固态摄像单元和电子装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种层叠式固态摄像单元和电子装置，所述层叠式固态摄像单元包括例如在半导体基板上的光电转换器件。
【背景技术】
[0002]近年来，在诸如CXD (电荷耦合器件)和CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传感器等固态摄像单元中，进入像素的光子数随着像素尺寸减小而减少，因此担心灵敏度降低。因此，采用所谓的层叠式固态摄像单元作为能够实现提高灵敏度的固态摄像单元。在层叠式固态摄像单元中，能够通过在由硅等制成的半导体基板的上方形成光电转换层来提高光电转换区域的孔径比。
[0003]另一方面，已经提出了 R、G和B各种颜色的光电二极管纵向层叠的纵向光谱固态摄像单元，在此构造中，能够在不使用滤色器的情况下获得R、G和B各种颜色信号。因此，消除了滤色器造成的光损失，并且能够使几乎全部的入射光用于光电转换，从而提高图像质量。特别地，作为这样的纵向光谱固态摄像单元，在硅基板上方形成有不同于硅的光电转换层这一构造受到了关注。与所有的R、G和B光电二极管都形成在硅基板中的情况相比，这一构造能够改善色彩分离特性。
[0004]然而，当在硅基板中进行光电转换和电荷存储时使用的典型的埋入型光电二极管构造无法应用于上述的层叠式固态摄像单元。因此，设置有被构造用来将硅基板的内部和外部彼此电连接的接触部；然而，该接触部导致了暗电流的产生。
[0005]为了抑制这样的暗电流的产生，已经提出了如下技术:不在硅基板中的电荷存储层(杂质扩散层)而是在放大晶体管的栅极电极中存储由光电转换产生的电荷(例如，参考 PTL I 和 2)。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]PTL 1:日本待审查专利公开第2010-80953号；
[0009]PTL 2:日本待审查专利公开第2011-87544号。
【发明内容】
[0010]期望通过不同于PTL I和2的技术来实现在借助于放大晶体管的栅极电极抑制暗电流的同时具有高可靠性的单元构造。
[0011]因此，期望提出能够抑制暗电流的产生从而实现高可靠性的固态摄像单元和电子
目.0
[0012]根据本发明实施例的第一固态摄像单元包括:基板，所述基板由第一半导体制成；光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取。所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管，所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。
[0013]在根据本发明实施例的第一固态摄像单元中，在所述光电转换器件设置在由所述第一半导体制成的基板上的构造中，所述传输晶体管的源极和漏极中的所述一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。因此，在从光电转换器件提取出的电荷的传输路径中不会形成pn结，且由耗尽层造成的暗电流的产生受到抑制。此外，当传输晶体管的有源层含有比第一半导体的带隙更宽的所述第二半导体时，由传输晶体管中产生的少数电荷造成的暗电流的产生或由扩散电流造成的暗电流的产生均受到抑制。
[0014]根据本发明实施例的第二固态摄像单元包括:基板，所述基板由第一半导体制成；光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取。所述多个晶体管包括复位晶体管和放大晶体管，所述复位晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。
[0015]在根据本发明实施例的第二固态摄像单元中，在所述光电转换器件设置在由所述第一半导体制成的基板上的构造中，所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。因此，在从光电转换器件提取出的电荷的传输路径中不会形成pn结，且由耗尽层造成的暗电流的产生受到抑制。此外，当复位晶体管的有源层含有比第一半导体的带隙更宽的第二半导体时，由复位晶体管中产生的少数电荷造成的暗电流的产生或由扩散电流造成的暗电流的产生均受到抑制。
[0016]根据本发明实施例的第一电子装置包括根据本发明实施例的第一固态摄像单元。
[0017]根据本发明实施例的第二电子装置包括根据本发明实施例的第二固态摄像单元。
[0018]在根据本发明实施例的第一固态摄像单元和第一电子装置中，在所述光电转换器件设置在由所述第一半导体制成的基板上的构造中，所述传输晶体管的有源层含有第二半导体，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。因此，能够抑制暗电流产生，且因此能够实现具有高可靠性的单元构造。
[0019]在根据本发明实施例的第二固态摄像单元和第二电子装置中，在所述光电转换器件设置在由所述第一半导体制成的基板上的构造中，所述复位晶体管的有源层含有第二半导体，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。因此，能够抑制暗电流产生，并且因此能够实现具有高可靠性的单元构造。
【附图说明】
[0020]图1是图示了根据本发明第一实施例的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0021]图2是图示了图1所示的光电转换器件与晶体管之间的连接关系的等效电路图。
[0022]图3是图示了图1所示的宽带隙半导体层和栅极电极的布局示例的示意性平面图。
[0023]图4A是用于说明图3所示的栅极电极的栅极长度所产生的作用的示意图。
[0024]图4B是用于说明图3所示的栅极电极的栅极长度所产生的作用的示意图。
[0025]图5是图示了根据比较例的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0026]图6是用于说明通过宽带隙半导体来抑制暗电流的效果的示意图。
[0027]图7是图示了根据变型例I的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0028]图8是图示了根据变型例2的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0029]图9是图示了根据变型例3的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0030]图10是图示了根据本发明第二实施例的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0031]图11是图示了图10所示的光电转换器件与晶体管之间的连接关系的等效电路图。
[0032]图12是图示了图10所示的晶体管和光电二极管的布局示例的示意性平面图。
[0033]图13是图示了图10所示的复位晶体管的布局的示意性平面图。
[0034]图14是图示了根据变型例4的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0035]图15是图示了根据变型例5的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0036]图16是图示了根据变型例6的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0037]图17是图示了根据变型例7的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0038]图18是图示了图1和图10中所示的任意固态摄像单元的整体构造的功能模块图。
[0039]图19是图示了使用图1和图10中所示的任意固态摄像单元的电子装置的示意性构造的框图。
【具体实施方式】
[0040]下面将参照附图详细说明本发明的一些实施例。注意，将以下面的顺序给出说明。
[0041]1.第一实施例(下述固态摄像单元(4Tr)的示例:其中，传输晶体管的源极也用作光电转换器件的下电极且传输晶体管的漏极与放大晶体管的栅极连接)
[0042]2.变型例I (使用遮光层的情况下的示例)
[0043]3.变型例2 (使用UV截止滤色器的情况下的示例)
[0044]4.变型例3 (所有4个晶体管的有源层和源极/漏极都由宽带隙半导体形成的情况下的示例)
[0045]5.第二实施例(下述固态摄像单元(3Tr)的示例:放大晶体管的栅极以及由宽带隙半导体制成的复位晶体管的源极与光电转换器件的下电极连接)
[0046]6.变型例4 (使用遮光层的情况下的示例)
[0047]7.变型例5 (使用遮光层的情况下的另一个示例)
[0048]8.变型例6 (使用UV截止滤色器的情况下的示例)
[0049]9.变型例7 (所有3个晶体管的有源层和源极/漏极都由宽带隙半导体形成的情况下的示例)
[0050]9.应用例I (固态摄像单元的整体构造例)
[0051]10.应用例2 (电子装置(相机)的示例)
[0052]<第一实施例>
[0053][构造]
[0054]图1示意性地图示了根据本发明第一实施例的固态摄像单元(固态摄像单元I)的截面构造。固态摄像单元I例如可以是CCD或CMOS图像传感器等等。注意，图1图示了与将在下文中说明的像素部(图18所示的像素部Ia)的一个像素相对应的区域。此外，下面将以正面照射型构造作为示例进行说明；然而，可以采用背面照射型构造。
[0055]在固态摄像单元I中，例如，光电转换器件10可以形成在由硅(Si)制成的半导体基板11的表面SI (电路形成面)上，并且在光电转换器件10与表面SI之间设置有多层布线层12。例如，在半导体基板11的表面SI上可以设置多个像素晶体管作为被构造用来进行从光电转换器件10的信号读取的驱动器件。更加具体地，一共形成四个晶体管，即，传输晶体管Trl (TRF)、复位晶体管Tr2 (RST)、放大晶体管Tr3 (AMP)和选择晶体管Tr4 (SEL)(在下文中，可以分别简称为“晶体管Trl至Tr4”)。固态摄像单元I具有所谓的4Tr构造，在该4Tr构造中，借助于这四个晶体管Trl至Tr4从光电转换器件10进行信号读取。在半导体基板11的表面SI上，设置有这样的晶体管Trl至Tr4，并且形成有由逻辑电路等构成的周边电路。将在后面说明晶体管Trl至Tr4的