固體攝像裝置以及其制造方法
【專利摘要】提供高靈敏度下暗電流少的固體攝像裝置以及其制造方法。本發(fā)明的固體攝像裝置具有：具有攝像區(qū)域和周邊電路區(qū)域的半導(dǎo)體基板；形成在半導(dǎo)體基板上的布線層；矩陣狀地配置在攝像區(qū)域的上方的布線層之上的多個像素電極；形成在攝像區(qū)域的上方的布線層以及多個像素電極之上的光電變換膜；和形成在光電變換膜上的上部電極。光電變換膜包含交替層疊由在長于近紅外的波段有基礎(chǔ)吸收端的第1半導(dǎo)體構(gòu)成的多個阱層、和由帶隙寬于第1半導(dǎo)體的帶隙的第2半導(dǎo)體或絕緣體構(gòu)成的多個勢壘層的層疊結(jié)構(gòu)。
【專利說明】固體攝像裝置以及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明在固體攝像裝置以及其制造方法中特別涉及層疊型的固體攝像裝置中的光電變換部。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，固體攝像裝置不斷推進多像素化，與此相伴，使像素尺寸較小的開發(fā)盛行。并且，若像素尺寸變小，入射到I個像素的光子數(shù)就會減少從而靈敏度降低，但監(jiān)視攝像機等中需要在暗處也能進行攝影的固體攝像元件。根據(jù)這些背景，固體攝像元件的靈敏度提升一直就是研究對象。
[0003]在專利文獻I中，作為靈敏度高的固體攝像裝置，記載了將光電變換膜配置在半導(dǎo)體基板的上方的光電變換膜層疊型固體攝像元件。
[0004]另外，在專利文獻2中，記載了為了提高靈敏度而在光電二極管使用Ge的固體攝像裝置。
[0005]先行技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻I JP特開2011-19854號公報
[0008]專利文獻2 JP特許第2959460號公報
[0009]發(fā)明的概要
[0010]但是，就算在光電變換膜層疊型的固體攝像元件的光電變換膜使用Ge，在長于近紅外光波長的波段具有基礎(chǔ)吸收端的半導(dǎo)體的帶隙狹窄。為此，由于本征載流子濃度ni變大且勢壘高度Φ變小，因此暗電流變大。因此，在將Ge用作光電變換膜層疊型的固體攝像元件的光電變換膜時，暗電流較大而難以在室溫下使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]在本發(fā)明中，目的在于在光電變換膜中使用了在長于吸收系數(shù)高的近紅外光波長的波段有基礎(chǔ)吸收端的半導(dǎo)體的固體攝像元件中，抑制暗電流。
[0012]本發(fā)明的固體攝像裝置具有:具備攝像區(qū)域和周邊電路區(qū)域的半導(dǎo)體基板；和形成在半導(dǎo)體基板上的布線層。進而，本發(fā)明的固體攝像裝置具有:矩陣狀地配置在攝像區(qū)域的上方的布線層上的多個像素電極；形成在攝像區(qū)域的上方的布線層以及多個像素電極上的光電變換膜；和形成在光電變換膜上的上部電極。光電變換膜包含交替層疊由在長于近紅外的波段有基礎(chǔ)吸收端的第I半導(dǎo)體構(gòu)成的多個阱層、和由帶隙寬于第I半導(dǎo)體的帶隙的2半導(dǎo)體或絕緣體構(gòu)成的多個勢壘層的層疊結(jié)構(gòu)。
[0013]另外，本發(fā)明的固體攝像裝置的制造方法具有:在具備攝像區(qū)域和周邊電路區(qū)域的半導(dǎo)體基板上形成布線層的工序；和在攝像區(qū)域的上方的布線層上形成矩陣狀地配置的多個像素電極的工序。進而，本發(fā)明的固體攝像裝置的制造方法具有:在攝像區(qū)域的上方的布線層以及多個像素電極上形成光電變換膜的工序；和在光電變換膜上形成上部電極的工序。形成光電變換膜的工序交替層疊由在長于近紅外的波段有基礎(chǔ)吸收端的第I半導(dǎo)體構(gòu)成的多個阱層；和由帶隙寬于第I半導(dǎo)體的帶隙的第2半導(dǎo)體或絕緣體構(gòu)成的多個勢壘層。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的固體攝像裝置以及其制造方法，能實現(xiàn)高靈敏度且減少了暗電流的固體攝像裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是實施方式I所涉及的固體攝像裝置的框圖。
[0016]圖2是實施方式I所涉及的固體攝像裝置的攝像區(qū)域的截面圖。
[0017]圖3是實施方式I所涉及的固體攝像裝置的光電變換部的放大圖。
[0018]圖4是實施方式I所涉及的固體攝像裝置的上部電極、光電變換部、像素電極的能量圖。
[0019]圖5是實施方式I的變形例I所涉及的固體攝像裝置的上部電極、光電變換部、像素電極的能量圖。
[0020]圖6是實施方式I的變形例2所涉及的固體攝像裝置的上部電極、光電變換部、像素電極的能量圖。
[0021]圖7是實施方式I的變形例3所涉及的固體攝像裝置的上部電極、光電變換部、像素電極的能量圖。
[0022]圖8是實施方式I的變形例4所涉及的固體攝像裝置的上部電極、光電變換部、像素電極的能量圖。
[0023]圖9是實施方式I的變形例5所涉及的固體攝像裝置的上部電極、光電變換部、像素電極的能量圖。
[0024]圖10是實施方式I所涉及的固體攝像裝置的光電變換部中的暗電流的Ge膜厚依賴的圖表。
[0025]圖11是實施方式2所涉及的固體攝像裝置的光電變換部的放大圖。
[0026]圖12是實施方式2所涉及的固體攝像裝置的上部電極、光電變換部、像素電極的能量圖。
[0027]圖13是實施方式2所涉及的固體攝像裝置的上部電極、光電變換部、像素電極的能量圖。
[0028]圖14是實施方式3所涉及的固體攝像裝置的制造方法的截面圖。
[0029]圖15足實施方式3所涉及的固體攝像裝置的制造方法的截而圖。
[0030]圖16是實施方式3所涉及的固體攝像裝置的制造方法的截面圖。

【具體實施方式】
[0031](實施方式I)
[0032]使用圖1?圖10來說明本發(fā)明所涉及的第I實施方式。
[0033]圖1是表示本實施方式的固體攝像裝置的構(gòu)成的框圖。本實施方式的固體攝像裝置101具有:矩陣狀地排列多個像素的攝像區(qū)域102、將行信號送往攝像區(qū)域102的垂直驅(qū)動電路 103a、103b。
[0034]另外，固體攝像裝置101具有對應(yīng)于攝像區(qū)域102每列而配置具有多個放大功能和反饋功能的電路的水平反饋放大電路104。另外，固體攝像裝置101具有:減少來自水平反饋放大電路104的信號的噪聲的噪聲消除器電路105、將來自噪聲消除器電路105的信號送往水平方向的水平驅(qū)動電路106。并且，固體攝像裝置101介由放大來自水平驅(qū)動電路106的信號的輸出級放大器107，通過輸出108將信號輸出到固體攝像裝置101的外部。
[0035]在此，水平反饋放大電路104，由于接受且反饋來自攝像區(qū)域102的輸出信號，因此信號流動的方向如109所示那樣成為相對于攝像區(qū)域102雙向。
[0036]圖2是攝像區(qū)域102的3像素份的區(qū)域的截面圖。實際的固體攝像裝置101矩陣狀地排列了 1000萬像素份的像素。為了效率良好地匯聚入射光，在最表面形成微透鏡201。
[0037]為了拍攝彩色圖像，在各微透鏡的正下方，在保護膜205內(nèi)形成紅色濾色器202、綠色濾色器203、藍色濾色器204。為了遍布1000萬像素份形成沒有聚光不均勻以及顏色不均勻的微透鏡201和濾色器群，將這些光學(xué)元件形成在由氮化硅膜構(gòu)成的平坦化膜206上。在平坦化膜206下,遍布攝像區(qū)域102整面形成由透射可見光的IT0(Indium Tin Oxide,氧化銦錫)構(gòu)成的上部電極207。
[0038]在上部電極207下形成分別交替層疊Ge和S12而得到的光電變換膜208。該光電變換膜208也被特別稱作Ge/Si02超晶格光電變換膜。Ge/Si02光電變換膜吸收99%的波長650nm的紅色光。在光電變換膜208下，在平坦化的厚度10nm的擴散防止膜212上形成由Al構(gòu)成的像素電極211。各個像素電極211以0.2μπι的間隔分離。在像素電極211間形成絕緣膜210。
[0039]在像素電極211下形成由布線213、通孔214、層間絕緣膜221、和擴散防止膜212構(gòu)成的布線層。布線213和通孔214由銅構(gòu)成，擴散防止膜212防止銅擴散到層間絕緣膜221。
[0040]各個像素電極211介由布線層的布線213以及通孔214與形成在硅基板218的P型的阱219的浮動擴散部215、以及放大晶體管216的輸入柵極連接。
[0041]進而，浮動擴散部215與復(fù)位晶體管217的源極部共有區(qū)域，并電連接。放大晶體管216、復(fù)位晶體管217、選擇晶體管(未圖示)、浮動擴散部215形成在P型的阱219內(nèi)。各晶體管通過由氧化娃膜構(gòu)成的STI區(qū)域220 (Shallow Trench Isolat1n,淺槽隔離)而電分離。
[0042]圖3是上部電極207、光電變換膜208和像素電極211的放大圖。
[0043]如圖3所示，光電變換膜208是超晶格光電變換膜，分別交替層疊76層的厚度2nm的氧化硅膜層、和75層的厚度1.2nm的Ge層。在本實施方式中例示了厚度和層數(shù)，但并不限于此。超晶格光電變化膜通過交替層疊帶隙不同的氧化硅膜層的薄膜和Ge層的薄膜，虛擬地形成兩者間的帶隙的光電變換膜。關(guān)于此，以下進一步具體說明。
[0044]另外，如圖3所示，上部電極207被施加負(fù)的電壓，在光電變換膜208產(chǎn)生的電子成為載流子并移動到像素電極211，成為信號。
[0045]圖4是表示圖3的從上部電極207到像素電極211的截面方向(A-B)上的能帶結(jié)構(gòu)的能量圖?？v軸取能量，橫軸取從上部電極207到像素電極211的距離。
[0046]如圖4所示，交替層疊氧化硅膜層41和Ge層42的超晶格光電變換膜的末端，都是氧化硅膜層41。上部電極207的ITO和像素電極211的Al都介由氧化硅膜層41而接觸。
[0047]即，在光電變換膜208中，與像素電極211相接的層以及與上部電極207相接的層分別是多個勢壘層中的I個。
[0048]確認(rèn)到由氧化硅膜層41和Ge層42的由價電子帶的上端和傳導(dǎo)帶的下端構(gòu)成的矩形周期勢能。若氧化硅膜層41的膜厚薄到在相鄰的阱彼此產(chǎn)生相互作用程度(約5nm以下)，則出現(xiàn)相鄰阱間的共鳴，在價電子帶和傳導(dǎo)帶形成微帶43。并且，關(guān)于由價電子帶的上端和傳導(dǎo)帶的下端構(gòu)成的帶隙，雖然鍺的帶隙為0.66eV，但通過插入氧化硅膜的薄膜，使超晶格光電變換膜的帶隙擴展到1.7eV。
[0049]通過光電變換產(chǎn)生的電荷(本實施方式中為電子)介由超晶格的微帶43被施加在上部電極207與像素電極211間的電場而加速到像素電極211，從像素電極211傳輸?shù)礁訑U散部215。另外，通過使Ge層42為無摻雜(本征)的半導(dǎo)體而成為圖4那樣的能量形狀。
[0050](實施方式I的變形例I)
[0051]圖5是說明本實施方式I的變形例I的能量圖。具體地，圖5是將Ge層51設(shè)為N型的半導(dǎo)體的、從上部電極207到像素電極211的截面方向(A-B)上的能帶結(jié)構(gòu)的能量圖。縱軸取能量，橫軸取從上部電極207到像素電極211的距離。
[0052]如圖5所示，在阱層使用N型的Ge層51來形成上部電極207和肖特基接觸，由此耗盡接合部附近的Ge，形成肖特基二極管，從而能將反向飽和電流值作為暗電流。
[0053]即，多個阱層中的至少靠近上部電極207的阱層是第一導(dǎo)電型，光電變換膜208介由與上部電極207相接的勢壘層和上部電極207形成肖特基接觸。另外，也可以阱層整體是第一導(dǎo)電型。
[0054]N型的Ge層51能通過將磷或砷等的雜質(zhì)導(dǎo)入Ge而得到。
[0055](實施方式I的變形例2)
[0056]圖6是說明本實施方式I的變形例2的能量圖。圖6是將Ge層51設(shè)為N型的半導(dǎo)體、將Ge層61設(shè)為P型的半導(dǎo)體、表示從上部電極207到像素電極211的截面方向(A-B)上的能帶結(jié)構(gòu)的能量圖。
[0057]另外，如圖6的能帶結(jié)構(gòu)所示那樣，若在靠近上部電極207的阱層使用P型的Ge層61，在靠近像素電極211的阱層使用N型的Ge層51，則以無摻雜的Ge層42為中心來耗盡，能形成P-1-N 二極管從而將反向飽和電流值作為暗電流。
[0058]即，多個阱層中的靠近像素電極211的阱層為第一導(dǎo)電型，光電變換膜208介由與像素電極211相接的勢壘層和像素電極211形成歐姆接觸。多個阱層中的靠近上部電極207的阱層是與第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型，光電變換膜208介由與上部電極207相接的勢壘層和上部電極207形成歐姆接觸。
[0059]P型的Ge層61能將硼等的雜質(zhì)導(dǎo)入Ge而得到，N型的Ge層51能通過將磷或砷等的雜質(zhì)導(dǎo)入Ge而得到。
[0060](實施方式I的變形例3)
[0061]圖7是說明本實施方式I的變形例3的能量圖。圖7是進一步將超晶格光電變換膜的末端設(shè)為Ge層71、表示從上部電極207到像素電極211的截面方向(A-B)上的能帶結(jié)構(gòu)的能量圖。
[0062]使上部電極207以及像素電極211與阱層的Ge層42直接接觸也能得到相同的效果。進而，能改變與電極接觸的層的半導(dǎo)體材料，特別是若使用具有大于Ge層71的帶隙的帶隙的Si窗口層，則表現(xiàn)出窗口效應(yīng)，能防止表面再耦合引起的信號電荷的損耗。
[0063]即，在光電變換膜208中，與像素電極211相接的層以及與上部電極207相接的層分別由帶隙窄于勢壘層的第3半導(dǎo)體構(gòu)成。
[0064]此外，由于在超晶格層的看上去的能帶結(jié)構(gòu)和Si的能帶結(jié)構(gòu)中成為沒有能帶不連續(xù)的界面，因此能容易地取出由光激發(fā)的信號電荷。
[0065](實施方式I的變形例4)
[0066]圖8是說明本實施方式I的變形例4的能量圖。圖8是表示從上部電極207到像素電極211的截面方向(A-B)的能帶結(jié)構(gòu)的能量圖。如變形例I那樣，Ge層51是N型的半導(dǎo)體，如變形例3那樣，超晶格光電變換膜的末端是N型Si窗口層81。
[0067]在圖8中，為了暗電流的減少，上部電極207和末端的N型Si窗口層81形成肖特基結(jié)，形成肖特基_■極管。
[0068]即，與上部電極207相接的第3半導(dǎo)體是第一導(dǎo)電型，和上部電極207形成肖特基接觸。
[0069]由此，能將反向飽和電流作為暗電流。
[0070](實施方式I的變形例5)
[0071]圖9是說明本實施方式I的變形例5的能量圖。圖9使Ge層42為無摻雜，進而使超晶格光電變換膜的末端的2個半導(dǎo)體即Si窗口層81、91通過雜質(zhì)摻雜而成為不同的傳導(dǎo)型，從而形成P-1-N 二極管。
[0072]即，與像素電極211相接的第3半導(dǎo)體為第一導(dǎo)電型，和像素電極211形成歐姆接觸，與上部電極207相接的第3半導(dǎo)體是與第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型，和上部電極207形成歐姆接觸。
[0073]由此，還能將反向飽和電流作為暗電流。
[0074]圖10是本實施方式I的結(jié)構(gòu)的暗電流的Ge膜厚依賴的圖表?？芍?，在Ge膜厚a = 2nm的超晶格結(jié)構(gòu)下，即使不形成二極管也能減少到10_6A/cm2。若如上述那樣形成二極管，則有進一步的暗電流減少效果，作為固體攝像裝置的光電變換膜，能在室溫下使用可能。進一步可知，在硅光電二極管中暗電流為l0.A/cm2，但對此也是，若形成Ge膜厚a =
1.2nm的超晶格結(jié)構(gòu)，則有硅光電二極管以上的暗電流減少效果。并且，由于Ge的吸收系數(shù)較大，因此Ge的光電變換效率高于硅的光電變換效率，作為提升固體攝像裝置的靈敏度也能得到提升。
[0075]另外，能在第3半導(dǎo)體的窗口層中使用包含Ge、SiGe、S1、InSb、InAs、GaSb、HgTe、HgSe、PbSe、PbS、PbTe、HgCdTe、InGaAs、AsSex、AsSx、SiCx、SiNx、GeNx、Se、GaAs、InP、AlAs、BP、InN、AlAs、GaP、A1P、GaN、BN、AIN、CdTe, CdSe, HgS, ZnTe, CdS, ZnSe、MnSe、MnTe、MgTe、MnS, MgSe, ZnS, MgS, HgI2, PbI2, TlBr 的任意者的材料。
[0076]另外，能在第I半導(dǎo)體的講層中使用包含Ge、SiGe、InSb、InAs、GaSb、HgTe、HgSe、PbSe、PbS、PbTe、HgCdTe、InGaAs 的任意者的材料。
[0077]另外，能在勢魚層中使用包含S1、C、AsSex、AsSx> S1x> GeOx> MgOx> AlOx> ZrOx>HfOx、YOx、LaOx、SiCx、S1xNy, SiNx、GeNx、Se、GaAs, InP、AlAs、BP、InN、AlAs、GaP、A1P、GaN、BN、AlN、CdTe、CdSe、HgS、ZnTe、CdS、ZnSe、MnSe、MnTe、MgTe、MnS、MgSe、ZnS、MgS、HgI2、PbI2、TlBr的任意者的材料。
[0078]進而，更優(yōu)選在勢魚層中使用包含S1x、GeOx、MgOx、AlOx、ZrOx、HfOx、YOx、LaOx、S1xNy, SiNx, BN、AIN、C的任意者的材料。
[0079](實施方式2)
[0080]接下來，使用圖11以及圖12來說明本發(fā)明所涉及的第2實施方式。
[0081]本實施方式2僅說明與實施方式I的差異點，關(guān)于共通的點則省略其說明。
[0082]圖11是本實施方式2的光電變換膜308的放大圖。圖3所示的與實施方式I的差異在于，被上部電極207和像素電極211所夾的光電變換膜308的阱層的膜厚在中央部變厚這一點。
[0083]S卩，層疊結(jié)構(gòu)的阱層中的至少11個的膜厚，厚于其它阱層的膜厚。
[0084]由此，本實施方式2光電變換膜308對波長1300nm的紅外光也達成了約55%的吸收率。
[0085]即，膜厚厚于其他阱層的膜厚的阱層的帶隙處于近紅外到紅外光的波段。
[0086]由此，在暗處也能高靈敏度地進行攝影。在監(jiān)視攝像機等中有用。關(guān)于這點，進一步詳細說明。
[0087]如圖11所示那樣，由上部電極207、光電變換膜308、和形成于其下的像素電極211構(gòu)成。超晶格光電變換膜從像素電極211起如下地進行層疊:Si022nm/(Ge2nm/Si022nm) X 5/(Ge3nm/Si022nm) X 2/(Ge4nm/Si022nm) X 2/(Ge5nm/Si022nm) X 2/ (Ge6nm/Si022nm) X 2/ (Ge7nm/Si022nm) X 2/ (Ge8nm/Si022nm) X 2/ (Ge9nm/Si022nm) X 2/ (Ge 1nm/Si022nm) X 30/(Ge9nm/Si022nm) X 2/(Ge8nm/Si022nm) X 2/(Ge7nm/Si022nm) X 2/ (Ge6nm/Si022nm) X 2/(Ge5nm/Si022nm) X 2/(Ge4nm/Si022nm) X 2/(Ge3nm/Si022nm) X2/(Ge2nm/Si022nm) X 5/。
[0088]圖12是圖11中的從上部電極207到像素電極211的截面方向(A-B)上的能帶結(jié)構(gòu)的示意圖。因光電變換而產(chǎn)生的電荷介由超晶格的微帶43通過施加在上部電極207與像素電極211間的電場被加速到像素電極211，從像素電極211向浮動擴散部215傳輸。超晶格光電變換膜的末端都是氧化硅膜層41，上部電極207的ITO和像素電極211的Al都介由S12而接觸。
[0089]如圖12所示，確認(rèn)了由氧化硅膜層41和Ge層42的價電子帶的上端和傳導(dǎo)帶的下端構(gòu)成的矩形勢能，但阱層即Ge層42的膜厚發(fā)生變化，由于在阱層薄的區(qū)域勢壘層的影響變大，基于微帶的看上去的帶隙變得更寬。與此相對，由于在阱層厚的區(qū)域勢壘層的影響變小，因此帶隙變小。因此，通過使靠近上部電極207以及像素電極211的阱層的膜厚更薄，使帶隙較寬，從而實現(xiàn)了暗電流抑制效果。并且，在上部電極207和像素電極211的中間部能提升靈敏度，并能檢測紅外光。
[0090]進而，如圖13所示，在本實施方式2中，也能通過形成基于實施方式I的變形例2所示的雜質(zhì)摻雜的P-1-N 二極管來實現(xiàn)暗電流減少。并且，還能如實施方式I的其它變形例那樣，通過形成肖特基二極管或P-1-N二極管，或者使超晶格的末端為Si等的半導(dǎo)體，還能實現(xiàn)基于窗口效應(yīng)的彳目號電荷的損耗減少。
[0091]在以上的實施方式1、2中，雖然舉出Ge/Si02超晶格為例，但若制作帶隙狹窄的半導(dǎo)體、和帶隙比較大的半導(dǎo)體或絕緣體的超晶格，則會形成微帶，能得到同樣的暗電流抑制效果。
[0092](實施方式3)
[0093]接下來，使用圖14?圖16來說明本發(fā)明的固體攝像裝置的制造方法。圖14?16是表示本實施方式3的固體攝像裝置的制造工序的截面圖。另外，關(guān)于與實施方式I共通的標(biāo)號，省略說明。
[0094]如圖14所示，通過現(xiàn)有的方法在硅基板218上制造布線層和由Al構(gòu)成的像素電極 211。
[0095]接下來，如圖15所示，在像素電極211以及布線層上成膜光電變換膜208。首先，通過濺射法在室溫下一邊分別對氧化硅膜層以及Ge層進行膜厚控制一邊交替層疊。此時，在如實施方式I的變形例那樣在Ge層導(dǎo)入雜質(zhì)的情況下，能通過在Ge層的成膜時向腔室導(dǎo)入B2H6、PH3、H2的氣體來實現(xiàn)。另外，還能在光電變換膜208的兩端形成實施方式I的變形例所示那樣的第3半導(dǎo)體。進而，還能如實施方式2那樣，將Ge層的膜厚形成得在光電變換膜208的中央附近較厚。另外，在制造使用窗口層的固體攝像裝置的情況下，在成膜超晶格光電變換膜前、和成膜上部電極207前，以濺射法成膜Si。雜質(zhì)摻雜的方法相同。
[0096]接下來，如圖16所示，通過用現(xiàn)有的方法形成從由ITO構(gòu)成的上部電極207到微透鏡201，能制造本發(fā)明的固體攝像裝置。
[0097]產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
[0098]本發(fā)明的固體攝像裝置即使使像素尺寸微細化，也能改善靈敏度特性、混色特性，能實現(xiàn)高畫質(zhì)，特別能利用在謀求小型、高像素化的數(shù)字靜態(tài)照相機等的攝像裝置中，特別是能實現(xiàn)夜間的畫質(zhì)提升。
[0099]標(biāo)號的說明
[0100]41氧化硅膜層
[0101]42、51、61、71 Ge 層
[0102]43 微帶
[0103]81 窗口層
[0104]101固體攝像裝置
[0105]102攝像區(qū)域
[0106]103a、103b垂直驅(qū)動電路
[0107]104水平反饋放大電路
[0108]105噪聲消除器電路
[0109]106水平驅(qū)動電路
[0110]107輸出級放大器
[0111]108 輸出
[0112]201微透鏡
[0113]202紅色濾色器
[0114]203綠色濾色器
[0115]204藍色濾色器
[0116]205保護膜
[0117]206平坦化膜
[0118]207上部電極
[0119]208光電變換膜
[0120]210絕緣膜
[0121]211像素電極
[0122]212擴散防止膜
[0123]213布線
[0124]214通孔
[0125]215浮動擴散部
[0126]216放大晶體管
[0127]217復(fù)位晶體管
[0128]218硅基板
[0129]219阱
[0130]221層間絕緣膜
[0131]308光電變換膜
【權(quán)利要求】
1.一種固體攝像裝置，具備: 具備攝像區(qū)域和周邊電路區(qū)域的半導(dǎo)體基板； 形成在所述半導(dǎo)體基板上的布線層； 在所述攝像區(qū)域的上方，矩陣狀地配置在所述布線層之上的多個像素電極； 在所述攝像區(qū)域的上方，形成在所述布線層以及所述多個像素電極之上的光電變換膜；和 形成在所述光電變換膜之上的上部電極， 所述光電變換膜包含交替層疊由在長于近紅外的波段有基礎(chǔ)吸收端的第I半導(dǎo)體構(gòu)成的多個阱層、和由帶隙寬于所述第I半導(dǎo)體的帶隙的第2半導(dǎo)體或絕緣體構(gòu)成的多個勢壘層的層疊結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 在所述光電變換膜中，與所述像素電極相接的層以及與所述上部電極相接的層分別是所述多個勢壘層中的I個。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其中， 所述多個阱層中的靠近所述像素電極的阱層是第一導(dǎo)電型， 所述光電變換膜介由與所述像素電極相接的勢壘層而和所述像素電極形成歐姆接觸， 所述多個阱層中的靠近所述上部電極的阱層，是與第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型， 所述光電變換膜介由與所述上部電極相接的勢壘層而和所述上部電極形成歐姆接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其中， 所述多個阱層中的靠近所述上部電極的阱層是所述第一導(dǎo)電型， 所述光電變換膜介由與所述上部電極相接的勢壘層而和所述上部電極形成肖特基接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 在所述光電變換膜中，與所述像素電極相接的層以及與所述上部電極相接的層分別由帶隙窄于所述勢壘層的第3半導(dǎo)體構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固體攝像裝置，其中， 與所述像素電極相接的第3半導(dǎo)體是第一導(dǎo)電型，和所述像素電極形成歐姆接觸， 與所述上部電極相接的第3半導(dǎo)體是與所述第一導(dǎo)電型相反的第二導(dǎo)電型，和所述上部電極形成歐姆接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固體攝像裝置，其中， 與所述上部電極相接的第3半導(dǎo)體是所述第一導(dǎo)電型，和所述上部電極形成肖特基接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5?7中任一項所述的固體攝像裝置，其中， 所述第 3 半導(dǎo)體包含 Ge、SiGe、S1、InSb, InAs, GaSb, HgTe, HgSe, PbSe, PbS, PbTe,HgCdTe, InGaAs, AsSex, AsSx、SiCx、SiNx、GeNx、Se、GaAs, InP、AlAs, BP、InN, AlAs, GaP、AlP、GaN、BN、AlN、CdTe、CdSe、HgS、ZnTe、CdS、ZnSe、MnSe、MnTe、MgTe、MnS、MgSe、ZnS、MgS、HgI2, PbI2, TlBr 的任意一者。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項所述的固體攝像裝置，其中， 所述第 I 半導(dǎo)體包含 Ge、SiGe、InSb、InAs、GaSb、HgTe、HgSe、PbSe、PbS、PbTe、HgCdTe、InGaAs的任意一者。
10.根據(jù)權(quán)利要求1?9中任一項所述的固體攝像裝置，其中， 所述勢壘.層包含 S1、C、AsSex、AsSx、S1x、GeOx、MgOx、AlOx、ZrOx、HfOx> YOx、LaOx、SiCx、S1xNy、SiNx、GeNx、Se、GaAs、InP、AlAs、BP、InN、AlAs、GaP、AlP、GaN、BN、AlN、CdTe、CdSe、HgS、ZnTe、CdS、ZnSe、MnSe、MnTe、MgTe、MnS、MgSe、ZnS、MgS、HgI2、PbI2、TlBr 的任意一者O
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像裝置，其中， 所述勢魚層包含 Si0x、Ge0x、Mg0x、A10x、Zr0x、Hf0x、YOx、LaOx、S1xNy、SiNx、BN、AlN、C的任意一者。
12.根據(jù)權(quán)利要求1?11所述的固體攝像裝置，其中， 所述層疊結(jié)構(gòu)的所述阱層中的至少一者的膜厚，厚于其它阱層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的固體攝像裝置，其中， 膜厚厚于其它阱層的所述阱層的帶隙，處于近紅外到紅外光的波段。
14.一種固體攝像裝置的制造方法，具備: 在具備攝像區(qū)域和周邊電路區(qū)域的半導(dǎo)體基板上形成布線層的工序； 在所述攝像區(qū)域的上方，在所述布線層之上形成矩陣狀地配置的多個像素電極的工序; 在所述攝像區(qū)域的上方，在所述布線層以及所述多個像素電極之上形成光電變換膜的工序；和 在所述光電變換膜之上形成上部電極的工序， 形成所述光電變換膜的工序，交替層疊由在長于近紅外的波段有基礎(chǔ)吸收端的第I半導(dǎo)體構(gòu)成的多個阱層、和由帶隙寬于所述第I半導(dǎo)體的帶隙的第2半導(dǎo)體或絕緣體構(gòu)成的多個勢壘層。
【文檔編號】H04N5/361GK104247022SQ201380019790
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月19日
【發(fā)明者】矢澤慶祐, 廣瀨裕, 加藤剛久 申請人:松下知識產(chǎn)權(quán)經(jīng)營株式會社