固態(tài)成像元件、固態(tài)成像元件的制造方法以及成像裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本技術涉及固態(tài)成像元件、固態(tài)成像元件的制造方法以及成像裝置，更具體地，涉及包括可以具有減小的厚度的光電轉換膜的固態(tài)成像元件、固態(tài)成像元件的制造方法以及成像裝置。
【背景技術】
[0002]諸如CMOS (互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器等的固態(tài)成像元件已經廣泛用于數(shù)字靜物照相機和數(shù)字攝像機中。
[0003]作為用于CMOS圖像傳感器的電子快門系統(tǒng)，提出了一種全域快門系統(tǒng)(例如，參見專利文獻1)。根據(jù)該全域快門系統(tǒng)，對于對成像有效的所有有效像素同時開始曝光，并且對于所有有效像素同時結束曝光。因此，為了在曝光結束后讀取發(fā)生的同時臨時地存儲由光電二極管累積的光電電荷，需要設置存儲單元。
[0004]在這種CMOS圖像傳感器中，需要形成具有遮光特性的遮光膜，以對存儲單元進行遮光。例如，專利文獻2公開了一種包括具有遮光特性的遮光膜的CMOS圖像傳感器。
[0005]引文列表
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:JP 2011-216970 A
[0008]專利文獻2:JP 2012-248679 A

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明要解決的問題
[0010]在充當光電轉換器并具有遮光特性的光電轉換膜堆疊在半導體基板上的結構用作使用全域快門系統(tǒng)的CMOS圖像傳感器的情況下，需要在半導體基板上形成存儲單元和晶體管，并且要堆疊在半導體基板上的光電轉換膜需要維持遮光特性。為了改善遮光特性，增加光電轉換膜的厚度是有效的。
[0011]然而，為了以完全方式執(zhí)行遮光，需要1 μ m或更大的厚度，但更大的厚度導致成膜和加工工序的工作量增大。更大的厚度還導致半導體芯片尺寸的增大。因此，考慮到并入到最終產品中，期望減小光電轉換膜的厚度。
[0012]此外，根據(jù)專利文獻2所公開的技術，光電轉換膜不堆疊在半導體基板上。因此，該技術不適合于堆疊光電轉換器和存儲單元以便減小半導體芯片面積的結構。
[0013]本技術鑒于這些情況而開發(fā)，并且目的在于在使用這種光電轉換膜堆疊在半導體基板上的結構時減小充當光電轉換器并具有遮光特性的光電轉換膜的厚度。
[0014]解決問題的方案
[0015]本技術的第一方面的固態(tài)成像元件包括:光電二極管；以及光電轉換膜，該光電轉換膜堆疊在該光電二極管的光入射側上，并且遮光膜埋設在該光電轉換膜中。
[0016]固態(tài)成像元件還包括存儲單元，該存儲單元存儲從該光電二極管轉移的電荷，并且位于該遮光膜的正下方。
[0017]該遮光膜可以根據(jù)像素尺寸而形成。
[0018]該光電轉換膜可以是可以外延生長的無機化合物半導體。
[0019]該光電轉換膜可以是CIGS( 二砸化銅銦鎵)薄膜。
[0020]在本技術的第一方面的固態(tài)成像元件中，內部埋設有遮光膜的光電轉換膜堆疊在光電二極管的光入射側上。
[0021]本技術的第二方面的制造方法包括以下步驟:在半導體基板上形成光電二極管；以及在該半導體基板的光入射側上形成光電轉換膜，并且遮光膜埋設在該光電轉換膜中。
[0022]在本技術的第二方面的制造方法中，在半導體基板上形成光電二極管，并且在該半導體基板的光入射側上形成內部埋設有遮光膜的光電轉換膜。
[0023]本技術的第三方面的成像裝置內部安裝有固態(tài)成像元件，該固態(tài)成像元件包括:光電二極管；以及光電轉換膜，該光電轉換膜堆疊在該光電二極管的光入射側上，并且遮光膜埋設在該光電轉換膜中。
[0024]在本技術的第三方面的成像裝置中，安裝光電轉換膜堆疊在光電二極管的光入射側上的固態(tài)成像元件，遮光膜埋設在該光電轉換膜中。
[0025]發(fā)明效果
[0026]根據(jù)本技術的第一至第三方面，可以減小光電轉換膜的厚度。
【附圖說明】
[0027]圖1是示出了 CMOS圖像傳感器的示例結構的圖。
[0028]圖2是單位像素的示例結構的截面圖。
[0029]圖3是單位像素的示例結構的頂視圖。
[0030]圖4是示出了單位像素的制造工序的圖。
[0031]圖5是示出了單位像素的另一個示例結構的圖。
[0032]圖6是示出了單位像素的另一個示例結構的圖。
[0033]圖7是示出了 CMOS圖像傳感器的另一個示例結構的圖。
[0034]圖8是示出了 CMOS圖像傳感器的另一個示例結構的圖。
[0035]圖9是示出了成像裝置的示例結構的圖。
【具體實施方式】
[0036]以下是參照附圖對本技術的實施方式的描述。
[0037]<固態(tài)成像元件的示例結構>
[0038]圖1是示出了作為本技術所應用于的固態(tài)成像元件的CMOS圖像傳感器的示例結構的框圖。
[0039]如圖1所示，CMOS圖像傳感器100包括像素陣列單元111和外圍電路單元。外圍電路單元包括垂直驅動器112、列處理器113、水平驅動器114以及系統(tǒng)控制器115。
[0040]CMOS圖像傳感器100還包括信號處理器118和數(shù)據(jù)儲存器119。信號處理器118和數(shù)據(jù)儲存器119可以安裝在上面安裝CMOS圖像傳感器100的基板上，或者可以是與CMOS圖像傳感器100的基板不同的基板上所設置的外部信號處理器，諸如DSP(數(shù)字信號處理器)或形成有軟件的處理器等。
[0041]在像素陣列單元111中，包括光電轉換元件的單位像素(下文中有時也簡稱為“像素”)以矩陣方式二維地排列。后面將詳細描述各個單位像素的結構。
[0042]像素陣列單元111還具有對于矩陣狀像素排列中的各行沿附圖中的水平方向形成的像素驅動線116，并且具有對于各列沿附圖中的垂直方向形成的垂直信號線117。各個像素驅動線116的一端連接到對應于垂直驅動器112的各行的輸出端。
[0043]垂直驅動器112是形成有移位寄存器、地址解碼器等，并且同時全部或逐行驅動像素陣列單元111的各像素的像素驅動單元。
[0044]從由垂直驅動器112選擇并掃描的像素行的各單位像素輸出的信號借助各垂直信號線117供應給列處理器113。對于像素陣列單元111的各像素列，列處理器113對借助垂直信號線117從所選行的各單位像素輸出的信號執(zhí)行預定信號處理，并且臨時地存儲經受信號處理的像素信號。
[0045]具體地，列處理器113執(zhí)行諸如⑶S(相關雙采樣)處理等的去噪處理，作為信號處理。借助由列處理器113執(zhí)行的CDS處理，去除諸如重置噪聲或放大晶體管的閾值的變化等的、像素特有的固定圖形噪聲。除了執(zhí)行去噪處理之外，列處理器113還可以具有例如A-D (模-數(shù))轉換功能，并且以數(shù)字信號的形式輸出信號電平。
[0046]水平驅動器114形成有移位寄存器、地址解碼器等，并且順序選擇對應于列處理器113的像素列的單元電路。隨著水平驅動器114執(zhí)行選擇和掃描，順序輸出經由列處理器113受到信號處理的像素信號。
[0047]系統(tǒng)控制器115形成有生成各種時刻信號的時刻生成器等，并且基于由時刻生成器生成的各種時刻信號來控制垂直驅動器112、列處理器113、水平驅動器114、數(shù)據(jù)儲存器119等的驅動。
[0048]信號處理器118至少具有加法處理功能，并且對從列處理器113輸出的像素信號執(zhí)行諸如加法處理等的各種信號處理。在由信號處理器118執(zhí)行的信號處理時，數(shù)據(jù)儲存器119臨時地存儲信號處理所需要的數(shù)據(jù)。
[0049]<單位像素的結構>
[0050]現(xiàn)在參照圖2，詳細描述圖1所示的像素陣列單元111中以矩陣方式排列的單位像素120的結構。
[0051]圖2示出了以矩陣方式排列的單位像素120中彼此相鄰的單位像素120-1和120-2附近的部分的截面。應當注意的是，在以下描述中，單位像素120-1和單位像素120-2在不必彼此區(qū)分時，將被簡稱為單位像素120。
[0052]單位像素120通過從附圖的頂部以0CL(片上透鏡)層121、光電轉換層122以及半導體基板123的順序堆疊而形成。
[0053]在0CL層121中，對于各單位像素120設置小透鏡131和濾色器132。在圖2中，示出了對于單位像素120-1的透鏡131-1和濾色器132-1以及對于單位像素120-2的透鏡131-2和濾色器132-2。
[0054]在光電轉換層122中，形成光電轉換膜141。在光電轉換膜141中，諸如CuInGaS2等的CIGS(二砸化銅銦鎵)化合物用作膜材料。這里，具有比硅(Si)更高的光吸收率的膜種用作光電轉換膜141，使得可以使厚度比在使用硅的情況下的厚度小。
[0055]作為光電轉換膜141的膜種，可以使用除了上述CuInGaS2之外的化合物半導體，只要是可以外延生長的無機化合物半導體即可。
[0056]除了 CuInGaS、CuInGaSe以及AgInGaSe2之外，還可以使用形成有多于一個元素的化合物半導體，諸如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、二硫化亞鐵(FeS2)、硫化亞銅(Cu2S)、二硫化錫(SnS2)、硅化鋇(BaSi2)、磷化鎵(GaP)或磷化銦鎵(InGaP)等。
[0057]如圖2所示，遮光膜142-1至142_3埋設在光電轉換膜141中。在遮光膜142_1至142-3中，鎢(W)用作膜材料。遮光膜142-1與142-2之間以及遮光膜142-2