本申請是申請日為2013年12月19日、發(fā)明名稱為“固態(tài)攝像單元和電子裝置”的申請?zhí)枮?01380069737.2專利申請的分案申請。

本發(fā)明涉及一種層疊式固態(tài)攝像單元和電子裝置，所述層疊式固態(tài)攝像單元包括例如在半導(dǎo)體基板上的光電轉(zhuǎn)換器件。

背景技術(shù)：

近年來，在諸如ccd(電荷耦合器件)和cmos(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器等固態(tài)攝像單元中，進(jìn)入像素的光子數(shù)隨著像素尺寸減小而減少，因此擔(dān)心靈敏度降低。因此，采用所謂的層疊式固態(tài)攝像單元作為能夠?qū)崿F(xiàn)提高靈敏度的固態(tài)攝像單元。在層疊式固態(tài)攝像單元中，能夠通過在由硅等制成的半導(dǎo)體基板的上方形成光電轉(zhuǎn)換層來提高光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的孔徑比。

另一方面，已經(jīng)提出了r、g和b各種顏色的光電二極管縱向?qū)盈B的縱向光譜固態(tài)攝像單元，在此構(gòu)造中，能夠在不使用濾色器的情況下獲得r、g和b各種顏色信號。因此，消除了濾色器造成的光損失，并且能夠使幾乎全部的入射光用于光電轉(zhuǎn)換，從而提高圖像質(zhì)量。特別地，作為這樣的縱向光譜固態(tài)攝像單元，在硅基板上方形成有不同于硅的光電轉(zhuǎn)換層這一構(gòu)造受到了關(guān)注。與所有的r、g和b光電二極管都形成在硅基板中的情況相比，這一構(gòu)造能夠改善色彩分離特性。

然而，當(dāng)在硅基板中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和電荷存儲時(shí)使用的典型的埋入型光電二極管構(gòu)造無法應(yīng)用于上述的層疊式固態(tài)攝像單元。因此，設(shè)置有被構(gòu)造用來將硅基板的內(nèi)部和外部彼此電連接的接觸部；然而，該接觸部導(dǎo)致了暗電流的產(chǎn)生。

為了抑制這樣的暗電流的產(chǎn)生，已經(jīng)提出了如下技術(shù)：不在硅基板中的電荷存儲層(雜質(zhì)擴(kuò)散層)而是在放大晶體管的柵極電極中存儲由光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷(例如，參考ptl1和2)。

引用列表

專利文獻(xiàn)

ptl1：日本待審查專利公開第2010-80953號；

ptl2：日本待審查專利公開第2011-87544號。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像裝置包括：光電轉(zhuǎn)換器，所述光電轉(zhuǎn)換器包括有機(jī)光電轉(zhuǎn)換元件；傳輸晶體管，所述傳輸晶體管與所述光電轉(zhuǎn)換器耦合；浮動擴(kuò)散區(qū)，所述浮動擴(kuò)散區(qū)與所述傳輸晶體管耦合；以及放大晶體管，所述放大晶體管與所述浮動擴(kuò)散區(qū)耦合，其中，所述傳輸晶體管包括氧化物半導(dǎo)體層的至少一部分。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種攝像裝置，其包括：有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層；電極，所述電極與所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層重疊；氧化物半導(dǎo)體層，所述氧化物半導(dǎo)體層位于所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層和所述電極之間；以及放大晶體管，其中，所述電極被構(gòu)造成將來自所述有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層的載流子經(jīng)由所述氧化物半導(dǎo)體層傳輸?shù)剿龇糯缶w管。

附圖說明

圖1是圖示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固態(tài)攝像單元的示意性構(gòu)造的示意性截面圖。

圖2是圖示了圖1所示的光電轉(zhuǎn)換器件與晶體管之間的連接關(guān)系的等效電路圖。

圖3是圖示了圖1所示的寬帶隙半導(dǎo)體層和柵極電極的布局示例的示意性平面圖。

圖4a是用于說明圖3所示的柵極電極的柵極長度所產(chǎn)生的作用的示意圖。

圖4b是用于說明圖3所示的柵極電極的柵極長度所產(chǎn)生的作用的示意圖。

圖5是圖示了根據(jù)比較例的固態(tài)攝像單元的示意性構(gòu)造的示意性截面圖。

圖6是用于說明通過寬帶隙半導(dǎo)體來抑制暗電流的效果的示意圖。

圖7是圖示了根據(jù)變型例1的固態(tài)攝像單元的示意性構(gòu)造的示意性截面圖。

圖8是圖示了根據(jù)變型例2的固態(tài)攝像單元的示意性構(gòu)造的示意性截面圖。

圖9是圖示了根據(jù)變型例3的固態(tài)攝像單元的示意性構(gòu)造的示意性截面圖。

圖10是圖示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固態(tài)攝像單元的示意性構(gòu)造的示意性截面圖。

圖11是圖示了圖10所示的光電轉(zhuǎn)換器件與晶體管之間的連接關(guān)系的等效電路圖。

圖12是圖示了圖10所示的晶體管和光電二極管的布局示例的示意性平面圖。

圖13是圖示了圖10所示的復(fù)位晶體管的布局的示意性平面圖。

圖14是圖示了根據(jù)變型例4的固態(tài)攝像單元的示意性構(gòu)造的示意性截面圖。

圖15是圖示了根據(jù)變型例5的固態(tài)攝像單元的示意性構(gòu)造的示意性截面圖。

圖16是圖示了根據(jù)變型例6的固態(tài)攝像單元的示意性構(gòu)造的示意性截面圖。

圖17是圖示了根據(jù)變型例7的固態(tài)攝像單元的示意性構(gòu)造的示意性截面圖。

圖18是圖示了圖1和圖10中所示的任意固態(tài)攝像單元的整體構(gòu)造的功能模塊圖。

圖19是圖示了使用圖1和圖10中所示的任意固態(tài)攝像單元的電子裝置的示意性構(gòu)造的框圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的一些實(shí)施例。注意，將以下面的順序給出說明。

1.第一實(shí)施例(下述固態(tài)攝像單元(4tr)的示例：其中，傳輸晶體管的源極也用作光電轉(zhuǎn)換器件的下電極且傳輸晶體管的漏極與放大晶體管的柵極連接)

2.變型例1(使用遮光層的情況下的示例)

3.變型例2(使用uv截止濾色器的情況下的示例)

4.變型例3(所有4個(gè)晶體管的有源層和源極/漏極都由寬帶隙半導(dǎo)體形成的情況下的示例)

5.第二實(shí)施例(下述固態(tài)攝像單元(3tr)的示例：放大晶體管的柵極以及由寬帶隙半導(dǎo)體制成的復(fù)位晶體管的源極與光電轉(zhuǎn)換器件的下電極連接)

6.變型例4(使用遮光層的情況下的示例)

7.變型例5(使用遮光層的情況下的另一個(gè)示例)

8.變型例6(使用uv截止濾色器的情況下的示例)

9.變型例7(所有3個(gè)晶體管的有源層和源極/漏極都由寬帶隙半導(dǎo)體形成的情況下的示例)

9.應(yīng)用例1(固態(tài)攝像單元的整體構(gòu)造例)

10.應(yīng)用例2(電子裝置(相機(jī))的示例)

<第一實(shí)施例>

[構(gòu)造]

圖1示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固態(tài)攝像單元(固態(tài)攝像單元1)的截面構(gòu)造。固態(tài)攝像單元1例如可以是ccd或cmos圖像傳感器等等。注意，圖1圖示了與將在下文中說明的像素部(圖18所示的像素部1a)的一個(gè)像素相對應(yīng)的區(qū)域。此外，下面將以正面照射型構(gòu)造作為示例進(jìn)行說明；然而，可以采用背面照射型構(gòu)造。

在固態(tài)攝像單元1中，例如，光電轉(zhuǎn)換器件10可以形成在由硅(si)制成的半導(dǎo)體基板11的表面s1(電路形成面)上，并且在光電轉(zhuǎn)換器件10與表面s1之間設(shè)置有多層布線層12。例如，在半導(dǎo)體基板11的表面s1上可以設(shè)置多個(gè)像素晶體管作為被構(gòu)造用來進(jìn)行從光電轉(zhuǎn)換器件10的信號讀取的驅(qū)動器件。更加具體地，一共形成四個(gè)晶體管，即，傳輸晶體管tr1(trf)、復(fù)位晶體管tr2(rst)、放大晶體管tr3(amp)和選擇晶體管tr4(sel)(在下文中，可以分別簡稱為“晶體管tr1至tr4”)。固態(tài)攝像單元1具有所謂的4tr構(gòu)造，在該4tr構(gòu)造中，借助于這四個(gè)晶體管tr1至tr4從光電轉(zhuǎn)換器件10進(jìn)行信號讀取。在半導(dǎo)體基板11的表面s1上，設(shè)置有這樣的晶體管tr1至tr4，并且形成有由邏輯電路等構(gòu)成的周邊電路。將在后面說明晶體管tr1至tr4的具體構(gòu)造。

(光電轉(zhuǎn)換器件10)

光電轉(zhuǎn)換器件10例如可以是有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件，該有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件被構(gòu)造為通過借助于有機(jī)半導(dǎo)體對選擇的波長的光(例如，綠光)或?qū)θ康牟ㄩL的光進(jìn)行吸收來產(chǎn)生電子-空穴對。光電轉(zhuǎn)換器件10具有這樣的構(gòu)造：有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15被夾在作為被構(gòu)造用來提取電荷的電極對的下電極13a(第一電極)與上電極16(第二電極)之間。在下電極13a上形成有具有開口h的像素間絕緣膜14，且各像素的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域通過像素間絕緣膜14而被彼此隔離。在上電極16上形成有保護(hù)膜，必要時(shí)，可以形成有平坦化膜和片上透鏡等等。下面將詳細(xì)說明各個(gè)組件。

下電極13a可以是針對每個(gè)像素而設(shè)置的，且從下電極13a提取出的電荷(例如，電子)作為信號電荷而被讀取。在本實(shí)施例中，如將在后面詳細(xì)說明，該下電極13a用作有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15中產(chǎn)生的電荷的存儲層，且與傳輸晶體管tr1的端子部(例如，源極)相對應(yīng)，并且被構(gòu)造為包含寬帶隙半導(dǎo)體。

像素間絕緣膜14例如可以由氧化硅、氮化硅和氮氧化硅(sion)中的一種制成的單層膜或由它們中的兩種以上制成的層壓膜構(gòu)成。像素間絕緣膜14具有使各像素的下電極13a彼此電隔離的功能。

有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15構(gòu)造為對選擇的波長或全部的波長的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，且可以期望地包含p型和n型有機(jī)半導(dǎo)體中的一者或兩者。作為這樣的有機(jī)半導(dǎo)體，可以優(yōu)選使用喹吖啶酮衍生物、萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、并四苯衍生物、芘衍生物、苝衍生物和熒蒽衍生物中的一種?？商娲?，可以使用諸如苯撐乙烯、芴、咔唑、吲哚、芘、吡咯、甲基吡啶、噻吩、乙炔或丁二炔等聚合物及其衍生物。此外，可以優(yōu)選使用金屬絡(luò)合染料、基于花青的染料、基于部花青的染料、基于苯基呫噸的染料、基于三苯甲烷的染料、基于復(fù)合份菁的染料、基于呫噸的染料、基于大環(huán)氮雜輪烯的染料、基于甘菊環(huán)的染料、萘醌、基于蒽醌的染料、稠多環(huán)芳香基團(tuán)(例如，蒽或芘等)、通過稠合芳香環(huán)或雜環(huán)化合物而制備的鏈狀化合物、具有作為結(jié)合鏈的方酸鹽基團(tuán)和克酮酸次甲基基團(tuán)的喹啉、兩個(gè)及以上含氮雜環(huán)(例如，苯并噻唑或苯并惡唑等)、通過方酸鹽基團(tuán)和克酮酸次甲基基團(tuán)鍵合的類花青染料等等。注意，作為上述的金屬絡(luò)合染料，基于二巰酚金屬絡(luò)合物的染料、金屬酞菁染料、金屬卟啉染料或釕絡(luò)合物染料可以是優(yōu)選的；然而，所述金屬絡(luò)合染料不限于此。

有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15可以至少形成在與用作光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的開口h面對的區(qū)域內(nèi)；然而，有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15也可以期望地形成在開口h以外的區(qū)域以覆蓋與將在后面說明的寬帶隙半導(dǎo)體層13面對的區(qū)域。在這種情況下，寬帶隙半導(dǎo)體層13例如可以由將在后面說明的氧化物半導(dǎo)體制成；然而，在這種情況下，針對特別是在短波長區(qū)域(例如，400nm或更小)內(nèi)氧化物半導(dǎo)體吸收的波長而言，晶體管特性容易發(fā)生變化。因此，當(dāng)有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15形成在半導(dǎo)體層13的上方時(shí)，能夠使這樣的短波長受到有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15的阻擋，從而抑制晶體管特性的劣化。注意，在有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15與下電極13a之間以及有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15與上電極16之間可以設(shè)置有任何其它未圖示的層。例如，從下電極13a開始可以依次層疊有底涂覆膜、電子阻擋膜、有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15、空穴阻擋膜、緩沖膜和功函數(shù)調(diào)整膜等。

上電極16由具有透光性的導(dǎo)電膜構(gòu)成。這樣的導(dǎo)電膜的示例可以包括ito(銦錫氧化物)。然而，作為下電極13a的材料，除了ito以外，還可以使用摻雜有摻雜劑的基于二氧化錫(sno2)的材料或摻雜有摻雜劑的基于氧化鋅(zno)的材料?；谘趸\的材料的示例可以包括含有鋁(al)作為摻雜劑的鋁鋅氧化物(azo)、含有鎵(ga)作為摻雜劑的鎵鋅氧化物(gzo)和含有銦(in)作為摻雜劑的銦鋅氧化物(izo)。此外，除了上述這些以外，還可以使用cui、insbo4、znmgo、cuino2、mgin2o4、cdo和znsno3等等。注意，當(dāng)從下電極13a讀取信號電荷(電子)時(shí)，從上電極16提取出的電荷(例如，空穴)被排出；因此，各像素的上電極16可以彼此隔離，或者上電極16可以被形成為各像素的共用電極。

(晶體管tr1至tr4)

傳輸晶體管tr1、復(fù)位晶體管tr2、放大晶體管tr3和選擇晶體管tr4例如均可以是具有三個(gè)端子，即柵極、源極和漏極的場效應(yīng)薄膜晶體管(tft)。

在本實(shí)施例中，這些晶體管tr1至tr4中的復(fù)位晶體管tr2、放大晶體管tr3和選擇晶體管tr4形成在半導(dǎo)體基板11的表面s1上(更加具體地，接近于半導(dǎo)體基板11與多層布線層12之間的界面)。例如，晶體管tr2至tr4的有源層和源極/漏極層(起到源極或漏極作用的層)114形成在半導(dǎo)體基板11的表面s1的表面層的p型半導(dǎo)體阱區(qū)域內(nèi)。晶體管tr2至tr4的柵極電極111、112和113形成在半導(dǎo)體基板11的表面s1上，在柵極電極111、112和113與該表面s1之間具有絕緣膜。源極/漏極層114以被埋入作為半導(dǎo)體基板11中的n型雜質(zhì)擴(kuò)散層的形式而形成。此外，在這種情況下，復(fù)位晶體管tr2與放大晶體管tr3之間共用源極/漏極層114，且放大晶體管tr3與選擇晶體管tr4之間共用源極/漏極層114。注意，除了傳輸晶體管tr1以外，晶體管tr2至tr4都可以被像素(例如，相鄰像素)共用。

圖2圖示了包括有光電轉(zhuǎn)換器件10和晶體管tr1至tr4的像素電路的示例。因此，本實(shí)施例的像素電路包括一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件和四個(gè)晶體管tr1至tr4，且光電轉(zhuǎn)換器件10的陰極與傳輸晶體管tr1的源極和漏極中的一個(gè)端子(例如，源極)連接。傳輸晶體管tr1的另一個(gè)端子(例如，漏極)與放大晶體管tr3的柵極(柵極電極112)和復(fù)位晶體管tr2的端子(例如，源極)連接。放大晶體管tr3的漏極例如可以與復(fù)位晶體管tr2的漏極連接，且放大晶體管tr3的源極例如可以與選擇晶體管tr4的源極連接。選擇晶體管tr4的漏極例如可以與將在后面說明的垂直信號線lsig連接。選擇晶體管tr4的柵極(柵極電極113)與將在后面說明的像素驅(qū)動線lread連接。

如上所述，包括晶體管tr1至tr4中的放大晶體管tr3在內(nèi)的晶體管tr2至tr4形成在半導(dǎo)體基板11的表面s1上，而傳輸晶體管tr1設(shè)置在半導(dǎo)體基板11上方的多層布線層12上。

傳輸晶體管tr1包括含有這樣半導(dǎo)體的有源層(有源層13c)：該半導(dǎo)體的帶隙比半導(dǎo)體基板11的材料(例如，硅)的帶隙更大(在下文中，該半導(dǎo)體被稱為“寬帶隙半導(dǎo)體”)。用作傳輸晶體管tr1的源極的區(qū)域也用作下電極13a。更加具體地，傳輸晶體管tr1包括設(shè)置在多層布線層12上的寬帶隙半導(dǎo)體層13和被布置為與寬帶隙半導(dǎo)體層13的一部分面對的柵極電極120。寬帶隙半導(dǎo)體層13的與柵極電極120面對的部分起到有源層13c的作用，并且寬帶隙半導(dǎo)體層13還包括與有源層13c相鄰且起到源極和下電極13a的作用的區(qū)域以及起到漏極作用的部位(fd13b)。起到漏極作用的fd13b形成所謂的浮動擴(kuò)散區(qū)。如上所述，該fd13b可以通過例如形成于多層布線層12中的布線層121與放大晶體管tr3的柵極電極112連接。此外，該fd13b也與復(fù)位晶體管tr2的源極/漏極層114連接。

寬帶隙半導(dǎo)體層13可以由寬帶隙半導(dǎo)體制成，例如，含有銦(in)、鋅(zn)和鎵(ga)等中的一種或多種的氧化物半導(dǎo)體。

圖3圖示了寬帶隙半導(dǎo)體層13和柵極電極120的平面(沿著半導(dǎo)體基板11的面s1的平面)布局的示例。在寬帶隙半導(dǎo)體層13中，下電極13a例如可以具有覆蓋著光電轉(zhuǎn)換器件10的受光區(qū)域(與開口h面對的區(qū)域)的方形或矩形形狀。寬帶隙半導(dǎo)體層13可以具有從下電極13a的上述形狀的一角沿著預(yù)定方向突出的突出部(突出部13bc)，且柵極電極120以跨越突出部13bc的一部分的方式布置。突出部13bc的從柵極電極120露出的部位用作fd13b。

在傳輸晶體管tr1中，柵極電極120的柵極長度可以期望地設(shè)定為預(yù)定長度或更長。在這種情況下，如圖4a所示，當(dāng)傳輸晶體管tr1的柵極長度長(a＝a1)時(shí)，在截止?fàn)顟B(tài)下不大可能產(chǎn)生從下電極13a至fd13b的泄漏電流(暗電流)；然而，如圖4b所示，當(dāng)所述柵極長度太短(a＝a2)時(shí)，暗電流更加可能因短溝道效應(yīng)而增大。因此，傳輸晶體管tr1的柵極長度可以期望地被設(shè)定為能夠使短溝道效應(yīng)導(dǎo)致的暗電流受到抑制的長度或更長。

[作用和效果]

在上述的固態(tài)攝像單元1中，當(dāng)光從上電極16進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器件10時(shí)，由有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15檢測(吸收)進(jìn)入光的一部分或全部。因此，在有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15中，產(chǎn)生電子-空穴對，且電子-空穴對中的一者(例如，電子)作為信號電荷被讀取。注意，下面說明從下電極13a讀取信號電荷和電子的情況作為示例。

更加具體地，首先，在電荷存儲狀態(tài)(復(fù)位晶體管tr2和傳輸晶體管tr1截止的狀態(tài))下，下電極13a被復(fù)位至預(yù)定電壓，并且比復(fù)位電壓相對更低的電壓被施加至上電極16。因此，有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15中產(chǎn)生的電子-空穴對中的電子被引導(dǎo)至具有相對高電勢的下電極13a(空穴被引導(dǎo)至上電極16)。

在這種情況下，在本實(shí)施例中，傳輸晶體管tr1包括含有寬帶隙半導(dǎo)體的有源層13c，且傳輸晶體管tr1的源極用作下電極13a。因此，在傳輸晶體管tr1處于截止的狀態(tài)下，有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15中產(chǎn)生的電子被引導(dǎo)至下電極13a以存儲于下電極13a中(傳輸晶體管tr1的源極起到電荷存儲層的作用)。

在讀取操作期間內(nèi)，存儲于下電極13a中的電子被傳輸至fd13b。更加具體地，預(yù)定的導(dǎo)通電勢被施加于傳輸晶體管tr1的柵極電極120，傳輸晶體管tr1導(dǎo)通，存儲于下電極13a中的電荷(電子)被傳輸至fd13b。被傳輸至fd13b的電荷通過放大晶體管tr3和選擇晶體管tr4等被讀取至將在后面說明的垂直信號線lsig作為電壓信號。

在讀取操作后，當(dāng)復(fù)位晶體管tr2和傳輸晶體管tr1都導(dǎo)通時(shí)，fd13b以及放大晶體管tr3的柵極電極112可以相應(yīng)地被復(fù)位至電源電壓vdd。因此，下電極13a被耗盡，此后，當(dāng)傳輸晶體管tr1截止時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)變至上述的電荷存儲狀態(tài)。

(比較例)

圖5圖示了根據(jù)比較例的固態(tài)攝像單元的截面構(gòu)造。在本比較例中，與本實(shí)施例的固態(tài)攝像單元一樣，光電轉(zhuǎn)換器件1010形成在半導(dǎo)體基板1011的表面s1上，在光電轉(zhuǎn)換器件1010與半導(dǎo)體基板1011之間設(shè)置有多層布線層1012。光電轉(zhuǎn)換器件1010是通過將有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層1014和上電極1015層疊在下電極1013上而構(gòu)成的。此外，在半導(dǎo)體基板1011的表面s1上形成有被構(gòu)造用來進(jìn)行從光電轉(zhuǎn)換器件1010的信號讀取的多個(gè)晶體管(在這種情況下，為了簡化，僅圖示了復(fù)位晶體管tr101和放大晶體管tr102)。在比較例中的這樣的層疊式固態(tài)攝像單元的構(gòu)造中，被下電極1013提取出的電子存儲在形成于半導(dǎo)體基板1011的表面層中的n型雜質(zhì)擴(kuò)散層1019內(nèi)。

在本比較例中，有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層1014中產(chǎn)生的電子通過下電極1013和布線線路1020而被存儲在半導(dǎo)體基板1011中形成的n型雜質(zhì)擴(kuò)散層1019中。此時(shí)，n型雜質(zhì)擴(kuò)散層1019形成于半導(dǎo)體基板1011的p型阱區(qū)域內(nèi)；因此，出現(xiàn)了pn結(jié)，且在該pn結(jié)的界面處形成了耗盡層。當(dāng)硅與氧化硅之間的具有大量缺陷的界面與這樣的耗盡層接觸時(shí)，暗電流產(chǎn)生，從而導(dǎo)致了器件特性的劣化。

另一方面，在本實(shí)施例中，如上所述，傳輸晶體管tr1的源極也用作光電轉(zhuǎn)換器件10的下電極13a，且傳輸晶體管tr1的漏極(fd13b)與放大晶體管tr3的柵極電極112連接。因此，在從光電轉(zhuǎn)換器件10至半導(dǎo)體基板11的電荷傳輸路徑(至少從下電極13a至fd13b的路徑)中不會形成pn結(jié)，且比較例中的由耗盡層造成的暗電流的產(chǎn)生受到抑制。

此外，傳輸晶體管tr1的源極起到光電轉(zhuǎn)換器件10的下電極13a的作用并且也起到電荷存儲層的作用。因?yàn)樵搨鬏斁w管tr1包括含有寬帶隙半導(dǎo)體(例如，氧化物半導(dǎo)體)的有源層13a，所以在傳輸晶體管tr1中不大可能產(chǎn)生空穴-電子對x1，且因?yàn)樯贁?shù)載流子濃度小，所以由空穴-電子對x1造成的暗電流的產(chǎn)生和由來自柵極電極120下方的擴(kuò)散電流x2造成的暗電流的產(chǎn)生均受到抑制(參照圖6)。

如上所述，在本實(shí)施例中，在光電轉(zhuǎn)換器件10設(shè)置在半導(dǎo)體基板11上這樣的構(gòu)造中，傳輸晶體管tr1的源極也用作光電轉(zhuǎn)換器件10的下電極13a，且傳輸晶體管tr1的漏極與放大晶體管tr3的柵極電極112連接。因此，在從光電轉(zhuǎn)換器件10至半導(dǎo)體基板11的電荷傳輸路徑中不會形成pn結(jié)，并且因此能夠使由pn結(jié)界面處的耗盡層造成的暗電流生成受到抑制。此外，通過將寬帶隙半導(dǎo)體包含于傳輸晶體管tr1的有源層13c中，能夠抑制由擴(kuò)散電流或傳輸晶體管tr1中產(chǎn)生的少數(shù)電荷造成的暗電流生成。因此，能夠抑制暗電流的產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)具有高可靠性的單元構(gòu)造。

接著，下面將說明上述的第一實(shí)施例的固態(tài)攝像單元1的變型例(變型例1至3)。在下面的說明中，用相同的附圖標(biāo)記來表示與上述實(shí)施例相同的組件，并且將不作進(jìn)一步說明。

<變型例1>

圖7示意性地圖示了根據(jù)變型例1的固態(tài)攝像單元的截面構(gòu)造。在上述的第一實(shí)施例中，有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15被形成為覆蓋與寬帶隙半導(dǎo)體層13面對的區(qū)域以保護(hù)寬帶隙半導(dǎo)體層13不受短波長區(qū)域內(nèi)的光的影響；然而，像本變型例一樣，可以設(shè)置遮光層17。遮光層17可以由與形成有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15的有機(jī)半導(dǎo)體不同的材料(例如，鎢等)制成。即使在這樣的構(gòu)造中，也能夠抑制由于光施加至寬帶隙半導(dǎo)體層13而導(dǎo)致的晶體管特性的變化。

<變型例2>

圖8示意性地圖示了根據(jù)變型例2的固態(tài)攝像單元的截面構(gòu)造。在上述的第一實(shí)施例中，有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15被形成為覆蓋與寬帶隙半導(dǎo)體層13面對的區(qū)域以保護(hù)寬帶隙半導(dǎo)體層13不受短波長區(qū)域內(nèi)的光的影響；然而，像本變型例一樣，例如，可以在光電轉(zhuǎn)換器件10的入光側(cè)設(shè)置被構(gòu)造用來阻擋80％以上的紫外線輻射(uv)的uv截止濾色器18。即使在這樣的構(gòu)造中，也能夠抑制由于施加至寬帶隙半導(dǎo)體層13的光而導(dǎo)致的晶體管特性的變化。

<變型例3>

圖9示意性地圖示了根據(jù)變型例3的固態(tài)攝像單元的截面構(gòu)造。在上述的第一實(shí)施例中，四個(gè)晶體管tr1至tr4中僅傳輸晶體管tr1由多層布線層上的寬帶隙半導(dǎo)體形成；然而，所有這四個(gè)晶體管tr1至tr4都可以由寬帶隙半導(dǎo)體形成。

具體地，寬帶隙半導(dǎo)體層19設(shè)置在多層布線層12上，該寬帶隙半導(dǎo)體層19被構(gòu)造為包括傳輸晶體管tr1、復(fù)位晶體管tr2、放大晶體管tr3和選擇晶體管tr4的有源層和源極/漏極。

更加具體地，與上述的實(shí)施例一樣，傳輸晶體管tr1包括寬帶隙半導(dǎo)體層19和被布置成與寬帶隙半導(dǎo)體層19的一部分面對的柵極電極120。寬帶隙半導(dǎo)體層19包括：與柵極電極120面對的起到有源層c1的作用的部分、被布置為與有源層c1相鄰以起到光電轉(zhuǎn)換器件10的源極和下電極19a的作用的區(qū)域以及起到漏極作用的部分(fd19b)。寬帶隙半導(dǎo)體層19由與上述的第一實(shí)施例的寬帶隙半導(dǎo)體層13相同的材料制成，且下電極19a的功能和形狀等等與上述的下電極13a相同。

在本變型例中，復(fù)位晶體管tr2、放大晶體管tr3和選擇晶體管tr4各自的柵極電極111、112和113被設(shè)置為與寬帶隙半導(dǎo)體層19的一部分面對。寬帶隙半導(dǎo)體層19從傳輸晶體管tr1的fd19b開始依次包括復(fù)位晶體管tr2的有源層c2、放大晶體管tr3的有源層c3和選擇晶體管tr4的有源層c4。有源層c2、c3和c4被形成為分別與柵極電極111、112和113面對。

在這樣的寬帶隙半導(dǎo)體層19中，傳輸晶體管tr1的漏極(fd19b)起到浮動擴(kuò)散區(qū)的作用，并且也可以用作例如復(fù)位晶體管tr2的源極。有源層c2與c3之間的區(qū)域例如可以用作復(fù)位晶體管tr2與放大晶體管tr3共用的源極d1。有源層c3與c4之間的區(qū)域例如可以用作放大晶體管tr3與選擇晶體管tr4共用的源極d2。選擇晶體管tr4的漏極d3通過布線線路122連接至將在后面說明的垂直信號線lsig。此外，傳輸晶體管tr1的漏極(復(fù)位晶體管tr2的源極)通過布線線路121與放大晶體管tr3的柵極電極112連接。

像本變型例一樣，可以采用所有四個(gè)晶體管tr1至tr4都利用寬帶隙半導(dǎo)體形成這樣的構(gòu)造，即使在這種情況下，也能夠獲得與上述的第一實(shí)施例類似的效果。此外，在這一構(gòu)造中，可以利用寬帶隙半導(dǎo)體層19進(jìn)行所有下述操作：電荷的復(fù)位、存儲、轉(zhuǎn)移以及源極跟隨器中的信號放大。

注意，在本變型例中，以利用寬帶隙半導(dǎo)體形成所有四個(gè)晶體管tr1至tr4的構(gòu)造作為例子；然而，變型例不限于此，且可以利用寬帶隙半導(dǎo)體形成四個(gè)晶體管tr1至tr4中的兩個(gè)或三個(gè)晶體管(至少包括傳輸晶體管tr1和復(fù)位晶體管tr2)。例如，可以采用這樣的構(gòu)造：傳輸晶體管tr1和復(fù)位晶體管tr2由寬帶隙半導(dǎo)體形成并且其它兩個(gè)晶體管形成在半導(dǎo)體基板11的表面s1上?？商娲?，可以采用這樣的構(gòu)造：傳輸晶體管tr1、復(fù)位晶體管tr2和放大晶體管tr3由寬帶隙半導(dǎo)體形成且選擇晶體管tr4形成在半導(dǎo)體基板11的表面s1上。

此外，在上述的第一實(shí)施例和變型例1至3中，將正面照射型固態(tài)攝像單元的構(gòu)造作為示例進(jìn)行說明；然而，上述的4tr構(gòu)造(即，含有寬帶隙半導(dǎo)體的傳輸晶體管tr1既用作光電轉(zhuǎn)換器件10的下電極13a(19a)又用作浮動擴(kuò)散區(qū)的構(gòu)造)可應(yīng)用于背面照射型固態(tài)攝像單元。此外，固態(tài)攝像單元可以是任何層疊式固態(tài)攝像單元(半導(dǎo)體上的包括光電轉(zhuǎn)換層的層疊式固態(tài)攝像單元)，諸如將在后面說明的縱向光譜固態(tài)攝像單元以及多種顏色的光電轉(zhuǎn)換器件二維地(例如，以拜耳陣列的方式)布置于半導(dǎo)體基板11上的固態(tài)攝像單元。

<第二實(shí)施例>

[構(gòu)造]

圖10示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固態(tài)攝像單元(固態(tài)攝像單元2)的截面構(gòu)造。與根據(jù)上述的第一實(shí)施例的固態(tài)攝像單元一樣，固態(tài)攝像單元2例如可以是ccd或cmos圖像傳感器等等。注意，圖10圖示了與將在后面說明的像素部(圖18所示的像素部1a)的一個(gè)像素相對應(yīng)的區(qū)域。此外，下面將說明背面照射型構(gòu)造作為示例；然而，可以采用正面照射型構(gòu)造。在下面的說明中，用相同的附圖標(biāo)記來表示與上述實(shí)施例相同的部件，并且將不作進(jìn)一步說明。

在固態(tài)攝像單元2中，光電轉(zhuǎn)換器件10a可以形成在半導(dǎo)體基板11的表面s1(受光側(cè)表面)上，光電轉(zhuǎn)換器件10a與表面s1之間例如具有層間絕緣膜123，且多層布線層12可以形成在半導(dǎo)體基板11的表面s2(電路形成面)上。在本實(shí)施例中，作為被構(gòu)造用來從光電轉(zhuǎn)換器件10a進(jìn)行信號讀取的驅(qū)動器件，例如多個(gè)像素晶體管可以設(shè)置在半導(dǎo)體基板11的表面s2上。更加具體地，一共形成三個(gè)晶體管，即，復(fù)位晶體管tr5(rst)、放大晶體管tr6(amp)和選擇晶體管tr7(sel)(在下文中，可以被分別簡稱為“晶體管tr5至tr7”)。固態(tài)攝像單元2具有所謂的3tr構(gòu)造：其中，利用這三個(gè)晶體管tr5至tr7進(jìn)行從光電轉(zhuǎn)換器件10a的信號讀取。在半導(dǎo)體基板11的表面s2上，設(shè)置有這些晶體管tr5至tr7，且形成有由邏輯電路等構(gòu)成的周邊電路。將在后面說明晶體管tr5至tr7的具體構(gòu)造。

固態(tài)攝像單元2具有這樣的構(gòu)造：被構(gòu)造用來有選擇性地檢測彼此不同的波長區(qū)域內(nèi)的光以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換器件沿著縱向堆疊。更加具體地，在固態(tài)攝像單元2中，例如，使用有機(jī)半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換器件10a可以設(shè)置在半導(dǎo)體基板11上，且例如，兩個(gè)光電二極管11b和11r可以被形成為埋入半導(dǎo)體基板11內(nèi)。在這樣的構(gòu)造的情況下，沿著縱向進(jìn)行紅色(r)、綠色(g)和藍(lán)色(b)的各自顏色信號的光譜采集，并且在不使用濾色器的情況下在一個(gè)像素中獲得多種顏色信號。

(光電轉(zhuǎn)換器件10a)

光電轉(zhuǎn)換器件10a例如可以是這樣的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件：被構(gòu)造用來通過利用有機(jī)半導(dǎo)體對選擇的波長的光(例如，綠光)進(jìn)行吸收來產(chǎn)生電子-空穴對。此外，光電轉(zhuǎn)換器件10a具有這樣的構(gòu)造：其中，有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15設(shè)置在作為被構(gòu)造用來提取由光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷的電極對的下電極20(第一電極)與上電極16(第二電極)之間。此外，與上述的第一實(shí)施例一樣，各像素的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域被像素間絕緣膜14彼此隔離。在這種情況下，下電極20和像素間絕緣膜14的表面是平坦化的。此外，在上電極16上形成有保護(hù)膜，必要時(shí)，可以形成有平坦化膜和片上透鏡等等。注意，綠色(g)例如可以是與從495nm至570nm(包括兩端值)的波長區(qū)域相對應(yīng)的顏色，且僅需要使有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15能夠檢測該波長區(qū)域的部分或全部的光。

有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15可以至少形成在用作光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的與下電極20面對的區(qū)域內(nèi)。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體基板11插入在將在后面說明的寬帶隙半導(dǎo)體層21的上方；因此，短波長區(qū)域內(nèi)的光被半導(dǎo)體基板11吸收，且因此，阻止了短波長區(qū)域內(nèi)的光到達(dá)寬帶隙半導(dǎo)體層21。

例如，下電極20可以是針對每個(gè)像素而設(shè)置的，且可以從下電極20中提取電荷(例如，電子)。在本實(shí)施例中，下電極20由具有透光性的導(dǎo)電膜構(gòu)成。作為這樣的導(dǎo)電膜，可以使用與上述的第一實(shí)施例所述的上電極16相同的材料。

光電二極管11b和11r均是具有pn結(jié)的光電二極管，且光電二極管11b和11r依次形成在半導(dǎo)體基板11的光路中。它們中的光電二極管11b可以被構(gòu)造用來選擇性地檢測例如藍(lán)光并且使與藍(lán)色相對應(yīng)的電荷存儲在光電二極管11b中，并且可以被形成為例如從沿著半導(dǎo)體基板11的表面s1的選擇區(qū)域延伸至與多層布線層12的界面接近的區(qū)域。光電二極管11r可以被構(gòu)造用來選擇性地檢測例如紅光且允許與紅色相對應(yīng)的電荷存儲在光電二極管11r中，并且可以形成在例如光電二極管11b下方的區(qū)域中(表面s2側(cè))。注意，藍(lán)色(b)例如可以是與從450nm至495nm的波長區(qū)域相對應(yīng)的顏色，紅色(r)例如可以是與從620nm至750nm的波長區(qū)域相對應(yīng)的顏色且光電二極管11b和11r分別可以檢測各自的波長區(qū)域的部分或全部的光。

光電二極管11b和11r通過未圖示的浮動擴(kuò)散區(qū)分別連接至傳輸晶體管。注意，圖10僅圖示了光電二極管11b和11r的傳輸晶體管的柵極(柵極電極115和116)。

在半導(dǎo)體基板11中，形成有上述的光電二極管11b和11r，且以埋入的形式形成有導(dǎo)電插塞121b，導(dǎo)電插塞121b被構(gòu)造用來將下電極20與在半導(dǎo)體基板11的表面s2上形成的晶體管(例如，復(fù)位晶體管tr5等)彼此電連接。導(dǎo)電插塞121b例如可以由嵌埋在貫穿孔中的諸如鎢等導(dǎo)電膜材料制成。所述貫穿孔的側(cè)面例如可以期望地覆蓋有氧化硅(sio2)或氮化硅(sin)等絕緣膜以抑制硅的短路。導(dǎo)電插塞121b與形成于層間絕緣膜123中的布線線路121a和形成于多層布線層12中的布線線路121c連接。布線線路121a連接至下電極20。

(晶體管tr5至tr7)

與上述的第一實(shí)施例的晶體管tr1至tr4一樣，復(fù)位晶體管tr5、放大晶體管tr6和選擇晶體管tr7例如均可以是具有三個(gè)端子，即柵極、源極和漏極的場效應(yīng)薄膜晶體管(tft)。

圖11圖示了包括有光電轉(zhuǎn)換器件10a和晶體管tr5至tr7的像素電路的示例。本實(shí)施例的像素電路以這樣的方式包括一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件10a和三個(gè)晶體管tr5至tr7。光電轉(zhuǎn)換器件10a的陰極(下電極20)可以通過布線線路121a、導(dǎo)電插塞121b和布線線路121c與放大晶體管tr6的柵極(柵極電極112)連接并且與復(fù)位晶體管tr5的源極(源極21a)連接。換言之，例如，復(fù)位晶體管tr5的源極21a可以連接至放大晶體管tr6的柵極電極112。放大晶體管tr6的源極例如可以與選擇晶體管tr7的漏極連接。選擇晶體管tr7的源極與將在后面說明的垂直信號線lsig連接，且選擇晶體管tr7的柵極(柵極電極113)與將在后面說明的像素驅(qū)動線lread連接。

在本實(shí)施例中，這些晶體管tr5至tr7中的放大晶體管tr6和選擇晶體管tr7被形成為接近于半導(dǎo)體基板11的表面s2與多層布線層12之間的界面。例如，晶體管tr6和tr7的柵極電極112和113形成于多層布線層12的半導(dǎo)體基板11側(cè)的表面，且晶體管tr6和tr7的有源層和源極/漏極層114形成于半導(dǎo)體基板11的表面s2的表面層的p型半導(dǎo)體阱區(qū)域內(nèi)。在這種情況下，源極/漏極層114被放大晶體管tr6與選擇晶體管tr7共用。注意，這些晶體管tr5至tr7可以被像素(例如，在相鄰像素之間)共用。

另一方面，復(fù)位晶體管tr5例如可以在多層布線層12中被設(shè)置于晶體管tr6和tr7的下方。

與上述的第一實(shí)施例的傳輸晶體管tr1一樣，復(fù)位晶體管tr5包括含有寬帶隙半導(dǎo)體的有源層(有源層21c)。更加具體地，復(fù)位晶體管tr5包括設(shè)置于多層布線層12的寬帶隙半導(dǎo)體層21和被布置為與寬帶隙半導(dǎo)體層21的一部分面對的柵極電極111。寬帶隙半導(dǎo)體層21的與柵極電極111面對的這一部分起到有源層21c的作用，且源極/漏極層21a和21b被形成為與有源層21c相鄰。

寬帶隙半導(dǎo)體層21可以由與上述的第一實(shí)施例的寬帶隙半導(dǎo)體層13相同的氧化物半導(dǎo)體制成。

通過在半導(dǎo)體基板11的表面s2(電路形成面)下方形成以上述方式利用寬帶隙半導(dǎo)體形成的復(fù)位晶體管tr5，能夠獲得下述優(yōu)點(diǎn)。更加具體地，即使與本實(shí)施例一樣地在光電二極管11b和11r形成于半導(dǎo)體基板11中的情況下，復(fù)位晶體管tr5也不大可能成為進(jìn)入光電二極管11b和11r的光的遮擋物。因此，例如，如圖12所示，復(fù)位晶體管tr5可以被設(shè)置為疊置在光電二極管11b和11r上(在與光電二極管11b和11r面對的區(qū)域內(nèi))。因此，可以不管光電二極管11b和11r的布局自由地設(shè)計(jì)復(fù)位晶體管tr5的形狀、尺寸和布局。例如，如圖13所示，可以不受單位像素p的限制而形成具有大的柵極長度b的復(fù)位晶體管，且提高了諸如短溝道效應(yīng)的抑制等晶體管設(shè)計(jì)的靈活性。

此外，短波長區(qū)域內(nèi)的光在到達(dá)寬帶隙半導(dǎo)體層21之前被有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15吸收；因此，復(fù)位晶體管tr5的響應(yīng)于施加的光的特性變化得以抑制。特別地，甚至在短于400nm的紫外區(qū)域內(nèi)的光也被半導(dǎo)體基板11吸收；因此，獲得了抗寬帶隙半導(dǎo)體劣化的構(gòu)造。

[作用和效果]

在上述的固態(tài)攝像單元2中，與上述的第一實(shí)施例一樣，當(dāng)光從上電極16進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器件10a時(shí)，由有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15檢測(吸收)進(jìn)入光的一部分(例如，綠光)。因此，在有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15中，產(chǎn)生電子-空穴對，且從下電極20提取出電子-空穴對中的一個(gè)電荷(例如，電子)。另一方面，由半導(dǎo)體基板11中的光電二極管11b和11r順序地吸收沒有被有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15吸收的光(藍(lán)光和紅光)，并且對這些光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。

更加具體地，在電荷存儲狀態(tài)(復(fù)位晶體管tr5處于截止的狀態(tài))下，下電極20被復(fù)位至預(yù)定電壓，且相對于復(fù)位電壓而言相對低的電壓被施加至上電極16。因此，有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15中產(chǎn)生的電子-空穴對中的電子被引導(dǎo)至具有相對高電勢的下電極20(空穴被引導(dǎo)至上電極16)。此時(shí)，放大晶體管tr6的柵極電極112處于所謂的浮動狀態(tài)。

在本實(shí)施例中，因?yàn)橄码姌O20與放大晶體管tr6的柵極電極112連接，所以在電荷存儲狀態(tài)下，有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15中產(chǎn)生的電子通過下電極20、布線線路121a、導(dǎo)電插塞121b和布線線路121c存儲于放大晶體管tr6的柵極電極112中。

此后，在讀取操作期間內(nèi)，存儲的電荷通過放大晶體管tr6和選擇晶體管tr7等被讀取至將在后面說明的垂直信號線lsig。

在讀取操作后，當(dāng)復(fù)位晶體管tr5導(dǎo)通時(shí)，放大晶體管tr6的柵極電極112可以被復(fù)位至例如電源電壓vdd。此后，當(dāng)復(fù)位晶體管tr5截止時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)變至上述的電荷存儲狀態(tài)。如上所述，從光電轉(zhuǎn)換器件10a獲得例如基于綠光的電壓信號。

然而，在本實(shí)施例中，因?yàn)闆]有設(shè)置傳輸柵極(沒有設(shè)置與浮動擴(kuò)散區(qū)相對應(yīng)的部位)，所以可以期望以下面的方式去除復(fù)位噪聲。即，可以期望的是，緊接著柵極電極112復(fù)位之后的信號被保持在存儲器等中，并且獲得緊接著復(fù)位之后的信號與電荷存儲完成時(shí)的信號之間的信號差。

另一方面，基于藍(lán)光和紅光(已經(jīng)通過光電二極管11b和11r對它們進(jìn)行了光電轉(zhuǎn)換)的電荷通過傳輸柵極(柵極電極115和116)被傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)。此后，電荷通過未圖示的放大晶體管和未圖示的選擇晶體管等等被讀取至將在后面說明的垂直信號線lsig。因此，例如，可以從光電二極管11b和11r獲得基于藍(lán)光和紅光的電壓信號。

在這種情況下，在本實(shí)施例中，如上所述，光電轉(zhuǎn)換器件10a的下電極20與放大晶體管tr6的柵極電極112連接，并且與復(fù)位晶體管tr5的源極21a連接。因此，在從光電轉(zhuǎn)換器件10a提取出的電荷的傳輸路徑上沒有形成pn結(jié)，且與上述的第一實(shí)施例一樣，由耗盡層造成的暗電流的產(chǎn)生受到抑制。

此外，因?yàn)榕c上述的傳輸晶體管tr1的情況一樣，復(fù)位晶體管tr5包括含有寬帶隙半導(dǎo)體(例如，氧化物半導(dǎo)體)的有源層21c，所以由復(fù)位晶體管tr5中的空穴-電子對造成的暗電流的產(chǎn)生和由來自柵極電極111下方的擴(kuò)散電流造成的暗電流的產(chǎn)生均受到抑制。

如上所述，在本實(shí)施例中，在光電轉(zhuǎn)換器件10a設(shè)置在半導(dǎo)體基板11的表面s1上這樣的構(gòu)造中，光電轉(zhuǎn)換器件10a的下電極20連接至放大晶體管tr6的柵極電極112，并且連接至復(fù)位晶體管tr5的源極21a。因此，在電荷傳輸路徑(至少從下電極20至浮動擴(kuò)散區(qū)的路徑)中不會形成pn結(jié)，且由pn結(jié)界面處的耗盡層造成的暗電流的產(chǎn)生受到抑制。此外，因?yàn)閺?fù)位晶體管tr5的有源層21c包含寬帶隙半導(dǎo)體，所以由擴(kuò)散電流或復(fù)位晶體管tr5中產(chǎn)生的少數(shù)電荷造成的暗電流的產(chǎn)生受到抑制。因此，可以獲得與上述的第一實(shí)施例類似的效果。

接著，下面將說明上述的第二實(shí)施例的固態(tài)攝像單元2的變型例(變型例4至6)。在下面的說明中，用相同的附圖標(biāo)記表示與上述實(shí)施例相同的組件，并且將不作進(jìn)一步說明。

<變型例4>

圖14示意性地圖示了根據(jù)變型例4的固態(tài)攝像單元的截面構(gòu)造。在上述的第二實(shí)施例中，寬帶隙半導(dǎo)體層21具有通過采用背面照射型構(gòu)造來抗光施加的構(gòu)造；然而，在諸如本變型例的正面照射型構(gòu)造的情況下，可以期望地設(shè)置遮光層22。

遮光層22設(shè)置為位于寬帶隙半導(dǎo)體層21的上方且位于有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15的下方。遮光層22的材料的示例可以包括與上述的變型例1的遮光層17的材料相同的材料。即使在這樣的構(gòu)造中，也能夠抑制由對寬帶隙半導(dǎo)體層21施加的光造成的晶體管特性變化。此外，提高了復(fù)位晶體管tr5的布局設(shè)計(jì)的靈活性。因此，可以獲得與上述的第二實(shí)施例類似的效果。

注意，根據(jù)預(yù)期用途，可以不設(shè)置這樣的遮光層22，且下電極20可以利用金屬材料等而具有遮光效果?？商娲?，能夠通過形成覆蓋與寬帶隙半導(dǎo)體層21面對的區(qū)域的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換層15來獲得減少施加至寬帶隙半導(dǎo)體層21的光的效果。

(變型例5)

圖15示意性地圖示了根據(jù)變型例5的固態(tài)攝像單元的截面構(gòu)造。在上電極16上可以設(shè)置有遮光層23。遮光層23的材料的示例可以包括與上述的變型例1的遮光層17相同的材料。即使在這樣的構(gòu)造中，也能夠抑制由對寬帶隙半導(dǎo)體層21施加的光造成的晶體管特性變化。此外，提高了復(fù)位晶體管tr5的布局設(shè)計(jì)的靈活性。

(變型例6)

圖16示意性地圖示了根據(jù)變型例6的固態(tài)攝像單元的截面構(gòu)造。例如，在光電轉(zhuǎn)換器件10a的入光側(cè)可以設(shè)置有被構(gòu)造用來阻擋紫外線輻射(uv)的uv截止濾色器24。即使在這樣的構(gòu)造中，也能夠抑制由對寬帶隙半導(dǎo)體層21施加的光造成的晶體管特性變化。此外，提高了復(fù)位晶體管tr5的布局設(shè)計(jì)的靈活性。

(變型例7)

圖17示意性地圖示了根據(jù)變型例7的固態(tài)攝像單元的截面構(gòu)造。在上述的第二實(shí)施例中，三個(gè)晶體管tr5至tr7中僅復(fù)位晶體管tr5由寬帶隙半導(dǎo)體形成；然而，所有三個(gè)晶體管tr5至tr7都可以由寬帶隙半導(dǎo)體形成。

更加具體地，寬帶隙半導(dǎo)體層25例如可以設(shè)置在多層布線層12中，且寬帶隙半導(dǎo)體層25可以構(gòu)造為包括復(fù)位晶體管tr5、放大晶體管tr6和選擇晶體管tr7的有源層和源極/漏極。

更加具體地，與上述的第二實(shí)施例一樣，復(fù)位晶體管tr5包括寬帶隙半導(dǎo)體層25和與寬帶隙半導(dǎo)體層25的一部分面對的柵極電極111。寬帶隙半導(dǎo)體層25的與柵極電極111面對的部分起到有源層c5(與有源層21c相對應(yīng))的作用，且例如，源極25a可以形成為與有源層c5相鄰。寬帶隙半導(dǎo)體層25由與上述的第一實(shí)施例的寬帶隙半導(dǎo)體層13相同的材料制成。

在本變型例中，放大晶體管tr6和選擇晶體管tr7的柵極電極112和113被設(shè)置為與寬帶隙半導(dǎo)體層25的一部分面對。寬帶隙半導(dǎo)體層25從復(fù)位晶體管tr5開始依次包括放大晶體管tr6的有源層c6和選擇晶體管tr7的有源層c7。有源層c6和c7被形成為分別與柵極電極112和113面對。

即使在這樣的寬帶隙半導(dǎo)體層25中，復(fù)位晶體管tr5的源極25a通過布線線路121d連接至下電極20，并且還連接至放大晶體管tr6的柵極電極112。有源層c5與c6之間的區(qū)域例如可以用作被復(fù)位晶體管tr5與放大晶體管tr6共用的漏極d4。有源層c6與c7之間的區(qū)域例如可以用作被放大晶體管tr6與選擇晶體管tr7共用的源極/漏極d5。選擇晶體管tr7的源極d6通過布線線路121e連接至垂直信號線lsig。

像本變型例一樣，在3tr構(gòu)造中，所有三個(gè)晶體管tr5至tr7都可以使用寬帶隙半導(dǎo)體形成，即使在這種情況下，也能夠獲得與上述的第二實(shí)施例類似的效果。

注意，在本變型例中，以所有三個(gè)晶體管tr5至tr7都利用寬帶隙半導(dǎo)體而形成的構(gòu)造作為例子；然而，變型例不限于此，且可以使用寬帶隙半導(dǎo)體形成三個(gè)晶體管中的兩個(gè)。例如，可以采用這樣的構(gòu)造：復(fù)位晶體管tr5和放大晶體管tr6由寬帶隙半導(dǎo)體形成且選擇晶體管tr7形成在半導(dǎo)體基板11的電路形成面上。

此外，具有上述的第二實(shí)施例和變型例4至7中所述的3tr構(gòu)造的固態(tài)攝像單元既可應(yīng)用于正面照射型構(gòu)造又可應(yīng)用于背面照射型構(gòu)造。此外，所述固態(tài)攝像單元可以是任意層疊式固態(tài)攝像單元，例如，縱向光譜固態(tài)攝像單元以及多種顏色的光電轉(zhuǎn)換器件二維地(例如，以拜耳陣列的方式)布置在半導(dǎo)體基板11上的固態(tài)攝像單元。然而，在具有二維布置的背面照射型固態(tài)攝像單元中，能夠更加有效地利用如上所述的對復(fù)位晶體管tr5施加的光的抑制效果和布局的靈活性的提高效果。

(應(yīng)用例1)

圖18圖示了使用上述的第一和第二實(shí)施例以及上述的變型例1至7等等所述的任意固態(tài)攝像單元(固態(tài)攝像單元1和2)分別作為像素的裝置的整體構(gòu)造。因此，固態(tài)攝像單元1和2(在下文中，將以固態(tài)攝像單元1作為示例進(jìn)行說明)可以包括作為半導(dǎo)體基板11上的攝像區(qū)域的像素部1a，以及在像素部1a的周邊區(qū)域中的例如由行掃描部131、水平選擇部133、列掃描部134和系統(tǒng)控制部132構(gòu)成的周邊電路部130。

像素部1a可以包括例如以矩陣形式二維布置的多個(gè)單位像素p(分別與固態(tài)攝像單元1相對應(yīng))。各個(gè)像素驅(qū)動線lread(更加具體地，行選擇線和復(fù)位控制線)可以連接至例如單位像素p的各個(gè)像素行，且各個(gè)垂直信號線lsig可以連接至單位像素p的各個(gè)像素列。像素驅(qū)動線lread均被構(gòu)造用來傳輸用于從像素讀取信號的驅(qū)動信號。各個(gè)像素驅(qū)動線lread的端部連接至行掃描部131的與各像素行相對應(yīng)的輸出端。

行掃描部131由移位寄存器和地址譯碼器等等構(gòu)成，并且例如可以是逐行地對像素部1a的各像素p進(jìn)行驅(qū)動的像素驅(qū)動部。從被行掃描部131選擇且掃描的像素行中的各像素p輸出的信號通過各垂直信號線lsig供給至水平選擇部133。水平選擇部133可以由針對各條垂直信號線lsig設(shè)置的放大器和水平選擇開關(guān)等構(gòu)成。

列掃描部134由移位寄存器和地址譯碼器等等構(gòu)成，并且被構(gòu)造用來在掃描水平選擇部133的各個(gè)水平選擇開關(guān)的同時(shí)順序地驅(qū)動這些水平選擇開關(guān)。通過各條垂直信號線lsig傳輸?shù)母鱾€(gè)像素p的信號通過列掃描部134的選擇掃描而順序地被輸出至水平信號線135，并且通過水平信號線135而傳輸至基板11的外部。

由行掃描部131、水平選擇部133、列掃描部134和水平信號線135構(gòu)成的電路部可以直接地形成在基板11上，或可以布置在外部控制ic中。可替代地，電路部可以形成在由電纜等連接的其它基板上。

系統(tǒng)控制部132被構(gòu)造用來接收從外部供給來的時(shí)鐘和表明操作模式的數(shù)據(jù)等等，并且被構(gòu)造用來輸出諸如固態(tài)攝像單元1的內(nèi)部信息等數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制部132還包括被構(gòu)造用來產(chǎn)生各種時(shí)序信號的時(shí)序發(fā)生器，并且系統(tǒng)控制部132還響應(yīng)于時(shí)序發(fā)生器生成的各種時(shí)序信號對諸如行掃描部131、水平選擇部133和列掃描部134等周邊電路進(jìn)行驅(qū)動控制。

(應(yīng)用例2)

上述的固態(tài)攝像單元1可應(yīng)用于具有攝像功能的各種電子裝置，例如，相機(jī)系統(tǒng)(例如，數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)等)和具有攝像功能的移動電話等。圖19圖示了作為示例的電子裝置3(相機(jī))的示意性構(gòu)造。電子裝置3例如可以是能夠拍攝靜態(tài)圖像或動態(tài)圖像的攝像機(jī)，并且包括攝像單元1、光學(xué)系統(tǒng)(光學(xué)鏡頭)310、快門單元311、信號處理部312和被構(gòu)造用來驅(qū)動固態(tài)攝像單元1和快門單元311的驅(qū)動部313。

光學(xué)系統(tǒng)310被構(gòu)造用來將來自物體的圖像光(入射光)引導(dǎo)至攝像單元1的像素部1a。光學(xué)系統(tǒng)310可以包括多個(gè)光學(xué)透鏡。快門單元311被構(gòu)造用來控制攝像單元1的光照期間和遮光期間。驅(qū)動部313被構(gòu)造用來控制固態(tài)攝像單元1的傳輸操作和快門單元311的快門操作。信號處理部312被構(gòu)造用來對從固態(tài)攝像單元1輸出的信號進(jìn)行各種信號處理。已經(jīng)經(jīng)過信號處理的圖像信號dout可以被存儲在諸如存儲器等存儲介質(zhì)中，或可以被輸出至監(jiān)視器等。

盡管參照上述的實(shí)施例和變型例說明了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，且能夠具有各種變型。例如，在上述的實(shí)施例等中，說明了下述情況作為示例：在形成于半導(dǎo)體基板11上的光電轉(zhuǎn)換器件中，各像素的下電極被設(shè)置為彼此隔離，且從各個(gè)下電極讀取信號電荷；然而，本發(fā)明不限于此，且可以采用這樣的構(gòu)造：各像素的上電極16被設(shè)置為彼此隔離，且從上電極16讀取信號電荷。

此外，在上述的實(shí)施例等中，說明了下述情況作為示例：光電轉(zhuǎn)換器件中產(chǎn)生的電子-空穴對中的電子被提取作為信號電荷，然而，本發(fā)明不限于此，且可以提取空穴作為信號電荷。

此外，在上述的實(shí)施例等中，只要固態(tài)攝像單元是通過將光電轉(zhuǎn)換器件形成在半導(dǎo)體基板上而構(gòu)成的層疊式固態(tài)攝像單元，固態(tài)攝像單元可以是縱向光譜固態(tài)攝像單元或可以是各種顏色的光電轉(zhuǎn)換器件以拜耳陣列等二維布置的固態(tài)攝像單元。此外，作為縱向光譜固態(tài)攝像單元，上述的第二實(shí)施例說明了下述情況：由半導(dǎo)體基板11上的光電轉(zhuǎn)換器件10a檢測綠光，并且由半導(dǎo)體基板11中的光電二極管11b和11r分別檢測藍(lán)光和紅光，然而，本發(fā)明不限于此。即，在半導(dǎo)體基板11上可以層疊有被構(gòu)造用來對彼此不同的波長進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的兩種以上的光電轉(zhuǎn)換器件，或者半導(dǎo)體基板11中可以形成有一種或三種及以上光電二極管。

注意，本發(fā)明可以具有下面的構(gòu)造。

(1)一種固態(tài)攝像單元，其包括：

基板，所述基板由第一半導(dǎo)體制成；

光電轉(zhuǎn)換器件，所述光電轉(zhuǎn)換器件設(shè)置在所述基板上且從所述基板開始依次包括第一電極、光電轉(zhuǎn)換層和第二電極；和

多個(gè)場效應(yīng)晶體管，所述多個(gè)場效應(yīng)晶體管被構(gòu)造用來從所述光電轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行信號讀取，

其中，所述多個(gè)晶體管包括傳輸晶體管和放大晶體管，

所述傳輸晶體管包括含有第二半導(dǎo)體的有源層，所述第二半導(dǎo)體具有比所述第一半導(dǎo)體更寬的帶隙，并且

所述傳輸晶體管的源極和漏極中的一個(gè)端子還用作所述光電轉(zhuǎn)換器件的第一電極或第二電極，且所述傳輸晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)端子與所述放大晶體管的柵極連接。

(2)根據(jù)(1)所述的固態(tài)攝像單元，其中，

所述傳輸晶體管包括含有所述第二半導(dǎo)體的寬帶隙半導(dǎo)體層，以及被布置為與所述寬帶隙半導(dǎo)體層的一部分面對的柵極電極，并且

所述寬帶隙半導(dǎo)體層的與所述柵極電極面對的那部分起到所述有源層的作用，且所述寬帶隙半導(dǎo)體層包括與所述有源層相鄰且起到所述源極和所述第一電極的作用的區(qū)域以及起到浮動擴(kuò)散區(qū)和所述漏極的作用的區(qū)域。

(3)根據(jù)(2)所述的固態(tài)攝像單元，其中，所述放大晶體管設(shè)置于所述基板的電路形成面。

(4)根據(jù)(2)或(3)所述的固態(tài)攝像單元，其中，

所述多個(gè)晶體管還包括復(fù)位晶體管和選擇晶體管，

所述復(fù)位晶體管的源極或漏極與所述放大晶體管的源極和漏極中的一個(gè)端子連接，并且

所述選擇晶體管的源極或漏極與所述放大晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)端子連接。

(5)根據(jù)(4)所述的固態(tài)攝像單元，其中，所述寬帶隙半導(dǎo)體層還包括起到所述復(fù)位晶體管、所述放大晶體管和所述選擇晶體管的有源層、源極和漏極的作用的部位。

(6)根據(jù)(1)至(5)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)攝像單元，其中，

所述第一半導(dǎo)體是硅，并且

所述第二半導(dǎo)體是含有從銦(in)、鎵(ga)和鋅(zn)中選擇的一種或多種的氧化物半導(dǎo)體。

(7)根據(jù)(6)所述的固態(tài)攝像單元，其中，所述光電轉(zhuǎn)換層被設(shè)置為覆蓋所述寬帶隙半導(dǎo)體層的形成區(qū)域。

(8)根據(jù)(6)或(7)所述的固態(tài)攝像單元，其中，由與所述光電轉(zhuǎn)換層的材料不同的材料制成的遮光層在所述寬帶隙半導(dǎo)體層的上方設(shè)置于所述光電轉(zhuǎn)換器件的受光區(qū)域以外的區(qū)域。

(9)根據(jù)(6)至(8)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)攝像單元，其中，在光入射側(cè)設(shè)置有紫外線截止濾色器。

(10)一種固態(tài)攝像單元，其包括：

基板，所述基板由第一半導(dǎo)體制成；

光電轉(zhuǎn)換器件，所述光電轉(zhuǎn)換器件設(shè)置在所述基板上且從所述基板開始依次包括第一電極、光電轉(zhuǎn)換層和第二電極；和

多個(gè)場效應(yīng)晶體管，所述多個(gè)場效應(yīng)晶體管被構(gòu)造用來從所述光電轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行信號讀取，

其中，所述多個(gè)晶體管包括復(fù)位晶體管和放大晶體管，

所述復(fù)位晶體管包括含有第二半導(dǎo)體的有源層，所述第二半導(dǎo)體具有比所述第一半導(dǎo)體更寬的帶隙，并且

所述光電轉(zhuǎn)換器件的第一電極或第二電極與所述復(fù)位晶體管的源極和漏極中的一個(gè)端子連接，并且與所述放大晶體管的柵極連接。

(11)根據(jù)(10)所述的固態(tài)攝像單元，其中，所述復(fù)位晶體管包括含有所述第二半導(dǎo)體的寬帶隙半導(dǎo)體層，以及被布置為與所述寬帶隙半導(dǎo)體層的一部分面對的柵極電極。

(12)根據(jù)(11)所述的固態(tài)攝像單元，其中，所述放大晶體管設(shè)置于所述基板的電路形成面。

(13)根據(jù)(11)或(12)所述的固態(tài)攝像單元，其中，

所述多個(gè)晶體管還包括選擇晶體管，并且

所述選擇晶體管的源極或漏極與所述放大晶體管的源極或漏極連接。

(14)根據(jù)(13)所述的固態(tài)攝像單元，其中，所述寬帶隙半導(dǎo)體層還包括起到所述放大晶體管和所述選擇晶體管的有源層、源極和漏極的作用的部位。

(15)根據(jù)(10)至(14)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)攝像單元，其中，

所述第一半導(dǎo)體是硅，并且

所述第二半導(dǎo)體是含有從銦(in)、鎵(ga)和鋅(zn)中選擇的一種或多種的氧化物半導(dǎo)體。

(16)根據(jù)(15)所述的固態(tài)攝像單元，其中，所述光電轉(zhuǎn)換層被設(shè)置為覆蓋所述寬帶隙半導(dǎo)體層的形成區(qū)域。

(17)根據(jù)(15)或(16)所述的固態(tài)攝像單元，其中，由與所述光電轉(zhuǎn)換層的材料不同的材料制成的遮光層在所述寬帶隙半導(dǎo)體層的上方設(shè)置于所述光電轉(zhuǎn)換器件的受光區(qū)域以外的區(qū)域。

(18)根據(jù)(15)至(17)中任一項(xiàng)所述的固態(tài)攝像單元，其中，在光入射側(cè)設(shè)置有紫外線截止濾色器。

(19)一種設(shè)置有固態(tài)攝像單元的電子裝置，所述固態(tài)攝像單元包括：

基板，所述基板由第一半導(dǎo)體制成；

光電轉(zhuǎn)換器件，所述光電轉(zhuǎn)換器件設(shè)置在所述基板上且從所述基板開始依次包括第一電極、光電轉(zhuǎn)換層和第二電極；和

多個(gè)場效應(yīng)晶體管，所述多個(gè)場效應(yīng)晶體管被構(gòu)造用來從所述光電轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行信號讀取，

其中，所述多個(gè)晶體管包括傳輸晶體管和放大晶體管，

所述傳輸晶體管包括含有第二半導(dǎo)體的有源層，所述第二半導(dǎo)體具有比所述第一半導(dǎo)體更寬的帶隙，并且

所述傳輸晶體管的源極和漏極中的一個(gè)端子也用作所述光電轉(zhuǎn)換器件的第一電極或第二電極，且所述傳輸晶體管的源極和漏極中的另一個(gè)端子與所述放大晶體管的柵極連接。

(20)一種設(shè)置有固態(tài)攝像單元的電子裝置，所述固態(tài)攝像單元包括：

基板，所述基板由第一半導(dǎo)體制成；

光電轉(zhuǎn)換器件，所述光電轉(zhuǎn)換器件設(shè)置在所述基板上且從所述基板開始依次包括第一電極、光電轉(zhuǎn)換層和第二電極；和

多個(gè)場效應(yīng)晶體管，所述多個(gè)場效應(yīng)晶體管被構(gòu)造用來從所述光電轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行信號讀取，

其中，所述多個(gè)晶體管包括復(fù)位晶體管和放大晶體管，

所述復(fù)位晶體管包括含有第二半導(dǎo)體的有源層，所述第二半導(dǎo)體具有比所述第一半導(dǎo)體更寬的帶隙，并且

所述光電轉(zhuǎn)換器件的第一電極或第二電極與所述復(fù)位晶體管的源極和漏極中的一個(gè)端子連接，并且與所述放大晶體管的柵極連接。

本申請包含與2013年1月16日在日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請第2013-5274號所公開的相關(guān)主題，并且將該日本優(yōu)先權(quán)專利申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以在本發(fā)明隨附的權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改、組合、次組合以及改變。