攝像元件和攝像裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種攝像元件和設(shè)置有這種攝像元件的攝像裝置。所述攝像元件包括光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部被設(shè)置于半導(dǎo)體基板上且含有黃銅礦系化合物。所述光電轉(zhuǎn)換部具有在光入射面?zhèn)认鄬?duì)較寬的帶隙。本發(fā)明能夠減輕針對(duì)短波長(zhǎng)成分的靈敏度的降低和靈敏度的變化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】攝像元件和攝像裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及攝像元件，該攝像元件具有含有黃銅礦系化合物的光電轉(zhuǎn)換部。本發(fā) 明還涉及包括所述攝像元件的攝像裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在諸如電荷f禹合器件（CCD :charge coupled device)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體（CMOS :complementary metal oxide semiconductor)圖像傳感器等固體攝像裝 置中，與各像素分別對(duì)應(yīng)地設(shè)置有包括光電轉(zhuǎn)換部的固體攝像元件（攝像元件）。該攝像元 件的光電轉(zhuǎn)換部例如可以由諸如硅（Si)等半導(dǎo)體材料構(gòu)成。在光電轉(zhuǎn)換部的表面上，因?yàn)?晶體結(jié)構(gòu)的斷裂而出現(xiàn)了晶體缺陷和懸掛鍵（dangling bond)。這些晶體缺陷和懸掛鍵導(dǎo) 致了光電轉(zhuǎn)換部中所生成的電子空穴對(duì)由于復(fù)合而消失，或者導(dǎo)致了暗電流的生成。特別 地，短波長(zhǎng)的光在光電轉(zhuǎn)換部的表面附近會(huì)被吸收從而引起電子空穴對(duì)的生成，且因此短 波長(zhǎng)的光受到極大地影響，這導(dǎo)致對(duì)短波長(zhǎng)的光的靈敏度下降。
[0003] 另一方面，暗電流的生成是因?yàn)樵诠怆娹D(zhuǎn)換部的表面上存在有晶體缺陷和懸掛鍵 而且因?yàn)楹谋M層擴(kuò)展到光電轉(zhuǎn)換部的表面界面而發(fā)生的。在Si的情況下可以通過(guò)例如執(zhí) 行離子注入來(lái)控制耗盡層。因此，例如，在使用Si的固體攝像元件中，其中通過(guò)離子注入而 對(duì)P型和n型雜質(zhì)濃度進(jìn)行控制的埋入式光電二極管可以被用作所述光電轉(zhuǎn)換部。此外， 例如，在日本未經(jīng)審查的專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2012-129250的光電轉(zhuǎn)換元件中，在光電轉(zhuǎn)換部 中所包含的Si層的表面上形成了由帶隙比Si的帶隙寬的材料制成的層。結(jié)果，抑制了電 子空穴對(duì)出現(xiàn)在光電轉(zhuǎn)換部的表面上。
[0004] 而且，攝像裝置除了需要小型化和較高的靈敏度以外，還需要較高的圖像質(zhì)量。為 了實(shí)現(xiàn)較高的圖像質(zhì)量，減少暗電流的生成是必要的。例如，在日本未經(jīng)審查的專(zhuān)利申請(qǐng)公 開(kāi)No. 2012-4443的固體攝像裝置中，通過(guò)利用黃銅礦系化合物半導(dǎo)體作為硅基板上的光 電轉(zhuǎn)換膜來(lái)減少暗電流，由此提高靈敏度。
[0005] 黃銅礦系化合物半導(dǎo)體具有相當(dāng)高的光吸收性能。然而，在黃銅礦系化合物半導(dǎo) 體中，難以通過(guò)離子注入來(lái)控制耗盡層。因此，在形成了埋入式光電二極管的情形下，已經(jīng) 在最外表面處經(jīng)過(guò)了光電轉(zhuǎn)換的短波長(zhǎng)成分由于諸如復(fù)合等因素而不會(huì)作為信號(hào)發(fā)揮作 用。于是，在這種情況下，與針對(duì)其他波長(zhǎng)的光的靈敏度相比，針對(duì)短波長(zhǎng)的光（例如，藍(lán) 光）的靈敏度較低。此外，靈敏度往往會(huì)隨各制造的不同而變化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 目前期望提供一種能夠減輕針對(duì)短波長(zhǎng)成分的靈敏度的降低和靈敏度的變化的 攝像元件，并且還期望提供包括所述攝像元件的攝像裝置。
[0007] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了 一種攝像元件，它包括光電轉(zhuǎn)換部，該光電轉(zhuǎn)換部被 設(shè)置于半導(dǎo)體基板上且含有黃銅礦系化合物。所述光電轉(zhuǎn)換部具有在光入射面?zhèn)认鄬?duì)較寬 的帶隙。
[0008] 在本發(fā)明的上述實(shí)施例的攝像元件中，含有所述黃銅礦系化合物的所述光電轉(zhuǎn)換 部具有在所述光入射面?zhèn)认鄬?duì)較寬的帶隙。因此，抑制了在所述光電轉(zhuǎn)換部的表面（光入 射面）附近的短波長(zhǎng)的光的吸收。
[0009] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種設(shè)置有攝像元件的攝像裝置。所述攝像元件包括 光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部被設(shè)置于半導(dǎo)體基板上且含有黃銅礦系化合物。所述光電轉(zhuǎn) 換部具有在光入射面?zhèn)认鄬?duì)較寬的帶隙。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的上述各實(shí)施例中的攝像元件和攝像裝置，所述帶隙在利用所述黃銅 礦系化合物而構(gòu)成的所述光電轉(zhuǎn)換部的所述光入射面?zhèn)容^寬。因此，使得短波長(zhǎng)的光能夠 在比光入射面附近的位置更深的位置處被吸收。于是，使得能夠減輕針對(duì)短波長(zhǎng)成分的靈 敏度的降低和靈敏度的變化。
[0011] 需要理解的是，前面的一般說(shuō)明和下面的詳細(xì)說(shuō)明都是示例性的，且都旨在提供 對(duì)本發(fā)明所要求保護(hù)的技術(shù)的進(jìn)一步解釋。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 這里包含了附圖以便提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且這些附圖被并入本說(shuō)明書(shū) 中且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖圖示了各實(shí)施例，且與說(shuō)明書(shū)一起用來(lái)解釋本技術(shù)的原 理。
[0013] 圖1是圖示了本發(fā)明實(shí)施例的攝像元件的示意性構(gòu)造的橫截面圖。
[0014] 圖2是圖示了黃銅礦材料的晶格常數(shù)與帶隙之間的關(guān)系的特性圖。
[0015] 圖3是圖示了黃銅礦材料的晶格常數(shù)與帶隙之間的關(guān)系的特性圖。
[0016] 圖4是圖示了變形例1的攝像元件的構(gòu)造的橫截面圖。
[0017] 圖5是圖示了變形例2的攝像元件的構(gòu)造的橫截面圖。
[0018] 圖6是圖示了變形例3的攝像元件的構(gòu)造的橫截面圖。
[0019] 圖7是圖示了使用了圖1所示的攝像元件的攝像裝置的整體構(gòu)造的示意圖。
[0020] 圖8是圖示了應(yīng)用了圖7所示的攝像裝置的電子設(shè)備的示意性構(gòu)造的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面，將參照附圖來(lái)詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。需要注意的是，將按照下列順序 進(jìn)行說(shuō)明。
[0022] 1.實(shí)施例（在該實(shí)例中，在光電轉(zhuǎn)換部的受光表面上設(shè)置有帶隙較寬的層（第二 區(qū)域））
[0023] 2.變形例1 (在該實(shí)例中，固定電荷膜（fixed charge film)被設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換部 上）
[0024] 3.變形例2(在該實(shí)例中，金屬-絕緣體-半導(dǎo)體（MIS : metal-insulator-semiconductor)結(jié)構(gòu)被設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換部的第一區(qū)域上）
[0025] 4.變形例3(在該實(shí)例中，透明電極被設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換部上）
[0026] 5.應(yīng)用例（攝像裝置）
[0027] 1.實(shí)施例
[0028] 攝像元件10的構(gòu)造
[0029] 圖1圖示了本發(fā)明實(shí)施例的攝像元件（攝像元件10)的橫截面構(gòu)造。例如，攝像 元件10可以形成諸如CCD圖像傳感器或者CMOS圖像傳感器等攝像裝置（例如攝像裝置1) 中的1個(gè)像素（例如像素P)(像素P和攝像裝置1請(qǐng)參見(jiàn)圖7)。攝像元件10可以是背側(cè) 照射型攝像元件。攝像元件10具有如下的構(gòu)造：其中，聚光部20和光電轉(zhuǎn)換部12被設(shè)置 于半導(dǎo)體基板11的光入射面?zhèn)取６?，多層布線(xiàn)層31被設(shè)置于半導(dǎo)體基板11的表面（表 面S2)上，該表面與光入射面?zhèn)认喾础?br> [0030] 在本實(shí)施例的攝像元件10中，例如，p型的光電轉(zhuǎn)換部12可以被設(shè)置于n型的半 導(dǎo)體基板11上。光電轉(zhuǎn)換部12是由黃銅礦系化合物形成的。光電轉(zhuǎn)換部12具有如下的 構(gòu)造：其中，從半導(dǎo)體基板11側(cè)開(kāi)始依次層疊分別具有彼此不同的帶隙的第一區(qū)域12A和 第二區(qū)域12B。
[0031] 半導(dǎo)體基板11的材料的具體示例可以包括諸如硫化鎘（CdS)、硫化鋅（ZnS)、氧化 鋅（ZnO)、氫氧化鋅（ZnOH)、硫化銦（InS、In 2S3)、氧化銦（InO)和氫氧化銦（InOH)等化合 物半導(dǎo)體。此外，也可以使用n型或者p型硅（Si)。
[0032] 在半導(dǎo)體基板11的表面（表面S2)附近，設(shè)置有傳輸晶體管。該傳輸晶體管可以 將例如光電轉(zhuǎn)換部12中所生成的信號(hào)電荷傳輸至垂直信號(hào)線(xiàn)Lsig(參見(jiàn)圖7)。該傳輸晶 體管的柵電極例如可以被包含在多層布線(xiàn)層31中。信號(hào)電荷可以是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換而生成 的電子或者空穴。此處，作為示例將會(huì)說(shuō)明把電子作為信號(hào)電荷而讀出的情形。
[0033] 在半導(dǎo)體基板11的表面S2附近，例如，可以與上述傳輸晶體管一起設(shè)置有諸如復(fù) 位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管等部件。這類(lèi)晶體管均可以是例如金屬氧化物半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)晶體管（M0SFET:metal oxide semiconductor field effect transistor)，并且均 可以被包含在各像素P的電路中。這些電路中的各者例如可以具有包括傳輸晶體管、復(fù)位 晶體管和放大晶體管的三晶體管構(gòu)造，或者可以具有除了包括這3個(gè)晶體管之外還包括選 擇晶體管的四晶體管構(gòu)造。除傳輸晶體管以外的其他晶體管還可以被像素共用。
[0034] 如上所述，光電轉(zhuǎn)換部12具有如下的構(gòu)造：其中，分別具有彼此不同的帶隙的第 一區(qū)域12A和第二區(qū)域12B層疊在一起。具體地，第二區(qū)域12B的帶隙比第一區(qū)域12A的 帶隙寬，并且第二區(qū)域12B被設(shè)置于光入射面?zhèn)葟亩纬墒芄獗砻妫ū砻鍿1)。第一區(qū)域 12A和第二區(qū)域12B均可以由例如p型的黃銅礦系化合物構(gòu)成。
[0035] 圖2和圖3均圖示了黃銅礦系化合物的晶格常數(shù)與帶隙之間的關(guān)系。如圖2所示， 圖示出了各種黃銅礦系化合物。本實(shí)施例中所要使用的黃銅礦系化合物優(yōu)選地可以是晶格 常數(shù)與半導(dǎo)體基板11的半導(dǎo)體的晶格常數(shù)相接近的化合物。這就減少了晶體缺陷，并且抑 制了暗電流的生成。例如，當(dāng)使用由Si形成的半導(dǎo)體基板11時(shí)，優(yōu)選地可以使用落入在圖 3中所示的范圍X內(nèi)的黃銅礦系化合物中的任一者。例如，可以使用具有如下的黃銅礦結(jié)構(gòu) 的化合物半導(dǎo)體：該黃銅礦結(jié)構(gòu)由基于銅（Cu)、鋁（A1)、鎵（Ga)、銦（In)、硫（S)和硒（Se) 中的任一者的晶體形成。促使該化合物半導(dǎo)體進(jìn)行外延生長(zhǎng)，從而形成具有少量的晶體缺 陷的光電轉(zhuǎn)換部12。在表1中，概括了用于形成第一區(qū)域12A的黃銅礦系化合物和用于形 成第二區(qū)域12B的黃銅礦系化合物的組合的示例。
[0036] 表 1
[0037]

【權(quán)利要求】
1. 一種攝像元件，其包括： 光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部被設(shè)置于半導(dǎo)體基板上且含有黃銅礦系化合物， 其中所述光電轉(zhuǎn)換部具有在光入射面?zhèn)认鄬?duì)較寬的帶隙。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像元件，其中所述光電轉(zhuǎn)換部具有第一區(qū)域和第二區(qū)域， 所述第二區(qū)域被設(shè)置于所述光入射面?zhèn)?，且所述第二區(qū)域的帶隙比所述第一區(qū)域的帶隙 寬。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像元件，其中所述光電轉(zhuǎn)換部的所述帶隙呈階梯式地變化 以使得在所述光入射面?zhèn)容^寬。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像元件，其中所述光電轉(zhuǎn)換部的所述帶隙連續(xù)地變化以使 得在所述光入射面?zhèn)容^寬。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的攝像元件，其還包括被設(shè)置于所述光電轉(zhuǎn)換部 上的固定電荷膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的攝像元件，其還包括依次設(shè)置于所述光電轉(zhuǎn)換 部上的絕緣膜和導(dǎo)電膜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的攝像元件，其還包括設(shè)置于所述光電轉(zhuǎn)換部上 的導(dǎo)電膜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的攝像元件，其中所述半導(dǎo)體基板由n型半導(dǎo)體 構(gòu)成。
9. 一種攝像裝置，其設(shè)置有如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的攝像元件。
【文檔編號(hào)】H04N5/335GK104377214SQ201410359947
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】丸山俊介, 戶(hù)田淳 申請(qǐng)人:索尼公司