CN102446936A - 固态成像装置及其制造方法以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种固态成像装置及其制造方法以及电子设备。该固态成像装置包括：半导体层，包括接收入射光且产生信号电荷的光电转换部分；以及光吸收部分，用于吸收透过所述光电转换部分且波长长于所述光电转换部分吸收的光的波长的透射光，该透射光包括在所述入射光中，该光吸收部分设置在该半导体层的一个表面相反侧的该半导体层的另一个表面侧，所述入射光入射在该半导体层的该一个表面上。

Description

固态成像装置及其制造方法以及电子设备
技术领域
本发明涉及固态成像装置、其制造方法以及电子设备。
背景技术
诸如数字摄相机和数字静态相机等的电子设备包括固态成像装置。固态成像装置例如包括CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器和CCD(电荷耦合装置)图像传感器。
固态成像装置具有设置在成像平面中的多个像素。每个像素包括光电转换部分。光电转换部分例如为光敏二极管。光电转换部分通过光接收表面上的外部光学系统接收入射光，并且使对光进行光电转换。因此，光电转换部分产生信号电荷。
关于固态成像装置，CMOS图像传感器具有构造为不仅包括光电转换部分而且包括像素晶体管的像素。像素晶体管构造为读出光电转换部分中产生的信号电荷，并且输出信号电荷到信号线作为电信号。
已经知晓“前侧照明型”和“后侧照明型”的固态成像装置。在“前侧照明型”中，光电转换部分接收从半导体基板的提供有像素晶体管和配线等的顶表面侧入射的入射光。因此，在“前侧照明型”的情况下，可能难于改善灵敏度，因为配线等降低了开口率。另一方面，在“后侧照明型”的情况下，可改善灵敏度，因为光电转换部分接收从底表面侧入射的入射光，该底表面侧在半导体基板的提供有像素晶体管和配线等的顶表面的相反侧(例如，见日本特许3759435号公报)。
如上所述的固态成像装置具有提供在成像平面中的有效像素区域和光学黑区域。有效像素区域具有设置在其中的有效像素，在有效像素中光电转换部分接收入射光。光学黑区域提供在有效像素区域的周边部分上，并且具有设置在其中的光学黑(OB)像素，OB像素提供有光屏蔽层，用于使光电转换部分屏蔽入射光。黑电平基准信号从OB像素输出。固态成像装置用从OB像素输出的信号作为基准修正从有效像素输出的信号，以去除诸如暗电流等的噪声成分(例如，见日本特开2005-347708号公报)。
发明内容
在“后侧照明型”固态成像装置中，半导体层被薄化，这是因为其中提供有光敏二极管的半导体层很厚时，由于灵敏度对入射角的依赖，可能降低摄取图像的图像质量。例如，在接收可见光的情况下，光敏二极管提供在厚度为5至15μm的半导体层中。
因此，在“后侧照明型”固态成像装置中，从半导体层的底表面侧入射的入射光中的长波长成分的光可能被透射到半导体层的顶表面侧，并且被提供到半导体层的顶表面的配线反射。例如，波长长于可见光成分的光的红外光可被透射且被配线反射。当该光由配线反射时，该反射光可能混合在其它像素中，因此可能发生颜色混合。因此，可能降低图像质量，例如，摄取图像的颜色再现性的下降。
另外，在光学黑(OB)像素中上述反射光的混合意味着OB像素中检测的黑电平信号值的变化。因此，噪声成分可能没有适当去除，从而可能降低摄取图像的图像质量。
因此，这可能难于改善“后侧照明型”固态成像装置中摄取图像的图像质量。
因此，所希望的是提供能够改善摄取图像等的图像质量的固态成像装置，其制造方法以及电子设备。
根据本发明的实施例，所提供的固态成像装置包括：半导体层，包括接收入射光且产生信号电荷的光电转换部分；以及光吸收部分，用于吸收透过所述光电转换部分且波长长于所述光电转换部分吸收的光的波长的透射光，该透射光包括在所述入射光中，该光吸收部分设置在该半导体层的一个表面的相反侧的该半导体层的另一个表面侧，所述入射光入射在该半导体层的该一个表面上。
根据本发明的实施例，所提供的固态成像装置的制造方法包括：形成半导体层，该半导体层包括接收入射光且产生信号电荷的光电转换部分；以及形成光吸收部分，该光吸收部分用于吸收透过所述光电转换部分传输且波长长于所述光电转换部分吸收的光的波长的透射光，该透射光包括在所述入射光中，该光吸收部分设置在该半导体层的一个表面的相反侧的该半导体层的另一个表面侧，所述入射光入射在该半导体层的该一个表面上。
根据本发明的实施例，所提供的电子设备包括：半导体层，包括接收入射光且产生信号电荷的光电转换部分；以及光吸收部分，用于吸收透过所述光电转换部分且波长长于所述光电转换部分吸收的光的波长的透射光，该透射光包括在所述入射光中，该光吸收部分设置在该半导体层的一个表面的相反侧的该半导体层的另一个表面侧，所述入射光入射在该半导体层的该一个表面上。
在本发明中，半导体层中的光电转换部分接收入射光并且产生信号电荷。在该半导体层的一个表面的相反侧的该半导体层的的另一个表面侧，光吸收部分吸收透过所述光电转换部分传输且波长长于所述光电转换部分吸收的光的波长的透射光，该透射光包括在所述入射光中，入射光入射在该半导体层的该一个表面上。
根据本发明，能够提供可改善摄取图像等的图像质量的固态成像装置、其制造方法以及电子设备。
附图说明
图1是示出本发明第一实施例中相机构造的框图；
图2是示出本发明第一实施例中固态成像装置的通常构造的框图；
图3是示出本发明第一实施例中固态成像装置主要部分的示意图；
图4是示出本发明第一实施例中固态成像装置主要部分的示意图；
图5是示出本发明第一实施例中固态成像装置主要部分的示意图；
图6A、6B和6C是示出本发明第一实施例中固态成像装置的操作的示意图；
图7A至7F是本发明第一实施例中固态成像装置的制造方法的示意图；
图8是示出本发明第二实施例中固态成像装置主要部分的示意图；
图9A和9B是本发明第二实施例中固态成像装置的制造方法的示意图；
图10是示出本发明第三实施例中固态成像装置主要部分的示意图；
图11A和11B是本发明第三实施例中固态成像装置的制造方法的示意图；
图12是示出本发明第四实施例中固态成像装置主要部分的示意图；
图13A、13B、13C和13D是示出本发明第四实施例中固态成像装置的操作的示意图；以及
图14是示出本发明第五实施例中固态成像装置主要部分的示意图。
具体实施方式
将参考附图描述本发明的优选实施例。
附带地，描述将以下面的顺序进行。
1.第一实施例(肖特基结)
2.第二实施例(具有介入绝缘膜的肖特基结)
3.第三实施例(PN结)
4.第四实施例(摄取可见光图像和红外线图像二者)
5.第五实施例(覆盖转移栅极)
6.其它
<1.第一实施例>
(1)装置构造
(1-1)相机主要部分的构造
图1是示出本发明第一实施例中相机40的构造的框图。
如图1所示，相机40是电子设备，并且相机40包括固态成像装置1、光学系统42、控制部分43和信号处理电路44。
固态成像装置1通过成像表面PS上的光学系统42接收入射的入射光H作为物体图像，对入射光H进行光电转换，因此产生信号电荷。另外，固态成像装置1根据从控制部分43输出的控制信号被驱动，以读出信号电荷，并且输出该信号电荷作为原始数据。
光学系统42包括光学构件，例如，图像形成透镜和光圈等。光学系统42设置为聚集在固态成像装置1的成像表面PS上由入射物体图像形成的光。
控制部分43输出各种控制信号到固态成像装置1和信号处理电路44，从而控制且驱动固态成像装置1和信号处理电路44。
信号处理电路44构造为通过对从固态成像装置1输出的原始数据进行信号处理而产生物体图像的数字彩色图像。
(1-2)固态成像装置主要部分的构造
将描述固态成像装置1的总体构造。
图2是示出本发明第一实施例中固态成像装置1的总体构造的框图。
根据本实施例的固态成像装置1是CMOS型图像传感器，并且包括半导体层101，如图2所示。该半导体层101例如由硅制造的半导体基板形成。如图2所示，半导体层101具有像素区域PA和周边区域SA。
如图2所示，像素区域PA是矩形形状，并且其中在水平方向x和垂直方向y的每一个上设置有多个像素P。就是说，像素P设置成矩阵形状。像素区域PA设置为使像素区域PA的中心对应于光学系统42的光轴。
在像素区域PA中，像素P构造为接收入射光H，并且产生信号电荷。所产生的信号电荷由像素晶体管(未示出)读取且输出。稍后将描述像素P的详细构造。
在本实施例中，像素区域PA包括有效像素区域IMG和光学黑区域OPB。
在像素区域PA的有效像素区域IMG中，像素P设置为所谓的有效像素。就是说，在有效像素区域IMG中，像素P的上部有开口，并且像素P接收从上面入射的入射光H，从而执行成像。
在像素区域PA中，光学黑区域OPB提供在有效像素区域IMG的周边，如图2所示。在此情况下，光学黑区域OPB例如提供在有效像素区域IMG的下侧以及左侧。光学黑区域OPB具有提供在像素P之上的光屏蔽膜(未示出)，以防止入射光直接入射在像素P上。
光学黑区域OPB中的像素P设置为所谓的光学黑(OB)像素。就是说，黑电平基准信号从光学黑区域OPB中的像素P输出。从像素P输出的黑电平基准信号用于对从有效像素输出的信号进行纠正处理，以去除诸如暗电流等的噪声成分。
如图2所示，周边区域SA位于像素区域PA的周边上。周边电路提供在周边区域SA中。
具体地讲，如图2所示，垂直驱动电路13、列电路14、水平驱动电路15、外部输出电路17、时序发生器(TG)18和快门驱动电路19提供为周边电路。
如图2所示，周边区域SA中的垂直驱动电路13提供在像素区域PA的一侧。垂直驱动电路13构造为选择且驱动行单元中像素区域PA中的像素P。
如图2所示，周边区域SA中的列电路14提供在像素区域PA的下端部附近。列电路14对从列单元中的像素P输出的信号执行信号处理。在此情况下的列电路14包括CDS(相关双取样)电路(未示出)，并且执行信号处理以去除固定的图案噪声。
如图2所示，水平驱动电路15电连接到列电路14。水平驱动电路15例如包括位移寄存器。水平驱动电路15依次将列电路14中为像素P的每列保留的信号输出到外部输出电路17。
如图2所示，外部输出电路17电连接到列电路14。外部输出电路17对从列电路14输出的信号执行信号处理，其后输出该信号到外部。外部输出电路17包括AGC(自动增益控制)电路17a和ADC(模拟/数字转换)电路17b。在外部输出电路17中，AGC电路17a对信号进行增益控制，其后ADC电路17b将信号从模拟信号转换成数字信号，并且将数字信号输出到外部。
如图2所示，时序发生器18电连接到垂直驱动电路13、列电路14、水平驱动电路15、外部输出电路17和快门驱动电路19的每一个。时序发生器18产生各种时序信号，并且输出时序信号到垂直驱动电路13、列电路14、水平驱动电路15、外部输出电路17和快门驱动电路19。因此，时序发生器18驱动且控制每个部分。
快门驱动电路19构造为在行单元中选择像素P，并且调整像素P中的曝光时间。
(1-3)固态成像装置的详细构造
将描述根据本实施例的固态成像装置的细节。
图3至5是示出本发明第一实施例中固态成像装置主要部分的示意图。
图3示出了在像素区域PA的有效像素区域IMG中设置的像素P的截面。就是说，图3示出了设置为有效像素的像素P的截面。
图4示出了与设置为有效像素的像素P一起的每个部分的电连接关系。为了描述的方便，图3所示的配线层111在图4中未示出。
图5示出了设置为有效像素的像素P的顶表面。图5所示的部分Y1-Y2和部分X1-X2的截面在图3和图4中示出。
像素区域PA中光学黑区域OPB的细节未示出。然而，与图3和图4中所示的有效像素区域IMG中的像素P相反，滤色器CF和芯片上透镜ML没有提供在光学黑区域OPB中。用于使像素P屏蔽入射光H的光屏蔽膜(未示出)提供在光学黑区域OPB中。其他方面，光学黑区域OPB中的每个部分以与有效像素区域IMG中的每个部分类似的方式形成。
如每个图所示，固态成像装置1包括光敏二极管21、像素晶体管Tr和红外线吸收部分31。在此情况下的像素晶体管Tr包括转移晶体管22、放大晶体管23、选择晶体管24和复位晶体管25，并且构造为从光敏二极管21读出信号电荷。
在本实施例中，如图3和图4所示，固态成像装置1具有设置在半导体层101的顶表面侧(图中的上表面侧)的像素晶体管Tr，例如转移晶体管22等。配线层111提供到半导体层101的顶表面侧。光敏二极管21提供为在光接收表面JS上接收从底表面侧(图3和图4中的下表面侧)入射的入射光H，该底表面侧为顶表面侧的相反侧。
就是说，根据本实施例的固态成像装置1是“后侧照明型CMOS图像传感器”。
将顺序描述每个部分。
(a)光敏二极管21
在固态成像装置1中，为图2所示的多个像素P的每一个提供光敏二极管21。就是说，光敏二极管21提供在成像平面(xy平面)中，以在水平方向x和与水平方向x垂直的垂直方向y上形成线。
光敏二极管21构造为在光接收表面JS上接收入射光H，通过执行光电转换而产生信号电荷，并且存储该信号电荷。在此情况下的光敏二极管21构造为接收入射光H中作为物体图像入射的可见光成分的光，并且执行光电转换。
如图3所示，光敏二极管21例如提供在半导体层101内，该半导体层101为单晶硅半导体。例如，光敏二极管21提供在减薄到厚度为5至15μm的半导体层101中。具体地讲，光敏二极管21包括n型电荷累积区域101na和101nb。n型电荷累积区域101na和101nb提供在半导体层101的p型半导体区域101pa和101pb内。就是说，p型半导体区域101pa和n型电荷累积区域101na和101nb从底表面侧(图3中的下表面)到顶表面侧(图3中的上表面)依次形成在半导体层101中。另外，n型电荷累积区域101na和101nb形成为杂质浓度从半导体层101的底表面侧到顶表面侧增加。
杂质浓度高于p型半导体区域101pa和101pb的p型半导体区域101pc在半导体层101的顶表面侧提供为n型电荷累积区域101na和101nb中的空穴累积层。就是说，高浓度p型半导体区域101pc形成为比半导体层101中的n型电荷累积区域101na和101nb更加靠近顶表面。
因此，光敏二极管21形成有所谓的HAD(空穴累积二极管)结构。
如图3至5所示，每个光敏二极管21中累积的信号电荷由转移晶体管22转移到浮置扩散区FD。
光敏二极管21以类似的方式提供在有效像素区域IMG和光学黑区域OPB二者中(见图2)。另外，反向偏压施加给光敏二极管21。
(b)像素晶体管Tr
在固态成像装置1中，像素晶体管Tr提供在图2所示的多个像素P的每一个中。如每个图所示，转移晶体管22、放大晶体管23、选择晶体管24和复位晶体管25提供为像素晶体管Tr。
形成像素晶体管Tr的每个晶体管22至25都提供在半导体层101的顶表面侧，如图3和图4所示。如图5所示，每个晶体管都提供为位于成像平面(xy平面)中的光敏二极管21下方。每个晶体管22至25例如都形成为N沟道MOS晶体管。
例如，有源区域(未示出)形成在半导体层101中像素P之间隔开的区域中，并且晶体管22至25的各栅极电极22G、23G、24G和25G采用多晶硅形成。附带地，尽管未示出，间隙壁(未示出)形成在各栅极电极22G、23G、24G和25G的侧部上。
这些晶体管22至25以类似的方式提供在有效像素区域IMG和光学黑区域OPB二者中(见图2)。
(b-1)转移晶体管22
在像素晶体管Tr中，如图3所示，转移晶体管22提供在半导体层101的顶表面侧。
在此情况下，如图3所示，转移晶体管22的栅极电极22G提供到半导体层101的顶表面，栅极绝缘膜22z介于栅极电极22G和半导体层101之间。
如图3所示，转移晶体管22的栅极电极22G提供为相邻于半导体层101的顶表面中提供的浮置扩散区FD。在栅极绝缘膜22z介于栅极电极22G和沟道形成区域之间的情况下，栅极电极22G提供到转移晶体管22的沟道形成区域，转移晶体管22用于从光敏二极管21将信号电荷转移到浮置扩散区FD。
如图4所示，转移晶体管22构造为输出光敏二极管21中产生的信号电荷到放大晶体管23的栅极作为电信号。
具体地讲，转移晶体管22的栅极提供有来自转移线(未示出)的转移信号TG，因此将光敏二极管21中累积的信号电荷转移到浮置扩散区FD。浮置扩散区FD将电荷转换成电压，并且将该电压输入到放大晶体管23的栅极作为电信号。
(b-2)放大晶体管23
在像素晶体管Tr中，如图3所示，放大晶体管23提供在半导体层101的顶表面侧。
如图3所示，放大晶体管23的栅极电极23G提供到半导体层101的顶表面上，栅极绝缘膜23z介于栅极电极23G和半导体层101之间。放大晶体管23提供在设置到半导体层101的顶表面的选择晶体管24和复位晶体管25之间。
如图4所示，放大晶体管23构造为放大且输出通过在浮置扩散区FD中将电荷转换成电压获得的电信号。
具体地讲，放大晶体管23的栅极通过配线电连接到浮置扩散区FD。另外，放大晶体管23的漏极电连接到电源线(未示出)，电源电势VDD施加到电源线。另外，放大晶体管23的源极电连接到选择晶体管24的漏极。当选择晶体管24由选择信号SEL设定在导通状态时，放大晶体管23提供有恒定电流，并且操作为源跟随器(source follower)。因此，放大晶体管23放大浮置扩散区FD中将电荷转换成电压获得的电信号。
(b-3)选择晶体管24
在像素晶体管Tr中，如图3所示，选择晶体管24提供在半导体层101的顶表面侧。
在此情况下，如图3所示，选择晶体管24的栅极电极24G提供到半导体层101的顶表面，栅极绝缘膜24z介于栅极电极24G和半导体层101之间。选择晶体管24提供为相邻于半导体层101的顶表面中提供的放大晶体管23。
如图4所示，选择晶体管24构造为当选择信号输入到选择晶体管24时将从放大晶体管23输出的电信号输出到垂直信号线(未示出)。
具体地讲，选择晶体管24的栅极电连接到提供有选择信号SEL的地址线(未示出)。当选择晶体管24通过提供有选择信号SEL而设定到导通状态时，选择晶体管24如上所述输出由放大晶体管23放大的输出信号到垂直信号线(未示出)。
(b-4)复位晶体管25
在像素晶体管Tr中，如图3所示，复位晶体管25提供在半导体层101的顶表面侧。
在此情况下，如图3所示，复位晶体管25的栅极电极25G提供到半导体层101的顶表面，栅极绝缘膜25z介于栅极电极25G和半导体层101之间。复位晶体管25提供为相邻于半导体层101的顶表面中提供的放大晶体管23。
如图4所示，复位晶体管25构造为将放大晶体管23的栅极电势复位。
具体地讲，如图4所示，复位晶体管25的栅极连接到提供有复位信号的复位线(未示出)。另外，复位晶体管25的漏极电连接到电源线(未示出)，从而电源电势VDD施加到复位晶体管25的漏极。另外，复位晶体管25的源极电连接到浮置扩散区FD。当复位晶体管25的栅极提供有来自复位线(未示出)的复位信号RST且因此复位晶体管25设定在导通状态时，复位晶体管25通过浮置扩散区FD将放大晶体管23的栅极电势复位到电源电势VDD。
(c)红外线吸收部分31
在固态成像装置1中，红外线吸收部分31提供在图2所示的多个像素P的每一个中。
红外线吸收部分31构造为吸收透过光敏二极管21的红外光，该红外光包括在作为物体图像入射的入射光H中。就是说，在波长长于光敏二极管21选择性吸收的可见光成分的波长的光透过光敏二极管21并且入射在顶表面侧的配线层111上前，较长波长的光和可见光成分包括在从底表面侧入射的入射光H中，红外线吸收部分31选择性地吸收较长波长的光，从而提供光屏蔽。
在本实施例中，如图3所示，红外线吸收部分31包括金属硅化物层301S。金属硅化物层301S提供为覆盖半导体层101中的p型半导体区域101pc的表面。
该金属硅化物层301S提供为与半导体层101中的p型半导体区域101pc形成肖特基结。就是说，红外线吸收部分31形成为构成肖特基二极管，肖特基势垒形成在金属硅化物层301S和半导体层101中的p型半导体区域101pc之间的结部分中。红外线吸收部分31形成为具有吸收红外线的带隙。例如，红外线吸收部分31形成为具有0.6eV(对应于2μm的波长)或者更小的带隙。
例如，金属硅化物层301S由Pt(铂)的硅化物形成。除了Pt(铂)的硅化物，金属硅化物层301S可由Co硅化物、Pd硅化物或Ir硅化物形成。另外，由诸如Au、Ni、Co、Pd、Ir或W等金属形成的金属层可提供为取代金属硅化物层301S。
在红外线吸收部分31中，反向偏压施加给肖特基二极管。具体地讲，如图4所示，金属硅化物层301S电连接到电源线(未示出)，从而电源电势VDD施加到金属硅化物层301S。因此，可防止浮置节点饱和时载流子泄漏在光敏二极管21中。
另外，如图5所示，金属硅化物层301S形成为覆盖成像平面(xy平面)中的光敏二极管21。
红外线吸收部分31以类似的方式提供在有效像素区域IMG和光学黑区域OPB二者中(见图2)。
(d)其它
除了上述，如图3所示，在像素区域PA的有效像素区域IMG中半导体层101的底表面侧(图3中的下表面侧)，滤色器CF和芯片上透镜ML提供为对应于像素P。
滤色器CF例如包括三原色的滤光片层。三原色的滤光片层以拜耳(Bayer)布置设置在各像素P中。滤色器CF例如通过诸如旋涂法等的涂覆法施加包括彩色颜料和光致抗蚀剂树脂的涂覆液体从而形成涂覆膜而形成，其后使涂覆膜通过光刻技术进行图案化处理。
如图3所示，芯片上透镜ML是凸透镜，其中心比其边缘厚，并且构造为通过滤色器CF将入射光H聚集在光敏二极管21的光接收表面JS上。
例如，芯片上透镜ML采用透明有机材料形成，该透明有机材料例如为苯乙烯树脂、丙烯酸树脂或酚醛清漆树脂等。另外，芯片上透镜ML可通过采用诸如SiO2、SiN、SiON、SiCN或HfO等的透明无机材料形成。
另外，如图3所示，配线层111提供到半导体层101的顶表面，以如上所述覆盖像素晶体管Tr和红外线吸收部分31。在配线层111中，电连接到各元件的多件配线111h提供在形成绝缘层111z的多个层间绝缘膜(未示出)之间。就是说，配线层111通过交替堆叠层间绝缘膜(未示出)和各件配线111h而形成。各件配线111h的每一个形成为层叠状态，以用作例如电连接到像素晶体管Tr的配线，例如转移线、地址线、垂直信号线和复位线。另外，在配线层111的配线层111提供有半导体层101的表面相反侧的表面层叠有支撑基板(未示出)以用于加固。
附带地，与图3和图4所示的有效像素区域IMG的像素P相反，滤色器CF和芯片上透镜ML没有提供在像素区域PA的光学黑区域OPB中。光学黑区域OPB提供有光屏蔽膜(未示出)，用于使像素P屏蔽入射光H。
图6A、6B和6C是示出本发明第一实施例中固态成像装置1操作的示意图。
图6A、6B和6C是示出从像素P读出信号时提供到各部分的脉冲信号的时序图。图6A示出了输入到选择晶体管24的栅极的选择信号SEL。图6B示出了输入到转移晶体管22的栅极的转移信号TG。图6C示出了输入到复位晶体管25的栅极的复位信号RST。
首先，如图6A至6C所示，在第一时间点T1，高电平的选择信号SEL和复位信号RST被传输以设定选择晶体管24和复位晶体管25在导通状态。因此，放大晶体管23的栅极电势被复位。
接下来，在第二时间点T2，复位信号RST设定到低电平，以设定复位晶体管25在截止状态。其后，对应于复位电平的电压输出到列电路14作为输出信号。
接下来，在第三时间点T3，高电平的转移信号TG被传输以设定转移晶体管22在导通状态。因此，累积在光敏二极管21中的信号电荷被转移到浮置扩散区FD。
接下来，在第四时间点T4，转移信号TG设定到低电平，以设定转移晶体管22在截止状态。其后，具有对应于转移的信号电荷量的信号电平的电压输出到列电路14作为输出信号。
接下来，在第五时间点T5，转移信号TG和复位信号RST设定到高电平，以设定转移晶体管22和复位晶体管25在导通状态。
其后，在第六时间点T6，选择信号SEL、转移信号TG和复位信号RST设定到低电平，以设定选择晶体管24、转移晶体管22和复位晶体管25在截止状态。
列电路14对首先读出的具有复位电平的信号和稍后读出的具有信号电平的信号进行差分处理(difference processing)，并且存储由差分处理得到的信号。从而，删除例如由提供到每个像素P的每个晶体管的Vth变化导致的固定图案噪声。
因为各晶体管22、24和25的栅极连接在行单元中，该行单元由水平方向x上设置的多个像素P组成，如上所述驱动像素P的操作同时为行单元中设置的多个像素P进行。
具体地讲，像素P由上述垂直驱动电路13提供的选择信号在垂直方向上以水平线(像素行)为单位依次选择。然后，每个像素P的晶体管由从时序发生器18输出的各种时序信号控制。因此，每个像素中的输出信号通过垂直信号线(未示出)输出到像素P的每列中的列电路14。
然后，列电路14中存储的信号由水平驱动电路15选择，并且依次输出到外部输出电路17。
(2)制造方法
将描述制造上述固态成像装置1的制造方法的主要部分。
图7A至7F是本发明第一实施例中固态成像装置的制造方法的示意图。
与图3一样，图7A至7F示出了截面。如图3等所示的固态成像装置1通过依次进行图7A至7F所示的每一个步骤而制造。
(a)P型半导体区域101pa和101pb等的形成
首先，如图7A所示，形成p型半导体区域101pa和101pb等。
在此情况下，例如，制备由n型硅半导体形成的半导体基板101B，其后p型半导体区域101pa和101pb以及n-型电荷累积区域101na形成在半导体基板101B中。
例如，区域101pa、101pb和101na形成为如下所示的杂质浓度范围。具体地讲，区域101pa、101pb和101na通过杂质的离子注入形成。
P型半导体区域101pa和101pb
杂质浓度：1×1016至1×1018cm-3(优选5×1016至5×1017cm-3)
N-型电荷累积区域101na
杂质浓度：1×1015至1×1017cm-3(优选5×1015至5×1016cm-3)
然后，n-型电荷累积区域101nb提供为形成光敏二极管21。
在此情况下，n-型电荷累积区域101nb提供在n-型电荷累积区域101na顶表面侧的浅部分中。
例如，n-型电荷累积区域101nb通过离子注入n型杂质而形成，以便成为如下所示的杂质浓度范围。
N-型电荷累积区域101nb
杂质浓度：1×1016至1×1018cm-3(优选5×1016至5×1017cm-3)
(b)绝缘膜20z和多晶硅膜20S的形成
接下来，如图7B所示，形成绝缘膜20z和多晶硅膜20S。
在此情况下，绝缘膜20z形成在半导体基板101B的顶表面上，该绝缘膜20z为氧化硅膜，其后形成多晶硅膜20S。绝缘膜20z和多晶硅膜20S形成为覆盖形成像素晶体管Tr的各晶体管22、23、24和25的栅极的区域。
具体地讲，作为氧化硅膜的绝缘膜20z通过对半导体基板101B的顶表面进行热氧化处理而形成。然后，多晶硅膜20S例如通过CVD(化学气相沉积)法形成。例如，多晶硅膜20S形成为包括N型杂质。
(c)像素晶体管Tr的形成
接下来，如图7C所示，形成用于形成像素晶体管Tr的每个晶体管22、23、24和25。
在此情况下，各晶体管22、23、24和25的栅极电极22G、23G、24G和25G通过对多晶硅膜20S(见图7B)进行图案化处理而形成。
具体地讲，抗蚀剂图案(未示出)通过光刻技术提供在多晶硅膜20S上，以对应于各晶体管22、23、24和25的栅极电极22G、23G、24G和25G的图案。然后，多晶硅膜20S以抗蚀剂图案(未示出)为掩模蚀刻。因此，各晶体管22、23、24和25的栅极电极22G、23G、24G和25G由多晶硅膜20S形成。
然后，p型半导体区域101pc提供在n-型电荷累积区域101nb中顶表面侧的浅部分中。例如，p型半导体区域101pc通过离子注入p型杂质而形成，以成为如下所示的杂质浓度范围。
P型半导体区域101pc
杂质浓度：1×1017至1×1019cm-3(优选5×1017至5×1018cm-3)
然后，形成各晶体管22、23、24和25的源极和漏极(包括浮置扩散区FD)。例如，各晶体管22、23、24和25的源极和漏极形成为如下所示的杂质浓度范围。
各晶体管22、23、24和25的源极和漏极
杂质浓度：1×1019cm-3或更高
附带地，尽管未示出，但是间隙壁(未示出)形成在各栅极电极22G、23G、24G和25G的侧部上。
(d)金属层301的形成
接下来，如图7D所示，形成金属层301。
在此情况下，如图7D所示，金属层301形成为覆盖半导体基板101B中的p型半导体区域101pc的表面。另外，金属层301形成为覆盖转移晶体管22的栅极电极22G的一部分，绝缘膜(未示出)介于金属层301和转移晶体管22的栅极电极22G的该部分之间。
具体地讲，去除覆盖半导体基板101B的p型半导体区域101pc的表面中要形成金属层301的部分的绝缘膜20z，并且暴露该部分的表面。然后，形成铂(Pt)膜(未示出)。例如，通过溅射法形成厚度为1nm至50nm的铂(Pt)膜。然后，对铂(Pt)膜(未示出)进行图案化处理，从而形成金属层301。
(e)金属硅化物层301S的形成
接下来，如图7E所示，形成金属硅化物层301S。
在此情况下，如图7E所示，金属硅化物层301S通过使金属层301面对半导体基板101B中p型半导体区域101pc的部分合金化而形成。
例如，在氮气环境下根据下面的条件执行退火工艺。从而，金属层301中的铂(Pt)和p型半导体区域101pc中的硅(Si)形成硅化物，并且形成铂硅化物层，从而提供金属硅化物层301S。
退火处理条件
温度：500℃
处理时间：30秒
(f)金属层301的去除
接下来，如图7F所示，去除金属层301。
在此情况下，如图7F所示，去除金属层301中形成金属硅化物层301S的部分之外的部分(见图7E)，并且暴露金属硅化物层301S的表面。
金属层301例如通过采用王水去除。
(g)诸如配线层111等其它构件的形成
接下来，如图3所示，形成诸如配线层111等其它构件。
在此情况下，配线层111提供到半导体基板101B的其上提供各晶体管22、23、24和25的栅极电极22G、23G、24G和25G的表面。例如，配线层111通过形成诸如氧化硅膜等绝缘材料的绝缘层111z且形成诸如铝等金属材料的配线111h而提供。
然后，在提供配线层111后，支撑基板(未示出)层叠到配线层111的上表面。然后，在翻转半导体基板101B后，对半导体基板101B进行薄化处理。例如，CMP(化学机械抛光)工艺执行为薄化工艺。因此，半导体基板101B的一部分从底表面侧去除。
具体地讲，薄化半导体基板101B直到暴露p型半导体区域101pa。例如，半导体基板101B通过执行CMP工艺薄化，从而半导体基板101B具有5至15μm的膜厚度，并且半导体层101由半导体基板101B形成，如图3所示。
然后，如图3所示，滤色器CF和芯片上透镜ML提供在像素区域PA的有效像素区域IMG中半导体层101的底表面侧。
另一方面，与有效像素区域IMG中的像素P相反，滤色器CF和芯片上透镜ML没有提供在像素区域PA的光学黑区域OPB中。使光接收表面JS屏蔽入射光H的光屏蔽膜(未示出)提供在光学黑区域OPB中。例如，光屏蔽膜(未示出)由诸如铝等的金属材料形成。
因此，完成后侧照明型CMOS图像传感器。
(4)总结
如上所述，在本实施例中，接收入射光H并且产生信号电荷的光敏二极管21提供在半导体层101中。该光敏二极管21形成为接收入射光H中的可见光成分的光并且产生信号电荷。另外，用于输出作为电信号的在光敏二极管21中产生的信号电荷的像素晶体管Tr提供在顶表面侧，该顶表面侧为与半导体层101中入射光H入射的底部表面的相反侧。包括连接到像素晶体管Tr的配线111h的配线层111提供为覆盖半导体层101的顶表面上的像素晶体管Tr(见图3)。
此外，红外线吸收部分31提供在半导体层101的顶表面侧，以吸收透过光敏二极管21的透射光，该透射光的波长大于光敏二极管21吸收的光的波长，透过光敏二极管21的透射光和光敏二极管21吸收的光包括在入射光H中。在此情况下，红外线吸收部分31形成为吸收透过光敏二极管21的透射光中的红外光。该红外线吸收部分31提供为介于半导体层101中提供光敏二极管21的部分和配线层111之间。红外线吸收部分31包括肖特基结，并且由肖特基结吸收红外光。红外线吸收部分31的肖特基结通过接合金属硅化物层301S与半导体层101中的p型半导体区域101pc而形成(见图3)。
因此，在本实施例中，红外线吸收部分31在红外光入射在配线层111上前吸收通过半导体层101朝着配线层111传播的红外光。就是说，红外线吸收部分31阻挡红外光。因此，本实施例可防止红外光被配线层111中的配线111h反射，从而防止发生颜色混合，因此改善摄取图像的颜色再现性。
此外，本实施例可防止光学黑(OB)像素中配线层111中的配线111h反射的反射光混合，因此防止OB像素中检测的黑电平信号值的变化。因此，可适当去除噪声成分。
另外，在本实施例中，红外线吸收部分31由金属硅化物层301S和半导体层101中的p型半导体区域101pc之间的肖特基结吸收红外光。
因此，因为肖特基结通过直接在半导体层101上的提供金属硅化物层301S而形成，所以本实施例可提供吸收红外线的效果而不实质改变工艺或增加工艺数目。
因此，本实施例使其能够易于在“后侧照明型”固态成像装置中改善摄取图像的图像质量。
<2.第二实施例>
(1)装置构造等
图8是示出本发明第二实施例中的固态成像装置主要部分的示意图。
与图4一样，图8示出了设置为有效像素的像素P的截面以及每个部分的电连接关系。与图4一样，图3所示的配线层111在图8中未示出。
如图8所示，本实施例中的红外线吸收部分31b与第一实施例的不同。除此以及与此相关的方面外，本实施例与第一实施例类似。因此，将省略相同部分的重复描述。
与第一实施例一样，红外线吸收部分31b构造为吸收透过光敏二极管21的红外光，该红外光包括在作为物体图像入射的入射光H中。
然而，在本实施例中，与第一实施例不同，红外线吸收部分31b提供到半导体层101中的p型半导体区域101pc的表面，绝缘膜20z介于红外线吸收部分31b和p型半导体区域101pc之间，如图8所示。就是说，红外线吸收部分31b与半导体层101隔开，并且绝缘膜20z提供为介于红外线吸收部分31b和半导体层101之间。
红外线吸收部分31b包括多晶硅层300和金属硅化物层301S。多晶硅层300和金属硅化物层301S提供为依次层叠在绝缘膜20z上。
如图8所示，红外线吸收部分31b中的多晶硅层300形成为覆盖半导体层101中的p型半导体区域101pc，绝缘膜20z介于多晶硅层300和p型半导体区域101pc之间。多晶硅层300形成为包括p型杂质。
如图8所示，红外线吸收部分31b中的金属硅化物层301S形成为覆盖半导体层101中的p型半导体区域101pc，绝缘膜20z和多晶硅层300介于金属硅化物层301S和p型半导体区域101pc之间。
金属硅化物层301S提供为与多晶硅层300形成肖特基结。就是说，红外线吸收部分31b形成为构成肖特基二极管，肖特基势垒形成在多晶硅层300和金属硅化物层301S之间的结部分中。红外线吸收部分31b形成为具有吸收红外线的带隙。例如，红外线吸收部分31b形成为具有0.6eV或更小的带隙。例如，金属硅化物层301S由Pt(铂)硅化物形成，与第一实施例一样。
在红外线吸收部分31b中，反向偏压施加到肖特基二极管，与第一实施例一样。具体地讲，如图8所示，多晶硅层300电连接到电源线(未示出)，从而基板电势VSS施加到多晶硅层300。另外，如图8所示，金属硅化物层301S电连接到电源线(未示出)，从而与施加到多晶硅层300的基板电势VSS不同的电源电势VDD施加到金属硅化物层301S。
红外线吸收部分31b以类似的方式提供在有效像素区域IMG和光学黑区域OPB二者中(见图2)。
(2)制造方法
将描述制造如上所述的固态成像装置的制造方法的主要部分。
图9A和9B是本发明第二实施例中固态成像装置的制造方法的示意图。
与图8一样，图9A和9B示出了截面。固态成像装置通过依次进行图9A和9B所示的每个步骤而制造。
(a)多晶硅层300和像素晶体管Tr的形成
首先，如图9A所示，形成多晶硅层300和像素晶体管Tr。
在执行该工艺前，事先与p型半导体区域101pa和101pb等的形成(见图7A)一起执行绝缘膜20z和多晶硅膜20S(见图7B)的形成。
其后，各晶体管22、23、24和25的栅极电极22G、23G、24G和25G通过对多晶硅膜20S(见图7B)进行图案化处理而形成。此外，形成红外线吸收部分31b(见图8)的多晶硅层300也通过对多晶硅膜20S(见图7B)进行图案化处理而形成。
具体地讲，抗蚀剂图案(未示出)通过光刻技术提供在多晶硅膜20S上，以对应于栅极电极22G、23G、24G和25G和多晶硅层300的图案。然后，以抗蚀剂图案(未示出)为掩模蚀刻多晶硅膜20S。多晶硅层300和各晶体管22、23、24和25的栅极电极22G、23G、24G和25G因此由多晶硅膜20S形成。
然后，与第一实施例一样，形成各晶体管22、23、24和25的源极和漏极(包括浮置扩散区FD)。
(b)金属硅化物层301S的形成
接下来，如图9B所示，形成金属硅化物层301S。
在此情况下，铂(Pt)膜(未示出)形成在多晶硅层300的上表面上。例如，厚度为1nm至50nm的铂(Pt)膜通过溅射法形成。然后，铂(Pt)膜面对多晶硅层300的部分合金化，从而形成金属硅化物层301S。
例如，根据与第一实施例类似的条件执行退火工艺。从而，硅化物形成在铂(Pt)层(未示出)和多晶硅层300之间，并且形成铂硅化物层，从而提供金属硅化物层301S。
然后，与第一实施例一样，去除铂(Pt)层(未示出)中形成金属硅化物层301S的部分之外的部分，并且暴露金属硅化物层301S的表面。
其后，与第一实施例一样，形成诸如配线层111等的其它构件。
因此，完成后侧照明型CMOS图像传感器。
(3)总结
如上所述，在本实施例中，与第一实施例一样，红外线吸收部分31b提供为吸收透过光敏二极管21的透射光中的红外光。在此情况下的红外线吸收部分31b包括多晶硅层300，其提供到半导体层101的顶表面，绝缘膜20z介于多晶硅层300和半导体层101的顶表面之间。红外线吸收部分31b的肖特基结通过彼此接合多晶硅层300和金属硅化物层301S而形成。
与第一实施例一样，红外线吸收部分31b在红外光入射在配线层111上前吸收通过半导体层101朝着配线层111传播的红外光。因此，本实施例可防止红外光被配线层111中的配线111h反射，从而防止颜色混合，因此改善摄取图像的颜色再现性。
此外，与第一实施例一样，本实施例可防止光学黑(OB)像素中配线层111中配线111h反射的反射光的混合，因此防止OB像素中检测的黑电平信号值的变化。因此，本实施例可适当去除噪声成分。
另外，在本实施例中，红外线吸收部分31b提供到半导体层101的顶表面，绝缘膜20z介于红外线吸收部分31b和半导体层101的顶表面之间。
因此，因为红外线吸收部分31b的肖特基结没有直接提供在半导体层101上，所以本实施例可提供吸收红外线的作用而不影响光敏二极管的特性。
因此，本实施例使其能够易于改善“后侧照明型”固态成像装置中摄取图像的图像质量。
<3.第三实施例>
(1)装置构造等
图10是示出本发明第三实施例中固态成像装置主要部分的示意图。
与图8一样，图10示出了设置为有效像素的像素P的界面以及每个部分的电连接关系。与图8一样，图3所示的配线层111在图10中未示出。
如图10所示，本实施例中的红外线吸收部分31c与第二实施例的不同。除此以及与此相关的方面外，本实施例与第二实施例类似。因此，将省略相同部分的重复描述。
与第二实施例一样，红外线吸收部分31c构造为吸收透过光敏二极管21的红外光，该红外光包括在作为物体图像入射的入射光H中。
另外，与第二实施例一样，红外线吸收部分31c提供到半导体层101中的p型半导体区域101pc的表面，绝缘膜20z介于红外线吸收部分31c和p型半导体区域101pc之间，如图10所示。
然而，与第二实施例不同，红外线吸收部分31c包括P型部分300Pc和N型部分300Nc，并且红外线吸收部分31c提供在绝缘膜20z上，从而依次堆叠P型部分300Pc和N型部分300Nc。
红外线吸收部分31c中的P型部分300Pc由掺杂有p型杂质的半导体形成。如图10所示，P型部分300Pc形成为覆盖半导体层101中的p型半导体区域101pc，绝缘膜20z介于P型部分300Pc和p型半导体区域101pc之间。
红外线吸收部分31c中的N型部分300Nc由掺杂有n型杂质的半导体形成。如图10所示，N型部分300Nc形成为覆盖半导体层101中的p型半导体区域101pc，绝缘膜20z和P型部分300Pc介于N型部分300Nc和p型半导体区域101pc之间。
N型部分300Nc提供为与P型部分300Pc形成PN结。就是说，红外线吸收部分31c形成为构成PN结二极管，势垒形成在N型部分300Nc和P型部分300Pc之间的结部分中。红外线吸收部分31c形成为具有吸收红外线的带隙。例如，红外线吸收部分31c形成为具有0.6eV或更小的带隙。
例如，P型部分300Pc由掺杂有锌(Zn)的p型InGaAs化合物半导体形成，并且N型部分300Nc由掺杂有硅(Si)的n型InGaAs化合物半导体形成。
除了InGaAs外，P型部分300Pc和N型部分300Nc可由IV或III-V族化合物半导体形成，例如Ge、SiGe、GaAs、InAs或InSb等。另外，P型部分300Pc和N型部分300Nc可由窄带隙的黄铜矿型半导体(chalcopyrite typesemiconductor)形成。
在红外线吸收部分31c中，反向偏压施加到PN结二极管，与第二实施例一样。具体地讲，如图10所示，P型部分300Pc电连接到电源线(未示出)，从而基板电势VSS施加到P型部分300Pc。另外，如图10所示，N型部分300Nc电连接到电源线(未示出)，从而与施加到P型部分300Pc的基板电势VSS不同的电源电势VDD施加到N型部分300Nc。
红外线吸收部分31c以类似的方式提供在有效像素区域IMG和光学黑区域OPB二者中(见图2)。
(2)制造方法
将描述制造如上所述的固态成像装置的制造方法的主要部分。
图11A和11B是本发明第三实施例中的固态成像装置的制造方法的示意图。
与图10一样，图11A和11B示出了截面。固态成像装置通过依次进行图11A和11B所示的每个步骤而制造。
(a)P型部分300Pc的形成
首先，如图11A所示，形成P型部分300Pc。
在执行该工艺前，事先与p型半导体区域101pa和101pb等(见图7A)的形成一起执行绝缘膜20z和多晶硅膜20S(见图7B)的形成。此外，形成像素晶体管Tr(见图7C)。
此后，如图11A所示，形成P型部分300Pc。
在此情况下，如图11A所示，P型部分300Pc形成为覆盖半导体基板101B中的p型半导体区域101pc的表面。
具体地讲，掺杂有锌(Zn)的p型InGaAs化合物半导体膜形成为P型部分300Pc。
(b)N型部分300Nc的形成
接下来，如图11B所示，形成N型部分300Nc。
在此情况下，硅(Si)被离子注入且扩散到P型部分300Pc中要形成N型部分300Nc的部分中。从而形成N型部分300Nc。
其后，与第二实施例一样，形成诸如配线层111等的其它构件。
因此，完成了后侧照明型CMOS图像传感器。
(3)总结
如上所述，在本实施例中，与其它实施例一样，红外线吸收部分31c提供为吸收透过光敏二极管21的透射光中的红外光。在此情况下的红外线吸收部分31c包括PN结，并且由PN结吸收红外光。具体地讲，红外线吸收部分31c包括P型部分300Pc以及与P型部分300Pc导电类型相反的N型部分300Nc。P型部分300Pc提供到半导体层101的顶表面，绝缘膜20z介于P型部分300Pc和半导体层101的顶表面之间。N型部分300Nc提供到半导体层101的顶表面，绝缘膜20z和P型部分300Pc介于N型部分300Nc和半导体层101的顶表面之间。红外线吸收部分31c的PN结通过彼此接合P型部分300Pc和N型部分300Nc而形成。
与其它实施例一样，红外线吸收部分31c在红外光入射在配线层111上前吸收通过半导体层101朝着配线层111传播的红外光。因此，本实施例可防止红外光被配线层111中的配线111h反射，从而防止发生颜色混合，因此改善摄取图像的颜色再现性。
此外，与其它实施例一样，本实施例可防止光学黑(OB)像素中配线层111中配线111h反射的反射光混合，因此防止OB像素中检测的黑电平信号值的变化。因此，本实施例可适当去除噪声成分。
另外，在本实施例中，红外线吸收部分31c由PN结吸收红外光。因此，本实施例可通过采用对红外光的吸收系数高于硅的半导体材料而提供吸收红外线的更好效果。
因此，本实施例使其能够易于改善“后侧照明型”固态成像装置中摄取图像的图像质量。
附带地，红外线吸收部分31c的PN结可为同质结和异质结的任何一种。
<4.第四实施例>
(1)装置构造等
图12是示出本发明第四实施例中固态成像装置主要部分的示意图。
与图10一样，图12示出了设置为有效像素的像素P的截面以及每个部分的电连接关系。与图10一样，图3所示的配线层111在图12中未示出。
如图12所示，本实施例中还提供转移晶体管22d。除此及其相关方面外，本实施例与第三实施例类似。因此，将省略相同部分的重复描述。
如图12所示，转移晶体管22d构造为输出形成红外线吸收部分31c的PN结二极管中产生的信号电荷到放大晶体管23的栅极作为电信号。
具体地讲，转移晶体管22d具有电连接到提供有转移信号TG2的转移线(未示出)的栅极。转移晶体管22d具有电连接到红外线吸收部分31c的N型部分300Nc的源极，并且具有电连接到浮置扩散区FD和放大晶体管23的栅极的漏极。转移晶体管22d的栅极从转移线(未示出)提供有转移信号TG2，从而转移晶体管22d将形成红外线吸收部分31c的PN结二极管中累积的信号电荷转移到浮置扩散区FD。然后，浮置扩散区FD将电荷转换成电压，并且将该电压作为电信号输入到放大晶体管23的栅极。
尽管未示出，但是转移晶体管22d提供在半导体层101的顶表面侧，与图3所示的其它晶体管22、23、24和25一样。就是说，转移晶体管22d的栅极提供到半导体层101的顶表面，栅极绝缘膜介于转移晶体管22d的栅极和半导体层101的顶表面之间。
图13A、13B、13C和13D是示出本发明第四实施例中的固态成像装置操作的示意图。
图13A、13B、13C和13D是示出当信号从像素P读出时提供到各部分的脉冲信号的时序图。图13A示出了输入到选择晶体管24的栅极的选择信号SEL。图13B示出了输入到转移晶体管22的栅极的转移信号TG1。图13C示出了输入到转移晶体管22d的栅极的转移信号TG2。图13D示出了输入到复位晶体管25的栅极的复位信号RST。
首先，如图13A至13D所示，在从第一时间点T1到第五时间点T5前的时间点周期中，分别读出具有可见光复位电平的信号和具有可见光信号电平的信号，与参考图6A至6C所示的第一实施例的情况一样。
具体地讲，如图13A至13D所示，在第一时间点T1，高电平的选择信号SEL和复位信号RST被传输以设定选择晶体管24和复位晶体管25在导通状态。因此将放大晶体管23的栅极电势复位。
接下来，在第二时间点T2，复位信号RST设定到低电平，以设定复位晶体管25在截止状态。其后，对应于复位电平的电压输出到列电路14作为输出信号。
接下来，在第三时间点T3，高电平的转移信号TG1被传输以设定转移晶体管22在导通状态。因此，光敏二极管21中累积的信号电荷转移到浮置扩散区FD。
接下来，在第四时间点T4，转移信号TG1设定到低电平，以设定转移晶体管22在截止状态。其后，具有对应于转移的信号电荷量的信号电平的电压输出到列电路14作为输出信号。
其后，如图13A至13D所示，在第五时间点T5至第九时间点T9前的时间点的周期中，分别读出具有红外光复位电平的信号和具有红外光信号电平的信号。
在此情况下，首先，如图13A至13D所示，在第五时间点T5，高电平的选择信号SEL和复位信号RST被传输以设定选择晶体管24和复位晶体管25在导通状态。因此，再一次将放大晶体管23的栅极电势复位。
接下来，在第六时间点T6，复位信号RST设定到低电平，以设定复位晶体管25在截止状态。其后，对应于复位电平的电压作为输出信号输出到列电路14。
接下来，在第七时间点T7，高电平的转移信号TG2被传输以设定转移晶体管22d在导通状态。因此，形成红外线吸收部分31c的PN结二极管中累积的信号电荷被转移到浮置扩散区FD。
接下来，在第八时间点T8，转移信号TG2设定到低电平以设定转移晶体管22d在截止状态。其后，具有对应于转移的信号电荷量的信号电平的电压输出到列电路14作为输出信号。
接下来，在第九时间点T9，转移信号TG1和TG2以及复位信号RST设定到高电平，以设定转移晶体管22和22d以及复位晶体管25在导通状态。
其后，在第十时间点T10，选择信号SEL、转移信号TG1和TG2以及复位信号RST设定到低电平，以设定选择晶体管24、转移晶体管22和22d以及复位晶体管25在截止状态。
列电路14还对首先读出的具有红外光复位电平的信号和稍后读出的具有红外光信号电平的信号进行差分处理，并且存储通过差分处理产生的信号。从而，例如提供到每个像素的每个晶体管的Vth变化导致的固定图案噪声也在与红外光相关的信号中消除。
因为由水平方向x上设置的多个像素P组成的行单元中各晶体管22、22d、24和25的栅极被连接，所以驱动如上所述的像素P的操作对行单元中设置的多个像素P同时执行。
具体地讲，与其它实施例一样，像素P由垂直驱动电路13提供的选择信号在垂直方向上以水平线(像素行)为单位依次选择。然后，每个像素P的晶体管由时序发生器18输出的各种时序信号控制。因此，每个像素中的输出信号通过垂直信号线(未示出)输出到像素P的每个列中的列电路14。
然后，列电路14中存储的信号由水平驱动电路15选择，并且依次输出到外部输出电路17。
从而，与其它实施例一样，可见光图像由与可见光相关的信号产生。此外，与其它实施例不同，红外光图像由与红外光相关的信号产生。
(2)总结
如上所述，在本实施例中，与第三实施例一样，红外线吸收部分31c提供为吸收透过光敏二极管21的透射光中的红外光。
因此，与第三实施例一样，红外线吸收部分31c在红外光入射在配线层111上前吸收通过半导体层101朝着配线层111传播的红外光。因此，能够防止发生颜色混合，并且因此改善摄取图像的颜色再现性。此外，与第三实施例一样，本实施例可防止光学黑(OB)像素中配线层111中的配线111h反射的反射光混合。因此，可适当去除噪声成分。
因此，本实施例使其能够易于改善“后侧照明型”固态成像装置中摄取图像的图像质量。
另外，在本实施例中，红外线吸收部分31c接收红外光，并且产生信号电荷。然后，像素晶体管Tr输出红外线吸收部分31c中产生的信号电荷作为电信号。
因此，本实施例由与可见光相关的信号产生可见光图像，并且能够由与红外光相关的信号产生红外光图像，与其它实施例不同。就是说，可在相同的空间中产生可见光图像和红外光图像二者。
附带地，在本实施例中，成像优选以采用诸如珀耳帖元件(Peltierelement)等的冷却装置冷却到摄氏负几十度的固态成像装置进行。这可抑制噪声，并且改善S/N比。
另外，成像可通过采用红外光源(红外LED或激光等)以红外线照射的物体进行。
<5.第五实施例>
(1)装置构造等
图14是示出本发明第五实施例中的固态成像装置的主要部分的示意图。
与图10一样，图14示出了提供为有效像素的像素P的截面。与图10不同，图3所示的配线层111示出在图14中。
如图14所示，本实施例中的红外线吸收部分31e与第三实施例的不同。除此及其相关的方面外，本实施例与第三实施例类似。因此，将省略相同部件的重复描述。
与第三实施例一样，红外线吸收部分31e构造为吸收透过光敏二极管21的红外光，该红外光包括在作为物体图像入射的入射光H中。另外，与第三实施例一样，红外线吸收部分31e提供到半导体层101中的p型半导体区域101pc的表面，绝缘膜20z介于红外线吸收部分31e和p型半导体区域101pc之间，如图14所示。另外，红外线吸收部分31e提供为P型部分300Pe和N型部分300Ne依次堆叠。
然而，与第三实施例不同，红外线吸收部分31e从提供光敏二极管21的部分开始延伸在半导体层101的表面之上，从而覆盖转移晶体管22的栅极电极22G。在此情况下，红外线吸收部分31e中延伸为覆盖转移晶体管22的栅极电极22G的部分提供为使形成配线层111的绝缘层111z介于红外线吸收部分31e和转移晶体管22的栅极电极22G之间。
具体地讲，如图14所示，P型部分300Pe中覆盖转移晶体管22的栅极电极22G的延伸部分覆盖转移晶体管22的栅极电极22G，绝缘层111z介于延伸部分和转移晶体管22的栅极电极22G之间。
另外，N型部分300Ne中覆盖转移晶体管22的栅极电极22G的延伸部分覆盖转移晶体管22的栅极电极22G，绝缘层111z和P型部分300Pe介于延伸部分和转移晶体管22的栅极电极22G之间。
红外线吸收部分31e中的P型部分300Pe形成为覆盖转移晶体管22的栅极电极22G以及半导体基板101B中p型半导体区域101pc的表面。其后，n型杂质被离子注入且扩散到P型部分300Pe中要形成N型部分300Ne的部分中。因此，形成N型部分300Ne。与第三实施例一样，N型部分300Ne提供为与P型部分300Pe形成PN结。
在红外线吸收部分31e中，反向偏压施加到PN结二极管，与第三实施例一样。
红外线吸收部分31e以类似的方式提供在有效像素区域IMG和光学黑区域OPB二者中(见图2)。
(2)总结
如上所述，在本实施例中，与第三实施例一样，红外线吸收部分31e提供为吸收透过光敏二极管21的透射光中的红外光。
因此，与第三实施例一样，红外线吸收部分31e在红外光入射在配线层111上前吸收通过半导体层101朝着配线层111传播的红外光。因此，能够防止发生颜色混合，并且因此改善摄取图像的颜色再现性。此外，与第三实施例一样，本实施例可防止光学黑(OB)像素中配线层111中的配线111h反射的反射光混合。因此，可适当去除噪声成分。
特别是，在本实施例中，红外线吸收部分31e包括从提供光敏二极管21的部分开始延伸在半导体层101的表面之上从而覆盖转移晶体管22的栅极电极22G的部分。因此，本实施例可防止光从红外线吸收部分31e和转移晶体管22的栅极电极22G之间的缝隙入射在配线层111上，因此产生更加理想的上述效果。
因此，本实施例使其能够改善“后侧照明型”固态成像装置中摄取图像的图像质量。
<6.其它>
在实施本发明中，本发明不限于上述实施例，而是可采用各种修改示例。
在前述实施例中，已经描述了用于吸收红外线的红外线吸收部分提供为光吸收部分的情况。然而，本发明不限于吸收红外线的情况。除了红外线，波长长于光敏二极管21吸收的光易于透过光敏二极管21。因此，光吸收部分可提供为吸收较长波长的透射光。
在前述实施例中，已经描述了四种晶体管的情况，即转移晶体管、放大晶体管、选择晶体管和复位晶体管提供为像素晶体管。然而，本发明不限于此。例如，本发明可应用于三种晶体管(即转移晶体管、放大晶体管和复位晶体管)提供为像素晶体管的情况。
在前述实施例中，已经描述了为一个光敏二极管提供一个转移晶体管、一个放大晶体管、一个选择晶体管和一个复位晶体管的情况。然而，本发明不限于此。例如，本发明可应用为多个光敏二极管提供一个放大晶体管、一个选择晶体管和一个复位晶体管的情况。
在前述实施例中，已经描述了本发明应用于相机的情况。然而，本发明不限于此。本发明可应用于包括固态成像装置的其它电子设备，例如，扫描仪和复印机等。
另外，在前述实施例中，已经描述了红外线吸收部分采用诸如金属或半导体等的无机材料形成的情况。然而，本发明不限于此。红外线吸收部分可采用有机化合物形成。
另外，各实施例的构造可适当地彼此结合。
附带地，在前述实施例中，固态成像装置1对应于根据本发明实施例的固态成像装置。另外，在前述实施例中，光敏二极管21对应于根据本发明实施例的光电转换部分。另外，在前述实施例中，入射光H对应于根据本发明实施例的入射光。另外，在前述实施例中，半导体层101对应于根据本发明实施例的半导体层。另外，在前述实施例中，红外吸收部分31、31b、31c和31e对应于根据本发明实施例的光吸收部分。另外，在前述实施例中，像素晶体管Tr对应于根据本发明实施例的像素晶体管。另外，在前述实施例中，配线111h对应于根据本发明实施例的配线。另外，在前述实施例中，配线层111对应于根据本发明实施例的配线层。另外，在前述实施例中，p型半导体区域101pa对应于根据本发明实施例的第一杂质区域。另外，在前述实施例中，n型电荷累积区域101na和101nb对应于根据本发明实施例的第二杂质区域。另外，在前述实施例中，p型半导体区域101pc对应于根据本发明实施例的第三杂质区域。另外，在前述实施例中，绝缘膜20z对应于根据本发明实施例的绝缘膜。另外，在前述实施例中，多晶硅层300对应于根据本发明实施例的半导体膜。另外，在前述实施例中，P型部分300Pc和300Pe对应于根据本发明实施例的第一半导体部分。另外，在前述实施例中，N型部分300Nc和300Ne对应于根据本发明实施例的第二半导体部分。另外，在前述实施例中，浮置扩散区FD对应于根据本发明实施例的浮置扩散区。另外，在前述实施例中，转移晶体管22对应于根据本发明实施例的转移晶体管。另外，在前述实施例中，相机40对应于根据本发明实施例的电子设备。
本申请包含2010年10月4日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP2010-225088中公开的相关主题，其全部内容通过引用结合于此。
本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。

Claims (13)

1.一种固态成像装置，包括：
半导体层，包括接收入射光且产生信号电荷的光电转换部分；以及
光吸收部分，用于吸收透过所述光电转换部分且波长长于所述光电转换部分吸收的光的波长的透射光，该透射光包括在所述入射光中，该光吸收部分设置在该半导体层的一个表面的相反侧的该半导体层的另一个表面侧，所述入射光入射在该半导体层的该一个表面上。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，还包括：
像素晶体管，用于输出所述光电转换部分中产生的该信号电荷作为电信号，该像素晶体管设置在所述半导体层的所述另一个表面上；以及
配线层，在所述半导体层的所述另一个表面上覆盖所述像素晶体管，并且包括电连接到所述像素晶体管的配线，
其中所述光吸收部分设置为介于所述半导体层中包括所述光电转换部分的部分和所述配线层之间。
3.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中
所述光电转换部分形成为接收所述入射光中的可见光成分的光，并且产生所述信号电荷，并且
所述光吸收部分形成为吸收透过所述光电转换部分的该透射光中的红外光。
4.根据权利要求3所述的固态成像装置，其中所述光吸收部分包括肖特基结，并且由该肖特基结吸收所述红外光。
5.根据权利要求4所述的固态成像装置，其中所述光吸收部分的所述肖特基结通过将金属层和金属硅化物层之一与所述半导体层接合而形成。
6.根据权利要求5所述的固态成像装置，其中
所述光电转换部分包括
第一导电类型的第一杂质区域，
与所述第一导电类型不同的第二导电类型的第二杂质区域，以及
该第一导电类型的第三杂质区域；
所述第一杂质区域、所述第二杂质区域和所述第三杂质区域从所述一个表面侧到所述另一个表面侧依次形成在所述半导体层中；并且
所述光吸收部分的所述肖特基结通过将所述金属层和所述金属硅化物层之一与所述第三杂质区域接合而形成。
7.根据权利要求4所述的固态成像装置，还包括
绝缘膜，设置在所述半导体层的所述另一个表面上，以介于所述半导体层和所述光吸收部分之间，其中
所述光吸收部分包括半导体膜，该半导体膜设置为使所述绝缘膜介于所述半导体层的所述另一个表面和该半导体膜之间，并且
所述光吸收部分的所述肖特基结通过将金属层和金属硅化物层之一与所述半导体膜接合而形成。
8.根据权利要求3所述的固态成像装置，其中所述光吸收部分包括PN结，并且由该PN结吸收所述红外光。
9.根据权利要求8所述的固态成像装置，还包括
绝缘膜，设置在所述半导体层的所述另一个表面上，以介于所述半导体层和所述光吸收部分之间，
其中所述光吸收部分包括
第一导电类型的第一半导体部分，该第一半导体部分设置为使所述绝缘膜介于所述半导体层的所述另一个表面和该第一半导体部分之间，以及
第二导电类型的第二半导体部分，该第二导电类型与所述第一半导体部分的导电类型相反，该第二半导体部分设置为使所述绝缘膜和所述第一半导体部分介于所述半导体层的所述另一个表面和该第二半导体部分之间，并且
所述光吸收部分的所述PN结通过彼此接合所述第一半导体部分和所述第二半导体部分而形成。
10.根据权利要求9所述的固态成像装置，
其中所述光吸收部分接收所述红外光，并且产生信号电荷，而且
所述像素晶体管设置为进一步输出所述光吸收部分中产生的该信号电荷作为电信号。
11.根据权利要求9所述的固态成像装置，
其中所述像素晶体管包括转移晶体管，该转移晶体管用于将所述光电转换部分中产生的该信号电荷转移到浮置扩散区，并且
在所述半导体层的所述另一个表面上，所述光吸收部分包括从包括有所述光电转换部分的部分延伸以覆盖所述转移晶体管的栅极电极的部分。
12.一种固态成像装置的制造方法，包括：
形成半导体层，该半导体层包括接收入射光且产生信号电荷的光电转换部分；以及
形成光吸收部分，该光吸收部分用于吸收透过所述光电转换部分且波长长于所述光电转换部分吸收的光的波长的透射光，该透射光包括在所述入射光中，该光吸收部分设置在该半导体层的一个表面的相反侧的该半导体层的另一个表面侧，所述入射光入射在该半导体层的该一个表面上。
13.一种电子设备，包括：
半导体层，包括接收入射光且产生信号电荷的光电转换部分；以及
光吸收部分，用于吸收透过所述光电转换部分且波长长于所述光电转换部分吸收的光的波长的透射光，该透射光包括在所述入射光中，该光吸收部分设置在该半导体层的一个表面的相反侧的该半导体层的另一个表面侧，所述入射光入射在该半导体层的该一个表面上。
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