CN102668084A

CN102668084A - 固体摄像器件

Info

Publication number: CN102668084A
Application number: CN2011800045670A
Authority: CN
Inventors: 舛冈富士雄; 原田望
Original assignee: Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
Current assignee: Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2012-09-12
Also published as: WO2012056782A1; TW201218364A; JP4769911B1; WO2012056586A1; KR20120125600A; JPWO2012056586A1

Abstract

本发明提供一种固体摄像器件，该固体摄像器件的构成像素的岛状半导体(1a)，具备：第1半导体N⁺区域(2)，形成于衬底上；第2半导体P区域(3)，形成于区域(2)上；第3半导体N区域(6a、6b)，形成于区域(3)的上部侧面区域；绝缘层(4a、4b)，形成于区域(6a、6b)的外周部及区域(2)的下部侧面区域的外周部；栅极导体层(5a、5b)，形成于绝缘层(4a、4b)的外周部，且发挥作为在区域(2)的下部区域形成沟道的栅极电极的功能；光反射导体层(9a、9b)，形成于除了栅极导体层(5a、5b)以外的N区域(6a、6b)及绝缘层(4a、4b)的外周部；第5半导体P⁺区域(10)，形成于区域(3)及区域(6a、6b)上；以及微透镜(11)，形成于区域(10)上，且焦点位于区域(10)的上表面附近。

Description

固体摄像器件

技术领域

本发明涉及一种固体摄像器件，尤其是涉及一种能够实现高像素密度、高分辨率、低混色、高灵敏度的固体摄像器件。

背景技术

目前CCD及CMOS固体摄像器件已广泛地用在视讯摄影机(videocamera)、静物摄影机(still camera)等中。而且，始终被要求能够提高固体摄像器件的高像素密度化、高分辨率化、彩色摄像中的低混色化、加上高灵敏度化等的性能。相对于此，为了要实现固体摄像器件的高分辨率化已有进行一种用于像素高密度化等的技术革新。

图12A至图12B及图13显示现有技术的固体摄像器件。

图12A显示现有技术例的在1个岛状半导体30构成有1个像素的固体摄像器件的剖视图(例如，参照专利文献1)。如图12A所示，在该构成像素的岛状半导体30中，于图中未示出的衬底上，形成有信号线半导体N⁺区域31(以下，将「半导体N⁺区域」当作含有较多施体杂质的半导体区域)。在该信号线半导体N⁺区域31上形成有半导体P区域32(以下，将「半导体P区域」当作含有受体杂质的半导体区域)，且在该半导体P区域32的外周部形成有绝缘层33a、33b，并夹介存在该绝缘层33a、33b而形成有栅极导体层34a、34b。在该栅极导体层34a、34b的上方部位的半导体P区域的外周部，形成有半导体N区域35a、35b(以下，将「半导体N区域」当作含有施体杂质的半导体区域)。在该半导体N区域35a、35b及半导体P区域32上，于岛状半导体30的上部形成有半导体P⁺区域36(以下，将「半导体P⁺区域」当作含有较多受体杂质的半导体区域)。该半导体P⁺区域36连接于像素选择线37a、37b。上述的绝缘层33a、33b，在包围岛状半导体30的外周部的状态下相互地连接。同样地，栅极导体层34a、34b、半导体N区域35a、35b也是在包围岛状半导体30的外周部的状态下相互地连接。

针对该岛状半导体30，从岛状半导体30上面的半导体P⁺区域36侧照射属于一种电磁能量波的光。在岛状半导体30内，形成有由半导体P区域32与半导体N区域35a、35b所构成的光电二极管区域，且通过该光照射，可在该光电二极管区域的光电转换区域产生信号电荷(在此为自由电子)。然后，该信号电荷，蓄积于光电二极管区域的半导体区域35a、35b。又，在岛状半导体30内构成有接合晶体管，该接合晶体管将该半导体N区域35a、35b当作栅极，将半导体P⁺区域36当作源极，将信号线半导体N⁺区域31附近的半导体P区域32当作漏极。然后，接合晶体管的漏极源极间电流(输出信号)，对应蓄积于半导体N区域35a、35b的信号电荷量而产生变化，且可通过从信号线半导体N⁺区域31取出至外部，并读出至外部。更且，在岛状半导体30内形成有MOS晶体管，该MOS晶体管将光电二极管的半导体N区域35a、35b当作源极，将栅极导体层34a、34b当作栅极，将信号线半导体N⁺区域31当作漏极，将位于半导体N区域35a、35b与信号线半导体N⁺区域31之间的半导体P区域32当作沟道。然后，蓄积于该半导体N区域35a、35b的信号电荷，通过在MOS晶体管的栅极导体层34a、34b施加正接通电压(plus on voltage)，而可在信号线半导体N⁺区域31予以去除。

该固体摄像器件的摄像动作，包含：信号电荷蓄积动作，在对信号线半导体N⁺区域31、栅极导体层34a、34b、半导体P⁺区域36施加有接地电压(0V)的状态下，将通过从岛状半导体30的上面入射的光线的照射而在光电转换区域(光电二极管区域)产生的信号电荷，蓄积于半导体N区域35a、35b；信号电荷读出动作，在对信号线半导体N⁺区域31与栅极导体层34a、34b施加有接地电压，并且对半导体P⁺区域36施加有正电压的状态下，读出接合晶体管的漏极源极间电流作为输出信号，该漏极源极间电流通过按照蓄积信号电荷量而产生变化的半导体N区域35a、35b的电位来调变所得；以及重置(reset)动作，在该信号电荷读出动作的后，在对半导体P⁺区域36施加有接地电压，并且对栅极导体层34a、34b及信号线半导体N⁺区域31施加有正电压的状态下，将蓄积于半导体N区域35a、35b的信号电荷在信号线半导体N⁺区域31予以去除。

图12B显示来自照射光波长λ为蓝色光(λ=400nm)、绿色光(λ=550nm)、红色光(λ=700nm)、红外线光(λ=870nm)中的光照射面的光吸收强度I对Si(硅)深度(μm)的关系。当以照射表面的光吸收强度I₀来将光吸收强度规格化时，规格化值I/I₀相对于光的进入深度以指数函数方式而减少。图12B显示：蓝色光以深度1μm左右大部分被吸收，相对于此在绿色光方面光是到达5μm，而在红色光方面光是到达10μm以上的深度，因此而产生信号电荷。在实际的固体摄像器件中，例如非专利文献1所记载，需要将感光区域的深度设为2.5μm至3μm，以吸收绿色光的80%。

图12A的固体摄像器件中的光电转换区域，为通过半导体P区域32及半导体N区域35a、35b而形成的光电二极管区域。因此，因上述的理由，该光电二极管区域的高度Ld需为2.5μm至3μm。目前排列成二维状的像素的间距，在制品化的固体摄像器件之中最小的为1.4μm，就间距为0.9μm的制品而言也已被公布(例如，参照非专利文献2)。而且，更被要求像素间距的缩小化。又，由于彼此邻接、且将构成像素的岛状半导体30间的距离予以缩小，也可提高在光电二极管区域有效地接受光线的受光率，且也有助于提高固体摄像器件的灵敏度，所以也被要求邻接的岛状半导体30之间的距离的缩小化。在设计规则为0.2μm(200nm)的情况下，通常是将邻接的岛状半导体30间的距离加工成尽可能接近该0.2μm的尺寸。该情况下，岛状半导体间的高宽比(邻接的岛状半导体间的深度长度对距离长度的比)为12.5至15，或15以上。亦即，有必要在形成于宽度较细且较深的岛状半导体30间的沟渠内，形成MOS晶体管的栅极导体层34a、34b。又，必须在岛状半导体30的底部形成信号线半导体N⁺区域31。因此，导致固体摄像器件的制造变得困难。如前所述，在构成固体摄像器件的岛状半导体30中，由于需要高度Ld为2.5μm至3μm的光电二极管区域，故难以达成固体摄像器件的高像素密度化及高灵敏度化。因此，在固体摄像器件中，被要求一种不会发生灵敏度的降低，而可降低光电二极管区域的高度Ld的技术。

又，在实际的摄像时，如图12A所示从斜方向对作为像素的岛状半导体30入射的光线38也会入射于与构成该像素的岛状半导体30邻接的岛状半导体30的光电二极管区域。通过该像素内的收光率的降低，就会发生本来应在构成1个像素的岛状半导体30产生的信号电荷被分散于周边的构成像素的岛状半导体30的问题。借此会发生固体摄像器件的分辨率的降低、或彩色摄像中的混色。如此的不良情形，若像素越高密度化就会越大。

又，为了防止如此的收光率的降低，如图13所示，在半导体器件中，有存在一种于光电二极管区域41的上部设置金属壁39a、39b的技术(例如，参照专利文献2)。在该像素构造中，于半导体衬底40内形成有光电二极管区域41，并且在光电二极管区域41的周边形成有组件隔离区域42、与MOS晶体管的源极漏极区域43a、43b。在形成于半导体衬底40上的第1层间绝缘膜44内，形成有包围MOS晶体管的栅极电极45、接触窗(contact hole)46a、光电二极管区域41的金属壁39a、39b。在图1层间绝缘层44上形成有图2层间绝缘层47，进而在图2层间绝缘层47上依序形成有SiO2膜48、SiN膜49、微透镜50。在图2层间绝缘层47内形成有电路配线用的接触窗46b、46c，并且在图2层间绝缘层47上形成有金属配线51a、51b、51c、51d。

在该半导体器件中，通过微透镜50的光线52a、52b、52c、52d，在金属壁39a、39b反射，且入射于光电二极管区域41。借此，可改善从微透镜50入射的光线入射于光电二极管区域41的收光率。但是，此等的入射光线由于是从斜方向对光电二极管41表面入射，所以入射于光电二极管41的光线53a、53b、53c、53d的一部分，会泄漏于与该像素邻接的像素。

其它，作为改善1个像素内的收光率的技术，为人所知者有：在形成于微透镜与光电二极管区域之间的彩色滤光片(color filter)层内设置金属壁的技术(例如，参照专利文献3)、或在光电二极管区域的上部形成光波路的技术(例如，参照专利文献4)等。然而，即使通过此等的技术，由于入射光线也会从斜方向入射于光电二极管区域的表面，所以入射于光电二极管区域的入射光线的一部分，会泄漏于与该像素邻接的像素。

[专利文献]

(专利文献1)国际公开第2009/034623号

(专利文献2)美国专利申请案公开第2008/0185622号说明书

(专利文献3)美国专利申请案公开第2009/0101946号说明书

(专利文献4)美国专利申请案公开第2008/0145965号说明书

[非专利文献]

(非专利文献1)G.Agranov,R.Mauritzson;J.Ladd,A.Dokoutchaev,X.fan,X.Li,Z.Yin,R.Johnson,V.lenchenkov,S.Nagaraja,W.Gazeley,J.Bai,H.Lee,泷泽义顺;"CMOS影像传感器的像素尺寸缩小与特性比较"、影像信息媒体学会报告、ITE技术报告第33卷,第38期,第9-12页(2009年9月)

(非专利文献2)S.G.Wuu,C.C.Wang,B.C.Hseih,Y.L.Tu,C.H.Tseng,T.H.Hsu,R.S.Hsiao,S.Takahashi,R.J.Lin,C.S.Tsai,Y.P.Chao,K.Y.Chou,P.S.CHOU,H.Y.Tu,F.L.Hsueh,L.Tran;"A Leading-Edge 0.9μm Pixel CMOSImage Sensor Technology with Backside Illumination:Future Challenges forPixel Scaling"（一种尖端的0.9μm像素CMOS背面照明图像传感器技术：像素扩展的未来挑战）,IEDM2010文摘,14.1.1(2010)

发明内容

（发明所欲解决的课题）

图12A所示的固体摄像器件，由于是通过1个岛状半导体30而形成1个像素，所以适于高像素密度化。因而，只要应用尖端细微加工技术，就可谋求从光照射面看到的平面上的像素尺寸的高像素密度化。但是，当应用非专利文献1所记载的光吸收的条件时，若依据图12B的曲线图，则在以Si形成岛状半导体的情况下，光电二极管区域的高度Ld需为2.5μm至3μm。该光电二极管区域所需的高度Ld，即便随着像素的高密度化的进展也不会有所改变。此外，为了要提高灵敏度，而被要求岛状半导体30间的距离的缩小化。因此，就需要进行较高的高宽比(岛状半导体30间的距离与光电二极管区域的高度的比)的岛状半导体间的加工。因而，为了要在形成于宽度较细且较深的岛状半导体30间的沟渠内，形成MOS晶体管的栅极导体层34a、34b，并且在岛状半导体30的底部形成信号线N⁺区域31，就会发生制造上的困难。如此要形成取决于岛状半导体30的像素构造是有困难的，且此将使固体摄像器件的高像素密度化与高灵敏度化更为困难。因此，在固体摄像器件中，被要求一种不会产生灵敏度的降低而可降低光电二极管区域的高度Ld的技术。

此外，如上所述，在现有技术的固体摄像器件中，从斜方向入射于构成像素的岛状半导体30的光线38，有时会入射于与该岛状半导体30邻接的岛状半导体30的光电二极管区域。通过构成该1个像素的1个岛状半导体30内的收光率的降低，就会发生本来应在1个像素(岛状半导体30)产生的信号电荷分散于周边的像素(岛状半导体30)的问题。借此就会发生固体摄像器件的分辨率的降低、或彩色摄像中的混色。该混色由于会使彩色再生影像的画质降低，所以被要求低混色化。

又，图13所示的像素构造(例如，参照专利文献2)，在光电二极管区域41的上设置金属壁39a、39b以提高收光率的技术。在该技术中的光电二极管区域41的上部，使朝与该像素邻接的像素的光泄漏减少而借此提高收光率。然而，由于以斜方向入射于光电二极管区域41的光线的一部分，会入射于与该像素邻接的像素，所以无法避开固体摄像器件的分辨率的降低、或彩色摄像中的混色。如此的情事，即使在专利文献3及专利文献4所揭示的现有技术例的固体摄像器件中也是同样的。该收光率的降低，若越进行高像素密度化就会越大。因此，有被要求一种可改善入射于光电二极管区域41的表面的光线的收光率的降低的技术。

本发明有鉴于上述情事而开发完成者，尤其是其目的在于实现一种能够获得高像素密度、高分辨率、低混色、高灵敏度的固体摄像器件。

（解决问题的手段）

为了达成上述目的，本发明的固体摄像器件，具有多个像素排列成二维状，其特征在于，

在衬底上形成有构成所述多个像素的多个岛状半导体，

所述各岛状半导体分别具有：

第1半导体区域，形成于该岛状半导体下部；

第2半导体区域，形成于所述第1半导体区域上且为与所述第1半导体领域相反的导电型或固有半导体；

第3半导体区域，形成于所述第2半导体区域的上部侧面区域且为与所述第1半导体区域相同的导电型；

第4半导体区域，形成于所述第3半导体区域的外周部且为与所述第1半导体区域相反的导电型；

绝缘层，形成于所述第4半导体区域及所述第2半导体区域的下部侧面区域的外周部；

导体层，形成于所述绝缘层的外周部，且作为于所述第2半导体区域的下部区域形成沟道的栅极电极而发挥功能；

反射导体层，形成于所述第3半导体区域、所述第4半导体区域及所述绝缘层的外周部，而反射电磁能量波；

第5半导体区域，形成于所述第2半导体区域及所述第3半导体区域的上部区域，且为与所述第4半导体区域相同的导电型；以及

微透镜，形成于所述第5半导体领域上，焦点在该第5半导体区域上表面附近的位置；

所述岛状半导体含有：作为光电变换部而发挥功能的部位；作为信号电荷蓄积部而发挥功能的部位；作为信号电荷读取部而发挥功能的部位；以及作为蓄积信号电荷去除部而发挥功能的部位；

所述光电变换部由以所述第2半导体区域及所述第3半导体区域构成的光电二极管区域所构成，通过入射至所述微透镜的电磁能量波而于所述光电变换部产生信号电荷；

所述信号电荷蓄积部由所述第3半导体区域构成且将于所述光电变换部中产生的信号电荷加以蓄积：

所述信号电荷读取部由以所述第5半导体区域、所述第2半导体区域的下部区域作为漏极或源极，且以所述信号电荷蓄积部为栅极的接合晶体管所构成，并且以将对应于蓄积在所述信号电荷蓄积部的信号电荷量而变化的于所述接合晶体管的漏极与源极间流动的漏极/源极间电流作为输出信号而读取的方式发挥功能；

所述蓄积信号电荷去除部由以所述第1半导体区域作为漏极、以所述导体层作为栅极、以所述第3半导体区域作为源极、以被所述第1半导体区域和所述第3半导体区域挟持的所述第2半导体区域作为沟道的MOS晶体管所构成，且通过于所述导体层施加预定电压而将蓄积于所述信号电荷蓄积部的信号电荷去除到所述第1半导体区域的方式发挥功能。

又，在本发明的较佳实施方式中，在所述固体摄像器件中，通过该固体摄像器件而执行的摄像动作，通过该固体摄像器件而执行的摄像动作含有：

信号电荷蓄积动作，将在所述光电转换部所产生的信号电荷蓄积于所述第3半导体区域；

信号电荷读取动作，对应于蓄积在所述第3半导体区域的信号电荷量，读取所述接合晶体管的所述漏极/源极间电流作为输出信号；及

蓄积信号电荷去除动作，于所述导体层施加预定电压，而将蓄积于所述第3半导体区域的蓄积信号电荷去除到所述第1半导体区域；

在所述信号电荷蓄积动作、所述信号电荷读取动作及所述蓄积信号电荷去除动作的各动作中，于所述第4半导体区域蓄积与所述信号电荷相反极性的电荷。

又，在本发明的较佳实施方式中，取代所述第1半导体区域而具有：与所述第2半导体为相同的导电型的第6半导体区域或与所述第2半导体为相反的导电型的第9半导体区域；第7半导体区域，与所述第2半导体区域为相同的导电型且与所述第2半导体区域相连；以及第8半导体区域，为与所述第2半导体区域相反的导电型；其中，所述第6半导体区域、所述第9半导体区域附近的所述第2半导体区域的下部区域分别为所述接合晶体管的漏极、源极，所述第8半导体区域为所述MOS晶体管的漏极。

又，在本发明的较佳实施方式中，还具有形成于所述岛状半导体的下方区域的反射层。

又，在本发明的较佳实施方式中，还具有：光透过绝缘层，形成于所述岛状半导体的下方区域；以及光吸收层，形成于该光透过绝缘层的下方区域；

所述光透过绝缘层的厚度以下述方式设定：使从所述微透镜入射而一边于所述导体层及所述反射导体层被反射一边通过所述第1至第4半导体区域而到达所述光透过绝缘层的光的反射率成为当所述光为绿色光时则反射率相对性地变大，而当所述光为红色光时则反射率相对性地变小。

所述光透过绝缘层的厚度以下述方式设定：使从所述微透镜入射而一边于所述导体层及所述反射导体层被反射一边通过所述第1至第4半导体区域而到达所述光透过绝缘层的光的反射率成为当所述光为绿色光及红色光时则反射率相对性地变大。

又，在本发明的较佳实施方式中，还具有：

形成于所述微透镜与所述岛状半导体之间的光透明中间层；

所述微透镜的焦点在所述光透明中间层的内部的位置。

又，在本发明的较佳实施方式中，于所述岛状半导体上部的中央表层部形成有凹部或凸部；

以所述凹部的凹状面或所述凸部的凸状面作为境界面而彼此连接的2个物质区域的光折射率彼此相异。

又，在本发明的较佳实施方式中，具有形成于所述微透镜与所述岛状半导体之间的光透明中间层；

从所述微透镜的外周部的1点入射，通过该微透镜的中心线及所述光透明中间层而到达所述岛状半导体上部的外周部的1点的光线、和与所述第5半导体区域的上表面正交的线间的角度θi为小于布鲁斯特角θb(=tan^-1(N₁/N₂)；其中，N₁为所述光透明中间层的折射率，N₂为所述第5半导体区域的折射率)。

又，在本发明的较佳实施方式中，所述多个像素排列成正方格状、矩形格状、或交错状；

于所述多个像素内，还具有：

于纵向延伸的多条导体配线，使在所述多个像素内于纵向排列的多个像素的所述第1半导体区域互相电性连接；

于横向延伸的多条导体配线，使在所述多个像素内于横向排列的多个像素的所述导体层互相电性连接；以及

于横向延伸的多条反射导体配线，使在所述多个像素内于横向排列的多个像素的所述反射导体层彼此电性连接；

所述于横向延伸的导体配线与所述反射导体配线以从对于所述多个像素的电磁能量波照射方向观看彼此不会上下重叠的方式于纵向交互排列。

又，在本发明的较佳实施方式中，所述多个像素的各个的所述反射导体层与该像素的所述第5半导体区域电性分离，所述多个像素的所有所述反射导体层遍及存在有所述多个像素的像素区域而以将该像素区域覆盖的方式彼此相连。

（发明效果）

依据本发明，可提供一种能实现高像素密度、高分辨率、低混色、高灵敏度的固体摄像器件。

附图说明

图1A为显示本发明第1实施例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图1B为从第1实施例的固体摄像器件的光入射面侧看到的俯视示意图。

图1C为显示第1实施例的固体摄像器件中的邻接的2个像素(岛状半导体)的立体构造的立体构造示意图。

图2A为显示现有技术例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图2B为沿着图2A的A-A’线的电位分布图。

图2C为显示本发明第2实施例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图2D为沿着图2C的B-B’线的电位分布图。

图2E为沿着图2C的B-B’线的电位分布图。

图2F为从第2实施例的固体摄像器件的光入射面侧看到的俯视示意图。

图3A为显示第2实施例的变化例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图3B为沿着图3A的C-C’线的电位分布图。

图4A为显示第2实施例的变化例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图4B为沿着图4A的D-D’线的电位分布图。

图5A为显示本发明第3实施例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图5B为显示第3实施例的变化例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图6A为显示本发明第4实施例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图6B为显示第4实施例的固体摄像器件的在光透明绝缘层(SiO₂层)表面的绿色光、红色光的反射率的光透明绝缘层的膜厚依存性的计算结果的曲线图。

图7A为显示本发明第5实施例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图7B为显示第5实施例的固体摄像器件的另一像素构造的剖视图。

图8为显示本发明第6实施例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图9为显示本发明第7实施例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图10A为显示在图1C所示的立体构造模型中光线入射于岛状半导体的间隙G₂的状态的立体构造示意图。

图10B为本发明第8实施例的固体摄像器件的俯视示意图。

图10C为显示第8实施例的固体摄像器件中的邻接的2个像素(岛状半导体)的立体构造的立体构造示意图。

图10D为显示第8实施例的变化例的固体摄像器件中的邻接的2个像素(岛状半导体)的立体构造的立体构造示意图。

图10E为从光入射面侧看到第8实施例的变化例的固体摄像器件的俯视示意图。

图11A为显示本发明第9实施例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图11B为显示第9实施例的变化例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图12A为显示现有技术例的固体摄像器件的像素构造的剖视图。

图12B为显示Si(硅)深度与光吸收强度的关系的曲线图。

图13为显示现有技术例的另一固体摄像器件的像素构造的剖视图。

其中，附图标记说明如下：

1a、1b、1c、P₁₁至P₃₃构成像素的岛状半导体

2、2a、2b第1半导体N⁺区域

2c第6半导体P⁺区域

2ca 第9半导体N⁺区域

2d 第8半导体N⁺区域

2aa、2bb带状信号线N⁺区域

3第2半导体P区域

3a第2半导体区域(固有半导体区域)

3b 第7半导体P区域

4a、4b绝缘层

5a、5b、5aa、5bb栅极导体层(MOS晶体管的栅极导体层)

5ab、5ab1、5ab2、5ab3、55ab1MOS栅极配线(MOS晶体管的栅极配线；导体配线)

6a、6b、66a、66b第3半导体N区域

7光电二极管区域

8a、8b、88a、88b第4半导体P⁺区域

9a、9b、9aa、9bb光反射导体层

10、10a、10b第5半导体P⁺区域

10aa、10bb 金属层(像素选择线)

11、11a、11b微透镜

12a、12b光线(聚集于第5半导体P⁺区域的上表面附近的焦点的光)

12c光线12d、12e反射光线

13绝缘层14a、14b光反射导体层

15光穿透绝缘层16光吸收层

17光线(朝SiO₂膜入射的光线)

18a、18b反射光线(由Si层引起的反射光)

19a、19b入射光线(朝Si层入射的入射光)

20a 凹部(P⁺区域的凹部)

20b 凸部(P⁺区域的凸部)

21a、21c光线(沿着微透镜的中心线入射的光)

21b、21d光线(垂直地入射于微透镜的中央部的光)

22a光线(在凹部的折射光)

22b 光线(在凸部的折射光)

23微透镜的焦点24光穿透中间区域

25a、25b朝第5半导体P⁺区域入射的入射光线

26微透镜的外周部的1点

27微透镜的中心线

28a、28b第5半导体P⁺区域的外周部的1点

29a、29b光线(通过微透镜的中心线及光穿透中间区域的光)

30岛状半导体31信号线半导体N⁺区域

32半导体P区域33a、33b绝缘层

34a、34b栅极导体层35a、35b半导体N区域

36半导体P⁺区域37a、37b像素选择线

38a光线(从斜方向入射于岛状半导体的光)

39a、39b金属壁40半导体衬底

41光电二极管区域42组件隔离区域

43a、43b MOS晶体管的源极漏极区域

44第1层间绝缘层

45MOS晶体管的栅极电极

46a、46b、46c接触窗47第2层间绝缘层

48SiO₂膜49SiN膜

50微透镜

51a、51b、51c、51d金属配线

52a、52b、52c、52d、100光线

53a、53b、53c、53d、102朝光电二极管入射的入射光线

55a、55b光遮蔽金属层56、56c电子

56a、56b栅极导体层56d空穴

99光反射导体连接层

99a、99b、99c、99d光反射导体层

100入射光线

101a、101b、101c、101d在信号线N⁺区域的多重反射光

G₁、G₂、G₃、G₄间隙

Ld光电二极管区域的高度

Ldw扩展于半导体P区域的耗尽区长度

Qsig信号电荷

S₁、S₂、S₃信号线半导体N⁺区域

ψ(V)电位方向

Vs、Vp、Vg、Vpg、Vrg1、Vrg2、Vp1、Vp2、VH电位(电压)

具体实施方式

以下，就本发明的实施例的固体摄像器件一边参照附图一边加以说明。

(第1实施例)

图1A显示本发明第1实施例的固体摄像器件的构成像素的岛状半导体1a的剖面构造。

如图1A所示，在构成各像素的岛状半导体1a的下方部位的全体，形成有在衬底上的像素区域中朝第1扫描方向延伸的作为信号线的第1半导体N⁺区域2。在第1半导体N⁺区域2，形成有与第1半导体N⁺区域2的导电型相反的第2半导体P区域3。在第2半导体P区域3的上部侧面区域，形成有与第1半导体N⁺区域2的导电型相同的第3半导体N区域6a、6b。

以包围第3半导体N区域6a、6b的外周部及第2半导体P区域3的下部侧面区域的外周部的方式形成有绝缘层4a、4b。以包围该绝缘层4a、4b的外周部的方式，在第2半导体P区域3的下部区域形成有栅极导体层5a、5b。该栅极导体层5a、5b，使用例如金属材料而形成，且也发挥作为将光(电磁能量波)予以反射的光反射层的功能。

在构成像素的岛状半导体1a形成有MOS晶体管，该MOS晶体管将第3半导体N区域6a、6b当作源极，将栅极导体层5a、5b当作栅极，将第1半导体N⁺区域2当作漏极，将通过第3半导体N区域6a、6b与第1半导体N⁺区域2而包夹的第2半导体P区域3当作沟道。然后，在栅极导体层5a、5b的上方侧，形成有由第2半导体P区域3及第3半导体N区域6a、6b构成的光电二极管区域7。

在光电二极管区域7的表层部，形成有第4半导体P⁺区域8a、8b。第4半导体P⁺区域8a、8b，在第3半导体N区域6a、6b与绝缘层4a、4b之间，以与绝缘层4a、4b相接的状态形成。在第4半导体P⁺区域8a、8b的外周部，隔着绝缘从4a、4b而形成有将光等的电磁能量波予以反射的光反射导体层9a、9b。光反射导体层9a、9b，形成于除了导体层5a、5b以外的绝缘层4a、4b的外周部、即第3半导体N区域6a、6b的外周部。光反射导体层9a、9b，使用例如金属材料而形成，且发挥作为流通电流的导体层及将光予以反射的光反射层的功能。

在第3半导体N区域6a、6b的上部，形成有与第4半导体P⁺区域8a、8b电性连接的与第2半导体P区域3的导电型相同的第5半导体P⁺区域10。该第5半导体P⁺区域10，与光反射导体层9a、9b连接。该光反射导体层9a、9b，成为朝与第1扫描方向(信号线)正交的方向延伸的像素选择线。因此，光反射导体层9a、9b，发挥作为光反射层及像素选择线的功能。另外，至少第3半导体N区域6a、6b、第4半导体P⁺区域8a、8b及第5半导体P⁺区域10，较佳是形成于岛状半导体1a内。

在构成像素的岛状半导体1a中，由第2半导体P区域3及第3半导体N区域6a、6b构成的光电二极管区域7为光电转换部，而光电二极管区域7的第3半导体N区域6a、6b为蓄积在光电转换部产生的信号电荷的信号电荷蓄积部。然后，接合晶体管为信号电荷读出部，该接合晶体管将第5半导体P⁺区域10、与第1半导体N⁺区域2附近的第2半导体P区域3当作源极与漏极，将光电二极管7的第3半导体N区域6a、6b当作栅极；而该信号电荷读出部用以从第1半导体N⁺区域2读出与蓄积于光电二极管区域7的信号电荷量对应的源极漏极电流作为信号电流。然后，MOS晶体管为用以将蓄积于第3半导体N区域6a、6b的信号电荷在第1半导体N⁺区域2予以去除的蓄积信号电荷去除部，该MOS晶体管将第3半导体N区域6a、6b当作源极，将栅极导体层5a、5b当作栅极，将第1半导体N⁺区域2当作漏极，将第3半导体N区域6a、6b与第1半导体N⁺区域2间的第2半导体P区域3当作沟道。在本实施例中，在岛状半导体1a内，形成有光电转换部、信号电荷蓄积部、信号电荷读出部及蓄积信号电荷去除部，并且形成有光电转换部的岛状半导体1a的外周部可由光反射导体层9a、9b所覆盖。

然后，在第5半导体P⁺区域10上形成有由可穿透光的材料构成的光穿透中间区域24，且在该光穿透中间区域24上形成有焦点位于第5半导体P⁺区域10的上表面附近的微透镜11。该光穿透中间区域24及微透镜11，例如由透明树脂材料所形成。

在该岛状半导体1a中，由微透镜11的上面入射的光线(电磁能量波)12a、12b，聚光于位于第5半导体P⁺区域10的上表面附近的微透镜11的焦点。该聚光来的光线12a、12b之中除了垂直地入射于微透镜11的中心部的光线以外的入射于岛状半导体1a的光线12a、12b，可通过作为像素选择线的光反射导体层9a、9b及导体层5a、5b而反射且传播于岛状半导体1a的下方，并在该岛状半导体1a内被吸收而产生信号电荷。

因此，在作为感光区域的光电二极管区域7的光传播长度，比光电二极管区域的高度Ld还长。如此，可将在作为感光区域的光电二极管区域7的光传播长度予以加长，此意味着：与图12A所示的现有技术例的像素构造的固体摄像器件相较，可一边降低光电二极管区域的高度Ld一边获得相同的灵敏度。

借此，由于可缩小岛状半导体1a的高宽比(岛状半导体1a的上部1边长与光电二极管区域的高度Ld的比)，所以可容易进行包含构成像素的岛状半导体的像素构造的加工。此外，在本实施例中，从斜方向入射于构成像素的岛状半导体1a的光线12a、12b，由于可通过光反射导体层9a、9b及导体层5a、5b而反射，所以可防止光线泄漏于与该构成像素的岛状半导体1a邻接的构成像素的岛状半导体。借此，可防止固体摄像器件的分辨率的降低、与彩色摄像中的混色。

图1B显示在本实施例的固体摄像器件中，从光入射面侧看到形成于像素区域的构成3×3个(=9个)像素的岛状半导体P₁₁至P₃₃的排列状态的俯视示意图。

如图1B所示，在上面具有微透镜的构成像素的岛状半导体P₁₁至P₃₃，形成于在该图上朝垂直方向延伸的信号线半导体N⁺区域S₁、S₂、S₃上。然后，像素选择线9ab1、9ab2、9ab3及MOS栅极配线5ab1、5ab2、5ab3，以包围被排列于配置成矩阵状的岛状半导体P₁₁至P₃₃的行（row）方向的岛状半导体P₁₁至P₃₃的方式而形成。像素选择线9ab1、9ab2、9ab3、与MOS栅极配线5ab1、5ab2、5ab3，以上下重叠的方式而形成。然后，岛状半导体P₁₁至P₃₃、MOS栅极配线5ab1、5ab2、5ab3、像素选择线9ab1、9ab2、9ab3，连接于设置在像素区域的周边的驱动/输出电路(图中未示出)。

图1C显示由图1B中的一点链线A包围的矩形状区域中的立体构造示意图。如图1C所示，在岛状半导体P₁₁、P₁₂，存在有与图1A所示的岛状半导体1a的第1半导体N⁺区域2对应的第1半导体N⁺区域2a、2b。该第1半导体N⁺区域2a、2b，电性连接于在衬底上朝第1扫描方向延伸的带状信号线N⁺区域2aa、2bb。

又，以包围岛状半导体P₁₁、P₁₂的外周部的方式，形成有环状的栅极导体层5aa、5bb。栅极导体层5aa、5bb，电性连接于朝与带状信号线N⁺区域2aa、2bb正交的方向延伸的MOS栅极配线5ab(5ab1、5ab2、5ab3)。环状的光反射导体层9aa、9bb，以包围岛状半导体P₁₁、P₁₂的外周的方式而形成。光反射导体层9aa、9bb，电性连接于朝与带状信号线N⁺区域2aa、2bb正交的方向延伸的像素选择线9ab。光反射导体层9aa、9bb，电性连接于形成于其上方的第5半导体P⁺区域10a、10b。在第5半导体P⁺区域10a、10b上，配置有微透镜11a、11b。

在形成于带状信号线N⁺区域2aa、2bb上的岛状半导体P₁₁、P₁₂，以包围该岛状半导体P₁₁、P₁₂的方式，形成有将光予以反射的导体层5aa、5bb、光反射导体层9aa、9bb。由于第1半导体N⁺区域2a、2b及带状信号线N⁺区域2aa、2bb为充分地掺杂有施体杂质的区域，所以在第1半导体N⁺区域2a、2b及带状信号线N⁺区域2aa、2bb，不会因所入射的光线(电磁能量波)而产生信号电荷(在此为自由电子)。借此从微透镜11a、11b入射于岛状半导体P₁₁、P₁₂的光线，几乎不会产生朝与该岛状半导体P₁₁、P₁₂邻接的构成像素的岛状半导体的光泄漏，而会分别一边在导体层5aa、5bb、光反射导体层9aa、9bb反射一边传播于岛状半导体P₁₁、P₁₂内，且在该岛状半导体P₁₁、P₁₂内被吸收而产生信号电荷。借此，可降低岛状半导体P₁₁、P₁₂的高度，并且可提高像素构造的加工性，且可实现高像素密度化。更且，可提供一种没有分辨率的降低、彩色摄像的混色的固体摄像器件。

在第1实施例中，虽然第2半导体P区域3(参照图1A)是由P型半导体所构成，但是该第2半导体P区域3亦可为固有半导体(Intrinsic semiconductor)来取代如此的P型半导体。所谓固有半导体，指母体中并未包含杂质的半导体，且其费米能阶位于传导体下端与价电子带的上端的能带隙的中心附近。固有半导体，若含有微量的受体杂质则成为P^-型，若为完全未含杂质的纯粹的半导体则成为本质型，若含有微量的施体杂质则成为N^-型。固有半导体，为高电阻器，当在第5半导体P⁺区域10a、10b、与带状信号线N⁺区域2aa、2bb之间施加有电压时就会在内部产生电位梯度。然后，由于从该第5半导体P⁺区域10a、10b植入于该具有电位梯度的基体(bulk)内的空穴(hole)会朝向带状信号线N⁺区域2aa、2bb流通，所以由固有半导体构成的第2半导体区域3，可发挥作为接合晶体管的沟道的功能。

(第2实施例)

图2A及图2B分别显示现有技术例的固体摄像器件的剖视图、电位分布图。又，图2C至图2F显示本发明第2实施例的固体摄像器件的像素构造、电位分布图、俯视示意图。

本实施例的固体摄像器件，如第1实施例的固体摄像器件般，不仅可解决现有技术例的固体摄像器件(参照图12A)中成为课题的高像素化与高灵敏度化、分辨率的降低及彩色摄像的混色的问题，更可防止暗电流与暗电流噪声的产生。

在图2A所示的岛状半导体30的剖面构造中，为了要防止在图12A所示的现有技术例的固体摄像器件中产生的分辨率的降低、彩色摄像中的混色，除了如下差异点以外由于其余与图1A所示的像素构造相同，所以除了以下说明的情况其余省略附记相同的组件符号的部位的说明，该差异点为：以包围光电二极管区域的半导体N区域35a、35b的外周部的方式，透过绝缘层33a、33b，设置遮蔽光的光遮蔽金属层55a、55b；以及在光电二极管区域的表层部并未形成第4半导体P⁺区域8a、8b。在该像素构造中，可通过该光遮蔽金属层55a、55b，来反射所入射的光线38a，借此可防止朝邻接的像素的光电二极管区域的光泄漏。

但是，虽然可通过以包围光电二极管区域的半导体N区域35a、35b的方式，设置光遮蔽金属层55a、55b，来防止分辨率的降低与彩色摄像的混色，但是却无法防止暗电流与暗电流噪声的产生。

图2B显示本实施例的固体摄像器件的信号电荷蓄积动作时沿着图2A的A-A’线的电位分布图。如图2B所示，在光遮蔽金属层55a(55b)施加有正电压Vg(V)，而半导体P区域32的电压Vp(V)会变成接地电位Vp(=0V)。

在图2B中，以虚线显示当在半导体N区域35a没有蓄积信号电荷Qsig(在此为自由电子)时的电位分布，且以实线显示有蓄积信号电荷Qsig时的电位分布。没有蓄积信号电荷时的电位分布的底部(电压最高的处)位于半导体N区域35a的内部，且该电位分布的底部的电位为Vcm。

在信号电荷Qsig蓄积于半导体N区域35a的情况下，从光遮蔽金属层55a(55b)至绝缘层33a、半导体N区域35a的界面电位Vi，电位会变深。然后，在蓄积有信号电荷Qsig的区域，信号电荷蓄积部的电位Vs变成平坦，且从此处朝向半导体N区域35a、半导体P区域32，电位会从Vs朝Vp变浅。

如此扩展于半导体P区域32的耗尽区长度Ldw，可依信号电荷Qsig的有无而产生变化。又，在半导体N区域35a中，当将绝缘层33a与半导体N区域35a的界面电位设为Vi(V)时，就会依信号电荷Qsig的有无，从该界面朝向半导体N区域35a内部以电位变深至Vcm或Vs的方式而产生变化。在此状态下，当存在于绝缘层33a与半导体N区域35a的界面的能阶的电子56热激励至导电带(conduction band)时，该电子56，就会在半导体N区域35a中，混入于位在更深的电位的信号电荷Qsig中。该混入的电子56被称为暗电流，且像素间的暗电流变动会产生造成原因的暗电流不均等。又，暗电流本身会变成噪声(不要的信号)，而成为使S/N(信号/噪声比)降低的原因。在图2B中，由于即便使光遮蔽金属层55a、55b的电压Vg变化至接地电压(0V)等，在Vs变得比Vi还深的方面也不会有所变化，所以始终在绝缘层33a与半导体N区域35a的界面产生的暗电流的电子56会移动至半导体N区域35a的内部，且混入于信号电荷Qsig中。因此，在图12A所示的现有技术例的像素构造中设置光遮蔽金属层55a、55b的情况，并无法抑制暗电流及暗电流噪声的产生。

图2C显示本实施例的固体摄像器件的像素构造。如图2C所示，在构成像素的岛状半导体1a的下方部位，形成有成为信号线的第1半导体N⁺区域2。在第1半导体N⁺区域2上，形成有与第1半导体N⁺区域2的导电型相反的第2半导体P区域3(该第2半导体P区域，亦可由固有半导体所形成以取代P型半导体)。在该第2半导体P区域3的上部侧面区域，形成有与第1半导体N⁺区域2的导电型相同的第3半导体N区域6a、6b。

以包围第3半导体N区域6a、6b的外周部及第2半导体P区域3的下部侧面区域的外周部的方式而形成有绝缘层4a、4b。以包围该绝缘层4a、4b的外周部的方式，在第2半导体P区域3的下部区域形成有栅极导体层5a、5b。该栅极导体层5a、5b，使用例如金属材料所形成，且也发挥作为将光线(电磁能量波)予以反射的光反射层的功能。

在构成像素的岛状半导体1a形成有MOS晶体管，该MOS晶体管将第3半导体N区域6a、6b当作源极，将栅极导体层5a、5b当作栅极，将第1半导体N⁺区域2当作漏极，将第1半导体N⁺区域2与第3半导体N区域6a、6b间的第2半导体P区域3当作沟道。然后，在栅极导体层5a、5b的上方侧，形成有由第2半导体P区域3及第3半导体N区域6a、6b构成的光电二极管区域7。

在光电二极管区域7的表层部，形成有第4半导体P⁺区域8a、8b。第4半导体P⁺区域8a、8b，在第3半导体N区域6a、6b与绝缘层4a、4b之间，以与绝缘层4a、4b相接的状态形成。在第4半导体P⁺区域8a、8b的外周部，隔着绝缘层4a、4b而形成有将光等的电磁能量波予以反射的光反射导体层99a、99b。光反射导体层99a、99b，形成于除了导体层5a、5b以外的绝缘层4a、4b的外周部、即第3半导体N区域6a、6b的外周部。光反射导体层99a、99b，使用例如金属材料而形成，且发挥作为流通电流的导体层及将光予以反射的光反射层的功能。

在第3半导体N区域6a、6b的上部，形成有与第4半导体P⁺区域8a、8b电性连接的与第2半导体P区域3的导电型相同的第5半导体P⁺区域10。该第5半导体P⁺区域10，与金属层10aa、10bb连接。该金属层10aa、10bb，成为朝与第1扫描方向(信号线)正交的方向延伸的像素选择线。因此，金属层10aa、10bb，发挥作为光反射层及像素选择线的功能。更且，光反射导体层99a、99b电性连接于位于构成像素的岛状半导体1a间的光反射导体层99c、99d。

另外，在本实施例中，光电转换部(光电二极管区域7)、信号电荷蓄积部、信号电荷读出部、蓄积信号电荷去除部，由于是与图1A所示的第1实施例中的岛状半导体1a相同，所以省略其说明。

在该岛状半导体1a中，由微透镜11的上面入射的光线12a、12b，聚光于位于第5半导体P⁺区域10的上表面附近的微透镜11的焦点。该聚光来的光线12a、12b之中除了垂直地入射于微透镜11的中心部的光线以外的入射于岛状半导体1a的光线12a、12b，可由作为像素选择线的光反射导体层99a、99b与栅极导体层5a、5b反射且传播于岛状半导体1a内，并在该岛状半导体1a内被吸收而产生信号电荷。借此，与第1实施例的固体摄像器件同样，可降低岛状半导体1a的高度(光电二极管区域7的高度Ld)。结果，可提供一种能提高包含构成像素的岛状半导体的像素构造的加工性、能实现高像素密度化并且能防止分辨率的降低、彩色摄像的混色的固体摄像器件。

图2D显示本实施例的固体摄像器件的信号电荷蓄积动作时沿着图2C的B-B’线的电位分布图。如图2D所示，在光反射导体层99a施加有接地电压Vg(=0V)。与此同样，在第1半导体N⁺区域2及第5半导体P⁺区域10亦施加有接地电压Vg(=0V)。

在图2C中，由于第4半导体P⁺区域8a电性连接于第5半导体P⁺区域10，所以第4半导体P⁺区域8a的电位会变成接地电压Vg(＝0V)。

在信号电荷Qsig蓄积于第3半导体N区域6a的状态下，从第4半导体P⁺区域8a至第3半导体N区域6a，电位会从Vg朝具有信号电荷Qsig的电位Vs变深，且在蓄积有信号电荷Qsig的区域中，保持有一定的电位Vs，并从此处朝向第2半导体P区域3，降低至该第2半导体P区域3的电位Vp。在该状态下，在第4半导体P⁺区域8a，存在有较多的从第5半导体P⁺区域10供给来的空穴(hole)56d。因此，当存在于绝缘层4a与第4半导体P⁺区域8a的界面的能阶的电子56c热激励至导电带时，该电子56c就会与存在于第4半导体P⁺区域8a的空穴56d再结合而消灭。借此，被激励的电子56c，就不会混入于信号电荷Qsig中，且不会产生暗电流及暗电流噪声。

图2E显示本实施例的固体摄像器件的信号电荷读出动作时沿着图2C的B-B’线的电位分布图。参照图2C及图2E，当信号电荷读出动作时，在第5半导体P⁺区域10施加有正电压VH(V)，且在光反射导体层99a、作为信号线的第1半导体N⁺区域2、与栅极导体层5a分别施加有接地电压Vg(＝0V)。如图2C所示，由于第4半导体P⁺区域8a电性连接于第5半导体P⁺区域10，所以第4半导体P⁺区域8a会变成正电压VH。

在此状态下的电位分布图，从光反射导体层99a的电位Vg，经由第4半导体P⁺区域8a的电位VH，上升至蓄积有信号电荷Qsig的区域的电位Vs。然后，在蓄积有信号电荷Qsig的区域中，保持有一定的电位Vs，且更朝向第2半导体P区域3，变浅至该第2半导体P区域3的电位Vp。

在此状态下，在第4半导体P⁺区域8a，存在有较多的从第5半导体P⁺区域10供给来的空穴(hole)。因此，与图2D所示的状态同样，当存在于绝缘层4a与第4半导体P⁺区域8a的界面的能阶的电子56c热激励至导电带时，该电子56c，就会与存在于第4半导体P⁺区域8a的空穴56d再结合而消灭。借此，被激励的电子56c，就不会混入于信号电荷Qsig中，且不会产生暗电流及暗电流噪声。

如此，依据本实施例的固体摄像器件，由于即便使第4半导体P⁺区域8a的电位产生变化，电子56c也会通过与空穴56d的再结合而消灭，所以可维持不产生暗电流及暗电流噪声的状态。又，即便光反射导体层99a的电位产生变化，由于第4半导体P⁺区域8a的电位仍可保持于第5半导体P⁺区域10的电位，所以即便存在于绝缘层4a与第4半导体P⁺区域8a的界面的能阶的电子56c热激励至导电带，该电子56c，也会与位于第4半导体P⁺区域8a的空穴56d再结合而消灭，而可维持不会产生暗电流及暗电流噪声的状态。

如上所述，由于第4半导体P⁺区域8a，电性连接于第5半导体P⁺区域10，所以在第4半导体P⁺区域8a，不仅于信号电荷蓄积时，就连信号电荷读出时、蓄积信号电荷去除时，也能在第4半导体P⁺区域8a存在较多的从第5半导体P⁺区域10供给来的空穴。因此，从绝缘层4a与第4半导体P⁺区域8a的界面热激励至导电带的电子56c，会与存在于第4半导体P⁺区域8a的空穴56d再结合而消灭。结果，可防止暗电流及暗电流噪声的产生。

图2F为从光入射面侧看到图2C所示的本实施例的固体摄像器件的俯视示意图。如图2F所示，与图2C的光反射导体层99a、99b连接的光反射导体层99c、99d，存在及于像素区域全体而形成光反射导体连接层99。像素选择线(金属层)9ab1、9ab2、9ab3(对应图2C的金属层10aa、10bb)，形成为：从光反射导体层99a、99b及光反射导体层99c、99d而隔离，并且朝配置成矩阵状的岛状半导体P₁₁至P₃₃的行方向延伸。又，MOS栅极配线5ab1、5ab2、5ab3、信号线半导体N⁺区域S₁、S₂、S₃，在与图1B相同的状态下形成。光反射导体连接层99，除了构成像素的岛状半导体P₁₁至P₃₃的上面以外其余可遮蔽像素区域而避免被光照射。因此，由于入射于形成于构成像素的岛状半导体P₁₁至P₃₃的行方向的间隙G₁至G₄的入射光线100，可通过以包围岛状半导体P₁₁至P₃₃的外周部的方式连接的光反射导体连接层99而防止从间隙G₁至G₄之间进入构造体内部，所以可防止如现有技术的固体摄像器件的分辨率的降低、彩色摄像中的混色。

以下，一边参照图3A及图3B一边就第2实施例的变化例加以说明。

图3A显示本实施例的变化例的固体摄像器件的像素构造。在图2C中，在第3半导体N区域6a、6b及第4半导体P⁺区域8a、8b的外周部，形成有相对于栅极导体层5a、5b及金属层(像素选择线)10aa、10bb而隔离的光反射导体层99a、99b。但是，在图3A所示的变化例的像素构造中，栅极导体层56a、56b，以延伸至第3半导体N区域6a、6b及第4半导体P⁺区域8a、8b的外周部的方式而形成。其它的构成部位，由于是与图2C所示的剖面构造相同，所以除了以下说明的情况以外其余省略附记相同组件符号的部位的说明。

图3B显示本实施例的固体摄像器件的信号电荷蓄积动作时沿着图3A的C-C’线的电位分布图。在图3B所示的状态下，于信号电荷蓄积动作时，在栅极导体层56a施加有接地电压Vrg1(=0V)，另一方面，于蓄积信号电荷去除动作时，在栅极导体层56a施加有正电压Vrg2。在图3B中，以实线显示在栅极导体层56a施加有Vrg1时的电位分布图，而以虚线显示在栅极导体层56a施加有Vrg2时的绝缘层4a的电位图。如图3B所示，在信号电荷Qsig蓄积于第3半导体N区域6a的状态下，从第4半导体P⁺区域8a朝向第3半导体N区域6a，电位变深至具有信号电荷Qsig的电位Vs，而在蓄积有信号电荷Qsig的区域中，可保持一定的电位Vs，且从此处朝向第2半导体P区域3，变浅至该第2半导体P区域3的电位Vp。

如图3A所示，由于第4半导体P⁺区域8a电性连接于第5半导体P⁺区域10，所以第4半导体P⁺区域8a的电位Vp1与第5半导体P⁺区域10同电位。因此，栅极导体层56a的电位，即使在蓄积信号电荷去除动作时从Vrg1变化至Vrg2(＞Vrg1)，由于第4半导体P⁺区域8连接于第5半导体P⁺区域10，所以可固定在Vp1。因此，在第4半导体P⁺区域8a，存在有较多的从作为施体区域的第5半导体P⁺区域10供给来的空穴(hole)56d。同样地，即使在信号电荷读出动作时，由于第4半导体P⁺区域8电性连接于第5半导体P+区域10，所以在第4半导体P⁺区域8a，存在有较多的从第5半导体P⁺区域10供给来的空穴(hole)56d。因此，与图2D图、图2E所示的状态同样，当存在于位于绝缘层4a与第4半导体P⁺区域8a的界面的能阶的电子56c热激励至导电带时，该电子56c，就会与位于第4半导体P⁺区域8a的空穴56d再结合而消灭。借此，被激励的电子56c，就不会混入于信号电荷Qsig中，且不会产生暗电流及暗电流噪声。如此，依据本实施例的固体摄像器件，即便栅极导体层56a的电位产生变化，亦可维持不产生暗电流及暗电流噪声的状态。

以下，一边参照图4A及图4B一边就第2实施例的另一变化例加以说明。

图4A显示本实施例的变化例的固体摄像器件的像素构造。在图2C中，形成于第3半导体N区域6a、6b的外周部的第4半导体P⁺区域8a、8b及第3半导体N区域6a、6b，电性连接于第5半导体P⁺区域10。相对于此，在本变化例的像素构造中，第4半导体P⁺区域88a、88b及第3半导体N区域66a、66b，与第5半导体P⁺区域10电性隔离。在第3半导体N区域66a、66b及第4半导体P⁺区域88a、88b的外周部，隔着绝缘层4a、4b而形成有光反射导体层9a、9b。其它的构成部分，由于是与图2C所示的剖面构造相同，所以除了以下说明的情况以外其余省略附记相同组件符号的部位的说明。

图4B显示本实施例的固体摄像器件的信号电荷蓄积动作时沿着图4A的D-D’线的电位分布图。在图4B所示的状态下，以第4半导体P⁺区域88a、88b成为空穴的蓄积状态(空穴从第2半导体P区域3供给，且存在较多的状态)的方式，在光反射导体层9a、9b施加有负电压Vpg(＜0V=Vp)。又，第4半导体P⁺区域88a、88b的电位，为Vp2(≒0V)。如图4B所示，在信号电荷Qsig蓄积于第3半导体N区域66a的状态下，从第4半导体P⁺区域88a(88b)朝向第3半导体N区域66a，电位会从Vp2变深至具有信号电荷Qsig的电位Vs，而在蓄积有信号电荷Qsig的区域中，可保持一定的电位Vs，且从此处朝向第2半导体P区域3，变浅至该第2半导体P区域3的电位Vp。

在图4A所示的像素构造中，由于第4半导体P⁺区域88a、88b与第5半导体P⁺区域10电性隔离，所以第4半导体P⁺区域88a、88b的电位，与第5半导体P⁺区域10的电位并非一定为同电位。

在该情况下，在第4半导体P⁺区域88a、88b，从第2半导体P区域3植入有空穴，且存在较多的空穴。因此，与图3B所示的状态同样，当存在于绝缘层4a与第4半导体P⁺区域88a(88b)的界面的能阶的电子56c热激励至导电带时，该电子56c，就会与位于第4半导体P⁺区域88a(88b)的空穴56d再结合而消灭。借此，被激励的电子56c，就不会混入于信号电荷Qsig中，且不会产生暗电流及暗电流噪声。

以上如一边参照图2C、图3A、图4A一边加以说明般，在第3半导体N区域6a、6b、66a、66b的外周部，与第4半导体P⁺区域8a、8b、88a、88b，隔着绝缘层4a、4b而形成光反射导体层99a、99b、栅极导体层56a、56b、光反射导体层9a、9b，且在取决于固体摄像器件的信号电荷蓄积动作、信号电荷读出动作、蓄积信号电荷去除动作时，成为在第4半导体P⁺区域8a、8b、88a、88b存在有较多的空穴的状态，借此不仅可解决在现有技术例的固体摄像器件中成为课题的高像素化与高灵敏度化的实现、以及分辨率的降低、彩色摄像中的混色的产生，也可防止暗电流及暗电流噪声的产生。

(第3实施例)

图5A及图5B分别显示本发明第3实施例的固体摄像器件的像素构造、其变化例的固体摄像器件的像素构造。

在图5A所示的本实施例的固体摄像器件中，在图1A所示的第1实施例的固体摄像器件中的岛状半导体1a的下方形成有绝缘层13，且在该绝缘层13的下方形成有光反射导体层14a，该光反射导体层14a由金属等所形成，且将光予以反射并且由导电体所构成。由微透镜上面入射的光线12b，可通过作为像素选择线的光反射导体层9a、9b与栅极导体层5a、5b而反射，且传播于岛状半导体1a的下方。然后，入射于绝缘层13的光线12c在光反射导体层14a反射，而该反射光线12d，再次到达形成像素的岛状半导体1a内的光电二极管区域7而产生信号电荷。此与图1A所示的第1实施例的固体摄像器件相较，在本实施例的固体摄像器件中，在将其灵敏度设为与第1实施例的固体摄像器件相同的情况下，可比第1实施例的固体摄像器件还更降低光电二极管区域7的高度Ld。借此，可容易进行像素构造的加工，且可实现固体摄像器件的高像素密度化。

又，在本实施例的固体摄像器件中，由于光电二极管区域7的高度Ld，即使与第1实施例的固体摄像器件相同，仍可加长作为感光区域的光电二极管区域7的光传播长度，所以亦可使通过来自光反射导体层14a的反射光线12d而产生的信号电荷，有助于灵敏度提高。

在图5B所示的本实施例的变化例中，在图1A所示的岛状半导体1a的下部，不隔着绝缘层而直接地形成有光反射导体层14b。即使通过该像素构造，在该光反射导体层14b反射的反射光线12e，也会再次入射于构成像素的岛状半导体1a的光电二极管区域7而产生信号电荷。借此，可获得与图2A所示的第2实施例的固体摄像器件相同的效果。

借此，依据第2实施例及其变化例，可实现一种能获得高像素密度、高分辨率、低混色、高灵敏度的固体摄像器件。

(第4实施例)

图6A显示本发明第4实施例的固体摄像器件的像素构造。如图6A所示，本实施例的固体摄像器件，除了如下差异点以外，其余具有与第1实施例的固体摄像器件相同的像素构造，差异点为：在图1A所示的第1实施例的固体摄像器件的构成像素的岛状半导体1a的下方，形成有SiO₂膜等的光穿透绝缘层15，并且在该光穿透绝缘层15的下方，形成有由Si(硅)等构成的吸收入射光线的一部分的光吸收层16。

入射于光穿透绝缘层15的光线17，如图6A所示，会在光穿透绝缘层15内产生多重反射，且产生：在光吸收层16的表面反射的反射光线18a、18b、…；以及朝光吸收层16入射的入射光线19a、19b、…。在该情况下，在光穿透绝缘层15内进行多重反射且回到光电二极管区域7的光量，会依存于光穿透绝缘层15的厚度、Si与SiO₂的光吸收率、折射率、入射光线的波长、入射角度等而产生变化。

图6B显示在本实施例的固体摄像器件中，以45度的角度入射于光透明绝缘层(SiO₂层)15的表面的绿色光(波长λ=550nm)、红色光(λ=650nm)在Si光吸收层16反射时的反射率的SiO₂层15的膜厚依存性的计算结果的曲线图。另外，由于蓝色光是在岛状半导体1a的表面附近的光电二极管区域7被吸收，所以看不到如此的膜厚依存性。该反射率，显示回到光电二极管区域7的返回光量对入射于光穿透绝缘层15的入射光量的比例。如图6B所示，绿色光、红色光会因依存于SiO₂层15的厚度而使反射量变高或变低。例如，当将SiO₂膜厚设为0.5μm左右时，绿色光、红色光均可相对地加大反射量。另一方面，例如，当将SiO₂膜厚设为0.2μm左右时，可相对地加大绿色光的反射量，并且可相对地减小红色光的反射率。在有需要通过如此的SiO₂膜厚的变更，来调整彩色摄像的蓝、绿、红色光的信号输出的平衡的信号处理中，将SiO₂膜厚设为0.2μm左右，来提高绿色光的灵敏度及降低红色光的灵敏度，借此可有助于彩色固体摄像器件的灵敏度提高。又，当将SiO₂膜厚设为0.5μm左右，而绿色光、红色光均可提高反射率时，就可有助于黑白摄像中的灵敏度提高。如此，可通过SiO₂层15的膜厚的变更，且依光的波长而变更反射率，此意味着：可通过SiO₂膜厚的变更，来控制显示入射光线的波长、与固体摄像器件的灵敏度的关系的光灵敏度特性。

在实际的固体摄像器件中，在光穿透绝缘层(SiO₂层)15的表面以各种的入射角度来入射光，且通过微透镜的设计，亦可改变图6B的特性。又，通过彩色摄像、黑白摄像亦可使被要求的分光灵敏度有所不同。如此，使光穿透绝缘层(SiO₂层)15的厚度产生变化，且通过光的波长而变更反射率的技术，在获得所期望的分光灵敏度特性的方面，提供一种有效的手法。

(第5实施例)

图7A及图7B显示本发明第5实施例的固体摄像器件的像素构造。

如图7A及图7B所示，本实施例的固体摄像器件，除了如下差异点以外，其余具有与第1实施例的固体摄像器件相同的像素构造，该差异点为：在图1A所示的第1实施例的固体摄像器件的像素(岛状半导体)1a中的第5半导体P⁺区域10的中央表层部形成凹部20a或凸部20b，并且使以凹部20a的凹状面或凸部20b的凸状面为境界面而彼此相接的二个物质区域的光折射率相互地不同。

图7A显示在构成像素的岛状半导体1a中的第5半导体P⁺区域10的中央表层部形成有三角锥状的凹部20a的例。

在图1A所示的第1实施例的像素构造中，在第5半导体P⁺区域10的中央表层部不存在凹部20a。因此，垂直地入射于微透镜11的中央部的光线21a、21b，并不会在光反射导体层9a、9b反射，而是以原状直接入射于构成像素的岛状半导体1a的内部。因此，对垂直地入射于微透镜11的中央部的光线21a、21b而言，无法获得加长通过光反射导体层9a、9b的反射而在光电二极管区域7的光传播长度的效果。

相对于此，在图7A所示的像素构造中，除了沿着微透镜11的中心线而入射的光线21a以外，其余与微透镜11的中央部垂直地入射于第5半导体P⁺区域10的光线21b，可通过凹部20a而折射于光反射导体层9a、9b侧。借此，该折射后的光线22a会在光反射导体层9a、9b反射，且使在光电二极管区域7的光传播长度变长，而可提高固体摄像器件的灵敏度。在该凹部20a中的光线的折射，通过作为第5半导体P+区域10的材料的Si(硅)的折射率、与作为光穿透中间区域24的材料的透明树脂材料的折射率的差异而产生。

图7B显示在第5半导体P⁺区域10的中央表层部形成有三角锥状的凸部20b的例。

如图7B所示，在第5半导体P⁺区域10的中央表层部，亦可形成凸部20b来取代图7A所示的凹部20a。在此情况下，也是除了沿着微透镜11的中心线而入射的光线21c以外，其余从微透镜11的中央部垂直地入射于第5半导体P⁺区域10的光线21d，可通过凸部20b而折射于光反射导体层9a、9b侧。借此，该折射后的光线22a会在光反射导体层9a、9b反射，而可使在光电二极管区域7的光传播长度变长，且提高固体摄像器件的灵敏度。

在本实施例中，以凹部20a的凹状面或凸部20b的凸状面为境界面而彼此相接的二个物质区域的光折射率设为相互地不同。并不限于此，凹部20a或凸部20b本身，亦可由具有与作为第5半导体P⁺区域10的材料的Si或光穿透中间区域24的透明树脂材料不同的折射率的材料所形成。借此，从微透镜11的中央部入射于第5半导体P⁺区域10的光线，亦可通过凹部20a或凸部20b而折射于光反射导体层9a、9b。然后，可使在作为感光区域的光电二极管区域7的光传播长度变长，且提高固体摄像器件的灵敏度。

在本实施例中，参照图7A图、图7B图，凹部20a及凸部20b的形状，均是设为三角锥状。并不限于此，入射于微透镜11的中央部的光线，只要是在凹部20a或凸部20b折射，且在光反射导体层反射的形状，亦可为其它的形状，例如圆锥状、四角锥状、半圆状。

(第6实施例)

图8显示本发明第6实施例的固体摄像器件的像素构造。如图8所示，本实施例的固体摄像器件，除了如下的差异点以外，其余具有与第1实施例的固体摄像器件相同的像素构造，该差异点为：在图1A所示的第1实施例中的固体摄像器件的构成像素的岛状半导体1a中，使微透镜11的焦点23位于比第5半导体P⁺区域10的上表面还更靠近上方侧的光穿透中间区域24内。

在图8所示的像素构造中，微透镜11的焦点23形成于比第5半导体P⁺区域10还靠近上部的光穿透中间区域24内。

在本实施例的固体摄像器件中，通过具有如此的像素构造，从微透镜11入射，且聚光于光穿透中间区域24内部的焦点23的入射光线25b，最初到达光反射导体层9a、9b的位置，比焦点位于第5半导体P⁺区域10的上表面的情况(第1实施例的像素构造的情况)的入射光线25a，还更接近第5半导体P⁺区域10的上表面。此意味着：由本实施例的像素构造所产生的入射光线25b，比第1实施例的像素构造中的入射光线25a还更能加长在光电二极管区域7的光传播长度。因而，依据本实施例的固体摄像器件，与第1实施例的固体摄像器件相较，还可更加提高灵敏度。

即使在图8所示的像素构造中，对入射于图7A、图7B所示的微透镜11的中心部的光线21b、21d而言，也无法获得加长在光电二极管区域7的光传播长度的效果。因此，通过将图7A、图7B所说明的第5实施例中的构成(形成于第5半导体P⁺区域10的中央部的凹部20a或凸部20b)，应用于本第6实施例，更可实现固体摄像器件的灵敏度提高。

(第7实施例)

图9显示本发明第7实施例的固体摄像器件的像素构造。如图9所示，本实施例的固体摄像器件，其特征为：在图1A所示的第1实施例中的固体摄像器件的构成像素的岛状半导体1a中，从微透镜11的外周部的1点26a、26b入射并通过微透镜11的中心线27而到达第5半导体P⁺区域10的外周部的1点28a、28b的光线29a、29b、和与第5半导体P⁺区域10的上表面正交的线所构成的角度θi，比布鲁斯特(Brewster)角θb还更小。

在图12A、图13所示的现有技术例的固体摄像器件中，由于光电二极管区域并未被将光予以反射的物质完全地包围，所以以较大的入射角入射于光电二极管区域的光线38，会泄漏于与该像素邻接的像素。相对于此，如图1A所示，在本实施例的像素构造中，即便光线是以何种的角度入射于光电二极管区域7，由于光电二极管区域7全体是被导体层5a、5b及光反射导体层9a、9b完全地包围，所以可消除朝邻接的像素的光泄漏。此意味着：若从微透镜11入射的光线，到达第5半导体P⁺区域10的内部，则可使该入射光线的全部有效地有助于信号电荷的产生。但是，以较大的入射角度对微透镜11入射的光线在第5半导体P⁺区域10表面反射，并无助于信号电荷的产生。相对于此，在第7实施例的固体摄像器件中，如下所述，入射于微透镜11并通过光穿透中间区域24的全部光线可有效地导引至光电二极管区域7。

如图9所示，从微透镜11的外周部的1点26a、26b入射并通过微透镜11的中心线27及光穿透中间区域24而到达第5半导体P⁺区域10的外周部的1点28a、28b的光线29a、29b、和与第5半导体P⁺区域10的表面正交的角度θi，比布鲁斯特角θb还更小。布鲁斯特角θb，当将光透明中间区域24的折射率设为N₁、将第5半导体P⁺区域10的折射率设为N₂时可以下式表示。

θb=tan^-1(N₁/N₂)

当上述的角度θi比布鲁斯特角θb大时，从微透镜11入射并通过光穿透中间区域24的入射光线，就会在第5半导体P⁺区域10的表面全反射，而不会进入第5半导体P⁺区域10内。如此，通过将角度θi设为比布鲁斯特角θb还更小，入射于微透镜11并通过光穿透中间区域24的全部光线就可有效地导引至光电二极管区域7。在此，所谓有效地导引光线，指入射于第5半导体P⁺区域10的表面的光线不会全反射而会入射于第5半导体P⁺区域10内的意。借此，可实现固体摄像器件的灵敏度提高。

(第8实施例)

以下，一边参照图10A至图10E一边就本发明第8实施例的固体摄像器件加以说明。

图10A显示入射光线100入射于在图1B所示的第1实施例中的构成像素的岛状半导体P₁₁至P₃₃之间朝行方向延伸的间隙G₂的状态的立体构造示意图。

如图10A所示，从上方入射的入射光线100入射于位在岛状半导体P₁₁的下方的带状信号线N⁺区域2aa。该入射光线100之中的一部分，在通过折射率不同的二个绝缘层而包夹的带状信号线N⁺区域2aa、和与其邻接的带状信号线N⁺区域2bb(信号线半导体N⁺区域S₁、S₂、S₃)内产生多重反射光101a、101b、101c、101d。多重反射光101a、101b、101c、101d，入射于与构成像素的岛状半导体P₁₁邻接的构成像素的岛状半导体P₁₂的光电二极管区域7(参照图1A)而产生信号电荷。朝该邻接的构成像素的岛状半导体P₁₂的光泄漏，会发生固体摄像器件的分辨率的降低与彩色摄像中的混色。

图10B显示从光入射面侧看到本实施例的固体摄像器件的俯视示意图。如图10B所示，构成像素的岛状半导体P₁₁至P₃₃，排列成正方格子状或矩形格子状。朝图的水平方向延长而形成的像素选择线9ab1、9ab2、9ab3、与MOS栅极配线5ab1、5ab2、5ab3，从图上面来看，以彼此不重叠的方式排列。像素选择线9ab1、9ab2、9ab3，配线于：在MOS栅极配线5ab1、5ab2、5ab3间所形成的间隙G₁、G₂、G₃、G₄内。通过该构成，在固体摄像器件的像素区域的全区，从光照射面入射的入射光，会因像素选择线9ab1、9ab2、9ab3而阻碍行进路线，可防止直接地到达产多重反射的信号线半导体N⁺区域S₁、S₂、S₃。借此，依据本实施例的固体摄像器件，可防止分辨率的降低、与彩色摄像中的混色。

图10C显示由图10B的一点链线B所包围的区域中的立体构造示意图。如图10C所示，形成有：与形成于岛状半导体P₁₁、P₁₂的外周部的光反射导体层9aa、9bb连接的像素选择线9ab1。然后，该像素选择线9ab1以朝水平方向延伸的方式形成于形成有间隙G2的区域。其它，由于与图1C所示的像素构造相同，所以在相同的地方附记相同的组件符号并省略说明。当从光入射面侧观看时，由于光电转换部所存在的岛状半导体P₁₁、P₁₂以外的区域可通过像素选择线9ab1及MOS栅极配线5ab而大致覆盖，所以入射光线100，不会如图10A所示的像素构造般地泄漏于邻接的岛状半导体的内部。

图10D显示在构成像素的岛状半导体之间朝行方向延伸的间隙G₂的区域设置MOS栅极配线55ab1的状态的立体构造示意图。除了设置MOS栅极配线55ab1以外，其余与图1C、图10A所示的立体示意构造相同。通过图10D所示的构造，亦与图10C所示的构造同样，当从光入射面侧观看时，由于光电转换部所存在的岛状半导体P₁₁、P₁₂以外的区域可通过像素选择线9ab及MOS栅极配线55ab1而大致覆盖，所以入射光线100，不会如图10A所示的像素构造般地泄漏于邻接的岛状半导体内部。

图10E显示本实施例的变化例的固体摄像器件的俯视图。如图10E所示，构成像素的岛状半导体P₁₁至P₃₃，并未在上下方向配置成1行，而是配置成格纹状。如此随着构成像素的岛状半导体P₁₁至P₃₃被配置成格纹状，信号线半导体N⁺区域S₁、S₂、S₃，就会在上下方面一边蛇行成格纹状一边连接各岛状半导体P₁₁至P₃₃。与图10B同样，像素选择线9ab1、9ab2、9ab3，配线于MOS栅极配线5ab1、5ab2、5ab3的间隙G₁、G₂、G₃、G₄内。借此，在固体摄像器件的像素器件的全区，通过像素选择线9ab1、9ab2、9ab3与MOS栅极配线5ab1、5ab2、5ab3，就可防止入射光线直接地到达产生多重反射的信号线半导体N⁺区域S₁、S₂、S₃。借此，依据本变化例的固体摄像器件，可防止分辨率的降低、与彩色摄像中的混色。

另外，在图10B、图10E中，虽然在从光入射面观看的状态下，在像素选择线9ab1、9ab2、9ab3与MOS栅极配线5ab1、5ab2、5ab3之间形成有微小的间隙，但是可将像素选择线9ab1、9ab2、9ab3与MOS栅极配线5ab1、5ab2、5ab3以上下重叠的方式形成。借此，在固体摄像器件的像素器件的全区，入射光线可通过像素选择线9ab1、9ab2、9ab3，更确实地防止直接地到达产生多重反射的信号线半导体N⁺区域S₁、S₂、S₃。借此，依据本变化例的固体摄像器件，可防止分辨率的降低、与彩色摄像中的混色。

(第9实施例)

以下，一边参照图11A及图11B一边就本发明第9实施例的固体摄像器件加以说明。

图11A显示本实施例的固体摄像器件的剖视图。在图1A所示的第1实施例中，第1半导体N⁺区域2，形成MOS晶体管的下方部位的全体。相对于此，如图11A所示，在本实施例中，于第1实施例中形成有第1半导体N⁺区域2的区域，包含：第6半导体P⁺区域2c；与第2半导体P区域3连接的第7半导体P区域3b；以及通过该第7半导体P区域3b而从第6半导体P⁺区域2c隔离的第8半导体N⁺区域2d。在本像素构造中，第6半导体P⁺区域2c，成为：发挥作为用以读出蓄积于光电二极管区域7的信号电荷的信号电荷读出部的功能的接合晶体管的漏极；第8半导体N⁺区域2d，成为：发挥作为用以将蓄积于光电二极管区域7的信号电荷予以去除的蓄积信号电荷去除部的功能的MOS晶体管的漏极。在该像素构造中，第6半导体P⁺区域2c、与第8半导体N⁺区域2d，通过与第2半导体P区域3的第7半导体P区域3b而相互地隔离。借此，在信号电荷读出动作、与蓄积信号电荷去除动作中，可使电流的路径不同。结果，例如可以利用时间推移方式独立的信号电荷读出时序、与蓄积信号电荷去除时序来进行高速快门时序(shuttertiming)，且可获得能够进行高速快门动作的摄像动作上的优点。

又，在图11A中，接合晶体管的第6半导体P⁺区域2c，如图11B所示的本实施例的变化例的固体摄像器件的像素构造，即便置换成第9半导体N⁺区域2ca亦可实现同样的摄像动作。在此情况下，第9半导体N⁺区域2ca的附近的第2半导体N⁺区域2的下部区域，成为发挥作为信号电荷读出部的功能的接合晶体管的源极。

另外，在上述实施例中，使用在像素区域配置1个、2个、或3×3个(＝9个)的像素，就固体摄像器件的像素构造及其摄像动作加以说明。但是并不限于此，本发明的技术思想，当然可应用于除此以外的多个像素在像素区域排列成一维或二维状的固体摄像器件中。

在上述实施例中，虽然是设为：在岛状半导体1a中，具有作为光电转换部的光电二极管区域7、作为信号电荷蓄积部的第3半导体N区域6a、6b、作为信号电荷读出部的接合晶体管、作为蓄积信号电荷去除部的MOS晶体管的像素构造，但是即便为如下构造：在岛状半导体中，通过除此以外的构成，而设置光电变化部、信号电荷蓄积部、信号电荷读出部、蓄积信号电荷去除部的构造，当然也涵盖在本发明的技术思想中。

在上述实施例中，构成像素的岛状半导体1a、P₁₁至P₃₃的构造，均形成为圆柱状。并不限于此，亦可为四角柱状、多角柱状。

在上述实施例中，第1半导体N⁺区域2及第3半导体N区域6a、6b设为N型导电型，第2半导体P区域3设为P型导电型，且第4半导体P⁺区域8a、8b及第5半导体P⁺区域10设为P型导电型。但是并不限于此，第1半导体区域2及第3半导体区域6a、6b亦可设为P型导电型，第2半导体区域3亦可设为N型导电型，且第4半导体区域8a、8b及第5半导体区域10亦可设为N⁺型导电型。在此情况下，在N⁺型的第4半导体N⁺区域，蓄积有较多的作为信号电荷的空穴的相反极性的电子。在此状态下，在绝缘层4a与N⁺型的第4半导体N⁺区域的界面，当存在于价电子带的电子以禁带(forbidden band)内的能阶热激励至导电带时，就会产生造成暗电流的原因的空穴。该空穴，会与存在于N⁺型的第4半导体N⁺区域的电子再结合而消灭。借此，成为暗电流的空穴，就不会混入于信号电荷Qsig中，且不会产生暗电流及暗电流噪声。

在上述实施例中，MOS晶体管的沟道通过电场而形成于第2半导体P区域3(enhancement type：增强型)。并不限于此，MOS晶体管的沟道，例如亦可通过以离子植入法等将杂质植入于第2半导体P区域3的耗尽型(depletion type)、或埋设沟道而形成。

在上述实施例中，虽然光穿透中间区域24设为单层构造，但是光穿透中间区域亦可由多个层而形成，更可在光穿透中间区域24包含有彩色滤光片层。

在上述实施例中，虽然导体层5a、5b、光反射导体层9a、9b、99a、99b，由单层的金属膜所形成，但是亦可由多层的金属膜所形成。又，导体层5a、5b、光反射导体层9a、9b、99a、99b，并不限于金属，亦可将如掺杂有杂质的多晶硅Si、或金属硅化物等反射长波长光的材料层包含于金属的一部分而形成，亦可仅由掺杂有杂质的多晶硅Si、或金属硅化物而形成。

在图1B、图2F、图10B、图10E中，构成信号线的S₁、S₂、S₃设为半导体N⁺区域。但是并不限于此，如图5B所示，在第1半导体N⁺区域2的下方，不隔着绝缘层而直接地形成有由金属构成的光反射导体层14b的情况下，由于信号线S₁、S₂、S₃的电阻会因该光反射导体层14b而降低，所以信号线S₁、S₂、S₃亦可非为半导体N⁺区域。在此情况下，入射于图2F所示的间隙G₁、G₂、G₃、G₄的入射光线100，亦可在光反射导体层14b反射，而可防止其一部分泄漏于与该像素(岛状半导体1a)邻接的像素(岛状半导体)的光电二极管区域7。

在上述实施例中，虽然光反射导体层14a、14b，将属于电磁波的一种的光等的电磁能量波予以反射，但是光反射导体层亦可为：按照固体摄像器件的使用目的，而发挥作为将其它的电磁能量波、例如红外线、可视光线、紫外线、X射线、伽玛射线(gamma ray)、电子射线等予以反射的功能的电磁波反射导体层。

另外，本申请案的基础案为2010年10月29日提出申请的PCT/JP2010/69384。参照PCT/JP2010/69384的说明书、申请专利范围、图全部并编入于本说明书中。

又，本发明只要未脱离本发明的广义精神及范围仍可进行各种的实施例及变化。又，上述的实施例皆只为用以说明本发明的一实施例，并非用以限定本发明的范围。

(产业上的可利用性)

本发明可应用于具备晶体管的半导体器件中，该晶体管在具有柱状构造的半导体内形成有沟道区域。

Claims

1.一种固体摄像器件，具有多个像素排列成二维状，其特征在于，在衬底上形成有构成所述多个像素的多个岛状半导体：

所述各岛状半导体分别具有：

第1半导体区域，形成于该岛状半导体下部；

2.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，于所述固体摄像器件中，通过该固体摄像器件而执行的摄像动作含有：

3.根据权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，取代所述第1半导体区域而具有：与所述第2半导体为相同的导电型的第6半导体区域或与所述第2半导体为相反的导电型的第9半导体区域；第7半导体区域，与所述第2半导体区域为相同的导电型且与所述第2半导体区域相连；以及第8半导体区域，为与所述第2半导体区域相反的导电型；其中，所述第6半导体区域、所述第9半导体区域附近的所述第2半导体区域的下部区域分别为所述接合晶体管的漏极、源极，所述第8半导体区域为所述MOS晶体管的漏极。

4.根据权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，还具有形成于所述岛状半导体的下方区域的反射层。

5.根据权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，还具有：光透过绝缘层，形成于所述岛状半导体的下方区域；以及光吸收层，形成于该光透过绝缘层的下方区域；

6.根据权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，还具有：光透过绝缘层，形成于所述岛状半导体的下方区域；以及光吸收层，形成于该光透过绝缘层的下方区域；

7.根据权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，还具有：

形成于所述微透镜与所述岛状半导体之间的光透明中间层；

所述微透镜的焦点在所述光透明中间层的内部的位置。

8.根据权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，

于所述岛状半导体上部的中央表层部形成有凹部或凸部；

9.根据权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，

具有形成于所述微透镜与所述岛状半导体之间的光透明中间层；

10.根据权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，

所述多个像素排列成正方格状、矩形格状、或交错状；

于所述多个像素内，还具有：

11.根据权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，所述多个像素的各个的所述反射导体层与该像素的所述第5半导体区域电性分离，所述多个像素的所有所述反射导体层遍及存在有所述多个像素的像素区域而以将该像素区域覆盖的方式彼此相连。