固態(tài)成像器件和成像裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有優(yōu)良的色彩分離和高靈敏度的固態(tài)成像器件和設(shè)置有該固態(tài)成像器件的成像裝置。所述固態(tài)成像器件包括：半導(dǎo)體層11，其表面?zhèn)瘸蔀殡娐沸纬擅妫粌蓪右陨系墓怆娹D(zhuǎn)換單元PD1和PD2，它們堆疊并形成在所述半導(dǎo)體層11中；和縱向晶體管Tr1，其中，柵極電極21形成為從所述半導(dǎo)體層11的表面15被嵌入到所述半導(dǎo)體層11內(nèi)。所述兩層上的光電轉(zhuǎn)換單元中的一層光電轉(zhuǎn)換單元PD1形成為跨越所述縱向晶體管Tr1的柵極電極21的被嵌入到所述半導(dǎo)體層內(nèi)的部分21A，并且連接到由所述縱向晶體管Tr1形成的溝道。
【專利說(shuō)明】固態(tài)成像器件和成像裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適于縱向光譜(longitudinal spectroscopic)圖像傳感器的固態(tài)成像器件和包括有該固態(tài)成像器件的成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的圖像傳感器中，濾色器通常以拜耳(Bayer)陣列的方式形成。 然而，在拜耳陣列中，由于被每個(gè)濾色器吸收的光不能夠用于光電轉(zhuǎn)換，所以光的利用
效率可能降低了與濾色器相對(duì)應(yīng)的量。
[0003]因此，為了不僅針對(duì)拜耳陣列提高濾色器光利用效率以實(shí)現(xiàn)高靈敏度或高分辨率的目的，已經(jīng)提出了在同一像素中堆疊有多個(gè)光電二極管的縱向光譜圖像傳感器(例如，參考專利文獻(xiàn)I至3)。
[0004]在使用硅襯底的縱向光譜圖像傳感器中，按照不同的深度將光電二極管堆疊在硅中，以通過(guò)利用光的吸收波長(zhǎng)根據(jù)硅襯底的深度而不同來(lái)進(jìn)行色彩分離。
此外，通過(guò)由雜質(zhì)注入形成的且具有電荷梯度的電荷傳輸路徑(在下文中，被稱為“注入栓(implantation plug) ”)，將電荷傳輸?shù)酵抟r底的表面,從而從形成于娃襯底的深部中的光電二極管讀取電荷。
同時(shí)，利用傳輸柵極將累積在硅襯底的表面附近的光電二極管中的電荷讀取到浮動(dòng)擴(kuò)散部。
[0005]在具有上述結(jié)構(gòu)的縱向光譜圖像傳感器中，當(dāng)光泄漏到注入栓或表面附近的電場(chǎng)累積區(qū)中時(shí)，泄漏的光產(chǎn)生光電轉(zhuǎn)換。
然而，由于泄漏的光的波長(zhǎng)成分不同于被與注入栓相連接的光電二極管執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的光的波長(zhǎng)成分，所以混合了由不同波長(zhǎng)成分的光引起的電荷，從而產(chǎn)生色彩混合。
因此，需要在注入栓上形成光屏蔽膜以通過(guò)防止產(chǎn)生色彩混合來(lái)進(jìn)行優(yōu)良的色彩分離。
[0006]同時(shí)，如果在注入栓上形成光屏蔽膜，那么與沒(méi)有形成注入栓的單層的光電二極管的構(gòu)造相比，光電二極管的開(kāi)口率減小了與注入栓相對(duì)應(yīng)的量，并且靈敏度降低。
即，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的縱向光譜圖像傳感器的結(jié)構(gòu)中，不能夠利用優(yōu)良的光利用效率的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于開(kāi)口率減小且靈敏度降低，所以不能夠利用縱向光譜的優(yōu)點(diǎn)。
引用文獻(xiàn)列表 專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)I JP2OO5-12OO7A 專利文獻(xiàn) 2 JP2005-151077A
專利文獻(xiàn) 3 JP2006-278446A

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明要解決的問(wèn)題[0008]為了利用縱向光譜圖像傳感器的優(yōu)點(diǎn)，期望實(shí)現(xiàn)在不減小光電二極管上的開(kāi)口率的情況下能夠防止產(chǎn)生色彩混合的結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供具有優(yōu)良的色彩分離和高靈敏度的固態(tài)成像器件和包括有該固態(tài)成像器件的成像裝置。
問(wèn)題的解決方案
[0010]本發(fā)明的固態(tài)成像器件包括:半導(dǎo)體層，其表面?zhèn)瘸蔀殡娐沸纬擅?；兩層以上的光電轉(zhuǎn)換單元，它們堆疊并形成在所述半導(dǎo)體層中；和縱向晶體管，其柵極電極形成為從所述半導(dǎo)體層的表面被嵌入到所述半導(dǎo)體層內(nèi)。
所述兩層以上的光電轉(zhuǎn)換單元中的一層光電轉(zhuǎn)換單元形成為跨越所述縱向晶體管的柵極電極的被嵌入到所述半導(dǎo)體層內(nèi)的部分，并連接到由所述縱向晶體管形成的溝道。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的成像裝置包括:光學(xué)系統(tǒng)；根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像器件；和用于處理所述固態(tài)成像器件的輸出信號(hào)的信號(hào)處理電路。
[0012]根據(jù)上述本發(fā)明的固態(tài)成像器件的構(gòu)造，兩層以上的所述光電轉(zhuǎn)換單元中的一層所述光電轉(zhuǎn)換單元形成為跨越所述縱向晶體管的柵極電極的被嵌入到所述半導(dǎo)體層內(nèi)的部分，并且連接到由所述縱向晶體管形成的所述溝道。
因此，如果所述縱向晶體管導(dǎo)通，那么能夠?qū)⒂膳c所述縱向晶體管的溝道相連接的所述光電轉(zhuǎn)換單元執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換而生成的信號(hào)電荷讀取到將所述半導(dǎo)體層的表面?zhèn)?電路形成面)。
此外，在所述縱向晶體管截止時(shí)的電荷累積時(shí)段期間內(nèi)，由于沒(méi)有在所述光電轉(zhuǎn)換單元和所述縱向晶體管的周圍形成溝道，所以沒(méi)有混合通過(guò)具有不同波長(zhǎng)的光而得到電荷，且不產(chǎn)生色彩混合。為此，即使不使用光屏蔽膜覆蓋所述柵極電極的部分，也能夠抑制所述色彩混合的產(chǎn)生。因此，與使用光屏蔽膜覆蓋注入栓的部分的結(jié)構(gòu)相比，能夠通過(guò)擴(kuò)大所述光屏蔽膜的開(kāi)口來(lái)增加開(kāi)口率。
此外，與形成有注入栓的結(jié)構(gòu)相比，由于所述光電轉(zhuǎn)換單元形成為跨越所述柵極電極的被嵌入到所述半導(dǎo)體層內(nèi)的部分，所以能夠通過(guò)增加所述光電轉(zhuǎn)換單元的面積來(lái)提高靈敏度。
[0013]根據(jù)上述本發(fā)明的成像裝置的構(gòu)造，所述成像裝置包括根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像器件。因此，在所述固態(tài)成像器件中，即使不使用光屏蔽膜覆蓋所述柵極電極的部分，也能夠抑制所述色彩混合的產(chǎn)生。此外，能夠通過(guò)增加所述光電轉(zhuǎn)換單元的面積來(lái)提高靈敏度。
本發(fā)明的效果
[0014]根據(jù)上述的本發(fā)明，由于不產(chǎn)生色彩混合，所以色彩分離是優(yōu)良的且獲得具有優(yōu)良的圖像質(zhì)量的圖像。
此外，根據(jù)本發(fā)明，由于通過(guò)增加光電轉(zhuǎn)換單元的面積能夠提高靈敏度，所以獲得高靈敏度。
因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)良的圖像質(zhì)量和高靈敏度的固態(tài)成像器件和成像裝置。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)成像器件的示意性結(jié)構(gòu)圖(平面圖)。
圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)成像器件的主要部分的橫截面圖。 圖3是根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件的主要部分的橫截面圖。
圖4是根據(jù)第三實(shí)施例的固態(tài)成像器件的主要部分的橫截面圖。
圖5是根據(jù)第四實(shí)施例的固態(tài)成像器件的主要部分的橫截面圖。
圖6是根據(jù)第五實(shí)施例的固態(tài)成像器件的主要部分的橫截面圖。
圖7是根據(jù)第六實(shí)施例的固態(tài)成像器件的主要部分的橫截面圖。
圖8圖示了根據(jù)第六實(shí)施例的濾色器的平面陣列。
圖9是根據(jù)第七實(shí)施例的成像裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖(框圖)。
圖10的A和B是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)的橫截面圖，其中，多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元堆疊在半導(dǎo)體襯底中。
圖11圖示了光傾斜入射到圖10的A的構(gòu)造中的情況。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在下文中，將說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式(在下文中，被稱為實(shí)施例)。 將以下面的順序做出說(shuō)明。
1.第一實(shí)施例(固態(tài)成像器件)
2.第二實(shí)施例(固態(tài)成像器件)
3.第三實(shí)施例(固態(tài)成像器件)
4.第四實(shí)施例(固態(tài)成像器件)
5.第五實(shí)施例(固態(tài)成像器件)
6.第六實(shí)施例(固態(tài)成像器件)
7.固態(tài)成像器件的變型例
8.第七實(shí)施例(成像裝置)
[0017]1.第一實(shí)施例(固態(tài)成像器件)
圖1圖示了根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)成像器件的示意性結(jié)構(gòu)圖(平面圖)。
此外，圖2圖示了根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)成像器件的主要部分的橫截面圖。
通過(guò)將本發(fā)明應(yīng)用于CMOS型固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)來(lái)獲得本實(shí)施例。
[0018]如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像器件I包括通過(guò)在半導(dǎo)體襯底11 (例如，硅襯底)中形成像素單元(所謂的成像區(qū)域)3和外圍電路單元而獲得的固態(tài)成像元件，在像素單元3中，多個(gè)均含有光電轉(zhuǎn)換單元的像素2規(guī)則地且二維地排列，且外圍電路單元包括驅(qū)動(dòng)電路等。
[0019]像素2具有光電轉(zhuǎn)換單元和由MOS晶體管組成的像素晶體管。
作為像素晶體管，像素具有例如傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管中的至少一個(gè)。
[0020]外圍電路單元具有垂直驅(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等。
[0021]垂直驅(qū)動(dòng)電路4由例如移位寄存器構(gòu)成，其選擇像素驅(qū)動(dòng)配線線路、將用于驅(qū)動(dòng)像素的脈沖提供到所選的像素驅(qū)動(dòng)配線線路并以行為單位驅(qū)動(dòng)像素。即，垂直驅(qū)動(dòng)電路4在垂直方向上順序地以行為單位選擇性地掃描像素單元3的像素2，并且通過(guò)垂直信號(hào)線9將基于信號(hào)電荷(其是根據(jù)每個(gè)像素2的光電轉(zhuǎn)換元件(例如，光電二極管)中的光接收量而生成的)的像素信號(hào)提供到列信號(hào)處理電路5。
[0022]針對(duì)像素2的每一列配置列信號(hào)處理電路5，列信號(hào)處理電路5針對(duì)每個(gè)像素列對(duì)從一行像素中輸出的信號(hào)執(zhí)行諸如噪聲移除等信號(hào)處理。即，列信號(hào)處理電路5執(zhí)行諸如用來(lái)移除像素2特有的固定圖案噪聲的CDS、信號(hào)放大和AD轉(zhuǎn)換等信號(hào)處理。水平選擇開(kāi)關(guān)(未在附圖中示出)連接在列信號(hào)處理電路5的輸出級(jí)與水平信號(hào)線10之間。
[0023]輸出電路7對(duì)通過(guò)水平信號(hào)線10從每個(gè)列信號(hào)處理電路5順序地提供的信號(hào)執(zhí)行信號(hào)處理，并輸出信號(hào)。
輸入/輸出端子12與外部交換信號(hào)。
[0024]圖2圖示了圖1的固態(tài)成像器件I的一個(gè)像素2的橫截面圖。
根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像器件具有所謂的背面照射型結(jié)構(gòu)，其中使光從與電路或配線線路相反的一側(cè)入射到形成有光接收單元的半導(dǎo)體襯底。
[0025]在本實(shí)施例中，如圖2所示，在半導(dǎo)體襯底11的深度方向上堆疊的兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元ro1、PD2形成在一個(gè)像素中。
光電轉(zhuǎn)換單元ro1、ro2中每者均由形成在半導(dǎo)體襯底η中的光電二極管組成。
此外，上面入射有光的光接收面形成在半導(dǎo)體襯底11的背面16偵U。
同時(shí)，盡管未在附圖中圖示，包括所謂的讀取電路等的電路形成在半導(dǎo)體襯底11的表面15側(cè)。
[0026]兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元ro1、PD2中的位于半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)的第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl對(duì)具有短波長(zhǎng)的藍(lán)色B光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換。位于表面15側(cè)的第二光電轉(zhuǎn)換單元TO2對(duì)具有長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅色R光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換。因此，構(gòu)成了縱向光譜圖像傳感器。
浮動(dòng)擴(kuò)散部FD24隔著傳輸柵極23設(shè)置在第二光電轉(zhuǎn)換單元Η)2(其位于半導(dǎo)體襯底11的表面15側(cè))的左側(cè)。
[0027]在本實(shí)施例中，特別地，縱向晶體管Trl連接到位于半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)的第一光電轉(zhuǎn)換單兀F1Dl。
縱向晶體管Trl具有柵極電極21，柵極電極21形成為從半導(dǎo)體襯底11的表面15側(cè)被嵌入到半導(dǎo)體襯底11的內(nèi)部。
因此，第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl連接到由縱向晶體管Trl形成的溝道。
此外，浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD) 22設(shè)置在半導(dǎo)體襯底11的表面15中，并位于縱向晶體管Trl的柵極電極21的右側(cè)。
此外，第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl形成為跨越縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11中的部分2IA的背面16偵U。
[0028]此外，光屏蔽膜25形成為覆蓋半導(dǎo)體襯底11的背面(光入射面)16的沒(méi)有形成第一光電轉(zhuǎn)換單元roi的部分。
[0029]這里，將參照?qǐng)D10和圖11說(shuō)明具有相關(guān)技術(shù)的如下結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像器件，以用于與本發(fā)明進(jìn)行比較:多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元堆疊在半導(dǎo)體襯底中。
圖10的A和B中圖示了具有根據(jù)相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像器件的橫截面圖。
[0030]如圖10的A所示，在固態(tài)成像器件中，注入栓60形成為在半導(dǎo)體襯底51的垂直方向上延伸，并用于從用于紅色R的第二光電轉(zhuǎn)換單元ro2(其形成于半導(dǎo)體襯底51的深處)傳輸電荷。 通過(guò)進(jìn)行雜質(zhì)的離子注入，形成了從第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2的雜質(zhì)區(qū)域在半導(dǎo)體襯底51的垂直方向上連續(xù)地延伸的雜質(zhì)區(qū)域，由此該雜質(zhì)區(qū)域構(gòu)成了注入栓60。
此外，由第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2獲得的電荷穿過(guò)注入栓60并被累積在能夠通過(guò)位于半導(dǎo)體襯底51的表面上的傳輸柵極52的電場(chǎng)讀取的部分中。
同時(shí)，位于半導(dǎo)體襯底51的表面上的傳輸柵極54用于從形成于半導(dǎo)體襯底51的淺處的用于藍(lán)色B的第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl傳輸電荷。
此外，光屏蔽膜56形成在半導(dǎo)體襯底51上方，并覆蓋除了光電轉(zhuǎn)換單元PDl之外的部分。
[0031]接著，圖10的B圖示了讀取電荷時(shí)的操作。
如圖10的B中的箭頭所示，當(dāng)讀取電荷時(shí)，使左邊的傳輸柵極54導(dǎo)通，且將第一光電轉(zhuǎn)換單元roi的電荷讀取到左邊的浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD) 55。
此外，如圖10的B中的箭頭所示，使右邊的傳輸柵極52導(dǎo)通，且將第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2的注入栓60的電荷讀取到右邊的浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD) 53。
[0032]由于注入栓60形成為從半導(dǎo)體襯底51的深處延伸到淺處，所以隨著注入栓60向淺處前進(jìn)，將被吸收的光的波長(zhǎng)變短。
為此，如果光在電荷累積期間內(nèi)泄漏到注入栓60中，那么紅色R的光電轉(zhuǎn)換單元TO2的信號(hào)可能混合有藍(lán)色的短波的信號(hào)等。
因此，使用光屏蔽膜56覆蓋注入栓60的上側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的色彩分離。
[0033]然而，如果固態(tài)成像元件的尺寸減小或固態(tài)成像元件的像素的數(shù)量增加而使像素尺寸減小，那么傾斜入射的光量增加。
如果傾斜入射的光量增加，如圖11所示，那么傾斜入射的光入射到光屏蔽膜56的下側(cè)的注入栓60上且從紅色R光生成的電荷與從藍(lán)色B光等具有短波長(zhǎng)的光生成的電荷可能混合在注入栓60中。因此，在信號(hào)電荷中產(chǎn)生了色彩混合，且色彩分離特性劣化。
此外，由于光屏蔽膜56形成為覆蓋注入栓60的上側(cè)，所以光屏蔽膜56的開(kāi)口變窄了與注入栓60相對(duì)應(yīng)的量，從而開(kāi)口率減小。隨著開(kāi)口率的減小，靈敏度也降低。
[0034]在根據(jù)圖10和圖11示出的相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，注入栓60從形成于半導(dǎo)體襯底51的深處的第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2 —直形成到半導(dǎo)體襯底51的表面的附近，且具有不同吸收波長(zhǎng)帶的結(jié)構(gòu)連接在一起。為此，需要形成光屏蔽膜56，但屏蔽膜56成為注入栓60上的開(kāi)口率減小的原因。
[0035]同時(shí)，在根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)縱向晶體管Trl讀取在第一光電轉(zhuǎn)換單元roi (其形成于半導(dǎo)體襯底Ii的深處)中生成的電荷。
由于根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)是背面照射型結(jié)構(gòu)，所以第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl形成在半導(dǎo)體襯底11的背面(光入射面)16側(cè)，即形成在與表面15 (電路形成面)相反的一側(cè)。
由于傳輸柵極沒(méi)有設(shè)置在背面(光入射面)16側(cè)，所以通過(guò)寬泛地形成第一光電轉(zhuǎn)換單元roi，能夠使開(kāi)口寬度相對(duì)于開(kāi)口率(B卩，像素尺寸)的比率最大化。因此，能夠使靈敏度最大化。
此外，由于沒(méi)有設(shè)置根據(jù)相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)的注入栓60，所以能夠增加形成在半導(dǎo)體襯底11的表面15側(cè)的第二光電轉(zhuǎn)換單元Η)2的面積。
[0036]此外，由于縱向晶體管Trl用于讀取，所以能夠使形成于半導(dǎo)體襯底11的深部的第一光電轉(zhuǎn)換單元roi的深度恒定，并且第一光電轉(zhuǎn)換單元PDi能夠僅具有恒定的波長(zhǎng)吸收帶。因此，能夠防止由根據(jù)圖10中所示的相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)的注入栓60產(chǎn)生的色彩混合的產(chǎn)生。
然而，事實(shí)上，在利用縱向晶體管Trl將電荷傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散部21的電荷傳輸期間內(nèi)，形成于半導(dǎo)體襯底11的深部的第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl與形成在縱向晶體管Trl周圍的溝道部是連接的。為此，類似于根據(jù)相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)，在電荷傳輸期間內(nèi)，在半導(dǎo)體襯底11中增加了具有不同深度的部分的光電轉(zhuǎn)換成分。
然而，由于在縱向晶體管Trl導(dǎo)通期間的電荷傳輸時(shí)段遠(yuǎn)短于電荷累積時(shí)段，所以能夠忽略電荷傳輸期間的混合色彩成分。
在電荷累積時(shí)段期間，縱向晶體管Trl截止，且在第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl和縱向晶體管Trl的周圍沒(méi)有形成溝道。因此，沒(méi)有增加半導(dǎo)體襯底11中的具有不同深度的部分的光電轉(zhuǎn)換成分。
[0037]此外，通過(guò)使用縱向晶體管Trl，即使在根據(jù)圖10中所示的相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)中形成有注入栓60，也能夠在對(duì)光電轉(zhuǎn)換沒(méi)有貢獻(xiàn)的區(qū)域中擴(kuò)大光電轉(zhuǎn)換單元。
此外，由于不需要形成光屏蔽膜25來(lái)抑制縱向晶體管Trl的部分中的色彩混合，所以能夠提高開(kāi)口率。
[0038]根據(jù)上述實(shí)施例的固態(tài)成像器件的構(gòu)造，利用縱向晶體管Trl讀取由形成于半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)的第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換而生成的信號(hào)電荷。
因此，在縱向晶體管Trl截止時(shí)的電荷累積時(shí)段期間，由于沒(méi)有在第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl和縱向晶體管Trl的周圍形成溝道，所以沒(méi)有混合由具有不同波長(zhǎng)的光產(chǎn)生的信號(hào)電荷。即，不產(chǎn)生色彩混合。
此外，由于即使不使用光屏蔽膜25覆蓋縱向晶體管Trl的柵極電極21的部分也不會(huì)產(chǎn)生色彩混合，所以能夠通過(guò)增加光屏蔽膜25的開(kāi)口率來(lái)提高靈敏度。
[0039]此外，第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl形成為跨越縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分21A的背面16偵U。
因此，與形成有注入栓的結(jié)構(gòu)相比，能夠通過(guò)增加第一光電轉(zhuǎn)換單元roi的面積來(lái)提高靈敏度。
[0040]因此，由于根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造不產(chǎn)生色彩混合，所以能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)良的色彩分離和高靈敏度的固態(tài)成像器件。
[0041]2.第二實(shí)施例(固態(tài)成像器件)
圖3圖示了根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件的示意性結(jié)構(gòu)圖(主要部分的橫截面圖)。類似于圖2，圖3圖示了固態(tài)成像器件的一個(gè)像素的橫截面圖。
在根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像器件中，將固態(tài)成像元件的結(jié)構(gòu)設(shè)置成所謂的表面照射型結(jié)構(gòu)，其中使光從與電路或配線線路相同的一側(cè)入射到形成有光接收單元的半導(dǎo)體襯底。
[0042]在本實(shí)施例中，如圖3所示，要對(duì)藍(lán)色B光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的第一光電轉(zhuǎn)換單元HH形成在半導(dǎo)體襯底11中的表面15側(cè)的部分中，要對(duì)紅色R光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2形成在半導(dǎo)體襯底11中的背面16側(cè)的部分中。即，位于半導(dǎo)體襯底11的表面15側(cè)的第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl和位于半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)的第二光電轉(zhuǎn)換單元Η)2的排列與圖2的情況相反。 此外，上面入射有光的光接收面形成在半導(dǎo)體襯底11的表面15偵U。
此外，盡管未在附圖中示出，但是包括所謂的讀出電路等的電路形成在半導(dǎo)體襯底11的表面15側(cè)。
[0043]浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD) 24隔著傳輸柵極23設(shè)置在位于半導(dǎo)體襯底11的表面15側(cè)的第一光電轉(zhuǎn)換單元roi的左側(cè)。
[0044]在本實(shí)施例中，特別地，縱向晶體管Trl連接到位于半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)的第二光電轉(zhuǎn)換單元ro2。
縱向晶體管Trl具有柵極電極21，柵極電極21形成為從半導(dǎo)體襯底11的表面15側(cè)被嵌入到半導(dǎo)體襯底11的內(nèi)部。
因此，第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2連接到由縱向晶體管Trl形成的溝道。
此外，浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD) 22設(shè)置在半導(dǎo)體襯底11的表面15內(nèi)，并位于縱向晶體管Trl的柵極電極21的右側(cè)。
此外，第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2形成為跨越縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分2IA的背面16偵U。
[0045]此外，光屏蔽膜25形成為覆蓋半導(dǎo)體襯底11的表面(光入射面和電路形成面)15的沒(méi)有形成第一光電轉(zhuǎn)換單元roi的部分。
[0046]在根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)縱向晶體管Trl讀取在形成于半導(dǎo)體襯底11深處的第二光電轉(zhuǎn)換單元ro2內(nèi)生成的電荷。
通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，與根據(jù)圖10所示的相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)相比，能夠增加第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl和第二光電轉(zhuǎn)換單元ro2的面積。
即，由于沒(méi)有設(shè)置根據(jù)圖10中所示的相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)的注入栓60，與根據(jù)相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)相比，能夠增加形成在半導(dǎo)體襯底Ii的表面15側(cè)的第一光電轉(zhuǎn)換單元roi的區(qū)域及其面積。
同時(shí)，形成在背面16側(cè)的第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2形成為跨越縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分21A的背面16側(cè)，并且延伸成與光屏蔽膜25的開(kāi)口幾乎相同的面積。因此，能夠使光電轉(zhuǎn)換單元的寬度相對(duì)于像素尺寸的比率最大化，且能夠獲得高靈敏度。
[0047]其它構(gòu)造與第一實(shí)施例的構(gòu)造相同，且能夠采用圖1的平面圖內(nèi)所示的結(jié)構(gòu)。
[0048]根據(jù)上述本實(shí)施例的固態(tài)成像器件的構(gòu)造，使用縱向晶體管Trl讀取由形成在半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)的第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換而生成的信號(hào)電荷。
因此，在縱向晶體管Trl截止時(shí)的電荷累積時(shí)段期間，由于沒(méi)有在第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2和縱向晶體管Trl周圍形成溝道，所以不產(chǎn)生色彩混合。
此外，由于即使不使用光屏蔽膜25覆蓋縱向晶體管Trl的柵極電極21的部分也不會(huì)產(chǎn)生色彩混合，所以能夠通過(guò)增加光屏蔽膜25的開(kāi)口率來(lái)提高靈敏度。
[0049]此外，第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2形成為跨越縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分21A的背面16偵U。
因此，與形成有注入栓的結(jié)構(gòu)相比，能夠通過(guò)增加第二光電轉(zhuǎn)換單元TO2的面積來(lái)提高靈敏度。
[0050]因此，由于根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造不產(chǎn)生色彩混合，所以能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)良的色彩分離和高靈敏度的固態(tài)成像器件。
[0051]3.第三實(shí)施例(固態(tài)成像器件)
圖4中示出了根據(jù)第三實(shí)施例的固態(tài)成像器件的示意性結(jié)構(gòu)圖(主要部分的橫截面圖)。類似于圖2和圖3，圖4圖示了固態(tài)成像器件的一個(gè)像素的橫截面圖。
根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像器件具有背面照射型結(jié)構(gòu)，其中在半導(dǎo)體襯底中堆疊有三層光電轉(zhuǎn)換單元。
[0052]在本實(shí)施例中，如圖4所示，三層的光電轉(zhuǎn)換單元從半導(dǎo)體襯底11的背面(光入射面)16側(cè)開(kāi)始堆疊，且綠色G的第三光電轉(zhuǎn)換單元PD3設(shè)置在根據(jù)第一實(shí)施例的兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元PDl和PD2之間。
[0053]與第一實(shí)施例相似，縱向晶體管Trl用于從第一光電轉(zhuǎn)換單元HH中讀取電荷。 在本實(shí)施例中，第二縱向晶體管Tr2用于從第三光電轉(zhuǎn)換單元PD3的電荷讀取。即，第
三光電轉(zhuǎn)換單元PD3連接到由第二縱向晶體管Tr2形成的溝道。
第二縱向晶體管Tr2的柵極電極26的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分26A的長(zhǎng)度短于第一縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分21A的長(zhǎng)度。
此外，形成在位于半導(dǎo)體襯底11的表面15上的部分(未圖不)上的傳輸柵極用于從第二光電轉(zhuǎn)換單元TO2的電荷讀取。該傳輸柵極具有與圖2的傳輸柵極23相同的構(gòu)造并且將信號(hào)電荷從第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2讀取到浮動(dòng)擴(kuò)散部FD(未圖示)。
第三光電轉(zhuǎn)換單元PD3形成為跨越第二縱向晶體管Tr2的柵極電極26的被嵌入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)的部分26A的背面16偵U。
第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl從第二縱向晶體管Tr2的柵極電極26的被嵌入到半導(dǎo)體襯底內(nèi)的部分26A的背面16側(cè)一直形成到縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分21A的背面16側(cè)。
[0054]由于其它構(gòu)造與圖1和圖2所示的第一實(shí)施例的構(gòu)造相同，所以省略了重復(fù)說(shuō)明。
[0055]根據(jù)上述本實(shí)施例的固態(tài)成像器件的構(gòu)造，使用縱向晶體管Trl和Tr2讀取由形成在半導(dǎo)體襯底11中的第一光電轉(zhuǎn)換單兀PDl和第三光電轉(zhuǎn)換單兀PD3執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換而生成的信號(hào)電荷。
因此，在縱向晶體管Trl和Tr2截止時(shí)的電荷累積時(shí)段期間，由于沒(méi)有在第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl或第三光電轉(zhuǎn)換單元TO3以及縱向晶體管Trl的周圍形成溝道，所以不產(chǎn)生色彩混合。
此外，由于即使不使用光屏蔽膜25覆蓋縱向晶體管Trl的柵極電極21的部分也不會(huì)產(chǎn)生色彩混合，所以能夠通過(guò)增加光屏蔽膜25的開(kāi)口率來(lái)提高靈敏度。
[0056]此外，第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl形成為跨越縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分21A的背面16側(cè)。此外，第三光電轉(zhuǎn)換單元PD3形成為跨越第二縱向晶體管Tr2的柵極電極26的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分26A的背面16偵U。
因此，與形成有注入栓的結(jié)構(gòu)相比，能夠通過(guò)增加第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl和第三光電轉(zhuǎn)換單元Η)3的面積來(lái)提高靈敏度。
[0057]因此，由于根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造不產(chǎn)生色彩混合，所以能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)良的色彩分離和高靈敏度的固態(tài)成像器件。
[0058]4.第四實(shí)施例(固態(tài)成像器件) 圖5示出了根據(jù)第四實(shí)施例的固態(tài)成像器件的示意性結(jié)構(gòu)圖(主要部分的橫截面圖)。與圖2至圖4相似，圖5圖示了固態(tài)成像器件的一個(gè)像素的橫截面圖。
與圖4所示的第三實(shí)施例相似，根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像器件具有在半導(dǎo)體襯底中堆疊有三層光電轉(zhuǎn)換單元的背面照射型結(jié)構(gòu)。
[0059]在本實(shí)施例中，幾乎整個(gè)部分具有與圖4中所示的第三實(shí)施例的構(gòu)造相同的構(gòu)造。然而，局部構(gòu)造與第三實(shí)施例的構(gòu)造不同。
即，在本實(shí)施例中，如圖5所示，第二縱向晶體管Tr2的柵極電極26的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分26A的長(zhǎng)度幾乎與第一縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分2IA的長(zhǎng)度相同。
此外，第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl形成為不與第二縱向晶體管Tr2的柵極電極26的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分26A重疊。
[0060]根據(jù)上述本實(shí)施例的固態(tài)成像器件的構(gòu)造，使用縱向晶體管Trl和Tr2讀取由形成于半導(dǎo)體襯底11中的第一光電轉(zhuǎn)換單兀PDl和第三光電轉(zhuǎn)換單兀PD3執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換而生成的信號(hào)電荷。
因此，在縱向晶體管Trl和Tr2截止時(shí)的電荷累積時(shí)段期間，由于沒(méi)有在第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl或第三光電轉(zhuǎn)換單元TO3以及縱向晶體管Trl的周圍形成溝道，所以不產(chǎn)生色彩混合。
此外，由于即使不使用光屏蔽膜25覆蓋縱向晶體管Trl的柵極電極21的部分也不會(huì)產(chǎn)生色彩混合，所以能夠通過(guò)增加光屏蔽膜25的開(kāi)口率來(lái)提高靈敏度。
[0061]此外，第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl形成為跨越縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分21A的背面16側(cè)。此外，第三光電轉(zhuǎn)換單元PD3形成為跨越第二縱向晶體管Tr2的柵極電極26的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11的部分26A。
因此，與形成有注入栓的結(jié)構(gòu)相比，能夠通過(guò)增加第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl和第三光電轉(zhuǎn)換單元Η)3的面積來(lái)提高靈敏度。
[0062]因此，由于根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造不產(chǎn)生色彩混合，所以能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)良的色彩分離和高靈敏度的固態(tài)成像器件。
[0063]這里，如果將第三實(shí)施例的構(gòu)造和第四實(shí)施例的構(gòu)造進(jìn)行相互比較，那么本實(shí)施例的構(gòu)造具有如下優(yōu)點(diǎn)。
在第三實(shí)施例中，由于第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl的面積為大，所以能夠提高紅色R光的靈敏度。
在第四實(shí)施例中，由于半導(dǎo)體襯底中的兩個(gè)縱向晶體管Trl和Tr2的柵極電極21和26的深度幾乎相同，所以能夠同時(shí)形成用來(lái)在半導(dǎo)體襯底11中掩埋柵極電極21和26的孔。因此，與需要順序地形成在半導(dǎo)體襯底11中具有不同深度的孔的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相比，能夠減小制作工藝的數(shù)量。
[0064]在半導(dǎo)體襯底中堆疊有三層光電轉(zhuǎn)換單元的構(gòu)造不限于如第三實(shí)施例或第四實(shí)施例的背面照射型結(jié)構(gòu)，且能夠應(yīng)用于表面照射型結(jié)構(gòu)。
[0065]5.第五實(shí)施例(固態(tài)成像器件)
圖6示出了根據(jù)第五實(shí)施例的固態(tài)成像器件的示意性結(jié)構(gòu)圖(主要部分的橫截面圖)。與圖2至圖5相似，圖6圖示了固態(tài)成像器件的一個(gè)像素的橫截面圖。 根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像器件具有通過(guò)將在半導(dǎo)體襯底中堆疊有兩層光電轉(zhuǎn)換單元且使用縱向晶體管讀取電荷的結(jié)構(gòu)與布置在光入射面?zhèn)鹊木哂袨V色器功能和光電轉(zhuǎn)換功能的堆疊型光電轉(zhuǎn)換層進(jìn)行組合而成的構(gòu)造。
[0066]在本實(shí)施例中，如圖6所示，第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl和第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2形成在半導(dǎo)體襯底11中，且縱向晶體管Trl的柵極電極21形成為從半導(dǎo)體襯底11的表面15側(cè)一直被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)。
此外，藍(lán)色B的第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl形成在半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)，且紅色R的第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2形成在半導(dǎo)體襯底11的表面15偵U。
第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl形成為跨越縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分21A的背面16偵1|。
這個(gè)構(gòu)造幾乎與根據(jù)圖2所示的第一實(shí)施例的構(gòu)造相同。
[0067]在本實(shí)施例中，一個(gè)用于接收綠色G光并檢測(cè)光的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換單元設(shè)置在半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)。
有機(jī)光電轉(zhuǎn)換單元具有通過(guò)在位于光入射側(cè)的第一電極31與位于半導(dǎo)體襯底11 一側(cè)的第二電極33之間夾持由有機(jī)光電轉(zhuǎn)換材料制成的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層32而形成的構(gòu)造。
有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層32具有濾色器的功能，即吸收綠色G光、執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換且透過(guò)藍(lán)色B光和紅色R光。
[0068]第一電極31和第二電極33由透明導(dǎo)電材料形成。
作為第一電極31和第二電極33的透明導(dǎo)電材料，例如，能夠使用銦錫氧化物(ITO)和
銦鋅氧化物等。
[0069]作為使用綠色G光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層32的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換材料，例如，能夠使用的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換材料包括若丹明顏料(rhodamine pigment)、部花青顏料(merocyanine pigment)和喹口丫唆酮(quinacridone)等。
[0070]有機(jī)光電轉(zhuǎn)換單元的第二電極33通過(guò)具有十字形部的配線層34電連接到半導(dǎo)體襯底11。
在半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)的連接到配線層34的部分中，形成有接觸區(qū)30。
此外，電荷累積區(qū)29形成在半導(dǎo)體襯底11中，并連接到接觸區(qū)30。
由有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層32執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換而生成的電荷經(jīng)由第二電極33和配線層34穿過(guò)接觸區(qū)30，并累積在半導(dǎo)體襯底11中的電荷累積區(qū)29內(nèi)。
通過(guò)傳輸柵極27，將累積在電荷累積區(qū)29內(nèi)的電荷讀取到形成在半導(dǎo)體襯底11的表面15側(cè)的浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD) 28。
[0071]配線層34優(yōu)選由諸如鎢等具有光屏蔽性能的金屬材料形成，使得配線層34起到用于電荷累積區(qū)29的光屏蔽膜的功能。
[0072]有機(jī)光電轉(zhuǎn)換單元的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層32形成為包括位于縱向晶體管Trl的柵極電極21的背面16側(cè)的部分和位于電荷累積區(qū)29的背面16側(cè)的部分，從而具有比第一光電轉(zhuǎn)換單元HH的面積更大的面積。因此，與有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層形成為具有與半導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換單元的面積幾乎相同的面積的構(gòu)造相比，能夠提高有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層32中的綠色G光的靈敏度。
[0073]根據(jù)上述本實(shí)施例的固態(tài)成像器件的構(gòu)造，使用縱向晶體管Trl讀取由形成在半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)的第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換而生成的信號(hào)電荷。
因此，在縱向晶體管Trl截止時(shí)的電荷累積時(shí)段期間，由于沒(méi)有在第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl和縱向晶體管Trl的周圍形成溝道，所以不產(chǎn)生色彩混合。
[0074]此外，第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl形成為跨越縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分21A的背面16偵U。
因此，與形成有注入栓的結(jié)構(gòu)相比，能夠通過(guò)增加第一光電轉(zhuǎn)換單元roi的面積來(lái)提
高靈敏度。
此外，有機(jī)光電轉(zhuǎn)換單元的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層32形成為具有比第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl的面積更大的面積。因此，與有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層形成為具有與第一光電轉(zhuǎn)換單元的面積幾乎相同的面積的構(gòu)造相比，能夠提高有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層32中的綠色G光的靈敏度。
[0075]因此，由于根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造不產(chǎn)生色彩混合，所以能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)良的色彩分離和高靈敏度的固態(tài)成像器件。
[0076]在上述的實(shí)施例中，作為色彩的組合，將有機(jī)光電轉(zhuǎn)換單元設(shè)置為綠色G、將第一光電轉(zhuǎn)換單元設(shè)置為藍(lán)色B且將第二光電轉(zhuǎn)換單元設(shè)置為紅色R。然而，還能夠使用其他的色彩組合。
例如，能夠?qū)⒂袡C(jī)光電轉(zhuǎn)換單元設(shè)置為紅色R或藍(lán)色B且能夠?qū)雽?dǎo)體襯底中的兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元設(shè)置為其他的相應(yīng)色彩。
作為使用紅色R光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換材料，能夠使用的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換材料包括酞化青顏料(phthalocyanine pigment)。
作為使用藍(lán)色B光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換材料，能夠使用的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換材料包括香豆素顏料(coumarin pigment)和部花青顏料(merocyanine pigment)等。
[0077]此外，根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層與光電轉(zhuǎn)換單兀的組合還能夠應(yīng)用于表面照射型結(jié)構(gòu)。
在這種情況下，類似于第二實(shí)施例，作為形成在半導(dǎo)體襯底中的光電轉(zhuǎn)換單元，藍(lán)色B的第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl和紅色R的第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2從光入射面這一側(cè)開(kāi)始布置且使用縱向晶體管讀取在紅色R的第二光電轉(zhuǎn)換單元Η)2內(nèi)生成的電荷。
[0078]6.第六實(shí)施例(固態(tài)成像器件)
圖7示出了根據(jù)第六實(shí)施例的固態(tài)成像器件的示意性結(jié)構(gòu)圖(主要部分的橫截面圖)。圖7圖示了固態(tài)成像器件的兩個(gè)相鄰像素的橫截面圖。
根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像器件具有通過(guò)將在半導(dǎo)體襯底中堆疊有兩層光電轉(zhuǎn)換單元且使用縱向晶體管讀取電荷的結(jié)構(gòu)與根據(jù)相關(guān)技術(shù)的在半導(dǎo)體襯底中形成有一層光電轉(zhuǎn)換單元且使用傳輸柵極讀取電荷的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合而成的構(gòu)造。
[0079]在本實(shí)施例中，如圖7所示，第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl和第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2形成在半導(dǎo)體襯底11中，且縱向晶體管Trl的柵極電極21形成為從半導(dǎo)體襯底11的表面15側(cè)被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)。
此外，藍(lán)色B的第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl形成在半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)，且紅色R的第二光電轉(zhuǎn)換單元PD2形成在半導(dǎo)體襯底11的表面15偵U。
第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl也形成為跨越縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入到半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分21A的背面16偵U。 此外，光屏蔽膜25形成為覆蓋除了半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)的第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl以外的部分。
這個(gè)構(gòu)造幾乎與根據(jù)圖2中所示的第一實(shí)施例的構(gòu)造相同。
[0080]在本實(shí)施例中，在形成有第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl和第二光電轉(zhuǎn)換單元Η)2的第一像素中，品紅色Mg的濾色器35設(shè)置成比光屏蔽膜25更靠近光入射側(cè)。
此外，在與第一像素相鄰的第二像素中，綠色G的第三光電轉(zhuǎn)換單元PD3形成在半導(dǎo)體襯底11中且綠色G的濾色器36設(shè)置成比光屏蔽膜25更靠近光入射側(cè)。此外，傳輸柵極27和浮動(dòng)擴(kuò)散部FD28設(shè)置在半導(dǎo)體襯底11的表面15側(cè)，傳輸柵極27用來(lái)傳輸由第三光電轉(zhuǎn)換單元PD3執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換而生成的電荷，并將電荷傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散部FD28。
[0081]此外，圖8示出了本實(shí)施例中的濾色器的平面陣列。
如圖8所示，品紅色Mg的濾色器和綠色G的濾色器排列成方格圖案(checkeredpattern)。
[0082]濾色器的平面陣列不限于圖8所示的方格陣列，且能夠使用其他平面陣列。
此外，所使用的濾色器的色彩的種類不限于品紅色和綠色這兩種，且能夠使用其他組
口 ο
[0083]根據(jù)上述本實(shí)施例的固態(tài)成像器件的構(gòu)造，使用縱向晶體管Trl讀取由形成在半導(dǎo)體襯底11的背面16側(cè)的第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換而生成的信號(hào)電荷。
因此，在縱向晶體管Trl截止時(shí)的電荷累積時(shí)段期間，由于沒(méi)有在第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl和縱向晶體管Trl的周圍形成溝道，所以不產(chǎn)生色彩混合。
[0084]此外，第一光電轉(zhuǎn)換單元PDl形成為跨越縱向晶體管Trl的柵極電極21的被嵌入半導(dǎo)體襯底11內(nèi)的部分2IA的背面16偵U。
因此，與形成有注入栓的結(jié)構(gòu)相比，能夠通過(guò)增加第一光電轉(zhuǎn)換單元roi的面積來(lái)提
高靈敏度。
[0085]因此，由于根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造不產(chǎn)生色彩混合，所以能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)良的色彩分離和高靈敏度的固態(tài)成像器件。
[0086]7.固態(tài)成像器件的變型例
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像器件中，像素單元和外圍電路單元的構(gòu)造不限于圖1中所示的構(gòu)造，且能夠使用其他構(gòu)造。
[0087]在上述的每個(gè)實(shí)施例中，由光電二極管組成的光電轉(zhuǎn)換單元ro1、PD2和PD3形成在諸如硅襯底等半導(dǎo)體襯底中。
在本發(fā)明中，用于形成堆疊的多層光電轉(zhuǎn)換單元的半導(dǎo)體層不限于半導(dǎo)體襯底，且能夠使用形成有半導(dǎo)體外延層的半導(dǎo)體襯底或SOI襯底的氧化膜上的硅層等。
此外，在本發(fā)明中，除了硅之外，諸如Ge等半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體也能夠用作半導(dǎo)體層的材料。
[0088]根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像器件能夠應(yīng)用于諸如數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)等相機(jī)系統(tǒng)、具有成像功能的移動(dòng)手機(jī)和具有成像功能的其他裝置。
[0089]8.第七實(shí)施例(成像裝置)
圖9示出了根據(jù)第七實(shí)施例的成像裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖(框圖)。
如圖9所示，成像裝置121具有固態(tài)成像器件122、光學(xué)系統(tǒng)123、快門器件124、驅(qū)動(dòng)電路125和信號(hào)處理電路126。
[0090]光學(xué)系統(tǒng)123由光學(xué)透鏡等組成，并且在固態(tài)成像器件122的像素單元上形成來(lái)自對(duì)象的圖像光(入射光)。因此，信號(hào)電荷在固定時(shí)段期間被累積在固態(tài)成像器件122中。光學(xué)系統(tǒng)123可以是包括多個(gè)光學(xué)透鏡的光學(xué)透鏡系統(tǒng)。
作為固態(tài)成像器件122，使用根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像器件，例如，根據(jù)上述每個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像器件等。
快門器件124控制用于固態(tài)成像器件122的光照射時(shí)段和光屏蔽時(shí)段。
驅(qū)動(dòng)電路125供給驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制固態(tài)成像器件122的傳輸操作和快門器件124的快門操作。提供驅(qū)動(dòng)電路125提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(時(shí)序信號(hào))進(jìn)行固態(tài)成像器件122的信號(hào)傳輸。
信號(hào)處理電路126執(zhí)行各種信號(hào)處理。將已經(jīng)被執(zhí)行信號(hào)處理的視頻信號(hào)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。
[0091]根據(jù)本實(shí)施例的上述成像裝置121的構(gòu)造，將根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像器件(例如，根據(jù)上述每個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像器件等)用作固態(tài)成像器件122，使得能夠抑制色彩混合的廣生且能夠提聞靈敏度。
[0092]在本發(fā)明中，成像裝置的構(gòu)造不限于圖9所示的構(gòu)造，且能夠使用不同于圖9中所示的構(gòu)造且使用根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像器件的任何構(gòu)造。
[0093]注意，本發(fā)明可以包括下面的構(gòu)造。
(1)一種固態(tài)成像器件，其包括:
半導(dǎo)體層，其表面?zhèn)瘸蔀殡娐沸纬擅妫?br> 兩層以上的光電轉(zhuǎn)換單元，它們堆疊并形成在所述半導(dǎo)體層中；和縱向晶體管，其柵極電極形成為從所述半導(dǎo)體層的表面被嵌入到所述半導(dǎo)體層內(nèi)，其中，所述兩層以上的光電轉(zhuǎn)換單元中的一層光電轉(zhuǎn)換單元形成為跨越所述縱向晶體管的柵極電極的被嵌入到所述半導(dǎo)體層內(nèi)的部分，并連接到由所述縱向晶體管形成的溝道。
(2)根據(jù)(I)中所述的固態(tài)成像器件，其中，所述固態(tài)成像器件具有背面照射型結(jié)構(gòu)，在所述背面照射型結(jié)構(gòu)中，所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)瘸蔀楣馊肷涿妗?br> (3)根據(jù)(I)或(2)中所述的固態(tài)成像器件，其中，在電荷累積時(shí)段期間，所述縱向晶體管截止，所述縱向晶體管沒(méi)有形成所述溝道，且浮動(dòng)擴(kuò)散部沒(méi)有連接到所述光電轉(zhuǎn)換單元。
(4)根據(jù)(I)至(3)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像器件，其中，三層的光電轉(zhuǎn)換單元堆疊在所述半導(dǎo)體層中，且為所述三層的光電轉(zhuǎn)換單元之中的從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)乳_(kāi)始的第一層的光電轉(zhuǎn)換單元和第二層的光電轉(zhuǎn)換單元中的每者設(shè)置一個(gè)所述縱向晶體管。
(5)根據(jù)(I)至(3)中所述的固態(tài)成像器件，還包括:
光電轉(zhuǎn)換單兀，其布置在所述半導(dǎo)體層的光入射面?zhèn)惹矣捎袡C(jī)光電轉(zhuǎn)換層構(gòu)成。
(6)根據(jù)(5)中所述的固態(tài)成像器件，其中，所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層形成在所述縱向晶體管的柵極電極的光入射面?zhèn)壬稀?br> (7)根據(jù)(I)至(3)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像器件，其中，所述固態(tài)成像器件具有第一像素和第二像素，在所述第一像素中堆疊并形成有兩層的光電轉(zhuǎn)換單元，所述第二像素具有用于對(duì)與所述第一像素的所述兩層的光電轉(zhuǎn)換單元中的色彩不同的色彩的光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換單元，通過(guò)二維地并規(guī)則地排列所述第一像素和所述第二像素來(lái)構(gòu)成像素單元，并且在所述第一像素和所述第二像素上分別設(shè)置有具有不同吸收波長(zhǎng)的濾色器。
(8)一種成像裝置，其包括:光學(xué)系統(tǒng)；(I)?(7)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像器件；以及信號(hào)處理電路，其處理所述固態(tài)成像器件的輸出信號(hào)。
[0094]本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例，且能夠在不脫離本發(fā)明的主旨下采用其他的各種構(gòu)造。
附圖標(biāo)記列表
[0095]1,122 固態(tài)成像器件
2像素
3像素單元
4垂直驅(qū)動(dòng)電路
5列信號(hào)處理電路
6水平驅(qū)動(dòng)電路
7輸出電路
8控制電路
9垂直信號(hào)線
10水平信號(hào)線
11半導(dǎo)體襯底
12輸入/輸出端子
15表面
16背面
21、26柵極電極
22、24、28浮動(dòng)擴(kuò)散部
23、27傳輸柵極 25 光屏蔽膜
29電荷累積區(qū)
30接觸區(qū)
31第一電極
32有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層
33第二電極
34配線層 35、36 濾色器 121 成像裝置
123光學(xué)系統(tǒng)
124快門器件
125驅(qū)動(dòng)電路
126信號(hào)處理電路 PDl 第一光電轉(zhuǎn)換單元 PD2 第二光電轉(zhuǎn)換單元PD3第三光電轉(zhuǎn)換單元
Trl縱向晶體管
Tr2第二縱向晶體管
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)成像器件，其包括: 半導(dǎo)體層，其表面?zhèn)瘸蔀殡娐沸纬擅妫? 兩層以上的光電轉(zhuǎn)換單元，它們堆疊并形成在所述半導(dǎo)體層中；和 縱向晶體管，其柵極電極形成為從所述半導(dǎo)體層的表面被嵌入到所述半導(dǎo)體層內(nèi)， 其中，所述兩層以上的光電轉(zhuǎn)換單元中的一層光電轉(zhuǎn)換單元形成為跨越所述縱向晶體管的柵極電極的被嵌入到所述半導(dǎo)體層內(nèi)的部分，并連接到由所述縱向晶體管形成的所述溝道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中，所述固態(tài)成像器件具有背面照射型結(jié)構(gòu)，在所述背面照射型結(jié)構(gòu)中，所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)瘸蔀楣馊肷涿妗?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中，在電荷累積時(shí)段期間，所述縱向晶體管截止，所述縱向晶體管沒(méi)有形成所述溝道，且浮動(dòng)擴(kuò)散部沒(méi)有連接到所述光電轉(zhuǎn)換單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中，三層的光電轉(zhuǎn)換單元堆疊在所述半導(dǎo)體層中，且為所述三層的光電轉(zhuǎn)換單元之中的從所述半導(dǎo)體層的背面?zhèn)乳_(kāi)始的第一層的光電轉(zhuǎn)換單元和第二層的光電轉(zhuǎn)換單元中的每者設(shè)置一個(gè)所述縱向晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其還包括: 光電轉(zhuǎn)換單兀，其布置在所述半導(dǎo)體層的光入射面?zhèn)龋矣捎袡C(jī)光電轉(zhuǎn)換層構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像器件，其中，所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層形成為跨越所述縱向晶體管的柵極電極的光入射面?zhèn)取?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中，所述固態(tài)成像器件具有第一像素和第二像素，在所述第一像素中堆疊并形成有兩層的光電轉(zhuǎn)換單元，所述第二像素具有用于對(duì)與所述第一像素的所述兩層的光電轉(zhuǎn)換單元中的色彩不同的色彩的光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換單元，通過(guò)二維地并規(guī)則地排列所述第一像素和所述第二像素來(lái)構(gòu)成像素單元，并且在所述第一像素和所述第二像素上分別設(shè)置有具有不同吸收波長(zhǎng)的濾色器。
8.一種成像裝置，其包括: 光學(xué)系統(tǒng)； 固態(tài)成像器件，其包括:半導(dǎo)體層，其表面?zhèn)瘸蔀殡娐沸纬擅妫粌蓪右陨系墓怆娹D(zhuǎn)換單元，它們堆疊并形成在所述半導(dǎo)體層中；和縱向晶體管，其柵極電極形成為從所述半導(dǎo)體層的表面被嵌入到所述半導(dǎo)體層內(nèi)，其中，所述兩層以上的光電轉(zhuǎn)換單元中的一層光電轉(zhuǎn)換單元形成為跨越所述縱向晶體管的柵極電極的被嵌入到所述半導(dǎo)體層內(nèi)的部分，并連接到由所述縱向晶體管形成的溝道；以及 信號(hào)處理電路，其處理所述固態(tài)成像器件的輸出信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04N5/374GK103843139SQ201280048615
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月11日
【發(fā)明者】山口哲司 申請(qǐng)人:索尼公司