CN102104051B - 固体摄像装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种固体摄像装置，包括第1扩散层、电位层、第2扩散层、第3扩散层和读出电极。第1扩散层形成于第1或第2导电型半导体区域表面，按照在距半导体区域表面第1深度的位置浓度为最大的方式掺杂，第1扩散层为第2导电型。电位层在半导体区域表面上按照在正下方设置第1扩散层的方式形成，设定为规定电位。第2扩散层中的至少一部分接触于第1扩散层，为第1导电型。第3扩散层在半导体区域表面内与第1扩散层隔开地形成。读出电极在第1扩散层和第3扩散层之间，形成于半导体区域。将电子累积于用作电荷累积部的第1扩散层时，形成距半导体区域表面和第1扩散层表面之间的界面的距离为第2深度的第1导电型电荷累积部，第2深度小于第1深度。

Description

固体摄像装置及其控制方法

相关申请的交叉引用

本申请基于申请日为2009年12月16日，申请号为2009285419的日本在先专利申请，并且要求该申请的优先权，该申请的整体内容在这里供参考而引用。

技术领域

本发明涉及比如固体摄像装置及其控制方法。

背景技术

在日本特开2007258684号公报中记载到，在CMOS等的固体摄像装置中，借助通过滤波器的光，在半导体衬底上产生电子-空穴对，仅仅使电子累积于用作电荷累积部的n型扩散层。

最近，由于多像素化、光学尺寸的缩小的要求，存在上述n型扩散层的尺寸缩小的倾向。于是，能够通过n型扩散层而累积的电子的数量(下面称为“饱和电子数量”)减少，对已拍摄的图像进行再现的品质降低。

发明内容

一般来说，根据本发明的一个实施例，固体摄像装置包括第1扩散层、电位层、第2扩散层、第3扩散层与读出电极。上述第1扩散层形成于第1导电型或第2导电型的半导体衬底表面内，按照在距该半导体衬底表面为第1深度的位置上浓度为最大值的方式进行掺杂，该第1扩散层为上述第2导电型。上述电位层位于上述半导体衬底表面上，按照在正下方设置上述第1扩散层的方式形成，被设定为规定的电位。上述第2扩散层中的至少一部分接触于上述第1扩散层，该第2扩散层为上述第1导电型。上述第3扩散层位于上述半导体衬底表面内，按照与上述第1扩散层间隔开的方式形成。上述读出电极在上述第1扩散层和上述第3扩散层之间，形成于上述半导体衬底上。在将通过从上述半导体衬底的背面侧朝向表面侧照射的光而在上述半导体衬底内部产生的电子累积于用作电荷累积部的上述第1扩散层中时，形成距上述半导体衬底表面和上述第1扩散层表面之间的界面的距离为第2深度的上述第1导电型的电荷累积层，该第2深度小于上述第1深度。

附图说明

图1为第1实施方式的固体摄像装置的框图；

图2为第1实施方式的传感器核心部的框图；

图3为第1实施方式的像素的俯视图；

图4为第1实施方式的像素的剖视图；

图5为表示1个实施方式的固体摄像装置的读出动作的图；

图6为表示第1实施方式的数据的读出动作的流程图；

图7为表示第1实施方式的固体摄像装置的浓度分布的图；

图8为第2实施方式的像素的剖视图；

图9为第2实施方式的像素的剖视图；

图10为第3实施方式的像素的剖视图。

具体实施方式

下面参照附图，对第1实施方式进行说明。在说明时，在全部附图中，对于共同的部分采用共同的标号。

(第1实施方式)

通过图1，对第1实施方式的固体摄像装置及其控制方法进行说明。图1表示第1实施方式的固体摄像装置的一个结构例。另外，在下述的实施方式中，只要没有特别地说明，采用背面照射型的固体摄像装置。

如图1所示的那样，固体摄像装置1具有电源部2、传感器核心部3、控制部5和透镜6。另外，传感器核心部3具有像素部4。下面对各部分进行详细说明。

电源部2产生多个规定的电压，将该产生的电压施加于包含像素部4的传感器核心部3上。电源部2产生负电压，可将该产生的负电压供给到像素部4。

传感器核心部3具有呈矩阵状设置的多个像素。在像素部4中，根据从控制部5供给的信号RESET和信号READ，对设置了多个的像素进行复位动作，对已选择的像素进行信号的读取(读出)动作。

下面对控制部5进行说明。控制部5根据从主时钟MCK提供的时钟信号，产生固体摄像装置1的内部时钟。主时钟MCK为将设置于固体摄像装置1的外部的、比如时钟(在下面称为“外部时钟”)作为基准而获得的时钟信号。另外，控制部5从外部接收用于使固体摄像装置1的整体系统动作的控制数据(在图中，为DATA)。控制数据为比如命令或用于使固体摄像装置1的整体动作的动作定时等。具体来说，是指在通过像素部4读出接收的光的信号时，电源部2对该像素部4施加负电压的动作定时。控制部5将从外部接收到的命令中的、比如RESET信号与READ信号分别提供给像素部4。此外，控制部5对通过传感器核心部3读出的信号进行信号处理，并向外部输出。

透镜6接收来自外部的光，使该接收的光通过分解滤波器之后提供给像素部4。另外，滤波器按每个RGB对光进行分解。

另外，固体摄像装置的传感器核心部3中，除了具备像素部4以外，也可以具备CDS(Correlated double sampling，相关双取样)、AD变换电路(在下面称为“ADC部”)、锁存电路与水平移位寄存器。在这样的情况下，CDS消除从像素部4读出的信号中包含的噪音。另外，AD变换器对通过CDS去除了噪音的信号进行A/D(Analog-to-Digital，模拟至数字)变换。由此，得到比如10比特的数字信号。另外，锁存电路将通过ADC部而得到的数字信号进行锁存处理。水平移位寄存器提供将通过锁存电路进行了锁存的数字信号读出的指示。

下面通过图2，对上述传感器核心部3的像素部4的具体内容进行说明。图2为传感器核心部3的框图。

(关于像素部4)

如图2所示的那样，在像素部4上，设置有分别与各个垂直信号线VLIN1至垂直信号线VLIN(n+1)连接、并且沿垂直方向设置(m+1)个的像素10(n，m均为自然数)。即，像素部4具备呈矩阵状设置的多个像素10。另外，下面着眼于垂直信号线VLIN1，对与垂直信号线VLIN1正交的水平方向的第1线上所设置的像素10进行说明。

如图所示的那样，像素10具有MOS晶体管Tb、Tc、Td和光电二极管PD。在光电二极管PD的阴极上，形成图中未示出的电极，从电源部2对该电极施加负电压。如后所述，将负电压施加给该电极的结果是，在该电极和光电二极管PD之间会形成电容。即，在比如设置于与垂直信号线VLIN(n+1)正交的水平方向的第(m+1)线上的像素10上，会形成电容。另外，各个电容为基本相同的特性。

对MOS晶体管Tc的栅极提供由控制部5供给的信号RESET1，对漏极端提供电压VDD(比如，2.8V)，源极端与连接节点N1连接。即，MOS晶体管Tc用作产生复位电压的复位晶体管，该复位电压成为从光电二极管PD读出的信号的基准电压。

对MOS晶体管Td的栅极提供从控制部5供给的信号READ1，漏极端与连接节点N1连接，源极端连接光电二极管PD的阴极。即，MOS晶体管Td用作信号电荷读出用晶体管。另外，光电二极管PD的阳极接地。

在MOS晶体管Tb的栅极上连接有连接节点N1，电压VDD供给到漏极端，在源极端上连接有垂直信号线VLIN1。即，MOS晶体管Tb的栅极、MOS晶体管Tc的源极端以及MOS晶体管Td的漏极端通过连接节点N1而共同连接。连接节点N1为进行电位的检测的节点。另外，MOS晶体管Tb用作对信号进行放大的放大用晶体管。有时将MOS晶体管Tb表示为MOS晶体管Amp。

另外，分别传递信号RESET1和信号READ1的信号线共同连接于像素10上，该像素10设置于与垂直信号线VLIN正交的水平方向的第1线上。即，信号线为与垂直信号线VLIN正交的水平方向的第1线，分别相对于与各个垂直信号线VLIN1～垂直信号线VLIN(n+1)连接的像素10共同连接。另外，对于和垂直信号线VLIN正交的水平方向的第2至第(m+1)线也同样。

此外，设置于同一列的上述像素10经由MOS晶体管Tb中的源极端，共同连接于垂直信号线VLIN1～垂直信号线VLIN(n+1)中的某一个。下面，在不区分垂直信号线VLIN1～垂直信号线VLIN(n+1)的情况下，简称为垂直信号线VLIN。

还有，在位于同一行的像素10中，共同地提供信号RESET1～信号RESET(m+1)与信号READ1～信号READ(m+1)中的某一个信号。下面，关于信号RESET1～信号RESET(m+1)、信号READ1～信号READ(m+1)，在不进行区分的情况下，简称为信号RESET、信号READ。

再有，在传感器核心部3具备CDS电路、ADC部、锁存电路与水平移位寄存器的情况下，在图2中的各垂直信号线VLIN上连接有CDS电路、ADC部、锁存电路与水平移位寄存器。

(像素10的结构例)

下面通过图3、图4，对本实施方式的固体摄像装置所具有的像素10的结构例进行说明。图4所示的剖视结构例为沿图3中的A-A方向的剖视图。在这里，相对于硅衬底20，以形成绝缘膜25的一侧为第1方向，另外，与此相反，即，以硅衬底20的底面为第2方向。如上述那样，在本实施方式中，对背面照射型的固体摄像装置进行说明。即，将在与形成有上述MOS晶体管Tb的半导体衬底的表面(表面侧)相反一侧的衬底表面(背面侧)上形成感光面的背面照射型固体摄像装置作为一个例子而进行说明。即，与形成有半导体元件的一侧相反的一侧为曝露于入射光的一侧，为背面。以下为衬底表面的平面结构例。

如图4所示的那样，在活性区域AA内、且在硅衬底20的表面上，设置有像素10。硅衬底20比如为掺杂有硼等的杂质的p型半导体衬底。另外，该硅衬底20也可为进行了外延生长的外延层(在下面有时称为“半导体区域20”)。

另外，对元件分离区域进行划分的元件分离带(在图3中，表示为“STI”)按照包围活性区域AA(在图3中，表示为“AA”)的方式设置。另外，硅衬底20也可以为掺杂比如磷等的n型。

在硅衬底20上，电位层、比如电极26和电极27，按照宽度w1的间距而形成。

在该电极26的正下方，形成构成像素10的n型扩散层24。另外，电极27将累积于n型扩散层24中的电子读出到浮游扩散层23中，用作MOS晶体管Td的读出栅极。下面，有时将电极27称为读出电极。在这里，电极26为比如，多晶硅、或多晶硅的一部分与金属键合的CoSi、TiSi、NiSi等的金属硅化物、或Cu、Al、W等的金属材料。此外，如图所示的那样，本例的单位像素的垂直信号线VLIN方向的像素间距P，均按照共同的方式设置。

另外，分别构成上述复位晶体管Tc和放大晶体管Tb的栅极电极(在图3中，表示为Tb(Amp)，Tc(Reset))形成于活性区域AA表面上。即，在活性区域AA表面内，形成用作晶体管Tc、Tb中的源极和漏极的、图中未示出的杂质扩散层。

下面通过图4，对上述像素10的剖视结构例进行说明。

如图4所示的那样，在比如由掺杂硼等而形成的p型硅等形成的半导体衬底20的表面(第1方向侧)的内部，形成用作累积该半导体衬底内部产生的电子的电荷累积部的n型扩散层24。该n型扩散层24的底面位于从半导体衬底20的表面朝向第2方向深度为w2(＞w1)的位置。

与n型扩散层24接触、并且在半导体衬底20的内部形成p型的扩散层21。该扩散层21中的至少一部分接地。即，扩散层21为零电位。该扩散层21用作形成后述的空穴累积层的供给源。另外，扩散层21用作元件分离区域。

另外，在半导体衬底20的表面内，形成用作浮游扩散层的n型的扩散层23。在半导体衬底20的内部，形成与扩散层23的底面接触的p型的扩散层22。

在半导体衬底20上形成绝缘膜25，在该绝缘膜25上，形成按照扩散层24形成于正下方的方式设置的电极26。此外，在电极26上，施加从电源部2供给的、比如-1V左右的负电压。另外，在绝缘膜25上，电极27按照以宽度w1的间距而与电极26邻接的方式形成。在电极27上，施加从控制部5供给的正电压的信号READ。

(关于读出动作)

下面通过图5和图6，对固体摄像装置1从像素10读出通过光电二极管PD接收的光的方法进行说明。图5和图6表示在上述图4中，将由于穿过图中未示出的透镜6并被滤波器分光的光而在半导体衬底20内产生的电子-空穴对中的电子，通过晶体管Td向外部读出时的动作。另外，通过控制部5，对提供给电极26、27的电压的定时进行控制。

(步骤S1)

首先，至少在感光时，通过电源部2，在电极26上施加比如-1V左右的负电压。由此，从被设置为零电位的扩散层21而引发(誘起)出的空穴移动到扩散层24和绝缘层25之间的界面，换言之，移动到半导体衬底顶面和绝缘膜25之间的界面(图5、图6中的S 1)。

于是，在扩散层24和绝缘膜25之间的界面处引发的空穴和扩散层24之间，产生耗尽层。下面，将在半导体衬底20的界面引发的空穴的层称为空穴累积层或电荷累积层(累积空穴的层)。在这里，上述空穴累积层的向第2方向的深度(厚度)极薄，并且仅仅形成于半导体衬底20的界面上。具体来说，空穴累积层的宽度在0.01μm～0.05μm左右的范围内。其结果是，如果负电压为某一固定的值，则该耗尽层的累积电容的值为与该耗尽层所具有的宽度相对应的值。即，可在耗尽层累积的电子的数量与该耗尽层的累积电容的值成比例，如果该累积电容的值大，则与其成比例而该电子的数量增加。另外，空穴累积层的浓度对应于施加于电极26上的电压的大小而改变。即，施加于电极26上的负电压的值(绝对值)越大，空穴累积层的浓度越高。

(步骤S2)

接着，从衬底20的背面沿第1方向，即，从半导体衬底20的背面侧接收光，由此，在该半导体衬底20内产生的电子-空穴对中的电子移向扩散层24(图5、图6中的S2)。这是由在半导体衬底20内产生的电场和热扩散造成的。这些产生的电子累积于形成有耗尽层的扩散层24中。

(步骤S3)

在步骤S2之后，一边在电极26上施加负电压，一边通过电源部2在电极27上施加脉冲状的正电压(信号READ)。由此，在电极27的正下方、且在半导体衬底20的表面上形成沟道。其结果是，累积于扩散层24中的电子经由形成于电极27的正下方的沟道，经由扩散层23而被读出到外部(在图5、图6中的S3)。这样，通过像素10接收的光作为电荷而被读出到外部。另外，在将电子累积于扩散层24中时，虽然在扩散层24和绝缘膜25之间的界面产生空穴累积层，但是，该空穴累积层在上述步骤S1～S3的期间连续地形成。换言之，该空穴累积层的形成是在电极26上施加负电压的上述步骤S1～S3的期间。

(关于半导体衬底20的表面中的浓度分布)

下面通过图7，对图5中的将负电压施加于电极26上时的半导体衬底20表面的浓度分布进行说明。具体来说，对扩散层24和扩散层24与绝缘层25之间的界面中的空穴、电子等的载流子浓度分布进行说明。图7为表示在图5中沿B-B’方向的剖视图中的空穴和电子的浓度分布的图。纵轴表示浓度，横轴表示在B-B’剖面中的位置。另外，设位置B为半导体衬底20的表面。

如图7所示的那样，在电极26上施加负电压，由此，在半导体衬底20的表面的内部、且在与扩散层24和绝缘膜25之间的界面同一面上，产生空穴累积层。换言之，在位置B-B1之间，空穴浓度呈δ函数状分布。另外，如上述那样，从位置B到B1而形成的空穴累积层的宽度大约为0.01μm～0.05μm。位置B2表示扩散层24内的电子的浓度的峰值。耗尽层的宽度由表示空穴浓度的峰值的位置和表示电子浓度的峰值的位置之间的距离决定。即，如图7所示的那样，位置B1-B2的间隔为耗尽层宽度。累积电容由该耗尽层宽度确定。即，如果该耗尽层宽度的值减小，则扩散层24可累积的电子浓度增加。

(本实施方式的效果)

按照本实施方式的固体摄像装置及其控制方法，可提高再现画面的品质。

关于本实施方式的固体摄像装置及其控制方法的效果，与过去的固体摄像装置相比较地进行说明。

比如，作为过去的固体摄像装置，假定下述的结构，其中，在图4所示的扩散层24的基础上，在半导体衬底20的内部，没有形成p型的扩散层和电极26。在这里，所谓扩散层，是指通过掺杂杂质而使半导体具有极性的区域。形成下述的结构，其中，没有形成该扩散层，在半导体衬底20的表面内仅仅形成n型的扩散层24。在该例的情况下，在于扩散层24中累积感光而在半导体衬底20内产生的电子时，在半导体衬底20和绝缘膜25之间的界面及其附近产生耗尽层，从该耗尽层产生暗电流。所谓暗电流是指，即使在光电二极管PD没有接收光的期间(在下面称为“暗时”)，在半导体衬底20的内部也会产生电子和空穴从而流动的电流。即，因电子的流动，即使在暗时电流也流动，这将成为噪音的原因。作为该暗电流的发生原因的1个具体的理由，半导体衬底20/绝缘膜25(比如，氧化膜)界面上的非连续的结构的差异成为原因。即，夹持界面的一个区域为结构稳定的硅，另一区域为非晶质状的硅和氧的键合。即，在该边界，无法维持规则的键合状态，在半导体衬底20区域中的硅原子的键合子处，没有键合对象的不稳定的状态、即悬空键，在Si的键间隙(bond gap)中间处形成能级。由此，在硅晶体中，找不到对象的键合子：悬空键，成为发生、再键合中心。该发生、再键合中心有助于位于价电子带的电子的比如热激励。由此，从该价电子带激励的电子经由发生、再键合中心而向导带激励。即，在价电子带中出现失去电子的空穴，而在导带中存在电子。并且，将发生、再键合中心作为核心要素(担ぃ手)，在界面产生的电子累积于扩散层24中。这样，感光的结果是，除了在半导体衬底20内产生的电子以外，还产生暗电流(将其作为问题1)。

于是，为了防止上述暗电流的发生，过去的固体摄像装置，在图4(在这里，假设没有形成电极26)中的扩散层24上、在半导体衬底20内，形成比如掺杂硼等的空穴的p型的扩散层(图中未示出)。由此，在半导体衬底20的界面中，抑制来自耗尽层的电子的发生，从而防止暗电流。

但是，如果p型的扩散层按照扩散层24设置于其正下方的方式形成，则在与扩散层24接触的界面上，难以匹配该扩散层24的浓度峰值。因此，在p型的扩散层和扩散层24相接触的界面处，从空穴向电子的电力线(电场)的长度增加，其结果是，无法增加累积电容。即，由于累积电容小，故扩散层24中的饱和电子数减少，于是，存在比如对较亮的拍摄对象进行摄像时的S/N比减小的问题。具体来说，比如，对较亮的拍摄对象进行摄像后的图像中所包含的噪音由光散粒噪音(shot noise)决定。另外，如果光电二极管PD(在这里是扩散层24)中累积的电子的数量为n，则可通过表示在光散粒噪音中的噪音。即，由于S/N比为故随着饱和电子数量的减少而S/N比降低。由此，产生已拍摄的图像的画质变差的问题(将其作为问题2)。

在此方面，如果采用本实施方式，可防止上述问题1和问题2。如果采用本实施方式的固体摄像装置及其控制方法，则使扩散层21接地，在电极26上施加负电压。由此，扩散层21的电位高于电极26。其结果是，从扩散层21引发的空穴形成于该电极26的正下方、且形成于扩散层24的顶面，形成空穴累积层。由此，可抑制Si(硅)表面的暗电流的发生。即，可降低噪音，可提高再现画面的品质。即，可防止问题1。

上述空穴累积层所具有的宽度小于在过去的固体摄像装置中形成的、p型的扩散层的第2方向的深度。具体来说，过去的p型的扩散层的第2方向的深度在0.10μm～0.5μm的范围内。相对该情况，如前述那样，本实施方式的固体摄像装置中的空穴累积层的朝第2方向的深度为过去的1/10左右。其结果是，耗尽层宽度比过去的固体摄像装置中的耗尽层小。于是，扩散层24的累积电容增加。由此，即使在像素10的细微化得到推进而形成于衬底20表面的空穴累积层的区域(面积)变小的情况下，每单位面积的电容也增加，由此，扩散层24中的饱和电子数量增加。其结果是，S/N比增加。即，可防止已拍摄的图像变差的问题、即问题2。

另外，如果采用本实施方式的固体摄像装置及其控制方法，则电极27和电极26之间的距离w1小于构成光电二极管PD的扩散层24的深度w2。由此，在对电极27施加脉冲状的信号READ而读出累积于扩散层24中的电子时，通过电极27使得电位被调制的衬底20的区域接近扩散层24的区域。其结果是，容易读出累积于扩散层24中的全部的电子。

此外，通过电源部2而施加于电极26上的电压也可不为负电压，只要能够将相对于扩散层21的电位较低的电压施加于电极26上即可。即，施加于电极26上的电压，只要为能够使来自扩散层21的空穴产生于扩散层24的顶面的电压即可。

此外，本实施方式的固体摄像装置为背面照射型。即，在图5中，光的入射方向为第1方向。由此，即使用于电极26的材料为光透射率低的材料，入射到扩散层24中的光量也不会衰减。

(第2实施方式)

下面对第2实施方式的固体摄像装置及其控制方法进行说明。在第2实施方式的固体摄像装置及其控制方法中，将上述第1实施方式中的电极26用透明电极(后述的透明电极40)形成，该透明电极由可使接收的光透过的、比如ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)膜等形成。即，光的接收方向既可以是与上述第1实施方式相同的背面，也可来自表面一侧。另外，当向形成于电极27的正下方的沟道进行传送时，将在上述第1实施方式的读出动作中的步骤S3中施加于电极26上的负电位停止。

下面，针对结构和动作，仅对与第1实施方式不同的方面进行说明。

图8表示本实施方式的固体摄像装置。图8为沿图2中的像素10的A A方向的剖视图。如图8所示的那样，在本实施方式的固体摄像装置中，代替电极26而采用设置透明电极40的结构。该透明电极40由比如ITO(Indium Tin Oxide)膜形成。该透明电极40相对于400nm～700nm左右的可见光具有透光性。

在本实施方式的固体摄像装置及其控制方法中，在上述步骤S3中，停止对该透明电极40的负电压的施加，并且通过电源部2在电极27上施加脉冲状的正电压(信号READ)。

与上述第1实施方式相同，在电极27的正下方，在半导体衬底20的表面上产生电子。即，形成沟道，另外，由于停止在透明电极40上施加负电压，故在透明电极40的正下方、且在扩散层24的界面上，之前产生的空穴累积层消失。

其结果是，累积于扩散层24中的电子经由上述沟道被读出到外部。在停止施加于透明电极40上的负电压的期间，为在电极27上施加脉冲状的正电压的期间。至少，不对透明电极40施加负电压的期间(对透明电极40施加0V的期间)与对电极27施加脉冲状的正电压的期间重叠即可。

另外，即使在对电极27施加脉冲状的正电压的期间中，也可连续地对透明电极40施加-1V左右的负电压。即，即使为第1实施方式的结构，仍可适用本实施方式的动作。

此外，如上述那样，当在扩散层24中累积电子时，虽然在半导体衬底20的界面上产生空穴累积层，但是，该空穴累积层形成于上述步骤S1～S2的期间。换言之，该空穴累积层形成于对透明电极40施加负电压的上述步骤S1～S2的期间。

(本实施方式的效果)

即使采用本实施方式的固体摄像装置及其控制方法，仍可实现与上述第1实施方式相同的效果。即，即使在对透明电极40施加-1V左右的负电压的情况下，仍可在半导体衬底20的表面、且在扩散层24和绝缘膜25之间的界面上，形成空穴累积层。并且，形成的空穴累积层与上述第1实施方式相同，为高浓度，并且与以往相比为薄膜，因此，光电二极管PD的累积电容增加。由此，即使固体摄像装置的细微化得到推进，仍可抑制S/N比的降低，可防止拍摄对象的图像变差。

另外，在图8中，按照扩散层24设置于正下方的方式在绝缘膜25上配置有透明电极40，但是，也可以如图9那样，在含有电极27的绝缘膜25的一个面上形成该透明电极40。在这样的情况下，需要在该电极27的周围形成绝缘膜28，以使得电极27和透明电极40之间不短路。

图9为沿本实施方式的固体摄像装置中的像素10的A-A方向的剖视图。即使在该情况下，仍可实现上述效果。

此外，如果采用本实施方式的固体摄像装置及其控制方法，则如上述那样，在对电极27施加脉冲状的正电压的期间中，停止对透明电极40的负电压的施加。这样，由于在位于透明电极40的正下方的区域、在衬底20的界面上累积的空穴累积层的浓度显著减少，所以电极27的栅极宽度方向的端部(靠近透明电极40侧的一侧)的正下方的衬底20内电位变得容易通过该电极27而调制。因此，更容易传送累积于扩散层24中的信号电子，不产生累积于扩散层24内的电子的残留。即，如果没有扩散层24中的电子的残留，则不产生残像等的问题，由此，特别是对于暗时图像，可提高画质。

还有，根据图8，如所述的那样，图9中的固体摄像装置也采用可使可见光透过的透明电极40，由此，不仅可将上述结构适用于背面照射型，也可适用于过去的表面照射型。

(第3实施方式)

下面对第3实施方式的固体摄像装置及其控制方法进行说明。本实施方式的固体摄像装置中，代替上述第1、第2电极26、透明电极40，而形成比如绝缘膜41。在这里，绝缘膜41为相对于400nm～700nm左右的可见光具有透射性、并且含有负的固定电荷的电位层，比如，通过氧化铪形成的膜。下面，仅仅对与第1、第2实施方式不同的点进行说明。

通过图10，对本实施方式的固体摄像装置进行说明。图10为沿图2中的像素10的10-10方向的剖视图。如图10所示的那样，本实施方式的固体摄像装置为下述的结构，其中，代替电极26或透明电极40，设置含有负的固定电荷的绝缘膜41。即，相对于扩散层21，绝缘膜41具有负的电位。由此，即使不像上述第1、第2实施方式描述的那样供给来自电源部2的负电压，仍可在半导体衬底20的表面、且在扩散层24和绝缘膜25之间的接触界面产生空穴累积层。即，即使在不施加负电压的情况下，由于总是产生空穴累积层，由此，通过感光而在半导体衬底20的内部产生的电子也会累积于扩散层24中。另外，关于电极26和透明电极40以外的结构以及本实施方式的固体摄像装置的读出动作，除了对电极26和透明电极40施加负电压的方面以外，均与上述第1、第2实施方式相同，故省略对其的说明。

(本实施方式的效果)

即使采用本实施方式的固体摄像装置及其控制方法，仍可实现与上述第1实施方式相同的效果。即，即使在代替电极26、透明电极40而使用含有负的固定电荷的绝缘膜41的情况下，仍可在半导体衬底20的表面上、且在扩散层24和绝缘膜25之间的界面上形成空穴累积层。形成的空穴累积层与上述第1实施方式相同，为高浓度，并且相对于过去为薄膜，由此，光电二极管PD的累积电容增加。这样，即使在固体摄像装置的细微化得到推进的情况下，仍可抑制S/N比的降低，仍可防止拍摄对象的图像的变差。

另外，在图10中，绝缘膜41按照覆盖一部分电极27的方式形成于绝缘膜25上。但是，也可在距电极27离开宽度w1的位置，按照在正下方设置扩散层24的方式将绝缘膜41设置于绝缘膜25上。由于难以分别使绝缘膜41和电极27自对准(自身整合)地形成，故绝缘膜41有时会覆盖电极27的一部分的表面，因此，多为图10所示的那样的结构。

此外，与上述第2实施方式相同，在本实施方式中，由于也采用相对于400nm～700nm左右的可见光具有透射性的绝缘膜41，故不仅可适用于背面照射型，也可适用于过去的表面照射型。

还有，在前面已描述过，上述第2实施方式的动作可适用于上述第1实施方式的结构。即，在上述第1实施方式中，也可以停止对电极26的负电压的施加，并且通过电源部2将脉冲状的正电压施加于电极27上。即，在电子累积到扩散层24时，即在上述步骤S1～S2的期间，在半导体衬底20的界面上产生空穴累积层。换言之，该空穴累积层形成于对电极26施加负电压的上述步骤S1～S2的期间。在这样的情况下，即使采用上述第1实施方式，仍可实现与上述第2实施方式相同的效果。即，由于没有扩散层24中的电子的残留，因此不产生残像等的问题，故特别是对于暗时图像，仍可提高画质。

另外，说明了上述空穴累积层通过对电极26施加负电压而累积空穴的情况，但是，也有如下情况，在扩散层24的表面上形成p型的扩散层，通过形成该p型的扩散层，可将空穴累积于扩散层24的表面上。

虽然对某些实施例进行了描述，但是，这些实施例仅作为例子被提供，本发明并不限于上述实施例。实际上，在这里描述的上述新的方法和系统可按照各种其它的形式实施。另外，在不脱离本发明的实质的情况下，可按照在这里描述的方法和系统的形式给出各种省略方式、代替方式和改变方式。后附的权利要求及其等同方案覆盖所有落入本发明的范围和实质内的种种变形。

Claims (12)

1.一种固体摄像装置，其特征在于，包括：

第1导电型或第2导电型的半导体区域，该半导体区域具有：第1表面和与该第1表面相对的第2表面；

第2导电型的第1扩散层，形成于该半导体区域的第1表面内，按照在距上述半导体区域的第1表面为第1深度的位置浓度为最大值的方式进行掺杂，将通过从上述半导体区域的上述第2表面朝向上述第1表面照射的光而在该半导体区域内产生的电子累积于用作电荷累积部的上述第1扩散层时，形成距上述半导体区域的第1表面和上述第1扩散层的表面之间的界面的距离为第2深度的第1导电型的电荷累积层，该第2深度小于上述第1深度；

第1导电型的第2扩散层，至少一部分与上述第1扩散层相接而形成；

第2导电型的第3扩散层，形成于上述半导体区域的第1表面内，该第3扩散层在上述第1扩散层的与上述第2扩散层相反的一侧，形成于与上述第1扩散层隔开的位置；

绝缘膜，形成于上述半导体区域的第1表面上；

电位层，形成于与上述第1扩散层对应的上述绝缘膜上，该电位层被设定为规定的电位；

读出电极，形成于位于上述第1扩散层和上述第3扩散层之间的上述绝缘膜上；以及

控制部，在将通过受光而在上述半导体区域内生成的电子向上述第1扩散层累积的期间，向上述电位层施加比上述第2扩散层的电位低的负电压，在将累积于上述第1扩散层的电荷读出的期间，不向上述电位层施加负电压和正电压，向上述读出电极施加脉冲状的正电压。

2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述读出电极按照小于上述第1深度的间隔，与可施加比上述第2扩散层的电位低的电压的电极邻接。

3.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

施加于上述电位层的电压为负电位，上述第2扩散层的电位被设定为接地电位。

4.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述电位层为多晶硅、金属硅化物、金属以及可使入射的光透射的透明导电膜中的某一个。

5.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

在上述第1扩散层和上述电荷累积层之间形成耗尽层，该耗尽层对上述电子进行累积的电容与上述第2深度和上述第1深度之间的距离相对应。

6.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述第1扩散层形成的位置为，从上述半导体区域的第1表面开始到第3深度为止，该第3深度大于上述第1深度；

上述读出电极和上述电位层之间的距离小于上述第3深度。

7.一种固体摄像装置，包括：

像素部，具有光电二极管、电位层与读出晶体管，上述光电二极管对接收的光进行光电变换而得到电子，上述电位层设置于光电二极管的阴极上，上述读出晶体管将通过上述光电二极管进行了光电变换而得到的上述电子传送给浮游扩散层；以及

电源部，将电压传送到上述电位层；

其特征在于，

上述电压为负电压，如果上述负电压施加于上述电位层上，则在上述电位层和上述光电二极管之间形成电容，

上述光电二极管具有形成于第1导电型或第2导电型的半导体区域表面内的第1扩散层，

上述第1扩散层形成的位置为，从半导体区域的表面开始到第1深度为止，

上述读出晶体管所具有的读出电极和上述电位层之间的距离小于上述第1深度，

上述第1扩散层按照在距该半导体区域表面为第2深度的位置浓度为最大值的方式进行掺杂，该第2深度小于上述第1深度，

在将通过朝向上述半导体区域照射的光而在上述半导体区域内产生的电子累积于用作电荷累积部的上述第1扩散层中时，形成距上述半导体区域表面和上述第1扩散层表面之间的界面的距离为第3深度的上述第1导电型的电荷累积层，该第3深度小于上述第2深度，

在将通过受光而在上述半导体区域内生成的电子向上述第1扩散层累积的期间，向上述电位层施加低于第2扩散层的电位的负电压，该第2扩散层至少一部分与上述第1扩散层相接而形成，在将累积于上述第1扩散层的电荷读出的期间，不向上述电位层施加负电压和正电压，向上述读出电极施加脉冲状的正电压。

8.根据权利要求7所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述电容由上述第1导电型的电荷累积层和上述第1扩散层形成。

9.根据权利要求8所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述电容的值与上述第1导电型的电荷累积层所形成的上述第3深度和上述第2深度之间的距离相对应。

10.根据权利要求7所述的固体摄像装置，其特征在于，

上述电位层为可使入射的光透射的透明导电膜。

11.一种固体摄像装置的控制方法，其特征在于，包括：

通过在电位层上施加负电压，在形成于半导体区域表面上的第1扩散层和上述电位层之间的界面之间，形成第1导电型的电荷累积层的步骤，上述电位层在上述半导体区域表面上，并且，上述电位层按照在其正下方设置上述第1扩散层的方式形成，上述第1扩散层按照在距上述半导体区域表面为第1深度的位置浓度为最大值的方式进行掺杂，上述电荷累积层距上述半导体区域表面和上述第1扩散层表面之间的界面的距离为第2深度，该第2深度小于上述第1深度；

通过上述电荷累积层和上述第1扩散层形成耗尽层的步骤；

将通过从上述半导体区域的背面侧朝向表面侧照射的光而在上述半导体区域内产生的电子累积于用作电荷累积部的上述第1扩散层中的步骤；

通过在读出电极上施加电压而在该读出电极和上述半导体区域界面上形成沟道，由此，将上述电子传送到浮游扩散层的步骤，上述浮游扩散层在半导体区域表面，按照与第1扩散层隔开的方式形成，

在将通过受光而在上述半导体区域内生成的电子向上述第1扩散层累积的期间，向上述电位层施加低于第2扩散层的电位的负电压，该第2扩散层至少一部分与上述第1扩散层相接而形成，在将累积于上述第1扩散层的电荷读出的期间，不向上述电位层施加负电压和正电压，向上述读出电极施加脉冲状的正电压。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，

将电压施加于上述读出电极的定时在停止了对上述电位层施加的负电压之后。