專利名稱：固體圖像捕獲設(shè)備、其制造方法、及電子信息裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體圖像捕獲設(shè)備(例如CMOS圖像傳感器、CCD 圖像傳感器等)，其中具有不同波長的光被分離并被沿半導(dǎo)體基板或半 導(dǎo)體層的厚度方向?qū)盈B的多個(gè)光接收部檢測；該固體圖像捕獲設(shè)備的制 造方法；以及使用該固體圖像捕獲設(shè)備作為圖像輸入裝置用于圖像捕獲 部的電子信息裝置(例如數(shù)碼相機(jī)、裝備有相機(jī)的蜂窩電話裝置等)。
背景技術(shù)：
在CMOS圖像傳感器、CCD圖像傳感器等所代表的傳統(tǒng)彩色固體 圖像捕獲設(shè)備中，在多個(gè)固體圖像捕獲裝置上布置有三或四種彩色濾光 器，其中在該固體圖像捕獲裝置中，多個(gè)光接收部(多個(gè)像素部)二維荷，且其中該三或四種彩色濾光器鑲嵌式布置用于相應(yīng)顏色從而對應(yīng)于 相應(yīng)的光接收部。采用這種結(jié)構(gòu)，與每個(gè)彩色濾光器相對應(yīng)的顏色信號 從像素部輸出，且該顏色信號被計(jì)算處理以產(chǎn)生包含其它顏色信號的彩 色圖像數(shù)據(jù)。然而，在其上鑲嵌式布置有用于相應(yīng)顏色的彩色濾光器的傳統(tǒng)彩色 固體圖像捕獲設(shè)備中，約2/3入射光被例如三原色的彩色濾光器吸收。 因此，實(shí)際上，僅約1/3的剩余入射光可用于輸出顏色信號，由此導(dǎo)致 光利用效率低和靈敏度低的問題。此外，在傳統(tǒng)彩色固體圖像捕獲設(shè)備中，在每個(gè)像素部僅能得到一 種顏色的顏色信號，且需要在不同像素部檢測每個(gè)該三原色的信號，基 于在不同像素部檢測的顏色數(shù)據(jù)通過計(jì)算得到同一位置(同一像素)的 其它顏色數(shù)據(jù)。此外，在傳統(tǒng)彩色固體圖像捕獲設(shè)備中，由于在每個(gè)光接收部得到的信號電荷的轉(zhuǎn)移區(qū)域布置于同一表面上，因此難以擴(kuò)大每個(gè)像素部的 光接收區(qū)域的尺寸，產(chǎn)生由于像素部(光接收部)尺寸縮小而引起的光 接收靈敏度下降的問題。傳統(tǒng)上，通過改善每個(gè)單元像素部的光接收特性來應(yīng)對上述問題。 然而，由于像素部尺寸的微型化，通過改善特性的這種措施已經(jīng)達(dá)到極 限，且上述的光接收靈敏度下降引起妨礙固體圖像捕獲設(shè)備進(jìn)一步縮小 尺寸或具有更多像素。為了解決這些問題，例如，參考文獻(xiàn)l提出了一種固體圖像捕獲設(shè) 備，其中與每種顏色相對應(yīng)的多個(gè)光接收部(電荷累積部)沿半導(dǎo)體基 板的深度方向?qū)盈B，每個(gè)光接收部設(shè)置有通過高濃度雜質(zhì)區(qū)域(高濃度 擴(kuò)散層)形成的轉(zhuǎn)移路徑。采用這種結(jié)構(gòu)，基于半導(dǎo)體的光學(xué)吸收系數(shù) 的波長依存性，具有與光接收部的深度相對應(yīng)的波段的顏色光被分離且 在光接收部被檢測，不同顏色的信號電荷通過由高濃度雜質(zhì)區(qū)域形成的 轉(zhuǎn)移路徑被分別讀出，使得多個(gè)信號電荷被讀出。這種傳統(tǒng)固體圖像捕獲設(shè)備通過沿半導(dǎo)體層深度方向?qū)盈B的光接 收部來分離和檢測不同波長的光，具有一種像素部截面結(jié)構(gòu)，其中產(chǎn)生例如藍(lán)(B)、綠(G)和紅(R)每種顏色光的信號電荷的光電二極管 (光接收部)從光入射側(cè)到更深的方向順序?qū)盈B。根據(jù)該傳統(tǒng)固體圖像 捕獲設(shè)備，由于利用硅的光學(xué)吸收系數(shù)的波長依存性來達(dá)成在每個(gè)像素 部的顏色分離，因此無需在每個(gè)像素部上方提供濾光器。此外，由于在 像素部相應(yīng)深度獲得三原色的信號，因此獲得具有高靈敏度和高分辨率 的出色彩色圖像，此外沒有任何偽顏色的問題。此外，參考文獻(xiàn)2提出一種固體圖像捕獲設(shè)備，其中光電轉(zhuǎn)換部(光 接收部)設(shè)置于半導(dǎo)體基板一側(cè)的表面上；設(shè)置為從基板表面的另一側(cè) 到達(dá)光電轉(zhuǎn)換部的槽的內(nèi)壁覆蓋有柵極絕緣膜；讀出柵電極嵌在該槽 內(nèi)；轉(zhuǎn)移用累積擴(kuò)散層設(shè)置為鄰接形成于槽一側(cè)上的柵極絕緣膜。采用 這種結(jié)構(gòu)，通過將電壓施加到嵌在槽內(nèi)的讀出柵電極，由此讀出光電轉(zhuǎn) 換部處的信號電荷。在具有這種模式的該傳統(tǒng)彩色固體圖像捕獲設(shè)備中，光接收部、讀 出柵電極、以及從光接收部讀出信號電荷的轉(zhuǎn)移用累積擴(kuò)散層，依次從 半導(dǎo)體基板的光入射側(cè)沿其結(jié)構(gòu)的深度方向布置，使得光入射面內(nèi)幾乎 所有圖像捕獲區(qū)域均形成為光接收區(qū)域。因此，光接收靈敏度由于光接收區(qū)域的尺寸增大而改善，使得可以更進(jìn)一步縮小像素尺寸。此外，參考文獻(xiàn)3提出一種固體圖像捕獲設(shè)備，其中光接收部設(shè)置 于半導(dǎo)體基板的背側(cè)上；布線層設(shè)置于半導(dǎo)體基板的前表面上；以及讀 出晶體管設(shè)置于該半導(dǎo)體基板內(nèi)部，該讀出晶體管用于從構(gòu)成光接收部 的導(dǎo)電區(qū)域讀出信號電荷到前方的形成于半導(dǎo)體基板表面?zhèn)壬系南袼?形成電路。采用這種結(jié)構(gòu)，例如，在半導(dǎo)體基板內(nèi)部設(shè)置了構(gòu)成讀出柵 的導(dǎo)電區(qū)域，并讀出在光接收部性獲得的信號電荷。在具有這種才莫式的該傳統(tǒng)彩色固體圖像捕獲設(shè)備中，通過光從背側(cè) 入射的這種結(jié)構(gòu)增大了光電二極管中可累積的電荷的數(shù)量，由此改善光 接收靈敏度。此外，通過在半導(dǎo)體基板內(nèi)部形成用于讀出所需的晶體管 和讀出選擇線，形成于半導(dǎo)體基板表面上的晶體管和布線的數(shù)目減少， 使得像素尺寸可以微型化。參考文獻(xiàn)1:日本特開2004-273951號公報(bào)參考文獻(xiàn)2:日本特開2004-281499號公報(bào)參考文獻(xiàn)3:日本特開2005-353994號公報(bào)發(fā)明內(nèi)容然而，每個(gè)上述傳統(tǒng)固體圖像捕獲設(shè)備存在如下問題。 在上迷參考文獻(xiàn)1披露的傳統(tǒng)彩色固體圖像捕獲設(shè)備中，需要在基 板表面上在所有的相應(yīng)顏色的像素部之間提供高濃度擴(kuò)散層作為電荷 轉(zhuǎn)移路徑和讀出柵電極，從而轉(zhuǎn)移從像素部輸出的信號電荷。由于用于 布置高濃度擴(kuò)散層和讀出柵電極所占據(jù)的區(qū)域，這導(dǎo)致固體圖像捕獲設(shè) 備的分辨率降低。此外，如上所述在參考文獻(xiàn)l中披露的傳統(tǒng)彩色固體圖像捕獲設(shè)備 中，由于連接光接收部和讀出柵電極的高濃度擴(kuò)散層被設(shè)置為一直到并 包括與每種顏色相對應(yīng)的光接收部的深度，因此需要高讀出電壓來讀出 累積在光接收部內(nèi)的每個(gè)信號電荷。因此，難以將參考文獻(xiàn)l披露的傳 統(tǒng)彩色固體圖像捕獲設(shè)備直接應(yīng)用于CMOS圖像傳感器以用于低功耗 的目的。如果使用用于CMOS圖像傳感器的低電壓來執(zhí)行讀出，則信號 電荷將不會(huì)^L全部讀出且將留在光接收部，產(chǎn)生殘留圖像而降低圖像質(zhì) 量的缺陷。在上述參考文獻(xiàn)2披露的傳統(tǒng)彩色固體圖像捕獲設(shè)備中，由于每個(gè)像素部僅能獲得一個(gè)顏色信號，需要在不同像素部檢測每個(gè)三原色的信 號。這種情況下，由于用于相應(yīng)顏色的光接收部布置于同一表面上，因 此難以擴(kuò)大每個(gè)像素部內(nèi)光接收區(qū)域的尺寸，且其光接收靈敏度隨著光 接收區(qū)域的尺寸縮小而降低。此外，采用這種結(jié)構(gòu)，由于需要設(shè)置濾光 器，由于濾光器吸收的光的數(shù)量，入射光的利用效率降低，出現(xiàn)光接收 靈敏度降低的問題。此外，如果如上所述參考文獻(xiàn)l中提出的層疊光接收部直接應(yīng)用于如上所述參考文獻(xiàn)2披露的傳統(tǒng)彩色固體圖像捕獲設(shè)備中，則構(gòu)成讀出 柵的槽將鄰接所有層疊的光接收部，使得無法獨(dú)立且分離地讀出每種顏 色的信號電荷。對于上述參考文獻(xiàn)3披露的彩色固體圖像捕獲設(shè)備的情形，與上述 參考文獻(xiàn)2的情形類似，由于每個(gè)像素部僅能獲得一種顏色信號，需要 在不同像素部檢測每個(gè)三原色的信號，且由于用于相應(yīng)顏色的光接收部 布置于同一表面上，因此難以擴(kuò)大每個(gè)像素部的光接收區(qū)域的面積，且 其光接收靈敏度隨著光接收區(qū)域的面積縮小而降低。此外，采用這種結(jié) 構(gòu)，還由于需要設(shè)置彩色濾光器，且因此入射光的利用效率和光接收靈 敏度降低。此外，如果如上所述參考文獻(xiàn)l中提出的層疊光接收部直接應(yīng)用于 參考文獻(xiàn)3披露的傳統(tǒng)彩色固體圖像捕獲設(shè)備中，僅距離光入射面最深 的光接收部可以被讀出信號電荷，使得無法獨(dú)立且分離地讀出每種顏色 的信號電荷。本發(fā)明解決了如上所述的傳統(tǒng)問題。本發(fā)明的目的是提供一種具有 高靈敏度和高分辨率的固體圖像捕獲設(shè)備，其不需要彩色濾光器且能夠 以較低電壓分別讀出與多種顏色相對應(yīng)的信號電荷；該固體圖像捕獲設(shè) 備的制造方法；以及電子信息裝置(例如數(shù)碼相機(jī)、裝備有相機(jī)的蜂窩 電話裝置等)，其使用該固體圖像捕獲設(shè)備作為圖像輸入裝置用于圖像 捕獲部。提供了根據(jù)本發(fā)明的一種固體圖像捕獲設(shè)備，由此實(shí)現(xiàn)上述目的， 其中多個(gè)固體圖像捕獲裝置沿一方向沿著基板表面順序布置，該多個(gè)固 體圖像捕獲裝置具有沿該半導(dǎo)體基板的深度方向?qū)盈B的多個(gè)光接收部； 且對于入射對象光的電磁波，依據(jù)該半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體基板材料的光 學(xué)吸收系數(shù)的波長依存性，具有與相應(yīng)光接收部的深度相對應(yīng)的波段的電磁波在相應(yīng)光接收部被檢測；以及信號電荷分別產(chǎn)生，其中，槽部按下述方式設(shè)置，該槽部分別從該半導(dǎo)體基板的光入射面或者與該光入射面相對的基板表面到達(dá)在平面圖中不相互交疊的相應(yīng)光接收部的位置，其中，讀出柵電極設(shè)置在每個(gè)槽部，且電學(xué)電荷轉(zhuǎn)移部被提供，在驅(qū)動(dòng)該讀出4冊電極時(shí)該電學(xué)電荷轉(zhuǎn)移部能夠通過相應(yīng)槽的側(cè)壁部獨(dú)立地將電學(xué)電荷從該多個(gè)光接收部轉(zhuǎn)移到該光入射面?zhèn)然蛘吲c該光入射面相對的基板表面?zhèn)?。?yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，該電學(xué)電荷轉(zhuǎn)移部 按下述方式布置，該槽部布置為鄰接沿相應(yīng)基板平面方向的層疊的光接 收部的相應(yīng)層，該槽部的內(nèi)壁覆蓋有柵極絕緣膜，且該讀出柵電極嵌在 每個(gè)該槽部的內(nèi)部。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，電學(xué)極性不同于該 多個(gè)光接收部的電學(xué)極性的相反導(dǎo)電擴(kuò)散層沿著覆蓋該槽部的側(cè)壁的 該才冊4及絕緣力莫設(shè)置在該側(cè)壁上。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，累積擴(kuò)散層被設(shè)置， 該累積擴(kuò)散層鄰接位于該光入射面或者與該光入射面相對的基板表面 上的該柵極絕緣膜上并與每個(gè)該光接收部分離，且溝道區(qū)設(shè)置于該相反 導(dǎo)電擴(kuò)散層內(nèi)以將信號電荷從該光接收部轉(zhuǎn)移到該累積擴(kuò)散層。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，該溝道區(qū)為電學(xué)極 性不同于該光接收部的電學(xué)極性的溝道擴(kuò)散層。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，低濃度溝道擴(kuò)散區(qū) 形成于用于形成每個(gè)該多個(gè)光接收部的區(qū)域和該溝道區(qū)相互交疊的區(qū) 域。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，沿一方向沿著該基 板表面相互鄰接的固體圖像捕獲裝置通過設(shè)置于槽的側(cè)表面上的相反 導(dǎo)電擴(kuò)散層而相互分離成為分離裝置，該槽具有從與該光入射面相對的 該基板表面或者從該光入射面到每個(gè)該多個(gè)光接收部的深度。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，該多個(gè)光接收部布 置成平面圖中的方形或矩形格子形狀，且該槽部沿不同的兩個(gè)或三個(gè)方 向沿著相應(yīng)邊緣按下述方式布置，該槽部鄰接從一形狀朝外部延伸的該 相應(yīng)邊緣^f吏得該延伸邊緣在平面圖內(nèi)不相互交疊，其中在該形狀內(nèi)，該 多個(gè)光接收部在平面圖內(nèi)相互交疊。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，該多個(gè)光接收部布 置成平面圖中的六角形和蜂窩結(jié)構(gòu)，且該槽部沿不同的兩個(gè)或三個(gè)方向 沿著相應(yīng)邊緣按下述方式布置，該槽部鄰接從一形狀朝外部延伸的該相 應(yīng)邊緣使得該延伸邊緣在平面圖內(nèi)不相互交疊，其中在該形狀內(nèi)，該多 個(gè)光接收部在平面圖內(nèi)相互交疊。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，該多個(gè)光接收部布 置成平面圖中的方形或矩形格子形狀，且該槽部沿不同的四個(gè)方向沿著 邊緣的相應(yīng)部分按下述方式布置，該槽部鄰接從一形狀朝外部延伸的該 邊緣的相應(yīng)部分使得該邊緣的延伸部在平面圖內(nèi)不相互交疊，其中在該 形狀內(nèi)，該多個(gè)光接收部在平面圖內(nèi)相互交疊。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，該半導(dǎo)體為具有外 延層的硅基板，且該多個(gè)光接收部形成有由不同導(dǎo)電性的半導(dǎo)體結(jié)形成 的光電二極管。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，設(shè)置有N(N為自 然數(shù))個(gè)光接收部用作該多個(gè)光接收部，從用于檢測第一波段的電磁波 的第一光接收部到用于檢測第N波段的電磁波的第N光接收部。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，設(shè)置有用于檢測笫 一波段的電磁波的第一光接收部和用于檢測第二波段的電磁波的第二 光接收部，用作該多個(gè)光接收部。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，設(shè)置有用于檢測第 一波段的電磁波的第一光接收部、用于檢測第二波段的電磁波的第二光 接收部和用于檢測第三波段的電磁波的第三光接收部，用作該多個(gè)光接 收部。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，設(shè)置有用于檢測第 一波段的電磁波的第一光接收部、用于檢測第二波段的電磁波的第二光 接收部、用于檢測第三波段的電磁波的第三光接收部和用于檢測第四波 段的電磁波的第四光接收部，用作該多個(gè)光接收部。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，從該半導(dǎo)體基板的 光入射側(cè)面到該第一光接收部的深度檢測在大于或等于0.2 jam且小于 或等于2.0jim范圍的白光，且從該光入射側(cè)面到該第二光接收部的深 度檢測在3.0 ju m 土 0.3 w m范圍的紅外光。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，從該半導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面到該第一光接收部的深度檢測在大于或等于0.1 ym且小于 或等于0.2 ym范圍的紫外光，且從該光入射側(cè)面到該第二光接收部的 深度檢測在大于或等于0.2jum且小于或等于2.0Mm范圍的白光作為耗 盡層的厚度。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，從該半導(dǎo)體基板的 光入射側(cè)面到該第一光接收部的深度^r測在大于或等于0.1 ym且小于 或等于0.2|nm范圍的紫外光，且從該光入射側(cè)面到該第二光接收部的 深度檢測在3.0 )Li m ± 0.3 m m范圍的紅外光。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，從該半導(dǎo)體基板的 光入射側(cè)面到該第一光接收部的深度在大于或等于0.1 ium且小于或等 于0.4Mm之間的范圍，從該半導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面到該第二光接收 部的深度在大于或等于0.4 |u m且小于或等于0.8 y m之間的范圍，以及 從該半導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面到該第三光接收部的深度在大于或等于 0.8 jii m且小于或等于2.5 y m之間的范圍，由此檢測三原色。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，從該半導(dǎo)體基板的 光入射側(cè)面到該第一光接收部的深度在大于或等于0.1 Mm且小于或等 于0.4pm之間的范圍；從該半導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面到該二光接收部 的深度在大于或等于0.3 m m且小于或等于0.6 m m之間的范圍；從該半 導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面到該第三光接收部的深度在大于或等于0.4pm 且小于或等于0.8jnm之間的范圍；以及從該半導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面 到該第四光接收部的深度在大于或等于0.8 n m且小于或等于2.5 m m之 間的范圍，由此檢測三原色和翠綠色。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，信號輸出電路設(shè)置 于每個(gè)該多個(gè)固體圖像捕獲裝置內(nèi)，以選擇該多個(gè)固體圖像捕獲裝置中 的特定固體圖像捕獲裝置從而輸出信號，該信號輸出電路是由由該半導(dǎo) 體基板的與光入射面?zhèn)鹊南鄬?cè)或者該光入射面?zhèn)刃纬傻亩鄠€(gè)晶體管 形成。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，信號輸出電路設(shè)置 于每個(gè)該多個(gè)固體圖像捕獲裝置內(nèi)，以選擇該多個(gè)固體圖像捕獲裝置中 的特定固體圖像捕獲裝置從而輸出信號，且構(gòu)成該信號輸出電路的該晶 體管設(shè)置于該固體圖像捕獲裝置內(nèi)的雜質(zhì)擴(kuò)散層阱之內(nèi)和之上。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，該信號輸出電路具有用于響應(yīng)于從該光接收部電荷轉(zhuǎn)移到該累積擴(kuò)散層的信號電壓而放 大信號的放大晶體管，以及用于將該累積擴(kuò)散層的信號電壓復(fù)位至預(yù)定 電壓的復(fù)位晶體管。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，該信號輸出電路的 信號輸出路徑是由形成于該半導(dǎo)體基板的光入射面?zhèn)鹊南鄬?cè)上的布 線層構(gòu)成。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，所述柵極絕緣膜為 氧化物膜或高介電絕緣膜。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，所述氧化物膜為氧 化硅膜。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，所述高介電絕緣膜 為氧化鉿。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，所述讀出柵電極是 由包含摻雜硅材料或金屬材料的材料制成。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備中，所述固體圖像捕獲設(shè)備為CMOS圖像傳感器或者CCD圖像傳感器。一種電子信息裝置，使用根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備作為圖像 輸入裝置，由此達(dá)成上述目的。一種固體圖像捕獲設(shè)備的制造方法，其中多個(gè)固體圖像捕獲裝置沿 一方向沿著基板表面順序布置，該多個(gè)固體圖像捕獲裝置具有沿該半導(dǎo) 體基板的深度方向?qū)盈B的多個(gè)光接收部；且對于入射對象光的電磁波， 依據(jù)該半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體基板材料的光學(xué)吸收系數(shù)的波長依存性，具 有與相應(yīng)光接收部的深度相對應(yīng)的波段的電》茲波在相應(yīng)光接收部祐j企 測；以及信號電荷產(chǎn)生，該方法包括光接收部形成步驟，沿半導(dǎo)體基 板的深度方向依次形成第一光接收部擴(kuò)散層至第N光接收部擴(kuò)散層(N 為自然數(shù))，該光接收部擴(kuò)散層的交疊區(qū)域隨其相應(yīng)邊緣而延伸，使得 每個(gè)該光接收部擴(kuò)散層具有在平面圖中與其它光接收部擴(kuò)散層不交疊 的部分；相反導(dǎo)電擴(kuò)散層形成步驟，在該基板表面的光入射面上形成相 反導(dǎo)電擴(kuò)散層，該相反導(dǎo)電擴(kuò)散層具有與每個(gè)該光接收部的電學(xué)極性不 同的電學(xué)極性；槽形成步驟，形成槽，該槽具有從與該光入射面相對的 該基板表面到每個(gè)該光接收部的深度并布置為鄰接沿相應(yīng)基板平面方 向的層疊的光接收部的每個(gè)邊緣；槽側(cè)面擴(kuò)散層形成步驟，在該槽的側(cè)面上形成相反導(dǎo)電擴(kuò)散層，該相反導(dǎo)電擴(kuò)散層具有與每個(gè)該光接收部的電學(xué)極性不同的電學(xué)極性；柵極絕緣膜形成步驟，形成柵極絕緣膜以覆 蓋該槽的內(nèi)部；對冊電才及形成步驟，填充該槽的內(nèi)部以形成讀出對冊電極； 以及累積擴(kuò)散層形成步驟，形成累積擴(kuò)散層，該累積擴(kuò)散層鄰接與該光 入射側(cè)相對的該基板表面上的該柵極絕緣膜且與每個(gè)該光接收部分離， 由此達(dá)成上述目的。具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的功能在下文描述。根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備，固體圖像捕獲裝置沿 一方向沿著 基板表面順序布置，固體圖像捕獲裝置分別具有沿該半導(dǎo)體基板的深度 方向?qū)盈B的多個(gè)光接收部。采用這種結(jié)構(gòu)，對于入射光(電磁波)，依 據(jù)半導(dǎo)體基板材料的光學(xué)吸收系數(shù)的波長依存性，具有與相應(yīng)光接收部 的深度相對應(yīng)的波段的光(電磁波)在該光接收部被檢測，且信號電荷 產(chǎn)生。因此，具有不同波長的光分量(電磁波)在相應(yīng)光接收部被分離 和檢測，而沒有設(shè)置彩色濾光器。此外，至少具有到達(dá)光接收部的深度的槽部布置為鄰接沿相應(yīng)的不 同基板平面方向的層疊的光接收部的相應(yīng)層，且讀出柵電極嵌在該槽部 的內(nèi)部以將傳遞來自光接收部的信號電荷。每個(gè)鄰接相應(yīng)光接收部的槽 不鄰接其它光接收部，且因此讀出電壓可以施加到讀出電極，從而與鄰 接該讀出柵電極(槽部)的光接收部獨(dú)立地讀出與相應(yīng)光接收部的每種 顏色相對應(yīng)的信號電荷。此外，可以使用低讀出電壓來讀出信號電荷， 因?yàn)樽x出柵電極和光接收部相互鄰接。此外，由于槽部形成于從與光入 射面相對的基板表面到達(dá)相應(yīng)光接收部的深度，且讀出柵電極在基板表 面上不接地，因此可以擴(kuò)大光接收部的尺寸以改善其光接收效率。如上所述，可以解決至少用于讀出信號的讀出電極用位置不能窄而 需要為寬槽的問題、由于讀出電極和光接收部或溝道之間的距離遠(yuǎn)而引 起信號讀出電壓增加的問題、以及顏色混合的問題，其中顏色混合的問 題是通過在獨(dú)立的位置和方向讀出相應(yīng)顏色的信號來解決的。如上所述，固體圖像捕獲設(shè)備的生產(chǎn)率可以提高，因?yàn)榕c固體圖像 捕獲設(shè)備所特有的光學(xué)特性相關(guān)聯(lián)的制造工藝，即，彩色濾光器形成步 驟可以消除。此外，因?yàn)榭梢酝ㄟ^層疊來形成用于相應(yīng)顏色信號的光接 收部，因此每個(gè)像素部的光接收區(qū)域可以擴(kuò)大，由于改善的光接收靈敏 度而實(shí)現(xiàn)高的圖像質(zhì)量。此外，由于讀出柵電極形成于半導(dǎo)體基板的槽部的內(nèi)部并沿垂直方 向>^人與相應(yīng)顏色相對應(yīng)的光接收部讀出，讀出 >[冊電才及和光接收部相互鄰接；且由于讀出柵電極和溝道部之間的距離短，信號電荷可以通過低得多的讀出電壓被讀出，由此降低功耗。此外，由于無需形成高濃度擴(kuò)散 層作為轉(zhuǎn)移路徑或者在基板表面上提供讀出柵電極，因此占據(jù)面積可以更小且每個(gè)像素部內(nèi)的光接收區(qū)域的尺寸可以顯著更大，由于改善的光接收靈敏度而實(shí)現(xiàn)高的圖像質(zhì)量。由于布線層設(shè)置于與光入射面的相對側(cè)面上，因此無需在像素部之 間布置布線層來傳遞從每個(gè)像素部(每個(gè)光接收部)輸出的信號電荷。 因此，布線層的占據(jù)面積將不會(huì)導(dǎo)致該固體圖像捕獲設(shè)備降低分辨率。 此外，可以在與光入射面的相對側(cè)上形成用于放大來自光接收部的信號 電荷并用于電學(xué)復(fù)位信號電荷的晶體管。由于每個(gè)像素部的光接收部的 尺寸不受用于布置該晶體管的面積的影響，將不會(huì)導(dǎo)致固體圖像捕獲設(shè) 備降低其分辨率，且光接收區(qū)域的面積可以更大，由于改善的光接收靈 敏度而實(shí)現(xiàn)高的圖像質(zhì)量。此外，注意，信號讀出電路及其布線可以設(shè) 置于光入射側(cè)上(例如，位于光接收部之間；以及位于鄰接的固體圖像 捕獲裝置之間)。這種情況下，槽的深度可以淺，使得制造更容易。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以通過不包含彩色濾光器形成步驟的筒單制 造方法來實(shí)現(xiàn)具有高靈敏度和高分辨率的固體圖像捕獲設(shè)備，該固體圖 像捕獲設(shè)備不需要彩色濾光器且能夠以低電壓分別讀出與多種顏色相 對應(yīng)的信號電荷。此外，也可以實(shí)現(xiàn)使用該固體圖像捕獲設(shè)備作為圖像 輸入裝置用于圖像捕獲部的電子信息裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解結(jié)合附圖進(jìn)行的下述詳細(xì)描述時(shí)，將 顯見本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的固體圖像捕獲裝置的示例性基本 結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖。圖2為用于描述圖1所示的固體圖像捕獲設(shè)備的制造步驟的基本結(jié) 構(gòu)的縱向剖面圖。圖3 (A)為示出對于像素部布置成方形格子形狀成為圖1的固體 圖像捕獲裝置的情形中，按照光接收部沿三個(gè)不同方向延伸用于相應(yīng)顏色的方式來布置的，該固體圖像捕獲設(shè)備的圖像捕獲區(qū)域的示例性基本 結(jié)構(gòu)的平面圖。圖3 (B)為示出對于像素部布置為蜂窩結(jié)構(gòu)內(nèi)的六邊形形狀成為 實(shí)施例2的固體圖像捕獲裝置的情形中，按照光接收部沿三個(gè)不同方向 延伸的方式來布置的，該固體圖像捕獲設(shè)備的圖像捕獲區(qū)域的示例性基 本結(jié)構(gòu)的平面圖。圖3 (C)為示出對于像素部布置為方形格子形狀成為實(shí)施例3的 固體圖像捕獲裝置的情形中，按照光接收部沿四個(gè)不同方向延伸用于相 應(yīng)顏色的方式來布置的，該固體圖像捕獲設(shè)備的圖像捕獲區(qū)域的示例性 基本結(jié)構(gòu)的平面圖。圖4為用于描述圖1所示的固體圖像捕獲設(shè)備的制造步驟的基本結(jié) 構(gòu)的縱向剖面圖。圖5為用于描迷圖1所示的固體圖像捕獲設(shè)備的制造步驟的基本結(jié) 構(gòu)的縱向剖面圖。圖6為用于描迷圖1所示的固體圖像捕獲設(shè)備的制造步驟的基本結(jié) 構(gòu)的縱向剖面圖。圖7為用于描述圖1所示的固體圖像捕獲設(shè)備的制造步驟的基本結(jié) 構(gòu)的縱向剖面圖。圖8為用于描迷圖1所示的固體圖像捕獲設(shè)備的制造步驟的基本結(jié) 構(gòu)的縱向剖面圖。圖9為示出圖1中示為A-B-C的電學(xué)電荷轉(zhuǎn)移路徑中電勢分布的視圖。附圖標(biāo)記"i兌明10、 20、 30:固體圖像捕獲設(shè)備100、 200、 300:固體圖像捕獲裝置101:半導(dǎo)體基板111:第一光接收部112:第二光接收部113:第三光接收部121:相反導(dǎo)電擴(kuò)散層122:絕緣膜131:溝道擴(kuò)散層132:相反導(dǎo)電擴(kuò)散層133:低濃度溝道擴(kuò)散層141:柵極絕緣膜151、 152、 153:讀出對冊電極161:累積擴(kuò)散層162:阱163:放大晶體管 164:復(fù)位晶體管 171:通路接觸181、 182、 183、 184:層間絕緣膜 191、 192、 193:布線層211、 3U:第一光接收部(用于形成第一光接收部的區(qū)域)212、 312:第二光接收部(用于形成第二光接收部的區(qū)域)213、 313:第三光接收部(用于形成第三光接收部的區(qū)域) 314:第四光接收部(用于形成第四光接收部的區(qū)域)251、 351:用于形成第一光接收部用讀出柵電極的區(qū)域252、 352:用于形成第二光接收部用讀出柵電極的區(qū)域253、 353:用于形成第四光接收部用讀出^f冊電4及的區(qū);或 354:用于形成第四光接收部用讀出4冊電極的區(qū)域具體實(shí)施方式
在下文將結(jié)合附圖詳細(xì)描述應(yīng)用于CMOS圖像傳感器的根據(jù)本發(fā) 明的固體圖像捕獲設(shè)備及該固體圖像捕獲設(shè)備的制造方法的實(shí)施例1至3, 以及使用根據(jù)本發(fā)明的固體圖像捕獲設(shè)備及該固體圖像捕獲設(shè)備的 制造方法的實(shí)施例1至3作為圖像捕獲部的固體圖像捕獲裝置的實(shí)施例4。 這種情況下，除了 CMOS圖像傳感器，也可以采用CCD圖像傳感器。實(shí)施例1圖1為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的固體圖像捕獲裝置的示例性基本 結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖。在圖1的實(shí)施例1的固體圖像捕獲裝置100中，描述了下迷情形， 固體圖像捕獲裝置100包括多個(gè)光接收部，即，用于檢測第一波段的電磁波的第一光接收部111、用于檢測第二波段的電磁波的第二光接收部U2、以及用于檢測第三波段的電磁波的第三光接收部113。這種情況下， 考慮具有不同波段的三種顏色的光，例如R (紅)、G (綠)和B (藍(lán)) 三原色。下文中描述這樣的情形，分別在第一波段檢測藍(lán)光，在笫二波 段檢測綠光，且在第三波段檢測紅光。在圖1,實(shí)施例1的固體圖像捕獲設(shè)備IO設(shè)置有沿半導(dǎo)體基板101 的深度方向順序?qū)盈B在半導(dǎo)體基板101上的用于檢測第一波段的電磁波 的笫一光接收部(藍(lán)光用光接收部擴(kuò)散層)111 、用于檢測第二波段的 電磁波的笫二光接收部(綠光用光接收部擴(kuò)散層)112、以及用于檢測 第三波段的電磁波的第三光接收部(紅光用光接收部擴(kuò)散層)113,該 半導(dǎo)體基板101用于為單元像素部的固體圖像捕獲裝置100。盡管未在圖1中示出，固體圖像捕獲裝置100沿一方向沿著半導(dǎo)體 基板101的平面周期性地布置。在每個(gè)固體圖像捕獲裝置100中，對于 所有入射電磁波，依據(jù)半導(dǎo)體基板101的材料的光學(xué)吸收系數(shù)的波長依被檢測,、且^言號電荷隨后;生。:反導(dǎo)1擴(kuò)^層121設(shè)置于半導(dǎo)體基l 101的表面(位于第一光接收部111上)上的光入射面上以抑制在表面 水平出現(xiàn)電荷，其中該相反導(dǎo)電擴(kuò)散層121的電學(xué)極性與光接收部擴(kuò)散 層的電學(xué)極性相反。在每個(gè)固體圖像捕獲裝置100中，具有光接收部的深度的槽(溝) 從半導(dǎo)體基板101的光入射側(cè)的相對表面布置，使得光接收部和槽在層 疊的光接收部111至113相應(yīng)層沿基板平面方向相互鄰接(改變其在平 面圖上的位置)。在圖1中示出了鄰接光接收部112的槽112a和鄰接 光接收部113的槽113a，沒有示出鄰接光接收部111的槽(槽llla未 示出)，因?yàn)槠渲糜谠撻g隔的內(nèi)側(cè)(圖1 )。槽llla至113a每一個(gè)的內(nèi)壁覆蓋有柵極絕緣膜141 (熱氧化膜)， 且用于讀出柵電極151 (圖3所示)的材料(例如，金屬材料)嵌在每 個(gè)槽llla至113a內(nèi)。沿著覆蓋上述槽llla至113a的每個(gè)側(cè)壁的柵極 絕緣膜141 (圖1中上下方向)，電學(xué)極性與光接收部擴(kuò)散層相反(相 反導(dǎo)電類型)的溝道擴(kuò)散層131 (溝道區(qū))設(shè)置為電荷傳遞路徑，該電 荷傳遞路徑將信號電荷從每個(gè)光接收部111至113傳遞到累積擴(kuò)散層。此外，用于光接收部擴(kuò)散層的雜質(zhì)以及用于溝道擴(kuò)散層131的相反電學(xué)特性的雜質(zhì)電學(xué)上相互抵消，低濃度溝道擴(kuò)散層133由此形成，并 且低濃度溝道擴(kuò)散層133設(shè)置于部分相互交疊(例如光接收部113和槽 151相互交疊的深度部B)的用于形成每個(gè)光接收部111至113的區(qū)域 (在圖1中側(cè)向延伸的區(qū)域)和用于形成每個(gè)槽llla至113a的區(qū)域(圖 1中沿上下方向延伸的區(qū)域)。擴(kuò)散層132從光照射i:側(cè)到每個(gè)L接收部111至113的深度設(shè)置于槽 的側(cè)面上。沿一個(gè)方向沿著基板的平面相互鄰接的光接收部111至113 通過相反導(dǎo)電擴(kuò)散層132和上述的槽llla至U3a相互電學(xué)絕緣。此外，累積擴(kuò)散層161設(shè)置為鄰接形成于每個(gè)槽Ula至113a的側(cè) 壁上的柵極絕緣膜141并與每個(gè)光接收部111至113分離。預(yù)定讀出電 壓施加到讀出柵電極151，使得累積在光接收部111至113內(nèi)的信號電 荷獨(dú)立地傳遞到相應(yīng)的累積擴(kuò)散層161。在每個(gè)固體圖像捕荻裝置100中，放大晶體管163和復(fù)位晶體管164 等設(shè)置為構(gòu)成電路的晶體管，該電路用于選擇多個(gè)固體圖像捕獲裝置 100中的特定固體圖像捕獲裝置100并用于從該固體圖像捕獲裝置輸出 信號，其中放大晶體管163依據(jù)從每個(gè)光接收部111至113分別傳遞到 累積擴(kuò)散層161的信號電壓而放大輸出，且復(fù)位晶體管164將用作電荷 檢測部(信號電壓轉(zhuǎn)換部)來檢測電荷傳遞信號電荷的累積擴(kuò)散層161 的該信號電壓復(fù)位到預(yù)定電壓。這些晶體管形成于半導(dǎo)體基板101上與光入射側(cè)相對的側(cè)面上，形 成于由雜質(zhì)擴(kuò)散層形成的每個(gè)阱162之內(nèi)和之上。此外，由金屬材料制 成的布線層191至193形成于半導(dǎo)體基板101上與光入射側(cè)相對的側(cè)面 上，作為信號電荷的傳遞路徑。這些布線層191至193通過其間的層間 絕緣膜181至184相互層疊，且通過設(shè)置于層間絕緣膜181至184的通 孔接觸，分別連接到讀出柵電極151和累積擴(kuò)散層161以及放大晶體管 163和復(fù)位晶體管164。因此，讀出柵電極151和累積擴(kuò)散層161通過由金屬材料制成的相 應(yīng)布線層191而電連接到信號讀出電路，該信號讀出電路用于從每個(gè)固 體圖像捕獲裝置IOO選擇一個(gè)像素作為像素部，并用于從該固體圖像捕 獲裝置100榆出信號。采用上述結(jié)構(gòu)，固體圖像捕獲裝置100的操作將在下文予以描述。對于根據(jù)實(shí)施例1的固體圖像捕獲設(shè)備，首先，在圖像捕獲時(shí)，入射對象光從半導(dǎo)體基板101的其上形成有光接收部111至113的表面?zhèn)?入射。對于入射對象光的電磁波，依據(jù)半導(dǎo)體基板101的半導(dǎo)體材料的 光學(xué)吸收系數(shù)的波長依存性，具有與相應(yīng)光接收部111至113的深度相 對應(yīng)的波段的電磁波在相應(yīng)光接收部111至113被檢測，且信號電荷產(chǎn) 生。例如，藍(lán)光在第一光接收部111被檢測，綠光在第二光接收部112 被檢測，且紅光在第三光接收部U3^f皮;險(xiǎn)測。通過將電壓施加到讀出柵 電極151,通過低濃度溝道擴(kuò)散層133和溝道擴(kuò)散層131，在累積擴(kuò)散 層161讀出在相應(yīng)光接收部檢測的信號電荷。首先，在此簡要描述根據(jù)實(shí)施例1的固體圖像捕獲設(shè)備10的制造 方法。根據(jù)實(shí)施例1的固體圖像捕獲設(shè)備的制造方法包括光接收部形成 步驟，沿半導(dǎo)體基板101的深度方向依次形成用于第一光接收部111至 第N光接收部(該情形中為第三光接收部113)的相應(yīng)擴(kuò)散層，該擴(kuò)散 層從其與基板平面的側(cè)面的交點(diǎn)延伸(方形的長度)以具有在平面圖中 不相互交疊的相應(yīng)層的部分；相反導(dǎo)電擴(kuò)散層形成步驟，在光入射側(cè)的 基板表面上形成相反導(dǎo)電擴(kuò)散層，其電學(xué)極性不同于光接收部111至 113的電學(xué)極性；槽形成步驟，形成槽llla至113a,該槽具有從與光入 射側(cè)相對的基板表面到光接收部111至U3的深度并布置為鄰接沿著基 板平面沿不同方向的基板的側(cè)面，取決于每個(gè)層疊的光接收部111至 113;槽側(cè)面擴(kuò)散層形成步驟，在槽llla至113a的側(cè)面上形成相反導(dǎo)電 擴(kuò)散層131至133,其電學(xué)極性不同于光接收部111至113的電學(xué)極性； 槺極絕緣膜形成步驟，形成柵極絕緣膜141以覆蓋槽llla至113a的每 一個(gè)的內(nèi)壁；沖冊電極形成步驟，填充該槽llla至113a以形成讀出4冊電 極151至153;以及累積擴(kuò)散層形成步驟，形成累積擴(kuò)散層161,該累 積擴(kuò)散層161鄰接與光入射側(cè)相對的基板表面上的柵極絕緣膜141且與 每個(gè)光接收部111至113分離。如此，預(yù)定雜質(zhì)注入到7>共間隙(槽llla至113a)的內(nèi)壁以形成 氧化硅膜(或者通過CVD形成的高電介質(zhì)；氧化鉿Hf02/HfSiO,電 壓有效地施加到溝道，即使在相同的驅(qū)動(dòng)電壓被施加時(shí))，且內(nèi)壁的內(nèi) 部填充有摻雜硅(或金屬材料)以形成讀出柵電極151至153。如上所述根據(jù)實(shí)施例1的固體圖像捕獲設(shè)備的制造方法將結(jié)合圖2至8予以更"i羊細(xì)描述。圖2和圖4至8分別為用于描述根椐實(shí)施例1的固體圖像捕獲設(shè)備 的制造步驟的縱向剖面圖，圖3為示出示例性像素部布置的平面圖和像 素部的形成的平面圖。如圖2所示，為了在期望深度形成用于相應(yīng)顏色的期望的光接收部 擴(kuò)散層，在使用光學(xué)光刻技術(shù)打開抗蝕劑(未示出)，以打開用于形成 檢測藍(lán)光的第一光接收部111的區(qū)域之后，雜質(zhì)利用離子注入技術(shù)來注 入。隨后，抗蝕劑被去除以形成第一光接收部擴(kuò)散層111作為最上層， 該層檢測藍(lán)光。隨后以類似的方式，光學(xué)光刻步驟、離子注入步驟和抗 蝕劑去除步驟重復(fù)執(zhí)行，從而順序形成檢測綠光的第二光接收部擴(kuò)散層 112作為中間層，以及檢測紅光的第三光接收部擴(kuò)散層113作為最下層。 利用光接收部111至113的擴(kuò)散層和具有不同電學(xué)極性的半導(dǎo)體基板 101的半導(dǎo)體結(jié)(PN結(jié))，光電二極管(光接收部)配置成光電轉(zhuǎn)換部。 半導(dǎo)體基板101可以是部分或者全部形成有外延層的硅基板，且光電二 極管(光接收部)可形成于外延層內(nèi)。這種情況下，信號電荷的噪聲分 量可以降低，這使圖像質(zhì)量改善。對于每個(gè)光接收部，檢測藍(lán)光的第一光接收部lll位于距半導(dǎo)體基 板101的光入射側(cè)面在大于或等于0.1 jim且小于或等于0.4Mm之間； 檢測綠光的第二光接收部112位于距半導(dǎo)體基板101的光入射側(cè)面在大 于或等于0.4ym且小于或等于0.8lum之間；以及4企測紅光的第三光接 收部113位于距半導(dǎo)體基板101的光入射側(cè)面在大于或等于0.8Mm且 小于或等于2.5inm之間。如此，第一光接收部111至第三光接收部113 布置為使得三原色(R、 G和B)的所有信號在一個(gè)像素部內(nèi)被更精確 地檢測。然而，光接收部111至113的深度依據(jù)檢測波段以及半導(dǎo)體材料的 光學(xué)吸收系數(shù)而恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置，因此上述的深度范圍僅僅是一般值且深度 范圍不限于這些值。如上所述的光接收部111至113形成為使得光接收部的每層沿著基 板平面朝遠(yuǎn)離其它光接收部的不同方向延伸。在圖2,例如，最下層的 第三光接收部113延伸到右側(cè)，中間層的第二光接收部U2延伸到左側(cè)， 且盡管未示出，最上層的第一光接收部111設(shè)置為延伸到前側(cè)或者延伸 到背側(cè)。此外，使用如圖3 (A)所示的平面圖來解釋，對于光接收部111至113布置為方形或矩形格子形狀的情形，光接收部111至113身is部。因此，形成光接收部111至113的區(qū)域分別布置為朝不同方向延伸， 且槽布置于三個(gè)不同方向從而鄰接光接收部111至113的相應(yīng)延伸側(cè) 面。結(jié)果，盡管在下文描述，讀出柵電極151至153及相應(yīng)光接收部111 至113置為獨(dú)立地相互鄰接用于相應(yīng)顏色，由此能夠分別讀出不同顏色 信號。隨后，如圖4所示，對半導(dǎo)體基板101整個(gè)表面執(zhí)行離子注入，且 形成電學(xué)極性與光接收部111的電學(xué)極性不同的相反導(dǎo)電擴(kuò)散層121。 形成相反導(dǎo)電擴(kuò)散層121將防止從第一光接收部111的擴(kuò)散層延伸的耗 盡層到達(dá)半導(dǎo)體基板101的表面部，由此可以控制在基板表面的界面態(tài) 產(chǎn)生的電學(xué)電荷引起的暗電壓噪聲并改善圖像質(zhì)量。隨后，如圖5所示，在例如氧化硅膜和氮化物膜的絕緣層122通過 例如CVD的技術(shù)形成之后，抗蝕劑(未示出)也通過光學(xué)光刻技術(shù)在 與光入射面相對的基板表面的區(qū)域被開口，其中讀出柵電極將形成于該 區(qū)域。在通過蝕刻技術(shù)來蝕刻絕緣膜122而移除抗蝕劑之后，對半導(dǎo)體 基一反101執(zhí)行蝕刻，直至分別達(dá)到第一光接收部111至第三光接收部113 的深度，由此形成槽111a至113a (槽111a未示出)。這種情況下，槽 按照與用于形成第一光接收部111至第三光接收部113的區(qū)域交疊的方 式來布置，其中第一光接收部111至第三光接收部113如上所述通過朝 相互不同的基板平面方向延伸而形成。此外，如圖5所示，在導(dǎo)電雜質(zhì)的材料氣體的氣氛下執(zhí)行退火，該 導(dǎo)電雜質(zhì)的電學(xué)極性與光接收部111至113的擴(kuò)散層的電學(xué)極性相反。 因此，盡管半導(dǎo)體基板101上雜質(zhì)的擴(kuò)散通過絕緣層122被阻止，氣相 擴(kuò)散發(fā)生于槽側(cè)面，且因此溝道擴(kuò)散層131僅形成于槽側(cè)面，其中溝道 擴(kuò)散層131的電學(xué)極性不同于第一光接收部111至第三光接收部113的 電學(xué)極性。此時(shí)，雜質(zhì)擴(kuò)散到槽側(cè)面，深度一直到并包含第一光接收部 111至第三光接收部113,且相反導(dǎo)電擴(kuò)散層132同時(shí)形成。因此可以 防止耗盡層從第一光接收部111到第三光接收部U3延伸到槽界面，使量:此外，低濃度溝道擴(kuò)散層133自對準(zhǔn)地形成于用于形成第三光接收 部111至第三光接收部113的區(qū)域與該槽相互交疊的位置，其中第一光接收部111至第三光接收部113如上所述是通過朝相互不同的基板平面方向延伸而形成。因此，在與第一光接收部ni至第三光接收部U3相 對應(yīng)的深度，完全耗盡所需的讀出柵極電壓降低，由此使得可以在低電壓讀出。此外，由于第一光接收部111至第三光接收部113不直接接觸槽側(cè)面，因此可以控制在槽表面的界面態(tài)產(chǎn)生的電學(xué)電荷引起的暗電壓 噪聲并改善圖像質(zhì)量。隨后，如圖6所示，在去除半導(dǎo)體基板101的兩個(gè)表面上的絕緣層 122之后，柵極絕緣膜141例如通過熱氧化形成為覆蓋槽llla至113a 內(nèi)部的側(cè)壁(內(nèi)壁)。在使用例如氣相生長摻磷的多晶硅作為柵電極材 料填充槽llla至113a內(nèi)部之后，形成于基板表面上的不需要的柵電極 材料通過蝕刻半導(dǎo)體基板101整個(gè)表面來去除，以形成讀出柵電極151 至153。這里，考慮每個(gè)讀出柵電極151至153被設(shè)置為維持相互絕緣。接著，如圖7所示，在使用光學(xué)光刻技術(shù)在與光入射面相對的基板 表面上打開抗蝕劑(未示出)之后，使用離子注入技術(shù)注入電學(xué)極性與 光接收部111至113相同的雜質(zhì)，且隨后去除該抗蝕劑以形成累積擴(kuò)散 層161。這里，累積擴(kuò)散層161需按下述方式形成，其鄰接如上所述的 槽側(cè)面上的柵極絕緣膜141但是與光接收部111至113分離。此外，累 積擴(kuò)散層161的雜質(zhì)濃度需設(shè)置為高于光接收部111至113。結(jié)果，在 實(shí)施例l中，當(dāng)電壓施加于讀出沖冊電極151至153時(shí)，通過形成于槽側(cè) 壁上的溝道擴(kuò)散層131,可以在形成于半導(dǎo)體基板上的累積擴(kuò)散層161 讀出光接收部111至113內(nèi)產(chǎn)生的信號電荷。此外，如圖8所示，通過已知光學(xué)光刻技術(shù)和離子注入技術(shù)在光接 收部111至113的與光入射面?zhèn)认鄬Φ膫?cè)面上形成多個(gè)阱162之后，通 過已知技術(shù)在與光入射面相對的基板表面上形成例如放大晶體管163的 多個(gè)晶體管和復(fù)位晶體管164作為與信號輸出相關(guān)的信號讀出電路，其 中放大晶體管163用于響應(yīng)于所轉(zhuǎn)換的信號電壓而放大相應(yīng)累積擴(kuò)散層 161處的信號電荷，且復(fù)位晶體管164用于將相應(yīng)累積擴(kuò)散層161復(fù)位 至預(yù)定電壓。在圖8,該信號讀出電路內(nèi)的每個(gè)晶體管設(shè)置于阱162內(nèi) 部或者阱上。隨后，用于布線之間的絕緣的層間絕緣膜181至184、作 為信號電荷的轉(zhuǎn)移路徑的布線層191至193、以及通路接觸171通過已 知技術(shù)形成于與光入射面?zhèn)认鄬Φ陌雽?dǎo)體基板101表面上，且累積擴(kuò)散 層161通過布線層191至193連接到放大晶體管163和復(fù)位晶體管164,由此連接讀出柵電極151至153和像素選擇電路(未示出)。如上所述，制成圖1所示的實(shí)施例1的固體圖像捕獲設(shè)備10。 圖9為示意性示出圖1中示為A-B-C的電荷轉(zhuǎn)移路徑中電勢分布的電勢分布圖。如圖9實(shí)線所示，當(dāng)讀出電壓未施加到讀出柵電極153時(shí)，信號電 荷將不會(huì)從第三光接收部113側(cè)流出，因?yàn)闇系罃U(kuò)散層131和低濃度溝 道擴(kuò)散層133的電勢高于第三光接收部113的擴(kuò)散層的電勢。備選地，如圖9點(diǎn)線所示，當(dāng)信號電壓施加到讀出柵電極153時(shí)， 由于溝道擴(kuò)散層131和低濃度溝道擴(kuò)散層133的電勢低于第三光接收部 113的電勢，累積在第三光接收部113內(nèi)的信號電荷將流出，并在作為 信號電荷檢測部的累積擴(kuò)散層161被讀出。這里，對于累積在光接收部111和112的擴(kuò)散層內(nèi)的不同顏色的信 號電荷，槽與這些光接收部111和U2分離，因此信號電荷不會(huì)流出。 由此可以獨(dú)立地讀出與每種顏色相對應(yīng)的信號電荷。依據(jù)實(shí)施例1如上所述，可以實(shí)現(xiàn)具有高靈敏度和高分辨率的固體 圖像捕獲設(shè)備IO,其不需要濾光器且能夠以低電壓分別讀出與多種顏色 相對應(yīng)的信號電^1。此外，盡管在如上所述實(shí)施例1中沒有解釋，槽llla至113a設(shè)置 為從半導(dǎo)體基板101的與光入射面相對的基板表面到達(dá)在平面圖內(nèi)不相 互交疊的光接收部111至113;且在驅(qū)動(dòng)讀出柵電極151至153時(shí)設(shè)置 電學(xué)電荷轉(zhuǎn)移部，該電學(xué)電荷轉(zhuǎn)移部能夠通過相應(yīng)槽llla至113a的側(cè) 壁部將電荷從多個(gè)光接收部111至113獨(dú)立地轉(zhuǎn)移到與光入射面相對的 基板表面?zhèn)?。該電學(xué)電荷轉(zhuǎn)移部設(shè)置為使得槽llla至113a將鄰接分別 沿不同基板平面方向的層疊光接收部111至U3的每一層，且槽llla 至113a的內(nèi)部覆蓋有柵極絕緣膜141以將讀出柵電極材料嵌在每個(gè)槽 11la至113a內(nèi)。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的目的，獲得具有高靈敏度 和高分辨率的固體圖像捕獲設(shè)備，其不需要彩色濾光器且能夠以低電壓 分別讀出與多種顏色相對應(yīng)的信號電荷。實(shí)施例2在如圖3 (A)所示的上迷實(shí)施例1中，其中光接收部111至113 布置成方形或矩形格子形狀，三層光接收部111至113分別形成為使得光接收部的相應(yīng)側(cè)面從中心朝不同基板平面方向延伸(按照每個(gè)光接收部在平面圖中不交疊的方式，光接收部的側(cè)面朝外圍延伸)。如圖3(B)所示，在實(shí)施例2中描述了下述情形，每個(gè)像素部在平面圖中布置成六邊形形狀且多個(gè)該像素部布置成蜂窩結(jié)構(gòu)(蜂巢結(jié)構(gòu))，其中每個(gè)像素部在該蜂窩結(jié)構(gòu)中平移了半個(gè)周期，且三層光接收部211至213按下述方式形成，沿不同基板平面方向的相應(yīng)光接收部的每個(gè)邊緣延伸到遠(yuǎn)離中心的方向(光接收部的區(qū)域與相應(yīng)邊緣一起延伸，使得光接收部211至213在平面圖中不交疊)。光接收部2U至213分別具有六邊形形狀且布置成蜂窩結(jié)構(gòu)。光接收部211至213在平面圖內(nèi)相互交疊，每個(gè)光接收部211至213具有朝外部延伸的邊緣使得邊緣在平面圖內(nèi)不與其它延伸邊緣交疊，且讀出電極251a至253a 4妄下述方式布置，每個(gè)讀出電才及251a至253a布置在沿 著將與其鄰接的每一延伸邊緣的三個(gè)不同位置。因此，對于像素部具有六角形形狀的情形，根據(jù)實(shí)施例2的固體圖 像捕獲裝置200按下述方式形成，每個(gè)光接收部211至213具有在其光 接收區(qū)域上沿不同基板平面方向一起朝外部延伸的邊緣。這種情況下， 槽布置在三個(gè)不同位置從而鄰接光接收部211至213的延伸邊緣(六角 形的每個(gè)其它邊緣)。采用這種結(jié)構(gòu)，將成為轉(zhuǎn)移晶體管的讀出柵電極 (電學(xué)電荷轉(zhuǎn)移部)的槽部布置在相應(yīng)像素部(光接收部211至213) 的每個(gè)邊緣，使得槽部在平面圖內(nèi)不相互交疊。結(jié)果，六角形形狀的一 個(gè)像素部外圍的所有六個(gè)邊緣均被槽部包圍，該槽部包括鄰接的將成為 讀出柵電極的固體圖像捕獲裝置200。因此，可以使用槽部來分離像素， 使得用于布置單元像素部的區(qū)域小得多且分辨率更高。因此，除了該固 體圖像捕獲裝置200之外，構(gòu)造具有信號讀出電路的固體圖像捕獲設(shè)備 20。在實(shí)施例2中描述了下述情形，光接收部211至213分別具有六邊 形形狀且布置成蜂窩結(jié)構(gòu)，光接收部211至213在平面圖內(nèi)相互交疊， 每個(gè)光接收部211至213具有朝外部延伸的邊緣使得邊緣在平面圖內(nèi)不 與其它延伸邊緣交疊，以及讀出電才及251a至253a按下述方式布置，每 個(gè)讀出電極251a至253a布置在沿著將與其鄰接的每一延伸邊緣的三個(gè) 不同位置。然而，本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)，而可以采用下述結(jié)構(gòu)，其中 光接收部211至213在平面圖內(nèi)相互交疊，每個(gè)光接收部211至213具有朝外部延伸的邊緣使得邊緣在平面圖內(nèi)不與其它延伸邊緣交疊，以及讀出電極251a至253a按下述方式布置，每個(gè)讀出電極251a至253a布 置在沿著將與其鄰接的每一延伸邊緣的兩個(gè)不同位置。實(shí)施例3在上述實(shí)施例1中，固體圖像捕獲設(shè)備IO層疊有三層光接收部111 至113以檢測三原色R、 G和B。在實(shí)施例3中描述一種固體圖像捕獲 設(shè)備，其中固體圖像捕獲裝置的光接收部層疊有四層來檢測四種顏色。在實(shí)施例3中，沿半導(dǎo)體基板的深度方向設(shè)置有N (N為自然數(shù)) 個(gè)光接收部，這些光接收部為用于檢測第一波段的電磁波的第一光接收 部到用于檢測第N波段的電磁波的第N光接收部。在這里描述的情形 中，N層為四層。在該情形中，可以與如上所述實(shí)施例1類似地層疊四 層(四種顏色)的光接收部，例如用于檢測第一波段的電^f茲波的第一光 接收部、用于檢測第二波段的電磁波的第二光接收部、用于檢測第三波 段的電磁波的第三光接收部、以及用于檢測第四波段的電磁波的第四光 接收部。對于每個(gè)光接收部，檢測藍(lán)光的第一光接收部位于距半導(dǎo)體基板的 光入射側(cè)面在大于或等于0.1 Mm且小于或等于0.4nm之間；檢測翠綠 色光的第二光接收部位于距半導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面在大于或等于0.3 Mm且小于或等于0.6mhi之間；檢測綠光的第三光接收部位于距半導(dǎo) 體基板的光入射側(cè)面在大于或等于0.4nm且小于或等于0.8)um之間； 以及檢測紅光的第四光接收部位于距半導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面在大于 或等于0.8Mm且小于或等于2.5 jLim之間。如此，第一光接收部至第四 光接收部布置為使得三原色以及翠綠色的所有信號在一個(gè)像素部內(nèi)被更精確地檢測。結(jié)果，可以獲得其中具有清澈天空和海洋的圖像。此外， 可以在半導(dǎo)體基板內(nèi)恰當(dāng)?shù)纳疃任恢迷O(shè)置檢測皮膚顏色光的光接收部 來替代檢測翠綠色光的光接收部，從而獲得清澈皮膚顏色。然而，注意，地設(shè)置,因此上述的深度范圍僅僅是二般值且深度范圍不限'于這些i: 此外，對于根據(jù)實(shí)施例3的固體圖像捕獲裝置300的槽部的布置， 如圖3(C)所示，例如，在每個(gè)像素部，每個(gè)光接收部311至314形成 為在平面圖中布置成方形或矩形格子形狀的多個(gè)像素部，使得一部分(例如，短于一個(gè)邊緣長度的一半的邊緣部)從邊緣朝其相應(yīng)延伸方向 延伸(使得延伸部不與其它部分交疊)。如此，用于形成第一光接收部311至第四光接收部314的區(qū)域沿相互不同的方向朝外部延伸和布置 (在四個(gè)邊緣)，且槽部351至354布置在相應(yīng)四個(gè)不同方向(沿每個(gè) 邊緣的方向)以鄰接延伸區(qū)域邊緣(四邊形的邊緣)，使得可以按照與^象素部的外圍，即該方形的所有四個(gè)側(cè)面^皮槽部351至354包圍，其中 槽部351至354在該情形中將為讀出柵電極，因此可以使用槽部351至 354來分離像素，使得用于布置單元像素部的區(qū)域小得多且分辨率更高。 根據(jù)如上所述的實(shí)施例1至3，固體圖像捕獲裝置沿基板平面方向 二維地順序布置且具有預(yù)定深度以到達(dá)每個(gè)光接收部，且槽部設(shè)置為每 個(gè)槽部沿相應(yīng)基板平面方向鄰接相應(yīng)光接收部，其中該固體圖像捕獲裝 置具有沿半導(dǎo)體基板101的深度方向?qū)盈B在與入射光的光學(xué)吸收系數(shù)的 波長依存性相對應(yīng)的深度的N層光接收部。每個(gè)槽部的內(nèi)壁覆蓋有柵極 絕緣膜141;用于讀出柵電極的材料嵌在每個(gè)槽部內(nèi)；累積擴(kuò)散層161部分離。因此，可以獲得具有高靈敏度和高分辨率的固體圖像捕獲設(shè)備， 其不需要濾光器且能夠以低電壓讀出與多種顏色相對應(yīng)的信號電荷。注意，每個(gè)光接收部可具有兩層垂直層，使得從光入射側(cè)面到第一 光接收部的深度檢測在大于或等于0.2 iu m且小于或等于2.0 m m范圍的 白光作為耗盡層的厚度，且從光入射側(cè)面到第二光接收部的深度檢測在 3.0pm土0.3)im范圍的紅外光。此外，作為光接收部的兩層垂直層的另 一情形，可以按下述方式布置，即，從光入射側(cè)面到第一光接收部的深 度斥企測在大于或等于0.1 Mm且小于或等于0.2jum范圍的紫外光，且從 光入射側(cè)面到第二光接收部的深度檢測在大于或等于0.2 ium且小于或 等于2.0pm范圍的白光作為耗盡層的厚度。再者，可以按下述方式布 置，即，從光入射側(cè)面到第一光接收部的深度檢測在大于或等于0.1 Mm 且小于或等于0.2mhi范圍的紫外光，且從光入射側(cè)面到第二光接收部 的深度檢測在3.0Mm土0.3pm范圍的紅外光。這種情況下，可以按照 下述方式布置，可以添加任何光接收部來替代該笫一光接收部，其中該 光接收部設(shè)置為與期望精確表達(dá)的顏色光相對應(yīng)的光接收部深度。實(shí)施例4實(shí)施例4描述具有例如數(shù)碼相機(jī)(例如數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī))、 圖像輸入相機(jī)(例如監(jiān)控?cái)z像機(jī)、門禁對話攝像機(jī)、諸如車載后視監(jiān)控 攝像機(jī)的車載攝像機(jī)、電S見電話用相機(jī)、以及移動(dòng)電話用相機(jī))、以及 圖像輸入裝置(例如掃描儀、傳真和配備有相機(jī)的移動(dòng)電話裝置)的電 子信息裝置，其使用包含實(shí)施例1至3的任一固體圖像捕獲裝置100至 300的固體圖像捕獲設(shè)備。根據(jù)實(shí)施例4的電子信息裝置包括下述至少之一存儲(chǔ)部(例如， 記錄介質(zhì))，在對圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)定信號處理用于記錄之后，用于數(shù)據(jù) 記錄使用本發(fā)明實(shí)施例1至3的固體圖像捕獲裝置獲得的高質(zhì)量圖像數(shù) 據(jù)；顯示部(例如，液晶顯示裝置)，在進(jìn)行預(yù)定信號處理用于顯示之 后，將該圖像數(shù)據(jù)顯示在顯示屏幕(例如，液晶顯示屏幕)；通信部(例 如，收發(fā)裝置)，用于在對該圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)定信號處理用于通信之后 傳遞該圖像數(shù)據(jù)；以及圖像輸出部，用于印刷(印字)和輸出(印出) 該圖像信號。如上所述根據(jù)電子信息裝置(例如數(shù)碼相機(jī)、各種圖像輸入相機(jī)、 以及裝備有相機(jī)的蜂窩電話裝置)的實(shí)施例4,可以實(shí)現(xiàn)一種高性能電 子信息裝置，其包括具有高靈敏度和高分辨率的固體圖像捕獲設(shè)備，該 固體圖像捕獲設(shè)備不需要濾光器且能夠以低電壓分別讀出與多種顏色 相對應(yīng)的信號電荷。在實(shí)施例1至3中，結(jié)合應(yīng)用于CMOS圖像傳感器來示例性描述本 發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于此，而可以應(yīng)用于CCD圖像傳感器情形， 其中CCD圖像傳感器在垂直轉(zhuǎn)移部讀出信號電荷，垂直地轉(zhuǎn)移該信號 電荷，并通過水平轉(zhuǎn)移部在信號檢測部執(zhí)行信號檢測。只要將垂直轉(zhuǎn)移 部和水平轉(zhuǎn)移部設(shè)置為與光接收部側(cè)面相對，即可應(yīng)用本發(fā)明。此外，在如上所述實(shí)施例1中描述下述情形，累積擴(kuò)散層161設(shè)置 為鄰接與光入射面相對的基板表面上的柵極絕緣膜141并與光接收部 111至113分離；溝道區(qū)131設(shè)置于相反導(dǎo)電擴(kuò)散層內(nèi)以將信號電荷從 光接收部111至113轉(zhuǎn)移到累積擴(kuò)散層161;且沿一方向沿著基板表面 相互鄰接的固體圖像捕獲裝置通過設(shè)置于槽llla至U3a的側(cè)表面上的 相反導(dǎo)電擴(kuò)散層132而相互分離成為分離裝置，該槽111a至113a具有 從相對側(cè)上的基板表面?zhèn)鹊矫總€(gè)該多個(gè)光接收部111至113的深度。然而，本發(fā)明不限于此，而可以按下述方式配置，其中累積擴(kuò)散層161設(shè) 置為鄰接位于光入射面?zhèn)壬系臇艠O絕緣膜141并與光接收部111至113 分離；溝道區(qū)131設(shè)置于相反導(dǎo)電擴(kuò)散層內(nèi)以將信號電荷從光接收部 111至113轉(zhuǎn)移到累積擴(kuò)散層161;且沿一方向沿著基板表面相互鄰接 的固體圖像捕獲裝置通過設(shè)置于槽llla至113a的側(cè)表面上的相反導(dǎo)電 擴(kuò)散層132而相互分離成為分離裝置，該槽llla至113a具有/人與光入 射面相對的基板表面?zhèn)鹊矫總€(gè)該多個(gè)光接收部111至113的深度。這種 情況下，槽llla至113a的深度可以設(shè)置為較淺，由此使得制造方法更 簡單。此外，在上述實(shí)施例1中描述下述情形，提供了一種信號輸出電路， 以選擇多個(gè)固體圖像捕獲裝置100中的特定固體圖像捕獲裝置100從而 輸出信號，該信號輸出電路是由由半導(dǎo)體基板101的與光入射面?zhèn)鹊南?對側(cè)形成的多個(gè)晶體管形成。然而，本發(fā)明不限于此，該信號輸出電路 可以由由半導(dǎo)體基板101的與光入射面?zhèn)刃纬傻亩鄠€(gè)晶體管形成。如上所述，使用優(yōu)選實(shí)施例1至4來示例性描述本發(fā)明。然而，本 發(fā)明不應(yīng)完全基于上述實(shí)施例1至4來解釋。應(yīng)理解，本發(fā)明的范圍應(yīng) 僅基于權(quán)利要求來解釋。還應(yīng)理解，基于本發(fā)明的說明書以及本發(fā)明的 詳細(xì)優(yōu)選實(shí)施例1至4，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)施等同范圍的技術(shù)。此 外，應(yīng)理解，在本說明書中引用的任何專利、專利申請和任何參考文獻(xiàn) 均全文在此引作說明書的參考，如同在此具體描述了其內(nèi)容一樣對待。工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，在下述領(lǐng)域中，固體圖像捕獲裝置(例如CMOS圖像 傳感器、CCD圖像傳感器等)，特別是通過使用沿半導(dǎo)體基板的深度方 向?qū)盈B的多個(gè)光接收部來分離和檢測具有不同波長的電磁波的固體圖 像捕獲設(shè)備；使用該固體圖像捕獲設(shè)備作為圖像輸入裝置用于圖像捕獲 部的電子信息裝置(例如，數(shù)碼相機(jī)(數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī))、各 種圖像輸入相機(jī)、掃描儀、傳真和配備有相機(jī)的移動(dòng)電話裝置等)，固 體圖像捕獲設(shè)備的生產(chǎn)率可以提高，因?yàn)榕c固體圖像捕獲設(shè)備所特有的 光學(xué)特性相關(guān)聯(lián)的制造工藝，即，彩色濾光器形成步驟可以消除。此外， 因?yàn)榭梢酝ㄟ^層疊來形成用于相應(yīng)顏色信號的光接收部，因此每個(gè)像素 部的光接收區(qū)域可以擴(kuò)大，由于改善的光接收靈敏度而實(shí)現(xiàn)高的圖像質(zhì)量。此外，由于讀出柵電極形成于半導(dǎo)體基板的槽部的內(nèi)部并沿垂直方 向從與相應(yīng)顏色相對應(yīng)的光接收部讀出，讀出柵電極和光接收部相互鄰接；且由于讀出柵電極和溝道部之間的距離短，信號電荷可以通過低得 多的讀出電壓被讀出，由此降低功耗。此外，由于無需形成高濃度擴(kuò)散 層作為轉(zhuǎn)移路徑或者在基板表面上提供讀出柵電極，因此占據(jù)面積可以 更小且每個(gè)像素部內(nèi)的光接收區(qū)域的尺寸可以顯著更大，由于改善的光 接收靈敏度而實(shí)現(xiàn)高的圖像質(zhì)量。此外，由于布線層設(shè)置于與光入射面的相對側(cè)面上，因此無需在像 素部之間布置布線層來傳遞從每個(gè)像素部(每個(gè)光接收部)輸出的信號 電荷。因此，布線層的占據(jù)面積將不會(huì)導(dǎo)致該固體圖像捕獲設(shè)備降低分 辨率。此外，可以在與光入射面的相對側(cè)上形成用于放大來自光接收部 的信號電荷并用于電學(xué)復(fù)位信號電荷的晶體管。由于每個(gè)像素部的光接 收部的尺寸不受用于布置該晶體管的面積的影響，將不會(huì)導(dǎo)致固體圖像 捕獲設(shè)備降低其分辨率，且光接收區(qū)域的面積可以更大，由于改善的光 接收靈敏度而實(shí)現(xiàn)高的圖像質(zhì)量。此外，注意，信號讀出電路及其布線 可以設(shè)置于光入射側(cè)上(例如，位于光接收部之間；以及位于鄰接的固 體圖像捕獲裝置之間)。這種情況下，槽的深度可以淺，使得制造更容 易。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以通過不包含彩色濾光器形成步驟的簡單制 造方法來實(shí)現(xiàn)具有高靈敏度和高分辨率的固體圖像捕獲設(shè)備，該固體圖 像捕獲設(shè)備不需要彩色濾光器且能夠以低電壓分別讀出與多種顏色相 對應(yīng)的信號電荷。此外，也可以實(shí)現(xiàn)使用該固體圖像捕獲設(shè)備作為圖像 輸入裝置用于圖像捕獲部的電子信息裝置。各種其它變型對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的且可以容易地達(dá)成， 而不背離本發(fā)明的范圍和精神。因此，所附權(quán)利要永的范圍不應(yīng)限制于說明書及此處所列舉，相反，權(quán)利要求應(yīng)得到寬廣地解釋。
權(quán)利要求
1.一種固體圖像捕獲裝置，其中多個(gè)固體圖像捕獲裝置沿一方向沿著基板表面順序布置，所述多個(gè)固體圖像捕獲裝置具有沿所述半導(dǎo)體基板的深度方向?qū)盈B的多個(gè)光接收部；且對于入射對象光的電磁波，依據(jù)所述半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體基板材料的光學(xué)吸收系數(shù)的波長依存性，具有與相應(yīng)光接收部的深度相對應(yīng)的波段的電磁波在相應(yīng)光接收部被檢測；以及信號電荷分別產(chǎn)生，其中，槽部按下述方式設(shè)置，所述槽部分別從所述半導(dǎo)體基板的光入射面或者與所述光入射面相對的基板表面到達(dá)在平面圖中不相互交疊的相應(yīng)光接收部的位置，其中，讀出柵電極設(shè)置在每個(gè)槽部，且設(shè)置電學(xué)電荷轉(zhuǎn)移部，在驅(qū)動(dòng)所述讀出柵電極時(shí)所述電學(xué)電荷轉(zhuǎn)移部能夠通過相應(yīng)槽的側(cè)壁部獨(dú)立地將電學(xué)電荷從所述多個(gè)光接收部轉(zhuǎn)移到所述光入射面?zhèn)然蛘吲c所述光入射面相對的基板表面?zhèn)取?br> 2. 如權(quán)利要求1所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所述電學(xué)電荷轉(zhuǎn) 移部按下述方式布置，所述槽部布置為鄰接沿相應(yīng)基板平面方向的層疊 的光接收部的相應(yīng)層，所述槽部的內(nèi)壁覆蓋有柵極絕緣膜，且所述讀出 柵電極嵌在每個(gè)所述槽部的內(nèi)部。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中電學(xué)極性不 同于所述多個(gè)光接收部的電學(xué)極性的相反導(dǎo)電擴(kuò)散層沿著覆蓋所述槽 部的側(cè)壁的所述柵極絕緣膜設(shè)置在所述側(cè)壁上。
4. 如權(quán)利要求3所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中設(shè)置累積擴(kuò)散層， 所述累積擴(kuò)散層鄰接位于所述光入射面或者與所述光入射面相對的基 板表面上的所述柵極絕緣膜上并與每個(gè)所述光接收部分離，且溝道區(qū)設(shè) 置于所述相反導(dǎo)電擴(kuò)散層內(nèi)以將信號電荷從所述光接收部轉(zhuǎn)移到所述 累積擴(kuò)散層。
5. 如權(quán)利要求4所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所述溝道區(qū)為電 學(xué)極性不同于所迷光接收部的電學(xué)極性的溝道擴(kuò)散層。
6. 如權(quán)利要求4所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中低濃度溝道擴(kuò)散 區(qū)形成于用于形成每個(gè)所述多個(gè)光接收部的區(qū)域和所述溝道區(qū)相互交 疊的區(qū)域。
7. 如權(quán)利要求3所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中沿一方向沿著所述基板表面相互鄰接的固體圖像捕獲裝置通過設(shè)置于槽的側(cè)表面上的 相反導(dǎo)電擴(kuò)散層而相互電分離成為分離裝置，所述槽具有從與所述光入 射面相對的所述基板表面或者從所述光入射面到每個(gè)所述多個(gè)光接收 部的深度。
8. 如權(quán)利要求1或2所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所述多個(gè)光 接收部布置成平面圖中的方形或矩形格子形狀，且所述槽部沿不同的兩 個(gè)或三個(gè)方向沿著相應(yīng)邊緣按下述方式布置，所述槽部鄰接從一形狀朝 外部延伸的所述相應(yīng)邊緣使得所述延伸邊緣在平面圖內(nèi)不相互交疊，其 中在所述形狀內(nèi)，所述多個(gè)光接收部在平面圖內(nèi)相互交疊。
9. 如權(quán)利要求1或2所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所述多個(gè)光 接收部布置成平面圖中的六角形和蜂窩結(jié)構(gòu)，且所述槽部沿不同的兩個(gè) 或三個(gè)方向沿著相應(yīng)邊緣按下述方式布置，所述槽部鄰接從一形狀朝外 部延伸的所述相應(yīng)邊緣使得所述延伸邊緣在平面圖內(nèi)不相互交疊，其中 在所述形狀內(nèi)，所述多個(gè)光接收部在平面圖內(nèi)相互交疊。
10. 如權(quán)利要求1或2所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所述多個(gè)光 接收部布置成平面圖中的方形或矩形格子形狀，且所述槽部沿不同的四 個(gè)方向沿著邊緣的相應(yīng)部分按下述方式布置，所述槽部鄰接從一形狀朝 外部延伸的所述邊緣的相應(yīng)部分使得所述邊緣的延伸部在平面圖內(nèi)不 相互交疊，其中在所述形狀內(nèi)，所述多個(gè)光接收部在平面圖內(nèi)相互交疊。
11. 如權(quán)利要求1或2所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所迷半導(dǎo)體 為具有外延層的硅基板，且所述多個(gè)光接收部形成有由不同導(dǎo)電性的半 導(dǎo)體結(jié)形成的光電二極管。
12. 如權(quán)利要求1所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中設(shè)置有N(N為 自然數(shù))個(gè)光接收部用作所述多個(gè)光接收部，從用于檢測第一波段的電 磁波的第一光接收部到用于檢測笫N波段的電磁波的笫N光接收部。
13. 如權(quán)利要求1所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中設(shè)置有用于檢測 第一波段的電磁波的第一光接收部和用于檢測第二波段的電磁波的第 二光接收部，用作所述多個(gè)光接收部。
14. 如權(quán)利要求1所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中設(shè)置有用于檢測 第一波段的電磁波的第一光接收部、用于檢測第二波段的電磁波的第二 光接收部和用于檢測第三波段的電磁波的第三光接收部，用作所述多個(gè) 光接收部。
15. 如權(quán)利要求1所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中設(shè)置有用于檢測 第 一波段的電磁波的第 一光接收部、用于檢測第二波段的電磁波的第二 光接收部、用于檢測第三波段的電磁波的第三光接收部和用于檢測第四 波段的電磁波的第四光接收部，用作所迷多個(gè)光接收部。
16. 如權(quán)利要求12或13所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中從所述半 導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面到所述第 一 光接收部的深度檢測在大于或等于 0.2jiim且小于或等于2.0jum范圍的白光，且從所述光入射側(cè)面到所述 第二光接收部的深度檢測在3.0 jli m ± 0.3 m m范圍的紅外光。
17. 如權(quán)利要求12或13所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中從所述半 導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面到所述第一光接收部的深度檢測在大于或等于 0.1 jum且小于或等于0.2jum范圍的紫外光，且從所述光入射側(cè)面到所 述第二光接收部的深度檢測在大于或等于0.2 y m且小于或等于2.0 ju m 范圍的白光作為耗盡層的厚度。
18. 如權(quán)利要求12或13所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中從所述半 導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面到所述第 一 光接收部的深度檢測在大于或等于 0.1 nm且小于或等于0.2jum范圍的紫外光，且從所述光入射側(cè)面到所 述第二光接收部的深度檢測在3.0 m m 土 0.3 m m范圍的紅外光。
19. 如權(quán)利要求14所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中從所述半導(dǎo)體 基板的光入射側(cè)面到所述第一光接收部的深度在大于或等于0.1 Mm且 小于或等于0.4|Lim之間的范圍，從所述半導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面到所 述第二光接收部的深度在大于或等于0.4 p m且小于或等于0.8 p m之間 的范圍，以及從所述半導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面到所述第三光接收部的深 度在大于或等于0.8 in m且小于或等于2.5 m m之間的范圍，由此檢測三 原色。
20. 如權(quán)利要求15所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中從所述半導(dǎo)體 基板的光入射側(cè)面到所述第一光接收部的深度在大于或等于0.1pm且 小于或等于0.4)im之間的范圍；從所述半導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面到所 述二光接收部的深度在大于或等于0.3 ju m且小于或等于0.6 |a m之間的 范圍；從所述半導(dǎo)體基板的光入射側(cè)面到所述第三光接收部的深度在大 于或等于0.4Mm且小于或等于0.8pm之間的范圍；以及從所述半導(dǎo)體 基板的光入射側(cè)面到所述第四光接收部的深度在大于或等于0.8Mm且 小于或等于2.5 m m之間的范圍，由此檢測三原色和翠綠色。
21.如權(quán)利要求1所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中信號輸出電路設(shè) 置于每個(gè)所述多個(gè)固體圖像捕獲裝置內(nèi)，以選擇所述多個(gè)固體圖像捕獲 裝置中的特定固體圖像捕獲裝置從而輸出信號，所述信號輸出電路是由多個(gè)晶體管形成。
22. 如權(quán)利要求1所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中信號輸出電路設(shè) 置于每個(gè)所述多個(gè)固體圖像捕獲裝置內(nèi)，以選擇所述多個(gè)固體圖像捕獲 裝置中的特定固體圖像捕獲裝置從而輸出信號，且構(gòu)成所述信號輸出電 路的所述晶體管設(shè)置于所述固體圖像捕獲裝置內(nèi)的雜質(zhì)擴(kuò)散層阱之內(nèi) 和之上。
23. 如權(quán)利要求21或22所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所述信號的信號電壓而放大信°)的放大晶體管:以^及用l將所述累積擴(kuò)散層的信號電壓復(fù)位至預(yù)定電壓的復(fù)位晶體管。
24. 如權(quán)利要求21或22所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所述信號 輸出電路的信號輸出路徑是由形成于所述半導(dǎo)體基板的光入射面?zhèn)鹊?相對側(cè)上的布線層構(gòu)成。
25. 如權(quán)利要求2所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所述柵極絕緣膜 為氧化物膜或高介電絕緣膜。
26. 如權(quán)利要求25所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所述氧化物膜 為氧化硅膜。
27. 如權(quán)利要求25所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所述高介電絕 緣膜為氧化鉿。
28. 如權(quán)利要求2所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所述讀出柵電極 是由包含摻雜硅材料或金屬材料的材料制成。
29. 如權(quán)利要求1所述的固體圖像捕獲設(shè)備，其中所述固體圖像捕 獲設(shè)備為CMOS圖像傳感器或者CCD圖像傳感器。
30. —種電子信息裝置，使用如權(quán)利要求1、 2、 12-15、 19-22和 25-29任意一項(xiàng)所述的固體圖像捕獲設(shè)備作為圖像輸入裝置。
31. —種固體圖像捕獲設(shè)備的制造方法，其中多個(gè)固體圖像捕獲裝 置沿一方向沿著基板表面順序布置，所述多個(gè)固體圖像捕獲裝置具有沿 所述半導(dǎo)體基板的深度方向?qū)盈B的多個(gè)光接收部；且對于入射對象光的-成的電磁波，依據(jù)所述半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體基板材料的光學(xué)吸收系數(shù)的波長 依存性，具有與相應(yīng)光接收部的深度相對應(yīng)的波段的電磁波在相應(yīng)光接收部祐j企測；以及信號電荷產(chǎn)生，所述方法包括光接收部形成步驟，沿半導(dǎo)體基板的深度方向依次形成第一光接收 部擴(kuò)散層至第N光接收部擴(kuò)散層，N為自然數(shù)，所述光接收部擴(kuò)散層的 交疊區(qū)域隨其相應(yīng)邊緣而延伸，使得每個(gè)所述光接收部擴(kuò)散層具有在平 面圖中與其它光接收部擴(kuò)散層不交疊的部分；相反導(dǎo)電擴(kuò)散層形成步驟，在所述基板表面的光入射面上形成相反 導(dǎo)電擴(kuò)散層，所述相反導(dǎo)電擴(kuò)散層具有與每個(gè)所述光接收部的電學(xué)極性 不同的電學(xué)極性；槽形成步驟，形成槽，所述槽具有從與所述光入射面相對的所述基 板表面到每個(gè)所述光接收部的深度并布置為鄰接沿相應(yīng)基板平面方向 的層疊的光接收部的每個(gè)邊緣；槽側(cè)面擴(kuò)散層形成步驟，在所述槽的側(cè)面上形成相反導(dǎo)電擴(kuò)散層，極性； 柵極絕緣膜形成步驟，形成柵極絕緣膜以覆蓋所述槽的內(nèi)部； 柵電極形成步驟，填充所述槽的內(nèi)部以形成讀出柵電極；以及 累積擴(kuò)散層形成步驟，形成累積擴(kuò)散層，所述累積擴(kuò)散層鄰接與所述光入射側(cè)相對的所述基板表面上的所述柵極絕緣膜且與每個(gè)所述光接收部分離。
全文摘要
本發(fā)明涉及固體圖像捕獲設(shè)備、其制造方法、及電子信息裝置。提供了一種固體圖像捕獲裝置，其中多個(gè)固體圖像捕獲裝置沿一方向沿著基板表面順序布置，該多個(gè)固體圖像捕獲裝置具有沿該半導(dǎo)體基板的深度方向?qū)盈B的多個(gè)光接收部；且對于入射對象光的電磁波，依據(jù)該半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體基板材料的光學(xué)吸收系數(shù)的波長依存性，具有與相應(yīng)光接收部的深度相對應(yīng)的波段的電磁波在相應(yīng)光接收部被檢測；以及信號電荷分別產(chǎn)生，其中，槽部按下述方式設(shè)置，該槽部分別從該半導(dǎo)體基板的光入射面或者與該光入射面相對的基板表面到達(dá)在平面圖中不相互交疊的相應(yīng)光接收部的位置，其中，讀出柵電極設(shè)置在每個(gè)槽部，且電學(xué)電荷轉(zhuǎn)移部被提供，在驅(qū)動(dòng)該讀出柵電極時(shí)該電學(xué)電荷轉(zhuǎn)移部能夠通過相應(yīng)槽的側(cè)壁部獨(dú)立地將電學(xué)電荷從該多個(gè)光接收部轉(zhuǎn)移到該光入射面?zhèn)然蛘吲c該光入射面相對的基板表面?zhèn)取?br> 文檔編號H04N5/359GK101281922SQ20081009182
公開日2008年10月8日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者武藤彰良 申請人:夏普株式會(huì)社