固态图像拾取设备的制造方法
【专利说明】固态图像拾取设备
[0001]本申请是申请号为201080056463.X、申请日为2010年12月13日、发明名称为“固态图像拾取设备”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及背面照射型固态图像拾取设备和照相机系统。
【背景技术】
[0003]已经提出了根据现有技术的背面照射型固态图像拾取设备来提供高灵敏度的固态图像拾取设备，在该背面照射型固态图像拾取设备中晶体管和金属导线被布置在半导体衬底的第一主表面(正面)上并且用光照射与正面相对的第二主表面(背面)。
[0004]PTL I描述了具有在半导体衬底的深度方向上堆叠的光检测器的一种背面照射型固态图像拾取设备。PTL I中描述的固态图像拾取设备利用半导体衬底材料的光吸收系数与波长相关的事实来在各个光检测器处检测在与光检测器的各自深度对应的波长带中的光。例如，当三个光检测器被堆叠时，最接近入射表面的光检测器主要检测蓝光，在中间的光检测器主要检测绿光，并且最远离入射表面的光检测器主要检测红光。
[0005]在PTL I中描述的固态图像拾取设备中，每个光检测器具有在深度方向上延伸的杂质扩散区，用于将光检测器与正面上的电路电连接。
[0006]在PTL I中描述的配置的情况下，光进入在半导体衬底的深度方向上延伸的杂质扩散区。例如，当入射光在与蓝色光检测器对应的杂质扩散区中的深的位置处被光电转换时，产生的载流子作为用于蓝色的信号电荷被蓄积。然而，这些载流子应该实际上作为用于绿色和红色的信号载流子被蓄积。通过将该载流子作为用于蓝色的信号载流子蓄积，颜色分离特性被恶化，引起噪声。
[0007]正面入射的固态图像拾取设备包括光入射表面上的遮光结构，例如晶体管和导线。与此对比，在背面入射的固态图像拾取设备的情况下，由于在入射表面上不需要晶体管和导线，因此光入射在整个背面上。因此，颜色分离特性的恶化变得更明显。
[0008]已经考虑到上面描述的问题而设想了本发明，并且本发明提供了具有改善的颜色分离特性的背面照射型固态图像拾取设备。
[0009]引文列表
[0010]专利文献
[0011]PTL 1:日本专利公开 N0.2008-060476
【发明内容】
[0012]根据本发明的一种固态图像拾取设备包括:包括多个像素的半导体衬底，每个像素包括光检测器和读出部；导线，布置在所述半导体衬底的第一主表面上；以及光量降低部，其中光从所述半导体衬底的与第一主表面相对的第二主表面进入所述光检测器，其中所述光检测器包括第一光检测器单元和布置为相对于第二主表面比第一光检测器单元更深的第二光检测器单元，其中第一光检测器单元包括第一导电类型的第一半导体区，在所述第一半导体区中通过光电转换产生的载流子作为信号载流子被收集，其中所述读出部包括第一导电类型的第二半导体区，所述第二半导体区在所述半导体衬底的深度方向上延伸使得在第一半导体区处收集的载流子被读出到第一主表面，其中所述光量降低部被配置为降低入射在第一导电类型的第二半导体区上的光的量，以及其中所述光量降低部对于入射在第二半导体区上的光的光量降低比大于所述光量降低部对于入射在第一半导体区上的光的光量降低比。
[0013]利用根据本发明的固态图像拾取设备，可以改善颜色分离特性。
[0014]从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。
【附图说明】
[0015][图1]图1是第一实施例的示意性的截面图。
[0016][图2]图2是第一实施例的示意性的顶视图。
[0017][图3]图3是第一实施例的水平方向上的电位分布图。
[0018][图4]图4是第二实施例的示意性的顶视图。
[0019][图5]图5是第三实施例的示意性的截面图。
[0020][图6]图6是第四实施例的示意性的截面图。
[0021][图7]图7是第五实施例的示意性的截面图。
[0022][图8A]图8A是第六实施例的示意性的截面图。
[0023][图8B]图8B是第六实施例的水平方向上的电位分布图。
[0024][图9A]图9A是第七实施例的示意性的顶视图。
[0025][图9B]图9B是根据第七实施例的与蓝光对应的微透镜和光检测器的示意性顶视图。
[0026][图9C]图9C是根据第七实施例的与绿光对应的微透镜和光检测器的示意性顶视图。
[0027][图9D]图9D是根据第七实施例的与红光对应的微透镜和光检测器的示意性顶视图。
[0028][图10]图10是第七实施例的水平方向上的电位分布图。
[0029][图11]图11是根据一个实施例的照相机系统。
【具体实施方式】
[0030]将参考附图描述本发明的实施例。在实施例中，电子被用作信号载流子。空穴也可以被用作信号载流子。在使用电子作为信号载流子时，第一导电类型是η型，并且第二导电类型是P型。当空穴被用作信号载流子时，半导体区的导电类型被设定为与电子为信号载流子时的导电类型相反。
[0031]第一实施例
[0032]图1是根据本发明的第一实施例的固态图像拾取设备的示意性的截面图。半导体区(例如光检测器和晶体管)被包括在半导体衬底101内。P型半导体或者SOI衬底可以被用作半导体衬底101。电路部102被布置在半导体衬底101的第一主表面(附图中的下侦D上。电路部102包括晶体管、电极和导线。光学功能部被布置在第二主表面(附图中的上侧)(即，与其上布置有电路部102的那侧相对的一侧)上，其中绝缘层和保护层置于光学功能部和第二主表面之间。在根据本实施例的背面照射型固态图像拾取设备中，光从与其上布置有导线和晶体管的第一主表面(正面)相对的表面进入，即，从第二主表面(背面)进入。
[0033]在本实施例中，光学功能部包括微透镜。如下面详细描述的，微透镜用作光量降低部。
[0034]接下来，将描述布置在半导体衬底101上的光检测器的结构。如图1中所示出的，η型半导体区103B、103G和103R在半导体衬底101中在深度方向上被堆叠。在本说明书中，深度方向是与衬底的正面或者背面垂直的方向。水平方向是与深度方向正交的方向。
[0035]η型半导体区103B、103G和103R中的每一个与P型半导体区104形成ρη结。在最接近背面的η型半导体区103Β中，通过蓝色波长带中的光的光电转换产生的电子被主要收集。在布置得相对于背面比η型半导体区103Β更深的η型半导体区103G中，通过绿色波长带中的光的光电转换产生的电子被主要收集。在布置得相对于背面最深的η型半导体区103R中，通过红色波长带中的光的光电转换产生的电子被主要收集。在本实施例中，η型半导体区103Β相当于根据本发明的第一半导体区，并且η型半导体区103G相当于根据本发明的第三半导体区。
[0036]以这种方式，η型半导体区103Β、103G和103R中的每一个与P型半导体区104 —起构成光检测器，或者具体地，光电二极管。在每一个光检测器中，检测与光检测器的深度对应的波长范围中的光。
[0037]η型半导体区105Β和105G是分别提取在η型半导体区103Β和103G中收集的载流子的读出部。η型半导体区105Β在半导体衬底101的深度方向上从η型半导体区103Β延伸到正面。η型半导体区105G在半导体衬底101的深度方向上从η型半导体区103G延伸到正面。期望的是，η型半导体区105Β和105G的杂质浓度分别高于η型半导体区103Β和103G的杂质浓度。在本实施例中，η型半导体区105Β相当于根据本发明的第二半导体区，并且η型半导体区105G相当于根据本发明的第四半导体区。
[0038]在本实施例中，由于与红色波长带对应的η型半导体区103R被布置在正面处，因此可以省略与η型半导体区103R对应的读出部。η型半导体区103R也可以被嵌入半导体衬底101中，使得它不被露出在正面处。在这种情况下，应该设置与η型半导体区103R对应的读出部。
[0039]每一个读出部不限于这种形状和位置，只要它具有用于将基于在光检测器处产生的电子的信号经由读出部提取到正面的功能即可。
[0040]在本实施例中，在深度方向上堆叠的三个η型半导体区103B、103G和103R以及η型半导体区105Β和105G全部被包括在单个像素内。虽然图1中仅仅示出了两个像素，但是实际上，以线的方式或者以矩阵的方式布置多个像素。这对于下述的其它实施例也是成立的。
[0041]电路部102包括读出基于在光检测器处产生的电子的信号的电路。将详细描述电路部102的示例配置。
[0042]η型半导体区105Β和105G以及η型半导体区103R经由传递MOS晶体管TxB、TxG和TxR与放大器的输入端电连接。放大器的输入端可以经由复位MOS晶体管Res与电源连接。通过使传递MOS晶体管导通，可以经由读出部执行将在光检测器处产生的电子完全耗尽地传递到放大器的输入端。
[0043]放大器是放大器MOS晶体管M0放大MOS晶体管M的栅极是输入端。源极和漏极中的一个与电源连接，并且另一个与选择器MOS晶体管SEL的源极或者漏极连接。选择器MOS晶体管SEL的源极和漏