面接觸。電極63例如由Al、Cu、W等形成。
[0283]在本實(shí)施方案中，光電轉(zhuǎn)換部61由具有遮光性的有機(jī)材料形成。光電轉(zhuǎn)換部61可以在全部像素共同中由吸收可見光區(qū)域的所有波長的光的有機(jī)材料形成，或者可以由針對(duì)各像素吸收不同波長的光的有機(jī)材料形成。如前面提到的，由于電子遷移率在有機(jī)材料內(nèi)部很低，因此在由有機(jī)材料形成的光電轉(zhuǎn)換部61中產(chǎn)生的電子在水平方向上的遷移率很低。因此，像素之間的隔離部是不需要的。
[0284]在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置78中，在光電轉(zhuǎn)換部61中生成的信號(hào)電荷(電子)經(jīng)由電極63移向第一電荷累積部52,在光電轉(zhuǎn)換部61中生成的空穴直接地朝向透明電極57移動(dòng)。然后，在第一電荷累積部52中累積的信號(hào)電荷按類似于第一實(shí)施方案的方式被讀出。
[0285]在本實(shí)施方案中，光電轉(zhuǎn)換部61兼用作遮光膜；然而，本發(fā)明不限于此。例如，光電轉(zhuǎn)換部61和電極63可以被組合以阻擋光進(jìn)入第一電荷累積部52。本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置78可以提供類似于第一實(shí)施方案的效果。
[0286]在本實(shí)施方案中，光電轉(zhuǎn)換部61由有機(jī)材料形成；然而，光電轉(zhuǎn)換部也可以由無機(jī)材料形成，如黃銅礦或硅化物化合物。在這種情況下，由無機(jī)材料構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換部貼合到電極63上。然而，在將光電轉(zhuǎn)換部的無機(jī)材料貼合到電極63上的情況下，隨后的熱退火是必要的?？蛇x擇地，無機(jī)材料的光電轉(zhuǎn)換部可以通過沉積等形成在電極63上。
[0287]<9.第九實(shí)施方案:在正面照射型的固態(tài)成像裝置中在基板上經(jīng)由電極層疊置光電轉(zhuǎn)換部的例子>
[0288]接下來，對(duì)根據(jù)本公開第九實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置進(jìn)行說明。由于根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的整體結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的，因此省略了圖示并且省略了重復(fù)說明。圖27是本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置79的主要部分的斷面結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置79是通過將第八實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置78的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到正面照射型而獲得的例子。在圖27中，與圖26相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示，并且不再重復(fù)說明。
[0289]在本實(shí)施方案中，設(shè)置有各像素晶體管的基板12的正面?zhèn)仁枪馊肷涿妫姌O層62、光電轉(zhuǎn)換部61、透明電極57、濾光層23和片上透鏡24依次層疊在基板12的正面?zhèn)?。在本?shí)施方案中，傳輸路徑67在從基板12的正面?zhèn)鹊纳疃确较蛏嫌搔切桶雽?dǎo)體層形成，并且傳輸路徑67連接到形成在基板12的背面?zhèn)壬系牡谝浑姾衫鄯e部18。然后，第一電荷累積部18和各像素晶體管被形成為在基板12的深度方向上層疊。
[0290]換句話說，在本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置79中，包括在第二實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置71的“光電轉(zhuǎn)換部17”中的η型半導(dǎo)體層14是包括在“傳送路徑67”中的η型半導(dǎo)體層14。在本實(shí)施方案中，包括在第一電荷累積部18中的η型半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度也比包括在傳輸路徑67中的η型半導(dǎo)體層14的雜質(zhì)濃度高。因此，形成能夠使電子從傳輸路徑67朝向第一電荷累積部18移動(dòng)的電位梯度。
[0291]在本實(shí)施方案中，電極層62的下層電極63被形成為與傳輸路徑67的上部接觸，并且上層電極63被形成與光電轉(zhuǎn)換部61接觸。光電轉(zhuǎn)換部61由針對(duì)各像素的吸收具有不同波長的光的有機(jī)材料形成。在本實(shí)施方案中，吸收紅色波長的光的光電轉(zhuǎn)換部(R)61形成在透過紅色波長的濾光層(R)23的下方。吸收綠色波長的光的光電轉(zhuǎn)換部(G)61形成在透過綠色波長的濾光層(G)23的下方。盡管未示出，但是吸收藍(lán)色波長的光的光電轉(zhuǎn)換部(B) 61形成在透過藍(lán)色波長的濾光層(B) 23的下方。
[0292]在本實(shí)施方案中，只有具有預(yù)定波長的光透過濾光層23，其他波長的光被吸收。接下來，透過光的在對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換部61被吸收。因此，通過各光電轉(zhuǎn)換部61和其上形成的濾光層23的組合,阻擋向基板12入射的光。這樣抑制了光入射到基板12并且噪聲降低。本實(shí)施方案提供了類似于根據(jù)第一和第二實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的效果。
[0293]<10.第十實(shí)施方案:在基板上疊置三層光電轉(zhuǎn)換膜的例子>
[0294]接下來，對(duì)根據(jù)本公開第十實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置進(jìn)行說明。由于根據(jù)本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的整體結(jié)構(gòu)類似于圖1所示的，因此省略了圖示并且省略了重復(fù)說明。圖28是本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置80的主要部分的截面結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置80與第九實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置79的不同之處在于光電轉(zhuǎn)換部的結(jié)構(gòu)。在圖28中，與圖27相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示，并且不再重復(fù)說明。
[0295]在本實(shí)施方案中，通過在光入射方向上疊置3層獲得光電轉(zhuǎn)換部65:吸收紅色波長的光的紅色光電轉(zhuǎn)換膜65R ;透過綠色波長的光的綠色光電轉(zhuǎn)換膜65G ;和吸收藍(lán)色波長的光的藍(lán)色光電轉(zhuǎn)換膜65B。
[0296]在本實(shí)施方案中，濾光層23經(jīng)由透明電極57設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部65的上方。因此，由紅色光電轉(zhuǎn)換膜65R、綠色光電轉(zhuǎn)換膜65G和藍(lán)色光電轉(zhuǎn)換膜65B接收透過濾光層23的光。例如，在濾光層23中透過紅色濾光層的紅色光由紅色光電轉(zhuǎn)換膜65R接收，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。此外，在濾光層23中透過綠色濾光層的綠色光由綠色光電轉(zhuǎn)換膜65G接收，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。此外，在濾光層23中透過藍(lán)色濾光層的藍(lán)色光由藍(lán)色光電轉(zhuǎn)換膜65R接收，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
[0297]在上面的描述中，紅色光電轉(zhuǎn)換膜65R、綠色光電轉(zhuǎn)換膜65G和藍(lán)色光電轉(zhuǎn)換膜65B按類似于第九實(shí)施方案的方式由有機(jī)材料形成。可選擇地，可以使用無機(jī)材料，如黃銅礦系材料。通過疊置的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換膜65B、65G、65R的組合，進(jìn)入基板12的入射光被阻斷。
[0298]在本實(shí)施方案中，進(jìn)入基板12的入射光被多個(gè)光電轉(zhuǎn)換膜65B、65G和65R阻斷；因此，可以實(shí)現(xiàn)像素的小型化，噪聲可以被防止，因此，所拍攝的圖像的圖像質(zhì)量可以按類似于其他實(shí)施方案的方式改進(jìn)。在本實(shí)施方案中，由于光電轉(zhuǎn)換部65不必要針對(duì)各像素分離，因此制造步驟可以減少。在本實(shí)施方案中，可以獲得類似于第一實(shí)施方案的效果。
[0299]上面已經(jīng)描述了第一至第十實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置；此外，這些可以適宜地組合。盡管上述實(shí)施方案(第六實(shí)施方案的第二變形例除外)已經(jīng)描述了讀出作為信號(hào)電荷的電子的結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明不限于此?！翱昭ā笨梢宰鳛樾盘?hào)電荷被讀出。在這種情況下，在各實(shí)施方案中的各部分的導(dǎo)電型相反構(gòu)成，以形成P信道型MOS晶體管作為各像素晶體管，使得“空穴”可以作為信號(hào)電荷被讀出。
[0300]盡管在上述實(shí)施方案中，第二導(dǎo)電型(例如，P型)的阱形成在第一導(dǎo)電型(例如，η型)的硅基板中，并且第一導(dǎo)電型(例如，η型)的雜質(zhì)區(qū)域形成在該阱中；然而，本公開不限于此。例如，第一導(dǎo)電型(例如，η型)的雜質(zhì)區(qū)域可以形成在第二導(dǎo)電型(例如，ρ型)的硅基板中。
[0301]本公開不僅適用于通過檢測(cè)入射的可見光的量的分布來捕獲圖像的固態(tài)成像裝置，而且適用于紅外線、X射線或粒子的入射的量的分布來捕獲圖像的固態(tài)成像裝置。在廣義上，本公開適用于通過檢測(cè)包括壓力和靜電電容的其他物理量的分布來捕獲圖像的全部固態(tài)成像裝置(物理量分布檢測(cè)器)，如指紋檢測(cè)傳感器。
[0302]此外，本公開不限于通過逐行順次掃描各單元像素而從像素部的各單元像素讀出圖像信號(hào)的固態(tài)成像裝置。本公開適用于選擇像素單元中的任意像素并從選擇的像素讀出像素單元中的信號(hào)的XY尋址型的固態(tài)成像裝置。固態(tài)成像裝置可以是一個(gè)芯片的形式，或者可以是具有成像功能的封裝的模塊狀的形式(其包括像素部、信號(hào)處理部或光學(xué)系統(tǒng))。
[0303]本公開不限于適用于固態(tài)成像裝置，而且可以適用于其他成像裝置。成像裝置是指一種相機(jī)系統(tǒng)，例如數(shù)字靜態(tài)相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z影機(jī)，或者具有成像功能的電子設(shè)備，如移動(dòng)電話。
[0304]<11.第H 實(shí)施方案:電子設(shè)備〉
[0305]接下來，對(duì)根據(jù)本公開第十一實(shí)施方案的電子設(shè)備進(jìn)行說明。圖29是根據(jù)本公開第十一實(shí)施方案的電子設(shè)備200的示意性結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方案描述了其中根據(jù)本公開第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I用于電子設(shè)備(數(shù)字?jǐn)z影機(jī))的例子。
[0306]本實(shí)施方案的電子設(shè)備200包括固態(tài)成像裝置1、光學(xué)透鏡210、快門裝置211、驅(qū)動(dòng)電路212和信號(hào)處理電路213。
[0307]光學(xué)透鏡210在固態(tài)成像裝置I的成像面上形成來自被寫體的像光(入射光)的圖像。因此，信號(hào)電荷在固態(tài)成像裝置I內(nèi)累積一定期間。快門裝置211控制在固態(tài)成像裝置I中的光照射期間和遮光期間。驅(qū)動(dòng)電路212供給在固態(tài)成像裝置I中控制信號(hào)電荷的傳輸操作和快門裝置211的操作的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。利用從驅(qū)動(dòng)電路212供給的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(定時(shí)信號(hào))，進(jìn)行固態(tài)成像裝置I的信號(hào)傳輸。信號(hào)處理電路213進(jìn)行各種信號(hào)處理。進(jìn)行過信號(hào)處理的視頻信號(hào)被存儲(chǔ)在諸如存儲(chǔ)器等存儲(chǔ)介質(zhì)中或輸出到監(jiān)視器。
[0308]在本實(shí)施方案中，電子設(shè)備200可以具有在固態(tài)成像裝置I中減小的像素面積；因此，可以實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備200的小型化。此外，圖像質(zhì)量提高。
[0309]固態(tài)成像裝置I可以適用的電子設(shè)備200不限于數(shù)字?jǐn)z影機(jī)，固態(tài)成像裝置I可以適用于數(shù)字靜態(tài)相機(jī)和諸如移動(dòng)電話等移動(dòng)設(shè)備的相機(jī)模塊。
[0310]盡管本實(shí)施方案已經(jīng)描述了其中第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置I用于電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)，但是根據(jù)第二~第十實(shí)施方案任一個(gè)制造的固態(tài)成像裝置同樣可以使用。
[0311]本公開可以具有以下的構(gòu)成。
[0312](I) 一種固態(tài)成像裝置，包括:
[0313]基板；
[0314]生成對(duì)應(yīng)于光量的信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換部；
[0315]設(shè)置在所述基板上并將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓的浮動(dòng)擴(kuò)散部；
[0316]設(shè)置在所述基板上并累積在所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的信號(hào)電荷的第一電荷累積部;
[0317]在基板厚度方向上設(shè)置在第一電荷累積部上并與第一電荷累積部電氣隔離形成的第二電荷累積部；
[0318]包括埋設(shè)在所述基板中的第一傳輸柵極的縱型的第一傳輸晶體管，第一傳輸柵極的深度從設(shè)有第二電荷累積部的基板表面到達(dá)第一電荷累積部；和
[0319]將第二電荷累積部中累積的信號(hào)電荷傳輸?shù)剿龈?dòng)擴(kuò)散部的第二傳輸晶體管。
[0320](2)根據(jù)(I)所述的固態(tài)成像裝置，其中在所述基板的光入射側(cè)上形成使至少第二電荷累積部和所述浮動(dòng)擴(kuò)散部遮光的遮光膜。
[0321](3)根據(jù)⑴或⑵所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部疊置在所述基板的光入射側(cè)上。
[0322](4)根據(jù)⑴~(3)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部兼用作所述遮光膜。
[0323](5)根據(jù)⑴~(4)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部含有黃銅礦系化合物。
[0324](6)根據(jù)(I)~(5)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，還包括針對(duì)各像素隔離所述光電轉(zhuǎn)換部的像素隔離部，其中所述像素隔離部由雜質(zhì)濃度或雜質(zhì)組成被控制成在相鄰的光電轉(zhuǎn)換部之間形成勢(shì)壘的化合物半導(dǎo)體形成。
[0325](7)根據(jù)(I)~(6)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，還包括使所述光電轉(zhuǎn)換部和第一電荷累積部復(fù)位的復(fù)位晶體管，其中所述復(fù)位晶體管包括具有埋設(shè)在所述基板中的復(fù)位柵電極的縱型的復(fù)位晶體管，所述復(fù)位柵電極的深度從所述基板表面到達(dá)第一電荷累積部。
[0326](8)根據(jù)⑴~(4)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部由硅化物系化合物形成。[0327](9)根據(jù)⑴?(4)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部由有機(jī)材料形成。
[0328](10)根據(jù)(I)?(9)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，其中:所述光電轉(zhuǎn)換部和所述基板經(jīng)由電極彼此連接；和所述光電轉(zhuǎn)換部和所述電極使所述基板遮光。
[0329](11)根據(jù)⑴?⑶中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部形成為與所述基板晶格匹配。
[0330](12)根據(jù)(I)?(5)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部在光入射側(cè)或基板側(cè)設(shè)有中間層。
[0331](13)根據(jù)(12)所述的固態(tài)成像裝置，其中所述中間層被形成為具有在所述基板的電子親和勢(shì)和所述光電轉(zhuǎn)換部的電子親和勢(shì)之間的電子親和勢(shì)。
[0332](14)根據(jù)(12)所述的固態(tài)成像裝置，其中所述中間層由導(dǎo)電型與所述光電轉(zhuǎn)換部相反的材料形成。
[0333](15)根據(jù)(I)?(3)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部由在所述基板內(nèi)形成有pn結(jié)的光電二極管形成。
[0334](16)根據(jù)(15)所述的固態(tài)成像裝置，其中在所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的信號(hào)電荷利用由于在所述光電轉(zhuǎn)換部和第一電荷累積部之間的雜質(zhì)濃度造成的電位梯度而朝向第一電荷累積部移動(dòng)。
[0335](17)根據(jù)(15)所述的固態(tài)成像裝置，還包括在設(shè)有第一電荷累積部的區(qū)域中形成在所述基板上的傳輸電極，其中當(dāng)所述傳輸電極施加電壓時(shí)，在所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的信號(hào)電荷朝向第一電荷累積部移動(dòng)。
[0336](18)根據(jù)(15)?(17)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，還包括使所述光電轉(zhuǎn)換部和第一電荷累積部復(fù)位的復(fù)位晶體管，其中所述復(fù)位晶體管包括具有埋設(shè)在所述基板中的復(fù)位柵電極的縱型的復(fù)位晶體管，所述復(fù)位柵電極的深度從所述基板表面到達(dá)第一電荷累積部。
[0337](19)根據(jù)(I)?(18)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，包括多個(gè)像素，各像素包括所述光電轉(zhuǎn)換部、所述浮動(dòng)擴(kuò)散部、第一電荷累積部、第二電荷累積部、第一傳輸晶體管和第二傳輸晶體管，其中:所述像素以二維陣列狀排列；第一電荷累積部中累積的信號(hào)電荷在全部像素中同時(shí)傳輸?shù)降诙姾衫鄯e部；和第二電荷累積部中保持的信號(hào)電荷針對(duì)每行傳輸?shù)剿龈?dòng)擴(kuò)散部。
[0338](20) 一種固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述固態(tài)成像裝置包括具有二維陣列狀排列的像素的像素區(qū)域，各像素包括:
[0339]生成對(duì)應(yīng)于光量的信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換部；
[0340]設(shè)置在所述基板上并將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓的浮動(dòng)擴(kuò)散部；
[0341]設(shè)置在所述基板上并累積在所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的信號(hào)電荷的第一電荷累積部;
[0342]在基板厚度方向上設(shè)置在第一電荷累積部上并與第一電荷累積部電氣隔離形成的第二電荷累積部；
[0343]包括埋設(shè)在所述基板中的第一傳輸柵極的縱型的第一傳輸晶體管，第一傳輸柵極的深度從設(shè)有第二電荷累積部的基板表面到達(dá)第一電荷累積部；和[0344]將第二電荷累積部中累積的信號(hào)電荷傳輸?shù)剿龈?dòng)擴(kuò)散部的第二傳輸晶體管，其中:
[0345]通過打開第一傳輸晶體管，將第一電荷累積部和光電轉(zhuǎn)換部中累積的信號(hào)電荷在全部像素中同時(shí)傳輸?shù)降诙姾衫鄯e部；和
[0346]通過打開第二傳輸晶體管，針對(duì)每行讀出第二電荷累積部中保持的信號(hào)電荷。
[0347](21) —種電子設(shè)備，包括:
[0348]光學(xué)透鏡；
[0349]通過所述光學(xué)透鏡匯集的光入射到其上的固態(tài)成像裝置，其包括基板；生成對(duì)應(yīng)于光量的信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換部；設(shè)置在所述基板上并將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓的浮動(dòng)擴(kuò)散部；設(shè)置在所述基板上并累積在所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的信號(hào)電荷的第一電荷累積部；在基板厚度方向上設(shè)置在第一電荷累積部上并與第一電荷累積部電氣隔離形成的第二電荷累積部；包括埋設(shè)在所述基板中的第一傳輸柵極的縱型的第一傳輸晶體管；第一傳輸柵極的深度從設(shè)有第二電荷累積部的基板表面到達(dá)第一電荷累積部；和將第二電荷累積部中累積的信號(hào)電荷傳輸?shù)剿龈?dòng)擴(kuò)散部的第二傳輸晶體管；和
[0350]處理從所述固態(tài)成像裝置輸出的輸出信號(hào)的信號(hào)處理電路。
[0351]附圖標(biāo)記說明
[0352]I固態(tài)成像裝置 2像素
[0353]3像素區(qū)域4垂直驅(qū)動(dòng)電路
[0354]5 列信號(hào)處理電路6水平驅(qū)動(dòng)電路
[0355]7 輸出電路8控制電路
[0356]9 垂直信號(hào)線10水平信號(hào)線
[0357]11，12基板13阱區(qū)域
[0358]14 η型半導(dǎo)體層 15 ρ型半導(dǎo)體層
[0359]16 P型半導(dǎo)體層 17光電轉(zhuǎn)換部
[0360]18第一電荷累積部19 P型半導(dǎo)體層
[0361]20像素隔離部 21絕緣膜
[0362]22遮光膜23濾光層
[0363]24片上透鏡25第二電荷累積部
[0364]26 ρ型半導(dǎo)體層 27第一傳輸柵極
[0365]28柵極絕緣膜 29，35源極/漏極區(qū)域
[0366]30第二復(fù)位柵電極31 η型半導(dǎo)體層
[0367]32第二傳輸柵極 33第一復(fù)位柵電極
[0368] 34浮動(dòng)擴(kuò)散部
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)成像裝置，包括: 基板； 生成對(duì)應(yīng)于光量的信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換部； 設(shè)置在所述基板上并將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓的浮動(dòng)擴(kuò)散部； 設(shè)置在所述基板上并累積在所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的信號(hào)電荷的第一電荷累積部；在基板厚度方向上設(shè)置在第一電荷累積部上并與第一電荷累積部電氣隔離形成的第二電荷累積部； 包括埋設(shè)在所述基板中的第一傳輸柵極的縱型的第一傳輸晶體管，第一傳輸柵極的深度從設(shè)有第二電荷累積部的基板表面到達(dá)第一電荷累積部；和 將第二電荷累積部中累積的信號(hào)電荷傳輸?shù)剿龈?dòng)擴(kuò)散部的第二傳輸晶體管。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中在所述基板的光入射側(cè)上形成使至少第二電荷累積部和所述浮動(dòng)擴(kuò)散部遮光的遮光膜。
3.如權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部疊置在所述基板的光入射側(cè)上。
4.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部兼用作所述遮光膜。
5.如權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部含有黃銅礦系化合物。
6.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，還包括針對(duì)各像素隔離所述光電轉(zhuǎn)換部的像素隔離部，其中所述像素隔離部由雜質(zhì)濃度或雜質(zhì)組成被控制成在相鄰的光電轉(zhuǎn)換部之間形成勢(shì)壘的化合物半導(dǎo)體形成。
7.如權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像裝置，還包括使所述光電轉(zhuǎn)換部和第一電荷累積部復(fù)位的復(fù)位晶體管，其中所述復(fù)位晶體管包括具有埋設(shè)在所述基板中的復(fù)位柵電極的縱型的復(fù)位晶體管，所述復(fù)位柵電極的深度從所述基板表面到達(dá)第一電荷累積部。
8.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，包括多個(gè)像素，各像素包括所述光電轉(zhuǎn)換部、所述浮動(dòng)擴(kuò)散部、第一電荷累積部、第二電荷累積部、第一傳輸晶體管和第二傳輸晶體管，其中: 所述像素以二維陣列狀排列； 第一電荷累積部中累積的信號(hào)電荷在全部像素中同時(shí)傳輸?shù)降诙姾衫鄯e部；和 第二電荷累積部中保持的信號(hào)電荷針對(duì)每行傳輸?shù)剿龈?dòng)擴(kuò)散部。
9.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部由硅化物系化合物形成。
10.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部由有機(jī)材料形成。
11.如權(quán)利要求10所述的固態(tài)成像裝置，其中: 所述光電轉(zhuǎn)換部和所述基板經(jīng)由電極彼此連接；和 所述光電轉(zhuǎn)換部和所述電極使所述基板遮光。
12.如權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部形成為與所述基板晶格匹配。
13.如權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部在光入射側(cè)或基板側(cè)設(shè)有中間層。
14.如權(quán)利要求13所述的固態(tài)成像裝置，其中所述中間層被形成為具有在所述基板的電子親和勢(shì)和所述光電轉(zhuǎn)換部的電子親和勢(shì)之間的電子親和勢(shì)。
15.如權(quán)利要求13所述的固態(tài)成像裝置，其中所述中間層由導(dǎo)電型與所述光電轉(zhuǎn)換部相反的材料形成。
16.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中所述光電轉(zhuǎn)換部由在所述基板內(nèi)形成有pn結(jié)的光電二極管形成。
17.如權(quán)利要求16所述的固態(tài)成像裝置，其中在所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的信號(hào)電荷利用由于在所述光電轉(zhuǎn)換部和第一電荷累積部之間的雜質(zhì)濃度造成的電位梯度而朝向第一電荷累積部移動(dòng)。
18.如權(quán)利要求16所述的固態(tài)成像裝置，還包括在設(shè)有第一電荷累積部的區(qū)域中形成在所述基板上的傳輸電極，其中當(dāng)所述傳輸電極施加電壓時(shí)，在所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的信號(hào)電荷朝向第一電荷累積部移動(dòng)。
19.一種固態(tài)成像 裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述固態(tài)成像裝置包括具有二維陣列狀排列的像素的像素區(qū)域，各像素包括: 生成對(duì)應(yīng)于光量的信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換部； 設(shè)置在所述基板上并將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓的浮動(dòng)擴(kuò)散部； 設(shè)置在所述基板上并累積在所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的信號(hào)電荷的第一電荷累積部；在基板厚度方向上設(shè)置在第一電荷累積部上并與第一電荷累積部電氣隔離形成的第二電荷累積部； 包括埋設(shè)在所述基板中的第一傳輸柵極的縱型的第一傳輸晶體管，第一傳輸柵極的深度從設(shè)有第二電荷累積部的基板表面到達(dá)第一電荷累積部；和 將第二電荷累積部中累積的信號(hào)電荷傳輸?shù)剿龈?dòng)擴(kuò)散部的第二傳輸晶體管，其中: 通過打開第一傳輸晶體管，將第一電荷累積部和光電轉(zhuǎn)換部中累積的信號(hào)電荷在全部像素中同時(shí)傳輸?shù)降诙姾衫鄯e部；和 通過打開第二傳輸晶體管，針對(duì)每行讀出第二電荷累積部中保持的信號(hào)電荷。
20.—種電子設(shè)備,包括: 光學(xué)透鏡； 通過所述光學(xué)透鏡匯集的光入射到其上的固態(tài)成像裝置，其包括基板；生成對(duì)應(yīng)于光量的信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換部；設(shè)置在所述基板上并將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓的浮動(dòng)擴(kuò)散部；設(shè)置在所述基板上并累積在所述光電轉(zhuǎn)換部中生成的信號(hào)電荷的第一電荷累積部；在基板厚度方向上設(shè)置在第一電荷累積部上并與第一電荷累積部電氣隔離形成的第二電荷累積部；包括埋設(shè)在所述基板中的第一傳輸柵極的縱型的第一傳輸晶體管；第一傳輸柵極的深度從設(shè)有第二電荷累積部的基板表面到達(dá)第一電荷累積部；和將第二電荷累積部中累積的信號(hào)電荷傳輸?shù)剿龈?dòng)擴(kuò)散部的第二傳輸晶體管；和處理從所述固態(tài)成像裝置輸出的輸出信號(hào)的信號(hào)處理電路。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK103959467SQ201280059505
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月12日
【發(fā)明者】戶田淳 申請(qǐng)人:索尼公司