CN102196198A - 固体摄像器件、其制造方法和驱动方法、以及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了固体摄像器件、其制造方法和驱动方法、以及电子装置。所述固体摄像器件包括：多个像素，各像素由光电转换部和像素晶体管形成；浮动扩散部，从平面图看时该浮动扩散部位于每个光电转换部的区域内；以及传输晶体管的垂直传输栅极电极，该垂直传输栅极电极包围着各个光电转换部的至少一部分且沿基板的深度方向而被形成，并且所述传输晶体管用于构成所述像素晶体管。根据本发明，即使在减小像素尺寸的情况下，也能够实现大面积的光电转换部，从而能够增大固体摄像器件中的饱和电荷量、提高电荷传输效率并抑制暗电流。此外，能够得到具有高灵敏度和高图像品质的电子装置，并能提供具有高可靠性的电子装置。

Description

固体摄像器件、其制造方法和驱动方法、以及电子装置
相关申请的交叉参考
本申请包含与2010年1月29日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-019598的公开内容相关的主题，在此将该优先权专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及固体摄像器件、其制造方法和驱动方法、以及适用于包括该固体摄像器件的照相机等的电子装置。
背景技术
作为固体摄像器件，已使用了CMOS固体摄像器件。CMOS固体摄像器件具有低电源电压和低电力消耗，因而已被使用在数码照相机、数码摄像机、以及诸如装配有照相机的手机等各种便携式终端装置中。
CMOS固体摄像器件由像素区域和周边电路部构成，在该像素区域中规则地且呈二维地布置有多个像素，各像素包括作为光电转换部的光电二极管和多个像素晶体管，上述周边电路部设置在该像素区域周围。上述周边电路部包括：沿列方向传播信号的列电路(垂直驱动单元)；以及把由列电路等传播的各列信号依次传输给输出电路的水平电路(水平传输单元)。上述多个像素晶体管通常被配置成传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管这三个晶体管，或者被配置成还包括选择晶体管的四个晶体管。
近来，已经研发出了能够使像素尺寸小型化而不会降低饱和电荷量(Qs)或灵敏度的CMOS固体摄像器件(见日本专利申请公开公报特开第2005-223084号)。这种CMOS固体摄像器件包括形成于半导体基板内的各光电二极管的pn结，还包括在半导体基板的深度方向上具有垂直传输栅极电极的传输晶体管。各光电二极管的pn结的一部分被形成得在像素晶体管下方延伸，这样即使像素面积减小，也能够扩大光电二极管的面积。
日本专利申请公开公报特开第2006-506813号公开了这样一种器件分离区域：其中，在基板中填充有多晶硅层，或者在基板正面上隔着栅极氧化物层而形成有被施加负偏压的多晶硅电极层，以作为器件分离区域。通过施加负偏压，能够抑制暗电流。
目前，对于例如日本专利申请公开公报特开第2005-223084号所公开的固体摄像器件(其中，在基板内形成有垂直传输栅极电极并形成有光电二极管)，传输栅极电极位于光电二极管的中央处，因此不能充分扩大光电二极管面积。于是，可能会导致饱和电荷量的减小。这种趋势会随着单位像素尺寸的减小而变得更加明显，并且想要确保饱和电荷量也变得异常困难。此外，随着单位像素尺寸的减小，由于用于决定垂直传输晶体管的布置的光致抗蚀剂掩模的限制，因而使微细加工变得更加困难。
对于例如日本专利申请公开公报特开第2006-506813号所公开的固体摄像器件，其中器件分离区域由被施加负偏压的多晶硅膜制成，在一定程度上抑制了暗电流，但被施加负偏压的区域受到了限制，因此对暗电流的抑制不充分。
另一方面，对于固体摄像器件，在像素尺寸小型化时，期望提高从光电二极管到浮动扩散部的电荷传输效率。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是期望提供一种固体摄像器件、其制造方法和驱动方法，其中，即使在减小像素尺寸的情况下，也能够增大饱和电荷量、提高电荷传输效率、并抑制暗电流。本发明的另一目的是期望提供一种适用于包括该固体摄像器件的照相机等的电子装置。
本发明实施例的固体摄像器件包括：多个像素，各所述像素由光电转换部和像素晶体管形成；以及浮动扩散部，从平面图看时所述浮动扩散部位于每个所述光电转换部的区域内。此外，本发明实施例的固体摄像器件还包括传输晶体管的垂直传输栅极电极，所述垂直传输栅极电极包围着各个所述光电转换部的至少一部分且优选包围着各个所述光电转换部的全部，所述垂直传输栅极电极沿基板的深度方向而被形成，并且所述传输晶体管用于构成所述像素晶体管。
根据本发明实施例的固体摄像器件，所述像素具有位于构成所述光电转换部用的区域内的浮动扩散部，从而能够实现大面积的光电转换部。所述垂直传输栅极电极包围着所述光电转换部周围的至少一部分，优选包围着所述光电转换部周围的全部，以便将电荷从所述周围传输给所述浮动扩散部。在累积电荷时，当向所述垂直传输栅极电极施加负偏置电压时，在所述垂直传输栅极电极下方的半导体区域的界面处发生空穴钉扎。
本发明实施例的固体摄像器件制造方法包括如下步骤：在半导体基板的半导体阱区域中与各个像素对应地形成光电转换部；以及在所述半导体基板中以包围着各个所述光电转换部的方式形成凹槽。此外，所述方法还包括：在所述凹槽的内表面上以包围着各个所述光电转换部的整个周围的方式形成用于构成像素晶体管的传输晶体管的垂直传输栅极电极，且所述凹槽的内表面与所述垂直传输栅极电极之间设有栅极绝缘膜。另外，所述方法还包括：在从平面图看时与所述光电转换部的区域对应的所述半导体基板正面侧处形成浮动扩散部。
根据本发明实施例的固体摄像器件制造方法，形成了包围着各光电转换部的凹槽，然后形成了垂直传输栅极电极(栅极绝缘膜介于凹槽与垂直传输栅极电极二者之间)，因而能够得到大面积的凹槽，并且有利于垂直传输栅极电极的微细加工。另外，在与光电转换部的区域对应的半导体正面侧处形成了浮动扩散部，因而能够实现大面积的光电转换部。所述垂直传输栅极电极被形成得包围着所述浮动扩散部，使得在从所述光电转换部读出电荷时，能够从所述浮动扩散部的周围进行电荷传输。
本发明实施例提供一种固体摄像器件驱动方法，该固体摄像器件包括：多个像素，各所述像素由光电转换部和像素晶体管形成；以及浮动扩散部，从平面图看时所述浮动扩散部位于每个所述光电转换部的区域内。所述固体摄像器件还包括传输晶体管的垂直传输栅极电极，所述垂直传输栅极电极包围着各个所述光电转换部的一部分或全部，所述垂直传输栅极电极沿基板的深度方向而被形成，并且所述传输晶体管用于构成所述像素晶体管。对于本发明实施例，在累积电荷时向所述垂直传输栅极电极施加负偏置电压，并且在电荷传输时向所述垂直传输栅极电极施加正偏置电压。
根据本发明实施例的固体摄像器件驱动方法，向垂直传输栅极电极施加负偏置电压，从而在所述垂直传输栅极电极下方的半导体区域的界面处发生空穴钉扎。
本发明实施例的电子装置包括：固体摄像器件；光学系统，其用于将入射光引导至所述固体摄像器件的光电二极管；以及信号处理电路，其用于处理来自所述固体摄像器件的输出信号。所述固体摄像器件具有多个由光电转换部和像素晶体管形成的像素，并具有从平面图看时位于每个所述光电转换部的区域内的浮动扩散部。所述固体摄像器件还包括传输晶体管的垂直传输栅极电极，所述传输晶体管用于构成所述像素晶体管，所述垂直传输栅极电极包围着各个所述光电转换部的一部分或全部周围，并且所述垂直传输栅极电极沿基板的深度方向而被形成。
利用本发明实施例的电子装置，固体摄像器件的像素包括位于构成光电转换部的区域内的浮动扩散部，从而能够实现大面积的光电转换部。所述垂直传输栅极电极被形成得包围着所述光电转换部周围的至少一部分，或优选包围着所述光电转换部周围的全部，以便将电荷从所述周围传输给所述浮动扩散部。当在累积电荷时向所述垂直传输栅极电极施加负偏置电压时，在所述垂直传输栅极电极下方的半导体区域的界面处发生空穴钉扎。
利用本发明实施例的固体摄像器件，即使减小像素尺寸，也能够实现大面积的光电转换部，从而能够增大饱和电荷量。当从光电转换部传输电荷时，将电荷从周围传输至浮动扩散部，由此能有效地传输电荷。可以向垂直传输栅极电极施加负偏置电压，并且通过累积电荷时的负偏置电压，在垂直传输栅极电极下方的半导体区域的界面处发生空穴钉扎，从而能够抑制暗电流。
利用本发明实施例的固体摄像器件制造方法，即使减小像素尺寸，也有利于垂直传输栅极电极的微细加工。能够容易且精确地制造出这样的固体摄像器件：其中增大了饱和电荷量、提高了电荷传输效率并抑制了暗电流。
利用本发明实施例的固体摄像器件驱动方法，对于具有上述像素结构的固体摄像器件而言能够抑制暗电流。
在本发明实施例的电子装置中，能够设有上述固体摄像器件，从而能够得到具有高灵敏度和高图像品质的电子装置，并能够提供具有高可靠性的电子装置。
附图说明
图1是适用于本发明固体摄像器件的CMOS固体摄像器件的示意性结构图。
图2是单位像素的示例的等效电路图。
图3是两个像素间共用的单位像素组的等效电路图。
图4是图示了本发明固体摄像器件第一实施例的主要部分的示意性平面图。
图5是沿图4中的线V-V而得到的示意性截面图。
图6A和图6B是为第一实施例固体摄像器件的操作说明而提供的示意性平面图和示意性截面图。
图7是适用于第一实施例中的驱动脉冲的时序图。
图8是在将第一实施例固体摄像器件应用至背面照射型固体摄像器件的情况下的主要部分的示意性截面图。
图9是在将第一实施例固体摄像器件应用至正面照射型固体摄像器件的情况下的主要部分的示意性截面图。
图10A～图10C是第一实施例固体摄像器件的第一种制造方法示例的制造工序图(第一部分步骤)。
图11D～图11F是第一实施例固体摄像器件的第一种制造方法示例的制造工序图(第二部分步骤)。
图12G～图12H是第一实施例固体摄像器件的第一种制造方法示例的制造工序图(第三部分步骤)。
图13是第一实施例固体摄像器件的第一种制造方法示例的制造工序图(第四部分步骤)。
图14A～图14C是第一实施例固体摄像器件的第二种制造方法示例的制造工序图(第一部分步骤)。
图15D～图15F是第一实施例固体摄像器件的第二种制造方法示例的制造工序图(第二部分步骤)。
图16G～图16H是第一实施例固体摄像器件的第二种制造方法示例的制造工序图(第三部分步骤)。
图17I～图17J是第一实施例固体摄像器件的第二种制造方法示例的制造工序图(第四部分步骤)。
图18是图示了本发明固体摄像器件第二实施例的示意性平面图。
图19是沿图18中的线XIX-XIX而得到的示意性截面图。
图20是图示了本发明固体摄像器件第三实施例的主要部分的示意性平面图。
图21是图示了本发明固体摄像器件第四实施例的主要部分的示意性截面图。
图22是图示了本发明固体摄像器件第四实施例的第一变形例中的主要部分的示意性截面图。
图23是图示了本发明固体摄像器件第四实施例的第二变形例中的主要部分的示意性截面图。
图24是图示了本发明固体摄像器件第五实施例的主要部分的示意性平面图。
图25A～图25C是图示了本发明固体摄像器件第六实施例的单位像素的主要部分的示意性平面图。
图26是图示了本发明固体摄像器件第七实施例的主要部分的示意性结构图。
图27是图示了本发明固体摄像器件第八实施例的主要部分的示意性平面图。
图28是图27中的主要部分的示意性截面图。
图29是图示了本发明固体摄像器件第八实施例的第一变形例中的主要部分的示意性截面图。
图30是图示了本发明固体摄像器件第八实施例的第二变形例中的主要部分的示意性截面图。
图31是图示了本发明固体摄像器件第九实施例的主要部分的示意性平面图。
图32是图31中的主要部分的示意性截面图。
图33是图示了本发明固体摄像器件第九实施例的第一变形例中的主要部分的示意性平面图。
图34是图示了本发明固体摄像器件第九实施例的第二变形例中的主要部分的示意性平面图。
图35是本发明第十一实施例的电子装置的示意性结构图。
具体实施方式
下面说明本发明的实施例。值得注意的是，将会按照下面的顺序进行说明。
1、MOS固体摄像器件的整体结构示例
2、第一实施例(固体摄像器件的结构示例和制造方法)
3、第二实施例(固体摄像器件的结构示例)
4、第三实施例(固体摄像器件的结构示例)
5、第四实施例(固体摄像器件的结构示例)
6、第五实施例(固体摄像器件的结构示例)
7、第六实施例(固体摄像器件的结构示例)
8、第七实施例(固体摄像器件的结构示例)
9、第八实施例(固体摄像器件的结构示例)
10、第九实施例(固体摄像器件的结构示例)
11、第十实施例(固体摄像器件的结构示例)
12、第十一实施例(电子装置的结构示例)
1、CMOS固体摄像器件的整体结构示例
图1示出了适用于本发明各实施例的MOS固体摄像器件示例的整体结构。如图1所示，本示例的固体摄像器件1由像素区域(也称作摄像区域)3以及周边电路部构成。在像素区域3中，多个包括光电转换部的像素2规则地呈二维地布置在半导体基板11(例如硅基板)上。可使用由一个光电转换部和多个像素晶体管组成的单位像素作为像素2。此外，可使用像素共用结构作为像素2，在该像素共用结构中，多个光电转换部共用除了传输晶体管之外的其他像素晶体管。如相关技术的说明中所述，上述多个像素晶体管可由三个晶体管或者四个晶体管组成。
周边电路部由垂直驱动电路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等组成。
控制电路8接收输入时钟和用于指示操作模式的数据，并输出例如固体摄像器件的内部信息等数据。也就是说，利用控制电路8，基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟而生成时钟信号和控制信号以作为对垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等进行操作的基准。这里所生成的信号被输入至垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等中。
垂直驱动电路4例如由移位寄存器构成，并且对像素驱动行进行选择，把用于驱动像素的脉冲提供给所选择的像素驱动行，以便逐行驱动像素。也就是说，垂直驱动电路4沿垂直方向依次逐行地对像素区域3中的各个像素2进行选择性地驱动。基于信号电荷(该信号电荷是根据所接收到的光量而在各个像素2的作为光电转换部的例如光电二极管中生成的)的像素信号经由垂直信号线9而被馈送给列信号处理电路5。
列信号处理电路5例如设置在像素2的各列中，并且对于各像素列中从一行像素2输出的信号进行诸如噪声消除等信号处理。也就是说，列信号处理电路5进行如下的信号处理：例如，用于消除像素2所特有的固态模式噪声(solid-state pattern noise)的CDS(相关双采样)处理、信号放大、以及AD(模拟/数字)转换等。在列信号处理电路5的输出级处，设有连接至水平信号线10的水平选择开关(未图示)。
水平驱动电路6例如由移位寄存器组成，通过依次输出水平扫描脉冲从而依次选择各个列信号处理电路5，并且从各个列信号处理电路5把像素信号输出至水平信号线10。
输出电路7对通过水平信号线10依次从各个列信号处理电路5提供的信号进行信号处理，并输出该信号。例如，在某些情况下可以仅进行缓存，而在其他一些情况下可以进行黑电平调节、列差异修正以及各种类型的数字信号处理等。输入/输出端子12与外部进行信号交换。
图2是单位像素21的等效电路图。本示例的单位像素21由用作光电转换部的光电二极管PD和四个像素晶体管组成。这四个像素晶体管由传输晶体管Tr1、复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4构成。下面，例如将n沟道MOS晶体管用作像素晶体管Tr1～Tr4。
光电二极管PD与传输晶体管Tr1连接。传输晶体管Tr1通过浮动扩散部FD与复位晶体管Tr2连接。通过被提供给传输晶体管Tr1的栅极的传输脉冲φTG，将已由光电二极管PD光电转换并累积于光电二极管PD中的信号电荷(在本例中，是指电子)传输给浮动扩散部FD。
浮动扩散部FD与放大晶体管Tr3的栅极连接。放大晶体管Tr3的漏极及复位晶体管Tr2的漏极与电源VDD连接。此时，复位晶体管Tr2的源极(传输晶体管Tr1的漏极)用作浮动扩散部FD。在将信号电荷从光电二极管PD传输给浮动扩散部FD之前，通过被提供给复位栅极的复位脉冲φRST对浮动扩散部FD的电位进行复位。
放大晶体管Tr3的源极与选择晶体管Tr4的漏极连接，该选择晶体管Tr4的源极与垂直信号线9连接。将选择脉冲φSEL提供给选择晶体管Tr4的栅极以使栅极变成导通状态，并选择像素2。在复位晶体管Tr2将浮动扩散部FD的电位复位之后，放大晶体管Tr3通过选择晶体管Tr4将浮动扩散部FD的电位作为复位电平而输出至垂直信号线9。此外，在将信号电荷传输给传输晶体管Tr1之后，放大晶体管Tr3通过选择晶体管Tr4将浮动扩散部FD的电位作为信号电平而输出至垂直信号线9。值得注意的是，选择晶体管Tr4可以采用被连接在电源VDD与放大晶体管Tr3的漏极之间的结构。此时，放大晶体管Tr3的源极与垂直信号线9连接。
图3示出了两个像素间共用的单位像素组22的等效电路。本示例的单位像素组22被配置成使得一个像素晶体管部被共用在作为两个光电转换部的两个光电二极管PD(PD1、PD2)之间。也就是说，单位像素组22由两个光电二极管PD、两个传输晶体管Tr11和Tr12、一个浮动扩散部FD、复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3以及选择晶体管Tr4构成。传输晶体管Tr11和Tr12的每一者通过共用的浮动扩散部FD与复位晶体管Tr2连接，并且浮动扩散部FD与放大晶体管Tr3的栅极连接。复位晶体管Tr2的漏极及放大晶体管Tr3的漏极与电源VDD连接，放大晶体管Tr3的源极与选择晶体管Tr4的漏极连接。选择晶体管Tr4的源极与垂直信号线9连接。向传输晶体管Tr11和Tr12每一者的栅极施加传输脉冲，向复位晶体管Tr2的栅极施加复位脉冲，并向选择晶体管Tr4的栅极施加选择脉冲。
2、第一实施例
固体摄像器件的结构示例和制造方法
图4和图5示出了本发明固体摄像器件的第一实施例。本实施例是适用于其中排列有单位像素21的CMOS固体摄像器件的实例。图4是像素区域3中的主要部分的示意性平面图，图5是沿图4中的线V-V的示意性截面图。
如图4所示，第一实施例的固体摄像器件31具有布置在像素区域3上的多个单位像素21，各单位像素21由像素晶体管和作为光电转换部的光电二极管PD构成。对于每个单位像素21，形成有浮动扩散部FD，从平面图看时所述浮动扩散部位于构成光电二极管PD的区域内，并且传输晶体管Tr1的垂直传输栅极电极33包围着每个光电二极管PD的整个周围。附图标记34表示像素晶体管区域。根据本实施例，浮动扩散部FD形成在与光电二极管PD对应的区域的中央处。在半导体基板35内沿深度方向形成有单个或多个光电二极管PD。根据本实施例，如图5所示，沿深度方向以层叠的方式形成有两个光电二极管PDa和PDb。
在每个单位像素21的像素晶体管区域34上形成有复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。复位晶体管Tr2由作为源极和漏极的一对非本征半导体区域37和38以及例如多晶硅复位栅极电极41构成。放大晶体管Tr3由作为源极和漏极的一对非本征半导体区域38和39以及例如多晶硅放大栅极电极42构成。选择晶体管Tr4由作为源极和漏极的一对非本征半导体区域39和40以及例如多晶硅选择栅极电极43构成。
在相邻的单位像素21之间形成有用于使不同单位像素21的器件相互分离的器件分离区域44。器件分离区域44可由例如通过向凹槽中埋置绝缘膜而形成的绝缘性器件分离区域构成。可供选择地，器件分离区域44可由位于凹槽内的掺杂物扩散区域(有绝缘膜介于掺杂物扩散区域与凹槽内表面二者之间)构成。
利用图5的截面图，来说明单位像素21的沿线V-V的截面结构。可以使用第一导电型(例如n型)半导体基板或者第二导电型(例如p型)半导体基板作为半导体基板35。也可用半导体阱区域代替半导体基板35。根据本实施例，在n型半导体基板35中形成有各个单位像素21的第一光电二极管PDa和第二光电二极管PDb。第一光电二极管PDa形成了pn结，该pn结具有作为电荷累积区域的n型半导体区域51和位于n型半导体区域51上的p型半导体区域52。第二光电二极管PDb形成了pn结，该pn结具有作为电荷累积区域的n型半导体区域53和位于n型半导体区域53上的p型半导体区域54。
第一光电二极管PDa和第二光电二极管PDb沿深度方向埋置于半导体基板35中，并且层叠起来，使得p型半导体区域52和54位于基板正面侧。
另一方面，从基板正面到达第二光电二极管PDb的深度位置处的凹槽55被形成得包围着各个单位像素21的光电二极管PD(PDa、PDb)。从凹槽55的内表面到基板正面上形成了由例如氧化硅膜等制成的栅极绝缘膜56，进一步，在凹槽55内壁面的栅极绝缘膜56上形成了传输栅极电极33。传输栅极电极33被分离开以用于各个单位像素21并被形成得包围着光电二极管PD(Pda、PDb)。传输栅极电极33被形成得从凹槽内壁面延伸至半导体基板正面的一部分。
垂直传输栅极电极331由形成在凹槽55内壁面上的栅极电极33构成。此外，水平传输栅极电极332由从垂直传输栅极电极331延续并沿基板正面延伸的栅极电极33构成。由绝缘膜制成的侧壁57形成在水平传输栅极电极332的侧部上。
在半导体基板35的与各个单位像素21的光电二极管PD(PDa、PDb)的区域对应的正面侧处形成有由n型半导体区域构成的浮动扩散部FD。从平面图看时，浮动扩散部FD形成在构成光电二极管PD的区域的中央处。
第一光电二极管PDa的n型半导体区域51和第二光电二极管PDb的n型半导体区域53具有比p型半导体区域52和54宽的面积，这个宽出来的面积部分形成在垂直传输栅极电极331下方，即邻近于与凹槽壁面对应的沟道区域58。沟道区域58可由低掺杂浓度的n区域或者由p区域形成。
凹槽55(在其内壁面上形成有垂直传输栅极电极331)的中央部分具有例如填充进来的绝缘层59以形成器件分离区域44。也就是说，在相邻像素的垂直传输栅极电极331之间形成有器件分离区域44。尽管未图示，但在形成于半导体基板35正面侧处的p型半导体阱区域上形成有复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。在半导体基板35的正面上，形成层间绝缘膜61并在层间绝缘膜61上形成布线层63，该布线层63中布置有多层布线62。所需的布线62通过导体柱塞64与单位像素21的所需部分连接。
对于上述光电二极管PDa和PDb，通过p型半导体区域54将光电二极管PDa和PDb分离。在多个光电二极管层叠在一起的情况下，这些光电二极管PD逐层地被各光电二极管PD的p型半导体区域分离。然而，这种结构不限于必须包括该p型半导体区域。
光电二极管PDa的p型半导体区域52把浮动扩散部FD和光电二极管PDa分离。
沿基板的深度方向层叠起来的光电二极管PDa和PDb的p型半导体区域52和54被形成得与在垂直传输栅极电极331下方形成沟道区域58用的凹槽壁面充分远离。因此，在累积电荷时，在一个光电二极管PD的作为电荷累积区域的n型半导体区域中所累积的电荷能够自由地移动到另一个光电二极管PD的作为电荷累积区域的n型半导体区域中。
下面，说明第一实施例的固体摄像器件31的操作(驱动方法)。在累积电荷时，由入射光经过光电转换所产生的电荷(在本例中为电子)根据电位梯度而被累积在n型半导体区域51和53(该n型半导体区域51和53作为光电二极管PD(PDa、PDb)的电荷累积区域)之一中。累积在光电二极管PDa或PDb中的电荷能够在光电二极管PDa和PDb之间自由地输运。在某一个光电二极管PD中出现过多累积的情况下，多余的电荷就被传输至另一个光电二极管PD。例如，在光电二极管PDa的n型半导体区域51中累积了过量电荷的情况下，通过垂直传输栅极电极331下方的沟道区域58与p型半导体区域54之间的空间将多余的电荷传输给另一个光电二极管PDb的n型半导体区域53。反之亦然。在累积电荷时，优选向传输栅极电极33(331、332)施加负偏置电压。利用该负偏置电压，使得空穴累积在传输栅极电极33(331、332)下方的沟道区域58中，并且发生所谓的空穴钉扎从而抑制暗电流。
在读出信号电荷等时发生电荷传输的时刻，向传输栅极电极33(331、332)施加正电压，并使传输晶体管Tr1导通。此时，对垂直传输栅极电极331所包围着的光电二极管PD的电荷累积区域进行调制，从而向着垂直传输栅极电极331的下方出现电位梯度。在电荷累积区域中所累积的电荷根据其电位梯度而被传输至垂直传输栅极电极331的下方。接着，通过形成于垂直传输栅极电极331和水平传输栅极电极332下方的沟道区域58将电荷传输至浮动扩散部FD。也就是说，如图6B中的箭头a所示，通过形成于垂直传输栅极电极331和水平传输栅极电极332下方的沟道区域58将累积在光电二极管PDa、PDb的n型半导体区域51和53中的电荷传输至浮动扩散部FD。这时，如图6A中的箭头a所示，垂直传输栅极电极331和水平传输栅极电极332包围着位于中央处的浮动扩散部FD，从而将电荷从周围传输至浮动扩散部FD。由于浮动扩散部FD位于中央处，因此能够以最短的距离将全部电荷从周围传输至浮动扩散部FD，从而提高了电荷传输效率。
在本发明各实施例的固体摄像器件中，可根据布线布局来随意地改变单位像素及像素的共用方式，像素晶体管也可相当于三晶体管型和四晶体管型中的任一者。因此，虽然能适用于任何驱动方式，但图7仅示出了作为单位像素基本操作的时序图的一种驱动方式示例。
在通过施加选择脉冲φSEL来读出一行像素的周期T1中，将选择晶体管Tr4维持在导通状态。将复位脉冲φRST施加至复位晶体管Tr2的复位栅极，并将浮动扩散部FD的电荷复位。在复位之后，将传输脉冲φTG施加至传输晶体管Tr1的传输栅极，并将像素的信号电荷读出。
根据第一实施例的固体摄像器件31，垂直传输栅极电极331被形成得包围着光电二极管PD，并且浮动扩散部FD设置在与光电二极管PD对应的区域内。因此，增大了光电二极管PD的面积，且饱和电荷量增大。也就是说，即使减小像素尺寸，也能够增大饱和电荷量，提高灵敏度。通过在深度方向上将多层的光电二极管PD层叠起来，可进一步增大每个单位像素的饱和电荷量，从而进一步提高灵敏度。
电荷从浮动扩散部FD的周围传输至浮动扩散部FD，这使得电荷的传输路径变为最短距离，因此能够提高电荷传输效率。在累积电荷时通过向传输栅极电极33(331、332)施加负偏置电压，能够抑制暗电流。
图8示出了将第一实施例的固体摄像器件31应用至背面照射型固体摄像器件的示例。与上面所说明的类似，本示例的背面照射型固体摄像器件311具有位于半导体基板35内的光电二极管PDa和PDb这两层以及包围着这两层的垂直传输栅极电极331和水平传输栅极电极332。每个单位像素21的浮动扩散部FD与光电二极管PDa、PDb区域的中央对应地形成在基板正面侧处。形成有用于使不同的单位像素21相互分离的器件分离区域44。在基板正面上形成有布线层63(其中设有多层布线62)，在布线层63的顶部上粘结有例如由硅基板等制成的支撑基板81。另一方面，在各单位像素21的基板背面上形成有用于抑制暗电流的p型半导体区域82，并且在基板的背面上形成有绝缘膜83并在绝缘膜83上依次形成有滤色器84和片上透镜85。其他部分的结构与第一实施例所述的结构相同，因此与图5对应的部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。
根据本示例的背面照射型固体摄像器件311，类似于上面的说明，即使减小像素尺寸，也能够增大饱和电荷量，提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率，并且在累积电荷时抑制暗电流。由于该固体摄像器件是背面照射型的，因此与正面照射型相比提高了灵敏度。
图9示出了将第一实施例的固体摄像器件31应用至正面照射型固体摄像器件的示例。与上面的说明一样，本示例的正面照射型固体摄像器件312在半导体基板35内具有光电二极管PDa和PDb这两层以及包围着这两层的垂直传输栅极电极331和水平传输栅极电极332。每个单位像素21的浮动扩散部FD与光电二极管PDa、PDb区域的中央对应地形成在基板正面侧处。形成有用于使不同的单位像素21相互分离的器件分离区域44。在基板正面上形成有布线层63(其中设有多层布线62)，并且布线62形成在除了光电二极管PDa和PDb上之外的其他区域上。在布线层63上形成有由绝缘膜制成的平坦化膜86并在平坦化膜86上依次形成有滤色器84和片上透镜85。其他部分的结构与第一实施例所述的结构相同，因此与图5对应的部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。
根据本示例的正面照射型固体摄像器件312，类似于上面的说明，即使减小像素尺寸，也能够增大饱和电荷量，提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率，并在累积电荷时抑制暗电流。
固体摄像器件的制造方法示例1
接着，图10A～图13示出了上述固体摄像器件31的制造方法的第一示例。
首先，如图10A所示，在硅半导体基板66上形成具有相对较低掺杂浓度的n型半导体阱区域35。在n型半导体阱区域35中埋置而形成第一光电二极管PDa和第二光电二极管PDb，且第一光电二极管PDa和第二光电二极管PDb沿基板深度方向层叠着。第一光电二极管PDa具有用作电荷累积区域的n型半导体区域51和p型半导体区域52。第二光电二极管PDb具有用作电荷累积区域的n型半导体区域53和p型半导体区域54。光电二极管PD(PDa、PDb)都形成在与单位像素21对应的区域上。光电二极管PD是利用离子注入法通过诸如抗蚀剂掩模等掩模来形成的。通过热氧化法在半导体基板66的正面上形成栅极绝缘膜(氧化硅膜)56。
接着，如图10B所示，在栅极绝缘膜56上形成硬掩模68，该硬掩模68由相对于栅极绝缘膜56及其下方的硅基板66而言具有不同蚀刻速率的绝缘膜制成。通过硬掩模68进行干式蚀刻，形成自基板正面到达第二光电二极管PDb的深度位置处的凹槽55以用于使单位像素21相互分离。凹槽55被形成得包围着第一光电二极管PDa和第二光电二极管PDb的整个周围。
随后，如图10C所示，利用热氧化法在凹槽55的内壁面上形成栅极绝缘膜56。接着，在除去硬掩模68之后，在位于凹槽内壁面(整个内壁)及基板正面上的栅极绝缘膜56上形成传输晶体管Tr1的传输栅极电极33。传输栅极电极33可由例如掺杂有掺杂剂的多晶硅膜、铜膜或铝膜制成。
接着，如图11D所示，通过干式蚀刻来选择性地仅除去凹槽55底面上的传输栅极电极33，由此将包围着单位像素21的光电二极管PD(PDa、PDb)的传输栅极电极33分离开从而用于各个单位像素。这里，干式蚀刻是利用凹槽55的底面上的栅极绝缘膜56作为停止膜而进行的。之后，在基板正面上形成例如由氧化硅膜制成的绝缘膜59以填充凹槽55。这里的绝缘膜59例如可通过化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)法予以形成。也就是说，这里的绝缘膜59用于使器件相互分离，并如稍后所述填充在相邻像素的垂直传输栅极电极331之间。
随后，如图11E所示，通过化学机械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)使基板正面平滑化，从而使绝缘膜59和传输栅极电极33的表面位于同一平面上。
接着，如图11F所示，在与凹槽55对应的正面上选择性地形成宽度大于凹槽55的宽度的抗蚀剂掩模69。此后，利用抗蚀剂掩模69通过干式蚀刻选择性地除去基板正面上的传输栅极电极33。因此，在凹槽55的内壁面上形成了包围着光电二极管PD(PDa、PDb)的垂直传输栅极电极331，并在凹槽55周围的基板正面上形成了水平传输栅极电极332。
接着，如图12G所示，除去抗蚀剂掩模69，并在水平传输栅极电极332的侧面上用绝缘膜形成侧壁57。也就是说，氧化硅膜和由氮化硅膜制成的停止膜形成了位于水平传输栅极电极332侧面上的侧壁57。通过填充于凹槽55中的绝缘膜59形成了用于使相邻的单位像素21相互分离的器件分离区域44。
值得注意的是，虽然没有示出，但在单位像素21内在光电二极管PD(PDa、PDb)外侧的基板区域中形成有p型半导体阱区域，并且在形成传输栅极电极33的同时，形成了其他的复位栅极电极、放大栅极电极和选择栅极电极。
接着，如图12H所示，在n型半导体阱区域35的与光电二极管PD(PDa、PDb)对应的正面上形成抗蚀剂掩模。利用该抗蚀剂掩模和侧壁作为掩模，通过离子注入法以较高掺杂浓度的n型半导体区域形成浮动扩散部FD。从平面图看时，浮动扩散部FD形成在光电二极管PD(PDa、PDb)区域的中央处。同时，虽然没有示出，但形成了复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管的源极区域及漏极区域。
之后，如图13所示，在基板正面上形成层间绝缘膜61然后在该层间绝缘膜61上形成由多层布线62制成的布线层63。还形成了适当连接在布线62层之间、适当连接在布线62与像素晶体管之间的导体柱塞64。
接着，例如在背面照射型器件的情况下，将支撑基板粘结至布线层63上，并通过向下抛磨至光电二极管PD附近来除去基板背面。随后，在基板背面上形成用于抑制暗电流的p型半导体区域，并且例如在基板背面侧上形成诸如防反射膜等绝缘膜然后在该绝缘膜上形成滤色器和片上透镜，从而获得所需的背面照射型固体摄像器件311。
例如，在正面照射型器件的情况下，以布线62不是形成在光电二极管PD(PDa、PDb)上的方式形成布线层63。在布线层63上形成平滑化膜然后在该平滑膜上形成滤色器和片上透镜，从而获得所需的正面照射型固体摄像器件312。
固体摄像器件的制造方法示例2
图14A～图17J示出了上述固体摄像器件31的制造方法的第二示例。
图14A～图14C中的工序与上述图10A～图10C中的工序大致相同。也就是说，如图14A所示，在硅半导体基板66上形成具有相对较低掺杂浓度的n型半导体阱区域35。形成埋置在n型半导体阱区域35中并沿基板深度方向层叠的第一光电二极管PDa和第二光电二极管PDb。第一光电二极管PDa具有用作电荷累积区域的n型半导体区域51和p型半导体区域52。第二光电二极管PDb具有用作电荷累积区域的n型半导体区域53和p型半导体区域54。光电二极管PD(PDa、PDb)都形成在与单位像素21对应的区域上。光电二极管PD是利用诸如抗蚀剂掩模等掩模通过离子注入法来形成的。通过热氧化法在半导体基板66的正面上形成栅极绝缘膜(氧化硅膜)56。
接着，如图14B所示，在栅极绝缘膜56上形成硬掩模68，该硬掩模68由相对于栅极绝缘膜56及其下方的硅基板66而言具有不同蚀刻速率的绝缘膜制成。通过硬掩模68进行干式蚀刻，由此形成自基板正面到达超过第二光电二极管PDb深度位置的深度位置处的凹槽55从而使单位像素21相互分离。该凹槽55的深度大于上述图10B中凹槽55的深度。凹槽55被形成得包围着第一光电二极管PDa和第二光电二极管PDb的整个周围。
随后，如图14C所示，利用热氧化法在凹槽55的整个内壁面上形成栅极绝缘膜56。接着，在除去硬掩模68之后，在位于凹槽内壁面(整个内壁)及基板正面上的栅极绝缘膜56上形成传输晶体管Tr1的传输栅极电极33。传输栅极电极33可由例如掺杂有掺杂剂的多晶硅膜、铜膜或铝膜制成。
接着，如图15D所示，在基板正面侧形成例如由氧化硅膜制成的绝缘膜59以填充凹槽55。这里的绝缘膜59例如可通过化学气相沉积(CVD)法予以形成。
随后，如图15E所示，通过化学机械研磨(CMP)使基板正面平滑化，从而使绝缘膜59和传输栅极电极33的表面位于同一平面上。
接着，如图15F所示，在与凹槽55对应的正面上选择性地形成宽度大于凹槽55的宽度的抗蚀剂掩模69。此后，利用抗蚀剂掩模69通过干式蚀刻法选择性地除去基板正面上的传输栅极电极33。因此，在凹槽55的内壁面上形成了包围着光电二极管PD(PDa、PDb)的垂直传输栅极电极331，并在凹槽55周围的基板正面上形成了水平传输栅极电极332。
接着，如图16G所示，除去抗蚀剂掩模69，并在水平传输栅极电极332侧面上用绝缘膜形成侧壁57。也就是说，氧化硅膜和由氮化硅膜制成的停止膜形成了位于水平传输栅极电极332侧面上的侧壁57。通过填充于凹槽55中的绝缘膜59形成了用于使相邻的单位像素21相互分离的器件分离区域44。
虽然没有示出，但在单位像素21内在光电二极管PD(PDa、PDb)外侧的基板区域中形成有p型半导体阱区域，并且在形成传输栅极电极33的同时，形成了其他的复位栅极电极、放大栅极电极和选择栅极电极。
接着，如图16H所示，在n型半导体阱区域35的与光电二极管PD(PDa、PDb)对应的正面上形成抗蚀剂掩模。利用该抗蚀剂掩模和侧壁作为掩模，通过离子注入法以较高掺杂浓度的n型半导体区域形成浮动扩散部FD。从平面图看时，浮动扩散部FD形成在光电二极管PD(PDa、PDb)区域的中央处。同时，虽然没有示出，但形成了复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管的源极区域及漏极区域。
随后，如图17I所示，在半导体基板66正面上形成层间绝缘膜61然后在该层间绝缘膜61上形成由多层布线62制成的布线层63。之后，尽管未图示，但将支撑基板粘结至布线层63上。
接着，如图17J所示，例如利用化学机械研磨(CMP)和湿式蚀刻法从半导体基板66的背面侧除去该基板背面直至凹槽55内的垂直传输栅极电极331的底部被除去的深度。通过对该基板背面的除去处理，凹槽55内的垂直传输栅极电极331被分离开且包围着各个单位像素21的光电二极管PD(PDa、PDb)。
这里的制造方法示例2适用于背面照射型固体摄像器件。因此，随后，尽管在附图中示出，但在基板背面上形成用于抑制暗电流的p型半导体区域，并且例如在基板背面侧上形成诸如防反射膜等绝缘膜然后在该绝缘膜上形成滤色器和片上透镜，从而获得所需的背面照射型固体摄像器件311。
根据固体摄像器件的上述制造方法示例1和制造方法示例2，即使减小像素尺寸，也能更容易地进行垂直传输栅极电极的微细加工。这样，能够增大饱和电荷量、提高电荷传输效率，并且能够容易且精确地制造出抑制了暗电流的背面照射型固体摄像器件或正面照射型固体摄像器件。
3、第二实施例
固体摄像器件的结构示例
图18和图19示出了本发明固体摄像器件的第二实施例。本实施例是应用于其中排列有单位像素21的CMOS固体摄像器件的实例。图18是像素区域3中的主要部分的示意性平面图，图19是沿图18中的线XIX-XIX得到的示意性截面图。
如图18所示，第二实施例的固体摄像器件91具有多个布置在像素区域3上的单位像素21，各单位像素21由像素晶体管和作为光电转换部的光电二极管PD构成。对于每个单位像素21，浮动扩散部FD被形成得从平面图看时位于构成光电二极管PD的区域内，并且传输晶体管Tr1的垂直传输栅极电极33包围着各光电二极管PD的整个周围。附图标记34表示像素晶体管区域。根据本实施例，浮动扩散部FD被形成在与光电二极管PD对应的区域的中央处。如图19所示，在半导体基板35内以预定深度形成有一个光电二极管PD。
在每个单位像素21的像素晶体管区域34上形成有复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。
在相邻的单位像素21之间形成有用于使不同的单位像素21实现器件分离的器件分离区域44。器件分离区域44可由例如通过向凹槽中埋置绝缘膜而形成的绝缘性器件分离区域构成。可供选择地，器件分离区域44可由掺杂物扩散区域构成。
参照图19中的截面图来说明单位像素21的截面结构。作为半导体基板35，例如可以使用第二导电型(例如p型)半导体基板。也可由半导体阱区域来代替半导体基板35。根据本示例，在p型半导体基板35中的预定深度位置处形成有单位像素21的光电二极管PD。光电二极管PD是通过由被形成为电荷累积区域的n型半导体区域51和位于n型半导体区域51上的p型半导体区域52构成的pn结而制成的。
另一方面，在半导体基板35中形成有从该基板正面到达光电二极管PD的深度位置处的凹槽55，该凹槽55包围着各个单位像素21的光电二极管PD。从凹槽55的内表面到基板正面上形成有由例如氧化硅膜等制成的栅极绝缘膜56，另外，在位于凹槽55内壁面上的栅极绝缘膜56上形成有传输栅极电极33。传输栅极电极33被分离以用于各个单位像素21并被形成得包围着光电二极管PD。传输栅极电极33被形成得从凹槽内壁面延伸至半导体基板正面的一部分上。
垂直传输栅极电极331由形成在凹槽55内壁面上的栅极电极33构成。此外，水平传输栅极电极332由从垂直传输栅极电极331延续并沿基板正面延伸的栅极电极33构成。
在半导体基板35的与各个单位像素21的光电二极管PD区域对应的正面侧处形成有由n型半导体区域构成的浮动扩散部FD。从平面图看时，该浮动扩散部FD形成在构成光电二极管PD的区域的中央处。
凹槽55(在其内壁面上形成有垂直传输栅极电极331)的中央部分具有例如填充进来的绝缘层59从而形成器件分离区域44。尽管未图示，但在形成于半导体基板35正面侧处的p型半导体阱区域上形成有复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。在半导体基板35的正面上，形成有层间绝缘膜61并在该层间绝缘膜61上形成有布线层63，该布线层63中布置有多层布线62。所需的布线62通过导体柱塞64与单位像素21的所需部分连接。
其他部分的结构与上述第一实施例所述的那些结构相同，因此与图4和图5对应的各部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。
根据第二实施例的固体摄像器件91，类似于第一实施例，垂直传输栅极电极331被形成得包围着光电二极管PD，并且浮动扩散部FD设置在与光电二极管PD对应的区域内。因此，即使减小像素尺寸，也能够增大饱和电荷量。从浮动扩散部FD周围将电荷传输给浮动扩散部FD，因此电荷的传输路径变为最短距离，并能提高电荷传输效率。在累积电荷时通过向传输栅极电极33(331、332)施加负偏置电压，能够抑制暗电流。
4、第三实施例
固体摄像器件的结构示例
图20示出了本发明固体摄像器件的第三实施例。本实施例是应用于其中排列有单位像素21的CMOS固体摄像器件的实例。图20是像素区域3中的主要部分的示意性平面图。
浮动扩散部FD的位置不限于与光电二极管PD对应的区域的中央处，也可设置在与光电二极管对应的区域内的任何位置处。即使浮动扩散部FD的位置不是中央，通过电位设计也可将电荷传输至浮动扩散部FD。
第三实施例的固体摄像器件93是通过将浮动扩散部FD设置在与光电二极管PD对应的区域的一个角落处配置而成。根据本实施例，当两列×两行结构的四个单位像素21设为一组时，各个浮动扩散部FD被设置成集中在该一组的中央处。与第一实施例和第二实施例类似地，在基板内，可以层叠有多个光电二极管PD、或者可以仅设置一个光电二极管PD。包括垂直传输栅极电极331的其他结构与第一实施例和第二实施例中所述的类似，因此相应的部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。
根据第三实施例的固体摄像器件93，浮动扩散部FD设置在与光电二极管PD对应的区域内，并且垂直传输栅极电极331被形成得包围着光电二极管PD。因此，类似于上述所说明的那样，即使减小像素尺寸，也能够增大饱和电荷量。这就能够提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率。在累积电荷时通过向垂直传输栅极电极331施加负偏置电压，能够抑制暗电流。
5、第四实施例
固体摄像器件的结构示例
图21示出了本发明固体摄像器件的第四实施例。本实施例是应用于其中排列有单位像素的CMOS固体摄像器件的实例。第四实施例的固体摄像器件95具有位于各单位像素的半导体基板35正面侧处的浮动扩散部FD和正面侧光电二极管PDa1。正面侧光电二极管PDa1被形成得在基板正面侧处具有p型半导体区域104和用作电荷累积区域的n型半导体区域103，p型半导体区域104与浮动扩散部FD是分离的，n型半导体区域103的一部分在浮动扩散部FD的下方延伸。从平面图看时，浮动扩散部FD位于与光电二极管PDa1对应的区域内。
根据本实施例，在位于浮动扩散部FD与光电二极管PD之间的基板正面上的栅极绝缘膜56上形成有水平传输栅极电极332。此外，垂直传输栅极电极331被形成得隔着栅极绝缘膜56而包围正面侧光电二极管PDa1。浮动扩散部FD形成在垂直传输栅极电极331附近的位置处。尽管在图中未示出，但被形成得相互分离的垂直传输栅极电极331和水平传输栅极电极332是电连接的。器件分离区域44形成在相邻的单位像素21之间。以填充凹槽55(该凹槽55中已形成有垂直传输栅极电极331)的方式形成该器件分离区域44。
包括像素晶体管和布线层等的其他结构与第一实施例所述的类似，因此相应的部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。
根据本发明第四实施例的固体摄像器件95，在读出电荷时，将传输脉冲φTG同时施加给垂直传输栅极电极331和水平传输栅极电极332，并使传输晶体管导通。利用已经处于导通的传输晶体管，累积在n型半导体区域103(其作为电荷累积区域)中的电荷可通过位于垂直传输栅极电极331下方的沟道区域和位于水平传输栅极电极332下方的沟道区域而被传输给浮动扩散部FD。当累积电荷时，向传输栅极电极331和332二者都施加负偏置电压，并发生空穴钉扎。
根据第四实施例的固体摄像器件95，即使减小像素尺寸，也能够实现大面积的光电二极管PD，从而能够增大饱和电荷量。此外，还能提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率。此外，还能抑制暗电流。
第四实施例的第一变形例
图22示出了第四实施例的第一变形例的固体摄像器件。该第一变形例的固体摄像器件951被形成得具有位于各单位像素的半导体基板35正面侧处的浮动扩散部FD和正面侧光电二极管PDa1、且具有形成于正面侧光电二极管PDa1下方的埋置型光电二极管PDb2。正面侧光电二极管PDa1由n型半导体区域103和p型半导体区域104形成。埋置型光电二极管PDb2由n型半导体区域106以及与正面侧光电二极管PDa1的n型半导体区域103相邻的p型半导体区域107构成。n型半导体区域106被形成得朝着垂直传输栅极电极331延伸。作为器件分离区域的p型半导体阱区域108形成于包括垂直传输栅极电极331和器件分离区域44的区域下方。从平面图看时，浮动扩散部FD位于与光电二极管PDb2对应的区域内。其他结构与参照图21所述的结构类似，因此图22中的与图21中各部分对应的那些部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。
对于固体摄像器件951，在读出电荷时，将传输脉冲φTG同时施加给垂直传输栅极电极331和水平传输栅极电极332，并使传输晶体管导通。利用已经处于导通的传输晶体管，累积在n型半导体区域103(其作为正面侧光电二极管PDa1的电荷累积区域)中的电荷主要是通过位于水平传输栅极电极332下方的沟道区域而被传输给浮动扩散部FD。累积在n型半导体区域106(其作为埋置型光电二极管PDb2的电荷累积区域)中的电荷通过位于水平传输栅极电极331下方的沟道区域而被传输给浮动扩散部FD。当累积电荷时，向传输栅极电极331和332二者都施加负偏置电压，并发生空穴钉扎。
根据固体摄像器件951，类似于上述说明，即使减小像素尺寸，也能够实现大面积的光电二极管PD，并且由于埋置型光电二极管PDb2位于正面侧光电二极管PDa1下方，由此能够增大饱和电荷量。此外，还能提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率。而且，还能抑制暗电流。
第四实施例的第二变形例
图23示出了第四实施例的第二变形例的固体摄像器件。第一变形例与该第二变形例之间的区别在于垂直传输栅极电极331被形成至埋置型光电二极管PDb2的深度。也就是说，第二变形例的固体摄像器件952被形成得具有位于各单位像素的半导体基板35正面侧处的浮动扩散部FD和正面侧光电二极管PDa1，且具有形成于正面侧光电二极管PDa1下方的埋置型光电二极管PDb2。正面侧光电二极管PDa1被形成得具有n型半导体区域103和p型半导体区域104。埋置型光电二极管PDb2由n型半导体区域106以及与正面侧光电二极管PDa1的n型半导体区域103相邻的p型半导体区域107构成。n型半导体区域106被形成得朝着垂直传输栅极电极331延伸。垂直传输栅极电极331被形成得其深度超过埋置型光电二极管PDb2的深度。从平面图看时，浮动扩散部FD位于与光电二极管PDb2对应的区域内。其他结构与参照图22所述的结构类似，因此图23中的与图22中各部分对应的那些部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。
对于固体摄像器件952，在读出电荷时，将传输脉冲φTG同时施加给垂直传输栅极电极331和水平传输栅极电极332，并使传输晶体管导通。利用已经处于导通的传输晶体管，累积在n型半导体区域103(其作为正面侧光电二极管PDa1的电荷累积区域)中的电荷主要通过位于水平传输栅极电极332下方的沟道区域而被传输给浮动扩散部FD。累积在n型半导体区域106(其作为埋置型光电二极管PDb2的电荷累积区域)中的电荷通过位于水平传输栅极电极331下方的沟道区域而被传输给浮动扩散部FD。当累积电荷时，向传输栅极电极331和332二者都施加负偏置电压，并发生空穴钉扎。
根据固体摄像器件952，类似于上述说明，即使减小像素尺寸，也能够实现大面积的光电二极管PD，并且由于埋置型光电二极管PDb2位于正面侧光电二极管PDa1下方，因此增大了饱和电荷量。此外，还能提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率。而且，能够抑制暗电流。
6、第五实施例
固体摄像器件的结构示例
图24示出了本发明固体摄像器件的第五实施例。本实施例是应用于像素共用型CMOS固体摄像器件的实例。图24是像素区域3中的主要部分的示意性平面图。
固体摄像器件97由在两个光电二极管PD(PD1、PD2)间实现共用的一个像素晶体管单元制成，该像素晶体管单元是呈二维排列的沿垂直方向两像素间共用的单位像素组98。单位像素组98由两个光电二极管PD1和PD2、两个传输晶体管Tr11和Tr12、一个复位晶体管Tr2、一个放大晶体管Tr3和一个选择晶体管Tr4构成。
根据本实施例，两个像素被配置成每一者都具有：光电二极管PD、包围着整个光电二极管PD的垂直传输栅极电极331、以及位于与光电二极管PD对应的区域内的浮动扩散部FD。每个像素211和212具有与第一实施例和第二实施例所述的单位像素相同的结构，因此与图4和图18对应的部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。两个像素211和212以垂直方向2(个)×水平方向1(个)阵列方式而予以形成。这里将每两个像素设为一组，在该组的下侧处排列有要被共用的复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。
复位晶体管Tr2由作为源极和漏极的一对非本征半导体区域37和38以及复位栅极电极41构成。放大晶体管Tr3由作为源极和漏极的一对非本征半导体区域38和39以及放大栅极电极42构成。选择晶体管Tr4由作为源极和漏极的一对非本征半导体区域39和40以及选择栅极电极43构成。
像素211和212的浮动扩散部FD与要被共用的放大晶体管Tr3的放大栅极电极42通过布线62连接。
根据第五实施例的固体摄像器件97，即使在其结构是两个像素间共用的固体摄像器件结构时，类似于上述说明的那样，也能够实现大面积的光电二极管PD，从而增大饱和电荷量。此外，还能提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率。而且，还能够抑制暗电流。
根据第五实施例，已经做出了在两个像素间实现共用的固体摄像器件的应用，但也可以做出在三个以上像素间实现共用的固体摄像器件的应用。
7、第六实施例
固体摄像器件的结构示例
图25A～图25C示出了本发明固体摄像器件的第六实施例。图25A～图25C示出了单位像素内的包围着光电二极管的垂直传输栅极电极的布局示例。上述各实施例的垂直传输栅极电极331是被形成得包围着光电二极管PD的整个周围。
不同地，根据第六实施例的固体摄像器件，如图25A～图25C所示，垂直传输栅极电极331被形成得包围着光电二极管PD的一部分而不是光电二极管PD的整个周围。
例如，图25A中的垂直传输栅极电极331被形成得包围着光电二极管PD的周围但该垂直传输栅极电极331的一部分是不连续的。图25B中的垂直传输栅极电极331被形成得包围着光电二极管PD周围的三个侧边。图25C中的垂直传输栅极电极331被形成得包围着光电二极管PD周围的两个侧边。图25A～图25C中所示的垂直传输栅极电极331适用于第一实施例～第五实施例的固体摄像器件。因此，除了图25A～图25C所示结构之外的其他结构与参照上述第一实施例～第五实施例所述的结构相同，这里不再赘述。
根据第六实施例的固体摄像器件，能够实现大面积的光电二极管PD，从而能够增大饱和电荷量。此外，垂直传输栅极电极331包围着除一部分之外的光电二极管PD，虽然不是包围着整个光电二极管PD，但也可以从多个方向将电荷传输至浮动扩散部FD。同样，与现有技术的从一个方向传输电荷相比，还是能提高电荷的传输效率。而且，还能够抑制暗电流。
8、第七实施例
固体摄像器件的结构示例
图26示出了本发明固体摄像器件的第七实施例。本实施例是应用于CMOS固体摄像器件的实例，图26是像素区域3中的主要部分的示意性平面图。
第七实施例的固体摄像器件99利用第一实施例的单位像素21的二维阵列形式予以形成，并且沿水平线的每个像素行的单位像素21的垂直传输栅极电极331连续地一体化在一起。也就是说，根据本实施例，如图5所示在像素行内彼此相邻的单位像素21间的凹槽55被垂直传输栅极电极331完全地填充。用于施加公共传输脉冲φTG的传输线101连接至每个像素行的各单位像素21的垂直传输栅极电极331。此外，对于各列，公共的垂直信号线102与该列内的单位像素21的选择晶体管Tr4的源极区域40连接。
根据本实施例，尽管附图中没有示出，但可以共用邻近的多个垂直传输栅极电极。根据本实施例，可以共用在水平线上的像素行中彼此相邻的垂直传输栅极电极或者可以共用邻近的多个垂直传输栅极电极，并且可将器件分离区域配置在其他相邻像素的垂直传输栅极电极之间。
其他结构与第一实施例所述的结构相似，因此与图4中对应的各部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。
根据第七实施例的固体摄像器件99，当累积电荷时，向垂直传输栅极电极331施加负偏置电压，并在垂直传输栅极电极331正下方的沟道区域正面中发生空穴钉扎。利用负偏置电压能够抑制暗电流。当读出电荷时，向各像素行的垂直传输栅极电极331施加正电压，使一个像素行内各像素21的传输晶体管Tr1同时导通，并且累积在各像素的光电二极管PD中的电荷被传输至各浮动扩散部FD。通过依次改变各像素列的定时并将一个像素行的各像素21的电荷依次读出至垂直信号线102，使像素列的垂直线内的各像素的选择晶体管Tr4导通。
根据第七实施例的固体摄像器件99，类似于上面说明的那样，即使减小像素尺寸，也能够实现大面积的光电二极管PD，从而能够增大饱和电荷量。此外，还能提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率。而且，还能抑制暗电流。
对于第七实施例，作为像素结构，例如也可使用第二实施例～第五实施例的像素结构。
9、第八实施例
固体摄像器件的结构示例
图27和图28示出了本发明固体摄像器件的第八实施例。本实施例是应用于CMOS固体摄像器件的实例，图27是像素区域3中的主要部分的示意性平面图，图28是像素区域3中的像素的截面图。
如图27所示，第八实施例的固体摄像器件110被形成得具有在垂直方向两个像素间实现共用的单位像素组112的二维阵列，该单位像素组112中两个光电二极管PD(PD1、PD2)共用一个像素晶体管。单位像素组112由两个光电二极管PD1和PD2、两个传输晶体管Tr11和Tr12、以及一个复位晶体管Tr2、一个放大晶体管Tr3和一个选择晶体管Tr4构成。
根据本实施例，两个像素每一者都配置有：光电二极管PD、包围着整个光电二极管PD的垂直传输栅极电极331、以及位于与光电二极管PD对应的区域内的浮动扩散部FD。对于单位像素组112，总共两个像素211和212以垂直方向上2个×水平方向上1个这样的阵列形式予以形成，光电二极管PD1和PD2中每一者都被形成为正面侧光电二极管PDa1，并且每个浮动扩散部FD设置在这两个像素间的中央附近。这里将每两个像素像素211和212设为一组，在该组的下方排列有要被共用的复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。
复位晶体管Tr2由作为源极和漏极的一对非本征半导体区域37和38以及复位栅极电极41构成。放大晶体管Tr3由作为源极和漏极的一对非本征半导体区域38和39以及放大栅极电极42构成。选择晶体管Tr4由作为源极和漏极的一对非本征半导体区域39和40以及选择栅极电极43构成。像素211和212每一者的浮动扩散部FD通过布线62与放大晶体管Tr3的放大栅极电极42连接。
如图28所示，对于各个像素211和212，在半导体基板35的正面侧处形成有浮动扩散部FD和正面侧光电二极管PDa1。正面侧光电二极管PDa1被形成得包括：在基板正面侧处与浮动扩散部FD分离开的p型半导体区域104；以及用作电荷累积区域的n型半导体区域103，该n型半导体区域103的一部分在浮动扩散部FD下方延伸。从平面图看时，浮动扩散部FD位于与光电二极管PDa1对应的区域内。
垂直传输栅极电极331被形成得包围着正面侧光电二极管PDa1(栅极绝缘膜56介于二者之间)。器件分离区域44形成在彼此相邻的像素211和212之间。器件分离区域44被形成得填充在已形成有垂直传输栅极电极331的凹槽55中。
根据第八实施例的固体摄像器件110，即使在其被配置为两像素共用型固体摄像器件的情况下，类似于上述说明的那样，也能够实现大面积的光电二极管PD，从而能够增大饱和电荷量。此外，还能提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率。而且，还能够抑制暗电流。
第八实施例的第一变形例
图29示出了第八实施例的第一变形例的固体摄像器件。与图27类似地，第一变形例的固体摄像器件1101通过“垂直方向上2个×水平方向上1个”阵列形式的两像素共用法配置而成。固体摄像器件1101被形成得具有位于各像素211和212的半导体基板35正面侧处的浮动扩散部FD和正面侧光电二极管PDa1，且具有形成在正面侧光电二极管PDa1下方的埋置型光电二极管PDb2。正面侧光电二极管PDa1由n型半导体区域103和p型半导体区域104构成。埋置型光电二极管PDb2被形成得具有n型半导体区域106以及与正面侧光电二极管PDa1的n型半导体区域103相邻的p型半导体区域107。n型半导体区域106被形成得朝着垂直传输栅极电极331延伸。作为器件分离区域的p型半导体阱区域108形成于包括垂直传输栅极电极331和器件分离区域44的区域下方。从平面图看时，浮动扩散部FD位于与光电二极管PDb2对应的区域内。其他结构与参照图27和图28中所说明的结构类似，因此图29中的与图28中各部分对应的那些部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。
固体摄像器件1101被配置成在两个像素间实现共用，并且当累积电荷时，信号电荷被累积在各像素211和212的正面侧光电二极管PDa1的n型半导体区域103以及埋置型光电二极管PDb2的n型半导体区域106中。在对电荷进行读出时，向所选像素的垂直传输栅极电极331施加传输脉冲φTG，从而使该垂直传输晶体管导通。利用已经处于导通的垂直传输晶体管，累积在正面侧光电二极管PDa1和埋置型光电二极管PDb2中的电荷可通过位于垂直传输栅极电极331下方的沟道区域而被传输给浮动扩散部FD。当累积电荷时，向传输栅极电极331和332二者都施加负偏置电压，并发生空穴钉扎。
根据固体摄像器件1101，类似于上述说明，即使减小像素尺寸，也能够实现大面积的光电二极管PD，并且由于埋置型光电二极管PDb2位于正面侧光电二极管PDa1下方，由此能够增大饱和电荷量。此外，还能提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率。而且，还能够抑制暗电流。
第八实施例的第二变形例
图30示出了第八实施例的第二变形例的固体摄像器件。第一变形例与第二变形例之间的区别在于将垂直传输栅极电极331形成至埋置型光电二极管PDb2的深度。也就是说，第二变形例的固体摄像器件1102被形成得具有位于各像素的半导体基板35正面侧处的浮动扩散部FD和正面侧光电二极管PDa1，且具有形成于正面侧光电二极管PDa1下方的埋置型光电二极管PDb2。正面侧光电二极管PDa1由n型半导体区域103和p型半导体区域104形成。埋置型光电二极管PDb2被形成得具有n型半导体区域106以及与正面侧光电二极管PDa1的n型半导体区域103相邻的p型半导体区域107。n型半导体区域106被形成得朝着垂直传输栅极电极331延伸。垂直传输栅极电极331被形成得其深度超过埋置型光电二极管PDb2的深度。从平面图看时，浮动扩散部FD位于与光电二极管PDb2对应的区域内。其他结构与参照图27和图28所述的结构类似，因此图30中的与图29中各部分对应的那些部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。
固体摄像器件1102的操作类似于图29中的操作。
根据固体摄像器件1102，类似于上面的说明，即使减小像素尺寸，也能够实现大面积的光电二极管PD，并且由于埋置型光电二极管PDb2位于正面侧光电二极管PDa1下方，由此能够增大饱和电荷量。此外，还能提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率。而且，还能够抑制暗电流。
10、第九实施例
固体摄像器件的结构示例
图31和图32示出了本发明固体摄像器件的第九实施例。本实施例是应用于CMOS固体摄像器件的实例，图31是像素区域3中的主要部分的示意性平面图，图32是像素的截面图。
如图31所示，第九实施例的固体摄像器件120被形成得具有在垂直方向上两个像素间实现共用的单位像素组122的二维阵列，该单位像素组122中两个光电二极管PD(PD1、PD2)共用一个像素晶体管。单位像素组122由两个光电二极管PD1和PD2、两个传输晶体管Tr11和Tr12以及一个复位晶体管Tr2、一个放大晶体管Tr3和一个选择晶体管Tr4构成。
根据本实施例，两个像素每一者都配置有：光电二极管PD、包围着整个光电二极管PD的垂直传输栅极电极331、以及位于与光电二极管PD对应的区域内的浮动扩散部FD。对于单位像素组122，总共两个像素211和212以垂直方向上2个×水平方向上1个这样的阵列形式予以形成，光电二极管PD1和PD2每一者都被形成为正面侧光电二极管PDa1，并且每个浮动扩散部FD都设置在这两个像素间的中央附近。此外，在正面侧光电二极管PDa1与浮动扩散部FD之间形成有正面侧传输栅极电极332。这里将每两个像素211和212设为一组，在该组的下方排列有要被共用的复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。
复位晶体管Tr2由作为源极和漏极的一对非本征半导体区域37和38以及复位栅极电极41构成。放大晶体管Tr3由作为源极和漏极的一对非本征半导体区域38和39以及放大栅极电极42构成。选择晶体管Tr4由作为源极和漏极的一对非本征半导体区域39和40以及选择栅极电极43构成。像素211和212每一者的浮动扩散部FD通过布线62与放大晶体管Tr3的放大栅极电极42连接。
如图32所示，对于各个像素211和212，在半导体基板35的正面侧处形成有浮动扩散部FD和正面侧光电二极管PDa1。正面侧光电二极管PDa1被形成得包括：在基板正面侧处与浮动扩散部FD分离开的p型半导体区域104；以及用作电荷累积区域的n型半导体区域103，该n型半导体区域103的一部分在浮动扩散部FD下方延伸。从平面图看时，浮动扩散部FD位于与光电二极管PDa1对应的区域内。
垂直传输栅极电极331被形成得包围着正面侧光电二极管PDa1(栅极绝缘膜56介于二者之间)，并且在正面侧光电二极管PDa1与浮动扩散部FD之间在栅极绝缘膜56上形成有水平传输栅极电极。尽管在图中未示出，但被形成得相互分离的垂直传输栅极电极331和水平传输栅极电极332是电连接的。器件分离区域44形成在彼此相邻的像素211和212之间。器件分离区域44被形成得填充于已形成有垂直传输栅极电极331的凹槽55中。
根据本发明第九实施例的固体摄像器件120，在读出电荷时，将传输脉冲φTG同时施加给垂直传输栅极电极331和水平传输栅极电极332，并使传输晶体管导通。利用已经处于导通的传输晶体管，累积在n型半导体区域103(其作为电荷累积区域)中的电荷通过位于垂直传输栅极电极331下方的沟道区域和位于水平传输栅极电极332下方的沟道区域而被传输给浮动扩散部FD。当累积电荷时，向传输栅极电极331和332二者都施加负偏置电压，并发生空穴钉扎。
根据第九实施例的固体摄像器件120，类似于上述说明，即使减小像素尺寸，也能够实现大面积的光电二极管PD，从而能够增大饱和电荷量。此外，还能提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率。而且，还能够抑制暗电流。
第九实施例的第一变形例
图33示出了第九实施例的第一变形例的固体摄像器件。与图31类似地，第一变形例的固体摄像器件1201是通过“垂直方向上2个×水平方向上1个”阵列形式的两像素共用法配置而成。固体摄像器件1201被形成得具有位于各像素211和212的半导体基板35正面侧处的浮动扩散部FD和正面侧光电二极管PDa1，且具有形成在正面侧光电二极管PDa1下方的埋置型光电二极管PDb2。正面侧光电二极管PDa1由n型半导体区域103和p型半导体区域104构成。埋置型光电二极管PDb2被形成得具有n型半导体区域106以及与正面侧光电二极管PDa1的n型半导体区域103相邻的p型半导体区域107。n型半导体区域106被形成得朝着垂直传输栅极电极331延伸。作为器件分离区域的p型半导体阱区域108形成于包括垂直传输栅极电极331和器件分离区域44的区域下方。从平面图看时，浮动扩散部FD位于与光电二极管PDb2对应的区域内。其他结构与参照图31和图32所说明的结构类似，因此图33中的与图32中各部分对应的那些部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。
固体摄像器件1201被配置成在两个像素间实现共用，并且当累积电荷时，信号电荷被累积在各像素211和212的正面侧光电二极管PDa1的n型半导体区域103以及埋置型光电二极管PDb2的n型半导体区域106中。在读出电荷时，将传输脉冲φTG同时施加至垂直传输栅极电极331和水平传输栅极电极332，并使该传输晶体管导通。利用已经处于导通的传输晶体管，累积在正面侧光电二极管PDa1和埋置型光电二极管PDb2中的电荷主要通过位于水平传输栅极电极332下方的沟道区域而被传输给浮动扩散部FD。累积在埋置型光电二极管PDb2中的电荷通过位于垂直传输栅极电极331下方的沟道区域而被传输给浮动扩散部FD。当累积电荷时，向传输栅极电极331和332二者都施加负偏置电压，并发生空穴钉扎。
根据固体摄像器件1201，类似于上述说明，即使减小像素尺寸，也能够实现大面积的光电二极管PD，并且由于埋置型光电二极管PDb2位于正面侧光电二极管PDa1下方，由此能够增大饱和电荷量。此外，还能提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率。而且，还能够抑制暗电流。
第九实施例的第二变形例
图34示出了第九实施例的第二变形例的固体摄像器件。第一变形例与第二变形例之间的区别在于垂直传输栅极电极331被形成至埋置型光电二极管PDb2的深度。也就是说，第二变形例的固体摄像器件1202被形成得具有位于各像素的半导体基板35正面侧处的浮动扩散部FD和正面侧光电二极管PDa1，且具有形成于正面侧光电二极管PDa1下方的埋置型光电二极管PDb2。正面侧光电二极管PDa1由n型半导体区域103和p型半导体区域104形成。埋置型光电二极管PDb2被形成得具有n型半导体区域106以及与正面侧光电二极管PDa1的n型半导体区域103相邻的p型半导体区域107。n型半导体区域106被形成得朝着垂直传输栅极电极331延伸。垂直传输栅极电极331被形成得其深度超过埋置型光电二极管PDb2的深度。从平面图看时，浮动扩散部FD位于与光电二极管PDb2对应的区域内。其他结构与参照图31和图33所述的结构类似，因此图34中的与图33中各部分对应的那些部分用相同的附图标记表示，并且不再赘述。
固体摄像器件1202的操作类似于图32中的比较例(1)的操作。
根据固体摄像器件1202，类似于上面的说明，即使减小像素尺寸，也能够实现大面积的光电二极管PD，并且由于埋置型光电二极管PDb2位于正面侧光电二极管PDa1下方，由此能够增大饱和电荷量。此外，还能提高将电荷传输至浮动扩散部FD的传输效率。而且，还能够抑制暗电流。
根据第八实施例和第九实施例，已经做出了在两个像素之间实现共用的固体摄像器件的应用，但也可以做出在三个以上像素间实现共用的固体摄像器件的应用。
值得注意的是，图27和图31所示的像素211和212也可配置成用单位像素代替像素共用结构。也就是说，能够维持像素211和212每一者的布局，并且利用各像素21作为单位像素来配置CMOS固体摄像器件。
11、第十实施例
固体摄像器件的结构示例
尽管没有在附图中示出，但第十实施例的固体摄像器件配置有多个(例如，两个)粘结在一起的半导体芯片部，以形成一体化的半导体芯片。更具体地，对于本实施例的固体摄像器件，例如，在第一半导体芯片部上形成有像素区域，该像素区域中根据上述各实施例之一已形成有呈二维排列的单位像素或单位像素组。也就是说，在第一半导体芯片部上形成有传感器和像素晶体管。在第二半导体芯片部上形成有控制电路、驱动电路和信号处理电路等。将第一半导体芯片部和第二半导体芯片部粘结并结合在一起从而电连接。
此外，可以配置成如下结构：在第一半导体芯片部上仅形成有根据上述各实施例之一而得到的光电二极管和传输晶体管，而在第二半导体芯片部上形成有其他像素晶体管、控制电路、驱动电路和信号处理电路等。
根据第十实施例的固体摄像器件，对于单位像素和单位像素组，类似于上述说明，能够增大饱和电荷量，能够提高将电荷传输至浮动扩散部的电荷传输效率，并能够抑制暗电流。另外，对于其中将多个(例如，两个)半导体芯片部粘结在一起的结构，可将传感器部和其他电路结构分配给各个半导体芯片部，从而在最优化条件下配置出固体摄像器件。也就是说，能够配置出具有高性能的固体摄像器件。
12、第十一实施例
电子装置的结构示例
上述本发明各实施例的固体摄像器件可适用于例如下列电子装置：诸如数码照相机或数码摄像机等照相机系统；带有摄像功能的移动电话；或者具有摄像功能的其他装置，等等。
图35示出了第十一实施例，其适用于作为本发明实施例的电子装置示例的照相机。本实施例的照相机以能够拍摄静态图像或动态图像的摄像机为例。本实施例的照相机131包括固体摄像器件132、将入射光引导至固体摄像器件132的光接收传感器部中的光学系统133、以及快门装置134。此外，照相机131还包括用于驱动固体摄像器件132的驱动电路135以及用于对固体摄像器件132的输出信号进行处理的信号处理电路136。
可以使用上述各实施例中任一种的固体摄像器件作为固体摄像器件132。光学系统(光学镜头)133在固体摄像器件132的摄像面上形成来自被拍摄对象的图像光(入射光)的图像。因此，在一定周期内将信号电荷累积在固体摄像器件132中。光学系统133可以是由多个光学透镜组成的光学镜头系统。快门装置134控制固体摄像器件132的发光周期和遮光周期。驱动电路135提供用于控制固体摄像器件132的传输操作以及快门装置134的快门操作的驱动信号。根据从驱动电路135提供的驱动信号(时序信号)，执行固体摄像器件132的信号传输。信号处理电路136进行各种类型的信号处理。将经过了信号处理的视频信号存储在例如存储器等存储介质中或输出至监视器。
根据第十一实施例的诸如照相机等电子装置，对于固体摄像器件132，即使减小像素尺寸，也能够增大饱和电荷量，能够提高向浮动扩散部的电荷传输效率，并能够抑制暗电流。因此，能够获得高灵敏度和高图像品质，还能提供具有高可靠性的电子装置。
本领域的技术人员应当理解，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 (19)

1.一种固体摄像器件，其包括：
多个像素，各所述像素由光电转换部和像素晶体管形成；
浮动扩散部，从平面图看时所述浮动扩散部位于每个所述光电转换部的区域内；以及
传输晶体管的垂直传输栅极电极，所述垂直传输栅极电极包围着各个所述光电转换部的至少一部分且所述所述垂直传输栅极电极沿基板的深度方向而被形成，并且所述传输晶体管用于构成所述像素晶体管。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，各所述垂直传输栅极电极包围着各个所述光电转换部的整个周围。
3.如权利要求2所述的固体摄像器件，还包括：形成在相邻像素的所述垂直传输栅极电极之间的器件分离区域。
4.如权利要求3所述的固体摄像器件，其中，沿所述基板的深度方向以单个或多个方式设置有所述光电转换部。
5.如权利要求4所述的固体摄像器件，其中，从平面图看时，所述浮动扩散部形成在所述光电转换部的区域的中央处。
6.如权利要求5所述的固体摄像器件，还包括：从所述垂直传输栅极电极延伸到所述基板正面上的水平栅极电极。
7.如权利要求3所述的固体摄像器件，还包括：位于所述基板正面处的光电转换部。
8.如权利要求2所述的固体摄像器件，还包括器件分离区域，
其中，在沿水平线的像素行中相邻的所述垂直传输栅极电极或者彼此接近的多个所述垂直传输栅极电极是被共用的；并且
所述器件分离区域处于其他的相邻像素的所述垂直传输栅极电极之间。
9.如权利要求1至8中任一项所述的固体摄像器件，其中，在累积电荷时向所述垂直传输栅极电极施加负偏置电压。
10.一种固体摄像器件制造方法，其包括如下步骤：
在半导体基板的半导体阱区域中与各个像素对应地形成光电转换部；
在所述半导体基板中以包围着各个所述光电转换部的方式形成凹槽；
在所述凹槽的内表面上以包围着各个所述光电转换部的整个周围的方式形成用于构成像素晶体管的传输晶体管的垂直传输栅极电极，且所述凹槽的内表面与所述垂直传输栅极电极之间设有栅极绝缘膜；并且
在从平面图看时与所述光电转换部的区域对应的所述半导体基板正面上形成浮动扩散部。
11.如权利要求10所述的固体摄像器件制造方法，还包括如下步骤：在所述凹槽内在相邻像素的所述垂直传输栅极电极之间埋置器件分离用绝缘膜。
12.如权利要求11所述的固体摄像器件制造方法，其中，在形成所述光电转换部的步骤中，沿所述半导体基板的深度方向形成单个或多个光电转换部。
13.如权利要求12所述的固体摄像器件制造方法，其中，在形成所述浮动扩散部的步骤中，在所述半导体基板正面上用于构成所述光电转换部的区域的中央处形成浮动扩散部。
14.如权利要求13所述的固体摄像器件制造方法，其中，在形成所述垂直传输栅极电极的步骤中，一体形成从所述垂直传输栅极电极延伸至所述半导体基板正面的水平栅极电极部。
15.如权利要求11所述的固体摄像器件制造方法，其中，在形成所述垂直传输栅极电极的步骤中，在所述凹槽的侧面和底面上都形成栅极电极材料膜之后，除去所述底面上的栅极电极材料膜，由此使各像素的所述垂直传输栅极电极相互分离。
16.如权利要求11所述的固体摄像器件制造方法，其中，
在形成所述垂直传输栅极电极的步骤中，在所述凹槽的侧面和底面上都形成栅极电极材料膜；并且
在埋置了所述器件分离用绝缘膜之后，对所述半导体基板的背面进行除去处理直至所述凹槽底面上的栅极电极材料膜被除去，由此使各像素的所述垂直传输栅极电极相互分离。
17.一种固体摄像器件驱动方法，所述固体摄像器件包括：
多个像素，各所述像素由光电转换部和像素晶体管形成；
浮动扩散部，从平面图看时所述浮动扩散部位于每个所述光电转换部的区域内；以及
传输晶体管的垂直传输栅极电极，所述垂直传输栅极电极包围着各个所述光电转换部的一部分或全部，所述垂直传输栅极电极沿基板的深度方向而被形成，并且所述传输晶体管用于构成所述像素晶体管，
其中，在累积电荷时向所述垂直传输栅极电极施加负偏置电压，并且
在电荷传输时向所述垂直传输栅极电极施加正偏置电压。
18.如权利要求17所述的固体摄像器件驱动方法，所述固体摄像器件包括：形成在相邻像素的所述垂直传输栅极电极之间的器件分离区域。
19.一种电子装置，其包括：
固体摄像器件；
光学系统，所述光学系统用于将入射光引导至所述固体摄像器件的光电二极管；以及
信号处理电路，所述信号处理电路用于处理来自所述固体摄像器件的输出信号，
其中，所述固体摄像器件由权利要求1至9中任一项所述的固体摄像器件构成。
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