TWI467751B - A solid-state imaging device, a driving method of a solid-state imaging device, and an electronic device - Google Patents

A solid-state imaging device, a driving method of a solid-state imaging device, and an electronic device Download PDF

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Description

固體攝像裝置、固體攝像裝置之驅動方法及電子機器
本揭示係關於一種固體攝像裝置，尤其關於一種CMOS型之固體攝像裝置及其驅動方法。又，本揭示係關於一種使用上述固體攝像裝置之電子機器。
一般之CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)型固體攝像裝置係包含每一像素列地依次掃描二維排列之像素陣列，進行像素信號之讀出之機構。因該逐列掃描，而於每一像素列之儲存期間產生時間之偏差，從而於動態被攝體攝像時引起攝像圖像扭曲之稱為焦平面扭曲之現象。
於無法容許如此圖像扭曲之高速移動之被攝體之攝像或需要攝像圖像之同時性之感測用途中，為了實現像素陣列之儲存期間之同時性，而提出全域快門功能或機械快門功能。
機械快門功能係利用機械性遮光構件控制曝光時間，藉此，可實現全像素同時地結束曝光之全域曝光。具體而言，打開機械快門，全像素同時地開始曝光，經過固定時間後，藉由關閉上述機械快門而結束曝光。然而，於使用機械快門進行全域曝光之情形時，由於需要機械性遮光構件，故存在難以小型化之類的問題。又，對於機械快門，機械驅動速度存在極限，故像素區域內之曝光時間之同時性欠佳。
另一方面，全域快門功能可利用電氣控制，實現全像素 同時地結束曝光之全域曝光。具體而言，藉由像素陣列中之光電二極體之整列同時重置驅動，而像素陣列全面地同時開始信號電荷之儲存。繼而，藉由對浮動擴散等之電荷儲存部之整列同時轉移驅動，而像素陣列全面地同時結束信號電荷之儲存。
然而，亦於採用全域快門功能之情形時，與通常之CMOS型固體攝像裝置相同，信號電荷之讀出藉由逐列掃描而進行。因此，利用全域快門功能，全像素同時地讀出之信號電荷於直至讀出時為止之期間內，必需利用浮動擴散等之電荷儲存部預先儲存。如此般，則存在如下問題：於直至讀出為止之期間內保持於浮動擴散之信號電荷因電荷之洩漏或浮動擴散本身之光電轉換造成之雜訊(將該等稱為頻疊信號)而劣化。
為防止上述情況，而提出於浮動擴散等之電荷儲存部之上部設置遮光膜之構成。然而，存在因設置遮光膜，光電二極體之開口面積變小，導致感度低下，並且飽和感度低下之類的問題。又，由於浮動擴散等之電荷儲存部多數情況下配置於在成為光入射部之光電二極體之橫向上接近之位置上，故存在因光之繞射現象或散射現象，導致光漏入，雜訊增加之情形。
進而，於矽與氧化矽膜之界面，結晶缺陷較多，容易產生暗電流。因此，於浮動擴散地保持電荷之情形時，因讀出之順序，而於施加於信號位準之暗電流中產生差異。如此之暗電流造成之雜訊無法利用基於重置位準之雜訊去除 而消除。
作為解決如此之問題之方法，提出裝載有於像素內與浮動擴散不同地儲存電荷之記憶體部之固體攝像裝置(專利文獻1、2)。記憶體部係作為嵌入型之電荷儲存部而形成，且暫時保持自光電二極體轉移之信號電荷。然而，於設置如此之記憶體部之構成中，相對於像素面積，進行遮光之面積變大，開口面積變得更小，因此，進一步導致感度低下。
另一方面，作為擴大像素對於入射光之開口面積之構件，提出有背面照射型之固體攝像裝置。背面照射型之固體攝像裝置係可藉由將與形成有包含電晶體或配線等之電路之半導體基板之表面側為相反側之背面側作為光入射面，而使像素之開口較大，從而可實現微細化。
然而，於在背面照射型之固體攝像裝置中追加全域快門功能之情形時，採用於光入射面側形成遮光膜，以防止光進入至半導體基板之表面側為止之構成。於如此之情形時，若較大地形成遮光膜，則像素之開口面積變窄，招致難以實現微細化之結果。
又，於專利文獻3中，揭示有在半導體基板之外部構成電容器之結構。然而，如此之構成中存在自電容器產生之暗電流較大，無法獲得高畫質之類的問題。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2007-503722號公報
[專利文獻2]日本專利特開2006-311515號公報
[專利文獻3]日本專利特開平4-281681號公報
鑒於上述方面，本揭示之目的在於提供一種可實現像素之微細化且實現感度及飽和電荷量之提昇之固體攝像裝置及其驅動方法。又，本揭示之目的在於提供一種使用該固體攝像裝置之電子機器。
本揭示之固體攝像裝置包含光電轉換部、第1電荷儲存部、第2電荷儲存部、第1轉移電晶體、浮動擴散部、及第2轉移電晶體。光電轉換部係生成與光之光量相對應之信號電荷。第1電荷儲存部係形成於基板，且儲存由光電轉換部生成之信號電荷。第2電荷儲存部係於基板之深度方向上積層地形成於第1電荷儲存部，且將第1電荷儲存部中儲存之信號電荷讀出。第1轉移電晶體係包含自形成有第2電荷儲存部之側之基板表面嵌入至基板直至到達第1電荷儲存部之深度而形成之第1轉移閘極電極。浮動擴散部係與第2電荷儲存部鄰接地形成。第2轉移電晶體係將儲存於第2電荷儲存部之信號電荷轉移至浮動擴散部。
於本揭示之固體攝像裝置中，第1電荷儲存部與第2電荷儲存部係於基板之深度方向上積層地形成。藉此，實現像素面積之縮小化。又，自第1電荷儲存部對第2電荷儲存部之信號電荷之讀出係利用垂直式第1轉移電晶體進行。藉 此，亦使電晶體之面積縮小，從而實現像素之微細化。
本揭示之固體攝像裝置之驅動方法具有如下之構成：於上述固體攝像裝置中，藉由將第1轉移電晶體接通，而將儲存於第1電荷儲存部及光電轉換部之信號電荷全像素同時地轉移至第2電荷儲存部。又，具有如下構成：藉由將第2轉移電晶體接通，而逐列讀出保持於第2電荷儲存部之信號電荷。
於本揭示之固體攝像裝置之驅動方法中，由於儲存於第1電荷儲存部之信號電荷係全像素同時地轉移至第2電荷儲存部，且保持於第2電荷儲存部，故可使曝光期間成為全像素同時。
本揭示之電子機器係包含光學透鏡、由光學透鏡聚光之光所入射之上述固體攝像裝置、及處理自固體攝像裝置輸出之輸出信號之信號處理電路。
於本揭示之電子機器中，於固體攝像裝置中，第1電荷儲存部與第2電荷儲存部係於基板之深度方向上積層地形成。藉此，實現像素面積之縮小化，從而實現電子機器之小型化。又，自第1電荷儲存部對第2電荷儲存部之信號電荷之讀出係利用垂直式第1轉移電晶體進行。藉此，亦使電晶體之面積縮小，從而實現像素之微細化，於電子機器中實現畫質之提昇。
根據本揭示之固體攝像裝置，第1電荷儲存部與第2電荷儲存部係於基板之深度方向上積層地形成，故可實現像素 之微細化。又，可使光電轉換部及第1電荷儲存部之面積較大，故可實現飽和電荷量之提昇。又，可藉由使用上述固體攝像裝置，而獲得實現畫質提昇之電子機器。
以下，參照圖1~圖29，對本揭示之實施形態之固體攝像裝置、其驅動方法及電子機器之一例進行說明。本揭示之實施形態係按照以下之順序進行說明。再者，本揭示並不限定於以下之例。
1.第1實施形態：背面照射型之固體攝像裝置
1-1固體攝像裝置之構成
1-2主要部分之構成
1-3製造方法
1-4驅動方法
1-5變形例
2.第2實施形態：於各像素中構成每一個垂直式電晶體之例
3.第3實施形態：表面照射型之固體攝像裝置
4.第4實施形態：利用轉移電極使信號電荷漂移移動之例
5.第5實施形態：利用信號讀出電晶體讀出信號電荷之例
6.第6實施形態：於基板上積層光電轉換部之例
6-1主要部分之構成
6-2製造方法
6-3驅動方法
6-4變形例1
6-5變形例2
7.第7實施形態：於光電轉換部之上層設置p型半導體層之例
7-1主要部分之構成
7-2製造方法
8.第8實施形態：於基板上介隔電極層，積層光電轉換部之例
9.第9實施形態：於表面照射型之固體攝像裝置中，在基板上介隔電極層，積層光電轉換部之例
10.第10實施形態：於基板上積層3層光電轉換膜之例
11.第11實施形態：電子機器
<第1實施形態：背面照射型之固體攝像裝置> [1-1固體攝像裝置之構成]
首先，對本揭示之第1實施形態之固體攝像裝置進行說明。圖1係表示本揭示之第1實施形態之CMOS型之固體攝像裝置之整體的概略構成圖。
本實施形態之固體攝像裝置1係包含像素區域3、垂直驅動電路4、行信號處理電路5、水平驅動電路6、輸出電路7及控制電路8而構成，上述像素區域3包含排列於含矽之基板11上之複數個像素2。
像素2係包含含有光電二極體之光電轉換部、及複數個像素電晶體，且於基板11上二維陣列狀規則地排列有複數個。作為構成像素2之像素電晶體，可列舉例如轉移電晶體、重置電晶體、選擇電晶體及放大電晶體。像素電晶體 隨後敍述。
像素區域3係包含二維陣列狀規則地排列之複數個像素2。像素區域3實際上包含有效像素區域，其接收光，且將藉由光電轉換而生成之信號電荷放大後讀出至行信號處理電路5；及黑基準像素區域(未圖示)，其用以輸出成為黑階之基準之光學黑。黑基準像素區域通常形成於有效像素區域之外周部。
控制電路8係基於垂直同步信號、水平同步信號及主時鐘，生成垂直驅動電路4、行信號處理電路5及水平驅動電路6等之作為動作基準之時鐘信號或控制信號等。而且，由控制電路8生成之時鐘信號或控制信號等係輸入至垂直驅動電路4、行信號處理電路5及水平驅動電路6等。
垂直驅動電路4係包含例如移位暫存器，且以列為單位沿垂直方向依次選擇掃描像素區域3之各像素2。而且，通過垂直信號線9，將基於各像素2之光電二極體中相應於受光量而生成之信號電荷之像素信號供給至行信號處理電路5。
行信號處理電路5係例如配置於像素2之每一行，且藉由來自黑基準像素區域(未圖示，但形成於有效像素區域之周圍)之信號，而於每一像素行，對自相當於1列之像素2輸出之信號進行雜訊去除或信號放大等信號處理。於行信號處理電路5之輸出段，水平選擇開關(未圖示)設置於與水平信號線10之間。
水平驅動電路6係包含例如移位暫存器，且藉由依次輸出水平掃描脈衝，而按順序選擇行信號處理電路5之各者，且 自行信號處理電路5之各者將像素信號輸出至水平信號線10。
輸出電路7係對自行信號處理電路5之各者通過水平信號線10依次供給之信號進行信號處理後輸出。
[1-2主要部分之構成]
其次，對本實施形態之固體攝像裝置1之各像素2之構成進行說明。本實施形態係以將半導體基板之背面側設為光入射面之背面照射型之固體攝像裝置為例者。於圖2中，表示本實施形態之固體攝像裝置1之像素區域3中之概略剖面構成，於圖3中，表示本實施形態之固體攝像裝置1之各像素2之等效電路圖。再者，於圖2中，利用電路圖表示構成各像素2之像素電晶體之一部分。
如圖2所示，本實施形態之固體攝像裝置1包含光電轉換部17、第1電荷儲存部18、第2電荷儲存部25、浮動擴散部34、及形成有複數個像素電晶體之基板12。又，固體攝像裝置1係於基板12之表面側包含未圖示之配線層，進而，於基板12之成為光入射面之背面側包含遮光膜22、彩色濾光片層23及晶片上透鏡24。
基板12包括含矽之半導體基板，且形成為例如3 μm~5 μm之厚度。又，基板12係設為第1導電型(本實施形態中為n型)之半導體基板，且形成有光電轉換部17等構成像素2之雜質區域之像素區域3設為第2導電型(本實施形態中為p型)之井區域13。而且，各像素2係藉由形成於基板12之像素分離部20而劃分。像素分離部20係由自基板12之背面側形成為所 期望之深度之高濃度之p型半導體層所形成，且為了將彼此相鄰之2個像素2之間電性分離而設置。
而且，本實施形態係於p型井區域13內形成有構成各像素2之光電轉換部17或第1及第2電荷儲存部18、25、浮動擴散部34及構成各像素電晶體之源極/汲極區域。又，各像素2包含第1轉移電晶體Tr1、第2轉移電晶體Tr2、第1重置電晶體Tr3、第2重置電晶體Tr4、放大電晶體Tr5及選擇電晶體Tr6之6個像素電晶體。
光電轉換部17係包含p型半導體層15、16及n型半導體層14。p型半導體層15係形成於基板12之背面之較淺之位置上，p型半導體層16係形成於基板12之表面的較淺之位置上。又，n型半導體層14係形成於分別形成於基板12之表面及背面之p型半導體層15、16之間。本實施形態係藉由分別形成於基板12之表面及背面之p型半導體層15、16與n型半導體層14之間之各pn接面而構成光電二極體。
形成於基板12之背面側之p型半導體層15係以較構成井區域13之p型之雜質濃度高之雜質濃度形成。又，形成於基板12之表面側之p型半導體層16係包含井區域13之一部分。本實施形態係為利用井區域13之一部分構成p型半導體層16為例，但亦可藉由另外於基板12之表面側形成高濃度之p型半導體層而構成p型半導體層16。
如此般，藉由於基板12之表面及背面之各面構成p型半導體層15及16，而實現於基板12與形成於基板12之表面及背面之氧化膜之界面產生之暗電流之抑制。再者，於本實施 形態中，形成於基板12之表面之氧化膜係相當於形成於未圖示之配線層之配線與基板12之間之氧化膜，形成於基板12之背面之氧化膜係相當於形成於遮光膜22與基板12之間之絕緣膜21。
第1電荷儲存部18係包含連接於構成光電轉換部17之n型半導體層14而形成之n型半導體層。該第1電荷儲存部18係形成於基板12之背面側，且以較構成光電轉換部17之n型半導體層14之深度方向之寬度窄之寬度形成。又，本實施形態係構成第1電荷儲存部18之n型半導體層之雜質濃度高於構成光電轉換部17之n型半導體層14之雜質濃度。例如，於將構成光電轉換部17之n型半導體層之雜質濃度設為10-14 ~10-15 cm-3 之情形時，第1電荷儲存部18可利用雜質濃度為10-15 ~10-16 cm-3 之n型半導體層構成。
如此般，本實施形態可藉由將第1電荷儲存部18之雜質濃度設定為高於構成光電轉換部17之n型半導體層14之雜質濃度，而於基板12內產生電位梯度。藉此，由光電轉換部17生成之信號電荷流入至電位(potential)較高之第1電荷儲存部18側，並儲存於其中。
又，亦於形成有第1電荷儲存部18之區域中，在基板12之背面側，連接於構成光電轉換部17之p型半導體層15，形成有p型半導體層19。藉此，亦於第1電荷儲存部18中，在基板12與絕緣膜21之界面產生之暗電流受到抑制。
第2電荷儲存部25係包含形成於基板12之表面側之n型半導體層，且第2電荷儲存部25係配置於在基板12之深度方向 (厚度方向)上與第1電荷儲存部18重疊之位置上。即，第2電荷儲存部25係於基板12之厚度方向上，形成在第1電荷儲存部18上部。此時，構成第1電荷儲存部18之n型半導體層與構成第2電荷儲存部25之n型半導體層係介隔p型井區域13將各自之n型半導體層彼此電性分離而配置。又，為了使自第1電荷儲存部18對第2電荷儲存部25之信號電荷之讀出更完全(即，為了減少轉移餘量)，較理想為，使第2電荷儲存部25之雜質濃度高於第1電荷儲存部18之雜質濃度。
又，相較構成第2電荷儲存部25之n型半導體層而於表面側，以與第2電荷儲存部25相接之方式形成有較薄之p型半導體層26。可藉由該p型半導體層26，而抑制在構成形成於基板12之表面側之配線層(未圖示)之氧化膜與基板12之界面引起之暗電流之產生。
浮動擴散部34係於基板12之表面側，形成在第2電荷儲存部25與光電轉換部17之間之區域。浮動擴散部34係包含高濃度之n型半導體層。此外，構成各像素電晶體之源極/汲極區域形成於基板12之表面側。於圖2中，代表性地表示構成第1及第2重置電晶體Tr3、Tr4之各者之汲極35、29。
構成各像素電晶體之源極/汲極區域，亦與浮動擴散部34相同，包含高濃度之n型半導體層。又，浮動擴散部34及構成各像素電晶體之源極/汲極區域亦形成於在基板12之深度方向上與第1電荷儲存部18重疊之位置上，且以介隔p型井區域13，n型半導體層彼此未連接之方式形成。
第1轉移電晶體Tr1係包含成為源極之第1電荷儲存部 18、成為汲極之第2電荷儲存部25、及第1轉移閘極電極27。構成第1轉移電晶體Tr1之第1轉移閘極電極27係設為自基板12之表面側形成於深度方向上之垂直式閘極電極，且形成為貫穿第2電荷儲存部25到達第1電荷儲存部18之深度。該第1轉移閘極電極27係藉由於自基板12之表面側形成為所期望之深度之溝槽部內介隔閘極絕緣膜28嵌入電極材料而形成。
再者，圖2中雖未圖示，但於形成第1轉移閘極電極27之情形時，亦可於溝槽部之側面及底面較薄地形成p型半導體層。可藉由於溝槽部之側面及底面較薄地形成p型半導體層，而抑制於溝槽部與基板12之界面產生之暗電流。
而且，於第1轉移閘極電極27，如圖3所示，連接有供給第1轉移脈衝ΦTRG1之配線。第1轉移電晶體Tr1可藉由對第1轉移閘極電極27施加所期望之第1轉移脈衝ΦTRG1，而將儲存於第1電荷儲存部18之信號電荷讀出至第2電荷儲存部25。於此情形時，沿著第1轉移閘極電極27形成通道，而信號電荷沿著第1轉移閘極電極27，移動至第2電荷儲存部25。
第2轉移電晶體Tr2係包含成為源極之第2電荷儲存部25、成為汲極之浮動擴散部34、及第2轉移閘極電極32。構成第2轉移電晶體Tr2之第2轉移閘極電極32係介隔例如包含氧化矽膜之閘極絕緣膜28而形成於源極．汲極間之基板12表面。而且，於第2轉移閘極電極32，如圖3所示，連接有供給第2轉移脈衝ΦTRG2之配線。第2轉移電晶體Tr2可藉由施加所期望之第2轉移脈衝ΦTRG2，而將儲存於第2電荷 儲存部25之信號電荷讀出至浮動擴散部34。
第1重置電晶體Tr3係包含成為源極之浮動擴散部34、連接於電源電壓Vdd之汲極35、及第1重置閘極電極33。構成第1重置電晶體Tr3之第1重置閘極電極33係介隔例如包含氧化矽膜之閘極絕緣膜28而形成於源極.汲極間之基板12表面。而且，於第1重置閘極電極33，如圖3所示，連接有供給第1重置脈衝ΦRST1之配線。第1重置電晶體Tr3係藉由對第1重置閘極電極33施加所期望之重置脈衝ΦRST1，而將浮動擴散部34之電位重置為電源電壓Vdd。
第2重置電晶體Tr4係包含成為源極之第1電荷儲存部18、連接於電源電壓Vdd之汲極29、及第2重置閘極電極30。構成第2重置電晶體Tr4之第2重置閘極電極30係設為自基板12之表面側形成於深度方向上之垂直式閘極電極，且貫穿汲極29，形成為到達第1電荷儲存部18之深度。該第2重置閘極電極30係藉由於自基板12之表面側形成為所期望之深度之溝槽部內介隔閘極絕緣膜28嵌入電極材料而形成。
而且，於第2重置閘極電極30，如圖3所示，連接有供給第2重置脈衝ΦRST2之配線。第2重置電晶體Tr4係藉由對第2重置閘極電極30施加所期望之重置脈衝ΦRST2，而將第1電荷儲存部18之電位重置為電源電壓Vdd。於此情形時，沿著第2重置閘極電極30形成通道，而信號電荷沿著第2重置閘極電極30排出至汲極29。而且，於本實施形態中，由於第1電荷儲存部18與光電轉換部17電性連接，故與第1電荷儲存部18之重置同時地亦將光電轉換部17之電位重置為電 源電壓Vdd。
放大電晶體Tr5係包含連接於電源電壓Vdd之汲極、兼作選擇電晶體Tr6之汲極之源極、及選擇閘極電極45。如圖3所示，放大電晶體Tr5之源極．汲極間之放大閘極電極45係連接於浮動擴散部34。該放大電晶體Tr5構成將電源電壓Vdd作為負載之源極隨耦電路，且自放大電晶體Tr5輸出與浮動擴散部34之電位變化對應之像素信號。
選擇電晶體Tr6係包含兼作放大電晶體Tr5之源極之汲極、連接於垂直信號線9之源極、及選擇閘極電極46。如圖3所示，於選擇電晶體Trs之源極．汲極間之選擇閘極電極46連接有供給選擇脈衝ΦSEL之配線。可藉由每一像素地將選擇脈衝ΦSEL供給至選擇閘極電極46，而經由選擇電晶體Tr6將由放大電晶體Tr5放大之像素信號輸出至垂直信號線9。
再者，於圖2所示之剖面構成中，利用電路圖表示放大電晶體Tr5及選擇電晶體Tr6，且省略剖面構成之圖示，但實際上，形成於在基板12之深度方向上與第1電荷儲存部18重疊之位置上。又，構成放大電晶體Tr5及選擇電晶體Tr6之源極/汲極區域若例如構成第1重置電晶體Tr3，則亦具有與源極/汲極區域相同之構成。
於基板12之表面側雖省略圖示，但形成有介隔層間絕緣膜積層有複數層之配線層。經由該等配線層對各像素電晶體供給所期望之脈衝，從而將各像素2之信號電荷讀出。
遮光膜22係介隔例如包含氧化矽膜之絕緣膜21而形成於 基板12之成為光入射面側之背面側，且以使光電轉換部17對於光入射面開口，將第1電荷儲存部18或形成有各像素電晶體之區域遮光之方式形成。作為遮光膜22而言，可遮蔽光之材料即可，可使用例如鎢(W)、鋁(Al)、Ti(鈦)、TiN(氮化鈦)、Cu(銅)或Ta(鉭)，又，可利用包含該等材料膜之積層膜構成遮光膜22。
彩色濾光片層23係介隔絕緣膜21而形成於遮光膜22上部，且例如於每一像素配置有使R(紅色)、G(綠色)、B(藍色)之光選擇性透過之濾光片層。又，該等濾光片層係以例如拜爾排列配置於每一像素。
彩色濾光片層23係使所期望之波長之光透過，且透過之光入射至基板12內之光電轉換部17。再者，本實施形態係構成為使各像素使R、G、B之任一種光透過，但並不限定於此。作為構成彩色濾光片層23之材料，除此以外，亦可使用使青色、黃色、洋紅色等之光透過之有機材料，且根據規格，可進行多種選擇。
晶片上透鏡24係形成於彩色濾光片層23上部，且形成於每一像素。晶片上透鏡24係將入射之光聚光，且經聚光之光係經由彩色濾光片層23，效率較佳地入射至各光電轉換部17。再者，本實施形態係構成為晶片上透鏡24使入射之光聚光於遮光膜22中開口之光電轉換部17之中心位置。
本實施形態之固體攝像裝置1係將入射之光於光電轉換部17中進行光電轉換，且於光電轉換部17中生成與入射光相應之信號電荷。生成之信號電荷係沿著基板12內之電位 梯度移動，且主要儲存於第1電荷儲存部18。而且，主要儲存於第1電荷儲存部18中之信號電荷係全像素同時地轉移至第2電荷儲存部25後，逐列地轉移至浮動擴散部34。對於該驅動方法之詳細情況隨後進行敍述。
本實施形態之固體攝像裝置1係於基板12之深度方向上積層地形成與光電轉換部17連接之第1電荷儲存部18、及暫時保持信號電荷之第2電荷儲存部25。因此，可縮小像素面積，從而可實現像素之微細化。又，儲存於第1電荷儲存部18中之信號電荷可由包含垂直式電晶體之第1轉移電晶體Tr1讀出。垂直式電晶體係於基板12之深度方向讀出信號電荷，故與如通常之平面型電晶體般於基板12之水平方向讀出信號電荷之構成相比，佔有面積較小。因此，可進一步實現像素之微細化。
又，本實施形態之固體攝像裝置1係將第1電荷儲存部18與第2電荷儲存部25於基板12之深度方向上進行積層，且第1電荷儲存部18之信號電荷由包含垂直式電晶體之第1轉移電晶體Tr1進行轉移。因此，第2電荷儲存部25之形成位置為與第1電荷儲存部18重疊之位置即可，且像素電晶體之佈局之自由度較高。可藉由於遮光膜22之靠近中心之位置上形成第2電荷儲存部25，而於與遮光膜22之開口位置分離之區域中形成第1轉移電晶體Tr1。藉此，於信號之讀出過程中，可防止因繞射現象或散射現象等，入射光洩漏至第2電荷儲存部25，從而可進一步減少雜訊。
又，本實施形態係與光電轉換部17連接之第1電荷儲存部 18及構成各像素電晶體之半導體層形成於在基板12之深度方向上重疊之位置上，故可使第1電荷儲存部18之面積較大。藉此，實現飽和電荷量之提昇。
[1-3製造方法]
繼而，對本實施形態之固體攝像裝置1之製造方法進行說明。圖4A~圖5F係表示本實施形態之固體攝像裝置1之製造方法之步驟圖。
首先，於本實施形態中，準備含矽之n型之基板12，並藉由離子植入例如作為p型摻雜劑之III族原子之B(硼)等而形成p型井區域13。其後，如圖4A所示，經由所期望之遮罩對基板12之表面側離子植入作為n型摻雜劑之V族原子之P(磷)等。藉此，形成第2電荷儲存部25、浮動擴散部34、各像素電晶體之源極/汲極區域29、35。
其後，於第2電荷儲存部25之表面側，藉由高濃度地離子植入p型雜質，而形成較薄之p型半導體層26。該等步驟可使用通常之CMOS型固體攝像裝置之製造製程而形成。
繼而，於基板12之表面側貼合含矽等之支撐基板(省略圖示)，且以基板12之背面側朝向上面之方式使基板12反轉。繼而，如圖4B所示，形成形成有光電轉換部17之區域經開口之抗蝕劑層36，並經由上述抗蝕劑層36離子植入n型雜質。藉此，形成構成光電轉換部17之n型半導體層14之第1區域14a。
繼而，如圖4C所示，一面利用CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法，於基板12之背面側摻雜n型 雜質，一面使n型半導體層31磊晶成長直至達到所期望之厚度為止。藉此，形成構成構成光電轉換部17之n型半導體層14之第2區域14b、及構成第1電荷儲存部18之n型半導體層。藉此，形成第1電荷儲存部18及構成光電轉換部17之n型半導體層14。
於本實施形態中，較佳為，構成第1電荷儲存部18之n型半導體層之濃度形成為高於構成光電轉換部17之n型半導體層14之雜質濃度。因此，亦可視需要，再次對第1電荷儲存部18側離子植入n型雜質。
繼而，如圖4D所示，於基板12之背面側、即經磊晶成長之n型半導體層31之上表面，形成所期望之區域經開口之抗蝕劑層37。此處，形成圖4D所示之形成有像素分離部20之部分經開口之抗蝕劑層37。
繼而，經由抗蝕劑層37離子植入p型雜質，藉此形成像素分離部20。此處，至少高濃度地離子植入p型摻雜劑直至前段之步驟中形成之n型半導體層31依每一像素分離之深度為止。
繼而，將像素分離部20之形成步驟中形成之抗蝕劑層37去除，於構成光電轉換部17之n型半導體層14及第1電荷儲存部18之上部之較淺之位置上，高濃度地離子植入p型雜質。藉此，如圖5E所示，形成用以抑制暗電流之p型半導體層15、19。
其後，以大致1000℃進行退火處理，藉此，使各雜質區域活化。
繼而，將貼合於基板12之表面側之支撐基板(未圖示)去除，接下來，於基板12之背面側貼合支撐基板(未圖示)，且以基板12之表面側朝向上面之方式使基板12反轉。其後，如圖5F所示，形成各像素電晶體之閘極電極。
於閘極電極之形成步驟中，首先，介隔所要形成垂直式閘極電極之區域經開口之遮罩，自半導體基板之表面側朝向基板12之深度方向進行蝕刻，藉此，形成所期望之深度之溝槽部。其後，將蝕刻時使用之遮罩去除，於包含溝槽部之內周面之基板12之表面側，形成成為閘極絕緣膜28之氧化矽膜。繼而，填充溝槽部內部，並且於基板12之表面側形成例如含有多晶矽之閘極電極材料膜。最後，藉由對閘極電極材料膜進行蝕刻，而如圖5F所示，形成各像素電晶體之閘極電極。
再者，本實施形態係光電轉換部17之表面側之p型半導體層16利用p型井區域13構成之例。然而並不限定於此，亦可視需要，於閘極電極形成後，在光電轉換部17之表面側之較淺之位置上高濃度地離子植入p型雜質，藉此形成用以抑制暗電流之p型半導體層。
繼而，雖省略圖示，但於基板12之表面側，藉由介隔包含氧化矽膜之層間絕緣膜形成複數層配線而形成配線層。配線層形成後，將貼合於基板12之背面側之支撐基板去除，於配線層側貼合支撐基板之後，以基板之背面側朝向上面之方式使其反轉。繼而，使用普通之製程，於基板之背面側依序形成遮光膜22、彩色濾光片層23、晶片上透鏡 24等，藉此，圖2所示之本實施形態之固體攝像裝置1完成。
[1-4驅動方法]
繼而，對本實施形態之固體攝像裝置1之驅動方法進行說明。圖6係表示本實施形態之固體攝像裝置1之驅動方法之時序圖。此處，以第n列像素之讀出之時序為例進行說明。
首先，藉由全像素同時地開始第1重置脈衝ΦRST1之供給而將第1重置電晶體Tr3接通。藉此，將儲存於浮動擴散部34之信號電荷排出至電源電壓Vdd側，並將浮動擴散部34重置。此處，儲存於浮動擴散部34之信號電荷係前一幀中讀出之信號電荷。其後，全像素同時地停止第1重置脈衝ΦRST1之供給，將第1重置電晶體Tr3斷開。
繼而，全像素同時地開始第1轉移脈衝ΦTRG1之供給，將第1轉移電晶體Tr1接通。藉此，將儲存於光電轉換部17及第1電荷儲存部18之信號電荷轉移至第2電荷儲存部25。其後，藉由全像素同時地停止第1轉移脈衝ΦTRG1之供給而將第1轉移電晶體Tr1斷開。於本實施形態中，全像素同時地讀出至第2電荷儲存部25之信號電荷成為保持於第2電荷儲存部25之狀態，直至各列進行讀出時為止。
繼而，全像素同時地開始第2重置脈衝ΦRST2之供給，將第2重置電晶體Tr4接通。藉此，將光電轉換部17及第1電荷儲存部18中剩餘之信號電荷或自斷開第1轉移電晶體Tr1之時間點直至接通第2重置電晶體Tr4之時間點為止之期間內所儲存之信號電荷排出至電源電壓Vdd側，進行重置。其後，藉由全像素同時地將第2重置電晶體Tr4斷開，而開始 下一幀之曝光。
至此為止之一系列動作係全像素同時地進行。即，於本實施形態中，藉由全像素同時地將第2重置電晶體Tr4斷開而開始全域曝光，且藉由全像素同時地將第1轉移電晶體Tr1接通而結束全域曝光。即，將自斷開第2重置電晶體Tr4時直至下一次接通第1轉移電晶體Tr1為止之期間設為曝光期間。於曝光期間內，利用光電轉換部17生成與入射之光之光量相對應之信號電荷。繼而，由光電轉換部17生成之信號電荷係沿著基板12內之電位梯度移動，且主要儲存於第1電荷儲存部18。
繼而，逐列地開始讀出。於n列之信號電荷之讀出中，當輪到n列之動作時，藉由供給選擇脈衝ΦSEL而將選擇電晶體Tr6接通。藉此，將經重置之狀態之浮動擴散部34之電位作為重置信號讀出，並取入至行電路。
繼而，於供給選擇脈衝ΦSEL之狀態下，開始第2轉移脈衝ΦTRG2之供給，將第2轉移電晶體Tr2接通。藉此，於n列像素中，將儲存於第2電荷儲存部25之信號電荷轉移至浮動擴散部34。其後，將與浮動擴散部34之電位相對應之輸出作為像素信號取入至行電路。於行電路中，藉由獲取之前取得之重置信號與該像素信號之差值而進行相關雙重取樣(Correlated Double Sampling)。藉此，於行電路中，獲得將kTc雜訊去除之像素信號。
其後，停止第2轉移脈衝ΦTRG2之供給，並且停止選擇脈衝ΦSEL之供給，藉此，將第2轉移電晶體Tr2及選擇電晶體 Tr6斷開，結束n列像素之讀出。第n列像素之讀出結束之後，進行第n+1列像素之讀出，且依序進行整列之像素之讀出。
根據本實施形態，於像素之微細化實現之固體攝像裝置1中，可進行全域快門操作，因此，可進行全像素同時地之曝光，消除焦平面扭曲。又，於本實施形態中，藉由另外設置將儲存於第1電荷儲存部18之信號電荷重置之第2重置電晶體Tr4，而可於讀出期間結束之前，開始下一幀之曝光期間。如此之效果尤其對動畫攝影有效。
[1-5變形例]
於上述固體攝像裝置1之製造方法中，表示了使用磊晶成長形成第1電荷儲存部18之例，但形成本實施形態之固體攝像裝置1之方法並不限定於此。作為變形例，對本實施形態之固體攝像裝置1之製造方法之其他例進行說明。圖7A~圖7C係表示變形例之固體攝像裝置1之製造方法之步驟圖。
首先，於變形例中，如圖7A所示，以與第1實施形態相同之方式，於基板12之表面側形成第2電荷儲存部25、浮動擴散部34、各像素電晶體之源極/汲極區域29、35及p型半導體層26。
繼而，如圖7B所示，於基板12之背面側形成形成有光電轉換部17之區域經開口之抗蝕劑層38。繼而，經由上述抗蝕劑層38高能量地離子植入n型雜質，藉此，形成構成光電轉換部17之n型半導體層14。此處，與圖4及圖5所示之製造方法不同地，藉由一次離子植入而形成構成光電轉換部17 之n型半導體層14之整個區域。因此，與上述之圖4B所示之步驟相比，成為高能量之離子植入。
繼而，將前一步驟中使用之抗蝕劑層38去除之後，如圖7C所示，形成形成有第1電荷儲存部18之區域經開口之抗蝕劑層39。繼而，經由上述抗蝕劑層39離子植入n型雜質，藉此，形成形成至基板12之所期望之深度為止之第1電荷儲存部18。此處，構成第1電荷儲存部18之n型半導體層之雜質濃度較佳為高於構成光電轉換部17之n型半導體層14之雜質濃度。因此，第1電荷儲存部18係藉由濃度高於形成光電轉換部17之n型半導體層14之離子植入而形成。
其後，藉由與圖4D~圖5F所示之步驟相同之步驟，完成圖2所示之固體攝像裝置1。如此般，藉由利用離子植入形成所有之雜質區域，而無需磊晶成長步驟，因此，可削減步驟數，實現成本之降低。
<2.第2實施形態：於各像素中構成一個個垂直式電晶體之例>
繼而，對本揭示之第2實施形態之固體攝像裝置進行說明。圖8係本實施形態之固體攝像裝置70之主要部分之剖面構成圖。於圖8中，對與圖2相對應之部分標註同一符號，並省略重複說明。
本實施形態係於第1實施形態之固體攝像裝置1中，未構成第2重置電晶體Tr4之例。即，於本實施形態之固體攝像裝置70中，各像素包含第1轉移電晶體Tr1、第2轉移電晶體Tr2、重置電晶體Tr3、放大電晶體Tr5及選擇電晶體Tr6。
於圖9中，表示本實施形態之固體攝像裝置70之像素之等 效電路圖。如圖9所示，於本實施形態中，重置電晶體Tr3係其源極設為浮動擴散部34，且汲極連接於電源電壓Vdd。又，經由配線，對重置電晶體Tr3之閘極電極33施加重置脈衝ΦRST。
對具有以上構成之本實施形態之固體攝像裝置70之驅動方法進行說明。圖10係表示本實施形態之固體攝像裝置70之驅動方法之時序圖。此處，以第n列像素之讀出之時序為例進行說明。
首先，與全像素同時地開始重置脈衝ΦRST之供給同時地開始第1轉移脈衝ΦTRG1及第2轉移脈衝ΦTRG2之供給，將重置電晶體Tr3、第1轉移電晶體Tr1及第2轉移電晶體Tr2同時地接通。藉此，將儲存於浮動擴散部34之信號電荷排出至電源電壓Vdd側，重置浮動擴散部34。與此同時，亦將第2電荷儲存部25、第1電荷儲存部18及光電轉換部17電性連接於電源電壓Vdd，故亦將第2電荷儲存部25、第1電荷儲存部18及光電轉換部17重置。
此處，重置前儲存於浮動擴散部34之信號電荷係於前一幀內讀出之信號電荷。又，儲存於第1電荷儲存部18及光電轉換部17之信號電荷係於前一幀內曝光期間結束之後由光電轉換部17生成之信號電荷。
其後，全像素同時地停止重置脈衝ΦRST、第1轉移脈衝ΦTRG1及第2轉移脈衝ΦTRG2之供給，將重置電晶體Tr3、第1轉移電晶體Tr1、第2轉移電晶體Tr2斷開。繼而，藉由將第1轉移電晶體Tr1斷開，而開始曝光期間。
繼而，全像素同時地開始第1轉移脈衝ΦTRG1之供給，將第1轉移電晶體Tr1接通。藉此，曝光期間結束，將儲存於光電轉換部17及第1電荷儲存部18中之信號電荷轉移至第2電荷儲存部25。其後，藉由全像素同時地停止第1轉移脈衝ΦTRG1之供給而將第1轉移電晶體Tr1斷開。於本實施形態中，全像素同時地讀出至第2電荷儲存部25之信號電荷成為保持於第2電荷儲存部25之狀態，直至各列進行讀出時為止。
至此為止之一系列動作係全像素同時地進行。即，於本實施形態中，藉由全像素同時地將重置電晶體Tr3、第1轉移電晶體Tr1及第2轉移電晶體Tr2斷開而開始全域曝光。繼而，藉由全像素同時地將第1轉移電晶體Tr1接通而結束全域曝光。即，將自斷開第1轉移電晶體Tr1時直至接通第1轉移電晶體Tr1為止之期間設為曝光期間。於曝光期間內，利用光電轉換部生成與入射之光之光量相對應之信號電荷。繼而，由光電轉換部17生成之信號電荷係沿著基板12內之電位梯度移動，且主要儲存於第1電荷儲存部18。
繼而，逐列地開始讀出。於n列之信號電荷之讀出中，當輪到n列之動作時，藉由供給選擇脈衝ΦSEL而將選擇電晶體Tr6接通。藉此，將經重置之狀態之浮動擴散部34之電位作為重置信號讀出，並取入至行電路。
繼而，於供給選擇脈衝ΦSEL之狀態下，開始第2轉移脈衝ΦTRG2之供給，將第2轉移電晶體Tr2接通。藉此，於n列像素中，將儲存於第2電荷儲存部25之信號電荷轉移至浮 動擴散部34。其後，將與浮動擴散部34之電位相對應之輸出作為像素信號取入至行電路。於行電路中，藉由獲取之前取得之重置信號與該像素信號之差值而進行相關雙重取樣。藉此，於行電路中，獲得將kTc雜訊去除之像素信號。
其後，停止第2轉移脈衝ΦTRG2之供給，並且停止選擇脈衝ΦSEL之供給，藉此，將第2轉移電晶體Tr2及選擇電晶體Tr6斷開，結束n列像素之讀出。第n列像素之讀出結束之後，進行第n+1列像素之讀出，且依序進行整列之像素之讀出。
於本實施形態中，由於可一次性將浮動擴散部34、第2電荷儲存部25、第1電荷儲存部18及光電轉換部17重置，故有將電路簡化，不均一減少，並且雜訊亦減少之效果。
又，於本實施形態之固體攝像裝置70中，由於未另外設置用以將第1電荷儲存部18及光電轉換部17重置之重置電晶體，故可實現像素面積之縮小化。除此以外，於本實施形態中，可獲得與第1實施形態相同之效果。
<3.第3實施形態：表面照射型之固體攝像裝置>
繼而，對本揭示之第3實施形態之固體攝像裝置進行說明。本實施形態之固體攝像裝置之整體構成係與圖1相同，故省略圖示，並省略重複說明。圖11係本實施形態之固體攝像裝置71之主要部分之剖面構成圖。本實施形態係以表面照射型之固體攝像裝置為例者，且光入射面構成於與第1實施形態之固體攝像裝置1相反側之例。於圖11中，對與圖2相對應之部分標註同一符號並省略重複說明。再者，於圖 11中，省略構成各像素之像素電晶體之一部分之圖示。
於本實施形態之固體攝像裝置71中，如圖11所示，於形成有各像素電晶體之基板12之表面側形成有遮光膜22，且於上述遮光膜22上部形成有彩色濾光片層23及晶片上透鏡24。此時，遮光膜22可使用形成於基板12之表面側之配線層(省略圖示)中所形成之配線之一部分而形成。
又，本實施形態係於光電轉換部17中，表面側之p型半導體層16藉由高濃度地離子植入p型雜質而形成。本實施形態之固體攝像裝置71係直至於基板12之表面側形成像素電晶體為止之步驟可以與第1實施形態相同之方式形成。形成像素電晶體之後，於基板之表面側形成包含遮光膜22之配線層40、彩色濾光片層23、晶片上透鏡24，藉此，完成圖11所示之固體攝像裝置71。
於本實施形態中，經由晶片上透鏡24及彩色濾光片層23而自基板12之表面側入射之光係於光電轉換部17中進行光電轉換，生成與光量相對應之信號電荷。繼而，由光電轉換部17生成之信號電荷係沿著基板12之電位梯度移動，且儲存於第1電荷儲存部18。
亦於具有以上構成之固體攝像裝置71中，可利用與第1實施形態相同之方法，形成基板12內之各雜質擴散層，由於為表面照射型之固體攝像裝置，故無需於配線層之形成步驟後再次使基板12反轉之步驟，從而減少步驟數。又，亦於本實施形態中，可利用與第1實施形態相同之驅動方法進行驅動。
除此以外，本實施形態可獲得與第1實施形態相同之效果。
<4.第4實施形態：利用轉移電極使信號電荷漂移移動之例>
繼而，對本揭示之第4實施形態之固體攝像裝置進行說明。本實施形態之固體攝像裝置之整體構成係與圖1相同，故省略圖示，並省略重複說明。圖12係本實施形態之固體攝像裝置72之主要部分之剖面構成圖。本實施形態係藉由對第1電荷儲存部18施加電壓而使儲存於光電轉換部17之信號電荷移動至第1電荷儲存部18側之例。於圖12中，對與圖2相對應之部分標註同一符號，並省略重複說明。
於本實施形態中，於成為光入射面之基板12之背面，在第1電荷儲存部18上部介隔包含氧化矽膜之絕緣膜42而形成有轉移電極41。作為構成轉移電極41之材料，可使用例如多晶矽、Cu、Al、W等導電材料。而且，本實施形態係構成為於對轉移電極41施加正電壓時，第1電荷儲存部18之電位低於光電轉換部17之電位。
具有以上構成之固體攝像裝置72可於曝光期間中，藉由對轉移電極41供給所期望之電位，而使光電轉換部17中生成之信號電荷移動至第1電荷儲存部18側。因此，與如第1實施形態般僅利用光電轉換部17與第1電荷儲存部18之雜質濃度之差異，使基板12內產生電位梯度而使信號電荷移動之構成相比，可有效地使信號電荷移動。進而，可使流入第1電荷儲存部18側之信號電荷變多，因此，亦可使可利用第1轉移電晶體Tr1讀出之信號電荷之量增加，從而實現 感度之提昇。
除此以外，本實施形態可獲得與第1實施形態相同之效果。
再者，本實施形態係分開地設置遮光膜22與轉移電極41，但於利用具有遮光性之導電材料構成轉移電極41之情形時，可將轉移電極41構成為兼作遮光膜22。於此情形時，可於光入射面側實現元件之低背化。
<5.第5實施形態：利用信號讀出電晶體讀出信號電荷之例>
繼而，對本揭示之第5實施形態之固體攝像裝置進行說明。本實施形態之固體攝像裝置之整體構成係與圖1相同，故省略圖示，並省略重複說明。圖13係本實施形態之固體攝像裝置73之主要部分之剖面構成圖。本實施形態係於光電轉換部17與第1電荷儲存部18之間設置信號讀出電晶體之例。於圖13中，對與圖2相對應之部分標註同一符號，且省略重複說明。
本實施形態係隔開特定之距離地形成構成光電轉換部17之n型半導體層14與第1電荷儲存部18，又，形成於基板12之背面側之用以抑制暗電流之p型半導體層15、19亦隔開特定之距離地形成。而且，於光電轉換部17與第1電荷儲存部18之間之區域中，在基板12之背面側介隔閘極絕緣膜44而形成有轉移電極43。即，於本實施形態中，利用包含轉移電極43之信號讀出電晶體Tr7進行光電轉換部17與第1電荷儲存部18之間之信號電荷之轉移。
於本實施形態中，光電轉換部17中生成之信號電荷係藉由對轉移電極43供給所期望之讀出電位，將信號讀出電晶 體Tr7接通，而轉移至第1電荷儲存部18，且儲存於第1電荷儲存部18。
於本實施形態中，由於光電轉換部17與第1電荷儲存部18之間之信號電荷之移動由信號讀出電晶體Tr7控制，故亦可於光電轉換部17中暫時保持信號電荷。進而，亦可於第1電荷儲存部18中保持信號電荷。藉此，於本實施形態中，可連續2次地保持信號電荷，故可應用於高速快門。
又，本實施形態可藉由控制轉移電極43之電壓，而控制信號電荷於光電轉換部17中蓄積之量，因此，可實現廣動態範圍。進而，於本實施形態中，可防止信號電荷自光電轉換部17溢出造成之輝散。
除此以外，本實施形態可獲得與第1實施形態相同之效果。
<6.第6實施形態：於基板上積層光電轉換部之例>
繼而，對本揭示之第6實施形態之固體攝像裝置進行說明。本實施形態之固體攝像裝置之整體構成係與圖1相同，故省略圖示，並省略重複說明。圖14係本實施形態之固體攝像裝置74之主要部分之剖面構成圖。本實施形態之固體攝像裝置74係光電轉換部之構成與第1實施形態不同之例。於圖14中，對與圖2相對應之部分標註同一符號，並省略重複說明。再者，於圖14中，利用電路圖表示構成各像素之像素電晶體之一部分。
[6-1主要部分之構成]
如圖14所示，本實施形態之固體攝像裝置74係包含第1 電荷儲存部52、第2電荷儲存部25、浮動擴散部34、及形成有複數個像素電晶體之基板12。又，固體攝像裝置74係包含積層於基板12之光入射面側而形成之光電轉換部50、障壁層68、透明電極57、彩色濾光片層23及晶片上透鏡24。
基板12係包含含有n型矽之基板12，且形成為例如3 μm~5 μm之厚度，而形成有構成各像素之雜質區域之像素區域設為p型井區域13。又，各像素係藉由形成於基板12之像素分離部53而劃分。像素分離部53係由自基板12之背面側形成為所期望之深度之高濃度之p型半導體層形成，且以將相鄰之像素電性分離之方式設置。
而且，本實施形態係於p型井區域13內形成有構成各像素之第1及第2電荷儲存部52、25、浮動擴散部34、及構成各像素電晶體之源極/汲極區域29、35。又，各像素係包含第1轉移電晶體Tr1、第2轉移電晶體Tr2、第1重置電晶體Tr3、第2重置電晶體Tr4、放大電晶體Tr5、選擇電晶體Tr6之6個像素電晶體。
第1電荷儲存部52係包含自基板12之背面側形成至特定之深度為止之n型半導體層。第1電荷儲存部52係形成於相對應之每一像素中，且各像素形成於由像素分離部53劃分之單位像素之區域內整面。該第1電荷儲存部52係作為儲存由下述之光電轉換部50生成之信號電荷之儲存部發揮功能。
又，較佳為，第1電荷儲存部52構成為以n型之雜質濃度自基板之背面側朝向深度方向變高之方式使雜質分佈。可 藉由設為如此之構成，而使第1電荷儲存部52成為基板12之深度方向上電位變高之電位梯度。藉此，自光電轉換部50不斷移動之信號電荷(本實施形態中為電子)於第1電荷儲存部52內，自動地移動至基板12之表面側。
各像素電晶體係與第1實施形態相同地形成於基板12之表面側，且亦於本實施形態中，將第1轉移電晶體Tr1及第2重置電晶體Tr4設為垂直式電晶體。即，第1轉移閘極電極27及第2重置閘極電極30形成為到達第1電荷儲存部52之深度。
光電轉換部50係含有可生成與入射之光之光量相對應之信號電荷之光電轉換材料，且積層於基板12之背面側而形成，以被覆包含n型半導體層之第1電荷儲存部52之上表面之方式設置於像素區域整面。又，光電轉換部50構成為兼作遮光膜。即，構成為入射至光電轉換部50之光於此進行光電轉換後，不入射至基板12側。又，亦於光電轉換部50中，形成有像素分離部(以下為光電轉換部側像素分離部51)，且光電轉換部50劃分於每一像素中。
作為構成如此之光電轉換部50之材料，可使用黃銅礦結構之化合物半導體，更具體而言，可使用CuInSe2 。圖15係表示多種半導體材料中之光子能與光吸收係數之關係之圖。如圖15所示，CuInSe2 之光吸收係數高於其他材料，尤其，與Si單晶(圖15中之x-Si)之光吸收係數相比，高出約2位數。因此，含有CuInSe2 之光電轉換部不僅較佳地發揮作為光電轉換部之功能，而且可較佳地發揮作為遮蔽可見光 之遮光膜之功能。
用作光電轉換部50之材料若為可見光線之吸收係數高於含矽之基板12，且呈現光電轉換功能之材料，則亦可為單晶、多晶、非晶質之任一結晶結構。又，作為構成光電轉換部50之黃銅礦材料，亦可使用CuInSe2 以外之黃銅礦材料。
圖16及圖17係關於黃銅礦材料，表示晶格常數與能帶隙之關係之圖。如圖16所示，存在多種黃銅礦材料。其中，如圖17所示，亦可利用例如含有銅-鋁-鎵-銦-硫-硒系之混晶(以下為CuAlGaInSSe系混晶)之黃銅礦結構之化合物半導體形成光電轉換部50。
由於CuAlGaInSSe系混晶可以使其晶格常數與矽之晶格常數一致之方式控制組成而形成，故可減少結晶缺陷。因此，可於含矽之基板12上將CuAlGaInSSe系混晶作為單晶薄膜進行磊晶成長，從而可減少於異質界面上產生之錯配轉移等結晶缺陷。藉此，可抑制暗電流之產生，從而減少雜訊。
又，構成光電轉換部50之黃銅礦材料之導電型亦可為p型、n型、i型之任一個。但，較佳為以光電轉換部50內之電位產生變化之方式改變雜質濃度，以使由光電轉換部50生成之信號電荷移動至第1電荷儲存部52側。如本實施形態般，於將電子用作信號電荷之情形時，藉由以朝向基板12側，電位變高之方式，構成光電轉換部50，而使光電轉換部50中生成之信號電荷沿著電位梯度移動，且儲存於第1 電荷儲存部52。
作為構成光電轉換部50之其他材料，亦可使用矽化物系之材料。圖18係表示多種矽化物系材料中之光子能與消光係數k之關係之圖。
光吸收係數α係對於消光係數k與波長λ，表示α=4πk/λ之關係。因此，根據圖18可知：CoSi、CrSi、HfSi、IrSi、MoSi、NiSi、PdSi、ReSi、TaSi、TiSi、WSi、ZrSi等矽化物系材料係光吸收係數α高於Si。
除此以外，β-矽化鐵材料(β-FeSi2 )之光吸收係數較Si高2位數左右(參照H.Katsumata,et al.,J.Appl.Phys.8(10),5955(1996))。又，β矽化鐵材料(β-FeSi2 )可於矽基板上磊晶成長(參照John E.Mahan,et al.,Appl.Phys.Lett.56(21),2126(1990))。因此，可藉由使用β-矽化鐵材料(β-FeSi2 )，而形成呈現光電轉換功能與遮光功能之兩者之光電轉換部50。
進而，對於矽化鋇系材料(BaSi2 )或Ba1-x Srx Si2 而言，吸收係數亦較矽(Si)高約2位數。又，SiGe、Mg2 SiGe、SrSi2 、MnSi1.7 、CrSi2 、NiSi系、CuSi系、CoSi系及PtSi系等矽化物系材料亦同樣地吸收係數較高。由此，可藉由使用矽化物系材料，而形成亦作為遮光膜發揮功能之光電轉換部50。
進而，光電轉換部50不僅可利用如此之無機材料，亦可利用有機材料而形成。例如，可利用含有喹吖啶酮系色素或香豆素系色素之有機材料而形成。於本實施形態中，由於在光電轉換部50之光入射側設置有彩色濾光片層23，故於利用有機材料構成光電轉換部50之情形時，亦可使用遍 及可見光全域具有感度之材料。又，於各像素中，亦可以吸收與彩色濾光片層23所透過之光之波長相對應之波長之光之方式，構成光電轉換部50。
然而，有機材料係電子之遷移率較低之材料。因此，於使用有機材料構成光電轉換部50之情形時，亦可不形成將各像素之光電轉換部50分離之光電轉換部側像素分離部51。又，於使用有機材料構成光電轉換部50之情形時，可藉由將有機材料塗佈於基板12上而形成。
障壁層68係為防止載子自透明電極57向光電轉換部50側植入，而設置於透明電極57與光電轉換部50上部之間。障壁層68可利用能夠防止電子之植入之材料而形成，例如，可利用氧化鋅(ZnO)膜、氧化鎳(NiO)膜、氧化銅(Cu2 O)膜或金剛石(C)膜等而形成。本實施形態係形成有障壁層68，但亦可不形成障壁層68。
透明電極57係形成於光電轉換部50上部之光入射面側，且形成於像素區域整面。透明電極57係由相對於可見光區域之波長具有透光性之電極材料所形成，例如，可利用氧化銦錫(ITO，Indium Tin Oxide)膜、氧化銦鋅膜或氧化鋅鋁(AZO，Aluminum Zinc Oxide)膜等透明導電膜而構成。透明電極57係連接於接地電位，且以防止電洞儲存引起之充電之方式構成。
如此般，本實施形態於光電轉換部50之下層形成有包含n型半導體層之第1電荷儲存部52，且於光電轉換部50之上層形成有連接於接地電位之透明電極57。藉此，於光電轉換 部50中，對應於入射之光量而生成之信號電荷(電子)係移動至第1電荷儲存部52側，且與信號電荷之生成同時地產生之電洞係移動至透明電極57側。
圖19係表示於本實施形態之固體攝像裝置74中，模擬光傳輸之情況所得之結果的圖。此處，表示將厚度為0.3 μm之CuInGaS2 膜作為光電轉換部50設置於0.5 μm之基板12上之情形時，經由晶片上透鏡24使650 nm之波長之光入射時之結果。
如圖19所示，可知於本實施形態之固體攝像裝置74中，入射光由光電轉換部50吸收進行遮蔽，故未入射至基板12。於此情形時，若藉由加入光量監視器之模擬，而詳細預測到達基板12之下表面之光之比例，則可知僅1.8×10-3 %之光到達，幾乎所有光均被遮蔽。
[6-2製造方法]
繼而，對本實施形態之固體攝像裝置74之製造方法進行說明。此處，對使用含有CuAlGaInSSe系混晶之黃銅礦系之材料形成光電轉換部50從而形成固體攝像裝置74之例進行說明。又，於本實施形態中，表示使用主面為(100)面之矽基板，且使上述化合物半導體於上述主面上進行磊晶成長，形成光電轉換部50之情形。圖20A~圖21E係表示本實施形態之固體攝像裝置74之製造方法之步驟圖。
首先，於本實施形態中，準備n型之基板12，且藉由離子植入例如p型雜質而形成p型井區域13。其後，如圖20A所示，於基板12之表面側離子植入作為n型摻雜劑之V族原子 之P(磷)等，藉此，形成第2電荷儲存部25、浮動擴散部34、各像素電晶體之源極/汲極區域29、35。
其後，於第2電荷儲存部25之表面側，藉由高濃度地離子植入p型雜質而形成p型半導體層26。該等步驟可使用通常之CMOS型固體攝像裝置之製造製程而形成。
繼而，於基板12之表面側貼合含矽等之支撐基板(省略圖示)，且以基板12之背面側朝向上面之方式使基板12反轉。其後，如圖20B所示，一面利用CVD法於基板12之背面側摻雜n型雜質，一面使成為第1電荷儲存部52之n型半導體層54磊晶成長至達到所期望之厚度為止。
繼而，如圖20C所示，於經磊晶成長之n型半導體層54上部，形成形成像素分離部20之區域經開口之抗蝕劑層55。該抗蝕劑層55可使用通常之光微影技術而形成。繼而，經由抗蝕劑層55，以達到高於例如構成p型井區域13之雜質濃度之濃度之方式離子植入p型雜質，藉此，形成像素分離部20。構成像素分離部20之p型半導體層形成為可將第1電荷儲存部52於每一像素中進行分離之深度。
繼而，如圖20D所示，於第1電荷儲存部52上部，藉由使黃銅礦系之材料磊晶成長而形成光電轉換部50。於本實施形態中，作為使黃銅礦系之化合物半導體磊晶成長之方法，可使用例如分子束磊晶法(MBE：Molecular Beam Epitaxy)、有機金屬氣相沈積法(MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition)、液相磊晶法(LPE：Liquid Phase Epitaxy)。
然而，構成基板12之矽(Si)之晶格常數為51.45 nm，且CuAlGaInSSe系混晶含有與該晶格常數對應之材料，且可以與基板12晶格匹配之方式形成光電轉換部50。因此，例如，可將CuGa0.52 In0.48 S2 膜作為光電轉換部50於基板12上進行磊晶成長。
於利用MOCVD法形成光電轉換部50之情形時，在MOCVD裝置內，藉由利用氫使有機金屬原料起泡而達到飽和蒸汽壓狀態。藉此，於含矽之基板12上，可藉由將有機金屬原料熱分解後取入至結晶而產生結晶成長，從而形成光電轉換部50。此時，藉由於MOCVD裝置內控制流入各原料之氫流量，而決定每一單位時間輸送之原料之莫耳量比。該莫耳量比係與形成之結晶之組成比存在相關性，故可藉由控制該原料之每一單位時間中輸送之原料之莫耳量比，而控制進行磊晶成長之光電轉換部50之組成比。
於利用MOCVD法形成光電轉換部50之情形時，作為銅之有機金屬原料，可使用例如乙醯丙酮銅(II)(Cu(C5 H7 O2 )2 )。除此以外，亦可使用三乙基膦合環戊二烯基銅(h5-(C2 H5 )Cu：P(C2 H5 )3 )。又，作為鎵(Ga)之有機金屬原料，可使用例如三甲基鎵(Ga(CH3 )3 )。又，作為鋁(Al)之有機金屬原料，可使用例如三甲基鋁(Al(CH3 )3 )。又，銦(In)之有機金屬原料中，可使用例如三甲基銦(In(CH3 )3 )。又，硒(Se)之有機金屬原料中，可使用例如二甲基硒(Se(CH3 )2 )。又，硫(S)之有機金屬原料中，可使用例如二甲硫醚(S(CH3 )2 )。又，鋅(Zn)之有機金屬原料中，可使用例如二甲基鋅 (Zn(CH3 )2 )。
此處，並非必需將有機金屬原料規定於該等原料，若為有機金屬，則亦可同樣地用作MOCVD成長之原料。例如，亦可將三乙基鎵(Ga(C2 H5 )3 )、三乙基鋁(Al(C2 H5 )3 )、三乙基銦(In(C2 H5 )3 )、二乙基硒(Se(C2 H5 )2 )、二乙硫醚(S(C2 H5 )2 )及二乙基鋅(Zn(C2 H5 )2 )用作原料。進而，MOCVD成長之原料可並非為有機金屬，亦可為氣體系。例如，作為Se原料，亦可使用硒化氫(H2 Se)，或者，作為S原料，亦可使用硫化氫(H2 S)。
於利用MBE法形成光電轉換部50之情形時，在MBE裝置內，將用以構成光電轉換部50之各單體原料添加於處於高真空中內之各努特生池(Knudsen-Cell)內，加熱至適當之溫度。藉此產生分子束，且對基板12上進行照射，藉此，可形成所期望之結晶成長層。作為添加於努特生池內之單體原料，可使用鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、硒(Se)、硫(S)。此時，若為硫(S)之蒸汽壓尤其高之原料，會有分子束量欠缺穩定性之情形。於此情形時，亦可使用閥控裂解爐，使分子束量穩定化。進而，亦可如氣體源MBE般，將一部分原料作為氣體源。於此情形時，例如，作為Se原料，可使用硒化氫(H2 Se)，作為硫(S)原料，可使用硫化氫(H2 S)。
於利用MOCVD法或MBE法形成光電轉換部50之情形時，例如，與結晶成長一併地逐漸降低作為n型摻雜劑之Zn之濃度，藉此，可形成能帶於結晶成長之方向傾斜之光電轉換部50。藉由以此方式使光電轉換部50內之能帶傾斜， 而使由光電轉換部50生成之信號電荷向基板12側之移動變得容易。
而且，如此之光電轉換部50係以晶格匹配之方式形成於基板12上。於此情形時，可減少異質界面上產生之錯配位錯，而使光電轉換部50之結晶性變得良好。由此，由於結晶缺陷減少，故可抑制暗電流之產生，從而可防止白點造成之畫質之劣化。又，由於可實現高感度化，故即便於較暗之攝像環境(例如夜間)中，亦可實現高畫質之攝影。
此處，晶格失配可由|△a/a |(△a：光電轉換部之晶格常數與基板之常數之差、a：基板之晶格常數)表示，且於晶格匹配之情形時，△a/a=0。再者，於本實施形態中，「晶格匹配」之定義係包含利用結晶成長而形成之光電轉換部50之厚度為臨界膜厚以內之條件下接近晶格匹配之狀態者。即，只要為臨界膜厚以內，則即便晶格匹配不完全，亦可能成為不出現錯配位錯之結晶性良好之狀態。
又，「臨界膜厚」之定義係由「Matthew與Blakeslee之式」(J.W.Matthews and A.E.Blakeslee,J.Cryst.Growth 27(1974)118-125.)或「People與Bean之式」(R.People and J.C.Bean,Appl.Phys.Lett.47(1985)322-324.)規定。
以上述方式形成包含磊晶結晶之光電轉換部50之後，如圖21E所示，於光電轉換部50上部形成已將所要形成光電轉換部側像素分離部51之區域開口之抗蝕劑層56。繼而，經由上述抗蝕劑層56離子植入作為p型摻雜劑之Ga、In、As或P，藉此形成依每一像素將光電轉換部50分離之光電轉換 部側像素分離部51。其後，於例如400℃以上進行退火處理，藉此使各半導體層活化。
其後，以與圖5F相同之方式，於基板12之表面側形成各像素電晶體，且於基板12之背面側形成障壁層68、透明電極57、彩色濾光片層23及晶片上透鏡24，藉此，完成本實施形態之固體攝像裝置74。
然而，本實施形態係對使用主面為(100)面之矽基板，使化合物半導體於上述主面上進行磊晶成長而形成光電轉換部之情形進行了說明。即，本實施形態係對使用{100}基板之情形進行了說明。然而，本揭示並不限定於此。
於在不具有離子性之無極性之矽基板上，作為離子性元素之材料，使上述化合物半導體磊晶成長之情形時，有產生稱為反相晶域之缺陷之情形。即，陽離子與陰離子局部地反相成長，從而產生反相晶域。
因此，亦可使用偏移基板，作為矽基板。可藉由於偏移基板上進行磊晶成長，而抑制反相晶域之產生。例如，藉由使用使含矽之{100}基板之面方向在<011>方向上偏移之偏移基板，而使產生反相晶域之區域與結晶成長一併地自我消失，因此，可提昇結晶性。作為偏移基板，可使用例如傾斜角度為1~10度之基板。
[6-3驅動方法]
亦於本實施形態之固體攝像裝置74中，在各像素中構成有與圖3相同之等效電路，且使各像素電晶體以與圖6相同之時序進行動作。本實施形態之固體攝像裝置74係使入射 之光於光電轉換部50中進行光電轉換，且於此產生之信號電荷(電子)移動至第1電荷儲存部52，且主要儲存於第1電荷儲存部52。又，由光電轉換部50生成之電洞係移動至透明電極57。
而且，於曝光期間內，第1電荷儲存部52及光電轉換部50中儲存之信號電荷係藉由將第1轉移電晶體Tr1接通而全像素同時地轉移至第2電荷儲存部25。儲存於第2電荷儲存部25之信號電荷係以每列之時序讀出至浮動擴散部34，且將對應之像素信號排出至垂直信號線9。
於本實施形態中，由於光電轉換部50積層於基板12而形成，故無需於基板12設置光電轉換部50，便可實現像素面積之縮小化。進而，形成於基板12之背面側之第1電荷儲存部52與形成於基板12之表面側之各像素電晶體係於基板12之深度方向上積層地形成。因此，可進一步實現像素之小型化。又，於本實施形態中，由於遍及像素區域3之整面而形成之光電轉換部50構成為兼作遮光膜，故入射光不會到達基板12，從而抑制雜訊之產生。
除此以外，本實施形態可獲得與第1實施形態相同之效果。
然而，於如本實施形態般，於基板12上形成光電轉換部50之情形時，為了使由光電轉換部50生成之信號電荷容易自光電轉換部50側移動至基板12側，亦可設置使電位障壁變小之類的中間層。以下，作為變形例，對形成中間層之例進行說明。
[6-4變形例1]
圖22係本實施形態之變形例1之固體攝像裝置76之主要部分之剖面構成圖。於圖22中，對與圖14相對應之部分標註同一符號，並省略重複說明。
於變形例1中，如圖22所示，於基板12與光電轉換部50之間形成有中間層60。該中間層60可利用其電子親和力成為基板12之電子親和力與光電轉換部50之電子親和力之間般之材料而形成。例如，最佳為，以中間層60之電子親和力成為矽基板12之電子親和力與光電轉換部50之電子親和力之間之正中間之電子親和力之方式形成。
具體而言，中間層60可利用CuGa0.64 In0.36 S2 而構成，且其膜厚可設為5 nm。中間層60為臨界膜厚以內即可。例如，於利用CuGa0.64 In0.36 S2 構成中間層60之情形時，成為與基板12之晶格失配△a/a=5.12×10-3 。此時，若為膜厚5 nm，則小於由上述之「Matthew與Blakeslee之式」或「People與Bean之式」規定之臨界膜厚。
除此以外，於光電轉換部50包含p型半導體之情形時，中間層60可利用n型半導體而構成。尤其，於利用p型黃銅礦層構成光電轉換部50之情形時，中間層60較佳為利用II-VI族半導體而構成(參照參考文獻1~3)。
參考文獻1：Takeshi Yagioka and Tokio Nakada, Apllied Physics Express 2(2009)072201
參考文獻2：S.P. Grindle, A.H. Clark, S. Rezaie-Serej, E. Falconer, and J. McNeily, and L.L. Kazmerski, J.Appl Phys. 51(10). (1980)5464
參考文獻3：T. Makada, N. Okano, Y. Tanaka, H. Fukuda, and A. Kunioka, First WCOEC; Dec. 5-9, 1994; Hawaii
於此情形時，亦可於構成光電轉換部50之p型黃銅礦層與含矽之基板12之界面夾著ZnS層、CdS層或ZnO層作為中間層60。又，於光電轉換部50包含n型半導體層之情形時，中間層60可利用p型半導體層而構成。
[6-5變形例2]
圖23係變形例1之固體攝像裝置77之主要部分之剖面構成圖。於圖23中，對與圖14相對應之部分標註同一符號，並省略重複說明。
於變形例2中，如圖23所示，於光電轉換部50與透明電極57之間形成有中間層60。又，變形例2係基板12內之各半導體層之導電型與變形例1相反地構成，且使用電洞(hole)作為信號電荷之例。亦於變形例2中，可使用ZnS層、CdS層、ZnO層，作為中間層60。
於如此之構成中，於利用p型黃銅礦層構成光電轉換部50，且利用n型半導體層構成中間層60之情形時，可於光電轉換部50與中間層之界面產生pn接面。即便以此方式，將pn接面設置於基板12與光電轉換部50之界面以外，亦不存在問題。
<7.第7實施形態：於光電轉換部之上層設置p型半導體層之例>
繼而，對本揭示之第7實施形態之固體攝像裝置進行說 明。本實施形態之固體攝像裝置之整體構成係與圖1相同，故省略圖示，並省略重複說明。圖24係本實施形態之固體攝像裝置75之主要部分之剖面構成圖。本實施形態之固體攝像裝置75係於第6實施形態之固體攝像裝置74中，在光電轉換部50之透明電極57側形成高濃度之p型半導體層58之例。於圖24中，對與圖14相對應之部分標註同一符號，並省略重複說明。再者，於圖24中，利用電路圖表示構成各像素之像素電晶體之一部分。
[7-1主要部分之構成]
本實施形態之固體攝像裝置75係如圖24所示，於光電轉換部50之光入射側形成有高濃度之p型半導體層58。於本實施形態中，光電轉換部50及p型半導體層58係由黃銅礦系材料或矽化物系材料形成。此處，p型半導體層58具有較高之雜質濃度，以使光電轉換部50中產生之電洞進入至p型半導體層58後，橫向(沿著光電轉換部50之膜面之方向)地進行流動。
本實施形態之固體攝像裝置75係於光電轉換部50中，在入射光入射之側之面上形成有高濃度之p型半導體層58，故暗電流之產生受到抑制。又，形成於光電轉換部50上之p型半導體層58係以於各像素間，經由構成光電轉換部側像素分離部51之p型半導體層而連結之方式形成。因此，由光電轉換部50生成之信號電荷(電子)可流入基板12側，電洞可自光電轉換部移動至p型半導體層58，且於光電轉換部50上橫向地移動。
因此，本實施形態係以於光電轉換部50上部設置透明電 極57為例，但透明電極57並非必需設置於光電轉換部50上部。再者，如本實施形態般，因形成p型半導體層58且形成透明電極57，電子及電洞之移動之控制變得容易。
[7-2製造方法]
繼而，對本實施形態之固體攝像裝置75之製造方法進行說明。此處，對使用含有CuAlGaInSSe系混晶之黃銅礦系之材料，形成光電轉換部50，製作固體攝像裝置75之例進行說明。圖25A~圖25C係表示本實施形態之固體攝像裝置75之製造方法之步驟圖。
首先，以與圖20A~圖20C所示之方法相同之方式，於基板12形成所期望之半導體層。其後，如圖25A所示，於基板12之形成有第1電荷儲存部52之背面側上部，僅於形成有光電轉換部側像素分離部51之部分選擇性地形成絕緣膜59。即，以將相鄰之像素之間進行劃分之方式，形成絕緣膜59。
絕緣膜59可利用例如氧化矽膜、氮化矽膜而構成。於本實施形態中，光電轉換部側像素分離部51形成在與形成於基板12側之像素分離部20相同之位置上，故在形成於基板12側之像素分離部20上部，形成絕緣膜59。
該絕緣膜59可藉由於基板12之背面側整面形成例如氧化矽膜之後，使用光微影技術進行圖案加工而形成，且其膜厚設為例如50~100 nm。
繼而，於基板12之背面側利用MOCVD法、MBE法等，使上述化合物半導體磊晶成長，藉此，如圖25B所示，形成光電轉換部50。於本實施形態中，由於在基板12之背面側形 成有將像素間劃分之絕緣膜59，故基板12之背面側係於未形成絕緣膜59之基板12之露出部分，光電轉換部50選擇性地結晶成長。此處，以膜厚厚於絕緣膜59之膜厚之方式，形成光電轉換部50。藉此，光電轉換部50以與各像素相對應之方式形成，且於相鄰之光電轉換部50間設置溝槽。
繼而，於基板12之背面側，使黃銅礦結構之化合物半導體側向成長，藉此，如圖25C所示，形成光電轉換部側像素分離部51及p型半導體層58。具體而言，於較多地含有Ga、In、As、P等p型雜質之條件下，使黃銅礦結構之化合物半導體側向成長。藉此，於相鄰之光電轉換部50之間之溝槽嵌入p型化合物半導體，並且於光電轉換部50上部形成高濃度之p型半導體層58。
此處，於圖24所示之剖面構成圖中，省略光電轉換部50之選擇成長時使用之絕緣膜59之圖示。又，於MOCVD法及MBE法中，藉由結晶成長時之壓力控制，而對側向成長或選擇成長進行控制。
於本實施形態中，例如，光電轉換部側像素分離部51及p型半導體層58之雜質濃度係以達到1×1017 ~1×1019 cm-3 之方式形成。以此方式，形成在每一像素中分離光電轉換部50之光電轉換部側像素分離部51及光電轉換部50之光入射側之p型半導體層58。
其後，藉由與第1實施形態相同之步驟，完成本實施形態之固體攝像裝置75。
於本實施形態中，由於藉由側向成長而形成光電轉換部 側像素分離部51或p型半導體層58，故與利用離子植入或退火等製程而形成之情形相比，不存在離子植入時之損傷或退火時之對配線層之不良影響等。藉此，可減少製造步驟中之損傷。
再者，本實施形態係以利用p型半導體層構成光電轉換部側像素分離部51為例，但亦可利用不含p型雜質之半導體而形成。於該情形時，光電轉換部側像素分離部51可利用能帶隙較寬之黃銅礦系之化合物半導體形成。藉由以光電轉換部50與光電轉換部側像素分離部51之能帶隙差達到kT=27 meV以上之方式，形成光電轉換部側像素分離部51，而於像素間形成電位障壁，因此，可將像素間電性分離。
於利用能帶隙差進行像素分離之情形時，光電轉換部側像素分離部51於圖25C之步驟中，在不含p型雜質之條件下，使黃銅礦系之化合物半導體側向成長。具體而言，例如，以銅-鋁-鎵-銦-硫-硒之組成比達到1.0：0.36：0.64：0：1.28：0.72或1.0：0.24：0.23：0.53：2.0：0之方式，形成光電轉換部側像素分離部51。
其後，於較多地含有Ga、In、As、P等雜質之條件下使黃銅礦系之化合物半導體結晶成長，藉此，形成p型半導體層58。即便以如上方式，使光電轉換部側像素分離部51成為不含p型雜質之構成，亦可實現像素間之分離。
上述固體攝像裝置75之製造方法係表示使用側向成長，形成光電轉換部側像素分離部51及p型半導體層58之例，但製作本實施形態之固體攝像裝置75之方法並不限定於此。 例如，亦可如圖21E所示，形成光電轉換部側像素分離部51之後，於光電轉換部50之光入射面側離子植入p型雜質，藉此，形成p型半導體層58。
<8.第8實施形態：於基板上介隔電極層積層光電轉換部之例>
繼而，對本揭示之第8實施形態之固體攝像裝置進行說明。本實施形態之固體攝像裝置之整體構成係與圖1相同，故省略圖示，並省略重複說明。圖26係本實施形態之固體攝像裝置78之主要部分之剖面構成圖。本實施形態之固體攝像裝置78係於第6實施形態之固體攝像裝置74中，使光電轉換部中生成之信號電荷經由電極移動至基板之例。於圖26中，對與圖14相對應之部分標註同一符號，並省略重複說明。再者，於圖26中，利用電路圖表示構成各像素之像素電晶體之一部分。
於本實施形態中，於基板12之背面側形成有電極層62，且於上述電極層62上部積層有光電轉換部61、透明電極57、彩色濾光片層23、晶片上透鏡24。
電極層62係包含介隔絕緣層66積層於光之入射方向上之2層電極63，且2層電極63藉由接觸部64而電性連接。該等電極63係分離地形成於每一像素，且以上層之電極63與光電轉換部61相接，下層之電極63與基板12之背面相接之方式形成。作為構成電極63之材料，可列舉例如Al、Cu、W等。
又，於本實施形態中，光電轉換部61由具有遮光性之有 機材料形成。光電轉換部61既可利用吸收可見光之所有波長之光之有機材料形成，且全像素共通地形成，亦可利用每一像素吸收不同波長之光之有機材料形成。又，如上所述，由於在有機材料內部電子之遷移率較低，故於含有有機材料之光電轉換部61內生成之電子朝向橫向之遷移率較低。因此，於像素間亦可不設置分離部。
於本實施形態之固體攝像裝置78中，由光電轉換部61生成之信號電荷(電子)經由電極63移動至第1電荷儲存部52，且由光電轉換部61生成之電洞直接移動至透明電極57側。而且，儲存於第1電荷儲存部52之信號電荷以與第1實施形態相同之方式讀出。
本實施形態係構成為光電轉換部61兼作遮光膜，但並不限定於此。例如，亦可以將光電轉換部61與電極63組合，遮蔽入射至第1電荷儲存部52之光之方式構成。於本實施形態之固體攝像裝置78中，亦可獲得與第1實施形態相同之效果。
又，本實施形態係利用有機材料形成光電轉換部61，但亦可形成含有黃銅礦或矽化物化合物等無機材料之光電轉換部。於此情形時，將含有無機材料之光電轉換部貼合於電極63上。然而，於將含有無機材料之光電轉換部貼合於電極63上部之情形時，存在其後必需進行熱退火等之情形。除此以外，亦可採用使用蒸鍍等，於電極63上部形成含有無機材料之光電轉換部之方法。
<9.第9實施形態：於表面照射型之固體攝像裝置中，在 基板上介隔電極層積層光電轉換部之例>
繼而，對本揭示之第9實施形態之固體攝像裝置進行說明。本實施形態之固體攝像裝置之整體構成係與圖1相同，故省略圖示，並省略重複說明。圖27係本實施形態之固體攝像裝置79之主要部分之剖面構成圖。本實施形態之固體攝像裝置79係將第8實施形態之固體攝像裝置78中之構成應用於表面照射型之例。於圖27中，對與圖26相對應之部分標註同一符號，並省略重複說明。
於本實施形態中，將形成有各像素電晶體之基板12之表面側設為光入射面，且於上述基板12之表面側依序積層電極層62、光電轉換部61、透明電極57、彩色濾光片層23及晶片上透鏡24。又，於本實施形態中，形成有自基板12之表面側沿深度方向形成之包含n型半導體層之轉移路徑67，且該轉移路徑67連接於形成在基板12之背面側之第1電荷儲存部18。而且，第1電荷儲存部18與各像素電晶體係積層地形成於基板12之深度方向上。
即，於本實施形態之固體攝像裝置79中，將第2實施形態之固體攝像裝置71之構成「光電轉換部17」之n型半導體層14設為構成「轉移路徑67」之n型半導體層14。而且，亦於本實施形態中，構成第1電荷儲存部18之n型半導體層之雜質濃度亦高於構成轉移路徑67之n型半導體層14之雜質濃度。藉此，形成電子自轉移路徑67移動至第1電荷儲存部18側般之電位梯度。
於本實施形態中，於轉移路徑67上部以相接之方式形成 電極層62之下層之電極63，且上層之電極63形成為與光電轉換部61相接。光電轉換部61係由每一像素中吸收不同波長之光之有機材料所形成。於本實施形態中，於透過紅色波長之彩色濾光片層(R)23之下部，形成有吸收紅色波長之光之光電轉換部(R)61。又，於透過綠色波長之光透過之彩色濾光片層(G)23之下部，形成有吸收綠色波長之光之光電轉換部(G)61。又，雖省略圖示，但於透過藍色波長之光之彩色濾光片層(B)23之下部，形成有吸收藍色波長之光之光電轉換部(B)61。
本實施形態係於彩色濾光片層23僅特定波長之光透過，而吸收其他波長之光。繼而，上述透過之光係由相應之光電轉換部61吸收。因此，藉由各光電轉換部61與形成於其上部之彩色濾光片層23之組合，而將朝向基板12側之入射光遮蔽。藉此，入射至基板12側之光受到抑制，從而實現雜訊之降低。除此以外，亦於本實施形態中，可獲得與第1及第2實施形態之固體攝像裝置相同之效果。
<10.第10實施形態：於基板上積層3層光電轉換膜之例>
繼而，對本揭示之第10實施形態之固體攝像裝置進行說明。本實施形態之固體攝像裝置之整體構成係與圖1相同，故省略圖示，並省略重複說明。圖28係本實施形態之固體攝像裝置80之主要部分之剖面構成圖。本實施形態之固體攝像裝置80係光電轉換部之構成與第9實施形態之固體攝像裝置79不同之例。於圖28中，對與圖27對應之部分標註同一符號，並省略重複說明。
於本實施形態中，光電轉換部65構成為將吸收紅色波長之光之紅色光電轉換膜65R、吸收綠色波長之光之綠色光電轉換膜65G、及吸收藍色波長之光之藍色光電轉換膜65B於光入射方向上積層3層。
於本實施形態中，於光電轉換部65之上方，介隔透明電極57設置有彩色濾光片層23。因此，紅色光電轉換膜65R、綠色光電轉換膜65G及藍色光電轉換膜65B接收透過該彩色濾光片層23之光。例如，於彩色濾光片層23中，紅色光電轉換膜65R接收透過紅色濾光片層之紅色光，進行光電轉換。又，於彩色濾光片層23中，綠色光電轉換膜65G接收透過綠色濾光片層之綠色光，進行光電轉換。又，於彩色濾光片層23中，藍色光電轉換膜65B接收透過藍色濾光片層之藍色光，進行光電轉換。
於上述中，紅色光電轉換膜65R、綠色光電轉換膜65G、及藍色光電轉換膜65B之各者係與第9實施形態同樣地，由例如有機材料形成。除此以外，亦可使用黃銅礦系材料等無機材料。而且，藉由該經積層之複數個光電轉換膜65B、65G、65R之組合，而將向基板12入射之入射光遮蔽。
於本實施形態中，由於利用複數個光電轉換膜65B、65G、65R將向基板12入射之入射光遮蔽，故與其他實施形態同樣地可實現像素之小型化，且可防止雜訊之產生，提昇攝像圖像之圖像品質。又，於本實施形態中，由於無需在每一像素分開地製作光電轉換部65，故可實現製造步驟之削減。除此以外，於本實施形態中，可獲得與第1實施形 態相同之效果。
以上，對第1~第10實施形態之固體攝像裝置進行了說明，但亦可適當組合各者而構成。又，於上述實施形態(除第6實施形態之變形例2以外)中，對將電子作為信號電荷讀出之構成進行了說明，但並不限定於此。亦可以將「電洞」作為信號電荷讀出之方式構成。於此情形時，相反地構成各實施形態中所示之各部分之導電型，且利用p通道型MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)電晶體構成各像素電晶體，藉此，可將「電洞」作為信號電荷讀出。
又，上述實施形態係以於第1導電型(例如n型)之矽基板上，形成第2導電型(例如p型)之井，且於上述井形成第1導電型(例如n型)之雜質區域之方式構成，但本揭示並不限定於此。例如，亦可於第2導電型(例如p型)之矽基板上，形成第1導電型(例如n型)之雜質區域。
又，本揭示並不限定於對偵測可見光之入射光量之分佈作為圖像進行攝像之固體攝像裝置之應用，亦可應用於將紅外線或X射線、或者粒子等之入射量之分佈作為圖像進行攝像之固體攝像裝置。又，作為廣義之意義，本揭示可應用於偵測壓力或靜電電容等其他物理量之分佈作為圖像進行攝像之指紋檢測感測器等之所有固體攝像裝置(物理量分佈偵測裝置)。
進而，本揭示並不限定於以列為單位依序掃描像素部之各單位像素，且自各單位像素讀出像素信號之固體攝像裝 置。亦可應用於以像素為單位選擇任意像素，且自該選擇像素以像素為單位讀出信號之X-Y位址型之固體攝像裝置。再者，固體攝像裝置既可為以單晶片形成之形態，亦可為將像素部與信號處理部或光學系統聚集地封裝而成之具有攝像功能之模組狀之形態。
又，本揭示並不限定於對固體攝像裝置之應用，亦可應用於攝像裝置。此處，所謂攝像裝置係指數位靜態相機或數位視訊攝影機等相機系統、或行動電話等具有攝像功能之電子機器。
<11.第11實施形態：電子機器>
繼而，對本揭示之第11實施形態之電子機器進行說明。圖29係本揭示之第11實施形態之電子機器200之概略構成圖。本實施形態係表示將上述本揭示之第1實施形態中之固體攝像裝置1用於電子機器(數位視訊攝影機)之情形時之實施形態。
本實施形態之電子機器200係包含固體攝像裝置1、光學透鏡210、快門裝置211、驅動電路212、及信號處理電路213。
光學透鏡210係使來自被攝體之像光(入射光)於固體攝像裝置1之攝像面上成像。藉此，於固體攝像裝置1內以固定期間儲存信號電荷。快門裝置211係控制對固體攝像裝置1之光照射期間及遮光期間。驅動電路212係供給固體攝像裝置1中控制信號電荷之轉移動作及快門裝置211之快門動作之驅動信號。藉由自驅動電路212供給之驅動信號(時序 信號)，而進行固體攝像裝置1之信號轉移。信號處理電路213係進行各種信號處理。經信號處理之影像信號係記憶於記憶體等記憶媒體，或者輸出至監視器。
本實施形態之電子機器200係於固體攝像裝置1中實現像素面積之縮小，故可實現電子機器200之小型化。又，可實現畫質之提昇。
作為可應用固體攝像裝置1之電子機器200，並不限定於數位視訊攝影機，亦可應用於適於數位靜態相機、進而行動電話等移動機器之相機模組等的攝像裝置。
於本實施形態中，構成為將第1實施形態之固體攝像裝置1用於電子機器之構成，但亦可使用上述第2~第10實施形態中製造之固體攝像裝置。
再者，本揭示亦可採取如下所述之構成。
(1)
一種固體攝像裝置，其包含：基板；光電轉換部，其生成與光量相應之信號電荷；浮動擴散部，其形成於上述基板，且將上述信號電荷轉換成電壓；第1電荷儲存部，其形成於上述基板，且儲存由上述光電轉換部生成之信號電荷；第2電荷儲存部，其於上述基板之厚度方向上形成於上述第1電荷儲存部之上部，且與上述第1電荷儲存部電性分離地形成； 垂直式第1轉移電晶體，其包含自形成有上述第2電荷儲存部之側之基板表面嵌入至上述基板直至到達上述第1電荷儲存部之深度而形成之第1轉移閘極電極；及第2轉移電晶體，其將儲存於上述第2電荷儲存部之信號電荷轉移至上述浮動擴散部。
(2)
如(1)之固體攝像裝置，其中於上述基板之光入射側，形成有至少將上述第2電荷儲存部及上述浮動擴散部遮光之遮光膜。
(3)
如(1)或(2)之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部係積層形成於上述基板之光入射側。
(4)
如(1)至(3)中任一項之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部係兼作遮光膜。
(5)
如(1)至(4)中任一項之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部含有黃銅礦系化合物。
(6)
如(1)至(5)中任一項之固體攝像裝置，其包含依每一像素分離上述光電轉換部之像素分離部，且上述像素分離部係由以於鄰接之光電轉換部間形成電位障壁之方式，實施雜質之濃度控制或組成控制之化合物半導體而形成。
(7)
如(1)至(6)中任一項之固體攝像裝置，其包含將上述光電轉換部及第1電荷儲存部重置之重置電晶體，且上述重置電晶體包含垂直式重置電晶體，該垂直式重置電晶體包含自上述基板表面嵌入至上述基板直至到達上述第1電荷儲存部之深度而形成之重置閘極電極。
(8)
如(1)至(4)中任一項之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部含有矽化物系化合物。
(9)
如(1)至(4)中任一項之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部包含有機材料。
(10)
如(1)至(9)中任一項之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部與上述基板係經由電極而連接，且藉由上述光電轉換部與上述電極而將上述基板遮光。
(11)
如(1)至(8)中任一項之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部係以晶格匹配之方式形成於上述基板。
(12)
如(1)至(5)中任一項之固體攝像裝置，其中於上述光電轉換部之光入射側或上述基板側形成有中間層。
(13)
如(12)之固體攝像裝置，其中上述中間層係以電子親和 力成為上述基板之電子親和力與上述光電轉換部之電子親和力之間之方式構成。
(14)
如(12)之固體攝像裝置，其中上述中間層包含導電型與上述光電轉換部相反之材料。
(15)
如(1)至(3)中任一項之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部包含含有形成於上述基板內之pn接面之光電二極體。
(16)
如(15)之固體攝像裝置，其中由上述光電轉換部生成之信號電荷係藉由因上述光電轉換部與上述第1電荷儲存部之雜質濃度而產生之電位梯度，而移動至上述第1電荷儲存部側。
(17)
如(15)之固體攝像裝置，其包含形成於形成有上述第1電荷儲存部之區域之上述基板上部之轉移電極，且藉由上述轉移電極施加電壓，而使由上述光電轉換部生成之信號電荷移動至上述第1電荷儲存部側。
(18)
如(15)至(17)中任一項之固體攝像裝置，其包含將上述光電轉換部及第1電荷儲存部重置之重置電晶體，且上述重置電晶體包含垂直式重置電晶體，該垂直式重置電晶體包含自上述基板表面嵌入至上述基板直至到達上述第1電荷儲存部之深度而形成之重置閘極電極。
(19)
如(1)至(18)中任一項之固體攝像裝置，其包含複數個包含上述光電轉換部、上述浮動擴散部、上述第1電荷儲存部、上述第2電荷儲存部、上述第1轉移電晶體及上述第2轉移電晶體之像素，且該複數個像素以二維陣列狀排列，且儲存於上述第1電荷儲存部之信號電荷係全像素同時地轉移至上述第2電荷儲存部，保持於上述第2電荷儲存部之信號電荷係逐列地轉移至上述浮動擴散部。
(20)
一種固體攝像裝置之驅動方法，該固體攝像裝置具備以二維陣列狀排列有像素之像素區域，該像素包含：光電轉換部，其生成與光量相對應之信號電荷；浮動擴散部，其形成於基板，且將上述信號電荷轉換成電壓；第1電荷儲存部，其形成於上述基板，且儲存由上述光電轉換部生成之信號電荷；第2電荷儲存部，其於上述基板之厚度方向上，形成在上述第1電荷儲存部之上部，且與上述第1電荷儲存部電性分離地形成；垂直式第1轉移電晶體，其包含自形成有上述第2電荷儲存部之側之基板表面嵌入至上述基板直至到達上述第1電荷儲存部之深度而形成之第1轉移閘極電極；及第2轉移電晶體，其將儲存於上述第2電荷儲存部之信號電荷轉移至上述浮動擴散部；且該驅動方法係於上述固體攝像裝置中，藉由將上述第1轉移電晶體接通，而將儲存於上述第1電 荷儲存部及光電轉換部之信號電荷全像素同時地轉移至上述第2電荷儲存部，且藉由將上述第2轉移電晶體接通，而將保持於上述第2電荷儲存部之信號電荷逐列讀出。
(21)
一種電子機器，其包含：光學透鏡；固體攝像裝置，其受到由上述光學透鏡聚光之光入射，且包含：基板；光電轉換部，其生成與光量相對應之信號電荷；浮動擴散部，其形成於上述基板，且將上述信號電荷轉換成電壓；第1電荷儲存部，其形成於基板，且儲存由上述光電轉換部生成之信號電荷；第2電荷儲存部，其於上述基板之厚度方向上，形成在上述第1電荷儲存部之上部，且與上述第1電荷儲存部電性分離地形成；垂直式第1轉移電晶體，其包含自形成有上述第2電荷儲存部之側之基板表面嵌入至上述基板直至到達上述第1電荷儲存部之深度而形成之第1轉移閘極電極；及第2轉移電晶體，其將儲存於上述第2電荷儲存部之信號電荷轉移至上述浮動擴散部；以及信號處理電路，其對自上述固體攝像裝置輸出之輸出信號進行處理。
1‧‧‧固體攝像裝置
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‧‧‧垂直信號線
10‧‧‧水平信號線
11‧‧‧基板
12‧‧‧基板
13‧‧‧井區域
14‧‧‧n型半導體層
15‧‧‧p型半導體層
16‧‧‧p型半導體層
17‧‧‧光電轉換部
18‧‧‧第1電荷儲存部
19‧‧‧p型半導體層
20‧‧‧像素分離部
21‧‧‧絕緣膜
22‧‧‧遮光膜
23‧‧‧彩色濾光片層
24‧‧‧晶片上透鏡
25‧‧‧第2電荷儲存部
26‧‧‧p型半導體層
27‧‧‧第1轉移閘極電極
28‧‧‧閘極絕緣膜
29‧‧‧源極/汲極區域
30‧‧‧第2重置閘極電極
31‧‧‧n型半導體層
32‧‧‧第2轉移閘極電極
33‧‧‧第1重置閘極電極
34‧‧‧浮動擴散部
35‧‧‧源極/汲極區域
Tr1‧‧‧第1轉移電晶體
Tr2‧‧‧第2轉移電晶體
Tr3‧‧‧第1重置電晶體
Tr4‧‧‧第2重置電晶體
Tr5‧‧‧放大電晶體
Tr6‧‧‧選擇電晶體
Vdd‧‧‧電源電壓
圖1係表示本揭示之第1實施形態之CMOS型之固體攝像裝置之整體的概略構成圖。
圖2係第1實施形態之固體攝像裝置之像素區域中之概略 剖面構成。
圖3係第1實施形態之固體攝像裝置之像素之等效電路圖。
圖4之A~D係表示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之步驟圖(其一)。
圖5之E、F係表示第1實施形態之固體攝像裝置之製造方法之步驟圖(其二)。
圖6係表示第1實施形態之固體攝像裝置之驅動方法之時序圖。
圖7之A~C係表示變形例之固體攝像裝置之製造方法之步驟圖。
圖8係本揭示之第2實施形態之固體攝像裝置之主要部分之剖面構成圖。
圖9係第2實施形態之固體攝像裝置之像素之等效電路圖。
圖10係表示第2實施形態之固體攝像裝置之驅動方法之時序圖。
圖11係本揭示之第3實施形態之固體攝像裝置之主要部分之剖面構成圖。
圖12係本揭示之第4實施形態之固體攝像裝置之主要部分之剖面構成圖。
圖13係本揭示之第5實施形態之固體攝像裝置之主要部分之剖面構成圖。
圖14係本揭示之第6實施形態之固體攝像裝置之主要部分之剖面構成圖。
圖15係表示多種半導體材料中之光子能與光吸收係數之關係之圖。
圖16係對於黃銅礦材料，表示晶格常數與能帶隙之關係之圖(其一)。
圖17係對於黃銅礦材料，表示晶格常數與能帶隙之關係之圖(其二)。
圖18係表示多種矽化物系材料中之光子能與消光係數k之關係之圖。
圖19係表示模擬第6實施形態之固體攝像裝置中光進行傳輸之情況所得之結果的圖。
圖20之A~D係表示第6實施形態之固體攝像裝置之製造方法之步驟圖(其一)。
圖21E係表示第6實施形態之固體攝像裝置之製造方法之步驟圖(其二)。
圖22係第6實施形態之變形例1之固體攝像裝置之主要部分之剖面構成圖。
圖23係第6實施形態之變形例2之固體攝像裝置之主要部分之剖面構成圖。
圖24係本揭示之第7實施形態之固體攝像裝置之主要部分之剖面構成圖。
圖25之A~C係表示第7實施形態之固體攝像裝置之製造方法之步驟圖。
圖26係本揭示之第8實施形態之固體攝像裝置之主要部分之剖面構成圖。
圖27係本揭示之第9實施形態之固體攝像裝置之主要部分之剖面構成圖。
圖28係本揭示之第10實施形態之固體攝像裝置之主要部分之剖面構成圖。
圖29係本揭示之第11實施形態之電子機器之概略構成圖。
1‧‧‧固體攝像裝置
9‧‧‧垂直信號線
12‧‧‧基板
13‧‧‧井區域
14‧‧‧n型半導體層
15‧‧‧p型半導體層
16‧‧‧p型半導體層
17‧‧‧光電轉換部
18‧‧‧第1電荷儲存部
19‧‧‧p型半導體層
20‧‧‧像素分離部
21‧‧‧絕緣膜
22‧‧‧遮光膜
23‧‧‧彩色濾光片層
24‧‧‧晶片上透鏡
25‧‧‧第2電荷儲存部
26‧‧‧p型半導體層
27‧‧‧第1轉移閘極電極
28‧‧‧閘極絕緣膜
29‧‧‧源極/汲極區域
30‧‧‧第2重置閘極電極
32‧‧‧第2轉移閘極電極
33‧‧‧第1重置閘極電極
34‧‧‧浮動擴散部
35‧‧‧源極/汲極區域
Tr1‧‧‧第1轉移電晶體
Tr2‧‧‧第2轉移電晶體
Tr3‧‧‧第1重置電晶體
Tr4‧‧‧第2重置電晶體
Tr5‧‧‧放大電晶體
Tr6‧‧‧選擇電晶體
Vdd‧‧‧電源電壓

Claims (20)

  1. 一種固體攝像裝置，其包含：基板；光電轉換部，其生成與光量相對應之信號電荷；浮動擴散部，其形成於上述基板，且將上述信號電荷轉換成電壓；第1電荷儲存部，其形成於上述基板，儲存由上述光電轉換部生成之信號電荷；第2電荷儲存部，其於上述基板之厚度方向上形成在上述第1電荷儲存部之上部，且與上述第1電荷儲存部電性分離地形成；垂直式第1轉移電晶體，其包含自形成有上述第2電荷儲存部之側之基板表面嵌入至上述基板直至到達上述第1電荷儲存部之深度而形成之第1轉移閘極電極；及第2轉移電晶體，其將儲存於上述第2電荷儲存部之信號電荷轉移至上述浮動擴散部。
  2. 如請求項1之固體攝像裝置，其中於上述基板之光入射側，形成有至少將上述第2電荷儲存部及上述浮動擴散部遮光之遮光膜。
  3. 如請求項2之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部係積層形成於上述基板之光入射側。
  4. 如請求項3之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部係兼作遮光膜。
  5. 如請求項4之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部含有黃 銅礦系化合物。
  6. 如請求項5之固體攝像裝置，其包含依每一像素分離上述光電轉換部之像素分離部，且上述像素分離部係由以於鄰接之光電轉換部間形成電位障壁之方式實施雜質之濃度控制或組成控制之化合物半導體而形成。
  7. 如請求項6之固體攝像裝置，其包含將上述光電轉換部及第1電荷儲存部進行重置之重置電晶體，且上述重置電晶體包含垂直式重置電晶體，該垂直式重置電晶體包含自上述基板表面嵌入至上述基板直至到達上述第1電荷儲存部之深度而形成之重置閘極電極。
  8. 如請求項1之固體攝像裝置，其包含複數個包括上述光電轉換部、上述浮動擴散部、上述第1電荷儲存部、上述第2電荷儲存部、上述第1轉移電晶體及上述第2轉移電晶體之像素，且該複數個像素以二維陣列狀排列，儲存於上述第1電荷儲存部之信號電荷係全像素同時地轉移至上述第2電荷儲存部，保持於上述第2電荷儲存部之信號電荷係逐列地轉移至上述浮動擴散部。
  9. 如請求項5之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部含有矽化物系化合物。
  10. 如請求項5之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部含有有機材料。
  11. 如請求項10之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部與上 述基板係介隔電極而連接，且藉由上述光電轉換部與上述電極而將上述基板遮光。
  12. 如請求項6之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部係以晶格匹配之方式形成於上述基板。
  13. 如請求項6之固體攝像裝置，其中於上述光電轉換部之光入射側或上述基板側形成有中間層。
  14. 如請求項13之固體攝像裝置，其中上述中間層係以電子親和力成為上述基板之電子親和力與上述光電轉換部之電子親和力之間之方式構成。
  15. 如請求項13之固體攝像裝置，其中上述中間層含有與上述光電轉換部為相反導電型之材料。
  16. 如請求項3之固體攝像裝置，其中上述光電轉換部包含含有形成於上述基板內之pn接面之光電二極體。
  17. 如請求項16之固體攝像裝置，其中由上述光電轉換部生成之信號電荷係藉由因上述光電轉換部與上述第1電荷儲存部之雜質濃度而產生之電位梯度，而移動至上述第1電荷儲存部側。
  18. 如請求項16之固體攝像裝置，其包含形成於形成有上述第1電荷儲存部之區域之上述基板上部之轉移電極，且藉由上述轉移電極施加電壓，而使由上述光電轉換部生成之信號電荷移動至上述第1電荷儲存部側。
  19. 一種固體攝像裝置之驅動方法，該固體攝像裝置具備以二維陣列狀排列有像素之像素區域，該像素包含：光電轉換部，其生成與光量相對應之信號電荷；浮動擴散部， 其形成於基板，且將上述信號電荷轉換成電壓；第1電荷儲存部，其形成於上述基板，且儲存由上述光電轉換部生成之信號電荷；第2電荷儲存部，其於上述基板之厚度方向上，形成在上述第1電荷儲存部之上部，且與上述第1電荷儲存部電性分離地形成；垂直式第1轉移電晶體，其包含自形成有上述第2電荷儲存部之側之基板表面嵌入至上述基板直至到達上述第1電荷儲存部之深度而形成之第1轉移閘極電極；及第2轉移電晶體，其將儲存於上述第2電荷儲存部之信號電荷轉移至上述浮動擴散部；且該驅動方法係於上述固體攝像裝置中，藉由將上述第1轉移電晶體接通，而將儲存於上述第1電荷儲存部及光電轉換部之信號電荷全像素同時地轉移至上述第2電荷儲存部，且藉由將上述第2轉移電晶體接通，而將保持於上述第2電荷儲存部之信號電荷逐列讀出。
  20. 一種電子機器，其包含：光學透鏡；固體攝像裝置，其受到由上述光學透鏡聚光之光入射，且包含：基板；光電轉換部，其生成與光量相對應之信號電荷；浮動擴散部，其形成於上述基板，且將上述信號電荷轉換成電壓；第1電荷儲存部，其形成於基板，且儲存由上述光電轉換部生成之信號電荷；第2電荷儲存部，其於上述基板之厚度方向上，形成在上述第1電荷儲存部之上部，且與上述第1電荷儲存部電性分離地形 成；垂直式第1轉移電晶體，其包含自形成有上述第2電荷儲存部之側之基板表面嵌入至上述基板直至到達上述第1電荷儲存部之深度而形成之第1轉移閘極電極；及第2轉移電晶體，其將儲存於上述第2電荷儲存部之信號電荷轉移至上述浮動擴散部；以及信號處理電路，其對自上述固體攝像裝置輸出之輸出信號進行處理。
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