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CN104854700B - 固态图像拾取元件和电子设备 - Google Patents

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CN104854700B CN201380066092.7A CN201380066092A CN104854700B CN 104854700 B CN104854700 B CN 104854700B CN 201380066092 A CN201380066092 A CN 201380066092A CN 104854700 B CN104854700 B CN 104854700B
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Abstract

一种固态成像元件(1)，包括：基板(12)；在所述基板的光入射侧上形成的包含黄铜矿材料的光电转换部(50)；在所述光电转换部的光入射侧的透明电极(57)；和在所述光电转换部和所述透明电极之间形成的电子阻挡层(58)；以及所述固态成像元件的制造方法和包括所述固态成像元件的电子设备。

Description

固态图像拾取元件和电子设备
技术领域
本技术涉及一种固态图像拾取元件。本技术也涉及一种包括固态图像拾取元件的电子设备。
背景技术
固态图像拾取元件的例子包括经由MOS晶体管读出在光电二极管的pn结电容中累积的光电荷的CMOS图像传感器，其中光电二极管包含在光电转换元件中。特别地，已提出了将诸如CuInGaS2和CuInGaSe2等黄铜矿材料用作光电转换部的CMOS图像传感器。例如，已提出了在光电转换部中使用光吸收系数高的诸如CuInGaSe2膜等化合物半导体膜，从而可以实现更高的感光性(例如，参照PTL 1)。另外，可以在n型ZnO和p-CuInGaSe2之间插入CdS和i型ZnO的层间绝缘膜，从而防止在反向偏压状态下产生泄漏电流(例如，参照PTL 2和PTL3)。当施加反向偏压时，CdS和i型ZnO的层间绝缘膜充当可以减少或防止空穴从n侧电极侧注入到CuInGaSe2膜侧的势垒。另外，已提出了S/N比高并且将与Si基板晶格匹配的诸如CuInGaS2膜等化合物半导体膜用于光电转换部的CMOS图像传感器(例如，参照PTL 4)。另外，可以将光吸收系数高的诸如CuInGaS2膜等化合物半导体膜用于光电转换部以遮光，从而可以实现全局快门(例如，参照PTL 5)。
[引用文献列表]
[专利文献]
[PTL 1]JP 2007-123720A
[PTL 2]JP 2011-151271A
[PTL 3]JP 2009-259872A
[PTL 4]JP 2011-146635A
[PTL 5]JP 2011-199057A
发明内容
[技术问题]
在将黄铜矿材料用于光电转换部的CMOS图像传感器中，当将反向偏压施加到光电转换部以读出信号时，电子可能从电子侧电极注入到光电转换膜侧，从而在某些情况下产生泄漏电流。这种泄漏电流的成分变为作为图像拾取单元的暗电流的噪声成分。因此降低了S/N比并且图像质量劣化。
因此，本公开的各种实施方案可以有利地提供一种能够抑制或降低由泄漏到光电转换部中的泄漏电流导致的图像质量劣化的固态图像拾取元件和包括所述固态图像拾取元件的电子设备。
[问题的解决方案]
本公开的各种实施方案涉及固态成像元件，包括：基板；在所述基板的光入射侧上形成的包含黄铜矿材料的光电转换部；在所述光电转换部的光入射侧的透明电极；和在所述光电转换部和所述透明电极之间形成的电子阻挡层。
本公开的其他示例性实施方案涉及一种固态成像元件的制造方法，包括：形成包含黄铜矿材料的光电转换部；在所述光电转换部的光入射侧形成透明电极；和在所述光电转换部和所述透明电极之间形成电子阻挡层。
本公开的其他示例性实施方案涉及一种电子设备，包括：固态成像元件，所述固态成像元件包括：基板；在所述基板的光入射侧上形成的包含黄铜矿材料的光电转换部；在所述光电转换部的光入射侧的透明电极；和在所述光电转换部和所述透明电极之间形成的电子阻挡层。
[发明的有益效果]
根据本技术的上述实施方案，提供了能够提高图像质量的固态图像拾取元件和包括该固态图像拾取元件的电子设备。
以上概括说明和以下详细说明都是说明性的，并且旨在提供对所请求保护的技术的进一步说明。
附图说明
所包含的附图是为了提供对本公开的进一步说明性理解，其结合在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了各种实施方案，并且与说明书一起用来解释本技术的说明性原理。
图1是示出现有技术中的将黄铜矿材料用于光电转换部的固态图像拾取元件的结构的图。
图2是示出如图1所示的现有技术中的固态图像拾取元件中的光电转换部和透明电极的能带结构的图。
图3是示出具有如图1所示的现有技术中的构成的固态图像拾取元件的电流密度和电压的特性的图。
图4是示出现有技术中的光电转换部和透明电极的结构以及各构成的势能的图。
图5是示出根据本公开各种实施方案的电子阻挡层、光电转换部和透明电极的结构以及各构成的势能的说明图。
图6是示出根据本公开各种实施方案的图5所示的结构的电流密度和电压的特性的说明图。
图7是示出根据本公开各种实施方案的图6所示的电流密度和电压的特性的放大说明图。
图8是示出根据本公开各种实施方案的图5所示的结构(NiO)中的能带结构的说明图。
图9是示出根据本公开各种实施方案的图5所示的结构(NiO)的电流密度和电压的特性的说明图。
图10是示出根据本公开各种实施方案的图9所示的电流密度和电压的特性的放大说明图。
图11是示出根据本公开各种实施方案的图5所示的结构(Cu2O)的电流密度和电压的特性(隧道效应)的说明图。
图12是示出根据本公开各种实施方案的图11所示的电流密度和电压的特性的放大说明图。
图13是示出根据本公开各种实施方案的图5所示的结构(ZnRh2O4)的电流密度和电压的特性(隧道效应)的说明图。
图14是示出根据本公开各种实施方案的图5所示的结构(Cu2O/ZnRh2O4)的电流密度和电压的特性(隧道效应)的说明图。
图15是用于说明根据本公开各种实施方案的隧道效应的说明图。
图16是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的说明性示意构成图。
图17是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件中的像素区域的断面图的说明图。
图18是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件中的像素的等效电路图的说明图。
图19是示出根据本公开各种实施方案的各种半导体材料中的光子能和光吸收系数之间的关系的说明图。
图20是示出根据本公开各种实施方案的各种黄铜矿材料中的晶格常数和能带隙之间的关系的说明性图(第一个)。
图21是示出根据本公开各种实施方案的各种黄铜矿材料中的晶格常数和能带隙之间的关系的说明性图(第二个)。
图22是根据本公开各种实施方案的基于电流密度和电压的特性示出电子阻挡层的厚度(nm)和势垒高度(eV)之间的关系的说明图。
图23是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的驱动方法的说明性时序图。
图24A是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的制造方法的制造过程说明图。
图24B是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的制造方法的制造过程说明图。
图24C是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的制造方法的制造过程说明图。
图25D是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的制造方法的制造过程说明图。
图25E是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的制造方法的制造过程说明图。
图25F是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的制造方法的制造过程说明图。
图26G是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的制造方法的制造过程说明图。
图26H是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的制造方法的制造过程说明图。
图26I是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的制造方法的制造过程说明图。
图27J是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的制造方法的制造过程说明图。
图27K是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的制造方法的制造过程说明图。
图27L是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的固态图像拾取元件的制造方法的制造过程说明图。
图28是示出根据本公开各种实施方案的用于形成光电转换部的MOCVD装置的说明图。
图29是示出根据本公开各种实施方案的用于形成光电转换部的MBE装置的说明图。
图30是示出根据本公开各种实施方案的当在离散基板上形成光电转换部的情况下的原子排列的说明图。
图31是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的第一变形例的固态图像拾取元件的主要部分的断面图的示意性说明图。
图32A是示出根据本公开各种实施方案的在图31所示的基板和光电转换部的垂直方向上的断面能带结构的说明图。
图32B是示出根据本公开各种实施方案的在图31所示的基板和光电转换部的垂直方向上的断面能带结构的说明图。
图33是示出根据本公开各种实施方案的在图31所示的光电转换部的水平方向上的断面能带结构的说明图。
图34是示出根据按照本公开各种实施方案的第一实施方案的第二变形例的固态图像拾取元件的主要部分的断面图的示意性说明图。
图35是示出根据按照本公开各种实施方案的第二实施方案的电子设备的示意性说明图(块图)。
具体实施方式
以下说明本技术一些实施方案的例子。本技术不限于本文所述的例子。按以下顺序进行说明。
1.本技术一些实施方案的概要
2.第一实施方案(固态图像拾取元件)
3.第一实施方案(固态图像拾取元件的制造方法)
4.第一实施方案的第一变形例
5.第一实施方案的第二变形例
6.第二实施方案(电子设备)
1.本技术一些实施方案的概要
以下说明本公开一些实施方案的说明性概要。图1示出了现有技术的将黄铜矿材料用于光电转换部的固态图像拾取元件的说明性结构。在具有图1所示的结构的固态图像拾取元件中，在硅基板111的前面侧(在附图中硅基板111的下表面上)形成有读出电极115、诸如栅极MOS 141等电极、晶体管和配线等。硅基板111由p型硅基板形成。在硅基板111中，n型电极层(下部电极)112形成为延伸到硅基板111的背面的附近。例如，n型电极层112可以由在上述硅基板111中形成的n型硅层构成。另外，在n型电极层112上，形成有光电转换部113。光电转换部113由晶格匹配的CuAlGaInSSe系混合晶体构成。在光电转换部113上，形成有透过光的p型透明电极114。例如，透明电极114可以由诸如氧化铟锡(ITO)、氧化锌和氧化铟锌等透明电极材料形成。
在图1所示的结构中，例如，在透明电极114由ITO形成并且光电转换部由p型CuIn0.48Ga0.52S形成的情况下，当施加反向偏压(-2V)时，获得图2所示的能带结构。在图2中，将构成透明电极114的ITO的费米能级设定为0eV。在这个例子中，如图2中的箭头所示，在施加反向偏压时，发生电子跃过在与透明电极114的界面处的势垒并注入到光电转换部113中的现象。图3示出了此时电流密度和电压的特性(J-V特性)的说明性估计结果。在施加反向偏压时，电流密度从0向负方向变化。一般来说，在没有电子从透明电极114注入的情况下，即使在施加反向偏压时(即使当施加的电压V是负电压时)，如附图中短划线所示电流密度J也是0。因此，可以说在图2所示的构成中，在反向偏压状态下从ITO到p型CuInGaS的泄漏电流大。假定当向透明电极侧施加负电压时电压是反向偏压并且当向其施加正电压时电压为正向偏压来进行说明。
透明电极(p侧电极)114具有施加反向偏压以提取通过光照射生成的空穴、从而防止p型光电转换部113带电的功能。因此，透明电极114在固态图像拾取元件中可能是必要的。然而，另一方面，透明电极114的存在可能同时(这里所用的"同时"也可以指大约相同时间)不利地引起电子的注入。
表1示出了各种典型黄铜矿材料的电子亲和力X。
[表1]
材料 CuInSe2 CuGaSe2 CuInS2 CuGaS2
电子亲和力(eV) 4.35 3.685 4.7 4.1
文献 [3] [3] [1] [2]
如从表1可以看出的，黄铜矿材料的电子亲和力大，为约3.7～4.7eV。当黄铜矿材料与由诸如ITO(功函数为4.7eV)、Al:ZnO(AZO，功函数为4.5eV)、SnO2(功函数为5.2eV)和In2O3(功函数为5.2eV)等材料制成的p型透明电极进行接触时，电子亲和力大的这种黄铜矿材料形成针对在电极侧存在费米能级的电子的1.0eV以下的小势垒。这在图4中示出了。图4示出了其中在下部电极112和透明电极114(功函数为4.7eV的ITO)之间设置有由黄铜矿材料(功函数为4.4eV的CuInGaS)形成的光电转换部113的说明性构成。在这种构成中，如箭头所示，跃过ITO和CuInGaS之间的势垒(0.3eV)注入电子。因此，产生泄漏电流。如上所述，由于由黄铜矿材料形成的光电转换部和透明电极之间针对电子的势垒小，因此作为结果可能产生泄漏电流。这个问题是黄铜矿材料特有的。
除了上述材料之外，黄铜矿材料的例子还可以包括也具有与上述那些值相似的值的高电子亲和力X的CuAlSe2、CuAlS2、CuAgSe2和CuAgS2。因此，作为上述材料的各混合晶体的CuInGaAlSSe系或CuAgInGaSSe系材料也表现出相似的电子亲和力X。元素族之间的组成比保持为I族：III族：VI族＝1：1：2。在保持这种比的同时，各元素的组成比可以为0％。具体地，Cu和Ag可以用作I族元素，In、Ga和Al可以用作III族元素，S和Se可以用作VI族元素。
在各种实施方案中，为了克服或减少黄铜矿材料中的缺点，如图5所示，可以在上部p型透明电极114和由黄铜矿材料形成的光电转换部(CuInGaS)113之间插入作为针对电子的势垒的层(电子阻挡层)102。在这种结构中，在ITO和CuInGaS之间另外设置了由电子阻挡层102构成的势垒。因此，电子阻挡层102抑制了跃过ITO和CuInGaS之间的势垒的电子的注入。ITO的费米能级和电子阻挡层102的导带的下边缘之间的差为势垒高度。
图6示出了在这种结构中当电子阻挡层102的厚度为10nm并且势垒在0～1.3eV内变化时的说明性电流密度和电压的特性(J-V特性)。当向透明电极114侧施加负电压时，电压处于反向偏压，而当向透明电极114侧施加正电压时，电压处于正向偏压。在负区域中，随着电流密度越接近0，电流密度描述为越"低"，并且随着负的数值越大，描述为越"高"。换句话说，在正和负区域中，随着电流密度越接近0，电流密度描述为越"低"。例如，这种模拟是基于考虑到隧道效应的贝特的放射理论。
在各种实施方案中，当电子阻挡层102的势垒是0.6eV以上时，即使在施加-2V的电压下电流密度J也为1*10-7A/cm2以下。这个约1*10-7A/cm2以下的值可能是防止图像传感器被暗电流饱和或基本上饱和的必要条件。在这种情况下，在CuInGaS2中由于光照射所生成的空穴可以通过设置不变成如图5所示的势垒的能带结构而提取到透明电极114侧。例如，电子阻挡层102的价带的上边缘在CuInGaS2的价带的上边缘之上。因此，电子阻挡层102不充当针对从CuInGaS2提取到透明电极114的空穴的势垒。
图7示出了图6所示的其中电流密度小并且势垒为0.6～1.3eV的区域的说明性放大曲线图。当势垒为1.0eV以上时，电流密度J为1*10-11A/cm2以下。当电流密度J为1*10-11A/cm2以下时，即使当以1/30秒的正常快门速度进行拍摄时，也作为暗电流累积电子。因此，1*10-11A/cm2以下的值可能是图像传感器的充分或改善的条件。
例如，如从图6和图7所示的结果可以看出的，0.6eV以上的势垒在图像传感器中充当针对电子从透明电极114注入到光电转换部113的势垒。换句话说，0.6eV以上的势垒作为电子阻挡层102可能是有效的。势垒也可以为1.0eV以上，因为由此可以期待作为图像传感器的充分或改善的效果。0.5eV以下的势垒不具有作为势垒的效果。因此，当针对空穴的势垒为0.5eV以下时，该势垒不防止空穴从光电转换部113提取到透明电极114。
可以用于上述电子阻挡层102的材料的例子可以包括表2中所示的材料。特别地，NiO具有1.5eV的小电子亲和力并且具有4.0eV的大能带隙。因此，相对于透明电极114(例如，ITO的功函数4.7eV)的费米能级，NiO可以充当势垒(例如，3.2eV)。
[表2]
材料 电子亲和力(eV) 能带隙(eV)
NiO 1.5 ～4.0
Cu2O ～3.4 ～2.1
ZnRh2O4 ～2.3 ～2.2
图8示出了当在图5所示的结构中透明电极114由ITO形成并且电子阻挡层102由NiO形成以及施加反向偏压(-2V)时的说明性能带结构。例如，如从该结果可以看出的，即使在施加反向偏压下NiO也可以充当阻挡层。另外，在某些实施方案中，充当针对空穴的势垒的小部分存在于电子阻挡层102的ITO侧。然而，该部分可以充分小(例如，0.5eV以下)，不成为针对空穴的提取的势垒。
图9示出了其中考虑到隧道效应估计J-V特性的说明性结果。如从该结果可以看出的，当NiO的电子阻挡层102为4nm以上时，即使在施加-2V的电压下，电流密度J也为1*10-7A/cm2以下。例如，这个1*10-7A/cm2以下的值可能是当图像传感器在正常范围内使用时防止图像传感器在1/30秒的曝光时间内被暗电流饱和或基本上饱和的必要条件，。
图10示出了其中电子阻挡层(NiO)102的厚度为4～7nm并且电流密度小的区域的说明性放大曲线图。当NiO的厚度为6nm以上时，即使在施加-2V的电压下，电流密度J也为1*10-11A/cm2以下。当电流密度J为1*10-11A/cm2以下时，即使当以1/30秒的正常快门速度进行拍摄时，也作为暗电流累积电子。因此，1*10-11A/cm2以下的值可能是图像传感器的充分或改善的条件。
接下来，说明其中在图5所示的结构中电子阻挡层102由Cu2O形成的说明性例子。在这种情况下，相对于透明电极114(例如，ITO的功函数4.7eV)的费米能级，电子阻挡层102也可以充当势垒(例如，1.3eV)。图11示出了其中当透明电极114由ITO形成、电子阻挡层102由Cu2O形成并且考虑到在反向偏压施加下的隧道效应时估计J-V特性的说明性结果。例如，如从该结果可以看出的，通过使电子阻挡层(Cu2O)102具有6nm以上的厚度，即使在施加-2V的电压下，电流密度J也为1*10-7A/cm2以下。例如，这个1*10-7A/cm2以下的值可能是当图像传感器在正常范围内使用时防止图像传感器在1/30秒的曝光时间内被暗电流饱和或基本上饱和的必要条件。为什么使Cu2O比NiO厚可能是必要的其中一个原因是Cu2O的势垒为1.3eV，其比NiO的势垒小1.9eV，因此，增大了隧道电流。
图12示出了其中Cu2O的厚度在6～10nm内变化并且电流密度小的区域的说明性放大曲线图。当Cu2O的厚度为9nm以上时，即使在施加-2V的电压下，电流密度J也为1*10-11A/cm2以下。当电流密度J为1*10-11A/cm2以下时，即使当以1/30秒的正常快门速度进行拍摄时，也作为暗电流累积电子。因此，1*10-11A/cm2以下的值可能是图像传感器的充分或改善的条件。
在以上说明性实施方案的说明中，将一种类型的材料用于电子阻挡层102。然而，在其他说明性实施方案中，可以将两种以上类型的材料层叠。例如，Cu2O和ZnRh2O4可以层叠以形成电子阻挡层102。在电子阻挡层102仅由ZnRh2O4构成的情况下，如由图13中的箭头所示，可能产生从电子阻挡层(ZnRh2O4)的价带至黄铜矿材料(p-CuInGaS)的导带侧的泄漏电流。因此，如图14所示，通过在ZnRh2O4上层叠Cu2O以形成电子阻挡层102，针对电子的势垒变得更有效。图14示出了其中向[p-CuInGaS2/Cu2O/ZnRh2O4/ITO]的结构施加反向偏压(-2V)的说明性情况。然而，在其他实施方案中可以采用诸如[p-CuInGaS2/Cu2O/ZnRh2O4/Cu2O/ITO]等包括三层以上的结构。可选择地，当层叠顺序为[p-CuInGaS2/ZnRh2O4/Cu2O/ITO]时可以获得相似效果。在如图14所示的说明性构成中，当构成电子阻挡层102的各层(例如，ZnRh2O4和Cu2O的各层)具有0.5eV以下的势垒时，该层不充当针对空穴的势垒。
如本文所述，根据本技术的上述实施方案，在由黄铜矿材料形成的光电转换部113和p型透明电极114之间设置有电子阻挡层102，该电子阻挡层具有从p型透明电极114的费米能级针对电子的0.6eV以上的势垒高度并且为0.5eV以下以不充当针对从光电转换部113注入到透明电极114的空穴的势垒。根据这种结构，即使当为了读出信号向黄铜矿系光电转换部施加反向偏压时，电子阻挡层也抑制由电子引起的泄漏电流，或通过部分抑制由电子引起的泄漏电流来改善泄漏电流。另外，电子阻挡层不充当针对通过光照射在光电转换部中生成的空穴的势垒。因此，将空穴提取到透明电极，因而，例如，空穴不带电。因此，构成了具有高S/N比和高或改善的图像质量的固态图像拾取元件。
在上述模拟中，由于隧道效应，当如图15所示存在能垒时，在阻挡层中电子的薛定谔(Schrodinger)波函数以指数方式衰减。然而，电子通过势垒传输到外部，并且电子具有当其离开阻挡层时所具有的能量。因此，薄阻挡层不充当势垒。另外，当势垒V1不高或充分高时，阻挡层也不充当势垒。隧穿几率P可以由相对于阻挡层的厚度d的下式表示。
另外，在这个说明性例子中的贝特(Bethe)放射理论是基于考虑到隧道效应的贝特放射理论。电极和半导体的界面处的电流密度基于载流子的动能和在界面处的势垒高度确定。因此，相对于电压的电流密度可以由下式表示，其中A*被称作里查逊(Richardson)常数。
A*由下式表示，其中m*是电子的有效质量。
2.第一实施方案(固态图像拾取元件)
接下来，对固态图像拾取元件的第一实施方案进行说明性描述。图16示出了根据第一实施方案的固态图像拾取元件的说明性示意构成图(例如，平面图)。本实施方案适用于CMOS型图像传感器。如图16所示，根据本实施方案的固态图像拾取元件1包括在由硅制成的基板11上配置的像素区域3、垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8。像素区域3包括多个像素2。
例如，各像素2包括由光电二极管和多个像素晶体管形成的光电转换部。多个像素2在基板11上以二维阵列状态规则配置。构成像素2的像素晶体管的例子可以包括传输晶体管、复位晶体管、选择晶体管和放大晶体管。
像素区域3包括以二维阵列状态规则配置的多个像素2。像素区域3包括有效像素区域和黑色基准像素区域(未示出)。有效像素区域将通过入射光的光电转换生成的信号电荷放大并且向列信号处理电路5读出放大的信号电荷。黑色基准像素区域设置为用于输出用作黑色电平的基准的光学黑色电平。黑色基准像素区域通常在有效像素区域的外周部上形成。
控制电路8基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟产生诸如时钟信号和控制信号等信号。垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等基于诸如时钟信号和控制信号等上述信号操作。将在控制电路8中生成的诸如时钟信号和控制信号等信号输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等。
例如，垂直驱动电路4可以由移位寄存器构成。垂直驱动电路4以行单位顺次在垂直方向上选择性地扫描像素区域3中的各个像素2。垂直驱动电路4基于与在各个像素2中的光电二极管中接收的光量对应生成的信号电荷将像素信号经由垂直信号线9供给到列信号处理电路5。
例如，列信号处理电路5可以针对像素2的各列配置。列信号处理电路5基于从各像素列的黑色基准像素区域(例如，未示出，但是在有效像素区域的外周部中形成)供给的信号对从一行像素2输出的信号进行诸如去噪和信号放大等信号处理。在列信号处理电路5的输出段，水平选择开关(未示出)设置在列信号处理电路5和水平线10之间。
例如，水平驱动电路6可以由移位寄存器构成。水平驱动电路6顺次输出水平扫描脉冲以顺次选择各个列信号处理电路5，从而使得像素信号从各个列信号处理电路5输出到水平信号线10。
输出电路7对从各个列信号处理电路5经由水平信号线10供给的信号进行信号处理并且输出处理的信号。
(像素构成)
接下来，说明根据本实施方案的固态图像拾取元件1中各像素2的构成。例如，根据本实施方案的固态图像拾取元件1具有其中半导体基板的前面侧充当电路形成面并且其背面侧充当光入射面的背面照射型结构。图17是根据本实施方案的固态图像拾取元件1的像素区域3中的各像素2的说明性示意断面图。图18是根据本实施方案的固态图像拾取元件1中的各像素2的说明性等效电路图。在图17中，构成各像素2的像素晶体管的一部分以电路图形式示出。
如图17所示，例如，根据本实施方案的固态图像拾取元件1包括设置有第一电荷累积部52、第二电荷累积部25、浮动扩散部34和多个像素晶体管的基板12。另外，根据本实施方案的固态图像拾取元件1在基板12的前面侧包括未示出的配线层。另外，固态图像拾取元件1包括在基板12的作为光入射面的背面侧层叠的光电转换部50、电子阻挡层58、透明电极57、滤色层23、片上透镜24。
基板12由n型半导体基板(诸如n型硅基板等)构成，并且例如可以具有3～5微米的厚度。其中形成有构成各像素2的杂质区域的像素区域3是第二导电型(例如，在本实施方案中为p型)的阱区13。各个像素2通过在基板12中形成的像素分离部53隔开。像素分离部53由从基板12的背面侧以所希望深度形成的高浓度的p型半导体层形成。像素分离部53使相邻像素彼此电气分离。
在p型阱区13中，形成构成各像素2的第一电荷累积部52、第二电荷累积部25、浮动扩散部34和构成各像素晶体管的源极-漏极区域29和35。各像素2包括6个像素晶体管，它们是第一传输晶体管Tr1、第二传输晶体管Tr2、第一复位晶体管Tr3、第二复位晶体管Tr4、放大晶体管Tr5和选择晶体管Tr6。
第一电荷累积部52由从基板12的背面侧(例如，光入射面侧)以预定深度形成的n型半导体层构成。第一电荷累积部52针对各对应像素形成。在各像素中，第一电荷累积部52在通过像素分离部53隔开的单位像素区域的整个区域中形成。第一电荷累积部52充当累积在后述的光电转换部50中生成的信号电荷的累积部。
第一电荷累积部52可以具有其中杂质分布成使得n型杂质的浓度从基板的背面侧在深度方向上变得越来越高的构成。这种构成允许第一电荷累积部52具有其中在基板12的深度方向上势能变得越来越高的电势梯度。因而，由于电势梯度，在基板内产生内部电场。由于这种内部电场，从光电转换部50移动的信号电荷(例如，在本实施方案中为电子)在第一电荷累积部52内朝向基板12的前面侧自动移动。
第二电荷累积部25由在基板12的前面侧(例如，光入射侧的相反侧)形成的n型半导体层构成。第二累积部25在基板12的深度方向(例如，厚度方向)上配置在其中第二累积部25的平面位置与第一电荷累积部52的平面位置重叠的位置。换句话说，第二电荷累积部25在基板12的深度方向上在第一电荷累积部52的前面侧形成。在这种情况下，构成第一电荷累积部52的n型半导体层配置成经由p型阱区13与构成第二电荷累积部25的n型半导体层电气分离。为了更精确地读出从第一电荷累积部52到第二电荷累积部25的信号电荷(即，为了减少剩余的未传输的信号电荷)，可能希望第二电荷累积部25中的杂质的浓度高于第一电荷累积部52中的杂质的浓度。
薄的p型半导体层26形成为离前面比离构成第二电荷累积部25的n型半导体层近并且形成为与第二电荷累积部25接触。这种p型半导体层26抑制在构成在基板12的前面侧形成的配线层(未示出)的氧化膜和基板的界面处引起的暗电流的产生。
在图17中，在各种实施方案中，在两个像素中的各个的右部分和左部分形成第二电荷累积部25和p型半导体层26。第二电荷累积部25和p型半导体层26在像素的整个周部形成，并且在像素的右部分和左部分中形成的部分在图17中未示出的位置中彼此连接以一体形成。
浮动扩散部34在基板12的前面侧形成。浮动扩散部34由高浓度的n型半导体层构成。除此之外，构成各像素晶体管的源极-漏极区域在基板12的前面侧形成。在图17中，分别构成第一复位晶体管Tr3和第二复位晶体管Tr4的漏极35和29作为代表示出。
构成各像素晶体管的源极-漏极区域与浮动扩散部34一样，也由高浓度的n型半导体层构成。浮动扩散部34和构成各像素晶体管的源极-漏极区域也在基板12的深度方向上与第一电荷累积部52的位置重叠的位置处形成。浮动扩散部34中的n型半导体层形成为不经由p型阱区13与源极-漏极区域中的n型半导体层连接。
例如，第一传输晶体管Tr1包括第一电荷累积部52、第二电荷累积部25和第一传输栅极27。第一电荷累积部52充当源极，第二电荷累积部25充当漏极。构成第一传输晶体管Tr1的第一传输栅极27是从基板12的前面侧在深度方向上形成的垂直延伸的栅极。另外，第一传输栅极27具有允许第一传输栅极27贯穿第二电荷累积部25并到达第一电荷累积部52的深度。第一传输栅极27通过在从基板12的前面以所希望的深度形成的沟槽内经由栅极绝缘膜28填充电极材料来形成。
虽然图17中未示出，但是当形成第一传输栅极27时，薄的p型半导体层可以在沟槽的侧面和底面上形成。通过在沟槽的侧面和底面上形成薄p型半导体层，抑制或减少了在沟槽和基板12的界面处的暗电流的产生。
如在图18中的说明性实施方案中所示，第一传输栅极27与供给第一传输脉冲P-TRG1的配线连接。在第一传输晶体管Tr1中，将所希望的第一传输脉冲P-TRG1施加到第一传输栅极27，从而将在第一电荷累积部52中累积的信号电荷向第二电荷累积部25读出。在这种情况下，沿着第一传输栅极27形成通道，并且信号电荷沿着第一传输栅极27朝向第二电荷累积部25移动。
第二传输晶体管Tr2包括第二电荷累积部25、浮动扩散部34和第二传输栅极32。第二电荷累积部25充当源极，浮动扩散部34充当漏极。例如，构成第二传输晶体管Tr2的第二传输栅极32可以在源极和漏极之间的基板12的前面上经由由氧化硅膜形成的栅极绝缘膜28形成。如图18所示，第二传输栅极32与供给第二传输脉冲P-TRG2的配线连接。在第二传输晶体管Tr2中，将所希望的第二传输脉冲P-TRG2施加到第二传输栅极32，从而将在第二电荷累积部25中累积的信号电荷向浮动扩散部34读出。
第一复位晶体管Tr3包括浮动扩散部34、漏极(例如，复位部)35和第一复位栅极33。浮动扩散部34充当源极。漏极35与电源电压Vdd连接。例如，构成第一复位晶体管Tr3的第一复位栅极33可以在源极和漏极之间的基板12的前面上经由由氧化硅膜形成的栅极绝缘膜28形成。如图18所示，第一复位栅极33与供给第一复位脉冲P-RST1的配线连接。在第一复位晶体管Tr3中，将所希望的第一复位脉冲P-RST1施加到第一复位栅极33，从而将浮动扩散部34的电位复位到电源电压Vdd。
第二复位晶体管Tr4包括第一电荷累积部52、漏极(例如，提取部)29和第二复位栅极30。第一电荷累积部52充当源极。漏极29与电源电压Vdd连接。构成第二复位晶体管Tr4的第二复位栅极30是从基板12的前面侧在深度方向上形成的垂直延伸的栅极。另外，第二复位栅极30具有允许第二复位栅极30贯穿漏极29并到达第一电荷累积部52的深度。第二复位栅极30通过在从基板12的前面侧以所希望的深度形成的沟槽内经由栅极绝缘膜28填充电极材料来形成。
如图18所示，第二复位栅极30与供给第二复位脉冲P-RST2的配线连接。在第二复位晶体管Tr4中，将所希望的第二复位脉冲P-RST2施加到第二复位栅极30，从而将第一电荷累积部52的电位复位到电源电压Vdd。在这种情况下，沿着第二复位栅极30形成通道，并且沿着第二复位栅极30将信号电荷提取到漏极(例如，提取部)29。
放大晶体管Tr5包括与电源电压Vdd连接的漏极、也充当选择晶体管Tr6的漏极的源极以及放大栅极45。如图18所示，放大晶体管Tr5的源极和漏极之间的放大栅极45与浮动扩散部34连接。放大晶体管Tr5构成将电源电压Vdd用作负载的源极跟随器电路。将与浮动扩散部34的电位变化对应的像素信号从放大晶体管Tr5输出。
选择晶体管Tr6包括也充当放大晶体管Tr5的源极的漏极、与垂直信号线9连接的源极和选择栅极46。如图18所示，选择晶体管Tr6的源极和漏极之间的选择栅极46与供给选择脉冲P-SEL的配线连接。将选择脉冲P-SEL供给到各像素的选择栅极46，从而将由放大晶体管Tr5放大的像素信号经由选择晶体管Tr6输出到垂直信号线9。
在图17所示的断面构成中，例如，放大晶体管Tr5和选择晶体管Tr6作为电路图示出，并且未示出其断面构成。然而，放大晶体管Tr5和选择晶体管Tr6可以在基板12的深度方向上的其中放大晶体管Tr5和选择晶体管Tr6与第一电荷累积部52重叠的位置处形成。例如，构成放大晶体管Tr5和选择晶体管Tr6的源极-漏极区域也可以具有与构成第一复位晶体管Tr3的源极-漏极区域相似的构成。
在基板12的前面侧经由未示出的层间绝缘膜层叠多个配线层。将所希望的脉冲经由这些配线层供给到各像素晶体管，从而读出各像素2中的信号电荷。
光电转换部50由能够生成与入射光量对应的信号电荷的光电转换材料构成。光电转换部50层叠在基板12的背面侧，并且作为整体设置在像素区域中以覆盖由n型半导体层构成的第一电荷累积部52的顶面。另外，光电转换部50构造成也充当遮光膜。具体地，入射在光电转换部50上的光在其中经历光电转换，并且不进入基板12中。另外，在光电转换部50中，也在像素分离部中形成绝缘层51，从而将各像素的光电转换部50隔开。
作为构成这种光电转换部50的材料，可以使用具有p型黄铜矿结构的化合物半导体。例如，由与n型基板12晶格匹配的铜-镓-铟-硫系(在下文中，记载为"CuGaInS系")混合晶体构成的黄铜矿系化合物半导体可以形成为具有1000nm的厚度。特别地，当Cu、In、Ga和S的组成比分别为0.25、0.12、0.13和0.5并且在化合物半导体中各组成比的变化在+/-10％的范围内时，形成具有较少晶体缺陷的晶格匹配的光电转换部50。可选择地，不仅可以使用由CuInGaS系混合晶体构成的黄铜矿系化合物半导体，而且可以使用由铜-铝-镓-铟-硫-硒(在下文中，记载为"CuAlGaInSSe")系混合晶体构成的黄铜矿系化合物半导体。
图19示出了各种半导体材料中光子能和光吸收系数之间的说明性关系。如图19所示，例如，CuInSe2的光吸收系数比其他材料的光吸收系数高，特别地，比硅的单晶体(图19中为x-Si)高约两位数。因此，由CuInSe2形成的光电转换部不仅具有作为光电转换部的良好功能而且具有遮挡可见光的良好功能。
只要用于光电转换部50的材料的可见光线的吸收系数高于由硅形成的基板12的可见光线的吸收系数并且表现出光电转换功能，那么该材料就可以具有单晶结构、多晶结构和非晶结构的任一种。另外，作为构成光电转换部50的黄铜矿材料，可以使用CuGaInS、CuAlGaInSSe和CuInSe2之外的黄铜矿材料。其他黄铜矿材料也具有与CuInSe2相似的高吸收系数。因此，当使用其他黄铜矿材料时，光电转换部也充当遮光部。例如，可以使用由由铜-铝-银-镓-铟-锌-硫-硒系(CuAlAgGaInZnSSe系)混合晶体构成的黄铜矿系化合物半导体构成的光电转换膜等。在这种情况下，为了减少晶体缺陷，可能希望光电转换部50与基板晶格匹配。
图20和图21示出了黄铜矿材料中晶格常数和能带隙之间的说明性关系。如图20所示，存在各种黄铜矿材料。在这些黄铜矿材料之外，如图21所示，CuAlGaInSSe系混合晶体的组成可以控制成使得CuAlGaInSSe系混合晶体为其中其晶格常数与硅的5.43埃的晶格常数晶格匹配的异质外延。因此，减少了晶体缺陷。因此，CuAlGaInSSe系混合晶体可以在由硅形成的基板12上作为单晶薄膜外延生长。因此，减少了诸如在异质界面处产生的错配位错等晶体缺陷。这种晶体缺陷导致能带隙中深能级的形成，并且对在该能级捕捉的诸如电子和空穴等载流子进行提取。因此，载流子变成附属在信号上的暗电流(例如，噪声)。特别地，例如，由于深能级，在对载流子进行提取之前的时间常数长。因此，实际上，噪声不利地发生。因此，通过利用晶格匹配的异质外延减少晶体缺陷，抑制或减少了暗电流的产生。因此，降低了噪声。
构成光电转换部50的黄铜矿材料具有p型的导电型。如在本实施方案中那样，在将电子用作信号电荷的情况下，光电转换部50构造成使得朝向基板12的势能更高。因此，在光电转换部50中生成的信号电荷沿着电势梯度移动，并且累积在第一电荷累积部52中。
光电转换部50可以由上述无机材料之外的有机材料形成。一些有机材料也可以具有高吸收系数，并且可以是同时具有遮光和光电转换功能的材料。例如，这种有机材料的例子可以包括并且不限于喹吖啶酮系颜料和香豆素系颜料等的有机材料以及吸收系数比硅高两位数的其他有机材料。通过形成上述有机材料的光电转换部50，光电转换部50充当光电转换部并且也充当遮光部。
在本实施方案中，滤色层23设置在光电转换部50的光入射侧。因此，当光电转换部50由有机材料构成时，可以使用对所有范围的可见光都具有感光性的材料。另外，在各像素中，光电转换部50可以构造成吸收具有与由滤色层23透过的光的波长对应的波长的光。
有机材料具有电子的低迁移率。因此，例如，当光电转换部50由有机材料形成时，可以不形成将各个像素中的光电转换部50分离的绝缘层51，并且光电转换部50可以在像素区域的整个表面上形成。另外，在光电转换部50由有机材料形成的情况下，光电转换部50通过将有机材料涂布到基板12上来形成。
例如，电子阻挡层58可以在光电转换部50的透明电极57侧由厚度为4～100nm的NiO形成。电子阻挡层58在光电转换部50上形成并且与光电转换部50一样为各像素隔开。在各种实施方案中，如上述本技术的本实施方案的概要中所述，电子阻挡层58是抑制或减少电子从透明电极57流入到光电转换部50中的势垒。
图22示出了电子阻挡层58为了具有作为抑制或减少电子从透明电极57流入到光电转换部50中的势垒的条件的厚度(nm)和势垒高度(eV)之间的说明性关系。例如，图22所示的曲线图是基于贝特的放射理论并且考虑到隧道效应的电流密度和电压的特性(J-V特性)的模拟。图22示出了电流密度J小于1*10-7A/cm2的条件和电流密度J小于1*10-11A/cm2的条件的电子阻挡层58的厚度(nm)和势垒高度(eV)之间的说明性关系。
如图22所示，电子阻挡层58的厚度(nm)和势垒高度(eV)作为接近反比例的双曲线的曲线(其中x轴表示厚度，y轴表示势垒高度)示出。在图22中，关于J<1*10-11A/cm2的条件，附图中曲线的右上区域满足这种条件。类似地，关于J<1*10-7A/cm2的条件，附图中曲线的右上区域满足这种条件。如从以上说明可以看出的，当势垒低时，可能必要的是增大电子阻挡层58的厚度，反过来，当势垒高时，电子阻挡层58可以薄。该曲线图示出了独立于诸如有机或无机等材料种类的不变性质。
如从图22可以看出的，电子阻挡层58的厚度可以为4nm以上。通过使电子阻挡层58的厚度为4nm以上，当使用势垒高度为3eV以上的材料来构成电子阻挡层58时，即使在施加-2V的电压下，电流密度J也为1*10-7A/cm2以下。因此，可以为图像传感器设置没有被暗电流饱和的构成。换句话说，当电子阻挡层58具有4nm以上的厚度时，电子阻挡层58充当针对电子的势垒。因此，可以获得抑制电子从透明电极57注入到光电转换部50中(降低电子从透明电极57注入到光电转换部50中)的效果。
另外，通过使电子阻挡层58的厚度为6nm以上，当使用势垒高度为3eV以上的材料来构成电子阻挡层58时，即使在施加-2V的电压下，电流密度J也为1*10-11A/cm2以下。因此，即使当以1/30秒的正常快门速度进行拍摄时，也作为暗电流累积电子，这为图像传感器提供了充分或改善的构成。因此，电子阻挡层58可以具有6nm以上的厚度。通过使电子阻挡层58具有6nm以上的厚度，即使在施加-2V的电压下，电流密度J也为1*10-7A/cm2以下。因此，为图像传感器设置没有被暗电流饱和或基本上饱和的构成。
另外，电子阻挡层58可以具有9nm以上的厚度。当电子阻挡层58具有9nm以上的厚度时，即使当使用势垒高度为1.5eV以上的材料时，在施加-2V的电压下电流密度J也为1*10-11A/cm2以下。因此，即使当以1/30秒的正常快门速度进行拍摄时，也作为暗电流累积电子，这为图像传感器提供了充分或改善的构成。
另外，例如，如从图22可以看出的，对于电子阻挡层58，可以使用其中从透明电极57的费米能级针对电子的势垒高度为0.6eV以上的材料。当电子阻挡层58的势垒高度为0.6eV以上时，即使在施加-2V的电压下，电流密度J也为1*10-7A/cm2以下。因此，可以为图像传感器设置没有被暗电流饱和的构成。
另外，对于电子阻挡层58，可以使用其中从透明电极57的费米能级针对电子的势垒高度为1.0eV以上的材料。当势垒高度为1.0eV以上时，即使在施加-2V的电压下，电流密度J也为1*10-11A/cm2以下。因此，即使当以1/30秒的正常快门速度进行拍摄时，也作为暗电流累积电子，这为图像传感器提供了充分或改善的构成。
另外，对于电子阻挡层58，可以使用充当针对在光电转换部50中生成的空穴的0.5eV以下的势垒的材料。通过使用势垒高度为0.5eV以下的材料，电子阻挡层58不充当针对通过光照射在光电转换部50中生成的空穴的势垒。因此，将空穴提取到透明电极57。另外，电子阻挡层58可以形成为具有100nm以下的厚度。通过使电子阻挡层58形成为100nm以下，作为针对如图8所示的空穴的势垒的电子阻挡层58的能带的斜率变得充分小。因此，电子阻挡层58不充当针对通过光照射在光电转换部50中生成的空穴的势垒。因此，将空穴提取到透明电极57。另外，当电子阻挡层58具有100nm以下的厚度时，电子阻挡层58对从透明电极57施加到光电转换部50的电压具有很小的影响。
例如，作为构成这种电子阻挡层58的材料，可以使用以上表2中所示的NiO、Cu2O或ZnRh2O4。可选择地，可以使用其中层叠有上述材料的多层结构。
构成电子阻挡层58的材料不限于上述无机材料，并且可以是以下作为例子说明的有机材料。有机材料的例子可以包括并且不限于由以下化学式1表示的NBphen(2,9-双(萘-2-基)-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉，分子式：C13H15NO3)、由以下化学式2表示的BCP(1-[(1,3-苯并二氧戊环-5-基)羰基]哌啶，分子式：C13H15NO3)和由以下化学式3表示的CBP(3-溴-1-氯-1-丙烯，分子式：C3H4BrCl)。
[化学式1]
[化学式2]
[化学式3]
如本文所述的，电子阻挡层58在光电转换部50的光入射侧的表面上形成。因此，当通过施加反向偏压读出信号时，抑制或减少了电子向光电转换部50中的注入。因此，抑制或减少了泄漏电流，因此，抑制或减少了作为噪声成分的暗电流。因此，在不降低S/N比的情况下提高了固态图像拾取元件的图像质量。
在各种实施方案中，透明电极57在光电转换部50上部的光入射面侧形成。透明电极57与光电转换部50一样为各像素隔开。透明电极57由透过具有可见光范围内的波长的光的p型电极材料形成。例如，透明电极57可以由诸如氧化铟锡(ITO)膜、氧化铟锌膜、氧化铝锌(AZO)膜和氧化锌膜等透明导电膜构成。透明电极57以接地电位接地，并且构造成防止通过空穴累积的电荷。通过利用由透明电极57产生的外部电场，将在光电转换部50中生成的信号电荷收集到第一电荷累积部52。
如上所述，在本实施方案中，由n型半导体层构成的第一电荷累积部52在光电转换部50的下面形成，并且以接地电位接地的透明电极57在光电转换部50的上面形成。因此，在光电转换部50中，与入射光量对应生成的信号电荷(例如，电子)朝向第一电荷累积部52移动，并且所生成的空穴与信号电荷一起朝向透明电极57移动。
绝缘层51形成为覆盖针对各像素隔开的包括光电转换部50、电子阻挡层58和透明电极57的层叠结构。另外，绝缘层51在像素区域的整个表面上形成。另外，在前述层叠结构的隔开部分中，绝缘层51在基板12中形成的像素分离部53上形成。绝缘层51由透过光的材料形成，并且可以是诸如SiN等透过光并且一般适用于固态图像拾取元件的绝缘材料。
滤色层23在光电转换部50的上面形成。例如，在滤色层23中，选择性地透过R(红)、G(绿)或B(蓝)光的滤色片可以针对各像素配置。例如，这些滤色片可以以拜耳排列针对各像素配置。滤色层23透过具有所希望的波长的光，并且透过的光进入基板12上的光电转换部50。在本实施方案中，各像素构造成透过R、G和B中的一种光。然而，这不是限制性的。滤色层23可以由透过诸如青、黄和洋红等其他颜色的光的有机材料构成。各种选择都是可以的并且不限于本公开。
片上透镜24针对各像素在滤光片23上或在其上部形成。片上透镜24收集入射光，并且所收集的光经由滤色层23有效地进入光电转换部50。在本实施方案中，片上透镜24构造成在光电转换部50的中心位置收集入射光。
在根据本实施方案的固态图像拾取元件1中，特别地，第二电荷累积部25和浮动扩散部34在基板12的前面侧的像素的周边部中形成。另一方面，在基板12的前面侧的像素的中央部中，形成第一复位晶体管Tr3的漏极(例如，复位部)35和第二复位晶体管Tr4的漏极(例如，提取部)29。
由于片上透镜24将光收集到像素的中央部，所以大部分的入射光被收集到那里。源极-漏极区域29和复位部35等配置在像素的中央部中，并且第二电荷累积部(例如，累积部)25、浮动扩散部34、放大晶体管Tr5和选择晶体管Tr6等配置在其周边部中。通过利用这种构成，减小了在全局快门操作过程中产生的条带噪声的不利影响。具体地，当光进入第二电荷累积部(例如，累积部)25和浮动扩散部34等中时，产生条带噪声。然而，当光进入源极-漏极区域29和复位部35等中时，入射的光对条带噪声的影响小。
(驱动方法)
接下来，对根据本实施方案的固态图像拾取元件1的驱动方法进行说明。图23示出了根据本实施方案的固态图像拾取元件1的驱动方法的说明性时序图。以下对读出第n行的像素的时机的例子进行说明。
首先，例如，在所有的像素中同时开始第一复位脉冲P-RST1的供给以打开第一复位晶体管Tr3。因此，将在浮动扩散部34中累积的信号电荷提取到电源电压Vdd侧，从而将浮动扩散部34复位。在这个例子中，在浮动扩散部34中累积的信号电荷是在先前帧中读出的信号电荷。在所有的像素中同时停止第一复位脉冲P-RST1的供给以关闭第一复位晶体管Tr3。
在所有的像素中同时开始第一传输脉冲P-TRG1的供给以打开第一传输晶体管Tr1。因而，将在第一电荷累积部52中累积的信号电荷传输到第二电荷累积部25。在所有的像素中同时停止第一传输脉冲P-TRG1的供给以关闭第一传输晶体管Tr1。在本实施方案中，在所有的像素中同时向第二电荷累积部25读出的信号电荷在读出各行的像素之前保持在第二累积部25中。
在所有的像素中同时开始第二复位脉冲P-RST2的供给以打开第二复位晶体管Tr4。因而，将在第一电荷累积部52中剩余的信号电荷以及从当第一传输晶体管Tr1关闭时到当第二复位晶体管Tr4打开时累积的信号电荷等提取到电源电压Vdd侧以使电荷累积部52复位。在所有的像素中同时停止第二复位脉冲P-RST2的供给以关闭第二复位晶体管Tr4，从而开始下一帧的曝光。
上述的一系列操作可以在所有的像素中同时进行。在本实施方案中，通过在所有的像素中同时关闭第二复位晶体管Tr4来开始全局曝光，并且通过在所有的像素中同时打开第一传输晶体管Tr1来完成全局曝光。换句话说，从第二复位晶体管Tr4关闭的时机到第一传输晶体管Tr1打开的时机期间是曝光期间。在曝光期间，在光电转换部50中生成与入射在光电转换部50上的光量对应的信号电荷。在光电转换部50中生成的信号电荷沿着基板12内的势能移动，并且累积在第一电荷累积部52中。
开始读出各行。当读出第n行的信号电荷时，当轮到第n行的操作时，开始第二传输脉冲P-TRG2的供给以打开第二传输晶体管Tr2。因而，在第n行的像素中，将在第二电荷累积部25中累积的信号电荷传输到浮动扩散部34。停止第二传输脉冲P-TRG2的供给以关闭第二传输晶体管Tr2。
开始选择脉冲P-SEL的供给以打开选择晶体管Tr6。因而，将与浮动扩散部34的势能对应的输出作为像素信号带到列信号处理电路5(参照图16)中。列信号处理电路5通过确定先前获得的复位信号和这个像素信号之间的差来进行相关双采样。因此，列信号处理电路5获得其中除去了kTc噪声的像素信号。停止选择脉冲P-SEL的供给以关闭选择晶体管Tr6，从而完成第n行的像素的读出。
在完成第n行的像素的读出之后，进行第n+1行的像素的读出。因而，顺次进行所有行的像素的读出。以这种方式，驱动根据本实施方案的固态图像拾取元件1。
在根据本实施方案的固态图像拾取元件1中，入射光L在光电转换部50中经历光电转换。生成的信号电荷(例如，电子)移动到第一电荷累积部52，并且主要在那累积。在光电转换部50中生成的空穴移动到透明电极57。
在曝光期间，通过在所有的像素中同时打开第一传输晶体管Tr1将在第一电荷累积部52中累积的信号电荷传输到第二电荷累积部25。传输到第二电荷累积部25的信号电荷累积在第二电荷累积部25中。将在第二电荷累积部25中累积的信号电荷在各行的时机传输到浮动扩散部34。在读出的时机，将与在浮动扩散部34中的信号电荷的量对应的像素信号经由选择晶体管Tr6输出到垂直信号线9。在提取电子时，通过打开第二复位晶体管Tr4在所有的像素中同时将第一电荷累积部52中的信号电荷传输到第二复位晶体管Tr4的漏极(例如，提取部)29。
3.第一实施方案(固态图像拾取元件的制造方法)
接下来，对根据本实施方案的固态图像拾取元件1的制造方法进行说明。例如，根据本实施方案的固态图像拾取元件1可以按如下方法制造。
例如，可以将p型杂质离子注入到n型基板12中，从而形成p型阱区13。如图24A中示例性示出的，将作为n型掺杂剂的诸如P(磷)等V族材料离子注入到基板12的前面侧，从而形成第二电荷累积部25、浮动扩散部34和各像素晶体管的源极-漏极区域29和35。将p型杂质以高浓度离子注入到第二电荷累积部25的前面侧，从而形成薄的p型半导体层26。通过使用典型的CMOS型固态图像拾取元件的制造过程来执行这些过程。
由硅等形成的支撑基板(未示出)贴附在基板12的前面侧。使基板12翻转以使基板12的背面侧在上侧。如图24B所示，例如，通过CVD法，基板12的背面侧可以掺杂有n型杂质并且作为第一电荷累积部52的n型半导体层可以外延生长到所希望的厚度。
如图24C所示，抗蚀剂层55在第一电荷累积部52的n型半导体层上形成。抗蚀剂层55在其中将要形成像素分离部53的区域中具有开孔。抗蚀剂层55可以通过典型的光刻法形成。例如，p型杂质可以经由抗蚀剂层55进行离子注入以实现比构成p型阱区13的杂质的浓度高的浓度。因此，形成像素分离部53。构成像素分离部53的p型半导体层形成为具有使得至少第一电荷累积部52针对各像素分隔开开的深度。
如图25D所示，除去在第一电荷累积部52上的抗蚀剂层55。如图25E中所示，例如，在第一电荷累积部52上，黄铜矿系材料可以外延生长，从而形成光电转换部50。在本实施方案中，例如，黄铜矿系化合物半导体的外延生长方法可以是分子束外延(MBE)法、金属有机化学气相沉积(MOCVD)法或液相外延(LPE)法。例如，只要是可以实现外延生长，那么就可以使用任意成膜方法。
构成基板12的硅的晶格常数为51.45nm。CuAlGaInSSe系混合晶体包括与该晶格常数对应的材料，并且能够形成光电转换部50以使光电转换部50与基板12晶格匹配。因此，例如，CuGaInS膜可以作为光电转换部50在基板12上外延生长。
当光电转换部50通过MOCVD法形成时，例如，可以使用图28所示的示例性MOCVD装置。当光电转换部50的晶体在基板12上生长时，如图28所示，基板设置在基座(例如，由碳制成)上。基座利用高频加热器(RF线圈)进行加热，并且设置有热电偶和其温度控制机构以控制基板12的温度。基板的一般温度在可能进行热分解的400～1000℃的温度范围内。然而，为了降低基板的温度，例如，可以利用汞灯等将光照射到基板的表面上以协助原料的热分解。
通过利用氢在有机金属原料上进行鼓泡，在饱和蒸气压状态下，将各原料分子输送到反应管。在这个例子中，使用质量流量控制器(MFC)来控制流入各原料中的氢的流量。因此，调节每单位时间输送的原料的摩尔比。因而，在由硅形成的基板12上，有机金属原料进行热分解并且成为晶体，从而发生晶体生长。因此，形成光电转换部50。原料的摩尔比与待形成的晶体的组成比相关。因此，通过控制每单位时间输送的原料的摩尔比，外延生长的光电转换部50的组成比是可控制的。
当通过MOCVD法形成光电转换部50时，作为铜的有机金属原料，例如，可以使用乙酰丙酮铜(Cu(C5H7O2)2)。除此之外，例如，可以使用环戊二烯基-铜-三乙基-磷酸盐(h5-(C2H5)Cu：P(C2H5)3)。作为镓(Ga)的有机金属原料，例如，可以使用三甲基镓(Ga(CH3)3)。作为铝(Al)的有机金属原料，例如，可以使用三甲基铝(Al(CH3)3)。作为铟(In)的有机金属原料，例如，可以使用三甲基铟(In(CH3)3)。作为硒(Se)的有机金属原料，例如，可以使用二甲基硒(Se(CH3)2)。作为硫(S)的有机金属原料，例如，可以使用二甲基硫醚(S(CH3)2)。作为锌(Zn)的有机金属原料，例如，可以使用二甲基锌(Zn(CH3)2)。
诸如环戊二烯基-铜-三乙基-磷酸盐(h5-(C2H5)Cu：P(C2H5)3)、乙酰丙酮铜(Cu(C5H7O2)2)和三甲基铟(In(CH3)3)等原料在室温下是固相状态。在这种情况下，可以对原料进行加热以变为液相状态。可选择地，在固相状态下原料可以简单地加热到高温并且可以在高蒸气压状态下使用。
有机金属原料不限于上述原料，并且任意有机金属都可以用作MOCVD生长的原料。例如，三乙基镓(Ga(C2H5)3)、三乙基铝(Al(C2H5)3)、三乙基铟(In(C2H5)3)、二乙基硒(Se(C2H5)2)、二乙基硫醚(S(C2H5)2)或二乙基锌(Zn(C2H5)2)可以用作原料。另外，MOCVD生长的原料不限于有机金属，并且可以是气体系材料。例如，硒化氢(H2Se)可以用作Se的原料，并且硫化氢(H2S)可以用作S的原料。
当通过MBE法形成光电转换部50时，例如，可以使用图29所示的示例性MBE装置。当通过MBE法形成光电转换部50时，在图29所示的MBE装置中，构成光电转换部50的各单质原料在超高真空下放入各努森(Knudsen)池中，并且将原料一直加热到合适温度。因而，产生分子束。通过将分子束照射到基板12上，形成所希望的晶体生长层。待放入努森池中的单质原料可以是镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、硒(Se)和硫(S)。在这个例子中，当使用诸如硫(S)等具有高蒸气压的原料时，分子束的量的稳定性可能很弱。在这种情况下，可以使用带阀裂化单元来使分子束的量稳定。另外，如在气体源MBE中那样，原料的一部分可以是气体源材料。在这种情况下，例如，硒化氢(H2Se)可以用作Se的原料，并且硫化氢(H2S)可以用作硫(S)的原料。
当通过MOCVD法或MBE法形成光电转换部50时，例如，通过根据晶体生长逐渐降低作为n型掺杂剂的Zn的浓度，形成其中在晶体生长的方向上能带倾斜的光电转换部50。通过如此使得光电转换部50中的能带倾斜，在光电转换部50中生成的信号电荷容易朝向基板12侧移动。不必进行掺杂n型掺杂剂。例如，仅通过控制III族原子和I族原子的供给量就可以实现由于浓度变化而引起的能带的倾斜。
这种光电转换部50形成为在基板12上晶格匹配。在这种情况下，减少了在异质界面处产生的错配位错。因此，光电转换部50的结晶特性变得良好。因此，减少了晶体缺陷，从而抑制或减少了暗电流的产生。因此，防止了由于白色斑点所引起的图像质量的劣化。另外，实现了较高的感光性。因此，即使在黑暗拍摄环境下(例如，在夜间)也实现了高图像质量的拍摄。
晶格失配由|Da/a|(例如，Da是光电转换部的晶格常数和基板的晶格常数之间的差，a是基板的晶格常数)表示。当实现了晶格匹配时，Da/a＝0成立，例如。在本实施方案中，"晶格匹配"包含在通过晶体生长形成的光电转换部50的厚度在临界膜厚内的条件下与晶格匹配的状态接近的状态。换句话说，如果光电转换部50的厚度在临界膜厚内，那么即使没有完全实现晶格匹配，也可以实现其中结晶特性良好并且错配位错不发生的状态。"临界膜厚"在"Matthew-Blakeslee criterion"(J.W.Matthews和A.E.Blakeslee,J.Cryst.Growth 27(1974)118-125.)或"People-Bean criterion"(R.People和J.C.Bean,Appl.Phys.Lett.47(1985)322-324.)中进行了定义。
在如上所述形成由外延晶体构成的光电转换部50之后，如图25F所示，在光电转换部50上形成电子阻挡层58。电子阻挡层58由上述的各种材料形成。
如图26G中的说明性例子所示，在电子阻挡层58上形成透明电极57。如图26H中的说明性例子所示，在透明电极57上形成抗蚀剂层56。抗蚀剂层56在其中形成有绝缘层51的区域中包括开口。在从抗蚀剂层56中的开口露出的透明电极57、电子阻挡层58和光电转换部50上进行通过RIE(反应离子刻蚀)进行的蚀刻处理。如图26I中的说明性例子所示，这个过程使得透明电极57、电子阻挡层58和光电转换部50针对各像素分隔开。
如图27J中的说明性例子所示，除去在光电转换部50上的抗蚀剂层56。如图27K中的说明性例子所示，气相沉积绝缘层以覆盖针对各像素分隔开的透明电极57、电子阻挡层58和光电转换部50。绝缘层的表面通过CVD平面化，从而形成绝缘层51。
在基板12的前面侧形成各像素晶体管，并且如图27L中的说明性例子所示，在基板12的背面侧在绝缘层51上形成滤色层23和片上透镜24。以这种方式，制造了根据本实施方案的固态图像拾取元件。
(外延生长：离散基板(Off substrate))
在本实施方案中，例如，对其中使用具有(100)表面的主表面的硅基板并且在主表面上通过使化合物半导体外延生长来形成光电转换部的情况进行说明。换句话说，在本实施方案中说明了使用{100}基板的情况。然而，本技术不限于此。当在非离子型和非极性硅基板上作为离子型元素的材料的上述化合物半导体外延生长时，在某些情况下可能产生称为反相畴的缺陷。具体地，阳离子和阴离子局部彼此反相生长，从而发生反相畴。因此，离散基板可以用作硅基板。通过使化合物半导体在离散基板上外延生长，抑制或减少了反相畴的发生。例如，通过使用其中硅的{100}基板的表面方向朝向<011>方向倾斜的离散基板，其中发生过反相畴的区域随着晶体生长自己消失。因此，提高了结晶特性。离散基板的例子可以包括具有1～10°的倾角的基板。
图30示出了当在作为离散基板的硅基板上形成光电转换部的情况下的示例性原子排列。在图30中，例如，I族原子可以是铜(Cu)原子，III族原子可以是镓(Ga)原子或铟(In)原子，VI族原子可以是硫(S)原子和硒(Se)原子等。在图30中，由白方块表示的“I族或III族原子的原子排列”表示I族原子和III族原子在与纸面垂直的方向上交替排列。图30示出了其中在硅基板上从VI族原子开始生长的情况，并且也示出了其中抑制或减少了I或III族原子的阳离子(例如，正离子型原子)和VI族的阴离子(例如，负离子型原子)之间的反相畴的情况。
如图30所示，例如，通过使{100}基板以I1的倾角(离散角)在<011>方向上倾斜所获得的离散基板可以用作硅基板。在作为离散基板的硅基板上，I或III族原子的阳离子(例如，正离子型原子)和VI族原子的阴离子(例如，负离子型原子)规则排列以形成光电转换部50的膜。在这种情况下，如区域B(例如，由点划线隔开的区域)所示，阳离子和阴离子可以局部彼此反相生长以在某些情况下产生反相畴。然而，如图30所示，晶体在离散基板的表面上生长。因此，其中发生反相畴的区域B被限制在三角形中。另外，在区域B上面外延生长继续进行以仅形成其中不产生反相畴的区域A。以这种方式，抑制或减少了反相畴的发生。图30示出了其中倾角(例如，离散角)I1为6°的情况。然而，只要使用具有上述1～10°范围的倾角的离散基板，那么就可以获得该效果。
(效果)
根据上述的本实施方案的固态图像拾取元件1的构成，电子阻挡层58设置在光电转换部50和透明电极57之间。因此，即使当向光电转换部50施加反向偏压时，通过电子阻挡层58也抑制或减少了由电子引起的泄漏电流。另外，电子阻挡层58构造成不充当针对从光电转换部50朝向透明电极57移动的空穴的势垒。因此，实现了其中光电转换部50不带电的构成。因此，抑制或减少了在施加反向偏压时电子从透明电极57注入到光电转换部50侧的现象。因此，抑制或减少了由从透明电极57的电子注入引起的暗电流的产生。因此，抑制或减少了噪声分量的增大和S/N比的降低。结果，抑制或减少了固态图像拾取元件的图像质量的劣化。
另外，在本实施方案中，在像素区域3的整个表面上形成的光电转换部50构造成也充当遮光部。因此，防止入射光到达基板12。因此，抑制或减少了噪声的发生。
另外，根据本实施方案的固态图像拾取元件1的构成，设置了第一电荷累积部52和第二电荷累积部25。因此，在所有的像素中同时将在第一电荷累积部52中累积的信号电荷传输到第二电荷累积部25以使传输的信号电荷一次保持在第二电荷累积部25中，并且将保持的信号电荷传输到各行的浮动扩散部34以向垂直信号线9读出。因此，在其中像素被进一步小型化的固态图像拾取元件1中，进行全局快门操作。因此，实现了所有像素的同时曝光。因此，解决了焦平面失真的问题。另外，即使当不设置遮光膜时，也进行所有像素的同时曝光。因此，与设置有遮光膜的情况相比，开口被扩大以提高感光性和饱和电荷量。
另外，在本实施方案中，单独地设置使在第一电荷累积部52中累积的信号电荷复位的第二复位晶体管Tr4。因此，在读出期间结束前，可以开始后继帧的曝光期间。这种效果可以在移动图像的拍摄期间特别有效。
另外，根据本实施方案的固态图像拾取元件1的构成，第二电荷累积部25和浮动扩散部34设置在像素的周边部中。因此，第二电荷累积部(例如，累积部)25和浮动扩散部34等与作为其中光被片上透镜24聚集的区域的像素的中央部分隔开。因此，减少了光的入射产生的条带噪声，从而获得高S/N比。另外，源极-漏极区域29和复位部35等在作为光聚集的区域的像素的中央部中形成。因此，提取产生条带噪声的电荷。以这种方式，也降低了条带噪声。因此，实现了具有全局快门功能、具有小的暗电流并且具有小的kTC噪声的固态图像拾取元件1。
另外，根据本实施方案的固态图像拾取元件1的构成，与具有全局快门功能的现有技术的CMOS图像传感器相比，可以使像素小型化并且实现了高分辨率。另外，通过在读出信号时生成的衍射光和散射光等泄漏到累积部中而另外产生了噪声。另外，固态图像拾取元件1是背面照射型的。因此，感光性和饱和感光性等很高，这实现了提高的和/或高图像质量的拍摄。
根据本实施方案，可以实现具有高感光性和高饱和电荷量并且能够提供具有高分辨率的良好图像质量的图像的固态图像拾取元件1。
4.第一实施方案的第一变形例
在第一实施方案中，如图17所示，包括光电转换部50、电子阻挡层58和透明电极57的层叠结构构造成针对各像素隔开。可选择地，包括光电转换部50、电子阻挡层58和透明电极57的层叠结构可以不针对各像素隔开并且可以在像素区域的整个表面上形成。以下对作为第一变形例的其中包括光电转换部50、电子阻挡层58和透明电极57的层叠结构在像素区域的整个表面上形成的构成进行说明。
图31是根据第一实施方案的第一变形例的固态图像拾取元件15的说明性示意构成图(例如，主要部分的断面图)。在图31中，与图17中的部件对应的部件用相同的附图标记表示，并且不再对其进一步说明。
如图31所示，例如，在根据第一变形例的固态图像拾取元件15中，光电转换部50在相邻像素上面连续形成以在像素区域的整个表面上形成。另外，在光电转换部50上形成的电子阻挡层58和透明电极57也在像素区域的整个表面上形成。另外，不设置图17中覆盖包括光电转换部50、电子阻挡层58和透明电极57的层叠结构以及针对各个像素将它们分隔开的绝缘层51。
另外，在其中以这种方式光电转换部50不针对各像素分隔开的情况下，光电转换部50由具有上述的黄铜矿材料的p型化合物半导体构成。在这个说明性例子中，在基板12的表面中的横向上n型半导体层(第一电荷累积部52)和p型半导体层(p型像素分离部53)交替形成。另外，在基板12内各个像素彼此分隔开。因此，形成能垒。因此，在其上面的CuInGaS光电转换部中也产生能垒。
其他构成与图17所示的根据第一实施方案的固态图像拾取元件1相似，因此，不再对其进一步说明。
以下对与上述能垒有关的在垂直方向上和在水平方向上的断面能带结构进行说明。图32A和图32B示出了图31中的基板12和光电转换部50在垂直方向上的说明性断面能带结构。图32A示出了p型像素分离部53的一部分(像素的端部部分)的断面能带结构。图32B示出了第一电荷累积部52的一部分的断面能带结构(像素的中央部分)。另外，图33示出了图31所示的光电转换部50在水平方向上的断面能带结构。
如图32A所示，在像素的端部部分，CuInGaS与p型硅接触，并且费米能级EF在硅的价带的上边缘EV附近。因此，在CuInGaS中也不产生能带的大曲线。因此，导带的下边缘EC与费米能级EF相比存在于高能侧(存在于离真空能级更近的区域中)。另一方面，如图32B所示，在像素的中央部，CuInGaS与n型硅接触，并且费米能级EF在硅的导带的下边缘EC附近。因此，在CuInGaS中产生能带的大曲线，并且CuInGaS的导带的下边缘EC存在于接近费米能级EF的位置(在低能侧区域)(存在于远离真空能级的位置)。在这个例子中，费米能级EF的能量为0eV。
因此，如图33所示在水平方向上的断面能带结构设置在CuInGaS膜中。在这种情况下，像素的端部部分充当针对通过光电转换生成的电子的能垒。因此，在像素的中央部中收集电子。另一方面，中央部分像素充当针对通过光电转换生成的空穴的能垒。因此，在像素的边缘部分中收集空穴。因此，通过从透明电极57向光电转换部50施加反向偏压，电子朝向n型硅侧传输并且空穴传输到透明电极57。
根据第一变形例的固态图像拾取元件15的构成，光电转换部50中的像素分离部可以是不必要的。因此，简化了制造过程，例如，可以减少步骤数和制造成本等。
5.第一实施方案的第二变形例
对其中第一电荷累积部52经由电极插头65与光电转换部50连接的构成进行说明。与第一实施方案中一样，当在基板12上形成光电转换部50的情况下，这使得在光电转换部50中生成的信号电荷可以从光电转换部50侧传输到基板12侧。
图34是根据第一实施方案的第二变形例的固态图像拾取元件60的说明性示意构成图(主要部分的断面图)。在图34中，与图17中的部件对应的部件用相同的附图标记表示，并且不再对其进一步说明。
在图34所示的固态图像拾取元件60中，例如，光电转换部50在相邻像素上面连续形成。另外，电极插头65设置在基板12和光电转换部50之间。电极插头65针对各像素分隔开。
电极插头65包括第一下部电极62、第二下部电极63以及将第一下部电极62与第二下部电极63连接的通孔64。第二下部电极63在基板12上形成并且形成为覆盖第一电荷累积部52的几乎整个表面。第一下部电极62经由绝缘层61介于其间的方式在第二下部电极63上形成。光电转换部50在第一下部电极62上形成。在像素区内第一下部电极62与光电转换部50的几乎整个表面接触。第一下部电极62通过贯通绝缘层61的通孔64与第二下部电极63连接。
例如，电极插头65可以由诸如Al、Cu和AlCu等材料形成。另外，未示出的n型半导体层可以设置在电极插头65和光电转换部50之间。例如，作为n型半导体层，可以形成诸如Al：ZnO层和TiO2层等层。例如，利用上述材料通过溅射和/或激光烧蚀等可以形成电极插头65和n型半导体层。
其他构成与图17所示的根据第一实施方案的固态图像拾取元件1相似，因此，不再对其进一步说明。在具有这种构成的固态图像拾取元件60中，通过电场将在光电转换部50中经历光电转换的光电荷经由电极插头65传输到基板12，在势垒处停止，并且在第一电荷累积部52中累积。
在图34所示的构成中，第一下部电极62与像素区域内光电转换部50的几乎整个表面连接。然而，光电转换部50部分地与第一下部电极62连接是足够的。另外，在图34所示的构成中，第二下部电极63形成为覆盖第一电荷累积部52上的几乎整个表面。然而，至少第二下部电极63的一部分与第一电荷累积部52连接是足够的。
根据按照第二变形例的固态图像拾取元件60的构成，将电极插头65用作光电转换部50的下部电极。因此，将较高的电压施加到光电转换部50。因此，以将近100％的比率进行光电转换部50的信号的读出。因此，产生雪崩放大以构成具有高感光性的图像传感器。
6.第二实施方案(电子设备)
接下来，对根据第二实施方案的电子设备进行说明。图35是根据第二实施方案的电子设备的说明性示意构成图(例如，块图)。
如图35所示，例如，根据本实施方案的电子设备200包括根据第一实施方案的固态图像拾取元件1、光学透镜210、快门单元211、驱动电路212和信号处理电路213。
光学透镜210使来自被写体的图像光(入射光)形成为在固态图像拾取元件1的图像拾取面上的图像。因此，在固态图像拾取元件1内累积一定时间的信号电荷。快门单元211控制固态图像拾取元件1的光照射期间和遮光期间。驱动电路212供给控制在固态图像拾取元件1中信号电荷的传输操作和快门单元211的快门操作的驱动信号。基于从驱动电路212供给的驱动信号(定时信号)进行固态图像拾取元件1中的信号传输。信号处理电路213进行各种信号处理。经历信号处理的图像信号储存在诸如存储器等存储介质中，并且将储存的图像信号输出到显示器。
在本实施方案的电子设备200中，在固态图像拾取元件1中的像素被小型化。因此，在电子设备200中实现了尺寸减小和分辨率增大。另外，在固态图像拾取元件1中实现了所有的像素的同时曝光。因此，获得高S/N比，这造成图像质量的提高。
固态图像拾取元件1适用的电子设备200不限于数字摄影录像机。固态图像拾取元件1也适用于数位相机，并且也适用于诸如用于诸如移动电话等移动装置的相机模块等的图像拾取装置。
在上述的本实施方案的电子设备中，将根据第一实施方案的固态图像拾取元件1用作固态图像拾取元件。然而，本技术的本实施方案的电子设备不限于其中使用根据第一实施方案的固态图像拾取元件1的构成，并且只要是本技术的任意实施方案的固态图像拾取元件，那么就可以使用任意固态图像拾取元件。另外，本技术电子设备的构成不限于图30所示的构成，并且只要该构成使用根据本技术实施方案的固态图像拾取元件，那么就可以具有图30所示的构成以外的构成。
从本公开的上述示例性实施方案和变形例至少可以实现以下构成。
各种实施方案包括固态成像元件，该固态成像元件包括：基板；在基板的光入射侧上形成的包含黄铜矿材料的光电转换部；在光电转换部的光入射侧的透明电极；和在光电转换部和透明电极之间形成的电子阻挡层。
透明电极可以是ITO并且黄铜矿材料可以是CuInGaS。电子阻挡层的厚度可以为约10nm。电子阻挡层的势垒可以为约0.6～1.3eV，或为约1.0～1.3eV，并且可以包含NiO、Cu2O和ZnRh2O4中的至少一种或NiO。电子阻挡层的厚度可以为约4～10nm，或为约6～10nm。固态成像元件可以具有ITO的透明电极、Cu2O的电子阻挡层、为约1.3eV的电子阻挡层的势垒和为约6～10nm的电子阻挡层的厚度。电子阻挡层可以包含至少两种材料，并且两种材料可以层叠。至少两种材料可以是Cu2O在ZnRh2O4上。
另外，各种实施方案包括固态成像元件的制造方法，该方法包括：形成包含黄铜矿材料的光电转换部；在光电转换部的光入射侧形成透明电极；和在光电转换部和透明电极之间形成电子阻挡层。再次地，透明电极可以是ITO并且黄铜矿材料可以是CuInGaS。电子阻挡层的厚度可以为约10nm。电子阻挡层的势垒可以为约0.6～1.3eV，或为约1.0～1.3eV，并且可以包含NiO、Cu2O和ZnRh2O4中的至少一种或NiO。电子阻挡层的厚度可以为约4～约10nm，或为约6～10nm。固态成像元件可以具有ITO的透明电极、Cu2O的电子阻挡层、为约1.3eV的电子阻挡层的势垒和为约6～10nm的电子阻挡层的厚度。电子阻挡层可以包含至少两种材料，并且两种材料可以层叠。至少两种材料可以是Cu2O在ZnRh2O4上。
其他实施方案包括电子设备，该电子设备包括：固态成像元件，该固态成像元件包括：基板；在基板的光入射侧上形成的包含黄铜矿材料的光电转换部；在光电转换部的光入射侧的透明电极；和在光电转换部和透明电极之间形成的电子阻挡层。
需要指出的是，本技术可以具有如下构成。
(1)一种固态图像拾取元件，包括：
基板；
在所述基板的光入射面侧上形成的p型光电转换部，所述p型光电转换部构造成生成与光量对应的信号电荷；
在所述光电转换部的光入射面侧上设置的p型透明电极；和
在所述光电转换部和所述透明电极之间形成的电子阻挡层。
(2)根据(1)所述的固态图像拾取元件，其中所述电子阻挡层从所述透明电极的费米能级具有约0.6电子伏特以上的电子势垒高度，并且充当针对从所述光电转换部朝向所述透明电极传输的空穴的约0.5电子伏特以下的势垒。
(3)根据(2)所述的固态图像拾取元件，其中所述电子阻挡层从所述透明电极的费米能级具有约1.0电子伏特以上的电子势垒高度。
(4)根据(2)或(3)所述的固态图像拾取元件，其中所述电子阻挡层具有约4纳米以上的厚度。
(5)根据(2)～(4)中任一项所述的固态图像拾取元件，其中所述电子阻挡层由具有约6纳米以上的厚度的NiO构成。
(6)根据(2)～(4)中任一项所述的固态图像拾取元件，其中所述电子阻挡层由具有约9纳米以上的厚度的Cu2O构成。
(7)根据(1)～(6)中任一项所述的固态图像拾取元件，其中所述光电转换部由具有约3.7电子伏特以上的电子亲和力的p型黄铜矿材料构成。
(8)根据(1)～(7)中任一项所述的固态图像拾取元件，其中所述光电转换部由在硅基板上形成的具有黄铜矿结构的化合物半导体的外延生长层构成。
(9)根据(1)～(8)中任一项所述的固态图像拾取元件，其中
所述光电转换部由具有约0.25的Cu组成比、约0.12的In组成比、约0.13的Ga组成比和约0.5的S组成比的CuInGaS化合物半导体构成，以及
前述组成比的变化在约-10％～10％的范围内。
(10)根据(1)～(9)中任一项所述的固态图像拾取元件，其中所述透明电极包含选自ITO、AZO、SnO2和In2O3的一种或多种。
(11)根据(1)～(10)中任一项所述的固态图像拾取元件，其中所述基板是离散基板。
(12)一种具有根据(1)～(11)中任一项所述的固态图像拾取元件和构造成对从所述固态图像拾取元件供给的输出信号进行处理的信号处理电路的电子设备。
本技术也可以具有如下构成。
[1]一种固态成像元件，包括：
基板；
在所述基板的光入射侧上形成的包含黄铜矿材料的光电转换部；
在所述光电转换部的光入射侧的透明电极；和
在所述光电转换部和所述透明电极之间形成的电子阻挡层。
[2]如[1]所述的固态成像元件，其中所述透明电极是ITO并且所述黄铜矿材料是CuInGaS。
[3]如[1]或[2]所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层的厚度为约10nm。
[4]如[1]～[3]中任一项所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层的势垒为约0.6～1.3eV。
[5]如[1]～[4]中任一项所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层的势垒为约1.0～1.3eV。
[6]如[1]～[5]中任一项所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层包含NiO、Cu2O和ZnRh2O4中的至少一种。
[7]如[1]～[6]中任一项所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层是NiO。
[8]如[7]所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层的厚度为约4～10nm。
[9]如[7]或[8]所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层的厚度为约6～10nm。
[10]如[1]～[9]中任一项所述的固态成像元件，其中所述透明电极是ITO，所述电子阻挡层是Cu2O，所述电子阻挡层的势垒为约1.3eV，以及所述电子阻挡层的厚度为约6～10nm。
[11]如[1]～[10]中任一项所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层包含至少两种材料，并且其中所述两种材料层叠。
[12]如[11]所述的固态成像元件，其中所述至少两种材料是Cu2O在ZnRh2O4上。
[13]一种固态成像元件的制造方法，包括：
形成包含黄铜矿材料的光电转换部；
在所述光电转换部的光入射侧形成透明电极；和
在所述光电转换部和所述透明电极之间形成电子阻挡层。
[14]如[13]所述的方法，其中所述透明电极是ITO并且所述黄铜矿材料是CuInGaS。
[15]如[13]或[14]所述的方法，其中所述电子阻挡层的厚度为约10nm。
[16]如[13]～[15]中任一项所述的方法，其中所述电子阻挡层的势垒为约0.6～1.3eV。
[17]如[13]～[16]中任一项所述的方法，其中所述电子阻挡层的势垒为约1.0～1.3eV。
[18]如[13]～[17]中任一项所述的方法，其中所述电子阻挡层包含NiO、Cu2O和ZnRh2O4中的至少一种。
[19]如[13]～[18]中任一项所述的方法，其中所述电子阻挡层是NiO并且所述电子阻挡层的厚度为约4～10nm。
[20]一种电子设备，包括：
固态成像元件，包括：
基板；
在所述基板的光入射侧上形成的包含黄铜矿材料的光电转换部；
在所述光电转换部的光入射侧的透明电极；和
在所述光电转换部和所述透明电极之间形成的电子阻挡层。
本申请包含与在2012年12月25日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2012-281483中公开的主题相关的主题，其全部内容以引用的方式并入本文。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求书或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。
[附图标记列表]
1，15，60 固态图像拾取元件
2 像素
3 像素区域
4 垂直驱动电路
5 列信号处理电路
6 水平驱动电路
7 输出电路
8 控制电路
9 垂直信号线
10 水平信号线
11，12 基板
13 阱区
18，52 第一电荷累积部
23 滤色层
24 片上透镜
25 第二电荷累积部
26 P型半导体层
27 第一传输栅极
28 栅极绝缘膜
29 源极-漏极区域
30 第二复位栅极
32 第二传输栅极
33 第一复位栅极
34 浮动扩散部
35 复位部
45 放大栅极
46 选择栅极
50，113 光电转换部
51，61 绝缘层
53 像素分离部
55，56 抗蚀剂层
57，101，114 透明电极
58，102 电子阻挡层
62 第一下部电极
63 第二下部电极
64 通孔
65 电极插头
111 硅基板
112 n型电极层
115 读出电极
141 栅极MOS
200 电子设备
210 光学透镜
211 快门单元
212 驱动电路
213 信号处理电路
Tr1 第一传输晶体管
Tr2 第二传输晶体管
Tr3 第一复位晶体管
Tr4 第二复位晶体管
Tr5 放大晶体管
Tr6 选择晶体管

Claims (18)

1.一种固态成像元件，包括：
基板；
在所述基板的光入射侧上形成的包含黄铜矿材料的光电转换部；
在所述光电转换部的光入射侧的透明电极；和
在所述光电转换部和所述透明电极之间形成的电子阻挡层，
其中，所述电子阻挡层包含至少两种材料，并且其中所述至少两种材料层叠。
2.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述透明电极是ITO并且所述黄铜矿材料是CuInGaS。
3.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层的厚度为10nm。
4.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层的势垒为0.6～1.3eV。
5.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层的势垒为1.0～1.3eV。
6.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层包含NiO、Cu2O和ZnRh2O4中的至少一种。
7.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层的厚度为4～10nm。
8.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述电子阻挡层的厚度为6～10nm。
9.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述透明电极是ITO，所述电子阻挡层包含Cu2O，所述电子阻挡层的势垒为1.3eV，以及所述电子阻挡层的厚度为6～10nm。
10.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述至少两种材料是Cu2O在ZnRh2O4上。
11.一种固态成像元件的制造方法，包括：
形成包含黄铜矿材料的光电转换部；
在所述光电转换部的光入射侧形成透明电极；和
在所述光电转换部和所述透明电极之间形成电子阻挡层，
其中，所述电子阻挡层包含至少两种材料，并且其中所述至少两种材料层叠。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述透明电极是ITO并且所述黄铜矿材料是CuInGaS。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述电子阻挡层的厚度为10nm。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述电子阻挡层的势垒为0.6～1.3eV。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述电子阻挡层的势垒为1.0～1.3eV。
16.如权利要求11所述的方法，其中所述电子阻挡层包含NiO、Cu2O和ZnRh2O4中的至少一种。
17.如权利要求11所述的方法，其中所述电子阻挡层包含NiO并且所述电子阻挡层的厚度为4～10nm。
18.一种电子设备，包括：
固态成像元件，包括：
基板；
在所述基板的光入射侧上形成的包含黄铜矿材料的光电转换部；
在所述光电转换部的光入射侧的透明电极；和
在所述光电转换部和所述透明电极之间形成的电子阻挡层，
其中，所述电子阻挡层包含至少两种材料，并且其中所述至少两种材料层叠。
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