CN101609837A - 固体摄像器件、它的驱动方法以及使用它的电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体摄像器件、它的驱动方法以及使用它的电子装置。这种固体摄像器件包括：在基板的单位像素区域中在不同深度处形成的多个光电二极管；以及从所述基板的一个表面侧在深度方向上形成的多个纵向晶体管，所述多个纵向晶体管的栅极部被形成在与各个所述光电二极管对应的深度处，所述栅极部用于读出通过在所述多个光电二极管中进行光电转换而获得的信号电荷。采用本发明的固体摄像器件，饱和电荷量(Qs)得以增大，灵敏度得以提高且易于使像素尺寸减小。本发明的使用该固体摄像器件的电子装置具有较高图像质量。根据本发明的固体摄像器件的驱动方法，能够减小伪色、残像、噪声和混色且能够提高灵敏度。

Description

固体摄像器件、它的驱动方法以及使用它的电子装置

相关申请的交叉参考

本申请包含与分别在2008年6月9日、2008年11月6日、2008年11月6日和2008年11月6日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2008-150963、JP 2008-285907、JP 2008-285908和JP 2008-285909的公开内容相关的主题，在此将这些在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及在其单位像素区域中具有多个光电二极管的固体摄像器件、该固体摄像器件的驱动方法以及使用该固体摄像器件的电子装置。

背景技术

作为固体摄像器件的CCD图像传感器或CMOS图像传感器中的颜色分离，主要是通过使用彩色滤光器来实现的。在使用彩色滤光器的图像传感器中，针对一个像素安装有一种彩色滤光器，且一般具有红色、绿色和蓝色滤光器的三个像素电路被布置成彼此相邻。因此，狭义地说，在一个像素中能获得的光只是与该彩色滤光器对应的一种颜色。所以，在使用彩色滤光器的图像传感器中，通过利用入射到安装有不同颜色的滤光器的相邻像素上的光的信息来产生各颜色。

因而，在使用彩色滤光器的图像传感器中，会出现伪色，即，在任意像素处产生的颜色不同于实际入射到像素上的光的颜色。另外，由于使用了该彩色滤光器，例如在红色滤光器的情况下，绿色和蓝色的入射光被该彩色滤光器吸收且不会到达接收部。所以，损失了超过三分之二的入射光量。在绿色和蓝色滤光器中也会出现入射光量的损失。

因此，为了有效地利用入射光量并防止伪色的出现，已经开发了一种通过在基板的深度方向上形成像素中的多个光电二极管来分离颜色的方法。

例如，在JP-A-2002-513145(专利文献1)中，说明了一种用于分离颜色的方法，在该方法中，如图4所示，在p型Si基板3100中形成n型半导体层3102、p型半导体层3104和n型半导体层3106这三层结构，并且按照从较浅深度层开始的顺序通过对光进行光电转换而获取蓝色光、绿色光和红色光。

在该方法中，蓝色、绿色和红色信号从与Si基板3100表面上的各层连接的终端输出至外部。这利用了波长和在深度方向上的光吸收特性。藉此，在一个像素中进行颜色分离成为可能，这能够防止伪色的出现。因此，低通滤波器不是必要的。此外，由于没有使用彩色滤光器，因此波长不同的红色光、绿色光和蓝色光入射到该单位像素上。所以，减小了光量的损失。

通过将多个像素布置成必需的图形来构造出CMOS型固体摄像器件，在这些像素中，每个像素包括光电二极管和多个MOS晶体管。该光电二极管是根据光接收量来产生并累积信号电荷的光电转换元件，该多个MOS晶体管是用于传输来自于光电二极管的信号电荷的元件。在这些像素中，通过照射光来获得信号电荷并将所获得的信号电荷作为像素信号从各个像素输出。上述所输出的像素信号被规定的信号处理电路进行处理，并作为视频信号而被输出至外部。

近年来，为了改善固体摄像器件的性能，人们致力于像素尺寸的减小、饱和电荷量(Qs)的增大和灵敏度的提高。在JP-A-2005-223084(专利文献2)中，说明了一种使用电荷读出晶体管的固体摄像器件，该电荷读出晶体管具有在半导体基板的深度方向上形成的纵向栅极电极，以便在不降低饱和电荷量(Qs)和灵敏度的情况下实现像素尺寸的减小。

图1A示出了在专利文献2所给出的现有技术中固体摄像器件的示意性截面结构，图1B示出了该固体摄像器件的平面结构。

如图1A和图1B所示，现有技术中的固体摄像器件包括p型半导体基板203、用于构成在半导体基板203内形成的各个像素的光电二极管PD以及电荷读出晶体管Tr。

光电二极管PD包括：在半导体基板203表面侧形成的p型高浓度杂质区域(p+区域)206，朝着背面侧沿深度方向被形成为与p+区域206相邻的n型高浓度杂质区域(n+区域)205，以及n型低浓度杂质区域(n-区域)204。通过p+区域206和n+区域205形成了主要构成光电二极管PD的pn结(pn junction)“j0”。如图1B所示，在半导体基板203的光电二极管区域260中形成有光电二极管PD，其通过各个像素中的像素隔离区域210而分隔开。

电荷读出晶体管Tr是用于传输在光电二极管PD中累积的信号电荷的MOS晶体管。电荷读出晶体管Tr包括在半导体基板203的表面侧设置的浮动扩散区域202和隔着栅极绝缘膜218从该表面侧203沿深度方向在半导体基板203中形成的纵向栅极电极201。纵向栅极电极201隔着栅极绝缘膜218与浮动扩散区域202接触，并被形成为到达比光电二极管PD的pn结“j0”更深的位置处。在构成电荷读出晶体管Tr的纵向栅极电极201中，在凹槽部处形成有栅极绝缘膜218，该凹槽部被形成为其深度从半导体基板203的表面侧到达光电二极管PD的pn结“j0”。通过填充栅极绝缘膜218上的该凹槽部就形成了柱形的纵向栅极电极201。

在电荷读出晶体管Tr中，沿着纵向栅极电极201在半导体基板203的深度方向上形成有传输沟道并使该传输沟道从构成光电二极管PD的pn结“j0”到达浮动扩散区域202。

该固体摄像器件是如图1B所示让光从半导体基板203的背侧进行照射的背照射型固体摄像器件，其中，构成电荷读出晶体管Tr的纵向栅极电极201被形成在光电二极管PD的中央位置处。

在具有上述结构的固体摄像器件中，通过光电二极管PD对从背侧入射的光进行光电转换，并且信号电荷被累积在光电二极管PD中。然后，通过向电荷读出晶体管Tr的纵向栅极电极201施加正电压使光电二极管PD中所累积的信号电荷经由传输沟道进行传输，并被读出至在半导体基板203的表面上形成的浮动扩散区域202。

如上所述，该固体摄像器件具有这样的结构：在该结构中，光电二极管PD被形成在半导体基板203的深度方向上，且通过纵向栅极电极201将光电二极管PD中累积的信号电荷读出。因此，当减小像素尺寸时，饱和电荷量(Qs)和灵敏度不会降低。另外，由于是背照射型，在光照射侧没有形成MOS晶体管和布线层，因此，可以普遍地保证开口面积。

另一方面，图2A和图2B示出了在没有应用纵向栅极电极的现有技术中固体摄像器件的相关部分的示意性截面结构和平面结构。在图2A和图2B中，与图1A和图1B中对应的部分用相同的附图标记表示，并省略重复的说明。如图2A所示，当使用了不是纵向栅极电极的普通平面型栅极电极301时，在隔着栅极绝缘膜218形成有光电二极管PD的光电二极管区域260的外周边部处，栅极电极301被形成在半导体基板203的上表面处。

光电二极管PD的饱和电荷量(Qs)与构成光电二极管PD的pn结“j0”的电容成比例。由于在光电二极管PD的中央附近的杂质浓度通常较高，因此单位面积的电容较高，反之，在作为像素边缘的光电二极管PD的端部处的电容较低。也就是说，在图1A和图1B以及图2A和图2B所示的光电二极管PD中，由虚线围绕的部分中(光电二极管区域260的中央附近)的电容较高，且单位面积的饱和电荷量(Qs)也较高。

根据上述说明，在图2A和图2B所示的示例中，由于栅极电极301被形成在光电二极管区域260的外周边部处，因此光电二极管PD的饱和电荷量(Qs)没有损失。

然而，如图1A和图1B所示的示例那样，当将纵向栅极布置在光电二极管的中央处时，纵向栅极电极201被埋入在光电二极管PD中的具有高电容的部分中。在此情况下，在包括形成有纵向栅极电极201的区域及该区域的周边的范围中，可能会损失饱和电荷量(Qs)。

当如图1A和图1B所示将纵向栅极电极201和浮动扩散区域202布置在构成像素的光电二极管PD的中央处时，难以让多个像素共用浮动扩散区域202，这使得像素尺寸的减小变得更困难。另外，通过电荷读出晶体管Tr的传输沟道将累积在光电二极管PD中的电荷传输至在半导体基板203的表面上形成的浮动扩散区域202。因此，如果电荷读出晶体管Tr的栅极部中存在缺陷，则可以预料会出现电荷传输故障或者导致较大暗电流的产生。此种情况下的上述缺陷有如下一些：对在形成纵向栅极电极201的时候所形成的深槽部进行处理而产生的缺陷，或者界面态(interface state)。

固体摄像器件粗略地被划分为由互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器代表的放大型固体摄像器件和由电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)图像传感器代表的电荷传输型固体摄像器件。一些固体摄像器件被广泛用于数码照相机和数码摄像机等。近年来，作为安装在诸如带照相机的移动电话和个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等便携装置上的固体摄像器件，CMOS图像传感器由于在能耗方面具有优点，即电源电压较低，因而被广泛地使用着。

曾提出了一种CMOS固体摄像器件(参见专利文献2)，其中，在p型硅半导体基板的内部形成有光电转换元件(光电二极管)，并且形成有纵向传输晶体管以实现像素尺寸的减小而不会降低饱和电荷量(Qs)和灵敏度。图3示出了上述CMOS固体摄像器件中的像素的相关部分截面结构。

CMOS固体摄像器件1111是从基板背面照射光的背照射型固体摄像器件。在该CMOS固体摄像器件1111中，在半导体基板1112的前侧上形成有用于构成各个像素的像素晶体管，本例中这些像素晶体管是指传输晶体管Tr1、复位晶体管Tr2和放大晶体管Tr3。在这些像素晶体管的下方形成有光电二极管PD。光电二极管PD包括在半导体基板1112内部的n型半导体区域1113和p型半导体区域(p+区域)1121，该n型半导体区域1113具有作为电荷累积区域的高浓度杂质区域(n+区域)1113A和低浓度杂质区域(n区域)1113B，该p型半导体区域(p+区域)1121在其表面侧具有高浓度杂质。

凹槽部1114被设为到达光电二极管PD的n型高浓度杂质区域(n+区域)1113A内部，通过隔着栅极绝缘膜1115设置有从半导体基板1112的表面沿深度方向埋入至凹槽部1114中的柱状传输栅极电极1116，由此构成了纵向传输晶体管Tr1。在半导体基板1112的表面上，形成有要作为浮动扩散部(FD)40的n型源极/漏极区域1117并使其接触栅极绝缘膜1115。纵向传输晶体管Tr1的传输栅极电极1116被形成在与单位像素1131的中央即光电二极管PD的中央对应的位置处。形成有具有高浓度杂质的p型半导体区域(p+区域)1121并使其围绕着在光电二极管PD的高浓度杂质区域1113A中形成的栅极绝缘膜1115。

复位晶体管Tr2包括隔着栅极绝缘膜在半导体基板1112表面侧形成的一对n型源极/漏极区域1117、1118以及复位栅极电极1123。放大晶体管Tr3包括在半导体基板1112表面侧的一对n型源极/漏极区域1119、1120以及隔着栅极绝缘膜形成的复位栅极电极1124。另外，在形成有这些像素晶体管(Tr1、Tr2和Tr3)的半导体基板1112上，隔着层间绝缘层1125形成了其中形成有多层布线1126的多层布线层。在半导体基板1112的背面上，虽然没有图示出来，但在与各个像素对应的位置处形成有彩色滤光器和片上微透镜。附图标记1130表示像素隔离区域。附图标记1131表示单位像素。

在JP-A-2003-31785(专利文献3)中也公开了关于背照射型固体摄像器件的其它说明。

作为固体摄像器件，CMOS固体摄像器件是已知的。在该CMOS固体摄像器件中，光电二极管和多个MOS晶体管形成一个像素。通过将多个像素布置成必需的图形，来构造出具有多个像素的固体摄像器件。该光电二极管是根据所接收的光量产生并累积信号电荷的光电转换元件，该多个MOS晶体管是用于传输来自光电二极管的信号电荷的元件。

近年来，CMOS固体摄像器件中的像素尺寸趋于减小。但是，由于光电二极管和诸如电荷读出晶体管等多个MOS晶体管被布置在CMOS固体摄像器件中的各个像素区域的同一平面上，因此该平面上必须具有用于各个元件的面积，这往往会增大一个像素的面积。因而，难以减小像素尺寸，并且当该尺寸减小时，光电二极管的面积也被减小，这引起了诸如饱和电荷量的降低和灵敏度的降低等问题。

在专利文献1中说明了如下结构：该结构中，形成于光电二极管的高浓度区域中的pn结被设置在半导体基板内部。在此情况下，用于读出信号电荷的电荷读出晶体管的沟道部被形成在半导体基板的深度方向上，读出晶体管的栅极电极的底部和栅极绝缘膜被形成在比pn结的深度深的位置处。被这种结构应用于专利文献2中，从而保持了较大的光电二极管面积，并且甚至当像素面积被减小时也能防止饱和电荷量的降低。

然而，在专利文献2的固体摄像器件中，对于一个像素中的累积有信号电荷的一个光电二极管，可被完全传输的电位是确定的，并且难以将饱和电荷量(Qs)提高到一定量以上。也就是说，难以制出能同时实现像素尺寸的减小和饱和电荷量(Qs)的增大的结构。

在上述固体摄像器件1111中，纵向传输晶体管Tr1被布置在像素的中央处从而允许光电二极管PD的周边与传输栅极电极1116之间的距离是相同的并使得易于实现信号电荷的完全传输。然而，传输栅极电极1116可能会妨碍光电二极管PD的形成。因此，难以让传输栅极电极1116的一部分被形成为光电二极管PD，这减小了单位面积的饱和电荷量(Qs)，结果，其结构将会不利于像素特性。

在固体摄像器件1111中，有效沟道长度由光电二极管PD与浮动扩散部FD(n型源极/漏极区域1117)之间的距离确定。然而，在该结构中，n+区域1113A以与传输栅极电极接触的状态位于该传输栅极电极下方，因此，可能会出现由于栅极致漏极泄漏(Gate Induced Drain Leakage，GIDL)所引起的暗电流而产生的白缺陷，并且可能会降低像素特性。

在固体摄像器件1111中，如图3所示，形成有p-区域1122并使其围绕着在光电二极管PD的n型半导体区域(n+区域)1113A的表面上的传输栅极电极1116。该p-区域1122让光电二极管PD的电荷累积量得以维持并使得易于实现由传输栅极电极1116进行的电荷传输。然而，由于该区域1122是“p-”，因此实际上难以保证传输通道。

在固体摄像器件1111中，p-区域1122被形成在附着于传输栅极电极1116上的栅极绝缘膜1115与光电二极管PD的n型半导体区域(n+区域)1113A之间，因此抑制了由于光电二极管PD等中的缺陷而导致的暗电流的出现。然而，必须抑制由于在硅半导体基板1112被选择性地蚀刻以形成传输栅极电极1116时产生的损坏所致的缺陷而出现的暗电流，而p-区域1122是不够的。

在固体摄像器件1111中，在作为浮动扩散部的n型源极/漏极区域1117与光电二极管PD之间的传输栅极电极侧部处的沟道区域是p型区域。然而，在该结构中，难以完全地传输在光电二极管PD中累积的信号电荷。在该固体摄像器件中，即使在减小像素尺寸时也必须增大饱和电荷量并改善电荷传输。

目前期望提供一种固体摄像器件及其制造方法，其能够增大饱和电荷量(Qs)并调整传输栅极界面。还期望提供一种使用该固体摄像器件的电子装置。

还期望提供一种固体摄像器件及该固体摄像器件的驱动方法，其能够减小像素尺寸并增大饱和电荷量(Qs)以提高灵敏度。也期望提供一种使用该固体摄像器件的电子装置。

然而，在如专利文献1那样利用了波长和深度方向上的光吸收特性的发明中，必须在与Si基板3100表面相距约2μm的深度处形成对具有较长波长的红光进行光电转换的光电二极管。因此，相对于Si基板3100表面上的输出端子的距离较长，所以极难完全地传输在光电二极管中累积的电荷，这可能会导致残像。另外，光从Si基板3100表面的方向上入射，并且通过光电转换而产生的电荷被累积在由数层的阱层形成的光电二极管中。在此情况下，光电二极管的端部到达Si基板3100的表面，且在该部分处的pn结的深度与在光电二极管中央处的pn结的深度彼此不同。这将成为混色的起因以及在Si基板3100表面上产生噪声的起因。

目前需要提供一种固体摄像器件及其驱动方法，以便防止伪色、残像、噪声和混色并提高像素的开口面积比和灵敏度。还期望提供一种使用该固体摄像器件的电子装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体摄像器件和使用该固体摄像器件的电子装置，在该固体摄像器件和电子装置中，能够实现饱和电荷量(Qs)的增大和灵敏度的提高，并具有高的信号电荷传输效率。

本发明实施例的固体摄像器件包括以下结构。首先，包括了在半导体基板的深度方向上形成的埋入型光电二极管。另外，还包括了纵向栅极电极，该纵向栅极电极被形成在设有用于构成像素的光电二极管的光电二极管区域的周边部处，且该纵向栅极电极隔着栅极绝缘膜从半导体基板的表面到达光电二极管的深度。此外，还包括了用于累积从光电二极管读出的信号电荷的浮动扩散区域。该纵向栅极电极和该浮动扩散区域构成了电荷读出晶体管。

这里，“光电二极管区域”表示当俯视在半导体基板中形成的光电二极管时形成有该光电二极管的区域。

在本发明实施例的固体摄像器件中，当把用于读出信号的电位施加给纵向栅极电极时，光电二极管区域中的电位梯度(potential gradient)被改变为向着浮动扩散区域变深。因此，累积在光电二极管中的信号电荷沿着该电位梯度进行传输。

本发明另一实施例的电子装置包括光学透镜、固体摄像器件和用于处理该固体摄像器件的输出信号的信号处理电路。该固体摄像器件首先包括在半导体基板的深度方向上形成的埋入型光电二极管。另外，该固体摄像器件还包括纵向栅极电极，该纵向栅极电极被形成在设有用于构成像素的光电二极管的光电二极管区域的周边部处，且该纵向栅极电极的深度为隔着栅极绝缘膜从半导体基板的表面到达光电二极管。此外，该固体摄像器件还包括用于累积从光电二极管读出的信号电荷的浮动扩散区域。上述纵向栅极电极和该浮动扩散区域构成了电荷读出晶体管。

这里，“光电二极管区域”表示当俯视在半导体基板中形成的光电二极管时形成有该光电二极管的区域。

在本发明实施例的电子装置中，当把用于读出信号的电位施加给纵向栅极电极时，光电二极管区域中的电位梯度被改变为向着固体摄像器件中的浮动扩散区域变深。因此，累积在光电二极管中的信号电荷沿着该电位梯度进行传输。

本发明另一实施例的固体摄像器件包括：在半导体基板的深度方向上形成的作为光电转换元件的多层光电二极管；纵向传输晶体管，其沟道方向与所述半导体基板垂直；溢出通道，该溢出通道使要成为所述多层光电二极管的各个电荷累积区域的第二导电型半导体区域相连接；以及用于调节栅极界面的离子注入区域，该离子注入区域被形成在所述纵向传输晶体管的传输栅极部周围。

在本发明实施例的固体摄像器件中，多层光电二极管被形成在在半导体基板的深度方向上，并且在累积电荷时，当任一光电二极管达到饱和电荷量时，溢出的信号电荷通过溢出通道被累积在未达到饱和的光电二极管中。因此，增大了饱和电荷量(Qs)。由于用于调节栅极界面的离子注入区域被形成在所述纵向传输晶体管的传输栅极部周围，因此能够实现不会产生残像而且抑制了白缺陷(white defect)的出现的结构。当该离子注入区域例如是第二导电型半导体区域时，进一步提高了电荷传输效率，而当该离子注入区域是第一导电型半导体区域时，能够抑制暗电流的出现并能够抑制白缺陷的出现。

本发明另一实施例的固体摄像器件包括：埋入在半导体基板中作为光电转换元件的光电二极管；多个像素晶体管中的纵向传输晶体管，其被布置在像素的端部，且其沟道方向与所述半导体基板垂直；以及具有必需导电型的离子注入区域，其被形成在所述纵向传输晶体管的传输栅极部周围。

在该实施例的固体摄像器件中，包括形成有埋入在半导体基板中作为光电转换元件的一层光电二极管的情况和形成有多层光电二极管的情况。在两种情况下，纵向传输晶体管均被布置在像素的端部，因此，能够保证光电二极管的面积宽阔并能够增大饱和电荷量(Qs)。当具有必需导电型的在纵向传输栅极部周围的离子注入区域例如是第二导电型半导体区域时，进一步提高了电荷传输效率。当具有必需导电型的离子注入区域是第一导电型半导体区域时，能够抑制暗电流的出现并能够抑制白缺陷的出现。

本发明另一实施例的固体摄像器件的制造方法包括以下步骤：在半导体基板的深度方向上形成多层光电二极管，且形成使要成为各个光电二极管的电荷累积区域的第二导电型半导体区域相连接的溢出通道；在半导体基板的深度方向上形成离子注入区域并使其与所述溢出通道接触；在离子注入区域中形成沿半导体基板的深度方向延伸的凹槽部；以及在所述凹槽部的内壁表面上形成栅极绝缘膜，并形成纵向传输晶体管的传输栅极电极而使其埋入在所述凹槽中。

在本发明实施例的固体摄像器件的制造方法中，在形成了多层光电二极管和溢出通道之后形成离子注入区域，然后，形成用于将传输栅极电极埋入在离子注入区域中的凹槽部。因此，能够形成抵接在该凹槽的内壁表面上的离子注入区域。另外，能够形成面向溢出通道的纵向传输栅极部，且将离子注入区域夹在溢出通道与纵向传输栅极部之间。

本发明另一实施例的固体摄像器件的制造方法包括以下步骤：在半导体基板的深度方向上形成离子注入区域；在离子注入区域中形成沿半导体基板的深度方向延伸的凹槽部；在半导体基板的深度方向上形成多层光电二极管，且形成使要成为各个光电二极管的电荷累积区域的第二导电型半导体区域相连接的溢出通道，该溢出通道与所述离子注入区域接触；以及在所述凹槽部的内壁表面中形成栅极绝缘膜，并形成纵向传输晶体管的传输栅极电极而使其埋入在所述凹槽中。

在本发明实施例的固体摄像器件的制造方法中，在形成了离子注入区域并形成了用于将传输栅极电极埋入在离子注入区域中的凹槽部之后，形成多层光电二极管和溢出通道。因此，能够形成抵接在该凹槽的内壁表面上的离子注入区域。另外，能够形成面向溢出通道的纵向传输栅极部，且将离子注入区域夹在该溢出通道与该纵向传输栅极部之间。

本发明另一实施例的电子装置包括光学透镜、固体摄像器件和用于处理该固体摄像器件的输出信号的信号处理电路。该固体摄像器件包括：在半导体基板的深度方向上形成的作为光电转换元件的多层光电二极管；纵向传输晶体管，其沟道方向与所述半导体基板垂直；被形成在所述纵向传输晶体管的传输栅极部周围的离子注入区域；以及使要成为多个光电二极管的各个电荷累积区域的第二导电型半导体区域相连接的溢出通道。

本发明另一实施例的固体摄像器件包括在半导体基板中在不同深度处形成的多个光电二极管，各个光电二极管具有在第一导电型杂质区域和第二导电型杂质区域之间的结合面。另外，该固体摄像器件包括具有栅极绝缘膜、读栅极电极、传输沟道和浮动扩散区域的纵向晶体管。该电荷读出栅极电极隔着栅极绝缘膜从半导体基板的表面沿深度方向形成。传输沟道传输从多个光电二极管读出的信号电荷。浮动扩散区域是通过传输沟道传输来的信号电荷进行累积的区域。本发明实施例的固体摄像器件还包括在光电二极管中累积电荷时在多个光电二极管之间以及在光电二极管与浮动扩散区域之间的溢出通道。

在该实施例的固体摄像器件中，在累积信号电荷时，超出一个光电二极管的饱和电荷量的信号电荷通过溢出通道被传输给其它光电二极管或浮动扩散区域。由于设有多个光电二极管，因此能够增大总的饱和电荷量。另外，由于多个光电二极管被形成为沿着半导体基板的深度方向，因此能够减小像素尺寸。

在本发明另一实施例的固体摄像器件的驱动方法中，首先，通过将光照射至在半导体基板的深度方向上形成的多个光电二极管，由此在光电二极管中累积信号电荷。然后，在累积信号电荷时，超出一个光电二极管的饱和电荷量的信号电荷通过溢出通道被传输给另一光电二极管或浮动扩散区域。当完成了信号电荷的累积时，累积在多个光电二极管中的信号电荷同时被传输给浮动扩散区域。

在本发明实施例的驱动方法中，在累积信号电荷时，超出一个光电二极管的饱和电荷量的信号电荷被传输给另一光电二极管或浮动扩散区域。因此，提高了整个光电二极管的饱和电荷量并能扩大动态范围。

本发明另一实施例的电子装置包括光学透镜、固体摄像器件和信号处理电路。该固体摄像器件包括在半导体基板中在不同深度处形成的多个光电二极管，各个光电二极管具有在第一导电型杂质区域和第二导电型杂质区域之间的结合面。另外，该固体摄像器件包括具有栅极绝缘膜、读栅极电极、传输沟道和浮动扩散部的纵向晶体管。该电荷读出栅极电极隔着栅极绝缘膜从半导体基板的表面沿深度方向形成。该传输沟道传输从多个光电二极管读出的信号电荷。该浮动扩散区域是用于累积通过传输沟道传输来的信号电荷的区域。本发明实施例的固体摄像器件还包括在光电二极管中累积电荷时在多个光电二极管之间以及在各个光电二极管与浮动扩散区域之间的溢出通道。

所述信号处理电路处理所述固体摄像器件的输出信号。

在本发明实施例的电子装置中，在将信号电荷累积在固体摄像器件中时，超出一个光电二极管的饱和电荷量的信号电荷通过溢出通道被传输给其它光电二极管或浮动扩散区域。另外，由于设有多个光电二极管，因此能够增大总的饱和电荷量。

本发明另一实施例的固体摄像器件包括：在基板的单位像素区域中在不同深度处形成的多个光电二极管；和多个纵向晶体管。该多个纵向晶体管是用于读出通过在多个光电二极管中进行的光电转换而获得的信号电荷的晶体管。在该多个纵向晶体管中，它们的栅极部被形成在从基板的一个表面侧开始的深度方向上，并被形成在与各个所述多个光电二极管对应的深度处。

在本发明实施例的固体摄像器件中，有多个光电二极管被形成在单位像素区域中，因此，从单位像素区域读出多种颜色。此外，各纵向晶体管的栅极部被形成在与多个光电二极管对应的各个深度处，因此，将对象光电二极管的全部信号电荷读出。各个栅极部分别具有不同的栅极长度。

一种电子装置，其包括固体摄像器件、光学透镜系统和用于处理该固体摄像器件的输出信号的信号处理器件。

具体地，该固体摄像器件包括：在基板的单位像素区域中在不同深度处形成的多个光电二极管；和多个纵向晶体管。该多个纵向晶体管是用于读出通过在多个光电二极管中进行的光电转换而获得的信号电荷的晶体管。在该多个纵向晶体管中，它们的栅极部被形成在从基板的一个表面侧开始的深度方向上，并被形成在与各个所述多个光电二极管对应的深度处。

在本发明实施例的电子装置中，通过光学透镜系统入射到固体摄像器件中的光在单位像素区域的多个光电二极管中被光电转换。通过在各个光电二极管的深度处形成的纵向晶体管，将经过光电转换而得到的信号电荷读出从而形成图像。

根据本发明的各实施例，可以获得实现了饱和电荷量(Qs)的增大和灵敏度的提高的固体摄像器件。根据本发明的各实施例，还可以提高饱和电荷量(Qs)和灵敏度，结果，能够获得具有较高图像质量的电子装置。

在本发明各实施例的固体摄像器件及其制造方法中，可以提供一种固体摄像器件，在该固体摄像器件中，通过增大单位像素中的饱和电荷量(Qs)而进一步改善了电荷传输效率，或者通过抑制暗电流的产生而抑制了白缺陷的出现。

在本发明各实施例的电子装置中，装配有本发明实施例的固体摄像器件，因此，可以获得一种扩大了动态范围且具有较高图像质量的电子装置。

根据本发明的各实施例，可以获得一种固体摄像器件，在该固体摄像器件中，饱和电荷量(Qs)得以增大，灵敏度得以提高且易于使像素尺寸减小。根据本发明的各实施例，还可以获得一种通过使用如下固体摄像器件因而具有较高图像质量的电子装置，在该固体摄像器件中，饱和电荷量(Qs)和灵敏度能够被提高，且能够实现像素尺寸的减小。

在本发明各实施例的固体摄像器件及其驱动方法中，能够减小伪色、残像、噪声和混色且能够提高灵敏度。另外，彩色滤光器和低通滤波器不是必要的。

采用本发明各实施例的电子装置，可以获得伪色、残像、噪声和混色得以减小且灵敏度得以提高的图像。

附图说明

图1A和图1B是现有技术的固体摄像器件的示意性截面结构图和平面结构图；

图2A和图2B是现有技术的固体摄像器件的示意性截面结构图和平面结构图；

图3是示出了现有技术的固体摄像器件示例的相关部分的结构图；

图4是用于现有技术的摄像器件中所使用的光电二极管的示意性截面结构图；

图5是本发明实施例1～实施例56的固体摄像器件的整体结构图；

图6是本发明实施例1的固体摄像器件的相关部分的示意性俯视图；

图7是沿图6中的A-A线的示意性截面结构图；

图8是示出了本发明实施例1的固体摄像器件中用等高线表示的电位梯度的图；

图9是本发明实施例2的固体摄像器件的相关部分的示意性俯视图；

图10是沿图9中的B-B线的示意性截面结构图；

图11是本发明实施例3的固体摄像器件的相关部分的示意性俯视图；

图12是沿图11中的C-C线的示意性截面结构图；

图13是示出了本发明实施例3的固体摄像器件中用等高线表示的电位梯度的图；

图14是本发明实施例4的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图15是沿图14中的D-D线的示意性截面结构图；

图16是本发明实施例5的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图17是沿图16中的E-E线的示意性截面结构图；

图18是本发明实施例6的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图19是沿图18中的F-F线的示意性截面结构图；

图20是本发明实施例7的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图21是本发明实施例8的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图22是本发明实施例9的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图23是本发明实施例10的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图24是本发明实施例11的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图25是本发明实施例12的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图26是本发明实施例13的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图27是本发明实施例14的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图28是本发明实施例15的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图29是本发明实施例16的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图30是本发明实施例17的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图31是本发明实施例18的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图32是本发明实施例19的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图33是本发明实施例20的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图34是本发明实施例21的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图35是本发明实施例22的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图36是本发明实施例23的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图37是本发明实施例24的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图38是本发明实施例25的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图39是本发明实施例26的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图40是本发明实施例27的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图41是本发明实施例28的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图42是本发明实施例29的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图43是本发明实施例30的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图44是本发明实施例31的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图45是本发明实施例32的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图46是本发明实施例33的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图47是本发明实施例34的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图48是本发明实施例35的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图49是本发明实施例36的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图50是本发明实施例37的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图51是本发明实施例38的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图52是本发明实施例39的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图53是本发明实施例40的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图54是本发明实施例41的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图55是本发明实施例42的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图56是本发明实施例43的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图57是本发明实施例44的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图58是本发明实施例45的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图59是本发明实施例46的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图60是本发明实施例47的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图61是本发明实施例48的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图62是本发明实施例49的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图63是本发明实施例50的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图64是本发明实施例51的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图65是本发明实施例52的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图66是本发明实施例53的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图67是本发明实施例54的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图68是本发明实施例55的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图69是本发明实施例56的固体摄像器件的相关部分的示意性平面结构图；

图70是沿图69中的A-A线的示意性截面结构图；

图71是本发明实施例57的电子装置；

图72是示出了图5中的单位像素示例的等效电路；

图73是本发明实施例58的固体摄像器件的相关部分的结构图；

图74是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法示例的制造过程图(步骤1)；

图75是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法示例的制造过程图(步骤2)；

图76是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法示例的制造过程图(步骤3)；

图77是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法示例的制造过程图(步骤4)；

图78是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法示例的制造过程图(步骤5)；

图79是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法示例的制造过程图(步骤6)；

图80是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法示例的制造过程图(步骤7)；

图81是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法示例的制造过程图(步骤8)；

图82是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法另一示例的制造过程图(步骤1)；

图83是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法另一示例的制造过程图(步骤2)；

图84是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法另一示例的制造过程图(步骤3)；

图85是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法另一示例的制造过程图(步骤4)；

图86是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法另一示例的制造过程图(步骤5)；

图87是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法另一示例的制造过程图(步骤6)；

图88是示出了本发明实施例的固体摄像器件制造方法另一示例的制造过程图(步骤7)；

图89是本发明实施例59的固体摄像器件的相关部分的结构图；

图90是本发明实施例60的固体摄像器件的相关部分的结构图；

图91是本发明实施例62的固体摄像器件的相关部分的结构图；

图92是沿图91中的A-A线的截面图；

图93是示出了本发明实施例62的固体摄像器件的联合像素(jointpixel)示例的等效电路；

图94是本发明实施例63的固体摄像器件的相关部分的结构图；

图95是本发明实施例64的固体摄像器件的截面结构图；

图96A～图96D是当对沿着实施例64的固体摄像器件的各个截面的平面进行俯视时的结构图；

图97是实施例64的固体摄像器件的杂质浓度分布图；

图98是当实施例64的固体摄像器件应用于背照射型时的图；

图99A～图99E是示意性地示出了当从图95的p-p截面观看时各电位和所累积的信号电荷的图；

图100示出了实施例64的固体摄像器件的另一示例；

图101是本发明实施例65的固体摄像器件的截面结构图；

图102是本发明实施例67的固体摄像器件的示意性截面结构图；

图103是实施例67的固体摄像器件的单位像素的等效电路；

图104A是实施例69的固体摄像器件的示意性截面结构图，图104B是示出了该整体的固体摄像器件的示意性结构图；

图105是本发明实施例70的固体摄像器件的示意性截面结构图；

图106是实施例70的固体摄像器件的单位像素的等效电路；

图107是本发明实施例71的固体摄像器件的示意性截面结构图；以及

图108是本发明实施例的电子装置的示意性结构图。

具体实施方式

下面参照图5～图71说明本发明的各实施例。

固体摄像器件的整体结构

首先，参照图5说明CMOS固体摄像器件，即应用了下面说明的实施例1和实施例2的CMOS图像传感器的整体结构。

图5所示的固体摄像器件1包括摄像区域3以及作为该摄像区域3的周边电路的垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8等，该摄像区域3具有布置在由Si制成的半导体基板13上的多个像素2。

像素2包括作为光电转换元件的光电二极管和多个MOS晶体管，并且多个像素2以二维阵列状有规则地布置在半导体基板13上。

摄像区域3包括以二维阵列状有规则地布置着的多个像素2。摄像区域3包括有效像素区域和黑基准像素区域，在所述有效像素区域中，实际进行光的接收并累积通过光电转换而产生的信号电荷，所述黑基准像素区域被形成在有效像素区域周围以用于将光学的黑输出为黑电平基准。

控制电路8产生时钟信号和控制信号等，作为基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟的垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等的操作基准。在控制电路8中产生的时钟信号和控制信号等被输入垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等。

例如，垂直驱动电路4包括移位寄存器，从而在垂直方向上以行为单位依次选择性地扫描摄像区域3中的各个像素2。然后，基于对应于光接收量在各个像素2的光电二极管中产生的信号电荷的像素信号通过垂直信号线被供应到列信号处理电路5。

例如，列信号处理电路5被布置在像素2的各个列上，使用来自黑基准像素区域(其被形成在有效像素区域周围，未图示)的信号以像素列为单位对从一行像素2输出的信号进行诸如噪声消除或者信号放大等信号处理。在列信号处理电路5与水平信号线90之间的该电路5的输出级处设置有水平选择开关(未图示)。

例如，水平驱动电路6包括移位寄存器，通过依次输出水平扫描脉冲来依次选择各个列信号处理电路5，从而使各个列信号处理电路5将像素信号输出到水平信号线90。

输出电路7对通过水平信号线90从各个列信号处理电路5依次供应的信号进行信号处理，并将这些信号输出。

图5中所示的固体摄像器件1包括下面说明的实施例1～实施例56的固体摄像器件，该图中特别示出了有效摄像区域中的像素的截面结构。

实施例1

包括两个纵向栅极电极的示例

图6示出了本发明实施例1的固体摄像器件的示意性平面结构，图7示出了沿图6中的A-A线的示意性截面结构。图6和图7是一个像素中所包含的相关部分的俯视图和截面图。如图6和图7所示，该固体摄像器件包括形成在半导体基板13中的光电二极管PD和电荷读出晶体管Tr。电荷读出晶体管Tr包括形成在光电二极管PD周边部处的两个纵向栅极电极12a、12b和形成在光电二极管区域60的靠近外部区域的角部处的浮动扩散区域11。在本实施例中，将说明第一导电型为p型并且第二导电型为n型的情况。

半导体基板13由p型硅基板制成。

光电二极管PD包括从半导体基板13的背侧到表面侧在半导体基板13中依次形成的n型杂质区域(n区域)14、n型高浓度杂质区域(n+区域)15和p型高浓度杂质区域(p+区域)16。光电二极管PD主要通过pn结“j”形成，该pn结“j”是p+区域16与n+区域15之间的结合面(joint surface)。在本实施例中，当从图6所示的正面看时，光电二极管PD被形成在具有大致正方形形状的光电二极管区域60中，并且光电二极管区域60通过由p型半导体基板13形成的像素隔离区域10与相邻像素分隔开。在本实施例中，光电二极管区域60具有正方形形状，但它不限于正方形形状，并且可以采用诸如矩形形状或者多边形形状等各种形状。为方便起见，在本实施例中光电二极管60被设为正方形形状。

在图6所示的俯视图中，把在像素隔离区域10内的形成有光电二极管PD的区域表示为光电二极管区域60。

两个纵向栅极电极12a、12b沿着构成光电二极管区域60角部的两个边缘而分别被形成在光电二极管区域60的外周边部处。也就是说，沿着从俯视图看具有多边形形状(在图6中为正方形形状)的光电二极管区域60的两个相邻边缘，分别形成了各纵向栅极电极。纵向栅极电极12a、12b的截面形状是矩形形状，并且各纵向栅极电极被布置成使得截面形状中的长轴方向平行于形成有纵向栅极电极12a、12b的光电二极管区域60的边缘。此外，纵向栅极电极12a、12b被形成为：它们隔着栅绝缘膜18埋入在半导体基板13中，且从半导体基板13表面到达一深度，在该深度处，各纵向栅极电极与形成在半导体基板13中的光电二极管PD的pn结“j”接触。在与包括纵向栅极电极12a、12b下部的较低周边部对应的部分处，在栅绝缘膜18与光电二极管PD所包含的n+区域15之间形成有杂质浓度低于p+区域16的杂质浓度的p型低浓度杂质区域(p-区域)17。在光电二极管PD所包括的p+区域16中，靠近栅绝缘膜18的那部分也被形成为p型低浓度杂质区域(p-区域)17。

用n型高浓度杂质区域(n+)在半导体基板13表面侧的区域中形成有浮动扩散区域11，该浮动扩散区域从光电二极管区域60的与纵向栅极电极12a、12b相邻的角部到光电二极管区域60的外部。浮动扩散区域11被共用在两个纵向栅极电极12a、12b之间。在本实施例中，浮动扩散区域11被形成为隔着栅绝缘膜18与纵向栅极电极12a、12b接触。

隔着栅绝缘膜18而形成在半导体基板13中的两个纵向栅极电极12a、12b和浮动扩散区域11构成了电荷读出传输晶体管Tr。

在本实施例的固体摄像器件中，图6中未图示的有，一个像素中所包含的诸如复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管等所需MOS晶体管被形成在半导体基板13的光电二极管区域60附近。在半导体基板13的表面侧上，利用层间绝缘膜形成有用于驱动这些MOS晶体管的多层布线层。

本实施例的固体摄像器件可以用作从半导体基板13表面侧照射光的前照射型固体摄像器件，或者可以用作从半导体基板13背侧照射光的背照射型固体摄像器件。

在前照射型的情况下，光通过片上透镜和彩色滤光膜等从半导体基板13表面侧入射，而在背照射型的情况下，光通过片上透镜和彩色滤光膜等从半导体基板13背侧入射。

驱动方法

下面说明本实施例中具有上述结构的固体摄像器件的驱动方法。

首先，让光“L”从固体摄像器件中的形成有片上透镜的那一侧照射。接着，把经过该片上透镜聚集的光入射到半导体基板13中的光电二极管PD上。

然后，在n-区域14和pn结“J”部中对入射在光电二极管PD上的光进行光电转换，并且在光电二极管PD中产生信号电荷。所产生的信号电荷累积于在n+区域15中形成的电位阱中。在本实施例的固体摄像器件中，在累积信号电荷时向纵向栅极电极12a、12b施加负电压。由于在本实施例的纵向栅极电极12a、12b和栅绝缘膜18的底部附近形成有p-区域17，因此隔着栅绝缘膜18将空穴钉扎在纵向栅极电极12a、12b的底部。以这种方式出现了使空穴被钉扎的空穴钉扎(hole pinning)，从而在累积信号电荷时阻止了暗电流噪声从纵向栅极电极12a、12b和栅绝缘膜18的底部进入p-区域17中。因此，能够减少到达光电二极管PD的暗电流。

在累积信号电荷之后，向纵向栅极电极12a、12b施加正电压。这里，向两个纵向栅极电极12a、12b施加同一电位。在图8中，用等高线示出了当向两个纵向栅极电极12a、12b施加用于读取信号电荷的电位时在光电二极管区域60中产生的电位。如图8所示，当向两个纵向栅极电极12a、12b施加用于读取信号电荷的电位时，如箭头R₁所示，电位向着由纵向栅极电极12a、12b形成的光电二极管区域60的角部变深。在本实施例中，浮动扩散区域11被形成为从由纵向栅极电极12a、12b形成的光电二极管区域60的角部到光电二极管区域60的外部区域。因此，通过向纵向栅极电极12a、12b施加正电压在光电二极管区域60中形成了电位梯度，并且所累积的信号电荷沿该电位梯度在图6和图7中的箭头R₁所示的方向上进行传输。因此，将信号电荷读取到浮动扩散区域11中。

由于通过向纵向栅极电极12a、12b施加正电压而带来的对纵向栅极电极12a、12b的电位影响，光电二极管区域60中的电位向着形成有纵向栅极电极12a、12b的位置变深。在本实施例中，纵向栅极电极12a、12b分别被形成为沿着构成光电二极管区域60一个角部的外周边部的两个边缘，因此，被纵向栅极电极12a、12b夹着的那部分处的电位尤其变深。浮动扩散区域11被形成在电位变深的位置处，因此，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿着电位谷被读取到浮动扩散区域11中。

因此，在本实施例中，能够通过改变光电二极管区域60中的电位梯度利用电荷读出晶体管Tr来读取信号电荷，因而，不只是通过现有技术中的传输沟道来读取信号电荷。因此，能够在不受在纵向栅极电极12a、12b侧面处产生的缺陷影响的情况下传输信号电荷。这样，能够抑制信号电荷的传输故障和暗电流的产生。

另外，由于纵向栅极电极12a、12b被形成在光电二极管区域60的外周边部处，因此，与现有技术中将纵向栅极电极形成在光电二极管PD中央处的情况相比，能够减少在纵向栅极电极12a、12b及其周边的面积上的饱和电荷量(Qs)的损失。也就是说，能够减少在光电二极管PD的单位面积电容通常较高的中央部分处的饱和电荷量(Qs)的损失。这样，能够提高饱和电荷量(Qs)和灵敏度。

实施例2

包括两个纵向栅极电极的示例

图9示出了本发明实施例2的固体摄像器件的示意性平面结构，图10示出了沿B-B线的截面结构。本实施例在浮动扩散区域11的形成位置方面不同于实施例1。在图9和图10中，与图6和图7对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，浮动扩散区域11被形成在半导体基板13的表面侧上且从由纵向栅极电极12a、12b夹着的光电二极管区域60角部到光电二极管区域60内部。浮动扩散区域11被共用在两个纵向栅极电极12a、12b之间。在本实施例中，浮动扩散区域11被形成为隔着栅绝缘膜18与纵向栅极电极12a、12b接触。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度在箭头R₁所示的方向上进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12a、12b施加正电压而形成的。因此，信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。

另外，根据本实施例的固体摄像器件，能够获得与实施例1相同的优点。此外，在本实施例的固体摄像器件中，由于浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域60内部，因此，能够实现像素尺寸的减小。

实施例3

包括两个纵向栅极电极和水平栅极电极的示例

图11示出了本发明实施例3的固体摄像器件的示意性平面结构，图12示出了沿图11中的C-C线的截面结构。在图11和图12中，与图6和图7对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括水平栅极电极19、纵向栅极电极12a和12b以及浮动扩散区域11。

两个纵向栅极电极12a、12b沿构成光电二极管区域60角部的两个边缘分别被形成在光电二极管区域60的外周边部处。在位于被纵向栅极电极12a、12b夹着的光电二极管区域60角部处的半导体基板13的上表面上，设有与纵向栅极电极12a、12b一体形成的水平栅极电极19。水平栅极电极19隔着栅绝缘膜18被形成在半导体基板13的表面上。向水平栅极电极19施加与纵向栅极电极12a、12b相同的电位。

在本实施例中，浮动扩散区域11被形成在半导体基板13表面侧的光电二极管区域60的外部区域处，所述浮动扩散区域是与水平栅极电极19下方的半导体基板13接触的区域。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷通过电位梯度进行传输并被读取到浮动扩散区域11中，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12a、12b和水平栅极电极19施加正电压而形成的。

在图13中，用等高线示出了当向两个纵向栅极电极12a、12b和水平栅极电极19施加用于读取信号电荷的电位时在光电二极管区域60中产生的电位。如图13所示，当向两个纵向栅极电极12a、12b和水平栅极电极19施加用于读取信号的电位时，电位向着由纵向栅极电极12a、12b和水平栅极电极19形成的角部区域变深。

当与实施例1所示的图8相比时，在该图8中，梯度向着被纵向栅极电极12a、12b夹着的角部变深，然而在角部处，电位梯度在箭头R₂所示的方向上变深。

图8所示的在光电二极管区域60的角部处沿箭头R₂所示方向的电位梯度可能会导致信号电荷的传输损失。另一方面，在本实施例中，如图13所示，电位在被纵向栅极电极12a、12b夹着的角部处不变浅，并且梯度是沿着电位变深的方向。简言之，不存在图8所示的箭头R₂的梯度。这是因为水平栅极电极19的作用。也就是说，水平栅极电极19与纵向栅极电极12a、12b一起使用，从而从光电二极管区域60内部向浮动扩散区域11更有效地形成了电位梯度。因此，能够抑制信号电荷的传输损失的出现。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例4

包括两个纵向栅极电极和水平栅极电极的示例

图14示出了本发明实施例4的固体摄像器件的示意性平面结构，图15示出了沿图14中的D-D线的截面结构。在图14和图15中，与图11和图12对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。本实施例在浮动扩散区域11的位置方面不同于实施例3。

在本实施例的固体摄像器件中，浮动扩散区域11被形成在半导体基板13表面侧的光电二极管区域60内部的区域上，所述浮动扩散区域是与水平栅极电极19下方的半导体基板13接触的区域。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的箭头R₁所示的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12a、12b施加正电压而形成的。所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。

另外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。此外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

实施例5

包括位于水平栅极电极下方的纵向栅极电极的示例

图16示出了本发明实施例5的固体摄像器件的示意性平面结构，图17示出了沿图16中的E-E线的截面结构。在图16和图17中，与图11和图12对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括水平栅极电极19、纵向栅极电极12和浮动扩散区域11。

水平栅极电极19隔着栅绝缘膜18而被形成在光电二极管区域60角部处的半导体基板13上。与水平栅极电极19一体形成的纵向栅极电极12被设在水平栅极电极19下方。纵向栅极电极12被形成为隔着栅绝缘膜18与形成在半导体基板13内部的光电二极管PD的pn结“j”接触。纵向栅极电极12具有大致正方形形状的截面，它被形成为具有不足以覆盖形成在光电二极管区域60角部处的水平栅极电极19整个下表面的尺寸。

在本实施例中，浮动扩散区域11被形成在半导体基板13表面侧的光电二极管区域60外部的区域处，所述浮动扩散区域是与水平栅极电极19下方的半导体基板13接触的区域。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的箭头R₁所示的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12施加正电压而形成的。因而，信号电被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，由于纵向栅极电极12被形成为具有不足以覆盖水平栅极电极19整个下表面的尺寸，因此，信号电荷通过光电二极管区域60的电位梯度向浮动扩散区域11的传输不受纵向栅极电极12的阻碍。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例6

包括位于水平栅极电极下方的纵向栅极电极的示例

图18示出了本发明实施例6的固体摄像器件的示意性平面结构，图19示出了沿图18中的F-F线的截面结构。在图18和图19中，与图16和图17对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在浮动扩散区域11的位置方面不同于实施例5。

在本实施例中，浮动扩散区域11被形成在半导体基板13表面侧的光电二极管区域60内部的区域处，所述浮动扩散区域是与水平栅极电极19下方的半导体基板13接触的区域。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的箭头R₁所示的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12施加正电压而形成的。因而，信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，纵向栅极电极12被形成为具有不足以覆盖水平栅极电极19整个下表面的尺寸。因此，信号电荷通过光电二极管区域60的电位梯度向浮动扩散区域11的传输不受纵向栅极电极12的阻碍。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

实施例7

包括一个纵向栅极电极的示例

图20示出了本发明实施例7的固体摄像器件的示意性平面结构。沿图20中的A-A线的截面结构与图7相同。在图20中，与图6对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括纵向栅极电极12a和浮动扩散区域11。一个纵向栅极电极12a沿光电二极管区域60外周边部的一个边缘而被形成。纵向栅极电极12a还被形成为隔着栅绝缘膜18到达该纵向栅极电极12a与形成在半导体基板13内部的光电二极管PD的pn结“j”接触的深度。

浮动扩散区域11被形成在半导体基板13的表面侧上，且从光电二极管区域60的与纵向栅极电极12a相邻的角部到外部。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12a施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷由此被读取到浮动扩散区域11中。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例8

包括一个纵向栅极电极的示例

图21示出了本发明实施例8的固体摄像器件的示意性平面结构。沿图21中的B-B线的截面结构与图10相同。在图21中，与图9对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在浮动扩散区域1 1的位置方面不同于实施例7。

在本实施例的固体摄像器件中，浮动扩散区域11被形成在半导体基板13表面侧的光电二极管区域60内部，所述浮动扩散区域与纵向栅极电极12a相邻近。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12a施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷由此被读取到浮动扩散区域11中。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

实施例9

包括一个纵向栅极电极和一个水平栅极电极的示例

图22示出了本发明实施例9的固体摄像器件的示意性平面结构。沿图22中的C-C线的截面结构与图12相同。在图22中，与图11对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括纵向栅极电极12a、水平栅极电极19和浮动扩散区域11。

首先，一个纵向栅极电极12a沿光电二极管区域60外周边部的一个边缘而被形成。纵向栅极电极12a还被形成为隔着栅绝缘膜18到达该纵向栅极电极12a与形成在半导体基板13内部的光电二极管PD的pn结“j”接触的深度。

水平栅极电极19隔着栅绝缘膜18与纵向栅极电极12a一体形成在与纵向栅极电极12a接触的光电二极管区域60角部处的半导体基板13上。

浮动扩散区域11被形成在半导体基板13表面侧的光电二极管区域60外部的区域上，所述浮动扩散区域是与水平栅极电极19下方的半导体基板13接触的区域。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12a和水平栅极电极19施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。

此外，在该固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。另外，由于水平栅极电极19与纵向栅极电极12a一起使用，从而从光电二极管区域60内部向浮动扩散区域11更有效地形成了电位梯度。因此，能够抑制信号电荷的传输损失的出现。

实施例10

包括一个纵向栅极电极和一个水平栅极电极的示例

图23示出了本发明实施例10的固体摄像器件的示意性平面结构。沿图23中的D-D线的截面结构与图15相同。在图23中，与图14对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在浮动扩散区域11的位置方面不同于实施例9。

在本实施例的固体摄像器件中，浮动扩散区域11被形成在半导体基板13表面侧的光电二极管区域60内部的区域上，所述浮动扩散区域是与水平栅极电极19下方的半导体基板13接触的区域。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12a和水平栅极电极19施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。

此外，在该固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

实施例11

包括延伸至两个边缘的纵向栅极电极和水平栅极电极的示例

图24示出了本发明实施例11的固体摄像器件的示意性平面结构。沿图24中的F-F线的截面结构与图19相同。在图24中，与图18对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例固体摄像器件的一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括纵向栅极电极12c、水平栅极电极19和浮动扩散区域11。

首先，纵向栅极电极12c被形成为延伸至光电二极管区域60外周边部的彼此相邻的两个边缘。纵向栅极电极12c被形成为隔着栅绝缘膜18从半导体基板13表面到达该纵向栅极电极12c与半导体基板13中光电二极管PD的pn结“j”接触的深度。

水平栅极电极19在形成有纵向栅极电极12c的光电二极管区域60角部区域处与纵向栅极电极12c一体形成。

浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域60中的与水平栅极电极19相邻的半导体基板表面侧上。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12c施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，由于信号电荷通过形成在光电二极管区域60内部的电位梯度进行传输，因此必须将浮动扩散区域11形成在信号电荷的传输不受纵向栅极电极12c阻碍的位置处。在本实施例中，浮动扩散区域11相对于纵向栅极电极12c被形成在对信号电荷进行累积的光电二极管区域60内部，因此，信号电荷的传输不受纵向栅极电极12c的阻碍。

此外，在该固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

实施例12

包括延伸至一个边缘及角部的纵向栅极电极和水平栅极电极的示例

图25示出了本发明实施例12的固体摄像器件的示意性平面结构。沿图25中的F-F线的截面结构与图19相同。在图25中，与图24对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括纵向栅极电极12d、水平栅极电极19和浮动扩散区域11。

首先，纵向栅极电极12d被形成为延伸至光电二极管区域60外周边部的一个边缘和与该边缘相邻的光电二极管区域60角部。纵向栅极电极12d被形成为隔着栅绝缘膜18从半导体基板13表面到达该纵向栅极电极12d与形成在半导体基板13中的光电二极管PD的pn结“j”接触的深度。

水平栅极电极19在形成有纵向栅极电极12d的光电二极管区域60角部区域处与纵向栅极电极12d一体形成。

浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域60内的与纵向栅极电极12d相邻的半导体基板13表面侧上。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12d施加正电压而形成的。因此，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例的固体摄像器件中，纵向栅极电极12d被形成为延伸至光电二极管区域60外周边部的一个边缘。在本实施例中，由于信号电荷通过形成在光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，因此浮动扩散区域11被形成在信号电荷的传输不受纵向栅极电极12d阻碍的位置处。也就是说，在本实施例中，浮动扩散区域11相对于纵向栅极电极12d被形成在对信号电荷进行累积的光电二极管区域60内部，因此，信号电荷的传输不受纵向栅极电极12d的阻碍。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。另外，由于在本发明实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

在上面说明的实施例1～实施例12中，已经说明了一个像素的结构。本发明实施例的电荷读出晶体管Tr能够共用相邻像素的电荷读出晶体管Tr中所包含的纵向栅极电极、水平栅极电极或者浮动扩散区域。下面将示出四个相邻像素，且同时将说明电荷读出晶体管Tr相对于光电二极管区域的布局示例。在以下对各实施例的说明中，只示出了固体摄像器件的像素部中的平面结构而省略了截面结构，然而，这些截面结构与实施例1～实施例12的固体摄像器件中的截面结构对应。因此，即使未图示，从俯视图中看，光电二极管区域被限定为其中形成有在半导体基板内所设的光电二极管的区域。纵向栅极电极被限定为：该纵向栅极电极被形成为隔着栅绝缘膜从半导体基板表面到该纵向栅极电极到达形成在半导体基板中的光电二极管的pn结的深度。水平栅极电极被限定为隔着栅绝缘膜而被形成在半导体基板上的栅极电极。

实施例13

水平栅极电极和浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图26示出了本发明实施例13的固体摄像器件的示意性平面结构。图26是四个相邻像素中所包含的相关部分的俯视图，示出了相邻像素在垂直方向或者水平方向上偏移从而形成所谓的蜂窝状像素布置的示例。在图26中，与上述各附图对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括水平栅极电极23、与水平栅极电极23一体形成的纵向栅极电极12、浮动扩散区域21。

水平栅极电极23被形成在如下区域处，该区域延伸至光电二极管区域60周边部的一个边缘和与该边缘相邻的光电二极管区域60角部，并平行于该边缘和角部。在水平栅极电极23下方的光电二极管区域60角部的位置处，设有与水平栅极电极23一体形成的纵向栅极电极12。纵向栅极电极12具有大致正方形形状的截面，它被形成为具有不足以覆盖形成在光电二极管区域60角部处的水平栅极电极23整个下表面的尺寸。

浮动扩散区域21被形成在光电二极管区域60外部，所述浮动扩散区域是与水平栅极电极23下方的半导体基板相邻的区域。

在本实施例的固体摄像器件中，沿光电二极管区域60周边部的一个边缘而形成的水平栅极电极23被共用在沿倾斜方向上彼此相邻的各像素之间。此外，形成在光电二极管区域60外部的浮动扩散区域21被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域21中。在本发明实施例的固体摄像器件中，沿光电二极管区域60外周边部的一个边缘而形成的水平栅极电极23被共用在沿倾斜方向相邻的两个像素之间。因此，累积在两个像素的光电二极管区域60中的信号电荷同时进行传输。此外，在本实施例中，由于纵向栅极电极12被形成为具有不足以覆盖水平栅极电极23整个下表面的尺寸，因此，信号电荷通过光电二极管区域60中的电位梯度向浮动扩散区域21的传输不受纵向栅极电极12的阻碍。

在本实施例中，由于水平栅极电极23和浮动扩散区域21被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例14

水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图27示出了本发明实施例14的固体摄像器件的示意性平面结构。在图27中，与图26对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在浮动扩散区域的结构方面不同于实施例13。

在本实施例的固体摄像器件中，浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域60内部的半导体基板13表面侧区域上，所述浮动扩散区域与水平栅极电极23下方的半导体基板13相邻。也就是说，浮动扩散区域11不是被共用在相邻像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例的固体摄像器件中，沿光电二极管区域60外周边部的一个边缘而形成的水平栅极电极23被共用在沿倾斜方向相邻的两个像素之间，因此，累积在两个像素的光电二极管区域60中的信号电荷同时进行传输。

在本实施例中，由于水平栅极电极23被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。此外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例15

两个水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图28示出了本发明实施例15的固体摄像器件的示意性平面结构。在图28中，与图27对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例中，在实施例14中形成在光电二极管区域60角部处的水平栅极电极被共用在相邻像素之间。

在本实施例的固体摄像器件中，形成在光电二极管区域60角部处的水平栅极电极25被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。在本实施例中，水平栅极电极25被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间以及沿垂直方向相邻的各像素之间。因此，向纵向栅极电极12和水平栅极电极25施加正电压，从而同时传输图28所示的四个像素的信号电荷。于是，信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于水平栅极电极25被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间以及沿垂直方向相邻的各像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。另外，由于在本发明实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

实施例16

水平栅极电极和纵向栅极电极被共用在两个像素之间的示例

图29示出了本发明实施例16的固体摄像器件的示意性平面结构。在图29中，与图28对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例中，实施例15中的纵向栅极电极被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。

在本实施例的固体摄像器件中，纵向栅极电极26被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。也就是说，本实施例中的纵向栅极电极26被形成为具有矩形形状的截面，并延伸至相邻像素。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极26施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，水平栅极电极25被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间以及沿垂直方向相邻的各像素之间。因此，向纵向栅极电极26和水平栅极电极23施加正电压，从而同时传输图29所示的四个像素的信号电荷。于是，信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于水平栅极电极25被共用在沿垂直方向相邻的两个像素之间以及沿倾斜方向相邻的两个像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例17

纵向栅极电极和浮动扩散区域被共用在两个像素之间的示例

图30示出了本发明实施例17的固体摄像器件的示意性平面结构。在图30中，与图6对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括纵向栅极电极12b、27和浮动扩散区域21。

两个纵向栅极电极12b、27被形成在各个光电二极管区域60的构成该光电二极管区域60一个角部的外周边部处。于是，两个纵向栅极电极12b、27中的一个纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。要共用的纵向栅极电极27被布置为使得该纵向栅极电极27的彼此相对的侧面分别面向不同的光电二极管区域60。

浮动扩散区域21被形成在与纵向栅极电极12b、27相邻的半导体基板13表面侧上的光电二极管区域60外部。浮动扩散区域21被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12b、27施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域21中。在本实施例中，纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。因此，同时向一个像素中所包含的两个纵向栅极电极12b、27施加正电压，从而传输图30所示的沿倾斜方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，信号电荷被读取到各个浮动扩散区域21中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极27和浮动扩散区域21被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例18

纵向栅极电极被共用在两个像素之间的示例

图31示出了本发明实施例18的固体摄像器件的示意性平面结构。在图31中，与图30对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。本实施例在浮动扩散区域的结构方面不同于实施例17。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素的电荷读出晶体管Tr中所包含的浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域60内部且与纵向栅极电极12b、27相邻。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12b、27施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。因此，同时向一个像素中所包含的两个纵向栅极电极12b、27施加正电压，从而同时传输图31所示的沿倾斜方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极27被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本发明实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例19

纵向栅极电极和浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图32示出了本发明实施例19的固体摄像器件的示意性平面结构。在图32中，与图11对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括纵向栅极电极12b和27、水平栅极电极29以及浮动扩散区域21。

纵向栅极电极12b、27沿构成光电二极管区域60一个角部的两个边缘分别被形成在光电二极管区域60的外周边部处。在位于被纵向栅极电极12b、27夹着的光电二极管区域60角部处的半导体基板13上表面上，设有与纵向电极12b、27一体形成的水平栅极电极29。两个纵向栅极电极12b、27中的一个纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。

浮动扩散区域21被形成在与纵向栅极电极12b、27相邻的半导体基板13表面侧上的光电二极管区域60外部。于是，浮动扩散区域21被共用在沿垂直方向相邻的两个像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12b、27施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域21中。在本实施例中，纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。因此，同时向一个像素中所包含的两个纵向栅极电极12b、27施加正电压，从而同时传输图32所示的沿倾斜方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，信号电荷被读取到各个浮动扩散区域21中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极27和浮动扩散区域21被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例20

纵向栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图33示出了本发明实施例20的固体摄像器件的示意性平面结构。在图33中，与图32对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在浮动扩散区域的结构方面不同于实施例19。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素的电荷读出晶体管Tr中所包含的浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域60内部且与纵向栅极电极12b、27相邻。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12b、27施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。因此，同时向一个像素中所包含的两个纵向栅极电极12b、27施加正电压，从而同时传输图33所示的沿倾斜方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极27被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本发明实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例21

纵向栅极电极和水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图34示出了本发明实施例21的固体摄像器件的示意性平面结构。在图34中，与图33对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在固体摄像器件在水平栅极电极的结构方面不同于实施例20。

在本发明实施例的固体摄像器件中，一个像素的电荷读出晶体管Tr中所包含的水平栅极电极30被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12b、27施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。此外，水平栅极电极30被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。因此，同时向一个像素中所包含的纵向栅极电极12b、27和水平栅极电极30施加正电压，从而同时传输图34所示的四个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管区域中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极27和水平栅极电极30被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例22

延伸至两个边缘的纵向栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图35示出了本发明实施例22的固体摄像器件的示意性平面结构。在图35中，与图33对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括纵向栅极电极31和浮动扩散区域11。

一个像素中所包含的纵向栅极电极31被形成为延伸至光电二极管区域60外周边部处的两个相邻边缘。与被形成为延伸至光电二极管区域60外周边部处的两个相邻边缘的纵向栅极电极31的一个边缘对应的部分被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。

水平栅极电极29在形成有纵向栅极电极31的光电二极管区域60角部处与纵向栅极电极31一体形成。

浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域内部且与纵向栅极电极相邻。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极3 1施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，纵向栅极电极31被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。因此，同时传输图35所示的沿倾斜方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极31被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例23

延伸至两个边缘的纵向栅极电极和水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图36示出了本发明实施例23的固体摄像器件的示意性平面结构。在图36中，与图35对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在水平栅极电极的结构方面不同于实施例22。

本实施例的水平栅极电极32被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极31施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，纵向栅极电极31被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。此外，水平栅极电极32被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。因此，通过向纵向栅极电极31施加正电压来同时传输图36所示的四个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极31和水平栅极电极32被共用在相邻像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例24

延伸至两个边缘的纵向栅极电极和水平栅极电极32被共用在两个像素之间的示例

图37示出了本发明实施例24的固体摄像器件的示意性平面结构。在图37中，与图36对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例23。

本实施例的纵向栅极电极33被一体形成为延伸至光电二极管区域60外周边部处的两个相邻边缘并且延伸至沿垂直方向相邻的各像素。与被形成为延伸至光电二极管区域60外周边部处的两个相邻边缘的纵向栅极电极33的一个边缘对应的部分被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。此外，把纵向栅极电极33中的被形成为延伸至沿垂直方向相邻的各像素的那部分形成在水平栅极电极32下方，所述水平栅极电极被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极33施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，纵向栅极电极33被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间以及沿垂直方向相邻的各像素之间。此外，水平栅极电极32被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。因此，通过向纵向栅极电极33和水平栅极电极32施加正电压来同时传输图37所示的四个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极33和水平栅极电极32被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例25

纵向栅极电极和浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图38示出了本发明实施例25的固体摄像器件的示意性平面结构。在图38中，与图30对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括纵向栅极电极27和浮动扩散区域21。

一个像素中所包含的一个纵向栅极电极27沿光电二极管区域60外周边部的一个边缘而形成。纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。

一个像素中所包含的浮动扩散区域21被形成在半导体基板13表面侧的光电二极管区域60外部，所述浮动扩散区域与纵向栅极电极27相邻。浮动扩散区域21被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极27施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域21中。在本实施例中，由于纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间，因此，通过向纵向栅极电极27施加正电压来同时传输沿倾斜方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域21中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极27和浮动扩散区域21被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例26

纵向栅极电极和浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图39示出了本发明实施例26的固体摄像器件的示意性平面结构。在图39中，与图22对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括水平栅极电极19、与水平栅极电极19一体形成的纵向栅极电极27、浮动扩散区域21。

首先，一个纵向栅极电极27沿光电二极管区域60外周边部的一个边缘而形成。纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。

水平栅极电极1 9被形成在与纵向栅极电极27相邻的光电二极管区域60角部处，所述水平栅极电极与纵向栅极电极27一体形成。

浮动扩散区域21被形成在光电二极管区域60外部的区域处，并与水平栅极电极19下方的半导体基板13接触。浮动扩散区域21被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极27施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域21中。在本实施例中，由于纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间，因此，通过向纵向栅极电极27施加正电压来同时传输沿倾斜方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域21中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极27和浮动扩散区域21被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例27

纵向栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图40示出了本发明实施例27的固体摄像器件的示意性平面结构。在图40中，与图39对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在浮动扩散区域的结构方面不同于实施例26。

在本实施例的固体摄像器件中，浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域60内部，并与水平栅极电极19下方的半导体基板13接触。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，并被读取到浮动扩散区域11中，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极27施加正电压而形成的。在本实施例中，纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。因此，通过向纵向栅极电极27施加正电压来同时传输沿倾斜方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极27被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例28

纵向栅极电极和水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图41示出了本发明实施例28的固体摄像器件的示意性平面结构。在图41中，与图40对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在水平栅极电极的结构方面不同于实施例27。

在本实施例的固体摄像器件中，水平栅极电极32被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极27和水平栅极电极32施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，纵向栅极电极27被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。此外，水平栅极电极32被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。因此，通过向纵向栅极电极27和水平栅极电极32施加正电压来同时传输图41所示的四个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极27和水平栅极电极32被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例29

纵向栅极电极和水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图42示出了本发明实施例29的固体摄像器件的示意性平面结构。在图42中，与图41对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例28。

在本实施例中，纵向栅极电极37被形成为共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间以及沿垂直方向相邻的各像素之间，所述纵向栅极电极被一体形成为延伸至沿倾斜方向相邻的各像素和沿垂直方向相邻的各像素。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极37和水平栅极电极32施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，纵向栅极电极37被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间以及沿垂直方向相邻的各像素之间。此外，水平栅极电极32被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。因此，通过向纵向栅极电极37和水平栅极电极32施加正电压来同时传输图42所示的四个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极37和水平栅极电极32被共用在相邻像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例30

纵向栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图43示出了本发明实施例30的固体摄像器件的示意性平面结构。在图43中，与图25对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括纵向栅极电极39、水平栅极电极19和浮动扩散区域11。

一个像素中所包含的纵向栅极电极39沿光电二极管区域60外周边部的一个边缘而形成，并延伸至该边缘和与该边缘相邻的光电二极管区域60角部。于是，沿光电二极管区域60外周边部的一个边缘而形成的纵向栅极电极39被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。

水平栅极电极19在形成有纵向栅极电极39的光电二极管区域60角部区域处与纵向栅极电极39一体形成。

浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域60内，所述浮动扩散区域与纵向栅极电极39相邻。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极39施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，由于纵向栅极电极39被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间，因此，同时传输图43所示的沿倾斜方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极39被共用在相邻像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例31

纵向栅极电极和水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图44示出了本发明实施例31的固体摄像器件的示意性平面结构。在图44中，与图43对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例的一部分在水平栅极电极的结构方面不同于实施例30。

在本实施例中，水平栅极电极32被形成为连接在沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极39施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，纵向栅极电极39被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间。此外，水平栅极电极32被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。因此，通过向纵向栅极电极39和水平栅极电极32施加正电压来同时传输图44所示的四个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极39和水平栅极电极32被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例32

纵向栅极电极和水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图45示出了本发明实施例32的固体摄像器件的示意性平面结构。在图45中，与图44对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例的一部分在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例31。

在本实施例中，纵向栅极电极41沿光电二极管区域60外周边部的一个边缘而形成，并延伸至该边缘和与该边缘相邻的光电二极管区域60角部。沿光电二极管区域60外周边部的一个边缘而形成的纵向栅极电极41被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间，所述纵向栅极电极被形成为延伸至沿垂直方向相邻的各像素。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极41施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，纵向栅极电极41被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间以及沿垂直方向相邻的各像素之间。此外，水平栅极电极32被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。因此，通过向纵向栅极电极41施加正电压来同时传输图45所示的四个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

由于纵向栅极电极41被共用在沿倾斜方向相邻的各像素之间，因此，通过向纵向栅极电极41施加正电压，同时传输图45所示的四个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极41和水平栅极电极32被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例33

纵向栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图46示出了本发明实施例33的固体摄像器件的示意性平面结构。在图46中，与图22对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括纵向栅极电极42和浮动扩散区域11。

纵向栅极电极42被形成在光电二极管区域60的外周边部处，所述纵向栅极电极被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域60和纵向栅极电极42之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极42施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，由于形成在光电二极管区域60外周边部处的纵向栅极电极42被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间，因此，通过向纵向栅极电极42施加正电压来同时传输沿垂直方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，累积在光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于纵向栅极电极42被共用在两个像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例34

水平栅极电极和浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图47示出了本发明实施例34的固体摄像器件的示意性平面结构。图47是包括四个相邻像素的相关部分的俯视图，示出了所谓的四方形像素布置的示例，其中，各像素在水平方向和垂直方向上正交布置着。也就是说，图47示出了四个像素的区域，即两个像素被布置为沿水平方向且两个像素被布置为沿垂直方向的区域。在图47中，与图16对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括水平栅极电极44、与水平栅极电极44一体形成的纵向栅极电极12、浮动扩散区域43。

水平栅极电极44被形成在光电二极管区域60的角部处。水平栅极电极44被共用在沿水平方向相邻的各像素之间。在位于角部处的水平栅极电极44的下方，设有与水平栅极电极44一体形成的纵向栅极电极12。纵向栅极电极12具有大致正方形形状的截面，它被形成为具有不足以覆盖水平栅极电极44整个下表面的尺寸。

浮动扩散区域43被形成在光电二极管60外部的区域处，并且与水平栅极电极44下方的半导体基板13相邻。浮动扩散区域43被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12和水平栅极电极44施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域43中。在本实施例中，由于水平栅极电极44被共用在沿水平方向相邻的各像素之间，因此，通过向纵向栅极电极12和水平栅极电极44施加正电压来同时传输沿水平方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域43中。此外，在本实施例中，由于纵向栅极电极12被形成为具有不足以覆盖水平栅极电极44整个下表面的尺寸，因此，通过光电二极管区域60中的电位梯度向浮动扩散区域43传输的信号电荷的传输不受纵向栅极电极12的阻碍。

在本实施例中，由于水平栅极电极44和浮动扩散区域43被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例35

水平栅极电极和浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图48示出了本发明实施例35的固体摄像器件的示意性平面结构。在图48中，与图47对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例34。

在本实施例中，纵向栅极电极46a被形成在水平栅极电极44下方，且沿着光电二极管区域60外周边部处的在垂直方向上延伸的一个边缘。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极46a和水平栅极电极44施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域43中。在本实施例中，水平栅极电极44被共用在沿水平方向相邻的各像素之间。因此，通过向纵向栅极电极46a和水平栅极电极44施加正电压来同时传输沿水平方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，累积在光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域43中。

在本实施例中，由于水平栅极电极44和浮动扩散区域43被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例36

水平栅极电极、纵向栅极电极和浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图49示出了本发明实施例36的固体摄像器件的示意性平面结构。在图49中，与图48对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例的一部分在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例35。

在本实施例中，纵向栅极电极47被形成在水平栅极电极44下方且位于光电二极管区域60的外周边部处。纵向栅极电极47被共用在沿水平方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极47和水平栅极电极44施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域43中。在本实施例中，纵向栅极电极47和水平栅极电极44被共用在沿水平方向相邻的各像素之间。因此，通过向纵向栅极电极47和水平栅极电极44施加正电压来同时传输沿水平方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，累积在光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域43中。

在本实施例中，由于水平栅极电极44、纵向栅极电极47和浮动扩散区域43被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例37

水平栅极电极和浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图50示出了本发明实施例37的固体摄像器件的示意性平面结构。在图50中，与图49对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同实施例36。

在本实施例中，纵向栅极电极46b被形成在水平栅极电极44的下方，且沿着光电二极管区域60外周边部处的在水平方向上延伸的一个边缘。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极46b和水平栅极电极44施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域43中。在本实施例中，水平栅极电极44被共用在沿水平方向相邻的各像素之间。因此，通过向纵向栅极电极46b和水平栅极电极44施加正电压来同时传输沿水平方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域43中。

在本实施例中，由于水平栅极电极44和浮动扩散区域43被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例38

水平栅极电极、纵向栅极电极和浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图51示出了本发明实施例38的固体摄像器件的示意性平面结构。在图51中，与图49和图50对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例37。

在本实施例中，纵向栅极电极46b被形成在水平栅极电极44下方且沿着光电二极管区域60外周边部处的在水平方向上延伸的一个边缘。此外，纵向栅极电极47被形成在水平栅极电极44下方且位于光电二极管区域60的外周边部处，并被共用在沿水平方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极46b、47和水平栅极电极44施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷通过纵向栅极电极46b与纵向栅极电极47之间的区域被读取到浮动扩散区域43中。在本实施例中，由于纵向栅极电极47被共用在沿水平方向相邻的各像素之间，因此，通过向纵向栅极电极46b、47和水平栅极电极44施加正电压来同时传输沿水平方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域43中。

在本实施例中，由于水平栅极电极44、纵向栅极电极47和浮动扩散区域43被共用在相邻像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例39

水平栅极电极和浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图52示出了本发明实施例39的固体摄像器件的示意性平面结构。在图52中，与图51对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例的一部分在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例38。

在本实施例中，纵向栅极电极46a被形成在水平栅极电极44的下方，且沿光电二极管区域60外周边部处的在垂直方向上延伸的一个边缘。此外，纵向栅极电极46b被形成在水平栅极电极44的下方，且沿光电二极管区域60外周边部处的在水平方向上延伸的一个边缘。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极46a、46b和水平栅极电极44施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷通过纵向栅极电极46a与纵向栅极电极46b之间的区域被读取到浮动扩散区域43中。在本实施例中，水平栅极电极44被共用在沿水平方向相邻的各像素之间。因此，通过向纵向栅极电极46a、46b和水平栅极电极44施加正电压来同时传输沿水平方向相邻的两个像素的信号电荷。于是，累积在各个光电二极管PD中的信号电荷被读取到各个浮动扩散区域43中。

在本实施例中，由于水平栅极电极44和浮动扩散区域43被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例40

浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图53示出了本发明实施例40的固体摄像器件的示意性平面结构。在图53中，与图16对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括水平栅极电极19、与水平栅极电极19一体形成的纵向栅极电极12、浮动扩散区域43。

水平栅极电极19被形成在光电二极管区域60的角部处。纵向栅极电极12被形成在位于光电二极管区域60角部处的水平栅极电极19的下方，所述纵向栅极电极与水平栅极电极19一体形成。纵向栅极电极12具有大致正方形形状的截面，它被形成为具有不足以覆盖位于光电二极管区域60角部处的水平栅极电极19整个下表面的尺寸。

浮动扩散区域43被形成在光电二极管区域60外部的区域处，所述浮动扩散区域与水平栅极电极19下方的半导体基板13相邻。浮动扩散区域43被共用在沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12和水平栅极电极19施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域43中。在本实施例中，由于纵向栅极电极12被形成为具有不足以覆盖水平栅极电极19整个下表面的尺寸，因此，通过光电二极管区域60中的电位梯度向浮动扩散区域43传输的信号电荷的传输不受纵向栅极电极12的阻碍。

在本实施例中，由于浮动扩散区域43被共用在相邻像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例41

浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图54示出了本发明实施例41的固体摄像器件的示意性平面结构。在图54中，与图53对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例40。

在本实施例中，纵向栅极电极46b被形成在水平栅极电极19的下方，且沿光电二极管区域60外周边部处的在水平方向上延伸的一个边缘。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿半导体基板中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极46b和水平栅极电极19施加正电压而形成的。

在本实施例中，由于浮动扩散区域43被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例42

浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图55示出了本发明实施例42的固体摄像器件的示意性平面结构。在图55中，与图54对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例41。

在本实施例中，纵向栅极电极46a被形成在水平栅极电极19的下方，且沿着光电二极管区域60外周边部处的在垂直方向上延伸的一个边缘。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极46a和水平栅极电极19施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域43中。

在本实施例中，由于浮动扩散区域43被共用在相邻像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例43

浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图56示出了本发明实施例43的固体摄像器件的示意性平面结构。在图56中，与图55对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例42。

在本实施例中，纵向栅极电极46a被形成在水平栅极电极19的下方，且沿着光电二极管区域60外周边部处的在垂直方向上延伸的一个边缘。此外，纵向栅极电极46b被形成在水平栅极电极19的下方，且沿光电二极管区域60外周边部处的在水平方向上延伸的一个边缘。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极46a、46b和水平栅极电极19施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷通过纵向栅极电极46a与纵向栅极电极46b之间的区域被读取到浮动扩散区域43中。

在本实施例中，由于浮动扩散区域43被共用在相邻像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例44

浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图57示出了本发明实施例44的固体摄像器件的示意性平面结构。在图57中，与图53对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括水平栅极电极19、与水平栅极电极19一体形成的纵向栅极电极12、浮动扩散区域51。

水平栅极电极19被形成在光电二极管区域60的角部处。纵向栅极电极12被形成在位于光电二极管区域角部处的水平栅极电极19的下方，所述纵向栅极电极与水平栅极电极19一体形成。纵向栅极电极12具有大致正方形形状的截面，它被形成为具有不足以覆盖位于光电二极管区域60角部处的水平栅极电极19整个下表面的尺寸。

浮动扩散区域51被形成在光电二极管区域60外部的区域处，所述浮动扩散区域与水平栅极电极19下方的半导体基板13相邻。浮动扩散区域51被共用在四个像素之间，即沿垂直方向相邻的各像素和沿水平方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12和水平栅极电极19施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域51中。

在本实施例中，由于浮动扩散区域51被共用在相邻四个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例45

浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图58示出了本发明实施例45的固体摄像器件的示意性平面结构。在图58中，与图57对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例44。

根据本实施例，在沿一条对角线形成的各像素中，纵向栅极电极46a被形成在水平栅极电极19的下方且沿着光电二极管区域60外周边部处的在垂直方向上延伸的一个边缘。另一方面，在沿另一条对角线形成的各像素中，纵向栅极电极46b被形成在水平栅极电极19的下方且沿光电二极管区域60外周边部处的在水平方向上延伸的一个边缘。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极46a、46b和水平栅极电极19施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域51中。

在本实施例中，由于浮动扩散区域51被共用在相邻四个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例46

浮动扩散区域被共用在相邻像素之间的示例

图59示出了本发明实施例46的固体摄像器件的示意性平面结构。在图59中，与图58对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例45。

在本实施例中，纵向栅极电极46a被形成在水平栅极电极19下方，且沿着光电二极管区域60外周边部处的在垂直方向上延伸的一个边缘。此外，纵向栅极电极46b被形成在水平栅极电极19的下方，且沿着光电二极管区域60外周边部处的在水平方向上延伸的一个边缘而形成。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极46a、46b和水平栅极电极19施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域51中。

在本实施例中，由于浮动扩散区域51被共用在相邻四个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例47

各个像素中包含有电荷读出晶体管的示例

图60示出了本发明实施例47的固体摄像器件的示意性平面结构。在图60中，与图18对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括水平栅极电极19、与水平栅极电极19一体形成的纵向栅极电极12、浮动扩散区域11。

水平栅极电极19被形成在光电二极管区域60的角部处。纵向栅极电极12被形成在位于光电二极管区域60角部处的水平栅极电极19的下方，所述纵向栅极电极与水平栅极电极19一体形成。纵向栅极电极12具有大致正方形形状的截面，它被形成为具有不足以覆盖位于光电二极管区域60角部处的水平栅极电极19整个下表面的尺寸。

浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域60内部的区域处，并且与水平栅极电极19下方的半导体13相邻。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12和水平栅极电极19施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，由于纵向栅极电极12被形成为具有不足以覆盖水平栅极电极19整个下表面的尺寸，因此，通过光电二极管区域60中的电位梯度向浮动扩散区域11传输的信号电荷的传输不受纵向栅极电极12的阻碍。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例48

各个像素包含有电荷读出晶体管的示例

图61示出了本发明实施例48的固体摄像器件的示意性平面结构。在图61中，与图60对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例47。

纵向栅极电极52被形成在水平栅极电极19的下方，并且使得纵向栅极电极52的在光电二极管区域60侧的那个侧面具有较大的面积。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极52和水平栅极电极19施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，由于纵向栅极电极52被形成为使得纵向栅极电极52的在光电二极管区域60侧的那个侧面具有较大的面积，因此能够在光电二极管区域60中形成较大的电位梯度。此外，在光电二极管区域60内部，浮动扩散区域11被形成为比纵向栅极电极52更靠近光电二极管区域60，因此，即使当纵向栅极电极52被形成为具有上述较大的尺寸时，要传输的信号电荷也不会受纵向栅极电极52的阻碍。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例49

水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图62示出了本发明实施例49的固体摄像器件的示意性平面结构。在图62中，与图47对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括水平栅极电极44、与水平栅极电极44一体形成的纵向栅极电极12、浮动扩散区域11。

水平栅极电极44被形成在光电二极管区域60的角部处。水平栅极电极44被共用在沿水平方向相邻的各像素之间。纵向栅极电极12被形成在位于光电二极管区域60角部处的水平栅极电极44的下方，所述纵向栅极电极与水平栅极电极44一体形成。纵向栅极电极12具有大致正方形形状的截面，它被形成为具有不足以覆盖位于光电二极管区域60角部处的水平栅极电极44整个下表面的尺寸。

浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域60内部的区域处，并且与水平栅极电极44下方的半导体基板13相邻。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12和水平栅极电极44施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，由于纵向栅极电极12被形成为具有不足以覆盖水平栅极电极44整个下表面的尺寸，因此，通过光电二极管区域60中的电位梯度向浮动扩散区域11传输的信号电荷的传输不受纵向栅极电极12的阻碍。

在本实施例中，由于水平栅极电极44被共用在相邻像素之间，从而减小了像素尺寸。另外，由于在本实施例的固体摄像器件中将浮动扩散区域11形成在光电二极管区域60内部，因此，因此能够减小像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例50

水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图63示出了本发明实施例50的固体摄像器件的示意性平面结构。在图63中，与图62对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例49。

纵向栅极电极52被形成在水平栅极电极44的下方，并且使得纵向栅极电极52的在光电二极管区域60侧的那个侧面具有较大的面积。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极52和水平栅极电极44施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，由于纵向栅极电极52被形成为使得纵向栅极电极52的在光电二极管区域60侧的那个侧面具有较大的面积，因此能够在光电二极管区域60中形成较大的电位梯度。此外，在光电二极管区域60内部，浮动扩散区域11被形成为比纵向栅极电极52更靠近光电二极管区域60，因此，即使当纵向栅极电极52被形成为具有上述较大的尺寸时，要传输的信号电荷也不会受纵向栅极电极52的阻碍。

在本实施例中，由于水平栅极电极44被共用在相邻像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例51

水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图64示出了本发明实施例51的固体摄像器件的示意性平面结构。在图64中，与图63对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例50。

本实施例的纵向栅极电极53被形成在水平栅极电极44下方，并且使得纵向栅极电极53的在光电二极管区域60侧的那个侧面具有较大的面积。纵向栅极电极53被形成为在水平栅极电极44下方延伸至沿水平方向相邻的各像素，所述水平栅极电极被形成为共用在沿水平方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极53和水平栅极电极44施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，由于纵向栅极电极53被形成为使得纵向栅极电极53的在光电二极管区域60侧的那个侧面具有较大的面积，因此能够在光电二极管区域60中形成较大的电位梯度。此外，在光电二极管区域60内部，浮动扩散区域11被形成为比纵向栅极电极53更靠近光电二极管区域60，因此，即使当纵向栅极电极53被形成为具有上述较大的尺寸时，要传输的信号电荷也不会受纵向栅极电极53的阻碍。

在本实施例中，由于水平栅极电极44被共用在相邻两个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例52

水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图65示出了本发明实施例52的固体摄像器件的示意性平面结构。在图65中，与图62对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。

在本实施例中，一个像素中所包含的电荷读出晶体管Tr包括水平栅极电极54、与水平栅极电极54一体形成的纵向栅极电极12、浮动扩散区域11。

水平栅极电极54被形成在光电二极管60的角部处。水平栅极电极54被共用在沿水平方向相邻的各像素之间以及沿垂直方向相邻的各像素之间。也就是说，水平栅极电极54被共用在四个像素之间。此外，纵向栅极电极12被形成在位于光电二极管60角部处的水平栅极电极54下方，所述纵向栅极电极与水平栅极电极54一体形成。

浮动扩散区域11被形成在光电二极管区域60内部的区域处，并且与水平栅极电极54下方的半导体基板13相邻。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极12和水平栅极电极54施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。

在本实施例中，由于水平栅极电极54被共用相邻四个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例53

水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图66示出了本发明实施例53的固体摄像器件的示意性平面结构。在图66中，与图65对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例52。

纵向栅极电极52被形成在水平栅极电极54下方，并且使得纵向栅极电极52的在光电二极管区域60侧的那个侧面具有较大的面积。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极52和水平栅极电极54施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，由于纵向栅极电极52被形成为使得纵向栅极电极52的在光电二极管区域60侧的那个侧面具有较大的面积，因此能够在光电二极管区域60中形成较大的电位梯度。此外，在光电二极管区域60内部，浮动扩散区域11被形成为比纵向栅极电极52更靠近光电二极管区域60，因此，即使当纵向栅极电极52被形成为具有上述较大的尺寸时，要传输的信号电荷也不会受纵向栅极电极52的阻碍。

在本实施例中，由于水平栅极电极54被共用在相邻四个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例54

水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图67示出了本发明实施例54的固体摄像器件的示意性平面结构。在图67中，与图66对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例53。

纵向栅极电极53被形成在水平栅极电极54下方，并且使得纵向栅极电极53的在光电二极管区域60侧的那个侧面具有较大的面积。纵向栅极电极53被形成为在水平栅极电极54下方延伸至沿水平方向相邻的各像素，所述水平栅极电极被形成为共用在沿水平方向相邻的各像素以及沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极53和水平栅极电极54施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，由于纵向栅极电极53被形成为使得纵向栅极电极53的在光电二极管区域60侧的那个侧面具有较大的面积，因此能够在光电二极管区域60中形成较大的电位梯度。此外，在光电二极管区域60内部，浮动扩散区域11被形成为比纵向栅极电极53更靠近光电二极管区域60，因此，即使当纵向栅极电极53被形成为具有上述较大的尺寸时，要传输的信号电荷也不会受纵向栅极电极53的阻碍。

在本实施例中，由于水平栅极电极54被共用在相邻四个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例55

水平栅极电极被共用在相邻像素之间的示例

图68示出了本发明实施例55的固体摄像器件的示意性平面结构。在图68中，与图67对应的部分用相同的附图标记表示，并且省略重复的说明。本实施例在纵向栅极电极的结构方面不同于实施例54。

本实施例的纵向栅极电极55被形成在水平栅极电极54下方，并且使得纵向栅极电极55的在光电二极管区域60侧的那个侧面具有较大的面积。纵向栅极电极55被形成为在水平栅极电极54下方延伸至沿水平方向相邻的各像素和沿垂直方向相邻的各像素，所述水平栅极电极被形成为共用在沿水平方向相邻的各像素之间以及沿垂直方向相邻的各像素之间。

此外，在具有上述结构的固体摄像器件中，累积在光电二极管PD中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度进行传输，所述电位梯度是通过向纵向栅极电极55和水平栅极电极54施加正电压而形成的。于是，所传输的信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。在本实施例中，由于纵向栅极电极55被形成为使得纵向栅极电极55的在光电二极管区域60侧的那个侧面具有较大的面积，因此能够在光电二极管区域60中形成较大的电位梯度。此外，在光电二极管区域60内部，浮动扩散区域11被形成为比纵向栅极电极55更靠近光电二极管区域60，因此，即使当纵向栅极电极55被形成为具有上述较大的尺寸时，要传输的信号电荷也不会受纵向栅极电极55的阻碍。

在本实施例中，由于水平栅极电极54被共用在相邻四个像素之间，从而减小了像素尺寸。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

实施例56

包括两层光电二极管的示例

图69图示了本发明实施例56的固体摄像器件的示意平面结构，图70图示了沿图69中的A-A线的截面图。在图69和图70中，与图6和图7对应的部分用相同的附图标记表示，且省略重复的说明。本实施例与实施例1在光电二极管的结构方面有所不同。

如图70所示，在本实施例的固体摄像器件中，在半导体基板13的光电二极管区域60内部，沿半导体基板13的深度方向堆叠形成有第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。第一光电二极管PD1包括p型高浓度杂质区域(p+区域)16a、n型高浓度杂质区域(n+区域)15a以及n型杂质区域(n区域)14a。第一光电二极管PD1主要由作为p+区域16a与n+区域15a之间的结合面的pn结“j1”形成。第二光电二极管PD2包括在第一光电二极管PD1中所包含的n+区域15a下方依次形成的p+区域16b、n+区域15b以及n区域14b。第二光电二极管PD2主要由作为p+区域16b与n+区域15b之间的结合面的pn结“j2”形成。

如上所述，在本实施例中，形成于光电二极管区域60之内的光电二极管具有沿半导体基板13的深度方向堆叠有两层光电二极管这一结构。

纵向栅极电极12a、12b被形成为：它们隔着栅极绝缘膜18而被埋入在半导体基板13中，且深度为从半导体基板13的表面直到各纵向栅极电极接触到在半导体基板13中的较深位置处形成的第二光电二极管PD2的pn结“j2”。

在具有上述结构的固体摄像器件中，以与实施例1相同的方式向纵向栅极电极12a、12b施加正电压，从而改变光电二极管区域60内的电位梯度。于是，累积在第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2中的信号电荷沿光电二极管区域60中的电位梯度在箭头R₁所示的方向上同时进行传输。因此，信号电荷被读取到浮动扩散区域11中。

此外，在本实施例的固体摄像器件中，能够获得与实施例1相同的优点。

另外，由于本实施例的固体摄像器件具有在光电二极管区域60内部堆叠有第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2这两个光电二极管的结构，因此，增大了光电二极管区域60中的饱和电荷量(Qs)。由于同时读取了累积在第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2中的信号电荷，故能够提高灵敏度。

尽管在本实施例中采用了包括第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2这两个光电二极管的堆叠结构，然而也优选的是，还可以堆叠有多于两层的多层光电二极管。这时，将纵向栅极电极12a、12b形成为延伸到在与半导体基板13表面侧相距最深的位置处形成的那个光电二极管的pn结。

如上所述，在半导体基板13的深度方向上堆叠有多个光电二极管的结构可应用到实施例2～实施例55之中的在光电二极管区域内部未包括浮动扩散区域的各示例中。由于在这些情况中也增大了光电二极管区域60中的饱和电荷量，故可以提高灵敏度。

在上述实施例1～实施例55的固体摄像器件中，已经提及并解释了将本发明应用到图像传感器的情况，在该图像传感器中，以矩阵状态排列有多个单位像素，这些单位像素检测对应于可见光光量的信号电荷以作为物理量。然而，本发明的应用不限于图像传感器，而是也可应用到在像素阵列部中的各像素列处布置有列电路的全部列型(column-type)固体摄像器件。

此外，本发明的应用不限于检测可见光的入射光量分布并将该分布摄取为图像的固体摄像器件，本发明还可应用于将红外线、X射线或粒子射线的入射光量分布摄取为图像的固体摄像器件。从广义上讲，本发明还可应用于诸如检测压力或电容等其它物理量的分布并将该分布摄取为图像的指纹检测传感器等所有固体摄像器件(物理量分布检测器件)。

而且，本发明不限于通过逐行扫描像素阵列部中的各个单位像素来从各个单位像素读取像素信号的固体摄像器件。例如，本发明还可应用于以像素为单位来选择任意像素并以像素为单位从所选择的像素读取信号的X-Y寻址型固体摄像器件。

固体摄像器件可形成为片上型(one-chip)或可形成为具有摄像功能的模块状态，该模块中整体地封装有摄像单元、信号处理单元或光学系统。

本发明不局限于固体摄像器件，而是还可以应用于摄像装置。这里，摄像装置是指具有摄像功能的电子装置，例如是诸如数码照相机和数码摄像机等相机系统、移动电话以及类似装置。在有的情况中，待安装到电子装置上的模块状态即相机模块被当作摄像装置。

实施例57

电子装置

下面，示出了将本发明上述各实施例的固体摄像器件用在电子装置中的实施例。在以下说明中，将说明将采用了实施例1～实施例56中任何一个实施例的固体摄像器件1用于相机的示例。

图71图示了根据本发明实施例57的相机的示意性平面结构。本实施例的相机例如是能够拍摄静止图片或移动图片的摄像机。本实施例的相机包括固体摄像器件1、光学透镜110、快门器件111、驱动电路112以及信号处理电路113。实施例1～实施例55中任何一个实施例的固体摄像器件可应用于该固体摄像器件1。

光学透镜110使来自于对象的图像光(入射光)成像在固体摄像器件1的摄像面上。因此，在一固定时间段内，将信号电荷累积在固体摄像器件1中。光学透镜110可以是包括多个光学透镜的光学透镜系统。

快门器件111控制着关于固体摄像器件1的光照射周期和遮光周期。

驱动电路112提供驱动信号以用于控制固体摄像器件1的传输操作和快门器件111的快门操作。利用由驱动电路112提供的驱动信号(时序信号)进行信号传输。信号处理电路113进行各种信号处理。已经经过信号处理的视频信号被存储在诸如存储器等存储介质中或被输出到监视器。

在本实施例的用于相机的固体摄像器件1中，能够降低在光电二极管的中央部分处的饱和电荷量(Qs)的损失，从而提高饱和电荷量(Qs)及灵敏度。此外，本实施例使用了在相邻像素之间共用电荷读出晶体管结构的固体摄像器件，从而减小了像素尺寸。因此，在本实施例的相机中，可以减小相机的尺寸同时可以获得具有更高图像质量的相机。即，可以实现电子装置的小型化、高分辨率以及高质量。

图5中图示了应用了本发明实施例的固体摄像器件即CMOS固体摄像器件的示意性结构。该实施例的固体摄像器件1包括像素部3(所谓的摄像区域)以及周边电路部，在像素部3中，包含有多个光电转换元件的多个像素2在例如硅基板等半导体基板1011上呈二维排列。像素2包括例如作为光电转换元件的光电二极管以及多个像素晶体管(所谓的MOS晶体管)。该多个像素晶体管包括例如三个晶体管，它们例如为传输晶体管、复位晶体管以及放大晶体管。可以通过增加选择晶体管而使该多个像素晶体管包括四个晶体管。单位像素的等效电路与普通结构的等效电路相同。稍后将会示出单位像素的示例。

周边电路部包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7、控制电路8等。

控制电路8产生时钟信号、控制信号等，以作为基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟的垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等的操作基准，并将这些信号输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等。

垂直驱动电路4例如包括移位寄存器，其在垂直方向上逐行依次选择性地扫描像素部3中的各像素2，通过垂直信号线9向列信号处理电路5提供基于信号电荷的像素信号，该信号电荷是依据要作为各像素2的光电转换元件的光电二极管中的光接收量而产生的。

列信号处理电路5例如被布置在像素2的各列处，使用来自于黑基准像素(其围绕着有效像素区域而被形成)的信号以像素列为单位对从一行像素2输出的信号进行诸如噪声消除等信号处理。即，列信号处理电路5进行诸如CDS(相关双采样)等信号处理以及信号放大，以消除像素2所特有的固定模式噪声。在列信号处理电路5与水平信号线1010之间的该电路5的输出级处设有水平选择开关(未图示)。

水平驱动电路6例如包括移位寄存器，通过依次输出水平扫描脉冲来依次选择各个列信号处理电路5，从而使各个列信号处理电路5输出像素信号给水平信号线1010。

输出电路7对通过水平信号线1010依次从各个列信号处理电路5提供的信号进行信号处理，并输出这些信号。

图72图示了单位像素的等效电路。根据该电路示例的单位像素1002包括作为一个光电转换元件的光电二极管PD以及传输晶体Tr1、复位晶体管Tr2和放大晶体管Tr3这三个像素晶体管。本示例中，这些晶体管Tr1～Tr3使用了n沟道MOS晶体管。

传输晶体管Tr1连接于光电二极管PD的阴极与浮动扩散部(FD)之间。通过向传输栅极施加传输脉冲，把在光电二极管PD中经过光电转换并累积的信号电荷(本示例中为电子)传输到浮动扩散部(FD)。

在复位晶体管Tr2中，其漏极连接于选择电源SEL VDD，其源极连接于浮动扩散部(FD)。在信号电荷从光电二极管PD传输到浮动扩散部(FD)之前，复位脉冲被施加到复位栅极从而将浮动扩散部(FD)的电位复位。选择电源SEL VDD是选择地采用VDD电平和GND电平作为电源电压的电源。

放大晶体管Tr3具有源极跟随(source follower)结构，其放大栅极连接于浮动扩散部(FD)，其漏极连接于选择电源SEL VDD且其源极连接于垂直信号线1009。当选择电源SEL VDD为VDD电平时，上述电路处于工作状态且像素1002被选中。已经被复位晶体管Tr2复位的浮动扩散部(FD)的电位作为复位电平而输出到垂直信号线1009。而且，已通过传输晶体管Tr1将信号电荷传输过来的浮动扩散部(FD)的电位作为信号电平而输出到垂直信号线1009。

当本实施例的固体摄像器件被配置为使光从基板背侧入射的背照射型固体摄像器件时，在形成有像素部1003和周边电路部的半导体基板表面侧的上方处利用层间绝缘膜形成有多级布线层，且该背侧为光入射面(所谓的光接收面)。在背侧的像素部1003上方，隔着平坦化膜形成有片上彩色滤光器以及片上微透镜。

当本实施例的固体摄像器件被配置为使光从基板前表面侧入射的前照射型固体摄像器件时，在形成有像素部1003和周边电路部的基板表面侧的上方处利用层间绝缘膜形成有多级布线层。在像素部1003中，隔着平坦化膜在该多级布线层上方形成有片上彩色滤光器以及片上微透镜。

实施例58

固体摄像器件的结构

图73图示了本发明实施例58的固体摄像器件。图73示出了像素部1003的相关部分的截面结构。在本实施例的固体摄像器件1101中，像素隔离区域1021形成于第一导电型例如p型的硅半导体基板1011上，包括光电二极管PD和像素晶体管的单位像素1002形成于由像素隔离区域1021分隔开的区域中。

在单位像素1002中，在半导体基板1011中以层状的方式形成有要作为多个光电转换元件的光电二极管PD(PD1、PD2以及PD3)，且传输晶体管Tr1被形成为纵向晶体管。即，通过在半导体基板1011的深度方向上交替堆叠第二导电型的n型半导体区域和第一导电型的p型半导体区域，由此形成多层光电二极管PD(PD1、PD2以及PD3)。像素隔离区域1021可由例如p型半导体区域制成。

在纵向传输晶体管Tr1中，凹槽部1022在半导体基板1011的深度方向上垂直延伸，柱状传输栅极1024被形成为隔着栅极绝缘膜1023而埋入在凹槽部1022中。该传输栅极电极被形成为使得其上部沿半导体基板1011的表面凸出，且浮动扩散部(FD)1040以n型半导体区域形成于半导体基板表面处且接近上述传输栅极电极的凸出部。传输晶体管Tr1形成于单位像素2的端部处，即光电二极管PD(PD1～PD3)的端部处。

第一光电二极管PD1被构造为包括n型半导体区域1028和该n型半导体区域1028上的p型半导体区域1029，从而在半导体基板1011的最深位置处形成pn结合面。第二光电二极管PD2被构造为包括n型半导体区域1030和该n型半导体区域1030上的p型半导体区域1031，从而在半导体基板1011的中间深度位置处形成pn结合面。第三光电二极管PD3被构造为包括n型半导体区域1032和该n型半导体区域1032上的p型半导体区域1033，从而在半导体基板1011的表面侧位置处形成pn结合面。

形成于半导体基板1011表面侧的第三光电二极管PD3被形成为靠近与p型半导体阱区域1027背离的传输栅极电极1024侧，在该p型半导体阱区域1027中形成有作为像素晶体管的复位晶体管Tr2和放大晶体管Tr3。

在半导体基板1011的背侧，杂质浓度低于n型半导体区域1028的n型半导体区域(n-区域)1037被形成为从处于第一光电二极管PD1的n型半导体区域1028正下方的部分到处于传输栅极部正下方的部分。

在处于从基板表面上凸出的传输栅极电极1024部分正下方的半导体基板表面处，把通往浮动扩散部(FD)1040的沟道区域1036形成为与第三光电二极管PD3的p型半导体区域1033相邻。沟道区域1036例如由n-区域或p-区域制成。

使用侧壁1048作为掩模通过自对准将浮动扩散部(FD)1040形成于半导体基板的表面上，该侧壁1048形成于传输栅极电极1024的从基板表面凸出的部分处。

在本实施例中，还形成有由n型半导体区域制成的溢出通道，其使要作为各个光电二极管PD1～PD3的电荷累积区域的n型半导体区域1028、1030以及1032彼此连接。而且，用于调整栅极界面的离子注入区域被形成在传输栅极部周围，即在形成于凹槽部1022内表面处的栅极绝缘膜1023和半导体基板1011之间的界面处。在本实施例中，作为离子注入区域，形成有用于抑制暗电流的p型半导体区域1025。

p型半导体区域1025具有复合和消除会引起暗电流和白缺陷的电荷(电子)的功能，所述暗电流和白缺陷是由于使用选择性蚀刻等工艺来形成凹槽部1022时的结晶缺陷或形变而从栅极绝缘膜1023与半导体基板1011之间的界面处产生的。

溢出通道1035被形成为与用于抑制暗电流的p型半导体区域1025接触，同时兼作为传输栅极部的沟道区域1034。溢出通道1035的电位浅于在累积电荷时作为光电二极管PD(PD1～PD3)的电荷累积区域的n型半导体区域1028、1030以及1032的耗尽电位。溢出通道1035还具有用作沟道区域1034的较深电位，以用于在传输电荷时通过向传输栅极电极施加传输脉冲而将信号电荷从光电二极管PD传输到浮动扩散部(FD)1040。

当进入邻近光电二极管PD中的接收光超过溢出通道1035的电位时，溢出通道1035具有把在光电二极管PD中尚未累积的电荷(超过饱和电荷量的电荷)累积起来的功能。

溢出通道1035被形成为与传输栅极部周围的p型半导体区域1025接触。溢出通道1035形成于传输栅极部与第一和第二光电二极管PD1、PD2的p型半导体区域1029、1031之间。即，光电二极管PD的p型半导体区域1029、1031被形成为从传输栅极部离开必要的距离。换言之，p型半导体区域1029、1031被形成为与传输栅极部相距溢出通道1035的宽度。

在半导体基板1011表面上的p型半导体阱区域1027中，形成有n型源极/漏极区域1041、1042以及1043。其中的一对源极/漏极区域1041、1042以及隔着栅极绝缘膜1044形成的复位栅极电极1045构成了复位晶体管Tr2。另一对源极/漏极1042、1043以及隔着栅极绝缘膜1044形成的放大栅极电极1046构成了放大晶体管Tr3。在半导体基板1011表面上的必要位置处，形成有由p型半导体区域制成的沟道阻挡区域1047。

此外，尽管未图示，在半导体基板1011的表面上形成有多级布线层，在该多级布线层中，利用层间绝缘膜布置有多层布线。

本实施例的固体摄像器件1101被构造为从基板背侧照射光的背照射型固体摄像器件。因此，在半导体基板1011的背侧处形成有用于抑制暗电流且具有高浓度杂质的p型半导体区域，并使该p型半导体区域与n型半导体区域(n-区域)1037接触。而且，在该p型半导体区域的表面上，隔着平坦化膜形成有彩色滤光器以及片上微透镜。

对工作的说明

接下来，将说明实施例58的固体摄像器件1101的工作。当累积电荷时，对入射光进行光电转换并产生信号电荷。所产生的信号电荷(本示例中为电子)沿电位梯度移动到n型半导体区域并累积在处于电位能最小的位置处的光电二极管PD中。即，信号电荷被累积在第一光电二极管PD1的n型半导体区域1028、埋入至基板中的第二光电二极管PD2的n型半导体区域1030以及基板表面处的第三光电二极管PD3的n型半导体区域1032中的任何一个区域中。各个n型半导体区域1028、1030以及1032完全地耗尽，且信号电荷被累积到这些n型半导体区域的电位中。

当强光入射时，要产生的信号电荷增加，其超过了光电二极管PD1、PD2以及PD3的任何一个n型半导体区域的饱和电荷量。当光电二极管PD1、PD2以及PD3中的任何一个光电二极管达到饱和电荷量时，超过饱和电荷量的电荷超出溢出通道1035的电位并被累积在尚未饱和的光电二极管PD的n型半导体区域中。

作为示例，当第一光电二极管PD1的n型半导体区域1028首先达到饱和电荷量时，超过该饱和电荷量的电荷通过溢出通道1035而被累积在相邻的第二光电二极管PD2的n型半导体区域1030中。当第二光电二极管PD2的n型半导体区域1030达到饱和电荷量时，超过该饱和电荷量的电荷通过溢出通道1035而被累积在相邻的第三光电二极管PD3的n型半导体区域1032中。而且，当第三光电二极管PD3的n型半导体区域1032达到饱和电荷量时，超过该饱和电荷量的电荷通过沟道区域1036而流至浮动扩散部(FD)1040并被排出。

在传输电荷时，将传输脉冲(在本实施例中为正电压)施加于传输晶体管Tr1的传输栅极电极1024从而开启传输晶体管Tr1。即，通过施加传输脉冲来调整各个光电二极管PD(PD1、PD2以及PD3)的n型半导体区域1028、1030和1032的电位以及与这些n型半导体区域连接的溢出通道1035的电位。即，溢出通道1035的电位变深，且朝着传输栅极部形成了电位梯度。在光电二极管PD(PD1～PD3)的任何一个或所有n型半导体区域(1028、1030以及1032)中累积的信号电荷沿着该电位梯度而被传输到传输栅极部。已到达传输栅极部的信号电荷通过已变成传输沟道1034的溢出通道1035且沿着在基板的垂直方向上延伸的传输栅极部而被传输到沟道区域1036，该沟道区域1036位于基板表面侧的传输栅极部下方。之后，信号电荷沿着形成于表面处传输栅极部下方的沟道区域1036中的电位梯度移动到浮动扩散部(FD)1040。

在实施例58的固体摄像器件1101中，在半导体基板1011的深度方向上堆叠有多个光电二极管PD(PD1～PD3)，且各个光电二极管PD1～PD3的n型半导体区域1028～1032通过溢出通道1035进行连接。当任何光电二极管PD在累积电荷时达到饱和电荷量时，超过饱和电荷量的电荷通过溢出通道1035而被累积到尚未饱和的另一光电二极管PD中。

传输晶体管Tr1被配置为纵向晶体管而且该传输晶体管Tr1形成于像素2的端部处，从而获得了光电二极管PD(PD1～PD3)的面积并增加了每个单位像素的饱和电荷量(Qs)。形成有覆盖住纵向传输晶体管Tr1的整个传输栅极部的p型半导体区域1025，从而抑制暗电流的发生并抑制由于纵向传输晶体管Tr1的侧部与底部处所存在的缺陷而引起的白缺陷的发生。

多个光电二极管PD堆叠起来，且在这些光电二极管PD中所包含的p型半导体区域1029、1031与传输栅极部之间形成有溢出通道1035。即，光电二极管PD中的p型半导体区域1029、1031被形成为从传输栅极部离开必要的距离。调整该偏离量，从而通过兼作为溢出通道1035的沟道区域1034在垂直方向上完全地传输在光电二极管PD中累积的信号电荷。此外，还可保证能够累积在光电二极管PD中的电荷的饱和电荷量(Qs)。因此，可获得能够实现完全传输并能够保证饱和电荷量(Qs)的结构设计。

固体摄像器件的制造方法(1)

图74～图81图示了实施例58的固体摄像器件1101的制造方法的示例。

首先，如图74所示，在p型半导体基板1011中形成p型半导体阱区域1027。在p型半导体阱区域1027的深度方向上堆叠形成第一光电二极管PD1与第二光电二极管PD2。通过堆叠n型半导体区域1028与p型半导体区域1029来形成第一光电二极管PD1，其具有在半导体基板1011的最深部分处的pn结合面。通过堆叠n型半导体区域1030与p型半导体区域1031来形成第二光电二极管PD2，从而类似地在半导体基板1011的中间部分处形成pn结合面。这些n型半导体区域1028、1030以及p型半导体区域1029、1031交替形成从而彼此接触。

此外，形成由n型半导体区域制成的溢出通道1035，其连接光电二极管PD1、PD2的各个n型半导体区域1028、1030。而且，比n型半导体区域1028杂质浓度低的n型半导体区域1037延伸到后来形成的传输栅极部的底部，且位于半导体基板1011中的第一光电二极管PD1的n型半导体区域1028紧下方。上述各区域通过使用离子注入方法形成。

接下来，如图75所示，通过使用离子注入方法，在半导体基板1011上形成由p型半导体区域制成的且用于分隔单位像素的像素隔离区域1021。此外，把具有浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)结构的沟道阻挡区域1047形成在半导体基板1011表面侧的必要部分处。通过从基板表面有选择地蚀刻而形成具有必要深度的凹槽并用氧化硅膜掩埋该凹槽，由此形成上述STI结构。具有STI结构的沟道阻挡区域1047对应于所谓的元件隔离区域。

然后，如图76所示，在半导体基板1011的表面上，形成例如氧化硅膜1055和氮化硅膜1056等绝缘膜，并使得它们达到与沟道阻挡区域1047的上表面相同的高度水平。在氮化硅膜1056上形成抗蚀剂掩模1051，该抗蚀剂掩模具有与要形成纵向传输栅极电极的部分对应的开口1052。开口1052被形成为位于像素的端部处。通过抗蚀剂掩模1051的开口1052用p型杂质1053进行离子注入，由此在半导体基板1011中形成用于抑制暗电流的p型半导体区域1025。p型半导体区域1025被形成为与连接各个光电二极管PD(PD1、PD2以及PD3)的n型半导体区域的n型溢出通道1035接触，并到达具有低杂质浓度的n型半导体区域1037或其附近。

之后，如图77所示，对抗蚀剂掩模1051的开口1052进行各向同性蚀刻。通过该各向同性蚀刻，形成由氮化硅膜1056制成的侧壁1056a。

然后，如图78所示，去除抗蚀剂掩模1051，并通过使用具有侧壁1056a的氮化硅膜1056作为掩模以各向异性蚀刻工艺对p型半导体区域1025进行选择性蚀刻，由此形成凹槽部1022。凹槽部1022由所谓的自对准方法形成。p型半导体区域1025与凹槽部1022形成于像素的端部处。

随后，如图79所示，继续进行选择性蚀刻，从而将凹槽部1022形成为使得p型半导体区域1025在该凹槽部的侧壁及该凹槽部的底面处保留必要的宽度。之后，除去氧化硅膜1055和氮化硅膜1056。

接下来，如图80所示，在凹槽部1022内表面的表面上及半导体基板1011的表面上方形成栅极绝缘膜1023。作为栅极绝缘膜1023，例如可以使用氧化硅(SiO₂)膜。之后，将例如多晶硅膜等栅极电极材料形成为埋入到凹槽部1022中以及位于半导体基板1011的表面上方，并且进行图形化。于是，形成了柱状传输栅极电极1024，其一部分在半导体基板的表面上凸出且一部分埋入在凹槽部1022中。此外，隔着栅极绝缘膜1023在基板表面处的p型半导体阱区域1027上形成由例如同一多晶硅膜制成的复位栅极电极1045与放大栅极电极1046。

之后，如图81所示，分别在传输栅极电极1024、复位栅极电极1045与放大栅极电极1046处形成侧壁1048。使用各个侧壁1048作为掩模用n型杂质进行离子注入，从而形成通过自对准方法由n型半导体区域构成的浮动扩散部(FD)1040以及源极/漏极区域1041、1042和1043。于是，形成了纵向传输晶体管Tr1、复位晶体管Tr2以及放大晶体管Tr3。纵向传输晶体管Tr1形成于像素的端部处。

在上述处理之后或之前，将第三光电二极管PD3形成于p型半导体区域1027的表面上。通过离子注入使n型半导体区域1032和其上面的p型半导体区域1033堆叠起来从而形成pn结，由此形成了第三光电二极管PD3。另外，形成了由n-区域或p-区域构成的且用于抑制暗电流的沟道区域1036，该沟道区域1036延伸到p型半导体区域1025且与p型半导体区域1033相邻。

在上述处理之后，以普通方式利用层间绝缘膜在半导体基板1011的表面侧上布置多级布线层，在该多级布线层中布置有多层布线。而且，在半导体基板1011的背侧上，依次形成与n型半导体区域1037接触的且用于抑制暗电流的p型半导体区域、平坦化膜、彩色滤光器以及片上微透镜。因此，可获得所想要的背照射型固体摄像器件1101。

固体摄像器件的制造方法(2)

图82～图88示出了实施例58的固体摄像器件1101的制造方法的另一示例。首先，如图82所示，在p型半导体基板1011中形成p型半导体阱区域1027及其下面的具有低杂质浓度的n型半导体区域1037。在p型半导体阱区域1027处形成由p型半导体区域构成的且用于分隔单位像素的像素隔离区域1021。

然后，在半导体基板1011的表面上，依次形成例如氧化硅膜1055和氮化硅膜1056等绝缘膜，使得它们处于与沟道阻挡区域1047的上表面相同的高度水平。在氮化硅膜1056上形成抗蚀剂掩模1051，该抗蚀剂掩模1051具有与要形成纵向传输栅极电极的部分对应的开口1052。开口1052被形成为位于像素的端部处。通过抗蚀剂掩模1051的开口1052用p型杂质1053进行离子注入，从而在半导体基板1011中形成用于抑制暗电流的p型半导体区域1025。p型半导体区域1025被形成为到达具有低杂质浓度的n型半导体区域1037或到达其附近。

接下来，如图83所示，对抗蚀剂掩模1051的开口1052进行各向同性蚀刻。通过该各向同性蚀刻，形成了由氮化硅膜1056制成的侧壁1056a。

然后，如图84所示，除去抗蚀剂掩模1051，且通过使用具有侧壁1056a的氮化硅膜1056作为抗蚀剂掩模以各向异性蚀刻工艺对p型半导体区域1025进行选择性蚀刻，由此形成凹槽部1022。凹槽部1022由所谓的自对准方法形成。p型半导体区域1025与凹槽部1022形成于像素的端部处。

之后，如图85所示，继续进行选择性蚀刻，从而将凹槽部1022形成为使得p型半导体区域1025在该凹槽部的侧壁及该凹槽部的底面处保留必要的宽度。此后，除去氧化硅膜1055与氮化硅膜1056。

接下来，如图86所示，在由各个像素隔离区域1021分隔开的p型半导体阱区域1027的深度方向上堆叠形成第一光电二极管PD1与第二光电二极管PD2。通过堆叠n型半导体区域1028与p型半导体区域1029来形成第一光电二极管PD1，从而在半导体基板1011的最深部分处具有pn结合面。通过堆叠n型半导体区域1030与p型半导体区域1031来形成第二光电二极管PD2，从而类似地在半导体基板1011的中间部分处形成pn结合面。这些n型半导体区域1028、1030以及p型半导体区域1029、1031交替形成从而彼此接触。

此外，形成由n型半导体区域制成的溢出通道1035，其连接光电二极管PD1、PD2的各个n型半导体区域1028、1030。位于最深部分处的n型半导体区域1028与溢出通道1035被形成为与较低层的具有低杂质浓度的n型半导体区域1037接触。使用离子注入方法形成上述各个区域。

然后，如图87所示，在半导体基板1011表面侧的必要部分处形成由具有高杂质浓度的p型半导体区域制成的沟道阻挡区域1047。由p型半导体区域构成的沟道阻挡区域1047对应于所谓的元件隔离区域。

而且，在凹槽部1022的内表面上及半导体基板1011的表面上方形成栅极绝缘膜1023。作为栅极绝缘膜1023，例如可以使用氧化硅(SiO₂)膜。之后，把例如多晶硅膜等栅极电极材料形成为埋入在凹槽部1022中以及位于半导体基板1011的表面上，并且进行图形化。于是，形成了柱状传输栅极电极1024，其一部分从半导体基板的表面凸出且一部分埋入在凹槽部1022中。此外，隔着栅极绝缘膜1023在基板表面处的p型半导体阱区域1027上形成由例如同一多晶硅膜制成的复位栅极电极1045与放大栅极电极1046。

之后，如图88所示，分别在传输栅极电极1024、复位栅极电极1045与放大栅极电极1046处形成侧壁1048。使用各个侧壁1048作为掩模用n型杂质进行离子注入，从而形成通过自对准方法由n型半导体区域构成的浮动扩散部(FD)1040以及源极/漏极区域1041、1042和1043。于是，形成了纵向传输晶体管Tr1、复位晶体管Tr2以及放大晶体管Tr3。纵向传输晶体管Tr1形成于像素的端部处。

在上述处理之后或之前，在p型半导体阱区域1027的表面上形成第三光电二极管PD3。通过离子注入把n型半导体区域1032和其上的p型半导体区域1033堆叠起来从而形成pn结，由此形成第三光电二极管PD3。而且，形成由n-区域或p-区域构成的且用于抑制暗电流的沟道区域1036，该沟道区域1036延伸到p型半导体区域1025并与p型半导体区域1033相邻。

在上述处理之后，以普通方式利用层间绝缘膜在半导体基板1011的表面侧上布置多级布线层，在该多级布线层中布置有多层布线。而且，在半导体基板1011的背侧上，依次形成与n型半导体区域1037接触的且用于抑制暗电流的p型半导体区域、平坦化膜、彩色滤光器以及片上微透镜。因此，可获得所想要的背照射型固体摄像器件1101。

作为p型半导体区域1025的另一形成方法，也优选的是，首先形成凹槽部1022，然后通过倾斜的离子注入在凹槽部1022的内壁表面处形成p型半导体区域1025。

根据上述的固体摄像器件制造方法，在半导体基板1011的深度方向上堆叠有多个光电二极管PD，可以形成溢出通道1035以及覆盖住纵向传输晶体管Tr的传输栅极部且用于抑制暗电流的p型半导体区域1025。即，在各个示例中，能够制造出增加了饱和电荷量(Qs)且通过抑制暗电流的发生而抑制了白缺陷的发生的固体摄像器件1101。

在本实施例的制造方法中，还使用在栅极电极1024、1045以及1056侧壁处的侧壁1048作为掩模，通过自对准方法用n型杂质进行离子注入从而形成源极/漏极区域(n+区域)1041、1042和1043以及浮动扩散部(FD)。因此，由n+区域制成的浮动扩散部(FD)1040不会进入到传输栅极部下方的部分中，这抑制了由于GIDL而引起的暗电流。由于使用侧壁1048作为掩模来形成浮动扩散部(FD)1040，故即使当在形成纵向传输晶体管Tr1时发生掩模未对准时，浮动扩散部(FD)1040仍能被形成为与纵向传输栅极部恒定地隔开固定的距离。

在通过抗蚀剂掩模1051以离子注入形成围绕着纵向传输栅极部的p型半导体区域1025之后，通过对掩模开口1052进行各向同性蚀刻从而形成侧壁1056a，并通过自对准方法对一部分p型半导体区域1025进行选择性地蚀刻。因此，可以高精度地形成与具有高纵横比的凹槽部1022的壁表面对应的p型半导体区域1025。

首先形成p型半导体区域1025，然后通过对p型半导体区域1025进行选择性地蚀刻从而形成凹槽部1022，因此，p型半导体区域1025形成于凹槽部1022的底部处。所以，可以抑制由于在纵向传输晶体管Tr1的底部处出现的缺陷而引起的暗电流并抑制白缺陷的发生。

实施例59

固体摄像器件的结构

图89示出了本发明实施例59的固体摄像器件。本发明的本实施例的固体摄像器件被构造为省略了实施例58的固体摄像器件1101中的沟道区域1036以及用于构成基板表面侧的第三光电二极管PD3的n型半导体区域1032和p型半导体区域1033。在该结构中，在第二光电二极管PD2与基板表面之间的传输栅极部下方的p型半导体阱区域起到沟道区域1036的作用。由于其它结构与实施例58的相同，因此与图73对应的部分用相同的附图标记表示，并省略重复的说明。

根据本实施例的固体摄像器件1102的运行与在上述实施例58中解释的运行相同。

在实施例59的固体摄像器件1102中，采用了其中省略了基板表面侧的第三光电二极管PD3的结构，因此，该器件适合进一步减小像素尺寸的场合。即，甚至当像素尺寸减小到难以在基板表面上形成第三光电二极管PD3的程度时，还能在深度方向上形成第一和第二光电二极管PD1、PD2，因此，可以保证饱和电荷量(Qs)并抑制暗电流。此外，可得到与实施例58中所说明的优点相同的优点。

实施例60

固体摄像器件的结构

图90示出了本发明实施例60的固体摄像器件。本实施例的固体摄像器件1103被构造为包括两个光电二极管以作为多个光电二极管，即埋入在基板中的第一光电二极管PD1以及在基板表面侧的第三光电二极管PD3。即，采用了其中省略了实施例58中的第二光电二极管PD2的结构。此外，在该示例中，也形成有由n型半导体区域制成的溢出通道1035，其共同连接要作为第一光电二极管PD1以及第三光电二极管PD3的电荷累积区域的n型半导体区域1028与1032。溢出通道1035兼作为传输栅极部的沟道区域1034。由于其它结构与实施例58中的相同，因此在图90中与图73对应的部分用相同的附图标记表示，并省略重复的说明。

根据实施例60的固体摄像器件1103，采用了其中包括埋入在基板中的第一光电二极管PD1与在基板表面处的第三光电二极管PD3这两个光电二极管的结构。根据该结构，可保证饱和电荷量(Qs)并抑制暗电流。由于采用了光电二极管PD1、PD3这两层结构，故可以使纵向传输晶体管Tr1的深度变浅。根据本结构，可通过缩短传输通道来提高传输效率，并通过减小界面面积来抑制白缺陷的发生。此外，可得到与实施例58中优点相同的优点。

实施例61

固体摄像器件的结构

尽管未图示，实施例61的固体摄像器件被构造为仅形成有作为光电二极管的一层埋入式光电二极管PD。即，在本实施例的固体摄像器件的结构中，省略了实施例58的固体摄像器件1011结构中的第二光电二极管PD2、第三光电二极管PD3以及沟道区域1036。在第一光电二极管PD1与基板表面之间的传输栅极部下方的p型半导体阱区域1027起到沟道区域的作用。其它结构与图73中的相同。

此外，在实施例61的固体摄像器件中，传输晶体管Tr1设于像素的端部处，因此可保证光电二极管PD的面积宽阔，这样增加了饱和电荷量(Qs)。此外，由于p型半导体区域1025形成于纵向传输栅极部周围，故可以抑制暗电流的发生以及白缺陷的发生。

在实施例61的固体摄像器件中，也优选的是，采用其中围绕着纵向传输晶体管的传输栅极部形成有n型半导体区域来代替p型半导体区域的结构。在该结构中，可进一步提高电荷传输效率。

实施例62

固体摄像器件的结构

图91和图92示出了本发明施例62的固体摄像器件。本实施例的固体摄像器件1105被构造为以二维方式布置像素结构1061(以后称之为联合像素)，在该像素结构1061中，多个光电二极管即本示例中的两个光电二极管共用除了传输晶体管以外的像素晶体管。

图93示出了本实施例的设有两个像素的联合像素1061的电路结构。两个光电二极管PD(A)、PD(B)分别连接到对应的两个传输晶体管Tr1A、Tr1B的源极。传输晶体管Tr1A、Tr1B的漏极连接于一个复位晶体管Tr2的源极。各传输晶体管Tr1A、Tr1B之间共用浮动扩散部(FD)，且复位晶体管Tr2的源极连接于一个放大晶体管Tr3的栅极。复位晶体管Tr2的漏极及放大晶体管Tr3的漏极连接到上述的选择电源SEL VDD，且放大晶体管Tr3的源极连接于垂直信号线1009。

图91示出了联合像素1061的示意性平面结构。在联合像素1061中，共用的浮动扩散部(FD)1040布置于中央，且两个光电二极管PD(A)、PD(B)被布置为夹着浮动扩散部(FD)1040。各传输晶体管Tr1A、Tr1B面向彼此布置在各像素的端部处，即布置在与光电二极管PD(A)、PD(B)的角部对应的位置。各传输栅极电极1024A、1024B形成于光电二极管PD(A)、PD(B)与浮动扩散部(FD)之间。如图92所示，复位晶体管Tr2和放大晶体管Tr3被形成在光电二极管的基板表面侧上。

本实施例的固体摄像器件1105形成对称结构，其中有两套纵向晶体管和光电二极管夹着中央处的浮动扩散部(FD)1040。即，纵向传输晶体管Tr1A与光电二极管PD(A)的结构布置于一侧，且纵向传输晶体管Tr1B与光电二极管PD(B)的结构布置于另一侧。复位晶体管Tr2与放大晶体管Tr3形成于p型半导体阱区域1027处。

纵向传输晶体管Tr1A、Tr1B的结构以及包括第一～第三光电二极管PD1～PD3和溢出通道1035的光电二极管PD(A)、PD(B)的结构与图73中所示的相同。

在将像素联合起来的固体摄像器件1105中，由于是联合像素因而增加了单位像素的饱和电荷量(Qs)且而扩宽了光电二极管的面积，这进一步增加了饱和电荷量(Qs)。此外，p型半导体区域1025形成于纵向传输栅极部周围，因此，能够抑制由于纵向传输栅极部存在的缺陷而引起的暗电流并可抑制白缺陷的发生。因此，可得到与实施例58中所说明的优点相同的优点。

实施例63

固体摄像器件的结构

图94示出了本发明实施例63的固体摄像器件。在本实施例的固体摄像器件1106的结构中，多个光电二极管PD(PD1～PD3)形成于半导体基板1011的深度方向上且传输晶体管Tr1被形成为纵向型，传输晶体管Tr1的沟道方向与半导体基板垂直。此外，形成有由n型半导体区域制成的溢出通道1035，其使得要作为各个光电二极管PD1～PD3的电荷累积区域的n型半导体区域1028、1030以及1032彼此连接。在本示例中，溢出通道1035被形成为兼作为沟道区域1034。

而且在本实施例中，用于调整栅极界面的离子注入区域被形成在传输栅极部周围，即位于在凹槽部1022的内壁表面处形成的栅极绝缘膜1023与半导体基板1011之间的栅极界面处。作为离子注入区域，在本实施例中形成有n型半导体区域1058。n型半导体区域1058是通过一离子注入过程而形成的，该离子注入过程不同于溢出通道1035以及光电二极管PD的n型半导体区域1028、1030和1032的形成过程，该n型半导体区域1058有助于提高电荷传输效率。凹槽部1022的底部不是由n型半导体区域1058而是由p型半导体区域制成。n型半导体区域1058可通过在将n型杂质离子注入到半导体基板中之后形成凹槽部1022而形成，该离子注入时所采用的过程与上述实施例58中用于抑制暗电流的p型半导体区域1025的形成过程相同。或者，n型半导体区域1058可通过在形成凹槽之后对该凹槽的侧壁进行倾斜的离子注入过程而形成。由于其它结构与实施例58中的相同，因此与图73对应的部分用相同的附图标记表示，并省略重复的说明。

在实施例63的固体摄像器件1106中，在半导体基板1011的深度方向上堆叠有多个光电二极管PD(PD1～PD3)，且各个光电二极管PD1～PD3的n型半导体区域1028～1032通过溢出通道1035进行连接。在累积电荷时，当任何光电二极管PD达到饱和电荷量时，超过饱和电荷量的电荷通过溢出通道1035而被累积到尚未达到饱和的另一光电二极管PD中。根据该结构，增加了每个单位像素的有效饱和电荷量(Qs)，即使当像素尺寸减小时仍能扩大动态范围并提高对比度。

而且，n型半导体区域1058形成于围绕着纵向传输栅极部的栅极界面处，因此，可进一步提高电荷传输效率。

传输晶体管Tr1被形成为纵向晶体管，且传输晶体管Tr1形成于像素1002的端部处，从而保证光电二极管PD(PD1～PD3)的面积宽阔并增大每个单位像素的饱和电荷量(Qs)。

除了上述以外，还堆叠有多个光电二极管PD，且溢出通道1035以与实施例58中所说明的相同方式形成于传输栅极部与构成光电二极管PD的p型半导体区域1029、1031之间。即，光电二极管PD的p型半导体区域1029、1031被形成为从传输栅极部离开必要的距离。通过调整该偏离量，在光电二极管PD中累积的信号电荷能够通过兼作为溢出通道1035的沟道区域1034在垂直方向上完全地传输。此外，能够保证要在光电二极管PD中累积的饱和电荷量(Qs)。结果，可设计出能够实现这种完全传输并能保证饱和电荷量(Qs)的结构。

实施例63中的将n型半导体区域1058设于纵向传输栅极部周围的结构也可应用于具有上述实施例59、60以及62中所示光电二极管结构的固体摄像器件。

在上述各实施例中，说明了使用电子作为信号电荷的固体摄像器件。本发明还可应用于使用空穴作为信号电荷的固体摄像器件。这时，关于各个半导体区域的导电类型与上述各实施例相反，即第一导电型为n型而第二导电型为p型。

电子装置的实施例

电子装置的结构

根据本发明任何一个实施例的固体摄像器件可应用于设有固体摄像器件的诸如相机系统等电子装置、具有摄像功能的移动电话以及具有摄像功能的其它装置，该相机系统例如是数码照相机、数码摄像机等。

图71示出了将本发明应用于作为电子装置示例的相机的实施例62。本实施例的相机例如是可拍摄静止图片或移动图片的摄像机。本实施例的相机包括固体摄像器件1、光学透镜(光学系统)110、快门器件111、驱动电路112以及信号处理电路113。

作为固体摄像器件1，可采用上述实施例58～实施例63中的任何一种固体摄像器件。优选地，可采用实施例58、59、60、62以及63中的任何一种固体摄像器件。光学透镜110使来自于对象的图像光(入射光)成像在固体摄像器件1的摄像面上。因此，在一固定时间段内，将信号电荷累积在固体摄像器件1中。光学透镜110可以是包括多个光学透镜的光学系统。快门器件111控制关于固体摄像器件1的光照射周期与遮光周期。驱动电路112提供用于控制固体摄像器件1的传输操作和快门器件111的快门操作的控制信号。固体摄像器件1的信号传输利用由驱动电路112提供的驱动信号(时序信号)来进行。信号处理电路113进行各种信号处理。已经过信号处理的视频信号被存储在诸如存储器等记录介质中或被输出到监视器。

在本实施例的相机中，可实现饱和电荷量(Qs)的增大以及动态范围的改善，可以抑制暗电流的发生且藉此可以抑制白缺陷的发生，因此，可以减小像素的尺寸。所以，电子装置可以具有较小的尺寸，而且可以得到高图像质量的电子装置。

固体摄像器件的整体结构

以下将参照图5来描述CMOS固体摄像器件即CMOS图像传感器的整体结构，该CMOS固体摄像器件中采用了稍后说明的实施例64与实施例65。

图5所示的固体摄像器件1包括摄像区域3和该摄像区域3的周边电路，该摄像区域3中具有布置于由Si制成的半导体基板2030上的多个像素2，该周边电路包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7、控制电路8等。

像素2包括作为光电转换元件的光电二极管以及多个MOS晶体管，且多个像素2以二维阵列状态规则地排列于半导体基板2030上。

摄像区域3包括以二维阵列状态规则地排列的多个像素2。摄像区域3包括有效像素区域和黑色基准像素区域，在该有效像素区域中实际上接收光且累积经过光电转换元件而产生的信号电荷，该黑色基准像素区域形成于有效像素区域周围并用于输出光学黑作为黑电平基准。

控制电路8产生时钟信号、控制信号等，以作为基于垂直同步信号、水平同步信号以及主时钟的垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等的操作基准。控制电路8中所产生的时钟信号、控制信号等被输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等。

垂直驱动电路4例如包括移位寄存器，在垂直方向上依次逐行地选择性扫描摄像区域3中的各像素2。随后，通过垂直信号线将像素信号提供给列信号处理电路5，该像素信号基于依据各像素2的光电二极管中的光接收量而产生的信号电荷。

列信号处理电路5例如布置在像素2的各列处，使用来自于黑基准像素区域(尽管未图示，其围绕着有效像素区域而形成)的信号以像素列为单位对从一行像素2输出的信号进行诸如噪声消除或信号放大等信号处理。在列信号处理电路5与水平信号线2031之间的该电路5的输出级处设有水平选择开关(未图示)。

水平驱动电路6例如包括移位寄存器，通过依次输出水平扫描脉冲来依次选择各个列信号处理电路5，从而使各个列信号处理电路5输出像素信号给水平信号线2031。

输出电路7对通过水平信号线2031依次从各个列信号处理电路5提供的信号进行信号处理并输出这些信号。

图5所示的固体摄像器件1包括以下说明的各固体摄像器件，且这些固体摄像器件具体地示出了有效摄像区域的截面结构。

实施例64

固体摄像器件的结构

图95示出了本发明实施例64的固体摄像器件的示意性截面结构。图95表示一个像素的截面结构。

结构

本实施例的固体摄像器件包括在半导体基板2010的不同深度处堆叠形成的多层光电二极管、纵向晶体管Tr以及溢出通道2021，各个光电二极管具有在第一导电型的p型杂质区域与第二导电型的n型杂质区域之间的结合面。

以下将详细描述本实施例的固体摄像器件的结构。

半导体基板2010由包括p型杂质区域(p)的半导体材料制成。

光电二极管PD包括形成于半导体基板2010中的n型低浓度杂质区域(以下称之为n-区域)2011、依次堆叠在n-区域2011表面侧的第一n型杂质区域2012、第一p型高浓度杂质区域2013、第二n型杂质区域2014以及第二p型高浓度杂质区域2015。在光电二极管PD中，第一光电二极管PD1被形成为具有在第一n型杂质区域2012与第一p型高浓度杂质区域2013之间的结合面。而且，第二光电二极管PD2被形成为具有在第二n型杂质区域2014与第二p型高浓度杂质区域2015之间的结合面。因此，在本实施例中，在半导体基板2010的深度方向上形成了包括第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2的光电二极管PD。图96A、图96B、图96C以及图96D分别示出了沿图95中的A-A′线、B-B′线、C-C′线以及D-D′线的截面图。

纵向晶体管包括隔着栅极绝缘膜2017形成的读栅极电极2018、浮动扩散区域2016以及传输沟道2020。

读栅极电极2018被形成为柱状，其深度为从半导体基板2010的表面到达第一光电二极管PD1中所包含的第一p型高浓度杂质区域2013。即，读栅极电极2018沿着从半导体基板2010的表面在深度方向上形成的第二光电二极管PD2和第一光电二极管PD1而被形成为垂直形状。从图96A～图96D所示的各层的平面结构中可以看到，本实施例中，读栅极电极2018被形成在像素中所包括的第一光电二极管PD1与第二光电二极管PD2的中央部分处。栅极绝缘膜2017被形成在读栅极电极2018与半导体基板2010之间且被形成为在半导体基板2010的表面上延伸。

形成为柱状的读栅极电极2018由隔着栅极绝缘膜2017埋入在凹槽部中的多晶硅形成，该凹槽部被形成为柱状且深度为从半导体基板2010的表面侧到达第一p型高浓度杂质区域2013。作为栅极绝缘膜2017，可使用氧化硅膜等。

浮动扩散区域2016由n型高浓度杂质区域(n+)制成，其形成于半导体基板2010的表面处。

传输沟道2020由n型低浓度杂质区域(n-)制成，其形成于隔着栅极绝缘膜2017与半导体基板2010中所形成的读栅极电极2018邻近的部分处。传输沟道2020被形成为与浮动扩散区域2016以及第一和第二光电二极管PD1、PD2中所包括的第一和第二n型杂质区域2012、2014接触。第二n型杂质区域2014被形成为在传输沟道2020区域中比较靠近读栅极电极2018。如果第二n型杂质区域2014隔着栅极绝缘膜2017完全与读栅极电极2018接触，则当信号电荷通过传输沟道进行传输时，结电容会增加且效率会下降。然而，由于第二n型杂质区域2014被形成为与读栅极电极2018靠近却不与该电极接触，从而进一步增大了第二光电二极管PD2的饱和电荷量。

在纵向晶体管Tr中，当对读栅极电极2018施加正电压时，传输沟道2020的电位被改变。因此，在光电二极管PD所包含的第一和第二光电二极管PD1、PD2中累积的信号电荷通过传输沟道2020进行传输并被读取到浮动扩散区域2016。

图97示出了本实施例的固体摄像器件中的第一光电二极管PD1、第二光电二极管PD2以及浮动扩散区域2016的杂质浓度。图97中的横轴表示与半导体基板2010表面相距的深度且纵轴表示杂质浓度。

如图97所示，第一光电二极管PD1中所包括的第一n型杂质区域(n)2012的杂质浓度为10¹⁷/cm³。第一光电二极管PD1中所包括的第一p型高浓度杂质区域(p+)2013的杂质浓度为10¹⁷～10¹⁸/cm³。第二光电二极管PD2中所包括的第二n型杂质区域(n)2014的杂质浓度为10¹⁷/cm³。第二光电二极管PD2中所包括的第二p型高浓度杂质区域(p+)2015的杂质浓度为10¹⁸～10¹⁹/cm³。浮动扩散区域2016中所包括的n型高浓度杂质区域(n+)的杂质浓度为10²⁰/cm³以上。图97所示的杂质浓度是以对数形式给出的，因此，第一n型杂质区域2012与第二n型杂质区域2014的级数相同，然而实际上第二n型杂质区域2014的杂质浓度大约高出两倍。

同样根据图97所示的杂质浓度分布，第二n型杂质区域2014是完全耗尽的。第二n型杂质区域2014具有能使得该区域完全耗尽的杂质浓度分布，因此使得当在第二n型杂质区域2014中累积的信号电荷进行传输时，第二n型杂质区域2014能够再次完全耗尽，所以，能够传输所有的信号电荷。通过如上所述的让第二n型杂质区域2014完全耗尽，信号电荷的残留就不会混入下次要累积的信号电荷中，并且能够消除残像。

根据图97所示的浓度分布，可以提高把在半导体基板2010的深度方向上形成的第一和第二光电二极管PD1、PD2中所累积的信号电荷读取到浮动扩散区域2016的效率。

当通过离子注入来形成多层p型杂质区域和n型杂质区域时，半导体基板2010中的较深位置处的杂质区域趋于扩散并且浓度较低。因此，容易制备出如本实施例所述的杂质浓度分布。

而且，当第二光电二极管PD2中所包括的第二n型杂质区域2014被形成为靠近读栅极电极2018时，靠近读栅极电极2018的区域的杂质浓度会变高。因此，可以在靠近读栅极电极2018的区域处累积电子，且传输也变得容易了。

在本实施例中，传输沟道2020兼作为溢出通道2021。当在光电二极管PD中累积信号电荷时，溢出通道2021用作把超过一个光电二极管的饱和电荷量的信号电荷传输到另一个光电二极管或浮动扩散区域2016的通道。即，在将信号电荷累积至光电二极管PD中时，第一和第二光电二极管PD1、PD2及浮动扩散区域2016通过溢出通道2021实现电连接。

在本实施例中，当将一个光电二极管看作第一光电二极管PD1时，则可将另一个光电二极管看作第一光电二极管PD2。

一个像素中所包括的另一MOS晶体管的源极/漏极区域由半导体基板2010表面上的n型高浓度杂质区域(n+)2019形成。作为该MOS晶体管，例如可提及选择晶体管、复位晶体管、放大晶体管等。在图95中，仅典型地示出了形成于一个像素内的MOS晶体管中所包括的一个源极/漏极区域。

本实施例的固体摄像器件可用作背照射型固体摄像器件和前照射型固体摄像器件。图98示出了用作背照射型固体摄像器件时的示意性截面结构。

如图98所示，利用层间绝缘膜2029在半导体基板2010的表面侧上形成有所期望的布线层。在图98所示的示例中，形成有三个布线层1M～3M。这些所期望的布线层通过接触部彼此连接。

在半导体基板2010的背侧，p型高浓度杂质区域2025被形成为与光电二极管PD中所包括的n-区域2011接触。而且，在半导体基板2010的背侧，例如依次形成有由SiN制成的钝化膜2026、彩色滤光器2027以及片上透镜2028。

驱动方法

以下，以本实施例中的固体摄像器件为背照射型的情况为例，说明驱动方法。

首先，光L从图98所示的固体摄像器件的背侧即从片上透镜2028侧照射。然后，由片上透镜2028会聚的光通过彩色滤光器2027入射到光电二极管PD上。

入射到光电二极管PD上的光在n-区域2011、第一光电二极管PD1以及第二光电二极管PD2中经过光电转换从而产生信号电荷。所产生的信号电荷被累积在第一光电二极管PD1所包括的第一n型杂质区域2012或第二光电二极管PD2所包括的第二n型杂质区域2014中。本实施例的固体摄像器件被构造为具有这样的结构：在该结构中，读栅极电极2018的底部隔着栅极绝缘膜2017与第一p型高浓度杂质区域2013接触，并且在累积信号电荷时，对读栅极电极2018施加负电压。根据这点，空穴隔着栅极绝缘膜2017被钉扎在读栅极电极2018的底部处。如上述那样发生了使空穴被钉扎的空穴钉扎，从而切断了从读栅极电极2018及栅极绝缘膜2017的底部进入第一p型高浓度杂质区域2013的暗电流噪声。因此，可以减小到达第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2中的暗电流。

图99A～图99E示出了沿图95中的P-P′线的电位分布图，示出了在累积信号电荷时，在由第一n型杂质区域2012和第二n型杂质区域2014构成的电位阱中累积的信号电荷的状态。在本实施例的固体摄像器件中，如图99A～图99E所示，形成于半导体基板2010较深侧的第一光电二极管PD1具有比第二光电二极管PD2高的电位。形成于第一光电二极管PD1中的电位阱比形成于第二光电二极管PD2中的电位阱浅。

首先，如图99A所示，由光电二极管PD中的光电转换产生的信号电荷被累积在由第一n型杂质区域2012构成的电位阱中。然后，照射强光，产生的信号电荷增加并超过了第一n型杂质区域2012的饱和电荷量。这种情况下，如图99B所示，信号电荷“e”从由第一n型杂质区域2012构成的电位阱溢出并通过溢出通道2021传输到由第二n型杂质区域2014构成的电位阱。此时，各电位如图99B所示，因此，超过第一n型杂质区域2012的饱和电荷量的信号电荷“e”被完全传输到第二n型杂质区域2014。

然后，如图99C所示，进一步超过由第二n型杂质区域2014构成的电位阱的饱和电荷量的信号电荷“e”被传输到浮动扩散区域2016。随后，如图99D所示，传输到浮动扩散区域2016的信号电荷“e”由施加到浮动扩散区域2016的复位电压复位。即，在本实施例中，超过第一和第二光电二极管PD1、PD2的饱和电荷量的信号电荷“e”被传输到浮动扩散区域2016并在那儿被复位。

当累积了信号电荷之后，对读栅极电极2018施加正电压。于是，如图99E所示，兼作为溢出通道2021的传输沟道2020的电位变深。因此，第一n型杂质区域2012和第二n型杂质区域2014中累积的信号电荷通过传输沟道2020进行传输并同时被读取到浮动扩散区域2016。

此后的驱动方法与普通固体摄像器件的驱动方法相同。即，信号电荷被传输到浮动扩散区域2016，且浮动扩散区域2016中的电压变化由未图示的放大晶体管放大以进行输出。

在本实施例的固体摄像器件中，在半导体基板2010的深度方向上形成了包括第一和第二光电二极管PD1、PD2的两个光电二极管PD。当累积信号时，通过溢出通道2021可以在第一光电二极管PD1、第二光电二极管PD2以及浮动扩散区域2016之间传输信号电荷。因此，超过一个光电二极管的饱和电荷量并从该光电二极管溢出的信号电荷被累积到另一光电二极管中。根据该结构，增加了整个光电二极管PD的饱和电荷量。因此，可以提高固体摄像器件的灵敏度。

当信号电荷进一步从另一光电二极管溢出时，该电荷被传输到浮动扩散区域2016并通过复位电压的施加而被复位。

在本实施例的固体摄像器件中，形成了包括沿光电二极管PD深度方向埋入的读栅极电极2018的纵向晶体管Tr。因此，在形成于半导体基板2010深度方向上的第一和第二光电二极管PD1、PD2中累积的信号电荷可以完全地传输到浮动扩散区域2016。

尽管本实施例的固体摄像器件被构造为包括第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2这两个光电二极管，然而可以堆叠有两个以上的、所期望数量的光电二极管。由于堆叠有多个光电二极管，因此即使当像素尺寸减小时仍能增加饱和电荷量(Qs)并提高灵敏度。即，可以容易地实现像素尺寸的减小且同时增加饱和电荷量并提高灵敏度，因此，本实施例的结构有利于减小像素尺寸。此外，由于能够增加饱和电荷量且能够扩展动态范围，故可以实现对比度的提高。

而且，当采用背照射型固体摄像器件时，形成有固体摄像器件中所包括的多个像素晶体管的那一侧与光入射的这一侧相对。由于在前照射型固体摄像器件的情况中半导体基板2010表面上的开口面积是必需的，故在半导体基板2010上形成像素晶体管的位置受到限制。然而，在背照射型固体摄像器件的情况中，像素晶体管、布线等并非布置于光入射侧，因此，能够扩大光电二极管PD的面积，且在减小像素尺寸时其布置不受设计规则的影响。此外，由于表面侧的光电二极管可被形成在半导体基板2010的较深位置处，故可以降低半导体基板2010表面上的缺陷程度的影响。

在本实施例的固体摄像器件中，读栅极电极2018及栅极绝缘膜2017的底部被形成为到达第一p型高浓度杂质区域的深度。然而，读栅极电极2018可被形成为到达能够读取第一光电二极管PD1中所累积的信号电荷的深度。例如，也优选的是，将读栅极电极2018形成为到达第一n型高浓度杂质区域2012与第一p型高浓度杂质区域2013之间的结合面。然而，当读栅极电极2018与n型杂质区域接触时，在读取信号电荷时耦合电容会增加，因此会降低读取效率。在本实施例中，由于读栅极电极2018及栅极绝缘膜2017的底部不与该n型杂质区域接触，从而提高了读取效率。

在本实施例中，如图100所示，也优选的是，形成于半导体基板2010深度方向上的光电二极管PD中的第二n型杂质区域2014被形成为使其与读栅极电极2018间隔开的距离等于第一和第二p型高浓度杂质区域2013、2015与读栅极电极2018间隔开的距离。

实施例65

固体摄像器件的结构

图101示出了实施例65的固体摄像器件的示意性截面结构。在图101中，与图95对应的部分用相同的附图标记表示，且省略了重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，由在第一p型高浓度杂质区域2013的一部分中和第二p型高浓度杂质区域2015的一部分中形成的n型杂质区域构成溢出通道2022。溢出通道2022通过将n型杂质离子注入到第一和第二p型高浓度杂质区域2013、2015的一部分中而形成。形成于第一p型高浓度杂质区域2013中的n型杂质区域使第一n型杂质区域2012与第二n型杂质区域2014实现电连接。而且，形成于第二p型高浓度杂质区域2015中的n型杂质区域使第二n型杂质区域2014与浮动扩散区域2016实现电连接。

在本实施例的固体摄像器件中，在累积信号电荷时，从由第一n型杂质区域2012构成的电位阱溢出的信号电荷通过形成于第一p型高浓度杂质区域2013中的溢出通道2022而被累积到第二n型杂质区域2014中。之后，进一步从由第二n型杂质区域2014构成的电位阱溢出的信号电荷通过形成于第二p型高浓度杂质区域2015中的溢出通道2022而被传输到浮动扩散区域2016并在那里被复位。

接下来，在累积了信号电荷之后，对读栅极电极2018施加正电压。因此，兼作为溢出通道2022的传输沟道2020的电位以与实施例64相同的方式变深。根据这点，在第一n型杂质区域2012和第二n型杂质区域2014中累积的信号电荷通过传输沟道2020进行传输并同时被读取到浮动扩散区域2016。

同样在本实施例的固体摄像器件中，可得到与实施例64中的优点相同的优点。在本实施例中，溢出通道2022由n型杂质区域构成，然而也优选的是，溢出通道2022由p型低杂质区域构成，只要该区域是具有能够使所溢出的信号电荷进行传输的电位的区域即可。

本发明中的溢出通道的结构不限于上述实施例64和实施例65中的溢出通道的结构。可以采用当累积信号电荷时超过各个光电二极管的饱和电荷量并从这些光电二极管中溢出的信号电荷能够在多个光电二极管之间进行传输的结构。

在上述各实施例的固体摄像器件中，作为示例说明了将本发明应用于图像传感器中的情况，在所述图像传感器中，把与可见光的光量对应的信号电荷作为物理量进行检测的单位像素以矩阵状态排列着。然而，本发明不限于应用于所述图像传感器，还可以应用到将列电路布置在像素阵列区域中的各个像素列处的全部列型固体摄像器件。

此外，本发明的应用不限于检测可见光的入射光量的分布并将该分布摄取为图像的固体摄像器件，而是还可以应用于将红外线、X射线或粒子射线的入射光量分布摄取为图像的固体摄像器件。从广义上讲，本发明还可应用到诸如用于检测压力或电容等其它物理量的分布的指纹检测传感器等所有固体摄像器件(物理量分布检测器件)中。

而且，本发明不限于通过逐行扫描像素阵列部中的各个单位像素来从各个单位像素读取像素信号的固体摄像器件。例如，本发明还可应用于以像素为单位来选择任意像素并以像素为单位从所选择的像素中读取信号的X-Y寻址型固体摄像器件。

固体摄像器件可形成为片上型(one-chip)或可形成为具有摄像功能的模块状态，该模块中整体地封装有摄像单元、信号处理单元或光学系统。

本发明不局限于固体摄像器件，而是也可以应用于摄像装置。这里，摄像装置是指具有摄像功能的电子装置，例如是诸如数码照相机以及数码摄像机等相机系统、移动电话以及类似装置。在有的情况中，待安装到电子装置上的模块状态即相机模块被当作摄像装置。

实施例66

电子装置

以下，示出了将上述本发明各实施例的固体摄像器件用于电子装置中的实施例。在以下描述中，说明了将实施例64或实施例65中所示的固体摄像器件用于相机的示例。

图71图示了本发明实施例66的相机的示意性平面结构。本实施例的相机例如是可拍摄静止图片或移动图片的摄像机。本实施例的相机包括固体摄像器件1、光学透镜110、快门器件111、驱动电路112以及信号处理电路113。

光学透镜110使来自于对象的图像光(入射光)成像在固体摄像器件1的摄像面上。因此，在一固定时间段内，将信号电荷累积到固体摄像器件1中。光学透镜110可以是包括多个光学透镜的光学透镜系统。

快门器件111控制着关于固体摄像器件1的光照射周期和遮光周期。

驱动电路112提供用于控制固体摄像器件1的传输操作和快门器件111的快门操作的驱动信号。利用从驱动电路112提供的驱动信号(时序信号)来进行信号传输。信号处理电路113进行各种信号处理。已经过信号处理的视频信号被存储在诸如存储器等存储介质中或被输出到监视器。

在现有技术中，由于减小像素尺寸时会减小开口面积比(open arearatio)从而使光电二极管的饱和电荷量减小，因此，在电子装置中，尺寸减小与高图像质量彼此抵触。然而，在本实施例的相机中，可以减小固体摄像器件中的像素尺寸同时增加饱和电荷量(Qs)并提高灵敏度。因此，可以减小电子装置的尺寸并得到具有较高图像质量的电子装置。简言之，在该电子装置中能够实现尺寸减小、高分辨率和高图像质量。

在上述实施例64～实施例66的固体摄像器件中，本发明应用于信号电荷为电子的固体摄像器件，然而，本发明还可以应用于其中信号电荷为空穴的固体摄像器件。这时，可以通过将第一导电型看作n型并将第二导电型看作p型来实现上述各示例。

图5示出了应用了本发明的固体摄像器件即CMOS图像传感器的实施例的示意性结构。本实施例的固体摄像器件3001包括摄像区域3以及该摄像区域3的周边电路，在该摄像区域3中，包括作为光电转换器的光电二极管的多个像素2在例如Si基板等半导体基板11上以二维阵列状有规则地排列着，该周边电路例如包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8。

控制电路8产生时钟信号、控制信号等，以作为基于垂直同步信号、水平同步信号以及主时钟的垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等的操作基准。控制电路8中产生的时钟信号、控制信号等被输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等。

垂直驱动电路4例如包括移位寄存器，在垂直方向上依次逐行选择性地扫描摄像区域3中的各像素2。随后，通过垂直信号线向列信号处理电路5提供像素信号，该像素信号基于依据各像素2的光电二极管中的光接收量所产生的信号电荷。

列信号处理电路5例如被布置在像素2的各列处，使用来自于黑基准像素区域(尽管未图示，该黑基准像素区域围绕着有效像素区域而形成)的信号以像素列为单位对从一行像素2输出的信号进行诸如噪声消除或信号放大等信号处理。在列信号处理电路5与水平信号线3010之间的该电路5的输出级处设有水平选择开关(未图示)。

水平驱动电路6例如包括移位寄存器，通过依次输出水平扫描脉冲来依次选择各个列信号处理电路5，从而使各个列信号处理电路5输出像素信号给水平信号线3010。

输出电路7对通过水平信号线3010依次从各个列信号处理电路5提供的信号进行信号处理并输出这些信号。

图5所示的固体摄像器件1包括稍后说明的实施例67～实施例71中的固体摄像器件，在这些实施例中，有效摄像区域中的像素2的截面结构彼此不同。由于其它结构与图5的相同，故实施例67～实施例71中仅示出了相关部分的截面结构，而省略了对其它结构的说明。

实施例67

图102示出了本发明实施例67的固体摄像器件的像素部中的截面结构。图102示出了一个像素的截面结构，即单位像素区域3020。

本实施例的固体摄像器件包括第一导电型半导体层和第二导电型半导体层，该第一导电型半导体层和第二导电型半导体层通过在第一导电型硅基板3021中从一个面(在下文中，表面)侧在深度方向上交替堆叠多层而形成。另外，在与硅基板3021表面侧相距的所需深度处，形成有多个纵向晶体管Tr1、Tr2和Tr3。纵向晶体管Tr1、Tr2和Tr3对应于后面说明的电荷传输晶体管。在硅基板3021的表面侧形成有布线层3047，并在硅基板3021的背侧上形成有片上透镜3031。简言之，本实施例的固体摄像器件示例了背侧照射型固体摄像器件，在该背侧照射型固体摄像器件中，光从布线层3047的相对侧入射。

在下述说明中，限定第一导电型是p型且第二导电型是n型，第一导电型半导体层表示p型半导体层且第二导电型半导体层表示n型半导体层，所述第一导电型半导体层和所述第二导电型半导体层以堆叠方式形成。

在单位像素区域3020的要作为光电二极管的区域中，形成有p型半导体层和n型半导体层，该p型半导体层和n型半导体层被形成为在硅基板3021中交替堆叠。在本实施例中，在硅基板3021的表面侧依次堆叠第一p型半导体层3028、第一n型半导体层3027、第二p型半导体层3026、第二n型半导体层3025、第三p型半导体层3024和第三n型半导体层3023。在单位像素区域3020中，交替堆叠的p型半导体层和n型半导体层构成多个光电二极管。以平板状形成并堆叠第一～第三p型半导体层3028、3026和3024以及第一～第三n型半导体层3027、3025和3023。在本实施例中，第一～第三p型半导体层3028、3026和3024具有高于p型硅基板3021的杂质浓度的杂质浓度。

将位于最前侧处的第一n型半导体层3027形成为：使得第一p型半导体层3028与第一n型半导体层3027之间的pn结“j1”的深度为当光从背侧照射时与吸收红光的位置对应的深度。将相对于前侧位于第二深度处的第二n型半导体层3025形成为：使得第二p型半导体层3026与第二n型半导体层3025之间pn结“j2”的深度为当光从背侧照射时与吸收绿光的位置对应的深度。将位于最后侧的第三n型半导体层3023形成：使得第三p型半导体层3024与第三n型半导体层3023之间的pn结“j3”的深度为当光从背侧照射时与吸收蓝光的位置对应的深度。

于是，第一p型半导体层3028和第一n型半导体层3027构成了对红光进行光电转换的第一光电二极管PD1。

第二p型半导体层3026和第二n型半导体层3025构成了对绿光进行光电转换的第二光电二极管PD2。

第三p型半导体层3024和第三n型半导体层3023构成了对蓝光进行光电转换的第三光电二极管PD3。

由于在第一～第三光电二极管PD1～PD3中形成了pn结“j1”～“j3”，因此在第一～第三n型半导体层3027、3025和3023中形成有电位阱。所以，在第一～第三光电二极管PD1～PD3中，在各个第一～第三n型半导体层3027、3025和3023中及它们附近经过光电转换而得到的信号电荷被累积到在各个第一～第三n型半导体层3027、3025和3023内形成的电位阱中。也就是说，各个第一～第三n型半导体层3027、3025和3023对应于信号累积区域。信号电荷累积电容由n型半导体层与p型半导体层之间的电位差以及耗尽层电容决定。由于在本实施例中第一～第三p型半导体层3028、3026和3024具有高于硅基板3021杂质浓度的杂质浓度，因此能够充分地保证第一～第三光电二极管PD1～PD3中的信号电荷累积电容。

在本实施例中，形成有分别包括栅极电极3033、3037和3042的传输晶体管Tr1、Tr2和Tr3，栅极电极3033、3037和3042分别与上述第一～第三光电二极管PD1～PD3对应。

首先，第一传输晶体管Tr1的栅极电极3033被形成为其深度从硅基板3021表面侧至第一光电二极管PD1的pn结“j1”。第二传输晶体管Tr2的栅极电极3037被形成为其深度从硅基板3021表面侧至第二光电二极管PD2的pn结“j2”。第三传输晶体管Tr3的栅极电极3042被形成为其深度从硅基板3021表面侧至第三光电二极管PD3的pn结“j3”。

通过在形成有第一～第三光电二极管PD1～PD3的硅基板3021中设置纵向开口，并通过将电子材料隔着栅极绝缘膜3034埋入至这些开口中，由此形成上述这些栅极电极3033、3037和3042。另外，栅极电极3033、3037和3042被形成为柱形形状或菱形形状，该柱形形状或菱形形状沿硅基板3021的深度方向被形成为长条纵向形状。在各个纵向传输晶体管Tr1、Tr2和Tr3中，分别形成有栅极部，各个栅极部包括各自的栅极电极3033、3037和3042、栅极绝缘膜3034以及后面说明的沟道部。

这里，包括第三传输晶体管Tr3的栅极电极3042的栅极部的栅极长度比包括第二传输晶体管Tr2的栅极电极3037的栅极部的栅极长度长。包括第二传输晶体管Tr2的栅极电极3037的栅极部的栅极长度比包括第一传输晶体管Tr1的栅极电极3033的栅极部的栅极长度长。

在硅基板3021表面上的与对应于各个栅极电极3033、3037和3042的栅极部相接触的区域中，独立地形成有具有高杂质浓度的n型半导体区域，即n+源极/漏极区域3046、3041和3045。因此，本实施例的固体摄像器件中所包括的第一～第三传输晶体管Tr1、Tr2和Tr3是纵向晶体管，在该纵向晶体管中，信号电荷在垂直方向上沿着埋入在硅基板3021中的纵向栅极电极3033、3037和3042进行传输。

根据上述结构，沿纵向栅极电极3033从第一n型半导体层3027至n+源极/漏极区域3046形成有第一传输晶体管Tr1的沟道部3039。沿纵向栅极电极3037从第二n型半导体层3025至n+源极/漏极区域3041形成第二传输晶体管Tr2的沟道部3040。沿纵向栅极电极3042从第三n型半导体层3023至n+源极/漏极区域3045形成第三传输晶体管Tr3的沟道部3044。这些沟道部3039、3040和3044优选被形成在与硅基板3021的表面相垂直的方向上，从而使这些沟道部3039、3040和3044平行于各个栅极电极3033、3037和3042。

在第一传输晶体管Tr1中，第一光电二极管PD1中所包括的第一n型半导体层3027兼作源极/漏极区域。因此，在第一n型半导体层3027中累积的信号电荷通过沟道部3039被传输至n+源极/漏极区域3046。

在第二传输晶体管Tr2中，第二光电二极管PD2中所包括的第二n型半导体层3025兼作源极/漏极区域。因此，在第二n型半导体层3025中累积的信号电荷通过沟道部3040被传输至n+源极/漏极区域3041。

在第三传输晶体管Tr3中，第三光电二极管PD3中所包括的第三n型半导体层3023兼作源极/漏极区域。因此，在第三n型半导体层3023中累积的信号电荷通过沟道部3044被传输至n+源极/漏极区域3045。

在第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3中，在硅基板3021表面上的与各个栅极电极3033、3037和3042接触的区域中形成的n+源极/漏极区域3046、3041和3045分别会成为浮动扩散部FD。

在硅基板3021的表面侧形成有布线层3047。在布线层3047中，利用层间绝缘膜3030来形成所需布线。本实施例是包括被形成为三层的布线M1～M3的示例，并且这些布线M1～M3与所需的栅极电极或电源连接。通过设置连接部3049或者通孔(VIA)来实现布线M1～M3之间的连接。

在硅基板3021的背侧上形成有片上透镜3031。从硅基板3021背侧照射的光会聚在片上透镜3031上，并通过例如氧化硅膜3032等入射至单位像素区域3020中。

在具有上述结构的固体摄像器件中，在第一～第三光电二极管PD1～PD3中对从硅基板3021背侧入射的光进行光电转换，并累积信号电荷。由于在硅基板3021中的不同深度处分别形成第一～第三光电二极管PD1～PD3，因此在第一～第三光电二极管PD1～PD3中分别吸收不同波长的光。在第一光电二极管PD1中红光被吸收，在第二光电二极管PD2中绿光被吸收，并且在第三光电二极管PD3中蓝光被吸收。

于是，对入射到第一～第三光电二极管PD1～PD3上的各光进行光电转换，并且经光电转换而得到的信号电荷被累积到第一～第三n型半导体层3027、3025和3023中。也就是说，在第一n型半导体层3027中累积经过红光的光电转换得到的信号电荷，在第二n型半导体层3025中累积经过绿光的光电转换得到的信号电荷，并且在第三n型半导体层3023中累积经过蓝光的光电转换得到的信号电荷。

如上所述，在本实施例的固体摄像器件中，由于在单位像素区域3020中包括第一～第三光电二极管PD1～PD3，因此，能够分别累积由三种光得到的信号电荷。

顺便提及，在本实施例的固体摄像器件中，具有最长沟道长度的第三传输晶体管Tr3的栅极电极3042隔着栅极绝缘膜3034与全部n型半导体层3027、3025和3023接触。具有次长沟道长度的第二传输晶体管Tr2的栅极电极3027隔着栅极绝缘膜3034与第一和第二n型半导体层3027和3025接触。

图103示出了本实施例的固体摄像器件中的单位像素的等效电路。在该单位像素中包括第一光电二极管PD1、第二光电二极管PD2和第三光电二极管PD3，并且各个光电二极管PD1、PD2和PD3通过第一、第二和第三传输晶体管Tr1、Tr2和Tr3与各个浮动扩散部FD1、FD2和FD3连接。第二传输晶体管Tr2包括相当于串联连接的两个晶体管Q2和Q3。第三传输晶体管Tr3包括相当于串联连接的三个晶体管Q4、Q5和Q6。第二传输晶体管Tr2中所包含的两个晶体管Q2和Q3的栅极相互连接。第三晶体管Tr3中所包含的三个晶体管Q4、Q5和Q6的栅极相互连接。此外，第一传输晶体管Tr1的源极，第二晶体管Tr2中所包含的晶体管Q3的源极和第三传输晶体管Tr3中所包含的晶体管Q6的源极相互连接。另外，第二晶体管Tr2中所包含的的晶体管Q2的源极与第三传输晶体管Tr3中所包含的晶体管Q5的源极相互连接。

从图103中能够看出，在本实施例的结构中，通过第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3将第一光电二极管PD1中的红色信号电荷传输至第一～第三浮动扩散部FD1～FD3，通过第二和第三传输晶体管Tr2和Tr3将来自第二光电二极管PD2的绿色信号电荷传输至第二和第三浮动扩散部FD2和FD3。

结果，通过各种颜色光的光电转换而得到的信号电荷被除了第一传输晶体管Tr1的栅极电极3033以外的相同传输晶体管一并读取，这将引起混色。

下面说明在本实施例的固体摄像器件中对分别在第一～第三光电二极管PD1～PD3中累积的信号电荷进行读取且不引起混色的方法。

首先，从固体摄像器件的背侧照射光从而在第一～第三光电二极管PD1～PD3中累积信号电荷。

接着，利用第三传输晶体管Tr3读取信号电荷。如上所述，第三传输晶体管Tr3的栅极电极3042隔着栅极绝缘膜3034与第一～第三n型半导体层3027、3025和3023接触。因此，将第一～第三n型半导体层3027、3025和3023中累积的信号电荷沿沟道部3044读出至作为第三浮动扩散部FD3的第三传输晶体管Tr3的n+源极/漏极区域3045，该沟道部3044从第三传输晶体管Tr3的栅极电极3042下方形成。也就是说，通过第三传输晶体管Tr3的栅极电极3042将在第一～第三光电二极管PD1～PD3中累积的全部信号电荷读出。通过被读取至第三传输晶体管Tr3的n+源极/漏极区域3045的信号电荷而输出的电位将是由红光、绿光和蓝光产生的输出电位。

输出电位是VRGB

接着，再从固体摄像器件的背侧照射光从而在第一～第三光电二极管PD1～PD3中累积信号电荷。

然后，利用第二传输晶体管Tr2读取信号电荷。如上所述，第二传输晶体管Tr2的栅极电极3037隔着栅极绝缘膜3034与第一和第二n型半导体层3027和3025接触。因此，将第一和第二n型半导体层3027和3025中累积的信号电荷沿沟道部3040读出至作为第二浮动扩散部FD2的第二传输晶体管Tr2的n+源极/漏极区域3041，该沟道部3040从第二传输晶体管Tr2的栅极电极3037下方形成。也就是说，通过第二传输晶体管Tr2的栅极电极3037将在第一和第二光电二极管PD1和PD2中累积的信号电荷读出。通过被读取至第二传输晶体管Tr2的n+源极/漏极区域3041的信号电荷而输出的电位将是由红光和绿光产生的输出电位。

输出电位为VRG

接着，再从固体摄像器件的背侧照射光从而在第一～第三光电二极管PD1～PD3中累积信号电荷。

然后，利用第一传输晶体管Tr1读出信号电荷。栅极电极3033隔着栅极绝缘膜3034仅接触第一n型半导体层3027。因此，将第一n型半导体层3027中累积的信号电荷沿沟道部3039读出至作为第一浮动扩散部FD1的第一传输晶体管Tr1的n+源极/漏极区域3046，该沟道部3039从第一传输晶体管Tr1的栅极电极3033下方形成。通过被读取至第一传输晶体管Tr1的n+源极/漏极区域3046的信号电荷而输出的电位将是仅由红光产生的输出电位。

输出电位为VR

然后，通过由上述过程读取的三个输出电位VRGB、VRG和VR来计算出对应于各个颜色的输出电位VR、VG和VB。

例如，对应于蓝光的输出电位VB由下述计算公式得到：

VRGB-VRG＝VB

对应于绿光的输出电位VG由下述计算公式得到：

VRG-VR＝VG

对应于红光的输出电位VR等于由第一传输晶体管Tr1得到的输出电位。

在周边电路中通过信号处理进行上述计算，并且根据该计算能够进行三个颜色的颜色分离。

根据本实施例，利用纵向传输晶体管能够有效地读取在硅基板3021中的较深位置处形成的光电二极管中所累积的电荷而没有剩余电荷，在该纵向传输晶体管中，栅极电极被埋入在多个光电二极管的各个深度处。结果，能够抑制残像。

另外，使用在硅基板3021中埋入有栅极电极3033、3037和3042的纵向传输晶体管，因此，没有必要使作为第一～第三光电二极管PD1～PD3的各个电荷累积区域的n型半导体层3027、3025和3023暴露在硅基板3021表面上。因此，能够防止当在第一～第三光电二极管PD1～PD3中累积信号电荷时会出现在硅基板3021表面上的噪声。

此外根据本实施例，通过堆叠多层平板状的p型半导体层和n型半导体层来形成第一～第三光电二极管PD1～PD3，并且在基板内确定各个光电二极管pn结的深度。因此，能够抑制各个光电二极管中的混色。

此外，交替地堆叠有平板状的p型半导体层和n型半导体层，从而在深度方向上形成多个不同的光电二极管，而且，在各个第一～第三光电二极管PD1～PD3的深度处埋入栅极电极3033、3037和3042。因此，进一步堆叠p型半导体层和n型半导体层从而增加光电二极管的设计是容易的，并且形成相应的埋入栅极电极的设计也是容易的。在本实施例中，在单位像素区域3020中形成有三个光电二极管，然而，不限于此并且能够形成四个以上的光电二极管。

在通过堆叠平板形状的p型半导体层和n型半导体层形成的多个光电二极管中，在单位像素区域中能够相等地形成开口面积比，并且各个光电二极管的开口面积比不被减小。因此，在单位像素区域的多个光电二极管中不减小开口面积比也能够进行颜色分离。

此外在本实施例中，在应用于背侧照射型固体摄像器件时能够增大开口面积比并提高灵敏度。

在从第三传输晶体管Tr3中依次读取信号电荷的方法中，累积信号电荷的时间对于每次读取信号电荷是必要的，该第三传输晶体管Tr3包括了具有本实施例第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3中最长栅极长度的栅极电极3042。

实施例68

接着，对于实施例68的固体摄像器件，将说明该固体摄像器件和能够同时读出第一～第三光电二极管PD1～PD3的信号电荷的固体摄像器件读出方法。由于在本发明实施例固体摄像器件的单位像素区域3020中的截面结构与图102所示实施例67的截面结构相同，因此未图示出。由于在本实施例固体摄像器件中传输晶体管部分的电路结构也与图103所示的电路结构相同，因此未图示出。

在本实施例中，把在实施例67～实施例69中的第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3中栅极电极3033、3037和3042的形成位置设在实施例67的固体摄像器件中规定的位置。

在本实施例中，在第三光电二极管PD3中累积的信号电荷量由各个第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3按等比例例如三分之一进行读取。为此，例如第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3的栅极电极3033、3037和3042的形成位置被规定为使得在第三光电二极管PD3中累积的信号电荷量能够按等比例即三分之一而被读取的位置。

另外，在第二光电二极管PD2中累积的信号电荷量由各个第一和第二传输晶体管Tr1和Tr2按等比例即二分之一进行读取。为此，例如第一和第二传输晶体管Tr1和Tr2的栅极电极3033和3037的形成位置被规定为使得在第二光电二极管PD2中累积的信号电荷量能够按等比例即二分之一而被读取的位置。

在本实施例的固体摄像器件中，第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3同时读出信号电荷。

通过第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3的沟道部3039、3040和3044将在第一光电二极管PD1中累积的由红光产生的信号电荷按等比例即三分之一读出至各个n+源极/漏极区域3046、3041和3045中。也就是说，在图103所示的等效电路中，通过各个第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3将从第一光电二极管PD1传输的红色信号电荷按等比例即三分之一进行传输。通过各个第二和第三传输晶体管Tr2和Tr3将从第二光电二极管PD2传输的绿色信号电荷按等比例即二分之一进行传输。此外，通过第三传输晶体管Tr3将从第三光电二极管PD3传输的全部蓝色信号电荷进行传输。

根据相同的原则，通过第一和第二传输晶体管Tr1和Tr2的沟道部3039和3040将在第二光电二极管PD2中累积的由绿光产生的信号电荷按等比例即二分之一读出至n+源极/漏极区域3046和3041中。

仅通过第三传输晶体管Tr3的沟道部3044将在第三光电二极管PD3中累积的由蓝光产生的信号电荷读出至n+源极/漏极区域3045。

这里，在第一光电二极管PD1中累积的信号电荷用ER表示，在第二光电二极管PD2中累积的信号电荷用EG表示并且在第三光电二极管PD3中累积的信号电荷用EB表示。

然后，通过第三传输晶体管Tr3读出至n+源极/漏极区域3045的信号电荷被表示为(1/3)ER+(1/2)EG+EB。读出至n+源极/漏极区域3041的信号电荷被表示为(1/3)ER+(1/2)EG。另外，读出至n+源极/漏极区域3046的信号电荷被表示为(1/3)ER。

在周边电路处计算上述所读出的信号电荷以得出各个信号电荷ER、EG和EB，从而进行三个颜色的颜色分离。

在本实施例中，规定了在第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3形成栅极电极3033、3037和3042的位置，然而不限于此。此外优选的是，提前检查能够在各个第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3读出的电荷量，并在考虑这些值的情况下计算各个信号电荷ER、EG和EB。

在本实施例中，能够得到与实施例67的优点相同的优点，还能够得到在单位像素区域中形成的多个光电二极管的信号电荷能够被同时读出的优点。

实施例69

接着，图104A示出了本发明实施例69的固体摄像器件中的像素部的截面结构。图104A示出了在一个像素中的截面结构，即单位像素区域3020。在图104A中，与图102对应的部分用相同的附图标记表示，并省略重复的说明。另外，由于本实施例中固体摄像器件的传输晶体管的电路图与图103所示的电路图相同，因此不再图示出。

在本实施例中，在光入射侧即固体摄像器件的背侧上设置有机械快门3050。其它结构与实施例67所示的相同。

当光入射时本实施例中的机械快门3050开启，并且当不需要光入射时该快门关闭。

下面说明本实施例固体摄像器件中在第一～第三光电二极管PD1～PD3中累积的信号电荷的读出方法。

首先，在机械快门3050处于开启状态下将光入射到第一～第三光电二极管PD1～PD3上，从而通过光电转换累积信号电荷。

接着，关闭机械快门3050从而阻挡入射到第一～第三光电二极管PD1～PD3上的外部光。在此阶段中，保持将信号电荷累积在第一～第三光电二极管PD1～PD3中的状态。

接着，通过第一传输晶体管Tr1将第一光电二极管PD1中累积的信号电荷读出至n+源极/漏极区域3046。由于对应于红光的信号电荷被累积在第一光电二极管PD1中，因此通过红光的光电转换得到了读出至第一传输晶体管Tr1的n+源极/漏极区域3046的信号电荷。

接着，通过第二传输晶体管Tr2将第二光电二极管PD2中累积的信号电荷读出至n+源极/漏极区域3041。由于在第二传输晶体管Tr2中的栅极电极3037隔着栅极绝缘膜3034也与包含在第一光电二极管PD1中的第一n型半导体层3027接触，因此第一n型半导体层3027通过第二传输晶体管Tr2的沟道部3040与第二传输晶体管Tr2的n+源极/漏极区域3041连接。然而，在前面阶段中已经读出了在第一光电二极管PD1(第一n型半导体层3027)中累积的信号电荷。因此，仅将第二光电二极管PD2中累积的信号电荷读出至第二传输晶体管Tr2的n+源极/漏极区域3041。也就是说，在图103的电路图中，没有信号从第一光电二极管PD1传输至第二传输晶体管Tr2。

由于对应于绿光的信号电荷被累积在第二光电二极管PD2中，因此通过绿光的光电转换得到了读出至第二传输晶体管Tr2的n+源极/漏极区域3041的信号电荷。

随后，通过第三传输晶体管Tr2将第三光电二极管PD3中累积的信号电荷读出至n+源极/漏极区域3045。在第三传输晶体管Tr3中的栅极电极3042隔着栅极绝缘膜3034也与包含在第一和第二光电二极管PD1和PD2中的第一和第二n型半导体层3027和3025接触，因此第一n型半导体层3027和第二n型半导体层3025通过第三传输晶体管Tr3的沟道部3044与第三传输晶体管Tr3的n+源极/漏极区域3045连接。然而，在前面阶段中已经读出了第一和第二光电二极管PD1和PD2(第一和第二n型半导体层3027和3025)中累积的信号电荷。因此，仅将第三光电二极管PD3中累积的信号电荷读出至第三传输晶体管Tr3的n+源极/漏极区域。也就是说，在图103的电路图中，没有信号从第一和第二光电二极管PD1和PD2传输至第三传输晶体管Tr3。由于对应于蓝光的信号电荷被累积在第三光电二极管PD3中，因此通过蓝光的光电转换得到了读出至第三传输晶体管Tr3的n+源极/漏极区域3045的信号电荷。

在本实施例中，按照从连接至较浅位置的栅极电极的光电二极管到连接至较深位置的栅极电极的光电二极管的顺序读出信号电荷，从而对红、绿和蓝三个颜色进行颜色分离。在本实施例中，当信号电荷被读出时通过机械快门3050来阻挡外部光。因此，当读出某一个光电二极管的信号电荷时能够防止信号电荷在其它光电二极管中累积。

当实际上使用具有上述结构的机械快门3050时，如图104B所示将机械快门3050布置在固体摄像器件3001与光学透镜系统3071之间，在固体摄像器件3001中以阵列状态布置有像素3002，光学透镜系统3071用于将光信号3070会聚到固体摄像器件3001上。在此结构中，对入射到固体摄像器件3001整个区域的光信号进行控制。

在本实施例中，利用机械快门3050不仅能够得到与实施例67的优点相同的优点，而且能够得到在单位像素区域中形成的多个光电二极管的信号电荷能够被同时读出的优点。

在本实施例中，示出了利用机械快门3050的示例，然而，如果用于读出电荷的必要时间与曝光时间相比足够短，即使当未设置机械快门也能够得到上述优点。

实施例70

接着，图105示出了本发明实施例70固体摄像器件中的像素部的截面结构。图105示出了在一个像素中的截面结构，即单位像素区域3020。在图105中，与图102对应的部分用相同的附图标记表示，并省略重复的说明。

在本实施例的固体摄像器件中，部分地改进了在栅极部与实施例67的固体摄像器件的光电二极管中所包含的n型半导体层之间的接触部结构。

如图105所示，在栅极电极3037周围形成有p型半导体区域3051，该p型半导体区域3051位于第二传输晶体管Tr2中所包括的栅极电极3037的第一n型半导体层3027的深度处。也就是说，p型半导体区域3051被形成在作为与第二传输晶体管Tr2接触的第一光电二极管的电荷累积区域的第一n型半导体层3027的一部分中。

此外，在栅极电极3042周围形成有p型半导体区域3052，该p型半导体区域3052位于第三传输晶体管Tr3中所包括的栅极电极3042的第一n型半导体层3027和第二n型半导体层3025的深度处。也就是说，p型半导体区域3052被形成在作为与第三传输晶体管Tr3接触的第一和第二光电二极管PD1和PD2的电荷累积区域的第一和第二n型半导体层3027和3025的一部分中。

如上所述，除了要作为与第二和第三传输晶体管Tr2和Tr3中的栅极电极3037和3042接触的读取对象的那个光电二极管之外的那些光电二极管的电荷累积区域的一部分被具有与作为该电荷累积区域的n型半导体层相反的特性的p型半导体区域所覆盖。因此，能够抑制在n型半导体层中累积的信号电荷运动到在形成有p型半导体区域的部分中的沟道部。

图106示出了本实施例固体摄像器件中单位像素的等效电路。在本实施例中，在栅极电极3037和栅极电极3042的必要位置处形成有p型半导体区域3051和3052，从而分别通过独立电路来传输在第一～第三光电二极管PD1～PD3中累积的信号电荷。

因此，在第二传输晶体管Tr2中，仅读出在第二光电二极管PD2中累积的信号电荷。类似地，在第三传输晶体管Tr3中，仅读出在第三光电二极管PD3中累积的信号电荷。第一传输晶体管Tr1中所包含的栅极电极3033最初被配置成仅与第一光电二极管PD1接触。因此，同样在第一传输晶体管Tr1中，仅读出在第一光电二极管PD1中累积的信号电荷。

本实施例传输信号电荷的电路是彼此独立的，因此在一个传输晶体管中能够读出由单色产生的信号电荷。因此，在单位像素区域3020中能够同时且独立地读出在第一～第三光电二极管PD1～PD3中累积的信号电荷。

在本实施例中，不仅能够得到与实施例67的优点相同的优点，而且由于一个光电二极管的信号电荷由一个传输晶体管读出因此能够同时读出各个光电二极管中累积的信号电荷。

实施例71

图107示出了实施例71固体摄像器件中的像素部的截面结构。图107示出了在一个像素中的截面结构，即单位像素区域3020。在图107中，与图102对应的部分用相同的附图标记表示，并省略重复的说明。本实施例固体摄像器件的传输晶体管部分的电路结构与图106所示的电路图相同，因此不再图示出。

在本实施例的固体摄像器件中，改进了包含在实施例67固体摄像器件光电二极管中的n型半导体层和p型半导体层的结构。

在本实施例中，在单位像素区域3020的硅基板3021中不同深度处分别形成具有平坦化p型半导体层和n型半导体层的三个光电二极管。通过从基板一侧依次堆叠p型半导体层、n型半导体层和p型半导体层来形成各个光电二极管。

在本实施例中，通过堆叠p型半导体层3056、n型半导体层3055和p型半导体层3054而形成的、且位于硅基板3021中最前侧上的光电二极管是第一光电二极管PD1。此外，通过堆叠p型半导体层3059、n型半导体层3058和p型半导体层3057而形成的、且位于硅基板3021中间深度处的光电二极管是第二光电二极管PD2。此外，通过堆叠p型半导体层3062、n型半导体层3061和p型半导体层3060而形成的、且位于硅基板3021中最后侧的光电二极管是第三光电二极管PD3。

当光从背侧照射时，在红光被吸收的深度处形成pn结“j1”，该pn结“j1”位于第一光电二极管PD1中所包含的p型半导体层3056与n型半导体层3055之间。

当光从背侧照射时，在绿光被吸收的深度处形成pn结“j2”，该pn结“j2”位于第二光电二极管PD2中所包含的p型半导体层3059与n型半导体层3058之间。

当光从背侧照射时，在蓝光被吸收的深度处形成pn结“j3”，该pn结“j3”位于第三光电二极管PD3中所包含的p型半导体层3062与n型半导体层3061之间。

此外在本实施例中，按照与实施例67～实施例70相同的方式形成有对应于上述各个第一～第三光电二极管PD1～PD3的传输晶体管的栅极电极3033、3037和3042。

首先，第一传输晶体管Tr1的栅极电极3033被形成为其深度从硅基板3021表面侧至第一光电二极管PD1的pn结“j1”。第二传输晶体管Tr2的栅极电极3037被形成为其深度从硅基板3021表面侧至第二光电二极管PD2的pn结“j2”。第三传输晶体管Tr3的栅极电极3042被形成为其深度从硅基板3021表面侧至第三光电二极管PD3的pn结“j3”。第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3的其它结构与实施例67～实施例70的其它结构相同，因此省略了重复的说明。

在本实施例中，通过第一传输晶体管Tr1读出第一光电二极管PD1中累积的信号电荷。通过第二传输晶体管Tr2读出第二光电二极管PD2中累积的信号电荷。此外，通过第三传输晶体管Tr3读出第三光电二极管PD3中累积的信号电荷。

根据本实施例的固体摄像器件，隔离地形成第一～第三光电二极管PD1～PD3，第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3的各个栅极电极3033、3037和3042隔着栅极绝缘膜3034仅接触所需的光电二极管。具有上述结构的固体摄像器件具有如图106所示的电路结构。此外，如图106所示，在本实施例中，分别通过独立的电路来传输在第一～第三光电二极管PD1～PD3中累积的信号电荷。因此，在各个第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3中，能够分别读取仅来自单色光的信号电荷。结果，能够防止混色。

实施例67～实施例71的上述固体摄像器件包含在例如图5所示的固体摄像器件1中。图5所示的固体摄像器件1具有将各像素以二维矩阵状态布置的结构，然而，适用于实施例67～实施例71的固体摄像器件的结构不限于此。例如，能够适用于具有将像素呈线性布置的结构的固体摄像器件。

在上述实施例中，示出了当适用于CMOS图像传感器时的固体摄像器件，然而能够将本发明适用于CCD图像传感器。此外，实施例67～71的固体摄像器件以背照射型固体摄像器件为示例，在该背照射型固体摄像器件中光从布线层3047的相对侧入射，然而不限于此。也就是说，能够应用前照射型固体摄像器件，在该前照射型固体摄像器件中光从与布线层相同的表面侧入射。

在应用前照射型固体摄像器件的情况下，在实施例67～实施例71的固体摄像器件中当从前表面侧照射光时，优选让pn结“j1”处于对应于吸收蓝光位置的深度。此外，当从前表面侧照射光时优选让pn结“j2”处于对应于吸收绿光位置的深度。此外，当从前表面侧照射光时优选让pn结“j3”处于对应于吸收红光位置的深度。可将第一～第三传输晶体管Tr1、Tr2和Tr3的栅极电极3033、3037和3042的栅极长度形成为对应上述说明的那样。也就是说，当应用前照射型固体摄像器件时，图102中第一～第三传输晶体管Tr1～Tr3的栅极电极3033、3037和3042分别对应蓝色、绿色和红色光电二极管。

在本实施例中，将本发明适用于信号电荷是电子的固体摄像器件。本发明还能够适用于信号电荷是空穴的固体摄像器件。在此情况下，利用与前述相反导电类型的半导体基板和半导体层就能够配置出器件。

上述实施例的固体摄像器件能够适用于诸如照相机、带有照相机的手机和具有其它摄像功能的装置等电子装置。

接着，图108示出了使用实施例67～实施例71的固体摄像器件的电子装置的实施例。在本实施例中，使用照相机作为电子装置的示例。

如图108所示，优选将本实施例的电子装置3080配置成包括固体摄像器件3082、光学透镜系统3081、输入/输出单元3084和信号处理器件3083的电子装置3085，或者配置成包括固体摄像器件3082、光学透镜系统3081和输入/输出单元3084的电子装置3086。作为固体摄像器件3082，可使用实施例67～实施例71的固体摄像器件。

在本实施例的电子装置3080中设置有实施例67～实施例71的固体摄像器件，从而减少了混色、伪色、残像和噪声，结果，能够得到具有彩色灵敏度的图像。

图108的结构能够被实现为照相机模块或包括摄像功能的摄像模块。本发明能够适用于诸如带有照相机的手机和包括摄像模块从而具有摄像功能的其它装置等电子装置。

本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。

Claims (13)

1.一种固体摄像器件，其包括：

在基板的单位像素区域中在不同深度处形成的多个光电二极管；以及

从所述基板的一个表面侧沿深度方向形成的多个纵向晶体管，所述多个纵向晶体管的栅极部被形成在与各个所述光电二极管对应的深度处，所述栅极部用于读出通过在所述多个光电二极管中进行的光电转换而获得的信号电荷。

2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述多个光电二极管是通过在所述基板上交替地堆叠多层第一导电型半导体层和第二导电型半导体层而形成的。

3.如权利要求2所述的固体摄像器件，其中，所述第一导电型半导体层和所述第二导电型半导体层被形成为平板形状。

4.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，除了作为与所述纵向晶体管的栅极电极接触的读取对象的那个光电二极管以外的各个所述光电二极管的电荷累积区域的一部分被具有与所述电荷累积区域的导电型相反的导电型的半导体层覆盖着。

5.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，光从与所述一个表面侧相对的另一个表面侧入射到所述多个光电二极管上。

6.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，在光进行入射的所述另一个表面侧处设有机械快门，所述机械快门在所需的时间段中遮挡向所述多个光电二极管入射的光。

7.一种固体摄像器件的驱动方法，其包括以下步骤：

形成固体摄像器件，所述固体摄像器件包括在基板的单位像素区域中在不同深度处形成的多个光电二极管以及从所述基板的一个表面侧沿深度方向形成的多个纵向晶体管，所述多个纵向晶体管的栅极部被形成在与各个所述光电二极管对应的深度处，所述栅极部用于读出通过在所述多个光电二极管中进行的光电转换而获得的信号电荷；以及

通过形成在与各个所述光电二极管对应的深度处的所述多个纵向晶体管，读出在不同深度处形成的所述多个光电二极管中所累积的信号电荷。

8.如权利要求7所述的固体摄像器件的驱动方法，其中，所述读出信号电荷的步骤是：通过形成在与各个所述光电二极管对应的深度处的所述多个纵向晶体管，独立地读出在不同深度处形成的所述多个光电二极管中所累积的信号电荷。

9.如权利要求7所述的固体摄像器件的驱动方法，其中，所述读出信号电荷的步骤是：通过形成在与各个所述光电二极管对应的深度处的所述多个纵向晶体管，同时读出在不同深度处形成的所述多个光电二极管中所累积的信号电荷。

10.一种电子装置，其包括：

光学透镜系统；

固体摄像器件，其包括在基板的单位像素区域中在不同深度处形成的多个光电二极管和从所述基板的一个表面侧沿深度方向形成的多个纵向晶体管，所述多个纵向晶体管的栅极部被形成在与各个所述光电二极管对应的深度处，所述栅极部用于读出通过在所述多个光电二极管中进行的光电转换而获得的信号电荷；以及

信号处理器件，其用于处理所述固体摄像器件的输出信号。

11.一种固体摄像器件，其包括：

在半导体基板的深度方向上形成的埋入型光电二极管；以及

电荷读出晶体管，所述电荷读出晶体管包括纵向栅极电极和浮动扩散区域，所述纵向栅极电极被形成在设有构成像素的所述光电二极管的光电二极管区域的周边部处，且所述纵向栅极电极的深度为隔着栅极绝缘膜从所述半导体基板的表面到达所述光电二极管，所述浮动扩散区域累积从所述光电二极管读出的信号电荷。

12.一种固体摄像器件，其包括：

在半导体基板的深度方向上形成的作为光电转换元件的多层光电二极管；

纵向传输晶体管，所述纵向传输晶体管的沟道方向与所述半导体基板垂直；

溢出通道，其使要成为所述多层光电二极管的各个电荷累积区域的第二导电型半导体区域相连接；以及

用于调节栅极界面的离子注入区域，其被形成在所述纵向传输晶体管的传输栅极部周围。

13.一种固体摄像器件，其包括：

在半导体基板中在不同深度处形成的多个光电二极管，各个所述光电二极管具有在第一导电型杂质区域和第二导电型杂质区域之间的结合面；

纵向晶体管，其具有纵向电荷读出栅极电极、传输沟道和浮动扩散区域，所述纵向电荷读出栅极电极隔着绝缘膜从所述半导体基板的表面被形成在深度方向上，所述传输沟道传输从所述多个光电二极管读出的信号电荷，所述浮动扩散区域累积由所述传输沟道传输来的信号电荷；以及

溢出通道，在所述多个光电二极管中累积电荷时，所述溢出通道使所述多个光电二极管之间相连接并使所述多个光电二极管与所述浮动扩散区域之间相连接。

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