DE102011055527A1 - Bildsensoren mit einer Gateelektrode, welche einen potentialfreien Diffusionsbereich umgibt - Google Patents

Bildsensoren mit einer Gateelektrode, welche einen potentialfreien Diffusionsbereich umgibt Download PDF

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Abstract

Bildsensoren werden bereitgestellt. Die Bildsensoren können einen ersten (113) und einen zweiten gestapelten Störstellenbereiche (111) mit unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen aufweisen. Die Bildsensoren können außerdem einen potentialfreien Diffusionsbereich (131) in dem ersten Störstellenbereich (113) aufweisen. Die Bildsensoren können ferner eine Transfer-Gateelektrode (123) aufweisen, die den potentialfreien Diffusionsbereich (131) in dem ersten Störstellenbereich (113) umgibt. Außerdem können die Transfer-Gateelektrode (123) und der potenzialfreie Diffusionsbereich (131) den zweiten Störstellenbereich (111) überlagern.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese nicht vorläufige US-Patentanmeldung beansprucht die Priorität unter 35 U. S. C. § 119 der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2011-0010725 , eingereicht am 7. Februar 2011, deren Offenlegung durch Bezugnahme in vollem Umfang mit aufgenommen wird.
  • HINTERGRUND
  • Die hier vorgelegte Offenlegung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen und insbesondere auf Bildsensoren.
  • Ein Bildsensor ist eine Vorrichtung, die optische Bilder in elektrische Signale umwandelt. Mit zunehmender Weiterentwicklung der Computer- und Kommunikationsindustrien kann eine zunehmende Nachfrage nach Hochleistungsbildsensoren bestehen, die zur Aufnahme von Bildern in einer Vielzahl von Anwendungen, wie z. B. Digitalkameras, Camcorder, Personalkommunikationssysteme (PCs), Spielmaschinen, Sicherheitskameras, Mikrokameras für medizinische Anwendungen und/oder Robotern verwendet werden können.
  • Bildsensoren können Komplementär-Metalloxidhalbleiter(CMOS)-Bildsensoren und Ladungs-gekoppelte Einheiten (CCDs) aufweisen. CMOS-Bildsensoren arbeiten nach einem einfachen Arbeitsprinzip/-weise und können auf einem einzigen Chip in Signalprozessorschaltkreisen integriert sein, so dass Produkte mit CMOS-Bildsensoren ermöglicht werden, die in ihren Abmaßen weiter verkleinert sind. Darüber hinaus können CMOS-Bildsensoren mit einem verhältnismäßig geringen Energieverbrauch arbeiten. Folglich sind CMOS-Bildsensoren in tragbaren elektronischen Vorrichtungen anwendbar. Außerdem können CMOS-Bildsensoren durch den Einsatz von CMOS-Herstellungstechniken hergestellt werden, die die Herstellungskosten reduzieren können. Ferner können CMOS-Bildsensoren hochauflösende Bilder bereitstellen. Dementsprechend hat der Einsatz von CMOS-Bildsensoren zugenommen.
  • KURZFASSUNG
  • Gemäß einigen Ausführungsformen können Bildsensoren einen ersten und einen zweiten gestapelten Störstellenbereich mit unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen aufweisen. Die Bildsensoren können auch einen potentialfreien Diffusionsbereich in dem ersten Störstellenbereich aufweisen. Ferner können die Bildsensoren eine den potentialfreien Diffusionsbereich in dem ersten Störstellenbereich umgebende Transfer-Gateelektrode aufweisen, wobei die Transfer-Gateelektrode und der zweite Störstellenbereich den potentialfreien Diffusionsbereich überlappen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann ein Teil des ersten Störstellenbereichs derart konfiguriert sein, dass ein Kanalbereich eines Ladungs-Übertragungselements bereitgestellt wird.
  • Einige Ausführungsformen sehen vor, dass die Transfer-Gateelektrode bei einer Draufsicht in Bezug auf den zweiten Störstellenbereich im Wesentlichen zentral angeordnet ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen können der erste und zweite Störstellenbereich eine photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung vorsehen. Zusätzlich können die erste und zweite Entfernung von der Transfer-Gateelektrode zur jeweiligen ersten und zweiten Kante der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung im Wesentlichen gleich sein.
  • Einige Ausführungsformen sehen vor, dass sich die Transfer-Gateelektrode nach unten hin in den unteren Störstellenbereich derart erstreckt, dass eine untere Oberfläche der Transfer-Gateelektrode niedriger angeordnet ist als eine obere Oberfläche des unteren Störstellenbereichs.
  • Bei einigen Ausführungsformen können sich der erste und zweite Störstellenbereich einen Grenzbereich dazwischen teilen. Außerdem kann die Transfer-Gateelektrode räumlich getrennt von dem Grenzbereich sein, der sich zwischen dem ersten und zweiten Störstellenbereich befindet.
  • Einige Ausführungsformen sehen vor, dass der erste und zweite Störstellenbereich eine photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung bereitstellen können. Die Transfer-Gateelektrode kann sich auch hauptsächlich in vertikaler Richtung ausdehnen. Außerdem kann die Transfer-Gateelektrode bei einer Draufsicht in Bezug auf die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung im Wesentlichen zentral angeordnet sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen können die Bildsensoren ferner einen lokalen Störstellenbereich angrenzend an die Transfer-Gateelektrode aufweisen. Der lokale Störstellenbereich kann denselben Leitfähigkeitstyp wie der erste Störstellenbereich aufweisen. Außerdem kann der lokale Störstellenbereich eine Störstellenkonzentration aufweisen, die höher ist als die des ersten Störstellenbereichs.
  • Einige Ausführungsformen sehen vor, dass der erste Störstellenbereich ferner eine erste und zweite Schicht mit unterschiedlichen Störstellenkonzentrationen aufweisen kann. Der potentialfreie Diffusionsbereich kann sich in der ersten Schicht befinden. Ebenso kann die Transfer-Gateelektrode in der ersten und zweiten Schicht vorhanden sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Transfer-Gateelektrode eine geschlossene Schleifenform um den potentialfreien Diffusionsbereich aufweisen.
  • Einige Ausführungsformen sehen vor, dass der erste Störstellenbereich einen Oberflächen-Störstellenbereich aufweist. Der erste Störstellenbereich kann ferner einen Elektrische-Potentialbarriere-Bereich zwischen dem Oberflächen-Störstellenbereich und dem zweiten Störstellenbereich aufweisen. Der Oberflächen-Störstellenbereich kann eine Störstellenkonzentration aufweisen, die höher ist als die des Elektrische-Potentialbarriere-Bereichs.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen können die Bildsensoren eine Ladungsspeicherschicht aufweisen, die dafür vorgesehen ist, Ladungen zu speichern, die als Antwort auf das einfallende Licht erzeugt werden. Die Bildsensoren können außerdem eine Elektrische-Potentialbarriere-Schicht auf der Ladungsspeicherschicht aufweisen, die Elektrische-Potentialbarriereschicht weist einen anderen Leitfähigkeitstyp als die Ladungsspeicherschicht auf. Die Bildsensoren können ferner eine Ladungserfassungsschicht in der Elektrische-Potentialbarriere-Schicht aufweisen, die Ladungserfassungsschicht besitzt einen anderen Leitfähigkeitstyp als die Elektrische-Potentialbarriere-Schicht und ist von der Ladungsspeicherschicht vertikal räumlich getrennt. Die Bildsensoren können zusätzlich eine Gateelektrode mit einer geschlossenen Schleifenform aufweisen, die die Ladungserfassungsschicht umgibt. Die Gateelektrode kann auch derart ausgebildet sein, dass sie ein Potential der Elektrische-Potentialbarriere-Schicht steuert, um Ladungen in der Ladungsspeicherschicht an die Ladungserfassungsschicht zu übertragen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Ladungsspeicherschicht in einer Draufsicht einen zentralen, von der Gateelektrode umgebenen Teil und einen peripheren Teil angrenzend an eine äußere Seitenwand der Gateelektrode aufweisen. Außerdem können die Bildsensoren ferner eine Oberflächen-Störstellenschicht über dem peripheren Teil der Ladungsspeicherschicht aufweisen. Die Oberflächen-Störstellenschicht kann ferner denselben Leitfähigkeitstyp wie die Elektrische-Potentialbarriere-Schicht aufweisen und kann eine äußere Seitenwand der Gateelektrode umgeben. Darüber hinaus kann die Oberflächen-Störstellenschicht eine Störstellenkonzentration aufweisen, die höher als die der Elektrische-Potentialbarriere-Schicht ist.
  • Einige Ausführungsformen sehen vor, dass die Elektrische-Potentbarriere-Schicht auf dem zentralen Teil der Ladungsspeicherschicht sich durch einen Bereich unterhalb der Gateelektrode auf den peripheren Teil der Ladungsspeicherschicht erstrecken kann.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann eine untere Oberfläche der Gateelektrode auf einem Niveau zwischen der Ladungserfassungsschicht und der Ladungsspeicherschicht angeordnet sein.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen können die Bildsensoren eine Halbleiterschicht aufweisen, die eine erste und zweite entgegen gesetzte Oberfläche aufweist. Die Bildsensoren können ferner eine Verbindungsschicht auf der ersten Oberfläche der Halbleiterschicht aufweisen, die Verbindungsschicht weist Lese-Gateelektroden und Verbindungen auf. Die Bildsensoren können ferner eine Licht-Übertragungsschicht auf der zweiten Oberfläche der Halbleiterschicht aufweisen, die Licht-Übertragungsschicht weist Farbfilter und Mikrolinsen auf. Die Bildsensoren können zusätzlich eine Gateelektrode innerhalb der Halbleiterschicht und direkt angrenzend an die erste Oberfläche der Halbleiterschicht aufweisen, die Gateelektrode weist eine geschlossene Schleifenform auf. Ferner kann die Halbleiterschicht eine Ladungsspeicherschicht aufweisen, die dafür vorgesehen ist, Ladungen zu speichern, die als Antwort auf das einfallende Licht erzeugt werden. Die Halbleiterschicht kann auch eine Kanalschicht aufweisen, die in Verbindung mit der Ladungsspeicherschicht steht und unmittelbar angrenzend an die erste Oberfläche der Halbleiterschicht sein kann, die Kanalschicht weist einen anderen Leitfähigkeitstyp als die Ladungsspeicherschicht auf. Die Halbleiterschicht kann ferner eine Ladungserfassungsschicht in der Kanalschicht und vertikal räumlich getrennt von der Ladungsspeicherschicht aufweisen, die Ladungserfassungsschicht weist den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Ladungsspeicherschicht auf. Außerdem kann die Gateelektrode innerhalb der Kanalschicht sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen können die Bildsensoren ferner einen lokalen Störstellenbereich angrenzend an eine untere Oberfläche der Gateelektrode aufweisen. Der lokale Störstellenbereich kann den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Kanalschicht aufweisen. Außerdem kann der lokale Störstellenbereich eine Störstellenkonzentration aufweisen, die höher als die der Kanalschicht ist.
  • Einige Ausführungsformen sehen vor, dass die Kanalschicht einen inneren Bereich aufweist, der durch die Gateelektrode umfasst wird. Die Kanalschicht kann auch an einen äußeren Bereich angrenzend an eine äußere Seitenwand der Gateelektrode aufweisen.
  • Bei einigen Ausführungsformen können die Bildsensoren ferner Metalloxidhalbleiter (MOS) Transistoren aufweisen, die sich in einer Draufsicht mit der Ladungsspeicherschicht überschneiden. Die MOS-Transistoren können zusätzlich derart konfiguriert sein, dass sie den äußeren Bereich der Kanalschicht als Kanalbereiche benutzen.
  • Einige Ausführungsformen sehen vor, dass die Ladungserfassungsschicht von der Gateelektrode umgeben sein kann.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die oben genannten und andere Eigenschaften und Vorteile der Offenlegung werden angesichts der angefügten Figuren und der begleitenden detaillierten Beschreibung anschaulicher werden.
  • Die 1 ist ein schematisches Blockschaltbild, das einen CMOS Bildsensor entsprechend einigen Ausführungsformen veranschaulicht.
  • Die 2A bis 2C sind gleichwertige Schaltungsdiagramme, die aktive Bildsensorarrays von CMOS-Bildsensoren entsprechend einigen Ausführungsformen veranschaulichen.
  • Die 3 ist eine schematische Draufsicht, die einen Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht.
  • Die 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie I-I' von 3 zum Veranschaulichen eines Bildsensors gemäß einigen Ausführungsformen.
  • Die 5 ist eine perspektivische Schnittansicht, die eine photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung, ein Transfer-Gate und einen potentialfreien Diffusionsbereich eines Bildsensors gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht.
  • Die 6A bis 6E veranschaulichen ein Transfer-Gate eines Bildsensors gemäß einigen Ausführungsformen.
  • Die 7A bis 7D sind vergrößerte Ansichten eines Teils ,A' der 4, die einen Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht.
  • Die 8 ist eine schematische Draufsicht, die einen Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht.
  • Die 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II' der 8, um einen Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen zu veranschaulichen.
  • Die 10 ist ein Diagramm, das Betriebsverfahren eines Bildsensors gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht.
  • Die 11 ist ein elektrisches Potentialdiagramm eines Bildsensors gemäß einigen Ausführungsformen.
  • Die 12 bis 19 sind Schnittansichten, die Herstellungsverfahren von Bildsensoren gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulichen.
  • Die 20 ist eine Schnittansicht, die einen Halbleiterchip veranschaulicht, der einen Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen aufweist.
  • Die 21 ist ein schematisches Blockschaltbild, das ein prozessorbasiertes System veranschaulicht, welches einen Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen aufweist.
  • Die 22 ist eine perspektivische Sicht, die eine elektronische Vorrichtung veranschaulicht, welche einen Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen aufweist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Viele verschiedene Formen und Ausführungsformen sind möglich, ohne von dem Sinn und der Lehre dieser Offenbarung abzuweichen und daher sollte die Offenbarung nicht als begrenzt auf die zuvor angegebenen beispielhaften Ausführungsformen gedeutet werden. Vielmehr sind diese beispielhaften Ausführungsformen vorgesehen, so dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Schutzumfang der erfinderischen Idee den Fachleuten vollständig vermittelt. In den Zeichnungen können die Größen und relativen Größen von Schichten und Regionen zur Veranschaulichung übertrieben dargestellt sein. Gleiche Ziffern beziehen sich durchweg auf gleiche Elemente.
  • Beispielhafte Ausführungsformen werden hier in Bezug auf Querschnittsdarstellungen beschrieben, die schematische Darstellungen von idealisierten beispielhaften Ausführungen (und Zwischenproduktstrukturen) sind. Als solche sind z. B. Abweichungen von den Formen der Darstellungen als ein Ergebnis der Herstellungstechniken und/oder Toleranzen zu erwarten. Folglich sollen beispielhafte Ausführungsformen nicht als begrenzt auf die bestimmten Formen von Bereichen ausgelegt werden, die hier dargestellt werden, sondern sie sollen als Abweichungen in der Form gedeutet werden, die z. B. durch die Herstellung entstehen.
  • Die Fachsprache, die hier verwendet wird, hat nur das Ziel bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und beabsichtigt nicht begrenzend auf die Ausführungsformen zu wirken. Wie hier verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine/eines” und „der/die/das” auch die Pluralformen mit einbeziehen, wenn der Zusammenhang nicht eindeutig auf Anderes hinweist. Außerdem ist selbstverständlich, dass die Begriffe „er/sie/es weist auf” und/oder „aufweisend”, wenn sie hier verwendet werden, das Vorhandensein von bestimmten Eigenschaften, Schritten, Betriebsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Eigenschaften, Schritten, Betriebsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen hiervon ausschließen.
  • Es ist selbstverständlich, dass wenn ein Element als „gekoppelt mit”, „verbunden mit”, oder „reagierend auf” oder „auf” einem anderen Element beschrieben wird, es direkt gekoppelt mit, verbunden mit, oder reagierend auf, oder auf einem anderen Element sein kann oder dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind, wenn ein Element als „direkt gekoppelt mit”, „direkt verbunden mit”, oder „direkt reagieren auf”, oder „direkt auf” einem anderen Element beschrieben wird, keine dazwischen liegenden Element vorhanden. Wie hier verwendet, beinhaltet der Begriff „und/oder” irgendeine und alle Kombinationen von einem oder mehreren der in Verbindung gebrachten aufgelisteten Begriffe.
  • Es ist selbstverständlich, dass, obwohl die Begriffe erster, zweiter, etc. eher verwendet werden, um unterschiedliche Elemente zu beschreiben, diese Elemente nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe werden nur zur Unterscheidung eines Elements von einem anderen verwendet. Deshalb könnte ein erstes Element als zweites Element bezeichnet werden, ohne von der Lehre der gegenwärtigen Ausführungsformen abzuweichen.
  • Wenn nicht anders definiert, haben alle Begriffe (beinhaltend technische und wissenschaftliche Begriffe), die hier verwendet werden, die gleiche Bedeutung wie gewöhnlich von einem Durchschnittsfachmann verstanden, auf den sich diese Ausführungsformen beziehen. Weiterhin ist selbstverständlich, dass Begriffe wie z. B. die in üblichen Wörterbüchern definierten, als eine Bedeutung habend interpretiert werden sollten, die einheitlich mit ihrer Bedeutung in Zusammenhang mit der relevanten Technik ist und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn interpretiert werden, wenn es hier nicht ausdrücklich so definiert wird.
  • Die 1 ist ein schematisches Blockschaltdiagramm, das einen CMOS-Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht.
  • Der CMOS-Bildsensor weist Bezug nehmend auf 1 ein aktives Bildpunktsensor(APS)-Array 10, einen Zeilen-Decoder 20, einen Zeilentreiber 30, eine Spalten-Decoder 40, einen Zeitablaufgenerator 50, einen Abtaster für korrelierte Doppel-Abtastung (CDS) 60, einen Analog/Digitalwandler (ADC) 70 und eine Eingangs/Ausgangs(I/O)-Puffer 80 auf.
  • Das aktive Bildpunktsensorarray 10 weist eine Mehrzahl an Einheitsbildpunkten auf, die zweidimensional angeordnet sein können. Das aktive Bildpunktsensorarray 10 wandelt optische Signale in elektrische Signale um. Das aktive Bildpunktsensorarray 10 kann durch eine Mehrzahl von Treibersignalen, wie z. B. von einem Bildpunktauswahlsignal, einem Reset-Signal und einem Ladungs-Übertragungssignal des Zeilentreibers 30 betrieben werden. Die umgewandelten elektrischen Signale werden dem entsprechenden Abtaster für korrelierte Doppel-Abtastung 60 bereitgestellt.
  • Der Zeilentreiber 30 stellt mehrere Treibersignale bereit, um unterschiedliche Einheitsbildpunkte zu dem aktiven Bildpunktsensorarray 10 gemäß dem entschlüsselten Ergebnis, das von dem Zeilen-Decoder 20 erhalten wird, anzutreiben. Wenn die Einheitsbildpunkte z. B. in einer Matrixform angeordnet sind, können die Treibersignale den jeweiligen Zeilen bereitgestellt werden.
  • Der Zeitablaufgenerator 50 stellt dem Zeilen-Decoder 20 und dem Spalten-Decoder 40 ein Zeitablaufsignal und ein Steuerungssignal bereit.
  • Der Abtaster für korrelierte Doppel-Abtastung (CDS) 60 empfängt die elektrischen Signale, die in dem aktiven Bildpunktsensorarray 10 erzeugt werden und speichert die empfangenen elektrischen Signale und tastet sie ab. Der Abtaster für korrelierte Doppel-Abtastung 60 kann eine doppelte Abtastung bei einem bestimmten Rauschpegel und Signalpegel eines elektrischen Signals durchführen, um einen Differenzpegel entsprechend der Differenz zwischen dem Rauschpegel und dem Signalpegel auszugeben.
  • Der Analog/Digitalwandler (ADC) 70 wandelt analoge Signale entsprechend dem differenziellen Pegelausgang von dem Abtaster für korrelierte Doppel-Abtastung 60 in digitale Signale um, und der Analog/Digitalwandler 70 gibt an die umgewandelten digitalen Signale aus.
  • Der I/O-Puffer 80 speichert die Digitalsignale und gibt die gespeicherten Signale an eine Bildsignal verarbeitende Einheit gemäß dem Decodier-Ergebnis aus, das von dem Spalten-Decoder 40 erhalten wird.
  • Die 2A bis 2C stellen gleichwertige Schaltungsdiagramme dar, die aktiven Bildpunktsensor(APS)-Arrays von CMOS-Bildsensoren gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulichen.
  • Die aktiven Bildpunktsensor(APS)-Arrays 10 können eine Mehrzahl von Einheitsbildpunkten P1 aufweisen, und die Mehrzahl von Einheitsbildpunkten P1 können in einer Matrixform angeordnet sein. Jeder der Einheitsbildpunkte P1 kann eine photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 aufweisen, die Licht empfängt, um elektrische Ladungen zu erzeugen und zu speichern, und kann ferner eine oder mehrere Lese-Vorrichtungen aufweisen, die ein optisches Signal lesen, das in der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 erzeugt wird. Die Lesevorrichtungen können ein Reset-Element 140, ein Verstärkungselement 150 und ein Auswahlelement 160 aufweisen.
  • Die 2A stellt eine Mehrzahl von Einheitsbildpunkten dar und jeder der Einheitsbildpunkte weist vier N-Kanal MOS-Transistoren auf. Jeder Einheitsbildpunkt P1 kann Bezug nehmend auf 2A aus einer einzigen photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 und vier MOS-Transistoren 130, 140, 150 und 160 zusammengesetzt sein. Ersatzweise kann der Einheitsbildpunkt P1 aus einer unterschiedlichen Anzahl von MOS-Transistoren zusammengesetzt sein (z. B. drei MOS-Transistoren oder fünf MOS-Transistoren).
  • Im Besonderen erzeugt und speichert die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 Ladungen entsprechend dem einfallenden Licht. Die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 kann mindestens eine Photodiode, einen Phototransistor, ein Photogate und eine Pinned-Photodiode (PPD) aufweisen. Die in 2A veranschaulichte photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110, kann eine Pinned-Photodiode (PPD) sein. Die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 kann mit einem Ladungsübertragungselement 130 verbunden sein, das gespeicherte Ladungen an eine Erfassungsvorrichtung 120 überträgt.
  • Ein potentialfreier Diffusionsbereich (FD), der mit N-Typ-Störstellen dotiert ist, kann als die Erfassungsvorrichtung 120 verwendet werden. Der potentialfreie Diffusionsbereich (FD) kann die Ladungen, die in der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 gespeichert werden, empfangen, um Ladungen darin aufzusummieren. Die Erfassungsvorrichtung 120 (z. B. der potentialfreie Diffusionsbereich (FD) kann elektrisch mit dem Verstärkungselement 150 verbunden sein, um das Verstärkungselement 150 zu steuern.
  • Das Ladungs-Übertragungselement 130 kann die Ladungen, die in der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 gespeichert werden, zu der Erfassungsvorrichtung 120 übertragen. Das Ladungs-Übertragungselement 130 kann allgemein aus einem MOS-Transistor zusammengesetzt sein und kann von einer Vorspannung gesteuert werden, die an eine Ladungs-Übertragungssignalleitung TX(i) angelegt wird.
  • Das Reset-Element 140 kann die Erfassungsvorrichtung 120 periodisch zurücksetzen und kann aus einem MOS-Transistor bestehen. Eine Source des Reset-Elements 140 kann mit der Erfassungsvorrichtung 120 verbunden sein und ein Drain des Reset-Elements 140 kann mit einem Spannungsversorgungsgerät verbunden sein, das eine Spannungsversorgung VDD aufweist. Das Reset-Element 140 kann durch eine Vorspannung betrieben werden, die auf eine Reset-Signalleitung RX(i) angelegt wird. Wenn das Reset-Element 140 von der Vorspannung, die auf die Reset-Signalleitung RX(i) angelegt wird, eingeschalten wird, kann die Versorgungsspannung VDD an die Erfassungsvorrichtung 120 angelegt werden. Deshalb kann die Erfassungsvorrichtung 120 zurückgesetzt werden, wenn das Reset-Element 140 eingeschaltet wird.
  • Das Verstärkungselement 150 kann in Verbindung mit einer Konstantstromquelle, die außerhalb des Einheitsbildpunktes P1 angebracht ist, als ein Source-Folger-Trennverstärker dienen. Das Verstärkungselement 150 kann eine Änderung des elektrischen Potentials an der Erfassungsvorrichtung 120 verstärken und kann die verstärkte Änderung des elektrischen Potentials an eine Ausgangsleitung Vout über das Auswahlelement 160 ausgeben.
  • Die Auswahlelemente 160 können die Einheitsbildpunkte P1 in einer einzigen Zeile auswählen und können aus einem MOS-Transistor zusammengesetzt sein. Die Auswahlelemente 160 in der einzelnen Zeile können durch eine an eine Zeilenauswahl-Signalleitung SEL(i) angelegte Vorspannung angesteuert werden. Wenn die Auswahlelemente 160 von der an eine Zeilenauswahl-Signalleitung SEL(i) angelegte Vorspannung eingeschaltet werden, können die Ausgangssignale der Verstärkungselemente 150 (z. B. gebildet von MOS-Transistoren) auf die Ausgangsleitungen Vout übertragen werden.
  • Die Treibersignalleitungen TX(i), RX(i) und SEL(i) können elektrisch mit den Ladungs-Übertragungselementen 130, den Reset-Elementen 140 und den Auswahlelementen 160 jeweils verbunden werden. Die Treibersignalleitungen TX(i), RX(i) und SEL(i) können sich in einer Zeilenausrichtung (z. B. einer horizontalen Ausrichtung) erstrecken, so dass eine gleichzeitige Ansteuerung vieler in derselben Reihe angeordneten Einheitsbildpunkte P1 möglich ist.
  • Die 2B stellt ein aktives Bildpunktsensorarray eines Bildsensors gemäß einigen Ausführungsformen dar. So wie 2B dargestellt kann das aktive Bildpunktsensorarray 10 eine Mehrzahl von zweigeteilten Bildpunkten P2 aufweisen, die in einer Matrixform angeordnet sind. In jedem der zweigeteilten Bildpunkte P2 teilen zwei photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtungen 110a und 110b eine einzelne Lesevorrichtung (z. B. ein einzelner Satz von Lesevorrichtungselementen), die ein Reset-Element 140, ein Verstärkungselement 150 und/oder ein Auswahlelement 160 aufweist. D. h., dass das Paar von photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110a und 110b sich das Reset-Element 140, das Verstärkungselement 150 und/oder das Auswahlelement 160 teilen. Das Paar von photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110a und 110b können elektrisch mit einem Paar von Ladungs-Übertragungselementen 130a und 130b verbunden sein. Jedes der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110a und 110b kann z. B. mit einem jeweiligen der Ladungs-Übertragungselementen 130a und 130b verbunden sein. Die Ladungs-Übertragungselemente 130a und 130b können Ladungen in den photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110a und 110b an die Lesevorrichtung übertragen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen des in 2B veranschaulichten APS-Arrays 10 kann eine an die Zeilenauswahl-Signalleitung SEL(i) angelegte Vorspannung die Mehrzahl der Auswahlelemente 160 in einer einzelnen Zeile einschalten, um die zweigeteilten Bildpunkte P2 in einer einzelnen Zeile auszuwählen. Ferner können für jeden der zweigeteilten Bildpunkte P2 über ein Paar von Ladungs-Übertragungssignalleitungen TX(i)a und TX(i)b angelegte Vorspannungen eines von dem Paar von Ladungs-Übertragungselementen 130a und 130b einschalten, um eines von dem Paar von photoelektrischen Umwandlungselementen 110a oder 110b der zweigeteilten Bildpunkte P2 auszuwählen. Folglich können Ladungen in dem ausgewählten photoelektrischen Umwandlungselement 110a oder 110b an die Erfassungsvorrichtung 120 übertragen werden, die mit dem ausgewählten photoelektrischen Übertragungselement 110a oder 110b verbunden ist.
  • Die 2C veranschaulicht ein aktives Bildpunktsensorarray eines Bildsensors gemäß einigen Ausführungsformen. Wie in 2C veranschaulicht kann das aktive Bildpunktsensorarray 10 eine Mehrzahl von viergeteilten Bildpunkten P3 aufweisen, die in einer Matrixform angeordnet sind. In jedem der viergeteilten Bildpunkte P3 können sich vier photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtungen 110a, 110b, 110c, und 110d eine einzelne Lesevorrichtung teilen, die ein Reset-Element 140, ein Verstärkungselement 150 und/oder ein Auswahlelement 160 aufweist. D. h., dass die vier photoelektrischen Übertragungsvorrichtungen 110a, 110b, 110c und 110d sich das Reset-Element 140, das Verstärkungselement 150 und/oder das Auswahlelement 160 teilen. Die vier photoelektrischen Übertragungsvorrichtungen 110a, 110b, 110c und 110d können jeweils elektrisch mit vier Ladungs-Übertragungselementen 130a, 130b, 130c und 130d verbunden sein. Die Ladungs-Übertragungselemente 130a, 130b, 130c und 130d können Ladungen aus den photoelektrischen Übertragungsvorrichtungen 110a, 110b, 110c und 110d an die Lese-Vorrichtung übertragen.
  • In jedem der viergeteilten Bildpunkte P3 kann gemäß einer Kombination von Vorspannungen, die auf die Ladungsübertragungs-Signalleitungen TX(i)a, TX(i)b, TX(i)c und TX(i)d angelegt werden, eines der vier Ladungs-Übertragungselemente 130a, 130b, 130c und 130d einschalten, um eines von den vier photoelektrischen Umwandlungselementen 110a, 110b, 110c und 110d der viergeteilten Bildpunkte P3 auszuwählen. Folglich können Ladungen aus dem ausgewählten photoelektrischen Umwandlungselement 110a, 110b, 110c oder 110d an die Erfassungsvorrichtung 120 übertragen werden, die mit dem ausgewählten photoelektrischen Umwandlungselement 110a, 110b, 110c oder 110d verbunden ist.
  • 3 ist eine schematische Draufsicht, die einen Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht und 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie I-I' aus 3 gemäß einigen Ausführungsformen. 5 ist eine perspektivische Schnittansicht, die eine photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung, ein Transfer-Gate und einen potentialfreien Diffusionsbereich eines Bildsensors gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht, und die 6A bis 6E veranschaulichen ein Transfer-Gate eines Bildsensors gemäß einigen Ausführungsformen. Die 7A bis 7D sind zusätzlich vergrößerte Ansichten eines Ausschnitts ,A' der 4, um einen Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen zu veranschaulichen.
  • In Bezug auf die 3 und 4 kann ein Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen eine Halbleiterschicht 100 aufweisen, die eine erste Oberfläche (z. B. eine Vorderseitenoberfläche) 1 und eine zweite Oberfläche (z. B. eine Rückseitenoberfläche) 2 aufweist, die auf entgegengesetzten Seiten angeordnet sind. Ferner kann der Bildsensor eine Verbindungsschicht 200 aufweisen, die an der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 angebracht ist, und eine Lichtübertragungsschicht 300 aufweisen, die an der zweiten Oberfläche 2 der Halbleiterschicht 100 angeordnet ist.
  • Die Halbleiterschicht 100 kann ein Substrat sein, das ein Bulksiliziumsubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps (z. B. P-Typ) und eine epitaktische Schicht 103 des ersten Leitfähigkeitstyps auf dem Bulksiliziumsubstrat aufweist. Alternativ kann die Halbleiterschicht 100 nur die epitaktische P-Typ-Schicht 103 ohne das Bulksiliziumsubstrat aufweisen. Zusätzlich kann die Halbleiterschicht 100 ein Bulkhalbleitersubstrat sein, das eine Wanne des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist. Außerdem kann die Halbleiterschicht 100 eine epitaktische N-Typ-Schicht, ein Bulksiliziumsubstrat, ein Silizium-Auf-Isolator(SOI)-Substrat, oder ähnliches aufweisen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann ein externes Licht (z. B. ein einfallendes Licht) auf die Halbeleiterschicht 100 gestrahlt werden und eine Eindringtiefe des einfallenden Lichts in die Halbleiterschicht 100 kann gemäß der Wellenlänge des einfallenden Lichts variiert werden. Folglich kann die Stärke der Halbleiterschicht 100 gemäß der Wellenlänge des einfallenden Lichts, welches auf die photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 gestrahlt wird, festgelegt werden. Z. B. kann die Halbleiterschicht 100 eine Stärke innerhalb des Bereichs von ca. 1 μm bis 5 μm aufweisen. Das einfallende Licht kann auf die zweite Oberfläche 2 der Halbleiterschicht 100, wie in 4 veranschaulicht, abgestrahlt werden.
  • Eine Isolationsschicht 107 zur Festlegung aktiver Bereiche kann in der Halbleiterschicht 100 angeordnet sein. So wie in 3 veranschaulicht, können die durch die Isolationsschicht 107 festgelegten aktiven Bereiche erste aktive Bereiche ACT1 für die photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 und zweite aktive Bereiche ACT2 für die Lese-Vorrichtungen aufweisen (z. B. die Reset-Elemente 140, die Verstärkungselemente 150 und die Auswahlelemente 160 von 2A). Bei einigen Ausführungsformen können die ersten aktiven Bereiche ACT1 zwischen den zweiten aktiven Bereichen ACT2 angeordnet sein (z. B. zwischen einem Paar von zweiten aktiven Bereichen ACT2), sowie in 3 veranschaulicht ist. Jedoch sind die Form und der Bereich der aktiven Bereiche ACT1 und ACT2 nicht auf solche wie in 3 veranschaulicht beschränkt, sondern die Form und der Bereich von den aktiven Bereichen ACT1 und ACT2 können eher in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert sein.
  • Weiter Bezug nehmend auf 3 und 4 können die photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 in der Halbleiterschicht 100 angeordnet sein und können in derselben Ebene in einer Matrixform angeordnet sein. Die photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 können Ladungen erzeugen und speichern, wenn das einfallende Licht auf die photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 gestrahlt wird. Die Menge der Ladungen, die in den photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 erzeugt werden, können proportional zu der Intensität des einfallenden Lichts sein. Bei einigen Ausführungsformen kann jede der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 in einer Draufsicht im Wesentlichen eine rechteckige Form aufweisen. Ferner kann jede der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 eine Pinned-Photodiode aufweisen, die eine PNP-Übergangsstruktur aufweist. D. h., dass die Pinned-Photodiode eine epitaktische P-Typ-Schicht 103, eine N-Typ-Störstellenschicht 111 und eine P-Typ-Störstellenschicht 113 aufweist, die vertikal gestapelt sind. Ein Potentialpegel der Pinned-Photodiode kann festgelegt werden, damit ein spezieller Wert besteht, wenn die Pinned-Photodiode hinreichend geleert ist. Jede der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 kann eine Photodiode, einen Phototransistor oder ein Photogate anstelle der Pinned-Photodiode aufweisen.
  • Im Besonderen kann das einfallende Licht abgestrahlt auf die Halbleiterschicht 100 durch den Einsatz einer photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 in der N-Typ-Störstellenschicht 111 Ladungen erzeugen und speichern. Bei einigen Ausführungsformen kann die N-Typ-Störstellenschicht 111 einen ersten Störstellenbereich 111a und einen zweiten Störstellenbereich 111b, wie in 4 veranschaulicht, aufweisen. Ausführlicher angegeben kann der erste Störstellenbereich 111a in einer tieferen Position von der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 als der zweite Störstellenbereich 111b angeordnet sein. Außerdem kann in der N-Typ-Störstellenschicht 111 eine N-Typ-Störstellenkonzentration des zweiten Störstellenbereichs 111b höher sein als die des ersten Störstellenbereichs 111a. Der erste Störstellenbereich 111a kann z. B. eine N-Typ-Störstellenkonzentration von ca. 1 × 1014 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1017 Atomen/cm3 aufweisen und der zweite Störstellenbereich 111b kann eine N-Typ-Störstellenkonzentration von ca. 1 × 1017 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1020 Atomen/cm3 aufweisen. Jedoch können die Störstellenkonzentration und die Tiefe der ersten und zweiten Störstellenbereiche 111a und 111b gemäß dem Herstellungsprozess und des Designs des Bildsensors variieren. Folglich sind die Störstellenkonzentration und die Tiefe der ersten und zweiten Störstellenbereiche 111a und 111b nicht auf die obigen Beispiele beschränkt.
  • Die N-Typ-Störstellenschicht 111 kann von der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 räumlich getrennt sein und kann in der Halbleiterschicht 100 verborgen sein. Die Anzahl von Oberflächendefekten in der Halbleiterschicht 100 kann bei zunehmendem Abstand von der ersten Oberfläche 1 reduziert werden. Somit können, wenn der Abstand zwischen der ersten Oberfläche 1 und der N-Typ-Störstellenschicht 111 sowie der Abstand zwischen den angrenzenden N-Typ-Störstellenschichten 111 zunimmt, ein Dunkelstrom und ein weißes Fleckphänomen auf Grund der Oberflächendefekte reduziert und/oder unterdrückt werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die P-Typ-Störstellenschicht 113 der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 einen Oberflächenstörstellenbereich 113b, der die Aufgabe eines Lochanhäufungsbereichs einnimmt und einen Elektrische-Potentialbarriere-Bereich 113a aufweisen, der als ein Ladungsübertragungsbarrierenbereich agiert. Die P-Typ-Störstellenschicht 113 kann einen Kanalbereich aufweisen, der gemäß einer Vorspannung ausgebildet wird, die an die Transfer-Gateelektrode 123 angelegt wird.
  • Der Oberflächenstörstellenbereich 113b angrenzend an die erste Oberfläche 1 kann ausführlicher beschrieben die Oberflächendefekte (z. B. freie Bindungen) reduzieren, die neben der ersten Oberfläche 1 oder neben thermisch erzeugten Elektronen-Lochpaaren auftreten und dabei den Dunkelstrom unterdrücken. D. h., dass Löcher der Elektronen-Lochpaare, die neben der ersten Oberfläche 1 erzeugt werden, in die geerdete Halbleiterschicht 100 abwandern, und Elektronen der Elektronen-Lochpaare, die neben der ersten Oberfläche 1 erzeugt werden, können sich mit den Löchern (entsprechend dem Majoritätsträger) in dem Oberflächen-Störstellenbereich 113b neu kombinieren, um zu verschwinden. Der Oberflächen-Störstellenbereich 113b kann z. B. eine P-Typ-Störstellenkonzentration (z. B. eine Lochkonzentration) in einem Bereich von ca. 1 × 1017 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1020 Atomen/cm3 aufweisen. Die Störstellenkonzentration des Oberflächen-Störstellenbereichs 113b kann gemäß dem Herstellungsprozess und/oder dem Designs des Bildsensors variieren. Folglich ist die Störstellenkonzentration des Oberflächen-Störstellenbereichs 113b nicht auf die obigen Beispiele beschränkt. Ferner kann eine Tiefe des Oberflächen-Störstellenbereichs 113b von der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 gemäß den Arbeitsverfahrenskonditionen variieren. Bei einigen Ausführungsformen kann z. B. der Oberflächen-Störstellenbereich 113b flacher von der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 ausgehend als der potentialfreie Diffusionsbereich 131 sein. Der Elektrische-Potentialbarriere-Bereich 113a kann zwischen dem Oberflächen-Störstellenbereichs 113b und der N-Typ-Störstellenschicht 111 angebracht sein und agiert daher als eine Potentialbarriere zwischen der N-Typ-Störstellenschicht 111 und dem potentialfreien Diffusionsbereich 131. Das elektrische Potential des Elektrische-Potentialbarriere-Bereichs 113a kann durch eine Spannung gesteuert werden, die auf die Transfer-Gateelektrode 123 angewendet wird, die das Ladungs-Übertragungselement 130, 130a, 130b aus 2A oder 2B bildet. Die P-Typ-Störstellenkonzentration des Elektrische-Potentialbarriere-Bereichs 113a kann niederer sein als die des Oberflächen-Störstellenbereichs 113b. Der Elektrische-Potentialbarriere-Bereich 113a kann z. B. eine P-Typ-Störstellenkonzentration innerhalb des Bereichs von ca. 1 × 1014 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1017 Atomen/cm3 aufweisen.
  • Bei einigen Ausführungsformen können die N-Typ-Störstellenschicht 111, die P-Typ-Störstellenschicht 113 und der potentialfreie Diffusionsbereich 131 sich auf einen unteren Störstellenbereich, einen Kanalbereich und einen oberen Störstellenbereich jeweils beziehen. Alternativ können sich die N-Typ-Störstellenschicht 111, die P-Typ-Störstellenschicht 113 und der potentialfreie Diffusionsbereich 131 auf eine Ladungsspeicherschicht, eine Kanalschicht und eine Ladungserfassungsschicht jeweils beziehen. Außerdem kann ein Bereich mit der N-Typ-Störstellenschicht 111, der P-Typ-Störstellenschicht 113 und der potentialfreie Diffusionsbereich 131 auf einen Licht empfangenden Bereich bezogen werden.
  • In Bezug wiederum auf die 3 und 4 kann sich das Ladungsübertragungselement, d. h. die Transfer-Gateelektrode 123, mit der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 überlappen, wenn sie durch eine Draufsicht betrachtet wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die Transfer-Gateelektrode 123 in einer zentralen Position auf der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 angeordnet sein. Da die Transfer-Gateelektrode 123 auf der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 senkrecht angeordnet ist, kann ein Bereich, den die Transfer-Gateelektrode 123 einnimmt, reduziert/verkleinert werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Transfer-Gateelektrode 123 in einer zentralen Lage der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 wie oben beschrieben angeordnet. Folglich können Abstände von der Transfer-Gateelektrode 123 zu allen Seiten der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 im Wesentlichen gleich sein. Deshalb kann, wenn die von der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 erzeugten Ladungen in die Erfassungsvorrichtung (z. B. in den potentialfreien Diffusionsbereich 131) übertragen werden, das elektrische Feld, das durch eine auf die Transfer-Gateelektrode 123 angelegte Vorspannung gebildet wird, gleichmäßig in der ganzen photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 verteilt sein. Dadurch können alle in dem N-Typ-Störstellenbereich 111 Ladungen einfach und vollständig in den potentialfreien Diffusionsbereich 131 übertragen werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann der Ort an der zentralen Stelle der N-Typ-Störstellenschicht 111 einem Bereich entsprechen, der ein höchstes elektrisches Potential in der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 aufweist. D. h., die Transfer-Gateelektrode 123 ist in einem Bereich angeordnet, der das höchste elektrische Potential in der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 aufweist, so wie in 4 veranschaulicht. Alternativ kann die Transfer-Gateelektrode 123 auf einer Seite der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 angeordnet sein, wenn sie durch eine Draufsicht betrachtet wird. In solch einem Fall kann der Abstand zwischen dem höchsten elektrischen Potentialbereich und der Transfer-Gateelektrode 123 zunehmen, um das elektrische Feld zu reduzieren, das auf die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 angewendet wird, wenn eine bestimmte Spannung an die Transfer-Gateelektrode 123 angelegt wird. Gemäß einigen Ausführungsformen kann jedoch der Abstand zwischen dem höchsten elektrischen Potentialbereich in der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 und der Transfer-Gateelektrode 123 abnehmen, um den Einfluss des elektrischen Feldes zu erhöhen/zu maximieren, welches durch eine bestimmte Spannung gebildet wird, die auf die Transfer-Gateelektrode 123 auf der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 angewendet wird. Dies tritt auf, weil die Transfer-Gateelektrode 123 an dem höchsten elektrischen Potentialbereich in der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 wie oben beschrieben angeordnet ist. D. h., dass der Wirkungsgrad, mit dem Ladungen in der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 an den potentialfreien Diffusionsbereich 131 übertragen werden, erhöht/verbessert wird. Als ein Ergebnis hiervon kann der Ladungsübertragungswirkungsgrad des Bildsensors verbessert werden.
  • Die Transfer-Gateelektrode 123 kann die Form einer geschlossenen Schleife aufweisen (z. B. eine Ringform, eine röhrenförmige oder eine polygonale Form), wenn sie in einer Draufsicht betrachtet wird. D. h., dass die Transfer-Gateelektrode 123 eine Öffnung aufweist, die in einen zentralen Bereich hiervon vordringt und die Öffnung der Transfer-Gateelektrode 123 kann einen Bereich der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 zeigen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Transfer-Gateelektrode 123 eine rechteckige Form mit einer Öffnung an der zentralen Stelle hiervon aufweisen, wenn sie in einer Draufsicht betrachtet wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die Transfer-Gateelektrode 123 eine quadratische Form aufweisen, die eine horizontale Breite und eine vertikale Breite gleichen Ausmaßes aufweist, wenn sie in Draufsicht betrachtet wird. In solch einem Fall kann die horizontale Breite der Öffnung auch im Wesentlichen gleich sein mit einer vertikalen Breite der Öffnung. Sowie in der Draufsicht von 6A veranschaulicht, kann die horizontale Breite W1 der Transfer-Gateelektrode 123 sich alternativ von der vertikalen Breite W2 der Transfer-Gateelektrode 123 unterscheiden (z. B. kleiner sein als) und die horizontale Breite W1' der Öffnung von der Transfer-Gateelektrode 123 kann sich auch von der vertikalen Breite W2' der Öffnung von der Transfer-Gateelektrode 123 unterscheiden. Bei einigen Ausführungsformen kann, wie in der Draufsicht von 6B veranschaulicht, die horizontale Breite W1 der Transfer-Gateelektrode 123 im Wesentlichen gleich der vertikalen Breite W2 der Transfer-Gateelektrode 123 sein, und die horizontale Breite W1 der Öffnung der Transfer-Gateelektrode 123 kann sich von der vertikalen Breite W2' der Öffnung von der Transfer-Gateelektrode 123 unterscheiden. Außerdem kann in einigen Ausführungsformen eine flache Struktur von der Transfer-Gateelektrode 123 eine geschlossene rechteckige Form aufweisen, so wie in der Draufsicht der 3 veranschaulicht. Ersatzweise kann in einigen Ausführungsformen eine flache Struktur der Transfer-Gateelektrode 123 eine kreisrunde Form, eine hexagonale Form oder eine oktagonale Form aufweisen, sowie in der Draufsicht aus den 6D oder 6E veranschaulicht. Für den Fall, dass die Transfer-Gateelektrode 123 derart entworfen wird, um wie oben beschrieben eine geschlossene Form aufzuweisen, kann eine Gatebreite der Transfer-Gateelektrode 123 zunehmen. Folglich kann während des Betriebs des Bildsensors der Einfluss des elektrischen Feldes, das durch eine Vorspannung erzeugt wird, die auf die Transfer-Gateelektrode 123 auf der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 angewendet wird, erheblich zunehmen. D. h., dass sich der Wirkungsgrad verbessern kann, mit dem Ladungen in der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 in den potentialfreien Diffusionsbereich übertragen werden. Als ein Ergebnis kann der Ladungsübertragungswiderstand des Bildsensors verbessert werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann außerdem die Transfer-Gateelektrode 123 innerhalb der Halbleiterschicht 100 angeordnet sein. D. h., dass die Transfer-Gateelektrode 123 in die Halbleiterschicht 100 vergraben ist. Wenn alternativ die Transfer-Gateelektrode 123 auf der Oberfläche der Halbleiterschicht 100 angebracht ist, kann ein Abstand zwischen der N-Typ-Störstellenschicht 111 und der Transfer-Gateelektrode 123 auf Grund des Vorhandenseins einer P-Typ-Störstellenschicht 113 zwischen der N-Typ-Störstellenschicht 111 und der Transfer-Gateelektrode 123 zunehmen. In solch einem Fall kann der Ladungs-Übertragungswirkungsgrad des Bildsensors herabgesetzt werden. Jedoch kann gemäß einigen Ausführungsformen hier die eine in sich geschlossene Form aufweisende Transfer-Gateelektrode 123 wie in 4 veranschaulicht innerhalb der Halbleiterschicht 100 angeordnet sein. Folglich kann der Abstand zwischen der N-Typ-Störstellenschicht 111 und der Transfer-Gateelektrode 123 abnehmen, um den Ladungs-Übertragungswirkungsgrad des Bildsensors zu verbessern.
  • In erneuter Bezugnahme auf 4 kann sich die in einer Draufsicht eine in sich geschlossene Form aufweisende Transfer-Gateelektrode 123 von der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 bis bin zu der zweiten Oberfläche 2 erstrecken, die entgegen gesetzt zu der ersten Oberfläche 1 ist.
  • Bezug nehmend auf die 7A und 7B kann die eine geschlossene Schleifenform aufweisende Transfer-Gateelektrode 123 in die P-Typ-Störstellenschicht 113, die an die erste Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 angrenzt, eingefügt sein. Folglich kann die Transfer-Gateelektrode 123 einen Teil der P-Typ-Störstellenschicht 113 umfassen (z. B. kann sie eine Mehrzahl von Rändern begrenzen). Deshalb kann die P-Typ-Störstellenschicht 113 einen von der Transfer-Gateelektrode 123 umgebenen inneren Bereich aufweisen und einen äußeren Bereich aufweisen, der angrenzend an eine äußere Seitenwand der Transfer-Gateelektrode 123 angeordnet ist. Der innere Bereich und der äußere Bereich der P-Typ-Störstellenschicht 113 können sich seitlich ausdehnen, um mit jedem anderen Bereich unter der Transfer-Gateelektrode 123 in Verbindung zu stehen.
  • Weil die Transfer-Gateelektrode 123 innerhalb der P-Typ-Störstellenschicht 113 angeordnet ist, kann eine untere Oberfläche der Transfer-Gateelektrode 123 näher an der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 sein, als ein Abstand zwischen der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 und einer höchsten Oberfläche von der N-Typ-Störstellenschicht 111. D. h., dass die untere Oberfläche der Transfer-Gateelektrode 123 räumlich getrennt von der höchsten Oberfläche der N-Typ-Störstellenschicht 111 sein kann. Ferner kann die untere Oberfläche der Transfer-Gateelektrode 123 in einer Ebene zwischen der oberen Oberfläche der N-Typ-Störstellenschicht 111 und einer unteren Schicht des potentialfreien Diffusionsbereichs 131 angesiedelt sein. Außerdem kann die untere Oberfläche der Transfer-Gateelektrode 123 in dem Elektrische-Potentialbarriere-Bereich 113a angesiedelt sein, der mit P-Typ-Störstellen dotiert ist. Eine Schnittstellenoberfläche zwischen der N-Typ-Störstellenschicht 111 und der P-Typ-Störstellenschicht 113 kann im Wesentlichen flach sein.
  • Eine Gate-Isolationsschicht 121 kann zwischen der Transfer-Gateelektrode 123 und der Halbleiterschicht 100 mit der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 angebracht sein. Die Gate-Isolationsschicht 121 kann auf einer Oberfläche der Transfer-Gateelektrode 123 mit einer Hohlzylinder-Form angemessen gestaltet sein.
  • In Bezug auf die 7A bis 7D kann eine obere Oberfläche der Transfer-Gateelektrode 123 koplanar zu oder niedriger als die erste Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 sein. Die Transfer-Gateelektrode 123 kann insbesondere vollständig in der Halbleiterschicht 100 durch eine bedeckende Isolierungsschicht 124, die wie in 7A veranschaulicht auf der Transfer-Gateelektrode 123 angeordnet ist, vergraben sein. Alternativ kann die Transfer-Gateelektrode 123 sich senkrecht ausdehnen, um nach oben gerichtet von der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 hervorzustehen.
  • In Bezug auf die 7B und 7C kann ein lokaler Störstellenbereich 126 mit demselben Leitfähigkeitstyp wie die P-Typ-Störstellenschicht 113 unter der Transfer-Gateelektrode 123 angeordnet sein. Eine P-Typ-Störstellenkonzentration des lokalen Störstellenbereichs 126 kann höher sein als die des Elektrische-Potentialbarriere-Bereichs 113a. Der lokale Störstellenbereich 126 kann z. B. eine P-Typ-Störstellenkonzentration innerhalb des Bereichs von ca. 1 × 1017 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1020 Atomen/cm3 aufweisen. Wenn folglich die Ladungen in der N-Typ-Störstellenschicht 111 in den potentialfreien Diffusionsbereich 131 übertragen werden, kann das elektrische Potential in dem lokalen Störstellenbereich 126 höher als das elektrische Potential in dem Bereich (z. B. dem inneren Bereich der P-Typ-Störstellenschicht 113) sein, der von der Transfer-Gateelektrode 123 umgeben wird. D. h., dass der lokale Störstellenbereich 126 einen Potential-Gradienten bereitstellt, so dass die Ladungen in der N-Typ-Störstellenschicht 111 leicht in die Halbleiterschicht 100 driften, die in dem Hohlbereich umgeben von der Transfer-Gateelektrode 123 angeordnet ist.
  • Bezug nehmend auf 7C kann die Oberfläche der Transfer-Gateelektrode 123 auf einer Schnittstelle zwischen der P-Typ-Störstellenschicht 113 und der N-Typ-Störstellenschicht 111 angesiedelt sein.
  • Alternative kann die Transfer-Gateelektrode 123 sich in die N-Typ-Störstellenschicht 111 der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110, so wie in 7D veranschaulicht, ausdehnen. D. h., dass die untere Oberfläche der Transfer-Gateelektrode 123 innerhalb der N-Typ-Störstellenschicht 111 angesiedelt sein kann.
  • Weiterhin Bezug nehmend auf 7D kann der lokale P-Typ-Störstellenbereich 126 derart angeordnet sein, dass er sich angrenzend an die äußere Seitenwand der Transfer-Gateelektrode 123 befindet, und der lokale P-Typ-Störstellenbereich 126 kann eine Störstellenkonzentration höher als die der P-Typ-Störstellenschicht 113 aufweisen. Weil die Störstellenkonzentration des lokalen P-Typ-Störstellenbereichs 126 höher als die der P-Typ-Störstellenschicht 113 ist, kann der lokale P-Typ-Störstellenbereich 126 als eine Potentialbarriere dienen, wenn die Ladungen in der N-Typ-Störstellenschicht 111 in den potentialfreien Diffusionsbereich 131 übertragen werden. Folglich driften die Ladungen in der N-Typ-Störstellenschicht 111 leicht in die Halbleiterschicht 100, die in dem Hohlbereich umgeben von der Transfer-Gateelektrode 123 angeordnet ist.
  • Bezug nehmend wiederum auf die 3 und 4 kann die Erfassungsvorrichtung (z. B. der potentialfreie Diffusionsbereich 131) in der P-Typ-Störstellenschicht 113, die durch die Öffnung der Transfer-Gateelektrode 123 mit geschlossener Schleifenform freigelegt wird, gebildet werden. Anders ausgedrückt, kann der potentialfreie Diffusionsbereich 131 von der Transfer-Gateelektrode 123 mit in sich geschlossener Form umgeben sein. Der potentialfreie Diffusionsbereich 131 kann einem Bereich entsprechen, der mit N-Typ-Störstellen dotiert ist, die einen zu der P-Typ-Störstellenschicht 113 entgegen gesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der potentialfreie Diffusionsbereich 131 kann mit der Öffnung der Transfer-Gateelektrode 123 mit geschlossener Schleifenform senkrecht selbstausgerichtet sein.
  • Der potentialfreie Diffusionsbereich 131 kann genauer in der P-Typ-Störstellenschicht 113 der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 ausgebildet sein und kann vertikal räumlich getrennt von der N-Typ-Störstellenschicht 111 sein. Der potentialfreie Diffusionsbereich 131 kann sich mit der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 überlappen und kann an einem zentralen Bereich der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 angeordnet sein, wenn er in Draufsicht betrachtet wird. Außerdem kann eine Seitenwand des potentialfreien Diffusionsbereichs 131 vollständig von der vergrabenen Transfer-Gateelektrode 123 mit in sich geschlossener Form umgeben sein, die in der P-Typ-Störstellenschicht 113 angeordnet ist. D. h., dass der potentialfreie Diffusionsbereich 131 durch die Transfer-Gateelektrode 123 in der Halbleiterschicht 100 isoliert sein kann, weil der potentialfreie Diffusionsbereich 131 von der Transfer-Gateelektrode 123 mit geschlossener Schleifenform umschlossen ist.
  • Der potentialfreie Diffusionsbereich 131 kann mit dem Hohlbereich selbstausgerichtet sein, der von der Transfer-Gateelektrode 123 umgeben ist. Folglich kann die Seitenwand des potentialfreien Diffusionsbereichs 131 mit der Transfer-Gateelektrode 123 in Kontakt stehen, und die untere Oberfläche des potentialfreien Diffusionsbereichs 131 kann mit der P-Typ-Störstellenschicht 113 in Kontakt stehen. D. h., ein Verbindungsbereich zwischen dem potentialfreien Diffusionsbereich 131 und der P-Typ-Störstellenschicht 113 der Ausführungsform der 4 kann kleiner sein als ein Verbindungsbereich zwischen dem potentialfreien Diffusionsbereich 131 und der P-Typ-Störstellenschicht 113, wenn der potentialfreie Diffusionsbereich 131 unmittelbar von der P-Typ-Störstellenschicht 113 ohne die vergrabene Transfer-Gateelektrode 123 umgeben wird. Entsprechend kann ein Verbindungs-Verluststrom zwischen dem potentialfreien Diffusionsbereich 131 und der P-Typ-Störstellenschicht 113 erheblich reduziert werden.
  • So wie oben beschrieben, kann der Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen die N-Typ-Störstellenschicht 111, die P-Typ-Störstellenschicht 113, und den potentialfreien Diffusionsbereich 131 aufweisen, die der Reihe nach und senkrecht in der Halbleiterschicht 100 gestapelt sind. Der potentialfreie Diffusionsbereich 131 kann lokal in der P-Typ-Störstellenschicht 113 angeordnet sein und die Transfer-Gateelektrode 123 mit geschlossener Schleifenform kann die Seitenwand des potentialfreien Diffusionsbereichs 131 vollständig umgeben. Folglich kann, während des Betriebs des Bildsensors, die Transfer-Gateelektrode 123 mit der geschlossenen Schleifenform das elektrische Potential der P-Typ-Störstellenschicht 113 steuern, die senkrecht zwischen der N-Typ-Störstellenschicht 111 und dem potentialfreien Diffusionsbereich 131 angeordnet ist. Dadurch können in der N-Typ-Störstellenschicht 111 gespeicherte Ladungen durch die P-Typ-Störstellenschicht 113 umgeben/abgegrenzt durch die Transfer-Gateelektrode 123 in den potentialfreien Diffusionsbereich 131 übertragen werden. D. h., dass die von der Transfer-Gateelektrode 123 umgebenen/abgegrenzten P-Typ-Störstellenschicht 113 als Kanalbereich fungiert.
  • Die Transfer-Gateelektrode 123 und der potentialfreie Diffusionsbereich 131 können die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 überlappen, wenn sie, wie in den 3 und 4 in Draufsicht betrachtet werden. Dementsprechend kann ein Bereich, den die Transfer-Gateelektrode 123 und der potentialfreie Diffusionsbereich 131 getrennt in der Halbleiterschicht 100 belegen, reduziert werden, wobei ein Gebiet der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 100 in einem begrenzten Bereich vergrößert wird. Dies kann zu einem höheren Füllfaktor des Bildsensors führen. Der Füllfaktor bezieht sich auf einen Bereich, den die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 in einem Einheitsbildpunkt in Anspruch nimmt.
  • Bezug nehmend auf nach wie vor 3 und 4 kann eine P-Typ-Isolationswanne 109 zwischen einem Paar von angrenzenden photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 angeordnet sein. Eine untere Oberfläche der P-Typ-Isolationswanne 109 kann auf einer Ebene zwischen der unteren Oberfläche der Isolationsschicht 107 und der zweiten Oberfläche 2 der Halbleiterschicht 100 angeordnet sein. Eine Tiefe der P-Typ-Isolationswanne 109 kann gleich oder größer als die der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 sein, um das Übersprechen zwischen den Einheitsbildpunkten zu reduzieren/zu verhindern. Eine Tiefe der P-Typ-Isolationswanne 109 kann z. B. im Wesentlichen gleich der Stärke der Halbleiterschicht 100 sein. Alternativ kann die Bildung der P-Typ-Isolationswanne 109 weggelassen werden und eine vertikale Stärke der Isolationsschicht 107 kann zunehmen, um das Übersprechen zwischen den angrenzenden Bildpunkten zu reduzieren/zu unterdrücken.
  • Sowie in 4 veranschaulicht kann die Halbleiterschicht 100 eine stark dotierte Störstellenschicht 105 aufweisen, die flach entlang der zweiten Oberfläche 2 ausgebildet sein kann. Die stark dotierte Störstellenschicht 105 kann mit P-Typ-Störstellen, wie z. B. Borionen dotiert sein. Die stark dotierte P-Typ-Störstellenschicht 105 kann eine Störstellenkonzentration höher als eine Störstellenkonzentration der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 aufweisen. Wenn die stark dotierte P-Typ-Störstellenschicht 105 nicht vorhanden ist, kann die Halbleiterschicht 100 nahe der zweiten Oberfläche 2 eine niedere Störstellenkonzentration aufweisen. Folglich kann die Halbleiterschicht 100 nahe der zweiten Oberfläche 2 ein niederes elektrisches Potential auf Grund von unabgesättigten Bindungen (Dangling Bonds), Oberflächendefekten und/oder Grenzflächen-Haftstellen aufweisen, die durch die auf die zweite Oberfläche 2 ausgeübte Ätzbelastung erzeugt werden. Folglich kann eine Verarmungswanne in der Halbleiterschicht 100 nahe der zweiten Oberfläche 2 ausgebildet sein. Gemäß einigen Ausführungsformen kann jedoch hier die stark dotierte P-Typ-Störstellenschicht 105 in der Halbleiterschicht 100 neben der zweiten Oberfläche 2 angeordnet sein, und eine Störstellenkonzentration der stark dotierten P-Typ-Störstellenschicht 105 kann höher sein als die der epitaktischen P-Typ-Schicht 103. Folglich kann die stark dotierte P-Typ-Störstellenschicht 105 die Bildung der Verarmungswanne in der Halbleiterschicht 100 nahe der zweiten Oberfläche 2 reduzieren/verhindern. Ferner kann die stark dotierte P-Typ-Störstellenschicht 105 als eine elektrische Potentialbarriere fungieren, die ein Abwandern von Ladungen, die in der Halbleiterschicht 100 neben der zweiten Oberfläche 2 erzeugt werden, hin zu der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 reduzieren/verhindern. Während des Betriebs des Bildsensors können in der Nähe von der zweiten Oberfläche 2 erzeugte Löcher von den Elektronen-Lochpaaren in die Halbleiterschicht 100, die durch die stark dotierte P-Typ-Störstellenschicht 105 geerdet ist, driften oder diffundieren, und die Elektronen der Elektronen-Lochpaare, die in der Nähe der ersten Oberfläche 2 erzeugt werden, können mit den Löchern (entsprechend dem Majoritätsträger) in der stark dotierten P-Typ-Störstellenschicht 105 rekombinieren, um zu verschwinden.
  • Bezug nehmend auf wiederum die 3 und 4 kann wie oben beschrieben die Verbindungsschicht 200 auf der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 angeordnet sein. Die Verbindungsschicht 200 kann die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110, das Ladungs-Übertragungselement 130 und die Erfassungsvorrichtung 120 aufweisen. Die Verbindungsschicht 200 kann von der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 erzeugte elektrische Signale lesen und kann Steuerungsvorrichtungen aufweisen, die die Einheitsbildpunkte steuern. Die Verbindungsschicht 200 kann speziell den Zeilen-Decoder 20, den Zeilen-Treiber 30, den Spalten-Decoder 40, den Zeitablaufgenerator 50, den Abtaster für korrelierte Doppel-Abtastung 60, den Analog-Digitalwandler 70 und den Eingangs/Ausgangs-(I/O)Puffer 80, der in 1 veranschaulicht wird, aufweisen.
  • Insbesondere kann die Verbindungsschicht 200 die Einheitsbildpunkte steuernde Gateelektroden von MOS-Transistoren aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können die Lesevorrichtungen (z. B. das Reset-Element 140, das Verstärkungselement 150 und das Auswahlelement 160 veranschaulicht in 2A) zwischen angrenzenden photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 angeordnet sein. Die Lesevorrichtungen können MOS-Transistoren aufweisen. D. h., dass die Lesevorrichtungen Lese-Gateelektroden 125 und Source/Drain-Elektroden 133 aufweisen können, so wie es in den 3 und 4 veranschaulicht ist. Die Lese-Gateelektroden 125 und die Source/Drain-Elektroden 133 können an dem zweiten aktiven Bereichen ACT2 ausgebildet sein, der in der Halbleiterschicht 100 definiert ist, wie es in 3 veranschaulicht ist. Bei einigen Ausführungsformen können die Lese-Gateelektroden 125 auf der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 angeordnet sein, und die oberen Oberflächen der Lese-Gateelektroden 125 können auf einer höheren Ebene als eine obere Oberfläche der Transfer-Gateelektrode 123 angeordnet sein. D. h., dass ein Abstand zwischen der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 und der oberen Oberfläche der Lese-Gateelektroden 125 sich von einem Abstand zwischen der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 und der oberen Oberfläche der Transfer-Gateelektrode 123 unterscheiden. Ferner können die Transfer-Gateelektrode 123 und die Lese-Gateelektrode 125 durch den Einsatz zweier separater Abläufe/Arbeitsschritte gebildet werden. Folglich kann die Transfer-Gateelektrode 123 aus einem unterschiedlichen Material als die Lese-Gateelektrode 125 aufgebaut sein.
  • Bezug nehmend wiederum auf 4 kann die Verbindungsschicht 200 eine Mehrzahl von senkrecht gestapelten Zwischenschicht-Isolationsschichten 210 und eine Mehrzahl an Metallverbindungen 220 aufweisen, die zwischen der Mehrzahl von Zwischenschicht-Isolationsschichten 210 angeordnet sind. Die Metall-Verbindungen 220 können mit den Lesevorrichtungen und den Logik-Vorrichtungen, die unter den Metall-Verbindungen 220 angeordnet sind, durch Kontaktstecker 215 verbunden sein, die die Zwischenschicht-Isolationsschicht 210 durchdringen. Zusätzlich können die Metallverbindungen 220 mit anderen Verbindungen verbunden werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Metallverbindungen 220 ohne Rücksicht auf den Bereich der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 frei angeordnet werden. D. h., dass die Metallverbindungen 220 die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 überkreuzen können.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Verbindungsschicht 200 zwischen der Halbleiterschicht 100 und einem Träger-Substrat 230 angeordnet sein. Das Träger-Substrat 230 kann jedes von einem Halbleitersubstrat, von einem Glassubstrat, von einem Quarzsubstrat und von einem Plastiksubstrat sein. Das Träger-Substrat 230 kann durch den Einsatz einer Klebstoffschicht mit der Verbindungsschicht 200 verbunden werden. Die Halbleiterschicht 100 kann sich verformen, wenn eine Stärke der Halbleiterschicht 100 abnimmt. Gemäß einigen Ausführungsformen kann jedoch hier die Halbleiterschicht 100 auf Grund des Vorhandenseins des Träger-Substrats 230 nicht verformt werden (oder die Verzerrung kann reduziert werden), sogar wenn die Stärke der Halbleiterschicht 100 abnehmen kann.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Lichtübertragungsschicht 300 auf der zweiten Oberfläche 2 der Halbleiterschicht 100 angeordnet sein, so wie es oben beschrieben ist. Die Lichtübertragungsschicht 300 kann eine untere Planarisierungsschicht 311, eine obere Planarisierungsschicht 313, Farbfilter 320 und Mikrolinsen 330 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen können die unteren und oberen Planarisierungsschichten 311 und 313 der Reihe nach auf der zweiten Oberfläche 2 gestapelt sein, und die Farbfilter 320 können zwischen den unteren und oberen Planarisierungsschichten 311 und 313 angeordnet sein. Ferner können die Mikrolinsen 330 auf die obere Planarisierungsschicht 313 und gegenüber den Farbfiltern 320 angeordnet sein. D. h., dass das externe Licht auf die zweite Oberfläche 2 der Halbleiterschicht 100 durch die Mikrolinsen 330 ausgestrahlt wird, wobei es zu einer Erzeugung von Ladungen in den photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 kommt.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann jeder der Farbfilter 320 einer von einem roten Farbfilter, von einem blauen Farbfilter und von einem grünen Farbfilter sein. Die Farbfilter 320 können derart angeordnet sein, dass sie den jeweiligen in der Halbleiterschicht 100 gebildeten photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 100 entsprechen. Die Farbfilter 320 können z. B. in einem zweidimensionalen Feld angeordnet sein, so wie die photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110. Die roten Farbfilter, die blauen Farbfilter und die grünen Farbfilter der Farbfilter 320 können in einer Bayer-Typanordnung angeordnet sein. Jeder der Farbfilter 320 kann eine bestimmte Farbe des Lichtes auf den entsprechenden Bildpunkt übertragen, um ein Farbbild zu erzeugen. Die roten Farbfilter können entsprechend unnötige sichtbare Strahlen filtern, um nur ein rotes Licht weiterzuleiten, und die grünen Farbfilter können unnötige sichtbare Strahlen filtern, um nur ein grünes Farblicht weiterzuleiten. Gleichermaßen können die blauen Farbfilter unnötige sichtbare Strahlen filtern, um nur ein blaues Farblicht weiterzuleiten. Bei einigen Ausführungsformen können die Farbfilter 320 unterschiedliche Farbfilter von den roten Farbfiltern, den grünen Farbfiltern und den blauen Farbfiltern aufweisen. Die Farbfilter 320 können z. B. Zyan-Farbfilter, Magenta-Farbfilter oder Yellow-Farbfilter aufweisen.
  • Die Mikrolinsen 330 können so angeordnet sein, dass sie den jeweiligen Einheitsbildpunkten entsprechen. Jede der Mikrolinsen 330 kann eine konvexe Oberfläche aufweisen, und die konvexe Oberfläche kann einen vorbestimmten Krümmungsradius aufweisen, um das einfallende Licht zu bündeln. Jede der Mikrolinsen 330 kann auch aus einem Licht durchlässigen Material aufgebaut sein. Z. B. können die Mikrolinsen 330 aus Wärme aushärtendem Harz aufgebaut sein, das eine Licht durchlässige Eigenschaft aufweist.
  • Die untere Planarisierungsschicht 311 kann zwischen der Halbleiterschicht 100 und den Farbfiltern 320 angeordnet sein, und die obere Planarisierungsschicht 313 kann zwischen den Farbfiltern 320 und den Mikrolinsen 330 angeordnet sein. Die untere und obere Planarisierungsschichten 311 und 313 können aus einem Material aufgebaut sein, das einen Brechungsindex größer als der eines Siliziumoxidmaterials aufweist, um eine optische Empfindlichkeit des Bildsensors zu verbessern. Bei einigen Ausführungsformen können die unteren und oberen Planarisierungsschichten 311 und 313 aus einem Material ausgebildet sein, dass einen Brechungsindex innerhalb des Bereichs von ca. 1,4 bis 4,0 aufweist. Die unteren und oberen Planarisierungsschichten 311 und 313 können aus einer Aluminiumoxid-(Al2O3)Schicht, einer Ceriumflorid-(CeF3)Schicht, einer Hafniumoxid-(HfO2)Schicht, einer Indiumzinoxid-(ITO)Schicht, einer Magnesiumoxid-(MgO)Schicht, einer Tantalpentoxid-(Ta2O5)Schicht, einer Titanoxid-(TiO2) Schicht, einer Zirkoniumoxid-(ZrO2)Schicht, einer Silikonschicht, einer Germaniumschicht, einer Zinkselen-(ZnSe)Schicht, einer Zinksulfid-(ZnS)Schicht oder einer Bleifluorid-(PbF2)Schicht bestehen. Die unteren und oberen Planarisierungsschichten 311 und 313 können alternativ aus einem organischen Material bestehen, das einen hohen Brechnungsindex aufweist. Die untere und obere Planarisierungsschichten 311 und 313 können z. B. aus einem Siloxanharzmaterial, einem Benzocyclobuten-Material, einem Material eines Polyimid-Systems, ein Material eines Acryl-Systems, ein Parylen-C-Material, ein Poly(Methylmethacrylat)(PMMA)-Material oder einem Polyethylen-terephtalat-(PET)-Material bestehen. Die unteren und oberen Planarisierungsschichten 311 und 313 können zusätzlich aus einem Strontiumtitanat-(SrTiO3)Material, einem Polycarbonat-Material, einem Glas-Material, einem Brom-Material, einem Saphir-Material, einem kubischen Zirkonium-Material, einem Kaliumniobat-(KNbO3) Material, einem Moissanit-(SiC)Material, einem Galliumphosphit-(GaP)Material oder einem Galliumarsenid-(GaAs)Material bestehen.
  • Die 8 ist eine schematische Draufsicht, die einen Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht, und 9 ist eine Schnittansicht, die entlang einer Linie II-II' der 8 aufgenommen wurde, um einen Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen zu veranschaulichen.
  • Bezug nehmend auf die 8 und 9 kann ein Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen eine sich gegenseitig zu gewandte/gegenseitig entgegen gesetzte erste Oberfläche 1 und zweite Oberfläche 2 aufweisende Halbleiterschicht 100, eine Verbindungsschicht 200 auf der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 und eine lichtdurchlässige Schicht 300 auf der zweiten Oberfläche 2 der Halbleiterschicht 100 aufweisen.
  • Eine Mehrzahl von photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 kann in der Halbleiterschicht 100 angeordnet sein und sie können in einer Matrixform auf derselben Ebene angeordnet sein. Jede der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 kann eine Pinned-Photodiode mit einer PNP-Übergangsstruktur aufweisen, so wie in der Ausführungsform der 3 und 4 beschrieben. D. h., dass die Pinned-Photodiode eine stark dotierte P-Typ-Störstellenschicht 105 (oder eine epitaktischen P-Typ-Schicht), eine N-Typ-Störstellenschicht 112 und eine P-Typ-Störstellenschicht 116 aufweist, die senkrecht gestapelt sind. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die N-Typ-Störstellenschicht 112 Ladungen als Antwort auf ein einfallendes Licht erzeugen und speichern, und ein Teil der P-Typ-Störstellenschicht 116 kann als ein Weg (z. B. ein Kanalbereich) fungieren, durch den die Ladungen übertragen werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die N-Typ-Störstellenschicht 112 durchgängig in der Halbleiterschicht 100 (z. B. durchgängig in dem größten Teil von der Halbleiterschicht 100) angeordnet sein, so wie in 8 und 9 veranschaulicht ist. Ferner können die P-Typ-Isolations-Störstellenbereiche 114 in der N-Typ-Störstellenschicht 112 angeordnet sein. Die P-Typ-Isolations-Störstellenbereiche 114 können die N-Typ-Störstellenschicht 112 in eine Mehrzahl von getrennten N-Typ-Störstellenschichten 112 aufteilen. Jeder der getrennten N-Typ-Störstellenschichten 112 kann eine photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 aus einem Einheitsbildpunkt P zusammen mit der P-Typ-Störstellenschicht 116 bilden. Daher können die getrennten N-Typ-Störstellenschichten 112 von jedem der anderen P-Typ-Isolations-Störstellenbereiche 114 isoliert sein, und die P-Typ-Isolations-Störstellenbereiche 114 können das Übersprechen zwischen den Einheitsbildpunkten P reduzieren/vermeiden.
  • Jede der getrennten N-Typ-Störstellenschichten 112 kann eine Vielzahl von N-Typ-Störstellenbereichen 112a, 112b, 112c und 112d aufweisen, die vertikal gestapelt sind. Außerdem können sich die Störstellenkonzentrationen der Mehrzahl von N-Typ-Störstellenbereiche 112a, 112b, 112c und 112d voneinander unterscheiden. Ein Gefälle des elektrischen Potentialprofils in jeder getrennten N-Typ-Störstellenschicht 112 kann durch das Steuern der Störstellenkonzentrationen der N-Typ-Störstellenbereiche 112a, 112b, 112c und 112d eingestellt werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann jede der getrennten N-Typ-Störstellenschichten 112 so gestaltet sein, dass ein höchster elektrischer Potentialbereich in jeder der getrennten N-Typ-Störstellenschichten 112 als angrenzend an die P-Typ-Störstellenschicht 116 angeordnet sein kann. Dies führt zur Verbesserung des Wirkungsgrads, mit dem Ladungen in der N-Typ-Störstellenschicht 112 zu dem potentialfreien Diffusionsbereich 131 während des Betriebs des Bildsensors übertragen werden. Die Störstellenkonzentration in der N-Typ-Störstellenschicht 112 kann sich z. B., um den Ladungs-Übertragungswirkungsgrad des Bildsensors zu verbessern, auf Grund allmählicher Abnahme verändern, wenn sich ein Abstand der ersten Oberfläche 1 zu der zweiten Oberfläche 2 vergrößert. Anders ausgedrückt, je geringer ein Abstand von der P-Typ-Störstellenschicht 116 ist, desto größer ist die Störstellenkonzentration in der N-Typ-Störstellenschicht 112.
  • Im Falle, dass jede der getrennten N-Typ-Störstellenschichten 112 die Mehrzahl an senkrecht gestapelten N-Typ-Störstellenbereichen 112a, 112b, 112c und 112d, aufweist, kann jeder der P-Typ-Isolationsstörstellenbereiche 114 auch eine Mehrzahl an P-Typ-Isolationsstörstellenbereiche 114a, 114b, 114c und 114d aufweisen. Die Störstellenkonzentration in jedem P-Typ-Isolationsstörstellenbereich 114 kann sich auf Grund allmählicher Abnahme verändern, wenn ein Abstand von der ersten Oberfläche 1 zu der zweiten Oberfläche 2 zunimmt. Außerdem kann eine Stärke der P-Typ-Isolationsstörstellenbereiche 114 im Wesentlichen gleich oder größer als die der N-Typ-Störstellenschicht 112 sein. D. h., dass eine vertikale Stärke der P-Typ-Isolationsstörstellenbereiche 114 im Wesentlichen gleich oder größer als die der N-Typ-Störstellenschicht 112 ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen können die Transfer-Gateelektroden 123 in Draufsicht jeweils an zentralen Stellen der getrennten N-Typ-Störstellenschichten 112 angeordnet sein. Dies geschieht, um den Wirkungsgrad zu erhöhen/zu verbessern, mit dem Ladungen der N-Typ-Störstellenschicht 112 in den potentialfreien Diffusionsbereich 131 während des Betriebs des Bildsensors übertragen werden.
  • Jede der Transfer-Gateelektroden 123 weist eine geschlossene Schleifenform mit einer Öffnung auf, die eine zentrale Stelle davon durchdringt, sowie in Bezug auf die 5–7D beschrieben wird. Die Transfer-Gateelektroden 123 können innerhalb der Halbleiterschicht 100 angeordnet sein. Jede der Transfer-Gateelektroden 123 kann die entsprechende, getrennte N-Typ-Störstellenschicht 112 in Draufsicht überlagern. Jede der Transfer-Gateelektroden 123 kann in Draufsicht z. B. an einer zentralen Stelle der getrennten N-Typ-Störstellenschicht 112 angeordnet sein, die die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung bildet.
  • Die von der Transfer-Gateelektrode 123 umgebene/begrenzte P-Typ-Störstellenschicht 116 kann mit N-Typ-Störstellen dotiert sein und bildet dabei einen potentialfreien Diffusionsbereich 131 mit N-Typ aus. Die potentialfreien Diffusionsbereiche 131 können lokal in der P-Typ-Störstellenschicht 116 ausgebildet sein, die von den Transfer-Gateelektroden 123 umgeben/begrenzt wird. Jede der potentialfreien Diffusionsbereiche 131 kann die entsprechende photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung in Draufsicht überlagern. Jedoch können die potentialfreien Diffusionsbereiche 131 senkrecht räumlich getrennt von den getrennten N-Typ-Störstellenschichten 112 vorhanden sein.
  • Die P-Typ-Wannen 118, die die äußeren Seitenwände der Transfer-Gateelektroden 123 umgeben, können in der P-Typ-Störstellenschicht 116 angeordnet sein. Die P-Typ-Wannen 118 können von der N-Typ-Störstellenschicht 112 getrennt sein. Alternativ können die P-Typ-Wannen 118 in Kontakt mit der N-Typ-Störstellenschicht 112 stehen. Die Störstellenkonzentration der P-Typ-Wannen 118 kann höher sein als die der P-Typ-Störstellenschicht 116. Es kann z. B. die P-Typ-Störstellenschicht 116 eine P-Typ-Störstellenkonzentration innerhalb des Bereiches von ca. 1 × 1014 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1017 Atomen/cm3 aufweisen und die P-Typ-Wannen 118 können eine P-Typ-Störstellenkonzentration innerhalb des Bereiches von 1 × 1017 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1020 Atomen/cm3 aufweisen. Die P-Typ-Wannen 118 können die Oberflächendefekte reduzieren (z. B. freie Bindungen), die neben der ersten Oberfläche 1 oder den Elektronen-Lochpaaren, die neben der ersten Oberfläche 1 thermisch erzeugt werden, auftreten und dadurch den Dunkelstrom niedrig halten. Genauer gesagt können Löcher der Elektronen-Lochpaare, die neben der ersten Oberfläche 1 erzeugt werden, in die Halbleiterschicht 100, die durch die P-Typ-Wannen 118 geerdet wird, driften oder diffundieren, und Elektronen der Elektronen-Lochpaare, die neben der ersten Oberfläche 1 erzeugt werden, können mit den Löchern (entsprechend dem Majoritätsladungsträger) in den P-Typ-Wannen 118 rekombinieren, um zu verschwinden. Außerdem können aus MOS-Transistoren zusammengesetzte Lesevorrichtungen in den P-Typ-Wannen 118 angeordnet sein. Die Lesevorrichtungen können in aktiven Bereichen ausgebildet sein, und die aktiven Bereiche können durch die Isolationsschichten 107 definiert sein, die in den P-Typ-Wannen 118 angeordnet sind. D. h., dass die Lese-Gateelektroden 125r und 125d auf den P-Typ-Wannen 118 ausgebildet sein können, und die Gate-Isolationsschichten können zwischen den Lese-Gateelektroden 125r und 125d und den P-Typ-Wannen 118 angeordnet sein. Die Source/Drain-Elektroden 133 können in den P-Typ-Wannen 118 auf beiden Seiten von jeder der Lese-Gateelektroden 125r und 125d angeordnet sein. Anders ausgedrückt, können die Lesevorrichtungen nach wie vor Bezug nehmend auf die 8 und 9 derart angeordnet sein, dass sie die getrennten N-Typ-Störstellenschichten 112 überlagern, wenn sie in Draufsicht betrachtet werden. Die P-Typ-Wannen 118 können die Dunkelströme des Bildsensors reduzieren und können als Kanalbereiche der Lesevorrichtungen dienen, die sich gegenüber den MOS-Transistoren befinden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann das einfallende Licht auf die zweite Oberfläche 2 (z. B. eine Rückseitenoberfläche) der Halbleiterschicht 100 abgestrahlt werden. Das Layoutschema der Lesevorrichtungen soll nicht auf die in 8 veranschaulichte Ausführungsform beschränkt sein. D. h., dass das Layoutschema der Lesevorrichtungen in vielen unterschiedlichen Formen auf den P-Typ-Wannen 118 ausgebildet sein kann, wenn es in Draufsicht betrachtet wird.
  • Die Störstellenkonzentration der P-Typ-Störstellenschicht 116, die von der Transfer-Gateelektrode 123 umgeben/begrenzt wird, kann niedriger als die der P-Typ-Wannen 118 sein, die die äußeren Seitenwände der Transfer-Gateelektroden 123 umschließen. Folglich kann ein elektrischer Potentialgradient auf Grund einer P-Typ-Störstellenkonzentrationsdifferenz zwischen der P-Typ-Störstellenschicht 116 und den P-Typ-Wannen 118 vorgesehen sein. Folglich können die P-Typ-Wannen 118 als elektrische Potentialbarrieren in Bezug auf die P-Typ-Störstellenschicht 116 dienen, die von den Transfer-Gateelektroden 123 umgeben/begrenzt sind, so dass die in den getrennten N-Typ-Störstellenschichten 112 gespeicherten Ladungen leicht in die potentialfreien Diffusionsbereiche 131 driften und/oder diffundieren.
  • Bezug nehmend auf 9 können die in 7B veranschaulichten lokalen P-Typ-Störstellenbereiche 126, im Falle, dass die P-Typ-Störstellenschicht 116 zwischen den P-Typ-Wannen 118 und der N-Typ-Störstellenschicht 112 angeordnet ist, ferner zwischen der N-Typ-Störstellenschicht 112 und der unteren Oberflächen der Transfer-Gateelektroden 123 angeordnet sein. Die lokalen P-Typ-Störstellenbereiche 126 können als eine Potentialbarriere dienen, so dass die Ladungen in der N-Typ-Störstellenschicht 112 leicht in die P-Typ-Störstellenschicht 116, die von den Transfer-Gateelektroden 123 umgeben/begrenzt wird, driften und/oder diffundieren.
  • Weiter Bezug nehmend auf 9 kann die Halbleiterschicht 100 die stark dotierte P-Typ-Störstellenschicht 105 aufweisen, die oberflächennah entlang der zweiten Oberfläche 2 ausgebildet ist, so wie es oben beschrieben wurde. Die stark dotierte P-Typ-Störstellenschicht 105 kann den Dunkelstrom reduzieren, der auf Grund der Oberflächendefekte nahe an der zweiten Oberfläche 2 erzeugt wird.
  • Außerdem kann eine Verbindungsschicht 200 auf der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100, so wie oben veranschaulicht, angeordnet sein. Die Verbindungsschicht 200 kann Vorrichtungen aufweisen, die in den photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen erzeugte elektrische Signale lesen und die Einheitsbildpunkte steuern. Ein Trägersubstrat 230 kann auf der Verbindungsschicht 200 und gegenüber der Halbleiterschicht 100 angeordnet sein. Zusätzlich kann eine lichtdurchlässige Schicht 300 auf der zweiten Oberfläche 2 der Halbleiterschicht 100 angeordnet sein, so wie es in Bezug auf die 3 und 4 beschrieben wurde. D. h., dass die lichtdurchlässige Schicht 300 eine untere Planarisierungsschicht 311, eine obere Planarisierungsschicht 313, Farbfilter 320 und Mikrolinsen 330 aufweist. Die Mikrolinsen 330 und Farbfilter 320 können derart angeordnet werden, dass sie den jeweiligen photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen entsprechen.
  • Die 10 ist ein Diagramm, das Funktionen eines Bildsensors gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht, und 11 ist ein Potentialdiagramm, das entlang einer Linie III-III' der 10 aufgenommen ist. In der Zeichnung von 11 zeigt die gestrichelte Linie ein elektrisches Potential der Halbleiterschicht an, wenn ein Ladungsübertragungssignal inaktiv ist, und die durchgezogene Linie zeigt ein elektrisches Potential der Halbleiterschicht an, wenn ein Ladungsübertragungssignal aktiv ist.
  • Bezug nehmend auf 10 können Elektronen-Lochpaare in den N-Typ-Störstellenschichten 111 der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 erzeugt werden, wenn ein einfallendes Licht auf die photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 aller Einheitsbildpunkte in einem aktiven Bildsensorarray abgestrahlt wird, und Ladungen können in den N-Typ-Störstellenschichten 111 der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 gemäß dem an die photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 angelegten elektrischen Feld gespeichert werden. Eine Ladungsübertragungssignalleitung TX(i), eine Reset-Signalleitung RX(i) und eine Zeilenauswahlsignalleitung SEL(i) können mit den Lesevorrichtungen, z. B. Transfer-Gateelektroden 123, Gateelektroden der Reset-Elemente 140 und Gateelektroden der Auswahlelemente 160, die jeweils in einer bestimmten Zeile angeordnet sind, verbunden sein. Außerdem können ein Ladungsübertragungssignal, ein Reset-Signal und ein Zeilenauswahlsignal an die Ladungs-Übertragungssignalleitung TX(i), die Reset-Signalleitung RX(i) bzw. die Zeilenauswahlsignalleitung SEL(i) angelegt werden.
  • Wenn das Auswahlelement 160 von dem Auswahlsignal aktiviert wird (z. B. eingeschalten wird) und das Reset-Element 140 durch das Reset-Signal inaktiviert wird (z. B. ausgeschaltet wird), kann ein Ausgangssignal entsprechend der Menge an den in der Erfassungsvorrichtung (z. B. der potentialfreie Diffusionsbereich 131) gespeicherten Ladungen über eine mit dem ausgewähltem Einheitsbildpunkt verbundene Ausgangsleitung Vout ausgelesen werden.
  • Indessen können alle in dem potentialfreien Diffusionsbereich 131 gespeicherten Ladungen (z. B. Elektronen), wenn das Reset-Element 140 von dem Reset-Signal aktiviert wird (z. B. eingeschaltet wird), vollständig in die Spannungsversorgungsklemme Vdd driften. Auf diese Weise kann der ausgewählte Einheitsbildpunkt initialisiert werden.
  • Im Falle, dass das Ladungs-Übertragungssignal des initialisierten Einheitsbildpunktes inaktiv ist, kann eine Potentialbarrierenhöhe der P-Typ-Störstellenschicht 113, die von der Transfer-Gateelektrode 123 umgeben/begrenzt wird, zunehmen und Ladungen können in der N-Typ-Störstellenschicht 111 der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 angehäuft werden.
  • Wenn das die Transfer-Gateelektrode 123 aufweisende Ladungsübertragungselement durch das Ladungsübertragungssignal aktiviert wird und das Reset-Element 140 inaktiviert ist, kann die Potentialbarrierenhöhe der P-Typ-Störstellenschicht 113, die von der Transfer-Gateelektrode 123 umgeben/begrenzt wird, abgesenkt werden und in der N-Typ-Störstellenschicht 111 gespeicherte Ladungen können in den potentialfreien Diffusionsbereich 131 übertragen werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der potentialfreie Diffusionsbereich 131 senkrecht über der N-Typ-Störstellenschicht 111 angeordnet sein. Folglich können in der N-Typ-Störstellenschicht 111 gespeicherte Elektronen von der zweiten Oberfläche 2 hin zu der ersten Oberfläche 1 aufwärts bewegt werden. Anders ausgedrückt, können die Ladungen, wie z. B. in der N-Typ-Störstellenschicht 111 gespeicherte Elektronen, in den potentialfreien Diffusionsbereich 131 durch die Halbleiterschicht 100 in senkrechter Richtung übertragen werden. Der potentialfreie Diffusionsbereich 131 kann eine Parasitärkapazität aufweisen. Folglich kann das elektrische Potential des potentialfreien Diffusionsbereichs 131 entsprechend der Menge von in dem potentialfreien Diffusionsbereich 131 gespeicherten Ladungen bestimmt werden, und der Ausgangsstrom des Verstärkungselements 150 kann entsprechend dem elektrischen Potential des potentialfreien Diffusionsbereichs 131 bestimmt werden.
  • Anschließend kann das Ausgangssignal des ausgewählten Einheitsbildpunktes über die mit dem ausgewählten Einheitsbildpunkt verbundene Ausgangsleitung Vout ausgelesen werden, wenn das Auswahlelement 160 durch das auf die Auswahlsignalleitung SEL(i) angewendete Auswahlsignal aktiviert ist.
  • Die 12 bis 19 stellen Schnittansichten dar, die Herstellungsverfahren der Bildsensoren gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulichen.
  • Bezug nehmend auf 12 kann eine Halbleiterschicht 100 bereitgestellt werden, und eine aktive Bereiche festlegende Isolationsschicht 107 kann in der Halbleiterschicht 100 gebildet werden. Die Halbleiterschicht 100 kann ein P-Typ-Bulksubstrat 101 und eine auf dem P-Typ-Bulksubstrat 101 gebildete epitaktische P-Typ-Schicht 103 aufweisen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann eine dem P-Typ-Bulksubstrat 101 abgwandte Oberfläche der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 als einer erste Oberfläche 1 (oder eine Vorderseitenoberfläche) der Halbleiterschicht 100 bezeichnet werden, und eine von der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 abgesandte Oberfläche des P-Typ-Bulksubstrat 101 kann als eine zweite Oberfläche 2 (oder eine Rückseitenoberfläche) der Halbleiterschicht 100 bezeichnet werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Halbleiterschicht 100 das P-Typ-Bulksubstrat 101 und die epitaktische P-Typ-Schicht 103 auf dem P-Typ-Bulksubstrat 101 wie oben beschrieben aufweisen. Jedoch ist die Halbleiterschicht 100 nicht auf die obige Struktur begrenzt. Das P-Typ-Bulksubstrat 101 kann z. B. durch ein N-Typ-Bulksubstrat ersetzt werden. Die Halbleiterschicht 100 kann alternativ ein Bulksiliziumsubstrat und eine in dem Substrat ausgebildete P-Typ-Wanne aufweisen. Außerdem kann die Halbleiterschicht 100 ein Silizium-Auf-Isolator(SOI)-Substrat sein. Entsprechend kann die Halbleiterschicht 100 in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden.
  • Die P-Typ-Störstellen können in die epitaktische P-Typ-Schicht 103 implantiert werden, so dass dadurch eine tiefe P-Typ-Wanne 105 gebildet wird, die mit den P-Typ-Störstellen stark dotiert ist. Die tiefe P-Typ-Wanne 105 kann von der ersten Oberfläche 1 derart räumlich getrennt sein, dass sie zwischen der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 und dem Bulksubstrat 101 vorhanden ist. Eine Störstellenkonzentration der tiefen P-Typ-Wanne 105 kann höher sein als die der epitaktischen P-Typ-Schicht 103. Die tiefe P-Typ-Wanne 105 kann z. B. eine Tiefe von ca. 3 μm bis 12 μm und eine Störstellenkonzentration von ca. 1 × 1015 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1020 Atomen/cm3 aufweisen.
  • Die Isolationsschicht 107 kann gebildet werden, um die ersten aktiven Bereiche ACT1 und die zweiten aktiven Bereiche ACT2 festzulegen, so wie in Bezug auf die 3 beschrieben ist. Die Isolationsschicht 107 kann auf der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 gebildet werden (z. B. kann sie gebildet werden, um zu definieren), indem eine Technik der Isolation flacher Gräben oder eine Technik der lokalen Oxidation von Silizium (LOCOS) verwendet wird.
  • Bei einigen Ausführungsformen können P-Typ-Isolationswannen 109 in der Halbleiterschicht 100 nach der Bildung der Isolationsschicht 107 ausgebildet werden. Die P-Typ-Isolationswannen 109 können derart gebildet werden, dass sie die tiefe P-Typ-wanne 105 berühren. Die P-Typ-Isolationswannen 109 können eine Störstellenkonzentration von ca. 1 × 1015 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1020 Atomen/cm3 aufweisen.
  • Bezug nehmend auf die 13 kann eine photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 in der Halbleiterschicht 100 gebildet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 eine Pinned-Photodiode aufweisen.
  • Die Bildung einer photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 kann die Bildung eines ersten Maskenmusters 115 auf der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 aufweisen, um den ersten aktiven Bereich ACT1 zu bilden und kann die Bildung einer N-Typ-Störstellenschicht 111 und einer P-Typ-Störstellenschicht 113 in der Halbleiterschicht 100 durch die Verwendung des ersten Maskenmusters 115 aufweisen.
  • Exakter ausgedrückt, können die N-Typ-Störstellen in die epitaktische P-Typ-Schicht 103 implantiert werden, indem das erste Maskenmuster 115 als eine Implantationsmaske verwendet wird, um dadurch die N-Typ-Störstellenschicht 111 auszubilden. Die N-Typ-Störstellenschicht 111 kann derart gebildet werden, dass sie eine erste Störstellenschicht 111a und eine zweite Störstellenschicht 111b aufweist, welche aufeinanderfolgend gestapelt werden. D. h., dass die zweite Störstellenschicht 111b näher an der ersten Oberfläche 1 gebildet wird als die erste Störstellenschicht 111a zu der ersten Oberfläche 1. Eine Störstellenkonzentration der ersten Störstellenschicht 111a kann geringer als die der zweiten Störstellenschicht 111b sein. Die erste Störstellenschicht 111a kann z. B. eine Störstellenkonzentration von ca. 1 × 1015 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1017 Atomen/cm3 aufweisen, und die zweite Störstellenschicht 111b kann eine Störstellenkonzentration von ca. 1 × 1017 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1020 Atomen/cm3 aufweisen.
  • Anschließend können die P-Typ-Störstellen durch die Verwendung des ersten Maskenmusters 115 als eine Implantationsmaske in die epitaktische P-Typ-Schicht 103 implantiert werden, wodurch es zur Bildung der P-Typ-Störstellenschicht 113 angrenzend an die erste Oberfläche 1 und angeordnet auf der N-Typ-Störstellenschicht 111 kommt. Die P-Typ-Störstellenschicht 113 kann gebildet werden, um einen Potentialbarrierenbereich 113a und einen Oberflächenstörstellenbereich 113b aufzuweisen, die aufeinanderfolgend gestapelt sind. Der Oberflächenstörstellenbereich 113b kann derart ausgebildet sein, dass er näher an der ersten Oberfläche 1 ist als der Potentialbarrierenbereich 113a zu der ersten Oberfläche 1 ist. Eine Störstellenkonzentration des Oberflächenstörstellenbereichs 113b kann höher sein als die des Potentialbarrierenbereichs 113a. Der Potentialbarrierenbereich 113a kann z. B. eine Störstellenkonzentration von ca. 1 × 1014 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1017 Atomen/cm3 aufweisen, und der Oberflächenstörstellenbereich 113b kann eine Störstellenkonzentration von ca. 1 × 1017 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1020 Atomen/cm3 aufweisen.
  • Das erste Maskenmuster 115 kann nach der Bildung der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 entfernt werden.
  • Bezug nehmend auf die 14 und 15 kann die Transfer-Gateelektrode 123 innerhalb der Halbleiterschicht 100 gebildet werden. Die Transfer-Gateelektrode 123 kann derart ausgebildet werden, dass sie in Draufsicht eine geschlossene Schleifenform aufweist. D. h., dass die Transfer-Gateelektrode 123 einen Hohlbereich entsprechend einer Öffnung aufweisen kann, die einen zentralen Bereich davon durchdringt. Die Bildung der Transfer-Gateelektrode 123 kann die Bildung eines Grabens T in der Halbleiterschicht 100 aufweisen, die Bildung einer Gate-Isolationsschicht 121 an der inneren Wand des Grabens T aufweisen und das Befüllen des Grabens T mit einem leitfähigen Material aufweisen.
  • Insbesondere kann ein zweites Maskenmuster 117 auf der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 gebildet werden, so wie in 14 veranschaulicht wird. Das zweite Maskenmuster 117 kann gebildet werden, um einen vorbestimmten Bereich der ersten Oberfläche 1 innerhalb eines zentralen Bereichs der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 freizulegen.
  • Die Halbleiterschicht 100 kann durch den Einsatz des zweiten Maskenmusters 117 als eine Ätzmaske bis zu einer vorbestimmten Tiefe geätzt werden, wodurch der Graben T in der Halbleiterschicht 100 gebildet wird. Der Graben T kann durch den Einsatz eines anisotropen Ätzverfahrens gebildet werden.
  • Eine untere Oberfläche des Grabens T kann sich innerhalb der P-Typ-Störstellenschicht 113 befinden und kann die Potentialbarrierenschicht 113a freilegen. Die untere Oberfläche des Grabens T kann sich alternativ an einer Grenzfläche zwischen der P-Typ-Störstellenschicht 113 und der N-Typ-Störstellenschicht 111 befinden, so wie in 7C veranschaulicht ist. Bei einigen Ausführungsformen kann der Graben T derart gebildet werden, dass sich die untere Oberfläche des Grabens T innerhalb der N-Typ-Störstellenschicht 111 befindet, so wie es in 7D veranschaulicht ist. Dementsprechend kann der Graben T abgewandelt werden, so dass er verschiedene Gestaltungsarten und/oder -formen aufweist.
  • Bezug nehmend auf die 15 kann eine Gate-Isolationsschicht 121 mit einer Stärke von ca. 1 nm bis ca. 10 nm an einer inneren Wand des Grabens T gebildet werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Gate-Isolationsschicht 121 durch den Einsatz eines thermischen Oxidationsverfahrens gebildet werden. D. h., dass die Gate-Isolationsschicht 121 von einer thermischen Oxidschicht gebildet wird. Die thermische Oxidschicht kann durch das Anwenden eines Trocken-Oxidationsverfahrens oder eines Nass-Oxidationsverfahrens auf das Substrat gebildet werden, wo die innere Wand des Grabens T freigelegt ist. Das Trocken-Oxidationsverfahren kann unter Verwendung eines Sauerstoffgases als ein Prozessgas ausgeführt werden, und das Nass-Oxidationsverfahren kann unter Verwendung von Wasserdampf (H2O) als ein Ausgangsmaterial ausgeführt werden. Wenn die Gate-Isolationsschicht 121 durch den Einsatz des thermischen Oxidationsverfahrens gebildet wird, kann die Gate-Isolationsschicht 121 gezielt auf der inneren Wand des Grabens T gebildet werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Gate-Isolationsschicht 121 aus einer Siliziumdioxid(SiO2)-Schicht, einer Siliziumoxidnitrid(SiON)-Schicht, einer Siliziumnitrid(SiN)-Schicht, einer Aluminiumoxid(Al2O3-Schicht, einer Silikonnitrid(Si3N4)-Schicht, einer Germaniumoxynitrid(GexOyNz)-Schicht, einer Germaniumsiliziumoxid(GexSiyOz)-Schicht oder einer hoch-k-dielektrischen Schicht gebildet werden. Die dielektrische High-k-Schicht kann aus einer Hafniumoxid(HfO2)-Schicht, einer Zirkoniumoxid(ZrO2)-Schicht, einer Tantalpentoxid(Ta2O5)-Schicht, einer Hafniumsilikat(HfSiO)-Schicht, einer Zirkoniumsilikat(ZrSiO)-Schicht oder einer Kombination davon gebildet werden, indem ein Atomlagenabscheidungs-(ALD)Verfahren eingesetzt wird. Außerdem kann die Gate-Isolationsschicht 121 aus einer Kombinationsschicht von mindestens zwei gestapelten Schichten aus den oben aufgelisteten Schichten gebildet werden. Die Gate-Isolationsschicht 121 kann durch den Einsatz einer Abschaltungstechnik gebildet werden, die eine exzellente Kantenbedeckung aufweist. Die Gate-Isolationsschicht 121 kann z. B. durch den Einsatz eines chemischen Dampfphasenabscheidungs(CVD)-Verfahrens oder eines Atomlagenabscheidungs(ALD)-Verfahrens gebildet werden.
  • Das zweite Maskenmuster 117 kann vor der Bildung der Gate-Isolationsschicht 121 entfernt werden. In diesem Fall kann die Gate-Isolationsschicht 121 nicht nur auf der inneren Wand des Grabens T gebildet werden, sondern auch auf der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100.
  • Bei einigen Ausführungsformen können vor der Bildung der Gate-Isolationsschicht 121 P-Typ-Störstellen in die Halbleiterschicht 100 unter den Graben T implantiert werden, dadurch kommt es zu einem lokalen Störstellenbereich 126 (z. B. wie veranschaulicht in den 7B bis 7D). Der lokale Störstellenbereich 126 kann derart ausgebildet sein, dass er eine Störstellenkonzentration von ca. 1 × 1017 Atomen/cm3 bis ca. 1 × 1020 Atomen/cm3 aufweist.
  • Der lokale Störstellenbereich 126 kann so ausgeführt sein, dass er ein elektrisches Potential höher als ein elektrisches Potential der P-Typ-Störstellenschicht 113 aufweist, die von der Transfer-Gateelektrode 123 umgeben/begrenzt wird. Dies kann den Ladungsübertragungswirkungsgrad erhöhen/verbessern. D. h. der lokale Störstellenbereich 126 kann als eine Potentialbarriere agieren, so dass Ladungen in der N-Typ-Störstellenschicht 111 auf einfache Art und Weise in die P-Typ-Störstellenschicht 113 driften und/oder diffundieren können, die von der Transfer-Gateelektrode 123 umgeben/begrenzt wird. Unterdessen können Ladungen, die auf einer Oberfläche der von dem Graben T freigelegten Halbleiterschicht 100 erzeugt werden in die N-Typ-Störstellenschicht 111 diffundieren. In diesem Fall kann ein Dunkelstrom fließen. Jedoch kann gemäß einigen Ausführungsformen der Dunkelstrom wegen des Vorhandenseins des lokalen Störstellenbereichs 126 vermindert/unterdrückt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der lokale Störstellenbereich 126 durch den Einsatz eines schrägen Ionenimplantations-Verfahrens gebildet werden. In diesem Fall kann der lokale Störstellenbereich 126 angrenzend an die Seitenwand des Grabens T gebildet werden (wie z. B. in 7D veranschaulicht).
  • Der von der Gate-Isolationsschicht 121 umgebene Graben T kann, Bezug nehmend wiederum auf 15, mit einem leitfähigen Material aufgefüllt werden. Das leitfähige Material in dem Graben T kann eine Transfer-Gateelektrode 123 bereitstellen.
  • Die Transfer-Gateelektrode 123 kann insbesondere durch das Ablagern einer leitfähigen Gateschicht gebildet werden, die den Graben T bis zu dem zweiten Maskenmuster 117 auffüllt und die die leitfähige Gateschicht auf eine obere Oberfläche des zweiten Maskenmusters 117 einebnet. D. h., dass die leitfähige Gateschicht vor der Entfernung des zweiten Maskenmusters 117 gebildet wird. Die leitfähige Gateschicht kann durch den Einsatz eines anisotropen Ätzverfahrens (z. B. eines Blanket-Hinterätzverfahrens) oder ein chemisch-mechanisches Polier-(CMP)Verfahren poliert werden. Im Falle, dass die leitfähige Gateschicht durch den Einsatz eines anisotropen Ätzverfahrens (z. B. ein Deckschicht-Rückätzverfahren) poliert wird, kann die Transfer-Gateelektrode 123 in den Graben T versenkt werden. In diesem Fall kann eine bedeckende Isolationsschicht 124 gebildet werden, um den Graben T auf der versenkten Transfer-Gateelektrode 123 auszufüllen.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Gateleitungsschicht aus einer dotierten Poly-Siliziumschicht oder einer Metallschicht bestehen. Die Metallschicht, die zur Bildung der Gateleitungsschicht verwendet wird, kann eine Wolframschicht, eine Titanschicht oder eine Titannitridschicht aufweisen.
  • Bezug nehmend auf 16 können die Gateelektroden 125 von aus MOS-Transistoren zusammengesetzten Lesevorrichtungen an den zweiten aktiven Bereichen (z. B. ACT2 der 3) gebildet werden. D. h., dass die Gateelektroden 125 der Lesevorrichtungen den Gateelektroden der Reset-Elemente, Verstärkungselemente und Auswahlelemente entsprechen können.
  • Ein drittes Maskenmuster 127 kann auf der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 und den Gateelektroden 125 gebildet werden. Das dritte Maskenmuster 127 kann derart ausgebildet werden, dass es die P-Typ-Störstellenschicht 113 frei lässt, die durch die Transfer-Gateelektrode 123 umgeben/begrenzt wird.
  • Die N-Typ-Störstellen können in die P-Typ-Störstellenschicht 113 der Halbleiterschicht 100 durch den Einsatz des dritten Maskenmusters 127 als eine Ionenimplantationsmaske implantiert werden. Dadurch kommt es zur Bildung eines potentialfreien Bereichs 131. Folglich kann der potentialfreie Diffusionsbereich 131 senkrecht mit dem Hohlbereich der Transfer-Gateelektrode 123 selbstausgerichtet sein.
  • Indessen kann das dritte Maskenmuster 127 zusätzlich vorbestimmte Bereiche der zweiten aktiven Bereiche (z. B. ADT2 aus 3) freilegen, die in der Halbleiterschicht 100 festgelegt werden, um Source/Drain-Elektroden 133 aus den aus MOS-Transistoren zusammengesetzten Lesevorrichtungen zu bilden. In diesem Fall können die Source/Drain-Elektroden 133 und der potentialfreie Diffusionsbereich 131 gleichzeitig gebildet werden.
  • Das dritte Maskenmuster 127 kann nach der Bildung des potentialfreien Diffusionsbereichs 131 entfernt werden.
  • Bezug nehmend auf die 17 kann eine Verbindungsschicht 200 auf der ersten Oberfläche 1 der die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 und den potentialfreien Diffusionsbereich 131 aufweisenden Halbleiterschicht 100 gebildet werden. Die Bildung der Verbindungsschicht 200 kann die Bildung von die Lesevorrichtungen elektrisch verbindenden Verbindungen aufweisen, die ein von der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 erzeugtes elektrisches Signal übermitteln und lesen und kann die Bildung einer Mehrzahl von Zwischenschicht-Isolationsschichten 210 aufweisen.
  • Insbesondere kann eine Zwischenschicht-Isolationsschicht 210 auf der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 gebildet werden und Metallverbindungen 220 können auf der Zwischenschicht-Isolationsschicht 210 gebildet werden, um die Lesevorrichtungen mit den Steuerungsvorrichtungen zu verbinden. Die Zwischenschicht-Isolationsschicht 210 und die Metallverbindungen können auf der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 abwechselnd und wiederholt gestapelt werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Metallverbindungen 220 ohne Rücksicht auf die Anordnung der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 frei angeordnet werden. D. h., dass die Metallverbindungen 220 derart ausgebildet sind, dass sie die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 überschreiten. Anders ausgedrückt kann das Layout-Schema der Metallverbindungen 220 ohne irgendwelche Beschränkungen auf den Ort der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 frei entworfen und/oder gebildet werden.
  • Die Zwischenschicht-Isolationsschicht 211 kann aus einem exzellente Lochfülleigenschaften aufweisenden Material gebildet werden und kann derart gebildet werden, dass es eine flache obere Oberfläche aufweist. Die Zwischenschicht-Isolationsschicht 210 kann z. B. aus einer Oxidschicht mit einem Plasma hoher Dichte (HDP), einer TonenSilaZene(TOSZ)-Schicht, einer Silizium-auf-Glas(SOG)-Schicht, oder einer undatierten Silikatglas(USG)-Schicht gebildet werden.
  • Die Metallverbindungen 220 können durch das Aufbringen einer Metallschicht auf die Zwischenschicht-Isolationsschicht 210 und Strukturieren der Metallschicht gebildet werden. Die Metallverbindungen 220 können aus einer Kupferschicht, einer Aluminiumschicht, einer Wolframschicht, einer Titanschicht, einer Molybdänschicht, einer Tantalschicht, einer Titannitrid-Schicht, einer Tantalnitrid-Schicht, einer Zirkoniumnitrid-Schicht, einer Wolframnitrid-Schicht oder einer Kombination davon gebildet werden. Die Metallverbindungen 220 können durch Steckkontakte 215 elektrisch mit der Steuerungsvorrichtung verbunden werden, die auf der ersten Oberfläche 1 der Halbleiterschicht 100 gebildet werden.
  • Bezug nehmend auf die 18 kann ein Träger-Substrat 230 mit einer Oberfläche der Verbindungsschicht 200, die sich gegenüber der Halbleiterschicht 100 befindet, verbunden werden.
  • Insbesondere kann das Träger-Substrat 230 mit einer polierten Oberfläche einer obersten Zwischenschicht-Isolationsschicht 210, die der Halbleiterschicht 100 gegenüber liegt, verbunden werden. Das Träger-Substrat 230 kann die Halbleiterschicht 100 während eines nachträglichen Verfahrens zur Verminderung der Stärke der Halbleiterschicht 100 tragen. Ferner kann das Träger-Substrat 230 die Umwandlung von Anordnungen der in der Halbleiterschicht 100 gebildeten Vorrichtungen reduzieren/verhindern. Bei einigen Ausführungsformen kann das Träger-Substrat 230 ein Bulksubstrat (z. B. ein Wafer) oder ein Plastiksubstrat aufweisen.
  • Die eine photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung 110 aufweisende Halbleiterschicht 100 kann weiterhin Bezug nehmend auf 18 abgedünnt werden. Andererseits kann während das einfallende Licht durch die Halbleiterschicht 100 fällt die Intensität des einfallenden Lichts, im Falle, dass das einfallende Licht auf die zweite Oberfläche 2 der Halbleiterschicht 100 abgestrahlt wird und die Halbleiterschicht 100 verhältnismäßig dick ist, deutlich reduziert werden . Das bedeutet, dass der Verlust des einfallenden Lichtes proportional zu der Stärke der Halbleiterschicht 100 ist. Wenn ein Teil der Halbleiterschicht 100 entfernt wird, um eine Stärke der Halbleiterschicht 100 zu reduzieren, kann folglich die Länge eines Wegs des die Halbleiterschicht 100 durchlaufenden einfallenden Lichts abnehmen, damit eine Photoempfindlichkeit der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 verbessert wird. Eine Eindringtiefe des einfallenden Lichts in die Halbleiterschicht 100 kann ferner gemäß dem einfallenden Licht variieren. Dadurch kann die endgültige Stärke der Halbleiterschicht 100 nach dem Abdünnungsverfahren gemäß der Wellenlänge des einfallenden Lichts bestimmt werden.
  • Die Abdünnung der Halbleiterschicht 100 kann das Schleifen oder Polieren des Bulksubstrats 101 und das anisotrope und/oder isotrope Ätzen des geschliffenen oder polierten Bulksubstrats 101 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann ein ein Träger-Substrat 230 aufweisendes Substrat andersherum angeordnet sein, so dass das Träger-Substrat 230 auf der untersten Ebene angeordnet ist. Das Bulksubstrat 101 kann durch den Einsatz einer Schleifmaschine oder einer CMP-Vorrichtung abgetragen werden. D. h., dass das P-Typ-Bulksubstrat 101 durch den Einsatz eines Schleifverfahrens oder eines CMP-Verfahrens mechanisch abgetragen wird. Nach dem mechanischen Abtragen des P-Typ-Bulksubstrats 101 kann die verbleibende Halbleiterschicht 100 durch die Verwendung des anisotropen Ätzverfahrens und/oder des isotropen Ätzverfahrens geätzt werden, um die Stärke der Halbleiterschicht 100 exakt zu kontrollieren. Die verbleibende Halbleiterschicht 100 kann z. B. durch den Einsatz einer Mischung aus Flusssäure(HF)-Lösung, einer Salpetersäure(HNO3)-Lösung und einer Essigsäurelösung nassgeätzt werden. Im Falle, dass die tiefe P-Typ-Wanne 105 in der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 gebildet wird, kann die tiefe P-Typ-Wanne 105 während des Abdünnungsverfahrens als eine Ätz-Stop-Schicht verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die tiefe P-Typ-Wanne 105 ebenso während des Abdünnungsverfahrens abgetragen werden.
  • So wie oben beschrieben können das P-Typ-Bulksubstrat 101 und die stark dotierte tiefe P-Typ-Wanne 105 während des Abdünnungsverfahrens von der Halbleiterschicht 100 abgetragen werden. In diesem Fall kann die epitaktische P-Typ-Schicht 103 nach dem Abdünnungsverfahren freigelegt werden. Nach dem Abdünnungsverfahren kann die zurückbleibende epitaktische P-Typ-Schicht 103 eine Stärke von ca. 1 μm bis ca. 10 μm aufweisen. Ein Bruchteil oder ein ganzer Teil der tiefen P-Typ-Wanne 105 kann sogar nach dem Abdünnungsverfahren vorhanden bleiben, sowie es in 18 veranschaulicht ist.
  • Nach dem Abdünnungsverfahren kann die verbleibende epitaktische P-Typ-Schicht 103 eine an die Verbindungsschicht 200 angrenzende erste Oberfläche und eine von der ersten Oberfläche 1 abgewandte zweite Oberfläche aufweisen. Die zweite Oberfläche der verbleibenden epitaktischen P-Typ-Schicht 103 kann nach dem Abdünnungsverfahren freigelegt sein. Die erste und zweite Oberfläche der verbleibenden epitaktischen P-Typ-Schicht 103 können der ersten bzw. zweiten Oberfläche 1 und 2 der Halbleiterschicht 100 entsprechen. Die zweite Oberfläche 2 der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 kann von der N-Typ-Störstellenschicht 111 der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung 110 räumlich getrennt sein.
  • Während die Halbleiterschicht 100 durch den Einsatz des Schleifverfahrens oder des CMP-Verfahrens abgedünnt wird, können auf Grund von mechanischen und chemischen Beanspruchungen Kristalldefekte erzeugt werden. D. h., dass die Kristalldefekte in der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 nahe der zweiten Oberfläche 2 auftreten können, die durch das Schleifverfahren oder das CMP-Verfahren freigelegt wird. Oberflächendefekte wie z. B. freie Bindungen oder aufgebrochene Bindungen können z. B. nahe der zweiten Oberfläche 2 der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 erzeugt werden. Die neben der zweiten Oberfläche 2 existierenden Oberflächendefekte können einen Dunkelstrom des Bildsensors verursachen. D. h., dass die Oberflächendefekte die Ausleuchtungseigenschaften des Bildsensors vermindern können. Folglich kann ein Verfahren zur Beseitigung der Oberflächendefekte neben der zweiten Oberfläche 2 der Halbleiterschicht 100 (z. B. die epitaktischen P-Typ-Schicht 103) nach dem Ausdünnungsverfahren durchgeführt werden. Die Oberflächendefekte neben der zweiten Oberfläche 2 können durch den Einsatz eines chemischen Ätzverfahrens, z. B. eines Nass-Ätzverfahrens oder eines chemischen Reinigungsverfahrens beseitigt werden. In diesem Fall kann nach der Beseitigung der Oberflächendefekte eine natürliche Oxidschicht auf der zweiten Oberfläche 2 gebildet werden, die durch das chemische Ätzverfahren geätzt oder gereinigt wird. Die Oberflächendefekte in der Nähe der zweiten Oberfläche 2 können alternativ durch die Bildung einer Isolationspufferschicht auf der zweiten Oberfläche 2 beseitigt werden. Die Isolationspufferschicht kann eine durch den Einsatz eines thermischen Oxidationsverfahrens gebildete thermische Oxidschicht sein. Das thermische Oxidationsverfahren kann unter Verwendung eines Trocken-Oxidationsverfahrens durchgeführt werden, indem ein Sauerstoff als ein Ausgangsmaterial verwendet wird, oder durch den Einsatz eines Nass-Oxidationsverfahrens, das Wasserdampf (H2O) als Ausgangsmaterial verwendet, durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Isolationspufferschicht durch eine Chemische-Dampfphasenabscheidungs(CVD)-Oxidschicht gebildet werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Isolationspufferschicht aus einer chemischen Oxidschicht gebildet werden. Die chemische Oxidschicht kann durch den Einsatz einer ein Siliziummaterial bei einer tiefen Temperatur abbauenden chemischen Lösung gebildet werden, so dass die Oberflächendefekte in der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 ohne jegliche Einflüsse auf die Verbindungsschicht 200, die auf der ersten Oberfläche 1 der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 gebildet wird, beseitigt werden. Die chemische Lösung kann z. B. eine Mischung aus Ammoniumhydroxid, Hydro-Peroxid und de-ionisiertes Wasser, eine Mischung aus Hydrochlorid, Hydro-Peroxid, und deionisiertes Wasser, oder eine Mischung aus Ozon und de-ionisiertes Wasser aufweisen.
  • Im Falle, dass die Halbleiterschicht 100 derart abgedünnt wird, dass nur die epitaktische P-Typ-Schicht 103 verbleibt, kann eine stark dotierte P-Typ-Störstellenschicht in der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 nahe der zweiten Oberfläche 2 gebildet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die stark dotierte P-Typ-Störstellenschicht durch die Bildung einer P-Typ-Störstellen enthaltenden Materialschicht direkt auf der zweiten Oberfläche 2 der epitaktischen P-Typ-Schicht 103, und durch Diffundieren der P-Typ-Störstellen in die epitaktische P-Typ-Schicht 103, gebildet werden. Die die P-Typ-Störstellen beinhaltende Materialschicht kann eine Isolationsschicht sein. Die P-Typ-Störstellen können z. B. Borionen sein, und die die P-Typ-Störstellen enthaltende Materialschicht kann eine Borosilikatglas-(BSG)Schicht sein. Nach der Bildung der die P-Typ-Störstellen enthaltenden Materialschicht können die Borionen durch den Einsatz eines thermischen Nachbehandlungsverfahrens oder eines Lasernachbehandlungsverfahrens in der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 diffundiert werden. Dadurch kann die P-Typ-stark dotierte Störstellenschicht in der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 nahe der zweiten Oberfläche 2, so wie oben erwähnt, gebildet werden. Die stark dotierte P-Typ-Störstellenschicht kann auch den Dunkelstrom reduzieren, der auf Grund der Oberflächendefekte in der epitaktischen P-Typ-Schicht 103 erzeugt wird.
  • Bezug nehmend auf die 19 kann eine lichtdurchlässige Schicht 300 auf der zweiten Oberfläche 2 der verdünnten Halbleiterschicht 100 gebildet werden. Die Lichtübertragungsschicht 300 kann derart ausgebildet sein, dass eine untere Planarisierungsschicht 311, eine eine Mehrzahl von Farbfiltern 320 aufweisende Farbfilter(C/F)-Schicht, eine obere Planarisierungsschicht 313 und eine eine Mehrzahl von Mikrolinsen 330 aufweisende Linsenschicht enthält, die aufeinanderfolgend gestapelt sind.
  • Die untere Planarisierungsschicht 311 kann aus einem Material aufgebaut sein, das einen Brechungsindex größer als der eines Siliziumoxidmaterials aufweist. Die Photoempfindlichkeit des Bildsensors kann als solche verbessert/erhöht werden. Die untere Planarisierungsschicht 311 kann z. B. aus einem Material gebildet sein, das einen Brechungsindex von ca. 1,4 bis ca. 4,0 aufweist. Bei einigen Ausführungsformen kann die untere Planarisierungsschicht 311 aus einer Al2O3-Schicht, einer CeF3-Schicht, einer HfO2-Schicht, einer Indiumzinnoxid-(ITO)Schicht, einer MeO-Schicht, einer Ta2O5-Schicht, einer TiO2-Schicht, einer ZrO2-Schicht, einer Siliziumschicht, einer Germaniumschicht, einer ZnSe-Schicht, einer ZnS-Schicht oder einer PbF2-Schicht gebildet werden. Die untere Planarisierungsschicht 311 kann alternativ aus einem organischen Material mit einem hohen Brechungsindex gebildet werden. Die untere Planarisierungsschicht 311 kann z. B. aus einem Silikonharz-Material, einem Benzozyklobuten-Material, einem Material aus Polyamidsystem, einem Material aus Acrylsystem, einem Parylen-C-Materials, einem Poly-(Methylmetacrylat)(PMMA)Material oder einem Polyethylen-terephthanat(PET)-Material gebildet werden.
  • Farbfilter 320 können auf der unteren Planarisierungsschicht 311 gebildet werden. Die Farbfilter 320 können derart gebildet werden, dass sie den jeweiligen der Photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 entsprechen. Die Farbfilter 320 können durch den Einsatz eines Färbeverfahrens, eines Pigmentdispersionsverfahrens, eines Druckverfahrens, oder dergleichen gebildet werden. Bei einigen Ausführungsformen können die jeweiligen Farbfilter 320 aus einer lichtundurchlässigen Schicht, die mit einer den jeweiligen Einheitsbildpunkten entsprechenden Farbe gefärbt ist, gebildet werden. Jeder der Farbfilter 320 kann z. B. aus jedem von einem roten Farbfilter, einem grünen Farbfilter und einem blauen Farbfilter gebildet werden. Die Farbfilter 320 können alternativ Zyan-Farbfilter, Magenta-Farbfilter oder Gelb-Farbfilter aufweisen. Die Farbfilter 320 können wie die photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 zweidimensional angeordnet werden. Außerdem können die Farbfilter 320 in einer Anordnung vom Bayer-Typ angeordnet werden.
  • Mikrolinsen 330 können auf den jeweiligen der Farbfilter 320, auf der der unteren Planarisierungsschicht 311 abgewandten seite, gebildet werden. Die Mikrolinsen 330 können aus einer lichtdurchlässigen Photolackschicht gebildet werden. Im Besonderen kann die Bildung der Mikrolinsen 330 das Aufbringen der lichtdurchlässigen Photolackstrukturen über die jeweiligen photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtungen 110 und das Wiederverflüssigen der lichtdurchlässigen Photolackstrukturen aufweisen. Folglich kann jede der Mikrolinsen 330 derart gebildet werden, dass sie eine konvexe obere Oberfläche mit einem bestimmten Krümmungsradius aufweist.
  • Ein Verfahren zur Beseitigung von Rückständen auf der oberen Oberfläche der Mikrolinsen 330 kann nach dem Wiederverflüssigen der lichtdurchlässigen Photolackstrukturen durchgeführt werden. Anschließend können die Mikrolinsen 330 gebrannt werden, damit sie die Form beibehalten.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann eine obere Planarisierungsschicht 313 auf Farbfiltern 320, auf der der unteren Planarisierungsschicht 311 abgwandten Seite, vor der Bildung der Mikrolinsen 330 gebildet werden. Die obere Planarisierungsschicht 313 kann aus einem Material aufgebaut werden, das eine ausgezeichnete Lichtübertragungseigenschaft aufweist. Die obere Planarisierungsschicht 313 kann z. B. aus einem Material mit einer Polyamid-Struktur oder einem Material mit einer Poly-Acryl-Struktur gebildet werden.
  • Die 20 ist eine Schnittansicht, die einen Bildsensorchip mit einem Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht.
  • Der Bildsensorchip kann Bezug nehmend auf die 20 ein Verbindungssubstrat mit Schaltkreisverbindungsleitungen und einen auf dem Verbindungssubstrat angeordneten Bildsensor aufweisen.
  • Der Bildsensor kann insbesondere eine Halbleiterschicht 100, eine Verbindungsschicht 200 und eine lichtdurchlässige Schicht 300 wie oben beschrieben aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Halbleiterschicht 100 zwischen der Verbindungsschicht 200 und der lichtdurchlässigen Schicht 300 angeordnet werden, und ein Träger-Substrat 230 kann mit einer Oberfläche der der Halbleiterschicht 100 entgegen gesetzten Verbindungsschicht 200 verbunden werden. Ferner kann ein Verbindungssubstrat 400 an einer Oberfläche des der Verbindungsschicht 200 entgegen gesetzten Träger-Substrats 230 angebracht werden.
  • Das Verbindungssubstrat 400 kann eine Leiterplatte (PCB), und eine Mehrzahl von Lötkugeln 410 können auf der unteren Oberfläche des Verbindungssubstrats 400, auf der dem Träger-Substrat 230 abgewandten Seite, angebracht werden. Verbindungsvorrichtungen können auf einer oberen Oberfläche des Verbindungssubstrats 400 gegenüber den Lötkugeln 410 angeordnet werden.
  • Die Verbindungsvorrichtungen des Verbindungssubstrats 400 können durch den Einsatz von Steckern elektrisch mit der Verbindungsschicht 200 verbunden werden. Folglich können die Ausgangssignale des Sensors, die durch das einfallende Licht erzeugt werden, mit Hilfe der Lötkugeln 410 des Verbindungssubstrats 400 an die externen Vorrichtungen übertragen werden.
  • Ein Bildsensorgehäuse kann eine auf den Mikrolinsen 300 angeordnete durchsichtige Scheibe aufweisen. Die durchsichtige Scheibe kann den Bildsensor-Chip schützen, und ein externes Licht kann die durchsichtige Scheibe durchdringen, um den Bildsensor-Chip zu erreichen.
  • Die 21 ist ein schematisches Blockschaltbild, das ein Prozessor-gestütztes System mit einem Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht.
  • Das Prozessor-gestützte System 1000 ist Bezug nehmend auf 21 ein System, das Ausgangsbilder von einem Bildsensor 1100 verarbeitet.
  • Das System 1000 kann eines von einem Computersystem, einem Kamerasystem, einem Scanner, einem Mechanikuhr-System, einem Navigationssystem, einem Videotelefon, einem Überwachungssystem, einem Automatik-Fokus-System, einem Verfolgungssystem, einem Betriebsüberwachungssystem und einem Bildstabilisierungssystem aufweisen. Jedoch ist das System 1000 nicht darauf beschränkt, sondern kann vielmehr eine Vielzahl von verschiedenen mechanischen/elektronischen Systemen einschließen.
  • Das Prozessor-basierte System 1000 wie z. B. ein Computersystem, kann eine zentrale Recheneinheit (CPU) 1200, wie z. B. einen Mikroprozessor aufweisen, der in der Lage ist, mit einer Eingangs/Ausgangs(I/O)-Vorrichtung 1300 über einen Bus 1001 zu kommunizieren. Der Bildsensor 1100 kann mit der CPU 1200 und/oder mit der I/O-Vorrichtung 1300 über den Bus 1001 oder eine andere Kommunikationsverbindung kommunizieren. Das Prozessor-basierte System 1000 kann ferner einen Speicher (z. B. einen Direktzugriffsspeicher (RAM)) 1400 und/oder einen Port 1500 aufweisen, der in der Lage ist, mit der CPU 1200 über den Bus 1001 zu kommunizieren.
  • Der Port 1500 kann mit einer Videokarte, einer Soundkarte, einer Speicherkarte, einer USB-Vorrichtung, o. ä. verbunden werden. Ferner kann der Port 1500 mit einem zusätzlichen System verbunden werden, um eine Datenkommunikation mit dem zusätzlichen System auszuführen. Der Bildsensor 1100 kann in der CPU, einer digitalen Signalverarbeitungs-Vorrichtung (DSP), oder einem Mikroprozessor integriert werden. Außerdem kann der Bildsensor 1100 in einen Speicher integriert werden. Der Bildsensor 1100 kann alternativ in einem sich von einem Prozessor unterscheidenden Chip integriert werden.
  • Die 22 ist eine perspektivische Ansicht, die eine elektronische Vorrichtung mit einem Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht.
  • Der Bildsensor kann in Bezug auf die 22 gemäß einigen Ausführungsformen in Mobiltelefonen 2000 angewendet werden. Der Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen kann ferner in Kameras, Camcorder, tragbare persönliche digitale Assistenten (PDAs), Schnurlostelefone, Laptop-Computer, optische Gehäuse, Faxgeräte oder Kopierer angewendet werden. Außerdem kann der Bildsensor gemäß einigen Ausführungsformen ebenso in Teleskopen, Mobiltelefonen, Scannern, Endoskopen, Fingerabdruckidentifizierungssystemen, Spielzeuge, Spielekonsolen, Haushaltsrobotern oder Fahrzeugen eingebaut werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen können sich eine Transfer-Gateelektrode und ein von der Transfer-Gateelektrode umgebener potentialfreier Diffusionsbereich in Draufsicht mit der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung überlagern. Folglich besteht kein Bedarf, einen besonderen flachen Bereich für die Transfer-Gateelektrode und den potentialfreien Diffusionsbereich in Draufsicht anzuordnen. Daher kann der besondere flache Bereich, den die Transfer-Gateelektrode und der potentialfreie Diffusionsbereich belegen, eingespart werden, um die Integrationsdichte eines Bildsensors zu verbessern/zu erhöhen und/oder um den Bereich, den die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung einnimmt, zu erhöhen/zu maximieren. Ferner kann ein Teil einer P-Typ-Störstellenschicht, der die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtung darstellt, als ein Kanalbereich eines Ladungsübertragungselements verwendet werden. Folglich kann ein flacher Bereich eines Einheitsbildpunktes mit dem Ladungsübertragungselement und der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung reduziert/minimiert werden. Dies kann zu einer Zunahme des Volumenfüllfaktors des Bildsensors führen.
  • Außerdem kann die Transfer-Gateelektrode in Draufsicht in einem zentralen Bereich der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung angeordnet werden. Folglich können Abstände von der Transfer-Gateelektrode zu allen Rändern der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung im Wesentlichen alle gleich sein. Deshalb kann das durch eine an die Transfer-Gateelektrode angelegte Vorspannung erzeugte elektrische Feld, gleichmäßig in der ganzen photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung verteilt sein, wenn die von der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung erzeugten Ladungen in die Erfassungsvorrichtung (z. B. der potentialfreie Diffusionsbereich) übertragen werden. Folglich können alle die Ladungen, die in einem die photoelektrische Umwandlungs-Vorrichtungen bildenden N-Typ-Störstellenbereich gespeichert werden, einfach und vollständig in den potentialfreien Diffusionsbereich übertragen werden. D. h., dass ein Layoutschema der an einem zentralen Bereich der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung angeordneten Transfer-Gateelektrode ein unerwünschtes „Bildverzögerungs”-Phänomen verbessert, das auf Grund der noch vorhandenen Ladungen in dem N-Typ-Störstellenbereich der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung vorkommt, sogar nach der Aktivierung des Ladungsübertragungselementes.
  • Außerdem kann gemäß einigen Ausführungsformen die Transfer-Gateelektrode innerhalb der Halbleiterschicht angeordnet werden. D. h., dass die N-Typ-Störstellenschicht der photoelektrischen Umwandlungs-Vorrichtung derart angeordnet werden kann, dass sie ausreichend räumlich getrennt von der Oberfläche der Halbleiterschicht ist. Dies kann die Bildung eines Dunkelstroms und eines weißen Flecks bei dem Bildsensor bedeutend reduzieren/unterdrücken.
  • Obwohl die erfinderische Idee in Bezug auf mehrere Ausführungsformen davon besonders aufgezeigt und beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich für den Durchschnittsfachmann, dass verschiedene Änderungen in Form und Details davon vorgenommen werden können, ohne sich von dem Sinn und Umfang der erfinderischen Idee, so wie durch folgende Ansprüche definiert, zu entfernen. Darum ist der oben offenbarte Gegenstand als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 10-2011-0010725 [0001]

Claims (20)

  1. Bildsensor (1100), aufweisend: einen ersten und einen zweiten gestapelten Störstellenbereich (113; 111) mit unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen; einen potentialfreien Diffusionsbereich (131) in dem ersten Störstellenbereich (113); und eine Transfer-Gateelektrode (123), die den potentialfreien Diffusionsbereich (131) in dem ersten Störstellenbereich (113) umgibt, wobei die Transfer-Gateelektrode (123) und der potentialfreie Diffusionsbereich (131) den zweiten Störstellenbereich (111) überlappen.
  2. Bildsensor (1100) nach Anspruch 1, wobei die Transfer-Gateelektrode (123) eine geschlossene Schleifenform um den potentialfreien Diffusionsbereich (131) aufweist.
  3. Bildsensor (1100) nach Anspruch 1, wobei die Transfer-Gateelektrode (123) in einer Draufsicht in Bezug auf den zweiten Störstellenbereich (111) im Wesentlichen zentral angeordnet ist.
  4. Bildsensor (1100) nach Anspruch 3, wobei: der erste (113) und zweite Störstellenbereich (111) eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung (110) bereitstellen; und der erste und zweite Abstand der Transfer-Gateelektrode (123) zu der jeweils entsprechenden ersten und zweiten Grenze der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung (110) im Wesentlichen gleich ist.
  5. Bildsensor (1100) nach Anspruch 1, wobei sich die Transfer-Gateelektrode (123) nach unten hin in den unteren Störstellenbereich erstreckt, so dass eine untere Oberfläche der Transfer-Gateelektrode (123) niedriger als eine obere Oberfläche des unteren Störstellenbereichs ist.
  6. Bildsensor (1100) nach Anspruch 1, wobei: sich der erste (113) und zweite Störstellenbereich (111) einen Grenzfläche darin teilen; und die Transfer-Gateelektrode (123) räumlich getrennt von der Grenzfläche ist, die sich zwischen dem ersten (113) und dem zweiten Störstellenbereich (111) befindet.
  7. Bildsensor (1100) nach Anspruch 1, wobei: der erste (113) und zweite Störstellenbereich (111) eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung (110) bereitstellen; die Transfer-Gateelektrode (123) sich im Wesentlichen senkrecht erstreckt; und die Transfer-Gateelektrode (123) in einer Draufsicht in Bezug auf die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung (110) im Wesentlichen zentral angeordnet ist.
  8. Bildsensor (1100) nach Anspruch 1, der ferner einen an die Transfer-Gateelektrode (123) angrenzenden lokalen Störstellenbereich (126) aufweist, wobei der lokale Störstellenbereich (126) denselben Leitfähigkeitstyp wie der erste Störstellenbereich (113) aufweist, und wobei der lokale Störstellenbereich (126) eine Störstellenkonzentration aufweist, die höher ist als die des ersten Störstellenbereichs (113).
  9. Bildsensor (1100) nach Anspruch 1, wobei: der erste Störstellenbereich (113) ferner eine erste (113b) und eine zweite Schicht (113a) mit unterschiedlichen Störstellenkonzentrationen aufweist; der potentialfreie Diffusionsbereich (131) sich in der ersten Schicht (113b) befindet; und die Transfer-Gateelektrode (123) sich in der ersten (113b) und in der zweiten Schicht (113a) befindet.
  10. Bildsensor (1100) nach Anspruch 1, wobei ein Teil des ersten Störstellenbereichs (113) dafür eingerichtet ist, einen Kanalbereich von einem Ladungs-Übertragungselement (130) bereitzustellen.
  11. Bildsensor (1100) nach Anspruch 1, wobei der erste Störstellenbereich (113) aufweist: einen Oberflächenstörstellenbereich (113b); und einen elektrischen Potentialbarrierenbereich (113a) zwischen dem Oberflächenstörstellenbereich (113b) und dem zweiten Störstellenbereich (111), wobei der Oberflächenstörstellenbereich (113b) eine Störstellenkonzentration aufweist, die höher ist als die des elektrischen Potentialbarrierenbereichs (113a).
  12. Bildsensor (1100), aufweisend: eine Ladungsspeicherschicht (111), die dafür eingerichtet ist, als Antwort auf einfallendes Licht erzeugte Ladungen zu speichern; eine Elektrische-Potentialbarriere-Schicht (113a) auf der Ladungsspeicherschicht (111), wobei die Elektrische-Potentialbarriere-Schicht einen anderen Leitfähigkeitstyp als die Ladungsspeicherschicht (111) aufweist; eine Ladungserfassungsschicht (131) in der Elektrische-Potentialbarriere-Schicht, wobei die Ladungserfassungsschicht (131) einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp im Vergleich zu der Elektrische-Potentialbarriere-Schicht aufweist und von der Ladungsspeicherschicht (111) vertikal räumlich getrennt ist; und eine Gateelektrode (123) mit einer geschlossenen Schleifenform, die die Ladungserfassungsschicht (131) umgibt, wobei die Gateelektrode (123) dafür eingerichtet ist, ein Potential der Elektrische-Potentialbarriere-Schicht (113a) zu steuern, um Ladungen aus der Ladungsspeicherschicht (111) an die Ladungserfassungsschicht (131) zu übertragen.
  13. Bildsensor (1100) nach Anspruch 12, wobei in einer Draufsicht die Ladungsspeicherschicht (111) einen zentralen Teil aufweist, der von der Gateelektrode (123) und einem peripheren, an eine äußere Seitenwand der Gateelektrode (123) angrenzenden Teil umgeben ist, wobei der Bildsensor (1100) ferner aufweist: eine Oberflächenstörstellenschicht (113b) oberhalb des peripheren Bereichs der Ladungsspeicherschicht (131), wobei die Oberflächenstörstellenschicht (113b) den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Elektrische-Potentialbarriere-Schicht (113a) aufweist und sie eine äußere Seitenwand der Gateelektrode (123) umgibt, und wobei die Oberflächenstörstellenschicht (113b) eine Störstellenkonzentration aufweist, die höher ist als die der Elektrische-Potentialbarriere-Schicht (113a).
  14. Bildsensor (1100) nach Anspruch 13, wobei sich die Elektrische-Potentialbarriere-Schicht (113a) auf dem zentral angeordneten Bereich der Ladungsspeicherschicht (111) in den peripheren Teilen der Ladungsspeicherschicht (111) durch einen Bereich unterhalb der Gateelektrode (123) ausdehnt.
  15. Bildsensor (1100) nach Anspruch 12, wobei sich eine untere Oberfläche der Gateelektrode (123) auf einer Ebene zwischen der Ladungserfassungsschicht (131) und der Ladungsspeicherschicht (111) befindet.
  16. Bildsensor (1100), aufweisend: eine Halbleiterschicht (100), die eine erste (1) und eine zweite entgegen gesetzte Oberfläche (2) aufweist; eine Verbindungsschicht (200) auf der ersten Oberfläche (1) der Halbleiterschicht (100), wobei die Verbindungsschicht (200) Lese-Gateelektroden (125) und Verbindungen (220) aufweist; eine lichtdurchlässige Schicht (300) auf der zweiten Oberfläche (2) der Halbleiterschicht (100), wobei die lichtdurchlässige Schicht (300) Farbfilter (320) und Mikrolinsen (330) aufweist; und eine Gateelektrode (123) innerhalb der Halbleiterschicht (100) und direkt angrenzend an die erste Oberfläche (1) der Halbleiterschicht (100), woberi die Gateelektrode (123) eine geschlossene Schleifenform aufweist, wobei die Halbleiterschicht (100) aufweist: eine Ladungsspeicherschicht (111), die dafür eingerichtet ist, als Antwort auf das einfallende Licht erzeugte Ladungen zu speichern; eine Kanalschicht (113), die an die Ladungsspeicherschicht (111) berührt und unmittelbar angrenzend an die erste Oberfläche (1) der Halbleiterschicht (100) ist, wobei die Kanalschicht (113) einen gegensätzlichen Leitfähigkeittyp im Vergleich zu der Ladungsspeicherschicht (111) aufweist; und eine Ladungserfassungsschicht (131) in der Kanalschicht (113) und senkrecht räumlich getrennt von der Ladungsspeicherschicht (111), wobei die Ladungserfassungsschicht (131) denselben Leitfähigkeitstyp wie die Ladungsspeicherschicht (111) aufweist, wobei sich die Gateelektrode (123) innerhalb der Kanalschicht (113) befindet,
  17. Bildsensor (1100) nach Anspruch 16, der ferner einen lokalen Störstellenbereich (126) angrenzend an die untere Oberfläche der Gateelektrode (123) aufweist, wobei der lokale Störstellenbereich (126) denselben Leitfähigkeitstyp wie die Kanalschicht (113) aufweist, und wobei der lokale Störstellenbereich (126) eine Störstellenkonzentration aufweist, die höher ist als die der Kanalschicht (113).
  18. Bildsensor (1100) nach Anspruch 16, wobei die Kanalschicht (113) aufweist: einen inneren Bereich, der von der Gateelektrode (123) umgeben ist; und einen äußeren Bereich, der sich angrenzend an eine äußere Seitenwand der Gateelektrode (123) befindet.
  19. Bildsensor (1100) nach Anspruch 18, der ferner Metalloxid-Halbleiter(MOS)-Transistoren (130, 140, 150, 160) aufweist, die in einer Draufsicht die Ladungsspeicherschicht (111) überdecken, wobei die MOS-Transistoren (130, 140, 150, 160) dafür eingerichtet sind, den äußeren Bereich der Kanalschicht (113) als Kanalbereiche zu benutzen.
  20. Bildsensor (1100) nach Anspruch 16, wobei die Ladungserfassungsschicht (131) von der Gateelektrode (123) umgeben ist.
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