[发明专利]固态成像装置及其制造方法以及成像设备

说明书

技术领域

本发明涉及固态成像装置，制造固态成像装置的方法以及成像设备。

背景技术

随着像素数目的增加，已经在像素尺寸减小的发展上有了进展。同时，已经在通过高速成像改善动态图像性能的发展上有了进展。以此方式，高速成像和像素尺寸减小使得入射到一个像素上的光子数目减少，由此减小了灵敏度。

对于监视用摄像机，存在能够在黑暗的地方拍摄图像的摄像机的需要。即，需要高灵敏度传感器。

在具有通常的Bayer格式的图像传感器中，像素对于每种颜色分离。因此，执行去马赛克，由此不利地导致伪色，其中去马赛克是根据该像素周围的像素来对该像素的颜色进行插值的算法处理。

在这种情况下，报导了作为具有高光吸收系数的光电转换层的CuInGaSe₂层被用到图像传感器中，由此实现更高的灵敏度(例如，见日本未审查专利申请公报No.2007-123720和Japan Society of Applied Physics，Spring Meeting，2008，Conference Proceedings，29p-ZC-12(2008))。

然而，光电转换层基本上生长在电极上并且因此是多晶的，由于晶体缺陷而导致暗电流显著发生。此外，在这种状态下，光不被分离。

同时，报导了用于使用硅的、由波长决定的吸收系数来分离光的方法。该方法不包括去马赛克，因此消除了伪色(例如，见美国专利No.5,965,875)。

这种方法提供了高度的颜色混合和差的颜色再现性。即，关于在美国专利5,965,875中描述的使用由波长决定的吸收系数的机制，所检测到的光的量理论上不减少。然而，在红光和绿光穿过对于蓝色成分敏感的层时，在层中吸收小特定量的红色成分和绿色成分，因此这些成分被检测为蓝色成分。因此，即使在蓝色信号不存在的情况下，绿色和红色信号的通过导致蓝色信号的误检测，引起伪信号并且难以提供充分的颜色再现性。

为了防止出现伪信号，通过使用所有三原色进行计算来执行信号处理以进行校正。因此，额外地设置了用于计算的电路，增加电路的电路结构的复杂性和规模并导致成本增加。此外，如果三原色中的一者饱和了，那么饱和的颜色信号的实际值不能确定，由此导致计算错误。因此，将信号作为与其真实颜色不同的颜色而进行处理。此外，利用插头来读取信号，所以设置了插头区域。这使得光电二极管的趋于减小。即，该方法不适合于减小像素尺寸。

同时，参照图46，大部分半导体对于红外光具有吸收灵敏度。因此，在例如使用硅(Si)半导体材料的固态成像装置(图像传感器)中，作为减色滤波器的示例的红外截止滤波器通常设置在传感器的光入射侧上。传感器被报导为克服了使用由波长决定的吸收系数的机构的缺点的传感器。传感器利用带隙，而不使用减色滤波器。传感器具有好的光电转换效率和颜色分离度。所有的三个原色都在一个像素位置处检测(例如，见日本未审查专利公报No.1-151262、3-289523和6-209107)。在文件中公开的每个图像传感器都具有其中带隙沿着深度方向变化的结构。

在日本未审查专利公报No.1-151262中，由具有不同带隙Eg的材料构成的层沿着深度方向顺序地堆叠在玻璃衬底上，以进行颜色分离。然而，例如，为了分离蓝色(B)、绿色(G)和红色(R)，文件仅陈述了堆叠这些层，使得Eg(B)＞Eg(G)＞Eg(R)。没有提到具体材料。

相反，日本未审查专利公报3-289523公开了利用SiC材料分离颜色。日本未审查专利公报6-209107公开了AlGaInAs和AlGaAs材料。

然而，在日本未审查专利公报3-289523和6-209107中，没有提到在不同材料的异质结处的结晶性。

在具有不同晶体结构的材料被彼此结合时，晶格常数的不同导致失配位错，由此减小了结晶性。因此，被束缚在形成在带隙中的缺陷能级处的电子被喷出，导致产生暗电流。

作为解决上述问题的方法，报导了通过控制硅(Si)衬底上的带隙来分离光(例如，见日本未审查专利申请公报No.2006-245088)。在这种情况下，晶格失配的SiCGe基混晶和Si/SiC超结构形成在Si衬底上，而没有晶格匹配。为了分离光，由于硅(Si)的低吸收系数而理想地形成厚膜。不利地，倾向于产生晶体缺陷，因此，倾向于产生暗电流。也报道了使用砷化镓(GaAs)衬底的装置。然而，相比于硅(Si)衬底来说，GaAs衬底昂贵并且对于普通的传感器具有低的亲和力。