專利名稱：固態(tài)攝像組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)攝像組件。
背景技術(shù)：
以往已提出有一種于各像素具有放大功能，并通過掃描電路予以讀出的放大型固 態(tài)攝像器件，也就是CMOS (Complementary Metal-OxideSemiconductor ；互補(bǔ)式金屬氧化物 半導(dǎo)體)圖像傳感器(imaging sensor)。于CMOS圖像傳感器中，在一個(gè)像素內(nèi)形成有光 電轉(zhuǎn)換部、放大部、像素選擇部、以及重置(reset)部，除了使用由光電二極管所構(gòu)成的光 電轉(zhuǎn)換部之外，也使用三個(gè)M0S (Metal Oxide Semiconductor ；金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管 (例如專利文獻(xiàn)1)。CMOS傳感器蓄積由光電二極管所構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換部所產(chǎn)生的電荷，并 通過放大部放大所蓄積的電荷，再使用像素選擇部來讀出放大后的電荷。圖1為顯示公知的CMOS圖像傳感器的單位像素。于圖1中，符號5為光電轉(zhuǎn)換用 光電二極管、符號101為放大用晶體管、符號102為重置晶體管、符號103為選擇晶體管、符 號13為信號線、符號11為像素選擇時(shí)鐘線(clock line)、符號12為重置時(shí)鐘線、符號14 為電源線、符號114為重置用電源線。公知的CMOS圖像傳感器的單位像素除了光電二極管 之外，也于平面具有三個(gè)M0S晶體管。也就是說，像素難以高度集成化。專利文獻(xiàn)1 日本專利特開第2000-244818號公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明所欲解決的問題)因此，本發(fā)明的目的為提供一種像素的集成密度高的CMOS圖像傳感器。(用于解決問題的手段)于本發(fā)明的一方式中，提供一種固態(tài)攝像組件，該固態(tài)攝像組件為于Si(硅)襯 底上形成信號線，并于所述信號線上形成島狀半導(dǎo)體；所述島狀半導(dǎo)體具備有第一半導(dǎo) 體層，設(shè)于所述島狀半導(dǎo)體下部而連接于所述信號線；第二半導(dǎo)體層，鄰接于所述第一半導(dǎo)體層的上側(cè)；柵極，隔著絕緣膜連接于所述第 二半導(dǎo)體層；電荷蓄積部，連接于所述第二半導(dǎo)體層，并由受光時(shí)電荷量會(huì)產(chǎn)生變化的第三 半導(dǎo)體層所構(gòu)成；以及第四半導(dǎo)體層，鄰接于所述第二半導(dǎo)體層與所述第三半導(dǎo)體層的上 側(cè)；并且，形成連接于所述島狀半導(dǎo)體上部的所述第四半導(dǎo)體層的像素選擇線。此外，于本發(fā)明的優(yōu)選方式中，所述第一半導(dǎo)體層為n+型擴(kuò)散層，所述第二半導(dǎo) 體層為P型雜質(zhì)添加區(qū)域，所述第三半導(dǎo)體層為n型擴(kuò)散層，所述第四半導(dǎo)體層為P+型擴(kuò) 散層。所述p+型擴(kuò)散層與n型擴(kuò)散層具有作為光電轉(zhuǎn)換用光電二極管(photo-diode) 的功能；所述P+型擴(kuò)散層、n型擴(kuò)散層、以及p型雜質(zhì)添加區(qū)域具有作為放大用晶體管的功 能；所述第一半導(dǎo)體層的n+型擴(kuò)散層、p型雜質(zhì)添加區(qū)域、n型擴(kuò)散層、以及柵極具有作為 重置晶體管(reset transistor)的功能。
3
此外，于本發(fā)明的優(yōu)選方式中，所述第二半導(dǎo)體層的一部分為圓柱形狀；所述柵極 隔著所述絕緣膜包圍所述第二半導(dǎo)體層一部分的外周。所述第二半導(dǎo)體層的另一部分為圓柱形狀；所述第三半導(dǎo)體層包圍所述第二半導(dǎo) 體層的所述另一部分的外周。此外，于本發(fā)明的優(yōu)選方式中，提供一種將所述固態(tài)攝像組件于襯底配置有n行 (row)m列(column) (n、m為1以上)的固態(tài)攝像組件陣列。本發(fā)明的另一方式為固態(tài)攝像組件的驅(qū)動(dòng)方法于所述像素選擇線施加第一驅(qū)動(dòng) 電壓，于所述信號線施加第二驅(qū)動(dòng)電壓，于所述柵極施加第三驅(qū)動(dòng)電壓，借此進(jìn)行所述電荷
蓄積部的重置。于所述像素選擇線施加所述第一驅(qū)動(dòng)電壓，于所述柵極施加所述第一驅(qū)動(dòng)電壓， 于所述信號線施加所述第一驅(qū)動(dòng)電壓，借此進(jìn)行受光并使蓄積于所述電荷蓄積部的電荷量
產(chǎn)生變化。于所述像素選擇線施加所述第二驅(qū)動(dòng)電壓，于所述柵極施加所述第一驅(qū)動(dòng)電壓， 對所述信號線施加所述第一驅(qū)動(dòng)電壓，借此放大蓄積于所述電荷蓄積部的電荷，并使讀出 電流流通以進(jìn)行讀出。于本發(fā)明的優(yōu)選方式中，所述第一驅(qū)動(dòng)電壓為0V，所述第二驅(qū)動(dòng)電壓為IV，所述 第三驅(qū)動(dòng)電壓為1. 5V。(發(fā)明效果)本發(fā)明提供一種固態(tài)攝像組件，該固態(tài)攝像組件于Si襯底上形成信號線，于所述 信號線上形成島狀半導(dǎo)體；所述島狀半導(dǎo)體具備有第一半導(dǎo)體層，設(shè)于所述島狀半導(dǎo)體 下部而連接于所述信號線；第二半導(dǎo)體層，鄰接于所述第一半導(dǎo)體層的上側(cè)；柵極，隔著絕 緣膜連接于所述第二半導(dǎo)體層；電荷蓄積部，連接于所述第二半導(dǎo)體層，并由受光時(shí)電荷量 會(huì)產(chǎn)生變化的第三半導(dǎo)體層所構(gòu)成；以及第四半導(dǎo)體層，鄰接于所述第二半導(dǎo)體層與所述 第三半導(dǎo)體層的上側(cè)；并且，形成連接所述島狀半導(dǎo)體上部的所述第四半導(dǎo)體層的像素選 擇線。所述第三半導(dǎo)體層與所述第四半導(dǎo)體層具有作為光電轉(zhuǎn)換用光電二極管的功能； 所述第二半導(dǎo)體層、所述第三半導(dǎo)體層、以及所述第四半導(dǎo)體層具有放大用晶體管的功能； 所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層、所述第三半導(dǎo)體層、以及所述柵極具有作為重置晶 體管的功能。借此，由于能以4F2(F為最小加工尺寸)面積來實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換部、放大部、像素選 擇部、以及重置部(也就是CMOS圖像傳感器的單位像素)，故可成為像素的集成密度高的 CMOS圖像傳感器。


圖1為公知的CMOS圖像傳感器的單位像素。圖2為本發(fā)明的第一實(shí)施例的一個(gè)固態(tài)攝像組件的側(cè)視圖。圖3(a)為圖2的X1-X1'的剖面圖。圖3(b)為圖3(a)的等效電路圖。圖4(a)為圖2的Y1-Y1'的剖面圖。圖4(b)為圖4(a)的等效電路圖。 圖5為將本發(fā)明的固態(tài)攝像組件配置成 圖6為圖5的俯視圖。
圖 視
列
陣 件 組 像 攝 態(tài) 固
列
三
行 .1
圖7為圖6的X2-X21 圖8為圖6的X3-X3 ‘ 圖9為圖6的Y2-Y21
的剖面圖。 的剖面圖。 的剖面圖。
圖10為本發(fā)明的固態(tài)攝像組件的等效電路。 圖11為本發(fā)明的固態(tài)攝像組件的驅(qū)動(dòng)方法。 圖12為本發(fā)明的固態(tài)攝像組件的驅(qū)動(dòng)方法。 圖13(a)及(b)為本發(fā)明的固態(tài)攝像組件的驅(qū)動(dòng)方法c
圖14(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖15(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖16(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖17(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖18(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖19(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖20(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖21(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖22(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖23(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖24(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖25(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖26(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖27 (a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖28(a)為用以顯示本發(fā)明的C⑶攝像組件的實(shí)施
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
列的X2-X2'
的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖 的剖面的步驟圖
5為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖29 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖30 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖31 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖32 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖33 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖34 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖35 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖36 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖37 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖38 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖39 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖40 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖41 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖42 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。
圖43 (a)為用以顯示本發(fā)明的(XD攝像組件的實(shí)施例的X2-X2 ‘ 為Y2-Y2'剖面的步驟圖。 圖44為用以顯示本發(fā)明的第二實(shí)施例的側(cè)視圖。 圖45似為圖44的乂5-父5'的剖面圖。 圖45(b)為圖45(b)的等效電路圖。 圖46 (a)為圖44的Y5-Y5 ‘的剖面圖。 圖46(b)為圖46(a)的等效電路圖。 圖47為用以顯示本發(fā)明的第三實(shí)施例的側(cè)視圖。 上述附圖中的附圖標(biāo)記說明如下 5光電轉(zhuǎn)換用光電二極管
的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟圖； 的剖面的步驟6
11像素選擇時(shí)鐘線12重置時(shí)鐘線13、256、278、378、407、603 信號線14電源線101、403放大用晶體管102,405重置晶體管103選擇晶體管114重置用電源線250、260、265、270p+型擴(kuò)散層251、261、266、271p 型雜質(zhì)添加區(qū)域252、262、267、272、362、367、372、602n+ 型擴(kuò)散層253、263、268、273、406、600、607 柵極254、264、269、274 電荷蓄積部255、275、276、277、404、606 像素選擇線360、365、370、605p+型擴(kuò)散層361、366、371、601、608p 型雜質(zhì)添加區(qū)域364、369、374、402、604、609 電荷蓄積部401光電二極管408讀出電流Iread501p 型硅 502 氮化膜(SiN)503硅氧化膜504、505掩模506、507、508、509、524、525、526、533、534、535 光刻膠510、511、512、513 島狀半導(dǎo)體514、515、528、529、530、531 氧化膜516、517 側(cè)壁 518、527 氧化膜層519、520、521、522 柵極氧化膜523多晶硅532金屬536表面保護(hù)膜
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖所示的實(shí)施例來說明本發(fā)明。并且，本發(fā)明并未限定于附圖所示的 實(shí)施例。圖2為顯示本發(fā)明的第一實(shí)施例的一個(gè)固態(tài)攝像組件的側(cè)視圖。此外，圖3(a)為 圖2的X1-X1'的剖面圖、圖3(b)為圖3(a)的等效電路圖、圖4(a)為圖2的Y1-Y1'的剖 面圖、圖4(b)為圖4(a)的等效電路圖。于Si襯底上形成島狀半導(dǎo)體。于島狀半導(dǎo)體的下部形成接觸于Si襯底并作為信 號線256的n+型擴(kuò)散層。于信號線256上形成n+型擴(kuò)散層252，并于n+型擴(kuò)散層252上 形成P型雜質(zhì)添加區(qū)域251。隔著絕緣膜將柵極253連接于p型雜質(zhì)添加區(qū)域251。柵極 253的下端部鄰接于n+型擴(kuò)散層252的上端部。比連接有柵極253的部分更上部的p型雜質(zhì)添加區(qū)域251連接有由受光時(shí)電荷量 會(huì)產(chǎn)生變化的n型擴(kuò)散層254所構(gòu)成的電荷蓄積部。柵極253的上端部鄰接于n型擴(kuò)散層 254的下端部。
與p型雜質(zhì)添加區(qū)域251以及n型擴(kuò)散層254連接形成p+型擴(kuò)散層250。島狀半 導(dǎo)體包含有n+型擴(kuò)散層252、p型雜質(zhì)添加區(qū)域251、柵極253、n型擴(kuò)散層254、以及P+型 擴(kuò)散層250。接著，形成連接于島狀半導(dǎo)體上部的p+型擴(kuò)散層的像素選擇線255。p+型擴(kuò)散層250與n型擴(kuò)散層254具有作為光電轉(zhuǎn)換用光電二極管的功能。p+型擴(kuò)散層250、n型擴(kuò)散層254、以及p型雜質(zhì)添加區(qū)域251具有作為放大用晶 體管的功能。n+型擴(kuò)散層254、p型雜質(zhì)添加區(qū)域251、n型擴(kuò)散層254、以及柵極253具有作為
重置晶體管的功能。此外，圖5為顯示將所述固態(tài)攝像組件配置成二行三列的固態(tài)攝像組件陣列的側(cè) 視圖。圖6為圖5的俯視圖。圖7為圖6的X2-X2'的剖面圖。圖8為圖6X3-X3'的剖面 圖。圖9為圖6的Y2-Y2'的剖面圖。于Si襯底上形成島狀半導(dǎo)體；于島狀半導(dǎo)體內(nèi)部形成p+型擴(kuò)散層260、p型雜質(zhì)添加區(qū)域261、以及n+型擴(kuò)散 層 262 ；于p型雜質(zhì)添加區(qū)域連接由受光時(shí)電荷量會(huì)產(chǎn)生變化的n型擴(kuò)散層所構(gòu)成的電荷 蓄積部264，并且隔著絕緣膜連接?xùn)艠O263 ；形成連接于島狀半導(dǎo)體上部的p+型擴(kuò)散層的像素選擇線275 ；借此，形成第一行 第一列的固態(tài)攝像組件。此外，于Si襯底上形成島狀半導(dǎo)體；于島狀半導(dǎo)體內(nèi)部形成p+型擴(kuò)散層265、p型雜質(zhì)添加區(qū)域266、以及n+型擴(kuò)散 層 267 ；于p型雜質(zhì)添加區(qū)域連接由受光時(shí)電荷量會(huì)產(chǎn)生變化的n型擴(kuò)散層所構(gòu)成的電荷 蓄積部269，并隔著絕緣膜連接?xùn)艠O268 ；形成用以連接島狀半導(dǎo)體上部的p+型擴(kuò)散層的像素選擇線276 ；借此，形成第一 行第二列的固態(tài)攝像組件。此外，于Si襯底上形成島狀半導(dǎo)體；于島狀半導(dǎo)體內(nèi)部形成p+型擴(kuò)散層270、p型雜質(zhì)添加區(qū)域271、以及n+型擴(kuò)散 層 272 ；于p型雜質(zhì)添加區(qū)域連接由受光時(shí)電荷量會(huì)產(chǎn)生變化的n型擴(kuò)散層所構(gòu)成的電荷 蓄積部274，并隔著絕緣膜連接?xùn)艠O273 ；形成連接于島狀半導(dǎo)體上部的p+型擴(kuò)散層的像素選擇線277 ；借此，形成第一行 第三列的固態(tài)攝像組件。于Si襯底上形成島狀半導(dǎo)體；于島狀半導(dǎo)體內(nèi)部形成p+型擴(kuò)散層360、p型雜質(zhì)添加區(qū)域361、以及n+型擴(kuò)散 層 362 ；于p型雜質(zhì)添加區(qū)域連接由受光時(shí)電荷量會(huì)產(chǎn)生變化的n型擴(kuò)散層所構(gòu)成的電荷 蓄積部364，并隔著絕緣膜連接?xùn)艠O263 ；形成連接于島狀半導(dǎo)體上部的p+型擴(kuò)散層的像素選擇線275 ；借此，形成第二行第一列的固態(tài)攝像組件。此外，于Si襯底上形成島狀半導(dǎo)體；于島狀半導(dǎo)體內(nèi)部形成p+型擴(kuò)散層365、p型雜質(zhì)添加區(qū)域366、以及n+型擴(kuò)散 層 367 ；于p型雜質(zhì)添加區(qū)域連接由受光時(shí)電荷量會(huì)產(chǎn)生變化的n型擴(kuò)散層所構(gòu)成的電荷 蓄積部369，并隔著絕緣膜連接?xùn)艠O268 ；形成連接于島狀半導(dǎo)體上部的p+型擴(kuò)散層的像素選擇線276 ；借此，形成第二行 第二列的固態(tài)攝像組件。此外，于Si襯底上形成島狀半導(dǎo)體；于島狀半導(dǎo)體內(nèi)部形成p+型擴(kuò)散層370、p型雜質(zhì)添加區(qū)域371、以及n+型擴(kuò)散 層 372 ；于p型雜質(zhì)添加區(qū)域連接由受光時(shí)電荷量會(huì)產(chǎn)生變化的n型擴(kuò)散層所構(gòu)成的電荷 蓄積部374，并隔著絕緣膜連接?xùn)艠O273 ；形成連接于島狀半導(dǎo)體上部的p+型擴(kuò)散層的像素選擇線277 ；借此，形成第二行 第三列的固態(tài)攝像組件。接著，形成用以將第一行第一列的島狀半導(dǎo)體上部的P+型擴(kuò)散層260與第二行第 一列的島狀半導(dǎo)體上部的P+型擴(kuò)散層360予以相互連接的像素選擇線275 ；形成將第一行第二列的島狀半導(dǎo)體上部的p+型擴(kuò)散層265與第二行第二列的島 狀半導(dǎo)體上部的P+型擴(kuò)散層365予以相互連接的像素選擇線276 ；形成將第一行第三列的島狀半導(dǎo)體上部的p+型擴(kuò)散層270與第二行第三列的島 狀半導(dǎo)體上部的P+型擴(kuò)散層370予以相互連接的像素選擇線277。接著，形成將第一行第一列的島狀半導(dǎo)體下部的n+型擴(kuò)散層262、第一行第二列 的島狀半導(dǎo)體下部的n+型擴(kuò)散層267、以及第一行第三列的島狀半導(dǎo)體下部的n+型擴(kuò)散 層272予以相互連接的信號線278 ；形成將第二行第一列的島狀半導(dǎo)體下部的n+型擴(kuò)散層 362、第二行第二列的島狀半導(dǎo)體下部的n+型擴(kuò)散層367、以及第二行第三列的島狀半導(dǎo)體 下部的n+型擴(kuò)散層372予以相互連接的信號線378。將本發(fā)明的固態(tài)攝像組件的等效電路顯示于圖10。本發(fā)明的固態(tài)攝像組件具備 有光電二極管401、電荷蓄積部402、放大用晶體管403、像素選擇線404、重置晶體管405、 柵極(重置線)406、以及信號線407。將本發(fā)明的固態(tài)攝像組件的驅(qū)動(dòng)方法顯示于圖11、圖12、圖13 (a)、以及圖13(b)。首先，于像素選擇線404施加0V、于信號線407施加信號線電壓VH (例如IV)、于柵 極(重置線)406施加VH+Vth，借此將電荷蓄積部402設(shè)作為VH并進(jìn)行重置(圖11)。然 而，Vth為重置晶體管的閾值電壓，例如為0. 5V。接著，于像素選擇線404施加0V、于柵極(重置線)406施加0V、于信號線407施 加0V，借此將射入至光電二極管401的光信號轉(zhuǎn)換成電荷，并將轉(zhuǎn)換后的信號電荷蓄積至 電荷蓄積部402。也就是說，當(dāng)光線射入時(shí)，電荷蓄積部402的電壓會(huì)降低(圖12)。接著，于像素選擇線404施加VH (例如IV)、于柵極(重置線)406施加0V、于信號 線407施加0V，借此將蓄積于電荷蓄積部402的電荷放大，并使讀出電流Iread408流通以 進(jìn)行讀出。當(dāng)光線很強(qiáng)時(shí)，電荷蓄積部402的電壓會(huì)降低，電流會(huì)流通(圖13(a))。此外，
9當(dāng)光線未射入至光電二極管時(shí)，電荷蓄積部402的電壓為VH(例如IV)，電流即不流通(圖 13(b))。通過所述的驅(qū)動(dòng)方法，能將由光電二極管所構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換部所產(chǎn)生的電荷予以 蓄積，并通過放大部將所蓄積的電荷放大，且使用像素選擇部來讀出電荷。以下，參照圖14至圖43，說明用以形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的制造步驟的一例。圖14至圖43為對應(yīng)于圖6的X2-X2'的剖面與Y2-Y2'的剖面。圖14為S01(silicon-on-insulator ；絕緣層上覆硅)襯底的X2-X2 ‘的剖面與 Y2-Y2'的剖面，該S0I襯底于氧化硅膜上形成p型硅501，并沉積有氮化膜(SiN)502與氧 化硅膜503。形成光刻膠(resist)、進(jìn)行氧化膜蝕刻、進(jìn)行氮化膜蝕刻、剝離光刻膠而形成掩模 504,505(圖 15)。將Si予以蝕刻以形成信號線278、378(圖16)。形成光刻膠506、507、508、509(圖 17)。將氧化膜、氮化膜予以蝕刻(圖18)。剝離光刻膠(圖19)。將Si予以蝕刻以形成島狀半導(dǎo)體510、511、512、513(圖20)。進(jìn)行氧化以形成氧化膜514、515(圖21)。沉積多晶硅并予以回蝕刻(etch back)而殘留成側(cè)壁(side wall) 516、517狀(圖 22)。將磷予以離子注入、進(jìn)行退火、而形成信號線278、378與n+型擴(kuò)散層262、267、 272、372(圖 23)。剝離多晶硅(圖24)。剝離氧化膜(圖25)。沉積氧化膜并進(jìn)行平坦化及蝕刻，以形成氧化膜層518 (圖26)。進(jìn)行柵極氧化以形成柵極氧化膜519、520、521、522，接著沉積多晶硅523并進(jìn)行 平坦化及回蝕刻(圖27)。形成用以作為重置線的光刻膠524、525、526(圖28)。將多晶硅予以蝕刻以形成柵極(重置線)263、268、273(圖29)。剝離光刻膠(圖30)。剝離Si柱側(cè)壁的薄氧化膜后，將Si柱側(cè)壁與柵極的多晶硅予以氧化(圖31)。將磷予以離子注入以形成n型擴(kuò)散層(圖32)。進(jìn)行退火以形成電荷蓄積層264、269、274、374(圖33)。剝離氮化膜(圖34)。沉積氧化膜并進(jìn)行平坦化以及回蝕刻，以形成氧化膜層527 (圖35)。進(jìn)行氧化以形成氧化膜528、529、530、531 (圖36)。注入硼、進(jìn)行退火、形成p+型擴(kuò)散層260、265、270、370(圖37)。剝離氧化膜(圖38)。沉積金屬532并進(jìn)行平坦化及回蝕刻(圖39)。
形成用以作為像素選擇線的光刻膠533、534、535(圖40)。將金屬予以蝕刻以形成像素選擇線275、276、277(圖41)。剝離光刻膠(圖42)。形成表面保護(hù)膜536 (圖43)。此外，于第一實(shí)施例中，使用有做成以電荷蓄積部包圍p型雜質(zhì)添加區(qū)域，且以柵 極隔著絕緣膜包圍P型雜質(zhì)添加區(qū)域的構(gòu)造的固態(tài)攝像組件。如圖44所示，也可做成柵極600隔著絕緣膜包圍p型雜質(zhì)添加區(qū)域601的一部分。圖44為顯示本發(fā)明的第二實(shí)施例的側(cè)視圖。圖45(a)為圖44的X5-X5'的剖面 圖。圖45(b)為圖45(a)的等效電路圖。圖46仏)為圖44的￥5-￥5'的剖面圖。圖46 (b) 為圖46(a)的等效電路圖。其構(gòu)造為于Si襯底上形成島狀半導(dǎo)體；于島狀半導(dǎo)體內(nèi)部形成p+型擴(kuò)散層605、p型雜質(zhì)添加區(qū)域601、以及n+型擴(kuò)散 層 602 ；于p型雜質(zhì)添加區(qū)域，柵極600隔著絕緣膜連接由受光時(shí)電荷量會(huì)產(chǎn)生變化的n 型擴(kuò)散層所構(gòu)成的電荷蓄積部604 ；形成連接于島狀半導(dǎo)體上部的p+型擴(kuò)散層的像素選擇線606 ；于島狀半導(dǎo)體下部形成作為信號線603的n+型擴(kuò)散層。此外，圖47為顯示第三實(shí)施例。也可為以電荷蓄積部609包圍p型雜質(zhì)添加區(qū)域 608的一部分，且以柵極607隔著絕緣膜包圍p型雜質(zhì)添加區(qū)域608的一部分。如上所述，公知的CMOS圖像傳感器的單位像素除了光電二極管之外，也于平面具 有三個(gè)M0S晶體管。也就是說，像素難以高密度集成化。相對于此，在本發(fā)明中，于Si襯底上形成島狀半導(dǎo)體；于島狀半導(dǎo)體內(nèi)部形成p+型擴(kuò)散層、p型雜質(zhì)添加區(qū)域、以及n+型擴(kuò)散層；于p型雜質(zhì)添加區(qū)域連接由受光時(shí)電荷量會(huì)產(chǎn)生變化的n型擴(kuò)散層所構(gòu)成的電荷 蓄積部，且隔著絕緣膜連接有柵極。形成用以連接島狀半導(dǎo)體上部的p+型擴(kuò)散層的像素選擇線，且于島狀半導(dǎo)體下 部形成作為信號線的n+型擴(kuò)散層。所述p+型擴(kuò)散層與n型擴(kuò)散層具有作為光電轉(zhuǎn)換用光電二極管的功能；所述p+型擴(kuò)散層、n型擴(kuò)散層、以及p型雜質(zhì)添加區(qū)域具有作為放大用晶體管的 功能；所述n+型擴(kuò)散層、p型雜質(zhì)添加區(qū)域、n型擴(kuò)散層、以及柵極具有作為重置晶體管 的功能。通過所述構(gòu)成，由于能以4F2(F為最小加工尺寸)面積來實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換部、放大 部、像素選擇部、以及重置部(也CMOS圖像傳感器的單位像素)，故可成為像素高集成的 CMOS圖像傳感器。
權(quán)利要求
一種固態(tài)攝像組件，其特征在于，于硅襯底上形成信號線，于所述信號線上形成島狀半導(dǎo)體；所述島狀半導(dǎo)體具備有第一半導(dǎo)體層，設(shè)于所述島狀半導(dǎo)體下部而連接于所述信號線；第二半導(dǎo)體層，鄰接于所述第一半導(dǎo)體層的上側(cè)；柵極，隔著絕緣膜連接于所述第二半導(dǎo)體層；電荷蓄積部，連接于所述第二半導(dǎo)體層，并由受光時(shí)電荷量會(huì)產(chǎn)生變化的第三半導(dǎo)體層所構(gòu)成；以及第四半導(dǎo)體層，鄰接于所述第二半導(dǎo)體層與所述第三半導(dǎo)體層的上側(cè)；并且，形成連接于所述島狀半導(dǎo)體上部的所述第四半導(dǎo)體層的像素選擇線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像組件，其特征在于，所述信號線為η+型擴(kuò)散層，所述 第一半導(dǎo)體層為η+型擴(kuò)散層，所述第二半導(dǎo)體層為P型雜質(zhì)添加區(qū)域，所述第三半導(dǎo)體層 為η型擴(kuò)散層，所述第四半導(dǎo)體層為P+型擴(kuò)散層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)攝像組件，其特征在于，所述P+型擴(kuò)散層與η型擴(kuò)散層具有作為光電轉(zhuǎn)換用光電二極管的功能； 所述P+型擴(kuò)散層、η型擴(kuò)散層、以及ρ型雜質(zhì)添加區(qū)域具有作為放大用晶體管的功能； 所述第一半導(dǎo)體層的η+型擴(kuò)散層、ρ型雜質(zhì)添加區(qū)域、η型擴(kuò)散層、以及柵極具有作為 重置晶體管的功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像組件，其特征在于， 所述第二半導(dǎo)體層的一部分為圓柱形狀；所述柵極隔著所述絕緣膜包圍所述第二半導(dǎo)體層一部分的外周。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)攝像組件，其特征在于， 所述第二半導(dǎo)體層的另一部分為圓柱形狀；所述第三半導(dǎo)體層包圍所述第二半導(dǎo)體層的所述另一部分的外周。
6.一種固態(tài)攝像組件陣列，其特征在于，將權(quán)利要求1的固態(tài)攝像組件于襯底上配置 成η行m列(n、m為1以上)。
7.一種固態(tài)攝像組件陣列，其特征在于，將權(quán)利要求2的固態(tài)攝像組件于襯底上配置 成η行m列(n、m為1以上)。
8.一種固態(tài)攝像組件的驅(qū)動(dòng)方法，為驅(qū)動(dòng)權(quán)利要求2的固態(tài)攝像組件的驅(qū)動(dòng)方法，其 特征在于，于所述像素選擇線施加第一驅(qū)動(dòng)電壓，于所述信號線施加第二驅(qū)動(dòng)電壓，于所述 柵極施加第三驅(qū)動(dòng)電壓，借此進(jìn)行所述電荷蓄積部的重置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固態(tài)攝像組件的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，于所述像素選擇線 施加所述第一驅(qū)動(dòng)電壓，于所述柵極施加所述第一驅(qū)動(dòng)電壓，于所述信號線施加所述第一 驅(qū)動(dòng)電壓，借此進(jìn)行受光以使蓄積于所述電荷蓄積部的電荷量產(chǎn)生變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)攝像組件的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，于所述像素選擇線 施加所述第二驅(qū)動(dòng)電壓，于所述柵極施加所述第一驅(qū)動(dòng)電壓，于所述信號線施加所述第一 驅(qū)動(dòng)電壓，借此將蓄積于所述電荷蓄積部的電荷予以放大，并使讀出電流流通以進(jìn)行讀出。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固態(tài)攝像組件的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述第一驅(qū)動(dòng)電 壓為0V，所述第二驅(qū)動(dòng)電壓為IV，所述第三驅(qū)動(dòng)電壓為1. 5V。
全文摘要
本發(fā)明提供一種像素集成密度高的CMOS圖像傳感器。固態(tài)攝像組件于Si襯底上形成信號線(256)，并于信號線上形成島狀半導(dǎo)體。島狀半導(dǎo)體具備有第一半導(dǎo)體層(252)，連接于信號線；第二半導(dǎo)體層(251)，鄰接于第一半導(dǎo)體層的上側(cè)；柵極(253)，隔著絕緣膜連接于第二半導(dǎo)體層；電荷蓄積部，連接于第二半導(dǎo)體層，并由受光時(shí)電荷量會(huì)產(chǎn)生變化的第三半導(dǎo)體層(254)所構(gòu)成；以及第四半導(dǎo)體層(250)，鄰接于第二半導(dǎo)體層與所述第三半導(dǎo)體層的上側(cè)。并且形成有用以連接島狀半導(dǎo)體上部的所述第四半導(dǎo)體層的像素選擇線(255)。
文檔編號H01L27/146GK101855725SQ20078010151
公開日2010年10月6日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者中村廣記, 舛岡富士雄 申請人:日本優(yōu)尼山帝斯電子株式會(huì)社