CN106847842A - 摄像器件和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摄像器件和包括该摄像器件的电子装置。所述摄像器件包括：基板，其具有第一侧和作为光入射侧的第二侧，所述基板包括第一光电转换单元和第二光电转换单元；配线层，其布置成邻近所述基板的所述第一侧；以及光电转换膜，其布置在所述基板的所述第二侧上，其中，所述第二光电转换单元的至少一部分布置在所述第一光电转换单元与所述光电转换膜之间，且所述基板布置在所述光电转换膜与所述配线层之间。根据本发明，能够减小由于光电转换膜与光电转换层在入射光的光轴方向上的布置位置的差异所引起的灵敏度相对于F值的变化，所以能够降低各颜色的灵敏度的F值依赖。

Description

摄像器件和电子装置
本申请是申请日为2012年4月28日、发明名称为“固体摄像器件和电子装置”的申请号为201210134797.5的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及固体摄像器件和电子装置，特别地，涉及使用光电转换膜对入射光进行光电转换的固体摄像器件和设置有该固体摄像器件的电子装置。
背景技术
例如，对于固体摄像器件，其所通常使用的器件中的与R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)三基色相对应的像素(子像素)平面地排列在半导体基板上，三基色的光束分别在各像素中受到光电转换，并且将由光电转换获得的电荷读出。通过拜耳阵列(Bayer array)举例说明了彩色像素阵列，在拜耳阵列中，针对两个绿色像素设置有一个红色像素和一个蓝色像素。
在这种类型的固体摄像器件中，存在着这样的问题：由于RGB三基色的光束是在互不相同的平面位置中检测出来的，所以发生了分色(color separation)，并且由于接收光位置的不同而产生了伪彩色(false color)。伪彩色导致了图像质量的劣化。为了避免该问题，目前提出了具有相关技术中所谓的层叠型像素结构的固体摄像器件，在该固体摄像器件中，在半导体基板外部设置有G光光电转换膜，并在半导体基板内部设置有B光光电转换层和R光光电转换层(例如，参照日本专利申请特开2006-278446号公报)。
日本专利申请特开2006-278446号公报所披露的具有层叠型像素结构的固体摄像器件采用了前表面侧照射型像素结构，在该结构中，当半导体基板的形成有配线层的一侧的表面被设定为前表面时，入射光从半导体基板的该前表面照射像素。在前表面照射型像素结构的情况下，由于在基板表面与布置在基板表面上的光电转换膜之间存在有配线层，所以在设置在半导体基板内部的光电转换层与设置在半导体基板外部的光电转换膜之间存在着距离。
这里，假设光倾斜地入射至像素的情况。由于G光光电转换膜存在于入射面的附近，所以不论倾斜入射的光的角度如何，该入射光都能够被光电转换。另一方面，由于设置在半导体基板内部的B光光电转换层和R光光电转换层存在于与G光光电转换膜分离的位置，所以入射角越大，入射光就越难以到达光电转换层。即，灵敏度相对于F值的变化随着光电转换膜和光电转换层的布置位置而不同。因此，各颜色的灵敏度的F值依赖。
发明内容
因此，在本发明中，期望提供一种能够在采用层叠型像素结构时降低各颜色的灵敏度的F值依赖的固体摄像器件，以及包含该固体摄像器件的电子装置。
本发明实施方式提供了一种固体摄像器件，所述固体摄像器件包括：光电转换膜，其设置在半导体基板的第二表面侧，所述第二表面侧是与所述半导体基板的形成有配线层的第一表面相反的一侧，所述光电转换膜对预定波长区域中的光进行光电转换，并且使其它波长区域中的光透过；以及光电转换层，其设置在所述半导体基板中，并且对透过所述光电转换膜的所述其它波长区域中的光进行光电转换。入射光从所述第二表面侧向所述光电转换膜和所述光电转换层入射。所述固体摄像器件被用作各种电子装置的摄像单元(图像读取单元)。
根据本发明实施方式，在所述固体摄像器件或设置有所述固体摄像器件作为摄像部的电子装置中，当所述半导体基板的形成有配线层的第一表面被设定为基板表面时，在入射光从第二表面侧入射的情况下，本发明的实施方式是入射光从后表面侧向所述光电转换膜和所述光电转换层照射的所谓的背侧照射型像素结构。
所述背侧照射型像素结构是如下结构，在该结构中，所述光电转换膜与所述半导体基板之间不存在配线层，因此，与存在着所述配线层的结构相比，即与所谓的前侧照射型像素结构相比，能够使所述光电转换膜与所述基板表面之间的距离以及所述光电转换膜与基板中的所述光电转换层之间的距离变短。因此，能够减小由于所述光电转换膜与所述光电转换层在入射光的光轴方向上的布置位置的差异所引起的灵敏度相对于F值的变化。
根据本发明，由于能够减小由于光电转换膜与光电转换层在入射光的光轴方向上的布置位置的差异所引起的灵敏度相对于F值的变化，所以能够降低各颜色的灵敏度的F值依赖。
附图说明
图1是表示本发明固体摄像器件的第一实施例的像素结构的剖面图。
图2是表示第一实施例的像素结构中像素阵列部的遮光膜的状态的俯视图。
图3是图2中上下左右相互邻接的四个像素的放大图。
图4是表示在第一实施例的像素结构中以层叠的方式将透明电极添加至上部电极的状态的平面图。
图5A和图5B是说明第一实施例的像素结构的制造过程的过程图(之一)。
图6A和图6B是说明第一实施例的像素结构的制造过程的过程图(之二)。
图7A和图7B是说明第一实施例的像素结构的制造过程的过程图(之三)。
图8A和图8B是说明第一实施例的像素结构的制造过程的过程图(之四)。
图9是说明第一实施例的像素结构的制造过程的过程图(之五)。
图10是说明第一实施例的像素结构的制造过程的过程图(之六)。
图11是说明第一实施例的像素结构的制造过程的过程图(之七)。
图12是表示在第二实施例的像素结构中形成的像素阵列部的遮光膜的状态的俯视图。
图13是图12中上下左右相互邻接的四个像素的放大图。
图14是表示在第二实施例的像素结构中以层叠的方式将透明电极添加到上部电极上的状态的平面图。
图15是表示在第三实施例的像素结构中形成的像素阵列部的遮光膜的状态的俯视图。
图16是图15中上下左右相互邻接的四个像素的放大图。
图17是表示在第三实施例的像素结构中以层叠的方式将透明电极添加到上部电极上的状态的平面图。
图18是表示第四实施例的像素结构的剖面图。
图19是表示本发明的电子装置(例如，摄像器件)的结构示例的框图。
具体实施方式
下面，将参照附图详细说明用于实施本发明的技术的实施方式(下文中，称为“实施方式”)。另外，将按照下面的顺序进行说明。
1.实施方式的说明
1-1.第一实施例
1-2.第二实施例
1-3.第三实施例
1-4.第四实施例
2.变形例
3.电子装置(摄像装置)
4.本发明的构造
1.实施方式的说明
本发明实施方式的固体摄像器件采用这样的层叠型像素结构：在该结构中，半导体基板外部设置有对预定波长区域内的光进行光电转换并且透过其它波长区域内的光的光电转换膜，并且在半导体基板内部设置有对已经透过上述光电转换膜并处于上述其它波长区域内的光进行光电转换的光电转换层。
在该层叠型像素结构中，设置于半导体基板外部的光电转换膜吸收入射光中包含的处于预定波长区域内的光，例如G(绿色)光，并且对G光进行光电转换。另一方面，设置于半导体基板内部的光电转换层是由例如在入射光的光轴方向上垂直设置的两层光电转换层形成的。具体地，上述两层光电转换层中的一层光电转换层位于半导体基板的表面层侧的位置处，并且另一层光电转换层位于上述一层光电转换层的下部。
另外，两层光电转换层中位于半导体基板的表面层侧的位置处的光电转换层吸收已经透过光电转换膜的处于波长范围内的光中G光以外的光，例如B(蓝色)光，并且对B光进行光电转换。另外，位于表面层侧的光电转换层下部的光电转换层吸收已经透过位于表面层侧的光电转换层的光，例如R(红色)光，并且对R光进行光电转换。
这里，当将半导体基板的形成有配线层的第一表面设定为基板的前表面时，G光光电转换膜设置在第二表面侧，即，基板的后表面侧。另外，对于入射光照射(入射)至G光光电转换膜的结构，采用入射光从后表面侧照射的背侧照射型像素结构。
以此方式，在采用背侧照射的层叠型像素结构中，由于在半导体基板与G光光电转换膜之间不存在配线层，所以与存在有配线层的前侧照射型像素结构相比，能够使光电转换膜与基板表面之间的距离以及光电转换膜与基板内部的光电转换层之间的距离变短。因此，由于能够减小由于光电转换膜与光电转换层在入射光的光轴方向上的布置位置的差异所引起的灵敏度相对于F值的变化，所以能够降低各颜色的灵敏度的F值依赖。
另外，由于从例如拜耳阵列的固体摄像器件中的各像素(子像素)仅获得单色信息，所以通过进行被称为去马赛克(demosaicing)的信号处理来为各像素收集并提供来自其周边像素的颜色信息来补充不足的颜色信息。然而，当如上所述进行这样的信号处理时，伴随着该信号处理出现了被称为伪彩色的图像质量劣化。通过采用上述的层叠型像素结构能够解决这样的问题。
下面，将说明本发明实施方式的固体摄像器件的详细示例作为第一实施例至第四实施例。在下文中，将主要说明包含作为实施方式的特征的光电转换膜和光电转换层的单元像素(一个像素单元)的像素结构。
1-1.第一实施例
首先，将说明本发明实施方式的固体摄像器件的第一实施例的像素结构的构成及其制造过程。
像素结构的构成
图1是本发明实施方式的固体摄像器件的第一实施例的像素结构的剖面图。
在图1中，将半导体基板(例如硅基板11)的下表面11A设定为前表面(第一表面)，并且将其相反侧的上表面11B设定为后表面(第二表面)。在硅基板11的前表面11A侧形成有配线层。这里，为了简化绘图，在图中未示出配线层。
例如，在硅基板11内部的位于后表面11B侧的表面层中设置有B(蓝色)光光电转换层12。B光光电转换层12例如以如下方式形成：其横截面为倒L形，对入射光中包含的B光进行光电转换，并且累积由上述光电转换产生的电荷。
具体地，在倒L形的光电转换层12中，平行于基板表面的部分成为光电转换部12A，而垂直于基板表面的部分成为光电转换部12B。在B光光电转换层12的附近设置有浮动扩散单元13(下文中称为“FD单元”)，并且通过形成在配线层中的传输栅极14的控制将光电转换层12中的电荷传输至FD单元13。
例如，在B光光电转换层12的下部上设置有R(红色)光光电转换层15。R光光电转换层15对入射光中包含的R光进行光电转换，并且累积由上述光电转换产生的电荷。这里，虽然在图中省略掉了，但在R光光电转换层15的附近也设置有FD单元，并且通过形成在配线层中的传输栅极的控制将光电转换层15中的电荷传输至FD单元。
例如，在光电转换层12和15的旁边设置有用于G(绿色)光的电荷累积单元16。电荷累积单元16累积由稍后将要说明的G光光电转换膜17的光电转换获得的电荷，G光光电转换膜17设置在硅基板11的外部。在电荷累积单元16的附近设置有FD单元18，并且通过形成在配线层中的传输栅极19的控制将光电转换层15中的电荷传输至FD单元18。
另外，在电荷累积单元16上设置有用于清除从电荷累积单元16溢出的电荷的溢出势垒(overflow barrier，OFB)20。另外，例如通过N+扩散区域在基板表面与溢出势垒20之间形成接触单元21。由G光光电转换膜17的光电转换获得的电荷通过N+接触单元21和溢出势垒20被传输到电荷累积单元16。
上述B光光电转换层12、R光光电转换层15、G光电荷累积单元16和它们所包含的构成要素构成了单元像素。
在硅基板11的后表面的整个基板表面上形成有防反射膜22。在防反射膜22中形成有接触孔23，接触孔23到达硅基板11的基板表面。另外，在防反射膜22上形成有遮光膜24(24A和24B)，遮光膜24用于限定光入射至硅基板11所通过的区域。遮光膜24主要具有对G光电荷累积单元16进行遮光的功能，然而，还通过由导电材料形成而具有配线的功能。
由于需要与硅基板11接触，所以优选使用钛(Ti，其作为势垒金属(barriermetal))和氮化钛(TiN)的层叠膜以及钨(W)作为遮光膜24。通过将遮光膜24埋入接触孔23中，遮光膜24形成了与硅基板11电接触的接触单元(对应于图2和图3中的接触单元33和34)。
针对B光光电转换层12和R光光电转换层15，遮光膜24必须透过入射光。因此，在遮光膜24的光电转换层12和15的上部处形成有开口24o。遮光膜24通过开口24o限定了光入射至硅基板11所通过的区域。
在遮光膜24上形成有绝缘膜25，并且在像素单元内还形成有穿过绝缘膜25的接触插头26。接触插头26与位于G光电荷累积单元16的上部的遮光膜24电连接。通过化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)等将绝缘膜25的顶面平坦化。
在像素单元中，一个透明电极27(下文中称为“下部电极”)形成在绝缘膜25上。下部电极27被形成为处于与接触插头26电连接的状态。在下部电极27的周边形成有用于缓和下部电极27的边缘的级差(level difference)的绝缘膜28。在整个表面上形成绝缘膜之后，可以进行蚀刻，使得下部电极27的前表面露出来形成具有坡度的绝缘膜28。
在下部电极27和绝缘膜28上形成有用于吸收G光并且进行光电转换的上述G光光电转换膜17。G光光电转换膜17的面积大于遮光膜24的开口24o的面积(开口面积)。此外，在整个像素阵列部(像素区域，其由以矩阵形式排列的像素形成)上，所有像素共用的透明电极(下文中称为“上部电极”)29形成在光电转换膜17上，以作为上部电极的一部分。此外，在上部电极29上形成有透明电极30。透明电极30与在硅基板11中位于像素阵列部的周边区域的供电单元31电连接(接触)。另外，在不进行光电转换的光学黑区域中的像素上形成有遮光膜32。
上述构造的像素结构具有这样的层叠型像素结构：在该结构中，G光光电转换膜17位于硅基板11的外部，并且B光光电转换层12和R光光电转换层15层叠在硅基板11内部。另外，层叠型像素结构采用入射光从硅基板11的后表面11B侧照射(入射)的背侧照射型像素结构。
在层叠型背侧照射型像素结构中，通过作为配线的遮光膜24的一部分将来自硅基板11的供电单元31的预定偏置电压提供给透明电极30，并且通过透明电极30将该偏置电压提供给上部电极29。当光通过透明电极30和透明的上部电极29入射至G光光电转换膜17时，在偏执电压施加至上部电极29的状态下，光电转换膜17吸收G光，并且对G光进行光电转换。
由于G光光电转换膜17的光电转换获得的电荷被透明的下部电极27取出，并且通过接触插头26、作为配线的遮光膜24(24B)以及接触单元34(参照图2和图3)传输至G光电荷累积单元16，并累积起来。通过传输栅极19的控制，累积至电荷累积单元16的电荷选择性地传输至FD单元18。
另一方面，已经透过G光光电转换膜17的光通过遮光膜24的开口24o入射至硅基板11。接着，在平行于基板表面的部分中，即，在光电转换部12A中，B光光电转换层12吸收G光以外的波长区域中的光中的B光，并且对B光进行光电转换，将由光电转换获得的电荷传输至垂直于基板表面的部分，即光电转换部12B，并且将电荷累积在光电转换部12B中。通过传输栅极14的控制，累积在用于B光的电荷累积单元12B中的电荷选择性地传输至FD单元13。
另外，已经透过B光光电转换层12的光入射至R光光电转换层15。R光光电转换层15吸收已经透过B光光电转换层12的光中的R光，并且对R光进行光电转换，并累积电荷。类似于G光和R光有关的电荷，通过传输栅极的控制，累积在R光光电转换层15中的电荷也选择性地传输至FD单元。
图2是在形成有像素(它们排列成矩阵形式)的像素阵列部的遮光膜24(24A和24B)的状态下的俯视图。另外，图3放大了图2中上下左右相邻的四个像素。在图2和图3中，为了便于理解，通过阴影线表示遮光膜24(24A和24B)。
如图2和图3所示，遮光膜24是由遮光膜24A和遮光膜24B构成的，遮光膜24A在像素间以格子形状形成，并且对各像素进行遮光；遮光膜24B在像素内以岛状形成，并且对各像素的G光电荷累积单元16进行遮光。对各像素进行遮光的遮光膜24A形成于像素阵列部中像素间的各像素行和像素列中，并且通过位于像素阵列部的周边部分的接触单元33使遮光膜24A与硅基板11相接触，将遮光膜24A设定至预定电位，例如阱电位(接地电位/0V)。即，遮光膜24A在像素阵列部的整个区域中都是等电位的。
遮光膜24A不仅在像素间进行遮光，还对光电转换层12的电荷累积单元(垂直于基板表面的部分)12B进行遮光。具体地，遮光膜24A在各像素中具有遮光膜24C，遮光膜24C形成为悬突到矩形像素的一个角部，从而遮光膜24C对光电转换层12的光电转换部12B进行遮光。
另一方面，遮光膜24B的面积大于G光电荷累积单元16的上部的面积，从而对在矩形像素中以岛状形成的G光电荷累积单元16进行遮光。另外，通过其配线材料埋入接触孔23中的接触单元34，使遮光膜24B与硅基板11相接触，使得遮光膜24B具有将由下部电极27取出的电荷传输至G光电荷累积单元16的配线功能(参见图1)。
以这样的方式，确定了各像素的用于对G光电荷累积单元16进行遮光的遮光膜24B的电位。相反地，如上所述，遮光膜24A在像素阵列部的整个区域中例如是等电位的接地电位。即，在像素间进行遮光的遮光膜24A和对各像素的G光电荷累积单元16进行遮光的遮光膜24B具有彼此不同的电位。
图4示出了以层叠的方式将透明电极30添加至上部电极29的状态。如图4所示，为了使上部电极29有关的整个像素具有相同的电势，在像素阵列部的周边部中，透明电极30(其以层叠的方式添加至上部电极29)在接触单元35中与硅基板11电连接。
以这样的方式，如图1所示，由于通过接触单元35和透明电极30向上部电极29提供来自供电单元31的预定偏执电压，所以上部电极29在整个像素中具有相同的偏置电位。因此，在整个像素中能够在相同的条件下进行G光光电转换膜17的光电转换。
制造过程
接着，将用图4至图9来说明上述构造的第一实施例的像素结构的制造过程。另外，在图5至图11中，与图1中相同的部分将使用相同的附图标记。此外，与图1中的情况类似，R光的传输栅极在图中未示出。
如图5A所示，在前表面11A侧形成有配线层等的硅基板11被翻转的状态下，在硅基板11上层叠B光光电转换层12和R光光电转换层15，并且形成G光电荷累积单元16、溢出势垒20和N+接触单元21(第一过程)。
接着，如图5B所示，在硅基板11的后表面(基板表面)上形成防反射膜22(第二过程)，然后如图6A所示，在防反射膜22中形成接触孔23(第三过程)。这里，通过防反射膜22的膜厚度确定遮光膜24与硅基板11的基板表面之间的距离。另外，由于遮光膜24被形成为处于与硅基板11的基板表面相邻的状态，因此为了有效地抑制光倾斜入射，优选地使防反射膜22的膜厚度尽可能薄。
接着，如图6B所示，在防反射膜22上形成作为遮光膜24的导电膜240，遮光膜24也起到配线的作用，并且将导电膜240埋入在接触孔23中(第四过程)。对于导电膜240，由于需要与硅基板11相接触，所以优选使用钛(Ti，其作为势垒金属)和氮化钛(TiN)的层叠膜以及钨(W)。
接着，如图7A所示，对导电膜240(即Ti、TiN和W)进行处理，使得仅在需要遮光的部分中保留有导电膜240(第五过程)。这里，通过将遮光膜24保留成接触插头的材料，在不增加过程数的情况下能够形成插头和遮光膜24。
接着，如图7B所示，在遮光膜24上形成绝缘膜25，并且使用例如化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)来平坦化绝缘膜25的顶面(第六过程)。另外，如图8A所示，在遮光膜24上形成接触插头26(第七过程)，并且随后如图8B所示，形成透明电极，以作为G光光电转换膜17的下部电极27(第八过程)。
接着，如图9所示，形成用于缓和下部电极27的边缘的级差的绝缘膜28(第九过程)。在整体地形成绝缘膜之后，通过进行蚀刻，使得下部电极27的前表面露出来形成具有坡度的绝缘膜28。
接着，如图10所示，依次形成G光光电转换膜17和作为上部电极29的一部分的透明电极(第十过程)。这里，在形成G光光电转换膜17和作为上部电极29的一部分的透明电极之后，以上部电极29作为硬掩模，对光电转换膜17进行处理使其成为需要的形状。然后，如图11所示，通过层叠进一步添加透明电极30(第十一过程)。另外，如图1所示，最终，在光学黑区域中的不进行光电转换的像素上形成遮光膜32。
如上所述，第一实施例的像素结构采用背侧照射型像素结构。根据背侧照射型像素结构，由于在硅基板11与G光光电转换膜17之间不存在配线层，所以与存在配线层的前侧照射型像素结构相比，能够使光电转换膜17与基板表面之间以及光电转换膜17与光电转换层12和15之间的距离变短。因此，由于能够减小由于G光光电转换膜17与B光光电转换层12和R光光电转换层15在入射光的光轴方向上的布置位置的差异所引起的灵敏度相对于F值的变化，所以能够降低各颜色的灵敏度的F值依赖。
这里，当在硅基板11中设置有B光光电转换层12和R光光电转换层15时，需要在硅基板的受光面，即光电转换层12和光电转换层15的上部形成开口。另外，类似地，需要对设置在硅基板11中的G光电荷累积单元16进行遮光，并且期望可靠地抑制相对于遮光膜24倾斜入射的光的泄漏。
对此，在第一实施方式的像素结构中，具有这样的结构：由于在遮光膜24(24A、24B和24C)与硅基板11之间仅存在防反射膜22，所以在邻近基板表面的位置处进行遮光。因此，即使在遮光膜24中存在开口24o，仍能够通过遮光膜24可靠地抑制倾斜入射光的泄漏。另外，由于遮光膜24还起到配线的作用，并且用于将G光光电转换膜17与硅基板11彼此电连接的接触单元(即，向遮光膜24的基板侧凸出的凸出部分)也形成G光光电转换膜17的遮光结构的一部分，所以能够进一步可靠地抑制倾斜光的泄漏。
另外，即使在设置于硅基板11中的两个光电转换层12和15中，为了抑制相邻像素间的混色，在彼此相邻的像素之间必须进行遮光。即便如此，在第一实施例的像素结构中，对相邻像素进行遮光的遮光膜24A与对G光电荷累积单元16进行遮光的遮光膜24B在同一过程中形成为同一层，因此，能够在不增加过程数量的情况下进行所需的遮光。因此，能够发挥减少像素间混色的效果。
另外，为了在光电转换膜17(其形成为夹在下部电极27与上部电极29之间)中进行光电转换，需要向上部电极29施加预定偏置电压。对此，在第一实施例的像素结构中，由于使用遮光膜24作为用于向上部电极29施加预定偏置电压的配线的一部分，所以与形成单独的配线的情况相比，能够抑制过程数的增加。
1-2.第二实施例
基本上，在结构和过程流程方面，第二实施例的像素结构具有与第一实施例相同的像素结构，然而，遮光膜24的构成和获取电位的方式与第一实施例的像素结构不相同。即，除了遮光膜24的结构之外，在第二实施例的像素结构的横截面结构中，结构基本上与图1所示的第一实施例的像素结构相同。
图12是在形成有本发明实施方式的固体摄像器件的第二实施例的像素结构中的像素阵列部的遮光膜24的状态下的俯视图。另外，图13放大了图12中上下左右相邻的四个像素。在图12和图13中，为了便于理解，用阴影线表示遮光膜24。
第一实施例的像素结构具有这样的构造：像素的整个周边部由遮光膜24(24A和24C)遮光，并且G光电荷累积单元16由与遮光膜24电分离的遮光膜24B遮光。另外，遮光膜24在像素阵列部周边的接触单元33中例如与接地电位相接触，并且通过使遮光膜24B在接触单元34中与硅基板11相接触，遮光膜24B还起到配线的作用。
与此相对的是，如图12和图13所示，第二实施例的像素结构具有这样的构造：作为遮光膜24的对G光电荷累积单元16进行遮光的遮光膜24B和对B光光电转换层12的光电转换部12B进行遮光的遮光膜24C一体形成。当然，在遮光膜24中，开口24o形成在B光光电转换层12的光电转换部12A的上部。
另外，通过使遮光膜24在接触单元34中与硅基板11相接触，遮光膜24(24B和24C)还起到将从光电转换膜17取出的电荷通过下部电极27提供至G光电荷累积单元16的配线的作用。由于遮光膜24(24B和24C)形成配线的一部分，所以它们具有在各像素中的彼此分离的结构。
图14示出了通过层叠将透明电极30添加至上部电极29的状态。如图14所示，为了使上部电极29有关的整个像素具有相同的电势，在像素阵列部的周边部中，透明电极30(其以层叠的方式添加至上部电极29)在接触单元35中与硅基板11电连接。
根据第二实施例的像素结构，对B光光电转换层12的光电转换部12B进行遮光的遮光膜24C和对G光电荷累积单元16进行遮光的遮光膜24B是一体形成的，能够在光电转换部12与电荷累积单元16之间消除来自上部的漏光。另外，由于不需要与图2中的接触单元33相对应的接触单元，所以能够通过减少接触单元的数量来减小芯片尺寸。
1-3.第三实施例
在结构和过程方面，第三实施例的像素结构基本上与第一实施例中的像素结构相同，然而，遮光膜24的结构和获取电位的方式与第一实施例的像素结构不相同。即，除了遮光膜24的结构之外，在第三实施例的像素结构的横截面结构中，结构基本上与图1所示的第一实施例的像素结构相同。
图15是在形成有本发明实施方式的固体摄像器件的第三实施例的像素结构中的像素阵列部的遮光膜24的状态下的俯视图。图16放大了图15中上下左右相邻的四个像素。在图15和图16中，为了便于理解，用阴影线表示遮光膜24。
在第二实施例的像素结构中，作为遮光膜24的对G光电荷累积单元16进行遮光的遮光膜24B和对B光光电转换层12的光电转换部12B进行遮光的遮光膜24C是一体形成的。另外，还具有省略了第一实施的像素结构中的像素间的具有格子形状的遮光膜24A的构造。
与此相对地，类似于第二实施例中的像素结构的情况，第三实施例的像素结构具有这样的构造：对G光电荷累积单元16进行遮光的遮光膜24B和对B光光电转换层12的光电转换部12B进行遮光的遮光膜24C例如是以L型一体形成的。在遮光膜24(24B和24C)内，用于透过入射光的开口24o形成在B光光电转换层12的光电转换部12A的上部。
另外，如图15和图16所示，在第三实施例的像素结构中具有这样的构造：类似于第一实施例中的像素结构，设置有在像素间以格子形状形成的并且在像素间进行遮光的遮光膜24A。通过借助位于像素阵列部的周边部中的接触单元33使与遮光膜24A硅基板11相接触，将遮光膜24A设定成例如接地电位(0V)的阱电位。即，遮光膜24A在像素阵列部的整个区域中都是等电位的。
图17示出了通过层叠将透明电极30添加至上部电极29的状态。如图17所示，为了使上部电极29有关的整个像素具有相同的电势，在像素阵列部的周边部中，透明电极30(其以层叠的方式添加至上部电极29)在接触单元35中与硅基板11电连接。
1-4.第四实施例
图18是表示本发明实施方式中的固体摄像器件的第四实施例的像素结构的剖面图，并且图中与图1相同的部分采用相同的附图标记。
在结构和过程流程方面，第四实施例的像素结构基本上与第一实施例的像素结构的结构和过程流程相同，然而，N+接触单元21和遮光膜24的构造与第一实施例的像素结构是不同的。即，除了N+接触单元21和遮光膜24的构造之外，在第四实施例的像素结构的剖面结构中，结构基本上与第一实施例的像素结构相同。
在第一实施例的像素结构中，当平视时(当从光入射表面观看时)，N+接触单元21形成为具有与G光电荷累积单元16的面积大致相同的面积，并且接触孔23形成为具有与接触单元21的尺寸相对应的孔直径。因此，遮光膜24的接触孔23的底部的面积明显小于G光电荷累积单元16的上部的面积。
与此相对地，当平视时(当从光入射表面观看时)，第四实施例的像素结构使N+接触单元21形成为具有比G光电荷累积单元16的面积大的面积，并且具有这样的结构：接触孔23在不从接触单元21的区域突出的程度内形成为具有大于电荷累积单元16的区域的尺寸的孔直径。另外，通过在接触孔23中埋入导电材料，能够形成还起到配线作用的遮光膜24(24A和24B)。
同样地，如在第一实施例中所述，遮光膜24A是通过以格子形状形成在像素间从而在像素间进行遮光的遮光膜。另外，遮光膜24B是以岛状形成于像素中的对各像素的G光电荷累积单元16进行遮光的遮光膜。
根据第四实施例的像素结构，遮光膜24的接触孔23的底部的面积比第一实施例的像素结构的情况下的面积大，从而不仅与N+接触单元21电连接，还起到遮光膜的作用。以这样的方式，能够有效地防止倾斜的入射光泄漏到G光电荷累积单元16中，这是因为G光电荷累积单元16与遮光膜24(即，遮光膜24的接触孔23的底部)之间的距离变短。
另外，在第四实施例的像素结构中，还能够作为特征被提及的是：接触孔23形成为具有小于N+接触单元21的区域的孔直径。当接触孔23形成为从N+接触单元21的区域突出时，穿过N+接触单元21与位于N+接触单元21的周边的P阱(基板)之间的接触金属的漏光增加。因此，需要使接触孔23的区域小于N+接触单元21的区域。
另外，接触孔23的区域形成为小于N+接触单元21的区域，并且遮光膜24的接触孔23的底部对G光电荷累积单元16进行遮光，上述结构只能通过第四实施例(第一实施例)的像素结构实现。具体地，正因为在垂直方向(垂直于基板表面的方向)上层叠G光电荷累积单元16、溢出势垒20和N+接触单元21，才成为可能的有利结构。
换言之，在N+接触单元21旁边形成溢出势垒20并且在水平方向(平行于基板表面的方向)上形成G光电荷累积单元16的结构中，无法实现第四实施例的像素结构。
2.变形例
在上述实施方式中，是以这样的实施例来说明像素结构的：设置在基板外部的光电转换膜被设定为G光光电转换膜，设置在基板内部的光电转换层被设定为B光光电转换层和R光光电转换层，然而，该组合仅是示例，不发明不限于此。
即，设置在基板外部的光电转换膜可以是对预定波长区域内的光进行光电转换并且透过其它波长区域内的光的膜。另外，设置在基板内部的光电转换层可以是对上述其它波长区域内的光进行光电转换的层。
另外，在上面的实施方式中，是以这样的示例来说明像素结构的：设置在基板内的光电转换层被设定为B光和R光的双色光电转换层，然而，上述结构不限于此，并且在结构是基板中设置有至少一个颜色的光电转换层的像素结构时，就能够应用本发明的技术。
另外，本发明的技术不仅适用于检测入射的可见光的光强度分布并且进行摄像以作为图像的固体摄像器件，而是还可以适用于拍摄红外光、X射线或粒子等的入射量的分布作为图像的所有固体摄像器件。
另外，固体摄像器件可以形成为一个芯片，或者可以是具有摄像功能的模块形式，在该模块中，一体封装有摄像单元和信号处理单元或者光学***。
3.电子装置
本发明不仅适用于固体摄像器件，还适用于例如诸如数码照相机或摄像机等摄像装置或者诸如手机等具有摄像功能的移动终端装置等在摄像部(光电转换部)中使用固体摄像器件的所有电子装置。在摄像部中使用固体摄像器件的电子装置中，还包括在图像读取部使用固体摄像器件的复印机。另外，还存在有使用安装在电子装置上的模块形式(即相机模块)作为摄像装置的情况。
摄像装置
图19是表示本发明的摄像装置(例如电子装置)的构成的示例的框图。
如图19所示，本发明的摄像装置100包括光学***(其包含透镜组101等)、摄像元件(摄像器件102)、DSP电路103、帧存储器104、显示装置105、记录***106、操作***107和电源***108等。另外，DSP电路103、帧存储器104、显示装置105、记录***106、操作***107和电源***108通过总线109相互连接。
透镜组101获取来自拍摄物体的入射光，并且在摄像元件102的摄像表面上形成图像。摄像元件102将由透镜组101在摄像表面上成像的入射光的强度转换为电信号，并将电信号作为像素信号输出。
显示装置105是由诸如液晶显示装置或有机电致(electro luminescence，EL)显示装置等平板型显示装置形成的，并且显示摄像元件102拍摄的移动图像或静止图像。记录装置106将摄像元件102拍摄的移动图像或静止图像记录在诸如摄像带或数字多功能光盘(Digital Versatile Disc，DVD)等记录媒介上。
操作***107在用户的操作下发出与摄像装置中包含的各种功能相关的操作指令。电源***108适当地向DSP电路103、帧存储器104、显示装置105、记录***106和操作***107提供各种电源，以作为这些供给对象的电源。
能够将具有上述构造的摄像装置用作摄像机或视频相机，并且还可以用作例如用于诸如手机等移动设备的相机模块的各种摄像装置。另外，在摄像装置中，通过使用上述实施方式的固体摄像器件作为摄像部(即作为摄像元件102)，能够获得下面的作用和效果。
即，由于能够减小由于光电转换膜与光电转换层在入射光的光轴方向上的布置位置的差异所引起各颜色的灵敏度相对F值的变化，所以上述实施方式的固体摄像器件能够减少各颜色的灵敏性的F值依赖。因此，通过使用上述固体摄像器件作为各种摄像装置中的摄像部，能够获得良好的拍摄图像。
4.本发明的构成
(1)一种固体摄像器件，所述固体摄像器件包括：光电转换膜，其设置在半导体基板的第二表面侧，所述第二表面侧是与所述半导体基板的形成有配线层的第一表面相反的一侧，所述光电转换膜对预定波长区域中的光进行光电转换，并且透过其它波长区域中的光；以及光电转换层，其设置在所述半导体基板中，并且对透过所述光电转换膜的所述其它波长区域中的光进行光电转换，其中，入射光从所述第二表面侧向所述光电转换膜和所述光电转换层入射。
(2)根据(1)中所述的固体摄像器件，其还包括：遮光膜，其界定了光入射至所述半导体基板所穿过的区域，其中，所述遮光膜与所述半导体基板电连接。
(3)根据(2)中所述的固体摄像器件，其中，所述遮光膜设置有开口，所述开口将入射光传递到所述半导体基板一侧，并且所述光电转换膜的面积大于所述开口的面积。
(4)根据(2)或(3)中所述的固体摄像器件，其还包括：电荷累积单元，其设置在所述半导体基板中，并且对在所述光电转换膜中被光电转换的电荷进行累积，其中，各像素的所述遮光膜电连接至所述半导体基板，并且将在所述光电转换膜中被光电转换的电荷传输至所述电荷累积单元。
(5)根据(4)中所述的固体摄像器件，其中，所述遮光膜的面积大于所述电荷累积单元的上部的面积，并且所述遮光膜对所述电荷累积单元进行遮光。
(6)根据(5)中所述的固体摄像器件，其中，所述遮光膜包括大面积部分和凸出部分，所述大面积部分的面积大于所述电荷累积单元的上部的面积，所述凸出部分从所述大面积部分向所述半导体基板一侧凸出，所述遮光膜与形成在所述半导体基板的表层部分上的扩散区域电接触，所述凸出部分也对所述电荷累积单元进行遮光。
(7)根据(6)中所述的固体摄像器件，其中，所述扩散区域的面积大于所述电荷累积单元的上部的面积。
(8)根据(2)至(7)中任一项所述的固体摄像器件，其中，所述遮光膜具有在像素之间进行遮光的遮光区域，并且所述遮光区域通过所述遮光膜施加有来自所述半导体基板一侧的预定电位。
(9)根据(2)至(7)中任一项所述的固体摄像器件，其中，所述光电转换膜被夹在下部电极与上部电极之间，并且所述遮光膜的一部分用作从所述半导体基板一侧向所述上部电极供应预定偏置电压的配线。
(10)一种电子装置，其包括固体摄像器件，所述固体摄像器件包括：光电转换膜，所述光电转换膜设置第二表面侧，所述第二表面侧是形成有半导体基板的配线层的第一表面的相反侧，所述光电转换膜对预定波长区域中的光进行光电转换并且透过在其它波长区域中的光；以及光电转换层，所述光电转换层设置在所述半导体基板中，并且对已经透过所述光电转换膜的在所述其它的波长区域中的光进行光电转换，其中，入射光相对于所述光电转换膜和所述光电转换层从所述第二表面侧入射。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。
相关申请的交叉参考
本申请包含与2011年5月10日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-105284所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

Claims (30)

1.一种摄像器件，其包括：
基板，其具有第一侧和作为光入射侧的第二侧，所述基板包括第一光电转换单元和第二光电转换单元；
配线层，其布置成邻近所述基板的所述第一侧；以及
光电转换膜，其布置在所述基板的所述第二侧上，
其中，所述第二光电转换单元的至少一部分布置在所述第一光电转换单元与所述光电转换膜之间，且
其中，所述基板布置在所述光电转换膜与所述配线层之间。
2.如权利要求1所述的摄像器件，其还包括：
下部电极；和
上部电极，
其中，所述光电转换膜位于所述下部电极与所述上部电极之间。
3.如权利要求2所述的摄像器件，其还包括：
绝缘膜，其位于所述基板的所述第二侧与所述下部电极之间，
其中，所述光电转换膜的一部分布置在所述绝缘膜上。
4.如权利要求3所述的摄像器件，其中，所述光电转换膜的一部分布置在所述下部电极上。
5.如权利要求4所述的摄像器件，其中，所述下部电极是以像素为单位形成的。
6.如权利要求5所述的摄像器件，其中，所述上部电极被多个像素共用。
7.如权利要求6所述的摄像器件，其还包括：
透明电极，其形成在所述上部电极上，
其中，所述透明电极经由至少一个接触单元电连接到所述基板。
8.如权利要求7所述的摄像器件，其还包括：
像素阵列，其包括所述多个像素，
其中，所述至少一个接触单元位于所述像素阵列的周边部分中。
9.如权利要求2所述的摄像器件，其还包括：
浮动扩散区域；和
遮光膜，其位于所述光电转换膜与所述基板的所述第二侧之间，
其中，电荷经由所述遮光膜被从所述光电转换膜传输到所述浮动扩散区域。
10.如权利要求9所述的摄像器件，其中，所述遮光膜包括Ti、TiN或W中的至少一者。
11.如权利要求9所述的摄像器件，其还包括：
像素阵列，其包括多个像素，
其中，所述遮光膜位于所述像素阵列中的相邻像素之间，且
其中，所述遮光膜被设定成预定电位。
12.如权利要求9所述的摄像器件，其还包括：
另一遮光膜，其形成在所述透明电极上并处于不进行光电转换的光学黑区域中。
13.如权利要求2所述的摄像器件，其还包括：
电极，其布置在所述上部电极上；和
供电单元，
其中，所述电极电连接到所述供电单元。
14.如权利要求2所述的摄像器件，其还包括：
供电单元，其电连接到所述上部电极。
15.如权利要求2所述的摄像器件，其中，所述上部电极是透明的。
16.如权利要求2所述的摄像器件，其中，所述下部电极是透明的。
17.如权利要求2所述的摄像器件，其还包括：
绝缘膜，其布置在所述下部电极的边缘处。
18.如权利要求1所述的摄像器件，其中，所述光电转换膜被多个像素共用。
19.如权利要求1所述的摄像器件，其中，所述光电转换膜对绿色光敏感。
20.如权利要求1所述的摄像器件，其中，所述第一光电转换单元对红色光敏感。
21.如权利要求1所述的摄像器件，其中，所述第二光电转换单元对蓝色光敏感。
22.如权利要求1所述的摄像器件，其中，所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元对相同色的光敏感。
23.如权利要求1所述的摄像器件，其中，所述第二光电转换单元对应于光电转换层的与所述基板的表面平行的一部分，且所述第一光电转换单元对应于所述光电转换层的与所述基板的所述表面垂直的一部分。
24.如权利要求1所述的摄像器件，其还包括：
遮光膜，其位于所述光电转换膜与所述基板的所述第二侧之间，
其中，所述遮光膜包括开口，光穿过所述开口并到达所述第二侧，且
其中，所述光电转换膜的面积大于所述开口的面积。
25.如权利要求1所述的摄像器件，其还包括：
电极，
其中，所述电极电连接到所述光电转换膜。
26.如权利要求25所述的摄像器件，其中，所述电极是透明电极。
27.如权利要求1所述的摄像器件，其中，所述光电转换膜对绿色光敏感，所述第一光电转换单元对红色光敏感，且所述第二光电转换单元对蓝色光敏感。
28.如权利要求1所述的摄像器件，其还包括：
传输栅极，其被构造成将电荷从所述光电转换膜传输到浮动扩散区域。
29.如权利要求1所述的摄像器件，其还包括：
电荷累积单元，其被构造成累积来自所述光电转换膜的电荷，
其中，经由埋入在接触孔中的导电材料将电荷从所述光电转换膜传输到所述电荷累积单元。
30.一种电子装置，其包括：
摄像器件，其包括：
基板，其具有第一侧和作为光入射侧的第二侧，所述基板包括第一光电转换单元和第二光电转换单元；
配线层，其布置成邻近所述基板的所述第一侧；以及
光电转换膜，其布置在所述基板的所述第二侧上，
其中，所述第二光电转换单元的至少一部分布置在所述第一光电转换单元与所述光电转换膜之间，且
其中，所述基板布置在所述光电转换膜与所述配线层之间；和
光学***，其在所述摄像器件的所述光入射侧上形成图像。
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