攝像元件和攝像裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種攝像元件和設(shè)置有這種攝像元件的攝像裝置。所述攝像元件包括：光電轉(zhuǎn)換膜，其被設(shè)置于半導(dǎo)體基板上且含有黃銅礦系化合物；絕緣膜，其被設(shè)置于所述光電轉(zhuǎn)換膜的光入射面?zhèn)龋灰约皩?dǎo)電膜，其被設(shè)置于所述絕緣膜上。本發(fā)明能抑制熱噪聲和暗電流且不會(huì)降低靈敏度。
【專利說(shuō)明】攝像元件和攝像裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及攝像元件，該攝像元件具有含有黃銅礦系化合物的光電轉(zhuǎn)換部。本發(fā)明還涉及包括所述攝像元件的攝像裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于諸如電荷稱合器件(CCD:charge coupled device)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS:complementary metal oxide semiconductor)圖像傳感器等固體攝像裝置，隨著像素?cái)?shù)量的增加，期望能夠?qū)⑾袼爻叽缧⌒突?。同時(shí)，需要通過(guò)高速攝像來(lái)改善移動(dòng)圖像性能。在這樣的像素尺寸小型化和高速攝像中，進(jìn)入單位像素(固體攝像元件)中的光子的數(shù)量減少，這降低了靈敏度(信噪比(S/N比))。而且，例如，監(jiān)控照相機(jī)可能需要在黑暗場(chǎng)所中的拍攝功能。因此，所期望的是除了能夠?qū)崿F(xiàn)像素?cái)?shù)量的增加和像素尺寸的小型化之外，還能實(shí)現(xiàn)高靈敏度的攝像裝置。
[0003]例如，在日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)第2007-123721號(hào)以及國(guó)際公開(kāi)第WO2008/093834號(hào)和第WO 2009/078299號(hào)的光電轉(zhuǎn)換裝置(固體攝像裝置)中，關(guān)于光電轉(zhuǎn)換膜，通過(guò)使用具有高的光吸收系數(shù)的黃銅礦系化合物半導(dǎo)體來(lái)增強(qiáng)靈敏度。這些光電轉(zhuǎn)換裝置具有如下的構(gòu)造:其中，光電轉(zhuǎn)換膜被夾在設(shè)置于入射光側(cè)的η型半導(dǎo)體與設(shè)置于與該入射光側(cè)相反的一側(cè)的下部電極之間。這些光電轉(zhuǎn)換裝置具有這樣的結(jié)構(gòu):在通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而生成的電子空穴對(duì)之中，電子被排放到所述η型半導(dǎo)體，而空穴被所述下部電極傳送且然后在硅電路中被讀出。
[0004]在具有這樣的結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換裝置中，在曝光時(shí)間內(nèi)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而生成的電荷(空穴)經(jīng)由所述下部電極而被蓄積于電容器中。因此，很難去除復(fù)位操作中的kTC噪聲(熱噪聲)，這可能會(huì)降低圖像質(zhì)量。為了解決這種情形，例如，在日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開(kāi)第2012-4443號(hào)(JP2012-4443A)的固體攝像裝置中，由黃銅礦系化合物半導(dǎo)體制成的光電轉(zhuǎn)換膜被設(shè)置于形成有η型半導(dǎo)體區(qū)域的Si基板上。而且，上部電極被設(shè)置于該光電轉(zhuǎn)換膜的入射表面?zhèn)?。在該固體攝像裝置中，在通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而生成的電子空穴對(duì)之中，空穴被排放到所述上部電極，而電子經(jīng)由耗盡的η型半導(dǎo)體被蓄積于結(jié)電容器(junct1ncapacitor)中。結(jié)果,去除了 kTC噪聲。
[0005]然而，在如JP2012-4443A中討論的固體攝像裝置所采用的將黃銅礦系化合物半導(dǎo)體用于光電轉(zhuǎn)換膜的構(gòu)造中，存在這樣的缺點(diǎn):難以控制耗盡層的厚度。這是因?yàn)?，?duì)于黃銅礦系化合物半導(dǎo)體，難以利用諸如離子注入等方法來(lái)控制受主濃度和施主濃度。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換膜被過(guò)度耗盡時(shí)，耗盡層就會(huì)與上部電極的界面接觸，這樣會(huì)導(dǎo)致暗電流的生成。然而，當(dāng)耗盡不延伸到發(fā)生光電轉(zhuǎn)換的區(qū)域時(shí)，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而生成的電荷的漂移分量(drift component)減小,這降低了靈敏度。特別地，因?yàn)辄S銅礦系化合物半導(dǎo)體具有高的光吸收系數(shù)，所以光電轉(zhuǎn)換所必需的區(qū)域很小，且因此，對(duì)耗盡層進(jìn)行控制是相當(dāng)重要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]期望提供一種能夠抑制熱噪聲和暗電流且不會(huì)降低靈敏度的攝像元件，并且還期望提供一種包括所述攝像元件的攝像裝置。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種攝像元件，它包括:光電轉(zhuǎn)換膜，其被設(shè)置于半導(dǎo)體基板上且含有黃銅礦系化合物；絕緣膜，其被設(shè)置于所述光電轉(zhuǎn)換膜的光入射面?zhèn)?；以及?dǎo)電膜，其被設(shè)置于所述絕緣膜上。
[0008]在本發(fā)明的上述實(shí)施例的攝像元件中，所述絕緣膜和所述導(dǎo)電膜按此順序被形成于含有所述黃銅礦系化合物的所述光電轉(zhuǎn)換膜上。因此，就允許能夠任意地控制上部電極(此處，所述導(dǎo)電膜)的電壓，這使得能夠控制被形成于所述光電轉(zhuǎn)換膜中的耗盡層的寬度和厚度。
[0009]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種設(shè)置有攝像元件的攝像裝置，該攝像元件包括:光電轉(zhuǎn)換膜，其被設(shè)置于半導(dǎo)體基板上且含有黃銅礦系化合物；絕緣膜，其被設(shè)置于所述光電轉(zhuǎn)換膜的光入射面?zhèn)?；以及?dǎo)電膜，其被設(shè)置于所述絕緣膜上。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的上述各實(shí)施例的攝像元件和攝像裝置，所述絕緣膜和所述導(dǎo)電膜被形成于所述光電轉(zhuǎn)換膜上。因此，使得能夠通過(guò)任意地控制所述導(dǎo)電膜的電壓來(lái)控制被形成于所述光電轉(zhuǎn)換膜中的所述耗盡層的寬度和厚度。于是，使得熱噪聲和暗電流兩者都能夠被抑制。
[0011]需要理解的是，前面的一般說(shuō)明和下面的詳細(xì)說(shuō)明都是示例性的，且旨在提供對(duì)本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)的進(jìn)一步說(shuō)明。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]這里包含了附圖以便提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且這些附圖被并入本說(shuō)明書(shū)中且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖圖示了各實(shí)施例，且與說(shuō)明書(shū)一起用來(lái)解釋本技術(shù)的原理。
[0013]圖1是圖示了本發(fā)明實(shí)施例的攝像元件的示意性構(gòu)造的剖面圖。
[0014]圖2是用來(lái)說(shuō)明圖1所示的攝像元件中的電荷移動(dòng)的示意圖。
[0015]圖3是當(dāng)負(fù)電壓被施加給圖1所示的攝像元件時(shí)各區(qū)域中的能帶圖。
[0016]圖4是圖示了變形例I的攝像元件的構(gòu)造的剖面圖。
[0017]圖5是當(dāng)負(fù)電壓被施加給圖4所示的攝像元件時(shí)各區(qū)域中的能帶圖。
[0018]圖6是圖示了變形例2的攝像元件的構(gòu)造的剖面圖。
[0019]圖7是圖示了變形例3的攝像元件的構(gòu)造的剖面圖。
[0020]圖8是圖示了使用了圖1所示的攝像元件的攝像裝置的整體構(gòu)造的示意圖。
[0021]圖9是圖示了應(yīng)用了圖8所示的攝像裝置的電子設(shè)備的示意性構(gòu)造的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面，將參照附圖來(lái)詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。需要注意的是，將按照下列順序進(jìn)行說(shuō)明。
[0023]1.實(shí)施例(其中絕緣膜和導(dǎo)電膜被設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換膜上的示例)
[0024]2.變形例I (其中導(dǎo)電膜在光電轉(zhuǎn)換部與無(wú)效部之間被分割的示例)
[0025]3.變形例2 (其中向無(wú)效部上的導(dǎo)電膜增加了遮光性的示例)
[0026]4.變形例3(其中在無(wú)效部上的導(dǎo)電膜中形成有凸部的示例)
[0027]5.應(yīng)用例(攝像裝置)
[0028]1.實(shí)施例
[0029]攝像元件10的構(gòu)造
[0030]圖1圖示了本發(fā)明實(shí)施例的攝像元件(攝像元件10)的剖面構(gòu)造。例如,攝像元件10可以形成諸如CCD圖像傳感器或者CMOS圖像傳感器等攝像裝置(例如，攝像裝置I)中的I個(gè)像素(例如，像素P)(關(guān)于像素P和攝像裝置I，請(qǐng)參見(jiàn)圖8)。攝像元件10是背側(cè)照射型攝像元件。攝像元件10具有如下的構(gòu)造:其中，聚光部20和光電轉(zhuǎn)換膜12被設(shè)置于半導(dǎo)體基板11的光入射面?zhèn)取６?，多層布線層31被設(shè)置于半導(dǎo)體基板11的表面(表面S2)上，該表面與光入射面?zhèn)认喾础?br> [0031]在本實(shí)施例中，在攝像元件10中，例如，P型的光電轉(zhuǎn)換膜12可以被設(shè)置于具有η型區(qū)域IlA(η型阱)和P型區(qū)域IlB(ρ型阱)的半導(dǎo)體基板11上。光電轉(zhuǎn)換膜12是由黃銅礦系化合物半導(dǎo)體(下文中，簡(jiǎn)稱為黃銅礦系化合物)形成的。在光電轉(zhuǎn)換膜12中，處于光入射面?zhèn)鹊谋砻媸鞘芄獗砻?表面SI)。絕緣膜13和導(dǎo)電膜14按此順序被設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換膜12上。因此，構(gòu)成了所謂的金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)結(jié)構(gòu)。
[0032]半導(dǎo)體基板11例如可以由其中如上所述地設(shè)置有η型區(qū)域IIA和ρ型區(qū)域IlB的硅(Si)基板構(gòu)成。η型區(qū)域IlA充當(dāng)如下的蓄積部:它蓄積由光電轉(zhuǎn)換膜12的光電轉(zhuǎn)換部12Α(參見(jiàn)圖2)中的光電轉(zhuǎn)換而引起的電荷。在P型區(qū)域IlB中，η型浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD)IlC被設(shè)置于背面(表面S2)的附近。η型區(qū)域IlA和FDllC充當(dāng)源極-漏極，并且與稍后說(shuō)明的被形成于多層布線層31中的柵極電極(布線)31Α —起形成η溝道MOS晶體管(傳輸晶體管Trl)。
[0033]除了設(shè)置有上述傳輸晶體管Trl之外，例如，諸如復(fù)位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管等部件也可以被設(shè)置于半導(dǎo)體基板11的表面S2的附近。這類晶體管均可以是例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET:metal oxide semiconductor field effecttransistor)，并且均可以被包含在各像素P的電路中。這些電路中的各者可以具有例如包括傳輸晶體管、復(fù)位晶體管和放大晶體管的三晶體管構(gòu)造，或者可以具有除了包括上述3個(gè)晶體管還包括選擇晶體管的四晶體管構(gòu)造。除了傳輸晶體管以外的其他晶體管可以被像素共用。
[0034]光電轉(zhuǎn)換膜12是由具有高的光吸收系數(shù)的ρ型黃銅礦系化合物形成的，且被構(gòu)造成具有比半導(dǎo)體基板11的帶隙寬的帶隙。這使得高的光吸收特性與低的熱噪聲之間具有兼容性。黃銅礦系化合物的示例可以包括1-1I1-VI2族半導(dǎo)體和1-1V-V2族半導(dǎo)體。然而，具有較寬帶隙的1-1I1-VI2族半導(dǎo)體可以優(yōu)選地被用作本實(shí)施例中的光電轉(zhuǎn)換膜。1-1I1-VI2族半導(dǎo)體的示例可以包括銅銦鎵硒(Cu-1n-Ga-Se或者CIGS)、銅銦鎵硫硒(Cu-1n-Ga-S-Se或者CIGSS)和銅銦硫(Cu-1n-S或者CIS)。需要注意的是，光電轉(zhuǎn)換膜12具有對(duì)光電轉(zhuǎn)換做出貢獻(xiàn)的區(qū)域(光電轉(zhuǎn)換部12A)和不對(duì)光電轉(zhuǎn)換做出貢獻(xiàn)的區(qū)域(無(wú)效部12B)。
[0035]光電轉(zhuǎn)換部12A可以位于例如與半導(dǎo)體基板11的η型區(qū)域IlA對(duì)應(yīng)的位置處。具體地，光電轉(zhuǎn)換部12Α可以與光電轉(zhuǎn)換膜12的一部分對(duì)應(yīng)，該部分位于η型區(qū)域IlA上。在光電轉(zhuǎn)換部12Α中，通過(guò)與半導(dǎo)體基板11的η型區(qū)域IIA接觸而形成了 ρη結(jié)，且通過(guò)在η型區(qū)域IlA與ρ型區(qū)域IlB之間施加反向偏壓而在光電轉(zhuǎn)換部12Α中形成了耗盡層D (參見(jiàn)圖2)。已經(jīng)進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部12A的受光表面(表面SI)的光通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而生成了電子空穴對(duì)。該電子空穴對(duì)之中的電子或空穴作為信號(hào)電荷通過(guò)上述傳輸晶體管Trl而被傳送至垂直信號(hào)線Lsig(參見(jiàn)圖8)。需要注意的是，信號(hào)電荷可以是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而生成的電子和空穴中的任一者。此處，將會(huì)把電子作為信號(hào)電荷而讀出的情況作為示例進(jìn)行說(shuō)明。
[0036]絕緣膜13可以由例如氮化硅(Si2N3)、氧化硅(S12)、氮氧化硅(S1N)等中的任一者的單層膜構(gòu)成，或者由這些材料中的任一者的層疊膜構(gòu)成。絕緣膜13可以具有例如5nm以上且500nm以下的厚度。
[0037]導(dǎo)電膜14充當(dāng)攝像元件10中的上部電極，并且被設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換膜12的受光表面SI側(cè)。導(dǎo)電膜14是由具有透光性的透明導(dǎo)電材料形成的。該透明導(dǎo)電材料可以是例如銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、氧化鋅(ZnO)、銦錫鋅氧化物(InSnZnO ( a -1TZO))、以及鋁(Al)與氧化鋅(ZnO)的合金中的任一者。導(dǎo)電膜14向光電轉(zhuǎn)換膜12施加偏壓以使得例如光電轉(zhuǎn)換膜12的一部分(該部分處于半導(dǎo)體基板11的P型區(qū)域IlB上，亦即無(wú)效部12Β)的價(jià)帶Ev變得平坦(參見(jiàn)圖3中的⑶部分)。導(dǎo)電膜14可以具有例如50nm以上且200nm以下的厚度。
[0038]在導(dǎo)電膜14上,例如,可以設(shè)置有片上透鏡21和彩色濾光片22以作為聚光部20。
[0039]片上透鏡21具有將光朝著光電轉(zhuǎn)換膜12 (具體地，光電轉(zhuǎn)換部12A)聚集的功能。片上透鏡21的透鏡直徑被設(shè)定成適合于像素P的尺寸的數(shù)值，它可以是例如0.9 μ m以上且3 μ m以下。而且，例如，片上透鏡21可以具有例如1.1至1.4的折射率。透鏡材料的示例可以包括氧化硅膜(S12)。在背側(cè)照射型攝像元件10中，片上透鏡21與光電轉(zhuǎn)換膜12的受光表面(表面SI)之間的距離很短。因此，抑制了取決于片上透鏡21的F值(F-number)而出現(xiàn)的各顏色的靈敏度差異。
[0040]彩色濾光片22被設(shè)置于片上透鏡21與導(dǎo)電膜14之間。例如，針對(duì)各像素P可以設(shè)置有紅色(R)濾光片、綠色(G)濾光片、藍(lán)色(B)濾光片和白色(W)濾光片中的任一者。這些彩色濾光片22被設(shè)置成規(guī)則的顏色陣列(例如，拜耳陣列)。在攝像元件10中，通過(guò)設(shè)置上述彩色濾光片22而獲得了與顏色陣列對(duì)應(yīng)的各顏色的受光數(shù)據(jù)。需要注意的是，彩色濾光片22可以在適當(dāng)?shù)那闆r下被省略。而且，平坦化膜可以被設(shè)置于導(dǎo)電膜14與彩色濾光片22之間。
[0041]如上所述，多層布線層31被設(shè)置成與半導(dǎo)體基板11的表面(表面S2)接觸。多層布線層31包括層間絕緣膜31B中的多個(gè)布線31A。多層布線層31例如可以被粘附到由Si制成的支撐基板32上。多層布線層31被設(shè)置于支撐基板32與半導(dǎo)體基板11之間。
[0042]如上所述的攝像元件10例如可以按如下方式而被制造。
[0043]制造方法
[0044]首先，形成包括各種晶體管和周邊電路的半導(dǎo)體基板11。對(duì)于半導(dǎo)體基板11，例如，可以使用Si基板。在該Si基板的表面(表面S2)附近，設(shè)置諸如傳輸晶體管Trl等晶體管和諸如邏輯電路等周邊電路(CMOS布線)。然后，在半導(dǎo)體基板11的表面S2上形成多層布線層31。在多層布線層31中，在層間絕緣膜31B中形成多個(gè)布線31A，然后將支撐基板32粘附到多層布線層31上。隨后，利用向Si基板的背面?zhèn)鹊碾x子注入來(lái)形成雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域。具體地，在與各像素P對(duì)應(yīng)的位置處形成η型半導(dǎo)體區(qū)域，并且在像素P之間形成P型半導(dǎo)體區(qū)域。
[0045]接著，通過(guò)拋光或者濕式蝕刻將Si基板的背面暴露出來(lái)，然后，例如，可以在該背面上形成具有例如10nm的厚度的S12膜。隨后，通過(guò)光刻和濕式蝕刻來(lái)移除S12膜的一部分，該部分處于與像素部la(參見(jiàn)圖8)對(duì)應(yīng)的位置處。接著，例如，可以使用例如真空沉積或者濺射來(lái)形成具有例如1，OOOnm的厚度的CIGSSe膜。隨后，利用光刻來(lái)執(zhí)行用于移除CIGSSe膜的不必要部分的圖形化工藝，該不必要部分被形成于除像素部Ia以外的區(qū)域中。然后，利用濕式蝕刻或者干式蝕刻來(lái)移除CIGSSe膜的該不必要的部分。在此處理中，可以通過(guò)使用例如溴-甲醇(Br-methanol)溶液或者王水而在留下S12膜的同時(shí)移除CIGSSe膜。
[0046]然后，在光電轉(zhuǎn)換膜12上，可以形成具有例如5nm厚度、由諸如S12等材料制成的絕緣膜13。隨后，利用光刻和濕式蝕刻來(lái)形成通孔(未圖示)，該通孔被用來(lái)將上部電極(導(dǎo)電膜14)連接至形成于多層布線層31中的CMOS布線。然后，可以形成具有例如10nm厚度、將會(huì)成為上部電極的金屬膜。然后，利用光刻和濕式蝕刻使該金屬膜圖形化，從而形成導(dǎo)電膜14。
[0047]最后，在導(dǎo)電膜14上形成由例如SiN膜制成的平坦化膜(未圖示)、彩色濾光片22和片上透鏡21。因此，完成了攝像兀件10。
[0048]攝像元件的操作
[0049]在如上所述的攝像元件10中，例如可以按如下方式在攝像裝置I的像素P中獲得信號(hào)電荷(電子)。在光L通過(guò)片上透鏡21而進(jìn)入攝像元件10之后，該光L穿過(guò)彩色濾光片22等，然后被各像素P中的光電轉(zhuǎn)換部12A感測(cè)(吸收)，因此紅色光、綠色光或者藍(lán)色光發(fā)生光電轉(zhuǎn)換。在光電轉(zhuǎn)換部12A中所生成的電子空穴對(duì)之中，電子作為信號(hào)電荷而移動(dòng)至半導(dǎo)體基板11，具體地，移動(dòng)至例如Si基板中的η型區(qū)域IlA以便被蓄積。同時(shí)，空穴移動(dòng)至P型區(qū)域IlB以便被排放。
[0050]在攝像元件10中，預(yù)定的負(fù)電位VL (〈0V)被施加給半導(dǎo)體基板11，同時(shí)，例如低于該電位VL的電位VU(〈VL)可以被施加給導(dǎo)電膜14。因此，在電荷蓄積狀態(tài)(復(fù)位晶體管(未圖不)和傳輸晶體管Trl每一者的截止?fàn)顟B(tài))中,光電轉(zhuǎn)換膜12中所生成的電子空穴對(duì)之中的電子被引導(dǎo)到電位相對(duì)高的半導(dǎo)體基板11的η型半導(dǎo)體區(qū)域。電子從該η型半導(dǎo)體區(qū)域中被提取出來(lái)然后通過(guò)傳輸路徑而被蓄積于蓄電層(未圖示)中。當(dāng)被電子蓄積時(shí)，與蓄電層導(dǎo)通的η型半導(dǎo)體區(qū)域的電位VL發(fā)生變化。電位VL的這一變化相當(dāng)于信號(hào)電位。
[0051]在讀取操作中，傳輸晶體管Trl改變成接通狀態(tài)，并且蓄電層中所蓄積的電子被傳送至FD11C。結(jié)果，與所接收的光L的量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)可以通過(guò)例如像素晶體管(未圖示)而被讀出至垂直信號(hào)線Lsig。隨后，復(fù)位晶體管和傳輸晶體管Trl改變成接通狀態(tài)，從而η型半導(dǎo)體區(qū)域和FDllC可以被復(fù)位至例如電源電壓VDD。
[0052]功能和效果
[0053]如上所述，攝像裝置需要更大量的像素和更高的靈敏度，但是為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，減小像素尺寸是必要的。然而，當(dāng)像素尺寸減小時(shí)，就難以在各像素中接收足夠量的光。而且，一般而言，在半導(dǎo)體中，當(dāng)帶隙窄時(shí)光吸收特性就高，而當(dāng)帶隙寬時(shí)熱噪聲就低。也就是說(shuō)，當(dāng)帶隙窄時(shí)熱噪聲就高，而當(dāng)帶隙寬時(shí)光吸收特性就低。換句話說(shuō)，熱噪聲和光吸收特性是此消彼長(zhǎng)的關(guān)系。
[0054]因此，可構(gòu)想的是:通過(guò)將具有高的光吸收特性和寬的帶隙的黃銅礦系化合物半導(dǎo)體用于光電轉(zhuǎn)換部來(lái)提高光吸收特性同時(shí)降低熱噪聲。然而，關(guān)于黃銅礦系化合物，利用諸如離子注入等方法的濃度調(diào)節(jié)是很困難的，且因此難以控制耗盡層的寬度。
[0055]圖2示意性地圖示了本實(shí)施例中的攝像元件10中的電荷移動(dòng)。圖3是圖示了當(dāng)負(fù)電壓被施加給導(dǎo)電膜14時(shí)光電轉(zhuǎn)換區(qū)域N(圖3中的㈧部分)和無(wú)效區(qū)域P(圖3中的(B)部分)各者中的能帶的特性圖。在本實(shí)施例的攝像元件10中，偏壓被施加給導(dǎo)電膜14以使得無(wú)效部12B的價(jià)帶Ev變得平坦。為此，如圖3中的(A)部分所示，半導(dǎo)體基板11的η型區(qū)域IlA上的光電轉(zhuǎn)換部12Α的導(dǎo)帶Ec僅按照η型區(qū)域IlA與ρ型區(qū)域IlB之間在費(fèi)米能級(jí)方面的差異而具有斜度。而且，如圖3所示，光電轉(zhuǎn)換膜12的導(dǎo)帶Ec在η型區(qū)域IlA上的光電轉(zhuǎn)換部12Α處較低(圖3中的(A)部分)，而在ρ型區(qū)域IlB上的無(wú)效部12Β處較高(圖3中的(B)部分)。因此，光電轉(zhuǎn)換膜12在像素之間具有電子屏障(electronicwall)。當(dāng)在這種狀態(tài)下用光照射光電轉(zhuǎn)換膜12時(shí)，在光電轉(zhuǎn)換部12A中通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而生成的電子經(jīng)由如圖3中的(A)部分所示的被耗盡的光電轉(zhuǎn)換部12A的導(dǎo)帶Ec而被傳送至半導(dǎo)體基板11的η型區(qū)域11Α。另一方面，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而生成的空穴經(jīng)由如圖3中的(B)部分所示的光電轉(zhuǎn)換部12Α的價(jià)帶Ev而被排放至半導(dǎo)體基板11的P型區(qū)域11Β。
[0056]此外，因?yàn)榭昭ū恍罘e于光電轉(zhuǎn)換膜12與絕緣膜13之間，所以抑制了暗電流的生成。
[0057]以這種方式，在本實(shí)施例的攝像元件10中，可以控制光電轉(zhuǎn)換膜12的耗盡層D的厚度，而不用通過(guò)向由黃銅礦系化合物構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換膜12執(zhí)行諸如離子注入等方法來(lái)形成受主濃度的分布。此外，還可以控制電子的傳送路徑和空穴的排放路徑。
[0058]如上所述，在本實(shí)施例中，絕緣膜13和導(dǎo)電膜14被形成于光電轉(zhuǎn)換膜12上。因此，通過(guò)任意地控制導(dǎo)電膜14的電壓，就可以控制被形成于光電轉(zhuǎn)換膜12中的耗盡層D的厚度以及電荷的傳送路徑和排放路徑。于是，可以提供一種能夠抑制熱噪聲以及暗電流的生成且不會(huì)降低靈敏度的攝像裝置I。
[0059]下面將要說(shuō)明上述實(shí)施例的變形例(變形例I至變形例3)。將會(huì)用與上述實(shí)施例中的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示與上述實(shí)施例中的部件相同的部件，且在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)?huì)省略說(shuō)明。
[0060]2.變形例I
[0061]圖4圖示了上述實(shí)施例的變形例I的攝像元件(攝像元件10Α)的主要部分的剖面構(gòu)造。在攝像元件1A中，絕緣膜13和導(dǎo)電膜34按此順序被形成于光電轉(zhuǎn)換膜12上，且導(dǎo)電膜34在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域N與無(wú)效區(qū)域P之間被分割。這是與上述實(shí)施例不同的一點(diǎn)。具體地，導(dǎo)電膜34在光電轉(zhuǎn)換膜12的光電轉(zhuǎn)換部12Α與無(wú)效部12Β之間被分割。除了這點(diǎn)以外，攝像元件1A具有與攝像元件10的構(gòu)造相同的構(gòu)造，且也具有相同的功能和效果。
[0062]導(dǎo)電膜34是由與上述實(shí)施例一樣的透明導(dǎo)電材料形成的。導(dǎo)電膜34包括被設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換膜12的光電轉(zhuǎn)換部12Α上的導(dǎo)電膜34Α(對(duì)應(yīng)于第一區(qū)域)和被設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換膜12的無(wú)效部12Β上的導(dǎo)電膜34Β (對(duì)應(yīng)于第二區(qū)域)。通過(guò)光刻和干式蝕刻使將會(huì)成為上部電極的金屬膜圖形化，來(lái)獲得導(dǎo)電膜34Α和導(dǎo)電膜34Β。
[0063]以這種方式，在攝像元件1A中，導(dǎo)電膜34以在光電轉(zhuǎn)換部12Α與無(wú)效部12Β之間被分割的方式而被形成。因此，可以向光電轉(zhuǎn)換區(qū)域N和無(wú)效區(qū)域P分別施加彼此獨(dú)立的電壓。圖5是圖示了當(dāng)彼此獨(dú)立的電壓分別被施加給導(dǎo)電膜34A和導(dǎo)電膜34B時(shí)光電轉(zhuǎn)換區(qū)域N(圖5中的㈧部分)、無(wú)效區(qū)域P(圖5中的(C)部分)、以及光電轉(zhuǎn)換區(qū)域N與無(wú)效區(qū)域P之間的部分(圖5中的(B)部分)各者中的能帶變化的特性圖。在本變形例中，偏壓被施加給導(dǎo)電膜34A以使光電轉(zhuǎn)換部12A的導(dǎo)帶Ec朝著η型區(qū)域IlA傾斜，而比被施加給導(dǎo)電膜34Α的偏壓低的偏壓被施加給導(dǎo)電膜34Β。這使得在無(wú)效部12Β與光電轉(zhuǎn)換部12Α之間的邊界處生成的電子能夠容易地移動(dòng)到光電轉(zhuǎn)換部12Α。而且，雖然光電轉(zhuǎn)換部12Α的導(dǎo)帶Ec在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域N中較低而在無(wú)效區(qū)域P中較高，但是能夠利用導(dǎo)電膜34Β來(lái)控制像素之間的這一電子屏障。
[0064]當(dāng)在這種狀態(tài)下用光照射光電轉(zhuǎn)換膜12時(shí)，在光電轉(zhuǎn)換部12Α和無(wú)效部12Β中通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而生成的電子經(jīng)由如圖4所示的被耗盡的光電轉(zhuǎn)換部12Α的導(dǎo)帶Ec而被傳送至半導(dǎo)體基板11的η型區(qū)域11Α。另一方面，如圖4所示，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而生成的空穴經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換部12Α的價(jià)帶Ev而被蓄積于無(wú)效部12Β中。剩余的空穴被排放到半導(dǎo)體基板11的P型區(qū)域11Β。
[0065]如上所述，在本變形例中，導(dǎo)電膜34在光電轉(zhuǎn)換部12Α與無(wú)效部12Β之間被分割。因此，可以分別向光電轉(zhuǎn)換部12Α和無(wú)效部12Β施加彼此獨(dú)立的電壓。這使得除了能夠控制光電轉(zhuǎn)換膜12的耗盡層的厚度(Ζ軸方向)之外，還能夠控制它的寬度(X軸方向)。因此，可以將光電子帶入半導(dǎo)體基板11中且同時(shí)抑制暗電流在受光表面SI處的生成。因而，使得空穴能夠從光電轉(zhuǎn)換部12Α更快速地被排放。
[0066]3.變形例2
[0067]圖6圖示了上述實(shí)施例的變形例2的攝像元件(攝像元件10Β)的剖面構(gòu)造。在攝像元件1B中，間隔開(kāi)的導(dǎo)電膜44Α和導(dǎo)電膜44Β被形成于絕緣膜13上，且形成于無(wú)效部12Β上的導(dǎo)電膜44Β是由遮光材料形成的。這是與上述實(shí)施例不同的一點(diǎn)。除了這點(diǎn)以夕卜，攝像元件1B具有與攝像元件10的構(gòu)造相同的構(gòu)造，且也具有相同的功能和效果。
[0068]如上所述，在攝像元件1B中，形成于無(wú)效部12Β上的導(dǎo)電膜44Β是由遮光材料形成的。因此，除了具有上述實(shí)施例和變形例I的效果之外，還產(chǎn)生了如下的效果:能夠防止因?yàn)楣鈨A斜地進(jìn)入相鄰像素而造成的混色。
[0069]4.變形例3
[0070]圖7圖示了上述實(shí)施例的變形例3的攝像元件(攝像元件10C)的剖面構(gòu)造。在攝像元件1C中，間隔開(kāi)的導(dǎo)電膜54Α和導(dǎo)電膜54Β被形成于絕緣膜13上。形成于無(wú)效部12Β上的導(dǎo)電膜54Β由遮光材料形成，且在光電轉(zhuǎn)換膜12的無(wú)效部12Β中形成了凸部。這是與上述實(shí)施例不同的一點(diǎn)。
[0071 ] 如上所述，在攝像元件1C中，形成于無(wú)效部12Β上的導(dǎo)電膜54Β是由遮光材料形成的，且所述凸部被形成于無(wú)效部12Β中。這使得形成于光電轉(zhuǎn)換部12Α中的耗盡層D能夠沿厚度方向延伸。因此，除了具有上述實(shí)施例以及變形例I和變形例2的效果以外，還實(shí)現(xiàn)了電子容易向η型區(qū)域IlA傳送和空穴容易向ρ型區(qū)域IlB排放。
[0072]需要注意的是，導(dǎo)電膜54Β的所述凸部?jī)?yōu)選地可以被形成為穿透光電轉(zhuǎn)換膜12，并且具有延伸至半導(dǎo)體基板11的末端。結(jié)果，光電轉(zhuǎn)換膜12在像素之間被分割。這使得可以防止電子移動(dòng)到相鄰像素。而且，在無(wú)效部12Β中價(jià)帶Ev最高處的區(qū)域(例如，在導(dǎo)電膜54Β的附近)與ρ型區(qū)域IlB接觸。因此，空穴被容易地排放至ρ型區(qū)域11Β。
[0073]5.應(yīng)用例
[0074]圖8圖示了其中將上述實(shí)施例以及變形例I至變形例3的攝像元件(攝像元件10、10A、10B和10C)中任一者用于各像素的固體攝像裝置(攝像裝置I)的整體構(gòu)造。攝像裝置I是CMOS圖像傳感器，并且包括充當(dāng)攝像區(qū)域且位于半導(dǎo)體基板11上的中央部分處的像素部la。在像素部Ia的周邊區(qū)域中，例如，可以設(shè)置有包括行掃描部131、系統(tǒng)控制部132、水平選擇部133和列掃描部134的周邊電路部130。
[0075]像素部Ia可以包括例如以行和列呈二維布置的多個(gè)單位像素P (各單位像素等效于攝像元件10、10A、10B或者10C)。關(guān)于單位像素P，例如，像素驅(qū)動(dòng)線Lread (具體地,行選擇線和復(fù)位控制線)可以針對(duì)各像素行而被布線，且垂直信號(hào)線Lsig可以針對(duì)各像素列而被布線。像素驅(qū)動(dòng)線Lread傳輸從像素進(jìn)行信號(hào)讀取用的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且它的一端被連接至行掃描部131的輸出端子,行掃描部131的各輸出端子與各行對(duì)應(yīng)。
[0076]行掃描部131包括諸如移位寄存器和地址解碼器等部件。行掃描部131可以是例如對(duì)像素部Ia的像素P逐行地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的像素驅(qū)動(dòng)部。從由行掃描部131選擇的像素行中的各像素P輸出的信號(hào)通過(guò)各垂直信號(hào)線Lsig而被提供給水平選擇部133。例如，水平選擇部133可以由諸如針對(duì)各垂直信號(hào)線Lsig而設(shè)置的放大器和水平選擇開(kāi)關(guān)等部件構(gòu)成。
[0077]列掃描部134包括諸如移位寄存器和地址解碼器等部件，并且在順序地掃描水平選擇部133的水平選擇開(kāi)關(guān)的同時(shí)對(duì)這些水平選擇開(kāi)關(guān)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通過(guò)列掃描部134的這種選擇性掃描，經(jīng)由各垂直信號(hào)線Lsig而傳輸過(guò)來(lái)的各像素P的信號(hào)被順序地輸出至水平信號(hào)線135，然后通過(guò)水平信號(hào)線135而被傳輸至半導(dǎo)體基板11的外部。
[0078]包括行掃描部131、水平選擇部133、列掃描部134和水平信號(hào)線135的電路部可以直接地被形成于半導(dǎo)體基板11上，或者可以被設(shè)置于外部控制IC(集成電路)中。可以將該電路部設(shè)置于通過(guò)電纜等而被連接的其他基板中。
[0079]系統(tǒng)控制部132接收從半導(dǎo)體基板11的外部提供過(guò)來(lái)的時(shí)鐘以及用于指示操作模式的數(shù)據(jù)，并且輸出攝像裝置I的內(nèi)部信息。此外，系統(tǒng)控制部132可以包括例如用于生成各種時(shí)序信號(hào)的時(shí)序發(fā)生器。系統(tǒng)控制部132可以基于由所述時(shí)序發(fā)生器生成的各種時(shí)序信號(hào)來(lái)控制諸如行掃描部131、水平選擇部133和列掃描部134等周邊電路的驅(qū)動(dòng)。
[0080]如上所述的攝像裝置I可應(yīng)用于具有攝像功能的所有類型的電子設(shè)備。該些電子設(shè)備的示例可以包括諸如數(shù)碼照相機(jī)和攝影機(jī)等照相機(jī)系統(tǒng)以及手機(jī)。作為示例，圖9圖示了照相機(jī)(電子設(shè)備2)的示意性構(gòu)造。電子設(shè)備2可以是例如能夠拍攝靜止圖像或者移動(dòng)圖像的攝影機(jī)。電子設(shè)備2可以包括攝像裝置1、光學(xué)系統(tǒng)(光學(xué)透鏡)310、快門(mén)單元311、信號(hào)處理部312和驅(qū)動(dòng)部313。
[0081]光學(xué)系統(tǒng)310將來(lái)自被攝對(duì)象的圖像光(入射光)引導(dǎo)到攝像裝置I的像素部la。光學(xué)系統(tǒng)310可以包括多個(gè)光學(xué)透鏡。快門(mén)單元311控制攝像裝置I的光照周期和遮光周期。驅(qū)動(dòng)部313控制快門(mén)單元311的快門(mén)操作和攝像裝置I的傳輸操作。信號(hào)處理部312對(duì)從攝像裝置I輸出的信號(hào)執(zhí)行各種各樣的信號(hào)處理。例如，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理之后的圖像信號(hào)Dout可以被存儲(chǔ)于諸如存儲(chǔ)器等存儲(chǔ)介質(zhì)中，或者可以被輸出至諸如監(jiān)控器等單元。
[0082]上面已經(jīng)參照實(shí)施例以及變形例I至變形例3說(shuō)明了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此且可以進(jìn)行各種修改。例如，不是必須設(shè)置有上述實(shí)施例等中的所有部件，且可以進(jìn)一步設(shè)置有其他部件。
[0083]而且，在上述實(shí)施例等中，背側(cè)照射型攝像元件10、10A、10B和1C的構(gòu)造已經(jīng)分別被當(dāng)作示例。然而，本發(fā)明可應(yīng)用于前側(cè)照射型。
[0084]此外，在上述實(shí)施例等中，已經(jīng)說(shuō)明了其中各顏色(R、G、B和W)的光在沿著攝像表面的方向上被有選擇地接收的構(gòu)造，但是這不是限制性的。例如，可以采用所謂的堆棧式構(gòu)造。在堆棧式構(gòu)造中，與各顏色對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換部在垂直于攝像表面的深度方向上層疊。
[0085]根據(jù)本發(fā)明的上述示例性實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)至少下列構(gòu)造。
[0086](I) 一種攝像元件，它包括:
[0087]光電轉(zhuǎn)換膜，其被設(shè)置于半導(dǎo)體基板上且含有黃銅礦系化合物；
[0088]絕緣膜，其被設(shè)置于所述光電轉(zhuǎn)換膜的光入射面?zhèn)?；以?br> [0089]導(dǎo)電膜，其被設(shè)置于所述絕緣膜上。
[0090](2)根據(jù)(I)所述的攝像元件，其還包括彼此相鄰的第一像素和第二像素，
[0091]其中所述光電轉(zhuǎn)換膜包括光電轉(zhuǎn)換部和無(wú)效部，所述光電轉(zhuǎn)換部被設(shè)置于與所述第一像素和所述第二像素各者對(duì)應(yīng)的位置處，且所述無(wú)效部被設(shè)置于所述第一像素與所述第二像素之間。
[0092](3)根據(jù)⑵所述的攝像元件，其中所述導(dǎo)電膜具有與所述光電轉(zhuǎn)換部對(duì)應(yīng)的第一區(qū)域和與所述無(wú)效部對(duì)應(yīng)的第二區(qū)域，且所述第二區(qū)域與所述第一區(qū)域間隔開(kāi)。
[0093](4)根據(jù)(3)所述的攝像元件，其中在所述導(dǎo)電膜中，所述第一區(qū)域具有透光性且所述第二區(qū)域具有遮光性。
[0094](5)根據(jù)(3)或者(4)所述的攝像元件，其中所述導(dǎo)電膜的所述第二區(qū)域在所述光電轉(zhuǎn)換膜的所述無(wú)效部中具有凸部。
[0095](6)根據(jù)(5)所述的攝像元件，其中所述凸部穿透所述光電轉(zhuǎn)換膜，且延伸至所述半導(dǎo)體基板。
[0096](7)根據(jù)(3)至(6)中任一者所述的攝像元件，其中比被施加給所述第一區(qū)域的偏壓低的偏壓被施加給所述導(dǎo)電膜的所述第二區(qū)域。
[0097](8) 一種設(shè)置有攝像元件的攝像裝置，該攝像元件包括:
[0098]光電轉(zhuǎn)換膜，其被設(shè)置于半導(dǎo)體基板上且含有黃銅礦系化合物；
[0099]絕緣膜，其被設(shè)置于所述光電轉(zhuǎn)換膜的光入射面?zhèn)?；以?br> [0100]導(dǎo)電膜，其被設(shè)置于所述絕緣膜上。
[0101]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在本發(fā)明隨附權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)依據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素進(jìn)行各種修改、組合、次組合及改變。
[0102]本申請(qǐng)要求2013年8月15日提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)JP2013-168930的優(yōu)先權(quán)權(quán)益,在此將該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文中。
【權(quán)利要求】
1.一種攝像元件，其包括: 光電轉(zhuǎn)換膜，所述光電轉(zhuǎn)換膜被設(shè)置于半導(dǎo)體基板上且含有黃銅礦系化合物； 絕緣膜，所述絕緣膜被設(shè)置于所述光電轉(zhuǎn)換膜的光入射面?zhèn)?；以? 導(dǎo)電膜，所述導(dǎo)電膜被設(shè)置于所述絕緣膜上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像元件，其還包括彼此相鄰的第一像素和第二像素， 其中所述光電轉(zhuǎn)換膜包括光電轉(zhuǎn)換部和無(wú)效部，所述光電轉(zhuǎn)換部被設(shè)置于與所述第一像素和所述第二像素各者對(duì)應(yīng)的位置處，且所述無(wú)效部被設(shè)置于所述第一像素與所述第二像素之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攝像元件，其中所述導(dǎo)電膜具有與所述光電轉(zhuǎn)換部對(duì)應(yīng)的第一區(qū)域和與所述無(wú)效部對(duì)應(yīng)的第二區(qū)域，且所述第二區(qū)域與所述第一區(qū)域間隔開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的攝像元件，其中在所述導(dǎo)電膜中，所述第一區(qū)域具有透光性且所述第二區(qū)域具有遮光性。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的攝像元件，其中所述導(dǎo)電膜的所述第二區(qū)域在所述光電轉(zhuǎn)換膜的所述無(wú)效部中具有凸部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的攝像元件，其中所述凸部穿透所述光電轉(zhuǎn)換膜，且延伸至所述半導(dǎo)體基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的攝像元件，其中比被施加給所述第一區(qū)域的偏壓低的偏壓被施加給所述導(dǎo)電膜的所述第二區(qū)域。
8.一種攝像裝置，其設(shè)置有如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的攝像元件。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK104377215SQ201410360049
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】高橋裕嗣 申請(qǐng)人:索尼公司