CN112640108A - 固态图像传感器、固态成像器件及制造固态图像传感器的方法 - Google Patents

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竹尾萌枝
西田翔
富樫秀晃
重歳卓志
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Abstract

本提供一种固态图像传感器(100)，其包括半导体基板(500)、布置在所述半导体基板(500)中并累积电荷的电荷累积器、设置在所述半导体基板(500)上方并将光转换成电荷的光电转换器(200)以及穿过所述半导体基板(500)并将所述电荷累积器与所述光电转换器(200)电连接的贯通电极(600)。在所述贯通电极(600)的在所述光电转换器这一侧的端部处，位于所述贯通电极(600)的中心处的导体(602)在于所述贯通电极(600)的贯通方向正交的切割截面中的横截面面积(602)沿着所述贯通方向朝向所述光电转换器逐渐增大。

Description

固态图像传感器、固态成像器件及制造固态图像传感器的 方法
技术领域
本发明涉及固态图像传感器、固态成像器件及制造固态图像传感器的方法。
背景技术
在诸如电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等固态图像传感器中，已经考虑为每个像素(固态图像传感器)提供贯通电极。这种固态图像传感器的示例是下面专利文献1中公开的固态图像传感器。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2017-073436 A
发明内容
技术问题
不幸的是，在上述专利文献1中公开的贯通电极中，很难保持贯通电极的低电阻值。
鉴于这种情况，本发明提出一种新的改进的具有保持低电阻值的贯通电极的固态图像传感器、固态成像器件和制造固态图像传感器的方法。
问题解决方案
根据本发明，提供了一种固态图像传感器，其包括：半导体基板；设置在所述半导体基板中的电荷累积器，其用于累积电荷；设置在所述半导体基板上方的光电转换器，其用于将光转换成电荷；及贯通电极，其穿过所述半导体基板，并将所述电荷累积器与所述光电转换器电连接，其中，在所述贯通电极的在所述光电转换器这一侧的端部处，位于所述贯通电极的中心处的导体在与所述贯通电极的贯通方向正交的切割截面中的横截面面积沿着所述贯通方向朝向所述光电转换器逐渐增大。
此外，根据本发明，提供了一种固态成像器件，其包括布置成矩阵中的多个固态图像传感器，每个所述固态图像传感器包括：半导体基板；设置在所述半导体基板中的电荷累积器，其用于累积电荷；设置在所述半导体基板上方的光电转换器，其用于将光转换成电荷；及贯通电极，其穿过所述半导体基板，并将所述电荷累积器与所述光电转换器电连接，其中，在所述贯通电极的在所述光电转换器这一侧的端部处，位于所述贯通电极的中心处的导体在与所述贯通电极的贯通方向正交的切割截面中的横截面面积沿着所述贯通方向朝向所述光电转换器逐渐增大。
此外，根据本发明，提供了一种用于制造固态图像传感器的方法，所述图像传感器包括：半导体基板；设置在所述半导体基板中的电荷累积器，其用于累积电荷；设置在所述半导体基板上方的光电转换器，其用于将光转换成电荷；及贯通电极，其穿过所述半导体基板，并将所述电荷累积器与所述光电转换器电连接，其中，在所述贯通电极的在所述光电转换器这一侧的端部处，位于所述贯通电极的中心处的导体在与所述贯通电极的贯通方向正交的切割截面中的横截面面积沿着所述贯通方向朝向所述光电转换器逐渐增大，所述方法包括：形成穿过所述半导体基板的通孔；沉积绝缘膜以覆盖所述通孔的内壁；在所述通孔的在所述光电转换器这一侧的端部处，蚀刻所述绝缘膜；并且使用金属薄膜填充所述通孔。
发明的有利效果
如上所述，本发明可以保持贯通电极的低电阻值。
上述效果不一定是限制性的，并且除上述效果外，还可以实现本说明书中所示的任何效果或根据本说明书可以解释的其它效果。
附图说明
图1是示意地示出根据本发明实施例的固态成像器件1的平面图。
图2是根据本发明实施例的固态图像传感器100中包括的PD 200的等效电路图。
图3是根据本发明实施例的固态图像传感器100中包括的PD 300的等效电路图。
图4是根据本发明实施例的固态图像传感器100的横截面图。
图5是用于说明导致本发明实施例的创建的情况的图。
图6是根据本发明第一实施例的固态图像传感器100的横截面的局部放大图。
图7是沿着图6中的线A-A'和线B-B'切割的贯通电极600的横截面图。
图8是示意地示出根据本发明第一实施例的贯通电极600的上部的图。
图9是用于说明根据本发明第一实施例的固态图像传感器100的制造方法的图(1)。
图10是用于说明根据本发明第一实施例的固态图像传感器100的制造方法的图(2)。
图11是用于说明根据本发明第一实施例的固态图像传感器100的制造方法的图(3)。
图12是用于说明根据本发明第一实施例的固态图像传感器100的制造方法的图(4)。
图13是用于说明根据本发明第一实施例的固态图像传感器100的制造方法的图(5)。
图14是根据本发明第二实施例的固态图像传感器100a的横截面图。
图15是示意地示出根据本发明第二实施例的贯通电极600a的上部的图。
图16是示意地示出根据本发明第三实施例的贯通电极600b的上部的图。
图17是根据本发明第四实施例的固态图像传感器100b的横截面图。
图18是示出根据本发明第五实施例的电子装置900的示例的图。
图19是示出内窥镜手术系统的总体构造的示例的图。
图20是示出照相机头部和CCU的功能构造的示例的框图。
图21是示出车辆控制系统的总体构造的示例的图。
图22是示出车辆外部信息检测器和成像器的安装位置示例的图。
具体实施方式
将参考附图详细说明本发明的优选实施例。在本说明书和附图中，具有基本相同功能构造的组成元件用相同的参考符号表示，并且省略重复的说明。
在本说明书和附图中，不同实施例中的类似组成元素可以用相同的参考符号后加上不同的字母表来表示，以便彼此区分。然而，当相似的组成元素不需要彼此区分时，它们只由相同的参考符号表示。
以下说明中参考的附图是为了说明本发明的实施例，并便于理解，附图中所示的形状、尺寸和比率可以与实际的不同，以易于理解。考虑到以下说明和已知技术，可以适当地修改附图中所示的固态图像传感器和固态成像器件。在使用固态图像传感器的横截面图的说明中，固态图像传感器的层叠结构的上下方向对应于在固态图像传感器的进入光的光入射表面是上侧时的相对方向，并且可以不同于与重力的实际加速度相一致的上下方向。
以下说明中的特定尺寸或形状并非仅指与数学定义的数值或几何定义的形状相同的值，而是包括固态图像传感器的制造过程中工业上可接受的差异或类似于特定形状的形状。例如，在以下说明中，表述“圆柱形”或“基本上圆柱形”不限于顶面形状和底面形状为完美圆形的圆柱体，还表示顶面形状和底面形状类似于完美圆形(例如，椭圆形)的圆柱体。
在以下对电路构造的说明中，“电连接”是指将多个元件相互连接，以便建立电气连续性，除非另有规定。另外，以下说明中的“电连接”不仅包括直接电连接多个元件，还包括通过另一元件间接电连接这些元件。
在以下说明中，“栅极”代表场效应晶体管(FET)的栅极电极。“漏极”表示FET的漏极电极或漏极区域，并且“源极”是指FET的源极电极或源极区域。
将按以下顺序给出说明。
1.固态成像器件1的总体构造
2.固体图像传感器100的等效电路
3.固态图像传感器100的层叠结构
4.导致本发明实施例的作出的情形
5.第一实施例
5.1贯贯通电极600的详细构造
5.2固态图像传感器100的制造方法
5.3变形例
6.第二实施例
7.第三实施例
8.第四实施例
9.第五实施例
10.总结
11.在内窥镜手术系统上的应用
12.在可移动体上的应用
13.补充说明
<<1.固态成像器件1的总体构造>>
首先，在说明根据本发明的实施例之前，将参照图1说明根据本发明实施例的固态成像器件1的总体构造。图1是示意地示出根据本实施例的固态成像器件1的平面图。如图1所示，根据本实施例的固态成像器件1包括像素阵列10，在像素阵列10中，多个固态图像传感器(像素)100在例如由硅制成的半导体基板500上布置成矩阵。如图1所示，固态成像器件1还包括垂直驱动电路32、列信号处理电路34、水平驱动电路36、输出电路38和控制电路40。下面将说明根据本实施例的固态成像器件1的每个块的细节。
(像素阵列10)
像素阵列10具有在半导体基板500上二维地布置成矩阵(列和行)的多个固态图像传感器100。如本文所使用，“固态图像传感器100”是指被视为如下单元的固态图像传感器(单位像素)，该单元检测各颜色的光并在其每次输出检测结果时输出每种颜色的一个结果。每个固态图像传感器100包括多个能够根据每种颜色的入射光的量产生电荷的光电转换元件(光电二极管(PD))(光电转换器)(例如，如图4所示，固态图像传感器100可以包括层叠的三个PD 200、300和400)以及多个像素晶体管(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)(未示出)。更具体地，像素晶体管可以包括例如传输晶体管、选择晶体管、复位晶体管和放大晶体管。
上述固态图像传感器100可以构造成公共像素结构。该公共像素结构由多个PD、多个传输晶体管、一个在PD之间共用的用于累积在PD中生成的电荷的浮动扩散部(浮动扩散区)(电荷累积器)以及在PD之间共用的其它像素晶体管构成。也就是说，在公共像素结构中，设置有由PD和传输晶体管构成的多个光电转换对，并且每个光电转换对共用其它像素晶体管(选择晶体管、复位晶体管、放大晶体管等)。稍后将说明这些像素晶体管的电路(连接构造)的细节。
(垂直驱动电路32)
垂直驱动电路32由例如移位寄存器构成，选择像素驱动配线42，将用于驱动固态图像传感器100的脉冲提供给所选的像素驱动配线42，并且以行为单位驱动固态图像传感器100。也就是说，垂直驱动电路32在垂直方向(图1中的上下方向)顺序地以行为单位选择性地扫描像素阵列10中的固态图像传感器100，并通过垂直信号线44将基于根据接收光量生成的电荷的像素信号提供给信号处理电路34。
(列信号处理电路34)
列信号处理电路34针对固态图像传感器100的每一列布置，并且对从一列固态图像传感器100输出的像素信号针对每个像素列执行诸如噪声去除等信号处理。例如，列信号处理电路34执行诸如相关双采样(CDS)和模数(AD)转换等信号处理，以去除像素特有的固定模式噪声。
(水平驱动电路36)
水平驱动电路36例如由移位寄存器形成，顺序地输出水平扫描脉冲以依次选择列信号处理电路34中的每一者，并且允许列信号处理电路34中的每一者向水平信号线46输出像素信号。
(输出电路38)
输出电路38可以对通过水平信号线46从列信号处理电路34中的每者顺序地提供的像素信号执行信号处理，并输出处理后的信号。例如，输出电路38可以用作执行缓冲的功能单元，或者可以执行诸如黑电平调整、列变化校正和各种数字信号处理等处理。缓冲是指暂时存储像素信号，以补偿交换像素信号时的处理速度和传输速度的差异。输入/输出端子48是用于与外部装置交换信号的端子。
(控制电路40)
控制电路40可以接收输入时钟和用于指示操作模式的数据，并且可以输出诸如固态图像传感器100的内部信息等数据。即，控制电路40基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟生成控制信号和用作垂直驱动电路32、列信号处理电路34、水平驱动电路36等的操作基准的时钟信号。然后，控制电路40将生成的时钟信号和控制信号输出到垂直驱动电路32、列信号处理电路34、水平驱动电路36等。
如上所述，上述固态成像器件1是被称为列AD型的CMOS图像传感器，其中针对每个像素列布置有用于执行CDS处理和AD转换处理的列信号处理电路34。根据本实施例的固态成像器件1的平面构造示例不限于图1所示的示例，并且例如可以包括其它电路。
<<2.固态图像传感器100的等效电路>>
上面已经说明了根据本实施例的固态成像器件1的总体结构。现在将参考图2和图3说明包括在根据本发明实施例的固态图像传感器100中的PD 200、300和400的等效电路。图2是包括在根据本实施例的固态图像传感器100中的PD 200的等效电路图，并且图3是包括在根据本实施例的固态图像传感器100中的PD 300的等效电路图。
如在图2中的左上部分示意地图示，后面将详细说明的PD 200的层叠结构是包括上电极(公共电极)202、下电极(读出电极)206以及夹在上电极202和下电极206之间的光电转换膜204的层叠结构，它们层叠在作为硅基板的半导体基板500的上方。
如图2所示，上电极202电连接到选择线VOU，该选择线VOU选择列以输出像素信号。下电极206通过配线等电连接到用于复位累积电荷的复位晶体管TR1rst的漏极和源极中的一者。复位晶体管TR1rst的栅极电连接到复位信号线RST1，并且还电连接到上述垂直驱动电路32。复位晶体管TR1rst的漏极和源极中的另一者(未连接到下电极206的一侧)电连接到电源电路VDD。
下电极206通过配线电连接到放大晶体管TR1amp的栅极，该放大晶体管TR1amp将电荷转换成电压并将电压作为像素信号输出。连接下电极206、放大晶体管TR1amp的栅极和复位晶体管TR1rst的漏极和源极中的一者的节点FD1形成复位晶体管TR1rst的一部分。来自下电极206的电荷改变节点FD1上的电势，并由放大晶体管TR1amp转换成电压。放大晶体管TR1amp的源极和漏极中的一者通过配线电连接到选择晶体管TR1sel的源极和漏极中的一者，该选择晶体管TR1sel根据选择信号将通过转换获得的像素信号输出到信号线VSL1。放大晶体管TR1amp的源极和漏极中的另一者(未连接到选择晶体管TR1sel的一侧)电连接到电源电路VDD。
选择晶体管TR1sel的源极和漏极中的另一者(未连接到放大晶体管TR1amp的一侧)电连接到信号线VSL1，该信号线VSL1将转换后的电压作为像素信号发送，并还电连接到上述列信号处理电路34。选择晶体管TR1sel的栅极电连接到用于选择行以输出像素信号的选择线SEL1，并且还电连接到上述垂直驱动电路32。
现在将参考图3说明设置在半导体基板500中的PD 300的等效电路。如图3所示，设置在半导体基板500中的PD 300通过配线电连接到设置在半导体基板500中的像素晶体管(放大晶体管TR2amp、传输晶体管TR2trs、复位晶体管TR2rst、选择晶体管TR2sel)。具体地，PD300的一侧通过配线电连接到用于传输电荷的传输晶体管TR2trs的源极和漏极中的一者。传输晶体管TR2trs的源极和漏极中的另一者(未连接到PD 300的一侧)通过配线电连接到复位晶体管TR2rst的源极和漏极中的一者。传输晶体管TR2trs的栅极电连接到传输栅极线TG2，并且还连接到上述垂直驱动电路32。复位晶体管TR2rst的源极和漏极中的另一者(未连接到传输晶体管TR2trs的一侧)电连接到电源电路VDD。复位晶体管TR2rst的栅极电连接到复位线RST2，并且还连接到上述垂直驱动电路32。
传输晶体管TR2trs的源极和漏极中的另一者(未连接到PD 300的一侧)也通过配线电连接到用于放大(转换)电荷并将其作为像素信号输出的放大晶体管TR2amp的栅极。放大晶体管TR2amp的源极和漏极中的一者通过配线电连接到选择晶体管TR2sel的源极和漏极中的一者，该选择晶体管根据选择信号将像素信号输出到信号线VSL2。放大晶体管TR2amp的源极和漏极中的另一者(未连接到选择晶体管TR2sel的一侧)电连接到电源电路VDD。选择晶体管TR2sel的源极和漏极中的另一者(未连接到放大晶体管TR2amp的一侧)电连接到信号线VSL2，并且还电连接到上述列信号处理电路34。选择晶体管TR2sel的栅极电连接到选择线SEL2，并且还电连接到上述垂直驱动电路32。
与PD 300类似，设置在半导体基板500中的PD 400也可以与图3中的等效电路类似地表示，这里省略了对PD 400的等效电路的说明。
<<3.固态图像传感器100的层叠结构>>
以上说明了包括在根据本实施例的固态图像传感器100中的PD 200、300和400的等效电路。现在参考图4，将说明根据本发明实施例的固态图像传感器100的层叠结构。图4是根据本实施例的固态图像传感器100的横截面图，具体地，固态图像传感器100的沿着贯通电极600的贯通方向切割的横截面图。在图4中，固态图像传感器100被示出为使得固态图像传感器100的入射有光的入射表面朝上。在下面的说明中，将按照从位于固态图像传感器100的下侧的半导体基板500朝向位于半导体基板500上方的PD 200的顺序来说明固态图像传感器100中的层叠结构。
首先，如图4所示，在根据本实施例的固态图像传感器100中，例如在由硅制成的半导体基板500的具有第一导电类型(例如P型)的半导体区域502中，在半导体基板500的厚度方向(深度方向)上以重叠方式形成具有第二导电类型(例如，N型)的两个半导体区域510和512。由此形成的半导体区域510和512形成PN结，以用作层叠的两个PD 300和400。例如，具有作为电荷累积区域的半导体区域510的PD 300是吸收蓝色光(例如450nm到495nm的波长)以产生电荷(光电转换)的光电转换元件，并且具有作为电荷累积区域的半导体区域512的PD 400是吸收红色光(例如620nm到750nm的波长)以产生电荷的光电转换元件。
配线层520设置在半导体基板500的与层叠有PD 200等的入射表面相对的一侧的表面(图4中的下侧)上。配线层520包括用于读取PD 200、300和400中累积的电荷的多个像素晶体管的栅极电极524、多个配线522和层间绝缘膜530。例如，栅极电极524和配线522可以由诸如钨(W)、铝(Al)和铜(Cu)等材料形成。层间绝缘膜530可例如由氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)形成。
半导体基板500具有穿过半导体基板500的贯通电极600，以用于将通过稍后说明的PD 200中的光电转换产生的电荷提取到稍后说明的浮动扩散部514。具体地，作为贯通电极600的中心轴的导体602可以例如由诸如掺杂磷的非晶硅(PDAS)等硅掺杂材料或诸如铝、钨、钛(Ti)、钴(Co)、铪(Hf)和钽(Ta)等金属材料形成。在导体602的外围形成由SiO2或SiN制成的绝缘膜604，以用于抑制对半导体区域502的短路。在本实施例中，可在导体602和围绕导体602外围的绝缘膜604之间设置阻挡金属膜(未示出)。阻挡金属膜可由诸如氮化钛(TiN)、氮化钨(WN)、Ti、氮化钽(TaN)和Ta等材料形成。
贯通电极600可通过设置在配线层520中的配线522连接到设置在半导体基板500中的具有第二导电类型(例如，N型)的半导体区域中的浮动扩散部514。也就是说，贯通电极600可以将PD 200(具体地，下电极206)电连接到浮动扩散部514。浮动扩散部514可以通过贯通电极600临时累积通过PD 200中的光电转换产生的电荷。
如上所述，配线层520具有多个栅极电极524，作为用于读出在上述PD 200中产生的电荷的多个像素晶体管的栅极电极。具体地，电极524设置成隔着绝缘膜540面对半导体基板500中的具有第一导电类型(例如，P型)的半导体区域502。在半导体基板500中，还设置有具有第二导电类型(例如，N型)的半导体区域516，以便夹持具有第一导电类型的半导体区域502。半导体区域516用作像素晶体管的源极区域和漏极区域。上述贯通电极600可将PD200(具体地，下电极206)电连接到这些像素晶体管。稍后将说明贯通电极600的详细构造。
在半导体基板500的入射表面上可以形成具有负固定电荷的固定电荷膜550。固定电荷膜550可以例如由氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钛(TiO2)、氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr6O11)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)、氮化铝(AlN)、氧氮化铪(HfON)、氧氮化铝(AlON)等形成。固定电荷膜550可以是由上述不同材料组合而成的层叠膜。
在固定电荷膜550上设置绝缘膜552。绝缘膜552可由例如具有绝缘特性的介电膜形成，例如SiO2、正硅酸乙酯(TEOS)、氮化硅(Si3N4)和氮氧化硅(SiON)。
夹在上电极202和下电极206之间的光电转换膜204的层叠结构隔着绝缘膜560设置在绝缘膜552上。上电极202、光电转换膜204和下电极206构成将光转换成电荷的PD 200。例如，PD 200是吸收绿色光(例如，495nm到570nm的波长)以产生电荷(光电转换)的光电转换元件。例如，上电极202和下电极206可以由诸如铟锡氧化物(ITO)和铟锌氧化物(IZO)等透明导电膜形成。具体地，上电极202在相邻像素(固态图像传感器100)之间共有(共享)，而下电极206是针对每个像素单独形成的。下电极206通过穿过绝缘膜560的金属配线570电连接到上述贯通电极600。金属配线570可以例如由诸如W、Al和Cu等金属材料形成。绝缘膜560可以例如由允许光穿过的绝缘材料形成，例如Al2O3、SiO2、Si3N4和SiON。
如图4所示，在上电极202上形成由诸如Si3N4、SiON和碳化硅(SiC)等无机膜制成的高折射率层580以及平坦化膜582。在平坦化膜582上设置片上透镜590。片上透镜590可例如由Si3N4或基于树脂的材料(例如苯乙烯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物树脂或硅氧烷树脂)形成。
如上所述，根据本实施例的固态图像传感器100具有由分别对应于三种颜色的PD200、300和400层叠成的层叠结构。也就是说，上述固态图像传感器100是垂直光谱型固态图像传感器，其在半导体基板500上方(即，在形成在半导体基板500的入射表面侧上的光电转换膜204(PD200)中)将绿色光转换成电力，并且在半导体基板500中的PD 300和400中将蓝色光和红色光转换成电力。可以说，根据本实施例的固态图像传感器100是具有形成在与入射表面侧相对的一侧上的像素晶体管的背面照射型CMOS固态图像传感器。
上述光电转换膜204可由有机材料(有机光电转换膜)或无机材料(无机光电转换膜)形成。例如，当光电转换膜204由有机材料形成时，可选择以下四种模式中的任何一种：(a)P型有机半导体材料；(b)N型有机半导体材料；(c)P型有机半导体材料层、N型有机半导体材料层以及P型有机半导体材料和N型有机半导体材料的混合层(体异质结构)中的任意两者的层叠结构；和(d)P型有机半导体材料和N型有机半导体材料的混合层。
具体地，P型有机半导体材料的实例包括萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、并四苯衍生物、并五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、噻吩衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩衍生物、三烯丙基胺衍生物、咔唑衍生物、苝衍生物、苉衍生物、
Figure BDA0002899983620000121
衍生物、荧蒽衍生物、酞菁衍生物、亚酞菁衍生物、亚卟啉衍生物(subporphyrazine derivative)、具有作为配体的杂环化合物的金属配合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物(polybenzothiadiazole derivative)和聚芴衍生物。
N型有机半导体材料的实例包括富勒烯和富勒烯衍生物<例如，诸如C60、C70和C74(更高阶的富勒烯)等富勒烯、内嵌富勒烯等，或者富勒烯衍生物(例如富勒烯氟化物、苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)富勒烯化合物、富勒烯聚合物等)、具有比P型有机半导体更深的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)的有机半导体以及透明无机金属氧化物。更具体地，N型有机半导体材料的示例包括含有氮原子、氧原子和硫原子的杂环化合物，例如，在分子骨架的一部分中具有吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、异喹啉衍生物、吖啶衍生物、吩嗪衍生物、菲咯啉衍生物、四唑衍生物、吡唑衍生物、咪唑衍生物、噻唑衍生物、噁唑衍生物、咪唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并三唑衍生物、苯并噁唑衍生物、苯并噁唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亚卟啉衍生物、聚苯乙炔衍生物(polyphenylenevinylene)、聚苯并噻二唑衍生物、聚芴衍生物等的有机分子、有机金属络合物和亚酞菁衍生物。富勒烯衍生物中包括的基团的示例包括支链或者环状烷基或苯基；具有直链或者稠合芳香族化合物的基团；具有卤化物的基团；部分氟代烷基；全氟烷基；甲硅烷基烷基(silylalkyl group)；甲硅烷基烷氧基(silylalkoxy group)；芳基甲硅烷基(arylsilyl group)；芳基硫烷基(arylsulfanylgroup)；烷基硫烷基(alkylsulfanil group)；芳基磺酰基(arylsulfonyl group)；烷基磺酰基(alkylsulfonyl group)；芳基硫基(arylsulfide group)；烷基硫基(alkylsulfidegroup)；氨基；烷基氨基；芳基氨基；羟基；烷氧基；酰氨基；酰氧基；羰基；羧基；羧酰胺基；烷氧羰基；酰基；磺酰基；氰基；硝基；具有硫族元素化物的基团；膦基(phosphine group)；膦酰基(phosphone group)；及其衍生物。由有机材料形成的光电转换膜204的膜厚可例如但不限于1×10-8m至5×10-7m、优选2.5×10-8m至3×10-7m、更优选2.5×10-8m至2×10-7m。在上述说明中，有机半导体材料分为P型和N型。如本文所用，P型意味着空隙被容易传输，而N型意味着电子被容易传输。也就是说，有机半导体材料不一定像无机半导体材料一样被解释为具有作为热激发主载流子的空隙或电子。
更具体地，为了充当PD 200的接收绿色光并将光转换成电力的光电转换膜204，光电转换膜204可包含例如基于罗丹明的染料、基于黑花菁的染料(melacyanine-baseddye)、喹吖啶酮衍生物、基于亚酞菁的染料(亚酞菁衍生物)等。
当光电转换膜204由无机材料形成时，无机半导体材料的示例包括晶体硅、非晶硅、微结晶硅、结晶硒、非晶硒以及诸如CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2、AgInSe2等黄铜矿化合物、诸如GaAs、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP和InGaAsP等III-V族化合物以及诸如CdSe、CdS、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnS、PbSe和PbS等化合物半导体。另外，由上述材料制成的量子点可用作光电转换膜204。
在本实施例中，上述固态图像传感器100不限于由具有设置在半导体基板500上方的光电转换膜204的PD 200与设置在半导体基板500中的PD 300和400形成的层叠体的结构。例如，在本实施例中，固态图像传感器100可以是包括具有设置在半导体基板500上方的光电转换膜204的PD 200与设置在半导体基板500中的PD 300的层叠结构，即，两个PD 200和300形成的层叠结构。在本实施例中，固态图像传感器100可以是具有层叠在半导体基板500上方的两个或三个PD 200的结构。在这种情况下，PD 200可以具有相应的光电转换膜204，并且光电转换膜204可以由有机半导体材料形成或可以由无机半导体材料形成。在这种情况下，为了用作PD 200的接收蓝色光并将光转换成电力的光电转换膜204，光电转换膜204可包含例如香豆素酸染料、三-8-羟基喹啉铝(Alq3)、基于黑花菁的染料等。为了用作PD200的接收红色光并将光转换成电力的光电转换膜204，光电转换膜204可包含基于酞菁的染料、基于亚酞菁的染料(亚酞菁衍生物)等。
<<4.导致本发明的作出的情形>>
在详细说明根据本发明的实施例之前，将参考图5说明导致本发明的发明人作出本发明实施例的情形。图5是用于说明导致创建本发明实施例的情形的图。具体地，图5的左侧示意地示出了根据比较示例的贯通电极800的横截面，而图5的右侧示意地示出根据本发明实施例的贯通电极600的横截面。如本文所使用，比较示例是指在本发明的发明人作出本发明的实施例之前已经研究过的贯通电极800。
到目前为止，发明人已经考虑为每个固态图像传感器(像素)100设置贯通电极600(800)。在这种情况下，为了获得固态图像传感器100的令人满意的灵敏度，优选确保进入光的光入射表面较大，换句话说，优选确保PD 300和400占据的区域较大。因此，当为每个固态图像传感器100设置贯通电极600时，贯通电极600优选更加微小(例如，具有更小的直径)，以便确保进入光的光入射表面较大。根据本发明的发明人的研究，优选的是，例如，贯通电极600的导体602(802)的直径约为100nm。然后，发明人制造了比较示例的贯通电极800，该贯通电极具有如上述专利文献1中所公开的具有如上所述的小直径的贯通电极一样的构造，并且发明人发现难以将贯通电极800的电阻值保持为低。
具体地，在创建本发明的实施例之前，本发明发明人已经制造了如下所示的微小贯通电极800(比较示例)。首先，如图5的左侧所示，形成通孔806，通孔806以基本垂直于半导体基板500的方式穿过半导体基板500。进一步形成绝缘膜804，以覆盖通孔806的内壁。随后，通过化学气相沉积(CVD)沉积导体802以填充通孔806。
根据本发明发明人的研究，当沉积导体802以填充通孔806时，如图5的左侧所示，在通孔806中产生空隙808。经推测，如下所述地产生空隙808。已知的是，当通过CVD沉积膜时，将该膜沉积成符合基板的形状。还已知的是，当通过CVD沉积膜以填充通孔806时，膜更容易在通孔806的上部附着在通孔806的内壁上，并且膜倾向于更容易沉积在通孔806的内壁的上部而不是内壁的下部。因此，认定当沉积导体802以填充通孔806时，倾向于形成从通孔806的内壁的上部延伸的悬垂形式的导体802。随着导体802的沉积进行，在上述悬垂形状的膜上形成导体802的额外悬垂形状膜，并且最终，沉积的导体802的形状类似于盖，这大概可能导致通孔806中的空隙808。也就是说，在比较示例中，如图5的左侧所示，虽然通孔806的上部被导体802封闭，但空隙808仍然保持在通孔806的内部。换句话说，通孔806有时不能填充导体802。在这种情况下，由于通孔806未能填充导体802，因此贯通电极800的电阻值增加。根据本发明发明人的研究，随着贯通电极800的缩小和通孔806的长宽比的增大，上述现象更加明显地发生。
鉴于这种情况，通过避免在通孔606中出现空隙808以保持贯通电极600的低电阻值，本发明发明人创建了与贯通电极600相关的本发明的实施例，其中通孔606可填充导体602。
在比较示例中，如图5的左侧所示，在与贯通电极600的贯通方向正交的切割截面中，贯通电极800的导体802的横截面面积是恒定的，并且导体802的形状类似于圆柱体。相比之下，在本发明的实施例中，如图5的右侧所示，在贯通电极600的上部(PD 200侧的端部)处，导体602的在与贯通电极600的贯通方向正交的切割截面中的横截面面积沿着贯通方向向上逐渐增大。也就是说，在本实施例中，导体602的上部具有锥形。更具体地，在本实施例中，在制造具有如上所述的锥形导体602的贯通电极600期间，内壁覆盖有绝缘膜604的通孔606的上部的直径增加，并且导体602沉积以填充具有增大直径的通孔606。根据本实施例，通孔606的上部的直径增大以允许导体602容易到达通孔606的底部，从而改善导体602的填充特性并避免在通孔606中出现空隙808。因此，根据本实施例，可以保持贯通电极600的低电阻值。下面将按顺序说明根据本发明实施例的细节。
<<5.第一实施例>>
<5.1贯通电极600的详细构造>
首先参考图6到图8，说明根据本发明第一实施例的贯通电极600的详细构造。图6是根据本实施例的固态图像传感器100的横截面(图4)的局部放大图，具体地，贯通电极600和贯通电极600的外围的放大图。图7是贯通电极600的沿着图6中的线A-A'和线B-B'切割的横截面图。具体地，图7的上部示出了贯通电极600的沿着图6中的线A-A'切割的横截面图，而图7的下部示出了贯通电极600的沿着图6中的线B-B'切割的横截面图。图8是示出根据本实施例的贯通电极600的上部的示意图，具体地，贯通电极600的沿贯通电极600的贯通方向切割的横截面的部分放大视图。在图8中，为了便于理解，未示出固定电荷膜650。
如图6所示，根据本实施例的贯通电极600主要包括以基本垂直于半导体基板500的方式(换句话说，沿着半导体基板500的膜厚方向)穿过半导体基板500的通孔606、覆盖通孔606的内壁的固定电荷膜650、隔着固定电荷膜650覆盖内壁的绝缘膜604以及填充通孔606的导体602。如上所述，可在导体602和围绕导体602外围的绝缘膜604之间设置阻挡金属膜(未示出)。下面将按顺序说明贯通电极600的各部分的细节。
在本实施例中，通孔606例如是形状为圆柱体或具有锥度的截头锥形的孔，优选圆柱形孔或基本上圆柱形孔(换句话说，在贯通方向上具有基本相等的开口直径的孔)。在本实施例中，通孔606基本上是圆柱形孔，使得覆盖通孔606的内壁的绝缘膜604的膜厚度可以更均匀。因此，根据本实施例，在确保贯通电极600(具体地，导体602)和半导体基板500(具体地，半导体区域502)之间的绝缘的同时，可以减少由绝缘膜604引起的贯通电极600的寄生电容。因此，由于可以减小寄生电容，所以本实施例可以避免噪声通过寄生电容无意地传递到贯通电极600，从而可以避免固态图像传感器100的特性恶化。
在本实施例中，如上所述，设置固定电荷膜650以覆盖通孔606的内壁和底面(下表面)。例如，与上述固定电荷膜550类似，固定电荷膜650可由HfO2、Al2O3、ZrO、Ta2O5、TiO2等形成。固定电荷膜650可以是上述不同材料组合成的层叠膜。
在本实施例中，如上所述，设置绝缘膜604以隔着固定电荷膜650覆盖通孔606的内壁。设置绝缘膜604以覆盖后面说明的导体602的外围。绝缘膜604是用于抑制对半导体基板500(具体地，半导体区域502)的短路的绝缘膜，并且由SiO2、SiN等形成。
在本实施例中，设置导体602以填充内壁覆盖有固定电荷膜650和绝缘膜604的通孔606。换句话说，如图6所示，导体602定位在贯通电极600的中心处。具体地，导体602是穿过通孔606的中心部分的基本圆柱形电极，并且在其上部(PD 200侧的端部)具有锥形形状。导体602进一步穿过通孔606的底面(下表面)，以延伸到配线层520的配线522。如上所述，导体602可由诸如PDAS等硅掺杂材料或诸如Al、W、Ti、Co、Hf和Ta等金属材料形成。
更具体地，在贯通电极600的上部(PD 200侧的端部)处，导体602的在与贯通电极600的贯通方向正交的方向上的切割截面中的横截面面积沿着贯通方向向上逐渐增加。也就是说，在本实施例中，导体602的上侧具有锥形形状。
进一步参考图7，将更详细地说明导体602。图7的下部示出了在通过固定电荷膜550下方的与贯通电极600的贯通方向正交的平面(图6中的线B-B')切割贯通电极600时的切割截面。图7的上部示出了在通过绝缘膜552处的与贯通电极600的贯通方向正交的平面(图6中的线A-A')时的切割截面。如图7的上侧图和下侧图所示，在本实施例中，导体602的直径向上增加。更具体地，在本实施例中，导体602的在贯通电极600的上部(PD 200侧的端部)处的切割截面中的直径(也即是，在沿着图6中的线A-A'切割贯通电极600时导体602的直径D1，参见图7中的上侧图)是导体602的在贯通电极600的下部(浮动扩散部514侧的端部)处的切割截面中的直径(也即是，在沿着图6的线B-B'切割贯通电极600时导体602的直径D2，参见图7中的下侧图)的1.2倍以上。
在本实施例中，当沿着图6中的线B-B'切割贯通电极600时，导体602的直径D2(参见图7的下侧图)优选为50nm到500nm。在本实施例中，当沿着图6中的线A-A'切割贯通电极600时，导体602的直径D1(参见图7中的上侧图)优选为60nm到600nm。
优选地，导体602的上表面(PD 200侧的表面)较大，以确保与金属配线570接触。然而，在导体602的上表面较大的情况下，在相对于导体602的上表面位于下方的PD 300和400上的光入射被导体602的上表面中断。因此，在本实施例中，优选的是，导体602的上表面较小，以至于能够确保与金属配线570的接触。在本实施例中，优选的是，当沿着图6中的线A-A'切割贯通电极600时，导体602的上表面大于导体602的切割截面(参见图7中的上侧图)，并且小于通孔606的开口(具体地，在通孔的内壁未覆盖固定电荷膜650和绝缘膜604的情况下，通孔606的开口)。
在本实施例中，如图8(其示出了在贯通电极600的上部(PD 200侧的端部)处的沿着贯通电极600的贯通方向切割的贯通电极600的横截面图的部分放大图)所示，贯通电极600的导体602的外周表面的坡度相对于在贯通方向上延伸的导体602的中心轴610优选具有1°以上、60°以下的角度。在本实施例中，优选的是，将坡度设置为能够确保绝缘膜604具有能够抑制对半导体基板500(具体地，半导体区域502)的短路的膜厚度，并且还可以确保PD 300和400的较大的入射有光的光入射表面。
在本实施例中，只要导体602在贯通电极600的上部(PD 200侧的端部)具有锥形形状，则穿过半导体基板500(穿过半导体基板500的膜厚度)的整个通孔606可以是锥形的，并且锥形形状不受限制。
在本实施例中，当形成包括具有如上所述形状的导体602的贯通电极600时(稍后将详细说明)，覆盖有绝缘膜604的通孔606的上部的直径增大，并且导体602沉积以填充直径增大的通孔606。根据本实施例，通孔606的上部的直径增大以允许导体602容易地到达通孔606的底部，从而改善导体602的填充特性并避免在通孔606中出现空隙808。因此，根据本实施例，可以保持贯通电极600的低电阻值。
<5.2制造固态图像传感器100的方法>
上文说明了根据本实施例的贯通电极600的详细构造。现在将参考图9至图13说明制造包括根据本实施例的贯通电极600的固态图像传感器100的方法。图9至图13是用于说明根据本实施例的固态图像传感器100的制造方法并且示出与图4中的横截面图相对应的制造方法的步骤中的固态图像传感器100的横截面的图。
首先，如图9所示，例如，通过干法蚀刻从光入射表面侧处理半导体基板500，以形成穿过半导体基板500的通孔606a。
随后，如图10所示，沉积固定电荷膜550和650以及绝缘膜552和604，以覆盖通孔606a的内壁和底面以及半导体基板500的入射表面。
然后，如图11所示，例如通过干法蚀刻，部分移除固定电荷膜650和绝缘膜552和604，以形成穿过半导体基板500并延伸到配线522的通孔606b。在此期间，部分移除形成在通孔606b的上侧开口的外围处的绝缘膜552和604，以增加通孔606b的上侧开口的直径。
随后，如图12所示，沉积导体602(金属膜)以填充通孔606b。在此期间，如下文所述，当从上方观察通孔606b时，导体602可以在通孔606b的中心处凹陷。
然后，如图13所示，例如通过干法蚀刻，部分移除导体602，以形成贯通电极600。
进一步形成金属配线570和绝缘膜560。随后，形成下电极206、光电转换膜204、上电极202、高折射率层580等。最后，形成平坦化膜582和片上透镜590。如上所述，可以获得图4所示的固态图像传感器100。
根据本实施例的固态图像传感器100可以使用用于制造普通半导体器件的方法、器件和条件来制造。也就是说，根据本实施例的固态图像传感器100可以使用如下制造半导体器件的现有方法来制造。
制造方法的示例可包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)。PVD的示例可包括真空沉积、电子束(EB)沉积、溅射工艺(磁控溅射、RF-DC耦合偏置溅射、电子回旋共振(ECR)溅射、面向靶溅射、高频溅射等)、离子镀、激光烧蚀、分子束外延(MBE)和激光转印。化学气相沉积的示例可包括等离子体CVD、热CVD、有机金属(MO)CVD和光CVD。其它方法的示例可包括电镀、化学镀、旋涂；浸渍；铸造；微接触印刷；滴铸(dropcasting method)；诸如丝网印刷、喷墨印刷、胶印、凹版印刷和柔版印刷等印刷工艺；冲压；喷涂；气刮刀涂布机法(air doctor coater)、刮板涂布机法(blade coater)、棒涂布机法(rod coater)、刮刀式涂布机法(knife coater)、挤压式涂布机法(squeeze coater)、逆转辊式涂布机法(reverse roll coater)、转印辊式涂布机法(transfer roll coater)、凹槽辊涂布机法(gravure coater)、吻合涂布机法(kiss coater)、流延式涂布机法(castcoater)、喷涂机法(spray coater)、狭缝孔涂布机法(slit orifice coater)以及压延涂布机法(calendar coater)等涂布工艺。图案化的示例可以包括诸如遮蔽掩模、激光转印和光刻等化学蚀刻以及使用紫外线、激光等的物理蚀刻。此外，平坦化技术的示例可以包括化学机械抛光(CMP)、激光平坦化和回流。
如上所述，在本实施例中，在制造具有导体602的贯通电极600期间，增加具有覆盖绝缘膜604的内壁的通孔606a的上部的直径，并且沉积导体602以填充具有增加直径的通孔606b。根据本实施例，通孔606a的上部的直径增大以允许导体602容易地到达通孔606b的底部，从而改善导体602的填充特性并避免在通孔606b中出现空隙808，根据本实施例，可以保持贯通电极600的低电阻值。
<5.3变形例>
在根据本实施例的固态图像传感器100中，导体602的上部(PD 200侧的端部)可以电连接到由透明导体形成的配线。换句话说，在本实施例中，图4中的金属配线570可以由透明导体形成。
下面将参照上述图13说明根据本变形例制造固态图像传感器100的方法。如图13所示，例如通过干法蚀刻部分移除导体602，并且在形成贯通电极600之后，在贯通电极600上沉积透明导体。例如通过干法蚀刻，部分移除透明导体，以形成配线结构。由此可以形成根据本变形例的固态图像传感器100的配线570。透明导体可以由ITO和IZO等材料形成。
在本变形例中，金属配线570由透明导体形成，以防止入射到配线570上的光被反射并无意地入射到PD 200、300和400上，从而减少在固态图像传感器100中出现混色或耀斑。
<<6.第二实施例>>
在本发明的实施例中，可以进一步修改根据上述第一实施例的贯通电极600。参照图14和图15，将说明根据本发明的第二实施例的贯通电极600a。图14是根据本实施例的固态图像传感器100a的截面图，具体地，固态图像传感器100a的沿着贯通电极600a的贯通方向切割的横截面图。图15是根据本实施例的贯通电极600a的上部的示意图，具体地，贯通电极600a的沿着贯通电极600a的贯通方向切割的横截面的部分放大视图。在图15中，为了便于理解，未示出固定电荷膜650。
如图14所示，在固态图像传感器100a的横截面中，在贯通电极600a的上部(PD 200侧的端部)处，更具体地，在贯通电极600a的上端部(PD 200侧的端面)处，根据本实施例的贯通电极600a的导体602a具有从导体602a的中心轴(图14中未示出)分开的两个分支部(第一分支部)602b。在本实施例中，分支部602b弯曲以从中心轴绘制出弧线。
具体地，如作为根据本实施例的贯通电极600a的放大图的图15所示，导体602a的上部(PD 200侧的端部)具有朝向半导体基板500的光入射表面的曲率半径的形状。换句话说，在上面的放大图中，导体602a看上去具有两个分支部602b，它们分开以从导体602a的中心轴610绘制出弧线。在本实施例中，分支部602b的曲率半径r优选为10nm以上且1000nm以下。也就是说，与第一实施例中的方式相同，优选将曲率半径r设置为能够确保绝缘膜604具有能够抑制对半导体基板500(具体地，半导体区域502)的短路的膜厚度，并且还可以确保PD 300和400的较大的入射有光的光入射表面。
根据本实施例，与上述第一实施例相比，在绘制出弧线的分支部602b的区域处，从位于覆盖绝缘膜604和固定电荷膜650(未示出)的通孔606的上侧的开口端606c到导体602a的距离L是均匀的。因此，在本实施例中，即使向绝缘膜604和固定电荷膜650施加高电压，也不太可能在分支部602b处发生介质击穿，从而提高绝缘膜604和固定电荷膜650的耐受电压(可靠性)。
在本实施例中，在固态图像传感器100a的横截面中，在贯通电极600a的下部(浮动扩散部514侧的端部)处，根据本实施例的贯通电极600a的导体602a可以具有两个从导体602a的中心轴610分开的分支部(第二分支部)(未示出)。更具体地，在本实施例中，例如，在贯通电极600a的下端部(浮动扩散部514侧的端面)处，导体602a可以具有两个分支部。在本实施例中，与分支部602b类似，贯通电极600a的下部处的分支部可以弯曲以从中心轴610绘制出弧线。在这种情况下，贯通电极600a的上部处的分支部602b的曲率半径r可以大于贯通电极600a的下部处的分支部的曲率半径r。
<<7.第三实施例>>
在本发明的实施例中，可以进一步修改根据上述第一实施例的贯通电极600。参照图16，下面将说明根据本发明的第三实施例的贯通电极600b。图16是根据本实施例的贯通电极600b的上部的示意图，具体地，贯通电极600b的沿着贯通电极600b的贯通方向切割的横截面的部分放大视图。在图16中，为了便于理解，没有示出固定电荷膜650。
如图16所示，与前述第三实施例中相同的方式，在上述横截面中，在贯通电极600a的上端部(PD 200侧的端面)处，根据本实施例的贯通电极600b的导体602c具有从导体602c的中心轴分开的两个分支部(第一分支部)602d。换句话说，根据本实施例的导体602c的在PD 200侧的端部具有以朝向半导体基板500的光入射表面的曲率半径扩展的形状。此外，在本实施例中，如图16所示，导体602c还具有位于两个分支部602d之间的凹部620。即，在本实施例中，当从上方观看通孔606时，导体602c在通孔606的中心处凹陷。
在本实施例中，位于两个分支部602d之间的凹部620用于增加导体602c和电连接到贯通电极600b的金属配线570之间的接触面积，从而降低导体602c和金属配线570之间的接触电阻。
<<8.第四实施例>>
在本发明的实施例中，可以进一步修改根据上述第一实施例的固态图像传感器100的PD 200。参照图17，下面将说明根据本发明第四实施例的固态图像传感器100b。图17是根据本实施例的固态图像传感器100b的截面图，具体地，固态图像传感器100b的沿着贯通电极600的贯通方向切割的横截面图。在图17中，固态图像传感器100b并示出为使得固态图像传感器100b的入射有光的光入射表面朝上。
在本实施例中，如图17所示，类似于根据前述第一实施例的PD 200，设置在半导体基板500上方的PD 200a包括上电极202、光电转换膜204和下电极206。在本实施例中，PD200a还包括隔着光电转换膜204和绝缘膜560面向上电极202的累积电极208。与累积电极208布置成以一定距离与下电极206间隔开，并且上电极202和下电极206类似，可以由例如ITO和IZO等透明导体形成。
在根据本实施例的PD 200a中，配线(未示出)各自地电连接到下电极206和累积电极208中的每一者，使得可以通过配线将期望的电势施加到下电极206和累积电极208中的每一者。因此，在本实施例中，控制施加到下电极206和累积电极208的电位，使得在光电转换膜204中产生的电荷可以累积在光电转换膜204中或者可以在浮动扩散部514处取出电荷。换句话说，累积电极208可用作用于电荷累积的电极，以用于抽取在光电转换膜204中产生的电荷并根据所施加的电势将电荷累积在光电转换膜204中。
在根据上述第一实施例的PD 200中，由光电转换膜204的光电转换产生的电荷通过下电极206和贯通电极600直接累积在浮动扩散部514中。由于这样的机制，光电转换膜204中的完全耗尽是困难的。因此，在第一实施例中，固态图像传感器100的kTC噪声(复位噪声)大且随机噪声更差，这可能导致拍摄图像的质量降低。另一方面，在本实施例中，设置累积电极208，使得在PD 200a的操作中，当通过每个光电转换膜204的光电转换产生的电荷累积在光电转换膜204中时，到达每个下电极206的电荷被放电到外部系统以进行复位。另外，在操作中，在复位之后，将每个光电转换膜204中累积的电荷传输到相应的下电极206，并且可以顺序地读出被传输到下电极206的电荷。在PD 200a的操作中，重复执行如上所述的复位和读出操作。即，在本实施例中，在开始固态图像传感器100b的曝光时，便于浮动扩散部514中的完全耗尽和电荷去除。因此，本实施例能够抑制由于固态图像传感器100b的kTC噪声增加和更差的随机噪声而导致拍摄图像质量降低的现象的发生。
<<9.第五实施例>>
根据本发明的前述实施例的固态成像器件1通常可应用于使用用于图像拍摄单元的成像器件的电子设备，例如诸如数字照相机和摄像机等成像设备、具有图像拍摄功能的便携式终端设备以及包括图像阅读器中的固态图像传感器的复印件。本发明的实施例可进一步应用于包括上述固态成像器件1的机器人、无人机、汽车、医疗器械(内窥镜)等。根据本实施例的固态成像器件1可以是芯片的形式，也可以是具有图像拍摄功能的模块的形式，该模块包括封装在一起的成像器和信号处理器或者光学系统。参考图18，将说明包括具有固态成像器件1的成像器件902的电子设备900的示例，作为本发明的第五实施例。图18是示出根据本实施例的电子装置900的示例的图。
如图18所示，电子装置900包括成像器件902、光学透镜910、快门机构912、驱动电路单元914和信号处理电路单元916。光学透镜910将来自被摄体的图像光(入射光)聚焦到成像器件902的成像平面上。因此，在成像器件902的固态成像器件1的固态图像传感器100中在一定时间段内累积信号电荷。快门机构912被打开和关闭以控制用于成像器件902的光照射时段和光截止时段。驱动电路单元914向成像器件和快门机构提供用于控制例如成像器件902的信号传输操作和快门机构912的快门操作的驱动信号。即，成像器件902基于从驱动电路单元914提供的驱动信号(时序信号)来执行信号传输。信号处理电路单元916执行各种信号处理。例如，信号处理电路单元916将经过信号处理的画面信号输出到诸如存储器等存储介质(未示出)或显示器(未示出)。
<<10.总结>>
如上所述，根据本发明的实施例和变形例，可以保持贯通电极600的低电阻值。
在本发明的上述实施例中，固态图像传感器100可以是在半导体基板500上方层叠有两个或三个或更多个PD 200的结构。在这种情况下，例如，根据本实施例的贯通电极600可用作用于将在层叠在半导体基板500上方的两个PD 200之中的层叠在上侧的PD 200中产生的电荷传输到设置在半导体基板500中的浮动扩散部514的贯通电极。
在本发明的上述实施例中，已经说明了其中第一导电类型为P型、第二导电类型为N型并且使用电子作为信号电荷的固态图像传感器100。然而，本发明的实施例不限于这种示例。例如，本实施例可应用于其中第一导电类型为N型、第二导电型为P型且空穴为信号电荷的固态图像传感器100。
在本发明的上述实施例中，半导体基板500不一定是硅基板，并且可以是任何其它基板(例如，绝缘体上硅(SOI)基板或SiGe基板)。上述半导体基板500可具有形成在这些多种基板上的半导体结构等。
根据本发明实施例的固态图像传感器100不限于检测可见光入射光量的分布以拍摄图像的固态图像传感器。例如，本实施例可应用于将红外线、X射线、粒子等的入射量的分布拍摄为图像的固态图像传感器和诸如指纹检测传感器等将诸如压力和电容等任何其它物理量的分布检测为图像的固态图像存储器(物理量分布检测设备)。
<11.在内窥镜手术系统上的应用>>
根据本发明的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本发明的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图19是示出可以应用根据本发明的技术(本技术)的内窥镜手术系统的整体构造示例的图。
图19示出了如下情形：操作者(医生)11131使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132执行手术。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量治疗工具11112等其他手术仪器11110、用于支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120以及用于承载各种内窥镜手术装置的推车11200。
内窥镜11100包括镜筒11101和与镜筒11101的基端连接的相机头11102，镜筒11101的从其梢端开始的预定长度的区域插入到患者11132的体腔中。在附图所示的示例中，内窥镜11100是具有硬性镜筒11101的硬性管道镜。然而，内窥镜11100也可以构造成具有柔性镜筒11101的柔性管道镜。
镜筒11101的梢端具有开口，物镜适配在该开口中。光源装置11203连接到内窥镜11100。由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内部延伸的光导传播到镜筒11101的梢端，并通过物镜照射患者11132的体腔中的观察目标。内窥镜11100可以是前视内窥镜，或者可以是前斜视内窥镜或侧视内窥镜。
在相机头11102内部设置有光学系统和图像传感器，使得来自观察目标的反射光(观察光)通过光学系统被收集在图像传感器上。通过图像传感器将观察光转换成电力，以产生与观察光相对应的电信号，即与观察图像相对应的图像信号。图像信号作为原始数据被传输到相机控制单元(CCU：camera control unit)11201。
CCU 11201配置有中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，以中心地控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。CCU 11201从相机头11102接收图像信号，并对图像信号执行诸如显影处理(去马赛克)等各种图像处理，以基于图像信号来显示图像。
在CCU 11201的控制下，显示装置11202基于已被CCU 11201执行图像处理的图像信号显示图像。
光源装置11203配置有诸如发光二极管(LED)等光源，并且在对手术部位等成像时向内窥镜11100提供照射光。
输入装置11204是用于内窥镜手术系统11000的输入接口。用户可以通过输入装置11204在内窥镜手术系统11000中输入各种类型的信息或指令。例如，用户可以输入用于改变内窥镜11100的成像条件(照射光的类型、放大系数、焦距等)的指令。
治疗工具控制装置11205控制用于组织烧灼、切割和血管密封的能量治疗工具11112的驱动。注气器11206通过注气管11111将气体注入到患者11132的体腔中，以使体腔膨胀，从而确保内窥镜11100的视野并确保操作者的工作空间。记录仪11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像和图表等各种形式打印与手术有关的各种信息的装置。
注意，例如，用于在对手术部位成像时向内窥镜11100提供照射光的光源装置11203可以配置有白光源，该白光源例如为LED、激光光源或它们的组合。在白光源配置有RGB激光光源的组合时，可以精确地地控制每种颜色(每个波长)的输出功率和输出时序，并因此能够在光源装置11203中调节拍摄图像的白平衡。在这种情况下，如果通过以时分方式向观察目标照射来自RGB激光光源中每者的激光束并以与发射时序同步的方式控制相机头11102中的图像传感器的驱动，则可以以时分方式拍摄分别对应于RGB中每者的图像。根据该方法，即使图像传感器没有滤色器，也能够获取彩色图像。
另外，可以控制光源装置11203的驱动，使得以每段预定时间改变输出光的强度。通过以与光强度的改变时序同步的方式控制相机头11102的图像传感器的驱动以便按照时分方式获取图像并且合成图像，从而产生不具有欠曝光阴影和过曝光高光的高动态范围图像。
光源装置11203可以构造成提供对应于特定光观察的预定波长带中的光。在特定光观察中，例如，执行窄带成像，其中，利用身体组织中的光吸收的波长依赖性并施加与正常观察时的照射光(即，白光)相比的窄带光，以拍摄诸如粘膜最外层表面中的血管等预定组织的图像。或者，在特定光观察中，可以执行荧光观察，其中，通过由激发光的照射产生的荧光来获得图像。在荧光观察中，例如，可以通过向身体组织施加激发光，并观察来自身体组织的荧光(自发荧光成像)，或者局部地在身体组织中注射诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂并向身体组织施加与试剂的荧光波长相对应的激发光，以获得荧光图像。光源装置11203可以构造为提供对应于这种特定光观察的窄带光和/或激发光。
图20是示出图19所示的相机头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。
相机头11102包括透镜单元11401、成像器11402、驱动器11403、通信模块11404和相机头控制器11405。CCU 11201包括通信模块11411、图像处理器11412和控制器11413。相机头11102和CCU 11201经由传输电缆11400连接以彼此通信。
透镜单元11401是设置在与镜筒11101连接的部分处的光学系统。从镜筒11101的梢端获取的观察光传播到相机头11102并进入透镜单元11401。透镜单元11401配置有多个透镜的组合，这些透镜包括变焦透镜和聚焦透镜。
成像器11402配置有图像传感器。成像器11402可配置有一个图像传感器(被称为单传感器型)或多个图像传感器(被称为多传感器型)。在成像器11402包括多传感器构造时，例如，通过各图像传感器产生对应于R、G和B的图像信号，并且可以通过合成这些图像信号来产生彩色图像。或者，成像器11402也可以具有一对图像传感器，以用于获取对应于三维(3D)显示的右眼图像信号和左眼图像信号。3D显示使操作者11131能够更准确地感知身体组织在手术部位处的深度。当成像器11402为多传感器构造时，可以以与各图像传感器相对应的方式设置多排的透镜单元11401。
成像器11402不必设置在相机头11102中。例如，成像器11402可以设置成在镜筒11101内部紧接物镜之后。
驱动器11403配置有致动器，并且在相机头控制器11405的控制下，驱动器11403使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。因此，可以适当地调节由成像器11402拍摄的图像的放大倍数和焦点。
通信模块11404配置有用于向/从CCU 11201传送/接收各种信息的通信装置。通信模块11404通过传输电缆11400将从成像器11402获得的图像信号作为原始数据传送到CCU11201。
通信模块11404从CCU 11201接收用于控制相机头11102的驱动的控制信号，并将接收的信号提供到相机头控制器11405。例如，控制信号包括关于成像条件的信息，例如用于指定拍摄图像的帧速率的信息、用于指定成像时的曝光值的信息和/或用于指定拍摄图像的放大倍数和焦点的信息。
诸如帧速率、曝光值、放大倍数和焦点等成像条件可以由用户适当地指定或者由CCU 11201的控制器11413基于获得的图像信号自动地设置。在后一种情况下，内窥镜11100装配有自动曝光(AE)功能、自动聚焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。
相机头控制器11405基于通过通信模块11404从CCU 11201接收的控制信号来控制相机头11102的驱动。
通信模块11411配置有用于向/从相机头11102传送/接收各种类型的信息的通信装置。通信模块11411通过传输电缆11400接收从相机头11102传送的图像信号。
通信模块11411将用于控制相机头11102的驱动的控制信号传送到相机头11102。可以通过电通信或光通信传送图像信号和控制信号。
图像处理器11412对从相机头11102作为原始数据传送的图像信号执行各种图像处理。
控制器11413对通过内窥镜11100执行的手术部位等的成像以及通过手术部位的成像等获得的拍摄图像的显示执行各种控制。例如，控制器11413产生用于控制相机头11102的驱动的控制信号。
控制器11413基于已被图像处理器11412执行图像处理的图像信号在显示装置11202上显示用于可视化手术部位等的拍摄图像。在此期间，控制器11413可以通过使用各种图像识别技术来识别拍摄图像中的各种物体。例如，控制器11413可以检测拍摄图像中包括的物体的边缘的形状、颜色等，以识别诸如镊子等手术工具、特定活体位置、出血、在使用能量治疗工具11112时的雾等。当在显示装置11202上显示拍摄图像时，控制器11413可以使用识别结果，以在手术部位的图像上叠加各种手术辅助信息。叠加并展示给操作者11131的手术辅助信息可以减轻操作者11131的负担，或者确保操作者11131进行手术。
用于连接相机头11102和CCU 11201的传输电缆11400是对应于电信号通信的电信号电缆、对应于光学通信的光纤或者它们的复合电缆。
在附图所示的示例中，使用传输电缆11400来进行有线通信。然而，相机头11102和CCU 11201之间的通信可以是无线的。
上文已经说明了能够应用根据本发明的技术的内窥镜手术系统的示例。例如，根据本发明的技术可以应用到上述构造中的内窥镜11100、相机头11102中的成像器11402和CCU 11201的图像处理器11412。例如，图1所示的固态摄像器件1能够应用于内窥镜11100、成像器11402、图像处理器11412等。当根据本发明的技术应用于内窥镜11100、成像器11402、图像处理器11412等时，可以获得更尖锐的手术部位图像，以确保操作者检查手术部位。
尽管这里以示例的方式说明了内窥镜手术系统，但根据本发明的技术可以应用到例如显微镜手术系统。
<<12.在可移动体上的应用>>
根据本发明的技术(本技术)可以应用到各种产品。例如，根据本发明的技术可以实现为安装在任何类型的可移动体上的设备的形式，可移动体例如是汽车、电动车、混合动力电动车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶和机器人。
图21是示出作为可应用根据本发明的技术的可移动体控制系统的示例的车辆控制系统的整体构造的示例的框图。
车辆控制系统12000包括通过通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图22所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动控制单元12010、车身控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和中心控制单元12050。另外，微型计算机12051、音频图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053被作为中心控制单元12050的功能构造示出。
驱动控制单元12010根据各种类型的程序来控制与车辆的驱动系统相关的设备的操作。例如，驱动控制单元12010用作诸如内燃机或驱动马达等用于产生车辆驱动力的驱动力产生设备、用于将驱动力传送到车轮的驱动力传送机构、用于调节车辆的转向角的转向机构以及用于产生车辆的制动力的制动设备的控制设备。
车身控制单元12020根据各种类型的程序来控制设置在车身上的各种设备的操作。例如，车身控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备或诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯或雾灯等各种灯的控制设备。在这种情况下，车身控制单元12020可以接受从代替钥匙的便携式设备传送的无线电波或来自各种开关的信号。车身控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并控制车辆的门锁设备、电动车窗设备、车灯等。
车辆外部信息检测单元12030检测装配有车辆控制系统12000的车辆的外部信息。例如，成像器12031连接到车辆外部信息检测单元12030。车辆外部信息检测单元12030使成像器12031拍摄车辆外部的图像，并接收拍摄图像。基于所接收的图像，车辆外部信息检测单元12030可以对人、车辆、障碍物、标志或路面上的字符执行物体检测处理或距离检测处理。
成像器12031是光学传感器，其接收光并输出取决于所接收的光量的电信号。成像器12031可以输出电信号作为图像或者作为测距信息。由成像器12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆的内部信息。例如，车内信息检测单元12040连接到用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测器12041。驾驶员状态检测器12041例如包括拍摄驾驶员的图像的照相机，并且基于从驾驶员状态检测器12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾集中程度，或者可以确定驾驶员是否入睡。
基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆的内部信息或外部信息，微型计算机12051可以计算驱动力产生设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并可以将控制命令输出到行驶系控制器统12010。例如，微型计算机12051可以执行用于运行高级驾驶员辅助系统(ADAS)的协同控制，这些功能包括车辆碰撞避免或车辆碰撞减震、基于车间距离的跟随行驶、车辆速度保持行驶、车辆碰撞警告和车辆偏离车道警告。
微型计算机12051可以执行用于例如自主驾驶的协同控制，其中，基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆的内部信息或外部信息控制驱动力产生设备、转向机构或制动设备，以能够实现自动行驶而不取决于驾驶员的操作。
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的车辆的外部信息向车身控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以例如通过根据由车辆外部信息检测单元12030检测的前方车辆或迎面车辆的位置控制前照灯以将远光灯改变为近光灯来执行用于防止眩光的协同控制。
音频图像输出单元12052将声音和图像中的至少一者的输出信号传送到能够在视觉上或听觉上将信息通知给车辆的乘客或车辆外部的输出设备。在图21的示例中，音频扬声器12061、显示器12062和仪表板12063被作为输出设备的示例示出。显示器12062可以例如包括车载显示器和抬头显示器中的至少一者。
图22是示出成像器12031的安装位置的示例的图。
在图22中，车辆12100具有成像器12101、12102、12103、12104和12105，作为成像器12031。
例如，成像器12101、12102、12103、12104和12105设置在诸如车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠和后门以及车辆内部挡风玻璃上部的位置。设置在前鼻处的成像器12101和设置在车辆内部挡风玻璃上部处的成像器12105主要获得车辆12100前方的图像。设置在后视镜处的成像器12102和12103主要获得车辆12100两侧的图像。设置在后保险杠或后门处的成像器12104主要获得车辆12100后方的图像。例如，由成像器12101和12105获得的前方图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通灯、交通标志或车道。
图23示出了成像器12101至12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在前鼻处的成像器12101的成像范围，成像范围12112和12113分别表示设置在后视镜处的成像器12102和12103的成像范围，并且成像范围12114表示设置在后保险杠或后门处的成像器12104的成像范围。例如，通过使由成像器12101至12104拍摄的图像数据叠加来获得车辆12100的如从上方观察的鸟瞰图像。
成像器12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，成像器12101至12104中的至少一者可以是包括图像传感器的立体照相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的图像传感器。
例如，基于从成像器12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051能够确定距成像范围12111到12114内的三维物体的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，以特定地提取存在于行驶路径上并且在与车辆12100基本上相同的方向上以预定速度(例如，等于或大于0km/h)行进的最靠近车辆12100的三维物体，作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设置前方车辆的前方所要维持的车间距离，并执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随启动驾驶控制)。以此方式，可以执行用于自主驾驶的协同控制，其中，车辆自动行驶而不取决于驾驶员的操作。
例如，基于从成像器12101到12104获得的距离信息，微型计算机12051可以三维物体上的三维物体数据分类为两轮车辆、标准车辆、重型车辆、行人、电线杆或其它任何三维物体，并将数据用于自动避障。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以在视觉上辨认的障碍物以及驾驶员难以在视觉上辨认的障碍物。然后，微型计算机12051确定用于指示与每个障碍物发生碰撞的危险水平的碰撞风险，并且在碰撞风险等于或高于预设值时并且存在碰撞可能的情形下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示器12062向驾驶员输出警告，或者通过驱动控制单元12010执行强制减速或防撞转向，由此实现用于避免碰撞的驾驶辅助。
成像器12101至12104中的至少一者可以是检测红外光的红外照相机。例如，微型计算机12051可以通过确定成像器12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。行人的这种识别例如通过如下过程来执行：在作为红外照相机的成像器12101至12104的拍摄图像中提取特征点的过程；以及执行对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理以确定其是否是行人的过程。当微型计算机12051确定成像器12101至12104的拍摄图像中存在行人并且识别出行人时，音频图像输出模块12052控制显示器12062，使得在所识别的行人上叠加并示方形轮廓线以进行强调。音频图像输出模块12052还可以控制显示器12062，从而将用于表示行人的图标等显示在期望位置。
下文已经说明了应用根据本发明的技术的车辆控制系统的示例。根据本发明的技术可以应用于上述构造中的成像器12031等。例如，图1所示的固态成像器件1可应用于成像器12031。当根据本发明的技术应用到成像器12031时，可以获得更加可见的拍摄图像，以减轻驾驶员的疲劳。
<<13.补充说明>>
尽管上文已经参考附图详细说明了本发明的优选实施例，但是本发明的技术范围不限于这些实施例。显而易见，在本发明的技术领域具有普通知识的人将在不偏离权利要求所记载的技术思想的情况下进行各种更改和修改，并且应当理解，这些更改和修改理所当然地属于本发明的技术范围。
在本说明书中说明的效果仅仅是解释性或说明性的，并不打算是限制性的。根据本发明的技术除了或代替上述效果之外，还可以实现本领域技术人员从本说明书中的公开中显而易见的其它效果。
以下构造可落入本发明的技术范围。
(1)一种固态图像传感器，包括：
半导体基板；
设置在所述半导体基板中的电荷累积器，其用于累积电荷；
设置在所述半导体基板上方的光电转换器，其用于将光转换成电荷；及
贯通电极，其穿过所述半导体基板，并将所述电荷累积器与所述光电转换器电连接，
其中，在所述贯通电极的在所述光电转换器这一侧的端部处，位于所述贯通电极的中心处的导体在与所述贯通电极的贯通方向正交的切割截面中的横截面面积沿着所述贯通方向朝向所述光电转换器逐渐增大。
(2)根据(1)所述的固态图像传感器，其中，所述贯通电极将所述光电转换器与设置在所述半导体基板中的至少一个以上的像素晶体管电连接。
(3)如(1)或(2)所述的固态图像传感器，还包括绝缘膜，所述绝缘膜覆盖所述贯通电极的所述导体的外围。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的固态图像传感器，其中，所述导体的在所述光电转换器这一侧的所述端部处的外周表面的坡度相对于所述导体的沿着所述贯通方向延伸的中心轴具有1°以上、60°以下的角度。
(5)根据(1)至(3)中任一项所述的固态图像传感器其中，所述导体具有基本上圆柱形形状。
(6)根据(5)所述的固态图像传感器，其中，所述导体在所述光电转换器这一侧在所述切割截面中的直径是所述导体在所述电荷收集器这一侧在所述切割截面中的直径的1.2倍以上。
(7)根据(1)至(3)中任一项所述的固态图像传感器，其中，
在所述贯通电极的沿着所述贯通方向切割的横截面中，
所述导体的在所述光电转换器这一侧的所述端部具有所述导体的中心轴分离的两个第一分支部。
(8)根据(7)所述的固态图像传感器，其中，所述导体的在所述光电转换器这一侧的所述端部还具有位于所述两个第一分支部之间的凹部。
(9)根据(7)或(8)所述的固态图像传感器，其中，每个所述第一分支部弯曲以从所述中心轴绘制出弧线。
(10)根据(9)所述的固态图像传感器，其中，每个所述第一分支部以10nm以上、100nm以下的曲率半径弯曲。
(11)根据(7)所述的固态图像传感器，其中，在所述贯通电极的沿着所述贯通方向切割的横截面中，所述导体的在所述电荷收集器这一侧的端部具有从所述中心轴分离的两个第二分支部。
(12)根据(11)所述的固态图像传感器，其中，每个所述第一分支部和每个所述第二分支部弯曲以从所述中心轴绘制出弧线。
(13)根据(12)所述的固态图像传感器，其中，所述第一分支部的曲率半径大于所述第二分支部的曲率半径。
(14)根据(1)至(13)中任一项所述的固态图像传感器，其中，所述导体的在所述光电转换器这一侧的所述端部与由透明导体构成的配线电连接。
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的固态图像传感器，其中，所述光电转换器包括：
在彼此相邻的所述固态图像传感器之间共用的公共电极；
电连接至所述贯通电极的读出电极；以及
夹在所述公共电极和所述读出电极之间的光电转换膜，其构造成将光转换成电荷。
(16)根据(15)所述的固态图像传感器，其中，所述光电转换膜包括有机材料。
(17)根据(15)或(16)所述的固态图像传感器，其中，所述光电转换器还包括累积电极，所述累积电极隔着所述光电转换膜和绝缘膜面对所述公共电极。
(18)根据(1)至(17)中任一项所述的固态图像传感器，还包括另一光电转换器，所述另一光电转换器设置在所述半导体基板中并将光转换成电荷。
(19)一种包括布置成矩阵的多个固态图像传感器的固态成像器件，每个所述固态图像传感器包括：
半导体基板；
设置在所述半导体基板中的电荷累积器，其用于累积电荷；
设置在所述半导体基板上方的光电转换器，其用于将光转换成电荷；及
贯通电极，其穿过所述半导体基板，并将所述电荷累积器与所述光电转换器电连接，
其中，在所述贯通电极的在所述光电转换器这一侧的端部处，位于所述贯通电极的中心处的导体在与所述贯通电极的贯通方向正交的切割截面中的横截面面积沿着所述贯通方向朝向所述光电转换器逐渐增大。
(20)一种用于制造固态图像传感器的方法，所述图像传感器包括：
半导体基板；
设置在所述半导体基板中的电荷累积器，其用于累积电荷；
设置在所述半导体基板上方的光电转换器，其用于将光转换成电荷；及
贯通电极，其穿过所述半导体基板，并将所述电荷累积器与所述光电转换器电连接，
其中，在所述贯通电极的在所述光电转换器这一侧的端部处，位于所述贯通电极的中心处的导体在与所述贯通电极的贯通方向正交的切割截面中的横截面面积沿着所述贯通方向朝向所述光电转换器逐渐增大，
所述方法包括：
形成穿过所述半导体基板的通孔；
沉积绝缘膜以覆盖所述通孔的内壁；
在所述通孔的在所述光电转换器这一侧的端部处，蚀刻所述绝缘膜；并且
使用金属薄膜填充所述通孔。
附图标记列表
1 固态成像器件
10 像素阵列
32 垂直驱动电路
34 列信号处理电路
36 水平驱动电路
38 输出电路
40 控制电路
42 像素驱动配线
44 垂直信号线
46 水平信号线
48输入/输出端子
100、100a、100b 固态图像传感器
200a、200a、300、400 光电转换元件
202 上电极
204 光电转换膜
206 下电极
208 累积电极
500 半导体基板
502、510、512、516 半导体区域
514 浮动扩散部
520 配线层
522 配线
524 栅极电极
530 层间绝缘膜
540、552、560、604、804 绝缘膜
550、650 固定电荷膜
570 金属配线
580 高折射率层
582 平坦化膜
590 片上透镜
600、600a、600b、800 贯通电极
602、602a、602c、802 导体
602b、602d 分支部
606、606a、606b、806 通孔
606c 开口端部
610 中心轴
620 凹部
808 空隙
900 电子设备
902 成像器件
910 光学透镜
912 快门机构
914 驱动电路单元
916 信号处理电路单元

Claims (20)

1.一种固态图像传感器，包括：
半导体基板；
设置在所述半导体基板中的电荷累积器，其用于累积电荷；
设置在所述半导体基板上方的光电转换器，其用于将光转换成电荷；及
贯通电极，其穿过所述半导体基板，并将所述电荷累积器与所述光电转换器电连接，
其中，在所述贯通电极的在所述光电转换器这一侧的端部处，位于所述贯通电极的中心处的导体在与所述贯通电极的贯通方向正交的切割截面中的横截面面积沿着所述贯通方向朝向所述光电转换器逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，所述贯通电极将所述光电转换器与设置在所述半导体基板中的至少一个以上的像素晶体管电连接。
3.根据权利要求1所述的固态图像传感器，还包括绝缘膜，所述绝缘膜覆盖所述贯通电极的所述导体的外围。
4.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，所述导体的在所述光电转换器这一侧的所述端部处的外周表面的坡度相对于所述导体的沿着所述贯通方向延伸的中心轴具有1°以上、60°以下的角度。
5.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，所述导体具有基本上圆柱形形状。
6.根据权利要求5所述的固态图像传感器，其中，所述导体在所述光电转换器这一侧在所述切割截面中的直径是所述导体在所述电荷收集器这一侧在所述切割截面中的直径的1.2倍以上。
7.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，
在所述贯通电极的沿着所述贯通方向切割的横截面中，
所述导体的在所述光电转换器这一侧的所述端部具有从所述导体的中心轴分离的两个第一分支部。
8.根据权利要求7所述的固态图像传感器，其中，所述导体的在所述光电转换器这一侧的所述端部还具有位于所述两个第一分支部之间的凹部。
9.根据权利要求7所述的固态图像传感器，其中，每个所述第一分支部弯曲以从所述中心轴绘制出弧线。
10.根据权利要求9所述的固态图像传感器，其中，每个所述第一分支部以10nm以上、100nm以下的曲率半径弯曲。
11.根据权利要求7所述的固态图像传感器，其中，在所述贯通电极的沿着所述贯通方向切割的横截面中，所述导体的在所述电荷收集器这一侧的端部具有从所述中心轴分离的两个第二分支部。
12.根据权利要求11所述的固态图像传感器，其中，每个所述第一分支部和每个所述第二分支部弯曲以从所述中心轴绘制出弧线。
13.根据权利要求12所述的固态图像传感器，其中，所述第一分支部的曲率半径大于所述第二分支部的曲率半径。
14.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，所述导体的在所述光电转换器这一侧的所述端部与由透明导体构成的配线电连接。
15.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，所述光电转换器包括：
在彼此相邻的所述固态图像传感器之间共用的公共电极；
电连接至所述贯通电极的读出电极；以及
夹在所述公共电极和所述读出电极之间的光电转换膜，其将光转换成电荷。
16.根据权利要求15所述的固态图像传感器，其中，所述光电转换膜由有机材料构成。
17.根据权利要求15所述的固态图像传感器，其中，所述光电转换器还包括累积电极，所述累积电极隔着所述光电转换膜和绝缘膜面对所述公共电极。
18.根据权利要求1所述的固态图像传感器，还包括另一光电转换器，所述另一光电转换器设置在所述半导体基板中并将光转换成电荷。
19.一种包括布置成矩阵的多个固态图像传感器的固态成像器件，每个所述固态图像传感器包括：
半导体基板；
设置在所述半导体基板中的电荷累积器，其用于累积电荷；
设置在所述半导体基板上方的光电转换器，其用于将光转换成电荷；及
贯通电极，其穿过所述半导体基板，并将所述电荷累积器与所述光电转换器电连接，
其中，在所述贯通电极的在所述光电转换器这一侧的端部处，位于所述贯通电极的中心处的导体在与所述贯通电极的贯通方向正交的切割截面中的横截面面积沿着所述贯通方向朝向所述光电转换器逐渐增大。
20.一种用于制造固态图像传感器的方法，所述图像传感器包括：
半导体基板；
设置在所述半导体基板中的电荷累积器，其用于累积电荷；
设置在所述半导体基板上方的光电转换器，其用于将光转换成电荷；及
贯通电极，其穿过所述半导体基板，并将所述电荷累积器与所述光电转换器电连接，
其中，在所述贯通电极的在所述光电转换器这一侧的端部处，位于所述贯通电极的中心处的导体在与所述贯通电极的贯通方向正交的切割截面中的横截面面积沿着所述贯通方向朝向所述光电转换器逐渐增大，
所述方法包括：
形成穿过所述半导体基板的通孔；
沉积绝缘膜以覆盖所述通孔的内壁；
在所述通孔的在所述光电转换器这一侧的端部处，蚀刻所述绝缘膜；并且
使用金属薄膜填充所述通孔。
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