專利名稱：固態(tài)成像裝置及照相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有光電轉(zhuǎn)換元件的固態(tài)成像裝置及照相機(jī)。
背景技術(shù)：
已知在固態(tài)成像裝置例如電荷耦合裝置(CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬 氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器中，作為光接收部分的光電轉(zhuǎn)換元件的 光敏二極管中的晶體缺陷和在光接收部分與其上的絕緣膜之間的界面處的 界面態(tài)(interface state )成為暗電流源。
作為抑制由界面態(tài)引起的暗電流產(chǎn)生的方案，掩埋光敏二極管結(jié)構(gòu)是有 效的。該掩埋光敏二極管例如以下面的方式獲得。具體地講，形成n型半導(dǎo) 體區(qū)域。隨后，在該n型半導(dǎo)體區(qū)域的表面附近，即在該表面和其上的絕緣 膜之間的界面的附近，形成用于抑制暗電流的淺重?fù)诫sp型半導(dǎo)體區(qū)域(空 穴聚集區(qū))。
在制造掩埋光敏二極管的通常方法中，實施用作p型雜質(zhì)的B或BF2 的離子注入和退火處理，以由此在光敏二極管的n型半導(dǎo)體區(qū)域和絕緣膜的 界面的附近制造p型半導(dǎo)體區(qū)域。
在CMOS圖像傳感器中，每個像素包括光敏二極管和用于各種操作例 如讀出、復(fù)位和放大的晶體管。光敏二極管的光電轉(zhuǎn)換引起的信號由這些晶 體管處理。在各像素之上，形成包括多層金屬互連的互連層。在互連層之上， 形成用于限定入射到光敏二極管上的光的波長的濾色器和用于在光敏二極 管上聚集光的芯片上透鏡。
作為該CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)提出具有各種特性的裝置結(jié)構(gòu)。
具體地講，已經(jīng)提出了下面的各種裝置通過為光電轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)采用 類CCD (CCD-like)特性獲得的電荷調(diào)制裝置(charge modulation device, CMD )(參照日本專利No. 1938092、日本專利申請公開No.平6-120473和 日本專利申請公開No.昭60-140752 (分別為專利文件1、 2和3 ));體電荷 調(diào)制裝置(BCMD )(參照日本專利實用新型^^開No.昭64-14959 (專利文件4));浮置阱放大器(floating well amplifier, FWA)，其中溝道根據(jù)聚集在最 大點的光空穴(photo-hole)的電荷量形成于表面附近，并且源-漏電流根據(jù) 表面附近的電荷量變化，且因此允許根據(jù)信號電荷的讀出(參照日本專利 No. 2692218和日本專利No. 3752773 (分別為專利文件5和6 ));閾值(Vth ) 調(diào)制圖像傳感器(VMIS)，其中彼此分開的光接收部分和信號檢測部分設(shè)置 成彼此相鄰(參照日本專利申請公開No.平2-304973、日本專利申請公開No. 2005-244434、日本專利No. 2935492和日本專利申請公開No. 2005-85999(分 別為專利文件7、 8、 9和10 ))。
這些CMOS圖像傳感器是前照射固態(tài)成像裝置，其基本上以來自其前 面?zhèn)鹊墓庹丈洹?br> 另一方面，已經(jīng)提出了后照射固態(tài)成像裝置(參照日本專利申請公開 No. 2003-31785 (專利文件11))。對于該裝置，形成光敏二極管和各種晶體 管的硅基板后側(cè)被拋光以減少基板厚度，以由此允許光入射到基板后側(cè)上用 于光電轉(zhuǎn)換。

發(fā)明內(nèi)容
在上述前照射CMD、 BCMD、 FWA和VMIS中，基板用于溢出 (overflow )。因此，后側(cè)照射是不可能的，并且復(fù)位電壓高。
前照射CMD、 BCMD、 FWA和VMIS涉及開口率低的缺點，這是因為 并排設(shè)置了光接收部分和提取晶體管(pick-up transistor )。
此外，現(xiàn)有光柵(photogate)結(jié)構(gòu)涉及對藍(lán)光的靈敏度低的缺點，這是 因為光通過薄膜柵極接收。
如果光柵MOS晶體管形成在類似BCMD的前照射裝置中的n—層上， 則在半導(dǎo)體表面附近實現(xiàn)由光輻射產(chǎn)生載流子，并且因此載流子由存在于半 導(dǎo)體和絕緣膜之間的界面處的陷阱捕獲。這導(dǎo)致在施加復(fù)位電壓時積聚的載 流子不能迅速釋放并且因此而使裝置的特性受到負(fù)面影響的缺點。
此外，如果光接收光敏二極管區(qū)域和信號檢測晶體管彼此相鄰地設(shè)置在 類似VMIS的前照射裝置中，則由光接收產(chǎn)生的電荷的積聚和調(diào)制操作不是 動態(tài)操作，而是分離地在不同時間進(jìn)行。因此，這樣的裝置對高速信號處理 是不利的。
另外，如果類似地在前照射裝置中彼此相鄰地設(shè)置光接收光敏二極管區(qū)
10域和信號檢測晶體管，則需要例如在信號檢測部分之上提供光屏蔽膜的設(shè) 計，這導(dǎo)致元件制造工藝復(fù)雜的缺點。
在前照射BCMD圖像傳感器中，在光^^電極下的整個溝道區(qū)域用作電 荷積聚層，并且因此其電流-電壓(ID-VDD)特性不是飽和特性而是三極管特 性。當(dāng)該圖像傳感器用作源極跟隨器裝置(source-follower device )時，這引 起該圖像傳感器難于使用的缺點。
而且，上述的前照射CMOS圖像傳感器涉及光被像素之上的互連阻擋 并且因此每個像素的靈敏度低的缺點，并且由相鄰像素上的這些互連反射的 光的入射引起串?dāng)_(crosstalk)等。
對于專利文件11中揭示的后照射固態(tài)成像裝置，空穴積聚區(qū)域形成在 基板的前側(cè)和后側(cè)上。然而，對于通過離子注入形成淺重?fù)诫sp型半導(dǎo)體區(qū) 域存在限制。因此，如果為了抑制暗電流而試圖進(jìn)一步增加p型半導(dǎo)體區(qū)域 的雜質(zhì)濃度，則p型半導(dǎo)體區(qū)域?qū)⒀由燧^深。較深的p型半導(dǎo)體區(qū)域?qū)е鹿?敏二極管的p-n結(jié)與轉(zhuǎn)移柵極之間的距離較大，并且因此可能降低轉(zhuǎn)移柵極 的讀出能力。
對于本實施例需要提供這樣的固態(tài)成像裝置和照相機(jī)，使其具有提高的 靈敏度和小型化的像素，同時有效地高速進(jìn)行一系列操作，包括光載流子的 產(chǎn)生和積聚、電荷讀出，以及殘余電荷的發(fā)出(復(fù)位)，并且防止對藍(lán)光靈 敏性的變壞和在硅界面處的光載流子的捕獲的影響。
根據(jù)本發(fā)明第一實施例，提供固態(tài)成像裝置，包括基板，構(gòu)造成具有 以光照射的第一基板表面；和第二基板表面，其上形成元件；以及光接收部 分，構(gòu)造成形成在該基板中，并且包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。該光接收部分 通過該第 一基板表面接收光，并且具有對接收的光的光電轉(zhuǎn)換功能和電荷積 聚功能。該固態(tài)成像裝置還包括第二導(dǎo)電類型隔離層，構(gòu)造成形成在該光接 收部分的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的一側(cè)上；以及檢測晶體管，構(gòu)造成包括靠近 第二基板表面形成在第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層中的第二導(dǎo)電類型電極層。該檢測 晶體管檢測在該光接收部分中積聚的電荷，并且具有闞值調(diào)制功能。該固態(tài) 成像裝置還包括復(fù)位晶體管，構(gòu)造成包括第一導(dǎo)電類型電極層，該第一導(dǎo)電 類型電極層形成于第二導(dǎo)電類型隔離層中，該第二導(dǎo)電類型隔離層沿平行于 基板表面的方向相鄰于檢測晶體管的形成區(qū)域。該復(fù)位晶體管還包括在該第 一導(dǎo)電類型電極層和該檢測晶體管的第二導(dǎo)電類型電極層之間的第二導(dǎo)電類型隔離層，該檢測晶體管的第二導(dǎo)電類型電極層相鄰于該第二導(dǎo)電類型隔 離層。該復(fù)位晶體管還包括光接收部分的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，提供固態(tài)成像裝置，包括基板，構(gòu)造成具 有以光照射的第一基板表面；和第二基板表面，其上形成元件；以及光接收 部分，構(gòu)造成形成在該基板中，并且包括第一導(dǎo)電類型的導(dǎo)電層。該光接收 部分通過第一基板表面接收光，并且具有對接收的光的光電轉(zhuǎn)換功能和電荷 積聚功能。該固態(tài)成像裝置還包括第二導(dǎo)電類型隔離層，構(gòu)造成形成在光接 收部分的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的一側(cè)上；以及檢測晶體管，構(gòu)造成包括靠近 第二基板表面形成在第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層中的第二導(dǎo)電類型電極層。該檢測 晶體管檢測在光接收部分中積聚的電荷，并且具有閾值調(diào)制功能。該固態(tài)成 像裝置還包括復(fù)位晶體管，構(gòu)造成包括第一導(dǎo)電類型電極層，該第一導(dǎo)電類 型電極層形成在第二導(dǎo)電類型隔離層中，該第二導(dǎo)電類型隔離層沿平行于基 板表面的方向相鄰于檢測晶體管的形成區(qū)域。該復(fù)位晶體管還包括在第一導(dǎo) 電類型電極層和檢測晶體管的第二導(dǎo)電類型電極層之間的第二導(dǎo)電類型隔 離層，該檢測晶體管的第二導(dǎo)電類型電極層相鄰于第二導(dǎo)電類型隔離層。該 復(fù)位晶體管還包括光接收部分的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。第二導(dǎo)電類型的第一 源極區(qū)域形成在每個彼此隔離的單元中靠近第二基板表面的第 一導(dǎo)電類型 導(dǎo)電層中，并且第二導(dǎo)電類型的第一漏極區(qū)域形成為圍繞該第 一源極區(qū)域。 該第一漏極區(qū)域遠(yuǎn)離源極側(cè)的一側(cè)沿著與基板表面平行的方向與第二導(dǎo)電 類型隔離層的局部部分重疊。形成由第一源極區(qū)域和第一漏極區(qū)域圍繞的第 一柵極區(qū)域。作為第一導(dǎo)電類型電極層的第二漏極區(qū)域以與第一漏極區(qū)域遠(yuǎn) 離源極側(cè)的端部相距預(yù)定的距離形成在第二導(dǎo)電類型隔離層中，并且由第一 漏極區(qū)域和第二漏極區(qū)域圍繞的第二導(dǎo)電類型區(qū)域用作第二柵極區(qū)域。絕緣 膜選擇性形成在基板的第二基板表面上，在該第二基板表面中形成第 一源極 區(qū)域、第一漏極區(qū)域、第一柵極區(qū)域、第二漏極區(qū)域和第二柵極區(qū)域。跨過 第二基板表面形成基于第 一 源極區(qū)域、第 一柵極區(qū)域和第 一 漏極區(qū)域的檢測 晶體管，以及基于第二柵極區(qū)域、第二漏極區(qū)域和處于浮置狀態(tài)的作為源極 的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的復(fù)位晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，提供固態(tài)成像裝置，包括基板，構(gòu)造成具 有以光照射的第一基板表面；和第二基板表面，其上形成元件；以及光接收 部分，構(gòu)造成形成在該基板中，并且包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。該光接收部分通過該第一基板表面接收光，并且具有對接收的光的光電轉(zhuǎn)換功能和電荷 積聚功能。該固態(tài)成像裝置還包括第二導(dǎo)電類型隔離層，構(gòu)造成形成在光接收部分的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的一側(cè)上；以及元件區(qū)域部分，構(gòu)造成靠近第二基板表面形成在光接收部分中并處理積聚的電荷。該光接收部分的第 一導(dǎo) 電類型導(dǎo)電層由第二導(dǎo)電類型層沿著該基板的法線分成兩個區(qū)域，以由此形 成第一區(qū)域和第二區(qū)域。第一導(dǎo)電類型電極層形成在沿平行于基板表面的方 向相鄰于第一區(qū)域的第二導(dǎo)電類型隔離層中。在第一基板表面的光入射側(cè)上形成透明電極，用于促進(jìn)釘扎(pinning)功能的偏置電壓施加到該透明電極。 形成存儲晶體管，該存儲晶體管包括第一導(dǎo)電類型電極層、光接收部分的第 一區(qū)域和第 一導(dǎo)電類型電極層之間的第二導(dǎo)電類型隔離層，以及光接收部分 的第一區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的第四實施例，提供照相機(jī)，該照相機(jī)包括固態(tài)成像裝置， 構(gòu)造成通過基板的第一基板表面接收光；光學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)造成引導(dǎo)入射光到固 態(tài)成像裝置的第一基板表面；以及信號處理電路，構(gòu)造成處理來自固態(tài)成像 裝置的輸出信號。固態(tài)成像裝置包括光接收部分，該光接收部分形成在基板 中，并且包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。該光接收部分通過該第一基板表面接收 光，并且具有對接收的光的光電轉(zhuǎn)換功能和電荷積聚功能。該固態(tài)成像裝置 還包括第二導(dǎo)電類型隔離層，該第二導(dǎo)電類型隔離層形成在光接收部分的第 一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的一側(cè)上；以及檢測晶體管，包括靠近基板的第二基板表 面形成在第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層中的第二導(dǎo)電類型電極層。該檢測晶體管檢測 光接收部分中積聚的電荷，并且具有閾值調(diào)制功能。該固態(tài)成像裝置還包括 復(fù)位晶體管，該復(fù)位晶體管包括第一導(dǎo)電類型電極層，該第一導(dǎo)電類型電極 層形成在沿平行于基板表面的方向相鄰于檢測晶體管的形成區(qū)域的第二導(dǎo) 電類型隔離層中。該復(fù)位晶體管還包括在第 一導(dǎo)電類型電極層和檢測晶體管 的第二導(dǎo)電類型電極層之間的第二導(dǎo)電類型隔離層，檢測晶體管的第二導(dǎo)電 類型電極層相鄰于第二導(dǎo)電類型隔離層。復(fù)位晶體管還包括光接收部分的第 一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。根據(jù)本發(fā)明的第五實施例，提供照相機(jī)，該照相機(jī)包括固態(tài)成像裝置， 構(gòu)造成通過基板的第一基板表面接收光；光學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)造成引導(dǎo)入射光到該 固態(tài)成像裝置的第一基板表面；以及信號處理電路，構(gòu)造成處理來自固態(tài)成 像裝置的輸出信號。該固態(tài)成像裝置包括光接收部分，形成在基板中，并且包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。該光接收部分通過第一基板表面接收光，并且
具有對接收的光的光電轉(zhuǎn)換功能和電荷積聚功能。該固態(tài)成像裝置還包括 第二導(dǎo)電類型隔離層，形成在光接收部分的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的一側(cè)上； 以及檢測晶體管，包括靠近基板的第二基板表面形成在第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層 中的第二導(dǎo)電類型電極層。該檢測晶體管檢測光接收部分中積聚的電荷，并 且具有閾值調(diào)制功能。該固態(tài)成像裝置還包括復(fù)位晶體管，包括第一導(dǎo)電 類型電極層，該第一導(dǎo)電類型電極層形成在沿平行于基板表面的方向相鄰于 檢測晶體管的形成區(qū)域的第二導(dǎo)電類型隔離層中。該復(fù)位晶體管還包括在第 一導(dǎo)電類型電極層和檢測晶體管的第二導(dǎo)電類型電極層之間的第二導(dǎo)電類 型隔離層，該檢測晶體管的第二導(dǎo)電類型電極層相鄰于第二導(dǎo)電類型隔離 層。該復(fù)位晶體管還包括光接收部分的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。第二導(dǎo)電類型 的第 一 源極區(qū)域形成在每個彼此隔離的單元中靠近第二基板表面的第 一導(dǎo) 電類型導(dǎo)電層中，并且第二導(dǎo)電類型的第一漏極區(qū)域形成為圍繞第一源極區(qū) 域。該第一漏極區(qū)域遠(yuǎn)離源極側(cè)的一側(cè)沿著與基板表面平行的方向與第二導(dǎo) 電類型隔離層的局部部分重疊。形成由第一源極區(qū)域和第一漏極區(qū)域圍繞的 第一柵極區(qū)域。作為第一導(dǎo)電類型電極層的第二漏極區(qū)域以與第一漏極區(qū)域 遠(yuǎn)離源極側(cè)的端部相距預(yù)定的距離形成在第二導(dǎo)電類型隔離層中，并且由第 一漏極區(qū)域和第二漏極區(qū)域圍繞的第二導(dǎo)電類型區(qū)域用作第二柵極區(qū)域。絕 緣膜選擇性地形成在基板的第二基板表面上，在該第二表面中形成第 一 源極 區(qū)域、第一漏極區(qū)域、第一柵極區(qū)域、第二漏極區(qū)域和第二柵極區(qū)域。跨過 第二基板表面?zhèn)刃纬苫诘谝辉礃O區(qū)域、第一柵極區(qū)域和第一漏極區(qū)域的檢 測晶體管，以及基于第二柵極區(qū)域、第二漏極區(qū)域和處于浮置狀態(tài)的作為源 極的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的復(fù)位晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的第六實施例，提供照相機(jī)，該照相機(jī)包括固態(tài)成像裝置， 構(gòu)造成通過基板的第一基板表面接收光；光學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)造成引導(dǎo)入射光到固 態(tài)成像裝置的第一基板表面；以及信號處理電路，構(gòu)造成處理來自固態(tài)成像 裝置的輸出信號。該固態(tài)成像裝置包括光接收部分，該光接收部分形成在基 板中，并且包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。該光接收部分通過第一基板表面接收 光，并且具有對接收的光的光電轉(zhuǎn)換功能和電荷積聚功能。該固態(tài)成像裝置 還包括第二導(dǎo)電類型隔離層，形成在光接收部分的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的一 側(cè)上；以及元件區(qū)域部分，靠近基板的第二基板表面形成在光接收部分中，并且處理積聚的電荷。該光接收部分的第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層由第二導(dǎo)電類型 層沿著基板的法線方向分成兩個區(qū)域，以由此形成第一區(qū)域和第二區(qū)域。第 一導(dǎo)電類型電極層形成在沿著平行于基板表面的方向相鄰于第一區(qū)域的第 二導(dǎo)電類型隔離層中。透明電極形成在第一基板表面的光入射側(cè)上，用于促 進(jìn)釘扎功能的偏置電壓施加到該透明電極。形成存儲晶體管，該存儲晶體管 包括第一導(dǎo)電類型電極層、光接收部分的第一區(qū)域和第一導(dǎo)電類型電極層之 間的第二導(dǎo)電類型隔離層、以及光接收部分的第 一 區(qū)域。


通過參照附圖對優(yōu)選實施例的下述描述，本發(fā)明的這些和其它的目標(biāo)與
特征將變得更加清晰，其中
圖1是展示根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)成像裝置的構(gòu)造的示意圖2是展示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)成像裝置中的像素部分的基本 結(jié)構(gòu)的示意性截面圖3A和3B展示了關(guān)于本發(fā)明實施例的前照射BMCD和后照射BMCD 的入射光束的波長和晶體管布置之間的關(guān)系；
圖4是示意性地展示前照射裝置中由透明電極/柵極氧化硅膜/硅單晶所 形成的結(jié)構(gòu)的能帶狀態(tài)的示意圖5是展示與在圖2所示的裝置中電勢狀態(tài)變化相關(guān)聯(lián)的各個區(qū)域中半 導(dǎo)體基板中的電子和空穴沿垂直于半導(dǎo)體基板表面的方向的電勢變化的示 意圖6是展示圖2的裝置的電路布置實例的示意圖7是展示采用圖6的電路驅(qū)動固態(tài)成像裝置(圖像傳感器)的時間圖8是展示圖2的晶體管的第一布置實例的示意圖9是展示圖2的晶體管的第二布置實例的示意圖10是展示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)成像裝置中像素部分的基本 結(jié)構(gòu)的示意性截面圖11是展示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的固態(tài)成像裝置中像素部分的基本 結(jié)構(gòu)的示意性截面圖12A至12C是展示圖11的一個像素的示意圖，圖12A是展示傳感器 平面的示意圖，圖12B是沿著圖12A中的a-a，線的截面圖，而圖12C是展示晶體管布置的示意圖；圖13A和13B是展示使用根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像裝置的整體快門 搡作(global shutter operation)的概念圖；圖14A至14C是當(dāng)根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像裝置(圖像傳感器)應(yīng) 用到整體快門時的操作示范圖；圖15是展示使用圖11的裝置結(jié)構(gòu)的電路布置實例中四個像素的示意圖；圖16 M示使用圖11和15的結(jié)構(gòu)的整體快門操作的時間圖的實例的 示意圖；圖17是展示使用圖11和15的結(jié)構(gòu)的整體快門驅(qū)動的驅(qū)動電路實例的 示意圖；圖18是所有像素的同時復(fù)位的示范圖；圖19 A^示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的固態(tài)成像裝置中的像素部分的基 本結(jié)構(gòu)的示意性截面圖；圖20是展示根據(jù)本發(fā)明第五實施例的固態(tài)成像裝置中的像素部分的基 本結(jié)構(gòu)的示意性截面圖；圖21是展示根據(jù)本發(fā)明第六實施例的固態(tài)成像裝置中的像素部分的基 本結(jié)構(gòu)的示意性截面圖；和圖22M示照相機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)造的一個實例的示意圖，該照相機(jī)系統(tǒng)應(yīng) 用根據(jù)任一 實施例的固態(tài)成像裝置。
具體實施方式
下面，將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實施例。 <第一實施例>圖1是展示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)成像裝置的構(gòu)造的示意圖。圖1所示的固態(tài)成像裝置1包括作為感應(yīng)部分的像素部分2、縱向(Y 方向)控制電路3、橫向(X方向)控制電路4和定時控制電路5。像素部分2通過如后面詳細(xì)描述的以矩陣(在行和列上)布置像素2A 形成，每個像素2A都包括光接收部分和復(fù)位晶體管等。本實施例的像素部分2形成為基于電荷調(diào)制系統(tǒng)的后照射橫向溢出圖像 傳感器(back-irradiation lateral-overflow image sensor )。本實施例中的每個像素2A具有浮置單元結(jié)構(gòu)(floating cell structure )。在像素部分2中，設(shè)置在相同列上的像素連接到公共行線HO、 Hl、…， 而設(shè)置在相同行上的像素連接到公共列線V0、 VI、…。此外，在固態(tài)成像裝置l中，產(chǎn)生內(nèi)部時鐘的定時控制電路5設(shè)置為控 制電路以順序讀取像素部分2的輸出信號。另夕卜，設(shè)置控制列地址和列掃描的列方向(Y方向)控制電路3以及控 制行地址和行掃描的行方向(X方向)控制電路4。在從定時控制電路5接收時間控制脈沖時，列方向(Y方向)控制電路 3驅(qū)動預(yù)定的行線H0、 Hl、…。在從定時控制電路5接收時間控制脈沖時，行方向(X方向)控制電路 4執(zhí)行對讀出到預(yù)定列線V0、 VI、…的信號的預(yù)定處理(例如，相關(guān)雙采樣 (CDS)處理和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換處理)。下面將描述根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置中的像素部分的具體裝置結(jié)構(gòu)。圖2是展示根據(jù)第 一實施例的固態(tài)成像裝置中像素部分的基本結(jié)構(gòu)的示 意性截面圖。固態(tài)成像裝置1形成為圖2所示的后照射裝置。具體地講，對于該裝置， 光入射在第一導(dǎo)電類型(在本實施例中為p型)的基板(硅基板)100的第 一基板表面101 (后側(cè))上。此外，包括MOS晶體管等的元件區(qū)域部分EAP 靠近第二基板表面102 (前側(cè))形成?；?00通過減薄硅晶片形成，從而可以允許光從后側(cè)入射。盡管取決 于固態(tài)成像裝置1的種類，基板100的厚度例如對于可見光在2至6jim的 范圍內(nèi)，而例如對于近紅外光在6至10(im的范圍內(nèi)。對于像素2A,光接收部分110形成為跨過基板100中從第一基板表面 101到靠近第二基板表面102的晶體管形成區(qū)域的一個區(qū)域形成。光接收部 分110具有接收入射在第 一基板表面上的光和對接收的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換以及 積聚電荷的功能。更具體地講，在光接收部分110中，形成其中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的p—型區(qū)域 (導(dǎo)電層)lll和其中積聚空穴的p型區(qū)域(導(dǎo)電層)112。在p-型導(dǎo)電層 111和p型導(dǎo)電層112的側(cè)壁上，作為與第一導(dǎo)電類型(在本實施例中為p 型)相反的第二導(dǎo)電類型的n型的隔離層(導(dǎo)電層)113形成為圍繞這些導(dǎo)電層111和112。
此外，n+層114形成在第一基板101上，它是基板100的光入射表面。 對n型隔離層113沒有提供電極。
以這樣的方式，在每個像素2A中，p—型導(dǎo)電層111和p型導(dǎo)電層112 由n型隔離層113圍繞，以便成為浮置狀態(tài)(floating state),并且因此每個 像素2A具有浮置單元結(jié)構(gòu)作為單元。此外，由于n型隔離層113、 n+層114 和柵極金屬電極等，每個像素2A具有微型電屏蔽結(jié)構(gòu)。
以這樣的方式，在本實施例中，通過由n型隔離層113隔離p—型導(dǎo)電層 (區(qū)域)lll和p型導(dǎo)電層(區(qū)域)112來形成單元結(jié)構(gòu)。此外，在彼此隔 離的每個單元中，由n+層形成的第一源極區(qū)域115靠近第二基板表面102形 成在p型導(dǎo)電層112中。
另外，由n+層形成的第 一漏極區(qū)域116形成為圍繞第 一源極區(qū)域115。
這樣形成第一漏極區(qū)域116以便其遠(yuǎn)離源極的一側(cè)沿著平行于基板100 的主表面的方向與n型隔離層113的局部部分重疊。形成由第一源極區(qū)域115 和第一漏極區(qū)域116圍繞的第一柵極區(qū)域117。
此外，在n型隔離層113中，由p+層形成的第二漏極區(qū)域118與第一漏 極區(qū)域116遠(yuǎn)離源極的端部相距預(yù)定的距離形成。
由第一漏極區(qū)域116和第二漏極區(qū)域118圍繞的n型區(qū)域用作第二柵極 區(qū)域119。
此外，由例如氧化硅組成的絕緣膜120以預(yù)定的工藝選擇性形成在基板 100的第二基板表面102上，在該絕緣膜下形成第一源極區(qū)域115、第一漏 極區(qū)域116、第一柵極區(qū)域117、第二漏極區(qū)域118和第二片冊極區(qū)域119。
如上所述，對p—型導(dǎo)電層111和p型導(dǎo)電層112沒有提供電極，從而光 接收部分110處于電浮置狀態(tài)。絕緣膜120中的開口提供在第一源極區(qū)域 115、第一漏極區(qū)域116和形成在n型隔離層113中的p+第二漏極區(qū)域118 上，并且電極部分121形成在開口上。
此外，柵極電極122形成在第一源極區(qū)域115和第一漏極區(qū)域116之間 設(shè)置的第一柵極區(qū)域117之上的絕緣膜120的局部部分之上，以及形成在用 于溢出結(jié)構(gòu)的11+和p+區(qū)域之間設(shè)置的n型第二柵極區(qū)域119之上。
在該結(jié)構(gòu)中，在第二基板表面102上，形成由基于第一源極區(qū)域115、 第一柵極區(qū)域117和第一漏極區(qū)域116的第一柵極絕緣場效晶體管(稱為MOS晶體管(MOSTr))形成的檢測晶體管123。另外，形成由基于第二柵 極區(qū)域119、第二漏極區(qū)域118和浮置區(qū)域中作為源極的p型導(dǎo)電層(區(qū)域) 112a的第二MOS晶體管形成的復(fù)位晶體管124。
在圖2中，符號S代表檢測晶體管123的源極，D代表檢測晶體管123 的漏極。SE代表檢測晶體管123的源極電極。GE代表4全測晶體管123的柵 極電極。DE代表檢測晶體管123的漏極電極。RG代表復(fù)位晶體管124的柵 極電極。RS代表復(fù)位晶體管124的源極(浮置p型區(qū)域)。RD代表復(fù)位晶 體管124的漏極(p+第二漏極區(qū)域)。HD代表復(fù)位晶體管124的空穴漏極電 極。
空穴袋(hole pocket)形成在檢測晶體管123的源極和漏極之間的柵極 區(qū)域的勢阱中，并且空穴積聚在空穴袋中。
此外，形成復(fù)位晶體管124的第二漏極區(qū)域118,其相鄰于檢測晶體管 123的第一漏極區(qū)域116，并且采用相同平面上的n型區(qū)域作為其第二柵極 區(qū)域119,因此實現(xiàn)橫向溢出漏極結(jié)構(gòu)。
在n+層114的光入射表面上，形成由例如氧化硅組成的絕緣膜和保護(hù)膜 125。在保護(hù)膜125上，形成濾色器126,該濾色器126僅允許希望波長范圍 中的光通過。在濾色器126上，形成將入射光聚集在光接收部分110上的微 透鏡127。
在本實施例中，如上所述，光接收部分110中的p—型導(dǎo)電層111主要用 于通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電子空穴對的功能。n型隔離層113用于經(jīng)由靠近表面 的n+第一漏極區(qū)域?qū)a(chǎn)生的電子從漏極電極釋放到外面的功能。p型導(dǎo)電層 112用于積聚所產(chǎn)生的空穴的功能。
在浮置單元結(jié)構(gòu)中的p—型導(dǎo)電層111的雜質(zhì)濃度設(shè)定成比p型導(dǎo)電層 112的低，從而允許有效產(chǎn)生光載流子。此外，光照射側(cè)摻雜有導(dǎo)電類型與 以高濃度(n+)摻雜的浮置層的導(dǎo)電類型相反的雜質(zhì)。
在本實施例中，第一源極區(qū)域115和第一漏極區(qū)域116圍繞的第一柵極 區(qū)域117形成環(huán)形形狀。
具體地講，具有環(huán)形形狀的第一柵極區(qū)域117形成于在浮置區(qū)域中p型 導(dǎo)電層112的半導(dǎo)體層的表面附近。第一源極區(qū)域115形成在環(huán)的中心，而 第一漏極區(qū)域116形成在具有環(huán)形形狀的第一柵極區(qū)域117的外部以圍繞第 一柵極區(qū)域117和第一源極區(qū)域115。電極形成在各區(qū)域上，從而形成檢測晶體管123。而且，相鄰于檢測晶體管123， n型半導(dǎo)體阱形成為部分與漏極區(qū)域重 疊。另外，為了使柵極區(qū)域形成在該阱中，導(dǎo)電類型與阱相反的重?fù)诫s區(qū)域 (p+)距檢測晶體管123的漏極區(qū)域預(yù)定的距離形成為第二漏極區(qū)域118。 此外，形成復(fù)位晶體管，該復(fù)位晶體管采用檢測晶體管123的基板區(qū)域的局 部部分(p層)作為其源極區(qū)域。在本實施例中，檢測晶體管123和復(fù)位晶體管124采用的半導(dǎo)體區(qū)域的 局部部分也用作光敏二極管區(qū)域。具體地講，在本實施例中，p+/n/p/p—/n/n+ 區(qū)域(p+和n+區(qū)域提供有電極)用于形成pnpn型二極管。在固態(tài)成像裝置1中，即使在負(fù)電壓不施加到在第二基板表面102上形 成的檢測晶體管123 (第一MOS晶體管)的柵極時，其中選擇性地和優(yōu)先 地聚集由光電效應(yīng)引起的空穴的空穴袋也存在于勢阱中，這是由于在柵極絕 緣膜下環(huán)形半導(dǎo)體的表面附近形成的電勢。根據(jù)在空穴袋中積聚的空穴電荷量，調(diào)制檢測晶體管123的第一源極和 第 一漏極之間的溝道電子電流，這使得能夠放大和檢測光照射31起的信號。 因此，在短時間內(nèi)持續(xù)地進(jìn)行由光電效應(yīng)而產(chǎn)生光載流子、光載流子的轉(zhuǎn)移、 空穴積聚和信號檢測的過程，從而實現(xiàn)動態(tài)信號處理。此外，在本實施例中，多個(兩個或更多)復(fù)位晶體管124設(shè)置在檢測 晶體管123周圍，并且預(yù)定極性的電壓施加給各復(fù)位晶體管124的柵極和漏 極，以由此使得積聚在p型阱和空穴袋中的空穴朝著各第二漏極橫向地釋放 (溢出)到半導(dǎo)體基板表面的方向。該特征目的是提高釋放效率。下面，將描述具有上述結(jié)構(gòu)的像素單元的操作。使光通過后側(cè)上的第一基板表面101進(jìn)入單元，從而電子空穴對主要由 于光電效應(yīng)產(chǎn)生在單元中的p—型導(dǎo)電層111中。所產(chǎn)生的電子通過n型隔離 層113釋放到外部，該隔離層113用作單元的側(cè)壁。因此，只有空穴存儲在p型導(dǎo)電層112中，并且積聚在柵極區(qū)域的半導(dǎo) 體表面附近形成的勢阱(空穴袋)中，該柵極區(qū)域在作為第一MOS晶體管 的檢測晶體管123的源極和漏極之間。通過檢測晶體管123,放大和檢測所 積聚電荷的信號。所積聚的電荷通過作為第二MOS晶體管的復(fù)位晶體管124 適當(dāng)釋放，這允許對串?dāng)_(crosstalk)和飽和電荷量的控制。更具體地講，對于通過后側(cè)照射在單元中的p—型導(dǎo)電層111中由光電效應(yīng)產(chǎn)生的電子和空穴，如果接地電勢或者正電勢施加到漏極電極，則電子通
過n型隔離層113釋放到第一漏極區(qū)域116。
相反，如果負(fù)電壓施加到第一MOS晶體管(檢測晶體管)123的柵極 電極，則空穴朝著作為第一MOS晶體管的檢測晶體管123的源極和漏極之 間的柵極電極下的半導(dǎo)體表面吸引，以便積聚在半導(dǎo)體表面附近形成的勢阱 中，即在空穴袋中。
這些積聚的空穴使得流過源極和漏極之間的溝道的電子電流被調(diào)制為 更大的電流，并且因此降低閾值電壓。
就是說，聚集空穴的增加降低溝道的閾值電壓，而聚集空穴的減少增加 溝道的閾值電壓。
因此，第一MOS晶體管(檢測晶體管)123可以用作放大和檢測光照 射引起的信號的晶體管。
每個像素2A中的p—型導(dǎo)電層(區(qū)域)lll和p型導(dǎo)電層(區(qū)域)112 由于側(cè)表面上的n型隔離層113 、后側(cè)上的n+層114和前側(cè)上的用作源極和 漏極的n+層等而具有電屏蔽結(jié)構(gòu)。因此，由光電效應(yīng)引起的電子電流流過側(cè) 表面上的n型隔離層113。這提供類似法拉第屏蔽效應(yīng)(Faraday cage effect) 的效應(yīng)，其防止外部靜電放電(ESD)進(jìn)入單元，并且因此幾乎不引起內(nèi)部 積聚空穴的電荷量上的變化。
為了總是獲得新的光學(xué)信息，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行復(fù)位操作，該復(fù)位操作釋放積聚 在檢測晶體管123中的電荷，以由此每隔固定時間排空(evacuate)積聚阱。 該復(fù)位操作由作為第二MOS晶體管的復(fù)位晶體管124執(zhí)行。
當(dāng)負(fù)電壓施加給復(fù)位晶體管124的空穴漏極電極HD和復(fù)位柵極電極 RG時，積聚在空穴袋中的空穴電荷溢出檢測晶體管123的漏極區(qū)域，以便 流入形成在復(fù)位晶體管124中的溝道區(qū)域，隨后從空穴漏極電極HD經(jīng)由復(fù) 位晶體管的第二漏極區(qū)域118釋放到外部。
固態(tài)成像裝置1中的傳感器的半導(dǎo)體層的厚度至多約為2pm。該厚度 允許在光的波長范圍內(nèi)足以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的量子效率。
另一方面，在前照射裝置的情況下，半導(dǎo)體基板必須具有通常幾乎不引 起元件裂縫的厚度(約幾百微米)。因此，源極和漏極之間通過元件基板的 泄漏電流不能忽略，這常常導(dǎo)致問題。
相反，在本實施例中，因為元件厚度足夠減少，所以可以減少通過基板的泄漏電流，并且因此也避免了該問題。
至此結(jié)束對根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)成像裝置1的結(jié)構(gòu)和功能的描述。 下面，將進(jìn)行根據(jù)本實施例的固態(tài)成像裝置1的進(jìn)一步的詳細(xì)討論。
圖3A和3B展示了關(guān)于前照射BMCD和根據(jù)本發(fā)明實施例的后照射 BMCD的入射光束的波長與晶體管布置之間的關(guān)系。
在圖3A的前照射BMCD 10中，絕緣膜11 、透明電極12和光屏蔽電極 13等形成在基板的前側(cè)上。此外，附圖標(biāo)記14代表橫向漏極區(qū)域，15代表 柵極絕緣膜，而16代表硅基板。
在圖3A的前照射裝置的情況下，光從晶體管側(cè)進(jìn)入裝置。因為橫向漏 極區(qū)域14由光屏蔽電極13覆蓋，所以光經(jīng)開口穿過絕緣膜11、透明電極 12和柵極絕緣膜15等進(jìn)入硅基板16,而非經(jīng)橫向漏極區(qū)域14之上開口進(jìn) 入。具有長波長的紅光LR和近紅外光LIR通過硅基板到達(dá)比較深的區(qū)域。 然而，藍(lán)光LB和近紫外光在不太深的區(qū)域被進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。此外，例如由 于層之間的界面的散射、吸收和反射，具有短波長的光穿過表面上的絕緣多 層膜時易于受到能量損耗。
相反，對于根據(jù)實施例的圖3B的后照射裝置，光通過沒有設(shè)置用于信 號檢測的檢測晶體管123的表面進(jìn)入基板(硅基板)100。由于這樣的結(jié)構(gòu)， 大部分具有長波長的光到達(dá)晶體管附近，而只有小部分具有短波長的光到達(dá) 晶 體管的附近。
關(guān)于源極和漏極的擴(kuò)散層和阱層應(yīng)當(dāng)如何設(shè)計，已經(jīng)提出了各種建議， 以便提供涉及入射光束的波長的改進(jìn)并最大化量子效率。
然而，還很少討論已經(jīng)穿過氧化硅膜(絕緣膜)的光影響晶體管特性的 可能性。盡管是定性地，有關(guān)本實施例的下述描述將涉及這一點，并且給出 某種程度上的機(jī)理。
圖4是示意性展示在前照射裝置中由透明電極/柵極氧化硅膜/硅單晶形 成的結(jié)構(gòu)的能帶狀態(tài)的示意圖。
柵極氧化膜的特性通常有很大的不同，取決于制造方法及其處理。除非 對其制造進(jìn)行充分的控制，否則捕獲電子和空穴的陷阱就會保留在氧化膜 中。圖4展示了這樣的情況，其中捕獲電子的陷阱存在于能級比氧化硅膜的 導(dǎo)帶低2.0 eV的位置。
在硅熱氧化膜的情況下，其帶隙約為8.0eV。因此，如果ITO用作透明電極，則因為ITO的功函數(shù)的范圍約為4.3至4.7eV,所以透明電極的費米 能級存在于稍纟鼓低于熱氧化膜能隙中心的位置。在例如具有450nm的波長X的入射光的藍(lán)光成分的情況下，根據(jù)愛因斯 坦光量子理論E-hv,其能量E等于2.76eV。如圖所示，該能量相對于透 明電極的費米能級幾乎等于氧化膜中電子陷阱的能級的位置。當(dāng)相對于硅基板比較高的負(fù)電壓施加給透明柵極電極時，由于光電效應(yīng) 從金屬表面(透明電極)發(fā)出的電子被激發(fā)入氧化膜并被陷阱捕獲。由陷阱捕獲的電子再次由電場釋放，并且通過漂移電導(dǎo)(hopping conduction)流入硅單晶的導(dǎo)帶。這引起柵極電極和硅之間的弱的導(dǎo)電，其 產(chǎn)生晶體管特性和信號量上的變化。在本實施例的后照射裝置中，短波長的高能量光在到達(dá)晶體管區(qū)域前因 在硅基板中產(chǎn)生光載流子而幾乎消耗了全部能量。因此，本實施例避免了前 照射裝置所涉及的問題，這是本實施例的重大特征。圖5是展示在各個區(qū)域的半導(dǎo)體基板中沿著垂直于半導(dǎo)體基板表面的方 向電子和空穴的電勢變化的示意圖，該電勢狀態(tài)變化與圖2中所示裝置的電 勢狀態(tài)變化相關(guān)。(i)空穴積聚(非讀出狀態(tài))最上面的圖展示了這樣的情況，其中檢測晶體管(第一MOS晶體管) 123設(shè)定到源極跟隨器狀態(tài)，并且給漏極和柵極施加-2 V的電壓。在柵極電 極下由鏈線A,-A2表示的半導(dǎo)體區(qū)域中，形成由粗實曲線<1〉表示的電勢。在此情況下，周為p—型區(qū)域(導(dǎo)電層)111的電阻比p型區(qū)域(導(dǎo)電層) 112的高，所以在一定程度上電場施加到p—型區(qū)域，并且因此電勢曲線在圖 的右側(cè)大大彎曲。因為負(fù)電壓施加給柵極電極，所以由光照射引起的空穴朝 著柵極區(qū)域中半導(dǎo)體表面吸引。在柵極氧化膜通過通常的熱氧化工藝形成的情況下，p型半導(dǎo)體表面的 ^i:小部分轉(zhuǎn)成n型。因此，即使在沒有給4冊極施加電壓時，該部分也處于耗 盡狀態(tài)，并且因此而形成溝道。如果在此狀態(tài)下給柵極施加負(fù)電壓，則空穴 朝著表面吸引，并且積聚在源極和漏極之間的柵極區(qū)域下形成的電子溝道的 外部。長虛線B廣B2〈2〉表示通過空穴漏極電極HD、 p+第二漏極區(qū)域118、掩 埋的n型導(dǎo)電層(區(qū)域)113、用于空穴積聚的p型區(qū)域112a (相當(dāng)于復(fù)位23晶體管124的源極)和產(chǎn)生載流子的p—型區(qū)域111形成的電勢狀態(tài)。短虛線C廣C2〈3〉表示通過用作檢測晶體管123的漏極的n+型第一漏極區(qū)域116、掩 埋的n型第二柵極區(qū)域119、 n型隔離層113和后側(cè),n+層114形成的電勢。(ii) 柵極讀出如果檢測晶體管123的柵極電壓從-2V變?yōu)镺V，則所積聚的空穴減少， 并且從源極流到漏極的溝道電子電流相應(yīng)地調(diào)制以便被減少。電流改變量的 測量允許發(fā)現(xiàn)積聚空穴的電荷改變量。(iii) 復(fù)位當(dāng)偏壓施加在復(fù)位晶體管124的源極和漏極之間而負(fù)電壓施加給空穴漏 極電極HD和復(fù)位柵極電極RG時，存在于p型導(dǎo)電層(區(qū)域)112和空穴 袋中的空穴經(jīng)由復(fù)位晶體管124中形成的p溝道從空穴漏極電極HD釋放。圖6是展示圖2的裝置的電路布置實例的示意圖。圖6展示了布置實例中的四個像素，其中基于電流鏡(current mirror ) 布置，設(shè)置沿著水平方向(X方向)的兩個像素(沿著在圖6中垂直坐標(biāo)系 的Y方向的每兩個列)和沿著垂直方向(Y方向)的兩個像素(沿著X方 向的每兩個行)。這樣的布置對于沿著X方向和Y方向的互連都可以減半互 連的數(shù)量。漏極信號Sl提供到檢測晶體管123的漏極。柵極信號Sel丄Sd.2、…逐 列提供到柵極，并且信號Sigx.l、 Sigx2、…從源極逐行輸出。此外，復(fù)位柵極信號RG1、 RG2、…逐列提供到復(fù)位晶體管124的柵極， 并且空穴漏極信號HD1公共地提供到多個(在圖6的情況下為四個)復(fù)位 晶體管的漏極。圖7是展示采用圖6的電路的固態(tài)成像裝置(圖像傳感器)的驅(qū)動的時 序圖。在本發(fā)明的實施例中，為了便于空穴袋的形成，復(fù)位之后進(jìn)行將電子注入檢測晶體管123的溝道層的預(yù)充電操作。圖8是展示圖2的晶體管的第一布置實例的示意圖。在該實例中，復(fù)位晶體管(第二MOS晶體管)124設(shè)置在像素的四個角上，在具有環(huán)形形狀的第一柵極區(qū)域117的檢測晶體管(第一MOS晶體管)123的第一源極區(qū)域115的周圍。該結(jié)構(gòu)允許積聚的空穴在復(fù)位時被迅速i也漏向四個方向。圖9是展示圖2的晶體管的第二布置實例的示意圖。圖9的結(jié)構(gòu)由圖8的布置旋轉(zhuǎn)45度得到。由于該結(jié)構(gòu)，圖9中的一個 像素的面積設(shè)定成比圖8的大，從而實現(xiàn)分辨度的提高。該結(jié)構(gòu)允許在復(fù)位時積聚的空穴迅速漏向三個方向。如上所述，根據(jù)第一實施例，通過n型隔離層113隔離p—型導(dǎo)電層(區(qū) 域)lll和p型導(dǎo)電層(區(qū)域)112形成單元結(jié)構(gòu)。在彼此隔離的每個單元 中，由n+層形成的第一源極區(qū)域115靠近第二基板表面102形成在的p型導(dǎo) 電層(區(qū)域)112中。由n+層形成的第一漏極區(qū)域116形成為圍繞第一源極 區(qū)域H5。第一漏極區(qū)域116是這樣形成的，其遠(yuǎn)離源極的側(cè)面沿著平行于 基板100的表面的方向與n型隔離層113的局部部分重疊。形成由第一源極 115和第一漏極區(qū)域116圍繞的第一柵極區(qū)域117。在n型隔離層113中， 由p+層形成的第二漏極區(qū)域118與第一漏極區(qū)域116遠(yuǎn)離源極的的端部相距 預(yù)定的距離形成。由第一漏極區(qū)域116和第二漏極區(qū)域118圍繞的n型區(qū)域 用作第二柵極區(qū)域119。例如由氧化硅組成的絕緣膜120以預(yù)定的工藝選擇 性形成在基板100的第二基板表面102上，在該絕緣膜120下形成第一源極 區(qū)域115、第一漏極區(qū)域116、第一柵極區(qū)域117、第二漏極區(qū)域118和第二 柵極區(qū)域119。在第二基板表面102上，形成基于第一源極區(qū)域115、第一 柵極區(qū)域117和第一漏極區(qū)域116的檢測晶體管123以及基于第二柵極區(qū)域 119、第二漏極區(qū)域118和在浮置區(qū)域作為其源極的p型導(dǎo)電層(區(qū)域)112a 的復(fù)位晶體管124。具有該構(gòu)造的第一實施例可以提供下面的優(yōu)點。由于后側(cè)照射和橫向溢出結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)高速度和高靈敏度的圖像傳感 器，其中由互連和絕緣層的多層表面層的光吸收/反射引起的光損耗小，這與 前照射裝置不同，并且即使在具有短波的光入射到其上時，也不引起信號量 的變化。橫向溢出漏極(OFD)結(jié)構(gòu)可以降低復(fù)位電壓。由于復(fù)位晶體管設(shè)置在環(huán)形柵極中的間隙中的特征，實現(xiàn)了有效的晶體 管布置，并且允許單元最小化。由于后側(cè)照射，信號檢測平面遠(yuǎn)離光照射表面，并且空穴積聚部分不需 要由光屏蔽膜覆蓋。這導(dǎo)致減少元件制造步驟的數(shù)量。僅通過改變單元中的電勢狀態(tài)，就可以容易地進(jìn)行轉(zhuǎn)移光載流子到積聚 部分，而沒有提供轉(zhuǎn)移晶體管的特殊需要。因此，該實施例的裝置適合于高速度驅(qū)動。
此外，在圖2的結(jié)構(gòu)中，電極引出表面可以僅為一個表面，并且可以設(shè) 置在光照射表面的相反側(cè)上。
由于所謂的單元型體結(jié)構(gòu)，更多的電荷可以以小的像素面積積聚，并且 可以增加飽和信號量。另外，由于屏蔽的結(jié)構(gòu)，該實施例的裝置能夠強(qiáng)有力 地才氐抗請爭電方文電。
可以進(jìn)行飽和電荷量的調(diào)制控制。
圖10晃艮示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)成像裝置中的像素部分的基 本結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖10中也示出了兩個像素部分。
根據(jù)第二實施例的周態(tài)成像裝置1A不同于根據(jù)第 一 實施例的固態(tài)成像 裝置1 (圖2),不同之處在于由例如ITO組成的透明電極129設(shè)置有由例如 氧化膜形成的絕緣膜中間物128，來取代基板100的第一基板表面101上的 n+層114。
如果正電壓在光照射時施加到透明電極129，則電子朝著基板表面吸引， 并且可以在正電壓施加期間臨時被釘扎。因此，固態(tài)成像裝置1A也可以起 存儲器的作用。
圖11是展示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的固態(tài)成像裝置的像素部分的基本 結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。在圖11中也示出了兩個像素部分。
根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像裝置1B不同于4艮據(jù)第一實施例的固態(tài)成像 裝置1(圖2),不同之處在于固態(tài)成像裝置1B具有存儲器的功能，并且因 此允i午進(jìn)4亍電子快門功能(electronic shutter function)，而不^象包4舌動態(tài)信號 處理的方法。
就是說，該固態(tài)成像裝置1B形成為后側(cè)檢測電荷調(diào)制存儲圖像傳感器 (后感應(yīng)與電荷調(diào)制存儲器(B,S.C.M, back sensing & charge modulation memory ))。
在固態(tài)成像裝置1B中，p—型區(qū)域如圖11所示堆疊。具體地講，p—型區(qū) 域由n層130分成沿著基板的法線方向垂直布置的兩個p—型區(qū)域(導(dǎo)電層) 111-1和111-2。
由p+層形成的第三漏極區(qū)域131相鄰于第一基板表面101形成在n型隔 離層113-1中，該n型隔離層113-1形成在光接收側(cè)(靠近第一基板表面101) 上的第一p—型區(qū)域111-1的側(cè)壁上。此外，在第一基板表面101的表面?zhèn)?光照射側(cè))上，由例如ITO組成的透明電極形成的后柵極(MG) 133形成有 由例如氧化膜形成的絕緣膜中間物132。第三漏極區(qū)域131之上的部分區(qū)域 被打開，并且漏極電極(MD) 134形成在開口上。
因此，形成第三MOS晶體管(存儲(釘扎)晶體管)135，該晶體管基 于后柵極133、第三漏極區(qū)域131和在浮置區(qū)域中作為其源級的第一p—型區(qū) 域lll-l。
在根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像裝置1B中，光接收側(cè)上由虛線圍繞的第 一區(qū)域201 (包括第一基板表面101 ),包括第一p—型區(qū)域111-1，起到傳感 和存儲的功能。由中間的虛線圍繞的第二區(qū)域202,包括p—型區(qū)域(第二p一 型區(qū)域)111-2，起到檢測和轉(zhuǎn)移的功能。由包括第二基板表面102的由虛線 圍繞的第三區(qū)域203起調(diào)制和輸出線的功能。EAP代表元件區(qū)域部分。
第一區(qū)域201之外的結(jié)構(gòu)，即第二區(qū)域202和第三區(qū)域203的結(jié)構(gòu)，與 圖2的結(jié)構(gòu)相同，并且省略了相同部分的描述。
在該裝置中，如果負(fù)電壓在光照射時施加給由透明電極形成的后柵極 (MG ) 133 ，則光空穴朝著基板表面吸引，并且在負(fù)電壓施加給后柵極(MG ) 133期間可以臨時釘扎。
圖12A至12C是展示圖11的一個像素的示意圖。圖12A是展示傳感器 平面的示意圖。圖12B是沿著圖12A中的a-a，線的截面圖。圖12C是展示 晶體管布置的示意圖。
圖12A是傳感器側(cè)的平面圖。p+第三漏極區(qū)域131設(shè)置在n型格子區(qū) 域的交叉點上。
圖12B展示了復(fù)位狀態(tài)。具體地講，當(dāng)負(fù)電壓施加到第三MOS晶體管 135的由透明電才及形成的后4冊才及MG (133)和漏4及電才及MD (134),而正電 壓施加到作為第一MOS晶體管的檢測晶體管123的漏極D (II6)時，通過 光照射保持在單元中的第一p—型區(qū)域111-1和空穴袋中的空穴經(jīng)由粗實線L1 表示的通道從漏極電極MD釋放，并且保持在n+層和n型隔離層113中的電 子經(jīng)由粗實線L2表示的通道從漏極D釋放。
圖12C展示了晶體管平面，其上布置信號輸出端子等。在圖12C中， 設(shè)置具有在第一源極區(qū)域115周圍的環(huán)形第一柵極區(qū)域117的檢測晶體管 123,并且復(fù)位晶體管124的空穴漏極設(shè)置在像素的四個角上。
圖13A和13B是展示使用根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像裝置的整體快門操作的概念圖。
整體快門是指在一個屏幕上同時曝光所有的像素的方法，而不產(chǎn)生部分 時間延誤。數(shù)字照相機(jī)中的整體快門系統(tǒng)大致地分類為(l)通過結(jié)合機(jī)械 快門和電子快門進(jìn)行快門操作的系統(tǒng)和(2)僅由電子快門進(jìn)行快門操作的 系統(tǒng)。
圖13A展示了電子快門和機(jī)械快門結(jié)合的實例。圖13B展示了使用存 儲器的全電子快門的實例。在每個示意圖中，概念性地示出了在一個時間快 門期間(單次拍攝)圖像傳感器中進(jìn)行的電子操作。
在圖13A的實例中，進(jìn)行對于一幀的逐行依次復(fù)位、機(jī)械快門打開、所 有像素同時曝光和機(jī)械快門關(guān)閉。隨后，在CMOS傳感器列讀出系統(tǒng)的情 況下，進(jìn)行對列的浮置擴(kuò)散(浮置源極)的逐行依次轉(zhuǎn)移，并且對于一幀逐 行地讀出，從而完成單次拍攝(one shot)搡作。
所有的像素同時曝光之前的復(fù)位操作是臨時執(zhí)行將電荷保持在像素中 并進(jìn)行例如根據(jù)需要的電子注入的操作，以由此對所有像素調(diào)節(jié)初始條件。
很多CMOS數(shù)字相機(jī)采用該系統(tǒng)。
在此情況下，例如，可以使用圖2的結(jié)構(gòu)。
圖13B展示了采用圖11的結(jié)構(gòu)的全電子快門系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，在所 有的像素同時復(fù)位并且所有的像素曝光后，電荷并不立即轉(zhuǎn)移，而是在一恒 定時間內(nèi)將信號臨時存儲在每個像素的存儲部分中，隨后轉(zhuǎn)移到每個像素部 分2中的檢測晶體管123的源極。此后，以預(yù)定的方法讀出信號。
關(guān)于從所有的存儲器讀出信號的方法，可以類似于圖13A的實例進(jìn)行逐 行讀出。作為選擇， 一個屏幕可以分成多塊區(qū)域，并且逐塊地進(jìn)行逐行的讀 出。例如，屏幕中心的塊可以定義為信號首先讀出的塊，并且信號可以依次 從周邊塊讀出。
圖14A至14C是當(dāng)根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像裝置(圖像傳感器)應(yīng) 用到整體快門時的操作的示范性示意圖，并且展示了各區(qū)域中的電勢變化。 圖14A展示了整體復(fù)位的狀態(tài)。圖14B展示了曝光狀態(tài)，即光接收和空穴 積聚的狀態(tài)。圖14C展示了整體設(shè)定(global set)的狀態(tài)，即載流子轉(zhuǎn)移的 狀態(tài)。
在圖中，表示為粗實線L1、粗虛線L2和粗鏈線L3的曲線展示了在電 壓施加到后柵極電極MG和漏極電極MD之前和之后以及載流子轉(zhuǎn)移時沿著圖11的元件截面圖的A廣A2線的電勢變化。細(xì)實線L4和細(xì)虛線L5表示的 曲線展示了在電壓施加之前和之后沿著B-B2線的電勢變化。實線展示了施 加電壓后的電勢。
(i) 整體復(fù)位
當(dāng)例如-20V施加到后柵極MG和漏極電極MD時，沿著A,-A2線的電 勢從虛線狀態(tài)變化到實線狀態(tài)，從而保持在單元中的載流子(電子和空穴) 被釋放。具體地講，第一p—型區(qū)域111-1和空穴袋中的空穴從漏極電極MD 釋放，而n+層和n型隔離層113中的電子從漏極D ( 116)釋放。
(ii) 光接收和積聚(存儲)
在3V和OV分別施加到MG和MD的狀態(tài)下接收光時，由于光電效應(yīng)， 空穴積聚在第一p—型區(qū)域111-1和第二p—型區(qū)域111-2，并且第一p—型區(qū)域 111-1中的部分空穴溢出n型隔離層113,以便分布進(jìn)入第二p—型區(qū)域111-2。 另一方面，電子積聚在第一p—型區(qū)域111-1上的n+層114中，并且空穴積聚 在與n+層114接觸的p—層中。具體地講，第一p—型區(qū)域111-1起存儲單元的 功能。
(iii) 整體設(shè)定(轉(zhuǎn)移) 在存儲狀態(tài)下MG和MD都設(shè)定到OV時，大部分電子與空穴復(fù)合，并
且因此而消失，這是因為消除了在n+層114中保持電子的電壓。
隨后，在MG設(shè)定到+20 V而MD設(shè)定到Hi-Z (高阻抗)狀態(tài)時，第一
p一型區(qū)域111-1 (在第一單元中)中的空穴轉(zhuǎn)移到第二p—型區(qū)域111-2 (在第
二單元中)，并且積聚在空穴袋中。
其后，根據(jù)上述與圖2關(guān)聯(lián)的程序讀出積聚的電荷量。
圖15是展示采用圖11的裝置結(jié)構(gòu)的電路布置實例中四個像素的示意圖。
在該實例中，沿著X方向的兩個像素(兩個行上)和沿著Y方向的兩 個像素(兩個列上)基于電流鏡布置而設(shè)置。該設(shè)置對于沿著X方向和沿Y 方向的互連可以使互連的數(shù)量減半。
在該布置中，電源電壓VDD提供到檢測晶體管123的漏極。柵極信號 Sel.l、 Sel.2、…逐列提供到柵極，并且信號Sigx.l、 Sigx2、…逐行從源極輸 出。
此外，復(fù)位柵極信號RG1、 RG2、…逐列提供到復(fù)位晶體管124的柵極，并且多個(在圖15的情況下為四個)復(fù)位晶體管的漏極公共地連接到參考 電壓VSS。
另外，空穴漏極信號VHD提供到第三MOS晶體管(存儲(釘扎)晶 體管)135的漏極，并且后柵極信號VBG提供到柵極。
圖16是展示釆用圖11和15的結(jié)構(gòu)的整體快門操作的時間圖實例的示 意圖。
在圖16中，HSCAN代表列水平掃描周期(一幀)。在單次拍攝周期中， 后柵極信號VBG提供到后柵極MG,并且空穴漏極信號VHD提供到漏極電極。
在單次拍攝周期的末端，后柵極信號VBG從低電位轉(zhuǎn)換到20 V的高電 位。在后柵極信號VBG轉(zhuǎn)換到高電位時，信號VHD變?yōu)镠i-Z (高阻抗) 狀態(tài)。
圖17是展示采用圖11和15的結(jié)構(gòu)的整體快門驅(qū)動的驅(qū)動電路實例的 示意圖。
如圖17所示，列方向(Y方向)控制電路3包括反相器(inverter) 31 和32。對于反相器32，信號XVBG (X代表反相器)從定時控制電路5提 供。對于反相器32,信號XVHD從定時控制電路5提供。反相器32由定時 控制電路5控制使得其輸出轉(zhuǎn)變?yōu)镠i-Z。
圖18是所有像素同時復(fù)位的示范性示意圖。具體地講，在圖18中，每 行上像素中復(fù)位晶體管124的柵極沿著各自的一個X線并聯(lián)連接。對于各自 的X線，復(fù)位脈沖從定時控制電路5經(jīng)由列方向(Y方向)控制電路3同時 施力口。
如上所述，根據(jù)第三實施例，由n型隔離層113彼此隔離的每個單元中 的p—型區(qū)域111還由n層130沿著基^1的法線方向(層堆疊方向)分成兩個 區(qū)域，從而形成第一p—型區(qū)域111-1和第二p—型區(qū)域111-2?？拷總€單元 的第一基板表面101,提供由具有p+區(qū)域131選擇性形成于其內(nèi)的n型隔離 層113隔開的n+層114B。電極提供在相鄰于第一基板表面101的p+區(qū)域131 上?？拷谝换灞砻?01包括第一p—型區(qū)域111-1的第一區(qū)域201起電荷 產(chǎn)生和電荷保持區(qū)域的作用。靠近第二基板表面102包括第二p—型區(qū)域112 的第二區(qū)域202 (p型區(qū)域)起檢測區(qū)域的作用。由于該結(jié)構(gòu)，除了上述第 一實施例的有利效果外，可以實現(xiàn)基于所有電子快門系統(tǒng)而沒有機(jī)械快門的整體快門。
此外，還能夠采用絕緣體上硅(SOI)工藝。
圖19是展示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的固態(tài)成像裝置中像素部分的基本 結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖19中也示出了兩個像素部分。
根據(jù)第四實施例的固態(tài)成像裝置1C與根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像裝置 IB (圖11)不同，不同之處在于由例如ITO組成的透明電極137設(shè)置有由 例如氧化膜形成的絕緣膜中間物136，取代靠近基板100的第一基板表面101 的n+層114B。
在該裝置中，如果負(fù)電壓在光照射時施加到透明電極(后柵極MG ) 137, 則光空穴朝著基板表面吸引，并且在負(fù)電壓施加到后柵極MG期間可以臨時 釘扎。
上述實施例涉及到CMD結(jié)構(gòu)。
然而，在根據(jù)第三和第四實施例的具有存儲功能的固態(tài)成像裝置中，通 過在p型和n型之間互換各層的導(dǎo)電類型，本發(fā)明的實施例也可以應(yīng)用到具 有包括浮置擴(kuò)散層(浮置擴(kuò)散)FD的空穴積聚光敏二極管(空穴積聚二極 管(HAD))結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)傳感器裝置。
圖20 M示根據(jù)本發(fā)明第五實施例的固態(tài)成像裝置中像素部分的基本 結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖20中也展示了兩個像素部分。
根據(jù)第五實施例的固態(tài)成像裝置ID不同于根據(jù)第三實施例的固態(tài)成像 裝置1B(圖11)，不同之處在于固態(tài)成像裝置1D具有互補(bǔ)傳感器結(jié)構(gòu)，并 且構(gòu)造成利用光載流子的電子作為第一積聚電荷，而空穴作為第二積聚電 荷0
在固態(tài)成像裝置ID中，半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型與圖11和19中的結(jié)構(gòu)的導(dǎo) 電類型相反。p+層138提供在靠近第一基板表面101的元件區(qū)域部分EAP 中，并且HAD傳感器(由粗虛線圍繞)140設(shè)置在第二區(qū)域202D中。
在此情況下，信號電荷是電子。給復(fù)位柵極電極RG施加正電壓使得能 夠?qū)㈦娮与姾商崛〉礁≈脭U(kuò)散(FD) 141，并且讀出信號電荷。
另一方面，空穴積聚在勢阱中，該勢阱形成在源極143和漏極144之間 的柵極145下的半導(dǎo)體表面的附近，該源極143和漏極144形成為作為第二 區(qū)域202D的延伸的p型層(阱)142中的檢測晶體管的組成部分。因此， 也能夠根據(jù)基于在源極和漏極(S-D)之間流動的調(diào)制電流進(jìn)行信號檢測。圖21是展示根據(jù)本發(fā)明第六實施例的固態(tài)成像裝置中像素部分的基本 結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。圖21中也展示了兩個像素部分。
根據(jù)第六實施例的固態(tài)成像裝置IE不同于根據(jù)第五實施例的固態(tài)成像
裝置1D(圖20)，不同之處在于透明電極147設(shè)置有絕緣膜中間物146,取 代靠近第一基板表面101的p+層138。
在該裝置中，在光照射時給透明電極147施加正電壓時，由光電效應(yīng)引 起的電子朝著第一基板表面101吸引，并且可以在給后柵極MG施加正電壓 期間被臨時釘扎。
而且，HAD傳感器(由粗虛線圍繞)140設(shè)置在第二區(qū)域202D中。因 此，與圖20的裝置相類似，信號電荷可以從浮置擴(kuò)散(FD) 141讀出。
此外，與圖20的裝置相類似，空穴積聚在勢阱中，該勢阱形成在源極 143和漏極144之間的柵極145下的半導(dǎo)體表面的附近，該源極143和漏極 144形成在第二區(qū)域202D中的p型阱142中。因此，也能夠基于在源極和 漏極(S-D)之間流動的調(diào)制電流進(jìn)行信號檢測。
關(guān)于形成在圖10、 19和21中的第一基板表面IOI上的絕緣膜，可以采 用具有負(fù)固定電荷的膜，具體地講，例如，至少部分被結(jié)晶化的膜。
至少部分被結(jié)晶化的絕緣膜的實例包括由元素例如鉿、鋯、鋁、鉭、鈦、 釔或者鑭系元素的氧化物組成的絕緣膜，并且包括由至少部分膜結(jié)晶化引起 的區(qū)域。
至少部分被結(jié)晶化的絕緣膜的厚度范圍可以是3nm至100 nm。厚度小 于3nm使得結(jié)晶化困難。在實際應(yīng)用中，厚度的上限約為100nm,并且再 大的厚度是不必要的。根據(jù)光學(xué)因素例如透射率，幾十納米的厚度是最適合 的。
在上述結(jié)晶化的絕緣膜和光接收部分110的光接收平面之間的界面上， 形成具有小厚度的需要的絕緣膜。在上述的實例中，形成氧化硅膜。在氧化
鉿膜作為結(jié)晶化絕緣膜的情況下，通過在需要的溫度下的結(jié)晶化退火，在膜 中形成負(fù)電荷。該結(jié)晶化絕緣膜具有電勢控制功能，以控制光接收部分IIO 的光接收平面的電勢。
作為結(jié)晶化絕緣膜的例如氧化鉿膜的折射系數(shù)約為2.0,并且其上的絕 緣膜(氧化硅膜)的折射系數(shù)約為1.45。因此，由結(jié)晶化的絕緣膜(氧化鉿 膜)和絕緣膜(氧化硅膜)形成抗反射膜。通過以這種方式在光接收部分110的光接收平面上形成具有負(fù)固定電荷 的月莫，例如至少部分結(jié)晶化的絕緣膜，光敏二極管的表面可以變?yōu)榭昭ǚe聚 狀態(tài)。這可以抑制由界面狀態(tài)引起的暗電流成分。此外，光敏二極管表面可 以變?yōu)榭昭ǚe聚狀態(tài)而沒有用于形成空穴積聚層的離子注入和退火，或者即 使是以小劑量的，并且因此由界面狀態(tài)引起的暗電流可以得到抑制。而且， 抗反射膜由具有負(fù)固定電荷的膜例如結(jié)晶化的絕緣膜(例如氧化鉿膜)和其 上的絕緣膜(氧化硅膜)形成，這可以實現(xiàn)小的暗電流和高的靈敏度。
如上所述，根據(jù)各實施例，具有單元結(jié)構(gòu)的像素以來自基板后側(cè)的光被 照射，以由此在第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基板上形成的第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體 層中積聚光學(xué)信號載流子，并且通過晶體管的閾值調(diào)制來提取信號。另外， 通過提供橫向溢出出結(jié)構(gòu)(漏極、柵極)，可以進(jìn)行串?dāng)_和飽和電荷量的控 制。
因此，這些實施例可以有效地以高速度進(jìn)行一系列的操作，包括光載流 子的產(chǎn)生和積聚、電荷讀出，以及放出剩余的電荷(復(fù)位)。
另外，這些實施例允許靈敏度的提高和像素的最小化，同時防止對藍(lán)光 靈敏度的變壞和在硅界面處捕獲光載流子的影響。
具有上述特征的固態(tài)成像裝置可以用作數(shù)字照相機(jī)和視頻攝相機(jī)中的 成像裝置。
圖22是展示應(yīng)用本發(fā)明任一實施例的固態(tài)成像裝置的照相機(jī)系統(tǒng)的構(gòu) 造的一個實例的示意圖。
如圖22所示，該照相機(jī)系統(tǒng)300包括成像裝置310,可以采用根據(jù)實 施例的固態(tài)成像裝置1和1A至1E中的任何一個；透鏡320,用于將入射光 (成像光)聚集到成像平面上，作為用于引導(dǎo)入射光到成像裝置310的像素 區(qū)域(形成目標(biāo)圖像)；驅(qū)動電路(DRV) 330,用于驅(qū)動成像裝置310;以 及信號處理電路(PRC) 340，用于處理來自成像裝置310的輸出信號。
驅(qū)動電路330具有定時發(fā)生器(未示出)，其產(chǎn)生各種時間信號，包括 用于驅(qū)動成像裝置310中的電路的開始脈沖和時鐘脈沖，以由此由預(yù)定的時 間信號驅(qū)動成像裝置310。
信號處理電路340執(zhí)行信號處理，例如對來自成像裝置310的輸出信號 的相關(guān)雙采樣(CDS)。
由信號處理電路340處理的得到的視頻信號記錄到記錄介質(zhì)例如存儲器。記錄到記錄介質(zhì)的視頻信息經(jīng)受打印機(jī)的硬拷貝。此外，由信號處理電 路340處理得到的視頻信號在由例如液晶顯示器形成的監(jiān)視器上顯示為運動圖像。
如上所述，通過提供具有固態(tài)成像裝置1和1A至1E的任何一個作為 成像裝置310成像設(shè)備例如數(shù)字靜物照相機(jī)，可以實現(xiàn)高精度的照相機(jī)。 本實施例不限于上述實施例的描述。
例如，實施例中采用的數(shù)值和材料僅為一個實例，并且本實施例不限于此。
實施例中可以結(jié)合各種變化而不脫離本發(fā)明的主旨。 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在權(quán)利要求或其等同特征的范圍內(nèi)，
根據(jù)設(shè)計需要和其它因素，可以進(jìn)行各種修改、結(jié)合、部分結(jié)合和替換。 本發(fā)明包含2007年5月24日提交日本專利局的日本專利申請No.
2007-137446和No. 2007-137447的相關(guān)主題，將其全部內(nèi)容引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1、 一種固態(tài)成像裝置，包括基板，構(gòu)造成具有用光照射的第一基板表面和其上形成元件的第二基板表面；光接收部分，構(gòu)造成形成在該基板中，并且包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層， 該光接收部分通過該第一基板表面接收光，并且具有對接收的光的光電轉(zhuǎn)換 功能和電荷積聚功能；第二導(dǎo)電類型隔離層，構(gòu)造成形成在該光接收部分的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的側(cè)面上；檢測晶體管，構(gòu)造成包括靠近該第二基板表面形成在該第一導(dǎo)電類型導(dǎo) 電層中的第二導(dǎo)電類型電極層，該檢測晶體管檢測該光接收部分中積聚的電 荷，并且具有閾值調(diào)制功能；以及復(fù)位晶體管，構(gòu)造成包括第一導(dǎo)電類型電極層，該第一導(dǎo)電類型電極層 形成在該第二導(dǎo)電類型隔離層中，該第二導(dǎo)電類型隔離層沿著平行于基板表 面的方向相鄰于該檢測晶體管的形成區(qū)域，該復(fù)位晶體管還包括在該第 一導(dǎo) 電類型電極層和該檢測晶體管的該第二導(dǎo)電類型電極層之間的該第二導(dǎo)電 類型隔離層，該檢測晶體管的該第二導(dǎo)電類型電極層相鄰于該第二導(dǎo)電類型 隔離層，該復(fù)位晶體管還包括該光接收部分的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中 該光接收部分包括第一導(dǎo)電類型第一導(dǎo)電層，靠近該第一基板表面形成，并且接收光以基 于光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電荷；和第一導(dǎo)電類型第二導(dǎo)電層，比該第一導(dǎo)電類型第一導(dǎo)電層更靠近該第二 基板表面形成，并且積聚由該第一導(dǎo)電類型第一導(dǎo)電層產(chǎn)生的電荷。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中該第一導(dǎo)電類型第一導(dǎo)電層的雜質(zhì)濃度比該第一導(dǎo)電類型第二導(dǎo)電層 的雜質(zhì)濃度低。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中具有高于該第二導(dǎo)電類型隔離層的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)濃度并且具有釘扎 功能的第二導(dǎo)電類型層形成在該第一基板表面上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中透明電極形成在該第一基板表面的光入射側(cè)上，用于促進(jìn)釘扎功能的偏 置電壓施加到該透明電極。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中該第二導(dǎo)電類型隔離層具有單元隔離功能和釋放由該光接收部分的該 第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層產(chǎn)生的電荷中的不必要電荷的功能，該不必要電荷經(jīng)由 該檢測晶體管相鄰于該第二導(dǎo)電類型隔離層的該第二導(dǎo)電類型電極層釋放。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中由該第二導(dǎo)電類型隔離層隔離的單元中，該第一導(dǎo)電類型第一導(dǎo)電層由 第二導(dǎo)電類型層沿著該基板的法線方向分成兩個區(qū)域，以由此形成第一區(qū)域 和第二區(qū)域，第一導(dǎo)電類型第二電極層形成在沿著平行于該基板表面的方向上相鄰 于該第一區(qū)域的該第二導(dǎo)電類型隔離層中，透明電極形成在該第一基板表面的光入射側(cè)上，用于促進(jìn)釘扎功能的偏 置電壓施加到該透明電極，并且形成有存儲晶體管，該存儲晶體管包括該第一導(dǎo)電類型第二電極層、該 第一導(dǎo)電類型第二電極層和該光接收部分的該第 一 區(qū)域之間的該第二導(dǎo)電 類型隔離層、以及該光接收部分的該第一區(qū)域。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中 該第一區(qū)域起電荷產(chǎn)生和電荷存儲區(qū)域的功能，并且 該第二區(qū)域起檢測區(qū)域的功能。
9、 一種固態(tài)成像裝置，包括基板，構(gòu)造成具有以光照射的第一基板表面和其上形成元件的第二基板 表面；光接收部分，構(gòu)造成形成在該基板中，并且包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層， 該光接收部分通過該第一基板表面接收光，并且具有對接收的光的光電轉(zhuǎn)換 功能和電荷積聚功能；第二導(dǎo)電類型隔離層，構(gòu)造成形成在該光接收部分的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo) 電層的側(cè)面上；檢測晶體管，構(gòu)造成包括靠近該第二基板表面形成在該第 一導(dǎo)電類型導(dǎo) 電層中的第二導(dǎo)電類型電極層，該檢測晶體管檢測在該光接收部分中積聚的電荷，并且具有閾值調(diào)制功能；以及復(fù)位晶體管，構(gòu)造成包括形成在該第二導(dǎo)電類型隔離層中的第一導(dǎo)電類 型電極層，該第二導(dǎo)電類型隔離層沿著平行于基板表面的方向相鄰于該檢測 晶體管的形成區(qū)域，該復(fù)位晶體管還包括在該第一導(dǎo)電類型電極層和該檢測 晶體管的該第二導(dǎo)電類型電極層之間的該第二導(dǎo)電類型隔離層，該檢測晶體 管的該第二導(dǎo)電類型電極層相鄰于該第二導(dǎo)電類型隔離層，該復(fù)位晶體管還包括該光接收部分的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，其中第二導(dǎo)電類型的第 一源極區(qū)域形成在彼此隔離的每個單元中靠近該第 二基板表面的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層中，并且該第二導(dǎo)電類型的第一漏極區(qū) 域形成為圍繞該第 一 源極區(qū)域，該第 一漏極區(qū)域遠(yuǎn)離源極側(cè)的 一側(cè)沿著與該基板表面平行的方向與該 第二導(dǎo)電類型隔離層的局部部分重疊，第 一 柵極區(qū)域形成由該第 一 源極區(qū)域和該第 一 漏極區(qū)域圍繞，作為該第一導(dǎo)電類型電極層的第二漏極區(qū)域與該第一漏極區(qū)域遠(yuǎn)離該 源極側(cè)的端部相距預(yù)定的距離形成在該第二導(dǎo)電類型隔離層中，并且由該第 一漏極區(qū)域和該第二漏極區(qū)域圍繞的第二導(dǎo)電類型區(qū)域用作第二柵極區(qū)域，絕緣膜選擇性地形成在該基板的該第二基板表面上，在該第二基板表面 眾形成該第一源極區(qū)域、該第一漏極區(qū)域、該第一柵極區(qū)域、該第二漏極區(qū) 域和該第二柵極區(qū)域，以及在該第二基板表面上，形成基于該第一源極區(qū)域、該第一柵極區(qū)域和該第一漏極區(qū)域的該檢測晶體管，以及基于該第二柵極區(qū)域、該第二漏極區(qū)域 和處于浮置狀態(tài)的作為源極的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的該復(fù)位晶體管。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中 該光接收部分包括第一導(dǎo)電類型第一導(dǎo)電層，靠近該第一基板表面形成，并且接收光以基 于光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電荷；和第一導(dǎo)電類型第二導(dǎo)電層，比該第一導(dǎo)電類型第一導(dǎo)電層更靠近該第二 基板表面形成，并且積聚由該第一導(dǎo)電類型第一導(dǎo)電層產(chǎn)生的電荷。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的固態(tài)成像裝置，其中 該第一導(dǎo)電類型第一導(dǎo)電層的雜質(zhì)濃度比該第一導(dǎo)電類型第二導(dǎo)電層的雜質(zhì)濃度低。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中由該第一源極區(qū)域和該第一漏極區(qū)域圍繞的該第一柵極區(qū)域具有環(huán)形 形狀。
13、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中該第二導(dǎo)電類型隔離層具有單元隔離功能和釋放由該光接收部分的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層所產(chǎn)生的電荷中的不必要電荷的功能，該不必要電荷經(jīng) 由該檢測晶體管相鄰于該第二導(dǎo)電類型隔離層的該第一漏極區(qū)域釋放。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的固態(tài)成像裝置，其中在負(fù)電壓不施加給在該第二基板表面上形成的該檢測晶體管的柵極時， 由于直接在柵極絕緣膜下的環(huán)形半導(dǎo)體表面附近形成的電勢，選擇性地收集 由光電效應(yīng)引起的空穴的空穴袋存在于勢阱中。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)成像裝置，其中該檢測晶體管具有通過根據(jù)空穴袋中收集的空穴電荷量調(diào)制該第 一源 極區(qū)域和該第 一漏極區(qū)域之間的溝道電子電流來放大和檢測由光照射引起 的信號的功能。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的固態(tài)成像裝置，其中多個該復(fù)位晶體管設(shè)置在該檢測晶體管的周圍，并且 該復(fù)位晶體管的每一個都響應(yīng)施加預(yù)定極性的電壓到該第二柵極區(qū)域和該第二漏極區(qū)域，將收集在第一導(dǎo)電類型阱和空穴袋中的空穴橫向地沿半導(dǎo)體基板表面釋放到該第二漏極區(qū)域。
17、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中由該第二導(dǎo)電類型隔離層隔離的單元中的該第一導(dǎo)電類型第一導(dǎo)電層 由第二導(dǎo)電類型層沿著該基板的法線方向分成兩個區(qū)域，以由此形成第一區(qū) 域和第二區(qū)域，作為第一導(dǎo)電類型第二電極層的第三漏極區(qū)域形成在該第二導(dǎo)電類型 隔離層中，該第二導(dǎo)電類型隔離層沿著平行于該基板表面的方向相鄰于該第 一區(qū)域，在該第一基板表面的光入射側(cè)上形成透明電極，用于促進(jìn)釘扎功能的偏 置電壓施加到該透明電極，以及形成有存儲晶體管，該存儲晶體管包括該第三漏極區(qū)域、該第三漏極區(qū) 域和該光接收部分的該第 一 區(qū)域之間的該第二導(dǎo)電類型隔離層、以及該光接收部分的該第一區(qū)域。
18、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中在該第一基板表面上形成雜質(zhì)濃度比該第二導(dǎo)電類型隔離層的雜質(zhì)濃 度高并且具有釘扎功能的第二導(dǎo)電類型層。
19、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中在該第一基板表面的光入射側(cè)上形成透明電極，用于促進(jìn)釘扎功能的偏置電壓施加到該透明電極。
20、 一種固態(tài)成像裝置，包括基板，構(gòu)造成具有以光照射的第一基板表面和其上形成元件的第二基板 表面；光接收部分，構(gòu)造成形成在該基板中，并且包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層， 該光接收部分通過該第一基板表面接收光，并且具有對接收的光的光電轉(zhuǎn)換 功能和電荷積聚功能；第二導(dǎo)電類型隔離層，構(gòu)造成形成在該光接收部分的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo) 電層的側(cè)面上；和元件區(qū)域部分，構(gòu)造成靠近該第二基板表面形成在該光接收部分中并處 理聚集的電荷，其中該光接收部分的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層由第二導(dǎo)電類型層沿著該基板 的法線方向分成兩個區(qū)域，以由此形成第一區(qū)域和第二區(qū)域，第一導(dǎo)電類型電極層形成在第二導(dǎo)電類型隔離層中，該第二導(dǎo)電類型隔 離層沿著平行于基板表面的方向相鄰于該第一區(qū)域，在該第一基板表面的光入射側(cè)上形成透明電極，用于促進(jìn)釘扎功能的偏 置電壓施加到該透明電極，以及形成有存儲晶體管，該存儲晶體管包括第一導(dǎo)電類型電極層、該第一導(dǎo) 電類型電極層和該光接收部分的該第 一 區(qū)域之間的該第二導(dǎo)電類型隔離層、 以及該光4妻收部分的該第 一 區(qū)域。
21、 一種照相才凡，包4舌固態(tài)成像裝置，構(gòu)造成通過基板的第一基板表面接收光； 光學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)造成引導(dǎo)入射光到該固態(tài)成像裝置的該第一基板表面；和 信號處理電路，構(gòu)造成處理來自該固態(tài)成像裝置的輸出信號，其中該固 態(tài)成像裝置包括光接收部分，形成在該基板中，并且包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，該 光接收部分通過該第一基板表面接收光，并且具有對接收的光的光電轉(zhuǎn)換功能和電荷積聚功能；第二導(dǎo)電類型隔離層，形成在該光接收部分的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電 層的側(cè)面上；才企測晶體管，包括靠近該第二基板表面形成在該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電 層中的第二導(dǎo)電類型電極層，該檢測晶體管檢測該光接收部分中積聚的電荷，并且具有閾值調(diào)制功能；以及復(fù)位晶體管，包括形成在該第二導(dǎo)電類型隔離層中的第一導(dǎo)電類型 電極層，該第二導(dǎo)電類型隔離層沿著平行于基板表面的方向相鄰于該檢 測晶體管的形成區(qū)域，該復(fù)位晶體管還包括在該第一導(dǎo)電類型電極層和 該檢測晶體管的該第二導(dǎo)電類型電極層之間的該第二導(dǎo)電類型隔離層， 該檢測晶體管的該第二導(dǎo)電類型電極層相鄰于該第二導(dǎo)電類型隔離層， 該復(fù)位晶體管還包括該光接收部分的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。 22、 一種照相機(jī)，包括固態(tài)成像裝置，構(gòu)造成通過基板的第一基板表面接收光； 光學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)造成引導(dǎo)入射光到該固態(tài)成像裝置的該第一基板表面；和 信號處理電路，構(gòu)造成處理來自該固態(tài)成像裝置的輸出信號，其中該固 態(tài)成像裝置包括光接收部分，形成在該基板中，并且包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，該 光接收部分通過該第一基板表面接收光，并且具有對接收的光的光電轉(zhuǎn) 換功能和電荷積聚功能；第二導(dǎo)電類型隔離層，形成在該光接收部分的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電 層的側(cè)面上；檢測晶體管，包括靠近該基板的該第二基板表面形成在該第一導(dǎo)電 類型導(dǎo)電層中的第二導(dǎo)電類型電極層，該檢測晶體管檢測該光接收部分 中積聚的電荷，并且具有閾值調(diào)制功能；以及復(fù)位晶體管，包括第一導(dǎo)電類型電極層，該第一導(dǎo)電類型電極層形 成在該第二導(dǎo)電類型隔離層中，該第二導(dǎo)電類型隔離層沿著平行于基板 表面的方向相鄰于該4企測晶體管的形成區(qū)域，該復(fù)位晶體管還包括在該 第 一導(dǎo)電類型電極層和該檢測晶體管的該第二導(dǎo)電類型電極層之間的該第二導(dǎo)電類型隔離層，該檢測晶體管的該第二導(dǎo)電類型電極層相鄰于 該第二導(dǎo)電類型隔離層，該復(fù)位晶體管還包括該光接收部分的該第 一導(dǎo) 電類型導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電類型的第一源極區(qū)域形成在彼此隔離的每個單元中靠近 該第二基板表面的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層中，并且該第二導(dǎo)電類型的第 一漏極區(qū)域形成為圍繞該第 一源極區(qū)域，該第 一漏極區(qū)域遠(yuǎn)離源極側(cè)的 一側(cè)沿著平行于該基板表面的方向 與該第二導(dǎo)電類型隔離層的局部部分重疊，第 一 柵極區(qū)域形成為由該第 一 源極區(qū)域和該第 一 漏極區(qū)域圍繞，作為該第一導(dǎo)電類型電極層的第二漏極區(qū)域與該第一漏極區(qū)域遠(yuǎn) 離該源極側(cè)的端部相距預(yù)定的距離形成在該第二導(dǎo)電類型隔離層中，并 且由該第 一漏極區(qū)域和該第二漏極區(qū)域圍繞的第二導(dǎo)電類型區(qū)域用作 第二柵極區(qū)域，絕緣膜選擇性地形成在該基板的該第二基板表面上，在該第二基板 表面中形成該第一源極區(qū)域、該第一漏極區(qū)域、該第一柵極區(qū)域、該第 二漏極區(qū)域和該第二柵極區(qū)域，以及在該第二基板表面上，形成基于該第一源極區(qū)域、該第一柵極區(qū)域 和該第一漏極區(qū)域的該檢測晶體管，以及基于該第二柵極區(qū)域、該第二 漏極區(qū)域和處于浮置狀態(tài)的作為源極的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層的該復(fù) 位晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供固態(tài)成像裝置及照相機(jī)。該固態(tài)成像裝置包括基板；光接收部分，構(gòu)造成具有用光照射的第一基板表面和其上形成元件的第二基板表面；第二導(dǎo)電類型隔離層；檢測晶體管，構(gòu)造成包括靠近該第二基板表面形成在該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層中的第二導(dǎo)電類型電極層；以及復(fù)位晶體管，構(gòu)造成包括形成在該第二導(dǎo)電類型隔離層中的第一導(dǎo)電類型電極層、在該第一導(dǎo)電類型電極層和該檢測晶體管的該第二導(dǎo)電類型電極層之間的該第二導(dǎo)電類型隔離層、以及該光接收部分的該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。
文檔編號H04N5/369GK101312205SQ20081010881
公開日2008年11月26日 申請日期2008年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者廣田功 申請人:索尼株式會社