專利名稱：固體攝象裝置和用固體攝象裝置的攝象機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝象裝置和用固體攝象裝置的攝象機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)對(duì)于固體攝象裝置作為以數(shù)字靜態(tài)攝象機(jī)、視頻攝像機(jī)編碼器為中心的圖象輸入用攝象裝置的需要急速的增加。
正在用CCD(Charge Coupled Device電荷耦合元件)和MOS型固體攝象裝置作為這些固體攝象裝置。前者與后者比較，因?yàn)殪`敏度高噪聲小，所以作為高畫質(zhì)的攝象裝置正在普及中，但是其反面是，具有功耗大，驅(qū)動(dòng)電壓高，因?yàn)椴皇褂猛ㄓ玫陌雽?dǎo)體制造工藝所以成本高，難以集成驅(qū)動(dòng)電路等的周邊電路等的弱點(diǎn)。
由于上述理由，至今也一直在開發(fā)放大型的MOS型固體攝象裝置。放大型的固體攝象裝置是將在光二極管中儲(chǔ)存的信號(hào)電荷導(dǎo)入象素中備有的放大晶體管的控制電極，從放大晶體管的主電極放大并輸出與信號(hào)電荷量相應(yīng)的輸出的裝置。特別是作為放大型的固體攝象裝置，正在作為放大晶體管使用MOS晶體管的MOS傳感器的開發(fā)中投入力量。
我們預(yù)想能夠克服上述CCD的弱點(diǎn)的MOS型固體攝象裝置將適用于在預(yù)想今后擴(kuò)大需要的便攜式設(shè)備中的應(yīng)用。
圖13是表示作為固體攝象裝置的CMOS傳感器象素的典型例的電路圖。
在圖13中30是單位象素、1是用于儲(chǔ)存由入射光產(chǎn)生的信號(hào)電荷的光二極管、6是輸出與信號(hào)電荷量相應(yīng)的放大輸出信號(hào)的放大MOS晶體管、3是與接受信號(hào)電荷的放大MOS晶體管6的柵極連接的浮置擴(kuò)散(以下記為FD)區(qū)域、2是用于將在光二極管1中儲(chǔ)存的信號(hào)電荷傳送到FD區(qū)域3的傳送MOS晶體管、4是用于使FD區(qū)域3復(fù)位的復(fù)位MOS晶體管、5是用于選擇輸出象素的選擇MOS晶體管、9a是用于在傳送MOS晶體管2的柵極上加上脈沖，對(duì)電荷傳送工作進(jìn)行控制的控制線、9b是用于在復(fù)位MOS晶體管4的柵極上加上脈沖，對(duì)復(fù)位工作進(jìn)行控制的控制線、9c是用于在選擇MOS晶體管5的柵極上加上脈沖，對(duì)選擇工作進(jìn)行控制的控制線、10a是與放大MOS晶體管6的漏極和復(fù)位MOS晶體管4的漏極連接，向它們供給電源電位的電源配線。10b是輸出選擇的象素的放大信號(hào)的輸出線、8是作為電流源工作的，放大MOS晶體管6和形成源極跟隨器的恒定電流用MOS晶體管、10c是將使MOS晶體管8進(jìn)行恒定電流工作的電位供給MOS晶體管8的柵極的配線。將上述象素30配列成2維矩陣狀形成2維固體攝象裝置的象素區(qū)域，但是在該矩陣構(gòu)成中輸出線10b成為各列的象素的共同線，控制線9a、9b、9c分別成為各行的象素的共同線，只有由控制線9c選擇的行的象素向輸出線10b輸出信號(hào)。
進(jìn)一步，圖14是表示已有固體攝象裝置的其它象素電路的圖。在圖14中，1是光二極管、2是傳送光二極管的電荷的傳送MOS晶體管、3是暫時(shí)存儲(chǔ)傳送電荷的浮置擴(kuò)散區(qū)域、4是用于使浮置擴(kuò)散區(qū)域和光二極管復(fù)位的復(fù)位MOS晶體管、5是用于選擇陣列中的任意一行的選擇MOS晶體管、6是將浮置擴(kuò)散區(qū)域的電荷變換成電壓用源極跟隨器型放大器放大的源極跟隨器MOS晶體管、7是在1列中共同化讀出象素電壓信號(hào)的讀出線、8是用于使讀出線7流過(guò)恒定電流的恒定電流源。
現(xiàn)在我們簡(jiǎn)單地說(shuō)明工作情況。由光二極管1將入射光變換成電荷，由傳送MOS晶體管2將電荷存儲(chǔ)在浮置擴(kuò)散區(qū)域3中。因?yàn)轭A(yù)先打開復(fù)位MOS晶體管4和傳送MOS晶體管2使浮置擴(kuò)散區(qū)域3和光二極管1復(fù)位到一定電位，所以浮置擴(kuò)散區(qū)域3的電位與由入射光產(chǎn)生的電荷相應(yīng)地變化。浮置擴(kuò)散區(qū)域3的電位由源極跟隨器MOS晶體管6放大，輸出到讀出線7。通過(guò)打開選擇MOS晶體管5選擇該象素。在圖中未畫出的輸出電路中通過(guò)浮置擴(kuò)散區(qū)域3的復(fù)位電位和光信號(hào)儲(chǔ)存后的電位的差分計(jì)算，檢測(cè)光信號(hào)。
圖15是圖13的固體攝象裝置的模式截面圖。又，圖15是包含光二極管、傳送MOS晶體管和FD區(qū)域的截面的模式截面圖。在圖15中，11是N型半導(dǎo)體基片、12是P型阱、15是在P型阱12中形成的N型半導(dǎo)體區(qū)域、由P型阱12和N型半導(dǎo)體區(qū)域15形成光二極管，在N型半導(dǎo)體區(qū)域15中儲(chǔ)存由入射光產(chǎn)生的信號(hào)電荷。18是由在P型阱12內(nèi)形成的N型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的FD區(qū)域、14是圖13所示的傳送MOS晶體管2的柵極，又，F(xiàn)D區(qū)域18也是傳送MOS晶體管的漏極區(qū)域。又，傳送MOS晶體管的源極區(qū)域是N型半導(dǎo)體區(qū)域15。20是與FD區(qū)域18連接的配線，與圖中未畫出的放大MOS晶體管的柵極連接。17是稱為L(zhǎng)OCOS氧化膜的元件分離用絕緣膜、29是雜質(zhì)濃度比在元件分離用絕緣膜17下形成的P型阱12高的P+型的溝道阻擋層。
圖16是圖14所示的固體攝象裝置的模式截面圖。這個(gè)截面圖16是表示圖14的光二極管1和傳送MOS晶體管2的部分的圖。11是n型硅基片、12是P型阱、13a是MOS晶體管的柵極氧化膜、13b是受光部分上的薄氧化膜、14是傳送MOS晶體管的柵極、15是光二極管1的N型陰極、16是為了具有埋入光二極管構(gòu)造的表面P型區(qū)域、17是用于元件分離的LOCOS氧化膜、18是形成浮置擴(kuò)散區(qū)域也成為傳送MOS晶體管2的漏極區(qū)域的N型高濃度區(qū)域、19是使柵極和金屬第1層絕緣的硅氧化膜、20是接觸插頭、21是金屬第1層、22是使金屬第1層與金屬第2層絕緣的層間絕緣膜、23是金屬第2層、24是使金屬第2層與金屬第3層絕緣的層間絕緣膜、25是金屬第3層、26是鈍化膜。在彩色用光電變換裝置中，在鈍化膜26的上層進(jìn)一步形成圖中未畫出的濾色器層、用于進(jìn)一步提高靈敏度的微透鏡。從表面入射的光通過(guò)沒(méi)有金屬第3層的開口部分，進(jìn)入光二極管。光在光二極管的N型陰極15或P型阱12內(nèi)被吸收，生成電子·空穴對(duì)。其中電子儲(chǔ)存在N型陰極區(qū)域。
又，在美國(guó)專利6403998中，揭示了從n型基片形成所定深度的p型埋入層，在它上側(cè)的n型基片上形成光電變換部分的固體攝象裝置。
進(jìn)一步，在美國(guó)專利6504193中，揭示了直到讀出柵極的下部延伸地形成光二極管的一端，在與漏極區(qū)域相當(dāng)?shù)男盘?hào)檢測(cè)部分的下部對(duì)于柵極自匹配地形成穿通阻擋層區(qū)域的固體攝象裝置。
但是，在圖15、圖16的已有構(gòu)造的情形中，在光二極管下方產(chǎn)生的信號(hào)電荷的一部分不被光二極管吸收，而被FD區(qū)域18和象素內(nèi)的晶體管的源極·漏極區(qū)域吸收。結(jié)果，使靈敏度降低。
又，盡管對(duì)CMOS型固體攝象裝置進(jìn)行了各種各樣的改良，但是還是存在著在特別小的象素尺寸的裝置中靈敏度低那樣的課題。本發(fā)明根據(jù)新的構(gòu)造提供即便用微細(xì)的象素也能夠得到高靈敏度的CMOS型固體攝象裝置。
下面我們說(shuō)明在圖16的已有構(gòu)造中靈敏度低的理由。圖16是由入射到開口部分的光線27產(chǎn)生電子順利地儲(chǔ)存在N型陰極區(qū)域，作為有效的信號(hào)電荷進(jìn)行工作，但是例如光線28那樣在從光二極管多少離開的位置上產(chǎn)生的電子不在N型陰極區(qū)域，而被電勢(shì)更低的N+型浮置擴(kuò)散區(qū)域18捕獲的情形。又，即便在光二極管的直接下面，由于反復(fù)擴(kuò)散和俘獲電子，結(jié)果以某個(gè)概率，電子被光二極管以外的低電勢(shì)區(qū)域吸收，對(duì)光電變換信號(hào)沒(méi)有貢獻(xiàn)。如果在對(duì)于硅表面更深位置上形成N型陰極15，則容易收集由光二極管產(chǎn)生的電子，但是因?yàn)镹型陰極區(qū)域是通過(guò)在P型阱區(qū)域12中注入離子形成的，所以雜質(zhì)濃度不能夠太低。N型陰極15由于受到進(jìn)行耗盡化工作那樣的制約，不能取在相當(dāng)深的位置形成高濃度的構(gòu)造，這是已有構(gòu)造的課題。
這樣，因?yàn)閷?duì)成為光二極管的N型陰極的體積存在界限，所以收集由入射光產(chǎn)生的電子的能力不夠充分，從而靈敏度低。
又，即便在美國(guó)專利6403998中揭示的已有構(gòu)造中，也存在著因?yàn)樵谛盘?hào)讀出柵極的下部設(shè)置勢(shì)壘，所以仍然不能夠防止由入射光在深的位置產(chǎn)生的電子被浮置擴(kuò)散區(qū)域18等吸收，使靈敏度降低的課題。
又，即便在美國(guó)專利6504193中揭示的已有構(gòu)造中，也存在著因?yàn)榇┩ㄗ钃鯇訁^(qū)域只形成在信號(hào)檢測(cè)部分的下部，所以不能夠防止由入射光產(chǎn)生的電子的一部分被象素內(nèi)的其它晶體管的源極、漏極吸收和到鄰接象素的吸收，同樣使靈敏度降低的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供即便用微小的象素靈敏度也很高的固體攝象裝置，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供功耗低驅(qū)動(dòng)電壓低，低成本的攝象機(jī)系統(tǒng)。
為了解決上述課題，本發(fā)明的第1固體攝象裝置，在多個(gè)配列備有由第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域和與上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電型相反的第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的光二極管、具有在上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成的第1導(dǎo)電型漏極區(qū)域，將在上述光二極管中產(chǎn)生的信號(hào)電荷傳送到上述漏極區(qū)域的第1晶體管、和具有在上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成的第1導(dǎo)電型源極·漏極區(qū)域的第2晶體管的象素的固體攝象裝置中，在上述第1晶體管的上述漏極區(qū)域的下部和上述第2晶體管的上述源極區(qū)域和/或上述漏極區(qū)域的下部設(shè)置第2導(dǎo)電型的勢(shì)壘。
又，本發(fā)明的第2固體攝象裝置，在由備有由第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域和與上述第1導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型的第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的光二極管、和具有在上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成的第1導(dǎo)電型源極·漏極區(qū)域的晶體管的象素構(gòu)成的固體攝象裝置中，在上述晶體管的柵極的下部設(shè)置第2導(dǎo)電型的勢(shì)壘。
又，本發(fā)明的第3固體攝象裝置，在具有第1導(dǎo)電型基片、第2導(dǎo)電型層和第1導(dǎo)電型層，由上述第2導(dǎo)電型層和上述第1導(dǎo)電型層形成光二極管的固體攝象裝置中，在形成上述光二極管的區(qū)域周圍，形成由第2導(dǎo)電型區(qū)域構(gòu)成的勢(shì)壘。
又，本發(fā)明的第4固體攝象裝置的特征是將形成勢(shì)壘的第2導(dǎo)電型區(qū)域多層地配置在形成光二極管的第1導(dǎo)電型層的深度方向。
又，本發(fā)明的第5固體攝象裝置的特征是形成勢(shì)壘的多層中的最上層控制從光二極管到傳送晶體管的電荷傳送路徑。
又，本發(fā)明的第6固體攝象裝置的特征是在第1導(dǎo)電層中至少相反導(dǎo)電型埋入層近旁的深度中，由于包圍著的相反導(dǎo)電型層，使雜質(zhì)濃度降低。
又，本發(fā)明的第7固體攝象裝置的特征是第1導(dǎo)電層具有在半導(dǎo)體表面附近的部分中，比其它部分雜質(zhì)濃度高的區(qū)域。
又，本發(fā)明的第8固體攝象裝置的特征是當(dāng)傳送電荷時(shí)第1導(dǎo)電層被完全耗盡化。
又，本發(fā)明的第1固體攝象裝置的制造方法的特征是在相反導(dǎo)電型埋入層上外延生長(zhǎng)形成第1導(dǎo)電型層后，通過(guò)離子注入形成相反導(dǎo)電型層。
又，本發(fā)明的第2固體攝象裝置的制造方法的特征是相反導(dǎo)電型埋入層是在第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基片中進(jìn)行離子注入后，通過(guò)離子注入形成相反導(dǎo)電型層。
進(jìn)一步，本發(fā)明的第9固體攝象裝置的特征是鄰接的象素間的分離區(qū)域是通過(guò)STI(Shallow Trench Isolation(淺溝分離))形成的。
進(jìn)一步，本發(fā)明的第10固體攝象裝置的特征是用分離象素的STI形成的氧化膜與硅的接觸面被第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層完全覆蓋。
進(jìn)一步，本發(fā)明的第11固體攝象裝置的特征是鄰接的象素間的分離區(qū)域是通過(guò)深溝分離(Deep Trench Isolation)形成的。
進(jìn)一步，本發(fā)明的第12固體攝象裝置的特征是用分離鄰接的象素間的深溝分離形成的氧化膜與硅的接觸面被第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層完全覆蓋。
本發(fā)明的第1固體攝象裝置的作用是因?yàn)橥ㄟ^(guò)將勢(shì)壘設(shè)置在FD區(qū)域和各晶體管的源極·漏極下面，在勢(shì)壘下方產(chǎn)生的信號(hào)電荷不被FD區(qū)域和設(shè)置了勢(shì)壘的各晶體管的源極·漏極區(qū)域吸收，所以提高了靈敏度。
本發(fā)明的第2固體攝象裝置的作用是設(shè)置在形成象素的N型晶體管的柵極下面的勢(shì)壘兼而起著防止源極、漏極間發(fā)生短路，和即便在N型半導(dǎo)體區(qū)域中N型晶體管也可以工作的作用。
本發(fā)明的第3固體攝象裝置的作用是通過(guò)用具有相反導(dǎo)電型的埋入層和與該埋入層相同導(dǎo)電型的層包圍光二極管的N型層產(chǎn)生對(duì)電子的勢(shì)壘，同時(shí)形成雜質(zhì)濃度低體積大的光二極管，能夠使收集光信號(hào)電子的收集力增大。
本發(fā)明的第4固體攝象裝置的作用是光二極管的N型層很深，即在更長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)具有靈敏度的構(gòu)造中，通過(guò)層積多個(gè)P型層，也能夠形成有效的勢(shì)壘。
本發(fā)明的第5固體攝象裝置的作用是能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)傳送晶體管能夠確實(shí)地傳送來(lái)自光二極管的信號(hào)的構(gòu)造。
本發(fā)明的第6固體攝象裝置的作用是當(dāng)儲(chǔ)存電荷時(shí)在光二極管上加上逆偏壓時(shí)，耗盡層有效地延伸到N型層一側(cè)，容易實(shí)現(xiàn)完全耗盡化。通過(guò)該阱層和該埋入層在平面方向中處于大致相同的位置上，能夠用更少的光掩蔽工序得到高的分離效果。
本發(fā)明的第7固體攝象裝置的作用是通過(guò)使半導(dǎo)體表面的電子電勢(shì)比其它部分低，在儲(chǔ)存電荷時(shí)使電子集中在表面附近，當(dāng)轉(zhuǎn)送電荷時(shí)難以出現(xiàn)傳送殘余。
本發(fā)明的第8固體攝象裝置的作用是根據(jù)加在被相反導(dǎo)電型層包圍的光二極管上的逆偏壓，為了耗盡化而決定濃度深度，形成沒(méi)有復(fù)位噪聲，完全傳送型的光二極管。
本發(fā)明的第1固體攝象裝置的制造方法的作用是能夠通過(guò)改變外延生長(zhǎng)層的厚度，制造與種種分光特性對(duì)應(yīng)的固體攝象裝置。
本發(fā)明的第2固體攝象裝置的制造方法的作用是當(dāng)在長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)不需要顯著地高的分光靈敏度時(shí)，能夠用離子注入法，在深度方向形成再現(xiàn)性好面內(nèi)均勻的埋入層。
本發(fā)明的第9固體攝象裝置的作用是能夠提供用STI，即便在微細(xì)象素中也能夠抑制鄰接畫面間的電荷漏入，串?dāng)_小，靈敏度高的攝象元件。
本發(fā)明的第10固體攝象裝置的作用是通過(guò)在STI中的，在氧化膜硅的界面不形成耗盡層，能夠形成黑暗時(shí)的噪聲少的攝象元件。
本發(fā)明的第11固體攝象裝置的作用是能夠提供在微細(xì)象素中進(jìn)一步提高象素間的分離性，串?dāng)_小，靈敏度高的攝象元件。
本發(fā)明的第12固體攝象裝置的作用是通過(guò)在深溝分離中，在氧化膜硅的界面不形成耗盡層，能夠形成黑暗時(shí)的噪聲少的攝象元件。


圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
圖2是本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
圖3是本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
圖4是本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
圖5是本發(fā)明的第5實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
圖6是本發(fā)明的第6實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
圖7是本發(fā)明的第7實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的固體攝象裝置的象素平面圖。
圖9是本發(fā)明的第8實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
圖10是本發(fā)明的第9實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的固體攝象裝置的電路圖的一部分。
圖12是用根據(jù)本發(fā)明的固體攝象裝置的攝象機(jī)系統(tǒng)的方框圖。
圖13是表示作為固體攝象裝置的CMOS傳感器象素的典型例的電路圖。
圖14是表示已有的固體攝象裝置的象素電路的圖。
圖15是圖13所示的固體攝象裝置的模式截面圖。
圖16是圖14所示的固體攝象裝置的模式截面圖。
具體實(shí)施例方式
(第1實(shí)施形態(tài))圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
在圖1中，101是第1導(dǎo)電型(這里作為例示為N型)的半導(dǎo)體基片、102是作為第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的P型阱、103是作為在P型阱102中形成的第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的N型半導(dǎo)體區(qū)域、由P型阱102和N型半導(dǎo)體區(qū)域103形成光二極管，在N型半導(dǎo)體區(qū)域103中儲(chǔ)存由入射光產(chǎn)生的信號(hào)電荷。111是在作為第1晶體管傳送光二極管中產(chǎn)生的信號(hào)電荷的傳送晶體管的第1導(dǎo)電型的漏極區(qū)域，是在P型阱102中形成的N型半導(dǎo)體區(qū)域的FD區(qū)域。109是傳送晶體管的柵極，N型半導(dǎo)體區(qū)域103、111分別也是傳送晶體管的源極、漏極區(qū)域。113是與N型半導(dǎo)體區(qū)域111連接的配線，與作為第2晶體管的放大晶體管的柵極130連接。又，放大晶體管具有在源極區(qū)域131·漏極區(qū)域132之間形成柵極130的構(gòu)成。133是與源極131連接的垂直信號(hào)線。又，132也是放大晶體管的漏極，也是作為別的第2晶體管的選擇晶體管的源極區(qū)域。134是選擇晶體管的漏極，在源極·漏極之間形成柵極135。136是與選擇晶體管的漏極134連接的漏極線。107是由厚的氧化膜形成的用于分離元件的絕緣膜、106是雜質(zhì)濃度比在用于分離元件的絕緣膜107下面形成的P型阱102高的P+型溝道阻擋層、105是在與P型阱102相同導(dǎo)電型的P型半導(dǎo)體區(qū)域中形成的勢(shì)壘。
又，在本說(shuō)明書中，將傳送晶體管作為第1晶體管，將在象素內(nèi)形成的傳送晶體管以外的晶體管表示為第2晶體管。
又，為了當(dāng)傳送工作時(shí)將在N型半導(dǎo)體區(qū)域103中儲(chǔ)存的信號(hào)電荷傳送到FD區(qū)域111，在傳送后立即使N型半導(dǎo)體區(qū)域103耗盡化那樣地，在N型半導(dǎo)體區(qū)域103上設(shè)定N型雜質(zhì)濃度。
又，在本實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置中，1個(gè)象素由光二極管、傳送晶體管、放大晶體管和選擇晶體管構(gòu)成，但是1個(gè)象素的構(gòu)成不限定于本實(shí)施形態(tài)。例如，1個(gè)象素也可以由光二極管、傳送晶體管和放大晶體管構(gòu)成?；蛘?個(gè)象素也可以由光二極管、傳送晶體管、放大晶體管、選擇晶體管和復(fù)位晶體管構(gòu)成。
本發(fā)明的勢(shì)壘105的特征是設(shè)置在第1晶體管的漏極區(qū)域下面和第2晶體管的源極和/或漏極區(qū)域下面。當(dāng)形成多個(gè)第2晶體管時(shí)，設(shè)置至少1個(gè)以上的源極和/或漏極區(qū)域。
又，勢(shì)壘105的雜質(zhì)濃度是比P型阱102的雜質(zhì)濃度高的P+型。又，溝道阻擋層106和勢(shì)壘105都是相同P+型的半導(dǎo)體區(qū)域，但是它們的雜質(zhì)濃度當(dāng)然也可以是不同的，勢(shì)壘105是通過(guò)離子注入例如將硼和鎵注入P型阱102設(shè)置的。
如圖1所示本發(fā)明的勢(shì)壘105形成在FD區(qū)域111、放大晶體管和選擇晶體管的源極·漏極區(qū)域131、132和134的下面。
如本發(fā)明那樣，因?yàn)橥ㄟ^(guò)將勢(shì)壘105設(shè)置在FD區(qū)域和各晶體管的源極·漏極下面，在勢(shì)壘105的下方產(chǎn)生的信號(hào)電荷不被被吸收到FD區(qū)域111和設(shè)置勢(shì)壘的各晶體管的源極·漏極區(qū)域，所以提高了靈敏度。
所以，因?yàn)橥ㄟ^(guò)在更多的晶體管的源極·漏極區(qū)域的直接下面設(shè)置勢(shì)壘105，形成使信號(hào)電荷更難以被光二極管以外的區(qū)域吸收的構(gòu)造，所以是更適合的。
又，也可以將勢(shì)壘105設(shè)置在元件分離區(qū)域107的下面。通過(guò)將勢(shì)壘105設(shè)置在元件分離區(qū)域107的下面，形成信號(hào)電荷更難以被鄰接的象素內(nèi)的光二極管或晶體管吸收的構(gòu)造，能夠防止信號(hào)電荷混入鄰接的象素間。
(第2實(shí)施形態(tài))圖2是本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
圖2是具有光二極管、傳送晶體管和使FD電極211復(fù)位的復(fù)位晶體管的固體攝象裝置的模式截面圖，設(shè)置使FD電極復(fù)位的復(fù)位晶體管作為第2晶體管。
在圖2中，223是使FD電極211復(fù)位的復(fù)位用晶體管的柵極，224是使與電源線226連接的FD電極211復(fù)位的復(fù)位用晶體管的漏極區(qū)域。
本實(shí)施形態(tài)與實(shí)施形態(tài)1的不同之處是在本實(shí)施形態(tài)中勢(shì)壘205也設(shè)置在第2晶體管的柵極下面。從而，因?yàn)橛捎趧?shì)壘205減少了被光二極管以外的N型半導(dǎo)體區(qū)域吸收的信號(hào)電荷，所以提高了靈敏度。
又，本實(shí)施形態(tài)舉出復(fù)位晶體管作為第2晶體管的一個(gè)例子，但是也可以與第1實(shí)施形態(tài)相同第2晶體管也可以是放大或選擇，復(fù)位晶體管?；蛘咭部梢孕纬啥鄠€(gè)第2晶體管。
例如，也可以將本發(fā)明的勢(shì)壘205設(shè)置在由光二極管、傳送晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管構(gòu)成1個(gè)象素的固體攝象裝置中。
又，因?yàn)楫?dāng)將勢(shì)壘205設(shè)置在象素內(nèi)形成的全部晶體管的柵極、源極和漏極區(qū)域下面時(shí)，使信號(hào)電荷更難以被光二極管以外的區(qū)域吸收，所以提高了靈敏度。
進(jìn)一步，形成通過(guò)將勢(shì)壘205設(shè)置在元件分離區(qū)域207的下面，將比晶體管的源極·漏極區(qū)域深的區(qū)域的勢(shì)壘205設(shè)置在光二極管的周圍的固體攝象裝置。
因?yàn)橥ㄟ^(guò)以上那樣地將勢(shì)壘205設(shè)置在光二極管的周圍，使在光二極管上形成的信號(hào)電荷更難被鄰接的晶體管的源極或漏極區(qū)域吸收，所以提高了靈敏度。
又，在為了包圍光二極管的周圍而設(shè)置的勢(shì)壘205中，也可以設(shè)置1個(gè)以上的開口部分。
當(dāng)不設(shè)置開口部分在光二極管的周圍設(shè)置勢(shì)壘205和信號(hào)電荷從光二極管溢出時(shí)，從勢(shì)壘205溢出的信號(hào)電荷難以被周邊的N形半導(dǎo)體區(qū)域吸收，容易引起模糊現(xiàn)象。因此，更好的是通過(guò)在光二極管周邊的至少一部分上設(shè)置不設(shè)置勢(shì)壘205的開口部分，吸收從光二極管溢出的信號(hào)電荷，抑制模糊現(xiàn)象。
(第3實(shí)施形態(tài))圖3是本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
圖3是具有光二極管、傳送晶體管和使FD電極311復(fù)位的復(fù)位晶體管的固體攝象裝置的模式截面圖。
在圖3中，303是作為第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的在N型阱或N型半導(dǎo)體基片301的上層部分的N型半導(dǎo)體區(qū)域、302是作為構(gòu)成N型半導(dǎo)體區(qū)域303和光二極管的第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的P型半導(dǎo)體區(qū)域、312是用于收集儲(chǔ)存在光二極管中產(chǎn)生的信號(hào)電荷的第1導(dǎo)電型信號(hào)電荷儲(chǔ)存區(qū)域，是雜質(zhì)濃度比N型半導(dǎo)體區(qū)域303高的區(qū)域。
圖3與圖2不同之處是在圖2中在P型阱202內(nèi)形成具有相反導(dǎo)電型的N型源極·漏極區(qū)域的晶體管，進(jìn)一步與勢(shì)壘205是與P型阱202相同導(dǎo)電型的相反，在本實(shí)施形態(tài)中在作為第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的N型半導(dǎo)體區(qū)域303內(nèi)形成具有相同導(dǎo)電型的N型源極·漏極區(qū)域的晶體管，進(jìn)一步設(shè)置與N型半導(dǎo)體區(qū)域相反導(dǎo)電型的P型勢(shì)壘305。
又，在本實(shí)施形態(tài)中，作為與光二極管一起構(gòu)成象素的晶體管，存在傳送在光二極管中產(chǎn)生的信號(hào)電荷的傳送晶體管和使FD電極復(fù)位的復(fù)位晶體管，但是晶體管不限定于此。例如，象素內(nèi)的晶體管也可以是傳送晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管或選擇晶體管等中任何一個(gè)或它們的組合。
又，在本實(shí)施形態(tài)中，設(shè)置在形成象素的N型晶體管的柵極下面的勢(shì)壘305兼而起著防止源極·漏極間發(fā)生短路，和即便在N型半導(dǎo)體區(qū)域303中N型晶體管也可以工作的作用。
又，設(shè)置在柵極下面的勢(shì)壘305也可以是具有與柵極區(qū)域?qū)?yīng)的大小的勢(shì)壘，也可以是在柵極下面形成的勢(shì)壘。
從而，在本實(shí)施形態(tài)中，將傳送晶體管的柵極309下面的勢(shì)壘設(shè)置在柵極309的一部分的下面，在復(fù)位晶體管的柵極323的下面設(shè)置與柵極323大小對(duì)應(yīng)的勢(shì)壘。
又，同樣地也可以將設(shè)置在本說(shuō)明書中所述的源極·漏極區(qū)域下面的勢(shì)壘設(shè)置在源極·漏極區(qū)域的一部分的下面。
又，在圖3那樣的象素構(gòu)造中，因?yàn)閷?duì)于光行進(jìn)的方向形成深的光二極管的N型區(qū)域，所以關(guān)于信號(hào)電荷的量子效率比第1實(shí)施形態(tài)高。
在本實(shí)施形態(tài)中，因?yàn)橄笏刂蠳型晶體管是在N型半導(dǎo)體區(qū)域中形成的，所以它的閾值電位下降到比已有例的N型晶體管的閾值電位低，所以能夠擴(kuò)大放大晶體管的輸入輸出范圍。
又，本實(shí)施形態(tài)中的晶體管的閾值電位，通過(guò)使由反向柵極效果引起的變動(dòng)小，能夠使放大增益比已有的高。
又，也可以將勢(shì)壘305設(shè)置在元件分離區(qū)域307的下面。通過(guò)在元件分離區(qū)域307的下面設(shè)置勢(shì)壘305，形成信號(hào)電荷難以被鄰接的象素內(nèi)的光二極管或晶體管吸收的構(gòu)造，能夠防止信號(hào)電荷混入鄰接的象素間。
(第4實(shí)施形態(tài))圖4是本發(fā)明的第4實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
本實(shí)施形態(tài)與圖3不同之處是在本實(shí)施形態(tài)中勢(shì)壘405不限于只在晶體管的柵極下面，也可以設(shè)置在存在于象素內(nèi)的晶體管的源極和/或漏極區(qū)域的下面。
因?yàn)榫哂型ㄟ^(guò)將勢(shì)壘405不僅只是設(shè)置在柵極的下面，而且也設(shè)置在源極和/或漏極區(qū)域的下面，形成在勢(shì)壘405下方產(chǎn)生的信號(hào)電荷難以被晶體管的源極和/或漏極區(qū)域吸收的構(gòu)造，所以能夠進(jìn)一步提高靈敏度。
又，在本實(shí)施形態(tài)中，作為象素內(nèi)的晶體管，存在傳送在光二極管中產(chǎn)生的信號(hào)電荷的傳送晶體管和使FD電極復(fù)位的復(fù)位晶體管，但是晶體管不限定于此。例如，象素內(nèi)的晶體管也可以是傳送晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管或選擇晶體管等中任何一個(gè)或它們的組合。
又，也可以將勢(shì)壘405設(shè)置在元件分離區(qū)域407的下面。因?yàn)樾纬赏ㄟ^(guò)在元件分離區(qū)域407的下面設(shè)置勢(shì)壘405，信號(hào)電荷難以被鄰接的象素內(nèi)的光二極管或晶體管吸收的構(gòu)造，所以能夠防止信號(hào)電荷混入鄰接的象素間。
因?yàn)槿缟夏菢拥赝ㄟ^(guò)將勢(shì)壘405設(shè)置在光二極管的周圍，在光二極管中形成的信號(hào)電荷難以被鄰接的晶體管的源極和/或漏極區(qū)域吸收，所以與沒(méi)有勢(shì)壘的情形比較能夠提高靈敏度。又，也可以在為了包圍光二極管的周圍而設(shè)置的勢(shì)壘405上設(shè)置1個(gè)以上的沒(méi)有設(shè)置勢(shì)壘的開口部分。
當(dāng)在不設(shè)置開口部分的光二極管的周圍的全部面上設(shè)置勢(shì)壘405和從光二極管溢出信號(hào)電荷時(shí)，由于勢(shì)壘405，溢出的信號(hào)電荷難以被周邊的N型半導(dǎo)體區(qū)域吸收，容易引起模糊現(xiàn)象。因此，通過(guò)在光二極管周邊的N型半導(dǎo)體區(qū)域吸收，容易引起模糊現(xiàn)象。這里，通過(guò)在光二極管周邊的至少一部分上設(shè)置沒(méi)有設(shè)置勢(shì)壘405的開口部分，吸收從光二極管溢出信號(hào)電荷，能夠抑制模糊現(xiàn)象。
又，作為抑制模糊現(xiàn)象的其它形態(tài)，具有使P型半導(dǎo)體區(qū)域402的雜質(zhì)濃度比勢(shì)壘405的雜質(zhì)濃度低，使從光二極管溢出信號(hào)電荷逃離N型半導(dǎo)體基片401的所謂的縱型溢出漏極構(gòu)造。因?yàn)樵谶@種構(gòu)造中，可以不設(shè)置上述那樣的開口部分，所以與不設(shè)置開口部分的情形比較，能夠提高靈敏度。
又，在本實(shí)施形態(tài)中，也可以不設(shè)置信號(hào)電荷儲(chǔ)存區(qū)域412。又，也可以是在儲(chǔ)存信號(hào)電荷的N型半導(dǎo)體區(qū)域，或者，信號(hào)電荷儲(chǔ)存區(qū)域412的半導(dǎo)體界面部分上形成P型半導(dǎo)體區(qū)域的所謂的埋入光二極管。
以上，作為第1到第4實(shí)施形態(tài)中的象素構(gòu)造，也可以使N型、P型的極性完全反轉(zhuǎn)。
(第5實(shí)施形態(tài))
圖5是本發(fā)明的第5實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
說(shuō)明第5實(shí)施形態(tài)的截面圖如圖5所示。圖5與已有例的圖16相同，表示出象素內(nèi)的光二極管部分、傳送MOS晶體管部分和浮置擴(kuò)散部分。501是N型硅基片、502是埋入P型高濃度層、503是成為光二極管陰極的N型外延生長(zhǎng)層、504a、504b是P型分離層、505a、505b是P型阱層。又，506a是場(chǎng)氧化膜下的溝道阻擋P型層。507是場(chǎng)氧化膜、508是MOS晶體管的柵極氧化膜、509是傳送MOS晶體管的柵極多晶硅、510是用于使光二極管成為埋入型的表面P型層。又511是傳送MOS晶體管的N型漏極擴(kuò)散區(qū)域，暫時(shí)存儲(chǔ)傳送的電荷，起著浮置擴(kuò)散區(qū)域的作用。進(jìn)一步，512是第1層間絕緣膜、513是接觸插頭、514是第1層的配線層、515是第2絕緣膜、516是第2層的配線層、517是第3層間絕緣膜、518是第3層的配線層、519是鈍化膜。在本實(shí)施例中形成3層的配線層，但是根據(jù)傳感器的說(shuō)明書，為了確保光學(xué)特性，令配線層為1層或2層也與本發(fā)明的主旨不矛盾。此外，通過(guò)作為彩色攝象裝置使用時(shí)在鈍化膜上形成濾色器層，進(jìn)一步在濾色器的上部形成微透鏡，提高光靈敏度，這能夠與已有的攝象裝置同樣地進(jìn)行。通過(guò)P型分離層504a、504b、而且P型阱層505a、505b與埋入的P型高濃度層一起，包圍成為光二極管的陰極的N型外延生長(zhǎng)區(qū)域503，使鄰接象素的光二極管之間電分離。由射到象素的入射光520和521產(chǎn)生的電子·空穴對(duì)中，由于包圍N型外延生長(zhǎng)層的種種P型層產(chǎn)生的勢(shì)壘使電子確實(shí)地作為信號(hào)電荷儲(chǔ)存在光二極管中。又P型阱層505a也控制位于傳送MOS晶體管的大致直接下面，通過(guò)傳送MOS的溝道將儲(chǔ)存在N型外延生長(zhǎng)層503中的電子傳送到浮置擴(kuò)散區(qū)域時(shí)的傳送路徑。通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)P型阱層的濃度、深度、橫向位置，當(dāng)將讀出電壓加到MOS柵極509上時(shí)，能夠?yàn)榱耸筃型外延生長(zhǎng)層503完全耗盡化而進(jìn)行工作。通過(guò)與P型分離層504a電連接的P型阱層作為電荷傳送MOS晶體管的阱起作用，也對(duì)該MOS晶體管的閾值電壓進(jìn)行控制。又，也將P型阱層505a配置在象素內(nèi)的其它晶體管的下面，作為這些MOS晶體管的阱起作用。將P型高濃度埋入層502的深度設(shè)計(jì)為能夠得到傳感器需要的分光特性的深度。除了形成勢(shì)壘外，最好使成為峰值的雜質(zhì)濃度在IE15(/cm3)以上。為了降低電阻最好用高濃度形成。因?yàn)楦吣芰扛邉┝康碾x子注入使制造成本上升，所以實(shí)際上決定了濃度上限。又，P型分離層504a、504b考慮到光二極管的開口面積和入射光到達(dá)的位置，決定橫向位置。雜質(zhì)濃度最好在能夠形成勢(shì)壘的IE15(/cm3)以上。又，當(dāng)N型外延生長(zhǎng)層的厚度比本實(shí)施例更厚時(shí)，進(jìn)一步通過(guò)追加第2個(gè)P型分離層，能夠形成在深度方向與P型層連接的構(gòu)造。下面我們記述用于制作本實(shí)施例的構(gòu)造的制造方法。形成P型高濃度埋入層502的方法概略地如下面2個(gè)方法所示。在第1個(gè)方法中，在n型硅基片501的表面中離子注入硼后，外延生長(zhǎng)n型硅層503。n型硅基片501的雜質(zhì)濃度在IE13～I(xiàn)E15(/cm3)的范圍中是合適的。又P型埋入層502可以在IE15～I(xiàn)E20(/cm3)的范圍中。N型外延生長(zhǎng)區(qū)域503的雜質(zhì)濃度可以在IE14～I(xiàn)E16(/cm3)的范圍中。N型外延生長(zhǎng)區(qū)域503的厚度根據(jù)需要的分光靈敏度進(jìn)行設(shè)定。如果是通常的可見光的攝象裝置，則在2μm～6μm左右是適合的。在第2個(gè)方法中，通過(guò)從在雜質(zhì)濃度IE14～I(xiàn)E16(/cm3)的n型硅基片或n型硅基片上外延生長(zhǎng)的基片表面，用1MeV～5MeV的加速能量離子注入硼，形成P型高濃度埋入層502。P型高濃度埋入層502的表面一側(cè)成為圖5的N型外延生長(zhǎng)層503。其次，通過(guò)形成布線圖案和離子注入，形成P型分離層504a、504b，接著形成P型阱層505a、505b。P型分離層504a、504b的雜質(zhì)濃度可與基底的N型硅的N型雜質(zhì)濃度相抵消，可以凈得到P型IE15～I(xiàn)E18(/cm3)。當(dāng)通過(guò)有效的設(shè)計(jì)得到比N型外延生長(zhǎng)層的雜質(zhì)濃度高的濃度，在光二極管的PN結(jié)上加上逆偏壓時(shí)，也不會(huì)使P型層耗盡化，能夠有效地作為勢(shì)壘進(jìn)行工作。如本實(shí)施例那樣當(dāng)外延生長(zhǎng)層的厚度為4μm左右時(shí)，P型分離層504a、504b作為離子注入的行程1.5～3.0μm是合適的。在本實(shí)施例中，作為離子的種類用硼，用1200KeV的能量注入6E11(cm-2)的劑量。根據(jù)這個(gè)條件硼的行程為1.9μm，能夠進(jìn)行P型高濃度埋入和電連接。P型阱層505a、505b作為離子注入的行程0.5～1.5μm是合適的。在本實(shí)施例中，作為離子的種類用硼，用500KeV的能量注入1E12(cm-2)的劑量。根據(jù)這個(gè)條件硼的行程為1.0μm，能夠與P型分離層504a、504b電連接。此外，當(dāng)外延生長(zhǎng)層的厚度變化時(shí)，P型分離層、P型阱層的制作條件變化。為了P型阱層與P型高濃度埋入層電連接，外延生長(zhǎng)層的厚度在6μm以上，P型阱層由2層構(gòu)成是合適的。又，外延生長(zhǎng)層的厚度在2μm以下時(shí)不需要P型分離層。外延生長(zhǎng)層的厚度決定攝象元件的長(zhǎng)波長(zhǎng)一側(cè)的分光靈敏度，但是因?yàn)樵谕ǔ５目梢姽鈪^(qū)域如果外延生長(zhǎng)層的厚度為4μm則足夠了，所以本實(shí)施例的構(gòu)造適合于可見光區(qū)域的攝象元件。其次，通過(guò)離子注入形成溝道阻擋層506a、506b后，用通常的LOCOS分離法或リセスLOCOS法等形成場(chǎng)氧化膜507。形成多晶硅電極509后，通過(guò)離子注入在光二極管表面上形成P型表面層510、N型高濃度層511。因?yàn)榻佑|開口工序以后的制造方法與已有的攝象元件相同，所以省略。根據(jù)本實(shí)施例也能夠捕獲在已有光二極管中不能夠部捕獲的光載流子，提高了靈敏度。此外，在本實(shí)施例中使外延生長(zhǎng)層的導(dǎo)電型為N型，但是當(dāng)通過(guò)使它為P型，使其它的所有導(dǎo)電型反轉(zhuǎn)，構(gòu)成空穴儲(chǔ)存型象素時(shí)也能夠應(yīng)用本發(fā)明，這是不言而喻的。
圖8是平面圖的一個(gè)例子。為了包圍光二極管801而將P型阱層和分離層802配置在虛線的區(qū)域內(nèi)。在光二極管801的一端配置用于傳送電荷的傳送晶體管的柵極線803。又804是暫時(shí)儲(chǔ)存?zhèn)魉碗姾傻母≈脭U(kuò)散區(qū)域。在本平面圖中沒(méi)有畫出放大用MOS晶體管、復(fù)位用MOS晶體管或行選擇用MOS晶體管，但是為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明并不在這些元件的配置上加上新的制約。本平面的要點(diǎn)是通過(guò)阱層、分離層包圍光二極管，分離鄰接的象素。
圖11是當(dāng)2維地配置多個(gè)本發(fā)明的象素電路時(shí)的電路構(gòu)成的簡(jiǎn)略圖。在1個(gè)象素1101中存在著光二極管1102、傳送MOS晶體管1103、放大MOS晶體管1104、復(fù)位MOS晶體管1105、選擇MOS晶體管1106。分別用選擇線1107連接相同行的選擇MOS晶體管的柵極，用復(fù)位線1108連接復(fù)位MOS晶體管的柵極，而且用傳送線1109連接傳送MOS晶體管的柵極，用垂直掃描電路1110，進(jìn)行掃描·選擇。電流源1112與相同列的輸出線1111連接，能夠通過(guò)源極跟蹤器的工作讀出輸出線的電位。分別地，用光信號(hào)讀出線1115通過(guò)選擇的光信號(hào)傳送MOS晶體管1113將輸出線上的光信號(hào)存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)部分1118中，用噪聲信號(hào)讀出線1116通過(guò)選擇的噪聲信號(hào)傳送MOS晶體管1114將噪聲信號(hào)存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)部分1118中。用水平掃描電路順次掃描·讀出存儲(chǔ)在電荷存儲(chǔ)部分1118中的信號(hào)，通過(guò)圖中未畫出的差動(dòng)放大電路，輸出光信號(hào)與噪聲信號(hào)的差分。
圖12是表示將根據(jù)本發(fā)明的固體攝象裝置應(yīng)用于攝象機(jī)時(shí)的電路方框圖的例子的圖。在攝影透鏡1202前面是快門1201，控制曝光。需要時(shí)由光圈1203控制光量，成像在固體攝象元件1204上。從固體攝象元件1204輸出的信號(hào)由信號(hào)處理電路1205進(jìn)行處理，由A/D變換器從模擬信號(hào)變換到數(shù)字信號(hào)。輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)一步在信號(hào)處理部分1207中進(jìn)行計(jì)算處理。將處理后的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器1210中，通過(guò)外部I/F1213發(fā)送給外部設(shè)備。固體攝象裝置1204、攝象信號(hào)處理電路1205、A/D變換器1206、信號(hào)處理部分1207由定時(shí)產(chǎn)生部分1208進(jìn)行控制，此外系統(tǒng)整體由整體控制·計(jì)算部分1209進(jìn)行控制。為了將圖象記錄在記錄媒體1212中，通過(guò)由整體控制·計(jì)算部分控制的記錄媒體控制I/F部分1211記錄輸出數(shù)字信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)槌四軌虼蠓鹊靥岣逤MOS型固體攝象裝置的靈敏度外，也能夠構(gòu)成N型層體積比已有的大的光二極管，所以能夠使攝象元件的飽和電流增大。又，因?yàn)榕c埋入光二極管的表面P型層510連接的N型外延生長(zhǎng)層503的接合部分的雜質(zhì)濃度比已有的低，所以能夠降低象素缺陷的發(fā)生率，從而與已有例比較也能夠改善品質(zhì)。
(第6實(shí)施形態(tài))圖6是本發(fā)明的第6實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
說(shuō)明第6實(shí)施形態(tài)的截面圖如圖6所示。因?yàn)槌藮艠O外的配線部分與第5實(shí)施形態(tài)相同，所以在圖中未畫出。
與第5實(shí)施形態(tài)不同之處是在光二極管的構(gòu)造中在N型外延生長(zhǎng)層603的表面附近追加其它的N型層612。該N型層612具有在P型表面層610的下面，又，一部分進(jìn)入柵極609下面的構(gòu)造。N型層612的雜質(zhì)濃度比N型外延生長(zhǎng)層高約為IE15～I(xiàn)E17是合適的。這樣因?yàn)镹型層612對(duì)于電子來(lái)說(shuō)成為電勢(shì)低的地方，所以在電荷儲(chǔ)存中使電子匯集在N型層612中。所以，是適合于當(dāng)由MOS晶體管傳送電荷時(shí)，完全傳送電子的構(gòu)造。因?yàn)橥ㄟ^(guò)完全傳送電荷，在光二極管中殘存的電子數(shù)沒(méi)有搖擺，所以能夠構(gòu)成隨機(jī)噪聲小的攝象元件。N型層612是在形成多晶硅柵極609以前的工序中通過(guò)形成布線圖案和離子注入形成的?；蛘撸谛纬啥嗑Ч钖艠O609后用斜離子注入法，能夠鉆進(jìn)多晶硅柵極609的下面。圖6的截面圖的其它部分與第5實(shí)施形態(tài)相同。本發(fā)明的要點(diǎn)是P型分離層604a、604b和P型阱層605a、605b的形成方法能夠用與第5實(shí)施形態(tài)相同的方法。因?yàn)槠渌糠忠彩窍嗤模允÷詫?duì)它們的說(shuō)明。
本實(shí)施例的效果是通過(guò)在光二極管的陰極部分的表面一側(cè)設(shè)置雜質(zhì)濃度比其它部分高的部分，容易用傳送MOS晶體管傳送儲(chǔ)存中的電子。根據(jù)該構(gòu)造，能夠?qū)崿F(xiàn)容易完全傳送光二極管的電荷，隨機(jī)噪聲少的裝置。此外，本實(shí)施形態(tài)根據(jù)圖8、11、12所示的平面構(gòu)造和電路構(gòu)成以及方框構(gòu)成也能夠作為攝象系統(tǒng)有效地進(jìn)行工作。
(第7實(shí)施形態(tài))圖7是本發(fā)明的第7實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
說(shuō)明第7實(shí)施形態(tài)的截面圖如圖7所示。
在本實(shí)施形態(tài)中P型分離層704a、704b表示在雜質(zhì)濃度方面完全不與P型阱層705a、705b和P型高濃度埋入層702接觸的構(gòu)造。即便是這種構(gòu)造，如果這些P型區(qū)域?qū)τ诠舛O管的N型區(qū)域(N型外延生長(zhǎng)層703)，形成足夠的勢(shì)壘則也可以使用。勢(shì)壘能夠由要儲(chǔ)存在光二極管中的電荷數(shù)決定。此外，在第5實(shí)施形態(tài)中N型外延生長(zhǎng)層的厚度為2μm～6μm，但是因?yàn)樵赑型層中形成勢(shì)壘，所以在深度方向能夠?qū)⒎蛛x層數(shù)增加到多個(gè)。因?yàn)閳D7的截面圖的其它部分與第5實(shí)施形態(tài)相同，所以省略對(duì)它們的說(shuō)明。
在本實(shí)施形態(tài)中表示如果分離層不與P型阱層和P型埋入層接觸，并且形成足夠的勢(shì)壘，則可以應(yīng)用本發(fā)明。表示最好按照本實(shí)施例的指示與N型外延生長(zhǎng)層的厚度相應(yīng)地，設(shè)計(jì)需要的分離層數(shù)和濃度。
(第8實(shí)施形態(tài))圖9是本發(fā)明的第8實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
說(shuō)明第8實(shí)施形態(tài)的截面圖如圖9所示。
在本實(shí)施形態(tài)中表示作為元件分離方法，用STI(ShallowTrench Isolation(淺溝分離))的情形。P型分離層904a、904b表示在雜質(zhì)濃度方面完全不與P型阱層905a、905b和P型高濃度埋入層902接觸的構(gòu)造。該構(gòu)造與第7實(shí)施形態(tài)相同。圖9中，STI氧化膜907的下部存在為了不使STI氧化膜907與硅的界面耗盡化的P型區(qū)域906a、906b。這個(gè)P型區(qū)域?yàn)榱瞬皇筍TI氧化膜的側(cè)面部分耗盡化是特別重要的。P型阱層905a、905b形成與第7實(shí)施形態(tài)相同的深度，防止電荷鉆入鄰接象素，并且對(duì)傳送MOS晶體管的傳送路徑進(jìn)行控制，也對(duì)傳送MOS晶體管的閾值進(jìn)行控制。又，在STI氧化膜907直接下面的P型阱層905b在元件分離的直接下面形成勢(shì)壘，同時(shí)也起著STI氧化膜907下面的溝道阻擋層的作用。P型分離層904a、904b與其它實(shí)施形態(tài)相同，在P型阱層905a、905b與P型高濃度埋入?yún)^(qū)域902之間形成勢(shì)壘。
因?yàn)槠渌鼧?gòu)造與第6實(shí)施形態(tài)到第7實(shí)施形態(tài)相同，所以省略對(duì)它們的說(shuō)明。
在本實(shí)施形態(tài)中通過(guò)用STI進(jìn)行元件分離，具有以下面的效果提高了鄰接光二極管之間的分離性。因?yàn)楸砻媸瞧教沟乃砸灿梦⒓?xì)加工穩(wěn)定阻擋層的形狀。因?yàn)樵谛纬蒘TI后能夠用離子注入形成P型分離層和P型阱層，所以P型分離層和P型阱層能夠形成不因氧化時(shí)的熱擴(kuò)散而變寬的微細(xì)圖案。
用STI的本實(shí)施形態(tài)適合于制造微細(xì)象素的攝象元件。
(第9實(shí)施形態(tài))圖10是本發(fā)明的第9實(shí)施形態(tài)的固體攝象裝置的模式截面圖。
說(shuō)明第9實(shí)施形態(tài)的截面圖如圖10所示。
在本實(shí)施形態(tài)中表示作為元件分離方法，用深溝分離(DeepTrench Isolation)法的情形。在本實(shí)施形態(tài)中，P型分離層1004、P型阱層1005表示在雜質(zhì)濃度方面完全不與P型高濃度埋入層1002接觸的構(gòu)造。該構(gòu)造與第7、第8實(shí)施形態(tài)相同。溝分離氧化膜1007一直達(dá)到硅內(nèi)3μm的深度，為了不使溝分離氧化膜1007與硅的界面耗盡化的P型區(qū)域1006a、1006b覆蓋界面。該P(yáng)型區(qū)域1006a、1006b防止暗電流同時(shí)在溝分離氧化膜1007和P型高濃度埋入?yún)^(qū)域1002中形成勢(shì)壘。
因?yàn)槠渌鼧?gòu)造與第6實(shí)施形態(tài)到第8實(shí)施形態(tài)相同，所以省略對(duì)它們的說(shuō)明。
在本實(shí)施形態(tài)中通過(guò)用深溝分離法進(jìn)行元件分離，具有下面的效果與STI比較進(jìn)一步提高了鄰接光二極管之間的分離性。因?yàn)榉蛛x區(qū)域的寬度很小，并且能夠直到深的區(qū)域進(jìn)行分離，所以是適合于微細(xì)象素的構(gòu)造。
如以上說(shuō)明的那樣，如果根據(jù)本發(fā)明，則作為通過(guò)在象素內(nèi)設(shè)置勢(shì)壘，使信號(hào)電荷難以被光二極管以外的部分吸收的構(gòu)造，能夠?qū)崿F(xiàn)高靈敏度的固體攝象裝置。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榕c已有技術(shù)比較能夠構(gòu)成N型層的體積更大的光二極管，所以也能夠使攝象元件的飽和電流增大。又，因?yàn)榕c埋入光二極管的表面P型層連接的N型外延生長(zhǎng)層的接合部分的雜質(zhì)濃度比由有的低，所以能夠降低象素缺陷的發(fā)生率，從而與已有例比較也能夠改善品質(zhì)。
進(jìn)一步，在光二極管的陰極部分的表面一側(cè)設(shè)置雜質(zhì)濃度比其它部分高的部分，容易完全傳送光二極管的電荷，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)噪聲少的固體攝象裝置。
權(quán)利要求
1.一種固體攝象裝置，排列多個(gè)象素而成，所述象素包括由第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域和與上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電型相反的第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的光二極管、具有在上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成的第1導(dǎo)電型漏極區(qū)域，將在上述光二極管中產(chǎn)生的信號(hào)電荷傳送到上述漏極區(qū)域的第1晶體管、和具有在上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成的第1導(dǎo)電型源極·漏極區(qū)域的第2晶體管，其特征在于在上述第1晶體管的上述漏極區(qū)域的下部和上述第2晶體管的上述源極區(qū)域和/或上述漏極區(qū)域的下部設(shè)置第2導(dǎo)電型的勢(shì)壘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的固體攝象裝置，其特征在于上述第2導(dǎo)電型的勢(shì)壘的雜質(zhì)濃度比上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的固體攝象裝置，其特征在于將上述勢(shì)壘設(shè)置在第1晶體管和/或上述第2晶體管的柵極的下部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1記載的固體攝象裝置，其特征在于備有多個(gè)上述象素，在上述象素之間具有元件分離區(qū)域，將上述勢(shì)壘設(shè)置在上述元件分離區(qū)域的下部。
5.一種固體攝象裝置，由象素構(gòu)成，所述象素包括由第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域和與上述第1導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型的第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的光二極管、和具有在上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成的第1導(dǎo)電型源極·漏極區(qū)域的晶體管，其特征在于在上述晶體管的柵極的下部設(shè)置第2導(dǎo)電型的勢(shì)壘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5記載的固體攝象裝置，其特征在于將上述勢(shì)壘設(shè)置在上述晶體管的源極區(qū)域和/或漏極區(qū)域的下部。
7.根據(jù)權(quán)利要求5記載的固體攝象裝置，其特征在于上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)具有比儲(chǔ)存有在上述光二極管中產(chǎn)生的信號(hào)電荷的上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高的第1導(dǎo)電型的信號(hào)電荷儲(chǔ)存區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求5記載的固體攝象裝置，其特征在于上述勢(shì)壘的雜質(zhì)濃度比上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的雜質(zhì)濃度高。
9.一種固體攝象裝置，具有第1導(dǎo)電型基片、第2導(dǎo)電型層和第1導(dǎo)電型層，由上述第2導(dǎo)電型層和上述第1導(dǎo)電型層形成光二極管，其特征在于在形成上述光二極管的區(qū)域周圍形成由第2導(dǎo)電型區(qū)域構(gòu)成的勢(shì)壘。
10.根據(jù)權(quán)利要求9記載的固體攝象裝置，其特征在于將形成勢(shì)壘的上述第2導(dǎo)電型區(qū)域形成在形成上述光二極管的上述第1導(dǎo)電型層內(nèi)，形成上述光二極管的上述第2導(dǎo)電型層是埋入層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10記載的固體攝象裝置，其特征在于形成勢(shì)壘的上述第2導(dǎo)電型區(qū)域在深度方向上一直達(dá)到形成上述光二極管的上述第2導(dǎo)電型埋入層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10記載的固體攝象裝置，其特征在于將形成上述勢(shì)壘的上述第2導(dǎo)電型區(qū)域多層地配置在形成上述光二極管的第1導(dǎo)電型層的深度方向上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12記載的固體攝象裝置，其特征在于由上述多層中的最上層來(lái)控制從光二極管到傳送晶體管的電荷傳送路徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求10記載的固體攝象裝置，其特征在于在上述第1導(dǎo)電型層的半導(dǎo)體表面附近的部分中，具有比其它部分雜質(zhì)濃度高的區(qū)域。
15.一種攝象機(jī)系統(tǒng)，其特征在于具有根據(jù)權(quán)利要求9記載的固體攝象裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供在光二極管下方產(chǎn)生的信號(hào)電荷難以被光二極管以外的區(qū)域吸收的固體攝象裝置。該固體攝象裝置是排列多個(gè)象素而成，所述象素備有由第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域和與上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電型相反的第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的光二極管、具有在上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成的第1導(dǎo)電型漏極區(qū)域，將在上述光二極管中產(chǎn)生的信號(hào)電荷傳送到上述漏極區(qū)域的第1晶體管、和具有在上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成的第1導(dǎo)電型源極·漏極區(qū)域的第2晶體管，在上述第1晶體管的上述漏極區(qū)域的下部和上述第2晶體管的上述源極區(qū)域和/或上述漏極區(qū)域的下部設(shè)置第2導(dǎo)電型的勢(shì)壘。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1471311SQ0314847
公開日2004年1月28日 申請(qǐng)日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月27日
發(fā)明者
原真人, 篠原真人, 井上俊輔, 輔 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社