彩色圖像。人眼也僅感覺出“紅色”、“綠色”和“藍色”三原色，但是，通過調節三原色的光量能感受到所有的顏色。這稱為“光的三原色的加色混合”。例如，如果“紅色”和“綠色”的光量相同，那么生成“黃色”。即，在“紅色”和“綠色”光量相同并且“藍色”的光量為零的情況下，生成作為“藍色”補色的黃色。而且，當“紅色”、“綠色”和“藍色”的光量相同時，生成白色。相反地，當“紅色”、“綠色”和“藍色”的光量均為零時，生成黑色。如圖4所示的濾色器CF是一種使用該原理形成的濾光器。在圖4中，示出了作為其中一個濾色器CF的原色濾色器。原色濾色器是使用RGB(紅色、綠色和藍色)三原色的濾色器。通過將原色濾色器放置在光電二極管H)的前面，得到與各個顏色相對應的光電二極管PD。例如，在前面具有紅色濾色器的光電二極管H)檢測紅色的光量，在前面具有綠色濾色器的光電二極管ro檢測綠色的光量，而在前面具有藍色濾色器的光電二極管ro檢測藍色的光量。然后，根據紅色光電二極管ro的光量、綠色光電二極管ro的光量和藍色光電二極管ro的光量可以生成各種顏色。
[0066]在本文中，配置濾色器CF的紅色濾色器、綠色濾色器和藍色濾色器并非簡單的布置，而是根據由在圖4中示出的拜耳陣列表示的基本圖案來進行布置。S卩，通過重復將紅色濾色器、綠色濾色器和藍色濾色器組合而形成的基本圖案來配置濾色器CF。
[0067]使用RGB三原色的原色濾色器在圖像中具有良好的顏色再現性，但是具有對圖像傳感器IS的敏感度差以及在暗處成像能力弱的副作用。結果是，原色濾色器越來越多地用于具有良好敏感度的大圖像傳感器IS。
[0068]同時，作為濾色器CF，除了使用RGB三原色的原色濾色器之外，還存在一種稱為補色濾色器的濾色器。補色濾色器包括如圖5所示的四種顏色:包括青色(C)、品紅(M)、黃色(Y)和綠色(G)。然而，鑒于人類實際上看見的是所拍攝的圖像這一事實，在使用補色濾色器的圖像傳感器中CMYG必須轉換為RGB，但是問題是，在轉換時會產生噪聲。然而，補色濾色器的優點在于:其具有比原色濾色器更高的敏感度，因此越來越多地用于小型(換言之，低敏感度)圖像傳感器IS。
[0069]〈光電二極管〉
[0070]接著，對光電二極管ro的配置進行闡釋。光電二極管ro用作光電轉換部以在受到光照射時產生電荷。例如，具有這類功能的光電二極管ro可以包括通過p-n結形成的二極管。圖6是示出了通過P-n結形成的二極管的能帶結構的視圖。如圖6所示，左側區域為P型半導體區域，而右側區域為η型半導體區域。而且，P型半導體區域和η型半導體區域的邊界為中心區域，并且形成耗盡層。在按照這種方式配置的通過P-n結形成的二極管中，例如，當具有不少于能帶隙的能量的光(hv)投射至耗盡層時，光被耗盡層吸收。具體地，光被在能帶的價帶中存在的電子吸收，從而電子獲得不少于能帶隙的能量。然后，已經獲得不少于能帶隙的能量的電子克服能帶隙并且移至能帶的導帶。結果是，產生包括已經移至導帶的電子e和通過電子移至導帶而在價帶處產生的正空穴h的電子空穴對。然后，產生的電子e和正空穴h被向光電二極管H)施加的反向電壓VG加速。S卩，通常通過向通過p-n結形成的二極管施加反向電壓VG，來使用光電二極管H)。反向電壓VG為，在增加通過p-n結形成的勢皇的方向上施加的電壓。具體地，向η型半導體區域施加正電壓，而向P型半導體區域施加負電壓。通過采用這類配置，例如，在耗盡層處產生的電子e和正空穴h被反向電壓VG的高電場而加速。結果是，可以減少電子e和正空穴h再結合的比例，以及可以確保足夠的電流。光電二極管H)按照這種方式進行配置。
[0071]<光接收部的器件結構>
[0072]接著，對圖像傳感器的光接收部的器件結構進行闡釋。圖7是示出了光接收部的器件結構的示例的截面圖。在圖7中，例如，放置了引入有諸如磷(P)或砷(As)等η型雜質(施主)的半導體襯底1S，并且在半導體襯底IS的表面(主面、元件形成面)之上形成元件隔離區域STI。有源區域由元件隔離區域STI分區域，并且在分區域后的有源區域中形成光接收部。具體地，在半導體襯底IS中，形成引入有諸如硼等P型雜質(受主)的P型阱PWL，并且按照由P類型阱PWL圍起的方式形成引入有諸如磷(P)或砷(As)等η型雜質的η型阱NWL。光電二極管(p-n結二極管)包括P型阱PWL(p_型半導體區域)和η型阱NWL (η—型半導體區域)。然后進一步地，在η型阱NWL的部分表面之上形成ρ +型半導體區域PR。形成ρ+型半導體區域PR的目的是，抑制基于在半導體襯底IS的表面之上形成的多個界面態的電子的產生。即，在半導體襯底IS的表面區域中，即使在不受光照射的狀態下，受界面態的影響也會產生電子，并且使暗電流增加。為此，通過在具有電子作為多數載流子的η型阱NWL的表面之上形成具有正空穴作為多數載流子的P+型半導體區域PR，抑制了在不受光照射的狀態下的電子產生，并且抑制了暗電流的增加。
[0073]接著，按照與η型阱NWL的一部分平面地重疊的方式在半導體襯底IS之上形成柵極絕緣膜，并且在該柵極絕緣膜之上形成柵極電極。然后，在柵極電極的兩側的側壁之上形成側壁間隔件。例如，柵極絕緣膜包括但不限于氧化硅膜，并且還可以包括具有比氧化硅膜的介電常數更高的高介電常數膜。例如，柵極絕緣膜還可以包括通過將氧化鑭引入到氧化鉿中而形成的鉿系絕緣膜。進一步地，柵極電極可以包括例如多晶硅膜等，并且側壁可以包括例如:氧化硅膜、氮化硅膜、或氧化硅膜和氮化硅膜的疊層膜。
[0074]接著，在半導體襯底IS中、與柵極電極匹配(match)地，形成待成為漏極區域的n+型半導體區域NR。n+型半導體區域NR包括，例如，引入有諸如磷⑵或砷(As)等η型雜質的半導體區域。
[0075]以這樣的方式，在半導體襯底IS之上形成光電二極管和轉移晶體管Q。具體地，光電二極管包括P型阱PWL和η型阱NWL，而轉移晶體管Q具有作為源極區域的η型阱NWL和作為漏極區域形成在距η型阱NWL指定距離的半導體襯底IS之上的η+型半導體區域NR。然后，夾設在源極區域與漏極區域之間的區域成為溝道形成區域，并且在溝道形成區域之上通過柵極絕緣膜形成柵極電極。以這種方式，形成具有源極區域、漏極區域、溝道形成區域、柵極絕緣膜和柵極電極的轉移晶體管Q。然后，顯然，形成在半導體襯底IS的有源區域中的轉移晶體管Q和光電二極管共用η型阱NWL并且電耦合。
[0076]在本文中，還可以在轉移晶體管Q的漏極區域(η+型半導體區域NR)的表面之上形成硅化物膜。由此，例如可以減少在漏極區域與塞PLG之間的接觸電阻。在本文中，硅化物膜可以包括，例如，硅化鎳鉑膜、硅化鎳膜、硅化鈦膜、硅化鈷膜、硅化鉑膜等。
[0077]接著，參考圖7對形成在光電二極管之上的布線結構和形成在半導體襯底IS之上的轉移晶體管Q進行闡釋。在圖7中，在光電二極管的表面(η型阱NWL和ρ+型半導體區域PR的表面)之上形成帽蓋絕緣膜CAP。帽蓋絕緣膜CAP具有保持半導體襯底IS阱的表面特性(界面特性)的功能，并且包括例如氧化硅膜或氮化硅膜。在帽蓋絕緣膜CAP之上形成抗反射膜ARF，并且該抗反射膜ARF包括例如氧氮化硅膜。
[0078]接著，按照覆蓋半導體襯底IS包括柵極電極和抗反射膜ARF的方式，形成層間絕緣膜IL1，并且形成從層間絕緣膜ILl通過并且到達n+型半導體區域NR(漏極區域)的塞PLG。層間絕緣膜ILl包括例如使用TEOS(硅酸四乙酯)作為原料的氧化硅膜；而塞PLG通過下列方法形成一一在層間絕緣膜ILl中的接觸孔中，嵌入包括例如鈦膜和形成在鈦膜(鈦膜/氮化鈦膜)之上的氮化鈦膜的阻擋導電膜，以及嵌入形成在阻擋導電膜之上的鎢膜。
[0079]然后，例如在其中形成有塞PLG的層間絕緣膜ILl之上形成層間絕緣膜IL2等，并且在層間絕緣膜IL2中形成接線LI。例如，層間絕緣膜IL2包括但不限于例如氧化硅膜，并且還可以包括具有比氧化硅膜的介電常數更低的低介電常數膜。作為低介電常數膜，例如，可以使用S1C膜。進一步地，接線LI包括例如銅接線，并且可以通過大馬士革方法形成。在本文中，接線LI不限于銅接線，可以還包括鋁線。接著，在其中形成有接線LI的層間絕緣膜IL2之上，形成包括例如氧化硅膜或低介電常數膜的層間絕緣膜IL3，并且在層間絕緣膜IL3中形成接線L2。進一步地，在其中形成有接線L2的層間絕緣膜IL3之上形成層間絕緣膜IL4，并且在層間絕緣膜IL4中形成遮光帶SZ。
[0080]在本文中，接線LI和L2和遮光帶SZ形成為在平面圖中不與光電二極管平面地重疊，并且在平面視圖中與光電二極管重疊的區域中形成透光部LPR。其目的是使得接線LI和L2和遮光帶SZ不要屏蔽進入光電二極管的光。然后，將微透鏡OL通過濾色器CF安裝在透光部LPR之上。在本文中，安裝遮光帶SZ是為了隔離進入彼此相鄰的光電二極管的光。即，遮光帶SZ具有抑制在相鄰光接收部之間的光泄漏的進入的功能。
[0081]光接收部按照這種方式進行配置，并且下文對操作進行簡單闡釋。在圖7中，當光接收部受到光照射時，首先，入射光通過微透鏡OL和濾色器CF。接著，光通過由遮光帶SZ分區的透光部LPR，并且進一步地，在通過對可以見光透明的層間絕緣膜IL4至ILl之后，進入抗反射膜ARF。在抗反射膜ARF處，入射光的反射被抑制，并且使足量的入射光進入光電二極管。在光電二極管處，由于入射光的能量大于硅的能帶隙，所以光電轉換吸收入射光并且產生電子空穴對。在這種情況下產生的電子累積在η型阱NWL中。然后，在適當的定時，接通轉移晶體管Q。具體地，向轉移晶體管Q的柵極電極施加不低于閾值的電壓。然后，在柵極絕緣膜正下方的溝道形成區域中形成溝道區域(η型半導體區域)中，并且轉移晶體管Q的源極區域(η型阱NWL)和漏極區域(η+型半導體區域NR)彼此電連通。結果是，累積在η型阱NWL中的電子通過溝道區域到達漏極區域，通過漏極區域行進至布線層，最后被外部電路取走。光接收部按照這種方式運行。
[0082]<像素的電路配置>
[0083]接著，對配置圖像傳感器的多個像素中的每個像素的電路配置進行闡釋。圖8是示出了像素的電路配置的電路圖。在圖8中，像素包括光電二極管ro、轉移晶體管Q、重置晶體管RTr、放大晶體管Atr和選擇晶體管STr。光電二極管H)用作將進入像素的入射光轉換為電荷的光電轉換部，而轉移晶體管Q具有轉移在光電二極管H)處轉換的電荷的功能。進一步地，重置晶體管RTr用作將電荷重置的晶體管，而放大晶體管ATr具有將基于由轉移晶體管Q轉移的電荷的電壓信號放大的功能。而且，選擇晶體管STr具有將在放大晶體管Atr處放大的電壓信號輸出到輸出信號線OSL的功能。
[0084]在圖8中，光電二極管H)的陽極耦合至參考電位(GND)，并且光電二極管H)的陰極電耦合至轉移晶體管Q的源極。然后，轉移晶體管Q的漏極電耦合至重置晶體管RTr的源極，并且重置晶體管RTr的漏極電耦合至電源電位(VDD)。進一步地，轉移晶體管Q的漏極電耦合至放大晶體管ATr的柵極電極，并且放大晶體管ATr的漏極與重置晶體管RTr的漏極一起電耦合至電源電位(VDD)。即，放大晶體管布置以用作源極跟隨器。同時，放大晶體管ATr的源極電耦合至選擇晶體管STr，并且選擇晶體管STr電耦合至輸出信號線OSL。在本文中，在從放大晶體管輸出的輸出電壓與輸入至放大晶體管的輸入電壓之比約為I的情況，還被認為是包括在本說明書中引用的術語“放大”的情況下。
[0085]對配置圖像傳感器的像素的電路進行如上文所描述的配置，并且下文將對其操作進行簡單闡釋。首先，通過光電二極管ro從入射光產生電荷，并且將該電荷累積在光電二極管ro中。然后，當轉移晶體管Q接通時，將在光電二極管ro中累積的電荷通過轉移晶體管Q向放大晶體管ATr的柵極電極轉移。接著，通過放大晶體管Atr對基于電荷的電壓信號放大。然后，當選擇晶體管STr接通時，將由放大晶體管ATr放大的電壓信號輸出到輸出信號線OSL。以這種方式，可以取出與來自像素的入射光相對應的電壓信號。在此處，通過接通重置晶體管RTr，在光電二極管H)中累積的電荷不被取出至輸出信號線OSL而是被取出至電源電位側，并且實施了重置操作。
[0086]〈像素的版圖配置〉
[0087]接著，對像素的版圖配置進行闡釋。圖9是示出了根據實施例1的像素的示意性版圖配置的平面圖。在圖9中，示出了在半導體襯底中的像素陣列區域(圖像傳感區域)中形成的多個像素中的像素。如圖9所示，在像素中，集成地布置了用作將入射光轉換為電荷的光電轉