CN101964352B - 固体摄像器件、其制造方法和电子装置 - Google Patents

固体摄像器件、其制造方法和电子装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及固体摄像器件，该固体摄像器件的制造方法和电子装置。所述固体摄像器件包括：光入射侧；与所述光入射侧相对的电路形成表面；以及具有pn结的无机光电转换单元和包括有机光电转换层的有机光电转换单元，所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元在深度方向上从所述光入射侧起层叠在同一像素中，光不通过滤色器入射在所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元上，其中所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元的信号在所述电路形成表面上被读取。该固体摄像器件能够通过抑制对各颜色的F值的依赖性从而抑制各颜色之间的灵敏度变化。

Description

固体摄像器件、其制造方法和电子装置
相关申请的交叉参考
本申请包含与2009年7月23日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2009-172383的公开内容相关的主题，在此将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。 
技术领域
本发明涉及固体摄像器件、该固体摄像器件的制造方法和电子装置。 
背景技术
固体摄像器件广义上分为CCD(电荷耦合器件)图像传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器两种典型的固体摄像器件。近几年，在CCD图像传感器或CMOS图像传感器中，由于像素尺寸减小以及入射到单位像素上的光子数减少，所以灵敏度变差，于是信噪比(S/N)降低。在广泛应用的红光、绿光和蓝光像素排列在平坦表面上的像素排列中，例如使用原色滤色器的拜耳排列中，绿光和蓝光不透过红光像素中的滤色器，不用于光电转换。因此，灵敏度降低。此外，当通过在像素之间执行插值处理而形成颜色信号时，可能产生颜色错误的问题。 
为解决这些问题，未经审查的日本专利申请公开文本2007-12796号公开了一种固体摄像器件，其中绿光、蓝光和红光光电转换单元在同一像素的深度方向上层叠。在该固体摄像器件中，蓝光光电二极管(光电转换单元)和红光光电二极管(光电转换单元)形成在硅基板的深度方向上。另外，该固体摄像器件包括有机光电转换部，在该有机光电转换部中，夹在电极之间的绿光有机光电转换层隔着布线层形成于光入射侧的硅基板前表面的上层上。根据未经审查的日本专利申请公开文本2007-12796号公开的结构，由于在上述滤色器中没有光损耗，所以灵敏度提高。此外，由于不在像素之间执行插值处理，所以不会产生颜色错误。 
未经审查的日本专利申请公开文本2008-258474号公开了一种背照射 型CMOS图像传感器，其包括：滤色器；光电转换单元，其具有在深度方向上层叠的光电二极管；和有机光电转换层。未经审查的日本专利申请公开文本2008-258474号公开的固体摄像器件包括以黄光和青光检查模式布置的滤色器。由红光和蓝光光电二极管形成的光电转换单元对应于黄光和青光滤色器设置。此外，有机光电转换单元设置在各光电二极管的上层中。该固体摄像器件从有机光电转换单元中获得绿光信号，从黄光滤色器的光电二极管中获得红光信号，从青光滤色器的光电二极管中获得蓝光信号。 
但是，如未经审查的日本专利申请公开文本2007-12796所公开的，在有机和无机混合类型的光电转换单元中，布线层夹在执行光电转换的Si光电二极管和上层上的有机光电转换单元之间。因此，光电二极管和有机光电转换单元之间的距离较大。在这种结构的固体摄像器件中，当相机透镜的F值改变时，在靠近片上透镜的有机光电转换单元中，倾斜光的影响较小，灵敏度变化也较小。但是，在远离片上透镜的Si光电二极管的光电转换单元受到倾斜光的较大影响，灵敏度变化较大。也就是说，当使用具有有机和无机混合类型的光电转换单元的配置时，颜色之间的光谱平衡根据F值变化。因此，当不执行与F值的机械控制同步的线性矩阵处理时，在各光学缩放因子下颜色改变。原则上进行机械控制。但是，当执行数字信号处理(DSP)以执行与透镜控制同步的信号处理时，成本增加。因此，采用通用DSP是不可行的。 
发明内容
因此，期望提供一种固体摄像器件和该固体摄像器件的制造方法，该固体摄像器件能够通过抑制在有机和无机混合类型的光电转换单元的结构中对各颜色的F值的依赖性从而抑制颜色之间的灵敏度变化。 
还期望提供一种诸如照相机等包括所述固体摄像器件的电子装置。 
本发明的实施例提供一种固体摄像器件，其包括：光入射侧；与所述光入射侧相对的电路形成表面；以及层叠在同一像素中的无机光电转换单元和有机光电转换单元。也就是说，所述固体摄像器件包括：具有pn结的所述无机光电转换单元和包括有机光电转换层的所述有机光电转换单元，所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元在深度方向上从光入射侧起层叠 在同一像素中，光不通过滤色器入射在所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元上。所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元的信号在所述电路形成表面上被读取。 
本发明实施例的所述固体摄像器件是背照射型，其中所述电路形成表面形成在所述光入射侧的相对侧。由于没有电路或布线形成在所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元之间，所以所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元可在同一像素中彼此靠近。 
本发明的实施例提供一种固体摄像器件的制造方法。所述方法包括以下步骤：在半导体基板的形成有各像素的区域中，形成具有pn结的无机光电转换单元和穿过半导体基板的一对导电插头；通过在作为电路形成表面的半导体基板前表面上形成像素晶体管，从而在半导体基板的前表面上形成多层布线层；在作为光入射侧的半导体基板后表面上隔着绝缘层形成连接到所述一对导电插头的一对透明下部电极；通过在对应于无机光电转换单元的下部电极之一上形成有机光电转换层，以及通过在所述有机光电转换层上形成连接到另一下部电极的上部电极，从而形成有机光电转换单元，以使所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元在深度方向上层叠在同一像素中，其中在所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元的上方没有形成滤色器。 
在本发明实施例的固体摄像器件的制造方法中，无机光电转换单元形成在半导体基板中，多层布线层形成在半导体基板的前表面上，有机光电转换单元隔着绝缘层形成在半导体基板的后表面上。以此配置，有机光电转换单元可以靠近无机光电转换单元。 
本发明的实施例提供一种固体摄像器件的制造方法。所述方法包括以下步骤：在半导体基板的形成有各像素的区域中，形成具有pn结的无机光电转换单元和穿过半导体基板的导电插头；通过在作为电路形成表面的半导体基板的前表面上形成像素晶体管，从而在半导体基板的前表面上形成多层布线层；在作为光入射侧的半导体基板的后表面上隔着绝缘层形成底栅型薄膜晶体管，从而将一个源极/漏极连接到所述导电插头的第一导电插头；形成连接到所述导电插头的第二导电插头的下部电极；通过在所述下部电极上形成有机光电转换层，并在所述有机光电转换层上形成一端连接到所述薄膜晶体管的另一源极/漏极的上部电极，从而形成有机光电转换单元，以使所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元在深度方向上层叠在同一像素 中，其中在所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元的上方没有形成滤色器。 
在本发明实施例的固体摄像器件的制造方法中，无机光电转换单元形成 在半导体基板中，多层布线层形成在半导体基板的前表面上，有机光电转换单元隔着绝缘层形成在半导体基板的后表面上。以此配置，有机光电转换单元可以靠近无机光电转换单元。 
本发明的实施例提供了一种电子装置，其包括：光学系统；固体摄像器件；和信号处理电路，其处理所述固体摄像器件的输出信号。所述固体摄像器件包括：光入射侧；与所述光入射侧相对的电路形成表面；以及有机光电转换单元和具有pn结的无机光电转换单元，所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元在纵向上从所述光入射侧起层叠在同一像素中，光不通过滤色器入射在所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元上。所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元的信号在所述电路形成表面被读取。 
本发明实施例的电子装置中的固体摄像器件是背照射型。由于没有电路或布线形成在所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元之间，所以所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元可在同一像素中彼此靠近。 
在本发明实施例的固体摄像器件中，由于所述无机光电转换单元配置为靠近于所述有机光电转换单元，所以能够抑制对各颜色的F值的依赖性。因此，可以抑制各颜色之间灵敏度的变化。 
在本发明实施例的固体摄像器件的制造方法中，由于所述无机光电转换单元配置为靠近于所述有机光电转换单元，所以能够抑制对各颜色的F值的依赖性。因此，可以制造出能够抑制各颜色之间灵敏度变化的固体摄像器件。 
本发明实施例的电子装置包括背照射型固体摄像器件，在该固体摄像器件中，所述无机光电转换单元配置为在同一像素中靠近于所述有机光电转换单元。从而可以抑制对各颜色的F值的依赖性，抑制各颜色之间灵敏度的变化。因此，所述电子装置具有高品质。 
附图说明
图1是说明本发明第一实施例的固体摄像器件的主要单元配置的图； 
图2是说明第一实施例的固体摄像器件的主要单元的剖面图； 
图3是说明第一实施例的传输晶体管Tr12和Tr13的剖面图； 
图4是说明第一实施例的传输晶体管Tr11的剖面图； 
图5是说明说明第一实施例的驱动操作的示意性剖面图； 
图6是说明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第一制造图)； 
图7是说明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第二制造图)； 
图8是说明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第三制造图)； 
图9是说明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第四制造图)； 
图10是说明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第五制造图)； 
图11是说明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第六制造图)； 
图12是说明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第七制造图)； 
图13是说明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第八制造图)； 
图14是说明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第九制造图)； 
图15是说明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第十制造图)； 
图16是说明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第十一制造图)； 
图17是说明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第十二制造图)； 
图18是说明本发明第二实施例的固体摄像器件的主要单元配置的图； 
图19是说明第二实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第一制造图)； 
图20是说明第二实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第二制造图)； 
图21是说明第二实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第三制造图)； 
图22是说明第二实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第四制造图)； 
图23是说明第二实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第五制造图)； 
图24是说明第二实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第六制造图)； 
图25是说明第二实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第七制造图)； 
图26是说明第二实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第八制造图)； 
图27是说明第二实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第九制造图)； 
图28是说明第二实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第十制造图)； 
图29是说明第二实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第十一制造图)； 
图30是说明本发明第三实施例的固体摄像器件的主要单元配置的图； 
图31是说明第三实施例的传输晶体管Tr12和Tr13的剖面图； 
图32是说明第三实施例的传输晶体管Tr11的剖面图； 
图33是说明本发明第四实施例的固体摄像器件的主要单元配置的图； 
图34是说明本发明第五实施例的固体摄像器件的主要单元配置的图； 
图35是说明本发明第六实施例的固体摄像器件的主要单元配置的图； 
图36是说明第六实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第一制造图)； 
图37是说明第六实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第二制造图)； 
图38是说明第六实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第三制造图)； 
图39是说明第六实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第四制造图)； 
图40是说明第六实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第五制造图)； 
图41是说明第六实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第六制造图)； 
图42是说明第六实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第七制造图)； 
图43是说明第六实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第八制造图)； 
图44是说明第六实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第九制造图)； 
图45是说明第六实施例的固体摄像器件的制造过程的图(第十制造图)； 
图46是说明本发明第七实施例的固体摄像器件的主要单元配置的图； 
图47是说明第七实施例的主要单元的电路配置的图； 
图48是说明本发明第八实施例的固体摄像器件的主要单元配置的示意图； 
图49是说明图44中固体摄像器件的示意性剖面图； 
图50是说明第六实施例的变化例的固体摄像器件的传输晶体管的示意性剖面图； 
图51是说明CMOS固体摄像器件的配置的示意图； 
图52是说明本发明实施例的电子装置的配置的示意图。 
具体实施方式
在下文中将说明本发明的各优选实施例(下文中称为实施例)。按以下顺序进行说明： 
1.CMOS固体摄像器件的示例性整体配置 
2.第一实施例(固体摄像器件的示例性配置及其制造方法) 
3.第二实施例(固体摄像器件的示例性配置及其制造方法) 
4.第三实施例(固体摄像器件的示例性配置) 
5.第四实施例(固体摄像器件的示例性配置) 
6.第五实施例(固体摄像器件的示例性配置) 
7.第六实施例(固体摄像器件的示例性配置及其制造方法) 
8.第七实施例(固体摄像器件的示例性配置) 
9.第八实施例(固体摄像器件的示例性配置) 
10.第九实施例(电子装置的示例性配置) 
1.CMOS固体摄像器件的示例性整体配置
图51是说明本发明各实施例的CMOS固体摄像器件的示例性整体配置的图。如图51所示，各实施例的固体摄像器件1包括像素部(所谓的摄像区域)3和周边电路部，在像素部3中，包括光电转换单元的多个像素2规则地以二维形式排列在诸如硅基板等半导体基板11中。像素2包括光电转换单元和多个像素晶体管(所谓的MOS晶体管)。例如，多个像素晶体管包括三个晶体管，例如传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管。或者，多个像素晶体管也可包括增加了选择晶体管的四个晶体管。由于单位像素的等效电路与通用的等效电路相同，因此省略了具体说明。可采用所谓的像素共用结构，在该像素共用结构中，多个光电转换单元共用传输晶体管之外的其它像素晶体管，且共用像素中的浮动扩散部。 
周边电路部包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8。 
控制电路8接收指示输入时钟、操作模式等的数据，输出诸如关于固体摄像器件的内部信息等数据。也就是说，控制电路8根据垂直同步信号、水平同步信号和主时中，产生用作垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等操作的基准信号的时钟信号或控制信号。产生的这些信号被输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等。 
垂直驱动电路4例如包括移位寄存器，选择像素驱动线，向所选的像素驱动线提供脉冲以驱动像素，以行为单位驱动像素。也就是说，垂直驱动电路4在垂直方向上以行为单位依次选择性扫描像素部3的像素2，经垂直信号线9向列信号处理电路5提供像素信号，该像素信号对应于根据例如光电二极管等用作各像素2的光电转换元件中接收的光量而产生的信号电荷。 
列信号处理电路5例如对应像素2的各列设置。列信号处理电路5对从一行像素2中对应各像素列输出的信号执行诸如噪声去除操作等信号处理操作。也就是说，列信号处理电路5执行诸如去除像素2中存在的固定模式噪声的CDS操作、信号放大操作或AD转换操作等信号处理操作。水平选择开关(未图示)设置并连接在列信号处理电路5的输出端子和水平信号线10之间。 
水平驱动电路6例如包括移位寄存器。水平驱动电路6依次输出水平扫描脉冲，依次选择列信号处理电路5，以从列信号处理电路5向水平信号线10输出像素信号。 
输出电路7对由列信号处理电路5通过水平信号线10依次供应的信号执行信号处理操作，并输出该信号。例如，输出电路7仅执行缓冲操作，或执行黑电平调整操作、列变化调整操作和各种数字信号处理操作。输入/输出端子12与外部器件交换信号。 
2.第一实施例
固体摄像器件的示例性配置
图1是说明本发明第一实施例的固体摄像器件的图。此实施例的固体摄像器件是CMOS固体摄像器件。图1是说明CMOS固体摄像器件的像素部中一个像素20的剖面图。 
第一实施例的固体摄像器件21包括一个有机光电转换单元39以及具有pn结的两个无机光电转换单元PD1和PD2。有机光电转换单元39以及无机光电转换单元PD1和PD2层叠在同一像素中，即在深度方向上层叠在一个像素中。更具体地，固体摄像器件21包括半导体基板(硅基板)22，在该半导体基板22中形成有将在下面说明的无机光电转换单元。光入射的光入射侧形成在基板22的后表面23上。包括所谓的读取电路的电路形成在基板22的前表面24上。也就是说，固体摄像器件21包括形成在基板22的后表面23上的光入射侧25和形成在与光入射侧25相对的前表面24上的电路形成表面26。半导体基板22配置为第一类型半导体基板，例如n型半导体基板。 
在半导体基板22中，具有pn结的两个无机光电转换单元，即第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2在深度方向上从后表面23起层叠。用作 空穴累积层的p型半导体区域28、用作电荷累积层的n型半导体区域29、p型半导体区域31、用作电荷累积层的n型半导体区域32和p型半导体区域33在深度方向从后表面23起形成于半导体基板22中。第一光电二极管PD1将n型半导体区域29用作电荷累积层。第二光电二极管PD2将n型半导体区域32用作电荷累积层。 
在此实施例中，第一光电二极管PD1是用于蓝色的光电二极管，第二光电二极管PD2是用于红色的光电二极管。各n型半导体区域29和32的一部分都延伸到基板22的前表面24。延伸部29a和32a分别从n型半导体区域29和32的相对端延伸。用作空穴累积层的p型半导体区域28连接到前表面24上的p型半导体阱区域。用作空穴累积层的p型半导体区域形成于面对基板22的前表面24的绝缘层与第一光电二极管PD1的n型半导体区域29以及第二光电二极管PD2的n型半导体区域32之间的各界面中。 
第一颜色有机光电转换单元39中，上部电极37和下部电极38a形成在有机光电转换层36的上表面和下表面上，该第一颜色有机光电转换单元39隔着绝缘层34层叠在基板22的形成有第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2的区域的后表面23的上层上。在此实施例中，有机光电转换单元39是用于绿色的单元。上部电极37和下部电极38a由诸如氧化铟锡(ITO)层或氧化铟锌层等透明导电层形成。 
在此实施例中，有机光电转换单元39是用于绿色的单元，第一光电二极管PD1是用于蓝色的光电二极管，第二光电二极管PD2是用于红色或红色之外的组合色的光电二极管。但是其它颜色组合也可以。例如，有机光电转换单元39是用于红色或蓝色的单元，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2是用于其它颜色的光电二极管。在此情况下，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2在深度方向上的位置根据颜色来确定。 
对具有绿光波长的光进行光电转换的有机光电转换层可由诸如基于若丹明的颜料、基于部花青的颜料或基于喹吖啶酮的颜料等有机光电转换材料形成。对具有红光波长的光进行光电转换的有机光电转换层可由诸如基于酞菁的颜料等有机光电转换材料形成。对具有蓝光波长的光进行光电转换的有机光电转换层可由诸如基于香豆素的颜料、三-8-羟基喹啉铝(Alq3)或基于部花青基的颜料等有机光电转换材料形成。 
在有机光电转换单元39中，形成有在绝缘层34上分成两部分的透明下部电极38a和38b，绝缘层41形成为使得下部电极38a和38b彼此隔离。下部电极38a上形成有有机光电转换层36，有机光电转换层36上形成有透明上部电极37。绝缘层42形成为保护图案化的上部电极37和图案化的有机光电转换层36的端表面，即，保护通过蚀刻图案化的端表面。在此情况下，上部电极37通过作为另一导电层的接触金属层43连接到另一下部电极38b。 
通过形成保护性绝缘层，可以保护有机光电转换层的端表面，从而防止有机光电转换层和电极彼此接触。上部电极37的材料根据功函数选择。因此，当另一电极材料接触有机光电转换层的端表面时，即接触其侧壁时，则在有机光电转换层的侧壁中形成暗电流。由于有机光电转换层36和上部电极37一致形成，因此在其间形成有整齐的界面。但是，通过干式蚀刻等图案化的有机光电转换层36的侧壁是不整齐的。另外，当其他电极材料与该侧壁接触时，界面劣化，于是暗电流增大。 
在一个像素20的半导体基板22中，形成有穿过半导体基板22的一对导电插头45和46。有机光电转换单元39的下部电极38a连接到导电插头45，与上部电极37相连的下部电极38b连接到另一导电插头46。由于一个导电插头45针对下部电极而存在，因此只要上部电极37在各像素中不隔离，则在整个像素区域上存在至少一个导电插头。 
为了防止与Si基板的短路，例如导电插头45和46可由SiO2、周围具有SiN绝缘层的W插头或通过离子注入形成的半导体层而形成。在此实施例中，电子用作信号电荷。因此，当导电插头45通过离子注入形成于半导体层中时，导电插头45是n型半导体层。由于提取空穴，所以期望上部电极是p型的。 
在此实施例中，为了累积通过有机光电转换单元39进行光电转换的电子空穴对中用作信号电荷的电子，在基板22的表面上形成有经由上部电极37和导电插头进行电荷累积的n型半导体区域47。 
期望使用具有固定负电荷的层作为半导体基板22的后表面23上的绝缘层34。例如如图2所示，期望使用氧化铪层342作为具有固定负电荷的层。也就是说，绝缘层34具有三层结构，其中氧化硅层341、氧化铪层342和 氧化硅层343从后表面23起依次层叠。如后文所述，由于氧化铪层342具有固定负电荷，所以增强了p型半导体区域(硅)28的硅和绝缘层34之间界面的空穴累积态。因此，具有防止产生暗电流的优点。 
对应于有机光电转换单元39、第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2的多个像素晶体管形成在基板22的前表面24侧的电路形成表面26上。多个像素晶体管可具有上述的四个晶体管的配置或三个晶体管的配置。还可以采用上述共用像素晶体管的配置。图3和图4示出了不同于图1中横剖面的横剖面，示意性示出了像素晶体管。图3和图4代表性地示出多个像素晶体管中的传输晶体管。也就是说，如图4所示，在有机光电转换单元39中，用于累积电荷的n型半导体区域47连接到传输晶体管Tr11，该传输晶体管Tr11包括用作浮动扩散部的n型半导体区域48和传输栅电极49。如图3所示，在第一光电二极管PD1中，用作电荷累积层的n型半导体区域29的延伸部29a连接到传输晶体管Tr12，该传输晶体管Tr12包括用作浮动扩散部的n型半导体区域51和传输栅电极52。如图3所示，在第二光电二极管PD2中，用作电荷累积层的n型半导体区域32的延伸部32a连接到传输晶体管Tr13，该传输晶体管Tr13包括用作浮动扩散部的n型半导体区域53和传输栅电极54。 
尽管排列位置不同，但简便起见，图3和图4中的传输晶体管Tr11～Tr13作为图1中的栅电极49、52和54示出。下述实施例采用同样的表示。 
至少，用作空穴累积层的p型半导体区域50形成在具有绝缘层的界面中，该界面面对分别形成第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2的n型半导体区域29a和32a的基板22的前表面24。在图3中，用作空穴累积层的p型半导体区域50形成为包括在p型半导体区域33和绝缘层之间的界面。用作空穴累积层的p型半导体区域50形成在具有绝缘层的界面中，该界面面对用于累积有机光电转换单元39中电荷的n型半导体区域47的基板22的前表面24。包括传输晶体管Tr11～Tr13的像素晶体管形成在基板22的前表面24上的p型半导体阱区域中。 
虽然未图示，但像素部的像素晶体管形成在基板22的前表面24上，诸如逻辑电路等周边电路形成在周边电路部中。 
多层布线层58形成在半导体基板22的前表面24上，在该多层布线层58中，设置有隔着层间绝缘层56布置的多层的层布线57。支撑基板59结合到多层布线层58。 
半导体基板22的后表面23，更具体地说，有机光电转换单元39的上部电极37的表面用作光入射侧25。片上透镜62隔着平坦化层61形成在有机光电转换单元39上。在此实施例中，没有形成滤色器。 
下面说明第一实施例的固体摄像器件21的操作(驱动方法)。固体摄像器件21配置为从基板的后表面发光的所谓背照射型固体摄像器件。在此实施例中，固定负电压VL(＜0V)通过多层布线层58的必需布线57施加到有机光电转换单元39的下部电极38a上，诸如电源电压等高于下部电极38a的电压VL的电压VU(＞VL)在累积电荷时施加到上部电极37。也就是说，负电压VL施加到靠近半导体基板22的下部电极38a。0V电压从必需布线57经延伸部28a施加到用作空穴累积层的p型半导体区域28。 
下面参考图5说明在累积电荷时将高电压VU施加到上部电极37的情况。图5是说明有机光电转换单元39的示意图。在复位时，复位晶体管Tr12和传输晶体管Tr11导通，用作浮动扩散部(FD)的n型半导体区域48和用于电荷累积的n型半导体区域47由电源电压VDD复位。此后，当复位晶体管Tr12和传输晶体管Tr11截止以累积电荷时，n型半导体区域47和连接到n型半导体区域47的上部电极37的电位随着所累积的电荷变化。电位变为信号电位。 
在积累电荷时，当光不通过滤色器入射到一个像素20上时，能够吸收绿光波长的光的有机光电转换层36对绿光进行光电转换。在光电转换所产生的电子空穴对中，用作信号电荷的电子被导向具有高电压VU的上部电极37，经导电插头46累积在n型半导体区域47中。经过光电转换的空穴被导向具有电位VL的下部电极38a，经导电插头45和必需布线57放电。形成在靠近半导体基板22的后表面23的浅部中的第一光电二极管PD1吸收蓝光波长的光并对其进行光电转换，对应于蓝光的信号电荷累积在n型半导体区域29中。形成在远离半导体基板22的后表面23的深部中的第二光电二极管PD2吸收红光波长的光并对其进行光电转换，对应于红光的信号电荷累积在n型半导体区域32中。 
在读取电荷时，传输晶体管Tr11、TR12和Tr13导通。当传输晶体管导通时，有机光电转换单元39、第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2所累积的信号电荷(电子)分别被传输到浮动扩散部(FD)48、51和54。红光、绿光和蓝光的像素信号经其它像素晶体管被读取并被输出到垂直信号线。 
在第一实施例的固体摄像器件21中，背照射型固体摄像器件21的有机光电转换单元39、第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2在深度方向上层叠。以此配置，第一光电二极管PD1和有机光电转换单元39彼此靠近。也就是说，由于第一光电二极管PD1和有机光电转换单元39之间不存在多层布线层58，所以第一光电二极管PD1和有机光电转换单元39彼此非常靠近。当然，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2也彼此非常靠近。从而抑制了对红光、绿光和蓝光的F值的依赖性。因此，即使F值改变，各颜色光的光谱平衡也不会改变。从而可以抑制各颜色之间的灵敏度变化。 
在累积电荷时，负电压VL施加到有机光电转换单元39的下部电极38a。因此，用作第一光电二极管PD1的空穴累积层的p型半导体区域28的空穴浓度呈增加趋势。从而，可防止在p型半导体区域28的具有绝缘层34的界面上产生暗电流。 
下部电极的电压VL设置为高于0V的电压(VL＞0V)，上部电极的电压VU设置为低于下部电极的电压VL的电压(VU＜VL)，以累积电荷，第一光电二极管PD1的空穴累积层的空穴浓度呈减小趋势。因此，空穴累积层的空穴累积态变弱，于是容易产生暗电流。在此情况下，在经过有机光电转换层进行光电转换的电子空穴对中，用作信号电荷的电子流到下部电极，累积在电荷累积层中。此时，有必要在下部电极所连接的导电插头的端部中形成电荷累积层。 
在此实施例中，由于使用图2所示的具有固定负电荷的氧化铪层(HfO2)作为第一光电二极管PD1上的绝缘层34，所以空穴累积态在用作空穴累积层的p型半导体区域28中加强。由于可通过允许有机光电转换单元39的下部电极38a变为负电位来进一步增强空穴累积态，所以可进一步抑制硅和绝缘层之间界面的暗电流。 
在此实施例中，由于红光、绿光和蓝光光电转换单元层叠在一个像素中， 所以不需要滤色器。因此，没有入射光的损耗，能够提高灵敏度。此外，由于可从同一像素中获得红光、绿光和蓝光信号，所以也不需要进行像素之间的插值处理。从而不会发生颜色错误。 
在前照射型固体摄像器件中，当用作有机光电转换单元的光电二极管形成在多层布线层上，且对应于两种颜色的光电转换单元形成在半导体基板中时，仅仅有机光电转换单元的开口率增加，用于其它两种颜色的光电二极管的开口率减小。但是，在此实施例中，通过配置背照射型固体摄像器件，不仅能改善有机光电转换单元的开口率，还能改善半导体基板中两个光电二极管的开口率。因此，与对应于三种颜色的光电二极管简单层叠的情况相比，此实施例的固体摄像器件能提高灵敏度。 
在此实施例中，上部电极37的电位设置为正电位，下部电极38a的电位设置为负电位。但是，下部电极38a的电位也可设置为低于上部电极37的电位的正的弱电位。即使在此情况下，用作信号电荷的电子也能从上部电极37中获得，并通过传输晶体管Tr11被读取。 
固体摄像器件的示例性制造方法
图6～图17是说明第一实施例的固体摄像器件21的制造方法的图。在图6～图17中，仅示出了对应于一个像素的主要单元。 
首先，如图6所示，制备所谓的SOI基板66，在该SOI基板66中，硅层22隔着氧化硅层65形成于硅基基板64上。硅层22对应于上述半导体基板22。硅层22形成为n型硅层。 
随后，如图7所示，在对应于一个像素的硅层22中形成穿过硅层22的一对导电插头45和46。例如，可由离子注入形成的导电杂质半导体层，或埋入有绝缘层SiO2或SiN、势垒金属TiN和钨(W)的结构形成导电插头45和46。 
随后，在硅层22的不同深度位置处层叠用于第二颜色的第一光电二极管PD1和用于第三颜色的第二光电二极管PD2。在此实施例中，第一光电二极管PD1为吸收蓝光波长的光的光电二极管。第二光电二极管PD2为吸收红光波长的光的光电二极管。 
虽然未图示，但还形成包含传输晶体管Tr11～TR13的多个像素晶体管， 在周边电路部中形成诸如逻辑电路等周边电路。通过离子注入用作空穴累积层的p型半导体区域34和用作电荷累积层的n型半导体区域29，形成pn结，从而在硅层22的后表面23侧形成第一光电二极管PD1。p型半导体区域28和n型半导体区域29形成为分别具有从p型半导体区域28和n型半导体区域29的一端延伸到前表面24的延伸部28a和29a。通过离子注入用作电荷累积层的n型半导体区域32以具有pn结，从而在硅层22的前表面24侧形成第二光电二极管PD2。由n型半导体区域32和下层的半导体区域31形成第二光电二极管PD2。n型半导体区域32形成为具有从n型半导体区域32的一端延伸到前表面24的延伸部32a。 
形成传输晶体管Tr11，使其具有用作浮动扩散部(FD)的n型半导体区域48和隔着栅极绝缘层的传输栅电极49(见图4)。形成传输晶体管Tr12，使其具有用作浮动扩散部(FD)的n型半导体区域51和隔着栅极绝缘层的传输栅电极52(见图3)。形成传输晶体管Tr13，使其具有用作浮动扩散部(FD)的n型半导体区域53和隔着栅极绝缘层的传输栅电极54(见图3)。 
在硅层22的前表面24侧形成用作电荷累积层的n型半导体区域47，使其连接到导电插头46(见图4)。在此情况下，导电插头46形成为到达n型半导体区域47且并不完全贯穿硅层22。可通过同一离子注入过程同时形成n型半导体区域47、48、51和53。另外，还形成用作空穴累积层的p型半导体区域50(见图3和图4)。 
随后，如图8所示，在硅层22的前表面24上形成包括多层的布线57的多层布线层58，多层的布线57之间隔着层间绝缘层56。 
在此实施例中，吸收蓝光波长的光和红光波长的光的光电二极管用作第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。但是对于颜色的配置并不限于蓝色和红色。 
随后，如图9所示，在多层布线层58上附着支撑基板59。例如，可使用硅基板作为支撑基板59。 
随后，如图10所示，去除最初SOI基板66的硅基基板64和氧化硅层65，露出薄硅层22的后表面23。 
随后，如图11所示，在硅层22的后表面23上形成绝缘层34。期望绝 缘层34的界面态较低，从而通过降低与硅层22的界面态，抑制在硅层22和绝缘层34之间的界面产生暗电流。如图2所示，可使用例如具有通过ALD(原子层沉积)形成的氧化铪(HfO2)层以及通过等离子体CVD(化学气相沉积)形成的氧化硅(SiO2)层层叠的层叠结构的层作为绝缘层34。 
随后，如图12所示，在绝缘层34中形成接触孔67和68，以分别面对导电插头45和46。随后，在绝缘层34上形成下部电极38，以分别连接到面对接触孔67和68的导电插头45和46。由于光需要通过下部电极38，因此下部电极38由诸如ITO等透明导电层形成。随后，选择性地蚀刻下部电极38，使其在各像素中分开，在一个像素中分成两部分。也就是说，下部电极38分为下部电极38a和下部电极38b。当从中获得信号电荷的电极在各像素中分开时，从中获得不具有信号的电荷的电极连接到整个像素区域。较宽地形成与导电插头45相连的下部电极38a，以面对下层的光电二极管PD1和PD2。可通过干式蚀刻或湿式蚀刻来对ITO层进行图案化。在干式蚀刻中，例如可使用Cl2、BCl3和Ar形成的混合蚀刻气体。在湿式蚀刻中，可使用诸如磷酸溶液或草酸和磷酸的混合溶液等蚀刻剂。 
随后，如图13所示，形成绝缘层41以减小下部电极38a和38b之间的台阶差。绝缘层41底部的锥形角θ1优选为30°以下。具体地，可通过形成具有感光性绝缘层的锥形角或利用锥形抗蚀剂掩模对通过CVD形成的氧化硅(SiO2)层进行回蚀，获得想要的锥形角。 
随后，如图14所示，在包括绝缘层34的整个表面上形成有机光电转换层36。在有机光电转换层36上形成上部电极37。在此实施例中，有机光电转换层36形成为对绿光波长的光进行光电转换。例如可使用上述喹吖啶酮层作为对绿光波长的光进行光电转换的有机层。可通过真空沉积形成喹吖啶酮层。上部电极37需要是透明的。因此，例如可使用通过溅射法形成的ITO层作为上部电极37。 
随后，如图15所示，对上部电极37和有机光电转换层36进行图案化，上部电极37和有机光电转换层36的层叠层保留在各像素中。通过图案化，导电插头46与上部电极37相连，以向上部电极37供应所需的电位。通过干式蚀刻来执行上述图案化，在绝缘层41上终止。 
随后，如图16所示，为了保护通过蚀刻去除的有机光电转换层36的侧壁表面，形成保护绝缘层42，以覆盖有机光电转换层36和上部电极37的侧壁表面。 
随后，如图17所示，形成将上部电极37连接到与导电插头46相连的下部电极38b的接触金属层43，以覆盖保护绝缘层42。可分别通过导电插头45和46将不同的电位供应到上部电极37和下部电极38a。 
随后，在包括有机光电转换单元39的表面上隔着平坦化层61形成片上透镜62，于是获得图1所示的期望的固体摄像器件21。 
根据此实施例的固体摄像器件的制造方法，可以制造背照射型固体摄像器件，在该固体摄像器件中，用于一种颜色的层叠的有机光电转换单元39靠近用于两种颜色的光电二极管PD1和PD2。也就是说，可以不隔着多层布线层58在光电二极管PD1和PD2的上层上形成有机光电转换单元39。从而可以抑制对红光、绿光和蓝光的F值的依赖性。利用该方法可制造出这样的固体摄像器件，该固体摄像器件即使在F值改变时也能抑制颜色之间的灵敏度变化而不会改变各颜色的光谱平衡。 
3第二实施例
固体摄像器件的示例性配置
在图18中显示了本发明第二实施例的固体摄像器件。此实施例的固体摄像器件是CMOS固体摄像器件。图18是说明CMOS固体摄像器件的像素部中一个像素20的剖面图。 
第二实施例的固体摄像器件71是第一实施例的变化例。在该固体摄像器件中，省略了保护有机光电转换层36的侧壁的绝缘层42。有机光电转换单元39的上部电极37延伸到直接与另一下部电极38b相连。其它配置与第一实施例中描述的相同。使用相同的附图标记表示对应于图1中的各单元，省略了重复的说明。 
第二实施例的固体摄像器件71的操作(驱动方法)与第一实施例的操作相同。 
在第二实施例的固体摄像器件71中，与上述第一实施例相同，有机光 电转换单元39靠近于两个光电二极管PD1和PD2。因此可抑制对各颜色的F值的依赖性。即使F值变化时，也能抑制各颜色之间的灵敏度变化，而不改变各颜色的光谱平衡。另外，由于在累积电荷时负电压施加到下部电极38a，所以与硅绝缘层34的界面变为空穴累积态。当绝缘层34具有固定负电荷时，空穴累积态进一步增强，从而可以抑制暗电流。此实施例具有与第一实施例相同的优点。 
由于省略了第一实施例中形成的保护绝缘层42，且上部电极37直接连接到另一下部电极38b，从而简化了制造过程。 
固体摄像器件的示例件制造方法
图19～图29是说明第二实施例的固体摄像器件71的制造方法的图。在图19～图29中，仅显示出对应于一个像素的主要单元。图19～图26所示的过程与图6～图13所示的第一实施例的过程相同。 
首先，如图19所示，制备所谓的SOI基板66，在该SOI基板66中，硅层22隔着氧化硅层65形成于硅基基板64上。硅层22对应于上述半导体基板22。硅层22形成为n型硅层。 
随后，如图20所示，在对应于一个像素的硅层22中形成穿过硅层22的一对导电插头45和46。可由离子注入形成的导电杂质半导体层，或埋入有绝缘层SiO2或SiN、势垒金属TiN和钨(W)的结构形成导电插头45和46。 
随后，在硅层22的不同深度位置处层叠用于第二颜色的第一光电二极管PD1和用于第三颜色的第二光电二极管PD2。在此实施例中，第一光电二极管PD1为吸收蓝光波长的光的光电二极管。第二光电二极管PD2为吸收红光波长的光的光电二极管。 
虽然未图示，但还形成包含传输晶体管Tr11～TR13的多个像素晶体管，在周边电路部中形成诸如逻辑电路等周边电路。通过离子注入用作空穴累积层的p型半导体区域34和用作电荷累积层的n型半导体区域29，形成pn结，从而在硅层22的后表面23侧形成第一光电二极管PD1。p型半导体区域28和n型半导体区域29形成为分别具有从p型半导体区域28和n型半导体区域29的一端延伸到前表面24的延伸部28a和29a。通过离子注入用作电荷累积层的n型半导体区域32以具有pn结，从而在硅层22的前表面 24侧形成第二光电二极管PD2。由n型半导体区域32和下层的半导体区域31形成第二光电二极管PD2。n型半导体区域32形成为具有从n型半导体区域32的一端延伸到前表面24的延伸部32a。 
形成传输晶体管Tr11，使其具有用作浮动扩散部(FD)的n型半导体区域48和隔着栅极绝缘层的传输栅电极49。形成传输晶体管Tr12，使其具有用作浮动扩散部(FD)的n型半导体区域51和隔着栅极绝缘层的传输栅电极52。形成传输晶体管Tr13，使其具有用作浮动扩散部(FD)的n型半导体区域53和隔着栅极绝缘层的传输栅电极54。 
在硅层22的前表面24侧形成用作电荷累积层的n型半导体区域47，使其连接到导电插头46。在此情况下，导电插头46形成为到达n型半导体区域47且并不完全贯穿硅层22。可通过同一离子注入过程同时形成n型半导体区域47、48、51和53。 
随后，如图21所示，在硅层22的前表面24上形成多层布线层58，在该多层布线层58中，隔着层间绝缘层56布置有多层的布线57。 
在此实施例中，吸收蓝光波长的光和红光波长的光的光电二极管用作第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。但是对于颜色的配置并不限于蓝色和红色。 
随后，如图22所示，在多层布线层58上附着支撑基板59。例如，可使用硅基板作为支撑基板59。 
随后，如图23所示，去除最初SOI基板66的硅基基板64和氧化硅层65，露出薄硅层22的后表面23。 
随后，如图24所示，在硅层22的后表面23上形成绝缘层34。期望绝缘层34的界面态较低，从而通过降低与硅层22的界面态，抑制在硅层22和绝缘层34之间的界面产生暗电流。如图2所示，可使用例如具有通过ALD(原子层沉积)形成的氧化铪(HfO2)层以及通过等离子体CVD(化学气相沉积)形成的氧化硅(SiO2)层层叠的层叠结构的层作为绝缘层34。 
随后，如图25所示，在绝缘层34上形成接触孔67和68，以分别面对导电插头45和46。随后，在绝缘层34上形成下部电极38，以分别连接到面对接触孔67和68的导电插头45和46。由于光需要通过下部电极38，因 此下部电极38由诸如ITO等透明导电层形成。随后，选择性地蚀刻下部电极38，使其在各像素中分开，在一个像素中分成两部分。也就是说，下部电极38分为下部电极38a和下部电极38b。较宽地形成与导电插头45相连的下部电极38，以面对下层的光电二极管PD1和PD2。 
随后，如图26所示，形成绝缘层41以减少下部电极38a和38b之间的台阶差。绝缘层41底部的锥形角θ1优选为30°以下。具体地，可通过形成具有感光性绝缘层的锥形角或利用锥形抗蚀剂掩膜对通过CVD形成的氧化硅(SiO2)层进行回蚀，获得想要的锥形角。 
上述制造方法与第一实施例的制造方法相同。在此实施例中，如图27所示，在包括下部电极38(38a和38b)和绝缘层41的整个表面上形成有机光电转换层36。在此实施例中，有机光电转换层36形成为对绿光波长的光进行光电转换。例如，可使用上述喹吖啶酮层作为对绿光波长的光进行光电转换的有机层。可通过真空沉积形成喹吖啶酮层。上部电极37需要是透明的。因此，例如可使用通过溅射法形成的ITO层作为上部电极37。 
随后，如图28所示，对有机光电转换层36进行图案化，有机光电转换层36保留在各像素中。该图案化在绝缘层41上停止。与第一实施例相同，通过干式蚀刻执行该图案化。 
随后，如图29所示，在包括有机光电转换层36的整个表面上形成上部电极37，上部电极37的一部分直接连接到下部电极38b，接着对上部电极37进行图案化，使其在各像素中分开。上部电极37需要是透明的。因此，可使用通过溅射法形成的ITO层作为上部电极37。分别通过导电插头45和46将不同的电位供应到上部电极37和下部电极38a。 
随后，在包括有机光电转换单元39的表面上隔着平坦化层61形成片上透镜62，于是获得图18所示的期望的固体摄像器件71。 
根据此实施例的固体摄像器件71的制造方法，可以制造背照射型固体摄像器件，在该固体摄像器件中，用于一种颜色的层叠的有机光电转换单元39靠近用于两种颜色的光电二极管PD1和PD2。也就是说，可以不隔着多层布线层58在光电二极管PD1和PD2的上层上形成有机光电转换单元39。从而可以抑制对红光、绿光和蓝光的F值的依赖性。利用该方法可制造出这 样的固体摄像器件，该固体摄像器件即使F值改变时也能抑制颜色之间的灵敏度变化而不会改变各颜色的光谱平衡。由于上部电极37直接连接到另一下部电极38b，所以与第一实施例相比，减少了制造步骤数。 
4.第三实施例
固体摄像器件的示例性配置
在图30中显示了本发明第三实施例的固体摄像器件。此实施例的固体摄像器件是CMOS固体摄像器件。图30是说明CMOS固体摄像器件的像素部中一个像素20的剖面图。 
第三实施例的固体摄像器件73与第一实施例的配置相同。从有机光电转换单元39读取空穴作为信号电荷，从第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2读取电子作为信号电荷。从上部电极37中读取有机光电转换单元39中作为信号电荷的空穴。也就是说，如上所述，此实施例的固体摄像器件73是背照射型固体摄像器件，在该固体摄像器件中，有机光电转换单元39、第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2在一个像素的深度方向上层叠。用于第二颜色的第一光电二极管PD1和用于第三颜色的第二光电二极管PD2形成在半导体基板22中不同深度的位置处。用于第一颜色的有机光电转换单元39隔着绝缘层34层叠在半导体基板22的上层上，靠近于第二光电二极管PD2。在此实施例中，固体摄像器件包括：对绿光波长的光进行光电转换的有机光电转换单元39；对蓝光波长的光进行光电转换的第一光电二极管PD1；和对红光波长的光进行光电转换的第二光电二极管PD2。 
有机光电转换单元39包括有机光电转换层36，还包括之间夹有有机光电转换层36的下部电极38a和上部电极37。下部电极38a连接到导电插头45。上部电极37通过接触金属层43和另一下部电极38b连接到另一导电插头46。 
在此实施例中，在由有机光电转换单元39进行光电转换所产生的电子空穴对中，用作信号电荷的空穴被导向并累积在基板22的前表面24侧。因此，用作电荷累积层的p型半导体区域74形成在基板22的前表面24侧。p型半导体区域75形成浮动扩散部(FD)，p型半导体区域74的信号电荷(空穴)通过传输晶体管Tr11传输到该浮动扩散部(FD)。连接到上部电极37的另一 导电插头46形成为到达用作电荷累积层的p型半导体区域74。当导电插头45和46通过离子注入形成于杂质半导体层中时，导电插头45和46形成在p型半导体层中。 
第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2使用由光电转换所产生的电子空穴对作为信号电荷。因此，n型半导体区域51和53形成浮动扩散部(FD)，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2的信号电荷(电子)分别通过传输晶体管Tr12和Tr13传输到该浮动扩散部(FD)。 
与第一实施例相同，图31和图32示意性示出了具有不同于图30所示的横剖面的像素晶体管。在图31和图32中，代表性地示出了多个像素晶体管中的传输晶体管。也就是说，如图32所示，在有机光电转换单元39中，用于电荷累积的p型半导体区域74连接到具有用作浮动扩散部的p型半导体区域75和传输栅电极49的传输晶体管Tr11。如图31所示，在第一光电二极管PD1中，用作电荷累积层的n型半导体区域29的延伸部29a连接到包括用作浮动扩散部的n型半导体区域51和传输栅电极52的传输晶体管Tr12。如图31所示，在第二光电二极管PD2中，用作电荷累积层的n型半导体区域32的延伸部32a连接到包括用作浮动扩散部的n型半导体区域53和传输栅电极54的传输晶体管Tr13。 
至少，用作空穴累积层的p型半导体区域50形成在与绝缘层的界面中，该界面面对基板22的分别形成第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2的n型半导体区域29a和32a的前表面24。在图31中，用作空穴累积层的p型半导体区域50形成为包括p型半导体区域33和绝缘层之间的界面。用作电子累积层的n型半导体区域70形成在与绝缘层的界面上，该界面面对基板22的用于在有机光电转换单元39中累积电荷的p型半导体区域74的前表面24。 
其它配置与第一实施例中的配置相同。用相同的附图标记表示对应于图1中的各单元，省略了重复的说明。 
下面说明第三实施例的固体摄像器件73的操作(驱动方法)。固体摄像器件73配置为从基板的后表面发光的背照射型固体摄像器件。在此实施例中，负电压VL(＜0V)施加到有机光电转换单元39的下部电极38a上，低于 该下部电压VL的上部电压VU(＜VL)施加到上部电极37。施加到用于读取信号的上部电极37的上部电压VU通过导电插头46施加到必需布线57。施加到有机光电转换单元39的下部电极38a的负电压VL在复位时是负的。0V电压通过延伸部28a从必需布线57施加到用作空穴累积层的p型半导体区域28。 
当光在积累电荷时不通过滤色器入射到一个像素20上时，有机光电转换单元39对绿光波长的光进行光电转换。在通过光电转换所产生的电子空穴对中，用作信号电荷的空穴被导向具有低于下部电压VL的电位VU(＜VL)的上部电极37，通过导电插头46累积在用作电荷累积层的p型半导体区域74中。经过光电转换的电子被导向具有高于上部电位VU的负电压VL(＜0V)的下部电极38a，通过导电插头45和必需布线57放电。形成在靠近半导体基板22的后表面23的浅部中的第一光电二极管PD1吸收蓝光波长的光，对其进行光电转换，对应于蓝光的信号电荷累积在n型半导体区域29中。形成在远离半导体基板22的后表面23的深部中的第二光电二极管PD2吸收红光波长的光，对其进行光电转换，对应于红光的信号电荷累积在n型半导体区域32中。 
在读取信号时，当传输晶体管Tr11导通时，累积在p型半导体区域74中的绿光信号电荷(空穴)被传输到用作浮动扩散部(FD)的p型半导体区域75。当传输晶体管Tr12导通时，累积在n型半导体区域29中的蓝光信号电荷(电子)被传输到用作浮动扩散部(FD)的n型半导体区域51。当传输晶体管Tr13导通时，累积在n型半导体区域32中的红光信号电荷(电子)被传输到用作浮动扩散部(FD)的n型半导体区域53。红光、绿光和蓝光的像素信号经其它像素晶体管被读取并被输出到垂直信号线。 
在第三实施例的固体摄像器件73中，与上述实施例相同，有机光电转换单元39靠近于两个光电二极管PD1和PD2。当抑制了各颜色之间对F值的依赖性时，即使F值改变，也能抑制各颜色之间的灵敏度变化，而不改变各颜色的光谱平衡。由于在累积电荷时负电压VL(＜0V)施加到下部电极38a，与硅绝缘层34的界面变为空穴累积态。当绝缘层34具有固定负电荷时，空穴累积态进一步加强，从而可抑制暗电流。 
在第三实施例中，如同第一实施例，有机光电转换单元39的上部电极 37通过接触金属层43连接到下部电极38b。第二实施例的上部电极37可直接连接到另一下部电极38b。 
5.第四实施例
固体摄像器件的示例性配置
在图33中显示了本发明第四实施例的固体摄像器件。此实施例的固体摄像器件是CMOS固体摄像器件。图33是说明CMOS固体摄像器件的像素部中一个像素20的剖面图。 
第四实施例的固体摄像器件75与第一实施例的配置相同。但是从下部电极38a中读取来自有机光电转换单元39的信号电荷(电子)。如同第一实施例一样读取来自第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2的信号电荷(电子)。也就是说，此实施例的固体摄像器件75是背照射型固体摄像器件，在该固体摄像器件中，有机光电转换单元39、第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2在一个像素的深度方向上层叠。用于第二颜色的第一光电二极管PD1和用于第三颜色的第二光电二极管PD2形成在半导体基板22中不同深度的位置处。用于第一颜色的有机光电转换单元39隔着绝缘层34层叠在半导体基板22的上层上，靠近于第二光电二极管PD2。在此实施例中，固体摄像器件包括：对绿光波长的光进行光电转换的有机光电转换单元39；对蓝光波长的光进行光电转换的第一光电二极管PD1；和对红光波长的光进行光电转换的第二光电二极管PD2。 
有机光电转换单元39包括有机光电转换层36，还包括之间夹有有机光电转换层36的下部电极38a和上部电极37。下部电极38a连接到导电插头46。上部电极37通过之间的接触金属层43和另一下部电极38b连接到另一导电插头45。 
在此实施例中，由于通过下部电极38a读取由有机光电转换单元39进行光电转换所产生的用作信号电荷的电子，所以用作电荷累积层的n型半导体区域47形成在连接到下部电极38a的导电插头46侧的基板22的前表面24上。用作浮动扩散部(FD)的n型半导体区域48形成在基板22的前表面24上，靠近n型半导体区域47。 
由于其它配置与第一实施例中描述的相同，所以用相同的附图标记表示 对应于图1中的各单元，省略了重复的说明。与图33示出了与其不同的传输晶体管TR11～Tr13的剖面图。但是，在图33中，为简便起见，示意性地示出了栅电极49、52和54。 
下面说明第四实施例的固体摄像器件75的操作(驱动方法)。固体摄像器件75配置为从基板的后表面发光的背照射型固体摄像器件。在此实施例中，负电压VL(＜0V)施加到有机光电转换单元39的下部电极38a上，低于下部电压VL的上部电压VU(＜VL)施加到上部电极37。上部电压VU通过导电插头45从基板22的前表面24上的必需布线57供应。0V电压通过延伸部28a从必需布线57施加到用作空穴累积层的p型半导体区域28。 
当光在积累电荷时不通过滤色器入射到一个像素20上时，有机光电转换单元39对绿光波长的光进行光电转换。在通过光电转换所产生的电子空穴对中，用作信号电荷的电子被导向具有高于上部电压VU的电位VL(＞VU)的下部电极38a，通过导电插头45累积在用作电荷累积层的n型半导体区域47中。经过光电转换的空穴被导向具有低于下部电位VL的电位VU(＜VL)的上部电极37，通过导电插头46和必需布线57放电。形成在靠近半导体基板22的后表面23的浅部中的第一光电二极管PD1吸收蓝光波长的光，对其进行光电转换，对应于蓝光的信号电荷累积在n型半导体区域29中。形成在远离半导体基板22的后表面23的深部中的第二光电二极管PD2吸收红光波长的光，对其进行光电转换，对应于红光的信号电荷累积在n型半导体区域32中。 
在读取电荷时，传输晶体管Tr11、Tr12和Tr13导通。当传输晶体管导通时，有机光电转换单元39、第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2所累积的信号电荷(电子)分别被传输到浮动扩散部(FD)48、51和54。红光、绿光和蓝光的像素信号经其它像素晶体管被读取并被输出到垂直信号线。 
在第四实施例的固体摄像器件75中，与上述实施例相同，有机光电转换单元39靠近两个光电二极管PD1和PD2。当抑制了各颜色之间对F值的依赖性时，即使F值改变，也能抑制各颜色之间的灵敏度变化，而不改变各颜色的光谱平衡。由于在累积电荷时负电压VL(＜0V)施加到下部电极38a，所以与硅绝缘层34的界面变为空穴累积态。当绝缘层34具有固定负电荷时，空穴累积态进一步加强，从而可抑制暗电流。 
6.第五实施例
固体摄像器件的示例性配置
在图34中显示了本发明第五实施例的固体摄像器件。此实施例的固体摄像器件是CMOS固体摄像器件。图34是说明CMOS固体摄像器件的像素部中一个像素20的剖面图。 
第五实施例的固体摄像器件77与第一实施例的配置几乎相同。但是，从下部电极38a中读取来自有机光电转换单元39的信号电荷(空穴)。如同第一实施例一样读取来自第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2的信号电荷(电子)。也就是说，此实施例的固体摄像器件77是背照射型固体摄像器件，在该固体摄像器件中，有机光电转换单元39、第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2在一个像素的深度方向上层叠。用于第二颜色的第一光电二极管PD1和用于第三颜色的第二光电二极管PD2形成在半导体基板22中不同深度的位置处。用于第一颜色的有机光电转换单元39隔着绝缘层34层叠在半导体基板22的上层上，靠近于第二光电二极管PD2。在此实施例中，固体摄像器件包括：对绿光波长的光进行光电转换的有机光电转换单元39；对蓝光波长的光进行光电转换的第一光电二极管PD1；和对红光波长的光进行光电转换的第二光电二极管PD2。 
有机光电转换单元39包括有机光电转换层36，还包括之间夹有有机光电转换层36的下部电极38a和上部电极37。下部电极38a连接到导电插头46。上部电极37通过之间的接触金属层43和另一下部电极38b连接到另一导电插头45。 
在此实施例中，在通过有机光电转换单元39进行光电转换所产生的电子空穴对中，用作信号电荷的空穴被导向并累积在基板22的前表面24侧。因此，用作电荷累积层的p型半导体区域74形成在基板22的前表面24侧。p型半导体区域75形成浮动扩散部(FD)，p型半导体区域74的信号电荷(空穴)通过传输晶体管Tr11传输到该浮动扩散部(FD)。连接到下部电极38a的另一导电插头45形成为到达用作电荷累积层的p型半导体区域74。当导电插头45和46通过离子注入形成于杂质半导体层中时，导电插头45和46形成在p型半导体层中。 
第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2使用通过光电转换所产生的电子空穴对的电子作为信号电荷。因此，n型半导体区域51和53形成浮动扩散部(FD)，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2的信号电荷(电子)分别通过传输晶体管Tr12和Tr13传输到该浮动扩散部(FD)。 
其它配置与第一和第三实施例中的配置相同。使用相同的附图标记表示对应于图1和图30中的各单元，省略了重复的说明。 
下面说明第五实施例的固体摄像器件77的操作(驱动方法)。固体摄像器件77配置为从基板的后表面发光的背照射型固体摄像器件。在此实施例中，固定负电压VL(＜0V)施加到有机光电转换单元39的下部电极38a上，高于下部电压VL的上部电压VU(＞VL)施加到上部电极37。0V电压从必需布线57施加到用作空穴累积层的p型半导体区域28的延伸部28a。 
当光在积累电荷时不通过滤色器入射到一个像素20上时，有机光电转换单元39对绿光波长的光进行光电转换。在通过光电转换所产生的电子空穴对中，用作信号电荷的空穴被导向具有负电位VL的下部电极38a，通过导电插头45累积在用作电荷累积层的p型半导体区域74中。经过光电转换的电子被导向具有高于下部电位VL的电位VU(＞VL)的上部电极37，通过导电插头46和必需布线57放电。形成在靠近半导体基板22的后表面23的浅部中的第一光电二极管PD1吸收蓝光波长的光，对其进行光电转换，对应于蓝光的信号电荷累积在n型半导体区域29中。形成在远离半导体基板22的后表面23的深部中的第二光电二极管PD2吸收红光波长的光，对其进行光电转换，对应于红光的信号电荷累积在n型半导体区域32中。 
在读出电荷时，传输晶体管Tr11、Tr12和Tr13导通。当传输晶体管导通时，有机光电转换单元39的累积信号电荷(空穴)以及第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2所累积的信号电荷(电子)分别被传输到浮动扩散部(FD)75、51和54。红光、绿光和蓝光的像素信号经其它像素晶体管被读出并被输出到垂直信号线。 
在第五实施例的固体摄像器件77中，与上述实施例中相同，有机光电转换单元39靠近于两个光电二极管PD1和PD2。当抑制了各颜色之间对F值的依赖性时，即使F值改变，也能抑制各颜色之间的灵敏度变化，而不改 变各颜色的光谱平衡。由于在累积电荷时负电压VL(＜0V)施加到下部电极38a，所以与硅绝缘层34的界面变为空穴累积态。当绝缘层34具有固定负电荷时，空穴累积态进一步加强，从而可抑制暗电流。 
在第四和第五实施例中，与第一实施例中相同，有机光电转换单元39的上部电极37通过接触金属层43连接到下部电极38b。但是也可与第二实施例中相同，上部电极37直接连接到下部电极38b。 
7.第六实施例
固体摄像器件的示例性配置
在图35中显示了本发明第六实施例的固体摄像器件。此实施例的固体摄像器件是CMOS固体摄像器件。图35是说明CMOS固体摄像器件的像素部中一个像素20的剖面图。 
第六实施例的固体摄像器件79配置为通过由薄膜晶体管构成的传输晶体管读出有机光电转换单元39的信号。也就是说，第六实施例的固体摄像器件79是背照射型固体摄像器件，在该固体摄像器件中，有机光电转换单元39、第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2在一个像素的深度方向上层叠。用于第二颜色的第一光电二极管PD1和用于第三颜色的第二光电二极管PD2形成在半导体基板22中不同深度的位置处。用于第一颜色的有机光电转换单元39隔着绝缘层34层叠在半导体基板22的上层上，靠近于第二光电二极管PD2。在此实施例中，固体摄像器件包括：对绿光波长的光进行光电转换的有机光电转换单元39；对蓝光波长的光进行光电转换的第一光电二极管PD1；和对红光波长的光进行光电转换的第二光电二极管PD2。 
有机光电转换单元39包括有机光电转换层36，还包括之间夹有有机光电转换层36的下部电极38a和上部电极37。 
在此实施例中，用于读出有机光电转换单元39的信号电荷的薄膜晶体管Tr14形成于在基板22的后表面23侧的第一光电二极管PD1和有机光电转换单元39之间形成的绝缘膜34上。薄膜晶体管Tr14对应于多个像素晶体管中的传输晶体管。因此，薄膜晶体管Tr14的漏极对应于浮动扩散部(FD)。 
薄膜晶体管Tr14是具有一对源极/漏极和栅极的所谓底栅型薄膜晶体 管。薄膜晶体管Tr14通过下述方法形成：在绝缘层34上形成栅电极84；在栅电极84上形成栅极绝缘层85；在栅极绝缘层85上形成半导体薄膜(有源层)86，该半导体薄膜86具有沟道区C、源极区S和漏极区D。有机光电转换单元39的上部电极37通过绝缘层88的接触孔连接到源极区S。 
穿过基板22的导电插头81、82和83形成在半导体基板22中。如上所述，导电插头81、82和83可通过离子注入形成在杂质半导体层、金属层等中。有机光电转换单元39的下部电极38连接到导电插头81。薄膜晶体管Tr14的漏极区D连接到导电插头82。薄膜晶体管Tr14的栅电极84通过导电层89连接到导电插头83。 
由于其它配置与第一实施例中的配置相同，所以用相同的附图标记表示对应于图1中的各单元，省略了重复的说明。图35示出了与其不同的传输晶体管Tr12和Tr13的剖面图。但是，在图35中，为简便起见，示意性地示出了栅电极52和54。 
下面说明第六实施例的固体摄像器件79的操作(驱动方法)。在此实施例中，固定负电压VL(＜0V)通过必需布线57和导电插头81施加到有机光电转换单元39的下部电极38上，诸如电源电压VDD等高于下部电极38的电压VL的电压VU(＞VL)在累积电荷时施加到上部电极37。薄膜晶体管Tr14的漏极区D通过必需布线57连接到复位晶体管(未图示)的源极和放大晶体管(未图示)的栅极。0V电压从必需布线57施加到用作空穴累积层的p型半导体区域28的延伸部28a。 
上部电极37的电位在累积电荷时由于薄膜晶体管Tr14的源极电位而变高。 
例如与第一实施例相同，源极电位变为电源电位。当复位晶体管和用作传输晶体管的薄膜晶体管Tr14导通并复位，然后都截止时，源极电位变为复位电平，该电位随着所累积的电荷变化。 
当光在积累电荷时不通过滤色器入射到一个像素20上时，有机光电转换单元39对绿光进行光电转换。在通过光电转换所产生的电子空穴对中，用作信号电荷的电子通过上部电极37累积在薄膜晶体管Tr14的源极区S中。经过光电转换的空穴被导向具有电位VL的下部电极38，通过导电插头 81和必需布线57放电。形成在靠近半导体基板22的后表面23的浅部中的第一光电二极管PD1对蓝光波长的光进行光电转换，对应于蓝光的信号电荷(电子)累积在n型半导体区域29中。形成在远离半导体基板22的后表面23的深部中的第二光电二极管PD2对红光波长的光进行光电转换，对应于红光的信号电荷(电子)累积在n型半导体区域32中。 
在读出电荷时，薄膜晶体管Tr14、传输晶体管Tr12和Tr13导通。当薄膜晶体管Tr14导通时，累积在源极区S中的绿光信号电荷传输到用作浮动扩散部(FD)的漏极区D。当其它传输晶体管Tr12和Tr13导通时，累积在第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2中的蓝光和红光信号电荷分别传输到用作浮动扩散部(FD)的n型半导体区域51和53。红光、绿光和蓝光的像素信号经其它像素晶体管被读出并被输出到垂直信号线。 
在第六实施例的固体摄像器件79中，与上述实施例相同，有机光电转换单元39靠近于两个光电二极管PD1和PD2。当抑制了各颜色之间对F值的依赖性时，即使F值改变，也能抑制各颜色之间的灵敏度变化，而不改变各颜色的光谱平衡。由于在累积电荷时负电压VL(＜0V)施加到下部电极38a，所以与硅绝缘层34的界面变为空穴累积态。当绝缘层34具有固定负电荷时，空穴累积态进一步加强，从而可抑制暗电流。通过设置薄膜晶体管Tr14，如下述的第七实施例(图42)中一样，可共用导电插头。 
固体摄像器件的示例性制造方法
图36～图45是说明第六实施例的固体摄像器件79的制造方法的图。在图36～图45中，仅示出了对应于一个像素的主要单元。除了形成三个导电插头81～83以及传输晶体管Tr12和Tr13的步骤之外，图36与第一实施例的图11所示的过程相同。也就是说，可通过图6～图11中的过程获得图36中的配置。 
在图36中，在半导体基板22的前表面上形成包括传输晶体管Tr12及Tr13的像素晶体管，在周边电路部中形成诸如逻辑电路等周边电路。在半导体基板22的前表面24的上部中形成多层布线层58，在该多层布线层58中，形成有隔着层间绝缘层56布置的多层的布线57。此外，附着支撑基板59。在半导体基板22中形成穿过基板22的导电插头81、82和83。在深度方向 上层叠第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。在半导体基板22的后表面23上形成绝缘层34。如上所述，绝缘层34可由具有固定负电荷的层形成。 
随后，如图37所示，形成接触孔91、92和93，使导电插头81、82和83从绝缘层34露出。随后，形成导电材料层并进行图案化，以在绝缘层34的所需位置处形成栅电极84，同时形成导电层89，使其经接触孔93连接到导电插头83。栅电极84和导电层89由相同材料形成，并在不同位置处连续地连接。优选使用诸如Al和W等低电阻材料作为电极材料。也可在周边电路部中形成连接到栅电极86的导电插头83。 
随后，如图38所示，在整个表面上形成栅极绝缘层85以覆盖栅电极84。 
随后，如图39所示，对栅极绝缘层85进行图案化，以选择性地去除栅极绝缘层85的不必要部分，只有在绝缘层34上的延伸部分保留在栅电极84的前表面上。也可以是直到栅电极84的侧壁都保留栅极绝缘层85，而绝缘层34的上方可以不保留。 
随后，如图40所示，在包括栅极绝缘层85的整个表面上形成半导体薄膜86。可使用非晶硅层、微晶硅层等作为半导体薄膜86。当使用诸如ZnO、TnO、SnO或CdO等透明半导体作为半导体薄膜86时，优点在于可改进光电转换单元的开口率。 
随后，如图41所示，对半导体薄膜86进行图案化，使得保留源极区S、沟道区C和漏极区D的有源层。将漏极区D通过接触孔92连接到导电插头82。在此实施例中，源极区S和漏极区D形成为n型杂质区域。 
随后，如图42所示，在绝缘层34上形成由透明导电层形成的下部电极38，使其通过接触孔91连接到导电插头81。随后，在整个表面上形成绝缘层88，接着对绝缘层88进行图案化，使得形成有有机光电转换单元的区域和半导体薄膜(有源层)86的源极区S彼此面对，形成具有锥形的开口94和95。 
随后，如图43所示，在整个表面上形成有机光电转换层36，使得邻接面对开口94的下部电极38。例如可通过气相沉积形成有机光电转换层36。 
随后，如图44所示，对有机光电转换层36进行图案化，使得有机光电转换层36的一部分在下部电极38上延伸并保留在绝缘层88上。 
随后，如图45所示，形成由透明导电层形成的上部电极37，使其通过开口95连接到有机光电转换层36和半导体薄膜86的源极区S。 
随后，形成平坦化层61和片上透镜62，于是形成图35中所示的所期望的固体摄像器件79。 
根据此实施例的固体摄像器件的制造方法，可以制造背照射型固体摄像器件，在该固体摄像器件中，用于一种颜色的层叠的有机光电转换单元39靠近于用于两种颜色的光电二极管PD1和PD2。也就是说，可以不隔着多层布线层58在光电二极管PD1和PD2的上层上形成有机光电转换单元39。从而可以抑制对红光、绿光和蓝光的F值的依赖性。通过该方法可以制造出这样的固体摄像器件，即使F值改变时，也能抑制各颜色之间的灵敏度变化而不会改变各颜色的光谱平衡。 
8.第七实施例
固体摄像器件的示例性配置
在图46和47中显示了本发明第七实施例的固体摄像器件。此实施例的固体摄像器件是背照射型CMOS固体摄像器件。在第七实施例的固体摄像器件98中，用于第一颜色的有机光电转换单元39、用于第二颜色的第一光电二极管PD1和用于第三颜色的第二光电二极管PD2在同一像素的深度方向上层叠，在有机光电转换单元39中，薄膜晶体管Tr14用作传输晶体管。与第六实施例中相同，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2形成在半导体基板22中。第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2的传输晶体管Tr12和Tr13形成在半导体基板22的前表面24上。有机光电转换单元39和薄膜晶体管Tr14隔着绝缘层34形成在半导体基板22的后表面23上。 
如上所述，在此实施例中，固体摄像器件包括：对绿光波长的光进行光电转换的有机光电转换单元39；对蓝光波长的光进行光电转换的第一光电二极管PD1；和对红光波长的光进行光电转换的第二光电二极管PD2。 
图46是说明像素部(摄像区)的垂直剖面结构的图。在此实施例中，用于将以垂直线排列的像素的薄膜晶体管Tr14的漏极区D共同彼此连接并且 连接到漏极区D的各导电插头共用为一个导电插头101。因此，在以各垂直线排列的各像素中，晶体管Tr14的各薄膜和漏极区D连接到公共布线99。各公共布线99连接到一个导电插头101。 
用于将以垂直线排列的像素的薄膜晶体管Tr14的栅电极86共同彼此连接并且连接到栅电极86的各导电插头共用为一个导电插头83(见图43)。 
如图47的电路图所示，各像素的有机光电转换单元39的上部电极37连接到薄膜晶体管Tr14的漏极D。垂直排列的各行的薄膜晶体管Tr14的漏极共同彼此连接，并连接到导电插头101。另一方面，水平排列的各行的薄膜晶体管Tr14的栅极共同彼此连接，并连接到导电插头83。 
期望公共布线99形成为避开各像素的光入射开口。但是，公共布线99也可形成为在形成透明导电层时横跨光入射开口。公共布线99也可形成在绝缘层34中。当导电插头101和83设置在像素中时，可能使噪声恶化或减少像素尺寸。因此，导电插头101和83形成在周边电路侧。 
由于其它配置与第六实施例中描述的相同，所以用相同的附图标记表示图46中对应于图35中的各单元，省略了重复的说明。 
在第七实施例的固体摄像器件98中，由于不需要在各像素中形成一个穿过半导体基板22的导电插头101，所以可减少导电插头的数量。从而可加宽光电转换单元的光入射通道的面积。由于减少了导电插头的数量，所以可抑制由于导电插头而在蓝光(B)或红光(R)像素中产生的噪声。 
在第七实施例中，如同上述实施例，有机光电转换单元39靠近于两个光电二极管PD1和PD2。当抑制了各颜色之间对F值的依赖性时，即使F值改变，也能抑制各颜色之间的灵敏度变化，而不改变各颜色的光谱平衡。由于在累积电荷时负电压VL(＜0V)施加到下部电极38，所以与硅绝缘层34的界面变为空穴累积态。当绝缘层34具有固定负电荷时，空穴累积态进一步加强，从而可抑制暗电流。 
9.第八实施例
固体摄像器件的示例性配置
在图48和图49(示意图)中显示了本发明第八实施例的固体摄像器件。 此实施例的固体摄像器件是背照射型CMOS固体摄像器件。与上述实施例相同，在第八实施例的固体摄像器件103中，用于第一颜色的有机光电转换单元39、用于第二颜色的第一光电二极管PD1和用于第三颜色的第二光电二极管PD2在同一像素的深度方向上层叠。 
如上所述，在此实施例中，固体摄像器件包括：对绿光波长的光进行光电转换的有机光电转换单元39；对蓝光波长的光进行光电转换的第一光电二极管PD1；和对红光波长的光进行光电转换的第二光电二极管PD2。 
在此实施例中，如图48和图49所示，像素以矩阵形式排列，在倾斜方向上彼此相邻的两个像素20(201和202)的光电二极管PD(PD1和PD2)共用一个浮动扩散部(FD)104。也就是说，在图49所示的固体摄像器件103(示意性剖面图)中，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2形成于半导体基板22的同一像素20中，有机光电转换单元39隔着绝缘层34形成于基板22的后表面23上。有机光电转换单元39包括有机光电转换层36，还包括之间夹有有机光电转换层36的上部电极37和下部电极38。 
在基板22的前表面24侧，一个浮动扩散部(FD)104形成于在倾斜方向上彼此相邻的两个像素201和202的光电二极管PD(PD1和PD2)之间。传输晶体管Tr21的栅电极105形成在浮动扩散部(FD)104与一个像素201的第一光电二极管PD1的n型半导体区域(电荷累积层)29之间。传输晶体管Tr22的栅电极106形成在浮动扩散部(FD)104与另一像素202的第二光电二极管PD2的n型半导体区域(电荷累积层)32之间。 
虽然未图示，但在各像素20(201和202)的有机光电转换单元39中，在各像素中形成一个浮动扩散部(FD)。在基板22的前表面24侧，形成具有多层的布线57的多层布线层58，在多层布线层58上附着支撑基板59。在基板22的后表面23侧，在具有平坦化层61的有机光电转换单元39上方形成对应于图1中片上透镜的单元。用相同的附图标记表示对应于图1中的单元，省略了重复的说明。 
下面说明第八实施例的固体摄像器件103的操作(驱动方法)。与第一实施例中相同，当光在累积电荷时从基板22的后表面23入射时，有机光电转换单元39对绿光波长的光进行光电转换，信号电荷(电子)产生并累积在电荷 累积层(未图示)中。在第一光电二极管PD1中，对蓝光波长的光进行光电转换，信号电荷(电子)产生并累积在n型半导体区域29中。在第二光电二极管PD2中，对红光波长的光进行光电转换，信号电荷(电子)产生并累积在n型半导体区域32中。 
在读出电荷时，传输脉冲在不同时间施加到传输晶体管Tr21和Tr22的栅电极105和106。例如，当传输晶体管Tr21导通时，像素201的蓝光信号电荷eB通过传输晶体管Tr21传输到一个浮动扩散部(FD)，被转换为像素信号并被输出。接着，当传输晶体管Tr22导通时，像素202的红光信号电荷eR通过传输晶体管Tr22传输到另一浮动扩散部(FD)，被转换为像素信号并被输出。 
在有机光电转换单元39中的绿光信号电荷被传输到设置在各像素中的浮动扩散部(FD)，被转换为像素信号并被输出。 
在第八实施例的固体摄像器件103中，彼此相邻的两个像素的光电二极管PD共用一个浮动扩散部(FD)104。以此配置，即使像素变小，有机光电转换单元的面积也能加宽。因此，即使像素变小，也能改进灵敏度。 
与上述实施例相同，根据第八实施例，有机光电转换单元39靠近于两个光电二极管PD1和PD2。当抑制了各颜色之间对F值的依赖性时，即使F值改变，也能抑制各颜色之间的灵敏度变化，而不改变各颜色的光谱平衡。由于在累积电荷时负电压VL(＜0V)施加到下部电极38，所以与硅绝缘层34的界面变为空穴累积态。当绝缘层34具有固定负电荷时，空穴累积态进一步加强，从而可抑制暗电流。 
在图49中，连接到光电二极管PD(PD1和PD2)的传输晶体管具有栅电极，在该栅电极中，传输电极以平面形式形成。但也可以是图48中的垂直型晶体管。 
图50是说明光电二极管PD的传输晶体管配置为垂直型晶体管的结构的示意图。在此实施例中，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2形成在半导体基板22的同一像素20中。有机光电转换单元39隔着绝缘层34形成在基板22的后表面23上。有机光电转换单元39包括有机光电转换层36，还包括之间夹有有机光电转换层36的上部电极37和下部电极38。 
用作空穴累积层且形成第一光电二极管PD1的p型半导体区域28和n型半导体区域29以及形成第二光电二极管PD2的p型半导体区域31和n型半导体区域32在深度方向上平行层叠。在半导体基板22的前表面24上，一个浮动扩散部(FD)104形成在图48中所示的在倾斜方向上彼此相邻的两个像素201和202之间。垂直型栅电极112和113形成垂直传输晶体管Tr31和Tr32并隔着栅极绝缘层111埋入在基板22的深度方向上，在垂直型栅电极112和113之间形成有各像素的光电二极管PD(PD1和PD2)。第一光电二极管PD1的n型半导体区域29的栅电极113的表面上覆盖有高浓度的p型半导体区域115。第二光电二极管PD2的n型半导体区域32的栅电极112的表面上覆盖有高浓度的p型半导体区域114。 
在读出电荷时，当传输晶体管Tr31导通时，累积在第一光电二极管PD1的n型半导体区域29中的蓝光信号电荷eB通过沟道区116传输到一个浮动扩散部(FD)104。接着，当传输晶体管Tr32导通时，累积在第二光电二极管PD2的n型半导体区域32中的红光信号电荷eR通过沟道区117传输到另一浮动扩散部(FD)104。 
这样，与平面型晶体管相比，在垂直型传输晶体管中，像素的光电转换单元的面积被加宽，因此，在像素变小时性能也很好。 
10.第九实施例
电子装置的示例性配置
本发明上述实施例的固体摄像器件可应用于下述电子装置：诸如数码相机或摄像机等摄像系统、具有摄像功能的蜂窝电话或具有摄像功能的其它装置等。 
图52是说明本发明第九实施例的以照相机作为电子装置示例的图。此实施例中的照相机是能够拍摄静态图像或动态图像的示例性摄像机。此实施例的照相机121包括：固体摄像器件122；光学系统123，其将入射光导向固体摄像器件122的入射光传感器；和快门器件124。照相机121包括：驱动固体摄像器件122的驱动电路125和处理固体摄像器件122的输出信号的信号处理电路126。 
可将上述实施例中的一个固体摄像器件用作固体摄像器件122。光学系 统(光学透镜)123在固体摄像器件122的摄像表面上对来自物体的图像光(入射光)进行成像。此时，信号电荷累积在固体摄像器件122中一段时间。光学系统123可以是包括多个光学透镜的透镜组。快门器件124控制对固体摄像器件122的光照时间和遮光时间。驱动电路125提供驱动信号，以控制固体摄像器件122的传输操作和快门器件124的快门操作。通过来自驱动电路125的驱动信号(时序信号)执行固体摄像器件122的信号传输。信号处理电路126执行各种信号处理。经过信号处理的图像信号存储在诸如存储器等存储介质中，或被输出到监视器。 
在第九实施例的电子装置中，由于在固体摄像器件中有机光电转换单元靠近于两个光电二极管，所以可抑制对红光、绿光和蓝光的F值的依赖性。因此，即使F值改变，各颜色的光谱平衡也不改变，可防止各颜色之间的灵敏度变化。由于在光电二极管中与硅绝缘层的界面可设置为空穴累积态，所以可抑制暗电流的产生。因此，可以提供具有高分辨率、高品质的电子装置。 
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，可以在本发明所附的权利要求及其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。 

Claims (11)

1.一种固体摄像器件，其包括：
光入射侧；
与所述光入射侧相对的电路形成表面；以及
具有pn结的无机光电转换单元和包括有机光电转换层的有机光电转换单元，所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元从所述光入射侧起在深度方向上层叠在同一像素中，光不通过滤色器入射在所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元上，
其中所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元的信号在所述电路形成表面上被读取。
2.根据权利要求1所述的固体摄像器件，还包括：垂直层叠的用于第一颜色的有机光电转换单元、用于第二颜色的无机光电转换单元和用于第三颜色的无机光电转换单元。
3.根据权利要求2所述的固体摄像器件，
其中，所述无机光电转换单元形成在半导体基板上，
所述有机光电转换单元由电极和电极之间的有机层形成，所述电极形成在靠近所述光入射侧的所述半导体基板的后表面的上层，
其中，在夹有所述有机层的所述电极中，靠近所述半导体基板的所述电极的电位低于远离所述半导体基板的所述电极的电位。
4.根据权利要求3所述的固体摄像器件，还包括：绝缘层，其包括形成在所述半导体基板的所述后表面和靠近所述半导体基板的所述电极之间的氧化铪层。
5.根据权利要求3所述的固体摄像器件，还包括：薄膜晶体管，其用于读出所述有机光电转换单元的信号，该薄膜晶体管形成在靠近所述光入射侧的所述半导体基板的所述后表面上。
6.根据权利要求5所述的固体摄像器件，还包括：导电插头，其形成为穿过所述半导体基板，将所述有机光电转换单元的信号传输到所述电路形成表面，
其中，所述导电插头被多个像素共用。
7.根据权利要求2所述的固体摄像器件，还包括：三个浮动扩散部，其对应于所述用于所述第一颜色的有机光电转换单元、所述用于所述第二颜色的无机光电转换单元和所述用于所述第三颜色的无机光电转换单元。
8.一种固体摄像器件的制造方法，其包括下述步骤：
在半导体基板的形成有各像素的区域中，形成具有pn结的无机光电转换单元和穿过所述半导体基板的一对导电插头；
通过在所述半导体基板的作为电路形成表面的前表面上形成像素晶体管，在所述半导体基板的所述前表面上形成多层布线层；
在所述半导体基板的作为光入射侧的后表面上隔着绝缘层形成连接到所述一对导电插头的一对透明下部电极；和
通过在对应于无机光电转换单元的所述下部电极之一上形成有机光电转换层，以及通过在所述有机光电转换层上形成连接到所述另一下部电极的上部电极，形成有机光电转换单元，以使所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元在深度方向上层叠在同一像素中，
其中在所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元的上方没有形成滤色器。
9.根据权利要求8所述的制造方法，还包括下述步骤：
形成保护绝缘层以保护经过选择性去除的所述有机光电转换层和所述上部电极的端表面，将所述上部电极通过与所述另一下部电极之间的另一导电层连接到所述另一下部电极。
10.一种固体摄像器件的制造方法，其包括下述步骤：
在半导体基板的形成有各像素的区域中，形成具有pn结的无机光电转换单元和穿过所述半导体基板的导电插头；
通过在所述半导体基板的作为电路形成表面的前表面上形成像素晶体管，在所述半导体基板的所述前表面上形成多层布线层；
在所述半导体基板的作为光入射侧的后表面上隔着绝缘层形成底栅型薄膜晶体管，以将一个源极/漏极连接到所述导电插头的第一导电插头；
形成连接到所述导电插头的第二导电插头的下部电极；以及
通过在所述下部电极上形成有机光电转换层，并在所述有机光电转换层上形成一端连接到所述薄膜晶体管的另一源极/漏极的上部电极，形成有机光电转换单元，以使所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元在深度方向上层叠在同一像素中，
其中在所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元的上方没有形成滤色器。
11.一种电子装置，其包括：
光学系统；
固体摄像器件；和
信号处理电路，其处理所述固体摄像器件的输出信号，
其中，所述固体摄像器件包括：
光入射侧；
与所述光入射侧相对的电路形成表面；以及
有机光电转换单元和具有pn结的无机光电转换单元，所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元从所述光入射侧起在纵向上层叠在同一像素中，光不通过滤色器入射在所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元上，
其中所述无机光电转换单元和所述有机光电转换单元的信号在所述电路形成表面上被读取。
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