固態(tài)成像裝置及其驅(qū)動方法、固態(tài)成像裝置的制造方法以及電子信息設備的制作方法
【專利摘要】固態(tài)成像裝置100a包括：光電變換元件PD1和PD2，其形成在第一導電性類型半導體襯底100內(nèi)；以及轉(zhuǎn)移晶體管Tt1和Tt2，其形成在半導體襯底100的第一主表面上，用于將由光電變換元件生成的信號電荷轉(zhuǎn)移到光電變換元件的外部。轉(zhuǎn)移晶體管中的每一個的柵極電極107被配置成，配置在電荷累積區(qū)102的第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔?，所述電荷累積區(qū)102配置光電變換元件PD1和PD2中的每一個。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率圖像，其中進一步抑制了噪聲和殘留圖像。
【專利說明】固態(tài)成像裝置及其驅(qū)動方法、固態(tài)成像裝置的制造方法以及電子信息設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像裝置和該固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法、固態(tài)成像裝置的制造方法以及電子信息設備。更特別地，本發(fā)明涉及:固態(tài)成像裝置以及該固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法，該固態(tài)成像裝置用于由半導體襯底內(nèi)的光電變換元件對已經(jīng)從該半導體襯底的一個表面進入的來自對象的入射光進行光電變換并且在該半導體襯底的另一表面?zhèn)葘⒂稍摴怆娮儞Q獲得的信號電荷變換成電信號以捕獲圖像；此類固態(tài)成像裝置的制造方法；以及裝配有此類固態(tài)成像裝置的電子信息設備。
【背景技術】
[0002]近年來，作為高度靈敏的固態(tài)成像裝置的背面照明類型固態(tài)成像裝置的開發(fā)已經(jīng)進步。此類背面照明類型固態(tài)成像裝置被配置成包括在硅襯底的前表面?zhèn)刃纬傻碾娐吩?、配線層等并允許光進入硅襯底的背表面?zhèn)纫圆东@圖像。
[0003]用具有此類配置的固態(tài)成像裝置，能夠增加用于接收光的孔徑比，并且能夠抑制入射光朝向光電變換元件的吸收或反射。
[0004]例如，專利文獻I公開了一種常規(guī)背表面光接收類型(背面照明類型)CMOS圖像傳感器。
[0005]圖9是用于描述在專利文獻I中公開的背面照明類型CMOS圖像傳感器的圖。圖9 Ca)示意性地圖示出CMOS圖像傳感器的總體配置。圖9 (b)圖示出CMOS圖像傳感器中的單位像素的電路配置。
[0006]CMOS圖像傳感器10包括:像素部11，其是通過將像素(在下文中也被稱為單位像素)布置成行和列而獲得的；垂直選擇電路(V選擇電路)12，其用于以一行為單位來選擇像素部11的像素；以及信號處理電路(S/H，⑶S電路)13，其用于對來自由垂直選擇電路12選擇的像素行中的像素的像素信號執(zhí)行噪聲減小過程并保持該像素信號。信號處理電路13對來自所選行中的每一個的像素的像素信號執(zhí)行去除針對每個像素的固定噪聲圖案的過程。
[0007]CMOS圖像傳感器10還包括:水平選擇電路(H選擇電路)14，其用于按順序選擇并輸出信號處理電路13中所保持的像素信號；AGC電路16，其用于以適當?shù)脑鲆鎸男盘柼幚黼娐?3輸出的像素信號放大；A/D變換器17，其用于將由AGC電路16放大的像素信號變換成數(shù)字像素信號；數(shù)字放大器18，其用于將數(shù)字像素信號放大并輸出；以及定時生成部(TG) 15，其用于生成定時信號以便控制上述電路中的每一個。
[0008]如圖9 (b)中所圖示的那樣，單位像素Px包括:光電變換元件(光電二極管)21，其用于通過對入射光的光電變換來生成信號電荷；轉(zhuǎn)移晶體管(transfer transistor)22,其用于將在光電二極管中生成的信號電荷轉(zhuǎn)移至電荷累積部FD ;重置晶體管25，其被連接在電源Vdd與電荷累積部FD之間以用于將電荷累積部FD的電荷重置；以及放大晶體管23和選擇晶體管(地址晶體管)24，其被串聯(lián)連接在讀出信號線(垂直信號線)27與電源Vdd之間。在這里，選擇晶體管(地址晶體管)24用于選擇一行像素，并且其柵極被連接到電荷累積部FD的放大晶體管23用于將電荷累積部FD的電位放大并輸出。
[0009]在這里，轉(zhuǎn)移晶體管22的柵極與轉(zhuǎn)移線26相連，重置晶體管25的柵極與靜止線(rest wire) 29相連，并且地址晶體管24的柵極與地址線28相連。此外，垂直信號線27的一端與恒定電流電路I相連。
[0010]此外，CMOS圖像傳感器10形成于半導體襯底(諸如硅襯底)上。在下文中，將描述半導體襯底中的其中形成有像素部的區(qū)域(像素區(qū))和其中形成有外圍電路的區(qū)域(外圍電路區(qū))。
[0011]圖10圖示出半導體襯底的像素區(qū)和外圍電路區(qū)的截面結(jié)構(gòu)。
[0012]在本文中，使用N —型硅襯底41作為半導體襯底，并且其厚度期望地相對于可見光為5Mm至15 Mm,并且其被設置成10 Mm。
[0013]在N—型硅襯底41的像素區(qū)中，遍及像素部的整個表面在一個表面(背表面)側(cè)形成有淺的背表面P+層42。此外，由深P阱43形成用于分離調(diào)整像素的像素分離區(qū)，該深P阱43與背表面P+層42相連。
[0014]在N —型區(qū)44a中形成有光電二極管37，該N —型區(qū)44a為其中未形成有P阱43的N—型硅襯底41的區(qū)域。N—型區(qū)44a是光電變換區(qū)。其面積是小的且具有低雜質(zhì)濃度，使得其被完全耗盡。在N—型區(qū)44a上形成有電荷累積N+區(qū)44，該區(qū)44累積信號電荷(電子)。還在其上形成有前表面P+層45以便實現(xiàn)嵌入式光電二極管。在本文中，在嵌入式光電二極管中，在電荷累積N+區(qū)44的前表面上形成有前表面P+層45，以增加空穴的濃度并且通過縮短噪聲電荷的壽命來抑制由于除信號電荷之外的噪聲電荷而引起的噪聲，該空穴很可能與由于用于累積信號電荷(電子)的電荷累積N+區(qū)44的前表面上的晶體缺陷等而熱生成的噪聲電荷(電子)f禹合。
[0015]光電二極管37被形成為使得在光接收表面(背表面)側(cè)的表面面積被形成為大于在配線層(前表面?zhèn)?側(cè)的表面面積。結(jié)果，能夠高效地吸收入射光。由N —型區(qū)44a光電變換且由電荷累積N+區(qū)44累積的信號電荷(所述區(qū)域構(gòu)成光電二極管37)被轉(zhuǎn)移晶體管46(圖9 (b)中的轉(zhuǎn)移晶體管22)轉(zhuǎn)移至N+型區(qū)47，其起電荷累積部(浮置擴散)FD的作用。構(gòu)成光電二極管37的N—型區(qū)44a和電荷累積N+區(qū)44通過電荷轉(zhuǎn)移P—層48與構(gòu)成電荷累積部FD的N+型區(qū)47電分離。
[0016]除像素內(nèi)的轉(zhuǎn)移晶體管46之外，晶體管(圖9 (b )中的放大晶體管23、地址晶體管24和靜止晶體管25)是在深P阱43中以正常方式形成的。另一方面，關于外圍電路區(qū)，在未達到背表面P+層42的深度處形成有P阱(Pwell) 49，并且進一步在P阱49的內(nèi)部形成有N阱(Nwell) 50，因此配置在阱49和50的區(qū)域中形成的CMOS電路。
[0017]在具有此類配置的固態(tài)成像設備中，使用像素結(jié)構(gòu)，使得在表面之一(在其上形成有硅襯底的光電變換元件)的外部形成有柵極電極和包括進一步位于柵極電極的外部的多個導線的配線層，并且允許光進入硅襯底的另一表面，使得將不需要在考慮光接收表面的情況下布置配線。
[0018]因此，增加了用于構(gòu)成像素的配線的自由度，由此使像素小型化。此外，關于硅襯底41，在其中執(zhí)行光電變換的N—型區(qū)44a的發(fā)光表面?zhèn)鹊谋砻婷娣e被形成為大于在更接近于用于累積信號電荷的電荷累積N+區(qū)44的一側(cè)的表面面積，使得能夠高效地吸收入射光。[0019]引用列表
專利文獻 【PTL I】
日本專利N0.3759435。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]技術問題
由于常規(guī)固態(tài)成像裝置具有使得嵌入式光電二極管37的前表面區(qū)域被暴露的結(jié)構(gòu)，所以當對柵極電極材料(諸如多晶硅)進行蝕刻以形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極時，對光電二極管表面施加等離子體損壞。這是噪聲電荷的生成中的因素。
[0021]因此，根據(jù)常規(guī)技術，光電二極管的前表面區(qū)被形成為是高濃度區(qū)(前表面P+層45)以減少由于噪聲電荷而引起的噪聲。具體地，增加光電二極管的前表面區(qū)的雜質(zhì)濃度以增加空穴濃度，使得將縮短在光電二極管的前表面區(qū)上熱生成的噪聲電荷(電子)與空穴耦合而消失之前的時間(壽命)，由此抑制由于噪聲電荷而引起的噪聲。
[0022]然而，利用常規(guī)技術，通過高濃度離子注入來形成光電二極管的前表面P+層45，這對光電二極管的表面施加離子注入損壞。雖然執(zhí)行熱處理等以便從由離子注入引起的此類損壞中恢復，但在從該損壞實現(xiàn)完全恢復之前不能執(zhí)行此類熱處理，因為通過離子注入而被注入的雜質(zhì)將擴散。因此，不可能將光電二極管的前表面?zhèn)然謴统蓮氐讻]有來自離子注入的損壞的狀態(tài)。
[0023]此外，在常規(guī)固態(tài)成像裝置中，由于構(gòu)成嵌入式光電二極管37的前表面P+層45鄰接電荷轉(zhuǎn)移P—層48 (其構(gòu)成轉(zhuǎn)移晶體管46的阱區(qū))，所以勢壘的高度被設置成使得通過以前表面P+層45和轉(zhuǎn)移晶體管46的柵極電極46a將不會相互重疊的這樣的方式來對它們進行布置，勢壘將不是電荷轉(zhuǎn)移期間的在從用于累積信號電荷(電子)的電荷累積N+區(qū)44通過起轉(zhuǎn)移通道的作用的電荷轉(zhuǎn)移P —層48到起電荷累積部FD的作用的N+型區(qū)47的電荷轉(zhuǎn)移路徑中的電荷轉(zhuǎn)移的障礙。
[0024] 因此，有必要進一步增加電荷轉(zhuǎn)移P —層48的雜質(zhì)濃度以便抑制從前表面P+層45至電荷轉(zhuǎn)移P—層48的過渡區(qū)中的噪聲電荷的生成。然而，在這種情況下，在從電荷累積N+區(qū)44通過電荷轉(zhuǎn)移P—層48到N+型區(qū)47的電荷轉(zhuǎn)移路徑中，勢壘將在電荷轉(zhuǎn)移P —層48中更高。這引起轉(zhuǎn)移特性的劣化，并且飽和電荷的量的保證將是困難的。雖然此飽和電荷的量是可累積在光電二極管37中的飽和電荷的最大量，但該量被設置成使得其將對應于可從光電二極管轉(zhuǎn)移至電荷累積部FD的飽和電荷的最大量。
[0025]另一方面，為了保證飽和電荷的量，將有必要減小從前表面P+層45到電荷轉(zhuǎn)移P —層48的過渡區(qū)中的雜質(zhì)濃度。在這種情況下，將難以完全抑制噪聲電荷。具體地，隨著前表面P+層45和電荷轉(zhuǎn)移P—層48的空穴濃度減少，使得那些層的雜質(zhì)濃度減少，將延長在那些層中熱生成的噪聲電荷(電子)與空穴耦合而消失之前的時間(壽命)，這使得由于噪聲電荷而引起的噪聲明顯。
[0026]本發(fā)明意圖解決上述常規(guī)問題。本發(fā)明的目的是提供一種固態(tài)成像裝置，以及該固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法；該固態(tài)成像裝置的制造方法；以及電子信息設備，所述固態(tài)成像裝置能夠減輕由于在半導體襯底的用于形成光電變換元件的區(qū)域及其外圍區(qū)域中的蝕刻和離子注入而引起的損壞，由此抑制噪聲電荷的生成以減小半導體襯底中的從光電變換元件到電荷累積部的電荷轉(zhuǎn)移路徑中的雜質(zhì)濃度，并且結(jié)果，能夠使得噪聲電荷的抑制和飽和電荷的量的保證相互相容。
[0027]問題的解決方案
根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像設備包括被形成在第一導電性類型半導體襯底內(nèi)的用于用入射光的光電變換來生成信號電荷的光電變換元件，該固態(tài)成像裝置通過信號處理將由光電變換元件生成的信號電荷變換成圖像信號并輸出，其中，該固態(tài)成像裝置包括轉(zhuǎn)移晶體管，其被形成在第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)?，用于將由光電變換元件生成的信號電荷轉(zhuǎn)移到光電變換元件的外部；其中，光電變換元件包括:第二導電性類型光電變換區(qū)，其用于對從在第一主表面的相反側(cè)的第一導電性類型半導體襯底的第二主表面獲取的入射光進行光電變換；以及第二導電性類型電荷累積區(qū)，其用于將由第二導電性類型光電變換區(qū)中的光電變換生成的信號電荷累積到第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)?；以及其中，轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極被配置在第二導電性類型電荷累積區(qū)的第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔?，由此實現(xiàn)上述目的。
[0028]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，固態(tài)成像裝置還包括:第二導電性類型信號電荷累積部，其用于累積從光電變換元件轉(zhuǎn)移的信號電荷；以及第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)，其用于將該信號電荷從第二導電性類型電荷累積區(qū)轉(zhuǎn)移至第二導電性類型信號電荷累積部，以及其中，第二導電性類型電荷累積區(qū)與第二導電性類型信號電荷累積部分離地配置，其中第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)被插入于其間。
[0029]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，第二導電性類型電荷累積區(qū)與第二導電性類型信號電荷累積部之間的空間等于或大于基本上不引起短溝道效應的最小距離以及等于或小于由固態(tài)成像裝置中的像素的集成度確定的可允許的最大距離。
[0030]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，第二導電性類型電荷累積區(qū)與第二導電性類型信號電荷累積部之間的空間在0.2 Mm至1.0 Mm的范圍內(nèi)。
[0031]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，該固態(tài)成像裝置包括被形成在第二導電性類型電荷累積區(qū)的第一主表面?zhèn)龋瑥亩采w第二導電性類型電荷累積區(qū)的第一導電性類型前表面半導體區(qū)，以及，第一導電性類型前表面半導體區(qū)具有超過第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。
[0032]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，該固態(tài)成像裝置包括被形成在第一導電性類型半導體襯底內(nèi)的第一導電性類型阱區(qū)，以及，第一導電性類型前表面半導體區(qū)具有等于或小于第一導電性類型阱區(qū)的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。
[0033]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極被配置于第一導電性類型前表面半導體區(qū)、第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)和第一導電性類型阱區(qū)的在第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔稀?br> [0034]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，第一導電性類型阱區(qū)被形成為包圍構(gòu)成第二導電性類型電荷累積區(qū)、第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)和第二導電性類型信號電荷累積部的區(qū)域。
[0035]一種根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置包括被形成在第一導電性類型半導體襯底內(nèi)的用于用入射光的光電變換來生成信號電荷的光電變換元件，該固態(tài)成像裝置通過信號處理將由光電變換元件生成的信號電荷變換成圖像信號并輸出，其中，該固態(tài)成像裝置包括轉(zhuǎn)移晶體管，其被形成在第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)?，用于將在光電變換元件中生成的信號電荷轉(zhuǎn)移到光電變換元件的外部；其中，光電變換元件包括:第二導電性類型光電變換區(qū)，其用于對從在第一主表面的相反側(cè)的第一導電性類型半導體襯底的第二主表面獲取的入射光進行光電變換；第二導電性類型電荷累積部，其用于將由第二導電性類型光電變換區(qū)中的光電變換生成的信號電荷累積到第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)龋灰约暗谝粚щ娦灶愋颓氨砻姘雽w區(qū)，其被形成在第二導電性類型電荷累積區(qū)的第一主表面?zhèn)龋瑥亩采w第二導電性類型電荷累積區(qū)，以及其中，第一導電性類型前表面半導體區(qū)具有等于或小于在第一導電性類型半導體襯底中形成以包圍第二導電性類型電荷累積區(qū)的第一導電性類型阱區(qū)的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度，由此實現(xiàn)上述目的。
[0036]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，該固態(tài)成像裝置還包括:第二導電性類型信號電荷累積部，其用于累積從光電變換元件轉(zhuǎn)移的信號電荷；以及第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)，其用于將該信號電荷從第二導電性類型電荷累積區(qū)轉(zhuǎn)移至第二導電性類型信號電荷累積部，其中，第二導電性類型電荷累積區(qū)與第二導電性類型信號電荷累積部分離地配置，其中第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)被插入于其間，以及其中，轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極被配置于第一導電性類型前表面半導體區(qū)、第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)和第一導電性類型阱區(qū)的在第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔稀?br> [0037]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，第二導電性類型電荷累積區(qū)與第二導電性類型信號電荷累積部之間的空間等于或大于基本上不引起短溝道效應的最小距離以及等于或小于由固態(tài)成像裝置中的像素的集成度確定的可允許的最大距離。
[0038]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，第二導電性類型電荷累積區(qū)與第二導電性類型信號電荷累積部之間的空間在0.2 Mm至1.0 Mm的范圍內(nèi)。
[0039]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)被配置成包圍第二導電性類型信號電荷累積部。
[0040]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置中，該固態(tài)成像裝置包括:重置晶體管，其用于將第二導電性類型信號電荷累積部的信號電荷重置；以及放大晶體管，其用于將根據(jù)累積在第二導電性類型信號電荷累積部中的信號電荷生成的信號電壓放大，其中，重置晶體管和放大晶體管在多個像素之中被共享。
[0041]一種根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動固態(tài)成像裝置的方法包括在電荷累積時段期間，在此期間通過對入射光的光電變換而生成信號電荷并將其累積在光電變換元件處，在轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極與第一導電性類型前表面半導體區(qū)之間施加電位，使得轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極的電位將小于第一導電性類型前表面半導體區(qū)的電位，由此實現(xiàn)上述目的。
[0042]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動固態(tài)成像裝置的方法中，在電荷累積時段期間，向轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極施加在除像素區(qū)之外的外圍電路部中生成的負電壓，并且向第一導電性類型前表面半導體區(qū)施加外圍電路部的接地電位。
[0043]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動固態(tài)成像裝置的方法中，在電荷累積時段期間，向轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極施加外圍電路部的接地電位，并且向第一導電性類型前表面半導體區(qū)施加正電壓。
[0044]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動固態(tài)成像裝置的方法中，在電荷轉(zhuǎn)移時段期間，其中在電荷累積時段期間累積在光電變換元件中的信號電荷被轉(zhuǎn)移至信號電荷累積部，在轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極與第一導電性類型前表面半導體區(qū)之間施加電壓，使得轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極的電位將大于第一導電性類型前表面半導體區(qū)的電位。
[0045]一種根據(jù)本發(fā)明的用于制造固態(tài)成像裝置的方法包括:在第一導電性類型半導體襯底中形成光電變換元件的步驟；以及在形成光電變換元件之后形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極的步驟，其中，形成光電變換元件的步驟包括從第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)茸⑷氲诙щ娦灶愋碗s質(zhì)以形成第二導電性類型電荷累積區(qū)的步驟，以及其中，形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極的步驟包括:在第一主表面上沉積轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極的構(gòu)成材料的步驟；以及通過選擇性地蝕刻所沉積的柵極電極的構(gòu)成材料而形成將被配置在第二導電性類型電荷累積區(qū)的在第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔系臇艠O電極的步驟，由此實現(xiàn)上述目的。
[0046]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的用于制造固態(tài)成像裝置的方法中，該方法還包括通過將第一導電性類型雜質(zhì)從第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)茸⑷胫恋诙щ娦灶愋碗姾衫鄯e區(qū)的前表面中來形成第一導電性類型前表面半導體區(qū)的步驟。
[0047]更優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的用于制造固態(tài)成像裝置的方法中，該方法包括在形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極之后形成第二導電性類型信號電荷累積部的步驟。
[0048]一種根據(jù)本發(fā)明的用于制造固態(tài)成像裝置的方法包括:在第一導電性類型半導體襯底中形成第一導電性類型阱區(qū)的步驟；以及在第一導電性類型阱區(qū)中形成光電變換元件的步驟，以及，形成光電變換元件的步驟包括:通過從第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)茸⑷氲诙щ娦灶愋碗s質(zhì)來形成第二導電性類型電荷累積區(qū)的步驟；以及通過將第一導電性類型雜質(zhì)從第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)茸⑷胫恋诙щ娦灶愋碗姾衫鄯e區(qū)的前表面中來形成第一導電性類型前表面半導體區(qū)的步驟，所述第一導電性類型前表面半導體區(qū)具有等于或小于第一導電性類型阱區(qū)的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度，由此實現(xiàn)上述目的。
[0049]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的用于制造固態(tài)成像裝置的方法中，第二導電性類型電荷累積區(qū)和第一導電性類型前表面半導體區(qū)是通過使用同一離子注入掩模來注入雜質(zhì)而形成的。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的電子信息設備包括根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置，由此實現(xiàn)上述目的。
[0051]接著，將在下文中描述本發(fā)明的功能。
[0052]在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極被配置在電變換元件的電荷累積區(qū)中的與光照射表面相反的一側(cè)的半導體襯底的表面上，使得電變換元件的電荷累積區(qū)將不會被形成轉(zhuǎn)移柵極電極的過程中的等離子體蝕刻損壞，因此抑制了由于晶體缺陷而引起的噪聲電荷的生成。因此，能夠減小被形成在電荷累積區(qū)的前表面區(qū)中的P型半導體區(qū)的雜質(zhì)濃度，并且能夠?qū)⑧徑诖穗姾衫鄯e區(qū)的電荷轉(zhuǎn)移區(qū)的雜質(zhì)濃度抑制得很低。結(jié)果，能夠增加電荷轉(zhuǎn)移區(qū)中的電位電平的變化量，由此增加電荷轉(zhuǎn)移的效率。
[0053]此外，除信號電荷累積區(qū)之外的半導體襯底內(nèi)的所有雜質(zhì)區(qū)是在轉(zhuǎn)移柵極電極的形成之前形成的。因此，將在轉(zhuǎn)移柵極電極的形成期間不會被等離子體蝕刻損壞的情況下形成除信號電荷累積區(qū)之外的半導體襯底內(nèi)的雜質(zhì)區(qū)。結(jié)果，能夠保證良好的結(jié)晶度，并且能夠消除特性劣化的原因，諸如漏電流。[0054]通過如上所述在與光照射表面不同的光電變換元件的前表面?zhèn)认龔牡谝粚щ娦灶愋颓氨砻姘雽w區(qū)到電荷轉(zhuǎn)移部的過渡區(qū)中的雜質(zhì)濃度的快速變化，噪聲電荷的抑制和飽和電荷的量的保證能夠相互相容，并且此外，能夠消除由于柵極電極蝕刻而引起的對光電變換元件的表面的等離子體損壞和由離子注入引起的注入損壞。
[0055]此外，在本發(fā)明中，在電荷累積期間向轉(zhuǎn)移柵極電極施加負偏壓，使得能夠在光電變換元件的前表面半導體區(qū)中穩(wěn)定地保持空穴濃度。
[0056]在本發(fā)明中，以包圍第二導電性類型信號電荷累積部的這樣的方式來配置第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)，使得在遠離位于第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)的外圍中的阱區(qū)的位置處形成從光電變換元件的第二導電性類型電荷累積區(qū)到第二導電性類型信號電荷累積部的電荷轉(zhuǎn)移路徑。
[0057]因此，能夠減小從位于第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)的外圍中的第一導電性類型阱區(qū)到第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)中的電荷轉(zhuǎn)移路徑的雜質(zhì)擴散的影響。
[0058]此外，由于包括電荷轉(zhuǎn)移路徑的第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)是以包圍第二導電性類型信號電荷累積部的外圍的這樣的方式形成的，所以被第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)占用的面積在半導體襯底上能夠更大，由此防止第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)的面積由于通過來自鄰近于第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)的第一導電性類型阱區(qū)的熱擴散進入的雜質(zhì)而被減小。
[0059]發(fā)明的有利效果
根據(jù)如上所述的本發(fā)明，能夠在半導體襯底的用于形成光電變換元件的區(qū)域及其外圍區(qū)域中減輕由于蝕刻和離子注入而引起的損壞，并且由此能夠抑制噪聲電荷的生成，使得能夠在半導體襯底中的從光電變換元件到電荷累積部的電荷轉(zhuǎn)移路徑中減小雜質(zhì)濃度。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn):能夠使噪聲電荷的抑制和飽和電荷的量的保證相互相容的固態(tài)成像裝置；用于此類固態(tài)成像裝置的驅(qū) 動方法；用于此類固態(tài)成像裝置的制造方法以及裝配有此類固態(tài)成像裝置的電子信息設備。
【專利附圖】

【附圖說明】[0060]【圖1】
圖1是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置的圖，其中，圖1 (a)示意性地圖示出固態(tài)成像裝置的總體配置，并且圖1 (b)圖示出固態(tài)成像裝置中的構(gòu)成像素的電路。
[0061]【圖2】
圖2是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置的平面圖，其中，圖2 (a)圖示出雜質(zhì)注入?yún)^(qū)相對于元件分離區(qū)的配置。圖2 (b)圖示出轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極和接觸部相對于元件分離區(qū)的配置。
[0062]【圖3】
圖3是用于描 述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置的圖，其中，其圖示出沿著圖2(b)中的線A-A’的截面圖。
[0063]【圖4】
圖4是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置的操作的圖，其中，圖4 (a)圖示出從半導體襯底的光進入表面通過光電變換元件至信號電荷累積部的路徑中的電荷累積時段期間的電位分布，并且圖4 (b)圖示出該路徑中的信號電荷轉(zhuǎn)移時段期間的電位分布。
[0064]【圖5】
圖5是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的用于制造固態(tài)成像裝置的方法的圖，其中，圖5 (a)至5 (f)圖示出此制造方法的主要步驟中的固態(tài)成像裝置的截面結(jié)構(gòu)。
[0065]【圖6】
圖6是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例2的固態(tài)成像裝置的平面圖，其中，圖6 (a)圖示出雜質(zhì)注入?yún)^(qū)相對于元件分離區(qū)的配置，并且圖6 (b)圖示出接觸部和轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極相對于元件分離區(qū)的配置。
[0066]【圖7】
圖7圖示出沿著圖6 (b)中的線A-A’的截面圖。
[0067]【圖8】
圖8是示意性地圖示出作為本發(fā)明的實施例3的電子信息設備的示例性配置的框圖，在作為成像部分的成像部中使用根據(jù)本發(fā)明的實施例1或2中的任一項的固態(tài)成像裝置。
[0068]【圖9】
圖9是用于描述在專利文獻I中公開的背面照明類型CMOS圖像傳感器的圖，其中，圖
9(a)示意性地圖示出該CMOS圖像傳感器的總體配置,并且圖9 (b)圖示出該CMOS圖像傳感器中的單位像素的電路配置。
[0069]【圖10】
圖10是用于圖示出構(gòu)成圖9中所圖示的CMOS圖像傳感器的半導體襯底的外圍電路區(qū)和像素區(qū)的截面結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實施方式】
[0070]在下文中，將參考附圖來描述本發(fā)明的實施例。
[0071](實施例1)
圖1是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置的圖。圖1 (a)示意性地圖示出固態(tài)成像裝置的總體配置。圖1 (b)圖示出固態(tài)成像裝置中的構(gòu)成像素的電路。
[0072]根據(jù)實施例1的固態(tài)成像裝置IOOa包括:像素部151，其包括被布置成行和列的多個像素；垂直掃描電路153，其用于選擇像素行，該像素行是該像素部151中的在水平方向上的像素布置；以及信號處理電路154，其包括用于通過信號處理將來自所選像素行中的每個像素的模擬像素信號變換成數(shù)字像素信號并保持該數(shù)字像素信號的AD變換部(ADC)。固態(tài)成像裝置1OOa包括:水平掃描電路152，其用于向信號處理電路154輸出掃描信號，使得信號處理電路154將依次向水平信號線155輸出針對每個像素的數(shù)字像素信號；以及輸出部157， 其用于向固態(tài)成像裝置1OOa的外部輸出被輸出到水平信號線155的數(shù)字像素信號。固態(tài)成像裝置IOOa還包括:定時生成部156，其用于向垂直掃描電路153、水平掃描電路152和信號處理電路154供應定時信號；以及電壓生成電路158,其用于生成負電壓。
[0073]在這里，在第一導電性類型半導體襯底(在下文中被簡單地稱為半導體襯底)上配置有像素部151。垂直掃描電路153、水平掃描電路152、信號處理電路154、定時生成部156和電壓生成電路158被配置在半導體襯底的其中配置有像素部151的像素區(qū)的外圍區(qū)域中。這些電路和部構(gòu)成用于將模擬像素信號變換成數(shù)字像素信號并將數(shù)字像素信號作為圖像信號輸出的外圍電路部，其中，模擬像素信號是通過構(gòu)成像素部的每個像素的光電變換元件處的入射光的光電變換生成的信號電荷。請注意，電壓生成電路158在這里生成負電壓。然而，由電壓生成電路158生成的電壓不限于負電壓。
[0074]雖然固態(tài)成像裝置IOOa的總體配置類似于典型CMOS固態(tài)成像裝置的總體配置，但根據(jù)實施例1的固態(tài)成像裝置IOOa是通過修改圖9和10中所圖示的常規(guī)固態(tài)成像裝置10中的像素部11的配置而獲得的。具體地，修改轉(zhuǎn)移柵極電極的平面形狀，使得光電變換元件(光電二極管)的前表面P層的雜質(zhì)濃度被減小。
[0075]雖然常規(guī)固態(tài)成像裝置10包括具有四晶體管配置的像素，該四晶體管配置具有轉(zhuǎn)移晶體管、重置晶體管、放大晶體管以及地址晶體管(選擇晶體管)，但根據(jù)本發(fā)明的實施例I的固態(tài)成像裝置包括具有三晶體管配置的像素，該三晶體管配置具有轉(zhuǎn)移晶體管、重置晶體管以及放大晶體管。然而，不用說，根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置可以包括具有四晶體管配置而不是三晶體管配置的像素。
[0076]如圖1 (a)中所圖示的那樣，多個像素Px在像素部151中被布置成行和列。在這里，為了便于說明，從圖的左側(cè)起的第四列中并且從圖的頂部起的第三和第四行中的像素部151中的像素將被特別地稱為像素Pxl和Px2，并且將在下文中描述特定像素配置。
[0077]首先，將描述圖1 (b)中所圖示的像素的電路配置。
[0078]像素Pxl包括:光電變換元件roi，其用于通過對入射光的光電變換來生成信號電荷；轉(zhuǎn)移晶體管Ttl，其用于基于轉(zhuǎn)移信號Txl來將光電變換元件PDl所生成的信號電荷轉(zhuǎn)移至在光電變換元件外部的信號電荷累積部FD;重置晶體管Rt，其用于基于重置信號Rs來將信號電荷累積部FD的信號電荷重置；以及放大晶體管At，其用于將根據(jù)累積在信號電荷累積部FD中的信號電荷生成的信號電壓放大，并向讀出信號線Lr輸出信號電壓。
[0079]像素Px2包括:光電變換元件TO2，其用于通過對入射光的光電變換來生成信號電荷；轉(zhuǎn)移晶體管Tt2，其用于基于轉(zhuǎn)移信號Tx2來將光電變換元件PD2所生成的信號電荷轉(zhuǎn)移至在光電變換元件外部的信號電荷累積部FD;重置晶體管Rt，其用于基于重置信號Rs來將信號電荷累積部FD的信號電荷重置；以及放大晶體管At，其用于將根據(jù)累積在信號電荷累積部FD中的信號電荷生成的信號電壓放大，并向讀出信號線Lr輸出信號電壓。
[0080]具體地，在像素部151中，構(gòu)成像素Px的電路具有兩個像素共享配置，其中，相互鄰近地位于頂部和底部的兩個像素(例如，圖1 (a)和I (b)中所圖示的像素Pxl和像素Px2)共享重置晶體管Rt和放大晶體管At。
[0081]在這里，重置晶體管Rt被連接在漏極信號線Rd與信號電荷累積部FD之間，并且信號電荷累積部FD與放大晶體管At的柵極電極相連。此外，轉(zhuǎn)移晶體管Ttl和光電變換元件PDl被串聯(lián)連接在信號電荷累積部FD與接地節(jié)點之間。類似地，轉(zhuǎn)移晶體管Tt2和光電變換元件PD2被串聯(lián)連接。此外，用光電二極管配置光電變換元件PDl和TO2。
[0082]接著，將參考圖2和3來描述根據(jù)實施例1的固態(tài)成像裝置中的像素部的詳細結(jié)構(gòu)。
[0083]圖2是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置的平面圖。圖2 (a)圖示出雜質(zhì)注入?yún)^(qū)相對于元件分離區(qū)的配置。圖2 (b)圖示出轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極和接觸部相對于元件分離區(qū)的配置。
[0084]圖3是沿著圖2 (b)中的線A-A’的截面圖。圖2 (b)的平面圖圖示出出現(xiàn)在半導體襯底上的各種雜質(zhì)注入?yún)^(qū)相對于圖1 (a)中所圖示的像素部151的被交替長和短虛線包圍的部分X的配置。
[0085]在根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置IOOa中，在半導體襯底100內(nèi)形成有各個像素Ρχ，諸如像素Pxl和Ρχ2，其配置形成于第一導電性類型半導體襯底100 (諸如P型硅襯底)上的像素部151 ;并且所述各個像素Px包括用于通過對入射光的光電變換來生成信號電荷的光電變換兀件(即，光電二極管)PDl和TO2,并且包括形成于半導體襯底100的第一主表面上的轉(zhuǎn)移晶體管Ttl和Tt2，其用于轉(zhuǎn)移由光電變換元件PD I和PD2生成的信號電荷。上述第一主表面是圖3中的半導體襯底100的上表面(在下文中，也被稱為前襯底表面)，并且圖3圖示出像素Pxl的轉(zhuǎn)移晶體管Ttl以及位于轉(zhuǎn)移晶體管Ttl的兩側(cè)的光電變換元件PDl和信號電荷累積部108 (圖1 (b)中的FD)的結(jié)構(gòu)。請注意，雖然圖3圖示出像素Pxl的截面結(jié)構(gòu)，但其它像素Px與此像素Pxl相同。
[0086]在這里，像素Pxl的光電變換元件PDl包括:第二導電性類型光電變換區(qū)(η—型半導體區(qū))101，其用于對已經(jīng)進入了與第一主表面相反的半導體襯底的第二主表面的入射光進行光電變換；第二導電性類型電荷累積區(qū)(H型半導體區(qū))102，其用于在半導體襯底100的第一主表面?zhèn)壤鄯e通過光電變換區(qū)101處的光電變換生成的信號電荷；以及背表面P+區(qū)110。轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極107 (在下文中，也被稱為轉(zhuǎn)移柵極電極)被形成為配置于電荷累積區(qū)102的第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔?。在這里，第二主表面是圖3中的半導體襯底100的下表面(在下文中，也被稱為背部襯底表面)。
[0087]此外，在固態(tài)成像裝置IOOa中，光電變換元件PDl包括形成于第二導電性類型電荷累積區(qū)102的襯底前表面?zhèn)纫员愀采w電荷累積區(qū)102的第一導電性類型前表面半導體區(qū)(前表面P區(qū))103。此外，像素Pxl包括:第二導電性類型信號電荷累積部(電荷累積η+區(qū))108,其用于累積由光電變換兀件PDl生成的信號電荷；以及第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)(電荷轉(zhuǎn)移部P—區(qū))109,其被配置在光電變換兀件外部的信號電荷累積部108與光電變換元件的電荷累積區(qū)102之間，用于將來自光電變換元件roi的電荷累積區(qū)102的信號電荷轉(zhuǎn)移至光電變換元件外部的信號電荷累積部108。第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)(電荷轉(zhuǎn)移部P —區(qū))109包括轉(zhuǎn)移晶體管Ttl的溝道區(qū)。前表面P區(qū)103具有超過電荷轉(zhuǎn)移部P 一區(qū)109的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。
[0088]在這里，第二導電性類型電荷累積區(qū)(η型半導體區(qū))102和第二導電性類型信號電荷累積部(電荷累積η.區(qū))108被相互遠離地配置，其中第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)(電荷轉(zhuǎn)移部P—區(qū))109被插入于其間。電荷累積區(qū)102與信號電荷累積部108之間的空間的下限可以等于或大于基本上不引起短溝道效應的最小距離。此外，電荷累積區(qū)102與信號電荷累積部108之間的空間的上限可以等于或小于由固態(tài)成像裝置中的像素的集成度確定的可允許的最大距離。具體地，只要電荷累積區(qū)102與信號電荷累積部108之間的空間等于或大于基本上不引起短溝道效應的最小距離并等于或小于由固態(tài)成像裝置中的像素的集成度確定的可允許的最大距離，其就在本發(fā)明的范圍內(nèi)。電荷累積區(qū)102與信號電荷累積部108之間的空間在例如0.2 Mm至1.0 Mm的范圍內(nèi)。這是因為在現(xiàn)有情況下不引起短溝道效應的最小距離是0.2 Mffl且由固態(tài)成像裝置中的像素的集成度確定的可允許的最大距離是1.0 Mffl。然而，由于細微處理技術的發(fā)展，上述空間的下限具有小于當前下限的趨勢。因此，在將來，上述空間的下限可以小于當前值，0.2 Mffl (例如，0.1 Mm)。總之，只要電荷累積區(qū)102與信號電荷累積部108之間的空間等于或大于基本上不引起短溝道效應的最小距離并等于或小于由固態(tài)成像裝置中的像素的集成度確定的可允許的最大距離，其就在本發(fā)明的范圍內(nèi)，如上所述。
[0089]此外，第二導電性類型電荷累積區(qū)102、第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)109和第二導電性類型信號電荷累積部108被形成于半導體襯底100中的第一導電性類型阱區(qū)104包圍。對于共享同一第二導電性類型信號電荷累積部108的每兩個像素而言，第二導電性類型電荷累積區(qū)102、第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)109和第二導電性類型信號電荷累積部108被第一導電性類型阱區(qū)104相互電分離。
[0090]此外，前表面P區(qū)103具有等于或小于第一導電性類型阱區(qū)104的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。通過將第一導電性類型阱區(qū)104的雜質(zhì)濃度設置成IXlO18 cm_3或更小，能夠減小對阱區(qū)104的離子注入損壞，并且因此能夠抑制噪聲電荷的生成。
[0091]此外，用在厚度方面為0.1 Mm至0.3 Mm的P型半導體層配置第一導電性類型前表面半導體區(qū)103，并且構(gòu)成光電變換元件的第二導電性類型電荷累積區(qū)102被形成為使得其雜質(zhì)濃度的峰值位置處于在深度方面距離半導體襯底的第一主表面0.15 Mm至0.40Mm的位置處。
[0092]此外，元件分離區(qū)105位于在頂部和底部相互鄰近的光電變換元件PDl和PD2之間，并且元件分離區(qū)105還位于以與光電變換元件的布置間距相同的間距布置在水平方向上的第二導電性類型信號電荷累積部108之間。此外，通過元件分離區(qū)105，其中布置有光電變換元件的用于光電變換元件的兩列頂部和底部布置區(qū)也與用于重置晶體管Rt和放大晶體管At的帶狀擴散區(qū)131和141電分離。
[0093]元件分離區(qū)105是通過將絕緣構(gòu)件(諸如氧化硅)填充到形成于半導體襯底100中的溝槽中而形成的這樣的區(qū)域。此外，背表面P+區(qū)Iio形成在半導體襯底100的背表面?zhèn)取?br> [0094]將參考圖2和3來描述構(gòu)成像素的電路中的晶體管的連接。
[0095]為了避免復雜，圖2 (a)和圖2 (b)圖示出位于圖中的光電變換元件PDl和TO2的左側(cè)的光電變換元件中的晶體管之間的連接，而光電變換元件PDl和TO2中的晶體管之間的連接與位于圖中的光電變換元件PDl和PD2的左側(cè)的光電變換元件中的晶體管之間的連接相同。
[0096]兩個重置晶體管Rtl和Rt2形成在帶狀擴散區(qū)131上，并且被施加重置信號Rs的兩個重置柵極電極132被以與帶狀擴散區(qū)131交叉的這樣的方式配置，其中柵極絕緣膜(未示出)被插入于其間。通過接觸部134向帶狀擴散區(qū)131中的兩個重置柵極電極132之間的共漏極區(qū)施加用于行選擇的漏極信號Rd。此外，重置晶體管之一(即，重置晶體管Rtl)的源極區(qū)與配線112b相連，所述配線112b與信號電荷累積部(FD部)108相連，其中接觸部133被插入于其間。另一重置晶體管(即，重置晶體管Rt2)的源極區(qū)與為圖1中所圖示的像素部151中的第一行中的像素和第二行中的像素所共用的信號電荷累積部(FD部)相連。
[0097]兩個放大晶體管Atl和At2形成于帶狀擴散區(qū)141上，并且放大柵極電極142被以與帶狀擴散區(qū)141交叉的這樣的方式配置，其中柵極絕緣膜(未示出)被插入于其間。通過接觸部144向帶狀擴散區(qū)141中的兩個放大柵極電極142之間的共漏極區(qū)施加電源電壓Vdd (例如，2.5V)。此外，放大晶體管之一(即，放大晶體管Atl)的源極區(qū)與讀出信號線Lr相連，其中接觸部143被插入于其間。另一放大晶體管(即，放大晶體管At2)的源極區(qū)也與對應于同一像素列的讀出信號線Lr相連，其中接觸部143被插入于其間。此外，放大晶體管之一(即，放大晶體管Atl)的柵極電極142與配線112b相連，所述配線112b與信號電荷累積部(FD部)108相連。另一放大晶體管(即，放大晶體管At2)的柵極電極142與為圖1中所圖示的像素部151中的第五行中的像素和第六行中的像素所共用的信號電荷累積部(FD部)相連。
[0098]此外，轉(zhuǎn)移柵極電極107與配線層112a相連，其中接觸部Illa被插入于其間。此夕卜，信號電荷累積部(浮置擴散部)108與配線層112b相連，其中接觸部11 Ib被插入于其間。在這里，配線層112a和112b是通過對形成在轉(zhuǎn)移柵極電極107的上方的配線材料進行構(gòu)圖而形成的，其中層間絕緣膜(未示出)被插入于其間。
[0099]在下文中，將描述構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的半導體襯底和各個半導體區(qū)的雜質(zhì)濃度。
[0100]構(gòu)成光電二極管的第二導電性類型光電變換區(qū)(η—型半導體區(qū))101的雜質(zhì)濃度是IX IO15 CnT3至5Χ IO16 cnT3。構(gòu)成光電二極管的η型電荷累積區(qū)102的雜質(zhì)濃度是I X IO16cm_3至IXlO17 cm_3。此外，形成在第二導電性類型電荷累積區(qū)(η型半導體區(qū))102的前表面上的前表面P區(qū)103的雜質(zhì)濃度是IXlO16 cm_3至5Χ1017 cm_3，并且第一導電性類型阱區(qū)(P阱區(qū))104的雜質(zhì)濃度是5X1016 cm_3至IXlO18 cm-3。此外，第二導電性類型信號電荷累積部、即FD (浮置擴散)部108的雜質(zhì)濃度是IXlO17 cm_3至1X102° cm_3，并且電荷轉(zhuǎn)移部P—區(qū)109的雜質(zhì)濃度是5 X IO15 cm_3至IXlO17 cm_3，并且背表面p+區(qū)110的雜質(zhì)濃度是 I X IO18 cnT3 至 I X IO19 cnT3。
[0101]接著，在下文中將描述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置的操作。
[0102]在具有如上所述的配置的根據(jù)本發(fā)明的實施例1的此類固態(tài)成像裝置100中，以與圖9中所圖示的常規(guī)固態(tài)成像裝置類似的方式來執(zhí)行讀出操作。
[0103]在下文中，將參考圖1 (a)和I (b)來簡要地描述根據(jù)實施例1的固態(tài)成像裝置中的讀出操作。
[0104]垂直掃描電路153通過來自定時生成部156的定時信號來選擇像素部中的像素行，并且所選像素行的像素信號被輸出到信號處理電路154。在信號處理電路154中，執(zhí)行用于去除固定噪聲圖案的過程。此外，隨著水平掃描電路152通過來自定時生成部156的定時信號向信號處理電路154輸出掃描信號，使得信號處理電路154將成功地向水平信號線155輸出每個像素的數(shù)字像素信號，被輸出到水平信號線155的數(shù)字信號被從輸出部157輸出到固態(tài)成像裝置IOOa的外部。
[0105]此外，在根據(jù)實施例1的固態(tài)成像裝置中，在電荷累積時段期間(在此期間通過在光電變換兀件處對入射光的光電變換來生成并累積信號電荷)，在轉(zhuǎn)移柵極電極107與第一導電性類型前表面半導體區(qū)103之間施加0.1 V至1.0 V的電位，使得轉(zhuǎn)移柵極電極107的電位將小于第一導電性類型前表面半導體區(qū)103的電位。
[0106]圖4是圖示出此類固態(tài)成像裝置的操作的圖。
[0107]例如，在固態(tài)成像裝置IOOa中，在電荷累積時段期間由電壓生成電路158生成并向轉(zhuǎn)移柵極電極107施加0.1 V至1.0 V的負電壓，所述電壓生成電路158是配置在半導體襯底的第一主表面?zhèn)葟亩挥谙袼夭康耐鈬械耐鈬娐凡恐?。此外，通過第一導電性類型阱區(qū)104、第一導電性類型背表面半導體區(qū)110等，像素部中的第一導電性類型前表面半導體區(qū)103的電位被固定于除像素部151之外的外圍電路部的接地電位。
[0108]圖4 Ca)圖示出在其期間執(zhí)行光電變換并累積信號電荷的時段的電位分布。
[0109]向信號電荷累積部108 (FD部)施加I V至5 V的電壓并向轉(zhuǎn)移柵極電極107提供相對于接地電位設置的在0.1 V與1.0 V之間的范圍內(nèi)的負電位，使得電荷累積區(qū)102的電位將以這樣的方式被固定，即空穴濃度將在其前表面上被穩(wěn)定化，并且將抑制噪聲電荷的生成。此外，累積在電荷累積區(qū)102中的過量電荷通過在圖4 (a)中被圖示為B-B’-B’’的路徑中的電位梯度被排出至信號電荷累積部(FD部)108。
[0110]此外，在電荷轉(zhuǎn)移時段期間(在此期間，在電荷累積時段期間累積在光電變換元件中的信號電荷被轉(zhuǎn)移至信號電荷累積部(FD部)108),在轉(zhuǎn)移柵極電極107與第一導電性類型前表面半導體區(qū)103之間施加正電位差,使得轉(zhuǎn)移柵極電極107的電位將大于第一導電性類型前表面半導體區(qū)103的電位。
[0111]圖4 (b)圖示出在其期間轉(zhuǎn)移信號電荷的時段的電位分布。
[0112]向轉(zhuǎn)移柵極電極107和信號電荷累積部108施加在2 V與5 V之間的范圍內(nèi)的電源電壓，使得前表面P區(qū)103和電荷累積區(qū)102的電位將被調(diào)制，并且聚集在電荷累積區(qū)102中的信號電荷將被讀出到FD部108，遵循在圖4 (b)中被圖示為C_C’-C’’的路徑中的電位梯度。
[0113]照這樣，通過在電荷累積時段期間在轉(zhuǎn)移柵極電極107與第一導電性類型前表面半導體區(qū)103之間施加電位,使得轉(zhuǎn)移柵極電極107的電位將小于第一導電性類型前表面半導體區(qū)103的電位，能夠在第一導電性類型前表面半導體區(qū)103中保證穩(wěn)定的空穴濃度，由此縮短熱生成載流子(電子)的壽命并減少噪聲電荷。
[0114]接著，在下文中將描述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的用于制造固態(tài)成像裝置的方法。
[0115]圖5是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例1的用于制造固態(tài)成像裝置的方法的圖。圖5 (a)至5 (f)圖示出此制造方法的主要步驟中的固態(tài)成像裝置的截面結(jié)構(gòu)。
[0116]首先，在第一導電性類型半導體襯底(例如，P型硅襯底)100上形成元件分離區(qū)105。通過在P型硅襯底100的前表面中形成溝槽并用絕緣材料(諸如氧化物)來填充溝槽而形成元件分離區(qū)105。在圖2 (a)中，粗實線指示元件分離區(qū)的邊界。
[0117]然后，在P型硅襯底100中形成P阱區(qū)104，并且在P阱區(qū)104中形成η—型半導體區(qū)101作為光電二極管的第二導電性類型光電變換區(qū)。此外，在η—型半導體區(qū)101的前表面區(qū)中形成電荷轉(zhuǎn)移部P—區(qū)109。
[0118]接著，形成離子注入保護膜113b，并且然后使用如圖5 Ca)中所圖示的具有開口120a的抗蝕劑掩模120來選擇性地注入η型雜質(zhì),諸如磷(ρ+)或砷(As+)。結(jié)果，作為構(gòu)成起光電變換元件作用的光電二極管的第二導電性類型電荷累積區(qū)而形成η型半導體區(qū)102(圖 5 (b))。
[0119]隨后，如圖5 (b)中所圖示的那樣，使用同一抗蝕劑掩模120來注入P型雜質(zhì)，諸如硼(B+)或BF2+,以形成前表面P區(qū)103作為第一導電性類型前表面半導體區(qū)。
[0120]接著，如圖5 (C)中所圖示的那樣，在去除抗蝕劑掩模120之后，在半導體襯底內(nèi)形成構(gòu)成外圍電路部中的半導體元件的半導體區(qū)。然后，去除離子注入保護膜113b并在前表面上形成柵極絕緣膜113a。此外，用CVD法等來沉積電極材料，諸如多晶硅，并且用干法蝕刻(諸如等離子體蝕刻)的技術來各向異性地蝕刻此電極材料，以形成轉(zhuǎn)移柵極電極107(圖5⑷)。
[0121]在此階段，如圖5 Cd)中所圖示的那樣，轉(zhuǎn)移柵極電極107被配置在前表面P區(qū)103的襯底前表面?zhèn)鹊谋砻嫔弦约耙脖慌渲迷陔姾赊D(zhuǎn)移部P —區(qū)109的襯底前表面?zhèn)鹊谋砻嫔希糜谛纬呻姾衫鄯en+區(qū)108的區(qū)域之外。
[0122]隨后，使用具有開口 121a的抗蝕劑掩模121將η型雜質(zhì)(諸如磷(P+)或砷(As+))注入到轉(zhuǎn)移柵極電極107的開口中，以形成浮置擴散(FD)區(qū)卿，電荷累積η+區(qū))108，其將是電荷讀出區(qū)(圖5 (e))。
[0123]接著，在形成層間絕緣膜(未示出)之后，形成接觸部Illa和111b，并且還形成配線層112a和112b。在此階段，不僅在轉(zhuǎn)移柵極電極107和電荷累積n+區(qū)108的上方而且在重置晶體管Rt和放大晶體管At的柵極電極和源極漏極區(qū)的上方形成接觸部133、134、143和144，以形成重置晶體管Rt的源極區(qū)與電荷累積n+區(qū)108之間以及放大晶體管At的柵極電極與電荷累積n+區(qū)108之間的連接。
[0124]此外，在此階段，可以用配線層將構(gòu)成外圍電路的半導體元件(諸如晶體管)相互連接。
[0125]然后，當通過用支承襯底來層壓上述P型硅襯底100的支承襯底層壓步驟以及對P型硅襯底100的背表面?zhèn)冗M行研磨以使得P型硅襯底100更薄的硅膜薄化步驟而將η 一型半導體區(qū)101的背表面?zhèn)茸鳛楣膺M入表面而暴露時，通過將雜質(zhì)引入到η—型半導體區(qū)101的背表面并對其執(zhí)行熱處理的雜質(zhì)引入和熱處理步驟而形成背表面P+區(qū)110 (圖5 (f))。
[0126]接著，在下文中將描述根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的工作效果。
[0127]首先，在根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置IOOa與比較常規(guī)的固態(tài)成像裝置10之間，被轉(zhuǎn)移柵極電極覆蓋的區(qū)域分別是不同的，如從圖3與圖10之間的比較能夠看到的那樣。
[0128]具體地，在根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置IOOa中，不僅在每個像素的第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)(電荷轉(zhuǎn)移部P—區(qū))109的第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔隙以诿總€像素的第二導電性類型電荷累積區(qū)(η型半導體區(qū))102的第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔吓渲棉D(zhuǎn)移柵極電極107 (圖3)，而在常規(guī)固態(tài)成像裝置10中，僅僅在電荷轉(zhuǎn)移P—層48的上方形成轉(zhuǎn)移晶體管46的柵極電極46a，并且不在構(gòu)成光電變換元件(B卩，光電二極管)37的電荷累積N+區(qū)44的襯底前表面?zhèn)鹊谋砻嫔吓渲棉D(zhuǎn)移晶體管46的柵極電極46a (參見圖10)。
[0129]此外，在根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置IOOa與比較常規(guī)的固態(tài)成像裝置
10之間，形成在η型電荷累積區(qū)102的前表面?zhèn)鹊那氨砻鍼區(qū)的雜質(zhì)濃度是不同的，如從圖3與圖10之間的比較能夠看到的那樣。具體地，在根據(jù)本發(fā)明的實施例1的固態(tài)成像裝置IOOa中，形成在η型電荷累積區(qū)102的前表面?zhèn)鹊牡谝粚щ娦灶愋颓氨砻姘雽w區(qū)(前表面P區(qū))103的雜質(zhì)濃度等于或小于P型阱區(qū)104的雜質(zhì)濃度，其小于常規(guī)固態(tài)成像裝置10中的前表面P+層45的雜質(zhì)濃度。
[0130]具體地，在圖10中所圖示的常規(guī)結(jié)構(gòu)中，能夠消除由于對光電變換元件的前表面的柵極電極蝕刻而引起的等離子體損壞以及由于用于形成前表面P+層45的高濃度離子注入而引起的離子注入損壞。結(jié)果，在此類常規(guī)結(jié)構(gòu)中，能夠降低將成為嵌入式光電二極管結(jié)構(gòu)的前表面P+層45的雜質(zhì)濃度，并且能夠消除從前表面P+層45到電荷轉(zhuǎn)移P —層48的過渡區(qū)中的雜質(zhì)濃度的快速變化。由此，能夠降低電荷轉(zhuǎn)移區(qū)中的雜質(zhì)濃度，并且能夠使得噪聲電荷的抑制與飽和電荷的量的保證相互相容。具體地，從前表面P+層45到電荷轉(zhuǎn)移P —層48的電荷轉(zhuǎn)移區(qū)的消除促進了轉(zhuǎn)移特性的保證。通過如上所述用轉(zhuǎn)移柵極電極來覆蓋光電二極管(光電變換元件)的前表面，在電荷累積期間穩(wěn)定地保持空穴濃度，并且抑制了對由于噪聲電荷而引起的噪聲的影響。
[0131]在如上所述的根據(jù)實施例1的固態(tài)成像裝置IOOa中，轉(zhuǎn)移柵極電極107被配置于光電變換元件PDl和TO2的第二導電性類型電荷累積區(qū)(η型半導體區(qū))102的第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔希沟霉怆娮儞Q元件的第二導電性類型電荷累積區(qū)(η型半導體區(qū))102及其上的前表面P區(qū)103在形成轉(zhuǎn)移柵極電極107的過程中將不會接收到來自等離子體蝕刻的任何損壞，因此抑制由于晶體缺陷而引起的噪聲電荷的生成。
[0132]因此，能夠在光電變換元件的電荷累積區(qū)102中抑制噪聲電荷的生成。因此，即使在形成于光電變換元件的電荷累積區(qū)102的前表面區(qū)中的第一導電性類型前表面半導體區(qū)(前表面P—區(qū))103中減小了雜質(zhì)濃度，也能夠抑制所生成的噪聲電荷的量。因此，由于噪聲電荷而引起的噪聲將不是顯著的。
[0133]結(jié)果，能夠?qū)⑧徑诖斯怆姸O管的第二導電性類型電荷累積區(qū)102的第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)109的雜質(zhì)濃度抑制得很低。因此，相對于轉(zhuǎn)移柵極電極107的電位變化的第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)109中的電位變化的量能夠更大，由此增加電荷轉(zhuǎn)移的效率。
[0134]此夕卜，由于轉(zhuǎn)移柵極電極被完全配置于包圍光電變換兀件的第二導電性類型電荷累積區(qū)(η型半導體區(qū))102的P阱區(qū)(第一導電性類型阱區(qū))104的向半導體的前表面暴露的區(qū)域上，所以P阱區(qū)104在形成轉(zhuǎn)移柵極電極的過程期間不會接收到來自等離子體蝕刻的任何損壞，并且P阱區(qū)的結(jié)晶度能夠是良好的。因此，能夠在P阱區(qū)104中抑制由于晶體缺陷而引起的噪聲電荷的生成。通過伴隨著抑制而減小P阱區(qū)104的雜質(zhì)濃度，能夠減少離子注入損壞，其還能夠抑制由于晶體缺陷等而引起的噪聲電荷的生成。
[0135]此外，由于除電荷累積η+區(qū)(FD部)108之外的半導體襯底內(nèi)的雜質(zhì)區(qū)全部是在轉(zhuǎn)移柵極電極的形成之前形成的，所以將在轉(zhuǎn)移柵極電極的形成期間沒有從等離子體蝕刻接收到的任何損壞的情況下形成除FD部108之外的半導體襯底內(nèi)的雜質(zhì)區(qū)。這使得能夠保證良好的結(jié)晶度并消除特性劣化的原因，諸如漏電流。
[0136]此外，通過在電荷累積期間向轉(zhuǎn)移柵極電極施加負偏壓，能夠在前表面P區(qū)103處穩(wěn)定地保持空穴濃度，并且能夠在抑制對由于噪聲電荷而引起的噪聲的影響的同時實現(xiàn)前表面P區(qū)103的雜質(zhì)濃度的減小。
[0137](實施例2)
圖6是用于描述根據(jù)本發(fā)明的實施例2的固態(tài)成像裝置的平面圖。圖6 (a)圖示出雜質(zhì)注入?yún)^(qū)相對于元件分離區(qū)的配置。圖6 (b)圖示出轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極和接觸部相對于元件分離區(qū)的配置。此外，圖7圖示出沿著圖6 (b)中的線A-A’截取的截面圖。
[0138]根據(jù)實施例2的固態(tài)成像裝置IOOb是相對于根據(jù)實施例1的固態(tài)成像裝置100中的第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)(電荷轉(zhuǎn)移部P —區(qū))109和第二導電性類型信號電荷累積部(電荷n+區(qū))108的配置的變化。[0139]具體地，在根據(jù)實施例2的固態(tài)成像裝置IOOb中，第二導電性類型信號電荷累積部(電荷η+區(qū))108a被配置于布置在行方向上的鄰近的第一導電性類型電荷累積區(qū)102之間，并且第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)109a被配置于此第二導電性類型信號電荷累積部108a與相應的第一導電性類型電荷累積區(qū)102之間。此外，第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)109a是以包圍第二導電性類型信號電荷累積部108a的這樣的方式配置的。
[0140]該配置的其余部分與根據(jù)實施例1的固態(tài)成像裝置的配置相同。
[0141]此外，在根據(jù)實施例2的固態(tài)成像裝置IOOb中，在帶狀擴散區(qū)131的上方形成有兩個重置晶體管Rtl和Rt2，并且以與帶狀擴散區(qū)131交叉的這樣的方式配置有被施加重置信號Rs的兩個重置柵極電極132，其中柵極絕緣膜(未示出)被插入于其間。通過接觸部134向帶狀擴散區(qū)131中的兩個重置柵極電極132之間的共漏極區(qū)施加漏極信號Rd。此外，重置晶體管之一(即，重置晶體管Rtl)的源極區(qū)與配線112b相連，所述配線112b與信號電荷累積部(FD部)108相連，其中接觸部133被插入于其間。另一重置晶體管(即，重置晶體管Rt2)的源極區(qū)與為圖1中所圖示的像素部151中的第一行中的像素和第二行中的像素所共用的第二導電性類型信號電荷累積部(FD部)相連。
[0142]兩個放大晶體管Atl和At2形成于帶狀擴散區(qū)141上，并且以與帶狀擴散區(qū)141交叉的這樣的方式配置有放大柵極電極142，其中柵極絕緣膜(未示出)被插入于其之間。通過接觸部144向此帶狀擴散區(qū)141中的兩個放大柵極電極142之間的共漏極區(qū)施加電源電壓Vdd (例如，2.5V)。此外，放大晶體管之一(即，放大晶體管Atl)的源極區(qū)與讀出信號線Lr相連，其中接觸部143被插入于其之間。另一放大晶體管(即，放大晶體管At2)的源極區(qū)也與對應于同一像素列的讀出信號線Lr相連，其中接觸部143被插入于其間。此外，放大晶體管之一(即，放大晶體管Atl)的柵極電極142與配線112b相連，所述配線112b與信號電荷累積部(FD部)108相連。另一放大晶體管(即，放大晶體管At2)的柵極電極142與為圖1中所圖示的像素部151的第五行中的像素和第六行中的像素所共用的信號電荷累積部(FD部)相連。
[0143]接著，在下文中將描述根據(jù)實施例2的固態(tài)成像裝置的工作效果。
[0144]在具有如上所述的此類配置的固態(tài)成像裝置IOOb中，第二導電性類型信號電荷累積部(FD部)108a被配置在轉(zhuǎn)移柵極電極117的開口 117a內(nèi)，并且其并不與元件分離區(qū)105進行接觸。因此，能夠?qū)⒉⑿械嘏渲玫霓D(zhuǎn)移柵極電極117 (在圖6 (b)中相互鄰近地配置在頂部和底部的轉(zhuǎn)移柵極電極)相互甚至更接近地配置，這使得能夠減小像素面積。
[0145]在圖6 (a)中所圖示的像素部的配置中，變?yōu)榭赡艿氖?，配置第二導電性類型信號電荷累積部(FD部)108a和伴隨元件分離區(qū)105的p阱區(qū)104，其中電荷轉(zhuǎn)移部p —區(qū)109a被插入于其間。這將促進擴大用于電荷轉(zhuǎn)移部P—區(qū)109a的面積。
[0146]具體地，由于在根據(jù)實施例1的固態(tài)成像裝置IOOa中p阱區(qū)104被配置在第二導電性類型信號電荷累積部108的左側(cè)和右側(cè)兩者，所以第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)109的寬度被第二導電性類型信號電荷累積部108的寬度限制。另一方面，由于在根據(jù)實施例2的固態(tài)成像裝置IOOa中第二導電性類型信號電荷累積部108a被遠離P阱區(qū)104地配置，所以能夠以包圍第二導電性類型信號電荷累積部108a的這樣的方式來配置電荷轉(zhuǎn)移部P 一區(qū)109a，包括從光電變換元件的第二導電性類型電荷累積區(qū)到第二導電性類型信號電荷累積部108a的轉(zhuǎn)移路徑。[0147]因此，能夠增加電荷轉(zhuǎn)移部P —區(qū)109a的面積，并且能夠抑制由于來自位于電荷轉(zhuǎn)移部P—區(qū)109a的外圍中的P阱區(qū)104的雜質(zhì)擴散而引起的電荷轉(zhuǎn)移部P —區(qū)109a的面積的減小。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)移特性的進一步改善。
[0148]根據(jù)如上所述的根據(jù)實施例2的固態(tài)成像裝置，除實施例1的效果之外，并行地配置的轉(zhuǎn)移柵極電極117被相互進一步更接近地配置，使得能夠獲得減小像素的面積的效果和促進用于電荷轉(zhuǎn)移部P—區(qū)109a的面積的擴大的效果。
[0149]結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)一種固態(tài)成像裝置，其能夠獲得其中噪聲和殘留圖像被進一步抑制的高分辨率圖像。
[0150]在實施例1和2中，轉(zhuǎn)移柵極電極107被配置在光電變換元件PDl和TO2的第二導電性類型電荷累積區(qū)102的第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔?，使得防止光電變換元件的第二導電性類型電荷累積區(qū)102和其上的前表面P區(qū)103在形成轉(zhuǎn)移柵極電極107的過程中從等離子體蝕刻接收到任何損壞。因此，第一導電性類型前表面半導體區(qū)(前表面P區(qū))103的雜質(zhì)濃度被減小至等于或小于P阱區(qū)104的雜質(zhì)濃度，使得實現(xiàn)形成于光電變換元件的第二導電性類型電荷累積區(qū)102的前表面區(qū)中的第一導電性類型前表面半導體區(qū)(前表面P區(qū))103的雜質(zhì)濃度的減小。然而，形成于光電變換元件的第二導電性類型電荷累積區(qū)102的前表面區(qū)中的第一導電性類型前表面半導體區(qū)(前表面P區(qū))103的雜質(zhì)濃度的減小不限于通過在光電變換元件PDl和PD2的第二導電性類型電荷累積區(qū)102的第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔吓渲棉D(zhuǎn)移柵極電極107而實現(xiàn)的減小。
[0151]例如，還能夠通過使用對光電變換元件的第二導電性類型電荷累積區(qū)102的前表面區(qū)引起微小損壞的蝕刻過程作為在形成轉(zhuǎn)移柵極電極107的過程中使用的蝕刻過程來實現(xiàn)形成于光電變換元件的第二導電性類型電荷累積區(qū)102的前表面區(qū)中的第一導電性類型前表面半導體區(qū)(前表面P區(qū))103的雜質(zhì)濃度的減小。
[0152]具體地，作為結(jié)果而將第一導電性類型前表面半導體區(qū)(前表面P區(qū))103的雜質(zhì)濃度減小至等于或小于P阱區(qū)104的雜質(zhì)濃度的任何蝕刻過程都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，不管實現(xiàn)了該減小的過程的種類如何。
[0153]此外，雖然在上述實施例1或2中未具體地描述，但在下文中將描述電子信息設備。具有圖像輸入設備的電子信息設備(諸如數(shù)字攝影機(例如，數(shù)字視頻攝影機或數(shù)字靜止攝影機)、圖像輸入照相機、掃描儀、傳真機和裝配有照相機的蜂窩電話設備)包括使用根據(jù)上述實施例1和2的固態(tài)成像裝置中的至少一個作為圖像輸入設備的成像部。
[0154](實施例3)
圖8是示意性地圖示出作為本發(fā)明的實施例3的電子信息設備的示例性配置的框圖，在成像部中使用根據(jù)本發(fā)明的實施例1或2中的任一項的固態(tài)成像裝置。
[0155]如圖8中所圖示的根據(jù)本發(fā)明的實施例3的電子信息設備90包括根據(jù)本發(fā)明的實施例1或2的固態(tài)成像裝置IOOa或IOOb中的至少一個作為用于捕獲對象的成像部91。電子信息設備90還包括以下各項中的至少任何一個:存儲器部92 (例如，記錄介質(zhì))，其用于在對圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行預定信號處理以便記錄之后，對通過使用此類成像部進行的圖像捕獲獲得的高質(zhì)量圖像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)記錄；顯示器部93(例如，液晶顯示器設備)，其用于在執(zhí)行預定信號處理以便顯示之后在顯示屏(例如，液晶顯示屏)上顯示此圖像數(shù)據(jù)；通信部94(例如，發(fā)射和接收設備)，其用于在對圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行預定信號處理以便通信之后傳送此圖像數(shù)據(jù)；以及圖像輸出部95，其用于打印(打出)并輸出(打印出)此圖像數(shù)據(jù)。
[0156]如上所述，通過使用本發(fā)明的優(yōu)選實施例來舉例說明本發(fā)明。然而，不應僅僅基于上述實施例來解釋本發(fā)明。應理解的是，應僅僅基于權(quán)利要求來解釋本發(fā)明的范圍。還要理解的是，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的詳細優(yōu)選實施例的描述，基于本發(fā)明的描述和一般知識，能夠?qū)崿F(xiàn)等效的技術范圍。此外，要理解的是，應以與本說明書中具體描述的內(nèi)容相同的方式在本說明書中通過引用而結(jié)合在本說明書中引用的任何專利、任何專利申請和任何參考文獻。
[0157]工業(yè)適用性
在固態(tài)成像裝置和固態(tài)成像裝置的驅(qū)動方法、固態(tài)成像裝置的制造方法以及電子信息設備中的領域中，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)一種固態(tài)成像裝置，其能夠獲得其中進一步抑制噪聲和殘留圖像的高分辨率圖像。
[0158]附圖標記的列表 37光電二極管
41 N —型硅襯底 42背表面P+層 43 P講
44電荷累積N+區(qū) 44a N —型區(qū) 45前表面P+層 46轉(zhuǎn)移晶體管 47 FD (浮置擴散)
48電荷轉(zhuǎn)移P 一層
49P講
50N講
90電子信息設備 91成像部 92存儲器部 93顯示器部 94通信部 95圖像輸出部
100第一導電性類型半導體襯底(P型硅襯底)
IOOaUOOb固態(tài)成像裝置
101第二導電性類型光電變換區(qū)(η—型半導體區(qū))
102第二導電性類型電荷累積區(qū)(η型半導體區(qū))
103第一導電性類型前表面半導體區(qū)(前表面P區(qū))
104第一導電性類型阱區(qū)(P阱區(qū))
105元件分離區(qū) 107轉(zhuǎn)移柵極電極
108、108a第二導電性類型信號電荷累積部(電荷累積n+區(qū))109、109a第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)(電荷轉(zhuǎn)移部P —區(qū))
110第一導電性類型背表面半導體區(qū)
11la、11 Ib接觸部
112a、112b配線層
113a柵極絕緣膜
113b離子注入保護膜
120、121抗蝕劑
120a、121a抗蝕劑開口。
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)成像裝置，其包括被形成在第一導電性類型半導體襯底內(nèi)的用于用入射光的光電變換來生成信號電荷的光電變換元件，該固態(tài)成像裝置通過信號處理將由光電變換元件生成的信號電荷變換成圖像信號并輸出， 其中，該固態(tài)成像裝置包括轉(zhuǎn)移晶體管，其被形成在第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)龋糜趯⒂晒怆娮儞Q兀件生成的信號電荷轉(zhuǎn)移到光電變換兀件的外部； 其中，光電變換元件包括: 第二導電性類型光電變換區(qū)，其用于對從在第一主表面的相反側(cè)的第一導電性類型半導體襯底的第二主表面獲取的入射光進行光電變換；以及 第二導電性類型電荷累積區(qū)，其用于將由第二導電性類型光電變換區(qū)中的光電變換生成的信號電荷累積到第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)?；以? 其中，轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極被配置在第二導電性類型電荷累積區(qū)的第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔稀?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置， 其中，該固態(tài)成像裝置還包括: 第二導電性類型信號電荷累積部，其用于累積從光電變換元件轉(zhuǎn)移的信號電荷；以及第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)，其用于將該信號電荷從第二導電性類型電荷累積區(qū)轉(zhuǎn)移至第二導電性類型信號電荷累積部，以及 其中，第二導電性類型電荷累積區(qū)與第二導電性類型信號電荷累積部分離地配置，其中第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)被插入于其間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中，第二導電性類型電荷累積區(qū)與第二導電性類型信號電荷累積部之間的空間等于或大于基本上不引起短溝道效應的最小距離以及等于或小于由固態(tài)成像裝置中的像素的集成度確定的可允許的最大距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中，第二導電性類型電荷累積區(qū)與第二導電性類型信號電荷累積部之間的空間在0.2 Mm至1.0 μπι的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置， 其中，該固態(tài)成像裝置包括被形成在第二導電性類型電荷累積區(qū)的第一主表面?zhèn)?，從而覆蓋第二導電性類型電荷累積區(qū)的第一導電性類型前表面半導體區(qū)，以及 其中，第一導電性類型前表面半導體區(qū)具有超過第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置， 其中，該固態(tài)成像裝置包括被形成在第一導電性類型半導體襯底內(nèi)的第一導電性類型阱區(qū)，以及 其中，第一導電性類型前表面半導體區(qū)具有等于或小于第一導電性類型阱區(qū)的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像裝置，其中，轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極被配置于第一導電性類型前表面半導體區(qū)、第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)和第一導電性類型阱區(qū)的在第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔稀?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像裝置，其中，第一導電性類型阱區(qū)被形成為包圍構(gòu)成第二導電性類型電荷累積區(qū)、第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)和第二導電性類型信號電荷累積部的區(qū)域。
9.一種固態(tài)成像裝置，其包括被形成在第一導電性類型半導體襯底內(nèi)的用于用入射光的光電變換來生成信號電荷的光電變換元件，該固態(tài)成像裝置通過信號處理將由光電變換元件生成的信號電荷變換成圖像信號并輸出， 其中，該固態(tài)成像裝置包括轉(zhuǎn)移晶體管，其被形成在第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)?，用于將在光電變換元件中生成的信號電荷轉(zhuǎn)移到光電變換元件的外部； 其中，光電變換元件包括: 第二導電性類型光電變換區(qū)，其用于對從在第一主表面的相反側(cè)的第一導電性類型半導體襯底的第二主表面獲取的入射光進行光電變換； 第二導電性類型電荷累積區(qū)，其用于將由第二導電性類型光電變換區(qū)中的光電變換生成的信號電荷累積到第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)?；以? 第一導電性類型前表面半導體區(qū)，其被形成在第二導電性類型電荷累積區(qū)的第一主表面?zhèn)?，從而覆蓋第二導電性類型電荷累積區(qū)，以及 其中，第一導電性類型前表面半導體區(qū)具有等于或小于在第一導電性類型半導體襯底中形成以包圍第二導電性類型電荷累積區(qū)的第一導電性類型阱區(qū)的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中，該固態(tài)成像裝置還包括: 第二導電性類型信號電 荷累積部，其用于累積從光電變換元件轉(zhuǎn)移的信號電荷；以及第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)，其用于將該信號電荷從第二導電性類型電荷累積區(qū)轉(zhuǎn)移至第二導電性類型信號電荷累積部， 其中，第二導電性類型電荷累積區(qū)與第二導電性類型信號電荷累積部分離地配置，其中第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)被插入于其間，以及 其中，轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極被配置于第一導電性類型前表面半導體區(qū)、第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)和第一導電性類型阱區(qū)的在第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔稀?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固態(tài)成像裝置，其中，第二導電性類型電荷累積區(qū)與第二導電性類型信號電荷累積部之間的空間等于或大于基本上不引起短溝道效應的最小距離以及等于或小于由固態(tài)成像裝置中的像素的集成度確定的可允許的最大距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固態(tài)成像裝置，其中，第二導電性類型電荷累積區(qū)與第二導電性類型信號電荷累積部之間的空間在0.2 Mm至1.0 Mm的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至5和10至12中的任一項所述的固態(tài)成像裝置，其中，第一導電性類型電荷轉(zhuǎn)移區(qū)被配置成包圍第二導電性類型信號電荷累積部。
14.根據(jù)權(quán)利要求2至8和10至12中的任一項所述的固態(tài)成像裝置，其中，該固態(tài)成像裝置包括: 重置晶體管，其用于將第二導電性類型信號電荷累積部的信號電荷重置；以及放大晶體管，其用于將根據(jù)累積在第二導電性類型信號電荷累積部中的信號電荷生成的信號電壓放大，以及 其中，重置晶體管和放大晶體管在多個像素之中被共享。
15.一種用于驅(qū)動根據(jù)權(quán)利要求5和9至12中的任一項所述的固態(tài)成像裝置的方法，其包括:在電荷累積時段期間，在此期間通過對入射光的光電變換而生成信號電荷并將其累積在光電變換元件處，在轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極與第一導電性類型前表面半導體區(qū)之間施加電位，使得轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極的電位將小于第一導電性類型前表面半導體區(qū)的電位。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于驅(qū)動固態(tài)成像裝置的方法，其中，在電荷累積時段期間，向轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極施加在除像素區(qū)之外的外圍電路部中生成的負電壓，并且向第一導電性類型前表面半導體區(qū)施加外圍電路部的接地電位。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于驅(qū)動固態(tài)成像裝置的方法，其中，在電荷累積時段期間，向轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極施加外圍電路部的接地電位，并且向第一導電性類型前表面半導體區(qū)施加正電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于驅(qū)動固態(tài)成像裝置的方法，其中，在電荷轉(zhuǎn)移時段期間，其中在電荷累積時段期間累積在光電變換元件中的信號電荷被轉(zhuǎn)移至信號電荷累積部，在轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極與第一導電性類型前表面半導體區(qū)之間施加電壓，使得轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極的電位將大于第一導電性類型前表面半導體區(qū)的電位。
19.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項所述的固態(tài)成像裝置的方法，該方法包括: 在第一導電性類型半導體襯底中形成光電變換元件的步驟；以及 在形成光電變換元件之后形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極的步驟， 其中，形成光電變換元件的步驟包括從第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)茸⑷氲诙щ娦灶愋碗s質(zhì)以形成第二導電性類型電荷累積區(qū)的步驟，以及其中，形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極的步驟包括: 在第一主表面上沉積轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極的構(gòu)成材料的步驟；以及通過選擇性地蝕刻所沉積的柵極電極的構(gòu)成材料而形成將被配置在第二導電性類型電荷累積區(qū)的在第一主表面?zhèn)鹊谋砻嫔系臇艠O電極的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，該方法還包括通過將第一導電性類型雜質(zhì)從第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)茸⑷胫恋诙щ娦灶愋碗姾衫鄯e區(qū)的前表面中來形成第一導電性類型前表面半導體區(qū)的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，該方法包括在形成轉(zhuǎn)移晶體管的柵極電極之后形成第二導電性類型信號電荷累積部的步驟。
22.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的固態(tài)成像裝置的方法， 其中，該方法包括: 在第一導電性類型半導體襯底中形成第一導電性類型阱區(qū)的步驟；以及 在第一導電性類型阱區(qū)中形成光電變換元件的步驟，以及 其中，形成光電變換元件的步驟包括: 通過從第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)茸⑷氲诙щ娦灶愋碗s質(zhì)來形成第二導電性類型電荷累積區(qū)的步驟；以及 通過將第一導電性類型雜質(zhì)從第一導電性類型半導體襯底的第一主表面?zhèn)茸⑷胫恋诙щ娦灶愋碗姾衫鄯e區(qū)的前表面中來形成第一導電性類型前表面半導體區(qū)的步驟，所述第一導電性類型前表面半導體區(qū)具有等于或小于第一導電性類型阱區(qū)的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，第二導電性類型電荷累積區(qū)和第一導電性類型前表面半導體區(qū)是通過使用同一離子注入掩模來注入雜質(zhì)而形成的。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于制造固態(tài)成像裝置的方法，其中，第二導電性類型電荷累積區(qū)和第一導電性類型前表面半導體區(qū)是通過使用同一離子注入掩模來注入雜質(zhì)而形成的。
25.一種電子信息設備，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至12中的任一項所述的固態(tài)成像裝置。
【文檔編號】H04N5/369GK103688359SQ201280037072
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月26日
【發(fā)明者】小西武文 申請人:夏普株式會社