CN102623478A - 固态摄像装置、制造固态摄像装置的方法及电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种固态摄像装置、制造固态摄像装置的方法及电子设备。该固态摄像装置包括：光电转换部分，形成在基板上，并且由光敏二极管组成；摄像区域，其中形成多个像素，每个像素包括用于读出光电转换部分中产生且累积的信号电荷的读出电极；以及挡光膜，在摄像区域的有效像素区域中的光电转换部分正上方具有开口部分，并且对摄像区域的OB像素区域的所述光电转换部分进行挡光，其中OB像素区域中在光电转换部分正上方的挡光膜和基板之间设置的膜仅由氧化硅膜组成。

Description

固态摄像装置、制造固态摄像装置的方法及电子设备
技术领域
本发明涉及摄像装置(image pickup device)。更具体地，本发明涉及固态摄像装置，其中光学黑像素区域由挡光膜挡光，并且本发明涉及制造固态摄像装置的方法。另外，本发明涉及采用固态摄像装置的电子设备。
背景技术
区域传感器或数字静态相机等中采用的电荷耦合装置(CCD)式固态摄像元件主要由多个光敏二极管、垂直转移部分、水平转移部分和输出部分组成。
光敏二极管是光电转换部分，用于使入射光进行光电转换。多个光敏二极管形成在半导体基板上。垂直转移部分是接收然后转移光敏二极管提供的电荷的区域。垂直转移部分由半导体基板之上形成的垂直转移通道和彼此相邻设置在垂直转移通道的上部上的多个垂直转移电极组成。在垂直转移部分中，垂直转移电极被接续驱动，因此在垂直方向上通过垂直转移通道转移电荷。另一方面，水平转移部分是接收然后转移从垂直转移部分提供的电荷的区域。水平转移部分由半导体基板之上形成的水平电荷转移部分和彼此相邻设置在水平电荷转移部分的上部上的多个转移电极组成。在水平转移部分中，水平转移电极被接续驱动，因此在水平方向上通过水平电荷转移通道转移电荷。输出部分形成在水平转移部分的最后阶段中，并且将从水平转移部分转移至此的电荷转换为电压，因此输出所得到的电压。
近年来，在这样的CCD式固态摄像元件中，为了实现大的场角(fieldangle)和高速率转移的目的，要求减小转移电极的阻值。此时，导致这样的问题，随着像素数的增加，每一个像素的光接收面积减小，并且接收的光量减少，因此降低了灵敏度。为了减小阻值、增加光接收面积和减小配线层的阻值等目的，提出了包括兼作用于控制的配线并且连接到垂直转移电极的挡光膜的结构。例如，该技术公开在日本特开2000-81402号公报和特开2009-252840号公报中。
另外，通常，CCD式固态摄像元件的像素区域包括有效像素区域和光学黑(OB)像素区域。在此情况下，有效像素区域输出通过接收光的光电转换产生的电荷。OB像素区域用于获得用作黑电平基准的信号。在OB像素区域中，像素的整个光接收区域用挡光膜覆盖。日本特开平11-186204号公报描述了一种结构，其中有效像素区域中形成的挡光膜和OB像素区域中形成的挡光膜彼此一体形成以彼此电连接。在此情况下，在有效像素区域中在光电转换部分正上方的挡光膜中形成开口部分，而在OB像素区域中，挡光膜形成在光电转换部分之上而不在挡光膜中形成开口部分。
发明内容
尽管通常输出摄像区域的黑电平值的OB像素区域以这样的方式由挡光膜挡光，但是OB像素区域涉及用于降低光学特性的因素，例如，暗电流的产生。为此，希望在OB像素区域中，抑制暗电流的产生，从而改善光学特性。
本发明是为了解决上述问题而提出的，因此希望提供在OB像素区域中抑制产生暗电流的固态摄像装置、制造该固态摄像装置的方法以及采用该固态摄像装置的电子设备。
为了实现上述愿望，根据本发明的实施例，所提供的固态摄像装置包括：光电转换部分，形成在基板上，并且由光敏二极管组成；摄像区域，其中形成多个像素，每个像素包括用于读出光电转换部分中产生且累积的信号电荷的读出电极；以及挡光膜，在摄像区域的有效像素区域中的光电转换部分的正上方具有开口部分，并且对摄像区域的OB像素区域中的光电转换部分进行挡光，其中OB像素区域中的光电转换部分之上的挡光膜和基板之间设置的膜仅由氧化硅膜组成。
在根据本发明实施例的固态摄像装置中，OB像素区域中的光电转换部分之上的基板和挡光膜之间形成的膜仅由氧化硅膜组成。结果，当电势施加给挡光膜时，能够防止在挡光膜和基板之间的层中充电。为此，抑制了由于OB像素区域中的挡光膜和基板之间层中充电引起的暗电流的产生。
根据本发明的另一个实施例，提供制造固态摄像装置的方法。该方法包括：制备包括光电转换部分的基板，该光电转换部分对应于由有效像素区域和OB像素区域组成的摄像区域中接收光的量产生且累积信号电荷；在基板上隔着栅极绝缘膜形成读出电极，用于读出光电转换部分中产生且累积的信号电荷；在读出电极之上形成由氧化硅膜形成的绝缘膜；以及在OB像素区域中仅氧化硅形成的绝缘膜形成在光电转换部分正上方的状态下，在绝缘膜上方形成挡光膜，在所述挡光膜中在有效像素区域中的光电转换部分的正上方形成开口部分，并且挡光膜对OB像素区域中的光电转换部分进行挡光。
在根据本发明实施例的制造固态摄像装置的方法中，挡光膜形成为这样的状态，其中仅由氧化硅膜形成的绝缘膜形成为在OB像素区域中的光电转换部分的正上方。因此，在OB像素区域中的光电转换部分的正上方，仅氧化硅膜设置在挡光膜和基板之间。结果，当电势施加给挡光膜时，能够防止在挡光膜和基板之间的层中充电。为此，抑制了由于在OB像素区域中的挡光膜和基板之间的层中充电而引起暗电流的产生。
根据本发明的进一步实施例，提供电子设备。该电子设备包括：光学透镜；固态摄像装置；以及信号处理电路。该固态摄像装置包括：光电转换部分，形成在基板上，并且由光敏二极管组成；以及摄像区域，其中形成多个像素，每个像素包括用于读出光电转换部分中产生且累积的信号电荷的读出电极。该固态摄像装置还包括：挡光膜，在摄像区域的有效像素区域中光电转换部分的正上方具有开口部分，并且对摄像区域的OB像素区域中的光电转换部分进行挡光；OB像素区域中设置在挡光膜和基板之间的仅由氧化硅膜形成的膜，其中由光学透镜聚集的光入射到固态摄像装置。信号处理电路处理从固态摄像装置输出的输出信号。
在根据本发明进一步实施例的电子设备中，在固态摄像装置中，在OB像素区域中的光电转换部分的正上方，仅氧化硅膜设置在挡光膜和基板之间。结果，在OB像素区域中抑制了暗电流的产生。
如下文所阐述，根据本发明的实施例，能够获得抑制OB像素区域中产生暗电流的固态摄像装置以及其制造方法。另外，通过采用该固态摄像装置，获得了提高图像质量的电子设备。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的CCD式固态摄像装置的总体构造的框图；
图2A和2B分别为根据本发明第一实施例的CCD式固态摄像装置的有效像素区域和OB像素区域结构的俯视平面图；
图3A和3B分别为沿着图2A和2B的A-A线剖取的截面图；
图4是沿着图2A的B-B线剖取的截面图；
图5A和5B分别为示出根据本发明第一实施例的CCD式固态摄像装置的有效像素区域和OB像素区域中制造工艺的俯视平面图；
图6A和6B分别为沿着图5A和5B的A-A线剖取的截面图；
图7是沿着图5A和5B的C-C线剖取的截面图；
图8A和8B分别为根据本发明第一实施例的CCD式固态摄像装置的有效像素区域和OB像素区域中制造工艺的俯视平面图；
图9A和9B分别为沿着图8A和8B的A-A线剖取的截面图；
图10是沿着图8A和8B的C-C线剖取的截面图；
图11A和11B分别为根据本发明第一实施例的CCD式固态摄像装置的有效像素区域和OB像素区域中制造工艺的俯视平面图；
图12A和12B分别为沿着图11A和11B的A-A线剖取的截面图；
图13是沿着图11A的C-C线剖取的截面图；
图14是沿着图11A的B-B线剖取的截面图；
图15A和15B分别为示出根据本发明第一实施例的CCD式固态摄像装置的有效像素区域和OB像素区域中制造工艺的俯视平面图；
图16A和16B分别为沿着图15A和15B的A-A线剖取的截面图；
图17A和17B分别为示出根据本发明第一实施例的CCD式固态摄像装置的有效像素区域和OB像素区域中制造工艺的俯视平面图；
图18A和18B分别为沿着图17A和17B的A-A线剖取的截面图；
图19为沿着图17A的B-B线剖取的截面图；
图20A和20B分别为示出根据本发明第二实施例的CCD式固态摄像装置的有效像素区域和OB像素区域结构的截面图；
图21A和21B分别为示出根据本发明第二实施例的CCD式固态摄像装置的有效像素区域和OB像素区域中制造工艺的截面图；
图22A和22B分别为示出根据本发明第二实施例的CCD式固态摄像装置的有效像素区域和OB像素区域中制造工艺的截面图；
图23是示出根据本发明第三实施例的CCD式固态摄像装置的转移电极结构的俯视平面图；
图24是沿着图23的C-C线剖取的截面图；
图25A和25B分别为沿着图23的A-A线剖取的截面图，并且示出了根据本发明第三实施例的CCD式固态摄像装置的有效像素区域和OB像素区域的截面结构；
图26是示出根据本发明第四实施例的CMOS式固态摄像装置的整体构造的部分电路中的框图；
图27A和27B分别为示出根据本发明第四实施例的CMOS式固态摄像装置的有效像素区域和OB像素区域结构的截面图；
图28是示出根据本发明第五实施例的电子设备构造的框图；以及
图29A和29B分别为现有制造工艺制造的CCD式固态摄像装置的有效像素区域和OB像素区域的截面图。
具体实施方式
本申请的发明人首先进行了下面的检验。图29A和29B是现有制造工艺中制造的CCD式固态摄像装置的截面图。也就是说，图29A和29B分别示出了有效像素区域114和OB像素区域115的截面结构，并且还示出了光电转换部分101以及每一个都相邻于光电转换部分101的垂直转移部分的截面。另外，图29A和29B示出了挡光膜111兼作用于控制转移电极的控制配线的示例。
如图29A和29B所示，由光敏二极管组成的光电转换部分101和转移通道部分102构造在基板100上。在此情况下，转移通道部分102的每一个在垂直方向上转移从光电转换部分101接收的电荷。另外，读出通道部分104形成在光电转换部分101和相邻于光电转换部分101一侧的转移通道部分102之间。另外，用于将相邻像素彼此电隔离的通道停止部分103形成在光电转换部分101周围除了读出通道部分104的区域中。另外，兼作读出电极的转移电极106也隔着栅极氧化物膜105形成在转移通道部分102的上部上。另外，成为抗反射膜107的氮化物膜隔着氧化硅膜形成在光电转换部分101的上部上。
另外，控制配线108隔着绝缘膜112形成在转移电极106的上部上，绝缘膜112由氧化硅膜形成。控制配线108通过绝缘膜112中形成的接触部分109连接到转移电极106。挡光膜111还隔着由氧化硅膜形成的绝缘膜112形成在控制配线108的上部上。在此情况下，挡光膜111形成为对有效像素区域114中光电转换部分101之外的区域进行挡光。就是说，在有效像素区域114中，挡光膜111中形成的开口部分111a在光电转换部分101中开口，并且在OB像素区域115中光电转换部分101被挡光。
以这样的方式，图29A和29B所示的CCD式固态摄像装置是挡光膜111通过控制配线108连接到转移电极106的示例，并且挡光膜111兼作用于控制转移电极106的控制配线。在这样的CCD式固态摄像装置中，所希望的驱动脉冲施加到挡光膜111，这导致转移电极106通过控制配线108被驱动。另外，转移电极106被驱动，从而光电转换部分101中产生且累积的信号电荷通过读出通道部分104转移到转移通道部分102。
另外，挡光膜111在围绕光电转换部分101的区域中弯曲地形成到基板100侧，以便不仅对控制配线108的上部进行挡光，而且对控制配线108的侧部进行挡光。结果，因为控制配线108和接触部分109的侧面都被挡光，所以能够防止倾斜的光通过转移电极106和控制配线108之间的部分而入射到相邻像素的光电转换部分101。另外，OB像素区域115中的挡光膜111通过三层结构形成在基板100上，该三层结构由基板100上形成的绝缘膜112、抗反射膜107和绝缘膜112组成。而且，OB像素区域115中的挡光膜111与有效像素区域114中的挡光膜在相同的工艺中形成，除了不形成开口部分111a外。为此，在OB像素区域115中在光电转换部分101正上方的部分中，一部分挡光膜111形成在比控制配线118上方形成的一部分挡光膜111更靠近基板100的位置。
由氧化硅膜形成的绝缘膜112再次形成在挡光膜111的上部上。另外，光学波导113形成在光敏二极管的上方，并且彩色滤光片层(未示出)和芯片上透镜(未示出)等形成在光学波导113的上部上。如所描述的，在采用现有制造工艺的CCD式固态摄像装置中，有效像素区域114的制造工艺除了形成挡光膜111外与OB像素区域115的相同。为此，甚至在OB像素区域115中，实质上不需要形成的抗反射膜107也形成在光电转换部分101的上方。
当由氮化物膜形成的抗反射膜107形成在也以这样的方式形成在OB像素区域115中的光电转换部分101之上时，由SiO2膜、SiN膜和SiO2膜组成的ONO三层结构形成在挡光膜111下。当挡光膜111仅用作挡光膜时，不必特别改变挡光膜111的电势，并且例如，可保持诸如接地电势的给定电势。然而，对于图29A和29B所示的CCD式固态摄像装置，在既用作给控制配线108提供电势的配线又用作挡光膜111的结构中，挡光膜111的电势被改变。于是，因为通过给挡光膜111施加电压以改变电势，在挡光膜111下形成的ONO三层结构中改变了电势，所以担心在OB像素区域115中产生暗电流。
于是，本申请的发明人发现改变OB像素区域115中挡光膜111下的层结构，从而抑制暗电流的产生。
在下文，将参考图1至图28A和28B详细描述根据本发明第一至第五实施例的固态摄像装置和电子设备。下面，将以如下的顺序描述第一至第五实施例。应当注意的是，本发明不意味着仅限于此。
1.第一实施例：CCD式固态摄像装置
2.第二实施例：CCD式固态摄像装置
3.第三实施例：CCD式固态摄像装置
4.第四实施例：CMOS式固态摄像装置
5.第五实施例：电子设备
1.第一实施例：CCD式固态摄像装置
[1-1整体构造]
图1是示出根据本发明第一实施例的CCD式固态摄像装置的整体构造的框图。如图1所示，第一实施例的CCD式固态摄像装置1包括形成在基板10上的多个光电转换部分11、垂直转移部分5、水平转移部分6和输出部分7。
光电转换部分11的每一个都由对应于光量产生信号电荷的光敏二极管组成。在第一实施例的CCD式固态摄像装置1中，多个光电转换部分11在基板10中的水平方向和垂直方向上形成矩阵。摄像区域4构造在多个光电转换部分11形成矩阵的区域中。
垂直转移部分5采用CCD结构。另外，多个垂直转移部分5对应于在垂直方向上设置的每列光电转换部分11而沿垂直方向形成。垂直转移部分5读出光电转换部分11中累积的信号电荷，因此在垂直方向上转移信号电荷。形成第一实施例中垂直转移部分5的转移阶段例如为通过从转移驱动脉冲电路(未示出)给其施加的转移驱动脉冲的四相驱动(4-phase driven)。另外，在垂直转移部分5的最后阶段，施加转移驱动脉冲，从而最后阶段中保持的信号电荷转移到水平转移部分6。
另外，摄像区域4中设置多个单元像素2，其每一个都由光电转换部分11和相邻于对应的一个光电转换部分11的垂直转移部分5组成。摄像区域4由有效像素区域9和形成在有效像素区域9周围的OB像素区域8组成。按着实际接收的光通过光电转换产生的信号电荷可累积在有效像素区域9中。在OB像素区域8中，光电转换部分11的上部被挡光，并且输出成为黑电平基准的光学黑值。OB像素区域8例如分别形成在摄像区域4的两个端部。
水平转移部分6采用CCD结构，并且形成在垂直转移部分5的最后阶段中的一端。形成水平转移部分6的转移阶段在每个水平线的水平方向上转移已经从垂直转移部分5垂直转移的信号电荷。
输出部分7使水平转移部分6水平转移至此的信号电荷经受电荷到电压转换，因此以视频信号的形式输出所得到的电压。
在具有上述构造的CCD式固态摄像装置1中，光电转换部分11中累积的信号电荷由垂直转移部分5在垂直方向上转移以转移到水平转移部分6的内部。另外，转移到水平转移部分6内的信号电荷分别在水平方向上转移，然后通过输出部分7以视频信号的形式输出。
[1-2主要部分的结构]
图2A和2B分别是示出第一实施例的CCD式固态摄像装置1的有效像素区域9和OB像素区域8的主要部分结构的俯视平面图。图3A和3B分别是沿着有效像素区域9和OB像素区域8中像素的水平方向的截面图，即沿着图2A和2B的A-A线剖取的截面图。另外，图4是沿着有效像素区域9中像素的垂直方向的截面图，即沿着图2A的B-B线剖取的截面图。
如图3A和3B所示，第一实施例的CCD式固态摄像装置1包括基板10、形成在基板10之上的抗反射膜20、第一转移电极15a和第二转移电极15b。另外，第一实施例的CCD式固态摄像装置1还包括形成在第一转移电极15a和第二转移电极15b之上的配线层24和光学波导21。
基板10由硅制作的半导体基板组成。组成光电转换部分11的光敏二极管、组成垂直转移部分5的转移通道部分12以及成为隔离区域以彼此电隔离每两个相邻像素2的通道停止部分13形成在基板10的光入射侧。光电转换部分11、转移通道部分12和通道停止部分13通过注入所希望的杂质离子在基板10中而形成。
如图2A和2B所示，光电转换部分11在基板10的垂直方向和水平方向上形成矩阵。多个转移通道部分12对应于在垂直方向上设置的每列光电转换部分11而沿垂直方向形成。另外，光电转换部分11和相邻于光电转换部分11一侧的转移通道部分12之间的区域用作读出通道部分25，用于读出来自光电转换部分11的信号电荷到转移通道部分12。另外，通道停止部分13是围绕光电转换部分11的区域，并且形成在除了读出通道部分25外的区域中。为此，光电转换部分11中产生且累积的信号电荷通过读出通道部分25读出到相邻于光电转换部分11一侧的转移通道部分12。
第一转移电极15a和第二转移电极15b例如每一个都由多晶硅制造，并且隔着由氧化硅膜形成的栅极绝缘膜14形成在转移通道部分12上。另外，第一转移电极15a和第二转移电极15b由间隙部分3彼此分开，并且交替地形成在垂直方向上。第一转移电极15a形成在相邻于光电转换部分11的中心部分的转移通道部分12之上，并且也形成在包括读出通道部分25的区域中。第二转移电极15b形成在垂直方向上彼此相邻的第一转移电极15a之间，并且也形成为对应于垂直方向上彼此相邻的两个光电转换部分11。
抗反射膜20仅形成在有效像素区域9中，并且也隔着由氧化硅膜形成的绝缘膜22形成在有效像素区域9的光电转换部分11上，以延伸在垂直方向上。关于组成抗反射膜20的材料，仅需该材料在分别包括形成在抗反射膜20下层和上层中的氧化硅膜的层叠结构中显示对基板10的抗反射作用。因此，例如，氮化硅膜可用作组成抗反射膜20的材料。当氮化硅膜用作抗反射膜20时，获得从下层开始由氧化硅膜(折射系数：1.46)、氮化硅膜(折射系数：2.0)和氧化硅膜(折射系数：1.46)组成的层叠结构，因此提供抗反射作用。
组成抗反射膜20的材料不意味着限于氮化硅膜，因此只要该材料相对于氧化硅膜具有较大的折射系数，就可应用于抗反射膜20。另外，具有负固定电荷的材料可用作抗反射膜20的材料。具有负固定电荷的材料膜例如由氧化铪(HfO2)膜、氧化铝(Al2O3)膜、氧化锆(ZrO2)膜、氧化钽(Ta2O5)膜或氧化钛(TiO2)膜形成。沉积该膜的方法例如包括：化学气相沉积法；溅射法；以及原子层沉积法。在采用原子层沉积法时，优选用于在沉积期间减少界面态的SiO2膜同时形成为具有约1nm的厚度。上述材料之外的材料包括：氧化镧(La2O3)；氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)；氧化钕(Nd2O3)；以及氧化钷(Pm2O3)。另外，上述材料包括：氧化钐(Sm2O3)；氧化铕(Eu2O3)；氧化钆(Gad2O3)；氧化铽(Tb2O3)；以及氧化镝(Dy2O3)。而且，上述材料包括：氧化钬(Ho2O3)；氧化铥(Tm2O3)；氧化镱(Yb2O3)；氧化镥(Lu2O3)；以及氧化钇(Y2O3)。而且上述具有负固定电荷的膜还可由氮化铪膜、氮化铝膜、氧氮化铪膜或氧氮化铝形成。
硅(Si)或氮(N)可添加到上述具有负固定电荷的膜，范围为不削弱膜的绝缘性。这样加入的硅(Si)或氮(N)的浓度在不削弱膜绝缘性的范围内确定。硅(Si)或氮(N)以这样的方式加入，因此使其能够提高膜的耐热性以及在工艺中阻挡离子注入的能力。
配线层24由绝缘膜22、每个都形成在绝缘膜22中的第一控制配线17a和第二控制配线17b以及挡光膜19组成。在此情况下，绝缘膜22由氧化硅膜形成，并且形成在基板10的第一转移电极15a和第二转移电极15b的上部上。
第一控制配线17a通过绝缘膜22中形成的接触部分16连接到第一转移电极15a。另外，一个第一配线17a形成为对应于一个第一转移电极15a。
第二控制配线17b由控制电极部分26a和连接配线26b组成。在此情况下，控制电极部分26a通过绝缘膜22中形成的接触部分16连接到第二转移电极15b。另外，连接配线26b在水平方向上连接彼此相邻的控制电极部分26a。就是说，第二控制配线17b形成为第二转移电极15b的每个列。
挡光膜19包括开口部分19a，其在有效像素区域9中的光电转换部分11开口。另外，挡光膜19提供为对第一控制配线17a、第二控制配线17b和OB像素区域8的整个表面进行挡光。另外，挡光膜19弯曲地形成在基板10侧围绕光电转换部分11的区域中，以不仅对第一控制配线17a和第二控制配线17b的上部进行挡光，而且对第一转移电极15a和第二转移电极15b的上部上形成层的侧部进行挡光。
另外，挡光膜19通过绝缘膜22中形成的接触部分18连接到第一控制配线17a，并且由第二控制配线17b的上部之上线性形成的分隔部分19b每行分开。就是说，挡光膜19共同地连接到在水平方向上彼此相邻的第一控制配线17a。另外，在垂直方向上彼此相邻的挡光膜彼此电分离。第一实施例的CCD式固态摄像装置1采用挡光膜19也用作控制配线的结构。在此情况下，施加给第一控制配线17a的驱动脉冲从挡光膜19施加给第一控制配线17a。
另外，在第一实施例中，挡光膜19采用不仅覆盖由第一转移电极15a和第一控制配线17a组成的层叠结构而且覆盖第二转移电极15b和第二控制配线17b组成的层叠结构的侧面的结构。另外，在OB像素区域8中的在光电转换部分11正上方的部分中，挡光膜19形成的位置比第一控制配线17a和第二控制配线17b的上部之上形成的挡光膜19的位置更加靠近基板10侧。
关于组成第一实施例中第一控制配线17a、第二控制配线17b、接触部分16和18以及挡光膜19每一个的材料，不必采用具有挡光性的材料，例如，W、Al、Ru或其合金。另外，这样的材料优选为具有小阻值的材料。另外，由每层由诸如TiN或Ti的金属材料制成的两层或更多层组成的层叠结构也可形成为屏蔽金属膜，位于第一控制配线17a、第二控制配线17b和也用作控制配线的挡光层19的每一个的下层。
在有效像素区域9和OB像素区域8中，光学波导21形成在光电转换部分11之上。另外，在第一实施例中，尽管这里为了简便起见省略了图示，但是因为在有效像素区域9和OB像素区域8中可能都需要层内透镜，所以层内透镜构造在光学波导21的上部上。另外，彩色滤光片层和芯片上透镜隔着平坦化膜依次形成在层内透镜的上部上。
如上所述，在第一实施例的CCD式固态摄像装置1中，在OB像素区域8中，没有抗反射膜20形成在光电转换部分11之上。因此，OB像素区域8采用仅氧化硅膜形成在挡光膜19的下层的结构。
[1-3制造方法]
在下文，将参考图6A和6B至图19，详细描述根据本发明第一实施例的CCD式固态摄像装置1的制造方法。图5A和5B、图8A和8B、图11A和11B、图15A和15B以及图17A和17B分别为示出第一实施例的CCD式固态摄像装置1的有效像素区域9和OB像素区域8中制造工艺的俯视平面图。另外，图6A和6B、图9A和9B、图12A和12B、图16A和16B以及图18A和18B分别为沿着有效像素区域9和OB像素区域8中的像素的水平方向的截面图，也是在对应的制造工艺中沿着图5A和5B、图8A和8B、图11A和11B、图15A和15B以及图17A和17B的A-A剖取的截面图。另外，图14和19分别为沿着形成有效像素区域9的光电转换部分11的区域中垂直方向的截面图，也分别是在对应的制造工艺中沿着图11A和17A的B-B线剖取的截面图。另外，图10和13分别为沿着形成有效像素区域9和OB像素区域8中转移通道部分12的区域中垂直方向的截面图，并且也分别是在对应的制造工艺中沿着图8A和8B以及图11A和11B的C-C线剖取的截面图。
另外，在下面的描述中，抗反射膜20的下层之下形成的绝缘膜22是指“绝缘膜22a”，并且抗反射膜20与第一控制配线17a和第二控制配线17b之间形成的绝缘膜22是指“绝缘膜22b”。另外，接触部分16和挡光膜19之间形成的绝缘膜22是指“绝缘膜22c”。另外，当绝缘膜22a、22b和22c不彼此区别时，为了简便起见，绝缘膜22a、22b和22c统称为“绝缘膜22”。
首先，如图5A和5B、图6A和6B以及图7所示，光电转换部分11、转移通道部分12和通道停止部分13形成在基板10上，并且第一转移电极15a和第二转移电极15b然后形成在转移通道部分12的上部之上。其后，形成抗反射膜20。
如图6A和6B所示，光电转换部分11形成在基板10的成为光照射表面侧的表面侧。另外，多个光电转换部分11形成矩阵。转移通道部分12形成在光电转换部分11和相邻于光电转换部分11一侧的转移通道部分12之间。另外，多个转移通道部分12形成为分别对应于每行光电转换部分11。另外，读出通道部分25形成在相邻于光电转换部分11一侧的转移通道部分12和相关的光电转换部分11之间。通道停止部分13是围绕光电转换部分11的区域，并且形成在除了读出通道部分25外的区域中。光电转换部分11、转移通道部分12、读出通道部分25和通道停止部分13例如通过从基板10的前表面侧注入所希望的杂质离子形成。
如图6A和6B以及图7所示，第一转移电极15a和第二转移电极15b隔着由氧化硅膜形成的栅极绝缘膜14形成在基板10上形成的转移通道部分12的上部上。另外，第一转移电极15a和第二转移电极15b交替地形成在垂直方向上，以在它们之间夹着间隙部分3。第一转移电极15a具有矩形形状，并且形成在转移通道部分12相邻于光电转换部分11中心区域的上部之上。另外，因为第一转移电极15a也用作读出电极，如图6A和6B所示，所以第一转移电极15a形成为延伸在读出通道部分25的上部上。
第二转移电极15b具有矩形形状，类似于第一转移电极15a的情况，并且形成在垂直方向上彼此相邻的每两个第一转移电极15a之间的区域中。形成由多晶硅膜或由非晶硅的任何一个形成的电极层，然后图案化成预定的形状，因此形成第一转移电极15a和第二转移电极15b。第一转移电极15a和第二转移电极15b可通过利用通常的光刻法和干蚀刻法形成，因此形成为相同的层。
其后，由氧化硅膜形成的绝缘膜22a形成为摄像区域4包括第一转移电极15a和第二转移电极15b的整个表面之上的一层，以便埋设在第一转移电极15a和二转移电极15b之间的间隙部分3中。
在完成绝缘膜22a的形成后，抗反射膜20形成在有效像素区域9中的光电转换部分11的正上方。在第一实施例中，如图5A和5B所示，抗反射膜20形成为延伸在垂直方向上，并且也对应于像素的每个列形成。例如，在摄像区域4的整个表面上，氮化硅膜形成于绝缘膜22a上，然后图案化为留在有效像素区域9中的光电转换部分11正上方的部分中，因此形成抗反射膜20。结果，如图4所示，抗反射膜20仅形成在有效像素区域9中的光电转换部分11的上部之上。
接下来，如图8A和8B、图9A和9B以及图10所示，由氧化硅膜形成的绝缘膜22b进一步形成在包括抗反射膜20的绝缘膜22a上，因此形成通过其露出第一转移电极15a和第二转移电极15b的接触孔16a。绝缘膜22b形成为不仅填充有效像素区域9中形成的抗反射膜20，而且填充基板10上通过形成第一转移电极15a和第二转移电极15b形成的不规则，因此获得平坦的表面。
第一转移电极15a和第二转移电极15b的上部上的绝缘膜22b利用适当的蚀刻法选择性去除，因此形成接触孔16a。
接下来，如图11A至14所示，导电材料埋设在接触孔16a中，因此形成接触部分16。另外，具有各自所希望形状的第一控制配线17a和第二控制配线17b形成在绝缘膜22b的上部上，以连接到接触部分16。
在由导电材料制造的导电膜形成在绝缘膜22b包括接触部分16的整个表面上后，由导电材料制作的导电膜利用光刻法和干蚀刻法图案化成所希望的形状，因此形成第一控制配线17a和第二控制配线17b。
第一控制配线17a形成在第一转移电极15a正上方，并且，例如，也形成为具有矩形形状，其尺寸小于覆盖接触部分16的区域中的第一转移电极15a。另外，对于每个第一转移电极15a形成第一控制配线17a。结果，第一转移电极15a和与其对应的第一控制配线17a通过接触部分16彼此连接。
在覆盖在第二转移电极15b正上方形成的接触部分16的区域中，第二控制配线17b由控制电极部分26a和连接配线26b组成。在此情况下，控制电极部分26a例如形成为具有矩形形状，其尺寸上小于第二转移电极15b。另外，连接配线26b连接在水平方向上彼此相邻的控制电极部分26a。就是说，对第二转移电极15b的每个列形成第二控制配线17b，并且也形成为延伸在水平方向上，以电连接水平方向上彼此相邻的第二转移电极15b。如图14所示，在水平方向上彼此相邻的第二转移配线17b中的连接配线26b形成在垂直方向上彼此相邻的光电转换部分11之间的通道停止部分13的上部之上。结果，第二转移电极15b和与其对应的第二控制配线17b通过接触部分16彼此连接，并且水平方向上彼此相邻的第二转移电极15b彼此连接。
接下来，覆盖第一控制配线17a和第二控制配线17b的绝缘膜22c形成为如图15A和15B以及图16A和16B所示。另外，形成接触孔18a和沟槽部分23。在此情况下，第一控制配线17a和第二控制配线17b从绝缘膜22c的表面通过接触孔18a暴露。另外，沟槽部分23在光电转换部分11的上部中从绝缘膜22c的表面形成在深度方向上。
绝缘膜22由氧化硅膜形成，类似于下层中形成的绝缘膜22c的情况，并且也形成为覆盖第一控制配线17a和第二控制配线17b。在由氧化硅膜形成的绝缘膜22c形成在有效像素区域9和OB像素区域8的整个表面上后，从绝缘膜22c的表面进行蚀刻，直到第一控制配线17a和第二控制配线17b暴露，因此形成接触孔18a。
另外，光电转换部分11的上部上的绝缘膜22从其表面蚀刻，因此形成沟槽部分23。有效像素区域9中的沟槽部分23形成到没有到达抗反射膜20的深度。另外，OB像素区域8中的沟槽部分23形成到没有到达基板10表面的深度。参见图3A和3B，有效像素区域9中的沟槽部分23和OB像素区域8中的沟槽部分23形成到相同的深度。在第一实施例中，沟槽23沿着垂直方向的侧表面形成为具有锥形形状，其直径从基板10到绝缘膜22的表面增加。应当注意的是，尽管这里省略了图示，但是沟槽部分23沿着水平方向的侧表面形成为垂直于基板10表面的表面。
接下来，如图17A至19所示，接触部分18通过在接触孔18a中埋设导电材料形成。另外，挡光膜19形成在绝缘膜22上以连接到接触部分18。在由所希望的导电材料制作的导电膜形成在绝缘膜22沿着绝缘膜22中形成的沟槽部分23的形状的表面上后，由所希望的导电材料制作的导电膜利用光刻法和干蚀刻法图案化成所希望的形状，因此形成挡光膜19。在第一实施例中，挡光膜19形成为具有开口部分19a和分隔部分19b。在此情况下，开口部分19a形成在有效像素区域9中的光电转换部分11的正上方。另外，在第二控制配线17b的上部之上对于每行分开分隔部分19b。另外，在第一实施例中，开口部分19a形成为仅在有效像素区域9中的光电转换部分11的上部之上形成的沟槽部分23的底部开口。在此情况下，沟槽部分23的侧表面成为用挡光膜19覆盖的状态。为此，在沟槽部分23中，挡光膜19提供直到靠近基板10的位置。另外，在OB像素区域8中，光电转换部分11的上部没有开口。
对每个行形成的挡光膜19通过第一控制配线17a连接到第一转移电极15a。结果，水平方向上彼此相邻的第一转移电极15a彼此电连接。挡光膜19也用作控制配线，并且用于驱动第一转移电极15a的驱动脉冲从挡光膜19通过第一控制配线17a提供。另外，在第一实施例中，沟槽部分23在光电转换部分11的正上方形成在绝缘膜22中，并且挡光膜19形成为沿着沟槽部分23。为此，挡光膜19可形成在靠近光电转换部分11的部分中，因此，挡光性可在有效像素区域9和OB像素区域8均得到增强。
接下来，如图2A至4所示，在由氧化硅膜形成的绝缘膜22沉积在包括挡光膜19的上部的整个表面上后，光学波导21在光电转换部分11的正上方形成在沟槽23中。例如，折射系数高于作为绝缘膜22的形成材料的氧化硅(SiO2)(折射系数：1.45)的材料等用作光学波导21的形成材料。例如，硅氧烷系列树脂或聚酰亚胺系列树脂等可用作光学波导21的形成材料。另外，在上述的树脂材料中，作为光学波导21的形成材料，可包含诸如氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化钨、氧化锆、氧化锌、氧化铟或氧化铪的金属氧化物颗粒。在此情况下，可使光学波导的折射系数更大。
其后，类似于制造通常CCD式固态摄像装置方法的情况，层内透镜和平坦化膜等形成在光学波导21的上部上。另外，对应于光电转换部分11的彩色滤光片层和芯片上透镜分别依次形成，因此完成了第一实施例的CCD式固态摄像装置1。
在第一实施例的CCD式固态摄像装置1中，在有效像素区域9中，通过光学波导21而入射到基板上的光在光电转换部分11中经受光电转换。结果，对应于光量的信号电荷产生且累积在光电转换部分11中。另外，所希望的驱动脉冲施加给也用作控制配线的挡光膜19，从而所希望的驱动脉冲通过第一控制配线17a提供到第一转移电极15a。结果，光电转换部分11中累积的信号电荷通过读出通道部分25读出到转移通道部分12。对每行驱动第一转移电极15a和第二转移电极15b，从而转移通道部分12中的信号电荷在垂直方向上转移。
另一方面，在OB像素区域8中，光电转换部分11的上部由挡光膜19挡光，因此OB像素区域8中从光电转换部分11输出黑电平值。
在第一实施例的CCD式固态摄像装置1中，没有抗反射膜20形成OB像素区域8中的光电转换部分11的正上方。为此，每个层中仅组成绝缘膜22的氧化硅膜设置在基板10和OB像素区域8中光电转换部分11正上方的挡光膜19之间的部分中。结果，能够防止由于也用作控制配线的挡光膜19的电势变化引起在基板10和挡光膜19之间的绝缘膜22中充电。另外，能够抑制暗电流。
另外，在第一实施例的CCD式固态摄像装置1中，例如，不必对OB像素区域8进行附加的特殊工艺。因此，OB像素区域8可以通常的工艺形成。为此，能够采用与现有技术相同的工艺。因此，可实现在OB像素区域8中抑制暗电流的产生，而不在有效像素区域9上产生影响。
如上所述，在第一实施例中，在具有挡光膜19也用作控制配线并且在有效像素区域9中光电转换部分11正上方包括抗反射膜20的CCD式固态摄像装置1中，能够抑制在OB像素区域8中产生暗电流。
尽管，在第一实施例中，已经描述了有效像素区域9中的光电转换部分11之上为每列形成抗反射膜20的情况，但是，本发明不意味着仅限于此。就是说，可进行各种变化，只要采用没有抗反射膜20形成在OB像素区域8中的光电转换部分11之上的结构。例如，抗反射膜20也可形成为留在有效像素区域9的整个表面上。作为选择，抗反射膜20也可分别单独地形成在有效像素区域9中的光电转换部分11之上。
2.第二实施例：CCD式固态摄像装置
接下来，将详细描述根据本发明第二实施例的CCD式固态摄像装置。因为第二实施例的CCD式固态摄像装置的平面结构与第一实施例的CCD式固态摄像装置相同，所以，为了简便起见，这里省略了其图示。图20A和20B分别是示出第二实施例的CCD式固态摄像装置中有效像素区域9和OB像素区域8结构的截面图。图20A和20B分别对应于沿着图2A和2B的A-A线剖取的截面图。在图20A和20B中，对应于图3A和3B所示的部分分别由相同的参考标号或符号指代，并且为了简便起见，这里省略了其重复的描述。
在第二实施例的CCD式固态摄像装置中，在OB像素区域8中的挡光膜28结构上与第一实施例不同，OB像素区域8中在光电转换部分11正上方的挡光膜28与第一控制配线17a和第二控制配线17b的每个上部之上的挡光膜28形成在相同的层中。就是说，OB像素区域8中光电转换部分11之上的挡光膜28和基板10的表面之间的距离大于第一实施例的情况。另外，还是在第二实施例中，在OB像素区域8中没有抗反射膜20形成在挡光膜28和基板10之间，而是仅氧化硅膜形成在它们之间。
在下文，将参考图21A至22B描述第二实施例的CCD式固态摄像装置的制造方法。
直到形成第一控制配线17a和第二控制配线17b的工艺与第一实施例中的图5A至14所示的相同。在形成第一控制配线17a和第二控制配线17b后，如图21A和21B所示，形成覆盖第一控制配线17a和第二控制配线17b的绝缘膜22c。另外，形成接触孔18a和沟槽部分23。在此情况下，第一控制配线17a和第二控制配线17b从绝缘膜22c的表面通过接触孔18a暴露。另外，沟槽部分23在有效像素区域9中的光电转换部分11的上部中从绝缘膜22的表面形成在深度方向上。
绝缘膜22c由氧化硅膜形成，类似于下层中形成的绝缘膜22b的情况，并且也形成为覆盖第一控制配线17a和第二控制配线17b。在氧化硅膜的绝缘膜22c形成在有效像素区域9和OB像素区域8的整个表面上后，绝缘膜22c被选择性蚀刻，直到第一控制配线17a和第二控制配线17b从绝缘膜22的表面暴露，因此形成接触孔18a。
另外，有效像素区域9中的光电转换部分11的上部上的绝缘膜22从其表面被选择性蚀刻，因此形成沟槽部分23。有效像素区域9中的沟槽部分23形成到没有到达抗反射膜20的深度。还是在第二实施例中，沟槽23沿着垂直方向的侧表面形成为具有锥状形状，其直径从基板10到绝缘膜22的表面增加。应当注意的是，尽管这里省略了图示，但是沟槽部分23在水平方向上的侧表面形成为垂直于基板10表面的表面。另外，在第二实施例中，没有沟槽部分形成在OB像素区域8中的光电转换部分11中。
接下来，如图22A和22B所示，接触部分18通过在接触孔18a中埋设导电材料形成。另外，挡光膜28形成在绝缘膜22上，以连接到接触部分18。在由所希望的导电材料制作的导电膜形成在绝缘膜22的表面上后，由所希望的导电材料制作的导电膜通过利用光刻法和干蚀刻法图案化成所希望的形状，因此形成挡光膜28。在第二实施例中，挡光膜28形成为具有开口部分28a和分隔部分(未示出)。在此情况下，开口部分28a形成为在有效像素区域9中的光电转换部分11的正上方。另外，在第二控制配线17b的上部中，对每行分开分隔部分。
另外，在第二实施例中，开口部分28a形成为仅在有效像素区域9中光电转换部分11的上部之上形成的沟槽部分23的底部有开口。在此情况下，沟槽部分23的侧表面成为用挡光膜28覆盖的状态。为此，在沟槽部分23中，挡光膜28提供为直到靠近基板10的位置。另外，因为在OB像素区域8中光电转换部分11上部之上的部分中，没有沟槽部分23形成在挡光膜28的下层中，所以挡光膜28形成的位置高度高于有效像素区域9中围绕光电转换部分11的挡光膜28。结果，使OB像素区域8中光电转换部分11之上的挡光膜28和基板10之间的距离大于第一实施例的情况。为此，挡光膜28的下层变为难于受到OB像素区域8中光电转换部分11之上形成的挡光膜28的电势的影响。
接下来，如图20A和20B所示，在由氧化硅膜形成的绝缘膜22沉积在包括挡光膜28的上部的整个表面上后，光学波导21在有效像素区域9中的光电转换部分11正上方形成在沟槽23中。例如，折射系数高于作为绝缘膜22的形成材料的氧化硅(SiO2)(折射系数：1.45)等的材料用作光学波导21的形成材料。例如，硅氧烷系列树脂或聚酰亚胺系列树脂等可用作光学波导21的形成材料。另外，在上述的树脂材料中，作为光学波导21的形成材料，可包含诸如氧化钛、氧化钽、氧化铌、氧化钨、氧化锆、氧化锌、氧化铟或氧化铪的金属氧化物颗粒。在此情况下，可使光学波导的折射系数更大。
其后，与通常的CCD式固态摄像装置的制造方法的情况类似，层内透镜和平坦化膜等形成在光学波导21的上部上。另外，分别对应于光电转换部分11的彩色滤光片层和芯片上透镜依次形成，因此完成第二实施例的CCD式固态摄像装置。
因为在第二实施例的CCD式固态摄像装置中，没有沟槽部分形成在OB像素区域8的绝缘膜22中，所以挡光膜28和基板10之间的距离与第一实施例的情况相比变大。因为挡光膜28和基板10之间的距离以这样的方式变大，所以施加给挡光膜28的驱动脉冲的影响与第一实施例的情况相比也可进一步改善。而且，还是在第二实施例中，在OB像素区域8中，挡光膜28和基板10之间的层仅由氧化硅膜组成。为此，防止在挡光膜28和基板10之间的层中充电。结果，能够防止基板10的电势改变，因此能够抑制暗电流的产生。
还是在第二实施例的CCD式固态摄像装置的制造方法中，因为不必给OB像素区域8增加任何新的工艺，所以能够实现工艺整合。另外，能够采用与现有技术相同的工艺。因此，可实现抑制OB像素区域8中暗电流的产生，而不在有效像素区域9上产生影响。
3.第三实施例：CCD式固态摄像装置
接下来，将参考图23至25B描述根据本发明第三实施例的CCD式固态摄像装置。因为第三实施例的CCD式固态摄像装置的总体构造与图1所示的第一实施例的CCD式固态摄像装置1相同，所以为了简便起见，这里省略了其图示。另外，在图23至25B中，对应于图2A和2B至图4所示的部分分别由相同的标号或符号指代，并且为了简便起见，这里省略了其重复的描述。
图23是示出仅组成图1所示的垂直转移部分5的第一转移电极30a和第二转移电极30b的结构的俯视平面图。另外，图24是沿着图23的C-C线剖取的截面图，而图25A和25B分别是沿着图23的A-A线剖取的每个的截面图。应当注意的是，图25A和25B分别示出了对应于有效像素区域9的截面和对应于OB像素区域8的截面，并且还示出了直到形成挡光膜33的状态。
如图24所示，在第三实施例的CCD式固态摄像装置中，第一转移电极30a和第二转移电极30b的每个都隔着由氧化硅膜形成的栅极绝缘膜14形成在转移通道部分12的上部上。另外，第一转移电极30a和第二转移电极30b交替地形成在垂直方向上。第一转移电极30a采用也用作读出电极的结构，并且形成在转移通道部分12和读出通道部分25之上。对于每行，第一转移电极30a和第二转移电极30b分别通过连接配线31a和31b连接。另外，连接配线31a和31b的每个都形成在垂直方向上彼此相邻的光电转换部分11之间的沟道停止13之上。另外，如图24所示，第三实施例中的第一转移电极30a和第二转移电极30b形成为在垂直方向上隔着绝缘膜32部分地重叠。
在这样的CCD式固态摄像装置中，所希望的驱动脉冲分别施加给第一转移电极30a和第二转移电极30b，从而光电转换部分11中累积的信号电荷读出到转移通道部分12，然后在垂直方向上在转移通道部分12内转移。
另外，如图25A和25B所示，挡光膜33隔着绝缘膜32形成在第一转移电极30a和第二转移电极30b的上部上，并且也形成为仅在有效像素区域9中的光电转换部分11正上方的部分有开口。
另外，还是在第三实施例中，与第一实施例的情况类似，抗反射膜35仅形成在有效像素区域9中的光电转换部分11正上方。结果，在OB像素区域8中，仅仅由氧化硅膜形成的绝缘膜32构造在光电转换部分11之上的挡光膜33和基板10之间。
关于第三实施例的CCD式固态摄像装置的制造方法，首先，在由氧化硅膜形成的栅极绝缘膜14形成在基板10上后，形成第一转移电极30a。其后，在由氧化硅膜形成的绝缘膜32形成在覆盖第一转移电极30a的整个表面上后，形成第二转移电极30b。另外，在由氧化硅膜形成的绝缘膜32形成在覆盖第二转移电极30b的整个表面上后，仅在有效像素区域9中光电转换部分11正上方形成抗反射膜35。接下来，由氧化硅膜形成的绝缘膜32进一步形成在整个表面上，然后沟槽部分32a形成在光电转换部分11的上部之上。另外，具有开口部分33a以在有效像素区域9中光电转换部分11的上部之上的部分开口的挡光膜33形成在其中具有沟槽部分32a的绝缘膜32的上部上。其后，尽管为了简便起见这里省略了图示，但是光学波导内透镜、平坦化膜、彩色滤光片层和芯片上透镜利用与现有技术相同的方法形成，因此完成第三实施例的CCD式固态摄像装置。
在第三实施例的CCD式固态摄像装置中，挡光膜33不构成控制配线。然而，还是对于这样的结构，所采用的结构使OB像素区域8中挡光膜33和基板10之间的层仅由氧化硅膜组成，因此使其能够抑制OB像素区域中暗电流的产生。
尽管，在上述的第一至第三实施例的每个中，CCD式固态摄像装置已经描述为示例，但是本发明不意味着仅限于此。在下文，CMOS式固态摄像装置将描述为示例。
4.第四实施例：CMOS式固态摄像装置
[4-1总体构造]
在下文，将参考图26以及图27A和27B详细描述根据本发明第四实施例的CMOS式固态摄像装置。首先，在描述主要部分的结构前，将对第四实施例的CMOS式固态摄像装置的总体构造给出描述。图26是部分以电路的形式的示意性框图，示出了第四实施例的CMOS式固态摄像装置41的总体构造。
如图26所示，第四实施例的CMOS式固态摄像装置41包括摄像区域43，由多个像素42、垂直驱动电路44、列信号处理电路45、水平驱动电路46、输出电路47和控制电路61等组成，它们都提供在由硅制造的基板50上。
像素2由光电转换部分和读出且转移信号电荷的多个MOS晶体管组成，光电转换部分由对应于接收的光量产生信号电荷的光敏二极管组成。另外，多个像素2在基板50上规则地设置为二维阵列。
摄像区域43由基板50上规则设置成二维阵列的多个像素2组成。摄像区域43也由有效像素区域49和OB像素区域48组成。在此情况下，有效像素区域49可在其中累积信号电荷，该信号电荷通过对实际接收光的光电转换产生。另外，OB像素区域48形成在有效像素区域49的周围(两侧)，并且输出成为黑电平基准的光学黑值。
控制电路61根据垂直同步信号、水平同步信号和主时钟产生时钟信号和控制信号等，成为垂直驱动电路44、列信号处理电路45和水平驱动电路46等运行的基准。另外，控制电路61中产生的所有的时钟信号和控制信号等输出到垂直驱动电路44、列信号处理电路45和水平驱动电路46等。
垂直驱动电路44例如由移位寄存器组成，并且在垂直方向上按行接续选择且扫描摄像区域43的像素42。另外，垂直驱动电路44将基于各像素42的光电转换部分中产生的信号电荷的像素信号通过各垂直信号线60提供到列信号处理电路45。
例如，每个像素42的列设置列信号处理电路45。列信号处理电路45利用来自OB像素区域48的信号对于每列的一行执行预定件的信号处理，例如对于从像素42输出的信号的噪声去除和信号放大。水平选择开关(未示出)提供在列信号处理电路45的输出阶段和水平信号线62之间。
水平驱动电路46例如由移位寄存器组成。水平驱动电路46接续地输出水平扫描脉冲，以依次选择列信号处理电路45，因此导致像素信号从列信号处理电路45输出到水平信号线62。
输出电路47对于通过水平信号线62从列信号处理电路45给其接续提供的像素信号执行信号处理。
[4-2主要部分的结构]
图27A和27B分别是示出第四实施例的CMOS式固态摄像装置41中有效像素区域49和OB像素区域48的主要部分结构的截面图。另外，图27A和27B示出了代表组成像素42的一部分晶体管的截面图。另外，第四实施例的CMOS式固态摄像装置41是具有全帧快门功能(global shutter function)的CMOS式固态摄像装置。
如图27A和27B所示，第四实施例的CMOS式固态摄像装置41包括基板50、抗反射膜58和挡光膜57，它们形成在有效像素区域49中基板50的上部上。
基板50由硅制作的硅基板组成。另外，基板50包括由光敏二极管组成的光电转换部分51、转移晶体管Tr1和在光入射侧上选择和读取的晶体管Tr2。
光电转换部分51通过注入所希望的杂质离子到基板50的光入射侧形成，并且对应于入射的光量产生信号电荷。
转移晶体管Tr1由电荷累积部分52和转移栅极电极56组成。在此情况下，电荷累积部分52由基板50上形成的所希望的杂质区域组成。另外，转移栅极电极56隔着由氧化硅膜形成的栅极绝缘膜65形成在基板50上。电荷累积部分52形成为相邻于对应的一个像素42的光电转换部分51，并且也通过注入所希望的杂质离子到基板50的光入射侧而形成。对于转移晶体管Tr1，光电转换部分51中产生且累积的信号电荷在电荷累积部分52中累积的同时从所有的像素42读出。
用于选择和读取的晶体管Tr2由浮置扩散部分53和读出栅极电极55组成。在此情况下，浮置扩散部分53由基板50上形成的所希望杂质区域组成。另外，读出栅极电极55隔着由氧化硅膜形成的栅极绝缘膜65形成在基板50上。浮置扩散部分53形成为相邻于电荷累积部分52，并且也通过注入所希望的杂质离子而形成。对于用于选择和读取的晶体管Tr2，电荷累积部分52中累积的信号电荷选择性地读出到浮置扩散部分53。
尽管图27A和27B示出了多个像素晶体管中的转移晶体管Tr1和用于选择和读取的晶体管Tr2，但是，除此之外，复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管等以与通常的固态摄像装置相同的方式形成。
抗反射膜58仅选择性地形成在有效像素区域49中的光电转换部分51正上方。就是说，没有抗反射膜58形成在OB像素区域48中。与第一实施例的情况相同的材料可用作抗反射膜58的材料。
挡光膜57隔着由氧化硅膜形成的绝缘膜54形成在转移栅极电极56和读出栅极电极55的每个上部上。另外，在有效像素区域49中，挡光膜57包括在光电转换部分51开口的开口部分57a，并且形成在使电荷累积部分52和浮置扩散部分53的每个挡光的区域中。另一方面，在OB像素区域48中，挡光膜57形成在对光电转换部分51、电荷累积部分52和浮置扩散部分53的每个进行挡光的区域中。
除此之外，尽管为了简便起见这里省略了图示，但是用于驱动像素晶体管的配线、彩色滤光片层和芯片上透镜依次形成在基板50的上部之上。使芯片上透镜聚集的光入射到每个像素42的光电转换部分51。
在有效像素区域49中，入射到基板50的光在光电转换部分51中经受光电转换，结果，对应于入射光量的信号电荷产生且累积在光电转换部分51中。另外，在OB像素区域48中，因为在光电转换部分51正上方的部分由挡光膜57挡光，所以没有光入射其上。另外，像素42的光电转换部分51中累积的信号电荷通过导通转移栅极电极56的同时从所有的像素42转移到电荷累积部分52。另外，转移到电荷累积部分52的信号电荷通过导通读出栅极电极55选择性地读出到每个像素42的浮置扩散部分53。读出到浮置扩散部分53的信号电荷由各放大晶体管放大，然后，由选择晶体管选择性地释放到图26所示的各垂直信号线60。其后，像素信号以与通常CMOS式固态摄像装置相同的方式输出。另外，因为在OB像素区域48中光电转换部分51被挡光，所以获得了黑电平的像素信号。
在第四实施例的CMOS式固态摄像装置41中，因为所有像素42的光电转换部分51中累积的信号电荷同时转移到电荷累积部分52，所以曝光时间可设定为所有的像素42在相同的时间。因此，能够实现全帧快门功能，而免于曝光累积时间上的差别。
如上所述，在具有全帧快门功能的CMOS式固态摄像装置41中，当光入射到电荷累积部分52而电荷累积在电荷累积部分52中时，存在电荷累积部分52的电势改变的可能性，因此，不太可能获得精确的像素信号。因此，为了防止光泄漏到电荷累积部分52的目的，优选地，挡光膜57形成为靠近电荷累积部分52。另外，在此情况下，如图27A和27B所示，在OB像素区域48中，基板50和使光电转换部分51挡光的挡光膜57之间的距离也需要制作得很小。在此情况下，在OB像素区域48中，如图27A和27B所示，因为在光电转换部分51正上方的挡光膜57被挡光，所以挡光膜57和基板50的表面之间的距离变得很小。因此，当电势施加到挡光膜57时，由于施加电势的影响，存在暗电流产生在OB像素区域48中的光电转换部分51的可能性。
然而，第四实施例的CMOS式固态摄像装置采用这样的结构，其中，在OB像素区域48中，没有抗反射膜58形成在挡光膜57和基板50之间，并且仅有氧化硅膜形成在挡光膜57和基板50之间。为此，能够防止由于挡光膜57的影响在基板50和挡光膜57之间的层中充电，并且还能抑制OB像素区域48中产生暗电流。
本发明不仅可应用于检测入射可见光量分布并且以图像的形式捕获如此检测的分布的固态摄像装置，而且可应用于以图像的形式捕获红外线、X-射线或粒子等入射量分布的固态摄像装置。另外，在广义上，本发明也可应用于跨过固态摄像装置的范围(物理量分布检测器)，例如，用于检测诸如压力和静电电容的其它物理量分布并且以图像的形式捕获其它物理量的分布的指纹检测传感器。
另外，本发明不意味着仅限于按行依次扫描像素部分中的单元像素并且从单元像素读出像素信号的固态摄像装置。就是说，本发明也可应用于用于选择像素中任意像素并且从像素中如此选择的任意像素中读出信号的X-Y地址式固态摄像装置。
应当注意的是，固态摄像装置可具有以一个芯片的形式形成的形式，或者可具有模块状的形式，具有图像捕获功能，其中共同封装像素部分和信号处理部分或光学系统。
另外，本发明不意味着限于固态摄像装置的应用，因此也可应用于摄像设备。这里，摄像设备是指具有图像捕获功能的电子设备，例如数字静态相机或视频摄像机或者移动电话的照相机系统。应当注意的是，电子设备中安装的上述模块形式，即照相机模块，是指某些情况下的摄像设备。
5.第五实施例：电子设备
接下来，将详细描述根据本发明第五实施例的电子设备。图28是示出根据本发明第五实施例的电子设备200的示意性构造的框图。
第五实施例的电子设备200包括固态摄像装置203、光学透镜201、快门装置202、驱动装置205和信号处理电路204。第五实施例的电子设备200示出了根据本发明第一实施例的上述CCD式固态摄像装置1用作电子设备(照相机)中的固态摄像装置203时的实施例。
光学透镜201将来自物体的图像光(入射光)成像在固态摄像装置203的摄像区域上。结果，信号电荷累积在固态摄像装置203中给定的时间周期。
快门装置202控制光照射的时间周期和固态摄像装置203的挡光时间周期。
驱动装置205根据固态摄像装置203的转移操作和快门装置202的快门操作的控制提供驱动信号。来自固态摄像装置203的信号转移根据从驱动装置205提供的驱动信号(定时信号)执行。信号处理电路204执行各种信号处理。执行信号处理的视频信号存储在诸如存储器的记录介质中或者输出到监视器。
在第五实施例的电子设备200中，因为固态摄像装置203中实现了抑制OB像素区域中产生暗电流，所以提高了摄像质量。
可应用CCD式固态摄像装置1的电子设备200不意味着仅限于照相机，因此可应用于诸如数字静态相机或诸如移动电话的移动设备的照相机模块的摄像设备。
尽管第五实施例的电子设备200采用第一实施例的CCD式固态摄像装置1用作固态摄像装置203的构造，但是无须说第二至第四实施例的任何固态摄像装置也可用于电子设备200。
本申请包含2011年1月26日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP2011-014520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 (12)

1.一种固态摄像装置，包括：
光电转换部分，形成在基板上，并且由光敏二极管组成；
摄像区域，其中形成多个像素，每个像素包括读出电极，所述读出电极用于读出所述光电转换部分中产生且累积的信号电荷；以及
挡光膜，在所述摄像区域的有效像素区域中所述光电转换部分正上方具有开口部分，并且对所述摄像区域的光学黑像素区域中的所述光学转换部分进行挡光，
其中在所述光学黑像素区域中的所述光电转换部分正上方形成在所述挡光膜和所述基板之间的膜仅由氧化硅膜组成。
2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中所述挡光膜连接到所述读出电极，并且用作控制配线，所需电势通过所述控制配线提供到所述读出电极。
3.根据权利要求2所述的固态摄像装置，其中抗反射膜仅形成在所述有效像素区域中形成的所述光电转换部分正上方的氧化硅膜层内。
4.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中与围绕所述有效像素区域中的所述光电转换部分的所述挡光膜相比，所述光学黑像素区域中的所述挡光膜以距所述基板更远的位置形成。
5.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中所述读出电极和所述挡光膜均由W、Al、Ru或其合金材料制成。
6.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中由金属材料制成且具有两层或更多层的层叠结构的屏蔽金属膜形成在所述读出电极和所述挡光膜的每个的下层中。
7.一种制造固态成像装置的方法，包括：
制备基板，该基板在由有效像素区域和光学黑像素区域组成的摄像区域中包括光电转换部分，该光电转换部分对应于接收光的量而产生且累积信号电荷；
在所述基板上方隔着栅极绝缘膜形成读出电极，所述读出电极用于读出所述光电转换部分中累积的信号电荷；
在所述读出电极上方形成由氧化硅膜形成的绝缘膜；以及
以在所述光学黑像素区域中的所述光电转换部分正上方仅形成由氧化硅膜形成的所述绝缘膜的状态，在所述绝缘膜上方形成挡光膜，在所述挡光膜中在所述有效像素区域中的所述光电转换部分的正上方形成开口部分，并且所述挡光膜对所述光学黑像素区域中的所述光电转换部分进行挡光。
8.根据权利要求7所述的制造固态摄像装置的方法，还包括：
在形成所述挡光膜前，在所述有效像素区域中的所述光电转换部分正上方形成抗反射膜。
9.根据权利要求8所述的制造固态摄像装置的方法，其中所述挡光膜形成为电连接到所述读出电极。
10.根据权利要求7所述的制造固态摄像装置的方法，还包括：
在形成所述绝缘膜后，在所述有效像素区域和所述光学黑像素区域的所述光电转换部分上方的所述绝缘膜中形成具有所需深度的沟槽部分，
其中所述挡光膜沿着所述沟槽部分的形状形成在所述绝缘膜上。
11.根据权利要求7所述的制造固态摄像装置的方法，还包括：
在形成所述绝缘膜后，仅在所述有效像素区域的所述光电转换部分正上方的所述绝缘膜中形成具有所需深度的沟槽部分，
其中所述挡光膜沿着所述沟槽部分的形状形成在所述绝缘膜上。
12.一种电子设备，包括：
光学透镜；
固态摄像装置，包括：
光电转换部分，形成在基板上且由光敏二极管组成，
摄像区域，其中形成多个像素，每个像素包括读出电极，所述读出电极用于读出所述光电转换部分中产生且累积的信号电荷；以及
挡光膜，在所述摄像区域的有效像素区域中所述光电转换部分正上方具有开口部分，并且在所述摄像区域的光学黑像素区域中对所述光学转换部分进行挡光，
在所述光学黑像素区域中形成在所述挡光膜和所述基板之间的膜仅由氧化硅膜形成，其中由所述光学透镜聚集的光入射到所述固态摄像装置；以及
信号处理电路，处理从所述固态摄像装置输出的输出信号。
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