CN108475691A - 固态成像装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种允许减少光学串扰的固态成像装置和电子设备。在图5的B的示例中，通过以下方法形成电荷存储单元：在衬底中钻孔，在所述孔的表面中形成扩散层，并且形成绝缘膜和上电极以填充所述孔。在图5的C的示例中，通过以下方法形成电荷存储单元：在衬底中钻孔，在所述孔的表面的一半(一侧)中形成扩散层，并且形成绝缘膜和上电极以填充所述孔。通过将按照上述方式形成在所述衬底中的所述电荷存储单元(电容元件)放置在作为第一光电转换单元的PD之间，可以允许所述电容元件用作针对单位像素中的所述PD之间的串扰的屏蔽线对。例如，本公开可以应用于用于成像设备(诸如，摄像机)的CMOS固态成像装置。

Description

固态成像装置和电子设备
技术领域
本公开涉及一种固态成像装置和一种电子设备，并且具体地涉及允许减少光学串扰的一种固态成像装置和一种电子设备。
背景技术
此处提供了一种包括电容器并且增大动态范围的接触式图像传感器(CIS：CMOS图像传感器)(参考专利文献1)。通过采用光电转换元件的方法来获得CIS，该光电转换元件使用“互补金属氧化物半导体”，并且该元件被称为互补MOS(CMOS)传感器。
引文列表
专利文献
专利文献1：JP4317115B2
发明内容
本发明要解决的问题
对于上述CIS，要求应该以更小的像素大小来增大动态范围。
已经鉴于上述情况提出了本公开，并且本公开能够减少由于像素大小减小而发生的光学串扰。
问题解决方案
根据本技术的第一方面的固态成像装置包括：像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作，其中，单位像素中的每一个包括：光电转换单元；以及沟槽状电荷存储单元，该沟槽状电荷存储单元配置为存储由光电转换单元生成的电荷。
电荷存储单元放置在光电转换单元与包括在单位像素中的相邻单位像素中的另一光电转换单元之间。
单位像素中的每一个包括多个光电转换单元，并且电荷存储单元放置在多个光电转换单元之间，或者光电转换单元与包括在单位像素中的相邻单位像素中的另一光电转换单元之间。
单位像素中的每一个可以进一步包括与电荷存储单元相邻放置的反面DTI(RDTI)。
RDTI形成为连接至电荷存储单元。
该电荷存储单元形成为穿透衬底。
电荷存储单元的一端的电位是接地电位、电源电位、或者第三电位。
电荷存储单元的一端的电位被设置为与光电转换单元的存储时间和读取时间不同的电位。
固态成像装置是背照式的。
根据本技术的第一方面的电子设备包括：固态成像装置，该固态成像装置包括：像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作，单位像素中的每一个包括：光电转换单元；以及沟槽状电荷存储单元，该沟槽状电荷存储单元配置为存储由光电转换单元生成的电荷；信号处理电路，该信号处理电路配置为处理从固态成像装置输出的输出信号；以及光学系统，该光学系统配置为向固态成像装置提供入射光。
根据本技术的第二方面的固态成像装置包括：像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作，其中，单位像素中的每一个包括：第一光电转换单元；第二光电转换单元，该第二光电转换单元具有比第一光电转换单元的灵敏度低的灵敏度；电荷存储单元，该电荷存储单元配置为存储由第二光电转换单元生成的电荷，电荷存储单元包括金属的栅极电极和高k绝缘膜；以及晶体管，该晶体管配置为传递由第一或者第二光电转换单元生成的电荷。
与晶体管同时放置电荷存储单元。
金属是具有Ti、TiN、或者W的高熔点的金属或者该金属的化合物。
高k绝缘膜是Hf02、Al203、或者Ta205。
固态成像装置是背照式的。
根据本技术的第二方面的电子设备包括：固态成像装置，该固态成像装置包括：像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作，单位像素中的每一个包括：第一光电转换单元；第二光电转换单元，该第二光电转换单元具有比第一光电转换单元的灵敏度低的灵敏度；电荷存储单元，该电荷存储单元配置为存储由第二光电转换单元生成的电荷，电荷存储单元包括金属的栅极电极和高k绝缘膜；以及晶体管，该晶体管配置为传递由第一或者第二光电转换单元生成的电荷，该电子设备进一步包括：信号处理电路，该信号处理电路配置为处理从固态成像装置输出的输出信号；以及光学系统，该光学系统配置为向固态成像装置提供入射光。
根据本技术的第三方面的固态成像装置包括：像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作；以及沟槽状元件隔离。
该元件隔离形成为包围单位像素中的特定单位像素。
单位像素中的每一个包括：第一光电转换单元；以及第二光电转换单元，该第二光电转换单元具有比第一光电转换单元的灵敏度低的灵敏度，以及元件隔离形成为包围第二光电转换单元。
元件隔离包括Hf02、Al203、或者Ta205。
根据本技术的第三方面的电子设备包括：固态成像装置，该固态成像装置包括：像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作；以及沟槽状元件隔离；信号处理电路，该信号处理电路配置为处理从固态成像装置输出的输出信号；以及光学系统，该光学系统配置为向固态成像装置提供入射光。
在本技术的第一方面中，提供了像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作。然后，单位像素中的每一个包括：光电转换单元；以及沟槽状电荷存储单元，该沟槽状电荷存储单元配置为存储由光电转换单元生成的电荷。
在本技术的第二方面中，提供了像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作。然后，单位像素中的每一个包括：第一光电转换单元；第二光电转换单元，该第二光电转换单元具有比第一光电转换单元的灵敏度低的灵敏度；以及电荷存储单元，该电荷存储单元配置为存储由第二光电转换单元生成的电荷，电荷存储单元包括金属的栅极电极和高k绝缘膜；以及晶体管，该晶体管配置为传递由第一或者第二光电转换单元生成的电荷。
在本技术的第三方面中，提供了像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作；以及沟槽状元件隔离。
发明效果
根据本技术，可以减少光学串扰。具体地，可以减小由于像素大小减小而发生的光学串扰。
应该注意，本说明书中所描述的效果仅仅是示例，本技术的效果不限于本说明书中所描述的效果，并且可以包括另外的效果。
附图说明
图1是示出了应用了本技术的CMOS图像传感器的配置的图解的系统配置图。
图2是示出了应用了本技术的CMOS图像传感器的另一系统配置的系统配置图(第一个)。
图3是示出了应用了本技术的CMOS图像传感器的另一不同系统配置的系统配置图(第二个)。
图4是示出了根据本技术的第一实施例的单位像素的配置示例的电路图。
图5是示出了图4中的电荷存储单元的配置示例的横截面图。
图6是示出了图4中的单位像素的配置示例的平面图。
图7是示出了在图6中的单位像素中另外放置了DTI的示例的平面图。
图8是示出了图4中的单位像素的另一配置示例的平面图。
图9是示出了在图8中的单位像素中另外放置了DTI的示例的平面图。
图10是示出了根据本技术的电荷存储单元的另一配置示例的横截面图。
图11是示出了根据本技术的电荷存储单元的另一不同配置示例的横截面图。
图12是示出了图4中的单位像素的配置示例的平面图。
图13是示出了图12中的单位像素的配置示例的横截面图。
图14是描述了图12中的电荷存储单元的形成过程的流程图。图15是示出了像素阵列单元的配置示例的平面图。
图16是示出了形成过程的示例的工艺流程图。
图17是示出了形成过程的示例的工艺流程图。
图18是示出了像素阵列单元的配置示例的平面图。
图19是示出了形成过程的示例的工艺流程图。
图20是示出了根据本技术的第二实施例的单位像素的配置示例的电路图。
图21是示出了图20中的单位像素的配置示例的平面图。
图22是示出了图20中的单位像素的配置示例的视图。
图23是示出了根据本技术的第三实施例的单位像素的配置示例的平面图。
图24是示出了图23中的单位像素的配置示例的横截面图。
图25是示出了图23中的单位像素的另一配置示例的横截面图。
图26是描述了图24中的电荷存储单元的形成过程的流程图。
图27是示出了形成过程的示例的工艺流程图。
图28是示出了形成过程的示例的工艺流程图。
图29是示出了形成过程的示例的工艺流程图。
图30是描述了图25中的电荷存储单元的形成过程的流程图。
图31是示出了形成过程的示例的工艺流程图。
图32是示出了形成过程的示例的工艺流程图。
图33是示出了形成过程的示例的工艺流程图。
图34是示出了根据本技术的第四实施例的单位像素的配置示例的平面图。
图35是示出了图34中的单位像素的配置示例的横截面图。
图36是示出了像素阵列单元中的四个单位像素的布置的示例的平面图。
图37是示出了元件隔离和前表面侧上的片上透镜的布置的示例的平面图。
图38是示出了后表面侧上的元件隔离和片上透镜的布置的示例的平面图。
图39是示出了根据本技术的第五实施例的像素阵列单元的配置示例的平面图。
图40是示出了图39中的像素阵列单元的配置示例的横截面图。
图41是示出了根据本技术的第五实施例的像素阵列单元的另一配置示例的平面图。
图42是示出了图41中的像素阵列单元的配置示例的横截面图。
图43是示出了根据本技术的第五实施例的像素阵列单元的另一不同配置示例的平面图。
图44是示出了图43中的像素阵列单元的配置示例的横截面图。
图45是示出了根据本技术的第五实施例的像素阵列单元的又一不同配置示例的平面图。
图46是示出了应用了本技术的图像传感器的使用示例的视图。
图47是示出了应用了本技术的电子设备的配置示例的框图。
具体实施方式
下面，将描述用于实施本公开的模式(这些模式将被称为实施例)。应该注意，将按照以下顺序来进行描述。1.应用了本技术的固态成像装置。
2.第一实施例(具有一根光电二极管的电路的沟槽电容器)。
3.第二实施例(具有两根光电二极管的电路的沟槽电容器)。
4.第三实施例(金属栅极电极电容器)。
5.第四实施例(具有两根光电二极管的电路的沟槽形元件隔离)。
6.第五实施例(沟槽形元件隔离：修改)。
7.图像传感器的使用示例。
8.电子设备的示例。
<1.应用了本技术的固态成像装置>
{基本系统配置}
图1是示出了应用了本技术的固态成像装置(诸如，作为一种X-Y寻址固态成像装置的CMOS图像传感器)的配置的图解的系统配置图。在这点上，CMOS图像传感器是通过应用或者部分利用CMOS工艺制造的图像传感器。例如，固态成像装置包括背照式CMOS图像传感器。
根据本申请案例的CMOS图像传感器10包括形成在未示出的半导体衬底(芯片)上的像素阵列单元11和集成在与像素阵列单元11相同的半导体衬底上的外围电路单元。该外围电路单元包括：例如，垂直驱动单元12、列处理单元13、水平驱动单元14、和系统控制单元15。
CMOS图像传感器10进一步包括信号处理单元18和数据存储单元19。该信号处理单元18和数据存储单元19可以安装在与CMOS图像传感器10相同的衬底上，或者可替代地，放置在与承载CMOS图像传感器10的衬底不同的衬底上。而且，由信号处理单元18和数据存储单元19执行的每个处理可以由设置在与承载CMOS图像传感器10的衬底不同的衬底上的外部信号处理单元来执行，诸如，数字信号处理器(DSP)电路或者软件。
像素阵列单元11包括单位像素的二维布置，在该二维布置中，各自包括根据接收到的光量来生成并且存储电荷的光电转换单元(在一些部分中，以下将简称为“像素”)的单位像素沿行方向和列方向布置，换句话说，布置在矩阵中。在这点上，行方向意味着布置像素行中的像素的方向(即，水平方向)，并且列方向意味着布置像素列中的像素的方向(即，垂直方向)。稍后将描述单位像素的具体电路配置和像素结构的细节。
在像素阵列单元11中，对于矩阵中的像素布置，沿着行方向来安装像素驱动线16以与每个像素行对应，并且沿着列方向来安装垂直信号线17以与每个像素列对应。像素驱动线16在从像素读出信号时传输用于驱动的驱动信号。虽然图1示出了一条线作为像素驱动线16，但是像素驱动线16不限于一条线。像素驱动线16的一端连接至与垂直驱动单元12的每一行对应的输出。
垂直驱动单元12包括移位寄存器、地址解码器等，并且同时或者逐行地驱动像素阵列单元11中的所有像素等。换句话说，垂直驱动单元12与控制垂直驱动单元12的系统控制单元15一起形成控制像素阵列单元11中的每个像素的操作的驱动单元。虽然未示出垂直驱动单元12的具体配置，但是垂直驱动单元12配置为通常具有读取扫描系统和横扫扫描系统两种扫描系统。
读取扫描系统选择性地逐行扫描像素阵列单元11中的单位像素以从单位像素读出信号。从单位像素读出的信号是模拟信号。比读取扫描早曝光时间，横扫扫描系统对读取扫描系统将进行读取扫描的读取行执行横扫扫描。
作为由横扫扫描系统执行的横扫扫描的结果，不必要的电荷被从读取行中的单位像素的光电转换单元扫除，使得光电转换单元被复位。然后，通过由横扫扫描系统执行的对不必要的电荷的操作(复位操作)，完成了所谓的电子快门操作。在这点上，电子快门操作是指释放光电转换单元中的电荷并且重新开始曝光(开始存储电荷)的操作。
作为由读取扫描系统进行的读取操作的结果而读出的信号与在紧接在前的读取操作或者电子快门操作之后接收到的光量对应。然后，从执行紧接在前的读取操作的读取时间或者执行紧接在前的电子快门操作的横扫时间到执行当前读取操作的读取时间的周期是单位像素中的电荷曝光周期。
经由每个像素列的每条垂直信号线17来将从由垂直驱动单元12选择性地扫描的像素行中的每个单位像素输出的信号输入至列处理单元13。该列处理单元13经由垂直信号线17来对从选择的行中的每个像素输出的信号执行预定信号处理，并且对于像素阵列单元11的每个像素列，暂时保存对其执行信号处理的像素信号。
更具体地，列处理单元13执行至少一种噪声去除处理(例如，诸如，相关双采样(CDS)处理或者双数据采样(DDS)处理)作为信号处理。例如，CDS处理去除像素特有的复位噪声或者固定模式噪声，诸如，像素中的放大晶体管的阈值变化。除了噪声去除处理之外，例如，还可以向列处理单元13提供模数(AD)转换功能，使得可以将模拟像素信号转换为数字信号并且被输出。
水平驱动单元14包括移位寄存器、地址解码器等，并且按顺序选择与列处理单元13的像素列对应的单元电路。作为由水平驱动单元14执行的选择性扫描的结果，对于列处理单元13中的每个单元电路对其执行了信号处理的像素信号被按顺序输出。
系统控制单元15包括生成各种定时信号等的定时生成器，并且基于由该定时生成器生成的各种定时来控制垂直驱动单元12、列处理单元13、水平驱动单元14等中的每一个的驱动。
信号处理单元18至少具有算术处理功能，并且对从列处理单元13输出的像素信号执行各种信号处理(诸如，算术处理)。对于信号处理单元18中的信号处理，数据存储单元19暂时保存信号处理所需的数据。
{其它系统配置}
应用了本技术的CMOS图像传感器10不限于上述系统配置。作为其它系统配置，可以引用以下系统配置。
例如，如在图2中示出的，引用的是具有以下系统配置的CMOS图像传感器10A：在该系统配置中，数据存储单元19放置在列处理单元13之后的级，并且从列处理单元13输出的像素信号被经由数据存储单元19馈送至信号处理单元18。
进一步地，如在图3中示出的，引用的是具有以下系统配置的CMOS图像传感器10B：在该系统配置中，列处理单元13设置有对像素阵列单元11的每一行或者每多个行执行AD转换的AD转换功能，并且数据存储单元19和信号处理单元18与列处理单元13并联设置。
<2.第一实施例(具有一根光电二极管的电路配置)>
接下来，将描述本技术的第一实施例。
{单位像素50的电路配置}
图4是示出了放置在图1至图3中示出的像素阵列单元11中的单位像素50的配置示例的电路图。
单位像素50配置为包括第一光电转换单元51、第一传输栅极单元52、第二传输栅极单元54、电荷存储单元56、复位栅极单元57、浮动扩散(FD)单元58、放大晶体管59、和选择晶体管60。
而且，对于单位像素50，例如，安装多根驱动线作为在图1至图3中示出的像素驱动线16以分别与像素行对应。然后，各种驱动信号TRG、FDG、RST、和SEL被经由多根驱动线从在图1至图3中示出的垂直驱动单元12馈送。这些驱动信号是在处于高电平(例如，电源电压VDD)时变为活动并且在处于低电平(例如，负电位)时变为不活动的脉冲信号，因为单位像素50的每根晶体管是NMOS晶体管。
第一光电转换单元51包括例如，PN结的光电二极管(PD)。第一光电转换单元51根据接收到的光量来生成并且存储电荷。
第一传输栅极单元52连接在第一光电转换单元51与FD单元58之间。驱动信号TRG被应用于第一传输栅极单元52的栅极电极。当驱动信号TRG变为活动时，第一传输栅极单元52被置于导通状态，使得存储在第一光电转换单元51中的电荷被经由第一传输栅极单元52传递至FD单元58。
第二传输栅极单元54连接在电荷存储单元56与FD单元58之间。驱动信号FDG被应用于第二传输栅极单元54的栅极电极。当驱动信号FDG变为活动时，第二传输栅极单元54被置于导通状态，使得电荷存储单元56和FD单元58的电位结合。
电荷存储单元56包括例如，电容器，并且连接至FD单元58，第二传输栅极单元54介于其间。电荷存储单元56的反电极连接至VFC。应该注意，电荷存储单元56的反电极可以是GND。电荷存储单元56存储从第一光电转换单元51传递的电荷。
复位栅极单元57连接在电源VDD与FD单元58之间。驱动信号RST被应用于复位栅极单元57的栅极电极。当驱动信号RST变为活动时，复位栅极单元57被置于导通状态，使得FD单元58的电位被复位到电源电压VDD的电平。
FD单元58执行电荷-电压转换以将电荷转换为电压信号并且输出得到的信号。
具有连接至FD单元58的栅极电极并且具有连接至电源VDD的漏极电极的放大晶体管59用作读出保存在FD单元58中的电荷的读取电路的输入单元，换句话说，所谓的源极跟随器电路。即，利用插入选择晶体管60来将放大晶体管59的源极电极连接至垂直信号线17，使得放大晶体管59与连接至垂直信号线17的一端的恒流电源17一起形成源极跟随器电路。
选择晶体管60连接在放大晶体管59的源极电极与垂直信号线17之间。驱动信号SEL被应用于选择晶体管60的栅极电极。当驱动信号SEL变为活动时，选择晶体管60被置于导通状态，使得单位像素50被置于选定状态。因此，从放大晶体管59输出的像素信号被经由选择晶体管60输出至垂直信号线17。
应该注意，在下文中，还将每个驱动信号变为活动称为每个驱动信号被导通，并且还将每个驱动信号变为失效称为每个驱动信被断开。而且，在下文中，还将每个栅极单元或者每根晶体管被置于导通状态称为每个栅极单元或者每根晶体管被导通，并且还将每个栅极单元或者每根晶体管被置于非导通状态称为每个栅极单元或者每根晶体管被断开。
{电荷存储单元的横截面图}
图5是示出了作为图4中的电荷存储单元56的电容元件的示例的横截面图。图5的A示出了电容器，并且图5的B和图5的C示出了根据本技术的沟槽电容器的示例。
在图5的A的示例中，电荷存储单元56包括上电极71a、绝缘膜72a、和扩散层73a。在图5的B的示例中，电荷存储单元56包括上电极71b、绝缘膜72b、和扩散层73b。在图5的C的示例中，电荷存储单元56包括上电极71c、绝缘膜72c和扩散层73c。
形成在衬底70中的上电极71a至71c包括例如，多晶硅。绝缘膜72a至72c是绝缘膜电容器。扩散层73a至73c是硅侧电极。
在图5的A的示例中，电荷存储单元56形成在衬底的表面上。与此相反，在图5的B的示例中，通过以下方法形成电荷存储单元56：在衬底70中钻孔，在该孔的表面中形成扩散层73b，并且形成绝缘膜72b和上电极71b以填充孔。在图5的C的示例中，通过以下方法形成电荷存储单元56：在衬底70中钻孔，在该孔的表面的一半(一侧)中形成扩散层73c，并且形成绝缘膜72c和上电极71c以填充孔。在下文中，将分别将上电极71b和71c、绝缘膜72b和72c、以及扩散层73b和73c统称为上电极71、绝缘膜72、和扩散层73。
在图5的B和图5的C的示例中，电荷存储单元56的一端连接至存储通过光电转换而生成的电荷的扩散层73，并且另一端连接至VFC。
可以按照以下三种方式1.至3.来将VFC连接至用作电容器的端子的上电极71和扩散层73。
1.将VFC连接至上电极71。
2.将VFC连接至N型扩散层73。
3.将VFC连接至P型扩散层73。
关于上述情况，在情况1.中施加的电压是任意的，在情况2.中施加的电压等于或者高于GND，并且在情况3.中施加的电压等于GND。然而，优选的是，将节点连接至上电极。
应该注意，除了接地电位、电源电位、和第三电位之外，还可以分别在第一光电转换单元51的存储时间和读取时间将VFC的电压设置为不同的电位。作为存储通过光电转换而生成的电荷的电荷存储单元56的电极，选择形成在绝缘膜72上的电极或者形成在衬底中的扩散层。在这点上，如果存在发生遮光失败的区域，则会生成噪音。为了抑制这种情况，不在上述区域中形成扩散层。
按照上述方式形成在衬底中的电荷存储单元56(电容元件)放置在作为第一光电转换单元51的PD之间。因此，在单位像素50中，电容元件可以用作针对PD之间的串扰的屏蔽线对。这增大了动态范围。
具体地，发生串扰的两个原因是光泄漏和电荷扩散。有关光泄漏，通过由于作为电容元件的电荷存储单元56的绝缘膜72与硅之间的折射率差异引起的界面反射，入射光被限制在一根PD中，并且这种限制光的效果可以减少串扰。而且，有关电荷扩散，电容元件的绝缘膜72具有阻挡电荷扩散的路径的效果，使得减少了串扰。
应该注意，在与单位像素50中的晶体管的栅极氧化物膜相同的过程中形成电容器的绝缘膜72，并且可替代地，在不同的过程或者其复合过程中形成。通过使绝缘膜72比晶体管的栅极氧化膜厚，可以提高界面的折射率，并且改进屏蔽效果。
{单位像素50的平面图}
图6是示出了图4中的单位像素的配置示例的平面图。图6示出了针对作为电荷存储单元56的电容元件的截面结构采用沟槽电容器的示例。在图6的平面图中，还示出了连接电荷存储单元56和FD单元58的接线81-1以及连接FD单元58和放大晶体管59的栅极电极的接线81-2。
在图6的情况下，通过以下方法来形成电荷存储单元56：在衬底70中钻孔，并且形成绝缘膜和上电极。电荷存储单元56放置在相应单位像素50的第一光电转换单元51之间。通过将电荷存储单元56放置在多个位置(在图6的示例中的三个位置)中的每一个位置中，而不是放置在单个位置，可以增加电容值和屏蔽效果。
图7是示出了在图6的单位像素中另外放置了深沟槽隔离(DTI)的示例的平面图。在图7的示例中，将具有屏蔽效果的DTI90放置在单位像素50周围。因此，第一光电转换单元51被更加可靠地彼此屏蔽。
图8是示出了图4中的单位像素的配置示例的平面图。图8示出了相对于第一光电转换单元51沿多个方向放置作为电荷存储单元56-1和56-2的电容元件的示例，并且虚线表示一个单位像素50的边界。在图8的平面图中，除了接线81-1和接线81-2之外，还示出了连接沿多个方向布置的电荷存储单元56-1和56-2的接线81-3。
在图8的情况下，通过在衬底70中钻出附图中垂直延长的沟槽来形成电荷存储单元56-1，并且沿着第一光电转换单元51装置的纵向(Y轴)方向布置。通过在衬底70中钻出附图中水平延长的沟槽来形成电荷存储单元56-2，并且沿着第一光电转换单元51装置的横向(X轴)方向布置。因此，第一光电转换单元51与相邻放置在四个方向上的像素中的相应第一光电转换单元51屏蔽。
应该注意，通过将电荷存储单元56-1和56-2中的至少一个配置为经由接线81-3连接至相邻像素，例如，可以改进面积可用性。
图9是示出了在图8中的单位像素中另外放置了DTI的示例的平面图。在图9的示例中，DTI90放置在单位像素50的被图8中的虚线包围的区域周围。因此，第一光电转换单元51被更加可靠地彼此屏蔽。
{电荷存储单元的横截面图}
图10的A至图10的C、图11的A、以及图11的B是示出了根据本技术的电荷存储单元应用于图5至图8中的示例的示例的横截面图。在这些横截面图中的每一个横截面图中，图中的下侧是光入射在其上的前表面侧。如由图10的A中的箭头指示的，电荷存储单元56对于以大角度入射的光不具有遮光效果，并且在第一光电转换单元51与该第一光电转换单元51的相邻第一光电转换单元51之间不可避免地发生串扰。
与此相反，在图10的B的情况下，通过进一步采用包括绝缘层92的反面DTI(RDTI)91，可以阻挡由图10的A中的虚线箭头指示的以大角度入射的光的串扰。然而，在这种情况下，在电荷存储单元56和RDTI91中，第一光电转换单元51与该第一光电转换单元51的相邻第一光电转换单元51之间的串扰可能由于从接线81反射的光的多次反射而发生，该反射由图11的B中的虚线箭头指示。
然后，如在图10的C中示出的，电荷存储单元56和RDTI91相对于第一光电转换单元51的位置被交换，使得可以防止沿着由图10的B中的虚线箭头指示的路径的串扰。尽管如此，即使在图10的C的情况下，取决于入射角和接线81的模式的组合，也在如图10的C中示出的一些情况下发生第一光电转换单元51之间的串扰。因此，通过选择图10的B和图10的C中的一种结构，从而考虑到要采用的光学系统和布线图案，可以使串扰减到最少。
而且，通过如图11的A中示出的那样将作为电容元件的电荷存储部56配置为穿透衬底，或者如在图11的B中示出的那样将作为电容元件的电荷存储单元56和RDTI91配置为彼此连接，可以改进屏蔽效果。
{单位像素50的平面图}
图12是示出了图4中的单位像素的示例的平面图，并且图13是图12的横截面图。图12示出了作为电荷存储单元56的电容元件用于衬底70上的单位像素50之间的像素隔离区域100的示例。
N-区域第一光电转换单元51形成在衬底70上的单位像素50的区域中，并且包括P+区域扩散层73、绝缘膜72、和上电极71的电荷存储单元56形成在像素隔离区域100中。对于包括多晶硅的上电极71，安装了连接多晶硅的上电极71和节点的接线81-1。
在这种情况下，电荷存储单元56用作前侧DTI(FDTI)，并且电荷存储单元56的衬底侧电极用作PD隔离。
接下来，参照图14的流程图，将描述图12中的沟槽电容器(电荷存储单元56)的形成过程。在对图14的描述中，将适当地引用图15至图19。应该注意，图14的形成过程是由例如，用于固态成像装置的制造设备(以下将简称为制造设备)执行的过程。
如在图15中的像素阵列单元11的平面图中示出的，单位像素50的区域和像素隔离区域100形成在衬底70中。图16是沿着图15中的线A-A'截取的横截面图。
在图14的步骤S11中，制造设备在衬底70上的单位像素50的区域中形成N-区域嵌入式PD(第一光电转换单元51)(图16的A)。
在步骤S12中，制造设备在像素隔离区域100中形成用于元件隔离的沟槽(孔或者槽)102(图16的B)。
在步骤S13中，制造设备在沟槽102的表面中形成P+区域扩散层73(图16的C)。在步骤S14中，制造设备在沟槽102中形成绝缘膜72(图16的D)。
在步骤S15中，制造设备将多晶硅的上电极71嵌入在沟槽102中，并且使上电极71掺杂有杂质(图17的A)。在步骤S16中，制造设备在沟槽102中执行多晶硅的上电极71的图案化(图17的B)。因此，电荷存储单元56形成在如在图18中示出的像素隔离区域100中。
在步骤S17中，制造设备形成连接多晶硅的上电极71和节点的接线81-1(图19的A)。在步骤S18中，制造设备形成将p阱的衬底70连接至GND的接线(图19的B)。
按照上述方式，在图13中的衬底70上的像素隔离区域100中形成沟槽电容器(电荷存储单元56)。
如上所述，根据本技术，使用沟槽电容器作为电荷存储单元，从而使得可以通过增加在电荷-电压转换中的最大电荷量来产生增大动态范围的效果，而无需减少光电转换单元的PD，并且可以减少入射光和PD之间的电荷的串扰。因此，可以进一步增大动态范围，并且可以改进线性。
应该注意，在上述图4中的单位像素50中，例如，可以在TRG(第一传输栅极52)和FDG(第二传输栅极54)中形成溢出路径以用于执行短时间/长时间电荷存储和曝光的宽动态范围(WDR)的呈现装置。此时，在要对过量的光进行光电转换的情况下，可以在一定程度上忽略噪声，使得不用担心由泄漏到电容器中的光引起的噪声。因此，可以使用不能使电荷存储单元屏蔽光的上电极作为节点。即，在这种情况下，与用于全局快门(GS)的电荷存储单元不同，不需要遮光。
<3.第二实施例(具有两根PD的电路配置)>
接下来，将描述本技术的第二实施例。
(单位像素150的电路配置)
图20是示出了放置在图1至图3中的像素阵列单元11中的单位像素150的配置示例的电路图。
单位像素150与图4中的单位像素50的相似之处在于：单位像素150包括第一光电转换单元51、第一传输栅极单元52、第二传输栅极单元54、电荷存储单元56、复位栅极单元57、浮动扩散(FD)单元58、放大晶体管59、和选择晶体管60。
单位像素150与图4中的单位像素的不同之处在于：添加了第三传输栅极单元151、第四传输栅极单元152、和第二光电转换单元153。
应该注意，对于单位像素150，例如，安装多根驱动线作为在图1至图3中的像素驱动线16以分别与像素列对应。然后，各种驱动信号TRG、FDG、FCG、TSG、RST、和SEL被经由多根驱动线从图1至图3中的垂直驱动单元12馈送。这些驱动信号是在处于高电平(例如，电源电压VDD)时变为活动并且在处于低电平(例如，负电位)时变为不活动的脉冲信号，因为单位像素150的每根晶体管是NMOS晶体管。
第一光电转换单元51包括例如，PN结的光电二极管。第一光电转换单元51根据接收到的光量来生成并且存储电荷。
第一传输栅极单元52连接在第一光电转换单元51与FD单元58之间。驱动信号TRG被应用于第一传输栅极单元52的栅极电极。当驱动信号TRG变为活动时，第一传输栅极单元52被置于导通状态，使得存储在第一光电转换单元51中的电荷被经由第一传输栅极单元52传递至FD单元58。
第二传输栅极单元54连接在电荷存储单元56与FD单元58之间。驱动信号FDG被应用于第二传输栅极单元54的栅极电极。第三传输栅极单元151连接在电荷存储单元56与FD单元58之间。驱动信号FCG被应用于第三传输栅极单元151的栅极电极。当驱动信号FDG变为活动时，第二传输栅极单元54被置于导通状态，并且当驱动信号FCG变为活动时，第二传输栅极单元54被置于导通状态，使得电荷存储单元56和FD单元58的电位结合。
第四传输栅极单元152连接在第二光电转换单元153与电荷存储单元56之间。驱动信号TRG被应用于第四传输栅极单元152的栅极电极。当驱动信号TRG变为活动时，第四传输栅极单元152被置于导通状态，使得存储在第二光电转换单元153中的电荷被经由第四传输栅极单元152传递至电荷存储单元56或者电荷存储单元56和FD单元58的电位结合的区域。
而且，在第四传输栅极单元152的栅极电极的下部中，形成有溢出路径，在该下部中，电位稍微深一些，该溢出路径向电荷存储单元56传递电荷，该电荷存在于超过第二光电转换单元153的饱和电荷量的量中，并且从第二光电转换单元153溢出。应该注意，在下文中，将形成在第四传输栅极单元152的栅极电极的下部中的溢出路径简称为第四传输栅极单元152的溢出路径。
电荷存储单元56包括例如，电容器，并且连接在第三传输栅极单元151与第四传输栅极单元152之间。电荷存储单元56的反电极连接在提供电源电源VDD的电源VDD之间。应该注意，电荷存储单元56的反电极与图4中的电荷存储单元56的反电极相似。电荷存储单元56存储待从第二光电转换单元153传递的电荷。
复位栅极单元57连接在电源VDD与FD单元58之间。驱动信号RST被应用于复位栅极单元57的栅极电极。当驱动信号RST变为活动时，复位栅极单元57被置于导通状态，使得FD单元58的电位被复位到电源电压VDD的电平。FD单元58执行电荷-电压转换以将电荷转换为电压信号并且输出得到的信号。
如同第一光电转换单元51，第二光电转换单元153包括例如，PN结的光电二极管。第二光电转换单元153根据接收到的光量来生成并且存储电荷。
当比较第一光电转换单元51和第二光电转换单元153时，第一光电转换单元51具有较大的光接收表面和较高的灵敏度，而第二光电转换单元153具有较小的光接收表面和较低的灵敏度。
放大晶体管59具有连接至FD单元58的栅极电极并且具有连接至电源VDD的漏极电极，并且用作读出保存在FD单元58中的电荷的读取电路的输入单元，换句话说，所谓的源极跟随器电路。即，将放大晶体管59的源极电极连接至垂直信号线17，选择晶体管60介于其间，来使得放大晶体管59与连接至垂直信号线17的一端的恒流电源154一起形成源极跟随器电路。
选择晶体管60连接在放大晶体管59的源极电极与垂直信号线17之间。驱动信号SEL被应用于选择晶体管60的栅极电极。当驱动信号SEL变为活动时，选择晶体管60被置于导通状态，使得单位像素150被置于选定状态。因此，从放大晶体管59输出的像素信号被经由选择晶体管60输出至垂直信号线17。
图21是示出了图20中的单位像素的配置示例的平面图。图21示出了采用上面参照图5描述的电容器作为被作为电荷存储单元的电容元件的示例。在图21的平面图中，还示出了连接电荷存储单元56和第三传输栅极单元151的接线81-1、连接第三传输栅极单元151和FD单元58的接线81-2、和连接FD单元58和放大晶体管59的栅极电极的接线81-3。
即，在图21中示出的电荷存储单元56不是沟槽状的，使得PD51和PD153被按照有限的方式布置在衬底的表面中。
图22的A和图22的B分别是示出了图20中的单位像素的示例的平面图和横截面图。应该注意，图22的A的平面图是从不是放置片上透镜(OCL)191的前表面的后表面的一侧看见的平面图，并且在图22的B的横截面图中，在图的下侧示出了放置OCL191的一侧。图22的A示出了采用上面参照图5的C描述的沟槽电容器作为被作为电荷存储单元56的电容元件的示例。
具体地，如在图22的A中示出的，作为通过如在图22的B中示出的那样钻孔配置的类型的沟槽电容器的电荷存储单元56放置为包围具有较小的光接收表面和较低的灵敏度的第二光电转换单元153的三个侧面。换句话说，电荷存储单元56放置在单位像素150中的第一光电转换单元51、另一单位像素中的第一光电转换单元51、以及第二光电转换单元153之间。而且，在图22的B的示例中，进一步使用包括绝缘层92的RDTI91。
作为使用作为沟槽电容器的电荷存储单元56的结果，防止了第一光电转换单元51与第二光电转换单元153之间的串扰，并且电荷存储单元56未占用衬底的表面中的很大区域。因此，图22的A中的单位像素150可以使表面面积小于图21中的单位像素150的表面面积，并且可以抑制串扰。
如上所述，通过将根据本技术的沟槽电容器应用于包括作为具有不同灵敏度的多个光电转换单元的PD的固态成像装置，在像素中，可以令人满意地抑制运动对象伪影，并且增大动态范围而不会导致LED闪烁。
<4.第三实施例(金属栅极电极电容器)>
接下来，将描述本技术的第三实施例。
{单位像素150的平面图}
图23是图20中的单位像素150的另一示例的平面图。图23示出了采用使用金属栅极电极211的电容器作为被作为电荷存储单元56的电容元件的上电极的示例。
即，在图23中示出的单位像素150与在图21中示出的单位像素150的不同之处仅在于：采用使用金属栅极电极211的电容器作为被作为电荷存储单元56的电容元件的上电极。在图23中示出的单位像素150在其它方面与在图21中示出的单位像素150相似。
{单位像素150的横截面图}
图24是示出了图23的单位像素150的配置示例的横截面图。在该横截面图中，图中的下侧是光入射在其上的前表面侧。
在图24的示例中，电荷存储单元56包括用作上电极的金属栅极电极211、高k绝缘膜212、和扩散层73。对于金属栅极电极211，例如，使用具有高熔点(诸如，Ti、TiN、或者W等)的金属、其化合物、或者其层压材料作为金属材料。
高k绝缘膜212形成为覆盖图中的金属栅极电极211的底表面和侧表面。对于高k绝缘膜212，例如，使用HF02、AL203、Ta205等。在这种情况下的电荷存储单元56(稍后将参照图26来描述该电荷存储单元56)与多晶栅极晶体管同时放置在单位像素150中，例如，诸如，第一传输栅极单元52(多晶电极214、下电极(扩散层)213、图24的示例中的绝缘膜72)。
应该注意，如在接下来将参照的图25中示出的，高k绝缘膜212在金属栅极电极211的侧表面中形成有凹部，使得仅连接至扩散层73的表面变得更小。
图25是示出了图23的单位像素150的示例的横截面图。在该横截面图中，图中的下侧是光入射在其上的前表面侧。
在图25的示例中，电荷存储单元56包括用作上电极的金属栅极电极211、高k绝缘膜221、和扩散层73。
高k绝缘膜221形成为覆盖图中的金属栅极电极211的底表面和侧表面。应该注意，此时，高k绝缘膜221在金属栅极电极211的侧表面中形成有凹部，使得仅连接至扩散层73的表面如在图25中示出的那样变得更小。而且，按照比在图24的示例中的电荷存储单元56的形成过程中形成高k绝缘膜221早形成高k绝缘膜221的方式形成图25中的电荷存储单元56。
应该注意，图24或者图25中的电荷存储单元56可以包括通过在衬底70中钻孔形成的沟槽电容器。
接下来，参照图26的流程图，将描述金属栅极电极(图24中的电荷存储单元)的形成过程。在对图26的描述中，将适当地引用图27至图29。应该注意，图26中的形成过程是由例如，用于固态成像装置的制造设备(以下将简称为制造设备)执行的过程。
在步骤S211中，制造设备在衬底70中形成作为下电极的扩散层73(图27的A)。在步骤S212中，制造设备形成像素/外围晶体管。更具体地，制造设备在形成像素/外围晶体管的下电极213之后形成绝缘膜72，并且然后形成多晶电极214(图27的B)。在步骤S213中，制造设备在已经形成的多晶电极214上形成中间层膜215(图27的C)。
在步骤S214中，制造设备去除电荷存储单元56的多晶电极214(图28的A)。在步骤S215中，制造设备在去除多晶电极214之后形成高k绝缘膜212(图28的B)。
在步骤S216中，制造设备去除高k绝缘膜212的不必要的部分(图28的C)。在步骤S217中，制造设备形成金属栅极电极211(图29的A)。在步骤S218中，制造设备形成中间层膜215(图29的B)，使得完成电荷存储单元56的形成过程。
接下来，参照图30中的流程图，将描述金属栅极电极电容器(图25中的电荷存储单元)的形成过程。在对图30的描述中，将适当地引用图31至图33。应该注意，图30中的形成过程是由例如，用于固态成像装置的制造设备(以下将简称为制造设备)执行的过程。
在步骤S251中，制造设备在衬底70中形成作为下电极的扩散层73，并且形成绝缘膜72(图31的A)。在步骤S252中，制造设备在氧化膜250中形成开口(图31的B)。在步骤S253中，制造设备形成高k绝缘膜221(图31的C)。
在步骤S254中，制造设备形成蚀刻掩膜251(图32的A)。在步骤S255中，制造设备去除高k绝缘膜221(图32的B)。在步骤S256中，制造设备形成像素/外围晶体管。更具体地，制造设备在形成像素/外围晶体管的下电极213之后形成绝缘膜72，并且此后形成多晶电极214(图32的C)。
在步骤S257中，制造设备形成中间层膜215(图33的A)。在步骤S258中，制造设备在中间层膜215的不必要的部分252中形成开口(图33的B)。在步骤S259中，制造设备形成金属栅极电极211(图33的C)。在步骤S260中，制造设备形成中间层膜215(图33的D)，使得完成电荷存储单元56的形成过程。
在单位像素中设置有具有不同灵敏度的多根PD的图21的示例中，连接对在具有较低灵敏度的PD中生成的光电荷执行电荷-电压转换的电容器，并且因此，减小了像素大小以减小光学大小并且增加像素的数量，使得由于电容元件的容量减小而减小了动态范围。而且，串扰由于PD之间的空间减小而增加，这导致了线性劣化。
然而，在本技术中，由于使用金属栅极电极电容器作为电荷存储单元，因此，可以抑制由于包括高k绝缘膜而具有高容量的电容器的容量减少，以及在上电极处于正电位时由于上电极耗尽而导致的上(多晶)电极的容量减小。结果，可以防止动态范围减小。
而且，可以实现与低噪声像素晶体管的兼容性，使得可以防止串扰增加并且可以抑制线性劣化。
<5.第四实施例(具有两根PD的电路的沟槽形元件隔离)>
接下来，将描述本技术的第四实施例。
{像素阵列单元11中的单位像素300的平面图}
图34是示出了放置在图1至图3中的像素阵列单元11中的单位像素300的配置示例的平面图。图35是示出了图34中的单位像素的配置示例的横截面图。图35的A示出了沿着图34中的线A-A'截取的截面的示例，并且图35的B示出了沿着图34中的B-B'线截取的截面的示例。
与图20中的单位像素150类似地配置单位像素300。更具体地，单位像素300包括第一光电转换单元51和第二光电转换单元153。当比较第一光电转换单元51和第二光电转换单元153时，第一光电转换单元51具有较大的光接收表面和较高的灵敏度，而第二光电转换单元153具有较小的光接收表面和较低的灵敏度
在图34的示例中，在衬底70中，形成具有比第一光电转换单元51和第二光电转换单元153的深度大的深度的沟槽形元件隔离301以仅包围具有较小的光接收表面的第二光电转换单元153。
在嵌入有第一光电转换单元51、第二光电转换单元153、和元件隔离301的衬底70上形成防反射膜302和平坦化膜303，并且在膜302和303上，为每个光电转换单元设置彩色滤光片304和片上透镜305。
图36是图34中的像素阵列单元11中的四个单位像素300的平面图。在图36的示例中，存在从作为与光入射在其上的硅衬底70的表面相反的一侧的前表面侧看到的平面图。在图36的示例中，与上面参照图20描述的单位像素类似地布置四个单位像素300。
图37示出了从前表面侧看到的图36的平面图中的元件隔离301和片上透镜305的布置。图38示出了从后表面侧(换句话说，设置有光入射在其上的衬底70的表面的一侧)看到的平面图中的第一光电转换单元51、第二光电转换单元153、元件隔离301、以及片上透镜305之间的位置关系。
沟槽形元件隔离设置为仅包围如上所述的具有较小(较窄)面积的像素，使得可以防止大面积像素的信号混合。
更具体地，小面积像素具有比大面积像素的灵敏度低的灵敏度，因为小面积像素可以处理的信号量小于大面积像素可以处理的信号量。在将小面积像素的信号混合到大面积像素中的情况下，具有高灵敏度的大面积像素将混合信号处理为过量信号。可以通过设置包围小面积像素的元件隔离来防止这种情况。而且，有关大面积像素，存在未设置元件隔离的部分，使得可以抑制暗电流的发生。
应该注意，在第四实施例中描述的本技术还可以应用于第一实施例至第三实施例。
而且，虽然到目前为止已经对有关在单位像素中设置有电荷存储单元的情况进行了描述，但是根据本技术的沟槽形元件隔离还可以应用于在单位像素中未设置电荷存储单元的电路。下面，将描述未在单位像素中设置电荷存储单元的电路的示例。
<6.第五实施例(沟槽形元件隔离的修改)>
接下来，将描述本技术的第五实施例。
{像素阵列单元11的平面图和横截面图}
图39是示出了在像素阵列单元11中布置由字符R表示的红色像素351和另一像素352并且仅在红色像素351中形成元件隔离301的情况的平面图。图40是示出了图39中的单位像素的配置示例的横截面图。图40的A示出了沿着图39中的线A-A'截取的截面的示例，并且图40的B示出了沿着图39中的线B-B'截取的截面的示例。
在嵌入有第一光电转换单元51和元件隔离301的衬底70上形成防反射膜302和平坦化膜303。在膜302和膜303上，为每个光电转换单元设置用于每种颜色的彩色滤光片304和片上透镜305。应该注意，红色像素351的彩色滤光片304以黑色牢固着色。
沟槽形元件隔离设置为仅包围如上所述的红色像素，使得可以抑制信号混合到除了红色像素之外的像素中。
更具体地，红光可能被硅的较深部分吸收，使得可能发生在硅内部的较深部分的颜色混合到相邻像素中。因此，仅包围了红色像素，从而抑制颜色混合。因为仅包围了红色像素，所以，可以防止在除了红色像素之外的像素中发生暗电流。
{像素阵列单元11的平面图和横截面图}
图41是示出了在像素阵列单元11中布置有具有高灵敏度并且具有阴影线的高灵敏度像素371和另一像素372并且仅在该高灵敏度像素371中形成元件隔离301的情况的平面图。图42是示出了图41中的单位像素的示例的横截面图。图42的A示出了沿着图41中的线A-A'截取的截面的示例，并且图42的B示出了沿着图41中的线B-B'截取的截面的示例。
防反射膜302和平坦化膜303形成在嵌入有第一光电转换单元51和元件隔离301的衬底70上。在膜302和膜303上，为每个光电转换单元设置有用于每种颜色的彩色滤光片304和片上透镜305。应该注意，在图41和图42的示例中，使用特殊滤光片作为高灵敏度像素371的彩色滤光片304，并且通过改变光的透射率来使灵敏度与不使用特殊滤光片的像素的灵敏度不同，使得设置高灵敏度像素。
沟槽形元件隔离设置为仅包围如上所述的高灵敏度像素或者低灵敏度像素，使得可以抑制信号混合到除了红色像素之外的像素中。
更具体地，在图41的示例中，在一部分像素中的片上透镜下方形成特殊滤光片。该特殊滤光片可以是提高透射率的滤光片或者降低透射率的滤光片。通过该滤光片，存在具有不同灵敏度的像素。在具有低灵敏度的像素的颜色混合到具有高灵敏度的像素的情况下，具有高灵敏度的像素可能将混合颜色处理为过量信号。通过设置仅包围具有高灵敏度的像素的元件隔离，可以在抑制颜色混合的同时抑制在具有低灵敏度的像素中发生暗电流。而且，元件隔离可以仅包围具有低灵敏度的像素。
{像素阵列单元11的平面图和横截面图}
图43是示出了在像素阵列单元11中布置有具有高灵敏度并且具有阴影线的高灵敏度像素401和另一像素402并且仅在该高灵敏度像素401中形成元件隔离301的情况的平面图。图44是示出了图43中的单位像素的示例的横截面图。图44的A示出了沿着图43中的线A-A'截取的截面的示例，并且图44的B示出了沿着图43中的线B-B'截取的截面的示例。
在另一像素402中，形成P型半导体层413作为光电转换单元，并且在层413上形成N型半导体层412。另一方面，在高灵敏度像素401中，形成比另一像素深的N型半导体层411作为光电转换单元。在衬底70中，元件隔离301嵌入为包围N型半导体层411。
防反射膜302和平坦化膜303形成在嵌入有元件隔离301的衬底70上。在膜302和膜303上，为每个光电转换单元设置用于每种颜色的彩色滤光片304和片上透镜305。
沟槽形元件隔离设置为仅包围如上所述的高灵敏度像素或者低灵敏度像素，使得可以抑制信号混合到除了红色像素之外的像素中。
更具体地，在图43的示例中，在一部分像素中形成P型半导体层，使得产生用作光接收单元的N型半导体层之间的深度差。然后，包括更深的N型半导体层的像素具有更高的灵敏度。在具有低灵敏度的像素的颜色混合到具有高灵敏度的像素的情况下，具有高灵敏度的像素可能将混合颜色处理为过量信号。通过设置包围具有低灵敏度的像素的元件隔离，可以抑制上述情况。而且，通过设置仅包围具有高灵敏度的像素的元件隔离，可以在抑制颜色混合的同时抑制在具有低灵敏度的像素中发生暗电流。而且，元件隔离可以仅包围具有低灵敏度的像素。
{像素阵列单元11的横截面图}
图45是示出了像素阵列单元11的示例的横截面图。可以针对包围特定像素451的第一光电转换单元51的沟槽形元件隔离301使用绝缘膜。而且，可以针对元件隔离301使用包括负固定电荷膜的绝缘膜。作为用于元件隔离301的绝缘膜，例如，采用Hf02、Al203、Ta205等。进一步地，可以在元件隔离周围设置P型硅层。通过上述设计，可以抑制暗电流的发生。
而且，可以针对沟槽形元件隔离301使用遮光膜。这可以增强遮光性能，并且抑制颜色混合。
如上所述，根据本技术，形成沟槽形元件隔离结构以仅包围包括二维布置的多个像素的背照式图像传感器中的特定像素。
应该注意，虽然上面的描述已经涉及背面固态成像装置的示例，但是本技术也可以应用于正面固态成像装置。
应该注意，固态成像装置可以是形成为一个芯片的类型，或者可替代地，是具有成像功能的模块的形式，包括封装在一起的成像单元、信号处理器、和光学系统。
<7.图像传感器的使用示例>
图46是示出了上述固态成像装置的使用示例的视图。
例如，上述固态成像装置(图像传感器)可以用于执行对光(诸如，可见光、红外光、紫外光、或者X射线)的感测的各种情况。
拍摄待提供以进行欣赏的图像照片的设备，包括：数字摄像机、具有摄像机功能的便携式设备等。
用于交通工具的设备，包括：拍摄车辆的前方、后方、周围、内部等以进行安全驾驶(诸如，自动停止)、识别驾驶员的状态、或者出于其它目的的车载传感器；监测行驶车辆或者道路的监视摄像机；测量距离(诸如，车辆之间的距离)的范围传感器；等等。
为了拍摄用户的手势照片，并且根据手势执行机器操作而设置在家用电器中的设备，诸如，电视机、冰箱、或者空调。
用于医疗或者保健的设备，包括：内窥镜，利用接收红外光来执行血管造影的设备等。
用于安全的设备，包括：用于安全目的的监视摄像机、用于人员识别的摄像机等。
用于美容的设备，包括：拍摄皮肤照片的皮肤状态测量设备、拍摄头皮照片的显微镜等。
用于体育运动的设备，包括：用于做运动等的运动摄像机、可穿戴摄像机等。
用于农业用途的设备，包括：用于监测田地和农作物的状态的摄像机等。
<8.电子设备的配置示例>
进一步地，本技术不限于针对固态成像装置的应用，并且可以应用于成像设备。在这点上，成像设备是指摄像机系统，诸如，数字照相机或者数码摄影机、和具有成像功能的电子设备，诸如，便携式电话。应该注意，在一些情况下，安装在电子设备(即，相机模块)上的模块形式被认为是成像设备。
{成像设备}
图47是示出了作为应用了本技术的电子设备的一个示例的成像设备(摄像机设备)501的配置示例的框图。
如在图47中示出的，成像设备501包括光学系统(该光学系统包括透镜组511等)、成像元件512、用作摄像机信号处理单元的DSP电路513、帧存储器514、显示装置515、记录装置516、操作系统507、电源系统518等。然后，进行配置，使得DSP电路513、帧存储器514、显示装置515、记录装置516、操作系统507、和电源系统518经由总线519彼此连接。
透镜组511捕获从对象提供的入射光(图像光)，并且在成像元件512的成像表面上形成图像。成像元件512逐像素地将透镜组511通过其在成像表面上形成图像的入射光量转换为电信号，并且输出像素信号。
显示装置515包括面板显示装置(诸如，液晶显示装置或者有机电致发光(EL)显示装置)，并且显示由成像元件512捕获到的运动图像或者静止图像。记录装置516将由成像元件512捕获到的运动图像或者静止图像记录在记录介质上，诸如，存储卡、录像带、或者数字通用光盘(DVD)。
操作系统507根据用户的操作来发出用于成像设备501的各种功能的操作命令。电源系统518适当地将用作DSP电路513、帧存储器514、显示装置515、记录装置516、和操作系统507的操作电源的各种电源提供至正提供的前述元件。
上述成像设备501应用于摄影机和数字照相机，并且进一步地，应用于智能电话和移动设备(诸如，便携式电话)的相机模块。然后，根据上述实施例中的每个实施例的固态成像装置可以用作成像设备501中的成像元件512。因此，可以改进成像设备501的图像质量。
应该注意，本技术的实施例不限于上述实施例，并且在未脱离本技术的本质的范围内，各种修改是可能的。
应该注意，详细说明了本说明书中描述的过程的一系列步骤不仅包括按照描述的顺序按时间执行的过程，而且包括不一定按时间执行，而是并行或者单独地执行的过程。
同样，本公开的实施例不限于上述实施例，并且在未脱离本公开的本质的范围内，各种修改是可能的。
而且，已经在上面描述为一个装置(或者处理单元)的配置可以被划分和配置为多个装置(或者处理单元)。相反，已经在上面描述为多个装置(或者处理单元)的配置可以被收集和配置为多个装置(或者处理单元)。而且，当然，可以将除了上面描述的那些配置之外的配置添加至每个装置(或者每个处理单元)。进一步地，可以将某一装置(或者处理单元)的配置的一部分包括在另一装置(或者另一处理单元)的配置中，只要系统的配置和操作整体上基本不变。即，本技术的实施例不限于上述实施例，并且在未脱离本技术的本质的范围内，修改是可能的。
虽然已经参照上文详细描述了本公开的优选实施例，但是本公开不限于描述的示例。显而易见的是，本公开所属技术领域的普通技术人员可以想到在权利要求书中描述的技术理念的范围内的各种修改和修订，并且应该理解，当然，同样是这些修改和修订包括在本公开的技术范围中。
应该注意，本技术可以采取以下配置。
(1)一种固态成像装置，其包括：
像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及
驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作，其中
单位像素中的每一个包括：
光电转换单元；以及
沟槽状电荷存储单元，该沟槽状电荷存储单元配置为存储由光电转换单元生成的电荷。
(2)根据(1)的固态成像装置，其中
电荷存储单元放置在光电转换单元与包括在单位像素中的相邻单位像素中的另一光电转换单元之间。
(3)根据(1)的固态成像装置，其中
单位像素中的每一个包括多个光电转换单元，以及
电荷存储单元放置在多个光电转换单元之间，或者光电转换单元与包括在单位像素中的相邻单位像素中的另一光电转换单元之间。
(4)根据(1)至(3)中任一项的固态成像装置，其中
单位像素中的每一个进一步包括与电荷存储单元相邻放置的反面DTI(RDTI)。
(5)根据(4)的固态成像装置，其中
RDTI形成为连接至电荷存储单元。
(6)根据(1)至(5)中任一项的固态成像装置，其中
电荷存储单元形成为穿透衬底。
(7)根据(1)至(6)中任一项的固态成像装置，其中
电荷存储单元的一端的电位是接地电位、电源电位、或者第三电位。
(8)根据(7)的固态成像装置，其中
电荷存储单元的一端的电位被设置为与光电转换单元的存储时间和读取时间不同的电位。
(9)根据(1)至(8)中任一项的固态成像装置，其中
固态成像装置是背照式的。
(10)一种电子设备，其包括：
固态成像装置，该固态成像装置包括：
像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及
驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作，
单位像素中的每一个包括：
光电转换单元；以及
沟槽状电荷存储单元，该沟槽状电荷存储单元配置为存储由光电转换单元生成的电荷。
信号处理电路，该信号处理电路配置为处理从固态成像装置输出的输出信号；以及
光学系统，该光学系统配置为向固态成像装置提供入射光。
(11)一种固态成像装置，其包括：
像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及
驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作，其中
单位像素中的每一个包括：
第一光电转换单元；
第二光电转换单元，该第二光电转换单元具有比第一光电转换单元的灵敏度低的灵敏度；
电荷存储单元，该电荷存储单元配置为存储由第二光电转换单元生成的电荷，电荷存储单元包括金属的栅极电极和高k绝缘膜；以及
晶体管，该晶体管配置为传递由第一或者第二光电转换单元生成的电荷。
(12)根据(11)的固态成像装置，其中
与晶体管同时放置电荷存储单元。
(13)根据(11)或者(12)的固态成像装置，其中
金属是具有Ti、TiN、或者W的高熔点的金属或者该金属的化合物。
(14)根据(11)至(13)中任一项的固态成像装置，其中
高k绝缘膜是Hf02、Al203、或者Ta205。
(15)根据(11)至(14)中任一项的固态成像装置，其中
固态成像装置是背照式的。
(16)一种电子设备，其包括：
固态成像装置，该固态成像装置包括：
像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及
驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作，
单位像素中的每一个包括：
第一光电转换单元；
第二光电转换单元，该第二光电转换单元具有比第一光电转换单元的灵敏度低的灵敏度；
电荷存储单元，该电荷存储单元配置为存储由第二光电转换单元生成的电荷，电荷存储单元包括金属的栅极电极和高k绝缘膜；以及
晶体管，该晶体管配置为传递由第一或者第二光电转换单元生成的电荷，
该电子设备进一步包括：
信号处理电路，该信号处理电路配置为处理从固态成像装置输出的输出信号；以及
光学系统，该光学系统配置为向固态成像装置提供入射光。
(17)一种固态成像装置，其包括：
像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；
驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作；以及
沟槽状元件隔离。
(18)根据(17)的固态成像装置，其中
元件隔离形成为包围单位像素中的特定单位像素。
(19)根据(17)或者(18)的固态成像装置，其中
单位像素中的每一个包括：
第一光电转换单元；以及
第二光电转换单元，该第二光电转换单元具有比第一光电转换单元的灵敏度低的灵敏度，以及
元件隔离形成为包围第二光电转换单元。
(20)根据(17)至(19)中任一项的固态成像装置，其中
元件隔离包括Hf02、Al203、或者Ta205。
(21)一种电子设备，其包括：
固态成像装置，该固态成像装置包括：
像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；
驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作；以及
沟槽状元件隔离；
信号处理电路，该信号处理电路配置为处理从固态成像装置输出的输出信号；以及
光学系统，该光学系统配置为向固态成像装置提供入射光。
(22)一种固态成像装置，其包括：
像素阵列单元，在该像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及
驱动单元，该驱动单元配置为控制单位像素的操作，其中
单位像素中的每一个包括：
第一光电转换单元；
第二光电转换单元，该第二光电转换单元具有比第一光电转换单元的灵敏度低的灵敏度；
沟槽状元件隔离，该沟槽状元件隔离形成为包围第二光电转换单元；
电荷存储单元，该电荷存储单元配置为存储由第二光电转换单元生成的电荷。
电荷-电压转换单元；
第一传输栅极单元，该第一传输栅极单元配置为将电荷从第一光电转换单元传递至电荷-电压转换单元；
第二传输栅极单元，该第二传输栅极单元配置为结合电荷-电压转换单元和电荷存储单元的电位；
第三传输栅极单元，该第三传输栅极单元配置为将电荷从第二光电转换单元传递至电荷存储单元；以及
溢出路径，该溢出路径形成在第三传输栅极单元的栅极电极的下部中，溢出路径配置为将从第二光电转换单元溢出的电荷传递至电荷存储单元。
(23)根据在上面的(22)中引用的固态成像装置，其中，元件隔离比第一光电转换单元和第二光电转换单元深。
附图标记列表
10 CMOS图像传感器
11 像素阵列单元
12 垂直驱动单元
14 水平驱动单元
15 系统控制单元
50 单位像素
51 第一光电转换单元
52 第一传输栅极单元
54 第二传输栅极单元
56、56-1、56-2 电荷存储单元
57 复位栅极单元
58 FD单元
59 放大晶体管
60 选择晶体管
70 衬底
71、71a至71c 上电极
72、72a至72c 绝缘膜
73、73a至73c 扩散层
81-1至81-4 接线
90 DTI
91 RDTI
92 绝缘层
100 像素隔离区域
102 沟槽
150 单位像素
151 第三传输栅极
152 第四传输栅极153第二光电转换单元154恒流电源
211 金属栅极电极
212 高k绝缘膜
213 下电极
214 多晶电极215中间层膜
221 高k绝缘膜
300 单位像素
302 元件隔离
302 防反射膜
303 平坦化膜
304 彩色滤光片
305 片上透镜
351 红色像素
352 另一像素
371 高度灵敏的像素
372 另一像素
401 高度灵敏的像素
402 另一像素
411 N型半导体层
412 N型半导体层
413 P型半导体层。

Claims (21)

1.一种固态成像装置，其包括：
像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及
驱动单元，所述驱动单元配置为控制所述单位像素的操作，其中
所述单位像素中的每一个包括：
光电转换单元；以及
沟槽状电荷存储单元，所述沟槽状电荷存储单元配置为存储由所述光电转换单元生成的电荷。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中
所述电荷存储单元放置在所述光电转换单元与包括在所述单位像素中的相邻单位像素中的另一光电转换单元之间。
3.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中
所述单位像素中的每一个包括多个所述光电转换单元，以及
所述电荷存储单元放置在多个所述光电转换单元之间，或者所述光电转换单元与包括在所述单位像素中的相邻单位像素中的另一光电转换单元之间。
4.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中
所述单位像素中的每一个进一步包括与所述电荷存储单元相邻放置的反面DTI(RDTI)。
5.根据权利要求4所述的固态成像装置，其中
所述RDTI形成为连接至所述电荷存储单元。
6.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中
所述电荷存储单元形成为穿透衬底。
7.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中
所述电荷存储单元的一端的电位是接地电位、电源电位、或者第三电位。
8.根据权利要求7所述的固态成像装置，其中
所述电荷存储单元的所述一端的所述电位被设置为与所述光电转换单元的存储时间和读取时间不同的电位。
9.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中
所述固态成像装置是背照式的。
10.一种电子设备，其包括：
固态成像装置，所述固态成像装置包括：
像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及
驱动单元，所述驱动单元配置为控制所述单位像素的操作，
所述单位像素中的每一个包括：
光电转换单元；以及
沟槽状电荷存储单元，所述沟槽状电荷存储单元配置为存储由所述光电转换单元生成的电荷；
信号处理电路，所述信号处理电路配置为处理从所述固态成像装置输出的输出信号；以及
光学系统，所述光学系统配置为向所述固态成像装置提供入射光。
11.一种固态成像装置，其包括：
像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及
驱动单元，所述驱动单元配置为控制所述单位像素的操作，其中
所述单位像素中的每一个包括：
第一光电转换单元；
第二光电转换单元，所述第二光电转换单元具有比所述第一光电转换单元的灵敏度低的灵敏度；
电荷存储单元，所述电荷存储单元配置为存储由所述第二光电转换单元生成的电荷，所述电荷存储单元包括金属的栅极电极和高k绝缘膜；以及
晶体管，所述晶体管配置为传递由所述第一或者第二光电转换单元生成的电荷。
12.根据权利要求11所述的固态成像装置，其中
与所述晶体管同时放置所述电荷存储单元。
13.根据权利要求11所述的固态成像装置，其中
所述金属是具有Ti、TiN、或者W的高熔点的金属或者所述金属的化合物。
14.根据权利要求11所述的固态成像装置，其中
所述高k绝缘膜是Hf02、Al203、或者Ta205。
15.根据权利要求11所述的固态成像装置，其中
所述固态成像装置是背照式的。
16.一种电子设备，其包括：
固态成像装置，所述固态成像装置包括：
像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，布置有多个单位像素；以及
驱动单元，所述驱动单元配置为控制所述单位像素的操作，
所述单位像素中的每一个包括：
第一光电转换单元；
第二光电转换单元，所述第二光电转换单元具有比所述第一光电转换单元的灵敏度低的灵敏度；
电荷存储单元，所述电荷存储单元配置为存储由所述第二光电转换单元生成的电荷，所述电荷存储单元包括金属的栅极电极和高k绝缘膜；以及
晶体管，所述晶体管配置为传递由所述第一或者第二光电转换单元生成的电荷，
所述电子设备进一步包括：
信号处理电路，所述信号处理电路配置为处理从所述固态成像装置输出的输出信号；以及
光学系统，所述光学系统配置为向所述固态成像装置提供入射光。
17.一种固态成像装置，其包括：
像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，布置有多个单位像素；
驱动单元，所述驱动单元配置为控制所述单位像素的操作；以及
沟槽状元件隔离。
18.根据权利要求17所述的固态成像装置，其中
所述元件隔离形成为包围所述单位像素中的特定单位像素。
19.根据权利要求17所述的固态成像装置，其中
所述单位像素中的每一个包括：
第一光电转换单元；以及
第二光电转换单元，所述第二光电转换单元具有比所述第一光电转换单元的灵敏度低的灵敏度，以及
所述元件隔离形成为包围所述第二光电转换单元。
20.根据权利要求17所述的固态成像装置，其中
所述元件隔离包括Hf02、Al203、或者Ta205。
21.一种电子设备，其包括：
固态成像装置，所述固态成像装置包括：
像素阵列单元，在所述像素阵列单元中，布置有多个单位像素；
驱动单元，所述驱动单元配置为控制所述单位像素的操作；以及
沟槽状元件隔离；
信号处理电路，所述信号处理电路配置为处理从所述固态成像装置输出的输出信号；以及
光学系统，所述光学系统配置为向所述固态成像装置提供入射光。
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