CN102194843A

CN102194843A - 固体摄像器件、该固体摄像器件的制造方法和电子装置

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Publication number: CN102194843A
Application number: CN2011100578501A
Authority: CN
Inventors: 户田淳
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: TWI495094B; US20110227091A1; TW201140817A; US20140103477A1; JP2011199057A; KR20110105711A; US8648436B2; JP5509962B2; CN102194843B; US9142584B2; KR101672556B1

Abstract

本发明涉及固体摄像器件、该固体摄像器件的制造方法和电子装置。所述固体摄像器件包括：像素区域，在所述像素区域中排列有多个包括光电转换膜的像素，在所述多个像素之间设置有像素隔离部，其中，所述光电转换膜是由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体或铜-铝-镓-铟-锌-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体，并在硅基板上布置成为与所述硅基板晶格匹配，所述像素隔离部是由受掺杂浓度控制或组分控制的化合物半导体形成，使得所述像素隔离部在根据所述多个像素所布置的所述光电转换膜之间成为势垒。根据本发明的固体摄像器件能够防止混色等的发生，能够抑制如所获得图像的图像质量劣化等问题的发生。

Description

固体摄像器件、该固体摄像器件的制造方法和电子装置

相关申请的交叉参考

本申请包含与2010年3月19日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-064975的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及固体摄像器件、该固体摄像器件的制造方法和电子装置。

背景技术

如数码摄像机和数码相机等电子装置包括固体摄像器件。例如，固体摄像器件包括互补金属氧化物半导体(CMOS)型图像传感器和电荷耦合器件(CCD)型图像传感器。

在固体摄像器件中，多个像素排列在半导体基板的表面上。在每个像素中，布置光电转换部。光电转换部例如是光电二极管，光电转换部通过接收经外部连接的具有光接收表面的光学***入射的光及进行光电转换来产生信号电荷。

在固体摄像器件中进行彩色图像成像的情况下，通常，光电转换部通过接收经具有光接收表面的滤色器入射的光并进行光电转换来产生信号电荷。例如，三基色(红色、绿色和蓝色)的滤色器在成像表面上布置成拜耳(Bayer)图案，通过每个像素中的光电转换部来接收穿过每种颜色的滤色器的每种颜色的光。

另外，对于固体摄像器件，总是期望小型化及增加像素数量。对于这种情形，减小了单个像素的尺寸，由此，每个像素难以接收足量的光。因此，难以改善所获得图像的图像质量。因此，期望固体摄像器件具有更高的灵敏度。

除上面的说明之外，对于执行高速成像以改善动态图像特性的情况及对于期望在暗环境下成像的情况，由于降低了入射到像素上的光的光量，所以特别需要较高的灵敏度。

对于固体摄像器件中的CMOS型图像传感器，除光电转换部之外，像素还包括像素晶体管。像素晶体管用于读取光电转换部中所产生的信号电荷并将电信号输出到信号线。

通常，对于固体摄像器件，光电转换部接收从半导体基板的表面侧入射的光，所述表面设置有电路、布线等。对于这种情况，电路、布线等干涉或反射入射光，由此，难以改善灵敏度。

因此，提出了“背侧照射型”固体摄像器件，“背侧照射型”固体摄像器件的光电转换部接收从半导体基板的背侧入射的光，该背侧与半导体基板的设置有电路、布线等的表面相对(例如，参照日本未审查专利公开公报No.2008-182142)。

除此之外，提出了“层叠型(layered type)”固体摄像器件，在“层叠型”固体摄像器件中，用于选择性地接收各颜色的光的光电转换部不沿着成像表面的方向布置，各颜色的光电转换部而是以在垂直于成像表面的深度方向上层叠的方式布置。这里，例如，多个光电转换部是由具有相互不同的带隙的材料形成，并在深度方向上层叠，以便分离和检测每种颜色的光，并按照颜色输出信号(例如，参照日本未审查专利公开公报No.2006-245088)。

而且，提出了通过由于雪崩倍增所引起的信号放大来实现灵敏度的改善(例如，参照IEEE Transactions Electron Devices，Vol.44，No.10，October，1997(1997)，及IEEE J.Solid-State Circuits，40，1847(2005))。

而且，提出了通过在光电转换部中使用具有高光学吸收系数的“黄铜矿(chalcopyrite)类”化合物半导体膜(例如，CuInGaSe₂膜)实现灵敏度的改善(例如，参照日本未审查专利公开公报2007-123720及2008年JSAP春季会议的扩展摘要29p-ZC-12(2008))。

在上面的说明中，通过在电极上生长晶体来形成黄铜矿类化合物半导体膜，黄铜矿类化合物半导体膜是多晶体。因此，由于晶体缺陷所引起的暗电流的出现变得显著。在这种情况下，难以驱散。

而且，通过蚀刻处理(如，RIE方法)加工黄铜矿类化合物半导体膜，使得在各像素之间暴露化合物半导体膜的侧面(例如，参照2008年JSAP春季会议的扩展摘要29p-ZC-12(2008)中的图2(j))。

因此，在上面的说明中，像素之间的隔离不充分，由此，像素之间可能发生混色，使得降低了所获得图像的图像质量。而且，构成像素的光电转换部的侧壁暴露，由此，在那里形成界面态，出现的暗电流更大，这是因为例如捕获的载流子释放。特别是，在通过RIE方法进行蚀刻处理的情况下，由于离子辐射而对晶体的损害变得显著，由此，出现的暗电流更大。

在通过使用RIE方法的蚀刻处理进行像素隔离的情况下，无效区域增加，由此，光电转换部的有效光接收表面的面积变小，使得降低了量子效率。

另外，在通过晶体生长形成上述化合物半导体膜的情况下，可能发生反相畴(antiphase domain)，由此，难以改善装置的性能。

如上所述，对于将黄铜矿类化合物半导体膜用作光电转换部的固体摄像器件，所获得图像的图像质量可能发生如劣化的问题，例如，混色。

发明内容

由此，期望提供一种固体摄像器件、一种用于制造所述固体摄像器件的方法和一种电子装置，其中，在将黄铜矿类化合物半导体膜用作光电转换部的情况下，能够防止混色等的发生，能够抑制如所获得图像的图像质量劣化等问题的发生。

根据本发明的实施例的固体摄像器件设有像素区域，所述像素区域中布置有多个包括像素转换膜的像素，在所述多个像素之间设置有像素隔离部，其中，所述光电转换膜是由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体或铜-铝-镓-铟-锌-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体，并以与硅基板晶格匹配的方式布置在所述硅基板上，所述像素隔离部是由经受掺杂浓度控制或组分控制的化合物半导体形成，使得所述像素隔离部在根据所述多个像素所布置的所述光电转换膜之间成为势垒。

根据本发明的实施例的固体摄像器件的制造方法包括以下步骤：生产设有像素区域的固体摄像器件，所述像素区域中排列有多个包括光电转换膜的像素，在所述多个像素之间设置有像素隔离部，固体摄像器件的所述生产包括以下步骤：形成所述光电转换膜，所述光电转换膜是由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体或铜-铝-镓-铟-锌-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体，并以与硅基板晶格匹配的方式布置在所述硅基板上，及由经受掺杂浓度控制或组分控制的化合物半导体形成所述像素隔离部，使得所述像素隔离部在根据所述多个像素布置的所述光电转换膜之间成为势垒。

根据本发明的实施例的电子装置设有像素区域，所述像素区域中布置有多个包括像素转换膜的像素，在所述多个像素之间设置有像素隔离部，其中，所述光电转换膜是由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体或铜-铝-镓-铟-锌-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体，并以与硅基板晶格匹配的方式布置在所述硅基板上，所述像素隔离部是由经受掺杂浓度控制或组分控制的化合物半导体形成，使得所述像素隔离部在根据所述多个像素所布置的所述光电转换膜之间成为势垒。

在根据本发明的实施例中，所述像素隔离部是由经受掺杂浓度控制或组分控制的化合物半导体形成，使得所述像素隔离部在根据所述多个像素所布置的所述光电转换膜之间成为势垒。

对于上面的说明，术语“晶格匹配”的定义包括在所述光电转换膜的厚度处于临界膜厚度范围内的条件下接近晶格匹配的状态。

即，如果所述厚度处于所述临界膜厚度内，即使未达到理想的晶格匹配(Δa/a＝0)的情况下仍能够实现不包括失配位错(misfit dislocation)的良好结晶度。

在这方面，术语“临界膜厚度”是由下述“Matthews and Blakeslee公式”(例如参照J.W.Matthews and A.E.Blakeslee，J.Cryst.Growth 27(1974)118-125)或“People and Bean公式”(例如参照R.People and J.C.Bean，Appl.Phys.Lett.47(1985)322-324)规定。在下面的公式中，a代表晶格常数，b代表位错的柏氏矢量(Burgers vector)，v代表泊松比(Poisson′s ratio)，f代表晶格失配|Δa/a|。

Matthews and Blakeslee公式

h_{c} = \frac{b}{2 πf} \frac{1}{(1 + v)} (\ln \frac{h_{c}}{b} + 1)

…(1)

People and Bean′s公式

h_{c} = \frac{1}{16 π \sqrt{2}} \frac{1 - v}{(1 + v)} \frac{b^{2}}{a} \frac{1}{f^{2}} \ln \frac{h_{c}}{b}

…(2)

根据本发明的实施例，能够提供固体摄像器件、固体摄像器件的制造方法和电子装置，其中，在将黄铜矿类化合物半导体用作光电转换部的情况下，能够防止混色等的发生，能够抑制如所获得图像的图像质量不好等问题的发生。

附图说明

图1是表示根据本发明的第一实施例的相机40的结构的结构图；

图2是表示根据本发明的第一实施例的固体摄像器件的整体结构的框图；

图3是表示根据本发明的第一实施例的固体摄像器件的关键部分的图；

图4是表示根据本发明的第一实施例的固体摄像器件的关键部分的图；

图5是表示黄铜矿结构的立体图，在图5中，作为示例，示出了黄铜矿材料中的一种材料CuInSe₂；

图6A和图6B是表示根据本发明的第一实施例的固体摄像器件的能带结构的图；

图7是表示根据本发明的第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；

图8是表示根据本发明的第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；

图9是表示根据本发明的第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；

图10是表示根据本发明的第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图；

图11是表示在根据本发明的第一实施例的固体摄像器件中使用的金属有机化学气相沉积(MOCVD)装置的图；

图12是表示在根据本发明的第一实施例的固体摄像器件中使用的分子束外延(MBE)装置的图；

图13A和图13B是表示根据本发明的第一实施例的变型示例1-1的固体摄像器件的能带结构的图；

图14是表示根据本发明的第二实施例的固体摄像器件的关键部分的图；

图15是表示根据本发明的第二实施例的固体摄像器件的制造方法的图；

图16是表示根据本发明的第二实施例的固体摄像器件的制造方法的图；

图17是表示根据本发明的第二实施例的固体摄像器件的制造方法的图；

图18是表示根据本发明的第三实施例的固体摄像器件的关键部分的图；

图19是表示根据本发明的第三实施例的固体摄像器件的制造方法的图；

图20是表示根据本发明的第三实施例的固体摄像器件的制造方法的图；

图21是表示根据本发明的第四实施例的固体摄像器件的关键部分的图；

图22是表示关于黄铜矿类材料的带隙和晶格常数之间关系的图；

图23是表示根据本发明的第四实施例的固体摄像器件的能带结构的图；

图24是表示根据本发明的第四实施例的固体摄像器件的能带结构的图；

图25是表示根据本发明的第四实施例的固体摄像器件的能带结构的图；

图26是表示根据本发明的第四实施例的固体摄像器件的能带结构的图；

图27是表示根据构成本发明的第四实施例的黄铜矿光电转换膜的每种成分有关的带隙推算出的吸收系数α与波长的关系的图；

图28是表示根据本发明的第四实施例的固体摄像器件的光谱灵敏度特性的图；

图29是表示根据本发明的第四实施例的固体摄像器件的光谱灵敏度特性的图；

图30是表示由CuGaInZnSSe系的混合晶体组成的黄铜矿类材料有关的带隙和晶格常数之间的关系的图；

图31是表示根据本发明的第四实施例的变型示例的固体摄像器件的能带结构的图；

图32是表示根据本发明的第四实施例的变型示例的固体摄像器件的能带结构的图；

图33是表示根据本发明的第五实施例的固体摄像器件的关键部分的图；

图34是表示根据本发明的第五实施例的固体摄像器件的能带结构的图；

图35是表示根据本发明的第五实施例的变型示例5-1的固体摄像器件的关键部分的图；

图36是表示根据本发明的第五实施例的变型示例的固体摄像器件的能带结构的图；

图37是表示根据本发明的第六实施例的固体摄像器件的关键部分的图；

图38是表示根据本发明的第六实施例的固体摄像器件的光谱灵敏度特性的图；

图39是表示根据本发明的第七实施例的固体摄像器件的关键部分的图；

图40是表示根据本发明的第七实施例的变型示例7-1的固体摄像器件的关键部分的图；

图41是表示根据本发明的第七实施例的变型示例7-2的固体摄像器件的关键部分的图；

图42是表示根据本发明的第八实施例的固体摄像器件的关键部分的图；

图43是表示根据本发明的第八实施例的变型示例8-1的固体摄像器件的关键部分的图；

图44是表示根据本发明的第八实施例的变型示例8-2的固体摄像器件的关键部分的图；

图45是表示根据本发明的第八实施例的变型示例8-3的固体摄像器件的关键部分的图；

图46是表示根据本发明的第八实施例的变型示例8-4的固体摄像器件的关键部分的图；

图47是表示根据本发明的第九实施例的在硅基板上布置黄铜矿光电转换膜的情况下的原子排列的图，其中，所述硅基板是偏离基板；

图48是表示根据本发明的第九实施例的在硅基板上布置黄铜矿光电转换膜的情况下的原子排列的图，其中，所述硅基板是偏离基板；

图49是表示根据本发明的第九实施例的在硅基板上布置黄铜矿光电转换膜的情况下的原子排列的图，其中，所述硅基板是偏离基板；

图50是表示根据本发明的第九实施例的在硅基板上布置黄铜矿光电转换膜的情况下发生反相畴的区域的放大立体图；及

图51是表示根据本发明的第九实施例的变型示例的在硅基板上布置黄铜矿光电转换膜的情况下发生反相畴的区域的立体图。

具体实施方式

将参照附图说明本发明的各实施例。

以以下顺序给出说明。

1.第一实施例(通过离子注入形成掺杂的像素隔离部(背侧照射型+CF))

2.第二实施例(通过横向生长形成掺杂的像素隔离部(背侧照射型+CF))

3.第三实施例(通过组分控制形成像素隔离部(未掺杂))

4.第四实施例(表面照射型1)

5.第五实施例(表面照射型2)

6.第六实施例(表面照射型3)

7.第七实施例(其它背侧照射型)

8.第八实施例(作为信号的空穴的读取)

9.第九实施例(偏离基板(off substrate)的使用)

10.其它

(A)装置结构

(A-1)相机的关键结构

图1是表示根据本发明的第一实施例的相机40的结构的结构图。

如图1所示，相机40包括固体摄像器件1、光学***42、控制部43和信号处理电路44。下面将顺序说明每个部分。

固体摄像器件1接收通过光学***42从摄像表面PS入射的光(物体图像)，并通过光电转换产生信号电荷。这里，基于从控制部43输出的控制信号来驱动固体摄像器件1。具体地，将信号电荷作为原始数据读取并输出。

光学***42包括光学部件，如图像形成透镜和光圈，光学***42布置成为使得来自物体图像的入射光H聚集在固体摄像器件1的摄像表面PS上。

控制部43向固体摄像器件1和信号处理电路44输出各种控制信号，以控制并驱动固体摄像器件1和信号处理电路44。

信号处理电路44用于对从固体摄像器件1输出的电信号进行信号处理，由此产生物体图像的数字图像。

(A-2)固体摄像器件的关键部分的结构

下面将说明固体摄像器件1的整体结构。

图2是表示根据本发明的第一实施例的固体摄像器件1的整体结构的框图。

固体摄像器件1例如形成为CMOS型图像传感器。如图2所示，固体摄像器件1包括硅基板11。硅基板11是由例如单晶硅半导体形成的半导体基板。如图2所示，摄像区域PA和周边区域SA布置在硅基板11的表面上。

如图2所示，摄像区域PA为矩形，在水平方向x和垂直方向y上均布置多个像素P。即，像素P排列成矩阵形式。摄像区域PA对应于图1所示的摄像表面PS。后文将详细说明像素P。

如图2所示，周边区域SA位于摄像区域PA的周围。在周边区域SA中布置周边电路。

具体地，如图2所示，垂直驱动电路3、列电路4、水平驱动电路5、外部输出电路7、时序发生器8和快门驱动电路9布置成周边电路。

如图2所示，在周边区域SA中，垂直驱动电路3布置在摄像区域PA的侧部，用于按行选择驱动摄像区域PA中的像素P。

如图2所示，在周边区域SA中，列电路4布置在摄像区域PA的下端部，列电路4按列对输出自像素P的信号进行信号处理。这里，列电路4包括相关双采样(CDS)电路(附图中未图示)，并进行信号处理以去除固定模式噪声。

如图2所示，水平驱动电路5电连接到列电路4。水平驱动电路5包括例如移位寄存器，并按像素P的列向外部输出电路7依次输出由列电路4保持的信号。

如图2所示，外部输出电路7电连接到列电路4，对输出自列电路4的信号进行信号处理以输出到外部。外部输出电路7包括自动增益控制(AGC)电路7a和ADC电路7b。在外部输出电路7中，在AGC电路7a放大信号之后，ADC电路7b将模拟信号转换成数字信号，并输出到外部。

如图2所示，时序发生器8电连接到垂直驱动电路3、列电路4、水平驱动电路5、外部输出电路7和快门驱动电路9中的每个电路。时序发生器8产生各种脉冲信号，并输出到垂直驱动电路3、列电路4、水平驱动电路5、外部输出电路7和快门驱动电路9，以对每个部分进行驱动控制。

快门驱动电路9用于按行选择像素P并调整像素P的曝光时间。

上述每个部分同时驱动按行布置的多个像素P。具体地，通过供应自上述垂直驱动电路3的选择信号在垂直方向y上基于水平线(像素的行)依次选择像素P。然后，通过输出自时序发生器8的各种时序信号来驱动每个像素P。于是，通过列电路4按像素列读取输出自每个像素P的电信号。因此，存储在列电路4中的信号经由水平驱动电路5选择，然后依次输出到外部输出电路7。

(A-3)固体摄像器件的详细结构

下面说明根据本发明的第一实施例的固体摄像器件的详细结构。

图3和图4是表示根据本发明的第一实施例的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，图3表示像素P的剖面部分。图4表示像素P的电路结构。

如图3所示，固体摄像器件1包括硅基板11，黄铜矿光电转换膜13和像素隔离部PB布置在硅基板11的一个表面(上表面)上。

如图3所示，读取电极15和栅MOS 41布置在硅基板11的另一表面(下表面)上。尽管图3中未图示，还布置了图4所示的读取电路51。如图4所示，读取电路51包括复位晶体管M1、放大晶体管M2和选择晶体管M3。读取电路51用于通过栅MOS 41从黄铜矿光电转换膜13读取信号电荷，并将电信号输出到垂直信号线27。

尽管附图未图示，但布线层在硅基板11的另一表面(下表面)上布置成覆盖如读取电极15等各部分。

而且，通过与设置有布线层(附图中未图示)的表面(前侧)相对的表面(背侧)上的黄铜矿光电转换膜13来接收入射光H。即，本实施例中的固体摄像器件1是“背侧照射型CMOS图像传感器”。

下面将顺序说明每个部分。

(A-3-1)黄铜矿光电转换膜13

在固体摄像器件1中，多个黄铜矿光电转换膜13布置成对应于图2所示的多个像素P。即，黄铜矿光电转换膜13以在水平方向x和与水平方向x正交的垂直方向y上排列的方式布置在摄像表面(xy平面)上。

黄铜矿光电转换膜13用于接收入射光(物体图像)并通过光电转换产生信号电荷。

如图3所示，黄铜矿光电转换膜13布置在硅基板11的一个表面上，硅基板11例如是p型硅半导体。

如图3所示，在硅基板11上，在n型杂质区域12的上表面上布置黄铜矿光电转换膜13，n型杂质区域12以对应于多个像素P的方式形成。p⁺型层14p在黄铜矿光电转换膜13的上表面上布置成覆盖黄铜矿光电转换膜13。读取电路51通过栅MOS 41读取黄铜矿光电转换膜13所产生的信号电荷。

如图3所示，在黄铜矿光电转换膜13的侧面上布置像素隔离部PB。

在本实施例中，黄铜矿光电转换膜13是黄铜矿结构化合物半导体，通过生长晶体将黄铜矿光电转换膜13形成为与硅基板11(硅(100)基板)晶格匹配。

这里，黄铜矿光电转换膜13是由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体，黄铜矿光电转换膜13通过外延生长在硅基板11上形成为单晶薄膜。

例如，通过层叠在硅基板11上布置充当黄铜矿光电转换膜13的CuGa_0.52In_0.48S₂膜。黄铜矿光电转换膜13的导电类型例如是p型。除p型外，黄铜矿光电转换膜13也可以是i型和n型中的任一种。

或者，除上述化合物半导体之外，黄铜矿光电转换膜13也可以通过使用由铜-铝-镓-铟-锌-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体形成。

图5是表示黄铜矿结构的立体图。在图5中，作为示例，示出黄铜矿材料中的一种材料CuInSe₂。

如图5所示，CuInSe₂的基本结构与硅的基本结构具有相同的金刚石结构。因此，通过铜(Cu)和铟(In)等的原子代替部分硅原子来形成黄铜矿结构，以便能够通过在硅基板11的表面上的外延生长来形成黄铜矿光电转换膜13。

例如，通过分子束外延(MBE)方法形成黄铜矿光电转换膜13。除此之外，也可通过如金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法和液相外延(LPE)方法等外延生长方法形成黄铜矿光电转换膜13。

(A-3-2)像素隔离部PB

在固体摄像器件1中，以如下方式布置像素隔离部PB：像素隔离部PB位于图2所示的多个像素P之间，使得像素P相互隔离。即，像素隔离部PB布置成为位于在摄像表面(xy平面)上的多个像素P之间并以格子状在水平方向x和垂直方向y上延伸。

如图3所示，在硅基板11的一个表面上，在根据像素P所布置的黄铜矿光电转换膜13的侧面上布置像素隔离部PB。

在本实施例中，由包含p型杂质的半导体形成像素隔离部PB。例如，通过由包含高浓度p型杂质的铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿类化合物半导体来形成像素隔离部PB。

(A-3-3)读取电极15

在固体摄像器件1中，多个读取电极15以对应于图2所示的多个像素P的方式布置。

如图3所示，在硅基板11上，在与设有黄铜矿光电转换膜13的表面(背侧)相对的表面侧(前侧)布置读取电极15。

(A-3-4)栅MOS 41

在固体摄像器件1中，多个栅MOS 41以对应于图2所示的多个像素P的方式布置。

这里，在硅基板11上，在与设有黄铜矿光电转换膜13的表面(背侧)相对的表面侧(前侧)上布置栅MOS 41。对于栅MOS 41，例如，在硅基板11中布置有源区域(附图中未图示)，由导电材料形成每个栅极。

(A-3-5)读取电路51

在固体摄像器件1中，多个读取电路51以对应于图2所示的多个像素P的方式布置。

如图4所示，读取电路51包括复位晶体管M1、放大晶体管M2和选择晶体管M3，读取电路51用于通过栅MOS 41读取黄铜矿光电转换膜13中产生的信号电荷。

尽管图3未图示，在硅基板11上，与设置栅MOS 41的方式相同，构成读取电路51的晶体管M1、M2和M3中的每个晶体管布置在与设有黄铜矿光电转换膜13的表面(背侧)相对的表面侧(前侧)上。对于晶体管M1、M2和M3中的每个晶体管，例如，在硅基板11中布置有源区域(附图中未图示)，由导电材料形成每个栅极。

在读取电路51中，复位晶体管M1用于复位放大晶体管M2的栅极电位。

具体地，如图4所示，复位晶体管M1的栅极连接到供应有行复位信号的复位线RST。复位晶体管M1的漏极连接到电源电位供应线Vdd，源极连接到浮动扩散部FD。基于输入自复位线RST的行复位信号，复位晶体管M1通过浮动扩散部FD将放大晶体管M2的栅极电位复位成电源电位。

在读取电路51中，放大晶体管M2用于基于信号电荷对电信号进行放大及输出。

具体地，如图4所示，放大晶体管M2的栅极连接到浮动扩散部FD。放大晶体管M2的漏极连接到电源电位供应线Vdd，源极连接到选择晶体管M3。

在读取电路51中，选择晶体管M3用于在输入行选择信号时将输出自放大晶体管M2的电信号输出到垂直信号线27。

具体地，如图4所示，选择晶体管M3的栅极连接到供应有选择信号的地址线SEL。当供应选择信号时，选择晶体管M3进入导通状态，如上所述，将由放大晶体管M2放大的输出信号输出到垂直信号线27。(A-3-6)其它

另外，如图3所示，在硅基板11的上表面侧(背侧)，滤色器CF和片上透镜ML以对应于像素P的方式布置。

如图3所示，滤色器CF隔着绝缘膜HT布置在硅基板11的上表面上。具体地，滤色器CF例如包括三种基色的滤色器层(附图中未图示)，对于三种基色的滤色器层，例如，各颜色的滤色器层排列成拜耳图案。各颜色的滤色器层的排列不限于拜耳图案，也可以是其它排列。

如图3所示，片上透镜ML隔着绝缘膜HT和滤色器CF布置在硅基板11的上表面上。为了改善量子效率，片上透镜ML布置成为在硅基板11的上方向上突出成凸形，片上透镜ML将从上方入射的光聚集在黄铜矿光电转换膜13上。

尽管附图中未图示，布线层在硅基板11的下表面(前侧)上布置成为覆盖如读取电路51等上述各部分。在这个布线层中，电连接到各电路元件的布线(附图中未图示)布置在绝缘层(附图中未图示)中。具体地，以如下方式布置用于构成布线层的各布线：层叠各布线，以使其用作图4所示的地址线SEL、垂直信号线27和复位线RST等的布线。

图6A和图6B是表示根据本发明的第一实施例的固体摄像器件的能带结构的图。

图6A表示图3中的交替长短虚线所示的部分Z1-Z2的能带结构，图6B表示部分VIB-VIB的能带结构。即，图6A表示黄铜矿光电转换膜13和硅基板11的深度方向z上的能带结构。图6B表示设置有黄铜矿光电转换膜13和像素隔离部PB的部分沿着硅基板11的表面在方向x上的能带结构。

如图6A所示，在深度方向z上，能带在黄铜矿光电转换膜13中倾斜。于是，积累的电子向硅基板11侧移动。

同时，如图6B所示，在沿着硅基板11的表面的方向x上，在黄铜矿光电转换膜13和像素隔离部PB之间形成势垒。于是，阻碍了积累的电子在像素P之间的移动。

(B)制造方法

下面说明上述固体摄像器件1的制造方法的关键部分。

图7～图10是表示根据本发明的第一实施例的固体摄像器件的制造方法的图。

以与图3相同的方式，图7～图10表示剖面图，依次通过图7～图10所示的每个步骤制造图3等中所示的固体摄像器件1。

(B-1)黄铜矿光电转换膜13和p⁺型层14p的形成

首先，如图7所示，形成黄铜矿光电转换膜13和p⁺型层14p。

这里，在形成黄铜矿光电转换膜13和p⁺型层14p之前，在硅基板11的表面上形成读取电极15、栅MOS 41和读取电路51的每个部分。随后，布线层(附图中未图示)在硅基板11的表面(前侧)上形成为覆盖读取电路51等的各部分。

在本实施例中，在所谓的SOI基板的硅层(对应于硅基板11)上形成上述各部分之后，将所获得的硅层转印到单独的玻璃基板(附图中未图示)的表面。以此方式，产生硅基板11的背侧(即，硅层)，暴露(100)面。然后，在硅基板11的内部形成n型杂质区域12。

此后，如图7所示，在硅基板11上，黄铜矿光电转换膜13和p⁺型层14p顺序形成在与设置有如读取电极15和栅MOS 41等每个部分的表面相对的表面(背侧)上。

黄铜矿光电转换膜13是由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体，黄铜矿光电转换膜13形成为与硅基板11晶格匹配。

例如，通过外延生长方法(如，MBE方法或MOCVD方法)在硅基板11上外延生长上述化合物半导体来形成黄铜矿光电转换膜13。硅(Si)的晶格常数是

CuAlGaInSSe类混合晶体包含对应于这个晶格常数的材料，能够形成为与硅基板11晶格匹配。因此，例如，CuGa_0.52In_0.48S₂膜在硅基板11上形成为黄铜矿光电转换膜13。

例如，以导电类型成为p型的方式形成黄铜矿光电转换膜13。除p型之外，也可以成为i型或n型的方式形成黄铜矿光电转换膜13。

在本实施例中，例如，通过以如下方式形成p型CuGa_0.52In_0.48S₂膜来布置黄铜矿光电转换膜13：充当n型掺杂剂的锌(Zn)的浓度随着晶体的生长而降低。以此方式，黄铜矿光电转换膜13能够形成为使得其能带在深度方向z上倾斜。

例如，黄铜矿光电转换膜13形成为使得其杂质浓度为10¹⁴～10¹⁶cm^-3。可选择地，黄铜矿光电转换膜13形成为使得其膜厚度例如为500nm。

通过在硅基板上外延生长上述化合物半导体将黄铜矿光电转换膜13形成为也覆盖形成有像素隔离部PB的部分。

在上述说明中，说明了p型CuGa_0.52In_0.48S₂膜中包含n型掺杂剂的情况，但不限于此。例如，通过适当地控制III族元素和I族元素的各供应量，如同上述说明中那样，黄铜矿光电转换膜13也能够以能带在深度方向z上倾斜的方式形成。

p⁺型层14p也可以是由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体构成的黄铜矿结构化合物半导体形成。

具体地，在包含Ga、In、As和P等大量杂质的情况下，利用MOCVD方法或MBE方法等，通过上述化合物半导体的晶体生长来形成p⁺型层14p。这里，以高杂质浓度形成p⁺型层14p，以便空穴进入p⁺型层14p并在横向上流动。

例如，p⁺型层14p以杂质浓度为10¹⁷～10¹⁹cm^-3的方式形成。可选择地，例如，p⁺型层14p以膜厚度为10～100nm的方式形成。

图11是表示在根据本发明的第一实施例中使用的MOCVD装置的图。

在通过MOCVD生长方法来生长上述化合物半导体的晶体的情况下，例如，使用图11所示的MOCVD装置。

如图11所示，在基板(硅基板)上生长上述晶体的情况下，基板放置在(碳)基座上。使用射频加热装置(RF线圈)加热基座，控制基板的温度。例如，以如下方式加热基板：基板的温度处于能够实施高温分解的400℃～1000℃的范围内。

使用氢气使有机金属原材料起泡以进入饱和的蒸气压状态，并将各原材料分子输送到反应管。这里，使用质量流量控制器(MFC)控制流经各原材料的氢气的流速，由此，调整每单位时间内输送的原材料的摩尔量。有机金属原材料在基板上热解，以便生长晶体。传输的摩尔量的比率和晶体的沉积率之间存在相关的关系。由此，能够随意地调整晶体的沉积率。

使用下面的有机金属作为原材料气体。

具体地，对于铜的有机金属，例如，可使用乙酰丙酮铜(Cu(C₅H₇O₂)₂)。除此之外，也可使用环戊二烯基-三乙基膦合铜(h5-(C₂H₅)Cu:P(C₂H₅)₃)。

对于镓(Ga)的有机金属，例如，可使用三甲基镓(Ga(CH₃)₃)。除此之外，也可使用三乙基镓(Ga(C₂H₅)₃)。

对于铝(Al)的有机金属，例如，可使用三甲基铝(Al(CH₃)₃)。除此之外，也可使用三乙基铝(Al(C₂H₅)₃)。

对于铟(In)的有机金属，例如，可使用三甲基铟(In(CH₃)₃)。除此之外，也可使用三乙基铟(In(C₂H₅)₃)。

对于硒(Se)的有机金属，例如，可使用二甲基硒(Se(CH₃)₂)。除此之外，也可使用二乙基硒(Se(C₂H₅)₂)。

对于硫(S)的有机金属，例如，可使用二甲基硫(S(CH₃)₂)。除此之外，也可使用二乙基硫(S(C₂H₅)₂)。

对于锌(Zn)的有机金属，例如，可使用二甲基锌(Zn(CH₃)₂)。除此之外，也可使用二乙基锌(Zn(C₂H₅)₂)。

除了上述有机金属之外，例如，也可使用硒化氢(H₂Se)作为Se材料。另外，也可使用硫化氢(H₂S)作为S原材料。

在这方面，如环戊二烯基-三乙基膦合铜(h5-(C₂H₅)Cu:P(C₂H₅)₃)、乙酰丙酮铜(Cu(C₅H₇O₂)₂)和三甲基铟(In(CH₃)₃)等原材料在室温下处于固相状态。在这种情况下，加热原材料以进入液态。替代地，在仅提升温度以增加蒸气压时，甚至可使用处于固相状态的原材料。

图12是表示在根据本发明的第一实施例中使用的MBE装置的图。

在通过MBE生长方法生长上述化合物半导体的晶体的情况下，例如，使用图12所示的MBE装置。

在这种情况下，将铜的单质原材料和镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、硒(Se)和硫(S)中的各单质原材料放入各努森池(Knudsen cell)。然后，将这些原材料加热到合适的温度，各分子束施加到基板，以便实现晶体生长。

此时，在如硫(S)等材料具有特别高的蒸气压的情况下，分子束的量的稳定性差。在这种情况下，可使用装有阀门的裂化池(cracking cell)以稳定分子束的量。而且，如在气体源MBE中，可使用部分原材料作为气体源。例如，硒化氢(H₂Se)可用作Se原材料，硫化氢(H₂S)可用作硫(S)原材料。

(B-2)抗蚀剂图案PR的形成

接下来，如图8所示，形成抗蚀剂图案PR。

这里，如图8所示，在p⁺型层14p的表面上形成抗蚀剂图案PR。

在本实施例中，抗蚀剂图案PR形成为具有以如下方式布置的开口：对于p⁺型层14p的上表面，使其下形成有像素隔离部PB的部分的表面暴露，且覆盖除上述部分之外的部分的表面。

具体地，通过涂覆在p⁺型层14p的上表面上形成光致抗蚀剂膜(附图中未图示)，此后，通过光刻对光致抗蚀剂膜进行图案化，于是形成抗蚀剂图案PR。

(B-3)离子注入的执行

如图9所示，执行离子注入。

这里，如图9所示，抗蚀剂图案PR用作掩模，将杂质离子注入到黄铜矿光电转换膜13中。以此方式，通过抗蚀剂图案PR的开口将杂质离子注入到黄铜矿光电转换膜13的形成像素隔离部PB的部分中。

在本实施例中，将如Ga、In、As或P的p型杂质离子注入到黄铜矿光电转换膜13的形成像素隔离部PB的部分中以包含高浓度p型杂质。

例如，以如下方式执行离子注入：黄铜矿光电转换膜13的形成像素隔离部PB的部分的p型杂质浓度为10¹⁷～10¹⁹cm^-3。

随后，从p⁺型层14p去除抗蚀剂图案PR。

(B-4)像素隔离部PB的形成

如图10所示，形成像素隔离部PB。

这里，通过执行用于活化的退火来形成像素隔离部PB。

具体地，通过在400℃或更高的温度条件下执行退火来形成像素隔离部PB。

如上所述，通过选择性地掺杂黄铜矿光电转换膜13中的形成像素隔离部PB的部分来形成像素隔离部PB，其中，黄铜矿光电转换膜13在硅基板11的表面上形成为包括形成有像素隔离部PB的部分。

然后，如图3所示，在硅基板11的上表面侧(背侧)形成滤色器CF和片上透镜ML等每个部分。以此方式，完成背侧照射型CMOS图像传感器。

(C)概述

如上所述，在本实施例中，多个像素P排列在像素区域PA中。除此之外，像素隔离部PB以位于多个像素P之间的方式布置在像素区域PA中(参照图2)。

这里，像素P包括黄铜矿光电转换膜13。黄铜矿光电转换膜13是黄铜矿结构化合物半导体，并在硅基板11上形成为与有关的硅基板晶格匹配(参照图3)。例如，通过由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体来形成黄铜矿光电转换膜13。如上所述，在本实施例中，具有高光吸收系数的黄铜矿类材料混合晶体外延生长成为与Si(100)基板晶格匹配，由此形成黄铜矿光电转换膜13。因此，黄铜矿光电转换膜13的结晶度变好，能够抑制暗电流的发生，能够防止由白点所引起的图像质量的劣化。而且，能够实现灵敏度的改善，由此，即使在黑暗的成像环境(例如，夜间)下仍能够进行高图像质量的成像。

在本实施例中，通过如下化合物半导体来形成像素隔离部PB，即，该化合物半导体经受掺杂浓度控制，使得其在根据多个像素P所布置的黄铜矿光电转换膜13之间成为势垒(参照图3和图6B)。因此，在本实施例中，像素隔离部PB能够防止混色的发生。

对于不存在像素隔离部PB的相关技术的类型中，通过光电转换产生的电子能够在像素之间自由地移动。如果假定电子能够在每个方向上均等地移动，则对于1.5μm的像素，大约30％的电子进入邻近像素。通过设置像素隔离部PB几乎避免了这种现象。

在本实施例中，在黄铜矿光电转换膜13的位于入射光的入射侧的表面上布置充当高浓度杂质扩散层的p⁺型层14p。因此，能够防止暗电流发生。

在本实施例中，p⁺型层14p布置成在多个像素之间相互连接。因此，空穴从黄铜矿光电转换膜13进入p⁺型层14p，并在横向上的像素之间流动。黄铜矿光电转换膜13中产生的电子流入硅基板11侧(参照图6A)。因此，不需要在黄铜矿光电转换膜13的上表面上设置透明电极。

在上述说明中，说明了p⁺层14p形成为具有高杂质浓度以便不在黄铜矿光电转换膜13上形成透明电极的情况，但不限于此。也可在黄铜矿光电转换膜13上布置充当上电极的透明电极。

(D)变型示例1-1

图13A和图13B是表示根据本发明的第一实施例的变型示例1-1的固体摄像器件的能带结构的图。

如同图6A，图13A和图13B表示黄铜矿光电转换膜13和硅基板11的深度方向z上的能带结构。图13A表示黄铜矿光电转换膜13形成为具有不同于图6A情况下的能带结构。图13B表示上述情况中优选的变型示例1-1。

晶格匹配的黄铜矿材料通常不具有固定的能带结构。即，从图13A可以清楚地看出，在某些情况下，黄铜矿光电转换膜13形成为具有不同于图6A所示的能带结构的能带结构。

例如，如D.S.Su和W.Neumann在Appl.Phys.Lett.73，785，(1998)中所述，形成CuAu型有序相可取决于生长条件。由此，可改变能带结构，并可改变电子亲和性(导带底与真空能级之间的能量差)。

所以，在某些情况下不满足图6A所述的上述关系(硅基板11的电子亲和性大于黄铜矿光电转换膜13的电子亲和性)。

在如同图13A所示的硅基板11的电子亲和性小于黄铜矿光电转换膜13的电子亲和性的情况下，在硅基板11和黄铜矿光电转换膜13之间存在势垒。因此，在黄铜矿光电转换膜13中积累的电子难以向硅基板11侧移动。

为了防止这种问题发生，如图13B所示，可在硅基板11和黄铜矿光电转换膜13之间布置中间层IT。中间层IT布置成为使得其电子亲和性处于硅基板11的电子亲和性和黄铜矿光电转换膜13的电子亲和性之间以降低硅基板11和黄铜矿光电转换膜13之间的势垒。即，中间层IT布置成为使得其电子亲和性满足以下关系：

硅基板11的电子亲和性小于中间层IT的电子亲和性，中间层IT的电子亲和性小于黄铜矿光电转换膜13的电子亲和性。

最优选的是，中间层IT形成为使得其电子亲和性精确地处于硅基板11的电子亲和性和黄铜矿光电转换膜13的电子亲和性之间的中点。

例如，优选地，按照下述的材料和膜厚度等条件形成中间层IT。

·材料(组分)：CuGa_0.64In_0.36S₂

·膜厚度：5nm

在这方面，只要中间层IT的膜厚度处于临界膜厚度范围内，中间层IT不需要与硅基板11晶格匹配。

例如，中间层IT(CuGa_0.64In_0.36S₂)和Si基板之间的晶格失配度为Δa/a＝5.12×10^-3。此时，5nm的膜厚度小于“Matthews and Blakeslee公式”(参照J.W.Matthews and A.E.Blakeslee，J.Cryst.Growth 27(1974)118-125)或“People and Bean公式”(参照R.People and J.C.Bean，Appl.Phys.Lett.47(1985)322-324)所规定的临界膜厚度。

(A)装置结构等

图14是表示根据本发明的第二实施例的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图3，图14表示像素P的横剖面。

如图14所示，在本实施例中，布置绝缘膜80。除此之外，本实施例与第一实施例相同。因此，下文中省略了相同部分的说明。

如图14所示，在硅基板11的一个表面上布置绝缘膜80。

这里，在硅基板11上，在与设置有读取电极15的表面(前侧)相对的表面侧(背侧)的布置有像素隔离部PB的部分上布置绝缘膜80。例如，布置硅氧化物膜作为绝缘膜80。或者，可布置硅氮化物膜等作为绝缘膜80。

如下面所详细描述，在硅基板11的表面(背侧)上，在形成有黄铜矿光电转换膜13的部分之外的部分的表面上布置绝缘膜80，以便选择性地生长黄铜矿光电转换膜13的晶体。

然后，像素隔离部PB隔着绝缘膜80布置在硅基板11上。

(B)制造方法

将说明根据上述固体摄像器件的制造方法的关键部分。

图15～图17是表示根据本发明的第二实施例的固体摄像器件的制造方法的图。

如同图14，图15～图17表示横剖面，依次通过图15～图17所示的每个步骤制造图14所示的固体摄像器件。

(B-1)绝缘膜80的形成

首先，如图15所示，形成绝缘膜80。

这里，在形成绝缘膜80之前，以与第一实施例相同的方式，在硅基板11的表面上形成读取电极15、栅MOS 41和读取电路51中的每个部分。随后，布线层(附图中未图示)以覆盖如读取电路51等每个部分的方式形成在硅基板11的表面(前侧)上。

此后，如图15所示，在硅基板11上，在与设置有如读取电极15的每个部分的表面(前侧)相对的表面侧(背侧)的布置像素隔离部PB的部分上布置绝缘膜80。即，绝缘膜80形成为在多个像素P之间隔开。

具体地，例如，硅氧化物膜(附图中未图示)形成为覆盖硅基板11的背侧(上表面)。然后，通过光刻图案化所获得的硅氧化物膜，于是形成绝缘膜80。

例如，绝缘膜80形成为其厚度为50～100nm。

(B-2)黄铜矿光电转换膜13的形成

接下来，如图16所示，形成黄铜矿光电转换膜13。

这里，如图16所示，在硅基板11上，在与设置有如读取电极15等每个部分的表面相对的表面侧(背侧)上形成黄铜矿光电转换膜13。

例如，通过由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体将黄铜矿光电转换膜13形成为与硅基板11晶格匹配。

例如，以与第一实施例相同的方式，通过如MOCVD方法或MBE方法等方法在硅基板11上外延生长上述化合物半导体来形成黄铜矿光电转换膜13。

在本实施例中，与第一实施例相比，通过在硅基板11的上表面上外延生长上述化合物半导体以选择性地覆盖形成光电转换膜的部分，形成黄铜矿光电转换膜13。

如图15所示，绝缘膜80在硅基板11上形成为在多个像素P之间隔开。所以，在硅基板11的表面上，在布置有绝缘膜80的部分之外的暴露部分上选择性地生长黄铜矿光电转换膜13的晶体。这里，黄铜矿光电转换膜13形成为其膜厚度大于绝缘膜80的膜厚度，在根据各个像素P所形成的黄铜矿光电转换膜13之间布置沟槽TR。

(B-3)像素隔离部PB和p⁺型层14p的形成

随后，如图17所示，形成像素隔离部PB和p⁺型层14p。

这里，如图17所示，在硅基板11上，在与设置有如读取电极15等每个部分的表面相对的表面侧(背侧)上形成像素隔离部PB和p⁺型层14p。也就是说，在硅基板的背侧上，以如下方式形成像素隔离部PB和p⁺型层14p，即，像素隔离部PB覆盖绝缘膜80，而p⁺型层14p覆盖黄铜矿光电转换膜13。

例如，均通过由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体形成像素隔离部PB和p⁺型层14p。

具体地，在包含如Ga、In、As、和P等大量p型杂质的情况下横向生长上述化合物半导体。以此方式，上述化合物半导体填充黄铜矿光电转换膜13之间的沟槽TR以形成像素隔离部PB，另外，在黄铜矿光电转换膜13上形成p⁺型层14p。

例如，像素隔离部PB和p⁺型层14p形成为使得其杂质浓度为10¹⁷～10¹⁹cm^-3。

以此方式，在硅基板11上，通过外延生长化合物半导体以覆盖形成像素隔离部PB的部分，形成像素隔离部PB。除此之外，化合物半导体的晶体生长成为覆盖黄铜矿光电转换膜13的上表面，由此形成p⁺型层14p。

然后，如图14所示，在硅基板11的上表面侧(背侧)布置滤色器CF和片上透镜ML等各部分。以此方式，完成背侧照射型CMOS图像传感器。

(C)概述

如上所述，在本实施例中，如同第一实施例，黄铜矿光电转换膜13是黄铜矿结构化合物半导体，并在硅基板11上形成为与有关的硅基板晶格匹配。所以，黄铜矿光电转换膜13的结晶度变好，能够抑制暗电流的发生，能够防止由白点所引起的图像质量的劣化。而且，能够实现灵敏度的改善，由此，即使在黑暗的成像环境(例如，夜间)下仍能够进行高图像质量的成像。

在本实施例中，通过如下化合物半导体来形成像素隔离部PB，即，该化合物半导体受掺杂浓度控制，使得其在根据多个像素P所布置的黄铜矿光电转换膜13之间成为势垒(参照图14)。因此，在本实施例中，像素隔离部PB能够防止混色的发生。

与第一实施例相比，第二实施例在制造成本方面具有有利效果，这是因为减少了如离子注入和退火等处理步骤的数目。而且，不需要离子注入和退火，因此，不存在由这些处理引起的损害(例如，在离子注入期间的损害和退火期间对布线层的不利影响)。

3.第三实施例(通过组分控制形成像素隔离部(未掺杂))

(A)装置结构等

图18是表示根据本发明的第三实施例的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图14，图18表示像素P的横剖面。

如图18所示，在本实施例中，像素隔离部PBc不同于第二实施例的像素隔离部。除此之外，本实施例与第二实施例相同。因此，下文中省略了相同部分的说明。

如图18所示，像素隔离部PBc在根据像素P布置的多个黄铜矿光电转换膜13之间布置成为覆盖绝缘膜80。

与第二实施例相比，在本实施例中，通过未包含p型杂质的半导体形成像素隔离部PBc。例如，通过由具有较大带隙的铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿类化合物半导体来形成像素隔离部PBc。例如，像素隔离部PBc布置成为使得其带隙差kT等于或大于27meV。所以，在根据像素P布置的多个黄铜矿光电转换膜13之间形成势垒，由此，像素隔离部PBc使像素相互隔离。

(B)制造方法

将说明上述固体摄像器件的制造方法的关键部分。

图19～图20是表示根据本发明的第三实施例的固体摄像器件的制造方法的图。

如同图18，图19～图20表示横剖面，依次通过图19～图20所示的每个步骤制造图18所示的固体摄像器件。

(B-1)像素隔离部PBc的形成

首先，如图19所示，形成像素隔离部PBc。

这里，以与第二实施例相同的方式，在形成像素隔离部PBc之前，形成绝缘膜80和黄铜矿光电转换膜13(参照图15和图16)。

此后，如图19所示，像素隔离部PBc在根据像素P布置的多个黄铜矿光电转换膜13之间布置成为覆盖绝缘膜80。

在本步骤中，例如，通过由具有较大带隙的铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿类化合物半导体来形成像素隔离部PBc。

具体地，与第二实施例相对比，在不包含p型杂质的情况下横向生长上述化合物半导体。以此方式，上述化合物半导体填充黄铜矿光电转换膜13之间的沟槽TR以形成像素隔离部PBc。

例如，像素隔离部PBc形成为使得其铜-铝-镓-铟-硫-硒的组分比率为1.0∶0.36∶0.64∶0∶1.28∶0.72或为1.0∶0.24∶0.23∶0.53∶2.0∶0。

即，像素隔离部PBc结果形成为CuAl_0.36Ga_0.64S_1.28Se_0.72或CuAl_0.24Ga_0.23In_0.53S₂。

(B-2)p⁺型层14p的形成

如图20所示，形成p⁺型层14p。

这里，如图20所示，在硅基板11的背侧(上表面)上，p⁺型层14p形成为覆盖黄铜矿光电转换膜13的上表面和像素隔离部PBc的上表面。

例如，以与第二实施例相同的方式，通过由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体来形成p⁺型层14p。

具体地，通过在包含如Ga、In、As和P等大量杂质的情况下生长上述化合物半导体的晶体来形成p⁺型层14p。

然后，如图18所示，在硅基板11的上表面侧(背侧)布置滤色器CF和片上透镜ML等各部分。以此方式，完成背侧照射型CMOS图像传感器。

(C)概述

在本实施例中，通过如下化合物半导体来形成像素隔离部PBc，即，该化合物半导体受组分控制，使得其在根据多个像素P所布置的黄铜矿光电转换膜13之间成为势垒(参照图18)。因此，在本实施例中，像素隔离部PB能够防止混色的发生。

而且，对于通过带隙控制的势垒，通常不需要对势垒层进行掺杂，与第一和第二实施例相比，存在改善结晶度的有利效果。而且，与第一实施例相比，在制造成本方面具有有利效果，这是因为减少了如离子注入和退火等处理步骤的数目。

4.第四实施例(表面照射型1)

(A)装置结构等

图21是表示根据本发明的第四实施例的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图3，图21表示像素P的横剖面。

如图21所示，在本实施例中，像素P的结构不同于第一实施例的结构。除此之外，本实施例与第一实施例相同。因此，下文中省略了相同部分的说明。

如图21所示，固体摄像器件包括硅基板11，在硅基板11的一个表面(上表面)上布置黄铜矿光电转换膜13d和像素隔离部PBd。

与第一实施例相比，尽管附图中未图示，但在硅基板11的一个表面(上表面)上布置读取电极、栅MOS和读取电路。这些部分中的每个部分布置在硅基板11的所述一个表面上的像素P之间，并覆盖有布线层(附图中未图示)。

然后，通过硅基板11的布置有如黄铜矿光电转换膜13d等部分中的各部分的表面(前侧)上的黄铜矿光电转换膜13d接收入射光H。具体地，根据硅基板11的上表面侧(前侧)的像素P来布置片上透镜(附图中未图示)，黄铜矿光电转换膜13d接收由片上透镜聚集的入射光。即，本实施例中的固体摄像器件是“表面照射型CMOS图像传感器”。然而，在本实施例中，没有布置滤色器。

将顺序说明每个部分。

(A-1)黄铜矿光电转换膜13d

在固体摄像器件中，如图21所示，以对应于多个像素P的方式布置多个黄铜矿光电转换膜13d。

如图21所示，黄铜矿光电转换膜13d布置在例如是p型硅半导体的硅基板11的一个表面上。这里，在硅基板11上，在根据多个像素P所形成的n型杂质区域12d的上表面上布置黄铜矿光电转换膜13d。

如图21所示，透明电极14在黄铜矿光电转换膜13d的上表面上布置为覆盖黄铜矿光电转换膜13d。通过如铟锡氧化物(ITO)、锌氧化物或铟锌氧化物等透明的导电材料形成透明电极14。透明电极14接地，防止由于空穴积累所引起的充电。

如图21所示，在黄铜矿光电转换膜13d的侧面上布置像素隔离部PBd。

以与第一实施例相同的方式，黄铜矿光电转换膜13d是黄铜矿结构化合物半导体，并形成为与硅基板11(Si(100)基板)晶格匹配。这里，黄铜矿光电转换膜13d是由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体，并形成为与作为p型硅半导体的硅基板11晶格匹配。

在本实施例中，与第一实施例相比，黄铜矿光电转换膜13d在深度方向z上将入射光分成红色、绿色和蓝色中的各种颜色的光，并进行光电转换。这里，如图21所示，黄铜矿光电转换膜13d包括第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B，每个膜依次层叠在硅基板11的表面上。在黄铜矿光电转换膜13d中，第一光电转换膜21R和第二光电转换膜22G是i型的，第三光电转换膜23B是p型的。即，整体形成p-i-n结构。

如图21所示，在黄铜矿光电转换膜13d中，第一光电转换膜21R直接布置在硅基板11的表面上。第一光电转换膜21R用于从上方入射的入射光中选择性地分解出红色光并进行光电转换。即，以如下方式布置第一光电转换膜21R：第一光电转换膜21R高灵敏度地接收穿过如透明电极14、第三光电转换膜23B和第二光电转换膜22G等各部分的光中的红色波段的光，并进行光电转换以产生电荷。

如图21所示，在黄铜矿光电转换膜13d中，第二光电转换膜22G隔着第一光电转换膜21R布置在硅基板11的表面上。第二光电转换膜22G用于从上方入射的入射光中选择性地分解出绿色光并进行光电转换。即，以如下方式布置第二光电转换膜22G：第二光电转换膜22G高灵敏度地接收穿过如透明电极14和第三光电转换膜23B等各部分的光中的绿色波段的光，并进行光电转换以产生电荷。

如图21所示，在黄铜矿光电转换膜13d中，第三光电转换膜23B隔着第一光电转换膜21R和第二光电转换膜22G布置在硅基板11的表面上。第三光电转换膜23B用于从上方入射的入射光中选择性地分解出蓝色光并进行光电转换。即，以如下方式布置第三光电转换膜23B：第三光电转换膜23B高灵敏度地接收穿过如透明电极14等各部分的光中的蓝色波段的光，并进行光电转换以产生电荷。

图22是表示黄铜矿类材料有关的带隙和晶格常数之间的关系的图。如图22中的交替长短虚线所示，在晶格常数为(其是硅(Si)的晶格常数)的情况下，能够通过调整黄铜矿类材料的组分来随意地规定带隙。因此，在将组分调整成为使得第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B分别选择性地对红色光、绿色光和蓝色光进行光电转换的情况下，形成第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜。

具体地，第一光电转换膜21R形成为使得其带隙处于2.00eV±0.1eV的范围内(波长590nm～650nm)。因此，如图22所示，以如下方式形成第一光电转换膜21R：对于CuAl_xGa_yIn_zS₂表示的组分，满足下面的数学表达式。

0≤x≤0.12

0.38≤y≤0.52

0.48≤z≤0.50

x+y+z＝1

第二光电转换膜22G形成为使得其带隙处于2.20eV±0.15eV的范围内(波长530nm～605nm)。因此，如图22所示，以如下方式形成第二光电转换膜22G：对于CuAl_xGa_yIn_zS₂表示的组分，满足下面的数学表达式。

0.06≤x≤0.41

0.01≤y≤0.45

0.49≤z≤0.58

x+y+z＝1

第三光电转换膜23B形成为使得其带隙处于2.51eV±0.2eV的范围内(波长460nm～535nm)。因此，如图22所示，以如下方式形成第三光电转换膜23B：对于CuAl_xGa_yS_uSe_v表示的组分，满足下面的数学表达式。

0.31≤x≤0.52

0.48≤y≤0.69

1.33≤u≤1.38

0.62≤v≤0.67

x+y+u+v＝3(或者x+y＝1及u+v＝2)

例如，第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜形成为具有以下组分：

·第一光电转换膜21R：CuGa_0.52In_0.48S₂膜(带隙：2.00eV)

·第二光电转换膜22G：CuAl_0.24Ga_0.23In_0.53S₂膜(带隙：2.20eV)

·第三光电转换膜23B：CuAl_0.36Ga_0.64S_1.28Se_0.72膜(带隙：2.51eV)

在这方面，如图22所示，上面的内容说明了维加德定律(Vegard′s law)(直线)的情况。然而，如果存在弯曲及发生维加德定律的偏离，可在将改变上述组分以获得期望的带隙时的情况下，形成每个光电转换膜21R、22G和23B。

尽管未在图21中图示，但在上述黄铜矿光电转换膜13d中，在每个界面部分处布置用于限制载流子的尖状能量势垒。下面将详细说明黄铜矿光电转换膜13d的能带结构。

(A-2)像素隔离部PBd

在固体摄像器件中，如同第一实施例，以如下方式布置像素隔离部PBd：在多个像素P之间布置像素隔离部PBd，使得像素P相互隔离。

如图21所示，在硅基板11的一个表面上，在基于像素P布置的黄铜矿光电转换膜13d的侧面上布置像素隔离部PBd。

在本实施例中，通过包含p型杂质的半导体来形成像素隔离部PBd。例如，通过由包含高浓度p型杂质的铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿类化合物半导体来形成像素隔离部PBd。

(A-3)其它

在上述固体摄像器件中，例如，在读取每个信号的同时，实施雪崩倍增的低电压驱动。

图23～图26是表示根据本发明的第四实施例的固体摄像器件的能带结构的图。

图23～图26表示图21中的交替长短虚线所示部分Z1d-Z2d的能带结构。即，示出了黄铜矿光电转换膜13d和硅基板11在深度方向z上的能带结构。

在所述附图中，图23表示进行操作(如信号读取)之前的状态。即，示出了零偏置状态。

同时，图24～图26表示在进行操作(如信号读取)时的状态。即，示出了预定反向偏置V_R、V_G和V_B施加到黄铜矿光电转换膜13d的情况。这里，图24表示读取由第一光电转换膜21R获得的红色信号(R信号)的情况。图25表示读取由第二光电转换膜22G获得的绿色信号(G信号)的情况。图26表示读取由第三光电转换膜23B获得的蓝色信号(B信号)的情况。

在深度方向z上，黄铜矿光电转换膜13d整体上具有p-i-n结构，如图23所示，能带由于内部电场的原因而倾斜。所以，由于这种倾斜的原因，通过光的入射所产生的电子-空穴对在空间上分离成电子和空穴。

而且，对于黄铜矿光电转换膜13d，如图23所示，在n型杂质区域12d、第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B之间的每个界面处形成尖状能量势垒。这里尖状能量势垒在每个界面附近的宽带隙侧形成为满足下面的公式。即，尖状能量势垒形成为基本上高于室温下的热能。

在下面的公式中，B_R代表n型杂质区域12d和第一光电转换膜21R之间的界面处的势垒的能量，B_G表示第一光电转换膜21R和第二光电转换膜22G之间的界面处的势垒的能量，B_B表示第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B之间的界面处的势垒的能量，k代表波尔兹曼(Boltzmann)常数，kT代表对应于室温下的热能的值。

B_B≥B_G≥B_R＞kT(＝26meV)

如上所述形成固体摄像器件的能带结构，由此，光电子被限制在第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜中。因此，能够积累对应于各颜色的信号电荷(光电子积累)。

如上所述，在第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜中积累信号电荷的情况下，依次从各膜读取作为信号的信号电荷。

首先，如图24所示，从第一光电转换膜21R读取作为R信号的信号电荷。

这里，如图24所示，通过施加反向偏置V_R读取R信号。由于尖状势垒限制了G信号和B信号，所以未读出G信号和B信号。

在读取这个信号的情况下，电荷一旦在n型杂质区域12d中积累，就通过栅MOS(附图中未图示)和读取电路(附图中未图示)读取该信号。

如图24所示，在n型杂质区域12d和第一光电转换膜21R(i型CuGa_0.52In_0.48S₂膜)之间布置导带的能差。所以，即使施加低电压时，仍能够向晶格提供由碰撞所引起的较大动能，由此，通过离子化产生新的电子-空穴对，于是发生雪崩倍增。

然后，如图25所示，从第二光电转换膜22G读取作为G信号的信号电荷。

这里，如图25所示，通过施加反向偏置V_G读取G信号。在这种情况下，所施加的反向偏置V_G高于在从第一光电转换膜21R读取作为R信号的信号电荷时所施加的反向偏置电压。

在这种情况下，如图25所示，也发生雪崩倍增，于是以与从第一光电转换膜21R读取作为R信号的信号电荷的情况相同的方式读取G信号。

接下来，如图26所示，从第三光电转换膜23B读取作为B信号的信号电荷。

这里，如图26所示，通过施加反向偏置V_B读取B信号。在这种情况下，所施加的反向偏置V_B高于在从第一光电转换膜21R读取作为R信号的信号电荷时所施加的反向偏置电压且高于在从第二光电转换膜22G读取作为G信号的信号电荷时所施加的反向偏置电压。

在这种情况下，如图26所示，也发生雪崩倍增，于是读取B信号。

如上所述，能够通过依次施加反向偏置电压V_R、V_G和V_B(其中，V_B＞V_G＞V_R)来读取R信号、G信号和B信号中的每个信号。

在上述读取方法中，栅MOS用于读取信号，但不限于此。也可以不形成栅MOS，读取电极可直接形成在n型杂质区域12d中以进行信号的读取。

(B)制造方法

将说明上述固体摄像器件的制造方法的关键部分。

首先，如图21所示，准备作为硅基板11的(100)硅基板。此后，在所获得的硅基板11中形成n型杂质区域12d。除此之外，在硅基板11上形成读取电极和读取电路等。

随后，如图21所示，在硅基板11上依次布置第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B。

这里，例如，通过在硅基板11上实施i型CuGa_0.52In_0.48S₂混合晶体的晶体生长的MBE方法来形成第一光电转换膜21R。

在这种情况下，以如下方式进行第一光电转换膜21R的形成：在第一光电转换膜21R和硅基板11之间的界面处布置具有以下能量B_R的势垒。

B_R＞kT＝26meV

例如，首先，使用i型CuAl_0.06Ga_0.45In_0.49S₂组分开始晶体生长。此后，逐渐降低Al和In组分，并同时逐渐增加Ga组分，使得组分变成i型CuGa_0.52In_0.48S₂，由此实现晶体生长。

例如，以如下方式形成第一光电转换膜21R：上述势垒的厚度为100nm，第一光电转换膜21R的总厚度例如为0.8μm。在这方面，在上面的说明中，B_R等于或低于50meV，充分高于室温下的热能。

然后，在第一光电转换膜21R的上表面上形成第二光电转换膜22G。

例如，通过在硅基板11上实现i型CuAl_0.24Ga_0.23In_0.53S₂混合晶体的晶体生长的MBE方法来形成第二光电转换膜22G。

在这种情况下，以如下方式进行第二光电转换膜22G的形成：在相对第一光电转换膜21R的界面处布置具有以下能量B_G的势垒。

B_G＞B_R＞kT＝26meV

例如，首先，使用i型CuAl_0.33Ga_0.11In_0.56S₂组分开始晶体生长。此后，逐渐降低Al和In组分，并同时逐渐增加Ga组分，使得组分变成i型CuAl_0.24Ga_0.23In_0.53S₂，由此实现晶体生长。

例如，以如下方式形成第二光电转换膜22G：上述势垒的厚度为100nm，第二光电转换膜22G的总厚度例如为0.7μm。在这方面，在上面的说明中，B_G等于或低于84meV，充分高于室温下的热能。

然后，在第二光电转换膜22G的上表面上形成第三光电转换膜23B。

例如，通过在硅基板11上实现p型CuAl_0.36Ga_0.64S_1.28Se_0.72混合晶体的晶体生长的MBE方法来形成第三光电转换膜22B。

在这种情况下，以如下方式进行第三光电转换膜23B的形成：在相对第二光电转换膜22G的界面处布置具有以下能量B_B的势垒。

B_B＞B_G＞B_R＞kT＝26meV

例如，首先，使用p型CuAl_0.42Ga_0.58S_1.36Se_0.64组分开始晶体生长。此后，逐渐降低Al和S组分，并同时逐渐增加Ga组分，使得组分变成p型CuAl_0.36Ga_0.64S_1.28Se_0.72，由此实现晶体生长。

例如，以如下方式形成第三光电转换膜23B：上述势垒的厚度为100nm，第三光电转换膜23B的总厚度例如为0.3μm。在这方面，在上面的说明中，B_B等于或低于100meV，充分高于室温下的热能。

在上述说明中，在实施上述晶体生长之前，在硅基板11的表面上形成硅氧化物膜(附图中未图示)。此后，以如下方式对硅氧化物膜(附图中未图示)进行图案化：在硅基板11的表面处暴露形成黄铜矿光电转换膜13d的部分。

随后，如上所述，在形成黄铜矿光电转换膜13d的部分上选择性地生长上述化合物半导体的晶体，以便依次形成第一光电转换膜21R等。

然后，形成像素隔离部PBd。

这里，以与第二实施例相同的方式形成像素隔离部PBd。

例如，在将硅氧化物膜(附图中未图示)形成为在黄铜矿光电转换膜13d之间进行隔离时，在包含大量p型杂质的条件下横向生长化合物半导体。以此方式，在黄铜矿光电转换膜13d之间填充化合物半导体以形成像素隔离部PBd。

接下来，在黄铜矿光电转换膜13d的上表面上布置透明电极14。

这里，例如，通过溅射沉积方法形成透明的导电材料(如，铟锡氧化物(ITO))的膜以在黄铜矿光电转换膜13d上形成ITO膜(附图中未图示)。此后，图案化所获得的ITO膜以布置透明电极14。

然后，在硅基板11的上表面侧(前侧)适当地布置片上透镜等各部分。以此方式，完成表面照射型CMOS图像传感器。

(C)概述

如上所述，在本实施例中，如同第一实施例，黄铜矿光电转换膜13d是黄铜矿结构化合物半导体，并在硅基板11上形成为与硅基板11晶格匹配。因此，对于本实施例，黄铜矿光电转换膜13d的结晶度变好，能够抑制暗电流的发生，能够防止由白点所引起的图像质量的劣化。而且，能够实现灵敏度的改善，由此，即使在黑暗的成像环境(例如，夜间)下仍能够进行高图像质量的成像。

在本实施例中，由如下化合物半导体形成像素隔离部PBd：对该化合物半导体进行掺杂，使得其成为根据多个像素P所形成的黄铜矿光电转换膜13d之间的势垒(参照图21)。所以，在本实施例中，像素隔离部PBd能够防止混色的发生。

此外，在本实施例中，黄铜矿光电转换膜13d包括第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B。第一光电转换膜21R布置在硅基板11上，并形成为选择性地对从上方入射的光中的红色成分光进行光电转换。第二光电转换膜22G隔着第一光电转换膜21R布置在硅基板11上，并形成为选择性地对从上方入射的光中的绿色成分光进行光电转换。第三光电转换膜23B隔着第一光电转换膜21R和第二光电转换膜22G布置在硅基板11上，并形成为选择性地对从上方入射的光中的蓝色成分光进行光电转换(参照图21)。而且，对于第一光电转换膜21R和第二光电转换膜22G之间及第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B之间的界面部分，以如下方式形成能带结构：与提到的界面部分之外的部分相比，能带结构具有宽带隙(参照图23)。然后，反向偏置电压V_R施加到第一光电转换膜21R，由此，从第一光电转换膜21R读取作为红色信号的信号电荷。反向偏置电压V_G施加到第二光电转换膜22G，由此，从第二光电转换膜22G读取作为绿色信号的信号电荷。反向偏置电压V_B施加到第三光电转换膜23B，由此，从第三光电转换膜23B读取作为蓝色信号的信号电荷。在这种情况下，在满足关系V_B＞V_G＞V_R的条件下，按照V_R、V_G和V_B的次序顺序向各个部分施加各反向偏置电压。因此，在本实施例中，能够在深度方向z上获得红色、绿色和蓝色的三种基色的各色光信号。在这种情况下，能够降低雪崩倍增的电压。而且，能够通过这类读取方法增加光接收面积，由此，改善了灵敏度，实现了由制造过程的简化所带来的费用减低。

图27是表示关于组成根据本发明第四实施例的黄铜矿光电转换膜13d的每个组分的根据带隙所预期的吸收系数α与波长之间的关系。

如图27所示，对于组成黄铜矿光电转换膜13d的每个组分，吸收系数α在低于带隙的能量侧的光子能处急剧减小。

图28和图29是表示根据本发明的第四实施例的固体摄像器件的光谱灵敏度特性的图。

图28表示如下所述形成第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B的情况。

·第一光电转换膜21R：CuGa_0.52In_0.48S₂膜(厚度0.8μm)

·第二光电转换膜22G：CuAl_0.24Ga_0.23In_0.53S₂膜(厚度0.7μm)

.第三光电转换膜23B：CuAl_0.36Ga_0.64S_1.28Se_0.72膜(厚度0.3μm)

同时，图29表示在作下述改变时形成第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B的情况。

·第一光电转换膜21R：Si膜(厚度2.6μm)

·第二光电转换膜22G：Si膜(厚度1.7μm)

·第三光电转换膜23B：Si膜(厚度0.6μm)

从图28和图29之间的比较可以清楚地看出，与上述通过硅形成每个膜的情况相比，在本实施例中，通过黄铜矿类化合物半导体来形成每个光电转换膜21R、22G和23B，有利于分离每种颜色，能够抑制混色的发生。

所以，在本实施例中，即使在不使用滤色器时，仍有利于分离颜色。由于入射光不受到滤色器的消减，因此，能够高效地使用光，能够改善灵敏度。

而且，在一个像素P的深度方向上获得RGB三种颜色的信号，因此，不需要去马赛克(demosaic)处理，理论上不会发生伪色，能够容易实现高分辨率。而且，不需要布置低通滤波器，因此，能够实现费用降低。

在本实施例中，如同第一实施例，说明了通过将杂质离子注入到上述化合物半导体层来形成像素隔离部PBd的情况，但不限于此。

以与第二实施例相同的方式，可在硅基板11的部分表面上选择性地生长黄铜矿光电转换膜13d的晶体，此后，可通过横向生长将像素隔离部PBd形成为在多个黄铜矿光电转换膜13d之间进行填充。

而且，以与第三实施例相同的方式，可通过使用具有较大带隙的化合物半导体在像素之间形成势垒，以形成像素隔离部PBd。

(D)变型不例4-1

在上述说明中，通过由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体来形成黄铜矿光电转换膜13d，但不限于此。

可通过由CuGaInSSe系的混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体将黄铜矿光电转换膜形成为与硅基板晶格匹配。

图30是表示关于CuGaInSSe系的混合晶体组成的黄铜矿类材料的带隙和晶格常数之间的关系的图。

如图30中的交替长短虚线所示，在晶格常数为(其是硅(Si)的晶格常数)的情况下，能够通过调整黄铜矿类材料的组分来随意地规定带隙。因此，在CuGaInSSe系的混合晶体的情况下，也能够将第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜形成为使得选择性地分别对红色光、绿色光和蓝色光进行光电转换。

具体地，第一光电转换膜21R形成为使得其带隙处于2.00eV±0.1eV的范围内(波长590nm～650nm)。因此，如图30所示，以如下方式形成第一光电转换膜21R：对于CuGa_yIn_zS_uSe_v表示的组分，满足下面的数学表达式。

0.52≤y≤0.76

0.24≤z≤0.48

1.70≤u≤2.00

0≤v≤0.30

y+z+u+v＝3或者，y+z＝1及u+v＝2

第二光电转换膜22G形成为使得其带隙处于2.20eV±0.15eV的范围内(波长530nm～605nm)。因此，如图30所示，以如下方式形成第二光电转换膜22G：对于CuGa_yIn_zZn_wS_uSe_v表示的组分，满足下面的数学表达式。

0.64≤y≤0.88

0≤z≤0.36

0≤w≤0.12

0.15≤u≤1.44

0.56≤v≤1.85

y+z+w+u+v＝3或者，y+z+w＝1及u+v＝2

第三光电转换膜23B形成为使得其带隙处于2.51eV±0.2eV的范围内(波长460nm～535nm)。因此，如图30所示，以如下方式形成第三光电转换膜23B：对于CuGa_yZn_wS_uSe_v表示的组分，满足下面的数学表达式。

0.74≤y≤0.91

0.09≤w≤0.26

1.42≤u≤1.49

0.51≤v≤0.58

y+w+u+v＝3

例如，第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜形成为具有以下组分。

·第一光电转换膜21R：CuGa_0.52In_0.48S₂膜

·第二光电转换膜22G：CuGaIn_1.39Se_0.6膜

·第三光电转换膜23B：CuGa_0.74Zn_0.26S_1.49Se_0.51膜

在这方面，可用这些组分替代上述CuAlGaInSSe系的部分或全部组分。

(D-2)变型示例4-2(超晶格的应用)

对于在黄铜矿光电转换膜13d的形成中进行的上述晶体生长，在某些情况下固溶体难以生长。因此，可通过在超晶格的基础上生长伪混合晶体(pseudo-mixed crystal)来形成黄铜矿光电转换膜13d。

例如，对于用于分出红色光的第一光电转换膜21R，交替层叠i型CuInS₂膜和i型CuGaS₂膜，使得整体组分的组分比为i型CuGa_0.52In_0.48S₂。这里，以如下方式进行i型CuInS₂膜和i型CuGaS₂膜中的每个膜的膜形成：i型CuInS₂膜和i型CuGaS₂膜中的每个膜的膜厚度处于临界膜厚度hc的范围内。在这方面，临界膜厚度是由“Matthews and Blakeslee公式”(参照J.W.Matthews and A.E.Blakeslee，J.Cryst.Growth 27(1974)118-125)或“People and Bean公式”(参照R.People and J.C.Bean，Appl.Phys.Lett.47(1985)322-324)规定。

在上述说明中，例如，使用X射线衍射方法，并层叠i型CuInS₂膜和i型CuGaS₂膜，以预先确定晶格匹配硅(100)基板的生长条件。此后，以如下方式进行层叠：整体组分为期望的组分。

如果在超过临界膜厚度hc的情况下进行超晶格的每个层的形成，则会发生失配位错(misfit dislocation)缺陷，影响了结晶度。然而，在本实施例中，由于将膜厚度规定在临界膜厚度hc的范围内，所以能够防止这类问题发生。

(D-3)变型示例4-3

在上述说明中，说明了用于在深度方向z上分解的结构及同时用于实现雪崩倍增的结构。然而，可不在深度方向上进行分解的情况下实现雪崩倍增。

图31和图32是表示根据本发明的第四实施例的变型示例的固体摄像器件的能带结构的图。

这里，如同图23，图31表示在进行操作(如，信号读取)之前的状态。即，示出了零偏置状态。

同时，如同图24等，图32表示在进行信号读取操作时的状态。即，示出了施加预定反向偏置的情况。

如图31和图32所示，通过连续地或阶梯式地改变带隙来获得较大能差。

在这种情况下，与图23～图26所示的情况相比，导带的能差仍较大。因此，以低电压驱动实现了更大程度的雪崩倍增。

在这种情况下，可通过在表面侧布置滤色器进行颜色分离。

5.第五实施例(表面照射型2)

(A)装置结构等

图33是表示根据本发明的第五实施例的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图21，图33表示像素P的横剖面。与图21相对照，图33表示一个像素P的关键部分。

如图33所示，在本实施例中，像素P的结构不同于第四实施例的结构。除此之外，本实施例与第四实施例相同。因此，下文中省略了相同部分的说明。

如图33所示，固体摄像器件包括硅基板11，在硅基板11的一个表面(上表面)上布置黄铜矿光电转换膜13e。

如图33所示，在硅基板11的一个表面(上表面)上布置栅MOS 41。尽管附图中未图示，但如同第四实施例，在硅基板11的一个表面(上表面)上布置如像素隔离部、读取电极和读取电路等各部分。

即，本实施例的固体摄像器件是“表面照射型CMOS图像传感器”。

将顺序说明每个部分。

(A-1)黄铜矿光电转换膜13e

在固体摄像器件中，如图33所示，以对应于多个像素P的方式布置多个黄铜矿光电转换膜13e。

如图33所示，黄铜矿光电转换膜13e布置在例如是p型硅半导体的硅基板11的一个表面上。这里，在硅基板11上，在根据多个像素P所形成的n型杂质区域12d的上表面上布置黄铜矿光电转换膜13e。

以与第四实施例相同的方式，黄铜矿光电转换膜13e是黄铜矿结构化合物半导体，并形成为与硅基板11(Si(100)基板)晶格匹配。这里，黄铜矿光电转换膜13e是由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体，并形成为与作为p型硅半导体的硅基板11晶格匹配。

以与第四实施例相同的方式，黄铜矿光电转换膜13e用于在深度方向z上将入射光分解成红色、绿色和蓝色的各种颜色的光，并进行光电转换。这里，如图33所示，黄铜矿光电转换膜13e包括第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be，每个膜依次层叠在硅基板11的表面上。

如图33所示，在黄铜矿光电转换膜13e中，第一光电转换膜21Re直接布置在硅基板11的表面上。第一光电转换膜21Re用于从上方入射的入射光中选择性地分出红色光并进行光电转换。在本实施例中，第一光电转换膜21Re布置成为具有与第四实施例的第一光电转换膜相同的组分。

如图33所示，在黄铜矿光电转换膜13e中，第二光电转换膜22Ge隔着第一光电转换膜21Re布置在硅基板11的表面上。第二光电转换膜22Ge用于从上方入射的入射光中选择性地分出绿色光并进行光电转换。在本实施例中，第二光电转换膜22Ge布置成为具有与第四实施例的第二光电转换膜相同的组分。

如图33所示，在黄铜矿光电转换膜13e中，第三光电转换膜23Be隔着第一光电转换膜21Re和第二光电转换膜22Ge布置在硅基板11的表面上。第三光电转换膜23Be用于从上方入射的入射光中选择性地分出蓝色光并进行光电转换。在本实施例中，第三光电转换膜23Be布置成为具有与第四实施例的第三光电转换膜相同的组分。

然而，如图33所示，在本实施例中，与第四实施例相对比，以如下方式配置第一至第三光电转换膜21Re、22Ge和23Be：p型层13ep、i型层13ei和n型层13en在硅基板11的表面方向(这里，是指y方向)对准。这里，i型层13ei布置在中间部分，p型层13ep和n型层13en布置成为在硅基板11的表面方向上夹持i型层13ei。即，黄铜矿光电转换膜13e整体上具有p-i-n结构。

如图33所示，在黄铜矿光电转换膜13e中的第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be的上表面上布置p型电极14pe和n型电极14ne。

如图33所示，在第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be的p型层13ep上均布置p型电极14pe。在第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be的n型层13en上均布置n型电极14ne。

(A-2)其它

尽管附图中未图示，但如同第四实施例，在固体摄像器件中，像素隔离部布置成为在多个像素之间并使像素P相互隔离。

这里，如同第四实施例，在硅基板11的一个表面上，在基于像素P布置的黄铜矿光电转换膜13e的侧面布置像素隔离部(附图中未图示)。

在本实施例中，以如下方式在像素P之间布置像素隔离部(附图中未图示)：在设有读取电极(附图中未图示)、栅MOS(附图中未图示)和读取电路(附图中未图示)的部分之外的部分上形成势垒。

如同上述第一实施例，像素隔离部(附图中未图示)例如是由离子注入有杂质的化合物半导体形成。而且，像素隔离部(附图中未图示)可由具有较大带隙的组分的化合物半导体形成。而且，在设有读取电极(附图中未图示)、栅MOS(附图中未图示)和读取电路(附图中未图示)的部分中布置间隔。

图34是表示根据本发明的第五实施例的固体摄像器件的能带结构的图。

对于黄铜矿光电转换膜13e，如图34所示，在第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be之间的每个界面处形成能量势垒。这里，每个势垒在每个界面附近的宽带隙侧形成为满足下面的公式。即，按以下方式形成每个势垒：每个势垒的能量B基本上高于室温下的热能。

B＞kT(＝26meV)

如上所述形成了固体摄像器件的能带结构，由此，光电子被限制在第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be中的每个光电转换膜中。因此，能够累积对应于各颜色的信号电荷。

在第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be中的每个光电转换膜中累积信号电荷之后，通过向每个膜施加电压以从每个膜依次读取作为信号的信号电荷。

例如，在电子从第一光电转换膜21Re移动到n型杂质区域12d之后，通过使用栅MOS 41等读取红色光信号。

尽管附图中未图示，但在p型电极14pe接地之后，通过使用栅MOS等读取绿色光信号和蓝色光信号，从n型电极14ne读取的电子暂时性地累积在Si基板11中所布置的累积层中。

(B)制造方法

将说明上述固体摄像器件的制造方法的关键部分。

首先，如图33所示，准备作为硅基板11的(100)硅基板。此后，在所获得的硅基板11中形成n型杂质区域12d。除此之外，在硅基板11上形成读取电极和读取电路等。

随后，如图33所示，在硅基板11上依次布置第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be。

这里，例如，通过在硅基板11上实现i型CuGa_0.52In_0.48S₂混合晶体的晶体生长的MBE方法来形成第一光电转换膜21Re。例如，第一光电转换膜21Re形成为其厚度例如为0.8μm。

然后，在第一光电转换膜21Re的上表面上形成第二光电转换膜22Ge。

例如，通过在硅基板11上实现i型CuAl_0.24Ga_0.23In_0.53S₂混合晶体的晶体生长的MBE方法来形成第二光电转换膜22Ge。

在这种情况下，以如下方式进行第二光电转换膜22Ge的形成：在相对第一光电转换膜21Re的界面处布置具有上述能量B的势垒。

例如，以如下方式形成第二光电转换膜22Ge：上述势垒的厚度为50nm，第二光电转换膜22Ge的总厚度例如为0.7μm。

然后，在第二光电转换膜22Ge的上表面上形成第三光电转换膜23Be。

例如，通过在硅基板11上实现i型CuAl_0.36Ga_0.64S_1.28Se_0.72混合晶体的晶体生长的MBE方法来形成第三光电转换膜23Be。

在这种情况下，以如下方式进行第三光电转换膜23Be的形成：在相对第二光电转换膜22Ge的界面处布置具有上述能量B的势垒。

例如，首先，使用i型CuAl_0.42Ga_0.58S_1.36Se_0.64组分开始晶体生长。此后，逐渐降低Al和S组分，并同时逐渐增加Ga组分，使得组分变成i型CuAl_0.36Ga_0.64S_1.28Se_0.72，由此实现晶体生长。

例如，以如下方式形成第三光电转换膜23Be：上述势垒的厚度为50nm，第三光电转换膜23Be的总厚度例如为0.3μm。

随后，如图33所示，形成p型层13ep和n型层13en。

这里，对于第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be，通过选择性地将p型杂质离子注入到形成p型层13ep的部分来形成p型层13ep。例如，通过离子注入作为p型掺杂剂的镓(Ga)来形成p型层13ep。

而且，对于第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be，通过选择性地将n型杂质离子注入到形成n型层13en的部分来形成n型层13en。例如，通过离子注入作为n型掺杂剂的锌(Zn)来形成n型层13en。

然后，在离子注入之后，进行退火以激活掺杂剂，于是形成p-i-n结构的黄铜矿光电转换膜13e。

随后，以与上述第四实施例相同的方式，布置像素隔离部等各部分，于是完成表面照射型CMOS图像传感器。

(C)概述

如上所述，在像素P的结构不同于第四实施例的本实施例中，如同第四实施例，黄铜矿光电转换膜13e在硅基板11上形成为与硅基板11晶格匹配。因此，对于本实施例，黄铜矿光电转换膜13e的结晶度变好，能够抑制暗电流的发生，能够防止由白点所引起的图像质量的劣化。而且，能够实现灵敏度的改善，由此，即使在黑暗的成像环境(例如，夜间)下仍能够进行高图像质量的成像。

此外，在本实施例中，如同第四实施例，黄铜矿光电转换膜13e包括在硅基板11上依次层叠的第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be。因此，在本实施例中，能够在深度方向z上获得红色、绿色和蓝色的三种基色各色光的信号。

然而，在本实施例中，与第四实施例相比，对于第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be，在硅基板11的表面(xy平面)方向上并排布置p型层13ep、i型层13ei和n型层13en。

因此，几乎能够同时读取信号，由此，与第四实施例相比，呈现出优异的动态图像的成像。而且，由于分离地布置累积层，所以呈现出优异的饱和灵敏度特性。

在上述说明中，黄铜矿光电转换膜13e整体上具有p-i-n结构，但不限于此。在形成pn结构的情况下仍能够产生相同的操作效果。

在上述说明中，布置了p型电极14pe，但不限于此。在p型层13ep的p浓度高的情况下，空穴自然地流到基板侧。即，降低了每个界面处的有效势垒，空穴能够超越每个p型层的界面并到达基板侧。在这种情况下，不需要p型电极14pe。

(D)变型示例5-1

图35是表示根据本发明的第五实施例的变型示例5-1的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图33，图35表示像素P的横剖面。

如图35所示，在本变型示例中，像素P的结构不同于上述第五实施例的结构。除此之外，本变型示例与第五实施例相同。因此，适当地省略了相同部分的说明。

如图35所示，在硅基板11的表面上，在固体摄像器件中，在设有黄铜矿光电转换膜13e的部分的侧部中布置n型杂质区域12d。即，在硅基板11的表面上，在未布置有n型杂质区域12d的部分的表面上布置黄铜矿光电转换膜13e。

以与第五实施例相同的方式，黄铜矿光电转换膜13e包括第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be，每个膜依次层叠在硅基板11的表面上。

然而，与上述实施例相比，在本变型示例中，如同第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be，第一光电转换膜21Re的上表面上也布置p型电极14pe和n型电极14ne。

如图35所示，如同第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be，在第一光电转换膜21Re的p型层13ep上布置p型电极14pe。如同第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be，在第一光电转换膜21Re的n型层13en上布置n型电极14ne。

然后，如图35所示，在n型杂质区域12d的上表面上布置布线18，布线18电连接到布置在第一光电转换膜21Re的n型层13en上的n型电极14ne。

图36是表示根据本发明的第五实施例的变型示例的固体摄像器件的能带结构。

对于黄铜矿光电转换膜13e，如图36所示，在硅基板11、第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be之间的每个界面处形成能量势垒。这里，以以下方式在每个界面附近的宽带隙侧形成每个势垒：每个势垒的能量B基本上高于室温下的热能。

因此，在本变型示例中，光电子也被限制在第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be中的每个光电转换膜中。因此，能够累积对应于各颜色的信号电荷。

在第一光电转换膜21Re、第二光电转换膜22Ge和第三光电转换膜23Be中的每个光电转换膜中累积信号电荷之后，通过向每个膜施加电压以从每个膜读取作为信号的信号电荷。

尽管附图中未图示，但在p型电极14pe接地之后，通过使用栅MOS等读取每个信号，从n型电极14ne读取的电子暂时性地累积在硅基板11侧中所布置的累积层中。

除了上述说明之外，由于在第一光电转换膜21Re上布置n型电极14ne，所以可直接从n型电极14ne读取在第一光电转换膜21Re中累积的电子。

所有的红色(R)信号、绿色(G)信号和蓝色(B)信号可临时性地各自累积在硅基板11中，并使用栅MOS 41读取上述信号。

这里，p型电极14pe用于取出空穴，能够通过对地的直接连接来避免充电。而且，通过增加p型浓度也能够使空穴逃到硅基板11侧。在这种情况下，通常不需要p型电极14pe。

在上述情况下，由于除红色(R)信号的读取之外不存在能差，所以通过低电压驱动通常不会发生雪崩倍增。然而，存在以下优点：如上所述，不依次进行信号的读取，而是同时读取每个颜色的信号。

6.第六实施例(表面照射型3)

(A)装置结构等

图37是表示根据本发明的第六实施例的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图21，图37表示像素P的横剖面。

如图37所示，在本实施例中，像素P的结构不同于第四实施例的结构。除此之外，本实施例与第四实施例相同。因此，适当省略了相同部分的说明。

如图37所示，固体摄像器件包括硅基板11，在硅基板11的一个表面(上表面)上布置黄铜矿光电转换膜13f和像素隔离部PBf。

尽管附图中未图示，但如同第四实施例，在硅基板11的一个表面(上表面)上布置如读取电极、栅MOS和读取电路。这些部分中的每个部分布置在硅基板11的所述一个表面上的像素P之间，并覆盖有布线层(附图中未图示)。

然后，通过硅基板11的布置有如黄铜矿光电转换膜13f的各部分的表面(前侧)上的黄铜矿光电转换膜13f来接收入射光H。即，本实施例中的固体摄像器件是“表面照射型CMOS图像传感器”。

将顺序说明每个部分。

(A-1)黄铜矿光电转换膜13f

在固体摄像器件中，如图37所示，在例如是p型硅半导体的硅基板11的一个表面上布置黄铜矿光电转换膜13f。

与第四实施例相比，在本实施例中，黄铜矿光电转换膜13f不配置成在深度方向z上将入射光分解成红色、绿色和蓝色中的各种颜色的光并进行光电转换。

这里，如图37所示，黄铜矿光电转换膜13f包括第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B，每个膜并排放置在硅基板11的表面(xy平面)上。

在硅基板11上，第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B均是p型的，并布置在形成的n型杂质区域12d的上表面上以对应于多个像素P。即，形成pn结构。

第一光电转换膜21R用于从上方入射的入射光中选择性地分出红色光并进行光电转换。第二光电转换膜22G用于从上方入射的入射光中选择性地分出绿色光并进行光电转换。第三光电转换膜23B用于从上方入射的入射光中选择性地分出蓝色光并进行光电转换。

例如，如同第四实施例，第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B均是由与硅基板11(Si(100)基板)晶格匹配的CuAlGaInSSe类混合晶体形成。具体地，每个膜形成为具有以下组分。

·第一光电转换膜21R：CuGa_0.52In_0.48S₂膜

·第二光电转换膜22G：CuAl_0.24Ga_0.23In_0.53S₂膜

·第三光电转换膜23B：CuAl_0.36Ga_0.64S_1.28Se_0.72膜

而且，第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜形成为具有以下厚度。

·第一光电转换膜21R：0.8μm

·第二光电转换膜22G：0.7μm

·第三光电转换膜23B：0.7μm

然后，如图37所示，透明电极14布置成为覆盖构成黄铜矿光电转换膜13f的第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜的上表面。

第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜根据像素P布置成为对应于拜耳图案。在这方面，第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜可布置成为对应于不限于拜耳图案的各种颜色阵列。

(A-2)像素隔离部PBf

在固体摄像器件中，以与第四实施例相同的方式，像素隔离部PBf布置成为在多个像素P之间，以使像素P相互隔离。

如图37所示，在第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜的侧面上布置像素隔离部PBf。

这里，如图37所示，在硅基板11的一个表面上，在根据像素P所形成的第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜的侧面上布置像素隔离部PBf。

在本实施例中，以与第四实施例相同的方式，通过由包含p型杂质的半导体形成像素隔离部PBf。例如，通过由具有高浓度p型杂质的铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿类化合物半导体来形成像素隔离部PBf。

(A-3)其它

在上述固体摄像器件中，在不向第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜施加反向偏置电压的情况下，由于能差的原因，光电子自然地移动到硅基板11(硅)侧。因此，通过使用栅MOS(附图中未图示)等读取作为信号的光电子。例如，同时从第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜读取信号。

图38是表示根据本发明的第六实施例的固体摄像器件的光谱灵敏度特性的图。在图38中，红色光有关的光谱灵敏度特性是由“R”表示，绿色光有关的光谱灵敏度特性是由“G”表示，蓝色光有关的光谱灵敏度特性是由“B”表示。

如图38所示，短波长侧没有被削弱。因此，例如，在去马赛克处理之后，进行由以下公式所表示的颜色算法处理。

R＝r-g，G＝g-b，B＝b

在上述说明中，r代表第一光电转换膜21R中所获得的原始数据的值，g代表第二光电转换膜22G中所获得的原始数据的值，b代表第三光电转换膜23B中所获得的原始数据的值，R、G和B分别代表颜色算法处理之后的红色信号、绿色信号和蓝色信号的值。

(B)制造方法

将说明上述固体摄像器件的制造方法的关键部分。

首先，如图37所示，准备作为硅基板11的(100)硅基板。此后，在所获得的硅基板11中形成n型杂质区域12d。除此之外，在硅基板11上形成读取电极和读取电路等。

随后，如图37所示，在硅基板11上依次布置第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B。

这里，首先，在硅基板11的表面上形成硅氧化物膜(附图中未图示)。此后，在硅基板11的表面上，以如下方式图案化硅氧化物膜(附图中未图示)：使形成有第一光电转换膜21R的部分暴露。随后，例如，通过在硅基板11上实现p型CuGa_0.52In_0.48S₂混合晶体的晶体生长的MBE方法来形成第一光电转换膜21R。然后，去除硅氧化物膜(附图中未图示)。

接下来，在硅基板11的表面上形成硅氧化物膜(附图中未图示)。此后，在硅基板11的表面上，以如下方式图案化硅氧化物膜(附图中未图示)：使形成有第二光电转换膜22G的部分暴露。随后，例如，通过在硅基板11上实现p型CuAl_0.24Ga_0.23In_0.53S₂混合晶体的晶体生长的MBE方法来形成第二光电转换膜22G。然后，去除硅氧化物膜(附图中未图示)。

接下来，在硅基板11的表面上形成硅氧化物膜(附图中未图示)。此后，在硅基板11的表面上，以如下方式图案化硅氧化物膜(附图中未图示)：使形成有第三光电转换膜23B的部分暴露。随后，例如，通过在硅基板11上实现p型CuAl_0.36Ga_0.64S_1.28Se_0.72混合晶体的晶体生长的MBE方法来形成第三光电转换膜23B。然后，去除硅氧化物膜(附图中未图示)。

在这方面，在上述说明中，通过将Cu与13族元素的比率规定为等于或小于1，每个膜能够具有p型导电性，因此，在将这个比率例如规定为0.98～0.99时，实现上述晶体生长。

替代地，如上所述，可通过在超晶格的基础上生长伪混合晶体来形成每个膜。

然后，形成像素隔离部PBf。

这里，以与第二实施例相同的方式形成像素隔离部PBf。

例如，在硅氧化物膜形成为在第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B之间进行分割时，在包含大量p型杂质的条件下横向生长化合物半导体。以此方式，化合物半导体在第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B之间进行填充，以形成像素隔离部PBf。

接下来，在构成黄铜矿光电转换膜13f的第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B的上表面上布置透明电极14。

这里，例如通过溅射沉积方法形成透明的导电材料(如，铟锡氧化物(ITO))的膜来形成ITO膜(附图中未图示)。此后，图案化所获得的ITO膜以布置透明电极14。

然后，在硅基板11的上表面(前侧)上适当地布置片上透镜等每个部分。以此方式，完成表面照射型CMOS图像传感器。

(C)概述

如上所述，本实施例除像素P的结构不同于第四实施例之外，在本实施例中，如同第四实施例，在硅基板11上将黄铜矿光电转换膜13f形成为与硅基板11晶格匹配。因此，对于本实施例，黄铜矿光电转换膜13f的结晶度变好，能够抑制暗电流的发生，能够防止由白点所引起的图像质量的劣化。而且，能够实现灵敏度的改善，由此，即使在黑暗的成像环境(例如，夜间)下仍能够进行高图像质量的成像。

在本实施例中，通过如下化合物半导体形成像素隔离部PBf：对该化合物半导体进行掺杂，使其在根据多个像素P所形成的黄铜矿光电转换膜13f之间成为势垒(参照图37)。因此，在本实施例中，像素隔离部PBf能够防止混色的发生。

7.第七实施例(其它背侧照射型)

(A)装置结构等

图39是表示根据本发明的第七实施例的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图21，图39表示像素P的横剖面。

如图39所示，在本实施例中，对于硅基板11，设置有读取电极15和栅MOS 41的表面不同于上述第四实施例的对应表面。而且，尽管附图中未图示，但对于硅基板11，设置有读取电路51的表面不同于上述第四实施例的对应表面。除此之外，本实施例与第四实施例相同。因此，适当地省略了相同部分的说明。

如图39所示，在本实施例中，在硅基板11上，在与设置有黄铜矿光电转换膜13d的表面相对的表面上布置读取电极15和栅MOS 41。在基板11上，以与读取电极15和栅MOS 41相似的方式，读取电路51也布置在与设置有黄铜矿光电转换膜13d的表面相对的表面上。

此外，在硅基板11的内部中，在基板11的背侧与前侧的附近区域之间布置n型杂质区域12d。

即，与第四实施例相比，在硅基板11的前侧上布置读取电极15、栅MOS 41和读取电路51，因此，该固体摄像器件用于充当“背侧照射型”固体摄像器件。

(B)概述

如上所述，与第四实施例相比，本实施例是“背侧照射型”，然而如同第四实施例，黄铜矿光电转换膜13d在硅基板11上形成为与硅基板11晶格匹配。因此，对于本实施例，黄铜矿光电转换膜13d的结晶度变好，能够抑制暗电流的发生，能够防止由白点所引起的图像质量的劣化。而且，能够实现灵敏度的改善，由此，即使在黑暗的成像环境(例如，夜间)下仍能够进行高图像质量的成像。

在本实施例中，通过如下化合物半导体来形成像素隔离部PBd：对该化合物半导体进行掺杂，使得其在根据多个像素P所形成的黄铜矿光电转换膜13d之间成为势垒(参照图39)。因此，在本实施例中，像素隔离部PBd能够防止混色的发生。

此外，如同第四实施例，在本实施例中，黄铜矿光电转换膜13d包括在硅基板11上依次层叠的第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B。因此，如同第四实施例，在本实施例中，能够在深度方向z上分解出三种基色的光，能够同时实现光电子的累积、通过三个阶段的电压的施加而进行信号读取及降低雪崩倍增的电压。而且，由于接收从背侧入射的光并对光进行光电转换，且背侧与设置有读取电极15等的表面相对且对光具有宽阔的开口，所以能够改善灵敏度。

本实施例是“背侧照射型”，所以，在不布置布线层(附图中未图示)的情况下，入射光能够进入黄铜矿光电转换膜13d。

(C)变型示例

(C-1)变型示例7-1

图40是表示根据本发明的第七实施例的变型示例7-1的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图39，图40表示像素P的横剖面。

如图40所示，在本变型示例中，黄铜矿光电转换膜13g的结构不同于上述第七实施例的结构。因此，适当地省略了相同部分的说明。

如图40所示，以如下方式形成黄铜矿光电转换膜13g：从硅基板11侧开始，黄铜矿光电转换膜13g的组分从n型CuAlS_1.2Se_0.8或i型CuAlS_1.2Se_0.8变成p型CuGa_0.52In_0.48S₂。

例如通过MBE方法将黄铜矿光电转换膜13g形成为其总厚度为大约2μm。

具体地，首先，生长n型CuAlS_1.2Se_0.8或i型CuAlS_1.2Se_0.8晶体。此后，逐渐降低Al和Se组分，并逐渐增加Ga和In组分，使得黄铜矿光电转换膜13g的组分成为p型CuGa_0.52In_0.48S₂。

在这个晶体生长中，n型或i型在中途变成p型。为了获得n型导电性，使用12族元素进行掺杂。例如，在晶体生长过程中加入非常少量的锌(Zn)。为了获得i型，不进行掺杂。另一方面，为了获得p型导电性，将Cu与13族元素的比规定为等于或小于1。例如，在将这个比规定为0.98～0.99时，实施晶体生长。

在实施晶体生长之前，在硅基板11的表面上，使用硅氧化物膜(附图中未图示)覆盖形成黄铜矿光电转换膜13g的部分之外的部分。随后，在硅基板11的表面上，在未覆盖有硅氧化物膜(附图中未图示)的表面上选择性地生长化合物半导体的晶体，以形成上述黄铜矿光电转换膜13g。

在本变型示例中，以像素为基础将滤色器布置成例如拜耳图案，由此，进行颜色分离。

在本变型示例中，参照附图22可以清楚地看出，在组分在如下范围内变化的情况下形成黄铜矿光电转换膜13g：在该范围内，实现与硅基板11的晶格匹配，并能够使带隙最大化。因此，在施加反向偏置电压的情况下，通过小的驱动电压获得了较大的能差，使得较大程度上发生雪崩倍增，于是获得高灵敏度。

(C-2)变型示例7-2

图41是表示根据本发明的第七实施例的变型示例7-2的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图39，图41表示像素P的横剖面。

如图41所示，在本变型示例中，黄铜矿光电转换膜13gb的结构不同于上述第七实施例的结构。因此，适当地省略了相同部分的说明。

如图41所示，该固体摄像器件用于充当“背侧照射型”固体摄像器件。

与上述第七实施例相比，如图41所示，在固体摄像器件中，黄铜矿光电转换膜13gb不配置成在深度方向z上将入射光分解成红色、绿色和蓝色中的各种颜色的光并进行光电转换。

这里，如图41所示，黄铜矿光电转换膜13gb包括第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B，每个膜并排布置在硅基板11的表面(xy平面)上。

除例如在硅基板11的前侧上布置读取电极15和栅MOS 41等之外，本变型示例与第六实施例相同，由此，形成“背侧照射型”固体摄像器件。

即，以与第六实施例相同的方式形成第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜。

具体地，如图41所示，每个膜形成为具有以下组分。

·第一光电转换膜21R：CuGa_0.52In_0.48S₂膜

·第二光电转换膜22G：CuAl_0.24Ga_0.23In_0.53S₂膜

·第三光电转换膜23B：CuAl_0.36Ga_0.64S_1.28Se_0.72膜

而且，以与第六实施例相同的方式，在第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜的侧面上形成像素隔离部PBf。

在这种情况下，由于接收从背侧入射的光并对光进行光电转换，以及背侧与设置有读取电极15等的表面相对且对光具有宽阔的开口，所以能够改善灵敏度。

8.第八实施例(读取作为信号的空穴)

(A)装置结构等

图42是表示根据本发明的第八实施例的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图21(第四实施例)，图42表示像素P的横剖面。

与将“电子”作为信号读取的第四实施例相比，在本实施例中，将“空穴”作为信号读取。除以下几点之外，本实施例与第四实施例相同。由此，适当地省略了相同部分的说明。

与第四实施例相比，在本实施例中，如图42所示，硅基板11h的导电类型是n型。

在硅基板11h中，布置代替n型杂质区域的p型杂质区域12h。

如同第四实施例，通过与硅基板11h晶格匹配的CuGaInZnSSe系的混合晶体来形成黄铜矿光电转换膜13d。

如同第四实施例，黄铜矿光电转换膜13d包括第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B，每个膜依次层叠在硅基板11h的表面上。

在黄铜矿光电转换膜13d中，第一光电转换膜21R和第二光电转换膜22G均是i型。然而，与第四实施例相比，第三光电转换膜23B不是p型，而是i型。即，构成黄铜矿光电转换膜13d的第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B均没有掺杂有杂质。在这方面，虽然这里采用i型，但黄铜矿光电转换膜13d可形成为轻掺杂p型。

而且，对于第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜，在每个界面的邻近区域中的宽带隙侧中，以满足以下公式的方式在价带侧形成尖状能量势垒。

B_B≥B_G≥B_R＞kT(＝26meV)

采用了上述能带结构，由此，能够将空穴限制在第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜中。

与第四实施例相比，像素隔离部PBh形成为使得其导电类型为n型，且n型杂质的浓度高。

此外，与第四实施例相比，在黄铜矿光电转换膜13d和透明电极14之间布置中间层16。中间层16例如是硫化镉(CdS)层，并布置成用于降低势垒以防止电子向透明电极14侧移动及降低驱动电压。例如通过n型透明电极材料(如，锌氧化物)形成透明电极14。

与用于读取电子的结构的情况相比，在本实施例的信号读取中，将用于读取的施加电压的正向和负向翻转。即，以V_R、V_G和V_B(其中，V_B＜V_G＜V_R≤-kT)的次序将负电压施加到第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜。以此方式，能够分别从第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜依次读取红色(R)信号、绿色(G)信号和蓝色(B)信号中的每个信号。

(B)概述

与第四实施例相比，在用于将“空穴”作为信号读取的本实施例中，如同第四实施例，在硅基板11上黄铜矿光电转换膜13d形成为与硅基板11晶格匹配。因此，对于本实施例，黄铜矿光电转换膜13d的结晶度变好，能够抑制暗电流的发生，能够防止由白点所引起的图像质量的劣化。而且，能够实现灵敏度的改善，由此，即使在黑暗的成像环境(例如，夜间)下仍能够进行高图像质量的成像。

在本实施例中，通过如下化合物半导体来形成像素隔离部PBh：对该化合物半导体进行掺杂，使得其在根据多个像素P所形成的黄铜矿光电转换膜13d之间成为势垒(参照图42)。所以，在本实施例中，像素隔离部PBh能够防止混色的发生。

此外，如同第四实施例，在本实施例中，黄铜矿光电转换膜13d包括在硅基板11上依次层叠的第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B。因此，如同第四实施例，在本实施例中，能够在深度方向z上分解出三种基色的光，能够同时进行光电子的累积、通过三个阶段的电压的施加而进行信号读取及降低雪崩倍增的电压。而且，由于接收从背侧入射的光并对光进行光电转换，以及背侧与设置有读取电极15等的表面相对且对光具有宽阔的开口，所以能够改善灵敏度。

(C)变型示例

对于与第四实施例的结构相同的结构，上述实施例示出了将“空穴”作为信号读取的示例。对于与第四实施例之外的其它实施例的结构相同的结构，可将“电子”作为信号读取。下面将顺序说明其示例。

(C-1)变型示例8-1

图43是表示根据本发明的第八实施例的变型示例8-1的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图33(第五实施例)，图43表示像素P的横剖面。

如图43所示，对于与第五实施例的结构相同的结构，本实施例示出了将“空穴”作为信号读取的情况。除以下几点之外，本实施例与第五实施例相同。因此，适当地省略了相同部分的说明。

与第五实施例相比，在本实施例中，如图43所示，硅基板11h的导电类型是n型。

在硅基板11h中，布置取代n型杂质区域的p型杂质区域12h。

在采用这种结构的情况下，能够分别从第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜将空穴作为红色(R)信号、绿色(G)信号和蓝色(B)信号中的每个信号来读取。

(C-2)变型示例8-2

图44是表示根据本发明的第八实施例的变型示例8-2的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图37(第六实施例)，图44表示像素P的横剖面。

如图44所示，对于与第六实施例的结构相同的结构，本实施例示出了将“空穴”作为信号读取的情况。除以下几点之外，本实施例与第六实施例相同。因此，适当地省略了相同部分的说明。

与第六实施例相比，在本实施例中，如图44所示，硅基板11h的导电类型是n型。

在硅基板11h中，布置取代n型杂质区域的p型杂质区域12h。

(C-3)变型示例8-3

图45是表示根据本发明的第八实施例的变型示例8-3的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图39(第七实施例)，图45表示像素P的横剖面。

如图45所示，对于与第七实施例的结构相同的结构，本实施例示出了将“空穴”作为信号读取的情况。除以下几点之外，本实施例与第七实施例相同。因此，适当地省略了相同部分的说明。

与第七实施例相比，在本实施例中，如图45所示，硅基板11h的导电类型是n型。

在硅基板11h中，布置取代n型杂质区域的p型杂质区域12h。

如同第七实施例，通过与硅基板11h晶格匹配的CuAlGaInSSe类混合晶体来形成黄铜矿光电转换膜13d。

如同第七实施例，黄铜矿光电转换膜13d包括第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B，每个膜在硅基板11h的表面上依次层叠。

而且，第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B形成为例如具有以下组分和厚度。

·第一光电转换膜21R：p型CuGa_0.52In_0.48S₂膜，厚度为0.8μm

·第二光电转换膜22G：i型CuAl_0.24Ga_0.23In_0.53S₂膜，厚度为0.7μm

·第三光电转换膜23B：n型CuAl_0.36Ga_0.64S_1.28Se_0.72膜，厚度为0.7μm

如同第八实施例，对于第一光电转换膜21R、第二光电转换膜22G和第三光电转换膜23B中的每个光电转换膜，在每个界面的邻近区域中的宽带隙侧形成尖状能量势垒。

与第七实施例相比，像素隔离部PBh形成为使得其导电类型是n型，且n型杂质的浓度高。

另外，与第八实施例相比，在黄铜矿光电转换膜13d和透明电极14之间布置中间层16。如同上述第八实施例，中间层16例如是硫化镉(CdS)层，并布置成用于降低势垒以防止电子向透明电极14侧移动及降低驱动电压。例如通过n型透明电极材料(如，锌氧化物)形成透明电极14。

(C-4)变型示例8-4

图46是表示根据本发明的第八实施例的变型示例8-4的固体摄像器件的关键部分的图。

这里，如同图40(第七实施例的变型示例7-1)，图46表示像素P的横剖面。

如图46所示，对于与第七实施例的变型示例7-1的结构相同的结构，本实施例示出了将“空穴”作为信号读取的情况。除以下几点之外，本实施例与第七实施例的变型示例7-1相同。因此，适当地省略了相同部分的说明。

与第七实施例的变型示例7-1相比，在本实施例中，如图46所示，硅基板11h的导电类型是n型。在硅基板11h中，布置取代n型杂质区域的p型杂质区域12h。

以如下方式形成黄铜矿光电转换膜13h：从硅基板11h侧开始向上，其组分从p型CuAlS_1.2Se_0.8或i型CuAlS_1.2Se_0.8逐渐变为n型CuGa_0.52In_0.48S₂。

与第七实施例的变型示例7-1的相比，像素隔离部PBh形成为使得其导电类型为n型，且n型杂质的浓度高。

另外，与第七实施例的变型示例7-1相比，在黄铜矿光电转换膜13d和透明电极14之间布置中间层16。如同上述第八实施例，中间层16例如是硫化镉(CdS)层，并布置成用于降低势垒以防止电子向透明电极14侧移动及降低驱动电压。例如通过n型透明电极材料(如，锌氧化物)形成透明电极14。

9.第九实施例(偏离基板的使用)

(A)结构等

上述实施例示出了以下情况：使用主面是(100)面的硅基板，及通过在主面上外延生长上述化合物半导体来形成黄铜矿光电转换膜。即，说明了使用(100)基板的情况，但不限于此。

在通过将离子元素用作材料以在不具有离子性的非极性硅基板上外延生长上述化合物半导体的情况下，可能发生被称为反相畴的缺陷。即，阳离子和阴离子局部地反相生长，使得发生反相畴。

因此，可将偏离基板用作硅基板。能够通过在偏离基板上实施外延生长来抑制反相畴的发生(例如，参照M.Kawabe，H.Takasugi，T.Ueda，S.Yokoyama，Y.Bando，″GaAs on Si no Shoki Seichou Katei(Initial Stage of Growth of GaAs on Si)″，JSAP Division of Crystal Science and Technology，Text of the 4th Crystal Science and Technology Symposium(1987.7.17)，第1-8页)

图47、图48和图49是表示在根据本发明的第九实施例的作为偏离基板的硅基板11k上布置黄铜矿光电转换膜13k的情况下的原子排列的图。图47、图48和图49均示出了在<0-11>方向上观察晶体时的剖面图。

在图47、图48和图49中，例如，I族原子是铜(Cu)原子，III族原子是镓(Ga)原子或铟(In)原子，VI族原子是硫(S)原子或硒(Se)原子等。在图47、图48和图49中，白色方块标记所表示的“I族或III族原子阵列”是指I族和III族原子在垂直于附图的方向上交替对准。在图49中，黑色方块标记所表示的“反相的I族或III族原子阵列”是指I族和III族原子以与“I族或III族原子阵列”相反的方式布置。具体地，如图5所示，I族原子(例如，Cu)和III族原子(例如，In)隔着VI族原子在<0-11>方向上交替对准，而颠倒该位置关系。

在这些附图中，图47表示在硅基板11k上从VI族原子开始生长的情况。图48表示从I族原子或III族原子开始生长的情况。图47和图48表示I族原子或III族的阳离子(正离子)与VI族的阴离子(负离子)之间的反相畴消失的情况。另一方面，图49表示I族原子与III族原子之间的反相畴消失的情况。

如图47、图48和图49所示，在本实施例中，例如，将如下偏离基板用作硅基板11k：该偏离基板的主面在<011>方向上从(100)平面以预定倾斜角(偏离角)θ₁倾斜。即，将在<011>方向上从(100)基板偏离的偏离基板用作硅基板11k。例如，使用具有大约6°的倾斜角(偏离角)θ₁的偏离基板。

I族或III族的阳离子(正离子)和VI族的阴离子(负离子)规则地排列在作为偏离基板的硅基板11k上，以形成黄铜矿光电转换膜13k。

在这种情况下，阳离子和阴离子可局部地反相生长，使得可发生如区域B(由交替长短虚线分割的区域)的反相畴。

然而，如图47、图48和图49所示，在偏离基板的主面上实施晶体生长，因此，发生反相畴的区域B以三角形状合拢。

图50是表示在根据本发明的第九实施例的硅基板11k上布置黄铜矿光电转换膜13k的情况下发生反相畴的区域B的放大立体图。

如图50所示，在区域B中，具有三角剖面的反相畴形成为在深度方向(<0-11>方向)上连续延伸。即，反相畴形成为呈现出倒下的三角柱形状。

然后，如图47、图48和图49所示，以如下方式进行外延生长：在区域B的上方仅存在未发生反相畴的区域A。

所以，在本实施例中，能够抑制反相畴的发生。

在图47、图48和图49中，示出了倾斜角θ₁大约为6°的情况，但不限于此。如果存在任何倾斜，则发生由上述合拢成三角形状所引起的操作效果。随着倾斜角θ₁增加，区域B变小，优选地，倾斜角θ₁等于或大于2°。因此，在图47和图48中，区域B的尺寸约为三倍，因此获得足够的效果。

例如，在图47和图48中，区域B的三角形的高大约为5nm。在目前的情况下，在大约为10⁵cm^-1的吸收系数(此时，吸收了70％以上的光)的基础上，光电转换膜所需的厚度大约等于或大于120nm。在倾斜角θ₁为2°时，区域B的三角形的高度结果是大约15nm。在这种情况下，表面上出现了至少100nm的不包括反相畴缺陷的区域。因此，充分实现了降低暗电流的效果。

而且，上限值是阶梯式基板结构所能保持的角度。具体地，θ₁的上限值为90°。

(B)概述

如上所述，与其它实施例相比，在本实施例中，通过在作为偏离基板的硅基板11k上外延生长上述化合物半导体来形成黄铜矿光电转换膜13k。因此，如上所述，能够抑制反相畴的发生。

(C)变型示例

在上述说明中，说明了将主面在<011>方向上从(100)面以预定倾斜角(偏离角)θ₁偏离的偏离基板用作硅基板11k的情况，但不限于此。

图51是表示根据本发明的第九实施例的变型示例的黄铜矿光电转换膜13k布置在硅基板11k上的情况下发生反相畴的区域B的立体图。

如图51所示，优选地，使用如下偏离基板：该偏离基板在<011>方向上以预定倾斜角(偏离角)θ₁倾斜，且在<0-11>方向上以预定倾斜角(偏离角)θ₂倾斜。即，优选地，使用还在<0-11>方向上从(100)基板偏离的偏离基板作为硅基板11k。

在这种情况下，如图51所示，可以降低区域B的反相畴的体积。

具体地，如图51所示，在<011>方向和<0-11>方向两个方向上均发生倾斜时，在相互垂直的两个方向同时能够发生以三角形状合拢。所以，区域B的形状变为四面椎体，使得体积减小。

此时，在两个倾斜角θ₁和θ₂等于或大于2°并且角度相同的情况下，方位角合成为在<001>方向上倾斜，所获得的倾斜角θ₃等于或大于3°。因此，如上所述的在两个方向上倾斜的情况是最佳的，这是因为区域B中的反相畴的体积变为仅是在一个方向上倾斜的情况下的体积的三分之一。

然而，倾斜不需要精确地处于<001>方向上。基于对倾斜的Si基板的制造和倾斜方向的变化的考虑，优选地，(100)面在<011>±5°方向上倾斜，使得偏离角为等于或大于3°。

即，优选地，将如下偏离基板用作硅基板：该偏离基板在<001>±5°方向上以等于或大于3°的偏离角从(100)基板偏离。

除倾斜角θ₁和θ₂是相同的情况之外，在倾斜角θ₁和θ₂不相同的情况下也能够实现上述相同的操作效果。在倾斜角θ₁和θ₂不相同的情况下，偏离基板的主面在<0((1-k)/2)1>方向上倾斜，基于<0-11>方向上的倾斜角θ₂与<011>方向上的倾斜角θ₁的比k来定义<0((1-k)/2)1>方向(参照下面的公式)。因此，优选地，如同上面的内容，这个倾斜角等于或大于2°。

k＝Tan(θ₂)/Tan(θ₁)

10.其它

本发明的实施不限于上述实施例，可采用各种变型示例。

在上述实施例中，说明了本发明应用到相机的情况，但不限于此。本发明可应用到其它设有固体摄像器件的电子装置，例如，扫描仪和复印机。

在上述实施例中，说明了固体摄像器件是CMOS图像传感器的情况，但不限于此。如果需要，本发明可应用到除CMOS图像传感器之外的CCD图像传感器。

在上述实施例中，说明了在以光电转换部为基础布置一个读取电路的情况，但不限于此。例如，本发明可应用到对多个光电转换部布置一个读取电路的情况。

在上述实施例中，将在第一导电类型(例如，p型)硅基板中形成第二导电类型(例如，n型)杂质区域的情况作为示例(参照图3等)进行说明，但不限于此。可在第二导电类型(例如，n型)硅基板中形成第一导电类型(例如，p型)阱，可在所获得的阱中形成第二导电类型(例如，n型)杂质区域12。

另外，可适当地对上述实施例进行组合。

在上述实施例中，固体摄像器件1对应于根据本发明的实施例的固体摄像器件。在上述实施例中，硅基板11、11h和11k对应于根据本发明的实施例的硅基板。在上述实施例中，黄铜矿光电转换膜13、13d、13e、13f、13g、13gb和13k对应于根据本发明的实施例的光电转换膜。在上述实施例中，n型层13en对应于根据本发明的实施例的n型杂质区域。在上述实施例中，p型层13ep对应于根据本发明的实施例的p型杂质区域。在上述实施例中，p⁺型层14p对应于根据本发明的实施例的高浓度杂质扩散层。在上述实施例中，第一光电转换膜21R和21Re对应于根据本发明的实施例的第一光电转换膜。在上述实施例中，第二光电转换膜22G和22Ge对应于根据本发明的实施例的第二光电转换膜。在上述实施例中，第三光电转换膜23B和23Be对应于根据本发明的实施例的第三光电转换膜。在上述实施例中，相机40对应于根据本发明的实施例的电子装置。在上述实施例中，像素P对应于根据本发明的实施例的像素。在上述实施例中，像素区域PA对应于根据本发明的实施例的像素区域。在上述实施例中，像素隔离部PB、PBc、PBd、PBf和PBh对应于根据本发明的实施例的像素隔离部。

本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其它因素，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。

Claims

1.一种固体摄像器件，其包括：

像素区域，在所述像素区域中排列有多个包括光电转换膜的像素，在所述多个像素之间设置有像素隔离部，

其中，所述光电转换膜是由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体或铜-铝-镓-铟-锌-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体，并在硅基板上布置成为与所述硅基板晶格匹配，

所述像素隔离部是由受掺杂浓度控制或组分控制的化合物半导体形成，使得所述像素隔离部在根据所述多个像素所布置的所述光电转换膜之间成为势垒。

2.如权利要求1所述的固体摄像器件，还包括：高浓度杂质扩散层，其布置在所述光电转换膜的处于入射光的入射侧的表面上。

3.如权利要求2所述的固体摄像器件，其中，所述高浓度杂质扩散层布置成在所述多个像素之间互相连接。

4.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述硅基板是偏离基板。

5.如权利要求4所述的固体摄像器件，其中，所述硅基板是在<011>方向上偏离{100}基板的偏离基板。

6.如权利要求5所述的固体摄像器件，其中，所述硅基板是还在<0-11>方向上偏离所述{100}基板的偏离基板。

7.如权利要求4所述的固体摄像器件，其中，所述硅基板是在<011>方向上以等于或大于2°的倾斜角偏离{100}基板的偏离基板。

8.如权利要求7所述的固体摄像器件，其中，所述硅基板是还在<0-11>方向上以等于或大于2°的倾斜角偏离所述{100}基板的偏离基板。

9.如权利要求6所述的固体摄像器件，其中，所述硅基板是在<0((1-k)/2)1>方向上以等于或大于2°的合成倾斜角偏离的偏离基板，其中，使用所述<011>方向上的倾斜角θ₁和所述<0-11>方向上的倾斜角θ₂通过公式(1)来定义k：

k＝Tan(θ₂)/Tan(θ₁)(1)。

10.如权利要求4所述的固体摄像器件，其中，所述硅基板是在[001]±5°方向上以等于或大于3°的偏离角偏离{100}基板的偏离基板。

11.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，

所述光电转换膜包括：

第一光电转换膜，其具有2.00eV±0.1eV的带隙，且选择性地对入射光中的红色成分光进行光电转换；

第二光电转换膜，其具有2.20eV±0.15eV的带隙，且选择性地对入射光中的绿色成分光进行光电转换；及

第三光电转换膜，其具有2.51eV±0.2eV的带隙，且选择性地对入射光中的蓝色成分光进行光电转换。

12.如权利要求11所述的固体摄像器件，其中，

所述第一光电转换膜布置在所述硅基板上，

所述第二光电转换膜隔着所述第一光电转换膜布置在所述硅基板上，

所述第三光电转换膜隔着所述第一光电转换膜和所述第二光电转换膜布置在所述硅基板上。

13.如权利要求12所述的固体摄像器件，其中，所述第一光电转换膜和所述第二光电转换膜之间的界面部分以及所述第二光电转换膜和所述第三光电转换膜之间的界面部分布置成使得这两个界面部分的能带结构比这两个界面部分之外的部分具有更宽的带隙。

14.如权利要求13所述的固体摄像器件，其中，所述第一光电转换膜、所述第二光电转换膜和所述第三光电转换膜布置成使得p型杂质区域和n型杂质区域在所述硅基板的表面方向上并排排列。

15.如权利要求1所述的固体摄像器件，还包括：

中间层，其设置在所述黄铜矿光电转换膜和所述硅基板之间，

其中，所述黄铜矿光电转换膜的电子亲和性大于所述硅基板的电子亲和性，并且

所述中间层布置成使其电子亲和性处于所述硅基板的电子亲和性和所述黄铜矿光电转换膜的电子亲和性之间。

16.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，

所述硅基板在与设有所述光电转换膜的一个表面相对的另一表面上设有布线层，

所述光电转换膜布置成用于接收从所述一个表面侧入射到所述硅基板的光并对该光进行光电转换。

17.一种固体摄像器件的制造方法，所述方法包括以下步骤：

制造固体摄像器件，所述固体摄像器件设有像素区域，所述像素区域中排列有多个包括光电转换膜的像素，在所述多个像素之间设置有像素隔离部，所述制造固体摄像器件的步骤包括以下步骤：

按照与硅基板晶格匹配的方式在所述硅基板上形成所述光电转换膜，所述光电转换膜是由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体或铜-铝-镓-铟-锌-硫-硒类混合晶体组成的黄铜矿结构化合物半导体；及

形成所述像素隔离部，所述像素隔离部由受掺杂浓度控制或组分控制的化合物半导体形成，使得所述像素隔离部在根据所述多个像素布置的所述光电转换膜之间成为势垒。

18.如权利要求17所述的固体摄像器件的制造方法，

其中，所述形成所述光电转换膜的步骤和所述形成所述像素隔离部的步骤包括以下步骤：

通过在所述硅基板上外延生长由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体或铜-铝-镓-铟-锌-硫-硒类混合晶体组成的所述黄铜矿结构化合物半导体，使得覆盖用于形成所述光电转换膜的部分和用于形成所述像素隔离部的部分，由此形成化合物半导体膜；

通过对所述化合物半导体膜中的用于形成所述像素隔离部的部分进行选择性掺杂形成所述像素隔离部。

19.如权利要求17所述的固体摄像器件的制造方法，其中，

在所述形成所述光电转换膜的步骤中，通过在所述硅基板上外延生长由铜-铝-镓-铟-硫-硒类混合晶体或铜-铝-镓-铟-锌-硫-硒类混合晶体组成的所述黄铜矿结构化合物半导体，以选择性地覆盖用于形成所述光电转换膜的部分，由此形成所述光电转换膜，

在所述形成所述像素隔离部的步骤中，通过在所述硅基板上外延生长所述化合物半导体，以至少覆盖用于形成所述像素隔离部的部分，由此形成所述像素隔离部。

20.一种电子装置，其包括：