CN101859787B - 固态图像捕捉元件及其驱动、制造方法及电子信息设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固态图像捕捉元件及其驱动、制造方法及电子信息设备。根据本发明的一种固态图像捕捉元件包括设置在从光电二极管区的上部到电荷检测部的表面部分中的：第二导电性类型第一区；第二导电性类型第二区；以及第二导电性类型第三区，其一端邻近于第二导电性类型第二区且其另一端邻近于电荷检测部，其中，以形成从第二导电性类型第一区穿过第二导电性类型第二区指向第二导电性类型第三区的电场的方式来设置第一、第二和第三区的每个杂质浓度。

Description

固态图像捕捉元件及其驱动、制造方法及电子信息设备
根据美国法典第35条119(a)款，本非临时申请要求2009年4月10日在日本提交的专利申请No.2009-096445和2009年8月31日在日本提交的No.2009-200447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组成的固态图像捕捉元件、用于驱动该固态图像捕捉元件的方法、以及用于制造该固态图像捕捉元件的方法，更具体而言，涉及诸如MOS型图像传感器等能够以低电功率消耗被驱动的固态图像捕捉元件、用于驱动该固态图像捕捉元件的方法、以及用于制造该固态图像捕捉元件的方法；以及电子信息设备，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
例如，CCD型固态图像捕捉元件、MOS型固态图像捕捉元件及其它半导体图像传感器对于批量生产而言是优良的，因此，按照传统已被用作诸如数字视频摄像机和数字静止摄像机等数字摄像机、装配摄像机的蜂窝电话设备及其它便携式电子信息设备中的图像输入设备。 
此类传统便携式电子信息设备由电池来驱动，因此，实现驱动电力的电压的降低和电功率消耗的降低是重要的。此外，实现成本的降低和模块尺寸的缩小也是重要的。 
因此，在用于便携式电子信息设备中的固态图像捕捉元件的领域中，MOS型固态图像捕捉元件比CCD型固态图像捕捉元件消耗较少的电功率。另外，通过使用传统CMOS处理技术，成本降低变成可能。通过在同一芯片上形成传感器元件及其外围电路元件，模块尺寸的减小变成可能。 由于此类及其它优点，MOS型固态图像捕捉元件更加引人注意。 
另外，具有掩埋光电二极管作为光信号检测部的传统MOS型固态图像捕捉元件在实现噪声降低方面明显有利，并且能够获得高质量图像。 
图9(a)是作为参考文献1中的传统示例公开的传统MOS型固态图像捕捉元件的纵向横截面图，其示出用于一个像素的固态图像捕捉元件。图9(b)和9(c)每个是示出信号电荷的转移路径的电位分布图，该转移路径由光电转换和积聚部、在栅极电极下面的沟道区、以及电荷检测部组成，并被沿着图9(a)中的虚线a-a’截取。图9(b)是施加于转移栅极(transfer gate)电极的转移脉冲fTX处于低电平的情况下的电位分布图。图9(c)是施加于转移栅极电极的转移脉冲fTX处于高电平的情况下的电位分布图。 
图9(a)和9(b)示出具有掩埋光电二极管的传统型MOS型图像传感器100和施加于转移栅极电极106的转移脉冲fTX处于低电平的情况。在这里，在P型阱区102中形成的光电转换和积聚部103被半导体衬底表面中的P型钉扎层(pinning layer)104与半导体衬底表面分离。这防止在P型阱区102与在半导体衬底101中形成的绝缘膜105之间的界面处产生的噪声电荷流入光电转换和积聚部103中而成为暗电压分量。 
然而，在图9(c)所示的施加于转移栅极电极106的转移脉冲fTX处于高电平的情况下，半导体衬底的表面中的P型钉扎层104对电荷转移路径a-a’有影响，并形成位垒，该位垒是光信号电荷从光电转换和积聚部103转移到电荷检测部107的障碍。 
由于位垒，当读取信号电荷时，信号电荷仍留在光电转换和积聚部103中且来自光电二极管的信号电荷不能被完全转移。这种情况导致诸如产生噪声、难以降低噪声、产生余像等问题。 
为了防止产生此类余像，参考文献1公开了一种用于改变光电转换和积聚部103与相对于转移栅极电极106位于其之上的高浓度、P型钉扎层104之间的位置关系的方法，如图10(a)至10(c)所示。 
图10(a)是作为参考文献1中的传统示例公开的另一传统MOS型固态图像捕捉元件的纵向横截面图。图10(b)和10(c)每个是示出信号电荷的转移路径的电位分布图，该转移路径由光电转换和积聚部、转移栅极电极下面的沟道区、以及电荷检测部组成，且被沿着图10(a)中的虚线a-a’截取。图10(b)是施加于转移栅极电极的转移脉冲fTX处于低电平的情况下的电位分布图。图10(c)是施加于转移栅极电极的转移脉冲fTX处于高电平的情况 下的电位分布图。 
图10(a)所示的MOS型图像传感器100A包括重叠结构，其中，转移栅极电极106与光电转换和积聚部103A重叠。因此，如图10(c)所示，图9(c)所示的位垒被清除且可以抑制余像。 
由于光电转换和积聚部103A相对于转移栅极电极106具有重叠结构，所以上述电垒被在转移栅极电极106下面延伸的光电转换和积聚部103A的尖端部分清除。另一方面，当光电转换和积聚部103A的浓度增加以便充分地保证电荷的可积聚容量时，如图10(a)所示，光电转换和积聚部103A的尖端部分的延伸宽度在转移栅极电极106下面变宽。结果，在转移栅极电极106下面形成图10(c)中的被虚线圈住的电荷库，这导致产生余像的问题。 
为了解决该问题，参考文献1提出一种具有如图11(a)所示横截面结构的MOS型固态图像。 
图11(a)是参考文献1中公开的传统MOS型固态图像捕捉元件中的信号电荷经由转移晶体管从光电二极管部到电荷检测部的转移路径的横截面图(在0＜b＜c的情况下)。图11(b)和11(c)每个是示出信号电荷的转移路径的电位分布图，该转移路径由光电转换和积聚部、在转移栅极电极下面的沟道区、以及电荷检测部组成且被沿着图11(a)中的虚线a-a’截取。图11(b)是施加于转移栅极电极的转移脉冲fTX处于低电平的情况下的电位分布图。图11(c)是施加于转移栅极电极的转移脉冲fTX处于高电平的情况下的电位分布图。在图11中，请注意，为了进行说明，用相同的参考标号添加与图9和10中的部件具有相同功能和效果的部件。 
在如图11(a)至11(c)所示的MOS型图像传感器100B中的单位像素部中，P型钉扎层104被形成为偏移，使得其尖端部分相对于光电转换和积聚部103B移位。在这里，光电转换和积聚部103B被形成为延伸至转移栅极电极106下面，与转移栅极电极106重叠(在平面图中)。因此，在从光电转换和积聚部103B到电荷检测部107(FD)的电荷转移路径中，抑制了位垒的形成，该位垒可以在图9(c)所示的传统MOS型图像传感器100中看到。 
如图10(c)所示，在传统MOS型图像传感器100A中形成电荷库。然而，在光电转换和积聚部103B与转移栅极电极106重叠的情况下，P型阱区102C被形成为相对于MOS型固态图像捕捉元件100B中的电位转换和 积聚部103B而言更接近于电荷检测部107(FD)。结果，在光电转换和积聚部103B与P型阱区102C之间仍存在n型半导体衬底101的n型低浓度半导体区101B。因此，与图10(a)中的横截面结构相比，可以缩窄转移栅极电极106之上的光电转换和积聚部103B的重叠宽度(图11(a)中的箭头b所示的距离)，从而避免导致余像的电荷库的常规形成。 
如上所述，在图11中示出并在参考文献1中公开的MOS型固态图像捕捉元件100B可以使电荷完全从光电二极管部转移到电荷检测部107以获得高质量图像，其中，噪声和余像得到进一步抑制。 
图12是参考文献2中公开的传统MOS型固态图像捕捉元件的纵向横截面图，示出了用于一个像素的MOS型固态图像捕捉元件。 
在图12中，传统MOS型固态图像捕捉元件200包括：N型光电二极管区203，其在硅衬底201之上的P型阱202中形成；栅极电极204，其一端邻近于光电二极管区203；N型漏极区205，其邻近于栅极电极204的另一端；以及元件分离区206，在平面图中，其具有围绕光电二极管区203、栅极电极204和漏极区205的STI结构。直接位于栅极电极204下面的栅极氧化膜207的厚度是10nm或以下。栅极电极204的一端上的一部分与光电区203重叠。 
另外，在从光电二极管区203经由栅极电极204下面的沟道区至漏极区205的衬底的表面侧依次形成第一区211、第二区212、以及第三区213。第一区211被设置为与栅极电极204的一端相距预定距离并具有P型第一浓度C1。第二区212具有P型第二浓度C2，其一端邻近于第一区211且另一端与栅极电极204重叠。第三区213具有P型第三浓度C3，其一端邻近于第二区212且其另一端邻近于漏极区205。在这里，浓度C1至C3之间的关系如下：第一浓度C1＞第二浓度C2＞第三浓度C3；或者第一浓度C1＝第二浓度C2＞第三浓度C3。同样地，可以获得MOS型固态图像捕捉元件200，其中，读取特性在低电压下变得更好，且充分地抑制了白斑、暗电流及其它图像缺陷。 
在参考文献3中公开的固态图像捕捉元件和用于驱动该固态图像捕捉元件的方法中，提出了在电荷积聚期间向转移栅极电极施加-0.5V或以下的负电压(例如-1V)，以便在直接在转移栅极电极下面的氧化膜的界面中形成空穴沟道以减少暗噪声(暗电压和白缺陷)。 
参考文献1：日本特许公开申请No.2008-66480 
参考文献2：日本特许公开申请No.2005-123395 
参考文献3：日本特许公开申请No.3724374 
发明内容
然而，在参考文献1中公开的上述传统技术中，如图11(a)所示，在n型光电转换和积聚部103B与转移栅极106的重叠区域(距离b)中未形成p型阱区102C。因此，在重叠区域中的硅/硅氧化膜(绝缘膜105)的界面层级处产生噪声电荷，并且该噪声电荷朝着光电转换和积聚部103B积聚，导致白缺陷。 
此外，在参考文献2中公开的上述传统技术中，如图12所示，为了第一区211和第二区212的定位以及第二区212的第三区213的定位，完全要求掩膜对准。该定位涉及在制造工艺变化的程度增加和困难的的问题。 
此外，在参考文献3中公开的上述传统技术中，需要有-0.5V或以下的大电位差作为施加于转移栅极电极的负电压，这导致电路结构的复杂度增加的问题。也就是说，需要有-0.5V或以下的大电压值作为抑制暗时间的噪声(暗电压和白缺陷)的施加电压，并且需要向转移栅极电极施加负电压。这导致电路结构的复杂度增加的问题，诸如在外围电路区域中添加负电压生成电路并添加具有不同阱电位的缓冲电路(还要求阱电位是包括0V的负电位)以便在像素驱动电路部中施加负电压。 
本发明意图解决上述传统问题。本发明的目的是提供：一种固态图像捕捉元件，其能够使信号电荷在低电压驱动下完全从光电转换和积聚部转移到电荷检测部以获得高质量图像，进一步抑制噪声和余像，促进用更简单的结构来大大抑制白缺陷的处理，并避免电路结构中的复杂度增加；用于驱动该固态图像捕捉元件的方法；用于制造该固态图像捕捉元件的方法；以及电子信息设备，诸如装配摄像机的蜂窝电话设备，包括所述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。 
作为设置在半导体衬底中的单位像素部，根据本发明的固态图像捕捉元件包括：光电二极管区，其包括组成用于将光以光电方式转换成信号电荷以进行电荷积聚的光电转换和积聚部的第一导电性类型半导体区，以及用于将所述光电转换和积聚部与半导体衬底的表面分离的第二导电性类型半导体钉扎层；栅极电极，其一端邻近于第二导电性类型半导体钉扎层，其中，所述栅极电极的一端部与所述光电转换和积聚部的一端部重叠；以 及作为邻近于转移栅极电极另一端的第一导电性类型漏极区的电荷检测部，所述固态图像捕捉元件进一步包括设置在从光电二极管区的上部到电荷检测部的表面部分中的：作为第二导电性类型半导体钉扎层的第二导电性类型第一区；第二导电性类型第二区，其一端邻近于第二导电性类型第一区且其被设置在光电转换和积聚部的重叠区域中；以及第二导电性类型第三区，其一端邻近于第二导电性类型第二区且其另一端邻近于电荷检测部，其中，以形成从第二导电性类型第一区穿过第二导电性类型第二区指向第二导电性类型第三区的电场的方式来设置第一、第二和第三区的每个杂质浓度，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，将第二导电性类型第一区的杂质浓度C1、第二导电性类型第二区的杂质浓度C2、以及第二导电性类型第三区的杂质浓度C3之间的关系设置为C1＞C2＞C3。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，将第二导电性类型第一区的杂质浓度C1设置为8×1017cm-3至3×1018cm-3，将第二导电性类型第二区的杂质浓度C2设置为9×1016cm-3至5×1017cm-3，并将第二导电性类型第三区的杂质浓度C3设置为3×1016cm-3至1×1017cm-3。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，第二导电性类型第一区距离衬底表面的深度D1、第二导电性类型第二区距离衬底表面的深度D2、以及第二导电性类型第三区距离衬底表面的深度D3之间的关系是D3＞D1＞D2。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，第一导电性类型半导体区被完全掩埋在半导体衬底内部，处于被其之上的第二导电性类型半导体钉扎层、邻近于第二导电性类型半导体钉扎层的一端的栅极电极、邻近于第二导电性类型半导体钉扎层的另一端并在其下面延伸的第二导电性类型区、以及相邻地在第二导电性类型区下面并设置在第一导电性类型半导体区下面的掩埋第二导电性类型区围绕的状态。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，所述第二导电性类型第二区邻近于第二导电性类型第一区且被设置在所述栅极电极下面的光电转换和积聚部的重叠区域上。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，第二导电性类型第一区与第二导电性类型第二区之间的边界垂直地与栅极电极的一端对齐，且第二导电性类型第二区与第二导电性类型第三区之间的边界垂直地与光 电转换和积聚部的一端对齐。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，所述第二导电性类型区围绕从第一导电性类型半导体区到第二导电性类型第二区、第二导电性类型第三区、乃至电荷检测部的区域。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，所述第二导电性类型第三区邻近于所述第一导电性类型半导体区和所述第二导电性第二区。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，在光电转换和积聚部以光电方式将光转换成信号电荷以进行电荷积聚的时间段期间在转移栅极电极与第二导电性类型半导体区之间施加小于+0.5V的正电位差。 
更优选地，在根据本发明的固态图像捕捉元件中，所述正电位差在等于或大于+0.2V与小于+0.5V的范围内。 
根据本发明的一种用于驱动所述固态图像捕捉元件的方法是用于驱动根据本发明的上述固态图像捕捉元件的方法，其中，在光电转换和积聚部以光电方式将光转换成信号电荷以进行电荷积聚的时间段期间在栅极电极与第二导电性类型半导体区之间施加小于+0.5V的正电位差，从而实现上述目的。 
优选地，在根据本发明的用于驱动固态图像捕捉元件的方法中，将栅极电极的电位固定于像素区之外的外围电路部的接地电位，并向像素区的第二导电性类型区施加小于+0.5V的正电压。 
更优选地，在根据本发明的用于驱动固态图像捕捉元件的方法中，向所述栅极电极施加在像素区之外的外围电路部中产生的小于+0.5V的负电压，并将像素区的第二导电性类型区的电位固定于像素区之外的外围电路部的接地电位。 
更优选地，在根据本发明的用于驱动固态图像捕捉元件的方法中，所述正电位差在等于或大于+0.2V与小于+0.5V的范围内。 
根据本发明的用于制造所述固态图像捕捉元件的方法是用于制造根据本发明的上述图像捕捉元件的方法，该方法包括：第二导电性类型第二区形成步骤：形成光电转换和积聚部并随后使用相同的掩膜，通过另一离子注入形成将是第二导电性类型第二区与第二导电性类型第一区的的区域；第二导电性类型第二和第三区形成步骤：在形成栅极电极之前，使用具有开口的掩膜在将将是光电二极管区、栅极电极下面的转移栅极区、以及第一导电性类型漏极区的区域中执行离子注入，以便形成第二导电性类型第 二区和第二导电性类型第三区；以及第二导电性类型第一区形成步骤：在形成栅极电极之后，使用具有开口并包括栅极电极的掩膜在光电二极管区执行离子注入，以形成第二导电性类型第一区，从而实现上述目的。 
优选地，在根据本发明的用于制造固态图像捕捉元件的方法中，将第二导电性类型第一区的杂质浓度C1、第二导电性类型第二区的杂质浓度C2、以及第二导电性类型第三区的杂质浓度C3之间的关系设置为C1＞C2＞C3。 
更优选地，在根据本发明的用于制造固态图像捕捉元件的方法中，将第二导电性类型第一区的杂质浓度C1设置为8×1017cm-3至3×1018cm-3，将第二导电性类型第二区的杂质浓度C2设置为9×1016cm-3至5×1017cm-3，并将第二导电性类型第三区的杂质浓度C3设置为3×1016cm-3至1×1017cm-3。 
更优选地，在根据本发明的用于制造固态图像捕捉元件的方法中，第二导电性类型第一区距离衬底表面的深度D1、第二导电性类型第二区距离衬底表面的深度D2、以及第二导电性类型第三区距离衬底表面的深度D3之间的关系是D3＞D1＞D2。 
更优选地，在根据本发明的用于制造固态图像捕捉元件的方法中，第一导电性类型半导体区被完全掩埋在半导体衬底内部，处于被其之上的第二导电性类型半导体钉扎层、邻近于第二导电性类型半导体钉扎层的一端的栅极电极、邻近于第二导电性类型半导体钉扎层的另一端并在其下面延伸的第二导电性类型区、以及相邻地在第二导电性类型区下面并设置在第一导电性类型半导体区下面的掩埋第二导电性类型区围绕的状态。 
更优选地，在根据本发明的用于制造固态图像捕捉元件的方法中，所述第二导电性类型第二区邻近于第二导电性类型第一区且在所述栅极电极下面的光电转换和积聚部的重叠区域上形成。 
更优选地，在根据本发明的用于制造固态图像捕捉元件的方法中，通过使用相同的掩膜，通过改变掩膜开口区域并使其重叠以进行离子注入，来形成第二导电性类型第一区、第二导电性类型第二区和第二导电性类型第三区。 
更优选地，在根据本发明的用于制造固态图像捕捉元件的方法中，第二导电性类型第一区与第二导电性类型第二区之间的边界垂直地与栅极电极的一端对齐，且第二导电性类型第二区与第二导电性类型第三区之间的 边界垂直地与光电转换和积聚部的一端对齐。 
更优选地，在根据本发明的用于制造固态图像捕捉元件的方法中，所述第二导电性类型区围绕从第一导电性类型半导体区到第二导电性类型第二区、第二导电性类型第三区、乃至电荷检测部的区域。 
更优选地，在根据本发明的用于制造固态图像捕捉元件的方法中，所述第二导电性类型第三区邻近于所述第一导电性类型半导体区和所述第二导电性类型第二区。 
根据本发明的一种电子信息设备包括根据本发明的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，从而实现上述目的。 
下面将描述具有上述结构的本发明的功能。 
在本发明中，第二导电性类型第一区、第二导电性类型第二区和第二导电性类型第三区被设置在从光电二极管区的上部到电荷检测部的表面部分中。第二导电性类型第一区是第二导电性类型半导体钉扎层。第二导电性类型第二区包括邻近于第二导电性类型第一区的一端且被设置在光电转换和积聚部的重叠区域上。第二导电性类型第三区包括邻近于第二导电性类型第二区的一端和邻近于电荷检测部的另一端。区域中每个杂质浓度被设置为使得经由第二导电性类型第二区从第二导电性类型第一区到第二导电性类型第三区形成电场。 
便携式电子信息设备由电池驱动，并且实现驱动电力的电压的降低和电功率消耗的降低是重要的。由于以上结构，此类便携式电子信息设备变得能够在低电压驱动下使信号电荷完全从光电转换和积聚部转移到电荷检测部，从而获得进一步抑制噪声和余像的高质量图像，并大大抑制白缺陷。 
此外，在本发明中，使用相同的掩膜，改变掩膜的开口区域并使其重叠以进行离子注入，因此第二导电性类型第一区与第二导电性类型第二区之间的边界垂直地与栅极电极的一端对齐，并且第二导电性类型第二区与第二导电性类型第三区之间的边界垂直地与光电转换和积聚部的一端对齐。 
结果，用更简单的结构，促进了用于固态图像捕捉元件的制造工艺，从而大大抑制了白缺陷。 
此外，通过在栅极电极与直接在其下面的第二导电性类型半导体区之间施加小于+0.5的正电极电位差，在硅/硅氧化膜界面处的p-区中空穴浓度增加，并且空穴捕获噪声电子的效率增加，从而进一步减少白缺陷的量并 实现图像质量的改善。 
根据具有上述结构的本发明，可以在低电压驱动下使信号电荷完全从光电转换和积聚部转移到电荷检测部，以获得进一步抑制噪声和余像的高质量图像，并大大抑制白缺陷。 
此外，使用相同的掩膜并改变掩膜的开口区域且使其重叠，以进行离子注入，因此，更简单的结构能够促进制造工艺并能够大大抑制白缺陷。 
更进一步地，通过在栅极电极与在其下面的第二导电性类型半导体区之间施加小于+0.5的正电位差，在硅/硅氧化膜界面处的p-区中空穴浓度增加，并且空穴捕获噪声电子的效率增加，从而进一步减少白缺陷的量并实现图像质量的改善。 
在参照附图来阅读并理解以下详细说明时，本领域的技术人员将清楚本发明的这些及其它优点。 
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例1的MOS型固态图像捕捉元件的单位像素部的示例性基本部分结构的平面图。 
图2是沿图1中的虚线A-A’截取的纵向横截面图。 
图3是图1的MOS型固态图像捕捉元件中的用于一个像素的数据读取电路的电路图。 
图4(a)至4(c)每个是示出用于制造图1中的MOS型固态图像捕捉元件的方法中的每个制造步骤的基本部分纵向横截面图。 
图5是描述用本发明的实施例1减少白缺陷的结果的图表。 
图6是示出根据实施例2的MOS型固态图像捕捉元件中的减少噪声电子的结果的图表。 
图7是示出根据实施例2的在MOS型固态图像捕捉元件中的转移栅极电极与表面p-区之间施加的电位差的0V至+0.5V之间的电压范围内噪声电子的数目迅速减少的情况的图表。 
图8是示意地示出本发明的实施例3的电子信息设备的示例性结构的方框图，其包括在图像捕捉部中使用的根据本发明的实施例1或2的固态图像捕捉元件。 
图9(a)是在参考文献1中作为传统示例公开的传统MOS型固态图像捕捉元件的纵向横截面图，示出用于一个像素的固态图像捕捉元件。图9(b) 和9(c)每个是示出信号电荷的转移路径的电位分布图，该转移路径由光电转换和积聚部、在栅极电极下面的沟道区、以及电荷检测部组成且被沿着图9(a)中的虚线a-a’截取。图9(b)是施加于转移栅极电极的转移脉冲fTX处于低电平的情况下的电位分布图。图9(c)是施加于转移栅极电极的转移脉冲fTX处于高电平的情况下的电位分布图。 
图10(a)是在参考文献1中作为传统示例公开的另一传统MOS型固态图像捕捉元件的纵向横截面图，示出用于一个像素的固态图像捕捉元件。图10(b)和10(c)每个是示出信号电荷的转移路径的电位分布图，该转移路径由光电转换和积聚部、转移栅极电极下面的沟道区、以及电荷检测部组成，且被沿着图10(a)中的虚线a-a’截取。图10(b)是施加于转移栅极电极的转移脉冲fTX处于低电平的情况下的电位分布图。图10(c)是施加于转移栅极电极的转移脉冲fTX处于高电平的情况下的电位分布图。 
图11(a)是参考文献1中公开的传统MOS型固态图像捕捉元件中的信号电荷从光电二极管部经由转移晶体管到电荷检测部的转移路径的横截面图(在0＜b＜c的情况下)。图11(b)和11(c)每个是示出信号电荷的转移路径的电位分布图，该转移路径由光电转换和积聚部、在转移栅极电极下面的沟道区、以及电荷检测部组成且被沿着图11(a)中的虚线a-a’截取。图11(b)是施加于转移栅极电极的转移脉冲fTX处于低电平的情况下的电位分布图。图11(c)是施加于转移栅极电极的转移脉冲fTX处于高电平的情况下的电位分布图。 
图12是在参考文献2中公开的传统MOS型固态图像捕捉元件的纵向横截面图，示出用于一个像素的固态图像捕捉元件。 
具体实施方式
在下文中，参照附图，将描述本发明的实施例1和2，其中，将根据本发明的固态图像捕捉元件应用于MOS型固态图像捕捉元件，并将描述本发明的实施例3，其中，将根据本发明的固态图像捕捉元件应用于电子信息设备，诸如装配摄像机的蜂窝电话装置，其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捕捉设备。 
(实施例1) 
图1是示出根据本发明的实施例1的MOS型固态图像捕捉元件的单位像素部的示例性基本部分结构的平面图。图2是沿图1中的虚线A-A’ 截取的纵向横截面图。在以下说明中，应注意的是将提供关于一个单位像素部的结构的说明，但其它单位像素部在多个像素部之中具有类似结构。 
在图1和2中，根据实施例1的MOS型固态图像捕捉元件1包括掩埋p型半导体层3。为每个像素部都提供了掩埋p型半导体层3，并将其设置在n型(低浓度n型：n-)半导体衬底2中的预定深度处，例如，距离半导体衬底的表面约2μm。在比掩埋p型半导体层3更接近地朝着半导体衬底表面形成的光电二极管中提供组成光电转换和积聚部4的n型半导体区。组成光电二极管的光电转换和积聚部4与其下面的n型半导体衬底的n-区被掩埋p型半导体层3水平地相互分离。 
光电转换和积聚部4包括整体形成的光电转换部和电荷积聚部。光电转换和积聚部4在平面图中完全覆盖矩形或正方形光接收部。P型阱区5以围绕光电转换和积聚部4的外围的方式形成。光电转换和积聚部4被p型阱区5与元件分离区6分离。提供元件分离区6是为了将每个元件的单位像素部分离。通过在通过蚀刻等在半导体衬底2的表面中提供的沟槽内部掩埋绝缘材料来形成元件分离区6。 
此外，提供高浓度p型(表面p+)钉扎层7作为n型半导体衬底2的表面侧中的光电转换和积聚部4上的第二导电性类型半导体钉扎层(第二导电性类型第一区)。光电转换和积聚部4与n型半导体衬底2的表面被表面p+钉扎层7相互分离。表面p+钉扎层7电连接到掩埋p型半导体层3，p型阱区5被插在其之间。组成光电二极管的光电转换和积聚部4被掩埋在半导体衬底内部，同时被其上面的表面p+钉扎层7、外围中的p型阱区5、以及其下面的掩埋p型半导体层3围绕。结果，如前所述地构成掩埋光电二极管。总而言之，光电转换和积聚部4的前表面侧完全被表面p+钉扎层7和转移晶体管9的转移栅极电极10覆盖，从而实现噪声的降低。在这里，将表面p+钉扎层7的杂质浓度设置为高浓度，例如，约1×1018cm-3(且例如为8×1017cm-3至3×1018cm-3)。 
在这种情况下，表面p+钉扎层7邻近于转移栅极电极10的末端表面之一，绝缘膜8插在其之间。电荷检测部13作为漏极区邻近于转移栅极电极10的另一末端表面，绝缘膜8插在其之间。在表面p+钉扎层7与电荷检测部13之间的衬底上，形成转移晶体管9的转移栅极电极10，由硅氧化膜形成的绝缘膜8插在其之间。在平面图中，p型阱区5围绕从光电转换和积聚部4到电荷检测部13的范围内的区域，转移栅极电极10的栅极 沟道区插入其之间。 
作为第二导电性类型第二区的表面p-区11被设置为在平面图中邻近于沿着衬底表面的光电二极管表面的表面p+钉扎层7、在转移栅极电极10下面、以及在转移栅极电极10与光电转换和积聚部4的重叠区域中。此外，在转移栅极电极10下面，表面p-区12被设置作为邻近于表面p-区11的第二导电性类型第三区。转移栅极电极10下面的表面p-区(p-阱区)12组成转移晶体管9的沟道区(转移栅极区)。在转移栅极电极10的光电转换和积聚部4的相对侧且在表面p-区12和p型阱区5之上的衬底表面侧形成n型半导体区的电荷检测部13。同时，n型(低浓度n型：n-)半导体衬底2的n-低浓度半导体区(以没有参考标号的方式示出)仍在光电转换和积聚部4、表面p-区12与掩埋p型半导体层3之间。 
如上所述，光电二极管的表面中的表面p+钉扎层7和p阱区11覆盖光电转换和积聚部4，且p阱区12在从光电二极管的表面到转移栅极区链接在一起的硅表面部分中形成。设置杂质浓度，其方式为形成从光电二极管的表面中的表面p+钉扎层7到转移栅极电极10下面的重叠区域的表面上的表面p-区11、且进一步从重叠区域的表面上的表面p-区11穿过表面p-区12至电荷检测部13(浮置扩散FD)的电场，电荷检测部13是转移晶体管9的漏极区。 
如图1所示，电荷检测部13是浮置扩散FD，且连接到杂质扩散区16，复位晶体管14的复位栅极电极15下面的沟道区插在其之间。杂质扩散区16连接到杂质扩散区19，放大晶体管17的栅极电极18下面的沟道区插在其之间。此外，杂质扩散区19连接到杂质扩散区22，选择晶体管20的栅极电极21下面的沟道区插在其之间。电荷检测部13(浮置扩散FD)经由触点和连接到栅极电极18的上布线而电连接到放大晶体管17的栅极电极18。杂质扩散区22连接到信号线Vsig。 
组成像素中的电路部中的复位晶体管14、放大晶体管17和选择晶体管20的每个沟道区的p型阱区的杂质浓度被设置为在例如2×1017cm-3±1×1017cm-3(在这里为2×1017cm-3)范围内。组成转移晶体管9的沟道区的表面p-区12的杂质浓度被设置为在例如3×1016cm-3至1×1017cm-3(在这里7.5×1016cm-3为最佳值)范围内。此外，作为光电转换和积聚部4的重叠区域且在与转移栅极电极10的重叠区域上形成的表面p-区11的杂质浓度被设置为在例如9×1016cm-3至5×1017cm-3(在这里2.25×1017cm-3为 最佳值)范围内，为p型阱区12的杂质浓度的三倍。 
此外，n型半导体衬底2的杂质浓度被设置为在例如1×1014cm-3至1×1015cm-3(在这里为1×1015cm-3)范围内。掩埋p型半导体层3的杂质浓度被设置为在例如7×1015cm-3至2×1017cm-3(在这里为8×1016cm-3)范围内。光电转换和积聚部4中的n型半导体区的杂质浓度被设置为在例如1×1017cm-3至4×1017cm-3(在这里为2×1017cm-3)范围内。在其外围中的p型阱区5的杂质浓度被设置为在例如2×1017cm-3±1×1017cm-3(在这里为2×1017cm-3)范围内。请注意，p型阱区5的杂质浓度被设置为与像素中的电路部中的复位晶体管14、放大晶体管17及其它p型阱的相同的浓度。 
图3是图1的MOS型固态图像捕捉元件中的用于一个像素的数据读取电路的电路图。在这里，这样的多个单位像素部被布置成二维矩阵。 
作为图3所示的单位像素部，根据实施例1的MOS型固态图像捕捉元件包括：掩埋光电二极管41(光电转换和积聚部4及表面p+钉扎层7)，其充当用于将光以光电方式转换成将被积聚的信号电荷的光电转换元件；转移晶体管9；复位晶体管14，其组成像素中的电路部(数据读取电路)；放大晶体管17，其组成像素中的电路部(数据读取电路)；像素选择晶体管20，其组成像素中的电路部(数据读取电路)；信号线Vsig，其连接到像素选择晶体管20的输出端；转移信号线，与转移晶体管9的控制栅极(转移栅极电极10)相连且被输入转移脉冲fTX；复位信号线，其与复位晶体管14的控制栅极(复位栅极电极15)相连且被输入复位脉冲fTX；以及像素选择信号，其与像素选择晶体管20的控制栅极(复位栅极电极21)相连且被输入选择脉冲fS。 
下面，将描述根据实施例1的用于制造MOS型固态图像捕捉元件1的方法。 
图4(a)至4(c)每个是示出用于制造图1中的MOS型固态图像捕捉元件1的方法中的各制造步骤的基本纵向横截面图。 
首先，如图4(a)所示，在在重叠区域上形成表面p-区的步骤中，使用光掩膜31作为掩膜来注入n型离子以形成n型光电转换和积聚部4。此外，使用相同的光掩膜31作为掩膜来注入p型离子以形成一个区域，该区域将是光电转换和积聚部4与转移栅极电极10的重叠区域。结果，使用相同的光掩膜31，在n型光电转换和积聚部4与其之上的p型表面p-区11之间 的定位变得容易且准确。 
接下来，如图4(b)所示，在在转移栅极区中形成表面p-区的步骤中，在形成转移栅极电极10之前，使用具有开口的光掩膜32作为掩膜，在光电二极管区的电荷检测部13、转移栅极区和漏极区的电荷检测部13中注入p型离子，以便形成表面p-区12，其充当转移栅极区。结果，表面p-区11与表面p-区12之间的定位变得容易且准确。 
随后，如图4(c)所示，在在光电转换和积聚部4上形成表面p+钉扎层的步骤中，在形成转移栅极电极10之后，使用转移栅极电极10和光掩膜33作为掩膜，注入p型高浓度离子，以便在光电二极管表面上形成高浓度、表面p+钉扎层7。通过转移栅极电极10的自对准，表面p+钉扎层7和表面p-区11之间的定位变得容易且准确。 
如上所述，除光电二极管表面上的表面p+钉扎层7和直接在转移栅极电极10下面的衬底表面上的表面p-区12之外，在两者之间，在光电转换和积聚部4的重叠区域上形成表面p-区11，并在从光电二极管表面链接到转移栅极区的硅衬底表面中依次形成表面p-区11和12。 
在这种情况下，光电转换和积聚部4和表面p-区11的各自末端垂直地相互对齐。表面p-区11和12的边界垂直地与光电转换和积聚部4的一端对齐。表面p+钉扎层7和表面p-区11的边界垂直地与转移栅极电极10的一端对齐。此外，表面p-区12和电荷检测部13的边界与转移栅极电极10的另一端对齐。 
结果，在硅/硅氧化膜的界面(转移栅极电极10下面的硅衬底的表面)处产生的噪声电子被捕获在存在于表面p-区11和12中的空穴中。另外，通过图4(a)至4(c)所示的制造方法，将作为光电二极管区的表面上的第二导电性类型第一区的表面p+钉扎层7的浓度C1、作为重叠区域上的第二导电性类型第二区的表面p-区11的浓度C2、以及作为转移栅极电极10下面的第二导电性类型第三区的表面p-区12的浓度C3之间的关系设置为浓度C1＞浓度C2＞浓度C3。因此，形成从光电转换和积聚部4的重叠区域的表面指向漏极区的电荷检测部13的电场。另外，作为第二导电性类型第一区的表面p+钉扎层7的深度D1、作为第二导电性类型第二区的表面p-区11的深度D2、以及作为第二导电性类型第三区的表面p-区12的深度D3之间的关系被设置为深度D3＞深度D1＞深度D2。 
结果，在硅/硅氧化膜的界面(转移栅极电极10下面的硅衬底的表面) 处产生的噪声电子朝着转移栅极区和漏极区移动且被释放，而不是朝着充当光接收部的光电二极管41移动并积聚。 
因此，在根据实施例1的MOS型固态图像捕捉元件1中，除光电二极管表面中的表面p+钉扎层7和转移栅极电极10下面的衬底表面中的表面p-区12之外，在两者之间，在光电转换和积聚部4的重叠区域上形成表面p-区11，以便形成从重叠区域的表面上的表面p-区11穿过表面p-区12指向漏极区的电场。结果，如图5所示，大大减少了白缺陷。 
也就是说，在传统结构(如图11(a)所示的MOS型图像传感器100B)与如图5所示的新型结构(如图1和2所示的MOS型图像传感器1)之间的比较中，在10mV的噪声电平下，在新型结构中，将成为白缺陷的像素数目约为四千个，而在10mV的噪声电平下，在传统结构中，将成为白缺陷的像素数目约为一万个。此结果表明，在新型结构中白缺陷的数目大大减少。结果，在硅/硅氧化膜的界面(转移栅极电极10下面的硅衬底的表面)处产生的噪声电子被捕获在存在于表面p-区11和12中的空穴中。或者，噪声电子被从转移栅极区释放到漏极区。结果，白缺陷的数目大大减少且可以改善图像质量。 
(实施例2) 
在实施例2中，将描述用于驱动MOS型固态图像捕捉元件以进一步减少白缺陷的方法。 
在图1和2中，根据实施例2的MOS型固态图像捕捉元件1A具有与根据实施例1的MOS型固态图像捕捉元件1相同的结构。作为设置在n型半导体衬底2上的单位像素部，MOS型固态图像捕捉元件1A包括：光电二极管区，其由组成用于将光以光电方式转换成将被积聚的信号电荷的光电转换和积聚部4的第一导电性类型半导体区，和用于将光电转换和积聚部4与n型半导体衬底2的表面分离的表面p+钉扎层7；转移栅极电极10，其一端邻近于表面p+钉扎层7；以及作为第一导电性类型漏极区的电荷检测部13，其邻近于转移栅极电极10的另一端；转移栅极电极10的一端部分与光电转换和积聚部4的一端部分重叠。在从光电二极管区的上部到电荷检测部13的表面部分上，设置第二导电性类型第一区、第二导电性类型第二区和第二导电性类型第三区。第二导电性类型第一区是表面p+钉扎层7。第二导电性类型第二区是表面p-区11，其一端邻近于表面p+钉扎层7且被设置在光电转换和积聚部4的重叠区域上。第二导电性类型第三 区是表面p-区12，其一端邻近于表面p-区11且其另一端邻近于电荷检测部13。分别以形成从第二导电性类型第一区经由第二导电性类型第二区指向第二导电性类型第三区的方式来设置杂质浓度。 
使根据实施例2的MOS型固态图像捕捉元件1A不同于根据实施例1的MOS型固态图像捕捉元件1的是在光电转换和积聚部4执行光电转换以进行电荷积聚的时间段期间在转移栅极电极10与第二导电性类型半导体区(表面p-区11，12)之间施加小于+0.5V的正电位差。在根据实施例1的MOS型固态图像捕捉元件1中，在转移栅极电极10与第二导电性类型半导体区(表面p-区11，12)之间的电位差为0V。也就是说，在根据实施例2的MOS型固态图像捕捉元件1A中，在直接在转移栅极电极10下面的第二导电性类型半导体区(表面p-区11，12)的电位差小于+0.5V的状态下，可以抑制电荷积聚期间的暗噪声。因此，抑制暗噪声所需的电位差小于+0.5V且该电压比在参考文献3的情况下(0.5V或以下的负电压；例如-1V)小。因此，外围电路区的第二导电性类型阱电位(接地电位)的替代，向独立像素区的第二导电性类型阱施加小于+0.5V的正电位差，可以在不对外围电路的结构进行修改的情况下实现抑制暗噪声的用于驱动MOS型固态图像捕捉元件1A的方法。 
更具体而言，图2所示的MOS型固态图像捕捉元件1A使用n型半导体衬底。因此，独立地设置像素区中的p型半导体阱区3和5以及外围电路区(未示出)中的p型阱区，并且易于将其电分离。结果，在在电荷积聚期间向图2所示的MOS型固态图像捕捉元件1A的转移栅极电极10施加与外围电路区中的p型阱区相同的接地电位(0V)的条件下，可以通过掩埋p型半导体层3和p型阱区5向表面p-区11和12施加小于+0.5V的正电压。由于因此引起的转移栅极电极10与表面p-区11和12之间的电位差，空穴朝着表面p-区11和12的转移栅极电极10聚集，且硅/硅氧化膜界面处产生的噪声电子被捕获。 
图6是示出根据实施例2的MOS型固态图像捕捉元件1A中的减少噪声电子的结果的图表。 
如图6所示，可以理解的是，虽然与传统结构相比，在根据实施例1的MOS型固态图像捕捉元件1中噪声电子的数目较少，但在根据实施例2的MOS型固态图像捕捉元件1A的情况下，通过在转移栅极电极10与表面p-区11和12之间施加小于+0.5V(在这里为+0.4V)的正电位差，噪声 电子被进一步减少。 
图7是示出在根据本发明的实施例2的MOS型固态图像捕捉元件1A中的转移栅极电极10与表面p-区11和12之间施加的电位差在0V至+0.5V之间的电压范围内噪声电子的数目迅速减少的情况的图表。 
从图7可以理解的是，当转移栅极电极10与表面p-区11和12之间的+0.5V或以下的正电位差变得接近于+0.5V时，噪声电子被更大大减少。对于正电位差而言，更优选的范围是等于或大于0.2V且小于0.5V。 
根据具有上述结构的实施例2，使用根据实施例1的固态图像捕捉元件1并在转移栅极电极10与直接在其下面的第二导电性类型半导体区(表面p-区11，12)之间施加小于+0.5V的正电位差。结果，在硅/硅氧化膜界面的p-区中空穴浓度增加且空穴捕获噪声电子的效率增加，从而与实施例1中电位差为0V的情况相比，进一步减少白缺陷的量并实现图像质量的改善。 
在实施例2中，虽然在电荷积聚期间向转移栅极电极10施加与外围电路区中的p型阱区相同的接地电位(0V)的条件下(不限于此)，通过掩埋p型半导体层3和p型阱区5向表面p-区11和12施加小于0.5V的正电压，还可以以相反的方式施加电压。也就是说，通过经由掩埋p型半导体层3和p型阱区5向表面p-区11和12施加与外围电路相同的接地电位并向转移栅极电极10施加由添加到外围电路区的负电压生成电路提供的0.5V或以下的负电压(例如-0.4V)，也可以在转移栅极电极10与表面p-区11和12之间施加小于+0.5V的电位差。通过转移栅极电极10与表面p-区11和12之间的此类电位差，空穴朝着表面p-区11和12的转移栅极电极10聚集，且在硅/硅氧化膜界面处产生的噪声电子被捕获。在这种情况下，由于由负电压生成电路生成的电压是小于0.5V的负电压，所以不需要添加具有不同阱电位的缓冲电路以便在像素驱动电路部中施加负电压，这在传统技术中是需要的，而且不需要使电路结构复杂化。 
如上所述，用0.5V或以下的电位，可以在像素驱动电路的阱电位被保持在接地电位的同时进行操作；而且用负电压生成电路，向转移栅极电极10施加小于0.5V的负电压，以便可以实现抑制暗噪声的用于驱动MOS型固态图像捕捉元件1A的方法。 
(实施例3) 
图8是示意地示出本发明的实施例3的电子信息设备的示例性结构的 方框图，其包括在图像捕捉部中使用的根据本发明的实施例1或2的固态图像捕捉元件1或1A。 
在图8中，根据本发明的实施例3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或2的固态图像捕捉元件1或1A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以进行记录；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在显示屏(例如液晶显示屏)上显示来自固态图像捕捉装置91的彩色图像信号以进行显示；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传送来自固态图像捕捉装置91的彩色图像信号以进行通信；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打印来自固态图像捕捉装置91的彩色图像信号以进行打印。不限于此，除固态图像捕捉装置91之外，电子信息设备90可以包括存储器部92、显示器部93、通信部94、和图像输出部95中的至少任何一个。 
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，诸如数字摄像机(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、装配在包括车辆后视监控摄像机的车辆中的摄像机、或电视电话摄像机)、扫描仪、传真机、装配摄像机的蜂窝电话设备和便携式数字助手(PDA)。 
因此，根据本发明的实施例3，来自传感器模块91的彩色图像信号可以：被适当地显示在显示屏上；使用图像输出部95在一张纸上打印出；被适当地经由导线或无线电作为通信数据传送；通过执行预定数据压缩处理被适当地存储在存储器部92处；以及可以适当地执行进一步的各种数据处理。 
虽然实施例1中未详细描述，但在从光电二极管区的上部到电荷检测部的表面部分上，设置有：作为第二导电性类型半导体钉扎层的第二导电性类型第一区；第二导电性类型第二区，其一端邻近于第二导电性类型第一区且其被设置在光电转换和积聚部的重叠区域上；以及第二导电性类型第三区，其一端邻近于第二导电性类型第二区且其另一端邻近于电荷检测部，并设置其每个杂质浓度，方式为形成从第二导电性类型第一区穿过第二导电性类型第二区指向第二导电性类型第三区的电场。当然，可实现本 发明，即使在这种情况下第一导电性类型和第二导电性类型相反。 
如前所述，便携式电子信息设备是由电池来驱动，因此，实现驱动电力的电压的降低和电功率消耗的降低是重要的。由于上述结构，可以实现本发明的目的，即信号电荷在低电压驱动下从光电转换和积聚部到电荷检测部的完全转移，从而获得进一步抑制噪声和余像的高质量图像并大大抑制白缺陷。 
如上所述，通过使用本发明的优选实施例1至3来对其进行了举例说明。然而，不应仅仅基于上述实施例1至3来解释本发明。应理解的是，应基于权利要求来解释本发明。还应理解的是基于本发明的说明书和来自本发明的详细优选实施例1至3的说明的知识，本领域的技术人员可以实现等效技术范围。此外，应理解的是本说明书中所引用的任何专利、任何专利申请和任何参考文献应以与本文具体描述的内容相同的方式引入本说明书作为参考。 
工业实用性 
可以在以下领域中应用本发明：固态图像捕捉元件，其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组成、用于驱动该固态图像捕捉元件的方法、以及用于制造该固态图像捕捉元件的方法；更具体而言，涉及诸如MOS型图像传感器等能够以低电功率消耗被驱动的固态图像捕捉元件、用于驱动该固态图像捕捉元件的方法、以及用于制造该固态图像捕捉元件的方法；以及电子信息设备，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。根据本发明，可以在低电压驱动下使信号电荷完全从光电转换和积聚部转移到电荷检测部，以获得进一步抑制噪声和余像的高质量图像并大大抑制白缺陷。此外，使用相同的掩膜并改变掩膜的开口区域且使其重叠以进行离子注入，以便更简单的结构可以促进制造工艺且可以大大抑制白缺陷。 
本领域的技术人员将清楚且在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以实现其它各种修改。因此，并不意图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           MOS型固态图像捕捉元件 
2           n型半导体衬底 
3           掩埋p型半导体层 
4           光电转换和积聚部(光接收部) 
5           p型阱区 
6           元件分离区 
7           表面p+钉扎层 
8           绝缘膜 
9           转移晶体管 
10          转移栅极电极 
11          表面p-区 
12          表面p-区 
13          电荷检测部(漏极区；浮置扩散FD) 
14          复位晶体管 
15          复位栅极电极 
16，19，22  杂质扩散区 
17          放大晶体管 
18          放大栅极电极 
20          选择晶体管 
21          选择栅极电极 
41          掩埋光电二极管 
Vsig        信号线 
C1          表面p+钉扎层中的浓度 
C2          重叠区域上的表面p-区中的浓度 
C3          转移栅极电极下面的表面p-区中的浓度 
90          电子信息设备 
91          固态图像捕捉装置 
92          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，作为设置在半导体衬底中的单位像素部，包括：
光电二极管区，其包括组成用于将光以光电方式转换成信号电荷以进行电荷积聚的光电转换和积聚部的第一导电性类型半导体区，以及用于将所述光电转换和积聚部与半导体衬底的表面分离的第二导电性类型半导体钉扎层；
栅极电极，其一端邻近于第二导电性类型半导体钉扎层，其中，所述栅极电极的一端部与所述光电转换和积聚部的一端部重叠；以及
作为邻近于转移栅极电极另一端的第一导电性类型漏极区的电荷检测部，
所述固态图像捕捉元件进一步包括设置在从光电二极管区的上部到电荷检测部的表面部分中的：作为第二导电性类型半导体钉扎层的第二导电性类型第一区；第二导电性类型第二区，其一端邻近于第二导电性类型第一区且其被设置在光电转换和积聚部的重叠区域中；以及第二导电性类型第三区，其一端邻近于第二导电性类型第二区且其另一端邻近于电荷检测部，
其中，以形成从第二导电性类型第一区穿过第二导电性类型第二区指向第二导电性类型第三区的电场的方式来设置第一、第二和第三区的每个杂质浓度，
所述第二导电性类型第三区在所述栅极电极的所述一端部处仅邻近于所述第一导电性类型半导体区和所述第二导电性类型第二区；
所述第二导电性类型第三区和所述第一导电性类型半导体区被形成在第一导电性类型半导体衬底内；
所述第二导电性类型第一区的杂质浓度C1、所述第二导电性类型第二区的杂质浓度C2、以及所述第二导电性类型第三区的杂质浓度C3之间的关系被设置为C1>C2>C3，以及
所述第二导电性类型第一区距离衬底表面的深度D1、第二导电性类型第二区距离衬底表面的深度D2、以及第二导电性类型第三区距离衬底表面的深度D3之间的关系是D3>D1>D2。
2.如权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，所述第二导电性类型第一区的杂质浓度C1被设置为8×1017cm-3至3×1018cm-3，所述第二导电性类型第二区的杂质浓度C2被设置为9×1016cm-3至5×1017cm-3，且所述第二导电性类型第三区的杂质浓度C3被设置为3×1016cm-3至1×1017cm-3。
3.如权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，所述第一导电性类型半导体区被完全掩埋在半导体衬底内部，处于被其之上的第二导电性类型半导体钉扎层、邻近于第二导电性类型半导体钉扎层的一端的栅极电极、邻近于第二导电性类型半导体钉扎层的另一端并在其下面延伸的第二导电性类型区、以及相邻地在第二导电性类型区下面并设置在第一导电性类型半导体区下面的掩埋第二导电性类型区围绕的状态。
4.如权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，所述第二导电性类型第二区邻近于第二导电性类型第一区且被设置在所述栅极电极下面的光电转换和积聚部的重叠区域上。
5.如权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，所述第二导电性类型第一区与所述第二导电性类型第二区之间的边界垂直地与栅极电极的一端对齐，且所述第二导电性类型第二区与所述第二导电性类型第三区之间的边界垂直地与光电转换和积聚部的一端对齐。
6.如权利要求3所述的固态图像捕捉元件，其中，所述第二导电性类型区域围绕从第一导电性类型半导体区到第二导电性类型第二区、第二导电性类型第三区、乃至电荷检测部的区域。
7.如权利要求1所述的固态图像捕捉元件，其中，在所述光电转换和积聚部以光电方式将光转换成信号电荷以进行电荷积聚的时间段期间在转移栅极电极与第二导电性类型半导体区之间施加小于+0.5V的正电位差。
8.如权利要求7所述的固态图像捕捉元件，其中，所述正电位差在等于或大于+0.2V与小于+0.5V的范围内。
9.一种用于驱动如权利要求1所述的固态图像捕捉元件的方法，其中，在光电转换和积聚部以光电方式将光转换成信号电荷以进行电荷积聚的时间段期间在栅极电极与第二导电性类型半导体区之间施加小于+0.5V的正电位差。
10.如权利要求9所述的用于驱动固态图像捕捉元件的方法，其中，所述正电位差在等于或大于+0.2V与小于+0.5V的范围内。
11.一种用于制造如权利要求1所述的固态图像捕捉元件的方法，包括：
第二导电性类型第二区形成步骤，其形成光电转换和积聚部并随后使用相同的掩膜，通过另一离子注入形成将是第二导电性类型第二区与第二导电性类型第一区的区域；
第二导电性类型第二和第三区形成步骤，其在形成栅极电极之前，使用具有开口的掩膜在将是光电二极管区、栅极电极下面的转移栅极区、以及第一导电性类型漏极区的区域中执行离子注入，以便形成第二导电性类型第二区和第二导电性类型第三区；以及
第二导电性类型第一区形成步骤，其在形成栅极电极之后，使用具有开口并包括栅极电极的掩膜在光电二极管区执行离子注入，以形成第二导电性类型第一区，
其中所述第二导电性类型第三区在所述栅极电极的所述一端部处仅邻近于所述第一导电性类型半导体区和所述第二导电性类型第二区；
所述第二导电性类型第三区和所述第一导电性类型半导体区被形成在第一导电性类型半导体衬底内；
第二导电性类型第一区的杂质浓度C1、第二导电性类型第二区的杂质浓度C2、以及第二导电性类型第三区的杂质浓度C3之间的关系被设置为C1>C2>C3，以及
第二导电性类型第一区距离衬底表面的深度D1、第二导电性类型第二区距离衬底表面的深度D2、以及第二导电性类型第三区距离衬底表面的深度D3之间的关系是D3>D1>D2。
12.如权利要求11所述的用于制造固态图像捕捉元件的方法，其中，所述第二导电性类型第一区的杂质浓度C1被设置为8×1017cm-3至3×1018cm-3，第二导电性类型第二区的杂质浓度C2被设置为9×1016cm-3至5×1017cm-3，且第二导电性类型第三区的杂质浓度C3被设置为3×1016cm-3至1×1017cm-3。
13.如权利要求11所述的用于制造固态图像捕捉元件的方法，其中，所述第一导电性类型半导体区被完全掩埋在半导体衬底内部，处于被其之上的第二导电性类型半导体钉扎层、邻近于第二导电性类型半导体钉扎层的一端的栅极电极、邻近于第二导电性类型半导体钉扎层的另一端并在其下面延伸的第二导电性类型区、以及相邻地在第二导电性类型区下面并设置在第一导电性类型半导体区下面的掩埋第二导电性类型区围绕的状态。
14.如权利要求11所述的用于制造固态图像捕捉元件的方法，其中，所述第二导电性类型第二区邻近于第二导电性类型第一区且被设置在所述栅极电极下面的光电转换和积聚部的重叠区域上。
15.如权利要求11所述的用于制造固态图像捕捉元件的方法，其中，通过使用相同的掩膜，通过改变掩膜开口区域并使其重叠以进行离子注入，来形成第二导电性类型第一区、第二导电性类型第二区和第二导电性类型第三区。
16.如权利要求15所述的用于制造固态图像捕捉元件的方法，其中，所述第二导电性类型第一区与所述第二导电性类型第二区之间的边界垂直地与栅极电极的一端对齐，且所述第二导电性类型第二区与所述第二导电性类型第三区之间的边界垂直地与光电转换和积聚部的一端对齐。
17.如权利要求13所述的用于制造固态图像捕捉元件的方法，其中，所述第二导电性类型区围绕从第一导电性类型半导体区到第二导电性类型第二区、第二导电性类型第三区、乃至电荷检测部的区域。
18.一种电子信息设备，其包括如权利要求1至8中任何一项所述的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。
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