固态图像器件及其制造方法和图像摄取设备技术

本发明专利技术公开了固态图像器件及其制造方法和图像摄取设备。该固态图像器件包括硅衬底以及光电转换层，所述光电转换层被布置在硅衬底上并且与硅衬底晶格匹配，所述光电转换层由铜－铝－镓－铟－硫－硒系混合晶体或铜－铝－镓－铟－锌－硫－硒系混合晶体的黄铜矿系化合物半导体组成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固态图像器件、用于制造该固态图像器件的方法以及图像摄取设备。
技术介绍
已经进行了随着像素数增加而减小像素尺寸的开发。同时，也已经进行了通过高 速成像来提高运动画面性能的开发。以这种方式，高速成像和像素尺寸的减小减少了入射 到一个像素上的光子数，从而降低了灵敏度。 对于监视相机，需要能够在黑暗处捕获图像的相机。即，需要高灵敏度传感器。 在具有典型的Bayer格式的图像传感器中，像素被分开用于各种色彩。因此，需要 执行解马赛克处理(用于根据像素周围的像素对像素的色彩进行内插的处理)，从而不利 地导至文伪色(color artifact)。 在这样的情况中，据报告用作具有高的光学吸收系数的光电转换层的 CuInGaSe2层被应用于图像传感器，来实现较高的灵敏度(例如，参见日本未实审专利 申请公布No. 2007-123720和Japan Society of Applied Physics, Spring Meeting, 2008， Conference Proceedings (日本应用物理学会2008年春季会议的会议论文 集)29p-ZC-12(2008))。 然而，该电光转换层基本上在电极上生长并且是多晶的，因此导致由于晶体缺陷 引起的暗电流的显著发生。此外，在该状态中，光不被分离。 同时，据报告使用了硅的依赖于波长的吸收系数来分离光的方法。该方法不包括 解马赛克，从而消除了伪色(例如，参见美国专利No. 5， 965， 875)。 该方法提供了高度的色彩混合和较差的色彩再现性。S卩，关于美国专利 No. 5， 965， 875中所描述的使用依赖于波长的吸收系数的机制，理论上没有减少所检测到的 光量。然而，当红光和绿光通过对蓝色分量敏感的层时，一定量的红色分量和绿色分量在该 层中被吸收，使得这些分量被检测出作为蓝色分量。因此，即使在不存在蓝色信号的情况 中，绿色和红色信号的通过也导致蓝色信号的误检测，这引起混淆现象并且难以提供充分 的色彩再现性。 为了防止混淆现象的发生，通过利用所有三原色而进行的计算来执行信号处理以 进行校正。因此，要布置用于计算的电路，这增加了该电路的电路结构的复杂度和规模并且 导致成本增加。此外，如果三原色之一饱和，则不能确定饱和色彩的信号的真正的值，从而 导致误计算。结果，信号作为不同的色彩被处理。此外，利用耦合器(plug)读出信号；因 此，需要设置耦合器区。这使得减小了光电二极管的面积。即，该方法不适用于像素尺寸的 减小。 同时，参考图46，大多数半导体具有对红外光的吸收灵敏度。因此，在例如使用硅 (Si)半导体材料的固态图像器件(图像传感器)中，通常在传感器的入射光侧布置红外截 止滤光片，红外截止滤光片是减色式滤色片的一个示例。报告了 一种克服了利用依赖于波长的吸收系数的机制的缺点的传感器。该传感器利用带隙，而不使用减色式滤色片。该传 感器具行良好的光电转换效率和色彩分离能力。在一个像素位置处检测到所有三原色(例 如，参见日本未实审专利申请公布No. l-151262、3-289523和6-209107)。这些文件中所公 开的图像传感器中的每一种都具有在深度方向上改变带隙的结构。 在日本未实审专利申请公布No. 1-151262中，由具有不同带隙Eg的材料组成的层 在深度方向上被顺次堆叠在玻璃衬底上，以用于色彩分离。然而，例如为了分离蓝(B)、绿 (G)和红(R)，该文件仅描述了在假定Eg(B) >Eg(G) >Eg(R)的情况下这些层被堆叠。没 有提到具体的材料。 相比之下，日本未实审专利申请公布No. 3-289523公开了利用SiC材料的色彩分离。日本未实审专利申请公布No. 6-209107公开了 AlGalnAs和AlGaAs材料。然而，在日本未实审专利申请公布No. 3-289523和No. 6-209107中，没有提到不同材料的异质结处的结晶性。 在具有不同晶体结构的材料彼此接合(bond)时，晶格常数的差异引起失配位错 (misfit dislocation)，因此结晶性降低。结果，在带隙中形成的缺陷能级处被截留的电子 被发射，引起暗电流的发生。 作为用于解决上述问题的一种方法，报告了通过控制硅(Si)衬底上的带隙来分 离出光的技术(例如参见日本未实审专利申请公布No. 2006-245088)。晶格匹配的SiCGe 系混合晶体和Si/SiC超晶格在无晶格失配的情况下被形成在Si衬底上。为了分离光，由 于硅(Si)的低吸收系数，期望形成厚膜。不利影响是很容易生成晶体缺陷，并且容易发生 暗电流。还报告了一种使用砷化镓(GaAs)衬底的器件。然而，GaAs衬底相比于硅(Si)衬 底很昂贵并且对于普通传感器的亲和力低。 尝试增大灵敏度的一个示例是通过雪崩倍增进行信号放大。例如，进行了通过施 加高电压来执行光电子的倍增的尝试(例如，参见IEEETransactions Electron Devices Vol. 44， No. 10， October 1997)。这里，为光电子倍增施加高达40V的电压使得由于色度亮 度串扰而难以减小像素尺寸。该传感器具有11. 5 mX 13. 5 m的像素尺寸。 关于另一种雪崩倍增图像传感器(例如，参见IEEE J. Solid-StateCircuits，40， 1847 (2005))，施加了 25. 5V的电压来用于倍增。例如，为了避免色度亮度串扰，需要布置宽 的保护环层。此外，像素尺寸大至58iimX58iim。
技术实现思路
希望随着像素数增加而减小像素尺寸、实现高速捕获并且在黑暗处捕获图像，并 且防止由于入射到一个像素上的光子数减少而降低灵敏度。 根据本专利技术一个实施例，提供了一种高灵敏度固态图像器件，其包括具有良好的 结晶性和高的光学吸收系数同时能抑制暗电流发生的光电转换层。 根据本专利技术一个实施例的固态图像器件包括硅衬底以及光电转换层，该光电转 换层被布置在硅衬底上并且与硅衬底晶格匹配，光电转换层由铜_铝_镓_铟_硫_硒 (CuAlGalnSSe)系混合晶体或铜_铝_镓_铟_锌_硫_硒(CuAlGalnZnSSe)系混合晶体 的黄铜矿系(chalcopyrite-based)化合物半导体组成。 根据本专利技术一个实施例的固态图像器件包括硅衬底以及光电转换层，该光电转换6层被布置在硅衬底上并且与硅衬底晶格匹配，光电转换层由CuAlGalnSSe系混合晶体或CuAlGalnZnSSe系混合晶体的黄铜矿系化合物半导体组成。因此，抑制了暗电流的发生并且灵敏度增大。因此，可有利地获得具有极好的图像质量和高灵敏度的图像。 根据本专利技术一个实施例的一种用于制造固态图像器件的方法包括以下步骤在硅衬底上形成光电转换层同时保持与硅衬底的晶格匹配，该光电转换层由由铜_铝_镓_铟_硫_硒(CuAlGalnSSe)系混合晶体或铜_铝_镓_铟_锌_硫_硒(CuAlGalnZnSSe)系混合晶体的黄铜矿系化合物半导体组成。 在根据本专利技术一个实施例的一种用于制造固态图像器件的方法中，光电转换层被 形成于硅衬底上同时保持与硅衬底晶格匹配，光电转换层由CuAlGalnSSe系混合晶体或 CuAlGalnZnSS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态图像器件，包括：硅衬底；以及光电转换层，所述光电转换层被布置在所述硅衬底上并且与所述硅衬底晶格匹配，所述光电转换层由铜－铝－镓－铟－硫－硒系混合晶体或铜－铝－镓－铟－锌－硫－硒系混合晶体的黄铜矿系化合物半导体组成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：户田淳，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]