專利名稱：固體攝像裝置、制造固體攝像裝置的方法和電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可得到高質(zhì)量的圖像的固體攝像裝置、制造該固體攝像裝置的方法和使用該固體攝像裝置的電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
已經(jīng)為多種用途而將固體攝像裝置合并到各種電子設(shè)備中，所述各種電子設(shè)備例如是如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等的攝像設(shè)備以及具有攝像功能的移動終端設(shè)備。固體攝像裝置包括具有基于像素的放大元件的APS (有源像素傳感器)，并且CMOS (互補(bǔ)M0S)圖像傳感器被廣為應(yīng)用，在所述CMOS (互補(bǔ)M0S)圖像傳感器中，累積于設(shè)置為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管中的信號電荷通過MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管讀出。在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器中的單位像素例如具有HAD (空穴累積二極管)結(jié)構(gòu)的光電二極管和相對于傳輸門布置在光電二極管的相對側(cè)的FD(浮動擴(kuò)散)區(qū)。 單位像素不僅具有這些部件，還具有復(fù)位晶體管、選擇晶體管和放大晶體管。一般來說，在CMOS圖像傳感器中，基于像素陣列中的每行而進(jìn)行讀出在每個(gè)光電二極管中累積的信號電荷的讀出操作，并且在讀出操作完成的時(shí)刻，已完成讀出操作的像素重新開始電荷的累積。在CMOS圖像傳感器中，因?yàn)榛谙袼仃嚵兄械拿織l線如此進(jìn)行讀出操作，故不能使信號電荷累積時(shí)段對所有像素一致。因此當(dāng)被攝像的對象正在移動或處于其他類似狀態(tài)的情況下，得到的圖像會發(fā)生畸變。例如，當(dāng)對在垂直方向?yàn)橹本€狀并且進(jìn)行水平移動的對象進(jìn)行攝像時(shí)，該對象被拍攝為似乎是傾斜的。為避免這種圖像畸變的產(chǎn)生，已開發(fā)出了一種用于CMOS圖像傳感器的全像素同步電子快門，其用于對所有像素實(shí)現(xiàn)同一曝光時(shí)段。全像素同步電子快門是一種能確保對所有像素同時(shí)開始并同時(shí)結(jié)束曝光的對攝像有效的快門，并且這種系統(tǒng)也稱作全局快門 (整體曝光)。作為一種用于在CMOS圖像傳感器中實(shí)現(xiàn)全局快門的方法，例如有一種將電荷保持區(qū)設(shè)置在每個(gè)像素的光電二極管和FD區(qū)之間的方法。相比于沒有電荷保持區(qū)的像素結(jié)構(gòu)，在每個(gè)像素中設(shè)有電荷保持區(qū)的情況下，光電二極管的面積受到限制，由此減小了飽和電荷量。鑒于上述問題，本申請人提出了一種其中將光電二極管和電荷保持區(qū)通過溢出通道而整體地結(jié)合在一起的像素結(jié)構(gòu)，以避免光電二極管的最大電荷量的減小(例如，參照日本專利特開2009-268083號公報(bào)，下文中稱作專利文獻(xiàn)1)。然而，在專利文獻(xiàn)1中所述的結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器中，光電二極管和電荷保持區(qū)之間的溢出通道的勢壘會由于制造的差異結(jié)果引起的雜質(zhì)濃度的變化而易于變化。具體來說，在像素尺寸縮小并且像素結(jié)構(gòu)變精細(xì)的情況下，變得更難于控制雜質(zhì)濃度的變化。具體來說，在專利文獻(xiàn)1所述的溢出通道的結(jié)構(gòu)中，溢出通道的勢壘取決于單個(gè)雜質(zhì)層，并且當(dāng)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的勢壘時(shí)，難于控制在溢出通道下方的區(qū)域(以深度方向隔開的 區(qū)域)中的電位。因此，在溢出通道下方的區(qū)域中，在存在于所述區(qū)域兩側(cè)的光電二極管和電荷保持區(qū)的影響下，電位會發(fā)生變化。特別是在隨著COMS圖像傳感器的芯片尺寸的縮小而每個(gè)單位像素的面積減小的情況下，在溢出通道下方的區(qū)域中的電位變得更易受光電二極管和電荷保持區(qū)的影響，從而電位可能變化更大。在溢出通道下方的區(qū)域受到光電二極管和電荷保持區(qū)影響的情況下，由于短溝道效應(yīng)而導(dǎo)致的擊穿現(xiàn)象變得更易于發(fā)生，并且變得難于在光電二極管中穩(wěn)定地累積預(yù)定的信號電荷。

發(fā)明內(nèi)容
在如上所述不能在光電二極管中穩(wěn)定地累積預(yù)定的信號電荷的情況下，所拍攝的圖像質(zhì)量會劣化。于是，需要抑制在固體攝像裝置所具有的每個(gè)像素中的溢出通道下方的區(qū)域中的電位的變化，從而提高所拍攝的圖像質(zhì)量。于是，期望得到圖像質(zhì)量提高的圖像。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種固體攝像裝置，所述固體攝像裝置包括 第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)，其形成于半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)壬?；光電轉(zhuǎn)換元件，其具有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且所述光電轉(zhuǎn)換元件根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷并在其內(nèi)部累積電荷；電荷保持區(qū)，其具有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且由光電轉(zhuǎn)換元件通過光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電荷保持在所述電荷保持區(qū)中，直至該電荷被讀出為止；中間傳輸路徑，其具有布置在光電轉(zhuǎn)換元件和電荷保持區(qū)之間的區(qū)域中的第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且只有在曝光時(shí)段期間由光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生并超出預(yù)定電荷量的電荷通過所述中間傳輸路徑而被傳輸至電荷保持區(qū)中；和雜質(zhì)層，其具有布置在光電轉(zhuǎn)換元件和電荷保持區(qū)之間并在中間傳輸路徑下面的區(qū)域中的第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且所述雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度比第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)的雜質(zhì)濃度高。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供了一種制造固體攝像裝置的方法，所述方法包括如下步驟形成光電轉(zhuǎn)換元件，所述光電轉(zhuǎn)換元件具有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷并在其內(nèi)部累積所述電荷；形成電荷保持區(qū)，所述電荷保持區(qū)具有所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且由所述光電轉(zhuǎn)換元件通過光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電荷保持在所述電荷保持區(qū)中，直至所述電荷被讀出為止；形成中間傳輸路徑，所述中間傳輸路徑具有布置在所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)之間的區(qū)域中的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且只有在曝光時(shí)段期間由所述光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生并且超出預(yù)定電荷量的電荷通過所述中間傳輸路徑而傳輸至所述電荷保持區(qū)中；并且形成雜質(zhì)層，所述雜質(zhì)層具有布置在所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)之間并在所述中間傳輸路徑下面的區(qū)域中的所述第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且所述雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度比形成于半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)壬系乃龅诙?dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)的雜質(zhì)濃度高。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，提供了一種包括固體攝像裝置的電子設(shè)備，所述固體攝像裝置包括第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)，其形成于半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)壬?；光電轉(zhuǎn)換元件，其具有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且所述光電轉(zhuǎn)換元件根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷并在其內(nèi)部累積電荷；電荷保持區(qū)，其具有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且由光電轉(zhuǎn)換元件通過光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電荷保持在所述電荷保持區(qū)中，直至該電荷被讀出為止；中間傳輸路徑，其具有布置在光電轉(zhuǎn)換元件和電荷保持區(qū)之間的區(qū)域中的第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且只有在曝光時(shí)段期間由光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生并超出預(yù)定電荷量的電荷通過所述中間傳輸路徑而被傳輸至電荷保持區(qū)中；和雜質(zhì)層，其具有布置在光電轉(zhuǎn)換元件和電荷保持區(qū)之間并在中間傳輸路徑下面的區(qū)域中的第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且所述雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度比第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)的雜質(zhì)濃度高；其中，在以矩陣形式布置的單位像素中，在多行中的單位像素同時(shí)進(jìn)行電荷累積，并且從光電轉(zhuǎn)換元件傳輸至電荷保持區(qū)中的電荷被依次讀出。根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施方式，提供了一種雜質(zhì)層，所述雜質(zhì)層具有布置在光電轉(zhuǎn)換元件和電荷保持區(qū)之間并在中間傳輸路徑下面的區(qū)域中的第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且所述雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度比形成于半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)壬系牡诙?dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)的雜質(zhì)濃度尚。根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施方式，可得到具有高圖像質(zhì)量的圖像，并且可制造能夠產(chǎn)生具有高質(zhì)量的圖像的固體攝像裝置。


圖1是用于圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的固體攝像裝置的實(shí)施方式的配置例的框圖；圖2表示作為第一實(shí)施方式的單位像素的配置；圖3A和圖3B是分別用于圖示作為第一實(shí)施方式的單位像素的配置的平面圖和截面圖；圖4A 圖4C各自表示電位狀態(tài)；圖5表示制造單位像素的方法；圖6是根據(jù)第二實(shí)施方式的單位像素的截面圖；圖7A和圖7B表示在單位像素中的效果；圖8表示在單位像素中的效果；圖9是根據(jù)第三實(shí)施方式的單位像素的截面圖；圖10是根據(jù)第四實(shí)施方式的單位像素的截面圖；圖11是根據(jù)第五實(shí)施方式的單位像素的截面圖；圖12是根據(jù)第六實(shí)施方式的單位像素的截面圖；圖13表示制造單位像素的方法；圖14是根據(jù)第七實(shí)施方式的單位像素的平面圖；圖15A和圖15B表示根據(jù)第七實(shí)施方式的單位像素的截面圖和電位狀態(tài)；圖16表示單位像素的其他第一配置例的結(jié)構(gòu)；圖17表示單位像素的其他第二配置例的結(jié)構(gòu)；圖18表示單位像素的其他第三配置例的結(jié)構(gòu)；并且圖19是用于圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的作為電子設(shè)備的攝像設(shè)備的配置例的框圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，參照

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。圖1是用于圖示根據(jù)本發(fā)明的固體攝像裝置的實(shí)施方式的配置例的框圖。[固體攝像裝置的配置例]圖1是用于圖示根據(jù)本發(fā)明的作為固體攝像裝置的CMOS圖像傳感器的配置例的框圖。CMOS圖像傳感器100包括像素陣列部111、垂直驅(qū)動部112、列處理部113、水平驅(qū)動部114和系統(tǒng)控制部115。像素陣列部111、垂直驅(qū)動部112、列處理部113、水平驅(qū)動部 114和系統(tǒng)控制部115形成于未圖示的半導(dǎo)體基板(芯片)上。在像素陣列部111中，以矩陣的形式二維地布置單位像素(例如圖2中的單位像素120A)，所述單位像素每個(gè)具有用于產(chǎn)生對應(yīng)于入射光量的電荷量的光電荷并將光電荷累積于其中的光電轉(zhuǎn)換元件。順帶提及，在下列描述中，有時(shí)將對應(yīng)于入射光量的電荷量的光電荷簡稱作“電荷”，并且將單位像素簡稱作“像素”。在像素陣列部111中，沿圖中的左右方向(在像素行中的像素的排列方向)為矩陣形式的像素排列中的每行還形成像素驅(qū)動線116，并且沿圖中的垂直方向(在像素列中的像素的排列方向)為矩陣形式的像素排列中的每列形成垂直信號線117。雖然在圖1中每個(gè)像素驅(qū)動線116由一條線構(gòu)成，但是構(gòu)成每條像素驅(qū)動線116的線的數(shù)量不限于一個(gè)。 每條像素驅(qū)動線116的一端連接至垂直驅(qū)動部112中的對應(yīng)于每行的輸出端。CMOS圖像傳感器100還包括信號處理部118和數(shù)據(jù)存儲器部119。信號處理部 118和數(shù)據(jù)存儲器部119可通過例如數(shù)字信號處理器(DSP)或軟件的外部信號處理部進(jìn)行處理，所述外部信號處理部可與CMOS圖像傳感器100設(shè)置在不同的基板上，或可與CMOS圖像傳感器100設(shè)置在同一基板上。垂直驅(qū)動部112具有移位寄存器或地址解碼器等，并且是這樣一種像素驅(qū)動部， 即通過該像素驅(qū)動部，以對所有像素同時(shí)地或每次一行地或以類似的方式對像素陣列部 111中的像素進(jìn)行驅(qū)動。在圖中省略具體配置的垂直驅(qū)動部112通常具有兩個(gè)掃描系統(tǒng)，即讀出掃描系統(tǒng)和清除掃描系統(tǒng)。讀出掃描系統(tǒng)對在像素陣列部111中的單位像素每次一行地進(jìn)行順序選擇性的掃描，以從單位像素中讀出信號。清除掃描系統(tǒng)對經(jīng)過讀出掃描系統(tǒng)的讀出掃描的讀出行進(jìn)行清除掃描，所述清除掃描比讀出掃描超前對應(yīng)于快門速度的一個(gè)時(shí)段。由于清除掃描系統(tǒng)的清除掃描，將不需要的電荷從讀出行的單位像素中的光電轉(zhuǎn)換元件中清除(光電轉(zhuǎn)換元件被復(fù)位)。而且，由于清除掃描系統(tǒng)清除不需要的電荷(復(fù)位)，故進(jìn)行所謂的電子快門操作。此處，電子快門操作表示放棄存在于光電轉(zhuǎn)換元件中的光電荷并重新開始曝光(開始累積光電荷)的操作。由讀出掃描系統(tǒng)的讀出操作所讀出的信號對應(yīng)于立即在前的讀出操作或電子快門操作之后所入射的光量。然后，從立即在前的讀出操作的讀出時(shí)刻或立即在前的電子快門操作的清除時(shí)刻至當(dāng)前時(shí)刻的讀出操作的讀出時(shí)刻的時(shí)段成為單位像素中的光電荷的累積時(shí)間(曝光時(shí)間)。從已經(jīng)過垂直驅(qū)動部112的選擇性掃描的像素行中的每個(gè)單位像素中輸出的像素信號通過每條垂直信號線117而供給列處理部113。列處理部113基于像素陣列部111 中的每個(gè)像素列而對從選定的行中的每個(gè)單位像素中通過垂直信號線117輸出的像素信號進(jìn)行預(yù)定的信號處理，并且暫時(shí)保持信號處理后得到的像素信號。具體來說，列處理部113至少進(jìn)行例如相關(guān)雙采樣(⑶S)處理的噪聲去除處理以作為信號處理。由于列處理部113的CDS處理，去除諸如復(fù)位噪聲、放大晶體管的閾值差異等像素固有的固定模式噪聲。列處理部113不僅可具有噪聲去除處理功能，還可具有例如 AD(模擬至數(shù)字)轉(zhuǎn)換功能，于是以數(shù)字信號的形式輸出信號電平。水平驅(qū)動部114具有移位寄存器或地址解碼器等，并且依次選擇對應(yīng)于列處理部 113中的像素列的單位電路。由于水平驅(qū)動部114的選擇性掃描，將已在列處理部113中經(jīng)過信號處理的像素信號依次輸出至信號處理部118。系統(tǒng)控制部115具有例如用于生成各種時(shí)序信號的時(shí)序發(fā)生器，并且基于由時(shí)序發(fā)生器生成的各種時(shí)序信號而對垂直驅(qū)動部112、列處理部113和水平驅(qū)動部114等進(jìn)行驅(qū)動控制。信號處理部118至少具有加法運(yùn)算處理功能，并且對從列處理部113輸出的像素信號進(jìn)行諸如加法運(yùn)算處理的各種信號處理。數(shù)據(jù)存儲器部119暫存在信號處理部118中進(jìn)行的信號處理所需要的數(shù)據(jù)。[單位像素的結(jié)構(gòu)]下面說明在像素陣列部111中以矩陣形式布置的單位像素120A的具體結(jié)構(gòu)。單位像素120A具有不同于浮動擴(kuò)散區(qū)(電容器)的用于保持從光電轉(zhuǎn)換元件傳輸來的光電荷的電荷保持區(qū)(下文中稱作“存儲器部”)。圖2圖示了單位像素120A的結(jié)構(gòu)。單位像素120A例如具有作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管(PD) 121。光電二極管 121例如是通過下述方法形成的埋入型光電二極管，在所述方法中，在N型基板131中形成的P型阱層132中，在基板表面?zhèn)刃纬蒔型層133 (P+)以埋入N型埋入層134 (N)。在本實(shí)施方式中，認(rèn)為N型為第一導(dǎo)電型，并且P型為第二導(dǎo)電型。單位像素120A不僅具有光電二極管121，還具有第一傳輸門122、存儲器部 (MEM) 123、第二傳輸門124和浮動擴(kuò)散區(qū)(FD) 125。附帶提及，通過遮光膜(未圖示)對單位像素120A進(jìn)行遮光，由此，除了用于將光導(dǎo)入光電二極管121的開口部以及每個(gè)晶體管的接觸部等之外的其他部分被遮光。一旦對柵極122A施加傳輸脈沖TRX，第一傳輸門122傳輸在光電二極管121中通過光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生并累積在光電二極管121中的電荷。而且，在第一傳輸門122中，具體地在柵極122A下面的光電二極管121和存儲器部123之間的邊界部設(shè)置N-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū) 137，從而形成溢出通道130。而且，在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137下方設(shè)置導(dǎo)電型與雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137的導(dǎo)電型相反的高濃度P+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138 (比P型阱層132的雜質(zhì)濃度高的P型雜質(zhì)層)。 附帶提及，后面參照圖3A 圖4C說明雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137和雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138。存儲器部123具有形成于柵極122A下面的N型埋入溝道135 (N)，并且保持從光電二極管121通過第一傳輸門122而傳輸來的電荷。可通過具有埋入溝道135的存儲器部 123以抑制在基板界面處的暗電流的產(chǎn)生，這有助于提高圖像質(zhì)量。在存儲器部123中，柵極122A設(shè)置于存儲器部123的上部，并且通過對柵極122A施加傳輸脈沖TRX，可對存儲器部123進(jìn)行調(diào)制。具體來說，通過施加至柵極122A的傳輸脈沖TRX，存儲器部123的電位變深。結(jié)果，相比于未調(diào)制的情況，可增加存儲器部123中的飽和電荷量。一旦對柵極124A施加傳輸脈沖TRG，第二傳輸門124傳輸保持在存儲器部123中的電荷。浮動擴(kuò)散區(qū)125是具有N型層(N++)的電荷電壓轉(zhuǎn)換部，并且將從存儲器部123 通過第二傳輸門124傳輸來的電荷轉(zhuǎn)換為電壓。單位像素120A還具有復(fù)位晶體管126、放大晶體管127和選擇晶體管128。在圖 2所示的示例中，將N溝道MOS晶體管用作復(fù)位晶體管126、放大晶體管127和選擇晶體管 128。然而，圖2所示的復(fù)位晶體管126、放大晶體管127和選擇晶體管128的導(dǎo)電型的組合僅為示例，并且不限于所述組合。復(fù)位晶體管126連接于電源VDB和浮動擴(kuò)散區(qū)125之間，并且當(dāng)復(fù)位脈沖RST施加于復(fù)位晶體管126的柵極時(shí)而使浮動擴(kuò)散區(qū)125復(fù)位。放大晶體管127具有連接至電源 VDO的漏極，還具有連接至浮動擴(kuò)散區(qū)125的柵極，并且讀出浮動擴(kuò)散區(qū)125的電壓。例如，選擇晶體管128具有與放大晶體管127的源極連接的漏極，并且具有連接至垂直信號線117的源極。當(dāng)對選擇晶體管128的柵極施加選擇脈沖SEL時(shí)，選擇晶體管128 選擇從中讀出像素信號的單位像素120A。附帶提及，可采用將選擇晶體管128連接于電源 VDO和放大晶體管127的漏極之間的配置。可根據(jù)像素信號的讀取方法而省略復(fù)位晶體管126、放大晶體管127和選擇晶體管128中的一個(gè)或多個(gè)，或者可由多個(gè)像素共用它們。此外，單位像素120A具有用于對在光電二極管121中累積的電荷進(jìn)行放電的電荷放電部129。當(dāng)控制脈沖ABG在曝光開始時(shí)刻施加于柵極129A時(shí)，電荷放電部129將在光電二極管121中的電荷放電至具有N型層的漏極部136 (N++)。而且，電荷放電部129用于在完成曝光后的讀出時(shí)段期間防止由于光電二極管121飽和而發(fā)生電荷溢出。對漏極部 136施加預(yù)定電壓。[存儲器部123的柵極電位]這里，說明用作電荷保持區(qū)的存儲器部123的柵極(即第一傳輸門122的柵極 122A)的電位。在本實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)谝粋鬏旈T122和第二傳輸門124中的至少一個(gè)(例如第一傳輸門122)被設(shè)為非導(dǎo)通狀態(tài)期間，用作電荷保持區(qū)的存儲器部123的柵極電位被設(shè)定在可以確保釘扎狀態(tài)的電位。更具體地，在第一傳輸門122和第二傳輸門124中的任何一個(gè)或兩個(gè)都設(shè)定為非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，施加至柵極122A、柵極124A的電壓設(shè)定為確保釘扎狀態(tài)，在所述釘扎狀態(tài)中， 與光電荷的極性相反的載流子可在柵極下方的Si表面處累積。在本實(shí)施方式中，在構(gòu)成傳輸門的晶體管為N型的情況下，當(dāng)?shù)谝粋鬏旈T122被設(shè)為非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，施加至柵極122A的電壓相對于P型阱層132被設(shè)定為比地GND更負(fù)的電壓。附帶提及，雖然未圖示，但在構(gòu)成傳輸門的晶體管為P型的情況下，上述P型阱層被N 型阱層替代，并且所述電壓相對于N型阱層被設(shè)定為比電源電壓VDD更高的電壓。當(dāng)?shù)谝粋鬏旈T122設(shè)為非導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，于是施加至柵極122A的電壓被設(shè)定為可確保釘扎狀態(tài)的電壓，在所述釘扎狀態(tài)中，與光電荷極性相反的載流子可在柵極下方的Si表面處累積，原因如下。當(dāng)?shù)谝粋鬏旈T122的柵極122A的電位設(shè)定為與P型阱層132相同的電位(例如 0V)時(shí)，由Si表面處的晶體缺陷產(chǎn)生的載流子被累積在存儲器部123中，并且可變?yōu)榘惦娏鞫鴮?dǎo)致圖像質(zhì)量劣化。鑒于此，在本實(shí)施方式中，形成于存儲器部123上面的柵極122A的截止電位相對于P型阱層132被設(shè)定為負(fù)電位，例如為-2. 0V。在本實(shí)施方式中，這可確保在電荷保持時(shí)段期間在存儲器部123的Si表面上產(chǎn)生的空穴和在Si表面上產(chǎn)生的電子復(fù)合。結(jié)果，可減小暗電流。附帶提及，在圖2所示的配置中，第二傳輸門124的柵極124A位于存儲器部123 的端部。因此，同樣通過將柵極124A設(shè)定為負(fù)電位，可類似地抑制在存儲器部123的端部中產(chǎn)生的暗電流。此外，雖然下面在每個(gè)實(shí)施方式中說明了使用N型基板的配置例，但是也可使用P型基板。在這種情況下，例如，在圖2所示的配置例中的N型基板131和P型阱層 132各自由P型半導(dǎo)體區(qū)構(gòu)成。在CMOS圖像傳感器100中，對所有像素同時(shí)開始曝光，對所有像素同時(shí)結(jié)束曝光， 并且將在光電二極管121中累積的電荷依次傳輸至存儲器部123 (被遮光)和浮動擴(kuò)散區(qū) 125，由此實(shí)現(xiàn)整體曝光。整體曝光確保所有像素的曝光時(shí)段相同，由此實(shí)現(xiàn)無畸變的攝像。附帶提及，在本實(shí)施方式中的“所有像素”指的是不包括偽像素等的出現(xiàn)在圖像中的各個(gè)部分中的所有像素。此外，如果時(shí)間差和圖像畸變很小而不會產(chǎn)生任何問題，則對所有像素同時(shí)進(jìn)行的操作可替代為基于一次對多行(例如幾十行)進(jìn)行高速掃描的操作。此外，本發(fā)明同樣適用于這樣的情況，即對處于預(yù)定區(qū)域中的多行中的像素、而不是對出現(xiàn)在圖像中的各個(gè)部分中的所有像素進(jìn)行整體曝光。[第一實(shí)施方式]下面，參照圖3A 圖4C說明在第一實(shí)施方式中的單位像素120A的配置。在圖 3A 圖4C和下列圖中，以上面使用的相同的附圖標(biāo)記表示與以上圖2中的單位像素中的部件相同的部件，并且省略了對所述相同部件的詳述。圖3A是用于圖示單位像素120A的配置的平面圖，并且圖3B是沿圖3A的平面圖中的線A-A’所截取的單位像素120A的截面圖。如圖3A和圖3B所示，光電二極管121、存儲器部123和浮動擴(kuò)散區(qū)125布置在單位像素120A中。光電二極管121和存儲器部123形成為具有這樣的雜質(zhì)濃度，即一旦電荷放電時(shí)就得到耗盡狀態(tài)。浮動擴(kuò)散區(qū)125形成為具有這樣的雜質(zhì)濃度，即允許與用于取出電壓的布線接觸部電連接。而且，在單位像素120A中，第一傳輸門122設(shè)置在光電二極管121和存儲器部123 之間，并且第二傳輸門124設(shè)置在存儲器部123和浮動擴(kuò)散區(qū)125之間。此外，設(shè)置柵極 122A以覆蓋第一傳輸門122和存儲器部123，并且設(shè)置柵極124A以覆蓋第二傳輸門124。在單位像素120A中，在設(shè)置有形成于光電二極管121和存儲器部123之間的邊界部中的第一傳輸門122的區(qū)域中，形成溢出通道130，使得超出預(yù)定量的信號電荷從光電二極管121通過溢出通道130而自動放電至存儲器部123。這里，假設(shè)對柵極122A施加在第一傳輸門122的柵極122A下面的硅表面上累積空穴所必需的負(fù)電壓。如圖3B所示，在單位像素120A中，在柵極122A下面的在光電二極管121和存儲器部123之間的邊界部的表面?zhèn)?，設(shè)有與構(gòu)成光電二極管121和存儲器部123的雜質(zhì)(N)具有相同的導(dǎo)電型的N-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137，由此形成溢出通道130。而且，在單位像素120A 中，與雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137具有相反導(dǎo)電型的高濃度P+型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138設(shè)置在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū) 137下方。更具體地，P型阱層132形成于N型基板131上，并且光電二極管121為HAD (空穴累積二極管)結(jié)構(gòu)。構(gòu)成光電二極管121的N型埋入層134的雜質(zhì)濃度例如約IO16 1018cm_3，并且在光電二極管121的表面上形成的P型層133的雜質(zhì)濃度例如約IO17 1018cm_3。此外，類似于光電二極管121的N型埋入層134，構(gòu)成存儲器部123的N型埋入溝道135的雜質(zhì)濃度約為IO16 IO18cnT3。而且，和構(gòu)成存儲器部123的N型埋入溝道135相比，構(gòu)成溢出通道130的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137設(shè)定為結(jié)深度(junction depth)更淺并且雜質(zhì)濃度更低。此外，設(shè)置在溢出通道 130下方的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138形成為具有這樣的雜質(zhì)濃度，以至于在信號電荷累積在光電二極管121和存儲器部123中的條件下，使得不會使雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138由于光電二極管121和存儲器部123的電位的侵入而進(jìn)入耗盡狀態(tài)。例如，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138形成為具有約為IO17 IO18CnT3的雜質(zhì)濃度。此外，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138的深度設(shè)定為從雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137下方的位置至少至構(gòu)成存儲器部123的N型埋入溝道135的下端的深度。下面，參照圖4A 圖4C說明如上配置的溢出通道130的電位狀態(tài)。圖4A 圖4C 分別圖示了沿圖3B的線Ζ1-ΖΓ的電位狀態(tài)、沿圖3B的線Z2-Z2’的電位狀態(tài)和沿圖3B的線Cl-Cl，的電位狀態(tài)。如圖4A所示，勢壘在設(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137的區(qū)域中(在光電二極管(PD)和存儲器部(MEM)之間的區(qū)域中)降低。此外，如圖4B所示，在設(shè)置于雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137下方的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138的區(qū)域中，勢壘可以提供非導(dǎo)通狀態(tài)。圖4C圖示了沿溢出通道130的深度方向的截面中的電位狀態(tài)。如圖4C所示，對電子的勢壘的最小(最低)點(diǎn)形成于雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137中，并且對電子的勢壘的最大(最高) 點(diǎn)形成于雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138中。于是，其中設(shè)置有雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138的配置使得可以提高電位。因此，即使當(dāng)溢出通道130的傳輸路徑隨著單位像素120A的尺寸的小型化(最小化)而縮小時(shí)，仍可形成超出預(yù)定量的電荷從光電二極管121溢出至存儲器部123所必需的勢壘。而且，可防止由于光電二極管121和存儲器部123之間的溢出通道130下面的各耗盡層的連接而引起擊穿現(xiàn)象。這里，在以CMOS圖像傳感器為代表的固體攝像裝置中，通常，光吸收波長是與規(guī)模大小無關(guān)的物理常數(shù)；因此，為保持硅中的光譜靈敏度特性，不能使光電二極管中的N型層的結(jié)深度更淺。因此，根據(jù)用于通常的MOSFET(M0S場效應(yīng)晶體管)的恒定電場定標(biāo)規(guī)則， 難于在抑制短溝道效應(yīng)的同時(shí)而改變設(shè)計(jì)規(guī)則。這一點(diǎn)同樣適用于上述專利文獻(xiàn)1中公開的結(jié)構(gòu)。尤其是在存儲器部中的N型層的深度比浮動擴(kuò)散區(qū)深以增加能夠被存儲器部保持的飽和電荷量的情況下，由短溝道效應(yīng)引起的擊穿現(xiàn)象在小型化時(shí)易于發(fā)生。同時(shí)，可認(rèn)為可通過延長光電二極管和存儲器部之間的有效水平距離而避免短溝道效應(yīng)。然而，應(yīng)將所述距離設(shè)計(jì)為較短，以便使光電二極管和存儲器部中的飽和電荷量最大化。另一方面，在單位像素120A中，可在不增大光電二極管121和存儲器部123之間的有效水平距離的情況下而穩(wěn)定地形成溢出通道130。這可確保預(yù)定的信號電荷穩(wěn)定地累積在光電二極管121中。因此，可避免所攝取的圖像質(zhì)量的劣化，并且可獲得具有高質(zhì)量的CN 102208423 A
說明書
9/15 頁圖像。附帶提及，在圖3A和圖3B所示的示例中，采用了通過設(shè)置N-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137 而形成溢出通道130的結(jié)構(gòu)。然而，可采用通過設(shè)置P-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137、而不設(shè)置N-型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137以形成溢出通道130的結(jié)構(gòu)。[制造單位像素UOA的方法]下面，參照圖5說明制造單位像素120A的方法。在第一步驟中，在設(shè)有P型阱層132的基板的表面上形成在對應(yīng)于第一傳輸門122 的區(qū)域中具有開口的抗蝕劑160-1，并且使用抗蝕劑160-1進(jìn)行P型離子注入，以在位于預(yù)定深度的位置處形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138。在第二步驟中，使用抗蝕劑160-1進(jìn)行N型離子注入，以便在從雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138的上表面直至基板表面的深度區(qū)域中形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137。接下來，在去除抗蝕劑160-1后，進(jìn)行第三步驟，其中，形成在對應(yīng)于存儲器部123 的區(qū)域中具有開口的抗蝕劑160-2，并且使用抗蝕劑160-2進(jìn)行N型離子注入，以便形成埋入溝道135。結(jié)果，形成存儲器部123。隨后，在去除抗蝕劑160-2后，進(jìn)行第四步驟，其中，形成在對應(yīng)于光電二極管121 的區(qū)域中具有開口的抗蝕劑160-3，并且使用抗蝕劑160-3進(jìn)行N型離子注入，以形成N型埋入層134。在第五步驟中，使用抗蝕劑160-3進(jìn)行P型離子注入，以在N型埋入層134的表面上形成P型層133。結(jié)果，形成HAD型光電二極管121。在第六步驟中，去除抗蝕劑160-3，通過例如熱氧化方法形成柵極氧化膜，隨后通過CVD(化學(xué)氣相沉積)方法沉積多晶硅，以形成柵極122A。通過包括上述步驟的方法而制造單位像素120A。附帶提及，在第四步驟中，形成柵極122A的處理可以在進(jìn)行形成N型埋入層134的處理之前進(jìn)行。換言之，在進(jìn)行第六步驟以形成柵極122A之后，可執(zhí)行第四步驟和第五步驟以形成光電二極管121。[第二實(shí)施方式]圖6圖示了根據(jù)第二實(shí)施方式的單位像素120B的截面圖。如圖6所示，在單位像素120B中，在變?yōu)橐绯鐾ǖ?30的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137下方形成的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138B形成為延伸至構(gòu)成存儲器部123的埋入溝道135的部分或全部的下側(cè)(基板深度側(cè))。換言之，在圖6所示的截面中，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138形成為L形。通過將雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138B如此延伸至埋入溝道135的下側(cè)，也在存儲器部123的下部形成與N型埋入層134和埋入溝道135之間的勢壘相類似的勢壘。結(jié)果，避免了在單位像素120B中的N型埋入層134和埋入溝道135之間發(fā)生的擊穿現(xiàn)象。此外，可防止由于從存儲器部123底部至光電二極管121的區(qū)域中的耗盡層的連接而形成不期望的傳輸路徑。而且，在單位像素120B中，可防止這樣的情況，即防止對入射至比存儲器部123深的區(qū)域中的P型阱層132的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電荷不經(jīng)過溢出通道130而混入存儲器部123中。這里，參照圖7A、圖7B和圖8描述了與根據(jù)相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)的單位像素相比的單位像素120B的效果。圖7A圖示了在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)的單位像素中的電位分布，在所述結(jié)構(gòu)中，第一傳輸門122設(shè)有雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137而未設(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138(例如與上述專利文獻(xiàn)1的圖 20相同的結(jié)構(gòu))。圖7B圖示了如圖6所示的單位像素120B的電位分布。而且，假定將光電二極管121和存儲器部123設(shè)定為正電位，而將第一傳輸門122設(shè)定為負(fù)電位。在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)的單位像素中，由P型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137構(gòu)成的溢出通道130 下方的區(qū)域仍作為P型阱層132，于是所述區(qū)域中的勢壘易于受光電二極管121和存儲器部 123影響。具體來說，如圖7A中的電位狀態(tài)所示，在由光電二極管121和存儲器部123之間的邊界處存在的等位線0圍繞的區(qū)域(溢出通道130)的下部，對電子的勢壘低。結(jié)果，在光電二極管121和存儲器部123中的耗盡層易于彼此連接，于是在光電二極管121和存儲器部123之間的區(qū)域中易于發(fā)生擊穿現(xiàn)象。附帶提及，這同樣適用于溢出通道130由N型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)構(gòu)成的情況。另一方面，如圖7B所示，在單位像素120B中，在溢出通道130下部的對電子的勢壘固定在高值。因此，在單位像素120B中，可防止來自于光電二極管121和存儲器部123 的電位的侵入。圖8圖示了用于圖7A所示的根據(jù)相關(guān)技術(shù)的結(jié)構(gòu)的單位像素和圖7B所示的單位像素120B(根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu))的在溢出通道130的傳輸路徑長度(Leff)變化時(shí)的閾值電壓(Vt)的變化的仿真結(jié)果。這里，如圖8的下部所示，溢出通道130的傳輸路徑長度是光電二極管121和存儲器部123之間的溢出通道130的長度。而且，閾值電壓是光電二極管121和存儲器部123 之間的閾值電壓。在圖8中，y軸表示對電子的勢壘沿正方向變低，并且沿反方向變高。如圖8所示，在單位像素120B (根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu))中，在溢出通道130下部的電位不易于變化，這意味著單位像素120B的結(jié)構(gòu)對短溝道效應(yīng)具有耐受性。而且，可以看出， 在單位像素120B中抑制了隨著傳輸路徑長度變化量(Δ Leff)的閾值變化量(Δ Vt)。因此， 單位像素120Β的結(jié)構(gòu)對于由制造的差異等引起的傳輸路徑長度的變化是具有抵抗性的。[第三實(shí)施方式]圖9是根據(jù)第三實(shí)施方式的單位像素120C的截面圖。如圖9所示，在單位像素120C中，類似于圖6的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138Β，在變?yōu)橐绯鐾ǖ?30的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137下部形成的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138C延伸至構(gòu)成存儲器部123的埋入溝道135的下側(cè)。而且，在單位像素120C中，構(gòu)成光電二極管121的N型埋入層134C形成為延伸至雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138C的下側(cè)。換言之，雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138C和N型埋入層134C在圖9所示的截面中形成為L形。通過將N型埋入層134C如此延伸至埋入溝道135的下側(cè)，可穩(wěn)定地形成溢出通道 130。而且，在通過對入射至比存儲器部123深的區(qū)域中的P型阱層132上的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電荷被全部收集至光電二極管121中，于是可防止所述電荷混入不同于光電二極管121的其他區(qū)域(例如埋入溝道135)中。[第四實(shí)施方式]圖10是根據(jù)第四實(shí)施方式的單位像素120D的截面圖。如圖10所示，在單位像素120D中，構(gòu)成光電二極管121的N型埋入層134D的一部分形成為在平面圖中與第一傳輸門122重疊(具體地直接位于第一傳輸門122下方)。通過如此形成N型埋入層134D，在將在光電二極管121中累積的信號電荷全部傳輸至存儲器部123中時(shí)，可降低傳輸操作所必需的施加于傳輸門122的柵極122A上的電壓。具體來說，因?yàn)镹型埋入層134D對應(yīng)于與第一傳輸門122相關(guān)的MOS晶體管的源極區(qū)， 故N型埋入層134D的一部分與第一傳輸門122的重疊部分可確保在全部傳輸操作時(shí)易于形成完整的傳輸路徑。因此，可降低形成完整的傳輸路徑所必需的電壓。[第五實(shí)施方式]圖11是根據(jù)第五實(shí)施方式的單位像素120E的截面圖。如圖11所示，在單位像素120E中，覆蓋存儲器部123的柵極123A與覆蓋溢出通道130的柵極122A單獨(dú)形成。通過對柵極123A施加傳輸脈沖TRY，使存儲器部123的電位變得更深。而且，柵極123A由遮光特性高的金屬(例如鎢)制成，該金屬用于對存儲器部 123遮光。換言之，柵極123A不僅具有用作將電荷傳輸至存儲器部123的傳輸門的功能，并且還具有對存儲器部123遮光的功能。[第六實(shí)施方式]圖12是根據(jù)第六實(shí)施方式的單位像素120F的截面圖。如圖12所示，在單位像素120F中，在存儲器部123的上部未設(shè)置柵極，而存儲器部123的雜質(zhì)結(jié)構(gòu)是類似于在光電二極管121中的HAD結(jié)構(gòu)。具體來說，在單位像素120F 中，存儲器部123由形成于P型阱層132中的N型埋入溝道135A和形成于埋入溝道135A 的表面?zhèn)壬系腜型層135B(P+)構(gòu)成。而且，第一傳輸門122的柵極122A形成于光電二極管121和存儲器部123之間的區(qū)域的表面上。在如此配置的單位像素120F中，可以自對準(zhǔn)的方式相對于第一傳輸門122的柵極 122A而形成構(gòu)成光電二極管121的P型層133和N型埋入層134以及構(gòu)成存儲器部123的埋入溝道135A和P型層135B。[制造單位像素UOF的方法]下面，參照圖13說明制造單位像素120F的方法。在第一步驟和第二步驟中，以與圖5所示的制造方法相同的方法形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū) 137和雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138。然后，在第三步驟中，通過例如熱氧化方法形成柵極氧化膜，此后通過CVD方法沉積多晶硅，以便在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137的表面上形成柵極122A，由此設(shè)置第一傳輸門 122。在第四步驟中，在不同于形成光電二極管121和存儲器部123的區(qū)域以及柵極 122A的區(qū)域的區(qū)域中形成抗蝕劑160-2，并且使用抗蝕劑160-2進(jìn)行N型離子注入。結(jié)果， 形成埋入溝道135A以及構(gòu)成N型埋入層134的一部分的N型埋入層134’。此后，使用抗蝕劑160-2進(jìn)行P型離子注入，由此形成P型層133和P型層135B。在第五步驟中，形成具有覆蓋P型層135的形狀的抗蝕劑160-3，并且使用抗蝕劑 160-3進(jìn)行N型離子注入。結(jié)果，在N型埋入層134’的下部形成N型層，由此形成N型埋入層134。附帶提及，如果不必要使光電二極管121的深度比存儲器部123深，則可省略第五步驟。此后，在第六步驟中，去除抗蝕劑160-3。通過包括上述步驟的方法，制造單位像素120F。在所述制造方法中，因?yàn)閷艠O 122A用作在離子注入中形成光電二極管121和存儲器部123的掩模，故柵極122A與光電二極管121之間的邊界和柵極122A與存儲器部123之間的邊界確保地與柵極122A的端部一致。換言之，可以相對于柵極122A的端部以自對準(zhǔn)的方式形成光電二極管121和存儲器部 123。[第七實(shí)施方式]下面，參照圖14和圖15A與圖15B說明根據(jù)第七實(shí)施方式的單位像素120G。圖 14圖示了單位像素120G的平面圖，圖15A圖示了沿圖14的平面圖中的線A-A’的截面圖和與所述截面圖相關(guān)的電位狀態(tài)，并且圖15B圖示了沿圖14的平面圖中的線B-B’的截面圖和與所述截面圖相關(guān)的電位狀態(tài)。如圖14所示，在單位像素120G中，溢出通道130形成于平面圖中的第一傳輸門 122的部分區(qū)域中。換言之，在單位像素120G中，在不同的區(qū)域中形成將在光電二極管121 中累積并超出預(yù)定電荷量的電荷傳輸至存儲器部123中的傳輸路徑(溢出通道130)，以及將在光電二極管121中累積的電荷全部傳輸至存儲器部123中的傳輸路徑。在第一傳輸門122的部分區(qū)域中形成溢出通道130的配置中，可以確保通過設(shè)置形成溢出通道130的區(qū)域的寬度(圖14所示的寬度W)，來調(diào)節(jié)從光電二極管121溢出至存儲器部123中的電荷量。附帶提及，雖然圖中未圖示，但在本實(shí)施方式中，遮光膜布置在基板表面上，以防止入射光進(jìn)入存儲器部123中或進(jìn)入浮動擴(kuò)散區(qū)125中。遮光膜由諸如鎢的材料制成，并且優(yōu)選地設(shè)置為至少覆蓋存儲器部123和浮動擴(kuò)散區(qū)125的上部。附帶提及，雖然以信號電荷為電子的圖像傳感器為例說明了以上實(shí)施方式，但本發(fā)明同樣適用于信號電荷為空穴的類型的圖像傳感器。具體來說，即使在上述關(guān)于雜質(zhì)層的導(dǎo)電型的N型層和P型層被反轉(zhuǎn)，并且通過在N型半導(dǎo)體層中形成P型雜質(zhì)層以設(shè)置光電二極管和存儲器部的情況下，則通過將構(gòu)成每個(gè)上述配置中的溢出通道130的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137的導(dǎo)電型的N-型或P+型換作P-型或N+型，仍可得到上述的同樣效果。此外，雖然以上用數(shù)值說明了雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度等，但這些數(shù)值不是絕對的值，而僅僅用作說明本發(fā)明的技術(shù)思想。于是，可不限于以上說明中使用的數(shù)值而設(shè)定本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)。附帶提及，雖然以信號電荷為電子的圖像傳感器為例說明了以上實(shí)施方式，但本發(fā)明同樣適用于信號電荷為空穴的類型的圖像傳感器。[單位像素的其他第一配置例]圖16圖示了作為單位像素120的其他第一配置例的單位像素120H-1的結(jié)構(gòu)。在單位像素120H-1中，省略了在圖2的單位像素120A中的第一傳輸門122和存儲器部123，并且光電二極管121和浮動擴(kuò)散區(qū)125夾著P型阱層132而彼此鄰近地布置。 在光電二極管121和浮動擴(kuò)散區(qū)125之間的P型阱層132的上方布置第二傳輸門124?，F(xiàn)在說明在單位像素120H-1中的整體曝光操作。首先，對所有像素同時(shí)進(jìn)行將累積的電荷從埋入型光電二極管121中進(jìn)行放電的電荷放電操作，此后開始曝光。結(jié)果，將光電荷累積在光電二極管121的PN結(jié)電容中。在曝光時(shí)段結(jié)束時(shí)，針對所有像素同時(shí)使第二傳輸門124導(dǎo)通，由此將累積的光電荷全部傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)125中。使第二傳輸門124 截止，由此，在對所有像素相同的曝光時(shí)段中所累積的光電荷被保持在浮動擴(kuò)散區(qū)125中。 此后，將在浮動擴(kuò)散區(qū)125中保持的光電荷作為圖像信號而通過垂直信號線117依次讀出。 最后，對浮動擴(kuò)散區(qū)125復(fù)位，此后讀出復(fù)位電平。
因此，在單位像素120H-1中，浮動擴(kuò)散區(qū)125在進(jìn)行整體曝光操作的情況下變?yōu)殡姾杀３謪^(qū)。在單位像素120H-1中，本發(fā)明還適用于采用以下方法，即，在光電二極管121 和浮動擴(kuò)散區(qū)125之間的邊界部的第二傳輸門124處通過形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137而設(shè)置溢出通道130，并且在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137下方設(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138。[單位像素的其他第二配置例]圖17圖示了作為單位像素120的其他第二配置例的單位像素120H-2的結(jié)構(gòu)。單位像素120H-2具有這樣一種配置，即其中，將類似于浮動擴(kuò)散區(qū)125的存儲器部123加入圖2的單位像素120A的配置中。具體來說，在單位像素120H-2中，在光電二極管121和存儲器部123之間的邊界處的P型阱層132的上方設(shè)置第一傳輸門122的柵極122A。而且，在單位像素120H-2中，存儲器部123具有類似于浮動擴(kuò)散區(qū)125的N型層 140。在下列步驟中進(jìn)行在單位像素120H-2中的整體曝光操作。首先，同時(shí)對所有像素進(jìn)行電荷放電操作，由此開始同時(shí)曝光。將如此產(chǎn)生的光電荷累積在光電二極管121中。在曝光結(jié)束的時(shí)刻，同時(shí)對所有像素而使第一傳輸門122導(dǎo)通，并且將累積的光電荷傳輸至存儲器部123中以保持在存儲器部123中。在曝光結(jié)束后，通過依次操作以讀出復(fù)位電平和信號電平。具體來說，使浮動擴(kuò)散區(qū)125復(fù)位，然后讀出復(fù)位電平。接下來，將在存儲器部123中保持的電荷傳輸至浮動擴(kuò)散區(qū)125中，并且讀出信號電平。在單位像素120H-2中，存儲器部123的N型區(qū)140在進(jìn)行整體曝光操作的情況下變?yōu)殡姾杀３謪^(qū)。在單位像素120H-2中，本發(fā)明還可適用于以下方法，S卩，通過在第一傳輸門122處形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137而設(shè)置溢出通道130，并且在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137下方設(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138。[單位像素的其他第三配置例]圖18圖示了作為單位像素120的其他第三配置例的單位像素120H-3的結(jié)構(gòu)。在圖2所示的單位像素120A中，單個(gè)存儲器部(MEM) 123布置在光電二極管121和浮動擴(kuò)散區(qū)125之間。在圖18的單位像素120H-3中，另外布置另一存儲器部(MEM2)142。 于是，存儲器部具有兩級配置。第三傳輸門141具有這樣的功能，即，當(dāng)對柵極141A施加傳輸脈沖TRX2時(shí)，在存儲器部123中累積的電荷通過第三傳輸門141傳輸。存儲器部142具有形成于柵極141A 下方的N型埋入溝道143，并且累積從存儲器部123通過第三傳輸門141傳輸來的電荷。通過具有埋入溝道143的存儲器部142，可抑制在界面處的暗電流的產(chǎn)生，這可促使圖像質(zhì)量的提高。存儲器部142在配置上與存儲器部123相同。因此，類似于存儲器部123，存儲器部142的優(yōu)勢在于，當(dāng)施加調(diào)制時(shí)，相比于未施加調(diào)制的情況，可增加存儲器部142中的飽和電荷量。在單位像素120H-3中的整體曝光操作中，對所有像素同時(shí)累積的光電荷保持在光電二極管121或存儲器部123中。存儲器部142用于保持光電荷，直至讀出圖像信號為止。在單位像素120H-3中，在進(jìn)行整體曝光操作的情況下，存儲器部123的埋入溝道 135和存儲器部142的埋入溝道143用作電荷保持區(qū)。在單位像素120H-3中，本發(fā)明可適用于以下方法，即，通過在第一傳輸門122處形成雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137而設(shè)置溢出通道130，并且在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)137下方設(shè)置雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)138。于是，對于不同于單位像素120A的其他結(jié)構(gòu)同樣可采用本發(fā)明。而且，本發(fā)明同樣可類似地適用于通過反轉(zhuǎn)導(dǎo)電型的極性(N型、P型)而從單位像素120A 單位像素 120H-3變化而來的單位像素。[根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備的配置例]而且，本發(fā)明不限于固體攝像裝置的應(yīng)用。本發(fā)明還總體上適用于將固體攝像裝置用作攝像部(光電轉(zhuǎn)換部)的電子設(shè)備，這些電子設(shè)備例如是如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等的攝像設(shè)備、具有攝像功能的個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、將固體攝像裝置用作圖像讀出部的復(fù)印機(jī)等。固體攝像裝置可以單個(gè)芯片的形式形成，或者以將攝像部和信號處理部或者光學(xué)系統(tǒng)整體封裝的具有攝像功能的模塊形式來制造所述固體攝像裝置。圖19是用于圖示根據(jù)本發(fā)明的作為電子設(shè)備的攝像設(shè)備的配置例的框圖。圖19所示的攝像設(shè)備300包括具有透鏡組等的光學(xué)單元301 ；采用了上述單位像素120的每個(gè)配置的固體攝像裝置302 ；和作為相機(jī)信號處理電路的數(shù)字信號處理(DSP) 電路303。此外，攝像設(shè)備300具有幀存儲器304、顯示單元305、記錄單元306、操作單元 307和電源單元308。DSP電路303、幀存儲器304、顯示單元305、記錄單元306、操作單元 307和電源單元308被通過總線309而彼此連接。光學(xué)單元301攝取來自對象的入射光(圖像光)，并且在固體攝像裝置302的攝像面上形成圖像。固體攝像裝置302基于像素將在攝像面上形成圖像的入射光的量轉(zhuǎn)換為電信號，并且將所述電信號作為圖像信號輸出。可使用諸如CMOS圖像傳感器100的固體攝像裝置作為固體攝像裝置302，具體地可使用通過整體曝光實(shí)現(xiàn)無畸變攝像并可抑制基于每個(gè)RGB像素的漏光信號抑制比的固體攝像裝置。顯示單元305具有例如液晶面板或有機(jī)電致發(fā)光(EL)面板的板狀顯示器，并且顯示由固體攝像裝置302攝取的移動畫面或靜態(tài)圖像。記錄單元306將由固體攝像裝置302 拍攝的移動畫面或靜態(tài)圖像記錄在諸如錄像帶、數(shù)字式多用盤(DVD)等的記錄介質(zhì)上。操作單元307在使用者的操作下發(fā)出與攝像設(shè)備300所具有的各種功能相關(guān)的操作命令。電源單元308將所需的各種電能供給DSP電路303、幀存儲器304、顯示單元305、 記錄單元306和操作單元307，以用作這些部件單元的工作電源。如上所述，在將根據(jù)任何上述實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器100用作固體攝像裝置 302的情況下，可通過整體曝光實(shí)現(xiàn)無畸變的攝像，并且基于每個(gè)RGB像素抑制漏信號抑制比。因此，同樣可在諸如攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和用于諸如手機(jī)的移動設(shè)備的相機(jī)模塊的攝像設(shè)備300中實(shí)現(xiàn)拍攝圖像的圖像質(zhì)量的提高。以本發(fā)明用于CMOS圖像傳感器的情況為例而說明了以上實(shí)施方式，在所述CMOS 圖像傳感器中，以矩陣的形式布置用于將根據(jù)可見光的量的信號電荷檢測為物理量的單位像素。然而，本發(fā)明不限于適用于CMOS圖像傳感器。本發(fā)明一般適用于列形式的固體攝像裝置，其中列處理部在像素陣列部中基于每個(gè)像素列而布置。此外，本發(fā)明不限于適用于通過檢測入射的可見光的量的分布而攝像的固體攝像裝置。本發(fā)明還適用于通過檢測紅外(IR)線、X射線、粒子等的入射量的分布而攝像的固體攝像裝置。而且，本發(fā)明一般地或者廣義地適用于通過檢測諸如壓強(qiáng)、電容等其他物理量的分布而進(jìn)行攝像的固體攝像裝置(物理量分布檢測器)，例如適用于指紋傳感器。附帶提及，可以單芯片的形式制造固體攝像裝置，或者可以將攝像部和信號處理部或者光學(xué)系統(tǒng)整體封裝的具有攝像功能的模塊形式制造所述固體攝像裝置。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要和其它因素可出現(xiàn)各種變化、組合、子組合和替代。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像裝置，其包括第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)，其形成于半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)壬?；光電轉(zhuǎn)換元件，其具有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且所述光電轉(zhuǎn)換元件根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷并在其內(nèi)部累積所述電荷；電荷保持區(qū)，其具有所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且由所述光電轉(zhuǎn)換元件通過光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電荷保持在所述電荷保持區(qū)中，直至所述電荷被讀出為止；中間傳輸路徑，其具有布置在所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)之間的區(qū)域中的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且只有在曝光時(shí)段期間由所述光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生并且超出預(yù)定電荷量的電荷通過所述中間傳輸路徑而傳輸至所述電荷保持區(qū)中；和雜質(zhì)層，其具有布置在所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)之間并在所述中間傳輸路徑下面的區(qū)域中的所述第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且所述雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度比所述第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)的雜質(zhì)濃度高。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，構(gòu)成所述中間傳輸路徑的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的結(jié)深設(shè)定為比構(gòu)成所述電荷保持區(qū)的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的結(jié)深淺，并且構(gòu)成所述中間傳輸路徑的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度設(shè)定為比構(gòu)成所述電荷保持區(qū)的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度低。
3.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，具有所述第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的所述雜質(zhì)層形成為具有預(yù)定的雜質(zhì)濃度，以至于不被所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)的電位而置入耗盡狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，沿著以深度方向穿過所述中間傳輸路徑的線的電位狀態(tài)為在比構(gòu)成所述電荷保持區(qū)的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的下端淺的位置處形成至少一個(gè)最小電位點(diǎn)和至少一個(gè)最大電位點(diǎn)，并且所述最大電位點(diǎn)形成于比所述最小電位點(diǎn)深的位置。
5.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，具有所述第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的所述雜質(zhì)層形成為延伸至構(gòu)成所述電荷保持區(qū)的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的下端的深處。
6.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，具有所述第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的所述雜質(zhì)層形成為如此形狀，即從構(gòu)成所述中間傳輸路徑的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)下方的位置向著構(gòu)成所述電荷保持區(qū)的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的下部延伸。
7.如權(quán)利要求6所述的固體攝像裝置，其中，構(gòu)成所述光電轉(zhuǎn)換元件的第一導(dǎo)電型的所述雜質(zhì)區(qū)形成為如此形狀，即從形成于該雜質(zhì)區(qū)的表面上的所述雜質(zhì)層的下方的位置向著具有所述第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)層的下部延伸，具有所述第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)層向著構(gòu)成所述電荷保持區(qū)的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的下部延伸。
8.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，還包括傳輸門，所述傳輸門設(shè)置在所述中間傳輸路徑和所述電荷保持區(qū)的上部，并且將電荷從所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)傳輸至所述電荷保持區(qū)中，其中，構(gòu)成所述光電轉(zhuǎn)換元件的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)所形成的區(qū)域和所述傳輸門在平面圖中布置為彼此重疊。
9.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)形成為具有空穴累積二極管結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，還包括 第一電極，其覆蓋所述中間傳輸路徑的上部；和第二電極，其覆蓋所述電荷保持區(qū)的上部； 所述第一電極和所述第二電極形成為彼此隔開。
11.一種制造固體攝像裝置的方法，其包括如下步驟形成光電轉(zhuǎn)換元件，所述光電轉(zhuǎn)換元件具有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷并在其內(nèi)部累積所述電荷；形成電荷保持區(qū)，所述電荷保持區(qū)具有所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且由所述光電轉(zhuǎn)換元件通過光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電荷保持在所述電荷保持區(qū)中，直至所述電荷被讀出為止；形成中間傳輸路徑，所述中間傳輸路徑具有布置在所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)之間的區(qū)域中的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且只有在曝光時(shí)段期間由所述光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生并且超出預(yù)定電荷量的電荷通過所述中間傳輸路徑而傳輸至所述電荷保持區(qū)中；并且形成雜質(zhì)層，所述雜質(zhì)層具有布置在所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)之間并在所述中間傳輸路徑下面的區(qū)域中的第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且所述雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度比形成于半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)壬系乃龅诙?dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)的雜質(zhì)濃度高。
12.一種包括固體攝像裝置的電子設(shè)備，所述固體攝像裝置包括 第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)，其形成于半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)壬希还怆娹D(zhuǎn)換元件，其具有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且所述光電轉(zhuǎn)換元件根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷并在其內(nèi)部累積所述電荷；電荷保持區(qū)，其具有所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且由所述光電轉(zhuǎn)換元件通過光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電荷保持在所述電荷保持區(qū)中，直至所述電荷被讀出為止；中間傳輸路徑，其具有布置在所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)之間的區(qū)域中的所述第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且只有在曝光時(shí)段期間由所述光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生并且超出預(yù)定電荷量的電荷通過所述中間傳輸路徑而傳輸至所述電荷保持區(qū)中；和雜質(zhì)層，其具有布置在所述光電轉(zhuǎn)換元件和所述電荷保持區(qū)之間并在所述中間傳輸路徑下面的區(qū)域中的所述第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且所述雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度比所述第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)的雜質(zhì)濃度高，其中，在以矩陣形式布置的單位像素中，在多行中的所述單位像素同時(shí)進(jìn)行電荷累積，并且從所述光電轉(zhuǎn)換元件傳輸至所述電荷保持區(qū)中的電荷被依次讀出。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固體攝像裝置、其制造方法和電子設(shè)備。該固體攝像裝置包括形成于半導(dǎo)體基板的表面?zhèn)壬系牡诙?dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)；具有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)并且用于根據(jù)入射光量產(chǎn)生電荷并在其內(nèi)部累積電荷的光電轉(zhuǎn)換元件；具有第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)的電荷保持區(qū)，由光電轉(zhuǎn)換元件通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷保持在電荷保持區(qū)中直至被讀出為止；中間傳輸路徑；和雜質(zhì)層，其具有布置在光電轉(zhuǎn)換元件和電荷保持區(qū)之間并在中間傳輸路徑下面的區(qū)域中的第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)區(qū)，并且雜質(zhì)層的雜質(zhì)濃度比第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)高。本發(fā)明可得到高圖像質(zhì)量的圖像，并且可制造能夠產(chǎn)生具有高質(zhì)量圖像的固體攝像裝置。
文檔編號H04N5/225GK102208423SQ20111007591
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者十河康則, 大理洋征龍, 河村隆宏, 町田貴志 申請人:索尼公司