CN100514661C - 固态成像装置 - Google Patents

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Abstract

在传统的固态成像装置中，存在提高灵敏度的空间。为了解决该问题，一种固态成像装置，包括：半导体基板和光接收部分。光接收部分被提供为与半导体基板的表面侧(第一表面)上的表面层相邻。光接收部分的表面是硅化的。固态成像装置是这样的装置，其中入射在半导体基板背面(第二表面)上的来自待成像的物体的光，在半导体基板内部进行光电转换，光接收部分接收通过光电转换生成的电荷，并且使上文提及的待成像物体成像。

Description

固态成像装置
本申请基于日本专利申请No.2005-364345，其整体内容在此处并入作为参考。
背景
技术领域
本发明涉及一种固态成像装置。
背景技术
在日本公开专利公报No.2002-33469中公开了一种背面入射类型的固态成像装置。该固态成像装置包括半导体基板和在其表面层上形成的光接收部分。入射在半导体基板背面上(在与提供光接收部分的面相对的面上)的来自待成像的物体的光，在半导体基板内部进行光电转换。然后，光接收部分接收通过光电转换生成的电荷，并且因此执行待成像物体的成像。
可以包括日本公开专利公报No.H3-296280、H2-285683、2000-77461和2000-252452，其分别不同于上文提及的专利文献，作为本发明的相关技术文献。在日本公开专利公报No.H3-296280和H2-285683中，公开了一种背面入射类型的固态成像装置，其基于不同于日本公开专利公报No.2002-33469的原理，使待成像的物体成像。而且，在日本公开专利公报No.2000-77641和2000-252452中，公开了一种表面入射类型的固态成像装置。
然而，在日本公开专利公报No.2002-33469中描述的固态成像装置中，存在提高灵敏度的空间。降低该固态成像装置的灵敏度的部分原因可以包括，半导体基板生成的信号电荷的一部分由于重组而消失。
发明内容
根据本发明，提供了一种固态成像装置，包括：半导体基板；和光接收部分，其被提供在半导体基板的第一表面侧上的表面层上，并且其表面是硅化的，其中入射在半导体基板第二表面上的来自待成像的物体的光，在半导体基板内部进行光电转换，光接收部分接收通过光电转换生成的电荷，并且使待成像物体成像。在该情况中，第二表面是第一表面的相对侧(提供了光接收部分的侧上的表面)。
在该固态成像装置中，光接收部分的表面是硅化的。因此，未执行光电转换，并且通过半导体基板到达光接收部分表面的光在该表面处被反射。这使得反射光可被重新利用，并且因此入射光的光电转换效率增加。
根据本发明，可以实现具有优良的灵敏度的固态成像装置。
附图说明
通过下面的描述，结合附图，本发明的上面的和其他的目的、优点和特征将是更加显而易见的，在附图中：
图1是示出根据本发明的固态成像装置的一个实施例的截面视图；以及
图2是示出根据实施例的修改示例的固态成像装置的截面视图。
具体实施方式
现将通过参考说明性实施例描述本发明。本领域的技术人员应认识到，使用本发明的教导内容可以实现许多可替换的实施例，并且本发明不限于出于解释性目的而说明的实施例。
下面将通过参考附图，描述根据本发明的固态成像装置的优选实施例。此外，在附图的描述中，对于相同的元件给出了相同的参考字符，并且将不再重复关于其的描述。
图1是示出根据本发明的固态成像装置的一个实施例的截面视图。固态成像装置1包括：半导体基板10和光接收部分20。在该实施例中，半导体基板10是P型硅基板。半导体基板10包括P型阱区(well region)12。
光接收部分20被提供在半导体基板10的表面S1(第一表面)侧上的表面层上。更具体地，光接收部分20形成于半导体基板10的P型阱区12中。光接收部分20的表面20a是硅化的。在该实施例中，特别地，整个表面20a是硅化的。而且，光接收部分20是N型杂质扩散层(第一杂质扩散层)，并且同相邻的P型阱区12形成了P-N结。
固态成像装置1是这样的装置，其中入射在半导体基板10背面S2(第二表面)上的来自待成像的物体的光，在半导体基板10内部进行光电转换，并且光接收部分20接收通过光电转换生成的电荷，并且使待成像物体成像。
在半导体基板10的表面S1上形成了栅绝缘膜32。该栅绝缘膜32被提供为与上文提及的光接收部分20相邻。而且，在栅绝缘膜32上形成了栅电极34。栅电极34的表面34a也是硅化的。栅绝缘膜32和栅电极34分别由氧化硅和多晶硅制成。
而且，在与光接收部分20相对侧上，形成了N型杂质扩散层36(第二杂质扩散层)，栅绝缘膜32和栅电极34夹在中间。N型杂质扩散层36的表面36a也是硅化的。栅绝缘膜32、栅电极34和N型杂质扩散层36，连同光接收部分20一起，构成了场效应晶体管(FET)。在该FET中，栅电极34和N型杂质扩散层36分别用作重置栅极和重置漏极。而且，该FET通过元件隔离区52同其他元件隔离。元件隔离区52是例如LOCOS(局部硅氧化)区或者STI(浅槽隔离)区，。
源跟随器放大器40经由互连54连接到光接收部分20。该互连54是在半导体基板10的互连层(图中未示出)中形成的互连。然而，在这点上，互连54和源跟随器放大器40由图1中的电路图示出。
源跟随器放大器40包括选择开关FET 42、检测FET44和负载FET46，它们提供在高电位侧的电源端子(Vdd)和低电位侧的电源端子(Vss)之间。更具体地，以对应于从电源端子(Vdd)到电源端子(Vss)的检测FET 44、选择开关FET 42和负载FET 46的顺序，相互串联地提供了这些FET。而且，源跟随器放大器40的输出端子48连接到负载FET46的漏极端子(选择开关FET 42侧的端子)。
下面，将描述固态成像装置1的操作。首先，通过向栅电极34施加高的脉冲，重置光接收部分20的电位。并且然后，通过向栅电极34施加低的脉冲，使通过光电转换生成的电荷在光接收部分20中积累。这样，光接收部分20的电位变为取决于积累电荷量的值，并且自源跟随器放大器40的输出端子48输出。
随后，将描述固态成像装置1的效果。在固态成像装置1中，光接收部分20的表面20a是硅化的。因此，未执行光电转换，并且通过半导体基板10到达光接收部分20的表面20a的光在表面20a处被反射。这使得反射光可被重新利用，并且因此入射光的光电转换效率增加。因此，可以实现具有优良的灵敏度的固态成像装置1。
如上文所述，在光接收部分20的表面20a上形成的硅化物用作反射板，由此可以在抑制固态成像装置1的制造工艺的增加的同时，提高光电转换效率。
附带地，即使在日本公开专利公报No.H3-296280、H2-285683中公开的固态成像装置中，提供了能够用作该反射板的金属反射膜。然而，在该情况中，需要添加用于形成金属反射膜的工艺，并且因此增加了制造工艺。
此外，金属反射膜经由绝缘膜被提供在半导体基板上，并且因此金属反射膜同光电转换区域隔离。因此，由于光电转换区域和金属反射膜之间的区域(在该情况中是绝缘膜)中的光吸收、散射等等，减小了通过光电转换区域的光的重新利用效率。出于该观点，在固态成像装置1中，用作反射板的硅化物被提供为与光电转换区域相邻，并且因此可以高效率地重新利用通过光电转换区域的光。由此，如上文所述，光电转换效率增加，并且可以实现具有优良的灵敏度的固态成像装置1。
此外，在所包括的日本公开专利公报No.H3-296280、H2-285683中公开的固态成像装置，也提供了硅化物。然而，该硅化物用作光电转换区域自身，而并未用作上文所述的反射板。即，为了成像，该文献中的固态成像装置需要由金属制成的第一光电转换区域和与其欧姆接触的第二光电转换区域。因此，给第一光电转换区域提供了硅化物。
另一方面，在固态成像装置1中，半导体基板10和光接收部分20用作光电转换区域，并且其成像原理不同于上文提及的文献中公开的固态成像装置的成像原理。至于成像原理的差异，主要在于下述观点，即固态成像装置1的成像原理具有更宽的可用光波长区域。即，上文提及的文献中公开的固态成像装置仅可以主要使用红外光；而固态成像装置1可以使用选自可见光和红外光之间的宽范围的波长范围中的入射光。
而且，在日本公开专利公报No.2000-77641中公开的固态成像装置中，在光接收部分的表面上提供了硅化物。然而，该固态成像装置是表面入射类型的，并且因此该硅化物不能用作反射通过半导体基板中光电转换区域的光的反射板。反之，该硅化物将反射入射在半导体基板上的光。因此，光接收部分的表面中由硅化物覆盖的部分所占面积比例越大，则光电转换效率减少得越多。事实上，在该相同文献中公开的固态成像装置重，仅有光接收部分的表面周围是硅化的，以便于防止其降低光电转换效率。
在固态成像装置1中，光接收部分20的整个表面20a是硅化的，由此相比于其中仅有部分表面20a是硅化的情况，可以进一步增加光电转换效率。原因在于，在背面入射类型的固态成像装置1中，光接收部分20的表面20a中由硅化物覆盖的部分所占面积比例越大，则光电转换效率增加得越多。此外，整个表面20a硅化的情况，相比于仅有部分硅化的情况，制造工艺是更简单的。然而，在这一点上，整个表面硅化并非是根本的，其也可以部分硅化。
光接收部分20是杂质扩散层，其与相邻的半导体基板10(P型阱区12)形成了PN结。这可以通过简单的配置实现固态成像装置。
光接收部分20、栅绝缘膜32、栅电极34和N型杂质扩散层36构成了FET，由此可以以简单的设置实现用于重置光接收部分20电位的结构。
栅电极34的表面34a和N型杂质扩散层36的表面36a是硅化的。这使得表面34a和36a是低电阻的，并且因此可以获得适用于快速操作的FET。此外，在固态成像装置1的制造工艺中，优选的是，在执行表面34a和36a的硅化的同时，执行光接收部分20的表面20a的硅化。
此外，根据本发明的固态成像装置1不限于上文提及的实施例，而是可以进行多种修改。图2是示出根据上文提及的实施例的修改示例的固态成像装置的截面视图。固态成像装置2包括半导体基板10和光接收部分20。而且，固态成像装置2也是这样的装置，其中入射在半导体基板10的背面S2上的来自待成像的物体的光，在半导体基板10内部进行光电转换，并且光接收部分20接收通过光电转换生成的电荷，并且使待成像物体成像。半导体基板10和光接收部分20的配置与固态成像装置1中描述的相同。
在固态成像装置2中，在半导体基板10的表面S1侧上的表面层上形成了N型杂质扩散层38(第三杂质扩散层)。N型杂质扩散层38被提供为与光接收部分20相邻。而且，栅绝缘膜32被形成为与半导体基板10的表面S1上的N型杂质扩散层38相邻。栅电极34形成在栅绝缘膜32上。而且，在与N型杂质扩散层38相对的侧上形成了N型杂质扩散层36，栅绝缘膜32和栅电极34夹在中间。N型杂质扩散层38的表面38a、栅电极34的表面34a和N型杂质扩散层36的表面36a中的每一个均是硅化的。
N型杂质扩散层38、栅绝缘膜32、栅电极34和N型杂质扩散层36构成了FET。而且，在该FET中，栅电极34和N型杂质扩散层36分别用作重置栅极和重置漏极。此外，固态成像装置2的操作和效果与上文提及的固态成像装置1的操作和效果相同。
显而易见，本发明不限于上文的实施例，在不偏离本发明的范围和精神的前提下可以对其进行修改和变化。

Claims (8)

1.一种固态成像装置，包括：
半导体基板；和
光接收部分，其被提供在所述半导体基板的第一表面侧上的表面层上，并且所述光接收部分的表面是硅化的，
其中入射在所述半导体基板的第二表面上的来自待成像的物体的光，在所述半导体基板内部进行光电转换，所述光接收部分接收通过所述光电转换生成的电荷，并且使所述待成像物体成像，并且
其中所述半导体基板的第二表面形成在所述半导体基板的第一表面的相对侧。
2.如权利要求1所述的固态成像装置，
其中所述光接收部分的整个表面是硅化的。
3.如权利要求1所述的固态成像装置，
其中所述光接收部分是第一杂质扩散层，该第一杂质扩散层与相邻的所述半导体基板形成了PN结。
4.如权利要求1所述的固态成像装置，进一步包括：
栅绝缘膜，其被提供为与所述半导体基板的所述第一表面上的所述光接收部分相邻；
栅电极，其被提供在所述栅绝缘膜上；和
第二杂质扩散层，其相对于所述栅绝缘膜和所述栅电极被提供在与所述光接收部分相对的侧上，所述栅绝缘膜和所述栅电极夹在所述第二杂质扩散层和所述光接收部分之间，
其中所述光接收部分、所述栅绝缘膜、所述栅电极和所述第二杂质扩散层构成了场效应晶体管。
5.如权利要求4所述的固态成像装置，
其中所述第二杂质扩散层的表面是硅化的。
6.如权利要求1所述的固态成像装置，进一步包括：
第二杂质扩散层，其被提供为与所述半导体基板所述第一表面侧上的所述表面层上的所述光接收部分相邻；
栅绝缘膜，其被提供为与所述半导体基板所述第一表面上的所述第二杂质扩散层相邻；
栅电极，其被提供在所述栅绝缘膜上提供的；和
第三杂质扩散层，其相对于所述栅绝缘膜和所述栅电极被提供在与所述第二杂质扩散层相对的侧上，所述栅绝缘膜和所述栅电极夹在所述第三杂质扩散层和所述第二杂质扩散层之间，
其中所述第二杂质扩散层、所述栅绝缘膜、所述栅电极和所述第三杂质扩散层构成了场效应晶体管。
7.如权利要求6所述的固态成像装置，其中所述第二和所述第三杂质扩散层的表面是硅化的。
8.如权利要求4所述的固态成像装置，
其中所述栅电极的表面是硅化的。
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