攝像元件和攝像裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種攝像元件和設置有這種攝像元件的攝像裝置。所述攝像元件包括光電轉換部，所述光電轉換部被設置于半導體基板上且含有黃銅礦系化合物。所述光電轉換部具有在光入射面?zhèn)认鄬^寬的帶隙。本發(fā)明能夠減輕針對短波長成分的靈敏度的降低和靈敏度的變化。
【專利說明】攝像元件和攝像裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及攝像元件，該攝像元件具有含有黃銅礦系化合物的光電轉換部。本發(fā) 明還涉及包括所述攝像元件的攝像裝置。

【背景技術】
[0002] 在諸如電荷f禹合器件（CCD :charge coupled device)圖像傳感器和互補金屬氧化 物半導體（CMOS :complementary metal oxide semiconductor)圖像傳感器等固體攝像裝 置中，與各像素分別對應地設置有包括光電轉換部的固體攝像元件（攝像元件）。該攝像元 件的光電轉換部例如可以由諸如硅（Si)等半導體材料構成。在光電轉換部的表面上，因為 晶體結構的斷裂而出現(xiàn)了晶體缺陷和懸掛鍵（dangling bond)。這些晶體缺陷和懸掛鍵導 致了光電轉換部中所生成的電子空穴對由于復合而消失，或者導致了暗電流的生成。特別 地，短波長的光在光電轉換部的表面附近會被吸收從而引起電子空穴對的生成，且因此短 波長的光受到極大地影響，這導致對短波長的光的靈敏度下降。
[0003] 另一方面，暗電流的生成是因為在光電轉換部的表面上存在有晶體缺陷和懸掛鍵 而且因為耗盡層擴展到光電轉換部的表面界面而發(fā)生的。在Si的情況下可以通過例如執(zhí) 行離子注入來控制耗盡層。因此，例如，在使用Si的固體攝像元件中，其中通過離子注入而 對P型和n型雜質濃度進行控制的埋入式光電二極管可以被用作所述光電轉換部。此外， 例如，在日本未經(jīng)審查的專利申請公開No. 2012-129250的光電轉換元件中，在光電轉換部 中所包含的Si層的表面上形成了由帶隙比Si的帶隙寬的材料制成的層。結果，抑制了電 子空穴對出現(xiàn)在光電轉換部的表面上。
[0004] 而且，攝像裝置除了需要小型化和較高的靈敏度以外，還需要較高的圖像質量。為 了實現(xiàn)較高的圖像質量，減少暗電流的生成是必要的。例如，在日本未經(jīng)審查的專利申請公 開No. 2012-4443的固體攝像裝置中，通過利用黃銅礦系化合物半導體作為硅基板上的光 電轉換膜來減少暗電流，由此提高靈敏度。
[0005] 黃銅礦系化合物半導體具有相當高的光吸收性能。然而，在黃銅礦系化合物半導 體中，難以通過離子注入來控制耗盡層。因此，在形成了埋入式光電二極管的情形下，已經(jīng) 在最外表面處經(jīng)過了光電轉換的短波長成分由于諸如復合等因素而不會作為信號發(fā)揮作 用。于是，在這種情況下，與針對其他波長的光的靈敏度相比，針對短波長的光（例如，藍 光）的靈敏度較低。此外，靈敏度往往會隨各制造的不同而變化。


【發(fā)明內容】

[0006] 目前期望提供一種能夠減輕針對短波長成分的靈敏度的降低和靈敏度的變化的 攝像元件，并且還期望提供包括所述攝像元件的攝像裝置。
[0007] 本發(fā)明的一個實施例提供了 一種攝像元件，它包括光電轉換部，該光電轉換部被 設置于半導體基板上且含有黃銅礦系化合物。所述光電轉換部具有在光入射面?zhèn)认鄬^寬 的帶隙。
[0008] 在本發(fā)明的上述實施例的攝像元件中，含有所述黃銅礦系化合物的所述光電轉換 部具有在所述光入射面?zhèn)认鄬^寬的帶隙。因此，抑制了在所述光電轉換部的表面（光入 射面）附近的短波長的光的吸收。
[0009] 本發(fā)明的一個實施例提供了一種設置有攝像元件的攝像裝置。所述攝像元件包括 光電轉換部，所述光電轉換部被設置于半導體基板上且含有黃銅礦系化合物。所述光電轉 換部具有在光入射面?zhèn)认鄬^寬的帶隙。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的上述各實施例中的攝像元件和攝像裝置，所述帶隙在利用所述黃銅 礦系化合物而構成的所述光電轉換部的所述光入射面?zhèn)容^寬。因此，使得短波長的光能夠 在比光入射面附近的位置更深的位置處被吸收。于是，使得能夠減輕針對短波長成分的靈 敏度的降低和靈敏度的變化。
[0011] 需要理解的是，前面的一般說明和下面的詳細說明都是示例性的，且都旨在提供 對本發(fā)明所要求保護的技術的進一步解釋。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 這里包含了附圖以便提供對本發(fā)明的進一步理解，并且這些附圖被并入本說明書 中且構成本說明書的一部分。附圖圖示了各實施例，且與說明書一起用來解釋本技術的原 理。
[0013] 圖1是圖示了本發(fā)明實施例的攝像元件的示意性構造的橫截面圖。
[0014] 圖2是圖示了黃銅礦材料的晶格常數(shù)與帶隙之間的關系的特性圖。
[0015] 圖3是圖示了黃銅礦材料的晶格常數(shù)與帶隙之間的關系的特性圖。
[0016] 圖4是圖示了變形例1的攝像元件的構造的橫截面圖。
[0017] 圖5是圖示了變形例2的攝像元件的構造的橫截面圖。
[0018] 圖6是圖示了變形例3的攝像元件的構造的橫截面圖。
[0019] 圖7是圖示了使用了圖1所示的攝像元件的攝像裝置的整體構造的示意圖。
[0020] 圖8是圖示了應用了圖7所示的攝像裝置的電子設備的示意性構造的圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面，將參照附圖來詳細地說明本發(fā)明的實施例。需要注意的是，將按照下列順序 進行說明。
[0022] 1.實施例（在該實例中，在光電轉換部的受光表面上設置有帶隙較寬的層（第二 區(qū)域））
[0023] 2.變形例1 (在該實例中，固定電荷膜（fixed charge film)被設置于光電轉換部 上）
[0024] 3.變形例2(在該實例中，金屬-絕緣體-半導體（MIS : metal-insulator-semiconductor)結構被設置于光電轉換部的第一區(qū)域上）
[0025] 4.變形例3(在該實例中，透明電極被設置于光電轉換部上）
[0026] 5.應用例（攝像裝置）
[0027] 1.實施例
[0028] 攝像元件10的構造
[0029] 圖1圖示了本發(fā)明實施例的攝像元件（攝像元件10)的橫截面構造。例如，攝像 元件10可以形成諸如CCD圖像傳感器或者CMOS圖像傳感器等攝像裝置（例如攝像裝置1) 中的1個像素（例如像素P)(像素P和攝像裝置1請參見圖7)。攝像元件10可以是背側 照射型攝像元件。攝像元件10具有如下的構造：其中，聚光部20和光電轉換部12被設置 于半導體基板11的光入射面?zhèn)取６?，多層布線層31被設置于半導體基板11的表面（表 面S2)上，該表面與光入射面?zhèn)认喾础?br> [0030] 在本實施例的攝像元件10中，例如，p型的光電轉換部12可以被設置于n型的半 導體基板11上。光電轉換部12是由黃銅礦系化合物形成的。光電轉換部12具有如下的 構造：其中，從半導體基板11側開始依次層疊分別具有彼此不同的帶隙的第一區(qū)域12A和 第二區(qū)域12B。
[0031] 半導體基板11的材料的具體示例可以包括諸如硫化鎘（CdS)、硫化鋅（ZnS)、氧化 鋅（ZnO)、氫氧化鋅（ZnOH)、硫化銦（InS、In 2S3)、氧化銦（InO)和氫氧化銦（InOH)等化合 物半導體。此外，也可以使用n型或者p型硅（Si)。
[0032] 在半導體基板11的表面（表面S2)附近，設置有傳輸晶體管。該傳輸晶體管可以 將例如光電轉換部12中所生成的信號電荷傳輸至垂直信號線Lsig(參見圖7)。該傳輸晶 體管的柵電極例如可以被包含在多層布線層31中。信號電荷可以是通過光電轉換而生成 的電子或者空穴。此處，作為示例將會說明把電子作為信號電荷而讀出的情形。
[0033] 在半導體基板11的表面S2附近，例如，可以與上述傳輸晶體管一起設置有諸如復 位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管等部件。這類晶體管均可以是例如金屬氧化物半導體 場效應晶體管（M0SFET:metal oxide semiconductor field effect transistor)，并且均 可以被包含在各像素P的電路中。這些電路中的各者例如可以具有包括傳輸晶體管、復位 晶體管和放大晶體管的三晶體管構造，或者可以具有除了包括這3個晶體管之外還包括選 擇晶體管的四晶體管構造。除傳輸晶體管以外的其他晶體管還可以被像素共用。
[0034] 如上所述，光電轉換部12具有如下的構造：其中，分別具有彼此不同的帶隙的第 一區(qū)域12A和第二區(qū)域12B層疊在一起。具體地，第二區(qū)域12B的帶隙比第一區(qū)域12A的 帶隙寬，并且第二區(qū)域12B被設置于光入射面?zhèn)葟亩纬墒芄獗砻妫ū砻鍿1)。第一區(qū)域 12A和第二區(qū)域12B均可以由例如p型的黃銅礦系化合物構成。
[0035] 圖2和圖3均圖示了黃銅礦系化合物的晶格常數(shù)與帶隙之間的關系。如圖2所示， 圖示出了各種黃銅礦系化合物。本實施例中所要使用的黃銅礦系化合物優(yōu)選地可以是晶格 常數(shù)與半導體基板11的半導體的晶格常數(shù)相接近的化合物。這就減少了晶體缺陷，并且抑 制了暗電流的生成。例如，當使用由Si形成的半導體基板11時，優(yōu)選地可以使用落入在圖 3中所示的范圍X內的黃銅礦系化合物中的任一者。例如，可以使用具有如下的黃銅礦結構 的化合物半導體：該黃銅礦結構由基于銅（Cu)、鋁（A1)、鎵（Ga)、銦（In)、硫（S)和硒（Se) 中的任一者的晶體形成。促使該化合物半導體進行外延生長，從而形成具有少量的晶體缺 陷的光電轉換部12。在表1中，概括了用于形成第一區(qū)域12A的黃銅礦系化合物和用于形 成第二區(qū)域12B的黃銅礦系化合物的組合的示例。
[0036] 表 1
[0037]

【權利要求】
1. 一種攝像元件，其包括： 光電轉換部，所述光電轉換部被設置于半導體基板上且含有黃銅礦系化合物， 其中所述光電轉換部具有在光入射面?zhèn)认鄬^寬的帶隙。
2. 根據(jù)權利要求1所述的攝像元件，其中所述光電轉換部具有第一區(qū)域和第二區(qū)域， 所述第二區(qū)域被設置于所述光入射面?zhèn)?，且所述第二區(qū)域的帶隙比所述第一區(qū)域的帶隙 寬。
3. 根據(jù)權利要求1所述的攝像元件，其中所述光電轉換部的所述帶隙呈階梯式地變化 以使得在所述光入射面?zhèn)容^寬。
4. 根據(jù)權利要求1所述的攝像元件，其中所述光電轉換部的所述帶隙連續(xù)地變化以使 得在所述光入射面?zhèn)容^寬。
5. 根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的攝像元件，其還包括被設置于所述光電轉換部 上的固定電荷膜。
6. 根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的攝像元件，其還包括依次設置于所述光電轉換 部上的絕緣膜和導電膜。
7. 根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的攝像元件，其還包括設置于所述光電轉換部上 的導電膜。
8. 根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的攝像元件，其中所述半導體基板由n型半導體 構成。
9. 一種攝像裝置，其設置有如權利要求1至8中任一項所述的攝像元件。
【文檔編號】H04N5/335GK104377214SQ201410359947
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權日:2013年8月15日
【發(fā)明者】丸山俊介, 戶田淳 申請人:索尼公司