[發明專利]半導體裝置、固態成像元件和電子設備

在審

• 申請號: 201480048183.2
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN105531822A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 小林正治;巖淵信;柴山利一;鈴木守;丸山俊介
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L27/14;H04N5/357;H04N5/374
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 梁興龍;曹正建

技術領域

本公開涉及一種半導體裝置、固態成像元件和電子設備，特別是涉 及一種可以抑制由于熱載流子發光造成的不利影響的半導體裝置、固態 成像元件和電子設備。

背景技術

近年來，電子式相機日益廣泛地應用，并且對于作為它們的中心部 件的固態成像元件(圖像傳感器)的需求越來越高。實現較高圖像質量和較 高功能的技術發展在固態成像元件的性能方面持續。另一方面，隨著普 及到移動電話、PDA、筆記本型個人電腦等，更不用說視頻相機和移動 攝像機，對于固態成像元件及其部件必須小型化、輕量化和薄型化，以 便促進便攜性，并且為了擴大普及而必須降低成本。

一般地，在固態成像裝置中，光電轉換元件、放大器電路、用于圖 像處理的周邊電路以及用于連接元件和電路的多層配線層形成在硅基板 的第一主面(光接收面)側。固態成像裝置具有其中蓋玻璃放在芯片的第一 主面上的結構，微透鏡、濾色片等集光結構在其上形成，并且端子形成 在第一主面的外周側或在芯片的第二主面側。

為了實現固態成像裝置的更高功能和更高速度，周邊電路的規模增 大，并且周邊電路的處理速度提高。當試圖改善作為提高圖像質量的措 施的灰階表示(分辨率)時，必須提高電壓。另一方面，為了實現較低的成 本，期望像素單元和周邊電路彼此接近地配置，以使芯片尺寸盡可能小。

然而，在這種情況下，由于光電轉換元件和周邊電路彼此接近地形 成，所以發生圖像傳感器的特有問題。由于光電轉換元件處理微小的載 流子(電子)作為信號，所以很可能的是來自周邊電路的熱和電磁場的影響 作為噪聲混入。此外，從晶體管和二極管發出的微小的熱載流子發光對 于圖像傳感器的特性具有很大的影響。

熱載流子發光是由于當在源極和漏極之間加速的載流子在漏極端發 生碰撞電離時產生的電子和空穴的生成和再結合或者由于電子和空穴中 的任一種的狀態遷移而發生的發光。即使在特性方面沒有任何問題的晶 體管中也穩定地發生發光，盡管在較低的水平。發光量隨著施加到晶體 管上的電壓升高而呈指數關系增加。

當晶體管處于高速操作中時，發光量也增加。由于發光在所有方向 上擴散，所以隨著距離晶體管的距離變大，影響變小；但是，當光電轉 換元件和電路非常彼此接近地配置時，發光不會擴散這么多，并且相當 數量的光子注入到光電轉換元件中。由于擴散不充分，所以由于電路中 的晶體管的配置密度和有源晶體管的比例的差異而發生的熱載流子發光 的發生分布在作為二維信息的圖像中不希望地出現。因此，為了將進入 光電轉換元件的注入量抑制到檢測限以下而設計用于遮光的結構是需要 的。

類似的影響也可能發生于高感度模擬元件，不限于光電轉換元件。 例如，在諸如閃存等器件中，由于朝向更高密度和多值操作的動作已被 推進，所以擔心當從外部混入噪聲時會發生的保留值的變化。

為了解決這樣的問題，在專利文獻1和2中，在光電轉換元件和周 邊電路之間設計用于抑制光傳播的遮光結構。

例如，在專利文獻1公開的技術中，如專利文獻1的圖7所示，高 度大約等于或大于光電轉換元件的高度的遮光結構或者折射光的結構形 成在半導體基板內，從而抑制由從周邊電路產生的熱載流子發光引起的 光的傳播。此外，如專利文獻1的圖16所示，提供了其中形成被設計防 止近紅外光反射的防反射膜以防止在晶體管中產生的光到達背面側并被 反射的結構。

同樣，在專利文獻2公開的技術中，如專利文獻2的圖7所示，遮 光元件形成在周邊電路中產生的光的行進路徑上，由此入射到光電轉換 元件上的光被抑制。

在專利文獻1公開的技術中，如專利文獻1的圖7和圖18所示，遮 光結構的深度形成為大約等于或大于光電轉換元件的深度或者形成為抑 制在周邊電路部中產生的空穴的傳播的深度。在這種結構的情況下，盡 管可以阻擋從周邊電路朝向光電轉換元件的直線傳播的成分，但是光具 有波動成分，因此通過繞過遮光結構下方而傳播。即，深度大約等于光 電轉換元件的深度的遮光結構不能提供足夠的遮光效果，并且光通過穿 過遮光結構下方的空間而傳播。即使空穴的傳播被成功地阻擋，由于大 部分空穴在周邊電路的近旁再結合并變成光成分，所以也存在通過空穴 傳播阻擋造成的很小抑制效果。