CN104701335A - 固态图像拾取设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固态图像拾取设备。提供了具有改善的颜色分离特性的背面照射型固态图像拾取设备。光检测器包括第一光检测器单元和布置为相对于半导体衬底的背面比第一光检测器单元更深的第二光检测器单元，其中第一光检测器单元包括第一导电类型的第一半导体区，在所述第一半导体区中通过光电转换产生的载流子作为信号载流子被收集。读出部包括第一导电类型的第二半导体区，所述第二半导体区在深度方向上延伸使得在第一半导体区处收集的载流子被读出到半导体衬底的正面。设置了降低入射在第二半导体区上的光的量的单元。

Description

固态图像拾取设备
本申请是申请号为201080056463.X、申请日为2010年12月13日、发明名称为“固态图像拾取设备”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及背面照射型固态图像拾取设备和照相机系统。
背景技术
已经提出了根据现有技术的背面照射型固态图像拾取设备来提供高灵敏度的固态图像拾取设备，在该背面照射型固态图像拾取设备中晶体管和金属导线被布置在半导体衬底的第一主表面(正面)上并且用光照射与正面相对的第二主表面(背面)。
PTL 1描述了具有在半导体衬底的深度方向上堆叠的光检测器的一种背面照射型固态图像拾取设备。PTL 1中描述的固态图像拾取设备利用半导体衬底材料的光吸收系数与波长相关的事实来在各个光检测器处检测在与光检测器的各自深度对应的波长带中的光。例如，当三个光检测器被堆叠时，最接近入射表面的光检测器主要检测蓝光，在中间的光检测器主要检测绿光，并且最远离入射表面的光检测器主要检测红光。
在PTL 1中描述的固态图像拾取设备中，每个光检测器具有在深度方向上延伸的杂质扩散区，用于将光检测器与正面上的电路电连接。
在PTL 1中描述的配置的情况下，光进入在半导体衬底的深度方向上延伸的杂质扩散区。例如，当入射光在与蓝色光检测器对应的杂质扩散区中的深的位置处被光电转换时，产生的载流子作为用于蓝色的信号电荷被蓄积。然而，这些载流子应该实际上作为用于绿色和红色的信号载流子被蓄积。通过将该载流子作为用于蓝色的信号载流子蓄积，颜色分离特性被恶化，引起噪声。
正面入射的固态图像拾取设备包括光入射表面上的遮光结构，例如晶体管和导线。与此对比，在背面入射的固态图像拾取设备的情况下，由于在入射表面上不需要晶体管和导线，因此光入射在整个背面上。因此，颜色分离特性的恶化变得更明显。
已经考虑到上面描述的问题而设想了本发明，并且本发明提供了具有改善的颜色分离特性的背面照射型固态图像拾取设备。
引文列表
专利文献
PTL 1：日本专利公开No.2008-060476
发明内容
根据本发明的一种固态图像拾取设备包括：包括多个像素的半导体衬底，每个像素包括光检测器和读出部；导线，布置在所述半导体衬底的第一主表面上；以及光量降低部，其中光从所述半导体衬底的与第一主表面相对的第二主表面进入所述光检测器，其中所述光检测器包括第一光检测器单元和布置为相对于第二主表面比第一光检测器单元更深的第二光检测器单元，其中第一光检测器单元包括第一导电类型的第一半导体区，在所述第一半导体区中通过光电转换产生的载流子作为信号载流子被收集，其中所述读出部包括第一导电类型的第二半导体区，所述第二半导体区在所述半导体衬底的深度方向上延伸使得在第一半导体区处收集的载流子被读出到第一主表面，其中所述光量降低部被配置为降低入射在第一导电类型的第二半导体区上的光的量，以及其中所述光量降低部对于入射在第二半导体区上的光的光量降低比大于所述光量降低部对于入射在第一半导体区上的光的光量降低比。
利用根据本发明的固态图像拾取设备，可以改善颜色分离特性。
从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。
附图说明
[图1]图1是第一实施例的示意性的截面图。
[图2]图2是第一实施例的示意性的顶视图。
[图3]图3是第一实施例的水平方向上的电位分布图。
[图4]图4是第二实施例的示意性的顶视图。
[图5]图5是第三实施例的示意性的截面图。
[图6]图6是第四实施例的示意性的截面图。
[图7]图7是第五实施例的示意性的截面图。
[图8A]图8A是第六实施例的示意性的截面图。
[图8B]图8B是第六实施例的水平方向上的电位分布图。
[图9A]图9A是第七实施例的示意性的顶视图。
[图9B]图9B是根据第七实施例的与蓝光对应的微透镜和光检测器的示意性顶视图。
[图9C]图9C是根据第七实施例的与绿光对应的微透镜和光检测器的示意性顶视图。
[图9D]图9D是根据第七实施例的与红光对应的微透镜和光检测器的示意性顶视图。
[图10]图10是第七实施例的水平方向上的电位分布图。
[图11]图11是根据一个实施例的照相机系统。
具体实施方式
将参考附图描述本发明的实施例。在实施例中，电子被用作信号载流子。空穴也可以被用作信号载流子。在使用电子作为信号载流子时，第一导电类型是n型，并且第二导电类型是p型。当空穴被用作信号载流子时，半导体区的导电类型被设定为与电子为信号载流子时的导电类型相反。
第一实施例
图1是根据本发明的第一实施例的固态图像拾取设备的示意性的截面图。半导体区(例如光检测器和晶体管)被包括在半导体衬底101内。p型半导体或者SOI衬底可以被用作半导体衬底101。电路部102被布置在半导体衬底101的第一主表面(附图中的下侧)上。电路部102包括晶体管、电极和导线。光学功能部被布置在第二主表面(附图中的上侧)(即，与其上布置有电路部102的那侧相对的一侧)上，其中绝缘层和保护层置于光学功能部和第二主表面之间。在根据本实施例的背面照射型固态图像拾取设备中，光从与其上布置有导线和晶体管的第一主表面(正面)相对的表面进入，即，从第二主表面(背面)进入。
在本实施例中，光学功能部包括微透镜。如下面详细描述的，微透镜用作光量降低部。
接下来，将描述布置在半导体衬底101上的光检测器的结构。如图1中所示出的，n型半导体区103B、103G和103R在半导体衬底101中在深度方向上被堆叠。在本说明书中，深度方向是与衬底的正面或者背面垂直的方向。水平方向是与深度方向正交的方向。
n型半导体区103B、103G和103R中的每一个与p型半导体区104形成pn结。在最接近背面的n型半导体区103B中，通过蓝色波长带中的光的光电转换产生的电子被主要收集。在布置得相对于背面比n型半导体区103B更深的n型半导体区103G中，通过绿色波长带中的光的光电转换产生的电子被主要收集。在布置得相对于背面最深的n型半导体区103R中，通过红色波长带中的光的光电转换产生的电子被主要收集。在本实施例中，n型半导体区103B相当于根据本发明的第一半导体区，并且n型半导体区103G相当于根据本发明的第三半导体区。
以这种方式，n型半导体区103B、103G和103R中的每一个与p型半导体区104一起构成光检测器，或者具体地，光电二极管。在每一个光检测器中，检测与光检测器的深度对应的波长范围中的光。
n型半导体区105B和105G是分别提取在n型半导体区103B和103G中收集的载流子的读出部。n型半导体区105B在半导体衬底101的深度方向上从n型半导体区103B延伸到正面。n型半导体区105G在半导体衬底101的深度方向上从n型半导体区103G延伸到正面。期望的是，n型半导体区105B和105G的杂质浓度分别高于n型半导体区103B和103G的杂质浓度。在本实施例中，n型半导体区105B相当于根据本发明的第二半导体区，并且n型半导体区105G相当于根据本发明的第四半导体区。
在本实施例中，由于与红色波长带对应的n型半导体区103R被布置在正面处，因此可以省略与n型半导体区103R对应的读出部。n型半导体区103R也可以被嵌入半导体衬底101中，使得它不被露出在正面处。在这种情况下，应该设置与n型半导体区103R对应的读出部。
每一个读出部不限于这种形状和位置，只要它具有用于将基于在光检测器处产生的电子的信号经由读出部提取到正面的功能即可。
在本实施例中，在深度方向上堆叠的三个n型半导体区103B、103G和103R以及n型半导体区105B和105G全部被包括在单个像素内。虽然图1中仅仅示出了两个像素，但是实际上，以线的方式或者以矩阵的方式布置多个像素。这对于下述的其它实施例也是成立的。
电路部102包括读出基于在光检测器处产生的电子的信号的电路。将详细描述电路部102的示例配置。
n型半导体区105B和105G以及n型半导体区103R经由传递MOS晶体管TxB、TxG和TxR与放大器的输入端电连接。放大器的输入端可以经由复位MOS晶体管Res与电源连接。通过使传递MOS晶体管导通，可以经由读出部执行将在光检测器处产生的电子完全耗尽地传递到放大器的输入端。
放大器是放大器MOS晶体管M。放大MOS晶体管M的栅极是输入端。源极和漏极中的一个与电源连接，并且另一个与选择器MOS晶体管SEL的源极或者漏极连接。选择器MOS晶体管SEL的源极和漏极中的不与放大器MOS晶体管M连接的那个与输出线连接。该配置不限于此，并且半导体区可以直接与输出线电连接。
收集光的微透镜106被布置在半导体衬底101的背面上。微透镜106被布置在与光检测器的位置对应的位置处。在本实施例中，对于每一组三个堆叠的光检测器布置一个微透镜106。换句话说，沿深度方向的微透镜106的投影覆盖光检测器。在本实施例中，微透镜106的边缘位于n型半导体区105B之上。换句话说，沿深度方向的微透镜106的投影与n型半导体区105B交迭。微透镜106可以被布置为离开背面一定的距离，或者可以被直接布置在背面上。
入射光会聚在微透镜106的中心处。因此，与不设置微透镜106时相比，入射在布置在微透镜106的边缘下方的n型半导体区105B上的光的量减少。入射光的量的降低比是通过设置微透镜106的降低量与在不设置微透镜106时的入射光的量的比例。
入射在n型半导体区103B上的光的量基本上未改变或者通过在微透镜106处会聚而增大。换句话说，降低比基本上为零，或者入射光的量不降低反而增大。
以这种方式，利用根据本发明的光量降低部，在第二半导体区上的入射光的量的降低比大于在第一半导体区上的入射光的量的降低比。入射在第一半导体区上的光的量完全不降低或者反而可以增大。光量降低部可以完全地阻挡光入射在第二半导体区上，使得入射在第二半导体区上的光量为零。
图2是本实施例的顶视图。图2示出n型半导体区103B、103G、和103R以及n型半导体区105B和105G。
如该图中所示出的，沿深度方向的三个n型半导体区103B、103G和103R的投影交迭。作为读出部的n型半导体区105B和105G被布置为分别与n型半导体区103B、103G对应。当从顶部观看时，n型半导体区103B、103G和103R与微透镜106重叠。
当从顶部观看时，微透镜106的边缘与n型半导体区105B相交。换句话说，沿深度方向的微透镜106的投影与n型半导体区105B交迭。
在本实施例中，最接近背面布置的n型半导体区103B在水平面上具有最大面积。微透镜106被布置为使得其中心基本上匹配n型半导体区103B的中心。
图3是本实施例的水平方向上的电位分布图。图3示出在与n型半导体区103B、103G和103R的位置对应的深度处的水平方向上的电位分布。换句话说，图3示出沿着图1中的线A、B和C的电位分布。纵轴表示电子的电位，而横轴表示水平位置。
如图3中所示出的，由p型半导体区104形成的势垒介于相邻的像素的n型半导体区103B之间。作为读出部的n型半导体区105B的电位低于n型半导体区103B的电位。在该深度处，主要在蓝色波长范围中的光被光电转换，并且被收集在n型半导体区103B中作为蓝色信号载流子。
当在像素之间的势垒中存在平坦部分时，在该平坦部分中产生的载流子扩散到深度方向并且可以进入n型半导体区103G。因此，期望的是n型半导体区103B在水平方向上较广地延伸。通过减少相邻的像素中的n型半导体区103B之间的距离，势垒中的平坦部分变小，并且因此，电子比到达n型半导体区103G更容易地到达n型半导体区103B。也就是说，可以防止在像素内的混色。
将描述防止混色的另一个方法。微透镜106被布置为使得其中心匹配n型半导体区103B的中心，并且允许光进入n型半导体区103B。以这种方式，进入介于相邻的像素之间的势垒的光量减少，并且，结果，可以进入上述n型半导体区103G的电子的量降低。
图3示出在与n型半导体区103G的位置对应的深度处的水平方向上的电位分布。作为读出部的n型半导体区105G具有低于n型半导体区103G的电位的电位。
势垒被形成在n型半导体区105G和n型半导体区105B之间。期望的是，n型半导体区105G和n型半导体区105B以这种方式被电学上分离。
在该深度处，主要在绿色波长带中的光被光电转换，并且作为绿色信号载流子被收集在n型半导体区103G中。另一方面，当光入射在n型半导体区105B上时，通过光电转换产生的载流子作为蓝色信号载流子被收集。
在本实施例中，由于水平的位置关系使得微透镜106的边缘被布置在n型半导体区105B之上，因此入射在n型半导体区105B上的光量减少。因此，要被作为绿色信号载流子收集的载流子更少可能进入n型半导体区105B。
图3示出在与n型半导体区103R的位置对应的深度处的水平方向上的电位分布。如图3中所示出的，势垒被形成在n型半导体区105B和n型半导体区105G之间以及在n型半导体区105G和n型半导体区103R之间。期望的是，n型半导体区105B、n型半导体区105G和n型半导体区103R以这种方式被电学上分离。
在该深度处，主要在红色波长带中的光被光电转换，并且作为红色信号载流子被收集在n型半导体区103R中。通过布置微透镜106，红色信号载流子更少可能进入n型半导体区105B。
如上所述，在本实施例中，沿深度方向的微透镜106的边缘的投影与n型半导体区105B交迭。换句话说，当从顶部观看时，n型半导体区105B与微透镜106重叠。由于在这种配置中入射在n型半导体区105B上的光量减少，因此载流子更少可能产生在n型半导体区105B的相对于背面的较深的位置处。因此，颜色分离特性被改善。
在本实施例中，n型半导体区103B的中心在水平面上基本上匹配微透镜106的中心。利用这种配置，载流子更少可能产生在相邻的像素中的n型半导体区103B之间的区域中。因此，颜色分离特性被改善。
第二实施例
根据本发明的另一个实施例的固态图像拾取设备被示出在图4中。图4是固态图像拾取设备的顶视图。具有与第一实施例中相同功能的部件将由相同的附图标记表示，并且将不重复其详细描述。
在本实施例中，当从顶部观看时，微透镜106的边缘与n型半导体区105B和n型半导体区105G相交。相邻的像素中的微透镜106以连接的方式被布置为使得它们共享它们的边缘的部分。以这种方式，当部分或者所有微透镜106与相邻的像素的微透镜106连接时，在截面图中表现为谷地的部分也与微透镜106的边缘对应。期望的是，由相邻的微透镜106共有的边缘位于n型半导体区105B和105G之上。
与根据第一实施例的n型半导体区105B类似，在本实施例中，入射在n型半导体区105G上的光量减少。因此，在与n型半导体区103R的位置对应的深度处n型半导体区105G中产生的载流子的量减少。也就是说，要被作为红色信号载流子收集的载流子更少可能作为绿色载流子被收集。
除了上述的第一实施例的优点之外，本实施例还具有下面的优点。
在本实施例中，当从顶部观看时，微透镜106的边缘与n型半导体区105B和n型半导体区105G相交。由于利用这种配置入射在n型半导体区105G上的光量可以减少，因此载流子更少可能产生在n型半导体区105G的相对于背面的较深的位置处。因此，颜色分离特性被改善。
第三实施例
图5是根据本发明的另一个实施例的固态图像拾取设备的示意性的截面图。具有与第一或者第二实施例中相同功能的部件将由相同的附图标记表示，并且将不重复其详细描述。
根据本实施例的配置在作为光入射表面的背面上包括遮光部107。如下所述，在本实施例中，遮光部107用作光量降低部。
遮光部107由不透射光的材料制成。例如，使用金属，诸如铝。作为替代，可以使用吸光材料，诸如着黑色的树脂。每一个遮光部107被布置在n型半导体区105B之上。水平的位置关系被确定为使得沿深度方向的遮光部107的投影与n型半导体区105B交迭。遮光部107可以被放置为使得至少部分入射光被阻挡。
遮光部107阻挡部分入射光，因此，入射在n型半导体区105B上的光量减少。绿色波长带和红色波长带中的光的光电转换更少可能在n型半导体区105B的较深部分中被执行。结果，应该作为绿色或者红色信号载流子被读出的载流子更少可能作为蓝色信号载流子被读出。
遮光部107可以介于相邻的像素的n型半导体区103B之间。以这种方式，入射在相邻的像素的n型半导体区103B之间的区域上的光量可以降低，因此，在与n型半导体区103B的位置对应的深度处产生并且进入n型半导体区103G的载流子的量减少。
如上所述，在本实施例中，沿深度方向的遮光部107的投影与n型半导体区105B交迭。换句话说，当从顶部观看时，n型半导体区105B与遮光部107重叠。由于利用这种配置入射在n型半导体区105B上的光量可以减少，因此在n型半导体区105B的相对于背面的较深的位置处的载流子的产生可以被抑制。因此，颜色分离特性被改善。
通过在相邻的像素的n型半导体区103B之间插入遮光部107，在相邻的像素的n型半导体区103B之间的载流子的产生可以被抑制。因此，颜色分离特性被更加改善。
除了根据本实施例的配置之外，通过结合根据第一或者第二实施例的微透镜，颜色分离特性可以更加改善。
第四实施例
图6是根据本发明的另一个实施例的固态图像拾取设备的示意性的截面图。具有与第一到第三实施例中相同功能的部件将由相同的附图标记表示，并且将不重复其详细描述。
在本实施例中，光波导108被布置在作为光入射表面的背面上。如下所述，根据本实施例的光波导108用作光量降低部。
光波导108包括芯部109和包层部110。期望的是芯部109由透射光的材料制成并且具有小的折射率。包层部110由具有比芯部109的折射率大的折射率的材料制成。作为替代，可以使用反射光的材料。
在本实施例中，每一个包层部110位于n型半导体区105B之上。沿深度方向的包层部110的投影与n型半导体区105B交迭。
由于在包层部110处反射入射光，因此入射在n型半导体区105B上的光量减少。因此，绿色波长带和红色波长带中的光的光电转换更少可能在n型半导体区105B的较深部分中被执行。结果，应该作为绿色或者红色信号载流子被读出的载流子更少可能作为蓝色信号载流子被读出。
在本实施例中，通过形成在深度方向上较长的光波导108，入射光的指向性被改善。以一定的入射角进入光波导108的光在包层部110处被反射和由包层部110干涉。当光到达半导体衬底的第二主表面时，入射角的影响减弱，并且光变得基本上平行。
当大量的入射光是倾斜的时，包括堆叠的光检测器的固态图像拾取设备将具有不能令人满意的颜色分离特性。因此，通过使用在深度方向上较长的光波导，颜色分离特性可以改善。
如上所述，在本实施例中，沿深度方向的包层部110的投影与n型半导体区105B交迭。也就是说，当从顶部观看时，n型半导体区105B与包层部110重叠。由于利用这种配置入射在n型半导体区105B上的光量可以减少，因此在n型半导体区105B的相对于背面的较深的位置处的载流子的产生可以被抑制。因此，颜色分离特性被改善。
除了根据本实施例的配置之外，通过结合根据第一或者第二实施例的微透镜，颜色分离特性可以更加改善。
第五实施例
图7是根据本发明的另一个实施例的固态图像拾取设备的示意性的截面图。具有与第一到第四实施例中相同功能的部件将由相同的附图标记表示，并且将不重复其详细描述。
在本实施例中，柱型微透镜111针对每个像素而被布置在背面上。如下所述，在本实施例中，柱型微透镜111用作光量降低部。
空气间隙112被形成在相邻的像素的微透镜111之间。沿深度方向的空气间隙112的投影与n型半导体区105B交迭。也就是说，当从顶部观看时，n型半导体区105B与空气间隙112重叠。
空气间隙112是真空或者用氮气或空气填充。空气间隙112和柱型微透镜111的折射率的差使得入射在空气间隙112上的光会聚到微透镜111中。
由于空气间隙112被布置在n型半导体区105B之上，入射在n型半导体区105B上的光量可以降低。因此，绿色波长带和红色波长带中的光的光电转换更少可能在n型半导体区105B的较深部分中被执行。结果，应该作为绿色或者红色信号载流子被读出的载流子更少可能作为蓝色信号载流子被读出。
由于微透镜111是柱型的，因此入射光的指向性被改善。以一定的入射角进入微透镜111的光在空气间隙112处被反射并且由空气间隙112干涉。当光到达半导体衬底的第二主表面时，入射角的影响减弱，并且光变得基本上平行。
当大量的入射光是倾斜的时，包括堆叠的光检测器的固态图像拾取设备将具有不能令人满意的颜色分离特性。因此，通过使用具有优秀的光的指向性的微透镜，颜色分离特性可以改善。
如上所述，在本实施例中，沿深度方向的在柱型微透镜之间形成的空气间隙112的投影与n型半导体区105B交迭。也就是说，当从顶部观看时，n型半导体区105B与空气间隙112重叠。
由于利用这种配置入射在n型半导体区105B上的光量可减少，因此在n型半导体区105B的相对于背面的较深的位置中的载流子的产生可被抑制。因此，颜色分离特性被改善。
除了根据本实施例的配置之外，通过结合第三实施例的光量降低部和/或第四实施例的光波导，颜色分离特性更加改善。
第六实施例
图8A是根据本发明的另一个实施例的固态图像拾取设备的示意性的截面图。具有与第一到第五实施例中相同功能的部件将由相同的附图标记表示，并且将不重复其详细描述。
在本实施例中，相邻的像素的n型半导体区103B是电学上导通的。当在n型半导体区103B之间不设置p型半导体区时，n型半导体区103B可以是电学上导通的。即使在设置p型半导体区时，当n型半导体区103B彼此足够地接近并且与耗尽层连接时n型半导体区103B也可以是电学上导通的。
在图8A中，从n型半导体区103B延伸的耗尽层113由虚线指示。如图8A中所示出的，相邻的像素的n型半导体区103B经由耗尽层113电学上导通。
图8B示出在与n型半导体区103B的位置对应的深度处的水平方向上的电位分布。也就是说，图8B示出沿着图8A中的线D的电位分布。在图8B中，纵轴表示电子的电位，而横轴表示水平位置。
如图8B中所示出的，在两个不同的像素的n型半导体区103B之间形成的势垒不具有平坦部分。换句话说，在两个不同的像素的n型半导体区103B之间形成的势垒具有引起载流子在水平方向上朝向像素之一漂移的电位梯度。
当势垒中存在平坦部分时，如第一实施例中所述的，载流子进入n型半导体区103G。在本实施例中，由于势垒基本上没有平坦部分，因此载流子更少可能进入n型半导体区103G。
当杂质扩散区延伸跨越相邻的像素时，势垒也在相邻的像素的n型半导体区103B之间的区域中在深度方向上形成。因此，载流子更少可能进入n型半导体区103G。
图8A示出布置在背面上的与第一实施例类似的微透镜106。在本实施例中，该配置不限于此，并且其它实施例的配置可以被利用。
如上所述，除了第一到第五实施例的优点之外，本实施例还具有下面的优点。
在本实施例中，相邻的像素的n型半导体区103B是电学上导通的。利用这种配置，在相邻的像素的n型半导体区103B之间产生的载流子更少可能进入n型半导体区103G。因此，颜色分离特性被更加改善。
在本实施例中，n型半导体区103B是电学上导通的。然而，作为替代，相邻的像素的n型半导体区103G可以以类似的方式是电学上导通的。在这种情况下，在相邻的像素的n型半导体区103G之间的区域中产生的载流子更少可能进入n型半导体区103B和n型半导体区103R。
第七实施例
图9A是根据本发明的另一个实施例的固态图像拾取设备的顶视图。具有与第一到第六实施例中相同功能的部件将由相同的附图标记表示，并且将不重复其详细描述。
在本实施例中，当从顶部观看时，微透镜106的边缘与n型半导体区103B的中心相交。另外，当从顶部观看时，微透镜106的边缘与n型半导体区103G的中心相交。换句话说，一个微透镜106被布置在两个n型半导体区103B之上。也就是说，沿深度方向的微透镜106的投影与两个n型半导体区103B交迭。这对n型半导体区103G也是一样的。
作为读出部的n型半导体区105B和105G分别被布置在n型半导体区103B和103G的中心处。换句话说，沿深度方向的微透镜106的边缘的投影与n型半导体区105B和105G相交。
图9B是微透镜106、n型半导体区103B和n型半导体区105B的顶视图。如图9B中所示出的，每一个微透镜106与在该图中的左右方向上彼此相邻的两个n型半导体区103B交迭。当从顶部观看时，一个微透镜106的边缘与两个n型半导体区105B相交。
图9C是微透镜106、n型半导体区103G和n型半导体区105G的顶视图。n型半导体区103G包围其中设置n型半导体区105B的区域。每一个微透镜106与在该图中的上下方向上彼此相邻的两个n型半导体区103G交迭。当从顶部观看时，一个微透镜106的边缘与两个n型半导体区105G相交。
图9D是微透镜106和n型半导体区103R的顶视图。如图9D中所示出的，微透镜106的中心匹配n型半导体区103R的中心。
如图9A中所示出的，n型半导体区105B和105G分别被布置在n型半导体区103B和103G的中心处。当从顶部观看时，n型半导体区105B和n型半导体区103G被放置为使得它们形成四边形的面心格子。也就是说，四个n型半导体区105B被放置在正方形的顶点处而具有一个n型半导体区105G放置在中心处。四个n型半导体区105B中的每一个也被放置在顶点处具有四个n型半导体区105G的正方形的中心处。周围像素不限于这种位置关系。
利用这种配置，相邻的读出部之间的距离可以增大。期望的是作为读出部的n型半导体区105B和105G的杂质浓度较高。当杂质浓度高时，杂质更容易扩散。此外，高杂质浓度增大了在附近的p型半导体区104中的耗尽层的扩展。因此，当n型半导体区105B和n型半导体区105G之间的距离小时，这些区域可以变得电学上导通。因此，期望的是相邻的读出部之间的距离大。
图10示出在与n型半导体区103B的位置对应的深度处且沿着图9B中的线E的水平方向上的电位分布。纵轴表示电子的电位，而横轴表示水平位置。
在本实施例中，两个n型半导体区103B被布置在一个微透镜106下方。因此，在相邻的n型半导体区103B之间形成的势垒位于微透镜106下方。在图10中，势垒位于微透镜106的中心处。当由微透镜106聚焦的光被光电转换时，产生的载流子被收集到图10中的在左边和右边的相邻的n型半导体区103B之一。
在本实施例中，一个微透镜106与一个像素对应。因此，为了从一个像素获取蓝色信号，来自图9B中的左边和右边的相邻的n型半导体区103B的信号的平均值可以被确定。类似地，为了从一个像素获取绿色信号，来自图9C中的上侧和下侧的相邻的n型半导体区103G的信号的平均值可以被确定。
在本实施例中，一个像素包括两个n型半导体区103B而同时与左边和右边的像素共用它们。类似地，一个像素包括两个n型半导体区103G而同时与上方和下方的像素共用它们。
微透镜106的边缘与作为读出部的n型半导体区105B和105G相交。利用这种配置，每个像素与相邻的像素共用读出部。
图9A、图9B、图9C、图9D和图10示出在其中与第一实施例中类似的微透镜106被布置在背面上的配置。本实施例不限于此并且可以利用其它实施例。
如上所述，除了第一到第六实施例的优点之外，本实施例还具有下面的优点。
利用本实施例，在n型半导体区105B和105G之间的距离可以被设定为较大。利用这种配置，在n型半导体区105B和105G之间的导电性可以降低，并且因此，颜色分离特性更加改善。
第八实施例
将详细描述包括根据本发明的一个实施例的固态图像拾取设备的照相机系统。图像拾取系统的示例包括数字式静态照相机和数字式摄录一体机。图11是示出在其中光电转换设备被应用于数字式静态照相机的示例图像拾取系统的框图。
图11示出保护透镜2的挡板1和孔径光阑3，透镜2在固态图像拾取设备4上形成对象的光学图像，孔径光阑3改变透射通过透镜2的光量。固态图像拾取设备4是上面描述的实施例之一的固态图像拾取设备并且将由2形成的光学图像转换为图像数据。固态图像拾取设备4的衬底被设置有A/D转换器。信号处理单元7对从固态图像拾取设备4输出的图像拾取数据执行各种校正并且压缩数据。图11还示出定时发生器8和全体控制/计算单元9，定时发生器8向固态图像拾取设备4和信号处理单元7输出各种定时信号，全体控制/计算单元9执行各种计算并且控制整个数字式静态照相机。图像数据被临时存储在存储器10中。接口单元11被用来记录到记录介质和从记录介质读出。可拆卸的记录介质(诸如半导体存储器)被用来记录和读出图像拾取数据。接口单元13被用来与外部计算机等通信。定时信号可以从图像拾取系统外部的单元输入，只要图像拾取系统至少包括固态图像拾取设备4和处理从固态图像拾取设备4输出的图像拾取信号的信号处理单元7即可。
在本实施例中，固态图像拾取设备4和A/D转换器被设置在相同的衬底上。然而，作为替代，固态图像拾取设备4和A/D转换器可以被设置在分开的衬底上。此外，固态图像拾取设备4和信号处理单元7可以被设置在相同的衬底上。
如上所述，根据本发明实施例的固态图像拾取设备可以被应用于照相机系统。通过将根据本发明的固态图像拾取设备应用于照相机系统，可以获得具有改善的颜色分离特性的图像。
在每个实施例中，描述了具有三个光检测器的固态图像拾取设备。然而，只要包括多个堆叠的光检测器，本发明都可以被应用。例如，本发明可以被应用于具有两个堆叠的光检测器的背面照射型固态图像拾取设备。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。
本申请要求2009年12月18日提交的日本专利申请No.2009-288461的权益，该日本专利申请其整体通过参考被并入于此。
附图标记列表
101  半导体衬底
102  电路部
103  n型半导体区
104  p型半导体区
105  n型半导体区
106  微透镜
107  遮光部
108  光波导
109  芯部
110  包层部
111  柱型微透镜
112  空气间隙
113  耗尽层

Claims (7)

1.一种背面照射型固态图像拾取设备，包括：
包括多个像素的半导体衬底，每个像素包括光检测器和读出部；
导线，布置在所述半导体衬底的第一主表面上；以及
光量降低部，
其中光从所述半导体衬底的与第一主表面相对的第二主表面进入所述光检测器，
其中所述光检测器包括第一光检测器单元和布置为相对于第二主表面比第一光检测器单元更深的第二光检测器单元，
其中第一光检测器单元包括第一导电类型的第一半导体区，在所述第一半导体区中通过光电转换产生的载流子作为信号载流子被收集，
其中所述读出部包括第一导电类型的第二半导体区，所述第二半导体区在所述半导体衬底的深度方向上延伸使得在第一半导体区处收集的载流子被读出到第一主表面，
其中，遮光部布置在所述半导体衬底的第二主表面上并且被配置为阻挡光，以及
其中，所述遮光部被布置为使得沿深度方向的所述遮光部的投影与第二半导体区交迭。
2.根据权利要求1所述的固态图像拾取设备，还包括：
微透镜，布置在所述半导体衬底的第二主表面上并且被配置为使光聚焦，
其中，所述微透镜被布置为使得沿深度方向的微透镜的边缘的投影与第二半导体区相交。
3.根据权利要求2所述的固态图像拾取设备，其中，沿深度方向的微透镜的边缘的投影与包括在多个像素中的两个相邻像素中的每一个像素中的第二半导体区相交。
4.根据权利要求1所述的固态图像拾取设备，还包括：
多个微透镜，布置在所述半导体衬底的第二主表面上，每个微透镜被配置为使光聚焦，
其中，微透镜以连接的方式被布置以使得边缘的部分是共有的，以及
其中，微透镜被布置为使得沿深度方向的微透镜的共有的边缘的投影与第二半导体区相交。
5.根据权利要求1所述的固态图像拾取设备，还包括：
两个微透镜，布置在所述半导体衬底的第二主表面上，
其中，空气间隙被设置在与相邻的像素对应的所述两个微透镜之间，以及
其中，所述两个微透镜被布置为使得沿深度方向的空气间隙的投影与第二半导体区交迭。
6.根据权利要求1所述的固态图像拾取设备，其中，在多个像素之中，包括在像素中的第一半导体区与包括在相邻的像素中的第一半导体区是电学上导通的。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的固态图像拾取设备，
其中，所述光检测器还包括第三光检测器单元，所述第三光检测器单元布置在第一光检测器单元的深度与第二光检测器单元的深度之间的深度处，
其中，第三光检测器单元包括第一导电类型的第三半导体区，在所述第三半导体区中通过光电转换产生的载流子作为信号载流子被收集，
其中，所述读出部包括第四半导体区，所述第四半导体区在所述半导体衬底的深度方向上延伸使得在第三半导体区中收集的载流子被读出到第一主表面，
其中，所述光量降低部被配置为降低入射在第一导电类型的第二半导体区上的光的量，以及
其中，所述遮光部被布置为使得沿深度方向的所述遮光部的投影与第四半导体区交迭。
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