專利名稱：固態(tài)圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)圖像傳感器，尤其涉及象素的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來，MOS圖像傳感器在固態(tài)圖像傳感器領(lǐng)域贏得了越來越多的關(guān)注，因?yàn)镸OS圖像傳感器在尺寸減小和功耗降低方面比電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器更有優(yōu)勢。
MOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)是多個象素在p型半導(dǎo)體襯底(或者p型阱)上排列成矩陣。按行和列掃描象素中的信號電荷并順序讀出這些信號電荷，并且隨后輸出一幀中使用的圖像數(shù)據(jù)，所述信號電荷中的每一個都是根據(jù)每個象素中接收的光量產(chǎn)生的。每個象素包括光電轉(zhuǎn)換層、柵電極和讀出區(qū)域。
光電轉(zhuǎn)換層是形成在p型半導(dǎo)體襯底中的n型區(qū)域。在p型區(qū)域和n型區(qū)域之間的邊界附近形成耗盡區(qū)，在耗盡區(qū)中兩個區(qū)域的載流子在相互結(jié)合之后消失。換言之，在耗盡區(qū)中，n型區(qū)域中沒有電子且p型區(qū)域中沒有空穴。因此，在耗盡區(qū)中n型區(qū)域的電勢相對高于p型區(qū)域中的電勢，這意味著在耗盡區(qū)中產(chǎn)生內(nèi)電場。
如果入射的光量足夠，則在半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生電子-空穴對。當(dāng)在耗盡區(qū)中產(chǎn)生電子-空穴對時，由于內(nèi)電場，電子和空穴向相反的方向漂移。電子聚積在n型區(qū)域，并隨后變成信號電荷。
柵電極控制信號電荷從光電轉(zhuǎn)換層向讀出區(qū)域的輸運(yùn)。當(dāng)向柵電極施加正的柵電壓時，在柵電極下的襯底區(qū)域處緊挨著柵電極形成溝道。信號電荷通過該溝道從光電轉(zhuǎn)換層輸運(yùn)到讀出區(qū)域。
通常，由于雜質(zhì)注入，在襯底表面附近可以觀察到很多晶體缺陷。在襯底的這部分中，由于熱激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對。因?yàn)檫@些電子的激發(fā)不是基于所接收的光量，所以當(dāng)被收集以形成信號電荷時，這些電子變成噪聲成份，并且導(dǎo)致被稱為白點(diǎn)缺陷的缺陷。
作為消除這種白點(diǎn)缺陷的一種方法，日本待審專利申請No.2001-345437公開了一種固態(tài)圖像傳感器，其具有位于襯底表面處的雜質(zhì)層以及位于該雜質(zhì)層之下緊挨著該雜質(zhì)層的光電轉(zhuǎn)換層。該雜質(zhì)層是通過以高濃度注入p型雜質(zhì)形成的。雜質(zhì)層中雜質(zhì)濃度的增加抑制了光電轉(zhuǎn)換層中的耗盡區(qū)擴(kuò)展到襯底表面。因此，即使電子在襯底表面附近被熱激發(fā)，這些電子也不被收集到耗盡區(qū)。因此，可以消除白點(diǎn)缺陷。
然而，雖然上述傳統(tǒng)技術(shù)可以解決由于白點(diǎn)缺陷導(dǎo)致的問題，但是這種傳統(tǒng)技術(shù)也呈現(xiàn)出如下所述的新問題。
當(dāng)p型雜質(zhì)的濃度高時，難以在柵電極下緊挨柵電極的襯底區(qū)域充分形成溝道，并且不是所有的信號電荷都能被輸運(yùn)。因此，被輸運(yùn)的信號電荷量減少，并且信噪比降低。這阻礙了高靈敏度圖像傳感器的生產(chǎn)。
增加?xùn)烹妷嚎尚纬勺阋暂斶\(yùn)所有信號電荷的溝道。然而，這增加了功耗量，阻礙了低功率圖像傳感器的生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明的目的是提供靈敏度高且功率低的圖像傳感器，并且該圖像傳感器無白點(diǎn)缺陷。
根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器具有多個象素，并且每個象素包括雜質(zhì)層，基本位于半導(dǎo)體襯底表面處并通過向襯底中摻入雜質(zhì)形成；光電轉(zhuǎn)換層，位于雜質(zhì)層下緊挨著雜質(zhì)層的襯底中，并且根據(jù)所接收的光量產(chǎn)生信號電荷；讀出區(qū)域，位于襯底內(nèi)并且遠(yuǎn)離雜質(zhì)層和光電轉(zhuǎn)換層，并且產(chǎn)生的信號電荷向其輸運(yùn)；以及柵電極，放置在襯底上以便覆蓋雜質(zhì)層和讀出區(qū)域之間的襯底的至少一部分，并且控制信號電荷從光電轉(zhuǎn)換層向讀出區(qū)域的輸運(yùn)，其中雜質(zhì)層包括與位于柵電極下緊挨柵電極的襯底的一部分鄰接的部分，該鄰接部分包括沿柵極的寬度方向排列的多個子部分，所述寬度方向與信號電荷的輸運(yùn)方向以及襯底的厚度方向垂直，并且包含該鄰接部分的中心的子部分的雜質(zhì)濃度低于其它子部分中的雜質(zhì)濃度。
上述固態(tài)圖像傳感器包括雜質(zhì)層，并且通過這種結(jié)構(gòu)可以消除白點(diǎn)缺陷。此外，信號電荷趨向于聚集在光電轉(zhuǎn)換層的中心部分周圍。因此，將包括該中心的中心子部分中的雜質(zhì)濃度設(shè)定為低于該雜質(zhì)層的剩余部分的雜質(zhì)濃度。由此，當(dāng)向柵電極施加預(yù)定柵電壓時，可以容易地在中心子部分形成溝道。因此，可以在不增加?xùn)烹妷旱臈l件下，將聚集在光電轉(zhuǎn)換層中的所有信號電荷輸運(yùn)到讀出區(qū)域。
該固態(tài)圖像傳感器也可以是這樣的一個子部分中的雜質(zhì)濃度低于與其相鄰且更遠(yuǎn)離中心子部分的另一子部分中的雜質(zhì)濃度。
光電轉(zhuǎn)換層中的信號電荷在中心部分附近比在外圍部分更密集地聚集。使用上述結(jié)構(gòu)，與在外圍部分中相比，可以客易地在中心部分附近形成溝道。因此，可以有效地輸運(yùn)信號電荷。
該固態(tài)圖像傳感器也可以是這樣的鄰接部分包括三個子部分，這三個子部分包括中心子部分和分別位于該鄰接部分的端部的兩個子部分，并且所述端部子部分中的雜質(zhì)濃度等于該雜質(zhì)層的除了中心子部分之外的剩余部分中的雜質(zhì)濃度。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，雜質(zhì)層所需要的雜質(zhì)濃度是兩級(two-tiered)的。因此可以簡化制造過程。
該固態(tài)圖像傳感器也可以是這樣的中心子部分的雜質(zhì)濃度為大于或等于1×1016atom/cm3且小于1×1018atom/cm3，直至距離襯底表面至少100nm的深度；并且端部的子部分中的雜質(zhì)濃度為大于或等于1×1018atom/cm3且小于5×1019atom/cm3，直至距離襯底表面至少50nm的深度。
從本發(fā)明人使用雜質(zhì)濃度作為參數(shù)所進(jìn)行的模擬的結(jié)果可知，對于雜質(zhì)層中的各個子部分，上述數(shù)字是最優(yōu)選的范圍。


從下面結(jié)合附圖的描述中，本發(fā)明的這些和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得明顯，在這些附圖中說明了本發(fā)明的一個特定實(shí)施例。
附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的MOS圖像傳感器中的象素的結(jié)構(gòu)；圖2是示出光接收區(qū)域中電勢線的圖示；圖3示出了在圖1A所示的截面圖中的象素的工作狀態(tài)；圖4是根據(jù)修改例1的象素的平面視圖；圖5是根據(jù)修改例2的象素的平面視圖；圖6是根據(jù)修改例3的象素的平面視圖；以及圖7是根據(jù)修改例4的象素的平面視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
在根據(jù)本發(fā)明的MOS圖像傳感器中，位于雜質(zhì)層中一部分的中心處的子部分中的雜質(zhì)濃度設(shè)定為低于該雜質(zhì)層剩余部分中的雜質(zhì)濃度。進(jìn)行這種改進(jìn)是由于發(fā)現(xiàn)了這樣的趨勢在該中心聚集了比在光電轉(zhuǎn)換層的外圍部分更多的信號電荷。通過上述結(jié)構(gòu)，可以生產(chǎn)高靈敏度和低功率的MOS圖像傳感器，并且沒有白點(diǎn)缺陷。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的MOS圖像傳感器的象素的結(jié)構(gòu)。
圖1A示出了設(shè)置在襯底上的象素的截面圖。圖1B示出了從垂直于襯底表面的方向觀察到的沿圖1A的線A-A’截取的象素的平面圖。
該MOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)是多個象素在p型半導(dǎo)體襯底1上排列成矩陣。按行和列掃描和讀出在每個象素中根據(jù)接收的光量產(chǎn)生的信號電荷，并且隨后產(chǎn)生一幀中的圖像數(shù)據(jù)。
首先，參照圖1A解釋該象素的結(jié)構(gòu)。
該象素包括雜質(zhì)層2、光電轉(zhuǎn)換層4、讀出區(qū)域5和柵電極7。
雜質(zhì)層2基本位于襯底1的表面處，通過加入例如硼的p型雜質(zhì)使得雜質(zhì)層2中的雜質(zhì)濃度高于襯底1中的雜質(zhì)濃度。
光電轉(zhuǎn)換層4位于雜質(zhì)層2下緊挨著雜質(zhì)層2的襯底1中。向襯底1中加入諸如磷和砷的n型雜質(zhì)以形成光電轉(zhuǎn)換層4。由于光電轉(zhuǎn)換層4被p型半導(dǎo)體(雜質(zhì)層2和襯底1)包圍，光電轉(zhuǎn)換層4具有耗盡區(qū)，在該耗盡區(qū)中雜質(zhì)層2和襯底1中的載流子結(jié)合并且消失。
入射到光接收區(qū)域9上的光被位于襯底1上方的微透鏡(圖中未示出)會聚，并且經(jīng)過濾色器(圖中未示出)通過擋板(圖中未示出)的開口達(dá)到先接收區(qū)域9，該濾色器選擇入射光中的波長。射向非光接收區(qū)域9的其它區(qū)域的光被該擋板遮擋。
當(dāng)光電轉(zhuǎn)換層4接收光時，產(chǎn)生電子-空穴對，并且電子-空穴對中的電子由于內(nèi)電場的作用而被收集到光電轉(zhuǎn)換層4。如上所述，光電轉(zhuǎn)換層4根據(jù)接收的光量產(chǎn)生信號電荷。
為了在初始狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換層完全耗盡以便其中所有載流子電子消失，將光電轉(zhuǎn)換層4的n型雜質(zhì)濃度設(shè)定為遠(yuǎn)低于圍繞光電轉(zhuǎn)換層4的p型半導(dǎo)體的p型雜質(zhì)濃度。
通常，耗盡區(qū)向雜質(zhì)濃度變低的方向擴(kuò)展。在本實(shí)施例的情況下，耗盡區(qū)向襯底1擴(kuò)展，而不向雜質(zhì)層2擴(kuò)展。因此，雜質(zhì)層2不被耗盡，并且即使電子在雜質(zhì)層中被熱激發(fā)，這些電子也不被收集到光電轉(zhuǎn)換層4中。因此，通過以上述方式定位雜質(zhì)層2和光電轉(zhuǎn)換層4可以消除白點(diǎn)缺陷。
讀出區(qū)域5是光電轉(zhuǎn)換層4中產(chǎn)生的信號電荷要輸運(yùn)到的目標(biāo)。MOS圖像傳感器根據(jù)輸運(yùn)到讀出區(qū)域5的信號電荷輸出電壓信號。
柵電極7放置在襯底1上以便覆蓋雜質(zhì)層2和讀出區(qū)域5之間的襯底的至少一部分。當(dāng)向柵電板7施加正柵極電壓時，在柵電極7下緊挨柵電極7的襯底1的區(qū)域中產(chǎn)生溝道。信號電荷可以通過該溝道從光電轉(zhuǎn)換層4輸運(yùn)到讀出區(qū)域5。
通過MOS圖像傳感器的行掃描電路(未在圖中示出)施加?xùn)烹妷?。例如，?dāng)信號電荷輸運(yùn)時柵電壓是3v，其它情況下是0v。由此，當(dāng)輸運(yùn)時，在緊接?xùn)烹姌O7下的襯底1的區(qū)域中產(chǎn)生溝道，當(dāng)不輸運(yùn)時溝道消失。
注意，一個象素通常被分成光接收區(qū)域9、柵板區(qū)域10和輸運(yùn)目標(biāo)11，并且通過隔離體8與相鄰象素電絕緣。隔離體8具有淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)。
圖1B示出了從垂直于襯底1表面的方向觀察到的上述象素。
如圖1B所示，光接收區(qū)域9的一部分(邊界12)的形狀取決于柵電極7的形狀。
本實(shí)施例的主要特征在于雜質(zhì)層包括與柵電極7下緊挨著柵電極7的襯底1的區(qū)域鄰接的部分，并且該鄰接部分包括子部分2a、2b和2c，并且包括該鄰接部分的中心的子部分2a中的雜質(zhì)濃度低于子部分2b和2c中的雜質(zhì)濃度。
位于柵電極7下緊挨著柵電極7的襯底1的區(qū)域的p型雜質(zhì)濃度變得越低，溝道越客易產(chǎn)生。因此，在該MOS圖像傳感器中，在子部分2a附近比在子部分2b和2c附近更容易產(chǎn)生溝道。下面描述為什么上述結(jié)構(gòu)對于實(shí)現(xiàn)高靈敏度和低功率MOS圖像傳感器是理想的。
圖2是示出了光接受區(qū)域中的電勢線的圖示。
圖2中的截面圖是沿圖1B中的線B-B’截取的。該電勢線示出了圖2的截面圖中線C-C’處的電勢。
線C-C’是通過光電轉(zhuǎn)換層4的線。
通常，p型區(qū)域中的載流子與n型區(qū)域中的載流子結(jié)合并且在兩個區(qū)域之間的邊界附近消失。因此，作為n型區(qū)域的光電轉(zhuǎn)換層4處的電勢相對高，而作為p型區(qū)域的隔離體8處的電勢相對低。如圖2所示，光電轉(zhuǎn)換層4中心處的電勢比邊界周圍高。在該象素中，光電轉(zhuǎn)換層4的n型雜質(zhì)濃度設(shè)定為遠(yuǎn)低于隔離體8的p型雜質(zhì)濃度。因此，光電轉(zhuǎn)換層4中的所有電子(載流子)消失(耗盡區(qū)24)。
當(dāng)光電轉(zhuǎn)換層4接收入射光時，價帶21中的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶23并且在價帶21中產(chǎn)生空穴。當(dāng)在耗盡區(qū)24中產(chǎn)生這種電子-空穴對時，由于內(nèi)電場的效應(yīng)，電子25向電勢較高的光電轉(zhuǎn)換層4中心漂移，并且空穴26向電勢較低的p型區(qū)域漂移。電子25被收集到光電轉(zhuǎn)換層4中，從而變成信號電荷27。
由于電勢從光電轉(zhuǎn)換層4的邊緣向中心逐漸增加，信號電荷主要聚集在光電轉(zhuǎn)換層4的中心附近。為了無遺漏地轉(zhuǎn)移所有信號電荷27，所需要的是這樣的結(jié)構(gòu)能夠在子部分2a周圍容易地產(chǎn)生溝道。因此，在本實(shí)施例中，將子部分2a的雜質(zhì)濃度設(shè)定為低于子部分2b和2c的雜質(zhì)濃度。
接下來，下面解釋根據(jù)本發(fā)明的雜質(zhì)層2的雜質(zhì)濃度和深度。
(1)雜質(zhì)層2的子部分2b和2c以及部分2d可以在襯底1的表面上發(fā)現(xiàn)很多晶體缺陷，這些缺陷是晶片制造(例如形成柵極)過程中的損傷導(dǎo)致的。這些晶體缺陷在導(dǎo)帶23和價帶21之間的帶隙(禁帶22)中形成缺陷能極。電子通過缺陷能級從價帶21被熱激發(fā)到導(dǎo)帶23。當(dāng)熱激發(fā)的電子被收集在光電轉(zhuǎn)換層4中時，會引起白點(diǎn)缺陷。
為了使缺陷能級不活動，本發(fā)明提供了基本位于襯底1的表面處的具有高濃度p型雜質(zhì)的雜質(zhì)層2。當(dāng)p型雜質(zhì)濃度高時，將幾乎沒有電子的熱激發(fā)，因?yàn)槿毕菽芗壉豢昭ㄕ紦?jù)。P型雜質(zhì)濃度越高，這種效果就變得越顯著。
為了充分抑制白點(diǎn)缺陷的發(fā)生，子部分2b、2c和2d的雜質(zhì)濃度需要為1×1018atom/cm3或更高，直到距離表面至少50nm的深度。
另一方面，當(dāng)雜質(zhì)濃度太高時也會導(dǎo)致白點(diǎn)缺陷。這是因?yàn)橛呻s質(zhì)導(dǎo)致的晶體缺陷量增加并且位錯缺陷越過雜質(zhì)層2生長到光電轉(zhuǎn)換層4中。如果光電轉(zhuǎn)換層4具有位錯缺陷，則會引起白點(diǎn)缺陷。因此，理想的是p型雜質(zhì)層2的雜質(zhì)濃度小于5×1019atom/cm3。
如上所述，子部分2b和2c以及部分2d中的雜質(zhì)濃度為大于或等于1×1018atom/cm3且小于5×1019atom/cm3直到距離表面至少50nm的深度時是足夠的。
(2)雜質(zhì)層2的子部分2a雜質(zhì)層2中的子部分2a的高雜質(zhì)濃度使得難以輸運(yùn)聚集在光電轉(zhuǎn)換層4中的信號電荷，并且未被讀的電荷會留在光電轉(zhuǎn)換層4中而不被輸運(yùn)。因此，在本實(shí)施例中，在雜質(zhì)層2中設(shè)有子部分2a，該子部分2a的雜質(zhì)濃度低于子部分2b和2c以及部分2d中的雜質(zhì)濃度。為了實(shí)現(xiàn)該效果，理想的是子部分2a中的雜質(zhì)濃度低于1×1018atom/cm3。雖然子部分2a中的雜質(zhì)濃度不是很高，但是除了適當(dāng)設(shè)定雜質(zhì)濃度之外，還可以通過使子部分2a的面積足夠小來基本上消除白點(diǎn)缺陷。
另一方面，在面對襯底1的表面附近的柵電極至少一部分由n型多晶硅制成。因此，靠近柵電極7并且在柵電極7下緊挨著柵電極7的襯底1的區(qū)域中的一部分由于內(nèi)建電壓可以被耗盡。在柵電極7下緊挨著柵電極7的襯底1的區(qū)域中的該部分中，電子通過缺陷能級被熱激發(fā)，并且如果這些電子被收集到光電轉(zhuǎn)換層4中，將會導(dǎo)致白點(diǎn)缺陷。然而，可通過將雜質(zhì)層2中的雜質(zhì)濃度設(shè)置得足夠高，在光電轉(zhuǎn)換層4和緊挨柵電極7之下的襯底1的區(qū)域中的該部分中的耗盡區(qū)之間制造雜質(zhì)壘(impurity barrier)。由此，可以防止在柵極中熱激發(fā)的電子被收集到光電轉(zhuǎn)換層4中。為了實(shí)現(xiàn)此目的，雜質(zhì)層2中的雜質(zhì)濃度需要大于或等于1×1016atom/cm3，直到距離襯底表面至少100nm的深度。
當(dāng)產(chǎn)生壘之后，在緊挨柵電極7之下的襯底1的區(qū)域中的耗盡區(qū)內(nèi)激發(fā)的電子被釋放到保持高電勢的讀出區(qū)域5。
如上所述，理想的是，雜質(zhì)層2的子部分2a中的雜質(zhì)濃度為大于或等于1×1016atom/cm3且小于1×1018atom/cm3，直到距離表面至少100nm的深度。
接下來，下面描述雜質(zhì)層2中每個部分的形狀。當(dāng)子部分2d和柵極區(qū)域10之間的距離短時，不可能輸運(yùn)所有聚集在光電轉(zhuǎn)換層4中的信號電荷。因此，子部分2d和柵極區(qū)域10之間的距離在信號電荷輸運(yùn)方向上需要大于或等于0.1μm。
此外，由于柵電極7和隔離體之間的邊界處應(yīng)力聚集，所以在邊緣13和14處容易發(fā)生缺陷。因此，理想的是設(shè)置雜質(zhì)層2的子部分2b和2c在柵極的寬度方向上的寬度足夠?qū)?，即，理想的是子部?b和2c的寬度為0.1μm或更大。
下面描述根據(jù)本發(fā)明的MOS圖像傳感器的工作。
圖3說明了圖1A示出的截面圖中的象素的工作狀態(tài)。
該象素的工作狀態(tài)依次經(jīng)過初始狀態(tài)A、曝光B、輸運(yùn)C到輸運(yùn)完成D。
圖3A示出了象素的初始狀態(tài)。
在初始狀態(tài)中，柵電壓Vg為0v，且漏電壓Vd為3v。
通過電子和空穴在光電轉(zhuǎn)換層4中復(fù)合并消失而產(chǎn)生耗盡區(qū)24。光電轉(zhuǎn)換層4被完全耗盡。
圖3B示出了曝光時的象素。
當(dāng)被曝光時，通過入射光23產(chǎn)生由電子25和空穴26構(gòu)成的電子-空穴對。由于耗盡區(qū)24中的內(nèi)電場，電子25向光電轉(zhuǎn)換層4的中心附近漂移，并被收集為信號電荷27。同樣地由于該內(nèi)電場，空穴26向襯底1漂移，并且隨后釋放到襯底1外。
當(dāng)光電轉(zhuǎn)換層4接收的光量大時，電子-空穴對一個接一個地產(chǎn)生，并且信號電荷27的總量變大。另一方面，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換層4中接收的光量小時，信號電荷27的總量也變小。
圖3C示出了處于輸運(yùn)狀態(tài)下的象素。
在輸運(yùn)期間，柵電壓Vg為3v。這增加了位于柵電極7下緊挨著柵電極7的襯底1的區(qū)域的電勢，并且排斥力將空穴推向襯底1深處。同時，吸引力將電子拉向位于柵電極7下緊挨著柵電極7的柵極，從而產(chǎn)生溝道29。當(dāng)充分發(fā)展后，溝道29在光電轉(zhuǎn)換層4和讀出區(qū)域5之間導(dǎo)通，并且信號電荷27從光電轉(zhuǎn)換層4輸運(yùn)到讀出區(qū)域5。這降低了漏電壓Vd。
圖3D示出了輸運(yùn)已經(jīng)完成時的象素。
在輸運(yùn)已經(jīng)完成的狀態(tài)下，柵電壓再次為0v。信號電荷27已經(jīng)被全部讀出，并且讀出區(qū)域5處的漏電壓Vd在完成時降低到2v。漏電壓的差1v是該象素的信號電壓。一旦該信號電壓被該象素后的電路讀出，該象素被復(fù)位到初始狀態(tài)以用于下一循環(huán)。
如上所述，本發(fā)明的主要特征在于雜質(zhì)層2包括鄰接部分，該鄰接部分包括子部分2a、2b和2c并且與位于柵電極7下緊挨柵電極7的襯底1的區(qū)域相鄰，并且包括該鄰接部分的中心的子部分2a的雜質(zhì)濃度低于子部分2b和2c的雜質(zhì)濃度。
由此，可以消除MOS圖像傳感器中的白點(diǎn)缺陷，并且實(shí)現(xiàn)具有高靈敏度和低功耗的MOS圖像傳感器。
本發(fā)明的上述目的可以通過本實(shí)施例的很多其它變化來實(shí)現(xiàn)。下面描述這些變化的四個例子。
圖4是根據(jù)修改例1的象素的平面視圖。
在修改例1中，該鄰接部分的子部分2a與雜質(zhì)層2的部分2e中的雜質(zhì)濃度相等。部分2e與位于柵電極下緊挨著柵電極的襯底1的一部分的部分重疊。該修改例的優(yōu)點(diǎn)在于，由于可以在放置了柵電極7之后自對準(zhǔn)地形成子部分2b和2c以及部分2d，可以簡化制造過程。
圖5是根據(jù)修改例2的象素的平面視圖。
在修改例2中，雜質(zhì)層2不與在柵電極7下緊挨著柵電板7的襯底1的區(qū)域重疊。該修改例的優(yōu)點(diǎn)在于，由于可以在放置了柵電極7之后自對準(zhǔn)地形成光電轉(zhuǎn)換層4和雜質(zhì)層2，可以簡化制造過程。
圖6是根據(jù)修改例3的象素的平面視圖。
在修改例3中，柵電極7有一個彎曲。
即使柵電極7具有如圖所示的彎曲，也可能使子部分2a中的雜質(zhì)濃度低于子部分2b和2c中的雜質(zhì)濃度。
圖7是根據(jù)修改例4的象素的平面視圖。
在修改例4中，柵電極7有不止一個彎曲。
在修改例4中，也可能象在修改例3中一樣使子部分2a中的雜質(zhì)濃度低于子部分2b和2c中的雜質(zhì)濃度。
本實(shí)施例描述了子部分2a中的雜質(zhì)濃度低于雜質(zhì)層2的剩余部分(子部分2b和2c以及部分2d)的雜質(zhì)濃度的情況，即，雜質(zhì)濃度是兩級的情況。然而，雜質(zhì)濃度的分級不限于兩級，可以為更多級。
此外，本實(shí)施例描述了鄰接部分包括三個子部分2a、2b和2c的情況。然而，該鄰接部分可以包括多于四個子部分。當(dāng)子部分多于4個時，理想的是任何子部分中的雜質(zhì)濃度都低于與其相鄰并且更遠(yuǎn)離中心子部分的另一個子部分中的雜質(zhì)濃度。
此外，雖然在本實(shí)施例中該鄰接部分包括三個子部分，也可能在該鄰接部分僅包括兩個子部分的情況下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的效果。
此外，本實(shí)施例描述了在p型半導(dǎo)體襯底上提供多個象素的情況。然而，也可能向p型阱提供多個象素。
此外，本實(shí)施例描述了電子變成信號電荷的情況。但是，本發(fā)明不限于這種情況，空穴也可以是信號電荷。這種修改可以通過轉(zhuǎn)換如上所述的象素中每個單元的p型和n型來實(shí)現(xiàn)。
雖然已經(jīng)參照附圖通過舉例的方式充分描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)注意各種變化和修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是明顯的。因此除非這種變化和修改脫離本發(fā)明的范圍，否則它們應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)圖像傳感器，其具有多個象素，每個象素包括雜質(zhì)層，基本位于半導(dǎo)體襯底表面并通過向襯底中摻入雜質(zhì)形成；光電轉(zhuǎn)換層，位于雜質(zhì)層下緊挨著雜質(zhì)層的襯底中，并且根據(jù)所接收的光量產(chǎn)生信號電荷；讀出區(qū)域，位于襯底內(nèi)且遠(yuǎn)離雜質(zhì)層和光電轉(zhuǎn)換層，并且產(chǎn)生的信號電荷向其輸運(yùn)；以及柵電極，放置在襯底上以覆蓋雜質(zhì)層和讀出區(qū)域之間的襯底的至少一部分，并且控制信號電荷從光電轉(zhuǎn)換層向讀出區(qū)域的輸運(yùn)，其中雜質(zhì)層包括與位于柵電極下緊挨著柵電極的襯底的一部分鄰接的部分，該鄰接部分包括沿柵極的寬度方向排列的多個子部分，所述寬度方向與信號電荷的輸運(yùn)方向以及襯底的厚度方向垂直，并且包含該鄰接部分的中心的子部分的雜質(zhì)濃度低于其它子部分中的雜質(zhì)濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，其中子部分之一的雜質(zhì)濃度低于與其相鄰且更遠(yuǎn)離中心子部分的另一子部分的雜質(zhì)濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的固態(tài)圖像傳感器，其中該鄰接部分包括三個子部分，這三個子部分包括中心子部分和兩個分別位于該鄰接部分的端部的子部分，并且端部子部分中的雜質(zhì)濃度等于除了中心子部分之外的該雜質(zhì)層的剩余部分中的雜質(zhì)濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的固態(tài)圖像傳感器，其中中心子部分中的雜質(zhì)濃度為大于或等于1×1016atom/cm3且小于1×1018atom/cm3，直至距離襯底表面至少100nm的深度，并且端部子部分中的雜質(zhì)濃度為大于或等于1×1018atom/cm3且小于5×1019atom/cm3，直至距離襯底表面至少50nm的深度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種固態(tài)圖像傳感器，其包括具有多個象素的半導(dǎo)體襯底1，并且每個象素包括雜質(zhì)層2、光電轉(zhuǎn)換層4、讀出區(qū)域5和柵電極7。該雜質(zhì)層2包括與位于柵電極7下緊挨柵電極7的襯底1的一部分相鄰的鄰接部分。該鄰接部分包括沿柵極的寬度方向排列的子部分2a、2b和2c，所述柵極的寬度方向與信號電荷的輸運(yùn)方向以及襯底的厚度方向垂直。包含該鄰接部分的中心的子部分2a中的雜質(zhì)濃度低于子部分2b和2c中的雜質(zhì)濃度。
文檔編號H04N5/374GK1684269SQ20051006526
公開日2005年10月19日 申請日期2005年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月16日
發(fā)明者宮川良平, 田中晶二 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社