專利名稱：圖像感測(cè)裝置和照相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像感測(cè)裝置和照相機(jī)。
背景技術(shù)：
如在日本專利公開No. 2006-120679中公開的那樣，當(dāng)包含于MOS圖像傳感器的各像素中的放大器晶體管的柵極被形成為具有埋入溝道結(jié)構(gòu)時(shí)，Ι/f噪聲減少。如在日本專利公開No. 2006-120679的段落“0034”中公開的那樣，作為形成埋入溝道結(jié)構(gòu)的方法，當(dāng)放大器晶體管是第一導(dǎo)電類型的MOS晶體管時(shí)，其柵電極由第二導(dǎo)電類型的多晶硅形成。如在日本專利公開No. 2006-120679的段落“0062”中公開的那樣，作為NMOS晶體管的替代，可以使用PMOS晶體管作為放大器晶體管。日本專利公開No. 2006-120679沒有關(guān)于作為像素區(qū)域以外的區(qū)域的周邊區(qū)域中的晶體管的溝道結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查。如果該文獻(xiàn)追求工藝的簡(jiǎn)化，那么像素區(qū)域和周邊區(qū)域中的相同導(dǎo)電類型的所有MOS晶體管(例如，PMOS晶體管)應(yīng)具有相同的溝道結(jié)構(gòu)。在這種情況下，與像素區(qū)域中的放大器晶體管的導(dǎo)電類型相同的導(dǎo)電類型的所有MOS晶體管可具有埋入溝道結(jié)構(gòu)。但是，具有埋入溝道結(jié)構(gòu)的MOS晶體管(例如，具有η型柵極的PMOS晶體管)趨于為常導(dǎo)通(ON)的晶體管。出于這種原因，泄漏電流會(huì)增加，并且功耗會(huì)變高。并且，日本專利公開No. 2006-120679沒有關(guān)于MOS晶體管中的溝道阻止體區(qū)域的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查。由于各像素的放大器晶體管被布置為與光電二極管相鄰，因此它應(yīng)當(dāng)被包含溝道阻止區(qū)域的元件隔離結(jié)構(gòu)隔離，以抑制暗電流的影響。另一方面，由于列選擇電路需要比形成各像素的晶體管更加小型化的晶體管結(jié)構(gòu)，因此降低晶體管的導(dǎo)通(ON)電阻是重要的，但是考慮暗電流的必要性是低的。在列選擇電路中布置的溝道阻止區(qū)域不僅增加導(dǎo)通電阻，而且妨礙小型化，從而導(dǎo)致缺點(diǎn)而不是優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)外圍電路中的特別需要高速操作的部分(特別是列選擇電路(也稱為列解碼器或水平掃描電路)的MOS晶體管)使用與各像素的放大器MOS晶體管相同的結(jié)構(gòu)時(shí)，不能獲得具有足夠高的讀出速度的圖像感測(cè)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
由于認(rèn)識(shí)到上述課題，提出了本發(fā)明，并且，本發(fā)明獲得例如各像素中的Ι/f噪聲的減少和圖像感測(cè)裝置中的信號(hào)的高讀出速度。本發(fā)明的方面中的一個(gè)方面提供一種圖像感測(cè)裝置，該圖像感測(cè)裝置包括像素陣列，在該像素陣列中布置像素以形成多個(gè)行和多個(gè)列；和外圍電路，該外圍電路包含選擇像素陣列中的行的行選擇電路、選擇像素陣列中的列的列選擇電路和讀出像素陣列中的由列選擇電路選擇的列的信號(hào)的讀出電路，其中，各像素包含光電二極管、浮動(dòng)擴(kuò)散、將存儲(chǔ)于光電二極管的存儲(chǔ)區(qū)域中的空穴傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散的傳送PMOS晶體管、放大在浮動(dòng)擴(kuò)散中出現(xiàn)的信號(hào)的放大器PMOS晶體管和將浮動(dòng)擴(kuò)散的電勢(shì)復(fù)位的復(fù)位PMOS晶體管，放大器PMOS晶體管具有由η型導(dǎo)電圖案形成的柵極，并且被第一元件隔離區(qū)域和至少覆蓋第一元件隔離區(qū)域的下部的η型雜質(zhì)區(qū)域隔離，并且，包含于列選擇電路中的各PMOS晶體管具有由P型導(dǎo)電圖案形成的柵極并且被第二元件隔離區(qū)域隔離，并且，與第二元件隔離區(qū)域的下部相鄰的區(qū)域中的η型雜質(zhì)濃度比η型雜質(zhì)區(qū)域中的η型雜質(zhì)濃度低。參照附圖閱讀示例性實(shí)施例的以下說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置的布置的示意圖；圖2是表示像素陣列的像素單元的布置的例子的電路圖；圖3是表示讀取電路的一部分和列選擇電路的一部分的布置的例子的電路圖；圖4是表示形成像素陣列的像素單元的布置的例子的布局圖；圖5是沿圖4中的線A-A'切取的截面圖；圖6是沿圖4中的線B-B'切取的截面圖；圖7是沿圖4中的線C-C'切取的截面圖；圖8是表示形成列選擇電路的一部分的驅(qū)動(dòng)器的布置的例子的布局圖；圖9是沿圖8所示的PMOS晶體管中的線D-D'切取的截面圖；圖10是沿圖4所示的放大器晶體管中的線A' -A"切取的截面圖；圖11是沿圖4所示的復(fù)位晶體管中的線F-F'切取的截面圖；圖12是沿圖8所示的列選擇電路的PMOS晶體管中的線G-G'切取的截面圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的照相機(jī)的布置的示意性框圖；圖14是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置的制造方法的例子的示圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置200的布置的示意圖。圖像感測(cè)裝置200在半導(dǎo)體基板上形成，并且可被稱為例如固態(tài)圖像傳感器、MOS圖像傳感器或CMOS 傳感器等。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置200包含二維布置像素以形成多個(gè)行和多個(gè)列的像素陣列210。圖像感測(cè)裝置200還可包含選擇像素陣列210中的行的行選擇電路 M0、選擇像素陣列210中的列的列選擇電路230和讀出像素陣列210中的由列選擇電路 230選擇的列的信號(hào)的讀出電路220。行選擇電路240和列選擇電路230可包含例如移位寄存器，但它們也可被配置為隨機(jī)訪問(wèn)行和列。圖2是表示像素陣列210中的像素單元PU的布置的例子的電路圖。在該布置例子中，像素單元PU包含兩個(gè)像素。但是，作為其它實(shí)施例，像素單元PU可形成單個(gè)像素或者可包含三個(gè)或更多個(gè)像素。像素單元PU被配置為讀出由光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電子和空穴中的空穴作為信號(hào)。像素陣列210由分別包含至少一個(gè)像素的二維布局像素單元PU形成。在圖2所示的布置例子中，像素單元PU可包含用作光電轉(zhuǎn)換單元的兩個(gè)光電二極管PDl和PD2、兩個(gè)傳送晶體管TTl和TT2、一個(gè)放大器晶體管SF和一個(gè)復(fù)位晶體管RT。放大器晶體管SF和復(fù)位晶體管RT被光電二極管PDl和PD2以及傳送晶體管TTl和TT2共享。 傳送晶體管TT(TT1、TT2)、放大器晶體管SF和復(fù)位晶體管RT中的每一個(gè)被形成為PMOS晶體管。放大器晶體管SF可被稱為放大器PMOS晶體管。傳送晶體管TT可被稱為傳送PMOS 晶體管。復(fù)位晶體管RT可被稱為復(fù)位PMOS晶體管。傳送晶體管TTl和ΤΤ2在活動(dòng)脈沖(低脈沖)被施加到與它們的柵極連接的傳送信號(hào)線Txl和Τχ2時(shí)被啟用。然后，存儲(chǔ)于光電二極管PDl和PD2的存儲(chǔ)區(qū)域(ρ型區(qū)域) 中的空穴被傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散FD。注意，光電二極管PDl和PD2被布置為形成不同的行，并且，活動(dòng)脈沖在不同的定時(shí)被施加到傳送信號(hào)線Txl和Τχ2。放大器晶體管SF與向垂直信號(hào)線(列信號(hào)線)VSL供給恒定電流的恒流源CCS — 起形成源極跟隨器電路。放大器晶體管SF通過(guò)源極跟隨器操作放大作為通過(guò)傳送晶體管 TT向浮動(dòng)擴(kuò)散FD傳送空穴的結(jié)果在浮動(dòng)擴(kuò)散FD中出現(xiàn)的信號(hào)(電勢(shì)變化)，并且將放大的信號(hào)輸出到垂直信號(hào)線VSL。輸出到垂直信號(hào)線VSL的信號(hào)被讀出電路220讀出。復(fù)位晶體管RT在活動(dòng)脈沖(低脈沖)被施加到與其柵極連接的復(fù)位信號(hào)線RES時(shí)被啟用以將浮動(dòng)擴(kuò)散FD復(fù)位。在圖2所示的布置例子中，通過(guò)控制向復(fù)位晶體管RT的漏電極施加的電勢(shì)VFDC 來(lái)選擇行。將浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電勢(shì)復(fù)位為不啟用放大器晶體管SF的電勢(shì)的行被設(shè)定于非選擇狀態(tài)。另一方面，將浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電勢(shì)復(fù)位為啟用放大器晶體管SF的電勢(shì)的行被設(shè)定于選擇狀態(tài)。作為另一實(shí)施例，可以在接地電勢(shì)和垂直信號(hào)線VSL之間與放大器晶體管SF 串聯(lián)地布置用于選擇行的選擇晶體管。可以例如在接地電勢(shì)和放大器晶體管SF之間或者在放大器晶體管SF和垂直信號(hào)線VSL之間布置選擇晶體管。圖3是表示讀出電路220的一部分和列選擇電路230的一部分的布置的例子的電路圖。讀出電路220可具有用于各列即用于各垂直信號(hào)線(列信號(hào)線)VSL的電容器221 和開關(guān)222。電容器221保持輸出到像素陣列210的垂直信號(hào)線(列信號(hào)線)VSL上的信號(hào)或通過(guò)由放大器(未示出)放大信號(hào)獲得的信號(hào)。開關(guān)222包含例如MOS晶體管。當(dāng)開關(guān)222被列選擇電路230選擇時(shí)(S卩，當(dāng)活動(dòng)電平的信號(hào)ΦΗ1(ΦΗ2、...)被施加到其柵極時(shí))，開關(guān)222被啟用以將由電容器221保持的信號(hào)輸出到水平信號(hào)線223上。輸出到水平信號(hào)線223上的信號(hào)例如被輸出放大器(未示出)放大，并且通過(guò)焊盤被輸出到外面。列選擇電路230包含例如移位寄存器231和與像素陣列210的列的數(shù)量一樣多的驅(qū)動(dòng)器232。各驅(qū)動(dòng)器232可包含由PMOS晶體管234和NMOS晶體管233形成的CMOS反相器。移位寄存器231依次將列選擇信號(hào)CSL1、CSL2、...驅(qū)動(dòng)到活動(dòng)電平，以依次選擇像素陣列210的多個(gè)列。當(dāng)用于選擇與驅(qū)動(dòng)器232對(duì)應(yīng)的列的列選擇信號(hào)變?yōu)榛顒?dòng)電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)器232啟用該列的開關(guān)222。注意，圖3中的讀出電路220和列選擇電路230被呈現(xiàn)為例示它們的簡(jiǎn)單布置，并且它們可具有各種其它布置。圖4是表示形成像素陣列210的像素單元PU的布置的例子的布局圖。圖5是沿圖4中的線A-A'切取的截面圖。圖6是沿圖4中的線B-B'切取的截面圖。圖7是沿圖 4中的線C-C'切取的截面圖。在本實(shí)施例中，由ρ型區(qū)域I3R和在ρ型區(qū)域I3R下面形成的η型埋入層10形成光電二極管PD(PD1、PD2)。ρ型區(qū)域I3R用作陽(yáng)極，并且埋入層10用作陰極。ρ型區(qū)域I3R包含P型第一區(qū)域15和至少一部分被布置在第一區(qū)域15和η型埋入層10之間的ρ型第二區(qū)域1'。第一區(qū)域15用作主要電荷存儲(chǔ)區(qū)域。第二區(qū)域1'的ρ型雜質(zhì)濃度可與例如ρ 型硅基板(半導(dǎo)體基板)1的P型雜質(zhì)濃度相同。第一區(qū)域15的ρ型雜質(zhì)濃度比第二區(qū)域 1'的P型雜質(zhì)濃度高。優(yōu)選在η型表面區(qū)域18下形成ρ型區(qū)域冊(cè)。在這種情況下，通過(guò) η型表面區(qū)域18、ρ型區(qū)域I3R和η型埋入層10形成埋入型的光電二極管PD。眾所周知，埋入型的光電二極管遭受較少的由暗電流產(chǎn)生的噪聲。η型表面區(qū)域18的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)優(yōu)選地比埋入層10的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)小。例如，優(yōu)選地η型表面區(qū)域18的主要雜質(zhì)為砷(As)并且埋入層10的主要雜質(zhì)為磷 (P)。由于砷(As)的擴(kuò)散系數(shù)比磷(P)小，因此通過(guò)使用砷(As)形成表面區(qū)域18對(duì)于小型化是有利的，原因是容易確定其邊界。另一方面，由于容易使得磷(P)進(jìn)入比砷(As)深的半導(dǎo)體基板(As)的位置，因此，通過(guò)使用磷(P)形成埋入層10是要允許在更深的位置中形成埋入層10，并且，對(duì)于靈敏度增強(qiáng)是有利的。由于磷(P)的擴(kuò)散系數(shù)比砷(As)的擴(kuò)散系數(shù)大，因此，通過(guò)使用磷(P)形成埋入層10對(duì)于形成廣泛分布的勢(shì)壘是有利的。由于磷 (P)的離子半徑比硅基板1的晶格常數(shù)大，因此，通過(guò)將磷(P)注入硅基板1中，硅基板1的晶格畸變，由此有利地引起雜質(zhì)金屬元素的吸收(getter)效果。這有助于點(diǎn)缺陷的改善。 可通過(guò)利用隧穿(channeling)現(xiàn)象將磷(P)離子注入到半導(dǎo)體基板1中來(lái)形成埋入層10。 在本發(fā)明中，要注入或摻雜的雜質(zhì)不限于砷(As)和磷(P)，并且可以使用其它的雜質(zhì)。浮動(dòng)擴(kuò)散FD是ρ型第三區(qū)域。在形成光電二極管PD的一部分的ρ型第一區(qū)域15 和浮動(dòng)擴(kuò)散FD(ρ型第三區(qū)域)之間的區(qū)域上，布置傳送晶體管TT(TTLTD)的柵極105。 換句話說(shuō)，傳送晶體管TT由ρ型第一區(qū)域15、浮動(dòng)擴(kuò)散FD (ρ型第三區(qū)域)和柵極105形成。傳送晶體管TT將存儲(chǔ)于光電二極管PD的ρ型區(qū)域(區(qū)域15和1')中的空穴傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散FD。在本實(shí)施例中，傳送晶體管TT是PMOS晶體管。傳送晶體管TT的柵極105 可由多晶硅形成。ρ型第二區(qū)域1'可被布置為在截面中包圍P型第一區(qū)域15。第二區(qū)域Γ和浮動(dòng)擴(kuò)散FD (第三區(qū)域)被η型區(qū)域16隔離，并且，在η型區(qū)域16中形成傳送晶體管TT的溝道。元件隔離區(qū)域9被布置為隔離要形成光電二極管PD、傳送晶體管ΤΤ、放大器晶體管SF和復(fù)位晶體管RT的活動(dòng)區(qū)域?；顒?dòng)區(qū)域在圖4中與表面區(qū)域18、浮動(dòng)擴(kuò)散FD和擴(kuò)散區(qū)域104、108和110對(duì)應(yīng)，并且這些區(qū)域以外的區(qū)域可以是元件隔離區(qū)域9。元件隔離區(qū)域 9的形成可一般使用STI(Shallow Trench Isolation，淺溝槽隔離)技術(shù)或LOCOS (Local Oxidation Of Silicon，硅的局部氧化)技術(shù)?？梢栽谥辽俑采w元件隔離區(qū)域9的下部(下側(cè)面和底面)的區(qū)域中形成溝道阻止區(qū)域8。各溝道阻止區(qū)域8的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)優(yōu)選地比埋入層10的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)小。例如，優(yōu)選地溝道阻止區(qū)域8的主要雜質(zhì)是砷(As)，并且埋入層10的主要雜質(zhì)是磷 (P)。如上所述，由于砷(As)的擴(kuò)散系數(shù)比磷(P)的擴(kuò)散系數(shù)小，因此，通過(guò)使用砷(As)形成溝道阻止區(qū)域8對(duì)于小型化是有利的。溝道阻止區(qū)域8的主要雜質(zhì)可與表面區(qū)域18的主要雜質(zhì)相同。在光電二極管PD之間形成勢(shì)壘11。也可根據(jù)需要在光電二極管PD、放大器晶體管SF和復(fù)位晶體管RT之間形成勢(shì)壘11。當(dāng)元件隔離區(qū)域9形成到足夠深的位置時(shí)，不需要光電二極管PD、放大器晶體管SF和復(fù)位晶體管RT之間的勢(shì)壘。在本實(shí)施例中，勢(shì)壘11 的形成確定被勢(shì)壘11包圍的P型區(qū)域1'放大器晶體管SF的柵極107與浮動(dòng)擴(kuò)散FD電連接。放大器晶體管SF的柵極107 可由多晶硅形成。在本實(shí)施例中，放大器晶體管SF的柵極107通過(guò)接觸插頭102與浮動(dòng)擴(kuò)散FD電連接。注意，在孔徑比或像素密度的提高方面，接觸插頭102優(yōu)選地為共享的接觸插頭。共享的接觸插頭是通過(guò)一個(gè)接觸插頭電連接一個(gè)晶體管的擴(kuò)散區(qū)域(源極或漏極) 與另一晶體管的柵極的接觸插頭。注意，可通過(guò)與柵極107電連接的一個(gè)接觸插頭、與浮動(dòng)擴(kuò)散FD電連接的另一接觸插頭和至少一個(gè)導(dǎo)電圖案連接放大器晶體管SF的柵極107。放大器晶體管SF是包含與浮動(dòng)擴(kuò)散FD電連接的柵極107以及擴(kuò)散區(qū)域104和108 的PMOS晶體管。復(fù)位晶體管RT是包含與復(fù)位信號(hào)線RES連接的柵極106、浮動(dòng)擴(kuò)散FD和擴(kuò)散區(qū)域110的PMOS晶體管。復(fù)位晶體管RT的柵極可由多晶硅形成。放大器晶體管SF優(yōu)選地具有埋入溝道結(jié)構(gòu)。這是由于具有埋入溝道結(jié)構(gòu)的放大器晶體管SF可減少Ι/f噪聲(1/f噪聲與溝道寬度和溝道長(zhǎng)度的積成反比)。另一方面，復(fù)位晶體管RT和傳送晶體管TT(和用于當(dāng)包含這種行選擇晶體管時(shí)選擇行的選擇晶體管) (特別是復(fù)位晶體管RT)優(yōu)選地具有表面溝道結(jié)構(gòu)。這是由于晶體管的截止(OFF)狀態(tài)對(duì)于抑制向浮動(dòng)擴(kuò)散FD的空穴泄漏是重要的。埋入溝道類型的晶體管很容易地被設(shè)定于常導(dǎo)通狀態(tài)，并且難以設(shè)定于截止?fàn)顟B(tài)。為了實(shí)現(xiàn)像素的小型化，實(shí)現(xiàn)復(fù)位晶體管RT和傳送晶體管TT(和用于當(dāng)包含這種行選擇晶體管時(shí)選擇行的選擇晶體管)的小型化是有效的， 并且表面溝道類型對(duì)于該目的是有利的。以下將參照?qǐng)D6和圖7檢查復(fù)位晶體管RT和放大器晶體管SF的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D6，附圖標(biāo)記WAP表示沿復(fù)位晶體管RT的溝道寬度方向的元件隔離區(qū)域9之間的間隔； WCR表示復(fù)位晶體管RT的溝道寬度。當(dāng)不存在溝道阻止區(qū)域8時(shí)，間隔WAR和溝道寬度WCR 匹配。但是，由于存在溝道阻止區(qū)域8，因此，溝道寬度WCR變得比間隔WAR小。參照?qǐng)D7， 附圖標(biāo)記WAS表示沿放大器晶體管SF的溝道寬度方向的元件隔離區(qū)域9之間的間隔；WCS 表示放大器晶體管SF的溝道寬度。當(dāng)不存在溝道阻止區(qū)域8時(shí)，間隔WAS和溝道寬度WCS 匹配。但是，由于存在溝道阻止區(qū)域8，因此溝道寬度WCS變得比間隔WAS小。在本說(shuō)明書中，溝道寬度意味著考慮溝道阻止區(qū)域的尺寸。注意，在圖6和圖7中，附圖標(biāo)記201表示柵絕緣膜。為了將放大器晶體管SF形成為具有埋入溝道結(jié)構(gòu)并將復(fù)位晶體管RT形成為具有表面溝道結(jié)構(gòu)，放大器晶體管SF的溝道寬度WCS優(yōu)選地比復(fù)位晶體管RT的溝道寬度WCR 大。對(duì)于減少Ι/f噪聲，增加放大器晶體管SF的溝道寬度WCR是有效的。另一方面，增加復(fù)位晶體管RT的溝道寬度WCR不是優(yōu)選的，原因是這對(duì)于減少Ι/f噪聲是無(wú)效的并且?guī)?lái)面積的增加。作為實(shí)現(xiàn)埋入溝道結(jié)構(gòu)的方法，在從柵絕緣膜和基板之間的界面起的預(yù)定深度位置處執(zhí)行溝道摻雜的方法是可用的。要溝道摻雜的雜質(zhì)具有與源極漏極區(qū)域的導(dǎo)電類型相同的導(dǎo)電類型，并且，其濃度被設(shè)為比源極漏極區(qū)域低。當(dāng)溝道寬度小時(shí)，要溝道摻雜的區(qū)域的寬度變小。并且，由于各溝道阻止區(qū)域8的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型是與溝道摻雜區(qū)域的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型，因此溝道阻止區(qū)域8的雜質(zhì)可擴(kuò)散到要被溝道摻雜的區(qū)域中。在這種情況下，溝道摻雜區(qū)域的雜質(zhì)濃度降低，并且，難以形成埋入溝道結(jié)構(gòu)。即，為了實(shí)現(xiàn)具有埋入溝道結(jié)構(gòu)的放大器晶體管SF和具有表面溝道晶體管SF的復(fù)位晶體管RT，放大器晶體管SF的溝道寬度WCS優(yōu)選地比復(fù)位晶體管RT的溝道寬度WCR 大。注意，放大器晶體管SF的溝道寬度WCS優(yōu)選地比1 μ m大，并且，復(fù)位晶體管RT的溝道寬度WCR優(yōu)選地比0. 1 μ m小。在本實(shí)施例中，為了形成放大器晶體管SF的更穩(wěn)定的埋入溝道結(jié)構(gòu)，放大器晶體管SF的柵極由η型導(dǎo)電圖案形成。傳送晶體管TT和復(fù)位晶體管RT的柵極可由ρ型或η 型導(dǎo)電圖案中的任一種形成。在任一種情況下，傳送晶體管TT和復(fù)位晶體管RT可具有表面溝道結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳送晶體管TT和復(fù)位晶體管RT的柵極由η型導(dǎo)電圖案形成時(shí)，可容易地通過(guò)如上面描述的那樣減小溝道寬度，例如，通過(guò)將溝道寬度設(shè)為小于0. 1 μ m，獲得表面溝道結(jié)構(gòu)。圖8是表示形成列選擇電路230的一部分的驅(qū)動(dòng)器232的布置的例子的布局圖。 驅(qū)動(dòng)器232可包含由PMOS晶體管234和NMOS晶體管233形成的CMOS反相器。圖9是沿圖8所示的PMOS晶體管234中的線D-D'切取的截面圖。在例如在ρ型硅基板1中形成的P型阱20中形成PMOS晶體管234。PMOS晶體管234的柵極是ρ型導(dǎo)電圖案。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)器232的布置被例示。但是，形成列選擇電路230的其它元件包含PMOS晶體管和NMOS晶體管，并且，這些PMOS晶體管中的每一個(gè)具有與PMOS晶體管234的柵極結(jié)構(gòu)和溝道結(jié)構(gòu)相同的柵極結(jié)構(gòu)和溝道結(jié)構(gòu)。并且，包含于形成外圍電路的其它電路中的PMOS晶體管中的每一個(gè)，例如包含于行選擇電路240和讀出電路220中的那些可具有與PMOS晶體管234的柵極結(jié)構(gòu)和溝道結(jié)構(gòu)相同的柵極結(jié)構(gòu)和溝道結(jié)構(gòu)。通過(guò)使用η型導(dǎo)電圖案形成像素陣列210中或各像素中的放大器晶體管(放大器 PMOS晶體管)SF的柵極，放大器晶體管SF可更穩(wěn)定地具有埋入溝道結(jié)構(gòu)。這有助于各像素中的Ι/f噪聲的減少。另一方面，通過(guò)使用P型導(dǎo)電圖案形成外圍電路、特別是需要高速操作的列選擇電路中的各PMOS晶體管的柵極，PMOS晶體管可具有表面溝道結(jié)構(gòu)，由此抑制泄漏電流。以下將檢查像素陣列210或各像素中的各PMOS晶體管和列選擇電路(周邊區(qū)域)230中的各PMOS晶體管的元件隔離結(jié)構(gòu)。圖10是沿圖4所示的放大器晶體管SF中的線A' -A"切取的截面圖。圖11是沿圖4所示的復(fù)位晶體管RT中的線F-F'切取的截面圖。圖12是沿圖8所示的列選擇電路230的PMOS晶體管中的線G-G'切取的截面圖。如圖10、圖11和圖12例示的那樣，在電路集成化方面，像素陣列210或各像素中的元件隔離區(qū)域、以及外圍電路中的元件隔離區(qū)域優(yōu)選地為STI區(qū)域。如圖10例示的那樣，各像素單元PU或像素中的放大器晶體管(放大器PMOS晶體管)SF的柵極107由η型導(dǎo)電圖案形成。放大器晶體管(放大器PMOS晶體管)SF被元件隔離區(qū)域(第一元件隔離區(qū)域)9和至少覆蓋元件隔離區(qū)域9的下部的溝道阻止區(qū)域(η型雜質(zhì)區(qū)域)8隔離。如圖11例示的那樣，各像素單元PU或像素中的復(fù)位晶體管(復(fù)位PMOS 晶體管)RT的柵極106優(yōu)選地由η型導(dǎo)電圖案形成。復(fù)位晶體管(復(fù)位PMOS晶體管)RT 優(yōu)選地被元件隔離區(qū)域(第一元件隔離區(qū)域)9和至少覆蓋元件隔離區(qū)域9的下部的溝道阻止區(qū)域(η型雜質(zhì)區(qū)域)8隔離。并且，傳送晶體管TT優(yōu)選地具有由η型導(dǎo)電圖案形成的柵極，并且優(yōu)選地被元件隔離區(qū)域9和至少覆蓋元件隔離區(qū)域9的下部的溝道阻止區(qū)域(η 型雜質(zhì)區(qū)域)8隔離。如上所述，溝道阻止區(qū)域8的主要雜質(zhì)優(yōu)選地為砷(As)。如上所述，通過(guò)隔離各像素單元PU或像素中的PMOS晶體管，特別是通過(guò)元件隔離區(qū)域9和至少覆蓋元件隔離區(qū)域9的下部的溝道阻止區(qū)域8隔離放大器晶體管SF，可以抑制暗電流的影響。另一方面，包含于列選擇電路230中的PMOS晶體管234的柵極401由ρ型導(dǎo)電圖案形成。包含于列選擇電路230中的PMOS晶體管234在沒有任何溝道阻止區(qū)域8的情況下被元件隔離區(qū)域(第二元件隔離區(qū)域)9隔離。換句話說(shuō)，與用于隔離PMOS晶體管234 的元件隔離區(qū)域9的下部相鄰的區(qū)域中的η型雜質(zhì)濃度比至少覆蓋用于隔離放大器晶體管 SF的元件隔離區(qū)域9的下部的溝道阻止區(qū)域8中的η型雜質(zhì)濃度低。如上所述，由于外圍電路中特別是需要高速操作的列選擇電路230中的各PMOS晶體管在沒有任何溝道阻止區(qū)域8的情況下被元件隔離區(qū)域9隔離，因此可以降低該P(yáng)MOS晶體管的導(dǎo)通電阻。根據(jù)本實(shí)施例，由于各像素中和外圍電路中的PMOS晶體管的溝道結(jié)構(gòu)和隔離結(jié)構(gòu)被優(yōu)化，因此，可以獲得各像素中的Ι/f噪聲的減少和圖像感測(cè)裝置中的信號(hào)的高讀出速度。優(yōu)選地完全由低雜質(zhì)濃度的區(qū)域形成放大器晶體管SF的源極和漏極。另一方面， 列選擇電路230的各PMOS晶體管的源極和漏極優(yōu)選地具有LDD (Lightly Doped Drain，輕摻雜漏極)結(jié)構(gòu)。假定放大器晶體管SF的源極和漏極的最大深度是第一深度Dl。列選擇電路230的各PMOS晶體管的源極和漏極的LDD結(jié)構(gòu)包含具有第一深度Dl的部分和具有比第一深度Dl深的第二深度D2的部分。圖14表示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置(或光電轉(zhuǎn)換裝置)的截面結(jié)構(gòu)。圖14示出形成光電二極管、浮動(dòng)擴(kuò)散和外圍電路的一個(gè)晶體管部分。相同的附圖標(biāo)記表示具有與上述實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同的功能的部分，并且，其詳細(xì)描述將不被重復(fù)。圖14 所示的實(shí)施例與上述實(shí)施例的不同在于光的入射方向。在圖14所示的實(shí)施例中，采用從圖 14中的向下方向(即，與形成互連層的側(cè)相對(duì)的側(cè))接收光的背側(cè)照射結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體基板1301上形成光電轉(zhuǎn)換單元和晶體管的半導(dǎo)體區(qū)域等。在半導(dǎo)體基板1301的第一主表面?zhèn)?觀察表面?zhèn)?上布置互連層1302。出于主要確保圖像感測(cè)裝置的高機(jī)械強(qiáng)度的目的，在互連層1302的上部上，即，在從互連層1302觀察時(shí)與半導(dǎo)體基板 1301相對(duì)的側(cè)上，布置支撐基板1303。在半導(dǎo)體基板1301的第二主表面?zhèn)?背面?zhèn)?，即， 在從半導(dǎo)體基板1301觀察時(shí)與互連層1302相對(duì)的側(cè)，隔著氧化物膜1304和保護(hù)膜1305 根據(jù)需要布置光學(xué)功能單元1306。光學(xué)功能單元1306可包含例如濾色器、微透鏡和平坦化層。以這種方式，圖14所示的根據(jù)實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置具有與從互連層的形成側(cè)相對(duì)的側(cè)即背側(cè)接收光的背側(cè)照射結(jié)構(gòu)。圖14示出像素區(qū)域1307和外圍電路區(qū)域1308。像素區(qū)域1307是與像素陣列210 對(duì)應(yīng)的區(qū)域。在像素區(qū)域1307上，布置多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元。在外圍電路區(qū)域1308上，布置用于外圍電路晶體管的阱1310。外圍電路區(qū)域1308包含讀出電路220、列選擇電路230和行選擇電路M0。在半導(dǎo)體基板1301的第二主表面?zhèn)?背面?zhèn)?的界面上，布置η+型半導(dǎo)體區(qū)域 1309。η+型半導(dǎo)體區(qū)域1309是與埋入層10對(duì)應(yīng)的區(qū)域。η+型半導(dǎo)體區(qū)域1309也可用作用于抑制氧化物膜1304的界面處的暗電流的層。即，在背側(cè)照射類型的情況下，在第一和第二主表面上形成暗電流抑制層。在圖14中，在半導(dǎo)體基板1301的整個(gè)表面上布置η+型半導(dǎo)體區(qū)域1309，但是可以僅在像素區(qū)域1308上布置它。η型表面區(qū)域18的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)優(yōu)選地比作為埋入層的η+型半導(dǎo)體區(qū)域 1309的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)小。例如，η型表面區(qū)域18的主要雜質(zhì)優(yōu)選地為砷(As)，并且， η+型半導(dǎo)體區(qū)域1309的主要雜質(zhì)優(yōu)選地為磷(P)。由于砷(As)的擴(kuò)散系數(shù)比磷(P)的擴(kuò)散系數(shù)小，因此，通過(guò)使用砷(As)形成表面區(qū)域18對(duì)于小型化是有利的，原因是容易確定其界面。另一方面，由于容易使得磷(P)進(jìn)入比砷(As)深的半導(dǎo)體基板的位置，因此，通過(guò)使用磷(P)形成η+型半導(dǎo)體層1309允許在更深的位置中形成η+型半導(dǎo)體層1309，并且對(duì)于靈敏度提高是有利的。由于磷(P)的擴(kuò)散系數(shù)比砷(As)的擴(kuò)散系數(shù)大，因此通過(guò)使用磷 (P)形成η+型半導(dǎo)體層1309對(duì)于形成廣泛分布的勢(shì)壘是有利的。由于磷(P)的離子半徑比半導(dǎo)體基板1301的晶格常數(shù)大，因此，通過(guò)將磷(P)注入半導(dǎo)體基板1301中，半導(dǎo)體基板 1301的晶格畸變，由此有利地引起雜質(zhì)金屬元素的吸收效果。這有助于點(diǎn)缺陷的改善?？赏ㄟ^(guò)利用隧穿現(xiàn)象將磷(P)離子注入到半導(dǎo)體基板1301中，形成η+型半導(dǎo)體層1309。在本發(fā)明中，要注入或摻雜的雜質(zhì)不限于砷(As)和磷(P)，并且可以使用其它的雜質(zhì)。圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的照相機(jī)的布置的示意性框圖。注意，照相機(jī)的概念不僅包含主要意圖在于攝影的裝置，而且包含輔助地包含攝影功能的裝置(例如， 個(gè)人計(jì)算機(jī)或便攜式終端)。照相機(jī)400包含由上述的圖像感測(cè)裝置200表示的固態(tài)圖像傳感器1004。通過(guò)透鏡1002在固態(tài)圖像傳感器1004的圖像感測(cè)表面上形成被檢體的光學(xué)圖像。在透鏡1002的外側(cè)，布置用作透鏡1002的保護(hù)功能和主開關(guān)的擋板1001?？蓪?duì)于透鏡1002布置用于調(diào)整從透鏡1002出射的光的量的光闌1003。從固態(tài)圖像傳感器 1004輸出的圖像感測(cè)信號(hào)通過(guò)圖像感測(cè)信號(hào)處理電路1005經(jīng)受諸如各種類型的校正和箝位(clamping)的處理。從圖像感測(cè)信號(hào)處理電路1005輸出的圖像感測(cè)信號(hào)被A/D轉(zhuǎn)換器 1006進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。從A/D轉(zhuǎn)換器1006輸出的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)處理器1007經(jīng)受諸如校正和數(shù)據(jù)壓縮的信號(hào)處理。固態(tài)圖像傳感器1004、圖像感測(cè)信號(hào)處理電路1005、A/D轉(zhuǎn)換器1006和信號(hào)處理器1007根據(jù)由定時(shí)產(chǎn)生器1008產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)操作?？稍谂c固態(tài)圖像傳感器1004相同的芯片上形成塊1005 1008。照相機(jī)400的各塊由總體控制/運(yùn)算單元1009控制。照相機(jī)400還包含用于暫時(shí)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器單元1010和用于向或從記錄介質(zhì)記錄或讀出圖像的記錄介質(zhì)控制接口單元1011。記錄介質(zhì)1012包含例如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，并且是可拆卸的。照相機(jī)400可包含與例如外部計(jì)算機(jī)通信所需要的外部接口(I/F)單元1013。以下將描述圖13所示的照相機(jī)400的操作。響應(yīng)擋板1001的打開動(dòng)作，依次接通主電源、控制系統(tǒng)的電源和包括A/D轉(zhuǎn)換器1006的圖像感測(cè)系統(tǒng)的電源。為了控制曝光量，總體控制/運(yùn)算單元1009將光闌1003設(shè)為具有全孔徑值。從固態(tài)圖像傳感器1004輸出的信號(hào)通過(guò)圖像感測(cè)信號(hào)處理電路1005被供給到A/D轉(zhuǎn)換器1006。A/D轉(zhuǎn)換器1006對(duì)該信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并且將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出到信號(hào)處理器1007。信號(hào)處理器1007處理該數(shù)據(jù)并且將處理的數(shù)據(jù)提供給總體控制/運(yùn)算單元1009，該總體控制/運(yùn)算單元1009執(zhí)行決定曝光量所需要的算術(shù)運(yùn)算?？傮w控制/運(yùn)算單元1009基于決定的曝光量控制光闌。然后，總體控制/運(yùn)算單元1009從由固態(tài)圖像傳感器1004輸出并且被信號(hào)處理器1007處理的信號(hào)提取高頻成分，并且基于高頻成分計(jì)算到被檢體的距離。然后，總體控制/運(yùn)算單元1009驅(qū)動(dòng)透鏡1002，以檢查是否獲得對(duì)焦?fàn)顟B(tài)。如果確定沒有獲得對(duì)焦?fàn)顟B(tài)，那么總體控制/運(yùn)算單元1009重新驅(qū)動(dòng)透鏡1002以計(jì)算距離。在確認(rèn)對(duì)焦?fàn)顟B(tài)之后，開始主曝光。在完成曝光時(shí)，從固態(tài)圖像傳感器1004輸出的圖像感測(cè)信號(hào)在圖像感測(cè)信號(hào)處理電路1005中經(jīng)受校正等，由A/D轉(zhuǎn)換器1006進(jìn)行A/ D轉(zhuǎn)換，并且由信號(hào)處理器1007處理。被信號(hào)處理器1007處理的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)總體控制/ 運(yùn)算單元1009被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器單元1010中。然后，存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器單元1010中的圖像數(shù)據(jù)在總體控制/運(yùn)算單元1009的控制下通過(guò)記錄介質(zhì)控制I/F被記錄于記錄介質(zhì)1012中。并且，通過(guò)外部I/F單元1013，圖像數(shù)據(jù)可被提供給計(jì)算機(jī)并被其處理。雖然已參照示例性實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋以包含所有的變更方式以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。本申請(qǐng)要求在2009年2月6日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2009-026699和在2009 年12月M日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2009-293211的權(quán)益，在此通過(guò)引用并入它們的全部?jī)?nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種圖像感測(cè)裝置，包括像素陣列，在該像素陣列中布置像素以形成多個(gè)行和多個(gè)列；和外圍電路，該外圍電路包含選擇像素陣列中的行的行選擇電路、選擇像素陣列中的列的列選擇電路和讀出像素陣列中的由列選擇電路選擇的列的信號(hào)的讀出電路，其中，各像素包含光電二極管、浮動(dòng)擴(kuò)散、將存儲(chǔ)于光電二極管的存儲(chǔ)區(qū)域中的空穴傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散的傳送PMOS晶體管、放大在浮動(dòng)擴(kuò)散中出現(xiàn)的信號(hào)的放大器PMOS晶體管和將浮動(dòng)擴(kuò)散的電勢(shì)復(fù)位的復(fù)位PMOS晶體管，放大器PMOS晶體管具有由η型導(dǎo)電圖案形成的柵極，并且被第一元件隔離區(qū)域和至少覆蓋第一元件隔離區(qū)域的下部的η型雜質(zhì)區(qū)域隔離，并且，包含于列選擇電路中的各PMOS晶體管具有由ρ型導(dǎo)電圖案形成的柵極并且被第二元件隔離區(qū)域隔離，并且，與第二元件隔離區(qū)域的下部相鄰的區(qū)域中的η型雜質(zhì)濃度比η型雜質(zhì)區(qū)域中的η型雜質(zhì)濃度低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，像素陣列中的元件隔離區(qū)域和外圍電路中的元件隔離區(qū)域是STI (淺溝槽隔離)區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其中，η型雜質(zhì)區(qū)域的η型雜質(zhì)是砷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)的裝置，其中，傳送PMOS晶體管的柵極和復(fù)位PMOS 晶體管的柵極由P型導(dǎo)電圖案形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中，放大器PMOS晶體管具有埋入溝道結(jié)構(gòu)，并且，傳送 PMOS晶體管和復(fù)位PMOS晶體管具有表面溝道結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)的裝置，其中，放大器PMOS晶體管的源極和漏極的最大深度為第一深度，并且，包含于列選擇電路中的PMOS晶體管的源極和漏極具有包含具有第一深度的部分和具有比第一深度深的第二深度的部分的LDD(輕摻雜漏極)結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中的任一項(xiàng)的圖像感測(cè)裝置，其中，光電轉(zhuǎn)換裝置被配置為背側(cè)照射型光電轉(zhuǎn)換裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中的任一項(xiàng)的圖像感測(cè)裝置，其中，放大器PMOS晶體管的溝道寬度比復(fù)位PMOS晶體管的溝道寬度大。
9.一種照相機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求1 7中的任一項(xiàng)的圖像感測(cè)裝置；和處理由光電轉(zhuǎn)換裝置獲得的信號(hào)的信號(hào)處理器。
全文摘要
一種圖像感測(cè)裝置包括像素陣列和外圍電路、列選擇電路和讀出電路，其中，各像素包含光電二極管、浮動(dòng)擴(kuò)散、向浮動(dòng)擴(kuò)散傳送的傳送PMOS晶體管、放大器PMOS晶體管和復(fù)位PMOS晶體管，放大器PMOS晶體管具有由n型導(dǎo)電圖案形成的柵極，并且被第一元件隔離區(qū)域和至少覆蓋第一元件隔離區(qū)域的下部的n型雜質(zhì)區(qū)域隔離，并且，包含于列選擇電路中的各PMOS晶體管具有由p型導(dǎo)電圖案形成的柵極并且被第二元件隔離區(qū)域隔離，并且，與第二元件隔離區(qū)域的下部相鄰的區(qū)域中的n型雜質(zhì)濃度比n型雜質(zhì)區(qū)域中的n型雜質(zhì)濃度低。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102301477SQ20108000623
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者下津佐峰生, 關(guān)根康弘, 大谷章, 小島毅, 市川武史, 池田一, 渡邊高典 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社