CN1822373A - 获取物理信息的方法、装置及装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于获取物理信息的方法采用用于探测物理分布的器件，该器件包括：用于探测电磁波的探测部件；以及用于根据该探测的电磁波量来产生对应单位信号的单位信号产生部件。该探测部件包括具有一种其中叠置了在相邻层之间具有不同折射系数且每层具有预定厚度的多个层的结构的叠置构件，该叠置构件被设置在电磁波入射到的入射表面侧之上并且还具有反射该电磁波的预定波长范围组分并透射该剩余项的特性。

Description

获取物理信息的方法、装置及装置的制造方法

相关申请的交叉参考

本申请包含与2004年12月10日在日本专利局提交的日本专利申请JP2004-358139、2005年7月20日在日本专利局提交的日本专利申请JP 2005-209409、和2004年12月22日在日本专利局提交的日本专利申请JP 2004-371602相关的主题，这里并入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及一种获取物理信息的方和装置、和包括多个用于探测物理量分布的单位组件的阵列的半导体器件的制造方法。更具体地，本发明涉及一种信号获取技术，其适用于使用半导体器件来探测物理量分布的固态成像器件，该半导体器件包括多个对来自外部的电磁波输入、例如光和辐射敏感的单位组件的阵列，从而由单位组件转换为电信号的物理量分布可以作为电信号读出。尤其，本发明涉及一种成像器件，其可使除了可见光之外的波长组分(例如，红外光)成像。

本发明还涉及一种光接收器件和固态成像器件，各自包括在硅树脂、化合物半导体等半导体层中形成的光电转换器以及各种器件的制造方法。

背景技术

探测物理量分布的半导体器件应用在各种领域中，半导体器件各自包括对例如从外部输入的诸如光和辐射的电磁波的物理量变化敏感的多个单位组件(例如像素)的线或矩阵阵列。

例如，在视频装置领域中，使用CCD(电荷耦合器件)、MOS(金属氧化物半导体)、或CMOS(互补金属氧化物半导体)固态成像器件探测作为物理量的一个例子的光(电磁波的一个例子)的变化。在这些器件中，由单位组件(例如固态成像器件中的像素)转换为电信号的物理量分布作为电信号读出。

例如，固态成像器件探测从外部输入的电磁波例如光或辐射，使用光电二极管作为器件的成像部分(像素部分)中设置的光电转换器(光接收器件；光敏器件)，从而产生和收集信号电荷。收集的信号电荷(光电子)作为图像信息读出。

近年来，已经提出了用于可见光成像和红外光成像的结构(参见，例如日本未审专利申请公开No.2004-103964、10-210486、2002-369049、6-121325、9-166493、9-130678和2002-142228)。例如，预先制备红外亮点，使得可以通过跟踪红外亮点来探测可见光图像中的红外亮点的位置。另外，例如，即使在没有可见光的晚上，可以通过红外辐射成像获得清晰的图像。而且，可以通过采用除可见光之外的红外光来改善灵敏度。

日本未审专利申请公开No.2004-103964中公开的结构是单片型，其应用在半导体的深度方向中吸收系数随波长变化。

日本未审专利申请公开No.10-210486、2002-369049和6-121325中公开的结构各自为多片型，其应用包括波长分离镜(separation mirror)和棱镜的波长分解光学系统作为输入光学系统，使得通过各个成像器件接收可见光和红外光。

日本未审专利申请公开No.9-166493中公开的结构是单片型，其应用旋转波长分解光学系统作为输入光学系统，使得通过同一成像器件接收可见光和红外光。例如，当通过旋转机械装置插入/拔出红外滤除滤光片(cut filter)时，输出未被近红外光和红外光影响的可见彩色图像，然而当拔出红外滤除滤光片时，就会输出具有包括可见光强度和近红外光强度的光强度的图像。

日本未审专利申请公开No.9-130678中公开的结构应用具有波长分解功能的光圈光学系统(diaphragm optical system)作为输入光学系统，使得通过同一成像器件来接收可见光和红外光。

日本未审专利申请公开No.2002-142228中公开的结构包括对可见光和近红外光敏感的成像器件，其中在像素上规则地排列了具有各自滤光特性的四种类型的彩色滤光片，并由其上排列了四种类型彩色滤光片的各个像素的输出矩阵计算独立确定可见彩色图像和近红外光图像。

固态成像器件包括形成在半导体层中的光电转换器。

因此，固态成像器件具有由其中形成了光电转换器的半导体层的表面能级(surface level)产生的所谓的暗电流的问题。

如图60A的电位图所示，主要由于表面能级处捕获的电子被热释放到导带，并因此被表面耗尽层的电场移动到构成各个光电转换器的光电二极管的n型半导体区，而产生暗电流。

例如，在硅构成的半导体层中，能带隙(band gap)是1.1eV，并且表面能级(费米(Fermi)能级)位于由于巴丁限制(Bardeem limit)能带隙被划分为2∶1的位置处。

因此，防止电子被表面能级捕获的势垒为0.7eV。

因此，为了降低由表面能级产生的暗电流，应用在光电二极管的表面上形成p+层的方法(参见，例如日本未审专利申请公开No.2002-252342，图5)。

该方法一定程度上抑制了暗电流。

即，如图60B的势能图所示，由于p+层的存在，防止电子被表面能级捕获的势垒变为1.0eV。换句话说，与其中没有p+层的情形相比势垒增大了约0.3eV，并由此可以降低热释放的电子的数目，以减小暗电流。

当在硅衬底表面上设置p+层时，与其中没有p+层的情形相比，室温(T＝300K)下由费米-迪拉克(Fermi-Dirac)分布函数估算的暗电流的量降低了四位。

费米-迪拉克分布函数由下面的等式10表示：

等式10

$f(E,T)=\frac{1}{1+e^{\frac{E-E_F}{\mathrm{kT}}}}$

其中E是能量，E_F是费米能量，T是绝对温度，k是麦克斯韦常数，e是自然对数，以及E-E_F对应于势垒的量值。

发明内容

图53A和53B是日本未审专利申请公开No.2004-103964中公开的传感器的结构示例图，其中图53A是半导体层的光吸收光谱特性的附图，图53B是器件的组合结构的示意图。

在该结构中，Si(硅)半导体的光吸收系数依照蓝、绿、红和红外光的次序降低，如图53A所示。即，对于入射光L1中含有的蓝光、绿光、红光和红外光，通过应用在半导体深度方向中波长的位置相关性(dependency)，在深度方向上从Si半导体的表面依照图53B中示出的顺序分别设置用于探测可见光(蓝、绿、红)和红外光的层。

然而，在日本未审专利申请公开No.2004-103964中公开的结构中，其利用吸收系数随波长的变化，当红光和绿光经过用于探测蓝光的层时一定程度上被该层吸收，由此虽然理论上没有降低探测到的光量，却作为蓝光被探测到。因此，即使初始信号没有蓝光，而绿光和红光信号相遇形成蓝光信号，从而产生假信号并因此不能达到足够的颜色再现性。

为了解决这一问题，优选通过信号计算处理进行三原色整体的修正，并因此单独设置计算电路。因此，电路布局在规模上变得复杂和增大，且成本也增大了。而且，例如，当三原色之一饱和时，不能确定饱和光的的初始值而导致计算错误。结果是，信号处理致使产生的颜色不同于初始颜色。

如图53A所示，大多数半导体具有对红外光的吸收敏感性。因此，例如在应用Si半导体的固态成像器件(图形传感器)中，作为减色滤光片的例子，优选在传感器的前面插入玻璃制成的红外滤除滤光片。

因此，为了通过仅接受红外光或可见光和红外光作为信号成像，优选除去红外滤除滤光片或降低红外光的滤除比例。

然而，在这种情形中，红外光与可见光混合并入射到光电转换器上，从而产生颜色色调(tone)不同于初始色调的可见光图像。因此同时单独产生正确的可见光图像和正确的红外光图像自身(或红外光和可见光的混合)可能很困难。

除上述的问题之外，在常规固态成像器件中，应用红外滤除滤光片一定程度上也削弱了可见光，从而减低了灵敏度。引用红外滤除滤光片还增大了成本。

在日本未审专利申请公开No.10-210486、2002-369049和6-121325公开的结构中，由于包括用于波长分离的反射镜和棱镜的波长分解光学系统而增大了输入光学系统的规模。

在日本未审专利申请公开No.9-166493的结构中，由于红外滤除滤光片插入/拔出机械装置而增大了器件的规模，并且红外滤除滤光片不能自动化操作。

在日本未审专利申请公开No.9-130678的结构中，由于具有波长分解功能的光圈光学系统而增大了器件的规模。另外，虽然可以同时获得红外光图像和可见光图像两者，然而从图像传感器仅输出可见光图像和红外光图像的电合成信号，由此不能仅仅输出可见光图像或红外光图像。

另一方面，在日本未审专利申请公开No.2002-142228的结构中，引用四种类型的彩色滤光片进行波长分离。因此，该结构具有算法处理的问题但不具有日本未审专利申请公开No.10-210486、2002-369049、6-121325、9-166493、和9-130678中输入光学系统规模增大的问题。即，在日本未审专利申请公开No.2002-142228的结构中，通过其上分别排列了具有各个滤光特性的四种类型的彩色滤光片的像素的输出矩阵操作所单独确定的可见彩色图像和近红外光图像，并由此可以分离可见光图像和红外光图像并同时输出。然而，即使当获得了可见光图像，在可见光和红外光组分之间进行算术处理，由此整体上显著增加了算术处理。

期望提供一种可以解决至少一个上述问题的新机械装置和在该机械装置中所采用的器件的制造方法。

根据本发明的一个实施例，提供了一种具有新的机械装置的成像器件，其中应用同一个图像传感器来独立获得可见彩色图像和近红外光图像。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种机械装置，其中当应用同一个图像传感器同时成像可见光图像和红外光图像时，解决了由于除去红外滤除滤光片产生的颜色色调不同于初始色调的问题，使得同时具有正确的颜色色调的可见光成像和红外和紫外光成像。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种机械装置，其用于解决由于在常规的图像传感器中应用玻璃制成的厚红外滤除滤光片而增大成本的问题。

另一方面，当像素逐渐变得微细时，降低了每个像素的光电二极管所接收的光量，因此也降低了信号量，从而相对降低了S/N比。

因此，即使当在硅衬底表面上设置p+层，用于降低四位的暗电流时，不能获得令人满意的S/N比。例如，即使在夜空成像，得到的图像中就会出现类似点的噪声。

在这种情形中，当入射光的量很小时，为了弥补低灵敏度，通常通过放大器等增大图形信号的增益以增大信号强度。然而，同时作为信号强度也增大了噪声的强度，导致图像中出现显著的噪声。

由于信号强度在未来将随着微细化(refining)而降低，仅通过在硅衬底的表面上设置p+层降低由暗电流产生的噪声还是不够的。

因此，期望设置一种用于确保足够的S/N比的新型机械装置。

在包括形成在半导体层中的光电转换器的光电二极管的光接收器件中，以及在图态成像器件中，由于光接收器件发展的微细化而降低了S/N比，由此就不可能令人满意地探测到由光电转换器获得的信号。

根据本发明的另一个实施例，设置了一种能够通过降低由暗电流产生的噪声以确保令人满意的S/N比的光接收器件、光接收器件的制造工艺、固态成像器件及其制造工艺。

根据本发明的一个实施例的获取物理信息的方法和装置应用一种叠置膜，其具有其中叠置多个具有不同折射率的层的结构，用于将波长分离为透射波长范围组分和反射波长范围组分，使得分离的探测部件独立地或同时地获取两种组分的信号。

换句话说，获取物理信息的方法应用以单位信号为基础用于预定目的的探测物理量分布的器件，该器件包括，作为单位组件，用于探测电磁波的探测部件和用于以探测到的电磁波量为基础产生相应的单位信号和输出单位信号的单位信号产生部件，且单位组件以预定的次序排列在同一衬底上。探测部件包括设置在其上入射电磁波的入射表面侧上的叠置构件(member)，叠置构件具有反射电磁波的预定波长范围组分和透射剩余项(remainder)的特性，还具有其中叠置相邻两者之间具有不同折射率且各自具有预定厚度的多层的结构。

探测部件探测经叠置构件透射的透射波长范围组分，在从单位信号产生部件得到的透射波长范围组分单位信号的基础上获取用于预定目的的物理信息。

术语“剩余项”指事实上至少不含有反射波长范围组分的组分，而非排除反射波长范围组分的所有波长组分。语句“事实上不含有反射波长范围组分”指基本上不存在反射波长范围组分的影响，和反射波长范围组分的影响可以极少量存在。这是因为对于透射波长侧，足以获取其中反射波长范围的影响忽略不计的信号。此外，对于反射波长范围，足以获取其中透射波长范围的影响忽略不计的信号。

获取物理信息的装置适用于执行获取物理信息的方法。该装置包括排列在其上入射电磁波的探测部件的入射表面侧上的叠置构件，和在由传感部件探测到的和经叠置构件透射的透射波长范围组分的单位信号的基础上获取用于特定目的的物理信息的信息处理单位，在透射波长范围组分的基础上从单位信号产生部件获得单位信号。叠置构件具有其中叠置相邻两者之间具有不同折射率且各自具有预定厚度的多层的结构，还具有反射电磁波的预定波长范围组分和透射剩余项的特性。叠置构件可以与探测部件分离开，但优选与探测部件集成在一起。

根据本发明的实施例的半导体器件的制造方法适用于制造上述器件。该方法包括步骤：在半导体衬底上形成具有探测部件和单位信号产生部件的半导体元件层，在半导体元件层上形成用于形成信号线的布线层，用于从单位信号产生部件读取单位信号，和在布线层上形成叠置膜，该叠置膜具有其中叠置相邻两者之间具有不同折射率且各自具有预定厚度的多层的结构，和具有反射电磁波的预定波长范围组分和透射剩余项的特性。

为了使得反射波长范围组分的探测成为可能，该方法还包括规则地除去与对应于各自波长的多个探测部件位置对准的叠置膜部分的步骤。在这种情形中，多个探测部件之一探测经叠置膜透射的透射波长范围组分，而多个探测部件中另一个探测未经叠置膜透射的反射波长范围组分。从规则地除去与对应于各自波长的多个探测部件位置对准的叠置膜部分的观点来看，优选叠置膜与探测部件集成在一起而非与探测部件相分离。

在彩色成像的应用中，该方法还包括在与对应各自波长的像素位置对准的叠置膜上形成用于各自波长的光学构件的步骤，用于透射透射波长范围组分的预定波长组分。从与对应各自波长的探测部件位置对准地形成用于各自波长的光学构件的观点来看，优选用于各自波长的光学部件与叠置膜和探测部件集成在一起而非与叠置膜和探测部件相分离。

下面将描述本发明的其它特性。

例如，为了获取关于反射波长范围组分的图像，例如相对于诸如可见光的透射波长范围组分的红外光，在用于反射波长范围组分的、电磁波向其入射的探测部件的入射表面侧部上不设置叠置构件，从而由探测部件探测反射波长范围组分，并因此可以在从单位信号产生部件中获得反射波长范围组分的单位信号的基础上获得用于第二预定目的的物理信息。

此外，可以选择和输出基于透射波长范围组分的单位信号的第一物理信息和基于反射波长范围组分的单位信号的第二物理信息，或可以同时输出两者。

而且，可以在用于探测透射波长范围组分的多个探测部件的各个入射侧上设置光学构件，用于将透射波长范围组分分离成各个波长范围组分，且各个透射波长范围组分可以分别由多个探测部件探测。在这种情形中，可以通过组合组合各个透射波长范围组分的单位信号，其从单位信号产生部件获得，获取透射波长范围组分上的其它物理信息。例如，可以应用，作为光学部件的，其中在可见光范围中的透射光具有三原色的波长组分的三原色滤光片、或其中可见光范围中的透射光具有各自三原色的互补色的互补色滤光片，进行成像彩色图像。

为了获取反射波长范围组分的信号，探测部件可以同时加载(loaded)反射波长范围组分和透射波长范围组分的整体或部分(例如三原色之一的波长组分)，并且仅其中透射波长范围组分的影响可以忽略不计的反射波长范围组分的信号可以被不同的算法操作获取。可替换地，可以在用于反射波长范围组分的探测部件的入射表面侧上设置用于透射反射波长范围组分和滤除透射波长范围组分的光学构件，以防止透射波长范围组分的影响。

当同样获取反射波长范围组分的信号以形成图像时，优选用于探测透射波长范围组分的探测部件的通常排列部分被用于探测反射波长范围组分的探测部件所代替。在这种情形中，可以通过各个探测部件的排列来影响分辨率。

从这个观点来看，例如，当对基于透射波长范围组分的常规彩色图像分辨率给于更大的重视时，可以在交错图形(checked pattern)中排列用于有益于形成常规彩色图像的各个颜色的多个探测元件中用于探测预定波长组分的探测元件(典型为颜色G的像素)。另一方面，当对基于反射波长范围组分的图像分辨率给于更大的重视时，可以在交错图形中形成有益于形成该图像的探测部件。

当以二维点阵形式排列像素时，相对于其中在分别平行和垂直于竖直和水平读取方向的方向上排列像素的方点阵，更优选以预定角度(典型为约45度)旋转的斜点阵。这是因为竖直和水平方向上像素密度的增加进一步增加了这些方向上的分辨率。

根据本发明的一个实施例的光接收器件包括形成在半导体层中的光电转换器，和形成在其中至少形成了光电转换器的半导体层一部分上的单晶层，单晶层由具有比半导体层的能带隙更宽的能带隙的材料构成。

在上述的光接收器件中，单晶层形成在其中至少形成了光电转换器的半导体层部分上，单晶层由具有比半导体层的能带隙更宽的能带隙的材料构成。因此，单晶层具有更宽的能带隙，由此增大了防止电子处于表面能级的势垒，从而降低了由电子产生的暗电流。

包括在半导体层中形成有光电转换器的光接收器件的制造方法包括，在其中至少形成了光电转换器的半导体层部分上形成单晶层的步骤，单晶层由具有比半导体层的能带隙更宽的能带隙的材料构成。

在光接收器件的制造方法中，该方法包括步骤：在其中至少形成了光电转换器的半导体层部分上形成单晶层，单晶层由具有比半导体层的能带隙更宽的能带隙的材料构成，由单晶层增大了防止电子处于表面能级的势垒，从而降低了由电子产生的暗电流。

根据本发明的一个实施例的固态成像器件包括形成在半导体层中的光电转换器，和形成在其中至少形成了光电转换器的半导体层部分上的单晶层，单晶层由具有比半导体层的能带隙更宽的能带隙的材料构成。

在上述的固态成像器件中，单晶层形成在其中至少形成了光电转换器的半导体层部分上，单晶层由具有比半导体层的能带隙更宽的能带隙的材料构成。因此，单晶层具有更宽的能带隙，由此增大了防止电子处于表面能级的势垒，从而降低了由电子产生的暗电流。

包括在半导体层中形成有光电转换器的固态成像器件的制造方法，包括步骤：在其中至少形成了光电转换器的半导体层部分上形成单晶层的步骤，单晶层由具有比半导体层的能带隙更宽的能带隙的材料构成。

在固态成像器件的制造方法中，该方法包括步骤：在其中至少形成了光电转换器的半导体层部分上形成单晶层，单晶层由具有比半导体层的能带隙更宽的能带隙的材料构成，由单晶层增大了防止电子处于表面能级的势垒，从而降低了由电子产生的暗电流。

根据本发明的一个实施例，应用具有其中叠置具有不同折射率的多层的结构将透射波长范围组分和反射波长范围组分分离为各个波长，且由各个探测部件探测两种组分的信号。

因此，在单个半导体器件中(例如，图像传感器)，可以获取透射波长范围组分上的物理信息，其中反射波长范围组分的影响可以忽略不计。在这种情形中，例如，可以不设置玻璃制成的用于滤除红外光的昂贵的光学部件，其用于滤除相对于作为透射波长范围组分实例的可见光而言的反射波长范围组分红外光。因此，没有应用在半导体深度方向上吸收系数随波长的变化，并因此不会出现由于该变化引起的颜色再现性的问题。

当分别探测透射波长范围组分和反射波长范围组分以同时获得两种组分的信号输出时，相对于透射波长范围组分，反射波长范围组分先被叠置膜滤除。因此，不同于日本未审专利申请公开No.2002-142228中公开的结构那样，可以不执行用于获得根本未被反射波长范围组分影响的透射波长范围组分信号的透射波长范围组分和反射波长范围组分之间的算术操作。

当然，可以分离地或同时地探测透射波长范围组分和反射波长范围组分的信号，由此可以例如应用分离地探测红外-紫外光和可见光的结构，同时进行可见光成像和红外和紫外光成像。在这种情形中，当进一步将可见光分成原色的信号组分并进行探测时，可以同时得到具有正确颜色色调的可见光图像和红外-紫外光图像。

而且，由单晶层增大了防止电子处于表面能级处的势垒，从而降低了由电子产生的暗电流。例如，可以显著降低暗电流12位，以显著改善入射光的信号S/N比。

因此，在诸如暗室等中少量入射光的成像条件下，即使在为增大灵敏度将信号增益排列为更大的值时，也不能得到没有显著噪声的图像。

而且，即使在具有低灵敏度的成像器件中，不考虑入射光的量而仅通过放大器的放大就可以得到高质量的图像。

而且，即使在通过精选元件增大了入射光的量时，也可以得到足够的S/N比，并由此仅通过用于补偿低灵敏度的放大器的放大就可以得到没有显著噪声的令人满意的图像。

因此，可以通过微细化元件来增大固态成像器件中的像素数目，并可以降低各个包括光接收器件的光学器件和固态成像器件的尺寸。

附图说明

图1是说明用于应用叠置介电膜将电磁波色散(dispersing)为预定波长的光谱图像传感器原理的附图；

图2是说明应用叠置介电膜的光谱图像传感器的基本构造的原理示例图；

图3是将图2中示出的光谱图像传感器的基本构造应用到多波长光谱分离构造的一个例子的示图；

图4是说明叠置膜的设计方法的基本原理的结构图；

图5是说明叠置膜的设计方法的基本原理的反射光谱图表(atlas)；

图6是说明叠置膜的设计方法的基本原理的反射光谱图表；

图7A和7B是反射中心波长λ的条件的示例图(反射光谱的原理图)；

图8是示例反射中心波长λ的条件的反射光谱图表；

图9是示例反射中心波长λ的条件的反射光谱图表；

图10是对应于根据本发明的第一个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构示例图；

图11是示例对应于根据本发明的第一个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的反射光谱图表；

图12是示例对应于根据本发明的第一个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的反射光谱图表(具体的反射光谱图表)；

图13是对应于根据本发明的第一个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构示例图；

图14是示例对应于根据本发明的第一个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的反射光谱图表；

图15是示例对应于根据本发明的第二个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构图；

图16是示例对应于根据本发明的第二个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的反射光谱图表；

图17是示例对应于根据本发明的第二个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构图；

图18是示例对应于根据本发明的第二个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的反射光谱图表；

图19是示例对应于根据本发明的第三个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构图；

图20是示例对应于根据本发明的第三个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的反射光谱图表；

图21是示例对应于根据本发明的第三个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构图；

图22是示例对应于根据本发明的第三个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的反射光谱图表；

图23是示例对应于根据本发明的第三个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构图；

图24是示例对应于根据本发明的第三个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的反射光谱图表；

图25是示例对应于根据本发明的第四个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构图；

图26是示例对应于根据本发明的第四个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的反射光谱图表；

图27是示例对应于根据本发明的第五个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构图；

图28是示例对应于根据本发明的第五个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的反射光谱图表；

图29A和29B是将叠置膜应用在IT_CCD图像传感器中的电路(对应于R、G、B、和红外光IR)示例图；

图30是将叠置膜应用在IT_CCD图像传感器中的电路(对应于可见光VL和红外光IR)示例图；

图31A和31B是将叠置膜应用在CMOS图像传感器中的电路(对应于R、G、B、和红外光IR)示例图；

图32是将叠置膜应用在CMOS图像传感器中的电路(对应于可见光VL和红外光IR)示例图；

图33A～33F是光谱图像传感器制造工艺的一个例子的示例图；

图34是示例对应于根据本发明的第六个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构图；

图35是示例对应于根据本发明的第六个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构图；

图36是示例对应于根据本发明的第六个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构图；

图37是示例对应于根据本发明的第六个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的结构图；

图38是对应于根据本发明的第六个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的示例图；

图39是示例对应于根据本发明的第六个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的反射光谱图表；

图40是示例对应于根据本发明的第六个实施例应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱图像传感器的反射光谱图表；

图41A、41B和41C是颜色分离滤光片排列的一个例子的示图；

图42是具有图41A、B和C中示出的颜色分离滤光片排列的CCD固态成像器件构造的一个例子的示例图(透视图)；

图43是能够同时地分离成像两个波长组分、即红外光和可见光的CCD固态成像器件构造的一个例子的示图(剖视结构图)；

图44A、44B和44C是颜色分离滤光片排列的其它例子的示图；

图45是具有图44A、B和C中示出的颜色分离滤光片排列的CCD固态成像器件构造的一个例子的示例图(透视图)；

图46A和46B是刻意(conscious)降低分辨率的像素排列的第一个例子的示例图；

图47是黑色滤光片的透射光谱特性的一个例子的示图；

图48A和48B是刻意降低分辨率的像素排列的第二个例子的示例图；

图49A、49B和49C是刻意降低分辨率的像素排列的第三个例子的示例图；

图50A和50B是刻意降低分辨率的像素排列的第四个例子的示例图；

图51A和51B是刻意降低分辨率的像素排列的第五个例子的示例图；

图52A和52B是刻意降低分辨率的像素排列的第六个例子的示例图；

图53A和53B是日本未审专利申请公开No.2004-103964中公开的传感器结构的示例图；

图54是示出根据本发明的第七个实施例的固态成像器件构造的示意图(平面示意图)；

图55是图54中示出的固态成像器件的剖视图；

图56是势能分布示图；

图57是示出根据本发明的另一个实施例的固态成像器件构造的示意图(剖视图)；

图58是示出包括通过与用于图57中示出的图态成像器件的方法不同的方法形成的单晶层的固态成像器件构造的示意图(剖视图)；

图59是示出根据本发明的另一个实施例的固态成像器件构造的示意图(平面示意图)；

图60A是常规固态成像器件的势能分布的示图；

图60B是包括形成在表面上的p+层的结构的势能分布的示图。

具体实施方式

下面，将参照附图来详细描述本发明的实施例。

《叠置介电膜图像传感器的原理》

图1是应用叠置介电膜将电磁波色散(dispersing)为预定波长的光谱图像传感器的原理示例图。这里，对其中光作为电磁波的一个例子被色散成预定波长的光谱图像传感器作一描述。

在图1中，参考数字1表示叠置介电膜，参考数字10表示光谱滤光片。

如图1所示，叠置介电膜1是叠置构件，其具有叠置相邻两者之间具有不同(折射率差为Δn)折射率nj(其中j是2或更大的正整数)且各自具有预定厚度的多层的结构。结果是，叠置介电膜1具有如下所述的电磁波的预定波长范围组分被反射、且剩余项被透射的特性。

计数构成叠置介电膜1的介电层1_j，例如除两侧上的厚层(层1_0和1_k)以外从第一层到第k层侧。叠置介电膜1大致包括除两侧上的厚层(层1_0和1_k)以外的层。

当光入射到具有上述结构的叠置介电膜1上时，由于叠置介电膜1中的干涉引起反射率(或透射系数)呈现出对波长λ一定的相关性。随着光的折射率差Δn增大这种效应变得显著。

特别地，当叠置介电膜1具有周期结构或诸如白光等的入射光L1的一定条件下(例如，各层厚度为d的d～λ/4n条件)，有效增大了特定波长范围光的反射率，主要产生反射光组分L2。即，降低了透射系数。降低其它波长范围光的反射率，主要产生透射光组分L3。换句话说，会增大透射系数。

波长λ是一定波长范围的中心波长，n是该层的折射率。在本发明的一个实施例中，通过利用叠置介电膜1中反射率(或透射系数)对波长的相关性实现光谱滤光片10。

<应用叠置介电膜的光谱图像传感器的基本结构>

图2是应用叠置介电膜的光谱图像传感器的基本结构的原理示例图。图2示出入射光被色散成为红外光IR(红外)和可见光VL(可见光)的一个例子。形成叠置介电膜1使得在波长长于可见光VL的红外范围中波长λ(主波长侧长于780nm)的红外光具有高反射率。在这种情形中，滤除红外光IR。当不形成该叠置介电膜1时，会透射红外光IR。

由于叠置介电膜1包括多层，至少两种类型的构件(材料层)应用于各个介电层1_j。当应用三个更多层时，各个介电层1_j可应用不同的材料层或交替或以任意期望次序叠置两(或更多)层。可替换地，叠置介电膜1可以包括第一和第二基层材料并可以部分被第三(或更多)材料层代替。这将在下面具体描述。

<应用叠置介电膜的多波长光谱图像传感器结构>

图3是将包括图2中示出的光谱图像传感器10的光谱图像传感器11的基本结构应用到多波长光谱分离的结构的一个例子的示图。

在图3中，参考数字1表示叠置介电膜；参考数字11，光谱图像传感器；参考数字12，单位像素矩阵。

参照图2描述，通过形成叠置介电膜1滤除红外光IR，不形成叠置介电膜1透射红外光IR。应用这个事实，规则除去与对应于各个波长的多个探测部件(例如光电二极管)位置对准的叠置介电膜1部分，探测部件构成单位像素矩阵12。即，在每个像素(单元)中，滤除或不滤除红外光使得同时仅可见光VL成像和仅红外光IR成像或同时仅可见光VL成像和红外光IR和可见光VL的混合光成像。

可以在白天不受红外光IR影响地得到单色图像或彩色图像，或可以在晚上进行红外光IR成像。根据要求，可以同时输出两种图像。在这种情形中，可以在白天不受可见光VL影响地得到仅有红外光IR的图像。

换句话说，在对应于多波长光谱分离的光谱图像传感器11中，在构成其中像素规则排列的单位像素矩阵12的每个像素主要部分的光电二极管上形成用于反射红外光IR的叠置介电膜1，在从像素得到的像素信号的基础上不受红外光IR影响地单独得到可见光VL的单色图像。不同于日本未审专利申请公开No.2002-142228中公开的结构，可以不在可见光VL和红外光IR之间进行算术操作而获得大致不受红外光IR影响的可见光VL的单色图像。

而且，作为用于将波长范围组分分离为预定的波长范围组分的光学构件的一个例子，可以在其上形成叠置介电膜1的每个光电二极管上设置在可见光VL范围中具有预定波长透射特性的彩色滤光片14。在这种情形中，可以大致不受红外光IR影响地仅得到可见光VL范围中特定波长范围的图像。

当在对应各个波长(各个颜色)的多个光电二极管上整体上与各个光电二极管位置对准地规则排列在可见光范围具有不同波长透射特性的彩色滤光片14x时，光电二极管构成单位像素矩阵12，可见光VL范围会被分离成各个波长(各个颜色)。因此，通过基于从各个颜色像素的像素信息的合成处理可以仅获得大致不受红外光IR影响的可见光VL的彩色图像(可见彩色图像)。不同于日本未审专利申请公开No.2002-142228中公开的结构，可以不在可见光VL和红外光IR之间进行算术操作而获得大致不受红外光IR影响的可见光VL的彩色图像。

在同一成像器件(光谱图像传感器11)中，例如当单位像素矩阵12包括其中没有形成叠置介电膜11的像素时，通过像素输出的矩阵操作可以始终单独获得可见光VL和红外光IR的单色或彩色图像。另外，由于部分除去整体上形成在每个光电二极管上的叠置介电膜1，不同于其中在成像器件上排列包括各个叠置介电膜1但不包括叠置介电膜1的分离光学构件情形中，不会出现对准的问题。

例如，可以同时得到仅大致不受红外光IR影响的可见光VL的图像(单色图像或彩色图像)和红外光IR和可见光VL的混合光的图像。另外，通过仅可见光VL和红外光IR和可见光VL的混合光的组分的合成处理(具体，差额处理)可以仅得到大致不受可见光VL影响的红外光IR的图像。

考虑到用语“大致不受影响”最终取决于人的视力，一定程度上可以存在通常人眼观察不到显著差额的光的影响。换句话说，对于红外光IR侧，可能得到其中透射波长范围(可见光VL)可以忽略不计的红外图像(物理信息的一个例子)。对于可见光VL侧，可能得到其中反射波长范围组分(红外光IR)可以忽略不计的常规图像(物理信息的一个例子)。

彩色滤光片14可以是用于蓝色组分B(例如在波长λ＝400～500nm处透射系数约为1，在其它波长处透射系数大致为零)、绿色组分G(例如在波长λ＝500～600nm处透射系数约为1，在其它波长处透射系数大致为零)、或红色组分R(例如在波长λ＝600～700nm处透射系数约为1，在其它波长处透射系数大致为零)的原色滤光片，组分B、G、和R是可见光VL(波长λ＝380～780nm)的三原色组分。

可替换地，彩色滤光片14可以是用于黄色组分Ye(例如在波长λ＝400～500nm处透射系数大致为零，在其它波长处透射系数约为1)、绛红色组分Mg(例如在波长λ＝500～600nm处透射系数大致为零，在其它波长处透射系数约为1)、或青色组分Cy(例如在波长λ＝600～700nm处透射系数大致为零，在其它波长处透射系数约为1)的互补色滤光片。互补色滤光片对于可见光的三原色组分具有大致为零的透射系数。

互补色滤光片具有比原色滤光片更高的灵敏度，由此应用其中在可见光范围中透射光具有对应原色之一的互补色的互补色滤光片可以增大成像器件的灵敏度。相反，原色滤光片的应用具有优点：即使不经差额处理也可以得到原色的信号，从而简化了信号处理。

术语“透射系数约为1”指其中一定波长范围中的透射系数远大于其它波长范围中的透射系数的理想状态。透射系数不必为“1”。类似地，术语“透射系数大致为零”指其中一定波长范围中的透射系数远小于其它波长范围中的透射系数的理想状态。透射系数不必为“大致为零”。

在原色系统或互补色系统中，可以不考虑是否穿过其作为反射波长范围组分的红外光范围IR，即不考虑红外光IR的透射，而透射其作为透射波长范围组分的可见光VL范围之内的预定颜色(原色或互补色)的波长范围组分。这是因为叠置介电膜1滤除了红外光IR组分。

例如，如图3所示，不仅在包括四个像素(单元)的单元像素矩阵12中的像素12IR上形成叠置介电膜1，而且在其它颜色红(R)、绿(G)、和蓝(B)像素12R、12G、和12B上分别形成叠置介电膜1。此外，还在各个叠置介电膜1上分别设置红(R)、绿(G)、和蓝(B)三原色滤光片14R、14G、和14B。

如图3中所示，为了增大灵敏度，在没有叠置介电膜1的像素12IR上不排列彩色滤光片14C，从而不仅红外管IR而且可见光VL同时形成信号。在这种情形中，可以允许用于红外光的像素12IR大致作为用于红外光IR和可见光VL的像素，而不仅仅用于红外光IR。

特别地，包括四个像素的单位像素矩阵12被分成像素12R、12G、12B、和12IR，从而可以不需任何间隔地形成成像器件(光谱图像传感器11)的整体结构，从而易于设计。

在这种情形中，在从三个像素12R、12G、12B分别获得的红(R)、绿(G)、和蓝(B)颜色组分的基础上合成图像，由此可以大致不受红外光IR影响地得到可见光VL彩色图像(即常规彩色图像)。同时，可以在从像素12IR得到的红外光IR和可见光VL的混合组分的基础上得到红外光IR的图像。

术语“红外光IR的图像”意味着大致不受可见光VL影响的仅红外光IR的图像或红外光IR和可见光VL的混合光的图像。在图3示出的结构中，为了仅得到大致不受可见光VL影响的红外光IR的图像，期望得到红外光IR和可见光VL的混合光组分和从三个像素12R、12G、12B分别获得的每个红(R)、绿(G)、和蓝(B)颜色组分的差异。这是因为，如下所述，即使当不设置绿色滤光片12G或黑色滤光片14BK时，通过从接收可见光VL和红外光IR的像素12IR的输出减去从三个像素12R、12G、12B分别获得的蓝、红、和绿光的强度来确定红外光的强度。

考虑其中同时得到大致不受可见光VL影响的仅红外光IR的图像的一个应用中，诸如光通信应用或通过跟踪红外发光点探测位置的应用，可以在像素12IR上排列彩色滤光片14C，彩色滤光片至少透射其为反射波长范围组分的红外光IR并透射其为透射波长范围组分的可见光VL的预定波长组分。

例如，当作为彩色滤光片C设置传输红外光IR和绿光G的绿色滤光片14G时，从像素12IR获得红外光IR和绿色可见光LG的混合组分。然而，通过获取从像素12G得到的仅绿色组分可见光的差额，可能得到大致不受可见光(这种情形中的绿光G)影响的仅红外光的图像。虽然优选设置绿色滤光片14G，但是与不需验证(proving)绿色滤光片14G而减去从三个像素12R、12G、和12B分别获得的蓝、红、和绿光强度的情形相比，就简化了处理。

可替换地，可以设置透射红外光和仅吸收可见光VL的黑色滤光片14BK作为彩色滤光片14C。在这种情形中，黑色滤光片14BK吸收可见光VL，以从像素12IR仅得到红外光组分IR，从而即使在不进行差额处理时得到大致不受可见光VL影响的仅红外光IR的图像。

目前通常使用的每个R、G、和B彩色滤光片在可见光带对于R、G、或B具有高透射系数而对其它颜色具有低透射系数(例如，在R彩色滤光片情形中的G和B)。然而，可见光带以外的光的透射系数是不明确的且通常高于其它颜色(例如在R彩色滤光片情形中的G和B)。例如，每个滤光片具有红外范围的灵敏度并透射红外范围的光。然而，在该实施例中，即使当可见光带以外的透视系数很高时，也不会存在影响。

《叠置介电膜的设计方法，红外滤除的一个例子》

<厚度dj的设计方法>

图4～6是叠置介电膜1的设计方法的基本原理的示例图。这里，描述一个设计的例子，其中叠置介电膜1包括第一和第二基层材料，并选择性反射红外光IR。

如图4的结构图所示，在本实施例应用的叠置介电膜1中，叠置各个由第一或第二材料层构成的多个介电层1_j，介电层1_j两侧(入射侧称为“层0”，相对侧称为“层k”)被保持在厚氧化硅SiO₂层(下文中称为“SiO₂”)之间。在图4示出的例子中，通常的材料用作介电层1_j的第一和第二材料层。具体地，氮化硅Si₃N₄层(下文中称为“SiN”)和氧化硅SiO₂分别用作第一材料层和第二材料层，并交替叠置。还设想在叠置介电膜1结构上方或下方排列足够厚的氧化硅SiO₂层(d0＝dk＝∞)。

当该叠置介电膜1满足等式(1)时，可以有效增大反射率。

等式1：

dj＝λ₀/4nj...(1)

在该等式中，dj(下文中j是层数)表示构成叠置介电膜1的各个介电层1_j的厚度，nj表示各个介电层1_j的折射率，λ₀表示反射波长范围的中心波长(下文中称为“反射中心波长”)。

除两侧的厚氧化硅SiO₂层以外从第一层到第k层计数构成叠置介电膜1的介电层1_j。例如，介电层1_j包括含有按照从第一到第k层次序的一个SiN层、一个SiO₂层、和一个SiN层的三层，或含有一个SiN层、一个SiO₂层、一个SiN层、一个SiO₂层、和一个SiN层的五层。图4示出一个七层结构。

此外，当其为反射波长范围的红外光IR的反射中心波长λ0为900nm时，奇数层氮化硅的折射率nα为2.03，第0、偶数和第k层氧化硅SiO₂的折射率nβ为1.46，折射率差Δn为0.57。

根据等式(1)，氮化硅SiN的厚度dα(＝d1、d3、...、j＝奇数)为111nm，氧化硅SiO₂的厚度dβ(＝d2、d4、...、j＝偶数)为154nm。

图5示出对于采用通常材料的图4中示出结构通过有效菲涅耳系数法计算得出的反射率R的结果(反射光谱图表)。该图表示出反射光谱对于层数的相关性。

图5中示出的结果表示当层数增加时，反射率R随红外光IR的反射中心波长λ0 900nm处的中心点而增大。而且，通过选择波长900nm作为反射中心波长λ0发现，可以大致分离红外光IR和可见光VL。还发现当具有五或更多层时，反射率R为0.5或更大，特别当具有七或更多层时，反射率有望超过0.7。

图6是对于介电层1_j的厚度变化相关性(相对变化)的示例图。图6示出在包括七层的例子中各个介电层1_j的厚度dj变化±10％时的计算结果(反射光谱图表)。

根据条件等式(1)，由菲涅耳系数法得到理论计算值。然而，实际上，等式(1)的条件是简单的和变化的。例如，由菲涅耳系数法计算发现即使当厚度dj具有±10％的误差时，仍能有效地增大反射率。

例如，图6表示出即使当厚度dj变化时，仍有效地增大了反射率R。具体地，在红外光IR的反射中心波长λ0 900nm处得到0.5或更大的足够的反射率R，且在整个红外范围IR(主要在780nm或更长波长侧)反射率很高。因此，当实际考虑具有下面等式(2)范围内的厚度dj的各个介电层1_j的变化时，可以得到有效增大了反射率的充分效果。

等式2：

0.9×λ0/4n≤dj≤1.1×λ0/4n...(2)

<反射中心波长λ0的设计方法>

图7～9是反射中心波长λ0的条件示例图。厚度dj的数字条件决定于光谱的红外反射范围中的带宽ΔλIR。如图7(A)中示出的反射光谱的原理所示，当红外反射范围中的带宽ΔλIR较宽时，除非中心波长λ0转换到更长的波长侧可见光VL的反射将变得显著。如图7(B)中示出的反射光谱的原理所示，当红外反射范围中的带宽ΔλIR较窄时，除非中心波长λ0转换到更短的波长侧在接近可见光VL的红外范围中不会发生可见光VL的反射。

硅Si的吸收光谱曲线表示出当红外范围中0.78μm≤λ≤0.95μm范围的红外光IR被反射时，红外滤除效应将变得令人满意。这是因为波长长于0.95μm的光在硅Si中吸收得很少，并不经历光电转换。因此，优选选择中心反射波长使得波长在0.78μm≤λ≤0.95μm范围的红外光IR被反射。

由于红(R)范围中649nm～780nm范围的可见光VL具有低的可见度，色因此成像器件可以不受光反射的影响。因此，即使当640nm～780nm波长范围发生了反射，也不会出现任何问题。

而且，随着叠置介电膜1的折射率差额Δn变大，红外反射范围中的带宽ΔλIR变宽，反之随着叠置介电膜1的折射率差额Δn变小，红外反射范围中的带宽ΔλIR变窄。因此，在SiN/SiO₂多层膜情形中，红外反射范围中的带宽ΔλIR变窄，而在Si/SiO₂多层膜情形中，红外反射范围的带宽ΔλIR变宽。

作为结果，在SiN/SiO₂多层膜(折射率差额Δn＝0.57)情形中，对于图8反射光谱图表所示出的反射中心波长λ0 780nm和950nm的计算显示出在780nm≤λ0≤950nm的范围内大致满足上述条件。图8示出反射率R的计算结果，使得仅通过改变图13中示出的叠置结构中各个介电层1_j的厚度dj得到780nm和950nm的反射中心波长λ0，其将在下面描述。

类似，在Si/SiO₂多层膜(折射率差额Δn＝2.64)情形中，图9的反射光谱图表显示出在900nm≤λ0≤1100nm的范围内大致满足上述条件。

因此，在氮化硅SiN、硅Si、和氧化硅SiO₂的组合中，优选反射中心波长λ0满足下面的等式(3-1)，更优选满足等式(3-2)。这意味着反射中心波长λ0理论上接近900nm。

等式3：

780nm≤λ0≤1100nm    ...(3-1)

850nm≤λ0≤1000nm    ...(3-2)

当然，上述材料仅仅是例子，可以通过氧化硅SiO₂和氮化硅SiN层组合以外的材料组合获得上述效果。从计算估计通过选择材料可以得到相同效果使得折射率差额为0.3或更大，更优选0.5或更大。

例如，可以根据形成条件稍微变化SiN膜的组成。适用于构成叠置介电膜1的介电层1_j的材料的例子除氧化硅SiO₂和氮化硅SiN以外，包括氧化物，诸如氧化铝Al₂O₃、氧化锆ZrO₂(折射率2.05)、氧化钛TiO₂(折射率2.3～2.55)、氧化镁MgO、和氧化锌ZnO(折射率2.1)；树脂材料，诸如聚碳酸酯(折射率1.58)和丙烯酸树脂PMMA(折射率1.49)；和半导体材料，诸如碳化硅SiC(折射率2.65)和锗Ge(折射率4～5.5)。

使用树脂材料，可以形成具有不同于常规玻璃光学滤光片特性的光学滤光片。即，塑胶光学滤光片重量轻病具有优异的耐久性(高温、高湿和撞击)。

可替换地，为了有效降低暗电流，可以将由具有宽能带隙的材料制成的单晶层粘结到其中形成光电转换器的半导体层(半导体衬底、半导体外延层、半导体衬底和形成在其上的半导体外延层等)的表面，从而形成高势垒。

例如，当将碳化硅SiC层粘结到其中形成光电转换器的n型Si层表面，SiC带宽2.2eV，如图56的深度方向势能分布所示势垒变成1.5eV。在这种情形中，势垒高于图60A和60B中示出的情形，从而降低了暗电流。

根据上述费米-迪拉克分布函数，室温下暗电流降低了约12位。

当降低暗电流时，也要降低噪声以增大S/N比。结果是，随着入射光量变小，即使在通过放大器被放大信号时，噪声也变得不太明显。

宽能带隙材料的可能例子包括各种材料。

例如，通过改变诸如化合物半导体的混晶系的组成比改变能带隙。混晶系的例子包括AlGaInP混晶、SiC混晶、ZnCdSc混晶、和AlGaInN混晶。

当硅层用作其中形成光电转换器的半导体层时，考虑生产的简易等优选应用同一VI族元素的SiC系。

然而，硅和SiC之间晶格失配具有高的绝对值，并由此在结界面处易于发生位错(misfit dislocation)。晶格失配由以下等式(等式11)限定：

等式11：

$\mathrm{\&Delta;a}=\frac{a_{\mathrm{SiC}}-a_{\mathrm{Si}}}{a_{\mathrm{Si}}}$

其中a_SiC和a_Si分别是SiC和Si的晶格常数。

为了防止位错的出现，例如可以将SiC膜的厚度大约降低至临界厚度或更小。例如，由实验发现SiC膜的厚度优选降低至30nm或更小。

还发现当SiC中C的组成比高时，例如SiC∶C为1∶1，优选厚度进一步降低至15nm或更小。

而且，可以将Ge添加到SiC以形成SiGeC混晶，用于降低晶格失配Δa的绝对值。

表1示出Si、Ge、和C晶体结构的晶格常数。

         表1

	晶体结构	晶格常数()
			Si	金刚石	5.43095
Ge	金刚石	5.64613

C

金刚石

3.56683

表1表示在SiC系中，由于C的晶格常数小于Si，增大了晶格失配Δa的绝对值。

因此，通过在SiC中混合晶格常数大于Si的Ge，一定程度上降低了晶格失配Δa的绝对值。

即使当使用SiGeC形成单晶层时，单晶层的厚度优选为30nm或更小，更优选15nm或更小。

由于不含有C的SiGe具有比Si窄的能带隙，当SiGe系用作单晶层时优选添加C。

如上所述，通过添加Ge形成SiGeC混晶可以增大结晶度。然而，可以通过其它方法增大结晶度。

即，可以在诸如Si层等的半导体层和诸如SiGeC层等的单晶层之间插入至少一厚度小于等于15nm的紧超晶格层。紧超晶格层释放应力并除去平面方向中的位错，从而增大结晶度。在这种情形中，超晶格薄膜可以是具有不同于Si的晶格常数的任一膜。换句话说，例如当在Si衬底上形成具有不同组成定量的多个SiGeC系层时，可以得到如上所述的相同效果。

为了得到包括上述化合物之一的单晶层的薄膜，可以应用任意一般晶体生长方法，诸如CVD(化学气相淀积)法、MOCVD(金属-有机物CVD)法、等离子体CVD法、MBE(分子束外延)法、激光磨损法、溅射法等。

可替换地，可以在硅表面上淀积诸如碳等的含碳材料，并接着退火以使硅表面碳化，从而在表面上形成SiC层。

如上所述，当具有宽能带隙的单晶层过厚时，单晶层和半导体层之间出现位错。因此，厚度优选为几十nm或更小。

另一方面，当该层过薄时，发生隧道效应，由此该层不足以用作势垒。因此，厚度优选为2nm或更大，更优选5nm或更大。

当宽能带隙层是非晶层或多晶层，而非单晶层时，在该层和排列在其下方的半导体层之间的界面处形成电平，从而不合需要地不能充分降低暗电流。

《应用叠置介电膜的光谱图像传感器：第一实施例》

图10～14是根据本发明的第一实施例对应于应用叠置膜的单波长光谱分离的光谱传感器11的示例图。第一实施例采用用于设计应用叠置介电膜的光谱图像传感器的基本方法。这里将对光谱传感器11的一个设计例子作一描述，其中选择性反射红外光IR的叠置介电膜1用于滤除红外光IR和接收可见光VL。

当在其上形成了诸如硅(Si)光探测器等探测元件的半导体器件层上形成参照图4～6所述的叠置介电膜1时，半导体层具有高于叠置介电层1的各个介电层1_j的折射率、半导体层和叠置介电膜1之间的距离即包括氧化硅SiO₂层的第k介电层1_k的厚度dk都是非常重要的。

这意味着在如图10所示的结构图中，全反射光LR_total随着与从硅衬底1_ω表面，也就是由例如硅Si(折射率4.1)构成的半导体器件层(光探测器等)的表面的反射光L4的干涉效应而变化。

图11是示例全反射光LR_total对于包括氧化硅SiO₂的介电层1_k的厚度dk变化的相关性的光谱图表。图11示出随着具有图4所示的七层结构的叠置介电膜1中介电层1_k的厚度dk变化的计算结果。在图11的各个光谱中，波长(μm)示作横坐标，反射率R示作纵坐标。

图11的光谱表示当厚度dk为0.154μm，即当厚度满足红外光IR反射中心波长λ0的条件等式(1)时，反射光谱几乎不受影响，红外光IR(波长λ≥780nm)被强反射。相反，当厚度dk为0.3～50μm时，与具有厚度dk＝∞的反射光谱相比发生其它变化。因此发现具有其中红外光反射以倾角(dip)形式降低的波长范围。

然而，当厚度dk为2.5μm或更大时，红外反射中各倾角的半宽为30nm或更小，特别当厚度为5.0μm或更大时，半宽为20nm或更小。结果是，充分降低通常宽度(broad)自然光的半宽以产生平均反射率。而且，厚度dk为0.3～1.0μm的光谱显示出可见光VL的反射率很高。从这些结果推知最佳厚度dk优选接近0.154μm，即满足条件等式(1)的值。

图12是示例对于包括氧化硅SiO₂层的介电层1_k的厚度dk变化的相关性的光谱图表。特别，图12示出随着在厚度dk为0.154μm附近范围内的厚度dk变化的结果。在图12的各个光谱中，波长(μm)示作横坐标，反射率R示作纵坐标。

结果表示，在以满足条件等式(1)的厚度dk 0.154μm为中心的厚度dk0.14～0.16μm的范围内，抑制了可见光VL的反射。

因此，光谱图像传感器11的最佳结构大致包括叠置介电膜1A，其具有包括第k介电层1_k的八层，如图13的结构图所示。图14是示出叠置介电膜1A的反射光谱的计算结果的光谱图表。换句话说，叠置介电膜1A具有包括在硅衬底1_ω上以四个周期设置氧化硅SiO₂作为第二材料层的结构。

《应用叠置介电膜的光谱图像传感器：第二实施例》

图15～18是根据本发明的第二实施例对应于应用叠置膜1的单波长光谱分离的光谱传感器的示例图。第二实施例采用第一实施例设计方法的第一改进例。在参照图10～14的上述方法的基础上，进行改进以降低可见光范围的反射。

在第一改进例中，在第k介电层1_k和硅衬底1_ω之间插入第三材料层，第三材料层具有介于第k介电层1_k的折射率和硅衬底1_ω的折射率(＝4.1)之间的中间折射率。

此外，根据改进在设计叠置介电膜1的第一到第七层的常数(constants)中，红外光IR的反射中心波长λ0从900nm变化到较低的波长，例如852nm，氮化硅SiN的厚度dα(＝d1、d3、...；j＝奇数)为105nm，氧化硅SiO₂的厚度dβ(＝d2、d4、...；j＝偶数)为146nm。这是因为新插入薄SiN层(30nm)以降低可见光的反射率，降低可见光和红外光之间780nm边界处附近的反射率。因此，全部被转换到更低波长侧以补偿反射率的这些降低，并提高边界附近红外光的滤除效率。当然，红外光IR的反射中心波长λ0可以保持在900nm处。

具体地，在图15示出的第一改进例结构中，在氧化硅SiO₂第k层和硅衬底1_ω之间插入作为第三材料层的具有相对小厚度dγ的氮化硅SiN薄层1_γ。在该例子中，厚度1_γ为0.030μm。图16示出反射光谱的计算结果。

在第一改进例中，并入的第三材料层与第一材料层氮化硅SiN相同。然而，可以使用具有高于硅衬底1_ω的折射率的任一其它构件。

具有第一改进例的叠置介电膜1的光谱图像传感器11大致包括具有九层结构的叠置介电膜1B，该结构包括作为整体叠置介电膜1、第k介电层1_k(氧化硅SiO₂层)和氮化硅SiN层1_γ的七层。

而且，在图o17示出的第二改进例结构中，在第一改进例中插入的第三材料层和硅衬底1_ω之间插入具有低于第三材料层的折射率的第四材料层。具体地，在作为第三材料层的具有厚度dγ的氮化硅SiN层1_γ和硅衬底1_ω之间插入氧化硅SiO₂层1_δ。第四材料层的厚度dδ为0.010μm。图18示出反射光谱的计算结果。

在第二改进例中，并入的第四材料层与第二材料层氧化硅SiO₂相同。然而，可以使用具有低于第三材料层(在该例子中，氮化硅SiN)的折射率的任一其它构件。

具有第二改进例的叠置介电膜1的光谱图像传感器11大致包括具有十层结构的叠置介电膜1C，该结构包括作为整体的叠置介电膜1、第k介电层1_k(氧化硅SiO₂层)、氮化硅SiN层1_γ、和氧化硅SiO₂层1_δ的七层。换句话说，叠置介电膜1C具有在硅衬底1_ω上以五个周期设置氧化硅SiO₂作为第二材料层的结构。

第一和第二例子的不同在于氧化硅SiO₂层1_δ的存在，但是图16和18表示在两个例子中，充分降低了可见光VL的反射率。另外，在第二例子中，得到了通过增加氧化硅SiO₂层1_δ降低暗电流的效果。两层厚度之间的关系优选dδ＜＜dγ，使得不会由于增加氧化硅SiO₂层1_δ引起降低增加氮化硅SiN层1_γ的效果。

以这种方式，当在氧化硅SiO₂第k层和硅衬底1_ω之间加入作为中间层的氮化硅SiN薄层1_γ时，中间层包括具有介于折射率nk(＝nSiO₂)和折射率nω(＝nSi)之间的中间折射率nγ(＝nSiN)的构件，可以抑制可见光VL的反射。通过以下考虑可以理解这一点。

首先，假定可见光VL的波长为λVL，中间折射率为Nm，中间层的厚度为dm，从与等式(1)相同的低反射膜理论得到等式(4)。当满足等式(4)时，呈现出令人满意的效果。

等式4：

dm＝λVL/(4×Nm)         ...(4)

其中波长λVL表示整个可见光VL，由此由以下等式(5)给出波长范围：

等式5：

380nm≤λVL≤780nm       ...(5)

在第一和第二例子中，作为中间层增加氮化硅SiN层1_γ并具有折射率nγ(＝nSiN＝Nm)。因此，表示波长范围的等式(5)变化为表示中间层得厚度dm，即氮化硅SiN层1_γ的厚度dγ的等式(6)。

等式6：

47nm≤dm≤96nm           ...(6)

47nm≤dγ≤96nm          ...(6)

虽然中间层的厚度dm理论上满足等式(6)，但是厚度dm可以稍微从其有所偏离。根据实验，允许具有更小的厚度dm。图16和18证实了例如当厚度dm为30nm时呈现出效果。当然，由于在氧化硅SiO₂第k层和硅衬底1_ω之间插入中间层(第三材料层)，中间层厚度的下限大于0nm(0nm除外)。即，当在氧化硅SiO₂第k层和硅衬底1_ω之间插入中间层时，中间层的厚度dm和dγ优选满足等式(7)。

等式(7)：

0nm≤dm≤96nm           ...(7)

0nm≤dγ≤96nm          ...(7)

《应用叠置介电膜的光谱图像传感器：第三实施例》

图19～24是根据本发明的第三实施例对应于应用叠置膜1的单波长光谱分离的光谱滤光片10和光谱图像传感器11的示例图。图19～22是构成根据本发明的第三实施例的光谱滤光片10的叠置介电膜1，图23和24是根据本发明的第三实施例对应于应用叠置膜1的单波长光谱分离的光谱图像传感器的示例图。

在第三实施例中，应用第一实施例设计方法的第二改进例，降低叠置介电膜1的介电层1_j的数目。为了降低介电层的数目，增加具有高于构成叠置介电膜1的第一和第二基层材料的折射率的构件(材料层)。

为了增加具有较高折射率的构件，可以用具有更高折射率的第五材料层代替具有较高折射率的两个基层材料。第二改进例的叠置介电膜1成为大致包括第五材料层1_η的叠置介电膜1D。换句话说，叠置介电膜1D具有在硅衬底1_ω上以N个周期设置氧化硅SiO₂作为第二材料层的结构。

对于第五材料层的厚度dη，假定第五材料层的折射率为nη，从与等式(1)相同的低反射膜理论得到等式(8)。当满足等式(8)时，呈现出令人满意的效果。

等式(8)：

dη＝λ0/(4nη)        ...(8)

例如，在结构图图19示出的例子中，增加具有61nm的厚度dη和高于氮化硅SiN和氧化硅SiO₂的折射率4.1的硅Si层作为第五材料层代替一个氮化硅SiN层(第三介电层1_3)。图20中示出反射光谱的计算结果。

图20示出当用硅Si层代替具有总层数为奇数的叠置介电膜1中心处的氮化硅SiN时，随着总层数变化的计算结果。

在图19中，设计叠置介电膜1的各层的常数时，红外光IR的反射中心波长λ0从900nm变化到1000nm，氮化硅SiN的厚度dα(＝d1、d3、...；j＝奇数)为123nm，氧化硅SiO₂的厚度dβ(＝d2、d4、...；j＝偶数)为171nm。

在结构图图21示出的例子中，设计叠置介电膜1的各层的常数时，红外光IR的反射中心波长λ0为900nm，氮化硅SiN的厚度dα(＝d1、d3、...；j＝奇数)为111nm，氧化硅SiO₂的厚度dβ(＝d2、d4、...；j＝偶数)为154nm。此外，增加具有55nm厚度dη的硅Si层作为第五材料层代替一个氮化硅SiN层。反射光谱的计算结果如图22中所示。

增加到第二改进例的第五材料层与构成半导体元件层的硅衬底1_ω相同。然而，具有高于其它介电层1_j的折射率的任意其它构件可以构成叠置介电膜1。

图20和22中示出的反射光谱的计算结果表示，即使具有很小数目的介电层，通过在叠置介电膜1中增加具有高于除第五材料层之外的介电层1_j的折射率的材料层可以得到足够的反射率。特别，由于可见光VL宽的带宽，五层结构用于可见光VL和红外光IR之间的分离最佳。

参照图10～12的第一实施例中的如上描述，为了在半导体元件层(硅衬底1_ω)上形成叠置介电膜1D，半导体元件层和叠置介电膜1D之间的距离即氧化硅SiO₂第k介电层1_k的厚度dk，是非常重要的。

这意味着如图23所示的结构图中，全反射光LR_total随着与从硅衬底1_ω表面，其是由例如硅Si(折射率4.1)构成的半导体元件层(光探测器等)的表面，的反射光LR的干涉效应而变化。

图24是示例全反射光LR_total对于具有如图21所示五层结构的叠置介电膜1D中氧化硅SiO₂介电层1_k的厚度dk变化的相关性的反射光谱图表。在图24的各个光谱中，波长λ(μm)示作横坐标，反射率R示作纵坐标。

图24的光谱表示当厚度dk为0.15μm，即当厚度dk接近满足红外光IR反射中心波长λ0的条件等式(1)的0.154μm时，反射光谱几乎不受影响，红外光IR(波长λ≥780nm)被强反射。相反，当厚度dk为0.3～50μm时，与具有厚度dk＝∞的反射光谱相比发生其它变化。因此发现具有其中红外光反射以倾角(dip)形式降低的波长范围。这与如上参照图11和12的第一实施例中的描述相同。

《应用叠置介电膜的光谱图像传感器：第四实施例》

图25和26是根据本发明的第四实施例对应于应用叠置膜1的单波长光谱分离的光谱图像传感器11的示例图。

第四实施例是其中降低了构成叠置介电膜1的介电层1_j的数目的第三实施例的改进例。在第四实施例中，进一步降低了层数。具体地，为了降低层数，增加了具有高于构成叠置介电膜1的第一和第二基层材料的折射率的多个构件(材料层)。当增加具有较高折射率的多个构件时，可以用具用更高折射率的第五材料层代替两个基层材料之一，其具有较高的折射率。该改进例的叠置介电膜1是具有大致包括多个第五材料层1_η结构的叠置介电膜1E。

与第三实施例相似，作为多个第五材料层1_η，可以使用高于构成叠置介电膜1的其它介电层1_j的折射率的任意构件作为基材。多个第五材料层可以相同或不同。

至于第五材料层的厚度dηp，假定第五材料层的折射率是nηp，从与等式(1)相同的低反射膜理论得到等式(9)。当满足等式(9)时，显示出令人满意的效果。

等式(9)：

dηp＝λ0/(4nηp)      ...(9)

例如，在结构图图25示出的例子中，形成具有三层结构的叠置介电膜1E，设置两个各具有厚度dη61nm和高于氮化硅SiN和氧化硅SiO₂的折射率4.1的硅Si层作为第五材料层代替氮化硅。图20中示出反射光谱的计算结果。换句话说，叠置介电膜1E具有在硅衬底1_ω上以四个周期设置氧化硅SiO₂层作为第二材料层的结构。

设计叠置介电膜1的各层的常数时，红外光IR的反射中心波长λ0为1000nm，第五材料层硅Si层的厚度dη(＝d1和d3)为61nm，两个氧化硅SiO₂层的厚度dβ(＝d2)和dk为171nm。

《应用叠置介电膜的光谱图像传感器：第五实施例》

图27和28是根据本发明的第五实施例对应于应用叠置膜1的单波长光谱分离的光谱图像传感器11的示例图。

与第二实施例类似，在第五实施例中，改进了第三或第四实施例的光谱图像传感器11以降低可见光范围的反射。

在结构图图27示出的例子中，在图25示出的第四实施例的叠置介电膜1E的中的第k介电层1_k和硅衬底1_ω之间插入第三材料层，第三材料层具有介于第k介电层1_k的折射率nk和硅衬底1_ω的折射率nω(＝4.1)之间的中间折射率。不同于第二实施例，在该实施例中，红外光IR的反射中心波长λ0保持在1000nm处。当然，与第二实施例类似，红外光IR的反射中心波长λ0可以变化至更低侧，而非1000nm。

具体，类似于第二实施例中的的第一改进例，在图27所示的结构中，在氧化硅SiO₂第k层和硅衬底1_ω之间淀积具有相对小厚度dν的氮化硅SiN层1_ν作为第三材料层。厚度dν为0.030μm。图28示出反射光谱的计算结果。改进例中光谱图像传感器11的叠置介电膜1是五层结构，其大致包括作为整体的叠置介电膜1、第k介电层1_k(氧化硅SiO₂层)和氮化硅SiN层1_ν的三层。

增加到该改进例的第三材料层与第一材料层氮化硅SiN相同。然而，可以应用具有高于硅衬底1_ω的折射率的任意其它构件。

虽然在图中未示出，与第二实施例的第二改进例中相似，可以在硅衬底1_ω和该改进例中插入的第三材料层之间插入具有低于第三材料层的折射率的第四材料层。

在任何情形中，类似于第二实施例，可以降低可见光VL范围的反射率。特别，稍微增大了蓝B组分(波长接近420nm)和绿G组分(波长接近520nm)的反射率，但是充分降低了红R组分(波长接近600nm)的反射率。因此，该例子适用于从红外光IR的分离。

<应用光谱图像传感器的成像器件：对应于CCD>

图29A、29B、和30是将上述任一实施例的光谱图像传感器11应用到使用行间转移(interline transfer)型CCD固态成像器件(IT_CCD图像传感器)的成像器件的电路图。成像器件100是根据本发明的一个实施例的物理信息获取装置的一个例子。

在这些图中，参考数字11表示光谱图像传感器；参考数字12，单位像素矩阵；参考数字100，成像器件；参考数字101，CCD固态成像器件；参考数字122，垂直转移CCD；参考数字124，读取门；参考数字126，水平转移CCD；参考数字128，输出放大器；参考数字140，图像信号处理部件；参考数字142，图像切换(switch)控制部件；和参考数字146，驱动控制部件。

与图3类似，图29A和29B示出用于探测红外光IR同时将可见光带VL分离成R、G、和B颜色组分，蓝光B、绿光G、和红光R的结构，其中独立探测可见光VL和红外光IR。单位像素矩阵12具有大致包括用于各个波长的像素(光电转换器)12B、12G、和12R、以及不具有叠置介电膜1的像素12IR的结构。

例如，如图29A所示，CCD固态成像器件101除单位像素矩阵12之外包括在垂直转移方向上设置的多个垂直转移CCD 122。垂直转移CCD 122的电荷转移方向，即图像信号的读取方向，与纵向方向(图29A中的X方向)一致。

而且，在各个垂直转移CCD 122和各个单位像素矩阵12之间放入用作读取门124(用于各个波长的124B、124G、124R和124IR)的MOS晶体管，并在各个单位单元(单位组分)的边界处设置沟道停止器(未示出)。

从图29A看出，一个单位像素矩阵12具有用于独立探测蓝光B、绿光G、红光R和红外光IR的结构，该结构大致包括用于各个波长(颜色)的像素124B、124G、124R和124IR。在成像区域110中，设置用于各个列的多个垂直转移CCD122，用于垂直转移由读取门124从传感器部件112读取的信号电荷，各传感器部件112包括单元像素矩阵12。

在彩色滤光片14的排列中，例如在硅衬底1_ω的光接收表面上、在垂直转移CCD 122的纵向方向(X方向)中、以蓝、绿、红、IR、蓝、绿、红、IR、...的次序，并还在相对于多个垂直转移CCD 122的同一方向(Y方向)、以蓝、绿、红、IR、蓝、绿、红、IR、...的次序，排列滤光片14。

在各个传感器部件112的各个单位像素矩阵12(像素12B、12G、12R和12IR)中，当向读取门124施加对应于读取脉冲ROG的驱动脉冲ΦROG时，积聚的信号电荷被读出至同一垂直列的垂直转移CCD 122。由基于例如3-至9-相垂直转移时钟Vx的驱动脉冲ΦVx驱动垂直转移CCD 122的转移，使得依次转移在水平熄灭周期(blanking period)部分中用于对应于垂直方向一个扫描行(一行)的各个部分的读取信号电荷。用于各个行的垂直转移称为“行移动”。

而且，在CCD固态成像器件101中，在多个垂直转移CCD 122的转移末端、即邻接垂直转移CCD 122的最后一行处设置预定方向(例如，横向)上以行排列的水平转移CCD 126(水平记录部件或水平转移部件)。由基于例如2-相水平转移时钟H1和H2的驱动脉冲ΦH1和ΦH2驱动水平转移CCD 126的转移，使得在水平熄灭周期(blanking period)之后的水平扫描周期中依次水平转移从多个垂直转移CCD 122行转移的的信号电荷。因此，设置对应于两相转移器的多个(两个)水平转移电极。

而且，在水平转移CCD 126的转移末端设置具有包括浮点放大器(floatingdiffusion amplifier)(FDA)的电荷-电压转换部件的输出放大器128。输出放大器128物理信息获取部件的一个例子，其中由水平转移CCD 126水平转移的信号电荷依次转换为电荷-电压转换部件中的电压信号、放大至预定电平、然后输出。电压信号根据来自物体的反射光量感应产生图像信号作为CCD的输出(V_out)。结果形成了行间转移型CCD固态成像器件11。

从输出放大器128感应产生作为CCD输出(V_out)的图像信号被输入至图29B所示的图像信号处理部件140。在图像信号处理部件140中，从作为信号转变控制部件的例子的图像切换控制部件142输入图像切换控制信号。由来自驱动控制部件146(驱动部件的一个例子)的驱动脉冲驱动CCD固态成像器件101。

图像切换控制部件142指令将图像信号处理部件140的输出转变为大致不受红外光IR影响的可见光VL单色或彩色图像、大致不受可见光VL影响的红外光IR图像、两个图像、或可见光VL和红外光IR的混合图像即增加了红外光IR亮度的假单色或假彩色图像。换句话说，图像切换控制部件142同时控制可见光VL图像及红外光IR的成像输出和转变成像输出。

该指令可由用于操作成像器件的外部输入给出，或者图像切换控制部件142可以指令通过应用不含红外光的可见光亮度的自动处理转变图像和从图像信号处理部件140输出。

例如，图像信号处理部件140执行用于同步各个像素的图像数据R、G、B、或IR的同步操作、用于修正由拖尾现象(smear phenomenon)和强光现象(blooming phenomenon)产生的色调噪声(stripe noise)的色调噪声修正操作、用于控制WB的WB(白平衡)控制操作、用于控制梯度(gradient)的伽马(gamma)修正操作、用于增进应用具有不同电荷存储时间的两个荧光屏的像素信息动态范围的动态范围增进操作、或用于产生亮度数据(Y)和颜色数据(C)的YC信号产生操作。结果是，在红(R)、绿(G)、和蓝(B)原色成像数据(R、G、B、IR像素数据)的基础上得到了可见光带VL图像(即常规像)。

图像信号处理部分140还应用红外光IR的像素数据产生红外光IR图像。例如，当在其中未形成叠置介电膜1的像素12IR中不设置彩色滤光片14C，使得红外光IR和可见光VL同时构成信号时，应用来自像素12IR的像素数据得到了高灵敏度的图像。可替换地，当设置绿色滤光片14G作为彩色滤光片14C时，得到了红外光IR和绿色可见光LG的混合图像。然而应用与从像素12G得到的绿色组分的差额得到仅红外光IR的图像。当设置黑色滤光片14BK作为彩色滤光片14C时，应用来自像素IR的像素数据得到仅红外光IR的图像。

如上所述产生的各个图像被发送至显示部件(未示出)并作为可见图像向操作者显示、直接存储在诸如硬盘器件等的存储器件中、或作为处理数据发送至其它功能部件。

图30示出用于独立探测可见光VL(蓝光、绿光、和红光)和红外光IR的结构。虽然没有描述细节，但是其基本构造与图29A和29B所示相同，每个单位像素矩阵(光电二极管组)大致包括可见光VL像素12W和不具有叠置介电膜1的像素12IR。除了彩色滤光片14的排列不同之外，该结构与图29A和29B所示相同。

在彩色滤光片14的排列中，例如在硅衬底1_ω的光接收表面上、在垂直转移CCD 122的纵向方向(X方向)中、以可见光VL、红外光IR、可见光VL、红外光IR、...的次序，并还在相对于多个垂直转移CCD 122的同一方向(Y方向)、以可见光VL、红外光IR、可见光VL、红外光IR、...的次序，排列彩色滤光片14。

<应用光谱图像传感器的成像器件：对应于CMOS>

图31A、31B、和32是将上述实施例的光谱图像传感器11应用到使用CMOS固态成像器件(CMOS图像传感器)的成像器件的电路图。成像器件100是根据本发明的一个实施例的物理信息获取器件。

在这些附图中，参考数字100表示成像器件；参考数字201，CMOS固态成像器件；参考数字205，像素放大器；参考数字207，驱动控制部件；参考数字219，垂直信号线路；参考数字226，列处理部件。

与图3类似，图31A和32B示出用于探测红外光IR同时将可见光带VL分离成各个颜色组分R、G、和B的结构。该结构适于独立探测可见光VL的蓝光B、绿光G、和红光R，及红外光IR，并且单位像素矩阵12大致包括用于各个波长的像素(光电转换器)12B、12G、和12R、以及不具有叠置介电膜1的像素12IR。

图32示出用于独立探测可见光VL(蓝光、绿光、和红光)和红外光IR的结构，并且每个单位像素矩阵12(光电二极管组)大致包括用于可见光VL的像素12W和不具有叠置介电膜1的像素12IR。除了彩色滤光片14的排列不同之外，该结构与图31A所示相同(与图30相同)。

当将光谱图像传感器应用到CMOS时，为单位像素矩阵12中的各个像素(光电转换器)12B、12G、12R和12IR设置单元放大器。因此，在这种情形中，应用图31A或图32示出的结构，其中像素信号由各个单元放大器放大然后经噪声删除电路等输出。

例如，CMOS固态成像器件201包括其中以行和列(即，二维矩阵)排列多个像素的像素部件，各个像素包括根据入射光量输出信号的光接收元件(电荷产生部件的一个例子)。各个像素输出的信号是电压信号，成像器件201为典型的列型，其中平行于列方向设置CDS(correlated Double Sampling)(相关二次取样)处理功能部件、数字转换部件(ADC：模拟数字转换器)等。

具体地，如图31A所示，CMOS固态成像器件201包括其中以行和列排列多个像素12的像素部件(成像部件)，和设置于像素部件210外部的驱动控制部件207、列处理部件226和输出电路228。

此外，如果需要，可以在列处理部件226的同一半导体区中列处理部件226的之前或之后设置具有单一放大功能的AGC(自动增益控制)电路。当在列处理部件226之前执行AGC时，执行模拟放大；然而当列处理部件226之后执行AGC时，执行数字放大。由于n-位数字数据的单纯放大会使梯度降级，更优选数据在经过模拟放大之后被转换为数字数据。

驱动控制部件207具有继续读取像素部件210信号的控制电路功能。例如，驱动控制部件207包括用于控制列地址和列扫描的水平扫描电路212(列扫描电路)、用于控制行地址和行扫描的的垂直扫描电路214(行扫描电路)、和具有用作与外部的接口和用于产生内部时钟的通信/定时控制部件220。

水平扫描电路212具有作为用于读取列处理部件226的计数值的读取扫描部件的功能。应用与半导体集成电路的制造技术相当的技术，将驱动控制部件207的组件与单晶硅半导体区中的像素部件210集成形成在一起，从而形成作为半导体系统的一个例子的固态成像器件(成像器件)。

为了简化的目的，图31A仅示出一部分行和列，但可以在每行和每列排列几十到几千个像素12。每个像素12包括用作光接收元件(电荷产生部件)的单位像素矩阵12和各自具有放大半导体元件(例如晶体管)的像素放大器(单元放大器；像素信号产生部件)205(用于各种颜色的205B、205G和205R)。

从图31A看出，一个单位像素矩阵12具有用于独立探测蓝光B、绿光G、红光R和红外光IR的结构，并大致包括用于各个波长(颜色)的像素12B、12G、12R和12IR。

在彩色滤光片14的排列中，例如在硅衬底1_ω的光接收表面上、在X方向上以蓝、绿、红、IR、蓝、绿、红、IR、...的次序，并还在垂直于X方向的Y方向上以蓝、绿、红、IR、蓝、绿、红、IR、...的次序，排列滤光片14。

作为每个像素放大器205，应用浮点放大器。像素放大器205的一个例子包括用于CMOS传感器的四个通用晶体管，其包括作为相对于电荷产生部件的电荷读取部件(转移门部件/读取门部件)的一个例子的读取选择晶体管、作为重置门部件的一个例子的重置晶体管、垂直选择晶体管、和作为用于探测浮置扩散电压变化的探测元件的一个例子的源跟随放大器晶体管。

如专利No.2708455所公开的那样，可以使用其它类型的放大器，其包括三个晶体管，即连接到漏极线(DRN)用于放大对应于电荷产生部件产生的信号电荷的信号电压的放大器晶体管、用于重置像素放大器205的重置晶体管、和由垂直转变晶体管经转移布线(TRF)扫描的读取选择晶体管(转移门部件)。

像素12经行控制线路215连接到垂直扫描电路214，并经垂直信号线路219连接到列处理部件226。行控制线路215包括从垂直扫描电路214延伸到像素的整个布线。例如，平行于长散射体3排列行控制线路215。

水平扫描电路212和垂直扫描电路214各包括，例如转变晶体管和解码器，以对应于来自通信/定时控制部件220的控制信号开始地址选择操作(扫描)。因此，行控制线路125包括各种用于驱动像素12的脉冲信号(例如重置脉冲RST、转移脉冲TRF、DRN控制脉冲DRN等)。

虽然在图中未示出，通信/定时控制部件220包括用于供应个部件操作必要的时钟和以及给脉冲信号提供预定定时的定时发生器TG(读取地址控制器件的一个例子)的功能块，和用于经端子220a接收主时钟CLKO、用于指令操作状态经端子220b接收数据DATA、和经端子220C输出包括CMOS固态成像器件201的信息的输出数据、的作为通信接口的功能块。

例如，水平地址信号和垂直地址信号分别输出值水平解码器和垂直记录器，各个解码器选择相应的行或列从而经驱动电路驱动像素12和列处理部件226。

在这种情形中，由于像素以二维矩阵排列，像素放大器(像素信号产生部件)205产生的模拟像素信号和列方向上经由垂直信号线路219的输出由列单位(平行于列方向)存取，并通过(垂直)扫描读出。然后，存取在垂直于垂直方向的行方向上的像素信号从而通过(水平)扫描将像素信号(例如数字像素数据)读出至输出侧。因此，期望增大像素信号和像素数据的读取速度。当然，可以进行随机存取，其中直接指定要读取的像素12的地址从而仅读取必要的像素12的信息。

通信/定时控制部件220向器件的各个部件例如水平扫描电路212、垂直扫描电路214、列处理部件226等，供应与经端子220a输出的主时钟CLKO频率相同的时钟CLKI和将频率分为2或更多部分得到的低速时钟。

垂直扫描电路214选择像素部件210的一列并向该列供应必要的脉冲。例如，垂直扫描电路214包括用于指定(选择像素部件210的一列)垂直方向上读取列的垂直解码器、和用于向对应于由垂直解码器指定的读取地址(列方向)处的像素12的行控制线路215供应脉冲。垂直解码器选择用于电子快门的列和用于读取信号的列。

接着水平扫描电路212选择与低速时钟CLK2同步的列处理部件226中的列电路(未示出)并将信号引导至水平信号线路(水平输出线路)218。例如，水平扫描电路212包括用于指定(选择列处理部件226的各列电路)水平方向上读取列的水平解码器和用于应用根据由垂直解码器指定的读取地址的选择开关227将列处理部件226的各信号引导至水平信号线路218的水平衍生(derive)电路。例如，当列AD电路操作位数n(正整数)为10(＝n)时，对应于位数的水平信号线路218的数目为10。

在具有上述构造的CMOS图态成像器件201中，用于各垂直线路的像素12的像素信号输出经由垂直信号线路219供应至列处理部件226的列电路。存储在单位像素矩阵12(像素12B、12G、12R和12IR)中的信号电荷经由同一垂直信号线路219被读出。

列处理部件226的各个列电路接收来自一列像素的信号并处理该信号。例如，各个列电路具有用于应用低速时钟CLK2将模拟信号转换为10-位数字数据的ADC(模拟数字转换器)电路。

通过应用适当的电路构造，可以处理经由垂直信号线路219以电压模式输入的像素信号从而引起紧跟像素重置之后的信号电平(噪声电平)和真实的(对应于入射光量)信号电平V_sig之间的差异。因此，可以除去诸如固有模型噪声(fixed pattern noise)(FPN)和重置噪声的噪声信号组分。

列电路中处理的模拟像素信号(或数字像素数据)经由通过水平扫描电路212输出的水平选择信号驱动的水平选择开关217被传送至水平信号线路218，然后输入至输出电路28。位数为10是一个例子，位数可以少于10(例如8)或可以超过10(例如14)。

在上述构造中，从其中用作电荷产生部件的单位像素矩阵12以矩阵排列的像素部件210中各垂直线路的像素接续输出像素信号。因此，作为整个像素部件210的像素信号的集合体显示出，对应于其中光接收器件以矩阵排列的像素部件210的一个图像，即帧图像。

输出电路228对应于CCD固态成像器件101中的输出放大器128，并类似于CCD固态成像器件101中，在输出电路228后面设置图像信号处理部件140，如图31B所示。此外，类似于CCD固态成像器件101中，从图像切换控制部件142输入图像切换控制信号至图像信号处理部件140。

结果是，在红(R)、绿(G)和蓝(B)原色的成像数据(像素数据R、G、B、和IR)或用于可见光VL的像素数据的基础上得到可见光带VL的图像(即常规像)，也可以应用红外光IR的像素数据得到红外光IR图像。

虽然在图中未示出，当从图29或31A示出的基本结构移除像素12IR时，分离探测可见光带VL中的各个颜色组分R、G、和B。

在彩色滤光片14的排列中，例如在硅衬底1_ω的光接收表面上、在垂直转移CCD 122的纵向方向(X方向)中、以蓝、绿、红、绿、蓝、绿、红、绿、蓝...的次序，并还在相对于多个垂直转移CCD 122的同一方向(Y方向)、以蓝、绿、红、绿、蓝、绿、红、绿、蓝...的次序，排列彩色滤光片14。可替换地，在2×2的单位像素矩阵12中，以所谓的拜尔排列(Bayer arrangement)来排列两个绿色(G)像素和红色(R)和蓝色(B)像素各一，或为了延伸颜色再现范围在三色B、G、和R中增加第四色(例如翠绿色)。

在这种情形中，仅得到可见光带VL的图像，但是在传感器前方可以不排列作为减色滤光片的一个例子的红外滤除滤光片。由于可以不排列昂贵的红外滤除滤光片，显著降低了成本。此外，由于可以不排列厚且重的红外滤除滤光片，光学系统可以制造得重量轻和紧凑。当然，可以不设置红外滤除滤光片插入/拔除机械装置，由此不会增大了器件的尺寸。

成本上的这一优势也可应用于其中用叠置介电膜代替现有玻璃制成的红外滤除滤光片的结构中，并分离形成成像传感器和叠置介电膜(分离形成探测部件和叠置介电膜)。

例如，与使用现有玻璃制成的红外滤除滤光片相比，器件在成本上有优势并被制造得紧凑，因此可以设置具有优异可携性的成像器件，例如数码相机等。

在其中在传感器前方排列红外滤除滤光片的结构中，在CCD或CMOS成像器件的前方插入玻璃衬底，从而在光路中产生空气-玻璃界面。因此，要透射的可见光被界面反射，从而导致灵敏度降低的问题。而且，增大该界面的数目，由此倾斜入射光的折射角随波长变化。从而导致由于光路变化引起的强光(blooming)。在这种情形中，应用叠置介电膜具有防止根据波长的强光的优点。

《制造工艺的例子》

图33A～F是具有上述任一实施例的传感器结构的光谱图像传感器的制造工艺的一个例子的示例图。即，图33A～F是包括红外光IR光接收部分和可见光VL光接收部分的光谱图像传感器的制造工艺的一个例子的示例图。

该结构的形成中，如图29、30、或31A和32所示，首先形成通常的CCD或CMOS结构电路。然后，通过例如CVD(化学气相淀积)等在Si光电二极管上依次淀积氧化硅SiO₂膜和氮化硅SiN膜(图33B)。

然后，通过RIE(反应性离子蚀刻法)等蚀刻仅四个像素之一，从而在红外光IR光接收部分中形成开口，使得开口到达最下层的氧化硅SiO₂膜(图33E)。

接着，为了保护叠置介电膜1等，通过例如CVD在叠置介电膜1上再淀积一SiO₂膜，叠置介电膜1具有形成在其一部分中的开口。可以适当改变该工艺。

在该工艺中可以用具有对应于红外IR光接收部分的开口的光刻胶(photo-resist)，从而不蚀刻可见光VL的三个像素(R、G、B组分)(图33C和33D)。在这种情形中，在叠置介电膜1上淀积SiO₂膜之前除去光刻胶(图33D～E)。

虽然在图中未示出，还可以在各个像素的SiO₂膜上形成彩色滤光片和微透镜。

而且，当红外光IR稍微泄露进入可见光VL的光电转换器(光电二极管等)时，可以排列全弱化紫外滤除滤光片。例如，即适当排列具有小于等于50％滤除率的红外滤除滤光片以将红外光滤除到大致不会导致影响可见光VL的水平，红外光IR被会聚到红外光IR光电转换器(光电二极管等)，从而导致足够的灵敏度。

在该制造工艺中，对接近Si衬底的部分进行蚀刻，即在红外光IR光接收部分中形成到达最下层的氧化硅SiO₂膜的开口(图33E)。因此，蚀刻会导致损伤问题。在这种情形中，可以通过增大直接形成在Si衬底上的SiO₂膜的厚度而降低损伤。

当dk为2.5μm或更大时，如图11所示，反射光谱的红外光IR范围倾角的半宽变窄，由此通常宽度自然光的反射率被平均，从而允许红外光的反射。因此，第k介电层1_k的厚度dk优选为2.5μm或更大，更优选为5μm或更大。

在硅衬底1_ω上直接形成形成在硅衬底1_ω上的光电二极管和像素放大器的金属布线，即用于形成读取、作为来自用作成像部件(探测区)中的单位信号产生部件的像素放大器的单位信号、的像素信号的信号线路的布线层，与其中叠置介电膜1直接形成在硅衬底1_ω上的结构相比，与硅衬底1_ω隔开一定距离形成叠置介电膜1。换句话说，叠置介电膜1形成在金属布线上，由此简化了工艺，从而带来低成本的优点。具体地，当构成叠置介电膜1的层数增大时，可以得到令人相当满意的效果。在下文中，将描述金属布线-自觉(conscious)光谱图像传感器。

《使用叠层介质膜的光谱图像传感器；第六实施例》

图34-40是说明根据第六实施例的使用叠置介质膜1的对应于单波长光谱分离的光谱图像传感器11的附图。在第六实施例中，基于诸如所述的参照附图10-14的工艺，在金属布线的远离硅衬底1_ω的一定距离处，叠置介质膜1与探测部件例如光电二极管等集成地形成在硅衬底1ω之上。

例如，在CMOS结构中，如图34中所示，在其中形成有探测部件诸如光电二极管等的半导体元件层之上，形成一布线层。当布线层的厚度为大约0.7μm时，就可以在其上形成有光电二极管的硅衬底1_ω之上整体地形成大约0.7μm厚度的布线层，并且可以在进行第一布线层的工艺之后，形成叠置介质层1。在此情况下，在具有大约0.7μm厚度dk的第k层中，设置该布线层。

而且，如图35中所示，当在半导体元件层之上设置具有大约3.2μm的总厚度的三层布线层时，就可以在其上形成有光电二极管等的硅衬底1_ω之上集成地形成一个多层结构，并且可以在顶部进行第三布线层的工艺之后，形成叠置介质层1。在此情况下，在具有大约3.2μm的厚度dk的第k层中，形成该布线层。

在本实施例中，如附图中所示，大约3.2μm的厚度表示去除了在硅衬底1_ω之上设置的SiO₂层(δ层)的大约10nm厚度和在该层之上设置的SiN层(γ层)的大约65nm厚度之外的层k的厚度。

在形成了叠置介质层1之后，可以形成滤色器14和微透镜。

作为对应于本实施例的光谱图像传感器11，例如，如图36中所示，在图17中所示的第二实施例的七层结构中，采用包含三层的叠置介质膜1C作为基底，该三层包括第k叠置介质层1_k(氧化硅SiO₂层)、氮化硅SiN层1_γ和氧化硅SiO₂层1_δ，第k层介质层1k具有700nm的厚度。在叠置介质层1C中，相对薄的氮化硅SiN层1_γ具有65nm或100nm的厚度dγ，并且被淀积为第k层氧化硅SiO₂层1_k和硅衬底1_ω之间的第三层材料，并且氧化硅SiO₂层1_δ具有10nm的厚度且具有比该第三层材料的折射系数更低的折射系数，并且被淀积为在第三层材料和硅衬底1_ω之间的第四层材料。

在图37中，基本的叠置介质膜1具有九层结构，其中第k层介质层1k具有700nm或3.2μm的厚度。在叠置介质膜1C中，相对薄的氮化硅SiN层1_γ具有65nm的厚度dγ，且被淀积为第k层氧化硅SiO₂层1_k和硅衬底1_ω之间的第三层材料，并且氧化硅SiO₂层1_δ具有10nm的厚度dδ且具有比该第三层材料的折射系数更低的折射系数，且被淀积为在第三层材料和硅衬底1_ω之间的第四层材料。

图38-40中示出了三种结构的反射光谱的计算结果。从图37和36中可以看出，在硅衬底1_ω之上形成有大约0.7μm或3.2μm的叠置介质膜1，由此就可以简化布线工艺。显然，就会同时在硅衬底1_ω之上顺序出现分别具有10nm和65nm(或100nm)厚度的作为第四层材料的SiO₂层和作为第三层材料的SiN层，在硅衬底1_ω之上的叠置介质膜1就大于0.7μm或3.2μm。

以上描述了每层都包含SiN膜和SiO₂膜的七层叠置介质膜1和九层叠置介质膜1。然而，如图39中所示，当层数从7增加至9时，在红外线IR范围中的反射率R就足以增加至0.9或更高。

如图40中所示，在其中第k层介质层1_k的厚度dk为3.2μm的七层结构中，红外线反射范围中的倾角变大，就会导致反射率的显著增加。然而，已经发现，通过将层数增加至9来提高倾角，红外线IR范围中的反射率就会变得明显。

同样地，图38展示了当作为第三层的SiN层的厚度dγ较大时可见光VL范围中的反射率就会增大。这种可能性是由于与在第二实施例中所描述的相同事实，将第三层材料设置为用于降低可见光范围中的反射率的中间层，且作为中间层而设置的介质层1_γ的厚度dγ就理想地满足等式(6)。就是说，在薄层侧面上存在较大的可能性，但在厚层侧面上则只有小的可能性。

如上所述，当在常规布线工艺之后形成叠置介质膜1时，就能够简化制造，且不用增加新的工艺，由此就会有利于成本。换句话说，就简化了图35中所示的用于制造CMOS结构的工艺，从而显示出优良的效果。当在形成了叠置介质膜1之后进行布线工艺时，就难于去除叠置介质膜1。

以下将进一步描述本发明的各实施例。

图54是展示根据第七实施例的固态成像器件的示意性结构的附图。

在本实施例中，将根据一个实施例的固态成像器件应用于CCD固态成像器件。

在图54中，参考数字1001表示固态成像器件；参考数字1002表示CCD寄存器；参考数字1003表示水平CCD寄存器；以及参考数字104表示输出放大器。

在固态成像器件1001中，按照矩阵排列作为光接收部件的光电二极管PD，并且设置垂直延伸(附图中的纵向方向)的垂直CCD寄存器1002，用于光接收部件(光电二极管PD)的各列。同样地，将水平延伸(附图中的横向方向)的水平CCD寄存器1003连接到垂直CCD寄存器1002的各个端子。而且，通过输出放大器1004，将输出部件1005连接到水平CCD寄存器1003的一个端子。

图55是含有图54中所示的光接收部件的固态成像器件1001的剖面图。

在图55中，参考数字1001表示固态成像器件；参考数字1002表示垂直CCD寄存器；参考数字1011表示硅衬底；参考数字1012表示p-型半导体阱区；参考数字1013表示(n-型)电荷存储区；参考数字1015表示转移沟道区；参考数字1021表示光屏蔽膜；以及参考数字1025表示单晶层。PD代表光电二极管。

如图55中所示，在n-型硅衬底1011上形成p-型半导体阱区1012，并且在p-型半导体阱区1012中形成其中形成了光电二极管PD和垂直CCD寄存器1002的半导体区。

每个光电二极管PD用作光电转换器并包括在p-型半导体阱区1012的上部形成的n-型电荷存储区1013，这些区1012和1013就构成了每个光电二极管。

在每个垂直CCD寄存器1002中，邻近p-型半导体阱区1012的表面，形成n-型转移沟道区1015，信号电荷被转移到n-型转移沟道区1015，并且在n-型转移沟道区1015之下，形成第二p-型半导体阱区1014。

同样地，为了防止信号电荷从n-型电荷存储区1013流入右侧的n-型转移沟道区1015，在每个光电二极管PD的n-型电荷存储区1013和右侧的n-型转移沟道区1015之间，形成p-型沟道停止区1016。

而且，在每个光电二极管PD的n-型电荷存储区1013和左侧的n-型沟道区1015之间，形成读取栅极区1017。

而且，在具有其间设置栅绝缘膜1018的硅衬底1011之上，形成由多晶硅组成的转移电极1019。在读取栅极区1017、转移沟道区1015和沟道停止区1016之上，形成转移电极1019，并且转移电极1019具有在每个光电二极管PD的电荷存储区1013之上形成的一个开口。

在根据本实施例的固态成像器件中，将例如SiC或SiGeC的材料组成的单晶层1025粘接到其上形成有光接收部件的光电二极管(光电转换器)的硅衬底1011的顶部，SiC或SiGeC具有比硅衬底1011的硅的能带隙更宽的能带隙。

与具有常规结构的器件比较，通过设置单晶层1025，就能显著降低暗电流。

如上所述，当采用SiC或SiGeC作为单晶层1025时，单晶层1025的厚度优选为30nm或更小，例如，大约10nm。

可以通过如上所述的任一方法诸如CVD等来形成单晶层1025。

在根据本实施例的固态成像器件1001中，将由具有比硅衬底1011的硅的能带隙更宽能带隙的材料组成的单晶层1025粘接到其上形成有光电二极管PD的硅衬底1011。由于单晶层1025具有较宽的能带隙，因此就能够提高防止电子位于表面能级的势垒，从而减少因电子引起的的暗电流。例如，暗电流可以被显著减少12位，因此就能显著提高用于入射光的信号的S/N比。

结果，即使当为了在成像条件诸如暗室等的少量入射光之下提高灵敏度而提高信号增益时，也可以获得没有明显噪声的图像。

同样地，甚至当固态成像器件1001具有低灵敏度时，也可以仅仅通过放大器的放大倍数而不考虑入射光量来获得高质量的图像。

而且，即使当微细地制造固态成像器件1001的各像素以减少入射光量时，也可以确保足够的S/N比，因此仅仅通过放大器的放大倍数来补偿低灵敏度，也可以获得没有明显噪声的图像。

因此，通过将固态成像器件1001的各像素制造得微细，就能够提高固态成像器件1001中的像素数量，并且就能够减少固态成像器件的尺寸。

(实例)

实际形成并相对于各特征来验证根据本实施例的固态成像器件1001。

首先，形成含有作为单晶层1025而形成的SiC层的固态成像器件1001。

通过例如CVD方法，在硅衬底1011之上，生长大约10nm厚度的SiC层，从而形成单晶层1025。在此步骤中，例如，采用C₃H₈和单硅烷SiH₄作为源材料，且衬底温度为1110℃或更低。

可以通过除了CVD方法之外的方法来形成SiC层。例如，可以通过采用SiC作为靶材料的激光磨蚀方法来生长SiC层。

接着，通过用于制造CCD固态成像器件的常规方法，制造图54和55中所示的固态成像器件1001。

在具有制造的固态成像器件1001的实际成像中，会显著减少暗电流，甚至通过在黑暗条件下进行成像，也能够获得没有明显噪声的图像。

接着，形成含有作为单晶层1025形成的SiGeC层的固态成像器件1001。

首先，硅衬底1011浸入NH₄OH、H₂O₂和H₂O的混合溶液(混合比为1∶1∶5)十分钟以清洗表面。

接着，用HF(HF∶H₂O＝1∶50)处理衬底10秒钟以从硅衬底1101的表面除去自然氧化膜。

在这些步骤中，清洗硅衬底1011表面，用于提高后续晶体生长的结晶度。

在衬底支架上固定通过上述预处理从其除去自然氧化膜的硅衬底1011。

接着，通过低压CVD在硅衬底1011上淀积作为单晶层1025的SiGeC层。

首先，供应压力为1×10⁴Pa的450μmol/min的丙烷C₃H₈，衬底温度为1150℃，且氢气流速为11/min，保持该状态2分钟以碳化硅衬底1011表面。

而且，分别以36μmol/min、59μmol/min和10μmol/min同时供应SiH₄、C₃H₈和GeH₄30秒通过低压CVD在硅衬底上生长SiGeC晶体。结果，作为单晶层1025的SiGeC层淀积至约10nm的厚度。

虽然，在该实例中，使用低压CVD，但可以通过其他方法形成SiGeC。例如，可以采用SiGeC作为靶材料的激光磨蚀方法、或采用有机金属材料例如有机硅烷材料等通过气体源MBE法来生长晶体。

接着，通过用于制造CCD固态成像器件的常规方法，制造图54和55中所示的固态成像器件1001。

在具有制造的固态成像器件1001的实际成像中，会显著减少暗电流，甚至通过在黑暗条件下进行成像，也能够获得没有明显噪声的图像。

在上述实施例中，在硅衬底1011的整个区域之上，形成单晶层1025。然而，为了提高电特性，可以通过RIE(反应离子蚀刻)等，在除了对应于光电二极管PD的部分之外，局部腐蚀去除单晶层。在此情况下，可以在蚀刻之前通过光刻掩膜来保护光电二极管。

以下将描述与此情况相关的实施例。

图57是展示根据本发明的另一个实施例的固态成像器件的示意性结构的附图(剖视图)。

在图57中，参考数字1030表示固态成像器件；参考数字1002表示垂直CCD寄存器；参考数字1011表示硅衬底；参考数字1012表示p-型半导体阱区；参考数字1013表示(n-型)电荷存储区；参考数字1015表示转移沟道区；参考数字1019表示转移电极；参考数字1021表示光屏蔽膜；参考数字1026表示单晶层；以及参考数字1051表示单元放大器。PD代表光电二极管。

在根据本实施例的固态成像器件1030中，仅在硅衬底1011的光电二极管PD的表面之上，形成例如由SiC或SiGeC组成的单晶层1026。将单晶层1026粘接到硅衬底1011。

其它部分与上述实施例的固态成像器件1001中的各部分相同，并且通过相同的参考数字来表示，且在下文中不进行描述。

可以通过在整个区域之上淀积用作单晶层1026的一层膜来形成单晶层1026，然后通过蚀刻诸如RIE(反应离子蚀刻)来局部去除该膜，从而保留与光电二极管PD相对应的部分。

在本实施例的固态成像器件1030的结构中，设置具有比硅衬底1011的硅的能带隙更宽的能带隙的单晶层1026，以便将其粘接到硅衬底1011上的光电二极管PD之上。由于单晶层1026具有较宽的能带隙，因此就能够提高防止电子位于表面能级的势垒，从而减少因电子引起的暗电流。例如，暗电流可以被显著减少12位，从而能显著提高用于入射光信号的S/N比。

因此，即使当为了在成像条件诸如暗室等的少量入射光之下提高灵敏度而提高信号增益时，也可以获得没有明显噪声的图像。

同样地，甚至当固态成像器件1030具有低灵敏度时，也可以仅仅通过放大器的放大倍数而不考虑入射光量来获得高质量的图像。

而且，即使当微细地制造固态成像器件1030的各像素以减少入射光量时，也可以确保足够的S/N比，因此仅仅通过放大器的放大倍数来补偿低灵敏度，也可以获得没有明显噪声的图像。

因此，通过将固态成像器件1030的各像素制造得微细，就能够提高固态成像器件1030中的像素数量，并且就能够减少固态成像器件的尺寸。

实际形成并相对于各特征来验证根据图57中所示的本实施例的固态成像器件1030。

如上所述，进行SiGeC层的预处理和淀积，从而在硅衬底1011之上形成作为单晶层1026的SiGeC层。

接着，通过光刻和RIE技术局部去除SiGeC层，从而保留对应于光电二极管PD的部分，由此就仅仅在光电二极管PD之上形成由SiGeC组成的单晶层1026。

接着，通过用于制造CCD固态成像器件的常规方法，制造图57中所示的固态成像器件1030。

在具有制造的固态成像器件1030的实际成像中，会显著减少暗电流，甚至通过在黑暗条件下进行成像，也能够获得没有明显噪声的图像。

可替换地，可以采用一个掩膜仅仅在光电二极管PD之上形成单晶层。

例如，在除了光电二极管PD的部分之外，用掩膜覆盖硅衬底1011，并且碳化硅衬底1011的表面。结果，就仅仅在光电二极管PD之上形成单晶层。

图58是展示含有通过不同于图57中所示的固态成像器件的方法形成的单晶层的固态成像器件的示意性结构的附图(剖面图)。

在图58中，参考数字1040表示固态成像器件；参考数字1002表示垂直CCD寄存器；参考数字1011表示硅衬底；参考数字1012表示p-型半导体阱区；参考数字1013表示(n-型)电荷存储区；参考数字1015表示转移沟道区；参考数字1019表示转移电极；参考数字1021表示光屏蔽膜；以及参考数字1027表示单晶层。PD代表光电二极管。

如图58的剖面图中所示，固态成像器件1040不同于图57中所示的固态成像器件，其中在光电二极管PD上形成有单晶层1027，从而进入硅衬底1011。

在每一个上述实施例中，都在硅衬底1011之上形成由SiC或SiGeC组成的单晶层1025、1026或1027。然而，对于单晶层，可以采用具有比硅衬底1011的硅的能带隙更宽的能带隙的其它材料。

下文中与晶格常数一起，列举了除了SiC之外的具有比硅的能带隙更宽的能带隙的材料的实例。下文中列举的所有材料具有与硅Si相同的立方系。这是因为为了在硅之上进行外延生长而优选相同的立方系。

材料               能带隙Eg(eV)            晶格常数()

GaAs               1.43                    5.654

AlAs               2.16                    5.66

GaN                3.27                    4.55

AlN                6.8                     4.45

ZnSe               2.67                    5.667

ZnS                3.70                    5.41

MgSe               3.6                     5.62

MgS                4.5                     5.89

这里，GaAs、AlAs、GaN和AlN是III-V族元素化合物半导体，并且可以使用为AlGaAs三元混合晶体或AlGaN三元混合晶体。其它III-V族元素化合物半导体包括AlGaInP四元混合晶体等。

同样地，ZnSe和ZnS是II-IV族元素化合物半导体并且可以使用为ZnMgSSe四元混合晶体。其它II-IV族元素化合物半导体包括ZnMgO三元混合晶体等。

本发明可以应用于含有在半导体层而不是在硅层中形成的光电转换器的固态成像器件。

例如，本发明可以应用于含有在化合物半导体层中形成的光电转换器(光电二极管)的固态成像器件。

为了探测0.9μm～1.7μm波长范围内的红外光，将化合物诸如GaInAs用作其中形成有光电转换器的半导体层。

为了探测3μm～5μm波长范围内的红外光，将化合物诸如InSb或PtSi用作其中形成有光电转换器的半导体层。

为了探测8μm～14μm波长范围内的红外光，将化合物诸如HgCdTe反复用作其中形成有光电转换器的半导体层。

例如，这些波长范围的探测就能够将本发明应用于硅玻璃纤维光通信的光电二极管和为了获得温度信息的固态成像器件(通常称为“红外热辐射技术”)。

当这些材料中的任何一种被应用于其中形成有光电转换器的半导体层时，就将具有宽能带隙的单晶层粘接到硅衬底的表面，由于该材料的宽能带隙，因此就产生了与在硅衬底和SiC化合物之间粘接宽能带隙材料一样的减少暗电流的相同效果。

单晶层材料不限于化合物半导体，并且本发明可以应用于其中在由IV族元素而不是硅例如Ge组成的半导体层中形成有光电转换器(光电二极管)的情况。

在每一种上述的实施例中，本发明应用于CCD固态成像器件。然而，本发明可以应用于其它类型的固态成像器件，例如，CMOS固态成像器件。

图59是展示根据本发明的进一步实施例的固态成像器件的示意性结构的附图(示意性平面图)。在本实施例中，本发明应用于CMOS固态成像器件。

在图59中，参考数字1050表示固态成像器件；参考数字1051表示单元放大器；参考数字1052表示垂直信号线；参考数字1053表示水平信号线；参考数字1054表示移位寄存器；参考数字1055表示噪声消除电路；以及参考数字1056表示水平移位寄存器。PD代表光电二极管。

如图59中所示，固态成像器件1050包括作为光接收部件的光电二极管PD，光电二极管PD排列成矩阵状，并且每个光电二极管PD都通过单元放大器1051连接到相应的信号线1052和1053。信号线包括连接到垂直移位寄存器1054的垂直信号线1052和水平信号线1053。邻近信号线1052和1053的每个交叉处设置每个像素的光电二极管PD。

将水平信号线1053通过噪声消除电路1055和在附图的下部分中示出的MOS晶体管连接到用于输出信号电压的信号线。

将MOS晶体管的栅极连接到水平移位寄存器1056，以致MOS晶体管通过水平移位寄存器1056进行导通和截止。

尽管在附图中未示出，但在本实施例中，至少在其中形成有光电二极管PD和MOS晶体管的源区和漏区的半导体层中形成的光电二极管PD之上，设置单晶层，该单晶层具有比半导体层的能带隙更宽的能带隙。

结果，与其中本发明应用于CCD固态成像器件的每个上述实施例一样，就能够显著地减少暗电流，并且即使将固态成像器件1050的各像素微细地进行制造以减少入射光量时，也可以确保足够的S/N比。因此，仅仅通过用于补偿低灵敏度的放大器的放大倍数，就能够获得没有明显噪声的满意的图像。

因此，通过将固态成像器件1050中的各像素制造得微细，就可以减少固态成像器件1050中的像素数量，并且可以减少固态成像器件的尺寸。

而且，本发明不仅可以应用于其中按矩阵方式排列有光电转换器诸如光电二极管的结构，而且还可以应用于其中按照交错方式(校验图形)排列包含光电转换器的像素的结构和其中按照一行或多行方式(行传感器等)排列像素的结构。

本发明不仅可以应用于固态成像器件，而且可以应用于含有在单晶半导体层中形成的光电二极管(光电转换器)的光接收器件。

例如，本发明可以应用于光电二极管、PIN光电二极管或用作具有低噪声的高性能传感器的肖特基传感器。

而且，可以将根据本发明的一个实施例的光接收器件和诸如半导体激光器或发光二极管的光接收器件安装到公共衬底之上，从而形成混合结构，或者，可以将半导体衬底用作半导体层，从而形成单片(monolithic)光学器件。

为了制造光接收器件或根据本发明的一个实施例的固态成像器件，可以按照任何所需的顺序来进行用于在半导体层中形成光电转换器和其它半导体区的形成半导体区的步骤和形成多晶层的步骤。

本发明不限于上述实施例，并且可以在本发明所列举的范围之内进行各种修改。

(彩色分离滤色器的设置；第一实例)

图41A、41B和41C是展示彩色分离滤色器的设置的第一实例的附图。在第一实例中，设置用于去除可见光和接收并只探测红外光的探测区和用于可见光彩色成像的探测区。

图41A示出了各个彩色滤色器的镶嵌排列、即基本滤色器的Bayer排列。就是说，像素部件具有其中彩色分离滤色器的重复单元包括2×2个像素的一种结构，以致在方形晶格中的单元像素对应于红(R)、绿(G)和蓝(B)的三个滤色器。为了设置用于去除可见光并接收和只探测红外光的探测部件(探测区)，用黑色滤色器BK来代替两个绿色滤色器中的一个滤色器。换句话说，对于可见光彩色成像，规则排列具有各自滤色特性的四种类型的滤色器，四种类型的滤色器包括用于原色R、G和B的波长范围(彩色部件)的滤色器和用于不同于原色滤色器R、G和B组分的红外光的黑色滤色器BK。

例如，用于探测第一色彩(红色；R)的第一彩色像素排列成偶数行和奇数列；用于探测第二色彩(绿色；G)的第二彩色像素排列成奇数行和奇数列；用于探测第三色彩(蓝色；B)的第三彩色像素排列成奇数行和偶数列；以及用于探测红外光IR的第四彩色像素(黑色校正像素)排列成偶数行和偶数列。因此，G/B像素或R/BK像素就排列成校验图形。在这种基本滤色器的Bayer排列中，按照行方向和列方向两种方式重复G/B或R/BK两种颜色。

因此，通过利用经过原色R、G和B的相应探测区的探测，就获得了可见光彩色图像，并且与可见光图像一样，通过利用经过黑色滤色器BK的相应探测区的探测，就独立于可见光图像且同时获得了红外图像。其中分别设置原色滤色器R、G和B的探测部件(探测元件)将作为透射波长范围的可见光区分离为各个波长并探测各自部件。

尽管在本实例中采用原色滤色器14R、14G和14B作为用于可见光彩色成像的彩色滤色器14，但可以采用互补色滤色器Cy、Mg和Ye。其中分别设置互补色滤色器Cy、Mg和Ye的探测部件(探测元件)将作为转换的波长范围的可见光区分离为各个波长并探测各自部件。在此情况下，例如，如图41B中所示，原色滤色器14R、14G和14B可以分别由黄色滤色器Ye、绛红色滤色器Mg和青色滤色器Cy代替。此外，在对角线方向的两个绛红色之一可以由校正像素的黑色滤色器BK代替。

在此情况下，在除了其中设置有黑色滤色器的一个像素之外的像素12Cy、12Mg和12Ye中的每一个上，形成叠置介质膜1，并且在各个叠置介质膜1之上，进一步设置互补色滤色器14Cy、14Mg和14Ye。就是说，分别通过相应的互补色滤色器14Cy、14Mg和14Ye来接收可见光VL中的青色Cy、绛红色Mg和黄色Ye的光组分。由于在其中设置有互补色滤色器的每个像素的探测部件上形成叠置介质膜1，所以就具有有效分割红外光的功能。

代替互补色滤色器Cy、Mg和Ye的组合，可以采用作为原色滤色器之一的绿色滤色器G和白色滤色器W的组合。在此情况下，还可以设置其作为校正像素的黑色滤色器BK的像素。例如，如图41C中所示，在其中组合了两种互补色滤色器Cy和Mg和作为原色滤色器的绿色滤色器G的场存储频率交错系统(field storage frequency interleave system)中，可以由校正像素的黑色滤色器BK来代替四个像素中的两个原色滤色器G中的一个。

(传感器结构中的第一实例；对应于CCD)

图42和43是说明图41A、41B和41C中所示的彩色分离滤色器排列的CCD固态成像器件的附图，以致单独同时摄取红外光IR和可见光VL的两种波长组分中的图像。图42是展示一种结构的一个实例的简图(透视图)，图43是展示邻近衬底表面的剖面结构的附图。两个附图展示了应用于采用叠置介质膜1的CCD固态成像器件101的一个实例。

在各附图中，参考数字1表示叠置介质膜；参考数字11表示光谱图像传感器；以及参考数字12表示单元像素矩阵。

在图42中所示的CCD固态成像器件的结构中，只显示出含有四个像素的单元像素矩阵12。然而，事实上，单元像素矩阵12以横向和纵向方式重复。

在以单元像素矩阵12的周期性排列的四个像素中，在像素12IR中不形成叠置介质膜1，而在像素12Ir中设置黑色滤色器14BK，以致只通过黑色滤色器14BK来接收红外光IR。就是说，采用黑色滤色器14BK作为在用于红外光IR的像素IR中的彩色滤色器14，由此去除可见光VL，并且仅仅接收红外光IR。其中设置有黑色滤色器14BK的像素12IR还称为“黑色像素12BK”。

另一方面，在其它像素12B、12G和12R的每一个像素之上，设置叠置介质膜1，并且在其上进一步设置原色滤色器14R、14G和14B，以致分别通过相应的原色滤色器14R、14G和14B来接收可见光VL中的蓝色B、绿色G和红色R的原色组分。就是说，在其中分别设置有原色滤色器的每个像素的探测部件之上形成叠置介质膜1，由此就具有有效去除红外光的功能。图29中示出了所采用的电路结构。

展示邻近衬底表面的剖面结构的图43示出了其只接收可见光VL的一个像素。其接收红外光IR的像素12IR具有不包含叠置介质膜1和黑色滤色器14BK的一种结构。就是说，与图33A～33F中所示的制造工艺一样，通过CVD方法，成功淀积SiN膜和SiO₂膜，从而形成具有图13中所示结构的叠置介质膜。然后，通过光刻和RIE方法，仅仅从像素接收红外光中去除叠置介质膜。然后，再次淀积SiO₂膜，以便平坦化表面。

通过采用具有上述结构的成像器件，就能够同时获得基于原色元件的可见光彩色图像和红外图像。换句话说，当将其只吸收可见光VL的黑色滤色器14BK设置为彩色滤色器14C时，就通过黑色滤色器14BK来吸收可见光VL，由此就能够根据来自用于红外光IR的像素12IR的图像数据，获得红外IR图像。

(彩色分离滤色器的排列；第二实例)

图44A、44B和44C是展示彩色分离滤色器排列的第二实例的附图。在第二实例中，设置用于与红外光一起接收并探测可见光的所有波长组分的探测区和用于可见光彩色成像的探测区。

图44A示出了基本的彩色滤色器的Bayer排列。就是说，像素部件具有其中彩色分离滤色器的重复单元包括2×2个像素的一种结构，以致在方形晶格中的单元像素对应于红(R)、绿(G)和蓝(B)的三个滤色器。为了设置用于与红外光一起接收和探测可见光的所有波长组分的探测部件(探测区)，用白色滤色器W来代替两个绿色滤色器中的一个滤色器。换句话说，对于可见光彩色成像，规则排列具有各自滤色特性的四种类型的彩色滤色器，此滤色器包括用于原色R、G和B的波长范围(彩色组分)的滤色器和用于不同于原色滤色器R、G和B组分的红外光的白色滤波器W。

其中设置有白色滤色器W的白色像素透射从可见光到红外光范围内的所有波长组分(尤其是近红外光)。按照这种观点，事实上就可以不设置彩色滤色器。

例如，用于探测第一色彩(红色；R)的第一彩色像素排列在偶数行和奇数列；用于探测第二色彩(绿色；G)的第二彩色像素排列在奇数行和奇数列；用于探测第三色彩(蓝色；B)的第三彩色像素排列在奇数行和偶数列；以及用于探测红外光IR的第四彩色像素(白色像素)排列在偶数行和偶数列。因此，G/B像素或R/W像素就排列成交错图形。在这种基本滤色器的Bayer排列中，按照行方向和列方向两种方式重复G/B或R/W两种颜色。

因此，通过利用经过原色R、G和B的相应探测区的探测，就获得了可见光彩色图像，并且通过利用经过白色滤色器W的相应探测区的探测，就独立于可见光图像并且与可见光图像同时获得了红外图像或红外光和可见光的混合图像。例如，通过采用来自于其接收可见光VL和红外光IR的混合组分的像素12IR的像素数据，就获得了可见光VL和红外光IR的混合组分的图像。同样地，就获得了可见光VL和红外光IR的混合组分的图像以及可见VL图像。然而，采用两种图像之差，就只能获得红外IR图像。

尽管在本实例中采用原色滤色器14R、14G和14B作为用于可见光彩色成像的彩色滤色器14，但可以采用互补色滤色器Cy、Mg和Ye。在此情况下，例如，如图44B中所示，原色滤色器14R、14G和14B可以分别由黄色滤色器Ye、绛红色滤色器Mg和青色滤色器Cy代替。此外，在对角线方向的两个绛红色之一可以由用于红外成像的白色滤色器W代替。

在此情况下，在除了其中设置有白色滤色器的一个像素之外的像素12Cy、12Mg和12Ye中的每一个上，形成叠置介质膜，并且在各个叠置介质膜1之上，进一步设置互补色滤色器14Cy、14Mg和14Ye。就是说，分别通过相应的互补色滤色器14Cy、14Mg和14Ye来接收可见光VL中的青色Cy、绛红色Mg和黄色Ye的光组分。由于在其中设置有互补色滤色器的每个像素的探测部件上形成叠置介质膜1，所以就具有有效分割红外光的功能。

代替互补色滤色器Cy、Mg和Ye的组合，可以采用作为原色滤色器之一的绿色滤色器G和互补滤色器W的组合。在此情况下，还可以设置其作为校正像素的白色滤色器W的像素。例如，如图44C中所示，在其中组合了两种互补色滤色器Cy和Mg和作为原色滤色器的绿色滤色器G的场存储频率交错系统(field storage frequency interleave system)中，可以由校正像素的白色滤色器W来代替四个像素中的两个原色滤色器G中的一个。

由于白色校正像素12W具有在来自于VL和红外光IR的宽波长范围范围的灵敏度，所以与用于可见光彩色成像的像素(其中设置有原色滤色器的像素)相比，信号就易于饱和，并且饱和现象就会成为一个问题，特别地在明亮环境下成像就会成为一个问题。具体地，在明亮环境下就不能获得适合的红外图像。

为了解决饱和问题，可以通过驱动控制部件146来控制其中设置有白色滤色器W的探测部件的探测时间。例如，在明亮环境下，就可以通过采用快门功能(包括机械快门和电子快门)的曝光控制来进行高速成像。例如，可以用短周期来进行成像器件的曝光，从而从成像器件(特别地，探测部件)中读取像素信号，并且将像素信号透射至图像信号处理部件140。

在此情况下，以较高速度例如超过60帧/秒的速度来进行曝光和信号读取，从而产生饱和上的增加效果。可选择地，可以简单地在小于0.01667秒的时间(存储时间)之内进行信号读取。在此情况下，可以采用过流来将电荷信号释放到衬底侧，以致在短时间之内有效读取存储的电荷。

更加优选地，在超过240帧/秒的高速下进行曝光和信号读取，以便进一步提高饱和效果。可选择地，可以简单地在小于4.16微秒的时间(存储时间)之内进行信号读取。

在短时间(存储时间)之内从其读取电荷以便防止饱和的像素不限于校正白色像素12W，或者可以是含有用于可见光彩色成像的其它像素(其中分别设置有原色滤色器的原色像素)的所有像素。

可替换地，可以两次集成在短曝光时间之内的信号读取，从而将黑色位置中的弱信号转换为强信号，由此增大S/N比。在此情况下，例如，通过在黑暗环境和明亮环境下进行成像，就能够获得适合的灵敏度和高S/N比。就是说，通过高速成像，就能够防止在白色校正像素12W中的饱和，并且通过信号集成就能够实现宽的动态范围。

(传感器结构中的第一实例；对应于CCD)

图45是说明其具有图44A、44B和44C中所示的CCD固态成像器件的附图，以致单独同时获得可见光VL和红外光IR的两种波长组分的图像。图45是展示应用于采用叠置介质膜的CCD固态成像器件101的一个实例的简图(透视图)。邻近衬底表面的剖面结构与图43中所示的剖面结构相同。

在图45中所示的CCD固态成像器件101的结构中，只示出了含有四个像素的单元像素矩阵12。然而，事实上，单元像素矩阵12以横向和纵向方式重复。

在以单元像素矩阵12的周期性排列的四个像素之中，在像素12IR中不形成叠置介质膜1，在像素12Ir中不设置彩色滤色器14，以致不用穿过彩色滤色器14来接收红外光IR。在此情况下，像素12IR就接收红外光IR和可见光VL的混合组分。在其没有设置彩色滤色器14的每一个像素中的像素12IR称为“白色像素12W”或“全范围透射像素”。

在其中不形成叠置介质膜1的每个像素12IR中，在白色像素12W中没有设置彩色滤色器14，以致红外光IR和可见光VL两者同时作用于信号。在此情况下，用于红外光IR的像素12IR就不仅作为红外光IR的像素而且作为红外光IR和可见光VL两者的像素。

另一方面，在其它像素12B、12G和12R的每一个像素之上，设置叠置介质膜1，并且在其上进一步设置原色滤色器14R、14G和14B，以致分别通过相应的原色滤色器14R、14G和14B来接收可见光VL中的蓝色B、绿色G和红色R的原色组分。就是说，在其中分别设置有原色滤色器的每个像素的探测部件之上形成叠置介质膜1，由此就具有有效去除红外光的功能。与第二实施例中所采用的原色滤色器14R、14G和14B一样，可以采用图46A中所示的第一实例。图29中示出了所采用的电路结构。

通过采用具有上述结构的成像器件，就能够同时获得基于原色元件的可见光彩色图像和红外IR图像或红外光IR和可见光VL的混合图像。例如，采用来自用于其接收红外光IR和可见光VL的混合组分的像素12IR的像素数据，就能够获得红外光IR和可见光VL的混合组分的图像，由此提高灵敏度。同样地，不仅能够获得红外光IR和可见光VL的混合组分的图像和可见VL图像，而且通过采用两个图像之差就能够获得红外IR图像。

尽管在附图中未示出，但可以由其透射可见光范围中的G彩色组分和红外组分并滤除其它组分(可见光范围中的B组分和R组分)的绿色滤色器来代替白色滤色器14W。就是说，可以设置用于接收并探测红外光和可见光中的特定波长组分的探测区。

在此情况下，采用来自用于其接收红外光IR和可见光VL中的特定波长组分的混合组分的像素12IR的像素数据，就能够获得红外光IR和可见光VL中的特定波长组分的混合组分的的图像，由此提高灵敏度。同样地，不仅能够获得混合组分的图像和可见VL图像，而且通过采用红外光IR和可见光VL中的特定波长组分之差就能够获得红外IR图像。

(彩色分离滤色器排列的其它实例)

图46～52是说明分辨率下降的已知像素排列的附图。关于像素排列，当采用图41或44中所示的排列时，将用于探测红外光(或红外光和可见光的混合组分)的像素添加至其中设置有RGB常规原色滤色器或CyMgYe互补色滤色器(或原色滤色器G)的用于可见光的像素。

例如，由黑色校正像素、白色像素、绿色校正像素或绛红色校正像素来代替用于可见光彩色成像的绿色像素G或绛红色像素Mg，由此就有可能降低任何可见光彩色图像和红外图像的分辨率。例如，当常规Bayer排列中的一个G像素被红色像素代替时，分辨率就会降低。然而，当适当排列校正像素和其显著有利于分辨率的波长组分的像素(例如，绿色像素G)时，就能够解决分辨率的问题。

在此情况下，重要之处在于，与常规结构类似，在其中以镶嵌图形方式排列彩色滤色器的彩色分离滤色器排列中，就可以按照镶嵌图形方式、利用预定的晶格间隔来排列用于红外光(用于红外光和可见光的混合组分)的像素，并且就可以按照镶嵌图形方式、利用预定的晶格间隔来排列可见光的原色RGB的一种颜色或互补颜色Cy、Mg和Ye的像素。

镶嵌图形意味着一种颜色的像素按照晶格方式排列为预定的晶格间隔，并且一种颜色的像素不会彼此相邻。在其中一种颜色的像素彼此相邻的像素排列的典型实例中，按照栅格图形(交错图形)方式交替排列红外光的方形像素和其它颜色的方形像素。可选择地，可选择地按照栅格图形方式(交错图形)排列可见光的主颜色RGB的一种颜色或互补颜色CyMgYe的一种颜色的方形像素和其它颜色的方形像素。

(对于原色滤色器的应用实例)

例如，为了采用RGB原色滤色器来抑制可见光彩色图像的分辨率下降，就可以维持可见光范围中的G像素的排列密度，并且可见光范围的R或B的像素可以被校正黑色像素、白色像素或绿色像素代替。例如，如图46A和B中所示，在2×2个单元像素矩阵12中，包括：用于探测可见光范围中的绿色组分的彩色像素G排列成奇数行和奇数列以及偶数行和偶数列，并且校正黑色像素(图46A)、白色像素(图46B)或绿色像素(未示出)排列成偶数行和奇数列。

此外，在奇数列方式的单元像素矩阵12中，在列方向上的奇数单元像素矩阵12中的奇数行处和偶数列处设置用于探测可见光范围中的蓝色组分的彩色像素B，并且在列方向上的偶数单元像素矩阵12中的奇数行处和偶数列处设置用于探测可见光范围的红色组分的彩色像素R。在偶数列中的单元像素矩阵12中，按照与上述相反的排列方式设置彩色像素B和彩色像素R。总之，彩色滤色器14的重复周期由2×2个单元像素矩阵12来完成。

在图46A和46B中所示的排列中，按照交错图形方式交替排列可见光的主颜色RGB中的一种颜色的像素和其它颜色的像素。在这种排列中，将显著有益于可见光彩色图像的分辨率的彩色像素G的密度设置为与Bayer排列相同，由此就能够防止可见光彩色图像的分辨率的下降。

然而，彩色像素R和彩色像素B的排列密度为Bayer排列密度的1/2，因此降低了颜色的分辨率。然而，人们对于红色R和蓝色B的可视性低于对于蓝色G的可视性，因此颜色分辨率的下降就不会成为大的问题。另一方面，在采用校正像素的红外图像中，校正像素的排列密度为用于探测可见光范围中的绿色组分的彩色像素G的排列密度的1/2，因此分辨率就低于可见光彩色图像的分辨率。

例如，通过图33A～33F中所示的制造工艺，试验制造具有图31(与图35中所示的结构一样，对应于用于接收可见光的剖面结构)中所示的层结构的CMOS固态成像器件(图31中所示的像素电路结构)。在CMOS固态成像器件中，采用具有图47中所示的透射光谱特性的黑色滤色器14BK，并且按照图46A中所示的图形方式排列黑色校正像素。结果，就会发现，同时获得了主颜色的高分辨率的彩色图像和具有低于彩色图像的分辨率的相对高分辨率的红外图像。

此外，通过图33A～33F中所示的制造工艺，试验制造具有图37(与图35中所示的结构一样，对应于用于接收可见光的剖面结构)中所示的层结构的CMOS固态成像器件(图31中所示的像素电路结构)。在CMOS固态成像器件中，按照图46B中所示的图形方式排列白色像素。结果，就会发现，同时获得了主颜色的高分辨率的彩色图像和红外光与可见光的混合组分的图像，并且混合组分的图像具有低于彩色图像的分辨率的相对高分辨率。还会发现，对于可见光，通过降低分别由原色像素R、G和B探测的蓝色、红色和绿色的密度，就同时获得了红外图像。

为了防止饱和，可以在短时间之内曝光所有像素，以便读取电荷信息，并且可以将在较短时间之内的信号读取集成为两次，由此转换为大的信号。因此，甚至在黑暗环境下或在明亮环境下，都会获得适合的灵敏度，并且扩展了动态范围。

而且，其中组合了图46A中所示的这种黑色校正像素和多层膜的结构或其中组合了图46B中所示的这种白色像素和多层膜的结构显示出了图43中所示的CCD结构和CMOS固态成像器件上的相同效果。

为了抑制红外图像的分辨率下降，如图48A和48B中所示，可以用校正黑色像素(图48A)、白色像素(图48B)或绿色像素(未示出)来互换用于探测图46A中所示的可见光范围的绿色组分的彩色像素G。在此情况下，就按照交错图形方式交替排列与校正像素一样的红外像素和其它颜色的像素。在这种排列中，可以将校正像素的密度设置为与Bayer排列中的密度相同，由此就防止了红外图像的分辨率下降。然而，显著有益于可见光彩色图像的分辨率的彩色像素G的排列密度是校正像素的排列密度的1/2，因此可见光彩色图像的分辨率就会低于红外图像的分辨率。此颜色分辨率与图46A和46B中所示的相同。

例如，试验制造CMOS固态成像器件(图29中所示的像素电路结构，并且与图43中所示的一样，对应于用于接收可见光的像素的剖面结构)。在CMOS固态成像器件中，采用显示出图47中所示的透射光谱特性的黑色滤色器14BK，并且按照图48A中所示的图形方式排列黑色校正像素。结果，就会发现，同时获得了高分辨率的红外图像和具有低于红外图像的分辨率的相对高分辨率的可见光彩色图像。

此外，试验制造CMOS固态成像器件(图29中所示的像素电路结构，并且与图43中所示的一样，对应于用于接收可见光的像素的剖面结构)。在CMOS固态成像器件中，按照图48B中所示的图形方式排列白色校正像素。结果，就会发现，获得了红外光和可见光的混合组分的高分辨率图像。还会发现，对于可见光，通过降低分别由原色像素R、G和B探测的蓝色、红色和绿色的强度，就同时获得了红外图像，获得了具有低于红外图像的分辨率的相对高分辨率的可见光彩色图像。

进一步确信，在任何一种成像器件中，不用红外分割滤色器、甚至在红外环境中，也能够进行高彩色再现性的成像。进一步发现，在采用了白色像素的结构中，采用从白色像素中获得的可见光组分，校正基于主颜色的可见光图像而获得的亮度信号，由此独立于彩色再现性而进一步提高了可见光彩色图像的灵敏度。

为了防止饱和，采用过流，在短时间之内仅仅读取白色像素的电荷，并且可以将在较短时间之内的信号读取集成为两次，由此就转换为大的信号。因此，甚至在黑暗环境下或在明亮环境下，都能够获得适合的灵敏度，并且扩展了动态范围。

而且，其中组合了图48A中所示的这种黑色校正像素和多层膜的结构或其中组合了图48B中所示的这种白色像素和多层膜的结构显示出了图43中所示的CCD结构和CMOS固态成像器件上的相同效果。

图49A、49B和49C是说明其中与可见光彩色图像无关而设置有用于获得红外图像的像素的像素排列的其它实例的附图。在这些实例中，对于用于获得红外图像的像素，组合多个彩色滤色器。例如，组合在每个图49A、49B和49C中所示的实例、第一实例和第二实例，并且在单元像素矩阵12中，对于用于获得红外图像的像素，交替排列黑色滤色器14BK和白色滤色器14W。图49A示出了图41和44的组合，图49B示出了图46A和46B的组合，以及图49C示出了图48A和48B的组合。

在包含这些组合每一种组合的排列中，例如，对于提高灵敏度，主要采用白色像素12W；对于维持正常亮度和高亮度，则采用黑色像素12BK。通过组合两种类型像素的输出，就能够实现从低亮度水平到高亮度水平的再现性范围的宽范围，并且还会扩展了动态范围。

(对于互补滤色器的应用实例)

为了采用CyMgYe互补色滤色器来抑制可见光彩色图像分辨率的下降，就可以维持可见光范围中的Mg像素的排列密度，并且可见光范围的像素R或B可以由用于获得红外图像的校正黑色像素、白色像素或绿色像素代替。例如，如图50A和B中所示，在2×2单元像素矩阵12中，用于探测可见光范围中的绛红色组分的彩色像素Mg排列成奇数行和偶数列，并且用于获得红外图像的黑色像素(图50A)、白色像素(图50B)或绛红色像素(未示出)排列成偶数行和奇数列。此外，一种绛红色像素Mg可以由绿色像素G代替。

在此情况下，按照交错方式交替排列可见光的一种互补颜色Cy、Mg和Ye的像素Mg和其它颜色的像素。在这种排列方式下，将显著有益于可见光彩色图像的分辨率的彩色像素Mg的密度设置为与Bayer排列方式相同，由此防止可见光图像分辨率的下降。

然而，彩色像素Cy和Ye的排列密度为彩色像素Mg的排列密度的1/2，因此降低了颜色分辨率。然而，人们对于颜色的可视性低，因此颜色分辨率的下降就不会成为大的问题。另一方面，在采用校正像素的红外图像中，校正像素(红外像素)的排列密度是用于探测可见光范围中的绛红色组分的彩色像素Mg的排列密度的1/2，因此分辨率就会低于可见光彩色图像的分辨率。

为了抑制红外图像分辨率的下降，如图51A和51B中所示，可以用校正黑色像素(图51A)、白色像素(图51B)或用于获得红外图像的绛红色彩色像素(未示出)来互换用于探测可见光范围的绛红色组分的彩色像素Mg。在此情况下，按照交错图形方式交替排列与校正像素一样的红外像素和其它颜色的像素。在这种排列方式下，就可以将校正像素的密度设置为与Bayer排列方式一样，由此就防那个制了红外图像的分辨率下降。然而，显著有益于可见光彩色图像的分辨率的彩色像素Mg的排列密度是校正像素的排列密度的1/2，因此可见光彩色图像的分辨率就低于红外图像的分辨率。此颜色分辨率与图50A和50B中所示的相同。

虽然在用于抑制分辨率下降的上述排列中，按照镶嵌图形方式(在典型实例中，交错图形)、以尽可能高的密度排列绿色G或绛红色Mg像素，按照交错图形方式排列其它颜色的像素(例如，R和B，或Cy和Ye)。在此情况下，可以获得实质上相同的效果。当然，为了提高分辨率和颜色分辨能力，优选按照镶嵌图形方式、以尽可能高的密度排列具有高可视性的彩色组分的滤色器。

(对于倾斜排列的应用实例)

尽管在上述实例中按照方形晶格方式排列彩色滤色器，但是可以按照倾斜晶格方式排列彩色滤色器。例如，在图52A中所示的排列中，按照顺时针方向将图46B中所示的排列旋转45度。在图53B中所示的排列中，按照顺时针方向将图48B中所示的排列旋转45度。按照这种方式，在倾斜排列中，就会在垂直方向上并在水平方向上增加像素密度，由此进一步提高了两个方向上的分辨率。

虽然参照各实施例描述了本发明，但本发明的技术领域不限于上述实施例，并且在本发明所列举的范围之内，可以进行各种变化和修改。这些变化和修改包含于本发明的技术领域。

同样地，本发明不限于各实施例，并且各实施例中所述的所有组合可以用于解决各个问题。上述各实施例中的每一个实施例包括各种修改，可以在任何所需的组合中采用所述的多个特征。在各实施例中所描述的一些特征可以被去除，而且可以获得本发明的效果。

上述结构并不仅仅是本发明的各实施例，如上所述，为了使用具有一种其中多层具有在相邻层之间不同折射系数、每层具有预定厚度的结构的叠置构件(叠置介质膜)而允许波长光谱分离，可以采用另一种类似的结构，该叠置构件还具有反射电磁波的预定波长组分并透射余数(remainder)的特性。

而且，上述技术不限于一种用于色散为可见光和红外光的技术。例如，光可以被色散为可见光和紫外光、且可以被探测，并且紫外光可以与可见光一起被探测，从而形成一个图像。而且，同时探测的可见光的图像不限于不用色散的单色图像，并且可以通过采用如上所述的用于各种颜色的彩色滤色器、将可见光频带色散为三原色组分来探测彩色图像。

因此，可以与其用眼睛可看见的可见图像一起(单色图像或彩色图像)，同时获得用眼睛可看见的紫外光的信息。结果，本发明还可以应用于新信息系统诸如光学同步监视照相机等的关键器件。

例如，通过采用用于与反射波长范围组分一样的可见光VL和与透射波长范围组分一样的小于可见光VL的波长侧(例如，紫外光)的叠置介质膜1，就可以进行色散为可见光VL和小于可见光VL的波长侧以及它们的探测。

虽然在附图中未示出，在图41A～41C中所示的排列中，可以在单元像素矩阵12的周期性排列方式下的四像素的像素12IR之上，形成用于在大于可见光VL波长的波长下反射一个组分的叠置介质膜1，从而接收小于可见光VL的波长侧上的光(紫外光)。此外，在其它三个像素12B、12G和12R的每一个像素之上不形成叠置介质膜1，但在其上设置彩色滤色器14(14R、14G和14B)，以致接收与更低波长侧(紫外光)一起的可见光VL中的蓝色B、绿色G和红色R的三原色组分。

为了获得与其基本上不受透射波长范围组分影响的反射波长范围组分一样的可见光VL的信号，优选在与透射波长范围组分和反射波长范围组分一样的紫外光组分之间进行算术运算。作为彩色滤色器14(14R、14G和14B)，可以采用基本上具有与透射波长范围组分一样的紫外光的0透射率的彩色滤色器。在此情况下，通过彩色滤色器(14R、14G和14B)，就将小于可见光VL波长侧(紫外光)上的组分，由此就可以取消算术运算。

本领域技术人员应当理解，根据设计需要和其它因数就可以进行各种修改、组合、次组合和替换，在此范围内它们将属于附加权利要求或它们等同的范围。

Claims (49)

1.一种用于采用一种器件基于单位信号获取物理信息的方法，该器件用于探测用于预定目的的物理分布，该器件包括：作为单元组件，一个用于探测电磁波的探测部件和一个用于根据由该探测部件探测的电磁波量来产生相应的单位信号并输出该单位信号的单位信号产生部件，并且按照预定顺序在相同衬底之上设置该单元组件；

其中该探测部件包括具有一个其中叠置有多层的结构的叠置构件，该多层在相邻层之间具有不同折射系数且每层具有预定厚度，在电磁波入射到的入射表面侧上设置该叠置构件，该叠置构件具有反射该电磁波的预定波长范围组分的特性，并且透射该剩余项；以及

由该探测部件探测透射通过该叠置构件的该透射波长范围组分，并且基于从该单位信号产生部件获得的该透射波长范围组分的单位信号来获取用于预定目的的物理信息。

2.根据权利要求1的方法，其中，在其它探测部件中电磁波入射到的入射表面侧上不设置该叠置构件，该其它探测部件不是用于透射波长范围组分的探测部件，以致通过该其它探测部件来探测反射波长范围组分，由此基于从该单位信号产生部件获得的反射波长范围组分的单位信号获得用于第二预定目的的物理信息。

3.根据权利要求2的方法，其中，选择并输出基于该透射波长范围组分的单位信号的第一物理信息和基于该反射波长范围组分的单位信号的第二物理信息之一，或者同时输出两个物理信息。

4.根据权利要求1的方法，进一步包括在用于探测透射波长范围组分的多个探测部件各自的入射表面侧上设置的光学构件，用于将该透射波长范围组分分离为不同的波长范围组分；

其中分别通过该多个探测部件来探测各自的透射波长范围组分，并且组合该各自的透射波长范围组分的单位信号来获取关于该透射波长范围组分的其它物理信息，该单位信号从该单位信号产生部件获得。

5.根据权利要求4的方法，其中，作为光学构件，采用其中可见光范围中的透射光包括三原色的波长组分的原色滤色器。

6.根据权利要求4的方法，其中，作为光学构件，采用其中可见光范围中的透射光包括各个三原色的互补色的互补色滤色器。

7.根据权利要求2的方法，其中，通过反射波长范围组分的单位信号和透射波长范围组分的单位信号的差分处理，获得其中透射波长范围组分的影响可以忽略的物理信息作为第二物理信息。

8.根据权利要求7的方法，包括：

在用于探测透射波长范围组分的探测部件中电磁波入射到的入射表面侧上设置光学构件，用于透射该透射波长范围组分的预定波长组分；

在用于探测反射波长范围组分的其它探测部件中电磁波入射到的入射表面侧上设置光学构件，用于透射该反射波长范围组分和该透射波长范围组分中的预定波长组分；以及

通过各个探测部件探测该透射波长范围组分中的预定波长组分和该反射波长范围组分与该透射波长范围组分的预定波长组分的合成组分，从而基于从该单位信号产生部件获得的不同波长范围组分的单位信号来获得其中透射波长范围组分的影响可以忽略的物理信息作为第二物理信息。

9.根据权利要求2的方法，包括：

在用于探测反射波长范围组分的其它探测部件中电磁波入射到的入射表面侧上设置光学构件，用于透射该反射波长范围组分并滤除该透射波长范围组分；以及

通过该探测部件探测排除了透射波长范围组分的反射波长范围组分，从而基于从该单位信号产生部件获得的反射波长范围组分的单位信号获得其中可以忽略该透射波长范围组分的影响的物理信息作为第二物理信息。

10.一种采用一种器件来基于单位信号获取物理信息的装置，该器件用于探测用于预定目的的物理分布，该器件包括：作为单元组件，用于探测电磁波的探测部件和用于根据探测部件探测的电磁波的量产生相应的单位信号并输出该单位信号的单位信号产生部件，并且该单元组件按照预定顺序设置在相同衬底上，该装置包括：

在该探测部件的入射侧上设置的一个叠置构件，电磁波入射到该入射侧，该叠置构件具有一个结构且还具有反射电磁波的预定波长范围组分并透射剩余项的特性，在该结构中层叠相邻层之间具有不同折射率且每一层都具有预定厚度的多个层；以及

信号处理单元，用于根据通过传感部件探测并透射通过该叠置构件的透射波长范围组分的单位信号来获得用于预定目的的物理信息，该单位信号从单位信号产生部件中获得。

11.根据权利要求10的装置，其中，该叠置构件与该探测部件集成在一起。

12.根据权利要求11的装置，其中，该信号处理部件基于反射波长范围组分的单位信号获取用于第二目的的物理信息，该单位信号是从该单位信号产生部件根据通过传感部件而不是用于探测透射波长范围组分的传感部件探测的反射波长范围组分而获得的，该反射波长范围组分不会透射通过该叠置构件。

13.根据权利要求12的装置，进一步包括：信号切换控制部件，用于控制该信号处理部件，从而选择并输出基于透射波长范围组分的单位信号的第一物理信息和基于反射波长范围组分的单位信号的第二物理信息之一、或两者同时被输出。

14.根据权利要求12的装置，进一步包括：在多个用于探测透射波长范围组分的探测部件各自的入射表面侧上设置的光学构件，用于将透射波长范围组分分离为各自的波长范围组分；

其中根据分别由多个探测部件探测的各个透射波长范围组分，该信号处理部件通过组合各个透射波长范围组分的单位信号来获得关于透射波长范围组分的其它物理信息，该单位信号从该单位信号产生部件获得。

15.根据权利要求14的装置，其中，该光学构件为原色滤色器，在该原色滤色器中透射的可见光范围中的光包括三原色的波长组分。

16.根据权利要求14的装置，其中，该光学构件为互补色滤色器，在该互补色滤色器中透射的可见光范围中的光包括各个三原色的互补色。

17.根据权利要求12的装置，其中，通过反射波长范围组分的单位信号与透射波长范围组分的单位信号的差分处理，该信号处理部件获取其中透射波长范围组分的影响可以忽略的物理信息作为第二物理信息。

18.据权利要求17的装置，进一步包括：

在用于探测透射波长范围组分的探测部件中电磁波入射到的入射表面侧上的光学构件，用于透射该透射波长范围组分的预定波长组分；以及

在用于探测反射波长范围组分的另一个探测部件中电磁波入射到的入射表面侧上的光学构件，用于透射该反射波长范围组分和该透射波长范围组分的预定波长组分；以及

其中，通过根据透射波长范围组分的预定波长组分而从单位信号产生部件中获得的透射波长范围组分的预定波长组分的单位信号与根据反射波长范围组分和透射波长范围组分的预定波长组分而从单位信号产生部件中获得的合成组分的单位信号之间的差分处理，该信号处理部件获取其中可以忽略透射波长范围组分的影响的物理信息作为第二物理信息。

19.根据权利要求12的装置，进一步包括：

在用于探测反射波长范围组分的探测部件中电磁波入射到的入射表面侧上的光学构件，用于透射该反射波长范围组分并滤除透射波长范围组分；

其中，通过使用根据排除了透射波长范围组分的反射波长范围组分而从单位信号产生部件中获得的反射波长范围组分的单位信号，该信号处理部件获取其中可以忽略透射波长范围组分的影响的物理信息作为第二物理信息。

20.据权利要求10的装置，构成该叠置构件的第j层材料满足以下条件表达式(A)：

0.9×λ0/4n≤dj≤1.1×λ0/4n    …(A)

其中dj为厚度，λ0是反射波长范围组分的中心波长。

21.据权利要求10的装置，其中，该反射波长范围组分的中心波长λ0满足以下条件表达式(B)：

780nm≤λ0≤1100nm    …(B)。

22.据权利要求21的装置，其中，该反射波长范围组分的中心波长λ0为大约900nm。

23.据权利要求10的装置，其中，当该透射波长范围λ1满足以下条件表达式(C1)时，在探测部件侧设置的叠置构件中的层γ材料就会满足以下条件表达式(C2)：

380nm≤λ1≤780nm    …(C1)

0nm＜dγ≤96nm       …(C2)。

24.据权利要求23的装置，其中，层γ材料满足以下条件表达式(C3)：

47nm＜dγ≤96nm    …(C3)。

25.据权利要求10的装置，其中，该叠置构件包括选自以下材料中的至少两层材料：诸如氮化硅、氧化硅、氧化铝、氧化锆(zirconia)、氧化钛、氧化镁和氧化锌之类的氧化物；诸如聚碳酸脂和丙烯酸树脂之类的聚合物材料；以及诸如碳化硅和锗Ge之类的半导体材料。

26.据权利要求25的装置，其中，该叠置构件包括作为第一层材料的氮化硅和作为第二层材料的氧化硅。

27.据权利要求11的装置，其中，该叠置构件包括：在该探测部件侧上设置的布线层，采用该布线层用于形成从该单位信号产生部件中读取单位信号的单线；以及叠层膜，该叠层膜具有一种结构且还具有反射该电磁波的预定波长组分并透射该剩余项的特性，在该结构中层叠了在相邻层之间具有不同折射系数且每一层都具有预定厚度的多个层。

28.据权利要求27的装置，其中，该叠层膜具有包括作为第一层材料的氮化硅和作为第二层材料的氧化硅的结构，在两个外侧上设置第一层材料，并且两层材料交替叠置为总共9层或更多层，该叠层膜与该探测部件之间的距离为大约700nm。

29.据权利要求27的装置，其中，该叠层膜具有一种包括作为第一层材料的氮化硅和作为第二层材料的氧化硅的结构，在两个外侧上设置第一层材料，并且两层材料交替叠置为总共9层或更多层，该叠层膜与该探测部件之间的距离为大约3.2nm。

30.据权利要求12的装置，进一步包括用于控制另一个探测部件的该探测时间的驱动部件。

31.据权利要求12的装置，其中，该信号处理部件数次集成由另一个探测部件探测的反射波长范围组分的单位信号，从而使用透射波长范围组分的该集成的单位信号来获取用于第二预定目的的物理信息。

32.据权利要求12的装置，其中，按照恒定数字比的方式来周期性设置用于探测透射波长范围组分的探测部件和用于探测反射波长范围组分的探测部件。

33.据权利要求32的装置，其中，相对于用于探测透射波长范围组分的多个探测部件设置用于探测反射波长范围组分的一个探测部件。

34.据权利要求12的装置，其中，按照1∶1的方式来设置用于探测透射波长范围组分的探测部件和用于探测反射波长范围组分的探测部件。

35.据权利要求12的装置，其中，用于探测透射波长范围组分的探测部件还包括：用于将透射波长范围组分分离为波长组分并探测该组分的多个探测元件的组合，按照二维晶格方式排列用于探测反射波长范围组分的探测部件和用于探测透射波长范围组分的探测部件的多个探测元件，以致按照交错图形方式排列多个探测元件中用于探测预定波长组分的探测元件。

36.根据权利要求12的装置，其中，用于探测透射波长范围组分的探测部件还包括：用于将透射波长范围组分分离为波长组分并探测该组分的多个探测元件的组合，按照二维晶格方式排列用于探测反射波长范围组分的探测部件和用于探测透射波长范围组分的探测部件的多个探测元件，以便按照交错图形方式排列用于探测反射波长范围组分的探测部件。

37.一种用于探测物理量分布的半导体器件的制造方法，该半导体器件包括：作为单元组件，用于探测电磁波的探测部件；以及用于根据由该探测部件探测的电磁波量来产生并输出单位信号的单位信号产生部件，该单元组件按照预定顺序被设置在相同半导体衬底上，该方法包括以下步骤：

在该半导体衬底上形成具有探测部件和单位信号产生部件的半导体元件层；

在该半导体元件层之上形成用于信号线的布线层，用于从该单位信号产生部件中读取单位信号；以及

在该布线层上形成叠置膜，该叠置膜具有一种结构并且还具有反射电磁波的预定波长组分和透射剩余项的特性，在该结构中叠置了在相邻层之间具有不同折射系数且每层具有预定厚度的多个层。

38.根据权利要求37的方法，进一步包括步骤：按照与对应于各个波长的探测部件位置对准的方式来去除该叠置膜的一部分。

39.根据权利要求37的方法，进一步包括步骤：按照与对应于各个波长的探测部件位置对准的方式，在该叠置膜上形成光学构件，该光学构件用于透射透射波长范围组分的预定波长。

40、一种光接收器件，包括：

在半导体层中形成的光电转换器；以及

在其中至少形成有该光电转换器的一部分半导体层之上形成的单晶层，该单晶层由具有比该半导体层的能带隙更宽的能带隙的材料组成。

41、根据权利要求40的光接收器件，其中，该半导体层由硅组成，并且该单晶层由SiC或SiGeC组成。

42、根据权利要求40的光接收器件，其中，该单晶层的厚度为30nm或更小。

43、根据权利要求40的光接收器件，其中，在该半导体层和该单晶层之间设置超晶格。

44、一种光接收器件的制造方法，该光接收器件包括在半导体层中形成的光电转换器，该方法包括步骤：在其中至少形成有光电转换器的一部分半导体层之上形成单晶层，该单晶层由具有比该半导体层的能带隙更宽的能带隙的材料组成。

45、一种固态成像器件，包括在半导体层中形成的光电转换器和在其中至少形成有该光电转换器的一部分半导体层之上形成的单晶层，该单晶层由具有比该半导体层的能带隙更宽的能带隙的材料组成。

46、根据权利要求45的固态成像器件，其中，该半导体层由硅组成，并且该单晶层由SiC或SiGeC组成。

47、根据权利要求45的固态成像器件，其中，该单晶层的厚度为30nm或更小。

48、根据权利要求45的固态成像器件，其中，在该半导体层和该单晶层之间设置超晶格。

49、一种固态成像器件的制造方法，该固态成像器件包括在半导体层中形成的光电转换器，该方法包括步骤：在其中至少形成有该光电转换器的一部分半导体层之上形成单晶层，该单晶层由具有比该半导体层的能带隙更宽的能带隙的材料组成。

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