CN101840927B - 固态图像捕捉元件和电子信息设备 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一种固态图像捕捉元件，包括：一种导电性类型半导体衬底；相反导电性类型阱区，其在所述一种导电性类型半导体衬底上形成；光电二极管部，其在所述相反导电性类型阱区上形成，由用于完全电荷转移的具有连续不同杂质浓度的多个一种导电性类型区构成；一种导电性漏极区，其能够从所述光电二极管部读出信号电荷；以及转移栅极，其在所述一种导电性漏极区与所述光电二极管部之间的衬底上形成。

Description

固态图像捕捉元件和电子信息设备
根据美国法典第35条119(a)款，本非临时申请要求2009年3月17日提交的专利申请No.2009-065317的优先权，该申请全文引入作为参考。 
技术领域
本发明涉及由用于对来自对象(subject)的图像光执行光电转换并捕捉其图像的半导体元件构成的诸如MOS固态图像捕捉元件的固态图像捕捉元件和电子信息设备，该电子信息设备诸如数字摄像机(例如数字视频摄像机或数字静止摄像机)、图像输入摄像机(例如监控摄像机)、扫描仪、传真机、电视电话设备和装配摄像机的蜂窝电话设备，包括固态图像捕捉元件作为在其图像捕捉部中使用的图像输入设备。 
背景技术
这种传统MOS固态图像捕捉元件能够由具有低电功率消耗的单个电源驱动，从而与CCD固态图像捕捉元件相比在经济上更加有利。然而，MOS固态图像捕捉元件由于低电源电压而在转移栅极(transfer gate)下具有小的电位调制。因此，MOS固态图像捕捉元件具有难以将信号电荷从光接收部的光电二极管PD到浮动扩散FD的完全电荷转移的缺点，所述光接收部用于对入射光执行光电转换并产生信号电荷。 
为了解决该问题，参考文献1提供一种在转移栅极下提供沟道构成层以改善电位调制的程度的可控性、从而实现完全电荷转移的方法。 
图12是示意地示出在参考文献1中公开的传统固态图像捕捉元件的示例性实质部分结构的纵向横截面图。 
在图12中，传统固态图像捕捉元件100包括在硅衬底101上形成的阱区102，其中，例如扩散有p型杂质。阱区102的杂质浓度低到约E15(E15是10的15次方)。N型杂质被注入到阱区102中作为光电二极管103而形成n型区103a。在n型区103a上形成用于对其保护的p+ 表面层103b。光电二极管103由n型区103a和p+表面层103b构成。 
通过靠近光电二极管103注入n型杂质来形成检测节点部104，二者之间在表面方向上插入预定距离的阱区102。在检测节点部104与n型区103a之间的衬底上形成构成用于累积并读取信号的读取晶体管的转移栅极105。转移栅极105具有在n型区103a和检测节点部104上延伸、从而构成具有检测节点部104作为漏极区和n型区103a作为源极区的位置结构。此类MOS晶体管能够通过控制栅极电极105的电压来允许在n型区103a产生的信号电荷X朝着检测节点部104流动。在放大晶体管的栅极例如被连接到检测节点部104的情况下，可以通过对转移栅极105的控制将来自光电二极管103的信号电荷X提供给放大晶体管的栅极作为检测电压。 
另外，在衬底中形成围绕元件区域的用于将元件分离的沟道停止区106作为单位像素区域，所述元件区域从光电二极管103起在转移栅极105下面通过至检测节点部104。另外，在转移栅极105下面的沟道区中和检测节点部104的上表面区中形成沟道注入层(n型穿透沟道层107)，用于设置转移栅极105和检测节点部104的阈值值。 
在本文中将元件分离区定义为沟道停止区106(高浓度p型层)；然而，元件分离区可以被作为厚氧化物层的LOCOS(硅的局部氧化)区分离。在图12中，用高浓度p型层来表示沟道停止区106。 
n型区103a中的杂质的浓度处于阱区102的杂质浓度与p+表面层103b的杂质浓度之间的中间水平。此外，由于必须使在光电二极管103中产生的信号电荷累积在n型区103a中，所以必须将其设置为正电位。然而，确切地说，这样做将导致耗尽层延伸到n型区103a的表面(上表面)。当耗尽层到达n型区103a的表面(上表面)时，泄漏电流增大。这导致在黑暗情况(dark instance)期间的显示不规则性的增加。因此，必须将在n型区103a的表面(上表面)上形成的p+表面层103b的杂质浓度设计为最高。 
在这样的p+表面层103b的结构中，n型区103a由完全耗尽形成。因此，通过对应于在n型区103a中接收到的光量的光电转换产生的信号电荷X被累积在衬底中而不泄漏。 
高浓度p+表面层103b确切地说通过在半导体制造工艺中的离子注入之后的热处理而延伸到转移栅极105下面。因此，由于高浓度p区， 一旦高浓度p+表面层103b延伸到转移栅极105下面，则变得即使通过向转移栅极105施加预定电压以来激励转移栅极105下面的沟道层(导电状态)，也不可能增大转移栅极105下面的电位。结果，变得极其难以轻易地从光电二极管103读出信号电荷X。 
此外，如果转移栅极105的沟道长度L被低浓度p阱区102缩短，则耗尽层从对应于源极区的n型区103a和对应于漏极区的检测节点部104延伸，导致击穿。 
如果在转移栅极105中发生击穿，则发生“沟道长度调制效应(漏极调制效应)”，其为漏极区(检测节点部104)的电位调制沟道电位的现象。结果，发生问题，诸如信号光量的线性度和电荷输出特性的恶化。 
因此，在包括在硅衬底101上形成的p型阱区102；由n型区103a和高浓度p+表面层103b构成的光电二极管103；接近光电二极管103的转移栅极105；以及接近转移栅极105的另一侧的检测节点部104的传统固态图像捕捉元件100的单位单元(单位像素部)中，其被构造为使得在转移栅极105下面的衬底中形成p型阻挡层108，p型阻挡层108具有比p型阱区102高的浓度，并且还包括n型区103a和n型穿透沟道层107，n型穿透沟道层107在接近n型区103a的转移栅极105下面形成。 
也就是说，为了不引起沟道长度调制效应(漏极调制效应)或击穿，在本文中，在转移栅极105下面提供作为与p型阱区102相同的类型且具有比p型阱区102高的浓度的p型阻挡层108并以连接到n型区103a和检测节点部104的方式提供p型阻挡层108。结果，可以抑制从n型区103a和检测节点部104两者延伸的耗尽层。另外，由于高浓度p型阻挡层108的影响，存在不能读出n型区103a的信号电荷的可能性。作为对策，在p型阻挡层108的上侧上提供沟道形成层109。沟道形成层109位于p型阻挡层108的上侧处且被形成为使得其一部分从n型区103a突出到转移栅极105下面。沟道形成层109的空间小，且其占据转移栅极105下面的衬底的一部分中以及n型区103a中的接近位置。 
用如上所述的结构，沟道形成层109充当信号读取路径110的部分，从而保证信号读取路径110的安全。因此，从沟道形成层109沿着n型穿透沟道层107朝向检测节点部104读出在n型区103a中产生的信号 电荷X。 
图13是示意地示出在参考文献2中公开的传统固态图像捕捉元件的示例性实质部分结构的纵向横截面图。 
在图13中，传统固态图像捕捉元件200包括以下各项作为其单位像素部200a：在n型半导体衬底201上形成的p型阱区202；由n型杂质区203a和n型杂质区203a的前表面侧上的高浓度p+表面层203b构成的光电二极管203；用于转移在光电二极管203中累积的信号电荷的转移栅极204；以及由n型杂质区构成的读出区205。提供从n型杂质区203a下面向读出区205延伸的低浓度n型杂质区206。此外，在转移栅极204下面的位置处形成p型杂质区207。请注意，208表示用于分离元件的LOCOS氧化物区且209表示栅极氧化物层。 
参考文献1：日本特许公开No.11-284166 
参考文献2：日本特许公开No.2003-31787 
发明内容
可以将高灵敏度和宽动态范围当做上述传统固态图像捕捉元件100和200所需的性能。此灵敏度指的是光接收灵敏度，其为指示每单位光量可以获得多少输出的量度且由光聚焦效率和光电转换效率确定。另外，为了高灵敏度，需要一种能够用尽可能大的区域使光聚焦并高效地执行光电转换的结构。同时，所述动态范围指的是指示信号的再现能力的数值，表示输出信号的最小值与最大值的比，亦即最亮部分与最暗部分的比。随着该动态范围加宽，可以显示具有清晰的光和阴影的独特图像。由于该动态范围由累积电子的最大数目和噪声水平确定，所以必须加宽光电二极管面积以便实现宽的动态范围。MOS固态图像捕捉元件具有低电源电压并因此在转移栅极下具有小电位调制。当MOS固态图像捕捉元件包括宽光电二极管面积以确保上述性能时，用于转移电荷的距离变远且光电二极管的完全耗尽变得困难。结果，对于传统固态图像捕捉元件100和200而言，可能不能实现完全的电荷转移。 
更具体而言，虽然对于装配在蜂窝电话设备中的摄像机而言像素尺寸是2×2μm，但对于用于安装在车辆中或住宅入口处的监控摄像机和电视电话设备中的IP摄像机而言，必须将像素尺寸放大至6×6μm以加宽光电二极管面积，因为此类摄像机主要进行视频拍摄且需要实现灵敏 度和宽动态范围。 
本发明意图解决上述传统问题。本发明的目的是提供：固态图像捕捉元件，其能够甚至在宽光电二极管面积的情况下容易地执行完全电荷转移；以及电子信息设备，诸如车载背视监控摄像机和电视电话摄像机，包括固态图像捕捉元件作为在其图像捕捉部中使用的图像输入设备。 
根据本发明的固态图像捕捉元件包括：一种导电性类型半导体衬底；在所述一种导电性类型半导体衬底上形成的相反导电性类型的阱区；在所述相反导电性类型阱区上形成的光电二极管部，由用于完全电荷转移的具有连续不同杂质浓度的多个一种导电性类型区构成；一种导电性漏极区，其能够从光电二极管部读出信号电荷；以及转移栅极，其在所述一种导电性漏极区与所述光电二极管部之间的衬底上形成，从而实现上述目的。 
优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，构成所述光电二极管部的多个一种导电性类型区由以下各项构成：n级(n是2或以上的自然数)的杂质浓度区，包括第一一种导电性类型区，其接近所述转移栅极；第二一种导电性类型区，其覆盖所述第一一种导电性类型区的外侧，不包括其转移栅极侧，…，以及第n个一种导电性类型区，其覆盖第(n-1)个一种导电性类型区的外侧，不包括其转移栅极侧。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，所述多个一种导电性类型区中的每一个根据离开所述转移栅极的距离而具有逐步且连续变低的一种导电性杂质浓度。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，所述多个一种导电性类型区中的每一个根据朝向所述转移栅极的距离而具有逐步且连续变高的一种导电性杂质浓度。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，在构成所述光电二极管部的多个一种导电性类型区中，提供逐步地或连续地朝向所述转移栅极下面的电荷转移路径侧的电位倾斜。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，第n个一种导电性类型区在衬底表面方向上在外侧覆盖第(n-1)个一种导电性类型区。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，第n个一种导电性类型区在衬底深度方向上在外侧覆盖第(n-1)个一种导电性类型区。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，第n个一种导电 性类型区在衬底表面方向和衬底深度方向两者上在外侧覆盖第(n-1)个一种导电性类型区。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，当所述光电二极管部由第一一种导电性类型区和第二一种导电性类型区构成时，第一一种导电性类型区的杂质浓度N被设置为N＝5×1016至1×1017cm-3，且第二一种导电性类型区的杂质浓度N--被设置为N--＝1×1014cm-3。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，当所述光电二极管部由第一一种导电性类型区和第二一种导电性类型区构成时，第一一种导电性类型区的杂质浓度N被设置为N＝5×1016至1×1017cm-3，且第二一种导电性类型区的杂质浓度N-被设置为N-＝1×1015至1×1016cm-3。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，当所述光电二极管部由第一一种导电性类型区、第二一种导电性类型区和第三一种导电性类型区构成时，第一一种导电性类型区的杂质浓度N被设置为N＝5×1016至1×1017cm-3，第二一种导电性类型区的杂质浓度N-被设置为N-＝1×1015至1×1016cm-3，且第三一种导电性类型区的杂质浓度N--被设置为N--＝1×1014cm-3。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，当所述光电二极管部由第一一种导电性类型区、第二一种导电性类型区、第三一种导电性类型区和第四一种导电性类型区构成时，第一一种导电性类型区的杂质浓度N被设置为N＝5×1016至1×1017cm-3，第二一种导电性类型区的杂质浓度N1-被设置为N1-＝5×1015至1×1016cm-3，第三一种导电性类型区的杂质浓度N2-被设置为N2-＝5×1014至1×1015cm-3，且第四一种导电性类型区的杂质浓度N--被设置为N--＝1×1014cm-3。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，所述光电二极管部的尺寸在3×3μm至10×10μm之间。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，距离所述转移栅极最远的光电二极管部的一种导电性类型区的杂质浓度等于该一种导电性类型半导体衬底的杂质浓度。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，使用两种或更多种杂质离子来形成构成光电二极管部的多个一种导电性类型区。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，在构成所述光电 二极管部的所述多个一种导电性类型区中，将砷和磷作为杂质离子注入到更接近于所述转移栅极的区之一中并仅将磷作为杂质离子注入到距离所述转移栅极更远的区之一。 
更优选地，根据本发明的固态图像捕捉元件还包括以掩埋所述光电二极管部的方式在所述光电二极管部上形成的相反导电性类型高浓度表面层。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，在所述一种导电性类型漏极区与所述光电二极管部之间形成相反导电性类型阻挡层，并在所述相反导电性类型阻挡层之上形成所述转移栅极。 
根据本发明的一种电子信息设备包括被用作图像捕捉部中的图像输入设备、从而实现上述目的的根据本发明的固态图像捕捉元件。 
下面将描述具有上述结构的本发明的功能。 
根据本发明的固态图像捕捉元件包括：一种导电性类型半导体衬底；在所述一种导电性类型半导体衬底上形成的相反导电性类型阱区；由用于完全电荷转移的具有连续不同杂质浓度的多个一种导电性类型区构成的光电二极管部，其在所述相反导电性类型半导体衬底上形成；能够从所述光电二极管部读出信号电荷的一种导电性类型漏极区；以及在所述一种导电性类型漏极区与所述光电二极管部之间的衬底上形成的转移栅极。 
因此，提供了朝向转移栅极的电位倾斜，由于在所述光电二极管部中逐步地变化的杂质浓度的多个杂质区，以这样的方式使得杂质浓度随着所述电位倾斜更加接近于所述转移栅极而逐步地连续增大。因此，变得可以使通过对入射光的光电转换获得的信号电荷移动到具有较强电位侧，亦即光电二极管的接近转移栅极的位置，而不停留在途中。结果，可以更容易地执行完全电荷转移，即使当像素尺寸从传统的微小2×2μm尺寸变为3×3μm尺寸以加宽特别地用于被用于监控摄像机和电视电话摄像机的IP摄像机的光电二极管面积时，所述IP摄像机主要进行视频拍摄且需要实现灵敏度和宽动态范围。 
根据具有上述结构的本发明，提供了朝向转移栅极的电位倾斜，由于在所述光电二极管部中逐步地变化的杂质浓度的多个杂质区，以这样的方式使得杂质浓度随着所述电位倾斜更加接近于所述转移栅极而逐步地连续增大。因此，即使当光电二极管面积大时，也可以更容易地执 行完全电荷转移。 
参照附图来阅读并理解以下详细说明时，本发明的这些及其它优点将变得对于本领域的技术人员来说显而易见。 
附图说明
图1(a)是示意地示出根据本发明的实施例1的固态图像捕捉元件的示例性单位光电二极管结构的平面图。图1(b)和1(c)每个是图1(a)中的扩大光电二极管部的平面图。 
图2是沿着线A-A’的图1中的固态图像捕捉元件的纵向横截面图。 
图3是示意地示出相对于实施例1的固态图像捕捉元件中的水平方向位置的杂质分布图的图表。 
图4是示意地示出相对于实施例1的固态图像捕捉元件的水平方向位置的电位的图表。 
图5是示意地示出相对于实施例1的固态图像捕捉元件的衬底深度方向位置的杂质分布图的图表。 
图6是示意地示出相对于实施例1的固态图像捕捉元件的衬底深度方向位置的电位的图表。 
图7是示意地示出本发明的实施例2的固态图像捕捉元件的单位光电二极管的示例性结构的平面图。 
图8是沿着线B-B’的图7中的固态图像捕捉元件的纵向横截面图。 
图9是示意地示出本发明的实施例3的固态图像捕捉元件的单位光电二极管的示例性结构的平面图。 
图10是沿着线C-C’的图9中的固态图像捕捉元件的纵向横截面图。 
图11是示意地示出本发明的实施例4的电子信息设备的示例性结构的方框图，在图像捕捉部中包括根据本发明的实施例1至3中的任何一项的固态图像捕捉元件。 
图12是示意地示出在参考文献1中公开的传统固态图像捕捉元件的示例性实质部分结构的纵向横截面图。 
图13是示意地示出在参考文献2中公开的传统固态图像捕捉元件的示例性实质部分结构的纵向横截面图。 
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细地描述本发明的固态图像捕捉元件的实施例1至3和电子信息设备的实施例4，诸如车载背视监控摄像机和电视电话摄像机，包括固态图像捕捉元件作为在其图像捕捉部中使用的图像输入设备。 
(实施例1) 
图1(a)是示意地示出根据本发明的实施例1的固态图像捕捉元件的示例性单位光电二极管结构的平面图。图2是沿着线A-A’的图1中的固态图像捕捉元件的纵向横截面图。另外，图1(b)和1(c)每个是图1(a)中的扩大光电二极管部的平面图。 
在图1(a)和2中，实施例1的固态图像捕捉元件1包括：P型阱区3，在N型硅衬底2上形成；光电二极管部4，其在P型阱区3上形成且由具有朝向稍后所述转移栅极9逐渐增大的杂质浓度的多个N型区(在本文中为三个区)构成；P型高浓度表面层5，其在光电二极管部4之上形成且是用于减少暗电流的P+表面层；N型漏极区7(FD 7)，其在形成于P型阱区3之上的P型阱区6中形成，作为在接近N型区的位置处形成的用于从光电二极管部4读出信号电荷的浮动扩散FD；P型阻挡层8，其在形成于P型阱区3之上的P型阱区6中形成，且能够控制在N型漏极区7与光电二极管部4之间形成的沟道区；以及转移栅极9，其在P型阻挡层8之上提供有插在其之间的栅极绝缘膜(未示出)。 
光电二极管部4由具有连续变化的杂质浓度的三级杂质浓度区构成，包括：具有高N型杂质浓度的电荷转移栅极接近的N区41；N-区42，其被提供为覆盖电荷转移栅极接近的N区41的外侧(不包括转移栅极9侧)，具有中间N型杂质浓度；以及N--区43，其被提供为还覆盖N-区42的外侧(不包括转移栅极9侧)，具有低N型杂质浓度。N型杂质浓度的大小为N--＜N-＜N。 
更具体而言，N型杂质浓度设置如下：例如，在电荷转移栅极接近的N区41中，N＝5×1016至1×1017cm-3；例如，在N-区42中，N-＝1×1015至1×1016cm-3；以及，例如在N--区43中，N--＝1×1014cm-3。此外，详细地说，光电二极管部4由以下各项构成：电荷转移栅极接近的N区41，其中，砷(As)和磷(P)被作为杂质而离子注入；其外侧的N-区42，其中，磷被离子注入；以及N--区43，其具有硅衬底2的N 型杂质浓度(N--)且不具有新的离子注入。 
首先，将磷(P)离子作为杂质注入以形成如图1(c)所示的N-区42，接下来，将砷(As)离子作为杂质注入以形成如图1(b)所示的电荷转移栅极接近的N区41。或者，将磷(P)离子作为杂质注入以形成如图1(c)所示的N-区42。在第三个N--区43中不进一步注入新的离子，并且N型硅衬底2仍保持原样。 
相反，还可以将砷(As)离子作为杂质注入以形成如图1(c)所示的N-区42，接下来将磷(P)离子作为杂质注入以形成如图1(b)所示的电荷转移栅极接近的N区41。或者，还可以将磷(P)离子作为杂质注入以形成如图1(b)所示的电荷转移栅极接近的N区41，接下来，将砷(As)离子作为杂质注入以形成如图1(c)所示的N-区42。然而，作为N型杂质的砷(As)与磷(P)相比难以在离子注入之后扩散，而作为N型杂质的磷(P)与砷(As)相比容易扩散。因此，更优选的是将砷(As)离子注入到电荷转移栅极接近的N区41中，在该处用于确定信号电荷的累积能力的电位最强，且优选的是将磷(P)注入到N-区42中以便使离子甚至在更宽的区域中扩散。 
同时，电荷转移栅极接近的N区41和作为浮动扩散FD的与区41相对且有P型阻挡层8插在其之间的N型漏极区7的N+杂质浓度是例如1×1018至1×1019cm-3的高浓度。 
此外，P型元件分离区10和元件分离绝缘区11，其为沟道停止区，形成在衬底表面侧上，围绕转移栅极9下面的阻挡层8插在其之间的光电二极管部4与检测节点7(FD 7)之间的元件区域，用于作为单位像素区域的元件分离。 
图3是示意地示出相对于实施例1的固态图像捕捉元件1的水平方向位置(衬底表面方向位置)的杂质分布图的图表。 
如图3所示，光电二极管部4包括逐步地提供以便杂质浓度根据离开转移栅极9的距离而变低的电荷转移栅极接近的N区41、N-区42和N--区43。在光电二极管4的一端上的N--区43的N型杂质浓度等于N型硅衬底2的杂质浓度。如前所述，虽然执行到P阱区3的区域中的杂质离子注入以形成P阱区3，但N--区43的区域仍然与未执行杂质离子注入的N型硅衬底2的区域相同。 
图4是示意地示出相对于实施例1的固态图像捕捉元件1的水平方 向位置的电位的图表。 
由于杂质浓度随着其越来越接近转移栅极9而从N--区43到N-区42且进一步到电荷转移栅极接近的N区41逐步且连续地增大，如图4所示，在衬底表面方向朝着转移栅极9提供电位倾斜。因此，可以使通过对入射光的光电转换获得的信号电荷移动到较强电位，亦即光电二极管4的接近转移栅极9的位置，而不停留在途中。因此，即使像素尺寸被扩大至6×6μm以加宽特别地用于被用于监控摄像机和电视电话设备的IP摄像机的光电二极管面积，这是因为此类摄像机主要进行视频拍摄且需要实现灵敏度和宽动态范围，可以更容易地执行完全电荷转移。 
相反，在仅提供电荷转移栅极接近的N区41且杂质浓度像在传统参考文献1和2中一样不改变的情况下，二点锁线朝着图4的左侧(远离转移栅极9的方向)平地延伸一会，并且接着，该线与转移栅极9下面的电位曲线类似地向上移动(在转移栅极关闭时)。在这种情况下，如果光电二极管面积相对较大，则信号电荷保持在电位为平的部分且不能实现完全电荷转移。总而言之，虽然参考文献1和2提出了用于减小直接在转移栅极下面的势垒的方法，该势垒可能是完全电荷转移的障碍，但此类方法不能作为由扩大光电二极管面积引起的不良电荷转移的解决方案。另一方面，实施例1提出了如前所述促进完全电荷转移的光电二极管结构。 
图5是示意地示出相对于实施例1的固态图像捕捉元件1的衬底深度方向位置的杂质分布图的图表。图6是示意地示出相对于实施例1的固态图像捕捉元件1的衬底深度方向位置的电位的图表。也就是说，图6是示出相对于图5的杂质分布图的电位的图表。 
如图6所示，提供倾斜，使得电位朝着衬底上侧的电荷转移栅极接近的N区41或朝着从P阱区3到N--区43且进一步到N-区42、且进一步到电荷转移栅极接近的N区41连续地变强。通过该电位倾斜，还可以广泛地从P阱区3收集信号电荷。也就是说，可以使信号电荷更顺利地移动到光电二极管4的接近转移栅极9的位置而不停留在光电二极管4的中间，因此，即使像素尺寸被扩大至6×6μm以加宽特别地用于被用于监控摄像机和电视电话设备的IP摄像机的光电二极管面积，这是因为此类摄像机主要进行视频拍摄且需要实现灵敏度和宽动态范围，可以更容易地从光电二极管4执行完全电荷转移。 
如上所述，实施例1的固态图像捕捉元件1中的光电二极管部4由三级杂质浓度N、N-和N--构成，并且接近于转移栅极9的一侧具有最高杂质浓度。N型杂质浓度的大小是N--＜N-＜N＜N+。同时，电位朝着转移栅极9变得更强，并且接近转移栅极9的侧壁的位置是具有最强电位的点。在较大光电二极管4中被执行光电转换的信号电荷在水平方向(衬底表面方向)和垂直方向(衬底深度方向)上被顺利收集至此点，并且对从光电二极管4收集的信号电荷执行完全电荷转移。 
如上所述，电位朝着转移栅极9侧变强，且接近转移栅极9的侧壁的位置变成具有最强电位的点。因此，即使用具有宽的面积以保持足以实现高灵敏度和宽动态范围的饱和电子数的光电二极管4，在光电二极管4中被执行光电转换的信号电荷也被顺利收集到接近于转移栅极9的此点，而不停留在光电二极管4的中间，且可以容易地从光电二极管4执行完全电荷转移。 
在实施例1中，固态图像捕捉元件1包括：P型阱区3，其在N型半导体衬底2上形成；光电二极管部4，其在P型阱区3上形成且由三个N型区(电荷转移栅极接近的N区41、N-区42和N--区43)构成；N型漏极区7，其在接近光电二极管部4的N型区的位置处形成；P型阻挡层8，其在N型漏极区7与光电二极管部4之间形成；以及转移栅极9，其设置在P型阻挡层8之上。构成光电二极管部4的三个N型区(电荷转移栅极接近的N区41、N-区42和N--区43)由三级杂质浓度区构成，包括：作为接近于转移栅极9的第一一种导电性类型区的电荷转移栅极接近的N区41；作为第二一种导电性类型区的N-区42，其覆盖电荷转移栅极接近的N区41的外侧，不包括其转移栅极9侧；以及作为第三一种导电性类型区的N--区43，其覆盖N-区43的外侧，不包括其转移栅极9侧。每个N型区被设置为根据离开转移栅极9的距离而具有变低的N型杂质浓度。如上所述，在本文中，光电二极管部4由三个杂质浓度区构成；然而，光电二极管部4可以由n(n表示2或以上的自然数)级杂质浓度区构成。在以下实施例2中，将描述光电二极管部4由两级的杂质浓度区构成的情况。此外，在以下实施例3中，将描述光电二极管4由四级杂质浓度区构成的情况。 
构成光电二极管部4的n个(n级)N型区由n级杂质浓度区构成，包括：第一一种导电性类型区域，其接近转移栅极9；第二一种导电性 类型区，其覆盖所述第一一种导电性类型区的外侧，不包括转移栅极9侧，…第n个一种导电性类型区，其覆盖第(n-1)个一种导电性类型区，不包括转移栅极9侧，其中，每个N型区被设置为根据离开转移栅极9的距离而具有变低的N型杂质浓度。结果，可以实现本发明的目的，也就是说，即使在光电二极管部4的面积大于传统2×2μm的情况下也能更容易地执行从光电二极管4的完全电荷转移。 
在实施例1中，描述的是第n个一种导电性类型区在衬底表面方向和表面深度方向两者上覆盖第(n-1)个一种导电性类型区。然而，不限于此，在第n个一种导电性类型区仅在衬底表面方向上覆盖第(n-1)个一种导电性类型区或第n个一种导电性类型区仅在衬底深度方向上覆盖第(n-1)个一种导电性类型区的情况下，甚至也可以实现本发明的目的，也就是说甚至在广泛提供的光电二极管面积的情况下执行完全电荷转移。 
(实施例2) 
虽然在上述实施例1中光电二极管部4由三个杂质浓度区构成，但实施例2将描述光电二极管部由两级的杂质浓度区构成的情况。 
图7是示意地示出本发明的实施例2中的固态图像捕捉元件的单位光电二极管的示例性结构的平面图。图8是沿线B-B’的图7中的固态图像捕捉元件的纵向横截面图。在图7和8中，通过添加相同的参考标号来描述实现与图1和2中的元件相同的工作效果的元件。 
在图7和8中，实施例2的固态图像捕捉元件1B包括：P型阱区3，其在N型硅衬底2上形成；光电二极管部4B，其在P型阱区3上形成且由稍后描述的具有朝着转移栅极9逐渐增大的杂质浓度的两个N型区构成；P型高浓度表面层5，其在光电二极管部4B上形成且是用于减小暗电流的表面P+层；N型漏极区7(FD 7)，其在形成于P型阱区3之上的P型阱区6中形成，作为在接近于N型区的位置处形成的用于从光电二极管部4B读出信号电荷的浮动扩散FD；P型阻挡层8，其在形成于P型阱区3之上的P型阱区6中形成，且能够控制在N型漏极区7与光电二极管部4B之间形成的沟道区；以及转移栅极9，其在P型阻挡层8之上提供有插在其之间的栅极绝缘膜(未示出)。 
光电二极管部4B由两级的杂质浓度区构成，即电荷转移栅极接近的N区41B和被提供为覆盖电荷转移栅极接近的N区41B的外侧(不包括转移栅极9侧)的N-区42B。N型杂质浓度的大小是N-＜N。更具 体而言，在电荷转移栅极接近的N区41B中，例如，N型杂质浓度是N＝5×1016至1×1017cm-3；并且在N-区42B中，例如，N型杂质浓度是N-＝1×1015至1×1016cm-3。此外，详细地说，光电二极管部4B由以下各项构成：电荷转移栅极接近的N区41B，其中，砷(As)和磷(P)被作为杂质而离子注入；以及在其外侧的N-区42B，其中，磷被作为杂质而离子注入。 
同时，类似于上述实施例1中的情况，例如，电荷转移栅极接近的N区41B和作为浮动扩散FD的与区41B相对且有P型阻挡层8插在其之间的N型漏极区7的N+杂质浓度是例如1×1018至1×1019cm-3的高浓度。 
如上所述，在实施例2的固态图像捕捉元件1B中光电二极管4B由两级的杂质浓度构成，且在接近于转移栅极9的一侧杂质浓度较高。N型杂质浓度的大小是N-＜N＜N+。同时，电位朝着转移栅极9变强，且接近于转移栅极9的侧壁的位置是具有最强电位的点。在较大光电二极管4B中被执行光电转换的信号电荷在水平方向(衬底表面方向)和垂直方向(衬底深度方向)上被收集到此点，并且更容易地对从光电二极管4收集的信号电荷执行完全电荷转移。 
如上所述，电位朝着转移栅极9变强且接近于转移栅极9的侧壁的位置变成具有最强电位的点。因此，即使在具有宽面积以保持足以实现高灵敏度和宽动态范围的饱和电子数的光电二极管4B的情况下，在光电二极管4B中被执行光电转换的信号电荷也被顺利地收集到接近于转移栅极9的此点，而不停留在光电二极管4B的中间，并且可以容易地从光电二极管4B执行完全电荷转移。 
在实施例2中，描述了光电二极管部4B由以下各项构成的情况：第一一种导电性类型区的电荷转移栅极接近的N区41B；以及第二一种导电性类型区的N-区42B。且电荷转移栅极接近的N区41B的杂质浓度N被设置为N＝5×1016至1×1017cm-3且N-区42B的杂质浓度N-被设置为N-＝1×1015至1×1016cm-3。然而，不限于此，可以将电荷转移栅极接近的N区41B的杂质浓度N设置为N＝5×1016至1×1017cm-3且可以将N--区42B’的杂质浓度N--设置为大到N--＝1×1014cm-3，而不是N-区42B。在这种情况下，距离转移栅极9最远的光电二极管部4B的N--区42B’的杂质浓度可以等于N型半导体衬底2的杂质浓度。 
(实施例3) 
在上述实施例1中，光电二极管部4由三级杂质浓度区构成。在实施例3中，将描述光电二极管部由四级杂质浓度区构成的情况。 
图9是示意地示出本发明的实施例3中的固态图像捕捉元件的单位光电二极管的示例性结构的平面图。图10是沿着线C-C’的图9中的固态图像构成元件的纵向横截面图。在图9和10中，通过添加相同参考标号来描述实现与图1和2中的元件相同的工作效果的元件。 
在图9和10中，实施例3的固态图像捕捉元件1C包括：P型阱区3，其在N型硅衬底2上形成；光电二极管部4C，其在P型阱区3上形成且由具有朝着稍后描述的转移栅极9的一侧逐渐增大的杂质浓度的四个N型区构成；P型高浓度表面层5，其在光电二极管部4C上形成且是用于控制暗电流的表面P+层；N型漏极区7(FD 7)，其在形成于P型阱区3之上的P型阱区6中形成，作为在接近于N型区的位置处形成的用于从光电二极管部4C读出信号电荷的浮动扩散FD；P型阻挡层8，其在形成于P型阱区3之上的P型阱区6中形成，且能够控制在N型漏极区7与光电二极管部4之间形成的沟道区；以及转移栅极9，其在P型阻挡层8之上提供有插在其之间的栅极绝缘膜(未示出)。 
光电二极管部4C由四级杂质浓度区构成，包括：电荷转移栅极接近的N区41C；N1-区421C，其被提供为覆盖具有比区41C的杂质浓度低的杂质浓度的电荷转移栅极接近的N区41C的外侧(不包括转移栅极9侧)；N2-区422C，其被提供为覆盖具有比区421C的杂质浓度低的杂质浓度的N1-区421C的外侧(不包括转移栅极9侧)，以及N--区43，其被提供为覆盖具有比区422C的杂质浓度低的杂质浓度的N2-区422C的外侧(不包括转移栅极9侧)。N型杂质浓度的大小N--＜N2-＜N1-＜N。更具体而言，N型杂质浓度设置如下：例如，在电荷转移栅极接近的N区41C中，N＝5×1016至1×1017cm-3；例如，在N1-区421C中，N-＝5×1015至1×1016cm-3；例如，在N2-区422C中，N-＝5×1014至1×1015cm-3；以及例如，在N--区43中，N--＝1×1014cm-3。此外，详细地说，光电二极管部4C由以下各项构成：电荷转移栅极接近的N区41C，其中，砷(As)和磷(P)被作为杂质而离子注入；其外侧的N1-区421C和N2-区422C，其中，磷(P)被离子注入；以及具有硅衬底2的N型杂质浓度(N--)的N--区43。 
同时，电荷转移栅极接近的N区41C和作为浮动扩散FD的与区41C相对且具有P型阻挡层8插在其之间的N型漏极区7的杂质浓度是例如1×1018至1×1019cm-3的高浓度。 
如上所述，实施例3的固态图像捕捉元件1C的光电二极管部4C由四级杂质浓度配置且杂质浓度被形成为随着其接近转移栅极9而变高。在光电二极管部4C中，N型杂质浓度的大小是N--＜N2-＜N1-＜N＜N+(FD)。同时，电位朝着转移栅极9变强，并且接近于转移栅极9的侧壁的位置是具有最强电位的点。在较大光电二极管4C中被执行光电转换的信号电荷在水平方向(衬底表面方向)和垂直方向(衬底深度方向)被收集到此点，并且更容易地对从光电二极管4C收集的信号电荷执行完全电荷转移。 
如上所述，电位朝着邻近转移栅极9侧变强且接近于转移栅极9的侧壁的位置变成具有最强电位的点。因此，即使在具有宽面积以保持足以实现高灵敏度和宽动态范围的饱和电子数的光电二极管4C的情况下，在光电二极管4B中被执行光电转换的信号电荷也被顺利地收集到接近于转移栅极9的此点，并且可以容易地从光电二极管4C执行完全电荷转移。 
(实施例4) 
图11是示意地示出本发明的实施例4的电子信息设备的示例性结构的方框图，在图像捕捉部中包括根据本发明的实施例1至3中任何一项的固态图像捕捉元件。 
在图11中，根据本发明的实施例4的电子信息设备90包括：固态图像捕捉装置91，其用于对来自根据实施例1至3中任何一项的固态图像捕捉元件1、1B或1C的图像捕捉信号执行预定信号处理以便获得彩色图像信号；存储器部92(例如记录介质)，其用于在对彩色图像信号执行预定信号处理之后为了记录而对来自固态图像捕捉装置91的彩色图像信号进行数据记录；显示器部93(例如液晶显示装置)，其用于在对彩色图像信号执行预定信号处理之后为了显示而在显示屏幕(例如液晶显示屏幕)上显示来自固体图像捕捉装置91的彩色图像信号；通信部94(例如发送和接收设备)，其用于在对彩色图像信号执行预定信号处理之后为了通信而对来自固态图像捕捉装置91的彩色图像信号进行通信；以及图像输出部95(例如打印机)，其用于在执行预定信号处理 之后为了打印而打印来自固体图像捕捉装置91的彩色图像信号。不限于此，除固态图像捕捉装置91之外，电子信息设备90可以至少包括存储器部92、显示器部93、通信部94、以及图像输出部95中的任何一个。 
作为电子信息设备90，可以想象包括图像输入设备的电子设备，诸如数字式摄像机(例如数字视频摄像机或数字静止摄像机)、图像输入摄像机(例如监控摄像机、门电话摄像机、诸如车载背视监控摄像机的装配在车辆中的摄像机、或电视摄像机)、扫描仪、传真机、装配摄像机的蜂窝电话设备或个人数字助理(PDA)。 
因此，根据本发明的实施例4，来自固态图像捕捉装置91的彩色图像信号可以：被适当地显示在显示屏幕上，使用图像输出部95在一张纸上打印出，被通信部94经由导线或无线电作为通信数据适当地通信，通过执行预定数据压缩处理适当地存储在存储器部92处；并且可以适当地执行各种数据处理。 
虽然在上述实施例1至3中未具体地详细描述，但根据本发明的固态图像捕捉元件包括：一种导电性类型半导体衬底；相反导电性类型阱区，其在所述一种导电性类型半导体衬底上形成；光电二极管部，其由用于完全电荷转移的具有连续不同杂质浓度的多个一种导电性类型区构成，在相反导电性类型半导体衬底上形成；一种导电性类型漏极区，其能够从光电二极管部读出信号电荷；以及转移栅极，其在所述一种导电性类型漏极区与所述光电二极管部之间的衬底之上形成。结果，即使当光电二极管面积大时，也可以更容易地从光电二极管部执行信号电荷的完全电荷转移。 
在上述实施例1至3中，光电二极管部4由用于完全电荷转移的具有连续变化杂质浓度的两级至四级杂质浓度区构成。然而，不限于此，光电二极管部4可以由用于完全电荷转移的具有连续变化杂质浓度的五级或更多级的多个杂质浓度区配置。在这里，包括两级至四级杂质浓度区，以便信号电荷可以被更顺利地移动到光电二极管部4的接近转移栅极9的位置，而不停留在光电二极管4的中间。因此，即使像素尺寸被扩大至6×6μm以加宽特别地用于被用于监控摄像机和电视电话设备的IP摄像机的光电二极管面积，这是因为此类摄像机主要进行视频拍摄且需要实现灵敏度和宽动态范围，可以更容易地从光电二极管部执行完全电荷转移。可能存在光电二极管部4随着光电二极管面积加宽而大于传 统的2×2μm、诸如3×3μm至10×10μm而需要由五级或更多级的多个杂质浓度区构成的情况。 
因此，即使当光电二极管面积(像素尺寸)大于2×2μm的传统像素尺寸时，诸如3×3μm至10×10μm，也可以更容易地执行完全电荷转移。 
此外，在实施例1至3中，本发明包括：P型阱区3，其在N型半导体衬底2上形成；光电二极管部，其在P型阱区3上形成且由多个(n个)N型区构成；N型漏极区7，其在接近光电二极管部4的N型区的位置处形成；P型阻挡层8，其在N型漏极区7与光电二极管部之间形成；以及转移栅极9，其被设置在P型阻挡层8之上。构成光电二极管部的多个(n个)N型区域由n级的杂质浓度区构成，包括：第一N型区，其接近转移栅极9；第二N型区，其覆盖第一N型区的外侧，不包括其转移栅极9侧……以及第n个N型区，其覆盖第(n-1)个N型区的外侧，不包括其转移栅极9侧。每个N型区被设置为根据离开转移栅极9的距离而具有较低的N型杂质浓度。然而，不限于此，所述导电性类型可以是相反导电性类型。
也就是说，本发明包括：N型阱区，其在P型半导体衬底上形成；光电二极管部，其在N型阱区上形成并由多个(n个)P型区构成；P型漏极区，其在接近光电二极管部的P型区的位置处形成；N型阻挡层，其在P型漏极区与光电二极管部之间形成；以及转移栅极9，其被设置在N型阻挡层上。构成光电二极管部的多个(n个)P型区由n级杂质浓度区构成，包括：第一P型区，其接近转移栅极9；第二P型区，其覆盖第一P型区的外侧，不包括其转移栅极9侧……以及第n个P型区，其覆盖第(n-1)个P型区的外侧，不包括其转移栅极9侧。必须将每个P型区设置为根据离开转移栅极9的距离而具有较低的P型杂质浓度。 
如上所述，通过使用本发明的优选实施例1至4来举例说明本发明。然而，不应仅仅基于上述实施例1至4来解释本发明。应理解的是应仅仅基于权利要求来解释本发明的范围。还应理解的是基于本发明的说明书和根据本发明的详细优选实施例1至4的说明的公知常识，本领域的技术人员能够实现技术的等效范围。此外，应理解的是在本说明书中引用的任何专利、任何专利申请和任何参考文献应以与其中具体地描述内容的方式相同的方式通过引用结合到本说明书中。 
工业实用性 
本发明可以应用于诸如MOS固态图像捕捉元件等由用于对来自对象的图像光执行光电转换并捕捉其图像的半导体元件构成的固态图像捕捉元件和诸如数字式摄像机(例如数字视频摄像机或数字静止摄像机)、图像输入摄像机(例如监控摄像机)、扫描仪、传真机、电视电话设备和装配摄像机的蜂窝电话设备等包括固态图像捕捉元件作为在其图像捕捉部中使用的图像输入设备的电子信息设备领域。根据本发明，朝着转移栅极提供电位倾斜，由于在光电二极管部中的逐步地变化的杂质浓度的多个杂质区，以这样的方式使得杂质浓度随着电位倾斜更加接近于转移栅极而逐步地连续增大。因此，可以使通过对入射光的光电转换获得的信号电荷移动到具有较强电位的一侧，亦即光电二极管的接近转移栅极的位置，而不停留在光电二极管部的中间。结果，即使当像素尺寸变大到6×6μm尺寸以加宽光电二极管面积时，特别是对于主要进行视频拍摄且需要实现灵敏度和宽动态范围的用于监控摄像机和电视电话摄像机的IP摄像机而言，可以更容易地从光电二极管部执行信号电荷的完全电荷转移。 
本领域的技术人员将清楚各种其它修改且在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以轻易地实现该修改。因此，意图并不是使随附权利要求的范围局限于本文所阐述的说明，而是应广泛地理解权利要求。 
元件列表 
1，1B，1C         固态图像捕捉元件 
2                 N型硅衬底 
3                 P阱区 
4，4B，4C         光电二极管部(PD) 
41，41B，41C      电荷转移栅极接近的N区域 
42                N区 
421               N1-区 
422               N2-区 
43                N--区 
5                 P型高浓度表面层 
6                 P型阱区 
7                 N型漏极区(FD) 
8                 P型阻挡层 
9                 转移栅极 
10                P型元件分离区 
11                元件分离绝缘区 
N                 电荷转移栅极接近的N区的杂质浓度 
N-                N-区的杂质浓度 
N1-               N1-区的杂质浓度 
N2-               N2-区的杂质浓度 
N--               N--区的杂质浓度 
N+N               型漏极区(FD)的杂质浓度 
90                电子信息设备 
91                固态图像捕捉装置 
02                存储器部 
93                显示器部 
94                通信部 
95                图像输出部 。

Claims (18)

1.一种固态图像捕捉元件，包括：
一种导电性类型半导体衬底；
相反导电性类型阱区，其在所述一种导电性类型半导体衬底上形成；
光电二极管部，其在所述相反导电性类型阱区上形成，由具有连续变高或变低的杂质浓度的多个一种导电性类型区构成；
一种导电性漏极区，其能够从所述光电二极管部读出信号电荷；以及
转移栅极，其在所述一种导电性漏极区与所述光电二极管部之间的衬底上形成，
其中，构成所述光电二极管部的所述多个一种导电性类型区由n级的杂质浓度区构成，包括第一一种导电性类型区，其接近所述转移栅极；第二一种导电性类型区，其覆盖所述第一一种导电性类型区的外侧，不包括其转移栅极侧，...，以及第n个一种导电性类型区，其覆盖第(n-1)个一种导电性类型区的外侧，不包括其转移栅极侧，其中n是2或以上的自然数。
2.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，所述多个一种导电性类型区中的每一个根据离开所述转移栅极的距离而具有逐步且连续变低的一种导电性杂质浓度。
3.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，所述多个一种导电性类型区中的每一个根据朝向所述转移栅极的距离而具有逐步且连续变高的一种导电性杂质浓度。
4.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，在构成所述光电二极管部的多个一种导电性类型区中，提供逐步地或连续地朝向所述转移栅极下面的电荷转移路径侧的电位倾斜。
5.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，第n个一种导电性类型区在衬底表面方向上在外侧覆盖第(n-1)个一种导电性类型区。
6.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，第n个一种导电性类型区在衬底深度方向上在外侧覆盖第(n-1)个一种导电性类型区。
7.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，第n个一种导电性类型区在衬底表面方向和衬底深度方向两者上在外侧覆盖第(n-1)个一种导电性类型区。
8.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，当所述光电二极管部由第一一种导电性类型区和第二一种导电性类型区构成时，第一一种导电性类型区的杂质浓度N被设置为N＝5×1016至1×1017cm-3，且第二一种导电性类型区的杂质浓度N--被设置为N--＝1×1014cm-3。
9.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，当所述光电二极管部由第一一种导电性类型区和第二一种导电性类型区构成时，第一一种导电性类型区的杂质浓度N被设置为N＝5×1016至1×1017cm-3，且第二一种导电性类型区的杂质浓度N-被设置为N-＝1×1015至1×1016cm-3。
10.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，当所述光电二极管部由第一一种导电性类型区、第二一种导电性类型区和第三一种导电性类型区构成时，第一一种导电性类型区的杂质浓度N被设置为N＝5×1016至1×1017cm-3，第二一种导电性类型区的杂质浓度N-被设置为N-＝1×1015至1×1016cm-3，且第三一种导电性类型区的杂质浓度N--被设置为N--＝1×1014cm-3。
11.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，当所述光电二极管部由第一一种导电性类型区、第二一种导电性类型区、第三一种导电性类型区和第四一种导电性类型区构成时，第一一种导电性类型区的杂质浓度N被设置为N＝5×1016至1×1017cm-3，第二一种导电性类型区的杂质浓度N1-被设置为N1-＝5×1015至1×1016cm-3，第三一种导电性类型区的杂质浓度N2-被设置为N2-＝5×1014至1×1015cm-3，且第四一种导电性类型区的杂质浓度N--被设置为N--＝1×1014cm-3。
12.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，所述光电二极管部的尺寸在3×3μm至10×10μm之间。
13.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，距离所述转移栅极最远的光电二极管部的一种导电性类型区的杂质浓度等于所述一种导电性类型半导体衬底的杂质浓度。
14.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，使用两种或更多种杂质离子来形成构成所述光电二极管部的多个一种导电性类型区。
15.根据权利要求14所述的固态图像捕捉元件，其中，在构成所述光电二极管部的所述多个一种导电性类型区中，将砷和磷作为杂质离子注入到更接近于所述转移栅极的区之一中并仅将磷作为杂质离子注入到距离所述转移栅极更远的区之一。
16.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，还包括以掩埋所述光电二极管部的方式在所述光电二极管部上形成的相反导电性类型高浓度表面层。
17.根据权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，在所述一种导电性类型漏极区与所述光电二极管部之间形成相反导电性类型阻挡层，并在所述相反导电性类型阻挡层之上形成所述转移栅极。
18.一种电子信息设备，其包括被用作图像捕捉部中的图像输入设备的根据权利要求1、6至12、17和18中任何一项所述的固态图像捕捉元件。
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Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010206174A (ja) * 2009-02-06 2010-09-16 Canon Inc 光電変換装置およびその製造方法ならびにカメラ
JP2010206173A (ja) 2009-02-06 2010-09-16 Canon Inc 光電変換装置およびカメラ
JP5215963B2 (ja) * 2009-04-10 2013-06-19 シャープ株式会社 固体撮像素子およびその駆動方法、固体撮像素子の製造方法、電子情報機器
US8487350B2 (en) * 2010-08-20 2013-07-16 Omnivision Technologies, Inc. Entrenched transfer gate
JP2012182377A (ja) 2011-03-02 2012-09-20 Sony Corp 固体撮像装置
JP2013021014A (ja) * 2011-07-07 2013-01-31 Canon Inc エネルギー線検出装置の製造方法
CN102332458B (zh) * 2011-07-28 2015-10-07 上海华虹宏力半导体制造有限公司 图像传感器和图像传感器的使用方法、制造方法
CN102544042B (zh) * 2012-01-17 2014-10-15 中国科学院半导体研究所 高速cmos图像传感器的像素单元及其制作方法
FR2986906B1 (fr) * 2012-02-15 2015-06-19 New Imaging Technologies Sas Structure de pixel actif a transfert de charge ameliore
JP5463373B2 (ja) * 2012-02-23 2014-04-09 シャープ株式会社 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法
US9048162B2 (en) 2012-05-31 2015-06-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. CMOS image sensors and methods for forming the same
JP2014063865A (ja) * 2012-09-21 2014-04-10 Canon Inc 固体撮像素子
KR102007277B1 (ko) * 2013-03-11 2019-08-05 삼성전자주식회사 3차원 이미지 센서의 거리 픽셀 및 이를 포함하는 3차원 이미지 센서
JP2014199898A (ja) * 2013-03-11 2014-10-23 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに、電子機器
CN103139497B (zh) * 2013-03-21 2017-06-06 北京思比科微电子技术股份有限公司 Cmos图像传感器的有源像素及cmos图像传感器
CN103346161A (zh) * 2013-06-24 2013-10-09 上海华力微电子有限公司 改善重叠背照式cmos图像传感器图像信号质量的方法
CN103413816B (zh) * 2013-08-14 2016-08-10 昆山锐芯微电子有限公司 Cmos图像传感器的像素结构及其形成方法
CN103500750B (zh) * 2013-10-21 2016-06-15 上海华力微电子有限公司 一种cmos图像传感器有源像素的结构及其制造方法
TWI677973B (zh) * 2014-11-17 2019-11-21 國立大學法人東北大學 光感測器之訊號讀出方法以及攝像裝置之訊號讀出方法
US10154222B2 (en) 2014-11-17 2018-12-11 Tohoku University Optical sensor, signal reading method therefor, solid-state imaging device, and signal reading method therefor
JP6399301B2 (ja) * 2014-11-25 2018-10-03 セイコーエプソン株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
CN104617119B (zh) * 2014-12-10 2017-12-22 中国科学院半导体研究所 兼容测距的高速cmos图像传感器像素单元及制作方法
CN104465689A (zh) * 2014-12-26 2015-03-25 上海集成电路研发中心有限公司 一种高动态范围图像传感器像素单元及其制备方法
JP2018049855A (ja) * 2016-09-20 2018-03-29 セイコーエプソン株式会社 固体撮像装置及び電子機器
CN106449681A (zh) * 2016-10-10 2017-02-22 上海华力微电子有限公司 灵敏度可调控的图像传感器结构
CN108573984A (zh) * 2017-03-07 2018-09-25 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Cmos图像传感器及其制作方法
CN107426472A (zh) * 2017-06-01 2017-12-01 深圳市矽旺半导体有限公司 宽动态范围图像传感器系统及其实现方法
JP7532025B2 (ja) * 2019-11-25 2024-08-13 キヤノン株式会社 半導体装置および機器
CN111180477B (zh) * 2020-01-06 2022-06-28 宁波飞芯电子科技有限公司 图像传感器及图像采集设备
CN111769130B (zh) * 2020-07-17 2021-10-08 山东大学 一种cmos像素传感器
CN113782551A (zh) * 2021-08-05 2021-12-10 华虹半导体(无锡)有限公司 改善图像滞后的cis器件

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1758440A (zh) * 2004-10-08 2006-04-12 松下电器产业株式会社 固体摄像装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697406A (ja) * 1992-09-16 1994-04-08 Mitsubishi Electric Corp 固体撮像装置およびその製造方法
JP3403061B2 (ja) * 1998-03-31 2003-05-06 株式会社東芝 固体撮像装置
JP4258875B2 (ja) * 1999-02-15 2009-04-30 株式会社ニコン 光電変換素子及び光電変換装置
JP2002231926A (ja) * 2001-02-01 2002-08-16 Fuji Photo Film Co Ltd ラインセンサおよびそれを用いた放射線画像情報読取装置
JP2003031787A (ja) * 2001-07-17 2003-01-31 Canon Inc 固体撮像素子及びその駆動方法
JP2003101004A (ja) * 2001-09-25 2003-04-04 Toshiba Corp 固体撮像装置及びその製造方法
JP3702854B2 (ja) * 2002-03-06 2005-10-05 ソニー株式会社 固体撮像素子
JP4625605B2 (ja) * 2002-06-28 2011-02-02 富士フイルム株式会社 固体撮像装置
JP4758061B2 (ja) * 2003-10-16 2011-08-24 パナソニック株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
KR101069103B1 (ko) * 2004-07-29 2011-09-30 크로스텍 캐피탈, 엘엘씨 전하운송효율을 향상시키기 위한 이미지센서 및 제조 방법
JP2007115872A (ja) 2005-10-20 2007-05-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置およびその製造方法
JP4859045B2 (ja) 2006-09-06 2012-01-18 シャープ株式会社 固体撮像素子および電子情報機器
JP2007235173A (ja) * 2007-05-25 2007-09-13 Canon Inc 固体撮像素子及びカメラ
JP2009038309A (ja) * 2007-08-03 2009-02-19 Sharp Corp 固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
KR100868646B1 (ko) 2007-08-27 2008-11-12 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1758440A (zh) * 2004-10-08 2006-04-12 松下电器产业株式会社 固体摄像装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20100237390A1 (en) 2010-09-23
JP2010219355A (ja) 2010-09-30
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