[发明专利]固态成像装置、图像传感器及其制造方法以及电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及固态成像装置、图像传感器、制造图像传感器的方法以及电子设备，特别是，涉及在单位像素中包括电荷存储单元的固态成像装置和电子设备。

背景技术

在固态成像装置中，例如，为一类X-Y地址系统的固态成像装置的CMOS图像传感器中，执行顺序扫描由每个像素或每行的光电转换单元产生且存储的光电荷且读取该光电荷的操作。在顺序扫描的情况下，即，在其中采用滚动快门（rolling shutter）作为电子快门的情况下，曝光以存储光电荷的开始时间和结束时间可能在所有的像素中不匹配。为此，在顺序扫描的情况下，在成像移动物体时，在成像的图像中产生失真。

为了实现其中可能不允许这种图像失真的高速运动的物体的成像或者为了实现其中成像的图像的同步是必须的感应，相对于像素阵列单元中的所有像素同时执行曝光开始和曝光结束的全局快门（global shutter）用作电子快门。为了实现全局快门，作为分离地存储来自成为光电转换单元的光敏二极管的光电荷的区域，即电荷存储单元，提供埋设型MOS电容器（例如，参见日本专利No.3874135）。

然而，为了在执行全局快门功能时由埋设型MOS电容器接收通过光电转换产生且存储在光敏二极管中的所有光电荷，在埋设型MOS电容器中，饱和电荷量等于或大于光敏二极管的饱和电荷量是必要的。换言之，从相同单位像素尺寸的角度看，埋设型MOS电容器存在于单位像素中，从而光敏二极管的面积大大减小。为此，光敏二极管的饱和电荷量减小。

作为解决上述问题的措施，已经提出了这样的技术，在光敏二极管和埋设型MOS电容器二者中存储在光敏二极管中通过光电转换产生的光电荷（例如，参见日本专利申请特开（JP-A）第2009-268083号公报）。根据该技术，饱和电荷量变为光敏二极管的饱和电荷量和埋设型MOS晶体管的饱和电荷量之和。

然而，甚至在日本专利申请特开（JP-A）第2009-268083号公报中描述的技术中，与没有全局快门功能的CMOS图像传感器相比仍会减小饱和电荷量。这是因为，必须在单位像素中提供晶体管以及电荷存储单元（在现有技术中的埋设型MOS电容器）以实现全局曝光。结果，会窄化图像的动态范围。

而且，与其中实现全局曝光的现有技术不同，也考虑了这样的方法，该方法采用具有大的每单位面积电容值的电容器而不是埋设型MOS电容器作为电荷存储单元，以增加饱和电荷量且拓宽动态范围。

如果入射在多个像素单元的第一像素单元上的一部分光泄漏而作为来自第一像素单元的泄漏光且入射在相邻于第一像素单元的第二像素单元上，则诸如拖尾（smear）的噪声可能发生在第二像素单元的像素数据中。

因此，已经知晓光屏蔽方法，该光屏蔽方法通过图像传感器中的金属层屏蔽来自第一像素单元的泄漏光以阻止来自第一像素单元的泄漏光入射在第二像素单元上（例如，参见日本专利申请特开（JP-A）第2009-181980号公报、第2001-267544号公报、第2008-251713号公报和第2009-099626号公报）。

发明内容

然而，即使采用具有较大每单位面积电容值的电容器，也必须增加占据面积来保证足够大的电容值。结果，光敏二极管的面积可能减小。

在上述的光屏蔽方法中，因为可抑制来自第一像素单元的泄漏光入射在第二像素单元上，所以可减少发生在像素数据中诸如拖尾的噪声。然而，在该光屏蔽方法中，没有考虑相对于每个像素单元的聚光效率。

所希望的是能使通过成像获得的图像噪声被抑制而不增加诸如光敏二极管的光转换单元的面积，期望能改善成像时的聚光效率，并且将电荷存储单元提供在单位像素中。

根据本发明的第一实施例，所提供的固态成像装置包括像素阵列单元，其中每个具有根据接收的光量产生且存储光电荷的光电转换单元以及存储光电荷的电荷存储单元的多个单位像素设置在半导体基板上。电荷存储单元形成在入射在光电转换单元上的光的路径上。

电荷存储单元的第一电极的至少一部分可形成为沿着将光引导到光电转换单元的波导的侧壁的至少一部分。

此外，第二电极面对第一电极的至少一部分以及第一电极和第二电极之间提供的电容膜的至少一部分可形成为沿着波导的侧壁的至少一部分。

第一和第二电极的每一个可由透明电极材料形成。

波导可由第一电极、第二电极和电容膜埋设。

面对第一电极的第二电极可形成为围绕光电转换单元的光接收表面的周边部分的至少一部分以及波导的侧壁的至少一部分，并且第一电极和第二电极之间的层间膜可形成为电荷存储单元的电容膜。