成像設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及成像設(shè)備，更具體地，涉及一種使得像素的放大晶體管的輸入 節(jié)點(diǎn)的電容值可變的電容的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)有技術(shù)中，已知其中把電容連接到浮置擴(kuò)散（FD)以增加從像素輸出的信號(hào) 的動(dòng)態(tài)范圍的配置。
[0003] 作為連接到FD的電容的配置，日本專(zhuān)利公開(kāi)No. 2008-205639描述了一種使用p-n 結(jié)的配置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一方面提供一種包括多個(gè)像素的成像設(shè)備。所述多個(gè)像素中的每一個(gè)包 括：光電轉(zhuǎn)換器，包括以第一半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域形成的P-n結(jié)，并且用于在所述 第二半導(dǎo)體區(qū)域中累積信號(hào)載流子；放大晶體管，被配置為放大基于所述信號(hào)載流子的信 號(hào)；以及電容，包括以第三半導(dǎo)體區(qū)域和第四半導(dǎo)體區(qū)域形成的P-n結(jié)，第三半導(dǎo)體區(qū)域具 有與第一半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電類(lèi)型相同的導(dǎo)電類(lèi)型，第四半導(dǎo)體區(qū)域具有與第三半導(dǎo)體區(qū)域 的導(dǎo)電類(lèi)型相反的導(dǎo)電類(lèi)型。多個(gè)像素中的每一個(gè)通過(guò)切換電容的連接狀態(tài)來(lái)改變放大晶 體管的輸入節(jié)點(diǎn)的電容值。在電容的P-n結(jié)的界面處與第三半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電類(lèi)型相同的 導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)的摻雜雜質(zhì)濃度，高于在光電轉(zhuǎn)換器的P-n結(jié)的界面處與第一半導(dǎo)體區(qū)域 的導(dǎo)電類(lèi)型相同的導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)的摻雜雜質(zhì)濃度。放大晶體管具有在半導(dǎo)體襯底的主表 面上所設(shè)置的柵極。第一半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置在相對(duì)于主表面比第二半導(dǎo)體區(qū)域的位置更深的 位置處。第三半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置在相對(duì)于主表面比第四半導(dǎo)體區(qū)域的位置更深的位置處。
[0005] 根據(jù)參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1是成像設(shè)備的框圖。
[0007] 圖2是像素的電路圖。
[0008] 圖3是示出驅(qū)動(dòng)定時(shí)的定時(shí)圖。
[0009] 圖4A是像素的頂視圖，圖4B和圖4C是像素的截面圖。
[0010] 圖5A和圖5B是示出摻雜雜質(zhì)濃度的圖線(xiàn)。
[0011] 圖6A至圖6C是示出制造成像設(shè)備的過(guò)程的示圖。
[0012] 圖7A是像素的頂視圖，圖7B和圖7C是像素的截面圖。
[0013] 圖8A是像素的頂視圖，圖8B是像素的截面圖。
[0014] 圖9A是像素的頂視圖，圖9B是像素的截面圖。
[0015] 圖10A至圖10C是示出制造成像設(shè)備的過(guò)程的示圖。
[0016] 圖11A是像素的頂視圖，圖11B是像素的截面圖。
[0017] 圖12A是像素的頂視圖，圖12B是像素的截面圖。
[0018] 圖13A是像素的頂視圖，圖13B是像素的截面圖。
[0019] 圖14A是像素的頂視圖，圖14B和圖14C是像素的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 參照?qǐng)D1至圖6C，將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像設(shè)備。注意，整個(gè)附圖中相同標(biāo) 號(hào)所表示的組件指示相同或基本上相同的元件或區(qū)域。
[0021] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像設(shè)備的框圖。成像設(shè)備101包括像素單元102、驅(qū) 動(dòng)脈沖生成單元103、垂直掃描電路104、信號(hào)處理單元105、和輸出單元106。
[0022] 像素單元102包括以矩陣形式布置的多個(gè)像素。多個(gè)像素中的每一個(gè)將光轉(zhuǎn)換為 電信號(hào)，并且輸出所得電信號(hào)。驅(qū)動(dòng)脈沖生成單元103生成驅(qū)動(dòng)脈沖。垂直掃描電路104 從驅(qū)動(dòng)脈沖生成單元103接收驅(qū)動(dòng)脈沖，并且為每個(gè)像素提供控制脈沖。信號(hào)處理單元105 至少對(duì)并行從多個(gè)像素列輸出的信號(hào)進(jìn)行串行化，并且將所得信號(hào)傳送到輸出單元106。信 號(hào)處理單元105可以還包括與各個(gè)像素列對(duì)應(yīng)的列電路。列電路中的每一個(gè)執(zhí)行處理，如 信號(hào)放大和模數(shù)（A/D)轉(zhuǎn)換。
[0023] 圖2示出根據(jù)實(shí)施例的像素單元102中所布置的像素中的每一個(gè)的等效電路的示 例。在該實(shí)施例中，將給出把電子用作信號(hào)載流子并且晶體管為η型晶體管的情況的描述。 注意，導(dǎo)電類(lèi)型不限于這種特定類(lèi)型，空穴可以用作信號(hào)載流子，并且Ρ型晶體管可以用作 每個(gè)像素的晶體管。
[0024] 此外，像素的配置不限于圖2的等效電路，在多個(gè)像素之間可以共享一個(gè)或更多 個(gè)組件。該實(shí)施例可應(yīng)用于光從成像設(shè)備的前側(cè)入射的前照式成像設(shè)備和光從成像設(shè)備的 后側(cè)入射的后照式成像設(shè)備。這也可應(yīng)用于下述示例性實(shí)施例。
[0025] 根據(jù)實(shí)施例的每個(gè)像素包括電容208,其使得放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)的電容 值可變。放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)由浮置擴(kuò)散（FD) 203,重置晶體管204的源極，放大晶 體管205的柵極，以及將FD203、重置晶體管204的源極和放大晶體管205的柵極彼此連接 的導(dǎo)體構(gòu)成。電容208被布置為使得電容208可以連接到任何這些構(gòu)件或與之?dāng)噙B。
[0026] 相應(yīng)地，在連接狀態(tài)下的電容208充當(dāng)放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)的一部分。以 下將參照?qǐng)D2描述根據(jù)該實(shí)施例的像素。
[0027] 光電轉(zhuǎn)換器201通過(guò)光電轉(zhuǎn)換來(lái)生成與入射光的量對(duì)應(yīng)的載流子對(duì)，并且累積電 子。轉(zhuǎn)移晶體管202將光電轉(zhuǎn)換器201中累積的電子傳送到FD203?？刂泼}沖ρΤΧ提供給 轉(zhuǎn)移晶體管202的柵極，并且在轉(zhuǎn)移晶體管202的導(dǎo)通（0Ν)狀態(tài)與截止（OFF)狀態(tài)之間切 換。FD203保存轉(zhuǎn)移晶體管202所傳送的電子。
[0028]FD203連接到放大晶體管205的柵極。放大晶體管205基于轉(zhuǎn)移晶體管202傳送 到FD203的電子來(lái)放大信號(hào)，并且輸出所得信號(hào)。更具體地，F(xiàn)D203中的所傳送的電子轉(zhuǎn) 換為根據(jù)該量的電壓，基于電壓的電信號(hào)經(jīng)由放大晶體管205而被輸出到像素的外部。放 大晶體管205和電流源209形成源極跟隨器電路。
[0029] 重置晶體管204重置放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)。此外，可以通過(guò)使得重 置晶體管204和轉(zhuǎn)移晶體管202的0N時(shí)段彼此一致來(lái)重置光電轉(zhuǎn)換器201的電勢(shì)?？刂?脈沖pRES被提供給重置晶體管204的柵極，并且在重置晶體管204的0N狀態(tài)與OFF狀態(tài) 之間切換。
[0030] 選擇晶體管206 -次一個(gè)信號(hào)或一次多個(gè)信號(hào)地輸出為每個(gè)信號(hào)線(xiàn)路211提供的 多個(gè)像素的信號(hào)。選擇晶體管206的漏極連接到放大晶體管205的源極。選擇晶體管206 的源極連接到對(duì)應(yīng)信號(hào)線(xiàn)路211。
[0031] 取代該實(shí)施例的配置，選擇晶體管206可以連接在放大晶體管205的漏極與供應(yīng) 有電源電壓的電源線(xiàn)路之間。在任一情況下，選擇晶體管206控制放大晶體管205與信號(hào) 線(xiàn)路211之間的導(dǎo)電性?？刂泼}沖pSEL提供給選擇晶體管206的柵極，并且在選擇晶體管 206的0N狀態(tài)與OFF狀態(tài)之間切換。
[0032] 注意，可以省略選擇晶體管206。在此情況下，放大晶體管205的源極連接到信號(hào) 線(xiàn)路211，可以通過(guò)切換放大晶體管205的漏極或柵極的電勢(shì)而在選擇狀態(tài)和非選擇狀態(tài) 之間切換。
[0033] 電容208在連接狀態(tài)下充當(dāng)放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)的一部分，并且在斷連狀 態(tài)下與輸入節(jié)點(diǎn)分離。這種配置使得放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)的電容值可變。在該實(shí)施 例中，開(kāi)關(guān)晶體管207控制電容208的連接狀態(tài)與斷連狀態(tài)之間的切換。
[0034] 電容208和開(kāi)關(guān)晶體管207共享它們的元件中的一些。例如，電容208可以通過(guò) 開(kāi)關(guān)晶體管207的柵極絕緣膜的電容、由充當(dāng)開(kāi)關(guān)晶體管207的源極的η型半導(dǎo)體區(qū)域形 成的ρ-η結(jié)的電容、以及雜散電容來(lái)形成；然而，可以通過(guò)獨(dú)立元件而非共享元件來(lái)形成電 容208和開(kāi)關(guān)晶體管207。
[0035] 控制脈沖pAPP提供給開(kāi)關(guān)晶體管207的柵極，并且在開(kāi)關(guān)晶體管207的0Ν狀態(tài) 與OFF狀態(tài)之間切換。
[0036] 在電容208設(shè)置在連接狀態(tài)下并且放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)的電容值增大的情 況下，可以使得在放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)處的電荷-電壓轉(zhuǎn)換效率低于電容208處于 斷連狀態(tài)下的情況。
[0037] S卩，如果傳送到放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)的信號(hào)載流子的量是恒定的，則通過(guò) 信號(hào)載流子的轉(zhuǎn)換所獲得的電壓的幅度在放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)處變得比放大晶體 管205的電容值不增大的情況下更小。因此，即使輸入高亮度信號(hào)，F(xiàn)D 203也較不可能飽 和。
[0038] 反之，在電容208設(shè)置在斷連狀態(tài)以使得放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)的電容值較 小的情況下，在放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)處的電荷-電壓轉(zhuǎn)換效率與電容208處于連接 狀態(tài)下的情況相比而改進(jìn)。
[0039]S卩，如果所傳送的信號(hào)載流子的量是恒定的，則通過(guò)信號(hào)載流子的轉(zhuǎn)換所獲得的 電壓的幅度在放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)處變得更大。因此，信噪比（S/N)在恒定噪聲電 平時(shí)改進(jìn)。以切換方式來(lái)使用上述配置使得動(dòng)態(tài)范圍可變。
[0040]圖3示出圖2所示的像素電路中所使用的控制脈沖的示例。在此將描述僅與該實(shí) 施例的特征直接有關(guān)的控制脈沖。
[0041] 參照?qǐng)D3,實(shí)線(xiàn)指示用于其中電容208設(shè)置在連接狀態(tài)下的像素或其中電容208設(shè) 置在連接狀態(tài)下的模式下的控制脈沖。
[0042] 此外，虛線(xiàn)指示用于其中電容208設(shè)置在斷連狀態(tài)下的像素、非選擇狀態(tài)下的像 素、或其中電容208處于斷連狀態(tài)下的模式下的控制脈沖。在每個(gè)控制脈沖處于高電平處 的同時(shí)，對(duì)應(yīng)晶體管處于ON狀態(tài)下。
[0043] 在時(shí)間tl，控制脈沖pSEL改變?yōu)楦唠娖健４藭r(shí)，控制脈沖pRES處于高電平。因 此，F(xiàn)D203具有基準(zhǔn)電勢(shì)。
[0044] 在時(shí)間t2,在控制脈沖pSEL和pRES保持在高電平的同時(shí)，控制脈沖pAPP改變?yōu)?高電平。因此，電容208連接到FD203,FD203和電容208具有基準(zhǔn)電勢(shì)。
[0045] 在時(shí)間t3,控制脈沖pRES改變?yōu)榈碗娖?，F(xiàn)D203和電容208的電勢(shì)的重置完成。
[0046] 在時(shí)間t4,控制脈沖pTX改變?yōu)楦唠娖?。此時(shí)，光電轉(zhuǎn)換器201和FD203變?yōu)殡?氣上導(dǎo)通，光電轉(zhuǎn)換器201中的電子傳送到FD203。此時(shí)，控制脈沖pAPP處于高電平，電容 208處于連接狀態(tài)下。因此，所傳送的電子保存在FD203和電容208中。
[0047] 在時(shí)間t5,控制脈沖pTX改變?yōu)榈碗娖健Ｒ虼?，光電轉(zhuǎn)換器201與FD203之間的 導(dǎo)電性斷開(kāi)。
[0048] 在時(shí)間t6,控制脈沖pRES改變?yōu)楦唠娖?。因此，F(xiàn)D203和電容208的電勢(shì)重置。
[0049] 在時(shí)間t7,控制脈沖pAPP改變?yōu)榈碗娖?。因此，電?08設(shè)置在斷連狀態(tài)下。
[0050] 在時(shí)間t8,控制脈沖pSEL改變低電平。
[0051] 通過(guò)在從時(shí)間t5至?xí)r間t8的時(shí)段中將在信號(hào)線(xiàn)路211處的電壓用作信號(hào)，其中 電容208處于連接狀態(tài)下的像素的信號(hào)可以用作圖像信號(hào)。
[0052] 此外，通過(guò)在必要時(shí)在從時(shí)間t3至?xí)r間t4的時(shí)段中將在信號(hào)線(xiàn)路211處的電壓 用作信號(hào)，可以獲得像素的噪聲信號(hào)?？梢酝ㄟ^(guò)從前述圖像信號(hào)減去該噪聲信號(hào)來(lái)減小噪 聲?？刂泼}沖pSEL保持在高電平處達(dá)從時(shí)間tl至?xí)r間t8的時(shí)段；然而，控制脈沖pSEL可 以保持在高電平處達(dá)到其中在放大晶體管205的輸入節(jié)點(diǎn)和電容208處所保存的信號(hào)被讀 取到圖1所示的信號(hào)處理單元105的時(shí)段。
[0053] 圖3示出將電容208設(shè)置在連接狀態(tài)下的控制脈沖。通過(guò)使得控制脈沖pAPP具 有低電平達(dá)從時(shí)間