CN102917179B - 固体摄像元件及电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了固体摄像元件和电子装置。所述固体摄像元件包括：像素阵列部，在该像素阵列部中多个像素以阵列形式布置于硅基板上；以及对所述像素进行驱动的驱动部。所述像素包括：光电转换部，其被形成于所述硅基板的第二表面附近，所述第二表面与所述硅基板的上面层叠有配线层的第一表面相反，所述光电转换部用于生成对应于入射光的电荷；溢出部，其被形成为与所述第二表面相接触并且被固定至预定电压；以及势垒部，其被形成为与所述光电转换部及所述溢出部相连接，所述势垒部用作防止电荷从所述光电转换部溢出至所述溢出部上的势垒。所述电子装置包含上述固体摄像元件。根据本发明，确保了从PD的稳定溢出。
Description
相关申请的交叉参考
本申请包含与在2011年8月4日向日本专利局提交的日本优先权专利申请案JP2011-170735所揭露的主题相关，因此将上述日本在先专利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元件及电子装置，具体而言，涉及能够确保稳定的溢出的固体摄像元件及电子装置。
背景技术
通常，例如CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器或CCD(电荷耦合器件)等固体摄像器件被广泛用于数码照相机、数码摄像机等。例如，通过像素中所包含的PD(光电二极管)对CMOS图像传感器上的入射光进行光电转换。随后，在PD中生成的电荷经由传输晶体管被传输至FD(浮动扩散部)，并被FD转换成像素信号且该像素信号被读出，所述像素信号的电平对应于所接收到的光的量。
过去，作为用于增大固体摄像元件的饱和电荷量的方法，曾披露了在硅基板的位于像素晶体管下方的更深部位处形成PD的方法、或在深度方向上层叠PD的方法。
例如，日本专利特许公开第2010-114274号公报中披露了如下一种方法：使用一种垂直传输晶体管来改良对形成于硅基板的深处部分中的PD的电荷读出性能，该垂直传输晶体管具有垂直于半导体基板的沟道方向。
通常，当高照明度的光入射于固体摄像元件上时，在该固体摄像元件中形成有溢出沟道(overflow drain)作为溢出终点，以用于抑制储存于PD中的电荷沿各个方向溢出从而影响成像特性。所述溢出沟道是与FD一起使用的类型，或者是在电源电压下设定的扩散区域。
发明内容
然而，在通过使用上述垂直传输晶体管来读出电荷的此种结构中，来自形成于硅基板的背面附近的PD的电荷难以在形成于硅基板的表面上的溢出沟道上溢出。
鉴于上述问题，期望确保从PD的稳定溢出。
根据本发明的实施例，一种固体摄像元件包括：像素阵列部，在该像素阵列部中多个像素以阵列形式布置于硅基板上；以及驱动部，所述驱动部对所述像素进行驱动。所述像素包括：光电转换部，所述光电转换部被形成于所述硅基板的第二表面附近，所述第二表面与所述硅基板的上面层叠有配线层的第一表面相反，所述光电转换部用于生成对应于入射光的电荷；溢出部，所述溢出部被形成为与所述第二表面相接触并且被固定至预定电压；以及势垒部，所述势垒部被形成为与所述光电转换部及所述溢出部相连接，所述势垒部用作防止电荷从所述光电转换部溢出至所述溢出部上的势垒。
根据本发明的另一实施例，一种电子装置包含固体摄像元件，所述固体摄像元件包括：像素阵列部，在该像素阵列部中多个像素以阵列形式布置于硅基板上；以及驱动部，所述驱动部对所述像素进行驱动。所述像素包括：光电转换部，所述光电转换部被形成于所述硅基板的第二表面附近，所述第二表面与所述硅基板的上面层叠有配线层的第一表面相反，所述光电转换部用于生成对应于入射光的电荷；溢出部，所述溢出部被形成为与所述第二表面相接触并且被固定至预定电压；以及势垒部，所述势垒部被形成为与所述光电转换部及所述溢出部相连接，所述势垒部用作防止电荷从所述光电转换部溢出至所述溢出部上的势垒。
根据本发明的各实施例，在形成于硅基板的第二表面附近的光电转换部中对应于入射光而被生成的电荷经由势垒部而溢出至溢出部，所述溢出部被形成为与所述第二表面相接触并且被固定至预定电压，所述势垒部用作针对于电荷的势垒。
根据本发明的各实施例，确保了从PD的稳定溢出。
附图说明
图1为图示了本发明的摄像元件的实施例的结构示例的方框图；
图2A至图2C图示了上述摄像元件中所包含的像素的第一结构示例；
图3A至图3D图示了从PD经由势垒部溢出的电荷的排出结构示例；
图4图示了多个像素共用硅贯通电极(through silicon via)的结构示例；
图5图示了多个像素共用溢出沟道的结构示例；
图6A至图6D图示了像素的第二结构示例及第三结构示例；
图7A至图7C图示了像素的第四结构示例；
图8图示了像素的第五结构示例；
图9A和图9B图示了像素的第六结构示例；以及
图10是图示了电子装置的结构示例的方框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细地阐述本发明的优选实施例。应注意，在本说明书及附图中，具有实质上相同的功能及结构的构成元件由相同的附图标记指示，且省略了对这些构成元件的重复说明。
图1为图示了本发明的摄像元件的实施例的结构示例的方框图。
如图1所示，摄像元件11为CMOS固体摄像元件，并包括像素阵列部12、垂直驱动部13、列处理部14、水平驱动部15、输出部16及驱动控制部17。
像素阵列部12包括以阵列形式排列的多个像素21。像素阵列部12经由多条水平信号线22连接至垂直驱动部13，并经由多条垂直信号线23连接至列处理部14，所述多条水平信号线22的数目对应于像素21的行数，所述多条垂直信号线23的数目对应于像素21的列数。换言之，像素阵列部12中所包含的多个像素21之中的各者分别布置于水平信号线22与垂直信号线23的各个交叉处。
如在图1的右侧以放大方式所示的那样，像素21例如被构造成使得：在用作光电转换部的PD 24中生成的电荷根据垂直驱动部13的驱动经由传输晶体管25而被传输至用作浮动扩散区域的FD 27。然后，当将像素21设定为读出目标，且根据垂直驱动部13的驱动而让选择晶体管28导通时，像素信号(其电平与储存于FD 27中的电荷的电平相对应)会经由选择晶体管28从放大晶体管26输出至垂直信号线23。而且，当让复位晶体管29导通时，储存于FD 27中的电荷会被复位，且处于复位电平的像素信号经由选择晶体管28从放大晶体管26输出至垂直信号线23。
垂直驱动部13经由水平信号线22依次提供驱动信号，以对像素阵列部12中所包含的多个像素21的各行中的各像素21进行驱动(传输、选择或复位)。
列处理部14通过对从各像素21输出的像素信号执行CDS(Correlated DoubleSampling；相关双采样)处理，经由垂直信号线23提取各像素信号的信号电平，以获得与各像素21所接收到的光的量对应的像素数据。
水平驱动部15针对像素阵列部12中所包括的多个像素21的各列依次向列处理部14提供驱动信号，以使列处理部14输出从各像素21获得的像素数据。
在依据从水平驱动部15提供的驱动信号的时序下，将像素数据从列处理部14提供至输出部16。输出部16例如放大像素数据，然后将其输出至下游的图像处理电路。
驱动控制部17控制对摄像元件11内的各方框所代表的部件的驱动。例如，驱动控制部17根据各方框所代表的部件的驱动周期来形成时钟信号，并将所形成的时钟信号提供至各方框所代表的部件。
接下来，将参照图2A至图2C来阐述像素21的第一结构示例。图2A为图示了像素21的结构的平面图，图2B为图示了像素21的结构的剖视图，且图2C为图示了像素21的电势的剖视图。
如图2B所示，像素21包括形成于硅基板31的背面附近的PD 24。应注意，摄像元件11例如为所谓的背面照射型CMOS传感器：其中光从硅基板31的背面(第二表面)入射，所述背面(第二表面)与上面层叠有配线层等的表面(第一表面)相反。
PD 24例如为形成于硅基板31的P型阱中的N+区域，并在距背面的预定距离处设置于硅基板31内，从而不接触硅基板31的背面。而且，像素21包括：由N-区域形成的势垒部32，其被形成为与PD 24接触；以及由N+区域形成的溢出沟道33，其被形成为与势垒部32接触。换言之，在像素21中，溢出沟道33形成于PD 24的附近，且PD 24与溢出沟道33通过势垒部32相互连接。
与PD 24及溢出沟道33相比，势垒部32为低浓度N型区域。因此，如图2C所示，在势垒部32中形成的电势大于势垒部32周围的P型阱的电势并且小于PD 24的电势及溢出沟道33的电势。此外，势垒部32被设置成不接触硅基板31的背面，使得可通过在硅基板31的背面部分上利用P型区域实现钉扎(pinning)来抑制暗电流的出现。
溢出沟道33被形成为接触硅基板31的背面，并且利用与溢出沟道33的位于背面侧的端面相连接的配线，将溢出沟道33固定至比例如当电荷储存于PD 24中时在PD 24中产生的电势更高的电压。因此，如图2C所示，在PD 24中进行电荷储存的期间内达到饱和的电荷会溢出(流出)至溢出沟道33上并被排出。应注意，稍后将参照图3A至图3D来阐述具有固定电压的溢出沟道33的结构。此外，溢出沟道33是通过从硅基板31的表面侧或背面侧进行离子注入而形成的。
此外，在像素21中，传输晶体管25被形成为具有垂直电极34，以用于将产生于PD24中的电荷传输至FD 27，其中PD 24形成于硅基板31的背面附近，而FD 27形成于硅基板31的表面侧且接触该表面。垂直电极34从硅基板31的表面沿硅基板31的垂直方向而被形成且到达硅基板31的形成有PD 24的背面附近。当对垂直电极34施加预定电压时，传输晶体管25导通，由此将通过光电转换而在PD 24中生成的电荷传输至FD 27。
按照如上所述方式构造出了像素21，使得当从PD 24读出信号时传输晶体管25用作用于传输电荷的路径，并且当PD 24饱和时势垒部32用作用于溢出电荷的路径。换言之，在像素21中，用于读出信号的路径与用于溢出电荷的路径是不同的。
因此，与例如其中通过使用在从PD 24读出信号的期间内用于传输电荷的路径来溢出电荷的结构相比，在像素21中能够让电荷更稳定地溢出。此外，因为溢出沟道33设置于PD 24附近，因此可容易地形成该路径。
在过去，CCD及前面照射型CMOS传感器通常采用如下的结构：该结构使电荷溢出至设置于比PD更深的位置处的基板侧。另一方面，背面照射型CMOS传感器由于在比PD更深的位置处不存在基板，所以难以采用上述结构，因而采用的是其中电荷从PD溢出至N型区域(例如FD)的结构。在此种结构中，以如下方式形成路径：通过使PD与溢出沟道之间的电势高于其他电势，来使电荷优先溢出。
然而，当其中将PD 24形成于硅基板31的背面附近的摄像元件11采用此种结构时，因为PD 24与FD 27之间的距离非常远，所以会出现从PD 24溢出的电荷进入另一像素21中的现象，即会出现高光溢出现象(blooming)。因此，摄像元件11可通过在硅基板31的背面侧在PD 24附近设置溢出沟道33来避免高光溢出现象的出现。据此，该结构可避免在输出图像中好像从亮点(luminescent spot)及亮点周围出现了亮光的现象，从而提高图像质量。
在像素21中，在用于向形成于硅基板31的背面侧的溢出沟道33供应电压的电压供给部被形成于硅基板的表面侧上的情况下，穿透硅基板31而供应电压。换言之，像素21被构造成使得从PD 24经由势垒部32溢出的电荷能够从溢出沟道33排出至硅基板31的表面侧。
接下来，将参照图3A至图3D来说明从PD 24经由势垒部32溢出的电荷的排出结构示例。
图3A至图3D图示了结构彼此不同的像素21A-1至21A-4。应注意，像素21A-1至21A-4的与图2A至图2C所示像素21中的组件相同的组件由相同的附图标记指示，且不再进行详细说明。
图3A图示了具有如下结构的像素21A-1：其中，TSV(Through Silicon Via；硅贯通电极)41被形成于以穿透硅基板31的方式形成的垂直孔中。
TSV 41被构造成使得导电部42的周围被绝缘膜43覆盖着，并可采用金属或包含高浓度杂质的半导体作为导电部42。而且，用于连接TSV41与溢出沟道33的配线45设置于硅基板31的背面侧。此外，形成有连接至电源(图中未显示)的电压供给部44，且用于连接TSV 41与电压供给部44的配线46设置于硅基板31的表面侧。通过此种结构，在像素21A-1中，能够通过TSV 41从硅基板31的表面侧将溢出沟道33固定至预定电压。
因此，像素21A-1能够使从PD 24经由势垒部32溢出的电荷排出至溢出沟道33从而经由TSV 41排出至硅基板31的表面侧。
图3B图示了具有如下结构的像素21A-2：其中，将离子注入插塞51形成得接触硅基板31的表面及背面。
离子注入插塞51是例如通过改变加速电压从表面侧或从背面侧进行多次离子注入而形成的高浓度半导体区域(N+区域)。应注意，可通过用绝缘膜(图中未显示)覆盖在将要形成离子注入插塞51的高浓度半导体区域的周围来形成离子注入插塞51，也可以如图3B所示在硅基板31内直接(以不被绝缘膜覆盖的方式)形成离子注入插塞51。
此外，用于连接离子注入插塞51与溢出沟道33的配线45设置于硅基板31的背面侧，并且用于连接离子注入插塞51与电压供给部44的配线46设置于硅基板31的表面侧。通过此种结构，在像素21A-2中，能够通过离子注入插塞51从硅基板31的表面侧将溢出沟道33固定至预定电压。
因此，像素21A-2能够使从PD 24经由势垒部32溢出的电荷排出至溢出沟道33从而经由离子注入插塞51排出至硅基板31的表面侧。
图3C图示了具有如下结构的像素21A-3：其中，将离子注入插塞51’形成得接触硅基板31的表面及背面。
在像素21A-3中，如图3C所示，未形成溢出沟道33并且PD 24通过势垒部32与离子注入插塞51’相连接。换言之，在像素21A-3中，离子注入插塞51’具有作为穿透硅基板31的配线的功能，还具有作为让来自PD 24的电荷从其上溢出的溢出沟道的功能。
因此，像素21A-3能够使从PD 24经由势垒部32溢出的电荷排出至离子注入插塞51’从而经由离子注入插塞51’排出至硅基板31的表面侧。
图3D图示了具有如下结构的像素21A-4：该结构在硅基板31的背面侧上包括基板52，基板52具有用于供应电压的电压供给部。在其中让基板52层叠于硅基板31的背面侧上的此种结构中，不需要TSV 41及离子注入插塞51。
如图3D所示，基板52与溢出沟道33通过设置于硅基板31的背面侧上的配线45相连接。基板52例如通过晶圆间或芯片间的结合而被层叠于硅基板31上。通过此种结构，在像素21A-4中，能够经由配线45从基板52的电压供给部将溢出沟道33固定至预定电压。
因此，像素21A-4能够使经由势垒部32从PD 24溢出的电荷在溢出沟道33上排出至基板52。
应注意，除了其中如图3A至图3D中所示与各像素21对应地设置TSV 41或离子注入插塞51的结构之外，也可适用其中由多个像素21共用TSV 41或离子注入插塞51的结构。
图4图示了其中由多个像素21共用TSV 41的像素阵列部12的结构示例。
如上所述，像素阵列部12包括以阵列形式布置的多个像素21，且TSV 41形成于其中布置有像素21的阵列区域的外侧。例如，在每行像素21的两端的外侧均形成TSV 41。而且，与各像素21的溢出沟道33连接的配线45设置于硅基板31的背面侧，且配线45的两端分别与上述两个TSV 41的位于背面侧的端面相连接。
如上所述，其中由多个像素21共用TSV 41的此种结构相对于与各像素21一一对应地形成TSV 41的结构而言能够减小TSV 41在像素阵列部12中所占的面积。应注意，尽管图4中图示了利用TSV 41的结构示例，但也可适用如图3B所示的利用离子注入插塞51的结构。
作为另一选择，也可适用其中由多个像素21共用溢出沟道33的结构。
例如，图5图示了其中由两个像素(像素211及像素212)共用溢出沟道33的结构示例。
如图5所示，在相邻的像素211及像素212中，像素211的PD 241经由势垒部321连接至溢出沟道33，且像素212的PD 242经由势垒部322连接至溢出沟道33。而且，在像素211中饱和的电荷及在像素212中饱和的电荷在共用溢出沟道33上溢出。
此种结构相对于与各像素21一一对应地形成溢出沟道33的结构而言能够减小溢出沟道33在像素阵列部12中所占的面积。应注意，共用溢出沟道33的结构可适用于图3A至图3D所示的结构示例的任一者。
以下将参照图6A至图6D来阐述像素21的第二结构示例及第三结构示例。应注意，与图2A至图2C所示像素21中的组件相同的组件由相同的附图标记指示，且不再进行详细说明。
图6A图示了第二结构示例的像素21B。
像素21B在如下方面具有与图2A至图2C所示的像素21相同的结构：形成于硅基板31的背面附近的PD 24经由势垒部32连接至溢出沟道33，且电荷经由具有垂直电极34的传输晶体管25被传输至FD 27。
与图2A至图2C所示的像素21不同的是，像素21B包括离子注入插塞61，离子注入插塞61沿传输晶体管25被形成为从PD 24的FD 27侧延伸至硅基板31的表面附近。离子注入插塞61为与PD 24相同的N型半导体区域。例如，离子注入插塞61为例如通过改变加速电压从硅基板31的表面侧或背面侧进行多次离子注入而形成的高浓度半导体区域。
通过此种结构，在像素21B中能够通过利用离子注入插塞61使来自PD 24的电荷移动至硅基板31的表面附近，因而可比像素21更为有效地进行从PD 24至FD 27的电荷传输。
图6B图示了像素21B’，其为第二结构示例的变形例。
与像素21B不同的是，像素21B’包括如下的传输晶体管25：该传输晶体管25被形成为在硅基板31的表面侧上具有平面型(在形状上非垂直的)栅极电极34’。
在具有此种结构的像素21B’中，当传输晶体管25导通时，储存于PD 24中的电荷通过离子注入插塞61移动至硅基板的表面侧，并经由传输晶体管25传输至FD 27。
图6C图示了第三结构示例的像素21C。
与图2A至图2C所示的像素21相同的是，像素21C包括势垒部32、溢出沟道33、具有垂直电极34的传输晶体管25、以及FD 27。而与图2A至图2C所示的像素21不同的是，在像素21C中，PD 24’从硅基板31的背面附近扩展至硅基板31的表面附近。应注意，PD 24’具有如下浓度梯度：杂质浓度随着去往硅基板31的表面侧而增大并随着去往硅基板31的背面侧而减小。
图6D图示了像素21C’，其为第三结构示例的变形例。
与像素21C不同的是，像素21C’包括如下的传输晶体管25：该传输晶体管25具有形成于硅基板的表面侧上的平面型栅极电极34’。
如上所述，像素21可采用如像素21B及像素21C一样的设置有具有垂直电极34的传输晶体管25的结构，或采用设置有具有平面型栅极电极34’的传输晶体管25的结构。
接下来，将参照图7A至图7C来阐述像素21的第四结构示例。应注意，与图2A至图2C所示像素21中的组件相同的组件由相同的附图标记指示，且不再进行详细说明。
图7A图示了第四结构示例的像素21D。
像素21D包括在硅基板31的垂直方向上成一排设置的两个PD(即PD 24-1及PD 24-2)。PD 24-1被形成于硅基板31的背面附近并且经由势垒部32连接至溢出沟道33。PD 24-2从硅基板31的中央形成至硅基板31的表面附近。
此外，像素21D设置有传输晶体管25-1且设置有传输晶体管25-2，传输晶体管25-1具有用于从PD 24-1读出电荷的垂直电极34，传输晶体管25-2具有用于从PD 24-2读出电荷的平面型栅极电极34’。
通常，在光入射侧附近形成的光电二极管对短波长侧的光进行光电转换，而远离光入射侧形成的光电二极管对长波长侧的光进行光电转换。因此，在像素21D中，PD 24-1对短波长侧的光进行光电转换，并且与所接收到的短波长侧的光的量相对应的电荷经由传输晶体管25-1被传输至FD 27-1。PD 24-2对长波长侧的光进行光电转换，并且与所接收到的长波长侧的光的量相对应的电荷经由传输晶体管25-2被传输至FD 27-2。
如上所述，可从像素21D分别地读出PD 24-1的信号及PD 24-2的信号，且向像素21D入射的入射光可被分光。或者，通过从PD 24-1读出的信号及从PD 24-2读出的信号的组合，能够让像素21D的饱和电荷量增大。
图7B图示了像素21D’，其为第四结构示例的一个变形例。
与像素21D不同的是，像素21D’包括在硅基板31的背面侧上的滤色器71。在像素21D’中，PD 24-1及PD 24-2是对透过滤色器71后的光进行光电转换。换言之，滤色器71对入射到PD 24-1及PD 24-2上的入射光的波长进行选择。随后，与所接收到的透过滤色器71后的波长的光的量相对应的电荷分别经由传输晶体管25-1及传输晶体管25-2被传输至FD27-1及FD 27-2。
图7C图示了第四结构示例的另一变形例的像素21D”。
与像素21D不同的是，像素21D”包括具有垂直电极34的传输晶体管25-2。传输晶体管25-1与传输晶体管25-2的长度不同。传输晶体管25-1所具有的长度是从硅基板31的表面至硅基板31的形成有PD 24-1的背面附近。传输晶体管25-2所具有的长度是从硅基板31的表面至与形成有PD 24-2的区域相对应的深度。
应注意，尽管关于像素21D”阐述了其中设置有两个PD(即PD 24-1及PD 24-2)的结构示例，然而也可以在硅基板31的垂直方向上成一排地设置多于两个的PD 24。
接下来，将参照图8来阐述像素21的第五结构示例。应注意，与图2A至图2C所示像素21中的组件相同的组件由相同的附图标记指示，且不再进行详细说明。
图8所示的像素21E包括在硅基板31的垂直方向上成一排地设置的两个PD(即PD24-1及PD 24-2)以及层叠于硅基板31的背面侧上的光电转换膜81。
PD 24-1被形成于硅基板31的背面附近并经由势垒部32连接至溢出沟道33。此外，形成有传输晶体管25-1，其具有用于将PD 24-1的电荷传输至FD 27-1的垂直电极34。
PD 24-2从硅基板31的中央形成至硅基板31的表面附近。此外，形成有传输晶体管25-2，其具有用于将PD 24-2的电荷传输至FD 27-2的平面型栅极电极34’。
光电转换膜81夹置于分别由透明导电材料制成的上电极82与下电极83之间。上电极82经由配线连接至离子注入插塞51，而下电极83则连接至恒压源84。由光电转换膜81光电转换得到的电荷就能够通过由恒压源84向光电转换膜81施加的电压而经由上电极82被读出至离子注入插塞51。随后，当向平面型栅极电极34’施加电压并且传输晶体管25-3导通时，由光电转换膜81光电转换得到的电荷被传输至FD 27-3。
此外，离子注入插塞51经由势垒部32’连接至溢出沟道33，且在光电转换膜81及离子注入插塞51处饱和的电荷经由势垒部32’溢出至溢出沟道33上。换言之，在像素21E中，PD24-1与光电转换膜81共用溢出沟道33。
在具有此种结构的像素21E中，能够将入射光中的被光电转换膜81进行光电转换的光作为输出而取出，并且透过光电转换膜81的光能够由PD 24-1及PD 24-2获取。
因此，可通过分别读出PD 24-1的信号、PD 24-2的信号及光电转换膜81的信号来对像素21E上的入射光进行分光。例如，可适用如下这样的结构：光电转换膜81对绿色光进行光电转换，PD 24-1对蓝色光进行光电转换，且PD 24-2对红色光进行光电转换。
或者，通过将从光电转换膜81读出的信号与从PD 24-1及PD 24-2读出的信号相加，能够增大像素21E的饱和电荷量。
应注意，形成于硅基板31的背面侧的溢出沟道33可被用作用于从光电转换膜81读出电荷的半导体区域。
接下来，将参照图9A和图9B来阐述像素21的第六结构示例。应注意，与图2A至图2C所示像素21中的组件相同的组件由相同的附图标记指示，且不再进行详细说明。图9A图示了像素21F的剖视图，图9B图示了像素21F的剖面电势。
与图2A至图2C所示的像素21不同的是，像素21F包括设置于硅基板31的背面上的背面侧栅极91。背面侧栅极91布置在硅基板31的背面上的与势垒部32的位置相对应的位置处。因此，当对背面侧栅极91施加电压时，势垒部32的电势发生变化，如图9B中的虚线所示。
据此，在像素21F中，通过调整势垒部32的电势，能够控制从PD 24溢出至溢出沟道33上的容易程度。
这里，如上所述的摄像元件11可应用于各种电子装置，例如：诸如数码照相机及数码摄像机等摄像***、具备摄像功能的移动电话、以及具备摄像功能的其他装置。
图10为图示了装载于电子装置上的摄像器件的结构示例的方框图。
如图10所示，摄像器件101包括光学***102、快门装置103、摄像元件104、驱动电路105、信号处理电路106、显示器107及存储器108，并能够拍摄静止图像或动态图像。
光学***102包括一片或多片透镜，以用于把来自拍摄目标的图像光(入射光)引导至摄像元件104，从而向摄像元件104的接收面(传感器部)提供图像。
快门装置103设置于光学***102与摄像元件104之间，并根据驱动电路105的控制来控制对摄像元件104的光照射期间及遮光期间。
作为摄像元件104，采用了上述各实施例中的结构示例及变形例的各种摄像元件11中的一者。根据通过光学***102及快门装置103而形成于接收面上的图像，在一定期间内将信号电荷储存到摄像元件104中。随后，响应于从驱动电路105提供的驱动信号(时序信号)，对储存于摄像元件104中的信号电荷进行传输。
驱动电路105输出用于分别控制摄像元件104的传输操作及快门装置103的快门操作的驱动信号，从而驱动摄像元件104及快门装置103。
信号处理电路106对从摄像元件104输出的信号电荷进行各种各样的信号处理。由信号处理电路106进行信号处理而获得的图像(图像数据)被提供至显示器107以供显示，或被提供至存储器108以供存储(记录)。
如上所述构造而成的摄像器件101通过应用上述摄像元件11作为摄像元件104能够改善图像质量。
此外，本发明的摄像元件11的结构能够适用于背面照射型CMOS固体摄像元件、前面照射型CMOS固体摄像元件以及CCD固体摄像元件。
此外，也可按照如下方式来构造本发明。
(1)一种固体摄像元件，其包括：像素阵列部，在所述像素阵列部中多个像素以阵列形式布置于硅基板上；以及驱动部，所述驱动部用于驱动所述像素。其中所述像素包括：光电转换部，所述光电转换部被形成于所述硅基板的第二表面附近，所述第二表面与所述硅基板的上面层叠有配线层的第一表面相反，所述光电转换部用于生成对应于入射光的电荷；溢出部，所述溢出部被形成得与所述第二表面相接触并且被固定至预定电压；以及势垒部，所述势垒部被形成得与所述光电转换部及所述溢出部相连接，且用作防止电荷从所述光电转换部溢出至所述溢出部上的势垒。
(2)根据(1)所述的固体摄像元件，其中所述像素还包括：浮动扩散区域，所述浮动扩散区域被形成得与所述第一表面相接触；以及传输部，所述传输部根据所述驱动部的控制将由所述光电转换部光电转换的电荷传输至所述浮动扩散区域。
(3)根据(1)或(2)所述的固体摄像元件，其中所述传输部包括电极，所述电极在所述光电转换部与所述浮动扩散区域之间沿着从所述第一表面向所述第二表面延伸的垂直方向而被形成。
(4)根据(1)或(2)所述的固体摄像元件，其中所述像素还包括由类型与所述光电转换部的类型相同的杂质形成的半导体区域，所述半导体区域从所述光电转换部的所述浮动扩散区域侧向所述第一表面延伸。并且，所述传输部包括平面型电极，所述平面型电极在所述半导体区域与所述浮动扩散区域之间层叠于所述第一表面上。
(5)根据(1)至(4)中的任一项所述的固体摄像元件，其中形成有用于从形成于所述第一表面侧的电压供给部向形成于所述第二表面侧的所述溢出部提供电压的电极或离子注入插塞。
(6)根据(1)至(5)中的任一项所述的固体摄像元件，其中所述电极或所述离子注入插塞形成于所述像素阵列部上的布置有所述多个像素的区域的外侧。
(7)根据(1)至(6)中的任一项所述的固体摄像元件，其中所述多个像素中的各像素的所述光电转换部与共用的所述溢出部相连接。
(8)根据(1)至(7)中的任一项所述的固体摄像元件，其中沿着从所述第一表面向所述第二表面延伸的垂直方向成一排地形成有多个所述光电转换部。
(9)根据(1)至(8)中的任一项所述的固体摄像元件，还包括：光电转换层，所述光电转换层层叠于所述硅基板的所述第二表面侧上，且用于生成对应于入射光的电荷。
(10)根据(1)至(9)中的任一项所述的固体摄像元件，还包括：电极部，所述电极部设置于所述硅基板的所述第二表面侧上的对应于所述势垒部的位置处，且用于控制所述势垒部的电势。
(11)一种电子装置，其包含上述(1)至(10)任一项所述的固体摄像元件。
所属领域的技术人员应理解，根据设计要求及其他因素，可产生各种修改、组合、子组合及改动，只要它们落入本发明随附权利要求书或其等同物的范围内即可。
Claims (11)
1.一种固体摄像元件，所述固体摄像元件包括：
像素阵列部，在所述像素阵列部中多个像素以阵列形式布置于硅基板上；以及
驱动部，所述驱动部对所述像素进行驱动，
其特征在于，所述像素包括：
光电转换部，所述光电转换部被形成于所述硅基板的第二表面附近，所述第二表面与所述硅基板的上面层叠有配线层的第一表面相反，所述光电转换部用于生成对应于入射光的电荷；
溢出部，所述溢出部被形成为与所述第二表面相接触并且被固定至预定电压；以及
势垒部，所述势垒部被形成为与所述光电转换部及所述溢出部相连接，且用作防止电荷从所述光电转换部溢出至所述溢出部上的势垒。
2.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，所述像素还包括：
浮动扩散区域，所述浮动扩散区域被形成为与所述第一表面相接触；以及
传输部，所述传输部根据所述驱动部的控制将由所述光电转换部光电转换的电荷传输至所述浮动扩散区域。
3.根据权利要求2所述的固体摄像元件，其特征在于，所述传输部包括：在所述光电转换部与所述浮动扩散区域之间沿着从所述第一表面向所述第二表面延伸的垂直方向而形成的电极。
4.根据权利要求2所述的固体摄像元件，其特征在于，所述像素还包括由类型与所述光电转换部的类型相同的杂质形成的半导体区域，所述半导体区域从所述光电转换部的所述浮动扩散区域侧向所述第一表面附近延伸；并且
所述传输部包括平面型电极，所述平面型电极在所述半导体区域与所述浮动扩散区域之间层叠于所述第一表面上。
5.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，形成有电极或离子注入插塞，所述电极或所述离子注入插塞用于从形成于所述第一表面侧的电压供给部向形成于所述第二表面侧的所述溢出部提供电压。
6.根据权利要求5所述的固体摄像元件，其特征在于，所述电极或所述离子注入插塞形成于所述像素阵列部上的布置有所述多个像素的区域的外侧。
7.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，所述多个像素中的各像素的所述光电转换部与共用的所述溢出部相连接。
8.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，沿着从所述第一表面向所述第二表面延伸的垂直方向成一排地形成有多个所述光电转换部。
9.根据权利要求8所述的固体摄像元件，还包括：光电转换层，所述光电转换层层叠于所述硅基板的所述第二表面侧上，且用于生成对应于入射光的电荷。
10.根据权利要求1至9任一项所述的固体摄像元件，还包括：电极部，所述电极部设置于所述硅基板的所述第二表面侧上的对应于所述势垒部的位置处，且用于控制所述势垒部的电势。
11.一种电子装置，所述电子装置包含固体摄像元件，所述固体摄像元件是权利要求1至10中任一项所述的固体摄像元件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160912 Address after: Kanagawa Applicant after: SONY semiconductor solutions Address before: Tokyo, Japan Applicant before: Sony Corp |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |