TWI442553B - 固態成像裝置及電子設備 - Google Patents

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TWI442553B
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Yoshiharu Kudoh
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Description

固態成像裝置及電子設備
本發明係關於一種固態成像裝置及一種電子設備，諸如設置有固態成像裝置之一相機。
近些年來，電子相機已日益變得普遍，且對於固態成像裝置(影像感測器)(其等係電子相機之中心組件)之需求已進一步增長。從效能方面來說，不斷進行著技術發展用於實現影像品質及功能之改良。同時，視訊攝影機及行動攝影機以及行動電話、PDA(個人數位助理)、膝上型個人電腦及類似物已經流行。因為此等變得日益流行，所以嘗試使固態成像裝置及其等之組件更小、更輕且更薄以有利於運輸及嘗試減少成本以便擴展其之應用正變得重要。
在相關技術中，一固態成像裝置(舉例而言，一MOS類型固態成像裝置)包含：光電轉換單元；一放大電路；一多層配接線層，其形成在一矽基板上之一第一主表面(接受表面)側；及一晶片，其上形成有一晶載微透鏡或一彩色濾光片。藉由利用一間隔物(諸如一黏合劑)將一玻璃蓋片貼附至該晶片之一第一主表面且在該晶片之一第二主表面上形成一終端來組態一固態成像裝置。
配備有用於處理一輸出影像之一信號處理電路之晶片連接至該固態成像裝置。由該信號處理電路執行之處理連同該固態成像裝置之日益增加的功能數目已多樣化。
正採取許多步驟以繼續小型化此複數個功能及複數個晶片。舉例而言，藉由使用一SIP(矽封裝)技術將複數個晶片包含在一個封裝中來執行小型化。在此一情況中，雖然藉由組合現有晶片能夠實現小型化係一優點，但存在一不利效應：因為用於連接該等晶片之傳輸距離變長且一高速連接變得困難，所以難以實現一高速動作。
另一方面，在日本未審查專利申請公開案第2002-43556號中展示一種固態成像裝置，其中遮蔽由一輸出電路中發生之衝擊離子化造成的發射光之一光屏蔽構件配置在變成一輸出電路之一源極隨耦器電路與在一半導體基板之相同平面內形成之光電轉換單元之間。
關於固態成像裝置，已開始努力藉由貼附且接合複數個晶片之每一者來實現信號之高速傳輸。然而，在此一情況中，因為光電轉換單元及一周邊電路單元緊密近接而形成，所以引起固態成像裝置特有的問題。因為該等光電轉換單元將小型載子(舉例而言，電子)看作信號，所以來自附近電路之熱或電磁場之影響容易混合成雜訊。此外，自電晶體發射的小型熱載子發光(其很少造成該等電晶體之通常電路動作中之一問題)亦對該固態成像裝置之特性具有一大影響。
該熱載子發光係由電子(其在當藉由汲極端處之碰撞離子化在一源極與一汲極之間加速之載子時顯現)與正電洞之間之一產生及重新組合或由處於另一狀態下之一轉變發射的發光。即使利用電晶體(其等之特性不會產生問題)，仍可以小量規律地發射該發光。因為該發光在所有方向上散射，所以當更遠離該等電晶體時，其之影響非常小。然而，在非常緊密配置由該等電晶體組態之該等光電轉換單元及電路之一情況中，相當多的光子被注射至該等光電轉換單元中，而不存在該發光之大量漫射。
由於不足夠的漫射，由電晶體配置密度或主動速率之一差異造成的熱載子發光之發光分佈被投射至一影像上作為二維資訊。因此，用於將注射至該等光電轉換單元中之該熱載子發光之量限定在一偵測極限或更低之光屏蔽變得重要。
此外，保護電路元件免受突波電壓之一保護電路建立在該等周邊電路中。利用組態該保護電路之一保護二極體，當在作用中且在一崩潰狀態時施加一反向偏壓電壓時發生一發光現象。若此發光進入該等光電轉換單元，類似於上文描述，則對該固態成像裝置之特性施加一大影響。
期望提供一種固態成像裝置，其中一像素區域及周邊電路在一基板內經設置緊密近接另一者之上方及下方，其中藉由抑制自一主動元件(諸如作用中之電晶體或二極體)發射的光滲入該等光電轉換單元而改良影像品質。
期望提供一種電子設備，諸如包含此一固態成像裝置之一相機。
根據本發明之一實施例之一固態成像裝置包含：一像素區域，其形成在一基板之一光入射側且配置有包含若干光電轉換單元之複數個像素；及一周邊電路單元，其形成在該像素區域之基板深度方向上之一下方部分中且包含一主動元件。此外，本發明之實施例包含一光屏蔽構件，其形成在該像素區域與該周邊電路單元之間且屏蔽自一主動元件發射的光入射至該等光電轉換單元。
在根據本發明之實施例之該固態成像裝置中，該像素區域及該周邊電路單元上下三維配置在一基板內。因為一光屏蔽構件設置在三維配置的像素區域與該周邊電路單元之間，所以即使緊密近接配置該像素區域及該等周邊電路，當該周邊電路單元之主動元件作用時自該主動元件發射的光仍由該光屏蔽構件屏蔽，且抑制光滲入至該等光電轉換單元中。
根據本發明之另一實施例之一電子設備包含：一固態成像裝置；一光學系統，其引導入射光至該固態成像裝置之光電轉換單元；及一信號處理電路，其處理該固態成像裝置之一輸出信號。該固態成像裝置包含：一像素區域，其形成在一基板之一光入射側且配置有包含若干光電轉換單元之複數個像素；及一周邊電路單元，其形成在該像素區域之基板深度方向上之一下方部分中且包含一主動元件。此外，本發明之實施例包含一光屏蔽構件，其形成在該像素區域與該周邊電路單元之間且屏蔽當一主動元件作用時自該主動元件發射的光入射至該等光電轉換單元。
因為根據本發明之實施例之一電子設備包含上文描述的根據本發明之實施例之一固態成像裝置，故在該固態成像裝置中，當該周邊電路單元之主動元件作用時自該主動元件發射的光由該光屏蔽構件屏蔽，且抑制光滲入至該等光電轉換單元中。
依照根據本發明之實施例之一固態成像裝置，因為當該周邊電路單元之主動元件作用時自該主動元件發射的光由該光屏蔽構件屏蔽，且抑制光滲入至該等光電轉換單元中，所以能夠改良該固態成像裝置之影像品質。
根據本發明之實施例之一電子設備，雖然當該固態成像裝置之該周邊電路單元之一主動元件作用時發射光，但因為該光屏蔽構件抑制光滲入至該等光電轉換單元中，所以改良該固態成像裝置之影像品質。以此方式，能夠提供一種能夠獲得一高影像品質之電子設備。
下文將參考圖式描述本發明之實施例。此處，將依以下次序給出描述。
1.應用於本發明之實施例之MOS類型固態成像裝置之輪廓組態實例
2.第一實施例(固態成像裝置之組態實例)
3.第二實施例(固態成像裝置之組態實例)
4.第三實施例(固態成像裝置之組態實例)
5.第四實施例(固態成像裝置之組態實例)
6.第五實施例(固態成像裝置之組態實例)
7.第六實施例(固態成像裝置之組態實例)
8.第七實施例(固態成像裝置之組態實例)
9.第八實施例(固態成像裝置之組態實例)
10.第九實施例(固態成像裝置之組態實例)
11.第十實施例(固態成像裝置之組態實例)
12.第十一實施例(電子設備之組態實例)
1.　應用於本發明之實施例之MOS類型固態成像裝置之輪廓組態實例
圖1繪示應用於本發明之一實施例之一MOS類型固態成像裝置之一輪廓組態。該MOS類型固態成像裝置應用於每一實施例之固態成像裝置。本實例之一固態成像裝置1經組態以包含：一像素區域(一所謂像素陣列)3，其中包含若干光電轉換單元之複數個像素2係呈二維陣列形式系統地配置在一半導體基板(圖中未展示)(舉例而言，一矽基板)上；及一周邊電路單元。舉例而言，一像素2形成以包含一光電二極體(其係一光電轉換單元)及複數個像素電晶體(所謂MOS電晶體)。舉例而言，該複數個像素電晶體能夠由一轉移電晶體、一重設電晶體及一放大電晶體之三個電晶體組成。此外，可增加一選擇電晶體以使用四個電晶體組態該複數個像素電晶體。因為一單元像素之等效電路與平常相同，所以將省略其之描述。該像素2可經組態為一單元像素。此外，該像素2能夠具有一共享像素結構。共享像素組態係其中複數個光電二極體共享一浮動擴散區之一結構，該浮動擴散區組態該轉移電晶體及除了該轉移電晶體之外的電晶體。
該周邊電路單元經組態以包含一垂直驅動電路4、一行信號處理電路5、一水平驅動電路6、一輸出電路7及一控制電路8。
該控制電路8接收一輸入時脈及指示一動作模式或類似物之資料且輸出資料(諸如該固態成像裝置之內部資訊或類似物)。即，在該控制電路8中，基於一垂直同步信號、一水平同步信號及一主時脈產生一時脈信號或一控制信號，其係該垂直驅動電路4、該行信號處理電路5及該水平驅動電路6之動作或類似物之標準。此外，此等信號輸入至該垂直驅動電路4、該行信號處理電路5、該水平驅動電路6及類似物。
舉例而言，該垂直驅動電路4藉由一移位暫存器來組態、選擇一像素驅動配接線、供應用於驅動像素之一脈衝至所選像素驅動配接線且以列為單元驅動該等像素。即，該垂直驅動電路4在垂直方向上以列為單元選擇性循序掃描該像素區域3之每一像素2且透過一垂直驅動線9將基於根據(舉例而言)一光電二極體(其係每一像素2之該光電轉換單元)之一光接收量產生之一信號電荷之一像素信號供應至該行信號處理電路5。
舉例而言，該行信號處理電路5藉由該等像素2之列單元予以配置且對自等效於用於每一像素列之一排之該等像素2輸出的信號執行信號處理(諸如雜訊移除)。即，該行信號處理電路5執行信號處理(諸如該等像素2特有的用於移除固定圖案雜訊之一CDS)、信號放大及AD轉換。一水平選擇開關(圖中未展示)連接且設置在該行信號處理電路5之一輸出級與一水平信號線10之間。
舉例而言，該水平驅動電路6藉由一移位暫存器來組態且藉由循序輸出一水平掃描脈衝而依次選擇該等行信號處理電路5之每一者且造成一像素信號自該等行信號處理電路5之每一者輸出至該水平信號線10。
該輸出電路7對透過該水平信號線10自該等行信號處理電路5之每一者循序供應之一信號執行信號處理且輸出該信號。舉例而言，存在僅執行緩衝之一情況，且存在執行黑階調整、列改變校正、各種類型的數位信號處理及類似物之一情況。一輸入及輸出終端12利用外部部分處理信號。
接下來，將描述根據該實施例之一MOS類型固態成像裝置之結構。圖2A係繪示相關技術之一MOS類型固態成像裝置之結構之一輪廓組態圖，且圖2B及圖2C係繪示根據該實施例之該MOS類型固態成像裝置之結構之輪廓組態圖。
如圖2A中繪示，藉由在一半導體晶片152內配備一像素區域153、一控制電路154及用於信號處理之一邏輯電路155來組態相關技術之一MOS類型固態成像裝置151。通常，藉由該像素區域153及該控制電路154來組態一影像感測器156。
另一方面，如圖2B中繪示，該實施例實例之一MOS類型固態成像裝置21在一第一半導體晶片單元22上配備有一像素區域23且在一第二半導體晶片單元26上配備有一控制電路24及包含一信號處理電路之一邏輯電路25。藉由互相電連接該第一半導體晶片單元22與該第二半導體晶片單元26而將該MOS類型固態成像裝置21組態為一個半導體晶片。
如圖2C中繪示，根據本發明之一實施例之另一實施例實例之一MOS類型固態成像裝置27在該第一半導體晶片單元22上配備有該像素區域23及該控制電路24且在該第二半導體晶片單元26上配備有包含一信號處理電路之該邏輯電路25。藉由互相電連接該第一半導體晶片單元22與該第二半導體晶片單元26而將一MOS類型固態成像裝置27組態為一個半導體晶片。
此外，雖然圖中未展示，但根據本發明之一實施例之又一實施例實例之一MOS類型固態成像裝置在該第一半導體晶片單元22上配備有該像素區域23及適合於控制一像素區域之一控制電路單元，該像素區域係該控制電路之一部分。此外，該MOS類型固態成像裝置在該第二半導體晶片單元26上配備有該邏輯電路25及適合於控制該邏輯電路之一控制電路單元，該邏輯電路係該控制電路之另一部分。藉由互相電連接該第一半導體晶片單元22與該第二半導體晶片單元26而將該MOS類型固態成像裝置27組態為一個半導體晶片。
上文描述的根據該實施例實例之該MOS類型固態成像裝置具有其中層積不同類型的半導體晶片之一結構且具有下文描述之一特徵。
2.　第一實施例
(固態成像裝置之組態實例)
圖3中繪示根據本發明之一實施例(特定言之，該MOS類型固態成像裝置之一第一實施例)之一固態成像裝置。根據該實施例之該MOS類型固態成像裝置係一背側照明類型固態成像裝置。雖然根據該實施例之該MOS類型固態成像裝置應用圖2C之組態，但其能夠應用另一圖2B之組態或其中配備劃分為該第一半導體晶片單元及該第二半導體晶片單元之每一者之該控制電路之一組態。類似地，在一第二實施例及隨後實施例中，能夠應用上文組態。
根據該第一實施例之一固態成像裝置28藉由貼附在一起之一第一半導體晶片單元31及一第二半導體晶片單元45來組態。一像素陣列(下文中，稱為一像素區域)23及一控制電路24形成在該第一半導體晶片單元31上，該像素區域23係由一光電二極體PD(其係一光電轉換單元)及呈複數個二維配置之複數個像素電晶體組成之一像素。
該光電二極體PD形成以包含一半導體井區32內之一n型半導體區域34及一基板前表面側上之一p型半導體區域35。一閘極電極36經由一閘極絕緣薄膜形成在組態該等像素之基板前表面上，且由一對閘極電極36與一源極及汲極區域33形成像素電晶體Tr1及Tr2。在圖3中，由該兩個像素電晶體Tr1及Tr2代表性繪示複數個像素電晶體。相鄰於該光電二極體PD之該像素電晶體Tr1等效於一轉移電晶體，且其之源極及汲極區域等效於一浮動擴散區FD。每一單元像素由一元件分開區域38分開。
另一方面，該控制電路24由複數個MOS電晶體來組態，該等MOS電晶體之每一者形成在該半導體井區32中。在圖3中，MOS電晶體Tr3及Tr4代表性繪示為組態該控制電路24之該複數個MOS電晶體。由該n型源極及汲極區域33及經由該閘極絕緣薄膜形成之該閘極電極36形成每一MOS電晶體Tr3及Tr4。
一多層配接線層41形成在一基板前表面側，該多層配接線層41係經由一夾層絕緣薄膜39配置之複數層之一配接線40。舉例而言，由一銅配接線形成該配接線40。該控制電路之像素電晶體及MOS電晶體經由一連接導體44連接至適當配接線40，該連接導體44穿過一第一絕緣薄膜43a及一第二絕緣薄膜43b。舉例而言，該第一絕緣薄膜43a由氧化矽薄膜予以形成，且舉例而言，該第二絕緣薄膜43b由氮化矽薄膜予以形成，該氮化矽薄膜係一蝕刻止擋件。
一防反射薄膜61形成在該半導體井區32之背表面上。經過一波導材料薄膜(舉例而言，一SiN薄膜或類似物)69之一波導70形成在對應於該防反射薄膜61上之每一光電二極體PD之一區域中。屏蔽光至適當區域之一光屏蔽薄膜63形成在一絕緣薄膜62內，舉例而言，該絕緣薄膜62由該半導體井區32之一背表面上之一SiO薄膜製成。此外，一彩色濾光片73及一晶載微透鏡74經由一平坦薄膜71形成以對應於每一光電二極體PD。
另一方面，包含用於信號處理之一信號處理電路之一邏輯電路25形成在該第二半導體晶片單元45上。該邏輯電路25經組態以具有形成在(舉例而言)由一元件分開區域50分開之一p型半導體井46上之複數個MOS電晶體。此處，該複數個MOS電晶體由MOS電晶體Tr6、Tr7及Tr8代表。每一MOS電晶體Tr6、Tr7及Tr8形成以包含一對n型源極及汲極區域47及經由一閘極絕緣薄膜形成之一閘極電極48。
複數層之一配接線53與一多層配接線層55經由一夾層絕緣薄膜49形成在一半導體井區46上，該多層配接線層55係包含經配置之一阻障金屬層58之一配接線57。該等MOS電晶體Tr6、Tr7及Tr8之每一者經由一連接導體54連接至適當配接線53，該連接導體54穿過該第一絕緣薄膜43a及該第二絕緣薄膜43b。
舉例而言，經由一黏結層60貼附該第一半導體晶片單元31及該第二半導體晶片單元45使得該等多層配接線層41及55面向彼此。用於減小貼附應力之一應力補償薄膜59形成在該第二半導體晶片單元45側之該多層配接線層55之一貼附面上。或者，該貼附亦可能藉由電漿結合。
此外，該第一半導體晶片單元31及該第二半導體晶片單元45經由一連接導體68電連接。即，形成藉由穿過該第一半導體晶片單元31之該半導體井區32到達該多層配接線層41之該適當配接線40之連接開孔。此外，形成藉由穿過該第一半導體晶片單元31之該半導體井區32及該多層配接線層39到達該第二半導體晶片單元45之該多層配接線層55之該適當配接線53之連接開孔。藉由嵌入與此等連接開孔互相耦合之一連接導體68而電連接該第一半導體晶片單元31及該第二半導體晶片單元45。該連接導體68之周圍由一絕緣薄膜67覆蓋而與該半導體井區32絕緣。連接至該連接導體68之該等配接線40及57對應於一垂直信號線。該連接導體68連接至一電極襯墊(圖中未展示)或可係一電極襯墊。
在貼附該第一半導體晶片單元31及該第二半導體晶片單元45之後且在薄化該第一半導體晶片單元31之該半導體井區32之後執行該連接導體68之形成。之後形成一蓋帽薄膜72、一平坦薄膜71、一彩色濾光片73及一晶載微透鏡74。一絕緣間隔物層42形成在圍繞該半導體井區32中之該連接導體68之一區域中。
該實施例之該固態成像裝置28具有在基板深度方向上呈上下配置之該像素區域23及該周邊電路單元之該邏輯電路25且此外具有彼此緊密近接定位之該邏輯電路25之該光電二極體PD及該等MOS電晶體Tr6至Tr8。
存在一保護二極體設置在該周邊電路單元之該邏輯電路25內之一情況。
此外，在該實施例中，特定言之，配置一光屏蔽構件，該光屏蔽構件屏蔽當該周邊電路單元之一主動元件作用時自該主動元件發射的光入射在該像素區域與該周邊電路單元之間之該等像素之該光電二極體PD上。該主動元件係該MOS電晶體、該保護二極體或類似物。在該實例中，一光屏蔽構件81配置在該像素區域23與組態該周邊電路單元之該邏輯電路25之間。
在該實施例中，該光屏蔽構件81形成在該第一半導體晶片單元31之該多層配接線層41之複數層之該適當配接線40上。在圖式中展示之實例中，當該配接線40具有三層時，該光屏蔽構件81能夠形成在接近該第二半導體晶片單元45之一第二層及一第三層之該配接線40上。在此一情況中，為了無間隙覆蓋該像素區域23，舉例而言，如圖4A及圖4B中繪示，該光屏蔽構件81經組態使得該第二層之一配接線402與該第三層之一配接線403彼此部分重疊。因為由金屬形成該配接線40，所以自然亦由金屬形成該等配接線402及403。因此，使用該配接線40組態之該光屏蔽構件81變成一反射及分散構件。
在圖4A及圖4B中，由該等配接線之間之一距離d1及一敞開寬度d3判定該第二層之該配接線402與該第三層之該配接線403之一重疊量d2。舉例而言，因為熱載子光產生為一點光源，所以對角進入的光亦應被屏蔽。因此，藉由使該重疊量d2保持至少大於該等配接線之間之該距離d1而屏蔽對角光分量。
如圖5A及圖5B(沿圖5A中之線VB-VB之橫截面)中展示，藉由以一晶格形式形成該第三層之該配接線403且形成該第二層之該配接線402以便插入每一晶格正方形且部分重疊該配接線403，亦能夠組態該光屏蔽構件81之另一實例。
如圖6中繪示，藉由配置在一個方向上延伸之該第三層之該配接線403及在一個方向上類似延伸之該第二層之該配接線402使得每一者之一部分重疊，能夠組態該光屏蔽構件81之另一實例。
如圖7中繪示能夠組態該光屏蔽構件81之又一實例。即，藉由配置在一個方向上延伸之該第三層之該配接線403、在另一方向上延伸與該配接線403正交之該第二層之該配接線402及插入每一開口之一第一層之一配接線401(其上該第二層之該配接線402及該第三層之該配接線403不重疊)，能夠組態該光屏蔽構件81。
該光屏蔽構件之實施例並不限於上文描述的實例，且能夠採用各種其他實施例。藉由該等配接線之一組合、該等配接線與不用作為配接線之虛設配接線之一組合及虛設配接線之一組合能夠組態使用複數層之該配接線40發射及分散光之該光屏蔽構件81。
使用該第一半導體晶片單元31之該多層配接線層之該配接線40來組態使用上文描述的配接線之該光屏蔽構件81。或者，如由圖3中之虛線展示，藉由配置如上文描述之該第二半導體晶片單元45之該多層配接線層55之該配接線53且反射並分散光能夠組態一光屏蔽構件81'。該光屏蔽構件能夠由形成在該第一半導體晶片單元31側之該光屏蔽構件81、形成在該第二半導體晶片單元45側之該光屏蔽構件81'或該光屏蔽構件81與該光屏蔽構件81'之一組合來組態。
依照根據該第一實施例之該固態成像裝置28，該光屏蔽構件81配置在該像素區域23之該等光電二極體PD與緊密近接定位在該等光電二極體PD下方(當從光入射側看時)之該邏輯電路25之間。即，配置反射且分散光之該光屏蔽構件81。自該邏輯電路25之該等MOS電晶體發射之該熱載子光由該光屏蔽構件81屏蔽且不入射在該等光電二極體PD上。特定言之，當該光屏蔽構件81形成使得該等配接線之一部分重疊時，能夠由該光屏蔽構件81防止光繞射之影響，且能夠抑制熱載子光自下方入射至該等光電二極體PD。當使用該光屏蔽構件81'或該等光屏蔽構件81及81'之一組合時，類似地，亦可能抑制熱載子光入射至該等光電二極體PD。因此，避免該熱載子光投射在該像素區域上，因此能夠提供其中改良影像品質之一固態成像裝置。
亦能夠抑制當該保護二極體作用時發射的光入射在該等光電二極體PD上。
利用使用配接線之該光屏蔽構件81，獲得在該第二半導體晶片單元45處產生的電磁場之一衰減功能。
在該實施例之該固態成像裝置28中，該像素區域23及該控制電路24形成在該第一半導體晶片單元31上且處理信號之該邏輯電路25形成在該第二半導體晶片單元45上。這樣做時，因為其係其中該像素區域之功能及邏輯功能形成且接合在不同半導體晶片單元上之一組態，所以最適當過程形成技術能夠分別用於該像素區域23及該邏輯電路25。因此，能夠提供一高效能固態成像裝置，其中該像素區域及該邏輯電路之每一者之功能能夠充分得到證實。
3.　第二實施例
(固態成像裝置之組態實例)
圖8中繪示根據本發明之一實施例(特定言之，該MOS類型固態成像裝置之一第二實施例)之一固態成像裝置。該實施例之該MOS類型固態成像裝置係一背側照明類型固態成像裝置。類似於上文，在該第二實施例之一固態成像裝置83中，配置一光屏蔽構件，該光屏蔽構件屏蔽當該周邊電路單元之一主動元件作用時自該主動元件發射的光入射在該像素區域與該周邊電路單元之間之該等像素之該光電二極體PD上。該主動元件係該MOS電晶體、該保護二極體或類似物。
在該實施例中，無間隙覆蓋該像素區域23之一單一金屬薄膜之光屏蔽構件84配置在該像素區域23與組態該周邊電路單元之該邏輯電路25之間。在本實例中，該光屏蔽構件84配置在該第一半導體晶片單元31及該第二半導體晶片單元45之一接合面附近(即，在一第一半導體晶片單元31上之該多層配接線層41上方)。鎢(W)、銅(Cu)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、碳(C)或類似物能夠用作為組態該光屏蔽構件84之一金屬材料。舉例而言，在使用鎢(W)或鈦(Ti)之一情況中，藉由大約100奈米之一薄膜厚度能夠獲得大約兩個指寬之一光屏蔽特性。
此處，該光屏蔽構件84可配置在任何地方，只要其在該像素區域23與該邏輯電路25之該等MOS電晶體之間。
上文描述之該光屏蔽構件84配置在該第一半導體晶片單元31側之一接合面附近。或者，如由圖8中之虛線展示，一單一金屬薄膜之一光屏蔽構件84'亦能夠配置在該第二半導體晶片單元45側之一接合面附近。此外，一全光屏蔽構件亦能夠藉由該等光屏蔽構件84及84'之一組合來組態。一單一金屬薄膜使該等光屏蔽構件84及84'變成反射及分散構件。
該等光屏蔽構件84及84'可連接至一光源或可連接至地。或者，該等光屏蔽構件84及84'可係電浮動。
在圖8中，因為其他組態與該第一實施例中描述的組態相同，所以對應於圖3之部分被給定相同符號且省略其等之詳細描述。
依照根據該第二實施例之該固態成像裝置83，一單一金屬薄膜之一光屏蔽構件84配置在該像素區域23與該邏輯電路25之間，舉例而言，在該第一半導體晶片單元31與該第二半導體晶片單元45之一接合面附近。自該邏輯電路25之該等MOS電晶體發射的熱載子光由該光屏蔽構件84屏蔽且不入射在該等光電二極體PD上。當使用該光屏蔽構件84'或該等光屏蔽構件84及84'之一組合時，類似地，亦可能抑制熱載子光入射在該等光電二極體PD上。因此，避免該熱載子光投射在該像素區域上，因此能夠提供其中改良影像品質之一固態成像裝置。
亦能夠抑制當該保護二極體作用時發射的光入射在該等光電二極體PD上。
利用一單一金屬薄膜之該光屏蔽構件84，獲得作為擴散自包含一邏輯電路之該第二半導體晶片單元45側產生之磁頭之一磁頭擴散器之一功能及在該第二半導體晶片單元45處產生之電磁場之一衰減功能。該等光屏蔽構件84及84'當連接至一電源時能夠用作為一電源穩定容量。
在該實施例之該固態成像裝置83中，該像素區域23及該控制電路24形成在該第一半導體晶片單元31上且處理信號之該邏輯電路25形成在該第二半導體晶片單元45上。類似於上文，因為其係其中該像素區域之功能及邏輯功能形成且接合在不同半導體晶片單元上之一組態，所以最適當過程形成技術能夠分別用於該像素區域23及該邏輯電路25。因此，能夠提供一高效能固態成像裝置，其中該像素區域及該邏輯電路之每一者之功能能夠充分得到證實。
(修改實例)
在該第二實施例中，形成係一單一金屬薄膜且由一反射及分散構件組成之該光屏蔽構件84。此時，雖然期望該金屬光屏蔽構件84與該連接導體68之間之間隔儘可能窄使得光不容易通過，但若該間隔窄，則一寄生電容C(參考圖14)變大(其不是較佳的)。
在該修改實例中，如圖14中繪示，形成係一單一金屬薄膜之該光屏蔽構件84以與該連接導體68分開至該寄生電容不施加一影響之程度。另一方面，形成另一層之一虛設配接線57'以便部分重疊一配接線57之一上層上之該配接線57，該配接線57連接至該連接導體68且同時圍繞該連接導體68，且用於密封之一圓柱壁構件(一所謂通孔)57A形成在該虛設配接線57'與該配接線57之間。利用此一組態，即使該連接導體68與該光屏蔽構件84之間之間隔加寬，來自該邏輯電路側之光103仍由該圓柱壁構件57A屏蔽，且抑制光入射在該等光電二極體PD上。
4.　第三實施例
(固態成像裝置之組態實例)
圖9中繪示根據本發明之一實施例(特定言之，該MOS類型固態成像裝置之一第三實施例)之一固態成像裝置。該實施例之該MOS類型固態成像裝置係一背側照明類型固態成像裝置。類似於上文，在該第三實施例之一固態成像裝置86中，配置一光屏蔽構件，該光屏蔽構件屏蔽當該周邊電路單元之一主動元件作用時自該主動元件發射的光入射在該像素區域與該周邊電路單元之間之該等像素之該光電二極體PD上。該主動元件係該MOS電晶體、該保護二極體或類似物。
在該實施例中，吸收光之一光吸收構件之一光屏蔽構件87配置在該像素區域23與組態該周邊電路單元之該邏輯電路25之間，以便無間隙覆蓋該像素區域23。在本實例中，該光屏蔽構件87配置在該第一半導體晶片單元31及該第二半導體晶片單元45之一接合面附近(即，在一第一半導體晶片單元31上之該多層配接線層41上方)。該光屏蔽構件87具有吸收來自該邏輯電路之該等MOS電晶體之熱載子光且防止該光入射在該等光電二極體PD上之一功能。該光屏蔽構件87具有一防止顏色混合功能(防止從一背表面暴露之光不會完全由該等像素吸收)及由該第二半導體晶片單元45之配接線滲透、反射及藉由入射在其他像素之該等光電二極體PD上而造成顏色混合。
作為組態該光屏蔽構件87之一光吸收構件，能夠使用具有比一合成類型(舉例而言，黃銅礦CuInSe2)或類似物之鍺(Ge)或矽更窄的能隙之一半導體之一單一薄膜。矽用作為該第一半導體晶片單元31及該第二半導體晶片單元45中之基板。具有比矽更窄的能隙之一半導體薄膜具有一近紅外線區域之一高吸收率，且舉例而言，在鍺(Ge)之情況中，吸收率大約係矽(Si)之水準之十倍。即，大約兩個指寬的光子可利用大約十分之一之一薄膜厚度吸收。出於此原因，能夠藉由1微米至若干微米之一薄膜厚度之一Ge薄膜吸收該近紅外線區域之光。
一防反射薄膜能夠用作為組態該光屏蔽構件87之該光吸收構件，該防反射薄膜係層積有具有不同介電常數之複數個介電薄膜之每一者。舉例而言，氧化矽薄膜、氮化矽薄膜或類似物能夠用作為具有不同介電常數之該等介電薄膜。
上文描述之該光屏蔽構件87配置在該第一半導體晶片單元31側之一接合面附近。或者，如由圖9中之虛線展示，一光吸收構件之一光屏蔽構件87'亦能夠配置在該第二半導體晶片單元45側之一接合面附近。此外，一全光屏蔽構件亦能夠藉由該等光屏蔽構件87及87'之一組合來組態。該等光屏蔽構件87及87'係光吸收構件。
在圖9中，因為其他組態與該第一實施例中描述的組態相同，所以對應於圖3之部分被給定相同符號且省略其等之詳細描述。
依照根據該第三實施例之該固態成像裝置86，一光吸收構件之一光屏蔽構件87配置在該像素區域23與該邏輯電路25之間，舉例而言，在該第一半導體晶片單元31與該第二半導體晶片單元45之一接合面附近。自該邏輯電路25之該等MOS電晶體發射的熱載子光由該光屏蔽構件87吸收且不入射在該等光電二極體PD上。當使用該光屏蔽構件87'或該等光屏蔽構件87及87'之一組合時，類似地，亦可能抑制熱載子光入射在該等光電二極體PD上。此外，亦能夠抑制當已配置在該邏輯電路側之該保護二極體作用時發射的光入射在該等光電二極體PD上。因此，避免該熱載子光投射在該像素區域上，因此能夠提供其中改良影像品質之一固態成像裝置。
另一方面，雖然暴露在一背表面上之光入射在該等像素上，即使擔心不完全由該等像素吸收且滲透的長波長分量反射在該第二半導體晶片單元45之配接線或類似物上且再次入射在其他像素上，滲透之長波長分量由一光吸收構件之該等光屏蔽構件87及87'吸收。以此方式，能夠抑制顏色混合之發生。
在該實施例之該固態成像裝置86中，該像素區域23及該控制電路24形成在該第一半導體晶片單元31上且處理信號之該邏輯電路25形成在該第二半導體晶片單元45上。類似於上文，因為其係其中該像素區域之功能及邏輯功能形成且接合在不同半導體晶片單元上之一組態，所以最適當過程形成技術能夠分別用於該像素區域23及該邏輯電路25。因此，能夠提供一高效能固態成像裝置，其中該像素區域及該邏輯電路之每一者之功能能夠充分得到證實。
5.　第四實施例
(固態成像裝置之組態實例)
圖10中繪示根據本發明之一實施例(特定言之，該MOS類型固態成像裝置之一第四實施例)之一固態成像裝置。該實施例之該MOS類型固態成像裝置係一背側照明類型固態成像裝置。圖10僅繪示主要部分之組態，其中僅繪示該光屏蔽構件之區域，且因為其他組態與該第一實施例之組態相同，所以省略其等之描述。
類似於上文，在根據該第四實施例之一固態成像裝置89中，配置一光屏蔽構件，該光屏蔽構件屏蔽當該周邊電路單元之一主動元件作用時自該主動元件發射的光入射在該像素區域與該周邊電路單元之間之該等像素之該光電二極體PD上。該主動元件係該MOS電晶體、該保護二極體或類似物。
在該實施例中，藉由使用該第一實施例之該多層配接線層之該配接線之該等光屏蔽構件81及81'與該第二實施例之一單一金屬薄膜之該等光屏蔽構件84及84'之一組合來組態光屏蔽構件91及91'。本實施例之光屏蔽構件由該光屏蔽構件91、該光屏蔽構件91'或該等光屏蔽構件91及91'之一組合來組態。
因為其他組態與該第一實施例中描述的組態相同，所以對應部分被給定相同符號且省略其等之詳細描述。
依照根據該第四實施例之該固態成像裝置89，一光屏蔽構件91配置在該像素區域23與該邏輯電路25之間，該光屏蔽構件91係使用配接線之該光屏蔽構件81與一單一金屬薄膜之該光屏蔽構件84之一組合。這樣做時，能夠更可靠抑制自該邏輯電路25之該等MOS電晶體發射的熱載子光入射在該等光電二極體PD上。在使用該光屏蔽構件91'或該等光屏蔽構件91及91'之一組合之情況中亦實現相同效應。此外，亦能夠抑制當已配置在該邏輯電路側之該保護二極體作用時發射的光入射在該等光電二極體PD上。因此，避免該熱載子光投射在該像素區域上，因此能夠提供其中改良影像品質之一固態成像裝置。
類似於上文，在該實施例之該固態成像裝置89中，該像素區域23及該控制電路24形成在該第一半導體晶片單元31上且處理信號之該邏輯電路25形成在該第二半導體晶片單元45上。類似於上文，因為其係其中該像素區域之功能及邏輯功能形成且接合在不同半導體晶片單元上之一組態，所以最適當過程形成技術能夠分別用於該像素區域23及該邏輯電路25。因此，能夠提供一高效能固態成像裝置，其中該像素區域及該邏輯電路之每一者之功能能夠充分得到證實。
6.　第五實施例
(固態成像裝置之組態實例)
圖11中繪示根據本發明之一實施例(特定言之，該MOS類型固態成像裝置之一第五實施例)之一固態成像裝置。該實施例之該MOS類型固態成像裝置係一背側照明類型固態成像裝置。圖11僅繪示主要部分之組態，其中僅繪示該光屏蔽構件之區域，且因為其他組態與該第一實施例之組態相同，所以省略其等之描述。
類似於上文，在根據該第五實施例之一固態成像裝置93中，配置一光屏蔽構件，該光屏蔽構件屏蔽當該周邊電路單元之一主動元件作用時自該主動元件發射的光入射在該像素區域與該周邊電路單元之間之該等像素之該光電二極體PD上。該主動元件係該MOS電晶體、該保護二極體或類似物。
在該實施例中，藉由使用該第一實施例之該多層配接線層之該配接線之該等光屏蔽構件81及81'與該第三實施例之一光吸收構件之該等光屏蔽構件87及87'之一組合來組態光屏蔽構件94及94'。本實施例之該光屏蔽構件由該光屏蔽構件94、該光屏蔽構件94'或該等光屏蔽構件94及94'之一組合來組態。
因為其他組態與該第一實施例中描述的組態相同，所以對應部分被給定相同符號且省略其等之詳細描述。
依照根據該第五實施例之該固態成像裝置93，一光屏蔽構件94配置在該像素區域23與該邏輯電路25之間，該光屏蔽構件94係使用配接線之該光屏蔽構件81與一光吸收構件之該光屏蔽構件87之一組合。這樣做時，能夠更可靠抑制自該邏輯電路25之該等MOS電晶體發射的熱載子光入射在該等光電二極體PD上。此外，利用一光吸收構件之該光屏蔽構件87之存在，抑制滲透穿過該等像素之光到達該第二半導體晶片單元45之該配接線53，且能夠抑制由該配接線53反射的光造成的顏色混合。在使用該光屏蔽構件94'或該等光屏蔽構件94及94'之一組合之情況中亦實現相同效應。此外，亦能夠抑制當已配置在該邏輯電路側之該保護二極體作用時發射的光入射在該等光電二極體PD上。因此，避免該熱載子光投射在該像素區域上，因此能夠提供其中改良影像品質之一固態成像裝置。
類似於上文，在該實施例之該固態成像裝置93中，該像素區域23及該控制電路24形成在該第一半導體晶片單元31上且處理信號之該邏輯電路25形成在該第二半導體晶片單元45上。類似於上文，因為其係其中該像素區域之功能及邏輯功能形成且接合在不同半導體晶片單元上之一組態，所以最適當過程形成技術能夠分別用於該像素區域23及該邏輯電路25。因此，能夠提供一高效能固態成像裝置，其中該像素區域及該邏輯電路之每一者之功能能夠充分得到證實。
7.　第六實施例
(固態成像裝置之組態實例)
圖12中繪示根據本發明之一實施例(特定言之，該MOS類型固態成像裝置之一第六實施例)之一固態成像裝置。該實施例之該MOS類型固態成像裝置係一背側照明類型固態成像裝置。圖12僅繪示主要部分之組態，其中僅繪示該光屏蔽構件之區域，且因為其他組態與該第一實施例之組態相同，所以省略其等之描述。
類似於上文，在根據該第六實施例之一固態成像裝置95中，配置一光屏蔽構件，該光屏蔽構件屏蔽當該周邊電路單元之一主動元件作用時自該主動元件發射的光入射在該像素區域與該周邊電路單元之間之該等像素之該光電二極體PD上。該主動元件係該MOS電晶體、該保護二極體或類似物。
在該實施例中，藉由該第二實施例之一單一金屬薄膜之該等光屏蔽構件84及84'與該第三實施例之一光吸收構件之該等光屏蔽構件87及87'之一組合來組態光屏蔽構件96及96'。本實施例之光屏蔽構件由該光屏蔽構件96、該光屏蔽構件96'或該等光屏蔽構件96及96'之一組合來組態。在該第一半導體晶片單元31側，一光吸收構件之該光屏蔽構件87經配置比一單一金屬薄膜之該光屏蔽構件84更遠離該光電二極體PD側。
因為其他組態與該第一實施例中描述的組態相同，所以對應部分被給定相同符號且省略其等之詳細描述。
依照根據該第六實施例之該固態成像裝置95，一光屏蔽構件94配置在該像素區域23與該邏輯電路25之間，該光屏蔽構件94係一單一金屬薄膜之該光屏蔽構件84與一光吸收構件之該光屏蔽構件87之一組合。這樣做時，能夠更可靠抑制自該邏輯電路25之該等MOS電晶體發射的熱載子光入射在該等光電二極體PD上。此外，利用一光吸收構件之該光屏蔽構件87之存在，抑制滲透穿過該等像素之光到達該第二半導體晶片單元45之該配接線53，且能夠抑制由該配接線53反射的光造成的顏色混合。在使用該光屏蔽構件96'或該等光屏蔽構件96及96'之一組合之情況中亦實現相同效應。此外，亦能夠抑制當已配置在該邏輯電路側之該保護二極體作用時發射的光入射在該等光電二極體PD上。因此，避免該熱載子光投射在該像素區域上，因此能夠提供其中改良影像品質之一固態成像裝置。
舉例而言，雖然因為即使當反射一熱載子之光子時(其並非影響該邏輯電路25側之該邏輯電路之動作之一光子量)，該光屏蔽構件87'之形成並非必要，但其可形成以便提高光吸收特性。
類似於上文，在該實施例之該固態成像裝置95中，該像素區域23及該控制電路24形成在該第一半導體晶片單元31上且處理信號之該邏輯電路25形成在該第二半導體晶片單元45上。類似於上文，因為其係其中該像素區域之功能及邏輯功能形成且接合在不同半導體晶片單元上之一組態，所以最適當過程形成技術能夠分別用於該像素區域23及該邏輯電路25。因此，能夠提供一高效能固態成像裝置，其中該像素區域及該邏輯電路之每一者之功能能夠充分得到證實。
8.　第七實施例
(固態成像裝置之組態實例)
圖13中繪示根據本發明之一實施例(特定言之，該MOS類型固態成像裝置之一第七實施例)之一固態成像裝置。該實施例之該MOS類型固態成像裝置係一背側照明類型固態成像裝置。圖13僅繪示主要部分之組態，其中僅繪示該光屏蔽構件之區域，且因為其他組態與該第一實施例之相同，所以省略其等之描述。
類似於上文，在根據該第七實施例之一固態成像裝置97中，配置一光屏蔽構件，該光屏蔽構件屏蔽當該周邊電路單元之一主動元件作用時自該主動元件發射的光入射在該像素區域與該周邊電路單元之間之該等像素之該光電二極體PD上。該主動元件係該MOS電晶體、該保護二極體或類似物。
在上文描述之該第二實施例中，由一單一金屬薄膜形成該光屏蔽構件84。若考慮步驟之數目，則一單一薄膜可期望作為該光屏蔽構件。然而，若考慮一金屬薄膜之開孔缺陷或該第一半導體晶片單元及該第二半導體晶片單元之一貼附表面之平坦化，則形成作為一單一層之該光屏蔽構件可係困難的。
一單一金屬薄膜之兩層之一第一光屏蔽構件99及一第二光屏蔽構件101在本實施例中配置在該第一半導體晶片單元31及該第二半導體晶片單元45附近且在本實例中配置在該第二半導體晶片單元45上。各自光屏蔽構件99及101形成在不同位置中具有開口99A及101A之圖案中。此外，用於密封之一圓柱壁構件(一所謂通孔)102形成在該第一光屏蔽構件99與該第二光屏蔽構件101之間以便圍繞該等開口99A及101A之周圍。
在本實施例中，如由虛線展示，呈相同組態之一光屏蔽構件98'可配置在該第一半導體晶片單元31側。一單一金屬薄膜之兩層之一第一光屏蔽構件99'及一第二光屏蔽構件101'配置在該光屏蔽構件98'中。各自光屏蔽構件99'及101'形成在不同位置中具有開口99A'及101A'之圖案中。此外，用於密封之一圓柱壁構件(一所謂通孔)102'形成在該第一光屏蔽構件99'與該第二光屏蔽構件101'之間以便圍繞該等開口99A'及101A'之周圍。
該實施例之光屏蔽構件能夠由該光屏蔽構件98、該光屏蔽構件98'或該等光屏蔽構件98及98'之一組合來組態。
因為其他組態與該第一實施例中描述的組態相同，所以對應部分被給定相同符號且省略其等之詳細描述。
依照根據該第七實施例之該固態成像裝置97，該光屏蔽構件98由開口位置不同之一單一金屬薄膜之兩層之該第一光屏蔽構件99及該第二光屏蔽構件101及一圓柱壁構件102組態，該圓柱壁構件102連接至圍繞該等開口之附近且相對之該第一光屏蔽構件及該第二光屏蔽構件。雖然因為即使在該第一光屏蔽構件99及該第二光屏蔽構件101中存在開孔缺陷，該光屏蔽構件98具有一兩層結構，且此外提供該圓柱壁構件102，但亦能可靠地屏蔽來自圖中展示的虛線下方之光103，且抑制該等光電二極體PD上之入射。在使用該光屏蔽構件98'或該等光屏蔽構件98及98'之一組合之情況中亦實現相同效應。此外，亦能夠抑制當已配置在該邏輯電路側之該保護二極體作用時發射的光入射在該等光電二極體PD上。因此，避免該熱載子光投射在該像素區域上，因此能夠提供其中改良影像品質之一固態成像裝置。
類似於上文，在該實施例之該固態成像裝置97中，該像素區域23及該控制電路24形成在該第一半導體晶片單元31上且處理信號之該邏輯電路25形成在該第二半導體晶片單元45上。類似於上文，因為其係其中該像素區域之功能及邏輯功能形成且接合在不同半導體晶片單元上之一組態，所以最適當過程形成技術能夠分別用於該像素區域23及該邏輯電路25。因此，能夠提供一高效能固態成像裝置，其中該像素區域及該邏輯電路之每一者之功能能夠充分得到證實。
9.　第八實施例
(固態成像裝置之組態實例)
圖15中繪示根據本發明之一實施例(特定言之，該MOS類型固態成像裝置之一第八實施例)之一固態成像裝置。如上文描述，藉由接合包含該像素區域23之該第一半導體晶片單元22、包含該邏輯電路25之該第二半導體晶片單元26及一第三半導體晶片單元105來組態根據該第八實施例之一固態成像裝置104，該第三半導體晶片單元105作用為吸收該第一半導體晶片單元22與該第二半導體晶片單元26之間之光之一光屏蔽構件。舉例而言，該第三半導體晶片單元105由具有一窄能隙之一半導體(諸如Ge)予以形成且以一薄膜形式予以形成。
在該固態成像裝置104中，在組態為一背表面暴露類型之一情況中，該第一半導體晶片單元22及該第二半導體晶片單元26與面向彼此之該多層配接線層整體接合，同時其間插入該第三半導體晶片單元105。在該固態成像裝置104中，在組態為一前表面暴露類型之一情況中，該第一半導體晶片單元22之背表面與該第二半導體晶片單元26之該多層配接線層面向彼此且整體接合，同時其間插入該第三半導體晶片單元105。
依照根據該第八實施例之該固態成像裝置104，經由吸收光之該第三半導體晶片單元105接合至少包含該像素區域之該第一半導體晶片單元22及至少包含組態該等周邊電路之該邏輯電路之該第二半導體晶片單元26。利用此一組態，即使熱載子光自該第二半導體晶片單元26側發射，該熱載子光由該第三半導體晶片單元105屏蔽且不入射在該第一半導體晶片單元22之該等光電二極體PD上。因此，避免該熱載子光投射在該像素區域上，因此能夠提供其中改良影像品質之一固態成像裝置。關於當該保護二極體作用時發射的光，亦抑制該光入射在該等光電二極體PD上。
10.　第九實施例
(固態成像裝置之組態實例)
圖16中繪示根據本發明之一實施例(特定言之，該MOS類型固態成像裝置之一第九實施例)之一固態成像裝置。該實施例之該MOS類型固態成像裝置係一背表面暴露類型固態成像裝置。該第一實施例具有其中組態該像素區域及該等周邊電路之該邏輯電路藉由接合該第一半導體晶片單元31及該第二半導體晶片單元45上下配置在該基板之深度方向上之一組態。在該第九實施例中，展示一組態之另一實施例，在該組態中上下(即，三維)配置該像素區域及該等周邊電路。
根據該第九實施例之一固態成像裝置107具有：一控制電路109，其組態該等周邊電路；一邏輯電路110，其用於信號處理；及一像素電晶體群111，其形成在一矽半導體基板108上。一多層配接線層112形成在該半導體基板108上，在該多層配接線層112中經由一夾層絕緣薄膜配置複數層之一配接線。此外，一矽磊晶層113形成在該多層配接線層112上，且藉由形成一像素區域114來組態該固態成像裝置107，在該像素區域114中僅變成複數個光電轉換單元之該等光電二極體PD二維配置在該磊晶層113上之一線中。該等像素由該磊晶層內之該等光電二極體及該半導體基板108內之該複數個電晶體來組態。
此外，在該實施例中，由上文描述的該等光屏蔽構件之任一者組態之一光屏蔽構件115配置在該像素區域114與組態至少該周邊電路單元之該邏輯電路110之間。該光屏蔽構件115形成在該多層配接線層112上。
依照根據該第九實施例之該固態成像裝置107，該光屏蔽構件115配置在具有其中該像素區域114、組態該周邊電路單元之該邏輯電路110及該控制電路109上下配置在該基板內之一組態之該像素區域114與該等周邊電路之間。利用此一組態，即使熱載子光自該周邊電路單元發射，該熱載子光由該光屏蔽構件115屏蔽且不入射在上方之該像素區域114之該等光電二極體PD上。因此，避免該熱載子光投射在該像素區域上，因此能夠提供其中改良影像品質之一固態成像裝置。關於當該保護二極體作用時發射的光，亦抑制該光入射在該等光電二極體PD上。
11.　第十實施例
(固態成像裝置之組態實例)
將描述根據本發明之一實施例之一固態成像裝置(特定言之，一第十實施例之一MOS類型固態成像裝置)。根據本實施例之該MOS類型固態成像裝置係一前表面暴露類型固態成像裝置。雖然圖式中未展示根據該第十實施例之該固態成像裝置，但其可由整體接合之一第一半導體晶片單元及一第二半導體晶片單元來組態。該第一半導體晶片單元具有一像素區域(在該像素區域中一像素由呈一排複數配置在一薄膜矽半導體層上之一光電二極體及複數個像素電晶體組成)且由一多層配接線層、一彩色濾光片及形成在該半導體層之一前表面上之一晶載微透鏡組成。該第二半導體晶片單元具有用於信號處理之一邏輯電路及包含形成在一矽基板上之一控制電路之一周邊電路單元且由該半導體基板上之一多層配接線層組成。該邏輯電路及該控制電路由諸如MOS電晶體之元件來組態。
該第一半導體晶片單元及該第二半導體晶片單元經接合使得該第一半導體晶片單元之該半導體層與該第二半導體晶片單元之該多層配接線層面向彼此。藉由與上文描述的連接導體類似的連接導體電連接該第一半導體晶片單元及該第二半導體晶片單元。
在該實施例中，上文描述的該等光屏蔽構件之任一者配置在該像素區域與該周邊電路單元之間。該光屏蔽構件在該第一半導體晶片單元與該第二半導體晶片單元之一接合表面附近形成在該第二半導體晶片單元側。
依照根據該第十實施例之該前表面暴露類型固態成像裝置，一光屏蔽構件配置在緊密近接上下配置之該像素區域與該周邊電路單元之間。利用此一組態，即使熱載子光自該周邊電路單元之該邏輯電路發射，該熱載子光由該光屏蔽構件屏蔽且不入射在上方之該像素區域之該等光電二極體PD上。因此，避免該熱載子光投射在該像素區域上，因此能夠提供其中改良影像品質之一固態成像裝置。關於當該保護二極體作用時發射的光，亦抑制該光入射在該等光電二極體PD上。
類似於上文，在該實施例之該固態成像裝置中，該像素區域形成在該第一半導體晶片單元上且該周邊電路單元形成在該第二半導體晶片單元上。類似於上文，因為其係其中該像素區域之功能及該周邊電路單元之功能形成且接合在不同半導體晶片單元上之一組態，所以最適當過程形成技術能夠分別用於該像素區域及該周邊電路單元之每一者。因此，能夠提供一高效能固態成像裝置，其中該像素區域及該邏輯電路之每一者之功能能夠充分得到證實。
12.　第十一實施例
(電子設備之組態實例)
上文描述的根據本發明之該等實施例之固態成像裝置能夠應用於一電子設備，舉例而言，諸如一相機系統(諸如一數位相機或一視訊攝影機)、具有一成像功能之一行動電話或包含一成像功能之其他設備。
圖17中繪示應用於作為根據本發明之一實施例之電子設備之一實例之一相機之一第十一實施例。根據該第十一實施例之一相機係能夠成像靜止影像或移動影像之一視訊攝影機之一實例。該實施例之一相機121包含一固態成像裝置122及一光學系統123，該光學系統123引導入射光至該固態成像裝置122之一光接收感測器單元。此外，該相機121包含：一快門裝置124；一驅動電路125，其驅動該固態成像裝置122；及一信號處理電路126，其處理該固態成像裝置122之輸出信號。
上文描述的該等實施例之該等固態成像裝置之任一者用作為該固態成像裝置122。該光學系統(光學透鏡)123使來自一物體之成像光(入射光)形成為該固態成像裝置122之一成像表面上之一影像。這樣做時，信號電荷累積在該固態成像裝置122內達一固定時間段。該光學系統123可係由複數個光學透鏡組態之一光學透鏡系統。該快門裝置124控制至及來自該固態成像裝置122之光之曝光時間及屏蔽時間。該驅動電路125供應一驅動信號，該驅動信號控制該固態成像裝置122之一轉移動作及該快門裝置124之一快門動作。該固態成像裝置122之信號轉移由自該驅動電路125提供之該驅動信號(時序信號)執行。該信號處理電路126執行各種類型的信號處理。對其執行一信號處理之一成像信號儲存在一記憶體媒體(諸如一記憶體)中或輸出在一監視器上。
依照根據該第十一實施例之該電子設備，能夠抑制來自主動元件(諸如該周邊電路單元之該等MOS電晶體或該等二極體)(當其等作用時)之光(諸如熱載子光)入射至該等光電二極體。因此可能提供具有高影像品質之一電子設備。舉例而言，能夠提供其中改良影像品質之一相機。
本揭示內容含有與2010年9月15日在日本專利局申請之日本優先專利申請案JP 2010-206890中揭示的主旨有關之主旨，該案之全文內容以引用方式併入本文中。
熟習此項技術者應瞭解取決於設計要求及其他因素可發生各種修改、組合、子組合及更改，只要其等在隨附申請專利範圍或其等之等效物之範圍內。
1．．．固態成像裝置
2．．．像素
3．．．像素區域
4．．．垂直驅動電路
5．．．行信號處理電路
6．．．水平驅動電路
7．．．輸出電路
8．．．控制電路
9．．．垂直驅動線
10．．．水平信號線
12．．．輸入及輸出終端
21．．．固態成像裝置
22．．．第一半導體晶片單元
23．．．像素區域
24．．．控制電路
25．．．邏輯電路
26．．．第二半導體晶片單元
27．．．MOS類型固態成像裝置
28．．．固態成像裝置
31．．．第一半導體晶片單元
32．．．半導體井區
33．．．源極及汲極區域
34．．．n型半導體區域
35．．．p型半導體區域
36．．．閘極電極
38．．．元件分開區域
39．．．夾層絕緣薄膜
40．．．配接線
41．．．多層配接線層
42．．．絕緣間隔物層
43a．．．第一絕緣薄膜
43b．．．第二絕緣薄膜
44．．．連接導體
45．．．第二半導體晶片單元
46．．．p型半導體井
47．．．n型源極及汲極區域
48．．．閘極電極
49．．．夾層絕緣薄膜
50．．．元件分開區域
53．．．配接線
54．．．連接導體
55．．．多層配接線層
57．．．配接線
57'．．．虛設配接線
57A．．．圓柱壁構件
58．．．阻障金屬層
59．．．應力補償薄膜
60．．．黏結層
61．．．防反射薄膜
62．．．絕緣薄膜
63．．．光屏蔽薄膜
67．．．絕緣薄膜
68．．．連接導體
69．．．波導材料薄膜
70．．．波導
71．．．平坦薄膜
72．．．蓋帽薄膜
73．．．彩色濾光片
74．．．晶載微透鏡
81．．．光屏蔽構件
81'．．．光屏蔽構件
83．．．固態成像裝置
84．．．光屏蔽構件
84'．．．光屏蔽構件
86．．．固態成像裝置
87．．．光屏蔽構件
87'．．．光屏蔽構件
89．．．固態成像裝置
91．．．光屏蔽構件
91'．．．光屏蔽構件
93．．．固態成像裝置
94．．．光屏蔽構件
94'．．．光屏蔽構件
95．．．固態成像裝置
96．．．光屏蔽構件
96'．．．光屏蔽構件
97．．．固態成像裝置
98．．．光屏蔽構件
98'．．．光屏蔽構件
99．．．第一光屏蔽構件
99'．．．第一光屏蔽構件
99A．．．開口
101．．．第二光屏蔽構件
101'．．．第二光屏蔽構件
101A．．．開口
102．．．圓柱壁構件
102'．．．圓柱壁構件
103．．．光
104．．．固態成像裝置
105．．．第三半導體晶片單元
107．．．固態成像裝置
108．．．半導體基板
109．．．控制電路
110．．．邏輯電路
111．．．像素電晶體群
112．．．多層配接線層
113．．．矽磊晶層
114．．．像素區域
115．．．光屏蔽構件
121．．．相機
122．．．固態成像裝置
123．．．光學系統
124．．．快門裝置
125．．．驅動電路
126．．．信號處理電路
151．．．MOS類型固態成像裝置
152．．．半導體晶片
153．．．像素區域
154．．．控制電路
155．．．邏輯電路
156．．．影像感測器
401．．．配接線
402．．．配接線
403．．．配接線
FD．．．浮動擴散區
PD．．．光電二極體
Tr1．．．像素電晶體
Tr2．．．像素電晶體
Tr3．．．MOS電晶體
Tr4．．．MOS電晶體
Tr6．．．MOS電晶體
Tr7．．．MOS電晶體
Tr8．．．MOS電晶體
圖1係繪示應用於本發明之一實施例之一MOS類型固態成像裝置之一實例之一輪廓組態實例圖；
圖2A至圖2C係根據本發明之一實施例之一固態成像裝置之示意圖；
圖3係繪示根據本發明之一實施例之一固態成像裝置之一第一實施例之一輪廓組態圖；
圖4A係繪示根據本發明之第一實施例之一光屏蔽構件之一實例之一輪廓橫截面圖，且圖4B係繪示根據本發明之第一實施例之一光屏蔽構件之一實例之一輪廓平面圖；
圖5A係繪示根據本發明之第一實施例之一光屏蔽構件之另一實例之一輪廓平面圖，且圖5B係沿圖5A之線VB-VB觀看之一橫截面圖；
圖6係繪示第一實施例之一光屏蔽構件之另一實例之一輪廓圖；
圖7係繪示第一實施例之一光屏蔽構件之另一實例之一輪廓圖；
圖8係繪示根據本發明之一實施例之一固態成像裝置之一第二實施例之一輪廓組態圖；
圖9係繪示根據本發明之一實施例之一固態成像裝置之一第三實施例之一輪廓組態圖；
圖10係繪示根據本發明之一實施例之一固態成像裝置之一第四實施例之主要部分之一輪廓組態圖；
圖11係繪示根據本發明之一實施例之一固態成像裝置之一第五實施例之主要部分之一輪廓組態圖；
圖12係繪示根據本發明之一實施例之一固態成像裝置之一第六實施例之主要部分之一輪廓組態圖；
圖13係繪示根據本發明之一實施例之一固態成像裝置之一第七實施例之主要部分之一輪廓組態圖；
圖14係繪示根據第二實施例之一修改實例之主要部分之一輪廓組態圖；
圖15係繪示根據本發明之一實施例之一固態成像裝置之一第八實施例之主要部分之一輪廓組態圖；
圖16係繪示根據本發明之一實施例之一固態成像裝置之一第九實施例之一輪廓組態圖；及
圖17係繪示根據本發明之一第十一實施例之一電子設備之一輪廓組態圖。
23．．．像素區域
24．．．控制電路
28．．．固態成像裝置
31．．．第一半導體晶片單元
32．．．半導體井區
33．．．源極及汲極區域
34．．．n型半導體區域
35．．．p型半導體區域
36．．．閘極電極
38．．．元件分開區域
39．．．夾層絕緣薄膜
40．．．配接線
41．．．多層配接線層
42．．．絕緣間隔物層
43a．．．第一絕緣薄膜
43b．．．第二絕緣薄膜
44．．．連接導體
45．．．第二半導體晶片單元
46．．．p型半導體井
47．．．n型源極及汲極區域
48．．．閘極電極
49．．．夾層絕緣薄膜
50．．．元件分開區域
53．．．配接線
54．．．連接導體
55．．．多層配接線層
57．．．配接線
58．．．阻障金屬層
59．．．應力補償薄膜
60．．．黏結層
61．．．防反射薄膜
62．．．絕緣薄膜
63．．．光屏蔽薄膜
67．．．絕緣薄膜
68．．．連接導體
69．．．波導材料薄膜
70．．．波導
71．．．平坦薄膜
72．．．蓋帽薄膜
73．．．彩色濾光片
74．．．晶載微透鏡
81．．．光屏蔽構件
81'．．．光屏蔽構件
FD．．．浮動擴散區
PD．．．光電二極體
Tr1．．．像素電晶體
Tr2．．．像素電晶體
Tr3．．．MOS電晶體
Tr4．．．MOS電晶體
Tr6．．．MOS電晶體
Tr7．．．MOS電晶體
Tr8．．．MOS電晶體

Claims (13)

  1. 一種固態成像裝置，其包括：一像素區域，其包括複數個像素，該複數個像素包含光電轉換單元；一周邊電路單元；及一光屏蔽構件，其中該像素區域覆蓋該周邊電路單元，該裝置經組態以用於經由該像素區域接收入射光，該光屏蔽構件包括定位於該像素區域與該周邊電路單元之間的第一及第二重疊的配接線層，該等第一配接線層覆蓋該等第二配接線層之間的間隙，及該光屏蔽構件有效地對該像素區域屏蔽自該周邊電路單元中之主動元件發射的光。
  2. 如請求項1之固態成像裝置，其中：每一像素包含一光電轉換單元及複數個像素電晶體，且該周邊電路單元之該主動元件係一MOS電晶體及一個二極體之一者或兩者。
  3. 如請求項2之固態成像裝置，其中該固態成像裝置包括貼附在一起之第一及第二半導體晶片單元，該第一半導體晶片單元包含一第一多層配接線層及該像素區域，該第二半導體晶片單元包含一第二多層配接線層及該周邊電路單元，該周邊電路單元包含一邏輯電路，且該第一半導體晶片單元及該第二半導體晶片單元藉由穿過該第一半導體晶片單元之一連接 導體而電連接
  4. 如請求項3之固態成像裝置，其中利用面向彼此之該第一及第二多層配接線層以貼附該第一半導體晶片單元與該第二半導體晶片單元。
  5. 如請求項1之固態成像裝置，其中該光屏蔽構件由反射且分散光之一反射及分散構件予以形成。
  6. 如請求項1之固態成像裝置，其中該光屏蔽構件由吸收光之一光吸收構件予以形成。
  7. 如請求項1之固態成像裝置，其中該光屏蔽構件由反射且分散光之一反射及分散構件與吸收光之一光吸收構件之一組合予以形成。
  8. 如請求項5之固態成像裝置，其中該反射及分散構件由一單一金屬薄膜予以形成。
  9. 如請求項5之固態成像裝置，其中該反射及分散構件由一單一金屬薄膜與下列之一組合所形成：該多層配接線層之複數層之配接線、複數層之虛設配接線或複數層之配接線及虛設配接線之一組合。
  10. 如請求項6之固態成像裝置，其中該光吸收構件由使用具有一小能隙之一半導體之一單一薄膜予以形成。
  11. 一種電子設備，其包括： 一固態成像裝置；一光學系統，其引導入射光至該固態成像裝置之光電轉換單元；及一信號處理電路，其處理該固態成像裝置之一輸出信號，其中該固態成像裝置由如請求項1之固態成像裝置來組態。
  12. 一種固態成像裝置，其包括：彼此貼附之第一及第二半導體晶片，該第一半導體晶片包含多個像素，該等像素中之每一者包含一光電轉換單元，該第二半導體晶片包含一周邊電路，其處理來自該等像素之信號；及在該等像素與該周邊電路之間之一光屏蔽構件，其中該光屏蔽構件包括重疊的第一及第二配接線層，該第一配接線層覆蓋該第二配接線層中的間隙，該固態成像裝置經組態以用於首先經由該第一半導體晶片接收入射光，且該光屏蔽構件有效地對該等像素屏蔽自該周邊電路中之一主動元件發射的光。
  13. 如請求項12之固態成像裝置，其中該第一及第二配接線層係位於該第二半導體晶片中。
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