[发明专利]固态成像装置及照相机

说明书

技术领域

本发明涉及具有光电转换元件的固态成像装置及照相机。

背景技术

已知在固态成像装置例如电荷耦合装置(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中，作为光接收部分的光电转换元件的光敏二极管中的晶体缺陷和在光接收部分与其上的绝缘膜之间的界面处的界面态(interface state)成为暗电流源。

作为抑制由界面态引起的暗电流产生的方案，掩埋光敏二极管结构是有效的。该掩埋光敏二极管例如以下面的方式获得。具体地讲，形成n型半导体区域。随后，在该n型半导体区域的表面附近，即在该表面和其上的绝缘膜之间的界面的附近，形成用于抑制暗电流的浅重掺杂p型半导体区域(空穴聚集区)。

在制造掩埋光敏二极管的通常方法中，实施用作p型杂质的B或BF₂的离子注入和退火处理，以由此在光敏二极管的n型半导体区域和绝缘膜的界面的附近制造p型半导体区域。

在CMOS图像传感器中，每个像素包括光敏二极管和用于各种操作例如读出、复位和放大的晶体管。光敏二极管的光电转换引起的信号由这些晶体管处理。在各像素之上，形成包括多层金属互连的互连层。在互连层之上，形成用于限定入射到光敏二极管上的光的波长的滤色器和用于在光敏二极管上聚集光的芯片上透镜。

作为该CMOS图像传感器的结构，已经提出具有各种特性的装置结构。

具体地讲，已经提出了下面的各种装置：通过为光电转换元件结构采用类CCD(CCD-like)特性获得的电荷调制装置(charge modulation device，CMD)(参照日本专利No.1938092、日本专利申请公开No.平6-120473和日本专利申请公开No.昭60-140752(分别为专利文件1、2和3))；体电荷调制装置(BCMD)(参照日本专利实用新型公开No.昭64-14959(专利文件4))；浮置阱放大器(floating well amplifier，FWA)，其中沟道根据聚集在最大点的光空穴(photo-hole)的电荷量形成于表面附近，并且源-漏电流根据表面附近的电荷量变化，且因此允许根据信号电荷的读出(参照日本专利No.2692218和日本专利No.3752773(分别为专利文件5和6))；阈值(Vth)调制图像传感器(VMIS)，其中彼此分开的光接收部分和信号检测部分设置成彼此相邻(参照日本专利申请公开No.平2-304973、日本专利申请公开No.2005-244434、日本专利No.2935492和日本专利申请公开No.2005-85999(分别为专利文件7、8、9和10))。

这些CMOS图像传感器是前照射固态成像装置，其基本上以来自其前面侧的光照射。

另一方面，已经提出了后照射固态成像装置(参照日本专利申请公开No.2003-31785(专利文件11))。对于该装置，形成光敏二极管和各种晶体管的硅基板后侧被抛光以减少基板厚度，以由此允许光入射到基板后侧上用于光电转换。

发明内容

在上述前照射CMD、BCMD、FWA和VMIS中，基板用于溢出(overflow)。因此，后侧照射是不可能的，并且复位电压高。

前照射CMD、BCMD、FWA和VMIS涉及开口率低的缺点，这是因为并排设置了光接收部分和提取晶体管(pick-up transistor)。

此外，现有光栅(photogate)结构涉及对蓝光的灵敏度低的缺点，这是因为光通过薄膜栅极接收。

如果光栅MOS晶体管形成在类似BCMD的前照射装置中的n^-层上，则在半导体表面附近实现由光辐射产生载流子，并且因此载流子由存在于半导体和绝缘膜之间的界面处的陷阱捕获。这导致在施加复位电压时积聚的载流子不能迅速释放并且因此而使装置的特性受到负面影响的缺点。

此外，如果光接收光敏二极管区域和信号检测晶体管彼此相邻地设置在类似VMIS的前照射装置中，则由光接收产生的电荷的积聚和调制操作不是动态操作，而是分离地在不同时间进行。因此，这样的装置对高速信号处理是不利的。

另外，如果类似地在前照射装置中彼此相邻地设置光接收光敏二极管区域和信号检测晶体管，则需要例如在信号检测部分之上提供光屏蔽膜的设计，这导致元件制造工艺复杂的缺点。