固体摄像器件、用于制造固体摄像器件的方法及电子装置的制作方法

专利名称：固体摄像器件、用于制造固体摄像器件的方法及电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如CMOS图像传感器或CXD图像传感器等包括布置有多个像素的 光 电转换单元的固体摄像器件，更具体而言，本发明涉及一种背照射型固体摄像器件、用于制 造该固体摄像器件的方法以及使用该固体摄像器件的电子装置，在该固体摄像器件中，信 号电路形成于基板的一个表面上并从基板的另一个表面接收光。
背景技术：
在当前的CXD型或CMOS型图像传感器中，入射至单位像素的光子数目随像素尺 寸的减小而减少。因此，灵敏度或信噪(S/N)比会恶化。在为了实现当前广泛使用的红 色像素、绿色像素及蓝色像素被设置成平面形状的像素阵列而采用使用原色滤色器的拜耳 (Bayer)阵列的情况下，在红色像素中，绿光和蓝光不能透过滤色器。因此，在红色像素中， 由于绿光和蓝光用于光电转换，因而在光使用效率上会出现损耗。在此种像素结构中，由于 执行像素间内插处理来形成颜色信号，因而会产生假色。为解决该问题，在日本专利申请公开公报第2002-151673号中，提出一种如下的 固体摄像器件在该固体摄像器件中，用于对具有对应波长的绿光、蓝光及红光进行光电转 换的光电转换区域在同一像素的垂直方向上层叠，并且绿色光电转换区域由有机光电转换 膜形成。如果使用日本专利申请公开公报第2002-151673号的结构，则滤色器中不会出现 光损耗。另外，由于未执行内插处理，因而不会产生假色。然而，在将经有机光电转换膜光电转换的电荷存储于Si基板中的情况下，为了将 信号从有机膜传输至Si基板，需要在Si基板中进行欧姆接触。在使用电子作为光电转换 的载流子(信号电荷)的情况下，需要在Si基板中离子注入高浓度N型杂质形成N型扩散 层。由此，在N型扩散层与周边P型阱之间形成具有高电场的PN结。因此，由具有高电场 的PN结而引起的暗电流会造成噪声。另外，如果经光电转换的信号电荷累积在与有机光电 转换膜接触的N型扩散层中，则N型扩散层的电位根据信号电荷的累积而变化，并且施加至 有机光电转换膜的电场根据信号电荷的累积而变化。因此，可能无法获得输出相对于光量 的线性。作为解决此问题的方法，在日本专利申请公开公报第2003-31785号中，提出一种 如下的结构在该结构中，来自有机光电转换膜的信号电荷被传输至形成于Si基板中的N 型扩散层并接着溢出。将参照图17以及图18A、图18B和图18C对该方法进行说明。图17 为相关技术的使用有机光电转换膜的固体摄像器件的截面图。图18A显示图17的主要部分的平 面结构，图18B显示对应于图18A的截面结构，并且图18C为沿图18B的截面中的 XVIIIC-XVIIIC 的电位图。如图17所示，在相关技术的固体摄像器件120中，夹在上部电极113与下部电极 111之间的有机光电转换膜112层叠在半导体基板100的光入射侧的正上方。有机光电转 换膜112是用于对绿光进行光电转换而设置的膜。下部电极111通过接触部110连接至η 型扩散层(Ν+)108，η型扩散层(N+) 108是通过将高浓度的η型杂质离子注入到半导体基板 100的阱区101的表面中而形成的。换句话说，通过有机光电转换膜112获得的信号电荷被 传输至η型扩散层108。在相关技术的结构中，作为η型半导体区域的电荷累积区域107形成于与η型扩 散层108接触的区域中，并且ρ型高浓度杂质区域109形成于电荷累积区域107的前面侧 上。另外，浮动扩散部FD形成于与电荷累积区域107相邻的区域中，并且传输栅极电极106 在电荷累积区域107与浮动扩散部FD之间形成于半导体基板100上，栅极绝缘膜夹在传输 栅极电极106与半导体基板100之间。浮动扩散部FD包括η型高浓度杂质区域。在图17所示的相关技术的结构中，通过有机光电转换膜112获得的信号电荷被传 输至η型扩散层108，并且被传输至η型扩散层108的信号电荷溢流至电荷累积区域107 中。实际上，为了使信号电荷在水平方向上溢流，在η型扩散层108与电荷累积区域107之 间形成有作为低浓度P型杂质区域的溢流阻挡，以获得图18C所示的电位结构。η型扩散层 108的电位取决于溢流阻挡，并且超出溢流阻挡的信号电荷会溢流至电荷累积区域107中。在与图17以及图18Α、图18Β及图18C所示的相关技术的固体摄像器件120中相 同的信号电荷在水平方向上溢流的结构中，由于像素中形成有两个电容器，因而就减小像 素尺寸而言，这是不利的。由于利用水平方向的溢流，因而从η型扩散层108至电荷累积区 域107的溢流路径是一维的，有效的溢流需要水平方向的电位梯度，并且与电位设计相关 的难度很大。还提出一种垂直型溢流路径，其用于使信号电荷从通过接触部110连接至有机光 电转换膜112的η型扩散层108溢流至半导体基板100的较深区域。图19Α显示构成垂直 型溢流路径的情况下的截面结构，并且图19Β为其主要部分的放大图。在图19Α及图19Β 中，与图18Α、图18Β及图18C的部分相对应的部分用相同的附图标记表示，并且将省略对这 些部分的说明。在形成垂直型溢流路径的情况下，在η型扩散层108下方，在半导体基板100中形 成电荷累积层117。在形成垂直型溢流路径的情况下，以二维方式形成溢流路径，以增大其 面积。如此一来，从溢流的观点来看，这是有利的。另外，由于深度方向上的电位设计是优 选的，因而由离子注入能量给出电位梯度，并且因此降低处理难度。然而，实际上，如图19Β 所示，要尽可能深地形成η型扩散层108以覆盖半导体基板100和接触部110的损坏部分。 因此，电荷累积层117在深度方向上与半导体基板100的表面分离。因此，在通过传输栅极 将信号从电荷累积层117传输至浮动扩散部FD的情况下，电荷累积层117与传输栅极分 离。这对传输是不利的。

发明内容
本发明提供一种能提高传输效率而不会阻碍像素微型化的固体摄像器件和用于制造该固体摄像器件的方法，在该固体摄像器件中光电转换部形成于半导体基板的感光表 面侧上。另外，本发明提供一种使用该固体摄像器件的电子装置。本发明的一个实施例包括固体摄像器件，该固体摄像器件包括半导体区域，它位 于多层式布线层上；电荷累积层，它位于所述半导体区域中；阻挡层，它位于所述电荷累积 层上；以及连接部，它位于所述阻挡层上。在本发明的另一实施例中，所述阻挡层和所述连接部被堆叠为使得所述阻挡层比 所述连接部更靠近所述多层式布线层。在本发明的另一实施例中，所述阻挡层和所述电荷累积层被堆叠为使得所述电荷 累积层比所述阻挡层更靠近所述多层式布线层。在本发明的另一实施例中所述固体摄像器件包括绝缘膜，它位于所述连接部上； 以及接触部，它与所述连接部接触并延伸穿过所述绝缘膜。在本发明的另一实施例中，所述接触部使所述连接部与所述绝缘膜上的电极电连 接。 在本发明的另一实施例中，所述绝缘膜具有负的固定电荷。在本发明的另一实施例中，所述固体摄像器件包括在所述连接部上的遮光膜。在本发明的另一实施例中，所述电荷累积层的杂质浓度在朝着所述半导体区域的 方向上增大。在本发明的另一实施例中所述固体摄像器件包括在所述电极上的转换膜。在本发明的另一实施例中，所述绝缘膜具有高的折射率。在本发明的另一实施例中，所述绝缘膜包含氧化铪。在本发明的另一实施例中，所述绝缘膜包括氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钽 (Ta2O5)或氧化钛(TiO2)、氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铺(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、 氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝 (Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)、氮化 铪膜、氮化铝膜、氮氧化铪膜或氮氧化铝膜。本发明的另一实施例包括一种用于制造固体摄像器件的方法，所述方法包括以下 步骤在多层式布线层上形成半导体区域；在所述半导体区域中形成电荷累积层；在所述 电荷累积层上形成阻挡层；以及在所述阻挡层上形成连接部。在本发明的另一实施例中，所述阻挡层和所述连接部被堆叠为使得阻挡层比所述 连接部更靠近所述多层式布线层。在本发明的另一实施例中，所述阻挡层和所述电荷累积层被堆叠为使得所述电荷 累积层比所述阻挡层更靠近所述多层式布线层。在本发明的另一实施例中，所述电荷累积层具有比所述连接部的杂质浓度低的杂 质浓度。在本发明的另一实施例中，所述方法包括以下步骤在所述连接部上形成绝缘膜； 以及形成接触部，所述接触部与所述连接部接触并延伸穿过所述绝缘膜延伸。在本发明的另一实施例中，所述接触部使所述连接部与在所述绝缘膜上的电极电 连接。在本发明的另一实施例中，所述方法包括在所述连接部上形成遮光膜的步骤。
在本发明的另一实施例中，所述电荷累积层的杂质浓度朝着所述半导体区域逐渐 增大。在本发明的 另一实施例中，所述方法包括在所述电极上形成转换膜的步骤。在本发明的另一实施例中，所述绝缘膜包含氧化铪。在本发明的另一实施例中，所述绝缘膜包括氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钽 (Ta2O5)或氧化钛(TiO2)、氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铺(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、 氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝 (Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)、氮化 铪膜、氮化铝膜、氮氧化铪膜或氮氧化铝膜。本发明的另一实施例包括一种电子装置，所述电子装置包括固体摄像器件，所述 固体摄像器件包括i)半导体区域，它位于多层式布线层上；ii)电荷累积层，它位于所述 半导体区域中；iii)阻挡层，它位于所述电荷累积层上；以及iv)连接部，它位于所述阻挡层上。在本发明的另一实施例中，所述阻挡层和所述连接部被堆叠为使得阻挡层比所述 连接部更靠近所述多层式布线层。在本发明的另一实施例中，所述阻挡层和所述电荷累积层被堆叠为使得所述电荷 累积层比所述阻挡层更靠近所述多层式布线层。在本发明的另一实施例中，所述电子装置包括快门装置，所述快门装置位于所述 固体摄像器件的一侧上。在本发明的另一实施例中，所述电子装置包括绝缘膜，它位于所述连接部上；以 及接触部，它与所述连接部接触并延伸穿过所述绝缘膜。在本发明的另一实施例中，所述绝缘膜包含氧化铪。在本发明的另一实施例中，所述绝缘膜包括氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钽 (Ta2O5)或氧化钛(TiO2)、氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铺(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、 氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝 (Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)、氮化 铪膜、氮化铝膜、氮氧化铪膜或氮氧化铝膜。


图1为显示本发明的固体摄像器件的整体结构的示意图。图2为本发明的固体摄像器件的单位像素的平面图。图3为本发明的固体摄像器件的单位像素的示意性截面图。图4A及图4B分别为本发明的固体摄像器件的主要部分的截面图及显示沿图4A 的线IVB-IVB的电位梯度的图。图5A、图5B及图5C为显示本发明的制造固体摄像器件的过程的图。图6A及图6B为显示本发明的制造固体摄像器件的过程的图。图7A及图7B为显示本发明的制造固体摄像器件的过程的图。图8A及图8B为显示本发明的制造固体摄像器件的过程的图。图9为本发明的固体摄像器件的像素区域的平面图。
图IOA及图IOB为显示本发明的制造固体摄像器件的过程的图。图IlA及图IlB为显示本发明的制造固体摄像器件的过程的图。图12A及图12B为显示本发明的制造固体摄像器件的过程的图。图13A及图13B为显示本发明的制造固体摄像器件的过程的图。图14为本发明的固体摄像器件的主要部分的示意性截面图。图15为本发明的固体摄像器件的主要部分的示意性截面图。图16为本发明的电子装置的示意图。图17为相关技术的固体摄像器件的示意性截面图。图18A、图18B及图18C分别为相关技术的固体摄像器件的主要部分的平面图、图 18A的截面图以及显示沿图18B的线XVIIIC-XVIIIC的电位梯度的图。图19A及图19B为相关技术的固体摄像器件的示意性截面图及主要部分的放大截 面图。
具体实施例方式第一实施例固体摄像器件首先，将参照图1对作为本发明第一实施例的CMOS型固体摄像器件1进行说明。 以下实施例的图1的结构常常用于固体摄像器件中。在本实施例中，对背照射型CMOS型固 体摄像器件1进行说明。图1为显示CMOS型固体摄像器件1的一种结构的示意图。本实施例的固体摄像器件1包括像素区域3、垂直驱动电路4、列信号处理电路5、 水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8等，在像素区域3中多个像素2设置在由硅形成 的基板11上。各个像素2包括作为光电转换元件的光电二极管以及多个像素晶体管，并且多个 像素以二维阵列方式规则地设置在基板11上。构成像素2的像素晶体管可包括传输晶体 管、复位晶体管、选择晶体管以及放大晶体管这四个像素晶体管，或者包括除选择晶体管外 的三个晶体管。像素区域3包括以二维阵列方式规则设置的多个像素2。像素区域3包括有效像 素区域以及黑基准像素区域(图未示出)，所述有效像素区域用于接收光、放大通过光电转 换所产生的信号电荷并将信号读取至列信号处理电路5，所述黑基准像素区域用于输出变 成黑电平基准的光学黑。黑基准像素区域通常形成于有效像素区域的外周上。控制电路8根据垂直同步信号、水平同步信号以及主时钟来产生时钟信号或控制 信号等，这些信号成为垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等的操作基准。 通过控制单元8产生的时钟信号或控制信号等被输入至垂直驱动电路4、列信号处理电路5 和水平驱动电路6等。垂直驱动电路4包括移位寄存器，在垂直方向上以行为单位依次选择并扫描像素区域3的像素2。各个像素2的光电二极管基于根据感光量所产生的信号电荷来通过垂直 信号线9向列信号处理电路5提供像素信号。列信号处理电路5设置于像素2的各个列中，以对于从与各个像素列中的一行相 对应的像素2所输出的信号，通过来自黑基准像素区域(尽管图未示出，但黑基准像素区域是围绕有效像素区域形成的)的信号来执行诸如噪声消除或信号放大等信号处理。水平选 择开关(图未示出)设置在列信号处理电路5的输出级与水平信号线10之间。水平驱动电路6包括移位寄存器，并且依次输出水平扫描脉冲以依次选择各个列 信号处理电路5，使得来自各个列信号处理单元5的像素信号被输出至水平信号线10。输出电路7对通过水平信号线10从各个列信号处理电路5依次供给的信号执行 信号处理，并输出经处理的信号。图2为第一实施例的固体摄像器件的单位像素2的示意性平面图。如图2所示，单位像素2包括光电转换区域15以及电荷读取单元，在光电转换区 域15中，用于对具有对应红(R)、绿(G)及蓝⑶波长的光进行光电转换的第一至第三光电 转换部以三层的方式层叠，所述电荷读取单元对应于各个光电转换部。在本实施例中，电荷 读取单元包括与第一至第三光电转换部对应的第一像素晶体管TrA、第二像素晶体管TrB 以及第三像素晶体管TrC。在本实施例的固体摄像器件1中，在单位像素2中实现垂直方向 上的分光。第一像素晶体管TrA、第二像素晶体管TrB以及第三像素晶体管TrC形成于光电转 换区域15的周边，并且各个像素晶体管包括四个MOS型晶体管。第一像素晶体管TrA输出 在下述第一光电转换部中所产生并累积的信号电荷作为像素信号，并包括第一传输晶体管 Trl、复位晶体管Tr4、放大晶体管Tr5以及选择晶体管Tr6。第二像素晶体管TrB输出在下 述第二光电转换部中所产生并累积的信号电荷作为像素信号，并包括第二传输晶体管Tr2、 复位晶体管Tr7、放大晶体管TrS以及选择晶体管Tr9。第三像素晶体管TrC输出在下述第 三光电转换部中所产生并累积的信号电荷作为像素信号，并包括第三传输晶体管Tr3、复位 晶体管TrlO、放大晶体管Trll以及选择晶体管Trl2。图3为固体摄像器件1的单位像素2的主要部分的示意性截面图。在图3中，仅 显示第一像素晶体管TrA、第二像素晶体管TrB以及第三像素晶体管TrC的第一传输晶体管 Trl、第二传输晶体管Tr2以及第三传输晶体管Tr3，而省略其他像素晶体管。本实施例的固 体摄像器件1为背照射型固体摄像器件，其中，从与形成有像素晶体管的半导体基板17的 前面侧相反的背面侧接收光。在图3中，上侧是感光表面侧，而下侧则是形成有诸如像素晶 体管或逻辑电路等周边电路的电路形成面。光电转换区域15具有如下的结构在该结构中，第一光电转换部和第二光电转换 部与第三光电转换部在光入射方向上层叠，第一光电转换部和第二光电转换部是由形成于 半导体基板17中的第一光电二极管PDl和第二光电二极管PD2形成的，第三光电转换部是 由形成于半导体基板17的背面侧上的有机光电转换膜32形成的。第一光电二极管PDl及第二光电二极管PD2形成于阱区16中，阱区16是由用硅 形成的半导体基板17的第一导电型(在本实施例中为ρ型)半导体区域形成的。 第一光电二极管PDl具有η型半导体区域19和延伸部19a，η型半导体区域19由 第二导电型(在本实施例中为η型)杂质形成并形成于半导体基板17的感光表面侧上，延 伸部19a是通过将半导体区域的一部分延伸至半导体基板的前面侧而形成的。延伸部19a 形成于光电转换部以三层的形式层叠的光电转换区域15的周边，并且在延伸部19a的前表 面(半导体基板的前表面)中形成有变成空穴累积层的高浓度ρ型半导体区域20。延伸部 19a被形成为提取层，用于将在第一光电二极管的η型半导体区域19中累积的信号电荷提取至半 导体基板17的前面侧。第二光电二极管PD2具有η型半导体区域19和高浓度ρ型半导体区域18，η型半 导体区域19形成于半导体基板17的前面侧上，高浓度ρ型半导体区域18形成于η型半导 体区域19前面侧的半导体基板17的界面中，且变成空穴累积层。在第一光电二极管PDl及第二光电二极管PD2中，ρ型半导体区域20及18形成 于半导体基板17的界面中，以抑制在半导体基板17的界面中所产生的暗电流。将形成于距感光表面最远的区域中的第二光电二极管PD2设定为用于对具有红 光波长的光进行光电转换的光电转换部。将形成于感光表面侧中的第一光电二极管PDl设 定为用于对具有蓝光波长的光进行光电转换的光电转换部。有机光电转换膜32被形成为与半导体基板17之间夹着绝缘膜28，绝缘膜28成为 形成于半导体基板17的背面上的防反射膜，并且有机光电转换膜32的上表面及下表面被 夹在上部电极33与下部电极31之间。在本实施例中，有机光电转换膜32被设定为用于对 具有绿光波长的光进行光电转换的光电转换部，并包括有机光电转换材料，所述有机光电 转换材料包括若丹明基颜料、部花青基颜料或喹吖啶酮等。上部电极33及下部电极31包 括透光性材料，并包括诸如铟锡氧化物(indium tin oxide，IT0)膜或氧化铟锌膜等透明导 电膜。尽管在本实施例中有机光电转换膜32的材料包括用于对绿光进行光电转换的材 料，然而也可包括用于对具有蓝光或红光波长的光进行光电转换的材料，并且第一光电二 极管PDl及第二光电二极管PD2被构造为与其他波长对应。在蓝光被吸收至有机光电转换 膜32的情况下，将形成于半导体基板17的感光表面侧上的第一光电二极管PDl设定为用 于转换绿光的光电转换部，并将第二光电二极管PD2设定为用于转换红光的光电转换部。 在红光被吸收至有机光电转换膜32的情况下，将形成于半导体基板17的感光表面侧上的 第一光电二极管PDl设定为用于转换蓝光的光电转换部，并将第二光电二极管PD2设定为 用于转换绿光的光电转换部。作为用于对蓝光进行光电转换的有机光电转换膜，可使用包 括香豆酸颜料、三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)或部花青基颜料等的有机光电转换材料。作 为用于对红光进行光电转换的有机光电转换膜，可使用包括酞菁基颜料的有机光电转换材 料。将在半导体基板17中被光电转换的光设定为蓝光和红光，并将在有机光电转换 膜32中被光电转换的光设定为绿光，因而能够改善第一光电二极管PDl与第二光电二极管 PD2之间的光谱特性。形成于有机光电转换膜32的半导体基板17侧的下部电极31通过贯穿绝缘膜28 的接触插塞29连接至从半导体基板17的背面侧至前面侧形成的垂直型传输路径50。垂直 型传输路径50是由在垂直方向上从半导体基板17的背面侧至前面侧形成的连接部21、电 位阻挡层22、电荷累积层23以及ρ型半导体区域24的层叠结构构成的。连接部21是形成 于半导体基板17的背面侧上的高浓度η型杂质区域，并且被构造成与接触插塞29欧姆接 触。电位阻挡层22是低浓度ρ型杂质区域并在连接部21与电荷累积层23之间构成电位 阻挡。电荷累积层23是累积从有机光电转换膜32传输来的信号电荷的层，并包括浓度低 于连接部21的浓度的η型杂质区域。形成于半导体基板17的前表面最外侧中的ρ型半导 体区域24包括高浓度ρ型杂质区域，以抑制半导体基板17的界面中的暗电流。
图4A为半导体基板17的垂直型传输路径50的区域的放大图，并且图4B为沿图 4A的线IVB-IVB的截面图。在本实施例的垂直型传输路径50中，形成图4B所示的电位梯度。因此，通过接触 插塞29从有机光电转换膜32传输到连接部21的信号电荷‘e’超出由电位阻挡层22形成 的溢流阻挡，从而累积在电荷累积层23中。累积在电荷累积层23中的信号电荷e被读取 至作为半导体基板17的电路形成面的前面侧。如图2所示，在作为半导体基板17的电路形成面的前面侧上，配置有与第一光电 二极管PDl、第二光电二极管PD2以及有机光电转换膜32对应的第一像素晶体管TrA、第二 像素晶体管TrB以及第三像素晶体管TrC。在图3中，为简易起见，仅显示第一像素晶体管 TrA、第二像素晶体管TrB以及第三像素晶体管TrC的第一传输晶体管Trl、第二传输晶体管 Tr2以及第三传输晶体管Tr3。第一传输晶体管Trl包括浮动扩散部FDl和形成于半导体基板17上的传输栅极 电极37，浮动扩散部FDl形成在与第一光电二极管PDl的延伸部19a相邻的半导体基板的 前面侧上，在半导体基板17与传输栅极电极37之间夹着栅极绝缘膜。第二传输晶体管Tr2包括浮动扩散部FD2和形成于半导体基板17上的传输栅极 电极38，浮动扩散部FD2形成在与第二光电二极管PD2相邻的半导体基板的前面侧上，在半 导体基板17与传输栅极电极38之间夹着栅极绝缘膜。第三传输晶体管Tr3包括浮动扩散部FD3和形成于半导体基板17上的传输栅极 电极39，浮动扩散部FD3形成在与垂直型传输路径50相邻的半导体基板的前面侧上，在半 导体基板17与传输栅极电极39之间夹着栅极绝缘膜。各个浮动扩散部FD1、FD2和FD3由η型高浓度杂质区域形成，并且传输栅极电极 37、38和39由多晶硅形成。在半导体基板17的前面侧上，形成有多层式布线层25，该多层式布线层25具有多 个层叠的布线层26 (在本实施例中为三层)，在布线层26之间夹着层间绝缘膜27。在制造 步骤中形成的支撑基板53形成于多层式布线层25的表面上。在上部电极33的感光表面侧上，形成有遮光膜36，用于对垂直型传输路径50以及 作为第一光电二极管PDl的电荷提取部的延伸部19a进行遮光。可使用Al、Ti或W等作为 遮光膜36。尽管在图3中遮光膜36形成于上部电极33上并且在遮光膜36与上部电极33 之间夹着绝缘膜，然而在遮光膜36形成于上部电极33上并且在遮光膜36与上部电极33 之间夹着绝缘膜的情况下，遮光膜36的电位并不是固定的。因此，可将遮光膜36形成为与 上部电极33相接触。在此种情况下，遮光膜36的电位等于上部电极33的电位。片上透镜35形成于遮光膜36上，在片上透镜35与遮光膜36之间夹着平坦化膜 34。在本实施例的固体摄像器件中，由于在单位像素2中在垂直方向上实现分光，因而不配 直滤色器ο 如图2所示，实际上，复位晶体管Tr4、Tr7及TrlO、放大晶体管Tr5、Tr8及Trll 以及选择晶体管Tr6、Tr9及Trl2形成于半导体基板17的前面侧上。复位晶体管Tr4、Tr7 及TrlO包括源极/漏极区域43和44以及栅极电极40。放大晶体管Tr5、TrS及Trll包 括源极/漏极区域44和45以及栅极电极41。选择晶体管Tr6、Tr9及Trl2包括源极/漏 极区域45和46以及栅极电极42。
在这些像素晶体管TrA、TrB及TrC中，浮动扩散部FD1、FD2及FD3连接至对应的 复位晶体管Tr4、Tr7及TrlO的一个源极/漏极区域43。另外，浮动扩散部FD1、FD2及FD3 连接至对应的放大晶体管Tr5、TrS及Trll的栅极电极41。电源电压线VDD通过复位晶体管Tr4、Tr7及TrlO以及放大晶体管Tr5、TrS及 Trll连接至共用源极/漏极区域44。选择信号线VSL连接至选择晶体管Tr6、Tr9及Trl2 的一个源极/漏极区域46。接着，将对制造第一实施例的固体摄像器件1的方法进行说明。图5A、图5B及图 5C至图8A及图8B为显示制造本实施例的固体摄像器件1的过程的图，更具体而言，是显示 制造形成有垂直型传输路径50的区域的制造方过程的图。首先，如图5A所示，准备SOI基板，该SOI基板是通过在由硅形成的基板51上依 次形成埋入氧化物膜(在下文中称为BOX层52)和由硅形成的半导体层17而获得的。该 半导体层17对应于图3的半导体基板17。图5A的SOI基板的半导体层17为ρ型半导体 层，并具有200nm至300nm的厚度。此时，半导体层17的厚度使得能够在下一过程中对η 型扩散层进行离子注入。接着，如图5Β所示，以较高浓度将η型杂质离子注入至BOX层52界面的半导体层 17中，形成连接部21。由于该连接部21与用于从有机光电转换膜32提取信号电荷的接触 插塞29欧姆接触，因而连接部具有约为1 X IO1Vcm3至1 X IO2Vcm3的浓度。此时，由于可在 SOI基板的半导体层17的形成厚度较薄的状态下执行离子注入，因而高浓度离子注入是可 行的。另外，能够以高的精度在半导体层17的较深位置处形成连接部21。

接着，如图5C所示，利用外延生长法在半导体层17上形成ρ型半导体区域，使得 半导体层17的膜厚成为所期望的厚度。在半导体层17中形成对应于蓝光的第一光电二极 管PDl以及对应于红光的第二光电二极管PD2。特别地，为了充分地确保具有红光波长的光 的灵敏度，半导体层17的厚度至少约为3 μ m。就产率而言，从一开始形成厚度约为3 μ m的半导体层17并在半导体层17的较深 区域中形成浓度为ι χ IO1Vcm3至1 X IO2Vcm3的连接部21是困难的。因此，类似于本实施 例，如下的示例是优选的在半导体层17的形成厚度较薄时形成连接部21，并利用外延生 长法获得具有期望膜厚的半导体层17。另外，通过外延生长法所形成的半导体层17成为其 中要形摄像素2的阱区16。接着，如图6A所示，在垂直方向上以较低浓度将ρ型杂质离子注入至连接部21的 上侧，形成电位阻挡层22 ；随后，在垂直方向上将η型杂质离子注入至电位阻挡层22的上 侧，形成电荷累积层23。电荷累积层23的杂质浓度低于连接部21的杂质浓度，并且电荷 累积层23是通过逐步的离子注入形成的，其浓度从电位阻挡层22侧至半导体层17的前面 侧逐渐地增大。另外，在垂直方向上以较高浓度将P型杂质离子注入至电荷累积层23的上 侧，即半导体层17的前表面最外侧，形成由ρ型半导体区域24形成的暗电流抑制区域。因 此，在从半导体层17的与BOX层52相接触的表面至前面侧的垂直方向上形成了垂直型传 输路径50。之后，在半导体层17的前表面上形成传输栅极电极39，在半导体层17与传输栅 极电极39之间夹着栅极氧化物膜(图未示出)。另外，以较高浓度将η型杂质离子注入至 半导体层17的前表面的期望区域中，形成浮动扩散部FD3。尽管在图6Α中未示出，然而此时，在半导体层17的其他区域中形成第一光电二极管PDl及第二光电二极管PD2或者构成 第一像素晶体管TrA、第二像素晶体管TrB及第三像素晶体管TrC的源极/漏极区域或栅极 电极。 接着，如图6B所示，在半导体层17的前面侧上重复进行沉积由氧化硅形成的层间 绝缘膜27的过程以及形成金属触点(图未示出)和由金属材料形成的布线26的过程。因 此，形成由层间绝缘膜27及多个布线层26(在本实施例中为三层)形成的多层式布线层 25。可使用铜或铝作为构成布线26的金属材料。接着，如图7A所示，将由硅形成的支撑基板53粘贴至多层式布线层25上。接着，如图7B所示，将器件翻转，移除构成SOI基板的基板51及BOX层52，并在作 为光入射表面的半导体层17的背面上形成还用作防反射膜的绝缘膜28。在绝缘膜28中，为 了抑制入射光反射至形成于半导体层17中的第一光电二极管PDl及第二光电二极管PD2， 可使用折射率高的材料以及缺陷程度小的界面。优选地，使用层叠膜作为具有此种特性的 绝缘膜28，该层叠膜由形成于半导体层17的界面上厚度为Inm至2nm的氧化硅(SiO2)膜 以及形成于氧化硅膜上的折射率η约为2的氧化铪(HfO2)形成。形成于半导体层17的背面侧上的绝缘膜28优选使用具有负的固定电荷的膜。由 于氧化铪使用负的固定电荷，因而增强了空穴在半导体层17背面侧的界面中累积的状态。 因此，可抑制暗电流的产生。除氧化铪(HfO2)外，也可使用氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钽(Ta2O5)或氧 化钛(TiO2)作为具有负的固定电荷的材料。可使用化学气相生长法、溅射法或原子层沉积 法等作为形成膜的方法。如果使用原子层沉积法，则优选将用于在膜形成期间降低界面状 态的SiO2膜同时形成至约lnm。可使用氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化 钕(Nd2O3)或氧化钷(Pm2O3)等其他材料。另外，可使用氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧 化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)作为上述材料。另外，可使用氧化钬(Ho2O3)、 氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)或氧化钇(Y2O3)等作为上述材料。另外，具 有负的固定电荷的膜可由氮化铪膜、氮化铝膜、氮氧化铪膜或氮氧化铝膜形成。在具有负的固定电荷的膜中，可在不妨碍绝缘性质的范围内向该膜添加硅(Si) 或氮(N)。在不妨碍膜的绝缘性质的范围内适当地确定硅(Si)或氮(N)的浓度。通过添加 硅(Si)或氮(N)，可在改善膜的耐热性或过程中的离子注入的阻止能力。接着，如图8A所示，形成接触插塞29，接触插塞29贯穿绝缘膜28并连接至半导体 层17的连接部21。接触插塞29是通过如下的方式形成的在绝缘膜28的预定位置处开口， 形成连接部21所面对的接触孔，在接触孔的侧壁和底部上形成阻挡金属膜，并埋入金属材 料。为了与半导体层17形成欧姆接触，优选使用钛(Ti)及氮化钛(TiN)的层叠膜作为阻挡 金属膜，并且优选使用钨(W)作为埋入接触孔中的金属材料。之后，在包括接触插塞29的 绝缘膜28上的期望区域中形成下部电极31。可使用利用溅射法形成的厚度约为IOOnm的 ITO膜作为透明电极，即下部电极31，或者利用干式蚀刻或湿式蚀刻以所期望的形状将ITO 膜图形化，从而形成下部电极31。在干式蚀刻中可使用Cl2、BCl3&Ar的蚀刻气体混合物， 而在湿式蚀刻中则可使用诸如磷酸溶液或包括草酸和磷酸的混合溶液等蚀刻剂。接着，如图8B所示，形成由氧化硅形成的绝缘膜30，覆盖下部电极31，并且在下部 电极31上的绝缘膜30中形成使下部电极31露出的开口。为了抑制下部电极31的边缘部的台阶差，开口优选被形成为具有图8B所示的锥形形状。更优选地，绝缘膜30的开口的锥 形角等于或小于30度。在由氧化硅形成的绝缘膜30上形成具有锥形形状的抗蚀剂掩膜， 并对抗蚀剂掩膜进行回蚀以形成所期望的锥形角。之后，在绝缘膜3 0的整个表面上形成有机光电转换膜32，同时覆盖开口。在本实 施例中，利用真空沉积使用喹吖啶酮以约为IOOnm的厚度形成膜作为有机光电转换膜32， 喹吖啶酮是一种选择性地吸收绿光的有机光电转换材料。之后，在有机光电转换膜32的整 个表面上形成上部电极33。即使在上部电极33中，也与下部电极31类似，使用利用溅射法 形成的厚度为IOOnm的ITO膜。之后，在上部电极33上形成遮光膜36及平坦化膜34，并在遮光膜36及平坦化膜 34上形成片上透镜，从而完成图3的本实施例的固体摄像器件1。在该实施例的制造固体摄像器件1的方法中，由于可借助于离子注入时的能量在 垂直方向上容易地控制垂直型传输路径50的电位，因而控制和设计均很容易。接着，将对驱动第一实施例的固体摄像器件1的方法进行说明。将参照图2及图 3对该驱动方法进行说明。在本实施例中，将固定负电压VL施加至形成于有机光电转换膜32的感光表面侧 上的上部电极33，并且在电荷累积时，将高于电压VL的电压VH施加至与接触插塞29连接 的下部电极31。电压VH取决于溢流阻挡的电位。如果在电荷累积时将光输入至一个像素2，则在对具有绿光波长的光具有吸收特 性的有机光电转换膜32中具有绿光波长的光被转换，并且在有机光电转换膜32中形成电 子空穴对。在通过光电转换产生的电子空穴对中，作为信号电荷的电子被吸引至施加有较 高电压VH的下部电极31，并通过接触插塞29传输至连接部21。超过连接部21的饱和电 荷量的信号电荷超出电位阻挡层22，溢流至电荷累积层23中，并累积在电荷累积层23中。此时，空穴被吸引至施加有负电压VL的上部电极33，并通过所需布线(图未示 出)释放。在本实施例中，由于将较高电压VH施加至下部电极31，因而较高电压对应于用 于在半导体基板17的背面侧的界面中产生暗电流的偏压的极性。然而，在构成防反射膜的 绝缘膜28中使用氧化铪，使得空穴在半导体基板17的背面中被激发。因此，由于施加至下 部电极31的电压VH，因而可抑制半导体基板17的界面中产生的暗电流。具有蓝光波长的光被吸收至在靠近感光表面的半导体基板17中形成的第一光电 二极管PDl中并被光电转换。因此，对应于蓝光的信号电荷累积在第一光电二极管PDl的η 型半导体区域19中。具有红光波长的光被吸收至在深度方向上距感光表面的较深位置处 的半导体基板17中形成的第二光电二极管PD2中并被光电转换。因此，对应于红光的信号 电荷累积在第二光电二极管PD2的η型半导体区域19中。在完成电荷累积之后，将所需传输脉冲施加至第一传输晶体管Trl、第二传输晶体 管Tr2以及第三传输晶体管Tr3的传输栅极电极37、38及39，从而开始读取电荷。在第一 传输晶体管Trl中，通过延伸部19a将累积在第一光电二极管PDl的η型半导体区域19中 与蓝光对应的信号电荷读取至浮动扩散部FDl。在第二传输晶体管Tr2中，将累积在第二光 电二极管PD2的η型半导体区域19中与红光对应的信号电荷读取至浮动扩散部FD2。在第 三传输晶体管Tr3中，将累积在垂直型传输路径50的电荷累积层23中与绿光对应的信号 电荷读取至浮动扩散部FD3。
通过放大晶体管Tr5、TrS及Trll放大由于将对应信号电荷读取至对应浮动扩散 部FD1、FD2及FD3而产生的电位变化，并将这些电位变化读取至垂直信号线(图未示出) 作为像素信号。通过选择晶体管Tr6、Tr9及Trl2确定将信号电荷读取至垂直信号线的时 刻。在读取并传输信号电荷之后，通过复位晶体管Tr4、Tr7及TrlO将读取至浮动扩散 部FD1、FD2及FD3的信号电荷复位。根据该实施例，在形成于半导体基板17中的垂直型传输路径50中，在有机光电转 换膜32中产生的信号电荷通过垂直方向上的溢流而从连接部21传输至电荷累积层23，从 而累积在电荷累积层23中。由于如上所述可通过离子注入能量以高的精度控制具有垂直 方向溢流结构的垂直型传输路径50的形成，因而比水平方向溢流结构的传输路径更容易 制造，并且可以改善过程的控制性能。由于垂直型传输路径50在垂直方向上从半导体基板 17的背面侧至前面侧形成，因而不会增大像素尺寸，并且可以将在有机光电转换膜32中产 生的信号电荷从半导体基板17的背面侧读取至前面侧。由于电荷累积层23被形成为靠近传输栅极电极39，因而就从电荷累积层23向浮 动扩散部FD3的传输而言，此种结构是有利的。在背照射型固体摄像器件中，由于多层式布 线层25不形成于半导体基板17的作为感光表面的背面侧上，因而可使有机光电转换膜32 与形成于半导体基板17中的第一光电二极管PDl和第二光电二极管PD2被形成为具有较 小的距离。因此，可减小由在有机光电转换膜32与第一光电二极管PDl和第二光电二极管 PD2之间的距离较大时所产生的F值所引起的各个颜色的灵敏度变化的影响。尽管在该实施例中使用图2所示的像素2的结构，但也可在多个像素中共用各个 像素晶体管。图9为 另一实施例的电路图。在图9中，对应于图2的部分用相同的附图标 记表示，并且将省略对这些部分进行的说明。在该实施例中，第一像素2a、第二像素2b及第三像素2c设置在一列中。在第一像 素2a中，用于读取与具有红光波长的光对应的信号电荷的复位晶体管Tr7、放大晶体管TrS 及选择晶体管Tr9设置在光电转换区域15的周边部分中。在第二像素2b中，用于读取与具 有绿光波长的光对应的信号电荷的复位晶体管TrlO、放大晶体管Trll及选择晶体管Trl2 设置在光电转换区域15的周边部分中。在第三像素2c中，用于读取与具有蓝光波长的光 对应的信号电荷的复位晶体管Tr4、放大晶体管Tr5及选择晶体管Tr6设置在光电转换区域 15的周边部分中。第一像素2a、第二像素2b及第三像素2c的浮动扩散部FD2连接至形成于第一像 素2a的周边区域中的复位晶体管Tr7的源极/漏极区域43和放大晶体管TrS的栅极电极 41。第一像素2a、第二像素2b及第三像素2c的浮动扩散部FD3连接至形成于第二像素2b 的周边区域中的复位晶体管TrlO的源极/漏极区域43和放大晶体管Trl 1的栅极电极41。 第一像素2a、第二像素2b及第三像素2c的浮动扩散部FDl连接至形成于第三像素2c的周 边区域中的复位晶体管Tr4的源极/漏极区域43和放大晶体管Tr5的栅极电极41。在图9所示的示例中，由于在第一像素2a、第二像素2b及第三像素2c的各个光电 转换部中共用复位晶体管、传输晶体管及放大晶体管，因而可减少像素晶体管的数目，从而 有利地减小像素尺寸。由于可减少像素晶体管的数目，因而可在保持像素尺寸的状态下扩 大光电转换区域15的感光面积。即使在该示例中，也可获得本实施例的效果。
第二实施例制造固 体摄像器件的方法接下来，将对制造固体摄像器件的方法作为本发明的第二实施例进行说明。图IOA 及图IOB至图13A及图13B为显示该实施例的制造固体摄像器件的过程的图。在该实施例 中制成的固体摄像器件与图3中所示的固体摄像器件相同，且将省略对该固体摄像器件的 说明。在图IOA及图IOB至图13A及图13B中，对应于图5A、图5B及图5C至图8A及图8B 的部分将以相同的附图标记表示，并且将省略对这些部分的说明。首先，如图IOA所示，准备SOI基板，该SOI基板是通过在由硅形成的基板51上依 次形成BOX层52和由硅形成的半导体层17而获得的。该半导体层17对应于图3的半导 体基板17。该SOI基板的半导体层17为ρ型半导体层并具有约3 μ m的厚度。接着，如图IOB所示，在深度方向上以较低浓度将ρ型杂质离子注入至要形成半导 体层17的垂直型传输路径50的区域的较深位置中，形成电位阻挡层22。随后，在垂直方向 上将η型杂质离子注入到电位阻挡层22的上侧，形成电荷累积层23。电荷累积层23的杂 质浓度低于连接部21的杂质浓度，并且电荷累积层是通过逐步的离子注入使浓度从电位 阻挡层22侧向半导体层17的前面侧逐渐增大而形成的。另外，在垂直方向上以较高浓度 将P型杂质离子注入至电荷累积层23的上侧，即半导体层17的前表面最外侧，形成由ρ型 半导体区域24形成的暗电流抑制区域。在该实施例中，由于很难通过离子注入从半导体层 17的前表面形成在半导体层17的最深区域中形成的连接部21，因此，在该步骤中还没有形 成连接部。之后，在半导体层17的前表面上形成传输栅极电极39，在半导体层17与传输栅极 电极39之间夹着栅极氧化物膜(图未示出)。另外，以较高浓度将η型杂质离子注入至半 导体层17的前表面的期望区域中，形成浮动扩散部FD3。尽管在图IOB中未示出，然而此 时，在半导体层17的其他区域中形成第一光电二极管PDl及第二光电二极管PD2或者像素
晶体管。接着，如图IlA中所示，在作为电路形成面的半导体层17的前面侧上，重复进行沉 积由氧化硅形成的层间绝缘膜27的过程以及形成金属触点(图未示出)和由金属材料形 成的布线26的过程。因此，形成了由层间绝缘膜27及多个布线层26 (在本实施例中为三 层)形成的多层式布线层25。可使用铜或铝作为构成布线26的金属材料。接着，如图lib中所示，将由硅形成的支撑基板53粘贴至多层式布线层25上。接着，如图12A中所示，将器件翻转，移除构成SOI基板的基板51及BOX层52，并 且使作为感光表面的半导体层17的背面侧露出。接着，以较高浓度将η型杂质离子注入到 半导体层17露出的前表面最外侧的电位阻挡层22的上部区域中，形成连接部21。为了与 用于从有机光电转换膜32提取信号电荷的接触插塞29进行欧姆接触，连接部21的剂量约 为lX1015/cm3。之后，对形成于半导体层17中的杂质区域进行活化。在该实施例中，由于 在该步骤中在半导体层17的前面侧上先前已形成有多层式布线层25，因此从布线26的耐 热性的观点来看，优选使用激光退火方法作为瞬间活化的活化方法。图12B至图13B中所示的过程与第一实施例的图7B至图8B的过程相同，且将省 略对这些过程的说明。如上所述，在该实施例中，能够以高精度形成垂直型传输路径50，垂直型传输路径 50具有杂质区域在垂直方向上层叠于半导体层17中的结构。另外，可获得与第一实施例相同的效果。尽管在第一实施例及第二实施例中说明了使用垂直型分光方法的示例，在该示例中在半导体基板17中形成两个光电转换部并将由有机光电转换膜32形成的光电转换部层 叠在半导体基板17上，但本发明并不限于该结构。如下的任何结构均适用光电转换部被 构造在半导体基板上，并且在该光电转换部中产生的信号电荷被传输并累积在形成于该半 导体基板中的垂直型传输路径中以被读取。第三实施例固体摄像器件接下来，将对本发明第三实施例的固体摄像器件进行说明。该实施例的固体摄像 器件是将第一实施例的固体摄像器件的所需传输晶体管设定为垂直型晶体管的示例。图14是该实施例的固体摄像器件的主要部分的示意性截面图。在图14中，对应 于图3的部分用相同的附图标记表示且将省略对这些部分的说明。在该实施例中，形成于半导体基板17的感光表面侧上的第一光电二极管PDl包括 形成于半导体基板17的背面侧上的η型半导体区域60以及形成于半导体基板17的前面 侧上的与η型半导体区域60相接触的ρ型半导体区域61。即，在该实施例的第一光电二极 管PDl中，未形成图3中所示的延伸部19a。半导体基板17中用于传输在有机光电转换膜32中产生的信号电荷的垂直型传输 路径50包括在垂直方向上从半导体基板17的背面侧依次层叠的连接部21、电位阻挡层22 及电荷累积层23。在该实施例中，第一传输晶体管Trl及第三传输晶体管Tr3包括具有垂直型栅极 电极62及63的垂直型传输晶体管。即，构成第一传输晶体管Trl的垂直型栅极电极62从 半导体基板17的前面侧埋入并形成于半导体基板17中，到达第一光电二极管PDl的η型 半导体区域60。构成第三传输晶体管Tr3的垂直型栅极电极63从半导体基板17的前面侧 埋入并形成于半导体基板17中，到达垂直型传输路径50的电荷累积层23。这样的垂直型栅极电极62及63通过以下步骤形成从半导体基板17的前面侧以 所需深度在半导体基板17的期望区域中形成开口，在开口的侧面及底部形成栅极氧化物 膜64，并埋入由多晶硅形成的电极材料。在垂直型栅极电极62及63中，沿柱状栅极电极形 成传输通道，从而传输在第一光电二极管PDl的η型半导体区域60中累积的信号电荷。因 此，构成第一光电二极管PDl的ρ型半导体区域61被形成为与垂直型栅极电极62分开预 定距离，以便不会妨碍传输通道的形成。在该实施例中，累积于垂直型传输路径50的电荷累积层23中的信号电荷通过沿 垂直型栅极电极63形成的传输通道被读取至浮动扩散部FD3。在形成有垂直型栅极电极 63的情况下，所形成的电荷累积层23可不一直到达半导体基板17的前面侧。因此，这有利 于垂直型传输路径50中电位的设计。第四实施例固体摄像器件接下来，将对本发明第四实施例的固体摄像器件进行说明。该实施例的固体摄像 器件为形成于半导体基板上的光电转换膜由无机材料形成的示例且为不使用垂直型分光 术的示例。图15是该实施例的固体摄像器件的主要部分的示意性截面图。在图15中，对 应于图3的部分用相同的附图标记表示且将省略对这些部分的说明。在图15中，显示三个像素的截面结构。该实施例的固体摄像器件的单位像素具有由作为无机光电转换材料的非晶硅形成的光电转换部72。还包括用于将在光电转换部72 中产生的信号电荷读取、累积并传输至半导体基板17的前面侧的垂直型传输路径50。垂直 型传输路径50及用于将在垂直型传输路径50的电荷累积层23中累积的信号电荷读取至 半导体基板17的前面侧的传输晶体管Tr的结构类似于第一实施例中的结构。构成光电转换部72的非晶硅形成于半导体基板17的背面上，在光电转换部72与 半导体基板17之间夹着绝缘膜74，并且光电转换部72夹在分别在光入射方向的上侧及下 侧上形成的上部电极70与下部电极71之间。上部电极70由ITO膜形成且为透明电极。在 下部电极71中，为了防止光透射至Si，优选使用诸如Al、Ti或W等具有遮光性质 的电极。 下部电极71通过形成于绝缘膜74中的接触插塞75电连接至垂直型传输路径50的连接部 21。由非晶硅形成的光电转换部72被平坦化膜73覆盖着，且不同的滤色器78形成于 每个像素的平坦化膜73上。在该实施例中，对应于红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)的滤色器 78构造于各个像素中，变成拜耳阵列。片上透镜35形成于每个像素的滤色器78上。该实施例是因每单位像素的一种颜色的光的光电转换而产生信号电荷的示例。在该实施例中，通过片上透镜35及滤色器78入射的光被吸收到由非晶硅形成的 光电转换部72中并在光电转换部72中进行光电转换。在各个像素的光电转换部72中，对 应于R、G及B的信号电荷通过与滤色器78对应的光的光电转换而产生。通过将预定电压 施加至上部电极70及下部电极71，所产生的信号电荷通过接触插塞75传输至各个垂直型 传输路径50的连接部21，并且超出电位阻挡层22的信号电荷累积在电荷累积层23中。之后，类似于第一实施例，信号电荷被像素晶体管读取并作为像素信号输出。类似于该实施例，即使在光电转换部72由例如非晶硅等无机材料而非由有机光 电转换膜形成的情况下，也可以在垂直方向上容易地将信号电荷传输至并累积于从半导体 基板17的背面侧至前面侧的垂直型传输路径50中。即使在此情况下，由于读取至连接部 21的信号电荷在垂直方向上溢流，所以在像素的微型化方面是有利的。尽管在第一实施例至第四实施例中，当第一导电型为ρ型而第二导电型为η型时 将电子设定为信号电荷，但本发明也适用于将空穴设定为信号电荷的固体摄像器件。在这 种情况下，可通过将第一导电型设定为η型及将第二导电型设定为ρ型而将上述各个半导 体区域构造在相反的导电型半导体区域中。在第一实施例至第四实施例中，作为示例，说明了将本发明应用于CMOS型固体摄 像器件的情况，在CMOS型固体摄像器件中，用于响应于入射光量来检测信号电荷作为物理 量的单位像素呈矩阵状布置。然而，本发明并不限于CMOS型固体摄像器件。本发明并不限 于列型固体摄像器件中的任何一种，在这些列型固体摄像器件中，列电路设置在像素呈两 维矩阵状布置的像素单元的各个像素列中。尽管在第一实施例至第三实施例中像素由包括 传输晶体管、复位晶体管及放大晶体管的三个像素晶体管构造而成，但像素还可由除上述 晶体管外还包括选择晶体管的四个像素晶体管构造而成。即使在各个像素的光电转换元件 或各个MOS晶体管的布局中，也可在不背离本发明的范围的情况下进行各种修改。尽管在第一实施例至第四实施例中对将本发明应用于CMOS型固体摄像器件的情 况进行了说明，但本发明也适用于CCD型固体摄像器件。在这种情况下，通过本发明的垂直 型传输路径由读取部读取的信号电荷，通过CCD型结构的垂直传输寄存器在垂直方向上传输，并且通过水平传输寄存器在水平方向上传输，从而被放大，由此输出视频信号。 本发明并不限于用于检测并拾取可见光的入射光量的分布作为图像的固体摄像 器件，并且适用于拾取红外射线、X射线或粒子的入射量的分布作为图像的固体摄像器件。 另外，广义上，本发明适用于所有的固体摄像器件(物理量分布检测器件)，例如用于检测 并拾取例如压力或静电容量等另一物理量的分布作为图像的指纹检测传感器。另外，本发明并不限于用于以行为单位依次扫描像素单元的各个单位像素并从各 个单位像素读取像素信号的固体摄像器件。本发明适用于用于选择像素单元中的某一像素 并从像素单元中的所选像素中读取信号的X-Y地址型固体摄像器件。另外，可将固体摄像 器件形成为一个芯片，或者通过封装像素单元、信号处理单元或光系统而获得的具有摄像 功能的模块。本发明并不限于固体摄像器件，而是适用于摄像器件。摄像器件指诸如数码相机 或摄像机等照相系统或例如移动电话等具有摄像功能的电子装置。安装在电子装置中的模 块，即照相模块可以是摄像器件。第五实施例电子装置接下来，将对本发明第五实施例的电子装置进行说明。图16是显示本发明第五实施例的电子装置200的结构的示意图。该实施例的电子装置200示出了将本发明第一实施例的固体摄像器件1用于电子 装置(照相机)中。该实施例的电子装置200具有固体摄像器件1、光学透镜210、快门装置211、驱动 电路212及信号处理电路213。光学透镜210在固体摄像器件1的摄像表面上形成来自物体的图像光束(入射 光)。因此，在预定期间内信号电荷在固体摄像器件1中累积。快门装置211控制固体摄像器件1的光照射期间及遮光期间。驱动电路212供给驱动信号，用于控制固体摄像器件1的传输操作及快门装置211 的快门操作。固体摄像器件1的信号传输通过由驱动电路212提供的驱动信号(时序信 号)执行。信号处理电路213执行各种信号处理程序。经过信号处理的视频信号存储在例 如存储器等存储介质中或输出至监示器。在该实施例的电子装置200中，由于固体摄像器件1中的像素尺寸的微型化及传 输效率均得到改善，所以可获得具有像素特性得到提高的电子装置200。可应用固体摄像器件1的电子装置200并不限于照相机，而是适用于摄像器件，诸 如数码相机或用于例如移动电话等移动装置的照相机模块。尽管在该实施例的电子装置中使用固体摄像器件1，但也可使用在上述第二实施 例至第四实施例中制造的固体摄像器件。本领域的技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权 利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。
权利要求
1.一种固体摄像器件，所述固体摄像器件包括 半导体区域，它位于多层式布线层上；电荷累积层，它位于所述半导体区域中； 阻挡层，它位于所述电荷累积层上；以及 连接部，它位于所述阻挡层上。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述阻挡层和所述连接部被堆叠为使得 所述阻挡层比所述连接部更靠近所述多层式布线层。
3.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述阻挡层和所述电荷累积层被堆叠为 使得所述电荷累积层比所述阻挡层更靠近所述多层式布线层。
4.如权利要求1所述的固体摄像器件，所述固体摄像器件包括 绝缘膜，它位于所述连接部上；以及接触部，它与所述连接部接触并延伸穿过所述绝缘膜。
5.如权利要求4所述的固体摄像器件，其中，所述接触部使所述连接部与所述绝缘膜 上的电极电连接。
6.如权利要求4所述的固体摄像器件，其中，所述绝缘膜具有负的固定电荷。
7.如权利要求1所述的固体摄像器件，所述固体摄像器件包括在所述连接部上的遮光膜。
8.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述电荷累积层的杂质浓度在朝着所述 半导体区域的方向上增大。
9.如权利要求5所述的固体摄像器件，所述固体摄像器件包括在所述电极上的转换膜。
10.如权利要求4所述的固体摄像器件，其中，所述绝缘膜具有高的折射率。
11.如权利要求4所述的固体摄像器件，其中，所述绝缘膜包含氧化铪。
12.如权利要求4所述的固体摄像器件，其中，所述绝缘膜包括氧化铝、氧化锆、氧化钽 或氧化钛、氧化镧、氧化镨、氧化铈、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化 镝、氧化钬、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钇、氮化铪膜、氮化铝膜、氮氧化铪膜或氮氧化铝 膜。
13.一种用于制造固体摄像器件的方法，所述方法包括以下步骤 在多层式布线层上形成半导体区域；在所述半导体区域中形成电荷累积层； 在所述电荷累积层上形成阻挡层；以及 在所述阻挡层上形成连接部。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述阻挡层和所述连接部被堆叠为使得所述阻 挡层比所述连接部更靠近所述多层式布线层。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述阻挡层和所述电荷累积层被堆叠为使得所 述电荷累积层比所述阻挡层更靠近所述多层式布线层。
16.如权利要求13所述的方法，其中，所述电荷累积层具有比所述连接部的杂质浓度 低的杂质浓度。
17.如权利要求13所述的方法，所述方法包括以下步骤在所述连接部上形成绝缘膜；以及形成接触部，所述接触部与所述连接部接触并延伸穿过所述绝缘膜延伸。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述接触部使所述连接部与在所述绝缘膜上的 电极电连接。
19.如权利要求13所述的方法，所述方法包括在所述连接部上形成遮光膜的步骤。
20.如权利要求13所述的方法，其中，所述电荷累积层的杂质浓度朝着所述半导体区 域逐渐增大。
21.如权利要求18所述的方法，所述方法包括在所述电极上形成转换膜的步骤。
22.如权利要求17所述的方法，其中，所述绝缘膜包含氧化铪。
23.如权利要求17所述的方法，其中，所述绝缘膜包括氧化铝、氧化锆、氧化钽或氧化 钛、氧化镧、氧化镨、氧化铈、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化 钬、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钇、氮化铪膜、氮化铝膜、氮氧化铪膜或氮氧化铝膜。
24.一种电子装置，所述电子装置包括固体摄像器件，所述固体摄像器件包括i)半导体区域，它位于多层式布线层上； )电荷累积层，它位于所述半导体区域中；iii)阻挡层，它位于所述电荷累积层上；以及iv)连接部，它位于所述阻挡层上。
25.如权利要求24所述的电子装置，其中，所述阻挡层和所述连接部被堆叠为使得所 述阻挡层比所述连接部更靠近所述多层式布线层。
26.如权利要求24所述的电子装置，其中，所述阻挡层和所述电荷累积层被堆叠为使 得所述电荷累积层比所述阻挡层更靠近所述多层式布线层。
27.如权利要求24所述的电子装置，所述电子装置包括快门装置，所述快门装置位于 所述固体摄像器件的一侧上。
28.如权利要求24所述的电子装置，所述电子装置包括绝缘膜，它位于所述连接部上；以及接触部，它与所述连接部接触并延伸穿过所述绝缘膜。
29.如权利要求28所述的电子装置，其中，所述绝缘膜包含氧化铪。
30.如权利要求28所述的电子装置，其中，所述绝缘膜包括氧化铝、氧化锆、氧化钽或 氧化钛、氧化镧、氧化镨、氧化铈、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、 氧化钬、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钇、氮化铪膜、氮化铝膜、氮氧化铪膜或氮氧化铝膜。
全文摘要
本发明提供一种固体摄像器件、用于制造固体摄像器件的方法及电子装置，所述固体摄像器件包括半导体区域，它位于多层式布线层上；电荷累积层，它位于所述半导体区域中；阻挡层，它位于所述电荷累积层上；以及连接部，它位于所述阻挡层上。因此，能提高传输效率而不会阻碍像素微型化。
文档编号H04N5/335GK102110702SQ20101059823
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月21日 优先权日2009年12月28日
发明者山口哲司 申请人:索尼公司