專利名稱：固態(tài)成像裝置及其制造方法以及成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及背照明固態(tài)成像裝置及其制造方法，以及包括該固態(tài)成像裝置的成像 設(shè)備。
背景技術(shù)：
參照?qǐng)D8，背照明固態(tài)成像裝置包括設(shè)置有光電二極管221的硅基板211和信號(hào) 電路部分231。光入射在硅基板211的第一表面上。信號(hào)電路部分231設(shè)置在硅基板211 的第二表面中。假定對(duì)應(yīng)于每個(gè)光電二極管221的部分中，硅層的厚度為幾微米或更少，具 有長(zhǎng)波長(zhǎng)的入射光分量沒(méi)有由光電二極管221充分吸收，并且傳輸?shù)焦杌?11的第二表 面中的信號(hào)電路部分231。特別是，具有長(zhǎng)波長(zhǎng)(例如，紅光波長(zhǎng))的光分量傳輸在對(duì)應(yīng)于 每個(gè)光電二極管221的部分中，并且所傳輸?shù)墓夥至窟M(jìn)入信號(hào)電路部分231。不利的是，難 于有效將長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍中的光(在下文簡(jiǎn)稱長(zhǎng)波長(zhǎng)光)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。此外，所傳輸?shù)墓庥?信號(hào)電路部分231中的互連疊層(interconnection laminate) 233反射，從而所反射的光 入射到周圍像素中的光電二極管上，導(dǎo)致串?dāng)_(crosstalk)。遺憾的是，串?dāng)_的發(fā)生造成了 問(wèn)題。例如，日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)2006-261372號(hào)揭示了相關(guān)技術(shù)的固態(tài)成像裝置， 在其結(jié)構(gòu)中，多晶硅層和鋁層設(shè)置在光電二極管上。在該結(jié)構(gòu)中，對(duì)例如紅外光和近紅外光 的長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量的屏蔽不足。特別是，在多晶硅層中所傳輸光的量很大。鋁層由晶粒生長(zhǎng) (grain growth)形成。不利的是，光從晶粒邊界泄漏，因此降低了反射率。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的問(wèn)題包括，難于有效地將傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分(例如，每個(gè)光電 二極管)的長(zhǎng)波長(zhǎng)光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以及通過(guò)在每個(gè)光電二極管相對(duì)于光入射的表面的另 一個(gè)表面上設(shè)置用于光反射的多晶硅層和鋁層，產(chǎn)生在屏蔽光方面特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)光方面的 不足作用。 希望改善敏感性而有效地將傳輸通過(guò)每個(gè)光電二極管的長(zhǎng)波長(zhǎng)光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，固態(tài)成像裝置包括下面的元件。光電轉(zhuǎn)換部分設(shè)置在半導(dǎo) 體層中，該半導(dǎo)體層具有光通過(guò)其進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分的第一表面。信號(hào)電路部分設(shè)置在半 導(dǎo)體層相對(duì)于其第一表面的第二表面中。信號(hào)電路部分處理由光電轉(zhuǎn)換部分的光電轉(zhuǎn)換獲 得的信號(hào)電荷(signal charge)。反射層設(shè)置在半導(dǎo)體層相對(duì)于第一表面的第二表面上。 反射層反射將傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分的光反射回。反射層由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊 層組成。 根據(jù)該實(shí)施例，反射層將傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分的光反射回設(shè)置在半導(dǎo)體層相對(duì) 于第一表面的第二表面上的信號(hào)電路部分，光通過(guò)該第一表面進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分。如果進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分的光沒(méi)有完全由光電轉(zhuǎn)換部分吸收，則反射層可以反射所傳輸?shù)墓夥祷氐?光電轉(zhuǎn)換部分，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，例如近紅外光和紅外光，這些光易于傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn) 換部分。換言之，光一旦已經(jīng)傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分，則可以由光電轉(zhuǎn)換部分再次接收。因 此，由光電轉(zhuǎn)換部分接收的光量，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，將會(huì)充分增加。有利的是，可以改善 光電轉(zhuǎn)換部分對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量的敏感性。因?yàn)榉瓷鋵佑蓡为?dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組 成，所以反射層的密度高于包括由晶粒生長(zhǎng)形成的鋁層的反射層的密度。因此，該高密度反 射層可以反射長(zhǎng)波光分量，特別是近紅外光和紅外光。此外，在入射在半導(dǎo)體層第一表面上 的光中，沒(méi)有被光電轉(zhuǎn)換部分吸收的光分量由設(shè)置有信號(hào)電路部分的第二表面上的反射層 反射回到光電轉(zhuǎn)換部分，因此防止由光泄漏進(jìn)入周圍像素中引起的串?dāng)_。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種制造固態(tài)成像裝置的方法包括如下步驟(a) 在半導(dǎo)體層中形成光電轉(zhuǎn)換部分，該半導(dǎo)體層具有光通過(guò)其進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分的第一表 面，和(b)在半導(dǎo)體層相對(duì)于第一表面的第二表面中形成信號(hào)電路部分，信號(hào)電路部分包 括晶體管，用于提取由光電轉(zhuǎn)換部分的光電轉(zhuǎn)換獲得的電信號(hào)。步驟(b)包括在信號(hào)電路 部分中形成連接到每個(gè)晶體管的接觸部分的子步驟。在該子步驟中，反射層形成在半導(dǎo)體 層相對(duì)于第一表面的第二表面上，反射層將傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分的光反射回，并且由單 獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成。 根據(jù)該實(shí)施例，在信號(hào)電路部分中形成連接到每個(gè)晶體管的接觸部分的子步驟 中，將傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分的光反射回的反射層形成在半導(dǎo)體層相對(duì)于第一表面的第二 表面上。因此，如果進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分的光沒(méi)有完全由光電轉(zhuǎn)換部分吸收，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)光 分量，例如近紅外光和紅外光，這些光易于傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分，則可以由反射層反射回 到光電轉(zhuǎn)換部分。換言之，光一旦已經(jīng)傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分，則可以由光電轉(zhuǎn)換部分再次 接收。因此，可以充分地增加由光電轉(zhuǎn)換部分接收的光量，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量。有利的 是，可以制造其中改進(jìn)了光電轉(zhuǎn)換部分對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量敏感性的固態(tài)成像裝置。因?yàn)榉瓷?層由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成，所以反射層的密度高于包括由晶粒生長(zhǎng)形成的 鋁層的反射層的密度。因此，該高密度反射層可以反射長(zhǎng)波長(zhǎng)分量，特別是近紅外光和紅外 光。此外，在入射在半導(dǎo)體層的第一表面上的光中，沒(méi)有由光電轉(zhuǎn)換部分吸收的光分量由其 中設(shè)置有信號(hào)電路部分的第二表面上的反射層反射回到光電轉(zhuǎn)換部分。因此，可以制造防 止由光泄漏到周圍像素中引起串?dāng)_的固態(tài)成像裝置。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種成像設(shè)備包括下面的元件。聚光單元 (collection optical unit)聚集入射光。固態(tài)成像裝置接收由聚光單元聚集的光，并且將 光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。信號(hào)處理單元處理電信號(hào)。固態(tài)成像裝置包括下面的元件。光電轉(zhuǎn)換部 分設(shè)置在半導(dǎo)體層中，該半導(dǎo)體層具有光通過(guò)其進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分的第一表面。信號(hào)電路 部分設(shè)置在半導(dǎo)體層相對(duì)于第一表面的第二表面中。信號(hào)電路部分提取由光電轉(zhuǎn)換部分獲 得的電信號(hào)。反射層設(shè)置在半導(dǎo)體層相對(duì)于第一表面的第二表面上。反射層將傳輸通過(guò)光 電轉(zhuǎn)換部分的光反射回。反射層由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成。
根據(jù)該實(shí)施例，該成像設(shè)備包括根據(jù)前述實(shí)施例的固態(tài)成像裝置。如上所述，在該 成像設(shè)備中，敏感度高并且可以防止串?dāng)_。 根據(jù)上面第一個(gè)描述的實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)具有下述優(yōu)點(diǎn)的固態(tài)成像裝置。因?yàn)榉?射層將傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分的光反射回，且由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成，該反射層設(shè)置在半導(dǎo)體層相對(duì)于第一表面的第二表面上，光通過(guò)該第一表面進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部 分，所以可以改善光電轉(zhuǎn)換部分對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量的敏感性，以獲得高敏感性且防止串?dāng)_。 可以增加進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分的光量來(lái)提供高動(dòng)態(tài)范圍。 根據(jù)上面第二個(gè)描述的實(shí)施例，可以制造具有下面優(yōu)點(diǎn)的固態(tài)成像裝置。因?yàn)榉?射層將傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分的光反射回，且由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成，該 反射層設(shè)置在半導(dǎo)體層相對(duì)于第一表面的第二表面上，光通過(guò)該第一表面進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部 分，所以可以改善光電轉(zhuǎn)換部分對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量的敏感性，以獲得高敏感性且防止串?dāng)_。 可以增加進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分的光量來(lái)提供高動(dòng)態(tài)范圍。 根據(jù)上面第三個(gè)描述的實(shí)施例，因?yàn)槌上裨O(shè)備包括根據(jù)前述實(shí)施例的固態(tài)成像裝 置，所以可以獲得上述的相同優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(第一實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置的示意性截面圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(第二實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置的示意性截面圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(第三實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置的示意性截面圖； 圖4A和4B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(第三實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置的平面布置圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(第四實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置的示意性截面圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(第五實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置的示意性截面圖； 圖7是圖解根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(應(yīng)用)的成像設(shè)備的框圖；禾口 圖8是相關(guān)技術(shù)的固態(tài)成像裝置的示意性截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為固態(tài)成像裝置1的示意性截面圖，現(xiàn)在，參照?qǐng)D1描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例 (第一實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置1。 參照?qǐng)Dl，用于隔離像素的像素隔離區(qū)域12設(shè)置在半導(dǎo)體層11中。半導(dǎo)體層11 包括例如硅層或者硅基板。每個(gè)像素隔離區(qū)域12包括例如p型阱區(qū)域。在每個(gè)由像素隔 離區(qū)域12分開(kāi)的區(qū)域中，設(shè)置了光電轉(zhuǎn)換部分21。在光通過(guò)其進(jìn)入的每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分 21的第一表面上(在圖1中光電轉(zhuǎn)換部分21的下表面)，即在光通過(guò)其進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分 21的半導(dǎo)體層11的第一表面中，設(shè)置有空穴存儲(chǔ)層22。空穴存儲(chǔ)層22包括例如p+區(qū)域。 光電轉(zhuǎn)換部分21的相對(duì)于其第一表面的第二表面(圖1中光電轉(zhuǎn)換部分21的上表面)，即 半導(dǎo)體層11相對(duì)于其第一表面的第二表面包括空穴存儲(chǔ)層23。在空穴存儲(chǔ)層23之下，設(shè) 置有n型阱區(qū)域24?？昭ù鎯?chǔ)層23包括例如p+區(qū)域。另外，柵電極(例如，傳輸柵極)32 設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分21的第二表面之上，其間具有柵極絕緣層31。在半導(dǎo)體層11中，相鄰 于柵電極32的一端設(shè)置有n+區(qū)域25，其間具有柵極絕緣層31。 接觸部分41連接到每個(gè)柵電極32。另一個(gè)接觸部分42連接到每個(gè)像素隔離區(qū)域 12。用作類似于接觸部分41和42的接觸部分的反射層43設(shè)置在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21之 上，其間具有柵極絕緣層31。另外，設(shè)置了連接到其它晶體管例如在信號(hào)電路部分(未示 出)中的柵電極以及源極與漏極區(qū)域的接觸部分。柵極絕緣層31和柵電極32覆蓋有絕緣 層81。上述接觸部分用例如導(dǎo)電材料通過(guò)填充設(shè)置在絕緣層81中的孔91、92和93形成。
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反射層43必須將傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的光反射到部分21。因此，反射 層43包括將長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量例如近紅外光和紅外光反射到光電轉(zhuǎn)換部分21的材料。反射層 43可以反射除了長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量外的短波長(zhǎng)光分量，例如可見(jiàn)光、近紫外光和紫外光。具有上 述特性的材料的實(shí)例包括鎢。因此，優(yōu)選反射層43由單獨(dú)的鎢層組成。作為選擇，優(yōu)選反 射層43由包含鎢層的疊層組成。疊層的實(shí)例包括包含多晶硅層和鎢層的疊層以及包含鎢 層和硅化物層的疊層。 因?yàn)榉瓷鋵?3包括鎢層，所以傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分21的光可以反射回到光電 轉(zhuǎn)換部分21。鎢層不是由相關(guān)技術(shù)中使用的用于鋁層的晶粒生長(zhǎng)形成。因此，幾乎不產(chǎn)生 晶粒邊界。因此，反射層43可以反射長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，例如近紅外光和紅外光，而在鋁層中它 們會(huì)從晶粒邊界泄漏。 此外，設(shè)置了分別連接到接觸部分41和42以及反射層43的第一互連線51至53。 優(yōu)選連接到反射層43的每個(gè)第一互連線53的外形在平面圖中大于例如反射層43的外形。 此外，優(yōu)選第一互連線51至53由例如鎢組成。第一互連線51至53可以由另一種金屬材 料例如銅或鋁組成。例如，當(dāng)?shù)谝换ミB線51至53采用鎢形成時(shí)，沒(méi)有被反射層43反射的 光，例如從每個(gè)對(duì)應(yīng)于反射層43的區(qū)域的周邊泄漏的長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，可以由第一互連線51 至53反射到對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換部分21。 每個(gè)第一互連線51通過(guò)通路孔(via hole) 54連接到第二互連線61 。每個(gè)第一 互連線52通過(guò)通路孔55連接到第二互連線62。每個(gè)第一互連線53通過(guò)通路孔56連接 到第二互連線63。同樣，每個(gè)第二互連線61通過(guò)通路孔64連接到第三互連線71。每個(gè)第 二互連線62通過(guò)通路孔65連接到第三互連線72。每個(gè)第二互連線63通過(guò)通路孔66連 接到第三互連線73。圖l的固態(tài)成像裝置l包括具有三個(gè)互連層的互連疊層。本發(fā)明的 當(dāng)前實(shí)施例可以用于包括互連疊層的晶體管成像裝置，該互連疊層具有四個(gè)或者更多的互 連層。包括絕緣層81的絕緣層80設(shè)置成覆蓋上述互連層。絕緣層80包括多個(gè)與互連設(shè) 置狀態(tài)相一致的子絕緣層(insulation sublayers)。半導(dǎo)體層11的第二表面覆蓋有信號(hào) 電路部分(未示出)和互連疊層，該信號(hào)電路部分包括晶體管，例如傳輸晶體管(transfer transistor)、復(fù)位晶體管(reset transistor)禾口放大晶體管(amplifier transistor)，互 連疊層包括第一互連線51至53、通路孔54至56、第二互連線61至63、通路孔64至66和 第三互連線71至73。 在根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置1中，反射層43用于將傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換 部分21的光反射回到部分21，相鄰于光電轉(zhuǎn)換部分21相對(duì)其第一表面的第二表面設(shè)置，即 半導(dǎo)體層11相對(duì)于其第一表面的第二表面。如果進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21的光沒(méi)有由光電轉(zhuǎn) 換部分21完全吸收，特別是易于傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，例如近紅 外光和紅外光，則可以由反射層43反射回到光電轉(zhuǎn)換部分21。換言之，一旦光傳輸通過(guò)光 電轉(zhuǎn)換部分21，則可以由光電轉(zhuǎn)換部分21再次接收。因此，充分增加光電轉(zhuǎn)換部分21接收 的光量，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量。因此，可以改善光電轉(zhuǎn)換部分21對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量的敏感性。 因?yàn)榉瓷鋵?3由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成，所以反射層43的密度高于由晶粒 生長(zhǎng)形成的鋁層的密度。因此，反射層43尤其可以反射長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，例如近紅外光和紅 外光。此外，在入射在半導(dǎo)體層11的第一表面(即光電轉(zhuǎn)換部分21的第一表面)上的光 中，沒(méi)有被各光電轉(zhuǎn)換部分21吸收的光分量由包括在半導(dǎo)體層11的第二表面的信號(hào)電路部分中的反射層43反射回到光電轉(zhuǎn)換部分21，因此防止由光泄漏到周圍像素引起的串?dāng)_。
為了制造根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置1，接觸部分41形成在每個(gè)柵電極32 上，并且接觸部分42形成在每個(gè)像素隔離區(qū)域12上。同時(shí)，用作類似于接觸部分41和42 作用的接觸部分的反射層43可以形成在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21之上，其間具有柵極絕緣層 31。例如，絕緣層81中的孔91和92填充有鴇，以形成接觸部分41和42。同時(shí)，在每個(gè)光 電轉(zhuǎn)換部分21之上的絕緣層81中的孔93填充有鎢，因此形成反射層43。
圖2為固態(tài)成像裝置2的示意性截面圖，現(xiàn)在，將參照?qǐng)D2描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例 (第二實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置2。第二實(shí)施例涉及針對(duì)問(wèn)題的解決對(duì)策的實(shí)例，所要解決 的問(wèn)題與第一實(shí)施例相一致，當(dāng)孔93的直徑很大時(shí)，難于用鎢填充反射層43的孔93。
參照?qǐng)D2，用于隔離像素的像素隔離區(qū)域12設(shè)置在半導(dǎo)體層11中。半導(dǎo)體層11 包括例如硅層。每個(gè)像素隔離區(qū)域12包括例如p型阱區(qū)域。在由像素隔離區(qū)域12分成的 每個(gè)區(qū)域中，設(shè)置了光電轉(zhuǎn)換部分21。在光通過(guò)其進(jìn)入的每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的第一表面 上(在圖2中光電轉(zhuǎn)換部分21的下表面)，即在光通過(guò)其進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21的半導(dǎo)體層 11的第一表面中，設(shè)置有空穴存儲(chǔ)層22。空穴存儲(chǔ)層22包括例如p+區(qū)域。光電轉(zhuǎn)換部分 21相對(duì)于其第一表面的第二表面(圖2中光電轉(zhuǎn)換部分21的上表面)，即半導(dǎo)體層11相 對(duì)于其第一表面的第二表面包括空穴存儲(chǔ)層23。在空穴存儲(chǔ)層23之下，設(shè)置有n型阱區(qū)域 24?？昭ù鎯?chǔ)層23包括例如p+區(qū)域。另外，柵電極(例如，傳輸柵極)32設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換 部分21的第二表面之上，其間具有柵極絕緣層31。在半導(dǎo)體層11中，相鄰于柵電極32的 一端設(shè)置有n+區(qū)域25，其間具有柵極絕緣層31。 接觸部分41連接到每個(gè)柵電極32。另一個(gè)接觸部分42連接到每個(gè)像素隔離區(qū)域 12。用作類似于接觸部分41和42的接觸部分的反射層43設(shè)置在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21之 上，其間具有柵極絕緣層31。另外，設(shè)置了連接到其它晶體管例如在信號(hào)電路部分(未示 出)中的柵電極以及源極與漏極區(qū)域的接觸部分。柵極絕緣層31和柵電極32覆蓋有絕緣 層81。上述接觸部分用例如導(dǎo)電材料通過(guò)填充設(shè)置在絕緣層81中的孔形成。以類似于接 觸部分的方式形成反射層43，難于填充孔93，這是因?yàn)榭?3的直徑很大。因此，反射層43 設(shè)置成覆蓋孔93的內(nèi)表面。 反射層43包括將傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的光反射到光電轉(zhuǎn)換部分21的 材料。例如，反射層43包括將長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量例如至少為近紅外光和紅外光反射到光電轉(zhuǎn)換 部分21的材料。反射層43可以反射除了長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量外的短波長(zhǎng)光分量，例如可見(jiàn)光、近 紫外光和紫外光。具有上述特性的材料的實(shí)例包括鎢。因此，優(yōu)選反射層43由單獨(dú)的鎢層 組成。作為選擇，優(yōu)選反射層43由包含鎢層的疊層組成。疊層的實(shí)例包括包含多晶硅層和 鎢層的疊層以及包含鎢層和硅化物層的疊層。設(shè)置成覆蓋孔93的內(nèi)表面的反射層43必須 具有足夠的厚度，以防止長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量例如近紅外光和紅外光傳輸通過(guò)反射層43。
因?yàn)榉瓷鋵?3包括鎢層，所以傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分21的光可以反射到光電轉(zhuǎn) 換部分21。鎢層不是由相關(guān)技術(shù)中使用的用于鋁層的晶粒生長(zhǎng)形成。因此，幾乎不產(chǎn)生晶 粒邊界。因此，反射層43可以反射長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，例如近紅外光和紅外光，而在鋁層中它們 會(huì)從晶粒邊界泄漏。 每個(gè)孔93填充有材料44，用作絕緣層或者導(dǎo)電層，其間具有反射層43。因?yàn)槿缟?所述孔93填充有材料44，所以在孔93中沒(méi)有臺(tái)階。
此外，設(shè)置了分別連接到接觸部分41和42以及反射層43的第一互連線51至53。 優(yōu)選連接到反射層43的每個(gè)第一互連線53的外形在平面圖中大于例如反射層43的外形。 此外，優(yōu)選第一互連線51至53由例如鎢組成。第一互連線51至53可以由另一種金屬材 料例如銅或鋁組成。例如，當(dāng)?shù)谝换ミB線51至53采用鎢形成時(shí)，反射層43沒(méi)有完全反射 的光，例如從每個(gè)對(duì)應(yīng)于反射層43區(qū)域的周邊泄漏的長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，可以由第一互連線51 至53反射到對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換部分21。 每個(gè)第一互連線51通過(guò)通路孔54連接到第二互連線61 。每個(gè)第一互連線52通 過(guò)通路孔55連接到第二互連線62。每個(gè)第一互連線53通過(guò)通路孔56連接到第二互連線 63。同樣，每個(gè)第二互連線61通過(guò)通路孔64連接到第三互連線71。每個(gè)第二互連線62通 過(guò)通路孔65連接到第三互連線72。每個(gè)第二互連線63通過(guò)通路孔66連接到第三互連線 73。圖2的固態(tài)成像裝置2包括具有三個(gè)互連層的互連疊層。本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例可以用 于包括互連疊層的固態(tài)成像裝置，該互連疊層具有四個(gè)或者更多的互連層。包括絕緣層81 的絕緣層80設(shè)置成覆蓋上述互連層。絕緣層80包括多個(gè)與互連設(shè)置狀態(tài)相一致的子絕緣 層。半導(dǎo)體層11的第二表面覆蓋有信號(hào)電路部分(未示出)和互連疊層，該信號(hào)電路部分 包括晶體管，例如傳輸晶體管、復(fù)位晶體管和放大晶體管，互連疊層包括第一互連線51至 53、通路孔54至56、第二互連線61至63、通路孔64至66和第三互連線71至73。
在根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置2中，反射層43用于將傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換 部分21的光反射回到部分21，相鄰于光電轉(zhuǎn)換部分21相對(duì)其第一表面的第二表面設(shè)置，即 半導(dǎo)體層11相對(duì)于其第一表面的第二表面。如果進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21的光沒(méi)有完全由光 電轉(zhuǎn)換部分21吸收，特別是易于傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，例如近紅 外光和紅外光，則可以由反射層43反射回到光電轉(zhuǎn)換部分21。換言之，一旦光傳輸通過(guò)光 電轉(zhuǎn)換部分21，則可以由光電轉(zhuǎn)換部分21再次接收。因此，充分增加光電轉(zhuǎn)換部分21接收 的光量，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量。因此，可以改善光電轉(zhuǎn)換部分21對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量的敏感性。 因?yàn)榉瓷鋵?3由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成，所以反射層43的密度高于由晶粒 生長(zhǎng)形成的鋁層的密度。因此，反射層43尤其可以反射長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，例如近紅外光和紅 外光。此外，在入射在半導(dǎo)體層11的第一表面(即光電轉(zhuǎn)換部分21的第一表面)上的光 中，沒(méi)有被各光電轉(zhuǎn)換部分21吸收的光分量由包括在半導(dǎo)體層11的第二表面的信號(hào)電路 部分中的反射層43反射回到光電轉(zhuǎn)換部分21，因此防止由光泄漏到周圍像素引起的串?dāng)_。
為了制造根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置2，接觸部分41形成在每個(gè)柵電極32 上，并且接觸部分42形成在每個(gè)像素隔離區(qū)域12上。同時(shí)，用作類似于接觸部分41和42 作用的接觸部分的反射層43可以形成在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21之上，其間具有柵極絕緣層 31。因?yàn)殡y于用反射層43的材料填充孔93，所以在孔93中的反射層43上的空間填充有材 料44，用作絕緣層或者導(dǎo)電層。例如，絕緣層81中的孔91和92填充有鎢，以形成接觸部分 41和42。同時(shí)，鎢層設(shè)置在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21之上的絕緣層81中的孔93中，因此形成 反射層43。隨后，孔93中反射層43上的空間填充有材料44，用作絕緣層或者反射層，并且 去除多余的材料44。 現(xiàn)在，將參照?qǐng)D3、4A和4B描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(第三實(shí)施例)的固態(tài)成像裝
置3。圖3是固態(tài)成像裝置3的示意性截面圖。圖4A和4B是其平面布置圖。 參照?qǐng)D3至4B，用于隔離像素的像素隔離區(qū)域12設(shè)置在半導(dǎo)體層11中。半導(dǎo)體
9層ll包括例如硅層。每個(gè)像素隔離區(qū)域12包括例如p型阱區(qū)域。在由像素隔離區(qū)域12 分成的每個(gè)區(qū)域中，設(shè)置了光電轉(zhuǎn)換部分21。在光通過(guò)其進(jìn)入的每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的第 一表面上(在圖3中光電轉(zhuǎn)換部分21的下表面)，即在光通過(guò)其進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21的半 導(dǎo)體層11的第一表面中，設(shè)置有空穴存儲(chǔ)層22?？昭ù鎯?chǔ)層22包括例如p+區(qū)域。光電 轉(zhuǎn)換部分21相對(duì)于其第一表面的第二表面(圖3中光電轉(zhuǎn)換部分21的上表面)，即半導(dǎo) 體層11相對(duì)于其第一表面的第二表面包括空穴存儲(chǔ)層23。在空穴存儲(chǔ)層23之下，設(shè)置有 n型阱區(qū)域24?？昭ù鎯?chǔ)層23包括例如p+區(qū)域。另外，柵電極(例如，傳輸柵極)32設(shè)置 在光電轉(zhuǎn)換部分21的第二表面之上，其間具有柵極絕緣層31。在半導(dǎo)體層11中，相鄰于柵 電極32的一端設(shè)置有n+區(qū)域25，其間具有柵極絕緣層31。 接觸部分41設(shè)置在每個(gè)柵電極32上。另一個(gè)接觸部分42設(shè)置在每個(gè)像素隔離 區(qū)域12上。與形成接觸部分41和42同時(shí)形成的反射層43設(shè)置在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21 的周邊之上，其間具有柵極絕緣層31。另外，設(shè)置了連接到其它晶體管例如在信號(hào)電路部分 (未示出)中的柵電極以及源極與漏極區(qū)域的接觸部分。柵極絕緣層31和柵電極32覆蓋 有絕緣層81。上述接觸部分用例如導(dǎo)電材料通過(guò)填充設(shè)置在絕緣層81中的孔形成。參照 圖4A和4B，要填充有導(dǎo)電材料以形成反射層43的凹槽94設(shè)置在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的 周邊之上，以便具有預(yù)定的寬度。圖4A圖解了光電轉(zhuǎn)換部分21和形成在凹槽94中的反射 層43之間的位置關(guān)系。圖4B圖解了光電轉(zhuǎn)換部分21、凹槽94中的反射層43和第一互連 線53之間的位置關(guān)系。 反射層43由將傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的光反射到光電轉(zhuǎn)換部分21的材 料組成。例如，反射層43包括將長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量例如至少為近紅外光和紅外光反射到光電轉(zhuǎn) 換部分21的材料。反射層43可以反射除了長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量外的短波長(zhǎng)光分量，例如可見(jiàn)光、 近紫外光和紫外光。具有上述特性的材料的實(shí)例包括鎢。因此，優(yōu)選反射層43由單獨(dú)的鎢 層組成。作為選擇，優(yōu)選反射層43由包含鎢層的疊層組成。疊層的實(shí)例包括包含多晶硅層 和鎢層的疊層以及包含鎢層和硅化物層的疊層。通過(guò)填充凹槽94形成的反射層43必須具 有足夠的厚度，以防止長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量例如近紅外光和紅外光傳輸通過(guò)反射層43。
因?yàn)榉瓷鋵?3包括鎢層，所以傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分21的光可以反射到光電轉(zhuǎn) 換部分21。鎢層不是由相關(guān)技術(shù)中使用的用于鋁層的晶粒生長(zhǎng)形成。因此，幾乎不產(chǎn)生晶 粒邊界。因此，反射層43可以反射長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，例如近紅外光和紅外光，在鋁層中它們會(huì) 從晶粒邊界泄漏。 此外，設(shè)置了分別連接到接觸部分41和42以及反射層43的第一互連線51至53。 優(yōu)選連接到反射層43的每個(gè)第一互連線53的外形在平面圖中大于例如反射層43的外形。 此外，優(yōu)選第一互連線51至53由例如單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成。因?yàn)榈谝换?連線53由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成，所以傳輸通過(guò)反射層43圍繞區(qū)域的長(zhǎng)波 長(zhǎng)光分量可以反射到對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換部分21。此外，因?yàn)榉瓷鋵?3設(shè)置在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部 分21的周邊之上且連接至第一互連線53，所以傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分21的光分量由第一 互連線53和反射層43反射到光電轉(zhuǎn)換部分21而不進(jìn)入其它像素。因此，傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn) 換部分21的光分量可以允許再次進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21。換言之，因?yàn)樵诘谌龑?shí)施例中傳輸 通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分21的光分量允許再次進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21，所以第一互連線53用作反 射層。
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其中形成有反射層43的凹槽94設(shè)置成不覆蓋連接到光電轉(zhuǎn)換部分21的傳輸晶 體管101。例如，傳輸晶體管101、復(fù)位晶體管102和放大晶體管103連接到每個(gè)光電轉(zhuǎn)換 部分21。另外，設(shè)置了連接到傳輸晶體管101的傳輸柵極101G的接觸部分41和連接到各 晶體管的源極和漏極的接觸部分。 每個(gè)第一互連線51通過(guò)通路孔54連接到第二互連線61 。每個(gè)第一互連線52通 過(guò)通路孔55連接到第二互連線62。每個(gè)第一互連線53通過(guò)通路孔56連接到第二互連線 63。同樣，每個(gè)第二互連線61通過(guò)通路孔64連接到第三互連線71。每個(gè)第二互連線62通 過(guò)通路孔65連接到第三互連線72。每個(gè)第二互連線63通過(guò)通路孔66連接到第三互連線 73。圖3的固態(tài)成像裝置3包括具有三個(gè)互連層的互連疊層。本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例可以用 于包括互連疊層的固態(tài)成像裝置，該互連疊層具有四個(gè)或者更多的互連層。包括絕緣層81 的絕緣層80設(shè)置成覆蓋上述互連層。絕緣層80包括多個(gè)與互連設(shè)置狀態(tài)相一致的子絕緣 層。半導(dǎo)體層11的第二表面覆蓋有信號(hào)電路部分(未示出)和互連疊層，該信號(hào)電路部分 包括晶體管，例如傳輸晶體管101、復(fù)位晶體管102和放大晶體管103，互連疊層包括第一互 連線51至53、通路孔54至56、第二互連線61至63、通路孔64至66和第三互連線71至 73。 在根據(jù)第三實(shí)施例的固態(tài)成像裝置3中，反射層43和第一互連線53用于將傳輸 通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的光反射到部分21，相鄰于光電轉(zhuǎn)換部分21相對(duì)其第一表面的 第二表面設(shè)置，即半導(dǎo)體層11相對(duì)于其第一表面的第二表面。如果進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21 的光沒(méi)有完全由光電轉(zhuǎn)換部分21吸收，特別是易于傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的長(zhǎng)波 長(zhǎng)光分量，例如近紅外光和紅外光，則可以由反射層43和第一互連線53反射回到光電轉(zhuǎn)換 部分21。換言之，一旦光傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分21，則可以由光電轉(zhuǎn)換部分21再次接收。 因此，充分增加光電轉(zhuǎn)換部分21接收的光量，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量。因此，可以改善光電轉(zhuǎn) 換部分21對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量的敏感性。因?yàn)榉瓷鋵?3和第一互連線53都由單獨(dú)的鎢層或 者包含鎢層的疊層組成，所以反射層43和第一互連線53的密度高于由晶粒生長(zhǎng)形成的鋁 層的密度。因此，反射層43和第一互連線53尤其可以反射長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，例如近紅外光和 紅外光。此外，在入射在半導(dǎo)體層11的第一表面(即光電轉(zhuǎn)換部分21的第一表面)上的 光中，沒(méi)有被各光電轉(zhuǎn)換部分21吸收的光分量由包括在半導(dǎo)體層11的第二表面中信號(hào)電 路部分中的反射層43和第一互連線53反射回到光電轉(zhuǎn)換部分21，因此防止由光泄漏到周 圍像素引起的串?dāng)_。 為了制造根據(jù)第三實(shí)施例的固態(tài)成像裝置3，接觸部分41形成在每個(gè)柵電極32 上，并且接觸部分42形成在每個(gè)像素隔離區(qū)域12上。同時(shí)，用作類似于接觸部分41和42 作用的接觸部分的反射層43可以形成在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21之上，其間具有柵極絕緣層 31。例如，設(shè)置在絕緣層81中的孔91和92填充有鴇，以形成接觸部分41和42。同樣，在 每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21之上絕緣層81中的凹槽94填充有鎢，因此形成反射層43。此后，于 分別形成連接到接觸部分41和42的第一互連線51和52的同時(shí)，連接到反射層43的第一 互連線53形成為覆蓋光電轉(zhuǎn)換部分21。 圖5為固態(tài)成像裝置4的示意性截面圖，現(xiàn)在，將參照?qǐng)D5描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例 (第四實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置4。 參照?qǐng)D5，用于隔離像素的像素隔離區(qū)域12設(shè)置在半導(dǎo)體層11中。半導(dǎo)體層11
11包括例如硅層。每個(gè)像素隔離區(qū)域12包括例如p型阱區(qū)域。在由像素隔離區(qū)域12分成的 每個(gè)區(qū)域中，設(shè)置了光電轉(zhuǎn)換部分21。在光通過(guò)其進(jìn)入的每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的第一表面 上(在圖5中光電轉(zhuǎn)換部分21的下表面)，即在光通過(guò)其進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21的半導(dǎo)體層 11的第一表面中，設(shè)置有空穴存儲(chǔ)層22?？昭ù鎯?chǔ)層22包括例如p+區(qū)域。光電轉(zhuǎn)換部分 21相對(duì)于其第一表面的第二表面(圖5中光電轉(zhuǎn)換部分21的上表面)，即半導(dǎo)體層11相 對(duì)于其第一表面的第二表面包括空穴存儲(chǔ)層23。在空穴存儲(chǔ)層23之下，設(shè)置有n型阱區(qū)域 24?？昭ù鎯?chǔ)層23包括例如p+區(qū)域。另外，柵電極(例如，傳輸柵極)32設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換 部分21的第二表面之上，其間具有柵極絕緣層31。在半導(dǎo)體層11中，相鄰于柵電極32的 一端設(shè)置有n+區(qū)域25，其間具有柵極絕緣層31。 此外，由與柵電極32相同層形成的電極層34設(shè)置在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21之上， 其間具有柵極絕緣層31。電極層34由例如多晶硅組成。作為選擇，電極層34還可以由 多晶硅化物(polycide)形成。接觸部分41連接到每個(gè)柵電極32，接觸部分連接到其它 晶體管，例如在信號(hào)電路部分(未示出)中的柵電極以及源極與漏極區(qū)域，并且接觸部分 42連接到每個(gè)像素隔離區(qū)域12。另外，用作接觸部分的多個(gè)反射層段(reflective layer segment)43設(shè)置在電極層34上。在電極層34上盡可能多地設(shè)置反射層段43。反射層段 43都由將傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的光反射到部分21的材料組成。例如，反射層段 43包括將長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量例如近紅外光和紅外光反射到光電轉(zhuǎn)換部分21的材料。反射層線 段43可以反射除了長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量外的短波長(zhǎng)光分量，例如可見(jiàn)光、近紫外光和紫外光。具 有上述特性的材料的實(shí)例包括鎢。因此，優(yōu)選反射層段43由單獨(dú)的鎢層組成。作為選擇，優(yōu) 選反射層線段43由包含鎢層的疊層組成。在電極層34上的反射層段43這樣設(shè)置，使得根 據(jù)設(shè)計(jì)原則最小化相鄰段之間的距離，并且根據(jù)設(shè)計(jì)原則最大化每個(gè)反射層段43的直徑。 換言之，反射層線段43設(shè)置成使得在電極層34上的反射層段43所占據(jù)的總面積最大化。
此外，設(shè)置了分別連接到接觸部分41和42以及反射層段43的第一互連線51至 53。優(yōu)選連接到反射層段43的每個(gè)第一互連線53的外形相似于或者大于電極層34的外 形。此外，優(yōu)選第一互連線51至53由例如單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成。因?yàn)榈?一互連線53由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層形成，所以傳輸通過(guò)反射層段43之間的每 個(gè)部分的光分量可以反射到對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換部分21。此外，因?yàn)閭鬏斖ㄟ^(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部 分21的光由第一互連線53和反射層段43反射到部分21，所以進(jìn)入其它像素的光量可以減 少，并且所反射的光可以允許再次進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21。換言之，因?yàn)楦鶕?jù)第四實(shí)施例，傳 輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分21的光允許再次進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21，所以第一互連線53也用作反 射層。 每個(gè)第一互連線51通過(guò)通路孔54連接到第二互連線61 。每個(gè)第一互連線52通 過(guò)通路孔55連接到第二互連線62。每個(gè)第一互連線53通過(guò)通路孔56連接到第二互連線 63。同樣，每個(gè)第二互連線61通過(guò)通路孔64連接到第三互連線71。每個(gè)第二互連線62通 過(guò)通路孔65連接到第三互連線72。每個(gè)第二互連線63通過(guò)通路孔66連接到第三互連線 73。圖5的固態(tài)成像裝置4包括具有三個(gè)互連層的互連疊層。本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例可以用 于包括互連疊層的固態(tài)成像裝置，該互連疊層具有四個(gè)或者更多的互連層。絕緣層81設(shè)置 成覆蓋上述互連層。絕緣層81包括多個(gè)與互連設(shè)置狀態(tài)相一致的子絕緣層。半導(dǎo)體層ll 的第二表面覆蓋有信號(hào)電路部分(未示出)和互連疊層，該信號(hào)電路部分包括晶體管，例如
12傳輸晶體管、復(fù)位晶體管和放大晶體管，該互連疊層包括第一互連線51至53、通路孔54至 56、第二互連線61至63、通路孔64至66和第三互連線71至73。 在根據(jù)第四實(shí)施例的固態(tài)成像裝置4中，反射層段43用于將傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn) 換部分21的光反射到部分21，相鄰于光電轉(zhuǎn)換部分21相對(duì)其第一表面的第二表面設(shè)置， 即半導(dǎo)體層11相對(duì)于其第一表面的第二表面。如果進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21的光沒(méi)有完全由 光電轉(zhuǎn)換部分21吸收，特別是易于傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，例如近 紅外光和紅外光，則可以由反射層段43反射回到光電轉(zhuǎn)換部分21 。換言之， 一旦光傳輸通 過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分21，則可以由光電轉(zhuǎn)換部分21再次接收。因此，充分增加光電轉(zhuǎn)換部分21 接收的光量，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量。因此，可以改善光電轉(zhuǎn)換部分21對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量的敏 感性。因?yàn)榉瓷鋵佣?3由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成，所以每個(gè)反射層段43的 密度高于由晶粒生長(zhǎng)形成的鋁層的密度。因此，反射層段43尤其可以反射長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量， 例如近紅外光和紅外光。此外，在入射在半導(dǎo)體層11的第一表面(即光電轉(zhuǎn)換部分21的 第一表面)上的光中，沒(méi)有被各光電轉(zhuǎn)換部分21吸收的光分量由包括在半導(dǎo)體層11的第 二表面中信號(hào)電路部分中的相鄰反射層段43反射回到光電轉(zhuǎn)換部分21，因此防止由光泄 漏到周圍像素中引起的串?dāng)_。 另外，給電極層34施加偏壓能夠使光電轉(zhuǎn)換部分21中的電荷存儲(chǔ)部分的電勢(shì)發(fā) 生變化。在當(dāng)前的CM0S圖像傳感器中，電荷存儲(chǔ)部分的電勢(shì)深度必須設(shè)計(jì)成使得信號(hào)電荷 在讀取信號(hào)電荷上完全傳輸，而不留下要讀的信號(hào)電荷，即沒(méi)有任何圖像遲延。根據(jù)本發(fā)明 的當(dāng)前實(shí)施例，當(dāng)讀出信號(hào)電荷時(shí)，施加偏壓以使得電荷存儲(chǔ)部分的電勢(shì)深度變淺，因此保 持電荷存儲(chǔ)部分足夠的電勢(shì)深度，而保持讀出功率恒定。因此，可以增加飽和電荷量。
因?yàn)榭梢允┘悠珘旱碾姌O層34設(shè)置在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21之上，所以該設(shè)置用 作針對(duì)釘住(pi皿ing)的對(duì)策。如果電極層34由多晶硅制造，則電極層34不足以起到反 射層的作用。然而，根據(jù)本實(shí)施例，每個(gè)反射層段43都具有類似于接觸部分的結(jié)構(gòu)，并且由 鎢制造，其設(shè)置在電極層34上。因此，可以保證反射效率。 為了制造根據(jù)第四實(shí)施例的固態(tài)成像裝置4，在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21之上形成柵 電極32的步驟中，電極層34形成在光電轉(zhuǎn)換部分21之上的柵極絕緣層31上。換言之，當(dāng) 形成晶體管例如傳輸晶體管、復(fù)位晶體管和放大晶體管的柵電極時(shí)，也形成電極層34。此 外，當(dāng)接觸部分41形成在每個(gè)柵電極32上并且接觸部分42形成在像素隔離區(qū)域12上時(shí)， 包括類似于接觸部分41和42作用的接觸部分的反射層段43可以形成在電極層34上。例 如，設(shè)置在絕緣層81中的孔91和92填充有鎢，以形成接觸部分41和42。同樣，在每個(gè)光 電轉(zhuǎn)換部分21之上絕緣層81中的多個(gè)孔93填充有鎢，因此形成反射層線段43。此時(shí)，反 射層線段43形成在電極層34上，以根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則最小化相鄰線段之間的距離，并且最大化 每個(gè)線段的直徑。換言之，反射層段43形成為使得電極層34上反射層段43所占用的總面 積最大化。 圖6為固態(tài)成像裝置5的示意性截面圖，現(xiàn)在，將參照?qǐng)D6描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例 (第五實(shí)施例)的固態(tài)成像裝置5。 參照?qǐng)D6，用于隔離像素的像素隔離區(qū)域12設(shè)置在半導(dǎo)體層11中。半導(dǎo)體層11 包括例如硅層。每個(gè)像素隔離區(qū)域12包括例如p型阱區(qū)域。在由像素隔離區(qū)域12分成的 每個(gè)區(qū)域中，設(shè)置了光電轉(zhuǎn)換部分21。在光通過(guò)其進(jìn)入的每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的第一表面
13上(在圖6中光電轉(zhuǎn)換部分21的下表面)，即在光通過(guò)其進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21的半導(dǎo)體層 11的第一表面中，設(shè)置有空穴存儲(chǔ)層22?？昭ù鎯?chǔ)層22包括例如p+區(qū)域。光電轉(zhuǎn)換部分 21相對(duì)于其第一表面的第二表面(圖6中光電轉(zhuǎn)換部分21的上表面)，即半導(dǎo)體層11相 對(duì)于其第一表面的第二表面包括空穴存儲(chǔ)層23。在空穴存儲(chǔ)層23之下，設(shè)置有n型阱區(qū)域 24。空穴存儲(chǔ)層23包括例如p+區(qū)域。另外，柵電極(例如，傳輸柵極)32設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換 部分21的第二表面之上，其間具有柵極絕緣層31。在半導(dǎo)體層11中，相鄰于柵電極32的 一端設(shè)置有n+區(qū)域25，其間具有柵極絕緣層31。 接觸部分41設(shè)置在每個(gè)柵電極32上。通過(guò)填充設(shè)置為圍繞每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21 的凹槽95所形成的反射層43設(shè)置在每個(gè)像素隔離區(qū)域12上。另外，設(shè)置了連接到其它晶 體管例如在信號(hào)電路部分(未示出)中的柵電極以及源極與漏極區(qū)域的接觸部分。柵極絕 緣層31和柵電極32覆蓋有絕緣層81。各接觸部分和反射層43用例如導(dǎo)電材料通過(guò)填充 設(shè)置在絕緣層81中的凹槽95形成。 反射層43由將傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的光反射到光電轉(zhuǎn)換部分21的材 料組成。例如，反射層43包括將長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量例如至少為近紅外光和紅外光反射到光電轉(zhuǎn) 換部分21的材料。反射層43可以反射除了長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量外的短波長(zhǎng)光分量，例如可見(jiàn)光、 近紫外光和紫外光。具有上述特性的材料的實(shí)例包括鎢。因此，優(yōu)選反射層43由單獨(dú)的鎢 層組成。作為選擇，優(yōu)選反射層43由包含鎢層的疊層組成。疊層的實(shí)例包括包含多晶硅層 和鎢層的疊層以及包含鎢層和硅化物層的疊層。通過(guò)填充凹槽95形成的反射層43必須具 有足夠的厚度，以防止長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量例如近紅外光和紅外光傳輸通過(guò)反射層43。
因?yàn)榉瓷鋵?3包括鎢層，所以傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分21的光可以反射到光電轉(zhuǎn) 換部分21。鎢層不是由相關(guān)技術(shù)中使用的用于鋁層的晶粒生長(zhǎng)形成。因此，幾乎不產(chǎn)生晶 粒邊界。因此，反射層43可以反射長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，例如近紅外光和紅外光，在鋁層中它們會(huì) 從晶粒邊界泄漏。 此外，第一互連線51連接到接觸部分41，并且第一互連線53連接到反射層43。 優(yōu)選連接到反射層43的每個(gè)第一互連線53的外形相似于或者大于圍繞光電轉(zhuǎn)換部分21 的反射層43的外形。此外，優(yōu)選第一互連線51和53由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組 成。因?yàn)槊總€(gè)第一互連線53采用單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層形成，所以傳輸通過(guò)反射 層43圍繞的區(qū)域的長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量可以反射到光電轉(zhuǎn)換部分21。因?yàn)榉瓷鋵?3設(shè)置成圍繞 每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的周邊并且連接到第一互連線53，所以傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分21的 光由第一互連線53和反射層43反射到光電轉(zhuǎn)換部分21。所反射的光分量可以允許再次進(jìn) 入光電轉(zhuǎn)換部分21而不是進(jìn)入其它像素。換言之，因?yàn)槊總€(gè)第一互連線53都具有使得通 過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分21的光分量再次進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21的功能，所以每個(gè)第一互連線53也 用作反射層。 第一互連線51和53分別通過(guò)通路孔54和55連接到第二互連線61和62。同樣， 第二互連線61和62分別通過(guò)通路孔64和65連接到第三互連線71和72。圖6的固態(tài)成 像裝置5包括具有三個(gè)互連層的互連疊層。本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例可以用于包括互連疊層的 固態(tài)成像裝置，該互連疊層具有四個(gè)或者更多的互連層。包括絕緣層81的絕緣層80設(shè)置 成覆蓋上述互連層。絕緣層80包括多個(gè)與互連設(shè)置狀態(tài)相一致的子絕緣層。半導(dǎo)體層ll 的第二表面覆蓋有信號(hào)電路部分(未示出)和互連疊層，該信號(hào)電路部分包括晶體管，例如傳輸晶體管、復(fù)位晶體管和放大晶體管，該互連疊層包括第一互連線51至53、通路孔54和 55、第二互連線61和62、通路孔64和65和第三互連線71和72。 在根據(jù)第五實(shí)施例的固態(tài)成像裝置5中，反射層43和第一互連線53用于將傳輸 通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的光反射到部分21，相鄰于光電轉(zhuǎn)換部分21相對(duì)其第一表面的 第二表面設(shè)置，即半導(dǎo)體層11相對(duì)于其第一表面的第二表面。如果進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分21的 光沒(méi)有完全由光電轉(zhuǎn)換部分21吸收，特別是易于傳輸通過(guò)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分21的長(zhǎng)波長(zhǎng) 光分量，例如近紅外光和紅外光，則可以由反射層43和第一互連線53反射回到光電轉(zhuǎn)換部 分21。換言之，一旦光傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分21，則可以由光電轉(zhuǎn)換部分21再次接收。因 此，充分增加光電轉(zhuǎn)換部分21接收的光量，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量。因此，可以改善光電轉(zhuǎn)換 部分21對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量的敏感性。因?yàn)榉瓷鋵?3和第一互連線53都由單獨(dú)的鎢層或者 包含鎢層的疊層組成，所以每個(gè)反射層43和第一互連線53的密度高于由晶粒生長(zhǎng)形成的 鋁層的密度。因此，反射層43和第一互連線53尤其可以反射長(zhǎng)波長(zhǎng)光分量，例如近紅外光 和紅外光。此外，在入射在半導(dǎo)體層11的第一表面(即光電轉(zhuǎn)換部分21的第一表面)上 的光中，沒(méi)有被各光電轉(zhuǎn)換部分21吸收的光分量由包括在半導(dǎo)體層11的第二表面中信號(hào) 電路部分中的反射層43和第一互連線53反射回到光電轉(zhuǎn)換部分21，因此防止由光泄漏到 周圍像素中引起的串?dāng)_。 為了制造根據(jù)第五實(shí)施例的固態(tài)成像裝置5，當(dāng)接觸部分41形成在每個(gè)柵電極32 上時(shí)，用作接觸部分的反射層43可以類似于柵電極32上的接觸部分41的方式形成在每個(gè) 像素隔離區(qū)域12上。例如，絕緣層81中的孔91填充有鎢，以形成接觸部分41。同樣，在每 個(gè)像素隔離區(qū)域12上絕緣層81中的凹槽95填充有鎢，因此形成反射層43。隨后，第一互 連線53設(shè)置成連接到光電轉(zhuǎn)換部分21之上的反射層43，同時(shí)形成第一互連線51以便連接 到接觸部分41。
在上述每個(gè)固態(tài)成像裝置1至5中，反射層(或者反射層段)43由鎢制造。反射層 43可以由包含鎢層下墊有硅化物層的疊層或者包含鎢層下墊有多晶硅層的疊層組成。在該 疊層的使用中，硅化物或者多晶硅層可以避免在下面的層(underlying layer)上的加工損 傷，該損傷通過(guò)加工所采用的鎢而造成。 圖7是成像設(shè)備200的框圖，現(xiàn)在，將參照?qǐng)D7描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例(應(yīng)用)的 成像設(shè)備200。 參照?qǐng)D7，成像設(shè)備200包括成像單元201 ，該成像單元201包括固態(tài)成像裝置(未 示出)。成像設(shè)備200還包括用于圖像形成的成像光學(xué)系統(tǒng)202。成像光學(xué)系統(tǒng)202設(shè)置 在成像單元201上游的光聚集側(cè)上。成像單元201連接到信號(hào)處理單元203，該信號(hào)處理單 元203包括用于驅(qū)動(dòng)成像單元201的驅(qū)動(dòng)電路和用于處理信號(hào)以產(chǎn)生圖像信號(hào)的信號(hào)處理 電路，這些信號(hào)由固態(tài)成像裝置的光電轉(zhuǎn)換獲得。信號(hào)處理單元203所獲得的圖像信號(hào)可 以存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)單元(未示出)。成像設(shè)備200可以包括上述實(shí)施例中所描述的固態(tài)成 像裝置1至5中的任何一個(gè)。 因?yàn)楦鶕?jù)本實(shí)施例的成像設(shè)備200包括根據(jù)上述實(shí)施例的固態(tài)成像裝置1至5中 的任何一個(gè)，所以在每個(gè)像素中的光電轉(zhuǎn)換部分可以具有如上描述的足夠的面積。有利的 是，可以改善每個(gè)像素的特性，例如敏感性。 根據(jù)本實(shí)施例的成像設(shè)備200的結(jié)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例可以應(yīng)用于包括固態(tài)成像裝置的成像設(shè)備。 上述固態(tài)成像裝置1至5中的每一個(gè)都可以實(shí)施為單個(gè)芯片或者模塊，其成像功 能由集成在一個(gè)封裝中的成像單元、信號(hào)處理單元和光學(xué)系統(tǒng)來(lái)獲得。本發(fā)明不僅可以應(yīng) 用于固態(tài)成像裝置，而且也可以應(yīng)用于成像設(shè)備。在此情況下，可以提供具有高圖像質(zhì)量的 成像設(shè)備。在這種情況下，"成像設(shè)備"意味著一種具有例如照相機(jī)或者成像功能的便攜式 裝置。術(shù)語(yǔ)"成像"不僅包括典型照相機(jī)攝影模式下的圖像捕獲，而且還包括廣義下的指紋 檢測(cè)。 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)，可以根據(jù)設(shè) 計(jì)要求和其它因素進(jìn)行各種修改、組合、子組合和替換。 本發(fā)明包含與2006年12月8日提交日本專利局的日本專利申請(qǐng)JP2006-331559 相關(guān)的主題，將其全文引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
一種固態(tài)成像裝置，包括光電轉(zhuǎn)換部分，設(shè)置在半導(dǎo)體層中，該半導(dǎo)體層具有光通過(guò)其進(jìn)入該光電轉(zhuǎn)換部分的第一表面；信號(hào)電路部分，設(shè)置在該半導(dǎo)體層相對(duì)于該第一表面的第二表面中，該信號(hào)電路部分處理由該光電轉(zhuǎn)換部分的光電轉(zhuǎn)換獲得的信號(hào)電荷；和反射層，設(shè)置在該半導(dǎo)體層相對(duì)于該第一表面的該第二表面上，該反射層將傳輸通過(guò)該光電轉(zhuǎn)換部分的光反射回，其中該反射層通過(guò)填充設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換部分之上的絕緣層中的孔形成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該反射層設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換部分之上的絕緣層中 所設(shè)置的孔的內(nèi)表面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括多晶硅電極層，在該光電轉(zhuǎn)換部分之上，在該多晶硅電極層和該光電轉(zhuǎn)換部分之間具 有絕緣層，其中該反射層設(shè)置在該多晶硅電極層上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中該多晶硅電極層上通過(guò)該反射層施加有偏壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中 該反射層設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換部分的周邊之上，并且 連接到該反射層的互連層延伸在該光電轉(zhuǎn)換部分之上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中在該光電轉(zhuǎn)換部分之上延伸的該互連層具有將傳輸通過(guò)該光電轉(zhuǎn)換部分的光反射回 的功能，并且該互連層由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成。
7. —種制造固態(tài)成像裝置的方法，包括如下步驟(a) 在半導(dǎo)體層中形成光電轉(zhuǎn)換部分，該半導(dǎo)體層具有光通過(guò)其進(jìn)入該光電轉(zhuǎn)換部分 的第一表面；以及(b) 在該半導(dǎo)體層相對(duì)于該第一表面的第二表面中形成信號(hào)電路部分，該信號(hào)電路部 分包括晶體管，用于提取由該光電轉(zhuǎn)換部分的光電轉(zhuǎn)換獲得的電信號(hào)，其中該步驟(b)包括子步驟，來(lái)形成連接到該信號(hào)電路部分中的每個(gè)晶體管的接觸部分，并且在該子步驟中，反射層形成在該半導(dǎo)體層相對(duì)于該第一表面的該第二表面上，該反射 層將傳輸通過(guò)該光電轉(zhuǎn)換部分的光反射回，并且通過(guò)填充設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換部分之上的絕 緣層中的孔形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該反射層在形成連接到該信號(hào)電路部分中每個(gè)晶體管的接觸部分的該子步驟中形成，并且該步驟(b)還包括形成連接到每個(gè)接觸部分的互連層的子步驟，從而該互連層延伸在 該光電轉(zhuǎn)換部分之上。
9. 一種成像設(shè)備，包括 聚光單元，聚集入射光；固態(tài)成像裝置，其接收由該聚光單元聚集的光，并且將該光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；禾口信號(hào)處理單元，其處理該電信號(hào)，其中該固態(tài)成像裝置包括光電轉(zhuǎn)換部分，設(shè)置在半導(dǎo)體層中，該半導(dǎo)體層具有光通過(guò)其進(jìn)入該光電轉(zhuǎn)換部分的 第一表面，信號(hào)電路部分，設(shè)置在該半導(dǎo)體層相對(duì)于該第一表面的第二表面中，該信號(hào)電路部分 提取由該光電轉(zhuǎn)換部分的光電轉(zhuǎn)換獲得的電信號(hào)；禾口反射層，設(shè)置在該半導(dǎo)體層相對(duì)于該第一表面的該第二表面上，該反射層將傳輸通過(guò) 該光電轉(zhuǎn)換部分的光反射回，并且該反射層通過(guò)填充設(shè)置在該光電轉(zhuǎn)換部分之上的絕緣層中的孔形成。
全文摘要
公開(kāi)了一種固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像裝置的制造方法和固態(tài)成像設(shè)備。該固態(tài)成像裝置包括下述元件。光電轉(zhuǎn)換部分設(shè)置在半導(dǎo)體層中，該半導(dǎo)體層具有光通過(guò)其進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換部分的第一表面。信號(hào)電路部分設(shè)置在半導(dǎo)體層相對(duì)于第一表面的第二表面中。信號(hào)電路部分處理由光電轉(zhuǎn)換部分的光電轉(zhuǎn)換獲得的信號(hào)電荷。反射層設(shè)置在半導(dǎo)體層相對(duì)于第一表面的第二表面上。反射層將傳輸通過(guò)光電轉(zhuǎn)換部分的光反射回。反射層由單獨(dú)的鎢層或者包含鎢層的疊層組成。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101789438SQ201010129350
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者秋山健太郎 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社