專利名稱：固態(tài)成像裝置及其制造方法、驅(qū)動方法、以及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置，特別是涉及具有全域快門(globalshutter)功能的 CMOS型固態(tài)成像裝置及其制造方法。另外，本發(fā)明涉及該固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法以及使 用該固態(tài)成像裝置的電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，攝像機和電子靜態(tài)照相機等一般被廣泛普及。在上述的相機中使用 (XD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)型或放大型的固態(tài)成像裝置。在放大型 的固態(tài)成像裝置中，將通過受光像素的光電轉(zhuǎn)換部生成并蓄積的信號電荷導向設(shè)置在 像素上的放大部，并從像素輸出通過放大部放大的信號。并且，在放大型的固態(tài)成像裝 置中，例如包括在放大部采用貼合型場效應(yīng)晶體管的固態(tài)成像裝置以及在放大部采用 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)晶體管的 CMOS型固態(tài)成像裝置等。以往，在一般的CMOS型固態(tài)成像裝置中，采用針對每一行依次讀出通過二維矩陣 狀地排列的各個像素的光電轉(zhuǎn)換部生成并蓄積的信號電荷的方式。在該情況下，各個像素 的光電轉(zhuǎn)換部中的曝光定時由于通過信號電荷的讀出開始以及讀出結(jié)束來確定，因此在每 一個像素上的曝光的定時不同。因此，當使用上述CMOS型固態(tài)成像裝置來對高速運動的拍 攝體進行圖像捕獲時，存在拍攝體在變形的狀態(tài)下被捕獲圖像的問題。為了解決上述問題，近年來提出了實現(xiàn)信號電荷的蓄積的同時刻性的成像功能 (全域快門功能)，另外，具有全域快門功能的CMOS型固態(tài)成像裝置的用途也開始增多。在具有全域快門功能的CMOS型固態(tài)成像裝置中，通常為了將通過光電轉(zhuǎn)換部生 成的信號電荷蓄積至讀出時，而需要具有遮光性的蓄積電容部(例如，參考專利文獻1)。在 上述以往的CMOS型固態(tài)成像裝置中，在同時曝光全部像素之后，將通過各個光電轉(zhuǎn)換部生 成的信號電荷在全部像素上同時地傳輸給各個蓄積電容部并由該蓄積電容部暫時蓄積，并 在預(yù)定的讀出定時將該信號電荷依次轉(zhuǎn)換為像素信號。專利文獻1 日本專利文獻特開2004-111590號公報。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在以往的具有全域快門功能的CMOS型固態(tài)成像裝置中，需要將光電轉(zhuǎn)換部 和蓄積電容部制成在襯底的同一平面上，芯片面積的增大將不可避免。此外，在逐年步入縮 小化和多像素化的市場上，由于芯片面積的增大而引起成本增加的負擔正在變嚴重。另外， 在將光電轉(zhuǎn)換部和蓄積電容部形成在襯底的同一平面的情況下，由于襯底的面積采用于蓄 積電容部，因而存在光電轉(zhuǎn)換部的受光面積變小的問題。鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種縮小了形成固態(tài)成像裝置的芯片面積并降低了單個芯片的成本的固態(tài)成像裝置。另外，提供一種通過使用該固態(tài)成像裝置而實現(xiàn)小型化的 電子設(shè)備。
為解決上述問題并達成本發(fā)明的目的，本發(fā)明的固態(tài)成像裝置通過將形成光電轉(zhuǎn) 換部的第一襯底與形成多個MOS晶體管的第二襯底貼合而構(gòu)成。另外，在第一襯底或者第 二襯底形成電荷蓄積電容部。光電轉(zhuǎn)換部是生成并蓄積對應(yīng)于入射光的信號電荷的區(qū)域。另外，電荷蓄積電容 部是蓄積從光電轉(zhuǎn)換部傳輸?shù)男盘栯姾傻膮^(qū)域。另外，多個MOS晶體管被構(gòu)成為用于傳輸 電荷蓄積電容部所蓄積的信號電荷。并且，通過這些光電轉(zhuǎn)換部、電荷蓄積電容部以及多個 MOS晶體管形成像素。另外，在第一襯底和第二襯底分別形成連接電極，第一襯底和第二襯 底通過連接電極電連接。在本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，第一襯底和第二襯底通過連接電極電連接，由此第 一襯底和第二襯底被一體化。另外，由于在第一襯底形成光電轉(zhuǎn)換部，在第二襯底形成多個 MOS晶體管，因此能夠較大地確保形成在第一襯底的光電轉(zhuǎn)換部的面積。本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的制造方法包括在第一襯底上形成生成并蓄積對應(yīng)于入 射光的信號電荷的光電轉(zhuǎn)換部以及形成被形成為從第一襯底表面露出的連接電極的步驟。 另外，包括在第一襯底或者第二襯底形成蓄積從光電轉(zhuǎn)換部傳輸?shù)男盘栯姾傻碾姾尚罘e電 容部的步驟。另外，包括在第二襯底上形成用于順序傳輸電荷蓄積電容部所蓄積的信號電 荷的多個MOS晶體管和在第一襯底上形成被形成為從第二襯底表面露出的連接電極的步 驟。另外，包括在第二襯底上部的光入射側(cè)貼合第一襯底使得在第二襯底表面露出的連接 電極和在第一襯底表面露出的連接電極電連接的步驟。本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的制造方法包括如下步驟在上述的本發(fā)明的固態(tài)成像裝 置中在全部像素上同時刻地開始光電轉(zhuǎn)換部中的信號電荷的蓄積；在全部像素上同時刻地 將在光電轉(zhuǎn)換部中蓄積的信號電荷傳輸給電荷蓄積電容部。并且，包括針對每個像素，經(jīng)由 MOS晶體管順序傳輸所述電荷蓄積電容部所蓄積的信號電荷的步驟。本發(fā)明的電子設(shè)備包括光學透鏡、上述的本發(fā)明的固態(tài)成像裝置以及處理從固態(tài) 成像裝置輸出的輸出信號的信號處理電路。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，縮小了形成固態(tài)成像裝置的芯片面積，并且降低了單個芯片的成本。 另外，通過使用本發(fā)明的固態(tài)成像裝置，獲得實現(xiàn)小型化的電子設(shè)備。


圖1是示出本發(fā)明的第一實施方式的固態(tài)成像裝置的整體的簡要構(gòu)成圖；圖2是示出本發(fā)明的第一實施方式的固態(tài)成像裝置的一個像素的簡要截面構(gòu)成 圖；圖3是示出本發(fā)明的第一實施方式的固態(tài)成像裝置的制造過程中的簡要截面構(gòu) 成圖；圖4是第一襯底中的第一連接電極和第二連接電極的制造工序圖、以及第二襯底 中的第一連接電極和第二連接電極的制造工序圖(之一)；圖5是第一襯底中的第一連接電極和第二連接電極的制造工序圖、以及第二襯底 中的第一連接電極和第二連接電極的制造工序圖(之二)；圖6是第一襯底中的第一連接電極和第二連接電極的制造工序圖、以及第二襯底中的第一連接電極和第二連接電極的制造工序圖(之三)；圖7是第一襯底中的第一連接電極和第二連接電極與第二襯底中的第一連接電 極和第二連接電極的貼合方法的示意圖；圖8是第一襯底中的第一連接電極和第二連接電極與第二襯底中的第一連接電 極和第二連接電極的貼合方法的示意圖；圖9是本發(fā)明的第一實施方式中的固態(tài)成像裝置的一個像素的電路結(jié)構(gòu)；圖10是本發(fā)明的第一實施方式中的固態(tài)成像裝置的鄰接的兩行兩列上的四個像 素的電路結(jié)構(gòu)；圖11是示出本發(fā)明的第一實施方式中的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法的時間圖的一 個例子；圖12是本發(fā)明的第二實施方式的固態(tài)成像裝置的簡要截面構(gòu)成圖；圖13是本發(fā)明的第三實施方式的電子設(shè)備的簡要構(gòu)成圖。
具體實施例方式下面，參考圖1 13來說明本發(fā)明的實施方式的固態(tài)成像裝置及其制造方法以及 電子設(shè)備的一個例子。根據(jù)以下順序來說明本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明并不限定于以下例子。1.第一實施方式固態(tài)成像裝置1. 1固態(tài)成像裝置整體的構(gòu)成1. 2主要部分的構(gòu)成1. 3固態(tài)成像裝置的制造方法1. 4固態(tài)成像裝置的電路構(gòu)成1. 5固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法2.第二實施方式固態(tài)成像裝置3.第三實施方式電子設(shè)備<1.第一實施方式固態(tài)成像裝置>[1. 1固態(tài)成像裝置整體的構(gòu)成]圖1是示出本發(fā)明的第一實施方式的固態(tài)成像裝置1的整體的簡要構(gòu)成圖。本實施方式例子的固態(tài)成像裝置1包括由排列在襯底11上的多個像素2構(gòu)成的 像素部3，所述襯底11由硅形成；垂直驅(qū)動電路4 ；列信號處理電路5 ；水平驅(qū)動電路6 ；輸 出電路7;以及控制電路8。像素2包括由光電二極管構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換部、電荷蓄積電容部以及多個MOS晶體 管，并且多個所述像素2 二維矩陣狀地規(guī)則排列在襯底11上。構(gòu)成像素2的MOS晶體管可 以是由傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、選擇晶體管以及放大晶體管組成的四個MOS晶體管，另外 也可以是去除選擇晶體管之后的三個MOS晶體管。像素部3由規(guī)則地排列成二維矩陣狀的多個像素2構(gòu)成。像素部3由有效像素區(qū)域和黑基準像素區(qū)域(圖中沒有示出)構(gòu)成，其中，有效像素區(qū)域?qū)嶋H接受光并將通過光電 轉(zhuǎn)換生成的信號電荷放大后讀出至列信號處理電路5，黑基準像素區(qū)域用于輸出作為黑色 電平的基準的光學黑色。黑基準像素區(qū)域通常形成在有效像素區(qū)域的周圍部。
控制電路8基于垂直同步信號、水平同步信號以及主時鐘，生成作為垂直驅(qū)動電 路4、列信號處理電路5以及水平驅(qū)動電路6等進行動作的基準的時鐘信號和控制信號等。 然后，通過控制電路8生成的時鐘信號和控制信號等被輸入垂直驅(qū)動電路4、列信號處理電 路5以及水平驅(qū)動電路6等。垂直驅(qū)動電路4例如由移位寄存器構(gòu)成，并以行為單位依次沿垂直方向選擇性地 掃描像素部3的各個像素2。并且，將基于信號電荷的像素信號通過垂直信號線提供給列信 號處理電路5，其中信號電荷是在各個像素2的光電二極管中根據(jù)受光量而生成的。列信號處理電路5對應(yīng)像素2的例如每一列而配置，其對于從一行像素2輸出的 信號，按照每一像素列通過來自黑色基準像素區(qū)域(圖中雖未示出，但其形成在有效像素 區(qū)域的周圍)的信號進行去噪或信號放大等信號處理。在列信號處理電路5 的輸出級與水 平信號線10之間設(shè)置有水平選擇開關(guān)(圖中沒有示出)。水平驅(qū)動電路6例如由移位寄存器構(gòu)成，其通過依次輸出水平掃描脈沖來順序選 擇每一個列信號處理電路5，以從每一個列信號處理電路5向水平信號線10輸出像素信號。輸出電路7對從每一個列信號處理電路5通過水平信號線10依次提供而來的信 號進行信號處理后將其輸出。[1-2主要部分的構(gòu)成]接下來，使用圖2 3來說明本實施方式例子的固態(tài)成像裝置1的主要部分的簡 要構(gòu)成。圖2是本實施方式的固態(tài)成像裝置1的一個像素的簡要截面構(gòu)成圖，圖3是圖2 所示固態(tài)成像裝置的制造過程中的簡要截面構(gòu)成圖。如圖1所示，本實施例的固態(tài)成像裝置1包括形成光電轉(zhuǎn)換部PD的第一襯底80、 以及形成電荷蓄積電容部61和多個MOS晶體管的第二襯底81。并且，第一襯底80和第二 襯底81被層疊貼合。另外，形成光電轉(zhuǎn)換部PD的第一襯底80側(cè)被構(gòu)成為入射光L的光入 射面，在第一襯底80的光入射面上形成濾色器59以及片上透鏡60。使用圖3來詳細說明第一襯底80和第二襯底81的構(gòu)成。首先說明第一襯底80。如圖3的A所示，第一襯底80包括光電轉(zhuǎn)換部PD ；形成雜質(zhì)區(qū)域16的半導體襯 底12，所述雜質(zhì)區(qū)域16被設(shè)置為第一傳輸晶體管Trl的漏極；以及形成在所述半導體襯底 12上部的多層配線層17。半導體襯底12由N型的硅襯底形成，在該半導體襯底12上部形成P型阱層13。P 型阱層13能夠通過在半導體襯底12上離子注入P型雜質(zhì)來形成。光電轉(zhuǎn)換部PD包括N型阱層14、以及位于與N型阱層14鄰接的區(qū)域并形成在P 型阱層13的表面?zhèn)鹊腜+型雜質(zhì)區(qū)域15，所述N型阱層14形成在P型阱層13中。N型阱 層14通過向P型阱層13的期望的區(qū)域離子注入N型雜質(zhì)來形成。另外，P+型雜質(zhì)區(qū)域15 通過向P型阱層13的期望的區(qū)域高濃度地離子注入P型雜質(zhì)來形成。在該光電轉(zhuǎn)換部PD 中，通過P+型雜質(zhì)區(qū)域15與N型阱層14的pn結(jié)以及N型阱層14與P型阱層13的pn結(jié) 的效應(yīng),而構(gòu)成HAD (Hole Accumulation Diode 注冊商標)構(gòu)造。在具有上述構(gòu)造的光電轉(zhuǎn)換部PD中，生成對應(yīng)于入射的光L的光量的信號電荷， 在形成于P+型雜質(zhì)區(qū)域15與N型阱層14之間的耗盡層蓄積經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的信號電荷。雜質(zhì)區(qū)域16形成在P型阱層13表面?zhèn)扰c光電轉(zhuǎn)換部PD相距預(yù)定距離的區(qū)域上，其被設(shè)置為暫時地蓄積從光電轉(zhuǎn)換部PD傳輸過來的信號電荷的區(qū)域。該雜質(zhì)區(qū)域16通過 向P型阱層13的期望的區(qū)域高濃度地離子注入N型雜質(zhì)來形成。在本實施方式例子中，光電轉(zhuǎn)換部PD與雜質(zhì)區(qū)域16之間的區(qū)域被設(shè)置為第一傳 輸晶體管Trl的溝槽部。多層配線層17形成在半導體襯底12的形成有光電轉(zhuǎn)換部PD或雜質(zhì)區(qū)域16的P 型阱層13上部。在多層配線層17中，經(jīng)由層間絕緣膜18層疊著構(gòu)成第一傳輸晶體管Trl 的柵極電極19、形成在柵極電極19上部的第一配線層Ml、以及形成在第一配線層Ml上部 的第二配線層M2。柵極電極19經(jīng)由未圖示的柵極絕緣膜形成在光電轉(zhuǎn)換部PD和雜質(zhì)區(qū)域16之間 的溝槽部上部，所述光電轉(zhuǎn)換部PD形成于P型阱層13。在第一配線層Ml中，分別構(gòu)成第一連接配線23與第二連接配線22。第一連接配 線23經(jīng)由形成在層間絕緣膜18上的接觸部21與雜質(zhì)區(qū)域16連接。另外，第二連接配線 22經(jīng)由形成在層間絕緣膜18的接觸部20與柵極電極19連接。在第二配線層M2中，分別構(gòu)成第一連接電極27與第二連接電極26。第一連接電 極27和第二連接電極26被形成為在多層配線層17表面上露出。第一連接電極27經(jīng)由形 成在層間絕緣膜18的接觸部24與由第一配線層Ml構(gòu)成的第一連接配線23連接。另外， 第二連接電極26經(jīng)由形成在層間絕緣膜18的接觸部25與由第一配線層Ml構(gòu)成的第二連 接配線22連接。在具有以上構(gòu)成的第一襯底80中，半導體襯底12的與形成第一連接電極27和第二連接電極26那側(cè)相反的一側(cè)為光入射側(cè)。另外，第一襯底中的半導體襯底12通過后面 的工序而被去除至預(yù)定的厚度(后面會進行說明)。接下來，說明第二襯底81。如圖3的B所示，第二襯底81包括形成有作為多個MOS晶體管的源極/漏極的雜 質(zhì)區(qū)域30、31、32、34、35的半導體襯底28、以及形成在該半導體襯底28上部的多層配線層 36。并且，在多層配線層36中形成電荷蓄積電容部61。在本實施方式例子中，形成在第一 襯底81上的多個MOS晶體管為第二傳輸晶體管Tr2、復(fù)位晶體管Tr3、放大晶體管Tr4以及 選擇晶體管Tr5。半導體襯底28由N型硅襯底形成，在該半導體襯底28上部形成P型阱層29。P 型阱層29能夠通過在半導體襯底28上離子注入P型雜質(zhì)來形成。構(gòu)成第二傳輸晶體管Tr2、復(fù)位晶體管Tr3、放大晶體管Tr4以及選擇晶體管Tr5 的各雜質(zhì)區(qū)域30、31、32、34、35分別形成在P型阱層29表面?zhèn)鹊钠谕膮^(qū)域。上述的雜質(zhì) 區(qū)域30、31、32、34、35通過向P型阱層29的期望的區(qū)域高濃度地離子注入N型雜質(zhì)來形成。雜質(zhì)區(qū)域30被作為第二傳輸晶體管Tr2的源極。另外，雜質(zhì)區(qū)域31被共享地作 為第二傳輸晶體管Tr2的漏極和復(fù)位晶體管Tr3的源極，并作為讀出信號電荷的浮動擴散 區(qū)域來使用。另外，雜質(zhì)區(qū)域32被共享地作為復(fù)位晶體管Tr3的漏極和放大晶體管Tr4的 源極。另外，雜質(zhì)區(qū)域34被共享地作為放大晶體管Tr4的漏極和選擇晶體管Tr5的源極。 另外，雜質(zhì)區(qū)域35被作為選擇晶體管Tr5的漏極。并且，各雜質(zhì)區(qū)域30、31、32、34、35之間 的P型阱層29區(qū)域被作為構(gòu)成各MOS晶體管的溝槽部。多層配線層36形成在半導體襯底28的、形成雜質(zhì)區(qū)域30、31、32、34、35的P型阱層29上部。在多層配線層36中，經(jīng)由層間絕緣膜37層疊著構(gòu)成各個MOS晶體管的柵極電 極38、39、40、41、第一配線層Ml，、第二配線層M2，以及第三配線層M3，。各個柵極電極38、39、40、41經(jīng)由未圖示的柵極絕緣膜形成在構(gòu)成各MOS晶體管的 溝槽部上。形成在雜質(zhì)區(qū)域30和雜質(zhì)區(qū)域31之間的P型阱層29上部的柵極電極38被作 為第二傳輸晶體管Tr2的柵極電極38。另外，形成在雜質(zhì)區(qū)域31和雜質(zhì)區(qū)域32之間的P 型阱層29上部的柵極電極39被作為復(fù)位晶體管Tr3的柵極電極。另外，形成在雜質(zhì)區(qū)域 32和雜質(zhì)區(qū)域34之間的P型阱層29上部的柵極電極40被作為放大晶體管Tr4的柵極電 極。另外，形成在雜質(zhì)區(qū)域34和雜質(zhì)區(qū)域35之間的P型阱層29上部的柵極電極41被作 為選擇晶體管Tr5的柵極電極。第一配線層Ml，經(jīng)由層間絕緣膜37形成在柵極電極38、39、40、41上部，在該第一 配線層Ml’中分別構(gòu)成第一連接配線50、第二連接配線49、選擇配線48以及垂直信號配線 9。第一連接配線50經(jīng)由形成在層間絕緣膜37的接觸部42與作為第二傳輸晶體管Tr2的 源極的雜質(zhì)區(qū)域30連接。第二連接配線49經(jīng)由形成在層間絕緣膜37的接觸部43、44分 別與雜質(zhì)區(qū)域31和放大晶體管Tr4的源極電極40連接。即，通過第二連接配線49，將作為 浮動擴散區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)域31與放大晶體管Tr4的柵極電極40電連接。另外，選擇配線48 經(jīng)由形成在層間絕緣膜37的接觸部45與選擇晶體管Tr5的柵極電極41連接。并且，通過 選擇配線48向選擇晶體管Tr5的柵極電極41供應(yīng)選擇脈沖。另外，垂直信號線9經(jīng)由形 成在層間絕緣膜37上的接觸部46與作為選擇晶體管Tr5的漏極的雜質(zhì)區(qū)域35連接。在第二配線層M2’中，構(gòu)成第三連接配線52和電荷保持用電極51。第三連接配 線52經(jīng)由形成在層間絕緣膜37的接觸部47與第一連接配線50連接。另外，電荷保持用 電極51延伸地形成在預(yù)定的區(qū)域上。該電荷保持用電極51是構(gòu)成電荷蓄積電容部61的 電極(后面會進行說明)。因此，電荷保持用電極51被形成為可充分得到電荷蓄積電容部 61的電容值的大小。另外，在該電荷保持用電極51上連接著形成在第二襯底81的多層配 線層36的第一傳輸配線(圖中沒有示出)，從第一傳輸配線向電荷保持用電極51供應(yīng)第一 傳輸脈沖。并且，在第二配線層M2’的第三連接配線52和電荷保持用電極51上部形成介電 體層53，第三配線層M3’經(jīng)由介電體層53形成在第二配線層M2’上部。S卩，介電體層53夾 在第二配線層M2’和第三配線層M3’之間。作為該介電體層53的材料，可以使用作為高介 電體材料的TaO、HfO, AlO等。在第三配線層M3，中，分別構(gòu)成第一連接電極56和第二連接電極57，第一連接電 極56和第二連接電極57被形成為在多層配線層36表面上露出。第一連接電極56經(jīng)由形 成在介電體層53的接觸部55與由第二配線層M2’構(gòu)成的第三連接配線52連接，并延伸地 形成在通過第二配線層M2’構(gòu)成的電荷保持用電極51上部。另外，第二連接電極57經(jīng)由 形成在介電體層53的接觸部54與由第二配線層M2’構(gòu)成的電荷保持用電極51連接。在 本實施方式例子中，通過電荷保持用電極51和經(jīng)由介電體層53形成在其上部的第一連接 電極56形成電荷蓄積電容部61。在圖3的B中省略圖示，但在第二傳輸晶體管Tr2的柵極電極38上連接有用于供 應(yīng)第二傳輸脈沖的第二傳輸配線。同樣地，在復(fù)位晶體管Tr3的柵極電極39上也連接有用 于供應(yīng)復(fù)位脈沖的復(fù)位配線。并且，上述的第二傳輸配線和復(fù)位配線通過形成在多層配線層36的期望的配線層來形成。并且，在本實施方式例子的固態(tài)成像裝置1中，在第二襯底81上部層疊第一襯底 80，以使得第一襯底80和第二襯底81相互的第一連接電極56、19以及第二連接電極57、26 彼此連接。然后，通過將第一襯底80和第二襯底貼合，構(gòu)成第一傳輸晶體管Trl的雜質(zhì)區(qū) 域16、電荷蓄積電容部61以及構(gòu)成第二傳輸晶體管Tr2的雜質(zhì)區(qū)域30電連接。另外，在本 實施方式例子的固態(tài)成像裝置1中，通過在層疊第一襯底80與第二襯底81后進行貼合，光 電轉(zhuǎn)換部PD和電荷蓄積電容部61被立體地層疊。另外，在本實施方式例子的固態(tài)成像裝置1中，第一連接電極56兼用作遮光膜，作 為第二傳輸晶體管Tr2的源極的雜質(zhì)區(qū)域30被第一連接電極56遮光。因此，由于抑制光 向雜質(zhì)區(qū)域30入射而抑制產(chǎn)生不需要的信號電荷，因此降低了混色。并且，在該情況下，優(yōu) 選對除了光電轉(zhuǎn)換部PD的開口部位以外的所有區(qū)域進行遮光。接下來，說明層疊第一襯底80和第二襯底81而形成的本實施方式例子的固態(tài)成 像裝置1的制造方法。[1. 3固態(tài)成像裝置的制造方法]圖4的A、圖5的A、圖6的A是第一襯底80中的第一連接電極27和第二連接電 極26的制造工序圖，圖4的B、圖5的B、圖6的B是第二襯底81中的第一連接電極56和 第二連接電極57的制造工序圖。另外，圖7和圖8是示出了第一連接電極27、56以及第二 連接電極26、57彼此之間的貼合方法的圖。由于形成第一襯底80中的第一連接電極27和 第二連接電極26、以及形成第二襯底81中的第一連接電極56和第二連接電極57的前級的 工序與一般的固態(tài)成像裝置的制造方法相同，因此省略說明。另外，在圖4 圖8中，對與 圖2、圖3對應(yīng)的部分標注相同的標號。如圖4的A所示，在第一襯底80上，在形成覆蓋第一配線層Ml的層間絕緣膜18 之后，形成由第二配線層M2構(gòu)成的第一連接電極27和第二連接電極26。第一連接電極27 被形成為經(jīng)由接觸部24與第一連接配線23連接，另外，第二連接電極26被形成為經(jīng)由接 觸部25與第二連接配線22連接。如圖4的B所示，同樣地，在第二襯底81上，在形成覆蓋第二配線層M2’的層間絕 緣37之后，形成由第三配線層M3’構(gòu)成的第一連接電極56和第二連接電極57。第一連接 電極56被形成為經(jīng)由接觸部55與第三連接配線52連接，另外，第二連接電極57被形成為 經(jīng)由接觸部54與電荷保持用電極51連接。并且，在本實施方式例子中，上述的第一連接電極27、56以及第二連接電極26、57 各自通過鋁形成。然后，如圖5的A所示，在第一襯底80上形成由鋁構(gòu)成的第一連接電極27和第二 連接電極26之后，涂布粘結(jié)劑以使該粘結(jié)劑覆蓋第一連接電極27和第二連接電極26，從而 形成粘結(jié)劑層18a。同樣地，如圖5的B所示，在第二襯底81上形成由鋁構(gòu)成的第一連接電極56和第二連接電極57之后，涂布粘結(jié)劑以使該粘結(jié)劑覆蓋第一連接電極56和第二連接電極57，從 而形成粘結(jié)劑層37a。該粘結(jié)劑層18a、37a兼用作層間絕緣膜18、37。然后，如圖6所示，通過氧化等離子蝕刻去除結(jié)劑層18a、37a，使第一襯底80和第二襯底81的第一連接電極27、56以及第二連接電極26、57的表面露出。然后，例如通過氬 濺射將每一個電極表面激活，形成激活層18b、37b。然后，如圖7所示那樣地進行壓接，以使第一襯底80的激活層18b貼合在第二襯 底81的激活層37b上。這樣一來，通過將激活的電極表面彼此之間壓接，第一襯底80和第 二襯底81被一體化，并且各自的第一連接電極27與第一連接電極56以及第二連接電極26 與第二連接電極57相互電貼合。通過如上述那樣地貼合，第一襯底80和第二襯底81被一體化并電連接。 如圖8所示，在第一襯底80與第二襯底81連接之后，通過蝕刻去除第一襯底80 的光入射側(cè)的半導體襯底12，為了實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換部PD的功能(為了通過光電轉(zhuǎn)換部PD來 吸收光)弄薄至需要的厚度。如圖2所示，然后，在第一襯底80上部的光入射面?zhèn)纫来涡纬蔀V色器59和片上透 鏡60等，從而完成本實施方式例子的固態(tài)成像裝置1。濾色器59和片上透鏡60等是與一 般的固態(tài)成像裝置的制造方法同樣地形成的。[1. 4固態(tài)成像裝置的電路構(gòu)成]接下來，使用圖9來說明本實施方式例子的固態(tài)成像裝置1的驅(qū)動方法。圖9是 本實施方式例子的固態(tài)成像裝置1的一個像素的電路構(gòu)成，圖10是相鄰的兩行以及兩列上 的四個像素的電路構(gòu)成。圖9的線a是形成在第一襯底80的第一連接電極27及第二連接電極26與形成 在第二襯底81的第一連接電極56及第二連接電極57的電極連接面。作為光電轉(zhuǎn)換部PD的光電二極管的陽極側(cè)接地，陰極側(cè)連接在第一傳輸晶體管 Trl的源極。另外，在圖2中省略圖示，但如圖9、圖10所示那樣地在第一襯底80上構(gòu)成有 光電轉(zhuǎn)換部用復(fù)位晶體管Tr6，光電轉(zhuǎn)換部用復(fù)位晶體管Tr6的漏極連接在光電轉(zhuǎn)換部PD 的陰極側(cè)。在光電轉(zhuǎn)換部用復(fù)位晶體管Tr6的源極上連接用于施加電源電壓VDD的電源電 壓配線85。另外，在光電轉(zhuǎn)換部用復(fù)位晶體管Tr6的柵極電極62上連接用于供應(yīng)復(fù)位脈沖 Φ PDRST的復(fù)位配線75。第一傳輸晶體管Trl的漏極經(jīng)由構(gòu)成電荷蓄積電容部61的第一連接電極56與第 二傳輸晶體管Tr2的源極連接。在第一傳輸晶體管Trl的柵極電極38上連接供應(yīng)第一傳 輸脈沖Φ TRGl的第一傳輸配線84。另外，第一傳輸配線84連接在構(gòu)成電荷蓄積電容部61 的電荷保持用電極51。第二傳輸晶體管Tr2的漏極與復(fù)位晶體管Tr3的源極連接，并且與放大晶體管Tr4 的柵極電極40連接。在第二傳輸晶體管Tr2的柵極電極38上連接用于供應(yīng)第一傳輸脈沖 ΦΤΚ62的第二傳輸配線63。在復(fù)位晶體管Tr3的漏極上連接用于施加電源電壓VDD的電源電壓配線88，在復(fù) 位晶體管Tr3的柵極電極39上連接用于供應(yīng)復(fù)位脈沖CtRST的復(fù)位配線64。在放大晶體管Tr4的源極上連接用于施加電源電壓VDD的電源電壓配線88，放大 晶體管Tr4的漏極連接在選擇晶體管Tr5的源極。在選擇晶體管Tr5的柵極電極41上連接用于供應(yīng)選擇脈沖Φ SEL的選擇配線48， 選擇晶體管Tr5的漏極連接在垂直信號線9。并且，如圖10所示，在二維矩陣狀地排列像素2的固態(tài)成像裝置1中，各柵極電極38、39、41與針對每一行共享的第二傳輸配線63、復(fù)位配線64以及選擇配線48連接。并 且，從垂直驅(qū)動電路4供應(yīng)輸入到各柵極電極38、39、41的第二傳輸脈沖ctTRG2、復(fù)位脈沖 Φ RST以及選擇脈沖(tSEL。另外，從垂直驅(qū)動電路4供應(yīng)復(fù)位脈沖Φ PDRST和第一傳輸脈 沖c^TRGl，所述復(fù)位脈沖CtPDRST被供應(yīng)到光電轉(zhuǎn)換部用復(fù)位晶體管Tr6的柵極電極62，所述第一傳輸脈沖ΦΤΙ^Ι被供應(yīng)到第一傳輸晶體管Trl的柵極電極19(圖中沒有示出)。另外，選擇晶體管Tr5的漏極與每一列共享的垂直信號線9連接。在垂直信號線9的后級連接被設(shè)置在每一列的列信號處理電路5。并且，在列信號 處理電路5的后級連接被輸入來自水平驅(qū)動電路6的水平選擇脈沖的水平晶體管Tr7。[1. 5固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法]接下來，使用圖11所示的時間圖以及圖10的電路構(gòu)成來說明具有以上電路構(gòu)成 的固態(tài)成像裝置1的驅(qū)動方法。首先，通過將復(fù)位脈沖Φ PDRST設(shè)為高并同時接通全部像素的光電轉(zhuǎn)換部用復(fù)位 晶體管Tr6，從而執(zhí)行復(fù)位以使全部像素的光電轉(zhuǎn)換部PD的電位變?yōu)榕c電源電壓VDD相同 的電位。即，通過上述動作，排出了蓄積在全部像素的光電轉(zhuǎn)換部PD中的無用電荷，并將光 電轉(zhuǎn)換部PD的電位復(fù)位為固定值(VDD)。接著，將復(fù)位脈沖CtPDRST設(shè)為低并同時斷開全部像素的光電轉(zhuǎn)換部用復(fù)位晶體 管Tr6，在全部像素的光電轉(zhuǎn)換部PD中開始信號電荷的生成/蓄積。信號電荷根據(jù)入射到 光電轉(zhuǎn)換部PD的光的光量被生成，生成的信號電荷被蓄積在通過光電轉(zhuǎn)換部PD中的pn結(jié) 的效應(yīng)產(chǎn)生的勢阱。此時，假定蓄積在電荷蓄積部61中的信號電荷在之前的讀出時依次被 讀出，因而電荷蓄積部61變空，但也可以另外設(shè)置使電荷蓄積電容部61重置的定時。接著，在將復(fù)位脈沖CtPDRST設(shè)為低后且經(jīng)過預(yù)定的蓄積時間之前，將第一傳輸 脈沖CtTRGl設(shè)為高，同時接通全部像素的第一傳輸晶體管Trl，將蓄積在光電轉(zhuǎn)換部PD中 的信號電荷傳輸?shù)诫s質(zhì)區(qū)域16。于是，由于雜質(zhì)區(qū)域16、雜質(zhì)區(qū)域30以及電荷蓄積電容部 61電連接，因此信號電荷暫時蓄積在形成在第一襯底80的雜質(zhì)區(qū)域16、雜質(zhì)區(qū)域30以及 電荷蓄積電容部61。另外，在如上述地將第一傳輸脈沖CtTRGl設(shè)為高的期間，信號電荷主 要蓄積在電荷蓄積電容部61。然后，通過將第一傳輸脈沖ΦΤΙ^Ι設(shè)為低而斷開全部像素的第一傳輸晶體管 Trl，主要蓄積在電荷蓄積電容部61的信號電荷被傳輸?shù)诫s質(zhì)區(qū)域16和雜質(zhì)區(qū)域30的耗 盡層。如圖11所示，從將復(fù)位脈沖ΦPDRST設(shè)為低至再次將第一傳輸脈沖CtTRGl設(shè)為低 的時間為蓄積曝光時間(電子快門的時間)。在將第一傳輸脈沖ΦΤΙ^Ι設(shè)為高之后的從光 電轉(zhuǎn)換部PD向電荷蓄積電容部61傳輸信號電荷的期間，第一傳輸脈沖CtTRGl的電位為能 夠完全傳輸來自光電轉(zhuǎn)換部PD的信號電荷的電位。接著，將復(fù)位脈沖CtPDRST設(shè)為高，接通全部像素的光電轉(zhuǎn)換部用復(fù)位晶體管Tr6 而將光電轉(zhuǎn)換部PD重置。由此，在讀出蓄積在電荷蓄積電容部61的信號電荷的期間，可防止蓄積在光電轉(zhuǎn)換部PD中的超過光電轉(zhuǎn)換部PD的最大蓄積電荷量那部分的信號電荷溢向 電荷蓄積電容部61?；蛘?，將光電轉(zhuǎn)換部PD重置為與電源電壓VDD相同的電位，以備下一 次的信號電荷的蓄積。在將信號電荷蓄積在電荷蓄積電容部61或雜質(zhì)區(qū)域16、30的期間， 作為第一傳輸脈沖ΦΤΙ^Ι，可以施加使得在電荷蓄積電容部61的表面形成反型層的電位。 由此，能夠抑制在蓄積信號電荷過程中的暗電流的產(chǎn)生。
然后，將選擇脈沖CtSEL(I)設(shè)為高，接通第一行的選擇晶體管Tr5而選擇第一行 的像素2。在上述的將第一行的CtSEL(I)設(shè)為高的狀態(tài)下，將復(fù)位脈沖CtRST(I)設(shè)為高 而接通第一行的復(fù)位晶體管Tr3。由此，作為連接在放大晶體管Tr4的柵極電極40上的浮 動擴散區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)域31的電位被重置為與電源電壓VDD相同的電位。此時，放大晶體管 Tr4的重置時間輸出經(jīng)由垂直信號線9保存在列信號處理電路5。
接著，將第二傳輸脈沖ctTRG2(l)設(shè)為高，接通第一行的像素2的第二傳輸晶體管 Tr2，將位于第一行的像素2的雜質(zhì)區(qū)域30和雜質(zhì)區(qū)域16中的信號電荷傳輸?shù)阶鳛楦訑U 散區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)域31。此時，第二傳輸脈沖ctTRG2(l)的電位為能夠?qū)碜噪s質(zhì)區(qū)域30 和雜質(zhì)區(qū)域16的電荷完全傳輸?shù)诫s質(zhì)區(qū)域31的電位。信號電荷在雜質(zhì)區(qū)域31被讀出，由 此，作為浮動擴散區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)域31的電位變化，對應(yīng)于該電位變化的信號電壓被施加到 放大晶體管Tr4的柵極電極40。并且，通過放大晶體管Tr4放大的信號電壓被輸出到垂直 信號線9。并且，輸出到垂直信號線9的信號電壓被發(fā)送給列信號處理電路5。在列信號處理 電路5中，輸出之前保存的復(fù)位時間輸出與放大的信號電壓之差來作為第一行的像素2的 像素信號。并且，通過由水平驅(qū)動電路6來依次接通水平晶體管Tr7，所述第一行的像素2 的像素信號經(jīng)由輸出電路7從輸出端子Vout串行地被輸出。然后，在將選擇脈沖CtSEL(I)設(shè)為低之后，將選擇脈沖c^SEL(2)設(shè)為高，接通第 二行的選擇晶體管Tr5，選擇第二行的像素2。在將該第二行的選擇晶體管Tr5的選擇脈沖 Φ SEL (2)設(shè)為高的狀態(tài)下，與第一行的第二傳輸脈沖ctTRG2(l)、復(fù)位脈沖ΦΙ Τ(1)同樣 地驅(qū)動第二傳輸脈沖ΦΤΙ 2(2)、復(fù)位脈沖(tRST(2)的狀態(tài)。由此，關(guān)于第二行的像素2， 執(zhí)行與前面說明過的第一行同樣的讀出動作。通過上述說明可知，在本實施方式例子的固態(tài)成像裝置1中，在光電轉(zhuǎn)換部PD中 生成/蓄積信號電荷的蓄積曝光時間被執(zhí)行成在全部像素上為相同時刻。并且，在全部像 素為相同時刻的情況下蓄積的信號電荷通過各自的電荷蓄積電容部61蓄積保存，并以行 為順序被讀出到雜質(zhì)區(qū)域31，對應(yīng)于信號電荷的電位而放大的信號電壓經(jīng)由垂直信號線9 被輸出。根據(jù)本實施方式例子的固態(tài)成像裝置1，以往的具有全域快門功能的固態(tài)成像裝 置和電路構(gòu)成本身沒有很大變動，但是通過將光電轉(zhuǎn)換部PD和電路部分形成在不同的襯 底，能夠增大光電轉(zhuǎn)換部PD的開口面積。即，在本實施方式例子中，由于能夠使用第一襯底 80中的受光面的全部有效面積作為光電轉(zhuǎn)換部PD，因此能夠確保光電轉(zhuǎn)換部PD本身的面 積并且能夠增大開口面積。由此，提高了受光靈敏度。另外，即使在以往的固態(tài)成像裝置1的制造方法中，形成在第一襯底80的光電轉(zhuǎn) 換部PD和形成在第一襯底81的多個MOS晶體管也是分別通過獨立的工序形成的。因此， 除了通過全部形成在一個襯底而能夠共享的工序以外，將本實施方式例子的形成第一襯底 80的工序和形成第二襯底81的工序相加得到的工序數(shù)量接近于以往的固態(tài)成像裝置的制 造中的工序數(shù)量。即，在制造工序數(shù)量上，以往在一個襯底上形成全部的構(gòu)件的固態(tài)成像裝 置和在第一襯底80、第二襯底81上形成各自需要的構(gòu)件的本實施方式例子的固態(tài)成像裝 置1沒有太大變化。另一方面，在本實施方式例子的固態(tài)成像裝置1中，由于分別單獨形成 第一襯底80和第二襯底81，因此能夠減小單個的襯底面積，所述第一襯底80形成光電轉(zhuǎn)換部PD，所述第二襯底81形成電荷蓄積電容部61和多個MOS晶體管。因此，縮小了形成固態(tài) 成像裝置1的芯片面積，從而能夠增加從一個晶圓取得的芯片的數(shù)量。如上所述，在本實施方式例子中，能夠在工序數(shù)量不變的情況下增加從一片晶圓 取得的芯片的數(shù)量，因此理論上能夠使單個芯片的成本減少。另外，在本實施方式例子的固態(tài)成像裝置1中，由于第一襯底80和第二襯底81電 連接，因此可以將驅(qū)動多個MOS晶體管的電路構(gòu)成全部形成在第二襯底81，電路不會變復(fù)雜。如上所述，根據(jù)本實施方式例子的固態(tài)成像裝置1，由于像素2具有電荷蓄積電容 部61，由此能夠在全部像素上同時執(zhí)行電子快門動作(全域快門動作)。另外，通過立體地 層疊電荷蓄積電容部61和光電轉(zhuǎn)換部PD來最大限度地活用光電轉(zhuǎn)換部PD的受光面積，由 此能夠在小面積上獲得最大的受光靈敏度。由于能夠通過遠小于以往的固態(tài)成像裝置的面 積實現(xiàn)相同性能的元件，因此能夠降低單個芯片的成本，同時獲得適用于放映設(shè)備等電子 設(shè)備的小型化的固態(tài)成像裝置。<2.第二實施方式固態(tài)成像裝置>接著，說明本發(fā)明的第二實施方式的固態(tài)成像裝置。圖12是示出本發(fā)明的第二實 施方式的固態(tài)成像裝置90的整體的簡要構(gòu)成圖。本實施方式例子的固態(tài)成像裝置90的電荷蓄積電容部的構(gòu)成與第一實施方式中 的固態(tài)成像裝置1不同。另外，由于在本實施方式例子的固態(tài)成像裝置90的整體構(gòu)成與圖 1是一樣的，因此省略重復(fù)說明。在圖12中，對與圖2對應(yīng)的部分標注相同的標號，并省略 重復(fù)說明。如圖12所示，本實施方式例子的第二襯底91包括半導體襯底28和形成期望的配 線和電極的多層配線層76，所述半導體襯底28形成有期望的雜質(zhì)區(qū)域31、32、33、34、35和 埋入型的電荷蓄積電容部74。形成在第二襯底91中的多個MOS晶體管是第二傳輸晶體管 Tr2、復(fù)位晶體管Tr3、放大晶體管Tr4以及選擇晶體管Tr5。半導體襯底78由N型的硅襯底形成，在半導體襯底78上部的形成MOS晶體管和 電荷蓄積電容部74的區(qū)域形成P型阱層79。P型阱層79能夠通過向半導體襯底78離子 注入P型雜質(zhì)來形成。構(gòu)成第二傳輸晶體管Tr2、復(fù)位晶體管Tr3、放大晶體管Tr4以及選擇晶體管Tr5 的各雜質(zhì)區(qū)域31、32、34、35分別形成在P型阱層表面?zhèn)鹊钠谕膮^(qū)域。上述的雜質(zhì)區(qū)域 31、32、34、35通過向P型阱層79的期望的區(qū)域高濃度地離子注入N型雜質(zhì)來形成。雜質(zhì)區(qū)域31被共享地作為第二傳輸晶體管Tr2的漏極和復(fù)位晶體管Tr3的源極， 并作為讀出信號電荷的浮動擴散區(qū)域來使用。另外，雜質(zhì)區(qū)域32被共享地作為復(fù)位晶體管 Tr3的漏極和放大晶體管Tr4的源極。另外，雜質(zhì)區(qū)域34被共享地作為放大晶體管Tr4的 漏極和選擇晶體管Tr5的源極。另外，雜質(zhì)區(qū)域35被作為選擇晶體管Tr5的漏極。電荷蓄積電容部74包括形成在半導體襯底78的溝槽部70的第一電極層72、介電 體層71以及第二電極層73。即，本實施方式例子的電荷蓄積電容74構(gòu)成溝道式電容器。溝槽部70通過以從P型阱層79表面到達半導體襯底78的N區(qū)域的深度開口而 形成。并且，第一電極層72通過N型雜質(zhì)區(qū)域構(gòu)成，所述N型雜質(zhì)區(qū)域被形成為在包圍溝 槽部70底部的周圍區(qū)域的區(qū)域上與半導體襯底78的N區(qū)域相接。該第一電極層72通過向P型阱層79和構(gòu)成半導體襯底78的N區(qū)域的界面上離子注入N型雜質(zhì)而形成。介電體 層71通過形成在溝槽部70內(nèi)表面的氧化硅膜而形成。第二電極層73通過多晶硅形成，所 述多晶硅被形成為經(jīng)由介電體層71埋入溝槽部70內(nèi)。優(yōu)選的是，構(gòu)成該第二電極層73的 多晶硅被涂有N型雜質(zhì)。并且，構(gòu)成該電荷蓄積電容部74的第二電極層73被形成為，在半 導體襯底78的表面?zhèn)扰c作為形成在電荷蓄積電容部74和雜質(zhì)區(qū)域31之間的第二傳輸晶 體管Tr2的溝槽部的區(qū)域連接。另外，在本實施方式例子中，在半導體襯底78的除了形成P型阱層78的區(qū)域的表 面上高濃度地離子注入N型雜質(zhì)來形成雜質(zhì)區(qū)域33。并且，該雜質(zhì)區(qū)域33與第一電極層 72通過構(gòu)成半導體襯底78的相同電位的N區(qū)域電連接。在如上述的構(gòu)成的電荷蓄積電容部74中的第二電極層73被作為第二傳輸晶體管 Tr2的源極。并且，電荷蓄積電容部74以及各雜質(zhì)區(qū)域31、32、34、35之間的P型阱層79的 區(qū)域被作為各個MOS晶體管的溝道部。多層配線層76形成在半導體襯底78上部。在多層配線層76中，構(gòu)成MOS晶體管 的柵極電極38、39、40、41、第一配線層Ml，、第二配線層M2，經(jīng)由層間絕緣膜77層疊地被構(gòu) 成。柵極電極38、39、40、41在各個溝道部上部經(jīng)由柵極絕緣膜(圖中沒有示出)而形 成。形成在電荷蓄積電容部74和雜質(zhì)區(qū)域31之間的P型阱層79上部的柵極電極38被作 為第二傳輸晶體管Tr2的柵極電極。另外，形成在雜質(zhì)區(qū)域31和雜質(zhì)區(qū)域32之間的P型 阱層79上部的柵極電極39被作為復(fù)位晶體管Tr3的柵極電極。另外，形成在雜質(zhì)區(qū)域32 和雜質(zhì)區(qū)域34之間的P型阱層79上部的柵極電極40被作為放大晶體管Tr4的柵極電極。 另外，形成在雜質(zhì)區(qū)域34和雜質(zhì)區(qū)域35之間的P型阱層79上部的柵極電極41被作為選 擇晶體管Tr5的柵極電極。在第一配線層Ml，中分別構(gòu)成第一連接配線50、第二連接配線49、選擇配線48以 及垂直信號配線9。第一連接配線50經(jīng)由形成在層間絕緣膜77的接觸部42與作為第二 傳輸晶體管Tr2的源極的第二電極層73連接。第二連接配線49經(jīng)由形成在層間絕緣膜 77的接觸部43、44分別與雜質(zhì)區(qū)域31和放大晶體管Tr4的源極電極40連接。S卩，通過第 二連接配線49，將作為浮動擴散區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)域31與放大晶體管Tr4的柵極電極40電連 接。另外，選擇配線48經(jīng)由形成在層間絕緣膜77的接觸部45與選擇晶體管Tr5的柵極電 極41連接。通過選擇配線48向選擇晶體管Tr5的柵極電極41供應(yīng)選擇脈沖。另外，垂直 信號線9經(jīng)由形成在層間絕緣膜77上的接觸部46與作為選擇晶體管Tr5的漏極的雜質(zhì)區(qū) 域35連接。在第二配線層M2’中，分別構(gòu)成第一連接電極86和第二連接電極87，第一連接電 極86和第二連接電極87被形成為在多層配線層76表面上露出。第一連接電極86經(jīng)由形 成在層間絕緣膜77的接觸部82與由第一配線層Ml’構(gòu)成的第一連接配線50連接。另外， 第二連接電極87經(jīng)由形成在層間絕緣膜77的接觸部83與形成在構(gòu)成半導體襯底78的N 區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)域33連接。另外，在該第二連接電極87上連接有形成在第二襯底91的多層 配線層76的第一傳輸配線(圖中沒有示出)，從第一傳輸配線向第一傳輸晶體管Trl的柵 極電極19和雜質(zhì)區(qū)域33供應(yīng)第一傳輸脈沖。在圖12中省略了圖示，但在第二傳輸晶體管Tr2的柵極電極38上連接有供應(yīng)第二傳輸脈沖的第二傳輸配線。同樣地，在復(fù)位晶體管Tr3的柵極電極39上也連接有供應(yīng)復(fù) 位脈沖的復(fù)位配線。并且，上述的第二傳輸配線和復(fù)位配線通過多層配線層的期望的配線 層來形成。并且，在本實施方式例子的固態(tài)成像裝置90中，在第二襯底91上部層疊第一襯底 80，以使得第一襯底80和第二襯底81相互的第一連接電極27、86以及第二連接電極26、87 彼此連接。在本實施方式例子的固態(tài)成像裝置90中，通過與第一實施方式中的固態(tài)成像裝 置1同樣的方法來貼合第一襯底80和第二襯底91。另外，在本實施方式例子的固態(tài)成像裝 置90中，具有與第一實施方式中的固態(tài)成像裝置1同樣的電路構(gòu)成。在本實施方式例子的固態(tài)成像裝置90中，通過將供應(yīng)給第一傳輸晶體管Trl的柵 極電極19的第一傳輸脈沖設(shè)為高，接通第一傳輸晶體管Tr 1，信號電荷從光電轉(zhuǎn)換部PD傳 輸?shù)诫s質(zhì)區(qū)域16。此時，由于在第二襯底91的第一電極層72上供應(yīng)與柵極電極19相同的 電位，因此信號電荷通過第一襯底80的雜質(zhì)區(qū)域16、形成在第二襯底91的電荷蓄積電容部 74暫時保存。此時，主要被蓄積在電荷蓄積電容部74。之后，信號電荷針對每一個像素被 傳輸給作為浮動擴散區(qū)域的雜質(zhì)區(qū)域31并針對每一個像素被讀出。其驅(qū)動方法與第一實 施方式中的固態(tài)成像裝置1相同。根據(jù)本實施方式例子的固態(tài)成像裝置90，通過將電荷蓄積電容部74形成在形成 在半導體襯底78上的溝槽部70，除了能夠減少構(gòu)成電荷蓄積電容部的配線層，還能夠獲得 與第一實施方式的固態(tài)成像裝置1相同的效果。在上述的第一實施方式、第二實施方式中，舉出了將電荷蓄積電容部形成在第二 襯底側(cè)的例子，但也可以形成在第一襯底側(cè)。但是，從增大受光面積的目的來說，優(yōu)選形成
在第一襯底。另外，在上述的第一實施方式和第二實施方式中，舉出了應(yīng)用于行列狀地檢測根 據(jù)入射光量的信號電荷作為物理量的單位像素而成的CMOS型固態(tài)成像裝置的情況而進行 說明。然而，本發(fā)明不限于針對CMOS型固態(tài)成像裝置的應(yīng)用。另外，本發(fā)明也不限于對應(yīng) 將像素形成為二維矩陣狀的像素部的每個像素列而配置列電路的列方式的一般的固態(tài)成
像裝置。另外，本發(fā)明不限于在檢測可見光的入射光量的分布后捕獲為圖像的固態(tài)成像裝 置，也能夠應(yīng)用在將紅外線、X線、或者粒子等的入射量的分布捕獲為圖像的固態(tài)成像裝置。 另外，此外，從而廣義來說，本發(fā)明可應(yīng)用于檢測壓力、靜電電容等其他物理量的分布并捕 獲為圖像的如指紋檢測傳感器等這樣的一般的固態(tài)成像裝置(物理量分布檢測裝置)。此外，本發(fā)明不限于以行為單位順序掃描像素部的各個單位像素并從各個單位像 素讀取像素信號的固態(tài)成像裝置。也可以應(yīng)用于以像素為單位選擇任意像素并從該被選像 素以像素單位讀取信號的X-Y地址型的固態(tài)成像裝置。固態(tài)成像裝置既可以形成為單一芯片的形式，也可以形成為將像素部、信號處理 部或光學系統(tǒng)封裝在一起的、具有圖像捕獲功能的模塊形式。此外，本發(fā)明不限于應(yīng)用在固態(tài)成像裝置，也可以應(yīng)用于成像裝置。這里，成像裝 置是指數(shù)字靜態(tài)照相機或攝像機等相機系統(tǒng)、便攜式電話機等具有圖像捕獲功能的電子設(shè) 備。有時也會將安裝在電子設(shè)備中的上述模塊形式、即相機模塊作為成像裝置。
<3.第三實施方式電子設(shè)備>接著，對本發(fā)明第三實施方式涉及的電子設(shè)備進行說明。圖13是本發(fā)明第三實施 方式涉及的電子設(shè)備200的簡要構(gòu)成圖。本實施方式的電子設(shè)備200表示將上述本發(fā)明第一實施方式中的固態(tài)成像裝置1 使用于電子設(shè)備(相機)的情況的實施方式。圖13示出了本實施方式例子的電子設(shè)備200的簡要截面構(gòu)成。本實施方式的電 子設(shè)備200舉例為可拍攝靜止圖像的數(shù)字照相機的例子。本實施方式涉及的電子設(shè)備200包括固態(tài)成像裝置1、光學鏡頭210、快門裝置 211、驅(qū)動電路212、以及信號處理電路213。光學鏡頭210使來自被拍攝體的圖像光(入射光)成像于固態(tài)成像裝置1的圖像 捕獲面上。由此，信號電荷在固態(tài)成像裝置1內(nèi)被積累固定期間?？扉T裝置211對固態(tài)成像裝置1的光照射期間和遮光期間進行控制。驅(qū)動電路212提供用于控制固態(tài)成像裝置1的傳輸動作以及快門裝置211的快門 動作的驅(qū)動信號。通過從驅(qū)動電路212提供的驅(qū)動信號(定時信號)來進行固態(tài)成像裝置 1的信號傳輸。信號處理電路213進行各種信號處理。經(jīng)信號處理的圖像信號被存儲到存 儲器等存儲介質(zhì)或被輸出到監(jiān)視器。在本實施方式例子的電子設(shè)備200中，由于能夠縮小固態(tài)成像裝置1，因此能夠?qū)?現(xiàn)電子設(shè)備200整體的小型化。另外，由于降低了形成固態(tài)成像裝置1的成本，因此降低了 電子設(shè)備200的制造成本。如上所述，能夠應(yīng)用固態(tài)成像裝置1的電子設(shè)備200不限于相機，還可以應(yīng)用于數(shù) 字靜態(tài)照相機、以及面向便攜式電話機等移動設(shè)備的相機模塊等成像裝置。在本實施方式例子中，將固態(tài)成像裝置1使用于電子設(shè)備，但也可以使用第二實 施方式中的固態(tài)成像裝置。
權(quán)利要求
一種固態(tài)成像裝置，包括多個像素，所述像素包括形成在第一襯底的光電轉(zhuǎn)換部，該光電轉(zhuǎn)換部用于生成并蓄積對應(yīng)于入射光的信號電荷；形成在所述第一襯底或者第二襯底的電荷蓄積電容部，該電荷蓄積電容部暫時保持從所述光電轉(zhuǎn)換部傳輸?shù)男盘栯姾?；以及形成在所述第二基板的多個MOS晶體管，該MOS晶體管用于傳輸電荷蓄積電容部所蓄積的信號電荷；形成在所述第一襯底的連接電極；以及形成在所述第二襯底的連接電極，其與形成在所述第一襯底的連接電極電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，按照使得所述第一襯底置于光入射側(cè)的方式貼合所述第一襯底和所述第二襯底，由此 實現(xiàn)形成在所述第一襯底的連接電極和形成在所述第二襯底的連接電極的電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述第一襯底包括將通過光電轉(zhuǎn)換部生成并蓄積的信號電荷傳輸給所述電荷蓄積電 容部的第一傳輸晶體管，所述第二襯底包括將所述電荷蓄積電容部所蓄積的信號電荷傳輸?shù)礁訑U散區(qū)域的 第二傳輸晶體管，所述第一傳輸晶體管的漏極、所述電荷蓄積電容部以及所述第二傳輸晶體管的源極電 連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述電荷蓄積電容部通過介電體層和夾持所述介電體層而形成的兩個配線層來形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置，其中，形成在所述第二襯底上的連接電極兼用作用于對作為所述第二傳輸晶體管的源極的 區(qū)域進行遮光的遮光膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，通過形成于構(gòu)成所述第二襯底的半導體襯底上的溝槽部、形成于所述溝槽部內(nèi)表面上 的第一電極層、以及經(jīng)由介電體層埋入到形成了所述第一電極層的溝槽內(nèi)的第二電極層， 形成所述電荷蓄積電容部。
7.一種固態(tài)成像裝置的制造方法，包括以下步驟在第一襯底上形成光電轉(zhuǎn)換部和被形成為從該第一襯底表面露出的連接電極，所述光 電轉(zhuǎn)換部用于生成并蓄積對應(yīng)于入射光的信號電荷，在所述第一襯底或者第二襯底上形成用于蓄積從所述光電轉(zhuǎn)換部傳輸?shù)男盘栯姾傻?電荷蓄積電容部；在所述第二襯底上形成多個MOS晶體管和被形成為從該第二襯底表面露出的連接電 極，所述MOS晶體管用于順序傳輸所述電荷蓄積電容部所蓄積的信號電荷；以及在所述第二襯底上部的光入射側(cè)貼合所述第一襯底，使得在所述第二襯底表面上露出 的所述連接電極和在所述第一襯底表面上露出的所述連接電極電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中，通過在形成連接電極之后，形成粘結(jié)劑層以使該粘結(jié)劑層覆蓋所述連接電極，對所述 粘結(jié)劑層進行蝕刻，由此使得所述第一襯底和所述第二襯底的各自的連接電極從表面露出，通過在對在所述第一襯底和所述第二襯底表面露出的各自的連接配線表面進行激活 之后進行壓接，來進行所述第一襯底和所述第二襯底的貼合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中，通過形成介電體層和夾持所述介電體層形成的兩個配線層，來形成所述電荷蓄積電容部。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固態(tài)成像裝置的制造方法，其中，通過在構(gòu)成所述第二襯底的半導體襯底形成溝槽部，在所述溝槽部內(nèi)表面形成第一電 極層，在形成所述第一電極層的溝槽部內(nèi)經(jīng)由介電體層形成第二電極層，形成所述電荷蓄 積電容部。
11.一種固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法，其中，所述固態(tài)成像裝置包括多個像素，所述像素包括形成在第一襯底的光電轉(zhuǎn)換部，該 光電轉(zhuǎn)換部用于生成并蓄積對應(yīng)于入射光的信號電荷；形成在所述第一襯底或者第二襯底 的電荷蓄積電容部，該電荷蓄積電容部蓄積從所述光電轉(zhuǎn)換部傳輸?shù)男盘栯姾?；以及形?在所述第二基板的多個MOS晶體管，該MOS晶體管用于傳輸電荷蓄積電容部所蓄積的信號 電荷；形成在所述第一襯底的連接電極；以及形成在所述第二襯底的連接電極，其與形成在所述第一襯底的連接電極電連接， 在該固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法中，包括以下步驟 在全部像素上同時刻地開始所述光電轉(zhuǎn)換部中的信號電荷的蓄積； 在全部像素上同時刻地將在所述光電轉(zhuǎn)換部中蓄積的信號電荷傳輸給所述電荷蓄積 電容部，針對每個像素，經(jīng)由MOS晶體管順序傳輸所述電荷蓄積電容部所蓄積的信號電荷。
12.一種電子設(shè)備，包括 光學透鏡；固態(tài)成像裝置，所述固態(tài)成像裝置包括多個像素，所述像素包括形成在第一襯底的光電轉(zhuǎn)換部，該光電轉(zhuǎn)換部用于生成并 蓄積對應(yīng)于入射光的信號電荷；形成在所述第二襯底的電荷蓄積電容部，該電荷蓄積電容 部用于蓄積從所述光電轉(zhuǎn)換部傳輸?shù)男盘栯姾?；以及形成在所述第二基板的多個MOS晶體 管，該MOS晶體管用于傳輸所述電荷蓄積電容部所蓄積的信號電荷； 形成在所述第一襯底的連接電極；以及形成在所述第二襯底的連接電極，其與形成在所述第一襯底的連接電極電連接，以及 信號處理電路，處理從所述固態(tài)成像裝置輸出的輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種縮小了形成固態(tài)成像裝置的芯片面積并降低了單個芯片的成本的固態(tài)成像裝置及其制造方法、驅(qū)動方法、以及電子設(shè)備，所述電子設(shè)備通過使用該固態(tài)成像裝置而實現(xiàn)小型化。本發(fā)明的固態(tài)成像裝置通過將形成光電轉(zhuǎn)換部PD的第一襯底(80)與形成電荷蓄積電容部(61)以及多個MOS晶體管的第二襯底81貼合而構(gòu)成。另外，在第一襯底(80)和第二襯底(81)分別形成連接電極(26、27、56、57)，第一襯底(80)和第二襯底(81)通過連接電極電連接。由此，能夠在更小的面積上形成具有全域快門功能的固態(tài)成像裝置。
文檔編號H04N5/369GK101840926SQ20101013569
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月17日
發(fā)明者高橋洋 申請人:索尼公司