CN112640109A - 固态图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本技术的目的是提供一种能够降低拍摄图像的显示不均匀性的固态图像传感器。根据本技术的固态图像传感器包括：第一基板，其包括光电转换单元、连接到所述光电转换单元的传输栅单元、连接到所述传输栅单元的FD单元以及覆盖所述光电转换单元、所述传输栅单元和所述FD单元的层间绝缘膜；和第二基板，其包括放大晶体管并且配置为与所述层间绝缘膜相邻，所述放大晶体管构成经由所述层间绝缘膜连接到所述FD单元的像素晶体管的一部分并且包括背栅单元。

Description

固态图像传感器
技术领域
本技术涉及一种固态图像传感器。
背景技术
专利文献1公开了能够降低由泄漏电流引起的噪声的固态图像传感器。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开第2014-41972号
发明内容
发明要解决的技术问题
如专利文献1所公开的，存在以下问题：即使通过抑制构成像素的采样晶体管和模拟存储复位晶体管的背栅来降低对存储器的泄漏(噪声)，也不能充分实现噪声控制的效果。
本技术的目的是提供一种能够降低拍摄图像的显示不均匀性的固态图像传感器。
技术问题的解决方案
为了达到上述目的，根据本技术实施方案的固态图像传感器包括：第一基板，其包括光电转换单元、连接到所述光电转换单元的传输栅单元、连接到所述传输栅单元的浮动扩散单元以及覆盖所述光电转换单元、所述传输栅单元和所述浮动扩散单元的绝缘膜；和第二基板，其包括第一晶体管并且配置为与所述绝缘膜相邻，所述第一晶体管构成经由所述绝缘膜连接到所述浮动扩散单元的电路的一部分并且包括背栅。
所述第一晶体管可以具有SOI结构。
所述第一晶体管可以包括连接到所述背栅的前栅。
所述背栅可以包括背栅电极和背栅绝缘膜，所述前栅可以包括前栅电极和前栅绝缘膜，和所述背栅绝缘膜和所述前栅绝缘膜可以具有不同的膜类型或不同的膜结构。
所述背栅可以包括背栅电极和背栅绝缘膜，所述前栅可以包括前栅电极和前栅绝缘膜，和所述背栅绝缘膜和所述前栅绝缘膜可以具有不同的膜质量。
所述第二基板可以包括连接到所述背栅的开关单元。
根据上述实施方案的固态图像传感器还可以包括配置为与所述第二基板相邻的第三基板，在所述第三基板上形成有比较器电路，所述比较器电路包括具有背栅的SOI结构的晶体管。
根据所述实施方案的固态图像晶体管还可以包括配置为与所述第二基板相邻的第三基板，在所述第三基板上形成有比较器电路，所述比较器电路包括具有背栅的体硅结构的晶体管。
所述第二基板可以包括构成所述电路的一部分的第二晶体管和形成在所述第一晶体管和所述第二晶体管之间的层间绝缘膜。
所述第二基板可以包括多个所述第一晶体管，和前栅可以设置为在所述的多个第一晶体管的至少一部分中彼此可连接。
所述第一基板可以包括多个所述光电转换单元和多个所述传输栅单元。
附图说明
图1是示出了根据本技术的固态图像传感器的基板的构成例的图。
图2是示出了根据本技术第一实施方案的固态图像传感器的一个像素的示意性构成的断面图。
图3是示出了根据本技术第一实施方案的固态图像传感器的一个像素的电路构成例的图。
图4是示出了在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的像素晶体管的配线布局的示例的图。
图5是出了在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的示意性构成的断面图。
图6是在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的制造过程的断面图(第1部分)。
图7是在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的制造过程的断面图(第2部分)。
图8是在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的制造过程的断面图(第3部分)。
图9是在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的制造过程的断面图(第4部分)。
图10是在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的制造过程的断面图(第5部分)。
图11是在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的制造过程的断面图(第6部分)。
图12是在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的制造过程的断面图(第7部分)。
图13是在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的制造过程的断面图(第8部分)。
图14是在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的制造过程的断面图(第9部分)。
图15是在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的制造过程的断面图(第10部分)。
图16是在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的制造过程的断面图(第11部分)。
图17是在根据本技术第一实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的制造过程的断面图(第12部分)。
图18是说明根据本技术第一实施方案的固态图像传感器的效果的图。
图19是示出了根据本技术第二实施方案的固态图像传感器的一个像素的示意性构成的断面图。
图20是示出了根据本技术第二实施方案的固态图像传感器的一个像素的电路构成例的图。
图21是示出了在根据本技术第二实施方案的固态图像传感器中设置的像素晶体管的配线布局的示例的图。
图22是出了在根据本技术第二实施方案的固态图像传感器中设置的放大晶体管的示意性构成的断面图。
图23是示出了根据本技术第三实施方案的固态图像传感器的一个像素的电路构成例的图。
图24是示出了根据本技术第三实施方案的固态图像传感器的一个像素的电路构成例的图。
图25是示出了在根据本技术第三实施方案的固态图像传感器中设置的像素晶体管的配线布局的示例的图。
图26是示出了在根据本技术第三实施方案的固态图像传感器中设置的开关单元的时序控制的时序图。
图27是示出了根据本技术第四实施方案的固态图像传感器的一个像素的示意性构成的断面图。
图28是示出了在根据本技术第四实施方案的固态图像传感器中设置的比较器电路的电路构成例的图。
图29是示出了在根据本技术第四实施方案的固态图像传感器中设置的比较器电路的配线布局的示例的图。
图30是示出了构成根据本技术第四实施方案的固态图像传感器中设置的比较器电路的MOSFET的示意性构成的断面图。
图31是在根据本技术第四实施方案的固态图像传感器中设置的比较器电路的配线布局的示例的图。
图32是示出了根据本技术第七实施方案的固态图像传感器的一个像素的电路构成例的图。
图33是示出了根据本技术第八实施方案的固态图像传感器的一个像素的电路构成例的图。
图34是示出了根据本技术第九实施方案的固态图像传感器的一个像素的电路构成例的图。
具体实施方式
将参照图1说明根据本技术的各实施方案共同的固态图像传感器的基板的示意性构成。
如图1所示，根据本技术的固态图像传感器IS具有其中三个基板(即，第一基板1、第二基板2和第三基板3)层叠的基板层叠结构。第一基板1是光电转换基板，其包括将入射光光电转换成与入射光量对应量的电荷(本技术中是电子)的多个光电转换单元(未示出)。第一基板1具有其中各光电转换单元以二维阵列状排列的光电转换单元形成区域1α。光电转换单元包括例如光电二极管。后面将说明光电转换单元的详细构成。
第二基板2配置为与第一基板1相邻。第二基板2包括与在第一基板上设置的光电转换单元一起构成像素的像素晶体管(后面将说明其细节)。第二基板2具有其中形成有像素晶体管的像素晶体管形成区域2α。像素晶体管包括对应于光电转换单元设置的多个像素晶体管。像素晶体管包括控制光电转换单元的多个晶体管。后面将说明像素晶体管的详细构成。
第三基板3配置为与第二基板2相邻。第三基板3包括使用从在第二基板2上设置的像素晶体管传输的模拟电气信号执行预定信号处理的逻辑电路(未示出)。第三基板3具有其中形成有逻辑电路的逻辑电路形成区域3α。逻辑电路不仅包括执行预定信号处理的信号处理电路，而且还包括控制信号处理电路、在第一基板1上设置的光电转换单元、在第二基板2上设置的像素晶体管等的控制电路。此外，第三基板3包括用于从固态图像传感器IS的外部输入用于控制逻辑电路的控制信号的输入端子(未示出)。此外，第三基板3包括用于向固态图像传感器IS的外部输出将从逻辑电路输出的输出信号的输出端子。
[第一实施方案]
将使用图2至图18说明根据本技术第一实施方案的固态图像传感器。图2是设置在根据本实施方案的固态图像传感器中的多个像素中的一个像素的断面图。注意，在图2中，为了容易理解，在下侧示出了光入射侧。
如图2所示，根据本实施方案的固态图像装置包括第一基板1，其包括光电转化单元11、连接到光电转换单元11的传输栅单元12G、连接到传输栅单元12G的浮动扩散(下文，缩写为“FD”)单元13以及覆盖光电转化单元11、传输栅单元12G和FD单元13的层间绝缘膜(绝缘膜的示例)14。光电转换单元11包括由例如N型硅形成的光电二极管。
更具体地，设置在第一基板1上的光电转换单元11具有第一导电型(p型)的阱区域111和设置在阱区域111上以与阱区域111接触的第二导电型(n型)的电荷产生区域112。在光电转换单元11中，阱区域111和电荷产生区域112形成pn结。光电转换单元11包括设置在电荷产生区域112上以与电荷产生区域112接触的p+底部钉扎层113和包围电荷产生区域112的侧壁的p+侧面钉扎层114。光电转换单元11的电荷产生区域112用作产生电荷(电子)的光电二极管的部分。即，光电转换单元11能够在与电荷产生区域112的上面侧的底部钉扎层113的界面、与侧面侧的侧面钉扎层114的界面以及与阱区域111的界面上抑制暗电流的产生。
在第一基板1的内部，设置有用于使以矩阵状排列的多个像素彼此电气分离的像素分离单元15。光电转换单元11设置在由像素分离单元15分隔的多个区域的每个中。例如，当从第一基板1侧(即，光入射侧)观察图2所示的固态图像传感器IS1时，像素分离单元15形成为插在多个像素之间的格子形状。像素分离单元15的形状不限于矩形格子，并且可以是诸如六角形蜂窝格子等其他拓扑形状。用作像素的光电转换单元11配置在被像素分离单元15以格子形状分隔的各区域中。
根据本实施方案的固态图像传感器IS1的各像素包括从相应像素11的光电转换单元传输信号电荷的传输栅单元12G。传输栅单元12G的一部分设置为贯通阱区域111而到达电荷产生区域112。此外，传输栅单元12G的其余部分设置为从阱区域111突出。
n+源极单元12S和n+漏极单元12D设置在传输栅单元12G的两侧。传输栅单元12G、源极单元12S和漏极单元12D构成传输晶体管12。
在第一基板1中，FD单元13设置为与传输栅单元12G相邻并且与漏极单元12D部分地重叠。FD单元13临时地累积从光电转换单元11传输的信号电荷。FD单元13的其余部分埋在阱区域111中。FD单元13具有诸如浮动扩散区域等电气浮动的半导体区域。
层间绝缘膜14设置为与FD单元13、传输栅单元12G、源极单元12S和漏极单元12D接触。在层间绝缘膜14中形成有露出FD单元13的一部分的开口部，并且在该开口部中埋入有连接配线131。连接配线131连接到设置在第二基板2上的放大晶体管21和复位晶体管22(后面将说明其细节)。
在第一基板1中，平坦化膜19设置为与底部钉扎层113接触。根据本实施方案的固态图像传感器IS1具有背面照射型结构。为此，平坦化膜19使用诸如SiO2等使光从其透射的绝缘材料形成。通过用绝缘膜覆盖挖掘的像素分离槽的内侧并且经由该绝缘膜用诸如钨(W)等遮光性金属填充像素分离槽来设置像素分离单元15。注意，作为用于覆盖像素分离槽的内侧的绝缘膜，可以使用诸如氧化铪膜(HfO2膜)等“固定电荷膜”，并且像素分离槽可以用绝缘膜等填充以形成像素分离单元15。作为用于形成像素分离单元15的固定电荷膜，除了HfO2之外，还可以使用包含Hf、锆(Zr)、铝(Al)、钽(Ta)、钛(Ti)、镁(Mg)、钇(Y)和镧系元素的氧化物中的至少一种的绝缘膜。在像素分离单元15包括固定电荷膜的情况下，可以省略构成与光电转换单元11的电荷产生区域112的侧面侧界面的侧面钉扎层114。
第一基板1包括设置在光电转换单元11的光入射侧的平坦化膜19、滤色器(CF)18和微透镜17。平坦化膜19、滤色器(CF)18和微透镜17构成光入射部。顺次经由微透镜17、滤色器(CF)18和平坦化膜19进入的入射光被光电转换单元11接收并且被执行光电转换。
固态图像传感器IS1包括具有放大晶体管(第一晶体管的示例)21并且配置为与层间绝缘膜14相邻的第二基板2，放大晶体管21构成经由层间绝缘膜14连接到FD单元13的像素晶体管(电路的示例)的一部分并且包括背栅单元21BG。放大晶体管21包括例如N型MOSFET。后面将说明放大晶体管21的详细构成。第一基板1和第二基板2例如在确保预定区域中的电气连接的状态下使用粘合剂贴合在一起。
第二基板2包括连接到放大晶体管21的复位晶体管22和连接到放大晶体管21的选择晶体管23(图2中未示出，参照图3)。此外，第二基板2包括具有配线电极241、绝缘膜242和接合电极243的层叠单元249。配线电极241和绝缘膜242交替地层叠形成。接合电极243形成为部分地暴露在层叠单元249的表面上。层叠单元249包括在绝缘膜242中形成的贯穿孔中埋入的连接电极244。连接电极244设置在预定位置处，并且构造成使配线电极241彼此电气接触以及使配线电极241和接合电极243彼此连接。
固态图像传感器IS1包括具有逻辑电路的第三基板3。图3示出了构成逻辑电路的一部分的比较器电路31。比较器电路31设置在将由光电转换单元11光电转换的模拟电气信号转换成数字信号的ADC(模数转换器)中。根据本实施方案的固态图像传感器IS1具有针对各个像素设置ADC的构成。此外，第三基板3包括具有配线电极341、绝缘膜342和接合电极343的层叠单元349。配线电极341和绝缘膜342交替地层叠形成。接合电极343形成为部分地暴露在层叠单元349的表面上。层叠单元349包括在绝缘膜342中形成的贯穿孔中埋入的连接电极344。连接电极344设置在预定位置处，并且构造成使配线电极341彼此电气连接以及使配线电极341和接合电极343彼此连接。
第二基板2和第三基板3配置为使得接合电极24和接合电极34彼此面对。在固态图像传感器IS1的制造过程中的热处理步骤中，第二基板2和第三基板3通过接合电极24和接合电极34以及绝缘膜242和绝缘膜342彼此接合。
<像素的构成例>
接下来，将使用图3并参照图2说明设置在根据本实施方案的固态图像传感器IS1中的像素的电路构成。设置在固态图像传感器IS1中的多个像素具有相同的电路构成。因此，图3示出了多个像素中的一个像素P的电路构成。此外，在图3中，晶体管的栅极单元、源极单元和漏极单元的附图标记分别由“G”、“S”和“D”表示。此外，放大晶体管的前栅单元、背栅单元、源极单元和漏极单元的附图标记分别由“FG”、“BG”、“G”、“S”和“D”表示。
如图3所示，设置在固态图像传感器IS1中的像素P包括具有例如光电二极管的光电转换单元11。像素P包括例如相对于光电转换单元11的传输晶体管12、放大晶体管21、选择晶体管23和复位晶体管22这四个晶体管，作为有源元件。传输晶体管12设置在第一基板1上，并且放大晶体管21、选择晶体管23和复位晶体管22设置在第二基板2上。如上所述，在固态图像传感器IS1中，一个像素跨越层叠基板形成。此外，设置在第二基板2上的放大晶体管21、选择晶体管23和复位晶体管22构成像素晶体管。注意，像素晶体管还可以包括传输晶体管12，尽管形成它的基板不同。
传输晶体管12连接在光电转换单元11和FD单元13之间。传输晶体管的源极单元12S连接到构成光电转换单元11的发光二极管的阴极。传输晶体管12的传输栅单元12G连接到向其输入驱动信号TRG的输入端子(未示出)。传输晶体管12的漏极单元12D连接到FD单元13。传输晶体管12构造成当被从构成设置在第三基板3上的逻辑电路的垂直扫描电路(未示出)供给的驱动信号TRG导通时，将在光电转换单元11中累积的电荷传输到FD单元13。
放大晶体管21的前栅12FG经由传输晶体管12和连接配线131连接到FD单元13的阴极。FD单元13的阳极连接到地GND。
放大晶体管21的前栅FG21经由连接配线241a连接到复位晶体管22的源极单元22S。放大晶体管21的漏极单元21D连接到电源VDD。放大晶体管21的源极单元21S连接到选择晶体管23的漏极单元23D。放大晶体管21的源极单元21S和选择晶体管23的漏极单元23D通过N型杂质区域共用。放大晶体管21的背栅单元21BG连接到向其输入背栅电压VBG的输入端子(未示出)。输入端子配置在设于第三基板3上的输入端子单元中。如后面详细说明的，放大晶体管21构造成通过控制由背栅电压VBG施加到背栅单元21BG的电压来控制在像素P中产生的噪声。
选择晶体管23的源极单元23S连接到信号线VSL。选择晶体管23的栅极单元23G连接到向其输入驱动信号SEL的输入端子(未示出)。放大晶体管21经由选择晶体管23连接到信号线VSL。放大晶体管21和设置在第三基板3上的恒电流源30一起构成源随器。当选择晶体管23被从构成设置在第三基板3上的逻辑电路的扫描电路(未示出)供给的驱动信号SEL导通时，放大晶体管21将FD单元13的电位放大，并且将表示与该电位对应的电压的像素信号Vout输出到信号线VSL。从像素P输出的像素信号Vout经由信号线VSL被供给到与像素P对应设置的ADC(未示出)的比较器电路31(参照图2)。
复位晶体管22连接在电源VDD和FD单元13之间。复位晶体管22的漏极单元22D连接到电源VDD。复位晶体管22的源极单元22S连接到FD单元13。复位晶体管22的栅极单元22G连接到向其输入驱动信号RST的输入端子(未示出)。当复位晶体管22被从扫描电路(未示出)供给的驱动信号RST导通时，FD单元13的电位被复位到电源VDD的电位。
FD单元13形成在传输晶体管12、放大晶体管21和复位晶体管22之间的电气连接点处。传输晶体管12、放大晶体管21、复位晶体管22和选择晶体管23各自包括例如N型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
(像素晶体管的配线布局的构成)
接下来，将参照图4说明设置在第二基板2上的像素晶体管的配线布局的构成例。图4示出了在图3示出的像素P中设置的像素晶体管的配线布局。
如图4所示，漏极单元21D配置在放大晶体管21的前栅单元21FG的一侧，并且与选择晶体管23的漏极单元23D共用的源极单元21S配置在另一侧。漏极单元21D和源极单元21S各自具有N型杂质区域。前栅单元21FD的前栅电极211f由例如多晶硅形成。放大晶体管21的背栅单元21BG经由元件分离区域25配置为与漏极单元21D相邻。构成背栅单元21BG的背栅电极211b具有例如高浓度的杂质区域。元件分离区域25使用例如STI(浅沟槽隔离)技术形成。
漏极单元23D配置在选择晶体管23的栅极单元23G的一侧，并且源极单元23S配置在另一侧。构成选择晶体管23的栅极单元23G的栅电极231g由例如多晶硅形成。源极单元23S例如具有N型杂质区域。选择晶体管23和放大晶体管21在大致直线上配置。
源极单元22S配置在复位晶体管22的栅极单元22G的一侧，并且漏极单元22D配置在另一侧。复位晶体管22的栅极单元22G的栅电极221g由例如多晶硅形成。源极单元22S和漏极单元22D各自具有例如N型杂质区域。复位晶体管22与放大晶体管22和选择晶体管23平行配置。
在放大晶体管21的前栅单元21FG的前栅电极211f和复位晶体管22的漏极单元22D之间形成有具有弯曲形状的连接配线241a。连接配线241a的一端连接到形成在放大晶体管21的栅极单元21FG上的接触区域21Cf。连接配线241a的另一端连接到形成在复位晶体管22的漏极单元22D上的接触区域22Cd。接触区域21Cf具有如下构成：其中放大晶体管21的前栅电极211f的一部分露出并且在层间绝缘膜26(参照图2)中形成的开口部中埋入金属(例如，铜)电极。接触区域22Cd具有如下构成：其中复位晶体管22的漏极单元22D的一部分露出并且在层间绝缘膜26(参照图2)中形成的开口部中埋入金属(例如，铜)电极。连接配线241a的一端和另一端连接到这些金属电极。
与形成在第一基板1上的FD单元13连接的连接配线131形成在连接配线241a的弯曲部。连接配线131贯通层间绝缘膜26、形成第二基板2的体硅和形成在第一基板1上的层间绝缘膜14，并且通过在打开FD单元13的一部分的开口部中埋入形成。
具有与接触区域21Cf相同构成的接触区域21Cd形成在放大晶体管21的漏极单元21D上。因此，漏极单元21D连接到电源VDD并且可以向其施加电源电压。具有与接触区域21Cf相同构成的接触区域21Cb形成在放大晶体管21的背栅单元21的栅电极211b上。因此，背栅单元21BG连接到向其输入背栅电压VBG的输入端子，并且能够向其施加背栅电压VBG。
具有与接触区域21Cf相同构成的接触区域23Cg形成在选择晶体管23的栅极单元23G上。因此，选择晶体管23的栅极单元23G连接到向其输入驱动信号SEL的输入端子，并且可以通过驱动信号SEL来控制导通/断开状态。此外，具有与接触区域21Cf相同构成的接触区域23Cs形成在选择晶体管23的源极单元23S上。因此，选择晶体管23的源极单元23S连接到信号线VSL，并且像素信号Vout可以被输出到设置在第三基板3上的逻辑电路。
具有与接触区域21Cf相同构成的接触区域22Cg形成在复位晶体管22的栅极单元22G上。因此，复位晶体管22的栅极单元22G连接到向其输入驱动信号TRG的输入端子，并且可以通过驱动信号TRG来控制导通/断开状态。此外，与形成在第一基板1上的侧面钉扎层114连接的接触区域22Cs形成在复位晶体管22的源极单元22S上。接触区域22Cs贯通层间绝缘膜26、形成第二基板2的体硅和形成在第一基板1上的层间绝缘膜14，并且通过在打开源极单元22S的一部分的开口部中埋入金属(例如，铜)电极形成。因此，复位晶体管22的源极单元22S连接到构成光电转换单元11的光电二极管的阳极。
(放大晶体管的构成)
接下来，将参照图5说明设置在根据本实施方案的固态图像传感器IS1中的放大晶体管21的构成。
如图5所示，放大晶体管21包括P型硅基板214、形成在硅基板214上的背栅绝缘膜212b和形成在背栅绝缘膜212b上的硅层213。如上所述，放大晶体管21具有包括在背栅绝缘膜212b上的硅层213的SOI结构。背栅绝缘膜212b例如包括埋设的氧化膜(BOX：埋设的氧化物)。硅层213包括杂质浓度例如为5×1017～1×1020(/cm3)的P型硅膜。
此外，放大晶体管21包括形成在硅层213上的前栅单元21FG。放大晶体管21包括在前栅单元21FG的一侧形成在硅层213上的源极单元21S和在另一侧形成在硅层213上的漏极单元21D。前栅单元21FG包括形成在硅层213上的前栅绝缘膜212f和形成在前栅绝缘膜212f上的前栅电极211f。
放大晶体管21包括形成在硅基板214中的背栅电极211b。背栅电极211b具有形成在硅基板214上的高浓度的杂质区域。背栅电极211b通过元件分离区域25与漏极单元21D分离。背栅电极211b和背栅绝缘膜212b构成背栅单元21BG。
在根据本实施方案的固态图像传感器IS1中，可以针对各像素调整将要施加到放大晶体管21的背栅单元21BG的背栅电压VBG。此外，在根据本实施方案的固态图像传感器IS1中，可以针对包含在预定区域中的像素调整将要施加到放大晶体管21的背栅单元21BG的背栅电压VBG。
(放大晶体管的制造方法)
接下来，将使用图6至图17来说明设置在根据本实施方案的固态图像传感器IS1中的放大晶体管21的制造方法。在本实施方案中，在一个晶圆上同时形成多个放大晶体管，并且在图6至图17中示出了多个放大晶体管中的一个放大晶体管的制造步骤。此外，为了更容易理解，在图9至图17中，省略了第一基板1的图示。
尽管省略了详细说明，但是如图6所示，形成包括光电转换单元11、传输栅单元12G、FD单元13和层间绝缘膜14的第一基板1。
接下来，如图7所示，在晶圆状硅基板214的一个面上形成绝缘膜27，在硅基板214的另一面上形成将来成为背栅绝缘膜212b的绝缘膜215，并且在绝缘膜215上形成在其上已经形成有硅层213的SOI基板2a。
接下来，如图8所示，在绝缘膜27面向形成在第一基板1上的层间绝缘膜14的同时，使用例如粘合剂(未示出)将SOI基板2a和第一基板1彼此接合。
接下来，如图9所示，使用STI技术在SOI基板2a的预定区域中形成元件分离区域25。
接下来，如图10所示，在SOI基板上形成将来成为前栅绝缘膜212f的氧化膜216。使用热氧化处理或预定沉积技术来沉积氧化膜216。
接下来，在氧化膜216上涂布抗蚀剂并且图案化以形成打开将要形成背栅电极211b的区域的抗蚀剂图案(未示出)。接下来，如图11所示，使用该抗蚀剂图案作为掩模，依次蚀刻并去除将被蚀刻图案打开的氧化膜216、硅膜213和绝缘膜215。因此，在将要形成背栅电极211的区域中形成开口部217。接下来，去除抗蚀剂图案。
接下来，在包括绝缘膜215和开口部217的SOI基板2a上形成多晶硅。然后，在多晶硅上涂布抗蚀剂并且图案化以形成其中抗蚀剂残留在将要形成前栅绝缘膜212f的区域的抗蚀剂图案。接下来，如图12所示，使用该抗蚀剂图案作为掩模，蚀刻并去除未被抗蚀剂图案覆盖的区域中的多晶硅。因此，形成前栅电极211f。接下来，去除抗蚀剂掩模。
接下来，如图13所示，使用前栅电极211f作为掩模，蚀刻并去除未被前栅电极211f覆盖的区域的氧化膜216。因此，形成前栅绝缘膜212f并且形成前栅单元21FG。
接下来，如图14所示，将杂质注入SOI基板2a中，从而在前栅单元21FG的两侧露出的硅层213中和在开口部217露出的硅基板214中形成高杂质浓度区域。如果需要，通过热处理将高浓度杂质区域活化。因此，在前栅单元21FG的一侧形成源极单元21S并且在另一侧形成漏极单元21D。此外，在开口部217露出的硅基板214上形成背栅电极211b。因此，形成背栅单元21BG。
接下来，如图15所示，在包括前栅单元21FG和背栅电极211b的SOI基板2a上形成层间绝缘膜26。
接下来，如图16所示，形成露出前栅电极211f、背栅电极211b和FD单元13(参照图2)的至少一部分的开口部，并且在该开口部中形成金属电极。因此，形成与前栅电极211f连接的连接配线231、形成与背栅电极211b连接的连接配线232a并且形成连接到FD单元13的连接配线131。尽管未示出，但是形成有露出源极单元21S和漏极单元21D的至少一部分的开口部，并且在该开口部中形成金属电极。因此，可以向源极单元21S和漏极单元21D中的一者施加预定电压，并且从另一者输出预定电压。
接下来，在包括层间绝缘膜26和连接配线131、231和232a的SOI基板2a上形成金属膜并且图案化。因此，如图17所示，形成将连接配线131和连接配线231彼此连接的连接配线234a，并且形成与连接配线232a连接的连接配线234b。注意，尽管在图17中未示出，在复位晶体管22的漏极单元22D上在与连接配线231的同时形成连接配线，并且连接配线232a还连接到该连接配线。结果，完成了放大晶体管21。因此，在未使用特殊制造技术的情况下，可以形成放大晶体管21。
(固态图像传感器的效果)
接下来，将参照图5的同时使用图18说明根据本实施方案的固态图像传感器的效果。图18中所示的"N×0"表示在未向背栅单元21BG施加背栅电压VBG的情况下的灰度显示的模拟图像。图18中所示的"N×2"表示在向背栅单元21BG施加背栅电压VBG使得像素中产生的噪声为2倍的情况下的灰度显示的模拟图像。图18中所示的"N×3"表示在向背栅单元21BG施加背栅电压VBG使得像素中产生的噪声为3倍的情况下的灰度显示的模拟图像。图18中所示的"N×4"表示在向背栅单元21BG施加背栅电压VBG使得像素中产生的噪声为4倍的情况下的灰度显示的模拟图像。
如图5所示，经由设置在背栅电极211b上的连接配线232a向背栅单元21BG施加背栅电压VBG。通过向背栅单元21BG施加背栅电压VBG，可以调整放大晶体管21的跨导。设置在固态图像传感器IS1中的像素产生的噪声可以表示为放大晶体管21的跨导的函数并且与跨导的倒数成比例。因此，相对于产生噪声的像素，通过向背栅单元21BG施加背栅电压VBG使得放大晶体管21的跨导减小，可以强调在像素中产生的噪声。
尽管未详细说明，但是通过采取在D相的信号电平和P相的信号电平之间的差分以进行相关双采样(CDS)，固态图像传感器IS1被构造成去除像素中产生的噪声。这里，D相的信号电平是基于光电转换单元11的光电转换的像素信号的信号电平。P相的信号电平是FD单元13被复位到电源VDD的电压处的信号电平。为此，通过强调在像素中产生的噪声，提高了在相关双采样中的噪声灵敏度，并且容易去除噪声。
如图18的"N×0"所示，即使使用相关双采样，也不能去除像素中产生的噪声，并且在灰度显示的图像中出现阶梯状梯度跳跃(带状)。此外，如图18的"N×2"所示，即使向背栅单元21BG施加背栅电压VBG使得像素中产生的噪声为2倍，灰度显示的图像中也会出现阶梯状梯度跳跃(带状)。
相比之下，如图18的"N×3"和"N×4"所示，当向背栅单元21BG施加背栅电压VBG使得像素中产生的噪声为3倍或4倍时，灰度显示的图像中没有出现阶梯状梯度跳跃(带状)。即，通过背栅电压VBG来强调像素中产生的噪声，提高了相关双采样中噪声的灵敏度，并且能够去除像素中产生的噪声。
如上所述，根据本实施方案的固态图像传感器IS1包括：第一基板1，其包括光电转换单元11、连接到光电转换单元11的传输栅单元12G、连接到传输栅单元12G的FD单元13以及覆盖光电转换单元11、传输栅单元12G和FD单元13的层间绝缘膜14；和第二基板2，其包括放大晶体管21并且配置为与层间绝缘膜14相邻，放大晶体管21构成经由层间绝缘膜14连接到FD单元13的像素晶体管的一部分并且包括背栅单元21BG。
具有这种构成的固态图像传感器能够调整施加到背栅单元21BG的背栅电压VBG，从而调整在像素中产生的噪声并且抑制拍摄图像的显示不均匀。
[第二实施方案]
将参照图19至图22说明根据本技术第二实施方案的固态图像传感器。注意，将用相同的附图标记来表示展示出与上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1相同效果和功能的构成要素，并且将省略它们的说明。
(固态图像传感器的一个像素的示意性构成)
首先，将参照图19说明根据本实施方案的固态图像传感器IS2的一个像素的示意性构成。注意，在图20中，示出了多个像素中的一个像素P的电路构成。此外，在图20中，晶体管的栅极单元、源极单元和漏极单元的附图标记分别由“G”、“S”和“D”表示。此外，放大晶体管的前栅单元、背栅单元、源极单元和漏极单元的附图标记分别由“FG”、“BG”、“G”、“S”和“D”表示。
如图19和图20所示，根据本实施方案的固态图像传感器IS2包括：第一基板1，其包括光电转换单元11、连接到光电转换单元11的传输栅单元12G、连接到传输栅单元12G的FD单元13以及覆盖光电转换单元11、传输栅单元12G和FD单元13的层间绝缘膜(绝缘膜的示例)14；和第二基板4，其包括放大晶体管41并且配置为与层间绝缘膜14相邻，放大晶体管41构成经由层间绝缘膜14连接到FD单元13的像素晶体管(电路的示例)的一部分并且包括背栅单元21BG。
此外，设置在第二基板4上的放大晶体管41包括连接到背栅单元BG的前栅单元21FG。更具体地，放大晶体管41包括将背栅单元21BG和前栅单元21FG彼此连接的连接配线411。连接配线411还连接到连接配线131和复位晶体管22的源极单元22S。因此，连接配线411经由连接配线131连接到FD单元13。
(像素晶体管的构成)
接下来，将使用图21和图22说明设置在第二基板42中的像素晶体管的构成。图21示出了在图20示出的像素P中设置的像素晶体管的配线布局。图22示出了在图20示出的像素p中设置的放大晶体管41的断面图。
如图21所示，类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1，在固态图像传感器IS2中，放大晶体管41和选择晶体管23在大致直线上配置。此外，类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1，在固态图像传感器IS2中，放大晶体管41和选择晶体管23与复位晶体管22平行配置。
如图21所示，连接配线411配置在放大晶体管41的前栅单元21FG和放大晶体管41的背栅单元21BG之间。连接配线411的一端连接到前栅单元21FG，并且连接配线411的另一端连接到背栅单元21BG。
更具体地，如图22所示，连接配线411的一端连接到形成在前栅电极211f上的连接配线231。此外，连接配线411的另一端连接到形成在背栅电极211b上的连接配线232a。因此，前栅电极211f和背栅电极211b经由连接配线231、连接配线411和连接配线232a彼此电气连接。结果，放大晶体管41的前栅单元FG电气连接到放大晶体管的背栅单元21BG。
如上所述，根据本实施方案的固态图像传感器IS2具有类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1的构成，除了放大晶体管41包括连接到背栅单元21BG的前栅单元21FG。固态图像传感器IS2能够向背栅单元21BG施加与前栅单元21FG的电压相同的背栅电压VBG。因此，固态图像传感器IS2能够实现类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1的效果。
[第三实施方案]
将使用图23至图26说明根据本技术第三实施方案的固态图像传感器。注意，将用相同的附图标记来表示展示出与上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1相同效果和功能的构成要素，并且将省略它们的说明。
(固态图像传感器的一个像素的示意性构成)
首先，将参照图23至图25说明根据本实施的固态图像传感器IS3的一个像素的示意性构成。注意，在图24中，示出了多个像素中的一个像素P的电路构成。此外，在图24中，晶体管的栅极单元、源极单元和漏极单元的附图标记分别由“G”、“S”和“D”表示。此外，放大晶体管的前栅单元、背栅单元、源极单元和漏极单元的附图标记分别由“FG”、“BG”、“G”、“S”和“D”表示。
如图23所示，根据本实施方案的固态图像传感器IS3包括：第一基板1，其包括光电转换单元11、连接到光电转换单元11的传输栅单元12G、连接到传输栅单元12G的FD单元13以及覆盖光电转换单元11、传输栅单元12G和FD单元13的层间绝缘膜(绝缘膜的示例)14；和第二基板5，其包括放大晶体管21并且配置为与层间绝缘膜14相邻，放大晶体管21构成经由层间绝缘膜14连接到FD单元13的像素晶体管(电路的示例)的一部分并且包括背栅单元21BG。
此外，如图24所示，第二基板5包括连接到放大晶体管21的背栅单元21BG的开关单元51。开关单元51的源极单元51S连接到背栅单元21BG。开关单元51的漏极单元51D连接到向其输入背栅电压VBG的输入端子(未示出)。输入端子配置在设于第三基板3上的输入端子单元中。开关单元51的栅极单元51G连接到向其输入用于控制开关单元51的打开/关闭状态的控制信号的输入端子(未示出)。在设于第三基板3上的逻辑电路中产生控制信号。当打开开关单元51时，背栅单元21BG和开关单元51的漏极单元51D导通。因此，向漏极单元21D输入的背栅电压VBG被施加到背栅单元21BG。
如图25所示，类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1，在固态图像传感器IS3中，放大晶体管21和选择晶体管23在大致直线上配置。此外，类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1，在固态图像传感器IS3中，放大晶体管21和选择晶体管23与复位晶体管22平行配置。此外，在固态图像传感器IS3中，放大晶体管21、选择晶体管23和开关单元51在大致直线上配置。
如图25所示，放大晶体管21的背栅单元21BG和开关单元51的源极单元51S通过共用彼此连接。更具体地，构成背栅单元21BG的背栅电极211b和源极单元51S是共用的。源极单元51S配置在开关单元51的栅极单元51G的一侧。漏极单元51D配置在开关单元51的栅极单元51G的另一侧。
具有与接触区域21Cf相同构成的接触区域51Cg形成在构成开关单元51的栅极单元51G的栅电极511g上。因此，栅极单元51G连接到向其输入用于控制开关51单元的打开/关闭状态的控制信号的输入端子，并且可以向其施加控制信号的电压。具有与接触区域21Cf相同构成的接触区域51Cd形成在开关单元51的漏极单元51D上。因此，漏极单元51D连接到向其输入背栅电压VBG的输入端子，并且经由开关单元51可以向背栅单元21BG施加背栅电压VBG。
(开关单元的控制时序)
接下来，将参照图26说明设置在根据本实施方案的固态图像传感器IS3中的开关单元51的控制时序。在图26中，"SEL"表示驱动信号SEL，"RST"表示驱动信号RST，并且"TRG"表示驱动信号TRG。图26中示出的"BGS1"表示输入到开关单元51的栅极单元51G的控制信号的第一示例，并且图26中示出的"BGS2"表示输入到开关单元51的栅极单元51G的控制信号的第二示例。图26中示出的"Vfd"表示FD单元13的电压。图26中示出的"VSL"表示输出到信号线VSL的像素信号Vout。图26中示出的"H"表示处于高电平的信号电平，并且图26中示出的"L"表示处于低电平的信号电平。在图26中从左到右示出了时间的经过。
如图26所示，可以在与向传输晶体管12的传输栅单元12G输入驱动信号TRG相同的时机，将输入到开关单元51的栅极单元51G的控制信号输入到栅极单元51G(第一示例)。可选择地，在输入到开关单元51的栅极单元51G的控制信号可以稍早于输入到传输晶体管12的传输栅单元12G的驱动信号TGR到达高电平，并且在当达到稍晚于驱动信号TGR的低电平时的时机，输入到栅极单元51G(第二示例)。因此，在第一示例和第二示例的任意控制时机，在传输栅单元12G导通时，打开开关单元51。
如上所述，根据本实施方案的固态图像传感器IS3具有类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1的构成，除了其包括开关单元51。在固态图像传感器IS3中，当传输栅单元12G处于导通状态时，开关单元51处于打开状态，使得背栅电压VBG可以施加到背栅单元21BG。因此，固态图像传感器IS3能够实现类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1的效果。
[第四实施方案]
将参照图27至图30说明根据本技术第四实施方案的固态图像传感器。注意，将用相同的附图标记来表示展示出与上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1相同效果和功能的构成要素，并且将省略它们的说明。
(固态图像传感器的一个像素的示意性构成)
如图27所示，根据本实施方案的固态图像传感器IS4包括：第一基板1，其包括光电转换单元11、连接到光电转换单元11的传输栅单元12G、连接到传输栅单元12G的FD单元13以及覆盖光电转换单元11、传输栅单元12G和FD单元13的层间绝缘膜(绝缘膜的示例)14；和第二基板2，其包括放大晶体管21并且配置为与层间绝缘膜14相邻，放大晶体管21构成经由层间绝缘膜14连接到FD单元13的像素晶体管(电路的示例)的一部分并且包括背栅单元21BG。
此外，根据本实施方案的固态图像传感器IS4包括配置为与第二基板2相邻的第三基板6，并且包括具有背栅单元61BG(背栅的示例)的SOI结构的MOSFET 611a(晶体管的示例)的比较器电路61形成在第三基板6上。比较器电路61是构成在第三基板6上设置的逻辑电路的一部分。比较器电路61配置为经由层间绝缘膜33与层叠单元349面对。
(比较器电路的构成)
接下来，将使用图28和图29来说明设置在第三基板6上的比较器电路61的构成。图29示出了比较器电路61的一部分的配线布局。在图28中，构成比较器电路61的各晶体管的栅极单元、源极单元和漏极单元的附图标记分别由“G”、“S”和“D”表示。此外，放大晶体管的前栅单元、背栅单元、源极单元和漏极单元的附图标记分别由“FG”、“BG”、“G”、“S”和“D”表示。
如图28所示，比较器电路61包括差分输入电路611、连接到差分输入电路611的电流镜像电路612和尾电流源615。差分输入电路611包括具有背栅单元61BG的MOSFET 611a和611c。MOSFET 611a和611c各自包括N型MOSFET。电流镜像电路612包括P型MOSFET 612a和612c。尾电流源615包括N型MOSFET。
差分输入电路611的MOSFET 611a构成非反向输入端子(+)，并且MOSFET 611c构成反向输入端子(-)。MOSFET 611a的前栅单元61FG连接到与选择晶体管23的源极单元22S(图27未示出，参照图3)连接的信号线VSL。向MOSFET 611c的前栅单元61FG输入参照信号(例如，斜波信号)。比较器电路61构造成将经由信号线VSL输入的像素信号和参照信号的信号电平相互比较，并且当像素信号的信号电平高于参照信号的信号电平时，输出低信号电平的输出信号Vout。包含比较器电路61的ADC构造成基于当输出信号Vout的信号电平低时的计数器值而将模拟像素信号转换成数字像素信号。
如图29所示，源极单元61S配置在差分输入电路611的MOSFET611a的前栅单元FG61的一侧，并且漏极单元61D配置在另一侧。背栅单元61BG配置为经由元件分离区域35与未设置MOSFET 611a的源极单元61S的前栅单元61FG的那侧相邻。用于连接到信号线VSL的连接配线631形成在前栅单元61FG上。
源极单元61S配置在构成电流镜像电路612的MOSFET 612a的栅极单元61G的一侧，并且漏极单元61D配置在另一侧。MOSFET 612a的源极单元61S和MOSFET 611a的漏极单元61D是共用的。
(差分输入电路611的MOSFET的构成)
接下来，将使用图30来说明设置在根据本实施方案的固态图像传感器IS4中的差分输入电路611的MOSFET 611a的构成。
如图30所示，MOSFET 611a包括P型硅基板614、形成在硅基板614上的背栅绝缘膜612b和形成在背栅绝缘膜612b上的硅层613。如上所述，MOSFET 611a具有包括在背栅绝缘膜612b上的硅层613的SOI结构。背栅绝缘膜212b例如包括埋设的氧化膜(BOX：埋设的氧化物)。硅层613包括杂质浓度例如为5×1017～1×1020(/cm3)的P型硅膜。
此外，MOSFET 611a包括形成在硅层613上的前栅单元61FG。MOSFET 611a包括在前栅单元61FG的一侧形成在硅膜613上的源极单元61S和在另一侧形成在硅膜613上的漏极单元61D。前栅单元61FG包括形成在硅层613上的前栅绝缘膜612f和形成在前栅绝缘膜612f上的前栅电极611f。
MOSFET 611a包括形成在硅基板614中的背栅电极611b。背栅电极611b包括形成在硅基板614上的高浓度的杂质区域。背栅电极611b通过元件分离区域35与源极单元61S分离。背栅电极611b和背栅绝缘膜612b构成背栅单元61BG。尽管未示出，但是差分输入电路611的MOSFET611c具有与MOSFET 611a相同的构成。
在根据本实施方案的固态图像传感器IS4中，可以调整施加到构成针对各像素设置的比较器电路61的差分输入电路611的差分输入单元的MOSFET 611a和611c的各个背栅单元61BG的栅极电压VBG。此外，在根据本实施方案的固态图像传感器IS4中，可以针对包含在预定区域中的各像素调整施加到差分输入电路611的MOSFET 611a和611c的各个背栅单元61BG的背栅电压VBG。
可以通过调整施加到构成比较器电路61的差分输入电路611的差分输入单元的MOSFET 611a和611c的各个背栅单元61BG的栅极电压VBG来调整MOSFET 611a和611c的跨导。因此，调整了在第三基板上设置的ADC的噪声。因此，固态图像传感器IS4能够防止拍摄图像的显示不均匀性。
如上所述，根据本实施方案的固态图像传感器IS4具有类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1的构成，除了在比较器电路61中设置有包括背栅单元61BG的MOSFET 611a和611c。因此，除了类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1而调整在像素中产生的噪声之外，固态图像传感器IS4还能够调整ADC的噪声，从而能够更有效地防止拍摄图像的显示不均匀性。
[第四实施方案的变形例]
将再次使用图2和图31说明根据本技术第四实施方案的变形例的固态图像传感器。注意，将用相同的附图标记来表示展示出与上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1相同效果和功能的构成要素，并且将省略它们的说明。
根据本变形例的固态图像传感器包括配置为与第二基板2相邻的第三基板3，并且包括具有背栅单元61BG(背栅的示例)的体硅结构的MOSFET 311a(晶体管的示例)的比较器电路31形成在第三基板3上。比较器电路31是构成在第三基板3上设置的逻辑电路的一部分。比较器电路31配置为经由层间绝缘膜33与层叠单元349面对。
此外，比较器电路31可以具有类似于比较器电路61的构成，除了其不包括背栅单元。如图2所示，比较器电路31包括差分输入电路、连接到差分输入电路的电流镜像电路和尾电流源。差分输入电路包括不具有背栅单元的两个MOSFET。图2示出了作为两个MOSFET中的一个的MOSFET 311a。两个MOSFET各自包括N型MOSFET。电流镜像电路包括两个P型MOSFET。图2示出了作为两个MOSFET中的一个的MOSFET 312a。尾电流源包括N型MOSFET。
(比较器电路31的构成)
如图31所示，源极单元31S配置在设于根据本变形例的比较器电路31中的差分输入电路的MOSFET 311a的栅极单元31G的一侧，并且漏极单元31D配置在另一侧。在MOSFET311a的栅极单元31G上形成有用于连接到信号线VSL的连接配线331。
源极单元31S配置在构成设于根据本变形例的比较器电路31中的电流镜像电路的MOSFET 312a的栅极单元31G的一侧，并且漏极单元31D配置在另一侧。MOSFET 312a的源极单元31S和MOSFET 311a的漏极单元31D是共用的。
如上所述，由于根据本变形例的固态图像传感器具有类似于根据第一实施方案的固态图像传感器IS1的构成，因此可以实现类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1的效果。
[第五实施方案]
将再次使用图5来说明根据本技术第五实施方案的固态图像传感器。根据本实施方案的固态图像传感器的特征在于：构成放大晶体管的背栅单元的背栅绝缘膜和构成放大晶体管的前栅单元的前栅绝缘膜具有不同的膜类型或不同的膜结构。
如图5所示，设置在根据本实施方案的固态图像传感器中的背栅单元21BG包括背栅电极211b和背栅绝缘膜212b。此外，设置在根据本实施方案的固态图像传感器中的前栅单元21FG包括前栅电极211f和前栅绝缘膜212f。背栅绝缘膜212b和前栅绝缘膜212f具有不同的膜类型或不同的膜结构。
在本实施方案中，与前栅绝缘膜212f的膜结构不同，背栅绝缘膜212b可以包括具有高缺陷密度的HK和SiO2的层叠膜。此外，与前栅绝缘膜212f的膜类型不同，背栅绝缘膜212b可以由具有高缺陷密度的SiN形成。
放大晶体管21的背栅绝缘膜212b的缺陷密度越高，像素中产生的噪声越多。因此，由于提高了相关双采样中的噪声灵敏度，因此根据本实施方案的固态图像传感器能够容易地去除像素中产生的噪声。因此，根据本实施方案的固态图像传感器能够实现类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1的效果。
[第六实施方案]
将再次使用图5来说明根据本技术第六实施方案的固态图像传感器。根据本实施方案的固态图像传感器的特征在于：构成放大晶体管的背栅单元的背栅绝缘膜和构成放大晶体管的前栅单元的前栅绝缘膜具有不同的膜质量。
如图5所示，设置在根据本实施方案的固态图像传感器中的背栅单元21BG包括背栅电极211b和背栅绝缘膜212b。此外，设置在根据本实施方案的固态图像传感器中的前栅单元21FG包括前栅电极211f和前栅绝缘膜212f。背栅绝缘膜212b和前栅绝缘膜212f具有不同的膜质量。
在本实施方案中，与背栅绝缘膜212b的膜质量不同，前栅绝缘膜212f可以由通过供氢退火等而具有低缺陷水平的SiO2形成。
放大晶体管21的前栅绝缘膜212f具有缺陷水平低于背栅绝缘膜212b的缺陷水平的膜质量的事实等价于背栅绝缘膜212b具有高于前栅绝缘膜212f的缺陷水平的事实。因此，当放大晶体管21的前栅绝缘膜212f具有低于背栅绝缘膜212b的缺陷水平的膜质量时，像素中产生的噪声增加。结果，由于提高了相关双采样中的噪声灵敏度，因此根据本实施方案的固态图像传感器能够容易地去除像素中产生的噪声。因此，根据本实施方案的固态图像传感器能够实现类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1的效果。
在本技术中，构成放大晶体管的背栅单元的背栅绝缘膜和构成放大晶体管的前栅单元的前栅绝缘膜可以具有不同的膜类型或不同的膜结构，并且构成放大晶体管的背栅单元的背栅绝缘膜和构成放大晶体管的前栅单元的前栅绝缘膜可以具有不同的膜质量。在这种情况下，膜类型或膜结构以及膜质量需要不同以使背栅绝缘膜的缺陷水平高于前栅绝缘膜的缺陷水平。
[第七实施方案]
将参照图32说明根据本技术第七实施方案的固态图像传感器。在图32中，省略了具有与设置在上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1中的第一基板1相同构成的第一基板1的除了层间绝缘膜14以外的图示。注意，将用相同的附图标记来表示展示出与上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1相同效果和功能的构成要素，并且将省略它们的说明。
如图32所示，设置在根据本实施方案的固态图像传感器IS5中的第二基板7包括构成像素晶体管(电路的示例)的一部分的复位晶体管22(第二晶体管的示例)和选择晶体管23(第二晶体管的示例)。此外，固态图像传感器IS5包括放大晶体管21(第一晶体管的示例)以及形成在复位晶体管22和选择晶体管23之间的层间绝缘膜71。
如上所述，固态图像传感器IS5通过具有放大晶体管21、复位晶体管22和选择晶体管23的层叠结构能够降低高位操作时的噪声水平。此外，固态图像传感器IS5具有放大晶体管21、复位晶体管22和选择晶体管23的层叠结构，从而可以提高设计像素晶体管的自由度。
此外，由于固态图像传感器IS5包括具有与设置在上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1中的放大晶体管21相同构成的放大晶体管21，因此可以实现类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1的效果。
[第八实施方案]
将参照图33说明根据本技术第八实施方案的固态图像传感器。在图33中，省略了具有与设置在上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1中的第一基板1相同构成的第一基板1的除了层间绝缘膜14以外的图示。注意，将用相同的附图标记来表示展示出与上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1相同效果和功能的构成要素，并且将省略它们的说明。
如图33所示，设置在根据本实施方案的固态图像传感器IS6中的第二基板8包括构成像素晶体管(电路的示例)的一部分的复位晶体管22(第二晶体管的示例)和选择晶体管23(第二晶体管的示例)。此外，固态图像传感器IS6包括放大晶体管21(第一晶体管的示例)以及形成在复位晶体管22和选择晶体管23之间的层间绝缘膜71。
此外，设置在固态图像传感器IS6中的第二基板8包括多个(本实施方案中是2个)放大晶体管21a和21b。前栅单元FG(前栅的示例)设置为在多个放大晶体管21a和21b的至少一部分(本实施方案中是全部)中彼此可连接。在图33示出的固态图像传感器IS6中，放大晶体管21a的前栅单元21FG和放大晶体管21a的前栅单元21FG通过连接配线81彼此连接。此外，固态图像传感器IS6可以构造成使得放大晶体管21a的前栅单元21FG和放大晶体管21a的前栅单元21FG可以通过开关电路(例如，晶体管)切换连接状态和断开状态。
如上所述，设置平行连接的多个放大晶体管21等价于增加了放大晶体管21的面积。因此，可以提高放大晶体管21的驱动能力。
此外，通过在多个放大晶体管21的连接状态和断开状态之间切换，可以增加用于将模拟像素信号转换成数字像素信号的动态范围。因此，可以切换像素信号的AD转换的转换效率。
此外，类似于上述根据第五实施方案的像素晶体管IS5，由于根据本实施方案的固态图像传感器IS6具有像素晶体管的层叠结构，因此可以实现类似于上述根据第五实施方案的像素晶体管IS5的效果。另外，由于固态图像传感器IS6包括具有与设置在上述根据第一实施方案的像素晶体管IS1中的放大晶体管21相同结构的放大晶体管21，因此可以实现类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1的效果。
[第九实施方案]
将参照图34说明根据本技术第九实施方案的固态图像传感器。注意，将用相同的附图标记来表示展示出与上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1相同效果和功能的构成要素，并且将省略它们的说明。
如图34所示，设置在根据本实施方案的固态图像传感器IS7中的第一基板9包括多个(本实施方案中是2个)光电转换单元11a和11b以及多个(本实施方案中是2个)传输栅单元12Ga和12Gb。即，固态图像传感器IS7具有共用的像素结构。
固态图像传感器IS7包括具有与上述第一实施方案中的像素晶体管相同构成的像素晶体管，同时具有共用的像素结构的。即，固态图像传感器IS7包括设置有背栅单元BG21的放大晶体管21。因此，固态图像传感器IS7能够实现类似于上述根据第一实施方案的固态图像传感器IS1的效果。
本技术可以以各种方式变形。例如，在根据第一实施方案至第九实施方案的固态图像传感器中，放大晶体管具有SOI结构，但是也可以具有体硅结构。
根据本公开的技术可以适用于上述的固态图像传感器。
注意，本技术的实施方案不限于上述实施方案，并且在不脱离本技术的主旨的情况下可以进行各种修改。此外，本文记载的效果仅仅是说明性的而不是限制性的，并且可以具有其他效果。
例如，本技术还可以采用以下构成。
(1)一种固态图像传感器，包括：
第一基板，其包括光电转换单元、连接到所述光电转换单元的传输栅单元、连接到所述传输栅单元的浮动扩散单元以及覆盖所述光电转换单元、所述传输栅单元和所述浮动扩散单元的绝缘膜；和
第二基板，其包括第一晶体管并且配置为与所述绝缘膜相邻，所述第一晶体管构成经由所述绝缘膜连接到所述浮动扩散单元的电路的一部分并且包括背栅。
(2)根据上述(1)所述的固态图像传感器，其中，
所述第一晶体管具有SOI结构。
(3)根据上述(1)或(2)所述的固态图像传感器，其中，
所述第一晶体管包括连接到所述背栅的前栅。
(4)根据上述(3)所述的固态图像传感器，其中，
所述背栅包括背栅电极和背栅绝缘膜，
所述前栅包括前栅电极和前栅绝缘膜，和
所述背栅绝缘膜和所述前栅绝缘膜具有不同的膜类型或不同的膜结构。
(5)根据上述(3)所述的固态图像传感器，其中，
所述背栅包括背栅电极和背栅绝缘膜，
所述前栅包括前栅电极和前栅绝缘膜，和
所述背栅绝缘膜和所述前栅绝缘膜具有不同的膜质量。
(6)根据上述(1)～(5)中任一项所述的固态图像传感器，其中，
所述第二基板包括连接到所述背栅的开关单元。
(7)根据上述(1)～(6)中任一项所述的固态图像传感器，还包括：
配置为与所述第二基板相邻的第三基板，在所述第三基板上形成有比较器电路，所述比较器电路包括具有背栅的SOI结构的晶体管。
(8)根据上述(1)～(6)中任一项所述的固态图像传感器，还包括：
配置为与所述第二基板相邻的第三基板，在所述第三基板上形成有比较器电路，所述比较器电路包括具有背栅的体硅结构的晶体管。
(9)根据上述(1)～(8)中任一项所述的固态图像传感器，其中，
所述第二基板包括
构成所述电路的一部分的第二晶体管，和
形成在所述第一晶体管和所述第二晶体管之间的层间绝缘膜。
(10)根据上述(9)所述的固态图像传感器，其中，
所述第二基板包括多个所述第一晶体管，和
前栅设置为在所述的多个第一晶体管的至少一部分中彼此可连接。
(11)根据上述(1)～(10)中任一项所述的固态图像传感器，其中，
所述第一基板包括多个所述光电转换单元和多个所述传输栅单元。
[附图标记列表]
1,9 第一基板
1α 光电转换单元形成区域
2 第二基板
2a SOI基板
2α 像素晶体管形成区域
3 第三基板
3α 逻辑电路形成区域
4,5,7,8 第二基板
6 第三基板
11,11a,11b 光电转换单元
11 光电转换单元
12 传输晶体管
12D,21D,22D,23D,31D,51D,61D 漏极单元
12FG 前栅单元
12G,12Ga,12Gb 传输栅单元
12S,21S,22S,23S,31S,51S,61S 源极单元
13 FD单元
14,26,33,71 层间绝缘膜
15 像素分离单元
17 微透镜
18 滤色器
19 平坦化膜
21,21a,21b,41 放大晶体管
21BG,61BG 背栅单元
21Cb,21Cd,21Cf,21Cs,22Cd,22Cg,22Cs,23Cg,23Cs,51Cd,51Cg 接触区域
21FG,61FG 前栅单元
22 复位晶体管
22G,23G,31G,51G 栅极单元
23 选择晶体管
24,34 接合电极
25,35 元件分离区域
27,215,242,342 绝缘膜
30 恒电流源
31,61 比较器电路
51 开关单元
249,349 层叠单元
81,131,231,232a,234a,234b,241a,331,411,631 连接配线
111 阱区域
112 电荷产生区域
113 底部钉扎层
114 侧面钉扎层
211b,611b,612b 背栅电极
211f,611f,612f 前栅电极
212b 背栅绝缘膜
212f 前栅绝缘膜
213,613 硅层
214,614 硅基板
216 氧化膜
217 开口部
221g,231g,511g 栅电极
241,341 配线电极
243,343 接合电极
244,344 连接电极
311a,312a,611a,611c,612a,612b MOSFET
611 差分输入电路
612 电流镜像电路
615 尾电流源
BG 背栅
FD 传输栅单元
FD 单元13传输栅单元
FD 单元13背栅电极
FG 前栅单元
FG21 前栅
FG61 前栅单元
IS,IS1,IS2,IS3,IS4,IS5,IS6,IS7 固态图像传感器

Claims (11)

1.一种固态图像传感器，包括：
第一基板，其包括光电转换单元、连接到所述光电转换单元的传输栅单元、连接到所述传输栅单元的浮动扩散单元以及覆盖所述光电转换单元、所述传输栅单元和所述浮动扩散单元的绝缘膜；和
第二基板，其包括第一晶体管并且配置为与所述绝缘膜相邻，所述第一晶体管构成经由所述绝缘膜连接到所述浮动扩散单元的电路的一部分并且包括背栅。
2.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，
所述第一晶体管具有SOI结构。
3.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，
所述第一晶体管包括连接到所述背栅的前栅。
4.根据权利要求3所述的固态图像传感器，其中，
所述背栅包括背栅电极和背栅绝缘膜，
所述前栅包括前栅电极和前栅绝缘膜，和
所述背栅绝缘膜和所述前栅绝缘膜具有不同的膜类型或不同的膜结构。
5.根据权利要求3所述的固态图像传感器，其中，
所述背栅包括背栅电极和背栅绝缘膜，
所述前栅包括前栅电极和前栅绝缘膜，和
所述背栅绝缘膜和所述前栅绝缘膜具有不同的膜质量。
6.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，
所述第二基板包括连接到所述背栅的开关单元。
7.根据权利要求1所述的固态图像传感器，还包括：
配置为与所述第二基板相邻的第三基板，在所述第三基板上形成有比较器电路，所述比较器电路包括具有背栅的SOI结构的晶体管。
8.根据权利要求1所述的固态图像传感器，还包括：
配置为与所述第二基板相邻的第三基板，在所述第三基板上形成有比较器电路，所述比较器电路包括具有背栅的体硅结构的晶体管。
9.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，
所述第二基板包括
构成所述电路的一部分的第二晶体管，和
形成在所述第一晶体管和所述第二晶体管之间的层间绝缘膜。
10.根据权利要求9所述的固态图像传感器，其中，
所述第二基板包括多个所述第一晶体管，和
前栅设置为在所述的多个第一晶体管的至少一部分中彼此可连接。
11.根据权利要求1所述的固态图像传感器，其中，
所述第一基板包括多个所述光电转换单元和多个所述传输栅单元。
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