固态摄像单元和电子装置的制造方法
固态摄像单元和电子装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种层叠式固态摄像单元和电子装置，所述层叠式固态摄像单元包括例如在半导体基板上的光电转换器件。
【背景技术】
[0002]近年来，在诸如CXD (电荷耦合器件)和CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传感器等固态摄像单元中，进入像素的光子数随着像素尺寸减小而减少，因此担心灵敏度降低。因此，采用所谓的层叠式固态摄像单元作为能够实现提高灵敏度的固态摄像单元。在层叠式固态摄像单元中，能够通过在由硅等制成的半导体基板的上方形成光电转换层来提高光电转换区域的孔径比。
[0003]另一方面，已经提出了 R、G和B各种颜色的光电二极管纵向层叠的纵向光谱固态摄像单元，在此构造中，能够在不使用滤色器的情况下获得R、G和B各种颜色信号。因此，消除了滤色器造成的光损失，并且能够使几乎全部的入射光用于光电转换，从而提高图像质量。特别地，作为这样的纵向光谱固态摄像单元，在硅基板上方形成有不同于硅的光电转换层这一构造受到了关注。与所有的R、G和B光电二极管都形成在硅基板中的情况相比，这一构造能够改善色彩分离特性。
[0004]然而，当在硅基板中进行光电转换和电荷存储时使用的典型的埋入型光电二极管构造无法应用于上述的层叠式固态摄像单元。因此，设置有被构造用来将硅基板的内部和外部彼此电连接的接触部；然而，该接触部导致了暗电流的产生。
[0005]为了抑制这样的暗电流的产生，已经提出了如下技术:不在硅基板中的电荷存储层(杂质扩散层)而是在放大晶体管的栅极电极中存储由光电转换产生的电荷(例如，参考 PTL I 和 2)。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]PTL 1:日本待审查专利公开第2010-80953号；
[0009]PTL 2:日本待审查专利公开第2011-87544号。
【发明内容】
[0010]期望通过不同于PTL I和2的技术来实现在借助于放大晶体管的栅极电极抑制暗电流的同时具有高可靠性的单元构造。
[0011]因此，期望提出能够抑制暗电流的产生从而实现高可靠性的固态摄像单元和电子
目.0
[0012]根据本发明实施例的第一固态摄像单元包括:基板，所述基板由第一半导体制成；光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取。所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管，所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。
[0013]在根据本发明实施例的第一固态摄像单元中，在所述光电转换器件设置在由所述第一半导体制成的基板上的构造中，所述传输晶体管的源极和漏极中的所述一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。因此，在从光电转换器件提取出的电荷的传输路径中不会形成pn结，且由耗尽层造成的暗电流的产生受到抑制。此外，当传输晶体管的有源层含有比第一半导体的带隙更宽的所述第二半导体时，由传输晶体管中产生的少数电荷造成的暗电流的产生或由扩散电流造成的暗电流的产生均受到抑制。
[0014]根据本发明实施例的第二固态摄像单元包括:基板，所述基板由第一半导体制成；光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取。所述多个晶体管包括复位晶体管和放大晶体管，所述复位晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。
[0015]在根据本发明实施例的第二固态摄像单元中，在所述光电转换器件设置在由所述第一半导体制成的基板上的构造中，所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。因此，在从光电转换器件提取出的电荷的传输路径中不会形成pn结，且由耗尽层造成的暗电流的产生受到抑制。此外，当复位晶体管的有源层含有比第一半导体的带隙更宽的第二半导体时，由复位晶体管中产生的少数电荷造成的暗电流的产生或由扩散电流造成的暗电流的产生均受到抑制。
[0016]根据本发明实施例的第一电子装置包括根据本发明实施例的第一固态摄像单元。
[0017]根据本发明实施例的第二电子装置包括根据本发明实施例的第二固态摄像单元。
[0018]在根据本发明实施例的第一固态摄像单元和第一电子装置中，在所述光电转换器件设置在由所述第一半导体制成的基板上的构造中，所述传输晶体管的有源层含有第二半导体，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。因此，能够抑制暗电流产生，且因此能够实现具有高可靠性的单元构造。
[0019]在根据本发明实施例的第二固态摄像单元和第二电子装置中，在所述光电转换器件设置在由所述第一半导体制成的基板上的构造中，所述复位晶体管的有源层含有第二半导体，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。因此，能够抑制暗电流产生，并且因此能够实现具有高可靠性的单元构造。
【附图说明】
[0020]图1是图示了根据本发明第一实施例的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0021]图2是图示了图1所示的光电转换器件与晶体管之间的连接关系的等效电路图。
[0022]图3是图示了图1所示的宽带隙半导体层和栅极电极的布局示例的示意性平面图。
[0023]图4A是用于说明图3所示的栅极电极的栅极长度所产生的作用的示意图。
[0024]图4B是用于说明图3所示的栅极电极的栅极长度所产生的作用的示意图。
[0025]图5是图示了根据比较例的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0026]图6是用于说明通过宽带隙半导体来抑制暗电流的效果的示意图。
[0027]图7是图示了根据变型例I的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0028]图8是图示了根据变型例2的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0029]图9是图示了根据变型例3的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0030]图10是图示了根据本发明第二实施例的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0031]图11是图示了图10所示的光电转换器件与晶体管之间的连接关系的等效电路图。
[0032]图12是图示了图10所示的晶体管和光电二极管的布局示例的示意性平面图。
[0033]图13是图示了图10所示的复位晶体管的布局的示意性平面图。
[0034]图14是图示了根据变型例4的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0035]图15是图示了根据变型例5的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0036]图16是图示了根据变型例6的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0037]图17是图示了根据变型例7的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0038]图18是图示了图1和图10中所示的任意固态摄像单元的整体构造的功能模块图。
[0039]图19是图示了使用图1和图10中所示的任意固态摄像单元的电子装置的示意性构造的框图。
【具体实施方式】
[0040]下面将参照附图详细说明本发明的一些实施例。注意，将以下面的顺序给出说明。
[0041]1.第一实施例(下述固态摄像单元(4Tr)的示例:其中，传输晶体管的源极也用作光电转换器件的下电极且传输晶体管的漏极与放大晶体管的栅极连接)
[0042]2.变型例I (使用遮光层的情况下的示例)
[0043]3.变型例2 (使用UV截止滤色器的情况下的示例)
[0044]4.变型例3 (所有4个晶体管的有源层和源极/漏极都由宽带隙半导体形成的情况下的示例)
[0045]5.第二实施例(下述固态摄像单元(3Tr)的示例:放大晶体管的栅极以及由宽带隙半导体制成的复位晶体管的源极与光电转换器件的下电极连接)
[0046]6.变型例4 (使用遮光层的情况下的示例)
[0047]7.变型例5 (使用遮光层的情况下的另一个示例)
[0048]8.变型例6 (使用UV截止滤色器的情况下的示例)
[0049]9.变型例7 (所有3个晶体管的有源层和源极/漏极都由宽带隙半导体形成的情况下的示例)
[0050]9.应用例I (固态摄像单元的整体构造例)
[0051]10.应用例2 (电子装置(相机)的示例)
[0052]<第一实施例>
[0053][构造]
[0054]图1示意性地图示了根据本发明第一实施例的固态摄像单元(固态摄像单元I)的截面构造。固态摄像单元I例如可以是CCD或CMOS图像传感器等等。注意，图1图示了与将在下文中说明的像素部(图18所示的像素部Ia)的一个像素相对应的区域。此外，下面将以正面照射型构造作为示例进行说明；然而，可以采用背面照射型构造。
[0055]在固态摄像单元I中，例如，光电转换器件10可以形成在由硅(Si)制成的半导体基板11的表面SI (电路形成面)上，并且在光电转换器件10与表面SI之间设置有多层布线层12。例如，在半导体基板11的表面SI上可以设置多个像素晶体管作为被构造用来进行从光电转换器件10的信号读取的驱动器件。更加具体地，一共形成四个晶体管，即，传输晶体管Trl (TRF)、复位晶体管Tr2 (RST)、放大晶体管Tr3 (AMP)和选择晶体管Tr4 (SEL)(在下文中，可以分别简称为“晶体管Trl至Tr4”)。固态摄像单元I具有所谓的4Tr构造，在该4Tr构造中，借助于这四个晶体管Trl至Tr4从光电转换器件10进行信号读取。在半导体基板11的表面SI上，设置有这样的晶体管Trl至Tr4，并且形成有由逻辑电路等构成的周边电路。将在后面说明晶体管Trl至Tr4的 具体构造。
[0056](光电转换器件10)
[0057]光电转换器件10例如可以是有机光电转换器件，该有机光电转换器件被构造为通过借助于有机半导体对选择的波长的光(例如，绿光)或对全部的波长的光进行吸收来产生电子-空穴对。光电转换器件10具有这样的构造:有机光电转换层15被夹在作为被构造用来提取电荷的电极对的下电极13A(第一电极)与上电极16(第二电极)之间。在下电极13A上形成有具有开口 H的像素间绝缘膜14，且各像素的光电转换区域通过像素间绝缘膜14而被彼此隔离。在上电极16上形成有保护膜，必要时，可以形成有平坦化膜和片上透镜等等。下面将详细说明各个组件。
[0058]下电极13A可以是针对每个像素而设置的，且从下电极13A提取出的电荷(例如，电子)作为信号电荷而被读取。在本实施例中，如将在后面详细说明，该下电极13A用作有机光电转换层15中产生的电荷的存储层，且与传输晶体管Trl的端子部(例如，源极)相对应，并且被构造为包含宽带隙半导体。
[0059]像素间绝缘膜14例如可以由氧化硅、氮化硅和氮氧化硅(S1N)中的一种制成的单层膜或由它们中的两种以上制成的层压膜构成。像素间绝缘膜14具有使各像素的下电极13A彼此电隔离的功能。
[0060]有机光电转换层15构造为对选择的波长或全部的波长的光进行光电转换，且可以期望地包含P型和η型有机半导体中的一者或两者。作为这样的有机半导体，可以优选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、茈衍生物和荧蒽衍生物中的一种。可替代地，可以使用诸如苯撑乙烯、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，可以优选使用金属络合染料、基于花青的染料、基于部花青的染料、基于苯基咕吨的染料、基于三苯甲烷的染料、基于复合份菁的染料、基于咕吨的染料、基于大环氮杂轮烯的染料、基于甘菊环的染料、萘醌、基于蒽醌的染料、稠多环芳香基团(例如，蒽或芘等)、通过稠合芳香环或杂环化合物而制备的链状化合物、具有作为结合链的方酸盐基团和克酮酸次甲基基团的喹啉、两个及以上含氮杂环(例如，苯并噻唑或苯并恶唑等)、通过方酸盐基团和克酮酸次甲基基团键合的类花青染料等等。注意，作为上述的金属络合染料，基于二巯酚金属络合物的染料、金属酞菁染料、金属卟啉染料或钌络合物染料可以是优选的；然而，所述金属络合染料不限于此。
[0061]有机光电转换层15可以至少形成在与用作光电转换区域的开口 H面对的区域内；然而，有机光电转换层15也可以期望地形成在开口 H以外的区域以覆盖与将在后面说明的宽带隙半导体层13面对的区域。在这种情况下，宽带隙半导体层13例如可以由将在后面说明的氧化物半导体制成；然而，在这种情况下，针对特别是在短波长区域(例如，400nm或更小)内氧化物半导体吸收的波长而言，晶体管特性容易发生变化。因此，当有机光电转换层15形成在半导体层13的上方时，能够使这样的短波长受到有机光电转换层15的阻挡，从而抑制晶体管特性的劣化。注意，在有机光电转换层15与下电极13A之间以及有机光电转换层15与上电极16之间可以设置有任何其它未图示的层。例如，从下电极13A开始可以依次层叠有底涂覆膜、电子阻挡膜、有机光电转换层15、空穴阻挡膜、缓冲膜和功函数调整膜等。
[0062]上电极16由具有透光性的导电膜构成。这样的导电膜的示例可以包括ITO(铟锡氧化物)。然而，作为下电极13A的材料，除了 ITO以外，还可以使用掺杂有掺杂剂的基于二氧化锡(SnO2)的材料或掺杂有掺杂剂的基于氧化锌(ZnO)的材料。基于氧化锌的材料的示例可以包括含有铝(Al)作为掺杂剂的铝锌氧化物(AZO)、含有镓(Ga)作为掺杂剂的镓锌氧化物(GZO)和含有铟(In)作为掺杂剂的铟锌氧化物(IZO)。此外，除了上述这些以外，还可以使用 Cul、InSbO4N ZnMgO> CuInO2> MgIn2O4N CdO 和 ZnSnO3等等。注意，当从下电极 13A 读取信号电荷(电子)时，从上电极16提取出的电荷(例如，空穴)被排出；因此，各像素的上电极16可以彼此隔离，或者上电极16可以被形成为各像素的共用电极。
[0063](晶体管Trl 至 Tr4)
[0064]传输晶体管Trl、复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4例如均可以是具有三个端子，即栅极、源极和漏极的场效应薄膜晶体管(TFT)。
[0065]在本实施例中，这些晶体管Trl至Tr4中的复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4形成在半导体基板11的表面SI上(更加具体地，接近于半导体基板11与多层布线层12之间的界面)。例如，晶体管Tr2至Tr4的有源层和源极/漏极层(起到源极或漏极作用的层)114形成在半导体基板11的表面SI的表面层的P型半导体阱区域内。晶体管Tr2至Tr4的栅极电极111、112和113形成在半导体基板11的表面SI上，在栅极电极111、112和113与该表面SI之间具有绝缘膜。源极/漏极层114以被埋入作为半导体基板11中的η型杂质扩散层的形式而形成。此外，在这种情况下，复位晶体管Tr2与放大晶体管Tr3之间共用源极/漏极层114，且放大晶体管Tr3与选择晶体管Tr4之间共用源极/漏极层114。注意，除了传输晶体管Trl以外，晶体管Tr2至Tr4都可以被像素(例如，相邻像素)共用。
[0066]图2图示了包括有光电转换器件10和晶体管Trl至Tr4的像素电路的示例。因此，本实施例的像素电路包括一个光电转换器件和四个晶体管Trl至Tr4，且光电转换器件10的阴极与传输晶体管Trl的源极和漏极中的一个端子(例如，源极)连接。传输晶体管Trl的另一个端子(例如，漏极)与放大晶体管Tr3的栅极(栅极电极112)和复位晶体管Tr2的端子(例如，源极)连接。放大晶体管Tr3的漏极例如可以与复位晶体管Tr2的漏极连接，且放大晶体管Tr3的源极例如可以与选择晶体管Tr4的源极连接。选择晶体管Tr4的漏极例如可以与将在后面说明的垂直信号线Lsig连接。选择晶体管Tr4的栅极(栅极电极113)与将在后面说明的像素驱动线Lread连接。
[0067]如上所述，包括晶体管Trl至Tr4中的放大晶体管Tr3在内的晶体管Tr2至Tr4形成在半导体基板11的表面SI上，而传输晶体管Trl设置在半导体基板11上方的多层布线层12上。
[0068]传输晶体管Trl包括含有这样半导体的有源层(有源层13C):该半导体的带隙比半导体基板11的材料(例如，硅)的带隙更大(在下文中，该半导体被称为“宽带隙半导体”)。用作传输晶体管Trl的源极的区域也用作下电极13A。更加具体地，传输晶体管Trl包括设置在多层布线层12上的宽带隙半导体层13和被布置为与宽带隙半导体层13的一部分面对的栅极电极120。宽带隙半导体层13的与栅极电极120面对的部分起到有源层13C的作用，并且宽带隙半导体层13还包括与有源层13C相邻且起到源极和下电极13A的作用的区域以及起到漏极作用的部位(FD 13B)。起到漏极作用的FD 13B形成所谓的浮动扩散区。如上所述，该FD 13B可以通过例如形成于多层布线层12中的布线层121与放大晶体管Tr3的栅极电极112连接。此外，该FD 13B也与复位晶体管Tr2的源极/漏极层114连接。
[0069]宽带隙半导体层13可以由宽带隙半导体制成，例如，含有铟(In)、锌(Zn)和镓(Ga)等中的一种或多种的氧化物半导体。
[0070]图3图示了宽带隙半导体层13和栅极电极120的平面(沿着半导体基板11的面SI的平面)布局的示例。在宽带隙半导体层13中，下电极13A例如可以具有覆盖着光电转换器件10的受光区域(与开口 H面对的区域)的方形或矩形形状。宽带隙半导体层13可以具有从下电极13A的上述形状的一角沿着预定方向突出的突出部(突出部13BC)，且栅极电极120以跨越突出部13BC的一部分的方式布置。突出部13BC的从栅极电极120露出的部位用作FD 13B。
[0071]在传输晶体管Trl中，栅极电极120的栅极长度可以期望地设定为预定长度或更长。在这种情况下，如图4A所示，当传输晶体管Trl的栅极长度长(a = al)时，在截止状态下不大可能产生从下电极13A至FD 13B的泄漏电流(暗电流)；然而，如图4B所示，当所述栅极长度太短(a = a2)时，暗电流更加可能因短沟道效应而增大。因此，传输晶体管Trl的栅极长度可以期望地被设定为能够使短沟道效应导致的暗电流受到抑制的长度或更长。
[0072][作用和效果]
[0073]在上述的固态摄像单元I中，当光从上电极16进入光电转换器件10时，由有机光电转换层15检测(吸收)进入光的一部分或全部。因此，在有机光电转换层15中，产生电子-空穴对，且电子-空穴对中的一者(例如，电子)作为信号电荷被读取。注意，下面说明从下电极13A读取信号电荷和电子的情况作为示例。
[0074]更加具体地，首先，在电荷存储状态(复位晶体管Tr2和传输晶体管Trl截止的状态)下，下电极13A被复位至预定电压，并且比复位电压相对更低的电压被施加至上电极
16。因此，有机光电转换层15中产生的电子-空穴对中的电子被引导至具有相对高电势的下电极13A(空穴被引导至上电极16)。
[0075]在这种情况下，在本实施例中，传输晶体管Trl包括含有宽带隙半导体的有源层13C，且传输晶体管Trl的源极用作下电极13A。因此，在传输晶体管Trl处于截止的状态下，有机光电转换层15中产生的电子被引导至下电极13A以存储于下电极13A中(传输晶体管Trl的源极起到电荷存储层的作用)。
[0076]在读取操作期间内，存储于下电极13A中的电子被传输至FD 13B。更加具体地，预定的导通电势被施加于传输晶体管Trl的栅极电极120，传输晶体管Trl导通，存储于下电极13A中的电荷(电子)被传输至FD 13B。被传输至FD 13B的电荷通过放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4等被读取至将在后面说明的垂直信号线Lsig作为电压信号。
[0077]在读取操作后，当复位晶体管Tr2和传输晶体管Trl都导通时，FD 13B以及放大晶体管Tr3的栅极电极112可以相应地被复位至电源电压VDD。因此，下电极13A被耗尽，此后，当传输晶体管Trl截止时，状态转变至上述的电荷存储状态。
[0078](比较例)
[0079]图5图示了根据比较例的固态摄像单元的截面构造。在本比较例中，与本实施例的固态摄像单元一样，光电转换器件1010形成在半导体基板1011的表面SI上，在光电转换器件1010与半导体基板1011之间设置有多层布线层1012。光电转换器件1010是通过将有机光电转换层1014和上电极1015层叠在下电极1013上而构成的。此外，在半导体基板1011的表面SI上形成 有被构造用来进行从光电转换器件1010的信号读取的多个晶体管(在这种情况下，为了简化，仅图示了复位晶体管TrlOl和放大晶体管Trl02)。在比较例中的这样的层叠式固态摄像单元的构造中，下电极1013存储在形成于半导体基板1011的表面层中的η型杂质扩散层1019。
[0080]在本比较例中，有机光电转换层1014中产生的电子通过下电极1013和布线线路1020而被存储在半导体基板1011中形成的η型杂质扩散层1019中。此时，η型杂质扩散层1019形成于半导体基板1011的P型阱区域内；因此，出现了 pn结，且在该pn结的界面处形成了耗尽层。当硅与氧化硅之间的具有大量缺陷的界面与这样的耗尽层接触时，暗电流产生，从而导致了器件特性的劣化。
[0081]另一方面，在本实施例中，如上所述，传输晶体管Trl的源极也用作光电转换器件10的下电极13A，且传输晶体管Trl的漏极(FD 13B)与放大晶体管Tr3的栅极电极112连接。因此，在从光电转换器件10至半导体基板11的电荷传输路径(至少从下电极13A至FD 13B的路径)中不会形成pn结，且比较例中的由耗尽层造成的暗电流的产生受到抑制。
[0082]此外，传输晶体管Trl的源极起到光电转换器件10的下电极13A的作用并且也起到电荷存储层的作用。因为该传输晶体管Trl包括含有宽带隙半导体(例如，氧化物半导体)的有源层13A，所以在传输晶体管Trl中不大可能产生空穴-电子对XI，且因为少数载流子浓度小，所以由空穴-电子对Xl造成的暗电流的产生和由来自栅极电极120下方的扩散电流X2造成的暗电流的产生均受到抑制(参照图6)。
[0083]如上所述，在本实施例中，在光电转换器件10设置在半导体基板11上这样的构造中，传输晶体管Trl的源极也用作光电转换器件10的下电极13A，且传输晶体管Trl的漏极与放大晶体管Tr3的栅极电极112连接。因此，在从光电转换器件10至半导体基板11的电荷传输路径中不会形成Pn结，并且因此能够使由pn结界面处的耗尽层造成的暗电流生成受到抑制。此外，通过将宽带隙半导体包含于传输晶体管Trl的有源层13C中，能够抑制由扩散电流或传输晶体管Trl中产生的少数电荷造成的暗电流生成。因此，能够抑制暗电流的产生，从而实现具有高可靠性的单元构造。
[0084]接着，下面将说明上述的第一实施例的固态摄像单元I的变型例(变型例I至3)。在下面的说明中，用相同的附图标记来表示与上述实施例相同的组件，并且将不作进一步说明。
[0085]<变型例1>
[0086]图7示意性地图示了根据变型例I的固态摄像单元的截面构造。在上述的第一实施例中，有机光电转换层15被形成为覆盖与宽带隙半导体层13面对的区域以保护宽带隙半导体层13不受短波长区域内的光的影响；然而，像本变型例一样，可以设置遮光层17。遮光层17可以由与形成有机光电转换层15的有机半导体不同的材料(例如，钨等)制成。即使在这样的构造中，也能够抑制由于光施加至宽带隙半导体层13而导致的晶体管特性的变化。
[0087]<变型例2>
[0088]图8示意性地图示了根据变型例2的固态摄像单元的截面构造。在上述的第一实施例中，有机光电转换层15被形成为覆盖与宽带隙半导体层13面对的区域以保护宽带隙半导体层13不受短波长区域内的光的影响；然而，像本变型例一样，例如，可以在光电转换器件10的入光侧设置被构造用来阻挡80%以上的紫外线辐射(UV)的UV截止滤色器18。即使在这样的构造中，也能够抑制由于施加至宽带隙半导体层13的光而导致的晶体管特性的变化。
[0089]<变型例3>
[0090]图9示意性地图示了根据变型例3的固态摄像单元的截面构造。在上述的第一实施例中，四个晶体管Trl至Tr4中仅传输晶体管Trl由多层布线层上的宽带隙半导体形成；然而，所有这四个晶体管Trl至Tr4都可以由宽带隙半导体形成。
[0091]具体地，宽带隙半导体层19设置在多层布线层12上，该宽带隙半导体层19被构造为包括传输晶体管Trl、复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的有源层和源极/漏极。
[0092]更加具体地，与上述的实施例一样，传输晶体管Trl包括宽带隙半导体层19和被布置成与宽带隙半导体层19的一部分面对的栅极电极120。宽带隙半导体层19包括:与栅极电极120面对的起到有源层Cl的作用的部分、被布置为与有源层Cl相邻以起到光电转换器件10的源极和下电极19A的作用的区域以及起到漏极作用的部分(FD 19B)。宽带隙半导体层19由与上述的第一实施例的宽带隙半导体层13相同的材料制成，且下电极19A的功能和形状等等与上述的下电极13A相同。
[0093]在本变型例中，复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4各自的栅极电极111、112和113被设置为与宽带隙半导体层19的一部分面对。宽带隙半导体层19从传输晶体管Trl的FD 19B开始依次包括复位晶体管Tr2的有源层C2、放大晶体管Tr3的有源层C3和选择晶体管Tr4的有源层C4。有源层C2、C3和C4被形成为分别与栅极电极111、112和113面对。
[0094]在这样的宽带隙半导体层19中，传输晶体管Trl的漏极(FD 19B)起到浮动扩散区的作用，并且也可以用作例如复位晶体管Tr2的源极。有源层C2与C3之间的区域例如可以用作复位晶体管Tr2与放大晶体管Tr3共用的源极dl。有源层C3与C4之间的区域例如可以用作放大晶体管Tr3与选择晶体管Tr4共用的源极dl。选择晶体管Tr4的漏极d3通过布线线路122连接至将在后面说明的垂直信号线Lsig。此外，传输晶体管Trl的漏极(复位晶体管Tr2的源极)通过布线线路121与放大晶体管Tr3的栅极电极112连接。
[0095]像本变型例一样，可以采用所有四个晶体管Trl至Tr4都利用宽带隙半导体形成这样的构造，即使在这种情况下，也能够获得与上述的第一实施例类似的效果。此外，在这一构造中，可以利用宽带隙半导体层19进行所有下述操作:电荷的复位、存储、转移以及源极跟随器中的信号放大。
[0096]注意，在本变型例中，以利用宽带隙半导体形成所有四个晶体管Trl至Tr4的构造作为例子；然而，变型例不限于此，且可以利用宽带隙半导体形成四个晶体管Trl至Tr4中的两个或三个晶体管(至少包括传输晶体管Trl和复位晶体管Tr2)。例如，可以采用这样的构造:传输晶体管Trl和复位晶体管Tr2由宽带隙半导体形成并且其它两个晶体管形成在半导体基板11的表面SI上。可替代地，可以采用这样的构造:传输晶体管Trl、复位晶体管Tr2和放大晶体管Tr3由宽带隙半导体形成且选择晶体管Tr4形成在半导体基板11的表面SI上。
[0097]此外，在上述的第一实施例和变型例I至3中，将正面照射型固态摄像单元的构造作为示例进行说明；然而，上述的4Tr构造(即，含有宽带隙半导体的传输晶体管Trl既用作光电转换器件10的下电极13A(19A)又用作浮动扩散区的构造)可应用于背面照射型固态摄像单元。此外，固态摄像单元可以是任何层叠式固态摄像单元(半导体上的包括光电转换层的层叠式固态摄像单元)，诸如将在后面说明的纵向光谱固态摄像单元以及多种颜色的光电转换器件二维地(例如，以拜耳阵列的方式)布置于半导体基板11上的固态摄像单元。
[0098]<第二实施例>
[0099][构造]
[0100]图10示意性地图示了根据本发明第二实施例的固态摄像单元(固态摄像单元2)的截面构造。与根据上述的第一实施例的固态摄像单元一样，固态摄像单元2例如可以是CCD或CMOS图像传感器等等。注意，图10图示了与将在后面说明的像素部(图18所示的像素部Ia)的一个像素相对应的区域。此外，下面将说明背面照射型构造作为示例；然而，可以采用正面照射型构造。在下面的说明中，用相同的附图标记来表示与上述实施例相同的部件，并且将不作进一步说明。
[0101]在固态摄像单元2中，光电转换器件1a可以形成在半导体基板11的表面SI (受光侧表面)上，光电转换器件1a与表面SI之间例如具有层间绝缘膜123，且多层布线层12可以形成在半导体基板11的表面S2(电路形成面)上。在本实施例中，作为被构造用来从光电转换器件1a进行信号读取的驱动器件，例如多个像素晶体管可以设置在半导体基板11的表面S2上。更加具体地，一共形成三个晶体管，即，复位晶体管Tr5 (RST)、放大晶体管Tr6 (AMP)和选择晶体管Tr7 (SEL)(在下文中，可以被分别简称为“晶体管Tr5至Tr7”)。固态摄像单元2具有所谓的3Tr构造:其中，利用这三个晶体管Tr5至Tr7进行从光电转换器件1a的信号读取。在半导体基板11的表面S2上，设置有这些晶体管Tr5至Tr7，且形成有由逻辑电路等构成的周边电路。将在后面说明晶体管Tr5至Tr7的具体构造。
[0102]固态摄像单元2具有这样的构造:被构造用来有选择性地检测彼此不同的波长区域内的光以进行光电转换的光电转换器件沿着纵向堆叠。更加具体地，在固态摄像单元2中，例如，使用有机半导体的光电转换器件1a可以设置在半导体基板11上，且例如，两个光电二极管IlB和IlR可以被形成为埋入半导体基板11内。在这样的构造的情况下，沿着纵向进行红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的各自颜色信号的光谱采集，并且在不使用滤色器的情况下在一个像素中获得多种颜色信号。
[0103](光电转换器件1a)
[0104]光电转换器件1a例如可以是这样的有机光电转换器件:被构造用来通过利用有机半导体对选择的波长的光(例如，绿光)进行吸收来产生电子-空穴对。此外，光电转换器件10a具有这样的构造:其中，有机光电转换层15设置在作为被构造用来提取由光电转换产生的电荷的电极对的下电极20(第一电极)与上电极16(第二电极)之间。此外，与上述的第一实施例一样，各像素的光电转换区域被像素间绝缘膜14彼此隔离。在这种情况下，下电极20和像素间绝缘膜14的表面是平坦化的。此外，在上电极16上形成有保护膜，必要时，可以形成有平坦化膜和片上透镜等等。注意，绿色(G)例如可以是与从495nm至570nm(包括两端值)的波长区域相对应的颜色，且仅需要使有机光电转换层15能够检测该波长区域的部分或全部的光。
[0105]有机光电转换层15可以至少形成在用作光电转换区域的与下电极20面对的区域内。在本实施例中，半导体基板11插入在将在后面说明的宽带隙半导体层21的上方；因此，短波长区域内的光被半导体基板11吸收，且因此，阻止了短波长区域内的光到达宽带隙半导体层21。
[0106]例如，下电极20可以是针对每个像素而设置的，且可以从下电极20中提取电荷(例如，电子)。在本实施例中，下电极20由具有透光性的导电膜构成。作为这样的导电膜，可以使用与 上述的第一实施例所述的上电极16相同的材料。
[0107]光电二极管IIB和I IR均是具有pn结的光电二极管，且光电二极管IIB和I IR依次形成在半导体基板11的光路中。它们中的光电二极管IlB可以被构造用来选择性地检测例如蓝光并且使与蓝色相对应的电荷存储在光电二极管IlB中，并且可以被形成为例如从沿着半导体基板11的表面SI的选择区域延伸至与多层布线层12的界面接近的区域。光电二极管IlR可以被构造用来选择性地检测例如红光且允许与红色相对应的电荷存储在光电二极管IlR中，并且可以形成在例如光电二极管IlB下方的区域中(表面S2侧)。注意，蓝色(B)例如可以是与从450nm至495nm的波长区域相对应的颜色，红色(R)例如可以是与从620nm至750nm的波长区域相对应的颜色且光电二极管IIB和IlR分别可以检测各自的波长区域的部分或全部的光。
[0108]光电二极管IlB和IlR通过未图示的浮动扩散区分别连接至传输晶体管。注意，图10仅图不了光电二极管IlB和IlR的传输晶体管的栅极(栅极电极115和116)。
[0109]在半导体基板11中，形成有上述的光电二极管IlB和11R，且以埋入的形式形成有导电插塞121B，导电插塞121B被构造用来将下电极20与在半导体基板11的表面S2上形成的晶体管(例如，复位晶体管Tr5等)彼此电连接。导电插塞121B例如可以由嵌埋在贯穿孔中的诸如钨等导电膜材料制成。所述贯穿孔的侧面例如可以期望地覆盖有氧化硅(S12)或氮化硅(SiN)等绝缘膜以抑制硅的短路。导电插塞121B与形成于层间绝缘膜123中的布线线路121A和形成于多层布线层12中的布线线路121C连接。布线线路121A连接至下电极20。
[0110](晶体管Tr5 至 Tr7)
[0111]与上述的第一实施例的晶体管Trl至Tr4 一样，复位晶体管Tr5、放大晶体管Tr6和选择晶体管Tr7例如均可以是具有三个端子，即栅极、源极和漏极的场效应薄膜晶体管(TFT) ο
[0112]图11图示了包括有光电转换器件1a和晶体管Tr5至Tr7的像素电路的示例。本实施例的像素电路以这样的方式包括一个光电转换器件1a和三个晶体管Tr5至Tr7。光电转换器件1a的阴极(下电极20)可以通过布线线路121A、导电插塞121B和布线线路121C与放大晶体管Tr6的栅极(栅极电极112)连接并且与复位晶体管Tr5的源极(源极21A)连接。换言之，例如，复位晶体管Tr5的源极21A可以连接至放大晶体管Tr6的栅极电极112。放大晶体管Tr6的源极例如可以与选择晶体管Tr7的漏极连接。选择晶体管Tr7的源极与将在后面说明的垂直信号线Lsig连接，且选择晶体管Tr7的栅极(栅极电极113)与将在后面说明的像素驱动线Lread连接。
[0113]在本实施例中，这些晶体管Tr5至Tr7中的放大晶体管Tr6和选择晶体管Tr7被形成为接近于半导体基板11的表面S2与多层布线层12之间的界面。例如，晶体管Tr6和Tr7的栅极电极112和113形成于多层布线层12的半导体基板11侧的表面，且晶体管Tr6和Tr7的有源层和源极/漏极层114形成于半导体基板11的表面S2的表面层的p型半导体阱区域内。在这种情况下，源极/漏极层114被放大晶体管Tr6与选择晶体管Tr7共用。注意，这些晶体管Tr5至Tr7可以被像素(例如，在相邻像素之间)共用。
[0114]另一方面，复位晶体管Tr5例如可以在多层布线层12中被设置于晶体管Tr6和Tr7的下方。
[0115]与上述的第一实施例的传输晶体管Trl一样，复位晶体管Tr5包括含有宽带隙半导体的有源层(有源层21C)。更加具体地，复位晶体管Tr5包括设置于多层布线层12的宽带隙半导体层21和被布置为与宽带隙半导体层21的一部分面对的栅极电极111。宽带隙半导体层21的与栅极电极111面对的这一部分起到有源层21C的作用，且源极/漏极层2IA和2IB被形成为与有源层2IC相邻。
[0116]宽带隙半导体层21可以由与上述的第一实施例的宽带隙半导体层13相同的氧化物半导体制成。
[0117]通过在半导体基板11的表面S2(电路形成面)下方形成以上述方式利用宽带隙半导体形成的复位晶体管Tr5，能够获得下述优点。更加具体地，即使与本实施例一样地在光电二极管IIB和I IR形成于半导体基板11中的情况下，复位晶体管Tr5也不大可能成为进入光电二极管IlB和IlR的光的遮挡物。因此，例如，如图12所示，复位晶体管Tr5可以被设置为叠置在光电二极管IlB和IlR上(在与光电二极管IlB和IlR面对的区域内)。因此，可以不管光电二极管IlB和IlR的布局自由地设计复位晶体管Tr5的形状、尺寸和布局。例如，如图13所示，可以不受单位像素P的限制而形成具有大的栅极长度b的复位晶体管，且提高了诸如短沟道效应的抑制等晶体管设计的灵活性。
[0118]此外，短波长区域内的光在到达宽带隙半导体层21之前被有机光电转换层15吸收；因此，复位晶体管Tr5的响应于施加的光的特性变化得以抑制。特别地，甚至在短于400nm的紫外区域内的光也被半导体基板11吸收；因此，获得了抗宽带隙半导体劣化的构造。
[0119][作用和效果]
[0120]在上述的固态摄像单元2中，与上述的第一实施例一样，当光从上电极16进入光电转换器件1a时，由有机光电转换层15检测(吸收)进入光的一部分(例如，绿光)。因此，在有机光电转换层15中，产生电子-空穴对，且从下电极20提取出电子-空穴对中的一个电荷(例如，电子)。另一方面，由半导体基板11中的光电二极管IlB和IlR顺序地吸收没有被有机光电转换层15吸收的光(蓝光和红光)，并且对这些光进行光电转换。
[0121]更加具体地，在电荷存储状态(复位晶体管Tr5处于截止的状态)下，下电极20被复位至预定电压，且相对于复位电压而言相对低的电压被施加至上电极16。因此，有机光电转换层15中产生的电子-空穴对中的电子被引导至具有相对高电势的下电极20(空穴被引导至上电极16)。此时，放大晶体管Tr6的栅极电极112处于所谓的浮动状态。
[0122]在本实施例中，因为下电极20与放大晶体管Tr6的栅极电极112连接，所以在电荷存储状态下，有机光电转换层15中产生的电子通过下电极20、布线线路121A、导电插塞121B和布线线路121C存储于放大晶体管Tr6的栅极电极112中。
[0123]此后，在读取操作期间内，存储的电荷通过放大晶体管Tr6和选择晶体管Tr7等被读取至将在后面说明的垂直信号线Lsig。
[0124]在读取操作后，当复位晶体管Tr5导通时，放大晶体管Tr3的栅极电极112可以被复位至例如电源电压VDD。此后，当复位晶体管Tr5截止时，状态转变至上述的电荷存储状态。如上所述，从光电转换器件1a获得例如基于绿光的电压信号。
[0125]然而，在本实施例中，因为没有设置传输栅极(没有设置与浮动扩散区相对应的部位)，所以可以期望以下面的方式去除复位噪声。即，可以期望的是，紧接着栅极电极112复位之后的信号被保持在存储器等中，并且获得紧接着复位之后的信号与电荷存储完成时的信号之间的信号差。
[0126]另一方面，基于蓝光和红光(已经通过光电二极管IlB和IlR对它们进行了光电转换)的电荷通过传输栅极(栅极电极115和116)被传输至浮动扩散区。此后，电荷通过未图示的放大晶体管和未图示的选择晶体管等等被读取至将在后面说明的垂直信号线Lsigo因此，例如，可以从光电二极管IlB和IlR获得基于蓝光和红光的电压信号。
[0127]在这种情况下，在本实施例中，如上所述，光电转换器件1a的下电极20与放大晶体管Tr6的栅极电极112连接，并且与复位晶体管Tr5的源极21A连接。因此，在从光电转换器件1a提取出的电荷的传输路径上没有形成pn结，且与上述的第一实施例一样，由耗尽层造成的暗电流的产生受到抑制。
[0128]此外，因为与上述的传输晶体管Trl的情况一样，复位晶体管Tr5包括含有宽带隙半导体(例如，氧化物半导体)的有源层21C，所以由复位晶体管Tr5中的空穴-电子对造成的暗电流的产生和由来自栅极电极111下方的扩散电流造成的暗电流的产生均受到抑制。
[0129]如上所述，在本实施例中，在光电转换器件1a设置在半导体基板11的表面SI上这样的构造中，光电转换器件1a的下电极20连接至放大晶体管Tr6的栅极电极112，并且连接至复位晶体管Tr5的源极21A。因此，在电荷传输路径(至少从下电极20至浮动扩散区的路径)中不会形成pn结，且由pn结界面处的耗尽层造成的暗电流的产生受到抑制。此外，因为复位晶体管Tr5的有源层21C包含宽带隙半导体，所以由扩散电流或复位晶体管Tr5中产生的少数电荷造成的暗电流的产生受到抑制。因此，可以获得与上述的第一实施例类似的效果。
[0130]接着，下面将说明上述的第二实施例的固态摄像单元2的变型例(变型例4至6)。在下面的说明中，用相同的附图标记表示与上述实施例相同的组件，并且将不作进一步说明。
[0131]〈变型例4>
[0132]图14示意性地图示了根据变型例4的固态摄像单元的截面构造。在上述的第二实施例中，宽带隙半导体层21具有通过采用背面照射型构造来抗光施加的构造；然而，在诸如本变型例的正面照射型构造的情况下，可以期望地设置遮光层22。
[0133]遮光层22设置为位于宽带隙半导体层21的上方且位于有机光电转换层15的下方。遮光层22的材料的示例可以包括与上述的变型例I的遮光层17的材料相同的材料。即使在这样的构造中，也能够抑制由对宽带隙半导体层21施加的光造成的晶体管特性变化。此外，提高了复位晶体管Tr5的布局设计的灵活性。因此，可以获得与上述的第二实施例类似的效果。
[0134]注意，根据预期用途，可以不设置这样的遮光层22，且下电极20可以利用金属材料等而具有遮光效果。可替代地，能够通过形成覆盖与宽带隙半导体层21面对的区域的有机光电转换层15来获得减少施加至宽带隙半导体层21的光的效果。
[0135](变型例5)
[0136]图15示意性地图示了根据变型例5的固态摄像单元的截面构造。在上电极16上可以设置有遮光层23。遮光层23的材料的示例可以包括与上述的变型例I的遮光层17相同的材料。即使在这样的构造中，也能够抑制由对宽带隙半导体层21施加的光造成的晶体管特性变化。此外，提高了复位晶体管Tr5的布局设计的灵活性。
[0137](变型例6)
[0138]图16示意性地图示了根据变型例6的固态摄像单元的截面构造。例如，在光电转换器件1a的入光侧可以设置有被构造用来阻挡紫外线辐射(UV)的UV截止滤色器24。即使在这样的构造中，也能够抑制由对宽带隙半导体层21施加的光造成的晶体管特性变化 。此外，提高了复位晶体管Tr5的布局设计的灵活性。
[0139](变型例7)
[0140]图17示意性地图示了根据变型例7的固态摄像单元的截面构造。在上述的第二实施例中，三个晶体管Tr5至Tr7中仅复位晶体管Tr5由宽带隙半导体形成；然而，所有三个晶体管Tr5至Tr7都可以由宽带隙半导体形成。
[0141]更加具体地，宽带隙半导体层25例如可以设置在多层布线层12中，且宽带隙半导体层25可以构造为包括复位晶体管Tr5、放大晶体管Tr6和选择晶体管Tr7的有源层和源极/漏极。
[0142]更加具体地，与上述的第二实施例一样，复位晶体管Tr5包括宽带隙半导体层25和与宽带隙半导体层25的一部分面对的栅极电极111。宽带隙半导体层25的与栅极电极111面对的部分起到有源层C5(与有源层21C相对应)的作用，且例如，源极25A可以形成为与有源层C5相邻。宽带隙半导体层25由与上述的第一实施例的宽带隙半导体层13相同的材料制成。
[0143]在本变型例中，放大晶体管Tr6和选择晶体管Tr7的栅极电极112和113被设置为与宽带隙半导体层25的一部分面对。宽带隙半导体层25从复位晶体管Tr5开始依次包括放大晶体管Tr6的有源层C6和选择晶体管Tr7的有源层C7。有源层C6和C7被形成为分别与栅极电极112和113面对。
[0144]即使在这样的宽带隙半导体层25中，复位晶体管Tr5的源极25A通过布线线路121D连接至下电极20，并且还连接至放大晶体管Tr6的栅极电极112。有源层C5与C6之间的区域例如可以用作被复位晶体管Tr5与放大晶体管Tr6共用的漏极d4。有源层C6与C7之间的区域例如可以用作被放大晶体管Tr6与选择晶体管Tr7共用的源极/漏极d5。选择晶体管Tr7的源极d6通过布线线路121E连接至垂直信号线Lsig。
[0145]像本变型例一样，在3Tr构造中，所有三个晶体管Tr5至Tr7都可以使用宽带隙半导体形成，即使在这种情况下，也能够获得与上述的第二实施例类似的效果。
[0146]注意，在本变型例中，以所有三个晶体管Tr5至Tr7都利用宽带隙半导体而形成的构造作为例子；然而，变型例不限于此，且可以使用宽带隙半导体形成三个晶体管中的两个。例如，可以采用这样的构造:复位晶体管Tr5和放大晶体管Tr6由宽带隙半导体形成且选择晶体管Tr7形成在半导体基板11的电路形成面上。
[0147]此外，具有上述的第二实施例和变型例4至7中所述的3Tr构造的固态摄像单元既可应用于正面照射型构造又可应用于背面照射型构造。此外，所述固态摄像单元可以是任意层叠式固态摄像单元，例如，纵向光谱固态摄像单元以及多种颜色的光电转换器件二维地(例如，以拜耳阵列的方式)布置在半导体基板11上的固态摄像单元。然而，在具有二维布置的背面照射型固态摄像单元中，能够更加有效地利用如上所述的对复位晶体管Tr5施加的光的抑制效果和布局的灵活性的提高效果。
[0148](应用例I)
[0149]图18图示了使用上述的第一和第二实施例以及上述的变型例I至7等等所述的任意固态摄像单元(固态摄像单元I和2)分别作为像素的装置的整体构造。因此，固态摄像单元I和2(在下文中，将以固态摄像单元I作为示例进行说明)可以包括作为半导体基板11上的摄像区域的像素部la，以及在像素部Ia的周边区域中的例如由行扫描部131、水平选择部133、水平选择部134和系统控制部132构成的周边电路部130。
[0150]像素部Ia可以包括例如以矩阵形式二维布置的多个单位像素P (分别与固态摄像单元I相对应)。各个像素驱动线Lread (更加具体地，行选择线和复位控制线)可以连接至例如单位像素P的各个像素行，且各个垂直信号线Lsig可以连接至单位像素P的各个像素列。像素驱动线Lread均被构造用来传输用于从像素读取信号的驱动信号。各个像素驱动线Lread的端部连接至行扫描部131的与各像素行相对应的输出端。
[0151]行扫描部131由移位寄存器和地址译码器等等构成，并且例如可以是逐行地对像素部Ia的各像素P进行驱动的像素驱动部。从被行扫描部131选择且扫描的像素行中的各像素P输出的信号通过各垂直信号线Lsig供给至水平选择部133。水平选择部133可以由针对各条垂直信号线Lsig设置的放大器和水平选择开关等构成。
[0152]水平选择部134由移位寄存器和地址译码器等等构成，并且被构造用来在扫描水平选择部133的各个水平选择开关的同时顺序地驱动这些水平选择开关。通过各条垂直信号线Lsig传输的各个像素P的信号通过水平选择部134的选择扫描而顺序地被输出至水平信号线135，并且通过水平信号线135而传输至基板11的外部。
[0153]由行扫描部131、水平选择部133、水平选择部134和水平信号线135构成的电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，电路部可以形成在由电缆等连接的其它基板上。
[0154]系统控制部132被构造用来接收从外部供给来的时钟和表明操作模式的数据等等，并且被构造用来输出诸如固态摄像单元I的内部信息等数据。系统控制部132还包括被构造用来产生各种时序信号的时序发生器，并且系统控制部132还响应于时序发生器生成的各种时序信号对诸如行扫描部131、水平选择部133和水平选择部134等周边电路进行驱动控制。
[0155](应用例2)
[0156]上述的固态摄像单元I可应用于具有摄像功能的各种电子装置，例如，相机系统(例如，数码相机和摄像机等)和具有摄像功能的移动电话等。图19图示了作为示例的电子装置3(相机)的示意性构造。电子装置3例如可以是能够拍摄静态图像或动态图像的摄像机，并且包括摄像单元1、光学系统(光学镜头)310、快门单元311、信号处理部312和被构造用来驱动固态摄像单元I和快门单元311的驱动部313。
[0157]光学系统310被构造用来将来自物体的图像光(入射光)引导至摄像单元I的像素部la。光学系统310可以包括多个光学透镜。快门单元311被构造用来控制摄像单元I的光照期间和遮光期间。驱动部313被构造用来控制固态摄像单元I的传输操作和快门单元311的快门操作。信号处理部312被构造用来对从固态摄像单元I输出的信号进行各种信号处理。已经经过信号处理的图像信号Dout可以被存储在诸如存储器等存储介质中，或可以被输出至监视器等。
[0158]尽管参照上述的实施例和变型例说明了本发明，但是本发明不限于此，且能够具有各种变型。例如，在上述的实施例等中，说明了下述情况作为示例:在形成于半导体基板11上的光电转换器件中，各像素的下电极被设置为彼此隔离，且从各个下电极读取信号电荷；然而，本发明不限于此，且可以采用这样的构造:各像素的上电极16被设置为彼此隔离，且从上电极16读取信号电荷。
[0159]此外，在上述的实施例等中，说明了下述情况作为示例:光电转换器件中产生的电子-空穴对中的电子被提取作为信号电荷，然而，本发明不限于此，且可以提取空穴作为信号电荷。
[0160]此外，在上述的实施例等中，只要固态摄像单元是通过将光电转换器件形成在半导体基板上而构成的层叠式固态摄像单元，固态摄像单元可以是纵向光谱固态摄像单元或可以是各种颜色的光电转换器件以拜耳阵列等二维布置的固态摄像单元。此外，作为纵向光谱固态摄像单元，上述的第二实施例说明了下述情况:由半导体基板11上的光电转换器件1a检测绿光，并且由半导体基板11中的光电二极管IlB和IlR分别检测蓝光和红光，然而，本发明不限于此。即，在半导体基板11上可以层叠有被构造用来对彼此不同的波长进行光电转换的两种以上的光电转换器件，或者半导体基板11中可以形成有一种或三种及以上光电二极管。
[0161]注意，本发明可以具有下面的构造。
[0162](I) 一种固态摄像单元，其包括:
[0163]基板，所述基板由第一半导体制成；
[0164]光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和
[0165]多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取，
[0166]其中，所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管，
[0167]所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且
[0168]所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子还用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。
[0169](2)根据⑴所述的固态摄像单元，其中，
[0170]所述传输晶体管包括含有所述第二半导体的宽带隙半导体层，以及被布置为与所述宽带隙半导体层的一部分面对的栅极电极，并且
[0171]所述宽带隙半导体层的与所述栅极电极面对的那部分起到所述有源层的作用，且所述宽带隙半导体层包括与所述有源层相邻且起到所述源极和所述第一电极的作用的区域以及起到浮动扩散区和所述漏极的作用的区域。
[0172](3)根据(2)所述的固态摄像单元，其中，所述放大晶体管设置于所述基板的电路形成面。
[0173](4)根据⑵或(3)所述的固态摄像单元，其中，
[0174]所述多个晶体管还包括复位晶体管和选择晶体管，
[0175]所述复位晶体管的源极或漏极与所述放大晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且
[0176]所述选择晶体管的源极或漏极与所述放大晶体管的源极和漏极中的另一个端子连接。
[0177](5)根据(4)所述的固态摄像单元，其中，所述宽带隙半导体层还包括起到所述复位晶体管、所述放大晶体管和所述选择晶体管的有源层、源极和漏极的作用的部位。
[0178](6)根据⑴至(5)中任一项所述的固态摄像单元，其中，
[0179]所述第一半导体是硅，并且
[0180]所述第二半导体是含有从铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)中选择的一种或多种的氧化物半导体。
[0181](7)根据(6)所述的固态摄像单元，其中，所述光电转换层被设置为覆盖所述宽带隙半导体层的形成区域。
[0182](8)根据(6)或(7)所述的固态摄像单元，其中，由与所述光电转换层的材料不同的材料制成的遮光层在所述宽带隙半导体层的上方设置于所述光电转换器件的受光区域以外的区域。
[0183](9)根据(6)至(8)中任一项所述的固态摄像单元，其中，在光入射侧设置有紫外线截止滤色器。
[0184](10) —种固态摄像单元，其包括:
[0185]基板，所述基板由第一半导体制成；
[0186]光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所 述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和
[0187]多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取，
[0188]其中，所述多个晶体管包括复位晶体管和放大晶体管，
[0189]所述复位晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且
[0190]所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。
[0191](11)根据(10)所述的固态摄像单元，其中，所述复位晶体管包括含有所述第二半导体的宽带隙半导体层，以及被布置为与所述宽带隙半导体层的一部分面对的栅极电极。
[0192](12)根据(11)所述的固态摄像单元，其中，所述放大晶体管设置于所述基板的电路形成面。
[0193](13)根据(11)或(12)所述的固态摄像单元，其中，
[0194]所述多个晶体管还包括选择晶体管，并且
[0195]所述选择晶体管的源极或漏极与所述放大晶体管的源极或漏极连接。
[0196](14)根据(13)所述的固态摄像单元，其中，所述宽带隙半导体层还包括起到所述放大晶体管和所述选择晶体管的有源层、源极和漏极的作用的部位。
[0197](15)根据(10)至(14)中任一项所述的固态摄像单元，其中，
[0198]所述第一半导体是硅，并且
[0199]所述第二半导体是含有从铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)中选择的一种或多种的氧化物半导体。
[0200](16)根据(15)所述的固态摄像单元，其中，所述光电转换层被设置为覆盖所述宽带隙半导体层的形成区域。
[0201](17)根据(15)或(16)所述的固态摄像单元，其中，由与所述光电转换层的材料不同的材料制成的遮光层在所述宽带隙半导体层的上方设置于所述光电转换器件的受光区域以外的区域。
[0202](18)根据(15)至(17)中任一项所述的固态摄像单元，其中，在光入射侧设置有紫外线截止滤色器。
[0203](19) 一种设置有固态摄像单元的电子装置，所述固态摄像单元包括:
[0204]基板，所述基板由第一半导体制成；
[0205]光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和
[0206]多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取，
[0207]其中，所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管，
[0208]所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且
[0209]所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。
[0210](20) 一种设置有固态摄像单元的电子装置，所述固态摄像单元包括:
[0211]基板，所述基板由第一半导体制成；
[0212]光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和
[0213]多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取，
[0214]其中，所述多个晶体管包括复位晶体管和放大晶体管，
[0215]所述复位晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且
[0216]所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。
[0217]本申请包含与2013年I月16日在日本专利局提交的日本优先权专利申请第2013-5274号所公开的相关主题，并且将该日本优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
[0218]本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。
【主权项】
1.一种固态摄像单元，其包括: 基板，所述基板由第一半导体制成； 光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和 多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取， 其中，所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管， 所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且 所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子还用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。2.根据权利要求1所述的固态摄像单元，其中， 所述传输晶体管包括含有所述第二半导体的宽带隙半导体层，以及被布置为与所述宽带隙半导体层的一部分面对的栅极电极，并且 所述宽带隙半导体层的与所述栅极电极面对的那部分起到所述有源层的作用，且所述宽带隙半导体层包括与所述有源层相邻且起到所述源极和所述第一电极的作用的区域以及起到浮动扩散区和所述漏极的作用的区域。3.根据权利要求2所述的固态摄像单元，其中，所述放大晶体管设置于所述基板的电路形成面。4.根据权利要求2所述的固态摄像单元，其中， 所述多个晶体管还包括复位晶体管和选择晶体管， 所述复位晶体管的源极或漏极与所述放大晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且 所述选择晶体管的源极或漏极与所述放大晶体管的源极和漏极中的另一个端子连接。5.根据权利要求4所述的固态摄像单元，其中，所述宽带隙半导体层还包括起到所述复位晶体管、所述放大晶体管和所述选择晶体管的有源层、源极和漏极的作用的部位。6.根据权利要求2所述的固态摄像单元，其中， 所述第一半导体是硅，并且 所述第二半导体是含有从铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)中选择的一种或多种的氧化物半导体。7.根据权利要求6所述的固态摄像单元，其中，所述光电转换层被设置为覆盖所述宽带隙半导体层的形成区域。8.根据权利要求6所述的固态摄像单元，其中，由与所述光电转换层的材料不同的材料制成的遮光层在所述宽带隙半导体层的上方设置于所述光电转换器件的受光区域以外的区域。9.根据权利要求6所述的固态摄像单元，其中，在光入射侧设置有紫外线截止滤色器。10.一种固态摄像单元，其包括: 基板，所述基板由第一半导体制成； 光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和 多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取， 其中，所述多个晶体管包括复位晶体管和放大晶体管， 所述复位晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且 所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。11.根据权利要求10所述的固态摄像单元，其中，所述复位晶体管包括含有所述第二半导体的宽带隙半导体层，以及被布置为与所述宽带隙半导体层的一部分面对的栅极电极。12.根据权利要求11所述的固态摄像单元，其中，所述放大晶体管设置于所述基板的电路形成面。13.根据权利要求11所述的固态摄像单元，其中， 所述多个晶体管还包括选择晶体管，并且 所述选择晶体管的源极或漏极与所述放大晶体管的源极或漏极连接。14.根据权利要求13所述的固态摄像单元，其中，所述宽带隙半导体层还包括起到所述放大晶体管和所述选择晶体管的有源层、源极和漏极的作用的部位。15.根据权利要求11所述的固态摄像单元，其中， 所述第一半导体是硅，并且 所述第二半导体是含有从铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)中选择的一种或多种的氧化物半导体。16.根据权利要求15所述的固态摄像单元，其中，所述光电转换层被设置为覆盖所述宽带隙半导体层的形成区域。17.根据权利要求15所述的固态摄像单元，其中，由与所述光电转换层的材料不同的材料制成的遮光层在所述宽带隙半导体层的上方设置于所述光电转换器件的受光区域以外的区域。18.根据权利要求15所述的固态摄像单元，其中，在光入射侧设置有紫外线截止滤色器。19.一种设置有固态摄像单元的电子装置，所述固态摄像单元包括: 基板，所述基板由第一半导体制成； 光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和 多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取， 其中，所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管， 所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且 所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。20.一种设置有固态摄像单元的电子装置，所述固态摄像单元包括: 基板，所述基板由第一半导体制成； 光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和 多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取， 其中，所述多个晶体管包括复位晶体管和放大晶体管， 所述复位晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且 所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。
【专利摘要】公开了一种固态摄像单元，其设置有：基板，所述基板由第一半导体形成；光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板侧开始顺序地包括第一电极、光电转换层和第二电极；和多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管用于从所述光电转换器件读取信号。所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管，所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙。所述传输晶体管的源极端子和漏极端子中的一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且另一个端子被连接至所述放大晶体管的栅极。
【IPC分类】H04N5/369, H04N5/361, H01L27/146, H04N5/374
【公开号】CN104904013
【申请号】CN201380069737
【发明人】山口哲司
【申请人】索尼公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月19日
【公告号】US20150349008, WO2014112279A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种层叠式固态摄像单元和电子装置，所述层叠式固态摄像单元包括例如在半导体基板上的光电转换器件。
【背景技术】
[0002]近年来，在诸如CXD (电荷耦合器件)和CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传感器等固态摄像单元中，进入像素的光子数随着像素尺寸减小而减少，因此担心灵敏度降低。因此，采用所谓的层叠式固态摄像单元作为能够实现提高灵敏度的固态摄像单元。在层叠式固态摄像单元中，能够通过在由硅等制成的半导体基板的上方形成光电转换层来提高光电转换区域的孔径比。
[0003]另一方面，已经提出了 R、G和B各种颜色的光电二极管纵向层叠的纵向光谱固态摄像单元，在此构造中，能够在不使用滤色器的情况下获得R、G和B各种颜色信号。因此，消除了滤色器造成的光损失，并且能够使几乎全部的入射光用于光电转换，从而提高图像质量。特别地，作为这样的纵向光谱固态摄像单元，在硅基板上方形成有不同于硅的光电转换层这一构造受到了关注。与所有的R、G和B光电二极管都形成在硅基板中的情况相比，这一构造能够改善色彩分离特性。
[0004]然而，当在硅基板中进行光电转换和电荷存储时使用的典型的埋入型光电二极管构造无法应用于上述的层叠式固态摄像单元。因此，设置有被构造用来将硅基板的内部和外部彼此电连接的接触部；然而，该接触部导致了暗电流的产生。
[0005]为了抑制这样的暗电流的产生，已经提出了如下技术:不在硅基板中的电荷存储层(杂质扩散层)而是在放大晶体管的栅极电极中存储由光电转换产生的电荷(例如，参考 PTL I 和 2)。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]PTL 1:日本待审查专利公开第2010-80953号；
[0009]PTL 2:日本待审查专利公开第2011-87544号。
【发明内容】
[0010]期望通过不同于PTL I和2的技术来实现在借助于放大晶体管的栅极电极抑制暗电流的同时具有高可靠性的单元构造。
[0011]因此，期望提出能够抑制暗电流的产生从而实现高可靠性的固态摄像单元和电子
目.0
[0012]根据本发明实施例的第一固态摄像单元包括:基板，所述基板由第一半导体制成；光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取。所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管，所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。
[0013]在根据本发明实施例的第一固态摄像单元中，在所述光电转换器件设置在由所述第一半导体制成的基板上的构造中，所述传输晶体管的源极和漏极中的所述一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。因此，在从光电转换器件提取出的电荷的传输路径中不会形成pn结，且由耗尽层造成的暗电流的产生受到抑制。此外，当传输晶体管的有源层含有比第一半导体的带隙更宽的所述第二半导体时，由传输晶体管中产生的少数电荷造成的暗电流的产生或由扩散电流造成的暗电流的产生均受到抑制。
[0014]根据本发明实施例的第二固态摄像单元包括:基板，所述基板由第一半导体制成；光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取。所述多个晶体管包括复位晶体管和放大晶体管，所述复位晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。
[0015]在根据本发明实施例的第二固态摄像单元中，在所述光电转换器件设置在由所述第一半导体制成的基板上的构造中，所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。因此，在从光电转换器件提取出的电荷的传输路径中不会形成pn结，且由耗尽层造成的暗电流的产生受到抑制。此外，当复位晶体管的有源层含有比第一半导体的带隙更宽的第二半导体时，由复位晶体管中产生的少数电荷造成的暗电流的产生或由扩散电流造成的暗电流的产生均受到抑制。
[0016]根据本发明实施例的第一电子装置包括根据本发明实施例的第一固态摄像单元。
[0017]根据本发明实施例的第二电子装置包括根据本发明实施例的第二固态摄像单元。
[0018]在根据本发明实施例的第一固态摄像单元和第一电子装置中，在所述光电转换器件设置在由所述第一半导体制成的基板上的构造中，所述传输晶体管的有源层含有第二半导体，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。因此，能够抑制暗电流产生，且因此能够实现具有高可靠性的单元构造。
[0019]在根据本发明实施例的第二固态摄像单元和第二电子装置中，在所述光电转换器件设置在由所述第一半导体制成的基板上的构造中，所述复位晶体管的有源层含有第二半导体，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。因此，能够抑制暗电流产生，并且因此能够实现具有高可靠性的单元构造。
【附图说明】
[0020]图1是图示了根据本发明第一实施例的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0021]图2是图示了图1所示的光电转换器件与晶体管之间的连接关系的等效电路图。
[0022]图3是图示了图1所示的宽带隙半导体层和栅极电极的布局示例的示意性平面图。
[0023]图4A是用于说明图3所示的栅极电极的栅极长度所产生的作用的示意图。
[0024]图4B是用于说明图3所示的栅极电极的栅极长度所产生的作用的示意图。
[0025]图5是图示了根据比较例的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0026]图6是用于说明通过宽带隙半导体来抑制暗电流的效果的示意图。
[0027]图7是图示了根据变型例I的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0028]图8是图示了根据变型例2的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0029]图9是图示了根据变型例3的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0030]图10是图示了根据本发明第二实施例的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0031]图11是图示了图10所示的光电转换器件与晶体管之间的连接关系的等效电路图。
[0032]图12是图示了图10所示的晶体管和光电二极管的布局示例的示意性平面图。
[0033]图13是图示了图10所示的复位晶体管的布局的示意性平面图。
[0034]图14是图示了根据变型例4的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0035]图15是图示了根据变型例5的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0036]图16是图示了根据变型例6的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0037]图17是图示了根据变型例7的固态摄像单元的示意性构造的示意性截面图。
[0038]图18是图示了图1和图10中所示的任意固态摄像单元的整体构造的功能模块图。
[0039]图19是图示了使用图1和图10中所示的任意固态摄像单元的电子装置的示意性构造的框图。
【具体实施方式】
[0040]下面将参照附图详细说明本发明的一些实施例。注意，将以下面的顺序给出说明。
[0041]1.第一实施例(下述固态摄像单元(4Tr)的示例:其中，传输晶体管的源极也用作光电转换器件的下电极且传输晶体管的漏极与放大晶体管的栅极连接)
[0042]2.变型例I (使用遮光层的情况下的示例)
[0043]3.变型例2 (使用UV截止滤色器的情况下的示例)
[0044]4.变型例3 (所有4个晶体管的有源层和源极/漏极都由宽带隙半导体形成的情况下的示例)
[0045]5.第二实施例(下述固态摄像单元(3Tr)的示例:放大晶体管的栅极以及由宽带隙半导体制成的复位晶体管的源极与光电转换器件的下电极连接)
[0046]6.变型例4 (使用遮光层的情况下的示例)
[0047]7.变型例5 (使用遮光层的情况下的另一个示例)
[0048]8.变型例6 (使用UV截止滤色器的情况下的示例)
[0049]9.变型例7 (所有3个晶体管的有源层和源极/漏极都由宽带隙半导体形成的情况下的示例)
[0050]9.应用例I (固态摄像单元的整体构造例)
[0051]10.应用例2 (电子装置(相机)的示例)
[0052]<第一实施例>
[0053][构造]
[0054]图1示意性地图示了根据本发明第一实施例的固态摄像单元(固态摄像单元I)的截面构造。固态摄像单元I例如可以是CCD或CMOS图像传感器等等。注意，图1图示了与将在下文中说明的像素部(图18所示的像素部Ia)的一个像素相对应的区域。此外，下面将以正面照射型构造作为示例进行说明；然而，可以采用背面照射型构造。
[0055]在固态摄像单元I中，例如，光电转换器件10可以形成在由硅(Si)制成的半导体基板11的表面SI (电路形成面)上，并且在光电转换器件10与表面SI之间设置有多层布线层12。例如，在半导体基板11的表面SI上可以设置多个像素晶体管作为被构造用来进行从光电转换器件10的信号读取的驱动器件。更加具体地，一共形成四个晶体管，即，传输晶体管Trl (TRF)、复位晶体管Tr2 (RST)、放大晶体管Tr3 (AMP)和选择晶体管Tr4 (SEL)(在下文中，可以分别简称为“晶体管Trl至Tr4”)。固态摄像单元I具有所谓的4Tr构造，在该4Tr构造中，借助于这四个晶体管Trl至Tr4从光电转换器件10进行信号读取。在半导体基板11的表面SI上，设置有这样的晶体管Trl至Tr4，并且形成有由逻辑电路等构成的周边电路。将在后面说明晶体管Trl至Tr4的 具体构造。
[0056](光电转换器件10)
[0057]光电转换器件10例如可以是有机光电转换器件，该有机光电转换器件被构造为通过借助于有机半导体对选择的波长的光(例如，绿光)或对全部的波长的光进行吸收来产生电子-空穴对。光电转换器件10具有这样的构造:有机光电转换层15被夹在作为被构造用来提取电荷的电极对的下电极13A(第一电极)与上电极16(第二电极)之间。在下电极13A上形成有具有开口 H的像素间绝缘膜14，且各像素的光电转换区域通过像素间绝缘膜14而被彼此隔离。在上电极16上形成有保护膜，必要时，可以形成有平坦化膜和片上透镜等等。下面将详细说明各个组件。
[0058]下电极13A可以是针对每个像素而设置的，且从下电极13A提取出的电荷(例如，电子)作为信号电荷而被读取。在本实施例中，如将在后面详细说明，该下电极13A用作有机光电转换层15中产生的电荷的存储层，且与传输晶体管Trl的端子部(例如，源极)相对应，并且被构造为包含宽带隙半导体。
[0059]像素间绝缘膜14例如可以由氧化硅、氮化硅和氮氧化硅(S1N)中的一种制成的单层膜或由它们中的两种以上制成的层压膜构成。像素间绝缘膜14具有使各像素的下电极13A彼此电隔离的功能。
[0060]有机光电转换层15构造为对选择的波长或全部的波长的光进行光电转换，且可以期望地包含P型和η型有机半导体中的一者或两者。作为这样的有机半导体，可以优选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、茈衍生物和荧蒽衍生物中的一种。可替代地，可以使用诸如苯撑乙烯、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，可以优选使用金属络合染料、基于花青的染料、基于部花青的染料、基于苯基咕吨的染料、基于三苯甲烷的染料、基于复合份菁的染料、基于咕吨的染料、基于大环氮杂轮烯的染料、基于甘菊环的染料、萘醌、基于蒽醌的染料、稠多环芳香基团(例如，蒽或芘等)、通过稠合芳香环或杂环化合物而制备的链状化合物、具有作为结合链的方酸盐基团和克酮酸次甲基基团的喹啉、两个及以上含氮杂环(例如，苯并噻唑或苯并恶唑等)、通过方酸盐基团和克酮酸次甲基基团键合的类花青染料等等。注意，作为上述的金属络合染料，基于二巯酚金属络合物的染料、金属酞菁染料、金属卟啉染料或钌络合物染料可以是优选的；然而，所述金属络合染料不限于此。
[0061]有机光电转换层15可以至少形成在与用作光电转换区域的开口 H面对的区域内；然而，有机光电转换层15也可以期望地形成在开口 H以外的区域以覆盖与将在后面说明的宽带隙半导体层13面对的区域。在这种情况下，宽带隙半导体层13例如可以由将在后面说明的氧化物半导体制成；然而，在这种情况下，针对特别是在短波长区域(例如，400nm或更小)内氧化物半导体吸收的波长而言，晶体管特性容易发生变化。因此，当有机光电转换层15形成在半导体层13的上方时，能够使这样的短波长受到有机光电转换层15的阻挡，从而抑制晶体管特性的劣化。注意，在有机光电转换层15与下电极13A之间以及有机光电转换层15与上电极16之间可以设置有任何其它未图示的层。例如，从下电极13A开始可以依次层叠有底涂覆膜、电子阻挡膜、有机光电转换层15、空穴阻挡膜、缓冲膜和功函数调整膜等。
[0062]上电极16由具有透光性的导电膜构成。这样的导电膜的示例可以包括ITO(铟锡氧化物)。然而，作为下电极13A的材料，除了 ITO以外，还可以使用掺杂有掺杂剂的基于二氧化锡(SnO2)的材料或掺杂有掺杂剂的基于氧化锌(ZnO)的材料。基于氧化锌的材料的示例可以包括含有铝(Al)作为掺杂剂的铝锌氧化物(AZO)、含有镓(Ga)作为掺杂剂的镓锌氧化物(GZO)和含有铟(In)作为掺杂剂的铟锌氧化物(IZO)。此外，除了上述这些以外，还可以使用 Cul、InSbO4N ZnMgO> CuInO2> MgIn2O4N CdO 和 ZnSnO3等等。注意，当从下电极 13A 读取信号电荷(电子)时，从上电极16提取出的电荷(例如，空穴)被排出；因此，各像素的上电极16可以彼此隔离，或者上电极16可以被形成为各像素的共用电极。
[0063](晶体管Trl 至 Tr4)
[0064]传输晶体管Trl、复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4例如均可以是具有三个端子，即栅极、源极和漏极的场效应薄膜晶体管(TFT)。
[0065]在本实施例中，这些晶体管Trl至Tr4中的复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4形成在半导体基板11的表面SI上(更加具体地，接近于半导体基板11与多层布线层12之间的界面)。例如，晶体管Tr2至Tr4的有源层和源极/漏极层(起到源极或漏极作用的层)114形成在半导体基板11的表面SI的表面层的P型半导体阱区域内。晶体管Tr2至Tr4的栅极电极111、112和113形成在半导体基板11的表面SI上，在栅极电极111、112和113与该表面SI之间具有绝缘膜。源极/漏极层114以被埋入作为半导体基板11中的η型杂质扩散层的形式而形成。此外，在这种情况下，复位晶体管Tr2与放大晶体管Tr3之间共用源极/漏极层114，且放大晶体管Tr3与选择晶体管Tr4之间共用源极/漏极层114。注意，除了传输晶体管Trl以外，晶体管Tr2至Tr4都可以被像素(例如，相邻像素)共用。
[0066]图2图示了包括有光电转换器件10和晶体管Trl至Tr4的像素电路的示例。因此，本实施例的像素电路包括一个光电转换器件和四个晶体管Trl至Tr4，且光电转换器件10的阴极与传输晶体管Trl的源极和漏极中的一个端子(例如，源极)连接。传输晶体管Trl的另一个端子(例如，漏极)与放大晶体管Tr3的栅极(栅极电极112)和复位晶体管Tr2的端子(例如，源极)连接。放大晶体管Tr3的漏极例如可以与复位晶体管Tr2的漏极连接，且放大晶体管Tr3的源极例如可以与选择晶体管Tr4的源极连接。选择晶体管Tr4的漏极例如可以与将在后面说明的垂直信号线Lsig连接。选择晶体管Tr4的栅极(栅极电极113)与将在后面说明的像素驱动线Lread连接。
[0067]如上所述，包括晶体管Trl至Tr4中的放大晶体管Tr3在内的晶体管Tr2至Tr4形成在半导体基板11的表面SI上，而传输晶体管Trl设置在半导体基板11上方的多层布线层12上。
[0068]传输晶体管Trl包括含有这样半导体的有源层(有源层13C):该半导体的带隙比半导体基板11的材料(例如，硅)的带隙更大(在下文中，该半导体被称为“宽带隙半导体”)。用作传输晶体管Trl的源极的区域也用作下电极13A。更加具体地，传输晶体管Trl包括设置在多层布线层12上的宽带隙半导体层13和被布置为与宽带隙半导体层13的一部分面对的栅极电极120。宽带隙半导体层13的与栅极电极120面对的部分起到有源层13C的作用，并且宽带隙半导体层13还包括与有源层13C相邻且起到源极和下电极13A的作用的区域以及起到漏极作用的部位(FD 13B)。起到漏极作用的FD 13B形成所谓的浮动扩散区。如上所述，该FD 13B可以通过例如形成于多层布线层12中的布线层121与放大晶体管Tr3的栅极电极112连接。此外，该FD 13B也与复位晶体管Tr2的源极/漏极层114连接。
[0069]宽带隙半导体层13可以由宽带隙半导体制成，例如，含有铟(In)、锌(Zn)和镓(Ga)等中的一种或多种的氧化物半导体。
[0070]图3图示了宽带隙半导体层13和栅极电极120的平面(沿着半导体基板11的面SI的平面)布局的示例。在宽带隙半导体层13中，下电极13A例如可以具有覆盖着光电转换器件10的受光区域(与开口 H面对的区域)的方形或矩形形状。宽带隙半导体层13可以具有从下电极13A的上述形状的一角沿着预定方向突出的突出部(突出部13BC)，且栅极电极120以跨越突出部13BC的一部分的方式布置。突出部13BC的从栅极电极120露出的部位用作FD 13B。
[0071]在传输晶体管Trl中，栅极电极120的栅极长度可以期望地设定为预定长度或更长。在这种情况下，如图4A所示，当传输晶体管Trl的栅极长度长(a = al)时，在截止状态下不大可能产生从下电极13A至FD 13B的泄漏电流(暗电流)；然而，如图4B所示，当所述栅极长度太短(a = a2)时，暗电流更加可能因短沟道效应而增大。因此，传输晶体管Trl的栅极长度可以期望地被设定为能够使短沟道效应导致的暗电流受到抑制的长度或更长。
[0072][作用和效果]
[0073]在上述的固态摄像单元I中，当光从上电极16进入光电转换器件10时，由有机光电转换层15检测(吸收)进入光的一部分或全部。因此，在有机光电转换层15中，产生电子-空穴对，且电子-空穴对中的一者(例如，电子)作为信号电荷被读取。注意，下面说明从下电极13A读取信号电荷和电子的情况作为示例。
[0074]更加具体地，首先，在电荷存储状态(复位晶体管Tr2和传输晶体管Trl截止的状态)下，下电极13A被复位至预定电压，并且比复位电压相对更低的电压被施加至上电极
16。因此，有机光电转换层15中产生的电子-空穴对中的电子被引导至具有相对高电势的下电极13A(空穴被引导至上电极16)。
[0075]在这种情况下，在本实施例中，传输晶体管Trl包括含有宽带隙半导体的有源层13C，且传输晶体管Trl的源极用作下电极13A。因此，在传输晶体管Trl处于截止的状态下，有机光电转换层15中产生的电子被引导至下电极13A以存储于下电极13A中(传输晶体管Trl的源极起到电荷存储层的作用)。
[0076]在读取操作期间内，存储于下电极13A中的电子被传输至FD 13B。更加具体地，预定的导通电势被施加于传输晶体管Trl的栅极电极120，传输晶体管Trl导通，存储于下电极13A中的电荷(电子)被传输至FD 13B。被传输至FD 13B的电荷通过放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4等被读取至将在后面说明的垂直信号线Lsig作为电压信号。
[0077]在读取操作后，当复位晶体管Tr2和传输晶体管Trl都导通时，FD 13B以及放大晶体管Tr3的栅极电极112可以相应地被复位至电源电压VDD。因此，下电极13A被耗尽，此后，当传输晶体管Trl截止时，状态转变至上述的电荷存储状态。
[0078](比较例)
[0079]图5图示了根据比较例的固态摄像单元的截面构造。在本比较例中，与本实施例的固态摄像单元一样，光电转换器件1010形成在半导体基板1011的表面SI上，在光电转换器件1010与半导体基板1011之间设置有多层布线层1012。光电转换器件1010是通过将有机光电转换层1014和上电极1015层叠在下电极1013上而构成的。此外，在半导体基板1011的表面SI上形成 有被构造用来进行从光电转换器件1010的信号读取的多个晶体管(在这种情况下，为了简化，仅图示了复位晶体管TrlOl和放大晶体管Trl02)。在比较例中的这样的层叠式固态摄像单元的构造中，下电极1013存储在形成于半导体基板1011的表面层中的η型杂质扩散层1019。
[0080]在本比较例中，有机光电转换层1014中产生的电子通过下电极1013和布线线路1020而被存储在半导体基板1011中形成的η型杂质扩散层1019中。此时，η型杂质扩散层1019形成于半导体基板1011的P型阱区域内；因此，出现了 pn结，且在该pn结的界面处形成了耗尽层。当硅与氧化硅之间的具有大量缺陷的界面与这样的耗尽层接触时，暗电流产生，从而导致了器件特性的劣化。
[0081]另一方面，在本实施例中，如上所述，传输晶体管Trl的源极也用作光电转换器件10的下电极13A，且传输晶体管Trl的漏极(FD 13B)与放大晶体管Tr3的栅极电极112连接。因此，在从光电转换器件10至半导体基板11的电荷传输路径(至少从下电极13A至FD 13B的路径)中不会形成pn结，且比较例中的由耗尽层造成的暗电流的产生受到抑制。
[0082]此外，传输晶体管Trl的源极起到光电转换器件10的下电极13A的作用并且也起到电荷存储层的作用。因为该传输晶体管Trl包括含有宽带隙半导体(例如，氧化物半导体)的有源层13A，所以在传输晶体管Trl中不大可能产生空穴-电子对XI，且因为少数载流子浓度小，所以由空穴-电子对Xl造成的暗电流的产生和由来自栅极电极120下方的扩散电流X2造成的暗电流的产生均受到抑制(参照图6)。
[0083]如上所述，在本实施例中，在光电转换器件10设置在半导体基板11上这样的构造中，传输晶体管Trl的源极也用作光电转换器件10的下电极13A，且传输晶体管Trl的漏极与放大晶体管Tr3的栅极电极112连接。因此，在从光电转换器件10至半导体基板11的电荷传输路径中不会形成Pn结，并且因此能够使由pn结界面处的耗尽层造成的暗电流生成受到抑制。此外，通过将宽带隙半导体包含于传输晶体管Trl的有源层13C中，能够抑制由扩散电流或传输晶体管Trl中产生的少数电荷造成的暗电流生成。因此，能够抑制暗电流的产生，从而实现具有高可靠性的单元构造。
[0084]接着，下面将说明上述的第一实施例的固态摄像单元I的变型例(变型例I至3)。在下面的说明中，用相同的附图标记来表示与上述实施例相同的组件，并且将不作进一步说明。
[0085]<变型例1>
[0086]图7示意性地图示了根据变型例I的固态摄像单元的截面构造。在上述的第一实施例中，有机光电转换层15被形成为覆盖与宽带隙半导体层13面对的区域以保护宽带隙半导体层13不受短波长区域内的光的影响；然而，像本变型例一样，可以设置遮光层17。遮光层17可以由与形成有机光电转换层15的有机半导体不同的材料(例如，钨等)制成。即使在这样的构造中，也能够抑制由于光施加至宽带隙半导体层13而导致的晶体管特性的变化。
[0087]<变型例2>
[0088]图8示意性地图示了根据变型例2的固态摄像单元的截面构造。在上述的第一实施例中，有机光电转换层15被形成为覆盖与宽带隙半导体层13面对的区域以保护宽带隙半导体层13不受短波长区域内的光的影响；然而，像本变型例一样，例如，可以在光电转换器件10的入光侧设置被构造用来阻挡80%以上的紫外线辐射(UV)的UV截止滤色器18。即使在这样的构造中，也能够抑制由于施加至宽带隙半导体层13的光而导致的晶体管特性的变化。
[0089]<变型例3>
[0090]图9示意性地图示了根据变型例3的固态摄像单元的截面构造。在上述的第一实施例中，四个晶体管Trl至Tr4中仅传输晶体管Trl由多层布线层上的宽带隙半导体形成；然而，所有这四个晶体管Trl至Tr4都可以由宽带隙半导体形成。
[0091]具体地，宽带隙半导体层19设置在多层布线层12上，该宽带隙半导体层19被构造为包括传输晶体管Trl、复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4的有源层和源极/漏极。
[0092]更加具体地，与上述的实施例一样，传输晶体管Trl包括宽带隙半导体层19和被布置成与宽带隙半导体层19的一部分面对的栅极电极120。宽带隙半导体层19包括:与栅极电极120面对的起到有源层Cl的作用的部分、被布置为与有源层Cl相邻以起到光电转换器件10的源极和下电极19A的作用的区域以及起到漏极作用的部分(FD 19B)。宽带隙半导体层19由与上述的第一实施例的宽带隙半导体层13相同的材料制成，且下电极19A的功能和形状等等与上述的下电极13A相同。
[0093]在本变型例中，复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4各自的栅极电极111、112和113被设置为与宽带隙半导体层19的一部分面对。宽带隙半导体层19从传输晶体管Trl的FD 19B开始依次包括复位晶体管Tr2的有源层C2、放大晶体管Tr3的有源层C3和选择晶体管Tr4的有源层C4。有源层C2、C3和C4被形成为分别与栅极电极111、112和113面对。
[0094]在这样的宽带隙半导体层19中，传输晶体管Trl的漏极(FD 19B)起到浮动扩散区的作用，并且也可以用作例如复位晶体管Tr2的源极。有源层C2与C3之间的区域例如可以用作复位晶体管Tr2与放大晶体管Tr3共用的源极dl。有源层C3与C4之间的区域例如可以用作放大晶体管Tr3与选择晶体管Tr4共用的源极dl。选择晶体管Tr4的漏极d3通过布线线路122连接至将在后面说明的垂直信号线Lsig。此外，传输晶体管Trl的漏极(复位晶体管Tr2的源极)通过布线线路121与放大晶体管Tr3的栅极电极112连接。
[0095]像本变型例一样，可以采用所有四个晶体管Trl至Tr4都利用宽带隙半导体形成这样的构造，即使在这种情况下，也能够获得与上述的第一实施例类似的效果。此外，在这一构造中，可以利用宽带隙半导体层19进行所有下述操作:电荷的复位、存储、转移以及源极跟随器中的信号放大。
[0096]注意，在本变型例中，以利用宽带隙半导体形成所有四个晶体管Trl至Tr4的构造作为例子；然而，变型例不限于此，且可以利用宽带隙半导体形成四个晶体管Trl至Tr4中的两个或三个晶体管(至少包括传输晶体管Trl和复位晶体管Tr2)。例如，可以采用这样的构造:传输晶体管Trl和复位晶体管Tr2由宽带隙半导体形成并且其它两个晶体管形成在半导体基板11的表面SI上。可替代地，可以采用这样的构造:传输晶体管Trl、复位晶体管Tr2和放大晶体管Tr3由宽带隙半导体形成且选择晶体管Tr4形成在半导体基板11的表面SI上。
[0097]此外，在上述的第一实施例和变型例I至3中，将正面照射型固态摄像单元的构造作为示例进行说明；然而，上述的4Tr构造(即，含有宽带隙半导体的传输晶体管Trl既用作光电转换器件10的下电极13A(19A)又用作浮动扩散区的构造)可应用于背面照射型固态摄像单元。此外，固态摄像单元可以是任何层叠式固态摄像单元(半导体上的包括光电转换层的层叠式固态摄像单元)，诸如将在后面说明的纵向光谱固态摄像单元以及多种颜色的光电转换器件二维地(例如，以拜耳阵列的方式)布置于半导体基板11上的固态摄像单元。
[0098]<第二实施例>
[0099][构造]
[0100]图10示意性地图示了根据本发明第二实施例的固态摄像单元(固态摄像单元2)的截面构造。与根据上述的第一实施例的固态摄像单元一样，固态摄像单元2例如可以是CCD或CMOS图像传感器等等。注意，图10图示了与将在后面说明的像素部(图18所示的像素部Ia)的一个像素相对应的区域。此外，下面将说明背面照射型构造作为示例；然而，可以采用正面照射型构造。在下面的说明中，用相同的附图标记来表示与上述实施例相同的部件，并且将不作进一步说明。
[0101]在固态摄像单元2中，光电转换器件1a可以形成在半导体基板11的表面SI (受光侧表面)上，光电转换器件1a与表面SI之间例如具有层间绝缘膜123，且多层布线层12可以形成在半导体基板11的表面S2(电路形成面)上。在本实施例中，作为被构造用来从光电转换器件1a进行信号读取的驱动器件，例如多个像素晶体管可以设置在半导体基板11的表面S2上。更加具体地，一共形成三个晶体管，即，复位晶体管Tr5 (RST)、放大晶体管Tr6 (AMP)和选择晶体管Tr7 (SEL)(在下文中，可以被分别简称为“晶体管Tr5至Tr7”)。固态摄像单元2具有所谓的3Tr构造:其中，利用这三个晶体管Tr5至Tr7进行从光电转换器件1a的信号读取。在半导体基板11的表面S2上，设置有这些晶体管Tr5至Tr7，且形成有由逻辑电路等构成的周边电路。将在后面说明晶体管Tr5至Tr7的具体构造。
[0102]固态摄像单元2具有这样的构造:被构造用来有选择性地检测彼此不同的波长区域内的光以进行光电转换的光电转换器件沿着纵向堆叠。更加具体地，在固态摄像单元2中，例如，使用有机半导体的光电转换器件1a可以设置在半导体基板11上，且例如，两个光电二极管IlB和IlR可以被形成为埋入半导体基板11内。在这样的构造的情况下，沿着纵向进行红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的各自颜色信号的光谱采集，并且在不使用滤色器的情况下在一个像素中获得多种颜色信号。
[0103](光电转换器件1a)
[0104]光电转换器件1a例如可以是这样的有机光电转换器件:被构造用来通过利用有机半导体对选择的波长的光(例如，绿光)进行吸收来产生电子-空穴对。此外，光电转换器件10a具有这样的构造:其中，有机光电转换层15设置在作为被构造用来提取由光电转换产生的电荷的电极对的下电极20(第一电极)与上电极16(第二电极)之间。此外，与上述的第一实施例一样，各像素的光电转换区域被像素间绝缘膜14彼此隔离。在这种情况下，下电极20和像素间绝缘膜14的表面是平坦化的。此外，在上电极16上形成有保护膜，必要时，可以形成有平坦化膜和片上透镜等等。注意，绿色(G)例如可以是与从495nm至570nm(包括两端值)的波长区域相对应的颜色，且仅需要使有机光电转换层15能够检测该波长区域的部分或全部的光。
[0105]有机光电转换层15可以至少形成在用作光电转换区域的与下电极20面对的区域内。在本实施例中，半导体基板11插入在将在后面说明的宽带隙半导体层21的上方；因此，短波长区域内的光被半导体基板11吸收，且因此，阻止了短波长区域内的光到达宽带隙半导体层21。
[0106]例如，下电极20可以是针对每个像素而设置的，且可以从下电极20中提取电荷(例如，电子)。在本实施例中，下电极20由具有透光性的导电膜构成。作为这样的导电膜，可以使用与 上述的第一实施例所述的上电极16相同的材料。
[0107]光电二极管IIB和I IR均是具有pn结的光电二极管，且光电二极管IIB和I IR依次形成在半导体基板11的光路中。它们中的光电二极管IlB可以被构造用来选择性地检测例如蓝光并且使与蓝色相对应的电荷存储在光电二极管IlB中，并且可以被形成为例如从沿着半导体基板11的表面SI的选择区域延伸至与多层布线层12的界面接近的区域。光电二极管IlR可以被构造用来选择性地检测例如红光且允许与红色相对应的电荷存储在光电二极管IlR中，并且可以形成在例如光电二极管IlB下方的区域中(表面S2侧)。注意，蓝色(B)例如可以是与从450nm至495nm的波长区域相对应的颜色，红色(R)例如可以是与从620nm至750nm的波长区域相对应的颜色且光电二极管IIB和IlR分别可以检测各自的波长区域的部分或全部的光。
[0108]光电二极管IlB和IlR通过未图示的浮动扩散区分别连接至传输晶体管。注意，图10仅图不了光电二极管IlB和IlR的传输晶体管的栅极(栅极电极115和116)。
[0109]在半导体基板11中，形成有上述的光电二极管IlB和11R，且以埋入的形式形成有导电插塞121B，导电插塞121B被构造用来将下电极20与在半导体基板11的表面S2上形成的晶体管(例如，复位晶体管Tr5等)彼此电连接。导电插塞121B例如可以由嵌埋在贯穿孔中的诸如钨等导电膜材料制成。所述贯穿孔的侧面例如可以期望地覆盖有氧化硅(S12)或氮化硅(SiN)等绝缘膜以抑制硅的短路。导电插塞121B与形成于层间绝缘膜123中的布线线路121A和形成于多层布线层12中的布线线路121C连接。布线线路121A连接至下电极20。
[0110](晶体管Tr5 至 Tr7)
[0111]与上述的第一实施例的晶体管Trl至Tr4 一样，复位晶体管Tr5、放大晶体管Tr6和选择晶体管Tr7例如均可以是具有三个端子，即栅极、源极和漏极的场效应薄膜晶体管(TFT) ο
[0112]图11图示了包括有光电转换器件1a和晶体管Tr5至Tr7的像素电路的示例。本实施例的像素电路以这样的方式包括一个光电转换器件1a和三个晶体管Tr5至Tr7。光电转换器件1a的阴极(下电极20)可以通过布线线路121A、导电插塞121B和布线线路121C与放大晶体管Tr6的栅极(栅极电极112)连接并且与复位晶体管Tr5的源极(源极21A)连接。换言之，例如，复位晶体管Tr5的源极21A可以连接至放大晶体管Tr6的栅极电极112。放大晶体管Tr6的源极例如可以与选择晶体管Tr7的漏极连接。选择晶体管Tr7的源极与将在后面说明的垂直信号线Lsig连接，且选择晶体管Tr7的栅极(栅极电极113)与将在后面说明的像素驱动线Lread连接。
[0113]在本实施例中，这些晶体管Tr5至Tr7中的放大晶体管Tr6和选择晶体管Tr7被形成为接近于半导体基板11的表面S2与多层布线层12之间的界面。例如，晶体管Tr6和Tr7的栅极电极112和113形成于多层布线层12的半导体基板11侧的表面，且晶体管Tr6和Tr7的有源层和源极/漏极层114形成于半导体基板11的表面S2的表面层的p型半导体阱区域内。在这种情况下，源极/漏极层114被放大晶体管Tr6与选择晶体管Tr7共用。注意，这些晶体管Tr5至Tr7可以被像素(例如，在相邻像素之间)共用。
[0114]另一方面，复位晶体管Tr5例如可以在多层布线层12中被设置于晶体管Tr6和Tr7的下方。
[0115]与上述的第一实施例的传输晶体管Trl一样，复位晶体管Tr5包括含有宽带隙半导体的有源层(有源层21C)。更加具体地，复位晶体管Tr5包括设置于多层布线层12的宽带隙半导体层21和被布置为与宽带隙半导体层21的一部分面对的栅极电极111。宽带隙半导体层21的与栅极电极111面对的这一部分起到有源层21C的作用，且源极/漏极层2IA和2IB被形成为与有源层2IC相邻。
[0116]宽带隙半导体层21可以由与上述的第一实施例的宽带隙半导体层13相同的氧化物半导体制成。
[0117]通过在半导体基板11的表面S2(电路形成面)下方形成以上述方式利用宽带隙半导体形成的复位晶体管Tr5，能够获得下述优点。更加具体地，即使与本实施例一样地在光电二极管IIB和I IR形成于半导体基板11中的情况下，复位晶体管Tr5也不大可能成为进入光电二极管IlB和IlR的光的遮挡物。因此，例如，如图12所示，复位晶体管Tr5可以被设置为叠置在光电二极管IlB和IlR上(在与光电二极管IlB和IlR面对的区域内)。因此，可以不管光电二极管IlB和IlR的布局自由地设计复位晶体管Tr5的形状、尺寸和布局。例如，如图13所示，可以不受单位像素P的限制而形成具有大的栅极长度b的复位晶体管，且提高了诸如短沟道效应的抑制等晶体管设计的灵活性。
[0118]此外，短波长区域内的光在到达宽带隙半导体层21之前被有机光电转换层15吸收；因此，复位晶体管Tr5的响应于施加的光的特性变化得以抑制。特别地，甚至在短于400nm的紫外区域内的光也被半导体基板11吸收；因此，获得了抗宽带隙半导体劣化的构造。
[0119][作用和效果]
[0120]在上述的固态摄像单元2中，与上述的第一实施例一样，当光从上电极16进入光电转换器件1a时，由有机光电转换层15检测(吸收)进入光的一部分(例如，绿光)。因此，在有机光电转换层15中，产生电子-空穴对，且从下电极20提取出电子-空穴对中的一个电荷(例如，电子)。另一方面，由半导体基板11中的光电二极管IlB和IlR顺序地吸收没有被有机光电转换层15吸收的光(蓝光和红光)，并且对这些光进行光电转换。
[0121]更加具体地，在电荷存储状态(复位晶体管Tr5处于截止的状态)下，下电极20被复位至预定电压，且相对于复位电压而言相对低的电压被施加至上电极16。因此，有机光电转换层15中产生的电子-空穴对中的电子被引导至具有相对高电势的下电极20(空穴被引导至上电极16)。此时，放大晶体管Tr6的栅极电极112处于所谓的浮动状态。
[0122]在本实施例中，因为下电极20与放大晶体管Tr6的栅极电极112连接，所以在电荷存储状态下，有机光电转换层15中产生的电子通过下电极20、布线线路121A、导电插塞121B和布线线路121C存储于放大晶体管Tr6的栅极电极112中。
[0123]此后，在读取操作期间内，存储的电荷通过放大晶体管Tr6和选择晶体管Tr7等被读取至将在后面说明的垂直信号线Lsig。
[0124]在读取操作后，当复位晶体管Tr5导通时，放大晶体管Tr3的栅极电极112可以被复位至例如电源电压VDD。此后，当复位晶体管Tr5截止时，状态转变至上述的电荷存储状态。如上所述，从光电转换器件1a获得例如基于绿光的电压信号。
[0125]然而，在本实施例中，因为没有设置传输栅极(没有设置与浮动扩散区相对应的部位)，所以可以期望以下面的方式去除复位噪声。即，可以期望的是，紧接着栅极电极112复位之后的信号被保持在存储器等中，并且获得紧接着复位之后的信号与电荷存储完成时的信号之间的信号差。
[0126]另一方面，基于蓝光和红光(已经通过光电二极管IlB和IlR对它们进行了光电转换)的电荷通过传输栅极(栅极电极115和116)被传输至浮动扩散区。此后，电荷通过未图示的放大晶体管和未图示的选择晶体管等等被读取至将在后面说明的垂直信号线Lsigo因此，例如，可以从光电二极管IlB和IlR获得基于蓝光和红光的电压信号。
[0127]在这种情况下，在本实施例中，如上所述，光电转换器件1a的下电极20与放大晶体管Tr6的栅极电极112连接，并且与复位晶体管Tr5的源极21A连接。因此，在从光电转换器件1a提取出的电荷的传输路径上没有形成pn结，且与上述的第一实施例一样，由耗尽层造成的暗电流的产生受到抑制。
[0128]此外，因为与上述的传输晶体管Trl的情况一样，复位晶体管Tr5包括含有宽带隙半导体(例如，氧化物半导体)的有源层21C，所以由复位晶体管Tr5中的空穴-电子对造成的暗电流的产生和由来自栅极电极111下方的扩散电流造成的暗电流的产生均受到抑制。
[0129]如上所述，在本实施例中，在光电转换器件1a设置在半导体基板11的表面SI上这样的构造中，光电转换器件1a的下电极20连接至放大晶体管Tr6的栅极电极112，并且连接至复位晶体管Tr5的源极21A。因此，在电荷传输路径(至少从下电极20至浮动扩散区的路径)中不会形成pn结，且由pn结界面处的耗尽层造成的暗电流的产生受到抑制。此外，因为复位晶体管Tr5的有源层21C包含宽带隙半导体，所以由扩散电流或复位晶体管Tr5中产生的少数电荷造成的暗电流的产生受到抑制。因此，可以获得与上述的第一实施例类似的效果。
[0130]接着，下面将说明上述的第二实施例的固态摄像单元2的变型例(变型例4至6)。在下面的说明中，用相同的附图标记表示与上述实施例相同的组件，并且将不作进一步说明。
[0131]〈变型例4>
[0132]图14示意性地图示了根据变型例4的固态摄像单元的截面构造。在上述的第二实施例中，宽带隙半导体层21具有通过采用背面照射型构造来抗光施加的构造；然而，在诸如本变型例的正面照射型构造的情况下，可以期望地设置遮光层22。
[0133]遮光层22设置为位于宽带隙半导体层21的上方且位于有机光电转换层15的下方。遮光层22的材料的示例可以包括与上述的变型例I的遮光层17的材料相同的材料。即使在这样的构造中，也能够抑制由对宽带隙半导体层21施加的光造成的晶体管特性变化。此外，提高了复位晶体管Tr5的布局设计的灵活性。因此，可以获得与上述的第二实施例类似的效果。
[0134]注意，根据预期用途，可以不设置这样的遮光层22，且下电极20可以利用金属材料等而具有遮光效果。可替代地，能够通过形成覆盖与宽带隙半导体层21面对的区域的有机光电转换层15来获得减少施加至宽带隙半导体层21的光的效果。
[0135](变型例5)
[0136]图15示意性地图示了根据变型例5的固态摄像单元的截面构造。在上电极16上可以设置有遮光层23。遮光层23的材料的示例可以包括与上述的变型例I的遮光层17相同的材料。即使在这样的构造中，也能够抑制由对宽带隙半导体层21施加的光造成的晶体管特性变化。此外，提高了复位晶体管Tr5的布局设计的灵活性。
[0137](变型例6)
[0138]图16示意性地图示了根据变型例6的固态摄像单元的截面构造。例如，在光电转换器件1a的入光侧可以设置有被构造用来阻挡紫外线辐射(UV)的UV截止滤色器24。即使在这样的构造中，也能够抑制由对宽带隙半导体层21施加的光造成的晶体管特性变化 。此外，提高了复位晶体管Tr5的布局设计的灵活性。
[0139](变型例7)
[0140]图17示意性地图示了根据变型例7的固态摄像单元的截面构造。在上述的第二实施例中，三个晶体管Tr5至Tr7中仅复位晶体管Tr5由宽带隙半导体形成；然而，所有三个晶体管Tr5至Tr7都可以由宽带隙半导体形成。
[0141]更加具体地，宽带隙半导体层25例如可以设置在多层布线层12中，且宽带隙半导体层25可以构造为包括复位晶体管Tr5、放大晶体管Tr6和选择晶体管Tr7的有源层和源极/漏极。
[0142]更加具体地，与上述的第二实施例一样，复位晶体管Tr5包括宽带隙半导体层25和与宽带隙半导体层25的一部分面对的栅极电极111。宽带隙半导体层25的与栅极电极111面对的部分起到有源层C5(与有源层21C相对应)的作用，且例如，源极25A可以形成为与有源层C5相邻。宽带隙半导体层25由与上述的第一实施例的宽带隙半导体层13相同的材料制成。
[0143]在本变型例中，放大晶体管Tr6和选择晶体管Tr7的栅极电极112和113被设置为与宽带隙半导体层25的一部分面对。宽带隙半导体层25从复位晶体管Tr5开始依次包括放大晶体管Tr6的有源层C6和选择晶体管Tr7的有源层C7。有源层C6和C7被形成为分别与栅极电极112和113面对。
[0144]即使在这样的宽带隙半导体层25中，复位晶体管Tr5的源极25A通过布线线路121D连接至下电极20，并且还连接至放大晶体管Tr6的栅极电极112。有源层C5与C6之间的区域例如可以用作被复位晶体管Tr5与放大晶体管Tr6共用的漏极d4。有源层C6与C7之间的区域例如可以用作被放大晶体管Tr6与选择晶体管Tr7共用的源极/漏极d5。选择晶体管Tr7的源极d6通过布线线路121E连接至垂直信号线Lsig。
[0145]像本变型例一样，在3Tr构造中，所有三个晶体管Tr5至Tr7都可以使用宽带隙半导体形成，即使在这种情况下，也能够获得与上述的第二实施例类似的效果。
[0146]注意，在本变型例中，以所有三个晶体管Tr5至Tr7都利用宽带隙半导体而形成的构造作为例子；然而，变型例不限于此，且可以使用宽带隙半导体形成三个晶体管中的两个。例如，可以采用这样的构造:复位晶体管Tr5和放大晶体管Tr6由宽带隙半导体形成且选择晶体管Tr7形成在半导体基板11的电路形成面上。
[0147]此外，具有上述的第二实施例和变型例4至7中所述的3Tr构造的固态摄像单元既可应用于正面照射型构造又可应用于背面照射型构造。此外，所述固态摄像单元可以是任意层叠式固态摄像单元，例如，纵向光谱固态摄像单元以及多种颜色的光电转换器件二维地(例如，以拜耳阵列的方式)布置在半导体基板11上的固态摄像单元。然而，在具有二维布置的背面照射型固态摄像单元中，能够更加有效地利用如上所述的对复位晶体管Tr5施加的光的抑制效果和布局的灵活性的提高效果。
[0148](应用例I)
[0149]图18图示了使用上述的第一和第二实施例以及上述的变型例I至7等等所述的任意固态摄像单元(固态摄像单元I和2)分别作为像素的装置的整体构造。因此，固态摄像单元I和2(在下文中，将以固态摄像单元I作为示例进行说明)可以包括作为半导体基板11上的摄像区域的像素部la，以及在像素部Ia的周边区域中的例如由行扫描部131、水平选择部133、水平选择部134和系统控制部132构成的周边电路部130。
[0150]像素部Ia可以包括例如以矩阵形式二维布置的多个单位像素P (分别与固态摄像单元I相对应)。各个像素驱动线Lread (更加具体地，行选择线和复位控制线)可以连接至例如单位像素P的各个像素行，且各个垂直信号线Lsig可以连接至单位像素P的各个像素列。像素驱动线Lread均被构造用来传输用于从像素读取信号的驱动信号。各个像素驱动线Lread的端部连接至行扫描部131的与各像素行相对应的输出端。
[0151]行扫描部131由移位寄存器和地址译码器等等构成，并且例如可以是逐行地对像素部Ia的各像素P进行驱动的像素驱动部。从被行扫描部131选择且扫描的像素行中的各像素P输出的信号通过各垂直信号线Lsig供给至水平选择部133。水平选择部133可以由针对各条垂直信号线Lsig设置的放大器和水平选择开关等构成。
[0152]水平选择部134由移位寄存器和地址译码器等等构成，并且被构造用来在扫描水平选择部133的各个水平选择开关的同时顺序地驱动这些水平选择开关。通过各条垂直信号线Lsig传输的各个像素P的信号通过水平选择部134的选择扫描而顺序地被输出至水平信号线135，并且通过水平信号线135而传输至基板11的外部。
[0153]由行扫描部131、水平选择部133、水平选择部134和水平信号线135构成的电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，电路部可以形成在由电缆等连接的其它基板上。
[0154]系统控制部132被构造用来接收从外部供给来的时钟和表明操作模式的数据等等，并且被构造用来输出诸如固态摄像单元I的内部信息等数据。系统控制部132还包括被构造用来产生各种时序信号的时序发生器，并且系统控制部132还响应于时序发生器生成的各种时序信号对诸如行扫描部131、水平选择部133和水平选择部134等周边电路进行驱动控制。
[0155](应用例2)
[0156]上述的固态摄像单元I可应用于具有摄像功能的各种电子装置，例如，相机系统(例如，数码相机和摄像机等)和具有摄像功能的移动电话等。图19图示了作为示例的电子装置3(相机)的示意性构造。电子装置3例如可以是能够拍摄静态图像或动态图像的摄像机，并且包括摄像单元1、光学系统(光学镜头)310、快门单元311、信号处理部312和被构造用来驱动固态摄像单元I和快门单元311的驱动部313。
[0157]光学系统310被构造用来将来自物体的图像光(入射光)引导至摄像单元I的像素部la。光学系统310可以包括多个光学透镜。快门单元311被构造用来控制摄像单元I的光照期间和遮光期间。驱动部313被构造用来控制固态摄像单元I的传输操作和快门单元311的快门操作。信号处理部312被构造用来对从固态摄像单元I输出的信号进行各种信号处理。已经经过信号处理的图像信号Dout可以被存储在诸如存储器等存储介质中，或可以被输出至监视器等。
[0158]尽管参照上述的实施例和变型例说明了本发明，但是本发明不限于此，且能够具有各种变型。例如，在上述的实施例等中，说明了下述情况作为示例:在形成于半导体基板11上的光电转换器件中，各像素的下电极被设置为彼此隔离，且从各个下电极读取信号电荷；然而，本发明不限于此，且可以采用这样的构造:各像素的上电极16被设置为彼此隔离，且从上电极16读取信号电荷。
[0159]此外，在上述的实施例等中，说明了下述情况作为示例:光电转换器件中产生的电子-空穴对中的电子被提取作为信号电荷，然而，本发明不限于此，且可以提取空穴作为信号电荷。
[0160]此外，在上述的实施例等中，只要固态摄像单元是通过将光电转换器件形成在半导体基板上而构成的层叠式固态摄像单元，固态摄像单元可以是纵向光谱固态摄像单元或可以是各种颜色的光电转换器件以拜耳阵列等二维布置的固态摄像单元。此外，作为纵向光谱固态摄像单元，上述的第二实施例说明了下述情况:由半导体基板11上的光电转换器件1a检测绿光，并且由半导体基板11中的光电二极管IlB和IlR分别检测蓝光和红光，然而，本发明不限于此。即，在半导体基板11上可以层叠有被构造用来对彼此不同的波长进行光电转换的两种以上的光电转换器件，或者半导体基板11中可以形成有一种或三种及以上光电二极管。
[0161]注意，本发明可以具有下面的构造。
[0162](I) 一种固态摄像单元，其包括:
[0163]基板，所述基板由第一半导体制成；
[0164]光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和
[0165]多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取，
[0166]其中，所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管，
[0167]所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且
[0168]所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子还用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。
[0169](2)根据⑴所述的固态摄像单元，其中，
[0170]所述传输晶体管包括含有所述第二半导体的宽带隙半导体层，以及被布置为与所述宽带隙半导体层的一部分面对的栅极电极，并且
[0171]所述宽带隙半导体层的与所述栅极电极面对的那部分起到所述有源层的作用，且所述宽带隙半导体层包括与所述有源层相邻且起到所述源极和所述第一电极的作用的区域以及起到浮动扩散区和所述漏极的作用的区域。
[0172](3)根据(2)所述的固态摄像单元，其中，所述放大晶体管设置于所述基板的电路形成面。
[0173](4)根据⑵或(3)所述的固态摄像单元，其中，
[0174]所述多个晶体管还包括复位晶体管和选择晶体管，
[0175]所述复位晶体管的源极或漏极与所述放大晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且
[0176]所述选择晶体管的源极或漏极与所述放大晶体管的源极和漏极中的另一个端子连接。
[0177](5)根据(4)所述的固态摄像单元，其中，所述宽带隙半导体层还包括起到所述复位晶体管、所述放大晶体管和所述选择晶体管的有源层、源极和漏极的作用的部位。
[0178](6)根据⑴至(5)中任一项所述的固态摄像单元，其中，
[0179]所述第一半导体是硅，并且
[0180]所述第二半导体是含有从铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)中选择的一种或多种的氧化物半导体。
[0181](7)根据(6)所述的固态摄像单元，其中，所述光电转换层被设置为覆盖所述宽带隙半导体层的形成区域。
[0182](8)根据(6)或(7)所述的固态摄像单元，其中，由与所述光电转换层的材料不同的材料制成的遮光层在所述宽带隙半导体层的上方设置于所述光电转换器件的受光区域以外的区域。
[0183](9)根据(6)至(8)中任一项所述的固态摄像单元，其中，在光入射侧设置有紫外线截止滤色器。
[0184](10) —种固态摄像单元，其包括:
[0185]基板，所述基板由第一半导体制成；
[0186]光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所 述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和
[0187]多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取，
[0188]其中，所述多个晶体管包括复位晶体管和放大晶体管，
[0189]所述复位晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且
[0190]所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。
[0191](11)根据(10)所述的固态摄像单元，其中，所述复位晶体管包括含有所述第二半导体的宽带隙半导体层，以及被布置为与所述宽带隙半导体层的一部分面对的栅极电极。
[0192](12)根据(11)所述的固态摄像单元，其中，所述放大晶体管设置于所述基板的电路形成面。
[0193](13)根据(11)或(12)所述的固态摄像单元，其中，
[0194]所述多个晶体管还包括选择晶体管，并且
[0195]所述选择晶体管的源极或漏极与所述放大晶体管的源极或漏极连接。
[0196](14)根据(13)所述的固态摄像单元，其中，所述宽带隙半导体层还包括起到所述放大晶体管和所述选择晶体管的有源层、源极和漏极的作用的部位。
[0197](15)根据(10)至(14)中任一项所述的固态摄像单元，其中，
[0198]所述第一半导体是硅，并且
[0199]所述第二半导体是含有从铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)中选择的一种或多种的氧化物半导体。
[0200](16)根据(15)所述的固态摄像单元，其中，所述光电转换层被设置为覆盖所述宽带隙半导体层的形成区域。
[0201](17)根据(15)或(16)所述的固态摄像单元，其中，由与所述光电转换层的材料不同的材料制成的遮光层在所述宽带隙半导体层的上方设置于所述光电转换器件的受光区域以外的区域。
[0202](18)根据(15)至(17)中任一项所述的固态摄像单元，其中，在光入射侧设置有紫外线截止滤色器。
[0203](19) 一种设置有固态摄像单元的电子装置，所述固态摄像单元包括:
[0204]基板，所述基板由第一半导体制成；
[0205]光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和
[0206]多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取，
[0207]其中，所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管，
[0208]所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且
[0209]所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。
[0210](20) 一种设置有固态摄像单元的电子装置，所述固态摄像单元包括:
[0211]基板，所述基板由第一半导体制成；
[0212]光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和
[0213]多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取，
[0214]其中，所述多个晶体管包括复位晶体管和放大晶体管，
[0215]所述复位晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且
[0216]所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。
[0217]本申请包含与2013年I月16日在日本专利局提交的日本优先权专利申请第2013-5274号所公开的相关主题，并且将该日本优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
[0218]本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。
【主权项】
1.一种固态摄像单元，其包括: 基板，所述基板由第一半导体制成； 光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和 多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取， 其中，所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管， 所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且 所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子还用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。2.根据权利要求1所述的固态摄像单元，其中， 所述传输晶体管包括含有所述第二半导体的宽带隙半导体层，以及被布置为与所述宽带隙半导体层的一部分面对的栅极电极，并且 所述宽带隙半导体层的与所述栅极电极面对的那部分起到所述有源层的作用，且所述宽带隙半导体层包括与所述有源层相邻且起到所述源极和所述第一电极的作用的区域以及起到浮动扩散区和所述漏极的作用的区域。3.根据权利要求2所述的固态摄像单元，其中，所述放大晶体管设置于所述基板的电路形成面。4.根据权利要求2所述的固态摄像单元，其中， 所述多个晶体管还包括复位晶体管和选择晶体管， 所述复位晶体管的源极或漏极与所述放大晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且 所述选择晶体管的源极或漏极与所述放大晶体管的源极和漏极中的另一个端子连接。5.根据权利要求4所述的固态摄像单元，其中，所述宽带隙半导体层还包括起到所述复位晶体管、所述放大晶体管和所述选择晶体管的有源层、源极和漏极的作用的部位。6.根据权利要求2所述的固态摄像单元，其中， 所述第一半导体是硅，并且 所述第二半导体是含有从铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)中选择的一种或多种的氧化物半导体。7.根据权利要求6所述的固态摄像单元，其中，所述光电转换层被设置为覆盖所述宽带隙半导体层的形成区域。8.根据权利要求6所述的固态摄像单元，其中，由与所述光电转换层的材料不同的材料制成的遮光层在所述宽带隙半导体层的上方设置于所述光电转换器件的受光区域以外的区域。9.根据权利要求6所述的固态摄像单元，其中，在光入射侧设置有紫外线截止滤色器。10.一种固态摄像单元，其包括: 基板，所述基板由第一半导体制成； 光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和 多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取， 其中，所述多个晶体管包括复位晶体管和放大晶体管， 所述复位晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且 所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。11.根据权利要求10所述的固态摄像单元，其中，所述复位晶体管包括含有所述第二半导体的宽带隙半导体层，以及被布置为与所述宽带隙半导体层的一部分面对的栅极电极。12.根据权利要求11所述的固态摄像单元，其中，所述放大晶体管设置于所述基板的电路形成面。13.根据权利要求11所述的固态摄像单元，其中， 所述多个晶体管还包括选择晶体管，并且 所述选择晶体管的源极或漏极与所述放大晶体管的源极或漏极连接。14.根据权利要求13所述的固态摄像单元，其中，所述宽带隙半导体层还包括起到所述放大晶体管和所述选择晶体管的有源层、源极和漏极的作用的部位。15.根据权利要求11所述的固态摄像单元，其中， 所述第一半导体是硅，并且 所述第二半导体是含有从铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)中选择的一种或多种的氧化物半导体。16.根据权利要求15所述的固态摄像单元，其中，所述光电转换层被设置为覆盖所述宽带隙半导体层的形成区域。17.根据权利要求15所述的固态摄像单元，其中，由与所述光电转换层的材料不同的材料制成的遮光层在所述宽带隙半导体层的上方设置于所述光电转换器件的受光区域以外的区域。18.根据权利要求15所述的固态摄像单元，其中，在光入射侧设置有紫外线截止滤色器。19.一种设置有固态摄像单元的电子装置，所述固态摄像单元包括: 基板，所述基板由第一半导体制成； 光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和 多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取， 其中，所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管， 所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且 所述传输晶体管的源极和漏极中的一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且所述传输晶体管的源极和漏极中的另一个端子与所述放大晶体管的栅极连接。20.一种设置有固态摄像单元的电子装置，所述固态摄像单元包括: 基板，所述基板由第一半导体制成； 光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板开始依次包括第一电极、光电转换层和第二电极；和 多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管被构造用来从所述光电转换器件进行信号读取， 其中，所述多个晶体管包括复位晶体管和放大晶体管， 所述复位晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙，并且 所述光电转换器件的第一电极或第二电极与所述复位晶体管的源极和漏极中的一个端子连接，并且与所述放大晶体管的栅极连接。
【专利摘要】公开了一种固态摄像单元，其设置有：基板，所述基板由第一半导体形成；光电转换器件，所述光电转换器件设置在所述基板上且从所述基板侧开始顺序地包括第一电极、光电转换层和第二电极；和多个场效应晶体管，所述多个场效应晶体管用于从所述光电转换器件读取信号。所述多个晶体管包括传输晶体管和放大晶体管，所述传输晶体管包括含有第二半导体的有源层，所述第二半导体具有比所述第一半导体更宽的带隙。所述传输晶体管的源极端子和漏极端子中的一个端子也用作所述光电转换器件的第一电极或第二电极，且另一个端子被连接至所述放大晶体管的栅极。
【IPC分类】H04N5/369, H04N5/361, H01L27/146, H04N5/374
【公开号】CN104904013
【申请号】CN201380069737
【发明人】山口哲司
【申请人】索尼公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月19日
【公告号】US20150349008, WO2014112279A1
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