TWI479887B - 背向照明固態成像裝置及照相機 - Google Patents

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Description

背向照明固態成像裝置及照相機
本發明係關於一種具有一光電轉換元件及一照相機的固態成像裝置。
本發明包含與2007年5月24日在日本專利局申請的日本專利申請案第2007－137446號及第2007－137447號相關的主旨，該申請案的全部內容係以引用的方式併入本文中。
應瞭解在諸如CCD影像感測器及CMOS影像感測器之固態成像裝置中，作為光接收部分之光電轉換元件的光二極體之晶體缺陷以及光接收部分與其上的絕緣膜之間的介面上之介面狀態用作暗電流之來源。
埋入式光二極體結構係有效作為用於抑制歸因於介面狀態的暗電流之產生的方案。採用(例如)下列方式獲得此埋入式光二極體。明確而言，形成n型半導體區。隨後，在此n型半導體區之表面附近，即，在該表面與其上的絕緣膜之間的介面附近，形成用於暗電流抑制的淺重度摻雜p型半導體區(電洞累積區)。
在用於製造埋入式光二極體的一般方法中，實行作為p型雜質的B或BF2 之離子植入以及退火處理，從而在光二極體之n型半導體區與絕緣膜的介面附近製造p型半導體區。
在CMOS影像感測器中，各像素包含用於各種操作(例如讀出、重設及放大)的一光二極體及電晶體。藉由此等電晶體處理起於藉由該光二極體進行的光電轉換之信號。在 個別像素之上形成包括多層金屬互連的一互連層。在該互連層之上，形成界定入射在該光二極體上的光之波長的一彩色濾波器以及用於將光聚集在該光二極體上的晶片上透鏡。
已建議具有各種特徵的裝置結構作為此類CMOS影像感測器之結構。
明確而言，已建議下列各種裝置：藉由將CCD狀特徵用於光電轉換元件結構所獲得的電荷調變裝置(CMD)(參考日本專利第1938092號、日本專利特許公開案第Hei 6－120473號以及日本專利未審查公開案第Sho 60－140752號(分別為專利文件1、2及3))；大容量電荷調變裝置(BCMD)(參考日本專利新型特許公開案第Sho 64－14959號(專利文件4))；浮動井放大器(FWA)，其中一通道係根據累積在最大點處的光電洞之電荷數量而形成於表面附近並且源極－汲極電流根據表面附近的電荷數量而改變並且隨後准許依據信號電荷而讀出(參考日本專利第2692218號以及日本專利第3752773號(分別為專利文件5及6))；臨界值(Vth)調變影像感測器(VMIS)，其中彼此分離的光接收部分及信號偵測部分係佈置成彼此鄰近(參考日本特許公開案第Hei 2－304973號、日本專利特許公開案第2005－244434號、日本專利第2935492號以及日本專利特許公開案第2005－85999號(分別為專利文件7、8、9及10))。
此等CMOS影像感測器係前照射固態成像裝置，其係基本上採用來自其前面側的光而照射。
另一方面，已建議後照射固態成像裝置(參考日本專利特許公開案第2003－31785號(專利文件11))。對於此裝置而言，其中形成光二極體及各種電晶體的矽基板之背側係經拋光用以減小基板的厚度，從而允許入射在基板背側上的光用於光電轉換。
在以上說明的前照射CMD、BCMD、FWA及VMIS中，將基板用於溢流。因此，背側照射係不可行，而且重設電壓係較高。
前照射CMD、BCMD、FWA及VMIS涉及一缺點：孔徑比率係較低，因為光接收部分及拾取電晶體係並列佈置。
因此，現有光閘極結構涉及一缺點：對藍色的敏感性係較低，因為光係透過薄膜閘極而接收。
若在如BCMD之前照射裝置中的n－ 層上形成光閘極MOS電晶體，則在半導體表面附近實行由於光照射所致的載子產生，並因此藉由半導體與絕緣膜之間的介面上存在的陷阱來捕獲載子。此導致一缺點：當施加重設電壓時累積的載子未得到迅速放電，並因此裝置特徵受到不利影響。
此外，若一光接收光二極體區及一信號偵測電晶體係在如VMIS之前照射裝置中佈置成彼此鄰近，則由於光接收及調變操作所產生的電荷之累積並非動態操作而係在不同時間分離地實行。因此，此類裝置對於高速信號處理係不利的。
另外，若一光接收光二極體區及一信號偵測電晶體係同 樣地在前照射裝置中佈置成彼此鄰近，則需要諸如在信號偵測部分之上提供光屏蔽膜的靈活性，此導致複雜元件製程之缺點。
在前照射BCMD影像感測器中，光閘極電極下面的整個通道區用作電荷累積層，且因此其電流－電壓(ID －VDD )特徵並非飽和特徵而係三極體特徵。此引起一缺點：此影像感測器在用作源極－隨耦器裝置時難以使用。
此外，以上說明的前照射CMOS影像感測器涉及缺點：光受到像素之上的互連阻塞且因此各像素之敏感性係較低，而且藉由鄰近像素上的此等互連所反射的光之入射而引起串擾等。
對於專利文件11中揭示的後照射固態成像裝置而言，在基板之前側及後側兩者上形成電洞累積區。然而，透過離子植入來形成淺重度摻雜p型半導體區會受到限制。因此，若因暗電流抑制而嘗試進一步增加p型半導體區的雜質濃度，則p型半導體區的範圍將會較深。較深的p型半導體區會導致光二極體之p－n接面與傳輸閘極之間的較大距離，而且因此可能會降低由傳輸閘極讀出的能力。
本具體實施例需要提供一固態成像裝置以及一照相機，允許其具有增強的敏感性及小型化像素，同時有效地以高速實行一系列操作，包括產生並累積光載子，電荷讀出，以及放出剩餘電荷(重設)，並且預防對藍光的敏感性之劣化以及矽介面上之光載子的截獲之影響。
依據本發明之第一具體實施例，提供一固態成像裝置， 其包括：一基板，其經組態用以具有採用光照射的第一基板表面以及上面形成一元件的第二基板表面；以及一光接收部分，其經組態用以形成於基板中並包括第一導電率類型導電層。該光接收部分透過第一基板表面接收光並具有用於接收的光之光電轉換功能以及電荷累積功能。該固態成像裝置進一步包括：一第二導電率類型隔離層，其經組態用以形成於光接收部分之第一導電率類型導電層之側上；以及一偵測電晶體，其經組態用以包括形成於第二基板表面附近之第一導電率類型導電層中的第二導電率類型電極層。該偵測電晶體偵測光接收部分中的累積電荷並具有臨界調變功能。該固態成像裝置進一步包括一重設電晶體，其經組態用以包括形成於鄰近於沿平行於基板表面之方向的偵測電晶體之形成區域之第二導電率類型隔離層中的第一導電率類型電極層。該重設電晶體進一步包括第二導電率類型隔離層，其係在鄰近於第二導電率類型隔離層的偵測電晶體之第一導電率類型電極層與第二導電率類型電極層之間。該重設電晶體進一步包括光接收部分之第一導電率類型導電層。
依據本發明之第二具體實施例，提供一固態成像裝置，其包括：一基板，其經組態用以具有採用光照射的第一基板表面以及上面形成一元件的第二基板表面；以及一光接收部分，其經組態用以形成於基板中並包括第一導電率類型導電層。該光接收部分透過第一基板表面接收光並具有用於接收的光之光電轉換功能以及電荷累積功能。該固態 成像裝置進一步包括：一第二導電率類型隔離層，其經組態用以形成於光接收部分之第一導電率類型導電層之側上；以及一偵測電晶體，其經組態用以包括形成於第二基板表面附近之第一導電率類型導電層中的第二導電率類型電極層。該偵測電晶體偵測光接收部分中的累積電荷並具有臨界調變功能。該固態成像裝置進一步包括一重設電晶體，其經組態用以包括形成於鄰近於沿平行於基板表面之方向的偵測電晶體之形成區域之第二導電率類型隔離層中的第一導電率類型電極層。該重設電晶體進一步包括第二導電率類型隔離層，其係在鄰近於第二導電率類型隔離層的偵測電晶體之第一導電率類型電極層與第二導電率類型電極層之間。該重設電晶體進一步包括光接收部分之第一導電率類型導電層。第二導電率類型之第一源極區係形成於彼此隔離的單元之每一者中的第二基板表面附近之第一導電率類型導電層中，而且第二導電率類型之第一汲極區係經形成用以包圍該第一源極區。離源極側較遠的第一汲極區之側與沿平行於基板表面之方向的第二導電率類型隔離層之局部部分重疊。形成由第一源極區及第一汲極區所包圍的第一閘極區。作為第一導電率類型電極層的第二汲極區係以自離源極側較遠的第一汲極區之端部的預定距離而形成於第二導電率類型隔離層中，而且由第一汲極區及第二汲極區所包圍的第二導電率類型區用作第二閘極區。在基板之第二基板表面上選擇性地形成一絕緣膜，其中形成第一源極區、第一汲極區、第一閘極區、第二汲極區以 及第二閘極區。橫跨第二基板表面形成基於第一源極區、第一閘極區以及第一汲極區的偵測電晶體與基於第二閘極區、第二汲極區以及作為源極且在浮動狀態中的第一導電率類型導電層的重設電晶體。
依據本發明之第三具體實施例，提供一固態成像裝置，其包括：一基板，其經組態用以具有採用光照射的第一基板表面以及上面形成一元件的第二基板表面；以及一光接收部分，其經組態用以形成於基板中並包括第一導電率類型導電層。該光接收部分透過第一基板表面接收光並具有用於接收的光之光電轉換功能以及電荷累積功能。該固態成像裝置進一步包括：一第二導電率類型隔離層，其經組態用以形成於光接收部分之第一導電率類型導電層之側上；以及一元件區域部分，其經組態用以形成於第二基板表面附近的光接收部分中並處理累積電荷。光接收部分之第一導電率類型導電層係由第二導電率類型層劃分成沿基板之正常方向的兩個區，從而形成第一區及第二區。第一導電率類型電極層係形成於鄰近於沿平行於基板表面之方向的第一區之第二導電率隔離層中。在第一基板表面之光入射側上形成一透明電極，向其施加用於開發釘扎功能的偏壓電壓。形成一記憶體電晶體，其包括第一導電率類型電極層、光接收部分之第一區與第一導電率類型電極層之間的第二導電率類型隔離層、以及光接收部分之第一區。
依據本發明之第四具體實施例，提供一照相機，其包括：一固態成像裝置，其經組態用以透過基板之第一基板 表面接收光；一光學系統，其經組態用以將入射光引導至該固態成像裝置之第一基板表面；以及一信號處理電路，其經組態用以處理來自該固態成像裝置的輸出信號。該固態成像裝置包括形成於基板中並包括第一導電率類型導電層的光接收部分。該光接收部分透過第一基板表面接收光並具有用於接收的光之光電轉換功能以及電荷累積功能。該固態成像裝置進一步包括：一第二導電率類型隔離層，其係形成於光接收部分之第一導電率類型導電層之側上；以及一偵測電晶體，其包括形成於基板之第二基板表面附近之第一導電率類型導電層中的第二導電率類型電極層。該偵測電晶體偵測光接收部分中的累積電荷並具有臨界調變功能。該固態成像裝置進一步包括一重設電晶體，其包括形成於鄰近於沿平行於基板表面之方向的偵測電晶體之形成區域之第二導電率類型隔離層中的第一導電率類型電極層。該重設電晶體進一步包括第二導電率類型隔離層，其係在鄰近於第二導電率類型隔離層的偵測電晶體之第一導電率類型電極層與第二導電率類型電極層之間。該重設電晶體進一步包括光接收部分之第一導電率類型導電層。
依據本發明之第五具體實施例，提供一照相機，其包括：一固態成像裝置，其經組態用以透過基板之第一基板表面接收光；一光學系統，其經組態用以將入射光引導至該固態成像裝置之第一基板表面；以及一信號處理電路，其經組態用以處理來自該固態成像裝置的輸出信號。該固態成像裝置包括形成於基板中並包括第一導電率類型導電 層的光接收部分。該光接收部分透過第一基板表面接收光並具有用於接收的光之光電轉換功能以及電荷累積功能。該固態成像裝置進一步包括：一第二導電率類型隔離層，其係形成於光接收部分之第一導電率類型導電層之側上；以及一偵測電晶體，其包括形成於基板之第二基板表面附近之第一導電率類型導電層中的第二導電率類型電極層。該偵測電晶體偵測光接收部分中的累積電荷並具有臨界調變功能。該固態成像裝置進一步包括一重設電晶體，其包括形成於鄰近於沿平行於基板表面之方向的偵測電晶體之形成區域之第二導電率類型隔離層中的第一導電率類型電極層。該重設電晶體進一步包括第二導電率類型隔離層，其係在鄰近於第二導電率類型隔離層的偵測電晶體之第一導電率類型電極層與第二導電率類型電極層之間。該重設電晶體進一步包括光接收部分之第一導電率類型導電層。第二導電率類型之第一源極區係形成於彼此隔離的單元之每一者中的第二基板表面附近之第一導電率類型導電層中，而且第二導電率類型之第一汲極區係經形成用以包圍該第一源極區。離源極側較遠的第一汲極區之側與沿平行於基板表面之方向的第二導電率類型隔離層之局部部分重疊。形成由第一源極區及第一汲極區所包圍的第一閘極區。作為第一導電率類型電極層的第二汲極區係以自離源極側較遠的第一汲極區之端部的預定距離而形成於第二導電率類型隔離層中，而且由第一汲極區及第二汲極區所包圍的第二導電率類型區作為第二閘極區。在基板之第二基 板表面上選擇性地形成一絕緣膜，其中形成第一源極區、第一汲極區、第一閘極區、第二汲極區以及第二閘極區。橫跨第二基板表面形成基於第一源極區、第一閘極區以及第一汲極區的偵測電晶體與基於第二閘極區、第二汲極區以及作為源極且在浮動狀態中的第一導電率類型導電層的重設電晶體。
依據本發明之第六具體實施例，提供一照相機，其包括：一固態成像裝置，其經組態用以透過基板之第一基板表面接收光；一光學系統，其經組態用以將入射光引導至該固態成像裝置之第一基板表面；以及一信號處理電路，其經組態用以處理來自該固態成像裝置的輸出信號。該固態成像裝置包括形成於基板中並包括第一導電率類型導電層的光接收部分。該光接收部分透過第一基板表面接收光並具有用於接收的光之光電轉換功能以及電荷累積功能。該固態成像裝置進一步包括：一第二導電率類型隔離層，其係形成於光接收部分之第一導電率類型導電層之側上；以及一元件區域部分，其係形成於基板之第二基板表面附近的光接收部分中並處理累積電荷。光接收部分之第一導電率類型導電層係由第二導電率類型層劃分成沿基板之法線方向的兩個區，從而形成第一區及第二區。第一導電率類型電極層係形成於鄰近於沿平行於基板表面之方向的第一區之第二導電率隔離層中。在第一基板表面之光入射側上形成一透明電極，向其施加用於開發釘扎功能的偏壓電壓。形成一記憶體電晶體，其包括第一導電率類型電極 層、光接收部分之第一區與第一導電率類型電極層之間的 第二導電率類型隔離層、以及光接收部分之第一區。
以下結合圖式來說明本發明之具體實施例。
<第一具體實施例>
圖1係顯示依據本發明之第一具體實施例的一固態成像裝置之組態的示意圖。
圖1所示的固態成像裝置1包括作為感測部分的像素部分2、行方向(Y方向)控制電路3、列方向(X方向)控制電路4以及時序控制電路5。
藉由在矩陣中(列及行上)配置分別包括光接收部分、重設電晶體等的像素2A來形成像素部分2，如下文所詳細說明。
本具體實施例之像素部分2係形成為基於電荷調變系統的後照射橫向溢流影像感測器。本具體實施例中的各像素2A具有浮動單元結構。
在像素部分2中，配置在同一行上的像素係連接至共同行線H0、H1、…，而且配置在同一列上的像素係連接至共同列線V0、V1、…。
此外，在固態成像裝置1中，產生內部時脈的時序控制電路5係佈置為用於按順序讀出像素部分2之信號的控制電路。
另外，佈置控制行位址及行掃描的行方向(Y方向)控制電路3與控制列位址及列掃描的列方向(X方向)控制電路 4。
在從時序控制電路5接收時序控制脈衝之後，行方向(Y方向)控制電路3驅動預定行線H0、H1、…。
在從時序控制電路5接收時序控制脈衝之後，列方向(X方向)控制電路4對讀出至預定列線V0、V1、…的信號執行預定處理(例如，相關雙重取樣(CDS)處理及類比－數位轉換處理)。
以下說明依據本具體實施例之固態成像裝置中的像素部分之特定裝置結構。
圖2係顯示依據第一具體實施例之固態成像裝置中的像素部分之基本結構的示意斷面圖。圖2中顯示兩個像素部分。
如圖2所示，將固態成像裝置1形成為後照射裝置。明確而言，對於該裝置而言，光係入射在第一導電率類型(在本具體實施例中為p型)之基板(矽基板)100的第一基板表面101(後側)上。此外，在第二基板表面102(前側)附近形成包括MOS電晶體等的元件區域部分EAP。
藉由使矽晶圓變薄來形成基板100，因此可准許光從後側入射。基板100之厚度對於可見光係(例如)在2至6 μm的範圍內以及對於近紅外線光係(例如)在6至10 μm的範圍內，儘管取決於固態成像裝置1的種類。
對於像素2A而言，橫跨基板100中從第一基板表面101至第二基板表面102附近的電晶體形成區域之一區形成光接收部分110。光接收部分110具有接收入射在第一基板表面 上的光並使接收的光經歷光電轉換以及累積電荷之功能。
更明確而言，在光接收部分110中，形成其中實行光電轉換的p－ 型區(導電層)111以及其中累積電洞的p型區(導電層)112。在p－ 型導電層111以及p型導電層112之側壁上，形成作為與第一導電率類型(在本具體實施例中為p型)相對之第二導電率類型的n型之隔離層(導電層)113以包圍此等導電層111及112。
此外，在為基板100之光入射表面的第一基板表面101上形成n＋ 層114。n型隔離層113沒有電極。
採用此方式，在各像素2A中，p－ 型導電層111及P型導電層112係由n型隔離層113包圍以便在浮動狀態中，而且因此各像素2A具有作為一單元的一浮動單元結構。此外，各像素2A具有由於n型隔離層113、n＋ 層114、閘極金屬電極等所致的微型屏蔽結構。
採用此方式，在本具體實施例中，藉由利用n型隔離層113來隔離p－ 型導電層(區)111及p型導電層(區)112而形成一單元結構。此外，在彼此隔離的該等單元之每一者中，在第二基板表面102附近的p型導電層112中形成由一n＋ 層形成的第一源極區115。
另外，由一n＋ 層形成的第一汲極區116係經形成用以包圍第一源極區115。
如此形成第一汲極區116以致其離源極較遠的側與沿平行於基板100的主要表面之方向的n型隔離層113之局部部分重疊。形成由第一源極區115及第一汲極區116所包圍的 第一閘極區117。
此外，在n型隔離層113中，以自離源極較遠的第一汲極區116之端部的預定距離來形成由一p＋ 層形成的第二汲極區118。
由第一汲極區116及第二汲極區118所包圍的n型區用作第二閘極區119。
此外，在基板100之第二基板表面102上藉由預定程序選擇性地形成由(例如)氧化矽組成的一絕緣膜120，其下形成第一源極區115、第一汲極區116、第一閘極區117、第二汲極區118以及第二閘極區119。
如以上所說明，p－ 型導電層111及p型導電層112沒有電極，因此光接收部分110係在電浮動狀態中。在形成於n型隔離層113中的第一源極區115、第一汲極區116以及p＋ 第二汲極區118上提供絕緣膜120中的孔徑，而且在該等孔徑上形成電極部分121。
此外，在插入在第一源極區115與第一汲極區116之間的第一閘極區117以及插入在用於溢流結構的n＋ 與p＋ 區之間的n型第二閘極區119之上的絕緣膜120之局部部分上形成閘極電極122。
在此結構中，橫跨第二基板表面102形成一偵測電晶體123，其係由基於第一源極區115、第一閘極區117以及第一汲極區116的第一閘極絕緣場效電晶體(稱為MOS電晶體(MOSTr))形成。另外，形成一重設電晶體124，其係由基於浮動區中的第二閘極區119、第二汲極區118及p型導電 層(區)112a之第二MOS電晶體形成。
在圖2中，符號S表示偵測電晶體123之源極。D表示偵測電晶體123之汲極。SE表示偵測電晶體123之源極電極。GE表示偵測電晶體123的閘極電極。DE表示偵測電晶體123之汲極電極。RG表示重設電晶體124的閘極電極。RS表示重設電晶體124之源極(浮動p型區)。RD表示重設電晶體124之汲極(p＋ 第二汲極區)。HD表示重設電晶體124之電洞汲極電極。
在偵測電晶體123之源極與汲極之間的閘極區之電位井中形成一電洞袋，而且在該電洞袋中累積電洞。
此外，形成重設電晶體124之第二汲極區118，其係鄰近於偵測電晶體123之第一汲極區116，並使用同一表面上的n型區作為其第二閘極區119，而且因此實現橫向溢流汲極結構。
在n＋ 層114之光入射表面上形成由(例如)氧化矽及保護膜125組成的絕緣膜。在保護膜125上形成一彩色濾波器126，其允許傳遞僅所需波長範圍內的光。在彩色濾波器126上形成用於將入射光聚集在光接收部分110上的微透鏡127。
在本具體實施例中，如以上所說明，光接收部分110中的p－ 型導電層111主要具有透過光電轉換而產生電子及電洞對之功能。n型隔離層113具有經由表面附近的n＋ 第一汲極區116將產生的電子從汲極電極放電至外部之功能。p型導電層112具有累積產生的電洞之功能。
如此將浮動單元結構中的p－ 型導電層111之雜質濃度設定為低於p型導電層112以致准許有效產生光載子。此外，採用與高濃度下的浮動層之導電率類型相對的導電率類型之雜質(n＋ )來摻雜光照射側。
在本具體實施例中，由第一源極區115及第一汲極區116所包圍的第一閘極區117係形成為環形。
明確而言，在浮動區中的p型導電層112之半導體層的表面附近形成具有環形之第一閘極區117。在該環之中心形成第一源極區115，而且在具有環形之第一閘極區117外面形成第一汲極區116以便包圍第一閘極區117及第一源極區115。在個別區之上形成電極，因此形成偵測電晶體123。
此外，鄰近於偵測電晶體123形成一n型半導體井以便局部地與汲極區重疊。另外，為在此井中形成一閘極區，形成與該井之導電率類型相對的導電率類型之重度摻雜區(p＋ )作為自偵測電晶體123的汲極區之預定距離處的第二汲極區118。此外，形成重設電晶體124，其使用偵測電晶體123之基板區(p層)的局部部分作為其源極區。
在本具體實施例中，由偵測電晶體123及重設電晶體124所使用的半導體區之局部部分係亦用作光二極體區。明確而言，在本具體實施例中，將p＋ /n/p/p－ /n/n＋ 區(p＋ 及n＋ 區具有電極)用以形成pnpn型二極體。
在固態成像裝置1中，即使當未將負電壓施加於橫跨第二基板表面102所形成的偵測電晶體123(第一MOS電晶體)的閘極時，其中選擇性並優先地累積起於光電效應的電洞 之電洞袋由於形成於閘極絕緣膜下的環形半導體之表面附近的電位而仍存在於電位井中。
根據累積在電洞袋中的電洞之電荷數量，調變偵測電晶體123之第一源極與第一汲極之間的通道電子電流，此舉可以放大並偵測起於光照射的信號。因此，在短時間內連續地實行由於光電效應而產生光載子、傳輸光載子、電洞累積、以及信號偵測之程序，因而實現動態信號處理。
此外，在本具體實施例中，將複數個(兩或多個)重設電晶體124佈置在偵測電晶體123周圍，並且將預定極性之電壓施加於個別重設電晶體124的閘極與汲極，從而使累積在p型井及電洞袋中的電洞朝個別第二汲極橫向於半導體基板表面之方向而放電(溢流)。此特性係為增強放電效率。
以下說明具有以上說明的結構之像素單元的操作。
使光透過後側上的第一基板表面101進入該單元，因此主要由於光電效應而在該單元之p－ 型導電層111中產生電子及電洞對。產生的電子係經由作為該單元之側壁的n型隔離層113而放電至外部。
因此，僅將電洞儲存在p型導電層112中並將其累積在一電位井(電洞袋)中，該電位井經形成於作為第一MOS電晶體的偵測電晶體123之源極與汲極之間的閘極區之半導體表面附近。藉由偵測電晶體123來放大並偵測累積電荷之信號。累積電荷係經由作為第二MOS電晶體的重設電晶體124而適當地放電，此舉允許控制串擾及飽和的電荷數 量。
更明確而言，在由於該單元之p－ 型導電層111中的光電效應透過後側照射而產生的電子及電洞當中，若將接地電位或正電位施加於汲極電極，則電子係經由n型隔離層113而放電至第一汲極區116。
相反，若將負電壓施加於第一MOS電晶體(偵測電晶體)123的閘極電極，則朝作為第一MOS電晶體的偵測電晶體123之源極與汲極之間的閘極電極下的半導體表面吸引電洞，以便在形成於半導體表面附近的電位井中(即，在電洞袋中)累積電洞。
此等累積的電洞使流經源極與汲極之間的通道之電子電流朝較大電流調變，並因此減小臨界電壓。
即，累積的電洞之增加會減小通道臨界電壓，而累積的電洞之減少會增加通道臨界電壓。
因此，第一MOS電晶體(偵測電晶體)123可以用作放大並偵測起於光照射的信號之電晶體。
各像素2A中的p－ 型導電層(區)111及p型導電層(區)112具有由於側表面上的n型隔離層113、後側上的n＋ 層114、用作前側上的源極與汲極之n＋ 層、閘極金屬電極等所致的電屏蔽結構。因此，起於光電效應的電子電流會流經側表面上的n型隔離層113。此提供像法拉第(Faraday)籠效應一樣的效應，此舉預防外部靜電放電(ESD)進入該單元並因此幾乎不引起內部累積的電洞之電荷數量的變化。
為了始終獲得新光學資訊，應該實行對在偵測電晶體 123中累積之電荷進行放電的重設操作，從而在每一個恆定時間排空累積井。由作為第二MOS電晶體的重設電晶體124實行此重設操作。
當將負電壓施加於重設電晶體124之電洞汲極電極HD以及重設閘極電極RG時，累積在電洞袋中的電洞電荷會從偵測電晶體123之汲極區溢流以便流入形成於重設電晶體124中的通道區，隨後經由該重設電晶體之第二汲極區118從電洞汲極電極HD放電至外部。
固態成像裝置1中的感測器之半導體層的厚度係至多約2 μm。此厚度允許充分施加光之波長範圍內的光電轉換之量子效率。
另一方面，在前照射裝置的情況下，半導體基板需要具有一般幾乎不引起元件破裂的厚度(約為數百微米)。因此，源極與汲極之間透過元件基板的洩漏電流並非可忽略，此通常導致一問題。
相反，在本具體實施例中，因為元件厚度得到充分減小，所以可以減少透過基板的漏電，且因此亦避免此問題。
此係依據本具體實施例之固態成像裝置1的結構及功能之說明的結束。
以下進一步詳細說明依據本具體實施例之固態成像裝置1。
圖3A及3B顯示關於依據本發明之一具體實施例的前照射BMCD及後照射BMCD的入射光束之波長與電晶體配置 之間的關係。
在圖3A之前照射BMCD 10中，在基板之前側上形成一絕緣膜11、一透明電極12、一光屏蔽電極13等。此外，參考數字14表示橫向汲極，15表示閘極絕緣膜，以及16表示矽基板。
在圖3A之前照射裝置的情況下，光從電晶體側進入該裝置。因為由光屏蔽電極13覆蓋橫向汲極區14，所以光經由除橫向汲極區14之上的孔徑以外之孔徑藉由穿過絕緣膜11、透明電極12、閘極絕緣膜15等進入矽基板16。具有長波長的紅光LR及紅外線光LIR透過矽基板到達比較深的區域。然而，藍光LB及近紫外光係在並非太深的區域中經歷光電轉換。此外，具有短波長的光易受表面上的絕緣多層膜之通路中由於(例如)藉由層之間的介面進行的散射、吸收及反射所致的能量損失之影響。
相反，對於依據該具體實施例的圖3B之後照射裝置而言，光透過該表面進入基板(矽基板)100，橫跨該表面未佈置用於信號偵測的偵測電晶體123。由於此結構，具有長波長的光之大部分到達該電晶體附近，但是具有短波長的光之僅小部分到達該電晶體附近。
已提出關於應如何設計源極與汲極之擴散層及井層的各種建議，以便提供關於入射光束之波長的改良並最大化量子效率。
然而，很少說明已穿過氧化矽膜(絕緣膜)的光影響電晶體特徵的可能性。關於本具體實施例的下列說明處理此點 並在某程度上顯示該機制，儘管係在品質上。
圖4係示意性顯示由前照射裝置中的透明電極/閘極氧化矽膜/單晶矽形成的一結構之能帶狀態之圖式。
閘極氧化物膜之特徵通常根據製造方法及其處理而極大地不同。除非其製造得到充分控制，否則捕獲電子及電洞的陷阱會保留在氧化物膜中。圖4顯示一情況，其中捕獲電子的陷阱存在於其位準係比氧化矽膜之導電帶低2.0 eV的位置處。
在矽熱氧化物膜的情況下，其帶隙係約8.0 eV。因此，若ITO係用作透明電極，則透明電極之費米(Fermi)位準存在於稍低於熱氧化物膜之能隙的中心之位置處，因為ITO之工作函數係在約4.3至4.7 eV的範圍內。
在具有(例如)450 nm之波長λ的入射光之藍光成分的情況下，其能量E依據愛因斯坦(Einstein)的光量子理論E＝hv係等於2.76 eV。如該圖式所示，此能量係幾乎等效於氧化物膜中的電子陷阱之能量位準相對於透明電極之費米位準的位置。
當將比較高的負電壓施加於相對於矽基板的透明閘極電極時，由於光電效應而從金屬表面(透明電極)碰撞出的電子係激發至氧化物膜中並由一陷阱所捕獲。
由該陷阱所捕獲的電子係藉由電場再次放電並透過跳躍導電而流入單晶矽的導電帶。此引起閘極電極與矽之間的弱導電，此產生電晶體特徵及信號數量的變化。
在本具體實施例之後照射裝置中，具有短波長的高能量 光在光到達電晶體區時會消耗其用於矽基板中的光載子產生之能量的幾乎全部。因此，本具體實施例沒有前照射裝置所涉及的問題，此係本具體實施例之一重大特性。
圖5係顯示與圖2所示的裝置之電位狀態變化相關聯的沿垂直於半導體基板表面之方向的個別區之半導體基板中的電子及電洞之電位變化之圖式。
(i)電洞累積(非讀出狀態) 最上圖顯示將偵測電晶體(第一MOS電晶體)123設定至源極隨耦器狀態並將－2 V的電壓施加於汲極及閘極的情況。在由閘極電極下的鏈線A1 －A2 所指示的半導體區中，形成由粗體實曲線<1>所指示的電位。
在此情況下，因為p－ 型區(導電層)111之電阻係高於p型區(導電層)112之電阻，所以在較大程度上將電場施加於p－ 型區，且因此電位曲線在該圖式之右側上極大地彎曲。因為將負電壓施加於閘極電極，所以朝閘極區中的半導體表面吸引起於光照射的電洞。
在透過一般熱氧化程序所形成的閘極氧化物膜之情況下，p型半導體表面之微小部分會變為n型。因此，即使當未將電壓施加於閘極時，此部分仍係在空乏狀態中且因此形成一通道區。若在此狀態中將負電壓施加於閘極，則朝表面吸引電洞並且在源極與汲極之間的閘極區下所形成的電子通道外面累積電洞。
長虛線B1 －B2 <2>指示透過下列所形成的電位狀態：電洞汲極電極HD、p＋ 第二汲極區118、埋入式n型導電層 (區)113、用於電洞累積的p型區112a(等效於重設電晶體124之源極)以及用於載子產生的p－ 型區111。短虛線C1 －C2 <3>指示透過下列所形成的電位：用作偵測電晶體123之汲極的n＋ 第一汲極區116、埋入式n型第二閘極區119、n型隔離層113以及後側n＋ 層114。
(ii)閘極讀出 若偵測電晶體123之閘極電壓係從－2 V變為0 V，則累積的電洞會減少而且從源極流向汲極的通道電子電流得到對應地調變以便減小。測量電流變化數量允許找到累積的電洞之電荷變化數量。
(iii)重設 當在重設電晶體124之源極與汲極之間施加偏壓並且將負電壓施加於電洞汲極電極HD以及重設閘極電壓RG時，p型導電層(區)112及電洞袋中存在的電洞係經由形成於重設電晶體124中的p通道從電洞汲極電極HD放電。
圖6係顯示圖2之裝置的一電路配置範例之圖式。
圖6顯示配置範例中的四個像素，其中根據電流鏡配置來佈置沿水平方向(X方向)的兩個像素(沿圖6中的正交座標之Y方向的每兩行)以及沿垂直方向(Y方向)的兩個像素(沿X方向的每兩列)。此類配置可以使沿X方向及Y方向兩者的互連之互連數目減半。
將汲極信號S1供應至偵測電晶體123之汲極。以逐行為基礎將閘極信號Sel.1、Sel.2、…供應至閘極，並且以逐列為基礎從源極輸出信號Sigx.1、Sigx.2、…。
此外，以逐行為基礎將重設閘極信號RG1、RG2、…供應至重設電晶體124之閘極，並且將電洞汲極信號HD1供應至複數個(在圖6情況下為四個)共同的重設電晶體之汲極。
圖7係顯示使用圖6之電路的一固態成像裝置(影像感測器)之驅動的時序圖。
在本發明之該具體實施例中，為了促進電洞袋的形成，實行在重設後將電子注入至偵測電晶體123之通道層中的預充電操作。
圖8係顯示圖2之電晶體的一第一配置範例之圖式。
在此範例中，將重設電晶體(第二MOS電晶體)124佈置在像素的四個轉角處，在具有環形第一閘極區117的偵測電晶體(第一MOS電晶體)123之第一源極區115周圍。此結構允許累積的電洞在重設時快速地朝四個方向排出。
圖9係顯示圖2之電晶體的一第二配置範例之圖式。
圖9之結構起於圖8之配置旋轉45度。由於此結構，將圖9中的一像素之面積設定為大於圖8中的面積，因此實現清晰度提高。
此結構允許累積的電洞在重設時快速地朝三個方向排出。
如以上所說明，依據第一具體實施例，藉由利用n型隔離層113來隔離p－ 型導電層(區)111及p型導電層(區)112而形成一單元結構。在彼此隔離的該等單元之每一者中，在第二基板表面102附近的p型導電層(區)112中形成由一n＋ 層形 成的第一源極區115。由一n＋ 層形成的第一汲極區116係經形成用以包圍第一源極區115。如此形成第一汲極區116以致其離源極較遠的側與沿平行於基板100的表面之方向的n型隔離層113之局部部分重疊。形成由第一源極區115及第一汲極區116所包圍的第一閘極區117。在n型隔離層113中，以自離源極較遠的第一汲極區116之端部的預定距離來形成由一p＋ 層形成的第二汲極區118。由第一汲極區116及第二汲極區118包圍的n型區用作第二閘極區119。在基板100之第二基板表面102上藉由預定程序選擇性地形成由(例如)氧化矽組成的一絕緣膜120，其下形成第一源極區115、第一汲極區116、第一閘極區117、第二汲極區118以及第二閘極區119。橫跨第二基板表面102形成基於第一源極區115、第一閘極區117以及第一汲極區116的偵測電晶體123，與基於第二閘極區119、第二汲極區118以及p型導電層(區)112a的重設電晶體124。具有此組態的第一具體實施例可以提供下列優點。
由於後側照射及橫向溢流結構，可以實現高速及高敏感性影像感測器，其中由於藉由互連及絕緣層之多層表面層進行的光吸收/反射所致的光學損失係較小而不像前照射裝置一樣，並且即使當具有短波長之光係入射在其上時仍不會引起信號數量的變化。
橫向溢流汲極(OFD)結構可以降低重設電壓。
由於將重設電晶體佈置在環形閘極當中之間隙中的特性，實現有效的電晶體配置並准許單元小型化。
因為後側照射，所以信號偵測平面係遠離光照射表面而且電洞累積部分並不需要由光屏蔽膜來覆蓋。此導致減少數目的元件製造步驟。
僅藉由改變單元中的電位狀態，而並不特定需要提供傳輸電晶體，就可輕易地實行光載子至累積部分的傳輸。因此，該具體實施例的裝置係適合於高速驅動。
此外，在圖2之結構中，電極導出表面可以為僅一個表面並且可以佈置在與光照射表面相對的側上。
因為所謂的單元型大容量結構，所以可以採用小像素區域累積較多電荷，而且可以增加飽和信號數量。另外，因為屏蔽結構，所以該具體實施例的裝置針對靜電放電而較堅固。
可以實行飽和電荷數量的調變控制。
圖10係顯示依據本發明之一第二具體實施例的一固態成像裝置中的像素部分之基本結構的示意斷面圖。圖10中亦顯示兩個像素部分。
依據第二具體實施例的固態成像裝置1A係不同於依據第一具體實施例的固態成像裝置1(圖2)，因為由(例如)ITO組成的透明電極129係採用由(例如)氧化物膜形成的絕緣膜128之中間物而非基板100之第一基板表面101上的n＋ 層114來佈置。
若在光照射時將正電壓施加於透明電極129，則朝基板表面吸引電子而且在施加正電壓期間可以臨時地釘扎該等電子。因此，固態成像裝置1A亦可作為一記憶體。
圖11係顯示依據本發明之一第三具體實施例之一固態成像裝置中的像素部分之基本結構的示意斷面圖。圖11中亦顯示兩個像素部分。
依據第三具體實施例的固態成像裝置1B係不同於依據第一具體實施例的固態成像裝置1(圖2)，因為固態成像裝置1B具有記憶體功能且因此允許實施電子快門功能，不像包括動態信號處理的方法一樣。
即，此固態成像裝置1B係形成為後側偵測電荷調變記憶體之影像感測器(後感測及電荷調變記憶體(B.S.C.M))。
在固態成像裝置1B中，堆疊p－ 型區，如圖11所示。明確而言，p－ 型區係由n層130劃分成沿基板之法線方向垂直配置的兩個p－ 型區(導電層)111－1及111－2。
在形成於光接收側上(在第一基板表面101附近)的第一p－ 型區111－1之側壁上的n型隔離層113－1中，鄰近於第一基板表面101形成由p＋ 層形成的第三汲極區131。此外，在第一基板表面101之表面側(光照射側)上，由(例如)ITO組成的透明電極所形成的後閘極(MG)133係採用由(例如)氧化物膜所形成的絕緣膜132之中間物來形成。第三汲極區131之上的局部區域係開放的而且在開口上形成汲極電極(MD)134。
因此，形成基於後閘極133、第三汲極區131以及在浮動區中作為其源極的第一p－ 型區111－1的第三MOS電晶體(記憶體(釘扎)電晶體)135。
在依據第三具體實施例的固態成像裝置1B中，由光接收 側(包括第一基板表面101)上的虛線所包圍的第一區201，包括第一p－ 型區111－1，具有感測及記憶體功能。由中心虛線包圍的第二區202，包括p－ 型區(第二p－ 型區)111－2，具有偵測及傳輸功能。由虛線包圍且包括第二基板表面102的第三區203具有調變及輸出線功能。EAP表示元件區域部分。
除第一區201以外的結構(即第二區202及第三區203之結構)係與圖2中的結構相同，而且省略此相同部分之說明。
在此裝置中，若在光照射時將負電壓施加於由透明電極所形成的後閘極(MG)133，則朝基板表面吸引光電洞而且在將負電壓施加於後閘極(MG)133期間臨時地釘扎該等光電洞。
圖12A至12C係顯示圖11之一像素之圖式。圖12A係顯示感測器平面之圖式。圖12B係沿圖12A中的線a－a'之斷面圖。圖12C係顯示電晶體配置之圖式。
圖12A係感測器側之平面圖。將p＋ 第三汲極區131佈置在n型晶格區之交叉點處。
圖12B顯示重設狀態。明確而言，當將負電壓施加於由透明電極以及第三MOS電晶體135之汲極電極MD(134)所形成的後閘極MG(133)並將正電壓施加於作為第一MOS電晶體的偵測電晶體123之汲極D(116)時，第一p－ 型區111－1以及電洞袋中透過光照射而保留在單元中的電洞係經由粗體實線L1所指示的路徑從汲極電極MD放電，並且保留在n＋ 層及n型隔離層113中的電子係經由粗體實線L2所指示的 路徑從汲極D放電。
圖12C顯示電晶體平面，其上配置信號輸出端子等。在圖12C中，佈置具有第一源極區115周圍的環形第一閘極區117之偵測電晶體123，而且在像素之四個轉角處佈置重設電晶體124之電洞汲極。
圖13A及13B係顯示使用依據第三具體實施例之固態成像裝置的整體快門操作之概念圖。
整體快門指在一螢幕上同時曝露所有像素而不產生局部時間延遲的方法。數位照相機中的整體快門之系統係粗略地分類成(1)藉由機械快門與電子快門的組合來實行快門操作之系統，以及(2)僅藉由電子快門來實行快門操作之系統。
圖13A顯示電子快門與機械快門的組合之範例。圖13B顯示使用記憶體的全電子快門之範例。在各圖式中，概念地顯示在一次快門週期(單觸發)期間於影像感測器中實行的電操作。
在圖13A之範例中，實行以逐列為基礎按順序重設一圖框，開啟機械快門，同時曝露所有像素，以及關閉機械快門。隨後，在CMOS感測器行讀出系統的情況下，實行以逐列為基礎按順序傳輸至行之浮動擴散(浮動源極)，而且實行以逐列為基礎讀出一圖框，因此完成單觸發之操作。
在同時曝露所有像素之前的重設操作係臨時地排空像素中的剩餘電荷並且依據需要實行操作(例如電子注入)，從而調整所有像素的初始狀況。
大多數CMOS數位照相機使用此系統。
在此情況下，例如可以使用圖2之結構。
圖13B顯示使用圖11之結構的全電子快門系統。在此系統中，在同時重設所有像素並曝露所有像素之後，不立即傳輸電荷，但是在恆定時間期間將一信號臨時儲存在各像素之記憶體部分中，隨後將該信號傳輸至各像素部分2中的偵測電晶體123之源極。然後，藉由預定方法讀出該信號。
像圖13A之範例一樣，可實行以逐列為基礎來讀出，作為從所有記憶體讀出信號的方法。或者，可將一螢幕劃分成複數個區塊區而且可以逐區塊為基礎實行逐列讀出。例如，螢幕之中心處的區塊可界定為首先從其讀出信號的區塊，而且可隨後從周邊區塊讀出信號。
圖14A至14C係當將依據第三具體實施例之固態成像裝置(影像感測器)應用於整體快門時的操作之說明圖，並顯示個別區中的電位變化。圖14A顯示整體重設的狀態。圖14B顯示曝露的狀態，即，光接收及電洞累積的狀態。圖14C顯示整體設定的狀態，即，載子傳輸的狀態。
在該等圖式中，指示為粗體實線L1、粗體虛線L2以及粗體鏈線L3的曲線顯示在將電壓施加於後閘極MG與汲極電極MD並進行載子傳輸之前及之後沿圖11之元件斷面圖上的線A1 －A2 之電位變化。指示為窄實線L4及窄虛線L5的曲線顯示在電壓施加之前及之後沿線B1 －B2 的電位變化。實線顯示電壓施加之後的電位。
(i)整體重設 當將(例如)－20 V施加於後閘極MG與汲極電極MD時，沿線A1 －A2 的電位從虛線狀態變為實線狀態，因此保留在單元中的載子(電子及電洞)得到放電。明確而言，第一p－ 型區111－1及電洞袋中的電洞係從汲極電極MD放電，而且n＋ 層及n型隔離層113中的電子係從汲極D(116)放電。
(ii)光接收及累積(記憶體) 當在將3 V及0 V分別施加於MG及MD的狀態中接收光時，由於光電效應而在第一p－ 型區111－1及第二p－ 型區111－2中累積電洞，並且第一p－ 型區111－1中的電洞之一部分從n型隔離層113溢流以便分配至第二p－ 型區111－2中。另一方面，在第一p－ 型區111－1之上的n＋ 層114中累積電子，而且在與n＋ 層114接觸的p－ 層中累積電洞。明確而言，第一p－ 型區111－1作為記憶體單元。
(iii)整體設定(傳輸) 當在記憶體狀態中將MG及MD皆設定為0 V時，電子的大部分係與電洞重新組合並因此消失，因為已消除用於將電子保持在n＋ 層114中的電壓。
隨後，當將MG設定為＋20 V並將MD設定為Hi－Z(高阻抗)狀態時，第一p－ 型區111－1(在第一單元中)中的電洞係傳輸至第二p－ 型區111－2(在第二單元中)並累積在一電洞袋中。
然後，依據與圖2相關聯之以上說明的程序來讀出累積電荷數量。
圖15係顯示使用圖11之裝置結構之一電路配置範例中的 四個像素之圖式。
在此範例中，根據電流鏡配置來佈置沿X方向的兩個像素(在兩列上)以及沿Y方向的兩個像素(在兩行上)。此類配置可以使沿X方向及Y方向兩者的互連之互連數目減半。
在此配置中，將供應電壓VDD供應至偵測電晶體123之汲極。以逐行為基礎將閘極信號Sel.1、Sel.2、…供應至閘極，並且以逐列為基礎從源極輸出信號Sigx.1、Sigx.2、…。
此外，以逐行為基礎將重設閘極信號RG1、RG2、…供應至重設電晶體124之閘極，並且將複數個(在圖15之情況下為四個)重設電晶體之汲極連接至共同的參考電位VSS。
另外，將電洞汲極信號VHD供應至第三MOS電晶體(記憶體(釘扎)電晶體)135之汲極，並且將後閘極信號VBG供應至閘極。
圖16係顯示使用圖11及15之結構的整體快門操作之時序圖的一範例之圖式。
在圖16中，H SCAN表示(一圖框之)行水平掃描週期。在單觸發週期中，將後閘極信號VBG施加於後閘極MG，而且將電洞汲極信號VHD施加於汲極電極。
在單觸發週期之結束時，將後閘極信號VBG從低位準切換至20 V的高位準。在將後閘極信號VBG切換至高位準時，信號VHD會變為Hi－Z(高阻抗)狀態。
圖17係顯示使用圖11及15之結構的整體快門驅動之驅動電路的一範例之圖式。
如圖17所示，行方向(Y方向)控制電路3包括反相器31及32。從時序控制電路5供應信號XVBG(X表示反相)至反相器31。從時序控制電路5供應信號XVHD至反相器32。藉由時序控制電路5如此控制反相器32以致其輸出會變為Hi－Z。
圖18係同時重設所有像素之說明圖。明確而言，在圖18中，各列上之像素中的重設電晶體124之閘極係沿X線之個別者而並聯連接。經由行方向(Y方向)控制電路3從時序控制電路5同時將重設脈衝施加於個別X線。
如以上所說明，依據第三具體實施例，由n型隔離層113所彼此隔離的單元之每一者中的p－ 型區111係由n型層130進一步劃分成沿基板之法線方向(層堆疊方向)的兩個區，因此形成第一p－ 型區111－1及第二p－ 型區111－2。在各單元之第一基板表面101附近形成一n＋ 層114B，其係由具有選擇性地形成於其內側之p＋ 區131的n型隔離層113所分離。在鄰近於第一基板表面101的p＋ 區131上提供一電極。包括第一基板表面101附近的第一p－ 型區111－1之第一區201作為電荷產生及電荷保持區。包括第二基板表面102附近的第二p－ 型區111－2之第二區202(p型區)作為偵測區。由於此結構，除藉由第一具體實施例之以上說明的有利效應以外，可以實現基於全電子快門系統而無需機械快門的整體快門。
此外，亦可以使用絕緣物上矽(SOI)程序。
圖19係顯示依據本發明之一第四具體實施例之一固態成像裝置中的像素部分之基本結構的示意斷面圖。圖19中亦 顯示兩個像素部分。
依據第四具體實施例的固態成像裝置1C係不同於依據第三具體實施例的固態成像裝置1B(圖11)，因為由(例如)ITO組成的透明電極137係採用由(例如)氧化物膜形成的絕緣膜136之中間物而非基板100之第一基板表面101附近的n＋ 層114B來佈置。
在此裝置中，若在光照射時將負電壓施加於透明電極(後閘極MG)137，則朝基板表面吸引光電洞而且在將負電壓施加於後閘極MG期間臨時地釘扎該等光電洞。
以上說明的具體實施例係關於CMD結構。
然而，藉由交換具有依據第三及第四具體實施例之記憶體功能之固態成像裝置中的p型與n型之間的個別層之導電率類型，本發明之具體實施例亦可應用於互補感測器裝置，其具有包括浮動擴散層(浮動擴散)FD的電洞累積光二極體(電洞累積二極體(HAD))結構。
圖20係顯示依據本發明之一第五具體實施例之一固態成像裝置中的像素部分之基本結構的示意斷面圖。圖20中亦顯示兩個像素部分。
依據第五具體實施例的固態成像裝置1D係不同於依據第三具體實施例的固態成像裝置1B(圖11)，因為固態成像裝置1D具有互補感測器結構而且係經如此組態以使用光載子、作為第一累積電荷的電子以及作為第二累積電荷的電洞。
在固態成像裝置1D中，半導體之導電率類型係與圖11及 19之結構中的導電率類型相對。在第一基板表面101附近的元件區域部分EAP中提供p＋ 層138，並且在第二區202D中佈置HAD感測器(由粗體虛線所包圍)140。
在此情況下，信號電荷係電子。將正電壓施加於重設閘極電極RG可以擷取電子電荷至浮動擴散(FD)141並讀出信號電荷。
另一方面，電洞係累積在形成為作為第二區202D之延伸部分之p型層(井)142中的偵測電晶體之組件的源極143與汲極144之間的閘極145下之半導體基板附近的電位井中。因此，亦可以根據在源極與汲極(S－D)之間流動的調變電流來實行信號偵測。
圖21係顯示依據本發明之一第六具體實施例之一固態成像裝置中的像素部分之基本結構的示意斷面圖。圖21中亦顯示兩個像素部分。
依據第六具體實施例的固態成像裝置1E係不同於依據第五具體實施例的固態成像裝置1D(圖20)，因為透明電極147係採用絕緣膜146之中間物而非第一基板表面101附近的p＋ 層138來佈置。
在此裝置中，在光照射時將正電壓施加於透明電極147的情況下，朝第一基板表面101吸引起於光電效應的電子而且在將正電壓施加於後閘極MG期間臨時地釘扎該等電子。
此外，在第二區202D中佈置HAD感測器(由粗體虛線所包圍)140。因此，類似於圖20之裝置，可以從浮動擴散 (FD)141讀出信號電荷。
此外，類似於圖20之裝置，電洞係累積在形成於在第二區202D之p型井142中形成的源極143與汲極144之間的閘極145下之半導體表面附近的電位井中。因此，亦可以根據在源極與汲極(S－D)之間流動的調變電流來實行信號偵測。
可以使用具有負固定電荷之膜，明確而言為(例如)其至少一部分已結晶的絕緣膜，作為在圖10、19及21中的第一基板表面101上形成的絕緣膜。
其至少一部分已結晶的絕緣膜之範例包括由諸如鉿、鋯、鋁、鉭、鈦、釔或鑭的元素之氧化物組成的絕緣膜而且包括起於該膜的至少一部分之結晶的區。
其至少一部分已結晶的絕緣膜之厚度可以在3 nm至100 nm的範圍內。小於3 nm的厚度使得結晶比較困難。實務使用中厚度之上限係約100 nm，而且較大厚度係不必要。根據光學因素(例如透射率)，數十奈米的厚度係最適合的。
在以上說明的結晶絕緣膜與光接收部分110之光接收平面之間的介面上，形成具有小厚度的所需絕緣膜。在以上說明的範例中，形成氧化矽膜。在作為結晶絕緣膜之氧化鉿膜的情況下，在所需溫度下透過結晶退火而在該膜中形成負電荷。此結晶絕緣膜具有電位控制功能，以控制光接收部分110之光接收平面的電位。
例如作為結晶絕緣膜的氧化鉿膜之折射率係約2.0，而且其上的絕緣膜(氧化矽膜)之折射率係約1.45。因此，藉 由結晶絕緣膜(氧化鉿膜)及絕緣膜(氧化矽膜)來形成一抗反射膜。
藉由採用此方式在光接收部分110之光接收平面上形成具有負固定電荷的膜(例如其至少一部分已結晶的絕緣膜)，光二極體之表面可變為電洞累積狀態。此舉可以抑制歸因於介面狀態的暗電流成分。此外，光二極體表面可變為電洞累積狀態而無需將離子植入及退火用於形成電洞累積層，或甚至採用較小的劑量數量，並因此可以抑制歸因於介面狀態的暗電流。此外，藉由諸如結晶絕緣膜(例如氧化鉿膜)之具有負固定電荷的膜及其上的絕緣膜(氧化矽膜)來形成抗反射膜，此舉可以實現小暗電流及高敏感性。
如以上所說明，依據該等具體實施例，具有單元結構的像素係採用來自基板後側的光照射，從而在形成於第一導電率類型之半導體基板上的第二導電率類型之半導體層中累積光學信號載子，而且透過電晶體之臨界調變來擷取信號。另外，藉由提供橫向溢流結構(汲極、閘極)，實行串擾及飽和電荷數量的控制。
因此，該等具體實施例可以有效地以高速實行一系列操作，包括產生並累積光載子、讀出電荷以及放出剩餘電荷(重設)。
另外，該等具體實施例允許敏感性增強及像素小型化，同時預防對藍光的敏感性之劣化以及矽介面上之光載子的截獲之影響。
具有以上說明的特性之固態成像裝置可以用作數位照相機及視訊照相機中的成像裝置。
圖22係顯示依據本發明之該等具體實施例之任一者的固態成像裝置所應用於的照相機系統之組態的一範例之圖式。
如圖22所示，此照相機系統300包括一成像裝置310，依據該等具體實施例的固態成像裝置1及1A至1E之任一者可用作該成像裝置；一透鏡320，其用於將入射光(影像光)聚焦在作為用於將入射光引導至成像裝置310(形成一主題影像)之像素區域的光學系統之成像平面上；一驅動電路(DRV)330，其用於驅動成像裝置310；以及一信號處理電路(PRC)340，其用於處理來自成像裝置310的輸出信號。
驅動電路330具有一時序產生器(未顯示)，其產生包括用於驅動成像裝置310中的電路之啟動脈衝及時脈脈衝的各種時序信號，從而藉由預定時序信號來驅動成像裝置310。
信號處理電路340執行信號處理，例如對來自成像裝置310的輸出信號之相關雙重取樣(CDS)。
由藉由信號處理電路340進行的處理所產生的視訊信號係記錄至記錄媒體(例如記憶體)中。記錄至記錄媒體的視訊資訊係藉由印表機而經歷硬複本。此外，由藉由信號處理電路340進行的處理所產生的視訊信號係在由(例如)液晶顯示器形成的監視器上顯示為移動影像。
如以上所說明，藉由採用作為成像裝置310的固態成像 裝置1及1A至1E之任一者來提供成像設備(例如數位靜物照相機)，可以實現高精確度照相機。
本具體實施例並不限於該等具體實施例之以上說明。
例如，該等具體實施例中所使用的數值及材料僅為一範例，而且該具體實施例不限於此。
各種變化可併入該等具體實施例中而不脫離本發明之要點。
熟習技術人士應瞭解，可根據設計要求與其他因素而進行各種修改、組合、子組合與變更，只要其在隨附申請專利範圍或其等效物之範疇內即可。
1‧‧‧固態成像裝置
1A‧‧‧固態成像裝置
1B‧‧‧固態成像裝置
1C‧‧‧固態成像裝置
1D‧‧‧固態成像裝置
1E‧‧‧固態成像裝置
2‧‧‧像素部分
2A‧‧‧像素
3‧‧‧行方向(Y方向)控制電路
4‧‧‧列方向(X方向)控制電路
5‧‧‧時序控制電路
10‧‧‧前照射BMCD
11‧‧‧絕緣膜
12‧‧‧透明電極
13‧‧‧光屏蔽電極
14‧‧‧橫向汲極/橫向汲極區
15‧‧‧閘極絕緣膜
16‧‧‧矽基板
31‧‧‧反相器
32‧‧‧反相器
100‧‧‧基板(矽基板)
101‧‧‧第一基板表面
102‧‧‧第二基板表面
110‧‧‧光接收部分
111‧‧‧p－ 型區(導電層)
111－1‧‧‧p－ 型區(導電層)
111－2‧‧‧p－ 型區(導電層)
112‧‧‧p型區(導電層)
112a‧‧‧p型區/p型導電層(區)
113‧‧‧n型隔離層(導電層)
113－1‧‧‧n型隔離層
114‧‧‧n＋ 層
114B‧‧‧n＋ 層
115‧‧‧第一源極區
116‧‧‧第一汲極區
117‧‧‧第一閘極區
118‧‧‧第二汲極區
119‧‧‧第二閘極區
120‧‧‧絕緣膜
121‧‧‧電極部分
122‧‧‧閘極電極
123‧‧‧偵測電晶體(第一MOS電晶體)
124‧‧‧重設電晶體(第二MOS電晶體)
125‧‧‧保護膜
126‧‧‧彩色濾波器
127‧‧‧微透鏡
128‧‧‧絕緣膜
129‧‧‧透明電極
130‧‧‧n層
131‧‧‧第三汲極區/p＋ 區
132‧‧‧絕緣膜
133‧‧‧後閘極(MG)
134‧‧‧汲極電極(MD)
135‧‧‧第三MOS電晶體(記憶體(釘扎)電晶體)
136‧‧‧絕緣膜
137‧‧‧透明電極(後閘極MG)
138‧‧‧p＋ 層
140‧‧‧HAD感測器
141‧‧‧浮動擴散(FD)
142‧‧‧p型層/p型井
143‧‧‧源極
144‧‧‧汲極
145‧‧‧閘極
146‧‧‧絕緣膜
147‧‧‧透明電極
201‧‧‧第一區
202‧‧‧第二區
202D‧‧‧第二區
203‧‧‧第三區
300‧‧‧照相機系統
310‧‧‧成像裝置
320‧‧‧透鏡
330‧‧‧驅動電路(DRV)
340‧‧‧信號處理電路(PRC)
D‧‧‧汲極
DE‧‧‧汲極電極
EAP‧‧‧元件區域部分
FD‧‧‧浮動擴散層
GE‧‧‧閘極電極
H0、H1‧‧‧共同行線
HAD‧‧‧電洞累積二極體
HD‧‧‧電洞汲極電極
HD1‧‧‧電洞汲極信號
L1‧‧‧線
L2‧‧‧線
L3‧‧‧線
L4‧‧‧線
L5‧‧‧線
LB‧‧‧藍光
LIR‧‧‧紅外線光
LR‧‧‧紅光
MD‧‧‧汲極電極
MG‧‧‧後閘極
RD‧‧‧汲極
RG‧‧‧閘極電極
RG1、RG2‧‧‧重設閘極信號
RS‧‧‧源極
S‧‧‧源極
S1‧‧‧汲極信號
SE‧‧‧源極電極
Sel.1、Sel.2‧‧‧閘極信號
Sigx.1、Sigx.2‧‧‧信號
V0、V1‧‧‧共同列線
VBG‧‧‧後閘極信號
VDD‧‧‧供應電壓
VHD‧‧‧電洞汲極信號
VSS‧‧‧參考電位
XVBG‧‧‧信號
XVHD‧‧‧信號
本發明之此等及其他目的與特性將從參考附圖所給定的較佳具體實施例之以上說明而變得更清楚，在該等附圖中：圖1係顯示依據本發明之一具體實施例之一固態成像裝置的組態之示意圖；圖2係顯示依據本發明之一第一具體實施例之一固態成像裝置中的一像素部分之基本結構的示意斷面圖；圖3A及3B顯示關於依據本發明之該具體實施例的前照射BMCD及後照射BMCD的入射光束之波長與電晶體配置之間的關係；圖4係示意性顯示由前照射裝置中的透明電極/閘極氧化矽膜/單晶矽形成的一結構之能帶狀態之圖式；圖5係顯示與圖2所示的裝置之電位狀態變化相關聯的沿 垂直於半導體基板表面之方向的個別區之半導體基板中的電子及電洞之電位變化之圖式；圖6係顯示圖2之裝置的一電路配置範例之圖式；圖7係顯示使用圖6之電路的一固態成像裝置(影像感測器)之驅動的時序圖；圖8係顯示圖2之電晶體的一第一配置範例之圖式；圖9係顯示圖2之電晶體的一第二配置範例之圖式；圖10係顯示依據本發明之一第二具體實施例之一固態成像裝置中的一像素部分之基本結構的示意斷面圖；圖11係顯示依據本發明之一第三具體實施例之一固態成像裝置中的一像素部分之基本結構的示意斷面圖；圖12A至12C係顯示圖11之一像素之圖式：圖12A係顯示感測器平面之圖式，圖12B係沿圖12A中的線a－a'之斷面圖，且圖12C係顯示電晶體配置之圖式；圖13A及13B係顯示使用依據第三具體實施例之固態成像裝置的整體快門操作之概念圖；圖14A至14C係當將依據第三具體實施例之固態成像裝置(影像感測器)應用於整體快門時的操作之說明圖；圖15係顯示使用圖11之裝置結構之一電路配置範例中的四個像素之圖式；圖16係顯示使用圖11及15之結構的整體快門操作之時序圖的一範例之圖式；圖17係顯示使用圖11及15之結構的整體快門驅動之驅動電路的一範例之圖式； 圖18係同時重設所有像素之說明圖；圖19係顯示依據本發明之一第四具體實施例之一固態成像裝置中的一像素部分之基本結構的示意斷面圖；圖20係顯示依據本發明之一第五具體實施例之一固態成像裝置中的一像素部分之基本結構的示意斷面圖；圖21係顯示依據本發明之一第六具體實施例之一固態成像裝置中的一像素部分之基本結構的示意斷面圖；以及圖22係顯示依據該等具體實施例之任一者之固態成像裝置所應用於的照相機系統之組態的一範例之圖式。
1‧‧‧固態成像裝置
2A‧‧‧像素
100‧‧‧基板(矽基板)
101‧‧‧第一基板表面
102‧‧‧第二基板表面
110‧‧‧光接收部分
111‧‧‧p－ 型區(導電層)
112‧‧‧p型區(導電層)
112a‧‧‧p型區/p型導電層(區)
113‧‧‧n型隔離層(導電層)
114‧‧‧n＋ 層
115‧‧‧第一源極區
116‧‧‧第一汲極區
117‧‧‧第一閘極區
118‧‧‧第二汲極區
119‧‧‧第二閘極區
120‧‧‧絕緣膜
121‧‧‧電極部分
122‧‧‧閘極電極
123‧‧‧偵測電晶體(第一MOS電晶體)
124‧‧‧重設電晶體(第二MOS電晶體)
125‧‧‧保護膜
126‧‧‧彩色濾波器
127‧‧‧微透鏡
D‧‧‧汲極
DE‧‧‧汲極電極
EAP‧‧‧元件區域部分
GE‧‧‧閘極電極
HD‧‧‧電洞汲極電極
RG‧‧‧閘極電極
RS‧‧‧源極
S‧‧‧源極
SE‧‧‧源極電極

Claims (17)

  1. 一種背向照明固態成像裝置，其包含：一基板，其具有以光照射的一背基板表面及其上形成有包含複數個電晶體之一元件的一前基板表面；一光接收部分，其係在該基板中並包括一第一導電率類型導電層，該光接收部分接收透過該背基板表面之光並具有用於接收的光之一光電轉換功能及一電荷累積功能；一第二導電率類型隔離層，其係在該基板之厚度方向的該光接收部分之該第一導電率類型導電層之一側上；一偵測電晶體，其係在該前基板表面上，該偵測電晶體包括在該前基板表面附近且形成於該第一導電率類型導電層中的一第二導電率類型電極層，該偵測電晶體偵測該光接收部分中的累積電荷並具有一臨界調變功能；及一重設電晶體，其係在該前基板表面上，且該重設電晶體包括(a)形成於該第二導電率類型隔離層中的一第一導電率類型電極層，(b)該第二導電率類型隔離層之一部分，其係在該第一導電率類型電極層與該偵測電晶體之該第二導電率類型電極層之間，及(c)該光接收部分之該第一導電率類型導電層之一部分；其中，由該第二導電率類型隔離層隔離之一像素單元中之該光接收部分之該第一導電率類型導電層由一第二導電 率類型層分為第一區及第二區，該第一及第二區配置於該基板之厚度方向，且該第一區比該第二區更靠近該背基板表面；鄰接於該背基板表面之一第二第一導電率類型電極層係在沿平行於該背基板表面之方向的該第一區之一側上的該第二導電率類型隔離層之一部分中形成；且該背向照明固態成像裝置進一步包含(1)透明電極，其係在該背基板表面之一光入射側且被施加用於發展一釘扎功能(pinning function)的偏壓電壓，及(2)記憶體電晶體，其係在該背基板表面上，該記憶體電晶體包括(a)該第二第一導電率類型電極層，(b)該光接收部分之該第一區，(c)在該光接收部分之該第一區與該第二第一導電率類型電極層之間的該第二導電率類型隔離層之一部分，及(d)該透明電極，其作為該記憶體電晶體之一閘極。
  2. 如請求項1之背向照明固態成像裝置，其中該第一導電率類型導電層包括：一第一第一導電率類型導電層，其係在該背基板表面附近；及一第二第一導電率類型導電層，其係比該第一第一導電率類型導電層更靠近該前基板表面。
  3. 如請求項2之背向照明固態成像裝置，其中該第一第一導電率類型導電層之一雜質濃度係低於該第二第一導電率類型導電層之一雜質濃度。
  4. 如請求項1之背向照明固態成像裝置，進一步包括一第二第二導電率類型層，其係在該背基板表面上，其中，該第二第二導電率類型層具有高於該第二導電率類型隔離層之一雜質濃度的一雜質濃度。
  5. 如請求項1之背向照明固態成像裝置，其中該第二導電率類型隔離層具有一單元隔離功能、及經由鄰接於該第二導電率類型隔離層的該偵測電晶體之該第二導電率類型電極層，對由該光接收部分之該第一導電率類型導電層所產生的電荷中不必要的電荷進行放電之功能。
  6. 如請求項1之背向照明固態成像裝置，其中該第一區作用為一電荷產生及電荷保持區，且該第二區作用為一偵測區。
  7. 一種背向照明固態成像裝置，其包含：一基板，其具有以光照射的一背基板表面及其上形成有包含複數個電晶體之一元件的一前基板表面；一光接收部分，其係在該基板中並包括一第一導電率類型導電層，該光接收部分接收透過該背基板表面之光並具有用於接收的光之一光電轉換功能以及一電荷累積功能；一第二導電率類型隔離層，其係在該基板之厚度方向的該光接收部分之該第一導電率類型導電層之一側上；一偵測電晶體，其係在該前基板表面上，該偵測電晶體包括在該前基板表面附近且形成於該第一導電率類型 導電層中的一第二導電率類型電極層，該偵測電晶體偵測該光接收部分中的一累積電荷並具有一臨界調變功能；及一重設電晶體，其係在該前基板表面上，且該重設電晶體包括(a)形成於該第二導電率類型隔離層中的一第一導電率類型電極層，(b)該第二導電率類型隔離層之一部分，其係在該第一導電率類型電極層與該偵測電晶體之該第二導電率類型電極層之間，及(c)該光接收部分之該第一導電率類型導電層之一部分，其中，一第二導電率類型之一第一源極區係形成於由該第二導電率類型隔離層彼此隔離的像素單元之每一者中的該前基板表面附近之該第一導電率類型導電層中，而且該第二導電率類型之一第一汲極區係經形成用以包圍該第一源極區，該第一汲極區之一側與沿平行於該前基板表面之方向的該第二導電率類型隔離層之一局部部分重疊，形成有由該第一源極區及該第一汲極區所包圍的一第一閘極區，該第一導電率類型電極層所形成的一第二汲極區係形成於該第二導電率類型隔離層中，而且由該第一汲極區及該第二汲極區所包圍的一第二導電率類型區係作為一第二閘極區，在該基板之該前基板表面上選擇性地形成有一絕緣 膜，該基板中形成有該第一源極區、該第一汲極區、該第一閘極區、該第二汲極區與該第二閘極區，且包含該第一源極區、該第一閘極區及該第一汲極區之該偵測電晶體、及包含該第二閘極區、該第二汲極區及作為源極的該第一導電率類型導電層的該部分之該重設電晶體係跨越該前基板表面地形成，由該第二導電率類型隔離層隔離之一像素單元中之該光接收部分之該第一導電率類型導電層係由一第二導電率類型層分為第一區及第二區，該第一及第二區配置於該基板之厚度方向，且該第一區比該第二區更靠近該背基板表面，作為一第二第一導電率類型電極層的一第三汲極區係在沿平行於該背基板表面之方向的該第一區之一側上的該第二導電率類型隔離層之一部分中，鄰接於該背基板表面地形成，且該背向照明固態成像裝置進一步包含(1)透明電極，其係在該背基板表面之一光入射側且被施加用於發展一釘扎功能的偏壓電壓，及(2)記憶體電晶體，其係在該背基板表面上，該記憶體電晶體包括(a)該第三汲極區，(b)該光接收部分之該第一區，其作為該記憶體電晶體之一源極，(c)在該光接收部分之該第一區與該第三汲極區之間的該第二導電率類型隔離層之一部分，及(d)該透明電極，其作為該記憶體電晶體之一閘極。
  8. 如請求項7之背向照明固態成像裝置，其中 該第一導電率類型導電層包括：一第一第一導電率類型導電層，其係在該背基板表面附近；及一第二第一導電率類型導電層，其係比該第一第一導電率類型導電層更靠近該前基板表面。
  9. 如請求項8之背向照明固態成像裝置，其中該第一第一導電率類型導電層之一雜質濃度係低於該第二第一導電率類型導電層之一雜質濃度。
  10. 如請求項7之背向照明固態成像裝置，其中由該第一源極區及該第一汲極區所包圍的該第一閘極區具有一環狀形狀。
  11. 如請求項7之背向照明固態成像裝置，其中該第二導電率類型隔離層具有一單元隔離功能及經由鄰接於該第二導電率類型隔離層的該偵測電晶體之該第一汲極區對由該光接收部分之該第一導電率類型導電層所產生的該電荷中不必要的電荷進行放電之功能。
  12. 如請求項11之背向照明固態成像裝置，其中該偵測電晶體具有根據在一電洞袋中收集的電洞之一電荷數量，調變第一源極區與第一汲極區之間的通道電子電流，而放大並偵測起於光照射的一信號之一功能。
  13. 如請求項12之背向照明固態成像裝置，其中在該偵測電晶體周圍佈置複數個該重設電晶體，且該等重設電晶體之每一者回應於對該第二閘極區及該第二汲極區之預定極性之電壓施加，而將收集在一第一 導電率類型井及該電洞袋中的電洞橫向於半導體基板表面地放電至該第二汲極區。
  14. 如請求項7之背向照明固態成像裝置，其中進一步包含在該背基板表面上之一第二第二導電率類型層，其中該第二第二導電率類型層具有高於該第二導電率類型隔離層之一雜質濃度的一雜質濃度。
  15. 一種背向照明固態成像裝置，其包含：一基板，其具有以光照射的一背基板表面及其上形成有包含複數個電晶體之一元件的一前基板表面；一光接收部分，其係在該基板中並包括一第一導電率類型導電層，該光接收部分接收透過該背基板表面之光並具有用於接收的光之一光電轉換功能及一電荷累積功能；一第二導電率類型隔離層，其係在該基板之厚度方向的該光接收部分之該第一導電率類型導電層之一側上；及一元件區域部分，其係在該前基板表面上，且經組態為用以處理一累積電荷，該元件區域部分包括：一偵測電晶體，其偵測該光接收部分中的累積電荷，及一重設電晶體；其中由該第二導電率類型隔離層隔離之一像素單元中之該光接收部分之該第一導電率類型導電層由一第二導電率類型層分為第一區及第二區，該第一及第二區配置於該基板之厚度方向，且該第一區比該第二區更靠近該背 基板表面；鄰接於該背基板表面之一第一導電率類型電極層係在沿平行於該背基板表面之方向的該第一區之一側上的該第二導電率類型隔離層之一部分中形成；且該背向照明固態成像裝置進一步包含(1)透明電極，其係在該背基板表面之一光入射側且被施加用於發展一釘扎功能的偏壓電壓，及(2)記憶體電晶體，其係在該背基板表面上，該記憶體電晶體包括(a)該第一導電率類型電極層，(b)該光接收部分之該第一區，(c)在該光接收部分之該第一區與該第一導電率類型電極層之間的該第二導電率類型隔離層之一部分，及(d)該透明電極，其作為該記憶體電晶體之一閘極。
  16. 一種照相機，其包含：一背向照明固態成像裝置，其包括一基板，其具有以光照射的一背基板表面及其上形成有包含複數個電晶體之一元件的一前基板表面，且該背向照明固態成像裝置經組態為用以接收透過該背基板表面之光；一光學系統，其經組態為用以將入射光引導至該背向照明固態成像裝置之該背基板表面；及一信號處理電路，其經組態為用以處理來自該背向照明固態成像裝置的一輸出信號，其中該背向照明固態成像裝置包括：(a)一光接收部分，其係在該基板中並包括一第一導電率類型導電層，該光接收部分接收透過該背基板表面 之光並具有用於接收的光之一光電轉換功能及一電荷累積功能，(b)一第二導電率類型隔離層，其係在該基板之厚度方向的該光接收部分之該第一導電率類型導電層之一側上，(c)一偵測電晶體，其係在該前基板表面上，該偵測電晶體包括在該前基板表面附近且形成於該第一導電率類型導電層中的一第二導電率類型電極層，該偵測電晶體偵測該光接收部分中的累積電荷並具有一臨界調變功能，及(d)一重設電晶體，其係在該前基板表面上，且該重設電晶體包括(i)形成於該第二導電率類型隔離層中的一第一導電率類型電極層，(ii)在該第一導電率類型電極層與該偵測電晶體之該第二導電率類型電極層之間的該第二導電率類型隔離層之一部分，及(iii)該光接收部分之該第一導電率類型導電層之一部分，其中，由該第二導電率類型隔離層隔離之一像素單元中之該光接收部分之該第一導電率類型導電層由一第二導電率類型層分為第一區及第二區，該第一及第二區配置於該基板之厚度方向，且該第一區比該第二區更靠近該背基板表面，鄰接於該背基板表面之一第二第一導電率類型電極層係在沿平行於該背基板表面之方向的該第一區之一 側上的該第二導電率類型隔離層之一部分中形成，且該背向照明固態成像裝置進一步包含(1)透明電極，其係在該背基板表面之一光入射側且被施加用於發展一釘扎功能的偏壓電壓，及(2)記憶體電晶體，其係在該背基板表面上，該記憶體電晶體包括(a)該第二第一導電率類型電極層，(b)該光接收部分之該第一區，(c)在該光接收部分之該第一區與該第二第一導電率類型電極層之間的該第二導電率類型隔離層之一部分，及(d)該透明電極，其作為該記憶體電晶體之一閘極。
  17. 一種照相機，其包括：一背向照明固態成像裝置，其包括一基板，其具有以光照射的一背基板表面及其上形成有包含複數個電晶體之一元件的一前基板表面，且該背向照明固態成像裝置經組態為用以接收透過該背基板表面之光；一光學系統，其經組態為用以將入射光引導至該背向照明固態成像裝置之該背基板表面；及一信號處理電路，其經組態為用以處理來自該背向照明固態成像裝置的一輸出信號，其中該背向照明固態成像裝置包括：(a)一光接收部分，其係在該基板中並包括一第一導電率類型導電層，該光接收部分接收透過該背基板表面之光並具有用於接收的光之一光電轉換功能及一電荷累積功能，(b)一第二導電率類型隔離層，其係在該基板之厚度 方向的該光接收部分之該第一導電率類型導電層之一側上，(c)一偵測電晶體，其係在該前基板表面上，該偵測電晶體包括在該前基板表面附近且形成於該第一導電率類型導電層中的一第二導電率類型電極層，該偵測電晶體偵測該光接收部分中的累積電荷並具有一臨界調變功能，及(d)一重設電晶體，其係在該前基板表面上，且該重設電晶體包括(i)形成於該第二導電率類型隔離層中的一第一導電率類型電極層，(ii)在該第一導電率類型電極層與該偵測電晶體之該第二導電率類型電極層之間的該第二導電率類型隔離層之一部分，及(iii)該光接收部分之該第一導電率類型導電層之一部分，其中，一第二導電率類型之一第一源極區係形成於由該第二導電率類型隔離層彼此隔離的像素單元之每一者中的該前基板表面附近之該第一導電率類型導電層中，而且該第二導電率類型之一第一汲極區係經形成用以包圍該第一源極區，該第一汲極區之一側與沿平行於該前基板表面之方向的該第二導電率類型隔離層之一局部部分重疊，形成有由該第一源極區及該第一汲極區所包圍的一第一閘極區，該第一導電率類型電極層所形成的一第二汲極區 係形成於該第二導電率類型隔離層中，而且由該第一汲極區及該第二汲極區所包圍的一第二導電率類型區係作為一第二閘極區，在該基板之該前基板表面上選擇性地形成有一絕緣膜，該基板中形成有該第一源極區、該第一汲極區、該第一閘極區、該第二汲極區與該第二閘極區，及包含該第一源極區、該第一閘極區及該第一汲極區之該偵測電晶體，及包含該第二閘極區、該第二汲極區及作為源極的該第一導電率類型導電層的該部分之該重設電晶體係跨越該前基板表面地形成，由該第二導電率類型隔離層隔離之一像素單元中之該光接收部分之該第一導電率類型導電層由一第二導電率類型層分為第一區及第二區，該第一及第二區配置於該基板之厚度方向，且該第一區比該第二區更靠近該背基板表面，作為一第二第一導電率類型電極層的一第三汲極區係在沿平行於該背基板表面之方向的該第一區之一側上的該第二導電率類型隔離層之一部分中，臨接於該背基板表面地形成，且該背向照明固態成像裝置進一步包含(1)透明電極，其係在該背基板表面之一光入射側且被施加用於發展一釘扎功能的偏壓電壓，及(2)記憶體電晶體，其係在該背基板表面上，該記憶體電晶體包括(a)該第三汲極區，(b)該光接收部分之該第一區，其作為該記憶體電晶 體之一源極，(c)在該光接收部分之該第一區與該第三汲極區之間的該第二導電率類型隔離層之一部分，及(d)該透明電極，其作為該記憶體電晶體之一閘極。
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